JPH05316741A

JPH05316741A - 双方向電力変換装置

Info

Publication number: JPH05316741A
Application number: JP4116474A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Makino; 正寛牧野; Kunio Tanaka; 邦穂田中; Etsuo Taniguchi; 悦男硲口; Masaki Yugou; 政樹湯郷
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1992-05-11
Filing date: 1992-05-11
Publication date: 1993-11-26

Abstract

(57)【要約】【構成】ＣＴ３８およびＰＴ４６によって検出した交
流電流および交流電圧に基づいて、力率異常検出回路５
６で力率異常を検出する。力率異常がなければ力率異常
検出回路５６から“Ｈ”を出力し、力率異常がある場合
には“Ｌ”を出力する。一方、絶対値測定回路４４で交
流電流の絶対値を測定し、絶対値が所定の閾値以下のと
きには“Ｈ”、大きいときには“Ｌ”を出力する。電流
の絶対値が所定の閾値以下のときには、ＯＲ回路６４か
ら“Ｈ”を出力するので力率異常の有無に拘わらず、制
御回路３２は動作する。【効果】双方向電力変換装置を正確に動作させること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は双方向電力変換装置に
関し、特にたとえば太陽光発電等の直流発電設備と交流
電源の連係運転を行う際に、直流発電設備の発電能力が
低下したときまたは直流負荷が重負荷になったときには
交流側から直流側へ、また逆に直流発電設備の発電電力
に余剰が発生したときには直流側から交流側へ電力を供
給するシステムに用いられる、双電力変換装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図１２を参照して、従来の双方向電力変
換装置１では、交流電源２と双方向電力変換回路３との
安定な連係を確保するため、ＣＴ（電流変成器）４ａか
らの電流に応じて力率異常を検出する力率異常検出回路
４が付加されていた。また、乗算器３ａでＰＴ（電圧変
成器）３ｂおよびバンドパスフィルタ３ｃを通して得ら
れた基準正弦波と電流指令値決定回路５からの電流指令
値とを掛け合わせて、乗算器３ａから交流電流の指令値
を制御回路５に与えていた。さらに従来の双方向電力変
換装置１では、直流電源６からの電力の有無や直流負荷
７などの動作状態に関係なくシステムを動作させてい
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】図１２に示す従来の双
方向電力変換装置１では、直流電源６と交流電源２とを
連係運転する際、交流電源波形が微小なときや、双方向
電力変換回路３の特性上交流電流の位相が反転するとき
には力率異常検出回路４が誤動作する可能性がある。し
たがって、双方向電力変換回路３が正常に動作している
にも拘わらず、双方向電力変換装置１を誤って停止させ
るという問題点があった。

【０００４】また、交流電流波形が微小なときや交流電
流の位相が反転するときには、電流指令値検出回路５で
検出された負荷電圧と基準電圧との差が小さいため、出
力される電流指令値が微小になり、したがって、乗算器
３ａからの出力が歪んでしまい、その結果交流電源２に
高調波電流による悪影響を与える恐れがあった。さら
に、この双方向電力変換装置１では、直流電源６からの
電力の有無や直流負荷７などの動作状態に関係なくシス
テムを動作させていたので、無駄に電力を消費して経済
的な連係を確保できないという問題点があった。

【０００５】それゆえに、この発明の主たる目的は、安
定な連係を確保し正確に動作させることができる、双方
向電力変換装置を提供することである。この発明の他の
目的は、交流電源への悪影響を防止できる、双方向電力
変換装置を提供することである。さらに、この発明のそ
の他の目的は、経済的な連係を確保できる、双方向電力
変換装置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、直流電力
を交流電源に回生する機能と交流電源から負荷に直流電
力を供給する整流機能とを有する双方向電力変換手段、
双方向電力変換手段の直流側から交流側へのインバータ
動作と交流側から直流側へのコンバータ動作とを制御す
る制御手段、および交流側の力率異常を検出したとき制
御手段に信号を与えて双方向電力変換手段を停止させる
力率異常検出手段を含む双方向電力変換装置において、
双方向電力変換手段の交流入力電流または交流出力電流
の絶対値が所定値以下のとき実質的に力率異常検出手段
を無効化する絶対値検出手段を備えることを特徴とす
る、双方向電力変換装置である。

【０００７】第２の発明は、直流電力を交流電源に回生
する機能と交流電源から負荷に直流電力を供給する整流
機能とを有する双方向電力変換手段、双方向電力変換手
段の直流側から交流側へのインバータ動作と交流側から
直流側へのコンバータ動作とを制御する制御手段、直流
側の直流電圧を基準電圧と比較することによって制御手
段を制御するための第１の電流指令値を得る電流指令値
決定手段、および第１の電流指令値を零点付近を通らな
いヒステリシス特性を有する第２の電流指令値に変換し
て制御手段に与えるヒステリシス手段を備える、双方向
電力変換装置である。

【０００８】第３の発明は、直流電力を交流電力に回生
する機能と交流電源から負荷に直流電力を供給する整流
機能とを有する双方向電力変換手段、および双方向電力
変換手段の直流側から交流側へのインバータ動作と交流
側から直流側へのコンバータ動作とを制御する制御手段
を含む双方向電力変換装置において、直流電力の有無と
負荷の動作状態とに応じて双方向電力変換手段の起動お
よび停止を制御するようにしたことを特徴とする、双方
向電力変換装置である。

【０００９】

【作用】第１の発明では、交流電流および交流電圧に基
づいて力率異常検出手段で力率に異常があるか否かを判
断する。また、絶対値検出手段で交流電流の絶対値を検
出し、その絶対値が所定の閾値より小さいか否かを判断
する。電流の絶対値が所定の閾値より大きくかつ力率異
常があるときのみ制御手段を停止する。また、電流の絶
対値が所定の閾値以下であれば力率異常の有無に拘わら
ず制御手段を動作させる。すなわち、このとき力率異常
検出手段は、無効化される。電流の絶対値が所定の閾値
を超えておりかつ力率異常がない場合には当然制御手段
を動作させ、双方向電力変換装置手段を制御する。

【００１０】第２の発明では、負荷電圧と基準電圧との
差に応じて、電流指令値決定手段が電流指令値を決定
し、ヒステリシス手段によりその電流指令値にヒステリ
シス特性を持たせて制御手段に与える。すなわち、零点
付近の値を有さない電流指令値によって制御手段が制御
される。第３の発明では、直流電力があれば直流負荷の
動作状態に関係なく双方向電力変換手段を動作させる。
直流電力がなくても直流負荷が動作しておれば双方向電
力変換手段を動作させる。直流電力がなくかつ直流負荷
が動作していなければ双方向電力変換手段を停止させ
る。

【００１１】

【発明の効果】第１の発明によれば、交流側電流の絶対
値が所定の閾値以下の場合には、力率異常検出手段を実
質的に無効化するので力率異常検出手段からの誤った指
令が制御手段に与えられることなく、制御手段は動作し
つづけるので、正常動作している装置が誤停止するとい
う誤動作を防止できる。

【００１２】第２の発明によれば、制御手段に与える電
流指令値に零点付近の通らないヒステリシス特性を持た
せるので、零点付近の微小な電圧指令値により制御手段
が動作することなく、双方向電力変換手段の電流波形の
歪みを抑え、交流電源に高調波電流による悪影響を与え
ない。第３の発明によれば、直流電力がなくかつ直流負
荷が動作していないときに双方向電力変換手段を停止す
るので、駆動電力等が無駄に消費されることなく、経済
的な連係を確保できる。

【００１３】この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。

【００１４】

【実施例】図１を参照して、この実施例の双方向電力変
換装置１０は、直流側から交流側または交流側から直流
側の双方向の電力潮流を制御可能とするものであり、た
とえば太陽光発電設備などの直流電源（直流発電設備）
１２を含む。直流電源１２には逆流防止用のダイオード
１４を介して、直流負荷１６が接続される。直流負荷１
６は、たとえば、空調装置コンプレッサ駆動用インバー
タ１８やモータ２０を含む。直流負荷１６には双方向電
力変換回路２２を介して交流電源２４が接続される。す
なわち、直流電源１２の発電能力が低下しまたは直流負
荷１６が重負荷となった場合には交流側から直流側へ、
また直流電源１２の発電電力に余剰が発生した場合には
直流側から交流側へ電力を供給して、連係運転する。

【００１５】双方向電力変換回路２２はコンバータ２６
を含み、コンバータ２６はスイッチング素子である４つ
のＭＯＳＦＥＴ２８ａ〜２８ｄと帰還ダイオード３０ａ
〜３０ｄとを含む。コンバータ２６は、周知なフルブリ
ッジ方式のものであるので、その詳細な説明は省略する
が、ＭＯＳＦＥＴ２８ａ〜２８ｄのそれぞれのゲートに
は制御回路３２から制御信号が与えられ、インバータ動
作およびコンバータ動作が行われる。ただし、このよう
なスイッチング素子としては、ＭＯＳＦＥＴに限らず、
他のトランジスタ等の半導体スイッチング素子を利用で
きる。

【００１６】交流電源２４とコンバータ２６との間には
リアクトル３４が接続され、またコンバータ２６と直流
電源１２との間には、平滑コンデンサ３６が並列接続さ
れる。交流電流はＣＴ３８によって検出され増幅器４０
で増幅されて図３（ａ）に示す波形となり、制御回路３
２，コンパレータ４２および絶対値測定回路４４に与え
られる。また、交流電圧はＰＴ４６によって検出され、
バンドパスフィルタ４８によって抽出された図３（ｂ）
に示す波形の電圧信号として乗算器５０およびコンパレ
ータ５２に与えられる。

【００１７】また、電流指令値決定回路５４によって負
荷電圧Ｖ_DCを検出して、負荷電圧Ｖ _DCを一定に保つため
基準電圧と比較し、その差に応じた電流指令値を直流電
圧の形で乗算器５０に与える。乗算器５０では、バンド
パスフィルタ４８から与えられた電圧信号と電流指令値
決定回路５４からの電流指令値とを掛け合わせて、周波
数，位相および振幅が決定された交流電流の指令値が制
御回路３２に与えられる。乗算器５０からの交流電流の
指令値と増幅器４０からのフィードバックループの実際
の電流値とによって、制御回路３２はＰＷＭ信号を出力
してコンバータ２６を制御し、電流指令値決定回路５４
によって検出される負荷電圧Ｖ_DCと基準電圧との差がな
くなるように動作させる。

【００１８】そして、コンパレータ４２および５２から
は、それぞれ図３（ｃ）および（ｄ）に示す方形波状の
信号が力率異常検出回路５６のＥＸ−ＯＲ回路５８（図
２）に与えられる。ＥＸ−ＯＲ回路５８からは、交流電
流と交流電圧の位相差τを示す図３（ｅ）のパルスが出
力されてカウンタ６０に与えられる。カウンタ６０には
クロックが与えられてパルスの長さをディジタル的に計
数し、その計数値がコンパレータ６２で位相差τすなわ
ち力率の閾値と比較される。そして計数値が力率の閾値
より大きい場合には力率異常なしとしてハイレベル（以
下“Ｈ”という）がＯＲ回路６４（図１）に与えられ
る。一方、計数値が力率の閾値以下の場合には力率異常
ありとしてローレベル（以下“Ｌ”という）が出力され
る。

【００１９】また、ＣＴ３８からの交流電流は、電流絶
対値測定回路４４にも与えられる。絶対値測定回路４４
は、力率異常回路５６の誤動作を防止するためのもので
あり、入力された交流電流のノイズを除去するノイズフ
ィルタ６６を含み、ノイズフィルタ６６から出力される
出力電流は全波整流回路６８によって図３（ｆ）に示す
波形の電流に変換されてコンパレータ７０に与えられ
る。そして、交流電流の絶対値がコンパレータ７０の閾
値と比較される。絶対値が一定の閾値より大きい場合に
はＯＲ回路６４に“Ｌ”の通常動作信号が出力され、閾
値以下の場合には“Ｈ”のマスク信号が出力される。し
たがって、電流の絶対値が所定の閾値より大きくかつ力
率異常があるときのみ、ＯＲ回路５６から“Ｌ”が出力
されて制御回路３２を停止する。また、電流の絶対値が
所定の閾値以下であれば力率異常の有無に拘わらず、制
御回路３２は動作しつづける。すなわち、このとき力率
異常検出回路５６は無効化される。交流電流の絶対値が
所定の閾値を超えておりかつ力率異常がない場合には、
当然制御回路３２を動作させてコンバータ２６を制御す
る。

【００２０】なお、この実施例では、交流電流値を交流
側に設けたＣＴ３８によって検出したが、同等の情報が
得られるなら回路中の他の任意箇所で検出してもよい。
また、図４を参照して、他の実施例の双方向電力変換装
置１０は図１に示す双方向電力変換装置１０と同様、直
流電源１２，直流負荷１６および双方向電力変換回路２
２および交流電源２４等を含むが、その重複する説明は
省略する。

【００２１】この双方向電力変換装置１０で注目すべき
は、電流指令値決定回路５４と乗算器５０との間に、ヒ
ステリシス回路７２が介挿されていることである。ヒス
テリシス回路７２からは図１０に示すようなヒステリシ
ス特性（出力される電流指令値が０Ｖ付近を通らないよ
うな特性）を有する出力が乗算器５０に与えられる。具
体的に説明すると、まず、ヒステリシス回路７２のバッ
ファアンプ７４および７６ならびにヒステリシスコンパ
レータ７８に図６に示すリニアリティを有する電流指令
値が入力される。バッファアンプ７４からは、リミッタ
８０によって図７に示すように＋Ｖｒより小さくならな
いように電流指令値が出力される。また、バッファアン
プ７６からは、リミッタ８２によって図８に示すように
−Ｖｒより大きくならないように電流指令値が出力され
る。そして、ヒステリシスコンパレータ７８に与えられ
る電流指令値は、グランドレベルと比較されて出力され
る。コンパレータ７８からは、抵抗８４でフィードバッ
クされることによって、図９に示すようなヒステリシス
特性を有する出力が得られる。この出力は、アナログス
イッチ８６のスイッチングを制御するための選択信号と
なる。

【００２２】すなわち、コンパレータ７８に入力される
電流指令値が負の値から徐々に大きくなり０Ｖを超えて
図９に示す点ａの値になったときに、選択信号は０Ｖか
ら一気に＋の所定電圧に上昇する。そして、電流指令値
がその後増加しても、選択信号はその電圧値を保ち続け
る。したがって、電流指令値が点ａの値になるまではア
ナログスイッチ８６をバッファアンプ７６側に接続し、
電流指令値が点ａより大きくなったときにアナログスイ
ッチ８６をバッファアンプ７４側に接続する。一方、コ
ンパレータ７８に与えられる電流指令値が＋の値から徐
々に減少し０Ｖを超えて図９に示す点ｂの値になったと
きに、選択信号は＋の所定電圧から一気に０Ｖとなる。
そして、電流指令値がその後減少しても、選択信号は０
Ｖの値を保ち続ける。したがって、電流指令値が点ｂの
値になるまではアナログスイッチ８６をバッファアンプ
７４側に接続し、電流指令値が点ｂより小さくなったと
きにアナログスイッチ８６をバッファアンプ７６側に接
続する。

【００２３】このようにアナログスイッチ８６をスイッ
チング制御することによって、図１０に示すヒステリシ
ス特性を有する電流指令値が乗算器５０に与えられる。
したがって、零点付近の値の電流指令値が乗算器５０に
与えられることはないので、乗算器５０からの出力が乱
れることはなく、コンバータ２６からの電流波形の歪み
を抑える。

【００２４】なお、ヒステリシス回路７２の位置は、乗
算器５０の前段に限定されず、同等の効果が得られるな
ら、電流指令値決定回路５４に含めるなど、回路中の他
の箇所に設けてもよい。図１１を参照して、その他の実
施例の双方向電力変換装置１０では、双方向電力変換回
路２２の交流側に交流電源２４が接続され、双方向電力
変換回路２２の直流側に直流電源１２および直流負荷１
６がそれぞれ接続される。これらの構成要素について
は、図１に示す双方向電力変換装置１０で既に説明した
ので、その重複説明は省略する。

【００２５】この双方向電力変換装置１０では、直流電
源１２の直流発電電力の有無および直流負荷１６の動作
状態を検知することによりシステムを起動停止し、無駄
なく電力供給するものである。すなわち、まず、直流電
源１２による直流発電電力があれば、直流負荷１６に関
係なく双方向電力変換回路２２を動作させる。このとき
の電力の流れは図１１に示す白抜き矢印のとであ
る。また、直流電源１２の直流発電電力はないが、直流
負荷１６が動作しているときには双方向電力変換回路２
２を動作させ、電力は白抜き矢印の向きに流れる。さ
らに、直流電源１２の直流発電電力がなくかつ直流負荷
１６が動作していないときには、双方向電力変換回路２
２を停止させる。

【００２６】このように、双方向電力変換回路２２は、
直流電源１２の直流発電電力がなくかつ直流負荷１６が
動作していないときには停止するので、双方向電力変換
回路２２の駆動電力等が無駄に消費されることはなく、
経済的に連係を確保できる双方向電力変換装置１０が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示すブロック図である。

【図２】力率異常検出回路の一例を示すブロック図であ
る。

【図３】図１の実施例の各部の波形を示すグラフであ
る。

【図４】この発明の他の実施例を示すブロック図であ
る。

【図５】ヒステリシス回路を示すブロック図である。

【図６】ヒステリシス回路に入力される電流指令値を示
すグラフである。

【図７】ヒステリシス回路に含まれるバッファアンプ７
４から出力される電流指令値を示すグラフである。

【図８】ヒステリシス回路に含まれるバッファアンプ７
６から出力される電流指令値を示すグラフである。

【図９】ヒステリシスコンパレータから出力される制御
信号を示すグラフである。

【図１０】ヒステリシス回路から出力される電流指令値
を示すグラフである。

【図１１】この発明のその他の実施例を示すブロック図
である。

【図１２】従来技術を示すブロック図である。

【符号の説明】

１０ …双方向電力変換装置１２ …直流電源１６ …直流負荷２２ …双方向電力変換回路２４ …交流電源４４ …絶対値測定回路５０ …乗算器５４ …電流指令値決定回路５６ …力率異常検出回路７２ …ヒステリシス回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者湯郷政樹大阪府守口市京阪本通２丁目18番地三洋電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流電力を交流電源に回生する機能と交流
電源から負荷に直流電力を供給する整流機能とを有する
双方向電力変換手段、前記双方向電力変換手段の直流側
から交流側へのインバータ動作と交流側から直流側への
コンバータ動作とを制御する制御手段、および交流側の
力率異常を検出したとき前記制御手段に信号を与えて前
記双方向電力変換手段を停止させる力率異常検出手段を
含む双方向電力変換装置において、前記双方向電力変換手段の交流入力電流または交流出力
電流の絶対値が所定値以下のとき実質的に前記力率異常
検出手段を無効化する絶対値検出手段を備えることを特
徴とする、双方向電力変換装置。
【請求項２】直流電力を交流電源に回生する機能と交流
電源から負荷に直流電力を供給する整流機能とを有する
双方向電力変換手段、前記双方向電力変換手段の直流側から交流側へのインバ
ータ動作と交流側から直流側へのコンバータ動作とを制
御する制御手段、直流側の直流電圧を基準電圧と比較することによって前
記制御手段を制御するための第１の電流指令値を得る電
流指令値決定手段、および前記第１の電流指令値を零点
付近を通らないヒステリシス特性を有する第２の電流指
令値に変換して前記制御手段に与えるヒステリシス手段
を備える、双方向電力変換装置。
【請求項３】直流電力を交流電力に回生する機能と交流
電源から負荷に直流電力を供給する整流機能とを有する
双方向電力変換手段、および前記双方向電力変換手段の
直流側から交流側へのインバータ動作と交流側から直流
側へのコンバータ動作とを制御する制御手段を含む双方
向電力変換装置において、前記直流電力の有無と前記負荷の動作状態とに応じて前
記双方向電力変換手段の起動および停止を制御するよう
にしたことを特徴とする、双方向電力変換装置。