JP4911733B2 - 電力変換装置、パワーコンディショナ、および発電システム - Google Patents
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Description
直流電圧を第1周波数でチョッピングして、電圧レベルがグランド電位である第1基準電位に対して正側に変化する複数の方形波電圧からなる第1方形波電圧列を、生成する第1手段と、
前記第1方形波電圧列の電位を第2基準電位とし、前記第1手段の出力を前記第1周波数より高い第2周波数でチョッピングして電圧レベルが前記正側の第1方形波電圧列より低電圧で前記第2基準電位に対して負側に変化する複数の方形波電圧からなる第2方形波電圧列を生成すると共に、前記第1、第2方形波電圧列を加算することでそれらが前記第1基準電位に対してその正負両側に交互に正弦波的に変化する第3方形波電圧列を形成する第2手段と、
前記第3方形波電圧列を正弦波電圧との差分の正負に応じたタイミングで定まる第3周波数でチョッピングして充放電出力する第3手段と、
前記第3手段の充放電出力を、前記第3方形波電圧列と前記正弦波電圧との差分を補正するように、前記第3周波数よりも高いPWM周波数でPWM制御すると共に、前記第3方形波電圧列と前記PWM出力とで前記第1基準電位に対して正負両側に連続して変化する正弦波電圧を得る第4手段とを具備している。
加えて、第4手段では、正負両側に交互に変化する方形波電圧列と正弦波電圧との差分の電圧をPWM制御するようになっている結果、従来のPWM制御のインバータでスイッチングする電圧と比較した場合、低電圧でのスイッチングとなる。この点から、本発明では、スイッチング損失を低減できる。
前記直流電力源からの直流電圧を、系統周波数である第1周波数でチョッピングして電圧レベルが第1基準電位に対して正側に変化する複数の方形波電圧からなる第1方形波電圧列を、生成する第1手段と、
前記第1方形波電圧列の電位を第2基準電位とし、前記第1手段の出力を前記第1周波数より所定倍高い第2周波数でチョッピングして電圧レベルが前記正側の第1方形波電圧列より低電圧で前記第2基準電位に対して負側に変化する複数の方形波電圧からなる第2方形波電圧列を生成すると共に、前記第1、第2方形波電圧列を加算することでそれらが前記第1基準電位に対してその正負両側に交互に正弦波的に変化する第3方形波電圧列を形成する第2手段と、
前記第3方形波電圧列を出力指令との差分の正負に応じたタイミングで定まる第3周波数でチョッピングして充放電出力させる第3手段と、
前記第3手段の充放電出力を、前記第3方形波電圧列と前記正弦波電圧との差分を補正するように、前記第3周波数よりも高いPWM周波数でPWM制御すると共に、前記第3方形波電圧列と前記PWM出力とで前記第1基準電位に対して正負両側に連続して変化する正弦波電圧を得ると共に、この正弦波電圧を負荷側に出力する第4手段とを具備している。
前記第1手段は、2つの第1、第2スイッチ素子を直列接続してなる第1スイッチ回路を含み、前記第1スイッチ回路は、直流電力源の正負両極間に接続された第1コンデンサに並列接続され、前記第1、第2スイッチ素子は、前記第1周波数で交互にON/OFFされる。
直流電力源と、前記直流電力源に接続されるパワーコンディショナとを備え、前記直流電力源で発電された直流電力を、前記パワーコンディショナで交流電力に変換して商用電源に連系する発電システムであって、
前記パワーコンディショナは、
前記直流電力源からの直流電圧を、系統周波数である第1周波数でチョッピングして電圧レベルが第1基準電位に対して正側に変化する複数の方形波電圧からなる第1方形波電圧列を、生成する第1手段と、
前記第1方形波電圧列の電位を第2基準電位とし、前記第1手段の出力を前記第1周波数より所定倍高い第2周波数でチョッピングして電圧レベルが前記正側の第1方形波電圧列より低電圧で前記第2基準電位に対して負側に変化する複数の方形波電圧からなる第2方形波電圧列を生成すると共に、前記第1、第2方形波電圧列を加算することでそれらが前記第1基準電位に対してその正負両側に交互に正弦波的に変化する第3方形波電圧列を形成する第2手段と、
前記第3方形波電圧列を正弦波電圧との差分の正負に応じたタイミングで定まる第3周波数でチョッピングして充放電出力させる第3手段と、
前記第3手段の充放電出力を、前記第3方形波電圧列と前記正弦波電圧との差分を補正するように、前記第3周波数よりも高いPWM周波数でPWM制御すると共に、前記第3方形波電圧列と前記PWM出力とで前記第1基準電位に対して正負両側に連続して変化する正弦波電圧を得ると共に、この正弦波電圧を負荷側に出力する第4手段とを具備している。
太陽電池パネル1の正負両極間に、第1コンデンサ4が並列に接続されている。
この第2チョッパ回路6では、負側に立ち下がる方形波電圧列を生成するので、偶数次の高調波を除去することができ、また、等しい電力で充電と放電とを繰り返すので原理的な有効電力は、ゼロとなる。
δ=sin−1{(√2πV)/(2Vd1)}
ここで、Vは、系統電源の電圧Vsの実効値である。
2 商用電源
3 パワーコンディショナ
5 第1チョッパ回路
6 第2チョッパ回路
7 第3チョッパ回路
9 制御回路
10〜17 第1〜第8スイッチ素子
Claims (7)
- 直流電圧を第1周波数でチョッピングして、電圧レベルが第1基準電位に対して正側に変化する複数の方形波電圧からなる第1方形波電圧列を、生成する第1手段と、
前記第1方形波電圧列の電位を第2基準電位とし、前記第1手段の出力を前記第1周波数より高い第2周波数でチョッピングして電圧レベルが前記正側の第1方形波電圧列より低電圧で前記第2基準電位に対して負側に変化する複数の方形波電圧からなる第2方形波電圧列を生成すると共に、前記第1、第2方形波電圧列を加算することでそれらが前記第1基準電位に対してその正負両側に交互に正弦波的に変化する第3方形波電圧列を形成する第2手段と、
前記第3方形波電圧列を正弦波電圧との差分の正負に応じたタイミングで定まる第3周波数でチョッピングして充放電出力する第3手段と、
前記第3手段の充放電出力を、前記第3方形波電圧列と前記正弦波電圧との差分を補正するように、前記第3周波数よりも高いPWM周波数でPWM制御すると共に、前記第3方形波電圧列と前記PWM出力とで前記第1基準電位に対して正負両側に連続して変化する正弦波電圧を得る第4手段と、
を具備したことを特徴とする電力変換装置。 - 前記第1手段は、2つの第1、第2スイッチ素子を直列接続してなる第1スイッチ回路を含み、前記第1スイッチ回路は、直流電力源の正負両極間に接続された第1コンデンサに並列接続され、前記第1、第2スイッチ素子は、前記第1周波数で交互にON/OFFされ、
前記第2手段は、第2コンデンサと第2スイッチ回路との並列接続回路を含み、前記並列接続回路の並列接続一方側が、前記第1、第2スイッチ素子の直列接続部に接続され、前記第2スイッチ回路は、2つの第3、第4スイッチ素子を直列接続してなり、前記第3、第4スイッチ素子は、前記第2周波数で交互にON/OFFされ、
前記第3手段は、第3スイッチ回路と第3コンデンサとの並列接続回路を含み、前記第3スイッチ回路は、2つの第5、第6スイッチ素子を直列接続してなり、前記第5、第6スイッチ素子の直列接続部が、前記第3、第4スイッチ素子の直列接続部に接続され、前記第5、第6スイッチ素子は、前記第3周波数で交互にON/OFFされ、
前記第4手段は、第3手段の前記並列接続回路に並列に接続された第4スイッチ回路を含み、前記第4スイッチ回路は、2つの第7、第8スイッチ素子を直列接続してなり、前記第7、第8スイッチ素子を前記第3周波数よりも高いPWM周波数でPWM制御する、請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記第1周波数が、商用電源における系統周波数の50Hzまたは60Hzであり、
前記第2周波数が、第1周波数の2倍の周波数である、
請求項1または2に記載の電力変換装置。 - 直流電力源からの直流電力を、商用電源に系統連系した交流電力に変換するパワーコンディショナにおいて、
前記直流電力源からの直流電圧を、系統周波数である第1周波数でチョッピングして電圧レベルが第1基準電位に対して正側に変化する複数の方形波電圧からなる第1方形波電圧列を、生成する第1手段と、
前記第1方形波電圧列の電位を第2基準電位とし、前記第1手段の出力を前記第1周波数より所定倍高い第2周波数でチョッピングして電圧レベルが前記正側の第1方形波電圧列より低電圧で前記第2基準電位に対して負側に変化する複数の方形波電圧からなる第2方形波電圧列を生成すると共に、前記第1、第2方形波電圧列を加算することでそれらが前記第1基準電位に対してその正負両側に交互に正弦波的に変化する第3方形波電圧列を形成する第2手段と、
前記第3方形波電圧列を正弦波電圧との差分の正負に応じたタイミングで定まる第3周波数でチョッピングして充放電出力させる第3手段と、
前記第3手段の充放電出力を、前記第3方形波電圧列と前記正弦波電圧との差分を補正するように、前記第3周波数よりも高いPWM周波数でPWM制御すると共に、前記第3方形波電圧列と前記PWM出力とで前記第1基準電位に対して正負両側に連続して変化する正弦波電圧を得ると共に、この正弦波電圧を負荷側に出力する第4手段と、
を具備したことを特徴とするパワーコンディショナ。 - 前記第1手段は、2つの第1、第2スイッチ素子を直列接続してなる第1スイッチ回路を含み、前記第1スイッチ回路は、直流電力源の正負両極間に接続された第1コンデンサに並列接続され、前記第1、第2スイッチ素子は、前記第1周波数で交互にON/OFFされ、
前記第2手段は、第2コンデンサと第2スイッチ回路との並列接続回路を含み、前記並列接続回路の並列接続一方側が、前記第1、第2スイッチ素子の直列接続部に接続され、前記第2スイッチ回路は、2つの第3、第4スイッチ素子を直列接続してなり、前記第3、第4スイッチ素子は、前記第2周波数で交互にON/OFFされ、
前記第3手段は、第3スイッチ回路と第3コンデンサとの並列接続回路を含み、前記第3スイッチ回路は、2つの第5、第6スイッチ素子を直列接続してなり、前記第5、第6スイッチ素子の直列接続部が、前記第3、第4スイッチ素子の直列接続部に接続され、前記第5、第6スイッチ素子は、前記第3周波数で交互にON/OFFされ、
前記第4手段は、第3手段の前記並列接続回路に並列に接続された第4スイッチ回路を含み、前記第4スイッチ回路は、2つの第7、第8スイッチ素子を直列接続してなり、前記第7、第8スイッチ素子を前記第3周波数よりも高いPWM周波数でPWM制御する、請求項4に記載のパワーコンディショナ。 - 前記第1周波数が、50Hzまたは60Hzであり、
前記第2周波数が、第1周波数の2倍の周波数である、
請求項4または5に記載のパワーコンディショナ。 - 直流電力源と、前記直流電力源に接続されるパワーコンディショナとを備え、前記直流電力源で発電された直流電力を、前記パワーコンディショナで交流電力に変換して商用電源に連系する発電システムであって、
前記パワーコンディショナは、
前記直流電力源からの直流電圧を、系統周波数である第1周波数でチョッピングして電圧レベルが第1基準電位に対して正側に変化する複数の方形波電圧からなる第1方形波電圧列を、生成する第1手段と、
前記第1方形波電圧列の電位を第2基準電位とし、前記第1手段の出力を前記第1周波数より所定倍高い第2周波数でチョッピングして電圧レベルが前記正側の第1方形波電圧列より低電圧で前記第2基準電位に対して負側に変化する複数の方形波電圧からなる第2方形波電圧列を生成すると共に、前記第1、第2方形波電圧列を加算することでそれらが前記第1基準電位に対してその正負両側に交互に正弦波的に変化する第3方形波電圧列を形成する第2手段と、
前記第3方形波電圧列を正弦波電圧との差分の正負に応じたタイミングで定まる第3周波数でチョッピングして充放電出力させる第3手段と、
前記第3手段の充放電出力を、前記第3方形波電圧列と前記正弦波電圧との差分を補正するように、前記第3周波数よりも高いPWM周波数でPWM制御すると共に、前記第3方形波電圧列と前記PWM出力とで前記第1基準電位に対して正負両側に連続して変化する正弦波電圧を得ると共に、この正弦波電圧を負荷側に出力する第4手段と、
を具備したことを特徴とする発電システム。
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