JP6087531B2 - Power converter - Google Patents

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Description

本発明は、直流電源からの直流電力を交流電力に変換するインバータ回路を有し、三相二次側の第二線が接地される商用電力系統(以下、適宜「系統」と略す)に連系する電力変換装置に関する。   The present invention includes an inverter circuit that converts direct current power from a direct current power source into alternating current power, and is connected to a commercial power system (hereinafter, abbreviated as “system” as appropriate) in which the second line on the three-phase secondary side is grounded. The present invention relates to a power conversion apparatus.

三相二次側の第二線が接地された系統に連系する電力変換装置において、中性点クランプ方式(NPC方式)と称される方式にてインバータ回路等が構成される場合がある。また、この方式の場合、接地された第二線が電力変換装置における正負の直流母線間に直列接続された一対の母線コンデンサの中性点に接続される。なお、その中性点は、例えば太陽電池モジュールや燃料電池である直流電源の正極と負極に挟まれており、直流電源の電流路はアースに対して絶縁されている。   In a power converter connected to a system in which the second line on the three-phase secondary side is grounded, an inverter circuit or the like may be configured by a method called a neutral point clamp method (NPC method). In the case of this method, the grounded second line is connected to the neutral point of a pair of bus capacitor connected in series between the positive and negative DC buses in the power converter. The neutral point is sandwiched between a positive electrode and a negative electrode of a DC power source such as a solar cell module or a fuel cell, and the current path of the DC power source is insulated from the ground.

上記のような三相第二線接地方式に用いられる電力変換装置の場合、系統電圧の高調波ひずみ等により、直流母線に接続される母線コンデンサの電圧(母線コンデンサ電圧)がアンバランスする。なお、このような母線コンデンサ電圧のアンバランスに対しては、インバータ回路における各出力線に零相成分の電圧を重畳することで、母線コンデンサ電圧のアンバランスを調整する手法が開示されている(例えば、下記特許文献1)。   In the case of the power conversion device used for the three-phase second-line grounding system as described above, the voltage of the bus capacitor connected to the DC bus (bus capacitor voltage) is unbalanced due to harmonic distortion of the system voltage. For such an unbalance of the bus capacitor voltage, a method of adjusting the unbalance of the bus capacitor voltage by superimposing a zero-phase component voltage on each output line in the inverter circuit is disclosed ( For example, the following patent document 1).

特許第3186369号公報Japanese Patent No. 3186369

しかしながら、上記特許文献1の手法を三相第二線接地の系統と連系する電力変換装置に適用した場合、以下に示す問題点があった。   However, when the method of Patent Document 1 is applied to a power conversion device that is linked to a three-phase second-line grounding system, there are the following problems.

(1)系統の第二線が接地される場合、インバータ回路の各出力線に零相成分の電圧を重畳した場合、零相分の電流が流れる。一方、系統連系規定(社団法人 日本電気協会 JEAC 9701−2010)により、零相分の電流には規制がある。よって、母線コンデンサ電圧のアンバランス量が大きくなれば、系統連系規定を満足しない場合がある。
(2)インバータ回路の出力側には漏電ブレーカを設けることが一般的であるが、零相分の電流が大きくなれば漏電ブレーカがトリップして、運転継続ができないという問題が生ずる。
(1) When the second line of the system is grounded, a zero-phase current flows when a zero-phase component voltage is superimposed on each output line of the inverter circuit. On the other hand, there is a restriction on the current for the zero phase according to the grid connection regulations (JECC 9701-2010). Therefore, if the unbalanced amount of the bus capacitor voltage is increased, the grid interconnection regulation may not be satisfied.
(2) Although it is common to provide a leakage breaker on the output side of the inverter circuit, if the current for the zero phase increases, the leakage breaker trips, causing a problem that operation cannot be continued.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、三相第二線接地の系統と連系する電力変換装置において、母線コンデンサ電圧のアンバランス対策を行った場合であっても、系統連系規定に抵触する状況を回避し、意図しない漏電ブレーカのトリップを抑止することができる電力変換装置を得ることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and in a power conversion device linked to a three-phase second-line grounded system, even when a countermeasure for imbalance of bus capacitor voltage is taken, An object of the present invention is to obtain a power conversion device that can avoid a situation that violates a system regulation and suppress an unintentional leakage breaker trip.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、直流電源からの電力供給を受け、三相二次側の第二線が接地され、前記三相二次側は外乱による電圧変動が発生する商用電力系統に連系する電力変換装置において、前記直流電源の出力電圧を所望の電圧に変換するDC−DCコンバータと、正負の直流母線間に直列に接続され、その接続点を中性点として前記第二線に電気的に接続される正側および負側母線コンデンサと、前記中性点にクランプされ、前記正側および負側母線コンデンサに保持される直流電力を所望の交流電力に変換して前記商用電力系統に供給するインバータと、ダイオードが逆並列に接続され前記正負の直流母線間に直列接続される第1および第2のスイッチ素子ならびに、これら第1および第2スイッチ素子の接続点と前記中性点との間に接続されるリアクトルを具備するバランス回路と、前記正側および負側母線コンデンサの電圧に基づいて前記第1および第2スイッチ素子の導通を制御する制御回路と、を備え、前記制御回路は、前記正側母線コンデンサと前記負側母線コンデンサとの間の電圧差に応じて前記第1および第2スイッチ素子のうちの何れか一方を動作させる制御を行うことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention receives power from a DC power source, the second line on the three-phase secondary side is grounded, and the three-phase secondary side is a voltage due to disturbance. In a power converter connected to a commercial power system in which fluctuations occur, a DC-DC converter that converts the output voltage of the DC power source to a desired voltage and a positive / negative DC bus are connected in series, and the connection point is Positive and negative bus capacitors that are electrically connected to the second line as neutral points, and DC power that is clamped at the neutral points and held in the positive and negative bus capacitors is a desired alternating current. An inverter for converting the electric power to supply to the commercial power system; first and second switch elements connected in series between the positive and negative DC buses with diodes connected in reverse parallel; and the first and second switches Elementary A balance circuit including a reactor connected between the connection point of the first and second neutral points, and control for controlling conduction of the first and second switch elements based on voltages of the positive side and negative side bus capacitors A control circuit for controlling one of the first and second switch elements to operate in accordance with a voltage difference between the positive bus capacitor and the negative bus capacitor. It is characterized by performing.

この発明によれば、母線コンデンサ電圧のアンバランス対策を行った場合であっても、系統連系規定に抵触する状況を回避し、意図しない漏電ブレーカのトリップを抑止することができる、という効果を奏する。   According to the present invention, even when measures against imbalance of the bus capacitor voltage are taken, it is possible to avoid a situation that violates the grid connection regulations and to suppress an unintentional leakage breaker trip. Play.

図1は、本発明の実施形態に係る電力変換装置の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a power conversion device according to an embodiment of the present invention. 図2は、系統連系の際に系統電圧に二次高調波電圧が重畳している様子を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a state in which the second harmonic voltage is superimposed on the system voltage during grid connection. 図3は、自立運転負荷に単相100Vの半波整流器負荷が接続される場合の出力電圧波形および出力電流波形を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an output voltage waveform and an output current waveform when a single-phase 100 V half-wave rectifier load is connected to a self-sustained operation load. 図4は、母線電圧のアンバランスを調整する従来手法の一例として抵抗回路で母線電圧のアンバランスを調整する一例を示した図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of adjusting the unbalance of the bus voltage using a resistor circuit as an example of a conventional technique for adjusting the unbalance of the bus voltage.

以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態に係る電力変換装置について説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。   Hereinafter, a power converter according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In addition, this invention is not limited by embodiment shown below.

図1は、本発明の実施の形態に係る電力変換装置16の一構成例を示す図であり、直流電源1から供給される電力(直流電力)を交流電力に変換して負荷である系統(商用電力系統)9および自立運転負荷10に所望の電力を供給する。   FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a power conversion device 16 according to an embodiment of the present invention, in which power (DC power) supplied from a DC power supply 1 is converted into AC power and is a load system ( The desired power is supplied to the commercial power system) 9 and the self-sustained operation load 10.

電力変換装置16は、図1に示すように、DC−DCコンバータ2、バランス回路12、P側母線コンデンサ4、N側母線コンデンサ5、インバータ3、ACフィルタ回路6、系統側開閉器7、自立運転負荷側開閉器8および制御回路15を備えて構成される。   As shown in FIG. 1, the power converter 16 includes a DC-DC converter 2, a balance circuit 12, a P-side bus capacitor 4, an N-side bus capacitor 5, an inverter 3, an AC filter circuit 6, a system-side switch 7, a self-supporting device. The driving load side switch 8 and the control circuit 15 are provided.

直流電源1は、太陽光発電システム、燃料電池等などを初めとする直流電力の供給源である。DC−DCコンバータ2は、例えばMPPT(Maximum Power Point Tracking)機能や昇圧機能付きのコンバータであり、直流電源1の出力電圧をインバータ3に好適な電圧値に変更して出力する。P側(正側)母線コンデンサ4およびN側(負側)母線コンデンサ5は、DC−DCコンバータ2から供給される電力を保持するコンデンサであり、正負の直流母線間に直列接続される。また、それらの接続点である中性点14は、三相交流電源である系統9の上位トランス(二次側トランス)の第二線に接続され接地点と同電位にされる。   The DC power source 1 is a DC power supply source such as a solar power generation system, a fuel cell, and the like. The DC-DC converter 2 is, for example, a converter having an MPPT (Maximum Power Point Tracking) function or a boosting function, and changes the output voltage of the DC power supply 1 to a voltage value suitable for the inverter 3 and outputs it. The P-side (positive side) bus capacitor 4 and the N-side (negative side) bus capacitor 5 are capacitors that hold power supplied from the DC-DC converter 2 and are connected in series between the positive and negative DC buses. Moreover, the neutral point 14 which is those connection points is connected to the second line of the higher-order transformer (secondary transformer) of the system 9 which is a three-phase AC power supply, and is set to the same potential as the ground point.

バランス回路12は、ダイオードが逆並列に接続され、正負の直流母線間に直列接続されるスイッチ素子12a(第1のスイッチ素子)およびスイッチ素子12b(第2のスイッチ素子)と、直列接続されたスイッチ素子12a,12bの接続点と中性点14との間に接続されるリアクトル12cと、を備えて構成される。スイッチ素子12a,12bは、例えばIGBT、MOSFET等の自己消弧型半導体素子である。バランス回路12は、P側母線コンデンサ4とN側母線コンデンサ5との間の電圧差のアンバランス(母線コンデンサ電圧のアンバランス)を解消する動作を行う。なお、詳細な動作については後述する。   The balance circuit 12 is connected in series with a switch element 12a (first switch element) and a switch element 12b (second switch element) connected in series between positive and negative DC buses with diodes connected in antiparallel. A reactor 12c connected between the connection point of the switch elements 12a and 12b and the neutral point 14; The switch elements 12a and 12b are self-extinguishing semiconductor elements such as IGBTs and MOSFETs. The balance circuit 12 performs an operation for eliminating an unbalance of voltage difference between the P-side bus capacitor 4 and the N-side bus capacitor 5 (an unbalance of bus capacitor voltage). Detailed operation will be described later.

インバータ3は、中性点クランプ方式(NPC方式)と称される方式の電力変換回路であり、P側母線コンデンサ4およびN側母線コンデンサ5に保持される直流電力を所望の交流電力に変換し、その変換電力をACフィルタ回路6ならびに系統側開閉器7および自立運転負荷側開閉器8を介して商用電力系統9および自立運転負荷10に供給する。なお、図1では、インバータ3を3レベルの回路構成で示しているが、2レベルインバータや3レベル以外のマルチレベルインバータの回路構成であっても構わない。   The inverter 3 is a power conversion circuit called a neutral point clamp method (NPC method), and converts the DC power held in the P-side bus capacitor 4 and the N-side bus capacitor 5 into desired AC power. Then, the converted power is supplied to the commercial power system 9 and the independent operation load 10 via the AC filter circuit 6, the system side switch 7 and the independent operation load side switch 8. In FIG. 1, the inverter 3 is shown as a three-level circuit configuration, but it may be a two-level inverter or a multi-level inverter circuit configuration other than three levels.

ACフィルタ回路6は、インバータ3の出力に含まれる高調波成分やノイズ成分を低減する回路である。また、系統側開閉器7および自立運転負荷側開閉器8は、インバータ3の出力をそれぞれ系統9および自立運転負荷10に供給するか否かを切り替えるための開閉器である。   The AC filter circuit 6 is a circuit that reduces harmonic components and noise components included in the output of the inverter 3. The system side switch 7 and the independent operation load side switch 8 are switches for switching whether the output of the inverter 3 is supplied to the system 9 and the independent operation load 10, respectively.

制御回路15は、母線コンデンサ電圧に基づいて、母線コンデンサ電圧のアンバランスを解消(調整)するための制御を行う回路部であり、図1の例では、差分器15a、PI制御器15b、反転器15c、基準信号生成器15d、比較器15e,15f、デッドタイム生成器15g,15hを備えて構成される。   The control circuit 15 is a circuit unit that performs control for eliminating (adjusting) the unbalance of the bus capacitor voltage based on the bus capacitor voltage. In the example of FIG. 1, the difference unit 15a, the PI controller 15b, and the inversion 15c, reference signal generator 15d, comparators 15e and 15f, and dead time generators 15g and 15h.

つぎに、本実施の形態に係る電力変換装置の動作について、図1の図面に加え、図2〜図4の図面を参照して説明する。ここで、図2および図3は、従来方式によるバランス制御の不具合を説明する図であり、特に、図2は系統連系の際に系統電圧に二次高調波電圧が重畳している様子を示す図であり、図3は自立運転負荷に単相100Vの半波整流器負荷が接続される場合の出力電圧波形および出力電流波形を示す図である。また、図4は、母線電圧のアンバランスを調整する従来手法の一例として抵抗回路で母線電圧のアンバランスを調整する一例を示した図である。なお、以下の説明において、直流電源1は太陽光発電パネルを備えた太陽光発電システムを想定する。   Next, the operation of the power conversion device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2 to 4 in addition to FIG. Here, FIG. 2 and FIG. 3 are diagrams for explaining a problem of balance control according to the conventional method. In particular, FIG. 2 shows a state in which the second harmonic voltage is superimposed on the system voltage during system interconnection. FIG. 3 is a diagram illustrating an output voltage waveform and an output current waveform when a single-phase 100 V half-wave rectifier load is connected to a self-sustained operation load. FIG. 4 is a diagram showing an example of adjusting the unbalance of the bus voltage with a resistor circuit as an example of a conventional method for adjusting the unbalance of the bus voltage. In the following description, the DC power source 1 is assumed to be a solar power generation system including a solar power generation panel.

直流電源1の電流路は、結果的に系統9を通じて接地される中性点14と絶縁される。直流電源1のN側電流路の対地電圧(接地点との間の電位差)は、負値のN側母線コンデンサ5の電圧となる。直流電源1のP側電流路の対地電圧は、直流電源1の出力電圧にN側母線コンデンサ5の対地電圧(負値の電圧)を足したものである。例えばP側母線コンデンサ4の電圧をVcp[V]、N側母線コンデンサ5の電圧をVcn[V]、直流電源電圧がVi[V]とすると、N側電流路の対地電圧は、−Vcn[V]、P側電流路の対地電圧、Vi−Vcn(=Vcp)[V]である。中性点14を接地すると、電流路の対接地電圧は一定であり、且つ、交流成分が殆ど存在しないので、太陽光発電パネルと電力変換装置16の筐体(通常は接地される)との間の浮遊静電容量を通して流れる漏れ電流は少ないという利点がある。   As a result, the current path of the DC power source 1 is insulated from the neutral point 14 grounded through the system 9. The ground voltage (potential difference from the ground point) of the N-side current path of the DC power supply 1 is a negative value of the N-side bus capacitor 5 voltage. The ground voltage of the P-side current path of the DC power source 1 is obtained by adding the ground voltage (negative voltage) of the N-side bus capacitor 5 to the output voltage of the DC power source 1. For example, when the voltage of the P-side bus capacitor 4 is Vcp [V], the voltage of the N-side bus capacitor 5 is Vcn [V], and the DC power supply voltage is Vi [V], the ground voltage of the N-side current path is −Vcn [ V], the ground voltage of the P-side current path, and Vi-Vcn (= Vcp) [V]. When the neutral point 14 is grounded, the voltage to ground of the current path is constant and there is almost no AC component, so the photovoltaic power generation panel and the casing of the power converter 16 (usually grounded) There is an advantage that the leakage current flowing through the floating capacitance between them is small.

太陽光発電パネルは日射条件によって発電電力が変動する。このため、DC−DCコンバータ2は、インバータ3の出力電力が最大となるように、太陽光発電パネルからの入力電圧と昇圧電圧(DC−DCコンバータ2の出力電圧)とを制御する。   The generated power of the photovoltaic power generation panel varies depending on the solar radiation conditions. For this reason, the DC-DC converter 2 controls the input voltage from the photovoltaic power generation panel and the boosted voltage (the output voltage of the DC-DC converter 2) so that the output power of the inverter 3 is maximized.

一方、自立運転負荷10として、図示のような整流負荷10a(すなわち、整流器10bを介して接続される負荷)を使用する需要家(例えば工場)では、高調波が発生して、系統電圧の波形が歪むことが多い。例えば偶数次の高調波が系統電圧に重畳されると、インバータ出力電力は正側または負側のどちらかに偏り(図2は、負側に偏っている例)、P側母線コンデンサ4とN側母線コンデンサ5との間の電圧はアンバランス状態となる。   On the other hand, in a consumer (for example, a factory) that uses a rectifying load 10a (that is, a load connected via the rectifier 10b) as shown in the figure as the self-sustained operation load 10, harmonics are generated and the waveform of the system voltage is increased. Is often distorted. For example, when even-order harmonics are superimposed on the system voltage, the inverter output power is biased to either the positive side or the negative side (FIG. 2 is an example biased to the negative side), and the P-side bus capacitor 4 and N The voltage between the side bus capacitor 5 is unbalanced.

このような状態に際し、上記特許文献1では、インバータの電流指令に零相電流や偶数次の電流操作量を付加することにより、インバータ回路の各出力線に零相成分の電圧を重畳する制御を行う。しかしながら、上記課題の項においても述べたように、系統電流が歪んだり、零相の漏電電流が流れたりするため、漏電ブレーカが作動して運転の継続ができない状況が生起し得る。   In such a state, in Patent Document 1 described above, control for superimposing the voltage of the zero-phase component on each output line of the inverter circuit is performed by adding a zero-phase current or even-order current operation amount to the inverter current command. Do. However, as described in the above problem section, the system current is distorted or a zero-phase leakage current flows, so that a situation may occur in which the leakage breaker is activated and the operation cannot be continued.

一方、図1に示すバランス回路12と、これを制御する制御回路15を用いれば、上記のような不具合を解消し得る。制御回路15は、P側母線コンデンサ4とN側母線コンデンサ5との間の電圧差を差分器15aで検出し、PI(比例積分)制御器15bにより操作量として生成する。この操作量は比較器15e,15fに入力される(反転器15cにより、比較器15fには操作量の反転出力が入力される)。   On the other hand, if the balance circuit 12 shown in FIG. 1 and the control circuit 15 for controlling the balance circuit 12 are used, the above-described problems can be solved. The control circuit 15 detects a voltage difference between the P-side bus capacitor 4 and the N-side bus capacitor 5 with a differentiator 15a and generates it as an operation amount with a PI (proportional integration) controller 15b. This manipulated variable is input to the comparators 15e and 15f (the inverted output of the manipulated variable is input to the comparator 15f by the inverter 15c).

比較器15e,15fは、基準信号生成器15dが生成した基準信号(例えば三角波信号)と操作量とに基づいてPWM信号が生成され、デッドタイム生成器15g,15hにより、バランス回路12のスイッチ素子が同時に導通しないように制御された後、バランス回路12に出力される。   The comparators 15e and 15f generate a PWM signal based on the reference signal (for example, a triangular wave signal) generated by the reference signal generator 15d and the operation amount, and are switched by the dead time generators 15g and 15h. Are controlled so as not to conduct simultaneously, and then output to the balance circuit 12.

制御の結果として、制御回路15は、P側母線コンデンサ4とN側母線コンデンサ5との間の電圧差に応じて何れか一方のスイッチ素子を動作させる。例えば、P側母線コンデンサ4の電圧がN側母線コンデンサ5の電圧よりも高い場合、スイッチ素子12aが導通する。スイッチ素子12aが導通すると、P側母線コンデンサ4に蓄積された電荷が放電し、リアクトル12cに流れる。リアクトル12cに蓄えられたエネルギーは、スイッチ素子12bのダイオードを通じて流れ、N側母線コンデンサ5を充電する。この一連の動作により、P側母線コンデンサ4の電圧が下降し、N側母線コンデンサ5の電圧が上昇して母線コンデンサ電圧がバランスする。N側母線コンデンサ5の電圧がP側母線コンデンサ4の電圧よりも高い場合には、逆の動作となる。   As a result of the control, the control circuit 15 operates one of the switch elements according to the voltage difference between the P-side bus capacitor 4 and the N-side bus capacitor 5. For example, when the voltage of the P-side bus capacitor 4 is higher than the voltage of the N-side bus capacitor 5, the switch element 12a becomes conductive. When switch element 12a is turned on, the charge accumulated in P-side bus capacitor 4 is discharged and flows to reactor 12c. The energy stored in the reactor 12c flows through the diode of the switch element 12b and charges the N-side bus capacitor 5. By this series of operations, the voltage of the P-side bus capacitor 4 decreases, the voltage of the N-side bus capacitor 5 increases, and the bus capacitor voltage is balanced. When the voltage of the N-side bus capacitor 5 is higher than the voltage of the P-side bus capacitor 4, the operation is reversed.

上述のように、本実施の形態の制御では、インバータ3の各出力線に零相成分の電圧を重畳したり、零相分の漏洩電流を流したりするような制御は行わない。このため、系統連系規定に抵触する状況を回避し、意図しない漏電ブレーカのトリップを抑止することが可能となる。   As described above, in the control according to the present embodiment, control that superimposes the voltage of the zero phase component on each output line of the inverter 3 or causes the leakage current of the zero phase to flow is not performed. For this reason, the situation which conflicts with grid connection regulation can be avoided, and it becomes possible to suppress the trip of the earth leakage breaker which is not intended.

上記の説明は、電力変換装置16が三相第二線接地の系統9に接続されている場合の動作であったが、この制御は、電力変換装置16が自立運転負荷10に接続されている場合にも有効である。   The above description is the operation when the power conversion device 16 is connected to the three-phase second-line grounded system 9, but this control is performed when the power conversion device 16 is connected to the autonomous operation load 10. It is also effective in some cases.

自立運転負荷10には、図1に示すように、母線コンデンサ電圧のアンバランスを引き起こしにくい200V単相負荷10cも存在する一方で、整流器10bを介して接続される整流負荷10aのような母線コンデンサ電圧のアンバランスを引き起こし易い負荷も存在する。整流負荷10aの場合、図3(a),(b)に示すように、100V単相の出力電圧波形の半周器毎に出力電流が流れるため、母線コンデンサ電圧間のアンバランスが生じ易くなる。このような場合であっても、上述したバランス回路12の動作により、母線コンデンサのアンバランスが自動的に解消されるので、系統連系規定に抵触する状況と、意図しない漏電ブレーカのトリップなどを確実に回避または抑止することができる。   As shown in FIG. 1, the self-sustained operation load 10 includes a 200V single-phase load 10c that hardly causes an imbalance of the bus capacitor voltage. On the other hand, a bus capacitor such as a rectifier load 10a connected via the rectifier 10b is present. Some loads are prone to voltage imbalance. In the case of the rectifying load 10a, as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), an output current flows for each half circuit of the 100V single-phase output voltage waveform, so an unbalance between the bus capacitor voltages tends to occur. Even in such a case, the operation of the balance circuit 12 described above automatically eliminates the unbalance of the bus capacitor, so that a situation that violates the grid connection regulations and an unintentional leakage breaker trip, etc. It can be reliably avoided or suppressed.

また、運転起動前において、母線コンデンサ電圧がアンバランスしている場合がある。従来では、例えば図4に示すような抵抗負荷回路22を設け、制御回路20が母線コンデンサ電圧の偏差に基づいて抵抗負荷回路22の各スイッチ素子を制御することを行っていた。しかしながら、迅速な電圧バランスを行うには、抵抗の電力容量を大きくしなければならず、抵抗の電力容量を大きくできない場合には、運転起動までの時間が遅くなるという問題があった。一方、本実施の形態では、図4に示すような抵抗負荷回路22は用いず、中性点14とスイッチ素子12a,12bの接続点との間に接続されるリアクトル12cを用いて実現するので、運転起動までの時間が長くなるという課題を生じさせないという利点がある。   In addition, the bus capacitor voltage may be unbalanced before the operation is started. Conventionally, for example, a resistive load circuit 22 as shown in FIG. 4 is provided, and the control circuit 20 controls each switch element of the resistive load circuit 22 based on the deviation of the bus capacitor voltage. However, in order to quickly balance the voltage, the power capacity of the resistor has to be increased. When the power capacity of the resistor cannot be increased, there is a problem that the time until the start of operation is delayed. On the other hand, in the present embodiment, since the resistive load circuit 22 as shown in FIG. 4 is not used, it is realized by using the reactor 12c connected between the neutral point 14 and the connection point of the switch elements 12a and 12b. There is an advantage that the problem that the time until the start of operation becomes long is not caused.

以上説明したように、本実施の形態に係る電力変換装置によれば、正側母線コンデンサと負側母線コンデンサとの間の電圧差に応じて第1および第2スイッチ素子のうちの何れか一方を動作させることとしたので、母線コンデンサ電圧間のアンバランスを解消することができ、系統連系規定に抵触する状況を回避し、意図しない漏電ブレーカのトリップを抑止することが可能となる。   As described above, according to the power conversion device according to the present embodiment, one of the first and second switch elements according to the voltage difference between the positive bus capacitor and the negative bus capacitor. Therefore, it is possible to eliminate the imbalance between the bus capacitor voltages, to avoid a situation in which the grid connection regulations are violated, and to prevent an unintentional leakage breaker trip.

なお、上記の制御において、母線コンデンサの電圧差に有意差が生じた時点から制御を行うようにしてもよいし、所定のしきい値を設け、このしきい値を超えた場合に制御を開始するようにしてもよい。これらの制御のうち、有意差が生じた時点から制御を行う場合には、母線コンデンサの電圧差が大きくならないうちに制御を行うので、母線コンデンサ電圧間のアンバランスを瞬時に解消することができるという効果が得られる。一方、しきい値を超えた場合に制御を開始するようにすれば、スイッチ素子のスイッチング動作を少なくすることができ、スイッチ素子の寿命を延ばすことができると共に、スイッチング損失や導通損失を削減することができるという効果が得られる。   In the above control, control may be performed from the time when a significant difference occurs in the voltage difference between the bus capacitors, or a predetermined threshold is provided, and control is started when this threshold is exceeded. You may make it do. Among these controls, when the control is performed from the time when a significant difference occurs, the control is performed before the voltage difference of the bus capacitor becomes large, so the imbalance between the bus capacitor voltages can be eliminated instantly. The effect is obtained. On the other hand, if the control is started when the threshold value is exceeded, the switching operation of the switch element can be reduced, the life of the switch element can be extended, and the switching loss and conduction loss are reduced. The effect that it can be obtained.

また、異なる2つのしきい値(第1のしきい値>第2のしきい値)を設け、母線コンデンサの電圧差が第1のしきい値を超えた場合に制御を開始し、母線コンデンサの電圧差が小さくなる過程において、第1のしきい値よりも小さな第2のしきい値を下回った場合に、制御を停止するようにしてもよい。このような制御を行えば、アンバランス解消のスピードと、損失低減との両立を図ることが可能となる。なお、このような場合であっても、装置の起動時においては、これらのしきい値に関わらず制御を行うようにしてもよい。   Further, two different threshold values (first threshold value> second threshold value) are provided, and control is started when the voltage difference between the bus capacitor exceeds the first threshold value. In the process where the voltage difference becomes smaller, the control may be stopped when it falls below a second threshold value that is smaller than the first threshold value. By performing such control, it is possible to achieve both the speed of unbalance cancellation and the loss reduction. Even in such a case, control may be performed regardless of these threshold values when the apparatus is activated.

なお、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲の種々の変更も許容され得ることは言うまでもない。   The configuration shown in the above embodiment is an example of the configuration of the present invention, and can be combined with another known technique, and various modifications within the scope of the present invention are allowed. It goes without saying that it can be done.

以上のように、本発明は、系統連系規定に抵触する状況を回避し、意図しない漏電ブレーカのトリップを抑止することができる電力変換装置として有用である。   As mentioned above, this invention is useful as a power converter device which can avoid the situation which conflicts with grid connection regulation and can suppress the trip of the unintentional earth leakage breaker.

1 直流電源、2 DC−DCコンバータ、3 インバータ、4 P側母線コンデンサ、5 N側母線コンデンサ、6 ACフィルタ回路、7 系統側開閉器、8 自立運転負荷側開閉器、9 商用電力系統、10 自立運転負荷、10a 整流負荷、10b 整流器、10c 200V単相負荷、12 バランス回路、12a スイッチ素子(第1のスイッチ素子)、12b スイッチ素子(第2のスイッチ素子)、12c リアクトル、14 中性点、15,20 制御回路、15a 差分器、15b PI制御器、15c 反転器、15d 基準信号生成器、15e,15f 比較器、15g,15h デッドタイム生成器、15e,15f 比較器、16 電力変換装置、22 抵抗負荷回路。   1 DC power supply, 2 DC-DC converter, 3 inverter, 4 P side bus capacitor, 5 N side bus capacitor, 6 AC filter circuit, 7 system side switch, 8 self-sustained operation load side switch, 9 commercial power system, 10 Self-supporting operation load, 10a rectifier load, 10b rectifier, 10c 200V single phase load, 12 balance circuit, 12a switch element (first switch element), 12b switch element (second switch element), 12c reactor, 14 neutral point 15, 20 control circuit, 15a differencer, 15b PI controller, 15c inverter, 15d reference signal generator, 15e, 15f comparator, 15g, 15h dead time generator, 15e, 15f comparator, 16 power converter 22 Resistance load circuit.

Claims (6)

直流電源からの電力供給を受け、三相二次側の第二線が接地され、前記三相二次側は外乱による電圧変動が発生する商用電力系統に連系する電力変換装置において、
前記直流電源の出力電圧を所望の電圧に変換するDC−DCコンバータと、
正負の直流母線間に直列に接続され、その接続点を中性点として前記第二線に電気的に接続される正側および負側母線コンデンサと、
前記中性点にクランプされ、前記正側および負側母線コンデンサに保持される直流電力を所望の交流電力に変換して前記商用電力系統に供給するインバータと、
ダイオードが逆並列に接続され前記正負の直流母線間に直列接続される第1および第2のスイッチ素子ならびに、これら第1および第2スイッチ素子の接続点と前記中性点との間に接続されるリアクトルを具備するバランス回路と、
前記正側および負側母線コンデンサの電圧に基づいて前記第1および第2スイッチ素子の導通を制御する制御回路と、を備え、
前記制御回路は、前記正側母線コンデンサと前記負側母線コンデンサとの間の電圧差に応じて前記第1および第2スイッチ素子のうちの何れか一方を動作させる制御を行うことを特徴とする電力変換装置。
In the power converter connected to the commercial power system that receives power supply from the DC power source, the second line on the three-phase secondary side is grounded, and the three-phase secondary side generates voltage fluctuation due to disturbance ,
A DC-DC converter that converts the output voltage of the DC power source to a desired voltage;
Positive and negative bus capacitors connected in series between the positive and negative DC buses and electrically connected to the second wire with the connection point as a neutral point;
An inverter that is clamped at the neutral point and that converts the DC power held in the positive and negative bus capacitors to desired AC power and supplies the AC power to the commercial power system;
First and second switch elements connected in series between the positive and negative DC buses with diodes connected in reverse parallel, and connected between the connection point of the first and second switch elements and the neutral point A balance circuit comprising a reactor,
A control circuit that controls conduction of the first and second switch elements based on voltages of the positive and negative bus capacitors,
The control circuit performs control to operate any one of the first and second switch elements in accordance with a voltage difference between the positive bus capacitor and the negative bus capacitor. Power conversion device.
前記インバータには、前記商用電力系統に加えて自立運転負荷が接続されていることを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。   The power converter according to claim 1, wherein a stand-alone operation load is connected to the inverter in addition to the commercial power system. 前記制御回路は、前記電圧差に有意差が生じた時点から制御を開始することを特徴とする請求項1または2に記載の電力変換装置。   The power converter according to claim 1, wherein the control circuit starts control from a point in time when a significant difference occurs in the voltage difference. 前記制御回路は、前記電圧差が所定のしきい値を超えた場合に制御を行うことを特徴とする請求項1または2に記載の電力変換装置。   The power converter according to claim 1, wherein the control circuit performs control when the voltage difference exceeds a predetermined threshold value. 前記制御回路は、前記電圧差が第1のしきい値を超えた場合に制御を開始し、前記電圧差が小さくなる過程において、前記第1のしきい値よりも小さな第2のしきい値を下回った場合に制御を停止することを特徴とする請求項1または2に記載の電力変換装置。   The control circuit starts control when the voltage difference exceeds a first threshold value, and in the process of decreasing the voltage difference, a second threshold value smaller than the first threshold value. The power converter according to claim 1, wherein the control is stopped when the value is lower than. 前記制御回路は、装置を起動する際には、前記しきい値または前記第1および第2のしきい値に関わらず制御を実行することを特徴とする請求項4または5に記載の電力変換装置。   6. The power conversion according to claim 4, wherein the control circuit executes control regardless of the threshold value or the first and second threshold values when starting the device. apparatus.
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