JP5497941B2 - Inverter for distributed power supply and control method for inverter for distributed power supply - Google Patents
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Description
本発明は、電力系統の電源となる系統連系装置や無停電電源装置に適用可能な単相電圧型交直変換装置を備える分散電源用インバータ及びその制御方法に関する。 The present invention relates to an inverter for a distributed power source including a single-phase voltage type AC / DC converter applicable to a grid interconnection device or an uninterruptible power supply device serving as a power source for a power system, and a control method thereof.
現在の電力系統の主力電源である同期発電機では、個々の発電機に同期化力があるため、個々の出力偏差を自動補正することができる。このため、横流抑制制御を行わなくても自律的に運転することができる。また、半導体により電力変換を行うインバータ(交直変換装置)では、三相機について自律並行運転(Autonomous Parallel Running:APRun)の技術が提案されている(例えば、特許文献1を参照。)。特許文献1の三相電圧型交直変換装置は、三相出力電圧をdq回転座標上にUM変換し、電力系統の振幅及び周波数が上位指令ベクトルによる指令値に近づくように各軸成分をそれぞれ独立に制御するようにしている。また、UM変換回路での変換行列の回転角度に三相出力電圧の周波数差に関わる成分から生成した生成値を同期させることで、三相出力電圧の回転角度を電力系統の周波数に追従させることができる。なお、本明細書において、「出力電圧」「位相差に相応する電圧」「内部起電圧」等の交流に用いられる電圧とは時間を変数とする関数を意味する。
In the synchronous generator which is the main power source of the current power system, each output deviation can be automatically corrected because each generator has a synchronizing power. For this reason, it can drive | operate autonomously, without performing cross current suppression control. Further, in an inverter (AC / DC converter) that performs power conversion using a semiconductor, a technique of autonomous parallel operation (APRun) is proposed for a three-phase machine (see, for example, Patent Document 1). The three-phase voltage type AC / DC converter of
しかし、単相交流では特許文献1に記載されるようなUM変換ができず、単相インバータについて自律並行運転が困難であった。また、電力系統に接続して運転する分散電源では、有効電力と無効電力とをそれぞれ独立して制御できることが望ましい。そこで、本発明では、単相交流で複数台を並列に接続して並行運転する場合においても、個々の装置が自律して出力偏差を制御する自律並行運転が可能であり、有効電力と無効電力とをそれぞれ独立して制御できる単相電圧型交直変換装置を備える分散電源用インバータ及びその制御方法を提供することを目的とする。
However, UM conversion as described in
上記目的を達成するため、本発明は、交流端子の単相交流電圧の位相と所定の位相差をもつ単相交流を発生させ、発生させた単相交流と交流端子の単相交流電圧とを利用してインバータをPWM制御することとした。すなわち、交流端子の単相交流電圧を、三相交流をM変換したときのα軸成分に相当する第一軸としている。所定の位相差をもつ単相交流を、三相交流をM変換したときのβ軸成分に相当する第二軸としている。本発明の分散電源用インバータは、単相電圧型交直変換装置において、第一軸と第二軸とを独立に制御し、周波数制御回路で生成した固有電気角を利用して単相交流電圧を電力系統の周波数に追従させるようにし、さらに、交流端子の有効電力と無効電力とを測定して所望の有効電力と無効電力になるように単相電圧型交直変換回路を制御することとした。 In order to achieve the above object, the present invention generates a single-phase alternating current having a predetermined phase difference from the phase of the single-phase alternating current voltage of the alternating current terminal, and generates the generated single-phase alternating current and the single-phase alternating current voltage of the alternating current terminal. It was decided to use the PWM control of the inverter. That is, the single-phase AC voltage of the AC terminal is the first axis corresponding to the α-axis component when the three-phase AC is converted to M. A single-phase alternating current having a predetermined phase difference is set as a second axis corresponding to a β-axis component when the three-phase alternating current is M-converted. The inverter for distributed power supply of the present invention is a single-phase voltage type AC / DC converter that controls a first axis and a second axis independently, and uses a specific electrical angle generated by a frequency control circuit to generate a single-phase AC voltage. The single-phase voltage type AC / DC converter circuit is controlled so as to obtain desired active power and reactive power by measuring the active power and reactive power of the AC terminal by following the frequency of the power system.
具体的には、本発明に係る分散電源用インバータは、交流端子から見て内部起電圧と内部等価インピーダンスとを持ち、PWM指令に基づいて発生させたゲート信号のパルス幅に応じて直流電圧源からの電圧を単相交流電圧に変換して前記交流端子から出力する単相電圧型交直変換回路と、前記交流端子の単相出力電力の有効電力値に対する有効電力指令値及び無効電力値に対する無効電力指令値からなる電力指令ベクトルが入力され、前記電力指令ベクトル、前記交流端子の単相出力電力の有効電力値及び前記交流端子の単相出力電力の無効電力値に基づいて、前記交流端子の単相出力電力の有効電力値及び無効電力値が前記電力指令ベクトルによる指令値に近づくように生成した電力制御信号を、前記交流端子の単相交流電圧の振幅に対する電圧振幅指令値及び周波数に対する周波数指令値からなる上位指令ベクトルとして出力する電力制御回路と、前記交流端子の単相交流電圧の位相を遅延させ、遅延単相交流を発生させる位相遅れ単相交流生成器を有し、前記遅延単相交流に基づいて前記交流端子の単相交流電圧と前記単相電圧型交直変換回路の前記内部起電圧との位相差に相応する電圧を生成する位相差生成回路と、前記電力制御回路からの前記上位指令ベクトル、前記位相差生成回路からの位相差に相応する電圧並びに前記交流端子の単相交流電圧に基づいて、前記交流端子の単相交流電圧の振幅及び周波数が前記上位指令ベクトルによる指令値に近づくように生成した電圧指令信号及び周波数指令信号を出力する上位電圧制御回路と、前記交流端子の単相交流電圧の周波数を規定する規準周波数、前記上位電圧制御回路からの周波数指令信号及び前記位相差生成回路からの位相差に相応する電圧に基づいて前記単相電圧型交直変換回路の前記内部起電圧の電気角を生成する周波数制御回路と、前記交流端子の単相交流電圧の振幅の規準となる規準電圧が設定されており、前記周波数制御回路からの電気角に基づく信号と前記規準電圧とを乗算した値に前記上位電圧制御回路からの電圧指令信号を加算して前記内部起電圧とし、前記内部起電圧と前記単相交流電圧との差分を前記PWM指令として出力する下位電圧制御回路と、を有する単相電圧型交直変換装置を備え、直流電圧を出力する燃料電池若しくは蓄電システム又は太陽光発電若しくは風力発電の発電方法で発電し整流した直流電圧を出力する電圧源を前記直流電圧源とする。 Specifically, the inverter for distributed power supply according to the present invention has an internal electromotive voltage and an internal equivalent impedance when viewed from the AC terminal, and a DC voltage source according to the pulse width of the gate signal generated based on the PWM command. A single-phase voltage type AC / DC converter circuit that converts the voltage from the AC terminal into a single-phase AC voltage and outputs the same from the AC terminal, and an invalid value for the active power command value and reactive power value for the active power value of the single-phase output power of the AC terminal A power command vector comprising a power command value is input, and based on the power command vector, the active power value of the single-phase output power of the AC terminal, and the reactive power value of the single-phase output power of the AC terminal, A power control signal generated so that the active power value and the reactive power value of the single-phase output power approach the command value by the power command vector is applied to the amplitude of the single-phase AC voltage of the AC terminal. A power control circuit that outputs a high-order command vector composed of a voltage amplitude command value and a frequency command value for a frequency, and a phase-delayed single-phase AC that delays the phase of the single-phase AC voltage at the AC terminal and generates a delayed single-phase AC A phase difference generator that generates a voltage corresponding to a phase difference between a single-phase AC voltage of the AC terminal and the internal electromotive voltage of the single-phase voltage type AC / DC converter circuit based on the delayed single-phase AC The amplitude of the single-phase AC voltage at the AC terminal based on the circuit, the upper command vector from the power control circuit, the voltage corresponding to the phase difference from the phase difference generation circuit, and the single-phase AC voltage at the AC terminal And an upper voltage control circuit that outputs a voltage command signal and a frequency command signal generated so that the frequency approaches a command value by the upper command vector, and a single-phase AC voltage of the AC terminal An electrical angle of the internal electromotive voltage of the single-phase voltage type AC / DC converter circuit based on a reference frequency defining a wave number, a frequency command signal from the higher voltage control circuit, and a voltage corresponding to a phase difference from the phase difference generation circuit A reference voltage that is a reference for the amplitude of the single-phase AC voltage at the AC terminal, and a value obtained by multiplying the reference voltage by a signal based on the electrical angle from the frequency control circuit. A lower voltage control circuit that adds a voltage command signal from the higher voltage control circuit to the internal electromotive voltage and outputs a difference between the internal electromotive voltage and the single-phase AC voltage as the PWM command. A voltage source having a phase voltage type AC / DC converter and outputting a DC voltage generated and rectified by a fuel cell or power storage system that outputs a DC voltage or a power generation method of solar power generation or wind power generation Is the DC voltage source.
本発明では、電圧源として動作しても電力系統に接続して運転可能なように内部等価インピーダンスを持つ単相電圧型交直変換回路を用いる。また、位相差生成回路で内部等価インピーダンス両端の電圧位相差に相応する電圧を生成し、周波数制御回路で規準周波数、上位電圧制御回路からの周波数指令信号及び位相差に相応する電圧から生成した電気角に内部起電圧を同期させる。これにより、単相交流電圧を電力系統の周波数に追従させることができる。 In the present invention, a single-phase voltage type AC / DC converter circuit having an internal equivalent impedance is used so that it can be operated by being connected to a power system even if it operates as a voltage source. The phase difference generation circuit generates a voltage corresponding to the voltage phase difference across the internal equivalent impedance, and the frequency control circuit generates the reference frequency, the frequency command signal from the higher voltage control circuit, and the voltage generated from the voltage corresponding to the phase difference. Synchronize the internal electromotive force to the corner. Thereby, a single phase alternating voltage can be made to follow the frequency of an electric power grid | system.
また、上位電圧制御回路において、単相出力電圧の振幅及び周波数が電力制御回路からの上位指令ベクトルによる指令値に近づくように電圧指令信号を生成する。これにより、電力系統の振幅及び周波数が変化しても、当該振幅及び周波数に対する単相電圧型交直変換装置の単相出力電圧の振幅及び周波数のそれぞれの偏差分を検出できる。よって、下位電圧制御回路において電力系統の振幅及び位相に一致させるように単相電圧型交直変換装置の振幅及び位相を制御して当該偏差分を補償することができる。 In the upper voltage control circuit, the voltage command signal is generated so that the amplitude and frequency of the single-phase output voltage approach the command value by the upper command vector from the power control circuit. Thereby, even if the amplitude and frequency of the power system change, it is possible to detect respective deviations of the amplitude and frequency of the single-phase output voltage of the single-phase voltage type AC / DC converter with respect to the amplitude and frequency. Therefore, it is possible to compensate for the deviation by controlling the amplitude and phase of the single-phase voltage type AC / DC converter so as to match the amplitude and phase of the power system in the lower voltage control circuit.
以上のように、本発明に係る分散電源用インバータが備える単相電圧型交直変換装置は、電圧源として電力系統に接続して運転することができると共に、電力系統に対する電圧偏差を自律して補償する自律並行運転が可能である。そのため、装置の信頼性が高まると共に分散配置が可能となる。さらに、複数台並列運転させる場合には、台数制限がなく運転させることができる。 As described above, the single-phase voltage type AC / DC converter included in the distributed power source inverter according to the present invention can be operated by connecting to the power system as a voltage source, and autonomously compensates for voltage deviation with respect to the power system. Autonomous parallel operation is possible. As a result, the reliability of the apparatus is increased and distributed arrangement is possible. Further, when a plurality of units are operated in parallel, the units can be operated without any limitation.
一方、電力制御回路では、入力された電力指令ベクトルと、交流端子で測定した有効電力及び無効電力からなる出力電力ベクトルと、に基づいて、交流端子の有効電力及び無効電力が電力指令ベクトルによる指令値に近づくように上位指令ベクトルを生成して出力する。つまり、電力制御回路が出力電力ベクトルに基づいて電力指令ベクトルを上位指令ベクトルに変換するため、本発明に係る分散電源用インバータが備える単相電圧型交直変換装置は、単相出力電力の有効電力及び無効電力の目標値を指令値として与えることができ、自律平行運転の際に、単相出力電力の有効電力及び無効電力を非干渉にかつ正確に制御できる。また、単相出力電力の有効電力及び無効電力の目標値を指令値として与えることから、力率を非干渉に制御でき、電力指令ベクトルの有効電力指令値をゼロとすれば、無効電力指令値と非干渉に力率をゼロにして動作可能であり、一方、電力指令ベクトルの無効電力指令値をゼロとすれば、有効電力指令値と非干渉に力率を1にして動作可能である。 On the other hand, in the power control circuit, based on the input power command vector and the output power vector composed of active power and reactive power measured at the AC terminal, the active power and reactive power of the AC terminal are commanded by the power command vector. An upper command vector is generated and output so as to approach the value. In other words, since the power control circuit converts the power command vector into the upper command vector based on the output power vector, the single-phase voltage type AC / DC converter provided in the distributed power source inverter according to the present invention has the active power of the single-phase output power. The reactive power target value can be given as a command value, and the active power and reactive power of the single-phase output power can be accurately controlled without interference during autonomous parallel operation. In addition, since the target values of the active power and reactive power of single-phase output power are given as command values, the power factor can be controlled to be non-interfering, and if the active power command value of the power command vector is zero, the reactive power command value When the reactive power command value of the power command vector is set to zero, the operation can be performed with the power factor set to 1 without interference with the active power command value.
従って、本発明は、単相交流で複数台を並列に接続して並行運転する場合においても、個々の装置が自律して出力偏差を制御する自律並行運転が可能であり、有効電力と無効電力とをそれぞれ独立して制御できる単相電圧型交直変換装置を備える分散電源用インバータを提供することができる。 Therefore, the present invention is capable of autonomous parallel operation in which individual devices autonomously control output deviation even when a plurality of units are connected in parallel with single-phase AC, and active power and reactive power. It is possible to provide an inverter for a distributed power source including a single-phase voltage type AC / DC converter that can control each of them independently.
前記単相電圧型交直変換装置の各構成をより具体的に説明する。上記単相電圧型交直変換装置において、前記上位電圧制御回路は、前記周波数制御回路が生成した前記電気角に基づく信号と前記上位指令ベクトルとを乗算する第一乗算器と、前記第一乗算器が出力する信号から前記交流端子の交流電圧を減算する第一減算器と、前記交流端子の単相交流電圧が前記上位指令ベクトルによる前記指令値に近づくように前記第一減算器からの信号を増幅して前記電圧指令信号として出力する第一上位制御増幅器と、前記上位指令ベクトルから前記位相差生成回路からの位相差に相応する電圧を減算する第二減算器と、前記交流端子の単相交流電圧が前記上位指令ベクトルによる前記指令値に近づくように前記第二減算器からの信号を増幅して前記周波数指令信号として出力する第二上位制御増幅器と、を有し、前記下位電圧制御回路は、前記規準電圧を設定して出力する規準電圧設定器と、前記周波数制御回路が生成した前記電気角に基づく信号と前記規準電圧設定器からの規準電圧とを乗算する第二乗算器と、前記上位電圧制御回路からの電圧指令信号と前記第二乗算器が出力する信号とを加算して前記内部起電圧を出力する第一加算器と、前記第一加算器が出力する信号から前記交流端子の単相交流電圧を減算する第三減算器と、前記交流端子の単相交流電圧が前記規準電圧、前記電圧指令信号及び前記電気角に基づく信号の合成値に近づくように前記第三減算器が出力する信号を制御し、PWM指令として出力する電圧制御器と、を有し、前記周波数制御回路は、前記上位電圧制御回路からの周波数指令信号と前記位相差生成回路からの位相差に相応する電圧とを加算する第二加算器と、前記第二加算器が出力する信号の周波数成分に低域濾過要素を付加して出力するループフィルタと、前記規準周波数を設定する規準周波数設定器と、前記ループフィルタの出力値に前記規準周波数設定器の出力値を加算する第三加算器と、前記第三加算器が出力する信号を時間積分して前記電気角として出力する時間積分器と、を有することが望ましい。 Each configuration of the single-phase voltage type AC / DC converter will be described more specifically. In the single-phase voltage type AC / DC converter, the upper voltage control circuit includes a first multiplier that multiplies the signal based on the electrical angle generated by the frequency control circuit and the upper command vector, and the first multiplier A first subtracter that subtracts the AC voltage of the AC terminal from the signal output from the signal, and a signal from the first subtractor so that the single-phase AC voltage of the AC terminal approaches the command value by the upper command vector. A first upper control amplifier that amplifies and outputs the voltage command signal; a second subtracter that subtracts a voltage corresponding to a phase difference from the phase difference generation circuit from the upper command vector; and a single phase of the AC terminal A second upper control amplifier that amplifies the signal from the second subtractor and outputs it as the frequency command signal so that an AC voltage approaches the command value by the upper command vector, The low-order voltage control circuit multiplies a reference voltage setter for setting and outputting the reference voltage, a signal based on the electrical angle generated by the frequency control circuit, and a reference voltage from the reference voltage setter. A second multiplier, a first adder that adds the voltage command signal from the higher voltage control circuit and a signal output from the second multiplier to output the internal electromotive voltage, and the first adder outputs A third subtracter that subtracts the single-phase AC voltage of the AC terminal from the signal to be transmitted, and the single-phase AC voltage of the AC terminal so as to approach a combined value of the signal based on the reference voltage, the voltage command signal, and the electrical angle. A voltage controller that controls a signal output from the third subtractor and outputs a PWM command, and the frequency control circuit includes the frequency command signal from the higher voltage control circuit and the phase difference generation circuit. Phase difference from A second adder for adding corresponding voltages; a loop filter for adding a low-pass filter element to the frequency component of the signal output from the second adder; and a reference frequency setting unit for setting the reference frequency A third adder that adds the output value of the reference frequency setter to the output value of the loop filter, and a time integrator that time-integrates a signal output from the third adder and outputs the signal as the electrical angle. It is desirable to have
本発明では、上位電圧制御回路の減算器において位相差生成回路からの位相差に相応する電圧と上位指令ベクトルとを減算して周波数指令信号を出力する。周波数制御回路で周波数指令信号と位相差生成回路からの位相差に相応する電圧とを加算し、周波数制御回路のループフィルタにおいて低域濾過要素を付加して出力する。また、規準周波数設定器から出力される規準周波数にループフィルタからの信号を加算し、時間積分器で時間積分して電気角を生成し、単相電圧型交直変換回路の内部起電圧の電気角を同期させる。これにより、単相交流電圧の回転角度を電力系統の周波数に追従させることができる。 In the present invention, the subtracter of the upper voltage control circuit subtracts the voltage corresponding to the phase difference from the phase difference generation circuit and the upper command vector and outputs the frequency command signal. The frequency control circuit adds the frequency command signal and the voltage corresponding to the phase difference from the phase difference generation circuit, adds a low-pass filter element in the loop filter of the frequency control circuit, and outputs the result. In addition, the signal from the loop filter is added to the reference frequency output from the reference frequency setter, and the electric angle is generated by time integration with the time integrator, and the electric angle of the internal electromotive voltage of the single-phase voltage type AC / DC converter circuit. Synchronize. Thereby, the rotation angle of a single phase alternating voltage can be made to follow the frequency of an electric power grid | system.
一方、上位電圧制御回路の減算器において単相交流電圧と上位指令ベクトルとを減算して電圧指令信号を出力する。これにより、電力系統の振幅及び周波数が変化しても、当該振幅及び周波数に対する単相電圧型交直変換装置の単相出力電圧の振幅及び周波数のそれぞれの誤差分を検出し、下位電圧制御回路において当該誤差分を補償することができる。 On the other hand, the subtracter of the upper voltage control circuit subtracts the single-phase AC voltage and the upper command vector to output a voltage command signal. As a result, even if the amplitude and frequency of the power system change, the respective error components of the amplitude and frequency of the single-phase output voltage of the single-phase voltage type AC / DC converter for the amplitude and frequency are detected, and the lower voltage control circuit The error can be compensated.
具体的には、下位電圧制御回路において規準電圧設定器からの規準電圧に上位電圧制御回路からの電圧指令信号を加算する。さらに、規準電圧と電圧指令信号とを加算した信号から交流端子の単相交流電圧を減算し、電力系統の振幅及び位相との差分を電圧制御器で規準電圧と電圧指令ベクトルとの合成値に近づくように変換してPWM指令として出力する。PWM指令に後述の補助信号を加算してもよい。これにより、単相電圧型交直変換装置の単相交流電圧の振幅及び位相を電力系統の振幅及び位相に一致させるように制御することができる。 Specifically, the voltage command signal from the higher voltage control circuit is added to the reference voltage from the reference voltage setter in the lower voltage control circuit. Furthermore, the single-phase AC voltage of the AC terminal is subtracted from the signal obtained by adding the reference voltage and the voltage command signal, and the difference between the amplitude and phase of the power system is converted into the combined value of the reference voltage and the voltage command vector by the voltage controller. It converts so that it may approach, and outputs it as a PWM command. An auxiliary signal described later may be added to the PWM command. Thereby, it is possible to control the amplitude and phase of the single-phase AC voltage of the single-phase voltage type AC / DC converter so as to match the amplitude and phase of the power system.
以上のように、前記単相電圧型交直変換装置は、電圧源として電力系統に接続して運転することができると共に、電力系統や他の交流電源との自律並行運転が可能である。そのため、装置の信頼性が高まると共に分散配置が可能となる。さらに、複数台並列運転させる場合には、台数制限がなく運転させることができる。従って、本発明は、単相交流で複数台を並列に接続して並行運転する場合においても、個々の装置が自律して出力偏差を制御する自律並行運転が可能であり、有効電力と無効電力とをそれぞれ独立して制御できる単相電圧型交直変換装置を備える分散電源用インバータを提供することができる。 As described above, the single-phase voltage type AC / DC converter can be operated by being connected to a power system as a voltage source, and can be operated autonomously in parallel with the power system or another AC power source. As a result, the reliability of the apparatus is increased and distributed arrangement is possible. Further, when a plurality of units are operated in parallel, the units can be operated without any limitation. Therefore, the present invention is capable of autonomous parallel operation in which individual devices autonomously control output deviation even when a plurality of units are connected in parallel with single-phase AC, and active power and reactive power. It is possible to provide an inverter for a distributed power source including a single-phase voltage type AC / DC converter that can control each of them independently.
次に、PWM信号に補助信号を加算する単相電圧型交直変換装置について説明する。前記単相電圧型交直変換装置において、前記交流端子の単相交流電流を検出する出力電流検出回路をさらに備え、前記下位電圧制御回路は、前記単相電圧型交直変換回路が有する単相交流フィルタ回路における電流損失分を補償するように規定された電流補償値を出力するフィルタ電流補償器と、前記単相電圧型交直変換回路からの単相交流電流の電流偏差を補償するように規定された電流偏差補償値を出力するPWM電流偏差補償器と、前記出力電流検出回路が検出した単相交流電流の値が入力され、前記交流端子の負荷に対する電流を補償するように所定のフィードフォワードゲインで増幅して出力するフィードフォワード増幅器と、前記フィルタ電流補償器の電流補償値、前記PWM電流偏差補償器からの電流偏差補償値及び前記フィードフォワード増幅器からの出力値を前記電圧制御器からのPWM指令値に加算する第四加算器と、を有することが望ましい。 Next, a single-phase voltage type AC / DC converter that adds an auxiliary signal to a PWM signal will be described. The single-phase voltage type AC / DC converter further includes an output current detection circuit for detecting a single-phase AC current at the AC terminal, and the lower-level voltage control circuit is a single-phase AC filter included in the single-phase voltage type AC / DC converter circuit. A filter current compensator that outputs a current compensation value defined to compensate for a current loss in the circuit, and a current deviation of a single-phase AC current from the single-phase voltage type AC / DC converter circuit. A PWM current deviation compensator that outputs a current deviation compensation value and a single-phase AC current value detected by the output current detection circuit are input, and a predetermined feedforward gain is applied so as to compensate the current to the load of the AC terminal. A feedforward amplifier that amplifies and outputs, a current compensation value of the filter current compensator, a current deviation compensation value from the PWM current deviation compensator, and the filter A fourth adder for adding an output value from the feedforward amplifier to the PWM command value from the voltage controller, it is desirable to have.
本発明では、PWM指令をゼロ指令としたときの単相電圧型交直変換回路における電流偏差分を予めPWM電流偏差補償器において設定し、電圧制御器からのPWM指令に加算することで当該電流偏差分を補償することができる。また、単相電圧型交直変換回路の単相交流フィルタ回路における電流損失分を予めフィルタ電流補償器において設定し、電圧制御器からのPWM指令に加算することで当該電流損失分を補償することができる。さらに、交流端子の単相交流電流の値をフィードフォワード増幅器で増幅し、電圧制御器からのPWM指令に加算することで、出力電流が変化しても安定した出力電圧を発生させることができる。すなわち、本発明では、PWM電流偏差補償器、フィルタ電流補償器及びフィードフォワード増幅器からの信号を補助信号として電圧制御器からのPWM指令に加算している。 In the present invention, the current deviation in the single-phase voltage type AC / DC converter circuit when the PWM command is set to zero command is set in advance in the PWM current deviation compensator, and the current deviation is added to the PWM command from the voltage controller. Minutes can be compensated. In addition, the current loss in the single-phase AC filter circuit of the single-phase voltage type AC / DC converter circuit is set in advance in the filter current compensator and added to the PWM command from the voltage controller to compensate for the current loss. it can. Furthermore, a stable output voltage can be generated even if the output current changes by amplifying the value of the single-phase AC current at the AC terminal with a feedforward amplifier and adding it to the PWM command from the voltage controller. That is, in the present invention, signals from the PWM current deviation compensator, the filter current compensator and the feedforward amplifier are added as auxiliary signals to the PWM command from the voltage controller.
本発明に係る分散電源用インバータが備える単相電圧型交直変換装置において、前記単相電圧型交直変換回路は、前記交流端子から見て前記内部起電圧と前記内部等価インピーダンスとを持ち前記ゲート信号のパルス幅に応じて前記直流電圧源からの電圧を単相交流電圧に変換して出力する単相電圧型交直変換部と、前記単相電圧型交直変換部の単相交流電流を検出し前記単相交流電流の大きさに応じて生成した信号を出力する電流検出回路と、前記PWM指令と前記電流検出回路からの出力との差分がゼロに近づくように前記ゲート信号を発生させて出力するゲート信号発生器と、前記単相電圧型交直変換部の単相交流電圧から前記単相電圧型交直変換部での前記ゲート信号に起因する高周波成分を除去して出力する単相交流フィルタ回路と、を有することが望ましい。 In the single-phase voltage type AC / DC converter provided in the distributed power source inverter according to the present invention, the single-phase voltage type AC / DC converter circuit has the internal electromotive voltage and the internal equivalent impedance when viewed from the AC terminal, and the gate signal. A single-phase voltage type AC / DC converter that converts the voltage from the DC voltage source into a single-phase AC voltage according to the pulse width of the output, and detects the single-phase AC current of the single-phase voltage type AC / DC converter, and A current detection circuit that outputs a signal generated according to the magnitude of a single-phase alternating current, and the gate signal is generated and output so that the difference between the PWM command and the output from the current detection circuit approaches zero. A gate signal generator and a single-phase AC filter circuit that removes a high-frequency component caused by the gate signal in the single-phase voltage type AC / DC converter from the single-phase AC voltage of the single-phase voltage type AC / DC converter and outputs the signal It is desirable to have a.
本発明では、単相交流フィルタ回路を備えることから、単相電圧型交直変換部からの出力から単相電圧型交直変換部でのゲート信号に起因する高周波成分を除去することができる。また、電流検出回路において単相電圧型交直変換部からの電流を検出し、ゲート信号発生器においてPWM指令と電流検出回路からの出力との差分がゼロに近づくようにゲート信号を発生させることで電流誤差が許容範囲内に収まるように制御することができる。 In the present invention, since the single-phase AC filter circuit is provided, a high-frequency component caused by the gate signal in the single-phase voltage type AC / DC converter can be removed from the output from the single-phase voltage type AC / DC converter. In addition, the current detection circuit detects the current from the single-phase voltage type AC / DC converter, and the gate signal generator generates a gate signal so that the difference between the PWM command and the output from the current detection circuit approaches zero. Control can be performed so that the current error falls within an allowable range.
また、本発明に係る分散電源用インバータが備える単相電圧型交直変換装置において、前記単相電圧型交直変換回路は、前記交流端子から見て前記内部起電圧と前記内部等価インピーダンスとを持ち前記ゲート信号のパルス幅に応じて前記直流電圧源からの電圧を単相交流電圧に変換して出力する単相電圧型交直変換部と、前記単相電圧型交直変換部の単相交流電圧を検出し前記単相交流電圧の大きさに応じて生成した信号を出力する電圧検出回路と、前記PWM指令と前記電圧検出回路からの出力との差分がゼロに近づくように前記ゲート信号を発生させて出力するゲート信号発生器と、前記単相電圧型交直変換部の単相交流電圧から前記単相電圧型交直変換部での前記ゲート信号に起因する高周波成分を除去して出力する単相交流フィルタ回路と、を有することが望ましい。 Further, in the single-phase voltage type AC / DC converter provided in the distributed power source inverter according to the present invention, the single-phase voltage type AC / DC converter circuit has the internal electromotive voltage and the internal equivalent impedance when viewed from the AC terminal. A single-phase voltage type AC / DC converter that converts the voltage from the DC voltage source into a single-phase AC voltage according to the pulse width of the gate signal and outputs the single-phase AC voltage of the single-phase voltage type AC / DC converter A voltage detection circuit that outputs a signal generated according to the magnitude of the single-phase AC voltage, and the gate signal is generated so that a difference between the PWM command and the output from the voltage detection circuit approaches zero. A single-phase AC filter that outputs a high-frequency component due to the gate signal in the single-phase voltage type AC / DC converter from the single-phase AC voltage of the single-phase voltage type AC / DC converter, and outputs the gate signal generator It is desirable to have a circuit.
本発明では、単相交流フィルタ回路を備えることから、単相電圧型交直変換部からの出力から単相電圧型交直変換部でのゲート信号に起因する高周波成分を除去することができる。また、電圧検出回路において単相電圧型交直変換部からの電圧を検出し、ゲート信号発生器においてPWM指令と電圧検出回路からの出力との差分がゼロに近づくようにゲート信号を発生させることで出力電圧をPWM指令に追従させることができる。 In the present invention, since the single-phase AC filter circuit is provided, a high-frequency component caused by the gate signal in the single-phase voltage type AC / DC converter can be removed from the output from the single-phase voltage type AC / DC converter. In addition, the voltage detection circuit detects the voltage from the single-phase voltage type AC / DC converter, and the gate signal generator generates a gate signal so that the difference between the PWM command and the output from the voltage detection circuit approaches zero. The output voltage can be made to follow the PWM command.
前記単相電圧型交直変換装置の前記電力制御回路は、前記電力制御信号を前記電力指令ベクトルと前記交流端子の単相出力電力測定値との差分を積分し、低域ろ過して生成することが望ましい。過渡変動が少なく、定常誤差をゼロとすることができるからである。 The power control circuit of the single-phase voltage type AC / DC converter generates the power control signal by integrating a difference between the power command vector and a single-phase output power measurement value of the AC terminal and low-pass filtering. Is desirable. This is because there are few transient fluctuations and the steady-state error can be made zero.
また、前記単相電圧型交直変換装置において、前記上位指令ベクトルの上限と下限を定めるリミッタをさらに備え、上位指令ベクトルは前記リミッタを介して前記上位電圧制御回路に入力されることが望ましい。 The single-phase voltage type AC / DC converter may further include a limiter that determines an upper limit and a lower limit of the upper command vector, and the upper command vector is preferably input to the upper voltage control circuit via the limiter.
過大な上位指令ベクトルが入力されることを防止し、異常な単相交流出力電流が電力系統に出力されることを防止できる。 An excessively high order command vector can be prevented from being input, and an abnormal single-phase AC output current can be prevented from being output to the power system.
前記単相電圧型交直変換装置において、前記電力指令ベクトルの有効電力指令値又は無効電力指令値のいずれか一方をゼロとすることができる。前記単相電圧型交直変換装置では、単相出力電力の有効電力及び無効電力の目標値を指令値として与えることから、電力指令ベクトルの有効電力指令値をゼロとすれば、無効電力指令値と非干渉に力率をゼロにして動作可能であり、一方、電力指令ベクトルの無効電力指令値をゼロとすれば、有効電力指令値と非干渉に力率を1にして動作可能である。 In the single-phase voltage type AC / DC converter, either the active power command value or the reactive power command value of the power command vector can be set to zero. In the single-phase voltage type AC / DC converter, since the target values of the active power and reactive power of the single-phase output power are given as command values, if the active power command value of the power command vector is set to zero, the reactive power command value and The operation can be performed with the power factor set to zero for non-interference. On the other hand, when the reactive power command value of the power command vector is set to zero, the operation can be performed with the power factor set to 1 for non-interference with the active power command value.
本発明では、単相交流で複数台を並列に接続して並行運転する場合においても、個々の装置が自律して出力偏差を制御する自律並行運転が可能であり、有効電力と無効電力とをそれぞれ独立して制御できる単相電圧型交直変換装置を備える分散電源用インバータを提供することができる。 In the present invention, even when a plurality of units are connected in parallel with single-phase alternating current and operated in parallel, autonomous parallel operation in which individual devices autonomously control output deviation is possible, and active power and reactive power are It is possible to provide a distributed power source inverter including a single-phase voltage type AC / DC converter that can be independently controlled.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to embodiment shown below. In the present specification and drawings, the same reference numerals denote the same components.
図9は、分散電源用インバータが備える単相電圧型交直変換装置における制御ブロックの接続関係を例示した図である。三相電圧型交直変換装置の場合と同様に、上位指令ベクトルB1、最上位制御ブロックB2、ac−AVRブロックB3、ETM−PWMブロックB4及び主スイッチB5が含まれる。ac−AVRブロックB3については、特許文献2に記載される内部等価インピーダンスをインダクタンス主体とする単相ac−AVRを適用することで、インバータの出力回路に接続される変圧器に偏磁の恐れがなくなる。さらに、内部等価インピーダンスを抵抗成分とインダクタンス成分の並列回路とできるために設計上の自由度が増加する。 FIG. 9 is a diagram illustrating a connection relationship of control blocks in the single-phase voltage type AC / DC converter included in the distributed power source inverter. As in the case of the three-phase voltage type AC / DC converter, a higher order command vector B1, an uppermost control block B2, an ac-AVR block B3, an ETM-PWM block B4, and a main switch B5 are included. For the ac-AVR block B3, by applying the single-phase ac-AVR mainly composed of the internal equivalent impedance described in Patent Document 2, there is a risk of demagnetization in the transformer connected to the output circuit of the inverter. Disappear. Furthermore, since the internal equivalent impedance can be a parallel circuit of a resistance component and an inductance component, the degree of freedom in design increases.
図1及び図2に、本実施形態に係る分散電源用インバータが備える単相電圧型交直変換装置の概略構成図を示し、図9で示した各ブロックについてより詳細に説明する。 1 and 2 are schematic configuration diagrams of a single-phase voltage type AC / DC converter included in the distributed power source inverter according to the present embodiment, and each block shown in FIG. 9 will be described in more detail.
図1に示す単相電圧型交直変換装置11は、交流端子22から見て内部起電圧と内部等価インピーダンスとを持ち、PWM指令に基づいて発生させたゲート信号のパルス幅に応じて直流電圧源(不図示)からの電圧を直流端子21で受けて単相交流電圧に変換して交流端子22から出力する単相電圧型交直変換回路40と、交流端子22の単相交流電圧の有効電力値に対する有効電力指令値及び無効電力値に対する無効電力指令値からなる電力指令ベクトル130が入力され、電力指令ベクトル130、交流端子22の単相出力電力の有効電力値及び交流端子22の単相出力電力の無効電力値に基づいて、交流端子22の単相出力電力の有効電力値及び無効電力値が電力指令ベクトル130による指令値に近づくように生成した電力制御信号を、交流端子22の単相交流電圧の振幅に対する電圧振幅指令値及び周波数に対する周波数指令値からなる上位指令ベクトル120として出力する電力制御回路150と、交流端子22の単相交流電圧に対して位相を遅延させた遅延単相交流を発生させる位相遅れ単相交流生成器を有し、前記遅延単相交流に基づいて交流端子22の単相交流電圧と単相電圧型交直変換回路40の前記内部起電圧との位相差に相応する電圧を生成する位相差生成回路30と、電力制御回路150からの上位指令ベクトル120、位相差生成回路30からの位相差に相応する電圧並びに交流端子22の単相交流出力に基づいて、交流端子22の単相交流電圧の振幅及び周波数が上位指令ベクトル120による指令値に近づくように生成した電圧指令信号及び周波数指令信号を出力する上位電圧制御回路70と、交流端子22の単相交流電圧の周波数を規定する規準周波数、上位電圧制御回路70からの周波数指令信号及び位相差生成回路30からの位相差に相応する電圧に基づいて単相電圧型交直変換回路40の前記内部起電圧の電気角を生成する周波数制御回路50と、交流端子22の単相交流電圧の振幅の規準となる規準電圧が設定されており、周波数制御回路50からの電気角に基づく信号と前記規準電圧とを乗算した値に上位電圧制御回路70からの電圧指令信号を加算して前記内部起電圧とし、前記内部起電圧と前記単相交流電圧との差分を前記PWM指令として出力する下位電圧制御回路60と、を備える。
The single-phase voltage type AC /
上位指令ベクトル120が図9の上位指令ベクトルB1に相当する。上位電圧制御回路70が図9の最上位制御ブロックB2に相当する。下位電圧制御回路60及び周波数制御回路50が図9のac−AVRブロックB3に相当する。ゲート信号発生器41が図9のETM−PWMブロックB4に相当する。単相電圧型交直変換回路40に含まれる単相電圧型交直変換部が図9の主スイッチB5に相当する。
The
単相電圧型交直変換回路40は、PWM指令に基づいてゲート信号発生器41により発生させたゲート信号のパルス幅に応じて不図示の直流電圧源からの電圧を単相交流電圧に変換する。直流電圧源は、バッテリ等の単独で直流電圧を出力する電圧源、風力発電等の発電方法で発電し整流して直流電圧を出力する電圧源、又は直流コンデンサの電圧を制御して直流電圧を出力する電圧源を例示することができる。この場合、出力電圧検出回路31の接続点と交流端子22との間にさらにブロッキングインダクタを備え、単相交流電圧のそれぞれをブロッキングインダクタを介して交流端子22から出力することとしてもよい。単相電圧型交直変換回路40でのPWM成分の交流端子22への流出を防止することができる。
The single-phase voltage type AC /
図4及び図5に単相電圧型交直変換回路の概略構成図を示す。 4 and 5 show schematic configuration diagrams of the single-phase voltage type AC / DC converter circuit.
図4に示す単相電圧型交直変換回路40−1は、交流端子22から見て内部起電圧と内部等価インピーダンスとを持ちゲート信号のパルス幅に応じて直流電圧源からの電圧を直流端子21で受けて単相交流電圧に変換して出力する単相電圧型交直変換部42と、単相電圧型交直変換部42の単相交流出力電流を検出し単相交流出力電流の大きさに応じて生成した信号を出力する電流検出回路43と、PWM指令と電流検出回路43からの出力との差分がゼロに近づくようにゲート信号を発生させて出力するゲート信号発生器41と、単相電圧型交直変換部42の単相交流電圧から単相電圧型交直変換部42でのゲート信号に起因する高周波成分を除去して出力する単相交流フィルタ回路45と、を備える。
A single-phase voltage type AC / DC converting circuit 40-1 shown in FIG. 4 has an internal electromotive voltage and an internal equivalent impedance when viewed from the
また、図5に示す単相電圧型交直変換回路40−2は、図4の電流検出回路43に代えて、単相電圧型交直変換部42の単相交流電圧を検出し単相交流電圧の大きさに応じて生成した信号を出力する電圧検出回路44を備える。この場合、ゲート信号発生器41は、PWM指令と電圧検出回路44からの出力との差分がゼロに近づくようにゲート信号を発生させて出力する。
Further, the single-phase voltage type AC / DC converting circuit 40-2 shown in FIG. 5 detects the single-phase AC voltage of the single-phase voltage type AC /
図4及び図5に示す単相電圧型交直変換部42の持つ内部等価インピーダンスは、図1の単相電圧型交直変換装置11内の制御変数により持たせることもできるし、図4及び図5の単相電圧型交直変換回路40−1,40−2の出力に抵抗、リアクトル若しくは単相変圧器又はこれらの組み合わせを接続して持たせることもできる。例えば、単相電圧型交直変換回路40−1,40−2の単相出力にそれぞれ抵抗又はリアクトルを直列に接続してもよいし、さらに抵抗を接続した場合には抵抗の後段にリアクトルをそれぞれ直列に接続してもよい。また、単相電圧型交直変換回路40−1,40−2の単相出力に単相変圧器を接続してもよい。また、単相電圧型交直変換回路40−1,40−2の単相出力にそれぞれリアクトルを接続した場合には、リアクトルの後段に単相変圧器を接続してもよい。さらに、単相電圧型交直変換回路40−1,40−2の単相出力にそれぞれ抵抗を接続し、抵抗の後段にリアクトルをそれぞれ直列に接続した場合には、当該リアクトルの後段に単相変圧器を接続してもよい。このように、単相電圧型交直変換回路40が内部等価インピーダンスを持つことにより、図1の単相電圧型交直変換装置11は、電圧源として電力系統に接続して運転することが可能となる。
The internal equivalent impedance of the single-phase voltage type AC /
図1の単相電圧型交直変換回路40を図4又は図5に示す構成とすることにより、単相電圧型交直変換装置11は、単相交流フィルタ回路45(図4及び図5)を備えることから、単相電圧型交直変換部42からの出力から単相電圧型交直変換部42でのゲート信号に起因する高周波成分を除去することができる。また、電流検出回路43又は電圧検出回路44において単相電圧型交直変換部42からの電流又は電圧を検出し、ゲート信号発生器41においてPWM指令と電流検出回路43又は電圧検出回路44からの出力との差分がゼロに近づくようにゲート信号を発生させることで電流誤差が許容範囲内に収まるように制御すること、或いは出力電圧をPWM指令に追従させることができる。
The single-phase voltage type AC /
図1の出力電圧検出回路31は、交流端子22の単相交流電圧を検出し、位相差生成回路30、下位電圧制御回路60及び上位電圧制御回路70にそれぞれ出力する。また、出力電圧検出回路31の前段にローパスフィルタを備え、出力電圧検出回路31への単相交流電圧をローパスフィルタを介して検出することとしてもよい。単相交流電圧からPWM成分を除去して単相電圧型交直変換装置11の制御を安定化させることができる。また、出力電圧検出回路31の後段にローパスフィルタを備え、出力電圧検出回路31からの出力電圧をローパスフィルタを介して出力することとしてもよい。出力電圧検出回路31からの出力電圧からPWM成分を除去して単相電圧型交直変換装置11の制御を安定化させることができる。
The output
図1の出力電流検出回路34は、変流器38を介して交流端子22の単相交流出力電流を検出し、交流電力測定器140に出力する。
The output
図1の位相差生成回路30は、交流端子22の単相交流電圧VFIL(t)と単相電圧型交直変換回路40の内部起電圧との位相差に相応する電圧を生成する。図10は、位相差生成回路30の概略構成図の一例である。位相差生成回路30は、端子33−1から入力される単相交流電圧から所定の位相を遅らせた遅延単相交流を生成する位相遅れ単相交流生成器35と、端子33−1から入力される単相交流電圧、位相遅れ単相交流生成器35からの遅延単相交流の電圧及び端子33−3から入力される値から位相差に相応する電圧を生成する位相差電圧生成器36と、位相差に相応する電圧を出力する端子33−2を有する。図10では、位相遅れ単相交流生成器35が遅延単相交流の位相をほぼ90°遅らせているが、遅らせる位相は0°及び180°でなければ、何れの角度でもかまわない。
1 generates a voltage corresponding to the phase difference between the single-phase AC voltage V FIL (t) at the
端子33−1には出力電圧検出回路31が検出した単相交流電圧VFIL(t)が入力される。端子33−3には、後述する周波数制御回路50が生成する電気角57が入力される。交流端子22の単相交流電圧VFIL(t)は、数式1で表せる。
交流端子22の単相交流電圧の角周波数ωsと単相電圧型交直変換回路40の規準角周波数ωcoとが等しい場合は、単相交流電圧VFIL(t)と位相遅れ単相交流電圧V”FIL(t)との位相差が90°となり、位相遅れ単相交流生成器35が生成する位相遅れ単相交流電圧V”FIL(t)は数式2で表せる。
位相差電圧生成器36は、単相交流電圧VFIL(t)、位相遅れ単相交流電圧V”FIL(t)及び周波数制御回路50が生成する生成値から位相差に相応する電圧Vq(t)を出力する。位相差に相応する電圧Vq(t)は数式3で表される。
位相差生成回路30は、生成した位相差に相応する電圧を周波数制御回路50及び上位電圧制御回路70にそれぞれ出力する。なお、ここではωsがωcoと等しい場合のみを示したが、等しくない場合にも同様の近似解を得ることができ、実用上の問題はない。
The phase
周波数制御回路50は、交流端子22の単相交流電圧の周波数を規定する規準周波数、上位電圧制御回路70からの周波数指令信号及び位相差生成回路30からの出力信号に基づいて単相電圧型交直変換回路40の内部起電圧の電気角を決定する。具体的には、図2に示すように、第二加算器56が上位電圧制御回路70からの周波数指令信号と位相差生成回路30からの位相差に相応する電圧とを加算する。第二加算器56が出力する信号の周波数成分にループフィルタ53が単相交流電圧の周波数差に関わる成分である低域成分を濾過する。ループフィルタ53において付加する低域濾過要素は、例えば、一次遅れ要素等の遅れ要素である。これにより、フィードバックループを安定化させることができる。
The
また、第三加算器58は、規準周波数設定器51から出力される規準周波数とループフィルタ53の出力値とを加算する。時間積分器55は、第三加算器58からの出力を時間積分する。時間積分器55が第三加算器58からの出力を時間積分することで固有角度θiとなる電気角57が得られる。
The
電気角57は、下位電圧制御回路60の第二乗算器65によって単相電圧型交直変換回路40の内部起電圧の電気角になる。これにより、当該回転角度を電力系統の周波数に追従させることができる。
The
ここで、位相差生成回路30では、前述したように交流端子22の単相交流電圧と単相電圧型交直変換回路40の内部起電圧との位相差に相応する電圧を出力する。そのため、位相差生成回路30での信号処理は、単相交流電圧と周波数制御回路50からの電気角57との位相を比較する位相比較処理に相当すると考えられる。また、規準周波数設定器51からの規準周波数とループフィルタ53からの出力値とを加算して積分する信号処理は、ループフィルタ53からの出力電圧に応じて電気角57の値を可変するVCO(Voltage Controlled Oscillator)の信号処理に相当すると考えられる。そのため、位相差生成回路30及び周波数制御回路50は、全体として、電気角57が交流端子22の単相交流電圧の周波数に同期するPLLとしての動作を行っていると考えられる。
Here, the phase
図1の上位電圧制御回路70には、後述する電力制御回路150からの上位指令ベクトル120が入力され、周波数制御回路50からの電気角57、位相差生成回路30からの位相差に相応する電圧並びに交流端子22の単相交流電圧が入力される。上位電圧制御回路70は、これらの入力に基づいて、交流端子22の単相交流電圧の振幅及び周波数が上位指令ベクトル120による指令値に近づくように生成した電圧指令信号及び周波数指令信号を出力する。上位電圧制御回路70には、上位指令ベクトル120を直接入力するのではなく、上位指令ベクトル120の上限と下限を定めるリミッタ121を介して入力してもよい。具体的には、図2に示すように、第一乗算器73が周波数制御回路50からの電気角57の正弦値に√2を乗算した値と上位指令ベクトル120の電圧振幅指令値とを乗算する。第一減算器71aが第一乗算器73からの信号から交流端子22の交流出力電圧を減算する。第一上位制御増幅器72aが、交流端子22の単相交流電圧が上位指令ベクトル120による前記指令値に近づくように第一減算器71aからの信号を増幅して電圧指令信号として出力する。また、第二減算器71bが上位指令ベクトル120の周波数指令値に√2を乗算した値から位相差生成回路30からの位相差に相応する電圧を減算する。第二上位制御増幅器72bが、交流端子22の単相交流電圧の周波数が上位指令ベクトル120による前記指令値に近づくように第二減算器71bからの信号を増幅して周波数指令信号として出力する。
An
これにより、電力系統の振幅及び周波数が変化しても、当該振幅及び周波数に対する単相電圧型交直変換装置11の単相交流電圧の振幅及び周波数のそれぞれの誤差分を検出できる。ここで、第一上位制御増幅器72a及び第二上位制御増幅器72bでは、第一減算器71a及び第二減算器71bからの出力に低域濾過要素を付加することとしてもよい。これにより、フィードバックループを安定化させることができる。また、第一上位制御増幅器72a及び第二上位制御増幅器72bの後段にさらにリミッタを備え、第一上位制御増幅器72a及び第二上位制御増幅器72bからの出力をリミッタを介して出力することとしてもよい。過出力を防止して制御を安定化させることができる。
Thereby, even if the amplitude and frequency of an electric power system change, each error of the amplitude and frequency of the single phase AC voltage of the single phase voltage type | mold AC /
図1の下位電圧制御回路60は、交流端子22の単相交流電圧、周波数制御回路50の電気角57を含む電気角指令信号並びに上位電圧制御回路70からの電圧指令信号に基づいて、前記単相交流電圧の振幅、周波数及び位相が交流端子22の単相交流電圧の振幅を規定する規準電圧、前記電圧指令信号及び前記電気角指令信号の合成値に近づくように生成した信号をPWM指令として出力する。また、規準電圧は、規準電圧設定器61により予め設定する。この規準電圧は交流端子22の単相交流電圧の振幅の規準となる。
1 is based on the single-phase AC voltage at the
具体的には、図2に示すように、規準電圧設定器61が規準電圧を設定して出力する。第二乗算器65が、周波数制御回路50からの電気角57の正弦値に√2を乗算した値と規準電圧設定器61からの規準電圧とを乗算する。第一加算器62が、上位電圧制御回路70からの電圧指令信号と第二乗算器65が出力する信号とを加算して出力する(内部起電圧に相当)。第三減算器63が、第一加算器62が出力する信号から出力電圧検出回路31からの信号を減算する。電圧制御器64が、交流端子22の単相交流電圧が前記規準電圧、前記電圧指令信号及び前記電気角指令信号の前記合成値に近づくように第三減算器63が出力する信号を制御し、PWM指令として出力する。
Specifically, as shown in FIG. 2, a reference
これにより、上位電圧制御回路70で検出した偏差分を補償すると共に、単相電圧型交直変換装置11の単相交流電圧の振幅及び位相を電力系統の振幅及び位相に一致させるように単相電圧型交直変換装置11の振幅及び位相を制御することができる。電圧制御器64は、例えば増幅器を適用することができる。ここで、第三減算器63と電圧制御器64との間にさらにローパスフィルタを備え、第三減算器63からの出力をローパスフィルタを介して出力することとしてもよい。電圧制御器64での制御を安定化させることができる。また、第三減算器63と電圧制御器64との間(この位置にローパスフィルタを備えた場合は、ローパスフィルタと電圧制御器64との間)にさらに電圧リミッタを備え、第三減算器63からの出力を電圧リミッタを介して出力することとしてもよい。単相電圧型交直変換装置11の起動時の出力電圧の過渡変動を抑制することができる。
This compensates for the deviation detected by the high-order
図1の交流電力測定器140は、出力電圧検出回路31が検出した交流端子22の単相交流電圧の値及び出力電流検出回路34が検出した交流端子22の単相交流出力電流の値が入力され、交流端子22における単相出力電力の有効電力値と無効電力値を算出する。
1 receives the value of the single-phase AC voltage of the
具体的には、交流電力測定器140は、図6に示すように、電圧検出回路31と電流検出回路34とがそれぞれ測定した電力測定点の電圧と電流とを乗算器147−1で乗算した積をローパスフィルタ149−1に通して有効電力値測定回路145で有効電力値を測定する。また、電力測定点の電流位相を電流位相遅延回路143で90度ずらした関数を生成し、この関数と電力測定点の電圧とを乗算器147−2で乗算した積をローパスフィルタ149−2に通して無効電力値測定回路146で無効電力値を測定する。
Specifically, as shown in FIG. 6, the AC
また、交流電力測定器140は、図7に示すような構成であってもよい。交流電力測定器140は、規準周波数を生成する規準周波数回路141と、規準周波数回路141からの規準周波数に基づいて、電力測定点の交流電圧である測定交流電圧の位相を遅らせて遅延交流電圧を生成する電圧位相遅延回路142と、規準周波数回路141からの規準周波数に基づいて、電力測定点の交流電流である測定交流電流の位相を遅らせて遅延交流電流を生成する電流位相遅延回路143と、電力演算回路144と、を備える。電力演算回路144では、測定交流電圧と測定交流電流とを乗算器147−1で乗算した乗算値に電圧位相遅延回路142からの遅延交流電圧と電流位相遅延回路143からの遅延交流電流とを乗算器147−2で乗算した乗算値を加算器148−1で加算した加算値をローパスフィルタ149−1に通し、有効電力値として有効電力値測定回路145で測定する。また、測定交流電流と電圧位相遅延回路142からの遅延交流電圧とを乗算器147−4で乗算した乗算値から測定交流電圧と電流位相遅延回路143からの遅延交流電流とを乗算器147−3で乗算した乗算値を減算器148−2で減算した減算値をローパスフィルタ149−2に通し、無効電力値として無効電力値測定回路146で測定する。測定交流電圧と測定交流電流との乗算値に遅延交流電圧と遅延交流電流との乗算値を加算することで、有効電力値に含まれる2倍周波数成分を低減することができる。また、測定交流電流と遅延交流電圧との乗算値から測定交流電圧と遅延交流電流との乗算値を減算することで、無効電力値に含まれる2倍周波数成分を低減することができる。このため、有効電力値と無効電力値の測定精度を向上させ、有効電力値と無効電力値を精度よく制御することができる。
Further, the AC
図1の電力制御回路150には、交流端子22の単相出力電力の有効電力値に対する有効電力指令値及び無効電力値に対する無効電力指令値からなる電力指令ベクトル130と、交流電力測定器140が算出した交流端子22の単相出力電力の有効電力値及び無効電力値が入力される。電力制御回路150は、交流端子22の単相出力電力の有効電力値及び無効電力値が電力指令ベクトル130による指令値に近づくように生成した電力制御信号を、交流端子22の単相出力電圧の振幅に対する電圧振幅指令値及び周波数に対する周波数指令値からなる上位指令ベクトル120として出力する。例えば、電力指令ベクトル130の有効電力指令値をゼロとすれば、無効電力指令値と非干渉に力率をゼロにして単相電圧型交直変換装置11の動作が可能であり、一方、電力指令ベクトル130の無効電力指令値をゼロとすれば、有効電力指令値と非干渉に力率を1にして単相電圧型交直変換装置11の動作が可能である。
The
具体的には、電力制御回路150は、電力制御信号を電力指令ベクトル130と交流端子22の単相出力電力の有効電力値及び無効電力値との差分を積分し、低域ろ過して生成する。
Specifically, the
図3に、他の形態に係る単相電圧型交直変換装置の概略構成図を示す。 In FIG. 3, the schematic block diagram of the single phase voltage type | mold AC / DC converter which concerns on another form is shown.
図3の単相電圧型交直変換装置11は、図2に示す単相電圧型交直変換装置11の電圧制御器64からの出力にさらにフィルタ電流補償器66、PWM電流偏差補償器67及びフィードフォワード増幅器68からの出力を第四加算器69において加算した形態である。この場合、単相電圧型交直変換回路40は、図4又は図5で説明したいずれかの単相電圧型交直変換回路40−1,40−2を適用することができる。そのため、図3では、図4又は図5のいずれかの単相電圧型交直変換回路40−1,40−2が適用されているものとする。
3 further includes a filter current compensator 66, a PWM
フィルタ電流補償器66は、単相電圧型交直変換回路40内の単相交流フィルタ回路45(図4又は図5)における電流損失分を補償するように規定された電流補償値を出力する。これにより、単相電圧型交直変換装置11では、図4又は図5の単相交流フィルタ回路45における電流損失分を予めフィルタ電流補償器66において設定し、電圧制御器64からの出力ベクトルに加算することで当該電流損失分を補償することができる。また、PWM電流偏差補償器67は、単相電圧型交直変換回路40からの単相交流出力電流の電流偏差分を補償するように規定された電流偏差補償値を出力する。これにより、単相電圧型交直変換装置11では、PWM指令をゼロ指令としたときの単相電圧型交直変換回路40における電流偏差分を予めPWM電流偏差補償器67において設定し、電圧制御器64からの出力ベクトルに加算することで当該電流偏差分を補償することができる。また、フィードフォワード増幅器68は、出力電流検出回路34が検出した単相交流出力電流の値が入力され、交流端子22の負荷に対する電流を補償するように所定のフィードフォワードゲインで増幅して出力する。これにより、単相電圧型交直変換装置11では、出力電流検出回路34において交流端子22の単相交流出力電流を検出し、値をフィードフォワード増幅器68をとおして、電圧制御器64からの出力値に加算することで負荷電流が変化しても安定した出力電圧を発生することができる。
The filter current compensator 66 outputs a current compensation value defined so as to compensate for a current loss in the single-phase AC filter circuit 45 (FIG. 4 or FIG. 5) in the single-phase voltage type AC /
リミッタ121は、上位指令ベクトル120の上限と下限を定め、過大な上位指令ベクトル120が上位電圧制御回路70に入力されることを防止する。
The
以上説明したように、図1から図3の単相電圧型交直変換装置11は、内部等価インピーダンスを持つことから、電圧源として電力系統に接続して運転することができると共に、周波数制御回路50、上位電圧制御回路70及び下位電圧制御回路60を備えるため、電力系統に対する電圧偏差を自律して補償する自律並行運転が可能である。そのため、装置の信頼性が高まると共に分散配置が可能となる。さらに、複数台並列運転させる場合には、台数制限がなく運転させることができる。
As described above, the single-phase voltage type AC /
(シミュレーション結果)
以下、有効電力と無効電力とをそれぞれ独立して制御することをPQ制御と記す。図8は、図3の単相電圧型交直変換装置11(100V,50Hz、1kVA)が100V、50Hzの電力系統に連系している場合のPQ制御の動作をシミュレーションした結果である。時刻60msでPQ制御を開始し、時刻80msで電力指令ベクトルの有効電力指令値が900W、無効電力指令値が436varとなるようにした。単相電圧型交直変換装置の交流端子の単相交流電圧は、PQ制御を開始して100ms後には、ほぼ電力指令ベクトルどおりの値となった。出力電流波形は、ひずみの少ない正弦波となった。
(simulation result)
Hereinafter, controlling the active power and the reactive power independently is referred to as PQ control. FIG. 8 shows the result of simulating the operation of PQ control when the single-phase voltage type AC / DC converter 11 (100 V, 50 Hz, 1 kVA) of FIG. 3 is connected to a power system of 100 V, 50 Hz. PQ control was started at
上記の単相電圧型交直変換装置は、太陽光発電用インバータ、燃料電池用インバータ、蓄電システム用インバータ、DCリンク付風力発電用インバータ等の分散電源用インバータ、整流器、並びにSVC(無効電力補償装置)などに適用することができる。 The above single-phase voltage type AC / DC converter includes an inverter for photovoltaic power generation, an inverter for fuel cell, an inverter for power storage system, an inverter for wind power generation with DC link, a rectifier, and an SVC (reactive power compensation device). ) Etc.
11:単相電圧型交直変換装置
21:直流端子
22:交流端子
30:位相差生成回路
31:出力電圧検出回路
33−1〜33−3:端子
34:出力電流検出回路
35:位相遅れ単相交流生成器
36:位相差電圧生成器
38:変流器
40:単相電圧型交直変換回路
40−1,40−2:単相電圧型交直変換回路
41:ゲート信号発生器
42:単相電圧型交直変換部
43:電流検出回路
44:電圧検出回路
45:単相交流フィルタ回路
50:周波数制御回路
51:規準周波数設定器
53:ループフィルタ
55:時間積分器
56:第二加算器
57:電気角
58:第三加算器
60:下位電圧制御回路
61:規準電圧設定器
62:第一加算器
63:第三減算器
64:電圧制御器
65:第二乗算器
66 :フィルタ電流補償器
67:PWM電流偏差補償器
68:フィードフォワード増幅器
69:第四加算器
70:上位電圧制御回路
71a:第一減算器
71b:第二減算器
72a:第一上位制御増幅器
72b:第二上位制御増幅器
73:第一乗算器
120:上位指令ベクトル
121:リミッタ
130:電力指令ベクトル
140:交流電力測定器
141:規準周波数回路
142:電圧位相遅延回路
143:電流位相遅延回路
144:電力演算回路
145:有効電力値測定回路
146:無効電力値測定回路
147−1、147−2、147−3、147−4:乗算器
148−1:加算器
148−2:減算器
149−1、149−2:ローパスフィルタ
150:電力制御回路
B1:上位指令ベクトル
B2:最上位制御ブロック
B3:ac−AVRブロック
B4:ETM−PWMブロック
B5:主スイッチ
11: Single-phase voltage type AC / DC converter 21: DC terminal 22: AC terminal 30: Phase difference generation circuit 31: Output voltage detection circuit 33-1 to 33-3: Terminal 34: Output current detection circuit 35: Phase delay single phase AC generator 36: phase difference voltage generator 38: current transformer 40: single phase voltage type AC / DC converter circuit 40-1, 40-2: single phase voltage type AC / DC converter circuit 41: gate signal generator 42: single phase voltage Type AC / DC converter 43: current detection circuit 44: voltage detection circuit 45: single-phase AC filter circuit 50: frequency control circuit 51: reference frequency setting unit 53: loop filter 55: time integrator 56: second adder 57: electricity Angle 58: Third adder 60: Lower voltage control circuit 61: Reference voltage setter 62: First adder 63: Third subtractor 64: Voltage controller 65: Second multiplier 66: Filter current compensator 67: PWM current deviation compensator 6 8: Feed forward amplifier 69: Fourth adder 70: Upper voltage control circuit 71a: First subtractor 71b: Second subtractor 72a: First upper control amplifier 72b: Second upper control amplifier 73: First multiplier 120 : Upper command vector 121: Limiter 130: Power command vector 140: AC power measuring device 141: Reference frequency circuit 142: Voltage phase delay circuit 143: Current phase delay circuit 144: Power calculation circuit 145: Active power value measurement circuit 146: Invalid Power value measuring circuit 147-1, 147-2, 147-3, 147-4: multiplier 148-1: adder 148-2: subtractor 149-1, 149-2: low pass filter 150: power control circuit B1 : Upper command vector B2: Most significant control block B3: ac-AVR block B4: ETM-PWM block B5: Main switch
Claims (2)
前記交流端子の単相出力電力の有効電力値に対する有効電力指令値及び無効電力値に対する無効電力指令値からなる電力指令ベクトルが入力され、前記電力指令ベクトル、前記交流端子の単相出力電力の有効電力値及び前記交流端子の単相出力電力の無効電力値に基づいて、前記交流端子の単相出力電力の有効電力値及び無効電力値が前記電力指令ベクトルによる指令値に近づくように生成した電力制御信号を、前記交流端子の単相交流電圧の振幅に対する電圧振幅指令値及び周波数に対する周波数指令値からなる上位指令ベクトルとして出力する電力制御回路と、
前記交流端子の単相交流電圧の位相を遅延させ、遅延単相交流を発生させる位相遅れ単相交流生成器を有し、前記遅延単相交流に基づいて前記交流端子の単相交流電圧と前記単相電圧型交直変換回路の前記内部起電圧との位相差に相応する電圧を生成する位相差生成回路と、
前記電力制御回路からの前記上位指令ベクトル、前記位相差生成回路からの位相差に相応する電圧並びに前記交流端子の単相交流電圧に基づいて、前記交流端子の単相交流電圧の振幅及び周波数が前記上位指令ベクトルによる指令値に近づくように生成した電圧指令信号及び周波数指令信号を出力する上位電圧制御回路と、
前記交流端子の単相交流電圧の周波数を規定する規準周波数、前記上位電圧制御回路からの周波数指令信号及び前記位相差生成回路からの位相差に相応する電圧に基づいて前記単相電圧型交直変換回路の前記内部起電圧の電気角を生成する周波数制御回路と、
前記交流端子の単相交流電圧の振幅の規準となる規準電圧が設定されており、前記周波数制御回路からの電気角に基づく信号と前記規準電圧とを乗算した値に前記上位電圧制御回路からの電圧指令信号を加算して前記内部起電圧とし、前記内部起電圧と前記単相交流電圧との差分を前記PWM指令として出力する下位電圧制御回路と、を有する単相電圧型交直変換装置を備え、
直流電圧を出力する燃料電池若しくは蓄電システム又は太陽光発電若しくは風力発電の発電方法で発電し整流した直流電圧を出力する電圧源を前記直流電圧源とする分散電源用インバータ。 The AC terminal has an internal electromotive voltage and an internal equivalent impedance as viewed from the AC terminal, and converts the voltage from the DC voltage source into a single-phase AC voltage according to the pulse width of the gate signal generated based on the PWM command. Single-phase voltage type AC / DC converter circuit that outputs from
A power command vector comprising an active power command value for the active power value of the single-phase output power of the AC terminal and a reactive power command value for the reactive power value is input, and the power command vector, the effective power of the single-phase output power of the AC terminal Based on the power value and the reactive power value of the single-phase output power of the AC terminal, the power generated so that the active power value and reactive power value of the single-phase output power of the AC terminal approaches the command value by the power command vector A power control circuit that outputs a control signal as an upper command vector comprising a voltage amplitude command value for the amplitude of the single-phase AC voltage at the AC terminal and a frequency command value for the frequency;
A phase-delayed single-phase AC generator that delays the phase of the single-phase AC voltage of the AC terminal and generates a delayed single-phase AC, and based on the delayed single-phase AC, the single-phase AC voltage of the AC terminal and the A phase difference generation circuit for generating a voltage corresponding to the phase difference from the internal electromotive voltage of a single-phase voltage type AC / DC conversion circuit;
Based on the upper command vector from the power control circuit, the voltage corresponding to the phase difference from the phase difference generation circuit, and the single-phase AC voltage at the AC terminal, the amplitude and frequency of the single-phase AC voltage at the AC terminal are An upper voltage control circuit that outputs a voltage command signal and a frequency command signal generated so as to approach the command value by the upper command vector;
The single-phase voltage type AC / DC conversion based on a reference frequency defining the frequency of the single-phase AC voltage of the AC terminal, a frequency command signal from the higher voltage control circuit, and a voltage corresponding to the phase difference from the phase difference generation circuit A frequency control circuit for generating an electrical angle of the internal electromotive voltage of the circuit;
A reference voltage serving as a reference for the amplitude of the single-phase AC voltage of the AC terminal is set, and a value obtained by multiplying the reference voltage by a signal based on the electrical angle from the frequency control circuit and the reference voltage is set. A single-phase voltage type AC / DC converter having a lower voltage control circuit that adds a voltage command signal as the internal electromotive voltage and outputs a difference between the internal electromotive voltage and the single-phase AC voltage as the PWM command. ,
A distributed power source inverter using a DC voltage source as a fuel cell or a power storage system that outputs a DC voltage, or a voltage source that outputs a DC voltage generated and rectified by a power generation method of solar power generation or wind power generation.
前記交流端子の単相出力電力の有効電力値に対する有効電力指令値及び無効電力値に対する無効電力指令値からなる電力指令ベクトルが入力され、前記電力指令ベクトル、前記交流端子の単相出力電力の有効電力値及び前記交流端子の単相出力電力の無効電力値に基づいて、前記交流端子の単相出力電力の有効電力値及び無効電力値が前記電力指令ベクトルによる指令値に近づくように生成した電力制御信号を、前記交流端子の単相交流電圧の振幅に対する電圧振幅指令値及び周波数に対する周波数指令値からなる上位指令ベクトルとして出力する電力制御工程と、
前記交流端子の単相交流電圧の位相を遅延させ、遅延単相交流を発生させ、前記遅延単相交流に基づいて前記交流端子の単相交流電圧と前記単相電圧型交直変換回路の前記内部起電圧との位相差に相応する電圧を生成する位相差生成工程と、
前記電力制御工程で生成された前記上位指令ベクトル、前記位相差生成工程で生成された位相差に相応する電圧並びに前記交流端子の単相交流電圧に基づいて、前記交流端子の単相交流電圧の振幅及び周波数が前記上位指令ベクトルによる指令値に近づくように生成した電圧指令信号及び周波数指令信号を出力する上位電圧制御工程と、
前記交流端子の単相交流電圧の周波数を規定する規準周波数、前記上位電圧制御工程で出力した周波数指令信号及び前記位相差生成工程で生成した位相差に相応する電圧に基づいて前記単相電圧型交直変換回路の前記内部起電圧の電気角を生成する周波数制御工程と、
前記交流端子の単相交流電圧の振幅の規準となる規準電圧が設定されており、前記周波数制御工程で生成した前記電気角に基づく信号と前記規準電圧とを乗算した値に前記上位電圧制御工程で出力した電圧指令信号を加算して前記内部起電圧とし、前記内部起電圧と前記単相交流電圧との差分を前記PWM指令として出力する下位電圧制御工程と、
を備え、
直流電圧を出力する燃料電池若しくは蓄電システム又は太陽光発電若しくは風力発電の発電方法で発電し整流した直流電圧を出力する電圧源を前記直流電圧源とする分散電源用インバータの制御方法。 The AC terminal has an internal electromotive voltage and an internal equivalent impedance as viewed from the AC terminal, and converts the voltage from the DC voltage source into a single-phase AC voltage according to the pulse width of the gate signal generated based on the PWM command. Single-phase voltage type AC / DC conversion process output from
A power command vector comprising an active power command value for the active power value of the single-phase output power of the AC terminal and a reactive power command value for the reactive power value is input, and the power command vector, the effective power of the single-phase output power of the AC terminal Based on the power value and the reactive power value of the single-phase output power of the AC terminal, the power generated so that the active power value and reactive power value of the single-phase output power of the AC terminal approaches the command value by the power command vector A power control step of outputting a control signal as an upper command vector comprising a voltage amplitude command value for the amplitude of the single-phase AC voltage at the AC terminal and a frequency command value for the frequency;
The phase of the single-phase AC voltage of the AC terminal is delayed, a delayed single-phase AC is generated, and the single-phase AC voltage of the AC terminal and the internal of the single-phase voltage type AC / DC converter circuit based on the delayed single-phase AC A phase difference generation step for generating a voltage corresponding to the phase difference from the electromotive voltage;
Based on the upper command vector generated in the power control step, the voltage corresponding to the phase difference generated in the phase difference generation step, and the single-phase AC voltage of the AC terminal, the single-phase AC voltage of the AC terminal An upper voltage control step for outputting a voltage command signal and a frequency command signal generated so that an amplitude and a frequency approach a command value by the upper command vector;
The single-phase voltage type based on a reference frequency that defines the frequency of the single-phase AC voltage of the AC terminal, a frequency command signal output in the higher voltage control step, and a voltage corresponding to the phase difference generated in the phase difference generation step A frequency control step of generating an electrical angle of the internal electromotive voltage of the AC / DC converter circuit;
A reference voltage serving as a reference for the amplitude of the single-phase AC voltage of the AC terminal is set, and the higher voltage control step is a value obtained by multiplying the reference voltage by the signal based on the electrical angle generated in the frequency control step. A lower voltage control step of adding the voltage command signal output in step S3 to obtain the internal electromotive voltage, and outputting the difference between the internal electromotive voltage and the single-phase AC voltage as the PWM command;
With
A control method for an inverter for a distributed power source, wherein a DC voltage source is a voltage source that outputs a DC voltage generated and rectified by a fuel cell or a power storage system that outputs a DC voltage, or a power generation method of solar power generation or wind power generation.
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