JPWO2012098709A1 - Power converter - Google Patents

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Abstract

メインインバータ(2)と直流電圧が比較的低いサブインバータ(3)、(4)との交流側を直列接続して出力和を電力系統(8)に接続する。制御装置(100)は、系統電圧の正常時において、系統周期に合わせた半周期に1パルスの電圧をメインインバータ(2)から出力させ、各サブインバータ(3)、(4)をPWM制御して、出力電流iを制御し、サブインバータ(3)、(4)の直流コンデンサ(3a)、(4a)の電圧Vsubを指令値Vsub*に追従させる。そして系統電圧に瞬低が発生すると、制御装置(100)は、各サブインバータ(3)、(4)をPWM制御から直流コンデンサ(3a)、(4a)をバイパスする制御へ切り替えると共に、過電流を検出してメインインバータ(2)のスイッチングを一時的にオンからオフにして過電流抑制制御を行う。The AC side of the main inverter (2) and the sub-inverters (3) and (4) having a relatively low DC voltage are connected in series, and the output sum is connected to the power system (8). When the system voltage is normal, the control device (100) outputs a voltage of one pulse from the main inverter (2) in a half cycle in accordance with the system cycle, and performs PWM control on each of the sub inverters (3) and (4). Thus, the output current i is controlled to cause the voltage Vsub of the DC capacitors (3a) and (4a) of the sub inverters (3) and (4) to follow the command value Vsub *. When a voltage drop occurs in the system voltage, the control device (100) switches each sub inverter (3), (4) from PWM control to control bypassing the DC capacitors (3a), (4a), and overcurrent. Is detected and the switching of the main inverter (2) is temporarily switched from on to off to perform overcurrent suppression control.

Description

本発明は、交流側が電力系統に接続され、直流/交流間で電力変換を行う電力変換装置に関するものである。   The present invention relates to a power conversion device in which an AC side is connected to a power system and performs power conversion between DC and AC.

従来の電力変換装置として、3相のメインコンバータの各相の交流線に、メインコンバータの直流電圧より小さい直流電圧を有する単相のサブコンバータの交流側を直列接続して構成されるものがある。そして、メインコンバータを半周器に1パルスのゲートパルスにて駆動し、各コンバータの相電圧の和で電力変換装置の相電圧を発生する(例えば、特許文献1参照)。
また、従来の別例による電力変換装置は、系統電圧が所定の電圧レベル以下となったことを検知する系統電圧レベル低下検知手段と、該検知手段の検知持続時間を測定する検知持続時間測定手段とを具備し、系統電圧レベル低下検知手段がレベル低下を検知し、かつ検知持続時間測定手段による測定時間が所定時間以上であったとき、系統の瞬時電圧低下を検出することを特徴とし、検知持続時間測定手段は電圧ゼロクロスポイント付近で無効にする。また、インバータのゲート信号を遮断するゲートブロック手段を具備し、瞬時電圧低下が起こったときインバータのゲート信号を遮断することにより出力を停止して装置を過電流から保護し、復電したとき前記インバータにゲート信号を送出して運転を再開する(例えば、特許文献2参照)。
As a conventional power converter, there is one configured by connecting in series the AC side of a single-phase sub-converter having a DC voltage smaller than the DC voltage of the main converter to the AC line of each phase of the three-phase main converter. . Then, the main converter is driven by a single gate pulse in a half circuit, and the phase voltage of the power converter is generated by the sum of the phase voltages of the converters (see, for example, Patent Document 1).
In addition, a conventional power conversion device according to another example includes a system voltage level drop detection unit that detects that the system voltage is equal to or lower than a predetermined voltage level, and a detection duration measurement unit that measures a detection duration of the detection unit. And detecting the instantaneous voltage drop of the system when the system voltage level drop detecting means detects the level drop and the measurement time by the detection duration measuring means is not less than a predetermined time. The duration measurement means is disabled near the voltage zero cross point. In addition, gate block means for shutting off the gate signal of the inverter is provided, and when an instantaneous voltage drop occurs, the output is stopped by shutting off the gate signal of the inverter to protect the device from overcurrent, and when power is restored A gate signal is sent to the inverter to resume operation (for example, see Patent Document 2).

国際公開WO2007−129456号公報International Publication WO2007-129456 特開2003−153433号公報JP 2003-153433 A

上記特許文献1記載の電力変換装置では、複数の電力変換器を組み合わせて電圧を出力することで小型化、高効率化を図るものである。しかしながら、接続された電力系統の瞬時電圧低下時には、過電流の発生、またサブコンバータの直流電圧の変動による過電圧が発生するため電力変換装置の保護が必要となる。
上記特許文献2には、電力系統の瞬時電圧低下時に電力変換装置の運転を停止して過電流から保護する技術が記載されている。しかしながら、分散電源を電力系統に連系する電力変換装置が停止すると、電力系統での電力の需給バランスが崩れるという問題点があった。また、電力変換装置が、系統からの交流電力を直流電力に変換して負荷機器へ電力を供給するものであれば、負荷機器の停止による損害が生じる懸念があった。さらに、一旦電力変換装置を停止して電力系統のラインから解列すると、再び電力変換装置の運転を開始するのに時間を要するものであった。
In the power conversion device described in Patent Document 1, a plurality of power converters are combined to output a voltage, thereby reducing the size and increasing the efficiency. However, when the instantaneous voltage drop of the connected power system occurs, an overcurrent is generated, and an overvoltage is generated due to fluctuations in the DC voltage of the sub-converter. Therefore, it is necessary to protect the power converter.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-228561 describes a technique for protecting an overcurrent by stopping the operation of the power converter when an instantaneous voltage drop of the power system occurs. However, when the power conversion apparatus that links the distributed power source to the power system stops, there is a problem that the power supply-demand balance in the power system is lost. Further, if the power conversion device converts AC power from the system into DC power and supplies power to the load device, there is a concern that damage due to the stop of the load device occurs. Furthermore, once the power converter is stopped and disconnected from the power system line, it takes time to start the operation of the power converter again.

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、主電力変換器と直流電圧が比較的低い副電力変換器とを直列接続して構成される電力変換装置を、電力系統の瞬時電圧低下時にも、過電流、過電圧から保護して信頼性良く運転継続す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 configured by connecting a main power converter and a sub power converter having a relatively low DC voltage in series. The purpose is to continue operation with good reliability by protecting against overcurrent and overvoltage even when the instantaneous voltage drop of the power system.

この発明による電力変換装置は、交流側が電力系統に接続され、直流/交流間で電力変換を行うものであって、電力変換器と制御装置とを備える。上記電力変換器は、1つの主電力変換器と、該主電力変換器の直流入力電圧より低電圧の直流コンデンサを有し、上記主電力変換器と交流側が直列接続された1あるいは複数の副電力変換器とを備えて、上記主電力変換器および上記副電力変換器の交流側発生電圧の合計電圧を交流側に発生する。上記制御装置は、上記電力変換器の出力相電流である変換器電流を指令値に追従させ、上記副電力変換器の直流コンデンサの電圧が設定された電圧となるように、上記主電力変換器および上記副電力変換器へのゲート信号を生成して上記電力変換器を制御する。そして、該制御装置は、上記系統電圧の電圧低下を検出して、上記直流コンデンサをバイパスさせるように上記副電力変換器を制御すると共に、上記主電力変換器のみの出力制御により上記変換器電流を制御する。   The power conversion device according to the present invention has an AC side connected to a power system and performs power conversion between DC and AC, and includes a power converter and a control device. The power converter includes one main power converter and a DC capacitor having a voltage lower than the DC input voltage of the main power converter, and the main power converter and the AC side are connected in series. A power converter, and generates a total voltage of the AC side generated voltages of the main power converter and the sub power converter on the AC side. The control device causes the converter current, which is an output phase current of the power converter, to follow a command value so that the voltage of the DC capacitor of the sub power converter becomes a set voltage. And generating a gate signal to the sub power converter to control the power converter. The control device detects a voltage drop of the system voltage, controls the sub power converter so as to bypass the DC capacitor, and controls the converter current by output control of only the main power converter. To control.

この発明による電力変換装置は、電力系統の瞬時電圧低下時に、副電力変換器の直流コンデンサの電圧変動を抑制して過電圧を抑制すると共に主電力変換器の動作により過電流を抑制して運転を継続できる。このため、電力供給先である電力系統や負荷機器に及ぼす悪影響を低減でき、電力変換装置の信頼性が向上する。   The power converter according to the present invention suppresses the overvoltage by suppressing the voltage fluctuation of the DC capacitor of the sub power converter when the instantaneous voltage drop of the power system occurs, and suppresses the overcurrent by the operation of the main power converter. Can continue. For this reason, the bad influence which acts on the electric power system which is an electric power supply destination, or load equipment can be reduced, and the reliability of a power converter device improves.

この発明の実施の形態1による電力変換装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the power converter device by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1によるメインインバータおよびサブインバータの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the main inverter and sub inverter by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1による電力変換装置の動作を説明する為の各部の波形図である。It is a wave form diagram of each part for demonstrating operation | movement of the power converter device by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1によるメインインバータのスイッチング動作を説明する図である。It is a figure explaining the switching operation of the main inverter by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1によるメインインバータの動作を説明する波形図である。It is a wave form diagram explaining the operation | movement of the main inverter by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1によるサブインバータの動作を示す図である。It is a figure which shows operation | movement of the sub inverter by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1による電力変換装置における動作モードの切り替えを示す図である。It is a figure which shows switching of the operation mode in the power converter device by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態2によるメインインバータの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the main inverter by Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態3による電力変換装置の主回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the main circuit of the power converter device by Embodiment 3 of this invention.

実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1による電力変換装置を図に基づいて説明する。
図1は、この発明の実施の形態1による電力変換装置、より具体的には、太陽電池などの直流電源1からの直流電力を交流電力に変換して電力系統8への電力送電を行う電力変換装置の構成を示す図である。
主回路である電力変換器としてのインバータ回路は、直流電源1の直流電力を交流電力に変換する主電力変換器としてのメインインバータ2と、メインインバータ2の各相交流線にそれぞれ直列接続された副電力変換器としてのサブインバータ3、4と、サブインバータ4の後段に接続され、交流リアクトル5、6およびフィルタコンデンサ7から成る平滑フィルタとを備え、開閉器28を介して電力系統8に連系される。なお、2つのサブインバータ3、4は、この場合、各相2個ずつ接続されるものであるが、相毎の図示は省略している。
Embodiment 1 FIG.
Hereinafter, a power converter according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a power conversion apparatus according to Embodiment 1 of the present invention, more specifically, power that converts DC power from a DC power source 1 such as a solar battery into AC power and transmits power to the power system 8. It is a figure which shows the structure of a converter.
The inverter circuit as a power converter that is a main circuit is connected in series to a main inverter 2 as a main power converter that converts DC power of the DC power source 1 into AC power, and to each phase AC line of the main inverter 2. Sub inverters 3 and 4 as sub power converters, and a smoothing filter connected to the subsequent stage of sub inverter 4 and made up of AC reactors 5 and 6 and a filter capacitor 7 are connected to power system 8 via switch 28. Be lined up. In this case, two sub-inverters 3 and 4 are connected to each other in two phases, but the illustration of each phase is omitted.

図2に、メインインバータ2および各サブインバータ3、4の構成を示す。図2(a)に示すように、メインインバータ2は、直流側に2つの直流コンデンサ2a、2bを直列接続して内蔵した三相3レベルインバータであり、それぞれダイオードが逆並列接続されたIGBT等から成る自己消弧型の半導体スイッチング素子を複数個備えて構成される。U相では、直流母線間に高電圧側素子MHUと低電圧側素子MLUとを直列接続し、その接続点と2つの直流コンデンサ2a、2bの接続点との間に、互いに逆極性に接続された2つの素子RF1U、RF2Uを接続する。同様に、V相では、直流母線間にMHVとMLVとを直列接続し、その接続点と2つの直流コンデンサ2a、2bの接続点との間に、互いに逆極性に接続された2つの素子RF1V、RF2Vを接続する。W相では、直流母線間にMHWとMLWとを直列接続し、その接続点と2つの直流コンデンサ2a、2bの接続点との間に、互いに逆極性に接続された2つの素子RF1W、RF2Wを接続する。なお、ここで用いる半導体スイッチング素子はIGBT以外にも、GCT、GTO、トランジスタ、MOSFET等でもよい。   FIG. 2 shows the configuration of the main inverter 2 and the sub-inverters 3 and 4. As shown in FIG. 2 (a), the main inverter 2 is a three-phase three-level inverter having two DC capacitors 2a and 2b connected in series on the DC side, each of which has an IGBT or the like in which diodes are connected in antiparallel. A plurality of self-extinguishing semiconductor switching elements are provided. In the U phase, the high voltage side element MHU and the low voltage side element MLU are connected in series between the DC buses, and are connected with opposite polarities between the connection point and the connection point of the two DC capacitors 2a and 2b. Two elements RF1U and RF2U are connected. Similarly, in the V phase, MHV and MLV are connected in series between the DC buses, and two elements RF1V connected in opposite polarities between the connection point and the connection point of the two DC capacitors 2a and 2b. , RF2V is connected. In the W phase, MHW and MLW are connected in series between DC buses, and two elements RF1W and RF2W connected in opposite polarities are connected between the connection point and the connection point of the two DC capacitors 2a and 2b. Connecting. The semiconductor switching element used here may be GCT, GTO, transistor, MOSFET or the like in addition to IGBT.

各サブインバータ3、4は、図2(b)に示すように、4個の半導体スイッチング素子(SHA1、SLA1、SHB1、SLB1)、(SHA2、SLA2、SHB2、SLB2)から成る単相フルブリッジ回路と、直流電圧を保持する直流コンデンサ3a、4aとを備える。直流コンデンサ3a、4aの電圧をVとした場合、半導体スイッチング素子のオン・オフの組合せによって{−V、0、+V}の3レベルの電圧値を各サブインバータ3、4の交流端子間に印加することができる。
なお、ここでは、サブインバータ3、4は2段構成で直列に接続して出力電圧のレベル数を多くし、高調波の少ない電圧が出力できるような構成としているが、1段構成でも、また3以上の多段構成であっても良い。
As shown in FIG. 2B, each of the sub inverters 3 and 4 is a single-phase full-bridge circuit including four semiconductor switching elements (SHA1, SLA1, SHB1, and SLB1) and (SHA2, SLA2, SHB2, and SLB2). And DC capacitors 3a and 4a for holding a DC voltage. When the voltage of the DC capacitors 3a and 4a is V, three levels of voltage values of {−V, 0, + V} are applied between the AC terminals of the sub-inverters 3 and 4 depending on the on / off combination of the semiconductor switching elements. can do.
Here, the sub-inverters 3 and 4 are connected in series in a two-stage configuration to increase the number of output voltage levels and output a voltage with less harmonics. Three or more multistage configurations may be used.

各相のサブインバータ3、4の出力電圧は、メインインバータ2の各相出力電圧に重畳され、メインインバータ2の出力電圧と各サブインバータ3、4の出力電圧との電圧和を、平滑フィルタ5〜7を介して電力系統8に出力する。また、開閉器28は異常時に遮断動作を行う。
なお、各サブインバータ3、4の直流コンデンサ3a、4aの電圧は、メインインバータ2に入力される直流電圧、この場合、直流電源1の電圧の1/2(あるいは直流コンデンサ2a、2bの電圧)に比べて小さく設定されている。
The output voltage of the sub-inverters 3 and 4 of each phase is superimposed on the output voltage of each phase of the main inverter 2, and the sum of the output voltage of the main inverter 2 and the output voltage of each sub-inverter 3 and 4 is smoothed by the smoothing filter 5. To the power system 8 via .about.7. The switch 28 performs a shut-off operation when there is an abnormality.
The voltage of the DC capacitors 3a and 4a of the sub inverters 3 and 4 is a DC voltage input to the main inverter 2, in this case, 1/2 of the voltage of the DC power supply 1 (or the voltage of the DC capacitors 2a and 2b). It is set smaller than.

また、図1に示すように、インバータ回路内のメインインバータ2および各サブインバータ3、4は、制御装置100からのゲート信号22a、23a、23bにより制御される。また、電力変換装置は、電力系統8の交流電圧を検出する交流電圧センサ10と、各サブインバータ3、4の直流コンデンサ3a、4aの直流電圧Vsub(以下、サブ直流電圧Vsubと称す)を検出する電圧センサ11、12と、インバータ回路の各相の出力電流i(iu、iv、iw)を検出する電流センサ13とを備え、制御装置100は、検出されたこれらの電圧、電流に基づいてメインインバータ2および各サブインバータ3、4を出力制御する。なお、電流センサ13はインバータ回路から電力系統8に向かって流れる方向を正とする。   Further, as shown in FIG. 1, the main inverter 2 and the sub-inverters 3 and 4 in the inverter circuit are controlled by gate signals 22a, 23a, and 23b from the control device 100. The power converter detects an AC voltage sensor 10 that detects an AC voltage of the power system 8 and a DC voltage Vsub (hereinafter referred to as a sub DC voltage Vsub) of the DC capacitors 3a and 4a of the sub inverters 3 and 4. Voltage sensors 11 and 12, and a current sensor 13 that detects an output current i (iu, iv, iw) of each phase of the inverter circuit. The control device 100 is based on the detected voltage and current. The main inverter 2 and the sub-inverters 3 and 4 are output-controlled. The current sensor 13 is positive in the direction flowing from the inverter circuit toward the power system 8.

制御装置100は、電力系統8の位相θを検出する位相検出部14と、出力電流iの有効電流(成分)irおよび無効電流(成分)ixを検出する電流検出部15と、サブ直流電圧Vsubを制御する直流電圧制御部16と、無効電流制御部17と、有効電流制御部18と、インバータ回路の出力信号を決定するゲート制御部21と、メインインバータ2のゲート信号22aを生成するメインゲート回路部22と、各サブインバータ3、4のゲート信号23a、23bを生成するサブゲート回路部23とを備える。また制御装置100は、出力電流iの過電流を検出してメインインバータ2のスイッチングを切り替える信号を出力する動作判定部25と、系統電圧を監視して瞬時電圧低下(以下、瞬低と称す)を検出する電圧異常検出部26と、瞬低時にインバータ回路の制御を切り替える切替判定部27とを備える。   The control device 100 includes a phase detection unit 14 that detects the phase θ of the power system 8, a current detection unit 15 that detects the effective current (component) ir and reactive current (component) ix of the output current i, and the sub DC voltage Vsub. DC voltage control unit 16 that controls the reactive current control unit 17, active current control unit 18, gate control unit 21 that determines the output signal of the inverter circuit, and main gate that generates the gate signal 22a of the main inverter 2 The circuit unit 22 and the sub-gate circuit unit 23 that generates the gate signals 23a and 23b of the sub-inverters 3 and 4 are provided. Further, the control device 100 detects an overcurrent of the output current i and outputs a signal for switching the switching of the main inverter 2, and monitors the system voltage to instantaneously reduce the voltage (hereinafter referred to as an instantaneous voltage drop). Is provided with a voltage abnormality detection unit 26 for detecting the switching and a switching determination unit 27 for switching control of the inverter circuit at the time of a sag.

このように構成される電力変換装置の制御装置100の動作を以下に説明する。
位相検出部14は、交流電圧センサ10で検出した電圧から電力系統8の位相θを検出し、電流検出部15は、電流センサ13で検出した出力電流(値)iと位相θとに基づいて、出力電流iから有効電流(成分)irおよび無効電流(成分)ixを検出する。無効電流制御部17では、無効電流ixが与えられた無効電流指令ixに追従するように制御を行い、有効電流制御部18では、有効電流irが有効電流指令irに追従するように制御を行う。また、直流電圧制御部16は、電圧センサ11、12で検出されたサブ直流電圧Vsubが与えられた指令値Vsubに追従するように制御を行う。直流電圧制御部16と無効電流制御部17、有効電流制御部18とからの各出力に応じて、ゲート制御部21はインバータ回路の出力信号を決定し、ゲート制御部21からの出力に応じて、メインゲート回路部22はメインインバータ2のゲート信号22aを生成して出力し、サブゲート回路部23は、各サブインバータ3、4のゲート信号23a、23bを生成して出力する。そしてメインインバータ2は、系統周期に合わせた半周期に1パルスの電圧を出力するように制御され、各サブインバータ3、4はPWM制御される。
Operation | movement of the control apparatus 100 of the power converter device comprised in this way is demonstrated below.
The phase detector 14 detects the phase θ of the power system 8 from the voltage detected by the AC voltage sensor 10, and the current detector 15 is based on the output current (value) i detected by the current sensor 13 and the phase θ. The active current (component) ir and the reactive current (component) ix are detected from the output current i. The reactive current control unit 17 performs control so that the reactive current ix follows the reactive current command ix * to which the reactive current ix is applied, and the active current control unit 18 performs control so that the active current ir follows the active current command ir *. I do. Further, the DC voltage control unit 16 performs control so that the sub DC voltage Vsub detected by the voltage sensors 11 and 12 follows the given command value Vsub * . The gate control unit 21 determines the output signal of the inverter circuit in accordance with the outputs from the DC voltage control unit 16, the reactive current control unit 17, and the active current control unit 18, and the output from the gate control unit 21. The main gate circuit unit 22 generates and outputs a gate signal 22a of the main inverter 2, and the sub-gate circuit unit 23 generates and outputs gate signals 23a and 23b of the sub-inverters 3 and 4. The main inverter 2 is controlled so as to output a voltage of one pulse in a half cycle in accordance with the system cycle, and the sub inverters 3 and 4 are PWM-controlled.

また、電流センサ13で検出した出力電流iは動作判定部25にも入力され、動作判定部25は、出力電流iが予め設定された所定の電流値としての上限値24を超えると、メインゲート回路部22に過電流抑制信号を出力して、メインインバータ2のゲート信号22aのオン信号が一時的にオフされる。また、交流電圧センサ10で検出した系統電圧は電圧異常検出部26にも入力され、電圧異常検出部26は系統電圧の瞬低時の電圧低下を検出し、瞬低検出により切替判定部27では、各サブインバータ3、4のPWM制御を直流コンデンサ3a、4aをバイパスさせる制御、即ち直流回路バイパス制御へ切り替える切替信号をゲート制御部21に出力する。   Further, the output current i detected by the current sensor 13 is also input to the operation determination unit 25, and the operation determination unit 25 causes the main gate when the output current i exceeds a predetermined upper limit value 24 as a predetermined current value. An overcurrent suppression signal is output to the circuit unit 22, and the on signal of the gate signal 22a of the main inverter 2 is temporarily turned off. In addition, the system voltage detected by the AC voltage sensor 10 is also input to the voltage abnormality detection unit 26. The voltage abnormality detection unit 26 detects a voltage drop at the time of the instantaneous drop of the system voltage, and the switching determination unit 27 detects the voltage drop. Then, a switching signal for switching the PWM control of each of the sub-inverters 3 and 4 to the control for bypassing the DC capacitors 3a and 4a, that is, the DC circuit bypass control is output to the gate control unit 21.

インバータ回路では、制御装置100が上記のように出力電流iを制御することにより、メインインバータ2の各相出力電圧と各相のサブインバータ3、4の出力電圧との総和が、系統電圧とほぼ同等となるように制御される。また、制御装置100は、サブインバータ3、4のサブ直流電圧Vsubが指令値Vsubに追従するようにインバータ回路を出力制御するため、直流コンデンサ3a、4aは他の電源を外部に備えずに電圧を安定化できる。In the inverter circuit, the control device 100 controls the output current i as described above, so that the sum of the output voltage of each phase of the main inverter 2 and the output voltage of the sub-inverters 3 and 4 of each phase is substantially equal to the system voltage. It is controlled to be equivalent. Further, since the control device 100 controls the output of the inverter circuit so that the sub DC voltage Vsub of the sub inverters 3 and 4 follows the command value Vsub * , the DC capacitors 3a and 4a do not include other power sources outside. Voltage can be stabilized.

このように制御されるインバータ回路の動作を、図3〜図6に基づいて以下に説明する。図3は、インバータ回路1相分の各部の電圧、電流波形を示すもので、波形図のほぼ中央から左側に系統電圧の正常時、右側に瞬低時の動作を示す。図3(a)は系統電圧、図3(b)はインバータ回路の出力電流i、図3(c)はメインインバータ2の出力電圧、図3(d)はサブインバータ3、4の出力電圧、図3(e)はメインインバータ2の出力電圧とサブインバータ3、4の出力電圧との総和であるインバータ回路の出力電圧、図3(f)はサブ直流電圧Vsubの各波形を示す。また、図4は、メインインバータ2のスイッチング動作のパターンを示す図であり、図5は、瞬低時におけるメインインバータ2の動作を説明する波形図、図6は、瞬低時におけるサブインバータ3、4の電流経路を示す図である。   The operation of the inverter circuit controlled in this way will be described below with reference to FIGS. FIG. 3 shows the voltage and current waveforms of each part for one phase of the inverter circuit, and shows the operation when the system voltage is normal from the center to the left side of the waveform diagram and at the right side when the voltage drops instantaneously. 3A is a system voltage, FIG. 3B is an output current i of the inverter circuit, FIG. 3C is an output voltage of the main inverter 2, FIG. 3D is an output voltage of the sub inverters 3 and 4, 3E shows the output voltage of the inverter circuit, which is the sum of the output voltage of the main inverter 2 and the output voltages of the sub inverters 3 and 4, and FIG. 3F shows each waveform of the sub DC voltage Vsub. 4 is a diagram showing a pattern of the switching operation of the main inverter 2, FIG. 5 is a waveform diagram for explaining the operation of the main inverter 2 at the time of a sag, and FIG. 6 is a sub-inverter 3 at the time of a sag. 4 is a diagram illustrating four current paths. FIG.

系統電圧の正常時において、インバータ回路では、メインインバータ2は、系統周期に合わせた半周期に1パルスの電圧を出力し、各サブインバータ3、4はPWM制御により電圧を出力して、インバータ回路の出力電圧は系統電圧と同様の正弦波に近い波形に制御される。また、サブ直流電圧Vsubは一定の指令値Vsubに追従するように制御される。
図4に示すように、メインインバータ2が正電圧(P)のパルスを出力する時、各相4個の半導体スイッチング素子の内、MH(MHU、MHV、MHW)とRF1(RF1U、RF1V、RF1W)とをオンし、ML(MLU、MLV、MLW)とRF2(RF2U、RF2V、RF2W)とをオフする。メインインバータ2が負電圧(N)のパルスを出力する時は、MLとRF2とをオンし、MHとRF1とをオフし、出力0の時は、RF1とRF2とをオンし、MHとMLとをオフする。なお、メインインバータ2のゲート信号22aは、この場合4個の素子をオンオフする4つのゲート信号の組み合わせである。
When the system voltage is normal, in the inverter circuit, the main inverter 2 outputs a voltage of one pulse in a half cycle in accordance with the system cycle, and each of the sub inverters 3 and 4 outputs a voltage by PWM control. The output voltage is controlled to a waveform close to a sine wave similar to the system voltage. Further, the sub DC voltage Vsub is controlled so as to follow a constant command value Vsub * .
As shown in FIG. 4, when the main inverter 2 outputs a pulse of positive voltage (P), MH (MHU, MHV, MHW) and RF1 (RF1U, RF1V, RF1W) among the four semiconductor switching elements in each phase. ), And ML (MLU, MLV, MLW) and RF2 (RF2U, RF2V, RF2W) are turned off. When the main inverter 2 outputs a negative voltage (N) pulse, ML and RF2 are turned on, and MH and RF1 are turned off. When the output is 0, RF1 and RF2 are turned on, and MH and ML. And turn off. The gate signal 22a of the main inverter 2 is a combination of four gate signals for turning on and off the four elements in this case.

電力系統8に瞬低が発生すると、インバータ回路では過電流が発生し、制御装置100の動作判定部25は、メインゲート回路部22に過電流抑制信号を出力する。また電圧異常検出部26は瞬低を検出し、切替判定部27では切替信号を出力し、各サブインバータ3、4は、PWM制御から瞬低時の直流回路バイパス制御へ切り替わる。
上述したように、メインインバータ2が正電圧のパルスを出力している時、MHとRF1とがオンし、MLとRF2とがオフして、出力電流iは正の方向に流れている。このスイッチング状態で出力電流iが過電流となった場合、MHおよびRF1を一時的にオフとすることで、出力電流iを減少させる。また、メインインバータ2が負電圧のパルスを出力している時、MLとRF2とがオンし、MHとRF1とがオフして、出力電流iは負の方向に流れている。このスイッチング状態で出力電流iが過電流となった場合、MLおよびRF2を一時的にオフとすることで、出力電流iを減少させる。
When an instantaneous drop occurs in the power system 8, an overcurrent is generated in the inverter circuit, and the operation determination unit 25 of the control device 100 outputs an overcurrent suppression signal to the main gate circuit unit 22. In addition, the voltage abnormality detection unit 26 detects an instantaneous drop, the switching determination unit 27 outputs a switching signal, and each of the sub inverters 3 and 4 switches from PWM control to DC circuit bypass control at the time of instantaneous drop.
As described above, when the main inverter 2 outputs a positive voltage pulse, MH and RF1 are turned on, ML and RF2 are turned off, and the output current i flows in the positive direction. When the output current i becomes an overcurrent in this switching state, the output current i is decreased by temporarily turning off MH and RF1. Further, when the main inverter 2 outputs a negative voltage pulse, ML and RF2 are turned on, MH and RF1 are turned off, and the output current i flows in the negative direction. When the output current i becomes an overcurrent in this switching state, the output current i is decreased by temporarily turning off ML and RF2.

図5に示すように、メインインバータ2のU相において、MHU、RF1Uへのゲート信号がオン(H)状態で出力電流iが正の時に、過電流が発生すると、上記過電流抑制信号が発生されてMHU、RF1Uへのゲート信号をオフ(L)する。これにより出力電流iは減少するが、所定期間経過後、MHU、RF1Uへのゲート信号は再び元の状態に戻す。その後、出力電流iが再び増加するが、過電流が発生すると同様にゲート信号を切り替えることで電流が減少する。このようなスイッチング動作を繰り返すことで、出力電流iが装置の定格電流を超えることなくスイッチング動作を行い、インバータ回路を運転継続させることができる。
なお、MLU、RF2Uへのゲート信号がオン(H)状態で出力電流iが負の時に、過電流が発生した場合も、同様に制御する。また、ここではU相を用いて説明したが、V相、W相の場合も同様である。
As shown in FIG. 5, in the U phase of the main inverter 2, when the overcurrent occurs when the gate signal to the MHU and RF1U is on (H) and the output current i is positive, the overcurrent suppression signal is generated. Then, the gate signal to MHU and RF1U is turned off (L). As a result, the output current i decreases, but the gate signals to the MHU and RF1U are restored to the original state after a predetermined period. Thereafter, the output current i increases again, but when an overcurrent occurs, the current decreases by switching the gate signal. By repeating such a switching operation, the switching operation can be performed without the output current i exceeding the rated current of the apparatus, and the inverter circuit can be continuously operated.
The same control is performed when an overcurrent occurs when the gate signal to the MLU and RF2U is on (H) and the output current i is negative. Further, although the U phase has been described here, the same applies to the V phase and the W phase.

このように、インバータ回路に過電流が発生すると、メインインバータ2のゲート信号22aのオン信号が一時的にオフして出力電流iを減少させる。
なお、過電流で変更したスイッチング状態を元の状態に変更するタイミングは、半導体スイッチング素子の最大スイッチング周波数などを考慮して設定する。例えば、スイッチング状態変更後、一定時間経過後に変更するか、PWMキャリア周波数に同期させて変更するなどの方法が考えられる。
As described above, when an overcurrent is generated in the inverter circuit, the ON signal of the gate signal 22a of the main inverter 2 is temporarily turned OFF to reduce the output current i.
The timing for changing the switching state changed by the overcurrent to the original state is set in consideration of the maximum switching frequency of the semiconductor switching element. For example, after the switching state is changed, it can be changed after a certain time has elapsed, or can be changed in synchronization with the PWM carrier frequency.

一方、各サブインバータ3、4では、PWM制御から瞬低時の直流回路バイパス制御へ切り替わり、図6に示す経路で直流コンデンサ3a、4aをバイパスして電流が流れる。具体的には、SLA1、SLB1、SLA2、SLB2をオン、SHA1、SHB1、SHA2、SHB2をオフとする。これにより、直流コンデンサ3a、4aを介さずに電流が流れ、直流コンデンサ3a、4aは瞬低時のサブ直流電圧Vsubの電圧変動を抑制することができる。
なお、各サブインバータ3、4の直流回路バイパス制御は、SHA1、SHB1、SHA2、SHB2をオン、SLA1、SLB1、SLA2、SLB2をオフとしても良い。
On the other hand, in each of the sub-inverters 3 and 4, switching from PWM control to DC circuit bypass control at the time of instantaneous drop occurs, and current flows by bypassing the DC capacitors 3a and 4a through the path shown in FIG. Specifically, SLA1, SLB1, SLA2, and SLB2 are turned on, and SHA1, SHB1, SHA2, and SHB2 are turned off. Thereby, a current flows without passing through the DC capacitors 3a and 4a, and the DC capacitors 3a and 4a can suppress the voltage fluctuation of the sub DC voltage Vsub at the time of an instantaneous drop.
The DC circuit bypass control of each sub-inverter 3 and 4 may be performed by turning on SHA1, SHB1, SHA2, and SHB2 and turning off SLA1, SLB1, SLA2, and SLB2.

以上のように、電力系統8に瞬低が発生するとインバータ回路では過電流、過電圧を抑制する制御に切り替わって運転を継続し、その後、電圧異常検出部26により系統電圧が正常に復帰したことを検出すると、元の制御に戻す。即ち、各サブインバータ3、4ではPWM制御に戻り、また、メインインバータ2では過電流が発生していない状態では、元の制御、即ち系統周期に合わせた半周期に1パルスの電圧を出力するものとなる。   As described above, when an instantaneous drop occurs in the power system 8, the inverter circuit switches to control for suppressing overcurrent and overvoltage and continues to operate, and then the voltage abnormality detection unit 26 confirms that the system voltage has returned to normal. If detected, the original control is restored. That is, each sub-inverter 3 and 4 returns to PWM control, and in the state where no overcurrent is generated in the main inverter 2, a voltage of one pulse is output in the original control, that is, in a half cycle in accordance with the system cycle. It will be a thing.

なお、上記実施の形態では、インバータ回路に過電流が発生すると、制御装置100が、メインインバータ2のゲート信号22aのオン信号を一時的にオフに切り替える過電流抑制制御を行うことを説明した。この過電流抑制制御はPWM制御であり、また電力系統8の瞬低時には過電流が発生するため、瞬低時に制御装置100がメインインバータ2をPWM制御に切り替えることと同様の制御となり、以下に説明する。
図7に電力系統8(系統電圧)の状態と制御装置100によるインバータ回路の制御モードを示す。系統電圧正常時(A)には、メインインバータ2は系統周期に合わせた1パルス電圧を出力する1パルス制御で出力制御され、サブインバータ3、4はPWM制御される。瞬低時(B)には、メインインバータ2は、出力制御の方式を1パルス制御からPWM制御に変更して系統電圧に合わせた電圧を出力し、サブインバータ3、4は直流回路バイパス制御により電圧0の出力となる。
In the above-described embodiment, it has been described that when an overcurrent occurs in the inverter circuit, the control device 100 performs the overcurrent suppression control for temporarily turning off the ON signal of the gate signal 22a of the main inverter 2. This overcurrent suppression control is PWM control, and an overcurrent is generated when the power system 8 is instantaneously low. Therefore, the control device 100 is similar to switching the main inverter 2 to PWM control when the power supply is instantaneously reduced. explain.
FIG. 7 shows the state of the power system 8 (system voltage) and the control mode of the inverter circuit by the control device 100. When the system voltage is normal (A), the main inverter 2 is output-controlled by 1-pulse control that outputs 1-pulse voltage in accordance with the system cycle, and the sub-inverters 3 and 4 are PWM-controlled. At the time of a sag (B), the main inverter 2 changes the output control method from 1-pulse control to PWM control and outputs a voltage in accordance with the system voltage, and the sub inverters 3 and 4 are controlled by DC circuit bypass control. The output is zero voltage.

一般的に電力系統に連系するインバータ装置では、電力系統側で発生した異常、具体的には、送電線への落雷等に起因して発生する瞬低に対して、装置を過電流及び過電圧から保護する必要がある。上述したように従来のインバータ装置では、装置を保護するために電力系統から解列していた。
この実施の形態では、電力系統8の正常時には、メインインバータ2とサブインバータ3、4との出力和を平滑フィルタ5〜7を介して電力系統8に連系し、瞬低時には、サブインバータ3、4の直流コンデンサ3a、4aをバイパスさせ、メインインバータ2のスイッチング制御により過電流を抑制する。
瞬低によって過渡的な電力変動が生じた場合に、サブ直流電圧Vsubの電圧も変動して過電圧となる懸念があるが、瞬低時には直流コンデンサ3a、4aをバイパスさせるためサブ直流電圧Vsubの電圧変動を抑制できる。また、メインインバータ2のスイッチング制御により過電流を抑制して電流制御するため、インバータ回路の運転を継続でき電力系統8に安定的に電力供給することが可能になる。
In general, in an inverter device connected to the power system, an overcurrent and an overvoltage are detected with respect to an abnormality occurring on the power system side, specifically, an instantaneous drop caused by a lightning strike to a transmission line. Need to be protected from. As described above, the conventional inverter device is disconnected from the power system in order to protect the device.
In this embodiment, when the power system 8 is normal, the output sum of the main inverter 2 and the sub-inverters 3 and 4 is connected to the power system 8 via the smoothing filters 5 to 7, and when the power system 8 is sag, the sub-inverter 3 4 DC capacitors 3 a, 4 a are bypassed, and overcurrent is suppressed by switching control of the main inverter 2.
When a transient power fluctuation occurs due to a voltage drop, there is a concern that the voltage of the sub DC voltage Vsub also fluctuates and becomes an overvoltage. However, when the voltage drops, the voltage of the sub DC voltage Vsub is bypassed to bypass the DC capacitors 3a and 4a. Variation can be suppressed. In addition, since the overcurrent is suppressed and the current is controlled by the switching control of the main inverter 2, the operation of the inverter circuit can be continued and the power system 8 can be stably supplied with power.

実施の形態2.
上記実施の形態1で示した電力変換装置において、図8に示すような三相2レベルインバータを用いたメインインバータ200を主電力変換器としても良い。この場合、例えばインバータ回路の出力電流iが正の方向で過電流となった場合、高電圧側のMHU(MHV、MHW)をオンからオフさせて出力電流iを減少させ、所定期間経過後に再びオンすることで、所望の電流値に近づけるように出力電流iを流す。負の方向の過電流の場合は、低電圧側素子をオンからオフに切り替える制御を同様に行う。これによりインバータ回路の過電流が抑制され、上記実施の形態1と同様の効果が得られる。
Embodiment 2. FIG.
In the power conversion device shown in the first embodiment, the main inverter 200 using a three-phase two-level inverter as shown in FIG. 8 may be used as the main power converter. In this case, for example, when the output current i of the inverter circuit becomes an overcurrent in the positive direction, the high-voltage MHU (MHV, MHW) is turned off from on to decrease the output current i, and again after a lapse of a predetermined period. By turning it on, the output current i flows so as to approach the desired current value. In the case of an overcurrent in the negative direction, the same control is performed to switch the low voltage side element from on to off. Thereby, the overcurrent of the inverter circuit is suppressed, and the same effect as in the first embodiment can be obtained.

なお、上記実施の形態1、2では、メインインバータ2、200は三相構成のものを示したが、単相インバータであっても良い。   In the first and second embodiments, the main inverters 2 and 200 have a three-phase configuration, but may be a single-phase inverter.

実施の形態3.
実施の形態1、2では、直流電源1からインバータ回路を介して電力系統8に連系する、いわゆる連系インバータについて記載したが、電力変換装置の主回路は、交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路でも良い。
図9は、この発明の実施の形態3による電力変換装置、より具体的には、電力系統8からの交流電力を直流電力に変換し、直流負荷35に対して電力を供給する電力変換装置の構成を示す図である。
主回路である電力変換器としてのコンバータ回路は、直流電源1の直流電力を交流電力に変換する主電力変換器としてのメインコンバータ32と、メインコンバータ32の各相交流線にそれぞれ直列接続された副電力変換器としてのサブコンバータ33、34とが、サブコンバータ33、34を電力系統8側に配置して交流側が直列接続される。また、交流リアクトル5、6およびフィルタコンデンサ7から成る平滑フィルタがサブコンバータ33、34の前段に接続され、開閉器28を介して電力系統8が接続される。またメインコンバータ32からの直流電圧が平滑コンデンサ36を介して直流負荷35に出力される。
この場合も、上記実施の形態1と同様の制御により、電力系統8の瞬低時の過電圧、過電流を抑制して運転を継続できる。
Embodiment 3 FIG.
In the first and second embodiments, a so-called interconnection inverter linked to the power system 8 from the DC power source 1 via the inverter circuit has been described. However, the main circuit of the power conversion device converts AC power into DC power. A converter circuit may be used.
FIG. 9 shows a power converter according to Embodiment 3 of the present invention, more specifically, a power converter that converts AC power from the power system 8 into DC power and supplies the DC load 35 with power. It is a figure which shows a structure.
A converter circuit as a power converter that is a main circuit is connected in series to a main converter 32 as a main power converter that converts DC power of the DC power supply 1 into AC power, and to each phase AC line of the main converter 32. Sub-converters 33 and 34 as sub power converters are arranged on the power system 8 side, and the AC side is connected in series. In addition, a smoothing filter including AC reactors 5 and 6 and a filter capacitor 7 is connected to the front stage of the sub-converters 33 and 34, and the power system 8 is connected via the switch 28. The DC voltage from the main converter 32 is output to the DC load 35 through the smoothing capacitor 36.
Also in this case, by the same control as in the first embodiment, the operation can be continued while suppressing the overvoltage and overcurrent when the power system 8 is instantaneously dropped.

Claims (7)

交流側が電力系統に接続され、直流/交流間で電力変換を行う電力変換装置において、
主電力変換器と、該主電力変換器の直流入力電圧より低電圧の直流コンデンサを有し、上記主電力変換器の交流側と上記電力系統との間に、交流側が直列接続された1あるいは複数の副電力変換器とを備えて、上記主電力変換器および上記副電力変換器の交流側発生電圧の合計電圧を交流側に発生する電力変換器と、
上記電力変換器の出力相電流である変換器電流を指令値に追従させ、上記副電力変換器の上記直流コンデンサの電圧が設定された電圧となるように、上記主電力変換器および上記副電力変換器へのゲート信号を生成して上記電力変換器を制御する制御装置とを備え、
上記制御装置は、系統電圧の電圧低下を検出して、上記直流コンデンサをバイパスさせるように上記副電力変換器を制御すると共に、上記主電力変換器のみの出力制御により上記変換器電流を制御する電力変換装置。
In the power conversion device in which the AC side is connected to the power system and performs power conversion between DC / AC,
A main power converter and a DC capacitor having a voltage lower than the DC input voltage of the main power converter, and the AC side is connected in series between the AC side of the main power converter and the power system 1 or A power converter comprising a plurality of sub power converters, and generating a total voltage of the AC side generated voltage of the main power converter and the sub power converter on the AC side;
The main power converter and the sub power are adjusted so that the converter current, which is the output phase current of the power converter, follows the command value and the voltage of the DC capacitor of the sub power converter becomes a set voltage. A control device for controlling the power converter by generating a gate signal to the converter,
The control device detects a voltage drop of the system voltage, controls the sub power converter so as to bypass the DC capacitor, and controls the converter current by output control of only the main power converter. Power conversion device.
上記制御装置は、上記系統電圧の半周期に1パルスの電圧を出力するように上記主電力変換器を制御し、上記変換器電流が所定の電流値を超えると上記主電力変換器の当該相のゲート信号を一時的にオンからオフする請求項1に記載の電力変換装置。   The control device controls the main power converter so as to output a voltage of one pulse in a half cycle of the system voltage. When the converter current exceeds a predetermined current value, the phase of the main power converter is controlled. The power converter according to claim 1, wherein the gate signal is temporarily turned off from on. 上記制御装置は、上記系統電圧の半周期に1パルスの電圧を出力するように上記主電力変換器を制御すると共に、上記変換器電流が上記指令値に追従するように上記副電力変換器をPWM制御し、上記系統電圧の電圧低下を検出すると、上記直流コンデンサをバイパスさせるように上記副電力変換器を制御すると共に、上記主電力変換器をPWM制御する請求項1に記載の電力変換装置。   The control device controls the main power converter so as to output a voltage of one pulse in a half cycle of the system voltage, and controls the sub power converter so that the converter current follows the command value. 2. The power converter according to claim 1, wherein when the PWM control is performed and a voltage drop of the system voltage is detected, the sub power converter is controlled to bypass the DC capacitor and the main power converter is PWM controlled. . 上記主電力変換器と上記電力系統との間に上記副電力変換器が接続される請求項1〜3のいずれか1項に記載の電力変換装置。   The power converter according to any one of claims 1 to 3, wherein the sub power converter is connected between the main power converter and the power system. 上記主電力変換器の直流側に直流電源が接続され、該直流電源の直流電力を交流電力に変換して上記電力系統に連系する請求項4に記載の電力変換装置。   The power converter according to claim 4, wherein a DC power source is connected to the DC side of the main power converter, and the DC power of the DC power source is converted into AC power and connected to the power system. 上記主電力変換器の直流側に直流負荷が接続され、上記電力系統の交流電力を直流電力に変換して上記直流負荷に供給する請求項4に記載の電力変換装置。   The power converter according to claim 4, wherein a DC load is connected to the DC side of the main power converter, and AC power of the power system is converted to DC power and supplied to the DC load. 上記主電力変換器は三相電力変換器であり、該三相電力変換器の各相交流線に、単相構成の上記副電力変換器が接続される請求項1〜3のいずれか1項に記載の電力変換装置。   The main power converter is a three-phase power converter, and the sub power converter having a single-phase configuration is connected to each phase AC line of the three-phase power converter. The power converter device described in 1.
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