JPH07123727A - 系統連系インバータの制御装置 - Google Patents

系統連系インバータの制御装置

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JPH07123727A
JPH07123727A JP5262844A JP26284493A JPH07123727A JP H07123727 A JPH07123727 A JP H07123727A JP 5262844 A JP5262844 A JP 5262844A JP 26284493 A JP26284493 A JP 26284493A JP H07123727 A JPH07123727 A JP H07123727A
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Chihiro Okatsuchi
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 インバータの単独運転検出機能を害すること
なく系統の安定化及び高調波抑制を行うこと。 【構成】 直流電圧を交流電圧に変換し交流系統8に連
系して運転するインバータ2と、前記交流電圧の周波数
が定格周波数の付近で増加する方向に変化するとき、該
周波数の変換に応じて前記インバータの電流位相を進み
方向に変化させる位相調節手段17を備え、前記交流電圧
の電圧変動分により前記インバータの電流位相を該電圧
変動分を抑制する方向に制御する電圧補償手段20,21,28
を設け、前記交流電圧が所定の範囲の設定電圧を越えて
変動したとき、前記電圧変動分を抑制する動作を行うよ
うに不感帯を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、インバータにより直流
電圧を交流電圧に変換して負荷に供給すると共に、交流
電力系統に連系して運転するインバータの制御装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】従来の系統連系太陽光インバータの制御
装置の1例を図5に示し説明する。直流電源1からイン
バータブリッジ2により直流から交流に変換しリアクト
ル3とコンデンサ4によるフィルタ作用によりPWMに
伴う高調波成分を除去して波形率の良い電力を系統へ注
入する。電流検出器5はインバータ電流検出用である。
系統電源8とインバータ間にはインダクタンス分6(送
電線の)が存在し、遮断器7を経由してつながってい
る。
【0003】負荷9が配電線に接続されその電圧は電圧
検出器10で検出する。インバータの制御回路は、直流電
圧基準V* と直流電源電圧Vを比較し増幅器11で増幅器
してVc を電流基準回路12に入力して、正弦波発生回路
16から出力される一定振幅の正弦波信号とVc の積から
交流電流基準I* を作り電流検出器5の出力と比較し増
幅器12で増幅してPWM回路14にてPWM信号を作り駆
動回路部15によりインバータブリッジ2のパワー素子を
PWM制御する。この制御ループにより負荷電流によっ
て変化する直流電源電圧Vが一定になるような電流をイ
ンバータから系統に出力することになる。このことによ
り直流電源が太陽電池の場合、直流電圧を選定すること
によりほぼ最大電力を取り出すことができる。
【0004】系統連系インバータは常時は交流電圧と同
相の電流を流し力率1で運転するため、電圧検出器10の
出力からPLL回路18により交流系統の電圧に同期した
信号を取り出し位相検出回路19で位相信号とし位相シフ
ト回路17の位相基準としている。
【0005】低圧連系要件ガイドラインが1993年3月制
定され、系統連系するインバータには次の保護機能が必
要になった。即ち単独運転防止のため電圧リレー22、周
波数リレー23の出力で異常検出回路24を動作させ駆動部
15をロックしてインバータを停止させる。その他に受動
的方式(例えば高調波検出や位相ジャンプ検出)による
異常検出保護と、能動的方式(例えば周波数バイアスや
電力変動)により単独運転をより信頼性良く保護しなけ
ればならない。能動的方式は周波数バイアス方式でPL
L回路の発振器にバイアスをかけ単独運転時に周波数を
下げる方向にシフトする。
【0006】また、系統連系中のインバータは交流電圧
が一定値以上になった場合は電圧差検出回路20でこれを
検出し増幅器21を介して位相シフト回路17に入力して電
流位相を進めることにより系統電源8からは遅れ電流が
増加し、インダクタンス分6により負荷端の電圧が低下
する電圧制御機能も一定容量以上のインバータでは必要
とされている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところが上記の電圧制
御機能は単独運転防止保護と深い関係にあり電圧制御機
能は特に単独運転中の周波数や位相のシフトを妨げる方
向に作用する場合が多く、両方を満足させることが不可
能に近かった。
【0008】特に従来の単独運転防止保護時間はインバ
ータと負荷の電力が有効分、無効分共にバランスし、負
荷に誘導電動機が存在する場合10秒から1分程度も保護
するまで時間が必要な場合があり、この間に電圧制御機
能を動作させると最悪な場合保護できないことも発生す
る。
【0009】最近の家庭用の負荷には定電力負荷が増加
している。例えばインバータエアコン、インバータ蛍光
灯、IH電気ガマ、TV、OA機器など定電圧電源回路
を有しているものが多い。
【0010】夏場などで系統の発電能力に近い負荷が加
わると、電圧低下→電流増加(定電力負荷のため)→電
圧低下→電流増の正帰還となり系統の全停につながる。
このため最近ではSVC(static var compensatin)シ
ステムを設置し電圧低下時系統から進み電流を流して電
圧を上昇させ系統を安定化させる方法も採用されてい
る。
【0011】本発明は、上述の問題に鑑みてなされたも
ので、分散形インバータ装置で単独運転防止機能を害す
ることなく系統の安定化及び高調波抑制を行うことの可
能な系統連系インバータの制御装置を得ることを目的と
する。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は直流電圧を交流電圧に変換し交流系統に連
系して運転するインバータと、前記交流電圧の周波数が
定格周波数の付近で増加する方向に変化するとき、該周
波数の変化に応じて前記インバータの電流位相を進み方
向に変化させる位相調節手段を備えた装置において、前
記交流電圧の電圧変動分により前記位相調節手段を制御
し前記インバータの電流位相を該電圧変動分を抑制する
方向に制御する電圧補償手段を設ける。
【0013】また、前記電圧補償手段は、前記交流電圧
が所定の範囲の設定電圧を越えて変動したとき、前記電
圧変動分を抑制する動作を行うように不感帯を設ける。
また、直流電圧を交流電圧に変換し交流系統に連系して
運転するインバータと、前記交流電圧の周波数が定格周
波数の付近で増加する方向に変化するとき、該周波数の
変化に応じて前記インバータの電流位相を進み方向に変
化させる位相調節手段と、前記インバータが前記交流系
統から切り離されたとき、その状態を検出してインバー
タの運転を停止させる異常検出手段を備えた装置におい
て、前記交流電圧の電圧変動分により前記位相調節手段
を制御し前記インバータの電流位相を該電圧変動分を抑
制する方向に制御する電圧補償手段を設け、この電圧補
償手段の電圧変動を抑制する制御応答時間を前記異常検
出手段の検出応答時間より遅く設定する。
【0014】また、直流電圧を交流電圧に変換し交流系
統に連系して運転するインバータと、前記交流電圧の周
波数が定格周波数の付近で増加する方向に変化すると
き、該周波数の変化に応じて前記インバータの電流基準
の位相を進み方向に変化させる位相調節手段を備えた装
置において、前記交流電圧の電圧変動分により前記位相
調節手段を制御し前記電流基準の位相を該電圧変動分を
抑制する方向に制御する電圧補償手段と、前記交流電圧
が印加される負荷に流れる電流の高調波成分をインバー
タ側から供給するように前記電流基準を補正する高調波
補償手段を設け、高調波電流補償の制御応答を電圧変動
分抑制の制御応答より速くする。
【0015】
【作用】上記構成において、通常、インバータは力率1
の電流を交流系統へ供給するように運転される。インバ
ータが交流系統から切り離され単独運転の状態になると
交流電圧の周波数に変化が生じ前記位相調節手段の作用
により急速に周波数が変化し単独運転状態が検出され
る。一方、インバータが交流系統に連系して運転してい
る場合、交流電圧に変動が生じると前記電圧補償手段に
よるインバータの電流位相の変化により交流系統に流れ
る無効電流が変化し交流系統側のリアクタンス電圧の作
用により交流電圧の変動分が抑制される。また、不感帯
内の電圧変動分に対して応動しないようにして通常の運
転を安定に行わせる。
【0016】また、インバータが交流系統から切り離さ
れると、異常検出手段によりインバータの単独運転状態
が検出されインバータの運転が停止される。この場合、
電圧補償手段の制御応答を異常検出手段の検応答より遅
く設定することによりインバータの単独運転状態が確実
に検出される。また、高調波補償手段の作用により負荷
に流れる電流の高調波成分をインバータ側から供給する
ので交流系統に流れる電流の高調波成分が抑制される。
【0017】
【実施例】本発明の実施例を図1に示しその構成を説明
する。図5と同一部分は同一番号を附したので説明を省
略する。交流電源を電圧検出回路10で検出し、位相特性
が図2に示すような特性となるフィルタ27を介して位相
検出器18に入力する。
【0018】一方、電圧検出回路10の出力を電圧差検出
器20で検出し、設定値を超えた場合、増幅器21と遅れ回
路28を介して位相シフト回路17の位相を進み又は遅れ方
向にシフトする。
【0019】遅れ回路28の出力がゼロの場合についてそ
の作用を簡単に説明する。(詳細は特願平5-96199イン
バータの系統連系保護方法およびその装置) インバータの電流位相特性を図2のインバータ(1)の
特性にした場合負荷特性が図に示すように力率1(L,
C,R負荷の場合)の場合周波数が上昇すると進み負荷
となるので右上りの特性負荷を示す。
【0020】この状態で図1の遮断器7が開となり単独
運転になると周波数はf0 +Δf1,又はf0 −Δf1
のいずれかにシフトして安定になる。即ちf0 よりわず
かに上昇するとインバータは負荷が必要とする無効電力
より多い進み無効電力を供給して周波数を上昇させる。
0 よりわずかに低い場合はその逆に周波数を下げるよ
う動作するのでf0 点は不安定点である。
【0021】このようにインバータの電流位相又は無効
電力を抑制することにより単独運転時周波数を急速にシ
フトして周波数リレーや位相ジャンプ検出などで異常検
出を行いインバータを停止することが可能である。この
実測結果を図3に示す。負荷としてはLCR負荷とLC
R+IM(誘導電動機)負荷について有効電力がバラン
スした状態(約ΔP=0)で無効電力のアンバランス
(ΔQ)に関して単独運転時の周波数異常検出時間を測
定した。
【0022】いずれの場合も 0.3秒以内で検出できた。
そこでこの検出時間 0.3秒より遅い(単独運転検出に無
関係となる)速度でインバータの特性を図2のインバー
タ(2)やインバータ(3)の特性方向にずらしても単
独運転保護には支障がないことが明らかである。
【0023】このため負荷電圧が設定値より高くなる
と、電圧差検出器20でこれを検出し増幅器21で増幅し、
遅れ回路28により上記 0.3秒より遅い応答(又はサンプ
リング)で位相シフト回路17により図2のインバータ位
相特性をインバータ(1)からインバータ(2)の方向
に(電流が進む方向)に平行に移動すると系統から遅れ
電流が増加しインダクタンス分6の作用で電圧が低下す
る機能を持たせることができる。
【0024】また、電圧が設定値より低下した場合は位
相シフト回路によりインバータ電流位相をインバータ
(1)からインバータ(3)の方向に送らせることによ
り系統から進み電流が流れ電圧を上昇させる系統安定化
機能を持たせることにより大停電の発生確率を下げるこ
とができる。
【0025】以上説明したように本実施例によれば単独
運転時の周波数シフト動作速度より遅いループで電圧安
定化制御を行うことで低圧連系技術要件ガイドラインを
満足させる保護と電圧上昇を防ぐ機能を同時に達成し、
さらに電力消費増加時の電圧低下の正帰還作用を防いで
停電の確率を下げることが可能となる。
【0026】本発明の他の実施例を図4に示す。負荷電
流を変流器30で検出し、その高調波分を高調波検出回路
31で検出し、高調波分を打消す方向に加算器33で正弦波
(基本波)に加算することにより高調波を打消すアクテ
ィブフィルタ機能を持たせる。
【0027】基本波の力率を制御する目的もある場合は
無効分検出回路32で検出し、増幅器21、遅れ回路28を介
して位相シフト回路17により基本波電流位相を変えて力
率が良くなる方向に動作させる。
【0028】この場合も図1で説明したように単独運転
検出機能に支障ないよう遅れ回路28を有効に動作させ
る。なお図1ではインバータは電流制御形で説明した
が、電圧制御形インバータで系統連系する場合は一般に
P(有効電力分)を制御しQ(無効電力分)はゼロに制
御しているのでQ=VIsin θからV一定制御のため約
Isin θ=Iθを図2のように制御することで全く同様
な作用があることがわかる。
【0029】また、図1の合成フィルタ27の特性はマイ
コンなどで種パターンを変えられることは説明するまで
もない。なお図1において周波数変化率(df/dt)
回路を設け、周波数変化がある場合は単独運転の可能性
が高いので無効電力や電圧制御回路の制御をホールドす
るなど変形して実施することができる。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば定格
周波数附近で周波数上昇時に電流位相が進み、進みの無
効電力が増加する特性をインバータに持たせ、電圧の安
定制御や無効電力制御はゆるやかに制御し、高調波分制
御は高速に行うことにより、単独運転検出機能を損なう
ことなく電圧の安定度の向上やアクディブフィルタ機能
を有する連系インバータの制御装置を提供することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の構成図
【図2】本発明の作用を説明するための特性図
【図3】本発明で用いる異常検出の検出特性図
【図4】本発明の他の実施例の構成図
【図5】従来装置の構成図
【符号の説明】
1…直流電源、2…インバータブリッジ、3…リアクト
ル、4…コンデンサ、5…電流検出器、6…インダクタ
ンス分、7…遮断器、8…交流系統、9…負荷、10…電
圧検出器、11,13…増幅器、14…PWM回路、15…駆動
回路、16…正弦波回路、17…位相シフト回路、18…PL
L回路、19…位相検出回路、20…電圧差検出回路、21…
増幅器、22…電圧リレー、23…周波数リレー、24…異常
検出回路、25…受動的方式、26…能動的方式、27…合成
フィルタ、28…遅れ回路、30…変流器、31…高調波検
出、32…無効分検出回路、33…加算器

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直流電圧を交流電圧に変換し交流系統に
    連系して運転するインバータと、前記交流電圧の周波数
    が定格周波数の付近で増加する方向に変化するとき、該
    周波数の変化に応じて前記インバータの電流位相を進み
    方向に変化させる位相調節手段を備えた装置において、
    前記交流電圧の電圧変動分により前記位相調節手段を制
    御し前記インバータの電流位相を該電圧変動分を抑制す
    る方向に制御する電圧補償手段を設けたことを特徴とす
    る系統連系インバータの制御装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の系統連系インバータの
    制御装置において、前記電圧補償手段は、前記交流電圧
    が所定の範囲の設定電圧を越えて変動したとき、前記電
    圧変動分を抑制する動作を行うように不感帯を有するこ
    とを特徴とする系統連系インバータの制御装置。
  3. 【請求項3】 直流電圧を交流電圧に変換し交流系統に
    連系して運転するインバータと、前記交流電圧の周波数
    が定格周波数の付近で増加する方向に変化するとき、該
    周波数の変化に応じて前記インバータの電流位相を進み
    方向に変化させる位相調節手段と、前記インバータが前
    記交流系統から切り離されたとき、その状態を検出して
    インバータの運転を停止させる異常検出手段を備えた装
    置において、前記交流電圧の電圧変動分により前記位相
    調節手段を制御し前記インバータの電流位相を該電圧変
    動分を抑制する方向に制御する電圧補償手段を設け、こ
    の電圧補償手段の電圧変動を抑制する制御応答時間を前
    記異常検出手段の検出応答時間より遅く設定することを
    特徴とする系統連系インバータの制御装置。
  4. 【請求項4】 直流電圧を交流電圧に変換し交流系統に
    連系して運転するインバータと、前記交流電圧の周波数
    が定格周波数の付近で増加する方向に変化するとき、該
    周波数の変化に応じて前記インバータの電流基準の位相
    を進み方向に変化させる位相調節手段を備えた装置にお
    いて、前記交流電圧の電圧変動分により前記位相調節手
    段を制御し前記電流基準の位相を該電圧変動分を抑制す
    る方向に制御する電圧補償手段と、前記交流電圧が印加
    される負荷に流れる電流の高調波成分をインバータ側か
    ら供給するように前記電流基準を補正する高調波補償手
    段を設け、高調波電流補償の制御応答を電圧変動分抑制
    の制御応答より速くすることを特徴とする系統連系イン
    バータの制御装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015180123A (ja) * 2014-03-18 2015-10-08 オムロン株式会社 制御装置、電力変換装置、電源システム、プログラム、および制御方法
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CN108347055A (zh) * 2018-04-09 2018-07-31 宁夏银利电气股份有限公司 一种并网滤波电感器参数评测电路及其控制方法
JP2018148664A (ja) * 2017-03-03 2018-09-20 富士電機株式会社 無効電力補償装置及び該装置の制御方式

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