JPH06261550A - Power converter - Google Patents

Power converter

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JPH06261550A
JPH06261550A JP5046257A JP4625793A JPH06261550A JP H06261550 A JPH06261550 A JP H06261550A JP 5046257 A JP5046257 A JP 5046257A JP 4625793 A JP4625793 A JP 4625793A JP H06261550 A JPH06261550 A JP H06261550A
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JP
Japan
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converter
current
voltage
inverter
output
Prior art date
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JP5046257A
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Japanese (ja)
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Satoshi Inarida
聡 稲荷田
Satoru Ito
知 伊東
Kiyoshi Nakada
仲田  清
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To obtain stable inverter output voltage and current comprising a means of leading out inverter output current and a means of adjusting output current so that input power corresponding to this output current can be obtained. CONSTITUTION:A control circuit 8 consisting of a mean value operating means 81, a modulation factor and phase operating means 82, and a gate pulse generating means 83 on-off controls control switching devices of converters 3a,3b in a predetermined order via a gate signal processing circuit 9 by the output. Even when there is unbalance between DC output currents 1i1, 1i2 of smoothing capacitors Cd and Cd2 for some reason in circuit action, DC voltages Ed1 and Ed2 can be kept at set values by operating input power. As a result, output currents of smoothing capacitors connected in series at the input stage of the invertor are different, current is controlled to adjust every smoothing capacitor, so that stable voltage can be supplied to a multilevel inverter.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は電力変換器に係り、特
に、複数のコンバータと、その直流出力電圧を入力し
て、可変電圧・可変周波数の交流に変換する多レベルイ
ンバータを備えた交流−交流電力変換に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power converter, and more particularly, to an AC-current converter having a plurality of converters and a multi-level inverter for inputting the DC output voltage of the converters and converting the voltage into a variable-voltage / variable-frequency AC. Regarding AC power conversion.

【0002】[0002]

【従来の技術】交流入力からMレベルインバータを駆動
する場合、Mレベルコンバータによる給電が考えられて
いる。例えば、平成4年電気学会産業応用部門全国大会
予稿集第570頁から第571頁記載の3レベルコンバ
ータ+3レベルインバータシステムが挙げられる。
2. Description of the Related Art When driving an M level inverter from an AC input, power supply by an M level converter is considered. For example, there is a three-level converter + three-level inverter system described on pages 570 to 571 of the Proceedings of the 1992 National Conference of Industrial Applications of the Institute of Electrical Engineers of Japan.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】従来の多レベルコンバ
ータ・インバータシステムでは、多レベルコンバータ
と、このコンバータの直流出力を、直列接続された平滑
コンデンサ群を経て、前記コンバータと同数の出力レベ
ルを持つ多レベルインバータに給電する回路構成が用い
られてきた。このような回路構成では、コンバータ及び
インバータを構成している素子のばらつきや、インバー
タの動作に偏りがあると、このインバータの電圧源とな
っている平滑コンデンサ群を構成するコンデンサの入力
電流と出力電流の差の平均値が零にならない。このため
コンデンサが充電、もしくは放電され続け、コンデンサ
の電圧が変動してしまう。この結果、各コンデンサ間の
電圧にばらつきが生じ、多レベルインバータの出力電圧
が不安定になる。
In the conventional multi-level converter / inverter system, the multi-level converter and the DC output of this converter have the same number of output levels as those of the converter through the smoothing capacitor group connected in series. Circuit configurations have been used to power multi-level inverters. In such a circuit configuration, if there are variations in the elements that make up the converter and the inverter, or if there is a bias in the operation of the inverter, the input current and output of the capacitors that make up the smoothing capacitor group that is the voltage source of this inverter The average value of the current difference does not become zero. Therefore, the capacitor is continuously charged or discharged, and the voltage of the capacitor fluctuates. As a result, the voltage between the capacitors varies, and the output voltage of the multilevel inverter becomes unstable.

【0004】本発明の目的は、多レベルインバータの電
圧源となる平滑コンデンサ群の各コンデンサの電圧を一
定に保ち、安定したインバータ出力電圧及び電流を得る
ことにある。
An object of the present invention is to keep the voltage of each capacitor of the smoothing capacitor group, which is the voltage source of the multilevel inverter, constant and obtain a stable inverter output voltage and current.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明では、交流を直流
に変換する(M−1)台の2レベルコンバータと、これ
らのコンバータの直流出力を、直列接続した(M−1)
台の平滑コンデンサからなる平滑コンデンサ群の各々の
コンデンサに接続し、この平滑コンデンサ群によって給
電されるMレベルインバータと、前記インバータの出力
電流を導出する手段と、この出力電流に応じた入力電力
を得られるように前記コンバータの出力電流を調節する
手段を備える。例えば、多レベルインバータの出力電力
の不平衡による平滑コンデンサ群の個々の平滑コンデン
サ電圧の変動を抑制するため、インバータ出力電流と前
記インバータのスイッチング状態によって決定するイン
バータ入力電流とつりあうように、2レベルコンバータ
の出力電流を制御する。
In the present invention, (M-1) two-level converters for converting AC to DC and DC outputs of these converters are connected in series (M-1).
Connected to each capacitor of a smoothing capacitor group consisting of a plurality of smoothing capacitors, an M level inverter fed by this smoothing capacitor group, a means for deriving an output current of the inverter, and an input power corresponding to the output current. Means are provided for adjusting the output current of the converter as obtained. For example, in order to suppress fluctuations in the individual smoothing capacitor voltages of the smoothing capacitor group due to the imbalance of the output power of the multilevel inverter, two levels are set so as to be balanced with the inverter output current and the inverter input current determined by the switching state of the inverter. Controls the output current of the converter.

【0006】[0006]

【作用】これにより各コンデンサの入出力電流の平衡が
保たれ、コンデンサ電圧が一定となり、多レベルインバ
ータに安定した電圧を供給できる。
As a result, the input / output currents of the capacitors are balanced, the capacitor voltage becomes constant, and a stable voltage can be supplied to the multilevel inverter.

【0007】[0007]

【実施例】図1は本発明の一実施例の回路図である。コ
ンバータ・インバータシステムによる誘導電動機の制御
装置の回路であって、1は交流電源、2は変圧器、3
a,3bは、交流を直流に変換する2レベルPWMコン
バータ、4は、直流電圧を平滑するためのフィルタコン
デンサ4a,4bによって構成される平滑コンデンサ
群、5は3レベルインバータ装置、6はインバータ5に
より駆動される誘導電動機である。7a,7bは電流検
出手段、8は平均値演算手段81,変調率及び位相演算
手段82,ゲートパルス発生手段83によって構成され
る制御回路で、制御回路8の出力により、ゲート信号処
理回路9を介して、所定の順序でコンバータ3a,3b
の制御スイッチング素子のオン・オフ制御を行う。
FIG. 1 is a circuit diagram of an embodiment of the present invention. A circuit of a control device for an induction motor by a converter / inverter system, 1 is an AC power supply, 2 is a transformer, 3
a and 3b are 2-level PWM converters that convert AC into DC, 4 is a smoothing capacitor group formed by filter capacitors 4a and 4b for smoothing DC voltage, 5 is a 3-level inverter device, and 6 is an inverter 5 It is an induction motor driven by. Reference numerals 7a and 7b are current detection means, 8 is a control circuit composed of an average value calculation means 81, a modulation factor and phase calculation means 82, and a gate pulse generation means 83. The output of the control circuit 8 causes the gate signal processing circuit 9 to Through the converters 3a and 3b in a predetermined order.
Control ON / OFF of the switching element is controlled.

【0008】図2は、図1に示されている二組のコンバ
ータ回路のうちのコンバータ一組分の等価回路であり、
21は変圧器2の二次電圧、22は変圧器2の等価リア
クトル、3は2レベルコンバータ、4′は直流平滑コン
デンサ、10は、インバータ出力電流と等価な電流源I
i を示している。
FIG. 2 is an equivalent circuit of one converter set of the two converter circuits shown in FIG.
21 is a secondary voltage of the transformer 2, 22 is an equivalent reactor of the transformer 2, 3 is a two-level converter, 4'is a DC smoothing capacitor, 10 is a current source I equivalent to the inverter output current.
i is shown.

【0009】図3は入力電流の力率を1.0 とした時の
コンバータ入力電圧と電流の関係を表すベクトル図であ
る。二次電圧ES に対してコンバータ入力電圧EC を図
示のように設定すると、両者の差がリアクトル22に印
加されるリアクトル電圧Eとなる。ここで、入力電流
とリアクトル電圧EL とは直交関係にあるので、
入力電流IS は図示のようになる。したがって、入力交
流電圧の虚軸成分ECi(二次電圧ES と直交する成分)
を操作することにより、入力電流IS の有効成分(二次
電圧ES と同相成分)が制御され、入力交流電圧ES
実軸成分ECrを操作することでコンバータ入力電流IS
の位相(基本波力率)が制御される。そして、直流側に
は、入力電流IS を整流した直流電流Ic が出力され
る。これとインバータ入力電流Ii との差電流Id がコ
ンデンサに流れ込む。この電流によって平滑コンデンサ
4の端子電圧が決定される。
FIG. 3 is a vector diagram showing the relationship between the converter input voltage and the current when the power factor of the input current is 1.0. When the converter input voltage E C is set as shown with respect to the secondary voltage E S , the difference between the two becomes the reactor voltage E L applied to the reactor 22. Here, since the input current I S and the reactor voltage E L have an orthogonal relationship,
The input current I S is as shown. Therefore, the imaginary axis component E Ci of the input AC voltage (component orthogonal to the secondary voltage E S )
By operating the input current I S active ingredient (secondary voltage E S-phase component) is controlled in converter input current by operating the real axis component E Cr of the input AC voltage E S I S
The phase (fundamental wave power factor) of is controlled. Then, a DC current I c obtained by rectifying the input current I S is output to the DC side. A difference current I d between this and the inverter input current I i flows into the capacitor. The terminal voltage of the smoothing capacitor 4 is determined by this current.

【0010】コンデンサ電圧Ed を一定にするために、
コンバータの変調率Kと、コンバータ入力端電圧EC
二次電圧ES との位相差θを以下の様にして決定する。
In order to keep the capacitor voltage E d constant,
The modulation factor K of the converter and the phase difference θ between the converter input end voltage E C and the secondary voltage E S are determined as follows.

【0011】図3におけるコンバータの入力及び出力電
力の関係は数1で表される。
The relationship between the input and output power of the converter in FIG.

【0012】[0012]

【数1】 Es・Is=Ed・Ic …(数1) 入力電流IS の基本波力率は入力交流電圧の虚軸成分E
Ciを操作し、位相が0゜(力率1.0 )となるように動
作させるものとすると、変調率Kと位相角θの関係は次
式のようになる。
[Equation 1] E s · I s = E d · I c (Equation 1) The fundamental wave power factor of the input current I S is the imaginary axis component E of the input AC voltage.
Assuming that Ci is operated so that the phase becomes 0 ° (power factor 1.0), the relationship between the modulation factor K and the phase angle θ is as follows.

【0013】[0013]

【数2】 [Equation 2]

【0014】[0014]

【数3】 [Equation 3]

【0015】Ed が一定、つまりId が零であるとすれ
ば、数4が成り立つ。
If E d is constant, that is, I d is zero, then the following equation 4 holds.

【0016】[0016]

【数4】 Ii=IC …(数4) 電力関係式である数1及び入出力電流の関係式を数2及
び数3に代入すると変調率Kと位相角θの関係式は数5
及び数6の様に変形される。
## EQU00004 ## I i = I C (Equation 4) Substituting the equation (1) which is the power relational equation and the relational equation of the input / output current into the equations (2) and (3), the relational expression between the modulation factor K and the phase angle θ becomes the equation (5).
And are modified as shown in Equation 6.

【0017】[0017]

【数5】 [Equation 5]

【0018】[0018]

【数6】 [Equation 6]

【0019】これらの式によって得られる変調率をK,
位相角をθとしてコンバータを制御することによりコン
デンサ電流Id が零、つまり、Ed が一定となる。
The modulation factor obtained by these equations is K,
By controlling the converter with the phase angle of θ, the capacitor current I d becomes zero, that is, E d becomes constant.

【0020】また、インバータの出力電流が負となる電
力回生時にも同様に制御が可能である。
Further, the same control can be performed during power regeneration when the output current of the inverter becomes negative.

【0021】このような制御を、図1のコンバータ3a
および3bについて個別に行うことにより、回路動作上
の何らかの原因により平滑コンデンサCd1とCd2のそれ
ぞれの電流出力電流Ii1,Ii2に不平衡が在っても、コ
ンデンサCd1,Cd2の入力電力を操作することによっ
て、直流電圧Ed1とEd2を設定値に保つことができ、安
定した電圧を多レベルインバータに供給することができ
る。
Such control is performed by the converter 3a shown in FIG.
By performing separately for and 3b, the respective current output current I i1, I i2 smooth some reason the circuit operation capacitor C d1 and C d2 be imbalance there, the capacitor C d1, C d2 By manipulating the input power, the DC voltages E d1 and E d2 can be maintained at set values, and a stable voltage can be supplied to the multilevel inverter.

【0022】以上、本発明を2レベル二コンバータと3
レベル一インバータの場合についての実施例について説
明したが、本発明はこの他のコンバータ、多レベルイン
バータの組み合わせ、一般には、2レベル(X−1)コ
ンバータとXレベルインバータ(Xは3以上の整数)に
も適用でき、制御回路についても、図4に示すように、
コンデンサ電圧Ed を検出し、目標値Ed*との偏差を取
り、偏差をなくすためのコンバータ制御によってもコン
デンサ電圧を一定に保つことができる。
As described above, the present invention includes a 2-level 2-converter and a 3-level converter.
Although the embodiment of the case of the level-one inverter has been described, the present invention is a combination of other converters and multi-level inverters, and generally, a two-level (X-1) converter and an X-level inverter (X is an integer of 3 or more). ) Is also applicable to the control circuit, as shown in FIG.
The capacitor voltage can be kept constant by detecting the capacitor voltage E d , taking the deviation from the target value E d *, and controlling the converter to eliminate the deviation.

【0023】[0023]

【発明の効果】本発明によれば、多レベルインバータの
動作に偏りがあり、このインバータの入力段に直列に接
続された平滑コンデンサの出力電流が各々異なっても、
各コンバータを独立に操作し、各平滑コンデンサの電流
を制御することにより、各平滑コンデンサ電圧の調整を
行い、多レベルインバータに安定した電圧を供給する事
ができる。
According to the present invention, even if the operation of the multi-level inverter is biased and the output currents of the smoothing capacitors connected in series to the input stage of this inverter are different,
By operating each converter independently and controlling the current of each smoothing capacitor, each smoothing capacitor voltage can be adjusted and a stable voltage can be supplied to a multilevel inverter.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例を示す回路図。FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention.

【図2】図1のコンバータ部の等価回路図。FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of the converter unit shown in FIG.

【図3】コンバータの入出力電圧及び電流の関係を示す
ベクトル図。
FIG. 3 is a vector diagram showing the relationship between input / output voltage and current of the converter.

【図4】本発明の他の実施例を示す回路図。FIG. 4 is a circuit diagram showing another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…交流電源、2…変圧器、3…PWMコンバータ回
路、4…平滑コンデンサ、5…3レベルPWMインバー
タ、6…誘導電動機、7…電流検出器、8…制御回路、
9…ゲート信号処理回路、10…インバータ出力等価電
流。
1 ... AC power supply, 2 ... Transformer, 3 ... PWM converter circuit, 4 ... Smoothing capacitor, 5 ... 3-level PWM inverter, 6 ... Induction motor, 7 ... Current detector, 8 ... Control circuit,
9 ... Gate signal processing circuit, 10 ... Inverter output equivalent current.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H02M 7/17 9180−5H ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Office reference number FI technical display location H02M 7/17 9180-5H

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】交流を直流に変換する順変換器と、平滑コ
ンデンサ群と、直流を交流に変換する逆変換器とを含む
電力変換器において、前記逆変換器はMレベルインバー
タ(Mは3以上の整数)であり、前記平滑コンデンサ群
は(M−1)台の直列接続されたコンデンサからなり、
前記順変換器は(M−1)台の直列接続された2レベル
コンバータにより構成されることを特徴とする電力変換
装置。
1. A power converter including a forward converter for converting AC to DC, a smoothing capacitor group, and an inverse converter for converting DC to AC, wherein the inverse converter is an M level inverter (M is 3). The integer above), and the smoothing capacitor group is composed of (M-1) capacitors connected in series,
The power converter, wherein the forward converter is composed of (M-1) two-level converters connected in series.
【請求項2】交流を直流に変換する順変換器と、平滑コ
ンデンサ群と、直流を交流に変換する逆変換器とを含む
電力変換器において、前記逆変換器はMレベルインバー
タ(Mは3以上の整数)であり、前記平滑コンデンサ群
は(M−1)台の直列接続されたコンデンサからなり、
前記順変換器は(M−1)台の直列接続された2レベル
コンバータにより構成され、前記各コンデンサの端子間
電圧を一定に保つように前記各2レベルコンバータを制
御することを特徴とする電力変換装置。
2. A power converter including a forward converter for converting AC to DC, a smoothing capacitor group, and an inverse converter for converting DC to AC, wherein the inverse converter is an M level inverter (M is 3). The integer above), and the smoothing capacitor group is composed of (M-1) capacitors connected in series,
The forward converter is composed of (M-1) two-level converters connected in series, and controls each of the two-level converters so as to keep the voltage across the terminals of the capacitors constant. Converter.
【請求項3】交流を直流に変換する順変換器と、平滑コ
ンデンサ群と、直流を交流に変換する逆変換器とを含む
電力変換器において、前記逆変換器はMレベルインバー
タ(Mは3以上の整数)であり、前記平滑コンデンサ群
は(M−1)台の直列接続されたコンデンサからなり、
前記順変換器は(M−1)台の直列接続された2レベル
コンバータにより構成され、前記各コンデンサの端子間
電圧を検出する手段と、前記端子間電圧の平均値を演算
する手段と前記端子間電圧と目標とする電圧との偏差に
よってコンバータを制御する手段を備えたことを特徴と
する電力変換装置。
3. A power converter including a forward converter for converting AC to DC, a smoothing capacitor group, and an inverse converter for converting DC to AC, wherein the inverse converter is an M level inverter (M is 3). The integer above), and the smoothing capacitor group is composed of (M-1) capacitors connected in series,
The forward converter is composed of (M-1) two-level converters connected in series, means for detecting a terminal voltage of each capacitor, means for calculating an average value of the terminal voltage, and the terminal. An electric power converter comprising means for controlling a converter according to a deviation between an inter-voltage and a target voltage.
JP5046257A 1993-03-08 1993-03-08 Power converter Pending JPH06261550A (en)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997025766A1 (en) * 1996-01-10 1997-07-17 Hitachi, Ltd. Multilevel power converting apparatus
JP2006067754A (en) * 2004-08-30 2006-03-09 Hitachi Ltd Converter and power converter using same
JP2007280358A (en) * 2006-03-14 2007-10-25 Tokyo Institute Of Technology Self-excited reactive power compensation apparatus, capacitor voltage control method for self-excited reactive power compensation apparatus, power storage apparatus, and power storage apparatus control method

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