JP2020054072A - Series multiplex power conversion device and control method therefor - Google Patents

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Abstract

To provide a series multiplex power conversion device in which losses generated in units and switching elements are uniformized.SOLUTION: In a pulse-width modulation circuit, for each unit, a voltage command value Vref is compared with two types of gate thresholds Vth1a, Vth1b each of which is a constant value during at least one cycle of a voltage command value Vref so that a gate signal of a switching element is generated. In the case where the number of units in each phase is two, gate thresholds Vth1a, Vth1b, Vth2a, Vth2b in each of the units in each phase become different from one another. The gate thresholds Vth1a, Vth1b, Vth2a, Vth2b are cyclically switched. The switching cycle of the gate thresholds Vth1a, Vth1b, Vth2a, Vth2b is set to an integral multiple of the cycle of the voltage command value Vref.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、三相交流の系統に連系するシングルスター・ブリッジセル(SSBC)のモジュラー・マルチレベル・カスケード変換器(MMCC)に係り、特に、各ユニットの損失による熱責務を均等化する技術に関する。   The present invention relates to a modular multilevel cascade converter (MMCC) of a single star bridge cell (SSBC) linked to a three-phase AC system, and more particularly to a technique for equalizing thermal responsibility due to loss of each unit. About.

特許文献1には、周波数が50Hzもしくは60Hzの系統電源と連系し、ブリッジセルBを3台直列接続してMMCCの1相を構成した電力変換装置の例が開示されている。   Patent Literature 1 discloses an example of a power conversion device which is connected to a system power supply having a frequency of 50 Hz or 60 Hz, and three bridge cells B are connected in series to constitute one phase of an MMCC.

図8に1相あたりブリッジセルBを2台直列接続した電力変換装置の構成を示す。図8に示すように、ブリッジセルB(ユニット11)は4つのスイッチング素子U1,V1,X1,Y1とコンデンサC1によって構成される。   FIG. 8 shows a configuration of a power converter in which two bridge cells B are connected in series per phase. As shown in FIG. 8, the bridge cell B (unit 11) includes four switching elements U1, V1, X1, Y1 and a capacitor C1.

電圧指令値Vrefをキャリア三角波ではなく、固定のゲート閾値と比較しゲート信号を得る方法がある。電圧指令値と固定のゲート閾値とを比較すると基本波1周期あたりワンパルスの駆動となる。特許文献1は、基本波1周期あたりワンパルスでの駆動を特徴としている。図9にブリッジセルB2台構成におけるワンパルスでの駆動波形を示す。   There is a method of obtaining a gate signal by comparing the voltage command value Vref with a fixed gate threshold instead of a carrier triangular wave. When the voltage command value is compared with the fixed gate threshold value, one pulse is driven per one cycle of the fundamental wave. Patent Document 1 is characterized by driving with one pulse per one cycle of the fundamental wave. FIG. 9 shows a driving waveform with one pulse in the configuration of two bridge cells B.

また、図9の例では、固定のゲート閾値Vth1a、Vth1b、Vth2a、Vth2bとゲート信号GU1、GX1、GV1、GY1、GU2、GX2、GV2、GY2(すなわち、スイッチング素子のオンオフ状態)の関係を以下のように割り当てている。   In the example of FIG. 9, the relationship between the fixed gate thresholds Vth1a, Vth1b, Vth2a, Vth2b and the gate signals GU1, GX1, GV1, GY1, GU2, GX2, GV2, GY2 (that is, the ON / OFF state of the switching element) is as follows. Assigned like.

・Vref>Vth1aならばスイッチング素子U1をON、スイッチング素子X1をOFF、Vref<Vth1aならばスイッチング素子U1をOFF、スイッチング素子X1をON。   When Vref> Vth1a, the switching element U1 is turned on and the switching element X1 is turned off. When Vref <Vth1a, the switching element U1 is turned off and the switching element X1 is turned on.

・Vref>Vth2aならばスイッチング素子U2をON、スイッチング素子X2をOFF、Vref<Vth2aならばスイッチング素子U2をOFF、スイッチング素子X2をON。   If Vref> Vth2a, turn on switching element U2 and turn off switching element X2; if Vref <Vth2a, turn off switching element U2 and turn on switching element X2.

・Vref>Vth2bならばスイッチング素子Y2をON、スイッチング素子V2をOFF、Vref<Vth2bならばスイッチング素子Y2をOFF、スイッチング素子V2をON。   When Vref> Vth2b, the switching element Y2 is turned on and the switching element V2 is turned off. When Vref <Vth2b, the switching element Y2 is turned off and the switching element V2 is turned on.

・Vref>Vth1bならばスイッチング素子Y1をON、スイッチング素子V1をOFF、Vref<Vth1bならばスイッチング素子Y1をOFF、スイッチング素子V1をON。   When Vref> Vth1b, the switching element Y1 is turned on and the switching element V1 is turned off. When Vref <Vth1b, the switching element Y1 is turned off and the switching element V1 is turned on.

なお、各ゲート閾値Vth1a,Vth1b,Vth2a,Vth2bと電圧指令値Vrefが同値の場合は、2つのスイッチング素子のうちどちらをONとし、どちらをOFFとしても良い。   When the gate thresholds Vth1a, Vth1b, Vth2a, Vth2b and the voltage command value Vref have the same value, either of the two switching elements may be turned ON and either of the two switching elements may be turned OFF.

この動作により、第1,第2ユニット11,12の出力電圧Vo1、Vo2、合計出力電圧Voとして図9の波形が得られる。図9は第1,第2ユニット11,12を2台直列接続した構成であるが、ユニットを複数多重接続し、ゲート閾値も複数用意すれば正弦波に近い合計出力電圧Voが得られる。   By this operation, the waveform of FIG. 9 is obtained as the output voltages Vo1 and Vo2 of the first and second units 11 and 12, and the total output voltage Vo. FIG. 9 shows a configuration in which two first and second units 11 and 12 are connected in series. If a plurality of units are multiplexed and a plurality of gate thresholds are prepared, a total output voltage Vo close to a sine wave can be obtained.

また、各スイッチング素子は出力電圧の基本波1周期に対して最大1回(ターンオン1回、ターンオフ1回)のスイッチングとなるため、周波数の高いキャリア三角波と電圧指令値を比較してゲート信号を生成する方式よりもスイッチング回数が少なくなって、スイッチング損失を低減できる。   In addition, since each switching element performs switching at a maximum of one time (one turn-on and one turn-off) for one cycle of the fundamental wave of the output voltage, the gate signal is compared by comparing a carrier triangular wave having a high frequency with a voltage command value. The number of times of switching is smaller than that of the generation method, and the switching loss can be reduced.

図8の構成では、ユニットの直流部分にコンデンサのみが接続されているため、無効電力のみを扱うことができる。そのため、無効電力補償装置として使用される。しかし、ユニットの直流部分にバッテリーやその他電力変換装置を接続すれば、有効電力を入出力する装置としても使用することができる。   In the configuration of FIG. 8, only the reactive power can be handled because only the capacitor is connected to the DC portion of the unit. Therefore, it is used as a reactive power compensator. However, if a battery or other power converter is connected to the DC portion of the unit, it can be used as a device for inputting and outputting active power.

特開2014−100026号公報JP 2014-100026 A

しかし、図9に示されるゲート信号生成方法では各ユニットで発生する損失が大きくばらつく問題点がある。図10にこのような例を示す。   However, the gate signal generation method shown in FIG. 9 has a problem that the loss generated in each unit varies greatly. FIG. 10 shows such an example.

図10では電圧指令値Vrefの振幅が図9よりも小さく、電圧指令値Vrefの絶対値はゲート閾値Vth1a,Vth1bの絶対値よりも小さい。このとき、スイッチング素子X1とスイッチング素子Y1は常時ONとなり導通損のみが発生する。スイッチング素子U1とスイッチング素子V1は常時OFFであり損失は零である。スイッチング素子U2,V2,X2,Y2は導通損とスイッチング損の両方が発生する。   In FIG. 10, the amplitude of voltage command value Vref is smaller than that in FIG. 9, and the absolute value of voltage command value Vref is smaller than the absolute values of gate thresholds Vth1a and Vth1b. At this time, the switching element X1 and the switching element Y1 are always ON, and only conduction loss occurs. Switching element U1 and switching element V1 are always OFF and the loss is zero. In the switching elements U2, V2, X2, and Y2, both conduction loss and switching loss occur.

ただし、出力電圧Vo2が零の期間では必ずスイッチング素子X2,Y2がONするため、電流がスイッチング素子X2,Y2を通過する時間はスイッチング素子U2,V2の時間よりも長くなり、スイッチング素子X2,Y2で発生する導通損もスイッチング素子U2,V2より大きくなる。   However, since the switching elements X2 and Y2 are always turned on when the output voltage Vo2 is zero, the time for the current to pass through the switching elements X2 and Y2 is longer than the time for the switching elements U2 and V2, and the switching elements X2 and Y2 Is larger than the switching elements U2 and V2.

以上のように、出力電圧によっては各ユニット、各スイッチング素子で発生する損失(導通損とスイッチング損の合計)が大きくばらついてしまう。この場合、損失が最大となるユニットやスイッチング素子に合わせて冷却設計を行うと損失の小さなユニットに対しては設計が過剰となり、コストや装置容積が増加してしまう。   As described above, the loss (the sum of the conduction loss and the switching loss) generated in each unit and each switching element greatly varies depending on the output voltage. In this case, if the cooling design is performed in accordance with the unit or the switching element having the largest loss, the design of the unit having a small loss becomes excessive, and the cost and the volume of the device increase.

一方、ユニットごとに冷却設計を変更すると設計に時間がかかり、ユニットの量産効果が出ずコストの増加、装置の組み立ても複雑になる、といった問題が生じる。   On the other hand, if the cooling design is changed for each unit, it takes a long time to design, and there is a problem that the effect of mass production of the unit is not obtained, the cost is increased, and the assembly of the device is complicated.

さらに、系統連系インバータの場合は瞬低発生時にも運転を継続するフォルド・ライド・スルー(FRT)対応が求められる場合がある。瞬低時には少数のユニットのみスイッチング損失が発生し、残り大半のユニットでは発生するスイッチング損失が零となる。系統が不安定で瞬低の頻度が高い場合、特定のスイッチング素子にのみ熱責務が集中することで熱疲労が発生することになるため、装置の寿命が短くなってしまう。   Furthermore, in the case of a grid-connected inverter, there is a case where a fold-ride-through (FRT) correspondence that continues operation even when an instantaneous sag occurs is required. At the moment of voltage sag, switching loss occurs only in a small number of units, and in most of the remaining units, the generated switching loss becomes zero. If the system is unstable and the frequency of voltage sags is high, thermal fatigue is caused by concentrating thermal responsibility only on a specific switching element, and the life of the device is shortened.

以上示したようなことから、直列多重電力変換装置において、各ユニット,各スイッチング素子で発生する損失を均一にすることが課題となる。   As described above, in the serial multiplex power converter, it is an issue to make the loss generated in each unit and each switching element uniform.

本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、各相においてブリッジセルのユニットを複数直列接続して構成され、三相交流の系統電源と連系する直列多重電力変換装置であって、前記各ユニットごとに、電圧指令値と、少なくとも前記電圧指令値の1周期の間一定の値をとる2種類のゲート閾値と、を比較してスイッチング素子のゲート信号を生成するパルス幅変調回路を備え、1相あたりの前記各ユニット内の前記ゲート閾値はすべて異なる値をとり、前記ゲート閾値を周期的に切り替え、前記ゲート閾値の切替周期は前記電圧指令値の周期の整数倍とすることを特徴とする。   The present invention has been devised in view of the above-described conventional problems, and one aspect of the present invention is a system in which a plurality of bridge cell units are connected in series in each phase, and a series is connected to a three-phase AC system power supply. A multiplex power conversion device, wherein for each of the units, a voltage command value is compared with two types of gate thresholds having a constant value for at least one cycle of the voltage command value, and a gate signal of a switching element is compared. A pulse width modulation circuit that generates the gate threshold value in each unit in each phase takes a different value, the gate threshold value is periodically switched, the switching period of the gate threshold value of the voltage command value It is characterized by being an integral multiple of the period.

また、その一態様として、前記電圧指令値のプラス側のピーク時に前記ゲート閾値を切り替えることを特徴とする。   In one embodiment, the gate threshold value is switched at the time of a positive peak of the voltage command value.

また、その一態様として、前記ブリッジセルとして第1ユニットと第2ユニットとを各相に備え、前記第1ユニットのゲート閾値Vth1aとVth1bは、互いに絶対値が等しく符号が反対の値であり、前記第2ユニットのゲート閾値のVth2aとVth2bは、互いに絶対値が等しく符号が反対の値であり、前記ゲート閾値Vth1a,Vth1b,Vth2a,Vth2bは、以下の表1に示す大小関係となることを特徴とする。   In one embodiment, a first unit and a second unit are provided in each phase as the bridge cell, and the gate thresholds Vth1a and Vth1b of the first unit are values having the same absolute value and opposite signs, respectively. The gate thresholds Vth2a and Vth2b of the second unit have the same absolute value and opposite signs, and the gate thresholds Vth1a, Vth1b, Vth2a, and Vth2b have a magnitude relationship shown in Table 1 below. Features.

Figure 2020054072
Figure 2020054072

p:ゲート閾値の切替周期で0から1に徐々に変化する値。 p: A value that gradually changes from 0 to 1 in the gate threshold switching cycle.

また、他の態様として、前記ブリッジセルとして、第1ユニットと第2ユニットと第3ユニットと第4ユニットとを各相に備え、前記第1ユニットの前記ゲート閾値のVth1aとVth1bは、互いに絶対値が等しく符号が反対の値であり、前記第2ユニットの前記ゲート閾値のVth2aとVth2bは、互いに絶対値が等しく符号が反対の値であり、前記第3ユニットの前記ゲート閾値のVth3aとVth3bは、互いに絶対値が等しく符号が反対の値であり、前記第4ユニットの前記ゲート閾値のVth4aとVth4bは、互いに絶対値が等しく符号が反対の値であり、前記ゲート閾値Vth1a,Vth1b,Vth2a,Vth2b、Vth3a,Vth3b,Vth4a,Vth4bは、以下の表2に示す大小関係となることを特徴とする。   In another aspect, a first unit, a second unit, a third unit, and a fourth unit are provided in each phase as the bridge cell, and the gate thresholds Vth1a and Vth1b of the first unit are absolutely different from each other. The gate thresholds Vth2a and Vth2b of the second unit are equal in value but opposite in sign, and the gate thresholds Vth3a and Vth3b of the third unit are equal in value and opposite in sign. Have the same absolute value and opposite signs, and the gate thresholds Vth4a and Vth4b of the fourth unit have the same absolute value and opposite signs, and have the gate thresholds Vth1a, Vth1b, Vth2a. , Vth2b, Vth3a, Vth3b, Vth4a, and Vth4b have a magnitude relationship shown in Table 2 below. And wherein the door.

Figure 2020054072
Figure 2020054072

p:ゲート閾値の切替周期で0から1に徐々に変化する値。 p: A value that gradually changes from 0 to 1 in the gate threshold switching cycle.

また、他の態様として、前記ブリッジセルとして、第1ユニットと第2ユニットと第3ユニットと第4ユニットとを各相に備え、前記第1ユニットの前記ゲート閾値のVth1aとVth1bは、互いに符号が反対の値であり、前記第2ユニットの前記ゲート閾値のVth2aとVth2bは、互いに符号が反対の値であり、前記第3ユニットの前記ゲート閾値のVth3aとVth3bは、互いに符号が反対の値であり、前記第4ユニットの前記ゲート閾値のVth4aとVth4bは、互いに符号が反対の値であり、すべての入力信号pにおいて、|Vth1a−Vth1b|と|Vth2a−Vth2b|と|Vth3a−Vth3b|と|Vth4a−Vth4b|は一定値であり前記ゲート閾値Vth1a,Vth1b,Vth2a,Vth2b、Vth3a,Vth3b,Vth4a,Vth4bは、以下の表3に示す大小関係となることを特徴とする。   In another aspect, a first unit, a second unit, a third unit, and a fourth unit are provided in each phase as the bridge cell, and the gate thresholds Vth1a and Vth1b of the first unit are the same as each other. Are the opposite values, and the gate thresholds Vth2a and Vth2b of the second unit have opposite signs, and the gate thresholds Vth3a and Vth3b of the third unit are the opposite signs. And the gate thresholds Vth4a and Vth4b of the fourth unit have opposite signs, and | Vth1a-Vth1b |, | Vth2a-Vth2b | and | Vth3a-Vth3b | for all input signals p. And | Vth4a−Vth4b | are constant values, and the gate threshold values Vth1a, Vth1b, Vth2 , Vth2b, Vth3a, Vth3b, Vth4a, Vth4b is characterized in that a magnitude relationship shown in Table 3 below.

Figure 2020054072
Figure 2020054072

p:ゲート閾値の切替周期で0から1に徐々に変化する値。 p: A value that gradually changes from 0 to 1 in the gate threshold switching cycle.

本発明によれば、直列多重電力変換装置において、各ユニット,各スイッチング素子で発生する損失を均一にすることが可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in a serial multiplex power converter, it becomes possible to make the loss which generate | occur | produces in each unit and each switching element uniform.

実施形態1におけるパルス幅変調回路を示すブロック図。FIG. 2 is a block diagram illustrating a pulse width modulation circuit according to the first embodiment. 実施形態1におけるゲート閾値および各波形の一例を示すタイムチャート。5 is a time chart illustrating an example of a gate threshold and each waveform according to the first embodiment. 実施形態2,3におけるパルス幅変調回路を示すブロック図。FIG. 9 is a block diagram illustrating a pulse width modulation circuit according to the second and third embodiments. 実施形態2におけるゲート閾値および各波形の一例を示すタイムチャート。9 is a time chart illustrating an example of a gate threshold value and each waveform according to the second embodiment. 閾値切替パターンによるユニットの出力有効電力を示すタイムチャート。6 is a time chart showing an output active power of a unit according to a threshold switching pattern. 実施形態3におけるゲート閾値および各波形の一例を示すタイムチャート。9 is a time chart illustrating an example of a gate threshold and each waveform according to the third embodiment. 実施形態3におけるユニットの出力有効電力を示すタイムチャート。9 is a time chart illustrating an output active power of a unit according to the third embodiment. 直列多重電力変換装置の一例を示す回路構成図。FIG. 2 is a circuit configuration diagram illustrating an example of a serial multiplex power converter. 従来技術におけるゲート閾値および各波形の一例を示すタイムチャート。9 is a time chart showing an example of a gate threshold value and each waveform according to the related art. 従来技術において電圧指令値の振幅が小さき時のゲート閾値および各波形の一例を示すタイムチャート。7 is a time chart showing an example of a gate threshold value and each waveform when the amplitude of a voltage command value is small in the conventional technology.

以下、本願発明における直列多重電力変換装置の実施形態1〜3を図1〜図8に基づいて詳述する。   Hereinafter, the first to third embodiments of the serial multiplex power converter according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.

[実施形態1]
本実施形態1は、図8に示す直列多重電力変換装置を例として、各ユニット,各スイッチング素子で発生する損失を均一にする方法を説明する。まず、図8に示す直列多重電力変換装置の構成について説明する。
[Embodiment 1]
In the first embodiment, a method of making the loss generated in each unit and each switching element uniform will be described by taking the serial multiplex power converter shown in FIG. 8 as an example. First, the configuration of the serial multiplex power converter shown in FIG. 8 will be described.

図8に示すように、本実施形態1における直列多重電力変換装置は、各相において、2つの第1ユニット11,21,31と第2ユニット12,22,32を備える。第1ユニット11,21,31はスイッチング素子U1,V1,X1,Y1がブリッジ接続され、第2ユニット12はスイッチング素子U2,V2,X2,Y2がブリッジ接続される。スイッチング素子U1,V1の共通接続点とスイッチング素子X1,Y1の共通接続点との間にコンデンサC1が接続され、スイッチング素子U2,V2の共通接続点とスイッチング素子X2,Y2の共通接続点との間にコンデンサC2が接続される。   As shown in FIG. 8, the serial multiplex power converter according to the first embodiment includes two first units 11, 21, 31 and second units 12, 22, 32 in each phase. The switching elements U1, V1, X1, and Y1 are bridge-connected to the first units 11, 21, 31, and the switching elements U2, V2, X2, and Y2 are bridge-connected to the second unit 12. A capacitor C1 is connected between a common connection point of the switching elements U1 and V1 and a common connection point of the switching elements X1 and Y1, and a connection between the common connection point of the switching elements U2 and V2 and the common connection point of the switching elements X2 and Y2. The capacitor C2 is connected therebetween.

第1ユニット11,21,31のスイッチング素子U1とスイッチング素子X1の共通接続点はリアクトルLを介して三相交流の系統電源1の各相に接続される。第1ユニット11,21,31のスイッチング素子V1,Y1の共通接続点と第2ユニット12,22,32のスイッチング素子U2,X2の共通接続点が接続される。第2ユニット12,22,32のスイッチング素子V2とスイッチング素子Y2の共通接続点同士は接続される。   The common connection point of the switching elements U1 and X1 of the first units 11, 21, 31 is connected to each phase of the three-phase AC system power supply 1 via the reactor L. The common connection point of the switching elements V1, Y1 of the first units 11, 21, 31, and the common connection point of the switching elements U2, X2 of the second units 12, 22, 32 are connected. The common connection points of the switching element V2 and the switching element Y2 of the second units 12, 22, 32 are connected.

スイッチング素子U1,X1の共通接続点とスイッチング素子V1,Y1の共通接続点との間を第1ユニット11の出力電圧Vo1とし、スイッチング素子U2,X2の共通接続点とスイッチング素子V2,Y2の共通接続点との間を第2ユニット12の出力電圧Vo2とする。また、第1ユニット11のスイッチング素子U1,X1の共通接続点と、第2ユニット12のスイッチング素子V2,Y2の共通接続点との間を合計出力電圧Voとする。   The output voltage Vo1 of the first unit 11 is defined between the common connection point of the switching elements U1 and X1 and the common connection point of the switching elements V1 and Y1, and the common connection point of the switching elements U2 and X2 and the common connection point of the switching elements V2 and Y2. The output voltage Vo2 of the second unit 12 is set between the connection point and the connection point. The total output voltage Vo is defined between the common connection point of the switching elements U1 and X1 of the first unit 11 and the common connection point of the switching elements V2 and Y2 of the second unit 12.

図1に実施形態1のパルス幅変調回路のブロック図を示す。 入力信号pは、ゲート閾値の切替周期で0から1に徐々に増加する信号である。入力信号pは、図2に示す波形の横軸(時間軸)に対応する。   FIG. 1 shows a block diagram of the pulse width modulation circuit of the first embodiment. The input signal p is a signal that gradually increases from 0 to 1 in the gate threshold switching period. The input signal p corresponds to the horizontal axis (time axis) of the waveform shown in FIG.

テーブル2は、入力信号pを入力し、予め保存された入力信号pに対応したゲート閾値Vth1aを参照し、出力する。   Table 2 receives the input signal p, refers to the gate threshold value Vth1a corresponding to the previously stored input signal p, and outputs the same.

加算器1a,1b,1cは、入力信号pに固定のオフセット値1/2,1/4,3/4をそれぞれ加算する。テーブル2は、入力信号p+1/2,p+1/4,p+3/4を入力し、入力信号p+1/2,p+1/4,p+3/4の小数点以下の数値を参照し、対応したゲート閾値Vth1b,Vth2a,Vth2bを出力する。テーブル2自体はゲート閾値Vth1aを算出するテーブル2と同一であり、入力信号のみがp,p+1/2,p+1/4,p+3/4と異なる。   The adders 1a, 1b and 1c add fixed offset values 1/2, 1/4 and 3/4 to the input signal p, respectively. Table 2 inputs the input signals p + 2 ,, p + 4 ,, p + /, and refers to numerical values after the decimal point of the input signals p + /, p + /, p + 3, and corresponding gate thresholds Vth1b, Vth2a. , Vth2b. The table 2 itself is the same as the table 2 for calculating the gate threshold Vth1a, and only the input signals are different from p, p + 1/2, p + /, p + 3.

Vth1a,Vth1bは第1ユニット11用のゲート閾値である。Vth2a,Vth2bは第2ユニット12用のゲート閾値である。   Vth1a and Vth1b are gate thresholds for the first unit 11. Vth2a and Vth2b are gate thresholds for the second unit 12.

電圧指令値Vrefは予め振幅・周波数の決められた正弦波などが与えられる場合や、出力電圧や出力電流を指令値通りにするフィードバック制御によって得られる場合がある。   The voltage command value Vref may be given a sine wave whose amplitude and frequency are determined in advance, or may be obtained by feedback control to make the output voltage or output current equal to the command value.

減算器3a〜3dは、電圧指令値Vrefとゲート閾値Vth1a,Vth1b,Vth2a,Vth2bとの差をそれぞれ演算する。   The subtracters 3a to 3d calculate differences between the voltage command value Vref and the gate threshold values Vth1a, Vth1b, Vth2a, Vth2b, respectively.

比較器4a〜4dは、減算器3a〜3dの演算結果を入力し、0と比較する。ただし、比較器4a,4cと比較器4b,4dとで大小関係が異なる。   The comparators 4a to 4d receive the operation results of the subtracters 3a to 3d and compare them with zero. However, the magnitude relation is different between the comparators 4a and 4c and the comparators 4b and 4d.

比較器4aは、減算器3aの演算結果が0よりも大きいとき、すなわち、Vref>Vth1aのとき1を出力し、Vref≦Vth1aのとき0を出力する。比較器4bは、減算器3bの演算結果が0よりも小さいとき、すなわち、Vref<Vth1bのとき1を出力し、Vref≧Vth1bのとき0を出力する。比較器4cは、減算器3cの演算結果が0よりも大きいとき、すなわち、Vref>Vth2aのとき1を出力し、Vref≦Vth2aのとき0を出力する。比較器4dは、減算器3dの演算結果が0よりも小さいとき、すなわち、Vref<Vth2bのとき1を出力し、Vref≧Vth2bのとき0を出力する。   The comparator 4a outputs 1 when the operation result of the subtractor 3a is larger than 0, that is, when Vref> Vth1a, and outputs 0 when Vref ≦ Vth1a. Comparator 4b outputs 1 when the operation result of subtractor 3b is smaller than 0, that is, when Vref <Vth1b, and outputs 0 when Vref ≧ Vth1b. The comparator 4c outputs 1 when the operation result of the subtractor 3c is larger than 0, that is, when Vref> Vth2a, and outputs 0 when Vref ≦ Vth2a. The comparator 4d outputs 1 when the operation result of the subtractor 3d is smaller than 0, that is, when Vref <Vth2b, and outputs 0 when Vref ≧ Vth2b.

デッドタイム処理器5a〜5dは、比較器4a〜4dの出力を入力とし、デッドタイムを付加してゲート信号GU1,GX1,GV1,GY1,GU2,GX2,GV2,GY2を生成する。なお、GU1、GX1、GV1、GY1、GU2、GX2、GV2、GY2は、図13のスイッチング素子U1、X1、V1、Y1、U2、X2、V2、Y2のゲート信号である。   The dead time processors 5a to 5d receive the outputs of the comparators 4a to 4d, add the dead time, and generate the gate signals GU1, GX1, GV1, GY1, GU2, GX2, GV2, GY2. Note that GU1, GX1, GV1, GY1, GU2, GX2, GV2, and GY2 are gate signals of the switching elements U1, X1, V1, Y1, U2, X2, V2, and Y2 in FIG.

本実施形態1におけるテーブルの内容を図2に示す。図2では、横軸を入力信号p、縦軸を出力するゲート閾値Vthとしている。入力信号pに対応するゲート閾値Vth1aを太い実線で、入力信号p+1/2に対応するゲート閾値Vth1bを破線で示している。同様に、入力信号p+1/4に対応するゲート閾値Vth2aを太い実線で、入力信号p+3/4に対応するゲート閾値Vth2bを破線で示している。   FIG. 2 shows the contents of the table in the first embodiment. In FIG. 2, the horizontal axis is the input signal p, and the vertical axis is the gate threshold Vth for output. The gate threshold Vth1a corresponding to the input signal p is indicated by a thick solid line, and the gate threshold Vth1b corresponding to the input signal p + 1/2 is indicated by a broken line. Similarly, the gate threshold Vth2a corresponding to the input signal p + / is indicated by a thick solid line, and the gate threshold Vth2b corresponding to the input signal p + 3 is indicated by a broken line.

図2の波形では、0<p<2の範囲を示している。入力信号pが図2の範囲外の場合でも、nが整数ならばゲート閾値Vthの波形はVth(n+p)=Vth(p)が成立する周期性のあるものである。   The waveform of FIG. 2 shows a range of 0 <p <2. Even when the input signal p is out of the range of FIG. 2, if n is an integer, the waveform of the gate threshold Vth has a periodicity such that Vth (n + p) = Vth (p).

図2では、Vth1a=−Vth1b、Vth2a=−Vth2bの関係にある。   In FIG. 2, there is a relationship of Vth1a = −Vth1b and Vth2a = −Vth2b.

下記の表1は、図2において電圧指令値Vrefの周期と各ゲート閾値の大小関係を示した表である。   Table 1 below is a table showing the magnitude relationship between the cycle of the voltage command value Vref and each gate threshold in FIG.

Figure 2020054072
Figure 2020054072

図2や表1からわかるように、各ゲート閾値は少なくとも電圧指令値Vrefの1周期の間一定の値をとっている。   As can be seen from FIG. 2 and Table 1, each gate threshold has a constant value for at least one cycle of the voltage command value Vref.

本実施形態1は、ゲート信号生成のために電圧指令値Vrefと比較するゲート閾値Vth1a,Vth1b,Vth2a,Vth2bを周期的に変化させることで、ゲート信号を他のユニットのものに切り替え、ユニットで生じる損失を均一にするものである。   In the first embodiment, the gate signal is switched to another unit by periodically changing the gate threshold values Vth1a, Vth1b, Vth2a, and Vth2b to be compared with the voltage command value Vref for generating the gate signal. This is to make the resulting loss uniform.

図2に本実施形態1によって得られる各スイッチング素子のゲート信号GU1,GX1,GV1,GY1,GU2,GX2,GV2,GY2、ユニットの出力電圧Vo1,Vo2を併せて示す。各ゲート信号が1のとき、対応するスイッチング素子がON状態となる。各ゲート信号が0のとき、対応するスイッチング素子がOFF状態となる。   FIG. 2 also shows the gate signals GU1, GX1, GV1, GY1, GU2, GX2, GV2, GY2 of the respective switching elements and the output voltages Vo1, Vo2 of the unit obtained according to the first embodiment. When each gate signal is 1, the corresponding switching element is turned on. When each gate signal is 0, the corresponding switching element is turned off.

各ゲート閾値Vth1a,Vth1b,Vth2a,Vth2bは、電圧指令値Vrefが最大(プラス側のピーク)となる位相のタイミングで変化させる。ゲート閾値Vth1aとゲート閾値Vth1bの大小関係を周期的に反転させることにより、すべてのスイッチング素子のON時間を揃え、導通損を等しくする。   The gate thresholds Vth1a, Vth1b, Vth2a, Vth2b are changed at the timing of the phase at which the voltage command value Vref becomes maximum (peak on the positive side). By periodically inverting the magnitude relationship between the gate threshold value Vth1a and the gate threshold value Vth1b, the ON times of all the switching elements are made uniform, and the conduction loss is made equal.

スイッチング損失についても、出力電圧の基本波1周期の単位でスイッチング動作を行うスイッチング素子を入れ替えているため、特定のスイッチング素子が特定の位相でのみスイッチングすることを避けることができる。動作が定常状態であり電圧指令値Vref,出力電流の波形が変化しなければ、任意の条件で全てのスイッチング素子U1,V1,X1,Y1,U2,V2,X2,Y2のスイッチング損失を揃えることができる。   As for the switching loss, since the switching elements that perform the switching operation in units of one cycle of the fundamental wave of the output voltage are replaced, it is possible to prevent a specific switching element from switching only at a specific phase. If the operation is in a steady state and the voltage command value Vref and the waveform of the output current do not change, the switching losses of all the switching elements U1, V1, X1, Y1, U2, V2, X2, and Y2 are made uniform under arbitrary conditions. Can be.

図2では、電圧指令値Vrefの振幅が絶対値最大のゲート閾値に比べて小さいため、合計出力電圧Voの波形は図10と同じ3レベルである。電圧指令値Vrefの振幅が絶対値最大のゲート閾値に比べて大きい場合は、合計出力電圧Voの波形は図9のように5レベルとなる。この条件でも、全てのスイッチング素子のスイッチング損失を揃えることができる。   In FIG. 2, since the amplitude of the voltage command value Vref is smaller than the gate threshold having the maximum absolute value, the waveform of the total output voltage Vo has the same three levels as in FIG. When the amplitude of the voltage command value Vref is larger than the gate threshold having the maximum absolute value, the waveform of the total output voltage Vo has five levels as shown in FIG. Even under this condition, the switching losses of all the switching elements can be made uniform.

以上示したように、本実施形態1によれば、各ユニット、各スイッチング素子で発生する損失を均一にすることができる。これにより直列多重電力変換装置の熱設計が容易になり、また負荷変動時に特定のユニットのみ温度が大きく変動するといった事態がなくなるため、スイッチング素子やユニットの熱疲労を防ぐことができる。   As described above, according to the first embodiment, the loss generated in each unit and each switching element can be made uniform. This facilitates the thermal design of the serial multiplex power converter and eliminates the situation where the temperature of only a specific unit fluctuates greatly when the load changes, so that thermal fatigue of the switching elements and units can be prevented.

これにより、直列多重電力変換装置を長寿命化できる。さらに損失の均一化によって、損失の小さいユニットに対しての過剰設計がなくなり、直列多重電力変換装置の低コスト化、小型化を図ることができる。また、各ユニット出力電力責務を均一にすることもできる。   Thereby, the life of the serial multiplex power converter can be extended. Further, by making the loss uniform, there is no excess design for a unit having a small loss, and it is possible to reduce the cost and size of the serial multiplex power converter. In addition, each unit output power responsibility can be made uniform.

[実施形態2]
本実施形態2は各相において、ブリッジセルBを4直列多重接続に拡張したものである。実施形態1では各相に第1,第2ユニットが設けられたが、本実施形態2では、各相に第1〜第4ユニットが設けられる。図3に本実施形態2のパルス幅変調回路のブロック図を示す。実施形態1と同様の箇所は同一符号を付してその説明を省略する。
[Embodiment 2]
In the second embodiment, in each phase, the bridge cell B is expanded to four series multiple connections. In the first embodiment, the first and second units are provided for each phase. In the second embodiment, the first to fourth units are provided for each phase. FIG. 3 is a block diagram of the pulse width modulation circuit according to the second embodiment. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

加算器1d,1e,1f,1gは、入力信号pに1/8,5/8,3/8,7/8をそれぞれ加算する。テーブル2は、入力信号p+1/8,p+5/8,p+3/8,p+7/8を入力し、入力信号p+1/8,p+5/8,p+3/8,p+7/8の小数点以下の数値を参照し、対応したゲート閾値Vth3a,Vth3b,Vth4a,Vth4bを出力する。   The adders 1d, 1e, 1f, and 1g add 1/8, 5/8, 3/8, and 7/8 to the input signal p, respectively. Table 2 inputs the input signals p + /, p + 5, p + 3, and p + 7, and refers to the decimal values of the input signals p + ,, p + /, p + 3, and p + 7. And corresponding gate thresholds Vth3a, Vth3b, Vth4a, Vth4b.

減算器3e〜3hは、電圧指令値Vrefとゲート閾値Vth3a,Vth3b,Vth4a,Vth4bとの差をそれぞれ演算する。比較器4e〜4hは、減算器3e〜3hの演算結果を入力し、0と比較する。ただし、比較器4e,4gと比較器4f,4hとで大小関係が異なる。   The subtracters 3e to 3h calculate the differences between the voltage command value Vref and the gate threshold values Vth3a, Vth3b, Vth4a, Vth4b, respectively. The comparators 4e to 4h receive the operation results of the subtracters 3e to 3h and compare them with 0. However, the magnitude relation differs between the comparators 4e and 4g and the comparators 4f and 4h.

比較器4eは、減算器3eの演算結果が0よりも大きいとき、すなわち、Vref>Vth3aのとき1を出力し、Vref≦Vth3aのとき0を出力する。比較器4fは、減算器3fの演算結果が0よりも小さいとき、すなわち、Vref<Vth3bのとき1を出力し、Vref≧Vth3bのとき0を出力する。比較器4gは、減算器3gの演算結果が0よりも大きいとき、すなわち、Vref>Vth4aのとき1を出力し、Vref≦Vth4aのとき0を出力する。比較器4hは、減算器3hの演算結果が0よりも小さいとき、すなわち、Vref<Vth4bのとき1を出力し、Vref≧Vth4bのとき0を出力する。   The comparator 4e outputs 1 when the operation result of the subtractor 3e is larger than 0, that is, when Vref> Vth3a, and outputs 0 when Vref ≦ Vth3a. Comparator 4f outputs 1 when the operation result of subtractor 3f is smaller than 0, that is, when Vref <Vth3b, and outputs 0 when Vref ≧ Vth3b. The comparator 4g outputs 1 when the operation result of the subtractor 3g is greater than 0, that is, when Vref> Vth4a, and outputs 0 when Vref ≦ Vth4a. The comparator 4h outputs 1 when the operation result of the subtractor 3h is smaller than 0, that is, when Vref <Vth4b, and outputs 0 when Vref ≧ Vth4b.

デッドタイム処理器5e〜5hは、比較器4e〜4hの出力を入力とし、デッドタイムを付加してゲート信号GU3,GX3,GV3,GY3,GU4,GX4,GV4,GY4を生成する。なお、GU3、GX3、GV3、GY3、GU4、GX4、GV4、GY4は、第3ユニットのスイッチング素子U3、X3、V3、Y3、第4ユニットのU4、X4、V4、Y4のゲート信号である。   The dead time processors 5e to 5h receive the outputs of the comparators 4e to 4h, add the dead time, and generate the gate signals GU3, GX3, GV3, GY3, GU4, GX4, GV4, GY4. GU3, GX3, GV3, GY3, GU4, GX4, GV4, GY4 are the gate signals of the switching elements U3, X3, V3, Y3 of the third unit and U4, X4, V4, Y4 of the fourth unit.

本実施形態2におけるテーブルの内容を図4に示す。各相においてユニットが4台に増加したため出力するゲート閾値Vthも8つの値をとる。これら8つの値を入力信号pに応じて周期的に切り替え、ゲート閾値Vth1a,Vth1b,Vth2a,Vth2b,Vth3a,Vth3b,Vth4a,Vth4bとして出力する。   FIG. 4 shows the contents of the table in the second embodiment. Since the number of units has increased to four in each phase, the gate threshold value Vth to be output also takes eight values. These eight values are periodically switched according to the input signal p, and output as gate thresholds Vth1a, Vth1b, Vth2a, Vth2b, Vth3a, Vth3b, Vth4a, and Vth4b.

図4では、ゲート閾値Vth1a,Vth2a,Vth3a,Vth4aを実線,ゲート閾値Vth1b,Vth2b,Vth3b,Vth4bを破線で示している。また、Vth1a=−Vth1b、Vth2a=−Vth2b、Vth3a=−Vth3b、Vth4a=−Vth4bの関係にある。   In FIG. 4, the gate thresholds Vth1a, Vth2a, Vth3a, and Vth4a are indicated by solid lines, and the gate thresholds Vth1b, Vth2b, Vth3b, and Vth4b are indicated by broken lines. Further, there is a relationship of Vth1a = −Vth1b, Vth2a = −Vth2b, Vth3a = −Vth3b, and Vth4a = −Vth4b.

以下の表2は、図4において電圧指令値Vrefの周期と各ゲート閾値の大小関係を示した表である。   Table 2 below is a table showing the magnitude relationship between the cycle of the voltage command value Vref and each gate threshold in FIG.

Figure 2020054072
Figure 2020054072

本実施形態2には、有効電力の入出力時においてユニットのコンデンサ容量を低減する効果もある。図5を用いてこの効果を用いて説明する。   The second embodiment also has the effect of reducing the capacitance of the unit capacitor during input and output of active power. This effect will be described with reference to FIG.

図5上から2番目の波形は、図4の出力電圧Vo1と同じ波形を示している。   The second waveform from the top in FIG. 5 shows the same waveform as the output voltage Vo1 in FIG.

一方、別のゲート閾値Vth(p)として、図5上から3番目の波形に示すように0<p<4/8ではVth(p)を単調減少、4/8<p<1ではVth(p)を単調増加とする方法も考えられる。このゲート閾値により生成された第1ユニット11の出力電圧をVo1’とする。   On the other hand, as another gate threshold value Vth (p), as shown in the third waveform from the top in FIG. 5, Vth (p) monotonically decreases when 0 <p <4/8, and Vth (pth when 4/8 <p <1. A method in which p) is monotonically increased is also conceivable. The output voltage of the first unit 11 generated based on the gate threshold is Vo1 '.

ユニットは有効電力を出力している場合を考え、出力電流Ioを図5上から5番目の波形(電圧指令値Vrefと同位相の正弦波)とする。ユニットの出力電力は、Po1=Vo1×Io1,Po1’=Vo1’×Io1で求めることができる。図5に出力電力Po1と出力電力Po1’の波形を示す。   Considering the case where the unit is outputting active power, the output current Io has the fifth waveform from the top in FIG. 5 (a sine wave having the same phase as the voltage command value Vref). The output power of the unit can be obtained by Po1 = Vo1 × Io1, Po1 ′ = Vo1 ′ × Io1. FIG. 5 shows the waveforms of the output power Po1 and the output power Po1 '.

出力電力Po1’を見ると、パルスAの幅が最も小さく(零である)、パルスBの幅が最も大きい。パルスAからパルスBの変化に基本波2周期、パルスBからパルスAの変化に基本波2周期かかり、出力電力の脈動周期は基本波4周期である。   Looking at the output power Po1 ', the width of the pulse A is the smallest (it is zero), and the width of the pulse B is the largest. The change from the pulse A to the pulse B takes two periods of the fundamental wave, and the change from the pulse B to the pulse A takes two periods of the fundamental wave. The pulsation period of the output power is four periods of the fundamental wave.

一方、出力電力Po1はパルスAからパルスBの変化の途中にパルスC,パルスDをはさむ。パルスAからパルスCへの変化ではパルス幅が増加し、パルスCからパルスDへの変化ではパルス幅は減少し、パルスDからパルスBへの変化ではパルス幅は増加し、パルスBからパルスAへの変化ではパルス幅は減少する。パルスA→パルスC,パルスC→パルスD,パルスD→パルスBの変化はそれぞれ基本波1周期かかり、出力電力の脈動周期は基本波2周期となる。   On the other hand, the output power Po1 includes the pulse C and the pulse D in the course of the change from the pulse A to the pulse B. The pulse width increases when changing from pulse A to pulse C, decreases when changing from pulse C to pulse D, increases when changing from pulse D to pulse B, and changes from pulse B to pulse A. The pulse width decreases with the change to. Each change of pulse A → pulse C, pulse C → pulse D, pulse D → pulse B takes one period of the fundamental wave, and the pulsation period of the output power is two periods of the fundamental wave.

コンデンサのインピーダンス(=1/2πfC、f:周波数、C:コンデンサ容量)は周波数に反比例するため、電力脈動の周期が小さいほどインピーダンスが小さくなってコンデンサ電圧脈動を小さくすることができる。よって、許容するコンデンサ電圧脈動が同じ大きさならば、出力電力Po1’(Vo1’)よりも出力電力Po1(Vo1)の場合の方がコンデンサ容量を小さくすることができる。   Since the impedance of the capacitor (= 1 / 2πfC, f: frequency, C: capacitor capacity) is inversely proportional to the frequency, the shorter the period of the power pulsation, the smaller the impedance and the smaller the capacitor voltage pulsation. Therefore, if the allowable capacitor voltage pulsation is of the same magnitude, the capacitance of the capacitor can be smaller in the case of the output power Po1 (Vo1) than in the case of the output power Po1 '(Vo1').

すなわち、出力電力Po1(Vo1)を出力する本実施形態2のゲート閾値テーブルのパターンは出力電力Po1’(Vo1’)を出力するパターンよりも、コンデンサ容量を低減できる効果を備えている。   That is, the pattern of the gate threshold value table according to the second embodiment for outputting the output power Po1 (Vo1) has an effect of reducing the capacitance of the capacitor as compared with the pattern for outputting the output power Po1 '(Vo1').

以上示したように、本実施形態2によれば、実施形態1と同等の効果を得ることができる。また、本実施形態2は出力電力脈動の周期を短くできるため、セルコンデンサ容量を削減することができ、直列多重電力変換装置の小型化・低コスト化を図ることができる。   As described above, according to the second embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained. In the second embodiment, since the cycle of the output power pulsation can be shortened, the capacity of the cell capacitor can be reduced, and the size and cost of the serial multiplex power converter can be reduced.

なお、本実施形態2は後述する実施形態3に比べ、各ユニットは零相電圧を出力しないため、絶縁(耐電圧)の設計が容易になる。   In the second embodiment, since each unit does not output a zero-phase voltage as compared with a third embodiment described later, the design of insulation (withstand voltage) is facilitated.

[実施形態3]
本実施形態3は、主回路構成およびパルス幅変調回路は実施形態2と同一だが、ゲート閾値のテーブル2を別パターンとした例である。本実施形態3におけるテーブル2のパターンを図6に示す。
[Embodiment 3]
The third embodiment is an example in which the main circuit configuration and the pulse width modulation circuit are the same as those of the second embodiment, but the gate threshold table 2 has a different pattern. FIG. 6 shows a pattern of the table 2 in the third embodiment.

本実施形態3では、常に|Vth(p)−Vth(p+1/2)|=1が成立するようにした点に特徴がある。つまり、すべての入力信号pにおいて、|Vth1a−Vth1b|と|Vth2a−Vth2b|と|Vth3a−Vth3b|と|Vth4a−Vth4b|を一定値としている。   The third embodiment is characterized in that | Vth (p) −Vth (p ++ 1) | = 1 is always satisfied. That is, for all input signals p, | Vth1a-Vth1b |, | Vth2a-Vth2b |, | Vth3a-Vth3b |, and | Vth4a-Vth4b | are constant.

下記の表3は、図6において電圧指令値Vrefの周期と各ゲート閾値の大小関係を示した表である。   Table 3 below is a table showing the magnitude relationship between the cycle of the voltage command value Vref and each gate threshold in FIG.

Figure 2020054072
Figure 2020054072

図7に本実施形態3におけるユニットの出力有効電力(出力電力)Po1(=Vo×Io)の波形を示す。図5と同様に、出力電流Ioは電圧指令値Vrefと同位相の正弦波とする。   FIG. 7 shows a waveform of the output active power (output power) Po1 (= Vo × Io) of the unit according to the third embodiment. As in FIG. 5, the output current Io is a sine wave having the same phase as the voltage command value Vref.

本実施形態3における出力有効電力(出力電力)Po1の波形は、幅の大きなパルスと幅の小さなパルス(または幅零のパルス)が交互に並ぶ。この動作により、ユニットの出力電力の脈動は基本波1周期成分のものが中心となるため、許容するコンデンサ電圧脈動が同じ大きさならば、実施形態2よりもコンデンサ容量を小さくすることができる。   In the waveform of the output active power (output power) Po1 in the third embodiment, large-width pulses and small-width pulses (or zero-width pulses) are alternately arranged. By this operation, the pulsation of the output power of the unit is centered on one cycle component of the fundamental wave. Therefore, if the allowable capacitor voltage pulsation has the same magnitude, the capacitance of the capacitor can be smaller than that of the second embodiment.

その反面、ユニットには零相電圧が印加されるため、零相電圧を考慮した絶縁(耐電圧)の設計が求められる。   On the other hand, since a zero-phase voltage is applied to the unit, an insulation (withstand voltage) design in consideration of the zero-phase voltage is required.

以上示したように、本実施形態3によれば、実施形態1と同等の効果を得ることができる。また、本実施形態3は、実施形態2に比べ出力電力脈動の周期をさらに短くできるため、より小さなコンデンサ容量で装置を構成できる。   As described above, according to the third embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. In the third embodiment, since the cycle of the output power pulsation can be further shortened as compared with the second embodiment, the device can be configured with a smaller capacitor capacity.

以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。   As described above, in the present invention, only the specific examples described have been described in detail.However, it is apparent to those skilled in the art that various modifications and variations are possible within the technical idea of the present invention. It is obvious that such variations and modifications belong to the scope of the claims.

実施形態1〜3では、ゲート閾値の切替周期(つまり、ゲート閾値が一定値を保つ期間)が電圧指令値Vrefの周期と一致している。ゲート閾値の切替周期を電圧指令値Vrefの周期の整数倍としても、本発明は実施可能である。   In the first to third embodiments, the switching period of the gate threshold value (that is, the period in which the gate threshold value is kept constant) matches the period of the voltage command value Vref. The present invention can be implemented even when the switching cycle of the gate threshold value is an integral multiple of the cycle of the voltage command value Vref.

なお、各実施形態では、直列多重電力変換装置において、代表とする1相のブリッジセルユニットについての制御方法を説明した。残り2相のユニットに対しても、同様の方法でゲート信号を生成する。各相における制御方法の相違点は、電圧指令値Vrefの位相が120°ずつずれている点のみである。   In each embodiment, the control method for the representative one-phase bridge cell unit in the serial multiplex power converter has been described. For the remaining two-phase units, a gate signal is generated in the same manner. The only difference between the control methods in each phase is that the phase of the voltage command value Vref is shifted by 120 °.

1a〜1g…加算器
2…テーブル
3a〜3h…減算器
4a〜4h…比較器
5a〜5h…デッドタイム処理器
1a to 1g Adder 2 Table 3a to 3h Subtractor 4a to 4h Comparator 5a to 5h Dead time processor

Claims (6)

各相においてブリッジセルのユニットを複数直列接続して構成され、三相交流の系統電源と連系する直列多重電力変換装置であって、
前記各ユニットごとに、電圧指令値と、少なくとも前記電圧指令値の1周期の間一定の値をとる2種類のゲート閾値と、を比較してスイッチング素子のゲート信号を生成するパルス幅変調回路を備え、
1相あたりの前記各ユニット内の前記ゲート閾値はすべて異なる値をとり、
前記ゲート閾値を周期的に切り替え、
前記ゲート閾値の切替周期は前記電圧指令値の周期の整数倍とすることを特徴とする直列多重電力変換装置。
A series multiple power converter that is configured by connecting a plurality of bridge cell units in series in each phase and interconnects with a three-phase AC system power supply,
For each unit, a pulse width modulation circuit that generates a gate signal of a switching element by comparing a voltage command value and two types of gate thresholds that take a constant value for at least one cycle of the voltage command value. Prepared,
The gate thresholds in each unit per phase all take different values,
Periodically switching the gate threshold,
The switching cycle of the gate threshold value is set to an integral multiple of the cycle of the voltage command value.
前記電圧指令値のプラス側のピーク時に前記ゲート閾値を切り替えることを特徴とする請求項1記載の直列多重電力変換装置。   2. The serial multiplex power conversion device according to claim 1, wherein the gate threshold value is switched at a peak on the plus side of the voltage command value. 前記ブリッジセルとして第1ユニットと第2ユニットとを各相に備え、
前記第1ユニットのゲート閾値Vth1aとVth1bは、互いに絶対値が等しく符号が反対の値であり、
前記第2ユニットのゲート閾値のVth2aとVth2bは、互いに絶対値が等しく符号が反対の値であり、
前記ゲート閾値Vth1a,Vth1b,Vth2a,Vth2bは、以下の表1に示す大小関係となることを特徴とする請求項2記載の直列多重電力変換装置。
Figure 2020054072
p:ゲート閾値の切替周期で0から1に徐々に変化する値
A first unit and a second unit provided in each phase as the bridge cell;
The gate thresholds Vth1a and Vth1b of the first unit are values having the same absolute value and opposite signs,
The gate threshold values Vth2a and Vth2b of the second unit are values having the same absolute value and opposite signs,
3. The serial multiplex power converter according to claim 2, wherein the gate thresholds Vth1a, Vth1b, Vth2a, and Vth2b have a magnitude relationship shown in Table 1 below.
Figure 2020054072
p: a value that gradually changes from 0 to 1 in the switching period of the gate threshold
前記ブリッジセルとして、第1ユニットと第2ユニットと第3ユニットと第4ユニットとを各相に備え、
前記第1ユニットの前記ゲート閾値のVth1aとVth1bは、互いに絶対値が等しく符号が反対の値であり、
前記第2ユニットの前記ゲート閾値のVth2aとVth2bは、互いに絶対値が等しく符号が反対の値であり、
前記第3ユニットの前記ゲート閾値のVth3aとVth3bは、互いに絶対値が等しく符号が反対の値であり、
前記第4ユニットの前記ゲート閾値のVth4aとVth4bは、互いに絶対値が等しく符号が反対の値であり、
前記ゲート閾値Vth1a,Vth1b,Vth2a,Vth2b、Vth3a,Vth3b,Vth4a,Vth4bは、以下の表2に示す大小関係となることを特徴とする請求項2記載の直列多重電力変換装置。
Figure 2020054072
p:ゲート閾値の切替周期で0から1に徐々に変化する値
As the bridge cell, a first unit, a second unit, a third unit, and a fourth unit are provided in each phase,
The gate thresholds Vth1a and Vth1b of the first unit are values having the same absolute value and opposite signs, respectively.
The gate threshold values Vth2a and Vth2b of the second unit are values having the same absolute value and opposite signs,
The gate threshold values Vth3a and Vth3b of the third unit are values having the same absolute value and opposite signs, respectively.
The gate thresholds Vth4a and Vth4b of the fourth unit are values having the same absolute value and opposite signs,
3. The serial multiplex power converter according to claim 2, wherein the gate thresholds Vth1a, Vth1b, Vth2a, Vth2b, Vth3a, Vth3b, Vth4a, and Vth4b have a magnitude relationship shown in Table 2 below.
Figure 2020054072
p: a value that gradually changes from 0 to 1 in the switching period of the gate threshold
前記ブリッジセルとして、第1ユニットと第2ユニットと第3ユニットと第4ユニットとを各相に備え、
前記第1ユニットの前記ゲート閾値のVth1aとVth1bは、互いに符号が反対の値であり、
前記第2ユニットの前記ゲート閾値のVth2aとVth2bは、互いに符号が反対の値であり、
前記第3ユニットの前記ゲート閾値のVth3aとVth3bは、互いに符号が反対の値であり、
前記第4ユニットの前記ゲート閾値のVth4aとVth4bは、互いに符号が反対の値であり、
すべての入力信号pにおいて、|Vth1a−Vth1b|と|Vth2a−Vth2b|と|Vth3a−Vth3b|と|Vth4a−Vth4b|は一定値であり
前記ゲート閾値Vth1a,Vth1b,Vth2a,Vth2b、Vth3a,Vth3b,Vth4a,Vth4bは、以下の表3に示す大小関係となることを特徴とする請求項2記載の直列多重電力変換装置。
Figure 2020054072
p:ゲート閾値の切替周期で0から1に徐々に変化する値
As the bridge cell, a first unit, a second unit, a third unit, and a fourth unit are provided in each phase,
The gate thresholds Vth1a and Vth1b of the first unit have opposite signs.
The gate thresholds Vth2a and Vth2b of the second unit have opposite signs.
The gate thresholds Vth3a and Vth3b of the third unit have opposite signs.
The gate thresholds Vth4a and Vth4b of the fourth unit have opposite signs.
In all the input signals p, | Vth1a-Vth1b |, | Vth2a-Vth2b |, | Vth3a-Vth3b | and | Vth4a-Vth4b | 3. The serial multiplex power converter according to claim 2, wherein Vth4a and Vth4b have a magnitude relationship shown in Table 3 below.
Figure 2020054072
p: a value that gradually changes from 0 to 1 in the switching period of the gate threshold
各相においてブリッジセルのユニットを複数直列接続して構成され、三相交流の系統電源と連系する直列多重電力変換装置の制御方法であって、
前記各ユニットごとに、電圧指令値と、少なくとも前記電圧指令値の1周期の間一定の値をとる2種類のゲート閾値と、を比較して、スイッチング素子のゲート信号を生成し、
1相あたりの前記各ユニット内の前記ゲート閾値はすべて異なる値をとり、
前記ゲート閾値を周期的に切り替え、
前記ゲート閾値の切替周期は前記電圧指令値の周期の整数倍とすることを特徴とする直列多重電力変換装置の制御方法。
A control method of a series multiplex power conversion device configured by connecting a plurality of bridge cell units in series in each phase and interconnecting with a three-phase AC system power supply,
For each of the units, a voltage command value and at least two types of gate thresholds that take a constant value during at least one cycle of the voltage command value are compared to generate a gate signal of a switching element,
The gate thresholds in each unit per phase all take different values,
Periodically switching the gate threshold,
A method for controlling a serial multiplex power converter, wherein a switching cycle of the gate threshold value is an integral multiple of a cycle of the voltage command value.
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