逆变器装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于将来自DC电源诸如光伏发电的DC电力转换成AC电力的逆变器装置。
【背景技术】
[0002]通常，使用这样的逆变器装置，其具有将来自DC电源诸如太阳能电池或蓄电池的输入电力转换为AC电力的并将转换的AC电力叠加到AC系统诸如市电系统的系统互连功會泛。
[0003]这种逆变器装置包括用于升高输入电力的电压的升压电路，和用于将升压电路的输出转换为AC电力的逆变器电路。
[0004]作为这种逆变器装置，提出了下面的逆变器装置。在输出AC电力的时段中，仅在输入电源的电压低于AC系统电压的绝对值的时段期间，使升压电路执行切换操作，在其它时段期间停止升压电路的切换操作，从而能降低由逆变器电路和升压电路的切换引起的损耗，并能用增加效率输入电力(例如，参见专利文献1)。
[0005]引用列表
[0006][专利文献]
[0007]专利文献1:日本特开专利公开N0.2000-152651。
【发明内容】
[0008][技术问题]
[0009]在如上所述的这种逆变器装置中，将AC系统电压的绝对值和输入电压相互比较，在它们彼此一致的瞬间，使高频切换时段在升电压电路和逆变器电路之间切换。然而，如果在AC系统电压的绝对值与输入电压一致的瞬间进行从升压电路到逆变器电路切换的高频切换操作，则逆变器电路的输入电压可能会变得不足且在输出电流中可能会出现失真。
[0010]在将逆变器电路的输出电压控制为与系统电压同步的情况下，即使在AC系统电压的绝对值和输入电压彼此一致的瞬间，使高频切换时段在升电压电路和逆变器电路之间切换，也不会出现逆变器电路的输入电压不足的时段，因此在输出电流中不会出现失真。然而，在这时，AC电抗器两端的电压与AC电压同相，且在AC电抗器中流动的电流的相位滞后AC系统的电压相位90度。因此，经由AC电抗器输出的且叠加到AC系统上的AC电力的电流的相位滞后AC系统电压90度。结果，不可能输出符合系统互连标准的电力。
[0011]在上述的逆变器装置中，用于执行升压电路的输出电流或DC电抗器的电流的波形整形以具有预定波形和预定幅值的升压参考波，是通过使系统电压的绝对值和输入电压之间的比率乘以逆变器参考波获得的平方正弦波。即，不考虑由AC电抗器引起的AC电压的相位偏移和在中间电容器(设置在升压电路和逆变器电路之间的电容器)中流动的电流分量。因此，为了输出与系统电压同步的且不失真的电流，必须结合复杂的控制，其中以其相位超前于属于逆变器参考波的正弦波相位的超前方式，输出属于升压参考波的平方正弦波，且超前量根据输出电流的幅值而改变。
[0012]在上述的逆变器装置中，作为平方正弦波的并根据升压电流或DC电抗器电流的监测结果控制其幅值的升压参考波，与三角波直接进行比较，以获得用于控制升压切换元件接通时间的栅信号。然而，该方法不能提供具有期望波形和期望幅值的输出电流。
[0013]在上述的逆变器装置中，由于升压电路的输出电流在系统电源的半周期内大幅变化，所以，即使相当大地增加连接到输入侧的平滑电容器的电容，输入电流也不会变成完美的DC电流，不可避免的是，该输入电流会变成其上叠加变化分量的脉动电流。因此，在连接诸如太阳能电池的电源，其具有在特定电流值时使输出功率最大的最佳操作点的情况下，难以在太阳能电池的最佳操作点执行控制。
[0014]鉴于上述情况提出了本发明，且本发明的目的在于提供一种逆变器装置，该逆变器装置具有各自部分地停止升压电路和逆变器电路的高频切换操作的时段，且还具有在升压比率和降压比率被抑制为最小必要水平时执行高频切换的时段，从而降低功率半导体元件的切换损耗和电抗器的铁损耗，以实现高转换效率，并且不管输出允许输出与系统电压同步的、具有减小失真的和增加功率因数的AC电流。
[0015][问题的解决方案]
[0016]本发明是一种经由电抗器连接到AC系统的逆变器装置，且包括:转换单元，其配置为将从电源输出的DC电力转换成AC电力，并且经由电抗器将转换的AC电力输出到AC系统；和配置为控制转换单元的控制单元。该转换单元包括:配置为使DC电力的DC输入电压值升高的升压电路；和配置为将从升压电路给予的电力转换为AC电力的逆变器电路。该控制单元基于DC电力的输入功率值和AC系统的电压值计算输出电流目标值，并基于输出电流目标值计算逆变器电路的电流目标值和电压目标值，以控制逆变器电路；还基于与逆变器电路共有的电流目标值和电压目标值和DC输入电压值计算升压电路的电流目标值，以控制升压电路；从而控制AC电力的输出。
[0017][发明的有利效果]
[0018]本发明的逆变器装置能够输出与AC系统同步的、具有高转换效率的和减小失真的AC电流。
【附图说明】
[0019]图1是示出根据第一实施例的包括逆变器装置的系统的实例的框图。
[0020]图2是逆变器装置的电路图的实例。
[0021]图3是控制单元的框图。
[0022]图4是示出DC输入电压检测值(垂直轴表示[V])和升压电路电流检测值(垂直轴表示[A])的时间变化的、模拟结果的实例的图。
[0023]图5是示出平均处理单元对DC输入电压检测值Vg取平均的方式的图。
[0024]图6是说明通过控制处理单元的控制过程的控制框图。
[0025]图7是示出升压电路和逆变器电路的控制过程的流程图。
[0026]图8是以下图，其中(a)示出了通过控制处理单元在反馈控制中计算的升压电路电流命令值和当根据升压电路电流命令值执行控制时得到的升压电路电流检测值的模拟结果的实例，(b)示出了通过控制处理单元在反馈控制中计算的升压电路电压目标值和当根据升压电路电压目标值执行控制时得到的升压电路电压检测值的模拟结果的实例(用于电压的垂直轴表示[V]，用于电流的垂直轴表示[A])。
[0027]图9是示出逆变器输出电压命令值的实例的图(垂直轴表示[V])。
[0028]图10是以下图，其中(a)示出了升压电路载波和升压电路参考波之间的比较，且(b)示出了由升压电路控制单元产生的用于驱动切换元件Qb的驱动波形。
[0029]图11是以下图，其中(a)示出了逆变器电路载波和逆变器电路参考波之间的比较，(b)示出了由逆变器电路控制单元产生的用于驱动切换元件Q1的驱动波形，以及(c)示出了由逆变器电路控制单元产生的用于驱动切换元件Q3的驱动波形。
[0030]图12是示出切换元件的参考波和驱动波形的实例、和从逆变器装置输出的AC电力的电流波形的实例的图(用于电压的垂直轴表示[V]，且用于电流的垂直轴表示[A])。
[0031]图13是以下图，其中(a)示出了从逆变器电路、市电系统输出的AC电压和AC电抗器两端之间的电压的电压波形，且(b)示出了在AC电抗器中流动的电流的波形。
[0032]图14是根据第二实施例的逆变器装置的电路图的实例。
[0033]图15是示出第二实施例中的逆变器电路载波和参考波之间的比较的图。
[0034]图16是示出第二实施例中的切换元件Qb和Q1至Q4的参考波和驱动波形的实例、和从逆变器装置输出的AC电力的电流波形(垂直轴表示[A])的实例的图。
[0035]图17是根据第三实施例的逆变器装置1的电路图的实例。
[0036]图18是示出第三实施例中的切换元件的参考波和驱动波形的实例、和从逆变器装置输出的AC电力的电流波形的实例的图(用于电压的垂直轴表示[V]，且用于电流的垂直轴表示[A])。
【具体实施方式】
[0037]《实施例的概要》
[0038]本发明的实施例的概要至少包括以下方面。
[0039](1)经由电抗器连接到AC系统的逆变器装置包括:转换单元，其配置为将从电源输出的DC电力转换成AC电力，并且经由电抗器将转换的AC电力输出到AC系统；和配置为控制转换单元的控制单元。该转换单元包括:配置为使DC电力的DC输入电压值升高的升压电路；和配置为将从升压电路给予的电力转换为AC电力的逆变器电路。该控制单元基于DC电力的输入功率值和AC系统的电压值计算输出电流目标值(la*)，并基于输出电流目标值计算逆变器电路的电流目标值(Iinv*)和电压目标值(Vinv*)，以控制逆变器电路；还基于与逆变器电路共有的电流目标值(Iinv*)和电压目标值(Vinv*)和DC输入电压值(Vg)计算升压电路的电流目标值(Iin*)，以控制升压电路；从而控制AC电力的输出。
[0040]由如上所述配置的逆变器装置的控制单元控制的转换单元，能够基于逆变器电路的电流目标值和电压目标值向电抗器恒定地提供输出。控制单元确定逆变器装置侧上的目标值，而不直接依据AC系统的电压值，并基于该目标值使升压电路和逆变器电路执行期望的操作。因此，控制单元能够控制转换单元，使转换单元输出电压相位超前于AC系统的电压相位几度的AC电力。
[0041]也就是，由于使从转换单元输出的AC电力的电压相位超前于AC系统的电压相位几度，所以可使电抗器两端之间的电压的相位超前于AC系统的电压相位90度。由于电抗器的电流相位滞后于其电压相位90度，所以通过电抗器输出的AC电力的电流相位与AC系统的电流相位同步。
[0042]结果，能够输出具有与AC系统相同的电流相位的AC电力，由此抑制AC电力的功率因数的减小。
[0043]上述(1)的逆变器装置可具有例如在下面(2)至(9)描述的具体方面。
[0044](2)例如，在上述(1)的逆变器装置中，可将平滑电容器设置在升压电路和逆变器电路之间，并可基于DC输入电压值以及通过将经过平滑电容器的无功功率加到功率目标值得到的值，计算升压电路的电流目标值，该功率目标值是基于逆变器电路的电流目标值和电压目标值的。
[0045]在这种情况下，鉴于无功功率以及逆变器电路的功率目标值，能够更精确地确定升压电路的电流目标值。
[0046](3)在上述(1)的逆变器装置中，可将平滑电容器设置在升压电路和逆变器电路之间，并可基于DC输入电压值以及通过将经过平滑电容器的无功功率和逆变器电路中的功率损耗加到功率目标值所得到的值，计算升压电路的电流目标值，该功率目标值是基于逆变器电路的电流目标值和电压目标值的。
[0047]在这种情况下，鉴于无功功率和功率损耗以及逆变器电路的功率目标值，能够更严格地确定升压电路的电流目标值。
[0048](4)在上述⑴的逆变器装置中，例如，可将输出平滑电容器设置在电抗器的后级，且在升压电路的电流目标值为Iin*，逆变器电路的电流目标值和电压目标值分别为Iinv*和Vinv*，输出平滑电容器的静电电容为Ca，AC系统的电压值为Va，以及DC输入电压值为Vg的情况下，可满足下面的表达式:
[0049]Iin* = (Iinv*X Vinv*) /Vg
[0050]Iinv* = Ia*+CaX (d Va/dt)。
[0051]在这种情况下，鉴于流过输出平滑电容器的电流，能够确定逆变器电路的电流目标值和升压电路的电流目标值。
[0052](5)在上述⑴的逆变器装置中，例如，可将输出平滑电容器设置在电抗器的后级，且在升压电路的电流目标值为Iin*，逆变器电路的电流目标值和电压目标值分别为Iinv*和Vinv*，AC系统的电压值为Va，DC输入电压值为Vg，以及流过输出平滑电容器的电流为lea的情况下，可满足下面的表达式:
[0053]Iin* = (