JP5953881B2 - 3-level rectifier controller - Google Patents
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Description
本発明は、3レベル整流器に係り、特に中性点電位のバランス制御に関する。 The present invention relates to a three-level rectifier, and more particularly to neutral point potential balance control.
図8や図9に示す3レベルインバータでは、力率が完全に1で有効電力の入力のみを行う場合、T1,T4のスイッチング素子を流れる電流は零になる。そのため、T1,T4のスイッチング素子を省略しても正常な動作が可能である。
In the three-level inverter shown in FIGS. 8 and 9, when the power factor is completely 1 and only the active power is input, the current flowing through the switching elements T1 and T4 becomes zero. Therefore, normal operation is possible even if the switching elements T1 and T4 are omitted.
表1は、通常の3レベルインバータのスイッチングパターンを示す表である。T1,T4のスイッチング素子を省略すると、上下アームにおいて電流は一方向にのみ流れるため、番号1,番号3のスイッチングパターンでの動作は不可能である。しかし、力率が完全に1 で有効電力の入力のみを行う場合であればスイッチングパターンは番号2,4に限定されるため、問題なく動作することができる。
Table 1 is a table showing a switching pattern of a normal three-level inverter. If the switching elements T1 and T4 are omitted, the current flows only in one direction in the upper and lower arms, so that the operation with the switching patterns of No. 1 and No. 3 is impossible. However, if the power factor is completely 1 and only active power is input, the switching pattern is limited to the
この回路構成は、一般的にはマルチレベル整流器として知られている。これは、図10に示すように通常の整流回路に対して出力端と中性点を双方向スイッチT2,T3で接続した構成である。一般的に、双方向スイッチT2,T3を半周期に1回程度スイッチングさせることで、通常の整流回路よりも電流ひずみを小さくする方法が行われている(例えば、特許文献1〜3参照)。
This circuit configuration is generally known as a multilevel rectifier. This is a configuration in which an output terminal and a neutral point are connected to a normal rectifier circuit by bidirectional switches T2 and T3 as shown in FIG. In general, a method of making current distortion smaller than that of a normal rectifier circuit is performed by switching the bidirectional switches T2 and T3 about once every half cycle (see, for example,
しかしながら、 双方向スイッチT2,T3を半周期に1回程度スイッチングさせる方法は、通常の整流回路に比べれば電流ひずみを小さくできるが、一般的なインバータに比べると電流ひずみが大きくなってしまう。特に、系統に連系する用途においては、ひずみによる高調波電流が他の装置や機器に悪影響を与えないよう高調波流出には規制が設けられており、この規制を満たすよう電流ひずみを抑制する必要がある。 However, the method of switching the bidirectional switches T2 and T3 about once in a half cycle can reduce current distortion as compared with a normal rectifier circuit, but increases current distortion as compared with a general inverter. In particular, in applications that are connected to the grid, there is a restriction on harmonic outflow so that harmonic current due to distortion does not adversely affect other devices and equipment, and the current distortion is suppressed to satisfy this restriction. There is a need.
さらに、中性点電位Vdc1,Vdc2のアンバランスも問題となり、このアンバランスが大きくなれば、各スイッチング素子(双方向スイッチT2,T3)に過大な電圧が印加され素子破壊の原因となるほか、入力電流ひずみの原因にもなる。通常の3レベルインバータであれば出力電圧指令値の零相にオフセットを重畳するバランス制御法が一般的に行われている。しかし、この方法をマルチレベル整流器に適用すると上記表1の番号1や番号3のスイッチングパターンでの動作が必要となる。マルチレベル整流器はこの番号1や番号3のスイッチングパターンでの動作ができないため、バランス制御の効果が低下し、電流ひずみが大きくなってしまう。 Furthermore, the unbalance of the neutral point potentials Vdc1 and Vdc2 also becomes a problem. If this unbalance becomes large, an excessive voltage is applied to each switching element (bidirectional switch T2, T3), causing element destruction. It also causes input current distortion. In the case of a normal three-level inverter, a balance control method in which an offset is superimposed on the zero phase of the output voltage command value is generally performed. However, when this method is applied to a multi-level rectifier, an operation with the switching patterns of No. 1 and No. 3 in Table 1 is required. Since the multilevel rectifier cannot operate with the switching patterns of No. 1 and No. 3, the effect of balance control is reduced and current distortion is increased.
前記特許文献1は、双方向スイッチT2,T3を高い周波数でスイッチングさせることで入力電流のひずみを抑制させている。しかし、特許文献1では中性点電位Vdc1,Vdc2のアンバランスを補償する効果がなく、別途バランス制御を追加する必要がある。
In
また、特許文献1における請求項11は、フィルタリアクトルによる位相遅れを考慮した方式である。しかし、この方式では整流器印加電圧と入力電流の位相差を検出しなければならず、特許文献1(図4)にあるようにtan-1や除算,平方根といった負荷の高い演算を行う必要がある。演算負荷が高すぎると、出力電圧指令値の演算が次回のスイッチングに間に合わなくなってしまうため、電流ひずみの抑制効果が低下してしまう。
Further,
特許文献2の実施例2は、双方向スイッチT2,T3のパルスパターンを入れ替える方法や、デューティー比を変更する方法により中性点電位Vdc1,Vdc2のアンバランスを補償する方式である。しかし、パルスパターンやデューティー比の変更は整流器出力電圧の変更と等価である。そのため、整流器出力電圧を変更すれば、入力電流も影響を受けてしまい、その結果、入力する有効電力の過不足や、電流ひずみの増加といった問題が発生してしまう。
Example 2 of
特許文献3は、中性点電位Vdc1,Vdc2のアンバランスを検出してフィードバックによる補償を行い、パルスパターンを変更して中性点電位Vdc1,Vdc2のバランスをとる方式である。特許文献2同様、パルスパターンを変更すると整流器出力電圧も変化するため、入力する有効電力の過不足や、電流ひずみの増加といった問題が発生してしまう。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-228688 is a method of detecting the unbalance of the neutral point potentials Vdc1 and Vdc2, performing compensation by feedback, and changing the pulse pattern to balance the neutral point potentials Vdc1 and Vdc2. Similar to
さらに、特許文献1〜3は中性点電位Vdc1,Vdc2のアンバランスが増大したときに電流ひずみを抑制する方法が検討されていない。中性点電位Vdc1,Vdc2における大きなアンバランスの発生原因としては、片方のコンデンサを充電しているときに負荷急変が発生した場合、コンデンサC1とC2に対して並列に別々の負荷を接続している場合、などが考えられる。このように中性点電位Vdc1,Vdc2に大きなアンバランスが発生すると制御によりアンバランスが解消されるまでは、ひずんだ電流を入力し続けてしまう。
Further,
以上示したようなことから、交流直流変換装置において、中性点電位のアンバランスおよび電流ひずみを抑制することが課題となる。 As described above, in the AC / DC converter, there is a problem of suppressing neutral point potential imbalance and current distortion.
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、交流電源にフィルタを介して接続される整流器と、整流器の出力端子間に直列接続された複数のコンデンサと、整流器とコンデンサとの間に介挿された双方向に耐電圧を有するスイッチと、整流器入力電流と電流指令値との偏差から出力電圧指令値を算出し、この出力電圧指令値に基づいて前記双方向に耐電圧を有するスイッチをPWM制御する制御部と、を備えた交流直流変換装置であって、前記制御部は、各コンデンサにおける両端間電圧の偏差を小さくするように、出力電圧指令値を補正する補正部を備えたことを特徴とする。 The present invention has been devised in view of the conventional problems, and one aspect thereof is a rectifier connected to an AC power supply via a filter, and a plurality of capacitors connected in series between output terminals of the rectifier. The output voltage command value is calculated from the deviation between the rectifier input current and the current command value, the switch having a withstand voltage in both directions inserted between the rectifier and the capacitor, and based on the output voltage command value A control unit that PWM-controls a switch having a withstand voltage in both directions, wherein the control unit outputs an output voltage command value so as to reduce a deviation of the voltage across the capacitor. The correction part which correct | amends is provided.
また、前記補正部は、各コンデンサにおける両端間電圧の瞬時値を検出し脈動に合わせてゲインを変更することを特徴とする。 Further, the correction unit detects an instantaneous value of the voltage across the capacitor and changes the gain in accordance with the pulsation.
さらに、前記補正部は、出力電圧指令値が正ならば1/2Vdc1、出力電圧指令値が負ならば1/2Vdc2となるゲインを出力電圧指令値に乗算することを特徴とする。 Further, the correction unit multiplies the output voltage command value by a gain of 1/2 Vdc1 if the output voltage command value is positive and 1/2 Vdc2 if the output voltage command value is negative.
また、別の態様として、前記補正部は、出力電圧指令値が正ならば2Vdc2、出力電圧指令値が負ならば2vdc1となるゲインを出力電圧指令値に乗算することを特徴とする。 As another aspect, the correction unit multiplies the output voltage command value by a gain of 2Vdc2 if the output voltage command value is positive and 2vdc1 if the output voltage command value is negative.
また、前記制御部は、整流器入力電流を回転座標上にdq変換するdq変換部と、整流器入力電流のd軸,q軸の各成分と、d軸電流指令値,q軸電流指令値と、の偏差を算出する減算器と、前記偏差に基づいて算出されたd軸,q軸の出力電圧指令値を固定座標上にdq逆変換するdq逆変換部と、を備え、dq変換やdq逆変換に用いる位相をd軸電流指令値の大きさに基づいて遅らせることを特徴とする。 The control unit includes a dq conversion unit that dq-converts the rectifier input current on the rotation coordinates, d-axis and q-axis components of the rectifier input current, a d-axis current command value, a q-axis current command value, A subtractor that calculates a deviation of the dq and a dq inverse conversion unit that inversely converts the d-axis and q-axis output voltage command values calculated based on the deviation onto fixed coordinates. The phase used for conversion is delayed based on the magnitude of the d-axis current command value.
さらに、別の態様として、前記制御部は、整流器入力電流を回転座標上にdq変換するdq変換部と、整流器入力電流のd軸,q軸の各成分と、d軸電流指令値,q軸電流指令値と、の偏差を算出する減算器と、前記偏差に基づいて算出されたd軸,q軸の出力電圧指令値を固定座標上にdq逆変換するdq逆変換部と、を備え、d軸電流指令値に、リアクトルのインピーダンスに基づいて算出されたゲインを乗算した値をq軸電流指令値とすることを特徴とする。 Furthermore, as another aspect, the control unit includes a dq conversion unit that performs dq conversion of the rectifier input current on the rotation coordinates, d-axis and q-axis components of the rectifier input current, a d-axis current command value, and a q-axis. A subtractor for calculating a deviation between the current command value and a dq reverse conversion unit for performing dq reverse conversion of the d-axis and q-axis output voltage command values calculated based on the deviation onto fixed coordinates, A value obtained by multiplying the d-axis current command value by the gain calculated based on the impedance of the reactor is used as the q-axis current command value.
本発明によれば、交流直流変換装置において、中性点電位のアンバランスおよび電流ひずみを抑制することが可能となる。 According to the present invention, in an AC / DC converter, neutral point potential imbalance and current distortion can be suppressed.
以下、本実施形態1〜4における交流直流変換装置(マルチレベル整流器)を図面に基づいて詳細に説明する。
Hereinafter, the AC / DC converters (multilevel rectifiers) in
[実施形態1]
図1は、本実施形態1における交流直流変換装置の構成を示し、(a)は主回路,(b)は電流制御部を各々示している。 図1(a)に示すように、交流直流変換装置の主回路は、交流電源1の交流を整流する整流器2と、交流電源1と整流器2との間に介挿されたリアクトルLと、整流器2の出力端子間に直列に接続されたコンデンサC1,C2と、整流器2とコンデンサC1,C2の中性点との間に介挿されたスイッチング素子T2,T3から成る双方向に耐電圧を有するスイッチ(以下、双方向スイッチと称する)と、を備えている。前記双方向スイッチT2,T3は、例えばIGBTとダイオード整流器とから構成される。なお、図1(a)の主回路は簡略化して1相のみを示している。
[Embodiment 1]
FIG. 1 shows the configuration of an AC / DC converter according to
また、交流直流変換装置は、交流電源1とリアクトルLとの間に設けられた系統連系点電圧Vsの位相を検出する電圧検出器3と、リアクトルLと整流器2との間に設けられた整流器入力電流Iinvを検出する電流検出器4と、コンデンサC1,C2に設けられたコンデンサ両端間電圧である中性点電位Vdc1,Vdc2を検出する電圧検出器(図示省略)と、を備えている。
Moreover, the AC / DC converter is provided between the reactor L and the
図1(b)に示すように、制御部は、通常のインバータで用いられる一般的な電流制御部5に、出力電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*を補正する補正部12を加えたものである。ただし、主回路には図8、図9に示すスイッチング素子T1,T4が存在しないため、ゲ一卜信号Gateはスイッチング素子T1,T4に送信しないものとする。
As shown in FIG. 1B, the control unit adds a
電流制御部5は、まず、電流検出器4により検出された整流器入力電流Iinvを入力し、ローパスフィルタLPFにおいて、PWMスイッチングノイズなどを除去してdq変換部6に出力する。dq変換部6では整流器入力電流Iinvを回転座標上の値であるd軸整流器入力電流Iinvd,q軸整流器入力電流Iinvqに変換する。dq変換に用いる位相は、系統連系点電圧Vsに同期した位相を出力するPLL制御器7の出力を用いる。
First, the
ここで、d軸整流器入力電流Iinvdは、有効電力を出力しR負荷を駆動している時に正、有効電力を入力しているときに負になるものと定義する。一方、q軸整流器入力電流Iinvqは進みの無効電力を出力しC負荷を駆動している時に正、遅れの無効電力を出力しL負荷を駆動している時に負になるものと定義する。 Here, the d-axis rectifier input current Iinvd is defined to be positive when active power is output and the R load is driven, and negative when active power is input. On the other hand, the q-axis rectifier input current Iinvq is defined to be positive when driving reactive power is output and driving a C load, and negative when driving reactive load of L and driving L load.
このd軸整流器入力電流Iinvd,q軸整流器入力電流Iinvqは、減算器8a,8bによって、d軸電流指令値Id*,q軸電流指令値Iq*が減算され偏差が演算される。ここで、制御対象が整流器であるため、d軸電流指令値Id*は負の値に限定し、q軸電流指令値Iq*は零に固定する。
The d-axis rectifier input current Iinvd and the q-axis rectifier input current Iinvq are subtracted by the
d軸整流器入力電流Iinvd,q軸整流器入力電流Iinvqと、前記d軸電流指令値Id*,q軸電流指令値Iq*とを比較して得られた偏差を比例積分制御器9a,9bにかけることでd軸,q軸出力電圧指令値Vdref,Vqrefを求める。
Deviations obtained by comparing the d-axis rectifier input current Iinvd and the q-axis rectifier input current Iinvq with the d-axis current command value Id * and the q-axis current command value Iq * are applied to the proportional-
前記d軸出力電圧指令値Vdrefには、加算器10により「基準電圧」が加算される。この「基準電圧」は系統連系点電圧Vsの定格振幅の値を加算することを意味し、通常は1である。これは、その後のdq逆変換と併せて系統連系点電圧Vsの位相に同期した基準正弦波を加えることと等価となる。
A “reference voltage” is added by the
前記加算器10により「基準電圧」が加算されたd軸出力電圧指令値Vdrefおよびq軸比例積分制御器9bから出力されたq軸出力電圧指令値Vqrefをdq逆変換部11においてdq逆変換を行い、固定座標上の出力電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*を得る。dq逆変換に用いる位相は系統連系点電圧Vsを入力したPLL制御器7により求める。
The dq
中性点電位Vdc1,Vdc2を用いて、補正部12により、出力電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*の補正を行い、補正出力電圧指令値Vu*´,Vv*´,Vw*´を求める。
Using the neutral point potentials Vdc1 and Vdc2, the
最後に、補正部12の出力である3相の補正出力電圧指令値Vu*´,Vv*´,Vw*´をPWM変調器13によってPWM変調することにより、ゲート信号Gateを生成する。このゲート信号Gateにより双方向スイッチT2,T3を制御する。
Finally, the three-phase corrected output voltage command values Vu * ′, Vv * ′, and Vw * ′, which are the outputs of the
本実施形態1における補正部12の詳細を図2に基づいて詳細に説明する。なお、図2では簡略化して1相分(Vu*)のみを示しているが、実際にはVu*,Vv*,Vw*の三相分を補正するものである。
Details of the
補正部12では、まず、ゲイン乗算部21a,21bにより、中性点電位Vdc1,Vdc2を2倍し、除算器22a,22bによりゲイン乗算部21a,21b出力の逆数を演算し、スイッチSWに出力する。このスイッチSWは出力電圧指令値Vu*を入力し、Vu*>0の時は1/2Vdc1を出力し、Vu*>0でない時は1/2Vdc2を出力する。
The
このスイッチSWの出力結果と出力電圧指令値Vu*との積を掛算器23により演算し、この掛算器23の出力が補正部12の出力である補正出力電圧指令値Vu*´となる。補正出力電圧指令値Vv*´,Vw*´も同様の方法で算出される。
The product of the output result of the switch SW and the output voltage command value Vu * is calculated by the
次に、本実施形態1における交流直流変換装置の補正部12の動作を説明する。 ここでは、中性点電位Vdc1<Vdc2であると仮定する。また、中性点電位Vdc1,Vdc2は直流電圧が定格でバランスがとれているときに0.5になるよう正規化されていると仮定する。
Next, operation | movement of the correction |
補正部12において補正を行わずに正弦波である出力電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*を出力すると、整流器出力電圧の正側の振幅は中性点電位Vdc1に比例し、整流器出力電圧の負側の振幅は中性点電位Vdc2に比例するため、負側の振幅の方が大きいひずんだ電圧となってしまう。このように、出力電圧のひずみは電流ひずみの原因となる。
When output voltage command values Vu * , Vv * , and Vw * that are sine waves are output without correction in the
この対策として、補正部12では出力電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*が正の時はその出力電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*に対して1/2Vdc1を乗算し、負の時は1/2Vdc2を乗算している。これにより、図3に示すように補正後の補正出力電圧指令値Vu*´,Vv*´,Vw*´は正側の振幅の方が大きくなる。このように出力電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*の補正を行うことで出力の段階で生じるひずみを打ち消し、正側と負側の振幅が等しい電圧を出力することができる。
As a countermeasure, when the output voltage command values Vu * , Vv * , and Vw * are positive, the
また、この補正部12は、中性点電位Vdc1,Vdc2の瞬時値を検出し脈動にあわせてゲイン(1/2Vdc1,1/2Vdc2)を変更することにより、中性点電位Vdc1,Vdc2に脈動が重畳している場合でも脈動を抑制することが可能となる。そのため、直流側負荷の変動が大きい場合や負荷に対するコンデンサC1,C2の容量が小さい場合でも入力電流のひずみを小さくすることができる。
The
図 4に基づいて補正部12により補正を行ったときの電流の流れを説明する。図4(a)は、整流器出力電圧Vu>0の場合を示し、有効電力を入力している状態である。電流は上アームと中性点のどちらかを通過する。ここで、補正により補正出力電圧指令値Vu*´は正側の振幅の方が大きくなるため、上アームがONとなる時間が長くなる。そのため電流は上アームを多く流れ、コンデンサC1の放電が抑制される。
The flow of current when correction is performed by the
図10(b)は整流器出力電圧Vu<0のため、電流が下アームと中性点のどちらかを通過している状態を示している。この場合では、補正出力電圧指令値Vu*´は補正により負側の振幅が小さくなっているため、双方向スイッチT2,T3のONとなる時間の方が長くなり、電流は中性点を多く流れる。その結果、コンデンサC2の放電が促される。以上により、出力電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*の補正を行うことで中性点電位Vdc1とVdc2の差が小さくなるように双方向スイッチT2,T3を動作させることができる。 FIG. 10B shows a state where the current passes through either the lower arm or the neutral point because the rectifier output voltage Vu <0. In this case, the corrected output voltage command value Vu * 'has a negative amplitude that is reduced by the correction, and therefore, the time during which the bidirectional switches T2 and T3 are turned on becomes longer, and the current has more neutral points. Flowing. As a result, discharge of the capacitor C2 is promoted. As described above, the bidirectional switches T2 and T3 can be operated so that the difference between the neutral point potentials Vdc1 and Vdc2 is reduced by correcting the output voltage command values Vu * , Vv * , and Vw * .
以上示したように、本実施形態1における交流直流変換装置によれば、 中性点電位Vdc1,Vdc2を検出して出力電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*を補正することにより、中性点電位Vdc1,Vdc2がアンバランスであっても整流器入力電流Iinvのひずみを小さくすることができ、さらに中性点電位Vdc1,Vdc2をバランスさせることができる。また、従来の方法とは異なり、整流器出力電圧Vu,Vv,Vwを正弦波に近づける動作であるため、原理的に入力電流のひずみを拡大させることがない。 As described above, according to the AC / DC converter according to the first embodiment, the neutral point potentials Vdc1, Vdc2 are detected and the output voltage command values Vu * , Vv * , Vw * are corrected. Even if the point potentials Vdc1 and Vdc2 are unbalanced, the distortion of the rectifier input current Iinv can be reduced, and the neutral point potentials Vdc1 and Vdc2 can be balanced. Further, unlike the conventional method, the operation is such that the rectifier output voltages Vu, Vv, and Vw are brought close to a sine wave, so that the distortion of the input current is not increased in principle.
[実施形態2]
図5は、本実施形態2における補正部12の構成を示すブロック図である。本実施形態2では、実施形態1の補正部12から除算器22a,22bを削除し、スイッチSWの切り換えを実施形態1と逆とし、Vu*>0の時は下、Vu*>0でない時は上に切り換わるようにしている。具体的には、Vu*>0の時は、2Vdc2×Vu*を補正出力電圧指令値Vu*´とし、Vu*>0でない時は2Vdc1×Vu*を補正電圧指令値Vu*´としている。
[Embodiment 2]
FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration of the
本実施形態2、中性点電位Vdc1,Vdc2が0.5に近いことを条件に近似を用いて演算を簡略化している。すなわち、波形ひずみ抑制の効果を中性点電位Vdc1,Vdc2のアンバランスが極端に大きくならない範囲に限定することで、演算負荷を削減した方式である。 In the second embodiment, the calculation is simplified using approximation under the condition that the neutral point potentials Vdc1 and Vdc2 are close to 0.5. That is, this is a method in which the calculation load is reduced by limiting the effect of suppressing the waveform distortion to a range in which the unbalance of the neutral point potentials Vdc1 and Vdc2 does not become extremely large.
以上示したように、本実施形態2における交流直流変換装置によれば、中性点電位Vdc1,Vdc2のアンバランスが極端に大きくならない条件で近似を行うことにより、実施形態1に比べ演算負荷を低減することが可能となる。 As described above, according to the AC / DC converter according to the second embodiment, by performing approximation under the condition that the unbalance of the neutral point potentials Vdc1 and Vdc2 does not become extremely large, the calculation load is increased as compared with the first embodiment. It becomes possible to reduce.
[実施形態3]
図6は、本実施形態3における交流直流変換装置の制御部を示すブロック図である。本実施形態3は、主回路に 対してフィルタを接続したとき整流器入力電流Iinvがひずんでしまう現象を抑制するものである。
[Embodiment 3]
FIG. 6 is a block diagram illustrating a control unit of the AC / DC converter according to the third embodiment. In the third embodiment, the phenomenon that the rectifier input current Iinv is distorted when a filter is connected to the main circuit is suppressed.
本実施形態3における制御部は、実施形態1における制御部に対して、d軸電流指令値Id*にゲインGを乗算する乗算器14と、PLL制御器7の出力位相から乗算器14の出力値を減算する加算器15と、が追加されている。すなわち、PLL制御器7の出力位相から、d軸電流指令値Id*に適切なゲインGを掛けたもの減算し、dq変換,dq逆変換に用いている点が実施形態1と相違している。
The control unit in the third embodiment is different from the control unit in the first embodiment in that the
特許文献1,3は整流器2にフィルタとしてリアクトルLを接続することが前提であるため、リアクトルLで電圧降下が生じ、連系点電圧Vsに対して整流器2にかかる電圧に位相遅れが生じる。しかし、特許文献1における請求項10の制御では連系点電圧Vsと整流器入力電流Iinvの位相を揃えようとするため、結果として整流器入力電圧と整流器入力電流Iinvの位相がずれ、本来は動作できない表1における番号1,番号3のスイッチングパターンが要求されてしまい、整流器入力電流Iinvがひずんでしまう。
Since
それに対し、本実施形態3では、整流器入力電圧の遅れに合わせて、制御部内のdq変換やdq逆変換に用いる位相を遅らせることで、フィルタを含まない整流器2単独での力率を1にすることができ、電流ひずみを小さくすることができる。リアクトルLでの電圧降下は整流器入力電流Iinvに比例するため、単純にd軸電流指令値Id*に比例して制御に用いる位相を遅らせるだけで十分な効果が得られる。
On the other hand, in the third embodiment, the power factor of the
以上示したように、本実施形態3における交流直流変換装置によれば、フィルタの電圧降下にあわせて制御位相を遅らせることにより、リアクトルLを含まない整流器2単体の力率を1にして動作不可能なスイッチングパターンの発生を抑制し、入力電流のひずみを小さくすることが可能となる。また、実施形態1の制御部に対して追加する構成は、加算器1個と乗算器1個ですむため、演算負荷の増加も微小である。
As described above, according to the AC / DC converter according to the third embodiment, the control phase is delayed in accordance with the voltage drop of the filter, so that the power factor of the
[実施形態4]
図7は、本実施形態4における交流直流変換装置の制御部を示すブロック図である。実施形態1〜3における制御部はq軸電流指令値Iq*を零としていたが、本実施形態4では乗算器16において、q軸電流指令値Iq*をd軸電流指令値Id*にゲインGを乗算した値としている。
[Embodiment 4]
FIG. 7 is a block diagram illustrating a control unit of the AC / DC converter according to the fourth embodiment. Although the control unit in the first to third embodiments sets the q-axis current command value Iq * to zero, in the fourth embodiment, the
本実施形態4も、 実施形態3同様に主回路に対してフィルタを接続したとき整流器入力電流Iinvがひずんでしまう現象を抑制するものである。実施形態3との差異としては、制御に使用する位相ではなく整流器2が入力する整流器入力電流Iinvを遅らせている。リアクトルLでの電圧降下は整流器入力電流IinvとリアクトルLのインピーダンスに比例するため、実施形態4で指定するゲインGはリアクトルLのインピーダンスであり、適切なゲインを簡単に求めることができる。
The fourth embodiment also suppresses the phenomenon that the rectifier input current Iinv is distorted when a filter is connected to the main circuit, as in the third embodiment. As a difference from the third embodiment, the rectifier input current Iinv input by the
以上示したように、本実施形態4における交流直流変換装置によれば、実施形態3と同様の効果が得られる。さらに、実施形態3の作用効果に加え、ゲインGをリアクトルLのインピーダンスとすればよいのでゲインGの調整が簡単になる。また、実施形態1の制御部に対して追加する構成は、乗算器1個でよいため、演算負荷の増加も微小である。 As described above, according to the AC / DC converter in the fourth embodiment, the same effect as in the third embodiment can be obtained. Furthermore, in addition to the effects of the third embodiment, the gain G can be adjusted to the impedance of the reactor L, so that the gain G can be easily adjusted. Further, since the configuration added to the control unit of the first embodiment is only one multiplier, the increase in calculation load is also small.
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。 Although the present invention has been described in detail only for the specific examples described above, it is obvious to those skilled in the art that various changes and modifications are possible within the scope of the technical idea of the present invention. Such variations and modifications are naturally within the scope of the claims.
例えば、実施形態1では、交流直流変換装置の構成をA−NPC型としたが、NPC型でも適用可能である。 For example, in the first embodiment, the configuration of the AC / DC converter is the A-NPC type, but the NPC type is also applicable.
また、d軸電流指令値Id*は直流側に接続される負荷電流を検出したものとしてもよく、直流電圧指令値とVdc1+Vdc2の偏差をアンプに入力し、直流電圧一定制御を構成して得られた結果としてもよい。 Further, the d-axis current command value Id * may be obtained by detecting a load current connected to the DC side, and is obtained by inputting a deviation between the DC voltage command value and Vdc1 + Vdc2 to an amplifier and configuring DC voltage constant control. As a result.
さらに、実施形態1では、交流電源1と整流器2との間にリアクトルLを介挿したが、高調波を抑制するためのフィルタであればよく、LCフィルタ,LCLフィルタ等でも適用可能である。
Furthermore, in the first embodiment, the reactor L is inserted between the
1…交流電源
2…整流器
C1,C2…コンデンサ
T2,T3…スイッチング素子(双方向スイッチ)
L…リアクトル
Vdc1,Vdc2…中性点電位(コンデンサ両端間電圧)
Iinv…整流器入力電圧
Vs…系統連系点電圧
Vu*,Vv*,Vw*…出力電圧指令値
Vu*´,Vv*´,Vw*´…補正出力電圧指令値
DESCRIPTION OF
L: Reactor Vdc1, Vdc2: Neutral point potential (voltage across capacitor)
Iinv ... Rectifier input voltage Vs ... Grid connection point voltage Vu * , Vv * , Vw * ... Output voltage command value Vu * ', Vv * ', Vw * '... Corrected output voltage command value
Claims (5)
整流器の出力端子間に直列接続された複数のコンデンサと、
整流器とコンデンサとの間に介挿された双方向に耐電圧を有するスイッチと、
整流器入力電流と電流指令値との偏差から出力電圧指令値を算出し、この出力電圧指令値に基づいて前記双方向に耐電圧を有するスイッチをPWM制御する制御部と、を備えた交流直流変換装置であって、
前記制御部は、
各コンデンサにおける両端間電圧の偏差を小さくするように、出力電圧指令値を補正する補正部を備え、
前記補正部は、
出力電圧指令値が正ならば1/2Vdc1、出力電圧指令値が負ならば1/2Vdc2となるゲインを出力電圧指令値に乗算することを特徴とする交流直流変換装置。 A rectifier connected to an AC power source through a filter;
A plurality of capacitors connected in series between the output terminals of the rectifier, and
A switch having a withstand voltage in both directions interposed between the rectifier and the capacitor;
A controller that calculates an output voltage command value from a deviation between the rectifier input current and the current command value, and performs PWM control of the switch having a withstand voltage in both directions based on the output voltage command value; A device,
The controller is
A correction unit for correcting the output voltage command value is provided so as to reduce the deviation of the voltage across the capacitor.
The correction unit is
An AC / DC converter characterized by multiplying the output voltage command value by a gain of 1/2 Vdc1 if the output voltage command value is positive and 1/2 Vdc2 if the output voltage command value is negative .
整流器の出力端子間に直列接続された複数のコンデンサと、
整流器とコンデンサとの間に介挿された双方向に耐電圧を有するスイッチと、
整流器入力電流と電流指令値との偏差から出力電圧指令値を算出し、この出力電圧指令値に基づいて前記双方向に耐電圧を有するスイッチをPWM制御する制御部と、を備えた交流直流変換装置であって、
前記制御部は、
各コンデンサにおける両端間電圧の偏差を小さくするように、出力電圧指令値を補正する補正部を備え、
前記補正部は、
出力電圧指令値が正ならば2Vdc2、出力電圧指令値が負ならば2Vdc1となるゲインを出力電圧指令値に乗算することを特徴とする交流直流変換装置。 A rectifier connected to an AC power source through a filter;
A plurality of capacitors connected in series between the output terminals of the rectifier, and
A switch having a withstand voltage in both directions interposed between the rectifier and the capacitor;
A controller that calculates an output voltage command value from a deviation between the rectifier input current and the current command value, and performs PWM control of the switch having a withstand voltage in both directions based on the output voltage command value; A device,
The controller is
A correction unit for correcting the output voltage command value is provided so as to reduce the deviation of the voltage across the capacitor.
The correction unit is
An AC / DC converter characterized by multiplying the output voltage command value by a gain of 2Vdc2 if the output voltage command value is positive and 2Vdc1 if the output voltage command value is negative .
整流器入力電流を回転座標上にdq変換するdq変換部と、
整流器入力電流のd軸,q軸の各成分と、d軸電流指令値,q軸電流指令値と、の偏差を算出する減算器と、
前記偏差に基づいて算出されたd軸,q軸の出力電圧指令値を固定座標上にdq逆変換するdq逆変換部と、を備え、
dq変換やdq逆変換に用いる位相をd軸電流指令値の大きさに基づいて遅らせることを特徴とする請求項1〜3のうち何れか1項に記載の交流直流変換装置。 The controller is
A dq conversion unit that dq-converts the rectifier input current onto the rotation coordinates;
A subtractor for calculating a deviation between the d-axis and q-axis components of the rectifier input current and the d-axis current command value and the q-axis current command value;
A dq reverse conversion unit that dq reversely converts the output voltage command values of the d axis and q axis calculated based on the deviation onto fixed coordinates,
4. The AC / DC converter according to claim 1 , wherein a phase used for dq conversion and dq reverse conversion is delayed based on a magnitude of a d-axis current command value. 5.
整流器入力電流を回転座標上にdq変換するdq変換部と、
整流器入力電流のd軸,q軸の各成分と、d軸電流指令値,q軸電流指令値と、の偏差を算出する減算器と、
前記偏差に基づいて算出されたd軸,q軸の出力電圧指令値を固定座標上にdq逆変換するdq逆変換部と、を備え、
d軸電流指令値に、リアクトルのインピーダンスに基づいて算出されたゲインを乗算した値をq軸電流指令値とすることを特徴とする請求項1〜3のうち何れか1項に記載の交流直流変換装置。 The controller is
A dq conversion unit that dq-converts the rectifier input current onto the rotation coordinates;
A subtractor for calculating a deviation between the d-axis and q-axis components of the rectifier input current and the d-axis current command value and the q-axis current command value;
A dq reverse conversion unit that dq reversely converts the output voltage command values of the d axis and q axis calculated based on the deviation onto fixed coordinates,
The AC / DC of any one of claims 1 to 3, wherein a value obtained by multiplying the d-axis current command value by a gain calculated based on the impedance of the reactor is a q-axis current command value. Conversion device.
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