(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力した直流電圧から交流電圧を生成して系統連係に出力する系統連係インバータ装置において、
低域通過フィルタを有し、出力電流を制御する繰返し補償器を設け、
当該繰返し補償器の無駄時間を上記低域通過フィルタの位相特性に基づいて外乱周期よりも短く設定する制御を行なうことを特徴とする系統連係インバータ装置。
【請求項２】
上記無駄時間は、次式
【数１】
0003615966.tif 000005
（但し、Ｌ′：無駄時間、  
Ｌ：外乱周期、  
Ｔ：時定数。）  
の関係にあることを特徴とする請求項１記載の系統連係インバータ装置。
【請求項３】
上記低域通過フィルタは、コンデンサを用いて出力系統へのキャリア周波数成分の電流流出を防止し、上記コンデンサに流れる電流値に対するフィードフォワード補正制御を行なうことを特徴とする請求項１または２記載の系統連係インバータ装置。
【請求項４】
インバータ出力電流と連係点電流の差分から上記コンデンサに流れる電流値を算出する演算手段を有し、上記低域通過フィルタを用いて当該コンデンサに流れるキャリア周波数成分を除去することを特徴とする請求項３記載の系統連係インバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電装置で発電された直流電圧を交流電圧に変換して系統連係に出力する系統連係インバータ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６に系統連係インバータの一構成例を示す。ここで系統連係インバータ３０は、太陽電池等の発電装置で発電された直流電圧Ｖｄｃを直流電圧検出器３４への入力とし、これを所定の周波数の交流電圧に変換して、接続されている系統連係に供給する。該インバータ３０の出力電流制御は、通常、出力電流検出器３５、連係点電圧検出器３６、及び零クロス検出器３７の各検出器出力により、電流制御部３２が基準正弦波ｉｓ  ＊ と出力電流ｉａ  との電流誤差を増幅し、さらに連係点電圧ｖｓ  のフィードフォワード制御を行なうことでインバータ出力電圧指令値ｖ＊ を得てＰＷＭ信号生成器３１へ送出するようにしている。
【０００３】
ＰＷＭ信号生成器３１では、この電流制御部３２からのインバータ出力電圧指令値ｖ＊ に従ってＰＷＭ信号を作成し、ブリッジ回路３８を含むインバータを駆動することで出力電流の正弦波化を実現している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、インバータを構成するスイッチング素子の上下アームが短絡してしまうのを防止するために設けられるデッドタイムＴｄ  により、実際にインバータから出力される電圧には誤差を生じ、指令値通りの電圧を出力させることは困難となる。この出力電圧の誤差はほぼ出力電流の符号にのみ依存するため、出力電流符号が切り替わるタイミングでは特にその影響が大きく、出力電流の波形に生じる歪みが大きくなる原因となっている。
【０００５】
従来、このデッドタイムが原因で生じる周期的外乱を補償するべく、出力電流の符号により電圧補償量を切替える簡易デッドタイム補償法と称される方法がとられている。
【０００６】
これは、デッドタイムＴｄ  による出力電圧誤差の符号がインバータ出力電流ｉａ  の符号に等しく、同誤差の値はほぼ方形波状の変化をとる。そのため、出力電流ｉａ  の絶対値が所定の値より小さい場合はデッドタイム補正量ｖＴｄ＊ を０とし、また大きい場合には、スイッチングの遅れ等を考慮して決められたＶＴｄにより次式
【０００７】
【数２】
0003615966.tif 000002
【０００８】
で算出する方法である。
【０００９】
しかしながら、この方法でも補正量ｖＴｄ＊ が切替わる零クロス点近傍での電流の符号を判別することは困難であるため、完全には出力電圧の誤差を補償することはできず、特に出力電流の値が小さい場合にこの影響が顕著となる。
【００１０】
図７は上記のような制御を実行する系統連係用インバータの出力電流波形を実験により得た結果であり、図中のＩで示す電流値ｉｓ  ＊ の零クロスポイントにおいて波形に大きな歪みを生じていることがわかる。これは、従来の簡易デッドタイム補償法では出力電圧の誤差を完全には補償できないことを示している。
【００１１】
また、系統連係においては、系統連係へのキャリア周波数成分の電流が流出してしまうのを防止するために、図示するようなＬＣフィルタ３３が不可欠となる。
【００１２】
しかしながら、フィルタコンデンサＣに進み電流ｉｃ  が流入するため、連係点電流ｉｓ  の力率が悪化する。従来、力率を改善するために位相を補償する出力電流制御が行なわれていたが、制御遅れにより特にインバータの低出力時には力率「１」の連係点電流を実現することは困難であった。
【００１３】
本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、極力複雑な回路構成をとらずに、出力電圧の誤差により生じる出力電流波形の歪みを排除することが可能な系統連係インバータ装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、入力した直流電圧から交流電圧を生成して系統連係に出力する系統連係インバータ装置において、低域通過フィルタを有し、出力電流を制御する繰返し補償器を設け、当該繰返し補償器の無駄時間を上記低域通過フィルタの位相特性に基づいて外乱周期よりも短く設定する制御を行なうことを特徴とする系統連係インバータ装置。
【００１５】
このような構成とすれば、出力電圧の誤差により生じる出力電流波形の歪みを排除することが可能となると共に、上記繰返し補償器をより効率的に駆動させることができる。
【００１６】
請求項２記載の発明は、上記請求項１記載の発明において、上記無駄時間は、次式
【数３】
0003615966.tif 000003
（但し、Ｌ′：無駄時間、  
Ｌ：外乱周期、  
Ｔ：時定数。）  
の関係にあることを特徴とする。
【００１７】
このような構成とすれば、上記請求項１記載の発明の作用に加えて、確実にゲインの改善を図ることができる。
【００１８】
請求項３記載の発明は、上記請求項１または２記載の発明において、上記低域通過フィルタは、コンデンサを用いて出力系統へのキャリア周波数成分の電流流出を防止し、上記コンデンサに流れる電流値に対するフィードフォワード補正制御を行なうことを特徴とする。
【００１９】
このような構成とすれば、出力電圧の誤差により生じる出力電流波形の歪みを排除することが可能となると共に、連係点電流の力率を高い値で保持することができる。
【００２０】
請求項４記載の発明は、上記請求項３記載の発明において、インバータ出力電流と連係点電流の差分から上記コンデンサに流れる電流値を算出する演算手段を有し、上記低域通過フィルタを用いて当該コンデンサに流れるキャリア周波数成分を除去することを特徴とする。
【００２１】
このような構成とすれば、上記請求項３記載の発明の作用に加えて、新たな電流検出手段を用いなくともよいため、コンデンサを流れる電流値を検出するための構成を簡易化することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。
【００２３】
図１は同実施の形態に係る系統連係インバータ装置の特に電流制御系の回路構成を示すもので、ここでは繰返し補償器４を出力電流の制御誤差の補正手段として用いている。
【００２４】
太陽電池等の発電装置で発電された直流電圧Ｖｄｃを目標指令値Ｖｄｃ＊ に追従させるために、直流電圧制御器１を用いて連係点電流波高指令値Ｉｓ  ＊ を求める。連係点電流の力率「１」を実現する制御のために、連係点電圧ｖｓ  から零クロス検出器２及び基準正弦波発生器５を用いて作成された基準正弦波信号ｓｉｎθと直流電圧制御器１の出力である上記連係点電流波高指令値Ｉｓ  とを乗算して連係点電流指令値ｉｓ  ＊ を求める。
【００２５】
インバータで直接制御できるのは出力電流ｉａ  であるので、低域通過フィルタ３とリミッタ１８を含んだ回路でのコンデンサ電流ｉｃ  のフィードフォワード制御を行ない、出力電流指令値ｉａ  ＊ とする。コンデンサ電流ｉｃ  は直接検出してもよいが、ここではインバータ出力電流ｉａ  と連係点電流ｉｓ  とを検出してその差
ｉｃ  ＝ｉａ  −ｉｓ  
を求め、さらに低域通過フィルタ３を用いてコンデンサ電流ｉｃ  に含まれているキャリア周波数成分を除去することで、新たな電流検出手段を用いなくとも良い構成にしている。
【００２６】
繰返し補償器４により電流制御誤差Δｉａ  からΔｉａ  ＊ を求め、このΔｉａ  ＊ に基づいて電流制御器９で電圧値ｖｃｏｎ  を求めた上で、さらにデッドタイム補正回路６の出力ｖＴｄ＊ を加算して出力電圧指令値ｖ＊ とする。この指令値ｖ＊ に基づいてインバータで出力電圧のＰＷＭ制御を実行することで、力率「１」の正弦波出力電流を得ることができる。
【００２７】
図２は上記繰返し補償器４の具体的な回路構成を例示するもので、周期的な外乱の影響を補償するべく、出力電流指令値ｉａ  ＊ とインバータ出力電流ｉａ  の偏差である電流制御誤差Δｉａ  に対し、その外乱周期Ｌより短いＬ′の無駄時間要素「ｅ−Ｌ’ｓ」４０２を持つ繰返し補償演算を行ない、電流制御器入力Δｉａ  ＊ を求める。さらにこの繰返し補償器４では、制御系の安定化のために時定数Ｔの低域通過フィルタ４０１を上記無駄時間要素「ｅ−Ｌ’ｓ」４０２の前段に付加配置する。
【００２８】
このような構成とすると、外乱の影響で生じる電流制御誤差Δｉａ  を低域通過フィルタ４０１を通過させることでその位相特性に位相遅れを生じる。そのため、外乱周期分の１の整数倍周波数において補償器ゲインが低下し、充分な電流歪み低減効果が得られなくなる。
【００２９】
図３は上記図２の回路構成での閉ループゲイン線図の一例であり、フィルタの時定数Ｔ［ｓ］の一次低域通過フィルタを用いている。図中、破線Ａが低域通過フィルタ４０１の時定数Ｔ＝０．３５［ｍｓ］、外乱周期である電源周期Ｌ＝１６．６７［ｍｓ］を無駄時間とした場合であって、電源周波数の整数倍におけるゲインが低くなっている。そこで、低域通過フィルタ４０１の位相特性を考慮して無駄時間Ｌ′を外乱周期Ｌより短く設定することにより補償器ゲインの改善を図るもので、この無駄時間Ｌ′は上記式（１）を用いて次式
【００３０】
【数４】
0003615966.tif 000004
【００３１】
のように求められる。上記図３の実線Ｂは、フィルタ時定数Ｔ＝０．３５［ｍｓ］、外乱周期である電源周期Ｌ＝１６．６７として、上記式（２）により求めた無駄時間Ｌ′＝１６．３２［ｍｓ］の時の補償器ゲインであり、電源周波数の整数倍時においてゲインが大幅に改善できていることがわかる。
【００３２】
しかして、図１に示した如く本実施の形態は、連係点電流ｉｓ  の力率「１」を実現する制御のためにコンデンサ電流のフィードフォワード制御を実行するものである。インバータで直接制御できるのはインバータ出力電流ｉａ  であるので、連係点電流指令値ｉｓ  ＊ にコンデンサ電流ｉｃ  のフィードフォワード制御を行ない、出力電流指令値ｉａ  ＊ とする。コンデンサ電流ｉｃ  は直接検出してもよいが、インバータ出力電流ｉａ  と連係点電流ｉｓ  とを検出してその差として求めることで、新たな電流検出手段を用いなくとも良い構成にしている。
【００３３】
これらの結果、低出力から定格出力までのインバータ出力の変化に対しても、また系統電圧ｖｓ  が変動した場合においても、確実に力率「１」となる連係点での正弦波出力電流を得ることができる。
【００３４】
図４は上記図１に示す出力電流波形ｉｓ  の実験結果を示すもので、電流の零点クロス位置での波形歪みＩＩが上記図７で示した場合と比べて充分に低減でき、正弦波形が得られていることがわかる。
【００３５】
なお、上記図１に示した回路構成に代えて図５に示すような回路構成を用いることとしても良い。
【００３６】
すなわち、図５は本実施の形態に係る系統連係インバータ電流制御装置の他の回路構成を示すものである。同図では、繰返し補償器４を連係点電流指令値の補正手段として用いている。つまり、連係点電流指令値ｉｓ  ＊ と連係点電流検出値ｉｓ  の偏差を繰返し補償器４に入力し、出力としてｉｓ  ＊＊を求める。
【００３７】
インバータで直接制御できるのは出力電流ｉａ  であるので、低域通過フィルタ３とリミッタ１８を含んだ回路でのコンデンサ電流ｉｃ  のフィードフォワード制御を行ない、出力電流指令値ｉａ  ＊ とする。コンデンサ電流ｉｃ  は直接検出してもよいが、ここではインバータ出力電流ｉａ  と連係点電流ｉｓ  とを検出してその差
ｉｃ  ＝ｉａ  −ｉｓ  
を求め、さらに低域通過フィルタ３を用いてコンデンサ電流ｉｃ  に含まれているキャリア周波数成分を除去することで、新たな電流検出手段を用いなくとも良い構成にしている。
【００３８】
その後、電流制御器９により電流制御誤差Δｉａ  から電圧値ｖｃｏｎ  を求め、この電圧値ｖｃｏｎ  と検出手段によって得られる連係点電圧ｖｓ  とを加算し、さらにデッドタイム補正回路６の出力であるｖＴｄ＊ を加算して出力電圧指令値ｖ＊ とする。この指令値ｖ＊ に基づいてインバータで出力電圧のＰＷＭ制御を実行することで、力率「１」の正弦波出力電流を得ることができる。
【００３９】
この図５の回路構成にあっても、連係点電流ｉｓ  の力率「１」を実現する制御のためにコンデンサ電流のフィードフォワード制御を実行する。インバータで直接制御できるのはインバータ出力電流ｉａ  であるので、連係点電流指令値ｉｓ  ＊ にコンデンサ電流ｉｃ  のフィードフォワード制御を行ない、出力電流指令値ｉａ  ＊ とする。
【００４０】
コンデンサ電流ｉｃ  は直接検出してもよいが、インバータ出力電流ｉａ  と連係点電流ｉｓ  とを検出してその差として求めることで、新たな電流検出手段を用いなくとも良い構成にしている。
【００４１】
これらの結果、低出力から定格出力までのインバータ出力の変化に対しても、また系統電圧ｖｓ  が変動した場合においても、確実に力率「１」となる連係点での正弦波出力電流を得ることができるものである。
【００４２】
なお、上記実施の形態は系統連係単相インバータについての説明を行なったものであるが、本発明はこれに限らず、三相インバータにおいても本発明を容易に適用可能であることは明らかである。
【００４３】
その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することが可能であるものとする。
【００４４】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、出力電圧の誤差により生じる出力電流波形の歪みを排除することが可能となると共に、上記繰返し補償器をより効率的に駆動させることができる。
【００４５】
請求項２記載の発明によれば、上記請求項１記載の発明の効果に加えて、確実にゲインの改善を図ることができる。
【００４６】
請求項３記載の発明によれば、上記請求項１または２記載の発明の効果に加えて、出力電圧の誤差により生じる出力電流波形の歪みを排除することが可能となると共に、連係点電流の力率を高い値で保持することができる。
【００４７】
請求項４記載の発明によれば、上記請求項３記載の発明の効果に加えて、新たな電流検出手段を用いなくともよいため、コンデンサを流れる電流値を検出するための構成を簡易化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る系統連係インバータ装置の特に電流制御系の回路構成を示すブロック図。
【図２】図１の繰返し補償器の具体的な回路構成を例示するブロック図。
【図３】図２の回路での閉ループゲイン線図。
【図４】図１の系統連係インバータ装置の出力電流波形を示す図。
【図５】同実施の形態に係る系統連係インバータ装置の特に電流制御系の他の回路構成を示すブロック図。
【図６】系統連係インバータ装置の一構成例を示すブロック図。
【図７】図６の系統連係インバータ装置の出力電流波形を示す図。
【符号の説明】
１…直流電圧制御器
２…零クロス検出器
３…低域通過フィルタ
４…繰返し補償器
４０１…低域通過フィルタ
４０２…無駄時間要素
５…基準正弦波発生器
６…デッドタイム補正回路
９…電流制御器
３０…系統連係インバータ
３１…ＰＷＭ信号生成器
３２…電流制御部
３３…ＬＣフィルタ
３４…直流電圧検出器
３５…出力電流検出器
３６…連係点電圧検出器
３７…零クロス検出器
３８…ブリッジ回路
【図１】
0003615966.tif 000006
【図２】
0003615966.tif 000007
【図３】
0003615966.tif 000008
【図４】
0003615966.tif 000009
【図５】
0003615966.tif 000010
【図６】
0003615966.tif 000011
【図７】
0003615966.tif 000012