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発明の名称 連系インバータ装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平8−308290
公開日 平成8年(1996)11月22日
出願番号 特願平7−106428
出願日 平成7年(1995)4月28日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】鈴江 武彦
発明者 青木 忠一 / 田爪 國利
要約 目的
本発明は、常にエンジン発電機、直流電源、連系インバータ装置から成るシステムを最大効率で運用することができる連系インバータ装置を提供することを目的とする。

構成
本発明は、エンジン発電機6の消費燃料量を検出する燃料検出回路21と、直流電源8の出力電力を検出する直流電源出力検出回路22と、負荷7の消費電力を検出する負荷電力検出回路23と、それらの3つの検出回路21〜23の出力からシステム効率を算出する効率算出回路24を備え、システム効率によりエンジン発電機6と連系インバータ装置Aの基本波および高調波の分担量を変化させることができる特徴的な構成を持つ。
特許請求の範囲
【請求項1】 入力端は直流電源に接続され、出力端は交流負荷と並列にエンジン発電機に接続される連系インバータ装置であって、前記エンジン発電機の出力電圧の基本波成分に同期し、かつ振幅指令値と等しい振幅を有する正弦波形の電流指令値を発生する電圧同期信号発生回路と、前記交流負荷に流入する負荷電流の基本波成分のみからなる負荷電流基本波信号を出力する電流同期発振器と、前記負荷電流から前記負荷電流基本波信号を減算する減算器と、該減算器の出力信号に高調波分担率を乗算する乗算器と、該乗算器の出力信号に前記電圧同期信号発生回路が発生する前記電流指令値を加算する加算器を具備し、該加算器の出力信号を電流指令信号として、前記電流指令信号と極性が等しく、かつ前記電流指令信号の絶対値に比例したパルス幅を有するスイッチ駆動信号を発生するPWM回路とを備えた制御回路と、前記スイッチ駆動信号に応じて主スイッチを駆動するインバータから構成される連系インバータ装置において、前記制御回路に、エンジン発電機の消費燃料量を検出する燃料検出回路と、直流電源の出力電力を検出する直流電源出力検出回路と、負荷の消費電力を検出する負荷電力検出回路を具備させ、前記燃料検出回路の出力である消費燃料値、前記直流電源出力検出回路の出力である直流電源出力値および前記負荷電力検出回路の出力である負荷消費電力値によりシステム効率を算出する効率算出回路を備え、該効率算出回路の出力により前記正弦波形の電流指令値と前記高調波分担率を変化させ、前記効率算出回路の出力が最大となるように制御することを特徴とする連系インバータ装置。
【請求項2】 請求項1に記載される連系インバータ装置において、効率算出回路をニューラルネットワーク回路で構成することを特徴とする連系インバータ装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、エンジン発電機と直流電源を連系するインバータ装置に関し、エンジン発電機のエネルギーおよび直流電源のエネルギーの有効利用を図った連系インバータ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来からあるこの種のシステムを図4に示す。図中、Cは従来の連系インバータ装置、1はインバータ、2はPWM回路、3は電圧同期信号発生回路、4は電圧同期発振器、5は乗算器、6はエンジン発電機、7は交流負荷、8は直流電源、9は加算器、10は乗算器、11は減算器、12は電流同期発振器、13は帯域通過フィルタである。
【0003】従来の連系インバータ装置Cの動作を、図面を参照しながら以下に説明する。電流同期発振器12中の帯域通過フィルタ13は、負荷電流Iloadを検出し、負荷電流Iloadの基本波成分のみからなる負荷電流基本波信号IIfを出力する。負荷電流基本波信号IIfは、負荷電流Iloadと減算器11で比較減算され、負荷電流高調波信号IIhが得られる。負荷電流高調波信号IIhは、予め設定された高調波分担率Khと乗算器10で乗算されて、高調波補償信号IChを得る。
【0004】電圧同期信号発生回路3中の電圧同期発振器4は、エンジン発電機6の出力電圧VENG を検出し、基本波成分と周波数及び位相の等しい振幅の正弦波形の基準正弦波SINを発生する。基準正弦波SINは予め設定された振幅指令値Kpと乗算器5で乗算され、インバータ出力の基本波成分の電流指令値Ir を得る。電流指令値Ir は、高調波補償信号IChと加算器9で加算されて、電流指令信号ICrを得る。PWM回路2は、電流指令信号ICrと極性が等しく、電流指令信号ICrの絶対値に比例するパルス幅を有するスイッチ駆動信号PWMを発生する。
【0005】インバータ1は、直流電源8から出力された直流電圧VDCを入力とし、スイッチ駆動信号PWMに従って主スイッチを動作させ、電流指令信号ICrと相似の波形を有するインバータ出力電流IINV を発生する。
【0006】以上の動作により、インバータ出力電流IINV はエンジン発電機6の出力電圧VENG の基本波成分と同期のとれた基本波と負荷電流Iloadの高調波成分を加え合わせた電流となる。また、エンジン発電機6の出力電流も基本波成分と高調波成分を加え合わせた電流となる。よって、交流負荷7としてコンデンサインプット形などの非線形な負荷が接続されても、エンジン発電機6の出力電流に含まれる高調波成分を減少させることが可能となる。この結果、エンジン発電機6の定格出力、等価逆相電流の規格値、交流負荷に流れる高調波電流値により基本波の振幅指令値Kpと高調波分担率Khを予め適切に設定することにより、エンジン発電機6の等価逆相電流の規格値を容易に満足でき、エンジン発電機6の定格出力を確保することができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】直流電源8として考えられる、例えば燃料電池の発電効率特性を図5(a)に示す。燃料電池の発電電圧は発電電流に伴い低下し、燃料流量は発電電流のみに依存するため、発電効率ηFUELは極大値を持つ特性となる。また、エンジン発電機6として考えられる。例えばガスエンジン発電機の発電効率ηENG は図5(b)に示すように定格値に近づくにしたがって増加する。
【0008】ここで、図5(a),(b)に示す発電効率特性を持った燃料電池とガスエンジン発電機と連系インバータからなる従来例のシステムを考え、燃料電池とガスエンジン発電機の出力定格値が等しく、交流負荷消費電力が燃料電池の出力定格値の1.5倍であるとする。この場合、燃料電池及びガスエンジン発電機の負荷率は50%から100%に設定でき、それぞれの発電効率ηFUELとηENG 、システム効率ηSYS は図6(a)で示される。次に、交流負荷消費電力が減少して燃料電池の出力定格値の1.2倍となったとすると、図6(a)は図6(b)と変化する。
【0009】図6(a)と図6(b)共にシステム効率は最大値を持つが、図6(a)の場合は最大値Aはガスエンジン発電機の負荷率(ガスエンジン発電機の出力値/ガスエンジン発電機の出力定格値)が83%、すなわち負荷分担率(ガスエンジン発電機の出力値/ガスエンジン発電機の出力値+燃料電池の出力値)が60%で、図6(b)の場合は最大値Bはガスエンジン発電機の負荷率が40%、すなわち負荷分担率が33%と変化している。
【0010】しかし、従来の連系インバータ装置の場合は、負荷分担率が固定されているので、常にシステム効率を最大で運転することができない。本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、常にエンジン発電機、直流電源、連系インバータ装置から成るシステムを最大効率で運用することができる連系インバータ装置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】前記課題の解決は、本発明が次に挙げる新規な特徴的な構成手段を採用することにより達成される。すなわち、本発明の特徴は、エンジン発電機の消費燃料量を検出する燃料検出回路と、直流電源の出力電力を検出する直流電源出力検出回路と、負荷の消費電力を検出する負荷電力検出回路と、それらの3つの検出回路の出力からシステム効率を算出する効率算出回路を備え、システム効率によりエンジン発電機と連系インバータ装置の基本波および高調波の分担量を変化させることができる特徴的な構成を持つ点にある。
【0012】具体的には、入力端は直流電源に接続され、出力端は交流負荷と並列にエンジン発電機に接続される連系インバータ装置であって、前記エンジン発電機の出力電圧の基本波成分に同期し、かつ振幅指令値と等しい振幅を有する正弦波形の電流指令値を発生する電圧同期信号発生回路と、前記交流負荷に流入する負荷電流の基本波成分のみからなる負荷電流基本波信号を出力する電流同期発振器と、前記負荷電流から前記負荷電流基本波信号を減算する減算器と、該減算器の出力信号に高調波分担率を乗算する乗算器と、該乗算器の出力信号に前記電圧同期信号発生回路が発生する前記電流指令値を加算する加算器を具備し、該加算器の出力信号を電流指令信号として、前記電流指令信号と極性が等しく、かつ前記電流指令信号の絶対値に比例したパルス幅を有するスイッチ駆動信号を発生するPWM回路とを備えた制御回路と、前記スイッチ駆動信号に応じて主スイッチを駆動するインバータから構成される連系インバータ装置において、前記制御回路に、エンジン発電機の消費燃料量を検出する燃料検出回路と、直流電源の出力電力を検出する直流電源出力検出回路と、負荷の消費電力を検出する負荷電力検出回路を具備させ、前記燃料検出回路の出力である消費燃料値、前記直流電源出力検出回路の出力である直流電源出力値および前記負荷電力検出回路の出力である負荷消費電力値によりシステム効率を算出する効率算出回路を備え、該効率算出回路の出力により前記正弦波形の電流指令値と前記高調波分担率を変化させ、前記効率算出回路の出力が最大となるように制御することを特徴とする連系インバータ装置である。及び前記連系インバータ装置において、効率算出回路をニューラルネットワーク回路で構成することを特徴とする連系インバータ装置である。
【0013】
【作用】本発明は、前記のような新規な手段を講ずるので、常にエンジン発電機、直流電源、連系インバータ装置から成るシステムを最大効率で運用することができる。
【0014】
【実施例】
[実施例1]本発明の実施例1を図面につき説明する。図1は本実施例1の構成を示すブロック図である。図中、Aは本実施例1の連系インバータ装置で、入力端は直流電源8に接続され、出力端は交流負荷7と並列にエンジン発電機6に接続される。21は燃料検出回路、22は直流電源出力検出回路、23は負荷電力検出回路、24は効率算出回路、25はメモリ、26は演算回路である。図2はシステム効率を最大にするための原理図である。なお、前記従来例と同一部分には、同一の符号を使用し重複説明を省略する。
【0015】本実施例1の連系インバータ装置Aの動作を、図1を参照しながら以下に説明する。燃料検出回路21ではエンジン発電機6の消費燃料量F′uelを検出して消費燃料値F′uを効率算出回路24へ出力し、直流電源出力検出回路22では直流電源の出力電流I′DCと出力電圧VDCを検出して直流電源出力値W′DCを算出し、この直流電源出力値W′DCを効率算出回路24へ出力する。また、負荷電力検出回路23では負荷電流Iloadと負荷電圧VENG を検出して負荷消費電力値W′loadを算出し、この負荷消費電力値W′loadを効率算出回路24へ出力する。効率算出回路24では、直流電源出力値W′DCと予めメモリ25に蓄えてあった直流電源出力値に応じた直流電源の発電効率を演算回路26で乗算して直流電源の消費エネルギーを算出する。さらに、直流電源の消費エネルギーと消費燃料値F′uを演算回路26で加算した値で負荷消費電力値W′loadを除してシステム効率Q′を求める。求めたシステム効率Q′と負荷消費電力値W′loadにより高調波分担率K′hと振幅指令値K′pを決定し、高調波分担率K′hは乗算器10へ出力し、振幅指令値K′pは乗算器5へ出力する。
【0016】一方、電流同期発振器12中の帯域通過フィルタ13は、負荷電流Iloadを検出し、負荷電流Iloadの基本波成分のみからなる負荷電流基本波信号IIfを出力する。負荷電流基本波信号IIfは減算器11に入力され、減算器11で負荷電流Iloadから負荷電流基本波信号IIfが減算され、負荷電流高調波信号IIhが得られる。負荷電流高調波信号IIhは、効率算出回路24から出力された高調波分担率K′hと乗算器10で乗算されて、高調波補償信号I′Chを得る。
【0017】電圧同期信号発生回路3中の電圧同期発振器4は、エンジン発電機6の出力電圧VENG の基本波成分と周波数及び位相の等しい振幅lの正弦波形の基準正弦波SINを発生する。基準正弦波SINは、効率算出回路24から出力された振幅指令値K′pと乗算器5で乗算され、前記エンジン発電機6の出力電圧の基本波成分に同期し、かつ振幅指令値K′pと等しい振幅を有する正弦波形の電流指令値I′r が得られる。電流指令値I′r は、高調波補償信号I′Chと加算器9で加算されて、電流指令信号I′Crを得る。PWM回路2は、電流指令信号I′Crと極性が等しく、電流指令信号I′Crの絶対値に比例するパルス幅を有するスイッチ駆動信号PWM′を発生する。
【0018】インバータ1は、直流電源8から出力された直流電圧VDCを入力とし、スイッチ駆動信号PWM′に従って主スイッチを動作させ、電流指令信号I′Crと相似の波形を有するインバータ出力電流I′INV を発生する。
【0019】前記効率算出回路24の出力により前記正弦波形の電流指令値I′r と前記高調波分担率K′hを変化させ、前記効率算出回路24の出力が最大となるように制御する。
【0020】ここで、システムを最大効率で運転するためのシステム効率Q′と負荷消費電力値W′loadから高調波分担率K′hと振幅指令値K′pを求める方法について図2に示すフローチャートを用いて詳細に説明する。
【0021】時刻t−Δtにおいて、以下に示す方法によりシステムが最大効率で運用されているとし、Δt後、すなわち時刻tからの高調波分担率K′hと振幅指令値K′pを求める方法について述べる。
【0022】時刻tにおける負荷消費電力値W′load(t)と時刻t−Δtにおける有効電力値W′load(t−Δt)を比較して等しい場合は、時刻t−Δtにおける高調波分担率K′h(t−Δt)と等しい高調波分担率K′h(t)を乗算器10へ出力し、時刻t−Δtにおける振幅指令値K′p(t−Δt)と等しい振幅指令値K′p(t)を乗算器5へ出力する。
【0023】違う場合は、時刻t−Δtにおける高調波分担率K′h(t−Δt)にαを加えた高調波分担率K′h(t)を乗算器10へ出力、時刻t−Δtにおける振幅指令値K′p(t−Δt)と等しい振幅指令値K′p(t)を乗算器5へ出力する。次に、時刻Δt後のシステム効率と時刻tのシステム効率を比較し、時刻Δt後のシステム効率が大きい場合は、時刻Δt前における高調波分担率K′h(t−Δt)にさらにαを加えた高調波分担率K′h(t)を乗算器10へ出力、時刻Δt前における振幅指令値K′p(t−Δt)と等しい振幅指令値K′p(t)を乗算器5へ出力し、システム効率が低下するまで繰り返す。
【0024】小さい場合は、時刻Δt前における高調波分担率K′h(t−Δt)にαを引いた高調波分担率K′h(t)を乗算器10へ出力、時刻Δt前における振幅指令値K′p(t−Δt)と等しい振幅指令値K′p(t)を乗算器5へ出力し、システム効率が低下するまで繰り返す。
【0025】システム効率が低下したら、低下した前の高調波分担率K′h(t−2Δt)に固定する。次に、高調波分担率を固定し、振幅指令値を高調波分担率を固定するまでの過程と同じ方法で変化させ、固定する。固定された高調波分担率K′h(t−2Δt)と振幅指令値K′p(t−2Δt)により、システム効率を最大で運転できる。
【0026】システム効率を算出する周期Δtを負荷消費電力値が変化する周期よりも十分に小さくすることで、負荷消費電力値が変化する前に必ずシステム効率最大にできる高調波分担率と振幅指令値に設定することができ、常にシステムを最大効率で運用できることは言うまでもない。
【0027】[実施例2]本発明の実施例2を図面につき説明する。図3は本実施例2の構成を示すブロック図である。図中、Bは本実施例2の連系インバータ装置、31は効率算出回路を構成するニューラルネットワーク回路である。なお、前記実施例1と同一部分には、同一の符号を使用し重複説明を省略する。
【0028】ニューラルネットワーク回路31は、燃料検出回路21の出力である消費燃料値F′u、直流電源出力検出回路22の出力である直流電源出力値W′DCと負荷電力検出回路23の出力である負荷消費電力値W′loadを入力する。次に、予め学習しておいた消費燃料値F′u、直流電源出力値W′DC及び負荷消費電力値W′loadとシステム効率を最大にできる高調波分担率K′h、振幅指令値K′pの関係からシステム効率を最大にできる高調波分担率K′hと振幅指令値K′pを決定し、高調波分担率K′hは乗算器10へ出力し、振幅指令値K′pは乗算器5へ出力する。ニューラルネットワーク回路31は、予備実験や各装置データなどで、消費燃料値F′u、直流電源出力値W′DC及び負荷消費電力値W′loadとシステム効率を最大にできる高調波分担率K′h、振幅指令値K′pの関係を前もって学習させることにより、入力した消費燃料値F′u、直流電源出力値W′DC及び負荷消費電力値W′loadからシステム効率を最大にできる高調波分担率K′hと振幅指令値K′pを出力できる。
【0029】上記以外の動作は実施例1で説明した動作と同じ動作をするので、説明を省略する。オフライン学習させたニューラルネットワークはディジタルシグナルプロセッサ(DSP)により構成することができるので、ワンチップ化が可能となり、制御回路の小形化を図ることができる。また、図2に示すようなフローチャートに基づく計算を実行する必要がないので、システム効率を最大にできる高調波分担率K′hと振幅指令値K′pを高速に求めることができ、システム運転経費の一層の削減が達成できる。
【0030】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、常にエンジン発電機、直流電源、連系インバータ装置からなるシステムを最大効率で運用することができ、エンジン発電機の燃料消費量及び直流電源として使用が考えられる燃料電池などの燃料消費量の削減が達成できる。従って、システムの運転経費が削減できる。




 

 


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