DE102014218001A1

DE102014218001A1 - Invertervorrichtung, Wechselrichter, Stromerzeugungssystem, sowie Verfahren zur Steuerung der Invertervorrichtung

Info

Publication number: DE102014218001A1
Application number: DE201410218001
Authority: DE
Inventors: c/o Omron Corporation Mabuchi Masao; c/o Omron Corp. Kobayashi Kenji; c/o Omron Corp. Hirashima Masahiro
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2013-10-11
Filing date: 2014-09-09
Publication date: 2015-04-23
Also published as: JP2015077061A; JP6201613B2

Abstract

Aufgabe: Bereitstellen einer Technik, die eine Invertervorrichtung betrifft, deren Umwandlungsrate noch höher ist, und durch die eine noch idealere Ausgangswellenform erhalten werden kann. Mittel zur Lösung: Es sind ein Vollbrückeninverterteil, der Gleichstromleistung in Wechselstromleistung umwandelt, und ein Kurzschlussteil, der durch Kurzschließen des Ausgangs des Vollbrückeninverterteils die Umwandlungseffizienz erhöht, vorhanden, wobei bei der PWM-Steuerung eine Steuerung durch mehrere Schaltmuster erfolgt, die Schaltmuster, welche eine PWM-Steuerung des Kurzschlussteils vornehmen, und Schaltmuster, welche keine PWM-Steuerung des Kurzschlussteils vornehmen, umfassen. Je nach dem Schaltmuster wird eine Totzeit zur Verhinderung eines Stromquellenkurzschlusses eingerichtet, wobei im Fall der Einrichtung dieser Totzeit das Tastverhältnis der PWM-Steuerung korrigiert wird und die Verzerrung der Ausgangswellenform durch die Totzeit korrigiert wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Invertervorrichtung, die eine Gleichspannung in eine Wechselspannung umwandelt, einen Wechselrichter, in den die Invertervorrichtung eingebaut ist, ein Stromerzeugungssystem, das die Invertervorrichtung aufweist, sowie ein Verfahren zur Steuerung der Invertervorrichtung.
Stand der Technik
In den letzten Jahren verbreitet sich die Solarstromerzeugung als Maßnahme gegen Umweltprobleme mehr und mehr. Da die Leistung, die durch Solarzellen erzeugt wird, eine Gleichstromleistung ist, aber die im Haushalt verwendete Leistung eine Wechselstromleistung ist, wird die von den Solarzellen erzeugte Gleichstromleistung nach einer Spannungserhöhung durch eine Spannungserhöhungsvorrichtung wie etwa einen Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler durch eine in einem Wechselrichter enthaltene Invertervorrichtung in eine Wechselstromleistung umgewandelt. Nun stellt die Erhöhung der Umwandlungseffizienz der Invertervorrichtung, um die Stromerzeugungseffizienz bei der Solarstromerzeugung zu erhöhen, ein dringendes Problem dar. Was die Erhöhung der Umwandlungseffizienz der Invertervorrichtung betrifft, ist eine Netzanschluss-Invertervorrichtung allgemein bekannt, bei der durch Ausbilden einer Stromquellenleitungs-Kurzschlussschaltung, um die Stromquellenleitung zwischen einem Vollbrückeninverter und einem Einzelphasen-Dreileitersystem-Stromquellensystem kurzzuschließen, die Umwandlungseffizienz erhöht wird (siehe zum Beispiel das Patentliteraturbeispiel 1).
Im Allgemeinen werden für Invertervorrichtungen Halbleiterschaltelemente verwendet, doch neigen Halbleiterschaltelemente dazu, dass die Abfallgeschwindigkeit von EIN zu AUS langsamer ist, als die Anstiegsgeschwindigkeit von AUS zu EIN. Folglich kann es sein, dass eine Totzeit eingerichtet werden muss, in der alle Halbleiterschaltelemente AUS werden, um einen Stromquellenkurzschuss zu verhindern. Doch bei der Einrichtung einer Totzeit kann auch die Unannehmlichkeit bestehen, dass die Ausgangswellenform der Invertervorrichtung während dieser Zeit von der idealen Wellenform abweicht. Was dieses Problem betrifft, wurde vorgeschlagen, eine Totzeitkompensation vorzunehmen, um die Verzerrung der Ausgangswellenform, die durch die Einrichtung der Totzeit verursacht wird, zu kompensieren (siehe zum Beispiel das Patentliteraturbeispiel 2).
Bei der in dem Patentliteraturbeispiel 1 beschriebenen Technik werden die Schaltelemente in der Stromquellenleitungs-Kurschlussschaltung stets PWM-gesteuert. Doch da bei Vornahme einer PWM-Steuerung die durch die Schaltelemente verbrauchte Leistung zunimmt und die Umwandlungseffizienz abnimmt, ist es zur Erhöhung der Umwandlungseffizienz ratsam, möglichst keine PWM-Steuerung vorzunehmen. In dem Patentliteraturbeispiel 2 ist zwar wie oben beschrieben eine Totzeitkompensation in einem Vollbrückeninverter offenbart, doch ist keine Totzeitkompensation für einen Fall offenbart, in dem zur Erhöhung der Umwandlungseffizienz Schaltelemente vorhanden sind, die keine PWM-Steuerung vornehmen.
Literatur der Vorläufertechnik
Patentliteratur

Patentliteraturbeispiel 1: Patentoffenlegungsschrift 2009-89541
Patentliteraturbeispiel 2: Patentschrift Nr. 3397138

Kurzdarstellung der Erfindung
Aufgabe, die die Erfindung lösen soll
Die vorliegende Erfindung erfolgte im Hinblick auf den oben beschriebenen Stand der Technik und hat die Aufgabe, eine Technik bereitzustellen, die eine Invertervorrichtung betrifft, deren Umwandlungsrate noch höher ist, und durch die eine noch idealere Ausgangswellenform erhalten werden kann.
Mittel zur Lösung der Aufgabe
Die vorliegende Erfindung zur Lösung der obigen Aufgabe ist hauptsächlich durch die folgenden Punkte gekennzeichnet. Das heißt, sie verfügt über einen Vollbrückeninverterteil, der Gleichstromleistung in Wechselstromleistung umwandelt, und einen Kurzschlussteil, der durch Kurzschließen des Ausgangs des Vollbrückeninverterteils die Umwandlungseffizienz erhöht, wobei bei ihrer PWM-Steuerung eine Steuerung durch mehrere Schaltmuster erfolgt, die Schaltmuster, welche eine PWM-Steuerung des Kurzschlussteils vornehmen, und Schaltmuster, welche keine PWM-Steuerung des Kurzschlussteils vornehmen, umfassen. Je nach dem Schaltmuster wird eine Totzeit zur Verhinderung eines Stromquellenkurzschlusses eingerichtet, wobei im Fall der Einrichtung dieser Totzeit das Tastverhältnis der PWM-Steuerung korrigiert wird und die Verzerrung der Ausgangswellenform durch die Totzeit korrigiert wird.
Noch genauer handelt es sich um eine Invertervorrichtung, die
einen Vollbrückeninverterteil, der eine erste Schaltelementgruppe aufweist und eine Gleichstromleistung in eine Wechselstromleistung umwandelt;
einen Kurzschlussteil, der eine zweite Schaltelementgruppe aufweist und den Ausgang des Vollbrückeninverterteils kurzschließt; und
einen Steuerteil, der durch EIN/AUS-Umschalten der ersten Schaltelementgruppe und der zweiten Schaltelementgruppe eine PWM-Steuerung des Vollbrückeninverterteils und des Kurzschlussteils vornimmt,
umfasst und dadurch gekennzeichnet ist, dass
der Steuerteil den Vollbrückeninverterteil und den Kurzschlussteil durch mehrere Schaltmuster steuert, die Schaltmuster, welche eine PWM-Steuerung des Kurzschlussteils vornehmen, und Schaltmuster, welche keine PWM-Steuerung des Kurzschlussteils vornehmen, umfassen, und je nach dem Schaltmuster eine Totzeit zwischen dem EIN-Zeitraum der ersten Schaltelementgruppe und dem EIN-Zeitraum der zweiten Schaltelementgruppe erzeugt, und
ferner ein Totzeitkompensationsteil bereitgestellt ist, der im Fall der Einrichtung der Totzeit eine Totzeitkompensation vornimmt, wobei das Tastverhältnis der PWM-Steuerung korrigiert wird und die Verzerrung der Ausgangswellenform durch die Totzeit kompensiert wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Invertervorrichtung, die eine HERIC-Schaltung aufweist, welche einen Vollbrückeninverterteil und einen Kurzschlussteil aufweist. Da bei der vorliegenden Erfindung durch den Einsatz der HERIC-Schaltung die Spannung zum Schalten der Schaltelemente verringert werden kann und der Durchgangspfad des Stroms zur Zeit eines Ausgang von 0 V verkürzt werden kann, wird es möglich, die Effizienz der Invertervorrichtung zu erhöhen.
Da die HERIC-Schaltung bei der vorliegenden Erfindung durch mehrere Schaltmuster gesteuert wird, die Schaltmuster, welche eine PWM-Steuerung des Kurzschlussteils vornehmen, und Schaltmuster, welche keine PWM-Steuerung des Kurzschlussteils vornehmen, umfassen, wird der Kurzschlussteil nicht stets PWM-gesteuert, und wird es dadurch möglich, die Umwandlungseffizienz der Invertervorrichtung zu erhöhen.
Da nach der vorliegenden Erfindung, während die Verwendung einer HERIC-Schaltung erfolgt, durch Erzeugen einer Totzeit ein Stromquellenkurzschluss verhindert werden kann und im Fall der Einrichtung der Totzeit eine Totzeitkompensation vorgenommen wird, wobei das Tastverhältnis der PWM-Steuerung korrigiert wird und eine Totzeitkompensation vorgenommen wird, kann ein Stromquellenkurzschluss verhindert werden und wird es möglich, eine ideale Ausgangswellenform mit noch weniger Verzerrungen zu erhalten.
Bei der vorliegenden Erfindung kann der Steuerteil den Inhalt des Schaltmusters auch beim Netzanschlussbetrieb, bei dem eine Verbindung mit einem Stromquellennetz besteht und eine Last mit Leistung versorgt wird, und beim unabhängigen Betrieb, bei dem die Last von dem Stromquellennetz unabhängig mit Leistung versorgt wird, ändern.
Beim unabhängigen Betrieb kann es anders als beim Netzanschluss vorkommen, dass der Leistungsfaktor niedrig wird, wenn Lasten mit einem großen Blindleistungsverbrauch angeschlossen sind. Wenn der Leistungsfaktor niedrig wird, fließt bei der Ausgabe von 0 V ein großer Strom. Außerdem wird bei der Ausgabe von 0 V die EIN-Zeit der Schaltelemente US, WS lang. Folglich wird im Fall einer PWM-Steuerung der HERIC-Schaltung beim unabhängigen Betrieb die Zeit, in der in den Schaltelementen des Kurzschlussteils ein großer Strom fließt, lang und besteht die Möglichkeit, dass die Schaltelemente des Kurzschlussteils heiß werden.
Diesbezüglich ist die vorliegende Erfindung so ausgeführt, dass beim unabhängigen Betrieb durch ein anderes Schaltmuster als beim Netzanschlussbetrieb gesteuert wird und zum Beispiel die EIN-Zeit der zweiten Schaltelementgruppe, die den Kurzschlussteil bildet, relativ kurz gestaltet wird. Dadurch lässt sich auch im Fall einer PWM-Steuerung der HERIC-Schaltung beim unabhängigen Betrieb unterdrücken, dass die Schaltelemente, die den Kurzschlussteil bilden, heiß werden oder beschädigt werden.
Außerdem kann bei der vorliegenden Erfindung der Totzeitkompensationsteil im Fall einer Umkehrung des Vorzeichens des Kompensationsausmaßes bei der Totzeitkompensation das Kompensationsausmaß auf Basis wenigstens eines aus dem Ausgangsstromwert und der Phase des Ausgangsstroms mit einer bestimmten Neigung verändern.
Das heißt, wenn das Kompensationsausmaß des Tastverhältnisses bei der Totzeit als ΔTastverhältnis angesetzt wird, kann der Absolutwert |ΔTastverhältnis| des Totzeitkompensationsausmaßes ideal konstant sein. Doch tatsächlich kommt es vor, dass sich das Vorzeichen des Totzeitkompensationsausmaßes von |ΔTastverhältnis| zu –|ΔTastverhältnis| oder von –|ΔTastverhältnis| zu |ΔTastverhältnis| umkehrt, und in einem solchen Fall besteht die Gefahr, dass es durch die Totzeitkompensation erst recht zu einer Verzerrung der Ausgangsspannung kommt. Diesbezüglich ist die vorliegende Erfindung so ausgeführt, dass der Totzeitkompensationsteil im Fall einer Umkehrung des Vorzeichens des Kompensationsausmaßes bei der Totzeitkompensation das Kompensationsausmaß auf Basis wenigstens eines aus dem Ausgangsstromwert und der Phase des Ausgangsstroms vor und nach der Umkehrung oder bei einem davon im Zeitverlauf mit einer bestimmten Neigung verändert.
Dadurch kann das Totzeitkompensationsausmaß beim Wechsel des Kompensationsausmaßes von positiv zu negativ oder von negativ zu positiv sanft verändert werden und kann eine Verzerrung der Ausgangsspannung durch eine Umkehrung des Vorzeichens des Totzeitkompensationsausmaßes unterdrückt werden. Die ”bestimmte Neigung” bedeutet eine Neigung in einem Bereich, in dem durch die Umkehrung des Vorzeichens des Totzeitkompensationsausmaßes keine bedeutende Verzerrung der Ausgangsspannung verursacht wird, und sie kann im Voraus durch Berechnen, aber auch experimentell ermittelt werden. Die bestimmte Neigung umfasst neben einer linearen, das heilt, angeschrägten, Veränderung auch eine krummlinige Veränderung. Hier können der Ausgangsstromwert und die Phase des Ausgangsstroms auch der tatsächliche Ausgangsstromwert und die tatsächliche Phase des Ausgangsstroms sein, doch können sie auch durch einen Ausgangsstrombefehlswert Iref und die Phase des Ausgangsstrombefehlswerts Iref ersetzt werden.
Bei der vorliegenden Erfindung kann es sich auch um ein Verfahren zur Steuerung einer Invertervorrichtung, die
einen Vollbrückeninverterteil, der eine erste Schaltelementgruppe aufweist und eine Gleichstromleistung in eine Wechselstromleistung umwandelt;
einen Kurzschlussteil, der eine zweite Schaltelementgruppe aufweist und den Ausgang des Vollbrückeninverterteils kurzschließt, umfasst,
wobei durch EIN/AUS-Umschalten der ersten Schaltelementgruppe und der zweiten Schaltelementgruppe eine PWM-Steuerung des Vollbrückeninverterteils und des Kurzschlussteils erfolgt,
handeln, das dadurch gekennzeichnet ist, dass
die Steuerung des Vollbrückeninverterteils und des Kurzschlussteils durch mehrere Schaltmuster vorgenommen wird, die Schaltmuster, welche eine PWM-Steuerung des Kurzschlussteils vornehmen, und Schaltmuster, welche keine PWM-Steuerung des Kurzschlussteils vornehmen, umfassen,
je nach dem Schaltmuster eine Totzeit zwischen dem EIN-Zeitraum der ersten Schaltelementgruppe und dem EIN-Zeitraum der zweiten Schaltelementgruppe erzeugt wird, und
im Fall der Einrichtung der Totzeit eine Totzeitkompensation vorgenommen wird, wobei das Tastverhältnis der PWM-Steuerung korrigiert wird und die Verzerrung der Ausgangswellenform durch die Totzeit kompensiert wird.
Außerdem kann es sich bei der vorliegenden Erfindung um einen Wechselrichter, der dadurch gekennzeichnet ist, dass er die obige Invertervorrichtung;
einen Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler, der eine Erhöhung der Ausgangsspannung einer verteilten Gleichstromquelle wie etwa von Solarzellen vornimmt und diese in die Invertervorrichtung eingibt; und
ein Filter, das das Rauschen des Ausgangs der Invertervorrichtung verringert,
umfasst, oder um ein Stromerzeugungssystem, das diesen Wechselrichter umfasst, handeln.
Falls möglich, können die oben beschriebenen Mittel zur Lösung der Aufgabe kombiniert verwendet werden.
Resultat der Erfindung
Durch diese Erfindung wird es möglich, die Umwandlungseffizienz der Invertervorrichtung zu erhöhen, und wird es möglich, eine noch idealere Ausgangswellenform zu erhalten.
Kurze Erklärung der Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm eines Stromerzeugungssystems nach einer Ausführungsform.
2 ist ein Blockdiagramm, das den Steuerinhalt bei der EIN/AUS-Steuerung der Schaltelemente zeigt.
3 ist eine Ansicht, die die Beziehung zwischen dem Strombefehlswert und dem Spannungsbefehlswert einer Invertervorrichtung beim Netzanschlussbetrieb und das damit verbundene Wechseln des Schaltmusters und die Änderung des Zustands zeigt.
4 ist eine Ansicht, die den Stromfluss des Inverters bei einem ersten Zustand beim Netzanschlussbetrieb zeigt.
5 ist eine Ansicht, die den Stromfluss des Inverters bei einem zweiten Zustand beim Netzanschlussbetrieb zeigt.
6 ist eine Ansicht, die den Stromfluss des Inverters bei einem dritten Zustand beim Netzanschlussbetrieb zeigt.
7 ist eine Ansicht, die den Stromfluss des Inverters bei einem vierten Zustand beim Netzanschlussbetrieb zeigt.
8 ist eine Ansicht, die den Stromfluss des Inverters bei einem fünften Zustand beim Netzanschlussbetrieb zeigt.
9 ist eine Ansicht, die den Stromfluss des Inverters bei einem sechsten Zustand beim Netzanschlussbetrieb zeigt.
10 ist eine Ansicht, die die Beziehung zwischen dem Strombefehlswert und dem Spannungsbefehlswert einer Invertervorrichtung beim Netzanschlussbetrieb und die Beziehung zwischen dem Umschalten der Schaltelemente, der Änderung des Zustands und dem Totzeitkompensationsausmaß zeigt.
11 ist eine Ansicht, die den Stromfluss des Inverters bei einem positiv gerichteten Strom beim unabhängigen Betrieb zeigt.
12 ist eine Ansicht, die den Fluss des Stroms des Inverters bei einem negativ gerichteten Strom beim unabhängigen Betrieb zeigt.
13 ist eine Ansicht, die die Veränderung des Totzeitkompensationsausmaßes auf Basis des Befehlsstromwerts Iref zeigt.
Ausführungsformen der Erfindung
Nachstehend erfolgt anhand der Zeichnungen eine beispielhafte ausführliche Erklärung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Ausführungsform 1
1 ist ein Solarstromerzeugungssystem 1 nach der vorliegenden Ausführungsform. Das Solarstromerzeugungssystem 1 umfasst nicht dargestellte Solarzellen und einen Wechselrichter 10, der die von den Solarzellen ausgegebene Gleichspannung in eine Wechselspannung umwandelt und einen Anschlussbetrieb mit einem elektrischen System ermöglicht. Der Wechselrichter 10 weist einen Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 11, eine Invertervorrichtung 13 und eine Filterschaltung 15 auf. In 1 weist ein Kondensator 12, der durch Gleichstrom, der von den Solarzellen ausgegeben wird, geladen wird, die Funktion auf, den Ausgang von den Solarzellen zu glätten.
Als Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 11 wird zum Beispiel eine Zerhacker-Spannungserhöhungsschaltung verwendet. Bei der vorliegenden Ausführungsform weist der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 11 einen Induktor 11a, ein Schaltelement 11b, eine Rückflussverhinderungsdiode 11c und einen Kondensator 11d auf. Der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 11 weist die Funktion auf, die von den Solarzellen ausgegebene Gleichspannung einer Spannungserhöhung zu unterziehen. Die Ausgangsspannung DDV des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 11 wird durch einen nicht dargestellten Spannungssensor festgestellt und in einen Steuerteil 17 eingegeben. Der Ausgang des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 11 wird in die Invertervorrichtung 13 eingegeben.
Die Invertervorrichtung 13 wandelt die von dem Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 11 ausgegebene Gleichspannung in eine Wechselspannung um und gibt sie an die Filterschaltung 15 aus. Die Invertervorrichtung 13 der vorliegenden Erfindung weist einen Vollbrückeninverter 13a als Vollbrückeninverterteil aus Schaltelementen UH, UL, WH und WL und eine Kurzschlussschaltung 13b als Kurzschlussteil aus Schaltelementen US, WS, der den Ausgang des Vollbrückeninverters kurzschließt, auf. Das Verfahren der Steuerung der Invertervorrichtung 13, das die Besonderheit der vorliegenden Erfindung darstellt, wird später besprochen werden. Der Ausgangsstrom IL der Invertervorrichtung 13 wird durch einen nicht dargestellten Stromsensor festgestellt und in den Steuerteil 17 eingegeben.
Die Filterschaltung 15 weist Induktoren 15a, 15b und einen Kondensator 15c auf. Die Filterschaltung 15 unterdrückt das Rauschen des von der Invertervorrichtung 13 ausgegebenen Ausgangsstroms und hat die Funktion zur Rückführung an das elektrische System. Die Systemspannung Vs wird durch einen nicht dargestellten Spannungssensor festgestellt und in den Steuerteil 17 eingegeben.
Erklärung des Blockdiagramms
2 ist ein Blockdiagramm, das den Steuerinhalt bei der EIN/AUS-Steuerung der Schaltelemente durch den Steuerteil 17 zeigt. Der Steuerteil 17 ermittelt die Abweichung ΔI zwischen einem Strombefehlswert Iref und dem tatsächlichen Stromausgangswert IL der Invertervorrichtung 13. Ein Ausgangsstromsteuerteil 17b in dem Steuerteil 17 berechnet aus dieser Abweichung ΔI einen Spannungsbefehlswert Vref, bei dem es sich um die Spannung handelt, die die Invertervorrichtung 11 ausgeben soll. Der Steuerteil 17 berechnet durch Dividieren des Spannungsbefehlswerts Vref durch DDV ein Tastverhältnis. Außerdem umfasst der Steuerteil 17 einen Mustererzeugungsteil 17c. Durch den Mustererzeugungsteil 17c wird aus dem Strombefehlswert Iref, dem Spannungsbefehlswert Vref und einem früheren Schaltmuster, das aus einem Musterspeicherteil 17d ausgegeben wird, ein gegenwärtiges Schaltmuster erzeugt. Das Verfahren zur Erzeugung dieses Schaltmusters wird später besprochen werden. Dann wird das durch den Mustererzeugungsteil 17c erzeugte Schaltmuster ausgegeben. Außerdem wird der neueste Ausgang des Mustererzeugungsteils 17c in dem Musterspeicherteil 17d gespeichert.
In dem Steuerteil 17 der vorliegenden Ausführungsform ist ein Totzeitkompensationsteil 17e ausgebildet. Der Totzeitkompensationsteil 17e gibt aus dem von einem DDV-Steuerteil 17a ausgegebenen Strombefehlswert Iref und dem von dem Mustererzeugungsteil 17c ausgegebenen Schaltmuster das zu korrigierende Tastverhältnis-Kompensationsausmaß ΔTastverhältnis aus. Ein PWM-Signalerzeugungsteil 17f erzeugt aus der Summe des berechneten Tastverhältnisses und des Tastverhältnis-Kompensationsausmaßes ΔTastverhältnis ein PWM-Signal und gibt es an eine Logikschaltung 17g aus. Die Logikschaltung 17g nimmt auf Basis des von dem PWM-Signalerzeugungsteil 17f ausgegebenen PWM-Signals und des von dem Mustererzeugungsteil 17c ausgegebenen Schaltmusters das Ein/Ausschalten der Schaltelemente vor oder nimmt eine PWM-Steuerung vor.
Schaltmuster beim Netzanschluss

3 ist eine Ansicht, die die Beziehung zwischen dem Spannungsbefehl Vref und dem Strombefehl Iref der Invertervorrichtung 13 der vorliegenden Erfindung beim Netzanschluss zeigt. Die durchgehende Linie in der Figur gibt den Strombefehlswert Iref an, und die gestrichelte Linie zeigt den Spannungsbefehlswert Vref. Die Buchstaben im oberen Teil von 3 stehen für die Schaltmuster. Die unter den Buchstaben angeordneten Zahlen geben später besprochene ”Zustände” an. Wie in der Figur gezeigt schaltet der Inverter 13 das Schaltmuster innerhalb eines Zyklus des Inverters um. Außerdem sind die Zustände gemäß dem Schaltmuster und dem Strombefehlswert Iref in sechs Zustände unterteilt. Tabelle 1 Schaltmusterwechselbedingungen

		Spannungsbefehl und Strombefehl: gleiche Vorzeichen		Spannungsbefehl und Strombefehl: verschiedene Vorzeichen
		Spannungsbefehl: positiv	Spannungsbefehl: negativ	Spannungsbefehl: positiv	Spannungsbefehl: negativ
Strombefehl	+5 A~+4 A~+5 A 0 A~+4 A 0 A~–4 A –4 A~–5 A –5 A~	Muster A	-	-	Muster C
		Hystereseteil	-	-	Muster C
		Muster B	-	-	Muster C
		-	Muster C	Muster B	-
		-	Hystereseteil	Muster B	-
		-	Muster D	Muster B	-

Zuerst wird das Wechseln der Schaltmuster erklärt. Wie in Tabelle 1 gezeigt wird das Schaltmuster durch die Beziehung zwischen dem Strombefehlswert Iref und dem Spannungsbefehlswert Vref bestimmt. Doch in den Bereichen ”Hystereseteil” in der Tabelle wird das der Bedingung des Hystereseteils entsprechende direkt vorhergehende Schaltmuster beibehalten. ”-” in der Tabelle ist eine Bedingung, die aus der Beurteilung des Vorzeichens des Spannungsbefehlswerts und des Strombefehlswerts nicht existiert.
Bei dem Schaltmuster A wird durch die PWM-Steuerung abwechselnd zwischen zwei Submustern A-a und A-b gewechselt. Wie in Tabelle 2 gezeigt werden bei dem Submuster A-a die Schaltelemente UH, WL und WS eingeschaltet und die Schaltelemente UL, WH und US ausgeschaltet. Bei dem Submuster A-b wird nur das Schaltelement WS eingeschaltet und werden die Schaltelemente UH, UL, WH, WL und US ausgeschaltet. Da die Schaltelemente US und WS bei dem Schaltmuster A nicht PWM-betrieben werden, ist die Umwandlungseffizienz hoch. Doch während der Strom in die negative Richtung geführt wird, kann die Spannung nicht gesteuert werden. Tabelle 2 Schaltmuster A

Schalter A-a A-b

UH EIN AUS

UL AUS AUS

WH AUS AUS

WL EIN AUS

US AUS AUS

WS EIN EIN
Bei dem Schaltmuster B wird durch die PWM-Steuerung wie in Tabelle 2 gezeigt zwischen drei Submustern B-a, B-b und B-c gewechselt. Bei dem Submuster B-a werden die Schaltelemente UH und WL eingeschaltet und die Schaltelemente UL, WH, US und WS ausgeschaltet. Bei dem Submuster B-b werden die Schaltelemente UH, UL, WH, WL, US und WS ausgeschaltet. Bei dem Submuster B-c werden die Schaltelemente US und WS eingeschaltet und die Schaltelemente UH, UL, WH und WL ausgeschaltet. Bei dem Schaltmuster B wird ein Zyklus Submuster B-a → Submuster B-b → Submuster B-c → Submuster B-b wiederholt. Da die Schaltelemente US und WS bei dem Schaltmuster B PWM-betrieben werden, wird die Umwandlungseffizienz niedrig. Es ist jedoch sowohl dann, wenn der Strom in die positive Richtung fließt, als auch dann, wenn der Strom in die negative Richtung fließt, möglich, eine Spannungssteuerung vorzunehmen. Tabelle 3 Schaltmuster B

Schalter B-a B-b B-c

UH EIN AUS AUS

UL AUS AUS AUS

WH AUS AUS AUS

WL EIN AUS AUS

US AUS AUS EIN

WS AUS AUS EIN
Bei dem Schaltmuster C wird durch die PWM-Steuerung wie in Tabelle 4 gezeigt zwischen drei Submustern C-a, C-b und C-c gewechselt. Bei dem Submuster C-a werden die Schaltelemente UL und WH eingeschaltet und die Schaltelemente UH, WL, US und WS ausgeschaltet. Bei dem Submuster C-b werden die Schaltelemente UH, UL, WH, WL, US und WS ausgeschaltet, und bei dem Submuster C-c werden die Schaltelemente US und WS eingeschaltet und die Schaltelemente UH, UL, WH und WL ausgeschaltet. Bei dem Schaltmuster C wird ein Zyklus Submuster C-a → Submuster C-b → Submuster C-c → C-b wiederholt. Da die Schaltelemente US und WS bei dem Schaltmuster C PWM-betrieben werden, wird die Umwandlungseffizienz niedrig. Es ist jedoch sowohl dann, wenn der Strom in die positive Richtung fließt, als auch dann, wenn der Strom in die negative Richtung fließt, möglich, eine Spannungssteuerung vorzunehmen. Tabelle 4 Schaltmuster C

Schalter C-a C-b C-c

UH AUS AUS AUS

UL EIN AUS AUS

WH EIN AUS AUS

WL AUS AUS AUS

US AUS AUS EIN

WS AUS AUS EIN
Bei dem Schaltmuster D wird durch die PWM-Steuerung wie in Tabelle 5 gezeigt abwechelnd zwischen zwei Submustern D-a und D-b gewechselt. Bei dem Submuster D-a werden die Schaltelemente UL, WH und US eingeschaltet und die Schaltelemente UH, WL und WS ausgeschaltet. Bei dem Submuster D-b wird nur das Schaltelement US eingeschaltet und werden die Schaltelemente UH, UL, WH, WL und WS ausgeschaltet. Da die Schaltelemente US und WS bei dem Schaltmuster D nicht PWM-betrieben werden, ist die Umwandlungseffizienz hoch. Doch während der Strom in die positive Richtung geführt wird, kann die Spannung nicht gesteuert werden. Tabelle 5 Schaltmuster D

Schalter D-a D-b

UH AUS AUS

UL EIN AUS

WH EIN AUS

WL AUS AUS

US EIN EIN

WS AUS AUS
Als nächstes wird unter Verwendung von 3 jeder Zustand 1 bis 6 erklärt. Bei dem Zustand 1 lautet das Schaltmuster C und wird der Strombefehlswert Iref positiv. Bei dem Zustand 2 lautet das Schaltmuster A und wird der Strombefehlswert Iref positiv. Bei dem Zustand 3 lautet das Schaltmuster B und wird der Strombefehlswert Iref positiv. Bei dem Zustand 4 lautet das Schaltmuster B und wird der Strombefehlswert Iref negativ. Bei dem Zustand 5 lautet das Schaltmuster D und wird der Strombefehlswert Iref negativ. Bei dem Zustand 6 lautet das Schaltmuster C und wird der Strombefehlswert Iref negativ.
Wie später besprochen werden wird, kommt es bei den Schaltmustern B und C zu einer Totzeit. Daher folgert der Totzeitkompensationsteil aus dem Strombefehlswert Iref und dem Schaltmuster den Zustand 1 bis 6, und berechnet er für jeden Zustand ein Totzeitkompensationsausmaß. Wie später besprochen werden wird, wird das Totzeitkompensationsausmaß bei den Zuständen 1 und 3 positiv, wird das Totzeitkompensationsausmaß bei den Zuständen 2 und 5 0, und wird das Totzeitkompensationsausmaß bei den Zuständen 4 und 6 negativ. Als nächstes wird der Grund dafür erklärt, warum das Totzeitkompensationsausmaß bei den Zuständen 1 und 3 positiv und bei den Zuständen 4 und 6 negativ wird. Der Grund, warum das Totzeitkompensationsausmaß bei den Zuständen 2 und 5 0 wird, ist, dass bei den Schaltmustern A und D keine Totzeit entsteht.
Zustand 1
Zuerst wird unter Verwendung von 4(a) bis (c) der Zustand 1 erklärt. In 4(a) sind der EIN/AUS-Zustand jedes Schaltelements und der Stromfluss bei dem Submuster C-a gezeigt. Ebenso erfolgt in 4(b) die Darstellung für das Submuster C-b und in 4(c) die Darstellung für das Submuster C-c. Eingeschaltete Schaltelemente sind mit durchgehenden Linien angegeben, während ausgeschaltete Schaltelemente gestrichelt angegeben sind.
Bei dem Zustand 1 wird das Schaltmuster das Schaltmuster C und wird durch die PWM-Steuerung der oben erwähnte Zyklus Submuster C-a → C-b → C-c → C-b wiederholt. Der Strombefehlswert Iref ist positiv. Bei dem Submuster C-a werden die Schaltelemente UL und WH eingeschaltet und werden die Schaltelemente UH, WL, US und WS ausgeschaltet. Der Stromfluss zu dieser Zeit lautet Induktor 15b → Rückflussdiode des Schaltelementes WH → Kondensator 11d → Rückflussdiode des Schaltelements UL → Induktor 15a. Die Ausgangsspannung zu dieser Zeit wird die Ausgangsspannung DDV des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 11 mit einem negativen Vorzeichen, –DDV.
Bei dem Submuster C-c werden die Schaltelemente UH, UL, WH, WL sowie US und WS ausgeschaltet. Der Stromfluss zu dieser Zeit lautet Induktor 15b → Rückflussdiode des Schaltelements WH → Kondensator 11d → Rückflussdiode des Schaltelements UL → Induktor 15a. Die Ausgangsspannung zu dieser Zeit wird die Ausgangsspannung DDV des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 11 mit einem negativen Vorzeichen, –DDV.
Bei dem Submuster C-c werden die Schaltelemente US und WS eingeschaltet und die Schaltelemente UH, UL, WH und WL ausgeschaltet. Der Stromfluss zu dieser Zeit lautet Induktor 15b → Schaltelement WS → Rückflussdiode des Schaltelements US → Induktor 15a. Die Ausgangsspannung zu dieser Zeit beträgt 0. Somit entspricht das Submuster C-b einer Totzeit. Um bei dem Zustand 1 eine Totzeit einzurichten, ist das Tastverhältnis, das das Submuster C-c bildet, verringert. Das heißt, bei dem Zustand 1 wird ein Teil eines Zeitraums, der ideal das Submuster C-c werden muss, tatsächlich zu dem Submuster C-b. Als Folge wird die Ausgangsspannung in einem Teil des Zeitraums, in dem die Ausgangsspannung ideal 0 sein soll, tatsächlich –DDV und die Ausgangsspannung der Invertervorrichtung 13 von der Sinuswelle verzerrt. Folglich muss bei dem Schaltmuster C die Verzerrung der Ausgangsspannung durch die Totzeit berücksichtigt werden. Um den Unterschied –DDV auszugleichen, ist es nötig, in Bezug auf das tatsächliche Tastverhältnis ein positives Totzeitkompensationsausmaß ΔTastverhältnis hinzuzufügen.
Zustand 2
Als nächstes wird unter Verwendung von 5(a) und (b) der Zustand 2 erklärt. Bei dem Zustand 2 wird das Schaltmuster das Schaltmuster A und werden durch die PWM-Steuerung die oben erwähnten Submuster A-a und A-b abwechselnd wiederholt. Bei dem Submuster A-a werden die Schaltelemente UH, WL und WS eingeschaltet und die Schaltelemente UL, WH und US ausgeschaltet. Der Stromfluss zu dieser Zeit lautet Induktor 15b → Schaltelement WL → Kondensator 11d → Schaltelement UH → Induktor 15a. Die Ausgangsspannung zu dieser Zeit wird der Ausgangsspannung DDV des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 11 gleich.
Bei dem Submuster A-b wird nur das Schaltelement WS eingeschaltet und werden die Schaltelemente UH, UL, WH, WL und US jeweils ausgeschaltet. Der Stromfluss zu dieser Zeit lautet Induktor 15b → Schaltelement WS → Rückflussdiode des Schaltelements US → Induktor 15a. Die Ausgangsspannung zu dieser Zeit wird gleich 0. Da bei diesem Schaltmuster A keine Gefahr eines Stromquellenkurzschlusses besteht, ist es nicht nötig, eine Totzeit einzurichten.
Zustand 3
Als nächstes wird unter Verwendung von 6(a) bis (c) der Zustand 3 erklärt. Bei dem Zustand 3 wird das Schaltmuster das Schaltmuster B und wird durch die PWM-Steuerung der oben erwähnte Zyklus Submuster B-a → B-b → B-c → B-b wiederholt. Der Strombefehlswert Iref ist positiv. Bei dem Submuster B-a werden die Schaltelemente UH und WL eingeschaltet und die Schaltelemente UL, WH, US und WS ausgeschaltet. Der Stromfluss zu dieser Zeit lautet Induktor 15b → Schaltelement WL → Kondensator 11d → Schaltelement UH → Induktor 15a. Die Ausgangsspannung zu dieser Zeit wird der Ausgangsspannung DDV des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 11 gleich. Bei dem Submuster B-b werden die Schaltelemente UH, UL, WH, WL, US und WS ausgeschaltet.
Der Stromfluss zu dieser Zeit lautet Induktor 15b → Rückflussdiode des Schaltelements WH → Kondensator 11d → Rückflussdiode des Schaltelements UL → Induktor 15a. Die Ausgangsspannung zu dieser Zeit ist die Ausgangsspannung DDV des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 11 mit einem negativen Vorzeichen, –DDV. Bei dem Submuster B-c werden die Schaltelemente US und WS eingeschaltet und die Schaltelemente UH, UL, WH und WL ausgeschaltet. Der Stromfluss zu dieser Zeit lautet Induktor 15b → Schaltelement WS → Rückflussdiode des Schaltelements US → Induktor 15a. Die Ausgangsspannung zu dieser Zeit wird 0. Das Submuster B-b entspricht einer Totzeit.
Um bei dem Zustand 3 eine Totzeit einzurichten, ist das Tastverhältnis, das das Submuster B-c bildet, verringert. Das heißt, bei dem Zustand 3 wird ein Teil eines Zeitraums, der ideal das Submuster B-c werden muss, tatsächlich zu dem Submuster B-b. Als Folge wird die Ausgangsspannung in einem Teil des Zeitraums, in dem die Ausgangsspannung ideal 0 sein soll, tatsächlich –DDV und die Ausgangsspannung der Invertervorrichtung 13 von der Sinuswelle verzerrt. Folglich muss bei dem Schaltmuster B die Verzerrung der Ausgangsspannung durch die Totzeit berücksichtigt werden. Um den Unterschied –DDV auszugleichen, ist es nötig, in Bezug auf das tatsächliche Tastverhältnis ein positives Totzeitkompensationsausmaß ΔTastverhältnis hinzuzufügen.
Zustand 4
Als nächstes wird unter Verwendung von 7(a) bis (c) der Zustand 4 erklärt. Auch bei dem Zustand 4 wird das Schaltmuster das Schaltmuster B und wird durch die PWM-Steuerung der oben erwähnte Zyklus Submuster B-a → B-b → B-c → B-b wiederholt. Der Strombefehlswert Iref ist negativ. Bei dem Submuster B-a werden die Schaltelemente UH und WL eingeschaltet und die Schaltelemente UL, WH, US und WS ausgeschaltet. Der Stromfluss zu dieser Zeit lautet Induktor 15a → Rückflussdiode des Schaltelements UH → Kondensator 11d → Rückflussdiode des Schaltelements WL → Induktor 15b. Die Ausgangsspannung zu dieser Zeit wird der Ausgangsspannung DDV des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 11 gleich.
Bei dem Submuster B-b werden die Schaltelemente UH, UL, WH, WL, US und WS ausgeschaltet. Der Stromfluss zu dieser Zeit lautet Induktor 15a → Rückflussdiode des Schaltelements UH → Kondensator 11d → Rückflussdiode des Schaltelements WL → Induktor 15b. Die Ausgangsspannung zu dieser Zeit wird der Ausgangsspannung DDV des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 11 gleich. Bei dem Submuster B-c werden die Schaltelemente US und WS eingeschaltet und die Schaltelemente UH, UL, WH und WL ausgeschaltet. Der Stromfluss zu dieser Zeit lautet Induktor 15a → Schaltelement US → Rückflussdiode des Schaltelements WS → Induktor 15b. Die Ausgangsspannung zu dieser Zeit wird 0. Hier ist das Submuster B-b eine Totzeit.
Um bei dem Zustand 4 eine Totzeit einzurichten, ist das Tastverhältnis, das das Submuster B-c bildet, verringert. Das heißt, bei dem Zustand 4 wird ein Teil eines Zeitraums, der ideal das Submuster B-c werden muss, tatsächlich zu dem Submuster B-b. Als Folge wird die Ausgangsspannung in einem Teil des Zeitraums, in dem die Ausgangsspannung ideal 0 sein soll, tatsächlich DDV und die Ausgangsspannung der Invertervorrichtung 13 von der Sinuswelle verzerrt. Folglich muss bei dem Schaltmuster B die Verzerrung der Ausgangsspannung durch die Totzeit berücksichtigt werden. Um den Unterschied DDV auszugleichen, ist es nötig, in Bezug auf das tatsächliche Tastverhältnis ein negatives Totzeitkompensationsausmaß ΔTastverhältnis hinzuzufügen.
Zustand 5
Als nächstes wird unter Verwendung von 8(a) und (b) der Zustand 5 erklärt. Bei dem Zustand 5 wird das Schaltmuster das Schaltmuster D und werden durch die PWM-Steuerung die oben erwähnten Submuster D-a und D-b abwechselnd wiederholt. Bei dem Submuster D-a werden die Schaltelemente UL, WH und US eingeschaltet und die Schaltelemente UH, WL und WS ausgeschaltet. Der Stromfluss zu dieser Zeit lautet Induktor 15a → Schaltelement UL → Kondensator 11d → Schaltelement WH → Induktor 15b.
Die Ausgangsspannung zu dieser Zeit wird die Ausgangsspannung DDV des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 11 mit einem negativen Vorzeichen, –DDV. Bei dem Submuster D-b wird nur das Schaltelement US eingeschaltet und werden die Schaltelemente UH, UL, WH, WL und WS jeweils ausgeschaltet. Der Stromfluss zu dieser Zeit lautet Induktor 15a → Schaltelement US → Rückflussdiode des Schaltelements WS → Induktor 15b. Die Ausgangsspannung zu dieser Zeit wird 0. Da bei diesem Schaltmuster D keine Gefahr eines Stromquellenkurzschlusses besteht, ist es nicht nötig, eine Totzeit einzurichten.
Zustand 6
Als nächstes wird unter Verwendung von 9(a) bis (c) der Zustand 6 erklärt. Bei dem Zustand 6 wird das Schaltmuster das Schaltmuster und wird durch die PWM-Steuerung der oben erwähnte Zyklus Submuster C-a → C-b → C-c → C-b wiederholt. Der Strombefehlswert Iref ist negativ. Bei dem Submuster C-a werden die Schaltelemente UL und WH eingeschaltet und die Schaltelemente UH, WL, US und WS ausgeschaltet. Der Stromfluss zu dieser Zeit lautet Induktor 15a → Schaltelement UL → Kondensator 11d → Schaltelement WH → Induktor 15b. Die Ausgangsspannung zu dieser Zeit wird die Ausgangsspannung DDV des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 11 mit einem negativen Vorzeichen, –DDV.
Bei dem Submuster C-b werden die Schaltelemente UH, UL, WH, WL, US und WS ausgeschaltet. Der Stromfluss zu dieser Zeit lautet Induktor 15a → Rückflussdiode des Schaltelements UH → Kondensator 11d → Rückflussdiode des Schaltelements WL → Induktor 15b. Die Ausgangsspannung zu dieser Zeit wird der Ausgangsspannung DDV des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 11 gleich. Bei dem Submuster C-c werden die Schaltelemente US und WS eingeschaltet und die Schaltelementes UH, UL, WH und WL ausgeschaltet. Der Stromfluss zu dieser Zeit lautet Induktor 15a → Schaltelement US → Rückflussdiode des Schaltelements WS → Induktor 15b. Die Ausgangsspannung zu dieser Zeit wird 0. Hier entspricht das Submuster C-b einer Totzeit.
Um bei dem Zustand 6 eine Totzeit einzurichten, ist das Tastverhältnis, das das Submuster C-c bildet, verringert. Das heißt, bei dem Zustand 6 wird ein Teil eines Zeitraums, der ideal das Submuster C-c werden muss, tatsächlich zu dem Submuster C-b. Als Folge wird die Ausgangsspannung in einem Teil des Zeitraums, in dem die Ausgangsspannung ideal 0 sein soll, tatsächlich DDV und die Ausgangsspannung der Invertervorrichtung 13 von der Sinuswelle verzerrt. Folglich muss bei dem Schaltmuster C die Verzerrung der Ausgangsspannung durch die Totzeit berücksichtigt werden. Um den Unterschied DDV auszugleichen, ist es nötig, in Bezug auf das tatsächliche Tastverhältnis ein negatives Totzeitkompensationsausmaß ΔTastverhältnis hinzuzufügen.
Im Obigen wurde die Entstehung einer Verzerrung durch eine Totzeit für die Zustände 1 bis 6 erklärt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 zusammengefasst. Tabelle 6 Vorzeichen des Stroms, Schaltmuster und Totzeitkompensation für jeden Zustand

Zustand Vorzeichen des Stroms Muster Totzeitkompensation

1 positiv C positiv

2 positiv A 0

3 positiv B positiv

4 negativ B negativ

5 negativ D 0

8 negativ C negativ
In 10 ist die Beziehung zwischen dem Spannungsbefehlswert Vref und dem Strombefehlswert Iref der Invertervorrichtung 13 der vorliegenden Ausführungsform und dem Schaltmuster, dem Zustand und der Totzeitkompensation beim Netzanschluss gezeigt. Die durchgehend gezeichnete Kurve in 10 ist der Strombefehlswert Iref der Invertervorrichtung 11. Die im oberen Teil von 10 angeordneten Buchstaben zeigen das Schaltmuster, und die unter den Buchstaben angeordneten Zahlen bezeichnen den ”Zustand”. Die dicke durchgehende Linie in der Figur zeigt das Totzeitkompensationsausmaß ΔTastverhältnis. Es ist erkennbar, dass das Tastverhältnis bei den Zuständen 1 und 3 an der positiven Seite kompensiert wird und bei den Zuständen 4 und 6 an der negativen Seite kompensiert wird. Das Kompensationsausmaß ΔTastverhältnis des Tastverhältnisses kann im Fall der positiven Seite zum Beispiel ein Ausmaß von etwa 2 μs DDV (Totzeit) betragen, und im Fall der negativen Seite zum Beispiel ein Ausmaß von etwa 2 μs –DDV (Totzeit) betragen.
Schaltmuster beim unabhängigen Betrieb
Als nächstes wird das Schaltmuster beim unabhängigen Betrieb und die Totzeit und die Totzeitkompensation in diesem Fall erklärt.
Beim unabhängigen Betrieb kann es anders als beim Netzanschluss vorkommen, dass der Leistungsfaktor niedrig wird, wenn eine Last mit einem großen Verbrauch an Blindleistung angeschlossen ist. Wenn der Leistungsfaktor niedrig wird, fließt bei der Ausgabe von 0 V ein großer Strom. Außerdem wird bei der Ausgabe von 0 V die EIN-Zeit der Schaltelemente US und WS lang. Dadurch wird die Zeit, während der in den Schaltelementen US und WS ein großer Strom fließt, lang und besteht die Gefahr dass die Schaltelemente US und WS heiß werden und beschädigt werden. Folglich soll die Invertervorrichtung beim unabhängigen Betrieb anders als beim Netzanschluss durch ein derartiges Schaltmuster gesteuert werden, dass die EIN-Zeit der Schaltelemente US und WS nicht lang wird.
Bei der vorliegenden Ausführungsform werden die Schaltelemente beim unabhängigen Betrieb durch ein Schaltmuster, das aus vier Submustern besteht, gesteuert. Nachstehend wird das Schaltmuster beim unabhängigen Betrieb als Schaltmuster E bezeichnet. Bei dem Submuster E-a werden die Schaltelemente UH und WL eingeschaltet und die Schaltelemente UL, WH, US und WS ausgeschaltet. Beim Submuster E-b werden die Schaltelemente UL und WH eingeschaltet und die Schaltelemente UH, WL, US und WS ausgeschaltet. Beim Submuster E-c werden die Schaltelemente US und WS eingeschaltet und die Schaltelemente UH, UL, WH und WL ausgeschaltet. Beim Submuster E-d werden die Schaltelemente UH, UL, WH, WL, US und WS ausgeschaltet. Bei dem Schaltmuster E wird in einem Träger ein Zyklus Submuster E-a → Submuster E-d → Submuster E-c → Submuster E-d → Submuster E-b → Submuster E-d → Submuster E-c → Submuster E-d wiederholt. Tabelle 7 Schaltmuster E

Schalter E-a E-b E-c E-d

UH EIN AUS AUS AUS

UL AUS EIN AUS AUS

WH AUS EIN AUS AUS

WL EIN AUS AUS AUS

US AUS AUS EIN AUS

WS AUS AUS EIN AUS
Zustand eines positiv gerichteten Stroms
Unter Verwendung von 11(a) bis (d) wird erklärt, wie sich die Ausgangsspannung des Schaltmusters E beim Zustand eines positiv gerichteten Stroms verändert. Wie in 11(a) gezeigt lautet der Stromfluss beim Submuster E-a Induktor 15b → Schaltelement WL → Kondensator 11d → Schaltelement UH → Induktor 15a. Die Ausgangsspannung zu dieser Zeit wird der Ausgangsspannung DDV des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 11 gleich. Wie in 11(b) gezeigt lautet der Stromfluss beim Submuster E-b Induktor 15b → Rückflussdiode des Schaltelements WH → Kondensator 11d → Rückflussdiode des Schaltelements UL → Induktor 15a. Die Ausgangsspannung zu dieser Zeit wird die Ausgangsspannung DDV des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 11 mit einem negativen Vorzeichen, –DDV.
Wie in 11(c) gezeigt lautet der Stromfluss beim Submuster E-c Induktor 15b → Schaltelement WS → Rückflussdiode des Schaltelements US → Induktor 15a. Die Ausgangsspannung zu dieser Zeit wird 0. Wie in 11(d) gezeigt lautet der Stromfluss beim Submuster E-d Induktor 15b → Rückflussdiode des Schaltelements WH → Kondensator 11d → Rückflussdiode des Schaltelements UL → Induktor 15a. Die Ausgangsspannung zu dieser Zeit wird die Ausgangsspannung DDV des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 11 mit einem negativen Vorzeichen, –DDV.
Totzeitkompensation
Hier entspricht das Submuster E-d einer Totzeit. Um in diesem Zustand eine Totzeit einzurichten, wird die Zeit der Submuster E-a, E-b und E-c verkürzt. Das heißt, da ein Teil der Zeiträume, die eigentlich die Submuster E-a, E-b und E-c sein sollen, durch die Totzeit zu dem Submuster E-d wird, weicht die Ausgangsspannung ab. Durch Hinzufügen eines Totzeitkompensationsausmaßes ΔTastverhältnis im Ausmaß der Abweichung der Ausgangsspannung zu dem Tastverhältnis ist es möglich, die Ausgangsspannung an eine Sinuswelle mit geringem Rauschen anzunähern.
Zustand eines negativ gerichteten Stroms
Unter Verwendung von 12(a) bis (d) wird beschrieben, wie sich die Ausgangsspannung des Schaltmusters E beim Zustand eines negativ gerichteten Stroms verändert. Wie in 12(a) gezeigt lautet der Stromfluss beim Submuster E-a Induktor 15a → Rückflussdiode des Schaltelements UH → Kondensator 11d → Rückflussdiode des Schaltelements WL → Induktor 15b. Die Ausgangsspannung zu dieser Zeit wird der Ausgangsspannung DDV des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 11 gleich. Wie in 12(b) gezeigt lautet der Stromfluss beim Submuster E-b Induktor 15a → Schaltelement UL → Kondensator 11b → Schaltelement WH → Induktor 15b. Die Ausgangsspannung zu dieser Zeit wird die Ausgangsspannung DDV des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 11 mit einem negativen Vorzeichen, –DDV.
Wie in 12(c) gezeigt lautet der Stromfluss beim Submuster E-c Induktor 15a → Schaltelement US → Rückflussdiode des Schaltelements WS → Induktor 15b. Die Ausgangsspannung zu dieser Zeit wird 0. Wie in 12(d) gezeigt lautet der Stromfluss beim Submuster E-d Induktor 15a → Rückflussdiode des Schaltelements UH → Kondensator 11d → Rückflussdiode des Schaltelements WL → Induktor 15b. Die Ausgangsspannung zu dieser Zeit wird der Ausgangsspannung DDV des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 11 gleich.
Totzeitkompensation
Hier entspricht das Submuster E-d einer Totzeit. Um in diesem Zustand eine Totzeit einzurichten, wird die Zeit der Submuster E-a, E-b und E-c verkürzt. Das heißt, da ein Teil der Zeiträume, die eigentlich die Submuster E-a, E-b und E-c sein sollen, durch die Totzeit zu dem Submuster E-d wird, weicht die Ausgangsspannung ab. Durch Abziehen eines Totzeitkompensationsausmaßes ΔTastverhältnis im Ausmaß der Summe der Abweichung der Spannung in einem Träger von dem Tastverhältnis ist es möglich, die Ausgangsspannung an eine Sinuswelle mit geringem Rauschen anzunähern. Dieses Kompensationsausmaß ΔTastverhältnis des Tastverhältnisses kann im Fall des Stroms an der positiven Seite zum Beispiel bei einer Totzeit von 2 μs etwa 4 μs betragen, und im Fall der negativen Seite zum Beispiel bei einer Totzeit von 2 μs etwa 4 μs betragen.
Wie oben erklärt wird bei der vorliegenden Ausführungsform bei einer Invertervorrichtung, die eine HERIC-Schaltung mit einem Vollbrückeninverterteil und einem Kurzschlussteil aufweist, durch Schaltmuster B, C, bei denen es sich um Schaltmuster handelt, die eine PWM-Steuerung des Kurzschlussteils vornehmen, und Schaltmuster A, D, bei denen es sich um Schaltmuster handelt, die keine PWM-Steuerung des Kurzschlussteils vornehmen, gesteuert. Folglich wird es durch Verwenden der Schaltmuster A, D, bei denen es sich um Schaltmuster handelt, die keine PWM-Steuerung des Kurzschlussteils vornehmen, möglich, die Umwandlungseffizienz der Invertervorrichtung weiter zu erhöhen.
Wenn die Wahrscheinlichkeit einer Änderung der Richtung des Ausgangsstroms hoch ist, sollen die Schaltmuster B, C verwendet werden, bei denen auch bei einer Veränderung der Stromrichtung zwischen positiv und negativ eine Spannungssteuerung möglich ist, und in diesem Fall wird bei der vorliegenden Ausführungsform in Bezug auf die Unannehmlichkeit, dass durch die Einrichtung einer Totzeit die Möglichkeit einer Verzerrung der Wellenform besteht, durch Korrigieren des Tastverhältnisses eine Totzeitkompensation vorgenommen. Dadurch kann eine Verzerrung der Wellenform unterdrückt werden und wird der Erhalt einer Ausgangswellenform, die näher an der idealen Welle liegt, möglich.
Ausführungsform 2
Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erklärt. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein Beispiel erklärt, bei dem bei einer Umkehrung des Vorzeichens des Kompensationsausmaßes der Totzeitkompensation keine rechteckwellenförmige Veränderung des Totzeitkompensationsausmaßes, sondern eine allmähliche Veränderung unter Verleihung einer Neigung erfolgt.
Unter Verwendung von 13 wird die Veränderung der Größe des Totzeitkompensationsausmaßes ΔTastverhältnis beim Netzanschluss erklärt. Bei Ansetzen des Totzeitkompensationsausmaßes als ΔTastverhältnis kann der bei der ersten Ausführungsform erklärte Absolutwert |ΔTastverhältnis| des Totzeitkompensationsausmaßes bei den Zuständen 1, 3, 4 und 6 ideal konstant sein. Doch da sich das Totzeitkompensationsausmaß bei der Änderung von Zustand 3 zu Zustand 4 oder bei der Änderung von Zustand 6 zu Zustand 1 tastsächlich stufenförmig von |ΔTastverhältnis| zu –|ΔTastverhältnis| oder von –|ΔTastverhältnis| zu |ΔTastverhältnis| verändert und sich das Vorzeichen umkehrt, besteht erneut die Gefahr einer Verzerrung der Ausgangsspannung durch die Totzeitkompensation. Diesbezüglich wird bei der vorliegenden Ausführungsform so vorgegangen, dass das Totzeitkompensationsausmaß bei einem Wechsel des Totzeitkompensationsausmaßes unter Umkehrung des Vorzeichens von positiv zu negativ oder von negativ zu positiv mit einer bestimmten Veränderungsrate verändert wird.
Die in 13 mit der durchgehenden Linie dargestellte Kurve stellt den Strombefehlswert Iref der Invertervorrichtung 11 dar. Die im oberen Teil von 13 angeordneten Buchstaben zeigen das Schaltmuster. Die unter den Buchstaben angeordneten Zahlen bezeichnen den ”Zustand”. Die dicke durchgehende Linie in der Figur zeigt das Totzeitkompensationsausmaß ΔTastverhältnis. Der Wechsel des Totzeitkompensationsausmaßes ΔTastverhältnis von positiv zu negativ bzw. von negativ zu positiv erfolgt gleichzeitig mit dem Timing des Wechsels des Strombefehlswerts Iref von positiv zu negativ bzw. von negativ zu positiv. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Absolutwert des Totzeitkompensationsausmaßes mit der Annäherung des Werts des Strombefehlswerts Iref an 0 allmählich von einem konstanten Wert verkleinert. Der Beurteilungsstandard für die allmähliche Verkleinerung des Absolutwerts des Totzeitkompensationsausmaßes von einem konstanten Wert braucht nicht der Wert des Strombefehlswerts Iref selbst sein, sondern kann auch die Phase des Strombefehlswerts Iref sein. Es sind aber auch beide aus dem Strombefehlswert Iref und der Phase des Strombefehlswerts Iref möglich.
Noch konkreter kann sich das Totzeitkompensationsausmaß ΔTastverhältnis beim Wechsel von positiv zu negativ in einem Zustand, in dem die Phase des Strombefehlswerts Iref auf der Kurve innerhalb eines bestimmten Bereichs liegt, zum Beispiel in einem Zustand, in dem sie mit 180° als Zentrum in einem Bereich von ± einigen 10° liegt, mit einer angeschrägten Neigung verändern. Außerdem kann sich das Totzeitkompensationsausmaß ΔTastverhältnis beim Wechsel von negativ zu positiv in einem Zustand, in dem die Phase des Strombefehlswerts Iref auf der Kurve innerhalb eines anderen bestimmten Bereichs liegt, zum Beispiel in einem Zustand, in dem sie mit 360° als Zentrum in einem Bereich von ± einigen 10° liegt, mit einer angeschrägten Neigung verändern.
Es ist auch eine Änderung mit einer angeschrägten Neigung möglich, wenn das Totzeitkompensationsausmaß ΔTastverhältnis in einem Zustand, in dem der Wert des Strombefehlswerts Iref einen bestimmten Wert an der positiven Seite, zum Beispiel höchstens einige Ampere, beträgt, von positiv zu negativ wechselt. Und es ist auch eine Änderung mit einer angeschrägten Neigung möglich, wenn das Totzeitkompensationsausmaß ΔTastverhältnis in einem Zustand, in dem der Wert des Strombefehlswerts Iref einen bestimmten Wert an der negativen Seite, zum Beispiel mindestens – einige Ampere, beträgt, von positiv zu negativ wechselt.
Ferner ist auch eine Änderung mit einer angeschrägten Neigung möglich, wenn das Totzeitkompensationsausmaß ΔTastverhältnis in einem Zustand, in dem die Phase des Strombefehlswerts Iref auf der Kurve innerhalb des obigen bestimmten Bereichs liegt sowie der Wert des Strombefehlswerts Iref höchstens den obigen bestimmten Wert an der positiven Seite beträgt, von positiv zu negativ wechselt. Und es ist auch eine Änderung mit einer angeschrägten Neigung möglich, wenn das Totzeitkompensationsausmaß ΔTastverhältnis in einem Zustand, in dem die Phase des Strombefehlswerts Iref auf der Kurve innerhalb des obigen anderen bestimmten Bereichs liegt sowie der Wert des Strombefehlswerts Iref mindestens den obigen bestimmten Wert an der negativen Seite beträgt, von negativ zu positiv wechselt. Für die Neigung des angeschrägten Bereichs ist dann, wenn das Totzeitkompensationsausmaß ΔTastverhältnis von negativ zu positiv wechselt, zum Beispiel eine Neigung möglich, bei der etwa innerhalb eines Phasenbereichs von einigen 10° gewechselt wird. Die Neigung muss nicht unbedingt konstant sein, sondern es ist auch eine krummlinige Veränderung, bei der sich die Neigung ändert, möglich.
Auf diese Weise können Verzerrungen der Ausgangsspannung beim Wechsel des Vorzeichens des Totzeitkompensationsausmaßes durch Verändern des Totzeitkompensationsausmaßes ΔTastverhältnis auch innerhalb des gleichen Zustands noch sicherer unterdrückt werden.
Die vorliegende Ausführungsform ist nicht auf den Aufbau der oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt; je nach dem Verwendungszweck sind verschiedenste Änderungen möglich. Zum Beispiel wurde bei den obigen Ausführungsformen für den Standard zur Bestimmung des Schaltmusters oder des Zustands der Invertervorrichtung 13 oder für den Standard zum Wechsel des Totzeitkompensationsausmaßes ΔTastverhältnis der Strombefehlswert Iref und der Spannungsbefehlswert Vref verwendet, doch ist nicht ausgeschlossen, diese Standards durch den tatsächlichen Ausgangsstrom IL und die tatsächliche Ausgangsspannung Vinv zu ersetzen.
Bezugszeichenliste

1: Solarstromerzeugungssystem
10: Wechselrichter für die Solarstromerzeugung
11: Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler
11d: Kondensator
13: Invertervorrichtung
15: Filterschaltung
15a, 15b: Induktor
17: Steuerteil
17a: DDV-Steuerteil
17b: Ausgangsstromsteuerteil
17c: Mustererzeugungsteil
17d: Musterspeicherteil
17e: Totzeitkompensationsteil
17f: PWM-Signalerzeugungsteil
17g: Logikschaltung
UH, UL, WH, WL, US, WS: Schaltelement

Claims

Invertervorrichtung, umfassend einen Vollbrückeninverterteil, der eine erste Schaltelementgruppe aufweist und eine Gleichstromleistung in eine Wechselstromleistung umwandelt; einen Kurzschlussteil, der eine zweite Schaltelementgruppe aufweist und den Ausgang des Vollbrückeninverterteils kurzschließt; und einen Steuerteil, der durch EIN/AUS-Umschalten der ersten Schaltelementgruppe und der zweiten Schaltelementgruppe eine PWM-Steuerung des Vollbrückeninverterteils und des Kurzschlussteils vornimmt, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerteil den Vollbrückeninverterteil und den Kurzschlussteil durch mehrere Schaltmuster steuert, die Schaltmuster, welche eine PWM-Steuerung des Kurzschlussteils vornehmen, und Schaltmuster, welche keine PWM-Steuerung des Kurzschlussteils vornehmen, umfassen, und je nach dem Schaltmuster eine Totzeit zwischen dem EIN-Zeitraum der ersten Schaltelementgruppe und dem EIN-Zeitraum der zweiten Schaltelementgruppe erzeugt, und ferner ein Totzeitkompensationsteil bereitgestellt ist, der im Fall der Einrichtung der Totzeit eine Totzeitkompensation vornimmt, wobei das Tastverhältnis der PWM-Steuerung korrigiert wird und die Verzerrung der Ausgangswellenform durch die Totzeit kompensiert wird.
Invertervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerteil den Inhalt des Schaltmusters beim Netzanschlussbetrieb, bei dem eine Verbindung mit einem Stromquellennetz besteht und eine Last mit Leistung versorgt wird, und beim unabhängigen Betrieb, bei dem die Last von dem Stromquellennetz unabhängig mit Leistung versorgt wird, ändert.
Invertervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Totzeitkompensationsteil im Fall einer Umkehrung des Vorzeichens des Kompensationsausmaßes bei der Totzeitkompensation das Kompensationsausmaß auf Basis wenigstens eines aus dem Ausgangsstromwert und der Phase des Ausgangsstroms mit einer bestimmten Neigung verändert.
Verfahren zur Steuerung einer Invertervorrichtung, umfassend einen Vollbrückeninverterteil, der eine erste Schaltelementgruppe aufweist und eine Gleichstromleistung in eine Wechselstromleistung umwandelt; und einen Kurzschlussteil, der eine zweite Schaltelementgruppe aufweist und den Ausgang des Vollbrückeninverterteils kurzschließt, wobei durch EIN/AUS-Umschalten der ersten Schaltelementgruppe und der zweiten Schaltelementgruppe eine PWM-Steuerung des Vollbrückeninverterteils und des Kurzschlussteils erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung des Vollbrückeninverterteils und des Kurzschlussteils durch mehrere Schaltmuster vorgenommen wird, die Schaltmuster, welche eine PWM-Steuerung des Kurzschlussteils vornehmen, und Schaltmuster, welche keine PWM-Steuerung des Kurzschlussteils vornehmen, umfassen, je nach dem Schaltmuster eine Totzeit zwischen dem EIN-Zeitraum der ersten Schaltelementgruppe und dem EIN-Zeitraum der zweiten Schaltelementgruppe erzeugt wird, und im Fall der Einrichtung der Totzeit eine Totzeitkompensation vorgenommen wird, wobei das Tastverhältnis der PWM-Steuerung korrigiert wird und die Verzerrung der Ausgangswellenform durch die Totzeit kompensiert wird.
Wechselrichter, dadurch gekennzeichnet, dass eine Invertervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3; ein Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler, der eine Erhöhung der Ausgangsspannung einer verteilten Gleichstromquelle wie etwa von Solarzellen vornimmt und diese in die Invertervorrichtung eingibt; und ein Filter, das das Rauschen des Ausgangs der Invertervorrichtung verringert, bereitgestellt sind.
Stromerzeugungssystem, umfassend einen Wechselrichter nach Anspruch 5.