JP6516299B2 - Power converter and control method thereof - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、電力変換装置及びその制御方法に関する。   Embodiments of the present invention relate to a power converter and a control method thereof.

交流電力を、正電位、負電位、及び中性点電位の３レベルの直流電力に変換する中性点クランプ型の変換器を用いた電力変換装置がある。中性点クランプ型の変換器において、正電位と中性点電位との間の直流電圧と、負電位と中性点電位との間の直流電圧と、の電圧差が大きくなると、交流側及び直流側の電圧の変動や不要な高調波の発生の要因となる。このため、中性点クランプ型の変換器を用いた電力変換装置では、中性点電位の変動を抑制し、各直流電圧が等しくなるように変換器の動作を制御（以下、バランス制御と称す）することが行われている。   There is a power conversion device using a neutral point clamp type converter that converts AC power into three levels of DC power of positive potential, negative potential, and neutral point potential. In the neutral point clamp type converter, when the voltage difference between the DC voltage between the positive potential and the neutral point potential and the DC voltage between the negative potential and the neutral point potential becomes large, the AC side and It becomes a factor of the fluctuation of voltage on the DC side and the generation of unnecessary harmonics. For this reason, in a power converter using a neutral point clamp type converter, the operation of the converter is controlled so as to equalize the DC voltages by suppressing the fluctuation of the neutral point potential (hereinafter referred to as balance control). ) Is done.

例えば、無効電流を交流側に流すことにより、各直流電圧のバランス制御を行うことが提案されている。この方法では、各直流電圧の電圧値を変動させることなく、各直流電圧のバランス制御を行うことができる。   For example, it is proposed to perform balance control of each DC voltage by supplying a reactive current to the AC side. In this method, balance control of each DC voltage can be performed without changing the voltage value of each DC voltage.

しかしながら、無効電流を交流側に供給する方法では、交流電圧を変動させてしまう場合がある。例えば、交流側が電力系統である場合に、系統電圧の変動を招いてしまう。このため、電力変換装置では、各直流電圧のバランス制御を行う際の交流側の電圧変動を抑制し、信頼性を向上させることが望まれる。   However, in the method of supplying the reactive current to the AC side, the AC voltage may be varied. For example, when the AC side is a power system, fluctuation of the system voltage is caused. For this reason, in the power conversion device, it is desirable to suppress voltage fluctuation on the AC side when performing balance control of each DC voltage, and to improve reliability.

特開２０１３−１４３８３６号公報JP, 2013-143836, A

本発明の実施形態は、高い信頼性の電力変換装置及びその制御方法を提供する。   Embodiments of the present invention provide a highly reliable power converter and control method thereof.

本発明の実施形態によれば、中性点クランプ型の変換器と、第１電圧検出器と、第２電圧検出器と、制御部と、を備えた電力変換装置が提供される。前記変換器は、正電位端子、負電位端子、及び中性点端子の３つの直流端子と、複数の交流端子と、複数のスイッチング素子と、を有し、前記複数のスイッチング素子のスイッチングにより、前記複数の交流端子から供給された交流電力を、正電位、負電位、及び中性点電位の３レベルを有する直流電力に変換する。前記第１電圧検出器は、前記正電位端子と前記中性点端子との間の第１直流電圧を検出する。前記第２電圧検出器は、前記負電位端子と前記中性点端子との間の第２直流電圧を検出する。前記制御部は、前記第１電圧検出器の検出結果及び前記第２電圧検出器の検出結果を基に、前記直流電力の直流電圧が所定の直流電圧指令値と等しくなり、かつ、前記第１直流電圧と前記第２直流電圧とが互いに等しくなるように、前記複数のスイッチング素子のスイッチングを制御する。前記制御部は、前記第１直流電圧と前記第２直流電圧との電圧差の絶対値が所定値以上である場合に、前記直流電圧指令値を変動させる。   According to an embodiment of the present invention, there is provided a power conversion device including a neutral point clamp converter, a first voltage detector, a second voltage detector, and a control unit. The converter has three DC terminals of positive potential terminal, negative potential terminal, and neutral point terminal, a plurality of AC terminals, and a plurality of switching elements, and the switching of the plurality of switching elements The AC power supplied from the plurality of AC terminals is converted into DC power having three levels of positive potential, negative potential, and neutral point potential. The first voltage detector detects a first DC voltage between the positive potential terminal and the neutral point terminal. The second voltage detector detects a second DC voltage between the negative potential terminal and the neutral point terminal. The control unit determines that the DC voltage of the DC power is equal to a predetermined DC voltage command value based on the detection result of the first voltage detector and the detection result of the second voltage detector, and the first control unit The switching of the plurality of switching elements is controlled so that the DC voltage and the second DC voltage become equal to each other. The control unit varies the DC voltage command value when an absolute value of a voltage difference between the first DC voltage and the second DC voltage is equal to or more than a predetermined value.

各直流電圧のバランス制御を行う際の交流側の電圧変動を抑制し、高い信頼性の電力変換装置及びその制御方法が提供される。   A highly reliable power converter and control method thereof are provided by suppressing voltage fluctuation on the AC side when performing balance control of each DC voltage.

実施形態に係る電力変換装置を模式的に表すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram schematically showing a power conversion device according to an embodiment. 実施形態に係る電力変換装置の動作の一例を模式的に表すフローチャートである。It is a flowchart which represents typically an example of operation | movement of the power converter device which concerns on embodiment.

以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。 Hereinafter, each embodiment will be described with reference to the drawings.
The drawings are schematic or conceptual, and the relationship between the thickness and width of each part, the ratio of sizes between parts, and the like are not necessarily the same as the actual ones. In addition, even in the case of representing the same portion, the dimensions and ratios may be different from one another depending on the drawings.
In the specification of the present application and the drawings, the same elements as those described above with reference to the drawings are denoted by the same reference numerals, and the detailed description will be appropriately omitted.

図１は、実施形態に係る電力変換装置を模式的に表すブロック図である。
図１に表したように、電力変換装置１０は、第１変換器１１と、第２変換器１２と、制御部１４と、一対の直流コンデンサ１６、１８と、電流検出器２０ｕ、２０ｖ、２０ｗと、電圧検出器２１、２２と、を備える。 FIG. 1 is a block diagram schematically showing the power conversion device according to the embodiment.
As shown in FIG. 1, the power conversion device 10 includes a first converter 11, a second converter 12, a control unit 14, a pair of DC capacitors 16 and 18, and current detectors 20 u, 20 v, 20 w. And voltage detectors 21 and 22.

第１変換器１１は、３つの交流端子１１ｕ、１１ｖ、１１ｗと、３つの直流端子１１ｐ、１１ｎ、１１ｃと、を有する。各交流端子１１ｕ、１１ｖ、１１ｗは、例えば、連系リアクトル４ｕ、４ｖ、４ｗ、及び遮断器６ｕ、６ｖ、６ｗを介して交流電源２に接続される。これにより、第１変換器１１には、交流電源２からの交流電力が供給される。各交流端子１１ｕ、１１ｖ、１１ｗのそれぞれは、交流電源２の三相交流電力の各相のそれぞれに接続される。   The first converter 11 has three AC terminals 11 u, 11 v, 11 w and three DC terminals 11 p, 11 n, 11 c. Each of the AC terminals 11 u, 11 v, 11 w is connected to the AC power supply 2 via, for example, interconnection reactors 4 u, 4 v, 4 w and circuit breakers 6 u, 6 v, 6 w. Thereby, the alternating current power from the alternating current power supply 2 is supplied to the first converter 11. Each of the AC terminals 11 u, 11 v, 11 w is connected to each of the phases of the three-phase AC power of the AC power supply 2.

交流電源２は、例えば、種々の発電装置や商用の電力系統などである。交流電源２から供給される交流電力は、例えば、三相交流電力である。交流電源２の交流電力は、三相に限ることなく、単相などでもよい。連系リアクトル４ｕ、４ｖ、４ｗ、及び遮断器６ｕ、６ｖ、６ｗは、必要に応じて設けられ、省略可能である。連系リアクトル４ｕ、４ｖ、４ｗ、及び遮断器６ｕ、６ｖ、６ｗは、電力変換装置１０に設けてもよいし、電力変換装置１０とは別に設けてもよい。   The AC power supply 2 is, for example, various power generation devices, a commercial power grid, or the like. The AC power supplied from the AC power supply 2 is, for example, three-phase AC power. The AC power of the AC power supply 2 is not limited to three phases, and may be a single phase or the like. The interconnection reactors 4u, 4v, 4w and the circuit breakers 6u, 6v, 6w are provided as necessary and can be omitted. The interconnection reactors 4 u, 4 v, 4 w and the circuit breakers 6 u, 6 v, 6 w may be provided in the power converter 10 or may be provided separately from the power converter 10.

第１変換器１１は、入力された三相交流電力（第１三相交流電力）を正電位Ｐ、負電位Ｎ及び中性点電位Ｏの３レベルを有する直流電力に変換にする。以下では、各直流端子１１ｐ、１１ｎ、１１ｃを、それぞれ正電位端子１１ｐ、負電位端子１１ｎ、中性点端子１１ｃと称す。   The first converter 11 converts the input three-phase AC power (first three-phase AC power) into DC power having three levels: positive potential P, negative potential N, and neutral point potential O. Hereinafter, each of the DC terminals 11p, 11n, and 11c is referred to as a positive potential terminal 11p, a negative potential terminal 11n, and a neutral point terminal 11c, respectively.

第１変換器１１は、正電位端子１１ｐを正電位Ｐに設定し、負電位端子１１ｎを負電位Ｎに設定し、中性点端子１１ｃを中性点電位Ｏに設定する。中性点電位Ｏは、正電位Ｐと負電位Ｎとの中間の電位である。これにより、第１変換器１１は、正電位端子１１ｐと中性点端子１１ｃとの間に直流電圧ＶＰＯ（第１直流電圧）を発生させ、中性点端子１１ｃと負電位端子１１ｎとの間に直流電圧ＶＯＮ（第２直流電圧）を発生させる。従って、正電位端子１１ｐと負電位端子１１ｎとの間の直流電圧ＶＤＣは、ＶＤＣ＝ＶＰＯ＋ＶＯＮである。 The first converter 11 sets the positive potential terminal 11 p to the positive potential P, sets the negative potential terminal 11 n to the negative potential N, and sets the neutral point terminal 11 c to the neutral point potential O. The neutral point potential O is an intermediate potential between the positive potential P and the negative potential N. Thereby, the first converter 11 generates a DC voltage V PO (first DC voltage) between the positive potential terminal 11 p and the neutral point terminal 11 c, and the first converter 11 generates the DC voltage V PO between the neutral point terminal 11 c and the negative potential terminal 11 n. In the meantime, a DC voltage V ON (second DC voltage) is generated. Therefore, the DC voltage V DC between the positive potential terminal 11 p and the negative potential terminal 11 n is V DC = V PO + V ON .

第２変換器１２は、各直流端子１１ｐ、１１ｎ、１１ｃに接続されるとともに、交流負荷８に接続される。交流負荷８は、例えば、交流電源２とは異なる電力系統である。第２変換器１２は、第１変換器１１から入力された直流電力を、交流負荷８に応じた所望の周波数及び電圧値の三相交流電力（第２三相交流電力）に変換し、その三相交流電力を交流負荷８に供給する。   The second converter 12 is connected to each of the DC terminals 11 p, 11 n and 11 c and to the AC load 8. The AC load 8 is, for example, a power system different from the AC power supply 2. The second converter 12 converts the DC power input from the first converter 11 into three-phase AC power (second three-phase AC power) having a desired frequency and voltage value according to the AC load 8, and Three-phase AC power is supplied to the AC load 8.

このように、電力変換装置１０は、交流電源２の三相交流電力を一度直流電力に変換し、その直流電力を別の三相交流電力に変換して交流負荷８に供給する。電力変換装置１０は、例えば、ＢＴＢ（Back To Back）方式の系統連系設備に用いられる。第１変換器１１は、いわゆる３レベル式のコンバータである。第２変換器１２は、３レベル式のインバータである。   As described above, the power conversion device 10 once converts the three-phase AC power of the AC power supply 2 into DC power, converts the DC power into another three-phase AC power, and supplies it to the AC load 8. The power converter 10 is used, for example, in a grid-connected facility of a BTB (Back to Back) method. The first converter 11 is a so-called three-level converter. The second converter 12 is a three-level inverter.

また、電力変換装置１０では、交流負荷８側の交流電力を交流電源２に応じた交流電力に変換して交流電源２に供給することもできる。この場合には、第１変換器１１がインバータとして機能し、第２変換器１２がコンバータとして機能する。   Further, in the power conversion device 10, the AC power on the AC load 8 side can be converted into AC power corresponding to the AC power supply 2 and supplied to the AC power supply 2. In this case, the first converter 11 functions as an inverter, and the second converter 12 functions as a converter.

交流負荷８は、電力系統に限ることなく、例えば、誘導電動機などでもよい。電力変換装置１０は、誘導電動機の駆動制御などに用いてもよい。   The AC load 8 is not limited to the power system, and may be, for example, an induction motor. Power converter 10 may be used for drive control of an induction motor, etc.

直流コンデンサ１６は、正電位端子１１ｐと中性点端子１１ｃとの間に設けられる。直流コンデンサ１６は、正電位端子１１ｐと中性点端子１１ｃとの間に電気的に接続される。直流コンデンサ１８は、中性点端子１１ｃと負電位端子１１ｎとの間に設けられる。直流コンデンサ１８は、中性点端子１１ｃと負電位端子１１ｎとの間に電気的に接続される。直流コンデンサ１６、１８は、直流電圧ＶＰＯ、ＶＯＮを平滑化する。直流コンデンサ１６、１８は、換言すれば、平滑コンデンサである。 The DC capacitor 16 is provided between the positive potential terminal 11 p and the neutral point terminal 11 c. The DC capacitor 16 is electrically connected between the positive potential terminal 11 p and the neutral point terminal 11 c. The DC capacitor 18 is provided between the neutral point terminal 11c and the negative potential terminal 11n. The DC capacitor 18 is electrically connected between the neutral point terminal 11c and the negative potential terminal 11n. The DC capacitors 16, 18 smooth the DC voltages V PO and V ON . The DC capacitors 16, 18 are, in other words, smoothing capacitors.

各電流検出器２０ｕ、２０ｖ、２０ｗは、第１変換器１１の各交流端子１１ｕ、１１ｖ、１１ｗに流れる交流電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗのそれぞれの電流値を検出する。各電流検出器２０ｕ、２０ｖ、２０ｗは、換言すれば、交流電源２の各相の線電流を検出する。各電流検出器２０ｕ、２０ｖ、２０ｗは、各交流電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの電流値を制御部１４に入力する。   The current detectors 20u, 20v, 20w detect respective current values of the alternating currents iu, iv, iw flowing through the alternating current terminals 11u, 11v, 11w of the first converter 11, respectively. Each current detector 20 u, 20 v, 20 w detects the line current of each phase of the AC power supply 2 in other words. The current detectors 20 u, 20 v, 20 w input current values of the alternating currents iu, iv, i w to the control unit 14.

電圧検出器２１は、直流コンデンサ１６の直流電圧ＶＰＯの電圧値を検出し、検出した直流電圧ＶＰＯの電圧値を制御部１４に入力する。電圧検出器２２は、直流コンデンサ１８の直流電圧ＶＯＮの電圧値を検出し、検出した直流電圧ＶＯＮの電圧値を制御部１４に入力する。 The voltage detector 21 detects the voltage value of the DC voltage V PO of the DC capacitor 16, and inputs the detected voltage value of the DC voltage V PO to the control unit 14. The voltage detector 22 detects a voltage value of the DC voltage V ON of the DC capacitor 18, and inputs the detected voltage value of the DC voltage V ON to the control unit 14.

制御部１４は、各電流検出器２０ｕ、２０ｖ、２０ｗ、及び各電圧検出器２１、２２の各検出結果を基に、第１変換器１１及び第２変換器１２の動作を制御する。制御部１４は、第１変換器１１による三相交流電力から直流電力への変換を制御する。制御部１４は、第２変換器１２による直流電力から三相交流電力への変換を制御する。第２変換器１２の動作は、制御部１４とは別のコントローラなどによって制御してもよい。   The control unit 14 controls the operation of the first converter 11 and the second converter 12 based on the detection results of the current detectors 20 u, 20 v, 20 w and the voltage detectors 21, 22. The control unit 14 controls conversion of three-phase AC power into DC power by the first converter 11. The control unit 14 controls conversion of DC power into three-phase AC power by the second converter 12. The operation of the second converter 12 may be controlled by a controller or the like different from the controller 14.

第１変換器１１は、複数のスイッチング素子４１と、複数の整流素子４２、４３と、を有する。この例において、第１変換器１１は、１２個のスイッチング素子４１と、１２個の整流素子４２と、６個の整流素子４３と、を有する。各スイッチング素子４１は、三相ブリッジ接続されている。各整流素子４２は、各スイッチング素子４１に逆並列に接続されている。   The first converter 11 includes a plurality of switching elements 41 and a plurality of rectifying elements 42 and 43. In this example, the first converter 11 includes twelve switching elements 41, twelve rectifying elements 42, and six rectifying elements 43. Each switching element 41 is connected in a three-phase bridge. Each rectification element 42 is connected in antiparallel to each switching element 41.

スイッチング素子４１は、一対の主端子と、制御端子と、を有する。制御端子は、各主端子間に電流が流れるオン状態と、各主端子間に実質的に電流が流れないオフ状態と、の切り替えに用いられる。スイッチング素子４１には、例えば、ＧＴＯ（Gate Turn Off thyristor）やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの自己消弧素子が用いられる。制御端子は、例えば、ゲート端子である。   The switching element 41 has a pair of main terminals and a control terminal. The control terminal is used to switch between an on state in which current flows between the respective main terminals and an off state in which no current substantially flows between the respective main terminals. For the switching element 41, for example, a self arc extinguishing element such as a gate turn off thyristor (GTO) or an insulated gate bipolar transistor (IGBT) is used. The control terminal is, for example, a gate terminal.

第１変換器１１は、三相ブリッジ型であり、６つのアームＡＵ、ＡＶ、ＡＷ、ＡＸ、ＡＹ、ＡＺを有する。各交流端子１１ｕ、１１ｖ、１１ｗに接続される各相のアームＡＵ、ＡＶ、ＡＷ、ＡＸ、ＡＹ、ＡＺのそれぞれの構成は、実質的に同じである。従って、ここでは例示として交流端子１１ｕ（Ｕ相）に接続される２つのアームＡＵ、ＡＸについて説明する。   The first converter 11 is a three-phase bridge type and has six arms AU, AV, AW, AX, AY, AZ. The configurations of the arms AU, AV, AW, AX, AY and AZ of the respective phases connected to the respective AC terminals 11 u, 11 v and 11 w are substantially the same. Therefore, two arms AU and AX connected to AC terminal 11u (U phase) are explained here as an example.

正側のアームＡＵは、直列に接続された２つのスイッチング素子ＳＵ１、ＳＵ２と、これらのスイッチング素子ＳＵ１、ＳＵ２のそれぞれに逆並列に接続された整流素子ＤＵ１、ＤＵ２と、各スイッチング素子ＳＵ１、ＳＵ２の直列接続点と中性点端子１１ｃとの間に接続された整流素子ＤＵ３と、を有する。   The positive side arm AU includes two switching elements SU1 and SU2 connected in series, rectifying elements DU1 and DU2 connected in anti-parallel to the switching elements SU1 and SU2, and switching elements SU1 and SU2 And a rectifying element DU3 connected between the series connection point of the second and the neutral point terminal 11c.

同様に、負側のアームＡＸは、直列に接続された２つのスイッチング素子ＳＸ１、ＳＸ２と、これらのスイッチング素子ＳＸ１、ＳＸ２のそれぞれに逆並列に接続された整流素子ＤＸ１、ＤＸ２と、各スイッチング素子ＳＸ１、ＳＸ２の直列接続点と中性点端子１１ｃとの間に接続された整流素子ＤＸ３と、を有する。   Similarly, the negative arm AX includes two switching elements SX1 and SX2 connected in series, rectifying elements DX1 and DX2 connected in antiparallel to the switching elements SX1 and SX2, and switching elements A rectifying element DX3 connected between the series connection point of SX1 and SX2 and the neutral point terminal 11c.

両アームＡＵ、ＡＸは、正電位端子１１ｐと負電位端子１１ｎとの間に直列に接続され、両アームＡＵ、ＡＸの直列接続点がＵ相の交流端子１１ｕに接続される。スイッチング素子ＳＵ１、ＳＵ２の直列接続点の電位は、整流素子ＤＵ３を介して中性点電位Ｏにクランプされる。同様に、スイッチング素子ＳＸ１、ＳＸ２の直列接続点の電位は、整流素子ＤＸ３を介して中性点電位Ｏにクランプされる。整流素子ＤＵ１、ＤＵ２、ＤＸ１、ＤＸ２（各整流素子４２）は、いわゆる還流ダイオードである。整流素子ＤＵ３、ＤＸ３（各整流素子４３）は、いわゆるクランプダイオードである。   Both arms AU and AX are connected in series between the positive potential terminal 11p and the negative potential terminal 11n, and the series connection point of both arms AU and AX is connected to the U-phase AC terminal 11u. The potential at the series connection point of the switching elements SU1 and SU2 is clamped to the neutral point potential O via the rectifying element DU3. Similarly, the potential at the series connection point of the switching elements SX1 and SX2 is clamped to the neutral point potential O via the rectifying element DX3. The rectifying elements DU1, DU2, DX1, DX2 (each rectifying element 42) are so-called reflux diodes. The rectifying elements DU3 and DX3 (respective rectifying elements 43) are so-called clamp diodes.

アームＡＶ、ＡＷの構成は、アームＡＵの構成と実質的に同じである。アームＡＹ、ＡＺの構成は、アームＡＸの構成と実質的に同じである。これにより、各スイッチング素子４１のスイッチングに応じて、交流端子１１ｕ、１１ｖ、１１ｗの電位が、正電位端子１１ｐ、負電位端子１１ｎ、及び中性点端子１１ｃの３レベルのいずれかの電位にクランプされる。第１変換器１１は、いわゆる中性点クランプ（ＮＰＣ：Neutral-Point-Clamped）型の変換器（コンバータ）である。   The configuration of the arms AV and AW is substantially the same as the configuration of the arm AU. The configuration of arms AY and AZ is substantially the same as the configuration of arm AX. Thereby, according to switching of each switching element 41, the potentials of AC terminals 11u, 11v, 11w are clamped at any of three levels of potentials of positive potential terminal 11p, negative potential terminal 11n and neutral point terminal 11c. Be done. The first converter 11 is a so-called neutral-point-clamped (NPC) converter (converter).

第２変換器１２は、複数のスイッチング素子５１と、複数の整流素子５２、５３と、を有する。第２変換器１２は、第１変換器１１と同様に、中性点クランプ型の変換器（インバータ）である。第２変換器１２の構成は、第１変換器１１の構成と実質的に同じであるから、詳細な説明は省略する。第２変換器１２においては、各直流コンデンサ１６、１８と接続された側が直流側（正電位端子１１ｐ、負電位端子１１ｎ、中性点端子１１ｃに相当）となり、交流負荷８と接続された側が交流側（交流端子１１ｕ、１１ｖ、１１ｗに相当）となる。   The second converter 12 has a plurality of switching elements 51 and a plurality of rectifying elements 52, 53. The second converter 12 is, like the first converter 11, a neutral point clamp converter (inverter). The configuration of the second converter 12 is substantially the same as the configuration of the first converter 11, so a detailed description will be omitted. In the second converter 12, the side connected to each of the DC capacitors 16 and 18 is the DC side (corresponding to the positive potential terminal 11p, the negative potential terminal 11n, and the neutral point terminal 11c), and the side connected to the AC load 8 is the side It becomes an alternating current side (equivalent to alternating current terminals 11 u, 11 v, 11 w).

制御部１４は、直流電圧差検出器６０と、発振器６１と、切替器６２と、直流電圧制御器６３と、電流制御器６４と、直流バランス制御器６５と、符号検出器６６と、乗算器６７と、加算器６８と、ＰＷＭ制御器６９と、を有する。   The control unit 14 includes a DC voltage difference detector 60, an oscillator 61, a switch 62, a DC voltage controller 63, a current controller 64, a DC balance controller 65, a code detector 66, and a multiplier. 67, an adder 68, and a PWM controller 69.

直流電圧差検出器６０には、各電圧検出器２１、２２で検出された直流電圧ＶＰＯ及び直流電圧ＶＯＮの各電圧値が入力される。直流電圧差検出器６０は、入力された各電圧値の電圧差Ｖｄを算出する。直流電圧差検出器６０は、例えば、Ｖｄ＝ＶＰＯ−ＶＯＮにより、電圧差Ｖｄを算出する。そして、直流電圧差検出器６０は、算出した電圧差Ｖｄを発振器６１及び直流バランス制御器６５に入力する。 The DC voltage difference detector 60 receives each voltage value of the DC voltage V PO and the DC voltage V ON detected by each of the voltage detectors 21 and 22. The DC voltage difference detector 60 calculates the voltage difference Vd of each of the input voltage values. DC voltage difference detector 60, for example, by Vd = V PO -V ON, calculates the voltage difference Vd. Then, the DC voltage difference detector 60 inputs the calculated voltage difference Vd to the oscillator 61 and the DC balance controller 65.

発振器６１は、直流電圧差検出器６０及び切替器６２に接続されている。発振器６１は、入力された電圧差Ｖｄの絶対値が所定値以上か否かを判定する。発振器６１は、電圧差Ｖｄの絶対値が所定値未満であると判定した場合、「０」を切替器６２に入力する。一方、発振器６１は、電圧差Ｖｄの絶対値が所定値以上であると判定した場合、「０」と「１」とを所定の周期で交互に繰り返すパルス信号を切替器６２に入力する。「０」は、例えば、「Ｌｏｗ」であり、「１」は、例えば、「Ｈｉｇｈ」である。また、「０」は、例えば、０Ｖであり、「１」は、例えば、＋５Ｖである。   The oscillator 61 is connected to the DC voltage difference detector 60 and the switch 62. The oscillator 61 determines whether the absolute value of the input voltage difference Vd is equal to or greater than a predetermined value. The oscillator 61 inputs “0” to the switch 62 when it is determined that the absolute value of the voltage difference Vd is less than a predetermined value. On the other hand, when it is determined that the absolute value of the voltage difference Vd is equal to or more than a predetermined value, the oscillator 61 inputs to the switch 62 a pulse signal that alternately repeats “0” and “1” in a predetermined cycle. “0” is, for example, “Low”, and “1” is, for example, “High”. Also, “0” is, for example, 0 V, and “1” is, for example, +5 V.

パルス信号の周期は、例えば、１秒である。「０」及び「１」のそれぞれのデューティ比は、例えば、５０％である。すなわち、発振器６１は、電圧差Ｖｄの絶対値が所定値以上であると判定した場合、０．５秒毎に「０」及び「１」を切り替えるパルス信号を切替器６２に入力する。パルス信号の周期及びデューティ比は、上記に限ることなく、任意に設定可能である。   The period of the pulse signal is, for example, one second. The duty ratio of each of “0” and “1” is, for example, 50%. That is, when it is determined that the absolute value of the voltage difference Vd is equal to or more than the predetermined value, the oscillator 61 inputs, to the switch 62, a pulse signal that switches “0” and “1” every 0.5 seconds. The period and duty ratio of the pulse signal can be set arbitrarily without being limited to the above.

切替器６２は、発振器６１及び直流電圧制御器６３に接続されている。切替器６２は、発振器６１から「０」が入力された場合、所定の直流電圧指令値Ｅｄｃの１．０ｐｕ（per unit）を直流電圧制御器６３に入力する。一方、切替器６２は、発振器６１から「１」が入力された場合、所定の直流電圧指令値Ｅｄｃの０．９ｐｕを直流電圧制御器６３に入力する。   The switch 62 is connected to the oscillator 61 and the DC voltage controller 63. When “0” is input from the oscillator 61, the switch 62 inputs 1.0 pu (per unit) of the predetermined DC voltage command value Edc to the DC voltage controller 63. On the other hand, when “1” is input from the oscillator 61, the switch 62 inputs 0.9 pu of the predetermined DC voltage command value Edc to the DC voltage controller 63.

直流電圧指令値Ｅｄｃは、正電位端子１１ｐと負電位端子１１ｎとの間の直流電圧ＶＤＣの指令値である。直流電圧指令値Ｅｄｃは、正電位端子１１ｐと中性点端子１１ｃとの間の直流電圧ＶＰＯの指令値、又は、中性点端子１１ｃと負電位端子１１ｎとの間の直流電圧ＶＯＮの指令値でもよい。直流電圧指令値Ｅｄｃは、例えば、予め決められた一定値である。直流電圧指令値Ｅｄｃは、外部のコントローラなどから入力される変数でもよい。 The DC voltage command value Edc is a command value of the DC voltage V DC between the positive potential terminal 11 p and the negative potential terminal 11 n. The DC voltage command value Edc is a command value of the DC voltage V PO between the positive potential terminal 11 p and the neutral point terminal 11 c, or a DC voltage V ON between the neutral point terminal 11 c and the negative potential terminal 11 n. It may be a command value. The DC voltage command value Edc is, for example, a predetermined constant value. The DC voltage command value Edc may be a variable input from an external controller or the like.

このように、切替器６２は、発振器６１から「０」が入力された場合、第１直流電圧指令値を直流電圧制御器６３に入力し、発振器６１から「１」が入力された場合、第１直流電圧指令値と異なる第２直流電圧指令値を直流電圧制御器６３に入力する。切替器６２は、電圧差Ｖｄの絶対値の判定結果に応じて、直流電圧制御器６３に入力する直流電圧指令値Ｅｄｃを切り替える。   As described above, when “0” is input from the oscillator 61, the switch 62 inputs the first DC voltage command value to the DC voltage controller 63, and when “1” is input from the oscillator 61, The second DC voltage command value different from the DC voltage command value is input to the DC voltage controller 63. The switch 62 switches the DC voltage command value Edc input to the DC voltage controller 63 in accordance with the determination result of the absolute value of the voltage difference Vd.

この例において、第２直流電圧指令値は、第１直流電圧指令値よりも低い。第２直流電圧指令値は、第１直流電圧指令値より高くてもよい。しかしながら、第２直流電圧指令値を第１直流電圧指令値よりも高くした場合には、例えば、過電圧の発生などが懸念される。従って、第２直流電圧指令値は、第１直流電圧指令値よりも低く設定することが好ましい。これにより、例えば、電力変換装置１０の信頼性を高めることができる。第２直流電圧指令値は、例えば、第１直流電圧指令値の０．９倍以上１．０倍未満であることが好ましい。より好ましくは、第２直流電圧指令値は、０．９０倍以上０．９５倍未満である。すなわち、第２直流電圧指令値は、第１直流電圧指令値に対して５％程度低下させることが好ましい。   In this example, the second DC voltage command value is lower than the first DC voltage command value. The second DC voltage command value may be higher than the first DC voltage command value. However, when the second DC voltage command value is made higher than the first DC voltage command value, for example, the occurrence of an overvoltage or the like may be concerned. Therefore, it is preferable to set the second DC voltage command value lower than the first DC voltage command value. Thereby, for example, the reliability of the power conversion device 10 can be improved. The second DC voltage command value is preferably, for example, not less than 0.9 times and less than 1.0 times the first DC voltage command value. More preferably, the second DC voltage command value is 0.90 times or more and less than 0.95 times. That is, it is preferable to reduce the second DC voltage command value by about 5% with respect to the first DC voltage command value.

このように、制御部１４は、電圧差Ｖｄの絶対値が所定値未満である場合には、第１直流電圧指令値を用いる。そして、制御部１４は、電圧差Ｖｄの絶対値が所定値以上である場合には、第１直流電圧指令値と第２直流電圧指令値とを交互に切り替える。制御部１４は、電圧差Ｖｄの絶対値が所定値以上である場合に、直流電圧指令値Ｅｄｃを変動させる。   As described above, when the absolute value of the voltage difference Vd is less than the predetermined value, the control unit 14 uses the first DC voltage command value. And control part 14 changes the 1st direct current voltage command value and the 2nd direct current voltage command value by turns, when the absolute value of voltage difference Vd is more than predetermined value. The control unit 14 fluctuates the DC voltage command value Edc when the absolute value of the voltage difference Vd is equal to or more than a predetermined value.

電圧差Ｖｄを判定する所定値は、例えば、各直流電圧ＶＰＯ、ＶＯＮの定格電圧の１％〜５％程度である。制御部１４は、例えば、電圧差Ｖｄが定格電圧の５％以上変動した場合に、直流電圧指令値Ｅｄｃを変動させる。 The predetermined value for determining the voltage difference Vd is, for example, about 1% to 5% of the rated voltage of each of the DC voltages V PO and V ON . For example, when the voltage difference Vd fluctuates by 5% or more of the rated voltage, the control unit 14 fluctuates the DC voltage command value Edc.

直流電圧制御器６３には、切替器６２から直流電圧指令値Ｅｄｃが入力されるとともに、各電圧検出器２１、２２で検出された直流電圧ＶＰＯ及び直流電圧ＶＯＮの各電圧値が入力される。直流電圧制御器６３は、入力された直流電圧指令値Ｅｄｃと各電圧値とを基に、各交流端子１１ｕ、１１ｖ、１１ｗに流れる交流電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの有効電流指令値Ｉｑを算出する。有効電流指令値Ｉｑは、例えば、三相の各交流電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗをｄｑ変換（三相二相変換）したｑ軸成分の電流指令値である。直流電圧制御器６３は、直流電圧ＶＰＯ及び直流電圧ＶＯＮを直流電圧指令値Ｅｄｃに近付けるために必要となる各交流電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの有効電流指令値Ｉｑを算出する。 The DC voltage controller 63 receives the DC voltage command value Edc from the switch 62 and also receives DC voltage V PO and DC voltage V ON detected by the voltage detectors 21 and 22, respectively. Ru. The DC voltage controller 63 calculates an effective current command value Iq of the alternating current iu, iv, iw flowing through each of the AC terminals 11 u, 11 v, 11 w based on the inputted DC voltage command value Edc and each voltage value. . The effective current command value Iq is, for example, a current command value of a q-axis component obtained by dq conversion (three-phase two-phase conversion) of three-phase alternating current iu, iv, iw. The DC voltage controller 63 calculates effective current command values Iq of the AC currents iu, iv, iw required to bring the DC voltage V PO and the DC voltage V ON close to the DC voltage command value Edc.

直流電圧制御器６３は、例えば、ＰＩ制御、ＰＩＤ制御、または、Ｉ−Ｐ制御などの制御手法や現代制御理論などによって、直流電圧指令値Ｅｄｃ及び各電圧値から有効電流指令値Ｉｑを算出する。そして、直流電圧制御器６３は、算出した有効電流指令値Ｉｑを電流制御器６４に入力する。   The DC voltage controller 63 calculates an effective current command value Iq from the DC voltage command value Edc and each voltage value by, for example, a control method such as PI control, PID control, or IP control, modern control theory, or the like. . Then, the DC voltage controller 63 inputs the calculated effective current command value Iq to the current controller 64.

電流制御器６４には、有効電流指令値Ｉｑが入力されるとともに、各電流検出器２０ｕ、２０ｖ、２０ｗで検出された各交流電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの電流値が入力される。電流制御器６４は、入力された有効電流指令値Ｉｑと各電流値とを基に、三相の各相毎の電圧指令値ｖｅｕ、ｖｅｖ、ｖｅｗを算出する。   The current controller 64 receives the effective current command value Iq, and also receives current values of the alternating currents iu, iv, iw detected by the current detectors 20u, 20v, 20w. The current controller 64 calculates voltage command values veu, vev, vew for each of the three phases based on the input effective current command value Iq and each current value.

電流制御器６４は、例えば、二相三相変換やＰＩ制御などを行うことにより、有効電流指令値Ｉｑ及び各電流値から各電圧指令値ｖｅｕ、ｖｅｖ、ｖｅｗを算出する。各電圧指令値ｖｅｕ、ｖｅｖ、ｖｅｗは、例えば、正弦波状の信号である。また、電流制御器６４は、算出した各電圧指令値ｖｅｕ、ｖｅｖ、ｖｅｗを符号検出器６６及び加算器６８に入力する。   The current controller 64 calculates each voltage command value veu, vev, vew from the effective current command value Iq and each current value by performing, for example, two-phase three-phase conversion, PI control, or the like. Each voltage command value veu, vev, vew is, for example, a sinusoidal signal. The current controller 64 also inputs the calculated voltage command values veu, vev, vew to the code detector 66 and the adder 68.

直流バランス制御器６５は、直流電圧差検出器６０及び乗算器６７に接続されている。直流バランス制御器６５は、直流電圧差検出器６０から入力された電圧差Ｖｄを基に、各電圧指令値ｖｅｕ、ｖｅｖ、ｖｅｗの補正指令値Ｖｂを算出する。直流バランス制御器６５は、例えば、ＰＩ制御により、電圧差Ｖｄから補正指令値Ｖｂを算出する。補正指令値Ｖｂは、電圧差Ｖｄを実質的に０にするための各電圧指令値ｖｅｕ、ｖｅｖ、ｖｅｗの補正値である。換言すれば、補正指令値Ｖｂは、各直流電圧ＶＰＯ、ＶＯＮが互いに等しくなるようにする直流電圧のバランス制御を行うための補正値である。直流バランス制御器６５は、算出した補正指令値Ｖｂを乗算器６７に入力する。 The DC balance controller 65 is connected to the DC voltage difference detector 60 and the multiplier 67. The DC balance controller 65 calculates a correction command value Vb of each of the voltage command values veu, vev, vew based on the voltage difference Vd input from the DC voltage difference detector 60. The DC balance controller 65 calculates the correction command value Vb from the voltage difference Vd by, for example, PI control. The correction command value Vb is a correction value of each of the voltage command values veu, vev, vew for making the voltage difference Vd substantially zero. In other words, the correction command value Vb is a correction value for performing balance control of the DC voltages so that the DC voltages V PO and V ON become equal to each other. The DC balance controller 65 inputs the calculated correction command value Vb to the multiplier 67.

符号検出器６６は、電流制御器６４から入力された各電圧指令値ｖｅｕ、ｖｅｖ、ｖｅｗを基に、各電圧指令値ｖｅｕ、ｖｅｖ、ｖｅｗに加える補正指令値Ｖｂの符号Ｖｓを検出する。符号検出器６６は、例えば、直流電圧ＶＯＮを直流電圧ＶＰＯに対して上げる場合に、符号Ｖｓを「＋１」に設定し、直流電圧ＶＯＮを直流電圧ＶＰＯに対して下げる場合に、符号Ｖｓを「−１」に設定する。符号検出器６６は、例えば、各電圧指令値ｖｅｕ、ｖｅｖ、ｖｅｗの振幅や位相などから符号Ｖｓを検出する。符号検出器６６は、検出した符号Ｖｓを乗算器６７に入力する。 The code detector 66 detects the sign Vs of the correction command value Vb to be added to each of the voltage command values veu, vev, vew based on the voltage command values veu, vev, vew input from the current controller 64. For example, when the DC voltage V ON is increased relative to the DC voltage V PO , the code detector 66 sets the code Vs to “+1” and lowers the DC voltage V ON relative to the DC voltage V PO . The code Vs is set to "-1". The code detector 66 detects the code Vs from, for example, the amplitude and phase of each of the voltage command values veu, vev and vew. The code detector 66 inputs the detected code Vs to the multiplier 67.

乗算器６７は、直流バランス制御器６５、符号検出器６６、及び加算器６８に接続されている。乗算器６７は、符号検出器６６から入力された符号Ｖｓを、直流バランス制御器６５から入力された補正指令値Ｖｂに乗算する。そして、乗算器６７は、乗算後の補正指令値Ｖｂ’を加算器６８に入力する。加算器６８は、各電圧指令値ｖｅｕ、ｖｅｖ、ｖｅｗに補正指令値Ｖｂ’を加算することにより、各電圧指令値ｖｅｕ、ｖｅｖ、ｖｅｗを補正する。   The multiplier 67 is connected to the DC balance controller 65, the code detector 66, and the adder 68. The multiplier 67 multiplies the correction command value Vb input from the DC balance controller 65 by the code Vs input from the code detector 66. Then, the multiplier 67 inputs the corrected command value Vb 'after multiplication to the adder 68. The adder 68 corrects the voltage command values veu, vev, vew by adding the correction command value Vb 'to the voltage command values veu, vev, vew.

直流バランス制御器６５、符号検出器６６、乗算器６７、及び加算器６８は、例えば、電圧差Ｖｄに応じた直流量を各電圧指令値ｖｅｕ、ｖｅｖ、ｖｅｗに加算することによって、各直流電圧ＶＰＯ、ＶＯＮが互いに等しくなるように、各電圧指令値ｖｅｕ、ｖｅｖ、ｖｅｗを補正する。各電圧指令値ｖｅｕ、ｖｅｖ、ｖｅｗの補正は、例えば、各電圧指令値ｖｅｕ、ｖｅｖ、ｖｅｗの振幅を補正するものなどでもよい。各電圧指令値ｖｅｕ、ｖｅｖ、ｖｅｗの補正は、各直流電圧ＶＰＯ、ＶＯＮが互いに等しくなるようにすることが可能な任意の手法でよい。加算器６８は、補正後の各電圧指令値ｖｅｕ’、ｖｅｖ’、ｖｅｗ’をＰＷＭ制御器６９に入力する。 The DC balance controller 65, the code detector 66, the multiplier 67, and the adder 68 add DC voltages corresponding to the voltage difference Vd to the respective voltage command values veu, vev, vew, for example. The voltage command values veu, vev and vew are corrected so that V PO and V ON are equal to each other. The voltage command values veu, vev, vew may be corrected, for example, by correcting the amplitudes of the voltage command values veu, vev, vew. The correction of each voltage command value veu, vev, vew may be any method that can make each DC voltage V PO , V ON be equal to each other. The adder 68 inputs the corrected voltage command values veu ′, vev ′, vew ′ to the PWM controller 69.

ＰＷＭ制御器６９は、入力された各電圧指令値ｖｅｕ’、ｖｅｖ’、ｖｅｗ’を基に、第１変換器１１の各スイッチング素子４１の制御信号ＳＧ０１〜ＳＧ１２を生成する。制御信号ＳＧ０１〜ＳＧ１２は、各スイッチング素子４１のオン・オフを切り替えるための信号である。制御信号ＳＧ０１〜ＳＧ１２は、例えば、ゲート信号である。 The PWM controller 69 generates control signals SG 01 to SG 12 of the switching elements 41 of the first converter 11 based on the input voltage command values veu ′, vev ′ and vew ′. The control signals SG 01 to SG 12 are signals for switching on / off of each switching element 41. The control signals SG 01 to SG 12 are, for example, gate signals.

ＰＷＭ制御器６９は、例えば、正弦波状の各電圧指令値ｖｅｕ’、ｖｅｖ’、ｖｅｗ’と、三角波状の搬送波と、を比較することによって、各制御信号ＳＧ０１〜ＳＧ１２を生成する。ＰＷＭ制御器６９は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御によって各スイッチング素子４１のスイッチングを制御する。 The PWM controller 69 generates control signals SG 01 to SG 12 by comparing, for example, sinusoidal voltage command values veu ′, vev ′, vew ′ with a triangular wave carrier. The PWM controller 69 controls switching of each switching element 41 by PWM (Pulse Width Modulation) control.

ＰＷＭ制御器６９は、生成した各制御信号ＳＧ０１〜ＳＧ１２を各スイッチング素子４１のそれぞれの制御端子に入力する。これにより、各制御信号ＳＧ０１〜ＳＧ１２に応じて各スイッチング素子４１のオン・オフが切り替えられる。各直流電圧ＶＰＯ、ＶＯＮが、直流電圧指令値Ｅｄｃに応じた電圧値に制御される。さらに、各直流電圧ＶＰＯ、ＶＯＮが、補正指令値Ｖｂ’に応じて実質的に等しくなるようにバランス制御される。 The PWM controller 69 inputs the generated control signals SG 01 to SG 12 to the control terminals of the switching elements 41. Thereby, on / off of each switching element 41 is switched according to each control signal SG 01 to SG 12 . Each DC voltage V PO , V ON is controlled to a voltage value corresponding to the DC voltage command value Edc. Furthermore, balance control is performed such that the DC voltages V PO and V ON are substantially equal according to the correction command value Vb ′.

図２は、実施形態に係る電力変換装置の動作の一例を模式的に表すフローチャートである。
図２に表したように、電力変換装置１０の制御部１４は、動作を開始すると、各電流検出器２０ｕ、２０ｖ、２０ｗ及び各電圧検出器２１、２２の各検出結果などに基づいて第１変換器１１の各スイッチング素子４１のスイッチングを制御し、各交流端子１１ｕ、１１ｖ、１１ｗから供給された交流電力を３レベルの直流電力に変換する（図２のステップＳ０１）。また、この際、制御部１４は、第２変換器１２の各スイッチング素子５１のスイッチングを制御する。これにより、制御部１４は、直流電力を交流電力に変換して交流負荷８に供給する。 FIG. 2 is a flowchart schematically illustrating an example of the operation of the power conversion device according to the embodiment.
As shown in FIG. 2, when the control unit 14 of the power conversion device 10 starts operation, the control unit 14 of the power conversion device 10 performs the first operation based on the detection results of the current detectors 20 u, 20 v, 20 w and The switching of each switching element 41 of the converter 11 is controlled to convert the AC power supplied from each of the AC terminals 11 u, 11 v, 11 w into three levels of DC power (step S01 in FIG. 2). At this time, the control unit 14 controls the switching of each switching element 51 of the second converter 12. Thus, the control unit 14 converts DC power into AC power and supplies the AC load 8 with the AC power.

制御部１４は、交流電力から直流電力への変換において、正電位端子１１ｐと負電位端子１１ｎとの間の直流電圧ＶＤＣが、所定の直流電圧指令値Ｅｄｃと等しくなるように、各スイッチング素子４１のスイッチングを制御する。 The control unit 14 controls each switching element so that the DC voltage V DC between the positive potential terminal 11 p and the negative potential terminal 11 n becomes equal to a predetermined DC voltage command value Edc in the conversion from AC power to DC power. Control 41 switching.

制御部１４は、例えば、直流電圧指令値Ｅｄｃと各直流電圧ＶＰＯ、ＶＯＮの各電圧値とを基に、有効電流指令値Ｉｑを算出し、有効電流指令値Ｉｑと各交流電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの各電流値とを基に、電圧指令値ｖｅｕ、ｖｅｖ、ｖｅｗを算出し、各電圧指令値ｖｅｕ、ｖｅｖ、ｖｅｗに基づいて各スイッチング素子４１のスイッチングを制御する。これにより、直流電圧ＶＤＣが直流電圧指令値Ｅｄｃと等しくなるように、各スイッチング素子４１のスイッチングを制御することができる。 The control unit 14 calculates an effective current command value Iq based on, for example, the DC voltage command value Edc and each voltage value of the DC voltages V PO and V ON , and the active current command value I q and each AC current iu, The voltage command values veu, vev, vew are calculated based on the current values of iv and iw, and the switching of each switching element 41 is controlled based on the voltage command values veu, vev and vew. Thereby, the switching of each switching element 41 can be controlled so that the DC voltage V DC becomes equal to the DC voltage command value Edc.

また、制御部１４は、交流電力から直流電力への変換において、直流電圧ＶＰＯと直流電圧ＶＯＮとが互いに等しくなるように、各スイッチング素子４１のスイッチングを制御する。 Further, the control unit 14 controls the switching of each switching element 41 so that the DC voltage V PO and the DC voltage V ON become equal to each other in the conversion from AC power to DC power.

制御部１４は、例えば、電圧差Ｖｄに応じた補正指令値Ｖｂ’を算出し、この補正指令値Ｖｂ’を加えることによって、各電圧指令値ｖｅｕ、ｖｅｖ、ｖｅｗを補正する。これにより、直流電圧ＶＰＯと直流電圧ＶＯＮとが互いに等しくなるように、各スイッチング素子４１のスイッチングを制御することができる。 For example, the control unit 14 calculates a correction command value Vb ′ according to the voltage difference Vd, and corrects each of the voltage command values veu, vev, vew by adding the correction command value Vb ′. Thereby, switching of each switching element 41 can be controlled so that the DC voltage V PO and the DC voltage V ON become equal to each other.

制御部１４は、交流電力から直流電力への変換を開始した後、各電圧検出器２１、２２から各直流電圧ＶＰＯ、ＶＯＮの各電圧値を取得する（図２のステップＳ０２）。そして、制御部１４は、各直流電圧ＶＰＯ、ＶＯＮの電圧差Ｖｄの絶対値が所定値以上か否かを判定する（図２のステップＳ０３）。 After starting the conversion from AC power to DC power, the control unit 14 acquires voltage values of the DC voltages V PO and V ON from the voltage detectors 21 and 22 (step S02 in FIG. 2). Then, the control unit 14 determines whether or not the absolute value of the voltage difference Vd between the DC voltages V PO and V ON is equal to or greater than a predetermined value (step S03 in FIG. 2).

制御部１４は、電圧差Ｖｄの絶対値が所定値未満であると判定した場合には、第１直流電圧指令値を用いて交流電力から直流電力への変換を行う（図２のステップＳ０４）。一方、制御部１４は、電圧差Ｖｄの絶対値が所定値以上であると判定した場合には、第１直流電圧指令値と第２直流電圧指令値とを交互に切り替えて、交流電力から直流電力への変換を行う（図２のステップＳ０５）。すなわち、制御部１４は、電圧差Ｖｄの絶対値が所定値以上であると判定した場合には、直流電圧指令値Ｅｄｃを変動させる。   When it is determined that the absolute value of voltage difference Vd is less than the predetermined value, control unit 14 converts AC power to DC power using the first DC voltage command value (step S04 in FIG. 2). . On the other hand, when the control unit 14 determines that the absolute value of the voltage difference Vd is equal to or greater than the predetermined value, the control unit 14 alternately switches between the first DC voltage command value and the second DC voltage command value to convert AC power to DC Conversion to power is performed (step S05 in FIG. 2). That is, control unit 14 fluctuates DC voltage command value Edc when it is determined that the absolute value of voltage difference Vd is equal to or greater than a predetermined value.

制御部１４は、電圧差Ｖｄの絶対値が所定値未満である場合には、例えば、発振器６１から切替器６２に「０」を出力し、切替器６２から直流電圧制御器６３に所定の直流電圧指令値Ｅｄｃの１．０ｐｕを第１直流電圧指令値として入力する。これにより、直流電圧指令値Ｅｄｃを用いて交流電力から直流電力への変換が行われる。   When the absolute value of the voltage difference Vd is less than a predetermined value, for example, the control unit 14 outputs “0” from the oscillator 61 to the switch 62, and the switch 62 outputs a predetermined direct current to the DC voltage controller 63. 1.0 pu of the voltage command value Edc is input as a first DC voltage command value. Thereby, conversion from AC power to DC power is performed using the DC voltage command value Edc.

制御部１４は、電圧差Ｖｄの絶対値が所定値以上である場合には、例えば、発振器６１から切替器６２に「０」と「１」とを所定の周期で交互に繰り返すパルス信号を出力する。切替器６２は、発振器６１から「０」が入力された場合には、直流電圧指令値Ｅｄｃの１．０ｐｕを第１直流電圧指令値として直流電圧制御器６３に入力し、発振器６１から「１」が入力された場合には、直流電圧指令値Ｅｄｃの０．９ｐｕを第２直流電圧指令値として直流電圧制御器６３に入力する。これにより、電圧差Ｖｄの絶対値が所定値以上である場合に、第１直流電圧指令値と第２直流電圧指令値とを交互に切り替えて、交流電力から直流電力への変換を行うことができる。   When the absolute value of the voltage difference Vd is equal to or greater than a predetermined value, the control unit 14 outputs, for example, a pulse signal from the oscillator 61 to the switch 62 alternately repeating “0” and “1” in a predetermined cycle. Do. When "0" is input from the oscillator 61, the switching device 62 inputs 1.0 pu of the DC voltage command value Edc as a first DC voltage command value to the DC voltage controller 63, and Is input, the DC voltage command value Edc of 0.9 pu is input to the DC voltage controller 63 as a second DC voltage command value. Thereby, when the absolute value of the voltage difference Vd is equal to or more than the predetermined value, the alternating current power is converted to the direct current power by alternately switching the first direct current voltage command value and the second direct current voltage command value. it can.

このように、本実施形態に係る電力変換装置１０では、電圧差Ｖｄの絶対値が所定値以上である場合に、直流電圧指令値Ｅｄｃを変動させる。これにより、有効電流成分の交流電流を第１変換器１１の各交流端子１１ｕ、１１ｖ、１１ｗに流すことができる。   As described above, in the power conversion device 10 according to the present embodiment, when the absolute value of the voltage difference Vd is equal to or more than a predetermined value, the DC voltage command value Edc is varied. Thereby, the alternating current of an effective current component can be sent through each alternating current terminal 11u of the 1st converter 11, 11v, and 11w.

各直流電圧ＶＰＯ、ＶＯＮのバランス制御を行うためには、例えば、各交流端子１１ｕ、１１ｖ、１１ｗに交流電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの定格電流の１０％程度の電流を流す必要がある。このため、例えば、負荷が軽くなった場合など、各交流端子１１ｕ、１１ｖ、１１ｗに流れる電流が小さくなった場合に、バランス制御の効果が低くなり、電圧差Ｖｄが大きくなってしまう傾向にある。 In order to perform balance control of the DC voltages V PO and V ON , for example, it is necessary to flow about 10% of the rated current of the AC currents iu, iv, iw to the AC terminals 11 u, 11 v, 11 w. For this reason, for example, when the current flowing to each of the AC terminals 11u, 11v, 11w becomes smaller, for example, when the load becomes lighter, the effect of the balance control becomes lower and the voltage difference Vd tends to become larger. .

電圧差Ｖｄが大きくなった場合に、各交流端子１１ｕ、１１ｖ、１１ｗに無効電流を流すことによって、バランス制御の効果を高めることも考えられる。しかしながら、交流電源２側に無効電流を流してしまうと、交流電源２の交流電圧が変動してしまう可能性がある。例えば、交流電源２が電力系統である場合に、系統電圧の変動を招いてしまう。   It is also conceivable to enhance the effect of balance control by supplying a reactive current to each of the AC terminals 11 u, 11 v, 11 w when the voltage difference V d becomes large. However, when a reactive current flows to the AC power supply 2 side, there is a possibility that the AC voltage of the AC power supply 2 may fluctuate. For example, when the AC power supply 2 is a power system, fluctuation of the system voltage is caused.

これに対して、本実施形態に係る電力変換装置１０では、上述のように、電圧差Ｖｄの絶対値が所定値以上である場合に、直流電圧指令値Ｅｄｃを変動させることにより、有効電流成分の交流電流を各交流端子１１ｕ、１１ｖ、１１ｗに流す。これにより、バランス制御の効果を高め、電圧差Ｖｄを抑えることができるとともに、無効電流を流す場合に比べて、交流電源２側の電圧の変動を抑えることもできる。このように、電力変換装置１０では、各直流電圧のバランス制御を行う際の交流側の電圧変動を抑制し、信頼性を向上させることができる。   On the other hand, in the power conversion device 10 according to the present embodiment, as described above, when the absolute value of the voltage difference Vd is equal to or more than the predetermined value, the active current component is changed by changing the DC voltage command value Edc. Of alternating current is passed through each of the alternating current terminals 11 u, 11 v, 11 w. As a result, the effect of balance control can be enhanced and the voltage difference Vd can be suppressed, and fluctuation of the voltage on the side of the AC power supply 2 can also be suppressed as compared to the case where the reactive current flows. As described above, in the power conversion device 10, it is possible to suppress voltage fluctuation on the AC side when performing balance control of each DC voltage, and to improve the reliability.

制御部１４は、電圧差Ｖｄの絶対値が所定値以上になって直流電圧指令値Ｅｄｃを変動させた後、電圧差Ｖｄの絶対値が所定値未満になった場合に、直流電圧指令値Ｅｄｃの変動を停止させる。この場合、電圧差Ｖｄの絶対値の判定にヒステリシスを持たせてもよい。例えば、制御部１４は、電圧差Ｖｄの絶対値が第１所定値以上になって直流電圧指令値Ｅｄｃを変動させた後、電圧差Ｖｄの絶対値が第２所定値未満になった場合に、直流電圧指令値Ｅｄｃの変動を停止させる。第２所定値は、第１所定値よりも小さくする。これにより、変動させる動作と、変動を停止させる動作と、を繰り返してしまうことを抑制することができる。   When the absolute value of voltage difference Vd becomes less than the predetermined value after the absolute value of voltage difference Vd becomes equal to or greater than the predetermined value and the DC voltage command value Edc is varied, control unit 14 determines DC voltage command value Edc. Stop the fluctuation of In this case, the determination of the absolute value of the voltage difference Vd may have hysteresis. For example, when the absolute value of the voltage difference Vd becomes less than the second predetermined value after the absolute value of the voltage difference Vd becomes equal to or greater than the first predetermined value and the DC voltage command value Edc is varied. , Stop the fluctuation of the DC voltage command value Edc. The second predetermined value is smaller than the first predetermined value. As a result, it is possible to suppress repetition of the operation of changing and the operation of stopping the change.

上記実施形態では、電圧差Ｖｄの絶対値が所定値以上である場合に、第１直流電圧指令値と第２直流電圧指令値とを交互に切り替えて、直流電圧指令値Ｅｄｃを変動させる。直流電圧指令値Ｅｄｃの変動は、これに限ることなく、例えば、周期的に３つ以上の値に変動させてもよい。例えば、電圧差Ｖｄの大きさに応じて、指令値を変化させてもよい。   In the above embodiment, when the absolute value of the voltage difference Vd is equal to or more than the predetermined value, the first DC voltage command value and the second DC voltage command value are alternately switched to change the DC voltage command value Edc. The variation of the DC voltage command value Edc is not limited to this, and may be periodically varied to, for example, three or more values. For example, the command value may be changed according to the magnitude of the voltage difference Vd.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   While certain embodiments of the present invention have been described, these embodiments have been presented by way of example only, and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and the gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.

２…交流電源、 ４ｕ、４ｖ、４ｗ…連系リアクトル、 ６ｕ、６ｖ、６ｗ…遮断器、 ８…交流負荷、 １０…電力変換装置、 １１…第１変換器、 １１ｃ、１１ｐ、１１ｎ…直流端子、 １１ｕ、１１ｖ、１１ｗ…交流端子、 １２…第２変換器、 １４…制御部、 １６、１８…直流コンデンサ、 ２０ｕ、２０ｖ、２０ｗ…電流検出器、 ２１、２２…電圧検出器、 ４１…スイッチング素子、 ４２、４３…整流素子、 ５１…スイッチング素子、 ５２、５３…整流素子、 ６０…直流電圧差検出器、 ６１…発振器、 ６２…切替器、 ６３…直流電圧制御器、 ６４…電流制御器、 ６５…直流バランス制御器、 ６６…符号検出器、 ６７…乗算器、 ６８…加算器、 ６９…ＰＷＭ制御器   2 ... AC power supply, 4u, 4v, 4w ... Interconnected reactor, 6u, 6v, 6w ... Circuit breaker, 8 ... AC load, 10 ... Power converter, 11 ... First converter, 11c, 11p, 11n ... DC terminal 11u 11v 11w AC terminal 12 second converter 14 control unit 16, 18 DC capacitor 20u 20v 20w current detector 21 22 voltage detector 41 switching Element 42, 43: Rectifying element 51: Switching element 52, 53: Rectifying element 60: DC voltage difference detector 61: Oscillator 62: Switcher 63: DC voltage controller 64: Current controller , 65: DC balance controller, 66: sign detector, 67: multiplier, 68: adder, 69: PWM controller

Claims (4)

正電位端子、負電位端子、及び中性点端子の３つの直流端子と、複数の交流端子と、複数のスイッチング素子と、を有し、前記複数のスイッチング素子のスイッチングにより、前記複数の交流端子から供給された交流電力を、正電位、負電位、及び中性点電位の３レベルを有する直流電力に変換する中性点クランプ型の変換器と、
前記正電位端子と前記中性点端子との間の第１直流電圧を検出する第１電圧検出器と、
前記負電位端子と前記中性点端子との間の第２直流電圧を検出する第２電圧検出器と、
前記第１電圧検出器の検出結果及び前記第２電圧検出器の検出結果を基に、前記直流電力の直流電圧が所定の直流電圧指令値と等しくなり、かつ、前記第１直流電圧と前記第２直流電圧とが互いに等しくなるように、前記複数のスイッチング素子のスイッチングを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記第１直流電圧と前記第２直流電圧との電圧差の絶対値が所定値以上である場合に、前記直流電圧指令値を変動させる電力変換装置。 It has three DC terminals of a positive potential terminal, a negative potential terminal, and a neutral point terminal, a plurality of AC terminals, and a plurality of switching elements, and the plurality of AC terminals are switched by switching the plurality of switching elements. A neutral point clamp type converter which converts alternating current power supplied from the circuit into direct current power having three levels of positive potential, negative potential, and neutral point potential;
A first voltage detector that detects a first DC voltage between the positive potential terminal and the neutral point terminal;
A second voltage detector that detects a second DC voltage between the negative potential terminal and the neutral point terminal;
The DC voltage of the DC power becomes equal to a predetermined DC voltage command value based on the detection result of the first voltage detector and the detection result of the second voltage detector, and the first DC voltage and the first DC voltage command value A control unit that controls the switching of the plurality of switching elements such that the two DC voltages become equal to each other;
Equipped with
The power conversion device which fluctuates the direct current voltage command value when the absolute value of the voltage difference between the first direct current voltage and the second direct current voltage is equal to or more than a predetermined value. 前記制御部は、
第１直流電圧指令値と、前記第１直流電圧指令値と異なる第２直流電圧指令値と、を有し、
前記電圧差の絶対値が前記所定値未満である場合には、前記第１直流電圧指令値を用い、
前記電圧差の絶対値が前記所定値以上である場合には、前記第１直流電圧指令値と前記第２直流電圧指令値とを交互に切り替える請求項１記載の電力変換装置。 The control unit
A first DC voltage command value and a second DC voltage command value different from the first DC voltage command value;
When the absolute value of the voltage difference is less than the predetermined value, the first DC voltage command value is used,
The power converter according to claim 1, wherein when the absolute value of the voltage difference is equal to or more than the predetermined value, the first DC voltage command value and the second DC voltage command value are alternately switched. 前記第２直流電圧指令値は、前記第１直流電圧指令値よりも小さい請求項２記載の電力変換装置。   The power converter according to claim 2, wherein the second DC voltage command value is smaller than the first DC voltage command value. 正電位端子、負電位端子、及び中性点端子の３つの直流端子と、複数の交流端子と、複数のスイッチング素子と、を有し、前記複数のスイッチング素子のスイッチングにより、前記複数の交流端子から供給された交流電力を、正電位、負電位、及び中性点電位の３レベルを有する直流電力に変換する中性点クランプ型の変換器と、
前記正電位端子と前記中性点端子との間の第１直流電圧を検出する第１電圧検出器と、
前記負電位端子と前記中性点端子との間の第２直流電圧を検出する第２電圧検出器と、
を備えた電力変換装置の制御方法であって、
前記第１電圧検出器の検出結果及び前記第２電圧検出器の検出結果を基に、前記直流電力の直流電圧が所定の直流電圧指令値と等しくなり、かつ、前記第１直流電圧と前記第２直流電圧とが互いに等しくなるように、前記複数のスイッチング素子のスイッチングを制御し、前記交流電力を前記直流電力に変換する工程と、
前記第１直流電圧と前記第２直流電圧との電圧差の絶対値が所定値以上である場合に、前記直流電圧指令値を変動させる工程と、
を有する電力変換装置の制御方法。 It has three DC terminals of a positive potential terminal, a negative potential terminal, and a neutral point terminal, a plurality of AC terminals, and a plurality of switching elements, and the plurality of AC terminals are switched by switching the plurality of switching elements. A neutral point clamp type converter which converts alternating current power supplied from the circuit into direct current power having three levels of positive potential, negative potential, and neutral point potential;
A first voltage detector that detects a first DC voltage between the positive potential terminal and the neutral point terminal;
A second voltage detector that detects a second DC voltage between the negative potential terminal and the neutral point terminal;
And a control method of a power converter including:
The DC voltage of the DC power becomes equal to a predetermined DC voltage command value based on the detection result of the first voltage detector and the detection result of the second voltage detector, and the first DC voltage and the first DC voltage command value Controlling switching of the plurality of switching elements so that two DC voltages become equal to each other, and converting the AC power into the DC power;
Varying the DC voltage command value when an absolute value of a voltage difference between the first DC voltage and the second DC voltage is equal to or greater than a predetermined value;
And controlling the power converter.
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