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JP5523395B2 - Power converter - Google Patents
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Description

本発明は、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置、例えば太陽電池などの分散電源の直流電力を交流電力に変換して交流系統に出力する電力変換装置に関するものである。   The present invention relates to a power converter that converts DC power into AC power, for example, a power converter that converts DC power of a distributed power source such as a solar battery into AC power and outputs the AC power to an AC system.

従来の電力変換装置としてのパワーコンディショナ装置として、次のような、太陽電池などの発電システムからの直流電力を交流電力に変換して系統に出力するものがある。
すなわち、発電システム内で発電した直流電力を交流電力に変換し、この交流電力を、前記発電システム内部のシステム補機を経由して前記発電システム外部の系統にシステム出力として出力するパワーコンディショナ装置であって、前記システム出力のシステム出力電流を検出するシステム出力電流検出手段と、このシステム出力電流検出手段にて検出したシステム出力電流に基づいて、前記交流電力の出力電流を制御する電流制御手段とを有し、前記電流制御手段は、前記システム出力電流検出手段にて検出したシステム出力電流から高調波電流を抽出する高調波電流抽出手段と、前記高調波電流抽出手段にて抽出した高調波電流に基づいて、前記システム出力に含まれる高調波電流をキャンセルするように、前記交流電力の出力電流を制御する高調波電流キャンセル手段とを有するパワーコンディショナ装置がある(例えば、特許文献1参照)。
As a conventional power conditioner device as a power conversion device, there is a device that converts DC power from a power generation system such as a solar cell into AC power and outputs the AC power to a system.
That is, a power conditioner device that converts DC power generated in the power generation system into AC power, and outputs the AC power as a system output to a system outside the power generation system via a system auxiliary machine inside the power generation system The system output current detecting means for detecting the system output current of the system output, and the current control means for controlling the output current of the AC power based on the system output current detected by the system output current detecting means. And the current control means includes a harmonic current extraction means for extracting a harmonic current from the system output current detected by the system output current detection means, and a harmonic extracted by the harmonic current extraction means. Based on the current, the output current of the AC power is set to cancel the harmonic current included in the system output. Gosuru there is a power conditioner device having a harmonic current cancellation means (e.g., see Patent Document 1).

特開2004−274813号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-274813

上記のような従来の電力変換装置においては、系統の出力インピーダンスの大きさによっては、電流制御系の発振を誘発し、発振が継続することにより大きな高調波電流がインバータから流出し続け系統に悪影響を与える場合があった。
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、インバータから流出する高調波電流を抑制できる電力変換装置を得ることを目的とする。
In the conventional power conversion device as described above, depending on the output impedance of the system, the oscillation of the current control system is induced, and when the oscillation continues, a large harmonic current continues to flow out of the inverter and adversely affects the system. There was a case to give.
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain a power conversion device that can suppress harmonic current flowing out from an inverter.

この発明に係る電力変換装置においては、インバータと出力電流制御装置とを備えた電力変換装置であって、
上記インバータは、直流を交流に変換して交流系統へ出力電流を出力するものであり、
上記出力電流制御装置は、高調波電流検出手段と制御手段と電流制御指令手段とゲイン変更手段とを有し、
上記高調波電流検出手段は、上記出力電流に含まれる高調波電流を検出するものであり、
上記制御手段は、上記出力電流と目標電流との差を増幅して電流偏差として出力するものであり、
上記電流制御指令手段は、上記電流偏差に基づいて上記出力電流を制御する電流制御指令信号を上記インバータへ発信するものであり、
上記ゲイン変更手段は、上記高調波電流の大きさに基づいて上記制御手段のゲインを変更するものである。
In the power conversion device according to the present invention, a power conversion device including an inverter and an output current control device,
The inverter converts DC to AC and outputs an output current to the AC system.
The output current control device includes harmonic current detection means, control means, current control command means, and gain change means,
The harmonic current detection means detects a harmonic current included in the output current,
The control means amplifies the difference between the output current and the target current and outputs it as a current deviation,
The current control command means transmits a current control command signal for controlling the output current to the inverter based on the current deviation,
The gain changing means changes the gain of the control means based on the magnitude of the harmonic current.

この発明は、インバータと出力電流制御装置とを備えた電力変換装置であって、
上記インバータは、直流を交流に変換して交流系統へ出力電流を出力するものであり、
上記出力電流制御装置は、高調波電流検出手段と制御手段と電流制御指令手段とゲイン変更手段とを有し、
上記高調波電流検出手段は、上記出力電流に含まれる高調波電流を検出するものであり、
上記制御手段は、上記出力電流と目標電流との差を増幅して電流偏差として出力するものであり、
上記電流制御指令手段は、上記電流偏差に基づいて上記出力電流を制御する電流制御指令信号を上記インバータへ発信するものであり、
上記ゲイン変更手段は、上記高調波電流の大きさに基づいて上記制御手段のゲインを変更するものであるので、
インバータから流出する高調波電流を抑制できる。
The present invention is a power conversion device including an inverter and an output current control device,
The inverter converts DC to AC and outputs an output current to the AC system.
The output current control device includes harmonic current detection means, control means, current control command means, and gain change means,
The harmonic current detection means detects a harmonic current included in the output current,
The control means amplifies the difference between the output current and the target current and outputs it as a current deviation,
The current control command means transmits a current control command signal for controlling the output current to the inverter based on the current deviation,
The gain changing means changes the gain of the control means based on the magnitude of the harmonic current.
Harmonic current flowing out from the inverter can be suppressed.

この発明の実施の形態1である電力変換装置の構成を示すものであり、図1(a)は全体の構成を示す構成図、図1(b)は出力電流制御手段の詳細構成を示す構成図である。1 shows a configuration of a power conversion apparatus according to Embodiment 1 of the present invention, in which FIG. 1 (a) is a configuration diagram showing an overall configuration, and FIG. 1 (b) is a configuration showing a detailed configuration of output current control means. FIG. 図1の第1の制御器の詳細構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the detailed structure of the 1st controller of FIG. 図1の高調波電流検出手段の動作を説明するための波形図である。It is a wave form diagram for demonstrating operation | movement of the harmonic current detection means of FIG. 図1の出力フィルタの詳細構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the detailed structure of the output filter of FIG. 電流制御系の周波数特性を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the frequency characteristic of a current control system. 電流制御系の周波数特性に制御器のゲインが及ぼす影響を説明するための特性図である。It is a characteristic diagram for demonstrating the influence which the gain of a controller has on the frequency characteristic of a current control system. 系統のインピーダンスの大小によって出力電制御部の即応性と安定性に対する要求事項を示す図である。It is a figure which shows the requirements for the responsiveness and stability of an output electric power control part by the magnitude of the impedance of a system | strain. 実施の形態2である制御信号波発生手段の構成を示す構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram illustrating a configuration of a control signal wave generating unit according to a second embodiment.

実施の形態1.
図1〜図7は、この発明を実施するための実施の形態1を示すものであり、図1は電力変換装置の構成を示すものであり図1(a)は全体の構成を示す構成図、図1(b)は出力電流制御部の詳細構成を示す構成図である。図2は第1の制御器の詳細構成を示す構成図、図3は高調波電流検出手段の動作を説明するための波形図、図4は出力フィルタの詳細構成を示す構成図である。図5は電流制御系の周波数特性を示す特性図、図6は電流制御系の周波数特性に制御器のゲインが及ぼす影響を説明するための特性図である。図7は、系統のインピーダンスの大小によって出力電流制御部の即応性と安定性に対する要求事項を示す図である。
Embodiment 1 FIG.
FIGS. 1-7 shows Embodiment 1 for implementing this invention, FIG. 1 shows the structure of a power converter device, and FIG. 1 (a) is a block diagram which shows the whole structure. FIG. 1B is a configuration diagram showing a detailed configuration of the output current control unit. 2 is a block diagram showing the detailed configuration of the first controller, FIG. 3 is a waveform diagram for explaining the operation of the harmonic current detecting means, and FIG. 4 is a block diagram showing the detailed configuration of the output filter. FIG. 5 is a characteristic diagram showing the frequency characteristics of the current control system, and FIG. 6 is a characteristic chart for explaining the influence of the gain of the controller on the frequency characteristics of the current control system. FIG. 7 is a diagram showing requirements for the responsiveness and stability of the output current control unit according to the impedance of the system.

図1において、電力変換装置は直流電源1からの直流電力を三相交流電力に変換して交流の系統(負荷)9に出力するものである。なお、直流電源1は例えば太陽電池、燃料電池などで構成される。電力変換装置は、直流電源1と接続するための入力回路2と、直流電源1の電圧をインバータ4を動作させるのに最適な電圧に昇降圧するコンバータ3と、コンバータ3の出力である直流電圧を交流電圧に変換するインバータ4と、インバータ4の出力電圧中の高調波を低減し出力電圧波形を平滑化するフィルタ装置としての出力フィルタ5と、系統9と接続するための出力回路6と、直流電源1の電圧Vdおよび電流Jdをそれぞれ検出する入力電圧センサ11と入力電流センサ12と、系統電圧Va、出力電流Jaをそれぞれ検出する系統電圧センサ21と、出力電流センサ22と、各センサの検出値に応じてコンバータ3及びインバータ4を制御することで系統9への出力電力Paを制御する総合制御装置7とを備えている。   In FIG. 1, the power converter converts DC power from a DC power source 1 into three-phase AC power and outputs it to an AC system (load) 9. Note that the DC power source 1 is constituted by, for example, a solar cell or a fuel cell. The power converter includes an input circuit 2 for connecting to the DC power source 1, a converter 3 that steps up and down the voltage of the DC power source 1 to an optimum voltage for operating the inverter 4, and a DC voltage that is the output of the converter 3. An inverter 4 for converting to AC voltage, an output filter 5 as a filter device for reducing harmonics in the output voltage of the inverter 4 and smoothing the output voltage waveform, an output circuit 6 for connection to the system 9, and a DC Input voltage sensor 11 and input current sensor 12 for detecting voltage Vd and current Jd of power supply 1, system voltage sensor 21 for detecting system voltage Va and output current Ja, output current sensor 22, and detection of each sensor, respectively. A total controller 7 that controls the output power Pa to the system 9 by controlling the converter 3 and the inverter 4 according to the values is provided.

総合制御装置7は、出力電流制御装置としての出力電流制御部8を有する。出力電流制御部8は、その詳細構成を図1(b)に示すが、減算器81と、制御信号波発生手段82と、電流制御指令手段としてのPWM信号出力手段83と、高調波電流検出手段85と、比較器86と、外部入力手段87と、OR回路88とを有する。制御信号波発生手段82は、ゲイン変更手段としての制御器切替手段821と制御手段としての第1及び第2の制御器822,823と、積分器内容同一化手段825とを有する。   The comprehensive control device 7 has an output current control unit 8 as an output current control device. The detailed configuration of the output current control unit 8 is shown in FIG. 1B. The subtractor 81, the control signal wave generating unit 82, the PWM signal output unit 83 as the current control command unit, and the harmonic current detection Means 85, comparator 86, external input means 87, and OR circuit 88 are provided. The control signal wave generating means 82 includes a controller switching means 821 as a gain changing means, first and second controllers 822 and 823 as control means, and an integrator content equalizing means 825.

以上のように構成された電力変換装置の動作を、以下に説明する。
電力変換装置の総合制御装置7は、直流電源1から入力される直流電圧Vdと直流電流Jdおよび交流の系統電圧Vaを検出し、直流電源1の状態、または系統電圧Vaの状態に応じて、目標電流Jas(図1(b))を決定する。減算器81にて目標電流Jasと電流センサの出力であるインバータ4の現在の出力電流Jaとの差ΔJaを求め、第1の制御器822または第2の制御器823は、入力された差ΔJaをPI演算及び増幅してインバータ4のスイッチング素子のデューティファクタを調整するための電流偏差としての信号波Vcを出力する。PWM信号出力手段83は、第1の制御器822または第2の制御器823から出力される信号波Vcからインバータ4の開閉手段としての図示しないスイッチング素子の開閉動作を制御する電流制御指令信号としてのPWM信号Sgを生成し、インバータ4の出力電流Jaを制御する。
The operation of the power conversion device configured as described above will be described below.
The integrated control device 7 of the power conversion device detects the DC voltage Vd, the DC current Jd, and the AC system voltage Va input from the DC power source 1, and according to the state of the DC power source 1 or the system voltage Va, The target current Jas (FIG. 1 (b)) is determined. The subtractor 81 obtains a difference ΔJa between the target current Jas and the current output current Ja of the inverter 4 that is the output of the current sensor, and the first controller 822 or the second controller 823 receives the input difference ΔJa. And a signal wave Vc as a current deviation for adjusting the duty factor of the switching element of the inverter 4 is output by PI calculation and amplification. The PWM signal output means 83 is a current control command signal that controls the opening / closing operation of a switching element (not shown) as the opening / closing means of the inverter 4 from the signal wave Vc output from the first controller 822 or the second controller 823. PWM signal Sg is generated, and the output current Ja of the inverter 4 is controlled.

一方、高調波電流検出手段85は、出力電流Ja中の高調波電流Jahを検出する(詳細動作は後述する)。比較器86は、時限機能付の比較器であり、高調波電流検出手段85の出力と予め設定された流出高調波電流の上限値JHLとを比較し、高調波電流検出手段85の出力が所定値としての上限値JHLを越えた状態が所定時間継続したとき信号を発する(詳細後述)。OR回路88は、比較器86から信号と外部入力手段87からの入力との論理和を真理値として信号S1を出力する。制御器切替手段821は、真理値「1」が入力されたとき制御器822と制御器823とを切り替えるが、制御器822と制御器823とを切り替える際に、積分器内容同一化手段825により制御器822及び制御器823がそれぞれ有する図示しない積分器の値を第1及び第2の制御器822,823間で揃える。   On the other hand, the harmonic current detection means 85 detects the harmonic current Jah in the output current Ja (detailed operation will be described later). The comparator 86 is a comparator with a time limit function, and compares the output of the harmonic current detection means 85 with a preset upper limit value JHL of the outflow harmonic current, and the output of the harmonic current detection means 85 is predetermined. A signal is issued when a state exceeding the upper limit value JHL as a value continues for a predetermined time (details will be described later). The OR circuit 88 outputs a signal S1 with the logical sum of the signal from the comparator 86 and the input from the external input means 87 as a truth value. The controller switching unit 821 switches between the controller 822 and the controller 823 when the truth value “1” is input. When switching between the controller 822 and the controller 823, the integrator content identifying unit 825 performs switching. The values of integrators (not shown) included in the controller 822 and the controller 823 are aligned between the first and second controllers 822 and 823.

図4は、出力電流Ja中の高調波電流Jahを検出する高調波電流検出手段85の動作の一例を模式的に示したものである。この例では、高調波電流検出手段85は、検出された出力電流Jaから、基本波成分Jafのみを抽出するようにフィルタリングした抽出値(基本波成分)Jafを、出力電流Jaから差し引くことにより高調波電流Jahを求めている。このようにして求めた出力電流中の高調波電流Jahを絶対値化処理して絶対値|Jah|を求め、さらに平均化して平均値Jahmを求めることで出力電流Ja中の高調波電流含有量を正規化して出力する。この出力電流Ja中の高調波電流含有量の正規化値である平均値Jahmと、流出高調波電流の上限値(正規化値の基準値)JHLとを比較器86により比較し、高調波電流含有量が上限値JHLを越えた状態が所定時間継続した場合に、OR回路88へ信号を出力する。信号を受けたOR回路88は、制御器切替手段821に真理値「1」の信号である切替信号を出力し、第1の制御器822と第2の制御器823とを切り替え、切り替えられた第2の制御器823にて演算処理及び増幅が行われる。   FIG. 4 schematically shows an example of the operation of the harmonic current detection means 85 that detects the harmonic current Jah in the output current Ja. In this example, the harmonic current detection means 85 subtracts the extracted value (fundamental wave component) Jaf filtered so as to extract only the fundamental wave component Jaf from the detected output current Ja from the output current Ja. The wave current Jah is obtained. The harmonic current Jah in the output current thus obtained is subjected to absolute value processing to obtain an absolute value | Jah |, and further averaged to obtain an average value Jahm, thereby obtaining the harmonic current content in the output current Ja. Is normalized and output. The average value Jahm which is a normalized value of the harmonic current content in the output current Ja and the upper limit value (reference value of the normalized value) JHL of the outflow harmonic current are compared by the comparator 86, and the harmonic current When the state where the content exceeds the upper limit value JHL continues for a predetermined time, a signal is output to the OR circuit 88. The OR circuit 88 that has received the signal outputs a switching signal that is a signal of truth value “1” to the controller switching means 821, and switches between the first controller 822 and the second controller 823. The second controller 823 performs arithmetic processing and amplification.

本実施の形態における出力電流制御部8は、出力電流Jaをフィードバック制御する制御器を2つすなわち第1及び第2の制御器822,823を有する。図2に第1及び第2の制御器822の構成を示す。第1の制御器822は、比例ゲイン822a、加算器822b、制御器出力リミッタ822c、及び積分回路822dを有する。積分回路822dは積分ゲイン822eと積分リミッタ822fと一次遅れ822fを有している。第2の制御器823についても第1の制御器822と同様の構成であり、図示しないが比例ゲイン、加算器、制御器出力リミッタ、及び積分回路を有し、当該積分回路は積分ゲインと積分リミッタと一次遅れを有している。各制御器822,823は入力信号に基づいてPI演算及び増幅を行うものである。そして、各制御器822,823は想定しうる系統9のインピーダンス条件に応じた、二つの制御器の間で異なるゲインを持っており、この実施の形態においては制御器823のゲインは制御器822のゲインよりも小さく設定されている。そして、上記のように高調波電流含有量が一定値を越えたとき比較器86から発信される信号、または外部入力手段87から入力される外部からの切替信号が入力された場合に、OR回路88から出力される真理値「1」が制御器切替手段821へ出力され、これを受けた制御器切替手段821が制御器822と制御器823とを切り替えることにより制御手段のゲインを変更する。制御器822と制御器823との切り替えの際、制御器822,823がそれぞれ有する積分器の内容が、各制御器822,823で異なると、切替えの際に制御器822,823の出力が不連続で切り替るおそれがあるため、積分器内容同一化手段825により、各制御器822,823の積分器の内容を同一化する。   The output current control unit 8 in the present embodiment has two controllers that perform feedback control of the output current Ja, that is, first and second controllers 822 and 823. FIG. 2 shows the configuration of the first and second controllers 822. The first controller 822 includes a proportional gain 822a, an adder 822b, a controller output limiter 822c, and an integration circuit 822d. The integration circuit 822d has an integration gain 822e, an integration limiter 822f, and a primary delay 822f. The second controller 823 has the same configuration as that of the first controller 822. Although not shown, the second controller 823 includes a proportional gain, an adder, a controller output limiter, and an integration circuit. The integration circuit includes an integration gain and an integration circuit. It has a limiter and first-order lag. Each of the controllers 822 and 823 performs PI calculation and amplification based on the input signal. The controllers 822 and 823 have different gains between the two controllers according to the impedance condition of the system 9 that can be assumed. In this embodiment, the gain of the controller 823 is the controller 822. It is set smaller than the gain. When the harmonic current content exceeds a certain value as described above, a signal transmitted from the comparator 86 or an external switching signal input from the external input means 87 is input. The truth value “1” output from 88 is output to the controller switching means 821, and the controller switching means 821 receiving this changes the gain of the control means by switching between the controller 822 and the controller 823. At the time of switching between the controller 822 and the controller 823, if the contents of the integrators included in the controllers 822 and 823 are different between the controllers 822 and 823, the outputs of the controllers 822 and 823 at the time of switching will Since there is a possibility of switching continuously, the contents of the integrators of the controllers 822 and 823 are made identical by the integrator contents equalizing means 825.

ここで、出力電流制御部8の制御器822,823を切り替えることによる効果の詳細について、説明する。
一般に、制御器のゲインを決定する要素としては、その即応性と安定性がある。即応性とは、出力電流を目標とする出力電流に収束させる速度、安定性とは、想定し得る全ての条件において、制御器の影響により出力電流のハンチングなどを生じさせることなく安定に電流制御装置を動作させることをいう。
Here, the detail of the effect by switching the controller 822,823 of the output current control part 8 is demonstrated.
In general, the factors that determine the gain of the controller include its responsiveness and stability. Immediate response is the speed at which the output current converges to the target output current, and stability is stable current control without causing hunting of the output current due to the influence of the controller under all possible conditions. To operate the device.

まず、即応性に対する要求について説明する。
本実施の形態に示したような直流電源と系統とを連系するための電力変換器においては、系統9の過渡的な変動に対して可能な限り動作し続けるべきという要求がある場合がある。このため、例えば、系統電圧に瞬時低下が生じた場合などに、運転を継続するためには、装置としての出力電流は上限値を越えないよう、出力電流Jaの増加を抑制するように制御器が働く必要がある。この時の出力電流の増加割合dJa/dtは、系統9のインピーダンスが、例えばインダクタンス成分のみであったと仮定すると、以下の式で表される。
dJa/dt=dVs/Ls
ここに、dVs:系統電圧変動量、Ls:系統インピーダンスである。
すなわち、系統インピーダンスが大きい程、出力電流Jaの増加割合が小さくなる。このことから、系統インピーダンスが小さい程、電流制御系の即応性が必要となり、系統インピーダンスが大きい程、電流制御系の即応性は低くてよいといえる。従って、即応性は、対応すべき系統擾乱の程度と、系統インピーダンスの大きさによって決定される。
First, the requirement for responsiveness will be described.
In a power converter for linking a DC power source and a system as shown in the present embodiment, there may be a demand to continue to operate as much as possible with respect to a transient fluctuation of the system 9. . Therefore, for example, in order to continue the operation when an instantaneous drop occurs in the system voltage, the controller is configured to suppress the increase in the output current Ja so that the output current as the device does not exceed the upper limit value. Need to work. The increase rate dJa / dt of the output current at this time is expressed by the following equation, assuming that the impedance of the system 9 is only an inductance component, for example.
dJa / dt = dVs / Ls
Here, dVs: system voltage fluctuation amount, Ls: system impedance.
That is, the increase rate of the output current Ja decreases as the system impedance increases. From this, it can be said that the responsiveness of the current control system is required as the system impedance is small, and the responsiveness of the current control system may be low as the system impedance is large. Accordingly, the responsiveness is determined by the degree of system disturbance to be dealt with and the magnitude of the system impedance.

次に、安定性に対する要求について説明する。
電力変換装置を構成する出力フィルタ5が、例えば図4に示すようなT型のLCLフィルタの場合には、制御器を含む電力変換装置の電流制御系の一巡伝達特性(周波数特性)は、図5に示すような特性となり、不安定点周波数を含む。この不安定点周波数におけるゲイン(図5における縦軸)の値が大きい程、電流制御系の安定性が損なわれる可能性が大きくなる。なお、図4において、出力フィルタ5は、リアクトル51,52とコンデンサ53とがT型に接続されたLCLフィルタである。
Next, the requirement for stability will be described.
When the output filter 5 constituting the power converter is, for example, a T-type LCL filter as shown in FIG. 4, the circuit transfer characteristics (frequency characteristics) of the current control system of the power converter including the controller are 5 and includes an unstable point frequency. The greater the value of the gain (vertical axis in FIG. 5) at this unstable point frequency, the greater the possibility that the stability of the current control system will be impaired. In FIG. 4, the output filter 5 is an LCL filter in which reactors 51 and 52 and a capacitor 53 are connected in a T shape.

図5(a)は、系統インピーダンスが小さい場合の電流制御系の一巡伝達特性Aであり、不安定点A1(4kHz,ゲイン2)を有する。図5(b)は系統インピーダンスが大きい場合の電流制御系の一巡伝達特性Bであり、不安定点B1(18kHz,ゲイン23)を有する。系統インピーダンスが大きい程(図5(b))、電流制御系の不安定点B1におけるゲインが大きくなる。すなわち、電流制御系の安定性は系統インピーダンスの大きさによって変化する。電流制御系の不安定点周波数におけるゲインが大きくなると、制御器がハンチングし、インバータ4の出力電流に余分な高調波電流を含む確率が高くなる。なお、ゲインと電流制御系の安定性を示すもので、電流制御系のゲインに対応するものである。   FIG. 5A shows a circuit transfer characteristic A of the current control system when the system impedance is small, and has an unstable point A1 (4 kHz, gain 2). FIG. 5B shows a circuit B of the current control system when the system impedance is large, and has an unstable point B1 (18 kHz, gain 23). The gain at the unstable point B1 of the current control system increases as the system impedance increases (FIG. 5B). That is, the stability of the current control system changes depending on the magnitude of the system impedance. When the gain at the unstable point frequency of the current control system increases, the controller hunts and the probability that the output current of the inverter 4 includes an extra harmonic current increases. It shows the gain and stability of the current control system and corresponds to the gain of the current control system.

上述したような制御器のハンチングを抑制するためには、制御器の増幅ゲインを小さくすることが有効である。例えば、図6(a)は図5(b)に示した電流制御系の一巡伝達特性Bと同じものであるが、図6(b)は図6(a)の制御器のゲインを1/10にした場合の電流制御系の一巡伝達特性Cであり、図6(a)に比べて不安定点C1におけるゲインが小さくなる。以上から、即応性および安定性は系統インピーダンスの大きさに影響を受けることがわかる。系統インピーダンス条件に対して、系統擾乱時に必要な即応性と電流制御系の安定性の関係を表にまとめたものを図7に示す。   In order to suppress the hunting of the controller as described above, it is effective to reduce the amplification gain of the controller. For example, FIG. 6A is the same as the loop transfer characteristic B of the current control system shown in FIG. 5B, but FIG. 6B shows the gain of the controller in FIG. This is the loop transfer characteristic C of the current control system in the case of 10 and the gain at the unstable point C1 is smaller than that in FIG. From the above, it can be seen that responsiveness and stability are affected by the magnitude of the system impedance. FIG. 7 shows a table showing the relationship between the responsiveness required during system disturbance and the stability of the current control system with respect to the system impedance condition.

図7より、制御器の安定性を保つためには、見込まれる最大の系統インピーダンスでゲイン設計をする必要があるが、他方で、系統インピーダンスが低い場合のことを想定し電流制御系の即応性を高くする必要があることがわかる。上述したように、電流制御系の即応性を高くするためには制御器のゲインを大きくすることが必要であるが、安定性を保つためには制御器のゲインを小さくする必要があり、通常、これらの要求を両方満たすための制御器のゲイン設定は困難であることが多い。このようなゲイン設定の困難な場合における有効な対策の一つとして、電力変換器の出力フィルタ5を構成するリアクトル51,52に、インダクタンス値の大きなものを使用するという対策がある。しかしながら、このような対策では、見込むべき系統擾乱によっては、出力フィルタ5のリアクトル51,52が大きくなり、電力変換装置が大型化、高コスト化する場合がある。   From FIG. 7, in order to maintain the stability of the controller, it is necessary to design the gain with the maximum possible system impedance. On the other hand, assuming that the system impedance is low, the current control system is responsive. It is understood that it is necessary to increase the value. As described above, to increase the responsiveness of the current control system, it is necessary to increase the gain of the controller, but in order to maintain stability, it is necessary to reduce the gain of the controller. In many cases, it is difficult to set the gain of the controller to satisfy both of these requirements. As an effective measure in the case where such gain setting is difficult, there is a measure to use a reactor having a large inductance value for the reactors 51 and 52 constituting the output filter 5 of the power converter. However, with such measures, depending on the system disturbance to be expected, the reactors 51 and 52 of the output filter 5 may become large, and the power converter may be increased in size and cost.

本実施の形態による電力変換装置では、出力電流制御部8はゲイン設定の異なる二つの制御器822,823を有し、出力電流Ja中の高調波電流Jahを検出し高調波電流Jahがある一定以上となった場合に制御器822,823を切り替える制御器切替手段821を有する。これにより電流制御系の発振(ハンチング)が継続して出力フィルタ5や系統9へ大きな高調波電流が流出し続けて出力フィルタ5や系統9に悪影響を与えるのを防止できる。すなわち、インバータ4から出力フィルタ5や系統9へ流出する高調波電流を抑制して、出力フィルタ5や系統9に悪影響を与えることを防止できる。また、異なる系統インピーダンスを有する場所に電力変換装置が設置された場合に、検出される出力電流Ja中の高調波電流Jahの大きさによって制御器822,823を切り替えることにより、出力フィルタ5のリアクトル51,52のインダクタンス値を大きくすることなく、設置場所に応じて生じる系統インピーダンスの変化と系統擾乱とに対応することができるため、装置の小型化、低コスト化、軽量化を図ることが可能である。
さらに、予め系統インピーダンスが判明している場合や、工事などにより系統インピーダンスが変更されることが判明している場合には、外部入力手段87を用いて切替信号をOR回路88に入力し、手動で制御器822,823を切り替えることにより電流制御ゲインを変更することも可能である。
In the power conversion device according to the present embodiment, the output current control unit 8 has two controllers 822 and 823 having different gain settings, detects the harmonic current Jah in the output current Ja, and the harmonic current Jah is constant. It has the controller switching means 821 which switches the controllers 822 and 823 when it becomes above. As a result, it is possible to prevent the oscillation (hunting) of the current control system from continuing and a large harmonic current from flowing out to the output filter 5 and the system 9 continuously and adversely affecting the output filter 5 and the system 9. That is, it is possible to suppress the harmonic current flowing out from the inverter 4 to the output filter 5 and the system 9 and prevent the output filter 5 and the system 9 from being adversely affected. Further, when the power converter is installed in a place having different system impedances, the reactor of the output filter 5 is switched by switching the controllers 822 and 823 depending on the magnitude of the harmonic current Jah in the detected output current Ja. Since it is possible to cope with changes in system impedance and system disturbances that occur depending on the installation location without increasing the inductance values of 51 and 52, it is possible to reduce the size, cost, and weight of the device. It is.
Further, when the system impedance is known in advance or when it is known that the system impedance is changed due to construction or the like, a switching signal is input to the OR circuit 88 using the external input means 87, and the manual operation is performed manually. It is also possible to change the current control gain by switching the controllers 822 and 823.

なお、本実施の形態による電力変換装置では、その出力電流制御部8において、制御器を2つ有しているが、3つ以上有し、高調波電流のレベルに応じて各制御器を切り替えるように構成してもよい。
また、出力電流制御部8において、制御器を第1及び第2の制御器822,823の2つにて構成し、高調波電流Jahのレベルに応じて使用する制御器を制御器822,823の間で切り替えているが、高調波電流発生時には、出力フィルタ5や出力回路6、もしくはインバータ4の高調波電流Jahすなわち出力電流Jaが流れる導電部が高調波電流Jahの大きさに応じて加熱され温度上昇するため、温度検出装置を設けそれらの温度を監視し、温度を介して高調波電流を検出しその大きさに応じて制御器を切り替えるような構成としてもよい。この場合は、比較器86における時限機能は温度上昇の時定数によって代替可能である。
In addition, in the power converter device by this Embodiment, in the output current control part 8, although it has two controllers, it has three or more and switches each controller according to the level of a harmonic current. You may comprise as follows.
Further, in the output current control unit 8, the controller is composed of two first and second controllers 822 and 823, and the controller used according to the level of the harmonic current Jah is the controller 822 and 823. When the harmonic current is generated, the harmonic current Jah of the output filter 5, the output circuit 6, or the inverter 4, that is, the conductive part through which the output current Ja flows is heated according to the magnitude of the harmonic current Jah. In order to increase the temperature, a temperature detector may be provided to monitor the temperatures, detect the harmonic current via the temperature, and switch the controller according to the magnitude. In this case, the time limit function in the comparator 86 can be replaced by a time constant of temperature rise.

実施の形態2.
図8は、実施の形態2である制御信号波発生手段の構成を示す構成図である。図8において、制御信号波発生手段182は、制御手段としてのPI演算器182a及びゲイン変更手段としてのゲイン調整器182bを有する。制御信号波発生手段182は、図1における制御信号波発生手段82の代わりに設けられるものであり、出力電流制御部のその他の構成については、図示しないが図1に示した実施の形態1と同様のものである。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 8 is a configuration diagram showing the configuration of the control signal wave generating means according to the second embodiment. In FIG. 8, the control signal wave generating means 182 has a PI calculator 182a as a control means and a gain adjuster 182b as a gain changing means. The control signal wave generating means 182 is provided in place of the control signal wave generating means 82 in FIG. 1, and other configurations of the output current control unit are not shown but are the same as those of the first embodiment shown in FIG. It is the same thing.

このような制御信号波発生手段182においては、減算器81から差ΔJaがPI演算器182aに入力され、PI演算及び増幅された信号がゲイン調整器182bに入力され、ゲインが調整されて信号波VcとしてPWM信号出力手段83(以下、図1(b)も参照)へ出力される。信号波Vcを受けたPWM信号出力手段83は、信号波Vcからインバータ4の図示しないスイッチング素子の開閉動作を制御するPWM信号Sgを生成し、インバータ4から系統9へ出力される出力電流Jaを制御することにより高調波電流Jahを低減する。このとき、高調波電流検出手段85にて検出された出力電流Ja中の高調波電流含有量が上限値JHLを越えた状態が所定時間継続した場合に、比較器86からOR回路88へ信号が出力され、信号を受けたOR回路88は、ゲイン調整器182bへ真理値「1」の信号を発し、ゲイン調整器182bはゲインを予め決められた値に変更する。
なお、OR回路88から真理値「0」、「1」信号を発するのではなく、高調波電流検出手段85から検出された高調波電流Jahのアナログ値を直接ゲイン調整器182bへ出力してこのアナログ値の大きさに応じてゲインを調整するようにしてもよい。
In such a control signal wave generator 182, the difference ΔJa from the subtractor 81 is input to the PI calculator 182 a, the PI calculation and the amplified signal are input to the gain adjuster 182 b, the gain is adjusted, and the signal wave Vc is output to the PWM signal output means 83 (hereinafter also see FIG. 1B). Upon receiving the signal wave Vc, the PWM signal output means 83 generates a PWM signal Sg for controlling the switching operation of a switching element (not shown) of the inverter 4 from the signal wave Vc, and outputs the output current Ja output from the inverter 4 to the system 9. The harmonic current Jah is reduced by controlling. At this time, when the harmonic current content in the output current Ja detected by the harmonic current detection means 85 exceeds the upper limit value JHL for a predetermined time, a signal is sent from the comparator 86 to the OR circuit 88. The OR circuit 88 that receives the output signal issues a signal of truth value “1” to the gain adjuster 182b, and the gain adjuster 182b changes the gain to a predetermined value.
Instead of issuing truth values “0” and “1” signals from the OR circuit 88, the analog value of the harmonic current Jah detected from the harmonic current detecting means 85 is directly output to the gain adjuster 182b. You may make it adjust a gain according to the magnitude | size of an analog value.

1 直流電源、4 インバータ、7 総合制御装置、8 出力電流制御部、9 系統、
5 出力フィルタ、22 出力電流センサ、51 リアクトル、53 コンデンサ、
81 減算器、82 制御信号波発生手段、821 制御器切替手段、
822,823 制御器、825 積分器内容同一化手段、83 PWM信号出力手段、
85 高調波電流検出手段、86 比較器、87 外部入力手段、88 OR回路、
182 制御信号波発生手段、182a PI演算器、182b ゲイン調整器。
1 DC power supply, 4 inverter, 7 total control device, 8 output current control unit, 9 systems,
5 output filters, 22 output current sensors, 51 reactors, 53 capacitors,
81 subtractor, 82 control signal wave generating means, 821 controller switching means,
822, 823 controller, 825 integrator content equalization means, 83 PWM signal output means,
85 harmonic current detection means, 86 comparator, 87 external input means, 88 OR circuit,
182 Control signal wave generating means, 182a PI calculator, 182b Gain adjuster.

Claims (8)

インバータと出力電流制御装置とを備えた電力変換装置であって、
上記インバータは、直流を交流に変換して交流系統へ出力電流を出力するものであり、
上記出力電流制御装置は、高調波電流検出手段と制御手段と電流制御指令手段とゲイン変更手段とを有し、
上記高調波電流検出手段は、上記出力電流に含まれる高調波電流を検出するものであり、
上記制御手段は、上記出力電流と目標電流との差を増幅して電流偏差として出力するものであり、
上記電流制御指令手段は、上記電流偏差に基づいて上記出力電流を制御する電流制御指令信号を上記インバータへ発信するものであり、
上記ゲイン変更手段は、上記高調波電流の大きさに基づいて上記制御手段のゲインを変更するものである
電力変換装置。
A power conversion device including an inverter and an output current control device,
The inverter converts DC to AC and outputs an output current to the AC system.
The output current control device includes harmonic current detection means, control means, current control command means, and gain change means,
The harmonic current detection means detects a harmonic current included in the output current,
The control means amplifies the difference between the output current and the target current and outputs it as a current deviation,
The current control command means transmits a current control command signal for controlling the output current to the inverter based on the current deviation,
The power conversion device, wherein the gain changing means changes the gain of the control means based on the magnitude of the harmonic current.
フィルタ装置を有するものであって、
上記フィルタ装置は、上記インバータと上記交流系統との間に介挿され上記インバータの出力電圧を平滑化するものである
請求項1に記載の電力変換装置。
Having a filter device,
The power converter according to claim 1, wherein the filter device is interposed between the inverter and the AC system to smooth the output voltage of the inverter.
上記制御手段は、ゲインの異なる第1及び第2の制御器を有し、上記出力電流と上記目標電流との差が上記第1の制御器または上記第2の制御器にて増幅されるものであり、
上記ゲイン変更手段は、上記第1の制御器と上記第2の制御器とを切り替えることにより上記制御手段のゲインを変更するものである
請求項1または請求項2に記載の電力変換装置。
The control means has first and second controllers having different gains, and a difference between the output current and the target current is amplified by the first controller or the second controller. And
The power conversion device according to claim 1 or 2, wherein the gain changing means changes the gain of the control means by switching between the first controller and the second controller.
上記第1及び第2の制御器は、それぞれ積分手段を有し、上記積分手段は上記出力電流と上記目標電流との差を積分するものであり、
上記ゲイン変更手段は、積分手段内容同一化手段を有し、上記積分手段内容同一化手段は上記第1の制御器と上記第2の制御器とを切り替える際上記積分手段の内容を上記各制御器で同一とするものである
請求項3に記載の電力変換装置。
The first and second controllers each have integration means, and the integration means integrates the difference between the output current and the target current,
The gain changing means has integrating means content identifying means, and the integrating means content identifying means controls the contents of the integrating means when switching between the first controller and the second controller. The power converter according to claim 3, wherein the power converters are the same.
上記ゲイン変更手段は、上記高調波電流の大きさが所定値を越えたとき上記制御手段のゲインを変更するものである
請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の電力変換装置。
The power conversion device according to any one of claims 1 to 4, wherein the gain changing means changes the gain of the control means when the magnitude of the harmonic current exceeds a predetermined value.
上記高調波電流検出手段は、上記出力電流が流れる導電部の温度を検出する温度検出装置を有し、上記温度を介して上記高調波電流を検出するものである
請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の電力変換装置。
4. The harmonic current detection means includes a temperature detection device that detects a temperature of a conductive portion through which the output current flows, and detects the harmonic current via the temperature. The power converter of any one of Claims.
上記ゲイン変更手段は、上記温度が一定値を越えたとき上記制御手段のゲインを変更するものである
請求項6に記載の電力変換装置。
The power conversion device according to claim 6, wherein the gain changing means changes the gain of the control means when the temperature exceeds a certain value.
上記ゲイン変更手段は、外部からのゲイン変更信号により上記制御手段のゲインを変更可能にされたものである
請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の電力変換装置。
The power conversion device according to any one of claims 1 to 7, wherein the gain changing means is configured to change the gain of the control means by an external gain change signal.
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