JP6863117B2 - 単相三線式インバータ及び電圧補償装置 - Google Patents
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Description
図3において、インバータ部200は、直流電源201と、その両極間に接続されたインバータブリッジ202とによって構成されている。インバータブリッジ202は、三相フルブリッジ接続されたIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)等の半導体スイッチング素子Q1〜Q6からなり、各相上下アームのスイッチング素子の接続点が、それぞれU相出力端子,N相(中性相)出力端子,V相出力端子として単相三線式電力系統204に接続されている。
U相のPWM制御器205Uは、U相電圧指令とキャリアとを比較してスイッチング素子Q1,Q2の駆動信号を生成し、N相のPWM制御器205Nは、N相電圧指令(=0)とキャリアとを比較してスイッチング素子Q3,Q4の駆動信号を生成し、V相のPWM制御器205Vは、V相電圧指令とキャリアとを比較してスイッチング素子Q5,Q6の駆動信号を生成する。
図5において、柱上変圧器301の二次側(低圧系統)の端子u,vは、連系リアクトル302を介して、半導体スイッチング素子Q11〜Q14からなる単相コンバータ303の交流入力端子u1,v1に接続されている。
上記インバータ305の交流出力端子u2,Nは、連系リアクトル306を介して低圧系統の直列変圧器308の二次側に接続され、交流出力端子v2,Nは、連系リアクトル307を介して低圧系統の直列変圧器309の二次側に接続されている。
また、特許文献1に記載された単相三線式インバータと同様に、n相の出力電圧指令を零とし、u相,v相の出力電圧指令を互いに180°の位相差を持つ正弦波信号としてインバータ305を制御することで、un線間電圧及びvn線間電圧をそれぞれ個別に制御可能としている。
これに対し、図5の電圧補償装置を構成するインバータ305の出力電圧指令は、インバータ305が直列変圧器308,309を介して系統に連系されることから、零から定格電圧まで広範囲の値に設定される。このため、系統電圧が目標とする電圧範囲から大きく逸脱する場合には、インバータ305の出力電圧指令が変化する幅も大きくなる。
前記インバータブリッジの各相の電圧指令とキャリアとを比較して各相の半導体スイッチング素子に対する駆動信号を生成するPWM制御部であって、前記インバータブリッジの第1相の出力電圧指令を零にして第2相及び第3相の出力電圧指令を可変とし、前記第1相と前記第2相との間、及び、前記第1相と前記第3相との間の出力線間電圧をそれぞれ所定値に制御可能としたPWM制御部と、
を備えた単相三線式インバータにおいて、
前記PWM制御部は、
前記第2相及び第3相に対する出力電圧指令が小さい期間では出力線間電圧波形がダイポーラ変調波形となるように、前記第1相に対するキャリアと前記第2相及び前記第3相に対するキャリアとの間に位相差を持たせる手段を有することを特徴とする。
前記単相三線式インバータの出力電圧を検出する出力電圧検出手段を更に有し、
前記第1相に対するキャリアと前記第2相及び前記第3相に対するキャリアとの間に位相差を持たせる手段は、前記出力電圧検出手段の検出値に応じて、前記位相差を調整することを特徴とする。
このため、単相三線式インバータを、例えば電圧補償装置に適用して電力系統の電圧変動を補償する場合に、系統に接続された周辺機器の誤動作や破損を防止することができる。
図1は、この実施形態に係る単相三線式インバータの構成図である。図1において、インバータ部200の構成は図3と同一であるため、図3と同じ部分には同一の符号を付して説明を省略する。
すなわち、PWM制御部3は、図3と同様にU相,N相,V相電圧指令を生成する電圧指令生成部4を備え、各相電圧指令(N相電圧指令は0)は、駆動信号生成部7を構成するU相,N相,V相のPWM制御器7U,7N,7Vにそれぞれ入力されている。
PWM制御器7U,7N,7Vは、入力された電圧指令とキャリアとを比較して駆動信号をそれぞれ生成し、これらの駆動信号により、インバータブリッジ202の各相のスイッチング素子Q1〜Q6をオン・オフさせるようになっている。
なお、インバータブリッジ202の各相出力端子U,N,Vは、単相三線式電力系統に連系され、あるいは交流負荷に接続されている。
図2(a)はPWM制御部3における各相の電圧指令及びキャリアを示している。図4(a)と同様に、U相電圧指令及びV相電圧指令は互いに180°の位相差を持つ正弦波信号であり、N相電圧指令は零となっている。また、U相及びV相のキャリアは同一であるのに対し、N相のキャリアは、前記遅延回路6の作用により、U相及びV相のキャリアに対して例えば45度の位相差を持たせてある。
図2(b)に示したN相の出力電圧とU相及びV相の出力電圧との間の位相差に起因して、図2(c)では、UN間出力電圧,VN間出力電圧にユニポーラ変調期間とダイポーラ変調期間とが生じている。そして、U相電圧指令,V相電圧指令に対応して、ダイポーラ変調期間においては、UN間出力電圧及びVN間出力電圧の平均値が何れも小さく(零電圧付近に)なっていることが分かる。
しかしながら、この公知技術は、各コンバータのスイッチングのタイミングをずらすことにより、各コンバータに流れる電流波形の山,谷を相殺して高調波成分を低減させるものであり、本発明のように、単相三線式インバータの出力線間電圧波形の一部がダイポーラ変調波形となるように制御する技術とは着想が異なっている。
4:電圧指令生成部
5:キャリア信号発生器
6:遅延回路
7:駆動信号生成部
7U,7N,7V:PWM制御器
200:インバータ部
201:直流電源
202:インバータブリッジ
Q1〜Q6:半導体スイッチング素子
U:U相出力端子
N:N相出力端子
V:V相出力端子
Claims (6)
- 半導体スイッチング素子を有する一相分の上下アームを三相分、並列接続してインバータブリッジを構成し、前記インバータブリッジの直流入力端子間に直流電源を接続してなるインバータ部と、
前記インバータブリッジの各相の電圧指令とキャリアとを比較して各相の半導体スイッチング素子に対する駆動信号を生成するPWM制御部であって、前記インバータブリッジの第1相の出力電圧指令を零にして第2相及び第3相の出力電圧指令を可変とし、前記第1相と前記第2相との間、及び、前記第1相と前記第3相との間の出力線間電圧をそれぞれ所定値に制御可能としたPWM制御部と、
を備えた単相三線式インバータにおいて、
前記PWM制御部は、
前記第2相及び第3相に対する出力電圧指令が小さい期間では出力線間電圧波形がダイポーラ変調波形となるように、前記第1相に対するキャリアと前記第2相及び前記第3相に対するキャリアとの間に位相差を持たせる手段を有することを特徴とする単相三線式インバータ。 - 請求項1に記載した単相三線式インバータにおいて、
前記第2相及び前記第3相に対するキャリアの位相が等しいことを特徴とする単相三線式インバータ。 - 請求項1に記載した単相三線式インバータにおいて、
前記第2相に対するキャリアと前記第3相に対するキャリアとの間に位相差を持たせたことを特徴とする単相三線式インバータ。 - 請求項1に記載した単相三線式インバータにおいて、
前記単相三線式インバータの出力電圧を検出する出力電圧検出手段を更に有し、
前記第1相に対するキャリアと前記第2相及び前記第3相に対するキャリアとの間に位相差を持たせる手段は、前記出力電圧検出手段の検出値に応じて、前記位相差を調整することを特徴とする単相三線式インバータ。 - 請求項1〜4の何れか1項に記載した前記単相三線式インバータの各相の交流出力端子を単相三線式電力系統に連系させ、前記単相三線式インバータの動作により前記単相三線式電力系統の電圧変動を補償することを特徴とする電圧補償装置。
- 請求項5に記載した電圧補償装置において、
前記単相三線式電力系統の電圧値を検出する系統電圧検出手段を更に有し、
前記系統電圧検出手段の検出値に応じて、前記位相差を調整することを特徴とする電圧補償装置。
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