JP5865090B2 - Control circuit for power conversion circuit, grid-connected inverter system using this control circuit, and single-phase PWM converter system - Google Patents

Control circuit for power conversion circuit, grid-connected inverter system using this control circuit, and single-phase PWM converter system Download PDF

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Description

本発明は、電力変換回路の出力または入力を制御するための制御回路、この制御回路を用いた系統連系インバータシステムおよび単相PWMコンバータシステムに関し、特に、高調波の補償を行うものに関する。   The present invention relates to a control circuit for controlling the output or input of a power conversion circuit, a grid-connected inverter system and a single-phase PWM converter system using the control circuit, and more particularly to a circuit for compensating for harmonics.

従来、太陽電池などによって生成される直流電力を交流電力に変換して、電力系統に供給する系統連系インバータシステムが開発されている。   2. Description of the Related Art Conventionally, a grid-connected inverter system has been developed that converts DC power generated by a solar cell or the like into AC power and supplies it to an electric power system.

図13は、従来の一般的な単相電力系統の系統連系インバータシステムを説明するためのブロック図である。系統連系インバータシステムA100は、直流電源1が生成した電力を変換して単相電力系統B(以下、「電力系統B」とする。)に供給するものである。   FIG. 13 is a block diagram for explaining a conventional grid-connected inverter system of a general single-phase power system. The grid interconnection inverter system A100 converts the power generated by the DC power supply 1 and supplies it to a single-phase power system B (hereinafter referred to as “power system B”).

インバータ回路2は、直流電源1から入力される直流電圧をスイッチング素子(図示しない)のスイッチングにより交流電圧に変換する。フィルタ回路3は、インバータ回路2から出力される交流電圧に含まれるスイッチング周波数成分を除去する。変圧回路4は、フィルタ回路3から出力される交流電圧を電力系統Bの系統電圧に昇圧(または降圧)する。制御回路700は、電流センサ5および電圧センサ6などが検出した電流信号および電圧信号を入力され、これに基づいてPWM信号を生成してインバータ回路2に出力する。インバータ回路2は、制御回路700から入力されるPWM信号に基づいてスイッチング素子のスイッチングを行う。   The inverter circuit 2 converts a DC voltage input from the DC power supply 1 into an AC voltage by switching a switching element (not shown). The filter circuit 3 removes a switching frequency component included in the AC voltage output from the inverter circuit 2. The transformer circuit 4 boosts (or steps down) the AC voltage output from the filter circuit 3 to the system voltage of the power system B. The control circuit 700 receives the current signal and the voltage signal detected by the current sensor 5 and the voltage sensor 6, generates a PWM signal based on the current signal and the voltage signal, and outputs the PWM signal to the inverter circuit 2. The inverter circuit 2 performs switching of the switching element based on the PWM signal input from the control circuit 700.

図14は、制御回路700の内部構成を説明するためのブロック図である。   FIG. 14 is a block diagram for explaining the internal configuration of the control circuit 700.

電流センサ5から入力された電流信号は、ヒルベルト変換部73および回転座標変換部78に入力される。   The current signal input from the current sensor 5 is input to the Hilbert conversion unit 73 and the rotation coordinate conversion unit 78.

ヒルベルト変換部73は、ヒルベルト変換によって、入力された電流信号の位相をπ/2(90度)だけ遅らせるものである。理想的なヒルベルト変換は、下記(1)式に示す伝達関数H(ω)で表される。なお、ωSは標本化角周波数であり、jは虚数単位である。つまり、ヒルベルト変換とは、振幅特性は周波数によらず一定で、位相特性は正負の周波数領域でπ/2(90度)遅らせるフィルタ処理である。理想的なヒルベルト変換を実現することはできないので、例えばFIR(Finite impulse response)フィルタとして近似的に実現している。
The Hilbert transform unit 73 delays the phase of the input current signal by π / 2 (90 degrees) by the Hilbert transform. An ideal Hilbert transform is represented by a transfer function H (ω) shown in the following equation (1). Where ω S is the sampling angular frequency and j is the imaginary unit. That is, the Hilbert transform is a filter process in which the amplitude characteristic is constant regardless of the frequency and the phase characteristic is delayed by π / 2 (90 degrees) in a positive / negative frequency region. Since ideal Hilbert transform cannot be realized, it is approximately realized as, for example, a FIR (Finite impulse response) filter.

ヒルベルト変換した信号は、元の信号の位相をπ/2だけ遅らせたものになる。したがって、ヒルベルト変換後の信号と元の信号とを用いることで、いわゆる回転座標変換処理(dq変換処理)を行うことができるので、単相交流の場合でも三相交流の場合と同様に、回転座標系での制御を行うことができる。   The Hilbert transformed signal is obtained by delaying the phase of the original signal by π / 2. Therefore, since the so-called rotational coordinate conversion process (dq conversion process) can be performed by using the signal after the Hilbert transform and the original signal, the rotation can be performed even in the case of single-phase alternating current as in the case of three-phase alternating current. Control in the coordinate system can be performed.

回転座標変換部78は、電流センサ5から入力された電流信号(以下、「α軸電流信号Iα」とする。)およびヒルベルト変換部73から入力された電流信号(以下、「β軸電流信号Iβ」とする。)を、回転座標系のd軸電流信号Idおよびq軸電流信号Iqに変換するものである。回転座標系は、直交するd軸とq軸とを有し、電力系統Bの系統電圧の基本波と同一の角速度で同一の回転方向に回転する直交座標系である。回転座標系の反対概念として、回転しない座標系を静止座標系とする。回転座標変換部78は、いわゆる回転座標変換処理(dq変換処理)を行うものであり、静止座標系のα軸電流信号Iαおよびβ軸電流信号Iβを、位相検出部71が検出した系統電圧の基本波の位相θに基づいて、回転座標系のd軸電流信号Idおよびq軸電流信号Iqに変換する。   The rotation coordinate conversion unit 78 includes a current signal input from the current sensor 5 (hereinafter referred to as “α-axis current signal Iα”) and a current signal input from the Hilbert conversion unit 73 (hereinafter referred to as “β-axis current signal Iβ”). Is converted into a d-axis current signal Id and a q-axis current signal Iq in the rotating coordinate system. The rotating coordinate system is an orthogonal coordinate system having orthogonal d-axis and q-axis and rotating in the same rotational direction at the same angular velocity as the fundamental wave of the system voltage of the power system B. As a concept opposite to the rotating coordinate system, a non-rotating coordinate system is a stationary coordinate system. The rotation coordinate conversion unit 78 performs a so-called rotation coordinate conversion process (dq conversion process). The α-axis current signal Iα and the β-axis current signal Iβ of the stationary coordinate system are converted into the system voltage detected by the phase detection unit 71. Based on the phase θ of the fundamental wave, it is converted into a d-axis current signal Id and a q-axis current signal Iq in the rotating coordinate system.

回転座標変換部78で行われる変換処理は、下記(2)式に示す行列式で表される。
The conversion process performed by the rotation coordinate conversion unit 78 is expressed by a determinant represented by the following expression (2).

LPF74aおよびLPF75aは、ローパスフィルタであり、それぞれd軸電流信号Idおよびq軸電流信号Iqの直流成分だけを通過させる。回転座標変換処理によって、α軸電流信号Iαおよびβ軸電流信号Iβの基本波成分が、それぞれd軸電流信号Idおよびq軸電流信号Iqの直流成分に変換されている。PI制御部74bおよびPI制御部75bは、それぞれd軸電流信号Idおよびq軸電流信号Iqの直流成分とその目標値との偏差に基づいてPI制御(比例積分制御)を行い、基本波補償信号Xd,Xqを出力するものである。目標値として直流成分を用いることができるので、PI制御部74bおよびPI制御部75bは、精度のよい制御を行うことができる。   The LPF 74a and the LPF 75a are low-pass filters and pass only the DC components of the d-axis current signal Id and the q-axis current signal Iq, respectively. Through the rotation coordinate conversion process, the fundamental wave components of the α-axis current signal Iα and the β-axis current signal Iβ are converted into DC components of the d-axis current signal Id and the q-axis current signal Iq, respectively. The PI control unit 74b and the PI control unit 75b perform PI control (proportional integration control) based on the deviation between the DC component of the d-axis current signal Id and the q-axis current signal Iq and the target value, respectively, and the fundamental compensation signal Xd and Xq are output. Since a DC component can be used as the target value, the PI control unit 74b and the PI control unit 75b can perform control with high accuracy.

静止座標変換部79は、PI制御部74bおよびPI制御部75bからそれぞれ入力される基本波補償信号Xd,Xqを、静止座標系の2つの基本波補償信号Xα,Xβに変換するものであり、回転座標変換部78とは逆の変換処理を行うものである。静止座標変換部79は、いわゆる静止座標変換処理(逆dq変換処理)を行うものであり、回転座標系の基本波補償信号Xd,Xqを、位相θに基づいて、静止座標系の基本波補償信号Xα,Xβに変換する。   The stationary coordinate conversion unit 79 converts the fundamental wave compensation signals Xd and Xq input from the PI control unit 74b and the PI control unit 75b, respectively, into two fundamental wave compensation signals Xα and Xβ in the stationary coordinate system. The rotation coordinate conversion unit 78 performs a reverse conversion process. The stationary coordinate conversion unit 79 performs a so-called stationary coordinate conversion process (inverse dq conversion process), and the fundamental wave compensation signals Xd and Xq of the rotating coordinate system are converted to the fundamental wave compensation of the stationary coordinate system based on the phase θ. Converted to signals Xα and Xβ.

静止座標変換部79で行われる変換処理は、下記(3)式に示す行列式で表される。
The conversion process performed by the stationary coordinate conversion unit 79 is expressed by a determinant represented by the following expression (3).

制御回路700には、電力系統Bから入力される高調波およびインバータ回路2から出力される高調波を抑制する機能が備えられている。高調波補償コントローラ800は、電流センサ5から入力された電流信号から高調波成分を抽出し、これを打ち消す高調波を出力するための高調波補償信号を出力する。系統連系インバータシステムA100は高調波補償信号に基づく高調波(すなわち、検出した高調波の逆位相の高調波)を出力して打ち消させることで、高調波を抑制する。   The control circuit 700 has a function of suppressing harmonics input from the power system B and harmonics output from the inverter circuit 2. The harmonic compensation controller 800 extracts a harmonic component from the current signal input from the current sensor 5 and outputs a harmonic compensation signal for outputting a harmonic that cancels the harmonic component. The grid interconnection inverter system A100 outputs harmonics based on the harmonic compensation signal (that is, harmonics having a phase opposite to the detected harmonics) and cancels the harmonics, thereby suppressing harmonics.

図15は、高調波補償コントローラ800の内部構成を説明するためのブロック図である。電力系統Bまたはインバータ回路2からの高調波は、一般的に、5次高調波、7次高調波、および11次高調波が多い。これらの高調波を抑制するために、5次高調波を抑制するための5次高調波補償部810、7次高調波を抑制するための7次高調波補償部820、および11次高調波を抑制するための11次高調波補償部830が、高調波補償コントローラ800に備えられている。5次高調波補償部810は、回転座標変換部811、LPF812,813、I制御部814,815、および静止座標変換部816を備えている。なお、7次高調波補償部820および11次高調波補償部830は5次高調波補償部810と同様の構成なので、図15における記載および説明を省略している。   FIG. 15 is a block diagram for explaining the internal configuration of the harmonic compensation controller 800. In general, the harmonics from the power system B or the inverter circuit 2 are mostly the fifth harmonic, the seventh harmonic, and the eleventh harmonic. In order to suppress these harmonics, a fifth harmonic compensator 810 for suppressing the fifth harmonic, a seventh harmonic compensator 820 for suppressing the seventh harmonic, and an eleventh harmonic are provided. An eleventh harmonic compensation unit 830 for suppression is provided in the harmonic compensation controller 800. The fifth harmonic compensation unit 810 includes a rotation coordinate conversion unit 811, LPFs 812 and 813, I control units 814 and 815, and a stationary coordinate conversion unit 816. Since the seventh harmonic compensation unit 820 and the eleventh harmonic compensation unit 830 have the same configuration as the fifth harmonic compensation unit 810, the description and description in FIG. 15 are omitted.

回転座標変換部811は、電流センサ5から入力されたα軸電流信号Iαおよびヒルベルト変換部73から入力されたβ軸電流信号Iβを、回転座標系のd軸電流信号Id5およびq軸電流信号Iq5に変換するものである。この回転座標系は、系統電圧の基本波の角速度の5倍の角速度で逆の方向に回転する直交座標系である。回転座標変換部811は、いわゆる回転座標変換処理(dq変換処理)を行うものであり、静止座標系のα軸電流信号Iαおよびβ軸電流信号Iβを、位相検出部71が検出した系統電圧の基本波の位相θに基づいて、回転座標系のd軸電流信号Id5およびq軸電流信号Iq5に変換する。 The rotation coordinate conversion unit 811 converts the α-axis current signal Iα input from the current sensor 5 and the β-axis current signal Iβ input from the Hilbert conversion unit 73 into a d-axis current signal Id 5 and a q-axis current signal in the rotation coordinate system. Iq 5 is converted. This rotating coordinate system is an orthogonal coordinate system that rotates in the opposite direction at an angular velocity that is five times the angular velocity of the fundamental wave of the system voltage. The rotation coordinate conversion unit 811 performs a so-called rotation coordinate conversion process (dq conversion process). The α-axis current signal Iα and the β-axis current signal Iβ of the stationary coordinate system are converted into the system voltage detected by the phase detection unit 71. Based on the phase θ of the fundamental wave, it is converted into a d-axis current signal Id 5 and a q-axis current signal Iq 5 in the rotating coordinate system.

回転座標変換部811で行われる変換処理は、下記(4)式に示す行列式で表される。
なお、7次高調波補償部820および11次高調波補償部830の回転座標変換部は、上記(4)式において、(−5θ)をそれぞれ7θ、(−11θ)とした処理を行う。
The conversion process performed by the rotation coordinate conversion unit 811 is represented by a determinant represented by the following expression (4).
Note that the rotational coordinate conversion units of the seventh harmonic compensation unit 820 and the eleventh harmonic compensation unit 830 perform processing in which (−5θ) is set to 7θ and (−11θ), respectively, in the above equation (4).

LPF812およびLPF813は、ローパスフィルタであり、それぞれd軸電流信号Id5およびq軸電流信号Iq5の直流成分だけを通過させる。回転座標変換処理によって、α軸電流信号Iαおよびβ軸電流信号Iβの5次高調波が、それぞれd軸電流信号Id5およびq軸電流信号Iq5の直流成分に変換されている。I制御部814およびI制御部815は、それぞれd軸電流信号Id5およびq軸電流信号Iq5の直流成分に基づいてI制御(積分制御)を行い、5次高調波補償信号Yd5,Yq5を出力するものである。目標値として直流成分を用いることができるので、I制御部814およびI制御部815は、精度のよい制御を行うことができる。 LPF 812 and LPF 813 are low-pass filters and pass only the DC components of d-axis current signal Id 5 and q-axis current signal Iq 5 , respectively. By the rotational coordinate conversion process, the fifth harmonics of the α-axis current signal Iα and the β-axis current signal Iβ are converted into DC components of the d-axis current signal Id 5 and the q-axis current signal Iq 5 , respectively. The I control unit 814 and the I control unit 815 perform I control (integration control) based on the DC components of the d-axis current signal Id 5 and the q-axis current signal Iq 5 , respectively, and the fifth harmonic compensation signals Yd 5 , Yq 5 is output. Since a DC component can be used as the target value, the I control unit 814 and the I control unit 815 can perform highly accurate control.

静止座標変換部816は、I制御部814およびI制御部815からそれぞれ入力される5次高調波補償信号Yd5,Yq5を、静止座標系の2つの5次高調波補償信号Yα5,Yβ5に変換するものであり、回転座標変換部811とは逆の変換処理を行うものである。静止座標変換部816は、いわゆる静止座標変換処理(逆dq変換処理)を行うものであり、回転座標系の5次高調波補償信号Yd5,Yq5を、位相θに基づいて、静止座標系の5次高調波補償信号Yα5,Yβ5に変換する。 The stationary coordinate conversion unit 816 converts the fifth harmonic compensation signals Yd 5 and Yq 5 input from the I control unit 814 and the I control unit 815, respectively, into two fifth harmonic compensation signals Yα 5 and Yβ in the stationary coordinate system. 5 is converted, and the conversion process reverse to that of the rotating coordinate conversion unit 811 is performed. The static coordinate conversion unit 816 performs so-called static coordinate conversion processing (inverse dq conversion processing), and converts the fifth-order harmonic compensation signals Yd 5 and Yq 5 of the rotating coordinate system into a static coordinate system based on the phase θ. of the fifth harmonic compensation signal Yarufa 5, converted into Ybeta 5.

静止座標変換部816で行われる変換処理は、下記(5)式に示す行列式で表される。
なお、7次高調波補償部820および11次高調波補償部830の静止座標変換部は、上記(5)式において、(−5θ)をそれぞれ7θ、(−11θ)とした処理を行う。
The conversion process performed by the stationary coordinate conversion unit 816 is expressed by a determinant represented by the following expression (5).
Note that the stationary coordinate conversion units of the seventh harmonic compensation unit 820 and the eleventh harmonic compensation unit 830 perform processing in which (−5θ) is set to 7θ and (−11θ), respectively, in the above equation (5).

同様にして、7次高調波補償部820は7次高調波補償信号Yα7,Yβ7を生成し、11次高調波補償部830は11次高調波補償信号Yα11,Yβ11を生成する。5次高調波補償信号Yα5、7次高調波補償信号Yα7、および11次高調波補償信号Yα11を加算した高調波補償信号Yαが、高調波補償コントローラ800から出力される。 Similarly, the seventh harmonic compensation unit 820 generates seventh harmonic compensation signals Yα 7 and Yβ 7 , and the eleventh harmonic compensation unit 830 generates eleventh harmonic compensation signals Yα 11 and Yβ 11 . A harmonic compensation signal Yα obtained by adding the fifth harmonic compensation signal Yα 5 , the seventh harmonic compensation signal Yα 7 , and the eleventh harmonic compensation signal Yα 11 is output from the harmonic compensation controller 800.

PWM信号生成部77は、静止座標変換部79から出力される基本波補償信号Xαと高調波補償コントローラ800から出力される高調波補償信号Yαとが加算された補正値信号X’αに基づいてPWM信号を生成して出力する。   The PWM signal generation unit 77 is based on a correction value signal X′α obtained by adding the fundamental wave compensation signal Xα output from the stationary coordinate conversion unit 79 and the harmonic compensation signal Yα output from the harmonic compensation controller 800. Generate and output a PWM signal.

特開平2003−143860号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-143860 特許第4421700号公報Japanese Patent No. 4421700

「ヒルベルト変換を用いた単相系統連系インバータの制御法」 電学論D,121巻10号,平成13年"Control method of single-phase grid-connected inverter using Hilbert transform" Electron Theory D, Vol. 121, No. 10, 2001

ヒルベルト変換部73は、理想的なヒルベルト変換を実現することができないので、例えばFIRフィルタで構成されて、近似的なヒルベルト変換を実現している。FIRフィルタでは群遅延が生じるので、ヒルベルト変換部73から出力されるβ軸電流信号Iβはα軸電流信号Iαに対して時間遅れが生じる。このため、図14には示していないが、実際の処理では、電流センサ5と回転座標変換部78との間に遅延回路を設け、位相の調整を行う必要がある。ヒルベルト変換部73を構成するFIRフィルタは、次数nを大きくして変換帯域を広くすると、周波数特性におけるリプルを小さくできるが、群遅延が大きくなって検出が遅れるという特性がある。逆に、次数nを小さくして変換帯域を狭くすると、群遅延は抑制できるが、周波数特性におけるリプルが大きくなって検出精度が低下するという特性がある。   Since the Hilbert transform unit 73 cannot realize an ideal Hilbert transform, the Hilbert transform unit 73 is configured by, for example, an FIR filter to realize an approximate Hilbert transform. Since a group delay occurs in the FIR filter, the β-axis current signal Iβ output from the Hilbert transform unit 73 is delayed with respect to the α-axis current signal Iα. For this reason, although not shown in FIG. 14, in actual processing, it is necessary to provide a delay circuit between the current sensor 5 and the rotation coordinate conversion unit 78 to adjust the phase. The FIR filter constituting the Hilbert transform unit 73 has a characteristic that if the order n is increased to widen the conversion band, the ripple in the frequency characteristics can be reduced, but the group delay is increased and the detection is delayed. On the contrary, if the order n is reduced to narrow the conversion band, the group delay can be suppressed, but the ripple in the frequency characteristic becomes large and the detection accuracy is lowered.

したがって、ヒルベルト変換部73を用いた場合、検出速度と検出精度のトレードオフを考慮して、構成するFIRフィルタの次数nを設計しなければならないという煩わしさがある。また、ある程度の検出精度を得ようとすると、FIRフィルタの次数nを高くする必要があり、それによりヒルベルト変換部73の構成が大きくなるため、制御回路700が複雑化するという問題もある。   Therefore, when the Hilbert transform unit 73 is used, there is an inconvenience that the order n of the FIR filter to be configured must be designed in consideration of the tradeoff between the detection speed and the detection accuracy. In addition, in order to obtain a certain degree of detection accuracy, it is necessary to increase the order n of the FIR filter. As a result, the configuration of the Hilbert transform unit 73 becomes large, which causes a problem that the control circuit 700 is complicated.

また、各高調波補償のための制御系を設計することに大変な労力が必要であるという問題がある。各高調波補償のための制御系を設計するために、LPF812,813のパラメータや、I制御部814,815の積分ゲインを最適に設計する必要がある。しかし、回転座標変換部811および静止座標変換部816は非線形時変処理を行うために、線形制御理論を用いて制御系を設計することができなかった。また、制御系が非線形時変処理を含むため、システム解析もできなかった。   In addition, there is a problem that a great effort is required to design a control system for each harmonic compensation. In order to design a control system for each harmonic compensation, it is necessary to optimally design the parameters of the LPFs 812 and 813 and the integral gains of the I controllers 814 and 815. However, since the rotating coordinate conversion unit 811 and the stationary coordinate conversion unit 816 perform nonlinear time-varying processing, it has not been possible to design a control system using linear control theory. Moreover, since the control system includes nonlinear time-varying processing, system analysis cannot be performed.

本発明は上記した事情のもとで考え出されたものであって、簡単な構成で高速かつ高い精度の高調波抑制制御を行うことができ、線形性および時不変性を有する処理を行う制御回路を提供することをその目的としている。   The present invention has been conceived under the circumstances described above, and is capable of performing high-speed and high-accuracy harmonic suppression control with a simple configuration and performing processing having linearity and time invariance. Its purpose is to provide a circuit.

上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。   In order to solve the above problems, the present invention takes the following technical means.

本発明の第1の側面によって提供される制御回路は、単相交流に関する電力変換回路内の複数のスイッチング手段の駆動をPWM信号により制御する制御回路であって、前記電力変換回路の出力または入力に基づく信号に含まれる所定の高調波成分を抑制する制御を行うための高調波補償信号を生成する高調波補償手段と、前記高調波補償信号に基づいてPWM信号を生成するPWM信号生成手段とを備えており、前記高調波補償手段は、前記基づく信号を伝達関数G(s)によって信号処理し、さらに、位相の調整処理を行うことで、前記高調波補償信号を生成し、前記伝達関数G(s)は、インパルス応答f(t)をもつ一入力一出力伝達関数をF(s)、前記単相交流の基本波の角周波数をω0、虚数単位をjとし、n次高調波を抑制する場合、
であることを特徴とする。
A control circuit provided by the first aspect of the present invention is a control circuit that controls driving of a plurality of switching means in a power conversion circuit related to single-phase alternating current using a PWM signal, and outputs or inputs of the power conversion circuit PWM signal generating means for generating a PWM signal based on a predetermined harmonics compensation means for generating a harmonic compensation signal line Utame control to suppress a harmonic component, the harmonic compensation signal included in the signal based on the The harmonic compensation means performs signal processing on the signal based on the transfer function G (s), and further performs phase adjustment processing to generate the harmonic compensation signal, and the transmission The function G (s) is an n-th order harmonic where F (s) is a one-input one-output transfer function having an impulse response f (t), the angular frequency of the fundamental wave of the single-phase alternating current is ω 0 , and the imaginary unit is j. Suppress the wave If you want,
It is characterized by being.

本発明の好ましい実施の形態においては、前記基づく信号に含まれる基本波成分を目標値に追従させる制御を行って、基本波補償信号を生成する制御手段と、前記基本波補償信号と前記高調波補償信号とを加算して補正値信号を生成する補正値信号生成手段とをさらに備え、前記PWM信号生成手段は、前記補正値信号に基づいてPWM信号を生成する。   In a preferred embodiment of the present invention, control means for generating a fundamental wave compensation signal by performing control for causing the fundamental wave component included in the signal based on the target value to follow a target value, and the fundamental wave compensation signal and the harmonic wave are generated. Correction value signal generation means for generating a correction value signal by adding the compensation signal is further provided, and the PWM signal generation means generates a PWM signal based on the correction value signal.

本発明の好ましい実施の形態においては、前記所定の制御処理を表す伝達関数が、F(s)=KI/s(但し、KIは積分ゲイン)である。 In a preferred embodiment of the present invention, the transfer function representing the predetermined control process is F (s) = K I / s (where K I is an integral gain).

本発明の好ましい実施の形態においては、前記所定の制御処理を表す伝達関数が、F(s)=KP+KI/s(但し、KPおよびKIは、それぞれ比例ゲインおよび積分ゲイン)である。 In a preferred embodiment of the present invention, the transfer function representing the predetermined control process is F (s) = K P + K I / s (where K P and K I are proportional gain and integral gain, respectively). is there.

本発明の好ましい実施の形態においては、前記所定の制御処理を表す伝達関数が、F(s)=KP+KI/s+KD・s(但し、KP、KIおよびKDは、それぞれ比例ゲイン、積分ゲイン、微分ゲイン)である。 In a preferred embodiment of the present invention, the transfer function representing the predetermined control process is F (s) = K P + K I / s + K D · s (where K P , K I and K D are proportional to each other) Gain, integral gain, differential gain).

本発明の好ましい実施の形態においては、前記基づく信号は、出力電流または入力電流を検出した信号である。   In a preferred embodiment of the present invention, the signal based on the output current or the input current is a signal detected.

本発明の好ましい実施の形態においては、前記基づく信号は、出力電圧または入力電圧を検出した信号である。   In a preferred embodiment of the present invention, the signal based on the output voltage or the input voltage is detected.

本発明の好ましい実施の形態においては、制御系の設計が、ロバスト制御設計を用いて行われている。   In a preferred embodiment of the present invention, the control system is designed using a robust control design.

本発明の好ましい実施の形態においては、制御系の設計が、H∞ループ整形法を用いて行われている。   In a preferred embodiment of the present invention, the control system is designed using the H∞ loop shaping method.

本発明の好ましい実施の形態においては、前記高調波補償手段から出力される前記高調波補償信号に基づいて、前記高調波成分を抑制する制御が発散傾向にあることを判定する発散判定手段と、前記発散判定手段によって発散傾向にあると判定された場合、前記高調波補償信号の出力を停止する出力停止手段とをさらに備えている。   In a preferred embodiment of the present invention, based on the harmonic compensation signal output from the harmonic compensation means, divergence determining means for determining that the control for suppressing the harmonic component tends to diverge, When the divergence determining means determines that there is a divergence tendency, it further comprises output stop means for stopping the output of the harmonic compensation signal.

本発明の好ましい実施の形態においては、前記高調波補償手段から出力される前記高調波補償信号に基づいて、前記高調波成分を抑制する制御が発散傾向にあることを判定する発散判定手段と、前記発散判定手段によって発散傾向にあると判定された場合、前記高調波補償信号の位相を、制御が発散しない位相に変更する位相変更手段とをさらに備えている。   In a preferred embodiment of the present invention, based on the harmonic compensation signal output from the harmonic compensation means, divergence determining means for determining that the control for suppressing the harmonic component tends to diverge, When it is determined by the divergence determining means that there is a tendency to diverge, it further comprises phase changing means for changing the phase of the harmonic compensation signal to a phase where control does not diverge.

本発明の好ましい実施の形態においては、前記発散判定手段は、前記高調波補償信号が所定の閾値を超えたことで、発散傾向にあると判定する。   In a preferred embodiment of the present invention, the divergence determining means determines that the harmonic compensation signal has a divergence tendency when the harmonic compensation signal exceeds a predetermined threshold.

本発明の第2の側面によって提供される系統連系インバータシステムは、インバータ回路と、本発明の第1の側面によって提供される制御回路とを備えた系統連系インバータシステムであることを特徴とする。   The grid interconnection inverter system provided by the second aspect of the present invention is a grid interconnection inverter system including an inverter circuit and a control circuit provided by the first aspect of the present invention. To do.

本発明の第3の側面によって提供される単相PWMコンバータシステムは、コンバータ回路と、本発明の第1の側面によって提供される制御回路とを備えた単相PWMコンバータシステムであることを特徴とする。   The single-phase PWM converter system provided by the third aspect of the present invention is a single-phase PWM converter system including a converter circuit and a control circuit provided by the first aspect of the present invention. To do.

本発明によれば、出力または入力に基づく信号から位相を90度遅らせた信号を生成する必要がないので、ヒルベルト変換処理のためのFIRフィルタを設計するという煩わしさがない。また、構成を簡単なものとすることができる。   According to the present invention, since it is not necessary to generate a signal whose phase is delayed by 90 degrees from a signal based on an output or an input, there is no inconvenience of designing an FIR filter for Hilbert transform processing. Further, the configuration can be simplified.

また、本発明によれば、基づく信号を伝達関数G(s)によって信号処理し、さらに、位相の調整処理を行うことで、制御を行って高調波補償信号を生成している。伝達関数G(s)による信号処理は、回転座標変換を行ってから所定の制御処理を行って生成された高調波補償信号を静止座標変換するのと同様の処理である。したがって、簡単な構成で高速かつ高い精度の高調波抑制制御を行うことができる。また、伝達関数G(s)による信号処理は、線形性および時不変性を有する。したがって、線形制御理論に基づいた設計法を用いることができ、制御系の設計を容易にすることができる。また、システム解析も行うことができる。 Further, according to the present invention, a signal based on the transfer function G (s) is subjected to signal processing, and further, phase adjustment processing is performed to perform control and generate a harmonic compensation signal. The signal processing based on the transfer function G (s) is the same processing as that in which the harmonic compensation signal generated by performing the predetermined control processing after performing the rotational coordinate transformation is subjected to the stationary coordinate transformation. Therefore, high-speed and high-accuracy harmonic suppression control can be performed with a simple configuration. Moreover, the signal processing by the transfer function G (s) has linearity and time invariance. Therefore, a design method based on the linear control theory can be used, and the control system can be easily designed. System analysis can also be performed.

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。   Other features and advantages of the present invention will become more apparent from the detailed description given below with reference to the accompanying drawings.

回転座標変換および静止座標変換を伴う処理を線形時不変の処理に変換する方法について説明するためのブロック線図である。It is a block diagram for demonstrating the method to convert the process accompanied by a rotation coordinate transformation and a stationary coordinate transformation into a linear time invariant process. 回転座標変換および静止座標変換を伴う処理を線形時不変の処理に変換する方法について説明するためのブロック線図であり、行列で表したものである。It is a block diagram for demonstrating the method to convert the process accompanied by a rotation coordinate transformation and a stationary coordinate transformation into a linear time invariant process, and is represented by the matrix. 行列の計算を説明するためのブロック線図である。It is a block diagram for demonstrating the calculation of a matrix. 回転座標変換を行ってからPI制御を行った後に静止座標変換を行う処理を示すブロック線図である。It is a block diagram which shows the process which performs static coordinate transformation after performing PI control after performing rotational coordinate transformation. 回転座標変換を行ってからI制御を行った後に静止座標変換を行う処理を示すブロック線図である。It is a block diagram which shows the process which performs a stationary coordinate transformation after performing I control after performing a rotational coordinate transformation. 行列GIの各要素である伝達関数を解析するためのボード線図である。Is a Bode diagram for analyzing a transfer function which is the elements of the matrix G I. 第1実施形態に係る系統連系インバータシステムを説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the grid connection inverter system which concerns on 1st Embodiment. 第2実施形態に係る制御回路を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the control circuit which concerns on 2nd Embodiment. 連系前後の伝達関数の一例を示すボード線図である。It is a Bode diagram which shows an example of the transfer function before and behind interconnection. 第3実施形態に係る高調波補償コントローラを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the harmonic compensation controller which concerns on 3rd Embodiment. 第3実施形態に係る高調波補償コントローラの他の実施例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the other Example of the harmonic compensation controller which concerns on 3rd Embodiment. 第4実施形態に係る単相PWMコンバータシステムを説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the single phase PWM converter system which concerns on 4th Embodiment. 従来の一般的な単相電力系統の系統連系インバータシステムを説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the grid connection inverter system of the conventional common single phase electric power system. 制御回路の内部構成を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the internal structure of a control circuit. 高調波補償コントローラの内部構成を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the internal structure of a harmonic compensation controller.

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。   Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings.

まず、回転座標変換および静止座標変換を伴う処理を線形時不変の処理に変換する方法について説明する。   First, a method for converting processing involving rotational coordinate transformation and stationary coordinate transformation into linear time-invariant processing will be described.

図1(a)は、回転座標変換および静止座標変換を伴う処理を説明するための図である。当該処理では、まず、信号αおよびβが、回転座標変換によって、信号dおよびqに変換される。信号dおよびqに対して、それぞれ所定の伝達関数F(s)で表される処理が行われ、信号d’およびq’が出力される。次に、信号d’およびq’が静止座標変換によって、信号α’およびβ’に変換される。図1(a)に示す非線形時変の処理を、図1(b)に示す線形時不変の伝達関数の行列Gを用いた処理に変換する。   Fig.1 (a) is a figure for demonstrating the process accompanied by rotation coordinate transformation and stationary coordinate transformation. In this processing, first, the signals α and β are converted into signals d and q by rotational coordinate conversion. The signals d and q are each processed by a predetermined transfer function F (s), and signals d 'and q' are output. Next, the signals d ′ and q ′ are converted into signals α ′ and β ′ by stationary coordinate transformation. The nonlinear time-varying process shown in FIG. 1A is converted into a process using a matrix G of linear time-invariant transfer functions shown in FIG.

図1(a)に示す回転座標変換は下記(6)式の行列式で表され、静止座標変換は下記(7)式の行列式で表される。
The rotational coordinate transformation shown in FIG. 1A is represented by a determinant of the following equation (6), and the stationary coordinate transformation is represented by a determinant of the following equation (7).

したがって、図1(a)に示す処理を、行列を用いて、図2(a)のように表すことができる。図2(a)に示す3つの行列の積を計算し、算出された行列を線形時不変の行列にすることで、図1(b)に示す行列Gを算出することができる。このとき、静止座標変換および回転座標変換の行列を行列の積に変換したうえで、算出を行う。   Therefore, the process shown in FIG. 1A can be expressed as shown in FIG. 2A using a matrix. The matrix G shown in FIG. 1B can be calculated by calculating the product of the three matrices shown in FIG. 2A and making the calculated matrix a linear time-invariant matrix. At this time, the calculation is performed after converting the matrix of the stationary coordinate conversion and the rotation coordinate conversion into a matrix product.

回転座標変換の行列は、下記(8)式に示す右辺の行列の積に変換することができる。
但し、jは虚数単位であり、exp()は自然対数の底eの指数関数であり、
である。なお、T-1は、Tの逆行列である。
The matrix of rotational coordinate conversion can be converted into the product of the right-hand side matrix shown in the following equation (8).
Where j is the imaginary unit, exp () is the exponential function of the base e of the natural logarithm,
It is. T −1 is an inverse matrix of T.

となり、オイラーの公式より、exp(jθ)=cosθ+jsinθ、exp(−jθ)=cosθ−jsinθを代入して計算すると、
であることが、確認できる。
From the Euler's formula, calculating by substituting exp (jθ) = cos θ + jsin θ and exp (−jθ) = cos θ−jsin θ,
It can be confirmed that

また、静止座標変換の行列は、下記(9)式に示す右辺の行列の積に変換することができる。当該行列の積の中央の行列は線形時不変の行列である。
但し、jは虚数単位であり、exp()は自然対数の底eの指数関数であり、
である。なお、T-1は、Tの逆行列である。
Moreover, the matrix of a static coordinate transformation | transformation can be converted into the product of the matrix of the right side shown in following (9) Formula. The matrix in the middle of the matrix product is a linear time-invariant matrix.
Where j is the imaginary unit, exp () is the exponential function of the base e of the natural logarithm,
It is. T −1 is an inverse matrix of T.

となり、オイラーの公式より、exp(jθ)=cosθ+jsinθ、exp(−jθ)=cosθ−jsinθを代入して計算すると、
であることが、確認できる。
From the Euler's formula, calculating by substituting exp (jθ) = cos θ + jsin θ and exp (−jθ) = cos θ−jsin θ,
It can be confirmed that

上記(8)式および(9)式を用いて、図2(a)に示す3つの行列の積を計算して、行列Gを算出すると、下記(10)式のように計算される。
When the product of the three matrices shown in FIG. 2A is calculated using the above equations (8) and (9) and the matrix G is calculated, the following equation (10) is obtained.

上記(10)式の中央の3つの行列の1行1列目の要素に注目し、これをブロック線図で表すと、図3に示すブロック線図になる。図3に示すブロック線図の入出力特性を計算すると、
となる。ただし、F(s)はインパルス応答f(t)をもつ一入力一出力伝達関数である。
If attention is paid to the element in the first row and the first column of the three matrixes in the center of the above equation (10) and this is expressed in a block diagram, the block diagram shown in FIG. 3 is obtained. When calculating the input / output characteristics of the block diagram shown in FIG.
It becomes. Where F (s) is a one-input one-output transfer function having an impulse response f (t).

ここで、θ(t)=ω0tとすると、θ(t)−θ(τ)=ω0t−ω0τ=ω0(t−τ)=θ(t−τ)となるので、図3に示すブロック線図の入出力特性は、インパルス応答f(t)exp(−jω0t)を持つ線形時不変系のものに等しい。インパルス応答f(t)exp(−jω0t)をラプラス変換すると、伝達関数F(s+jω0)が得られる。また、図3に示すブロック線図のexp(jθ(t))とexp(−jθ(t))とを入れ換えた場合の入出力特性は、伝達関数F(s−jω0)の入出力特性になる。 Here, when θ (t) = ω 0 t, θ (t) −θ (τ) = ω 0 t−ω 0 τ = ω 0 (t−τ) = θ (t−τ). The input / output characteristics of the block diagram shown in FIG. 3 are equal to those of a linear time invariant system having an impulse response f (t) exp (−jω 0 t). When the impulse response f (t) exp (−jω 0 t) is Laplace transformed, a transfer function F (s + jω 0 ) is obtained. The input / output characteristics when exp (jθ (t)) and exp (−jθ (t)) in the block diagram shown in FIG. 3 are interchanged are the input / output characteristics of the transfer function F (s−jω 0 ). become.

したがって、上記(10)式からさらに計算を進めると、
と計算される。
Therefore, if the calculation is further advanced from the above equation (10),
Is calculated.

これにより、図2(a)に示す処理を、図2(b)に示す処理に変換することができる。図2(b)に示す処理は、回転座標変換を行ってから所定の伝達関数F(s)で表される処理を行った後に静止座標変換を行う処理と等価の処理であって、当該処理のシステムは線形時不変のシステムである。   Thereby, the process shown in FIG. 2A can be converted into the process shown in FIG. The process shown in FIG. 2B is equivalent to the process of performing the stationary coordinate conversion after performing the process represented by the predetermined transfer function F (s) after performing the rotational coordinate conversion. This system is a linear time-invariant system.

PI制御(比例積分制御)コントローラの伝達関数は、比例ゲインおよび積分ゲインをそれぞれKPおよびKIとすると、F(s)=KP+KI/sで表される。したがって、図4に示す処理、すなわち、回転座標変換を行ってからPI制御を行った後に静止座標変換を行う処理と等価の処理を示す伝達関数の行列GPIは、上記(11)式を用いて、下記(12)式のように算出される。
The transfer function of the PI control (proportional integral control) controller is expressed as F (s) = K P + K I / s, where K P and K I are the proportional gain and integral gain, respectively. Therefore, the transfer function matrix G PI showing the process shown in FIG. 4, that is, the process equivalent to the process of performing the static coordinate conversion after performing the PI control after performing the rotational coordinate conversion, uses the above equation (11). Then, it is calculated as in the following equation (12).

また、I制御(積分制御)コントローラの伝達関数は、積分ゲインをKIとすると、F(s)=KI/sで表される。したがって、図5に示す処理、すなわち、回転座標変換を行ってからI制御を行った後に静止座標変換を行う処理と等価の処理を示す伝達関数の行列GIは、上記(11)式を用いて、下記(13)式のように算出される。
Further, the transfer function of the I control (integral control) controller, the integral gain and K I, represented by F (s) = K I / s. Therefore, the processing shown in FIG. 5, i.e., the matrix G I of the transfer function from performing a rotational coordinate transformation showing the processing of the processing equivalent to a still coordinate transformation after the I control, using the above equation (11) Thus, the following equation (13) is calculated.

図6は、行列GIの各要素である伝達関数を解析するためのボード線図である。同図(a)は行列GIの1行1列要素(以下では、「(1,1)要素」と記載する。他の要素についても同様に記載する。)および(2,2)要素の伝達関数を示しており、同図(b)は行列GIの(1,2)要素の伝達関数を示しており、同図(c)は行列GIの(2,1)要素の伝達関数を示している。同図は、系統電圧の基本波の周波数(以下では、「中心周波数」とする。また、中心周波数に対応する角周波数を「中心角周波数」とする。)が60Hzの場合(すなわち、角周波数ω0=120πの場合)のものであり、積分ゲインKIを「0.1」,「1」,「10」,「100」とした場合を示している。 Figure 6 is a Bode diagram for analyzing a transfer function which is the elements of the matrix G I. FIG (a) is first row and the first column elements (hereinafter, the same applies for. Other elements described as "(1,1) element".) The matrix G I and (2,2) element of FIG. 4B shows the transfer function of the (1,2) element of the matrix G I , and FIG. 4C shows the transfer function of the (2,1) element of the matrix G I. Is shown. The figure shows the case where the frequency of the fundamental wave of the system voltage (hereinafter referred to as “center frequency”. Also, the angular frequency corresponding to the center frequency is referred to as “center angular frequency”) is 60 Hz (that is, angular frequency). ω 0 = 120π), and the integral gain K I is “0.1”, “1”, “10”, “100”.

同図(a),(b)および(c)が示す振幅特性は、いずれも、中心周波数にピークがあり、積分ゲインKIが大きくなると、振幅特性が大きくなっている。また、同図(a)が示す位相特性は、中心周波数で0度になる。つまり、行列GIの(1,1)要素および(2,2)要素の伝達関数は、中心周波数(中心角周波数)の信号を位相を変化させることなく通過させる。同図(b)が示す位相特性は、中心周波数で90度になる。つまり、行列GIの(1,2)要素の伝達関数は、中心周波数(中心角周波数)の信号の位相を90度進めて通過させる。一方、同図(c)が示す位相特性は、中心周波数で−90度になる。つまり、行列GIの(2,1)要素の伝達関数は、中心周波数(中心角周波数)の信号の位相を90度遅らせて通過させる。 FIG (a), the amplitude characteristic shown by (b) and (c) are all, there is a peak in the center frequency, the integral gain K I is increased, the amplitude characteristic is increased. Further, the phase characteristic shown in FIG. 5A is 0 degree at the center frequency. In other words, the transfer function of (1, 1) element and (2,2) element of the matrix G I is passed through without the signal of the center frequency (center angular frequency) changes the phase. The phase characteristic shown in FIG. 5B is 90 degrees at the center frequency. In other words, the transfer function of the (1,2) element of the matrix G I causes the phase of the signal of the center frequency (center angular frequency) passes advancing 90 degrees. On the other hand, the phase characteristic shown in FIG. 4C is −90 degrees at the center frequency. In other words, the transfer function of (2,1) element of the matrix G I is the phase of the signal of the center frequency (center angular frequency) passing delayed 90 degrees.

位相が90度異なる信号αおよび信号β(信号αの位相が信号βより90度進んでいるとする。)を行列GIで処理する場合を検討する。信号αに行列GIの(1,1)要素の伝達関数に示す処理を行っても、位相は変化しない(図6(a)参照)。また、信号βに行列GIの(1,2)要素の伝達関数に示す処理を行うと、位相が90度進む(図6(b)参照)。したがって、両者の位相が信号αと同じ位相になるので、両者を加算することで強め合うことになる。一方、信号αに行列GIの(2,1)要素の伝達関数に示す処理を行うと、位相が90度遅れる(図6(c)参照)。また、信号βに行列GIの(2,2)要素の伝達関数に示す処理を行っても、位相は変化しない。したがって、両者の位相が信号βと同じ位相になるので、両者を加算することで強め合うことになる。 Consider a case where the phases are treated with 90-degree different signals α and the signal beta (the phase of the signal α is advanced 90 degrees from the signal beta.) The matrix G I. Even if the processing shown in the transfer function of (1, 1) element of the matrix G I in signal alpha, phase does not change (see FIG. 6 (a)). Further, when the processing shown in the transfer function of the (1,2) element of the matrix G I in signal beta, advances the phase by 90 degrees (see Figure 6 (b)). Therefore, since the phase of both is the same as that of the signal α, the two are added together to strengthen each other. On the other hand, when the processing shown in the transfer function of (2,1) element of the matrix G I in signal alpha, phase is delayed 90 degrees (see Figure 6 (c)). Further, even if the processing shown in the transfer function of the (2,2) element of the matrix G I in signal beta, phase does not change. Therefore, since both phases are the same as the signal β, they are strengthened by adding both.

行列GIの(1,1)要素および(2,2)要素の伝達関数に示す処理は、位相を変化させずに通過させる(図6(a)参照)。したがって、上記(13)式に示す行列GIの(1,2)要素および(2,1)要素を「0」にした下記(14)式に示す伝達関数の行列G’Iを用いても、同様の処理を行うことができる。なお、下記(14)式の場合、上記(13)式の場合と比べて強め合う分がないので、積分ゲインKIをその分大きい値に設計する必要がある。
The process shown in the transfer function of (1, 1) element and (2,2) element of the matrix G I is passed through without changing the phase (see FIG. 6 (a)). Therefore, even if the matrix G ′ I of the transfer function shown in the following equation (14) in which the (1,2) and (2,1) elements of the matrix G I shown in the above equation (13) are set to “0” is used. A similar process can be performed. In the case of the following equation (14), since the (13) minutes is not constructive as compared with the case of expression, it is necessary to design the integral gain K I in correspondingly large value.

つまり、信号αおよび信号βに、下記(15)式に示す伝達関数GI(s)に示す処理を行えば、回転座標変換を行ってからI制御を行った後に静止座標変換を行う処理と同様の処理をすることになる。単相システムの場合、信号αにのみ処理を行えばよいので、位相を90度遅らせた信号βを生成する必要はない。
That is, if the signal α and the signal β are processed by the transfer function G I (s) shown in the following equation (15), the stationary coordinate conversion is performed after performing the I control after performing the rotational coordinate conversion. The same processing is performed. In the case of a single-phase system, it is only necessary to perform processing on the signal α, so that it is not necessary to generate the signal β whose phase is delayed by 90 degrees.

次に、高調波成分の制御を行う方法について説明する。   Next, a method for controlling harmonic components will be described.

上記(15)式に示す伝達関数GI(s)は、基本波成分を制御するためのものである。n次高調波は基本波の角周波数をn倍した角周波数の成分である。したがって、n次高調波を制御する場合の伝達関数は、上記(15)式においてω0をn・ω0とした下記(16)式に示す伝達関数GIn(s)となる。
The transfer function G I (s) shown in the above equation (15) is for controlling the fundamental wave component. The n-th harmonic is an angular frequency component obtained by multiplying the angular frequency of the fundamental wave by n. Therefore, the transfer function in the case of controlling the nth harmonic is the transfer function G In (s) shown in the following equation (16) where ω 0 is n · ω 0 in the above equation (15).

以下に、上記(16)式の伝達関数GIn(s)で表される処理を行う高調波補償コントローラを系統連系インバータシステムの制御回路に適用した場合を、本発明の第1実施形態として説明する。 Hereinafter, a case where the harmonic compensation controller that performs the processing represented by the transfer function G In (s) in the above equation (16) is applied to the control circuit of the grid-connected inverter system will be described as a first embodiment of the present invention. explain.

図7は、第1実施形態に係る系統連系インバータシステムを説明するためのブロック図である。   FIG. 7 is a block diagram for explaining the grid-connected inverter system according to the first embodiment.

同図に示すように、系統連系インバータシステムAは、直流電源1、インバータ回路2、フィルタ回路3、変圧回路4、電流センサ5、電圧センサ6、および制御回路7を備えている。   As shown in the figure, the grid-connected inverter system A includes a DC power source 1, an inverter circuit 2, a filter circuit 3, a transformer circuit 4, a current sensor 5, a voltage sensor 6, and a control circuit 7.

直流電源1は、インバータ回路2に接続している。インバータ回路2、フィルタ回路3、および変圧回路4は、この順で、出力ラインに直列に接続されて、単相交流の電力系統Bに接続している。電流センサ5および電圧センサ6は、変圧回路4の出力側に設置されている。制御回路7は、インバータ回路2に接続されている。系統連系インバータシステムAは、直流電源1が出力する直流電力を交流電力に変換して電力系統Bに供給する。なお、系統連系インバータシステムAの構成は、これに限られない。例えば、電流センサ5および電圧センサ6を変圧回路4の入力側に設けてもよいし、インバータ回路2の制御に必要な他のセンサを設けていてもよい。また、変圧回路4をフィルタ回路3の入力側に設けるようにしてもよいし、変圧回路4を設けない、いわゆるトランスレス方式にしてもよい。また、直流電源1とインバータ回路2との間にDC/DCコンバータ回路を設けるようにしてもよい。   The DC power source 1 is connected to the inverter circuit 2. The inverter circuit 2, the filter circuit 3, and the transformer circuit 4 are connected in series to the output line in this order, and are connected to the single-phase AC power system B. The current sensor 5 and the voltage sensor 6 are installed on the output side of the transformer circuit 4. The control circuit 7 is connected to the inverter circuit 2. The grid interconnection inverter system A converts the DC power output from the DC power supply 1 into AC power and supplies it to the power grid B. In addition, the structure of the grid connection inverter system A is not restricted to this. For example, the current sensor 5 and the voltage sensor 6 may be provided on the input side of the transformer circuit 4, or other sensors necessary for controlling the inverter circuit 2 may be provided. Further, the transformer circuit 4 may be provided on the input side of the filter circuit 3, or a so-called transformer-less system in which the transformer circuit 4 is not provided. Further, a DC / DC converter circuit may be provided between the DC power supply 1 and the inverter circuit 2.

直流電源1は、直流電力を出力するものであり、例えば太陽電池を備えている。太陽電池は、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換することで、直流電力を生成する。直流電源1は、生成された直流電力を、インバータ回路2に出力する。なお、直流電源1は、太陽電池により直流電力を生成するものに限定されない。例えば、直流電源1は、燃料電池、蓄電池、電気二重層コンデンサやリチウムイオン電池であってもよいし、ディーゼルエンジン発電機、マイクロガスタービン発電機や風力タービン発電機などにより生成された交流電力を直流電力に変換して出力する装置であってもよい。   The DC power source 1 outputs DC power and includes, for example, a solar battery. A solar cell generates direct-current power by converting solar energy into electrical energy. The DC power source 1 outputs the generated DC power to the inverter circuit 2. Note that the DC power source 1 is not limited to one that generates DC power from a solar cell. For example, the DC power source 1 may be a fuel cell, a storage battery, an electric double layer capacitor, a lithium ion battery, or AC power generated by a diesel engine generator, a micro gas turbine generator, a wind turbine generator, or the like. It may be a device that converts to DC power and outputs it.

インバータ回路2は、直流電源1から入力される直流電圧を交流電圧に変換して、フィルタ回路3に出力するものである。インバータ回路2は、単相インバータであり、図示しない2組4個のスイッチング素子を備えたPWM制御型インバータ回路である。インバータ回路2は、制御回路7から入力されるPWM信号に基づいて、各スイッチング素子のオンとオフとを切り替えることで、直流電源1から入力される直流電圧を交流電圧に変換する。なお、インバータ回路2はこれに限定されず、例えば、マルチレベルインバータであってもよい。   The inverter circuit 2 converts a DC voltage input from the DC power source 1 into an AC voltage and outputs the AC voltage to the filter circuit 3. The inverter circuit 2 is a single-phase inverter and is a PWM control type inverter circuit provided with two sets of four switching elements (not shown). The inverter circuit 2 converts the DC voltage input from the DC power source 1 into an AC voltage by switching each switching element on and off based on the PWM signal input from the control circuit 7. In addition, the inverter circuit 2 is not limited to this, For example, a multilevel inverter may be sufficient.

フィルタ回路3は、インバータ回路2から入力される交流電圧から、スイッチングによる高周波成分を除去するものである。フィルタ回路3は、リアクトルとコンデンサとからなるローパスフィルタを備えている。フィルタ回路3で高周波成分を除去された交流電圧は、変圧回路4に出力される。なお、フィルタ回路3の構成はこれに限定されず、高周波成分を除去するための周知のフィルタ回路であればよい。変圧回路4は、フィルタ回路3から出力される交流電圧を系統電圧とほぼ同一のレベルに昇圧または降圧する。   The filter circuit 3 removes high frequency components due to switching from the AC voltage input from the inverter circuit 2. The filter circuit 3 includes a low pass filter including a reactor and a capacitor. The AC voltage from which the high frequency component has been removed by the filter circuit 3 is output to the transformer circuit 4. The configuration of the filter circuit 3 is not limited to this, and any known filter circuit for removing high frequency components may be used. The transformer circuit 4 boosts or lowers the AC voltage output from the filter circuit 3 to a level substantially the same as the system voltage.

電流センサ5は、変圧回路4から出力される交流電流(すなわち、系統連系インバータシステムAの出力電流)を検出するものである。検出された電流信号Iは、制御回路7に入力される。電圧センサ6は、電力系統Bの系統電圧を検出するものである。検出された電圧信号Vは、制御回路7に入力される。なお、系統連系インバータシステムAが出力する出力電圧は、系統電圧とほぼ一致している。   The current sensor 5 detects an alternating current output from the transformer circuit 4 (that is, an output current of the grid interconnection inverter system A). The detected current signal I is input to the control circuit 7. The voltage sensor 6 detects the system voltage of the power system B. The detected voltage signal V is input to the control circuit 7. Note that the output voltage output by the grid interconnection inverter system A substantially matches the grid voltage.

制御回路7は、インバータ回路2を制御するものであり、例えばマイクロコンピュータなどによって実現されている。制御回路7は、電流センサ5から入力される電流信号I、および、電圧センサ6から入力される電圧信号Vに基づいて、PWM信号を生成してインバータ回路2に出力する。制御回路7は、系統連系インバータシステムAが出力する出力電圧の波形を指令するための指令値信号を各センサから入力される検出信号に基づいて生成し、当該指令値信号に基づいて生成されるパルス信号をPWM信号として出力する。インバータ回路2は、入力されるPWM信号に基づいて各スイッチング素子のオンとオフとを切り替えることで、指令値信号に対応した波形の交流電圧を出力する。制御回路7は、指令値信号の波形を変化させて系統連系インバータシステムAの出力電圧の波形を変化させることで、出力電流を制御している。これにより、制御回路7は、各種フィードバック制御を行っている。また、制御回路7は、電力系統Bから入力される高調波を打ち消すための高調波をインバータ回路2に出力させることで、高調波の抑制を行う。   The control circuit 7 controls the inverter circuit 2 and is realized by, for example, a microcomputer. The control circuit 7 generates a PWM signal based on the current signal I input from the current sensor 5 and the voltage signal V input from the voltage sensor 6 and outputs the PWM signal to the inverter circuit 2. The control circuit 7 generates a command value signal for commanding the waveform of the output voltage output from the grid interconnection inverter system A based on the detection signal input from each sensor, and is generated based on the command value signal. Output a pulse signal as a PWM signal. The inverter circuit 2 outputs an alternating voltage having a waveform corresponding to the command value signal by switching each switching element on and off based on the input PWM signal. The control circuit 7 controls the output current by changing the waveform of the command value signal to change the waveform of the output voltage of the grid interconnection inverter system A. Thereby, the control circuit 7 performs various feedback controls. In addition, the control circuit 7 suppresses harmonics by causing the inverter circuit 2 to output harmonics for canceling the harmonics input from the power system B.

図7においては、出力電流制御と高調波抑制制御を行うための構成のみを記載して、その他の制御のための構成を省略している。実際には、制御回路7は、直流電圧制御(入力直流電圧が予め設定された電圧目標値となるように行うフィードバック制御)や無効電力制御(出力無効電力が予め設定された無効電力目標値となるように行うフィードバック制御)なども行っている。なお、制御回路7が行う制御の手法は、これに限られない。例えば、出力電圧制御や有効電力制御を行うようにしてもよい。   In FIG. 7, only the configuration for performing the output current control and the harmonic suppression control is described, and the configuration for the other control is omitted. Actually, the control circuit 7 performs DC voltage control (feedback control performed so that the input DC voltage becomes a preset voltage target value) and reactive power control (reactive power target value with preset output reactive power) (Feedback control to be performed) is also performed. The control method performed by the control circuit 7 is not limited to this. For example, output voltage control or active power control may be performed.

制御回路7は、系統対抗分生成部72、電流コントローラ74、PWM信号生成部77、および高調波補償コントローラ8を備えている。   The control circuit 7 includes a system counter component generation unit 72, a current controller 74, a PWM signal generation unit 77, and a harmonic compensation controller 8.

系統対抗分生成部72は、電圧センサ6から電圧信号Vを入力されて、系統指令値信号Kを生成して出力する。系統指令値信号Kは系統連系インバータシステムAが出力する出力電圧の波形を指令するための指令値信号の基準となるものであり、系統指令値信号Kが後述する補正値信号X’で補正されることにより指令値信号が生成される。   The system counter-part generating unit 72 receives the voltage signal V from the voltage sensor 6 and generates and outputs a system command value signal K. The system command value signal K serves as a reference of the command value signal for commanding the waveform of the output voltage output from the grid interconnection inverter system A, and the system command value signal K is corrected by a correction value signal X ′ described later. As a result, a command value signal is generated.

電流コントローラ74は、電流センサ5が検出した電流信号Iと電流目標値との偏差を入力され、電流制御のための基本波補償信号Xを生成するものである。電流コントローラ74は、上記(13)式の伝達関数GI(s)で表される処理を行う。つまり、電流信号Iと電流目標値との偏差ΔIとすると、下記(17)式に示す処理を行っている。角周波数ω0は系統電圧の基本波の角周波数(例えば、ω0=120π[rad/sec](60[Hz]))があらかじめ設定されており、積分ゲインKIはあらかじめ設計されている。また、電流コントローラ74は、安定余裕を最大化する処理を行っており、この中で、制御ループでの位相の遅延分を補正するための位相の調整も行われている。
The current controller 74 receives a deviation between the current signal I detected by the current sensor 5 and the current target value, and generates a fundamental wave compensation signal X for current control. The current controller 74 performs processing represented by the transfer function G I (s) in the above equation (13). That is, assuming that the deviation ΔI between the current signal I and the current target value is the process shown in the following equation (17). The angular frequency omega 0 is the fundamental angular frequency of the system voltage (e.g., ω 0 = 120π [rad / sec] (60 [Hz])) is set in advance, the integral gain K I is pre-designed. Further, the current controller 74 performs a process for maximizing the stability margin, and the phase adjustment for correcting the phase delay in the control loop is also performed.

本実施形態において、電流目標値には、d軸電流目標値およびq軸電流目標値を静止座標変換して生成されたα軸上の電流目標値が用いられる。d軸電流目標値には図示しない直流電圧制御のための補正値が用いられ、q軸電流目標値には、図示しない無効電力制御のための補正値が用いられる。なお、α軸上の電流目標値が直接与えられる場合は、当該目標値をそのまま用いればよい。   In the present embodiment, a current target value on the α-axis generated by stationary coordinate conversion of the d-axis current target value and the q-axis current target value is used as the current target value. A correction value for DC voltage control (not shown) is used for the d-axis current target value, and a correction value for reactive power control (not shown) is used for the q-axis current target value. When the current target value on the α axis is directly given, the target value may be used as it is.

本実施形態において、電流コントローラ74は、周波数重みに伝達関数GI(s)を用いて、線形制御理論の1つであるH∞ループ整形法によって設計される。電流コントローラ74で行われる処理は、伝達関数GI(s)で示されるので、線形時不変の処理である。したがって、線形制御理論を用いた制御系設計を行うことができる。 In the present embodiment, the current controller 74 is designed by the H∞ loop shaping method, which is one of linear control theory, using the transfer function G I (s) as the frequency weight. Since the process performed by the current controller 74 is indicated by the transfer function G I (s), it is a linear time-invariant process. Therefore, a control system design using linear control theory can be performed.

電流コントローラ74には、出力電流が正弦波目標値に追従すること、および、瞬低時に出力を所定の時間内に所定の割合まで戻すこと(速応性)が、設計仕様として求められている。システムの出力がある目標値に完全追従するには、閉ループ系が目標発生器と同じ極を持ち、かつ、閉ループ系が漸近安定でなければならない(内部モデル原理)。正弦波目標値の極は±jωoであり、伝達関数GI(s)に含まれる1/(s2+ω0 2)の項の極も±jωoである。したがって、閉ループ系と目標発生器の極は同じである。また、H∞ループ整形法を用いれば、閉ループ系が漸近安定になるコントローラを設計することができる。したがって、速応性の条件を満たすようにH∞ループ整形法を用いて設計を行うことで、設計仕様に適合し最も安定な制御系を容易に設計することができる。 The current controller 74 is required to have a design specification that the output current follows the sine wave target value and that the output is returned to a predetermined ratio within a predetermined time (speed response) at the time of a sag. In order for the output of the system to completely follow a certain target value, the closed-loop system must have the same pole as the target generator, and the closed-loop system must be asymptotically stable (internal model principle). The pole of the sine wave target value is ± jωo, and the pole of the term 1 / (s 2 + ω 0 2 ) included in the transfer function G I (s) is also ± jωo. Therefore, the poles of the closed loop system and the target generator are the same. In addition, if the H∞ loop shaping method is used, a controller in which the closed loop system becomes asymptotically stable can be designed. Therefore, by designing using the H∞ loop shaping method so as to satisfy the condition of rapid response, it is possible to easily design the most stable control system that meets the design specifications.

なお、制御系の設計に用いる設計方法はこれに限られず、その他の線形制御理論を用いることもできる。例えば、ループ整形法、最適制御、H∞制御、混合感度問題などを用いて設計するようにしてもよい。   Note that the design method used for designing the control system is not limited to this, and other linear control theories can also be used. For example, the design may be performed using a loop shaping method, optimal control, H∞ control, a mixed sensitivity problem, or the like.

高調波補償コントローラ8は、電流センサ5が検出した電流信号Iを入力され、高調波抑制制御のための高調波補償信号Yを生成するものである。高調波補償コントローラ8は、5次高調波を抑制するための5次高調波補償部81、7次高調波を抑制するための7次高調波補償部82、および、11次高調波を抑制するための11次高調波補償部83を備えている。   The harmonic compensation controller 8 receives the current signal I detected by the current sensor 5 and generates a harmonic compensation signal Y for harmonic suppression control. The harmonic compensation controller 8 suppresses the fifth harmonic compensation unit 81 for suppressing the fifth harmonic, the seventh harmonic compensation unit 82 for suppressing the seventh harmonic, and the eleventh harmonic. The 11th harmonic compensation part 83 for this is provided.

5次高調波補償部81は、5次高調波を抑制するためのものである。5次高調波補償部81は、上記(16)式に示す伝達関数GIn(s)において、n=5とした5次高調波を制御するための伝達関数GI5(s)に表される処理を行う。つまり、5次高調波補償部81は、下記(18)式に示す処理を行って、5次高調波補償信号Y5を出力する。角周波数ω0は系統電圧の基本波の角周波数(例えば、ω0=120π[rad/sec](60[Hz]))があらかじめ設定されており、積分ゲインKI5はあらかじめ設計されている。また、5次高調波補償部81は、安定余裕を最大化する処理も行っており、この中で、制御ループでの位相の遅延分を補正して逆位相にするための位相の調整も行われている。
The fifth harmonic compensation unit 81 is for suppressing the fifth harmonic. The fifth-order harmonic compensator 81 is represented by a transfer function G I5 (s) for controlling the fifth-order harmonic with n = 5 in the transfer function G In (s) shown in the above equation (16). Process. That is, the fifth-order harmonic compensator 81 performs the processing shown in the following equation (18) and outputs the fifth-order harmonic compensation signal Y 5 . As the angular frequency ω 0, the angular frequency of the fundamental wave of the system voltage (for example, ω 0 = 120π [rad / sec] (60 [Hz])) is set in advance, and the integral gain K I5 is designed in advance. The fifth-order harmonic compensator 81 also performs processing for maximizing the stability margin. Among these, the phase adjustment for correcting the phase delay in the control loop to make the phase opposite is also performed. It has been broken.

本実施形態において、5次高調波補償部81は、周波数重みに伝達関数GI5(s)を用いて、線形制御理論の1つであるH∞ループ整形法によって設計される。5次高調波補償部81で行われる処理は、伝達関数GI5(s)で示されるので、線形時不変の処理である。したがって、線形制御理論を用いた制御系設計を行うことができる。 In the present embodiment, the fifth-order harmonic compensator 81 is designed by the H∞ loop shaping method, which is one of linear control theories, using the transfer function G I5 (s) as the frequency weight. Since the process performed by the fifth harmonic compensation unit 81 is indicated by the transfer function G I5 (s), it is a linear time-invariant process. Therefore, a control system design using linear control theory can be performed.

なお、制御系の設計に用いる設計方法はこれに限られず、その他の線形制御理論を用いることもできる。例えば、ループ整形法、最適制御、H∞制御、混合感度問題などを用いて設計するようにしてもよい。また、位相の遅延分から調整するための位相θ5をあらかじめ算出して設定するようにしてもよい。例えば、制御対象で位相が90度遅延する場合であれば、180度位相を遅延させるために、θ5=−90度として設定してもよい。 Note that the design method used for designing the control system is not limited to this, and other linear control theories can also be used. For example, the design may be performed using a loop shaping method, optimal control, H∞ control, a mixed sensitivity problem, or the like. Alternatively, the phase θ 5 for adjustment from the phase delay may be calculated and set in advance. For example, if the phase is delayed by 90 degrees in the controlled object, θ 5 = −90 degrees may be set in order to delay the phase by 180 degrees.

7次高調波補償部82は、7次高調波を抑制するためのものである。7次高調波補償部82は、上記(16)式に示す伝達関数GIn(s)において、n=7とした7次高調波を制御するための伝達関数GI7(s)に表される処理を行う。つまり、7次高調波補償部82は、下記(19)式に示す処理を行って、7次高調波補償信号Y7を出力する。角周波数ω0は系統電圧の基本波の角周波数があらかじめ設定されており、積分ゲインKI7はあらかじめ設計されている。また、7次高調波補償部82は、安定余裕を最大化する処理も行っており、この中で、制御ループでの位相の遅延分を補正して逆位相にするための位相の調整も行われている。7次高調波補償部82も、5次高調波補償部81と同様の方法で設計される。
The seventh harmonic compensation unit 82 is for suppressing the seventh harmonic. The seventh-order harmonic compensator 82 is represented by the transfer function G I7 (s) for controlling the seventh-order harmonic with n = 7 in the transfer function G In (s) shown in the above equation (16). Process. That is, the seventh-order harmonic compensation unit 82 performs processing shown in the following equation (19) and outputs the seventh-order harmonic compensation signal Y 7 . As the angular frequency ω 0, the angular frequency of the fundamental wave of the system voltage is set in advance, and the integral gain K I7 is designed in advance. The seventh harmonic compensation unit 82 also performs processing for maximizing the stability margin, and in this process, the phase adjustment for correcting the phase delay in the control loop to make the phase opposite is also performed. It has been broken. The seventh harmonic compensation unit 82 is also designed in the same manner as the fifth harmonic compensation unit 81.

11次高調波補償部83は、11次高調波を抑制するためのものである。11次高調波補償部83は、上記(16)式に示す伝達関数GIn(s)において、n=11とした11次高調波を制御するための伝達関数GI11(s)に表される処理を行う。つまり、11次高調波補償部83は、下記(20)式に示す処理を行って、11次高調波補償信号Y11を出力する。角周波数ω0は系統電圧の基本波の角周波数があらかじめ設定されており、積分ゲインKI11はあらかじめ設計されている。また、11次高調波補償部83は、安定余裕を最大化する処理も行っており、この中で、制御ループでの位相の遅延分を補正して逆位相にするための位相の調整も行われている。11次高調波補償部83も、5次高調波補償部81と同様の方法で設計される。
The 11th harmonic compensator 83 is for suppressing the 11th harmonic. The eleventh-order harmonic compensator 83 is represented by the transfer function G I11 (s) for controlling the eleventh-order harmonic with n = 11 in the transfer function G In (s) shown in the above equation (16). Process. That is, the 11th-order harmonic compensation unit 83 performs the processing shown in the following equation (20) and outputs the 11th-order harmonic compensation signal Y 11 . As the angular frequency ω 0, the angular frequency of the fundamental wave of the system voltage is set in advance, and the integral gain K I11 is designed in advance. The eleventh harmonic compensation unit 83 also performs processing for maximizing the stability margin, and in this process, the phase adjustment for correcting the phase delay in the control loop to make the phase opposite is also performed. It has been broken. The eleventh harmonic compensation unit 83 is also designed in the same manner as the fifth harmonic compensation unit 81.

5次高調波補償部81が出力した5次高調波補償信号Y5、7次高調波補償部82が出力した7次高調波補償信号Y7、および、11次高調波補償部83が出力した11次高調波補償信号Y11が加算されて、高調波補償信号Yとして高調波補償コントローラ8から出力される。なお、本実施形態では、高調波補償コントローラ8が、5次高調波補償部81、7次高調波補償部82、および11次高調波補償部83を備えている場合について説明したが、これに限られない。高調波補償コントローラ8は、抑制する必要がある高調波の次数に応じて設計すればよい。例えば、5次高調波のみを抑制したい場合は、5次高調波補償部81のみを備えていればよい。また、さらに13次高調波も抑制したい場合には、上記(16)式に示す伝達関数GIn(s)において、n=13とした伝達関数GI13(s)に表される処理を行う13次高調波補償部をさらに備えるようにすればよい。 The fifth harmonic compensation signal Y 5 output from the fifth harmonic compensation unit 81, the seventh harmonic compensation signal Y 7 output from the seventh harmonic compensation unit 82, and the eleventh harmonic compensation unit 83 output The eleventh harmonic compensation signal Y 11 is added and output from the harmonic compensation controller 8 as the harmonic compensation signal Y. In the present embodiment, the case where the harmonic compensation controller 8 includes the fifth-order harmonic compensation unit 81, the seventh-order harmonic compensation unit 82, and the eleventh-order harmonic compensation unit 83 has been described. Not limited. The harmonic compensation controller 8 may be designed according to the harmonic order that needs to be suppressed. For example, when it is desired to suppress only the fifth harmonic, only the fifth harmonic compensator 81 needs to be provided. If it is desired to further suppress the 13th harmonic, the process represented by the transfer function G I13 (s) with n = 13 is performed in the transfer function G In (s) shown in the above equation (16) 13. A second harmonic compensator may be further provided.

電流コントローラ74が出力する基本波補償信号Xと高調波補償コントローラ8が出力する高調波補償信号Yとが加算されて、補正値信号X’が算出される。そして、補正値信号X’に、系統対抗分生成部72が出力する系統指令値信号Kが加算されて、指令値信号X”が算出され、PWM信号生成部77に入力される。   The fundamental wave compensation signal X output from the current controller 74 and the harmonic compensation signal Y output from the harmonic compensation controller 8 are added to calculate a correction value signal X ′. Then, the system command value signal K output from the system counter generation unit 72 is added to the correction value signal X ′ to calculate the command value signal X ″ and input to the PWM signal generation unit 77.

PWM信号生成部77は、入力される指令値信号X”および指令値信号X”を反転させた信号と、所定の周波数(例えば、4kHz)の三角波信号として生成されたキャリア信号とに基づいて、三角波比較法によりPWM信号Pp,Pnを生成する。三角波比較法では、例えば、指令値信号X”とキャリア信号とがそれぞれ比較され、指令値信号X”がキャリア信号より大きい場合にハイレベルとなり、小さい場合にローレベルとなるパルス信号がPWM信号Ppとして生成される。また、同様に、反転させた信号とキャリア信号とがそれぞれ比較され、PWM信号Pnが生成される。生成されたPWM信号Pp,Pnは、インバータ回路2に出力される。また、PWM信号生成部77は、PWM信号Pp,Pnを反転させた信号も、インバータ回路2に出力する。   The PWM signal generation unit 77 is based on an input command value signal X ″ and a signal obtained by inverting the command value signal X ″ and a carrier signal generated as a triangular wave signal having a predetermined frequency (for example, 4 kHz), PWM signals Pp and Pn are generated by a triangular wave comparison method. In the triangular wave comparison method, for example, the command value signal X ″ is compared with the carrier signal, and the pulse signal that becomes high level when the command value signal X ″ is larger than the carrier signal and becomes low level when the command value signal X ″ is smaller is the PWM signal Pp. Is generated as Similarly, the inverted signal and the carrier signal are compared, and the PWM signal Pn is generated. The generated PWM signals Pp and Pn are output to the inverter circuit 2. The PWM signal generator 77 also outputs a signal obtained by inverting the PWM signals Pp and Pn to the inverter circuit 2.

本実施形態において、制御回路7は、電流信号Iから位相を90度遅らせた信号を生成する必要がないので、図14に示すヒルベルト変換部73を設ける必要がない。また、電流信号Iのみを処理すればよいので(90度遅らせた信号を処理する必要がないので)、構成が簡単になる。さらに、ヒルベルト変換部73が不要なので、ヒルベルト変換部73を構成するFIRフィルタの次数nを設計するという煩わしさがない。   In the present embodiment, since the control circuit 7 does not need to generate a signal whose phase is delayed by 90 degrees from the current signal I, it is not necessary to provide the Hilbert transform unit 73 shown in FIG. Further, since only the current signal I needs to be processed (since it is not necessary to process a signal delayed by 90 degrees), the configuration is simplified. Furthermore, since the Hilbert transform unit 73 is unnecessary, there is no inconvenience of designing the order n of the FIR filter constituting the Hilbert transform unit 73.

また、本実施形態において、5次高調波補償部81は、回転座標変換および静止座標変換を行うことなく、静止座標系で制御を行っている。上述したように、伝達関数GI5(s)は、回転座標変換を行ってからI制御を行った後に静止座標変換を行う処理と同様の処理を示す伝達関数である。したがって、伝達関数GI5(s)で表される処理を行う5次高調波補償部81は、図15に示す回転座標変換部811、静止座標変換部816、およびI制御部814と同様の処理を行っている。また、伝達関数GI5(s)のボード線図は、基本波周波数の5倍の周波数を中心周波数とした、図6(a)に示すボード線図と同様のものとなる。つまり、5次高調波補償部81は、基本波周波数の5倍の周波数成分だけがハイゲインになる。したがって、図15に示すLPF812を設ける必要がない。したがって、5次高調波補償部81は、簡単な構成で高速かつ高い精度の5次高調波抑制制御を行うことができる。 In the present embodiment, the fifth-order harmonic compensator 81 performs control in the stationary coordinate system without performing rotational coordinate conversion and stationary coordinate conversion. As described above, the transfer function G I5 (s) is a transfer function showing the same process as the process of performing the stationary coordinate conversion after performing the I control after performing the rotational coordinate conversion. Therefore, the fifth-order harmonic compensator 81 that performs the process represented by the transfer function G I5 (s) is the same process as the rotation coordinate converter 811, the stationary coordinate converter 816, and the I controller 814 shown in FIG. It is carried out. Further, the Bode diagram of the transfer function G I5 (s) is the same as the Bode diagram shown in FIG. 6A with the center frequency set to five times the fundamental frequency. That is, the fifth-order harmonic compensator 81 has a high gain only for the frequency component five times the fundamental frequency. Therefore, there is no need to provide the LPF 812 shown in FIG. Therefore, the fifth-order harmonic compensator 81 can perform high-speed and high-accuracy fifth-order harmonic suppression control with a simple configuration.

また、5次高調波補償部81で行われる処理は、伝達関数GI5(s)で示されるので、線形時不変の処理である。また、5次高調波補償の制御ループには非線形時変処理である回転座標変換処理および静止座標変換処理が含まれていないので、線形時不変システムになっている。したがって、線形制御理論を用いた制御系設計やシステム解析が可能となる。このように、伝達関数GI5(s)を用いることで、回転座標変換を行ってからI制御を行った後に静止座標変換を行う非線形の処理を、線形時不変の多入出力系へ帰着させることができ、これによりシステム解析や制御系設計が容易になる。 The process performed by the fifth-order harmonic compensator 81 is a linear time-invariant process because it is represented by the transfer function G I5 (s). Further, the control loop for the fifth harmonic compensation does not include the rotation coordinate conversion process and the stationary coordinate conversion process, which are nonlinear time-varying processes, and thus is a linear time-invariant system. Therefore, control system design and system analysis using linear control theory are possible. As described above, by using the transfer function G I5 (s), the nonlinear process of performing the static coordinate conversion after performing the I control after performing the rotational coordinate conversion is reduced to the linear input / output invariant multi-input / output system. This facilitates system analysis and control system design.

7次高調波補償部82および11次高調波補償部83についても同様であり、7次高調波補償部82および11次高調波補償部83は、図15に示す7次高調波補償部820および11次高調波補償部830とそれぞれ同様の処理を行っている。また、7次高調波補償部82および11次高調波補償部83で行われる処理も線形時不変の処理であり、線形制御理論を用いた制御系設計やシステム解析が可能となる。   The same applies to the seventh harmonic compensation unit 82 and the eleventh harmonic compensation unit 83. The seventh harmonic compensation unit 82 and the eleventh harmonic compensation unit 83 include the seventh harmonic compensation unit 820 and the seventh harmonic compensation unit 820 shown in FIG. The same processing as that of the 11th harmonic compensation unit 830 is performed. In addition, the processing performed by the seventh harmonic compensation unit 82 and the eleventh harmonic compensation unit 83 is also a linear time-invariant processing, which enables control system design and system analysis using linear control theory.

なお、上記実施形態においては、5次高調波補償部81、7次高調波補償部82、11次高調波補償部83をそれぞれ個別に設計する場合について説明したが、これに限られない。積分ゲインを共通にするようにして、5次高調波補償部81、7次高調波補償部82、11次高調波補償部83を一度に設計するようにしてもよい。   In the above embodiment, the case where the fifth harmonic compensation unit 81, the seventh harmonic compensation unit 82, and the eleventh harmonic compensation unit 83 are individually designed has been described. However, the present invention is not limited to this. The fifth-order harmonic compensator 81, the seventh-order harmonic compensator 82, and the eleventh-order harmonic compensator 83 may be designed at a time so that the integral gain is shared.

上記第1実施形態においては、5次高調波補償部81、7次高調波補償部82、および11次高調波補償部83がI制御に代わる制御を行う場合について説明したがこれに限られない。例えば、PI制御に代わる制御を行うようにしてもよい。第1実施形態において、5次高調波補償部81、7次高調波補償部82、および11次高調波補償部83がPI制御に代わる制御を行うようにする場合は、上記(12)式に示される伝達関数の行列GPIの(1,1)要素の伝達関数GPI(s)においてω0をn・ω0として、下記(21)式のように算出される伝達関数GPIn(s)を用いればよい。
In the first embodiment, the case where the fifth-order harmonic compensation unit 81, the seventh-order harmonic compensation unit 82, and the eleventh-order harmonic compensation unit 83 perform control in place of I control has been described, but the present invention is not limited to this. . For example, control in place of PI control may be performed. In the first embodiment, when the fifth harmonic compensator 81, the seventh harmonic compensator 82, and the eleventh harmonic compensator 83 perform control instead of PI control, the above equation (12) is used. In the transfer function G PI (s) of the (1, 1) element of the transfer function matrix G PI shown, ω 0 is n · ω 0 and the transfer function G PIn (s ) May be used.

5次高調波補償部81がPI制御に代わる制御を行うようにする場合、上記(21)式においてn=5とした行列GPI5を用いればよく、7次高調波補償部82がPI制御に代わる制御を行うようにする場合、上記(21)式においてn=7とした行列GPI7を用いればよく、11次高調波補償部83がPI制御に代わる制御を行うようにする場合、上記(21)式においてn=11とした行列GPI11を用いればよい。 When the fifth harmonic compensator 81 performs control in place of PI control, the matrix G PI5 with n = 5 in the above equation (21) may be used, and the seventh harmonic compensator 82 performs PI control. When performing alternative control, the matrix G PI7 with n = 7 in the above equation (21) may be used. When the 11th harmonic compensator 83 performs control in place of PI control, In the equation (21), a matrix G PI11 with n = 11 may be used.

PI制御に代わる制御を行う場合、比例ゲインKPを調整することにより、過渡時のダンピング効果を付加することができるというメリットがあるが、モデル化誤差の影響を受けやすくなるというデメリットがある。逆に、I制御に代わる制御を行う場合、過渡時のダンピング効果を付加することができないというデメリットがあるが、モデル化誤差の影響を受けにくくなるというメリットがある。 When performing control in place of PI control, there is a merit that a damping effect at the time of transition can be added by adjusting the proportional gain K P , but there is a demerit that it is easily affected by modeling errors. Conversely, when performing control in place of I control, there is a demerit that a damping effect during transition cannot be added, but there is a merit that it is less susceptible to modeling errors.

なお、5次高調波補償部81、7次高調波補償部82、および11次高調波補償部83がI制御およびPI制御以外の制御に代わる制御を行うようにしてもよい。下記(22)式に示す伝達関数Gn(s)(上記(11)式に示す行列Gの(1,1)要素の伝達関数において、ω0をn・ω0とした伝達関数)において、伝達関数F(s)を各制御の伝達関数とすることで、回転座標変換を行ってから当該制御を行った後に静止座標変換を行う処理と同様の処理を示す伝達関数を算出することができる。
Note that the fifth harmonic compensation unit 81, the seventh harmonic compensation unit 82, and the eleventh harmonic compensation unit 83 may perform control in place of control other than I control and PI control. In the transfer function G n (s) shown in the following equation (22) (transfer function in which ω 0 is n · ω 0 in the transfer function of the (1,1) element of the matrix G shown in the above equation (11)): By using the transfer function F (s) as the transfer function of each control, it is possible to calculate a transfer function indicating the same process as the process of performing the static coordinate conversion after performing the control after performing the rotational coordinate conversion. .

したがって、PID制御(伝達関数は、比例ゲインをKP、積分ゲインをKI、微分ゲインをKDとすると、F(s)=KP+KI/s+KD・sで表される。)に代わる制御を行うようにすることができるし、D制御(微分制御:伝達関数は、微分ゲインをKDとすると、F(s)=KD・sで表される。)、P制御(比例制御:伝達関数は、比例ゲインをKPとすると、F(s)=KPで表される。)、PD制御、ID制御などに代わる制御を行うようにすることができる。 Therefore, PID control (the transfer function is expressed as F (s) = K P + K I / s + K D · s where K P is a proportional gain, K I is an integral gain, and K D is a differential gain). it can be made to perform control to replace, D control (differential control:. transfer function, the differential gain and K D, represented by F (s) = K D · s), P control (proportional Control: The transfer function is expressed by F (s) = K P, where the proportional gain is K P ), and can be controlled in place of PD control, ID control, and the like.

上記第1実施形態においては、出力電流を制御する場合について説明したが、これに限られない。例えば、出力電圧を制御するようにしてもよい。以下に、出力電圧を制御する場合について、第2実施形態として説明する。   In the first embodiment, the case where the output current is controlled has been described, but the present invention is not limited to this. For example, the output voltage may be controlled. Hereinafter, the case of controlling the output voltage will be described as a second embodiment.

図8は、第2実施形態に係る制御回路を説明するためのブロック図である。同図において、図7に示す系統連系インバータシステムAと同一または類似の要素には、同一の符号を付している。   FIG. 8 is a block diagram for explaining a control circuit according to the second embodiment. In the figure, the same or similar elements as those in the grid interconnection inverter system A shown in FIG.

図8に示すインバータシステムA’は、電力系統Bではなく負荷Lに電力を供給する点で、第1実施形態に係る系統連系インバータシステムA(図7参照)と異なる。負荷Lに供給される電圧を制御する必要があるので、制御回路9は、出力電流ではなく出力電圧を制御する。制御回路9は、電圧センサ6から入力される電圧信号Vに基づいてPWM信号を生成する点で、第1実施形態に係る制御回路7(図7参照)と異なる。インバータシステムA’は、出力電圧をフィードバック制御によって目標値に制御しながら、負荷Lに電力を供給する。   The inverter system A ′ shown in FIG. 8 is different from the grid-connected inverter system A (see FIG. 7) according to the first embodiment in that power is supplied to the load L instead of the power system B. Since it is necessary to control the voltage supplied to the load L, the control circuit 9 controls the output voltage, not the output current. The control circuit 9 is different from the control circuit 7 according to the first embodiment (see FIG. 7) in that a PWM signal is generated based on the voltage signal V input from the voltage sensor 6. The inverter system A ′ supplies power to the load L while controlling the output voltage to a target value by feedback control.

電圧コントローラ94は、電圧センサ6が検出した電圧信号Vと電圧目標値との偏差を入力され、電圧制御のための基本波補償信号Xを生成するものである。電圧コントローラ94は、上記(13)式の伝達関数GI(s)で表される処理を行う。 The voltage controller 94 receives a deviation between the voltage signal V detected by the voltage sensor 6 and the voltage target value, and generates a fundamental wave compensation signal X for voltage control. The voltage controller 94 performs processing represented by the transfer function G I (s) in the above equation (13).

本実施形態においても、高調波補償コントローラ8は備えられている。5次高調波補償部81は、電圧センサ6が検出した電圧信号Vを入力され、伝達関数GI5(s)に表される処理、および、出力する高調波を逆位相にするために位相を調整する処理を行って、5次高調波補償信号Y5を出力する。同様に、7次高調波補償部82は、伝達関数GI7(s)に表される処理、および、出力する高調波を逆位相にするために位相を調整する処理を行って、7次高調波補償信号Y7を出力し、11次高調波補償部83は、伝達関数GI11(s)に表される処理、および、出力する高調波を逆位相にするために位相を調整する処理を行って、11次高調波補償信号Y11を出力する。 Also in this embodiment, the harmonic compensation controller 8 is provided. The fifth-order harmonic compensator 81 receives the voltage signal V detected by the voltage sensor 6 and changes the phase in order to reverse the process represented by the transfer function G I5 (s) and the output harmonics. The adjustment process is performed, and the fifth-order harmonic compensation signal Y 5 is output. Similarly, the seventh-order harmonic compensator 82 performs a process represented by the transfer function G I7 (s) and a process for adjusting the phase so that the output harmonics have an opposite phase, and the seventh-order harmonics The 11th-order harmonic compensator 83 outputs a wave compensation signal Y 7 , and performs a process represented by the transfer function G I11 (s) and a process for adjusting the phase so that the output harmonics have an opposite phase. go and outputs the 11-order harmonic compensation signal Y 11.

本実施形態においても、第1実施形態と同様の効果を奏することができる。また、出力電圧を制御する場合でも、上記第1実施形態で説明した各制御方法を用いることができる。また、第1実施形態と第2実施形態とを組み合わせて、出力電圧の制御と出力電流の制御とを切り替えるようにしてもよい。すなわち、電力系統Bに連系しているときには電流制御を行って電力系統Bに電力を供給し、電力系統Bに連系していないときには電圧制御を行って負荷Lに電力を供給するようにしてもよい。   In this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Even when the output voltage is controlled, each control method described in the first embodiment can be used. Moreover, you may make it switch control of output voltage and control of output current combining 1st Embodiment and 2nd Embodiment. In other words, current control is performed to supply power to the power system B when connected to the power system B, and voltage control is performed to supply power to the load L when not connected to the power system B. May be.

次に、高調波の抑制制御が発散してしまうことを防止するための方法について説明する。   Next, a method for preventing the harmonic suppression control from diverging will be described.

上記第1実施形態(図7参照)において、5次高調波補償部81は、制御ループでの位相の遅延分を補正して逆位相にするための位相の調整を行っている。調整される位相は、電力系統Bに連系する前の系統連系インバータシステムAのインピーダンス(主には、フィルタ回路3のリアクトルのインダクタンスとコンデンサのキャパシタンスによる)に基づいて設定されている。系統連系インバータシステムAを電力系統Bに連系した場合、電力系統Bの負荷条件が想定と異なっていると、フィルタ回路3の共振点がずれたり増えたりする場合がある。この場合、調整される位相が適切でなくなって、制御が発散してしまう場合がある。   In the first embodiment (see FIG. 7), the fifth-order harmonic compensator 81 adjusts the phase to correct the phase delay in the control loop so that the phase is reversed. The phase to be adjusted is set based on the impedance of the grid-connected inverter system A before being linked to the power grid B (mainly due to the inductance of the reactor of the filter circuit 3 and the capacitance of the capacitor). When the grid-connected inverter system A is linked to the power grid B, if the load condition of the power grid B is different from the assumption, the resonance point of the filter circuit 3 may be shifted or increased. In this case, the phase to be adjusted is not appropriate, and control may diverge.

図9は、インバータ回路2の出力電圧から系統連系インバータシステムAの出力電流までの伝達関数のボード線図を示しており、系統連系インバータシステムAが電力系統Bに連系する前の伝達関数と連系した後の伝達関数の一例を示している。   FIG. 9 shows a Bode diagram of a transfer function from the output voltage of the inverter circuit 2 to the output current of the grid-connected inverter system A, and transmission before the grid-connected inverter system A is linked to the power system B. An example of the transfer function after being linked to the function is shown.

系統電圧の基本波の角周波数ω0を120π[rad/sec](60[Hz])とすると、5次高調波の角周波数は600π(≒1885)[rad/sec](300[Hz])になる。同図によると、5次高調波の位相は、連系前は約90度遅れるが、連系後は約270度遅れる。つまり、連系前に制御が負帰還制御となるように位相が調整されていたとしても、連系後には正帰還制御になって、制御が発散してしまう。以下では、このような制御の発散を防止するための構成を備えた場合を、第3実施形態として説明する。 When the angular frequency ω 0 of the fundamental wave of the system voltage is 120π [rad / sec] (60 [Hz]), the angular frequency of the fifth harmonic is 600π (≈1885) [rad / sec] (300 [Hz]). become. According to the figure, the phase of the fifth harmonic is delayed about 90 degrees before the interconnection, but is delayed about 270 degrees after the interconnection. That is, even if the phase is adjusted so that the control is the negative feedback control before the connection, the control becomes the positive feedback control after the connection and the control is diverged. Below, the case where the structure for preventing the divergence of such control is provided is demonstrated as 3rd Embodiment.

図10は、第3実施形態に係る高調波補償コントローラを説明するための図であり、5次高調波補償部81とその後段に備えられる発散防止部とを示している。   FIG. 10 is a diagram for explaining a harmonic compensation controller according to the third embodiment, and shows a fifth-order harmonic compensation unit 81 and a divergence prevention unit provided in the subsequent stage.

発散防止部84は、5次高調波の抑制制御の発散を防止するためのものである。発散防止部84は、制御が発散傾向にあると判定した場合、5次高調波補償部81から入力される5次高調波補償信号Y5の位相を変更して出力する。発散防止部84は、発散判定部841および位相変更部842を備えている。 The divergence prevention unit 84 is for preventing divergence in the suppression control of the fifth harmonic. When the divergence prevention unit 84 determines that the control tends to diverge, the divergence prevention unit 84 changes the phase of the fifth harmonic compensation signal Y 5 input from the fifth harmonic compensation unit 81 and outputs it. The divergence prevention unit 84 includes a divergence determination unit 841 and a phase change unit 842.

発散判定部841は、制御が発散傾向にあることを判定するものである。発散判定部841は、5次高調波補償部81から入力される5次高調波補償信号Y5を所定の閾値と比較して、5次高調波補償信号Y5が所定の閾値より大きい場合に制御が発散傾向にあると判定する。発散判定部841は、制御が発散傾向にあると判定した場合、位相変更部842に判定信号を出力する。なお、発散判定部841による発散傾向の判定方法はこれに限られない。例えば、5次高調波補償信号Y5が所定の閾値より大きい状態が所定時間継続した場合に、制御が発散傾向にあると判定するようにしてもよい。また、5次高調波補償信号Y5の最大値を常に保存しておいて、その最大値の傾きに基づいて発散傾向にあることを判定するようにしてもよい。 The divergence determination unit 841 determines that the control tends to diverge. The divergence determination unit 841 compares the fifth harmonic compensation signal Y 5 input from the fifth harmonic compensation unit 81 with a predetermined threshold, and when the fifth harmonic compensation signal Y 5 is larger than the predetermined threshold. It is determined that the control tends to diverge. The divergence determining unit 841 outputs a determination signal to the phase changing unit 842 when it is determined that the control tends to diverge. Note that the method of determining the divergence tendency by the divergence determining unit 841 is not limited to this. For example, when the fifth harmonic compensation signal Y 5 is larger than a predetermined threshold for a predetermined time, it may be determined that the control tends to diverge. Alternatively, the maximum value of the fifth-order harmonic compensation signal Y 5 may be always stored, and it may be determined that there is a divergence tendency based on the gradient of the maximum value.

位相変更部842は、5次高調波補償部81から入力される5次高調波補償信号Y5の位相を変更し、位相変更後の5次高調波補償信号Y’5を出力する。位相変更量Δθ5には初期値「0」が設定されており、発散判定部841から判定信号が入力されるまでは、5次高調波補償信号Y5の位相を変更せずにそのまま出力する。発散判定部841から判定信号を入力された場合、位相変更部842は位相変更量Δθ5を変化させて、5次高調波補償信号Y’5を出力する。発散判定部841から判定信号が入力されなくなると、位相変更量Δθ5を固定して、5次高調波補償信号Y’5を出力する。位相変更部842は、位相変更量Δθ5を変化(例えば増加)させたときに5次高調波補償信号Y5がより大きくなった場合は位相変更量Δθ5を逆方向に変化(例えば減少)させることで、制御が収束するための位相変更量Δθ5を探索する。 The phase changing unit 842 changes the phase of the fifth harmonic compensation signal Y 5 input from the fifth harmonic compensation unit 81, and outputs the fifth harmonic compensation signal Y ′ 5 after the phase change. The phase change amount Δθ 5 is set to an initial value “0”, and is output as it is without changing the phase of the fifth harmonic compensation signal Y 5 until the determination signal is input from the divergence determination unit 841. . If input a determination signal from a divergent decision unit 841, the phase changing portion 842 by changing the phase change amount [Delta] [theta] 5, and outputs the fifth-order harmonic compensation signal Y '5. When the determination signal is no longer input from the divergence determination unit 841, the phase change amount Δθ 5 is fixed and the fifth-order harmonic compensation signal Y ′ 5 is output. Phase changer 842 changes the phase change amount [Delta] [theta] 5 in the reverse direction when the increased fifth harmonic compensation signal Y 5 Gayori when changing the phase change amount [Delta] [theta] 5 (eg, increased) (e.g., decrease) By doing so, the phase change amount Δθ 5 for converging the control is searched.

制御が発散傾向にある場合は、位相変更量Δθ5を変化させて適切な値を探索し、制御が発散傾向にない場合は、位相変更量Δθ5を固定して適切に位相が変更された5次高調波補償信号Y’5が出力される。これにより、制御が発散することを防止することができる。 If the control tends to diverge, the phase change amount Δθ 5 is changed to search for an appropriate value. If the control does not tend to diverge, the phase change amount Δθ 5 is fixed and the phase is appropriately changed. A fifth harmonic compensation signal Y ′ 5 is output. Thereby, it can prevent that control diverges.

なお、制御の発散を防止するための構成は、上記に限られない。他の方法で制御の発散を防止するようにしてもよい。   The configuration for preventing control divergence is not limited to the above. Control divergence may be prevented by other methods.

図11は、第3実施形態の他の実施例に係る高調波補償コントローラを説明するための図であり、5次高調波補償部81とその後段に備えられる発散防止部とを示している。   FIG. 11 is a diagram for explaining a harmonic compensation controller according to another example of the third embodiment, and shows a fifth-order harmonic compensation unit 81 and a divergence prevention unit provided in the subsequent stage.

発散防止部84’は、5次高調波の抑制制御の発散を防止するためのものである。発散防止部84’は、制御が発散傾向にあると判定した場合、5次高調波補償部81から入力される5次高調波補償信号Y5の出力を停止する。発散防止部84’は、位相変更部842に代えて出力停止部843を備えている点で、図10に示す発散防止部84と異なる。 The divergence prevention unit 84 ′ is for preventing divergence in the suppression control of the fifth harmonic. The divergence prevention unit 84 ′ stops the output of the fifth-order harmonic compensation signal Y 5 input from the fifth-order harmonic compensation unit 81 when it is determined that the control tends to diverge. The divergence prevention unit 84 ′ is different from the divergence prevention unit 84 shown in FIG. 10 in that an output stop unit 843 is provided instead of the phase change unit 842.

出力停止部843は、発散判定部841から判定信号が入力されない間は5次高調波補償信号Y5をそのまま出力し、発散判定部841から判定信号を入力された場合は5次高調波補償信号Y5の出力を停止する。 The output stop unit 843 outputs the fifth-order harmonic compensation signal Y 5 as it is while the determination signal is not input from the divergence determination unit 841, and the fifth-order harmonic compensation signal when the determination signal is input from the divergence determination unit 841. to stop the output of the Y 5.

制御が発散傾向にない場合は、5次高調波補償部81から入力される5次高調波補償信号Y5がそのまま出力され、制御が発散傾向にある場合は、5次高調波補償信号Y5の出力が停止される。5次高調波補償信号Y5が出力されなくなると、5次高調波の抑制制御は行われなくなるので、制御の発散を防止することができる。5次高調波の抑制制御が行われなくなっても、その他の制御には影響を及ぼさない。 When the control does not tend to diverge, the fifth harmonic compensation signal Y 5 input from the fifth harmonic compensation unit 81 is output as it is, and when the control tends to diverge, the fifth harmonic compensation signal Y 5. Output is stopped. If the fifth-order harmonic compensation signal Y 5 is not output, the fifth-order harmonic suppression control is not performed, so that control divergence can be prevented. Even if the suppression control of the fifth harmonic is not performed, other controls are not affected.

なお、出力停止部843の前段に図10に示す位相変更部842を設けておいて、5次高調波の抑制制御を停止している間に位相変更量Δθ5を探索し、位相変更量Δθ5を決定した後に出力停止部843の停止を解除するようにしてもよい。 A phase change unit 842 shown in FIG. 10 is provided in front of the output stop unit 843, and the phase change amount Δθ 5 is searched while the suppression control of the fifth harmonic is stopped, and the phase change amount Δθ is detected. The output stop unit 843 may be stopped after 5 is determined.

なお、7次高調波補償部82および11次高調波補償部83においても同様の構成を設けて、各高調波抑制制御の発散を防止することができる。また、第2実施形態においても、同様にして各高調波抑制制御の発散を防止することができる。   In addition, the 7th harmonic compensation part 82 and the 11th harmonic compensation part 83 can also be provided with the same structure, and can prevent the divergence of each harmonic suppression control. Moreover, also in 2nd Embodiment, the divergence of each harmonic suppression control can be prevented similarly.

上記第1ないし第3実施形態においては、本発明に係る制御回路を系統連系インバータシステム(インバータシステム)に用いた場合について説明したが、これに限られない。本発明は、例えば、高調波補償装置、電力用アクティブフィルタ、静止型無効電力補償装置(SVC、SVG)、無停電電源装置(UPS)などに用いられる高調波補償を行うインバータ回路を制御する制御回路にも適用することができる。例えば、高調波補償装置は、図7または図8において、電流コントローラ74または電圧コントローラ94をなくし、高調波補償コントローラ8による高調波抑制に機能を特化したものである。また、直流を単相交流に変換するインバータ回路を制御する場合に限られず、例えば、単相交流を直流に変換するコンバータ回路や、単相交流の周波数を変換するサイクロコンバータなどの制御回路にも適用することができる。以下に、本発明をコンバータ回路の制御回路に適用した場合を、第4実施形態として説明する。   In the first to third embodiments, the case where the control circuit according to the present invention is used in a grid-connected inverter system (inverter system) has been described. However, the present invention is not limited to this. The present invention controls, for example, an inverter circuit that performs harmonic compensation used in a harmonic compensation device, a power active filter, a static reactive power compensation device (SVC, SVG), an uninterruptible power supply (UPS), and the like. It can also be applied to circuits. For example, the harmonic compensation device has a function specialized in harmonic suppression by the harmonic compensation controller 8 by eliminating the current controller 74 or the voltage controller 94 in FIG. 7 or FIG. In addition, the present invention is not limited to controlling an inverter circuit that converts direct current to single-phase alternating current. Can be applied. Hereinafter, a case where the present invention is applied to a control circuit of a converter circuit will be described as a fourth embodiment.

図12は、第4実施形態に係る単相PWMコンバータシステムを説明するためのブロック図である。同図において、図7に示す系統連系インバータシステムAと同一または類似の要素には、同一の符号を付している。   FIG. 12 is a block diagram for explaining a single-phase PWM converter system according to the fourth embodiment. In the figure, the same or similar elements as those in the grid interconnection inverter system A shown in FIG.

図12に示す単相PWMコンバータシステムCは、電力系統Bから供給される交流電力を直流電力に変換して負荷L’に供給するものである。負荷L’は、直流負荷である。単相PWMコンバータシステムCは、変圧回路4、フィルタ回路3、電流センサ5、電圧センサ6、コンバータ回路10、および制御回路7を備えている。   A single-phase PWM converter system C shown in FIG. 12 converts AC power supplied from the power system B into DC power and supplies it to a load L ′. The load L ′ is a DC load. The single-phase PWM converter system C includes a transformer circuit 4, a filter circuit 3, a current sensor 5, a voltage sensor 6, a converter circuit 10, and a control circuit 7.

変圧回路4は、電力系統Bから入力される交流電圧を所定のレベルに昇圧または降圧する。フィルタ回路3は、変圧回路4より入力される交流電圧から高周波成分を除去して、コンバータ回路10に出力する。電流センサ5は、コンバータ回路10に入力される交流電流を検出する。検出された電流信号Iは、制御回路7に入力される。電圧センサ6は、コンバータ回路10に入力される交流電圧を検出するものである。検出された電圧信号Vは、制御回路7に入力される。コンバータ回路10は、入力される交流電圧を直流電圧に変換して、負荷L’に出力する。コンバータ回路10は、単相PWMコンバータであり、図示しない2組4個のスイッチング素子を備えた電圧型コンバータ回路である。コンバータ回路10は、制御回路7から入力されるPWM信号に基づいて、各スイッチング素子のオンとオフとを切り替えることで、入力される交流電圧を直流電圧に変換する。なお、コンバータ回路10はこれに限定されず、電流型コンバータ回路であってもよい。   The transformer circuit 4 boosts or steps down the AC voltage input from the power system B to a predetermined level. The filter circuit 3 removes a high frequency component from the AC voltage input from the transformer circuit 4 and outputs it to the converter circuit 10. The current sensor 5 detects an alternating current input to the converter circuit 10. The detected current signal I is input to the control circuit 7. The voltage sensor 6 detects an AC voltage input to the converter circuit 10. The detected voltage signal V is input to the control circuit 7. The converter circuit 10 converts the input AC voltage into a DC voltage and outputs it to the load L ′. The converter circuit 10 is a single-phase PWM converter, and is a voltage type converter circuit including two sets and four switching elements (not shown). The converter circuit 10 converts the input AC voltage into a DC voltage by switching each switching element on and off based on the PWM signal input from the control circuit 7. The converter circuit 10 is not limited to this, and may be a current type converter circuit.

制御回路7は、コンバータ回路10を制御するものである。制御回路7は、第1実施形態の制御回路7と同様に、PWM信号を生成してコンバータ回路10に出力する。図12においては、入力電流制御および高調波補償を行うための構成のみを記載して、その他の制御のための構成を省略している。図示していないが、制御回路7は、直流電圧コントローラおよび無効電力コントローラも備えており、出力電圧および入力無効電力も制御している。なお、制御回路7が行う制御の手法は、これに限られない。例えば、コンバータ回路10が電流型コンバータ回路の場合、出力電圧制御に代えて、出力電流制御を行うようにすればよい。   The control circuit 7 controls the converter circuit 10. The control circuit 7 generates a PWM signal and outputs it to the converter circuit 10 in the same manner as the control circuit 7 of the first embodiment. In FIG. 12, only the configuration for performing input current control and harmonic compensation is described, and the configuration for other control is omitted. Although not shown, the control circuit 7 also includes a DC voltage controller and a reactive power controller, and also controls the output voltage and the input reactive power. The control method performed by the control circuit 7 is not limited to this. For example, when the converter circuit 10 is a current-type converter circuit, output current control may be performed instead of output voltage control.

本実施形態においても、第1実施形態の場合と同様の効果を奏することができる。単相PWMコンバータシステムCにおいて入力電流の高調波を抑制するための高調波補償が必要となるが、本実施形態においては、線形制御理論を用いて容易に高調波補償のための制御系の設計を行うことができる。   Also in this embodiment, the same effect as in the case of the first embodiment can be obtained. In the single-phase PWM converter system C, harmonic compensation is required to suppress harmonics of the input current. In this embodiment, a control system design for harmonic compensation is easily performed using linear control theory. It can be performed.

なお、単相PWMコンバータシステムCの構成は上記に限られない。例えば、制御回路7に代えて、制御回路9を用いるようにしてもよい。また、コンバータ回路10の出力側にインバータ回路を設け、直流電力をさらに交流電力に変換して交流負荷に供給する、いわゆるサイクロコンバータとしてもよい。   The configuration of the single-phase PWM converter system C is not limited to the above. For example, the control circuit 9 may be used instead of the control circuit 7. Alternatively, an inverter circuit may be provided on the output side of the converter circuit 10 to convert the DC power into AC power and supply the AC load to the AC load.

本発明に係る制御回路、この制御回路を用いた系統連系インバータシステムおよび単相PWMコンバータシステムは、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る制御回路、この制御回路を用いた系統連系インバータシステムおよび単相PWMコンバータシステムの各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。   The control circuit according to the present invention, the grid interconnection inverter system using the control circuit, and the single-phase PWM converter system are not limited to the above-described embodiments. The specific configuration of each part of the control circuit according to the present invention, the grid-connected inverter system using this control circuit, and the single-phase PWM converter system can be variously modified.

A 系統連系インバータシステム
A’ インバータシステム
1 直流電源
2 インバータ回路(電力変換回路)
3 フィルタ回路
4 変圧回路
5 電流センサ
6 電圧センサ
7,9 制御回路
72 系統対抗分生成部
74 電流コントローラ(制御手段)
77 PWM信号生成部
8 高調波補償コントローラ
81 5次高調波補償部(高調波補償手段)
82 7次高調波補償部(高調波補償手段)
83 11次高調波補償部(高調波補償手段)
84,84’ 発散防止部
841 発散判定部
842 位相変更部
843 出力停止部
94 電圧コントローラ(制御手段)
10 コンバータ回路(電力変換回路)
B 電力系統
C 単相PWMコンバータシステム
L,L’ 負荷
A Grid-connected inverter system A 'Inverter system 1 DC power supply 2 Inverter circuit (power conversion circuit)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 Filter circuit 4 Transformer circuit 5 Current sensor 6 Voltage sensor 7, 9 Control circuit 72 System | strain opposing part production | generation part 74 Current controller (control means)
77 PWM signal generation unit 8 Harmonic compensation controller 81 5th harmonic compensation unit (harmonic compensation means)
82 7th harmonic compensation part (harmonic compensation means)
83 11th harmonic compensation part (harmonic compensation means)
84, 84 'divergence prevention unit 841 divergence determination unit 842 phase change unit 843 output stop unit 94 voltage controller (control means)
10 Converter circuit (Power conversion circuit)
B Power system C Single-phase PWM converter system L, L 'Load

Claims (14)

単相交流に関する電力変換回路内の複数のスイッチング手段の駆動をPWM信号により制御する制御回路であって、
前記電力変換回路の出力または入力に基づく信号に含まれる所定の高調波成分を抑制する制御を行うための高調波補償信号を生成する高調波補償手段と、
前記高調波補償信号に基づいてPWM信号を生成するPWM信号生成手段と、
を備えており、
前記高調波補償手段は、
前記基づく信号を伝達関数G(s)によって信号処理し、さらに、位相の調整処理を行うことで、前記高調波補償信号を生成し、
前記伝達関数G(s)は、インパルス応答f(t)をもつ一入力一出力伝達関数をF(s)、前記単相交流の基本波の角周波数をω0、虚数単位をjとし、n次高調波を抑制する場合、
である、
ことを特徴とする制御回路。
A control circuit for controlling the driving of a plurality of switching means in a power conversion circuit for single-phase alternating current by means of a PWM signal,
A harmonic compensation means for generating a harmonic compensation signal line Utame control for suppressing a predetermined harmonic component contained in the signal based on the output or input of the power converter circuit,
PWM signal generating means for generating a PWM signal based on the harmonic compensation signal;
With
The harmonic compensation means includes
The harmonic signal is generated by performing signal processing on the signal based on the transfer function G (s) and further performing phase adjustment processing;
The transfer function G (s) is a one-input one-output transfer function having an impulse response f (t), F (s), an angular frequency of the fundamental wave of the single-phase alternating current is ω 0 , an imaginary unit is j, and n When suppressing the second harmonic,
Is,
A control circuit characterized by that.
前記基づく信号に含まれる基本波成分を目標値に追従させる制御を行って、基本波補償信号を生成する制御手段と、
前記基本波補償信号と前記高調波補償信号とを加算して補正値信号を生成する補正値信号生成手段と、
をさらに備え、
前記PWM信号生成手段は、前記補正値信号に基づいてPWM信号を生成する
請求項1に記載の制御回路。
Control means for generating a fundamental wave compensation signal by performing control to cause the fundamental wave component included in the signal based on the target value to follow.
Correction value signal generation means for generating a correction value signal by adding the fundamental wave compensation signal and the harmonic compensation signal;
Further comprising
The control circuit according to claim 1, wherein the PWM signal generation unit generates a PWM signal based on the correction value signal.
前記所定の制御処理を表す伝達関数が、F(s)=KI/s(但し、KIは積分ゲイン)である、請求項1または2に記載の制御回路。 The control circuit according to claim 1, wherein a transfer function representing the predetermined control processing is F (s) = K I / s (where K I is an integral gain). 前記所定の制御処理を表す伝達関数が、F(s)=KP+KI/s(但し、KPおよびKIは、それぞれ比例ゲインおよび積分ゲイン)である、請求項1または2に記載の制御回路。 The transfer function representing the predetermined control process is F (s) = K P + K I / s (where K P and K I are a proportional gain and an integral gain, respectively). Control circuit. 前記所定の制御処理を表す伝達関数が、F(s)=KP+KI/s+KD・s(但し、KP、KIおよびKDは、それぞれ比例ゲイン、積分ゲイン、微分ゲイン)である、請求項1または2に記載の制御回路。 The transfer function representing the predetermined control processing is F (s) = K P + K I / s + K D · s (where K P , K I and K D are proportional gain, integral gain and differential gain, respectively). The control circuit according to claim 1 or 2. 前記基づく信号は、出力電流または入力電流を検出した信号である、請求項1ないし5のいずれかに記載の制御回路。   The control circuit according to claim 1, wherein the signal based on the output current or the input current is a signal detected. 前記基づく信号は、出力電圧または入力電圧を検出した信号である、請求項1ないし5のいずれかに記載の制御回路。   The control circuit according to claim 1, wherein the signal based on the output voltage or the input voltage is a signal detected. 制御系の設計が、ロバスト制御設計を用いて行われている、請求項1ないし7のいずれかに記載の制御回路。   The control circuit according to claim 1, wherein the control system is designed using a robust control design. 制御系の設計が、H∞ループ整形法を用いて行われている、請求項8に記載の制御回路。   The control circuit according to claim 8, wherein the control system is designed using the H∞ loop shaping method. 前記高調波補償手段から出力される前記高調波補償信号に基づいて、前記高調波成分を抑制する制御が発散傾向にあることを判定する発散判定手段と、
前記発散判定手段によって発散傾向にあると判定された場合、前記高調波補償信号の出力を停止する出力停止手段と、
をさらに備えている、
請求項1ないし9のいずれかに記載の制御回路。
Based on the harmonic compensation signal output from the harmonic compensation means, divergence determination means for determining that the control for suppressing the harmonic component tends to diverge,
When it is determined by the divergence determining means that there is a divergence tendency, output stopping means for stopping the output of the harmonic compensation signal;
Further equipped with,
The control circuit according to claim 1.
前記高調波補償手段から出力される前記高調波補償信号に基づいて、前記高調波成分を抑制する制御が発散傾向にあることを判定する発散判定手段と、
前記発散判定手段によって発散傾向にあると判定された場合、前記高調波補償信号の位相を、制御が発散しない位相に変更する位相変更手段と、
をさらに備えている、
請求項1ないし9のいずれかに記載の制御回路。
Based on the harmonic compensation signal output from the harmonic compensation means, divergence determination means for determining that the control for suppressing the harmonic component tends to diverge,
When it is determined by the divergence determining means that there is a divergence tendency, the phase change means for changing the phase of the harmonic compensation signal to a phase where the control does not diverge;
Further equipped with,
The control circuit according to claim 1.
前記発散判定手段は、前記高調波補償信号が所定の閾値を超えたことで、発散傾向にあると判定する、
請求項10または11に記載の制御回路。
The divergence determination means determines that the harmonic compensation signal is in a divergence tendency when the harmonic compensation signal exceeds a predetermined threshold.
The control circuit according to claim 10 or 11.
インバータ回路と、請求項1ないし12のいずれかに記載の制御回路とを備えた系統連系インバータシステム。   A grid-connected inverter system comprising an inverter circuit and the control circuit according to any one of claims 1 to 12. コンバータ回路と、請求項1ないし12のいずれかに記載の制御回路とを備えた単相PWMコンバータシステム。   A single-phase PWM converter system comprising a converter circuit and the control circuit according to claim 1.
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