JPH10174291A - 系統連系インバータ装置 - Google Patents

系統連系インバータ装置

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JPH10174291A
JPH10174291A JP8352908A JP35290896A JPH10174291A JP H10174291 A JPH10174291 A JP H10174291A JP 8352908 A JP8352908 A JP 8352908A JP 35290896 A JP35290896 A JP 35290896A JP H10174291 A JPH10174291 A JP H10174291A
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JP
Japan
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inverter
transformer
voltage
current
higher harmonic
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Pending
Application number
JP8352908A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshitoshi Watanabe
良利 渡辺
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Toyo Electric Manufacturing Ltd
Original Assignee
Toyo Electric Manufacturing Ltd
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Filing date
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
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/20Active power filtering [APF]

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  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 装置の高電圧、大容量化に伴いPWM制御に
よる素子のスイッチング損失及び装置全体の損失が増大
することをなくし装置の高周波化を図り、もって高速大
容量化に適した系統連系インバータ装置とする。 【解決手段】 低速・大容量インバータと高速・小容量
インバータからなる装置で、電源と低速・大容量インバ
ータとの間に整合トランスを介して高速・小容量インバ
ータを直列に接続する構成としたもの。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、静止型無効電力補
償装置、アクティブフィルタ装置、または太陽電池、燃
料電池などの直流出力を交流に変換して電力系統に接続
する系統連系インバータ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、電力系統の安定化を目的とした無
効電力補償装置、高調波電流の抑制を目的としたアクテ
ィブフィルタ装置、あるいは太陽電池、燃料電池などの
直流出力を交流に変換して電力系統に接続する装置とし
て、自励式インバータ装置が慣用されている。この種の
従来技術を図6を参照して説明する。
【0003】図6は従来のインバータ3を用いた無効電
力補償装置の一例の要部構成を示すもので、1は電源、
2は負荷、3はインバータ、4はインバータ3を系統に
接続する系統連系用の変圧器、5はインバータ電流を検
出する検出器、6は系統電圧を検出する検出器、7は負
荷電流を検出する検出器、8は系統電圧、負荷電流、イ
ンバータ電流の検出信号を入力し、系統の無効電力を演
算し、無効電力の補償を行うようにインバータ3にPW
M信号を出力する制御装置である。
【0004】ここに、インバータ3はPWM制御等によ
りインバータの出力電圧の大きさと位相を変え、直流電
圧を一定に保ちつつ電力系統の無効電力を制御し、系統
の電圧変動、電力動揺を抑制する。
【0005】また図7は、数台のインバータからなるイ
ンバータユニット10と直列多重変圧器9によって、直
列多重インバータ方式としたもので、PWM信号を各々
のインバータユニット間でスイッチング位相をずらし
て、高調波を打ち消すことにより装置全体の高調波の抑
制を行わせたものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来のように図6にお
いては、負荷の無効電力を検出し、それを補償するイン
バータ電流指令を演算し、その電流指令値にインバータ
電流が追従するようにPWM制御され、その電流を系統
に注入することによって、負荷の無効電力の補償を行う
ため、PWM周波数が低く、インバータ電流の指令値へ
の追従性が悪いと無効電力の補償効果が十分に上げられ
なかったり、またインバータのスイッチングに起因する
高調波電流の発生が問題になる。補償効果を上げインバ
ータの発生高調波を抑制するためには、PWM周波数を
出来る限り高くし、インバータ電流の追従性を上げる必
要があるが、一台のインバータからなる無効電力補償装
置では、高電圧、大容量のインバータになるにつれスイ
ッチング素子電流、電圧が大きくなるためスイッチング
損失が多く、またインバータ装置全体の損失も増大する
ためPWM周波数を高くすることは困難となる。
【0007】もう一つの従来例である図7においては、
等価的にPWM周波数を高くするために、多重変圧器に
よって複数台のインバータを直列多重にし、各々のイン
バータユニット間でPWM信号のスイッチング位相をず
らして、高調波を打ち消すことにより、装置全体の高調
波の抑制を行わせたものであるが、高調波低減効果を上
げるために多重数を増やすほど装置が複雑大型化する問
題がある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記のような
問題点を解決するためになされたものであり、請求項1
に示す如く、電源1とインバータ3との間にトランス1
2の一次巻線を接続し、二次巻線には別のインバータ1
1を直列に接続することにより構成する。上記構成によ
れば、インバータ3を低周波PWMあるいはパルス幅制
御で、低周波動作を行わせることにより、系統連系イン
バータ装置の損失低減をはかり、電源1とインバータ3
との間にトランス12を介して別のインバータ11を接
続詞、その作用によりインバータ3の動作遅れを補償す
る電圧を発生させる。ここでインバータ11に印加する
電圧はインバータ3の動作遅れを補償する電圧のみで基
本波電圧は印加する必要がないため、少容量でよい。従
って、高周波数化が容易になり、高調波の低減と系統擾
乱に対して高速に追従することが可能となり、高速大容
量化に適した系統連系インバータ装置とすることができ
る。
【0009】また、請求項2に示す如く、直流側にコン
デンサを接続したインバータ3と、同様に直流側にコン
デンサを接続したインバータ11において、前記直流側
に接続されたコンデンサは共有することにより、部品点
数を減らし、装置の小型化を図るものである。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明をさらに図面に基づ
いて詳細説明する。図1は本発明の請求項1記載の第一
の実施例で無効電力補償用系統連系インバータのシステ
ム構成図であり、図中、図6と同符号の部分は同じ構
成、機能を有する。図1において、この系統連系用のイ
ンバータ装置14の主回路構成は従来のように電源1と
インバータ3との間にトランス12を介してインバータ
11を接続して一台の系統連系インバータとし、系統と
結合トランス4を介して連系される。13は系統電圧、
負荷電流、インバータ電流の検出信号を入力し、系統の
無効電力を演算し、無効電力の補償を行うようにインバ
ータ3およびインバータ11にPWM信号を出力する制
御装置である。
【0011】図2は図1の主回路の詳細図である。イン
バータ3、インバータ11ともにスイッチング素子SA
1〜SA6、SB1〜SB6、とそれに逆並列に接続さ
れた逆並列ダイオードDA1〜DA6、DB1〜DB6
及び直流コンデンサCA、CBからなる三相電圧型イン
バータで、インバータ3の交流側でトランス12とスイ
ッチングリップル抑制用リアクトルLBを介してインバ
ータ11が接続されて、一台の系統連系インバータを構
成している。ここでスイッチングリップル抑制用リアク
トルLBは整合トランス12の漏れインダクタンスで代
用することも出来る。
【0012】さらに、この系統連系インバータ装置の動
作を図1と図3を用いて詳細説明する。
【0013】この無効電力補償用系統連系インバータ装
置が補償する負荷2の高調波電流と無効電力の演算は以
下のようにおこなわれる。まず、負荷電流検出器7出力
の各相の系統電流ILU、ILV、ILWと系統電圧検
出器6出力のVU、VV、VWを数1に示す(1)、
(2)式により3相から2相に変換し、負荷の瞬時有効
電力pL、負荷の瞬時無効電力qLを数1に示す(3)
式で演算する。
【0014】
【数1】
【0015】さらに、数2に示す如く、伝達関数Ghの
ハイパスフィルタを用いてpLの高調波成分pLhを抽
出する。そして上記(1)〜(2)式の逆演算を行うこ
とによって負荷電流ILU、ILV、ILWに含まれる
高調波、無効電力電流ILUh、ILVh、ILWhが
求められる。
【0016】
【数2】
【0017】したがって、系統連系インバータ14は、
数2に示す如く(5)式で求まる電流と逆位相の電流を
系統に注入することにより系統の高調波と無効電力を補
償することができ、補償電流指令Iru、Irv、Ir
wは、数3に示す如く(6)式となる。
【0018】
【数3】
【0019】従って、系統連系インバータの電流が
(6)式の電流になるようにPWM制御される。
【0020】図3は制御装置13のPWM制御を行う部
分のブロック線図である。上記(6)式で求まった補償
電流指令Iru、Irv、Irwは比例器16に入力し
てK1倍することによりインバータ電圧指令Vru、V
rv、Vrwとなる。インバータ電圧指令Vru、Vr
v、Vrwは三角波キャリア発生器18と減算器20、
コンパレータ22により比較され、並列型インバータ3
のオン、オフ制御信号が作られインバータ電圧指令に追
従するように制御される。ここで三角波キャリア周波数
を数キロHz以上と高くすることにより、インバータ3
をインバータ電圧指令に正確に追従させることは可能で
あるが、高圧、大容量の場合、損失の面から周波数を上
げられず、動作遅れやスイッチングに起因する高調波が
発生する。
【0021】次に、インバータ11では、補償電流指令
Iru、Irv、Irwとインバータ電流検出器5の出
力のIcu、Icv,Icwの偏差を減算器15より求
め、さらに比例器17でK2倍し、インバータ3の高調
波成分と動作遅れを打ち消す電圧指令Vcu,Vcv,
Vcwを求め三角波キャリア発生器19、減算器21、
コンパレータ23により比較し、インバータ11のオ
ン、オフ制御信号を作り制御することにより、インバー
タ3の高調波成分、動作遅れを補償する電圧をトランス
12に発生させる。
【0022】ここで、インバータ11における三角波キ
ャリア周波数はインバータのそれよりも高い周波数とす
ることにより、系統連系インバータ装置14の高調波が
低減され、また応答性が向上する。 このとき、インバ
ータ11に印加する電圧は、インバータ3の高調波成
分、動作遅れを補償する電圧のみで基本波電圧は印加し
ないため、インバータ11は、インバータ3に比較して
小さな容量のものでよく、インバータ11を高周波化す
ることは容易である。
【0023】図4は本発明の請求項1記載の他の実施例
で、特に装置が大容量になる場合はインバータ3の高調
波電圧が大きくなり、インバータ11の高周波化が困難
になる場合、インバータ3を多重変圧器9により直列多
重接続したインバータ10に置き換え、可能な限り変換
器の高調波低減を図り、さらに電源1との間にトランス
12を介してインバータ11を直列に接続した構成とし
たもので、その動作説明は第一の実施例と同様である。
【0024】また、図5は本発明の請求項2記載の実施
例であり、インバータ3とインバータ11の交流側はト
ランス12で絶縁されているため、その直流側を並列接
続してコンデンサを共有し、部品点数を減らす構成とし
たものである。また、本発明は、図4に示す実施例に対
しても同様に適用できる。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、静
止型無効電力補償装置、アクティブフィルタ装置、また
太陽電池、燃料電池などの直流出力を交流に変換して電
力系統に接続するインバータ装置において、大容量、低
周波数で動作するインバータと、小容量、高周波数で動
作するインバータをトランスを介して組み合わせること
により、系統連系インバータ装置の損失を増大させるこ
となしに、高調波低減と系統擾乱に対して高速に追従す
ることが可能となり、高速大容量化に適した系統連系イ
ンバータ装置とすることが出来る。
【0026】また大容量、低周波数で動作するインバー
タと、小容量、高周波数で動作するインバータの直流側
に接続されるコンデンサを共有することによりシステム
全体を小型軽量にし、部品点数を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の請求項1記載の第1の実施例を
示す回路図である。
【図2】図2は図1の主回路の詳細結線図を示す回路図
である。
【図3】図3は図1の制御装置のPWM制御を行う部分
のブロック線図を示す図である。
【図4】図4は本発明の請求項1記載の他の実施例を示
す回路図である。
【図5】図5は本発明の請求項2記載の実施例を示す回
路図である。
【図6】図6は従来例を示す回路図である。
【図7】図7は他の従来例を示す回路図である。
【符号の説明】
1 電源 2 負荷 3 インバータ 4 系統連系用の変圧器 5 検出器 6 検出器 7 検出器 8 制御装置 9 直列多重変圧器 10 直列多重インバータ 11 インバータ 12 トランス 13 制御装置 14 系統連系インバータ装置 15 減算器 16 比例器 17 比例器 18 三角波キャリア発生器 19 三角波キャリア発生器 20 減算器 21 減算器 22 コンパレータ 23 コンパレータ SA1〜SA6 スイッチング素子 SB1〜SB6 スイッチング素子 DA1〜DA6 逆並列ダイオード DB1〜DB6 逆並列ダイオード C コンデンサ C コンデンサ CA コンデンサ CB コンデンサ CC コンデンサ LB スイッチングリップル抑制用リアク
トル

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電源1とインバータ3との間にトランス
    12の一次巻線を接続し、二次巻線には別のインバータ
    11を接続することを特徴とする系統連系インバータ装
  2. 【請求項2】 直流側にコンデンサを接続したインバー
    タ3と、同様に直流側にコンデンサを接続したインバー
    タ11において、前記直流側に接続されたコンデンサは
    共有することを特徴とする請求項1記載の系統連系イン
    バータ装置
JP8352908A 1996-12-13 1996-12-13 系統連系インバータ装置 Pending JPH10174291A (ja)

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