JPH0715971A - 電力変換装置 - Google Patents

電力変換装置

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JPH0715971A
JPH0715971A JP5154926A JP15492693A JPH0715971A JP H0715971 A JPH0715971 A JP H0715971A JP 5154926 A JP5154926 A JP 5154926A JP 15492693 A JP15492693 A JP 15492693A JP H0715971 A JPH0715971 A JP H0715971A
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JP
Japan
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voltage
transformer
tap
power
output
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Pending
Application number
JP5154926A
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English (en)
Inventor
Chihiro Okatsuchi
千尋 岡土
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Toshiba Corp
Toshiba FA Systems Engineering Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba FA Systems Engineering Corp
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Publication date
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

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  • Ac-Ac Conversion (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 直流電力をPWM制御によって一旦、交流電
力に変換し、変圧器を介して出力する電力変換装置の変
換効率を向上させる。 【構成】 PWM制御により直流電圧を交流電圧に変換
する電力変換部2と、この交流電圧を一次電圧とし変圧
された二次電圧を得る変圧器3を備え、該二次電圧から
直流または交流出力電圧を得る電力変換装置において、
該変圧器に変圧比の異なるタップを設け、該PWM制御
の変調率に応じて該変圧器のタップを決定する判定手段
15〜20を設けたもの。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、太陽電池や燃料電池等
の直流電力を高効率で交流又は直流の電力に変換する電
力変換装置に係り、特に中間に変圧器を備えて絶縁する
ようにした電力変換装置に関する。
【0002】
【従来の技術】太陽電池からインバータにより交流電力
を供給する連系用インバータの従来構成を図6に示しそ
の動作を説明する。太陽電池1の直流電源は、高周波イ
ンバータブリッジ2によりPWM制御され高周波電圧に
変換されて変圧器3の一次側に供給される。二次側の高
周波電圧はダイオードブリッジ4で整流され、リアクト
ル5により高周波リップルが平滑化された電流となる。
この電流が低周波インバータブリッジ6で交流に変換さ
れ交流電源系統7に電力を供給する。
【0003】演算回路9は太陽電池1の電圧Vdと交流
電源7の電圧Vaを監視しながら電流基準I* を出力す
る。電流制御部は増幅器10により、電流検出器8で検出
されたダイオードブリッジ4の直流側電流Id2 が電流
基準I* に一致するよう比較増幅し、この出力V10と三
角波発生器11の三角波V11とを比較しPWM回路12によ
りロジック波形に変換し駆動回路13により高周波インバ
ータブリッジ2をPWM制御する。
【0004】インバータ制御回路14は交流電源の電圧V
aの極性に応じてインバータブリッジ6を切換える。こ
のような制御を行った場合のダイオードブリッジ4の直
流側電流Id2 と交流出力電流Iaおよび交流電圧Va
の波形例を図7(a)に示す。
【0005】太陽電池の場合、日射量や、温度により太
陽電池の出力特性が大幅に変化するので、一般には最大
電力を出力するような演算を行って電流基準を出力する
ことが行われる。
【0006】この制御には太陽電池の電圧と電流の検出
が必要であるが、簡易的には図7(b)に示すように最
大電力となる電圧Vxを一定に制御するよう電流基準を
出力することで達成できる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】温度をパラメータにし
た太陽電池の特性例を図8(a)に示す。温度パラメー
タT1 、T2 はT2 >T1 の関係があり、温度が高くな
ると使用範囲の電圧Vdは低下する。さらに負荷電流I
dを増加すると急激に電圧が低下する。
【0008】これらを考慮すると定格電圧に対して±20
%以上の変動が考えられる。また、交流電源7の電圧変
動は一般に±10%を見込むことになる。このような大幅
な電圧変動に対しても図6の太陽電池インバータでは、
変圧器3の巻数比に±30%以上の総合電圧変動率を見込
んで設計する必要がある。
【0009】ところが、このような変圧器の設計をする
と定格運転時には、変圧器の巻数比が大のため、同一の
二次側出力電流に対して、一次電流が増加することと、
高周波インバータ2でPWMのパルス幅を狭く制御する
ことによる高周波成分の増大による導体の表被効果の二
点が原因となり、変圧器の損失の増大、インバータ2の
回路の損失増大のため効率が低下する。
【0010】変圧器の一次巻数をn1 、二次巻数をn2
とした場合の巻数比a=n2 /n1をパラメータとし、
負荷率に対する電力変換装置の効率の特性例を図8
(b)に示す。同図から明らかなように巻数比aを大き
くすると効率は低下する。
【0011】現在太陽電池の価格が高く電力変換器の効
率を1%でも高めることが重要な課題となっいる。本発
明の目的は、太陽電池の電圧変動、交流電源の電圧変動
に対応して高効率な電力変換装置を提供することにあ
る。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、PWM制御により直流電圧を交流電圧
に変換する電力変換部と、この交流電圧を一次電圧とし
変圧された二次電圧を得る変圧器を備え、該二次電圧か
ら直流または交流出力電圧を得る電力変換装置におい
て、該変圧器に変圧比の異なるタップを設け、該PWM
制御の変調率に応じて該変圧器のタップを決定する判定
手段を設ける。
【0013】また、該変圧器のタップ切換にともなって
変化する二次電圧の比率に対応してPWM変調信号を補
正する手段を設け、変圧器タップ切換時の出力電圧の過
渡変動を抑制する。
【0014】
【作用】上記構成により、判定手段は常時PWMの変調
率を監視し、変調率が設定値より上昇すると変圧器の出
力電圧が高いタップを選択し、変調率が設定値より下降
すると変圧器の出力電圧が低いタップを選択する。
【0015】また、変圧器のタップ切り換えにより二次
電圧が変化すると、その変化の比率に反比例してPWM
変調信号を補正し、変圧器タップ切り換え時の出力電圧
の過渡的変動を相殺するように作用する。
【0016】
【実施例】本発明の実施例を図1に示す。図6と重複す
る部分には同一番号を付し説明を省略する。図1の変圧
器3にはタップ3bを設け、トランジスタ17とダイオー
ド19を直列にした整流回路とトランジスタ18とダイオー
ド20を直列にした整流回路をダイオードブリッジ4の直
流側に並列に接続する。
【0017】増幅器10の出力V10をレベル検出器18でレ
ベル検出して、設定レベル以上になると駆動回路16によ
りトランジスタ17、18をオンさせる。三角波発生器出力
電圧V11と増幅器10の出力電圧V10からPWMのロジッ
ク出力を得る方法は図2(a)に示すように電圧V10
三角波V11を比較し電圧V10が大きい範囲でインバータ
ブリッジ2のMOSFETをオンする信号とする。V10
/V11を変調率Mと呼んでいて変調率1以上は制御でき
ないことになる。
【0018】図1のように交流電源7に対して電流を流
すには電圧V10と三角波V11の関係は、図2(b)に示
すように、電圧V10は交流電源の半波波形とほぼ同じ波
形となる。
【0019】直流電源1の変動、交流電源7の変動を考
慮すると変圧器3のタップがない場合は図2(b)のV
10に示すように常時は変調率が低い状態で運転し、直流
電源1の低下や交流電源7の上昇に応答するためのマー
ジンを持つ必要がある。
【0020】本実施例では図1に示すように、V10のレ
ベルをレベル検出器15で検出し変調率Mが1に近づく
と、変圧器3のタップ3bに切換え(トランジスタ17、
18をオンさせダイオード19、20を動作させる)整流電圧
を上昇させるので電圧V10は低下する。
【0021】図2(c)に示すように時刻t1 〜t2
10が低いので、トランジスタ17、18はオフ状態であ
る。時刻t2 においてV10がA点に達すると、レベル検
出器15が動作してトランジスタ17、18はオンして変圧器
タップを3bに切換え出力電圧が上昇するので変調率は
下がり整流出力電圧の平均値を下げるようV10は低下す
る。実際は応答の遅れのため実線のようになる。
【0022】時刻t3 でV10がB以下になると、レベル
検出器15が動作してトランジスタ17、18をオフさせ変圧
器3のタップに低い方に切換わり整流出力電圧が下がる
のでV10が上昇し変調率を上げるよう動作する。実際は
応答の遅れのため実線のようになる。
【0023】このようにして変調率の比較的高い範囲で
動作する期間が長くなるよう作用する。以上説明したよ
うに変調率が高い範囲で動作するよう作用するので、変
圧器3の電流の実効値やピーク値が低く、高調波成分が
減少し変圧器の表皮効果も減少して効率が向上する。さ
らにピーク電流が減少することでインバータブリッジ回
路2のスイッチング損失が減少し、実効電流の減少でイ
ンバータブリッジ回路2の銅損も減少し高効率で温度上
昇減少により信頼性が向上する。
【0024】図1ではトランジスタ17、18で高速に変圧
器のタップを切り換えたが、図3に示すように、リレー
接点31で変圧器タップを切り換える方法でも作用は同じ
である。ただし、この場合はリレー接点31の動作速度は
10〜20ms程度必要なためレベル検出器15の出力に、オフ
ディレイ回路30を設け駆動回路16を介してリレー接点31
を駆動し、リレーが高頻度で動作しないような工夫が必
要である。
【0025】また、図4に示すように変圧器3には3
b、3cのように複数のタップを設け、高速サイリスタ
21、22、23、24を設けてレベル検出器25、駆動回路26を
追加してタップを切換えることで更に効果を高めること
が可能である。
【0026】なお負荷39を直流側に設け、フィルタコン
デンサ29を追加したDC/DC変換回路でも効果がある
ことは説明するまでもない。さらに、増幅器10の出力V
10を掛算器28を介してV28としてPWM回路12に入力
し、このV28のレベルをレベル検出器15、25で変調率レ
ベル検出し変圧器タップを切換えると同時にタップ切換
による整流器出力電圧の変動を防ぐため、変圧器のタッ
プ電圧比の逆数によるゲイン切換回路27の出力とV10
掛算器28により掛算することにより、フィードフォワー
ド信号を与え巻数がアップするとV28がステップ状に低
下して整流器出力電圧が変動しないよう制御することも
できる。
【0027】また接点31は図5(a)に示すように変圧
器の一次側を切換えることでも作用は同じである。さら
に、図5(b)に示すように高周波変圧器ではなく商用
周波変圧器 を使うインバータ方式でもリアクトル36、
コンデンサ37でフィルタ効果を持たせた商用周波数出力
インバータの出力を接点31を介して変圧器3の電圧を切
換え、インバータブリッジ2の電流をなるべく低く使う
ことでも効果は同じである。
【0028】またさらに図5(c)に示す、交流スイッ
チ38によるサイクロコンバータ方式でも接点31により高
周波トランス3の巻数比を切換えることで効率向上がは
かれることは説明するまでもない。なお図1、図3、図
4などの制御はマイクロコンピュータを使って実現する
ことができる。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、変
調率を監視し変調率が高くなり過ぎ制御マージンが不足
すると変圧器の巻数比の高い方に切換え、変調率が低く
なると変圧器の巻数比の低い側の切換えることにより常
に効率が高く、制御マージンがある変調率点で運転する
ことによりエネルギーの損失を低減することができ、経
済的、高効率、高信頼性の電力変換装置を提供すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例。
【図2】本発明の動作を説明する図。
【図3】本発明の他の実施例。
【図4】本発明の他の実施例。
【図5】本発明の他の実施例。
【図6】従来の装置。
【図7】従来装置の動作を説明する図。
【図8】従来装置の不具合を説明する図。
【符号の説明】 1…直流電源、2…高周波インバータブリッジ、3…変
圧器、9…ダイオードブリッジ、5…リアクトル、6…
低周波インバータブリッジ、7…交流電源、8…電流検
出器、9…演算回路、10…増幅器、11…三角波発生器、
12…PWM回路、13…駆動回路、14…インバータ制御回
路、15…レベル検出器、16…駆動回路、17,18…トラン
ジスタ、19,20…ダイオード、21,22,23,24…高速サ
イリスタ、25…レベル検出器、26…駆動回路、27…ゲイ
ン切換回路、28…掛算器、29…フィルタコンデンサ、39
…負荷、30…オフディレイ、31…リレー接点。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 PWM制御により直流電圧を交流電圧に
    変換する電力変換部と、この交流電圧を一次電圧とし変
    圧された二次電圧を得る変圧器を備え、該二次電圧から
    直流または交流出力電圧を得る電力変換装置において、
    該変圧器に変圧比の異なるタップを設け、該PWM制御
    の変調率に応じて該変圧器のタップを決定する判定手段
    を設けたことを特徴とする電力変換装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の電力変換装置におい
    て、該変換器のタップの切換にともなって変化する二次
    電圧の比率に対応してPWM変調信号を補正する手段を
    設け、変圧器タップ切換時の出力電圧の過渡変動を抑制
    することを特徴とする電力変換装置。
JP5154926A 1993-06-25 1993-06-25 電力変換装置 Pending JPH0715971A (ja)

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JP5154926A JPH0715971A (ja) 1993-06-25 1993-06-25 電力変換装置

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JP5154926A JPH0715971A (ja) 1993-06-25 1993-06-25 電力変換装置

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ID=15594972

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1870996A1 (de) 2006-06-24 2007-12-26 SMA Technologie AG Schaltung zum Einspeisen elektrischer Energie in ein elektrisches Versorgungsnetz
US7802455B2 (en) 2007-05-07 2010-09-28 Janaka Limited Partnership Programmable lock having incidental change control
US7905125B2 (en) 2005-02-25 2011-03-15 Janaka Limited Partnership Programmable lock with integral change tooling
WO2018005321A1 (en) * 2016-06-30 2018-01-04 Sunpower Corporation Converter topologies and control

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