JP2001016862A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 自励式電圧型交直変換装置６の交流出力電流
指令の零クロス付近で交流出力電流指令の変化率が大き
いと、交流電流指令を振動的にし、スイッチング周波数
が高くなる等の課題があった。 【解決手段】 自励式電圧型交直変換装置６の第一の半
導体スイッチがオン、第二の半導体スイッチがオフ、第
三の半導体スイッチがオフ、第四の半導体スイッチがオ
ンの状態であるスイッチングモード１と、前記第一の半
導体スイッチがオフ、前記第二の半導体スイッチがオ
ン、前記第三の半導体スイッチがオン、前記第四の半導
体スイッチがオフの状態であるスイッチングモード３間
の直接変化を抑制する直接変化抑制手段２２を設けたも
のである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば系統連系
変換器、無停電電源装置、ＣＶＣＦ装置等に適用され
る、自励式電圧型交直変換装置を介して交流負荷に接続
された電力変換装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図６は、例えば特許第２７７５５７２号
に開示された自励式電圧型交直変換装置の電流制御方式
を電流制御に用い、交流電圧一定制御を行う従来の電力
変換装置を示す図である。

【０００３】図６において、１は自励式電圧型交直変換
装置に直流電圧を供給するコンデンサ、蓄電池、直流電
源等の直流電圧源、２ａ〜２ｄはトランジスタ，ＩＧＢ
Ｔ，ＧＴＯ等の自己消弧可能な半導体スイッチ、３ａ〜
３ｄは半導体スイッチ２ａ〜２ｄと逆並列接続されたダ
イオード等の整流素子、４はリアクトル，変圧器の漏れ
インダクタンス、配線等の寄生要素のインダクタンス成
分、５は高調波リップルの吸収、交流負荷電圧安定化の
為に用いられるフィルタコンデンサ、６は直流電圧源
１，半導体スイッチ２ａ〜２ｄ，整流素子３ａ〜３ｄ，
インダクタンス成分４をブロック化した自励式電圧型交
直変換装置、７は自励式電圧型交直変換装置６の交流出
力側に接続された交流負荷、８は交流負荷７の交流電圧
指令の位相基準を作成する位相基準発生手段、９は位相
基準発生手段８の発生した位相基準に基づいてｓｉｎθ
演算により正弦波を作成するｓｉｎ信号発生手段、１０
は交流負荷７の交流電圧指令の振幅を発生する交流電圧
指令振幅発生手段、１１ａ，１１ｂは乗算演算を行う乗
算手段、１２は位相基準発生手段８，ｓｉｎ信号発生手
段９，交流電圧指令振幅発生手段１０，乗算手段１１ａ
から構成され、交流負荷７の交流電圧指令を作成する交
流電圧指令作成手段、１３は電圧を検出する電圧検出手
段、１４ａ，１４ｂは減算演算を行う減算手段、１５は
交流負荷７の交流電圧を制御する交流電圧制御手段、１
６ａ，１６ｂは電流を検出する電流検出手段、１７ａ〜
１７ｃは与えられた入力信号を定数倍する比例ゲイン、
１８は位相基準発生手段８の発生した位相基準に基づい
てｃｏｓθ演算により正弦波を作成するｃｏｓ信号発生
手段、１９は加算演算を行う加算手段、２０は自励式電
圧型交直変換装置６の交流出力電流指令と実際の交流出
力電流の偏差である電流誤差の目標追従誤差を作成する
目標追従誤差発生手段、２１は自励式電圧型交直変換装
置６の交流出力電流指令と実際の交流出力電流の偏差に
よって求められる電流誤差と目標追従誤差発生手段２０
の発生する目標追従誤差に従って半導体スイッチ２ａ〜
２ｄの点弧、消弧ゲート信号を発生するゲート信号演算
手段（ゲート指令演算手段）である。

【０００４】次に動作について説明する。図６に示した
電力変換装置において、特許第２７７５５７２号に示さ
れたとおり、電流検出手段１６ａにて自励式電圧型交直
変換装置６からインダクタンス成分４を通って流れる交
流出力電流を検出し、減算手段１４ａにて自励式電圧型
交直変換装置６の交流出力電流指令から減算して電流誤
差を求める。ゲート信号演算手段２１では、減算手段１
４ａにて求めた電流誤差と、目標追従誤差発生手段２０
にて発生した目標追従誤差に基づいて、目標追従誤差信
号をｊ（ｅ）、データを採取してから次のスイッチング
モードを決めるまでに要する計測制御処理時間をＴｃ、
データを採取する時間間隔であるサンプリング周期をＴ
ｓとして、第１表に示した比較、条件判断演算を行った
後、半導体スイッチ２ａ〜２ｄの各ゲート信号を発生
し、半導体スイッチ２ａ〜２ｄのオンまたはオフのスイ
ッチ状態を制御する。

【０００５】

【表１】

【０００６】このように半導体スイッチ２ａ〜２ｄのオ
ンまたはオフのスイッチ状態が制御されることにより、
モード１では電流誤差が正でかつ（ｊ（ｅ）・Ｔｓ）／
２（Ｔｓ＋Ｔｃ）で与えられる誤差幅より大きい、すな
わち交流出力電流が交流出力電流指令より（ｊ（ｅ）・
Ｔｓ）／２（Ｔｓ＋Ｔｃ）で与えられる誤差幅以上に低
いため、半導体スイッチ２ａがオン、２ｂがオフ、２ｃ
がオフ、２ｄがオンとなり、自励式電圧型交直変換装置
６の交流出力に直流電圧ＥＥが印加されて交流出力電流
が増加する。

【０００７】逆にモード３では電流誤差信号が負でかつ
（ｊ（ｅ）・Ｔｓ）／２（Ｔｓ＋Ｔｃ）で与えられる誤
差幅より小さい、すなわち交流出力電流が交流出力電流
指令より（ｊ（ｅ）・Ｔｓ）／２（Ｔｓ＋Ｔｃ）で与え
られる誤差幅以上に高いため、半導体スイッチ２ａがオ
フ、２ｂがオン、２ｃがオン、２ｄがオフとなり、自励
式電圧型交直変換装置６の交流出力に直流電圧Ｅ_B が印
加されて交流出力電流が限流される。また、モード２に
おいては電流誤差信号の絶対値が（ｊ（ｅ）・Ｔｓ）／
２（Ｔｓ＋Ｔｃ）で与えられる誤差幅以内であるため、
半導体スイッチ２ａがオフ、２ｂがオン、２ｃがオフ、
２ｄがオンとなり、自励式電圧型交直変換装置６の交流
出力に直流電圧０が印加されて交流出力は変化しないよ
うに制御されることにより交流出力電流指令に一致する
ように制御される。

【０００８】この特許第２７７５５７２号に示された自
励式電圧型交直変換装置の電流制御方式は、交流出力電
流指令と実際の交流出力電流の電流誤差を求め、その電
流誤差の絶対値が（ｊ（ｅ）・Ｔｓ）／２（Ｔｓ＋Ｔ
ｃ）で与えられる敷居値を横切らない場合には、半導体
スイッチ２ａ〜２ｄのオンまたはオフ状態が変化しない
ため、三角波比較ＰＷＭ方式等のキャリア変調方式と比
較した場合、スイッチング周波数を低くすることがで
き、その結果、損失を低減することができる。

【０００９】一方、位相基準発生手段８は交流負荷７に
印加される交流電圧指令の位相基準を発生し、ｓｉｎ信
号発生手段９にてｓｉｎθ信号を作成する。ｓｉｎ信号
発生手段９にて作成したｓｉｎθ信号は交流電圧指令振
幅発生手段１０の発生した交流電圧指令振幅と乗算手段
１１ａにて乗算されることによって交流負荷７に印加さ
れる交流電圧指令となることにより、交流電圧指令作成
手段１２は交流負荷７に印加される負荷電圧の指令を作
成する交流電圧指令作成手段として作用する。

【００１０】このようにして得られた交流出力電圧指令
は電圧検出手段１３によって検出された交流負荷７に印
加される負荷電圧がフィードバック信号として作用する
ため、減算手段１４ｂにて減算演算を行って偏差を求め
ることにより、フィードバック制御系を構成することが
でき、比例，積分，微分等の演算を用いた交流電圧制御
手段１５を用いて自励式電圧型交直変換装置６の交流出
力電流指令を作成し、減算手段１４ａへ与えることによ
り、交流負荷７に印加される負荷電圧を交流電圧指令に
一致するように制御することができる。

【００１１】減算手段１４ａに入力される交流出力電流
指令は加算手段１９の出力から得られるが、このうち比
例ゲイン１７ａの出力は電流検出手段１６ｂにて検出し
た交流負荷７に流れる負荷電流であり、比例ゲイン１７
ａにてゲイン倍することにより負荷電流のフィードフォ
ワードとして働き、また、比例ゲイン１７ｃの出力は位
相基準発生手段８にて発生した位相基準からｃｏｓ信号
発生手段１８によって発生した交流電圧指令から９０度
位相の進んだ信号を作成し、交流電圧指令振幅発生手段
１０の発生した交流電圧指令振幅と乗算手段１１ｂにて
乗算した後、比例ゲイン１７ｂにて交流電圧指令の基本
波角周波数ωとフィルタコンデンサ５の容量ＣＦを乗ず
ることにより、フィルタコンデンサ５に流れる電流を算
出することができるので、比例ゲイン１７ｃにてゲイン
倍することにより、フィルタコンデンサ電流のフィード
フォワードとして働き、これら電流を補償して負荷急変
や交流電圧指令急変時にも交流負荷７に印加される負荷
電圧の急変を避けるように動作する。

【００１２】以上述べたように、図６に示した従来の電
力変換装置では、交流電圧制御手段１５の働きによって
負荷に印加される負荷電圧が交流電圧指令に一致するよ
うに制御することができるとともに、電流誤差の絶対値
が（ｊ（ｅ）・Ｔｓ）／２（Ｔｓ＋Ｔｃ）で与えられる
敷居値を横切らない場合はゲート信号が変化しないた
め、三角波比較ＰＷＭ方式等のキャリア変調方式と比較
した場合、スイッチング周波数を低くして、その結果、
損失を低減するように動作する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】従来の電力変換装置は
以上のように構成されているので、スイッチング周波数
を低くして、その結果損失を低減するように動作する特
徴があるが、自励式電圧型交直変換装置６の交流出力電
流指令の零クロス付近で交流出力電流指令の変化率が大
きいと、表１に示したモード１とモード３の間の直接変
化が発生し、この直接変化が更に交流電流指令を振動的
にし、モード１とモード３間の直接変化を引き起こして
スイッチング周波数が高くなるという課題があった。

【００１４】また、交流電圧指令急変時もしくは、負荷
電圧急変時等の交流電圧指令と実際の負荷電圧の偏差が
急変した場合に、交流出力電流指令の変化率が大きくな
ると負荷電圧にオーバーシュートが発生し、負荷電圧が
振動的になるという課題があった。

【００１５】また、電流誤差が（ｊ（ｅ）・Ｔｓ）／２
（Ｔｓ＋Ｔｃ）で与えられる敷居値を横切らない場合に
は、半導体スイッチ２ａ〜２ｄのオンまたはオフ状態が
変化しないため、無負荷時の自励式電圧型交直変換装置
６の交流出力電流指令と実際の交流出力電流の間に一定
振幅の偏差が残り、交流出力電流指令と実際の交流出力
電流の関係が図７に示した様な原点を通らない直線とな
り、交流負荷７に印加される出力交流電圧降下と交流負
荷７に流れる負荷電流に線形性が得られないという課題
があった。

【００１６】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、交流出力電流指令の零クロス付近
でモード１とモード３の間の直接変化を抑制することに
より、無駄なスイッチングを低減するとともに、交流電
圧指令と実際の負荷電圧の偏差が急変した場合も負荷電
圧のオーバーシュートや振動を抑制し、安定に動作する
とともに、交流出力電流指令と実際の交流出力電流の関
係を原点を通る直線とすることにより、負荷から見た自
励式電圧型交直変換装置６の内部インピーダンスを一定
とすることができる電力変換装置を得ることを目的とす
る。

【００１７】

【課題を解決するための手段】この発明に係る電力変換
装置は、交流負荷の交流電圧指令を与える交流電圧指令
作成手段と、前記交流負荷の負荷電圧を検出する電圧検
出手段と、前記負荷電圧が前記交流電圧指令に従うよう
に自励式電圧型交直変換装置の交流出力電流指令を作成
する交流電圧制御手段と、前記自励式電圧型交直変換装
置の交流出力電流を検出する電流検出手段と、予め設定
された前記電流指令の変化の余裕幅である目標追従誤差
を与える目標追従誤差作成手段と、前記交流出力電流指
令と前記交流出力電流の差分である電流誤差を求める減
算手段と、前記電流誤差が前記目標追従誤差内にあるか
否かを判定する比較手段と、前記比較手段の比較結果に
基づいて前記自励式電圧型交直変換装置の各スイッチン
グ素子に対するゲート指令を作成するゲート指令演算手
段を備え、直接変化抑制手段は前記自励式電圧型交直変
換装置の第一の半導体スイッチがオン、第二の半導体ス
イッチがオフ、第三の半導体スイッチがオフ、第四の半
導体スイッチがオンの状態であるスイッチングモード１
と、前記自励式電圧型交直変換装置の前記第一の半導体
スイッチがオフ、前記第二の半導体スイッチがオン、前
記第三の半導体スイッチがオン、前記第四の半導体スイ
ッチがオフの状態であるスイッチングモード３間の直接
変化を抑制するものである。

【００１８】この発明に係る電力変換装置は、直接変化
抑制手段として、電圧検出手段と減算手段の間に低域濾
過手段を設けたものである。

【００１９】この発明に係る電力変換装置は、直接変化
抑制手段として、電圧検出手段と減算手段の間に変化率
抑制手段を設けたものである。

【００２０】この発明に係る電力変換装置は、交流負荷
の交流電圧指令を与える交流電圧指令作成手段と、交流
負荷の交流電圧を検出する電圧検出手段と、前記負荷電
圧か前記交流電圧指令に従うように前記自励式電圧型交
直変換装置の交流出力電流指令を作成する交流電圧制御
手段と、前記自励式電圧型交直変換装置の交流出力電流
を検出する電流検出手段と、予め設定された前記電流指
令の変化の余裕幅である目標追従誤差信号を与える目標
追従誤差信号作成手段と、前記交流出力電流指令と前記
交流出力電流の差分である誤差信号を求める減算手段
と、前記電流誤差が前記目標追従誤差信号内にあるか否
かを判定する比較手段と、前記比較手段の比較結果に基
づいて前記自励式電圧型交直変換装置の各スイッチング
素子に対するゲート指令を作成するゲート指令演算手段
を備え、絶対値抑制手段は前記交流電圧指令作成手段と
前記交流電圧制御手段の間もしくは前記電圧検出手段と
前記交流電圧制御手段の間もしくは前記交流電圧制御手
段と前記減算手段の間に設けたものである。

【００２１】この発明に係る電力変換装置は、交流負荷
の交流電圧指令を与える交流電圧指令作成手段と、交流
負荷の交流電圧を検出する電圧検出手段と、前記負荷電
圧が前記交流電圧指令に従うように前記自励式電圧型交
直変換装置の交流出力電流指令を作成する交流電圧制御
手段と、前記交流出力電流指令補正値を出力する交流電
流指令補正手段と、前記自励式電圧型交直変換装置の交
流出力電流を検出する電流検出手段とを備え、加算器は
前記交流出力電流指令と前記交流出力電流指令補正値の
和を求めて最終交流出力電流指令を求め、ゲート指令演
算手段は前記交流出力電流が前記最終交流出力電流指令
に一致するように前記自励式電圧型交直変換装置の各半
導体スイッチングに対するゲート指令を作成するもので
ある。

【００２２】この発明に係る電力変換装置は、段落番号
００１９の電力変換装置において、交流出力電流指令補
正値を電流誤差としたものである。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態に
ついて説明する。 実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１の電力変
換装置の構成を示す構成図である。図１において、１は
自励式電圧型交直変換装置に直流電圧を供給するコンデ
ンサ、蓄電池、直流電源等の直流電圧源、２ａ〜２ｄは
トランジスタ，ＩＧＢＴ，ＧＴＯ等の自己消弧可能な半
導体スイッチ、３ａ〜３ｄは半導体スイッチ２ａ〜２ｄ
と逆接続されたダイオード等の整流素子、４はリアクト
ル，変圧器の漏れインダクタンス，配線等の寄生要素の
インダクタンス成分である。

【００２４】５は高調波リップルの吸収，交流負荷電圧
安定化の為に用いられるフィルタコンデンサ、６は直流
電圧源１，半導体スイッチ２ａ〜２ｄ，整流素子３ａ〜
３ｄ，インダクタンス成分４をブロック化した自励式電
圧型交直変換装置、７は自励式電圧型交直変換装置６の
交流出力に接続される交流負荷、８は交流負荷７の交流
電圧指令の位相基準を作成する位相基準発生手段、９は
位相基準発生手段８の発生した位相基準に基づいてｓｉ
ｎθ演算により正弦波を作成するｓｉｎ信号発生手段で
ある。

【００２５】１０は交流負荷７の交流電圧指令の振幅を
発生する交流電圧指令振幅発生手段、１１ａ，１１ｂは
乗算演算を行う乗算手段、１２は位相基準発生手段８，
ｓｉｎ信号発生手段９，交流電圧指令振幅発生手段１
０，乗算手段１１ａから構成され、交流負荷７の交流電
圧指令を作成する交流電圧指令作成手段、１３は電圧を
検出する電圧検出手段、１４ａ，１４ｂは減算演算を行
う減算手段である。

【００２６】１５は交流負荷７の交流電圧を制御する交
流電圧制御手段、１６ａ，１６ｂは電流を検出する電流
検出手段、１７ａ〜１７ｃは与えられた入力信号を定数
倍する比例ゲイン、１８は位相基準発生手段８の発生し
た位相基準に基づいてｃｏｓθ演算により正弦波を作成
するｃｏｓ信号発生手段、１９は加算演算を行う加算手
段、２０は自励式電圧型交直変換装置６の交流出力電流
指令と実際の交流出力電流の偏差である電流誤差の目標
追従誤差を作成する目標追従誤差作成手段、２１は自励
式電圧型交直変換装置６の交流出力電流指令と実際の交
流出力電流の偏差によって求められる電流誤差と目標追
従誤差作成手段２０の発生する目標追従誤差に従って半
導体スイッチ２ａ〜２ｄの点弧，消弧ゲート信号を発生
するゲート信号演算手段（ゲート指令演算手段）、２２
は本発明の直接変化抑制手段である。

【００２７】図２，図３はこの発明の直接変化抑制手段
２２の具体的な構成例を示す図である。図２において、
２３は低域周波数成分のみ透過し、高域周波数成分を除
去する一次遅れフィルタ、二次遅れフィルタ等の低域濾
過手段、図３において、２４は入力信号の変化率を抑制
するレイトリミッタ等の変化率抑制手段である。

【００２８】次に動作について説明する。図１に示した
電力変換装置において、自励式電圧型交直変換装置６か
らインダクタンス成分４を通って流れる交流出力電流を
電流検出手段１６ａにて検出し、減算手段１４ａにて自
励式電圧型交直変換装置６の交流出力電流指令から減算
して電流誤差を求め、目標追従誤差作成手段２０にて発
生した目標追従誤差とゲート信号演算手段２１にて、目
標追従誤差信号をｊ（ｅ）、データを採取してから次の
スイッチングモードを決めるまでに要する計測制御処理
時間をＴｃ、データを採取する時間間隔であるサンプリ
ング周期をＴｓとして、第１表に示した比較、条件判断
演算を行った後、半導体スイッチ２ａ〜２ｄの各ゲート
信号を発生し、半導体スイッチ２ａ〜２ｄのオンまたは
オフのスイッチ状態を制御することにより、自励式電圧
型交直変換装置６の交流出力電流は交流出力電流指令に
一致するように制御される。

【００２９】また、位相基準発生手段８は交流負荷７に
印加される交流電圧指令の位相基準を発生し、ｓｉｎ信
号発生手段９にてｓｉｎθ信号を作成する。ｓｉｎ信号
発生手段９にて作成したｓｉｎθ信号は、交流電圧指令
振幅発生手段１０の発生した交流電圧指令振幅と乗算手
段１１ａにて乗算されることによって交流負荷７に印加
される交流電圧指令となる。交流電圧指令作成手段１２
は交流負荷７に印加される負荷電圧の指令を作成する交
流電圧指令作成手段として作用する。

【００３０】このようにして得られた交流出力電圧指令
は、電圧検出手段１３によって検出された交流負荷７の
負荷電圧がフィードバック信号として作用するため、減
算手段１４ｂにて減算演算を行って偏差を求めることに
より、フィードハック制御系を構成することができ、比
例、積分、微分等の演算を用いた交流電圧制御手段１５
を用いて自励式電圧型交直変換装置６の交流出力電流指
令を作成し、電流検出手段１６ｂにて検出した交流負荷
７に流れる負荷電流を検出し比例ゲイン１７ａにてゲイ
ン倍した負荷電流のフィードフォワードと、位相基準発
生手段８にて発生した位相基準からｃｏｓ信号発生手段
１８によって発生した交流電圧指令から９０度位相の進
んだ信号を作成し、交流電圧指令振幅発生手段の発生し
た交流電圧指令振幅と乗算手段１１ｂにて乗算した後、
比例ゲイン１７ｂにて交流電圧指令の基本波角周波数ω
とフィルタコンデンサ５の容量ＣＦを乗ずることにより
算出されたフィルタコンデンサ５に流れる電流を、比例
ゲイン１７ｃにてゲイン倍したフィルタコンデンサ電流
のフィードフォワードとともに加算手段１９にて加算し
て減算手段１４ａに与えることにより、交流負荷７の負
荷電流とフィルタコンデンサ５に流れる電流を補償して
負荷急変や交流電圧指令急変時にも交流負荷７に印加さ
れる負荷電圧の急変をさけるように交流電圧制御手段１
５の働きを補うように動作する。

【００３１】ここまでの動作は図６に示した従来の電力
変換装置と同様である。ここで、図１に示した実施の形
態１の電力変換装置が図６に示した従来の電力変換装置
と異なる点は、直接変化抑制手段２２を設けたことによ
り、自励式電圧型交直変換装置６の交流出力電流指令の
零クロス付近で交流出力電流指令の変化率が大きい場合
に発生する表１に示したモード１からモード３への直接
変化を抑制した点である。

【００３２】次に直接変化抑制手段２２の動作を説明す
る。段落番号００３０にて説明したとおり、交流電圧制
御手段１５は、交流電圧指令作成手段１２の作成した交
流電圧指令と電圧検出手段１３にて検出した交流負荷７
に印加される負荷電圧の実測値の偏差から、自励式電圧
型交直変換装置６の交流出力電流指令を作成することに
より、交流負荷７に印加される負荷電圧が交流電圧指令
に一致するように制御するが、電流指令零クロス付近で
の表１に示したモード１とモード３間の直接変化の原因
は段落番号００１３にて説明したとおり、交流電流指令
の大きな変化であり、これは、交流電圧指令が基本波交
流であることを勘案すると、電圧検出手段１３の検出し
た負荷電圧に含まれる変化率の大きな成分であることが
わかる。

【００３３】従って、図２に示した低域濾過手段２３を
直接変化抑制手段２２として電圧検出手段１３と減算手
段１４ｂの間に設け、負荷電圧に含まれる周波数の高い
変化率の大きな成分を除去することにより、交流電圧制
御手段１５の出力の変化率も抑制され、その結果、交流
電流指令に含まれる変化率の大きな成分を除去して自励
式電圧型交直変換装置６の交流出力電流指令の零クロス
付近で発生する表１に示したモード１からモード３への
直接変化を抑制することができる。

【００３４】直接変化抑制手段２２としては図２に示し
た低域濾過手段２３を用いる以外に図３に示した変化率
抑制手段２４等の入力信号の変化率を抑制する効果のあ
る手段であればいずれでも構わない。図３において、変
化率抑制手段２４は変化率リミッタ等の入力信号の変化
率が設定値を超えた場合に出力信号の変化率がこの設定
値を超えないように抑制して出力するように動作する。
変化率抑制手段２４がこのように動作することにより、
負荷電圧に含まれる周波数の高い変化率の大きな成分を
除去することができ、交流電圧制御手段１５の出力の変
化率も抑制され、その結果、交流電流指令に含まれる変
化率の大きな成分を除去して自励式電圧型交直変換装置
６の交流出力電流指令の零クロス付近で発生する表１に
示したモード１からモード３への直接変化を抑制するこ
とができる。

【００３５】なお、図１に示した実施の形態１では、直
接変化抑制手段２２を電圧検出手段１３と減算手段１４
ｂの間に設けたが、直接変化の原因は電圧検出手段１３
の検出する交流負荷７に印加される負荷電圧の変化率に
起因していることより、減算手段１４ｂと交流電圧制御
手段１５の間もしくは交流電圧制御手段１５と加算手段
１９の間、もしくは加算手段１９と減算手段１４ａの
間、減算手段１４ａとゲート信号演算手段２１の間のど
の地点に設置しても自励式電圧型交直変換装置６の交流
出力電流指令の変化率を抑制することができ、同様の効
果が得られる。

【００３６】以上述べたように、図１に示した実施の形
態１の電力変換装置によれば、表１に示したモード１と
モード３間の直接変化を引き起こす、電圧検出手段１２
にて検出した交流負荷７に印加される負荷電圧に含まれ
る変化率の大きな成分を除去する直接変化抑制手段２２
を設けることにより、自励式電圧型交直変換装置６の交
流出力電流指令に含まれる変化率の大きな成分を除去す
ることができ、従来の電力変換装置で発生していた自励
式電圧型交直変換装置６の交流出力電流指令の零クロス
付近で交流出力電流指令の変化率が大きい場合に発生し
ていた表１のモード１とモード３間の直接変化を抑制
し、三角波比較ＰＷＭ方式等のキャリア変調方式と比較
した場合、スイッチング周波数を低くすることができ、
その結果、損失を低減することができる。

【００３７】実施の形態２．図４は本発明の実施の形態
２の電力変換装置の構成を示す構成図である。図４にお
いて、２５は入力信号が予め設定された第一の設定値以
上の場合には出力信号を第一の設定値に、予め設定され
た第二の設定値以下の場合には第二の設定値に出力する
リミッタ手段である。図６に示した従来の電力変換装置
と異なる点はリミッタ手段２５を減算手段１４ｂと交流
電圧制御手段１５の間に設けたことにより、電圧指令急
変時もしくは、負荷電圧急変時等の交流電圧指令と実際
の負荷電圧の偏差が急変して交流出力電流指令の変化率
が大きくなった場合の負荷電圧にオーバーシュートや負
荷電圧の振動を抑制した点である。

【００３８】次に動作について説明する。図１に示した
実施の形態１の電力変換装置と同様に、交流電圧制御手
段１５は、交流電圧指令作成手段１２の作成した交流電
圧指令と電圧検出手段１３にて検出した交流負荷７に印
加される負荷電圧の実測値の偏差から自励式電圧型交直
変換装置６の交流出力電流指令を作成することにより、
交流負荷７に印加される負荷電圧が交流電圧指令に一致
するように制御するが、負荷電圧急変時等の負荷電圧の
オーバーシュートや負荷電圧の振動の原因は段落番号０
０１４にて説明したとおり、交流電圧指令と実際の負荷
電圧の偏差の急変であり、これは減算手段１４ｂの出力
に含まれる絶対値の大きな成分である。

【００３９】従って、図４に示したとおり、リミッタ手
段２５を減算手段１４ｂと交流電圧制御手段１５の間に
設け、入力信号が予め設定された第一の設定値以上の場
合には出力信号を第一の設定値に、予め設定された第二
の設定値以下の場合には第二の設定値に制限することに
より、交流電圧指令と負荷電圧の偏差に含まれる絶対値
の大きな成分を除去することができ、交流電圧制御手段
１５の出力の絶対値も抑制され、その結果、自励式電圧
型交直変換装置６の交流出力電流指令に含まれる絶対値
の大きな成分を除去して電圧指令急変時もしくは、負荷
電圧急変時等の交流電圧指令と実際の負荷電圧の偏差が
急変して交流出力電流指令の変化率が大きくなった場合
の負荷電圧にオーバーシュートや負荷電圧の振動を抑制
することができる。

【００４０】なお、図４に示した実施の形態２では、リ
ミッタ手段２５を減算手段１４ｂと交流電圧制御手段１
５の間に設けたが、負荷電圧急変時等の電圧指令と実電
圧の偏差を抑制できればその設置点がどこでも構わず、
例えば交流電圧制御手段１５と加算手段１９の間もしく
は加算手段１９と減算手段１４ａの間もしくは減算手段
１４ａとゲート信号演算手段２１の間に設けても、また
交流電圧指令が急変する場合には交流電圧指令作成手段
１２と減算手段１４ｂの間に設けても、また負荷電圧が
急変する場合には電圧検出手段１３と減算手段１４ｂの
間に設けても、自励式電圧型交直変換装置６の交流出力
電流指令の絶対値を抑制することができ、同様の効果が
得られる。

【００４１】以上述べたように、図４に示した実施の形
態２の電力変換装置は、リミッタ手段２５を設け、入力
信号が予め設定された第一の設定値以上の場合には出力
信号を第一の設定値に、予め設定された第二の設定値以
下の場合には第二の設定値に出力することにより、交流
電圧制御手段１５の出力も一定値以下に抑制され、その
結果、負荷電圧のオーバーシュートならびに振動を抑制
することができる。

【００４２】実施の形態３．図５は本発明の実施の形態
３の電力変換装置の構成を示す構成図である。図５にお
いて、２６は無負荷時の自励式電圧型交直変換装置６の
交流出力電流指令と実際の交流出力電流の間に残る一定
振幅の偏差を補償する交流出力電流指令補正手段であ
る。図６に示した従来の電力変換装置と異なる点は、交
流出力電流指令補正手段２６を設け、その出力を加算手
段１９に加えて交流出力電流指令を補正した最終交流出
力電流指令を用いることにより、自励式電圧型交直変換
装置６の交流出力電流指令と実際の交流出力電流の関係
を原点を通る直線として、交流負荷７に印加される出力
交流電圧降下と交流負荷７に流れる負荷電流に線形性を
得られるようにした点である。なお、この実施の形態３
では、減算手段１４ａ，目標追従誤差発生手段２０，ゲ
ート指令演算手段２１で電流制御型ＰＷＭを構成してい
る。

【００４３】次に動作について説明する。図１に示した
実施の形態１の電力変換装置と同様に、交流電圧制御手
段１５は、交流電圧指令作成手段１２の作成した交流電
圧指令と電圧検出手段１３にて検出した交流負荷７に印
加される負荷電圧の実測値の偏差から自励式電圧型交直
変換装置６の交流出力電流指令を作成することにより、
交流負荷７に印加される負荷電圧が交流電圧指令に一致
するように制御するが、自励式電圧型交直変換装置６の
交流出力電流指令と実際の交流出力電流の関係が図７に
示した様な原点を通らない直線となり、負荷電流と自励
式電圧型交直変換装置６の出力電圧の関係が線形になら
ない原因は、電流誤差が（ｊ（ｅ）・Ｔｓ）／２（Ｔｓ
＋Ｔｃ）で与えられる敷居値を横切らない場合には、半
導体スイッチ２ａ〜２ｄのオンまたはオフ状態が変化し
ないため残る、無負荷時の自励式電圧型交直変換装置６
の交流出力電流指令と実際の交流出力電流の間の一定振
幅の偏差である。

【００４４】従って、先ず無負荷時に自励式電圧型交直
変換装置６の交流出力電流指令と実際の交流出力電流の
間の偏差を例えば減算手段１４ａの出力を観測すること
により予め測定し、交流出力電流指令補正手段２６にて
加算手段１９に加えて最終交流出力電流指令を算出して
減算手段１４ａに与えることにより、電流誤差が（ｊ
（ｅ）・Ｔｓ）／２（Ｔｓ＋Ｔｃ）で与えられる敷居値
を横切らない場合には、半導体スイッチ２ａ〜２ｄのオ
ンまたはオフ状態か変化しないため残る、無負荷時の自
励式電圧型交直変換装置６の交流出力電流指令と実際の
交流出力電流の間の一定振幅の偏差を補償することがで
き、自励式電圧型交直変換装置６の交流出力電流指令と
実際の交流出力電流の関係を原点を通る直線として、交
流負荷７に印加される出力交流電圧降下と交流負荷７に
流れる負荷電流に線形性が得られるようになる。

【００４５】なお、この実施の形態３の説明の中では、
無負荷時に自励式電圧型交直変換装置６の交流出力電流
指令と実際の交流出力電流の間の偏差を例えば減算手段
１４ａの出力を観測することにより予め測定し、交流出
力電流指令補正手段２６の補正値として用いる例を説明
したが、これは、図７に示したとおり、交流出力電流指
令と実際の交流出力電流の関係が原点を通らない直線と
なることより、負荷を接続した状態で測定して交流出力
電流指令補正手段２６の出力する補正値としても同様の
効果が得られる。

【００４６】また、この実施の形態３の説明の中では、
自励式電圧型交直変換装置６の交流出力電流の制御方式
として、特許第２７７５５７２号に開示された減算器１
４ａ，目標追従誤差発生手段２０，ゲート指令演算手段
２１を用いた電流制御方式を適用した場合について説明
したが、交流出力電流指令と実際の交流出力電流の関係
が図７に示した様な原点を通らない直線となる現象は、
電流マイナーループを持つ自励式電圧型交直変換装置一
般に発生する現象であるため、本実施の形態の交流出力
電流指令補正手段２６を電流マイナーループを持つ自励
式電圧型交直変換装置一般に設けることによって同様の
効果が得られる。

【００４７】以上述べたように、図５に示した実施の形
態３の電力変換装置は、交流出力電流指令補正手段２６
を設けたことにより、電流誤差が（ｊ（ｅ）・Ｔｓ）／
２（Ｔｓ＋Ｔｃ）で与えられる敷居値を横切らない場合
には、半導体スイッチ２ａ〜２ｄのオンまたはオフ状態
が変化しないため残る、無負荷時の自励式電圧型交直変
換装置６の交流出力電流指令と実際の交流出力電流の間
の一定振幅の偏差を補償することができ、交流出力電流
指令と実際の交流出力電流の関係を原点を通る直線とし
て、交流負荷７に印加される出力交流電圧降下と交流負
荷７に流れる負荷電流に線形性が得られるようになる。

【００４８】なお、この実施の形態１から実施の形態３
では自励式電圧型交直変換装置の出力に交流負荷７を接
続して説明したが、交流電圧源，電力系統等が接続され
た場合でも同様の効果が得られる。

【００４９】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、直接
変化抑制手段を設け、電圧検出手段で検出した負荷に印
加される負荷電圧に含まれる変化率の大きな成分を除去
するように構成したので、自励式電圧型交直変換装置の
交流出力電流指令に含まれる変化率の大きな成分を除去
することができ、従来の電力変換装置で発生していた自
励式電圧型交直変換装置の交流出力電流指令の零クロス
付近で交流出力電流指令の変化率が大きい場合に発生し
ていた表１のモード１とモード３間の直接変化を抑制
し、三角波比較ＰＷＭ方式等のキャリア変調方式と比較
した場合、スイッチング周波数を低くすることができ、
その結果、損失を低減することができる効果がある。

【００５０】この発明によれば、リミッタ手段を設け、
入力信号が予め設定された第一の設定値以上の場合には
出力信号を第一の設定値に、予め設定された第二の設定
値以下の場合には出力信号を第二の設定値にするように
構成したので、交流電圧制御手段の出力も一定値以下に
抑制され、その結果、負荷電圧のオーバーシュートなら
びに振動を抑制することができる効果がある。

【００５１】この発明によれば、交流出力電流指令補正
手段を設け、電流誤差が（ｊ（ｅ）・Ｔｓ）／２（Ｔｓ
＋Ｔｃ）で与えられる敷居値を横切らない場合には、半
導体スイッチ２ａ〜２ｄのオンまたはオフ状態が変化し
ないため残る、無負荷時の自励式電圧型交直変換装置の
交流出力電流指令と実際の交流出力電流の間の一定振幅
の偏差を補償するように構成したので、交流出力電流指
令と実際の交流出力電流の関係を原点を通る直線とし
て、負荷に流れる負荷電流と負荷に印加される負荷電圧
の関係を線形にすることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１の電力変換装置を示す
構成図である。

【図２】 本発明の直接変化抑制手段の一構成例を示す
構成図である。

【図３】 本発明の直接変化抑制手段の他の構成例を示
す構成図である。

【図４】 本発明の実施の形態２の電力変換装置を示す
構成図である。

【図５】 本発明の実施の形態３の電力変換装置の電流
検出器の設置を示す図である。

【図６】 従来の電力変換装置を示す構成図である。

【図７】 従来の電力変換装置の交流出力電流指令と交
流出力電流の関係を示す図である。

【符号の説明】

１ 直流電圧源、２ａ〜２ｄ 半導体スイッチ、３ａ〜
３ｄ 整流素子、６自励式電圧型交直変換装置、７ 交
流負荷、１２ 交流電圧指令作成手段、１３電圧検出手
段、１４ａ，１４ｂ 減算手段、１５ 交流電圧制御手
段、１６ａ，１６ｂ 電流検出手段、２０ 目標追従誤
差発生手段、２１ ゲート信号演算手段（ゲート指令演
算手段）、２２ 直接変化抑制手段、２３ 低域濾過手
段、２４ 変化率抑制手段、２５ リミッタ手段、２６
交流出力電流指令補正手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 玉井 伸三 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 山本 融真 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 森 治義 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 大島 正明 東京都千代田区内幸町１丁目１番３号 東 京電力株式会社内 Ｆターム(参考） 5H007 AA04 BB00 BB05 BB07 CA01 CA05 CB02 CB05 CC09 DA05 DA06 DC02 DC05 EA02

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流電圧源の正極に接続された第一の半
   導体スイッチと、前記第一の半導体スイッチと並列に接
   続された第一の整流素子と、前記第一の半導体素子と前
   記第一の整流素子の接続点と前記直流電源の負極の間に
   接続された第二の半導体素子と、前記第二の半導体素子
   と並列に接続された第二の整流素子と、前記直流電圧源
   の正極に接続された第三の半導体スイッチと、前記第三
   の半導体スイッチと並列に接続された第三の整流素子
   と、前記第三の半導体素子と前記第三の整流素子の接続
   点と前記直流電源の負極の間に接続された第四の半導体
   素子と、前記第四の半導体素子と並列に接続された第四
   の整流素子とで構成された自励式電圧型交直変換装置を
   介して交流負荷に接続された電力変換装置において、前
   記交流負荷の交流電圧指令を与える交流電圧指令作成手
   段と、前記交流負荷の負荷電圧を検出する電圧検出手段
   と、前記負荷電圧が前記交流電圧指令に従うように前記
   自励式電圧型交直変換装置の交流出力電流指令を作成す
   る交流電圧制御手段と、前記自励式電圧型交直変換装置
   の交流出力電流を検出する電流検出手段と、予め設定さ
   れた前記電流指令の変化の余裕幅である目標追従誤差を
   与える目標追従誤差作成手段と、前記交流出力電流指令
   と前記交流出力電流の差分である電流誤差を求める減算
   手段と、前記電流誤差が前記目標追従誤差内にあるか否
   かを判定する比較手段と、前記比較手段の比較結果に基
   づいて前記自励式電圧型交直変換装置の各スイッチング
   素子に対するゲート指令を作成するゲート指令演算手段
   を備え、前記自励式電圧型交直変換装置の第一の半導体
   スイッチがオン、前記第二の半導体スイッチがオフ、前
   記第三の半導体スイッチがオフ、前記第四の半導体スイ
   ッチがオンの状態であるスイッチングモード１と、前記
   自励式電圧型交直変換装置の第一の半導体スイッチがオ
   フ、前記第二の半導体スイッチがオン、前記第三の半導
   体スイッチがオン、前記第四の半導体スイッチがオフの
   状態であるスイッチングモード３間の直接変化を抑制す
   る直接変化抑制手段を設けたことを特徴とする電力変換
   装置。
2. 【請求項２】 直接変化抑制手段として、電圧検出手段
   と減算手段の間に低域濾過手段を設けたことを特徴とす
   る請求項１記載の電力変換装置。
3. 【請求項３】 直接変化抑制手段として、電圧検出手段
   と減算手段の間に変化率抑制手段を設けたことを特徴と
   する請求項１記載の電力変換装置。
4. 【請求項４】 直流電圧源の正極に接続された第一の半
   導体スイッチと、前記第一の半導体スイッチと並列に接
   続された第一の整流素子と、前記第一の半導体素子と前
   記第一の整流素子の接続点と前記直流電源の負極の間に
   接続された第二の半導体素子と、前記第二の半導体素子
   と並列に接続された第二の整流素子と、前記直流電圧源
   の正極に接続された第三の半導体スイッチと、前記第三
   の半導体スイッチと並列に接続された第三の整流素子
   と、前記第三の半導体素子と前記第三の整流素子の接続
   点と前記直流電源の負極の間に接続された第四の半導体
   素子と、前記第四の半導体素子と並列に接続された第四
   の整流素子とで構成された自励式電圧型交直変換装置を
   介して交流負荷に接続された電力変換装置において、前
   記交流負荷の交流電圧指令を与える交流電圧指令作成手
   段と、交流負荷の交流電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記負荷電圧が前記交流電圧指令に従うように前記自励
   式電圧型交直変換装置の交流出力電流指令を作成する交
   流電圧制御手段と、前記自励式電圧型交直変換装置の交
   流出力電流を検出する電流検出手段と、予め設定された
   前記電流指令の変化の余裕幅である目標追従誤差信号を
   与える目標追従誤差信号作成手段と、前記交流出力電流
   指令と前記交流出力電流の差分である誤差信号を求める
   減算手段と、前記電流誤差が前記目標追従誤差信号内に
   あるか否かを判定する比較手段と、前記比較手段の比較
   結果に基づいて前記自励式電圧型交直変換装置の各スイ
   ッチング素子に対するゲート指令を作成するゲート指令
   演算手段を備え、前記交流電圧指令作成手段と前記交流
   電圧制御手段の間もしくは前記電圧検出手段と前記交流
   電圧制御手段の間もしくは前記交流電圧制御手段と前記
   減算手段の間に入力信号が予め設定された第一の設定値
   以上の場合には出力信号を第一の設定値に、予め設定さ
   れた第二の設定値以下の場合には第二の設定値に出力す
   るリミッタ手段を設けたことを特徴とする電力変換装
   置。
5. 【請求項５】 直流電圧源の正極に接続された第一の半
   導体スイッチと、前記第一の半導体スイッチと並列に接
   続された第一の整流素子と、前記第一の半導体素子と前
   記第一の整流素子の接続点と前記直流電源の負極の間に
   接続された第二の半導体素子と、前記第二の半導体素子
   と並列に接続された第二の整流素子と、前記直流電圧源
   の正極に接続された第三の半導体スイッチと、前記第三
   の半導体スイッチと並列に接続された第三の整流素子
   と、前記第三の半導体素子と前記第三の整流素子の接続
   点と前記直流電源の負極の間に接続された第四の半導体
   素子と、前記第四の半導体素子と並列に接続された第四
   の整流素子とで構成された自励式電圧型交直変換装置を
   介して交流負荷に接続された電力変換装置において、前
   記交流負荷の交流電圧指令を与える交流電圧指令作成手
   段と、交流負荷の交流電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記負荷電圧が前記交流電圧指令に従うように前記自励
   式電圧型交直変換装置の交流出力電流指令を作成する交
   流電圧制御手段と、前記交流出力電流指令補正値を出力
   する交流電流指令補正手段と、前記自励式電圧型交直変
   換装置の交流出力電流を検出する電流検出手段と、前記
   交流出力電流指令と前記交流出力電流指令補正値の和を
   求めて最終交流出力電流指令を求める加算器と、前記交
   流出力電流が前記最終交流出力電流指令に一致するよう
   に前記自励式電圧型交直変換装置の各半導体スイッチン
   グに対するゲート指令を作成する電流制御型ＰＷＭを備
   えたことを特徴とする電力変換装置。
6. 【請求項６】 交流出力電流指令補正値を電流誤差とし
   たことを特徴とする請求項５記載の電力変換装置。