JP2013251983A - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明にかかる電力変換装置は、交流電力の一部を出力する昇圧チョッパ回路10と、昇圧チョッパ回路10の出力から高周波成分を除去する中間段コンデンサC2と、交流電力の残部を出力する単相インバータ回路20と、単相インバータ回路20の出力から高周波成分を除去するフィルタ回路30と、昇圧チョッパ回路10及び単相インバータ回路20の動作を制御する制御回路40を備え、制御回路40は、昇圧チョッパ回路10及び単相インバータ回路20が交流電力を出力する際に、電力変換装置固有の共振周波数成分を交流電力の波形から除去するように昇圧チョッパ回路10及び単相インバータ回路20を制御する。
【選択図】 図1
Description
図1に、実施の形態1にかかる電力変換装置100を用いた系統連系システム回路の構成を示す。また、図2に、実施の形態1にかかる電力変換装置100の各部の動作タイミングチャートを示す。図2において、「PWM(Pulse Width Modulation)信号とはパルス幅を変調して制御するPWM制御に基づいたスイッチング素子Q1乃至Q5のゲート信号をいい、「モード1」及び「モード2」とは、それぞれ昇圧チョッパ回路10が一部波形を形成する第一の制御モード、及び単相インバータ回路20が残部波形を形成する第二の制御モードをいう。
ただし、それぞれの値については、昇圧チョッパ回路10からフィルタ回路30までの配線のインダクタンス及びキャパシタンス成分、フィルタコンデンサC2の容量、スイッチング素子Q2乃至Q5のオン抵抗成分等を考慮して調整することで、より正確な共振周波数を算出できる。
ただし、それぞれの値については、昇圧チョッパ回路10から中間段コンデンサVmまでの配線のインダクタンス、キャパシタンス成分及び抵抗成等を考慮して調整することで、より正確な共振周波数を算出できる。
続いて、実施の形態2にかかる電力変換装置100について説明する。実施の形態2にかかる電力変換装置の回路構成については、実施の形態1と同様であるため省略する。図8に、実施の形態2にかかる電力変換装置100の制御ブロック図を示す。
続いて、実施の形態3にかかる電力変換装置100について説明する。
続いて、実施の形態4にかかる電力変換装置101について説明する。
2 電力系統
100〜102 電力変換装置
10 昇圧チョッパ回路
20 単相インバータ回路
30 フィルタ回路
40 制御回路
41 操作量演算回路
42 制御信号生成回路
C1 入力コンデンサ
C2 中間段コンデンサ
C3 フィルタコンデンサ
C4 追加コンデンサ
f1 第一の共振周波数
f2 第二の共振周波数
L1 DCリアクトル
L2 ACリアクトル
D1 ダイオード
Q1〜Q5 スイッチング素子
G1〜5 ゲート端子
S1〜2 コンデンサ切り替え用スイッチ
Vi 入力電圧
Vm 中間段電圧
Vo 出力電圧
Vs 系統電圧
V* 出力電圧指令値
Idc 中間段電流
Io 出力電流
I* 出力電流指令値
T1 第一の期間
T2 第二の期間
Claims (10)
- 直流電力を正弦波である交流電力に変換する電力変換装置であって、
前記直流電力から、前記正弦波の一部波形を形成する第一の電力変換回路と、
前記第一の電力変換回路の出力から高周波成分を除去する中間段コンデンサと、
前記中間段コンデンサの出力から、前記一部波形以外の残部波形を形成する第二の電力変換回路と、
前記第二の電力変換回路の出力から高周波成分を除去し、前記交流電力を出力するフィルタ回路と、
前記第一及び第二の電力変換回路を制御する制御信号を生成する制御回路とを備え、
前記制御回路は、
前記第一の電力変換回路が前記一部波形を形成する第一の制御モードにおいては、前記第一の電力変換回路の回路定数、前記中間段コンデンサの容量、及び前記フィルタ回路の回路定数によって定まる第一の共振周波数を有する第一の周波数成分を前記交流電力の波形から除去するように前記第一の電力変換回路を制御し、
前記第二の電力変換回路が前記残部波形を形成する第二の制御モードにおいては、前記第一の電力変換回路の回路定数、及び前記中間段コンデンサの容量によって定まる第二の共振周波数を有する第二の周波数成分を前記交流電力の波形から除去するように前記第二の電力変換回路を制御すること、
を特徴とする電力変換装置。 - 前記制御回路は、
前記第一及び第二の電力変換回路の操作量をフィードバック信号から算出する操作量演算回路と
前記操作量に基づいて、前記制御信号を生成する制御信号生成回路とを備え、
前記操作量演算回路は、
前記中間段コンデンサの印加電圧である中間段電圧、又は前記第一の電力変換回路を流れる電流である中間段電流のいずれか一つを前記フィードバック信号とし、
前記フィードバック信号から、前記第一及び第二の周波数成分を抽出し、
前記第一及び第二の周波数成分に基づいて前記操作量を算出すること、
を特徴とする請求項1記載の電力変換装置。 - 前記制御回路は、
前記第一及び第二の電力変換回路の操作量をフィードバック信号から算出する操作量演算回路と、
前記操作量に基づいて、前記制御信号を生成する制御信号生成回路とを備え、
前記操作量演算回路は、
前記交流電力の電圧である後段電圧、又は前記交流電力の電流である後段電流のいずれか一つを前記フィードバック信号とし、
前記フィードバック信号から、前記第一及び第二の周波数成分を抽出し、
前記第一及び第二の周波数成分に基づいて前記操作量を算出すること、
を特徴とする請求項1記載の電力変換装置。 - 前記操作量演算回路は、
前記フィードバック信号に前記第一の制御モードでは前記第一の周波数を通過させ、前記第二の制御モードでは前記第二の共振周波数を通過させるフィルタ処理を行うフィルタ処理部と前記フィルタ処理部の出力を逆位相に変換する位相変換処理部、
又は前記フィードバック信号を逆位相に変換する位相変換処理部と前記位相変換処理部の出力に前記第一の制御モードでは前記第一の周波数を通過させ、前記第二の制御モードでは前記第二の共振周波数を通過させるフィルタ処理を行うフィルタ処理部と、
を備えることを特徴とする請求項2又は3のいずれか一項に記載の電力変換装置。 - 前記制御回路は、
前記第一の電力変換回路及び前記第二の電力変換回路の操作量を記憶波形から算出する操作量演算回路と、
前記操作量に基づいて前記制御信号を生成する制御信号生成回路とを備え、
前記操作量演算回路は、
前記正弦波の一周期前の前記中間段電圧、前記中間段電流、前記後段電流、又は前記後段電圧のいずれか一つを前記記憶波形として記憶する波形記憶手段を備えること
を特徴とする請求項1記載の電力変換装置。 - 前記制御回路は、
前記第一の制御モードが開始してからの第一の期間では、前記第一の電力変換回路のスイッチング周波数を第一のスイッチング周波数とし、前記第一の期間経過後は前記第一のスイッチング周波数よりも低い周波数として前記第一の電力変換回路を制御すること、
を特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の電力変換装置。 - 前記制御回路は、
前記第二の制御モードが開始してからの第二の期間では、前記第二の電力変換回路のスイッチング周波数を第二のスイッチング周波数とし、前記第二の期間経過後は前記第二のスイッチング周波数よりも低い周波数として前記第二の電力変換回路を制御すること、
を特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載の電力変換装置。 - 前記第一の電力変換回路及び前記第二の電力変換回路の間、かつ正側端子及び負側端子の間に接続される追加コンデンサと、
前記追加コンデンサに直列に接続されるスイッチング素子とを備え、
前記第一の制御モードにおいては、前記スイッチング素子をオフとし、
前記第二の制御モードにおいては、前記スイッチング素子をオンとすること、
を特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載の電力変換装置。 - 前記第一の電力変換回路、及び/又は前記第二の電力変換回路のスイッチング素子は、ワイドバンドギャップ半導体によって形成されている請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載の電力変換装置。
- 前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料又はダイヤモンドである請求項9に記載の電力変換装置。
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