JP2006121816A - インバータ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】交流電源より供給を受けて、任意の電圧、周波数の交流電力に変換するインバータ装置において、出力設定電圧、出力電流、あるいは交流電源電圧に応じて内部の電力変換損失を最小化することを目的とする。
【解決手段】交流電源1を最適な直流電圧に変換する交流−直流変換手段2と、交流−直流変換手段2により変換した直流電力を交流電力に変換する直流−交流変換手段3と、電力変換損失を最小化するように直流−交流変換手段3を制御する直流電圧最適化手段4を備えることで、任意の電圧、周波数の交流電力を出力できると同時に、電力変換損失を最小化することができる効果が得られる。
【選択図】図1
【解決手段】交流電源1を最適な直流電圧に変換する交流−直流変換手段2と、交流−直流変換手段2により変換した直流電力を交流電力に変換する直流−交流変換手段3と、電力変換損失を最小化するように直流−交流変換手段3を制御する直流電圧最適化手段4を備えることで、任意の電圧、周波数の交流電力を出力できると同時に、電力変換損失を最小化することができる効果が得られる。
【選択図】図1
Description
本発明は、電力変換技術を利用した高効率インバータに関する。
近年、一般家庭の負荷の増加による化石燃料の枯渇、地球温暖化問題などが生じており、節電装置などの省エネルギー装置によるエネルギーの有効利用、あるいは各種電気機器の待機電力の削減などが求められている。
従来、この種の省エネルギー技術や装置としては、交流電圧の過剰な電圧を下げ、消費電力を少なくする機能を有する、家庭用あるいは業務用のものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
以下、その節電装置について図9を参照しながら説明する。
図に示すように、節電装置101は、交流電源102および負荷103の間に配された直列変圧器104と、出力側が直列変圧器104の2次巻線に接続された回生形インバータ105を備えることにより、負荷103に印加される電圧を制御する。また、この構成により、回生形インバータ105の出力を連続的に制御することにより負荷103に印加される電圧を連続的に制御し、負荷103側へ安定した節電電力を供給することができる。
また従来、汎用インバータにおける消費電力を少なくする高効率化技術を搭載したものも知られている(例えば、特許文献1参照)。
また、インバータ技術を利用した系統連系インバータでは、発電装置の発電電力を系統側に連系する系統連系電力変換装置として、直流電源の電圧変動を検知し、検知した電圧変動量により直流電源の最大電力点で動作させるものが知られている(例えば、特許文献2参照)。
以下、その系統連系インバータについて図10を参照しながら説明する。
図10に示すように、直流電源106の電圧は入力コンデンサ107で平滑された後、昇圧コンバータ108で系統電圧より高い電圧に昇圧される。昇圧コンバータ108の出力は中間コンデンサ109で平滑され、インバータ110に入力される。インバータ110は昇圧コンバータ108の出力を交流電力に変換し、系統111に同期した交流電流を注入する。また、系統111の1/2周期内における直流電源106の電圧変動は入力電圧変動検知手段112で検出され、制御回路113に出力される。制御回路113は直流電源106から引き出す電力が最大となるように昇圧コンバータ108とインバータ110を構成するスイッチング素子のオン時間を決定している。
特開2002−270884号公報(第1図)
特開2004−135409号公報(第1図)
このような従来のインバータ技術を利用した節電装置では、負荷に供給する電源電圧を低下させ、その結果照明などに代表される純抵抗に近い負荷に対しては、節電効果を得ることができるが、省エネルギーを推進するための装置として、節電装置の内部消費が発生するため、負荷電力が小さい場合は、装置内部の損失が負荷の節約電力より大きくなり、結果として消費電力を多くするという課題があり、省エネルギーを推進するための装置自体の消費電力を抑えることが要求されている。
また、従来のインバータ技術を利用した系統連系インバータでは、直流電源例えば太陽電池からの発電電力が特に少ない場合などは、発電電力の最大電力追従のための最適制御となるため、系統連系インバータにおける電力損失比率が大きくなり、発電電力の有効利用率が下がるという課題があり、発電電力を最大とするのみでなく、系統連系インバータの内部損失を最小とすることが要求されている。
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、インバータ装置での電力変換時の電力損失を最小化し、変換効率を最大化することができるインバータ装置を提供することを目的としている。
本発明のインバータ装置は上記目的を達成するために、交流電源を最適な直流電圧に変換する交流−直流変換手段と、前記交流−直流変換手段により変換した直流電力を交流電力に変換する直流−交流変換手段と、電力変換損失を最小化するように交流−直流変換手段を制御する直流電圧最適化手段を備える構成としたものである。
この手段により、任意の負荷に供給する汎用インバータ装置において、任意の電圧、周波数の出力をする際に、出力条件に合わせて最適な変換を行ない、装置内部の損失の最小化を図ることができるインバータ装置が得られる。
また、直流電圧最適化手段は、交流−直流変換手段の電力変換損失を最小化するように制御する構成としたものである。
この手段により、任意の負荷に供給する汎用インバータ装置において、任意の電圧、周波数の出力をする際に、出力条件に合わせて最適な変換を行ない、装置内部の損失の最小化を図ることができるインバータ装置が得られる。
さらに、直流電圧最適化手段は、直流−交流変換手段の電力変換損失を最小化するように制御する構成としたものである。
この手段により、任意の負荷に供給する汎用インバータ装置において、任意の電圧、周波数の出力をする際に、出力条件に合わせて最適な変換を行ない、装置内部の損失の最小化を図ることができるインバータ装置が得られる。
また、直流電圧最適化手段は、交流−直流変換手段と直流−交流変換手段の電力変換損失の総和を最小化するように制御する構成としたものである。
この手段により、任意の負荷に供給する汎用インバータ装置において、任意の電圧、周波数の出力をする際に、出力条件に合わせて最適な変換を行ない、装置内部の損失の最小化を図ることができるインバータ装置が得られる。
さらに、直流電圧最適化手段は、出力する交流指令電圧に応じて電力変換損失を最小化するように直流−交流変換手段の入力電圧を上下変更する構成としたものである。
この手段により、任意の負荷に供給する汎用インバータ装置において、任意の電圧、周波数の出力をする際に、出力条件に合わせて最適な変換を行ない、装置内部の損失の最小化を図ることができるインバータ装置が得られる。
また、直流電圧最適化手段は、直流−交流変換手段に接続した負荷電流に応じて電力変換損失を最小化するように直流−交流変換手段の入力電圧を上下変更する構成としたものである。
この手段により、任意の負荷に供給する汎用インバータ装置において、任意の電圧、周波数の出力をする際に、出力条件に合わせて最適な変換を行ない、装置内部の損失の最小化を図ることができるインバータ装置が得られる。
さらに、直流電圧最適化手段は、直流−交流変換手段の入力電流に応じて電力変換損失を最小化するように直流−交流変換手段の入力電圧を上下変更する構成としたものである。
この手段により、任意の負荷に供給する汎用インバータ装置において、任意の電圧、周波数の出力をする際に、出力条件に合わせて最適な変換を行ない、装置内部の損失の最小化を図ることができるインバータ装置が得られる。
また、直流電圧最適化手段は、直流−交流変換手段の入力電力に応じて電力変換損失を最小化するように直流−交流変換手段の入力電圧を上下変更する構成としたものである。
この手段により、任意の負荷に供給する汎用インバータ装置において、任意の電圧、周波数の出力をする際に、出力条件に合わせて最適な変換を行ない、装置内部の損失の最小化を図ることができるインバータ装置が得られる。
本発明によれば、交流電源を最適な直流電圧に変換する交流−直流変換手段と、前記交流−直流変換手段により変換した直流電力を交流電力に変換する直流−交流変換手段と、電力変換損失を最小化するように交流−直流変換手段を制御する直流電圧最適化手段を備える構成とすることで、任意の負荷に供給する汎用インバータ装置において、任意の電圧、周波数の出力をする際に、出力条件に合わせて最適な変換を行ない、装置内部の損失の最小化を図ることができるインバータ装置を提供できる。
また、直流電圧最適化手段は、交流−直流変換手段の電力変換損失を最小化するように制御する構成とすることで、任意の負荷に供給する汎用インバータ装置において、任意の電圧、周波数の出力をする際に、出力条件に合わせて最適な変換を行ない、装置内部の損失の最小化を図ることができるインバータ装置を提供できる。
さらに、直流電圧最適化手段は、直流−交流変換手段の電力変換損失を最小化するように制御する構成とすることで、任意の負荷に供給する汎用インバータ装置において、任意の電圧、周波数の出力をする際に、出力条件に合わせて最適な変換を行ない、装置内部の損失の最小化を図ることができるインバータ装置を提供できる。
また、直流電圧最適化手段は、交流−直流変換手段と直流−交流変換手段の電力変換損失の総和を最小化するように制御する構成とすることで、任意の負荷に供給する汎用インバータ装置において、任意の電圧、周波数の出力をする際に、出力条件に合わせて最適な変換を行ない、装置内部の損失の最小化を図ることができるインバータ装置を提供できる。
さらに、直流電圧最適化手段は、出力する交流指令電圧に応じて電力変換損失を最小化するように直流−交流変換手段の入力電圧を上下変更する構成とすることで、任意の負荷に供給する汎用インバータ装置において、任意の電圧、周波数の出力をする際に、出力条件に合わせて最適な変換を行ない、装置内部の損失の最小化を図ることができるインバータ装置を提供できる。
また、直流電圧最適化手段は、直流−交流変換手段に接続した負荷電流に応じて電力変換損失を最小化するように直流−交流変換手段の入力電圧を上下変更する構成とすることで、任意の負荷に供給する汎用インバータ装置において、任意の電圧、周波数の出力をする際に、出力条件に合わせて最適な変換を行ない、装置内部の損失の最小化を図ることができるインバータ装置を提供できる。
さらに、直流電圧最適化手段は、直流−交流変換手段の入力電流に応じて電力変換損失を最小化するように直流−交流変換手段の入力電圧を上下変更する構成とすることで、任意の負荷に供給する汎用インバータ装置において、任意の電圧、周波数の出力をする際に、出力条件に合わせて最適な変換を行ない、装置内部の損失の最小化を図ることができるインバータ装置を提供できる。
また、直流電圧最適化手段は、直流−交流変換手段の入力電力に応じて電力変換損失を最小化するように直流−交流変換手段の入力電圧を上下変更する構成とすることで、任意の負荷に供給する汎用インバータ装置において、任意の電圧、周波数の出力をする際に、出力条件に合わせて最適な変換を行ない、装置内部の損失の最小化を図ることができるインバータ装置を提供できる。
本発明の請求項1記載の発明は、交流電源を最適な直流電圧に変換する交流−直流変換手段と、前記交流−直流変換手段により変換した直流電力を交流電力に変換する直流−交流変換手段と、電力変換損失を最小化するように交流−直流変換手段を制御する直流電圧最適化手段を備える構成としたものであり、任意の負荷に供給する汎用インバータ装置において、任意の電圧、周波数の出力をする際に、出力条件に合わせて最適な変換を行ない、装置内部の損失の最小化を図ることができるという作用を有する。
また、直流電圧最適化手段は、交流−直流変換手段の電力変換損失を最小化するように制御する構成としたものであり、任意の負荷に供給する汎用インバータ装置において、任意の電圧、周波数の出力をする際に、出力条件に合わせて最適な変換を行ない、装置内部の損失の最小化を図ることができるという作用を有する。
さらに、直流電圧最適化手段は、直流−交流変換手段の電力変換損失を最小化するように制御する構成としたものであり、任意の負荷に供給する汎用インバータ装置において、任意の電圧、周波数の出力をする際に、出力条件に合わせて最適な変換を行ない、装置内部の損失の最小化を図ることができるという作用を有する。
また、直流電圧最適化手段は、交流−直流変換手段と直流−交流変換手段の電力変換損失の総和を最小化するように制御する構成としたものであり、任意の負荷に供給する汎用インバータ装置において、任意の電圧、周波数の出力をする際に、出力条件に合わせて最適な変換を行ない、装置内部の損失の最小化を図ることができるという作用を有する。
さらに、直流電圧最適化手段は、出力する交流指令電圧に応じて電力変換損失を最小化するように直流−交流変換手段の入力電圧を上下変更する構成としたものであり、任意の負荷に供給する汎用インバータ装置において、任意の電圧、周波数の出力をする際に、出力条件に合わせて最適な変換を行ない、装置内部の損失の最小化を図ることができるという作用を有する。
また、直流電圧最適化手段は、直流−交流変換手段に接続した負荷電流に応じて電力変換損失を最小化するように直流−交流変換手段の入力電圧を上下変更する構成としたものであり、任意の負荷に供給する汎用インバータ装置において、任意の電圧、周波数の出力をする際に、出力条件に合わせて最適な変換を行ない、装置内部の損失の最小化を図ることができるという作用を有する。
さらに、直流電圧最適化手段は、直流−交流変換手段の入力電流に応じて電力変換損失を最小化するように直流−交流変換手段の入力電圧を上下変更する構成としたものであり、任意の負荷に供給する汎用インバータ装置において、任意の電圧、周波数の出力をする際に、出力条件に合わせて最適な変換を行ない、装置内部の損失の最小化を図ることができるという作用を有する。
また、直流電圧最適化手段は、直流−交流変換手段の入力電力に応じて電力変換損失を最小化するように直流−交流変換手段の入力電圧を上下変更する構成としたものであり、任意の負荷に供給する汎用インバータ装置において、任意の電圧、周波数の出力をする際に、出力条件に合わせて最適な変換を行ない、装置内部の損失の最小化を図ることができるという作用を有する。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
(実施の形態1)
図1は、本実施の形態1におけるインバータ装置の構成図を示す。
図1は、本実施の形態1におけるインバータ装置の構成図を示す。
図に示すように、インバータ装置は、交流電源1を最適な直流電圧に変換する交流−直流変換手段2と、交流−直流変換手段2により変換した直流電力を交流電力に変換する直流−交流変換手段3と、電力変換損失を最小化するように直流−交流変換手段3を制御する直流電圧最適化手段4を備えている。交流−直流変換手段2は、スイッチング素子2aから2dと逆並列されたダイオード2eから2hと、リアクトル2i及び2jと、フィルタ回路2kと、平滑用コンデンサ2Lと、スイッチング素子2aから2dのスイッチングを制御するチョッパ制御部2mを備えており、フルブリッジ型の昇圧チョッパ回路を構成している。また、直流−交流変換手段3は、交流−直流変換手段2により昇圧し、かつ直流に変換された電力を交流に変換すべく、スイッチング素子3aから3dと、逆並列されたダイオード3eから3hと、出力用リプル電圧低減フィルタ3iと、スイッチング素子3aから3dのスイッチングを制御するインバータ制御部3jを備えており、フルブリッジ型のインバータ回路を構成している。ここで、フルブリッジ型昇圧チョッパ回路と、フルブリッジ型インバータの基本動作は公知の技術であるため、詳細な説明は省略する。
次に、直流電圧最適化手段4を図2に示す。直流電圧最適化手段4の制御フローチャートについて図2を参照しながら説明する。図に示すように、直流電圧最適化手段4は、交流−直流変換手段2の電力変換損失を演算する。演算方法は数式1に示すように、スイッチング素子2aから2dの静損失(交直SW(静損失)とスイッチング素子2aから2dのオン時の動損失(交直SW(動損失:ON時))、及びオフ時の動損失(交直SW(動損失:OFF時))、及び逆並列したダイオード2eから2hの損失(交直D(損失))を演算する。
数式1の中の静損失において、Ipeakはスイッチングの際の瞬時電流のピーク値を示し、Vceはスイッチング素子1bのオン時のコレクタ〜エミッタ間の電圧を示す。また、数式1の中の動損失において、Esw(ON)はオン時の損失を示し、Esw(OFF)はオフ時の損失を示し、fswはスイッチング周波数を示し、dutyはスイッチング素子2aから2dのオン時間をスイッチング周期で除算した値を示す。また、逆流防止のためのダイオード2eから2hの損失において、DVecはダイオード2eから2hの順方向の電圧を示し、Idc_inはダイオード2eから2hに通流する電流を示す。
次に直流電圧最適化手段4は、直流−交流変換手段3の電力変換損失を演算する。演算方法は数式2に示すように、スイッチング素子3aから3dの静損失(直交SW(静損失))とスイッチング素子3aから3dのオン時の動損失(直交SW(動損失:ON時))、オフ時の動損失(直交SW(動損失:OFF時))、ダイオード2eから2hの損失(直交D(損失))、及び出力用リプル電圧低減フィルタ3iの損失(出力フィルタ(損失))を演算する。
数式2の中の静損失において、Ipeakはスイッチングの際の瞬時電流のピーク値を示し、Vceはスイッチング素子3aから3dのオン時のコレクタ〜エミッタ間の電圧を示す。また、数式2の中の動損失において、Esw(ON)はオン時の損失を示し、Esw(OFF)はオフ時の損失を示し、fswはスイッチング周波数を示し、dutyはスイッチング素子3aから3dのオン時間をスイッチング周期で除算した値を示す。また、逆並列されたダイオード3eから3hの損失において、DVecはダイオード3eから3hの順方向の電圧を示し、Idc_inはダイオード3eから3hに通流する電流を示す。また、出力用リプル電圧低減フィルタ3iの損失は、一律出力容量PoutのA%として近似している。
また、交流電源1の電源電圧の瞬時電圧をVac(t)、中間直流電圧をVdc、インバータ出力電圧の瞬時値をVout(t)、スイッチング素子3aから3dのオン時間をスイッチング周期Tで除算した値をduty、オフ時間をToff、ダイオード3eから3hの順方向電圧をDVec、出力用リプル電圧低減フィルタ3iのインダクタンスをL、出力用リプル電圧低減フィルタ3iを通流する電流の微分値をdi/dtとすると、相互の関係式は数式3に示すようになる。
ここで、各回路の損失の総和、すなわち装置の電力変換時の全損失は、前記の交流−直流変換手段2の損失(Σ(交直損失))及び直流−交流変換手段3の損失(Σ(直交損失))の総和であり、数式4に示すようになる。
この時、数式4が最小となるVdcは、Vdcについて微分し、各部品により決定される値、及び一時刻前の各値を入力することで演算することができる。ここで演算したVdcを目標値として、実際の中間直流電圧Vdc(t)との偏差を演算し、比例積分制御を行なうことで、直流−交流変換手段3の出力指令電流を演算する。演算した出力指令電流を直流−交流変換手段3に出力することで直流電圧Vdc(t)を指令電圧すなわち目標電圧Vdcに制御できることとなる。
以上のように、本実施の形態1によれば、交流電源1を最適な直流電圧に変換する交流−直流変換手段2と、前記交流−直流変換手段2により変換した直流電力を交流電力に変換する直流−交流変換手段3と、電力変換損失を最小化するように交流−直流変換手段2を制御する直流電圧最適化手段4を備える構成としたものであり、任意の負荷に供給する汎用インバータ装置において、任意の電圧、周波数の出力をする際に、出力条件に合わせて最適な変換を行ない、装置内部の損失の最小化を図ることができることとなる。
(実施の形態2)
直流電圧最適化手段4を図3に示す。直流電圧最適化手段4の制御フローチャートについて図3を参照しながら説明する。
直流電圧最適化手段4を図3に示す。直流電圧最適化手段4の制御フローチャートについて図3を参照しながら説明する。
図に示すように、直流電圧最適化手段4は、一時刻前の交流電源1の電源電圧を入力する。次に、直流電圧最適化手段4は、交流−直流変換手段2の電力変換損失を演算する。演算方法は数式1に示す通りである。本電力変換損失が最小となる直流電圧Vdcを算出し、Vdcの指令電圧とする。この指令電圧Vdcと実際の中間直流電圧Vdc(t)との偏差を演算し、比例積分制御を行なうことで、交流−直流変換手段2の制御を行なうこととなる。
以上のように、本実施の形態2によれば、直流電圧最適化手段4を、交流電源1の電源電圧に応じて電力変換損失が最小となるように直流−交流変換手段3の入力電圧を上下変更する構成とすることで、交流電源1の電源電圧を昇圧する交流−直流変換手段2が任意の電圧、周波数の出力をする際に、出力条件に合わせて最適な変換を行ない、装置内部の損失の最小化を図ることができることとなる。
(実施の形態3)
直流電圧最適化手段4を図4に示す。直流電圧最適化手段4の制御フローチャートについて図4を参照しながら説明する。
直流電圧最適化手段4を図4に示す。直流電圧最適化手段4の制御フローチャートについて図4を参照しながら説明する。
図に示すように、直流電圧最適化手段4は、インバータの出力電圧を入力する。入力したインバータの出力電圧から直流−交流変換手段3の変換損失を最小とする最適な直流電圧Vdcを演算する。最適な直流電圧Vdcの演算方法は、数式5に示す通りである。
ここで、Vecはスイッチング素子3aから3dのオン時のコレクタ〜エミッタ間の電圧を示し、ωは角速度、Lは出力用リプル電圧低減フィルタ3iのインダクタンス、Ipeakはスイッチングの際の瞬時電流のピーク値を示し、Vkは電流出力のための余裕電圧を示す。この数式5により計算したVdcを目標電圧として、実際の中間直流電圧Vdc(t)との偏差を演算し、比例積分制御を行なうことで、交流−直流変換手段2の制御を行なうこととなる。
以上のように、本実施の形態3によれば、直流電圧最適化手段4を、インバータの出力指令電圧の高低に応じて電力変換損失が最小となるように直流−交流変換手段3の入力電圧を上下変更する構成とすることで、直流−交流変換手段3の変換効率を向上、すなわち電力変換損失の最小化と交流電源1の電力の有効利用率の向上を両立することができることとなる。
(実施の形態4)
直流電圧最適化手段4を図5に示す。直流電圧最適化手段4の制御フローチャートについて図5を参照しながら説明する。
直流電圧最適化手段4を図5に示す。直流電圧最適化手段4の制御フローチャートについて図5を参照しながら説明する。
図に示すように、直流電圧最適化手段4は、インバータの出力指令電圧を入力する。入力したインバータの出力指令電圧から直流−交流変換手段3の変換損失を最小とする最適な直流電圧Vdcを演算する。最適な直流電圧Vdcの演算方法は、数式6に示す通りである。
数式6により計算したVdcを目標電圧として、実際の中間直流電圧Vdc(t)との偏差を演算し、比例積分制御を行なうことで、交流−直流変換手段2の制御を行なうこととなる。ここで、Vecはスイッチング素子3aから3dのオン時のコレクタ〜エミッタ間の電圧を示し、ωは角速度、Lは出力用リプル電圧低減フィルタ3iのインダクタンス、Ipeakはスイッチングの際の瞬時電流のピーク値を示し、Vkは電流出力のための余裕電圧を示す。
以上のように、本実施の形態4によれば、直流電圧最適化手段4を、インバータの出力指令電圧の高低に応じて直流−交流変換手段3の入力電圧を上下変更する構成とすることで、直流−交流変換手段3の変換効率を向上、すなわち電力変換損失の最小化と交流電源1の電力の有効利用率の向上を両立することができることとなる。
(実施の形態5)
直流電圧最適化手段4を図6に示す。直流電圧最適化手段4の制御フローチャートについて図6を参照しながら説明する。
直流電圧最適化手段4を図6に示す。直流電圧最適化手段4の制御フローチャートについて図6を参照しながら説明する。
図に示すように、直流電圧最適化手段4は、一時刻前のインバータ出力する電流指令値を入力する。次に、一時刻前の交流電源1の入力電力を入力し、入力した交流電源1の入力電力とインバータ出力する電流指令値により中間直流電圧の目標電圧Vdcを演算する。中間直流電圧の目標電圧Vdcの演算方法は数式7の通りである。
この目標電圧Vdcと実際の中間直流電圧Vdc(t)との偏差を演算し、比例積分制御を行なうことで、交流−直流変換手段2の制御を行なうこととなる。
以上のように、本実施の形態5によれば、直流電圧最適化手段4を、連系する直流−交流変換手段3の出力電流指令値に応じて中間直流電圧を上下変更する構成とすることで、電力変換損失の最小化と交流電源1の入力電力の有効利用率の向上を両立することができることとなる。
(実施の形態6)
直流電圧最適化手段4を図7に示す。直流電圧最適化手段4の制御フローチャートについて図7を参照しながら説明する。
直流電圧最適化手段4を図7に示す。直流電圧最適化手段4の制御フローチャートについて図7を参照しながら説明する。
図に示すように、直流電圧最適化手段4は、一時刻前の直流−交流変換手段3の入力電流を入力する。次に、入力した入力電流により、交流−直流変換手段2の電力損失は数式1で演算することができる。さらに、直流−交流変換手段3の電力変換損失を数式2により演算することができ、交流−直流変換手段2と直流−交流変換手段3の電力損失の総和は、数式1と数式2の総和となる。数式1と数式2の総和を直流電圧で微分し、電力損失の最小点を演算することで、Vdcの最適動作点を算出することができる。
以上のように、本実施の形態6によれば、直流電圧最適化手段4を、直流−交流変換手段3の入力電流に応じて直流−交流変換手段3の入力電圧を上下変更することができ、電力変換損失の最小化と交流電源1の入力電力の有効利用率の向上を両立することができることとなる。
(実施の形態7)
直流電圧最適化手段4を図8に示す。直流電圧最適化手段4の制御フローチャートについて図8を参照しながら説明する。
直流電圧最適化手段4を図8に示す。直流電圧最適化手段4の制御フローチャートについて図8を参照しながら説明する。
図に示すように、直流電圧最適化手段4は、一時刻前の直流−交流変換手段3の入力電流を入力する。次に、入力した入力電流と一時刻前の直流電圧から入力する直流電力を演算する。演算した直流電力をインバータの出力指令電圧にて除算することで出力指令電流を演算し、さらに直流−交流変換手段3の電力損失を数式2により演算することができる。交流−直流変換手段2の電力変換損失は、数式1により演算することができるため、電力変換損失の総和は数式1、数式2の総和となる。数式1と数式2の総和を直流電圧で微分し、電力損失の最小点を演算することで、Vdcの最適動作点を算出することができる。
以上のように、本実施の形態7によれば、直流電圧最適化手段4を、直流−交流変換手段3の入力電力に応じて直流−交流変換手段3の入力電圧を上下変更することができ、電力変換損失の最小化と交流電源1の入力電力の有効利用率の向上を両立することができることとなる。
交流−直流変換、直流−交流変換技術を利用したインバータの効率向上のための最適制御技術であり、モータ制御などに使用する任意の周波数、電圧を出力可能とする汎用インバータ装置へも適用できる。
1 交流電源
2 交流−直流変換手段
2a〜2d スイッチング素子
2e〜2h ダイオード
2i〜2j 昇圧用リアクトル
2k フィルタ回路
2L 平滑用コンデンサ
2m 昇圧チョッパ制御部
3 直流−交流変換手段
3a〜3d スイッチング素子
3e〜3h ダイオード
3i 出力用リプル電圧低減フィルタ
3j インバータ制御部
4 直流電圧最適化手段
101 節電装置
102 交流電源
103 負荷
104 直列変圧器
105 回生形インバータ
106 直流電源
107 入力コンデンサ
108 昇圧コンバータ
109 中間コンデンサ
110 インバータ
111 系統
112 入力電圧変動検知手段
113 制御回路
2 交流−直流変換手段
2a〜2d スイッチング素子
2e〜2h ダイオード
2i〜2j 昇圧用リアクトル
2k フィルタ回路
2L 平滑用コンデンサ
2m 昇圧チョッパ制御部
3 直流−交流変換手段
3a〜3d スイッチング素子
3e〜3h ダイオード
3i 出力用リプル電圧低減フィルタ
3j インバータ制御部
4 直流電圧最適化手段
101 節電装置
102 交流電源
103 負荷
104 直列変圧器
105 回生形インバータ
106 直流電源
107 入力コンデンサ
108 昇圧コンバータ
109 中間コンデンサ
110 インバータ
111 系統
112 入力電圧変動検知手段
113 制御回路
Claims (8)
- 交流電源を最適な直流電圧に変換する交流−直流変換手段と、前記交流−直流変換手段により変換した直流電力を交流電力に変換する直流−交流変換手段と、電力変換損失を最小化するように交流−直流変換手段を制御する直流電圧最適化手段を備えたことを特徴とするインバータ装置。
- 直流電圧最適化手段は、交流−直流変換手段の電力変換損失を最小化するように制御することを特徴とする請求項1に記載のインバータ装置。
- 直流電圧最適化手段は、直流−交流変換手段の電力変換損失を最小化するように制御することを特徴とする請求項1に記載のインバータ装置。
- 直流電圧最適化手段は、交流−直流変換手段と直流−交流変換手段の電力変換損失の総和を最小化するように制御することを特徴とする請求項1に記載のインバータ装置。
- 直流電圧最適化手段は、出力する交流指令電圧に応じて電力変換損失を最小化するように直流−交流変換手段の入力電圧を上下変更することを特徴とする請求項1に記載のインバータ装置。
- 直流電圧最適化手段は、直流−交流変換手段に接続した負荷電流に応じて電力変換損失を最小化するように直流−交流変換手段の入力電圧を上下変更することを特徴とする請求項1に記載のインバータ装置。
- 直流電圧最適化手段は、直流−交流変換手段の入力電流に応じて電力変換損失を最小化するように直流−交流変換手段の入力電圧を上下変更することを特徴とする請求項1に記載のインバータ装置。
- 直流電圧最適化手段は、直流−交流変換手段の入力電力に応じて電力変換損失を最小化するように直流−交流変換手段の入力電圧を上下変更することを特徴とする請求項1に記載のインバータ装置。
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-
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- 2004-10-21 JP JP2004306675A patent/JP2006121816A/ja not_active Withdrawn
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