JPWO2011093269A1 - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
Description
第1のインバータと第2のインバータと制御装置とを備えた電力変換装置であって、
上記第1のインバータは、直流電源の正負端子間に接続され上記直流電源の電力を交流に変換して交流出力線を介して出力するものであり、
上記第2のインバータは、コンデンサと単相インバータ回路とを有し、上記単相インバータ回路の直流側が上記コンデンサに接続され交流側が上記交流出力線に直列に接続されたものであり、
上記制御装置は、正弦波の交流出力電圧指令が所定値よりも大きくなったとき立ち上がり上記所定値以下になったとき立ち下がる1パルスの電圧を上記交流出力電圧指令の半周期毎に主電圧パルスとして出力するように主電圧パルス指令を発信して上記第1のインバータを制御するとともに上記交流出力電圧指令と上記第1のインバータの出力電圧とに基づいて出される補償電圧指令に基づいて上記第2のインバータの出力電圧をパルス幅変調制御して上記第1及び第2のインバータの出力電圧の和を正弦波の交流電圧として出力するようにし、かつ
上記補償電圧指令に対して上記コンデンサの電圧が足りず上記第2のインバータの出力電圧が不足する期間である第1の期間が上記主電圧パルスが出力されているべき期間の前後に存在する場合は上記第1の期間中上記第1のインバータの出力電圧をパルス幅変調制御して出力し上記不足する出力電圧を補償するとともに上記主電圧パルスが出力されているべき期間中に第2の期間だけ上記第1のインバータの出力電圧をパルス幅変調制御して上記第1のインバータから出力される電力エネルギーを減少させることにより上記第1の期間に上記第1のインバータから供給される電力エネルギーを相殺するようにされたものである。
第1のインバータと第2のインバータと制御装置とを備えた電力変換装置であって、
上記第1のインバータは、直流電源の正負端子間に接続され上記直流電源の電力を交流に変換して交流出力線を介して出力するものであり、
上記第2のインバータは、コンデンサと単相インバータ回路とを有し、上記単相インバータ回路の直流側が上記コンデンサに接続され交流側が上記交流出力線に直列に接続されたものであり、
上記制御装置は、正弦波の交流出力電圧指令が所定値よりも大きくなったとき立ち上がり上記所定値以下になったとき立ち下がる1パルスの電圧を上記交流出力電圧指令の半周期毎に主電圧パルスとして出力するように主電圧パルス指令を発信して上記第1のインバータを制御するとともに上記交流出力電圧指令と上記第1のインバータの出力電圧とに基づいて出される補償電圧指令に基づいて上記第2のインバータの出力電圧をパルス幅変調制御して上記第1及び第2のインバータの出力電圧の和を正弦波の交流電圧として出力するようにし、かつ
上記補償電圧指令に対して上記コンデンサの電圧が足りず上記第2のインバータの出力電圧が不足する期間である第1の期間が上記主電圧パルスが出力されているべき期間の前後に存在する場合は上記第1の期間中上記第1のインバータの出力電圧をパルス幅変調制御して出力し上記不足する出力電圧を補償するとともに上記主電圧パルスが出力されているべき期間中に第2の期間だけ上記第1のインバータの出力電圧をパルス幅変調制御して上記第1のインバータから出力される電力エネルギーを減少させることにより上記第1の期間に上記第1のインバータから供給される電力エネルギーを相殺するようにされたものであるので、
安価で電力損失の少ない電力変換装置を得ることができる。
図1〜図10は、この発明を実施するための実施の形態1を示すものであり、図1は電力変換装置の構成を示す構成図、図2は第1及び第2の単相インバータの出力電圧を示す波形図、図3は第2の単相インバータへの電力エネルギーの出入りの変化を示す波形図である。図4は〜図9は、電力変換装置の動作を説明するための説明図、図10は図1の制御装置のPAD図(PROBLEM ANALYSIS DIAGRAM)である。
図11〜図14は、実施の形態2を示すものであり、図11は電力変換装置の構成図、図12及び図13は動作を説明するための波形図、図14は制御装置のPAD図である。図11において、電力変換装置200は制御装置20を有する。制御装置20は、処理装置22を有する。その他の構成については、図1に示した実施の形態1と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。この実施の形態では、処理装置22は、期間Taに第1の単相インバータ3だけを動作させるのではなく、図12に示すように、期間Taに第1の単相インバータ3及び第2の単相インバータ4が電力エネルギー(電圧)を出力するように制御する。第2の単相インバータ4は、上記第2の単相インバータ4が有する直流母線電圧すなわちコンデンサ5の電圧VC2までは電圧を出力可能である。
図15〜図18は、実施の形態3を示すものであり、図15は電力変換装置の構成図、図16及び図17は動作を説明するための波形図、図18は制御装置のPAD図である。図15において、電力変換装置300は制御装置30を有する。制御装置30は、PWM出力量調整装置31及び処理装置32を有する。PWM出力量調整装置31は、減算器311とPI制御装置312を有する。その他の構成については、図1に示した実施の形態1と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。この実施の形態では、制御装置30は次のように動作するが、図18にPAD図を示す。
なお、第2の単相インバータ4の出力電圧指令V2REFの絶対値の変化幅は、0から第2の単相インバータ4のコンデンサ5の電圧VC2までである。
図19及び図20は、実施の形態4を示すものであり、図19は電力変換装置の構成図、図20は制御装置のPAD図である。図19において、電力変換装置400は制御装置40を有する。制御装置40は、PWM出力量調整装置41及び処理装置42を有する。PWM出力量調整装置41は、減算器411とPI制御装置412を有する。その他の構成については、図1に示した実施の形態1と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。制御装置40は、以下に説明するように動作するが、図20にPAD図を示す。
図21及び図22は、実施の形態5を示すものであり、図21は電力変換装置の構成図、図22は第1及び第2の単相インバータの三角波キャリアの位相を180度ずらした場合の効果を説明するための波形図である。図21において、電力変換装置500は制御装置50を有する。制御装置50は、処理装置52を有する。その他の構成については、図15に示した実施の形態3と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。制御装置50は、以下に説明するように動作する。本実施の形態は、上記実施の形態3もしくは実施の形態4を基本としたものである。
図23〜図25は、実施の形態6を示すものであり、図23は電力変換装置の構成図、図24は変形例である別の電力変換装置の構成図、図25は他の変形例である他の電力変換装置の構成図である。図23において、電力変換装置600は、直列に接続されたコンデンサ2a,2b、3レベルの第1のインバータとしての第1の単相インバータ603、制御装置60を有する。第1の単相インバータ603は、交流出力線603c,603dを有する。第2の単相インバータ4の交流出力側が、第1の単相インバータ603の一方の交流出力線603cに直列に接続されている。制御装置60は実施の形態1における制御装置10と同様の動作をするものであり、電力変換装置600の動作については、第1の単相インバータの構成が異なるだけで、図1に示した電力変換装置100と同様である。
なお、この実施の形態における制御装置60,70,80の代わりに実施の形態2〜5に示した制御装置20,30,40,50と同様の動作をする制御装置を用いることもできる。また、上記各実施の形態で示した個別の構成を適宜組み合わせて種々の特性を有する電力変換装置を構成することができることは言うまでもない。
Claims (12)
- 第1のインバータと第2のインバータと制御装置とを備えた電力変換装置であって、
上記第1のインバータは、直流電源の正負端子間に接続され上記直流電源の電力を交流に変換して交流出力線を介して出力するものであり、
上記第2のインバータは、コンデンサと単相インバータ回路とを有し、上記単相インバータ回路の直流側が上記コンデンサに接続され交流側が上記交流出力線に直列に接続されたものであり、
上記制御装置は、正弦波の交流出力電圧指令が所定値よりも大きくなったとき立ち上がり上記所定値以下になったとき立ち下がる1パルスの電圧を上記交流出力電圧指令の半周期毎に主電圧パルスとして出力するように主電圧パルス指令を発信して上記第1のインバータを制御するとともに上記交流出力電圧指令と上記第1のインバータの出力電圧とに基づいて出される補償電圧指令に基づいて上記第2のインバータの出力電圧をパルス幅変調制御して上記第1及び第2のインバータの出力電圧の和を正弦波の交流電圧として出力するようにし、かつ
上記補償電圧指令に対して上記コンデンサの電圧が足りず上記第2のインバータの出力電圧が不足する期間である第1の期間が上記主電圧パルスが出力されているべき期間の前後に存在する場合は上記第1の期間中上記第1のインバータの出力電圧をパルス幅変調制御して出力し上記不足する出力電圧を補償するとともに上記主電圧パルスが出力されているべき期間中に第2の期間だけ上記第1のインバータの出力電圧をパルス幅変調制御して上記第1のインバータから出力される電力エネルギーを減少させることにより上記第1の期間に上記第1のインバータから供給される電力エネルギーを相殺するようにされたものである
電力変換装置。 - 上記制御装置は、上記第1の期間が上記主電圧パルスが出力されているべき期間中に存在する場合は上記第1の期間中上記第1のインバータの出力電圧をパルス幅変調制御して出力し上記不足する出力電圧を補償するとともに上記主電圧パルスが出力されているべき期間の前後に第3の期間だけ上記第1のインバータの出力電圧をパルス幅変調制御して上記第1のインバータから電力エネルギーを出力し上記第1の期間に上記第1のインバータをパルス幅変調制御することにより減少する出力エネルギーを相殺するようにされたものである請求項1に記載の電力変換装置。
- 上記制御装置は、上記第1の期間において、上記第2のインバータの動作を停止するものである請求項1に記載の電力変換装置。
- 上記制御装置は、上記第1の期間において、上記第1のインバータ及び上記第2のインバータを動作させるものである請求項1に記載の電力変換装置。
- 上記制御装置は、上記コンデンサの電圧が所定のコンデンサ電圧よりも低いときは上記補償電圧指令を下げ、上記コンデンサの電圧が上記所定のコンデンサ電圧以上のときは上記補償電圧指令を上げるものである請求項1に記載の電力変換装置。
- 上記制御装置は、上記電力変換装置の出力電力の極性が正であって上記コンデンサの電圧が所定のコンデンサ電圧より低い場合には上記補償電圧指令を下げ上記コンデンサの電圧が上記所定のコンデンサ電圧より高い場合には上記補償電圧指令を上げ、上記出力電力の極性が負であって上記コンデンサの電圧が上記所定のコンデンサ電圧より低い場合には上記補償電圧指令を上げ上記コンデンサの電圧が上記所定のコンデンサ電圧より高い場合には上記補償電圧指令を下げるものである請求項1に記載の電力変換装置。
- 上記第1及び第2のインバータは、パルス幅変調制御に三角波キャリアを用いるものであって、上記両三角波キャリアの位相が一致しないようにされたものである請求項1または請求項2または請求項4〜6のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 上記第1及び第2のインバータは、単相フルブリッジインバータである請求項1〜6のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 上記第1のインバータは、マルチレベル型の単相インバータである請求項1〜6のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 上記第1のインバータは三相インバータであり、上記第1のインバータの各相交流出力線に、それぞれ上記第2のインバータの上記交流側が直列接続されたものである請求項1〜6のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 上記第2のインバータは1又は複数の単相インバータで構成され、上記単相インバータの交流側が単独でまたは直列接続されたものが上記第2のインバータの上記交流側とされたものである請求項1〜6のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 上記直流電源は太陽電池である請求項1〜6のいずれか1項に記載の電力変換装置。
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