CN101960704A - 电力变换装置的状态量检测方法及电力变换装置 - Google Patents

电力变换装置的状态量检测方法及电力变换装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及利用简单的结构高精度地检测电力变换装置的状态量的状态量检测方法及电力变换装置。电流型变流器(20)具有高臂侧开关元件(Srp，Ssp，Stp)和低臂侧开关元件(Srn，Ssn，Stn)。并且，根据高臂侧开关元件(Srp，Ssp，Stp)、低臂侧开关元件(Srn，Ssn，Stn)的导通图，检测直流电源线(L1、L2)之间的电压作为输入线的线电压。

Description

电力变换装置的状态量检测方法及电力变换装置
技术领域
本发明涉及电力变换装置的状态量检测方法及电力变换装置，例如涉及在变流器和逆变器之间不具有电力储存单元的直接型电力变换装置。
背景技术
专利文献1记述了在把施加到两条直流电源线之间的直流电压转换为三相交流电压的逆变器中检测电流的技术。在直流电源线之间连接有平滑电容器。并且，在相对于平滑电容器的逆变器侧，分流电阻与直流电源线连接。并且，根据逆变器输出的电压矢量，检测在分流电阻中流过的电流，通过使用检测到的电流值的运算来求出相电流。
另外，在电力变换装置中，为了进行使输入功率因数接近1的运转，一般采用将PWM变流器与逆变器串联连接的结构。
专利文献2记述了以下技术，在PWM变流器中检测电流，该PWM变流器把从电源通过输入线输入的三相交流电压转换为直流电压，并输出到直流电源线之间。在直流电源线之间连接有平滑电容器。并且，在相对于平滑电容器的PWM变流器侧，分流电阻与直流电源线连接。并且，根据PWM变流器输出的电压矢量，检测在分流电阻中流过的电流，通过使用检测到的电流值的运算来求出输入线的相电流。
并且，在PWM变流器的控制中使用该输入线的相电流。在这种控制中，只使用三相交流电压的相位信息进行控制，所以为了监视瞬时停电、电压下降等电源异常，需要检测电源振幅。例如，检测直流电源线之间的电压。
另外，专利文献3、非专利文献1～3公开了与本发明相关联的技术。
专利文献1：日本特开平3-230767号公报
专利文献2：日本特开2002-315343号公报
专利文献3：日本特开平5-056682号公报
非专利文献1：L.wei，T.A.Lipo，“A Novel Matrix Converter Topology with Simple Commutation”，IEEE ISA 2001，vol.3，pp1749-1754，2001
非专利文献2：加藤康司、伊藤淳一、「昇圧形AC/DC/AC直接形電力変換器の波形改善」、平成19年電気学会産業応用部門大会1-31、1-279～282頁
非专利文献3：竹下隆晴、外山浩司、松井信行、「電流形三相インバ一タ·コンバ一タの三角波比較方式PWM制御」、電気学会論文誌D、vol.116、No.1、第106～107頁、1996
在将专利文献1记述的逆变器和专利文献2记述的PWM变流器串联连接的情况下，设置分别检测PWM变流器及逆变器的相电流的两个电流检测电路。并且，为了监视电源异常，公知有如专利文献3记述的通过检测平滑电容器的电压来进行检测的方法。因此，需要两个电流检测电路和一个电压检测电路，在结构的简化上存在界限。并且，关于电压检测，只是能够检测电源振幅增减的水平，在检测精度上存在问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供利用简单的结构高精度地检测电力变换装置的状态量的状态量检测方法及电力变换装置。
本发明的电力变换装置的状态量检测方法的第1方式是，电力变换装置具有：多条输入线(ACLr，ACLs，ACLt)，其被输入多相交流电压；第1和第2直流电源线(L1，L2)；以及电流型变流器(10)，其具有连接在各条所述输入线与所述第1直流电源线之间的多个高臂侧开关元件(Srp，Ssp，Stp)、和连接在各条所述输入线与所述第2直流电源线之间的多个低臂侧开关元件(Srn，Ssn，Stn)，在所述状态量检测方法中，根据所述高臂侧开关元件和所述低臂侧开关元件的瞬时的导通图(I(rs))，检测所述第1和所述第2直流电源线之间的电压(Vdc)，作为所述输入线之间的线电压(Vrs)。
本发明的电力变换装置的状态量检测方法的第2方式是，在第1方式所述的电力变换装置的状态量检测方法中，所述电力变换装置还具有：多条输出线(ACLu，ACLv，ACLw)；以及电压型逆变器(20)，其具有连接在各条所述输出线与所述第1直流电源线(L1)之间的多个第2高臂侧开关元件(Sup，Svp，Swp)、和连接在各条所述输出线与所述第2直流电源线(L2)之间的多个第2低臂侧开关元件(Sun，Svn，Swn)，所述电力变换装置是在所述第1和所述第2直流电源线上不具有电力储存单元的直接型电力变换装置，在所述状态量检测方法中，使所述电流型变流器(10)和所述电压型逆变器同步动作，根据所述第2高臂侧开关元件和所述第2低臂侧开关元件的瞬时的第2导通图(V4)，检测在所述第1和所述第2直流电源线中流过的电流(idc)，作为所述输出线的线电流(iu)。
本发明的电力变换装置的状态量检测方法的第3方式是，在第2方式所述的电力变换装置的状态量检测方法中，所述电力变换装置还具有：载波生成部(51)，其生成载波；变流器用门信号生成部(11～14)，其提供第1开关信号，该第1开关信号用于控制所述高臂侧开关元件和所述低臂侧开关元件的开关动作；以及逆变器用门信号产生部(21～25)，其提供第2开关信号，该第2开关信号用于控制所述第2高臂侧开关元件和所述第2低臂侧开关元件的开关动作，所述电流型变流器(10)根据所述第1开关信号，在所述载波的值取基准值(drt)时进行换流，所述基准值以第1值(drt)与第2值(dst)之比对所述载波的最小值到最大值之间进行内分，所述电压型逆变器(20)根据所述第2开关信号，在以所述载波取所述基准值的时间点为界而交替的第1载波周期(dst·Ts)和第2载波周期(drt·Ts)这两个载波周期的各自中，采用所述第2导通图(V0～V7)，在所述第1载波周期和所述第2载波周期中较长一方的载波周期中，根据瞬时的所述第2导通图(V4)，检测所述电流(idc)作为所述线电流(iu)。
本发明的电力变换装置的状态量检测方法的第4方式是，在第1或第2方式所述的电力变换装置的状态量检测方法中，所述电力变换装置还具有：载波生成部(51)，其生成单一三角波形状的载波；以及变流器用门信号生成部(11～14)，其提供开关信号，该开关信号用于控制所述高臂侧开关元件和所述低臂侧开关元件的开关动作，所述电流型变流器(10)根据所述开关信号，在所述载波的值取基准值(drt)时进行换流，所述基准值以第1值(drt)与第2值(dst)之比对所述载波的最小值到最大值之间进行内分，在所述载波的值取最大值和最小值时，对所述电压(Vdc)进行采样保持并检测。
本发明的电力变换装置的状态量检测方法的第5方式是，在第1或第2方式所述的电力变换装置的状态量检测方法中，所述多条所述输入线(ACLr，ACLs，ACLt)是三条所述输入线，所述电力变换装置还具有：载波生成部(51)，其生成载波；以及变流器用门信号生成部(11～14)，其提供开关信号，该开关信号用于控制所述高臂侧开关元件和所述低臂侧开关元件的开关动作，所述电流型变流器(10)根据所述开关信号，在所述载波的值取基准值(drt)时进行换流，所述基准值以第1值(drt)与第2值(dst)之比对所述载波的最小值到最大值之间进行内分，在所述载波的一个周期中，检测所述电压(Vdc)，并检测所述输入线相互之间的线电压(Vrs，Vsr，Vst，Vts，Vtr，Vrt)中的两个，根据所检测到的两个所述线电压计算剩余的一个所述线电压。
本发明的电力变换装置的状态量检测方法的第6方式是，在第3方式所述的电力变换装置的状态量检测方法中，所述多条所述输出线(ACLu，ACLv，ACLw)是三条所述输出线，在所述载波的一个周期中，检测所述电流(idc)，并检测所述输出线的线电流(iu，iv，iw，-iu，-iv，-iw)中的两个，根据所检测到的两个所述线电流计算剩余的一个线电流。
本发明的电力变换装置的状态量检测方法的第7方式是，在第1～第6方式所述的电力变换装置的状态量检测方法中，把检测到的所述线电压转换为静止坐标系的相互正交的α轴和β轴上的电压值、或者转换为旋转坐标系的相互正交的d轴和q轴上的电压值。
本发明的电力变换装置的状态量检测方法的第8方式是，在第2、3、6方式中任一方式所述的电力变换装置的状态量检测方法中，把检测到的所述线电流转换为静止坐标系的相互正交的α轴和β轴上的电流值、或者转换为旋转坐标系的相互正交的d轴和q轴上的电流值。
本发明的电力变换装置的第1方式具有：多条输入线(ACLr，ACLs，ACLt)，其被输入多相交流电压；第1和第2直流电源线(L1，L2)；电流型变流器(10)，其具有连接在各条所述输入线与所述第1直流电源线之间的多个高臂侧开关元件(Srp，Ssp，Stp)、和连接在各条所述输入线与所述第2直流电源线之间的多个低臂侧开关元件(Srn，Ssn，Stn)；以及线电压检测部(R1，31～33)，其根据所述高臂侧开关元件和所述低臂侧开关元件的瞬时的导通图(I(rs))，检测所述第1直流电源线和所述第2直流电源线之间的电压(Vdc)，作为所述输入线之间的线电压(Vrs)。
本发明的电力变换装置的第2方式是在第1方式所述的电力变换装置中，所述电力变换装置还具有：多条输出线(ACLu，ACLv，ACLw)；电压型逆变器(20)，其具有连接在各条所述输出线与所述第1直流电源线(L1)之间的多个第2高臂侧开关元件(Sup，Svp，Swp)、和连接在各条所述输出线与所述第2直流电源线(L2)之间的多个第2低臂侧开关元件(Sun，Svn，Swn)；同步调制部(11～14，21～25，51)，其使所述电流型变流器和所述电压型逆变器同步动作；以及线电流检测部(R3，41～45)，其根据所述第2高臂侧开关元件和所述第2低臂侧开关元件的第2导通图(V4)，检测在所述第1直流电源线和所述第2直流电源线中流过的电流(idc)，作为所述输出线的线电流(iu)，所述电力变换装置是在所述第1直流电源线和所述第2直流电源线上不具有电力储存单元的直接型电力变换装置。
本发明的电力变换装置的第3方式是在第2方式所述的电力变换装置中，所述同步调制部还具有：载波生成部(51)，其生成载波；变流器用门信号生成部(11～14)，其提供第1开关信号，该第1开关信号用于控制所述高臂侧开关元件和所述低臂侧开关元件的开关动作；以及逆变器用门信号产生部(21～25)，其提供第2开关信号，该第2开关信号用于控制所述第2高臂侧开关元件和所述第2低臂侧开关元件的开关动作，所述电流型变流器(10)根据所述第1开关信号，在所述载波的值取基准值(drt)时进行换流，所述基准值以第1值(drt)与第2值(dst)之比对所述载波的最小值到最大值之间进行内分，所述电压型逆变器(20)根据所述第2开关信号，在以所述载波取所述基准值的时间点为界而交替的第1载波周期(dst·Ts)和第2载波周期(drt·Ts)这两个载波周期中，采用所述第2导通图(V0～V7)，所述线电流检测部(R3，41～45)在所述第1载波周期和所述第2载波周期中较长一方的载波周期中，根据瞬时的所述第2导通图(V4)，检测所述电流(idc)作为所述线电流(iu)。
本发明的电力变换装置的第4方式是在第1或第2方式所述的电力变换装置中，所述电力变换装置还具有：载波生成部(51)，其生成单一三角波形状的载波；以及变流器用门信号生成部(11～14)，其提供开关信号，该开关信号用于控制所述高臂侧开关元件和所述低臂侧开关元件的开关动作，所述电流型变流器(10)根据所述开关信号，在所述载波的值取基准值(drt)时进行换流，所述基准值以第1值(drt)与第2值(dst)之比对所述载波的最小值到最大值之间进行内分，所述线电压检测部(31～33)在所述载波的值取最大值和最小值时，对所述电压(Vdc)进行采样保持并检测。
本发明的电力变换装置的第5方式是在第1或第2方式所述的电力变换装置中，所述多条所述输入线(ACLr，ACLs，ACLt)是三条所述输入线，所述电力变换装置还具有：载波生成部(51)，其生成载波；以及变流器用门信号生成部(11～14)，其提供开关信号，该开关信号用于控制所述高臂侧开关元件和所述低臂侧开关元件的开关动作，所述电流型变流器(10)在所述载波的值取基准值(drt)时进行换流，所述基准值以第1值(drt)与第2值(dst)之比对所述载波的最小值到最大值之间进行内分，所述线电压检测部(R1，R2，31～33)在所述载波的一个周期中，检测所述电压(Vdc)，并检测所述输入线相互之间的线电压(Vrs，Vsr，Vst，Vts，Vrt，Vtr)中的两个，根据所检测到的两个所述线电压计算剩余的一个线电压。
本发明的电力变换装置的第6方式是在第3方式所述的电力变换装置中，所述多条所述输出线(ACLu，ACLv，ACLw)是三条所述输出线，所述线电流检测部(R3，41～45)在所述载波的一个周期中，检测所述电流(idc)，并检测所述输出线的线电流(iu，iv，iw)中的两个，根据所检测到的两个线电流计算剩余的一个线电流。
本发明的电力变换装置的第7方式是在第1～第6方式中任一方式所述的电力变换装置中，所述线电压检测部(R1，R2，31～33)把所述线电压转换为静止坐标系的相互正交的α轴和β轴上的电压值、或者转换为旋转坐标系的相互正交的d轴和q轴上的电压值。
本发明的电力变换装置的第8方式是在第2、第3、第6方式中任一方式所述的电力变换装置中，所述线电流检测部(R3，41～45)把所述线电流转换为静止坐标系的相互正交的α轴和β轴上的电流值、或者转换为旋转坐标系的相互正交的d轴和q轴上的电流值。
根据本发明的电力变换装置的状态量检测方法的第1方式及电力变换装置的第1方式，在检测多条输入线的各条输入线相互之间的线电压时，只检测第1直流电源线和第2直流电源线之间的电压即可。因此，相比专利文献3记述的、检测平滑电容器的两端电压而检测直流电压来获得振幅信息的方法，能够获得高精度的振幅信息，能够检测输入电压的瞬时波形。并且，与在多条输入线的各条输入线相互之间分别直接检测电压时相比，显然能够利用简单的结构进行检测。
根据本发明的电力变换装置的状态量检测方法的第2方式及电力变换装置的第2方式，使电流型变流器和电压型逆变器同步动作，所以能够在相同的定时检测输入线的线电压和输出线的线电流。
根据本发明的电力变换装置的状态量检测方法的第3方式及电力变换装置的第3方式，在两个载波周期中较长一方的载波周期中检测电流，所以即使在一方的载波周期变短而不能进行电流检测时，也能够在另一方的载波周期中检测电流。
根据本发明的电力变换装置的状态量检测方法的第4方式及电力变换装置的第4方式，载波的值取最大值和最小值的时间点位于载波的值取基准值到再次取基准值的期间的中央。在该期间中不进行换流，所以不进行高臂侧开关元件和低臂侧开关元件的切换动作。在高臂侧开关元件和低臂侧开关元件维持预定的导通图的期间的中央，对电压进行采样保持，在该期间减小的情况下，也能够检测稳定的电压值。
根据本发明的电力变换装置的状态量检测方法的第5方式及电力变换装置的第5方式，能够掌握输入线相互之间的全部线电压。
根据本发明的电力变换装置的状态量检测方法的第6方式及电力变换装置的第6方式，能够掌握输出线的全部线电流。
根据本发明的电力变换装置的状态量检测方法的第7方式及电力变换装置的第7方式，能够获得α轴和β轴或者d轴和q轴上的电压值，能够在直接型电力变换装置的控制中使用这些电压值。
根据本发明的电力变换装置的状态量检测方法的第8方式及电力变换装置的第8方式，能够获得α轴和β轴或者d轴和q轴上的电流值，能够在直接型电力变换装置的控制中使用这些电流值。
本发明的目的、特征、方面及优点，根据以下具体说明及附图将更加明确。
附图说明
图1是示出直接型电力变换装置的概念的一个示例的结构图。
图2是示出相电压的曲线图。
图3是示出电流矢量的图。
图4是示出电流型变流器的开关动作的时序图。
图5是示出电压矢量的图。
图6是示出电压型逆变器的开关动作的时序图。
图7是示出控制直接型电力变换装置的控制部的概念的一个示例的结构图。
图8是示出梯形电压指令的图。
图9是示出在电压模式1输出的电压矢量的期间及其导通图的图。
图10是示出在电压模式2输出的电压矢量的期间及其导通图的图。
图11是示出在电压模式3输出的电压矢量的期间及其导通图的图。
图12是示出在电压模式4输出的电压矢量的期间及其导通图的图。
图13是示出在电压模式5输出的电压矢量的期间及其导通图的图。
图14是示出在电压模式6输出的电压矢量的期间及其导通图的图。
图15是示出逆变器的概念结构的图。
图16是示出二相调制电压指令的图。
图17是示出在电压模式1输出的电压矢量的期间及其导通图的图。
图18是示出在电压模式2输出的电压矢量的期间及其导通图的图。
图19是示出在电压模式3输出的电压矢量的期间及其导通图的图。
图20是示出在电压模式4输出的电压矢量的期间及其导通图的图。
图21是示出在电压模式5输出的电压矢量的期间及其导通图的图。
图22是示出在电压模式6输出的电压矢量的期间及其导通图的图。
图23是示出采样定时的时序图。
图24是示出控制直接型电力变换装置的控制部的概念的另一个示例的结构图。
具体实施方式
第1实施方式
图1示出第1实施方式的直接型电力变换装置的概念性结构的一个示例。直接型电力变换装置具有：多相交流电源E1；输入线ACLr、ACLs、ACLt；电抗器Lr、Ls、Lt；电容器Cr、Cs、Ct；电流型变流器10；直流电源线L1、L2；电阻R1、R2；分流电阻R3；电压型逆变器20；输出线ACLu、ACLv、ACLw；和多相交流电动机M1。
多相交流电源E1例如是三相交流电源，向输入线ACLr、ACLs、ACLt的相互之间输出三相交流电压。
电抗器Lr、Ls、Lt分别设在输入线ACLr、ACLs、ACLt上。
电容器Cr、Cs、Ct在输入线ACLr、ACLs、ACLt的相互之间例如按照Y型接线设置。具体地讲，电容器Cr、Cs串联连接在输入线ACLr、ACLs之间，电容器Cs、Ct串联连接在输入线ACLs、ACLt之间，电容器Ct、Cr串联连接在输入线ACLt、ACLr之间。这些电容器设于电流型变流器10的输入侧，并作为电压源发挥作用。能够理解为电容器Cr、Cs、Ct分别与电抗器Lr、Ls、Lt一起构成去除载波电流成分的载波电流成分去除滤波器。
电流型变流器10具有高臂侧开关元件Sxp(其中，x代表r、s、t，以后也相同)、低臂侧开关元件Sxn、和高速二极管Dxp、Dxn。高臂侧开关元件Sxp例如是IGBT，其连接在输入线ACLx和直流电源线L1之间。低臂侧开关元件Sxn例如是IGBT，其连接在输入线ACLx和直流电源线L2之间。高速二极管Dxp与高臂侧开关元件Sxp串联连接，并使阳极朝向输入线ACLx侧，使阴极朝向直流电源线L1侧。高速二极管Dxn与低臂侧开关元件Sxn串联连接，并使阳极朝向直流电源线L2侧，使阴极朝向输入线ACLx侧。
电压型逆变器20具有高臂侧开关元件Syp(其中，y代表u、v、w，以后也相同)、低臂侧开关元件Syn、和回流二极管Dyp、Dyn。高臂侧开关元件Syp例如是IGBT，其连接在输出线ACLy和直流电源线L1之间。低臂侧开关元件Syn例如是IGBT，其连接在输出线ACLy和直流电源线L2之间。回流二极管Dyp与高臂侧开关元件Syp并联连接，并使阳极朝向输出线ACLy侧，使阴极朝向直流电源线L1侧。回流二极管Dyn与低臂侧开关元件Syn并联连接，并使阳极朝向直流电源线L2侧，使阴极朝向输出线ACLy侧。
在下面的说明中，也把高臂侧开关元件和低臂侧开关元件简称为开关元件。
电阻R1、R2相互串联连接在直流电源线L1、L2之间。电阻R1、R2是用于检测直流电源线L1、L2之间的直流电压Vdc的电阻。另外，为了检测直流电压Vdc，不一定设置电阻R1、R2双方。例如，也可以检测直流电源线L1、L2之间的电压，并通过控制电路的放大器等对该电压进行变压。
分流电阻R3相对于电阻R1、R2，在电压型逆变器20侧设于直流电源线L2上。分流电阻R3是用于检测在直流电源线L1、L2中流过的直流电流idc的电阻。另外，分流电阻R3只要相对于电阻R1、R2是在电压型逆变器20侧，则也可以设于直流电源线L1上。
多相交流电动机M1例如只示出三相交流电动机的感应性部件。在图1中，分别利用线圈Lu、Lv、Lw和电阻Ru、Rv、Rw表示多相交流电动机M1的电感量和电阻量。线圈Lu、Lv、Lw分别与电阻Ru、Rv、Rw串联连接。线圈Lu、Lv、Lw在电阻Ru、Rv、Rw的相反侧的一端分别连接在开关元件Sup、Sun之间、开关元件Svp、Svn之间、开关元件Swp、Swn之间。电阻Ru、Rv、Rw在线圈Lu、Lv、Lw的相反侧的一端共同连接中性点P。但是，线圈Lu、Lv、Lw和电阻Ru、Rv、Rw只是等效地表示多相交流电动机M1的电感量和电阻量，因而也可以切换在中性点P和输出线ACLy之间的电阻Ry与线圈Ly的串联连接的位置。
如上所述，本直接型电力变换装置把负载的感应性部件作为电流源来进行电力变换，所以在直流电源线L1、L2之间不具有电容器和/或线圈这样的电力储存单元。
在这种直接型电力变换装置中，首先说明有关电流型变流器10、电压型逆变器20的开关控制方法，然后说明状态量检测方法。另外，这里所讲的状态量指电流值或电压值。
说明电流型变流器10中的开关元件Sxp、Sxn的开关动作。图2示出分别施加给输入线ACLr、ACLs、ACLt的相电压Vr、Vs、Vt。如图2所示，区域1和区域2每隔相位角60度单位交替地反复出现，在区域1中，相电压Vr、Vs、Vt中的一个相电压的极性为负，剩余的两个相电压的极性为正，在区域2中，相电压Vr、Vs、Vt中的一个相电压的极性为正，剩余的两个相电压的极性为负。因此，在区域1中，使只有一个极性为负的相的低臂侧开关元件导通，使剩余的两个相的高臂侧开关元件互斥地导通。在区域2中，使只有一个极性为正的相的高臂侧开关元件导通，使剩余的两个相的低臂侧开关元件互斥地导通。
例如，在相位角30度～90度的区域中，只有t相的相电压Vt表现为负极性，r相、s相的相电压Vr、Vs表现为正极性。在该区域中，使t相的低臂侧开关元件Stn导通，使r相、s相的高臂侧开关元件Srp、Ssp互斥地导通。
图3是示出电流矢量的图。通过上述的开关动作，电流型变流器10输出的电流矢量描画出以各个电流矢量I(rs)、I(rt)、I(st)、I(sr)、I(tr)、I(ts)为顶点的六边形轨迹。另外，在图2中的曲线图下部示出的数字，表示与图3中的电流矢量对应的电流模式。
表1表示与各个电流矢量I(rs)、I(rt)、I(st)、I(sr)、I(tr)、I(ts)对应的电流型变流器10的导通图。例如，参照图2、图3，在电流模式2(相位角30度～90度的区域)，反复地切换选择只有高臂侧开关元件Srp及低臂侧开关元件Stn导通的导通图(表1中的电流矢量I(rt))、和只有高臂侧开关元件Ssp及低臂侧开关元件Stn导通的导通图(表1中的电流矢量I(st))。另外，关于施加给直流电源线L1的VL1和相电压Vr、Vs、Vt，将在后面进行具体说明。
[表1]
  Srp   Ssp   Stp   Srn   Ssn   Stn   Vdc
  I(rs)   1   0   0   0   1   0   Vrs
  I(rt)   1   0   0   0   0   1   Vrt
  I(st)   0   1   0   0   0   1   Vst
  I(sr)   0   1   0   1   0   0   Vsr
  I(tr)   0   0   1   1   0   0   Vtr
  I(ts)   0   0   1   0   1   0   Vts
图4是示出电流型变流器10的开关动作的时序图。在图4中示出了在电流模式2(相位角30度～90度的区域)中、相电压Vr表现为最大相时(相位角30度～60度)的开关动作。把斜率的绝对值固定的三角波、例如等腰三角形状的单一三角波用作载波C1。然后，通过将载波C1和指令值进行比较来进行电流型变流器10的开关动作。在以下图示的范围内，近似为指令值恒定。实际上，指令值是每隔例如载波周期的倍数的期间而更新的。
这里考虑在开关元件Stn导通的状态下的开关元件Srp、Ssp的排他性导通，因而指令值是根据开关元件Srp、Ssp导通的占空比来设定的。在图4中为了简单起见，将斜率的绝对值固定的载波C1的峰—峰的振幅设定为1。并且，为了简单起见，只要没有特别事先说明，以载波C1的最小值为0、最大值为1来进行说明。即使在载波C1的振幅不同的情况下，只要考虑比率，以下的说明就是妥当的，并且即使在载波C1的中心值不同的情况下，只要考虑载波C1的偏移，以下的说明就是妥当的。
由于开关元件Stp是非导通，其导通的占空比可视为0，因而当把开关元件Srp、Ssp的占空比分别设为值drt、dst时，在电流模式2中，值drt、dst之和为1。
如上所述载波C1的斜率的绝对值相等，因而在载波C1取值0～drt的情况下，使开关元件Srp导通，在载波C1取值drt～1的情况下，使开关元件Ssp导通，则其导通期间对应于上述占空比。
因此进行这样的控制：在载波C1是值drt以下的情况下，使开关元件Srp导通，在载波C1是值drt以上的情况下，使开关元件Ssp导通。通过采用这样的开关动作，载波C1的一个周期T0被划分为指令值以上的期间Ts、和指令值以下的期间Tr。期间Ts、Tr分别用dst·T0、drt·T0来计算。
在期间Ts，开关元件Ssp、Stn导通，因而线电流is、it流过，直流电流idc流过直流电源线L1、L2。在期间Tr，开关元件Srp、Stn导通，因而线电流ir、it流过，直流电流idc流过直流电源线L1、L2。该内容能够理解为在载波C1取基准值drt的定时使电流型变流器10进行换流。另外，在后面叙述的电压型逆变器20输出零电压矢量的期间中，不流过直流电流idc。在图4中，利用斜线表示该期间。为了改善输入电流的波形，期望的是，零电压矢量的期间在期间Ts、Tr中分别以期间Ts、Tr之比进行分配。关于图4所示的直流电源线L1的电位VL1，将在后面进行说明。
下面，说明电压型逆变器20具有的开关元件Syp、Syn的开关动作。图5是示出电压矢量的图。电压型逆变器20例如对输出电压矢量V0～V7的任一电压矢量的导通图进行切换选择，以使所合成的电压矢量以原点为中心描画圆形。表2表示各个电压矢量V0～V7的电压型逆变器20的导通图。
[表2]
  Sup   Svp   Swp   Sun   Svn   Swn   idc
  V4   1   0   0   0   1   1   iu
  V6   1   1   0   0   0   1   -iw
  V2   0   1   0   1   0   1   iv
  V3   0   1   1   1   0   0   -iu
V1 0 0 1 1 1 0 iw
  V5   1   0   1   0   1   0   -iv
  V0   0   0   0   1   1   1   -
  V7   1   1   1   0   0   0   -
图6是示出电压型逆变器20的开关动作的时序图。零电压矢量的期间在期间Ts、Tr中分别以期间Ts、Tr之比进行分配，因而对电压型逆变器20的载波C2采用与电流型变流器10的载波C1相同的载波，以值drt为基准值，在比该基准值大的一侧和比该基准值小的一侧分别设置电压型逆变器20的指令值。另外，电流型变流器10和电压型逆变器20根据相同载波进行同步控制。
作为一个具体示例，说明电压型逆变器20进行依次反复采用电压矢量V0(000)、V4(100)、V6(110)、V4(100)、V0(000)的开关动作的情况(电压模式1的情况)。即，采用以下情况为例：在开关元件Swp、Swn分别非导通、导通的状态(输出线ACLw与直流电源线L2连接，相电压Vw表现为低电位的状态)下，开关元件Sup、Sun、Svp、Svn进行开关动作(也参照表2)。
在取开关元件Sup、Svp、Swp都非导通的电压矢量V0的占空比、取开关元件Sup导通、Svp、Swp都非导通的电压矢量V4的占空比、取开关元件Sup、Svp都导通、Swp非导通的电压矢量V6的占空比分别由值d0、d4、d6表示的情况下，在电压模式1中，d0+d4+d6＝1。
在载波C2中，以d0、d4、d6之比对取值drt以上的值的期间Tr进行分割，并以d0、d4、d6之比对取值drt以下的值的期间Ts进行分割。开关元件Swp非导通，其导通的占空比可视为0。因此，通过上述分割，不会有损电压型逆变器20中的电压矢量的占空比，能够以值dst、drt之比对取电压矢量V0的期间进行分割。
具体地说，电压型逆变器20的开关动作如下述那样来控制(开关元件Swp、Swn分别非导通、导通)。
在载波C2取值drt(1-d0)～drt+dst·d0的情况下：取电压矢量V0；
在载波C2取值drt(1-d0-d4)～drt(1-d0)、或者值drt+dst·d0～drt+dst(d0+d4)的情况下：取电压矢量V4；
在载波C2取值0～drt(1-d0-d4)、或者值drt+dst(d0+d4)～drt+dst＝1的情况下：取电压矢量V6。
载波C2也采用与载波C1相同的波形，而且采用相对于时间的斜率的绝对值相等的三角波，因而不管期间Ts中的电压矢量V0的期间在正斜率侧还是在负斜率侧，都取下述的期间Ts0。
Ts0＝((drt+dst·d0)-drt)×T0/2＝d0·dst·(T0/2)…(1)
同样，不管期间Tr中的电压矢量V0的期间在正斜率侧还是在负斜率侧，都取下述的期间Tr0。
Tr0＝(drt-drt(1-d0))×T0/2＝d0·dst·(T0/2)    …(2)
因此，零电压矢量的期间在期间Tr、Ts中分别为drt·d0·T、dst·d0·T，实现分别以值drt、dst之比进行分配。因此，可在原理上去除零电压矢量期间引起的输入电流失真。
而且，在载波C2的每一周期T0中，电压矢量V4的期间由下述表示。
((drt+dst(d0+d4))-(drt+dst·d0)+drt(1-d0)-drt(1-d0-d4))×T0/2×2＝d4(dst+drt)·T0                                  …(3)
在载波C2的每一周期T0中，电压矢量V6的期间由下述表示。
((drt+dst)-(drt+dst(d0+d4))+drt(1-d0-d4))×T0/2×2＝T0·(dst+drt)(1-d0-d4)＝d6(dst+drt)·T0          …(4)
并且，在载波C2的每一周期T0中，电压矢量V0的期间由下述表示。
drt·d0·T0+dst·d0·T0＝d0(drt+dst)·T0       …(5)
因此，在载波C2的每一周期T0中，电压矢量V0、V4、V6的期间以值d0、d4、d6之比来实现。
然后，在电流型变流器10的开关动作中，例如像专利文献1所代表的那样，电压型变流器控制相电压来检测线电流，而如果考虑对偶性，则电流型变流器10控制相电流来检测线电压。下面，说明在电流型变流器10中检测输入线ACLr、ACLs、ACLt相互之间的线电压的方法。
例如，参照图1、4，在开关元件Ssp、Stn导通的情况下，即采用电流型变流器10输出电流矢量I(rs)的导通图的情况下(也参照表1)，直流电源线L1和输入线ACLs相互短路，直流电源线L2和输入线ACLt相互短路。如果把电位的基准设为多相交流电源E1的中性点，则施加给直流电源线L1的电位VL1与相电压Vr相等，施加给直流电源线L2的电位VL2与相电压Vt相等。图4示出了电位VL1。在图4所示的载波C1的一周期T0中，开关元件Stn导通，因而电位VL2与相电压Vt相等。
因此，直流电源线L1、L2之间的直流电压Vdc与输入线ACLs、ACLt的线电压Vst一致。因此，此时把直流电压Vdc检测为线电压Vst。但是，在电压型逆变器20输出零电压矢量的期间中，直流电压Vdc为零，因而避开该期间来进行检测。
并且，在开关元件Srp、Stn导通的情况下，即采用电流型变流器10输出电流矢量I(rt)的导通图的情况下，如果进行相同的考虑，则直流电压Vdc与输入线ACLr、ACLt的线电压Vrt一致。因此，此时把直流电压Vdc检测为线电压Vrt。同样，避开电压型逆变器20输出零电压矢量的期间来进行检测。
在图4所示的时序图中，示出了相电压Vr是最大相、相电压Vs是中间相、相电压Vt是最小相的情况，线电压Vrt比线电压Vst大。输入线ACLr、ACLs的线电压Vrs可以利用线电压Vrt与线电压Vst之差(Vrs＝Vrt-Vst)表述。因此，能够使用检测到的两个线电压Vrt、Vst计算剩余的线电压Vrs。由此，能够全部检测载波C1的一周期T0中的三个线电压Vrt、Vst、Vrs。
表1也示出了在输出各个电流矢量I(rs)、I(rt)、I(st)、I(sr)、I(tr)、I(ts)的各个导通图中与直流电压Vdc一致的线电压。另外，例如线电压Vrs、Vsr都表示输入线ACLr、ACLs之间的线电压。但是，线电压Vrs表示输入线ACLr成为高电位侧，线电压Vsr表示输入线ACLs成为高电位侧。这对于线电压Vst、sr、tr、ts也相同。并且，如表1所示，根据导通图与线电压的关系，把直流电压Vdc检测为输入线的线电压。
如上所述，为了检测线电压，只要检测直流电源线L1、L2之间的直流电压Vdc即可，因而相对于专利文献3记述的、检测平滑电容器的两端电压并检测直流电压来获得振幅信息的方法，能够获得高精度的振幅信息，能够检测输入电压的瞬时波形。并且，与在各条输入线ACLr、ACLs、ACLt中直接检测至少两个线电压的情况相比，显然能够利用简单的结构检测线电压。
并且，由于检测直流电压Vdc，所以不用追加结构即能够监视多相交流电源E1瞬时停止的情况、来自多相交流电源E1的输出电压(相电压Vr、Vs、Vt)下降的情况。
下面，说明在电压型逆变器20中检测在输出线ACLu、ACLv、ACLw中流过的线电流iu、iv、iw的方法。另外，线电流iu、iv、iw是把从电压型逆变器20流向电动机M1的方向设为正。
例如，参照图1、6，在采用电压型逆变器20输出电压矢量V4的导通图的情况下，只有高臂侧开关元件Sup与直流电源线L1连接，因而在直流电源线L1、L2中流过的直流电流idc与线电流iu一致。因此，此时把直流电流idc检测为线电流iu。
并且，在采用电压型逆变器20输出电压矢量V6的导通图的情况下，只有低臂侧开关元件Swn与直流电源线L2连接，因而直流电流idc除了极性之外与线电流iw一致。另外，对于极性不同的线电流加注负号进行表述。因此，此时把直流电流idc检测为线电流-iw。
线电流iu、iv、iw之和为0，因而线电流iv能够利用线电流iw与线电流iu之差(iv＝iw-iu)表述。因此，能够使用检测到的两个线电流iw、iu计算剩余的线电流iv。由此，能够全部检测载波C2的一周期T0中的三个线电流iu、iv、iw。
表2也示出了在输出各个电压矢量V1～V6的各个导通图中与直流电流idc一致的线电流。并且，如表2所示，根据导通图与线电流的关系，把直流电流idc检测为输出线的线电流。
另外，载波C2采用载波C1，电流型变流器10和电压型逆变器20相互同步动作，所以能够在例如时刻t1’，在相同的定时检测线电压和线电流。
并且，如图6所示，在电压型逆变器20中，在载波C2为值drt以上的期间Ts和载波C2为值drt以下的期间Tr，分别以相同的占空比输出电压矢量。值drt是开关元件Srp的占空比，取0～1的值。例如，在值drt接近0的情况下，期间Tr非常短。在该期间Tr内，所输出的电压矢量V0、V4、V6的各个期间更短。并且，在设置将与一条输入线连接的一对高臂侧开关元件和低臂侧开关元件双方设为非导通的期间(死区时间期间)的情况下，所输出的电压矢量V0、V4、V6的各个期间更短。在这种情况下，存在输出电压矢量的期间不满足检测直流电流idc所需的足够期间的情况。因此，在检测直流电流idc时，优选在期间Tr、Ts中较长一方的期间中检测直流电流idc。由此，一方的期间变短，例如能够减小因为死区时间而不能检测的比率。
第2实施方式
在本实施方式中，说明实现在第1实施方式中说明的电力变换装置的控制及状态量检测方法的结构的一个示例。
图7是示出控制图1所示的电力变换装置的控制部的结构的一个概念性示例。控制部100具有梯形电压指令部11、空间矢量运算部12、22、比较器13、23、24、电流型逻辑变换部14、二相调制电压指令部21、逻辑和部25、采样保持电路31、41、比较部32、42、电压运算部33、电流运算部43、适用载波选择部44和载波生成部51。
首先，说明生成提供给电流型变流器10的开关信号的方法及其结构。先说明概况，生成针对假想的电压型变流器(以下称为“假想电压型变流器”)的开关信号，对该开关信号进行逻辑变换，使其成为电流型变流器用的开关信号，并输出给电流型变流器10。如在第1实施方式中说明的那样，电流型变流器10输出的电流矢量描画出以各个电流矢量I(rs)、I(rt)、I(st)、I(sr)、I(tr)、I(ts)为顶点的六边形(图3)的轨迹。如果根据假想电压型变流器来考虑该轨迹，则相当于描画出以各个电压矢量V1～V6为顶点的六边形(图5)的轨迹。因此，为了输出描画以各个电压矢量V1～V6为顶点的六边形状的轨迹的电压矢量，把应该在假想电压型变流器中使用的开关信号转换为电流型变流器10为输出电流矢量而使用的开关信号，并输出给电流型变流器10。
在假想电压型变流器中采用电压矢量V1～V6。即，针对一个相，高臂侧开关元件导通，针对另一个相，低臂侧开关元件导通，针对剩余一个相，高臂侧开关元件和低臂侧开关元件交替导通(除了死区时间以外)。
因此，假想电压型变流器中的电压指令的波形总是任意一相的电压指令取载波的最大值，另一个相的电压指令取载波的最小值。并且，剩余一个相的电压指令取载波的最小值与最大值之间的值，可作为相对于其他两个相的中间相来理解。
梯形电压指令部11生成针对这种假想电压型变流器的电压指令。图8是例示这种电压指令Vr*、Vs*、Vt*的曲线图。电压指令Vr*、Vs*、Vt*分别表现为以360度为周期且相互错开120度的梯形波，该梯形波具有在120度中连续的一对平坦区间和连接该一对平坦区间的一对60度的倾斜区域。这里例示出作为电压指令Vr*、Vs*、Vt*的最小值、最大值分别采用值-1、1的情况。另外，在电流矢量和电压矢量之间具有30度的相位差(也参照图3、5)，因而实际上输出使图8所示的电压指令沿相位角增大的方向平行移动30度后的值。在下面的说明中，忽视电压型与电流型之间的相位角来进行说明。另外，下面说明的技术利用了日本特开2007-312589号公报、日本特开2007-312598号公报记述的技术。
在载波C1中，其最小值、最大值分别采用0、1。因此，如果考虑把电压指令Vr*、Vs*、Vt*的最大值、最小值分别设为0、1，例如在相位角0度～60度的区域中的空间矢量调制基本式利用下式表述。
t 4 / T 0 = ( 1 - Vs _ mid * ) / 2 = ( 1 - 3 tan ( φ - π / 6 ) ) / 2 · · · ( 6 )
t 6 / T 0 = 1 - t 4 / T 0 = ( 1 + 3 tan ( φ - π / 6 ) ) / 2 · · · ( 7 )
其中，t4、t6表示在载波C1的一个周期T0中输出电压矢量V4、V6的期间，Vs_mid*表示作为中间相的电压指令Vs*。输出电压矢量V4的期间t4相当于输出电流矢量I(rt)的期间，所以值t4/T0相当于值drt。同样，输出电压矢量V6的期间t4相当于输出电流矢量I(st)的期间，所以值t6/T0相当于值dst。这种运算处理在空间矢量运算部12中进行，并输出值drt、dst。
比较器13将来自空间矢量运算部12的值drt和来自载波生成部51的载波C1进行比较，输出用于使在载波C1为值drt以上的期间输出电压矢量V4的电压型的开关信号，并输出用于使在载波C2为值drt以下的期间输出电压矢量V6的电压型的开关信号。
各个电压模式的空间矢量调制基本式可以考虑如下。即，例如在电压模式2(相位角60度～120度)，输出载波C1的每一周期的电压矢量V6的期间t6/T0，通过在式(6)中把t4替换为t6、把Vs_mid*替换为Vr_mid*(作为中间相的电压指令Vr*)而算出。在电压模式2，输出载波C1的每一周期的电压矢量V2的期间，通过在式(7)中把t6替换为t2而算出。表3将在各个电压模式输出的电压矢量的期间与在电压模式1输出的电压矢量V4、V6的期间t4、t6相对应。通过根据该对应表在式(6)、(7)中对期间进行替换，并在式(6)中替换中间相的电压指令，能够把握各个电压模式下的空间矢量调制基本式。
表3表示在式(6)、(7)中各个电压模式1～6下的电压矢量的各个期间与电压模式1中的电压矢量V0、V4、V6的期间t4、t6、t0的对应关系。但是，如上所述在电流型变流器10中不使用电压矢量V0。
[表3]
  1   2   3   4 5   6
t4 t4 t6 t2 t3 t1 t5
  t6   t6   t2   t3   t1 t5   t4
  t0   t0，t7   t0，t7   t0，t7   t0，t7 t0，t7   t0，t7
另外，作为参考，在图9～图14中分别使用电压模式1中的电压矢量V4、V6的期间t4、t6，示出了与在各个电压模式1～6中的各个电压矢量对应的各个开关信号Srp’、Ssp’、Stp’的导通期间。这里所讲的开关信号Srp’、Ssp’、Stp’不是提供给开关元件Srp、Ssp、Stp的开关信号，而是提供给假想电压型变流器具有的r相、s相、t相的高臂侧开关元件的开关信号。提供给电流型变流器10的开关信号通过使用电压型的开关信号Srp’、Ssp’、Stp’和与它们相辅的(逻辑反转后的)开关信号Srn’、Ssn’、Stn’进行逻辑变换而得到。
电流型逻辑变换部14对从比较器13得到的假想电压型变流器用的开关信号进行逻辑变换，使其成为电流型变流器用的开关信号。该逻辑变换利用非专利文献2记述的技术。下面进行具体说明。
图15是示出这里研究的逆变器的结构的电路图。该逆变器是为了对电流型变流器10的开关动作进行研究而假想的逆变器，与电压型逆变器20没有直接关系，所以针对三相交流采用a相、b相、c相的名称。该假想的逆变器(下面称为“假想逆变器”)分别在a相的高臂侧具有开关元件Sap，在低臂侧具有开关元件San。同样，在b相中具有开关元件Sbp、Sbn，在c相中具有开关元件Scp、Scn。
a相的线电流ia利用a相-c相之间的相电流ica与b相-a相之间的相电流iba之差而求出，因而只在进行使这些一对的相电流流过的开关动作的情况下，才流过a相电流。这对于其他相的相电流也相同。因此，利用符号Sjk表示相电流ijk是否流向上臂侧的开关元件，利用符号SjkB表示相电流ijk是否流向下臂侧的开关元件。这里，符号i、j、k彼此不同，并且代表符号a、b、c，通过对符号Sjk、SjkB取二值逻辑“1”/“0”，来表示相电流ijk“流过”/“未流过”。
在假想逆变器根据相电压指令与载波的比较来使线电流流过时，分别利用符号Sj+、Sj-表示控制高臂侧的开关元件Sjp、低臂侧的开关元件Sjn的导通/非导通的开关指令，非专利文献3披露的内容如下所述。
Sa+＝Sac·SbaB，Sb+＝Sba·ScbB，Sc+＝Scb·SacB
Sa-＝Sba·SacB，Sb-＝Scb·SbaB，Sc-＝Sac·ScbB    …(8)
这里，鉴于电压型逆变器的相电压与电流型逆变器的相电流的对偶性，还得知上述各式的右边的逻辑值能够作为电压型逆变器的相电压与载波的比较结果而得到。根据非专利文献3，相电流ijk的指令值与相电压Vj的指令值对应。因此，符号Sjk与根据相电压指令Vj*与载波的比较使开关元件Sjp导通的逻辑一致，符号SjkB与根据相电压指令Vj*与载波的比较使开关元件Sjn导通的逻辑一致。
并且，把图8示出的电压指令Vr*、Vs*、Vt*用作上述假想逆变器的电压指令Va*、Vb*、Vc*。下面说明相位角为0～60度的情况。由于电压指令Va*、Vc*分别取值1、-1，所以Sac＝1、SacB＝0、Scb＝0、ScbB＝1。因此，Sa+＝SbaB、Sb-＝Sba、Sc+＝Sa-＝Sb-＝0。
符号SbaB与根据相电压指令Vb与载波的比较使开关元件Sap、Sbp分别导通/非导通的逻辑一致，符号Sba与根据相电压指令Vb与载波的比较使开关元件Sbp、Sap分别导通/非导通的逻辑一致。更具体地讲，在相电压指令Vb为载波以下的情况下，使开关元件Sap导通，在相电压指令Vb为载波以上的情况下，使开关元件Sbp导通。并且，符号Sa+、Sb+表示在使线电流流过时分别使开关元件Sap、Sbp导通的期间。
如果将其适用于本申请，则可以将a相、b相、c相分别改读为r相、s相、t相。并且，如果考虑对电压指令的最大值、最小值和载波C1的最大值、最小值进行匹配并比较，在载波C1的值是使用电压指令Vs*算出的值t4/T0以下的情况下，开关元件Srp导通，在载波C1的值是值t4/T0以上的情况下，开关元件Ssp导通。
根据以上所述，电压指令Vs*的值是求出载波C1的指令值时的基准值drt。而且，把使电流型变流器10的开关元件Srp、Ssp在与值drt、1-drt之比成比例的期间交替导通的换流的时机规定为载波C1的值。这对于其他相位角也相同，上述的说明针对电压指令Vr*、Vt*的值也是妥当的。
如上所述通过比较器13得到的结果被提供给电流型逻辑变换部14，并进行基于式(8)的变换。通过该变换，求出针对开关元件Srp、Srn、Ssp、Ssn、Stp、Stn的开关信号。
另外，梯形电压指令部11、空间矢量运算部12、比较器13、电流型逻辑变换部14，能够理解为向开关元件Srp、Ssp、Stp、Srn、Ssn、Stn提供开关信号的变流器用门信号产生部。
下面，说明生成提供给电压型逆变器20的开关信号的结构。
二相调制电压指令部21生成电压指令。图16是例示电压指令Vu*、Vv*、Vw*的曲线图。电压指令Vu*、Vv*、Vw*分别具有以360度为周期且相互错开120度、把起始值设为0的120度的第1正弦波区间、与第1正弦波区间相连续的左右对称的第2正弦波区间、和与第2正弦波区间相连续的平坦区间。这里例示出作为电压指令Vu*、Vv*、Vw*的最小值、最大值分别采用值0、1的情况。
例如，在相位角0度～60度的区域中的空间矢量调制基本式利用下式表述。
t0/T0＝1-Vu_max*＝1-ks·sin(φ+π/3)         …(9)
t4/T0＝Vu_max*-Vv_mid*＝ks·sin(π/3-φ)     …(10)
t6/T0＝Vv_mid*＝ks·sinφ                    …(11)
其中，t0表示在载波C2的一个周期T0内输出的电压矢量V0的期间，ks表示调制率，Vu_max*表示最大相的相电压指令Vu*，Vu_mid*表示中间相的相电压指令Vv*。
输出载波C2的每一周期的电压矢量V0的期间的值t0/T0，相当于电压矢量V0的占空比的值d0。同样，值t4/T0相当于值d4，值t6/T0相当于值d6。
并且，使用从空间矢量运算部12输出的值drt、dst，计算成为载波C2的比较对象的值drt(1-d0-d4)、drt(1-d0)、drt+dst·d0、drt+dst(d0+d4)、drt+dst。
上述的运算处理通过空间矢量运算部22进行。
比较器23将载波C2分别和值drt(1-d0)、值drt(1-d0-d4)进行比较，向逻辑和部25输出用于使在期间Tr输出电压矢量V0、V4、V6、V4、V0的开关信号。
比较24将载波C2分别和值drt+dst·d0、值drt+dst(d0+d4)进行比较，向逻辑和部25输出用于使在期间Ts输出电压矢量V0、V4、V6、V4、V0的开关信号。
逻辑和部25取来自比较器23、24的开关信号的逻辑和，输出给电压型逆变器20。
另外，二相调制电压指令部21、空间矢量运算部22、比较器23、24、逻辑和部25，能够理解为向开关元件Sup、Svp、Swp、Sun、Svn、Swn提供开关信号的逆变器用门信号产生部。
作为参考，在图17～图22中分别示出了在各个电压模式中输出使开关元件Sup、Svp、Swp导通的开关信号Sup’、Svp’、Swp’的期间。例如在电压模式2下，输出载波C2的每一周期的电压矢量V0的期间t0/T0，通过在式(9)中把Vu_max*替换为Vv_max*而算出。输出载波C1的每一周期的电压矢量V4的期间t4/T0，通过在式(11)中把t6替换为t4、把Vu_max*替换为Vv_max*、把Vv_mid*替换为Vu_mid*而算出。输出载波C1的每一周期的电压矢量V2的期间t2/T0，通过在式(10)中把t4替换为t2、把Vv_mid*替换为Vu_mid*而算出。这种替换可以参照表3中在各个电压模式下输出的电压矢量的期间的对应关系、以及图16所示的电压指令中的最大相、中间相。图17～图22使用电压模式1的电压矢量V0、V4、V6的期间t0、t4、t6，表示与在各个电压模式1～6中的各个电压矢量对应的各个开关信号Sup’、Svp’、Swp’的导通期间。
下面，说明检测输入线相互之间的线电压的结构。比较部32将来自空间矢量运算部12的值drt、dst和来自载波生成部51的载波C1进行比较，向采样保持电路31输出电流型变流器10的导通图和采样保持定时。
采样保持电路31根据来自比较部32的导通图和采样保持定时，对直流电源线L1、L2之间的直流电压Vdc进行采样保持，并检测为线电压。另外，从比较器32接受的导通图是表2所示的导通图。如果使其与表1所示的导通图进行对应，则输出电压矢量V4、V6、V2、V3、V1、V5的导通图，分别与输出电流矢量I(rs)、I(rt)、I(st)、I(sr)、I(tr)、I(ts)的导通图对应。根据这种对应关系，针对从比较器32接受的导通图，能够把握与直流电压Vdc一致的线电压，采样保持电路31能够根据来自比较器32的导通图，把直流电压Vdc检测为线电压。
关于直流电压Vdc的检测，例如检测电阻R2的两端电压。电阻R1、R2根据自身的电阻值对直流电源线L1、L2之间的电压进行分压。因此，如果考虑电阻R1、R2的电阻值，则可以视为采样保持电路31检测直流电源线L1、L2之间的直流电压Vdc。
另外，采样保持电路31从比较部32获得导通图，但不限于此，也可以从电流型逻辑变换部14输出的开关信号获得导通图。
关于采样保持的定时，例如参照图4，可以输出载波C1为最大值的时间点(时刻t1’)及载波C1为最小值的时间点(时刻t2’)。由于载波C1具有单一三角波形状，所以载波C1为最大值或最小值的时间点位于输出电流矢量的期间的中央(即期间Ts的中央、期间Tr的中央)。因此，通过在该时间点进行采样，例如在占空比drt减小的情况下，也能够采样保持并检测更稳定的电压值。
另外，也可以将载波C1取值drt的时间点输出给采样保持电路31，把该时间点的直流电压Vdc检测为直流电压Vdc的偏置。换言之，也可以作为采样保持电路31具有的信号放大器(未图示)的偏置调整信号输入。由此，例如即使施加给直流电源线L2的电位有波动时，也能够检测去除了该波动的影响的线电压。
电压运算部33按照在第1实施方式中说明的那样，使用在载波C1的一个周期T0内检测到的两个线电压，计算剩余的一个线电压。电压运算部33不限于此，也可以把检测到的线电压转换为静止坐标系的相互正交的α轴、β轴上的电压值。另外，也可以使用电源相位(例如相电压Vr的相位)，转换为在与三相交流电压(例如相电压Vr)同步旋转的旋转坐标系中相互正交的d轴、q轴上的电压值。并且，能够把这些电压值用作在直接型电力变换装置的控制中使用的瞬时电压信息。
下面，说明检测线电流的结构。
适用载波选择部44接受来自空间矢量运算部12的值drt、dst，并将与期间Tr、Ts中较长期间的载波C2的比较对象的值输出给比较部42。具体地讲，在值drt比值dst大时，输出值drt+dst·d0、值drt+dst(d0+d4)，在值dst比值drt大时，输出值drt(1-d0)、值drt(1-d0-d4)。
比较部42将来自适用载波选择部44的值和来自载波生成部51的载波C2(与载波C1相同)进行比较，并向采样保持电路41输出期间Tr或期间Ts中的电压型逆变器20的导通图和采样定时。
采样保持电路41根据来自适用载波选择部44的导通图和采样保持定时，对在分流电阻R3中流过的电流值进行采样保持，并检测为线电流。基于导通图的线电流的检测与在第1实施方式中的说明相同。
关于采样保持的定时，例如输出以下两个定时。参照图23，在输出期间Ts中的导通图的情况下，把载波C2取最大值的时间点(时刻t1’)和载波C2取值drt+dst(d0+d4/2)的时间点(时刻t3’)作为采样定时输出。载波C2取最大值的时间点位于输出电压矢量V6的期间的中央。值drt+dst(d0+d4/2)是值drt+dst·d0与值drt+dst(d0+d4)的中间值，因而载波C2取值drt+dst(d0+d4/2)的时间点位于输出电压矢量V4的期间的中央。因此，能够采样保持并检测更稳定的电流值。
另一方面，在输出期间Tr中的导通图的情况下，把载波C2取最小值的时间点和载波C2取值drt(1-d0-d4/2)的时间点作为采样定时输出。另外，值drt(1-d0-d4/2)是值drt(1-d0)与值drt(1-d0-d4)的中间值。
另外，也可以把载波C2取值drt的时间点输出给采样保持电路41，并把该时间点的直流电流idc检测为直流电流idc的偏置。换言之，也可以作为采样保持电路41具有的信号放大器(未图示)的偏置调整信号输入。由此，例如即使直流电流idc的偏置产生波动时，也能够检测去除了该波动的线电流。
电流运算部43使用在载波C2的一个周期T0内检测到的两个线电流，检测剩余的一个线电流。电流运算部43不限于此，也可以把线电流转换为被固定在电动机M1具有的定子上的静止坐标系的相互正交的α轴、β轴上的电流值，还可以使用相位信息，转换为被固定在电动机M1具有的转子上的旋转坐标系中相互正交的d轴、q轴上的电流值。另外，相位信息例如能够通过检测电动机M1的旋转而获得。并且，能够把这些电流值用作在直接型电力变换装置的控制中使用的瞬时电流信息。
第3实施方式
在本实施方式中，说明实现在第1实施方式中说明的电力变换装置的控制及状态量检测方法的结构的另一个示例。
图24是示出图1所示的电力变换装置的控制部的结构的一个概念性示例的图。与第2实施方式相比，设置适用信号选择部45来取代适用载波选择部44，比较部42共用比较部32的功能。
比较部42将来自空间矢量运算部22的值和来自载波生成部51的载波进行比较，向采样保持电路31、41输出采样定时。例如，参照图23，比较部42把载波C2取值0、drt(1-d0-d4/2)、drt+dst(d0+d4/2)、drt+dst(＝1)的时间点(分别是时刻t2’、t4’、t3’、t1’)作为采样定时输出。
采样保持电路31根据接受到的采样定时，对直流电源线L1、L2之间的直流电压Vdc进行采样保持并检测，并输出给适用信号选择部45。具体地讲，把时刻t1’、t3’的直流电压Vdc检测为线电压Vst，将该线电压Vst输出给适用信号选择部45，把时刻t2’、t4’的直流电压检测为线电压Vrt，将该线电压Vrt输出给适用信号选择部45。
采样保持电路41根据接受到的采样定时，检测在直流电源线L1、L2中流过的直流电流idc，并输出给适用信号选择部45。具体地讲，把时刻t1’、t2’的直流电流idc作为线电流-iw输出给适用信号选择部45，把时刻t3’、t4’的直流电流idc作为线电流iu输出给适用信号选择部45。
适用信号选择部45从由采样保持电路31接受到的线电压中，选择时刻t1’的线电压Vst和时刻t2’的线电压Vrt，将这些线电压输出给电压运算部33。并且，适用信号选择部45从由采样保持电路41接受到的线电流中，选择期间Tr、Ts中较长期间的线电流-iw、iu，将这些线电流输出给电流运算部43。
如上所述，使比较部42共用比较部32的功能，而且能够检测输入线相互之间的线电压、输出线的线电流。因此，能够利用更简单的结构实现线电压检测及线电流检测。
对本发明作了详细说明，然而上述说明在所有方面只是例示，本发明并不限定于此。应当被理解为，在不脱离本发明范围的情况下，可想到未例示的无数的变形例。

Claims (20)

1.一种电力变换装置的状态量检测方法，所述电力变换装置具有：
多条输入线(ACLr，ACLs，ACLt)，其被输入多相交流电压；
第1和第2直流电源线(L1，L2)；以及
电流型变流器(10)，其具有连接在各条所述输入线与所述第1直流电源线之间的多个高臂侧开关元件(Srp，Ssp，Stp)、和连接在各条所述输入线与所述第2直流电源线之间的多个低臂侧开关元件(Srn，Ssn，Stn)，
在所述状态量检测方法中，根据所述高臂侧开关元件和所述低臂侧开关元件的瞬时的导通图(I(rs))，检测所述第1直流电源线和所述第2直流电源线之间的电压(Vdc)，作为所述输入线之间的线电压(Vrs)。
2.根据权利要求1所述的电力变换装置的状态量检测方法，其中，
所述电力变换装置还具有：
多条输出线(ACLu，ACLv，ACLw)；以及
电压型逆变器(20)，其具有连接在各条所述输出线与所述第1直流电源线(L1)之间的多个第2高臂侧开关元件(Sup，Svp，Swp)、和连接在各条所述输出线与所述第2直流电源线(L2)之间的多个第2低臂侧开关元件(Sun，Svn，Swn)，
所述电力变换装置是在所述第1直流电源线和所述第2直流电源线上不具有电力储存单元的直接型电力变换装置，
在所述状态量检测方法中，使所述电流型变流器(10)和所述电压型逆变器同步动作，根据所述第2高臂侧开关元件和所述第2低臂侧开关元件的瞬时的第2导通图(V4)，检测在所述第1直流电源线和所述第2直流电源线中流过的电流(idc)，作为所述输出线的线电流(iu)。
3.根据权利要求2所述的电力变换装置的状态量检测方法，其中，
所述电力变换装置还具有：
载波生成部(51)，其生成载波；
变流器用门信号生成部(11～14)，其提供第1开关信号，该第1开关信号用于控制所述高臂侧开关元件和所述低臂侧开关元件的开关动作；以及
逆变器用门信号产生部(21～25)，其提供第2开关信号，该第2开关信号用于控制所述第2高臂侧开关元件和所述第2低臂侧开关元件的开关动作，
所述电流型变流器(10)根据所述第1开关信号，在所述载波的值取基准值(drt)时进行换流，该基准值以第1值(drt)与第2值(dst)之比对所述载波的最小值与最大值之间进行内分，
所述电压型逆变器(20)根据所述第2开关信号，在以所述载波取所述基准值的时间点为界而交替的第1载波周期(dst·Ts)和第2载波周期(drt·Ts)这两个载波周期中，采用所述第2导通图(V0～V7)，
在所述第1载波周期和所述第2载波周期中较长一方的载波周期中，根据瞬时的所述第2导通图(V4)，检测所述电流(idc)作为所述线电流(iu)。
4.根据权利要求1所述的电力变换装置的状态量检测方法，其中，
所述电力变换装置还具有：
载波生成部(51)，其生成单一三角波形状的载波；以及
变流器用门信号生成部(11～14)，其提供开关信号，该开关信号用于控制所述高臂侧开关元件和所述低臂侧开关元件的开关动作，
所述电流型变流器(10)根据所述开关信号，在所述载波的值取基准值(drt)时进行换流，该基准值以第1值(drt)与第2值(dst)之比对所述载波的最小值与最大值之间进行内分，
在所述载波的值取最大值和最小值时，对所述电压(Vdc)进行采样保持并检测。
5.根据权利要求2所述的电力变换装置的状态量检测方法，其中，
所述电力变换装置还具有：
载波生成部(51)，其生成单一三角波形状的载波；以及
变流器用门信号生成部(11～14)，其提供开关信号，该开关信号用于控制所述高臂侧开关元件和所述低臂侧开关元件的开关动作，
所述电流型变流器(10)根据所述开关信号，在所述载波的值取基准值(drt)时进行换流，该基准值以第1值(drt)与第2值(dst)之比对所述载波的最小值与最大值之间进行内分，
在所述载波的值取最大值和最小值时，对所述电压(Vdc)进行采样保持并检测。
6.根据权利要求1所述的电力变换装置的状态量检测方法，其中，
所述多条所述输入线(ACLr，ACLs，ACLt)是三条所述输入线，
所述电力变换装置还具有：
载波生成部(51)，其生成载波；以及
变流器用门信号生成部(11～14)，其提供开关信号，该开关信号用于控制所述高臂侧开关元件和所述低臂侧开关元件的开关动作，
所述电流型变流器(10)根据所述开关信号，在所述载波的值取基准值(drt)时进行换流，该基准值以第1值(drt)与第2值(dst)之比对所述载波的最小值与最大值之间进行内分，
在所述载波的一个周期中，检测所述电压(Vdc)，并检测所述输入线相互之间的线电压(Vrs，Vsr，Vst，Vts，Vtr，Vrt)中的两个，根据所检测到的两个所述线电压计算剩余的一个所述线电压。
7.根据权利要求2所述的电力变换装置的状态量检测方法，其中，
所述多条所述输入线(ACLr，ACLs，ACLt)是三条所述输入线，
所述电力变换装置还具有：
载波生成部(51)，其生成载波；以及
变流器用门信号生成部(11～14)，其提供开关信号，该开关信号用于控制所述高臂侧开关元件和所述低臂侧开关元件的开关动作，
所述电流型变流器(10)根据所述开关信号，在所述载波的值取基准值(drt)时进行换流，该基准值以第1值(drt)与第2值(dst)之比对所述载波的最小值与最大值之间进行内分，
在所述载波的一个周期中，检测所述电压(Vdc)，并检测所述输入线相互之间的线电压(Vrs，Vsr，Vst，Vts，Vtr，Vrt)中的两个，根据所检测到的两个所述线电压计算剩余的一个所述线电压。
8.根据权利要求3所述的电力变换装置的状态量检测方法，其中，
所述多条所述输出线(ACLu，ACLv，ACLw)是三条所述输出线，
在所述载波的一个周期中，检测所述电流(idc)，并检测所述输出线的线电流(iu，iv，iw，-iu，-iv，-iw)中的两个，根据所检测到的两个所述线电流计算剩余的一个线电流。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的电力变换装置的状态量检测方法，其中，
把检测到的所述线电压转换为静止坐标系的相互正交的α轴和β轴上的电压值、或者转换为旋转坐标系的相互正交的d轴和q轴上的电压值。
10.根据权利要求2、3、8中任一项所述的电力变换装置的状态量检测方法，其中，
把检测到的所述线电流转换为静止坐标系的相互正交的α轴和β轴上的电流值、或者转换为旋转坐标系的相互正交的d轴和q轴上的电流值。
11.一种电力变换装置，该电力变换装置具有：
多条输入线(ACLr，ACLs，ACLt)，其被输入多相交流电压；
第1和第2直流电源线(L1，L2)；
电流型变流器(10)，其具有连接在各条所述输入线与所述第1直流电源线之间的多个高臂侧开关元件(Srp，Ssp，Stp)、和连接在各条所述输入线与所述第2直流电源线之间的多个低臂侧开关元件(Srn，Ssn，Stn)；以及
线电压检测部(R1，31～33)，其根据所述高臂侧开关元件和所述低臂侧开关元件的瞬时的导通图(I(rs))，检测所述第1直流电源线和所述第2直流电源线之间的电压(Vdc)，作为所述输入线之间的线电压(Vrs)。
12.根据权利要求11所述的电力变换装置，其中，
所述电力变换装置还具有：
多条输出线(ACLu，ACLv，ACLw)；
电压型逆变器(20)，其具有连接在各条所述输出线与所述第1直流电源线(L1)之间的多个第2高臂侧开关元件(Sup，Svp，Swp)、和连接在各条所述输出线与所述第2直流电源线(L2)之间的多个第2低臂侧开关元件(Sun，Svn，Swn)；
同步调制部(11～14，21～25，51)，其使所述电流型变流器和所述电压型逆变器同步动作；以及
线电流检测部(R3，41～45)，其根据所述第2高臂侧开关元件和所述第2低臂侧开关元件的第2导通图(V4)，检测在所述第1直流电源线和所述第2直流电源线中流过的电流(idc)，作为所述输出线的线电流(iu)，
所述电力变换装置是在所述第1直流电源线和所述第2直流电源线上不具有电力储存单元的直接型电力变换装置。
13.根据权利要求12所述的电力变换装置，其中，
所述同步调制部还具有：
载波生成部(51)，其生成载波；
变流器用门信号生成部(11～14)，其提供第1开关信号，该第1开关信号用于控制所述高臂侧开关元件和所述低臂侧开关元件的开关动作；以及
逆变器用门信号产生部(21～25)，其提供第2开关信号，该第2开关信号用于控制所述第2高臂侧开关元件和所述第2低臂侧开关元件的开关动作，
所述电流型变流器(10)根据所述第1开关信号，在所述载波的值取基准值(drt)时进行换流，该基准值以第1值(drt)与第2值(dst)之比对所述载波的最小值与最大值之间进行内分，
所述电压型逆变器(20)根据所述第2开关信号，在以所述载波取所述基准值的时间点为界而交替的第1载波周期(dst·Ts)和第2载波周期(drt·Ts)这两个载波周期中，采用所述第2导通图(V0～V7)，
所述线电流检测部(R3，41～45)在所述第1载波周期和所述第2载波周期中较长一方的载波周期中，根据瞬时的所述第2导通图(V4)，检测所述电流(idc)作为所述线电流(iu)。
14.根据权利要求11所述的电力变换装置，其中，
所述电力变换装置还具有：
载波生成部(51)，其生成单一三角波形状的载波；以及
变流器用门信号生成部(11～14)，其提供开关信号，该开关信号用于控制所述高臂侧开关元件和所述低臂侧开关元件的开关动作，
所述电流型变流器(10)根据所述开关信号，在所述载波的值取基准值(drt)时进行换流，该基准值以第1值(drt)与第2值(dst)之比对所述载波的最小值与最大值之间进行内分，
所述线电压检测部(31～33)在所述载波的值取最大值和最小值时，对所述电压(Vdc)进行采样保持并检测。
15.根据权利要求12所述的电力变换装置，其中，
所述电力变换装置还具有：
载波生成部(51)，其生成单一三角波形状的载波；以及
变流器用门信号生成部(11～14)，其提供开关信号，该开关信号用于控制所述高臂侧开关元件和所述低臂侧开关元件的开关动作，
所述电流型变流器(10)根据所述开关信号，在所述载波的值取基准值(drt)时进行换流，该基准值以第1值(drt)与第2值(dst)之比对所述载波的最小值与最大值之间进行内分，
所述线电压检测部(31～33)在所述载波的值取最大值和最小值时，对所述电压(Vdc)进行采样保持并检测。
16.根据权利要求11所述的电力变换装置，其中，
所述多条所述输入线(ACLr，ACLs，ACLt)是三条所述输入线，
所述电力变换装置还具有：
载波生成部(51)，其生成载波；以及
变流器用门信号生成部(11～14)，其提供开关信号，该开关信号用于控制所述高臂侧开关元件和所述低臂侧开关元件的开关动作，
所述电流型变流器(10)在所述载波的值取基准值(drt)时进行换流，该基准值以第1值(drt)与第2值(dst)之比对所述载波的最小值与最大值之间进行内分，
所述线电压检测部(R1，R2，31～33)在所述载波的一个周期中，检测所述电压(Vdc)，并检测所述输入线相互之间的线电压(Vrs，Vsr，Vst，Vts，Vrt，Vtr)中的两个，根据所检测到的两个所述线电压计算剩余的一个线电压。
17.根据权利要求12所述的电力变换装置，其中，
所述多条所述输入线(ACLr，ACLs，ACLt)是三条所述输入线，
所述电力变换装置还具有：
载波生成部(51)，其生成载波；以及
变流器用门信号生成部(11～14)，其提供开关信号，该开关信号用于控制所述高臂侧开关元件和所述低臂侧开关元件的开关动作，
所述电流型变流器(10)在所述载波的值取基准值(drt)时进行换流，该基准值以第1值(drt)与第2值(dst)之比对所述载波的最小值与最大值之间进行内分，
所述线电压检测部(R1，R2，31～33)在所述载波的一个周期中，检测所述电压(Vdc)，并检测所述输入线相互之间的线电压(Vrs，Vsr，Vst，Vts，Vrt，Vtr)中的两个，根据所检测到的两个所述线电压计算剩余的一个线电压。
18.根据权利要求13所述的电力变换装置，其中，
所述多条所述输出线(ACLu，ACLv，ACLw)是三条所述输出线，
所述线电流检测部(R3，41～45)在所述载波的一个周期中，检测所述电流(idc)，并检测所述输出线的线电流(iu，iv，iw)中的两个线电流，根据所检测到的两个线电流计算剩余的一个线电流。
19.根据权利要求11～18中任一项所述的电力变换装置，其中，
所述线电压检测部(R1，R2，31～33)把所述线电压转换为静止坐标系的相互正交的α轴和β轴上的电压值、或者转换为旋转坐标系的相互正交的d轴和q轴上的电压值。
20.根据权利要求12、13、18中任一项所述的电力变换装置，其中，
所述线电流检测部(R3，41～45)把所述线电流转换为静止坐标系的相互正交的α轴和β轴上的电流值、或者转换为旋转坐标系的相互正交的d轴和q轴上的电流值。
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