JP6507078B2 - Control method and control device of power conditioner - Google Patents
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Description
本発明は、パワーコンディショナの制御方法及び制御装置に関する。 The present invention relates to a control method and control device of a power conditioner.
従来、商用電源系統に連系する系統連系運転(以下、連系運転という)と、商用電源系統から解列して自立的に運転する自立運転とを切換え可能な太陽電池を用いたインバータを備えるパワーコンディショナが提案されている。特許文献1のパワーコンディショナは、連系運転時は単相2線出力方式で動作し、自立運転時は単相3線出力方式で動作する。
Conventionally, an inverter using a solar cell capable of switching between grid-connected operation (hereinafter referred to as “connected operation”) connected to a commercial power supply system and self-sustaining operation to be operated independently from the commercial power supply system is used. A power conditioner to be equipped has been proposed. The power conditioner of
ここでパワーコンディショナにおいてはインバータの損失を低減し変換効率等の特性向上を図ることが望まれている。特に特許文献1のパワーコンディショナは、連系運転時にO相(N相)制御用レグが停止しており、連系運転時の特性向上に寄与することが無かった。
Here, in the power conditioner, it is desired to reduce the loss of the inverter and to improve the characteristics such as the conversion efficiency. In particular, in the power conditioner of
従って、上記のような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、連系運転時の特性向上を図ることができるパワーコンディショナの制御方法及び制御装置を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention made in view of the above problems is to provide a control method and a control device of a power conditioner capable of improving the characteristics during the interconnection operation.
上記課題を解決するために本発明の一実施形態に係るパワーコンディショナの制御方法は、
連系運転時は単相2線出力方式で動作し、自立運転時は単相3線出力方式で動作する、上アーム及び下アームからなるレグを少なくとも3つの備えたパワーコンディショナの制御方法であって、
前記パワーコンディショナは、U相を制御するレグ又はW相を制御するレグのいずれかの中点端子と、O相を制御するレグの中点端子とを接続する開閉器とを有し、
自立運転時は、前記開閉器をオフしてU相、O相、W相のそれぞれを前記少なくとも3組のレグにて制御するステップと、
連系運転時は、前記開閉器をオンして、前記開閉器により接続された2つのレグを同一の制御信号により制御するステップと、
を含むことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned subject, the control method of the power conditioner concerning one embodiment of the present invention is:
Operates in single-phase two-wire output mode during linked operation, and operates in single-phase three-wire output mode during autonomous operation, using a power conditioner control method with at least three legs consisting of an upper arm and a lower arm There,
The power conditioner has a middle point terminal of either the U phase controlling leg or the W phase controlling leg, and a switch connecting the middle point terminal of the O phase controlling leg.
During stand-alone operation, the switch is turned off to control each of the U-phase, the O-phase, and the W-phase with the at least three sets of legs;
During the interconnection operation, the switch is turned on to control two legs connected by the switch with the same control signal;
It is characterized by including.
また、本発明の一実施形態に係るパワーコンディショナの制御装置は、
連系運転時は単相2線出力方式で動作し、自立運転時は単相3線出力方式で動作するパワーコンディショナであって、
制御部と、
上アーム及び下アームを含む少なくとも3つのレグと、
U相を制御するレグ又はW相を制御するレグのいずれかの中点端子とO相を制御するレグの中点端子とを接続する開閉器と、を備え、
前記制御部は、自立運転時において、前記開閉器をオフしてU相、O相、W相のそれぞれを前記少なくとも3つのレグにて制御し、連系運転時において、前記開閉器をオンして、前記開閉器により接続された2つのレグを同じ制御信号により制御することを特徴とする。
Further, a control device of a power conditioner according to an embodiment of the present invention is
A power conditioner that operates in single-phase two-wire output mode during interconnection operation and operates in single-phase three-wire output mode during autonomous operation,
A control unit,
At least three legs including an upper arm and a lower arm;
A switch connecting between a middle point terminal of either the U phase controlling leg or the W phase controlling leg and the middle point terminal of the O phase controlling leg;
The control unit turns off the switch and controls each of the U-phase, O-phase, and W-phase with the at least three legs in the independent operation, and turns on the switch in the interconnection operation. The two legs connected by the switch are controlled by the same control signal.
本発明におけるパワーコンディショナの制御方法及び制御装置によれば、連系運転時の特性向上を図ることができる。 According to the control method and the control device of the power conditioner in the present invention, it is possible to improve the characteristics at the time of linked operation.
以下、本発明の実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
(実施の形態1)
本発明の一実施形態に係るパワーコンディショナ1は、連系運転及び自立運転が可能なパワーコンディショナである。図1に示すように、本発明の一実施形態に係るパワーコンディショナ1は、電源10に接続され負荷に給電するものであり、インバータ20と、インバータ制御部30と、第1電圧検出部51と、第2電圧検出部52と、連系リレー60と、自立リレー70とを備える。電源10は、太陽電池、燃料電池等である。電源10が太陽電池である場合、太陽光の受光に応じて直流電力をインバータ20に供給し、インバータ20は直流電力を交流電力に変換して交流電力を負荷に供給する。負荷は、例えば、液晶テレビ、掃除機、電気ストーブなどの全波負荷や、ドライヤなどの半波負荷を含む家庭用電気製品である。図1に示すパワーコンディショナ1は、連系運転時は連系リレー60をオンし自立リレー70をオフして単相2線出力方式で動作する。一方、自立運転時は連系リレー60をオフし自立リレー70をオンして単相3線出力方式で動作する。なおインバータ制御部30は、本発明の制御装置に対応する。
The
インバータ20は、電圧型制御インバータであって、図示の通り、ダイオード(D1〜D6)、スイッチング素子(S1〜S6)、コンデンサ(C1)、コイル(L1〜L3)を含んで構成され、インバータ制御部30からのPWM(Pulse Width Modulation)方式の駆動信号に基づき直流の入力電圧を交流の出力電圧に変換する。ダイオードD1〜2及びスイッチング素子S1〜S2は、O相を制御するための上アーム及び下アームからなるO相制御レグ21を構成し、ダイオードD3〜4及びスイッチング素子S3〜S4は、U相を制御するための上アーム及び下アームからなるU相制御レグ22を構成し、ダイオードD5〜6及びスイッチング素子S5〜S6は、W相を制御するための上アーム及び下アームからなるW相制御レグ23を構成する。インバータ制御部30は、第1電圧検出部51及び第2電圧検出部52が検出したインバータ20の出力電圧V(U相とO相間の電位差、及びO相とW相間の電位差)に基づき、O相制御レグ21、U相制御レグ22、及びW相制御レグ23への制御信号(各スイッチング素子をスイッチング制御するための信号)を生成する。
The
さらに本実施形態に係るインバータ20は、図1に示すようにO相制御レグ21の中点端子とU相制御レグ22の中点端子とを接続する開閉器24を備える。具体的にはO相制御レグ21のスイッチング素子S1とスイッチング素子S2との間(中点端子)と、U相制御レグ22のスイッチング素子S3とスイッチング素子S4との間(中点素子)とが、開閉器24により接続される。そしてインバータ制御部30は、連系運転時は、開閉器24をオン(閉路)して自立運転時にO相を制御するレグと接続されたレグとを同一の制御信号により制御する。図1に示す例ではO相制御レグ21とU相制御レグ22とを同一の制御信号により制御する。O相制御レグ21とU相制御レグ22とが同一の制御信号で制御されるため、スイッチング素子S1及びスイッチング素子S3は、同一のタイミングでオン又はオフする。また、スイッチング素子S2及びスイッチング素子S4も、同一のタイミングでオン又はオフする。
Furthermore, as shown in FIG. 1, the
一方で自立運転時にはインバータ制御部30は、開閉器24をオフ(開放)して各相のそれぞれを各レグ(ここではO相制御レグ21、U相制御レグ22、W相制御レグ23)により制御することで単相三線出力を行う。
On the other hand, at the time of the self-sustaining operation, the
ここで開閉器24が溶着等によりオフせず自立運転の動作をしてしまうと、U相制御レグ22のP側素子(スイッチング素子S3)と、O相制御レグ21のN側素子(スイッチング素子S2)とが同時にオンした場合にPN短絡となり、インバータ20が故障してしまう。そこでインバータ制御部30は、自立運転をする前に、開閉器24が正常に動作しているか否かを検出する。自立運転をする前におけるインバータ制御部30の処理について、図2に示すフローチャートによりその動作を説明する。
Here, if the
はじめにインバータ制御部30は、自立運転開始前の状態において、開閉器24をオフ(開放)するように制御する(ステップS10)。そしてインバータ制御部30は、試運転を行う(ステップS20)。
First, the
具体的にはインバータ制御部30は試運転において、自立リレー70をオフしたまま、開閉器24に接続されたレグの一方に所定の信号を入力する。ここでは一例として、U相制御レグ22に正弦波を出力する信号を入力する場合について説明する。開閉器24の正常時には、図3(a)に示すようにU相の出力電圧(U−W相間の電圧)のみが正弦波となり、O相の出力電圧(W−O相間の電圧)は変動しない。一方、開閉器24の異常時には、図3(b)に示すようにU相の出力電圧及び、O相の出力電圧も正弦波となる。すなわち、U相の出力電圧とO相の出力電圧とは、同一になる。なお図3においてW相を基準電位としている。
Specifically, in the trial operation, the
インバータ制御部30は、第1電圧検出部51及び第2電圧検出部52が検出した電圧を取得し、試運転時におけるU相の出力電圧とO相の出力電圧を比較して、両方の電圧が等しければ開閉器24が異常であると検出する。なおインバータ制御部30は、O相の出力電圧のみにより、出力電圧が0でなければ異常であると判定してもよい。
The
インバータ制御部30は、開閉器24が正常である場合(ステップS30:はい)、自立リレー70をオンして、自立運転を開始する(ステップS40)。一方、開閉器24が正常で無い場合(ステップS30:いいえ)、自立リレー70をオフにしたままオンせず(自立運転を開始せず)、異常停止をする(ステップS50)。
When the
このように上記実施形態によれば、連系運転時は、開閉器24をオン(閉路)して、開閉器24に接続された2つのレグ(上記実施の形態ではO相制御レグ21及びU相制御レグ22)を同一の制御信号により制御するため、O相制御レグ21の上アームとU相制御レグ22の上アーム、及びO相制御レグ21の下アームとU相制御レグ22の下アームが並列接続になりオン抵抗等が低減され、連系運転時の特性向上を図ることができる。具体的には、スイッチング素子S1及S3、並びにスイッチング素子S2及びS4が並列接続となるため、これらのオン抵抗が低減できる。また、ダイオードD1及びD3、並びにダイオードD2及びD4が並列接続となりこれらの抵抗が低減できる。そのため、インバータ20の損失を低減し、パワーコンディショナ1の変換効率を向上させることができる。
As described above, according to the above embodiment, at the time of linked operation, the
また上記実施形態によれば、自立運転時にはインバータ制御部30は、開閉器24をオフして各相のそれぞれを各レグにより制御するため、単相三線出力が可能になる。さらに当該自立運転をする前に、開閉器24が正常に動作しているか否かを検出して、開閉器24が正常に動作していない場合、異常停止するため開閉器24がオフしない場合であっても確実にインバータ20の動作を停止することができる。そのため、自立運転においてインバータ20及び負荷を破損させることがない。
Further, according to the above-described embodiment, at the time of the self-sustaining operation, the
なお、上記実施の形態では、O相制御レグ21の中点端子とU相制御レグ22の中点端子とを開閉器24により接続したがこれに限られず、O相制御レグ21の中点端子とW相制御レグ23の中点端子とを開閉器24により接続してもよい。この場合、連系運転時は、開閉器24をオンして、開閉器により接続された2つのレグ(O相制御レグ21とW相制御レグ23)を同一の制御信号により制御するため、O相制御レグ21の上アーム及びW相制御レグ23の上アームが並列接続になり、またO相制御レグ21の下アーム及びW相制御レグ23の下アームが並列接続になり、オン抵抗等が低減される。
Although the middle point terminal of O-
なお、上記実施の形態では、試運転時にU相制御レグ22に正弦波を出力する信号を入力するように制御したがこれに限られない。例えば、矩形波やパルス波を出力する信号を入力してもよい。
In the above embodiment, control is performed to input a signal that outputs a sine wave to the
(変形例)
以下に、本発明の実施の形態2について説明をする。図4は変形例に係るパワーコンディショナ1の構成を示す図である。上記実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、説明は省略する。変形例に係るパワーコンディショナ1は、上記実施形態に係る構成と比較して、第1U相制御レグ25の中点端子及び第2U相制御レグ26の中天端子が元から接続されており、また第1W相制御レグ27の中点端子及び第2W相制御レグ28の中点端子が元から接続されている点が相違する。
(Modification)
Second Embodiment A second embodiment of the present invention will be described below. FIG. 4 is a view showing the configuration of a
変形例に係るパワーコンディショナ1では、第1U相制御レグ25の中点端子及び第2U相制御レグ26の中点端子を接続する接続線に、開閉器29を備える。具体的には第1U相制御レグ25のスイッチング素子S1とスイッチング素子S2との間と、第2U相制御レグ26のスイッチング素子S3とスイッチング素子S4との間の接続線に、開閉器29が設けられる。
In the
そしてインバータ制御部30は、連系運転時は、開閉器24をオンし、開閉器24に接続された2つのレグを同一の制御信号により制御する。すなわちここでは第1U相制御レグ25と、第2U相制御レグ26とを同一の制御信号により制御する。一方で自立運転時にはインバータ制御部30は、開閉器29をオフして各相のそれぞれを各レグ(ここでは第1U相制御レグ25、第2U相制御レグ26、第1W相制御レグ27、及び第2W相制御レグ28)により制御することで単相三線出力を行う。開閉器29の溶着等の異常を検出する方法は、上記実施の形態と同様であるので、説明は省略する。
Then, at the time of linked operation, the
このように変形例に係るパワーコンディショナ1によれば、連系運転時は、開閉器29をオンして、開閉器29に接続された2つのレグ(上記例では第1U相制御レグ25と第2U相制御レグ26)を同一の制御信号により制御するため、第1U相制御レグ25の上アームと第2U相制御レグ26の上アーム、及び第1U相制御レグ25の下アームと第2U相制御レグ26の下アームとが並列接続になりオン抵抗等が低減されるため、連系運転時の特性向上を図ることができる。具体的には、スイッチング素子S1及S3、並びにスイッチング素子S2及びS4が並列接続となるため、これらのオン抵抗が低減できる。また、ダイオードD1及びD3、並びにダイオードD2及びD4が並列接続となりこれらの抵抗が低減できる。
As described above, according to the
また上記変形例に係るパワーコンディショナ1によれば、自立運転時にはインバータ制御部30は、開閉器29をオフして各相のそれぞれを各レグにより制御するため、単相三線出力が可能になる。さらに当該自立運転をする前に、開閉器29が正常に動作しているか否かを検出して、開閉器29が正常に動作していない場合、異常停止するため開閉器29がオフしない場合であっても確実にインバータ20の動作を停止することができる。
Further, according to
なお上記実施の形態において、インバータ制御部30が本発明の制御装置に対応するとしたがこれに限られない。例えばパワーコンディショナ1は、インバータ20の外部に設けられた制御部を設けてもよく、当該制御部がインバータ制御部30の行う各種制御を行ってもよい。この場合、当該制御部を備えるパワーコンディショナ1自体を、制御装置ということもできる。
Although the
本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各手段、各ステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段やステップ等を1つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。 Although the present invention has been described based on the drawings and examples, it should be noted that those skilled in the art can easily make various changes and modifications based on the present disclosure. Therefore, it should be noted that these variations and modifications are included in the scope of the present invention. For example, each means, functions included in each step, etc. can be rearranged so as not to be logically contradictory, and it is possible to combine or divide a plurality of means, steps, etc. into one. .
1 パワーコンディショナ
10 電源
20 インバータ
21 O相制御レグ
22 U相制御レグ
23 W相制御レグ
24 開閉器
25 第1U相制御レグ
26 第2U相制御レグ
27 第1W相制御レグ
28 第2W相制御レグ
29 開閉器
50 電圧検出部
51 第1電圧検出部
52 第2電圧検出部
60 連系リレー
70 自立リレー
1
Claims (4)
前記パワーコンディショナは、U相を制御するレグ又はW相を制御するレグのいずれかの中点端子と、O相を制御するレグの中点端子とを接続する開閉器とを有し、
自立運転時は、前記開閉器をオフしてU相、O相、W相のそれぞれを前記少なくとも3組のレグにて制御するステップと、
連系運転時は、前記開閉器をオンして、前記開閉器により接続された2つのレグを同一の制御信号により制御するステップと、
を含むパワーコンディショナの制御方法。 Operates in single-phase two-wire output mode during linked operation, and operates in single-phase three-wire output mode during autonomous operation, using a power conditioner control method with at least three legs consisting of an upper arm and a lower arm There,
The power conditioner has a middle point terminal of either the U phase controlling leg or the W phase controlling leg, and a switch connecting the middle point terminal of the O phase controlling leg.
During stand-alone operation, the switch is turned off to control each of the U-phase, the O-phase, and the W-phase with the at least three sets of legs;
During the interconnection operation, the switch is turned on to control two legs connected by the switch with the same control signal;
Control method of the power conditioner including.
前記開閉器の異常を検出するステップと、
前記異常が検出された場合、前記自立運転を開始しないことを特徴とする請求項1に記載のパワーコンディショナの制御方法。 Turning off the switch before performing the self-sustaining operation and individually operating the legs connected to the switch before turning on the self-sustaining relay;
Detecting an abnormality of the switch;
The control method of the power conditioner according to claim 1, wherein the self-sustaining operation is not started when the abnormality is detected.
制御部と、
上アーム及び下アームを含む少なくとも3つのレグと、
U相を制御するレグ又はW相を制御するレグのいずれかの中点端子とO相を制御するレグの中点端子とを接続する開閉器と、を備え、
前記制御部は、自立運転時において、前記開閉器をオフしてU相、O相、W相のそれぞれを前記少なくとも3つのレグにて制御し、連系運転時において、前記開閉器をオンして、前記開閉器により接続された2つのレグを同じ制御信号により制御する、制御装置。 A power conditioner that operates in single-phase two-wire output mode during interconnection operation and operates in single-phase three-wire output mode during autonomous operation,
A control unit,
At least three legs including an upper arm and a lower arm;
A switch connecting between a middle point terminal of either the U phase controlling leg or the W phase controlling leg and the middle point terminal of the O phase controlling leg;
The control unit turns off the switch and controls each of the U-phase, O-phase, and W-phase with the at least three legs in the independent operation, and turns on the switch in the interconnection operation. Control device for controlling the two legs connected by the switch with the same control signal.
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