JP5331399B2

JP5331399B2 - Power supply

Info

Publication number: JP5331399B2
Application number: JP2008187442A
Authority: JP
Inventors: 浩二野田; 裕文篠原
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Carrier Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Carrier Corp
Priority date: 2008-07-18
Filing date: 2008-07-18
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2028-07-18
Also published as: JP2010028977A

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a highly reliable power supply unit capable of solving the distortion of an inverter output voltage without increasing control load, irrespective of carrier signal frequencies. <P>SOLUTION: When a switching PWM signal for a single-phase inverter 20 is generated by comparison in voltage between a carrier signal and a command signal, the power supply unit applies a correction bias V3 to each of a positive level voltage of the command signal and a negative level voltage thereof. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

この発明は、直流電圧をスイッチングによりレベル変換するコンバータ、およびこのコンバータの出力をスイッチングにより交流に変換するインバータからなる電源装置に関する。 The present invention relates to a converter that converts a level of a DC voltage by switching, and a power supply device that includes an inverter that converts an output of the converter to AC by switching.

太陽電池（ＰＶ）の発電電力を取り出し、それをコンバータで昇圧（レベル変換）し、昇圧した直流電圧をインバータで交流に変換して負荷に供給する電源装置として、インバータを商用交流電源系統と連系して動作させる系統連系運転の機能、およびインバータを商用交流電源系統と関わりなく動作させる自立運転の機能を有するものがある（例えば特許文献１）。 As a power supply device that takes out the generated power of the solar cell (PV), boosts it (level conversion) with a converter, converts the boosted DC voltage into AC by the inverter, and supplies it to the load, the inverter is connected to the commercial AC power system. Some have a grid-connected operation function that operates in a system and a self-sustained operation function that operates the inverter regardless of the commercial AC power supply system (for example, Patent Document 1).

この電源装置では、自立運転時、インバータに対するスイッチング用のＰＷＭ信号がキャリア信号（三角波信号電圧）と正弦波の指令信号Ｖrms_ST_REF（実効値）との電圧比較により生成される。この生成されたＰＷＭ信号によってインバータのスイッチング素子がオン，オフされ、そのオン，オフデューティに応じたレベルの交流電圧Ｖinv_ad_rms（実効値）がインバータから出力される。さらに、実際に出力される交流電圧Ｖinv_ad_rmsと指令信号Ｖrms_ST_REFの電圧との差ΔＶrmsが求められ、その電圧差ΔＶrmsのＰＩ制御により得られる補正電圧Vrms_refpiが指令信号Ｖrms_ST_REFに付加される。この付加によって図１０に示す新たな指令信号Vac_Refが得られ、その指令信号Vac_Refに基づくＰＷＭ信号の生成により、歪みの小さい正弦波電圧をインバータから出力するようにしている。 In this power supply device, during independent operation, a switching PWM signal for the inverter is generated by voltage comparison between the carrier signal (triangular wave signal voltage) and the sine wave command signal Vrms_ST_REF (effective value). The switching element of the inverter is turned on / off by the generated PWM signal, and an AC voltage Vinv_ad_rms (effective value) of a level corresponding to the on / off duty is output from the inverter. Furthermore, a difference ΔVrms between the actually output AC voltage Vinv_ad_rms and the voltage of the command signal Vrms_ST_REF is obtained, and a correction voltage Vrms_refpi obtained by PI control of the voltage difference ΔVrms is added to the command signal Vrms_ST_REF. With this addition, a new command signal Vac_Ref shown in FIG. 10 is obtained, and by generating a PWM signal based on the command signal Vac_Ref, a sine wave voltage with small distortion is output from the inverter.

ここで、

here,

である。 It is.

Ｋsoftはインバータ起動時にソフト起動を行うための“０”〜“１”のソフトスタート係数。ωｔ＝ωｔ＋Δωｔ。Δωｔ＝２πＨｚ／ｆｃ。Hzは商用交流電源系統の周波数（50／60Hz）。ｆｃはインバータ用のＰＷＭ信号を生成するためのキャリア信号周波数である。
特開２００１−３７２４６号公報 Ksoft is a soft start coefficient from “0” to “1” for starting the software when the inverter is started. ωt = ωt + Δωt. Δωt = 2πHz / fc. Hz is the frequency of the commercial AC power system (50/60 Hz). fc is a carrier signal frequency for generating an inverter PWM signal.
JP 2001-37246 A

上記の電源装置の場合、インバータ出力電圧の零クロス付近で指令信号Vac_Refの有効レベルが低下するため、図１１に示すように、インバータから出力される交流電圧Ｖinv_ad_rmsの零クロス付近に歪みが生じるという問題がある。一般に、自立運転では抵抗負荷における出力電圧歪み率が総合５％以下となるように設計されるが、上記の電源装置では零クロス付近にマージンがない。 In the case of the power supply device described above, the effective level of the command signal Vac_Ref decreases near the zero cross of the inverter output voltage, so that distortion occurs near the zero cross of the AC voltage Vinv_ad_rms output from the inverter, as shown in FIG. There's a problem. In general, the output voltage distortion rate in the resistive load is designed to be 5% or less in total in the self-sustained operation, but the above power supply apparatus has no margin near the zero cross.

また、上記のように、実際に出力される交流電圧Ｖinv_ad_rmsと指令信号Ｖrms_ST_REFの電圧との差ΔＶrmsを指令信号にフィードバックして加えるものでは、比較的高いキャリア信号周波数でないと歪み低減効果が小さく、制御負荷も重くなるという問題がある。 Further, as described above, if the difference ΔVrms between the actually output AC voltage Vinv_ad_rms and the voltage of the command signal Vrms_ST_REF is fed back to the command signal, the distortion reduction effect is small unless the carrier signal frequency is relatively high. There is a problem that the control load becomes heavy.

この発明は、上記の事情を考慮したもので、その目的は、キャリア信号周波数にかかわらず、しかも制御負荷が重くなることなく、インバータ出力電圧の歪みを解消することができる信頼性にすぐれた電源装置を提供することである。 The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and its purpose is to provide a highly reliable power source that can eliminate distortion of the inverter output voltage without increasing the control load regardless of the carrier signal frequency. Is to provide a device.

請求項１に係る発明の電源装置は、直流電圧をスイッチングによりレベル変換するコンバータ、このコンバータの出力をスイッチングにより交流に変換するインバータ、このコンバータおよびインバータに対するスイッチング用のＰＷＭ信号をキャリア信号と指令信号との電圧比較により生成する制御手段を備えたものであって、前記制御手段は、前記インバータに対するスイッチング用のＰＷＭ信号をキャリア信号と指令信号との電圧比較により生成する際に、その指令信号を、正弦波信号の正レベル電圧および負レベル電圧にそれぞれ補正バイアスを付加したものとし、前記インバータが出力すべき交流の振幅がＶ１、補正バイアスがＶ３，その補正バイアスＶ３が付加される正弦波信号の桁上げ振幅がＶ２のとき、補正バイアスＶ３は次のように設定される

The power supply device of the invention according to claim 1 is a converter for converting a DC voltage level by switching, an inverter for converting an output of the converter to AC by switching, a PWM signal for switching for the converter and the inverter, a carrier signal and a command signal be those having a control unit for generating the voltage comparison with the control means, when generating a voltage comparison between the command signal and the carrier signal PWM signals for switching for the inverter, the command signal The sine wave signal is obtained by adding a correction bias to the positive level voltage and the negative level voltage of the sine wave signal , the amplitude of the alternating current to be output from the inverter is V1, the correction bias is V3, and the correction bias V3 is added. When the carry amplitude of V2 is V2, the correction bias V3 is It is set as

この発明の電源装置によれば、キャリア信号周波数にかかわらず、しかも制御負荷が重くなることなく、インバータ出力電圧の歪みを解消することができ、信頼性が向上する。 According to the power supply device of the present invention, the distortion of the inverter output voltage can be eliminated irrespective of the carrier signal frequency and without increasing the control load, and the reliability is improved.

以下、この発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
図１において、１は太陽電池（ＰＶ）で、光を受けることにより、直流電圧を出力する。この出力電圧が開閉器２を介してコンデンサ３，４に印加され、そのコンデンサ３，４の電圧がコンバータたとえば昇圧チョッパ５に供給される。昇圧チョッパ５は、直流リアクトル６、スイッチング素子たとえばＩＧＢＴ７、逆流防止用ダイオード８、およびコンデンサ９を有し、制御部である制御部６０から供給されるＰＷＭ信号に応じてＩＧＢＴ７がオン，オフ（スイッチング）することにより、入力電圧（直流電圧）を所定レベルに昇圧（レベル変換）する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a solar cell (PV), which outputs a DC voltage by receiving light. This output voltage is applied to the capacitors 3 and 4 via the switch 2, and the voltage of the capacitors 3 and 4 is supplied to a converter, for example, a boost chopper 5. The step-up chopper 5 includes a DC reactor 6, a switching element such as an IGBT 7, a backflow prevention diode 8, and a capacitor 9, and the IGBT 7 is turned on / off (switching) according to a PWM signal supplied from the control unit 60 that is a control unit. The input voltage (DC voltage) is boosted to a predetermined level (level conversion).

この昇圧チョッパ５の出力電圧が単相インバータ２０に供給される。単相インバータ２０は、４つのスイッチング素子たとえばＩＧＢＴ２１，２２，２３，２４からなるフルブリッジ回路、これらＩＧＢＴにそれぞれ逆並列接続された還流ダイオードＤ、および各ＩＧＢＴのゲートに接続されたゲート駆動回路３１，３２，３３，３４を有し、制御部６０から供給されるＰＷＭ信号に応じて各ＩＧＢＴがオン，オフ（スイッチング）することにより、入力電圧（直流電圧）を所定周波数の交流電圧に変換する。 The output voltage of the boost chopper 5 is supplied to the single-phase inverter 20. The single-phase inverter 20 includes a full bridge circuit composed of four switching elements, for example, IGBTs 21, 22, 23, and 24, a freewheeling diode D connected in reverse parallel to each of the IGBTs, and a gate drive circuit 31 connected to the gate of each IGBT. , 32, 33, and 34, and each IGBT is turned on and off (switching) in accordance with the PWM signal supplied from the control unit 60, thereby converting the input voltage (DC voltage) into an AC voltage having a predetermined frequency. .

この単相インバータ２０の出力端に、交流リアクトル４１およびコンデンサ４２からなるノイズ低減用のＬＣフィルタを介して、さらにリレー接点４３，４４を介して、コンデンサ４５，４６の直列回路が接続される。そして、コンデンサ４５，４６の直列回路に商用交流電源系統（単相AC200V）４７が接続される。また、単相インバータ２０の出力端に、上記交流リアクトル４１およびコンデンサ４２からなるノイズ低減用のＬＣフィルタを介して、さらにリレー接点４８を介して、コンデンサ４９が接続される。このコンデンサ４９に生じる電圧が、自立運転用の交流電源（単相AC100V）５０の電圧として外部出力される。リレー接点４３，４４，４８は、制御部６０により制御される。 A series circuit of capacitors 45 and 46 is connected to the output terminal of the single-phase inverter 20 via a noise reducing LC filter including an AC reactor 41 and a capacitor 42 and further via relay contacts 43 and 44. A commercial AC power supply system (single-phase AC 200 V) 47 is connected to the series circuit of the capacitors 45 and 46. Further, a capacitor 49 is connected to the output terminal of the single-phase inverter 20 via a noise reducing LC filter including the AC reactor 41 and the capacitor 42 and further via a relay contact 48. The voltage generated in the capacitor 49 is externally output as the voltage of the AC power supply (single-phase AC100V) 50 for independent operation. The relay contacts 43, 44 and 48 are controlled by the control unit 60.

制御部６０は、制御の中枢となるＭＣＵ６１、データ記憶用の不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）６２、電圧・電流検出用のＡ／Ｄコンバータ６３、昇圧チョッパ5および単相インバータ２０に対するＰＷＭ信号生成用のＰＷＭ生成器６４、および電圧・電流検出用のＡ／Ｄコンバータ６５などを有する。そして、太陽電池１の電圧（ＰＶ電圧という）、太陽電池１の電流（ＰＶ電流という）、このＰＶ電流の地絡、昇圧チョッパ５の出力電圧（昇圧電圧という）のそれぞれ検出ラインがＡ／Ｄコンバータ６３に接続され、単相インバータ２０の出力電圧（インバータ出力電圧という）、単相インバータ２０の出力電流（インバータ出力電流という）、インバータ出力電流の直流成分、商用交流電源系統（単相AC200V）の電圧（および周波数）のそれぞれ検出ラインがＡ／Ｄコンバータ６５に接続される。 The control unit 60 is used to generate a PWM signal for the MCU 61 which is the center of control, a nonvolatile memory (EEPROM) 62 for data storage, an A / D converter 63 for voltage / current detection, the boost chopper 5 and the single-phase inverter 20. A PWM generator 64 and an A / D converter 65 for voltage / current detection are included. The detection lines for the voltage of the solar cell 1 (referred to as PV voltage), the current of the solar cell 1 (referred to as PV current), the ground fault of the PV current, and the output voltage (referred to as boosted voltage) of the boost chopper 5 are A / D. Connected to converter 63, output voltage of single-phase inverter 20 (referred to as inverter output voltage), output current of single-phase inverter 20 (referred to as inverter output current), DC component of inverter output current, commercial AC power supply system (single-phase AC 200V) Each of the voltage (and frequency) detection lines is connected to the A / D converter 65.

ＭＣＵ６１は、各検出ラインを通して各部の状態を監視し、その監視結果に応じてＰＷＭ生成器６４によるＰＷＭ信号の生成を制御するもので、主要な機能として次の（１）〜（３）を有する。
（１）リレー接点４３，４４をオンしてリレー接点４８をオフし、単相インバータ２０を商用交流電源系統４７と連系して動作させる系統連系運転の制御手段。 The MCU 61 monitors the state of each part through each detection line, and controls the generation of the PWM signal by the PWM generator 64 according to the monitoring result, and has the following (1) to (3) as main functions. .
(1) Control means for system interconnection operation that turns on the relay contacts 43 and 44 and turns off the relay contact 48 to operate the single-phase inverter 20 in conjunction with the commercial AC power supply system 47.

（２）リレー接点４３，４４をオフしてリレー接点４８をオンし、単相インバータ２０を商用交流電源系統４７と関わりなく動作させる自立運転の制御手段。 (2) Self-sustained operation control means for turning off the relay contacts 43 and 44 and turning on the relay contact 48 to operate the single-phase inverter 20 irrespective of the commercial AC power supply system 47.

（３）昇圧チョッパ５および単相インバータ２０に対するスイッチング用のＰＷＭ信号をキャリア信号（例えば三角波信号電圧）と指令信号との電圧比較により生成するとともに、とくに自立運転時の単相インバータ２０に対するＰＷＭ信号の生成に際し、指令信号の正レベル電圧および負レベル電圧にそれぞれ補正バイアスを付加する制御手段。 (3) A PWM signal for switching for the boost chopper 5 and the single-phase inverter 20 is generated by voltage comparison between a carrier signal (for example, a triangular wave signal voltage) and a command signal, and in particular, a PWM signal for the single-phase inverter 20 during independent operation. Control means for adding a correction bias to each of the positive level voltage and the negative level voltage of the command signal when generating.

作用について説明する。
先ずリレー接点４４がオンされて商用交流電源系統４７の電圧と周波数が監視されるとともに、ＰＶ電圧が監視される。この系統電圧・周波数およびＰＶ電圧が規定値以下の状態で一定の待機時間（例えば３００sec程度）が経過すると、リレー接点４３がオンされ、単相インバータ２０が商用交流電源系統４７と連系して動作する系統連系運転が開始される。この開始までの待機時間中、系統電圧の周波数（系統周波数という）が認識されて不揮発性メモリ６２に記憶される。 The operation will be described.
First, the relay contact 44 is turned on to monitor the voltage and frequency of the commercial AC power supply system 47 and the PV voltage. When a certain standby time (for example, about 300 seconds) elapses when the system voltage / frequency and PV voltage are below the specified values, the relay contact 43 is turned on, and the single-phase inverter 20 is connected to the commercial AC power system 47. A grid-connected operation is started. During the standby time until the start, the frequency of the system voltage (referred to as system frequency) is recognized and stored in the nonvolatile memory 62.

そして、単相インバータ２０に対するスイッチング用のＰＷＭ信号がキャリア信号（三角波信号電圧）と正弦波の指令信号Vac_Ref（実効値）との電圧比較により生成される。正弦波の指令信号Vac_Refは、不揮発性メモリ６２に記憶された系統周波数と同じ周波数に設定される。そして、生成されたＰＷＭ信号によって単相インバータ２０のスイッチング素子がオン，オフされ、そのオン，オフデューティに応じたレベルの交流電圧Ｖinv_ad_rms（実効値）が単相インバータ２０から出力される。 A switching PWM signal for the single-phase inverter 20 is generated by voltage comparison between the carrier signal (triangular wave signal voltage) and the sine wave command signal Vac_Ref (effective value). The sine wave command signal Vac_Ref is set to the same frequency as the system frequency stored in the nonvolatile memory 62. Then, the switching element of the single-phase inverter 20 is turned on / off by the generated PWM signal, and the AC voltage Vinv_ad_rms (effective value) having a level corresponding to the on / off duty is output from the single-phase inverter 20.

この系統連系運転において、商用交流電源系統４７側の負荷で電力が消費されて昇圧チョッパ５の出力電圧が下降した場合、昇圧チョッパ５に対するＰＷＭ信号のオン，オフデューティが増加方向に制御され、昇圧チョッパ５の出力電圧が予め定められたレベルまで上昇する。この過程で、太陽電池１から最大電力を得るためのＭＰＰＴ（山登り法）制御が実行される。 In this grid-connected operation, when power is consumed by the load on the commercial AC power supply system 47 side and the output voltage of the boost chopper 5 drops, the on / off duty of the PWM signal for the boost chopper 5 is controlled in an increasing direction, The output voltage of boost chopper 5 rises to a predetermined level. In this process, MPPT (mountain climbing) control for obtaining maximum power from the solar cell 1 is executed.

系統電圧が所定値以上に上昇すると、無効電力を注入して系統電圧の上昇を抑える無効電力注入制御が行われる。また、商用交流電源系統４７が遮断された場合には、単独運転であることを検出する必要がある。これは、系統連系運転に於ける重要な制御機能の一つとなる。すなわち、単独運転検出機能として、受動方式と能動方式があり、両者が併用される事が多い。受動方式は、周波数の変動率や位相跳躍（位相の急変）などを監視して検出するものである。能動方式には、インバータ出力電圧の位相角を系統電圧に対して少し進めて運転する周波数シフトがあり、零クロス検出を系統電圧で行ない、前の零クロス検出の周期でインバータ出力電圧を生成していく。従って、商用交流電源系統４７が遮断されるまでは系統電圧の周波数に同期してインバータ出力電圧が生成されるが、商用交流電源系統４７が遮断されると、１サイクル毎にインバータ出力電圧の周期が上記進み位相角だけ減少して周波数異常として検出される。更に、商用交流電源系統４７が遮断される過渡期に周波数および電圧が所定範囲を逸脱した場合にはその時点で能動検出（ＵＶＲ：低電圧、ＯＶＲ：高電圧、ＵＦＲ：低周波数，ＯＦＲ：高周波数）が行われる。 When the system voltage rises above a predetermined value, reactive power injection control is performed to inject reactive power and suppress the increase in system voltage. In addition, when the commercial AC power supply system 47 is shut off, it is necessary to detect that it is an independent operation. This is one of the important control functions in grid interconnection operation. That is, there are a passive method and an active method as an isolated operation detection function, and both are often used together. The passive method monitors and detects a frequency variation rate, a phase jump (abrupt phase change), and the like. In the active method, there is a frequency shift in which the phase angle of the inverter output voltage is slightly advanced with respect to the system voltage, zero cross detection is performed on the system voltage, and the inverter output voltage is generated at the previous zero cross detection cycle. To go. Therefore, the inverter output voltage is generated in synchronization with the frequency of the system voltage until the commercial AC power supply system 47 is shut off. However, when the commercial AC power supply system 47 is shut off, the cycle of the inverter output voltage is cycled. Decreases by the above-mentioned advance phase angle and is detected as a frequency abnormality. Further, when the frequency and voltage deviate from a predetermined range during the transition period when the commercial AC power supply system 47 is cut off, active detection is performed at that time (UVR: low voltage, OVR: high voltage, UFR: low frequency, OFR: high). Frequency).

また、インバータ出力過電圧、インバータ出力過電流、インバータ出力電流の直流分超過、ＰＶ電圧超過、ＰＶ電流超過、ＰＶ地絡（零相ＣＴを介したＰＶ電流の不平衡検出）、昇圧電圧などが監視され、これら監視結果のいずれかに異常が生じた場合は操作表示部（図示しない）でエラーが報知されるとともに運転が停止される。 Inverter output overvoltage, inverter output overcurrent, inverter output current DC component excess, PV voltage excess, PV current excess, PV ground fault (PV current unbalance detection via zero-phase CT), boost voltage, etc. are monitored When an abnormality occurs in any of these monitoring results, an error is notified on the operation display unit (not shown) and the operation is stopped.

一方、自立運転では、単相インバータ２０に対するスイッチング用のＰＷＭ信号がキャリア信号（三角波信号電圧）と正弦波の指令信号Vac_Ref（実効値）との電圧比較により生成される。正弦波の指令信号Vac_Refは、系統連系運転の待機時間中に認識されて不揮発性メモリ６２に記憶された系統周波数と同じ周波数に設定される。そして、生成されたＰＷＭ信号によって単相インバータ２０のスイッチング素子がオン，オフされ、交流電圧Ｖinv_ad_rms（実効値１００Ｖ）が単相インバータ２０から出力される。 On the other hand, in the self-sustained operation, a switching PWM signal for the single-phase inverter 20 is generated by voltage comparison between the carrier signal (triangular wave signal voltage) and the sine wave command signal Vac_Ref (effective value). The sine wave command signal Vac_Ref is set to the same frequency as the system frequency which is recognized during the standby time of system interconnection operation and stored in the nonvolatile memory 62. Then, the switching element of the single-phase inverter 20 is turned on and off by the generated PWM signal, and the AC voltage Vinv_ad_rms (effective value 100 V) is output from the single-phase inverter 20.

系統連系運転が実施されずに初めから自立運転が実施される場合には、指令信号Vac_Refの周波数が不揮発性メモリ６２に予め記憶されているデフォルトの周波数に設定される。 When the independent operation is performed from the beginning without performing the grid interconnection operation, the frequency of the command signal Vac_Ref is set to the default frequency stored in advance in the nonvolatile memory 62.

とくに、この自立運転では、図２に示すように、指令信号Vac_Refの正レベル電圧および負レベル電圧にそれぞれ補正バイアスＶ３が付加される。 In particular, in this self-sustained operation, as shown in FIG. 2, the correction bias V3 is added to the positive level voltage and the negative level voltage of the command signal Vac_Ref, respectively.

すなわち、指令信号Ｖac_ref≧０のとき、その指令信号Ｖac_refが次のように設定される。

That is, when the command signal Vac_ref ≧ 0, the command signal Vac_ref is set as follows.

指令信号Ｖac_ref＜０のとき、その指令信号Ｖac_refが次のように設定される。

When the command signal Vac_ref <0, the command signal Vac_ref is set as follows.

Ｋsoftはインバータ起動時にソフト起動を行うための“０”〜“１”のソフトスタート係数。ωｔ＝ωｔ＋Δωｔ。Δωｔ＝２πＨｚ／ｆｃ。Hzは商用交流電源系統の周波数（50／60Hz）。ｆｃはインバータ用のＰＷＭ信号を生成するためのキャリア信号周波数である。 Ksoft is a soft start coefficient from “0” to “1” for starting the software when the inverter is started. ωt = ωt + Δωt. Δωt = 2πHz / fc. Hz is the frequency of the commercial AC power system (50/60 Hz). fc is a carrier signal frequency for generating an inverter PWM signal.

このように、指令信号Vac_Refの正レベル電圧および負レベル電圧にそれぞれ補正バイアスＶ３が付加されることにより、零クロス付近で指令信号Vac_Refの有効レベルが低下するのを抑制できて、図３に示すように、零クロス付近はもちろん全ての波形にわたって歪みが解消された交流電圧Ｖinv_ad_rmsが単相インバータ２０から出力される。 In this way, by adding the correction bias V3 to the positive level voltage and the negative level voltage of the command signal Vac_Ref, respectively, it is possible to suppress a decrease in the effective level of the command signal Vac_Ref near the zero cross, as shown in FIG. As described above, the AC voltage Vinv_ad_rms from which distortion is eliminated over the entire waveform as well as near the zero cross is output from the single-phase inverter 20.

出力電圧歪み率ＴＨＤについては、単相インバータ２０の目標出力電圧の振幅をＶ１とすると、その振幅Ｖ１に対する２次〜４０次の高調波成分の比率として次式で求めることができ、大幅な改善効果が得られる。

The output voltage distortion rate THD can be obtained by the following equation as the ratio of the second to 40th harmonic components with respect to the amplitude V1 when the amplitude of the target output voltage of the single-phase inverter 20 is V1, which is a significant improvement. An effect is obtained.

本発明の出力電圧歪み率と従来の出力電圧歪み率とを図４に対比して示す。とくに、従来のように、実際のインバータ出力電圧と指令信号の電圧との差を指令信号にフィードバックして加えるものでは、比較的高いキャリア信号周波数でないと歪み低減効果が小さく、制御負荷も重くなるという問題があるのに対し、本発明の場合はキャリア信号周波数にかかわらず、しかも制御負荷が重くなることなく、インバータ出力電圧の歪みを大幅に低減できるという効果が得られる。 The output voltage distortion rate of the present invention and the conventional output voltage distortion rate are shown in FIG. In particular, as in the prior art, when the difference between the actual inverter output voltage and the command signal voltage is fed back to the command signal, the distortion reduction effect is small and the control load is heavy unless the carrier signal frequency is relatively high. In contrast, in the case of the present invention, the distortion of the inverter output voltage can be greatly reduced regardless of the carrier signal frequency and without increasing the control load.

ところで、図８および図９に示すように、元々の指令信号Vac_Refの振幅がＶ１、その指令信号Vac_Refに付加される補正バイアスがＶ３、その補正バイアスＶ３の付加による指令信号Vac_Refの桁上げ振幅がＶ２のとき、補正バイアスＶ３は次のように設定される。

By the way, as shown in FIGS. 8 and 9 , the amplitude of the original command signal Vac_Ref is V1, the correction bias added to the command signal Vac_Ref is V3, and the carry amplitude of the command signal Vac_Ref by the addition of the correction bias V3 is When V2, the correction bias V3 is set as follows.

この補正バイアスＶ３の設定により、補正バイアスＶ３が付加される場合と付加されない場合とで、単相インバータ２０の出力電圧Ｖinv_ad_rmsの実効値に変化が生じないようになる。この補正バイアスＶ３の設定の一例を図７に示す。 By setting the correction bias V3, the effective value of the output voltage Vinv_ad_rms of the single-phase inverter 20 does not change depending on whether the correction bias V3 is added or not. An example of the setting of the correction bias V3 is shown in FIG.

すなわち、補正バイアスＶ３が付加される場合と付加されない場合の単相インバータ２０の出力電圧Ｖinv_ad_rmsの実効値が等しいとする。

That is, it is assumed that the effective value of the output voltage Vinv_ad_rms of the single-phase inverter 20 is the same when the correction bias V3 is added and when it is not added.

次に、上式の両辺を二乗して等しいとおく。

Next, it is assumed that both sides of the above formula are squared and equal.

右辺１項は、

The first term on the right side is

右辺２項は、

The two terms on the right side are

右辺＝右辺１項＋右辺２項であり、

Right side = 1 term on the right side + 2 terms on the right side,

これらの式から、補正バイアスＶ３が付加された場合に得られる単相インバータ２０の出力電圧の振幅Ｖ２を決めたとき、下式のような補正バイアスＶ３の２次方程式が得られる。

From these equations, when the amplitude V2 of the output voltage of the single-phase inverter 20 obtained when the correction bias V3 is added, a quadratic equation of the correction bias V3 as shown in the following equation is obtained.

補正バイアスＶ３の２次方程式の解は、２次方程式の解の公式より以下となる。

The solution of the quadratic equation of the correction bias V3 is as follows from the formula of the solution of the quadratic equation.

Ｖ３＞０、Ｖ２＞０の条件から次式でＶ３が決まる。

V3 is determined by the following equation from the conditions of V3> 0 and V2> 0.

ここで、

here,

の場合の解の例を図５に示す。

An example of the solution in the case of is shown in FIG .

の場合の解の例を図６に参考として示す。 An example of the solution in this case is shown in FIG .

なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment.

この発明の一実施形態の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of one Embodiment of this invention. 一実施形態における指令信号に補正バイアスが付加された状態の波形を示す図。The figure which shows the waveform of the state in which the correction bias was added to the command signal in one Embodiment. 一実施形態におけるインバータ出力電圧の波形を示す図。The figure which shows the waveform of the inverter output voltage in one Embodiment. 本発明の出力電圧歪み率と従来の出力電圧歪み率とを対比して示す図。The figure which compares and shows the output voltage distortion rate of this invention, and the conventional output voltage distortion rate. 一実施形態における補正バイアスの一つの解の波形を示す図。The figure which shows the waveform of one solution of the correction bias in one Embodiment. 一実施形態における補正バイアスの他の解の波形を参考として示す図。The figure which shows the waveform of the other solution of the correction bias in one Embodiment as a reference. 一実施形態における補正バイアスの設定の一例を示す図。The figure which shows an example of the setting of the correction bias in one Embodiment. 一実施形態における指令信号の波形を示す図。The figure which shows the waveform of the command signal in one Embodiment. 一実施形態における指令信号に補正バイアスが付加された場合の指令信号の桁上げ振幅を示す図。The figure which shows the carry amplitude of a command signal when correction bias is added to the command signal in one Embodiment. 従来装置のフィードバックによる新たな指令信号の波形を示す図。The figure which shows the waveform of the new command signal by the feedback of a conventional apparatus. 従来装置のインバータ出力電圧の波形を示す図。The figure which shows the waveform of the inverter output voltage of a conventional apparatus.

Explanation of symbols

１…太陽電池、５…昇圧チョッパ（コンバータ）、７…ＩＧＢＴ、２０…単相インバータ、２１，２２，２３，２４…ＩＧＢＴ、３１，３２，３３，３４…ゲート駆動回路、４７…商用交流電源系統、５０…自立運転用の交流電源、６０…制御部、６１…ＭＣＵ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Solar cell, 5 ... Boost chopper (converter), 7 ... IGBT, 20 ... Single phase inverter 21, 22, 23, 24 ... IGBT, 31, 32, 33, 34 ... Gate drive circuit, 47 ... Commercial AC power supply System, 50 ... AC power supply for autonomous operation, 60 ... Control unit, 61 ... MCU

Claims

A converter for converting the level of DC voltage by switching, an inverter for converting the output of the converter to AC by switching, and a control means for generating a PWM signal for switching for the converter and the inverter by voltage comparison between the carrier signal and the command signal In the power supply
When the control means generates a switching PWM signal for the inverter by comparing the voltage of the carrier signal and the command signal, the control signal applies a correction bias to the positive level voltage and the negative level voltage of the sine wave signal , respectively. When the amplitude of the alternating current to be output from the inverter is V1, the correction bias is V3, and the carry amplitude of the sine wave signal to which the correction bias V3 is added is V2, the correction bias V3 is as follows: Set

A power supply device characterized by that.

The power supply device further includes a grid-connected operation means for operating the inverter in conjunction with a commercial AC power supply system, and a self-sustaining operation means for operating the inverter regardless of the commercial AC power supply system,
The control means is a grid interconnection inverter that performs the addition of the correction bias during the autonomous operation.
The power supply device according to claim 1.