JP6183190B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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開示される発明のひとつにより電力変換装置が提供される。発明は、直流電源(4)から直流端(6)に供給される直流電力を交流電力に変換し、交流端(5)から交流電源(3)へ供給する電力変換装置(1)において、直流端と交流端との間に設けられたインバータ回路(7)と、インバータ回路と直流端との間に設けられ、少なくとも直流電力を昇圧してインバータ回路に供給可能なコンバータ回路(8)と、コンバータ回路から供給される電圧を交流電源の交流電圧(Vac)に変換するようにインバータ回路をフィードバック制御するフィードバック制御と、交流電圧の極性に応じた状態にインバータ回路を制御する極性制御とを切替える第1の切替制御部(26)と、直流端に供給される直流電圧をインバータ回路に供給するようにコンバータ回路を制御する直結制御と、直流電圧を交流電圧に変換するようにコンバータ回路をフィードバック制御するフィードバック制御とを切替える第2の切替制御部(27)と、電力変換装置の作動状態を示すパラメータに応じて調節される可変の進角量(ΔV)を設定し、コンバータ回路のための直結制御からフィードバック制御への切替時期を基本時期から進角量だけ進角させる進角量設定部(32)を備え、進角量設定部(32)は、予め用意されたマップによってパラメータに応じた進角量を設定し、進角量設定部(32)は、インバータ回路と交流端との間のリアクトル成分(L)、交流電源の周波数(ω)、交流端から出力される出力電流の指令値(Iref)、直流電源の直流電圧(Vdc)、および交流端の交流電圧(Vac)から、進角量を演算することによって設定することを特徴とする。
図1において、発明を実施するための第1実施形態に係る電力変換装置1と、この電力変換装置1を含む電力システム2とが図示されている。電力システム2は、系統3に接続された需要家に設置されている。電力システム2は、例えば、個人の住宅、または事業所において構成されている。系統3は、電力供給会社などの供給者によって提供される電力網、または小規模発電施設によって提供される交流電源である。系統3を供給する小規模発電施設は、個人の住宅、または事業所に設置することができる。系統3は、単相3線方式の電源であり、中性線(N)と、電圧線(U、V)とを有する。
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、コンバータ回路8を電流ILに基づいて制御した。これに代えて、この実施形態では、図7に図示されるように、直流電源4から電力変換装置1への入力電流Idcに基づいてコンバータ回路8がフィードバック制御される。このように、インバータ回路7のフィードバック制御および/またはコンバータ回路8のフィードバック制御は、ノーマルコイルLnに流れる電流ILに基づいて出力電流の位相を系統(交流電源)3の交流電圧Vacの位相に一致させるように実行することができる。
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、上記実施形態の構成に加えて、図8に図示されるように、直流電源4からインバータ回路7への直接的な給電を可能とするダイオードD2が設けられている。この構成によると、コンバータ回路8による電力変換からインバータ回路7による電力変換に切り替わった際に、リアクトルLrとダイオードD1での損失を低減できる。また、ダイオードD2に代えて、IGBT、MOSFET等のスイッチ素子を設けてもよい。
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、コンバータ回路8のハイサイドには、ダイオードD1が用いられている。これに代えて、この実施形態では、図9に図示されるように、コンバータ回路8のハイサイドにスイッチ素子Qbが用いられる。コンバータ回路8は、放電時に昇圧型コンバータとして機能し、充電時に降圧型コンバータとして機能することが可能となる。これにより、系統3から直流電源4への充電駆動が可能となる。
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、出力電流を示す指令値Irefに応じて変更量ΔVを設定した。これに加えて、または代えて、電力変換装置1の作動状態において予測される歪率を算出する歪率算出部33を設け、算出された歪率に応じて変更量ΔVを設定してもよい。
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、コンバータ回路8のフィードバック制御のためのスイッチング駆動の開始タイミングだけを進角させた。これに代えて、図11に図示されるように、コンバータ回路8のフィードバック制御のためのスイッチング駆動の終了タイミングも遅角させてもよい。
上記実施形態では、スイッチ素子としてIGBT素子を例示した。これに代えて、MOSFET素子など種々の電力制御用のスイッチ素子を利用してもよい。
5 交流端、 6 直流端、 7 インバータ回路、 8 コンバータ回路、
9、11 フィルタ回路、 10 リレー、
12、13、16 電圧センサ、 14、15 電流センサ、 17 制御装置、
20 電流指令値作成部、 21 位相同期部、 22、23 補正部、
24 インバータ制御部、 25 コンバータ制御部、 26、27 切換制御部、
28、29 デッドタイム生成部、 30、31 ゲート駆動部、
32 変更量設定部、 33 歪率算出部。
Claims (15)
- 直流電源(4)から直流端(6)に供給される直流電力を交流電力に変換し、交流端(5)から交流電源(3)へ供給する電力変換装置(1)において、
前記直流端と前記交流端との間に設けられたインバータ回路(7)と、
前記インバータ回路と前記直流端との間に設けられ、少なくとも直流電力を昇圧して前記インバータ回路に供給可能なコンバータ回路(8)と、
前記コンバータ回路から供給される電圧を前記交流電源の交流電圧(Vac)に変換するように前記インバータ回路をフィードバック制御するフィードバック制御と、前記交流電圧の極性に応じた状態に前記インバータ回路を制御する極性制御とを切替える第1の切替制御部(26)と、
前記直流端に供給される直流電圧を前記インバータ回路に供給するように前記コンバータ回路を制御する直結制御と、前記直流電圧を前記交流電圧に変換するように前記コンバータ回路をフィードバック制御するフィードバック制御とを切替える第2の切替制御部(27)と、
前記電力変換装置の作動状態を示すパラメータに応じて調節される可変の進角量(ΔV)を設定し、前記コンバータ回路のための前記直結制御から前記フィードバック制御への切替時期を基本時期から前記進角量だけ進角させる進角量設定部(32)を備え、
前記進角量設定部(32)は、予め用意された関数によって前記パラメータに応じた前記進角量を設定し、
前記進角量設定部(32)は、前記インバータ回路と前記交流端との間のリアクトル成分(L)、前記交流電源の周波数(ω)、前記交流端から出力される出力電流の指令値(Iref)、前記直流電源の直流電圧(Vdc)、および前記交流端の交流電圧(Vac)から、前記進角量を演算することによって設定することを特徴とする電力変換装置。 - 直流電源(4)から直流端(6)に供給される直流電力を交流電力に変換し、交流端(5)から交流電源(3)へ供給する電力変換装置(1)において、
前記直流端と前記交流端との間に設けられたインバータ回路(7)と、
前記インバータ回路と前記直流端との間に設けられ、少なくとも直流電力を昇圧して前記インバータ回路に供給可能なコンバータ回路(8)と、
前記コンバータ回路から供給される電圧を前記交流電源の交流電圧(Vac)に変換するように前記インバータ回路をフィードバック制御するフィードバック制御と、前記交流電圧の極性に応じた状態に前記インバータ回路を制御する極性制御とを切替える第1の切替制御部(26)と、
前記直流端に供給される直流電圧を前記インバータ回路に供給するように前記コンバータ回路を制御する直結制御と、前記直流電圧を前記交流電圧に変換するように前記コンバータ回路をフィードバック制御するフィードバック制御とを切替える第2の切替制御部(27)と、
前記電力変換装置の作動状態を示すパラメータに応じて調節される可変の進角量(ΔV)を設定し、前記コンバータ回路のための前記直結制御から前記フィードバック制御への切替時期を基本時期から前記進角量だけ進角させる進角量設定部(32)を備え、
前記進角量設定部(32)は、予め用意されたマップによって前記パラメータに応じた前記進角量を設定し、
前記進角量設定部(32)は、前記インバータ回路と前記交流端との間のリアクトル成分(L)、前記交流電源の周波数(ω)、前記交流端から出力される出力電流の指令値(Iref)、前記直流電源の直流電圧(Vdc)、および前記交流端の交流電圧(Vac)から、前記進角量を演算することによって設定することを特徴とする電力変換装置。 - 前記進角量設定部(32)は、前記交流端への出力電流(IL)の歪を抑制するために利用可能であって、前記パラメータに応じて規定される前記進角量の範囲から、前記電力変換装置における損失を抑制できる前記進角量を設定することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電力変換装置。
- 前記進角量設定部(32)は、前記交流端への出力電流(IL)、および前記直流端からの入力電流(Idc)、ならびにそれらに関連する指標(Iref)の少なくともひとつを前記パラメータとして、前記進角量を設定することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の電力変換装置。
- 前記第1の切替制御部は、前記直流電圧Vdcと前記交流電圧の絶対値|Vac|と前記進角量とに基づいて制御の切替えを実行するように構成されており、
前記第2の切替制御部は、Vdc>|Vac|からVdc<|Vac|への切り替わりを前記基本時期として、前記基本時期から前記進角量だけ進角した時期に、前記直結制御から前記フィードバック制御へ切替えることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電力変換装置。 - 前記進角量設定部(32)は、前記直流電圧Vdcおよび/または前記交流電圧の絶対値|Vac|を変更する変更量(ΔV)を設定することにより前記進角量を設定することを特徴とする請求項5に記載の電力変換装置。
- 前記進角量設定部(32)は、前記コンバータ回路の前記フィードバック制御が開始される時期における前記コンバータ回路のスイッチングのための最小のデューティ比(duty_min)を設定することを特徴とする請求項1から請求項6のいずれかに記載の電力変換装置。
- 前記第2の切替制御部(27)は、前記フィードバック制御のために演算されたデューティ比(duty_cal)と、前記最小のデューティ比(duty_min)とを比較し、大きい方のデューティ比に基づいて前記コンバータ回路をスイッチングすることを特徴とする請求項7に記載の電力変換装置。
- 前記進角量設定部(32)は、予め用意された関数によって前記パラメータに応じた前記最小のデューティ比を設定することを特徴とする請求項7または請求項8に記載の電力変換装置。
- 前記進角量設定部(32)は、前記インバータ回路と前記交流端との間のリアクトル成分(L)、前記交流電源の周波数(ω)、前記交流端から出力される出力電流の指令値(Iref)、前記直流電源の直流電圧(Vdc)、および前記交流端の交流電圧(Vac)から、前記最小のデューティ比を演算することによって設定することを特徴とする請求項9に記載の電力変換装置。
- 前記進角量設定部(32)は、予め用意されたマップによって前記パラメータに応じた前記最小のデューティ比を設定することを特徴とする請求項7または請求項8に記載の電力変換装置。
- さらに、前記インバータ回路と前記交流端との間に設けられたノーマルコイル(Ln)を備え、
前記インバータ回路の前記フィードバック制御および/または前記コンバータ回路の前記フィードバック制御は、前記ノーマルコイルに流れる出力電流(IL)に基づいて前記出力電流の位相を前記交流電源の交流電圧の位相に一致させるように実行されることを特徴とする請求項1から請求項11のいずれかに記載の電力変換装置。 - 前記インバータ回路の前記フィードバック制御は、前記出力電流を指令値(Iref)に追従させるヒステリシス制御であることを特徴とする請求項12に記載の電力変換装置。
- 前記コンバータ回路の前記フィードバック制御は、前記出力電流を指令値(Iref)に追従させる比例積分制御であることを特徴とする請求項12または請求項13に記載の電力変換装置。
- 前記進角量設定部(32)は、前記コンバータ回路のための前記フィードバック制御から前記直結制御への切替時期を基本時期から前記進角量だけ遅角させることを特徴とする請求項1から請求項14のいずれかに記載の電力変換装置。
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