JP4907982B2 - Grid-connected inverter device - Google Patents
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Description
本発明は、系統連系インバータ装置に関し、特にそのインバータ回路におけるスイッチング損失を減少させる技術に関する。 The present invention relates to a grid-connected inverter device, and more particularly to a technique for reducing switching loss in the inverter circuit.
近年、地球環境保護の観点から環境への影響の少ない燃料電池、太陽電池等による発電システムの開発が盛んに進められている。このような発電システムでは発電した直流電力を系統連系インバータ装置によって商用周波数の交流電力に変換し、商用電力系統と連系して負荷に供給することが行なわれる。 In recent years, a power generation system using a fuel cell, a solar cell, or the like that has little influence on the environment has been actively developed from the viewpoint of protecting the global environment. In such a power generation system, the generated DC power is converted into AC power having a commercial frequency by a grid-connected inverter device, and is supplied to a load linked to the commercial power system.
図12は、このような目的に使用される従来の系統連系インバータ装置の構成例である。図12に示す系統連系インバータ装置101は、DC/DC変換回路102、インバータ主回路103、フィルタ回路104、インバータ制御回路105より構成されている。
FIG. 12 is a configuration example of a conventional grid-connected inverter device used for such a purpose. A grid
燃料電池、太陽電池等の直流電源110から供給される直流電力は、DC/DC変換回路102によって変圧した直流電力に変換されてインバータ主回路103に供給される。インバータ主回路103は、インバータ制御回路105による制御の下に供給された直流電力をスイッチングしてパルス幅変調し、負荷側に接続したフィルタ回路104から商用電力系統111の系統電圧Vacの位相にほぼ一致した位相の電流Iacを出力させる。
DC power supplied from a
系統電圧Vacに抗して電流Iacを出力させる必要から、こうした従来の系統連系インバータ装置101のインバータ主回路103には、系統電圧のピーク電圧よりも高い直流電圧VdcがDC/DC変換回路102によって常時、供給されている。
Since it is necessary to output the current Iac against the system voltage Vac, a DC voltage Vdc higher than the peak voltage of the system voltage is supplied to the inverter
ところで、このようにインバータ主回路103に高い直流電圧Vdcが常時、供給されていると、正弦波で変化する系統電圧Vacの電圧が低いタイミングにおいてインバータ主回路103の入力直流電圧Vdcと系統電圧Vacの瞬時値との電圧差が大きくなる。この電圧差が大きい状態でのインバータ主回路103のスイッチング動作は、大きなスイッチング損失を発生させる。
By the way, when the high DC voltage Vdc is constantly supplied to the inverter
このように従来の制御方法には、系統電圧Vacの瞬時値が低いタイミングにおいて高いスイッチング損失を発生させているという問題がある。また、低い電流を出力させる際にもフィルタ回路104には系統電圧Vacのピーク値より高い電圧のパルス電流が入力される。このため、フィルタ回路N104のリアクトル106に大きな高周波損失を発生させているという問題がある。
As described above, the conventional control method has a problem that a high switching loss is generated at a timing when the instantaneous value of the system voltage Vac is low. Also, when outputting a low current, the
系統連系インバータ装置におけるこうした問題に関連する従来技術としては、例えば特許文献1、2に開示されている技術がある。しかし、これらの開示技術は系統電圧のピーク電圧の変化に合わせてインバータ主回路への供給電圧を変化させるものであるため、その効果には限界がある。
本発明はこのような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、その課題は、系統連系インバータ装置におけるインバータ主回路のスイッチング損失を低減させることにある。 The present invention has been made to solve such problems of the prior art, and an object thereof is to reduce the switching loss of the inverter main circuit in the grid-connected inverter device.
前記目的を達成するための請求項1に記載の発明は、外部から供給される直流電力を交流電力に変換し商用電力系統(12)と連系して負荷に供給する系統連系インバータ装置であって、前記直流電力の電圧を変換するDC/DC変換回路(2)と、該DC/DC変換回路の出力する直流電力をスイッチングして交流電力に変換するインバータ主回路(3)と、該インバータ主回路のスイッチング動作を制御するインバータ制御回路(4)と、前記インバータ主回路の出力する交流電流から高調波成分を除去するフィルタ回路(5)と、を備え、前記DC/DC変換回路は、前記商用電力系統の系統電圧の瞬時値の絶対値に予め定めた一定電圧を加えた値の電圧を出力するように構成し、前記予め定めた一定電圧は、指定された大きさの電流が流れた場合の前記フィルタ回路における電圧降下の瞬時最大値と、前記インバータ回路のスイッチング素子における電圧降下の最大値との和を下回らない値としたことを特徴とする系統連系インバータ装置系統連系インバータ装置である。
In order to achieve the above object, the invention according to
このような構成によれば、インバータ主回路には系統電圧の瞬時値の絶対値に予め定めた一定電圧を加えた値の電圧が印加される。従って、予め定める一定電圧を調整することでインバータ主回路内のスイッチング素子がスイッチング動作する際におけるそのスイッチ電圧を出力電流波形を歪ませることなく低い値にすることができる。その結果としてインバータ主回路のスイッチング損失が低減される効果を奏する。
また、インバータ主回路には出力電流波形が歪まない範囲での低い電圧を供給することが可能となる。従って、インバータ主回路のスイッチング損失を少なくすることができる。
According to such a configuration, a voltage having a value obtained by adding a predetermined constant voltage to the absolute value of the instantaneous value of the system voltage is applied to the inverter main circuit. Therefore, by adjusting a predetermined constant voltage, the switching voltage when the switching element in the inverter main circuit performs the switching operation can be set to a low value without distorting the output current waveform. As a result, the switching loss of the inverter main circuit is reduced.
In addition, a low voltage can be supplied to the inverter main circuit within a range where the output current waveform is not distorted. Therefore, the switching loss of the inverter main circuit can be reduced.
また、請求項2に記載の発明は、外部から供給される直流電力を交流電力に変換し商用電力系統と連系して負荷に供給する系統連系インバータ装置であって、前記直流電力の電圧を変換するDC/DC変換回路と、該DC/DC変換回路の出力する直流電力をスイッチングして交流電力に変換するインバータ主回路と、該インバータ主回路のスイッチング動作を制御するインバータ制御回路と、前記インバータ主回路の出力する交流電流から高調波成分を除去するフィルタ回路と、を備え、前記DC/DC変換回路は、前記商用電力系統の系統電圧の瞬時値の絶対値に予め定めた一定電圧を加えた値の電圧を出力するように構成し、前記インバータ制御回路は位相が前記系統電圧の位相に一致し、振幅は指定された値に一致する電流が前記フィルタ回路より前記商用電力系統に出力されるように前記インバータ主回路を制御し、前記予め定めた一定電圧は、前記系統電圧の波形をVacp・sin(ωt)で表わしたときωtの値がnを整数としてnπ〜(n+1/2)π の範囲では第1の正の一定電圧とし、ωtの値が(n+1/2)π〜(n+1)πの範囲では前記第1の正の一定電圧より小さい第2の正の一定電圧としたことを特徴とする系統連系インバータ装置である。
The invention described in
このような構成によれば、インバータ主回路には系統電圧の瞬時値の絶対値に予め定めた一定電圧を加えた値の電圧が印加される。従って、予め定める一定電圧を調整することでインバータ主回路内のスイッチング素子がスイッチング動作する際におけるそのスイッチ電圧を出力電流波形を歪ませることなく低い値にすることができる。その結果としてインバータ主回路のスイッチング損失が低減される効果を奏する。
そして、系統連系インバータ装置からは力率1.0で電力が出力されるため商用電力系統に効率良く電力を出力することができる。また、請求項1に記載の発明と同様の効果も得られる。
さらに、請求項1に記載の発明と比べ、ωtの値が(n+1/2)π〜(n+1)πの範囲におけるスイッチング損失を更に低減させることができる。
According to such a configuration, a voltage having a value obtained by adding a predetermined constant voltage to the absolute value of the instantaneous value of the system voltage is applied to the inverter main circuit. Therefore, by adjusting a predetermined constant voltage, the switching voltage when the switching element in the inverter main circuit performs the switching operation can be set to a low value without distorting the output current waveform. As a result, the switching loss of the inverter main circuit is reduced.
Since power is output from the grid-connected inverter device at a power factor of 1.0, power can be efficiently output to the commercial power system. The same effect as that of the first aspect of the invention can also be obtained.
Furthermore , compared with the invention according to
また、請求項3に記載の発明は、外部から供給される直流電力を交流電力に変換し商用電力系統と連系して負荷に供給する系統連系インバータ装置であって、前記直流電力の電圧を変換するDC/DC変換回路と、該DC/DC変換回路の出力する直流電力をスイッチングして交流電力に変換するインバータ主回路と、該インバータ主回路のスイッチング動作を制御するインバータ制御回路と、前記インバータ主回路の出力する交流電流から高調波成分を除去するフィルタ回路と、を備え、前記DC/DC変換回路は、前記商用電力系統の系統電圧の瞬時値の絶対値に予め定めた一定電圧を加えた値の電圧を出力するように構成し、前記インバータ制御回路は位相が前記系統電圧の位相に一致し、振幅は指定された値に一致する電流が前記フィルタ回路より前記商用電力系統に出力されるように前記インバータ主回路を制御し、前記DC/DC変換回路は、前記系統電圧は振幅がその定格振幅に等しく位相は実際の系統電圧と同位相になっており、且つ前記フィルタ回路にはその系統電圧と同位相の指定された大きさの電流が流れているとした場合における該フィルタ回路の入力端瞬時電圧の絶対値に、予め定めた一定電圧を加えた値の電圧を出力するように構成してあることを特徴とする系統連系インバータ装置である。 The invention according to claim 3 is a grid-connected inverter device that converts DC power supplied from the outside into AC power and supplies the load to the commercial power grid, the voltage of the DC power being A DC / DC conversion circuit that converts the DC power, an inverter main circuit that switches the DC power output from the DC / DC conversion circuit into AC power, an inverter control circuit that controls the switching operation of the inverter main circuit, A filter circuit that removes harmonic components from the alternating current output from the inverter main circuit, and the DC / DC conversion circuit is a constant voltage predetermined to an absolute value of an instantaneous value of a system voltage of the commercial power system. The inverter control circuit is configured to output a voltage having a value equal to the phase of the grid voltage and a current whose amplitude matches a specified value. Controlling said inverter main circuit so as to be output to the commercial power system from the filter circuit, the DC / DC converter circuit, the system voltage is equal phase amplitude to the nominal amplitude of the actual system voltage having the same phase And the filter circuit has a predetermined constant voltage as the absolute value of the instantaneous voltage at the input end of the filter circuit when a current of a specified magnitude in phase with the system voltage flows through the filter circuit. It is comprised so that the voltage of the value which added may be output, It is the grid connection inverter apparatus characterized by the above-mentioned.
このような構成によれば、インバータ主回路には系統電圧の瞬時値の絶対値に予め定めた一定電圧を加えた値の電圧が印加される。従って、予め定める一定電圧を調整することでインバータ主回路内のスイッチング素子がスイッチング動作する際におけるそのスイッチ電圧を出力電流波形を歪ませることなく低い値にすることができる。その結果としてインバータ主回路のスイッチング損失が低減される効果を奏する。
そして、系統連系インバータ装置からは力率1.0で電力が出力されるため商用電力系統に効率良く電力を出力することができる。また、請求項1に記載の発明と同様の効果も得られる。
さらに、インバータ主回路には出力電流波形を歪ませることのない低い電圧を供給することが可能となる。従って、インバータ主回路内のスイッチング素子がスイッチング動作する際におけるそのスイッチ電圧が更に低い値となるためスイッチング損失を一層低減させることができる。
According to such a configuration, a voltage having a value obtained by adding a predetermined constant voltage to the absolute value of the instantaneous value of the system voltage is applied to the inverter main circuit. Therefore, by adjusting a predetermined constant voltage, the switching voltage when the switching element in the inverter main circuit performs the switching operation can be set to a low value without distorting the output current waveform. As a result, the switching loss of the inverter main circuit is reduced.
Since power is output from the grid-connected inverter device at a power factor of 1.0, power can be efficiently output to the commercial power system. The same effect as that of the first aspect of the invention can also be obtained.
Furthermore , a low voltage that does not distort the output current waveform can be supplied to the inverter main circuit. Accordingly, when the switching element in the inverter main circuit performs the switching operation, the switch voltage becomes a lower value, so that the switching loss can be further reduced.
以下、本発明に係る系統連系インバータ装置の一実施形態について図面を参照して説明する。図1はその系統連系インバータ装置1の構成をブロック図を交えて示したものである。
Hereinafter, an embodiment of a grid-connected inverter device according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a configuration of the grid-connected
系統連系インバータ装置1は、燃料電池、太陽電池等の直流電源11から供給される直流電力を交流電力に変換し、商用電力系統12と連系してその商用電力系統12に接続した負荷に電力を供給するものである。本実施形態の系統連系インバータ装置1は、DC/DC変換回路2、インバータ主回路3、インバータ制御回路4、フィルタ回路5を備えて構成されている。
The grid-connected
DC/DC変換回路2は、高周波インバータ主回路7、高周波変圧器8、整流回路9、平滑化回路10、DC/DC変換制御回路13により構成されている。高周波インバータ主回路7は、フルブリッジに構成された4個のスイッチング素子からなるスイッチング回路である。DC/DC変換制御回路13の制御の下、直流電源11から供給される直流電力をスイッチングして高周波の交流電力に変換する。
The DC /
高周波変圧器8は、高周波インバータ主回路7の出力する高周波交流電力の電圧を変圧して整流回路9に供給する。直流電源11の電圧と商用電力系統12の系統電圧との関係で、高周波変圧器8には昇圧変圧器が使用される場合と降圧変圧器が使用される場合とがある。
The
整流回路9はダイオードブリッジで構成された整流回路で、高周波変圧器8の出力した高周波電流を整流して直流電力に戻す。平滑化回路10は、出力された直流電力の電流、電圧を平滑化する。平滑化回路10はリアクトルL1とコンデンサC1により構成され、コンデンサC1は出力側に接続されている。コンデンサC1の両端がDC/DC変換回路2の出力端子であり、その間の電圧VdcがDC/DC変換回路2の出力電圧Vdcである。
The
DC/DC変換制御回路13には、その出力電圧Vdcと、商用電力系統12の系統電圧Vacが入力されている。DC/DC変換制御回路13は、系統電圧Vacを基に後述するロジックと回路構成により出力電圧Vdcの目標値Vdcsを決定し、出力電圧Vdcがその目標値Vdcsに一致するように高周波インバータ主回路7を制御する。
The output voltage Vdc and the system voltage Vac of the
DC/DC変換回路2の出力する直流電力はインバータ主回路3に供給される。インバータ主回路3は4個のスイッチング素子からなるスイッチング回路で、インバータ制御回路4の制御の下、DC/DC変換回路2から供給される直流電力をスイッチングしてPWM変調された交流電力に変換する。PWM変調された交流電力の基本周波数は商用電力系統12の周波数に等しくなるように制御される。
The DC power output from the DC /
PWM変調された交流電流はフィルタ回路5に供給される。フィルタ回路5はリアクトルL2とコンデンサC2とからなるローパスフィルタで、インバータ主回路3が出力する電流に含まれる高調波電流を減衰、除去して商用電力系統12に供給する。
The PWM-modulated alternating current is supplied to the filter circuit 5. The filter circuit 5 is a low-pass filter including a reactor L2 and a capacitor C2, and attenuates and removes harmonic currents included in the current output from the inverter main circuit 3, and supplies the attenuated harmonic current to the
インバータ制御回路4には、インバータ主回路3の出力電流Iinv 、商用電力系統12へ出力する出力電流Iacの振幅目標値Iacps、出力電流Iacと商用電力系統12の系統電圧Vacの位相差目標値θsが入力されている。位相差目標値θsは多くの場合ゼロとされ、系統電圧Vacの位相に一致した出力電流Iacが商用電力系統12に出力される。インバータ主回路3の出力電流Iinv は、フィルタ回路5の入力側に取り付けた変流器15により検出される。
The
インバータ制御回路4は、インバータ主回路3のスイッチング動作を調整することにより出力電流Iinvの波形を制御する。目標とする波形は、系統電圧Vacの周波数と同一周波数で正弦波状に変化し、振幅は振幅目標値Iacpsに等しく、系統電圧Vacとの位相差は位相差目標値θsに一致する波形である。
The
そのような制御を行なうインバータ制御回路4の構成例を図2にブロック図で示す。系統電圧Vacは、ゼロクロス検出回路21に入力されて電圧がゼロとなるタイミング(以下、ゼロクロスのタイミングという。)が検出される。検出されたゼロクロスのタイミング信号はPLL発振回路22に入力される。PLL発振回路22には、外部から与えられる位相差目標値θsも入力される。PLL発振回路22は入力されたゼロクロスのタイミングに基づき、系統電圧Vacよりも位相差目標値θsだけ位相が進んだ単位振幅の正弦波sin(ωt+θs)を発振により生成する。
A configuration example of the
単位正弦波sin(ωt+θs)は、外部から与えられる出力電流振幅目標値Iacpsと掛算回路23で掛算され、出力電流目標値Iinvs(=Iacps・sin(ωt+θs))が生成される。この出力電流目標値Iinvsは、減算回路24においてインバータ主回路3の出力電流Iinvと比較され、偏差ΔIが算出される。偏差ΔIはPI演算回路25で比例積分演算され、演算結果として略正弦波の電圧が出力される。
The unit sine wave sin (ωt + θs) is multiplied by the output current amplitude target value Iacps given from the outside by the
略正弦波の出力電圧は、第1、第2のPWM比較回路26、27において三角波生成回路28が出力する高い周波数の三角波電圧と比較される。第1のPWM比較回路26では、正方向に振れる三角波と比較される。その出力からは略正弦波電圧の正電圧部分の波形をPWM変調した信号が出力される。第2のPWM比較回路27では、負方向に振れる三角波と比較される。その出力からは略正弦波電圧の負電圧部分の波形をPWM変調した信号が出力される。第1のPWM比較回路26の出力信号は電圧レベル変換されてインバータ主回路3内のスイッチング素子Q5、Q8を駆動する。第2のPWM比較回路27の出力信号は電圧レベル変換されてインバータ主回路3内のスイッチング素子Q6、Q7を駆動する。 The substantially sine wave output voltage is compared with the high frequency triangular wave voltage output from the triangular wave generating circuit 28 in the first and second PWM comparison circuits 26 and 27. The first PWM comparison circuit 26 compares the triangular wave that swings in the positive direction. From the output, a signal obtained by PWM modulating the waveform of the positive voltage portion of the approximately sine wave voltage is output. In the second PWM comparison circuit 27, a comparison is made with a triangular wave that swings in the negative direction. From the output, a signal obtained by PWM-modulating the waveform of the negative voltage portion of the approximately sine wave voltage is output. The output signal of the first PWM comparison circuit 26 is voltage level converted to drive the switching elements Q5 and Q8 in the inverter main circuit 3. The output signal of the second PWM comparison circuit 27 is voltage level converted to drive the switching elements Q6 and Q7 in the inverter main circuit 3.
インバータ主回路3は、インバータ制御回路4が出力するこのような駆動信号に従ってその入力電圧である直流電圧Vdcをスイッチングする。その結果としてインバータ主回路3からはPWM変調された略正弦波の出力電圧Vinvが出力され、フィルタ回路5に入力される。フィルタ回路5に略正弦波電圧Vinvが印加されることにより、フィルタ回路5には略正弦波電流Iinv(インバータ主回路3の出力電流でもある。)が流れる。
The inverter main circuit 3 switches the DC voltage Vdc that is the input voltage in accordance with such a drive signal output from the
図2のブロック図で分かるようにインバータ主回路3の出力電流Iinvは、正弦波である出力電流目標値Iinvs(=Iacps・sin(ωt+θs))に一致するようにフィードバック制御されている。従って、出力電流Iinvは正弦波になるべきである。しかし、インバータ主回路3の出力電圧VinvがPWM変調された電圧であるため、きれいな正弦波形とはならず高調波成分を含んだ略正弦波形となる。しかしフィードバック制御されているため出力電流Iinvは、基本角周波数は系統電圧Vacの角周波数ω(=2πf、fは系統電圧Vacの周波数)に一致し、振幅は出力電流振幅目標値Iacpsにほぼ一致し、系統電圧Vacに対する位相差は位相差目標値θsにほぼ一致した波形となる。 As can be seen from the block diagram of FIG. 2, the output current Iinv of the inverter main circuit 3 is feedback-controlled so as to coincide with the output current target value Iinvs (= Iacps · sin (ωt + θs)) which is a sine wave. Therefore, the output current Iinv should be a sine wave. However, since the output voltage Vinv of the inverter main circuit 3 is a PWM-modulated voltage, it does not have a clean sine waveform but a substantially sine waveform including harmonic components. However, since feedback control is performed, the output current Iinv has a basic angular frequency that matches the angular frequency ω (= 2πf, f is the frequency of the system voltage Vac) of the system voltage Vac, and the amplitude is substantially equal to the output current amplitude target value Iacps. In addition, the phase difference with respect to the system voltage Vac has a waveform that substantially matches the phase difference target value θs.
次に、本実施形態の系統連系インバータ装置1に特有の動作について説明する。「背景技術」で述べたように従来の系統連系インバータ装置では、インバータ主回路3に供給される入力直流電圧Vdcの値は系統電圧Vacの振幅より高い一定電圧に制御される。これに対して本実施形態の系統連系インバータ装置1では、系統電圧Vacの1周期内の変動に合わせて入力直流電圧Vdcの値をダイナミックに変化させ、それによりインバータ主回路3内のスイッチング損失の低減を図る。
Next, operations unique to the grid
前述したようにフィルタ回路5に流れる出力電流Iinvは高調波成分を含むが、その高調波成分はフィルタ回路5にて減衰、除去される。そして、その基本波(周波数が系統電圧Vacの周波数fに等しい正弦波。)成分の電流のみが系統連系インバータ装置1の出力電流Iacとして商用電力系統12に供給される。通常、フィルタ回路5のコンデンサC2に流れる基本波電流成分は小さくなるように設計されるので、その値を無視することにする。すると、インバータ主回路3の出力電流Iinvに含まれる基本波電流と、系統連系インバータ装置1の出力電流Iacとは一致した電流となる。
As described above, the output current Iinv flowing through the filter circuit 5 includes harmonic components, but the harmonic components are attenuated and removed by the filter circuit 5. Only the current of the fundamental wave component (the sine wave whose frequency is equal to the frequency f of the system voltage Vac) component is supplied to the
フィルタ回路5に周波数fの基本波電流Iacのみが流れた場合におけるフィルタ回路5の入力端電圧をVdacとする(高調波を含むインバータ主回路3の出力電圧はVinvである。)。リアクトルL2の抵抗分は小さいとして無視し、そのインダクタンスをLとする。すると、基本波電流Iacのみが流れたとした場合のフィルタ回路5の入力電圧Vdacは次のように計算される。
Vdac=Vac+jωL・Iac (1)式
右辺のjωL・Iac(jは複素数)はリアクトルL2における電圧降下分であり、基本波電流Iacに対して位相がπ/2だけ進んでいる。
The input terminal voltage of the filter circuit 5 when only the fundamental wave current Iac having the frequency f flows through the filter circuit 5 is Vdac (the output voltage of the inverter main circuit 3 including the harmonics is Vinv). The resistance of reactor L2 is neglected because it is small, and its inductance is L. Then, the input voltage Vdac of the filter circuit 5 when only the fundamental wave current Iac flows is calculated as follows.
Vdac = Vac + jωL · Iac (1) jωL · Iac (j is a complex number) on the right side of the equation is a voltage drop in the reactor L2, and the phase is advanced by π / 2 with respect to the fundamental current Iac.
基本波電流Iacの位相が系統電圧Vacの位相に一致するように制御された場合について(1)式をベクトル図にすると図3のようになる。基本波電流Iacに対するフィルタ回路5の入力電圧Vdacは、系統電圧Vacより位相がθだけ進んだ電圧となる。位相差θは図3より次式で計算される。
θ=arctan(ωL・Iacp/Vacp) (2)式
ここに、Iacpは基本波電流(系統連系インバータ装置1の出力電流)Iacの振幅、Vacpは系統電圧Vacの振幅である。
When the phase of the fundamental wave current Iac is controlled so as to coincide with the phase of the system voltage Vac, formula (1) is converted into a vector diagram as shown in FIG. The input voltage Vdac of the filter circuit 5 with respect to the fundamental current Iac is a voltage whose phase is advanced by θ from the system voltage Vac. The phase difference θ is calculated by the following equation from FIG.
θ = arctan (ωL · Iacp / Vacp) (2) where Iacp is the amplitude of the fundamental current (output current of the grid-connected inverter device 1) Iac, and Vacp is the amplitude of the system voltage Vac.
系統電圧Vacの瞬時値をVacp・sin(ωt)と表わす。基本波電流Iacの位相を系統電圧Vacの位相に一致させた場合についてVac、Iac、リアクトルL2における電圧降下jωL・Iac、Vdacの波形を描くと図4の(1)に示すようになる。 The instantaneous value of the system voltage Vac is expressed as Vacp · sin (ωt). When the phase of the fundamental wave current Iac is made to coincide with the phase of the system voltage Vac, the waveforms of the voltage drops jωL · Iac and Vdac in the reactor L2 are drawn as shown in (1) of FIG.
フィルタ回路5に基本波電流Iacを流した場合、(1)式で計算されるフィルタ回路5の入力端電圧Vdacは図4の(1)の曲線Vdacように変化する。このことは裏返すと、フィルタ回路5の入力端に図中の曲線Vdacのように変化する電圧を印加すると、フィルタ回路5には図中に示す基本波電流Iacが流れ、その電流が系統連系インバータ装置1の出力電流Iacとなって商用電力系統12に流出することを意味する。即ち、商用電力系統12に出力電流Iacを供給するにはフィルタ回路5の入力端に図中の曲線Vdacのように変化する電圧を印加してやればよい。
When the fundamental wave current Iac is passed through the filter circuit 5, the input terminal voltage Vdac of the filter circuit 5 calculated by the equation (1) changes as shown by a curve Vdac in (1) of FIG. In other words, when a voltage changing as shown by the curve Vdac in the figure is applied to the input terminal of the filter circuit 5, the fundamental current Iac shown in the figure flows in the filter circuit 5, and the current is connected to the grid connection. It means that the output current Iac of the
但し、図4の(1)の曲線Vdacは、商用電力系統12に系統電圧Vacと同相の出力電流Iacを出力させる場合の電圧波形であって、同相でない電流を出力させる場合の電圧Vdacは図4の(1)の曲線Vdacとは振幅、位相共に少し異なった値となる。そのような場合の電圧Vdacも(1)式で計算される。
However, the curve Vdac in (1) of FIG. 4 is a voltage waveform when the
電圧Vdacは、インバータ主回路3の出力電圧として生成する必要がある。インバータ主回路3の出力に正電圧を出力させる場合には、スイッチング素子Q5、Q8はON、Q6、Q7はOFFさせる。負電圧を出力させる場合には、スイッチング素子Q5、Q8はOFF、Q6、Q7はONさせる。従って、インバータ主回路3には、何時も正の直流電圧を供給しておけばよい。 The voltage Vdac needs to be generated as the output voltage of the inverter main circuit 3. When outputting a positive voltage to the output of the inverter main circuit 3, the switching elements Q5 and Q8 are turned on, and Q6 and Q7 are turned off. When outputting a negative voltage, the switching elements Q5 and Q8 are turned off and Q6 and Q7 are turned on. Therefore, a positive DC voltage may be supplied to the inverter main circuit 3 at any time.
前記(1)式を満足させる図4の(1)に示す電圧Vdacをインバータ主回路3から出力させるためにインバータ主回路3に印加しておかなければならない電圧の最小値は、スイッチング素子Q5〜Q8における電圧降下をゼロと仮定すると図4の(2)に示すような電圧となる。図4の(2)の曲線は、図4の(1)に示す電圧Vdacの瞬時値の絶対値|Vdac|を表わす曲線である。 The minimum value of the voltage that must be applied to the inverter main circuit 3 in order to output the voltage Vdac shown in (1) of FIG. 4 satisfying the expression (1) from the inverter main circuit 3 is the switching element Q5. Assuming that the voltage drop at Q8 is zero, the voltage is as shown in (2) of FIG. The curve (2) in FIG. 4 is a curve representing the absolute value | Vdac | of the instantaneous value of the voltage Vdac shown in (1) in FIG.
インバータ主回路3に図4の(2)に示すように変化する電圧|Vdac|を印加し、電圧Vdacが正の期間、例えば角周波数(−θ)〜(π−θ)の期間にはスイッチング素子Q5、Q8はON、Q6、Q7はOFFさせる。電圧Vdacが負の期間、例えば角周波数(π−θ)〜(2π−θ)の期間にはスイッチング素子Q5、Q8はOFF、Q6、Q7はONさせる。そのように動作させればインバータ主回路3からは図4の(1)の曲線Vdacのように変化する電圧Vdacが出力される。そのような電圧Vdacがフィルタ回路5に入力されると、フィルタ回路5には図4の(1)の曲線Iacのように変化する正弦波電流Iacが流れる。そして、その電流が商用電力系統12に出力電流Iacとして供給される。
A voltage | Vdac | which changes as shown in (2) of FIG. 4 is applied to the inverter main circuit 3, and switching is performed when the voltage Vdac is positive, for example, during a period of angular frequency (−θ) to (π−θ). Elements Q5 and Q8 are turned on, and Q6 and Q7 are turned off. The switching elements Q5 and Q8 are turned off and Q6 and Q7 are turned on during a period when the voltage Vdac is negative, for example, during a period of angular frequency (π−θ) to (2π−θ). If operated in this way, the inverter main circuit 3 outputs a voltage Vdac that changes as indicated by the curve Vdac in FIG. When such a voltage Vdac is input to the filter circuit 5, a sine wave current Iac that changes as indicated by a curve Iac in FIG. Then, the current is supplied to the
上記は、コンデンサC2に流れる周波数f成分の電流、リアクトルL2の直流抵抗、スイッチング素子Q5〜Q8の導通抵抗を何れもゼロと仮定した理想状態の場合の説明である。実際の回路では、それらの電流、直流抵抗、導通抵抗の影響を考慮する必要がある。従って、インバータ主回路3に与える直流電圧Vdcの値は、図4の(2)に示す波形の電圧|Vdac|にそうした電圧降下を考慮して予め定めた正の一定電圧ΔVを加えた値(|Vdac|+ΔV)、又はそれを僅かに上回る値とする。一定電圧ΔVの値は、例えば指定された大きさの出力電流Iacが流れた場合におけるフィルタ回路5における電圧降下の瞬時最大値と、インバータ主回路3のスイッチング素子における電圧降下の最大値との和を下回らない値とする。 The above is an explanation of the ideal state assuming that the current of the frequency f component flowing in the capacitor C2, the DC resistance of the reactor L2, and the conduction resistances of the switching elements Q5 to Q8 are all zero. In an actual circuit, it is necessary to consider the influence of these currents, DC resistance, and conduction resistance. Therefore, the value of the DC voltage Vdc applied to the inverter main circuit 3 is a value obtained by adding a positive constant voltage ΔV predetermined in consideration of such a voltage drop to the voltage | Vdac | of the waveform shown in (2) of FIG. | Vdac | + ΔV), or a value slightly higher than that. The value of the constant voltage ΔV is, for example, the sum of the instantaneous maximum value of the voltage drop in the filter circuit 5 and the maximum value of the voltage drop in the switching element of the inverter main circuit 3 when an output current Iac having a specified magnitude flows. The value shall not be less than.
そのようにしておいてインバータ制御回路4にはインバータ主回路3の出力電流目標値Iinvsを次のように決めて与える。Iacps、θs=0の値を目標値として与える。
Iinvs=Iac=Iacps・sin(ωt+θs) (3)式
Iacpsは振幅目標値、θsは系統電圧Vacとの位相差目標値で多くの場合、ゼロとされる。また、この場合のIacは商用電力系統12に出力する目標電流である。Iacpsとθsの値を目標値として与えると、インバータ制御回路4は図2に示した制御ロジックによりインバータ主回路3の出力電流Iinvを目標電流Iinvs=Iacに一致させるようなフィードバック制御を行なう。
In that way, the output current target value Iinvs of the inverter main circuit 3 is determined and given to the
Iinvs = Iac = Iacps · sin (ωt + θs) (3) Expression Iacps is an amplitude target value, and θs is a phase difference target value with respect to the system voltage Vac, which is often zero. In this case, Iac is a target current output to the
ところで、インバータ主回路3に与える直流電圧Vdc=(|Vdac|+ΔV)における予め定めた一定電圧ΔVが前述したフィルタ回路5とインバータ主回路3における実際の電圧降下の瞬時値より大きいと、出力電流Iinvは目標電流Iinvs=Iacより大きくなろうとする。するとインバータ制御回路4は電流フィードバックによりそれを察知し、インバータ主回路3に入力直流電圧VdcをPWM変調するスイッチング動作を開始させて出力電流Iinvが目標電流Iinvs=Iacから外れることを抑えようとする。インバータ主回路3がPWM変調のためのスイッチング動作を開始すると、インバータ主回路3の出力電圧Vinvは高調波を含む略正弦波電圧となる。そのため、インバータ主回路3の出力電流でありフィルタ回路5の入力電流でもある電流Iinvは、高調波を含む略正弦波電流となる。
By the way, if the predetermined constant voltage ΔV in the DC voltage Vdc = (| Vdac | + ΔV) applied to the inverter main circuit 3 is larger than the instantaneous value of the actual voltage drop in the filter circuit 5 and the inverter main circuit 3, the output current Iinv tends to be larger than the target current Iinvs = Iac. Then, the
このようにインバータ制御回路4はフィードバック制御により出力電流Iinvを正弦波目標電流Iinvs=Iacに一致させようとするが、インバータ主回路3の動作がPWM変調のためのスイッチング動作であるため出力電流Iinvには高調波成分が含まれる。出力電流Iinv中の高調波成分はフィルタ回路5にて除去され、商用電力系統12には出力電流Iinvの基本波成分であり目標電流でもある正弦波電流Iacが出力される。
Thus, the
ここで、フィルタ回路5で除去される高調波電流成分は、リアクトルL2の両端に電圧を発生させる。従って、インバータ主回路3に与える前記の直流電圧Vdc=(|Vdac|+ΔV)における一定電圧ΔVの値には、高調波電流成分によりリアクトルL2の両端に発生する電圧をも考慮する必要がある。 Here, the harmonic current component removed by the filter circuit 5 generates a voltage at both ends of the reactor L2. Therefore, the value of the constant voltage ΔV in the DC voltage Vdc = (| Vdac | + ΔV) given to the inverter main circuit 3 needs to consider the voltage generated at both ends of the reactor L2 due to the harmonic current component.
また、インバータ主回路3に与える直流電圧Vdc=(|Vdac|+ΔV)は、DC/DC変換回路2にて発生させる。DC/DC変換回路2の出力電圧Vdcは、DC/DC変換制御回路13によるフィードバック制御により制御される。制御には遅れや進みがつきものである。従って、直流電圧Vdcの生成するDC/DC変換回路2に与える出力電圧目標値Vdcsとしては、制御の遅れや進みも考慮した値を与える必要がある。
The DC voltage Vdc = (| Vdac | + ΔV) applied to the inverter main circuit 3 is generated by the DC /
こうしたことからDC/DC変換回路2には、ΔVの値を決める際に考慮した電圧降下の他に、上述の高調波電流成分によるリアクトルL2での電圧降下、制御の遅れ/進み、その他の制御誤差等を考慮に入れて次式で表わされるような電圧を出力電圧目標値Vdcsとして与える必要がある。
For this reason, in addition to the voltage drop considered when determining the value of ΔV, the DC /
出力電圧目標値Vdcs=(|Vdac|+ΔV1)、 但し、ΔV1>ΔV (4)式
このような(4)式で計算される電圧Vdcsが出力されるようにDC/DC変換回路2を動作させ、インバータ制御回路4には(3)式の電流を目標値として動作させれば、商用電力系統12へ目標とする正弦波電流Iinvs=Iacを出力させることができる。その場合、インバータ主回路3の出力電圧Vinv中の基本波成分は系統電圧Vacに等しくなる。
Output voltage target value Vdcs = (| Vdac | + ΔV1) However, ΔV1> ΔV (4) Equation (4) The DC /
ところで(4)式中の電圧|Vdac|は、例えば図4の(2)に示すように変化する電圧である。その値は、時間的に変化し系統電圧Vacの電圧変動によって振幅は変化する。また、系統電圧Vacに対して位相差を持ち、その位相差も電圧変動によって僅かではあるが変化する。従って、(4)式で計算される出力電圧目標値Vdcsを厳密に計算して生成させることは簡単ではない。 Incidentally, the voltage | Vdac | in the equation (4) is a voltage that changes as shown in (2) of FIG. 4, for example. The value changes with time, and the amplitude changes with voltage fluctuation of the system voltage Vac. Further, there is a phase difference with respect to the system voltage Vac, and the phase difference also changes slightly due to voltage fluctuation. Therefore, it is not easy to generate the output voltage target value Vdcs calculated by the equation (4) by strictly calculating it.
そこで、実際の回路では|Vdac|の値は近似計算により求める。その代わりΔV1の値は、その近似計算による誤差をも考慮に入れて決める。そのように求め、決定した2つの値を加算して、(4)式により厳密に計算した値を下回らない出力電圧目目標値Vdcsを決める。そして、DC/DC変換回路2の出力電圧Vdcがその値に一致するようにDC/DC変換制御回路13により高周波インバータ主回路7を制御する。
Therefore, in an actual circuit, the value of | Vdac | is obtained by approximate calculation. Instead, the value of ΔV1 is determined taking into account the error due to the approximate calculation. The two values thus determined and added are added to determine the output voltage target value Vdcs that is not less than the value strictly calculated by equation (4). The high-frequency inverter main circuit 7 is controlled by the DC / DC
以下、そのような近似計算を採用してDC/DC変換回路2の出力電圧Vdcを制御し、商用電力系統12へ目標とする正弦波電流Iinvs=Iacを出力させる実際的な制御方法を実施形態に分けて説明する。
Hereinafter, a practical control method for adopting such approximate calculation to control the output voltage Vdc of the DC /
(第1の実施形態)
DC/DC変換回路2の出力電圧目標値Vdcsを計算する(4)式中の電圧Vdacは(1)式により計算される。目標とする正弦波出力電流IacによるリアクトルL2の電圧降下が大きくては効率が悪いため、その電圧降下jωL・Iacは系統電圧Vacに比べて小さくなるように設計される。ωL・Iacp(Iacpは出力電流Iacの振幅)の値は、通常、系統電圧Vacの振幅Vacpの3%程度とされる。従って、(1)式を次のように近似する。
Vdac≒Vac (5)式
すると、(4)式は次のようになる。
出力電圧目標値Vdcs≒(|Vac|+ΔV1) (6)式
(First embodiment)
The voltage Vdac in the equation (4) for calculating the output voltage target value Vdcs of the DC /
Vdac≈Vac (5) Equation (4) becomes as follows.
Output voltage target value Vdcs≈ (| Vac | + ΔV1) (6)
(6)式で計算したVdcsの値が(4)式で計算したVdcsを下回ることのないように、近似による誤差を考慮してVdcsを次のように決める。 Vdcs is determined as follows in consideration of errors due to approximation so that the value of Vdcs calculated by equation (6) does not fall below Vdcs calculated by equation (4).
出力電圧目標値Vdcs=|Vac|+ΔV2>|Vdac|+ΔV1 (7)式
ΔV2の値は計算で決めることもできるし、実験的に決めることもできる。ΔV2の値を大きくし過ぎるとスイッチング損失の低減効果が小さくなるので、できる限り小さい値に決める。
Output voltage target value Vdcs = | Vac | + ΔV2> | Vdac | + ΔV1 (7) The value of the equation ΔV2 can be determined by calculation or experimentally. If the value of ΔV2 is too large, the effect of reducing the switching loss is reduced, so the value is determined as small as possible.
図5は、(7)式を使用した制御を実現するためのDC/DC変換制御回路13の構成例である。系統電圧Vacを整流回路30で整流して電圧|Vac|を生成する。次に加算器31で電圧|Vac|に、予め決めた一定電圧ΔV2を加えて(7)式の出力電圧目標値Vdcsを算出する。その後、そして出力電圧Vdcが目標値Vdcsに一致するようにフィードバック制御を行なう。
FIG. 5 is a configuration example of the DC / DC
フィードバック制御は、最初に減算器32にて目標値Vdcsと出力電圧Vdcとの偏差ΔVを算出する。偏差ΔVはPI演算回路33に入力して比例積分の演算を行なう。こうして求めた演算結果により高周波インバータ主回路7内のスイッチング素子Q1〜Q4を駆動するPWM変調されたゲート駆動信号をPWMゲート駆動信号生成回路34にて生成する。そして、その出力するゲート駆動信号にて高周波インバータ主回路7内のスイッチング素子Q1〜Q4を制御する。こうした制御によりDC/DC変換回路2の出力電圧Vdcは、(7)式で計算される出力電圧目標値Vdcsに一致するようになる。
In the feedback control, first, the
一方、インバータ制御回路4には、インバータ主回路3の出力電流Iinvを目標とする正弦波電流Iinvs=Iacに一致させるようなフィードバック制御を行なわせる。その制御は、目標電流Iinvsを、
Iinvs=Iac=Iacps・sin(ωt+θs) (8)式
のように決め、振幅目標値Iacps、位相差目標値θsを図2に示したインバータ制御回路4に入力してやればよい。位相差目標値θsは任意の値でよいが、ゼロとされる場合が多い。
On the other hand, the
Iinvs = Iac = Iacps · sin (ωt + θs) It is determined as shown in the equation (8), and the amplitude target value Iacps and the phase difference target value θs may be input to the
図6は、位相差目標値θsをゼロとした場合の系統電圧Vacの絶対値|Vac|、(8)式に従い制御された出力電流Iac、(1)式によるVdacの絶対値|Vdac|、(7)式の出力電圧目標値Vdcsにより制御されたDC/DC変換回路2の出力電圧(インバータ主回路3の入力直流電圧)Vdcの波形を表わしたものである。
6 shows the absolute value | Vac | of the system voltage Vac when the phase difference target value θs is zero, the output current Iac controlled according to the equation (8), the absolute value of Vdac | Vdac | according to the equation (1), 7 shows the waveform of the output voltage (input DC voltage of the inverter main circuit 3) Vdc of the DC /
図6で明らかなようにインバータ主回路3の入力直流電圧Vdcと系統電圧Vacの絶対値|Vac|との差電圧は、インバータ主回路3に系統電圧Vacのピーク電圧より高い一定電圧を印加する従来技術の場合と比べて大幅に小さくなる。この差電圧が小さいことは、インバータ主回路3内のスイッチング素子Q5〜Q8がON/OFFする際にスイッチング素子に印加されている電圧を低いことを意味する。スイッチングする際の印加電圧が小さければスイッチングする際に発生する電力損失も少なくなる。このようなことから、本実施形態の系統連系インバータ装置1は、スイッチング損失を大幅に減少させる効果を奏する。
As apparent from FIG. 6, the difference voltage between the input DC voltage Vdc of the inverter main circuit 3 and the absolute value | Vac | of the system voltage Vac applies a constant voltage higher than the peak voltage of the system voltage Vac to the inverter main circuit 3. Compared to the case of the prior art, it is significantly smaller. The small difference voltage means that the voltage applied to the switching element when the switching elements Q5 to Q8 in the inverter main circuit 3 are turned on / off is low. If the applied voltage at the time of switching is small, the power loss that occurs when switching is also reduced. For this reason, the grid
(第2の実施形態)
本実施形態は、系統連系インバータ装置1から商用電力系統12へ出力する出力電流Iacの位相を系統電圧Vacの位相と一致させる場合に限った実施形態である。位相を一致させるために図2に示したインバータ制御回路4には、位相差目標値θsとしてゼロを、出力電流Iacの振幅Iacpsとして目標振幅値を与えて出力電流Iacの制御を行なわせる。
(Second Embodiment)
This embodiment is an embodiment limited to the case where the phase of the output current Iac output from the grid
第1の実施形態で説明した制御方法において位相差目標値θsをゼロとした場合の系統電圧Vacの絶対値|Vac|、出力電流Iac、(1)式によるVdacの絶対値|Vdac|、(7)式により制御されたインバータ主回路3の入力直流電圧Vdcの波形は図6に示したものであった。この図6の波形を見ると、Vdacの絶対値|Vdac|の位相は系統電圧Vacの絶対値|Vac|の位相よりθだけ進んでいる。直流電圧Vdcの波形は|Vac|に一定値ΔV2を加えたものを基準としているため|Vac|と同位相である。従って、絶対値|Vdac|の位相は直流電圧Vdcに対しても位相がθだけ進んでいる。このため、直流電圧Vdcと絶対値|Vdac|との差電圧は、|Vac|の1周期波形の前半(例えば、角周波数が0〜π/2の範囲)では小さく、後半(例えば、角周波数がπ/2〜πの範囲)では大きくなっている。 In the control method described in the first embodiment, when the phase difference target value θs is zero, the absolute value | Vac | of the system voltage Vac, the output current Iac, and the absolute value of Vdac | Vdac | The waveform of the input DC voltage Vdc of the inverter main circuit 3 controlled by the equation 7) is shown in FIG. In the waveform of FIG. 6, the phase of the absolute value | Vdac | of Vdac is advanced by θ from the phase of the absolute value | Vac | of system voltage Vac. The waveform of the DC voltage Vdc is in phase with | Vac | because it is based on a value obtained by adding a constant value ΔV2 to | Vac |. Therefore, the phase of the absolute value | Vdac | is advanced by θ with respect to the DC voltage Vdc. For this reason, the difference voltage between the DC voltage Vdc and the absolute value | Vdac | is small in the first half (for example, the angular frequency is in the range of 0 to π / 2) of the one-cycle waveform of | Vac | In the range of π / 2 to π).
第1の実施形態では(7)式の等号式を使用して直流電圧Vdcを(|Vac|+ΔV2)となるように制御したが、本来は(7)式の不等号の式が示すように直流電圧Vdcは(|Vdac|+ΔV1)より大きければよい 。従って、第1の実施形態の制御方法を変形し、(7)式の不等号の式が常に成立していることを条件に、絶対値|Vac|の1周期波形の後半においてはΔV2の値を1周期波形の前半より小さい値にして直流電圧Vdcの値を制御してもよい。 In the first embodiment, the equality equation (7) is used to control the DC voltage Vdc to be (| Vac | + ΔV2). However, as shown by the inequality equation (7), The DC voltage Vdc may be larger than (| Vdac | + ΔV1). Accordingly, the control method of the first embodiment is modified, and the value of ΔV2 is set to the second half of the one-period waveform of the absolute value | Vac | on the condition that the inequality expression of the expression (7) always holds. The value of the DC voltage Vdc may be controlled to a value smaller than the first half of the one-cycle waveform.
本実施形態ではそのような制御を行なうために、ΔV2の値を|Vac|の1周期波形の前半ではΔV21、後半ではΔV22として、ΔV21>ΔV22となるように決める。そして、|Vac|の1周期波形の前半では出力電圧目標値Vdcsを(|Vac|+ΔV21)、後半では(|Vac|+ΔV22)として制御を行なう。そのように制御すれば、ΔV2の値をΔV21の一定値にする場合よりも1周期波形の後半部分でのスイッチング損失を減少させることができる。そのように制御した場合におけるインバータ主回路3の入力直流電圧Vdcの波形を図7の曲線Vdcに示す。 In this embodiment, in order to perform such control, the value of ΔV2 is determined to be ΔV21 in the first half of the one-cycle waveform of | Vac | and ΔV22 in the second half so that ΔV21> ΔV22. Then, the control is performed with the output voltage target value Vdcs being (| Vac | + ΔV21) in the first half of the one-cycle waveform of | Vac |, and (| Vac | + ΔV22) in the second half. With such control, it is possible to reduce the switching loss in the second half of the one-cycle waveform compared to the case where the value of ΔV2 is set to a constant value of ΔV21. The waveform of the input DC voltage Vdc of the inverter main circuit 3 in such a control is shown by a curve Vdc in FIG.
その図7の曲線Vdcに示す波形の直流電圧Vdcを出力させるためのDC/DC変換制御回路13の構成例を図8に示す。このDC/DC変換制御回路13aでは、最初に系統電圧Vacを整流回路41に入力してその絶対値|Vac|を取り出し、加算器31に入力する。それと並行して絶対値|Vac|の1周期波形の前半と後半を識別する信号を生成するために、絶対値|Vac|を微分回路42に入力してその微分値を取り出す。次にその微分値を比較回路43にてゼロVと比較する。すると比較回路43の出力からは、絶対値|Vac|の1周期波形の前半部分では正の電圧、後半部分ではゼロVとなる矩形波が出力される。
FIG. 8 shows a configuration example of the DC / DC
比較回路43の出力にてアナログスイッチ44を開閉し、出力が正の電圧の場合にはΔV21の電圧を加算器31に入力する。一方、比較回路43の出力をインバータ回路46で反転した信号でアナログスイッチ45を開閉し、出力がゼロVの場合にΔV22の電圧を加算器31に入力する。このようにΔV21とΔV22の切り換えを行なうことにより加算器31からは、絶対値|Vac|の1周期波形の前半部分では(|Vac|+ΔV21)の電圧が、後半部分では(|Vac|+ΔV22)の電圧が出力される。
The
その後は、(|Vac|+ΔV21)及び(|Vac|+ΔV22)を目標電圧として、第1の実施形態の場合と同様の回路構成によるフィードバック制御によりDC/DC変換回路2の出力電圧Vdcをその目標電圧に一致させる。このようにすることで、DC/DC変換回路2には図7の曲線Vdcに示す波形の直流電圧Vdcを出力させることができる。そして、そのように制御すれば絶対値|Vac|の1周期波形の後半部分における直流電圧Vdcと系統電圧Vacの絶対値|Vac|との差が小さくなるため、ΔV2の値を全周期に渡り一定値ΔV21に維持する場合に比べてスイッチング損失を減少させることができる。
Thereafter, (| Vac | + ΔV21) and (| Vac | + ΔV22) are set as target voltages, and the output voltage Vdc of the DC /
(第3の実施形態)
第1、第2の実施形態では系統電圧Vacと(1)式で計算される電圧Vdacの位相差θ (図3参照)を考慮しないで(5)式のように電圧Vdacは系統電圧Vacに等しいと近似した。そして、そのような近似により発生する誤差分は(6)式におけるΔV1の値を決める際に考慮し、近似による誤差が出力電流Iacに影響を与えないようにした。
(Third embodiment)
In the first and second embodiments, without considering the phase difference θ (see FIG. 3) between the system voltage Vac and the voltage Vdac calculated by the expression (1), the voltage Vdac becomes the system voltage Vac as in the expression (5). Approximate to be equal. The error caused by such approximation is taken into account when determining the value of ΔV1 in the equation (6) so that the error due to approximation does not affect the output current Iac.
これに対して本実施形態では(5)式の近似を行なわず、(1)、(4)式に従って直流電圧Vdcの制御を行なう。但し、一定値ΔV1は、前述した高調波電流成分によるフィルタ回路5における電圧降下、DC/DC変換回路2における制御の遅れや進み、その他の制御誤差等も考慮に入れて決めるのとする。また、出力電流Iacの位相は、第2の実施形態の場合と同様に系統電圧Vacの位相に合わせるものとする。
On the other hand, in the present embodiment, the DC voltage Vdc is controlled according to the equations (1) and (4) without approximating the equation (5). However, the constant value ΔV1 is determined in consideration of the voltage drop in the filter circuit 5 due to the above-described harmonic current component, the delay or advance of control in the DC /
このような制御は波形図で説明すると、出力電圧Vdcを図9に示す曲線|Vdac|を一定電圧ΔV1だけ上方に平行移動させた曲線Vdcのように変化させることを意味する。このように変化させればインバータ主回路3のスイッチング素子Q5〜Q8がスイッチングする際のスイッチング素子の印加電圧を第1、第2実施形態の場合よりも小さくすることができ、スイッチング損失を一層低減させることができる。そのような制御を行なわせるためのDC/DC変換制御回路13の構成例を図10に示す。
Such control will be described with reference to the waveform diagram. This means that the output voltage Vdc is changed like a curve Vdc obtained by translating the curve | Vdac | shown in FIG. 9 upward by a constant voltage ΔV1. By changing in this way, the voltage applied to the switching elements when the switching elements Q5 to Q8 of the inverter main circuit 3 are switched can be made smaller than in the first and second embodiments, and the switching loss is further reduced. Can be made. A configuration example of the DC / DC
本実施形態のDC/DC変換制御回路13bでは、(1)式に基づく|Vdac|を算出するためにベクトル演算器51を使用して電圧Vdacの振幅Vdacpと系統電圧Vacに対する位相θを最初に演算する。ベクトル演算器51には出力電流Iacの振幅目標値Iacpと、系統電圧Vacの振幅定格値Vacpを入力する。振幅定格値Vacpとしては、変動を考慮して予想される振幅最大値を使用してもよい。ベクトル演算器51は(1)式の関係から電圧Vdacの振幅Vdacpと系統電圧Vacに対する位相θを算出する。位相θは前記(2)式で計算でき、振幅Vdacpは次式で計算できる。
Vdacp=(Vacp2+(ωL・Iacp)2)1/2 (9)式
In the DC / DC
Vdacp = (Vacp 2 + (ωL · Iacp) 2 ) 1/2 Equation (9)
一方、実際の系統電圧Vacを検出してゼロクロス検出回路52に入力し、電圧がゼロとなるゼロクロスのタイミングを検出する。検出したゼロクロスのタイミング信号はPLL発振回路53に入力する。PLL発振回路53にはベクトル演算器51にて算出した位相θも入力する。PLL発振回路53は入力されたゼロクロスのタイミングに基づき系統電圧Vacよりも位相θだけ進んだ単位振幅の正弦波sin(ωt+θ)を発振により生成する。
On the other hand, the actual system voltage Vac is detected and input to the zero
次に単位正弦波sin(ωt+θ)とベクトル演算器51にて算出した振幅Vdacpとを掛算回路23で掛算し、電圧Vdac(=Vdacp・sin(ωt+θ))を生成する。この電圧Vdacを整流回路55で整流して|Vdac|を生成する。次に加算器56で誤差を見込んだ一定電圧ΔV1を加算して(4)式に従ったDC/DC変換回路2の出力電圧目標値Vdcsを生成する。後は、そのVdcsを目標電圧として第1、第2の実施形態の場合と同様の回路構成によるフィードバック制御を行なわせ、DC/DC変換回路2の出力電圧Vdcをその目標値Vdcsに一致させる。このように制御することで、DC/DC変換回路2には図9の曲線Vdcに示す直流電圧Vdcを出力させることができる。そして、このように制御させれば前述したようにインバータ主回路3のスイッチング損失を低減させることができる。
Next, the unit sine wave sin (ωt + θ) and the amplitude Vdacp calculated by the
(他の実施形態)
以上の実施形態で使用したDC/DC変換回路2は次のように変形して実施してもよい。
(1)前記の各実施形態におけるDC/DC変換回路2の出力電圧Vdcは、DC/DC変換制御回路13によるフィードバック制御により制御されている。このため平滑化回路10内のコンデンサC1の充電電圧は絶えず変化しており、コンデンサC1による電圧平滑化の必要性は従来回路より低い。そのためコンデンサC1の容量は小さくしてよい。このことからコンデンサC1には電解コンデンサに比べて周波数特性が良く、信頼性の高いフィルムコンデンサを使用するとよい。
(2)高周波変圧器8の一次巻線には図11に示すように、直列に周波数特性の良いコンデンサC3を接続すると良い。このようなコンデンサC3は高周波インバータ主回路7から流出する微小な直流電流を遮断する。従って、高周波変圧器8の直流偏磁を防止することができる。
(Other embodiments)
The DC /
(1) The output voltage Vdc of the DC /
(2) A capacitor C3 having good frequency characteristics may be connected in series to the primary winding of the high-
図面中、1は系統連系インバータ装置、2はDC/DC変換回路、3はインバータ主回路、4はインバータ制御回路、5はフィルタ回路、7は高周波インバータ主回路、8は高周波変圧器、9は整流回路、10は平滑化回路、11は直流電源、12は商用電力系統、13はDC/DC変換制御回路、C1、C3はコンデンサ、L2はリアクトルを示す。 In the drawings, 1 is a grid-connected inverter device, 2 is a DC / DC conversion circuit, 3 is an inverter main circuit, 4 is an inverter control circuit, 5 is a filter circuit, 7 is a high-frequency inverter main circuit, 8 is a high-frequency transformer, 9 Is a rectifier circuit, 10 is a smoothing circuit, 11 is a DC power supply, 12 is a commercial power system, 13 is a DC / DC conversion control circuit, C1 and C3 are capacitors, and L2 is a reactor.
Claims (3)
前記直流電力の電圧を変換するDC/DC変換回路(2)と、
該DC/DC変換回路の出力する直流電力をスイッチングして交流電力に変換するインバータ主回路(3)と、
該インバータ主回路のスイッチング動作を制御するインバータ制御回路(4)と、
前記インバータ主回路の出力する交流電流から高調波成分を除去するフィルタ回路(5)と、を備え、
前記DC/DC変換回路は、前記商用電力系統の系統電圧の瞬時値の絶対値に予め定めた一定電圧を加えた値の電圧を出力するように構成し、前記予め定めた一定電圧は、指定された大きさの電流が流れた場合の前記フィルタ回路における電圧降下の瞬時最大値と、前記インバータ回路のスイッチング素子における電圧降下の最大値との和を下回らない値としたことを特徴とする系統連系インバータ装置。 A grid-connected inverter device that converts DC power supplied from the outside into AC power and links the commercial power system (12) to a load,
A DC / DC conversion circuit (2) for converting the voltage of the DC power;
An inverter main circuit (3) for switching the DC power output from the DC / DC conversion circuit into AC power;
An inverter control circuit (4) for controlling the switching operation of the inverter main circuit;
A filter circuit (5) for removing harmonic components from the alternating current output from the inverter main circuit,
The DC / DC conversion circuit is configured to output a voltage having a value obtained by adding a predetermined constant voltage to an absolute value of an instantaneous value of the system voltage of the commercial power system, and the predetermined constant voltage is specified. A system characterized in that the value is not less than the sum of the instantaneous maximum value of the voltage drop in the filter circuit and the maximum value of the voltage drop in the switching element of the inverter circuit when a current of a specified magnitude flows. Interconnected inverter device.
前記直流電力の電圧を変換するDC/DC変換回路と、
該DC/DC変換回路の出力する直流電力をスイッチングして交流電力に変換するインバータ主回路と、
該インバータ主回路のスイッチング動作を制御するインバータ制御回路と、
前記インバータ主回路の出力する交流電流から高調波成分を除去するフィルタ回路と、を備え、
前記DC/DC変換回路は、前記商用電力系統の系統電圧の瞬時値の絶対値に予め定めた一定電圧を加えた値の電圧を出力するように構成し、
前記インバータ制御回路は、位相が前記系統電圧の位相に一致し、振幅は指定された値に一致する電流が前記フィルタ回路より前記商用電力系統に出力されるように前記インバータ主回路を制御し、
前記予め定めた一定電圧は、前記系統電圧の波形をVacp・sin(ωt)で表わしたときωtの値がnを整数としてnπ〜(n+1/2)π の範囲では第1の正の一定電圧とし、ωtの値が(n+1/2)π〜(n+1)πの範囲では前記第1の正の一定電圧より小さい第2の正の一定電圧としたことを特徴とする系統連系インバータ装置。 A grid-connected inverter device that converts DC power supplied from the outside into AC power and links it to a commercial power system and supplies it to a load,
A DC / DC conversion circuit for converting the voltage of the DC power;
An inverter main circuit for switching the DC power output from the DC / DC conversion circuit to convert it into AC power;
An inverter control circuit for controlling the switching operation of the inverter main circuit;
A filter circuit that removes harmonic components from the alternating current output by the inverter main circuit,
The DC / DC conversion circuit is configured to output a voltage having a value obtained by adding a predetermined constant voltage to an absolute value of an instantaneous value of a system voltage of the commercial power system,
The inverter control circuit controls the inverter main circuit so that a current whose phase matches the phase of the system voltage and whose amplitude matches a specified value is output from the filter circuit to the commercial power system,
The predetermined constant voltage is the first positive constant voltage when the waveform of the system voltage is expressed as Vacp · sin (ωt) and the value of ωt is in the range of nπ to (n + 1/2) π where n is an integer. And a second positive constant voltage smaller than the first positive constant voltage in the range of ωt between (n + 1/2) π and (n + 1) π .
前記直流電力の電圧を変換するDC/DC変換回路と、
該DC/DC変換回路の出力する直流電力をスイッチングして交流電力に変換するインバータ主回路と、
該インバータ主回路のスイッチング動作を制御するインバータ制御回路と、
前記インバータ主回路の出力する交流電流から高調波成分を除去するフィルタ回路と、を備え、
前記DC/DC変換回路は、前記商用電力系統の系統電圧の瞬時値の絶対値に予め定めた一定電圧を加えた値の電圧を出力するように構成し、
前記インバータ制御回路は、位相が前記系統電圧の位相に一致し、振幅は指定された値に一致する電流が前記フィルタ回路より前記商用電力系統に出力されるように前記インバータ主回路を制御し、
前記DC/DC変換回路は、前記系統電圧は振幅がその定格振幅に等しく位相は実際の系統電圧と同位相になっており、且つ前記フィルタ回路にはその系統電圧と同位相の指定された大きさの電流が流れているとした場合における該フィルタ回路の入力端瞬時電圧の絶対値に、予め定めた一定電圧を加えた値の電圧を出力するように構成してあることを特徴とする系統連系インバータ装置。 A grid-connected inverter device that converts DC power supplied from the outside into AC power and links it to a commercial power system and supplies it to a load,
A DC / DC conversion circuit for converting the voltage of the DC power;
An inverter main circuit for switching the DC power output from the DC / DC conversion circuit to convert it into AC power;
An inverter control circuit for controlling the switching operation of the inverter main circuit;
A filter circuit that removes harmonic components from the alternating current output by the inverter main circuit,
The DC / DC conversion circuit is configured to output a voltage having a value obtained by adding a predetermined constant voltage to an absolute value of an instantaneous value of a system voltage of the commercial power system,
The inverter control circuit controls the inverter main circuit so that a current whose phase matches the phase of the system voltage and whose amplitude matches a specified value is output from the filter circuit to the commercial power system,
In the DC / DC conversion circuit, the system voltage has an amplitude equal to its rated amplitude and a phase in phase with the actual system voltage, and the filter circuit has a specified magnitude of the same phase as the system voltage. A system characterized in that a voltage having a value obtained by adding a predetermined constant voltage to the absolute value of the instantaneous voltage at the input end of the filter circuit when the current is flowing is output. Interconnected inverter device.
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