JP2010161902A - Inverter control circuit and grid-connected inverter system with this inverter control circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路をPWM制御するためのインバータ制御回路、このインバータ制御回路を備えた系統連系インバータシステム、このインバータ制御回路を実現するためのプログラム、及びこのプログラムを記録した記録媒体に関する。 The present invention relates to an inverter control circuit for PWM control of an inverter circuit that converts DC power into AC power, a grid-connected inverter system including the inverter control circuit, a program for realizing the inverter control circuit, and the The present invention relates to a recording medium on which a program is recorded.
従来、太陽電池などによって生成される直流電力を交流電力に変換して出力するインバータシステムが開発されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, an inverter system that converts DC power generated by a solar cell or the like into AC power and outputs it has been developed.
図3は、従来の系統連系インバータシステムを説明するためのブロック図である。系統連系インバータシステム100は、太陽電池を備えた直流電源110により生成された直流電力を、インバータ回路120で交流電力に変換し、商用電力系統150に供給するものである。インバータ制御回路160は、インバータ回路120を制御するPWM信号を生成するものである。系統連系インバータシステム100の電源容量は商用電力系統150の電源容量と比べて十分小さいものなので、系統連系インバータシステム100の出力の規定内の電圧変動や周波数変動は商用電力系統150に影響を与えない。また、商用電力系統150での負荷変動は商用電力系統150内で補償されるため、系統連系インバータシステム100が商用電力系統150の電圧制御や周波数制御を行う必要はない。したがって、インバータ制御回路160は、電流制御に関する補償のみを実施すればよいので、電流センサ170で計測した出力電流が目標電流となるように、フィードバック制御を行なっている。
FIG. 3 is a block diagram for explaining a conventional grid-connected inverter system. The grid-connected
近年、太陽光などの自然エネルギーを用いた分散型電源と負荷とを持つ小規模系統で、電源および熱源を一括管理し、既存の商用電力系統から独立して運転可能な電力供給システムである「マイクログリッド」という概念が注目されている。 In recent years, the power supply system is a small-scale system with a distributed power source and load using natural energy such as sunlight, which can be operated independently from the existing commercial power system, managing the power source and heat source collectively. The concept of “microgrid” is drawing attention.
図4は、小規模単独系統に系統連系インバータを連系させた状態を説明するための図である。これは、離島などの小規模系統で回転機形発電機を含まない場合の電力供給システムを表している。小規模単独系統は、複数の分散型電源DPS(Dispersed-type Power Source)、および、複数の負荷Lを備えている。分散型電源DPSは、太陽光や風力などの自然エネルギーを系統に供給可能な電力に変換するものであり、例えば、太陽電池を有する系統連系インバータシステムなどである。各分散型電源DPSは、電力蓄積装置BATを併設しているので、電力蓄積装置BATに電力を蓄積し電力蓄積装置BATから電力を放出することで、生成した電力の変動を補正することができる。 FIG. 4 is a diagram for explaining a state in which a grid-connected inverter is linked to a small-scale single system. This represents a power supply system when a small-scale system such as a remote island does not include a rotary generator. The small-scale single system includes a plurality of distributed power sources DPS (Dispersed-type Power Source) and a plurality of loads L. The distributed power source DPS converts natural energy such as sunlight and wind power into electric power that can be supplied to the system, and is, for example, a grid-connected inverter system having solar cells. Since each distributed power source DPS is provided with a power storage device BAT, fluctuations in the generated power can be corrected by storing power in the power storage device BAT and discharging power from the power storage device BAT. .
図4の小規模単独系統において、分散型電源DPSとして系統連系インバータシステム100(図3参照)を用いた場合、所定の目標電流に制御された交流電力が小規模単独系統に供給される。直流電源110が生成する直流電力が変動した場合、電力蓄積装置BATに電力が蓄積または放出される。小規模単独系統には回転機形発電機が接続されていないので、各分散型電源DPSが系統電圧を制御する必要がある。小規模単独系統に複数の電圧制御を行う分散型電源DPSが存在する場合、負荷Lから各分散型電源DPSまでの線路インピーダンスおよび各分散型電源DPSの機器インピーダンスにより、各分散型電源DPSが供給する電力は異なる。供給電力に偏りがあると、各電力蓄積装置BATの蓄電量に偏りが生じる。また、系統において負荷が増加した場合などに、各分散型電源DPSが供給する電力の偏りによって、一部の分散型電源DPSの供給電力が過負荷耐量を超えると、当該分散型電源DPSが系統から解列してしまう場合がある。この場合、電力供給バランスがさらにくずれることにより、系統上の分散型電源DPSが次々と解列される系統擾乱が発生するという問題がある。
In the small single system of FIG. 4, when the grid interconnection inverter system 100 (see FIG. 3) is used as the distributed power source DPS, AC power controlled to a predetermined target current is supplied to the small single system. When the DC power generated by the
本発明は上記した事情のもとで考え出されたものであって、小規模単独系統に連系された場合に、系統への電力供給の負担が集中することを抑制することができるインバータシステムのインバータ制御回路を提供することをその目的としている。 The present invention has been conceived under the circumstances described above, and is an inverter system capable of suppressing the concentration of the burden of power supply to the system when connected to a small single system. It is an object of the present invention to provide an inverter control circuit.
上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。 In order to solve the above problems, the present invention takes the following technical means.
本発明の第1の側面によって提供されるインバータ制御回路は、直流電源で生成される直流電力を交流電力に変換して電力系統に供給するインバータ回路をPWM制御するためのインバータ制御回路であって、前記インバータ回路の出力電流から無効分電流を算出する無効分電流算出手段と、前記系統電圧と目標系統電圧との偏差から系統電圧補正値を算出する系統電圧補正値算出手段と、前記系統電圧補正値から目標無効分電流を算出して出力する算出手段と、前記無効分電流算出手段によって算出された無効分電流と前記算出手段から出力される目標無効分電流との偏差から無効分電流補正値を算出する無効分電流補正値算出手段と、前記無効分電流補正値から指令値信号を生成する指令値信号生成手段と、前記指令値信号に基づいてPWM信号を生成するPWM信号生成手段と、を備えており、前記算出手段は、前記系統電圧補正値と前回の目標無効分電流との間の値を前記目標無効分電流として算出する、ことを特徴とする。 An inverter control circuit provided by a first aspect of the present invention is an inverter control circuit for PWM control of an inverter circuit that converts DC power generated by a DC power source into AC power and supplies the AC power to the power system. A reactive current calculating means for calculating a reactive current from an output current of the inverter circuit, a system voltage correction value calculating means for calculating a system voltage correction value from a deviation between the system voltage and a target system voltage, and the system voltage A calculation means for calculating and outputting a target reactive current from the correction value, and a reactive current correction from a deviation between the reactive current calculated by the reactive current calculation means and the target reactive current output from the calculation means A reactive current correction value calculating means for calculating a value, a command value signal generating means for generating a command value signal from the reactive current correction value, and P based on the command value signal. PWM signal generating means for generating an M signal, and the calculating means calculates a value between the system voltage correction value and the previous target reactive current as the target reactive current. Features.
この構成によると、前記系統電圧補正値が急変しても、前記算出手段により目標無効分電流をゆっくりとした変化にすることができる。したがって、前記電力系統の負荷変動時に供給する無効電力が急変することを抑制し、電力供給の負担が集中することを抑制する。これにより、電力供給の負担が集中して、前記インバータ回路が解列してしまうことを抑制することができる。 According to this configuration, even if the system voltage correction value changes suddenly, the target reactive current can be changed slowly by the calculating means. Therefore, it is possible to suppress a sudden change in the reactive power supplied when the load of the power system fluctuates, and to suppress the concentration of the power supply load. Thereby, it can suppress that the burden of an electric power supply concentrates and the said inverter circuit will be disconnected.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記直流電源の直流電圧とその目標電圧とから、前記インバータ回路の出力電圧信号の角周波数と前記電力系統の系統電圧信号の角周波数との必要な角周波数差を算出する角周波数差算出手段と、前記系統電圧信号の角周波数を検出する角周波数検出手段と、を備え、前記指令値信号生成手段は、前記角周波数検出手段によって検出された角周波数に前記角周波数差を加算した修正角周波数と前記無効分電流補正値とから指令値信号を生成する。 In a preferred embodiment of the present invention, from the DC voltage of the DC power supply and its target voltage, the required angular frequency of the angular frequency of the output voltage signal of the inverter circuit and the angular frequency of the system voltage signal of the power system An angular frequency difference calculating means for calculating a difference; and an angular frequency detecting means for detecting an angular frequency of the system voltage signal, wherein the command value signal generating means has an angular frequency detected by the angular frequency detecting means. A command value signal is generated from the corrected angular frequency obtained by adding the angular frequency difference and the reactive current correction value.
この構成によると、前記直流電源の直流電圧とその目標電圧とから算出された角周波数差に基づいて前記インバータ回路の出力電流が変化し、前記直流電源の直流電圧が前記目標電圧となるように制御される。したがって、前記直流電源の直流電圧が増加すると、前記インバータ回路の出力電圧信号の角周波数が上昇して、前記直流電源が出力する有効電力を積極的に前記電力系統に供給することができる。また、周波数制御を行うので、回転機形発電機と同様の特性を持つことになり、前記電力系統に安定した電力供給を行うことができる。 According to this configuration, the output current of the inverter circuit changes based on the angular frequency difference calculated from the DC voltage of the DC power supply and the target voltage, so that the DC voltage of the DC power supply becomes the target voltage. Be controlled. Accordingly, when the DC voltage of the DC power supply increases, the angular frequency of the output voltage signal of the inverter circuit increases, and the active power output from the DC power supply can be positively supplied to the power system. Moreover, since frequency control is performed, it has the same characteristics as a rotary machine type generator, and stable power supply to the power system can be performed.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記角周波数差算出手段は、前記直流電源の直流電圧と前記目標電圧との偏差に基づいてフィードバック制御を行って直流電圧補正値を算出する直流電圧補正値算出手段と、前記直流電圧補正値算出手段によって算出された直流電圧補正値に所定値を乗じて前記角周波数差を算出する乗算手段と、を備えており、前記所定値は、前記目標電圧に乗算した積が前記系統電圧信号の角周波数と一致するように設定されている。 In a preferred embodiment of the present invention, the angular frequency difference calculating unit performs a feedback control based on a deviation between the DC voltage of the DC power supply and the target voltage to calculate a DC voltage correction value. Calculating means, and multiplying means for calculating the angular frequency difference by multiplying the DC voltage correction value calculated by the DC voltage correction value calculating means by a predetermined value, and the predetermined value is equal to the target voltage. The multiplied product is set to coincide with the angular frequency of the system voltage signal.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記角周波数検出手段はPLL回路である。 In a preferred embodiment of the present invention, the angular frequency detection means is a PLL circuit.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記指令値信号生成手段は、前記修正角周波数を角周波数とする正弦波を生成する。 In a preferred embodiment of the present invention, the command value signal generating means generates a sine wave having the corrected angular frequency as an angular frequency.
本発明の第2の側面によって提供される系統連系インバータシステムは、本発明の第1の側面によって提供されるインバータ制御回路を備えている。 The grid interconnection inverter system provided by the second aspect of the present invention includes the inverter control circuit provided by the first aspect of the present invention.
本発明の第3の側面によって提供されるプログラムは、コンピュータを、直流電源で生成される直流電力を交流電力に変換して電力系統に供給するインバータ回路をPWM制御するためのインバータ制御回路として機能させるためのプログラムであって、前記コンピュータを、前記インバータ回路の出力電流から無効分電流を算出する無効分電流算出手段と、前記系統電圧と目標系統電圧との偏差から系統電圧補正値を算出する系統電圧補正値算出手段と、 前記系統電圧補正値から目標無効分電流を算出して出力する算出手段と、前記無効分電流算出手段によって算出された無効分電流と前記算出手段から出力される目標無効分電流との偏差から無効分電流補正値を算出する無効分電流補正値算出手段と、前記無効分電流補正値から指令値信号を生成する指令値信号生成手段と、前記指令値信号に基づいてPWM信号を生成するPWM信号生成手段と、して機能させ、前記算出手段は、前記系統電圧補正値と前回の目標無効分電流との間の値を前記目標無効分電流として算出する、ことを特徴とする。 The program provided by the third aspect of the present invention functions as an inverter control circuit for PWM control of an inverter circuit that converts a DC power generated by a DC power source into an AC power and supplies the computer to an electric power system. A reactive current calculating means for calculating a reactive current from an output current of the inverter circuit, and a system voltage correction value from a deviation between the system voltage and a target system voltage. System voltage correction value calculation means, calculation means for calculating and outputting a target reactive current from the system voltage correction value, reactive current calculated by the reactive current calculation means, and target output from the calculation means A reactive current correction value calculating means for calculating a reactive current correction value from a deviation from the reactive current, and a command value from the reactive current correction value A command value signal generating means for generating a signal and a PWM signal generating means for generating a PWM signal based on the command value signal, and the calculating means is configured to operate the system voltage correction value and the previous target invalid component. A value between the current and the current is calculated as the target reactive current.
本発明の第4の側面によって提供される記録媒体は、本発明の第3の側面によって提供されるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であることを特徴とする。 The recording medium provided by the fourth aspect of the present invention is a computer-readable recording medium that records the program provided by the third aspect of the present invention.
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。 Other features and advantages of the present invention will become more apparent from the detailed description given below with reference to the accompanying drawings.
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明に係るインバータ制御回路を備えた系統連系インバータシステムの第1実施形態を説明するためのブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram for explaining a first embodiment of a grid-connected inverter system provided with an inverter control circuit according to the present invention.
系統連系インバータシステムAは、直流電源A1、インバータ回路A2、フィルタ回路A3、変圧回路A4、インバータ制御回路A5、直流電圧センサA6、電流センサA7、系統電圧センサA8を備えている。直流電源A1は、インバータ回路A2に接続している。インバータ回路A2、フィルタ回路A3、および変圧回路A4は、この順で、U相、V相、W相の出力電圧の出力ラインに直列に接続されている。インバータ回路A2にはインバータ制御回路A5が接続されている。系統連系インバータシステムAは、直流電源A1により生成された直流電力を、インバータ回路A2で交流電力に変換し、小規模単独系統B(以下、場合により「系統B」と省略する。)に供給するものである。 The grid-connected inverter system A includes a DC power supply A1, an inverter circuit A2, a filter circuit A3, a transformer circuit A4, an inverter control circuit A5, a DC voltage sensor A6, a current sensor A7, and a system voltage sensor A8. The DC power source A1 is connected to the inverter circuit A2. The inverter circuit A2, the filter circuit A3, and the transformer circuit A4 are connected in series to the output lines of the U-phase, V-phase, and W-phase output voltages in this order. An inverter control circuit A5 is connected to the inverter circuit A2. The grid-connected inverter system A converts the DC power generated by the DC power supply A1 into AC power by the inverter circuit A2, and supplies it to a small-scale single system B (hereinafter abbreviated as “system B” in some cases). To do.
直流電源A1は、直流電力を生成するものであり、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池を備えている。 The direct-current power supply A1 generates direct-current power and includes a solar cell that converts solar energy into electrical energy.
インバータ回路A2は、三相インバータであり、図示しない3組6個のスイッチング素子を備えたPWM制御型インバータ回路である。インバータ回路A2は、インバータ制御回路A5から入力されるPWM信号に基づいて各スイッチング素子をオンオフ動作させることで、直流電源A1から入力される直流電力を交流電力に変換する。 The inverter circuit A2 is a three-phase inverter, and is a PWM control type inverter circuit including three sets and six switching elements (not shown). The inverter circuit A2 converts the DC power input from the DC power source A1 into AC power by turning on and off each switching element based on the PWM signal input from the inverter control circuit A5.
フィルタ回路A3は、リアクトルとキャパシタとを備えたローパスフィルタである。フィルタ回路A3は、インバータ回路A2から出力される交流電圧に含まれるスイッチングノイズを除去する。変圧回路A4は、フィルタ回路A3から出力される交流電圧を系統電圧とほぼ同一のレベルに昇圧または降圧する。 The filter circuit A3 is a low-pass filter including a reactor and a capacitor. The filter circuit A3 removes switching noise included in the AC voltage output from the inverter circuit A2. The transformer circuit A4 boosts or lowers the AC voltage output from the filter circuit A3 to the same level as the system voltage.
直流電圧センサA6は、直流電源A1から出力される直流電圧を検出するものである。検出された直流電圧信号は、インバータ制御回路A5に入力される。電流センサA7は、変圧回路A4から出力される交流電流を検出するものである。検出された交流電流信号は、インバータ制御回路A5に入力される。系統電圧センサA8は、系統Bの各相の電圧(以下、「系統電圧」という。)を検出するものである。検出された系統電圧信号は、インバータ制御回路A5に入力される。 The DC voltage sensor A6 detects a DC voltage output from the DC power supply A1. The detected DC voltage signal is input to the inverter control circuit A5. The current sensor A7 detects an alternating current output from the transformer circuit A4. The detected alternating current signal is input to the inverter control circuit A5. The system voltage sensor A8 detects the voltage of each phase of the system B (hereinafter referred to as “system voltage”). The detected system voltage signal is input to the inverter control circuit A5.
インバータ制御回路A5は、インバータ回路A2のスイッチング素子のオンオフ動作を制御するPWM信号を生成するものである。インバータ制御回路A5は、直流電圧センサA6から直流電圧信号を入力され、電流センサA7から交流電流信号を入力され、系統電圧センサA8から系統電圧信号を入力され、これらの信号を用いてPWM信号を生成して、インバータ回路A2に出力する。インバータ制御回路A5は、PI制御回路11、乗算器13、PLL(Phase-Locked Loop)回路14、αβ変換回路21、dq変換回路22、系統電圧抽出回路41、PI制御回路42、遅延回路43、PI制御回路23、指令値信号生成回路31、およびPWM信号生成回路32を備えている。
The inverter control circuit A5 generates a PWM signal for controlling the on / off operation of the switching element of the inverter circuit A2. The inverter control circuit A5 receives a DC voltage signal from the DC voltage sensor A6, receives an AC current signal from the current sensor A7, receives a system voltage signal from the system voltage sensor A8, and uses these signals to generate a PWM signal. Generated and output to the inverter circuit A2. The inverter control circuit A5 includes a
PI制御回路11は、直流電圧センサA6が検出した直流電圧Eiと予め設定されている目標直流電圧E*との偏差に基づいてPI制御を行い、補正値を乗算器13に出力するものである。PI制御回路11は、応答速度の遅い制御とするために、時定数として比較的大きな値が設定されている。本実施形態においては、インバータ回路A2の応答速度が小規模回転機形発電機と同程度の2〜3秒の応答速度となるように、時定数が設定されている。なお、系統連系インバータシステムAが接続される小規模単独系統Bの規模や、小規模単独系統Bにおける系統連系インバータシステムAの接続される場所などに応じて、電力供給の負担が集中しないような応答速度となるように、時定数を適宜設定するようにしてもよい。
The
乗算器13は、PI制御回路11から入力される補正値に所定の値Kを乗算することで、電力供給バランスに必要な、インバータ回路A2の出力電圧信号の角周波数と系統電圧信号の角周波数との角周波数差Δωを擬似的に算出して出力するものである。所定の値Kは、目標直流電圧E*に乗算した積(K・E*)が系統電圧信号の角周波数ω0と一致するように設定されている。
The
PLL回路14は、系統電圧センサA8より入力される系統電圧信号から、系統電圧信号の角周波数ω0を検出するものである。検出された角周波数ω0は、乗算器13から出力された角周波数差Δωと加算される。
The
図2は、PLL回路14の一例を説明するための図である。PLL回路14は、αβ変換回路141、dq変換回路142、PI制御回路143、VCO(Voltage Controlled Oscillator)144を備えている。αβ変換回路141は、系統電圧センサA8より入力される3相の電圧信号Vu、Vv、Vwを2相の電圧信号Vα、Vβに変換するものである。dq変換回路142は、αβ変換回路141から電圧信号Vα、Vβが入力され、VCO回路144から位相θが入力される。dq変換回路142は、電圧信号Vα、Vβの位相θとの位相差成分Vdと同相成分Vqとを算出する。PI制御回路143は、位相差成分VdがゼロとなるようにPI制御を行ない、補正値を出力する。この補正値を系統電圧信号の目標角周波数ωs *に加算した補正角周波数ω0が、VCO回路144に出力される。VCO回路144は、入力に応じた位相θをdq変換回路142に出力する。このフィードバック制御により、位相差成分Vdがゼロになったところでロックされる。このとき、位相θが系統電圧の位相と一致する。したがって、PLL回路14から出力される補正角周波数ω0は、系統電圧信号の角周波数と一致することになる。
FIG. 2 is a diagram for explaining an example of the
図1に戻って、αβ変換回路21は、電流センサA7より入力される3相の電流信号Iu、Iv、Iwを2相の電流信号Iα、Iβに変換するものである。dq変換回路22は、αβ変換回路21から電流信号Iα、Iβが入力され、VCO回路144から位相θが入力される。dq変換回路22は、電流信号Iα、Iβの位相θとの位相差成分Idと同相成分Iqとを算出する。この位相差成分Idは、インバータ回路A2の出力電流のうちの出力電圧と位相が異なる電流成分であり、無効電力となるものなので、以下、無効分電流という。
Returning to FIG. 1, the
系統電圧抽出回路41は、系統電圧センサA8より入力される系統電圧信号から、例えばU相の正相電圧信号を抽出して出力するものである。系統電圧抽出回路41は、図示しないαβ変換回路およびdq変換回路により、不平衡電圧から正相分を抽出する。
The system
PI制御回路42は、系統電圧抽出回路41から出力される系統電圧信号と、目標系統電圧との偏差に基づいてPI制御を行い、補正値を出力するものである。遅延回路43は、PI制御回路42より出力される補正値から目標無効分電流を算出して出力するものである。遅延回路43は、いわゆるリファレンスガバナであり、例えば、ローパスフィルタで構成されている。すなわち、遅延回路43は、PI制御回路42より入力される補正値と前回の目標無効分電流との間の値であり、前回の目標無効分電流に最も近い修正値を最適化計算により算出し、この修正値を目標無効分電流として出力する。したがって、PI制御回路42より入力される補正値が急変しても、遅延回路43から出力される目標無効分電流は、ゆっくり変化することになる。なお、特許請求の範囲における算出手段は、遅延回路43を示している。
The
PI制御回路23は、dq変換回路22が出力する無効分電流Idと遅延回路43が出力する目標無効分電流との偏差に基づいてPI制御を行い、補正値を指令値信号生成回路31に出力するものである。
The
指令値信号生成回路31は、PLL回路14が検出する系統電圧信号の角周波数ω0に乗算器13から出力される角周波数差Δωを加算した補正角周波数(ω0+Δω)、およびPI制御回路23が出力する補正値が入力され、指令値信号を生成するものである。具体的には、指令値信号生成回路31は、入力される補正角周波数(ω0+Δω)を時間tで積分したものを位相とし、入力される補正値に基づいて振幅を変化された正弦波を生成する。指令値信号生成回路31は、この正弦波をU相の指令値信号として、PWM信号生成回路32に出力する。また、指令値信号生成回路31は、U相の指令値信号より位相が(1/3)π遅れた正弦波をV相の指令値信号として、(2/3)π遅れた正弦波をW相の指令値信号として、PWM信号生成回路32に出力する。
The command value
PWM信号生成回路32は、指令値信号生成回路31より入力されるU相、V相、W相の指令値信号と予め設定されているキャリア信号との差分に基づいて、デッドタイムを付加したU相、V相、W相のパルス信号をそれぞれ生成する。PWM信号生成回路32は、生成されたU相、V相、W相のパルス信号をそれぞれU相、V相、W相のPWM信号としてインバータ回路A2に出力する。インバータ回路A2のU相、V相、W相のスイッチング素子は、それぞれU相、V相、W相のPWM信号に基づいてオンオフ動作する。なお、PWM信号生成回路32は、U相、V相、W相のパルス信号を反転したパルス信号も生成し、逆相のPWM信号としてインバータ回路A2に出力する。インバータ回路A2のU相、V相、W相の各スイッチング素子に直列接続されているスイッチング素子は、それぞれ逆相のPWM信号に基づいて、U相、V相、W相の各スイッチング素子とは反対にオンオフ動作する。
The PWM
次に、系統連系インバータシステムAの動作について説明する。 Next, the operation of the grid interconnection inverter system A will be described.
インバータ回路A2は、直流電源A1が出力する直流電力を交流電力に変換する。フィルタ回路A3は、インバータ回路A2が出力する交流電圧のスイッチングノイズを除去する。変圧回路A4は、フィルタ回路A3が出力する交流電圧を変圧して、系統Bに供給する。インバータ制御回路A5は、直流電圧センサA6が検出した直流電圧信号、電流センサA7が検出した交流電流信号、および系統電圧センサA8が検出した系統電圧信号に基づいてPWM信号を生成し、インバータ回路A2に出力する。 The inverter circuit A2 converts DC power output from the DC power source A1 into AC power. The filter circuit A3 removes switching noise of the AC voltage output from the inverter circuit A2. The transformer circuit A4 transforms the AC voltage output from the filter circuit A3 and supplies it to the system B. The inverter control circuit A5 generates a PWM signal based on the DC voltage signal detected by the DC voltage sensor A6, the AC current signal detected by the current sensor A7, and the system voltage signal detected by the system voltage sensor A8, and the inverter circuit A2 Output to.
例えば日射強度が増加するなどして、直流電源A1の出力する直流電圧Eiが目標直流電圧E*より大きくなった場合、直流電圧の増加量がPI制御回路11に入力され、プラスの値の補正値が出力される。乗算器13は、この補正値に対応するプラスの角周波数差Δωを出力する。したがって、指令値信号生成回路31が出力する正弦波は、この角周波数差Δωの分だけ角周波数が大きいものとなる。インバータ制御回路A5は、出力するPWM信号を変化させて、インバータ回路A2の出力電圧信号の角周波数を指令値信号生成回路31が出力する正弦波に応じて大きくする。これにより、インバータ回路A2が出力する電流が増加されて、直流電源A1の出力する直流電圧Eiが減少する。一方、インバータ回路A2の出力電圧信号の角周波数の増加による系統電圧信号の角周波数ω0の増加は、系統Bで吸収されて、目標角周波数ωs *に制御される。
For example, when the direct-current voltage Ei output from the direct-current power supply A1 becomes larger than the target direct-current voltage E * due to, for example, an increase in solar radiation intensity, the increase amount of the direct-current voltage is input to the
逆に、直流電圧Eiが目標直流電圧E*より小さくなった場合、指令値信号生成回路31が出力する正弦波は、角周波数が小さいものとなる。インバータ制御回路A5は、インバータ回路A2の出力電圧信号の角周波数を指令値信号生成回路31が出力する正弦波に応じて小さくする。これにより、インバータ回路A2が出力する電流が減少されて、直流電圧Eiが増加する。一方、インバータ回路A2の出力電圧信号の角周波数の減少による系統電圧信号の角周波数ω0の減少は、系統Bで吸収されて、目標角周波数ωs *に制御される。
Conversely, when the DC voltage Ei becomes smaller than the target DC voltage E * , the sine wave output from the command value
負荷の変動により系統Bで有効電力の需要が増加した場合、系統電圧信号の角周波数が減少するので、PLL回路14が出力する系統電圧信号の角周波数ω0が減少する。すると、指令値信号生成回路31が出力する正弦波は、角周波数ω0の減少分だけ角周波数が小さいものとなり、インバータ回路A2の出力電圧の角周波数も小さくなる。これにより、インバータ回路A2が出力する電流が減少されて、直流電圧Eiが増加する。直流電圧Eiの増加により、乗算器13が出力する角周波数差Δωが増加し、インバータ回路A2の出力電圧信号の角周波数が大きくなって、有効電力が系統Bに供給される。
When the demand for active power increases in the system B due to load fluctuations, the angular frequency of the system voltage signal decreases, so the angular frequency ω 0 of the system voltage signal output from the
逆に、有効電力の需要が減少した場合、系統電圧信号の角周波数が増加するので、PLL回路14が出力する系統電圧信号の角周波数ω0が増加する。すると、指令値信号生成回路31が出力する正弦波は、角周波数ω0の増加分だけ角周波数が大きいものとなり、インバータ回路A2の出力電圧信号の角周波数も大きくなる。これにより、インバータ回路A2が出力する電流が増加されて、直流電圧Eiが減少する。直流電圧Eiの減少により、乗算器13が出力する角周波数差Δωが減少し、インバータ回路A2の出力電圧信号の角周波数が小さくなって、系統Bへの有効電力の供給が抑制される。
Conversely, when the demand for active power decreases, the angular frequency ω 0 of the grid voltage signal output from the
負荷の変動により系統Bで無効電力の需要が変化して、系統電圧が変化した場合、系統連系インバータシステムAは、系統電圧を目標系統電圧とするように制御する。具体的には、無効電力の需要が増加して系統電圧が低下した場合、系統電圧センサA8から入力される系統電圧と目標系統電圧との偏差がプラスになる。したがって、PI制御回路42から出力される補正値である目標無効分電流が大きくなる。そうすると、dq変換回路22から出力される無効分電流Idと目標無効分電流との偏差は大きくなり、PI制御回路23が出力する補正値が大きくなる。したがって、指令値信号生成回路31から出力される正弦波の振幅が大きくなり、インバータ回路A2の出力電圧の振幅が大きくなる。これにより、インバータ回路A2が出力する無効分電流が増加し、無効電力が系統に供給されて、系統電圧が上昇する。
When the demand for reactive power changes in the system B due to the change in the load and the system voltage changes, the system interconnection inverter system A performs control so that the system voltage becomes the target system voltage. Specifically, when the demand for reactive power increases and the system voltage decreases, the deviation between the system voltage input from the system voltage sensor A8 and the target system voltage becomes positive. Therefore, the target reactive current that is the correction value output from the
逆に、無効電力の需要が減少して系統電圧が上昇した場合、系統電圧センサA8から入力される系統電圧と目標系統電圧との偏差がマイナスになる。したがって、PI制御回路42から出力される補正値である目標無効分電流が小さくなる。そうすると、dq変換回路22から出力される無効分電流Idと目標無効分電流との偏差は小さくなり、PI制御回路23が出力する補正値が小さくなる。したがって、指令値信号生成回路31から出力される正弦波の振幅が小さくなり、インバータ回路A2の出力電圧の振幅が小さくなる。これにより、インバータ回路A2が出力する無効分電流が減少し、系統に供給される無効電力が減少されて、系統電圧が低下する。
Conversely, when the demand for reactive power decreases and the system voltage increases, the deviation between the system voltage input from the system voltage sensor A8 and the target system voltage becomes negative. Therefore, the target reactive current that is the correction value output from the
次に、系統連系インバータシステムAの作用について説明する。 Next, the operation of the grid interconnection inverter system A will be described.
本実施形態において、PI制御回路11は、時定数として比較的大きな値が設定されているので、制御の応答速度が遅くなる。したがって、系統Bに連系された系統連系インバータシステムAの機器インピーダンスおよび負荷L(図4参照)までの線路インピーダンスが小さい場合でも、負荷変動時に有効電力供給を行うタイミングが遅れることにより、系統Bへの有効電力供給の負担が集中することを抑制することができる。これにより、他の分散型電源DPSと有効電力供給のバランスをとることができる。また、遅延回路43により目標無効分電流の急変をゆっくりとした変化にすることができるので、無効電力の供給の偏りも少なくなる。これにより、系統Bに連系された系統連系インバータシステムAに電力供給の負担が集中して解列してしまうことを抑制することができる。
In the present embodiment, the
また、直流電源A1の出力電圧Eiが増加すると、インバータ回路A2の出力電圧信号の角周波数が上昇するので、直流電源A1が出力する有効電力を積極的に系統Bに供給することができる。また、周波数制御を行うので、回転機形発電機と同様の特性を持つことになり、系統Bに安定した電力供給を行うことができる。 Further, when the output voltage Ei of the DC power supply A1 increases, the angular frequency of the output voltage signal of the inverter circuit A2 increases, so that the active power output from the DC power supply A1 can be positively supplied to the system B. In addition, since frequency control is performed, characteristics similar to those of a rotary machine generator are provided, and stable power supply to the system B can be performed.
なお、上記実施形態では、系統連系インバータシステムに本発明のインバータ制御回路を用いた場合について説明したが、従来のインバータ制御回路に上述した方法でPWM制御を行なわせるプログラムをコンピュータ読み取り可能に記録したROMなどの記録媒体からコンピュータに読み込んで、そのプログラムを実行させることにより、本発明のインバータ制御回路を実現してもよい。 In the above embodiment, the case where the inverter control circuit of the present invention is used in the grid-connected inverter system has been described. However, a computer-readable program for causing the conventional inverter control circuit to perform PWM control by the method described above is recorded. The inverter control circuit of the present invention may be realized by reading the program from a recording medium such as a ROM into a computer and executing the program.
本発明に係るインバータ制御回路は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係るインバータ制御回路の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。 The inverter control circuit according to the present invention is not limited to the above-described embodiment. The specific configuration of each part of the inverter control circuit according to the present invention can be varied in design in various ways.
A 系統連系インバータシステム
A1 直流電源
A2 インバータ回路
A3 フィルタ回路
A4 変圧回路
A5 インバータ制御回路
11 PI制御回路(角周波数差算出手段、直流電圧補正値算出手段)
13 乗算器(角周波数差算出手段、乗算手段)
14 PLL回路(角周波数検出手段)
141 αβ変換回路
142 dq変換回路
143 PI制御回路
144 VCO回路
21 αβ変換回路(無効分電流算出手段)
22 dq変換回路(無効分電流算出手段)
23 PI制御回路(無効分電流補正値算出手段)
31 指令値信号生成回路
32 PWM信号生成回路
41 系統電圧抽出回路
42 PI制御回路(系統電圧補正値算出手段)
43 遅延回路
A6 直流電圧センサ
A7 電流センサ
A8 系統電圧センサ
B 小規模単独系統
A grid-connected inverter system A1 DC power supply A2 inverter circuit A3 filter circuit A4 transformer circuit A5
13 multiplier (angular frequency difference calculation means, multiplication means)
14 PLL circuit (angular frequency detection means)
141
22 dq conversion circuit (reactive current calculation means)
23 PI control circuit (reactive current correction value calculation means)
31 Command value
43 Delay circuit A6 DC voltage sensor A7 Current sensor A8 System voltage sensor B Small single system
Claims (8)
前記インバータ回路の出力電流から無効分電流を算出する無効分電流算出手段と、
前記系統電圧と目標系統電圧との偏差から系統電圧補正値を算出する系統電圧補正値算出手段と、
前記系統電圧補正値から目標無効分電流を算出して出力する算出手段と、
前記無効分電流算出手段によって算出された無効分電流と前記算出手段から出力される目標無効分電流との偏差から無効分電流補正値を算出する無効分電流補正値算出手段と、
前記無効分電流補正値から指令値信号を生成する指令値信号生成手段と、
前記指令値信号に基づいてPWM信号を生成するPWM信号生成手段と、
を備えており、
前記算出手段は、前記系統電圧補正値と前回の目標無効分電流との間の値を前記目標無効分電流として算出する、
ことを特徴とするインバータ制御回路。 An inverter control circuit for PWM control of an inverter circuit that converts DC power generated by a DC power source into AC power and supplies the power to the power system,
Reactive current calculation means for calculating a reactive current from the output current of the inverter circuit;
A system voltage correction value calculating means for calculating a system voltage correction value from the deviation between the system voltage and the target system voltage;
Calculating means for calculating and outputting a target reactive current from the system voltage correction value;
A reactive current correction value calculating means for calculating a reactive current correction value from a deviation between the reactive current calculated by the reactive current calculating means and a target reactive current output from the calculating means;
Command value signal generating means for generating a command value signal from the reactive current correction value;
PWM signal generating means for generating a PWM signal based on the command value signal;
With
The calculation means calculates a value between the system voltage correction value and the previous target reactive current as the target reactive current,
An inverter control circuit characterized by that.
前記系統電圧信号の角周波数を検出する角周波数検出手段と、
を備え、
前記指令値信号生成手段は、前記角周波数検出手段によって検出された角周波数に前記角周波数差を加算した修正角周波数と前記無効分電流補正値とから指令値信号を生成する、
請求項1に記載のインバータ制御回路。 Angular frequency difference calculating means for calculating a required angular frequency difference between the angular frequency of the output voltage signal of the inverter circuit and the angular frequency of the system voltage signal of the power system from the DC voltage of the DC power supply and its target voltage; ,
Angular frequency detection means for detecting the angular frequency of the system voltage signal;
With
The command value signal generation means generates a command value signal from the corrected angular frequency obtained by adding the angular frequency difference to the angular frequency detected by the angular frequency detection means and the reactive current correction value.
The inverter control circuit according to claim 1.
前記直流電源の直流電圧と前記目標電圧との偏差に基づいてフィードバック制御を行って直流電圧補正値を算出する直流電圧補正値算出手段と、
前記直流電圧補正値算出手段によって算出された直流電圧補正値に所定値を乗じて前記角周波数差を算出する乗算手段と、
を備えており、
前記所定値は、前記目標電圧に乗算した積が前記系統電圧信号の角周波数と一致するように設定されている、
請求項2に記載のインバータ制御回路。 The angular frequency difference calculating means includes
DC voltage correction value calculating means for calculating a DC voltage correction value by performing feedback control based on a deviation between the DC voltage of the DC power supply and the target voltage;
Multiplication means for calculating the angular frequency difference by multiplying the DC voltage correction value calculated by the DC voltage correction value calculation means by a predetermined value;
With
The predetermined value is set so that a product obtained by multiplying the target voltage matches an angular frequency of the system voltage signal.
The inverter control circuit according to claim 2.
直流電源で生成される直流電力を交流電力に変換して電力系統に供給するインバータ回路をPWM制御するためのインバータ制御回路として機能させるためのプログラムであって、
前記コンピュータを、
前記インバータ回路の出力電流から無効分電流を算出する無効分電流算出手段と、
前記系統電圧と目標系統電圧との偏差から系統電圧補正値を算出する系統電圧補正値算出手段と、
前記系統電圧補正値から目標無効分電流を算出して出力する算出手段と、
前記無効分電流算出手段によって算出された無効分電流と前記算出手段から出力される目標無効分電流との偏差から無効分電流補正値を算出する無効分電流補正値算出手段と、
前記無効分電流補正値から指令値信号を生成する指令値信号生成手段と、
前記指令値信号に基づいてPWM信号を生成するPWM信号生成手段と、
して機能させ、
前記算出手段は、前記系統電圧補正値と前回の目標無効分電流との間の値を前記目標無効分電流として算出する、
ことを特徴とするプログラム。 Computer
A program for functioning as an inverter control circuit for PWM control of an inverter circuit that converts DC power generated by a DC power source into AC power and supplies the power to the power system,
The computer,
Reactive current calculation means for calculating a reactive current from the output current of the inverter circuit;
A system voltage correction value calculating means for calculating a system voltage correction value from the deviation between the system voltage and the target system voltage;
Calculating means for calculating and outputting a target reactive current from the system voltage correction value;
A reactive current correction value calculating means for calculating a reactive current correction value from a deviation between the reactive current calculated by the reactive current calculating means and a target reactive current output from the calculating means;
Command value signal generating means for generating a command value signal from the reactive current correction value;
PWM signal generating means for generating a PWM signal based on the command value signal;
To function,
The calculation means calculates a value between the system voltage correction value and the previous target reactive current as the target reactive current,
A program characterized by that.
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