JP4365171B2 - Power converter and power conditioner using the same - Google Patents

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Description

本発明は、複数のインバータを組み合わせて滑らかな交流出力波形を得ることが可能な電力変換装置および、このような電力変換装置を用いて分散電源を系統に連系するパワーコンディショナに関するものである。   The present invention relates to a power conversion device capable of obtaining a smooth AC output waveform by combining a plurality of inverters, and a power conditioner that links a distributed power source to a system using such a power conversion device. .

従来のパワーコンディショナでは、例えばソーラパワーコンディショナに示されるように、太陽電池である分散電源からチョッパを用いて昇圧し、その後段にPWM制御のインバータを挿入して、出力の交流電圧を発生している。
このような従来のパワーコンディショナの基本的な動作を以下に示す。太陽電池から出力される直流電力は、パワーコンディショナの内部制御電源を駆動し内部回路が動作可能になる。DC/DCコンバータ部を用い、太陽電池の電圧を、系統へ連系するのに必要となる電圧まで昇圧する。インバータ部は、系統電圧に同期した位相の出力電流となるようPWMスイッチングを行う。インバータ部に接続されたリアクトルとコンデンサがあることで、系統へは交流電力が出力される(例えば、非特許文献1参照)。
In a conventional power conditioner, for example, as shown in a solar power conditioner, the voltage is boosted using a chopper from a distributed power source that is a solar cell, and a PWM controlled inverter is inserted in the subsequent stage to generate an output AC voltage. is doing.
The basic operation of such a conventional power conditioner will be described below. The DC power output from the solar cell drives the internal control power supply of the power conditioner, and the internal circuit can operate. Using the DC / DC converter unit, the voltage of the solar cell is boosted to a voltage required to connect to the grid. The inverter unit performs PWM switching so that the output current has a phase synchronized with the system voltage. Since there is a reactor and a capacitor connected to the inverter unit, AC power is output to the system (see, for example, Non-Patent Document 1).

また、上記従来のパワーコンディショナではPWM制御のインバータを用いているが、従来から、複数の単相出力インバータの出力端子を直列接続して高調波を低減した電力変換装置があり、以下に説明する。それぞれ絶縁された入力を持つ3レベル出力が可能な単相出力インバータブリッジをn個備えて、各単相出力インバータブリッジの出力端子を直列接続して直列n段の単相出力の電力変換装置を構成する。また、n個の単相出力インバータブリッジの各出力電圧の振幅V1〜Vnの振幅比を、V1:V2:・・:Vn=1:2:・・:2n−1とする(例えば、特許文献1参照)。 In addition, the conventional power conditioner uses a PWM-controlled inverter. Conventionally, there is a power conversion device in which output terminals of a plurality of single-phase output inverters are connected in series to reduce harmonics, which will be described below. To do. N single-phase output inverter bridges capable of three-level output each having an isolated input, and by connecting the output terminals of each single-phase output inverter bridge in series, an n-stage single-phase output power converter Constitute. Further, the amplitude ratio of the amplitudes V1 to Vn of the output voltages of the n single-phase output inverter bridges is set to V1: V2: ..: Vn = 1: 2: ..: 2 n-1 (for example, patents) Reference 1).

特開平11−89242号公報JP 11-89242 A 「ソーラーパワーコンディショナ形KP40Fの開発」OMRON TECHNICS Vol.42 No.2(通巻142号)2002年、"Development of solar power conditioner type KP40F" OMRON TECHNICS Vol.42 No.2 (Vol.142) 2002,

従来のパワーコンディショナでは、出力側にはインバータ部のPWM制御による切り刻まれたスイッチング波形を平滑するためのフィルタが設置されている。また、スイッチングによる高調波のノイズを系統に流入させないようにEMI除去フィルタも設けられている。このようにインバータ部のスイッチング動作を用いて出力に正弦波の電流や電圧を発生させているため、平滑フィルタを小型化しようと思うとスイッチング周波数を上げざるを得なかった。このため、スイッチングによる高調波電流が増加し、高調波ノイズの系統流入を抑制するEMI除去フィルタが大型化するという問題点があった。また、スイッチング周波数を増加するとインバータ部を構成するスイッチング素子の損失が増加するという問題点もあった。   In a conventional power conditioner, a filter for smoothing a switching waveform chopped by PWM control of an inverter unit is installed on the output side. Also, an EMI removal filter is provided so that harmonic noise due to switching does not flow into the system. As described above, since the sine wave current and voltage are generated at the output by using the switching operation of the inverter unit, the switching frequency has to be increased to reduce the size of the smoothing filter. For this reason, there has been a problem that the harmonic current due to switching increases and the size of the EMI removal filter that suppresses the system noise inflow of harmonic noise increases. Further, when the switching frequency is increased, there is a problem that the loss of the switching elements constituting the inverter unit increases.

また、上記のような従来の電力変換装置では、高調波の低減のために多くのインバータ回路が必要となり、それぞれのインバータは絶縁された直流電源が必要となる。このような複数の直流電源を、太陽電池などの分散電源から安定した電圧で得るのは、装置が非常に複雑となり困難であった。   Further, in the conventional power conversion device as described above, many inverter circuits are required to reduce harmonics, and each inverter requires an insulated DC power source. It has been difficult to obtain such a plurality of DC power sources from a distributed power source such as a solar cell with a stable voltage because the apparatus becomes very complicated.

この発明は、上記のような問題点を解消するために成されたものであって、単相インバータの交流側を複数直列接続して多重化した電力変換装置で、装置構造を複雑にすることなく、分散電源の状況が変化しても複数の直流電源の電圧を安定に得ることを目的とする。
また、このような電力変換装置を用いることで、出力の平滑フィルタ容量が低減できると共に高調波も低減でき、分散電源の状況が変化しても安定な出力が供給できるパワーコンディショナを得ることを目的とする。
The present invention has been made to solve the above-described problems, and is a power conversion device in which a plurality of AC sides of a single-phase inverter are connected in series and multiplexed, and the device structure is complicated. Therefore, it is an object to stably obtain the voltages of a plurality of DC power sources even when the status of the distributed power source changes.
In addition, by using such a power conversion device, it is possible to reduce the smoothing filter capacity of the output, reduce the harmonics, and obtain a power conditioner that can supply a stable output even when the status of the distributed power supply changes. Objective.

この発明による電力変換装置は、直流電源の直流電力を交流電力に変換する単相インバータの交流側を複数直列接続して単相多重変換器を構成し、上記複数の単相インバータの中から選択された所定の組み合わせによる各発生電圧の総和により出力電圧を階調制御して負荷に電力供給する。上記各単相インバータの入力となる複数の上記直流電源は、該各直流電源の電圧を制御する電圧制御手段を有したDC/DCコンバータを介して分散電源から生成され、上記複数の直流電源の小さい直流電圧から順に、V1、V2、・・、Vmとすると、
V2は、V1の2倍もしくは3倍
Vn(n=3〜m)はV1の整数倍で、Vn≦V1+2・ΣVk(k=1〜n-1)
を満足する。そして、上記DC/DCコンバータは、電圧制御される上記各直流電源に対応してそれぞれ設けられ、上記電圧制御手段は、上記各直流電源の電圧比に略比例する巻き数比を有するリアクトルを上記各DC/DCコンバータ内にそれぞれ配し、該複数のリアクトルは、その磁束が互いに鎖交するものである。
またこの発明による電力変換装置は、上記複数の直流電源の内、所定の直流電源について、上記階調制御における放電と他の直流電源の電荷による充電との組み合わせを、該所定の直流電源から流れ出る電流の平均値が略ゼロになるように制御し、上記他の直流電源の電圧を、上記DC/DCコンバータで制御するものである。
A power converter according to the present invention comprises a single-phase multiple converter in which a plurality of AC sides of a single-phase inverter that converts DC power of a DC power source into AC power are connected in series, and is selected from the plurality of single-phase inverters. The output voltage is gradation controlled by the total sum of the generated voltages by the predetermined combination, and power is supplied to the load . A plurality of the DC power source comprising an upper SL input of each single-phase inverter via a DC / DC converter having a voltage control means for controlling the voltage of each of the DC power source is generated from the distributed power supply, the plurality of DC power supply Vm, V2,..., Vm in order from the smallest DC voltage
V2 is twice or three times V1 Vn (n = 3 to m) is an integer multiple of V1, Vn ≦ V1 + 2 · ΣVk (k = 1 to n−1)
Satisfied . The DC / DC converter is provided corresponding to each of the DC power supplies to be voltage controlled, and the voltage control means includes a reactor having a winding ratio substantially proportional to a voltage ratio of the DC power supplies. Arranged in each DC / DC converter, the plurality of reactors have their magnetic fluxes linked to each other.
In the power converter according to the present invention, for a predetermined DC power source among the plurality of DC power sources, a combination of the discharge in the gradation control and the charging by the charge of another DC power source flows out from the predetermined DC power source. Control is performed so that the average value of the current becomes substantially zero, and the voltage of the other DC power source is controlled by the DC / DC converter.

またこの発明によるパワーコンディショナは、上記電力変換装置を用いて所定の交流電圧、交流電流を出力して系統に並列に接続し、上記分散電源を該系統に連系させるものである。   Moreover, the power conditioner by this invention outputs a predetermined alternating voltage and alternating current using the said power converter device, is connected to a system | strain in parallel, and connects the said distributed power supply to this system | strain.

このような電力変換装置では、各単相インバータの電圧の組み合わせにより精度良く滑らかな出力電圧波形を得ることができる。このため、出力の平滑フィルタ容量が大幅に低減する。また、スイッチング回数も少なくてすむため、高調波EMIも低減できる。さらに、電圧制御手段により直流電源の電圧を制御できるため、分散電源の状況が変化しても装置構造を複雑にすることなく複数の直流電源の電圧を安定に得ることができる。
また、このような電力変換装置を用いたパワーコンディショナでは、出力の平滑フィルタ容量が低減できると共に、高調波ノイズの系統流入を抑制するEMI除去フィルタも小型化あるいは省略でき、さらに分散電源の状況が変化しても安定な出力が供給できる。
In such a power converter, a smooth output voltage waveform can be obtained with high accuracy by combining the voltages of the single-phase inverters. For this reason, the output smoothing filter capacity is greatly reduced. In addition, since the number of times of switching can be reduced, harmonic EMI can also be reduced. Furthermore, since the voltage of the DC power supply can be controlled by the voltage control means, it is possible to stably obtain the voltages of a plurality of DC power supplies without complicating the device structure even when the status of the distributed power supply changes.
Further, in a power conditioner using such a power converter, the output smoothing filter capacity can be reduced, and the EMI removal filter that suppresses the inflow of harmonic noise into the system can be downsized or omitted. Stable output can be supplied even if the value changes.

実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1によるパワーコンディショナを図について説明する。
図1は、この発明の実施の形態1によるパワーコンディショナを示す概略構成図である。
図1(a)に示すように、複数の単相インバータ1a、1b、1cの交流側を直列に接続して単相多重変換器を構成する。各単相インバータ1a〜1cは、図1(b)に示すように、ダイオードを逆並列に接続した複数個のIGBT等の自己消弧型半導体スイッチング素子で構成され、直流電源としての平滑コンデンサC1〜C3からの直流電力を交流電力に変換して出力し、負荷3に電力供給する。
Embodiment 1 FIG.
Hereinafter, a power conditioner according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a power conditioner according to Embodiment 1 of the present invention.
As shown to Fig.1 (a), the alternating current side of several single phase inverter 1a, 1b, 1c is connected in series, and a single phase multiple converter is comprised. As shown in FIG. 1B, each single-phase inverter 1a to 1c is composed of a plurality of self-extinguishing semiconductor switching elements such as IGBTs having diodes connected in antiparallel, and a smoothing capacitor C1 as a DC power source. The DC power from ~ C3 is converted into AC power and output, and the load 3 is supplied with power.

また、図に示すように、太陽光、燃料電池等の分散電源2の後段にリアクトルL3およびスイッチング素子S1からなるチョッパ回路が設置されている。チョッパ回路は分散電源2で得られた直流電圧を所定の値に昇圧する(なお、降圧もしくは昇降圧でもよい)。昇圧された電圧はダイオードD3および平滑コンデンサC3で構成されるDC/DCコンバータ回路によって直流平滑化され平滑コンデンサC3に充電される電圧Vcが得られる。
また、リアクトルL2およびリアクトルL1はリアクトルL3と磁束が結合しているため、リアクトルL3に電圧が発生するときには同じくリアクトルL2、L1にも電圧が発生し、同様に、ダイオードD2、平滑コンデンサC2で構成されるDC/DCコンバータ回路、およびダイオードD1、平滑コンデンサC1で構成されるDC/DCコンバータ回路によって直流平滑化され、平滑コンデンサC2、C1に充電される電圧Vb、Vaが得られる。リアクトルL3、L2、L1に発生する逆起電力が所定の関係になるように巻き数を設定すると、各DC/DCコンバータ回路(以下、単にコンバータと称す)によって得られた直流電圧も巻き数比に比例した関係となる。
なお、図1においては、リアクトルL3およびスイッチング素子S1(以下、単にスイッチS1と称す)からなるチョッパ回路は非絶縁の構成をとっているが、トランスを用いたフライバック型の構成またはフォワード型の構成などいずれの構成でもかまわない。
Further, as shown in the figure, a chopper circuit including a reactor L3 and a switching element S1 is installed in the subsequent stage of the distributed power source 2 such as sunlight or a fuel cell. The chopper circuit boosts the DC voltage obtained by the distributed power supply 2 to a predetermined value (note that it may be stepped down or stepped up / down). The boosted voltage is DC smoothed by a DC / DC converter circuit composed of a diode D3 and a smoothing capacitor C3, and a voltage Vc charged to the smoothing capacitor C3 is obtained.
Further, since the reactor L2 and the reactor L1 are coupled to the reactor L3 and the magnetic flux, when the voltage is generated in the reactor L3, the voltage is also generated in the reactors L2 and L1, and similarly, the diode L2 and the smoothing capacitor C2 are configured. DC / DC converter circuit, and a DC / DC converter circuit composed of a diode D1 and a smoothing capacitor C1, and DC smoothed to obtain voltages Vb and Va charged in the smoothing capacitors C2 and C1. When the number of turns is set so that the counter electromotive force generated in the reactors L3, L2, and L1 has a predetermined relationship, the direct current voltage obtained by each DC / DC converter circuit (hereinafter simply referred to as a converter) is also converted into the turn ratio. The relationship is proportional to
In FIG. 1, the chopper circuit including the reactor L3 and the switching element S1 (hereinafter simply referred to as the switch S1) has a non-insulated configuration, but a flyback configuration using a transformer or a forward type Any configuration is acceptable.

上述した各単相インバータ1a〜1cは、平滑コンデンサC1〜C3の後段にそれぞれ接続され、これらの単相インバータ1a〜1cは出力として正負およびゼロの電圧を発生することができる。この3つの単相インバータ1a〜1cの発生電圧を組み合わせることによって、その総和として所定の電圧を階調制御により発生させる。
各ビット(以下、リアクトルとコンデンサ、インバータの一塊をビットと呼ぶ)の直流電圧Va、Vb、Vcの関係は、それぞれ異なる値(Va<Vb<Vc)で、1:2:3、1:2:4、1:2:5、1:2:6、1:2:7、1:3:4、1:3:5、1:3:6、1:3:7、1:3:8、1:3:9のいずれかの関係となる。それぞれの場合について、各ビットの単相インバータ1a〜1cの出力論理(組み合わせパターン)とそれらを直列接続した単相多重変換器の出力階調(電圧レベル)との関係を図2のA〜Jの論理表に示す。なお、出力階調数の最も小さい1:2:3の場合は、便宜上、図示を省略した。
Each of the single-phase inverters 1a to 1c described above is connected to the subsequent stage of the smoothing capacitors C1 to C3, and these single-phase inverters 1a to 1c can generate positive and negative voltages and zero voltages as outputs. By combining the generated voltages of the three single-phase inverters 1a to 1c, a predetermined voltage is generated by gradation control as the sum.
The relationship between the DC voltages Va, Vb, and Vc of each bit (hereinafter referred to as a reactor and a capacitor, and a group of inverters) is a different value (Va <Vb <Vc), 1: 2: 3, 1: 2 : 4, 1: 2: 5, 1: 2: 6, 1: 2: 7, 1: 3: 4, 1: 3: 5, 1: 3: 6, 1: 3: 7, 1: 3: 8 , 1: 3: 9. In each case, the relationship between the output logic (combination pattern) of the single-phase inverters 1a to 1c of each bit and the output gradation (voltage level) of the single-phase multiple converter in which they are connected in series is shown in FIG. Is shown in the logical table. In the case of 1: 2: 3 with the smallest number of output gradations, the illustration is omitted for convenience.

例えば、J表の場合、Va、Vb、Vcは、1:3:9の関係で、これらの発生電圧の総和で0〜13の14階調の出力電圧が得られる。これにより、正弦波に近い極めて滑らかな出力電圧波形が得られる。なお、ビットの数を増やせば出力電圧波形をより滑らかにすることができる。   For example, in the case of Table J, Va, Vb, and Vc have a relationship of 1: 3: 9, and an output voltage of 14 gradations of 0 to 13 is obtained as a sum of these generated voltages. Thereby, an extremely smooth output voltage waveform close to a sine wave can be obtained. Note that the output voltage waveform can be made smoother by increasing the number of bits.

ここで、滑らかな出力電圧を得るための条件としては、各出力階調レベルに電圧の飛びがないことであり、各出力階調レベルの電圧差が一定の値をとることが必要である。この条件を満足させるためには、以下の関係を満足することが望ましい。
VcおよびVbは、Vaの概ね整数倍であること。
Vbは、Vaの2倍もしくは3倍であること。
Vcは、(Va+Vb)・2+Va 以下であること。
なお、ビットが4つ以上の場合も同様であり、以下の関係を満足することが望ましい。
小さい直流電圧から順に、V1、V2、・・、Vmとすると、
V2は、V1の2倍もしくは3倍であること。
Vn(n=3〜m)はV1の整数倍で、Vn≦V1+2・ΣVk(k=1〜n-1)
Here, a condition for obtaining a smooth output voltage is that there is no voltage jump in each output gradation level, and the voltage difference between each output gradation level needs to take a constant value. In order to satisfy this condition, it is desirable to satisfy the following relationship.
Vc and Vb should be approximately an integral multiple of Va.
Vb should be 2 or 3 times Va.
Vc should be (Va + Vb) · 2 + Va or less.
The same applies to the case where there are four or more bits, and it is desirable to satisfy the following relationship.
In order from the smallest DC voltage, V1, V2,.
V2 must be twice or three times V1.
Vn (n = 3 to m) is an integral multiple of V1, and Vn ≦ V1 + 2 · ΣVk (k = 1 to n−1).

このような図2に示すような直流電圧Va、Vb、Vcの関係を得るためには、予め各ビットの直流電圧Va、Vb、Vcを所定の値となるようにしておく必要がある。例えば図1の構成の場合においては、リアクトルL1〜L3の巻き数比を図2の各表におけるVa〜Vcの関係になるよう設定しておけばよい。   In order to obtain the relationship between the DC voltages Va, Vb, and Vc as shown in FIG. 2, it is necessary to set the DC voltages Va, Vb, and Vc of each bit to predetermined values in advance. For example, in the case of the configuration shown in FIG. 1, the turns ratio of the reactors L1 to L3 may be set so as to have a relationship of Va to Vc in each table of FIG.

この実施の形態では、各ビットの電圧の組み合わせによる階調制御により正弦波に近い極めて滑らかな出力電圧波形が得られるため、平滑用の出力フィルタを省略する、あるいは小容量にすることができ、電力変換器の低コスト化、小型化、簡略化が実現できる。また、スイッチングの回数は従来のPWM制御に比べて格段に少なくなり、それにより高調波も激減する。それにより、高調波ノイズの系統流入を抑制するEMI除去フィルタは省略あるいは、格段と小容量にすることができる。
また、各ビット毎にリアクトルL1〜L3を有するコンバータを設け、それらのリアクトルL1〜L3は互いに磁束が鎖交しており、それぞれのリアクトルL1〜L3が発生する逆起電力の大きさは、各ビットが有する直流電圧の大きさに比例させる。これにより、チョッパ回路を構成するスイッチS1は一つでも、分散電源2から該チョッパ回路により、各ビット毎に異なる直流電圧を一度に容易に生成することができ、装置構成も簡略化できる。
In this embodiment, an extremely smooth output voltage waveform close to a sine wave can be obtained by gradation control based on a combination of the voltages of each bit, so that the smoothing output filter can be omitted or the capacity can be reduced. Cost reduction, size reduction, and simplification of the power converter can be realized. In addition, the number of times of switching is remarkably reduced as compared with the conventional PWM control, and thereby harmonics are drastically reduced. As a result, the EMI removal filter that suppresses the inflow of harmonic noise into the system can be omitted, or the capacity can be significantly reduced.
Further, a converter having reactors L1 to L3 is provided for each bit, the magnetic fluxes of these reactors L1 to L3 are linked to each other, and the magnitude of the back electromotive force generated by each reactor L1 to L3 is as follows. It is made proportional to the magnitude of the DC voltage of the bit. Thereby, even if there is only one switch S1 constituting the chopper circuit, a different DC voltage can be easily generated for each bit from the distributed power source 2 by the chopper circuit at a time, and the device configuration can be simplified.

実施の形態2.
この実施の形態では、上記実施の形態1で示したパワーコンディショナにより、商用ライン(系統)に電力を供給する場合について説明する。
図3は、図1で示したパワーコンディショナにより、系統に電力を供給する場合の構成図である。図に示すように、パワーコンディショナを系統に並列に接続し、この接続点のパワーコンデイショナ側に、パワーコンデイショナと直列にリアクトルLfを挿入する。なお、5は系統電源である。
電力系統は電圧が既に確立しているので、系統にパワーコンディショナ電流を流し込むよう動作させる必要がある。パワーコンディショナと直列にリアクトルLfを挿入することによって、パワーコンディショナと系統との電位差による過大な電流が流れるのを防ぐ。
Embodiment 2. FIG.
In this embodiment, a case will be described in which power is supplied to a commercial line (system) by the power conditioner shown in the first embodiment.
FIG. 3 is a configuration diagram in the case where power is supplied to the system by the power conditioner shown in FIG. As shown in the figure, a power conditioner is connected in parallel to the system, and a reactor Lf is inserted in series with the power conditioner on the power conditioner side of this connection point. Reference numeral 5 denotes a system power supply.
Since the power system has already established the voltage, it is necessary to operate the system so that the inverter current flows. By inserting the reactor Lf in series with the power conditioner, an excessive current due to a potential difference between the power conditioner and the system is prevented from flowing.

図4は、パワーコンディショナの制御機能を付加した構成図であり、6はビットパターン形成回路、7は電流制御回路である。
図に示すように、パワーコンディショナから流れ出る電流を電流センサ9で検出し、該電流が所定の電流目標値になるように、電流制御回路7により、リアクトルL3およびスイッチS1からなるチョッパ回路のスイッチS1を制御して、チョッパ回路からの出力電圧を制御する。チョッパ回路は、上述したように、分散電源2で得られた直流電圧を所定の値に昇圧するもので、昇圧された電圧はコンバータ(D3、C3)によって直流平滑化され電圧Vcが得られる。また、リアクトルL2およびリアクトルL1はリアクトルL3と磁束が鎖交しているため、リアクトルL3に電圧が発生するときには同じくリアクトルL2、L1にも電圧が発生する。このように、各ビットの直流電圧が、チョッパ回路のスイッチS1を制御することにより、分散電源2から生成される。
FIG. 4 is a configuration diagram to which a control function of the power conditioner is added, in which 6 is a bit pattern forming circuit and 7 is a current control circuit.
As shown in the figure, the current flowing out of the power conditioner is detected by the current sensor 9, and the current control circuit 7 switches the chopper circuit comprising the reactor L3 and the switch S1 so that the current becomes a predetermined current target value. By controlling S1, the output voltage from the chopper circuit is controlled. As described above, the chopper circuit boosts the DC voltage obtained by the distributed power supply 2 to a predetermined value, and the boosted voltage is DC smoothed by the converters (D3, C3) to obtain the voltage Vc. Further, since the reactor L2 and the reactor L1 are linked with the magnetic flux of the reactor L3, when a voltage is generated in the reactor L3, a voltage is also generated in the reactors L2 and L1. Thus, the DC voltage of each bit is generated from the distributed power supply 2 by controlling the switch S1 of the chopper circuit.

ビットパターン形成回路6は、系統の電圧を電圧検出手段8により検出して、系統電圧瞬時値が得られる出力階調電圧レベルと出力ビットパターン(組み合わせパターン)を予め形成しておく。
系統の瞬時電圧とパワーコンディショナの電圧の差によって、リアクトルLfを通して電流が流れる。高周波分の差電圧はリアクトルLfによって平滑化される。電流の微妙なコントロールは、電流制御回路7によりチョッパ用スイッチS1にてコントロールする。具体的には、スイッチS1のdutyを変化させる。それによって、各ビットの直流電圧が変化し、図5(a)に示すように出力電圧波形10が調整され、系統に供給する電流が決まる。
図5(b)、図5(c)に示すように、系統に供給する電流を増加させたいときは、出力電圧波形の電圧レベルを若干増大させ、電流を低下させたいときは、出力電圧波形の電圧レベルを若干低減させる。なお、10aは電圧レベルが低減したときの出力電圧波形、10bは電圧レベルが増大したときの出力電圧波形、11は出力電圧波形10a、10bの差を表すための基準波形である。
The bit pattern forming circuit 6 detects the voltage of the system by the voltage detection means 8 and forms in advance an output gradation voltage level and an output bit pattern (combination pattern) from which a system voltage instantaneous value can be obtained.
A current flows through the reactor Lf due to the difference between the instantaneous voltage of the system and the voltage of the power conditioner. The high-frequency difference voltage is smoothed by the reactor Lf. Subtle control of the current is controlled by the chopper switch S1 by the current control circuit 7. Specifically, the duty of the switch S1 is changed. As a result, the DC voltage of each bit changes, and the output voltage waveform 10 is adjusted as shown in FIG. 5A to determine the current supplied to the system.
As shown in FIGS. 5B and 5C, when the current supplied to the system is to be increased, the voltage level of the output voltage waveform is slightly increased, and when the current is to be decreased, the output voltage waveform is increased. The voltage level is slightly reduced. 10a is an output voltage waveform when the voltage level is reduced, 10b is an output voltage waveform when the voltage level is increased, and 11 is a reference waveform for representing a difference between the output voltage waveforms 10a and 10b.

系統に供給する電流の電流目標値は、分散電源2の発電量によって定めるよう設定すればよい。簡単には、分散電源2の電圧が高ければ電流量が高くなるよう設定する。分散電源2は一般に電流を多く出力すれば、電圧が低下する特性を持つため、このような制御を施すことにより効率良くパワーを引き出すことができる。
以上のように系統に供給する電流を制御することにより、分散電源2を信頼性よく系統に連系することができる。
What is necessary is just to set so that the electric current target value of the electric current supplied to a system | strain may be decided with the electric power generation amount of the distributed power supply 2. FIG. For simplicity, the current amount is set to be higher if the voltage of the distributed power source 2 is higher. Since the distributed power source 2 generally has a characteristic that the voltage decreases when a large amount of current is output, the power can be efficiently extracted by performing such control.
By controlling the current supplied to the system as described above, the distributed power source 2 can be connected to the system with high reliability.

なお、所定ビットの単相インバータの電圧出力方法に、予めPWM制御を加えることによって、系統の瞬時電圧とパワーコンディショナの電圧との差電圧の制御精度を向上できる。
上述したように、系統の瞬時電圧とパワーコンディショナの電圧との差によって、リアクトルLfを通して電流が流れるが、図6に示すように、電圧の出力方法にPWM制御を加えることによって出力電圧波形をより滑らかな目標値に近づけることができる。例えば、Va:Vb:Vcが1:3:9の電圧関係のように、0〜13の14階調の電圧を出力できたとしても、PWM制御を付加しない階調制御のみでは、リアクトルLfの容量が小さいと、電圧差によって流れる高周波電流が大きくなってしまう場合がある。
各出力階調レベルにおける出力ビットパターンで選択された所定の単相インバータ出力に、簡単なPWM制御を加え、その高周波分の波形をリアクトルLfで平滑することにより、より滑らかな出力電圧波形が得られる。これにより、平滑用の出力フィルタをより小容量にできると共に、系統の瞬時電圧とパワーコンディショナの電圧との差電圧の制御精度を向上でき、系統に流れる電流をより精度よくコントロールできる。このため、パワーコンディショナ、系統間に過大な電流が流れることはない。またこのとき、各出力階調レベルにおいて電圧の出力方法にPWM制御を加えるには、Va:Vb:Vcの電圧関係によっては、複数の単相インバータの出力にPWM制御を加える必要がある。
In addition, the control accuracy of the voltage difference between the instantaneous voltage of the system and the voltage of the power conditioner can be improved by applying PWM control in advance to the voltage output method of the single-phase inverter of a predetermined bit.
As described above, the current flows through the reactor Lf due to the difference between the instantaneous voltage of the system and the voltage of the power conditioner. As shown in FIG. 6, the output voltage waveform is changed by applying PWM control to the voltage output method. It is possible to approach a smoother target value. For example, as shown in the voltage relationship of Va: Vb: Vc of 1: 3: 9, even if the 14 gradation voltages from 0 to 13 can be output, only the gradation control without adding the PWM control can reduce the reactor Lf. If the capacity is small, the high-frequency current that flows due to the voltage difference may increase.
By applying simple PWM control to the predetermined single-phase inverter output selected by the output bit pattern at each output gradation level, and smoothing the high-frequency waveform with the reactor Lf, a smoother output voltage waveform is obtained. It is done. As a result, the smoothing output filter can be reduced in capacity, and the control accuracy of the differential voltage between the instantaneous voltage of the system and the voltage of the power conditioner can be improved, and the current flowing through the system can be controlled with higher accuracy. For this reason, an excessive current does not flow between the power conditioner and the system. At this time, in order to apply PWM control to the voltage output method at each output gradation level, depending on the voltage relationship of Va: Vb: Vc, it is necessary to apply PWM control to the outputs of a plurality of single-phase inverters.

実施の形態3.
次に、上記実施の形態2で示したパワーコンディショナにおける、各ビットの平滑コンデンサC1〜C3に流れる平均の電流の調整について以下に説明する。
図7は、各ビットの直流電圧関係が1:2:4の場合(ここでは1階調に相当する電圧を10と表した)について、1〜7の各出力階調レベルを出力可能とする出力ビットパターンを示したものである。
図7(a)に示すように、出力ビットパターンは同じ出力階調電圧に対して複数存在することがわかる。ビット出力が−1というのは、そのビットの平滑コンデンサを充電するよう単相インバータが動作するものであり、1というのは平滑コンデンサを放電するよう単相インバータが動作する。この充電と放電をうまく使い分けることにより、平滑コンデンサに流れる平均の電流を調整することが可能である。
Embodiment 3 FIG.
Next, adjustment of the average current flowing in the smoothing capacitors C1 to C3 of each bit in the power conditioner shown in the second embodiment will be described below.
FIG. 7 shows that output gradation levels of 1 to 7 can be output when the DC voltage relationship of each bit is 1: 2: 4 (here, the voltage corresponding to one gradation is expressed as 10). The output bit pattern is shown.
As shown in FIG. 7A, it can be seen that a plurality of output bit patterns exist for the same output gradation voltage. When the bit output is -1, the single-phase inverter operates to charge the smoothing capacitor of the bit, and when the bit output is 1, the single-phase inverter operates to discharge the smoothing capacitor. By properly using the charging and discharging, it is possible to adjust the average current flowing in the smoothing capacitor.

図7(b)は、直流電圧Va、Vbの平滑コンデンサC1、C2に流れる平均電流が少なくなるよう出力ビットパターンを選定するものである。例えば、平滑コンデンサC2では、出力電圧レベルが20以下のところでは、充電されるのみであり、出力電圧レベルが50以上の場合には放電するパターンしか選定できない。このように出力ビットパターンを選定することにより、直流電圧Va、Vbの平滑コンデンサC1、C2に流れる平均電流が小さくなり、そのビットのリアクトルL1、L2やコンバータの容量を大幅に低減できる。それにより、コスト低減が図れる。   In FIG. 7B, the output bit pattern is selected so that the average current flowing through the smoothing capacitors C1 and C2 of the DC voltages Va and Vb is reduced. For example, the smoothing capacitor C2 is only charged when the output voltage level is 20 or less, and when the output voltage level is 50 or more, only the discharge pattern can be selected. By selecting the output bit pattern in this way, the average current flowing through the smoothing capacitors C1 and C2 of the DC voltages Va and Vb is reduced, and the reactors L1 and L2 of the bits and the capacity of the converter can be greatly reduced. Thereby, cost reduction can be achieved.

この実施の形態では、直流電圧Va、Vbの平滑コンデンサC1、C2に流れる平均電流が小さくなるような出力ビットパターンを選定したが、平滑コンデンサC1、C2に流れる平均電流を所定の値に制御したい場合にも、出力ビットパターンを選定することが有効となる。また、ある時間周期で出力ビットパターンを変化するよう制御することにより、上記平均電流を所定の値により制御しやすくなる。   In this embodiment, the output bit pattern is selected so that the average current flowing through the smoothing capacitors C1 and C2 of the DC voltages Va and Vb is small. However, it is desired to control the average current flowing through the smoothing capacitors C1 and C2 to a predetermined value. Even in this case, it is effective to select an output bit pattern. Also, by controlling the output bit pattern to change at a certain time period, the average current can be easily controlled with a predetermined value.

実施の形態4.
上記実施の形態1、2では、各ビットの直流電圧比と各ビットのリアクトルL1〜L3の巻き数比を一致させ、コンバータ回路を通して各ビットの直流電源を生成していた。
この実施の形態では、図8に示すように、電流制御ビットパターン形成回路6aおよび電圧制御回路7aを用いた制御により、所定ビットのリアクトルL1、L2とコンバータを不要とする。
Embodiment 4 FIG.
In the first and second embodiments, the DC voltage ratio of each bit is matched with the winding ratio of the reactors L1 to L3 of each bit, and the DC power supply of each bit is generated through the converter circuit.
In this embodiment, as shown in FIG. 8, the reactors L1 and L2 of predetermined bits and the converter are not required by the control using the current control bit pattern forming circuit 6a and the voltage control circuit 7a.

まず、比較例として、各ビットのリアクトルL1〜L3とコンバータが省略できない場合について図9を用いて説明する。図9は、各ビットの直流電圧Va、Vb、Vcの関係が1:3:9の場合に、パワーコンディショナの出力電圧波形と各ビットの平滑コンデンサC1〜C3から流れ出る放電電荷量(合計)を示したものである。半周期後の放電電荷量が正であればそのビットの平滑コンデンサはエネルギーを放出していることになる。
この場合、Va=10V、Vb=30V、Vc=90Vに設定されているものとする。ここで、出力したい交流電圧の最大値をVacpeakと定め、それに対するVa〜Vcの電圧の合計値の比を変化させて、平滑コンデンサC1〜C3から流れ出る放電電荷量の変化を調べた。図9に示すように、Vacpeak/(Va+Vb+Vc)=1の条件では、いずれのビットの半周期後の放電電荷量も正の値を示している。つまり、各ビットの平滑コンデンサC1〜C3には、外部から電力を補う必要があり、各ビットにリアクトルL1〜L3とコンバータとが必要となる。
First, as a comparative example, a case where the reactors L1 to L3 of each bit and the converter cannot be omitted will be described with reference to FIG. FIG. 9 shows the output voltage waveform of the power conditioner and the amount of discharge charge flowing out from the smoothing capacitors C1 to C3 of each bit when the relationship between the DC voltages Va, Vb and Vc of each bit is 1: 3: 9. Is shown. If the discharge charge amount after a half cycle is positive, the smoothing capacitor of that bit has released energy.
In this case, it is assumed that Va = 10V, Vb = 30V, and Vc = 90V. Here, the maximum value of the AC voltage desired to be output was defined as Vacpeak, and the change in the discharge charge amount flowing out of the smoothing capacitors C1 to C3 was examined by changing the ratio of the total value of the voltages Va to Vc. As shown in FIG. 9, under the condition of Vacpeak / (Va + Vb + Vc) = 1, the discharge charge amount after a half cycle of any bit shows a positive value. That is, the smoothing capacitors C1 to C3 of each bit need to be supplemented with electric power from the outside, and the reactors L1 to L3 and the converter are required for each bit.

次に、直流電圧Vaのビット(以下、Vaビットと称す)のリアクトルL1とダイオードD1が不要となる場合について説明する。
図10(a)は、Vacpeak/(Va+Vb+Vc)=0.95の条件で、図9と同様に、各ビットの直流電圧Va、Vb、Vcの関係が1:3:9の場合に、パワーコンディショナの出力電圧波形と各ビットの平滑コンデンサC1〜C3から流れ出る放電電荷量(合計)を示したものである。図に示すように、平滑コンデンサC1から流れ出る放電電荷量の合計がゼロとなっていることがわかる。このような状態では、Vaビットの電力消費はなく、外部からの電力の供給も不要である。従って、図1、図3で示されたリアクトルL1やダイオードD1などが不要となり、回路構成が簡略となりコスト低減が図れる。
なお、この場合の出力電圧波形から分かるように、図9で示した場合に比べ、出力階調レベルが13レベル部分において、パルス幅、即ち出力時間を短くしている。これにより、その部分で放電電荷量が減少し、平滑コンデンサC1から流れ出る放電電荷量の合計がゼロとなる。
Next, a case where the reactor L1 and the diode D1 of the bit of the direct-current voltage Va (hereinafter referred to as Va bit) are not required will be described.
FIG. 10A shows the power condition when the relationship between the DC voltages Va, Vb and Vc of each bit is 1: 3: 9 under the condition of Vacpeak / (Va + Vb + Vc) = 0.95. The output voltage waveform of the N and the discharge charge amount (total) flowing out from the smoothing capacitors C1 to C3 of each bit are shown. As shown in the figure, it can be seen that the total amount of discharge charge flowing out of the smoothing capacitor C1 is zero. In this state, there is no Va bit power consumption and no external power supply is required. Therefore, the reactor L1 and the diode D1 shown in FIG. 1 and FIG. 3 are not required, the circuit configuration is simplified, and the cost can be reduced.
As can be seen from the output voltage waveform in this case, compared with the case shown in FIG. 9, the pulse width, that is, the output time is shortened in the portion where the output gradation level is 13 levels. As a result, the amount of discharge charge decreases at that portion, and the total amount of discharge charge flowing out of the smoothing capacitor C1 becomes zero.

このように、平滑コンデンサC1から流れ出る放電電荷量の合計をゼロとするには、平滑コンデンサC1に流れる平均電流を略ゼロに制御すれば良く、上記実施の形態3で説明したように、出力ビットパターンを選定することで可能になる。即ち、平滑コンデンサC1に流れる平均電流が略ゼロになるように、出力ビットパターンを決定して階調制御すると共に、パルス幅を調整する。   Thus, in order to make the total amount of discharge charge flowing out of the smoothing capacitor C1 zero, the average current flowing through the smoothing capacitor C1 may be controlled to be substantially zero. As described in the third embodiment, the output bit This is possible by selecting a pattern. That is, the output bit pattern is determined and gradation control is performed so that the average current flowing through the smoothing capacitor C1 becomes substantially zero, and the pulse width is adjusted.

図10(b)、図10(c)は、図10(a)で示した場合の比較例であり、Vacpeak/(Va+Vb+Vc)=0.965、0.94と変化させた場合における、各ビットの平滑コンデンサC1〜C3から流れ出る放電電荷量(合計)を示したものである。平滑コンデンサC1から流れ出る放電電荷量の合計は、Vacpeak/(Va+Vb+Vc)=0.965の場合は正(つまり電力消費有り)、Vacpeak/(Va+Vb+Vc)=0.94の場合は負(つまり電力充電有り)正となっていることが分かる。   10 (b) and 10 (c) are comparative examples in the case shown in FIG. 10 (a). Each bit when Vacpeak / (Va + Vb + Vc) = 0.965 and 0.94 is changed. The discharge charge amount (total) flowing out from the smoothing capacitors C1 to C3 is shown. The total amount of discharge charge flowing out of the smoothing capacitor C1 is positive when Vacpeak / (Va + Vb + Vc) = 0.965 (that is, with power consumption), and negative when Vacpeak / (Va + Vb + Vc) = 0.94 (that is, with power charging) ) You can see that it is positive.

このため、Vacpeak/(Va+Vb+Vc)の値を選定もしくは制御することによって、Vaビットの電力消費をゼロにすることができる。従って、Vaビットの平滑コンデンサC1の直流電圧を検出し、あるいは平滑コンデンサC1からの放電電荷量を検出、あるいは演算して求め、Vacpeak/(Va+Vb+Vc)の値を変化させることにより、自動的にVaビットの電力消費をゼロに制御することができる。
なお、Vacpeak/(Va+Vb+Vc)の値を変化させるということは、リアクトルL2、L3およびスイッチS1によってVb、Vcの電圧を変化させるということに他ならない。即ち、平滑コンデンサC1に流れる平均電流が略ゼロになるように、出力ビットパターンを決定して階調制御すると共に、チョッパ回路によりVb、Vcの電圧を変化させる。
Therefore, by selecting or controlling the value of Vacpeak / (Va + Vb + Vc), the power consumption of the Va bit can be made zero. Accordingly, the Va voltage is automatically detected by detecting the DC voltage of the smoothing capacitor C1 of Va bit or by detecting or calculating the discharge charge amount from the smoothing capacitor C1 and changing the value of Vacpeak / (Va + Vb + Vc). Bit power consumption can be controlled to zero.
Note that changing the value of Vacpeak / (Va + Vb + Vc) is nothing but changing the voltages of Vb and Vc by the reactors L2 and L3 and the switch S1. That is, the output bit pattern is determined and gradation control is performed so that the average current flowing through the smoothing capacitor C1 becomes substantially zero, and the voltages Vb and Vc are changed by the chopper circuit.

次に、VbビットのリアクトルL2とダイオードD2が不要となる場合について説明する。
図11(a)は、Vacpeak/(Va+Vb+Vc)=0.807の条件で、各ビットの直流電圧Va、Vb、Vcの関係が1:3:9の場合に、パワーコンディショナの出力電圧波形と各ビットの平滑コンデンサC1〜C3から流れ出る放電電荷量(合計)を示したものである。図に示すように、平滑コンデンサC2から流れ出る放電電荷量の合計がゼロとなっていることがわかる。このような状態では、Vbビットの電力消費はなく、外部からの電力の供給も不要である。従って、VbビットのリアクトルL2とダイオードD2が不要となる。
Vbビットの場合、直流電圧VbがVaに比べて高いため、リアクトルL2やダイオードD2も比較的大きくなるものであったが、これらを不要とできるため、回路構成の簡略化およびコスト低減の効果が大きなものとなる。
Next, a case where the Vb-bit reactor L2 and the diode D2 are unnecessary will be described.
FIG. 11A shows the output voltage waveform of the power conditioner when the relationship between the DC voltages Va, Vb and Vc of each bit is 1: 3: 9 under the condition of Vacpeak / (Va + Vb + Vc) = 0.807. It shows the discharge charge amount (total) flowing out from the smoothing capacitors C1 to C3 of each bit. As shown in the figure, it can be seen that the total amount of discharge charge flowing out of the smoothing capacitor C2 is zero. In such a state, there is no Vb bit power consumption and no external power supply is required. Therefore, the Vb-bit reactor L2 and the diode D2 are not required.
In the case of the Vb bit, since the DC voltage Vb is higher than Va, the reactor L2 and the diode D2 are also relatively large. However, since these can be made unnecessary, the circuit configuration can be simplified and the cost can be reduced. It will be big.

図11(b)、図11(c)は、図11(a)で示した場合の比較例であり、Vacpeak/(Va+Vb+Vc)=0.8257、0.804と変化させた場合における、各ビットの平滑コンデンサC1〜C3から流れ出る放電電荷量(合計)を示したものである。平滑コンデンサC2から流れ出る放電電荷量の合計は、Vacpeak/(Va+Vb+Vc)=0.8257の場合は正(つまり電力消費有り)、Vacpeak/(Va+Vb+Vc)=0.804場合は負(つまり電力充電有り)であり、このため、Vacpeak/(Va+Vb+Vc)の値を選定もしくは制御することによって、Vbビットの電力消費をゼロにすることができる。従って、Vbビットの平滑コンデンサC2の直流電圧を検出し、あるいは平滑コンデンサC2からの放電電荷量を検出、あるいは演算して求め、Vacpeak/(Va+Vb+Vc)の値を変化させることにより、自動的にVbビットの電力消費をゼロに制御することができる。
なお、Vacpeak/(Va+Vb+Vc)の値を変化させるということは、リアクトルL1 、L3およびスイッチS1によってVa 、Vcの電圧を変化させるということに他ならない。即ち、平滑コンデンサC2に流れる平均電流が略ゼロになるように、出力ビットパターンを決定して階調制御すると共に、チョッパ回路によりVa 、Vcの電圧を変化させる。
11 (b) and 11 (c) are comparative examples in the case shown in FIG. 11 (a), and each bit when Vacpeak / (Va + Vb + Vc) = 0.8257, 0.804 is changed. The discharge charge amount (total) flowing out from the smoothing capacitors C1 to C3 is shown. The total amount of discharge charge flowing out of the smoothing capacitor C2 is positive when Vacpeak / (Va + Vb + Vc) = 0.8257 (that is, with power consumption), and negative when Vacpeak / (Va + Vb + Vc) = 0.804 (that is, with power charging). Therefore, the power consumption of the Vb bit can be made zero by selecting or controlling the value of Vacpeak / (Va + Vb + Vc). Therefore, by detecting the DC voltage of the smoothing capacitor C2 of Vb bit, or detecting or calculating the discharge charge amount from the smoothing capacitor C2, and automatically changing the value of Vacpeak / (Va + Vb + Vc), Vb Bit power consumption can be controlled to zero.
Note that changing the value of Vacpeak / (Va + Vb + Vc) is nothing but changing the voltages of Va and Vc by the reactors L1 and L3 and the switch S1. That is, the output bit pattern is determined and gradation control is performed so that the average current flowing through the smoothing capacitor C2 becomes substantially zero, and the voltages Va and Vc are changed by the chopper circuit.

次に、VaビットおよびVbビットのリアクトルL1、L2とダイオードD1、D2が不要となる場合について説明する。
図12(a)は、Vacpeak/(Va+Vb+Vc)=0.796の条件で、各ビットの直流電圧Va、Vb、Vcの関係が1:3:9の場合に、パワーコンディショナの出力電圧波形と各ビットの平滑コンデンサC1〜C3から流れ出る放電電荷量(合計)を示したものである。この場合、出力階調レベルが10レベルと11レベルの部分でパルス幅を調整している。図に示すように、平滑コンデンサC1、C2から流れ出る放電電荷量の合計がゼロとなっていることがわかる。このような状態では、VaビットおよびVbビットの双方で電力消費はなく、外部からの電力の供給も不要である。従って、VaビットおよびVbビットのリアクトルL1、L2とダイオードD1、D2が不要となり、回路構成の簡略化およびコスト低減が一層推進できる。
Next, the case where the reactors L1 and L2 and the diodes D1 and D2 of the Va and Vb bits are not necessary will be described.
FIG. 12A shows the output voltage waveform of the power conditioner when the relationship between the DC voltages Va, Vb and Vc of each bit is 1: 3: 9 under the condition of Vacpeak / (Va + Vb + Vc) = 0.996. It shows the discharge charge amount (total) flowing out from the smoothing capacitors C1 to C3 of each bit. In this case, the pulse width is adjusted at portions where the output gradation level is the 10th level and the 11th level. As shown in the figure, it can be seen that the total amount of discharge charge flowing out from the smoothing capacitors C1 and C2 is zero. In such a state, there is no power consumption in both the Va bit and the Vb bit, and no external power supply is required. Accordingly, the reactors L1 and L2 for the Va and Vb bits and the diodes D1 and D2 are unnecessary, and the circuit configuration can be simplified and the cost can be further reduced.

図12(b)、図12(c)は、図12(a)で示した場合の比較例であり、Vacpeak/(Va+Vb+Vc)=0.818、0.78と変化させた場合における、各ビットの平滑コンデンサC1〜C3から流れ出る放電電荷量(合計)を示したものである。Vacpeak/(Va+Vb+Vc)の値を0.818とした場合と0.78とした場合で、平滑コンデンサC1、C2共、放電電荷量の極性が逆転していることが分かる。このため、Vacpeak/(Va+Vb+Vc)の値を0.818と0.78の間で選定もしくは制御することによって、VaビットおよびVbビットの電力消費をゼロにすることができる。これに階調制御におけるパルス幅の調整を加えることで、VaビットおよびVbビットの電力消費を同時にゼロにすることができる。   12 (b) and 12 (c) are comparative examples in the case shown in FIG. 12 (a), and each bit when Vacpeak / (Va + Vb + Vc) = 0.818, 0.78 is changed. The discharge charge amount (total) flowing out from the smoothing capacitors C1 to C3 is shown. It can be seen that the polarity of the discharge charge amount is reversed in both the smoothing capacitors C1 and C2 when the value of Vacpeak / (Va + Vb + Vc) is 0.818 and 0.78. Therefore, by selecting or controlling the value of Vacpeak / (Va + Vb + Vc) between 0.818 and 0.78, the power consumption of the Va bit and Vb bit can be made zero. By adding the adjustment of the pulse width in gradation control to this, the power consumption of the Va bit and Vb bit can be made zero at the same time.

従って、Va、Vbビットの平滑コンデンサC1、C2の直流電圧を検出し、あるいは平滑コンデンサC1、C2からの放電電荷量を検出、あるいは演算して求め、Vacpeak/(Va+Vb+Vc)の値を変化させ、パルス幅を調整して、Va、Vbビットの電力消費を同時にゼロに制御することができる。
なお、Vacpeak/(Va+Vb+Vc)の値を変化させるということは、リアクトルL3およびスイッチS1によってVcの電圧を変化させるということに他ならない。即ち、平滑コンデンサC2に流れる平均電流が略ゼロになるように、出力ビットパターンを決定して階調制御すると共に、パルス幅を調整し、チョッパ回路によりVcの電圧を変化させる。
Accordingly, the DC voltage of the smoothing capacitors C1 and C2 of Va and Vb bits is detected, or the discharge charge amount from the smoothing capacitors C1 and C2 is detected or calculated, and the value of Vacpeak / (Va + Vb + Vc) is changed. By adjusting the pulse width, the power consumption of the Va and Vb bits can be controlled to zero simultaneously.
Note that changing the value of Vacpeak / (Va + Vb + Vc) is nothing but changing the voltage of Vc by the reactor L3 and the switch S1. That is, the output bit pattern is determined and gradation control is performed so that the average current flowing through the smoothing capacitor C2 becomes substantially zero, the pulse width is adjusted, and the voltage of Vc is changed by the chopper circuit.

図8に示す構成は、図12で示した、VaビットおよびVbビットのリアクトルL1、L2とダイオードD1、D2が不要となる場合に対応しており、制御動作について以下に説明する。
電流制御ビットパターン形成回路6aは目標の正弦波電流実効値(電流目標値)が得られるよう、各出力階調のビットパターンおよびそのパルス幅を決定して、出力電圧の実効値を変化させる。これにより、出力電圧のハンチング等の現象がなくなり安定性が高まる。図13に目標電流の状態とそのときの出力電圧を示した。図13(a)に示すように、目標電流が高い状態では、電流目標値全体(正弦波)を高いものとして、出力電圧の実効値を変化させ、図13(b)に示すように、目標電流が低い状態では、電流目標値全体(正弦波)を低いものとして、出力電圧の実効値を変化させる。これにより、出力電圧波形を正弦波に保った状態で安定化することができる。
The configuration shown in FIG. 8 corresponds to the case where the reactors L1 and L2 and the diodes D1 and D2 of the Va and Vb bits shown in FIG. 12 are not necessary, and the control operation will be described below.
The current control bit pattern forming circuit 6a determines the bit pattern of each output gradation and its pulse width so as to obtain the target sine wave current effective value (current target value), and changes the effective value of the output voltage. As a result, phenomena such as output voltage hunting are eliminated and stability is increased. FIG. 13 shows the state of the target current and the output voltage at that time. As shown in FIG. 13 (a), in the state where the target current is high, the effective value of the output voltage is changed by assuming that the entire current target value (sine wave) is high, and as shown in FIG. 13 (b). In a state where the current is low, the effective value of the output voltage is changed by setting the entire current target value (sine wave) as low. Thereby, it is possible to stabilize the output voltage waveform while maintaining the sine wave.

そして、平滑コンデンサC1、C2の直流電圧Va、Vbを測定し、それぞれの電圧が一定の値となるよう、チョッパ回路のスイッチS1を制御して平滑コンデンサC3に充電される電圧Vcを制御する。例えば、Vaが上昇していき、Vbが下降していくならば、チョッパ回路によってVcの電圧を増加するよう制御する。逆に、Vbが上昇していき、Vaが下降していくならば、チョッパ回路によってVcの電圧を減少させるように制御する。   Then, the DC voltages Va and Vb of the smoothing capacitors C1 and C2 are measured, and the voltage Vc charged in the smoothing capacitor C3 is controlled by controlling the switch S1 of the chopper circuit so that each voltage becomes a constant value. For example, if Va increases and Vb decreases, control is performed so that the voltage of Vc is increased by the chopper circuit. Conversely, if Vb increases and Va decreases, control is performed so that the voltage of Vc is decreased by the chopper circuit.

なお、上記実施の形態4においても、所定ビットの単相インバータの電圧出力方法に、予めPWM制御を加えることによって、系統の瞬時電圧とパワーコンディショナの電圧との差電圧の制御精度を向上できる。各出力階調レベルにおける出力ビットパターンで選択された所定の単相インバータ出力に、簡単なPWM制御を加え、その高周波分の波形をリアクトルLfで平滑することにより、より滑らかな出力電圧波形が得られる。これにより、平滑用の出力フィルタをより小容量にできると共に、系統の瞬時電圧とパワーコンディショナの電圧との差電圧の制御精度を向上でき、系統に流れる電流をより精度よくコントロールできる。このため、パワーコンディショナ、系統間に過大な電流が流れることはない。   In the fourth embodiment as well, the control accuracy of the differential voltage between the instantaneous voltage of the system and the voltage of the power conditioner can be improved by applying PWM control in advance to the voltage output method of the single-phase inverter of a predetermined bit. . By applying simple PWM control to the predetermined single-phase inverter output selected by the output bit pattern at each output gradation level, and smoothing the high-frequency waveform with the reactor Lf, a smoother output voltage waveform is obtained. It is done. As a result, the smoothing output filter can be reduced in capacity, and the control accuracy of the differential voltage between the instantaneous voltage of the system and the voltage of the power conditioner can be improved, and the current flowing through the system can be controlled with higher accuracy. For this reason, an excessive current does not flow between the power conditioner and the system.

この発明の実施の形態1によるパワーコンディショナを示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the power conditioner by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1による各単相インバータの出力論理と出力階調との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the output logic and output gradation of each single phase inverter by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態2によるパワーコンディショナにより、系統に電力を供給する場合の構成図である。It is a block diagram in the case of supplying electric power to a system | strain by the power conditioner by Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態2によるパワーコンディショナの制御機能を付加した構成図である。It is the block diagram which added the control function of the power conditioner by Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態2によるパワーコンディショナの制御動作を説明する波形図である。It is a wave form diagram explaining the control operation of the power conditioner by Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態2の別例によるパワーコンディショナの制御動作を説明する波形図である。It is a wave form diagram explaining the control operation of the power conditioner by another example of Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態3によるパワーコンディショナの制御を説明する図である。It is a figure explaining control of the power conditioner by Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態4によるパワーコンディショナを示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the power conditioner by Embodiment 4 of this invention. この発明の実施の形態4によるパワーコンディショナの制御を説明するための比較例を示す図である。It is a figure which shows the comparative example for demonstrating control of the power conditioner by Embodiment 4 of this invention. この発明の実施の形態4によるパワーコンディショナの制御を説明する図である。It is a figure explaining control of the power conditioner by Embodiment 4 of this invention. この発明の実施の形態4によるパワーコンディショナの制御を説明する図である。It is a figure explaining control of the power conditioner by Embodiment 4 of this invention. この発明の実施の形態4によるパワーコンディショナの制御を説明する図である。It is a figure explaining control of the power conditioner by Embodiment 4 of this invention. この発明の実施の形態4によるパワーコンディショナの制御を説明する図である。It is a figure explaining control of the power conditioner by Embodiment 4 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1a〜1c 単相インバータ、2 分散電源、3 負荷、5 系統電源、
C1〜C3 平滑コンデンサ、D1〜D3 ダイオード、L1〜L3 リアクトル、
S1 スイッチ。
1a to 1c single phase inverter, 2 distributed power supply, 3 load, 5 system power supply,
C1-C3 smoothing capacitor, D1-D3 diode, L1-L3 reactor,
S1 switch.

Claims (7)

直流電源の直流電力を交流電力に変換する単相インバータの交流側を複数直列接続して単相多重変換器を構成し、上記複数の単相インバータの中から選択された所定の組み合わせによる各発生電圧の総和により出力電圧を階調制御して負荷に電力供給する電力変換装置において、
上記各単相インバータの入力となる複数の上記直流電源は、該各直流電源の電圧を制御する電圧制御手段を有したDC/DCコンバータを介して分散電源から生成され、上記複数の直流電源の小さい直流電圧から順に、V1、V2、・・、Vmとすると、
V2は、V1の2倍もしくは3倍
Vn(n=3〜m)はV1の整数倍で、Vn≦V1+2・ΣVk(k=1〜n-1)
を満足し、
上記DC/DCコンバータは、電圧制御される上記各直流電源に対応してそれぞれ設けられ、上記電圧制御手段は、上記各直流電源の電圧比に略比例する巻き数比を有するリアクトルを上記各DC/DCコンバータ内にそれぞれ配し、該複数のリアクトルは、その磁束が互いに鎖交することを特徴とする電力変換装置。
A single-phase multiple converter is configured by connecting a plurality of AC sides of a single-phase inverter that converts DC power of a DC power source into AC power in series, and each generation by a predetermined combination selected from the plurality of single-phase inverters In a power converter for supplying output to a load by controlling gradation of the output voltage based on the sum of voltages,
The plurality of DC power sources that are input to the single-phase inverters are generated from a distributed power source via a DC / DC converter having a voltage control unit that controls the voltage of each DC power source. In order from the smallest DC voltage, V1, V2,.
V2 is twice or three times V1
Vn (n = 3 to m) is an integral multiple of V1, and Vn ≦ V1 + 2 · ΣVk (k = 1 to n−1).
Satisfied,
The DC / DC converter is provided corresponding to each of the DC power supplies to be voltage controlled, and the voltage control means supplies a reactor having a turn ratio substantially proportional to the voltage ratio of the DC power supplies to each of the DC power supplies. / placed DC converters respectively within said plurality of reactors, the magnetic flux from each other you wherein the interlinked power converter.
直流電源の直流電力を交流電力に変換する単相インバータの交流側を複数直列接続して単相多重変換器を構成し、上記複数の単相インバータの中から選択された所定の組み合わせによる各発生電圧の総和により出力電圧を階調制御して負荷に電力供給する電力変換装置において、
上記各単相インバータの入力となる複数の上記直流電源は、該各直流電源の電圧を制御する電圧制御手段を有したDC/DCコンバータを介して分散電源から生成され、上記複数の直流電源の小さい直流電圧から順に、V1、V2、・・、Vmとすると、
V2は、V1の2倍もしくは3倍
Vn(n=3〜m)はV1の整数倍で、Vn≦V1+2・ΣVk(k=1〜n-1)
を満足し、
上記複数の直流電源の内、所定の直流電源について、上記階調制御における放電と他の直流電源の電荷による充電との組み合わせを、該所定の直流電源から流れ出る電流の平均値が略ゼロになるように制御し、上記他の直流電源の電圧を、上記DC/DCコンバータで制御することを特徴とする電力変換装置。
A single-phase multiple converter is configured by connecting a plurality of AC sides of a single-phase inverter that converts DC power of a DC power source into AC power in series, and each generation by a predetermined combination selected from the plurality of single-phase inverters In a power converter for supplying output to a load by controlling gradation of the output voltage based on the sum of voltages,
The plurality of DC power sources that are input to the single-phase inverters are generated from a distributed power source via a DC / DC converter having a voltage control unit that controls the voltage of each DC power source. In order from the smallest DC voltage, V1, V2,.
V2 is twice or three times V1
Vn (n = 3 to m) is an integral multiple of V1, and Vn ≦ V1 + 2 · ΣVk (k = 1 to n−1).
Satisfied,
Among the plurality of DC power supplies, for a predetermined DC power supply, the average value of the current flowing out from the predetermined DC power supply becomes substantially zero by combining the discharge in the gradation control and the charging by the charge of the other DC power supply. controlled to, said other voltage of the DC power supply, power conversion apparatus you and controls by the DC / DC converter.
直流電源の直流電力を交流電力に変換する単相インバータの交流側を複数直列接続して単相多重変換器を構成し、上記複数の単相インバータの中から選択された所定の組み合わせによる各発生電圧の総和により出力電圧を階調制御して負荷に電力供給する電力変換装置において、A single-phase multiple converter is configured by connecting a plurality of AC sides of a single-phase inverter that converts DC power of a DC power source into AC power in series, and each generation by a predetermined combination selected from the plurality of single-phase inverters In a power converter for supplying output to a load by controlling gradation of the output voltage based on the sum of voltages,
上記各単相インバータの入力となる複数の上記直流電源は、該各直流電源の電圧を制御する電圧制御手段を有したDC/DCコンバータを介して分散電源から生成されて、少なくとも2つ以上の異なる直流電圧を有し、A plurality of the DC power sources serving as inputs of the single-phase inverters are generated from a distributed power source via a DC / DC converter having a voltage control means for controlling the voltage of each DC power source, and at least two or more Have different DC voltage,
上記複数の直流電源の内、所定の直流電源について、上記階調制御における放電と他の直流電源の電荷による充電との組み合わせを、該所定の直流電源から流れ出る電流の平均値が略ゼロになるように制御し、上記他の直流電源の電圧を、上記DC/DCコンバータで制御することを特徴とする電力変換装置。Among the plurality of DC power supplies, for a predetermined DC power supply, the average value of the current flowing out from the predetermined DC power supply becomes substantially zero by combining the discharge in the gradation control and the charging by the charge of the other DC power supply. And controlling the voltage of the other DC power source with the DC / DC converter.
上記所定の直流電源から流れ出る電流の平均値が略ゼロになるように、上記他の直流電源の電圧レベルを変化させて制御することを特徴とする請求項2または3記載の電力変換装置。 4. The power conversion apparatus according to claim 2 , wherein control is performed by changing a voltage level of the other DC power supply so that an average value of a current flowing from the predetermined DC power supply becomes substantially zero. 上記所定の直流電源から流れ出る電流の平均値が略ゼロになるように、上記階調制御における各出力電圧レベルのパルス幅を制御することを特徴とする請求項2または3記載の電力変換装置。 4. The power converter according to claim 2, wherein a pulse width of each output voltage level in the gradation control is controlled so that an average value of a current flowing from the predetermined DC power supply becomes substantially zero. 上記複数の単相インバータの内、所定の単相インバータの出力電圧をPWM制御し、上記階調制御における各出力電圧レベルに、上記PWM制御による出力電圧を組み合わせたことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の電力変換装置。 2. The output voltage of a predetermined single-phase inverter among the plurality of single-phase inverters is subjected to PWM control, and the output voltage by the PWM control is combined with each output voltage level in the gradation control. The power converter device in any one of -5. 請求項1〜6のいずれかに記載の電力変換装置を用いて所定の交流電圧、交流電流を出力して系統に並列に接続し、上記分散電源を該系統に連系させるパワーコンディショナ。 A power conditioner that outputs a predetermined AC voltage and AC current using the power conversion device according to any one of claims 1 to 6 and is connected to the system in parallel, and connects the distributed power source to the system.
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