(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力をスイッチングするブリッジ回路を備え、電力系統と連系して負荷に電力を供給する連系運転と、電力系統から解列して前記負荷に電力を供給する自立運転とを選択的に行うことが可能なインバータ装置であって、
コンデンサとリアクトルとを有し、前記ブリッジ回路の出力電流を平滑して、前記インバータ装置の出力電流を生成するフィルタ回路をさらに備え、
前記連系運転を行うときには、前記ブリッジ回路の出力電流の目標値に基づいてデッドタイム補正量を決定し、前記自立運転を行うときには、前記ブリッジ回路の出力電流の推定値に基づいてデッドタイム補正量を決定するデッドタイム補正量計算部と、
前記デッドタイム補正量計算部で決定されたデッドタイム補正量を元に前記ブリッジ回路の制御のためのＰＷＭ波形を生成するＰＷＭ波形生成部と、
前記自立運転を行うときに、前記ブリッジ回路の出力電圧の目標値と前記コンデンサのリアクタンスとから、前記コンデンサに流れる電流の推定値を算出するコンデンサ電流計算部と、
前記自立運転を行うときに、前記コンデンサに流れる電流の推定値を、前記インバータ装置の出力電流の値に加算することで、前記ブリッジ回路の出力電流の推定値を算出する加算部とをさらに備える
ことを特徴とするインバータ装置。
【請求項２】
前記自立運転を行うときに、前記インバータ装置の出力電流の検出を行う電流センサをさらに備え、
前記加算部は、前記電流センサで検出された出力電流の検出値を前記インバータ装置の出力電流の値として用いて、前記ブリッジ回路の出力電流の推定値の算出を行う
ことを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
【請求項３】
前記自立運転を行うときに、前記インバータ装置の出力電流の検出を繰り返して行う電流センサと、
前記電流センサで検出された複数の出力電流の検出値の時系列を用いた外挿により、制御遅延時間経過後の出力電流の予測値を求める電流値予測部とをさらに有し、
前記加算部は、前記電流値予測部で求められた前記出力電流の予測値を前記インバータ装置の出力電流の値として用いて、前記ブリッジ回路の出力電流の推定値の算出を行う
ことを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
【請求項４】
前記制御遅延時間が、前記デッドタイム補正量計算部で前記ブリッジ回路の出力電流の推定値を受けてから、前記ＰＷＭ波形生成部で、前記デッドタイム補正量計算部で受けた、前記ブリッジ回路の出力電流の推定値に対応するＰＷＭ波形を生成するまでの時間であることを特徴とする請求項３に記載のインバータ装置。
【請求項５】
直流電力をＰＷＭ制御によりスイッチングすることで交流電力に変換するブリッジ回路を備え、電力系統と連系して負荷に電力を供給する連系運転と、電力系統から解列して前記負荷に電力を供給する自立運転とを選択的に行うことが可能なインバータ装置に適用されるデッドタイム補正制御方法であって、
前記インバータ装置は、コンデンサとリアクトルとを有し、前記ブリッジ回路の出力電流を平滑して、前記インバータ装置の出力電流を生成するフィルタ回路をさらに備え、
前記連系運転を行うときには、前記ブリッジ回路の出力電流の目標値に基づいてデッドタイム補正量を決定し、
前記自立運転を行うときには、前記ブリッジ回路の出力電圧の目標値と前記コンデンサのリアクタンスとから、前記コンデンサに流れる電流の推定値を算出し、算出した電流の推定値を、前記インバータ装置の出力電流の値に加算することで、前記ブリッジ回路の出力電流の推定値を算出し、前記ブリッジ回路の出力電流の推定値に基づいてデッドタイム補正量を決定する
ことを特徴とするデッドタイム補正制御方法。
【請求項６】
前記自立運転を行うときに、前記インバータ装置の出力電流の検出を行い、該検出により得られた出力電流の検出値を前記インバータ装置の出力電流の値として用いて、前記ブリッジ回路の出力電流の推定値の算出を行う
ことを特徴とする請求項５に記載のデッドタイム補正制御方法。
【請求項７】
前記自立運転を行うときに、前記インバータ装置の出力電流の検出を繰り返して行うことで得られる、複数の出力電流の検出値の時系列を生成し、該時系列を用いた外挿により、制御遅延時間経過後の出力電流の予測値を算出し、算出した予測値を前記インバータ装置の出力電流の値として用いて、前記ブリッジ回路の出力電流の推定値の算出を行う
ことを特徴とする請求項５に記載のデッドタイム補正制御方法。
【請求項８】
前記制御遅延時間が、前記ブリッジ回路の出力電流の推定値に基づいて、当該出力電流の推定値に対応するＰＷＭ波形を生成するまでの時間であることを特徴とする請求項７に記載のデッドタイム補正制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータ装置、特に電力系統に連系する電圧型ＰＷＭインバータ装置、及びインバータ装置に適用されるデッドタイム補正制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
デッドタイム補正制御は、インバータ装置の一部を構成するブリッジ回路の短絡を防止するために挿入されるデッドタイム（短絡防止時間）による出力波形の歪み等の影響を抑制するために行われるものである。
一般に、電圧型ＰＷＭインバータのデッドタイム補正制御は、ブリッジ回路の出力電流に基づいて行われる。電力系統に連系する系統連系インバータの場合、連系運転時の出力電圧は、負荷或いは系統の状態に関わらず系統電圧に追従する。一方で、出力電流については、設定された目標値に対応する電流を出力し、負荷の消費電力に対する過不足は電力系統が吸収または補填する。出力電流の制御においては、目標値として設定された出力電流実効値に対して、これに対応する出力電流の瞬時値の目標値を生成して、実際の出力電流を追従させるようにＰＷＭ制御を行う。したがって、出力電流は、その目標値に一致するものとみなし、該目標値に基づいてデッドタイム補正制御を行うことができる。
【０００３】
系統連系インバータの中でも、家庭用蓄電システム、太陽光発電システム、無停電電源装置などの主要な構成要素のひとつであるパワー・コンディショナの一部として使われる系統連系インバータは、停電時などには電力系統から解列して負荷に電力を供給する動作、すなわち自立運転を行う。この場合、系統連系インバータは負荷に対して電力系統の代用となるものであるため、電力系統のように振る舞う必要がある。そのため、自立運転時には、系統連系インバータは、系統電圧と同等の出力電圧の目標値を生成して、これに出力電圧を追従させるようにＰＷＭ制御を行う。系統連系インバータのみで負荷への電力供給の全てを賄う場合、出力電圧は負荷によらず所定の電圧を維持する。一方、出力電流は負荷の消費電力によって変動し、系統連系インバータ側で制御することはできない。したがって、自立運転においては、出力電流の目標値は存在しない。そのため自立運転時のデッドタイム補正制御は、出力電流の目標値の代わりに例えば出力電流の検出値に基づいて行われる。
【０００４】
特許文献１にはデッドタイム補正制御装置が開示されている。このデッドタイム補正制御装置が対象とするインバータは、電力系統に連系するものではないが、インバータのみで負荷に電力を供給している点で、系統連系インバータが電力系統から解列して自立運転している状態と同じであると見ることができる。特許文献１には、出力電流の検出値に基づいてデッドタイム補正制御を行う際に、補正の精度を改善する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１９１６５１号公報（第１−２頁、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示されるデッドタイム補正制御装置は圧縮機のモータを駆動するインバータに適用することを前提としたものである。モータのような誘導性負荷では、負荷そのものが電流平滑作用を持つため、インバータ内部には平滑用のフィルタを設ける必要がなく、インバータの出力電流は、インバータ内部のブリッジ回路の出力電流に等しい。
【０００７】
これに対して、系統連系インバータの場合には、モータのような誘導性負荷に限らず様々な性質の負荷に電力を供給する必要がある。このため、一般に、コンデンサとリアクトルからなる平滑用のフィルタ回路がブリッジ回路の出力側に接続されている。フィルタ回路より前で（ブリッジ回路側で）電流を検出すると、ブリッジ回路に流れる電流を直接的に検出することができるが、リップルが多く、正確な検出を行うことが容易でない。一方、フィルタ回路より後で（ブリッジ回路の負荷側で）電流を検出すると、リップルは小さいが、検出された電流には、フィルタ回路のコンデンサに流れる電流が含まれないために、ブリッジ回路の出力電流の大きさとの間に差異を生じ、そのためデッドタイム補正制御の精度が低下する。このように、特許文献１のデッドタイム補正制御装置をそのまま平滑用のフィルタ回路を有する系統連系インバータに適用すると、高精度のデッドタイム補正制御ができないという問題がある。
【０００８】
上記に鑑みて本発明の目的は、系統連系インバータの自立運転時におけるデッドタイム補正を正確に行うことを可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のインバータ装置は、
直流電力をスイッチングするブリッジ回路を備え、電力系統と連系して負荷に電力を供給する連系運転と、電力系統から解列して前記負荷に電力を供給する自立運転とを選択的に行うことが可能なインバータ装置であって、
コンデンサとリアクトルとを有し、前記ブリッジ回路の出力電流を平滑して、前記インバータ装置の出力電流を生成するフィルタ回路をさらに備え、
前記連系運転を行うときには、前記ブリッジ回路の出力電流の目標値に基づいてデッドタイム補正量を決定し、前記自立運転を行うときには、前記ブリッジ回路の出力電流の推定値に基づいてデッドタイム補正量を決定するデッドタイム補正量計算部と、
前記デッドタイム補正量計算部で決定されたデッドタイム補正量を元に前記ブリッジ回路の制御のためのＰＷＭ波形を生成するＰＷＭ波形生成部と、
前記自立運転を行うときに、前記ブリッジ回路の出力電圧の目標値と前記コンデンサのリアクタンスとから、前記コンデンサに流れる電流の推定値を算出するコンデンサ電流計算部と、
前記自立運転を行うときに、前記コンデンサに流れる電流の推定値を、前記インバータ装置の出力電流の値に加算することで、前記ブリッジ回路の出力電流の推定値を算出する加算部とをさらに備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明のデッドタイム補正制御方法は、
直流電力をＰＷＭ制御によりスイッチングすることで交流電力に変換するブリッジ回路を備え、電力系統と連系して負荷に電力を供給する連系運転と、電力系統から解列して前記負荷に電力を供給する自立運転とを選択的に行うことが可能なインバータ装置に適用されるデッドタイム補正制御方法であって、
前記インバータ装置は、コンデンサとリアクトルとを有し、前記ブリッジ回路の出力電流を平滑して、前記インバータ装置の出力電流を生成するフィルタ回路をさらに備え、
前記連系運転を行うときには、前記ブリッジ回路の出力電流の目標値に基づいてデッドタイム補正量を決定し、
前記自立運転を行うときには、前記ブリッジ回路の出力電圧の目標値と前記コンデンサのリアクタンスとから、前記コンデンサに流れる電流の推定値を算出し、算出した電流の推定値を、前記インバータ装置の出力電流の値に加算することで、前記ブリッジ回路の出力電流の推定値を算出し、前記ブリッジ回路の出力電流の推定値に基づいてデッドタイム補正量を決定する
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、自立運転を行うときに、ブリッジ回路の出力電流の推定値に基づいてデッドタイム補正量を決定するので、自立運転を行うときにも正確なデッドタイム補正制御が可能になる。また、連系運転を行うときと、自立運転を行うときとで、デッドタイム補正量の算出アルゴリズムを共用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る系統連系インバータ装置と周辺回路の連系運転モードにおける状態を示す図である。
【図２】実施の形態１に係る系統連系インバータ装置と周辺回路の自立運転モードにおける状態を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る系統連系インバータ装置と周辺回路の連系運転モードにおける状態を示す図である。
【図４】実施の形態２に係る系統連系インバータ装置と周辺回路の自立運転モードにおける状態を示す図である。
【図５】実施の形態２における電流値予測部の動作を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
実施の形態１．
図１及び図２は、本発明の実施の形態１に係るインバータ装置を含むパワー・コンディショナ１を、電力系統及び負荷とともに示す図である。
図１は、インバータ装置３を電力系統１０２に連系して運転するモード（連系運転モード）における状態を示し、図２は、インバータ装置３を電力系統１０２から解列して運転するモード（自立運転モード）における状態を示す。
図１及び図２ともに、本発明の特徴である、デッドタイム補正に関する部分を中心として示し、それ以外の部分は簡単に示している。
【００１４】
直流電源回路２で発生された直流電力は、インバータ装置３のブリッジ回路４でスイッチングされることで交流電力に変換され、フィルタ回路５で平滑（波形整形）されて、出力電圧ｖｏ及び出力電流ｉｏが生成される。フィルタ回路５の出力がインバータ装置３の出力となる。インバータ装置３の出力は、パワー・コンディショナ１の出力として、負荷１０１に供給される。
【００１５】
フィルタ回路５は、コンデンサ５ａとリアクトル５ｂとを含む。コンデンサ５ａは、負荷１０１に対して並列接続されている。リアクトル５ｂは、コンデンサ５ａとブリッジ回路４の出力端子の間に、負荷１０１に対して直列に接続されている。
【００１６】
ブリッジ回路４は、ブリッジ接続された複数のスイッチング素子４ａと、それぞれスイッチング素子４ａに逆並列接続された複数のダイオード４ｂとを含み、スイッチング素子４ａのオンオフにより直流電力を交流電力に変換する。
交流電力の電圧又は電流の大きさは、ＰＷＭ波形生成部１１によりＰＷＭ制御される。このＰＷＭ制御において、電圧又は電流の瞬時値は、通流率（デューティ比）を時々刻々変化させることによって制御される。
【００１７】
インバータ装置３は、電力系統１０２に連系して運転され得るものであるので、系統連系インバータ装置とも呼ばれる。
【００１８】
連系運転を行うとき（連系運転時）には、系統連系リレー１０３が閉じられ、従って、パワー・コンディショナ１の出力部が電力系統１０２に接続されている。一方、自立運転を行うとき（自立運転時）には、系統連系リレー１０３が開かれ、パワー・コンディショナ１が電力系統１０２から切り離されている。この切り離しを解列と言う。
【００１９】
選択スイッチ２１と選択スイッチ２２とは２系統の２入力１出力スイッチで構成され、互いに連動する。選択スイッチ２１と選択スイッチ２２とで制御入力切換器２０が構成されている。
系統連系リレー１０３、選択スイッチ２１、及び選択スイッチ２２は、運転切換制御部１５により制御されて動作する。
【００２０】
目標値生成部２３は、連系運転時には出力電流目標値ｉ＊を出力し、自立運転時には出力電圧目標値ｖ＊を出力する。出力電流目標値ｉ＊は、ブリッジ回路４の出力電流ｉｂｒｇの目標値として設定された値である。出力電圧目標値ｖ＊は、ブリッジ回路４の出力電圧の目標値として設定された値である。
【００２１】
電圧指令値計算部２４は、連系運転時に、出力電流目標値ｉ＊に基づいて出力電圧指令値ｖｃｍｄを計算して出力する。
選択スイッチ２１は、連系運転時には、電圧指令値計算部２４から出力される出力電圧指令値ｖｃｍｄを選択して出力し、自立運転時には、目標値生成部２３から出力される出力電圧目標値ｖ＊を選択して出力する。
【００２２】
通流率計算部２５は、選択スイッチ２１の出力に基づいて通流率ｄｄｅｆを計算する。即ち、連系運転時には、電圧指令値計算部２４から出力された出力電圧指令値ｖｃｍｄに基づいて、通流率ｄｄｅｆを計算する。一方、自立運転時には、目標値生成部２３で生成される出力電圧目標値ｖ＊に基づいて、通流率ｄｄｅｆを計算する。
通流率ｄｄｅｆの計算の方法は、連系運転時と自立運転時とで互いに同じである。異なるのは、入力として、出力電圧指令値ｖｃｍｄを用いるか、出力電圧目標値ｖ＊を用いるかの点のみである。
この通流率ｄｄｅｆを、後述の補正後通流率との区別のため、補正前通流率と言う。
【００２３】
電流センサ１２は、インバータ装置３の出力電流ｉｏを検出し、検出された電流の瞬時値を表す検出データを出力する。出力電流ｉｏの検出は、系統電源周波数よりも高い周波数で繰り返される。例えば系統電源周波数が５０Ｈｚ或いは６０Ｈｚである場合に、２０ｋＨｚのサンプリング周波数で（即ち、交流電流の１周期あたり、３００〜４００回程度）サンプリングを行って、瞬時値のサンプル値を得て、Ａ／Ｄ変換を行うことで、検出データｉｄｅｔを得る。この検出データで表される瞬時値を以下では単に出力電流検出値と言い、検出データと同じ符号「ｉｄｅｔ」で表す。
【００２４】
コンデンサ電流計算部２６は、自立運転時に、出力電圧目標値ｖ＊に基づいてコンデンサ電流の推定値ｉｃａｐ＿ｅｓｔを計算する。
加算部２７は、コンデンサ電流の推定値ｉｃａｐ＿ｅｓｔと、インバータ装置３の出力電流検出値ｉｄｅｔとを加算して、ブリッジ回路４の出力電流の推定値ｉｂｒｇ＿ｅｓｔを算出する。
【００２５】
選択スイッチ２２は、連系運転時には、目標値生成部２３から出力される出力電流目標値ｉ＊を選択して出力し、自立運転時には、加算部２７から出力される出力電流の推定値ｉｂｒｇ＿ｅｓｔを選択して出力する。
【００２６】
デッドタイム補正量計算部２８は、選択スイッチ２２の出力に基づいてデッドタイム補正量ｄＴＤ＿ｃｍｐを計算する。即ち、連系運転時には、出力電流目標値ｉ＊に基づいて、デッドタイム補正量ｄＴＤ＿ｃｍｐを計算する。一方、自立運転時には、出力電流の推定値ｉｂｒｇ＿ｅｓｔに基づいて、デッドタイム補正量ｄＴＤ＿ｃｍｐを計算する。
デッドタイム補正量ｄＴＤ＿ｃｍｐの計算の方法は、連系運転時と自立運転時とで互いに同じである。異なるのは、入力として、出力電流目標値ｉ＊を用いるか、出力電流の推定値ｉｂｒｇ＿ｅｓｔを用いるかの点のみである。
【００２７】
加算部２９は、通流率計算部２５から出力される補正前通流率ｄｄｅｆと、デッドタイム補正量計算部２８から出力されるデッドタイム補正量ｄＴＤ＿ｃｍｐとを加算して補正後通流率ｄｉｎｖを算出する。加算部２９の処理は、連系運転時と自立運転時とで同じである。
【００２８】
ＰＷＭ波形生成部１１は、加算部２９から出力される補正後通流率ｄｉｎｖに基づいて、ブリッジ回路４をスイッチングするためのＰＷＭ波形を生成する。ＰＷＭ波形生成部１１の処理は、連系運転時と自立運転時とで同じである。
【００２９】
ＰＷＭ波形生成においては、ブリッジ回路４の短絡を防止するため、波形中にデッドタイム（短絡防止時間）が挿入される。このデッドタイムにおいては、波形の瞬時値がゼロに保たれる。そして、デッドタイムの挿入によって発生する出力波形の歪み等の影響を抑制するため、デッドタイム補正が行われる。このデッドタイム補正において、デッドタイム補正量ｄＴｄ＿ｃｍｐが利用される。即ち、補正前通流率ｄｄｅｆにデッドタイム補正量ｄＴｄ＿ｃｍｐを加算することで、補正前通流率ｄｄｅｆを補正し、補正後通流率ｄｉｎｖを生成し、生成された補正後通流率ｄｉｎｖに基づいて、ＰＷＭ波形が生成される。
【００３０】
デッドタイム補正量ｄＴＤ＿ｃｍｐは、ブリッジ回路４の出力電圧又は出力電流と、デッドタイムの長さと、スイッチング周波数（従ってデッドタイムが挿入される頻度）との積が大きいほど、大きく設定される。さらに、デッドタイム補正量ｄＴＤ＿ｃｍｐは、本実施の形態では、出力電圧又は出力電流の瞬時値に対して設定され、交流出力の１周期中にも、瞬時値の変化に伴って時々刻々と切り換えられる。
【００３１】
以下それぞれの運転モードにおける各部の動作についてその特徴をより詳しく説明する。
まず、連系運転時の動作を説明する。
連系運転時には、図１に示されるように、系統連系リレー１０３は、運転切換制御部１５からの制御によって閉じておりパワー・コンディショナ１の出力部は、系統連系リレー１０３を介して電力系統１０２に接続されている。負荷１０１は、パワー・コンディショナ１の出力部及び電力系統１０２の双方に接続されており、パワー・コンディショナ１及び電力系統１０２の双方から電力供給を受ける。
【００３２】
連系運転時には、パワー・コンディショナ１の出力部は、電力系統１０２に直結に近い状態で接続されていることから、パワー・コンディショナ１の出力電圧即ちインバータ装置３の出力電圧ｖｏは、系統電圧ｖｇから大きく離れた電圧にはなり得ず、系統電圧ｖｇに追従して常にほぼ同じ電位を維持する。
【００３３】
インバータ装置３の出力電流ｉｏは、インバータ装置３の出力電力が、パワー・コンディショナ１に設定された目標出力電力に一致するように調節される。これを実現するため、インバータ装置３の目標値生成部２３で目標出力電力に基づいて出力電流目標値ｉ＊が生成され、これに追従するようにＰＷＭ波形生成部１１によってブリッジ回路４の出力電流ｉｂｒｇが制御される。
【００３４】
具体的には、出力電流目標値ｉ＊が、電圧指令値計算部２４で出力電圧指令値ｖｃｍｄに変換され、変換で得られた出力電圧指令値ｖｃｍｄが選択スイッチ２１を介して通流率計算部２５に供給される。通流率計算部２５では、出力電圧指令値ｖｃｍｄに応じて補正前通流率ｄｄｅｆが生成される。
【００３５】
出力電流目標値ｉ＊は、選択スイッチ２２を介してデッドタイム補正量計算部２８にも供給され、デッドタイム補正量計算部２８では出力電流目標値ｉ＊に基づいてデッドタイム補正量ｄＴｄ＿ｃｍｐが計算される。
加算部２９では、補正前通流率ｄｄｅｆとデッドタイム補正量ｄＴｄ＿ｃｍｐとが加算されて、補正後通流率ｄｉｎｖが生成される。
ＰＷＭ波形生成部３０では、補正後通流率ｄｉｎｖに基づいてＰＷＭ波形が生成される。生成されたＰＷＭ波形により、ブリッジ回路４が制御される。
【００３６】
以上のように、連系運転時には、出力電流目標値ｉ＊に応じて生成された補正前通流率ｄｄｅｆと、出力電流目標値ｉ＊に基づいて計算されたデッドタイム補正量ｄＴｄ＿ｅｓｔとに基づいてＰＷＭ波形が生成され、生成されたＰＷＭ波形に基づいてブリッジ回路４が制御される。従って、ブリッジ回路４の出力電流ｉｂｒｇを出力電流目標値ｉ＊に追従させるように制御が行われる。
【００３７】
ブリッジ回路４の出力電流ｉｂｒｇは、フィルタ回路５を通過して、インバータ装置３の出力電流、即ち、パワー・コンディショナ１の出力電流ｉｏとなり、全部または一部が負荷１０１に供給される。図には、負荷１０１に流れる電流が符号ｉｌｄで示されている。結果的に生じる負荷１０１の消費電力に対する過不足は、電力系統１０２によって吸収または補填される。
【００３８】
上記のように、ＰＷＭ波形生成部１１においては、インバータ装置３の一部を構成するブリッジ回路４の短絡を防止するため、ＰＷＭ波形中にデッドタイムが挿入され、さらに、デッドタイムの挿入によって発生する出力波形の歪み等の影響を抑制するため、デッドタイム補正量を、補正前通流率ｄｄｅｆに加算する。
【００３９】
このデッドタイム補正量は、ブリッジ回路４の出力電流に応じて定める必要がある。連系運転時は、ブリッジ回路４の出力電流ｉｂｒｇは、出力電流目標値ｉ＊に追従するように制御されているため、概ね等しいものとみなして、出力電流目標値ｉ＊に基づいてデッドタイム補正量の計算を行うことができる。
【００４０】
次に、自立運転時の動作を説明する。
自立運転時には、図２に示すように、系統連系リレー１０３は運転切換制御部１５からの制御によって開いており電力系統１０２から解列している。負荷１０１は、パワー・コンディショナ１の出力部にのみ接続されており、パワー・コンディショナ１のみから電力供給を受ける。
【００４１】
自立運転時には、パワー・コンディショナ１は、負荷１０１からみて電力系統１０２の代わりとなるため、電力系統の系統電圧に相当する電圧を自立的に出力しなければならない。そのため、目標値生成部２３で、系統電圧に相当する出力電圧を指示する出力電圧目標値ｖ＊が生成され、これに従ってＰＷＭ制御が行われる。
即ち、出力電圧目標値ｖ＊が、選択スイッチ２１を介して通流率計算部２５に供給され、通流率計算部２５では出力電圧目標値ｖ＊に応じて補正前通流率ｄｄｅｆが生成される。
【００４２】
出力電圧目標値ｖ＊は、コンデンサ電流計算部２６にも供給される。コンデンサ電流計算部２６では、出力電圧目標値ｖ＊に基づいてコンデンサ電流の推定値ｉｃａｐ＿ｅｓｔが計算される。
加算部２７では、コンデンサ電流の推定値ｉｃａｐ＿ｅｓｔとインバータ装置３の出力電流検出値ｉｄｅｔとが加算されてブリッジ回路４の出力電流の推定値ｉｂｒｇ＿ｅｓｔが生成される。
【００４３】
ブリッジ回路４の出力電流の推定値ｉｂｒｇ＿ｅｓｔは、選択スイッチ２２を介してデッドタイム補正量計算部２８に供給される。
デッドタイム補正量計算部２８では、ブリッジ回路４の出力電流の推定値ｉｂｒｇ＿ｅｓｔに基づいて、デッドタイム補正量ｄＴＤ＿ｃｍｐが計算される。
加算部２９では、補正前通流率ｄｄｅｆとデッドタイム補正量ｄＴＤ＿ｃｍｐとが加算されて、補正後通流率ｄｉｎｖが生成される。
ＰＷＭ波形生成部３０では、補正後通流率ｄｉｎｖに基づいてＰＷＭ波形が生成される。生成されたＰＷＭ波形により、ブリッジ回路４が制御される。
【００４４】
以上のように、自立運転時には、ブリッジ回路４の出力電圧目標値ｖ＊に応じて生成された補正前通流率ｄｄｅｆと、ブリッジ回路４の出力電圧目標値ｖ＊及びインバータ装置３の出力電流検出値ｉｄｅｔに基づいて計算されたデッドタイム補正量ｄＴｄ＿ｅｓｔとに基づいてＰＷＭ波形が生成され、生成されたＰＷＭ波形に基づいてブリッジ回路４が制御される。従って、ブリッジ回路４の出力電圧ｖｏを出力電圧目標値ｖ＊に追従させるように制御が行われる。
【００４５】
自立運転時には、インバータ装置３は、所定の出力電圧を維持しながら、負荷１０１の消費電力に対して過不足なく電力供給しなければならないため、インバータ装置３の出力電流ｉｏは、負荷１０１の消費電力によって変動するものとなり、インバータ装置３が自ら制御することができない。そのため、自立運転時には、出力電流目標値ｉ＊は、通流率の計算には用いられず、代わりに、上記のように出力電圧目標値ｖ＊に基づいて通流率が計算される。
【００４６】
自立運転時にも、連系運転時と同様に、ブリッジ回路４の短絡を防止するため、ＰＷＭ波形生成部１１にてＰＷＭ波形中にデッドタイム（短絡防止時間）が挿入され、さらに、デッドタイムの挿入によって発生する出力波形の歪み等の影響を抑制するため、デッドタイム補正量を、補正前通流率ｄｄｅｆに加算する。
【００４７】
このデッドタイム補正量は、ブリッジ回路４の出力電流に応じて定める必要がある。上記のとおり、連系運転時には、ブリッジ回路４の出力電流ｉｂｒｇと同等とみなせる出力電流目標値ｉ＊に基づいてデッドタイム補正量の計算を行うが、自立運転時には出力電流目標値ｉ＊が存在しない。
【００４８】
そこで、ブリッジ回路４の出力電流を検出し、その結果に基づいて、デッドタイム補正量の計算を行うことが考えられる。しかし、ブリッジ回路４の出力電流にはスイッチングに起因するリップル成分が多く含まれるため、ブリッジ回路４の出力電流を直接検出した場合には測定誤差が大きくなり易く、そのような検出値を用いてデッドタイム補正量を計算した場合、デッドタイム補正制御の安定性が損なわれる。
【００４９】
この問題を回避するため、本発明では、ブリッジ回路４の出力電流を検出する代わりに、推定し、この推定値を用いてデッドタイム補正量の計算を行う。
【００５０】
具体的には、フィルタ回路５を通過した後の部分を流れる電流、すなわちインバータ装置３の出力電流を検出し、この検出値ｉｄｅｔに基づいて、ブリッジ回路４の出力電流を推定し、この推定値を用いてデッドタイム補正量の計算を行う。
【００５１】
上記の推定は、以下の考慮に基づいて行われる。即ち、ブリッジ回路４の出力電流ｉｂｒｇの全てが、フィルタ回路５を通過してインバータ装置３の出力電流ｉｏになるわけではなく、一部はフィルタ回路５のコンデンサ５ａに流れる。従って、インバータ装置３の出力電流ｉｏに、コンデンサ５ａに流れる電流ｉｃａｐを加算することで、ブリッジ回路の出力電流ｉｂｒｇを求めることができる。
【００５２】
コンデンサ５ａに流れる電流ｉｃａｐは、コンデンサ５ａの両端に印加される電圧をコンデンサ５ａのリアクタンス（＝１／ｊωＣＦ）で割ることで求めることができる。ここで、ωは印加電圧の角周波数であり、ＣＦはコンデンサ５ａの容量である。
コンデンサ５ａの印加電圧はパワー・コンディショナ１の出力電圧ｖｏであり、自立運転時は出力電圧目標値ｖ＊に等しいとみなすことができる。またコンデンサ５ａはパワー・コンディショナ１の構成部品であり、その容量ＣＦは変化しないため既知の定数である。さらにコンデンサ５ａの印加電圧の周波数ωは系統周波数ωｇに等しいため既知の定数である。これらの数値を用いてコンデンサ５ａに流れる電流の推定値ｉｃａｐ＿ｅｓｔを下記の式（１）によって求めることができる。
【００５３】
【数１】
0006275069.tif 000002
【００５４】
上記のように、ブリッジ回路４の出力電流ｉｂｒｇは、インバータ装置３の出力電流ｉｏと、コンデンサ電流ｉｃａｐとの和である。従って、インバータ装置３の出力電流の検出値ｉｄｅｔにコンデンサ電流の推定値ｉｃａｐ＿ｅｓｔを加算することでブリッジ回路４の出力電流の推定値ｉｂｒｇ＿ｅｓｔを求めることができる。この計算は下記の式（２）で表される。
【００５５】
【数２】
0006275069.tif 000003
【００５６】
以上のように、自立運転時には、インバータ装置３の出力電流の検出値ｉｄｅｔとブリッジ回路４の出力電圧目標値ｖ＊とからブリッジ回路４の出力電流の推定値ｉｂｒｇ＿ｅｓｔを算出し、算出した推定値ｉｂｒｇ＿ｅｓｔに基づいてデッドタイム補正量の算出を行う。
【００５７】
以上を要するに、本発明の実施の形態１に係る系統連系インバータ装置は、連系運転時にはブリッジ回路４の出力電流の目標値に基づいてデッドタイム補正量の計算を行い、自立運転時にはインバータ装置３の出力電流の検出値とブリッジ回路４の出力電圧の目標値とに基づいてブリッジ回路４の出力電流の推定値を算出し、算出した推定値に基づいてデッドタイム補正量の計算を行うこととしている。
【００５８】
実施の形態１の構成によれば、ブリッジ回路４の出力電流のリップル成分或いはフィルタ回路５のコンデンサ５ａに流れる電流の影響による誤差を回避して精度よくデッドタイム補正を行うことができる。また、連系運転時と自立運転時とで同じデッドタイム補正量計算部を用いて、同じ算出アルゴリズムによりデッドタイム補正量を求めることができる。
【００５９】
実施の形態２．
図３及び図４は、本発明の実施の形態２に係るインバータ装置を含むパワー・コンディショナ１を、電力系統及び負荷とともに示す図である。
図３は、インバータ装置３を電力系統１０２に連系して運転するモード（連系運転モード）における状態を示し、図４は、インバータ装置３を電力系統１０２から解列して運転するモード（自立運転モード）における状態を示す。
【００６０】
図３及び図４は、図１及び図２と同様に、パワー・コンディショナのうち、デッドタイム補正に関する部分を中心として示し、それ以外の部分は簡単に示している。
図３及び図４のパワー・コンディショナは、図１及び図２のパワー・コンディショナと概して同じであるが、電流値予測部３１が付加されている点で異なる。
【００６１】
連系運転時には、系統連系リレー１０３並びに選択スイッチ２１及び２２が図３の状態にある。この状態では、図３のパワー・コンディショナ１は、図１の状態にあるパワー・コンディショナ１と同様に動作する。
【００６２】
自立運転時には、系統連系リレー１０３並びに選択スイッチ２１及び２２が図４の状態にある。この状態では、図４の状態にあるパワー・コンディショナ１は、概して図２の状態にあるパワー・コンディショナ１と同様に動作する。但し、電流値予測部３１が設けられているために以下の点で異なる。
【００６３】
電流値予測部３１は、連続した複数の出力電流検出値ｉｄｅｔの時系列に基づいて、出力電流検出値のうちの最新のものの検出時点よりも後の出力電流の瞬時値を予測する。この予測は、制御遅延を考慮して行うものであり、制御遅延時間に相当する時間が経過した時点での出力電流値が予測される。
【００６４】
ここで言う制御遅延時間は、デッドタイム補正量計算部２８でブリッジ回路４の出力電流の推定値ｉｂｒｇ＿ｅｓｔを受けてから、ＰＷＭ波形生成部１１で、当該出力電流の推定値ｉｂｒｇ＿ｅｓｔ（即ち、デッドタイム補正量計算部２８で受けた、ブリッジ回路の出力電流の推定値ｉｂｒｇ＿ｅｓｔ）に対応するＰＷＭ波形を生成するまでの時間である。
【００６５】
出力電流値の予測においては、出力電流検出値の時系列に近似する関数を求め、この関数を用いて外挿を行う。近似関数を求める方法としては、具体的には、例えば最小２乗法、スプライン法など一般に広く知られる方法を適用することができる。
【００６６】
図５には、出力電流検出値の時系列を直線（１次関数）で近似する例を示す。図５において、ｔ０は、最新の検出時刻（現時点）、ｔ−１、ｔ−２、ｔ−３は、それぞれ時刻ｔ０よりも、それぞれ１サンプル周期前、２サンプル周期前、３サンプル周期前の時刻を示す。ｔｐは、時刻ｔ０よりも制御遅延時間Ｔｃｄ経過後の時刻を示す。図５では、最新の検出時刻から、デッドタイム補正量計算部２８で出力電流の推定値が入力されるまでの時間を無視し得るものとしている。Ｃ（ｔ０）、Ｃ（ｔ−１）、Ｃ（ｔ−２）、Ｃ（ｔ−３）は、それぞれ、ｔ０、ｔ−１、ｔ−２、ｔ−３における出力電流検出値を示す。これらの検出値Ｃ（ｔ０）、Ｃ（ｔ−１）、Ｃ（ｔ−２）、Ｃ（ｔ−３）の時系列を近似する直線が符号Ｌａで示されている。また、この直線Ｌａを、近似関数を表すものとして用いて外挿を行うことで求められた制御遅延時間Ｔｃｄ経過後の予測値がＣ（ｔｐ）で示されている。
【００６７】
このようにして、電流値予測部３１で求められたインバータ装置３の出力電流の予測値ｉｏ＿ｅｓｔが、インバータ装置３の出力電流の検出値ｉｄｅｔの代わりに、加算部２７に供給される。
加算部２７では、予測値ｉｏ＿ｅｓｔとコンデンサ電流の推定値ｉｃａｐ＿ｅｓｔとを加算し、加算結果をブリッジ回路４の出力電流の推定値ｉｂｒｇ＿ｅｓｔして出力する。
【００６８】
即ち、実施の形態１では、最新の出力電流検出値ｉｄｅｔをインバータ装置３の出力電流の値として用いてブリッジ回路４の出力電流の推定値ｉｂｒｇ＿ｅｓｔを算出しているのに対し、実施の形態２では、予測値ｉｏ＿ｅｓｔをインバータ装置３の出力電流の値として用いてブリッジ回路４の出力電流の推定値ｉｂｒｇ＿ｅｓｔを算出している。
上記以外の点では、実施の形態２は実施の形態１と同じである。
【００６９】
本実施の形態では、実施の形態１で述べたのと同様に、自立運転時に、電流センサ１２によって検出された出力電流検出値ｉｄｅｔに基づいてデッドタイム補正制御を行うが、出力電流の予測値ｉｏ＿ｅｓｔを用いている点で実施の形態１とは異なる。
【００７０】
予測値ｉｏ＿ｅｓｔを用いるのは、以下の理由による。即ち、ブリッジ回路の出力電流の推定値ｉｂｒｇ＿ｅｓｔ（瞬時値）に対してデッドタイム補正制御を行う場合、上記のように、制御遅延時間Ｔｃｄが存在する。
【００７１】
そのため、実際に適用されるデッドタイム補正量は、制御遅延時間分だけ前の出力電流検出値から推定したブリッジ回路４の出力電流に基づいて算出されたものとなる。
インバータ装置３の出力は交流であり、制御遅延時間Ｔｃｄの間にも変化する。そのため、その変化分がデッドタイム補正量の誤差となり、デッドタイム補正制御の精度を劣化させる。
【００７２】
このような制御遅延時間Ｔｃｄによるデッドタイム補正量の誤差を低減するため、本実施の形態２に係るインバータ装置３では、電流値予測部３１で、制御遅延時間に相当する時間が経過した後の出力電流の瞬時値を予測して、これに基づいてデッドタイム補正量を計算する。このように、制御遅延による出力電流の変化を補償してデッドタイム補正量を算出することにより、一層精度よくデッドタイム補正を行うことができる。
【符号の説明】
【００７３】
１  パワー・コンディショナ、  ２  直流電源回路、  ３  インバータ装置、  ４  ブリッジ回路、  ５  フィルタ回路、  １１  ＰＷＭ波形生成部、  １２  電流センサ、  １５  運転切換制御部、  ２０  制御入力切換器、  ２１、２２  選択スイッチ、  ２３  目標値生成部、  ２４  電圧指令値計算部、  ２５  通流率計算部、  ２６  コンデンサ電流計算部、  ２７  加算部、    ２８  デッドタイム補正量計算部、  ２９  加算部、  ３１  電流値予測部、  １０１  負荷、  １０２  電力系統、  １０３  系統連系リレー。
【図１】
0006275069.tif 000004
【図２】
0006275069.tif 000005
【図３】
0006275069.tif 000006
【図４】
0006275069.tif 000007
【図５】
0006275069.tif 000008