JP5147624B2 - Inverter device - Google Patents
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本発明は、インバータ装置に係り、特に複数台のインバータの出力を組み合わせることによって、出力容量を増大させた多重のインバータ装置に関する。 The present invention relates to an inverter device, and more particularly to a multiple inverter device having an output capacity increased by combining outputs of a plurality of inverters.
インバータ装置を電力系統に連系させる場合、〔非特許文献1〕に示すように、一定以上の大きさの高調波電流を電力系統へ流出させないようガイドラインが設けられており、例えば、〔非特許文献2〕では、図2のような、変圧器を介して複数台のインバータの出力を合成することにより、出力電圧波形に含まれる高調波を低減し、その結果、系統へ流出する高調波電流を低減する多重インバータ装置が開示されている。 When connecting an inverter device to a power system, as shown in [Non-Patent Document 1], a guideline is provided to prevent a harmonic current of a certain level or more from flowing into the power system. In [Document 2], harmonics included in the output voltage waveform are reduced by synthesizing the outputs of a plurality of inverters via a transformer as shown in FIG. A multi-inverter device for reducing the above is disclosed.
前記多重インバータ装置は、単位インバータ101の各相交流出力端は、オープンデルタ巻線変圧器121の一次巻線の一方に接続され、単位インバータ102の各相交流出力端は、前記オープンデルタ巻線変圧器121の一次巻線の他方に接続され、前記単位インバータ101と前記単位インバータ102の直流ラインはともに直流コンデンサ111に接続され、単位インバータ対181を構成している。
In the multiple inverter device, each phase AC output terminal of the
前記単位インバータ対181を構成する前記単位インバータ101,102は、互いに交流出力電圧指令を同じ大きさで逆極性にすれば、出力電圧パルスが3レベルになり、高調波を低減することができる。
When the
図2で開示された多重インバータ装置は、前記単位インバータ対181と同じ構成の単位インバータ対182と前記単位インバータ対181をオープン巻線変圧器122とオープン巻線変圧器121の2次側で並列に接続されている。さらに、該多重インバータ装置は、前記単位インバータ対181と単位インバータ対182の直流端子はいずれも直流コンデンサ111に接続されている。また、各単位インバータの変調方式として、周知のPWM変調を用い、かつすべての単位インバータのキャリアの周波数を同一としている。また、単位インバータ対181を構成する各単位インバータと単位インバータ対182を構成する各単位インバータのキャリアの位相は90度異なる。
The multiple inverter device disclosed in FIG. 2 includes a
単位インバータ対181と単位インバータ対182のキャリア位相をずらすことにより、多重インバータ装置131の出力する高調波電圧を相殺できる。また、単位インバータ対が複数台、例えばn台で多重インバータ装置を構成する場合、各単位インバータ対のキャリア位相は180度/n度の位相差をもたせることで、各単位インバータの出力する高調波電圧を相殺できる。
By shifting the carrier phases of the
次に、〔特許文献1〕で開示された多重インバータ装置の構成を図3に示す。この多重インバータ装置は、相互に電気的に絶縁された第一の直流コンデンサ112,113と、第一の直流コンデンサ112に印加されている直流電圧を三相交流電圧に変換する、それぞれ直流電圧が共通である第一群の単位インバータ101,103と、第二の直流コンデンサ113に印加されている直流電圧を三相交流電圧に変換する、それぞれ直流電圧が共通である第二群の単位インバータ102,104と、これら各単位インバータと接続されるオープンデルタ結線の変圧器121,122の一次巻線のそれぞれ一端には、前記第一群の単位インバータ101、103の各相交流出力端を、他端には、前記第二群の単位インバータ102,104の各相交流出力端を接続し、変圧器二次側で直列に多重化されているものである。
Next, the configuration of the multiple inverter device disclosed in [Patent Document 1] is shown in FIG. This multiple inverter device converts the
〔特許文献1〕では、図3の多重インバータ装置132は、第三次零相電圧を出力電圧指令に加算するなどの周知の電圧利用率向上制御を実施できることが特徴であると示されている。
[Patent Document 1] shows that the
また、〔非特許文献〕で開示された図2の多重インバータ装置131は、〔特許文献1〕の中で従来技術として扱われている。
Further, the
図2の前記多重インバータ装置131では、周知の電圧利用率向上制御を実施すると、図2の太線で示す、単位インバータ101から直流コンデンサ111、単位インバータ102、オープンデルタ結線の変圧器121といった経路で過大な零相電流が還流してしまう。
In the
但し、図2では、流れる零相電流のうち1相分のみを示しているが、実際には同位相の電流が三相に流れている。以後、別図でも零相電流の経路を示すときは、1相分のみ太線で示すこととする。 However, in FIG. 2, only one phase of the flowing zero-phase current is shown, but actually, the same-phase current flows in three phases. Thereafter, when the path of the zero-phase current is shown in another figure, only one phase is indicated by a thick line.
そして、図3に示す回路では、第一の直流コンデンサ112と第二の直流コンデンサ113は互いに電気的に絶縁されているため、前述した経路に関しては零相電流は流れず、周知の電圧利用率向上制御を実施でき、インバータの利用率が向上させることができる。
In the circuit shown in FIG. 3, since the
本発明の明細書では、変換器に接続されている方を『変圧器一次側』、電力系統など変換器以外が接続されているほうを『変圧器二次側』として説明する。 In the specification of the present invention, the one connected to the converter will be described as “transformer primary side”, and the one connected to other than the converter such as a power system will be described as “transformer secondary side”.
図4は、図3で示した多重インバータ装置132の変圧器2次側の結線方法を並列に変更した、多重インバータ装置である。
FIG. 4 is a multiple inverter device in which the connection method on the transformer secondary side of the
発明者らは、図4に示した多重インバータ装置133の構成では、〔特許文献1〕で対策された経路とは別の経路で零相電流が流れてしまうことを発見した。
The inventors have found that in the configuration of the
即ち、単位インバータの交流出力端に零相電圧が発生すると、例えば、図4の太線で示すような、単位インバータ102,オープンデルタ結線の変圧器121の一次巻線,単位インバータ101,第一の直流コンデンサ112,単位インバータ103,オープンデルタ結線の変圧器122の一次巻線,単位インバータ104,第二の直流コンデンサ113という経路で、零相電流が流れる。
That is, when a zero-phase voltage is generated at the AC output terminal of the unit inverter, for example, the primary winding of the
そのため、図4のオープンデルタ結線の変圧器121,122に、一般的な三脚鉄心を用いた場合、前記零相電圧により変圧器に発生する磁束は、空気中に漏れ、零相電流に対する励磁インダクタンスは非常に小さいので、過大な零相電流が流れてしまう。
Therefore, when a general tripod iron core is used for the open
前述の過大な零相電流を抑制するためには、従来の技術では五脚鉄心を用いた変圧器や零相リアクトルなどが必要となり、装置が大型化してしまう。 In order to suppress the above-described excessive zero-phase current, a conventional technique requires a transformer using a five-legged core, a zero-phase reactor, and the like, and the apparatus becomes large.
本発明の目的は、変圧器の二次側で並列に多重化した多重インバータ装置において、零相電流を流さない技術を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a technique in which a zero-phase current does not flow in a multiple inverter device multiplexed in parallel on the secondary side of a transformer.
尚、単位インバータの交流出力端に重畳する零相電圧は、例えば、インバータのPN短絡を防ぐために設けられる周知のデッドタイムなどにより発生する。該零相電圧が発生するメカニズムは、実施例3で説明している。 Note that the zero-phase voltage superimposed on the AC output terminal of the unit inverter is generated by, for example, a known dead time provided to prevent a PN short circuit of the inverter. The mechanism for generating the zero-phase voltage is described in the third embodiment.
上記課題を達成するために、本発明は2台以上の単位インバータと、変圧器とを備え、前記2台以上の単位インバータが前記変圧器の二次側で並列に接続されたインバータ装置において、前記単位インバータは自己消弧形素子を有し、電圧源の直流電圧を三相交流電圧に変換するものであり、前記変圧器は一次側の巻線がオープンデルタ結線であるオープンデルタ変圧器であり、前記セットを構成する前記2台の単位インバータと前記変圧器は、前記変圧器の一次側の巻線の一端に前記単位インバータのうち一方を、他端には前記単位インバータのうち他方を接続されており、前記各単位インバータに接続される各直流電圧源がすべて絶縁されていることを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the present invention comprises two or more unit inverters and a transformer, wherein the two or more unit inverters are connected in parallel on the secondary side of the transformer, The unit inverter has a self-extinguishing element and converts a DC voltage of a voltage source into a three-phase AC voltage. The transformer is an open delta transformer in which a primary winding is an open delta connection. The two unit inverters and the transformer constituting the set include one of the unit inverters at one end of the primary winding of the transformer and the other of the unit inverters at the other end. The DC voltage sources connected to the unit inverters are all insulated from each other.
更に、本発明のインバータ装置は、前記各単位インバータの直流電圧源に直流コンデンサを適用したことを特徴とするインバータ装置。 Furthermore, in the inverter device of the present invention, a DC capacitor is applied to the DC voltage source of each unit inverter.
また、上記課題を達成するために、本発明は2台以上の単位インバータと、変圧器とを備え、前記2台以上の単位インバータが前記変圧器の二次側で並列に接続されたインバータ装置において、前記単位インバータは直流コンデンサの直流電圧を自己消弧形素子により三相交流電圧に変換するものであり、前記変圧器は一次側の巻線がオープンデルタ結線であるオープンデルタ変圧器であり、前記インバータ装置を構成する前記2台の単位インバータと前記変圧器は、前記変圧器の一次側の巻線の一端に前記単位インバータのうち一方を、他端には前記単位インバータのうち他方を接続されており、前記2台の単位インバータの各直流コンデンサは互いに絶縁されており、前記直流コンデンサの直流電圧を個別に制御することを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the present invention includes two or more unit inverters and a transformer, and the two or more unit inverters are connected in parallel on the secondary side of the transformer. The unit inverter converts a DC voltage of a DC capacitor into a three-phase AC voltage by a self-extinguishing element, and the transformer is an open delta transformer in which a primary winding is an open delta connection. The two unit inverters and the transformer constituting the inverter device include one of the unit inverters at one end of the primary winding of the transformer and the other of the unit inverters at the other end. The DC capacitors of the two unit inverters are connected to each other and insulated from each other, and the DC voltage of the DC capacitors is individually controlled. It is.
更に、本発明のインバータ装置は、前記2台の単位インバータの各直流コンデンサの平均値を直流電圧指令に応じて制御する平均直流電圧制御機能と、前記直流電圧指令に対して個別に直流電圧を制御する個別直流電圧制御機能を備えることを特徴とするものである。 Furthermore, the inverter device of the present invention includes an average DC voltage control function for controlling an average value of each DC capacitor of the two unit inverters according to a DC voltage command, and a DC voltage individually for the DC voltage command. An individual DC voltage control function for controlling is provided.
更に、本発明のインバータ装置は、前記2台の単位インバータの各直流コンデンサの電圧を、前記2台の単位インバータの各直流コンデンサの電圧の平均に応じて制御することを特徴とするものである。 Furthermore, the inverter device of the present invention is characterized in that the voltage of each DC capacitor of the two unit inverters is controlled according to the average of the voltage of each DC capacitor of the two unit inverters. .
更に、本発明のインバータ装置は、前記2台の単位インバータの各交流出力電圧の位相を個別に制御することで、前記2台の単位インバータに接続される各直流コンデンサの直流電圧を個別に制御する機能を備えたことを特徴とするものである。 Furthermore, the inverter device of the present invention individually controls the DC voltage of each DC capacitor connected to the two unit inverters by individually controlling the phase of each AC output voltage of the two unit inverters. It has the function to perform.
更に、本発明のインバータ装置は、無効電力指令の大きさによって、前記2台の単位インバータの各直流コンデンサの直流電圧を個別制御する制御方法を切り替える機能を備えたことを特徴とするものである。 Furthermore, the inverter device of the present invention is characterized in that it has a function of switching a control method for individually controlling the DC voltage of each DC capacitor of the two unit inverters according to the magnitude of the reactive power command. .
更に、本発明のインバータ装置は、各単位インバータの出力電圧を制御する制御回路は、前記各単位インバータの出力電圧および電流の制御を行うd軸及びq軸上の回転座標制御系を備え、前記制御回路は、ベクトル制御演算器と、個別直流電圧制御回路とを備え、前記ベクトル制御演算器は、前記各単位インバータが出力すべき無効電力指令と、有効電力指令を入力とし、前記各単位インバータが出力すべきd軸電流指令及びq軸電流指令を算出する電流指令演算器と、前記2台の単位インバータで共通である三相の出力電流を三相二相変換及びdq座標変換し、フィードバックd軸電流,フィードバックq軸電流を出力する座標変換器と、前記d軸電流指令、前記q軸電流指令及び、前記フィードバックd軸電流,前記フィードバックq軸電流を入力とし、前記各単位インバータが出力すべきd軸電圧指令及びq軸電圧指令を算出する電流制御器と、前記d軸電圧指令及び前記q軸電圧指令を180°位相反転する位相調整器と、dq逆変換及び二相三相変換し、前記各単位インバータの三相出力電圧指令を算出する逆座標変換器とを備え、前記個別直流電圧制御回路は、前記各単位インバータの各直流コンデンサの直流電圧と直流電圧指令との偏差と、前記フィードバックq軸電流の極性に応じて、補償電圧を算出し、前記無効電力指令の大きさが、有効電力指令の大きさよりも大きいときに、前記補償電圧を前記q軸電圧指令に加算することで前記2台の単位インバータの各直流電圧と前記直流電圧指令との偏差を小さくすることを特徴とするものである。 Further, in the inverter device of the present invention, the control circuit for controlling the output voltage of each unit inverter includes a rotation coordinate control system on the d-axis and the q-axis for controlling the output voltage and current of each unit inverter, The control circuit includes a vector control arithmetic unit and an individual DC voltage control circuit, and the vector control arithmetic unit inputs a reactive power command and an active power command to be output by each unit inverter, and each unit inverter A three-phase two-phase conversion and a dq coordinate conversion of the three-phase output current common to the two unit inverters and a current command calculator that calculates a d-axis current command and a q-axis current command to be output by the unit feedback a coordinate converter that outputs a d-axis current and a feedback q-axis current, the d-axis current command, the q-axis current command, the feedback d-axis current, and the feedback q A current controller for calculating a d-axis voltage command and a q-axis voltage command to be output from each unit inverter, and a phase adjuster for inverting the phase of the d-axis voltage command and the q-axis voltage command by 180 ° And an inverse coordinate converter for calculating a three-phase output voltage command of each unit inverter by performing dq reverse conversion and two-phase three-phase conversion, and the individual DC voltage control circuit includes each DC capacitor of each unit inverter A compensation voltage is calculated according to the deviation between the DC voltage and the DC voltage command and the polarity of the feedback q-axis current, and when the reactive power command is larger than the active power command, By adding a compensation voltage to the q-axis voltage command, a deviation between each DC voltage of the two unit inverters and the DC voltage command is reduced.
更に、本発明のインバータ装置は、前記二台の単位インバータの各直流電圧と直流電圧指令との偏差に応じて補償電圧を出力し、前記補償電圧を前記d軸電圧指令に加算することで、前記無効電力指令の大きさが、有効電力指令の大きさよりも大きいときに、前記2台の単位インバータの各直流電圧と前記直流電圧指令との偏差を小さくすることを特徴とするものである。 Furthermore, the inverter device of the present invention outputs a compensation voltage according to a deviation between each DC voltage of the two unit inverters and the DC voltage command, and adds the compensation voltage to the d-axis voltage command. When the magnitude of the reactive power command is larger than the size of the active power command, the deviation between each DC voltage of the two unit inverters and the DC voltage command is reduced.
更に、本発明のインバータ装置は、前記インバータ装置を1セットとし、該セットを変圧器の2次側で並列に接続することで多重化したことを特徴とするものである。 Furthermore, the inverter device of the present invention is characterized in that the inverter device is set as one set and multiplexed by connecting the sets in parallel on the secondary side of the transformer.
また、上記課題を達成するために、本発明は2台以上の単位インバータと、変圧器とを備え、前記2台以上の単位インバータが前記変圧器の二次側で並列に接続されたインバータ装置において、前記単位インバータは直流電圧源の直流電圧を自己消弧形素子により三相交流電圧に変換するものであり、前記変圧器は一次側の巻線がオープンデルタ結線であるオープンデルタ変圧器であり、前記セットを構成する前記2台の単位インバータと前記変圧器は、前記変圧器の一次側の巻線の一端に前記単位インバータのうち一方を、他端には前記単位インバータのうち他方を接続されており、前記複数セットの各第1の単位インバータに接続される直流コンデンサは互いに接続されており、前記複数セットの各第2の単位インバータに接続される直流コンデンサは互いに接続されており、単位インバータの直流コンデンサが直流短絡しないように設けられるデッドタイムによって発生する零相電圧に対して逆極性の補償電圧を出力すること前記零相電圧を抑制することを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the present invention includes two or more unit inverters and a transformer, and the two or more unit inverters are connected in parallel on the secondary side of the transformer. The unit inverter converts a DC voltage of a DC voltage source into a three-phase AC voltage by a self-extinguishing element, and the transformer is an open delta transformer in which a primary winding is an open delta connection. The two unit inverters and the transformer constituting the set include one of the unit inverters at one end of the primary winding of the transformer and the other of the unit inverters at the other end. DC capacitors connected to each of the first unit inverters of the plurality of sets are connected to each other, and directly connected to each of the second unit inverters of the plurality of sets. Capacitors are connected to each other, and output a compensation voltage having a reverse polarity with respect to a zero-phase voltage generated due to a dead time provided so that the DC capacitor of the unit inverter is not short-circuited with DC. It is a feature.
更に、本発明のインバータ装置は、各単位インバータに与えられるデッドタイムの長さと、前記各単位インバータのキャリアの周期と、前記各単位インバータの出力する各相出力電流の極性とに基づき補償電圧を算出し、前記補償電圧を各単位インバータの各相電圧指令に加算することで、前記各単位インバータが発生する零相電圧を抑制することを特徴とするものである。 Furthermore, the inverter device according to the present invention provides a compensation voltage based on the length of the dead time given to each unit inverter, the carrier cycle of each unit inverter, and the polarity of each phase output current output by each unit inverter. The zero-phase voltage generated by each unit inverter is suppressed by calculating and adding the compensation voltage to each phase voltage command of each unit inverter.
更に、本発明のインバータ装置は、前記デッドタイム補償機能は、各単位インバータの出力する各相出力電流の極性を判定する極性判定器と、前記各単位インバータに与えられる周知のデッドタイムの長さと、前記各単位インバータのキャリアの周期とから決定される補償電圧を算出する補償電圧演算器を備え、前記補償電圧を各単位インバータの各相電圧指令に加算または減算することで、各単位インバータを通流する零相電流を抑制することを特徴とするものである。 Furthermore, in the inverter device of the present invention, the dead time compensation function includes a polarity determination unit that determines the polarity of each phase output current output from each unit inverter, and a known dead time length given to each unit inverter. A compensation voltage calculator for calculating a compensation voltage determined from a carrier cycle of each unit inverter, and adding or subtracting the compensation voltage to each phase voltage command of each unit inverter, It is characterized by suppressing the flowing zero-phase current.
また、上記課題を達成するために、本発明は2台以上の単位インバータと、変圧器とを備え、前記2台以上の単位インバータが前記変圧器の二次側で並列に接続されたインバータ装置において、前記単位インバータは直流電圧源の直流電圧を自己消弧形素子により三相交流電圧に変換するものであり、前記変圧器は一次側の巻線がオープンデルタ結線であるオープンデルタ変圧器であり、前記セットを構成する前記2台の単位インバータと前記変圧器は、前記変圧器の一次側の巻線の一端に前記単位インバータのうち一方を、他端には前記単位インバータのうち他方を接続されており、前記複数セットの各第一の単位インバータに接続される直流コンデンサは互いに接続されており、前記複数セットの各第二の単位インバータに接続される直流コンデンサは互いに接続されており、各単位インバータの出力する零相電流を検出し、前記零相電流の検出値に基づき、前記各単位インバータの出力電圧を制御することで、前記各単位インバータを通流する零相電流を抑制することを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the present invention includes two or more unit inverters and a transformer, and the two or more unit inverters are connected in parallel on the secondary side of the transformer. The unit inverter converts a DC voltage of a DC voltage source into a three-phase AC voltage by a self-extinguishing element, and the transformer is an open delta transformer in which a primary winding is an open delta connection. The two unit inverters and the transformer constituting the set include one of the unit inverters at one end of the primary winding of the transformer and the other of the unit inverters at the other end. DC capacitors connected to each of the first unit inverters of the plurality of sets are connected to each other, and directly connected to the second unit inverters of the plurality of sets. The capacitors are connected to each other, detect the zero-phase current output from each unit inverter, and control the output voltage of each unit inverter based on the detected value of the zero-phase current. The zero-phase current that flows is suppressed.
本発明のインバータ装置によれば、例えば、デッドタイムなどにより零相電圧が発生した場合でも、各単位インバータに接続される直流コンデンサは各々電気的に絶縁されているため、零相電流は流れない。 According to the inverter device of the present invention, for example, even when a zero-phase voltage is generated due to a dead time or the like, the DC capacitors connected to each unit inverter are electrically insulated from each other, so that no zero-phase current flows. .
この結果、零相電流を抑制するための零相リアクトルが不要となり、装置の小型化が可能となる。 As a result, the zero-phase reactor for suppressing the zero-phase current becomes unnecessary, and the apparatus can be downsized.
また、一方、図2と図3と同様に、キャリアの位相をずらすことで、高調波電圧を低減することが可能である。 On the other hand, as in FIGS. 2 and 3, the harmonic voltage can be reduced by shifting the phase of the carrier.
以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の多重インバータ装置の第1の実施形態である系統連系多重インバータ装置の概要を示す。 FIG. 1 shows an outline of a grid-connected multiple inverter device which is a first embodiment of a multiple inverter device of the present invention.
まず、本発明の第一の実施形態である系統連系多重インバータ装置の構成について説明する。 First, the structure of the grid connection multiple inverter apparatus which is 1st embodiment of this invention is demonstrated.
本実施例の系統連系多重インバータ装置31は、MOSFETやIGBTなどの自己消弧形素子を有する電圧形インバータ装置(本明細書では単に単位インバータと称す)1,2と単位インバータ1,2の出力電圧を制御するための出力電圧指令を出力する制御回路61と、制御回路61から与えられる出力電圧指令に応じて前記単位インバータの自己消弧形素子のオン,オフを制御するためのゲートパルスを生成するPWM回路51,52と、各々が電気的に絶縁され、前記単位インバータ1,2にそれぞれ接続される直流コンデンサ11,12とを備えて構成される単位インバータ対81,82と、オープン巻線変圧器(以後単に変圧器と称す)21,22と、交流電圧検出器71,電流検出器72,直流電圧検出器73で構成される。
The grid interconnection multiple inverter device 31 of the present embodiment includes voltage-type inverter devices (hereinafter simply referred to as unit inverters) 1 and 2 having self-extinguishing elements such as MOSFETs and IGBTs, and
該変圧器21の一次巻線の一端には、インバータ装置81を構成する2台の単位インバータのうち一台、すなわち単位インバータ1の各相交流出力端が接続され、該変圧器21の他端には、単位インバータ2の各相交流出力端が接続される。
One end of the primary winding of the
同様に、該変圧器22も一次巻線の一端には、単位インバータ対82を構成する単位インバータのうち、単位インバータ3の各相交流出力端が接続され、該変圧器22の他端には、単位インバータ4の各相交流出力端が接続される。
Similarly, the
次に、本発明の第一の実施形態である系統連系多重インバータ装置31の動作について説明する。 Next, the operation of the grid interconnection multiple inverter device 31 according to the first embodiment of the present invention will be described.
前記直流コンデンサ11,12,13,14に印加される直流電圧を交流電圧に変換する前記多重インバータ装置31は、交流出力電流を、例えば、商用交流電源41に供給する。
The multiple inverter device 31 that converts a DC voltage applied to the
各制御回路61は、電圧検出器71、電流検出器72及び、直流電圧検出器73により検出された、商用交流電源41の電圧Vu1,Vv1,Vw1、各単位インバータ1,2の出力電流Iu1,Iv1,Iw1及び、前記各単位インバータ1,2の直流電圧Vdc_1,Vdc_2を入力とし、前各記単位インバータ1,2の各出力電圧を制御する出力電圧指令Vu_1*,Vv_1*,Vw_1*,Vu_2*,Vv_2*,Vw_2*を出力する。
Each control circuit 61 includes voltages Vu1, Vv1, Vw1 of the commercial
PWM回路51,52はそれぞれ、前記出力電圧指令Vu_1*,Vv_1*,Vw_1*,Vu_2*,Vv_2*,Vw_2*と三角波などのキャリアとの大小関係に基づき、前記単位インバータ1,2の自己消弧形素子のON・OFF制御を行うゲートパルスを出力する。
Each of the
変圧器21の一次巻線の一端には、前記単位インバータ1の各相出力端が接続され、他端に前記単位インバータ2の各相出力端に接続されるため、変圧器21の一次巻線の両端には、前記ゲートパルスに基づき出力される前記単位インバータ1と前記単位インバータ2の出力電圧の差分が印加される。
One end of the primary winding of the
よって、同じ変圧器21に接続される前記単位インバータ1,2に、それぞれ与えられる出力電圧指令を同じ大きさで逆極性にすれば、前記変圧器21の一次巻線には、前記単位インバータ1,2が出力する電圧の2倍の大きさの電圧を出力できる。
Therefore, if the output voltage commands given to the
また、変圧器21の一次巻線に印加される出力電圧のパルス変化は、3レベルとなるため、高調波電圧を低減することができる。
Moreover, since the pulse change of the output voltage applied to the primary winding of the
また、単位インバータ対81,82を、それぞれ変圧器21,22の一次側に接続し、二次側で並列に接続して単位インバータ対81,82のキャリアの位相をずらすことにより、さらに高調波電圧を低減することができる。
Further, by connecting the unit inverter pairs 81 and 82 to the primary side of the
また、第三次零相電圧を出力電圧指令に加算するなどの周知の電圧利用率向上制御と組み合わせることにより、インバータの利用率を向上することができる。 Moreover, the utilization factor of an inverter can be improved by combining with known voltage utilization factor improvement control such as adding the third-order zero-phase voltage to the output voltage command.
以下、新規な点である本発明の多重インバータ装置31では、例え零相電圧が発生しても零相電流は流れない構成であることについて述べる。 Hereinafter, it will be described that the multiple inverter device 31 of the present invention, which is a novel point, has a configuration in which no zero-phase current flows even if a zero-phase voltage is generated.
図5は、図1で示した本発明の第1の実施形態である系統連系多重インバータ装置31のうち、主回路部分のみを抜き出した回路図を示している。 FIG. 5 shows a circuit diagram in which only the main circuit portion is extracted from the grid interconnection multiple inverter device 31 according to the first embodiment of the present invention shown in FIG.
図4の従来の多重インバータ装置132は、図5の単位インバータ1,3にそれぞれ接続されている直流コンデンサ11、13が、それぞれ絶縁されていない共通の直流コンデンサ112に置き換えられている構成とみなすことができ、同様に、図5の単位インバータ102,104にそれぞれ接続されている直流コンデンサ12,14が、それぞれ絶縁されていない共通の直流コンデンサ113に置き換えられている構成とみなすことができる。
The conventional
しかし、各単位インバータの各相交流出力端に零相電圧が重畳すると、図4の太線で示す単位インバータ102,変圧器121の一次巻線、単位インバータ101,第二の直流コンデンサ112,単位インバータ103,変圧器122の一次巻線,単位インバータ104,第一の直流コンデンサ113等で構成される経路で過大な零相電流が流れる。
However, when a zero-phase voltage is superimposed on each phase AC output terminal of each unit inverter, the
一方、図5の本発明の多重インバータ装置31では、前記従来の多重インバータ装置132とは違い、前記単位インバータ1、3にそれぞれ接続されている前記直流コンデンサ11,13はそれぞれ絶縁されており、また前記単位インバータ102、104にそれぞれ接続されている前記直流コンデンサ12,14は、それぞれ絶縁されているため、零相電流の流れる経路がなく、単位インバータを介して零相電流が流れることはない。
On the other hand, in the multiple inverter device 31 of the present invention of FIG. 5, unlike the conventional
従って、この装置構成によれば、零相電流を抑制するための零相リアクトルが不要となり、装置の小型化が可能となる。 Therefore, according to this device configuration, the zero-phase reactor for suppressing the zero-phase current becomes unnecessary, and the device can be miniaturized.
次に、本発明の他の実施例を図6,図7を用いて説明する。 Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図7は本発明の第2の実施形態である系統連系多重インバータ装置の概要を示す。 FIG. 7 shows an outline of a grid-connected multiple inverter device according to the second embodiment of the present invention.
そして、図7に示すインバータ装置33を、電力系統に接続し、無効電力指令に基づき、電力系統へ無効電力を供給することで、系統の電圧安定度を向上させる無効電力制御装置として使用した場合の制御回路を図6を用いて説明する。
When the
本発明のインバータ装置33の構成は、実施例1と異なり、単位インバータ対が変圧器を介して、多重に接続されていることを必ずしも要件とはしない。
Unlike the first embodiment, the configuration of the
図6は、図7で示した、変圧器21に接続された単位インバータ1,2を制御する、制御回路62の構成図である。ただし、交流電圧検出器71で検出されたVu1,Vv1,Vw1の入力は省略している。
FIG. 6 is a configuration diagram of the
この制御回路62は、ベクトル制御演算器311と、平均直流電圧制御回路211と、個別直流電圧制御回路212とを備えて構成される。
The
そして、ベクトル制御演算器311は、
(1)「単位インバータ1,2が出力すべき無効電力指令Q*と、有効電力指令P*を入力とし、前記単位インバータ1,2が出力すべきd軸電流指令Id*及びq軸電流指令Iq*を算出する電流指令演算器301」と、
(2)「前記単位インバータ1及び2で共通である出力電流Iu1,Iv1,Iw1を三相二相変換及びdq座標変換し、フィードバックd軸電流Id1,フィードバックq軸電流Iq1を出力する座標変換器303」と、
(3)「前記d軸電流指令Id*,q軸電流指令Iq*及び、インバータの出力電流Iu1,Iv1,Iw1をdq座標変換したフィードバックd軸電流Id1,フィードバックq軸電流Iq1を入力とし、単位インバータが出力すべきd軸電圧指令Vd*及びq軸電圧指令Vq*を算出する電流制御器302」と、
(4)「前記d軸電圧指令Vd*及びq軸電圧指令Vq*を180°位相反転する位相調整器304」と、
(5)「dq逆変換及び二相三相変換し、前記単位インバータ1及び2の出力電圧指令Vu_1*,Vv_1*,Vw_1*及びVu_2*,Vv_2*,Vw_2*を算出する逆座標変換器305」と
を備えて構成されるものである。
The vector control calculator 311
(1) “Reactive power command Q * to be output by
(2) “Coordinate converter that performs three-phase two-phase conversion and dq coordinate conversion on the output currents Iu1, Iv1, and Iw1 common to the
(3) “The d-axis current command Id * , the q-axis current command Iq *, and the feedback d-axis current Id1 obtained by converting the inverter output currents Iu1, Iv1, Iw1 by dq coordinates, and the feedback q-axis current Iq1 are input. A
(4) “
(5) “Inverse coordinate
尚、dq座標変換,三相二相変換,dq逆座標変換及び二相三相変換については周知であるため、詳しい説明は省略するが、
本明細書では、交流電圧検出器71で検出されたVu1,Vv1,Vw1の位相を基準位相としてdq座標変換を実施し、d軸を有効分として取り扱うことにするが、本発明は基準位相などを前述の記載内容に限定するものではない。
In addition, since dq coordinate transformation, three-phase two-phase transformation, dq inverse coordinate transformation, and two-phase three-phase transformation are well known, detailed explanation is omitted.
In this specification, the dq coordinate conversion is performed using the phases of Vu1, Vv1, and Vw1 detected by the
以下、図6で示した本発明の制御回路62のうち、新規な点である、図7で示したインバータ装置33の、互いに絶縁された直流コンデンサ11,12に印加される直流電圧を制御する平均直流電圧制御回路211と、個別直流電圧制御回路212の二つの直流電圧制御回路について詳細に説明する。
In the following, the DC voltage applied to the
まず、図7に示す単位インバータ1,2に接続されている直流コンデンサ11,12の平均直流電圧を制御する平均直流電圧制御回路211について説明する。
First, the average DC voltage control circuit 211 that controls the average DC voltage of the
通常、無効電力制御装置では、直流電圧が低下することを防ぐため、インバータの損失に相当するだけの有効電力を系統から取り込む必要がある。 Usually, in the reactive power control device, in order to prevent the DC voltage from being lowered, it is necessary to take in the active power corresponding to the loss of the inverter from the system.
平均直流電圧制御回路211は、単位インバータ1,2に接続されている直流コンデンサ11,12の直流電圧指令値Vdc *と、直流コンデンサ11,12に実際に印加されている直流電圧Vdc_1,Vdc_2の平均値Vdc_ave1との偏差に基づき、平均直流電圧制御器201は、この偏差を零にするように平均有効電力指令P*を算出し、ベクトル制御演算器311に出力する。
The average DC voltage control circuit 211 includes a DC voltage command value V dc * of the
これにより、前記単位インバータ1,2に接続されている直流コンデンサ11,12に印加されている平均直流電圧Vdc_ave1を、直流電圧指令値Vdc *に制御することが可能となる。
As a result, the average DC voltage V dc _ave1 applied to the
次に、図7の単位インバータ1,2に接続される直流コンデンサ11,12の直流電圧を個別に制御する個別直流電圧制御回路212の制御メカニズムについて説明する。
Next, the control mechanism of the individual DC
前記単位インバータ1,2の直流電圧が互いに電気的に絶縁されているため、位インバータ1,2の損失が異なると、直流電圧のアンバランスが生じることがある。
Since the DC voltages of the
このため、個別直流電圧制御回路212によって、単位インバータ1,2に接続されるコンデンサ11,12の直流電圧Vdc_1,Vdc_2を個別に制御する。
For this reason, the individual DC
ここで、単位インバータ1,2の出力する各有効電力をP_1,P_2、単位インバータ1,2の各出力電圧をdq座標変換した、d軸出力電圧Vd_1,Vd_2及び、q軸インバータ出力電圧Vq_1,Vq_2とすると、単位インバータ1,2の交流端子側への出力電流をdq座標変換したフィードバックd軸電流Id1,フィードバックq軸電流Iq1を用いて式1で表すことができる。
Here, the active powers output from the
前記単位インバータ1,2の出力電流は共通なので、式1より、単位インバータ1,2の出力する各有効電力P_1,P_2を独立して制御するためには、単位インバータ1,2のVd_1,Vq_1,Vd_2,Vq_2を制御する必要がある。
Since the output currents of the
ここで、無効電力制御装置ではインバータの損失分しか有効電力を取り込まないので、単位インバータ1,2が無効電力を出力している場合、Iq1≫Id1である。そのため、式1の右辺第一項はほぼ無視でき、第二項のうち独立して制御できるVq_1,Vq_2を制御することで、前記単位インバータ1,2の出力する有効電力ひいては直流コンデンサ11,12に印加される直流電圧Vdc_1,Vdc_2を制御できる。
Here, since the reactive power control apparatus takes in the active power only for the loss of the inverter, when the
ただし、前記単位インバータ1,2が無効電力を出力していない、つまり無負荷運転状態のときは、Iq1=0になるので、式1より、前記Vq_1,Vq_2を制御しても有効電力は制御できない。
However, when the
そのため、単位インバータ1,2が無効電力を出力していない、つまり無負荷運転状態のときは、式2の右辺第一項のうち、単位インバータ1と2で独立に制御可能なVd_1,Vd_2を制御すれば、単位インバータ1,2の出力する有効電力ひいては直流コンデンサ11,12に印加される直流電圧Vdc_1,Vdc_2を制御できる。
Therefore, when the
次に、上記で説明したメカニズムを用い、図7の単位インバータ1,2に接続される直流コンデンサ11,12の直流電圧を個別に制御する、個別直流電圧制御回路212の構成及びその動作について述べる。
Next, the configuration and operation of the individual DC
図7の単位インバータ1の直流コンデンサ11の直流電圧Vdc_1を制御する、個別直流電圧制御回路212は、直流電圧指令Vdc *と前記単位インバータ1の直流コンデンサ11の直流電圧Vdc_1との偏差に基づき、q軸電圧補正信号Vqh1を出力するQ軸個別直流電圧制御器203と、直流電圧指令Vdc *と、前記単位インバータ2の直流コンデンサ11の直流電圧Vdc_1との偏差に基づき、d軸補正信号Vdh_1を出力するD軸個別直流電圧制御204と、フィードバックq軸電流Iq1の極性を判定する極性判定器202と、無効電力指令Q*が0、つまり無負荷であることを検出する無負荷状態判定器205とを備えて構成される。
The individual DC
前記極性判定器202は、前記単位インバータ1の出力する有効電力P_1の極性を決定するため、前記フィードバックq軸電流Iq1の極性により、表1に従って値を出力する。
The
前記Q軸個別直流電圧制御器203と前記極性判定器202の出力の積をq軸電圧指令Vq*に加算することで、前記単位インバータ1の直流電圧Vdc_1を直流電圧指令値Vdc *に制御することができる。
The product of the outputs of the Q-axis individual
また、前記無負荷判定器205は、無効電力指令Q*が0、つまり無負荷運転状態を検出し、表2に従って値を出力する。
The no-
そして、前記D軸個別直流電圧制御回路204の出力であるd軸電圧補正信号Vdh1と前記無負荷判定器205の積をd軸出力電圧指令Vd*に加算することで、無負荷のときでも、前記単位インバータ1の直流電圧Vdc_1を制御することができる。
Then, by adding the product of the d-axis voltage correction signal Vdh1 that is the output of the D-axis individual DC
また、前記個別直流電圧制御回路212は、無効電力制御装置の運転状態に関わらず制御できる。
The individual DC
以上説明したように、前記平均直流電圧制御回路211及び個別直流電圧制御回路212により、図7の単位インバータ1の直流電圧Vdc_1を、直流電圧指令Vdc *に保つことができる。
As described above, the average DC voltage control circuit 211 and the individual DC
また、前記単位インバータ2の直流コンデンサ12の直流電圧Vdc_2を個別に制御する場合と同様に、単位インバータ2の直流コンデンサ12の直流電圧Vdc_2と前記q軸フィードバック電流Iq1を個別直流電圧制御回路212に入力し、単位インバータ1の直流コンデンサ11の直流電圧Vdc_1を制御したときと同様な演算を実施し、その個別直流電圧制御回路212の出力を位相調整器の出力に加算することで、図7の単位インバータ2に接続される直流コンデンサに印加される直流電圧Vdc_2を、直流電圧指令Vdc *に制御することができる。尚、若干直電圧制御精度は落ちるが、図6に示される2つの個別直流電圧制御回路212の片方を省略することも可能である。
Also, as in the case of individually controlling the DC voltage V dc _2 of the
また個別直流電圧制御回路212の直流電圧指令Vdc *は、単位インバータ1,2の直流電圧Vdc_1,Vdc_2の平均値Vdc_ave1としてもかまわない。
The DC voltage command V dc * of the individual DC
以上のように、制御回路62により、図7のように同じ変圧器に接続され、出力電流が共通である単位インバータ1,2の直流電圧を所望の電圧に制御できる。
As described above, the
また当然ながら、図6で示す本発明の制御回路62を、図1の制御回路61に適用することができ、それぞれが電気的に絶縁された直流コンデンサ11,12,13,14に印加される直流電圧をそれぞれ独立して制御できるので、多重数を増やす場合は、同じ変圧器に接続されるインバータ装置毎に制御回路62を追加すればよく、容易に多重数を増やすことができる。
Further, as a matter of course, the
次に、本発明の他の実施例として、図8に図9に示す従来の多重インバータ装置132を無効電力制御装置に使用した場合の制御回路の例を示す。なお、図3は、図9の主回路要素のみを抜き出した図である。
Next, as another embodiment of the present invention, FIG. 8 shows an example of a control circuit when the conventional
図8で示した本発明の制御回路は、図9で示した従来の多重インバータ装置132のように直流コンデンサの一部が電気的に接続されている多重インバータ装置において、零相電流を抑制するために、デッドタイム補償回路411,零相電流抑制回路412が備わっていることが大きな特徴である。
The control circuit of the present invention shown in FIG. 8 suppresses the zero-phase current in the multiple inverter device in which a part of the DC capacitor is electrically connected like the conventional
まず、デッドタイムに起因する零相電圧の発生メカニズムについて説明する。 First, the generation mechanism of the zero phase voltage resulting from the dead time will be described.
図10は、図9の単位インバータ101のU相と直流コンデンサ112抜き出したものである。
FIG. 10 shows the U-phase and
図10のIGBT501,502は、ゲートに入力するゲートパルス(Gate_P,Gate_N)を制御することでオンオフさせ、インバータの出力電圧を制御する。
The
ゲート信号とインバータ出力電圧の関係、すなわち、P側ゲート信号Gate_P,N側ゲート信号Gate_N、およびインバータ出力電圧の関係を図11に示す。 FIG. 11 shows the relationship between the gate signal and the inverter output voltage, that is, the relationship between the P-side gate signal Gate_P, the N-side gate signal Gate_N, and the inverter output voltage.
ただし、デッドタイムがない理想状態におけるゲートパルスGate_P,Gate_N及びインバータ出力電圧をVout_iは実線で、デッドタイムを設けた場合のゲートパルスGate_P,Gate_N及びインバータ出力電圧をVout_dは破線で示す。 However, the gate pulses Gate_P and Gate_N and the inverter output voltage in an ideal state with no dead time are indicated by solid lines Vout_i, and the gate pulses Gate_P and Gate_N and the inverter output voltage when the dead time is provided are indicated by broken lines.
なお、図11(a)は、図10のインバータ出力電流Iconvの極性が正の場合についてであり、図11(b)は、前記インバータ出力電流Iconvの極性が負の場合のときのP側ゲート信号Gate_P,N側ゲート信号Gate_N、およびインバータ出力電圧の関係を示している。 11A shows the case where the polarity of the inverter output current I conv in FIG. 10 is positive, and FIG. 11B shows the case where the polarity of the inverter output current I conv is negative. The relationship between the side gate signal Gate_P, the N side gate signal Gate_N, and the inverter output voltage is shown.
但し、デッドタイムを設けない場合については、図11(a)と(b)でP側ゲート信号Gate_P,N側ゲート信号Gate_N、およびインバータ出力電圧は、同じである。 However, when the dead time is not provided, the P-side gate signal Gate_P, the N-side gate signal Gate_N, and the inverter output voltage are the same in FIGS. 11A and 11B.
また、P側IGBTとN側IGBTが同時にONするのを防ぐため、Gate_PとGate_Nが両方OFFとなるデッドタイム(Td)を設けた場合、P側ゲート信号Gate_P,N側ゲート信号Gate_N、およびインバータ出力電圧Vout_dは破線のようになり、それぞれデッドタイムを設けない場合と異なる。P側ゲート信号Gate_P,N側ゲート信号Gate_N、およびインバータ出力電圧に対するデッドタイムの影響は、デッドタイム期間中のインバータ出力電流ICONVの極性により異なる。例えば、前記インバータ出力電流ICONVが正の場合、図11(a)のように、デッドタイムがない理想的なインバータ出力電圧Vout_iと、デッドタイムを設けた場合のインバータ出力電圧Vout_dの差Vout_d−Vout_iは負になる。この、Vout_d−Vout_iはデッドタイムによって発生する電圧に相当する。Vout_d−Vout_iをキャリア1周期内で平均化した値を−V_deadtimeとすると、ICONVが正の時インバータは、デッドタイムによって−V_deadtimeを出力しているとみなすことができる。逆にICONVが負の場合、図11(b)のVout_dの波形のように、Vout_d−Vout_iは正になりICONVが負の時インバータは、デッドタイムによって+V_deadtimeを出力しているとみなすことができる。 Further, in order to prevent the P-side IGBT and the N-side IGBT from being turned ON at the same time, when a dead time (Td) in which both Gate_P and Gate_N are OFF is provided, the P-side gate signal Gate_P, the N-side gate signal Gate_N, and the inverter The output voltage Vout_d is as indicated by a broken line, and is different from the case where no dead time is provided. The influence of the dead time on the P-side gate signal Gate_P, the N-side gate signal Gate_N, and the inverter output voltage varies depending on the polarity of the inverter output current I CONV during the dead time period. For example, when the inverter output current I CONV is positive, as shown in FIG. 11A, the difference Vout_d− between the ideal inverter output voltage Vout_i having no dead time and the inverter output voltage Vout_d having the dead time is provided. Vout_i becomes negative. This Vout_d−Vout_i corresponds to a voltage generated by dead time. Assuming that a value obtained by averaging Vout_d−Vout_i within one carrier period is −V_deadtime, when I CONV is positive, the inverter can be regarded as outputting −V_deadtime due to dead time. On the other hand, when I CONV is negative, Vout_d−Vout_i is positive as shown in the waveform of Vout_d in FIG. 11B, and when I CONV is negative, the inverter is regarded as outputting + V_deadtime due to dead time. Can do.
インバータが三相交流電流ICONV_u,ICONV_v,ICONV_wを出力している場合の、デッドタイムの影響により発生する電圧をキャリア1周期内で平均化した値V_deadtimeおよびそれらの各相電圧の和である零相電圧V0の関係を図12に示す。 When the inverter outputs three-phase AC currents I CONV _u, I CONV _v, I CONV _w, the voltage V_deadtime obtained by averaging the voltage generated due to the effect of dead time within one carrier period and the voltage of each phase FIG. 12 shows the relationship of the zero-phase voltage V0 that is the sum of the two.
図12より、デッドタイムにより零相電圧が発生することがわかる。ここで、デッドタイムをTd、キャリア1周期をTcarry,P−N間直流電圧を2Vdcとした場合、V_deadtimeの振幅V_dead_peakは式2で示される。
FIG. 12 shows that zero phase voltage is generated due to dead time. Here, when the dead time is Td, the carrier period is Tcarry, and the PN DC voltage is 2 V dc , the amplitude V_dead_peak of V_deadtime is expressed by
デッドタイムによる零相電圧を抑制するには、インバータの出力電流に応じて式2で示される大きさの補償電圧を、デッドタイムよって発生する逆極性の電圧を与えればよい。
In order to suppress the zero-phase voltage due to the dead time, a compensation voltage having a magnitude indicated by
次に、前記デットタイムに起因する零相電圧を補償するデッドタイム補償回路411の動作について説明する。
Next, the operation of the dead
図8で示すデッドタイム補償回路411は、図9の単位インバータ101,102及び、103,104の出力電流Iu1,Iv1,Iw1及びIu2,Iv2,Iw2の極性を判定する極性判定器401と、デッドタイムに起因する零相電圧を補償する補償電圧を演算する補償電圧演算器402とを備えて構成される。
A dead
極性判定器401は、図9の各単位インバータ101,102及び、各単位インバータ103,104の出力電流Iu1,Iv1,Iw1及びIu2,Iv2,Iw2の極性に基づき、表3にしたがって値を出力する。
The polarity determination unit 401 outputs a value according to Table 3 based on the polarities of the output currents Iu1, Iv1, Iw1 and Iu2, Iv2, Iw2 of the
そして、補償電圧演算器402は、前記極性判定器401の出力と式4で示されるV_deadtimeの振幅V_dead_peakの積をとり、デッドタイム補償電圧Vdthos_u,Vdthos_uv,Vdthos_wとして、前記単位インバータ101,103の各相出力電圧指令Vu_1*,Vv_1*,Vw_1*,Vu_3*,Vv_3*,Vw_3*に加算する。
Then, the
また、前記単位インバータ101と102及び前記単位インバータ103と104とでは図9の電流検出器72によって検出する電流の極性が逆になるため、前記単位インバータ102,104の各相出力電圧指令Vu_2*,Vv_2*,Vw_2*,Vu_4*,Vv_4*,Vw_4*には、前記零相補償電圧V0hosを減算する。
Further, since the polarity of the current detected by the
前記デッドタイム補償回路411により、デッドタイムに起因する零相電圧を補償することができ、図9で示した従来の多重インバータ装置132のように直流コンデンサのすべてが絶縁されていないシステムにおいて、デッドタイムに起因する零相電圧によって流れてしまう零相電流を抑制することができる。
The dead
次に、本発明の制御回路の第2の特徴である零相電流抑制回路412について説明する。
Next, the zero-phase
零相電流抑制回路412は、図9の単位インバータ101,102,103,104を通流する零相電流I0_1を、単位インバータ101の各相出力電流Iu1,Iv1,Iw1の平均を求めることにより算出し、算出した零相電流I0_1に基づいて補償電圧を演算する零相電流制御器208を備えて構成される。
The zero-phase
零相電流抑制回路412の出力を零相補償電圧Vdt_hosとして、前記単位インバータ101,103の各相出力電圧指令Vu_1*,Vv_1*,Vw_1*,Vu_3*,Vv_3*,Vw_3*に加算する。また、前記単位インバータ101と102及び前記単位インバータ103と104とでは図9の電流検出器72によって検出する電流の極性が逆になるため、単位インバータ102,104の各相出力電圧指令Vu_2*,Vv_2*,Vw_2*,Vu_4*,Vv_4*,Vw_4*には、零相補償電圧V0hosを減算する。
The output of the zero-phase
零相電流抑制回路412により、図9で示した従来の多重インバータ装置132のように異なる変圧器に接続された単位インバータと直流コンデンサを介して流れる零相電流を抑制することができる。
The zero-phase
図8で示したデッドタイム補償回路411及び零相電流抑制回路412を含む本発明の制御回路により、異なる変圧器に接続されたインバータと直流コンデンサを介して流れる零相電流を大幅に低減できる。
The control circuit of the present invention including the dead
その結果、図9の変圧器121,122の鉄心に一般的な三脚鉄心を用いることが可能となり、多重インバータ装置の小型化・低コスト化が可能となる。
As a result, a general tripod iron core can be used for the iron cores of the
また、前記第一群の直流コンデンサ112及び、第二群の直流コンデンサ113をそれぞれ接続することができるので、各直流コンデンサの直流電圧の脈動が小さくなり、直流コンデンサの利用率向上,損失低減が可能となる。
Further, since the first group of
本発明は、MOSFETやIGBTなどの自己消弧形素子を用いた、複数の単位インバータの出力を変圧器を介して多重化する多重インバータ装置一般に適用することが可能である。 The present invention can be generally applied to a multiple inverter device that uses a self-extinguishing element such as a MOSFET or IGBT and multiplexes outputs of a plurality of unit inverters via a transformer.
1〜4 単位インバータ
11〜14 各々が電気的に絶縁されている直流コンデンサ
21,22 一次巻線の一端には単位インバータの各相交流出力端が、他端には別の単位インバータの各相交流出力端が接続されたオープン巻線変圧器
31 本発明の実施例1に関わる多重インバータ装置
33 本発明の実施例2に関わる多重インバータ装置
41 商用交流電源
51〜54 PWM回路
61 本発明の実施例1に関わる多重インバータ装置を制御する制御回路
62 本発明の実施例2に関わる多重インバータ装置を制御する制御回路
71 交流電圧検出回路
72 交流電流検出回路
73 直流電圧検出回路
81,82 本発明の第一の実施例に関わる単位インバータ対
101〜104 第一及び第二の従来例の多重インバータ装置に関わる単位インバータ
111 第一の従来例の多重インバータ装置に関わる直流コンデンサ
112 第二の従来例の多重インバータ装置に関わる第一の直流コンデンサ
113 第二の従来例の多重インバータ装置に関わる第二の直流コンデンサ
121,122 第一及び第二の従来例の多重インバータ装置に関わるオープン巻線変圧器
131 第一の従来例の多重インバータ装置
132 第二の従来例の多重インバータ装置
151〜154 第二の従来例の多重インバータ装置に関わるPWM回路
163 本発明の第三の実施例に関わる制御回路
181,182 第一の従来例の多重インバータ装置に関わる単位インバータ対
183,184 本発明の第三の実施例及び第一の従来例の多重インバータ装置に関わる単位インバータ対
201 単位インバータ対の各単位インバータの直流電圧の平均値を制御する平均直流電圧制御器
202 q軸フィードバック電流の極性を判定する極性判定器
203 各単位インバータの直流電圧と直流電圧指令との偏差に基づき補償電圧を演算するQ軸個別直流電圧制御器
204 各単位インバータの直流電圧と直流電圧指令との偏差に基づき補償電圧を演算するD軸個別直流電圧制御器
205 無負荷状態を検出する無負荷状態判定器
211 単位インバータ対の各単位インバータの直流電圧の平均を直流電圧指令に制御する平均直流電圧制御回路
212 各単位インバータの直流電圧を個別に制御する個別直流電圧制御回路
301 単位インバータが出力すべきd軸電流指令,q軸電流指令を算出する電流指令演算器
302 単位インバータが出力すべきd軸電圧指令,q軸電圧指令を算出する電流制御器
303 単位インバータの三相出力電流を周知の三相二相変換およびdq変換する座標変換器
304 180度位相反転させる位相調整器
305 周知の逆dq変換および二相三相変換を行う逆座標変換器
311 ベクトル制御器
401 単位インバータの各相出力電流の極性を判定する極性判定器
402 デッドタイムの長さ、キャリアの周期および直流電圧に応じて補償電圧を出力する補償電圧演算器
403 検出した零相電流に応じて補償電圧を出力する零相電流制御器
411 デッドタイムによる零相電圧を補償するデッドタイム補償回路
412 零相電流を抑制する零相電流抑制回路
501 P側IGBT
502 N側IGBT
1 to 4
502 N-side IGBT
Claims (6)
前記2台以上の単位インバータが前記変圧器の二次側で並列に接続されたインバータ装置において、
前記単位インバータは直流コンデンサの直流電圧を自己消弧形素子により三相交流電圧に変換するものであり、
前記変圧器は一次側の巻線がオープンデルタ結線であるオープンデルタ変圧器であり、
前記インバータ装置を構成する前記2台以上の単位インバータのうちの2台の単位インバータと前記変圧器は、前記変圧器の一次側の巻線の一端に前記単位インバータのうち一方を、他端には前記単位インバータのうち他方を接続されており、
前記2台の単位インバータの各直流コンデンサは互いに絶縁されており、
前記直流コンデンサの直流電圧を個別に制御するインバータ装置において、
前記2台の単位インバータの各直流コンデンサの平均値を直流電圧指令に応じて制御する平均直流電圧制御機能と、
前記直流電圧指令に対して個別に直流電圧を制御する個別直流電圧制御機能を備えることを特徴とするインバータ装置。 It has two or more unit inverters and a transformer,
In the inverter device in which the two or more unit inverters are connected in parallel on the secondary side of the transformer,
The unit inverter converts a DC voltage of a DC capacitor into a three-phase AC voltage by a self-extinguishing element,
The transformer is an open delta transformer whose primary winding is an open delta connection;
Of the two or more unit inverters constituting the inverter device, two unit inverters and the transformer have one of the unit inverters at one end of the primary winding of the transformer and the other end. Is connected to the other of the unit inverters,
The DC capacitors of the two unit inverters are insulated from each other,
In the inverter device for individually controlling the DC voltage of the DC capacitor,
An average DC voltage control function for controlling the average value of each DC capacitor of the two unit inverters according to a DC voltage command;
An inverter device comprising an individual DC voltage control function for individually controlling a DC voltage in response to the DC voltage command .
前記2台以上の単位インバータが前記変圧器の二次側で並列に接続されたインバータ装置において、
前記単位インバータは直流コンデンサの直流電圧を自己消弧形素子により三相交流電圧に変換するものであり、
前記変圧器は一次側の巻線がオープンデルタ結線であるオープンデルタ変圧器であり、
前記インバータ装置を構成する前記2台以上の単位インバータのうちの2台の単位インバータと前記変圧器は、前記変圧器の一次側の巻線の一端に前記単位インバータのうち一方を、他端には前記単位インバータのうち他方を接続されており、
前記2台の単位インバータの各直流コンデンサは互いに絶縁されており、
前記直流コンデンサの直流電圧を個別に制御するインバータ装置において、
前記2台の単位インバータの各直流コンデンサの電圧を、前記2台の単位インバータの各直流コンデンサの電圧の平均に応じて制御することを特徴とするインバータ装置。 It has two or more unit inverters and a transformer,
In the inverter device in which the two or more unit inverters are connected in parallel on the secondary side of the transformer,
The unit inverter converts a DC voltage of a DC capacitor into a three-phase AC voltage by a self-extinguishing element,
The transformer is an open delta transformer whose primary winding is an open delta connection;
Of the two or more unit inverters constituting the inverter device, two unit inverters and the transformer have one of the unit inverters at one end of the primary winding of the transformer and the other end. Is connected to the other of the unit inverters,
The DC capacitors of the two unit inverters are insulated from each other,
In the inverter device for individually controlling the DC voltage of the DC capacitor,
An inverter device that controls the voltage of each DC capacitor of the two unit inverters in accordance with an average of the voltages of the DC capacitors of the two unit inverters .
前記2台以上の単位インバータが前記変圧器の二次側で並列に接続されたインバータ装置において、
前記単位インバータは直流コンデンサの直流電圧を自己消弧形素子により三相交流電圧に変換するものであり、
前記変圧器は一次側の巻線がオープンデルタ結線であるオープンデルタ変圧器であり、
前記インバータ装置を構成する前記2台以上の単位インバータのうちの2台の単位インバータと前記変圧器は、前記変圧器の一次側の巻線の一端に前記単位インバータのうち一方を、他端には前記単位インバータのうち他方を接続されており、
前記2台の単位インバータの各直流コンデンサは互いに絶縁されており、
前記直流コンデンサの直流電圧を個別に制御するインバータ装置において、
各単位インバータの出力電圧を制御する制御回路は、前記各単位インバータの出力電圧
および電流の制御を行うd軸及びq軸上の回転座標制御系を備え、
前記制御回路は、ベクトル制御演算器と、個別直流電圧制御回路とを備え、
前記ベクトル制御演算器は、前記各単位インバータが出力すべき無効電力指令と、有効電力指令を入力とし、前記各単位インバータが出力すべきd軸電流指令及びq軸電流指令を算出する電流指令演算器と、
前記2台の単位インバータで共通である三相の出力電流を三相二相変換及びdq座標変換し、フィードバックd軸電流,フィードバックq軸電流を出力する座標変換器と、
前記d軸電流指令、前記q軸電流指令及び、前記フィードバックd軸電流,前記フィードバックq軸電流を入力とし、前記各単位インバータが出力すべきd軸電圧指令及びq軸電圧指令を算出する電流制御器と、
前記d軸電圧指令及び前記q軸電圧指令を180°位相反転する位相調整器と、
dq逆変換及び二相三相変換し、前記各単位インバータの三相出力電圧指令を算出する逆座標変換器とを備え、
前記個別直流電圧制御回路は、前記各単位インバータの各直流コンデンサの直流電圧と直流電圧指令との偏差と、前記フィードバックq軸電流の極性に応じて、補償電圧を算出し、前記無効電力指令の大きさが、有効電力指令の大きさよりも大きいときに、前記補償電圧を前記q軸電圧指令に加算することで前記2台の単位インバータの各直流電圧と前記直流電圧指令との偏差を小さくすることを特徴とするインバータ装置。 It has two or more unit inverters and a transformer,
In the inverter device in which the two or more unit inverters are connected in parallel on the secondary side of the transformer,
The unit inverter converts a DC voltage of a DC capacitor into a three-phase AC voltage by a self-extinguishing element,
The transformer is an open delta transformer whose primary winding is an open delta connection;
Of the two or more unit inverters constituting the inverter device, two unit inverters and the transformer have one of the unit inverters at one end of the primary winding of the transformer and the other end. Is connected to the other of the unit inverters,
The DC capacitors of the two unit inverters are insulated from each other,
In the inverter device for individually controlling the DC voltage of the DC capacitor,
The control circuit that controls the output voltage of each unit inverter is the output voltage of each unit inverter.
And a rotational coordinate control system on the d-axis and q-axis for controlling the current,
The control circuit includes a vector control arithmetic unit and an individual DC voltage control circuit,
The vector control arithmetic unit receives a reactive power command to be output by each unit inverter and an active power command, and calculates a d-axis current command and a q-axis current command to be output by each unit inverter. And
A three-phase output current common to the two unit inverters, three-phase two-phase conversion and dq coordinate conversion, and a coordinate converter that outputs a feedback d-axis current and a feedback q-axis current;
Current control for calculating a d-axis voltage command and a q-axis voltage command to be output by each unit inverter, using the d-axis current command, the q-axis current command, the feedback d-axis current, and the feedback q-axis current as inputs. And
A phase adjuster that reverses the phase of the d-axis voltage command and the q-axis voltage command by 180 °;
an inverse coordinate converter that performs dq inverse transformation and two-phase three-phase transformation, and calculates a three-phase output voltage command of each unit inverter,
The individual DC voltage control circuit calculates a compensation voltage according to the deviation between the DC voltage of each DC capacitor of each unit inverter and the DC voltage command and the polarity of the feedback q-axis current, and the reactive power command When the magnitude is larger than the magnitude of the active power command, the compensation voltage is added to the q-axis voltage command to reduce the deviation between the DC voltages of the two unit inverters and the DC voltage command. An inverter device characterized by that.
前記二台の単位インバータの各直流電圧と直流電圧指令との偏差に応じて補償電圧を出力し、
前記補償電圧を前記d軸電圧指令に加算することで、前記無効電力指令の大きさが、有効電力指令の大きさよりも大きいときに、前記2台の単位インバータの各直流電圧と前記直流電圧指令との偏差を小さくすることを特徴とするインバータ装置。 In the inverter device according to claim 3,
Output a compensation voltage according to the deviation between each DC voltage and the DC voltage command of the two unit inverters ,
When the magnitude of the reactive power command is larger than the magnitude of the active power command by adding the compensation voltage to the d-axis voltage command, the DC voltage and the DC voltage command of the two unit inverters An inverter device characterized in that the deviation is reduced .
前記2台以上の単位インバータが前記変圧器の二次側で並列に接続されたインバータ装置において、
前記単位インバータは直流電圧源の直流電圧を自己消弧形素子により三相交流電圧に変換するものであり、
前記変圧器は一次側の巻線がオープンデルタ結線であるオープンデルタ変圧器であり、前記2台以上の単位インバータのうちの2台の単位インバータと前記変圧器は、前記変圧器の一次側の巻線の一端に前記単位インバータのうち一方を、他端には前記単位インバータのうち他方を接続されており、
前記2台の単位インバータをセットとして、複数セット設け、
前記複数セットの各第1の単位インバータに接続される直流コンデンサは互いに接続されており、
前記複数セットの各第2の単位インバータに接続される直流コンデンサは互いに接続されており、
単位インバータの直流コンデンサが直流短絡しないように設けられるデッドタイムによって発生する零相電圧に対して逆極性の補償電圧を出力すること前記零相電圧を抑制し、各単位インバータに与えられるデッドタイムの長さと、前記各単位インバータのキャリアの周期と、前記各単位インバータの出力する各相出力電流の極性とに基づき補償電圧を算出し、前記補償電圧を各単位インバータの各相電圧指令に加算することで、前記各単位インバータが発生する零相電圧を抑制することを特徴とするインバータ装置。 It has two or more unit inverters and a transformer,
In the inverter device in which the two or more unit inverters are connected in parallel on the secondary side of the transformer,
The unit inverter converts a DC voltage of a DC voltage source into a three-phase AC voltage by a self-extinguishing element,
The transformer is an open delta transformer in which a primary winding is an open delta connection, and two unit inverters of the two or more unit inverters and the transformer are arranged on the primary side of the transformer. One of the unit inverters is connected to one end of the winding, and the other of the unit inverters is connected to the other end,
A set of the two unit inverters is provided, and a plurality of sets are provided.
DC capacitors connected to the first unit inverters of the plurality of sets are connected to each other,
DC capacitors connected to the second unit inverters of the plurality of sets are connected to each other,
Outputting a compensation voltage having a reverse polarity to the zero-phase voltage generated by the dead time provided so that the DC capacitor of the unit inverter is not short-circuited by the DC. The zero-phase voltage is suppressed, and the dead time given to each unit inverter is reduced. A compensation voltage is calculated based on the length, the carrier cycle of each unit inverter, and the polarity of each phase output current output from each unit inverter, and the compensation voltage is added to each phase voltage command of each unit inverter. Thus , the inverter device is characterized in that the zero-phase voltage generated by each unit inverter is suppressed .
前記2台以上の単位インバータが前記変圧器の二次側で並列に接続されたインバータ装置において、
前記単位インバータは直流電圧源の直流電圧を自己消弧形素子により三相交流電圧に変換するものであり、
前記変圧器は一次側の巻線がオープンデルタ結線であるオープンデルタ変圧器であり、
前記2台以上の単位インバータのうちの2台の単位インバータと前記変圧器は、前記変圧器の一次側の巻線の一端に前記単位インバータのうち一方を、他端には前記単位インバータのうち他方を接続されており、
前記2台の単位インバータをセットとして、複数セット設け、
前記複数セットの各第1の単位インバータに接続される直流コンデンサは互いに接続されており、
前記複数セットの各第2の単位インバータに接続される直流コンデンサは互いに接続されており、
単位インバータの直流コンデンサが直流短絡しないように設けられるデッドタイムによって発生する零相電圧に対して逆極性の補償電圧を出力すること前記零相電圧を抑制し、
前記デッドタイム補償機能は、
各単位インバータの出力する各相出力電流の極性を判定する極性判定器と、
前記各単位インバータに与えられる周知のデッドタイムの長さと、前記各単位インバータのキャリアの周期とから決定される補償電圧を算出する補償電圧演算器を備え、
前記補償電圧を各単位インバータの各相電圧指令に加算または減算することで、各単位インバータを通流する零相電流を抑制することを特徴とするインバータ装置。
It has two or more unit inverters and a transformer,
In the inverter device in which the two or more unit inverters are connected in parallel on the secondary side of the transformer,
The unit inverter converts a DC voltage of a DC voltage source into a three-phase AC voltage by a self-extinguishing element,
The transformer is an open delta transformer whose primary winding is an open delta connection;
Of the two or more unit inverters, two unit inverters and the transformer have one of the unit inverters at one end of the primary winding of the transformer and the other unit inverter at the other end. The other is connected,
A set of the two unit inverters is provided, and a plurality of sets are provided.
DC capacitors connected to the first unit inverters of the plurality of sets are connected to each other ,
DC capacitors connected to the second unit inverters of the plurality of sets are connected to each other ,
Output the compensation voltage of the opposite polarity to the zero phase voltage generated by the dead time provided so that the DC capacitor of the unit inverter is not short-circuited DC, to suppress the zero phase voltage,
The dead time compensation function is:
A polarity determiner that determines the polarity of each phase output current output by each unit inverter;
A compensation voltage calculator for calculating a compensation voltage determined from a known dead time length given to each unit inverter and a carrier cycle of each unit inverter;
An inverter device characterized in that a zero-phase current flowing through each unit inverter is suppressed by adding or subtracting the compensation voltage to each phase voltage command of each unit inverter.
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