JP6330580B2 - Grid-connected inverter device - Google Patents
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Description
本発明は、商用電力系統に連系する系統連系インバータ装置に関する。 The present invention relates to a grid-connected inverter device linked to a commercial power system.
下記非特許文献1には、この種の系統連系インバータ装置の一例が開示されている。この系統連系インバータ装置は、分散型電力発生源と商用電力系統との間に介装される。この系統連系インバータ装置では、スイッチングによる出力高調波歪みの影響で商用電力系統の電源品質が低下するのを阻止するために、系統連系インバータ装置から出力される電流波形の波形歪みを低く抑えたいという要請がある。このような要請に応えるために、非特許文献1に開示のように、リアクトル及びコンデンサを含むLCフィルタ回路をインバータ回路と商用電力系統との間に介装する。スイッチング素子のオンオフ制御によりインバータ回路から出力された交流電力を、リアクトル及びコンデンサを含むLCフィルタ回路によって平滑化して商用電力系統に供給することが可能になる。
Non-Patent
(発明が解決しようとする課題)
ところが、上記のような制御はLCフィルタ回路のフィルタ定数(リアクトルのインダクタンス、コンデンサの静電容量等)に依存した数値を用いて行われるため、インバータ回路の制御時にLCフィルタ回路のフィルタ定数を正確に把握する必要がある。一方で、フィルタ定数は製品のバラツキによって異なっておりフィルタ定数を予め正確に把握するのが難しい。従って、フィルタ定数を正確に把握できない場合には、LCフィルタ回路を用いたとしても系統連系インバータ装置から出力される電流波形の波形歪みを低く抑えることができないという問題が生じ得る。また、LCフィルタ回路が故障したことが検出されることなくその故障状態のままで放置された場合には、電流波形の波形歪みの大きいままの出力電流が商用電力系統に継続的に供給されるおそれがある。
(Problems to be solved by the invention)
However, since the control as described above is performed using numerical values depending on the filter constant of the LC filter circuit (reactor inductance, capacitor capacitance, etc.), the filter constant of the LC filter circuit is accurately set when controlling the inverter circuit. Need to figure out. On the other hand, the filter constant varies depending on product variations, and it is difficult to accurately grasp the filter constant in advance. Therefore, when the filter constant cannot be accurately grasped, there is a problem that even if the LC filter circuit is used, the waveform distortion of the current waveform output from the grid interconnection inverter device cannot be kept low. Further, when the LC filter circuit is left in its fault state without being detected as having failed, an output current with a large waveform distortion of the current waveform is continuously supplied to the commercial power system. There is a fear.
そこで本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的の1つは、商用電力系統に連系する系統連系インバータ装置において、商用電力系統の電源品質が低下するのを阻止するのに有効な技術を提供することである。 Therefore, the present invention has been made in view of the above points, and one of its purposes is to prevent the power quality of the commercial power system from being deteriorated in the grid-connected inverter device linked to the commercial power system. It is to provide an effective technique for doing this.
(課題を解決するための手段)
上記目的を達成するため、本発明に係る系統連系インバータ装置は、分散型電力発生源と商用電力系統との間に介装される装置であり、インバータ回路、LCフィルタ回路、第1電流検出センサ、第2電流検出センサ及び制御部を備える。インバータ回路は、分散型電力発生源の発電時の出力電力を交流電力に変換して出力する。LCフィルタ回路は、互いに並列配置されたリアクトル及びコンデンサを含み、インバータ回路から出力された交流電力を平滑化して商用電力系統に供給する。LCフィルタ回路の出力側領域に第1電流検出センサが設けられ、LCフィルタ回路の入力側領域に第2電流検出センサが設けられる。制御部は、分散型電力発生源の発電時においてLCフィルタ回路における電流位相及び電圧位相に基づいてインバータ回路を制御するとともに、第1電流検出センサで検出された電流値に関する情報と第2電流検出センサで検出された電流値に関する情報との双方に基づいてLCフィルタ回路のフィルタ定数を算出する。
(Means for solving the problem)
In order to achieve the above object, a grid-connected inverter device according to the present invention is a device interposed between a distributed power generation source and a commercial power system, and includes an inverter circuit, an LC filter circuit, and a first current detection. A sensor, a second current detection sensor, and a control unit are provided. The inverter circuit converts output power at the time of power generation of the distributed power generation source into AC power and outputs the AC power. The LC filter circuit includes a reactor and a capacitor arranged in parallel with each other, and smoothes the AC power output from the inverter circuit and supplies it to the commercial power system. A first current detection sensor is provided in the output side region of the LC filter circuit, and a second current detection sensor is provided in the input side region of the LC filter circuit. The control unit controls the inverter circuit based on the current phase and the voltage phase in the LC filter circuit at the time of power generation by the distributed power generation source, and information on the current value detected by the first current detection sensor and the second current detection The filter constant of the LC filter circuit is calculated based on both of the information regarding the current value detected by the sensor.
この系統連系インバータ装置によれば、インバータ回路の制御時におけるLCフィルタ回路のフィルタ定数を精度良く算出することができ、算出したフィルタ定数をインバータ回路の制御に反映させることができる。この場合、インバータ回路の制御では、算出したフィルタ定数をそのまま用いてもよいし、算出したフィルタ定数に基づいて補正されたフィルタ定数を用いてもよい。その結果、系統連系インバータ装置から出力される電流波形の波形歪みを低く抑えることが可能になる。また、分散型電力発生源の出力変動等によってインダクタンスの値が変化するような場合でも、インバータ回路の制御状態に応じてインダクタンスの値をリアルタイムで算出して、算出したインダクタンスの値に基づいて電流波形の電流歪みを低く抑えるようにインバータ回路を適正に制御できる。 According to this grid-connected inverter device, the filter constant of the LC filter circuit during the control of the inverter circuit can be calculated with high accuracy, and the calculated filter constant can be reflected in the control of the inverter circuit. In this case, in the control of the inverter circuit, the calculated filter constant may be used as it is, or a filter constant corrected based on the calculated filter constant may be used. As a result, it becomes possible to suppress the waveform distortion of the current waveform output from the grid interconnection inverter device. Also, even when the inductance value changes due to output fluctuations of the distributed power source, etc., the inductance value is calculated in real time according to the control state of the inverter circuit, and the current is calculated based on the calculated inductance value. The inverter circuit can be appropriately controlled so as to keep the current distortion of the waveform low.
上記構成の系統連系インバータ装置では、制御部は、LCフィルタ回路のフィルタ定数のうちリアクトルのインダクタンスについて算出した算出インダクタンスに対して制御インダクタンスを設定し、設定した制御インダクタンスを用いてインバータ回路を制御したときにLCフィルタ回路から出力される電流波形の電流歪み率に応じて当該制御インダクタンスを補正するのが好ましい。これにより、算出した算出インダクタンスをそのままインバータ回路の制御に用いる場合に生じ得る出力電流の発振等の不具合によって電流波形が歪むのを抑えることができる。また、リアクトルのインダクタンスがインバータ回路の制御時に自動的に補正されるため、リアクトルの製品出荷時の検査に要する負荷を減らすことができる。また、インダクタンスの値の精度が高くない製品、即ちインダクタンスのバラツキが大きい安価な製品を使用可能になるため、系統連系インバータ装置にかかるコストを低く抑えることができる。 In the grid-connected inverter device having the above configuration, the control unit sets a control inductance for the calculated inductance calculated for the reactor inductance among the filter constants of the LC filter circuit, and controls the inverter circuit using the set control inductance. Then, it is preferable to correct the control inductance in accordance with the current distortion rate of the current waveform output from the LC filter circuit. As a result, the current waveform can be prevented from being distorted due to problems such as oscillation of the output current that may occur when the calculated inductance is used as it is for controlling the inverter circuit. In addition, since the inductance of the reactor is automatically corrected when the inverter circuit is controlled, it is possible to reduce the load required for the inspection at the time of product shipment of the reactor. Further, since it is possible to use a product whose inductance value accuracy is not high, that is, an inexpensive product with large inductance variation, the cost of the grid-connected inverter device can be kept low.
上記構成の系統連系インバータ装置では、制御部は、制御インダクタンスの補正の際、暫定的に定められた暫定インダクタンスを用い、LCフィルタ回路から出力される電流波形の電流歪み率が最小値に収束するまでインバータ回路に制御に用いる制御インダクタンスを暫定インダクタンスから所定の補正値ずつ段階的に算出インダクタンスに近づけるのが好ましい。これにより、比較的簡便な処理によって電流波形の電流歪みが低く抑えられるように制御インダクタンスを補正することができる。 In the grid-connected inverter device having the above configuration, the control unit uses the provisional inductance that is provisionally determined when correcting the control inductance, and the current distortion rate of the current waveform output from the LC filter circuit converges to the minimum value. Until then, it is preferable that the control inductance used for control in the inverter circuit is gradually approximated to the calculated inductance from the provisional inductance by a predetermined correction value. Thereby, the control inductance can be corrected so that the current distortion of the current waveform can be kept low by a relatively simple process.
上記構成の系統連系インバータ装置では、制御部は、商用電力系統の電圧値と第1電流検出センサで検出された電流値とを用いてインバータ回路の合成インピーダンスを算出し、算出した合成インピーダンスに基づいてLCフィルタ回路の故障(リアクトル及びコンデンサの少なくとも一方の故障)を検出するのが好ましい。この場合、LCフィルタ回路の故障を早期に検出できるため、電流波形の電流歪みの大きいままの出力電流が商用電力系統に継続的に供給されるのを阻止できる。 In the grid-connected inverter device having the above configuration, the control unit calculates the combined impedance of the inverter circuit using the voltage value of the commercial power system and the current value detected by the first current detection sensor, and calculates the calculated combined impedance. It is preferable to detect a failure of the LC filter circuit (failure of at least one of the reactor and the capacitor) based on this. In this case, since the failure of the LC filter circuit can be detected at an early stage, it is possible to prevent the output current having a large current distortion of the current waveform from being continuously supplied to the commercial power system.
以上のように、本発明によれば、商用電力系統に連系する系統連系インバータ装置において、商用電力系統の電源品質が低下するのを阻止することが可能になった。 As described above, according to the present invention, it is possible to prevent the power quality of the commercial power system from being deteriorated in the grid-connected inverter device linked to the commercial power system.
以下、本発明の「系統連系インバータ装置」に係る一実施形態を図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, an embodiment according to a “system interconnection inverter device” of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に示されるように、本実施の形態の系統連系インバータ装置100は、1又は複数の分散型電力発生源(直流電源)10と商用電力系統20との間に介装されるように構成されている。ここでいう「分散型電力発生源」とは、電力会社等による大規模集中発電に対して電力の需要地に隣接して分散配置される小規模な種々の発電設備をいう。典型的には、太陽光、風力、水力等の自然エネルギーを利用して発電した電力を出力する自然エネルギー電源、廃棄物発電やバイオマス発電によって電力を出力する電源、電力及び排熱の双方を出力するコジェネレーション電力発生源、電気化学反応によって電力を取出す燃料電池を用いた電源等を、分散型電力発生源とすることができる。
As shown in FIG. 1, grid-connected
この系統連系インバータ装置100は、インバータ回路110、LCフィルタ回路120及び制御部130を備えている。
The grid-connected
インバータ回路110は、分散型電力発生源10の発電時に出力された出力電力である直流電力(電圧値:Vdc)を交流電力に変換して出力する機能を果たす。このインバータ回路110が本発明の「インバータ回路」に相当する。この目的のために、インバータ回路110は、いずれも制御部130に接続された4つのスイッチング素子(IPM)S1,S2,S3,S4を備えている。インバータ回路110は、これらのスイッチング素子S1〜S4が制御部130からの制御信号によってオンオフ制御されることで正弦波電流を出力する。制御部130は、既知の入力装置、演算処理装置(CPU)、記憶装置、出力装置等によって構成されている。この制御部130が本発明の「制御部」に相当する。
The
LCフィルタ回路120は、インバータ回路110から出力された交流電力を平滑化(インバータ回路110のスイッチングノイズや高調波電流を除去)して、所定の交流電圧(電圧値:Vac)の商用電力系統20に供給する機構を果たす。このLCフィルタ回路120が本発明の「LCフィルタ回路」に相当する。この目的のために、LCフィルタ回路120は、互いに並列配置されたリアクトル121及びコンデンサ122を備えている。リアクトル121は、スイッチング素子S3及びスイッチング素子S4を接続する接続点P1と商用電力系統20側の接続点P2との間の通電経路上に設けられている。LCフィルタ回路120では、接続点P1と接続点P2との間に接続点P3が設けられ、またスイッチング素子S1及びスイッチング素子S2を接続する接続点P4と商用電力系統20側の接続点P5との間に接続点P6が設けられている。コンデンサ122は、接続点P3と接続点P6との間に設けられている。
The
このLCフィルタ回路120には、いずれも電流値を検出するための第1電流検出センサ123及び第2電流検出センサ124が割り当てられている。第1電流検出センサ123は、LCフィルタ回路120のうちリアクトル121及びコンデンサ122よりも出力側に位置する出力側領域(接続点P3と接続点P2との間の領域)に設けられている。第2電流検出センサ124は、LCフィルタ回路120のうちリアクトル121及びコンデンサ122よりも入力側に位置する入力側領域(接続点P4と接続点P6との間の領域)に設けられている。これら2つの電流検出センサ123,124によって検出された情報はそれぞれ、制御部130に伝送されて処理される。ここでいう第1電流検出センサ123及び第2電流検出センサ124がそれぞれ、本発明の「第1電流検出センサ」及び「第2電流検出センサ」に相当する。
Each
上記構成の系統連系インバータ装置100によれば、LCフィルタ回路120の故障(リアクトル121及びコンデンサ122の少なくとも一方の故障)を検出するための故障検出処理、及びLCフィルタ回路120のフィルタ定数(リアクトル121のパラメータであるインダクタンスLと、コンデンサ122のパラメータである静電容量c)を算出するためのLC算出処理を、制御部130によって実行することができる。
According to the grid-connected
(故障検出処理)
系統連系インバータ装置100において規定された系統連系規定に基づいた場合、電流波形のゼロクロス領域における電流歪みを所定値以下に抑え、且つ交流電力の所望の力率(90〜95%)を満足するためには、図2に示されるように第1電流検出センサ123で検出される電流値i1と商用電力系統20の電圧値Vacとの位相差を0°にするのが好ましい。そこで、制御部130は、第1電流検出センサ123で計測される電流値i1による正弦波W1の電流位相と電圧値Vacによる正弦波W2の電圧位相との位相差が0°になるように、インバータ回路110のスイッチング素子S1〜S4をオンオフ制御することができる。このオンオフ制御の際、正弦波W1の電流位相と第2電流検出センサ124で計測される電流値i2による正弦波W3の電流位相との間に位相差θが生じる。制御部130は、この位相差θに基づいて図3が参照される故障検出処理を実行することができる。
(Fault detection processing)
When based on the grid interconnection regulations defined in the grid
ここで、分散型電力発生源10の発電時においてLCフィルタ回路120からの出力電流が安定しているとき、2つの電流検出センサ123,124における電流の位相差θを各センサの検出値(電流値)に基づいて求めることができる。具体的に説明すると、一方の電流検出センサ123で検出される電流値がゼロクロス点を通る時間と他方の電流検出センサ124で検出される電流値がゼロクロス点を通る時間との時間差をΔtとし、LCフィルタ回路120を流れる電流の周期をTとした場合、位相差θは次式(1)で算出される。
更に、商用電力系統20の電圧値Vacと、第1電流検出センサ123で検出された電流値i1と、を用いれば、インバータ回路110の合成インピーダンスYは次式(2)で算出される。
ここで、式(2)に式(1)の算出結果を代入することによって、インバータ回路110の合成インピーダンスYを算出することができる。一方で、リアクトル121及びコンデンサ122がともに正常な状態での合成インピーダンスYの正常作動範囲Y’を予め設定することができる。例えば、リアクトル121のインダクタンスLの設計値が4[mH]、コンデンサ122の静電容量cの設計値が7.8[μF]であり、経年等による変動を含めた各々のばらつきが±20%である場合、合成インピーダンスの正常作動範囲Y’を、例えば−509〜−388[Ω]の値とすることができる。
Here, the synthetic impedance Y of the
従って、算出した合成インピーダンスYを正常作動範囲Y’と比較することによって、LCフィルタ回路120が故障しているか否か(劣化、外れ、短絡等の発生)を判定することができる。具体的には、合成インピーダンスYが正常作動範囲Y’を連続して所定時間(例えば、30秒)以上外れた場合に、リアクトル121及びコンデンサ122の少なくも一方が故障していると判定することができる。この判定は、制御部130によって自動的に実施されてもよいし、或いは作業者が合成インピーダンスYの算出結果を正常作動範囲Y’と比較することによって実施されてもよい。制御部130がLCフィルタ回路120の故障の判定を自動的に実施した場合、その判定結果は、表示出力、音声出力、印字出力等の出力形態で出力装置から出力される。この場合、LCフィルタ回路120の故障を早期に検出できるため、電流波形の電流歪みの大きいままの出力電流が商用電力系統20に継続的に供給されるのを阻止できる。
Therefore, by comparing the calculated combined impedance Y with the normal operation range Y ′, it is possible to determine whether or not the
(LC算出処理)
コンデンサ122における電流値icは、第2電流検出センサ124で検出される電流値i2から第1電流検出センサ123で検出される電流値i1を差し引いた値(=i2−i1)である。更に、コンデンサ122における電流値icと、コンデンサ122の静電容量cと、角周波数ωと、商用電力系統20の電圧Vacとの関係式である次式(3)を用いれば、コンデンサ122の静電容量cは次式(4)で算出(推定)される。
The current value ic in the
また、リアクトル121のインダクタンスLと、コンデンサ122の静電容量cと、角周波数ωと、インバータ回路110の合成インピーダンスYとの関係式である次式(5)を用いれば、リアクトル121のインダクタンスLは次式(6)で算出(推定)される。
ここで、リアクトル121のインダクタンスLは、電流波形の電流歪みの補正に必要なパラメータであり、このインダクタンスLを算出し、算出したインダクタンス(以下、「算出インダクタンス」ともいう)Laに対応したデューティ比を用いてインバータ回路110のスイッチング素子S1〜S4をオンオフ制御することによって、電流波形の電流歪みを低く抑えた所望の電流波形を得ることができる。
Here, the inductance L of the
一方で、インダクタンスLは常に変化するものであり、この算出インダクタンスLaをそのままインバータ回路110の制御のためのインダクタンス(以下、「制御インダクタンス」ともいう)Lcとして用いると、出力電流が発振する等の不具合によって電流波形が歪むことが想定される。そこで、本発明では、制御部130は、図3に示されるようなインダクタンス補正処理ルーチンを用いることによって、算出インダクタンスLaをそのまま制御インダクタンスLcとしてインバータ回路110の制御に用いるのではなく、算出インダクタンスLaに対して設定した制御インダクタンスLcを徐々に補正するのが好ましい。
On the other hand, the inductance L are those constantly changing, inductance for controlling the calculation inductance L a of the
具体的には、上述のLC算出処理によって算出した算出インダクタンスLaに対して設定した制御インダクタンスLcを補正しつつインバータ回路110の実際の制御を行う。このとき、補正項(=Vdc÷Lc×α(予め設定された定数))を使用することによって、補正した制御インダクタンスLcを用いた場合のデューティ比Dutyを次式(7)で演算することができる。尚、次式(7)では、出力電圧目標値をVrefし、出力電圧目標値と出力電圧値(出力電流からの算出値)の差分による制御値をVPIとし、制御インダクタンスLcによる補正電圧値をVLとする。
そして、式(7)で演算したデューティ比でインバータ回路110のスイッチング素子S1〜S4をオンオフ制御し、その制御時に測定された電流値i1及び電流値i2に基づいて制御インダクタンスLcを更新する(フィードバックする)。
Then, the switching elements S1 to S4 of the
図3に示されるインダクタンス補正処理ルーチンでは、まずステップS101において、分散型電力発生源10が発電中であり、且つ発電開始後に所定時間(例えば、60秒)経過したか否かを判定する。即ち、このステップS101では、LCフィルタ回路120からの出力電流が安定しているか否かが判定される。ステップS101の条件が満足されない場合(ステップS101のNo)には、ステップS107で1秒経過後にステップS101に戻り、ステップS101の条件が満足された場合(ステップS101のYes)にステップS102にすすむ。
In the inductance correction processing routine shown in FIG. 3, first, in step S101, it is determined whether or not the distributed
ステップS102では、算出インダクタンスLaが暫定的に定められた暫定インダクタンスLsに予め設定された補正値aが加算された値を上回るか否かを判定する。この場合、初期の制御インダクタンスLcを暫定インダクタンスLs(典型的には、リアクトル121のインダクタンスLの設計値)として与えることができる。また、補正値aは、制御インダクタンスLc(初期状態では暫定インダクタンスLs)を補正する際の補正幅(調整幅)となる。このとき、制御部130は、算出インダクタンスLaに対応したデューティ比でインバータ回路110を実際に制御したときにLCフィルタ回路120から出力される電流波形の電流歪み率Thd1を、既知の周波数解析を用いることによって得ることができる。この場合、算出インダクタンスLaを式(7)に適用することによって演算されたデューティ比でインバータ回路110のスイッチング素子S1〜S4をオンオフ制御すればよい。算出インダクタンスLaが暫定インダクタンスLsに補正値aが加算された値を上回る場合(ステップS102のYes)にステップS103にすすみ、そうでない場合(ステップS102のNo)にステップS103aにすすむ。
In step S102, it is determined whether or not the calculated inductance L a exceeds a value obtained by adding a preset correction value a to the provisional inductance L s tentatively determined. In this case, the initial control inductance L c can be given as the provisional inductance L s (typically, the design value of the inductance L of the reactor 121). The correction value a is a correction width (adjustment width) when correcting the control inductance L c (the provisional inductance L s in the initial state). At this time, the
ステップS103では、暫定インダクタンスLsに補正値aが加算された値を制御インダクタンスLcに設定する。制御部130は、この制御インダクタンスLcに対応したデューティ比でインバータ回路110を実際に制御したときにLCフィルタ回路120から出力される電流波形の電流歪み率Thd2を、既知の周波数解析を用いることによって得ることができる。この場合、制御インダクタンスLcを式(7)に適用することによって演算されたデューティ比でインバータ回路110のスイッチング素子S1〜S4をオンオフ制御すればよい。その後、ステップS104において、1秒待機後に算出インダクタンスLaに対応した電流歪み率Thd1が制御インダクタンスLcに対応した電流歪み率Thd2を上回るか否かを判定する。電流歪み率Thd1が電流歪み率Thd2を上回る場合(ステップS104のYes)にステップS105にすすみ、電流歪み率Thd1が電流歪み率Thd2以下である場合(ステップS104のNo)にステップS106にすすむ。
In step S103, sets the value of the correction value a is added to the provisional inductance L s to the control inductance L c. Control unit 130, the current distortion rate Thd2 current waveform output from the
ステップS105では、制御インダクタンスLcの更新によって電流歪み率が低下しており電流波形の状態が改善しているため制御の方向性が正しいという判断に基づいて、暫定インダクタンスLsをステップS103で設定された制御インダクタンスLcで更新する。ステップS105の実行後、ステップS107で1秒待機後にステップS101に戻る。これに対して、ステップS106では、制御インダクタンスLcの更新によって電流歪み率が高くなり電流波形の状態が悪化しているため制御の方向性が正しくないという判断に基づいて、制御インダクタンスLcを補正値aが加算される前の暫定インダクタンスLsに戻す。ステップS106の実行後、ステップS107で1秒待機後にステップS101に戻る。 In step S105, the provisional inductance L s is set in step S103 based on the determination that the direction of control is correct because the current distortion rate is reduced by the update of the control inductance L c and the state of the current waveform is improved. The updated control inductance Lc is updated. After executing step S105, the process returns to step S101 after waiting for 1 second in step S107. In contrast, in step S106, based on the determination that incorrect orientation of the control for the condition of high becomes current waveform current distortion rate is deteriorated by updating the control inductance L c, the control inductance L c back to the provisional inductance L s before the correction value a is added. After executing step S106, the process returns to step S101 after waiting for 1 second in step S107.
特に、ステップS102の条件を満足する場合、ステップS103及びステップS105の処理が繰り返されると、図4の左側図示領域に示されるように、制御インダクタンスLcが暫定インダクタンスLsから補正値aずつ段階的に算出インダクタンスLaに近づくように、暫定インダクタンスLsに補正値aが繰り返し加算される(補正値加算処理)。この補正値加算処理が繰り返される過程で、例えばステップS104の判定結果が「Yes」から「No」に切替わった回の加算処理のタイミング(それまで下がり続けていた電流歪み率が上がり方向に転じたタイミング)付近で電流歪み率が最小値に収束する。例えば、図5が参照されるように、この補正値加算処理の繰り返しによって電流歪み率Thdはr3から徐々に下がり、制御インダクタンスLcがLc(r1)まで上昇したときに最終的に最小値r1に収束する。この補正値加算処理は、電流歪み率Thdが最小値r1に収束するまで制御インダクタンスLcを暫定インダクタンスLsから補正値aずつ段階的に増やして算出インダクタンスLaに近づける処理となる。 In particular, when satisfying the condition of step S102, the processing of steps S103 and S105 are repeated, as shown in the left illustration region of FIG. 4, the control inductance L c are each correction value a from the provisional inductance L s stage Thus, the correction value a is repeatedly added to the provisional inductance L s so as to approach the calculated inductance L a (correction value addition processing). In the process of repeating this correction value addition process, for example, the timing of the addition process when the determination result in step S104 is switched from “Yes” to “No” (the current distortion rate that has continued to decrease so far turns upward). Current distortion rate converges to the minimum value in the vicinity. For example, as shown in FIG. 5, the current distortion rate Thd gradually decreases from r3 by repeating this correction value addition process, and finally reaches the minimum value when the control inductance L c increases to L c (r1). converges to r1. The correction value adding process is a process to approximate the control inductance L c to current distortion rate Thd converges to the minimum value r1 provisionally inductance L s from the correction value a by stepwise increasing by calculating the inductance L a.
一方で、ステップS103aでは、算出インダクタンスLaが暫定インダクタンスLsから補正値aが減算された値を下回るか否かを判定する。算出インダクタンスLaが暫定インダクタンスLsから補正値aが減算された値を下回る場合(ステップS103aのYes)にステップS103bにすすみ、そうでない場合(ステップS103aのNo)には、ステップS107で1秒待機後にステップS101に戻る。ステップS103bでは、暫定インダクタンスLsから補正値aが減算された値を制御インダクタンスLcに設定した後に、前述のステップS104にすすむ。 On the other hand, it is determined in step S103a, calculated inductance L a is whether below the value correction value a is subtracted from the provisional inductance L s. If the calculated inductance L a falls below the value obtained by subtracting the correction value a from the provisional inductance L s (Yes in step S103a), the process proceeds to step S103b. If not (No in step S103a), 1 second is determined in step S107. After waiting, the process returns to step S101. In step S103b, after the correction value a from the provisional inductance L s is set to subtract the values in the control inductance L c, it proceeds to step S104 described above.
特に、ステップS103aの条件を満足する場合、ステップS103b及びステップS105の処理が繰り返されると、図4の右側図示領域に示されるように、制御インダクタンスLcが暫定インダクタンスLsから補正値aずつ段階的に算出インダクタンスLaに近づくように、暫定インダクタンスLsから補正値aが繰り返し減算される(補正値減算処理)。この補正値減算処理が繰り返される過程で、例えばステップS104の判定結果が「Yes」から「No」に切替わった回の減算処理のタイミング(それまで下がり続けていた電流歪み率が上がり方向に転じたタイミング)付近で電流歪み率が最小値に収束する。例えば、図5が参照されるように、この補正値減算処理の繰り返しによって電流歪み率Thdはr2から徐々に下がり、制御インダクタンスLcがLc(r1)まで下降したときに最終的に最小値r1に収束する。この補正値減算処理は、電流歪み率Thdが最小値r1に収束するまで制御インダクタンスLcを暫定インダクタンスLsから補正値aずつ段階的に減らして算出インダクタンスLaに近づける処理となる。 In particular, when satisfying the condition of step S103a, the process in step S103b and step S105 are repeated, as shown on the right-hand side regions illustrated in FIG. 4, step control inductance L c are each correction value a from the provisional inductance L s manner as to approach the calculated inductance L a, the correction value a is repeatedly subtracted from the provisional inductance L s (correction value subtraction process). In the process of repeating the correction value subtraction process, for example, the timing of the subtraction process when the determination result in step S104 is switched from “Yes” to “No” (the current distortion rate that has continued to decrease until then turns upward). Current distortion rate converges to the minimum value in the vicinity. For example, as shown in FIG. 5, by repeating this correction value subtraction process, the current distortion rate Thd gradually decreases from r2, and finally reaches the minimum value when the control inductance L c decreases to L c (r1). converges to r1. The correction value subtraction process is a process to approximate the control inductance L c to current distortion rate Thd converges to the minimum value r1 provisionally inductance L s from the correction value a by stepwise reduced by calculating the inductance L a.
上記のインダクタンス補正処理ルーチンでは、暫定インダクタンスLsと補正値aとの相対的な値に対する算出インダクタンスLaの値に応じて、ステップS103の補正値加算処理が実行されるか(暫定インダクタンスLsに補正値aを加算しながら当該暫定インダクタンスLsを算出インダクタンスLaに近づけるか)、或いはステップS103bの補正値減算処理が実行されるか(暫定インダクタンスLsから補正値aを減算しながら当該暫定インダクタンスLsを算出インダクタンスLaに近づけるか)が決定される。 In the above-described inductance correction processing routine, whether the correction value addition processing in step S103 is executed according to the value of the calculated inductance L a relative to the relative value of the temporary inductance L s and the correction value a (temporary inductance L s Whether the provisional inductance L s is brought close to the calculated inductance L a while adding the correction value a), or whether the correction value subtraction process in step S103b is executed (subtracting the correction value a from the provisional inductance L s interim inductance L s or closer to calculate the inductance L a) is determined.
具体的に説明すると、例えば算出インダクタンスLaが4.5[mH]、暫定インダクタンスLsが4[mH]、補正値が0.1[mH]である場合には、1回目のルーチンではステップS102からステップS103にすすみ、このステップS103での補正値加算処理によって制御インダクタンスLcが4.1(=4+0.1)[mH]に設定される。その後、ステップS104の条件を満足する場合には、制御インダクタンスLcは、2回目のルーチンで4.2(=4.1+0.1)[mH]に設定され、3回目のルーチンで4.3(=4.2+0.1)[mH]に設定される。同様にして、例えば算出インダクタンスLaが3.5[mH]、暫定インダクタンスLsが4[mH]、補正値が0.1[mH]である場合には、1回目のルーチンではステップS103aからステップS103bにすすみ、このステップS103bでの補正値減算処理によって制御インダクタンスLcが3.9(=4−0.1)[mH]に設定される。その後、ステップS104の条件を満足する場合には、制御インダクタンスLcは、2回目のルーチンで3.8(=3.9−0.1)[mH]に設定され、3回目のルーチンで3.78(=3.8−0.1)[mH]に設定される。その結果、いずれの場合でも、電流歪み率が最小となるように制御インダクタンスLcを算出インダクタンスLaである4.5[mH]に徐々に近づけるような補正を行うことができる。この場合、最終的に補正された制御インダクタンスLcは、算出インダクタンスLaに一致するものであてもよいし、或いは算出インダクタンスLaとの間に多少の偏差を有するものであってもよい。 Specifically, for example calculating the inductance L a is 4.5 [mH], provisional inductance L s is 4 [mH], when the correction value is 0.1 [mH], the steps in the first routine proceeds from S102 to step S103, the control inductance L c by the correction value addition process in step S103 is set to 4.1 (= 4 + 0.1) [ mH]. Thereafter, when satisfying the condition of step S104, the control inductance L c is 4.2 in the second routine (= 4.1 + 0.1) is set to [mH], 4.3 in the third routine (= 4.2 + 0.1) [mH]. Similarly, for example, when the calculated inductance L a is 3.5 [mH], the provisional inductance L s is 4 [mH], and the correction value is 0.1 [mH], the first routine starts from step S103a. proceeds to step S103b, the control inductance L c by the correction value subtraction process in step S103b is set to 3.9 (= 4-0.1) [mH] . Thereafter, when the condition of step S104 is satisfied, the control inductance L c is set to 3.8 (= 3.9−0.1) [mH] in the second routine, and 3 in the third routine. .78 (= 3.8−0.1) [mH]. As a result, in any case, it can be carried out gradually closer Such correction current distortion rate is calculated inductance L a control inductance L c to minimize 4.5 [mH]. In this case, the final corrected control inductance L c are calculated inductance may be addressed in a match for the L a, or calculated inductance L a may have a slight deviation between.
上記のインダクタンス補正処理ルーチンによれば、電流波形のゼロクロス領域における電流歪みが大きくならないように制御インダクタンスLcを補正することによって当該電流歪みを所望のレベルに低く抑えることができる。特に、制御インダクタンスLcを暫定インダクタンスLsから補正値aずつ段階的に算出インダクタンスLaに近づけることにより、比較的簡便な処理によって電流波形の電流歪みが低く抑えられるように制御インダクタンスLcを補正することができる。この場合、リアクトル121のインダクタンスLがインバータ回路110の制御時に自動的に補正されるため、リアクトル121の製品出荷時の検査に要する負荷を減らすことができる。また、インダクタンスの値の精度が高くない製品、即ちインダクタンスのバラツキが大きい安価な製品を使用可能になるため、系統連系インバータ装置100にかかるコストを低く抑えることができる。また、太陽光や風力などを利用した分散型電力発生源10の発電量は自然条件等に影響を受けて変動し易いが、分散型電力発生源10からの出力変動等によってインダクタンスの値が変化するような場合でも、インバータ回路110の制御状態に応じてインダクタンスの値をリアルタイムで算出して、算出したインダクタンスの値に基づいて電流波形の電流歪みを低く抑えるようにインバータ回路110を適正に制御できる。
According to the inductance correction processing routine, it is possible to suppress the current distortion to the desired level by correcting the control inductance L c as current distortion does not increase in the zero-crossing region of the current waveform. In particular, by approaching the control inductance L c provisional inductance L s from the correction value a by stepwise calculated inductance L a, the control inductance L c as current distortion of the current waveform is kept low by a relatively simple process It can be corrected. In this case, since the inductance L of the
本発明は、上記の典型的な実施形態のみに限定されるものではなく、種々の応用や変形が考えられる。例えば、上記実施の形態を応用した次の各形態を実施することもできる。 The present invention is not limited to the above exemplary embodiment, and various applications and modifications are possible. For example, each of the following embodiments to which the above embodiment is applied can be implemented.
上記の実施形態では、LC算出処理で算出した算出インダクタンスLaを更にインダクタンス補正処理ルーチンによって補正する場合について記載したが、本発明では、インダクタンス補正処理ルーチンを実行することなく算出インダクタンスLaをそのままインバータ回路110の制御に用いてもよい。
In the above embodiment has been described with regard to a case of correcting the calculated inductance L a further inductance correction process routine calculated by LC calculation process, in the present invention, as it is calculated inductance L a without executing the inductance correction processing routine You may use for control of the
上記の実施形態のインダクタンス補正処理ルーチンでは、LCフィルタ回路120から出力される電流波形の電流歪み率が最小値に収束するまで制御インダクタンスLcを補正する形態について記載したが、本発明には、この形態を含み、LCフィルタ回路120から出力される電流波形の電流歪み率に応じて制御インダクタンスLcを補正する種々の形態が包含される。例えば、電流波形の電流歪み率自体が規定値に達するまで、或いは電流歪み率の変化量又は変化率が規定値に達するまで、制御インダクタンスLcを補正する形態を採用することもできる。
The inductance correction process routine of the above embodiment has been described with regard to the form of current distortion factor of the current waveform output from the
上記の実施形態のインダクタンス補正処理ルーチンでは、インバータ回路110の制御に用いる制御インダクタンスLcを暫定インダクタンスLsから所定の補正値aずつ段階的に算出インダクタンスLaに近づけるように補正する補正ロジックについて記載したが、本発明では、この補正ロジックとは別の補正ロジックを採用することもできる。例えば、制御インダクタンスLcが算出インダクタンスLaに近づくにつれて、或いは電流波形の電流歪み率が下がるにつれて、補正値aを小さくするように変更することもできる。
The inductance correction process routine of the above embodiments, the correction logic to correct so as to approach the control inductance L c used for controlling the
上記の実施形態の故障検出処理では、算出した合成インピーダンスYと正常作動範囲Y’との比較結果に基づいてLCフィルタ回路120が故障しているか否かを判定する場合について記載したが、本発明では、算出した合成インピーダンスYと予め定められた規定値との比較結果に基づいてLCフィルタ回路120が故障しているか否かを判定する判定ロジックを採用することもできる。
In the failure detection process of the above-described embodiment, the case where it is determined whether or not the
上記の実施形態では、制御部130によって故障検出処理及びLC算出処理の双方の処理が実行される場合について記載したが、本発明では、制御部130によって故障検出処理及びLC算出処理のうちのいずれか一方の処理のみが実行されてもよい。
In the above embodiment, the case where both the failure detection process and the LC calculation process are executed by the
上記の実施形態や種々の変更例の記載に基づいた場合、本発明では以下の各態様(アスペクト)を採り得る。 When based on description of said embodiment and various modifications, this invention can take the following each aspects (aspect).
本発明では、
「分散型電力発生源の発電時の出力電力を交流電力に変換して出力するインバータ回路と、
並列配置されたリアクトル及びコンデンサを含み、前記インバータ回路から出力された交流電力を平滑化して商用電力系統に供給するLCフィルタ回路と、
を備える系統連系インバータ装置において、
前記分散型電力発生源の発電時において前記LCフィルタ回路における電流位相及び電圧位相に基づいて前記インバータ回路を制御するとともに、前記LCフィルタ回路の出力側領域を流れる電流値に関する情報と前記LCフィルタ回路の入力側領域を流れる電流値に関する情報との双方に基づいて前記LCフィルタ回路のフィルタ定数を算出するステップを有する、系統連系インバータ装置の制御方法。」
という態様(態様1)を採用することができる。
この態様1によれば、インバータ回路の制御時におけるLCフィルタ回路のフィルタ定数を精度良く算出することができ、算出したフィルタ定数をインバータ回路の制御に反映させることができる。
In the present invention,
"An inverter circuit that converts the output power at the time of power generation of the distributed power generation source into AC power and outputs it,
An LC filter circuit including a reactor and a capacitor arranged in parallel, and smoothing AC power output from the inverter circuit and supplying the AC power to a commercial power system;
In a grid interconnection inverter device comprising:
The inverter circuit is controlled based on the current phase and the voltage phase in the LC filter circuit during power generation of the distributed power generation source, and information on the current value flowing in the output side region of the LC filter circuit and the LC filter circuit A method for controlling a grid-connected inverter device, comprising: calculating a filter constant of the LC filter circuit based on both information relating to a current value flowing through the input side region of the LC filter circuit. "
The mode (mode 1) can be adopted.
According to this
また本発明では、
「前記態様1に記載の、系統連系インバータ装置の制御方法であって、
前記LCフィルタ回路の前記フィルタ定数のうち前記リアクトルのインダクタンスについて算出した算出インダクタンスに対して制御インダクタンスを設定し、設定した前記制御インダクタンスを用いて前記インバータ回路を制御したときに前記LCフィルタ回路から出力される電流波形の電流歪み率に応じて当該制御インダクタンスを補正するステップを有する、系統連系インバータ装置の制御方法。」
という態様(態様2)を採用することができる。
この態様2によれば、算出した算出インダクタンスをそのままインバータ回路の制御に用いる場合に生じ得る出力電流の発振等の不具合によって電流波形が歪むのを抑えることができる。
In the present invention,
“A control method of the grid interconnection inverter device according to
A control inductance is set for the calculated inductance calculated for the inductance of the reactor among the filter constants of the LC filter circuit, and output from the LC filter circuit when the inverter circuit is controlled using the set control inductance A control method for a grid-connected inverter device, comprising a step of correcting the control inductance according to a current distortion rate of a current waveform to be performed. "
The mode (mode 2) can be adopted.
According to this
また本発明では、
「前記態様2に記載の、系統連系インバータ装置の制御方法であって、
前記算出インダクタンスを補正するステップでは、暫定的に定められた暫定インダクタンスを用い、前記LCフィルタ回路から出力される電流波形の電流歪み率が最小値に収束するまで前記制御インダクタンスを前記暫定インダクタンスから所定の補正値ずつ段階的に前記算出インダクタンスに近づける、系統連系インバータ装置の制御方法。」
という態様(態様3)を採用することができる。
この態様3によれば、比較的簡便な処理によって電流波形の電流歪みが低く抑えられるように制御インダクタンスを補正することができる。
In the present invention,
“A control method of the grid interconnection inverter device according to
In the step of correcting the calculated inductance, the provisional inductance determined provisionally is used, and the control inductance is determined from the provisional inductance until the current distortion rate of the current waveform output from the LC filter circuit converges to a minimum value. A method for controlling a grid-connected inverter device, which gradually approaches the calculated inductance step by step. "
The mode (mode 3) can be employed.
According to this aspect 3, it is possible to correct the control inductance so that the current distortion of the current waveform is kept low by a relatively simple process.
また本発明では、
「前記態様1〜3のうちのいずれかに記載の、系統連系インバータ装置の制御方法であって、
前記商用電力系統の電圧値と前記第1電流検出センサで検出された電流値とを用いて前記インバータ回路の合成インピーダンスを算出し、算出した前記合成インピーダンスに基づいて前記LCフィルタ回路の故障を検出するステップを有する、系統連系インバータ装置の制御方法。」
という態様(態様4)を採用することができる。
この態様4によれば、LCフィルタ回路の故障を早期に検出できるため、電流波形の電流歪みの大きいままの出力電流が商用電力系統に継続的に供給されるのを阻止できる。
In the present invention,
“A control method for a grid interconnection inverter device according to any one of the first to third aspects,
A combined impedance of the inverter circuit is calculated using a voltage value of the commercial power system and a current value detected by the first current detection sensor, and a failure of the LC filter circuit is detected based on the calculated combined impedance A method for controlling a grid-connected inverter device, comprising the step of: "
The aspect (Aspect 4) can be adopted.
According to this aspect 4, since the failure of the LC filter circuit can be detected at an early stage, it is possible to prevent the output current with a large current distortion of the current waveform from being continuously supplied to the commercial power system.
10…分散型電力発生源、20…商用電力系統、100…系統連系インバータ装置、110…インバータ回路、120…LCフィルタ回路、121…リアクトル、122…コンデンサ、123…第1電流検出センサ、124…第2電流検出センサ、130…制御部、S1,S2,S3,S4…スイッチング素子
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記分散型電力発生源の発電時の出力電力を交流電力に変換して出力するインバータ回路と、
互いに並列配置されたリアクトル及びコンデンサを含み、前記インバータ回路から出力された交流電力を平滑化して前記商用電力系統に供給するLCフィルタ回路と、
前記LCフィルタ回路の出力側領域に設けられた第1電流検出センサと、
前記LCフィルタ回路の入力側領域に設けられた第2電流検出センサと、
前記分散型電力発生源の発電時において前記LCフィルタ回路における電流位相及び電圧位相に基づいて前記インバータ回路を制御するとともに、前記第1電流検出センサで検出された電流値に関する情報と前記第2電流検出センサで検出された電流値に関する情報との双方に基づいて前記LCフィルタ回路のフィルタ定数を算出する制御部と、
を備える、系統連系インバータ装置。 A grid-connected inverter device interposed between a distributed power generation source and a commercial power system,
An inverter circuit that converts the output power during power generation of the distributed power generation source into AC power and outputs the AC power;
An LC filter circuit including a reactor and a capacitor arranged in parallel with each other, and smoothing AC power output from the inverter circuit and supplying the AC power to the commercial power system;
A first current detection sensor provided in an output side region of the LC filter circuit;
A second current detection sensor provided in the input side region of the LC filter circuit;
The inverter circuit is controlled based on a current phase and a voltage phase in the LC filter circuit during power generation of the distributed power generation source, and information on a current value detected by the first current detection sensor and the second current A control unit that calculates a filter constant of the LC filter circuit based on both information on the current value detected by the detection sensor;
A grid interconnection inverter device.
前記制御部は、前記LCフィルタ回路の前記フィルタ定数のうち前記リアクトルのインダクタンスについて算出した算出インダクタンスに対して制御インダクタンスを設定し、設定した前記制御インダクタンスを用いて前記インバータ回路を制御したときに前記LCフィルタ回路から出力される電流波形の電流歪み率に応じて当該制御インダクタンスを補正する、系統連系インバータ装置。 The grid-connected inverter device according to claim 1,
The control unit sets a control inductance with respect to the calculated inductance calculated for the inductance of the reactor among the filter constants of the LC filter circuit, and controls the inverter circuit using the set control inductance. A grid-connected inverter device that corrects the control inductance in accordance with a current distortion rate of a current waveform output from an LC filter circuit.
前記制御部は、前記制御インダクタンスの補正の際、暫定的に定められた暫定インダクタンスを用い、前記LCフィルタ回路から出力される電流波形の電流歪み率が最小値に収束するまで前記制御インダクタンスを前記暫定インダクタンスから所定の補正値ずつ段階的に前記算出インダクタンスに近づける、系統連系インバータ装置。 A grid interconnection inverter device according to claim 2,
The control unit uses the provisional inductance provisionally determined when correcting the control inductance, and the control inductance is used until the current distortion rate of the current waveform output from the LC filter circuit converges to a minimum value. A grid-connected inverter device that gradually approaches the calculated inductance from a provisional inductance by a predetermined correction value.
前記制御部は、前記商用電力系統の電圧値と前記第1電流検出センサで検出された電流値とを用いて前記インバータ回路の合成インピーダンスを算出し、算出した前記合成インピーダンスに基づいて前記LCフィルタ回路の故障を検出する、系統連系インバータ装置。 It is a grid connection inverter apparatus as described in any one of Claims 1-3,
The control unit calculates a combined impedance of the inverter circuit using a voltage value of the commercial power system and a current value detected by the first current detection sensor, and the LC filter based on the calculated combined impedance A grid-connected inverter device that detects circuit failures.
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