JP5410551B2 - Power converter - Google Patents

Power converter Download PDF

Info

Publication number
JP5410551B2
JP5410551B2 JP2011551849A JP2011551849A JP5410551B2 JP 5410551 B2 JP5410551 B2 JP 5410551B2 JP 2011551849 A JP2011551849 A JP 2011551849A JP 2011551849 A JP2011551849 A JP 2011551849A JP 5410551 B2 JP5410551 B2 JP 5410551B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
voltage
output
inverter
period
power
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2011551849A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPWO2011093269A1 (en
Inventor
賢司 藤原
達也 奥田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2011551849A priority Critical patent/JP5410551B2/en
Publication of JPWO2011093269A1 publication Critical patent/JPWO2011093269A1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5410551B2 publication Critical patent/JP5410551B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/49Combination of the output voltage waveforms of a plurality of converters
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0095Hybrid converter topologies, e.g. NPC mixed with flying capacitor, thyristor converter mixed with MMC or charge pump mixed with buck
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/4835Converters with outputs that each can have more than two voltages levels comprising two or more cells, each including a switchable capacitor, the capacitors having a nominal charge voltage which corresponds to a given fraction of the input voltage, and the capacitors being selectively connected in series to determine the instantaneous output voltage
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/487Neutral point clamped inverters

Description

本発明は、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置、例えば太陽光発電装置を電力系統に連系するパワーコンディショナ等に用いる電力変換装置に関するものである。   The present invention relates to a power conversion device that converts direct-current power into alternating-current power, for example, a power conversion device that is used in a power conditioner that links a solar power generation device to a power system.

従来の電力変換装置において、単相の第1の単相インバータの交流出力端子の一方に第2のインバータの交流出力端子を直列に接続し、他方に第3のインバータの交流出力端子を直列に接続し、総和にて交流の出力電圧を得るようにしたものがある。第1の単相インバータは、太陽電池の直流電圧をチョッパ回路で昇圧した第1の直流電圧を有する第1の直流源に接続され、第2のインバータは第1の直流源から甲コンバータにより変換された第2の直流電圧を有する第2の直流源に接続され、第3のインバータは第1の直流源から乙コンバータにより変換された第3の直流電圧を有する第3の直流源に接続され、それぞれ電力の供給を受ける。第1の単相インバータは特定の期間のみ出力するためその出力は商用周波数のパルス状の波形であり、電力変換装置の出力電圧波形が正弦波交流になるように、正弦波交流と第1の単相インバータの出力との差分を第2及び第3のインバータが出力している(例えば、特許文献1参照)。   In the conventional power converter, the AC output terminal of the second inverter is connected in series to one of the AC output terminals of the single-phase first single-phase inverter, and the AC output terminal of the third inverter is connected in series to the other. Some are connected to obtain an AC output voltage as a sum. The first single-phase inverter is connected to a first DC source having a first DC voltage obtained by boosting the DC voltage of the solar cell with a chopper circuit, and the second inverter is converted from the first DC source by the former converter. The third inverter is connected to the third DC source having the third DC voltage converted from the first DC source by the second converter. , Each receiving power supply. Since the first single-phase inverter outputs only for a specific period, the output is a pulse waveform at the commercial frequency, and the output voltage waveform of the power converter is a sine wave AC and the first sine wave AC. The second and third inverters output the difference from the output of the single-phase inverter (see, for example, Patent Document 1).

国際公開WO2006−090674号公報International Publication WO2006-090674

従来の電力変換装置は以上のように構成され、第1の単相インバータはパルス出力を行っており、その出力期間で第1の単相インバータが出す電力が電力変換装置の出力電力になるような条件を満たせば、第2及び第3のインバータの電力収支は0となりその電圧は保たれる。しかし、第2及び第3のインバータにはその直流母線電圧にて出力可能な交流出力指令値を与える必要があり、一方、第1の単相インバータは前記制限を受け出力を行うため、入出力条件によって電力収支に不足が生じる。その不足分を第2及び第3のインバータにて補っている。このため、従来の電力変換装置では、上述のように第2及び第3のインバータは、第1の直流源に接続された甲及び乙コンバータを介して、電力の供給を受けるように構成されている。ところが、甲及び乙コンバータのような変換装置を別途用いることはコスト及び損失の増加につながるといった問題がある。   The conventional power converter is configured as described above, and the first single-phase inverter performs pulse output, and the power output by the first single-phase inverter during the output period becomes the output power of the power converter. If this condition is satisfied, the power balance of the second and third inverters becomes zero and the voltage is maintained. However, it is necessary to give the second and third inverters an AC output command value that can be output by the DC bus voltage, while the first single-phase inverter outputs the output by receiving the limitation. Depending on the conditions, there is a shortage in the power balance. The shortage is compensated by the second and third inverters. For this reason, in the conventional power converter, as described above, the second and third inverters are configured to receive power supply via the first and second converters connected to the first DC source. Yes. However, there is a problem that separately using a conversion device such as the former and the second converter leads to an increase in cost and loss.

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、安価で電力損失の少ない電力変換装置を得ることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to obtain a power conversion device that is inexpensive and has low power loss.

この発明に係る電力変換装置においては、
第1のインバータと第2のインバータと制御装置とを備えた電力変換装置であって、
上記第1のインバータは、直流電源の正負端子間に接続され上記直流電源の電力を交流に変換して交流出力線を介して出力するものであり、
上記第2のインバータは、コンデンサと単相インバータ回路とを有し、上記単相インバータ回路の直流側が上記コンデンサに接続され交流側が上記交流出力線に直列に接続されたものであり、
上記制御装置は、正弦波の交流出力電圧指令が所定値よりも大きくなったとき立ち上がり上記所定値以下になったとき立ち下がる1パルスの電圧を上記交流出力電圧指令の半周期毎に主電圧パルスとして出力するように主電圧パルス指令を発信して上記第1のインバータを制御するとともに上記交流出力電圧指令と上記第1のインバータの出力電圧とに基づいて出される補償電圧指令に基づいて上記第2のインバータの出力電圧をパルス幅変調制御して上記第1及び第2のインバータの出力電圧の和を正弦波の交流電圧として出力するようにし、かつ
上記補償電圧指令に対して上記コンデンサの電圧が足りず上記第2のインバータの出力電圧が不足する期間である第1の期間が上記主電圧パルスが出力されているべき期間の前後に存在する場合は上記第1の期間中上記第1のインバータの出力電圧をパルス幅変調制御して出力し上記不足する出力電圧を補償するとともに上記主電圧パルスが出力されているべき期間中に第2の期間だけ上記第1のインバータの出力電圧をパルス幅変調制御して上記第1のインバータから出力される電力エネルギーを減少させることにより上記第1の期間に上記第1のインバータから供給される電力エネルギーを相殺するようにされたものである。
In the power converter according to the present invention,
A power conversion device including a first inverter, a second inverter, and a control device,
The first inverter is connected between the positive and negative terminals of a DC power source, converts the power of the DC power source into AC and outputs it through an AC output line,
The second inverter has a capacitor and a single-phase inverter circuit, the DC side of the single-phase inverter circuit is connected to the capacitor, and the AC side is connected in series to the AC output line,
The control device rises when the sine wave AC output voltage command becomes larger than a predetermined value, and outputs a pulse of one pulse that falls when the sine wave AC voltage command becomes less than the predetermined value at every half cycle of the AC output voltage command. The first inverter is controlled by transmitting a main voltage pulse command so that the first output is output as the first voltage, and the first voltage based on the compensation voltage command issued based on the AC output voltage command and the output voltage of the first inverter. The output voltage of the inverter 2 is subjected to pulse width modulation control to output the sum of the output voltages of the first and second inverters as a sine wave AC voltage, and the voltage of the capacitor in response to the compensation voltage command If the first period, which is a period during which the output voltage of the second inverter is insufficient, is present before and after the period during which the main voltage pulse is to be output. During the first period, the output voltage of the first inverter is output by pulse width modulation control to compensate for the insufficient output voltage and the second period during the period in which the main voltage pulse is to be output. The power energy supplied from the first inverter in the first period is reduced by reducing the power energy output from the first inverter by performing pulse width modulation control on the output voltage of the first inverter. It was designed to offset.

この発明に係る電力変換装置においては、
第1のインバータと第2のインバータと制御装置とを備えた電力変換装置であって、
上記第1のインバータは、直流電源の正負端子間に接続され上記直流電源の電力を交流に変換して交流出力線を介して出力するものであり、
上記第2のインバータは、コンデンサと単相インバータ回路とを有し、上記単相インバータ回路の直流側が上記コンデンサに接続され交流側が上記交流出力線に直列に接続されたものであり、
上記制御装置は、正弦波の交流出力電圧指令が所定値よりも大きくなったとき立ち上がり上記所定値以下になったとき立ち下がる1パルスの電圧を上記交流出力電圧指令の半周期毎に主電圧パルスとして出力するように主電圧パルス指令を発信して上記第1のインバータを制御するとともに上記交流出力電圧指令と上記第1のインバータの出力電圧とに基づいて出される補償電圧指令に基づいて上記第2のインバータの出力電圧をパルス幅変調制御して上記第1及び第2のインバータの出力電圧の和を正弦波の交流電圧として出力するようにし、かつ
上記補償電圧指令に対して上記コンデンサの電圧が足りず上記第2のインバータの出力電圧が不足する期間である第1の期間が上記主電圧パルスが出力されているべき期間の前後に存在する場合は上記第1の期間中上記第1のインバータの出力電圧をパルス幅変調制御して出力し上記不足する出力電圧を補償するとともに上記主電圧パルスが出力されているべき期間中に第2の期間だけ上記第1のインバータの出力電圧をパルス幅変調制御して上記第1のインバータから出力される電力エネルギーを減少させることにより上記第1の期間に上記第1のインバータから供給される電力エネルギーを相殺するようにされたものであるので、
安価で電力損失の少ない電力変換装置を得ることができる。
In the power converter according to the present invention,
A power conversion device including a first inverter, a second inverter, and a control device,
The first inverter is connected between the positive and negative terminals of a DC power source, converts the power of the DC power source into AC and outputs it through an AC output line,
The second inverter has a capacitor and a single-phase inverter circuit, the DC side of the single-phase inverter circuit is connected to the capacitor, and the AC side is connected in series to the AC output line,
The control device rises when the sine wave AC output voltage command becomes larger than a predetermined value, and outputs a pulse of one pulse that falls when the sine wave AC voltage command becomes less than the predetermined value at every half cycle of the AC output voltage command. The first inverter is controlled by transmitting a main voltage pulse command so that the first output is output as the first voltage, and the first voltage based on the compensation voltage command issued based on the AC output voltage command and the output voltage of the first inverter. The output voltage of the inverter 2 is subjected to pulse width modulation control to output the sum of the output voltages of the first and second inverters as a sine wave AC voltage, and the voltage of the capacitor in response to the compensation voltage command If the first period, which is a period during which the output voltage of the second inverter is insufficient, is present before and after the period during which the main voltage pulse is to be output. During the first period, the output voltage of the first inverter is output by pulse width modulation control to compensate for the insufficient output voltage and the second period during the period in which the main voltage pulse is to be output. The power energy supplied from the first inverter in the first period is reduced by reducing the power energy output from the first inverter by performing pulse width modulation control on the output voltage of the first inverter. Because it was designed to offset
An inexpensive and low-power-conversion power converter can be obtained.

この発明の実施の形態1である電力変換装置の構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structure of the power converter device which is Embodiment 1 of this invention. 第1及び第2の単相インバータの出力電圧を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the output voltage of a 1st and 2nd single phase inverter. 第2の単相インバータへの電力エネルギーの出入りの変化を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the change of the entrance / exit of the electric power energy to a 2nd single phase inverter. 電力変換装置の動作を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating operation | movement of a power converter device. 電力変換装置の動作を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating operation | movement of a power converter device. 電力変換装置の動作を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating operation | movement of a power converter device. 電力変換装置の動作を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating operation | movement of a power converter device. 電力変換装置の動作を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating operation | movement of a power converter device. 電力変換装置の動作を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating operation | movement of a power converter device. 図1の制御装置のPAD図である。It is a PAD figure of the control apparatus of FIG. 実施の形態2である電力変換装置の構成図である。It is a block diagram of the power converter device which is Embodiment 2. 電力変換装置の動作を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating operation | movement of a power converter device. 電力変換装置の動作を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating operation | movement of a power converter device. 図11の制御装置のPAD図である。It is a PAD figure of the control apparatus of FIG. 実施の形態3である電力変換装置の構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram of a power conversion device according to a third embodiment. 電力変換装置の動作を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating operation | movement of a power converter device. 電力変換装置の動作を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating operation | movement of a power converter device. 図15の制御装置のPAD図である。It is a PAD figure of the control apparatus of FIG. 実施の形態4である電力変換装置の構成図である。It is a block diagram of the power converter device which is Embodiment 4. 図19の制御装置のPAD図である。FIG. 20 is a PAD diagram of the control device of FIG. 19. 実施の形態5である電力変換装置の構成図である。FIG. 10 is a configuration diagram of a power conversion device according to a fifth embodiment. 第1及び第2の単相インバータの三角波キャリアの位相を180度ずらした場合の効果を説明するための波形図である。It is a wave form diagram for demonstrating the effect at the time of shifting the phase of the triangular wave carrier of a 1st and 2nd single phase inverter 180 degree | times. 実施の形態6である電力変換装置の構成図である。FIG. 10 is a configuration diagram of a power conversion device according to a sixth embodiment. 実施の形態6である電力変換装置の変形例の構成図である。It is a block diagram of the modification of the power converter device which is Embodiment 6. FIG. 実施の形態6である電力変換装置の他の変形例の構成図である。It is a block diagram of the other modification of the power converter device which is Embodiment 6. FIG.

実施の形態1.
図1〜図10は、この発明を実施するための実施の形態1を示すものであり、図1は電力変換装置の構成を示す構成図、図2は第1及び第2の単相インバータの出力電圧を示す波形図、図3は第2の単相インバータへの電力エネルギーの出入りの変化を示す波形図である。図4は〜図9は、電力変換装置の動作を説明するための説明図、図10は図1の制御装置のPAD図(PROBLEM ANALYSIS DIAGRAM)である。
Embodiment 1 FIG.
1 to 10 show a first embodiment for carrying out the present invention. FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of a power converter, and FIG. 2 is a diagram of first and second single-phase inverters. FIG. 3 is a waveform diagram showing a change in power energy in and out of the second single-phase inverter. 4 to 9 are explanatory diagrams for explaining the operation of the power conversion device, and FIG. 10 is a PAD diagram (PROBLEM ANALYSIS DIAGRAM) of the control device of FIG.

図1において、第1のインバータとしての第1の単相インバータ3は、単相のフルブリッジ回路3b及び交流出力線3c,3dを有する。フルブリッジ回路3bは、スイッチング手段である4個の電界効果トランジスタ(FET)3aにて構成されている。第2のインバータとしての第2の単相インバータ4は、単相のフルブリッジ回路4bとコンデンサ5とを有する。単相のフルブリッジ回路4bは、スイッチング手段としての4個の電界効果トランジスタ(FET)4aにて構成されている。なお、スイッチング手段は、FETだけではなく、IGBTなど自己消弧能力をもつ半導体素子やその他のものを適宜用いることができる。コンデンサ5は、電荷を蓄積する単相インバータ側の直流電源として機能する。太陽電池等の直流電源1にはコンデンサ2が接続され、第1の単相インバータ3に直流電力を供給する。コンデンサ2は、直流母線の電圧を平滑する。   In FIG. 1, a first single-phase inverter 3 as a first inverter has a single-phase full bridge circuit 3b and AC output lines 3c and 3d. The full bridge circuit 3b is composed of four field effect transistors (FETs) 3a which are switching means. The second single-phase inverter 4 as the second inverter includes a single-phase full bridge circuit 4 b and a capacitor 5. The single-phase full bridge circuit 4b is composed of four field effect transistors (FETs) 4a as switching means. As the switching means, not only the FET but also a semiconductor element having a self-extinguishing capability such as an IGBT or the like can be appropriately used. The capacitor 5 functions as a DC power source on the single-phase inverter side that accumulates electric charges. A capacitor 2 is connected to a DC power source 1 such as a solar battery, and DC power is supplied to the first single-phase inverter 3. Capacitor 2 smoothes the voltage of the DC bus.

第1の単相インバータ3の一方の交流出力線3cに第2の単相インバータ4の交流出力側が直列に接続されている。制御装置10は、閾値電圧調整装置11と処理装置12とを有し、第1の単相インバータ3及び第2の単相インバータ4を制御する。閾値電圧調整装置11は、減算器111とPI制御装置112とを有する。処理装置12としては、DSP(DIGITAL SIGNAL PROCESSOR)やFPGA(FIELD PROGRAMMABLE GATE ARRAY)等が用いられる。電力変換装置100は、以上のように構成されている。そして、電力変換装置100から正弦波の単相の交流出力電圧Voが平滑用のフィルタ6を介して電力系統などの負荷7に印加される。   The AC output side of the second single-phase inverter 4 is connected in series to one AC output line 3 c of the first single-phase inverter 3. The control device 10 includes a threshold voltage adjusting device 11 and a processing device 12 and controls the first single-phase inverter 3 and the second single-phase inverter 4. The threshold voltage adjusting device 11 includes a subtractor 111 and a PI control device 112. As the processing apparatus 12, a DSP (DIGITAL SIGNAL PROCESSOR), an FPGA (FIELD PROGRAMMATE GATE ARRAY), or the like is used. The power conversion device 100 is configured as described above. Then, a sine wave single-phase AC output voltage Vo is applied from the power conversion device 100 to a load 7 such as a power system through the smoothing filter 6.

次に動作について説明する。理想条件では第1の単相インバータ3の出力電圧V1の波形は、図2(a)に示すような時点t1において立ち上がり、時点t2において立ち下がるパルス波形である。制御装置10は、主電圧パルス指令としてのパルス状の目標電圧指令V1REF(図2(a))を第1のインバータ3に対して発信する。目標電圧指令V1REFは、主電圧パルスの立ち上がり指令S1及び立ち下がり指令S1を有する。主電圧パルスの立ち上がり指令S1は、正弦波の交流出力電圧指令VoREFが所定値としての第1の閾値電圧VTHB1(定数又は変数である、後述)以上になった時点t1において出力電圧V1である主電圧パルスが立ち上がるように発信される。立ち下がり指令S2は、交流出力電圧指令VoREFが第1の閾値電圧VTH1より小さくなった時点t2において主電圧パルスが立ち下がるように発信される。第1のインバータ3は、目標電圧指令V1REFにより正弦波の交流出力電圧指令VoREFの半周期に対して1パルスの割合で主電圧パルスとしての出力電圧V1を出力する。なお、主電圧パルスの立ち上がり指令S1が発信されてから立ち下がり指令S2が発信されるまでの間がこの発明における主電圧パルスが出力されているべき期間である。   Next, the operation will be described. Under ideal conditions, the waveform of the output voltage V1 of the first single-phase inverter 3 is a pulse waveform that rises at time t1 and falls at time t2, as shown in FIG. The control device 10 transmits a pulse-like target voltage command V1REF (FIG. 2A) as a main voltage pulse command to the first inverter 3. The target voltage command V1REF has a main voltage pulse rise command S1 and a fall command S1. The rise command S1 of the main voltage pulse is the main output voltage V1 at the time point t1 when the sine wave AC output voltage command VoREF becomes equal to or higher than a first threshold voltage VTHB1 (constant or variable, which will be described later) as a predetermined value. It is transmitted so that a voltage pulse rises. The falling command S2 is transmitted so that the main voltage pulse falls at the time t2 when the AC output voltage command VoREF becomes smaller than the first threshold voltage VTH1. The first inverter 3 outputs the output voltage V1 as the main voltage pulse at a rate of one pulse with respect to the half cycle of the sinusoidal AC output voltage command VoREF in response to the target voltage command V1REF. The period from when the main voltage pulse rising command S1 is transmitted until the falling command S2 is transmitted is a period during which the main voltage pulse should be output in the present invention.

第1の閾値電圧VTHB1は、単相インバータ側の直流電源であるコンデンサ2の電圧VC1及び電力変換装置100の交流出力電圧Voの実効値VoRMSから求めることができる。例えば、出力力率が1である場合、第1の単相インバータ3の出力する電力Pmainが電力変換装置の全出力電力Poと一致すればよい。従って、次の(1)式が成り立つ位相θthのときの交流電圧値が閾値電圧VTHB1となる。ここでVpは正弦波交流電圧のピーク電圧を、Ipは正弦波交流電流のピーク電流である。   The first threshold voltage VTHB1 can be obtained from the voltage VC1 of the capacitor 2 that is the DC power supply on the single-phase inverter side and the effective value VoRMS of the AC output voltage Vo of the power converter 100. For example, when the output power factor is 1, the power Pmain output from the first single-phase inverter 3 only needs to match the total output power Po of the power converter. Therefore, the AC voltage value at the phase θth where the following equation (1) holds is the threshold voltage VTHB1. Here, Vp is the peak voltage of the sine wave AC voltage, and Ip is the peak current of the sine wave AC current.

Figure 0005410551
Figure 0005410551

制御装置10は、電力変換装置100の交流出力電圧Voが正弦波になるように、補償電圧指令としての出力電圧指令V2REFを第2の単相インバータ4に与え、図2(b)に示すような出力電圧V2をPWM制御方式にて出力させる。出力電圧指令V2REFは、第2の単相インバータ4の出力すべき電圧の指令である。出力電圧指令V2REFは、正弦波の交流出力電圧指令VoREFと第1の単相インバータ3の出力電圧V1との差に基づいて当該差を補正するように第2の単相インバータ4に対して出力される。第1の単相インバータ3の交流出力線3cに第2の単相インバータ4の交流側が直列に接続されている。従って、第1の単相インバータ3の出力電圧V1と第2の単相インバータ4の出力電圧V2が加算され、電力変換装置100から正弦波の交流出力電圧Voが出力される。なお、出力電圧指令V2REFは、正弦波の交流出力電圧指令VoREFと第1の単相インバータ3の目標電圧指令V1REFとの差に基づいて出力するようにしてもよく、実質的に差はない。   The control device 10 gives an output voltage command V2REF as a compensation voltage command to the second single-phase inverter 4 so that the AC output voltage Vo of the power conversion device 100 becomes a sine wave, as shown in FIG. Output voltage V2 is output by the PWM control method. The output voltage command V2REF is a command for the voltage to be output from the second single-phase inverter 4. The output voltage command V2REF is output to the second single-phase inverter 4 so as to correct the difference based on the difference between the sinusoidal AC output voltage command VoREF and the output voltage V1 of the first single-phase inverter 3. Is done. The AC side of the second single-phase inverter 4 is connected in series to the AC output line 3 c of the first single-phase inverter 3. Therefore, the output voltage V1 of the first single-phase inverter 3 and the output voltage V2 of the second single-phase inverter 4 are added, and a sine wave AC output voltage Vo is output from the power converter 100. The output voltage command V2REF may be output based on the difference between the sinusoidal AC output voltage command VoREF and the target voltage command V1REF of the first single-phase inverter 3, and there is substantially no difference.

第2の単相インバータ4は、正極性の電力のみである一般的なPWMインバータとは異なる。例えば、交流出力の力率が1の場合、図3に示すように第2の単相インバータ4の出力電力P1は正極性である時及び負極性である時が存在する。正極性である時には、第2の単相インバータ4のコンデンサ5は放電し電力エネルギーが放出される。負極性である時には、電力エネルギーが供給され充電される。これらの正負電力エネルギーが同じになるように、第1の単相インバータ3の出力期間を制御すれば、第2の単相インバータ4のために従来のコンバータのような電源を別途用意する必要は無いことになる。つまり、第2の単相インバータ4の電力エネルギーの収支が零となるように制御すれば、第2の単相インバータ4のために従来のコンバータのような電源を別途用意する必要は無いことになる。   The second single-phase inverter 4 is different from a general PWM inverter that has only positive power. For example, when the power factor of the AC output is 1, as shown in FIG. 3, the output power P1 of the second single-phase inverter 4 has a positive polarity and a negative polarity. When the polarity is positive, the capacitor 5 of the second single-phase inverter 4 is discharged and electric energy is released. When it is negative, power energy is supplied and charged. If the output period of the first single-phase inverter 3 is controlled so that these positive and negative power energies are the same, it is necessary to prepare a separate power source such as a conventional converter for the second single-phase inverter 4. There will be no. In other words, if the balance of the power energy of the second single-phase inverter 4 is controlled to be zero, there is no need to separately prepare a power source like the conventional converter for the second single-phase inverter 4. Become.

ところで、実際には入力である太陽電池等の直流電源1の電気特性及び出力である電力系統に代表される負荷7の電気特性は常に同条件ではなく、条件によって閾値電圧VTHB1も変化する。例えば、図4(a)のように交流電圧が正極性であって第1の単相インバータ3の主電圧パルス出力の立ち上がり点である時点t1における動作を考察する。なお、時点t1は、第1の単相インバータ3へ目標電圧指令V1REFの主電圧パルスの立ち上がり指令S1が発信されるべき時点であり、また主電圧パルスの立ち上がるべき時点でもある。第2の単相インバータ4の出力電圧指令V2REFが、コンデンサ5の端子間の電圧VC2よりも高く、第2の単相インバータ4が出力できない期間Taが時点t1よりも前に発生する場合がある。この場合、第2の単相インバータ4は、期間Taにおいては、出力電圧指令V2REFがコンデンサ5の端子間の電圧VC2よりも高いので、第2の単相インバータ4の出力電圧が不足するため、出力できない。そこで、制御装置10が、期間Taにおいては、図5(a)のように第1の単相インバータ3が部分的にPWM制御による高周波スイッチング動作をするように制御を行い、期間Taにおいて不足する出力電圧を補償する。第1の単相インバータ3が、期間Taにおいて不足する出力電圧を補償することにより、電力変換装置100は正弦波状の交流出力電圧Voを出力する。なお、期間Taが、この発明における補償電圧指令V2REFに対してコンデンサ5の電圧が足りず第2のインバータ4の出力電圧V2が不足する期間である第1の期間である。期間Taは、第2の単相インバータ4の出力電圧が不足する出力不可能期間でもある。   By the way, in practice, the electrical characteristics of the direct-current power source 1 such as a solar cell as an input and the electrical characteristics of the load 7 typified by the power system as an output are not always the same, and the threshold voltage VTHB1 also changes depending on the conditions. For example, as shown in FIG. 4A, consider an operation at a time t1 when the AC voltage is positive and the rising point of the main voltage pulse output of the first single-phase inverter 3 is reached. The time point t1 is a time point at which the rising command S1 of the main voltage pulse of the target voltage command V1REF should be transmitted to the first single-phase inverter 3, and is also a time point at which the main voltage pulse should rise. The output voltage command V2REF of the second single-phase inverter 4 is higher than the voltage VC2 between the terminals of the capacitor 5, and a period Ta during which the second single-phase inverter 4 cannot output may occur before time t1. . In this case, since the output voltage command V2REF is higher than the voltage VC2 between the terminals of the capacitor 5 in the period Ta, the second single-phase inverter 4 is short of the output voltage of the second single-phase inverter 4. Cannot output. Therefore, the control device 10 performs control so that the first single-phase inverter 3 partially performs high-frequency switching operation by PWM control as shown in FIG. Compensates for output voltage. The first single-phase inverter 3 compensates for the output voltage that is insufficient in the period Ta, so that the power conversion apparatus 100 outputs the sine wave-shaped AC output voltage Vo. The period Ta is a first period in which the voltage of the capacitor 5 is insufficient with respect to the compensation voltage command V2REF in the present invention and the output voltage V2 of the second inverter 4 is insufficient. The period Ta is also an output impossible period in which the output voltage of the second single-phase inverter 4 is insufficient.

しかし、この場合通常出力しない期間Taにおいて、第1の単相インバータ3が電力エネルギーを出力することになる。このため、出力過剰となり、第2の単相インバータ4のコンデンサ5が余分に充電されてしまう。よって、第1の単相インバータ3が、図6(a)に示すように、期間Tb(詳細後述)についても第1の単相インバータ3がPWM制御による高周波スイッチング制御を行い出力を減少させ、第1の単相インバータの出力する電力エネルギーが電力変換装置に必要とされる出力電力になるように調整し、出力過剰を防止する。なお、期間Tbが、この発明の第2の期間である。期間Tbは、時点t1以後の期間であり、第1のインバータ3が主電圧パルスを出力するはずであった期間であり、出力を減少させるための電力調整PWM期間でもある。なお、期間Tbの始点は、第1の単相インバータ3に対する交流出力電圧指令VoREFが第1の閾値電圧VTHB1よりも大きくなった時点t1(図5(a)参照)である。この時点は、期間Taの終点でもある。   However, in this case, the first single-phase inverter 3 outputs power energy in the period Ta in which the normal output is not performed. For this reason, the output becomes excessive, and the capacitor 5 of the second single-phase inverter 4 is charged excessively. Therefore, as shown in FIG. 6A, the first single-phase inverter 3 performs high-frequency switching control by PWM control during the period Tb (details will be described later) to reduce the output, It adjusts so that the electric power energy which a 1st single phase inverter outputs becomes the output electric power required for a power converter device, and prevents excessive output. The period Tb is the second period of the present invention. The period Tb is a period after the time point t1, is a period during which the first inverter 3 was supposed to output the main voltage pulse, and is also a power adjustment PWM period for decreasing the output. Note that the start point of the period Tb is a time point t1 (see FIG. 5A) when the AC output voltage command VoREF for the first single-phase inverter 3 becomes larger than the first threshold voltage VTHB1. This time is also the end point of the period Ta.

期間Tbの設定は、次のようにする。期間Taにおける第1の単相インバータ3のスイッチング動作により(図5(a)参照)、第1の単相インバータ3の出力する電力エネルギーが過剰となり、コンデンサ5の電圧VC2が所定のコンデンサ電圧としての目標電圧VC2REFを超えてしまう場合は、基準となる第1の閾値電圧VTHB1よりも所定の制御量としての制御量βだけ高くした第2の閾値電圧VTHB2を求める。制御量β(図6(a)参照)の求め方については、後で説明する。そして、交流出力電圧指令VoREFが第2の閾値電圧VTHB2よりも大きくなったときに第1の単相インバータ3が通常通りの主電圧パルスの出力を開始する。この時点が、期間Tbの終点である。なお、本来はこの期間Tbは、主電圧パルスの立ち上がりの初期の部分であり、この初期の部分においてPWM制御を行うことになる。   The period Tb is set as follows. Due to the switching operation of the first single-phase inverter 3 in the period Ta (see FIG. 5A), the power energy output from the first single-phase inverter 3 becomes excessive, and the voltage VC2 of the capacitor 5 becomes the predetermined capacitor voltage. When the target voltage VC2REF is exceeded, a second threshold voltage VTHB2 that is higher than the reference first threshold voltage VTHB1 by a control amount β as a predetermined control amount is obtained. A method for obtaining the control amount β (see FIG. 6A) will be described later. When the AC output voltage command VoREF becomes larger than the second threshold voltage VTHB2, the first single-phase inverter 3 starts outputting the main voltage pulse as usual. This time is the end point of the period Tb. Note that this period Tb is originally an initial part of the rise of the main voltage pulse, and PWM control is performed in this initial part.

期間Tbは、期間Tbにおいて第1の単相インバータ3がPWM制御によりスイッチングしたときの電力エネルギー(電力量)とスイッチングしないときの電力エネルギーとの差Dp(マイナス値である)が、期間Taにおいて第1の単相インバータ3から供給された電力エネルギーPgと同じになったときに終了する。すなわち、電力エネルギーの差Dpと電力エネルギーPgとが相殺されたときに終了する。この実施の形態では、図6(a)の出力電圧V2の波形に示すように、上記期間Ta及び期間Tbにおいては、第2の単相インバータ4の動作は停止しており、電圧の供給は行っていない。なお、負荷変動等、何らかの原因で第2の単相インバータ4のコンデンサ5の電圧VC2が目標電圧VC2REFよりも低下してしまっている場合は、上記によらず閾値電圧を第1の閾値電圧VTHB1よりも低くし、第2の単相インバータ4のコンデンサ5を充電してもよい。   In the period Tb, a difference Dp (a negative value) between the power energy (power amount) when the first single-phase inverter 3 is switched by PWM control in the period Tb and the power energy when the first single-phase inverter 3 is not switched is a negative value in the period Ta. The process ends when the power energy Pg supplied from the first single-phase inverter 3 becomes the same. That is, the process ends when the power energy difference Dp and the power energy Pg are offset. In this embodiment, as shown in the waveform of the output voltage V2 in FIG. 6A, the operation of the second single-phase inverter 4 is stopped during the period Ta and the period Tb, and the supply of voltage is not performed. not going. If the voltage VC2 of the capacitor 5 of the second single-phase inverter 4 has dropped below the target voltage VC2REF for some reason, such as load fluctuation, the threshold voltage is set to the first threshold voltage VTHB1 regardless of the above. And the capacitor 5 of the second single-phase inverter 4 may be charged.

また、主電圧パルスが立ち下がる時点t2における動作も同様である。すなわち、図4(b)に示すように時点t2以後に、第2の単相インバータ4の出力電圧指令V2REFがコンデンサ5の電圧VC2よりも高い期間である期間Ta1が発生する場合は、期間Ta1においては、制御装置10は、図5(b)のように第1の単相インバータ3に対して部分的にPWM制御による高周波スイッチングを行う制御を行う。制御装置10が、第1の単相インバータ3に対して部分的にPWM制御による高周波スイッチング動作をさせることにより、期間Ta1において不足する出力電圧を補償し、電力変換装置100が正弦波状の交流出力電圧Voを出力するようにする。この場合、通常出力しない期間Ta1において第1の単相インバータ3が電力エネルギーを出力することになるので、出力過剰となり、第2の単相インバータ4のコンデンサ5が余分に充電されてしまう。よって、制御装置10は、図6(b)に示すように、時点t2よりも前の第2の期間としての期間Tb1(詳細後述)だけ上記第1のインバータの出力電圧をPWM制御して、出力する電力エネルギーを減少させる。   The operation at time t2 when the main voltage pulse falls is the same. That is, as shown in FIG. 4B, after the time point t2, when the period Ta1 in which the output voltage command V2REF of the second single-phase inverter 4 is higher than the voltage VC2 of the capacitor 5 occurs, the period Ta1 In FIG. 5, the control device 10 performs control for partially performing high-frequency switching by PWM control on the first single-phase inverter 3 as shown in FIG. The control device 10 causes the first single-phase inverter 3 to partially perform a high-frequency switching operation by PWM control to compensate for an output voltage that is insufficient in the period Ta1, and the power conversion device 100 has a sinusoidal AC output. The voltage Vo is output. In this case, since the first single-phase inverter 3 outputs power energy in the period Ta1 during which normal output is not performed, the output is excessive, and the capacitor 5 of the second single-phase inverter 4 is charged excessively. Therefore, as shown in FIG. 6B, the control device 10 PWM-controls the output voltage of the first inverter only during a period Tb1 (details will be described later) as a second period before the time t2. Reduce the output power energy.

制御装置10が、第1のインバータの出力電圧をPWM制御して出力する電力エネルギーを減少させることにより、期間Ta1において第1のインバータ3から供給される電力エネルギー分を相殺する。なお、時点t2は、第1の単相インバータ3へ目標電圧指令V1REFの主電圧パルスの立ち下がり指令が発信されるべき時点であり、また主電圧パルスが立ち下がるべき時点でもある(図2(a)参照)。期間Ta1は、出力電圧指令V2REFがコンデンサ5の端子間の電圧VC2よりも高いため、第2の単相インバータ4の出力電圧が不足するため、第2の単相インバータ4が出力できない期間である。なお、期間Ta1が、この発明における補償電圧指令V2REFに対してコンデンサ5の電圧が足りず第2のインバータ4の出力電圧V2が不足する期間である第1の期間である。期間Tbは、第1の単相インバータ3が本来主電圧パルスの出力を継続するはずであった期間でもある。   The control device 10 cancels the amount of power energy supplied from the first inverter 3 in the period Ta1 by reducing the power energy output by PWM control of the output voltage of the first inverter. Note that the time point t2 is a time point at which a falling command of the main voltage pulse of the target voltage command V1REF should be transmitted to the first single-phase inverter 3, and also a time point at which the main voltage pulse should fall (FIG. 2 ( a)). The period Ta1 is a period during which the second single-phase inverter 4 cannot output because the output voltage command V2REF is higher than the voltage VC2 between the terminals of the capacitor 5 and the output voltage of the second single-phase inverter 4 is insufficient. . The period Ta1 is a first period in which the voltage of the capacitor 5 is insufficient with respect to the compensation voltage command V2REF in the present invention and the output voltage V2 of the second inverter 4 is insufficient. The period Tb is also a period during which the first single-phase inverter 3 should have continued to output the main voltage pulse.

電力調整PWM期間である期間Tb1の設定については、図5(a)における期間Tbの設定と同様の方法で行う。期間Tb1は、期間Tb1において第1の単相インバータ3がPWM制御によりスイッチングしたときの電力エネルギーとスイッチングしないときの電力エネルギーとの差Dp2(マイナス値である)が、期間Ta1において第1の単相インバータ3から供給される電力エネルギーPg2と同じになるように設定する。すなわち、差Dp2と電力エネルギーPg2とが相殺されるように設定する。この実施の形態では、図6(b)の出力電圧V2の波形に示すように、期間Ta1及び期間Tb1においては、第2の単相インバータ4の動作は停止しており、電圧の供給は行っていない。なお、第2の単相インバータ4の直流電圧VC2が、負荷変動等、何らかの原因で目標電圧VC2REFよりも低下してしまっている場合は、上記によらず閾値電圧を第1の閾値電圧VTHB1よりも低くし、第2の単相インバータ4のコンデンサ5を充電してもよい。   The setting of the period Tb1 that is the power adjustment PWM period is performed in the same manner as the setting of the period Tb in FIG. In the period Tb1, a difference Dp2 (a negative value) between the power energy when the first single-phase inverter 3 is switched by PWM control in the period Tb1 and the power energy when the first single-phase inverter 3 is not switched is a first single value in the period Ta1. The power energy Pg2 supplied from the phase inverter 3 is set to be the same. That is, the difference Dp2 and the power energy Pg2 are set so as to cancel each other. In this embodiment, as shown in the waveform of the output voltage V2 in FIG. 6B, in the period Ta1 and the period Tb1, the operation of the second single-phase inverter 4 is stopped, and the voltage supply is performed. Not. If the DC voltage VC2 of the second single-phase inverter 4 is lower than the target voltage VC2REF for some reason, such as a load change, the threshold voltage is set higher than the first threshold voltage VTHB1 regardless of the above. And the capacitor 5 of the second single-phase inverter 4 may be charged.

さらに、図7(a)のように、第1の単相インバータ3が時点t1以後に、補償電圧指令V2REFに対してコンデンサ5の電圧VC2の電圧が不足する期間Tcが発生する場合がある。なお、期間Tcはこの発明における補償電圧指令V2REFに対してコンデンサ5の電圧が足りず第2のインバータ4の出力電圧V2が不足する期間である第1の期間である。この場合、図8(a)のように制御装置10により第1の単相インバータ3の出力電圧をPWM制御して電圧の補償(供給)が必要になる。しかし、期間Tcにおいて第1の単相インバータ3がPWM制御によるスイッチング動作を行うことにより第1の単相インバータ3が出力する電力エネルギーが減ってしまう。第1の単相インバータ3の出力する電力エネルギーが減ると、第2の単相インバータ4のコンデンサ5の電圧VC2が低下してしまう。よって、第2の単相インバータ4のコンデンサ5の電圧VC2が目標電圧VC2REFを下回る場合は、制御装置10は、出力交流電圧指令値VoREF(第2の単相インバータ4の出力電圧V2)が図9(a)のように第3の閾値電圧VTHB3(後述)よりも高くなったときから第1の単相インバータ3がPWM制御を始めるようにする。この時点が、第3の期間としての電力調整のためのPWM制御の期間Td(図9(a))の始点である。なお、第3の閾値電圧VTHB3は、第1の閾値電圧VTHB1より制御量β(上述)だけ低い値である。   Further, as shown in FIG. 7A, there may occur a period Tc in which the voltage VC2 of the capacitor 5 is insufficient with respect to the compensation voltage command V2REF after the first single-phase inverter 3 after the time point t1. The period Tc is a first period in which the voltage of the capacitor 5 is insufficient with respect to the compensation voltage command V2REF in the present invention and the output voltage V2 of the second inverter 4 is insufficient. In this case, as shown in FIG. 8A, the control device 10 needs to perform PWM control on the output voltage of the first single-phase inverter 3 to compensate (supply) the voltage. However, since the first single-phase inverter 3 performs a switching operation by PWM control in the period Tc, the power energy output by the first single-phase inverter 3 is reduced. When the power energy output from the first single-phase inverter 3 decreases, the voltage VC2 of the capacitor 5 of the second single-phase inverter 4 decreases. Therefore, when the voltage VC2 of the capacitor 5 of the second single-phase inverter 4 is lower than the target voltage VC2REF, the control device 10 displays the output AC voltage command value VoREF (the output voltage V2 of the second single-phase inverter 4) as a graph. The first single-phase inverter 3 starts PWM control when it becomes higher than a third threshold voltage VTHB3 (described later) as in 9 (a). This point is the start point of the PWM control period Td (FIG. 9A) for power adjustment as the third period. Note that the third threshold voltage VTHB3 is a value lower than the first threshold voltage VTHB1 by the control amount β (described above).

なお、期間Tdは、期間Tdにおいて第1の単相インバータ3のスイッチングにより供給された電力エネルギーが、期間Tcにおいて第1の単相インバータ3がスイッチングしたために供給不足となった電力エネルギーを相殺する値になるようにその時間を設定する。なお、第2の単相インバータ4の直流電圧VC2が、負荷変動等、何らかの原因で目標電圧VC2REFよりも高くなってしまっている場合は、上記によらず閾値電圧を高くし、第2の単相インバータ4のコンデンサ5を放電させてもよい。   In the period Td, the power energy supplied by the switching of the first single-phase inverter 3 in the period Td cancels the power energy that has become insufficient due to the switching of the first single-phase inverter 3 in the period Tc. Set the time to be a value. If the DC voltage VC2 of the second single-phase inverter 4 has become higher than the target voltage VC2REF for some reason such as load fluctuation, the threshold voltage is increased regardless of the above, and the second single-phase inverter 4 The capacitor 5 of the phase inverter 4 may be discharged.

また、図7(b)のように、主電圧パルスが立ち下がる時点t2における動作も同様である。すなわち、図7(b)に示すように時点t2よりも前に、第2の単相インバータ4の出力電圧指令V2REFがコンデンサ5の電圧VC2よりも高い期間である期間Tc1が発生する場合は、この期間Tc1においては、制御装置10は、図8(b)のように第1の単相インバータ3に対して部分的にPWM制御による高周波スイッチング動作をさせる制御を行い、期間Tc1において不足する出力電圧を補償する。制御装置10は、不足する出力電圧を補償することにより、電力変換装置100が正弦波状の交流出力電圧Voを出力するようにする。この場合,通常出力すべき期間Tc1において第1の単相インバータ3がPWM制御による高周波スイッチング動作を行うため出力エネルギーが減少する。出力エネルギーが減少すると、出力不足となり、第2の単相インバータ4のコンデンサ5の電圧が低下してしまう。よって、制御装置10は、図9(b)に示すように第1の単相インバータ3が、時点t2以後に第5の期間としての期間Td1だけ上記第1のインバータの出力電圧をPWM制御することにより、出力する電力エネルギーを増加させることにより期間Tc1において第1のインバータ3から供給される電力エネルギーの減少を相殺する。なお、期間Tc1がこの発明における補償電圧指令V2REFに対してコンデンサ5の電圧が足りず第2のインバータ4の出力電圧V2の絶対値が不足する期間である第1の期間である。   The operation at the time point t2 when the main voltage pulse falls is the same as shown in FIG. 7B. That is, as shown in FIG. 7B, before the time point t2, when the period Tc1 in which the output voltage command V2REF of the second single-phase inverter 4 is higher than the voltage VC2 of the capacitor 5 occurs, In this period Tc1, the control device 10 performs control for causing the first single-phase inverter 3 to partially perform a high-frequency switching operation by PWM control as shown in FIG. 8B, and outputs that are insufficient in the period Tc1. Compensate for voltage. The control device 10 compensates for the insufficient output voltage so that the power conversion device 100 outputs the AC output voltage Vo having a sine wave shape. In this case, the output energy is reduced because the first single-phase inverter 3 performs a high-frequency switching operation by PWM control in the period Tc1 for normal output. When the output energy decreases, the output becomes insufficient, and the voltage of the capacitor 5 of the second single-phase inverter 4 decreases. Therefore, in the control device 10, as shown in FIG. 9B, the first single-phase inverter 3 performs PWM control on the output voltage of the first inverter only for the period Td1 as the fifth period after the time point t2. Thus, the decrease in the power energy supplied from the first inverter 3 in the period Tc1 is offset by increasing the output power energy. The period Tc1 is a first period in which the voltage of the capacitor 5 is insufficient with respect to the compensation voltage command V2REF in the present invention and the absolute value of the output voltage V2 of the second inverter 4 is insufficient.

なお、期間Td1の設定に関しては、図9(a)における期間Tdの設定と同様の方法で行う。期間Td1は、期間Tc1において第1の単相インバータ3がPWM制御によりスイッチングしたときの電力エネルギーとスイッチングしないときの電力エネルギーとの差が、期間Td1において第1の単相インバータ3から供給される電力エネルギーと同じになるように設定する。この実施の形態では、図9(b)の出力電圧V2の波形に示すように、期間Tc1及び期間Td1においては、第2の単相インバータ4の動作は停止しており、電圧の供給は行っていない。なお、負荷変動等、何らかの原因で第2の単相インバータ4のコンデンサ5の電圧VC2が目標電圧VC2REFよりも低下してしまっている場合は、上記によらず閾値電圧を第1の閾値電圧VTHB1よりも低くし、第2の単相インバータ4のコンデンサ5を充電してもよい。   Note that the setting of the period Td1 is performed in the same manner as the setting of the period Td in FIG. In the period Td1, the difference between the power energy when the first single-phase inverter 3 is switched by PWM control in the period Tc1 and the power energy when the first single-phase inverter 3 is not switched is supplied from the first single-phase inverter 3 in the period Td1. Set to be the same as the power energy. In this embodiment, as shown in the waveform of the output voltage V2 in FIG. 9B, the operation of the second single-phase inverter 4 is stopped during the period Tc1 and the period Td1, and the voltage supply is performed. Not. If the voltage VC2 of the capacitor 5 of the second single-phase inverter 4 has dropped below the target voltage VC2REF for some reason, such as load fluctuation, the threshold voltage is set to the first threshold voltage VTHB1 regardless of the above. And the capacitor 5 of the second single-phase inverter 4 may be charged.

本実施の形態1において、第1の単相インバータ3がPWM制御により高周波スイッチングを行っている間は第2の単相インバータ4は停止している。このため、第1の単相インバータ3の出力電圧V1がそのまま電力変換装置100の交流出力電圧Voとなり、第2の単相インバータ4に代わって第1の単相インバータ3から電力変換装置100の電圧が出力される。上記閾値電圧VTHB1の制御量βを決定するにはP制御、PI制御といった制御を用いると良い。また、この実施の形態においては、図1に示す閾値電圧調整装置11を用いて、PI制御を行っている。図1において、減算器111に第2の単相インバータ4のコンデンサ5の電圧VC2及びコンデンサ5の目標電圧VC2REFが入力され、その偏差δがPI制御装置112に入力される。PI制御装置112は、偏差δに基づいて閾値電圧の制御量βを決定し、第1の閾値電圧VTHB1からβを加減して第2の閾値電圧VTHB2及び第3の閾値電圧VTHB3を算出する。   In the first embodiment, the second single-phase inverter 4 is stopped while the first single-phase inverter 3 is performing high-frequency switching by PWM control. For this reason, the output voltage V1 of the first single-phase inverter 3 becomes the AC output voltage Vo of the power conversion device 100 as it is, and instead of the second single-phase inverter 4, the first single-phase inverter 3 to the power conversion device 100 A voltage is output. Control such as P control and PI control may be used to determine the control amount β of the threshold voltage VTHB1. In this embodiment, PI control is performed using the threshold voltage adjustment device 11 shown in FIG. In FIG. 1, the voltage VC2 of the capacitor 5 of the second single-phase inverter 4 and the target voltage VC2REF of the capacitor 5 are input to the subtractor 111, and the deviation δ is input to the PI controller 112. The PI control device 112 determines the control amount β of the threshold voltage based on the deviation δ, and calculates the second threshold voltage VTHB2 and the third threshold voltage VTHB3 by adjusting β from the first threshold voltage VTHB1.

そして、制御装置10は、以上に説明した制御を行うが、当該制御のPAD図を図10に示す。例えば、図10中の「PWM1オン」は第1の単相インバータ3がPWM制御で動作することを示し、「PWM1オフ」はPWM制御の動作をしないことを示している。   And the control apparatus 10 performs the control demonstrated above, The PAD figure of the said control is shown in FIG. For example, “PWM1 ON” in FIG. 10 indicates that the first single-phase inverter 3 operates by PWM control, and “PWM1 OFF” indicates that PWM control operation is not performed.

以上のように、この実施の形態によれば、コンバータを別途設けてコンデンサ5に必要とされる直流電圧を供給する必要がないので、コンバータを省略でき、安価で電力損失の少ない電力変換装置を得ることができる。また、第1の単相インバータ3が部分的にPWM制御で動作することで第2の単相インバータ4の出力できない期間Taにおける電圧の不足を補うことができ、かつこれにより第2の単相インバータ4のコンデンサ5の電圧を低く設定しても動作するので第2の単相インバータ4には低耐圧の半導体素子などのスイッチング手段を用いることができ、安価になる。   As described above, according to this embodiment, it is not necessary to separately provide a converter and supply the DC voltage required for the capacitor 5, so that the converter can be omitted, and an inexpensive power converter with low power loss can be provided. Can be obtained. Further, the first single-phase inverter 3 is partially operated by PWM control, so that the shortage of voltage during the period Ta during which the second single-phase inverter 4 cannot output can be compensated, and thereby the second single-phase inverter 3 Since the operation is performed even when the voltage of the capacitor 5 of the inverter 4 is set to be low, switching means such as a low breakdown voltage semiconductor element can be used for the second single-phase inverter 4 and the cost is reduced.

実施の形態2.
図11〜図14は、実施の形態2を示すものであり、図11は電力変換装置の構成図、図12及び図13は動作を説明するための波形図、図14は制御装置のPAD図である。図11において、電力変換装置200は制御装置20を有する。制御装置20は、処理装置22を有する。その他の構成については、図1に示した実施の形態1と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。この実施の形態では、処理装置22は、期間Taに第1の単相インバータ3だけを動作させるのではなく、図12に示すように、期間Taに第1の単相インバータ3及び第2の単相インバータ4が電力エネルギー(電圧)を出力するように制御する。第2の単相インバータ4は、上記第2の単相インバータ4が有する直流母線電圧すなわちコンデンサ5の電圧VC2までは電圧を出力可能である。
Embodiment 2. FIG.
11 to 14 show the second embodiment, FIG. 11 is a configuration diagram of the power conversion device, FIGS. 12 and 13 are waveform diagrams for explaining the operation, and FIG. 14 is a PAD diagram of the control device. It is. In FIG. 11, the power conversion device 200 includes a control device 20. The control device 20 has a processing device 22. Since other configurations are the same as those of the first embodiment shown in FIG. 1, the same reference numerals are given to the corresponding components and the description thereof is omitted. In this embodiment, the processing device 22 does not operate only the first single-phase inverter 3 in the period Ta, but, as shown in FIG. 12, the first single-phase inverter 3 and the second single-phase inverter 3 in the period Ta. Control is performed so that the single-phase inverter 4 outputs power energy (voltage). The second single-phase inverter 4 can output a voltage up to the DC bus voltage of the second single-phase inverter 4, that is, the voltage VC <b> 2 of the capacitor 5.

よって、上記第2の単相インバータ4が、期間Taにおいてもその出力電圧指令V2REFに対応して第2の単相インバータ4のコンデンサ5の電圧VC2として出力し続ければ、例えば図12のように図6(a)に示したものに比し第1の単相インバータ3のPWM制御の期間Tbを短くすることができる。同様に、第1の単相インバータ3が、主電圧パルスとして通常出力すべき期間TcにPWM制御が必要になった場合には、期間Tcにおいてもその出力電圧指令V2REFに対応して第2の単相インバータ4のコンデンサ5の電圧VC2として出力し続ければ、図13のように図9(a)に示したものに比し第1の単相インバータ3の電力調整のためのPWM制御の期間Tdを短くすることができる。   Therefore, if the second single-phase inverter 4 continues to output the voltage VC2 of the capacitor 5 of the second single-phase inverter 4 corresponding to the output voltage command V2REF even during the period Ta, for example, as shown in FIG. Compared with that shown in FIG. 6A, the PWM control period Tb of the first single-phase inverter 3 can be shortened. Similarly, when the first single-phase inverter 3 needs to perform PWM control during the period Tc to be normally output as the main voltage pulse, the second single-phase inverter 3 also corresponds to the output voltage command V2REF in the period Tc. If the voltage VC2 of the capacitor 5 of the single-phase inverter 4 is continuously output, the PWM control period for adjusting the electric power of the first single-phase inverter 3 as shown in FIG. Td can be shortened.

期間Tbあるいは期間Tdが短くなることは、第1の単相インバータ3のスイッチング回数が減ることになるため、第1の単相インバータ3で発生するスイッチング損失を低減することが可能となる。また、期間Tbや期間Tdが大きい場合、閾値電圧VTHB1等の変化幅には交流出力電圧Voの絶対値の0Vから最大値までという制限があるため、入出力条件によっては期間Tbや期間Tdが確保できず、電力の収支が合わないため電力変換装置が動作しない場合がある。しかし、本実施の形態では、第2の単相インバータ4からも電力を出力させることにより期間Tbや期間Tdを短くすることができるため、電力変換装置が動作可能な入出力電圧の幅を広くすることができる。制御装置20が、以上に説明した制御を行うが、当該制御のPAD図を図14に示す。   When the period Tb or the period Td is shortened, the number of times of switching of the first single-phase inverter 3 is reduced, so that the switching loss generated in the first single-phase inverter 3 can be reduced. Further, when the period Tb or the period Td is large, the change width of the threshold voltage VTHB1 or the like is limited from the absolute value 0V to the maximum value of the AC output voltage Vo. The power conversion apparatus may not operate because the power balance cannot be secured. However, in the present embodiment, since the period Tb and the period Td can be shortened by outputting power also from the second single-phase inverter 4, the width of the input / output voltage in which the power converter can operate is widened. can do. The control device 20 performs the control described above. FIG. 14 shows a PAD diagram of the control.

実施の形態3.
図15〜図18は、実施の形態3を示すものであり、図15は電力変換装置の構成図、図16及び図17は動作を説明するための波形図、図18は制御装置のPAD図である。図15において、電力変換装置300は制御装置30を有する。制御装置30は、PWM出力量調整装置31及び処理装置32を有する。PWM出力量調整装置31は、減算器311とPI制御装置312を有する。その他の構成については、図1に示した実施の形態1と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。この実施の形態では、制御装置30は次のように動作するが、図18にPAD図を示す。
Embodiment 3 FIG.
15 to 18 show the third embodiment, FIG. 15 is a configuration diagram of the power conversion device, FIGS. 16 and 17 are waveform diagrams for explaining the operation, and FIG. 18 is a PAD diagram of the control device. It is. In FIG. 15, the power conversion device 300 includes a control device 30. The control device 30 includes a PWM output amount adjustment device 31 and a processing device 32. The PWM output amount adjustment device 31 includes a subtractor 311 and a PI control device 312. Since other configurations are the same as those of the first embodiment shown in FIG. 1, the same reference numerals are given to the corresponding components and the description thereof is omitted. In this embodiment, the control device 30 operates as follows, and FIG. 18 shows a PAD diagram.

制御装置30は、部分的なPWM制御期間における第2の単相インバータ4の出力電圧指令V2REFを固定ではなく変数として与え、第2の単相インバータ4のコンデンサ5の電圧VC2を制御する。例えば、コンデンサ5の電圧VC2が目標電圧VC2REFより低い場合は、図16に示すように、第2の単相インバータ4の出力電圧指令V2REFを所定の制御量としての制御量α(図16(b))分下げ、第1の単相インバータ3の目標出力指令V1REFを制御量α分上げる。すると、第1の単相インバータ3の出力電力が電力変換装置が出力すべき電力よりも大きくなり、余った電力が第2の単相インバータ4のコンデンサ5に充電されるため、コンデンサ5の電圧VC2が上昇する。なお、図16における目標出力指令V1REFは、上記部分的なPWM制御期間における指令波形を示している。   The control device 30 gives the output voltage command V2REF of the second single-phase inverter 4 during the partial PWM control period as a variable instead of being fixed, and controls the voltage VC2 of the capacitor 5 of the second single-phase inverter 4. For example, when the voltage VC2 of the capacitor 5 is lower than the target voltage VC2REF, as shown in FIG. 16, the control amount α (FIG. 16 (b) shown in FIG. 16B is used as the output voltage command V2REF of the second single-phase inverter 4 as a predetermined control amount. )) Decrease and increase the target output command V1REF of the first single-phase inverter 3 by the control amount α. Then, the output power of the first single-phase inverter 3 becomes larger than the power to be output by the power converter, and the surplus power is charged in the capacitor 5 of the second single-phase inverter 4. VC2 rises. Note that the target output command V1REF in FIG. 16 indicates a command waveform in the partial PWM control period.

同様に、図17(a)のようにコンデンサ5の電圧VC2が目標電圧VC2REFより高い場合は、第2の単相インバータ4の出力電圧指令V2REFを制御量α(図17(b))分上げ、上げた分は第1の単相インバータ3の目標出力指令V1REFを下げることで補う。すると、第1の単相インバータ3の出力電力が電力変換装置が出力すべき電力よりも小さくなり、不足した電力が第2の単相インバータ4のコンデンサ5から供給されるため、コンデンサ5の電圧VC2が低下する。なお、図17における目標出力指令V1REFは、上記部分的なPWM制御期間における指令波形を示している。   Similarly, when the voltage VC2 of the capacitor 5 is higher than the target voltage VC2REF as shown in FIG. 17A, the output voltage command V2REF of the second single-phase inverter 4 is increased by the control amount α (FIG. 17B). The increased amount is compensated by lowering the target output command V1REF of the first single-phase inverter 3. Then, the output power of the first single-phase inverter 3 becomes smaller than the power to be output by the power converter, and the insufficient power is supplied from the capacitor 5 of the second single-phase inverter 4. VC2 decreases. Note that the target output command V1REF in FIG. 17 indicates a command waveform in the partial PWM control period.

上記制御量αの決定にはP制御、PI制御といった閾値制御装置を用いると良い。この実施の形態では、PWM出力量調整装置31がPI制御を行うようにしている。
なお、第2の単相インバータ4の出力電圧指令V2REFの絶対値の変化幅は、0から第2の単相インバータ4のコンデンサ5の電圧VC2までである。
A threshold control device such as P control or PI control may be used to determine the control amount α. In this embodiment, the PWM output amount adjusting device 31 performs PI control.
Note that the absolute value of the output voltage command V2REF of the second single-phase inverter 4 varies from 0 to the voltage VC2 of the capacitor 5 of the second single-phase inverter 4.

以上のようにこの実施の形態によれば、第2の単相インバータ4のコンデンサ5の電圧を制御でき、過電圧になるのを防止できるので、適正な電圧のコンデンサを用いることができる。また、潮流などの外乱により直流電源1の電圧が急変しても過電圧を防止できる。   As described above, according to this embodiment, the voltage of the capacitor 5 of the second single-phase inverter 4 can be controlled and an overvoltage can be prevented, so that a capacitor having an appropriate voltage can be used. Further, overvoltage can be prevented even if the voltage of the DC power supply 1 changes suddenly due to disturbance such as power flow.

実施の形態4.
図19及び図20は、実施の形態4を示すものであり、図19は電力変換装置の構成図、図20は制御装置のPAD図である。図19において、電力変換装置400は制御装置40を有する。制御装置40は、PWM出力量調整装置41及び処理装置42を有する。PWM出力量調整装置41は、減算器411とPI制御装置412を有する。その他の構成については、図1に示した実施の形態1と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。制御装置40は、以下に説明するように動作するが、図20にPAD図を示す。
Embodiment 4 FIG.
19 and 20 show the fourth embodiment. FIG. 19 is a configuration diagram of the power conversion device, and FIG. 20 is a PAD diagram of the control device. In FIG. 19, the power conversion device 400 includes a control device 40. The control device 40 includes a PWM output amount adjustment device 41 and a processing device 42. The PWM output amount adjustment device 41 includes a subtracter 411 and a PI control device 412. Since other configurations are the same as those of the first embodiment shown in FIG. 1, the same reference numerals are given to the corresponding components and the description thereof is omitted. The control device 40 operates as described below, and FIG. 20 shows a PAD diagram.

本実施の形態では、力率が1ではなく、出力電圧と出力電流の位相がずれている場合にも対応できる。出力電流位相がずれた場合、電力変換装置400においては出力される電力エネルギーの極性が負極性になる期間が発生する。上記期間では制御量の加算、減算をすると逆効果となるため制御量を反転させる必要がある。本実施の形態では、制御量の補正方向を電力変換装置の電力エネルギー極性PREFで決定する。電力エネルギー極性PREFは、電圧が正極性のとき、出力電流が正極性なら電力エネルギー極性PREFは正極性、出力電流が負極性ならば電力エネルギー極性PREFは負極性となる。同様に電圧が負極性のとき、出力電流が正極性なら電力エネルギー極性PREFは負極性、出力電流が負極性ならば電力エネルギー極性PREFは正極性となる。   In the present embodiment, the case where the power factor is not 1 and the phases of the output voltage and the output current are shifted can be dealt with. When the output current phase shifts, the power conversion device 400 generates a period in which the polarity of the output power energy is negative. In the above period, adding and subtracting the control amount has an adverse effect, so the control amount needs to be reversed. In the present embodiment, the correction direction of the control amount is determined by the power energy polarity PREF of the power converter. When the voltage is positive, the power energy polarity PREF is positive if the output current is positive, and the power energy polarity PREF is negative if the output current is negative. Similarly, when the voltage is negative, the power energy polarity PREF is negative if the output current is positive, and the power energy polarity PREF is positive if the output current is negative.

例えば、部分的に第1の単相インバータ3がPWM制御動作する期間において、電力エネルギー極性PREFが正極性であって、第2の単相インバータ4のコンデンサ5の電圧VC2が目標電圧VC2REFより低い場合は、第2の単相インバータ4の出力電圧指令V2REFを所定の制御量としての制御量γ(詳細後述)だけ下げる方向に変化させる。電力エネルギー極性PREFが正極性であって、コンデンサ5の電圧VC2が目標電圧VC2REFより高い場合は、第2の単相インバータ4の出力電圧指令V2REFをγだけ上げる方向に変化させる。電力エネルギー極性PREFが負極性であって、第2の単相インバータ4のコンデンサ5の電圧VC2が目標電圧VC2REFより低い場合は、第2の単相インバータ4の出力電圧指令V2REFをγだけ上げる方向に変化させる。電力エネルギー極性PREFが負極性であって、コンデンサ5の電圧VC2が目標電圧VC2REFより高い場合は、第2の単相インバータ4の出力電圧指令V2REFをγだけ下げる方向に変化させる。   For example, in a period in which the first single-phase inverter 3 is partially PWM-controlled, the power energy polarity PREF is positive and the voltage VC2 of the capacitor 5 of the second single-phase inverter 4 is lower than the target voltage VC2REF. In this case, the output voltage command V2REF of the second single-phase inverter 4 is changed so as to decrease by a control amount γ (described later in detail) as a predetermined control amount. When the power energy polarity PREF is positive and the voltage VC2 of the capacitor 5 is higher than the target voltage VC2REF, the output voltage command V2REF of the second single-phase inverter 4 is changed to increase by γ. When the power energy polarity PREF is negative and the voltage VC2 of the capacitor 5 of the second single-phase inverter 4 is lower than the target voltage VC2REF, the output voltage command V2REF of the second single-phase inverter 4 is increased by γ To change. When the power energy polarity PREF is negative and the voltage VC2 of the capacitor 5 is higher than the target voltage VC2REF, the output voltage command V2REF of the second single-phase inverter 4 is changed in the direction of decreasing by γ.

なお、出力電圧指令V2REFを上下する制御量γの決定にはP制御、PI制御といった制御装置を用いると良い。この実施の形態では、PWM出力量調整装置41がPI制御を行う。なお、出力電圧指令V2REFの絶対値の制御可能幅は、0から第2の単相インバータ4のコンデンサ5の電圧VC2までである。   Note that a control device such as P control or PI control may be used to determine the control amount γ for raising or lowering the output voltage command V2REF. In this embodiment, the PWM output amount adjusting device 41 performs PI control. The controllable range of the absolute value of the output voltage command V2REF is from 0 to the voltage VC2 of the capacitor 5 of the second single-phase inverter 4.

以上のようにこの実施の形態によれば、負荷の力率が1でないときにも適用できる。   As described above, according to this embodiment, the present invention can be applied even when the power factor of the load is not 1.

実施の形態5.
図21及び図22は、実施の形態5を示すものであり、図21は電力変換装置の構成図、図22は第1及び第2の単相インバータの三角波キャリアの位相を180度ずらした場合の効果を説明するための波形図である。図21において、電力変換装置500は制御装置50を有する。制御装置50は、処理装置52を有する。その他の構成については、図15に示した実施の形態3と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。制御装置50は、以下に説明するように動作する。本実施の形態は、上記実施の形態3もしくは実施の形態4を基本としたものである。
Embodiment 5 FIG.
FIGS. 21 and 22 show the fifth embodiment, FIG. 21 is a configuration diagram of the power converter, and FIG. 22 is a case where the phases of the triangular wave carriers of the first and second single-phase inverters are shifted by 180 degrees. It is a wave form diagram for demonstrating the effect of this. In FIG. 21, the power conversion device 500 includes a control device 50. The control device 50 includes a processing device 52. Since other configurations are the same as those of the third embodiment shown in FIG. 15, the corresponding components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. The control device 50 operates as described below. The present embodiment is based on the third embodiment or the fourth embodiment.

本電力変換装置500においては、実施の形態3や実施の形態4に示したものと同様に部分的に第1の単相インバータ3がPWM制御される。同様に上記PWM制御される期間には、第2の単相インバータ4もPWM制御される。上記PWM制御に三角波比較法を用いた場合、第1の単相インバータ3及び第2の単相インバータ4において両者の三角波キャリアの位相が同じ場合には、第1の単相インバータ3及び第2の単相インバータ4それぞれのパルスの中央が一致する。このため、第2の単相インバータ4が正を出力する場合には、1回のスイッチング時に出力される電圧が大きくなり電流リップルが増加する。しかし、上記二つの三角波キャリアの位相を180度ずらした場合、パルスの中心がずれるため、出力電圧が重ならない、もしくは重なり期間が短くなる。従って、電圧の変化幅を小さく、もしくは変化幅大の期間を短くできるため電流リップルを抑えることができる。   In the present power conversion device 500, the first single-phase inverter 3 is partially PWM-controlled in the same manner as those shown in the third and fourth embodiments. Similarly, during the PWM control period, the second single-phase inverter 4 is also PWM controlled. When the triangular wave comparison method is used for the PWM control, when the phases of the triangular wave carriers in the first single-phase inverter 3 and the second single-phase inverter 4 are the same, the first single-phase inverter 3 and the second single-phase inverter 3 The center of each pulse of the single-phase inverter 4 coincides. For this reason, when the second single-phase inverter 4 outputs positive, the voltage output at the time of one switching increases and the current ripple increases. However, when the phases of the two triangular wave carriers are shifted by 180 degrees, the centers of the pulses are shifted, so that the output voltages do not overlap or the overlapping period is shortened. Accordingly, since the voltage change width can be reduced or the period of the change width can be shortened, the current ripple can be suppressed.

なお、第2の単相インバータ4の出力が負である場合は、三角波キャリアの位相を180度ずらした場合、電圧の変化幅が増加してしまうので、三角波キャリアの位相を同期させる。上記位相ずらしの効果の例を図22に示す。図22は、第1の単相インバータ3のコンデンサ2の電圧VC1と第2の単相インバータ4のコンデンサ5の電圧VC2の電圧比を2対1とし、第2の単相インバータ4の出力は正であり、第1の単相インバータ3及び第2の単相インバータ4における二つの三角波キャリア(波形c1、波形c2)の位相を180度ずらした場合の、リップル電流の比較を示したものである。図22(a)は、二つの三角波キャリア(波形c1、波形c2)の位相を同じにした場合のリップル電流の波形W1を示している。図22(b)は、二つの三角波キャリア(波形c1、波形c2)の位相を180度ずらした場合のリップル電流の波形W2を示している。なお、図22(a)及び(b)において、波形a1は第1の単相インバータ3のPWM出力、波形a2は第2の単相インバータ4のPWM出力である。このように、両三角波キャリア(波形c1,c2)の位相が一致しないようにされているのでリップル電流を抑えることができる。従って、フィルタ6の図示しないリアクトルなどに高周波電流により発生する損失を低減することが可能となる。   When the output of the second single-phase inverter 4 is negative, if the phase of the triangular wave carrier is shifted by 180 degrees, the change width of the voltage increases, so the phase of the triangular wave carrier is synchronized. An example of the effect of the phase shift is shown in FIG. FIG. 22 shows that the voltage ratio of the voltage VC1 of the capacitor 2 of the first single-phase inverter 3 and the voltage VC2 of the capacitor 5 of the second single-phase inverter 4 is 2 to 1, and the output of the second single-phase inverter 4 is It is positive and shows a comparison of ripple currents when the phases of two triangular wave carriers (waveform c1 and waveform c2) in the first single-phase inverter 3 and the second single-phase inverter 4 are shifted by 180 degrees. is there. FIG. 22A shows a ripple current waveform W1 when the phases of two triangular wave carriers (waveform c1 and waveform c2) are the same. FIG. 22B shows a ripple current waveform W2 when the phases of two triangular wave carriers (waveform c1 and waveform c2) are shifted by 180 degrees. 22A and 22B, the waveform a1 is the PWM output of the first single-phase inverter 3, and the waveform a2 is the PWM output of the second single-phase inverter 4. Thus, since the phases of both triangular wave carriers (waveforms c1 and c2) are not matched, ripple current can be suppressed. Therefore, it is possible to reduce a loss caused by a high frequency current in a reactor (not shown) of the filter 6.

実施の形態6.
図23〜図25は、実施の形態6を示すものであり、図23は電力変換装置の構成図、図24は変形例である別の電力変換装置の構成図、図25は他の変形例である他の電力変換装置の構成図である。図23において、電力変換装置600は、直列に接続されたコンデンサ2a,2b、3レベルの第1のインバータとしての第1の単相インバータ603、制御装置60を有する。第1の単相インバータ603は、交流出力線603c,603dを有する。第2の単相インバータ4の交流出力側が、第1の単相インバータ603の一方の交流出力線603cに直列に接続されている。制御装置60は実施の形態1における制御装置10と同様の動作をするものであり、電力変換装置600の動作については、第1の単相インバータの構成が異なるだけで、図1に示した電力変換装置100と同様である。
Embodiment 6 FIG.
23 to 25 show the sixth embodiment, FIG. 23 is a configuration diagram of a power conversion device, FIG. 24 is a configuration diagram of another power conversion device which is a modification, and FIG. 25 is another modification. It is a block diagram of the other power converter device which is. In FIG. 23, the power conversion device 600 includes capacitors 2 a and 2 b connected in series, a first single-phase inverter 603 as a first inverter of three levels, and a control device 60. The first single-phase inverter 603 has AC output lines 603c and 603d. The AC output side of the second single-phase inverter 4 is connected in series to one AC output line 603 c of the first single-phase inverter 603. The control device 60 operates in the same manner as the control device 10 in the first embodiment. The operation of the power conversion device 600 differs only in the configuration of the first single-phase inverter, and the power shown in FIG. This is the same as the conversion device 100.

また、図24において、電力変換装置700は、第1のインバータとしての三相インバータ703、第2のインバータとしての第2の単相インバータ704、制御装置70を有する。三相インバータ703の3本の交流出力線703c,703d,703eにそれぞれ第2の単相インバータ704の交流出力側が直列に接続されている。制御装置70は実施の形態1における制御装置10と同様の動作をするものであり、電力変換装置700の動作については、インバータの構成が異なるだけで、図1に示した電力変換装置100と同様である。   In FIG. 24, the power conversion device 700 includes a three-phase inverter 703 as a first inverter, a second single-phase inverter 704 as a second inverter, and a control device 70. The AC output side of the second single-phase inverter 704 is connected in series to the three AC output lines 703c, 703d, and 703e of the three-phase inverter 703, respectively. The control device 70 operates in the same manner as the control device 10 in the first embodiment, and the operation of the power conversion device 700 is the same as that of the power conversion device 100 shown in FIG. 1 except for the configuration of the inverter. It is.

また、図25に示すように電力変換装置800を構成することもできる。図25において、第2のインバータとしての第2の単相インバータは、2台の第2の単相インバータ804に分割し、これらを制御する制御装置80を設けてもよい。制御装置80は実施の形態1における制御装置10と同様の動作をするものであり、電力変換装置800の動作については、インバータの構成が異なるだけで、図1に示した電力変換装置100と同様である。なお、第1のインバータが単相インバータであっても三相インバータであってもよい。また、第2の単相インバータを3台以上の単相インバータ804に構成することもできる。
なお、この実施の形態における制御装置60,70,80の代わりに実施の形態2〜5に示した制御装置20,30,40,50と同様の動作をする制御装置を用いることもできる。また、上記各実施の形態で示した個別の構成を適宜組み合わせて種々の特性を有する電力変換装置を構成することができることは言うまでもない。
Moreover, as shown in FIG. 25, the power converter device 800 can also be comprised. In FIG. 25, the second single-phase inverter as the second inverter may be divided into two second single-phase inverters 804, and a control device 80 for controlling them may be provided. Control device 80 operates in the same manner as control device 10 in the first embodiment, and operation of power conversion device 800 is the same as that of power conversion device 100 shown in FIG. 1 except for the configuration of the inverter. It is. Note that the first inverter may be a single-phase inverter or a three-phase inverter. In addition, the second single-phase inverter can be configured as three or more single-phase inverters 804.
In addition, instead of the control devices 60, 70, 80 in this embodiment, a control device that operates in the same manner as the control devices 20, 30, 40, 50 shown in the second to fifth embodiments can be used. It goes without saying that power converters having various characteristics can be configured by appropriately combining the individual configurations shown in the above embodiments.

Claims (12)

第1のインバータと第2のインバータと制御装置とを備えた電力変換装置であって、
上記第1のインバータは、直流電源の正負端子間に接続され上記直流電源の電力を交流に変換して交流出力線を介して出力するものであり、
上記第2のインバータは、コンデンサと単相インバータ回路とを有し、上記単相インバータ回路の直流側が上記コンデンサに接続され交流側が上記交流出力線に直列に接続されたものであり、
上記制御装置は、正弦波の交流出力電圧指令が所定値よりも大きくなったとき立ち上がり上記所定値以下になったとき立ち下がる1パルスの電圧を上記交流出力電圧指令の半周期毎に主電圧パルスとして出力するように主電圧パルス指令を発信して上記第1のインバータを制御するとともに上記交流出力電圧指令と上記第1のインバータの出力電圧とに基づいて出される補償電圧指令に基づいて上記第2のインバータの出力電圧をパルス幅変調制御して上記第1及び第2のインバータの出力電圧の和を正弦波の交流電圧として出力するようにし、かつ
上記補償電圧指令に対して上記コンデンサの電圧が足りず上記第2のインバータの出力電圧が不足する期間である第1の期間が上記主電圧パルスが出力されているべき期間の前後に存在する場合は上記第1の期間中上記第1のインバータの出力電圧をパルス幅変調制御して出力し上記不足する出力電圧を補償するとともに上記主電圧パルスが出力されているべき期間中に第2の期間だけ上記第1のインバータの出力電圧をパルス幅変調制御して上記第1のインバータから出力される電力エネルギーを減少させることにより上記第1の期間に上記第1のインバータから供給される電力エネルギーを相殺するようにされたものである
電力変換装置。
A power conversion device including a first inverter, a second inverter, and a control device,
The first inverter is connected between the positive and negative terminals of a DC power source, converts the power of the DC power source into AC and outputs it through an AC output line,
The second inverter has a capacitor and a single-phase inverter circuit, the DC side of the single-phase inverter circuit is connected to the capacitor, and the AC side is connected in series to the AC output line,
The control device rises when the sine wave AC output voltage command becomes larger than a predetermined value, and outputs a pulse of one pulse that falls when the sine wave AC voltage command becomes less than the predetermined value at every half cycle of the AC output voltage command. The first inverter is controlled by transmitting a main voltage pulse command so that the first output is output as the first voltage, and the first voltage based on the compensation voltage command issued based on the AC output voltage command and the output voltage of the first inverter. The output voltage of the inverter 2 is subjected to pulse width modulation control to output the sum of the output voltages of the first and second inverters as a sine wave AC voltage, and the voltage of the capacitor in response to the compensation voltage command If the first period, which is a period during which the output voltage of the second inverter is insufficient, is present before and after the period during which the main voltage pulse is to be output. During the first period, the output voltage of the first inverter is output by pulse width modulation control to compensate for the insufficient output voltage and the second period during the period in which the main voltage pulse is to be output. The power energy supplied from the first inverter in the first period is reduced by reducing the power energy output from the first inverter by performing pulse width modulation control on the output voltage of the first inverter. A power conversion device that is designed to cancel.
上記制御装置は、上記第1の期間が上記主電圧パルスが出力されているべき期間中に存在する場合は上記第1の期間中上記第1のインバータの出力電圧をパルス幅変調制御して出力し上記不足する出力電圧を補償するとともに上記主電圧パルスが出力されているべき期間の前後に第3の期間だけ上記第1のインバータの出力電圧をパルス幅変調制御して上記第1のインバータから電力エネルギーを出力し上記第1の期間に上記第1のインバータをパルス幅変調制御することにより減少する出力エネルギーを相殺するようにされたものである請求項1に記載の電力変換装置。 When the first period exists in a period during which the main voltage pulse is to be output, the control device outputs the output voltage of the first inverter by performing pulse width modulation control during the first period. Then, the output voltage of the first inverter is subjected to pulse width modulation control only for a third period before and after the period in which the main voltage pulse is to be output, while compensating for the insufficient output voltage, and from the first inverter. 2. The power conversion apparatus according to claim 1, wherein the power energy is output, and the output energy that decreases by pulse width modulation control of the first inverter in the first period is offset. 上記制御装置は、上記第1の期間において、上記第2のインバータの動作を停止するものである請求項1に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1, wherein the control device stops the operation of the second inverter in the first period. 上記制御装置は、上記第1の期間において、上記第1のインバータ及び上記第2のインバータを動作させるものである請求項1に記載の電力変換装置。 The power converter according to claim 1, wherein the control device operates the first inverter and the second inverter in the first period. 上記制御装置は、上記コンデンサの電圧が所定のコンデンサ電圧よりも低いときは上記補償電圧指令を下げ、上記コンデンサの電圧が上記所定のコンデンサ電圧以上のときは上記補償電圧指令を上げるものである請求項1に記載の電力変換装置。 The control device lowers the compensation voltage command when the voltage of the capacitor is lower than a predetermined capacitor voltage, and increases the compensation voltage command when the voltage of the capacitor is equal to or higher than the predetermined capacitor voltage. Item 4. The power conversion device according to Item 1. 上記制御装置は、上記電力変換装置の出力電力の極性が正であって上記コンデンサの電圧が所定のコンデンサ電圧より低い場合には上記補償電圧指令を下げ上記コンデンサの電圧が上記所定のコンデンサ電圧より高い場合には上記補償電圧指令を上げ、上記出力電力の極性が負であって上記コンデンサの電圧が上記所定のコンデンサ電圧より低い場合には上記補償電圧指令を上げ上記コンデンサの電圧が上記所定のコンデンサ電圧より高い場合には上記補償電圧指令を下げるものである請求項1に記載の電力変換装置。 When the polarity of the output power of the power converter is positive and the voltage of the capacitor is lower than a predetermined capacitor voltage, the control device lowers the compensation voltage command and makes the voltage of the capacitor lower than the predetermined capacitor voltage. When the output voltage is high, the compensation voltage command is increased. When the polarity of the output power is negative and the voltage of the capacitor is lower than the predetermined capacitor voltage, the compensation voltage command is increased and the voltage of the capacitor is increased to the predetermined voltage. The power converter according to claim 1, wherein the compensation voltage command is lowered when the voltage is higher than a capacitor voltage. 上記第1及び第2のインバータは、パルス幅変調制御に三角波キャリアを用いるものであって、上記両三角波キャリアの位相が一致しないようにされたものである請求項1または請求項2または請求項4〜6のいずれか1項に記載の電力変換装置。 3. The first and second inverters according to claim 1, wherein the first and second inverters use triangular wave carriers for pulse width modulation control, and are configured so that the phases of both triangular wave carriers do not coincide with each other. The power converter of any one of 4-6. 上記第1及び第2のインバータは、単相フルブリッジインバータである請求項1〜6のいずれか1項に記載の電力変換装置。 The power converter according to any one of claims 1 to 6, wherein the first and second inverters are single-phase full-bridge inverters. 上記第1のインバータは、マルチレベル型の単相インバータである請求項1〜6のいずれか1項に記載の電力変換装置。 The power converter according to claim 1, wherein the first inverter is a multilevel single-phase inverter. 上記第1のインバータは三相インバータであり、上記第1のインバータの各相交流出力線に、それぞれ上記第2のインバータの上記交流側が直列接続されたものである請求項1〜6のいずれか1項に記載の電力変換装置。 The first inverter is a three-phase inverter, and the AC side of the second inverter is connected in series to each phase AC output line of the first inverter. The power conversion device according to item 1. 上記第2のインバータは1又は複数の単相インバータで構成され、上記単相インバータの交流側が単独でまたは直列接続されたものが上記第2のインバータの上記交流側とされたものである請求項1〜6のいずれか1項に記載の電力変換装置。 The second inverter is composed of one or a plurality of single-phase inverters, and the AC side of the single-phase inverter alone or connected in series is the AC side of the second inverter. The power conversion device according to any one of 1 to 6. 上記直流電源は太陽電池である請求項1〜6のいずれか1項に記載の電力変換装置。 The said DC power supply is a solar cell, The power converter device of any one of Claims 1-6.
JP2011551849A 2010-01-26 2011-01-25 Power converter Active JP5410551B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011551849A JP5410551B2 (en) 2010-01-26 2011-01-25 Power converter

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010013829 2010-01-26
JP2010013829 2010-01-26
JP2011551849A JP5410551B2 (en) 2010-01-26 2011-01-25 Power converter
PCT/JP2011/051319 WO2011093269A1 (en) 2010-01-26 2011-01-25 Power conversion device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2011093269A1 JPWO2011093269A1 (en) 2013-06-06
JP5410551B2 true JP5410551B2 (en) 2014-02-05

Family

ID=44319256

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011551849A Active JP5410551B2 (en) 2010-01-26 2011-01-25 Power converter

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP5410551B2 (en)
WO (1) WO2011093269A1 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5963531B2 (en) 2012-05-15 2016-08-03 オムロン株式会社 Inverter device and photovoltaic power generation system
US9941813B2 (en) 2013-03-14 2018-04-10 Solaredge Technologies Ltd. High frequency multi-level inverter
US9318974B2 (en) 2014-03-26 2016-04-19 Solaredge Technologies Ltd. Multi-level inverter with flying capacitor topology
JP6558506B2 (en) * 2017-01-11 2019-08-14 株式会社村田製作所 Power converter
JP7466476B2 (en) 2021-02-04 2024-04-12 三菱電機株式会社 Power Conversion Equipment

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006238616A (en) * 2005-02-25 2006-09-07 Mitsubishi Electric Corp Power converter
WO2008102551A1 (en) * 2007-02-22 2008-08-28 Mitsubishi Electric Corporation 3-phase power conversion device
JP2009165265A (en) * 2008-01-07 2009-07-23 Mitsubishi Electric Corp Power converter

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006238616A (en) * 2005-02-25 2006-09-07 Mitsubishi Electric Corp Power converter
WO2008102551A1 (en) * 2007-02-22 2008-08-28 Mitsubishi Electric Corporation 3-phase power conversion device
JP2009165265A (en) * 2008-01-07 2009-07-23 Mitsubishi Electric Corp Power converter

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2011093269A1 (en) 2013-06-06
WO2011093269A1 (en) 2011-08-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109314466B (en) Parallel power supply device
US10622914B2 (en) Multi-stage DC-AC inverter
US8649196B2 (en) Power converting apparatus with an output voltage that is the sum of voltages generated by individual inverters
US9673732B2 (en) Power converter circuit
EP2114002B1 (en) 3-phase power conversion device
US8547716B2 (en) Power converting apparatus, grid interconnection apparatus and grid interconnection system
US20170244317A1 (en) Power conversion device
US10784704B2 (en) On-board charging system
WO2012001828A1 (en) Dc-dc power conversion apparatus
US20170179836A1 (en) Power conversion device
US9680376B2 (en) Power conversion electronics having conversion and inverter circuitry
WO2018110440A1 (en) Snubber circuit and power conversion system using same
JP5410551B2 (en) Power converter
JP6223609B2 (en) DC / DC converter
JP6065753B2 (en) DC / DC converter and battery charge / discharge device
TW201919319A (en) DC-DC converter and power conditioner
JP5362657B2 (en) Power converter
US20230074022A1 (en) Power converter topologies with power factor correction circuits controlled using adjustable deadtime
WO2020256690A1 (en) Voltage balance systems and methods for multilevel converters
CN108521848B (en) Network feedback unit and electric drive system
US8902620B2 (en) Power conditioner
US20230071003A1 (en) Power factor correction circuits controlled using adjustable deadtime
US20230076369A1 (en) Unidirectional power converters with power factor correction circuits controlled using adjustable deadtime
JP6799502B2 (en) Power conversion device for photovoltaic power generation and control method of power converter for photovoltaic power generation
JP5817225B2 (en) Power converter

Legal Events

Date Code Title Description
TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20131015

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20131106

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5410551

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250