The development of the super high efficiency power conditioner with single phase 13 levels inverter using the bidirectional switches

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15K05935
• Research Institution: University of Toyama
• Principal Investigator: 飴井 賢治 富山大学, 大学院理工学研究部(工学), 准教授 (50262499)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 単相13レベル / マルチレベルインバータ / 実効値電圧制御 / 瞬時値電圧制御 / LCフィルタレス / 系統連系制御

Outline of Annual Research Achievements

平成29年度は前年度に引き続き出力電圧の安定化について検討した。これはパワ－コンディショナの自立運転時の動作であり、太陽電池で発電された電力から家庭用電化製品に供給する交流100Vのための直流／交流変換の安定化である。負荷の変動や発電電力の変化によって出力電圧が変動しないように安定化することは、接続機器の破壊回避や安定動作を図る上で極めて重要である。
出力電圧を安定化するために、フィードバック制御の導入を検討した。本回路はLCフィルタレスであり、出力電圧が階段状の擬似正弦波であることから、まずは瞬時値での制御ではなく、実効値の制御を試みた。シミュレーションによる動作確認を行った後、本制御を実機に導入し実験にて動作特性を検証した。負荷の消費電力の変化に対する出力電圧の変動は1%以内に抑制され、大幅に改善された。しかし、効率は若干低下、全高調波歪み率は約0.4%悪化する結果となった。この原因は、従来のスイッチングパルスの生成では予めPC上で歪み最小化の条件で最適パルスを生成していたが、提案する制御法では、実効値電圧を一定に制御することに主眼を置いていたため、歪みが増加したものと思われる。また、実効値で制御を行った場合、大きさのみを制御することになるため、瞬時の波形歪みに対しては、制御不可と言わざるを得ない。このため、瞬時値制御への移行が必要となった。
さらにパワーコンディショナとして系統連系を行うには、電流を監視しながら緻密な電圧制御が必要である。しかし、実効値電圧による制御では制御能力が不十分であり、電流制御は不可能であると考えられる。当初の研究計画では、最終年度に電流制御を行い、系統連系を実現する予定であったが、その前に制御能力を高めることが急務となった。
今後は、この研究期間で得られた成果を基に、本回路による瞬時値制御と系統連系制御の実現に向けて研究を継続する所存である。