JP2020025398A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 伝送ラインのインピーダンスによって交流電源系統に供給される電圧に発生するノイズを抑圧する。【解決手段】 太陽電池２からの直流を交流にＤＣ／ＡＣ変換器１２がスイッチング変換して、伝送ライン１８を介して電源系統６に供給する。ＤＣ／ＡＣ変換器１２からの出力電流を検出して、その出力電流が予め定めた基準電流となるように制御信号をＤＣ／ＡＣ変換器１２に制御部２０が供給する。制御部２０は、ＤＣ／ＡＣ変換器１２の出力電圧の検出回路３４で検出された電圧の実効値を実効値算出部３６で算出する。正弦波発生器３２が発生する電源系統６の電圧に対応する基準正弦波と、実効値算出部３６で算出された実効値との乗算値を、前記制御信号に加算部４０で加算して、制御信号を補正する。【選択図】 図１

Description

本発明は、電源装置に関し、特に直流―交流変換する電源装置に関する。

直流―交流変換装置は、例えばパワーコンディショナーに使用されることがある。パワーコンディショナーの一例が特許文献１に開示されている。特許文献１の技術では、太陽電池等の直流電源からの直流をＤＣ−ＤＣコンバータによって昇圧または降圧し、インバータによって交流に変換した後、外部の商用電源系統に出力している。ＤＣ−ＤＣコンバータからインバータに供給される電圧のリップル成分を抑制するために、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力側にアクティブフィルターが設けられ、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が安定するように交流電流がアクティブフィルターから供給されている。ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を検出し、これが基準電圧になるように、アクティブフィルターにフィードバック制御が行われている。

特開２０１７−２２０９９６号公報

上記のようなパワーコンディショナーでは、パワーコンディショナー内の中間電圧のリップル成分を抑制することはできる。しかし、パワーコンディショナーの出力を商用電源系統に供給するために伝送ラインを使用するが、この伝送ラインはインピーダンスを有し、そのインピーダンスは、伝送ラインの長さによって異なる。伝送ラインの長さが長く、インピーダンスが大きい場合、商用電源系統に供給される電圧に、インバータが発生するスイッチングノイズが発生することがある。このスイッチングノイズは、インバータの中間電圧をフィードバック制御されているアクティブフィルターによっては抑制することはできない。

本発明は、伝送ラインのインピーダンスによって外部の電源系統に供給される電圧に生じるノイズを抑制することができる電源装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様の電源装置は、直流電源を有している。直流電源としては、例えば太陽電池のような直流発生手段や、交流―直流変換手段を使用することができる。前記直流電源からの直流を交流にスイッチング手段、例えばインバータがスイッチング変換して、伝送ラインを介して電源系統に供給する。前記スイッチング手段からの出力電流を検出して、その出力電流が予め定めた基準電流となるように制御信号を前記スイッチング手段に制御手段が供給する。前記制御手段では、さらに、前記スイッチング手段の出力電圧の検出手段が設けられている。この検出手段で検出された電圧の実効値を実効値算出手段が算出する。前記電源系統の電圧に対応する基準正弦波を基準正弦波発生手段が発生する。前記算出手段による実効値と前記基準正弦波との乗算値で、前記制御信号を補正手段が補正する。

このように構成された電源装置では、出力電流に応じて、出力電流が基準電流に一致するように制御手段がフィードバック制御するように制御信号をスイッチング手段に供給していても、伝送ラインの長さによって、電源系統に供給される電圧にノイズが発生する。例えば伝送ラインの長さが長い場合には、スイッチング手段のスイッチング周波数に対応した周波数のノイズが電源系統に供給される。このノイズの影響を除去するために、電源系統の電圧の正弦波に対応した基準正弦波に基づいてスイッチング手段をフィードフォワード制御するように、制御信号を補正手段が補正している。但し、基準正弦波の値の大きさを、出力電圧の値の大きさに一致させるために、スイッチング手段の出力電圧を電圧検出手段で検出し、これに基づいてスイッチング手段の出力電圧の実効値を実効値算出手段が算出し、この実効値を基準正弦波に乗算して、この乗算値によってスイッチング手段に対する制御信号を補正し、基準正弦波に実効値を乗算した値に、スイッチング手段の出力電圧が対応したものとなってノイズが除去された出力電圧を得ている。

前記基準正弦波の発生手段は、前記電源系統の電圧に同期した周波数で前記基準正弦波を発生するものとすることができる。このように構成すると、電源系統の電圧の周波数がたとえ変化しても、その変化に追従した基準正弦波を得ることができるので、電源系統の周波数に対応したスイッチング手段の出力電圧を得ることができる。

以上のように、本発明によれば、伝送ラインの長さの影響によって出力電圧に発生するノイズを減衰させることができる。

本発明の１実施形態の電源装置のブロック図である。 図１の電源装置の各部の電圧波形図である。

本発明の１実施形態の電源装置２は、直流電源、例えば太陽電池４からの直流を、交流に変換して、交流電源系統６に必要に応じて供給するパワーコンディショナーである。太陽電池４からの直流は、入力端子８を介して昇圧手段、例えばＤＣ−ＤＣ変換器１０に供給されて、ここで昇圧されて、スイッチング手段、例えばＤＣ−ＡＣ変換器１２に供給される。ＤＣ−ＡＣ変換器１２としては、例えばインバータを使用することができる。ＤＣ−ＡＣ変換器１２は、供給された昇圧直流を図示していない複数のスイッチング手段、例えばＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴをスイッチングして、昇圧交流を交流電源系統６と周波数が一致した交流に変換して、開閉スイッチ１４、出力端子１６及び伝送ライン１８を介して交流電源系統６に供給する。開閉スイッチ１４は、交流電源系統６に電源装置２から交流を供給するときに、閉じられる。

ＤＣ−ＡＣ変換器１２から予め定めた電流値で交流が出力されるように、制御手段、例えば制御部２０がＤＣ−ＡＣ変換器１２を制御している。そのため、ＤＣ−ＡＣ変換器１２の出力側には、変流器２２が設けられ、ＤＣ−ＡＣ変換器１２の出力電流を分流し、その分流された出力電流の値が電流検出手段、例えば電流検出器２４によって検出され、制御部２０に供給されている。

制御部２０では、電流検出器２４からの出力と予め定めた基準電流との差が偏差検出器２６によって算出され、制御手段、例えばフィードバック制御手段、具体的にはＰＩ制御部２８に供給される。ＰＩ制御部２８は、偏差検出器２５からの偏差に基づいて比例動作及び積分動作を行って、操作信号を生成し、これを制御信号生成手段、例えばＰＷＭ信号発生部３０に供給する。ＰＷＭ信号発生部３０は、操作信号に基づいて、ＤＣ−ＡＣ変換器１２に供給するＰＷＭ（パルスワイドモジュレーション）信号を生成する。このＰＷＭ信号に基づいてＤＣ−ＡＣ変換器１２内のスイッチング手段がスイッチングして、供給された直流を、基準電流に等しい値の交流に変換する。

出力端子１６と交流電源系統６との間の伝送ライン１８の長さによって、そのインピーダンスが変化し、伝送ライン１８の長さが長く、インピーダンスが大きい場合には、その影響によって交流電源系統６に供給される交流電圧に、図２（ａ）に示すようにノイズ、例えばスイッチングノイズが大きく発生することがある。スイッチングノイズは、ＤＣ／ＡＣ変換器１２においてスイッチングを行うことによって発生するものであるが、伝送ライン１８のインピーダンスが大きい場合には、その大きさが大きくなり、無視することができない。

この点を改善するために、制御部２０では、フィードフォワード制御部３１が追加されている。フィードフォワード制御のため、基準正弦波発生手段、例えば正弦波発生器３２が設けられている。正弦波発生器３２は、図２（ｂ）に示すように、交流電源系統６の交流の電圧波形と同じ波形の正弦波を発生するもので、一点鎖線で示すように交流電源系統６の交流の電圧波形と同期したものである。これによって、基準正弦波は、交流電源系統の交流電圧波形が変動しても、その変動に追従したものとなる。この基準正弦波波形に基づいてスイッチングノイズを抑圧するようにＰＩ制御部２８からの操作信号をフィードフォワード制御部３１で補正して、ＰＷＭ信号発生部３０に供給する。

但し、正弦波発生器３２の正弦波は、ＤＣ／ＡＣ変換器１２の交流電圧の大きさを表していない。そこで、ＤＣ／ＡＣ変換器１２の交流電圧を電圧検出手段、例えば電圧検出器３４によって検出する。この検出値を基にＤＣ／ＡＣ変換器１２の交流電圧の実効値をフィードフォワード制御部３１の実効値算出手段、例えば実効値算出部３６によって算出する。この算出された実効値をフィードフォワード制御部３１の乗算手段、例えば乗算部３８において、基準正弦波と乗算し、図２（ｃ）に示すように規準正弦波と同じ値の正弦波を表す乗算値を作成し、これをフィードフォワード制御部３１の補正手段、例えば加算部４０において、操作信号に加算して、その加算値をＰＷＭ信号発生部３０に供給する。これによって、操作信号の補正が行われる。即ち、フィードフォワード制御が行われ、伝送ライン１８の長さが長い場合でも、交流電源系統６に供給される交流電圧のノイズの影響を抑制することができる。また、伝送ライン１８の長さが電源装置２の設置場所によって異なって、ノイズの大きさが設置場所ごとに異なる場合でも、ノイズの影響を抑制することができる。

上記の説明は、アナログ的に行ったが、実際には、ノイズの周波数の２倍以上のサンプリング周波数で、ＤＣ／ＡＣ変換器１２の電流、電圧をサンプリングして、デジタル化した信号を用いてデジタル的にサンプリング周期ごとに制御を行っている。この場合、正弦波発生器１２が発生する基準正弦波も同じサンプリング周波数のデジタル信号である。

上記の実施形態では、直流電源として、太陽電池４を使用したが、これに限ったものではなく、例えば燃料電池発電装置を使用することもできるし、パワーコンディショナーとして使用しない場合には、例えば交流―直流変換装置を直流電源として使用することもできる。また、上記の実施形態では、ＤＣ／ＤＣ変換器１０を使用したが、直流電源から供給される電圧の値が、ＤＣ／ＡＣ変換器１２が必要とする電圧に対応するものであれば、ＤＣ／ＤＣ変換器１０は不要である。上記の実施形態では、ＰＩ制御部２８を使用したが、これに限ったものではなく、フィードバック制御を行う制御部であれば、他の制御部、例えばＰＩＤ制御部やＰＤ制御部を使用することもできる。上記の実施形態では、正弦波発生器３２の基準正弦波は、交流電源系統６の電圧に同期したものを使用したが、交流電源系統６の電圧が安定していて、変化が少ない場合には、交流電源系統６の電圧に同期させる必要は無い。

２ 電源装置
４ 太陽電池（直流電源）
６ 交流電源系統
１２ ＤＣ／ＡＣ変換器
１８ 伝送ライン
２０ 制御部（制御手段）
２２ 電流検出器
２８ ＰＩ制御部
３２ 正弦波発生器（基準正弦波発生手段）
３４ 電圧検出器（電圧検出手段）
３６ 実効値算出部（実効値算出手段）
３８ 乗算部

Claims (2)

1. 直流電源と、
   前記直流電源からの直流を交流にスイッチング変換して、伝送ラインを介して電源系統に供給するスイッチング手段と、
   前記スイッチング手段からの出力電流を検出して、その出力電流が予め定めた基準電流となるように制御信号を前記スイッチング手段に供給する制御手段とを、
   有し、前記制御手段は、さらに、
   前記スイッチング手段の出力電圧の検出手段と、この検出手段で検出された電圧の実効値を算出する算出手段と、
   前記電源系統の電圧に対応する基準正弦波の発生手段と、
   前記算出手段による実効値と前記基準正弦波との乗算値で前記制御信号を補正する補正手段とを、
   有する電源装置。
2. 請求項１記載の電源装置において、前記基準正弦波の発生手段は、前記電源系統の電圧に同期した周波数の前記基準正弦波を発生する電源装置。

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