JP5528858B2 - Power converter - Google Patents
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Description
本発明は、2次電池や太陽電池、燃料電池等の直流電源と電力系統との間に備えられる系統連系インバータ装置や、直流電力にて駆動される直流負荷と電力系統との間に備えられるコンバータ装置等からなる電力変換装置に関するものである。 The present invention provides a grid-connected inverter device provided between a DC power source such as a secondary battery, a solar battery, or a fuel cell and a power system, or a DC load driven by DC power and a power system. The present invention relates to a power conversion device including a converter device.
2次電池や太陽電池、燃料電池等の直流電源と、商用の電力系統との間に備えられる系統連系インバータ装置等においては、その直流電源で得られる直流電力をインバータ回路のスイッチング動作にて電力系統に適合する3相交流電力に変換し、その電力系統に併入させるものである。 In a grid-connected inverter device or the like provided between a DC power source such as a secondary battery, a solar cell, or a fuel cell and a commercial power system, the DC power obtained from the DC power source is switched by the switching operation of the inverter circuit. It is converted into three-phase AC power suitable for the electric power system and is inserted into the electric power system.
ところで、直流電源とインバータ回路との間には直流側コンデンサが接続されて直流電源からインバータ回路に入力される直流電力の平滑化がなされているが、装置の起動過程で直流電源とインバータ回路との接続時、若しくはインバータ回路と電力系統との接続時においてその直流側コンデンサが十分に充電されていないと、例えばインバータ回路と電力系統とが先に接続されるような場合では、電力系統からインバータ回路、詳しくはインバータ回路を構成する半導体スイッチング素子に逆接続されたダイオードを介して直流側コンデンサに過大な突入電流が生じて、スイッチング素子の破損や電力系統にノイズを生じさせたりする虞があった。また、直流電源とインバータ回路とが先に接続されるような場合では、その直流電源から直流側コンデンサに過大な突入電流が生じて、直流電源の破損を招く虞があった。 By the way, a DC side capacitor is connected between the DC power supply and the inverter circuit to smooth the DC power input from the DC power supply to the inverter circuit. If the DC side capacitor is not sufficiently charged when connecting the inverter circuit and the power system, for example, if the inverter circuit and the power system are connected first, the inverter from the power system There is a risk that excessive inrush current will occur in the DC side capacitor via the diode, which is reversely connected to the semiconductor switching element that constitutes the circuit, more specifically the inverter circuit, causing damage to the switching element and noise in the power system. It was. In the case where the DC power supply and the inverter circuit are connected first, an excessive inrush current is generated from the DC power supply to the DC-side capacitor, which may cause damage to the DC power supply.
そこで、例えば特許文献1に示されている装置では、燃料電池の起動前にインバータ回路の停止状態で直流側コンデンサの初期充電を行う初期充電回路が備えられている。初期充電回路は、その充電用スイッチのオンに基づき電力系統からの交流電力を引き込んで整流回路及び充電抵抗を介して所定の直流電力に変換して直流側コンデンサに供給し、該コンデンサの初期充電を行うものである。そして、その直流側コンデンサの充電を待って燃料電池を起動させ、燃料電池起動後、燃料電池の電力を用いてインバータ回路を動作させて連系スイッチがオンされることで、燃料電池側からの上記のような過大な突入電流の発生が防止されるものとなっている。 Therefore, for example, the apparatus disclosed in Patent Document 1 includes an initial charging circuit that performs initial charging of the DC-side capacitor while the inverter circuit is stopped before starting the fuel cell. The initial charging circuit draws in AC power from the power system based on the turning on of the charging switch, converts it into predetermined DC power via a rectifier circuit and a charging resistor, and supplies it to the DC side capacitor. Is to do. Then, the fuel cell is started after waiting for the charging of the DC side capacitor, and after the fuel cell is started, the inverter circuit is operated using the power of the fuel cell and the interconnection switch is turned on, so that the fuel cell side Generation of an excessive inrush current as described above is prevented.
ところで、特許文献1では図示されていないが、インバータ回路の出力側に系統周波数の交流電力を通過させ、系統周波数以外の交流電力をノイズとして吸収するコイル及びコンデンサよりなるフィルタ回路が備えられるものがあるが、そのフィルタコンデンサにおいても十分な充電を行わないと連系スイッチのオン時に突入電流が生じて、電力系統に大きなノイズが生じてしまう。 By the way, although not illustrated in Patent Document 1, a filter circuit including a coil and a capacitor that passes AC power of a system frequency on the output side of the inverter circuit and absorbs AC power other than the system frequency as noise is provided. However, if the filter capacitor is not sufficiently charged, an inrush current is generated when the interconnection switch is turned on, and a large noise is generated in the power system.
特許文献1では、連系スイッチのオンよりも前にインバータ回路のスイッチング動作を開始する構成のため、仮にインバータ回路の出力側にフィルタ回路(フィルタコンデンサ)を備えた場合、そのインバータ回路の動作にて予めフィルタコンデンサの充電が可能ではあるが、燃料電池等のように立ち上がりの緩やかな直流電源や、その時々で電圧ゼロとなり得る二次電池や太陽電池等の直流電源に置換したような場合では特に、連系スイッチのオン前に単にインバータ回路を動作させるだけでは、直流電源からの電力供給不足によるフィルタコンデンサの充電不足から連系スイッチ前後の電圧、位相を合わせることができず、連系スイッチのオン時に突入電流が生じる虞があった。 In Patent Document 1, since the switching operation of the inverter circuit is started before the interconnection switch is turned on, if a filter circuit (filter capacitor) is provided on the output side of the inverter circuit, the operation of the inverter circuit is not performed. The filter capacitor can be charged in advance, but in the case where it is replaced with a DC power source with a slow rise like a fuel cell, or a DC power source such as a secondary battery or a solar cell that can sometimes have zero voltage. In particular, if the inverter circuit is simply operated before turning on the interconnection switch, the voltage and phase before and after the interconnection switch cannot be adjusted due to insufficient charge of the filter capacitor due to insufficient power supply from the DC power supply. There was a risk that an inrush current would occur when the switch was turned on.
また、上記した初期充電回路による直流側コンデンサの充電時に例えばインバータ回路をスイッチング動作させることで、直流電源が関与せずにフィルタコンデンサの充電が行われるためその確実性は向上するが、直流側コンデンサの充電電圧が初期充電回路の充電抵抗での電圧降下分低くなるため、連系スイッチのオン時に依然として突入電流が生じてしまう。 In addition, when the DC capacitor is charged by the initial charging circuit described above, for example, by switching the inverter circuit, the filter capacitor is charged without involving the DC power supply, so the reliability is improved. , The charging voltage is reduced by the voltage drop across the charging resistor of the initial charging circuit, and an inrush current still occurs when the interconnection switch is turned on.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、起動過程で生じる突入電流を十分に抑制することができる電力変換装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a power converter that can sufficiently suppress an inrush current generated in a starting process.
上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、直流電力が生じる直流電源又は直流電力にて駆動される直流負荷と、3相交流電力が流れる電力系統との間に設けられ、相互間で直流−交流変換又は交流−直流変換を行うスイッチング回路を備えた電力変換装置であって、前記直流電源又は前記直流負荷と前記スイッチング回路との接続を図る接続スイッチと、前記スイッチング回路と前記電力系統との接続を図る連系スイッチと、前記接続スイッチと前記スイッチング回路との間において前記直流電力を平滑化する直流側コンデンサと、前記スイッチング回路と前記連系スイッチとの間において所定周波数帯域の前記交流電力を通過させるためのフィルタ回路を構成するフィルタコンデンサとを備えるとともに、起動時に前記連系スイッチを介さずに入力される前記電力系統からの交流電力を整流して直流電力を生成し、生成した直流電力を充電抵抗を介して前記直流側コンデンサに供給して充電を行う初期充電回路を備え、前記起動時において先ず前記接続スイッチ及び前記連系スイッチをオフ状態として前記初期充電回路の整流動作による直流電力の生成と前記スイッチング回路の動作とを行って前記直流側コンデンサの充電、及び前記スイッチング回路を介しての前記フィルタコンデンサの充電を行い、次いで前記各コンデンサが所定充電電圧まで上昇すると前記スイッチング回路を一旦停止して前記直流側コンデンサを前記電力系統の整流電圧まで更に充電し、次いで前記連系スイッチのオンによる前記スイッチング回路と前記電力系統との接続と、前記接続スイッチのオンによる前記直流電源又は前記直流負荷と前記スイッチング回路との接続と、前記スイッチング回路の動作の再開とを行って、前記直流電源又は前記直流負荷と前記電力系統との前記スイッチング回路を介した接続を図るべく制御する起動時制御手段を備え、前記起動時制御手段は、前記スイッチング回路を一旦停止させる際、いずれか1相の交流電圧のゼロクロスとなるタイミングで停止させ、その後の前記連系スイッチをオンする際、前記停止時と同相の交流電圧のゼロクロスとなるタイミングでオンして前記電力系統との接続を図ることをその要旨とする。 In order to solve the above problems, the invention according to claim 1 is provided between a DC power source in which DC power is generated or a DC load driven by DC power and a power system in which three-phase AC power flows, A power converter provided with a switching circuit for performing DC-AC conversion or AC-DC conversion between each other, a connection switch for connecting the DC power source or the DC load and the switching circuit, and the switching circuit An interconnection switch for connecting to the electric power system; a DC-side capacitor for smoothing the DC power between the connection switch and the switching circuit; and a predetermined frequency between the switching circuit and the interconnection switch. A filter capacitor constituting a filter circuit for passing the AC power in the band, and An initial charging circuit that rectifies AC power from the power system that is input without going through a switch to generate DC power, and supplies the generated DC power to the DC capacitor via a charging resistor for charging. And at the time of start-up, first the connection switch and the interconnection switch are turned off to generate DC power by the rectification operation of the initial charging circuit and the operation of the switching circuit to charge the DC-side capacitor, and Charging the filter capacitor via the switching circuit, and then when each capacitor rises to a predetermined charging voltage, the switching circuit is temporarily stopped to further charge the DC side capacitor to the rectified voltage of the power system, then in said switching circuit according to on of the previous SL interconnection switch and connection to the power system, the connection Sui When the DC power supply or the DC load and the switching circuit are connected by turning on the switch, the operation of the switching circuit is restarted, and the DC power supply or the DC load and the power system are connected via the switching circuit. A startup control unit that controls the connection to achieve the connection, and the startup control unit stops the switching circuit at a timing at which a zero crossing of any one-phase AC voltage occurs, and thereafter When the system switch is turned on , the gist is that it is turned on at the timing of the zero-crossing of the AC voltage in phase with the stop state and connected to the power system .
この発明では、起動時において先ず、直流電源又は直流負荷との間の接続スイッチ及び電力系統との間の連系スイッチをオフ状態としておいて、初期充電回路での直流電力の生成とスイッチング回路の動作とが行われて直流側コンデンサの充電、及びスイッチング回路を介してのフィルタコンデンサの充電が行われる。次いで、各コンデンサが所定充電電圧まで上昇するとスイッチング回路が一旦停止されて直流側コンデンサが電力系統の整流電圧まで更に充電される。次いで、スイッチング回路の停止時と同相の交流電圧のゼロクロスとなるタイミングでの連系スイッチのオンによるスイッチング回路と電力系統との接続と、接続スイッチのオンによる直流電源又は直流負荷とスイッチング回路との接続と、スイッチング回路の動作の再開とが行われ、直流電源又は直流負荷と電力系統とのスイッチング回路を介した接続が良好に行われる。つまり、連系スイッチのオン時には、直流側コンデンサは電力系統の整流電圧まで予め充電されていることから、電力系統側からインバータ回路を介して直流側コンデンサに向かう突入電流はほぼ生じない。また、フィルタコンデンサにおいてもスイッチング回路を一度動作させることで充電を行い、直流側コンデンサの充電電圧の上昇によるスイッチング回路の一旦停止後、その停止時と同相の交流電圧のゼロクロスとなるタイミングで連系スイッチがオンされることから、オン時の各相毎のフィルタコンデンサの充電電圧と電力系統の各相の交流電圧との電位差が極めて小さく、フィルタコンデンサに向かう突入電流も極めて小さく抑制される。これらにより、インバータ回路のスイッチング素子等への負担を軽減でき、また系統電流の変化(ノイズ)を十分に抑制できる。 In this invention, at the time of start-up, first, the connection switch between the DC power source or the DC load and the interconnection switch between the power system are turned off, the generation of the DC power in the initial charging circuit and the switching circuit The DC capacitor is charged and the filter capacitor is charged via the switching circuit. Next, when each capacitor rises to a predetermined charging voltage, the switching circuit is temporarily stopped and the DC side capacitor is further charged to the rectified voltage of the power system. Then, a connection between the switching circuit and the power system due to the turn-on of the interconnection switch at the timing of the zero crossing of the AC voltage is stopped during the same phase of the switching circuits, a DC power supply or a DC load and a switching circuit according to on of the connection switch And restarting the operation of the switching circuit, and the connection between the DC power source or the DC load and the power system through the switching circuit is performed satisfactorily. That is, when the interconnection switch is turned on, the DC side capacitor is precharged up to the rectified voltage of the power system, so that almost no inrush current flows from the power system side to the DC side capacitor via the inverter circuit. Further, the charging is performed by operating the switching circuit at a time even in the filter capacitor, after temporarily stopping the switching circuit due to an increase in the charging voltage of the DC side capacitor, communication at a timing when the zero crossing of the AC voltage of the stop and the phase Since the system switch is turned on, the potential difference between the charging voltage of the filter capacitor for each phase at the time of turning on and the AC voltage of each phase of the power system is extremely small, and the inrush current toward the filter capacitor is suppressed to be extremely small. As a result, the burden on the switching elements of the inverter circuit can be reduced, and the change (noise) in the system current can be sufficiently suppressed.
この発明では、スイッチング回路を一旦停止させる際、いずれか1相の交流電圧のゼロクロスとなるタイミングで停止し、その後の連系スイッチをオンする際、その停止時と同相の交流電圧のゼロクロスとなるタイミングでオンして電力系統との接続が図られる。つまり、連系スイッチのオン時の各相毎のフィルタコンデンサの充電電圧と電力系統の各相の交流電圧との電位差がゼロクロス時で最小になるため、フィルタコンデンサに向かう突入電流も最小に抑制できる。 In the present invention, when the switching circuit is temporarily stopped, it is stopped at the timing when any one-phase AC voltage is zero-crossed, and when the subsequent interconnection switch is turned on, the AC voltage is zero-crossed in the same phase as when the switching is stopped. It is turned on at the timing to connect to the power system. In other words, since the potential difference between the charging voltage of the filter capacitor for each phase and the AC voltage of each phase of the power system when the interconnection switch is on is minimized at zero crossing, the inrush current toward the filter capacitor can be minimized. .
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の電力変換装置において、前記起動時制御手段は、前記コンデンサの充電を停止するタイミングを前記連系スイッチをオンするタイミングよりも後に設定したことをその要旨とする。
The invention according to
この発明では、コンデンサの充電を停止するタイミングが連系スイッチをオンするタイミングよりも後に設定される。これにより、仮にコンデンサの充電を停止するタイミングが先となって直流側コンデンサが若干放電することで生じる突入電流が確実に防止される。 In the present invention, the timing for stopping the charging of the capacitor is set after the timing for turning on the interconnection switch. As a result, the inrush current that is generated when the capacitor on the direct current side is slightly discharged preceded by the timing of stopping charging of the capacitor is surely prevented.
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の電力変換装置において、前記起動時制御手段は、前記接続スイッチをオンするタイミングを前記連系スイッチをオンするタイミングよりも後に設定したことをその要旨とする。 According to a third aspect of the present invention, in the power conversion device according to the first or second aspect , the start-up control means sets a timing for turning on the connection switch after a timing for turning on the interconnection switch. This is the gist.
この発明では、接続スイッチをオンするタイミングが連系スイッチをオンするタイミングよりも後に設定される。これにより、仮に接続スイッチをオンするタイミングが先となって直流側コンデンサが若干放電することで生じる突入電流が確実に防止される。 In the present invention, the timing for turning on the connection switch is set after the timing for turning on the interconnection switch. As a result, the inrush current that is generated when the direct current side capacitor is slightly discharged first when the connection switch is turned on is surely prevented.
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれか1項に記載の電力変換装置において、直流電力が生じる直流電源と、3相交流電力が流れる電力系統との間に設けられ、相互間で直流−交流変換を行うインバータ回路を備えた系統連系インバータ装置にて構成されたことをその要旨とする。 The invention according to claim 4, in the power conversion apparatus according to any one of claims 1 to 3, a DC power supply DC power occurs, provided between the electric power system through which 3-phase AC power, The gist of the present invention is that it is constituted by a grid-connected inverter device including an inverter circuit that performs DC-AC conversion between each other.
この発明では、直流電源と電力系統との間に設けられる系統連系インバータ装置において、起動時の電力系統との接続時に生じる突入電流が十分に抑制される。 According to the present invention, in a grid-connected inverter device provided between a DC power supply and a power system, an inrush current generated when connecting to the power system at startup is sufficiently suppressed.
本発明によれば、起動過程で生じる突入電流を十分に抑制することができる電力変換装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the power converter device which can fully suppress the inrush current which arises in a starting process can be provided.
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図1は、本実施形態の電力変換装置としての系統連系インバータ装置10を示す。本実施形態の系統連系インバータ装置10は、2次電池11と電力系統12との間に設けられ、2次電池11の直流電力を商用3相(U相、V相、W相)の交流電力に変換する装置として構成されている。電力系統12には3相交流電力にて駆動される交流負荷13が接続されている。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of the invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a grid
系統連系インバータ装置10は、直流−交流電力変換を行うべく、IGBT等の半導体スイッチング素子Trのフルブリッジよりなるインバータ回路20を備えている。インバータ回路20の入力側は、接続スイッチ21を介して2次電池11と接続されている。接続スイッチ21は制御回路30にてオンオフが制御され、インバータ回路20と2次電池11との接続タイミングの好適化が図られている。接続スイッチ21とインバータ回路20との間には、2次電池11からの直流電力を平滑化する直流側コンデンサC1が備えられている。インバータ回路20は、制御回路30のPWM制御によるスイッチング素子Trのオンオフ動作に基づいて、入力された直流電力を電力系統12に適合した所定の3相交流電力に変換している。
The grid
インバータ回路20の出力側は、フィルタ回路22及び連系スイッチ23を介して電力系統12と接続されている。フィルタ回路22及び連系スイッチ23は、U相、V相、W相毎に設けられている。フィルタ回路22は、2つのコイルL1,L2間にコンデンサ(フィルタコンデンサ)C2が接続されてなる低域通過フィルタ回路(LPF回路)にて構成されており、インバータ回路20から出力される交流電力の内、商用の電力系統12に適合する系統周波数(50Hz又は60Hz)の交流電力を通過させ、該電力系統12に適合しない周波数帯域の電力をノイズとして吸収する。連系スイッチ23は制御回路30にてオンオフが制御され、インバータ回路20と電力系統12との接続タイミングの好適化が図られている。
The output side of the
また、系統連系インバータ装置10には、初期充電回路24が備えられている。初期充電回路24は、充電スイッチ25、整流回路26、及び充電抵抗(限流抵抗)R1を備えている。整流回路26の入力側は連系スイッチ23と電力系統12との間に接続され、整流回路26の出力側は充電抵抗R1を介して接続スイッチ21とインバータ回路20との間に接続されている。充電スイッチ25は制御回路30にてオンオフが制御され、該回路30での充電動作が制御されている。充電スイッチ25のオン期間中では、全波整流回路よりなる整流回路26が電力系統12の交流電力を直流電力に変換し、該直流電力をインバータ回路20側に供給する。
Further, the grid
また、系統連系インバータ装置10には、接続スイッチ21とインバータ回路20との間に直流電圧センサ27が備えられ、検出した直流電圧に応じた検出信号が制御回路30に入力されている。また、連系スイッチ23と電力系統12との間に交流電圧センサ28が備えられ、検出した交流電圧に応じた各相毎の検出信号が制御回路30に入力されている。更に、系統連系インバータ装置10を起動するための起動スイッチ29が備えられ、該スイッチ29からの起動信号が制御回路30に入力されている。
The grid-connected
制御回路30は、起動スイッチ29からの起動信号の入力に基づいて、系統連系インバータ装置10の系統連系にかかる動作を開始する。以下には、図2にて示す各スイッチ21,23,25及びインバータ回路20の動作状態と、各箇所の電圧値及び電流値の変化とを参照しつつ説明する。尚、本実施形態では、電力系統12の交流電圧を440[Vac]としている。
The
先ず、起動スイッチ29のオン前の状態では、接続スイッチ21、連系スイッチ23及び充電スイッチ25はともにオフ、直流側コンデンサC1及びフィルタコンデンサC2は放電状態(充電電圧ゼロ)となっている。
First, before the
<時間t1>:起動スイッチ29がオンされると、制御回路30はインバータ回路20のスイッチング動作を開始する。インバータ回路20は、入力される直流電力をスイッチング動作にて交流電力に変換するが、接続スイッチ21及び充電スイッチ25のオフ状態ではインバータ回路20への直流電力の入力はなく、インバータ回路20からの交流電力の出力はない。
<Time t1>: When the
<時間t2>:次いで、制御回路30は初期充電回路24の充電スイッチ25をオンさせる。すると、電力系統12からの交流電力が該スイッチ25を介して整流回路26に入力される。整流回路26は入力された交流電力を直流電力に変換し、変換された直流電力は充電抵抗R1を介してインバータ回路20に供給される。尚、接続スイッチ21がオフされていることから、整流回路26からの直流電力は2次電池11側に入力されない。
<Time t2>: Next, the
そして、整流回路26からの直流電力は電圧値が次第に高くなっていき、これに伴ってインバータ回路20から出力される交流電力の電圧値も次第に高くなっていく。また、これらの電圧値の上昇に伴って、直流側コンデンサC1が充電されてその充電電圧が次第に上昇、またフィルタコンデンサC2についても充電されてその充電電圧が次第に上昇する。
The voltage value of the DC power from the
やがて、電力系統12の交流電圧440[Vac]に対して、直流側コンデンサC1は充電電圧(インバータ回路20の入力電圧)が570[Vdc]まで充電される。尚、整流回路26の出力電圧(電力系統12の全波整流電圧)は620[Vdc]であるが、このときの直流側コンデンサC1の充電電圧は充電抵抗R1の電圧降下分低い電圧値の570[Vdc]までとなる。これに伴い、フィルタコンデンサC2は充電電圧(インバータ回路20の出力電圧)が400[Vac]まで充電される。
Eventually, with respect to the AC voltage 440 [Vac] of the
<時間t3>:次いで、直流電圧センサ27の検出に基づいて直流側コンデンサC1の充電電圧がその570[Vdc]になったことが整流回路26にて検出されると、該制御回路30はインバータ回路20のスイッチング動作を一旦停止する。すると、整流回路26からの直流電力がインバータ回路20に入力されなくなることから、直流側コンデンサC1が更に充電されて充電電圧が上昇していき、整流回路26の出力電圧の620[Vdc]、即ち電力系統12の整流電圧まで充電される。
<Time t3>: Next, when the
また、インバータ回路20の停止タイミングについて、制御回路30は、交流電圧センサ28の検出に基づいてインバータ回路20から出力される交流電力の内で例えばU相の交流電圧がゼロクロスとなるタイミングでインバータ回路20のスイッチング動作を停止する。そのため、各相のフィルタコンデンサC2は、インバータ回路20の停止時の充電状態で保持される。
Regarding the stop timing of the
<時間t4>:次いで、直流電圧センサ27の検出に基づいて直流側コンデンサC1の充電電圧がその620[Vdc]になったことが制御回路30にて検出されると、該制御回路30は連系スイッチ23をオンさせる。この場合、制御回路30は、先のインバータ回路20の停止時と同様に、U相の交流電圧がゼロクロスとなるタイミングでその連系スイッチ23をオンさせる。つまり、各相のフィルタコンデンサC2はインバータ回路20の停止時の充電状態で保持されていることから、各相のフィルタコンデンサC2と電力系統12側とが電位差が最小となるタイミングで接続される。
<Time t4>: Next, when the
これにより、U相以外のフィルタコンデンサC2の充電電圧400[Vac]と電力系統12の交流電圧440[Vac]とに生じる若干の電位差から該コンデンサC2への若干の突入電流が生じるものの、その電位差が最小に設定されていることから、突入電流は極めて小さいものである。また、直流側コンデンサC1の充電電圧は電力系統12の整流電圧の620[Vdc]まで予め充電されて電位差が生じないようにしていることから、電力系統12側からインバータ回路20を介して(スイッチング素子Trに逆接続されたダイオードを介して)直流側コンデンサC1側に流入する突入電流はほぼ生じない。
This causes a slight inrush current to the capacitor C2 from a slight potential difference generated between the charging voltage 400 [Vac] of the filter capacitor C2 other than the U-phase and the AC voltage 440 [Vac] of the
従って、連系スイッチ23のオン時においては、フィルタコンデンサC2に流入する分の僅かな突入電流程度に抑制され、インバータ回路20を介する直流側コンデンサC1側への突入電流は抑制される。その結果、インバータ回路20のスイッチング素子Tr等にかかる負担が軽減され、また系統電流の変化(ノイズ)もフィルタコンデンサC2に流入する分の僅かな変化に抑制されるようになっている。
Therefore, when the
<時間t5>:次いで、制御回路30は充電スイッチ25をオフさせる。すると、初期充電回路24からの直流電力のインバータ回路20側への供給が停止されるが、先の連系スイッチ23のオンに基づいて電力系統12側からのインバータ回路20を介して生じる直流電圧にて直流側コンデンサC1の充電電圧は維持される。
<Time t5>: Next, the
尚、この場合、充電スイッチ25のオフは連系スイッチ23のオンと同時でも問題ないが、連系スイッチ23をオンする時間t4から所定時間遅延した時間t5にて充電スイッチ25をオフすることで、確実に充電スイッチ25のオフが連系スイッチ23のオンよりも後になるようにしている。つまり、仮に充電スイッチ25が先にオフしてしまうと、直流側コンデンサC1が若干放電して連系スイッチ23のオン時に電力系統12側と若干電位差が生じ、インバータ回路20を介する若干の突入電流が生じるためで、確実に充電スイッチ25が後にオフするようにしてこの突入電流の発生を防止している。
In this case, the charging switch 25 can be turned off at the same time as the
<時間t6>:次いで、制御回路30は接続スイッチ21をオンさせる。すると、2次電池11からの直流電力がインバータ回路20に供給される。
尚、この場合、接続スイッチ21のオンは連系スイッチ23のオンと同時でも問題ないが、連系スイッチ23をオンする時間t4から所定時間遅延した時間t6にて接続スイッチ21をオンすることで、確実に接続スイッチ21のオンが連系スイッチ23のオンよりも後になるようにしている。つまり、仮に接続スイッチ21が先にオンしてしまうと、上記と同様に、直流側コンデンサC1が若干放電して連系スイッチ23のオン時に電力系統12側と若干電位差が生じ、インバータ回路20を介する若干の突入電流が生じるためで、確実に接続スイッチ21が後にオンするようにしてこの突入電流の発生を防止している。
<Time t6>: Next, the
In this case, the
<時間t7>:そして、制御回路30はインバータ回路20のスイッチング動作を再開する。この場合、先の連系スイッチ23のオンに基づいてインバータ回路20の出力端子には電力系統12からの交流電圧が印加されているため、制御回路30は、例えばU相の交流電圧がゼロクロスとなるタイミングでそのスイッチング動作を再開する。これにより、インバータ回路20から出力される交流電力が電力系統12に併入される。
<Time t7>: The
このようにして、制御回路30の制御に基づく系統連系インバータ装置10の起動が行われ、時間t7以降は、各電圧センサ27,28にてそれぞれ検出される直流電圧及び交流電圧の各電圧値及び位相に基づくその時々の最適なタイミングでインバータ回路20がスイッチング動作されて、2次電池11の直流電力からスイッチングにて生成される3相交流電力が電力系統12に併入されるようになっている。
In this way, the grid
次に、本実施形態の特徴的な作用効果を記載する。
(1)本実施形態では、起動時において先ず、2次電池11との間の接続スイッチ21及び電力系統12との間の連系スイッチ23をオフ状態としておいて、初期充電回路24での直流電力の生成とインバータ回路20の動作とが行われて直流側コンデンサC1の充電、及びインバータ回路20を介してのフィルタコンデンサC2の充電が行われる。次いで、各コンデンサC1,C2が所定充電電圧まで上昇するとインバータ回路20が一旦停止されて直流側コンデンサC1が電力系統12の整流電圧まで更に充電される。次いで、インバータ回路20の停止時と同タイミングでの連系スイッチ23のオンによるインバータ回路20と電力系統12との接続と、接続スイッチ21のオンによる2次電池11とインバータ回路20との接続と、インバータ回路20の動作の再開とが行われ、2次電池11と電力系統12とのインバータ回路20を介した接続が良好に行われている。つまり、連系スイッチ23のオン時には、直流側コンデンサC1は電力系統12の整流電圧まで予め充電されていることから、電力系統12側からインバータ回路20を介して直流側コンデンサC1に向かう突入電流はほぼ生じない。また、フィルタコンデンサC2においてもインバータ回路20を一度動作させることで充電を行い、直流側コンデンサC1の充電電圧の上昇によるインバータ回路20の一旦停止後、その停止時と同じタイミングで連系スイッチ23がオンされることから、オン時の各相毎のフィルタコンデンサC1の充電電圧と電力系統12の各相の交流電圧との電位差が極めて小さく、フィルタコンデンサC1に向かう突入電流も極めて小さく抑制される。これらにより、本実施形態の系統連系インバータ装置10では、インバータ回路20のスイッチング素子Tr等への負担を軽減することができ、また系統電流の変化(ノイズ)を十分に抑制することができる。
Next, characteristic effects of the present embodiment will be described.
(1) In the present embodiment, at the time of start-up, first, the
(2)本実施形態では、インバータ回路20を一旦停止させる際、U相の交流電圧のゼロクロスとなるタイミングで停止し、その後の連系スイッチ23をオンする際、その停止時と同相の交流電圧のゼロクロスとなるタイミングでオンして電力系統12との接続が図られている。つまり、連系スイッチ23のオン時の各相毎のフィルタコンデンサC1の充電電圧と電力系統12の各相の交流電圧との電位差がゼロクロス時で最小になるため、フィルタコンデンサC1に向かう突入電流も最小に抑制することができる。
(2) In the present embodiment, when the
(3)本実施形態では、直流側コンデンサC1の充電を停止する充電スイッチ25のオフのタイミングが連系スイッチ23をオンするタイミングよりも後に設定されている。これにより、仮に直流側コンデンサC1の充電を停止するタイミングが先となって該コンデンサC1が若干放電することで生じる突入電流を確実に防止することができる。
(3) In the present embodiment, the timing of turning off the charging switch 25 that stops the charging of the DC side capacitor C1 is set after the timing of turning on the
(4)本実施形態では、接続スイッチ21をオンするタイミングが連系スイッチ23をオンするタイミングよりも後に設定されている。これにより、仮に接続スイッチ21をオンするタイミングが先となって直流側コンデンサC1が2次電池11側に若干放電することで生じる突入電流を確実に防止することができる。
(4) In this embodiment, the timing for turning on the
尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、2次電池11を直流電源とした系統連系インバータ装置10に適用したが、図1で破線にて示すように太陽電池15や燃料電池等、その他の直流電源に置き換えた系統連系インバータ装置に適用してもよい。
In addition, you may change embodiment of this invention as follows.
In the above embodiment, the
また、直流電源(2次電池11等)と電力系統12とを接続する系統連系インバータ装置のみならず、その直流電源を直流電力にて駆動される直流負荷16に置き換え、インバータ回路20を本来の直流−交流変換から交流−直流変換するコンバータ回路のように動作させ、電力系統12の交流電力から直流電力を生成して直流負荷16に供給するコンバータ装置に適用してもよい。
In addition to the grid-connected inverter device that connects the DC power supply (
・上記実施形態では、インバータ回路20を一旦停止させる際、U相の交流電圧のゼロクロスとなるタイミングで停止し、その後の連系スイッチ23をオンする際、その停止時と同相の交流電圧のゼロクロスとなるタイミングでオンして電力系統12との接続を図るようにしたが、U相以外のV相、W相の交流電圧のゼロクロス点を使用してもよい。
In the above embodiment, when the
また、ゼロクロス点のみならず、任意の位相でインバータ回路20を一旦停止させ、その後の連系スイッチ23のオン時にその停止時と同じ位相で連系スイッチ23をオンさせて電力系統12と接続するようにしてもよい。
Further, the
・上記実施形態では、フィルタ回路22や初期充電回路24等、系統連系インバータ装置10を構成する各回路の構成を適宜変更してもよい。
In the above embodiment, the configuration of each circuit constituting the grid
10…系統連系インバータ装置、12…電力系統、16…直流負荷、20…インバータ回路(スイッチング回路)、21…接続スイッチ、22…フィルタ回路、23…連系スイッチ、24…初期充電回路、30…制御回路(起動時制御手段)、C1…直流側コンデンサ、C2…フィルタコンデンサ、R1…充電抵抗。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記直流電源又は前記直流負荷と前記スイッチング回路との接続を図る接続スイッチと、前記スイッチング回路と前記電力系統との接続を図る連系スイッチと、前記接続スイッチと前記スイッチング回路との間において前記直流電力を平滑化する直流側コンデンサと、前記スイッチング回路と前記連系スイッチとの間において所定周波数帯域の前記交流電力を通過させるためのフィルタ回路を構成するフィルタコンデンサとを備えるとともに、
起動時に前記連系スイッチを介さずに入力される前記電力系統からの交流電力を整流して直流電力を生成し、生成した直流電力を充電抵抗を介して前記直流側コンデンサに供給して充電を行う初期充電回路を備え、
前記起動時において先ず前記接続スイッチ及び前記連系スイッチをオフ状態として前記初期充電回路の整流動作による直流電力の生成と前記スイッチング回路の動作とを行って前記直流側コンデンサの充電、及び前記スイッチング回路を介しての前記フィルタコンデンサの充電を行い、次いで前記各コンデンサが所定充電電圧まで上昇すると前記スイッチング回路を一旦停止して前記直流側コンデンサを前記電力系統の整流電圧まで更に充電し、次いで前記連系スイッチのオンによる前記スイッチング回路と前記電力系統との接続と、前記接続スイッチのオンによる前記直流電源又は前記直流負荷と前記スイッチング回路との接続と、前記スイッチング回路の動作の再開とを行って、前記直流電源又は前記直流負荷と前記電力系統との前記スイッチング回路を介した接続を図るべく制御する起動時制御手段を備え、
前記起動時制御手段は、前記スイッチング回路を一旦停止させる際、いずれか1相の交流電圧のゼロクロスとなるタイミングで停止させ、その後の前記連系スイッチをオンする際、前記停止時と同相の交流電圧のゼロクロスとなるタイミングでオンして前記電力系統との接続を図ることを特徴とする電力変換装置。 A switching circuit that is provided between a DC power source that generates DC power or a DC load driven by DC power and a power system through which three-phase AC power flows, and performs DC-AC conversion or AC-DC conversion between each other. A power conversion device comprising:
A connection switch for connecting the DC power supply or the DC load and the switching circuit; a connection switch for connecting the switching circuit and the power system; and the DC switch between the connection switch and the switching circuit. A DC side capacitor for smoothing the power, and a filter capacitor constituting a filter circuit for passing the AC power in a predetermined frequency band between the switching circuit and the interconnection switch,
AC power from the power system that is input without going through the interconnection switch at the time of start-up is generated to generate DC power, and the generated DC power is supplied to the DC-side capacitor via a charging resistor for charging. With an initial charging circuit to perform,
At the time of starting, first, the connection switch and the interconnection switch are turned off to generate DC power by the rectifying operation of the initial charging circuit and the operation of the switching circuit to charge the DC-side capacitor, and the switching circuit and charges of the filter capacitor through, then the further charging the DC side capacitor temporarily stopping the switching circuit and the capacitor rises to a predetermined charging voltage to the rectified voltage of the electric power system, then at and the switching circuit according to on of the previous SL interconnection switch and connection to the power system, the connection switch the DC power supply or the DC load by turning on the connection with the switching circuit, the resumption of operation of the switching circuit and The DC power supply or the DC load and the power system It includes a starting control means for controlling to reduce the connection through the etching circuit,
When the switching circuit is temporarily stopped, the start-up control means stops at the timing when any one-phase AC voltage becomes a zero cross, and then turns on the interconnection switch when the switching circuit is turned on. A power conversion device that is turned on at a timing at which a voltage zero crossing is established to connect to the power system.
前記起動時制御手段は、前記直流側コンデンサの充電を停止するタイミングを前記連系スイッチをオンするタイミングよりも後に設定したことを特徴とする電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1 ,
The start-up control means sets the timing for stopping the charging of the DC-side capacitor after the timing for turning on the interconnection switch.
前記起動時制御手段は、前記接続スイッチをオンするタイミングを前記連系スイッチをオンするタイミングよりも後に設定したことを特徴とする電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1 or 2 ,
The start-up control means sets the timing for turning on the connection switch after the timing for turning on the interconnection switch.
直流電力が生じる直流電源と、3相交流電力が流れる電力系統との間に設けられ、相互間で直流−交流変換を行うインバータ回路を備えた系統連系インバータ装置にて構成されたことを特徴とする電力変換装置。 In the power converter device according to any one of claims 1 to 3 ,
It is provided between a DC power source that generates DC power and a power system through which three-phase AC power flows, and is composed of a grid-connected inverter device that includes an inverter circuit that performs DC-AC conversion between them. A power converter.
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