JP2008529464A - Ｌｃｌフィルタを備えるコンバータ回路の動作の方法及び装置 - Google Patents

Ｌｃｌフィルタを備えるコンバータ回路の動作の方法及び装置 Download PDF

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Abstract

【解決手段】複数のトリガ可能なパワー半導体スイッチを有するコンバータユニット（１）と、コンバータユニット（１）の各位相端子（２）に接続されたＬＣＬフィルタ（３）とを備えるコンバータ回路を動作させる方法が開示される。該方法によれば、トリガ可能なパワー半導体スイッチは、ヒステリシス実電力値（ｄＰ）と、ヒステリシス無効電力値（ｄＱ）と、選択フラックスセクタ（θｎ）から形成されるトリガ信号（Ｓ）によってトリガされる。ヒステリシス実電力値（ｄＰ）は、第１のヒステリシスコントローラ（１６）によって、差分実電力値（Ｐｄｉｆｆ）から形成され、差分実電力値（Ｐｄｉｆｆ）は、実電力基準値（Ｐｒｅｆ）から、推定実電力値（Ｐ）と減衰実電力値（Ｐｄ）を減じることによって形成される。減衰実電力値（Ｐｄ）は、ＬＣＬフィルタ（３）のフィルタキャパシタンス電流の空間ベクトル変換のα成分（ｉＣｆα）と位相端子電流の空間ベクトル変換のα成分（ｉｆｉα）との乗算と、ＬＣＬフィルタ（３）のフィルタキャパシタンス電流の空間ベクトル変換のβ成分（ｉＣｆβ）と位相端子電流の空間ベクトル変換のβ成分（ｉｆｉβ）との乗算の、調整可能な減衰率（ｋｄ）で重み付けされた和から形成される。ヒステリシス無効電力値（ｄＱ）は、第２のヒステリシスコントローラ（１７）によって、差分無効電力値（Ｑｄｉｆｆ）から形成され、差分無効電力値（Ｑｄｉｆｆ）は、無効電力基準値（Ｑｒｅｆ）から、推定無効電力値（Ｑ）と減衰無効電力値（Ｑｄ）を減じることによって形成される。減衰無効電力値（Ｑｄ）は、ＬＣＬフィルタ（３）のフィルタキャパシタンス電流の空間ベクトル変換のβ成分（ｉＣｆβ）と位相端子電流の空間ベクトル変換のα成分（ｉｆｉα）との乗算と、ＬＣＬフィルタ（３）のフィルタキャパシタンス電流の空間ベクトル変換のα成分（ｉＣｆα）と位相端子電流の空間ベクトル変換のβ成分（ｉｆｉβ）との乗算の間の、調整可能な減衰率（ｋｄ）で重み付けされた差から形成される。また、本発明の方法を実行する装置も開示される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、各独立請求項の前提部に記載したようなコンバータ回路を動作させる方法と、この方法を実行する装置とに基づく、パワーエレクトロニクスの分野に関する。
従来のコンバータ回路は、少なくとも２つの切換え電圧レベルを切り換えるために、既知の方法で接続されている、多数の駆動可能なパワー半導体スイッチを備えるコンバータユニットを有する。コンバータユニットの各相出力端子にはＬＣＬフィルタが接続されている。また、コンバータユニットには、容量性エネルギー蓄積装置も接続されており、これは、通常、１つまたは複数のコンデンサによって形成される。コンバータ回路を動作させる装置が設けられ、この装置は、ヒステリシス電力値と、ヒステリシス無効成分（wattless component）値と、選択フラックスセクタ（flux sector）とを生成する制御装置であって、ヒステリシス電力値と、ヒステリシス無効成分値と、選択フラックスセクタから駆動信号を形成するために、駆動回路を介して駆動可能なパワー半導体スイッチに接続されている制御装置を有する。したがって、パワー半導体スイッチは、駆動信号によって駆動される。
前述のコンバータ回路は、図３のフィルタ出力電流の通常の波形に示すように、ＬＣＬフィルタの共振振動の結果として、フィルタ出力電流とフィルタ出力電圧において、永久ひずみ、すなわち、有害な発振を引き起こし得るという問題を生じる。通常は、フィルタ出力に接続される交流電圧電力供給システムにおいて、またはフィルタ出力に電気負荷が接続されているときには、かかるひずみは、損傷または破壊にさえもつながることがあり、したがって、極めて有害である。
したがって、本発明の一目的は、コンバータ回路に接続されたＬＣＬフィルタによって引き起こされる、フィルタ出力電流とフィルタ出力電圧におけるひずみを能動的に減衰させるための、コンバータ回路を動作させる方法を明示することである。本発明の別の目的は、この方法を、特に簡単な方法で実行するための装置を明示することである。これらの目的は、それぞれ、請求項１と請求項９の特徴によって達成される。本発明の有利な展開を、各従属請求項に明示する。
コンバータ回路は、多数の駆動可能なパワー半導体スイッチと、コンバータユニットの各相出力端子に接続されたＬＣＬフィルタとを有する。コンバータ回路を動作させる本発明による方法では、駆動可能なパワー半導体スイッチは、ヒステリシス電力値と、ヒステリシス無効成分値と、選択フラックスセクタから形成される駆動信号によって駆動される。本発明によれば、ヒステリシス電力値は、第１のヒステリシス調整器によって差分電力値から形成され、差分電力値は、基準電力値からの、推定電力値と減衰電力値の減算から形成され、減衰電力値は、ＬＣＬフィルタのフィルタキャパシタンス電流の空間ベクトル変換のα成分と相出力端子電流の空間ベクトル変換のα成分との乗算と、ＬＣＬフィルタのフィルタキャパシタンス電流の空間ベクトル変換のβ成分と相出力端子電流の空間ベクトル変換のβ成分との乗算の、可変減衰率によって重み付けされた和から形成される。さらに、ヒステリシス無効成分値は、第２のヒステリシス調整器によって、差分無効成分値から形成され、差分無効成分値は、基準無効成分値からの、推定無効成分値と減衰無効成分値の減算から形成され、減衰無効成分値は、ＬＣＬフィルタのフィルタキャパシタンス電流の空間ベクトル変換のβ成分と相出力端子電流の空間ベクトル変換のα成分との乗算と、ＬＣＬフィルタのフィルタキャパシタンス電流の空間ベクトル変換のα成分と相出力端子電流の空間ベクトル変換のβ成分との乗算の、可変減衰率によって重み付けされた差から形成される。
減衰電力値と減衰無効成分値は、有利には、フィルタ出力電流とフィルタ出力電圧におけるひずみ、すなわち、有害な高調波を能動的に減衰させて、ひずみを大幅に低減し、理想的な場合には、大部分を除去することを可能にする。本発明による方法の別の利点は、有害なひずみを効果的に減衰させるために、個々の相出力端子に、如何なる別個の場所をとる複雑で高価な減衰抵抗器も接続する必要がないことである。
コンバータ回路を動作させる方法を実行する本発明による装置は、ヒステリシス電力値と、ヒステリシス無効成分値と、選択フラックスセクタとを生成するのに使用され、駆動信号を形成するために駆動回路を介して駆動可能なパワー半導体スイッチに接続されている制御装置を有する。
本発明によれば、制御装置は、ヒステリシス電力値と、ヒステリシス無効成分値と、選択フラックスセクタとを形成する第１の計算ユニットを有し、第１の計算ユニットは、差分電力値からヒステリシス電力値を形成する第１のヒステリシス調整器と、差分無効成分値からヒステリシス無効成分値を形成する第２のヒステリシス調整器と、選択フラックスセクタを形成するベクトル割り当て器を有する。さらに、制御装置は、基準電力値からの推定電力値と減衰電力値の減算から差分電力値を形成する第１の加算器と、基準無効成分値からの推定無効成分値と減衰無効成分値の減算から差分無効成分値を形成する第２の加算器とを有する。さらに、制御装置は、減衰電力値及び減衰無効成分値を形成する第２の計算ユニットを有し、減衰電力値は、ＬＣＬフィルタのフィルタキャパシタンス電流の空間ベクトル変換のα成分と相出力端子電流の空間ベクトル変換のα成分との乗算と、ＬＣＬフィルタのフィルタキャパシタンス電流の空間ベクトル変換のβ成分と相出力端子電流の空間ベクトル変換のβ成分との乗算の、可変減衰率によって重み付けされた和から形成される。さらに、減衰無効成分値は、ＬＣＬフィルタのフィルタキャパシタンス電流の空間ベクトル変換のβ成分と相出力端子電流の空間ベクトル変換のα成分との乗算と、ＬＣＬフィルタのフィルタキャパシタンス電流の空間ベクトル変換のα成分と相出力端子電流の空間ベクトル変換のβ成分との乗算の、可変減衰率によって重み付けされた差から形成される。
よって、コンバータ回路を動作させる方法を実行する本発明による装置は、回路計算量を極めて低く保つことができ、しかも、装置を構築するのにごく少数の構成部品しか必要としないため、非常に容易に、低コストで製造され得る。本発明による方法は、本装置によって特に容易に実行され得る。
本発明の上記他の目的、利点及び特徴は、以下の本発明の好ましい実施形態の詳細な説明を、図面と併せて読めば明らかになるであろう。
図面で使用される参照符号とそれらの意味を符号の説明にまとめて記載する。原則として、同一の部分には、各図で同じ参照符号が付されている。説明する各実施形態は、本発明の主題の例を表すものであり、制限的効力を持つものではない。
図１に、コンバータ回路を動作させる本発明による方法を実行する本発明による装置の一実施形態を示す。図１に示すように、コンバータ回路は、多数の駆動可能なパワー半導体スイッチを有するコンバータユニット１と、コンバータユニット１の各相出力端子２に接続されたＬＣＬフィルタ３を有する。したがって、各ＬＣＬフィルタ３は、第１のフィルタインダクタンスＬｆｉと、第２のフィルタインダクタンスＬｆｇと、フィルタキャパシタンスＣｆとを有し、第１のフィルタインダクタンスＬｆｉは、コンバータユニット１の関連する相出力端子２と、第２のフィルタインダクタンスＬｆｇと、フィルタキャパシタンスＣｆとに接続されている。さらに、個々のＬＣＬフィルタ３のフィルタキャパシタンスＣｆは、相互に接続されている。例として、図１に、コンバータユニット１を三相ユニットとして示す。一般に、コンバータユニット１は、コンバータユニット１に接続された容量性エネルギー蓄積装置１９の電圧に関連する２つ以上の切換え電圧レベルを切り換える任意のコンバータユニット１（多重レベルコンバータ回路）の形とすることができ、この場合、容量性エネルギー蓄積装置１９は、任意の所望の数のキャパシタンスによって形成され、これらのキャパシタンスは、適切に設計された部分コンバータ回路に整合するように接続されることに言及すべきである。
コンバータ回路を動作させる本発明による方法では、コンバータユニット１の駆動可能なパワー半導体スイッチは、ヒステリシス電力値ｄＰと、ヒステリシス無効成分値ｄＱと、選択フラックスセクタθｎから形成される駆動信号Ｓによって駆動される。駆動信号は、通常、ルックアップテーブルを使って形成され、ルックアップテーブルにおいて、ヒステリシス電力値ｄＰと、ヒステリシス無効成分値ｄＱと、選択フラックスセクタθｎは、対応する駆動信号Ｓ、すなわちパルス幅変調に基づく変調器と永久的に関連付けられる。本発明によれば、ヒステリシス電力値ｄＰは、図１に示す第１のヒステリシス調整器１６によって、差分電力値Ｐｄｉｆｆから形成される。さらに、差分電力値Ｐｄｉｆｆは、基準電力値Ｐｒｅｆからの推定電力値Ｐと減衰電力値Ｐｄの減算から形成され、減衰電力値Ｐｄは、以下の式で特に示すように、ＬＣＬフィルタ３のフィルタキャパシタンス電流の空間ベクトル変換（space vector transformation）のα成分ｉＣｆαと相出力端子電流の空間ベクトル変換のα成分ｉｆｉαとの乗算と、ＬＣＬフィルタ３のフィルタキャパシタンス電流の空間ベクトル変換のβ成分ｉＣｆβと相出力端子電流の空間ベクトル変換のβ成分ｉｆｉβとの乗算の、可変減衰率ｋｄで重み付けされた和から形成される。
Ｐｄ＝ｋｄ・（ｉＣｆα・ｉｆｉα＋ｉＣｆβ・ｉｆｉβ）
基準電力値Ｐｒｅｆは、自由に可変でき、ＬＣＬフィルタ３の出力において生成されることが意図される電力の公称値である。さらに、ヒステリシス無効成分値ｄＱは、第２のヒステリシス調整器１７によって差分無効成分値Ｑｄｉｆｆから形成され、差分無効成分値Ｑｄｉｆｆは、基準無効成分値Ｑｒｅｆからの推定無効成分値Ｑと減衰無効成分値Ｑｄの減算から形成され、減衰無効成分値Ｑｄは、以下の式で特に示すように、ＬＣＬフィルタ３のフィルタキャパシタンス電流の空間ベクトル変換のβ成分ｉＣｆβと相出力端子電流の空間ベクトル変換のα成分ｉｆｉαとの乗算と、ＬＣＬフィルタ３のフィルタキャパシタンス電流の空間ベクトル変換のα成分ｉＣｆαと相出力端子電流の空間ベクトル変換のβ成分ｉｆｉβとの乗算の、可変減衰率ｋｄによって重み付けされた差から形成される。
Ｑｄ＝ｋｄ・（ｉＣｆβ・ｉｆｉα−ｉＣｆα・ｉｆｉβ）
基準無効成分値Ｑｒｅｆは、自由に変動し、ＬＣＬフィルタ３の出力において生成されることが意図される無効成分の公称値である。
空間ベクトル変換は、以下のように定義されることに言及すべきである。
Figure 2008529464
式中、
Figure 2008529464
は複素変数であり、ｘαは、上記変数ｘバーの空間ベクトル変換のα成分であり、ｘβは、上記変数ｘバーの空間ベクトル変換のβ成分である。前述の変数と後述する変数の空間ベクトル変換は、すべて、前述の式を使って生成される。
減衰電力値Ｐｄと減衰無効成分値Ｑｄは、有利には、フィルタ出力電流ｉｆｇ１、ｉｆｇ２、ｉｆｇ３とフィルタ出力電圧におけるひずみ、すなわち有害な振動の能動減衰に使用して、このひずみを大幅に低減し、理想的には、大部分を除去することができる。本発明による方法の別の利点は、有害なひずみを効果的に減衰させるために、個々の相出力端子２に、如何なる別個の場所をとる複雑で高価な減衰抵抗器も接続する必要がないことである。
図１によれば、この目的でコンバータ回路を動作させる本発明による方法を実行する本発明による装置は、ヒステリシス電力値ｄＰと、ヒステリシス無効成分値ｄＱと、選択フラックスセクタθｎとを生成するのに使用され、駆動信号Ｓを形成するために駆動回路５を介して駆動可能なパワー半導体スイッチに接続されている制御装置４を有する。例として、駆動回路５は、ヒステリシス電力値ｄＰと、ヒステリシス無効成分値ｄＱと、選択フラックスセクタθｎが、対応する駆動信号Ｓ、すなわちパルス幅変調に基づく変調器と永久的に関連付けられているルックアップテーブルを有する。本発明によれば、制御装置４は、ヒステリシス電力値ｄＰと、ヒステリシス無効成分値ｄＱと、選択フラックスセクタθｎとを形成する第１の計算ユニット６を有し、第１の計算ユニット６は、差分無効成分値Ｐｄｉｆｆからヒステリシス電力値ｄＰを形成する第１のヒステリシス調整器１６と、差分無効成分値Ｑｄｉｆｆからヒステリシス無効成分値ｄＱを形成する第２のヒステリシス調整器１７と、選択フラックスセクタθｎを形成するベクトル割り当て器１８とを有する。さらに、制御装置４は、基準電力値Ｐｒｅｆからの推定電力値Ｐと減衰電力値Ｐｄの減算から差分電力値Ｐｄｉｆｆを形成する第１の加算器７と、基準無効成分値Ｑｒｅｆからの推定無効成分値Ｑと減衰無効成分値Ｑｄの減算から差分無効成分値Ｑｄｉｆｆを形成する第２の加算器８とを有する。さらに、制御装置４は、減衰電力値Ｐｄと減衰無効成分値Ｑｄを形成する第２の計算ユニット９を有し、減衰電力値Ｐｄは、ＬＣＬフィルタ３のフィルタキャパシタンス電流の空間ベクトル変換のα成分ｉＣｆαと相出力端子電流の空間ベクトル変換のα成分ｉｆｉαとの乗算と、ＬＣＬフィルタ３のフィルタキャパシタンス電流の空間ベクトル変換のβ成分ｉＣｆβと相出力端子電流の空間ベクトル変換のβ成分ｉｆｉβとの乗算の、可変減衰率ｋｄによって重み付けされた和から形成され、減衰無効成分値Ｑｄは、ＬＣＬフィルタ３のフィルタキャパシタンス電流の空間ベクトル変換のβ成分ｉＣｆβと相出力端子電流の空間ベクトル変換のα成分ｉｆｉαとの乗算と、ＬＣＬフィルタ３のフィルタキャパシタンス電流の空間ベクトル変換のα成分ｉＣｆαと相出力端子電流の空間ベクトル変換のβ成分ｉｆｉβとの乗算の、可変減衰率ｋｄによって重み付けされた差から形成される。したがって、コンバータ回路を動作させる方法を実行する本発明による装置は、回路計算量を極めて低く保つことができ、しかも、装置を構築するのにごく少数の構成部品しか必要としないため、非常に容易に、低コストで製造され得る。したがって、本発明による方法は、本装置によって特に容易に実行され得る。
推定電力値Ｐと推定無効成分値Ｑは、以下の式で特に示すように、その都度、フィルタ出力電流の空間ベクトル変換のα成分ｉｆｇαと、フィルタ出力電流の空間ベクトル変換のβ成分ｉｆｇβと、フィルタ出力フラックスの空間ベクトル変換のα成分ΨＬαと、フィルタ出力フラックスの空間ベクトル変換のβ成分ΨＬβから形成される。
Ｐ＝ω・（ΨＬα・ｉｆｇβ−ΨＬβ・ｉｆｇα）
Ｑ＝ω・（ΨＬα・ｉｆｇα−ΨＬβ・ｉｆｇβ）
推定電力値Ｐと推定無効成分値Ｑを形成するために、図１に示す制御装置４は、推定電力値Ｐと推定無効成分値Ｑを、それぞれ、前述の適切な式を使って計算するための第３の計算ユニット１０を有する。
フィルタ出力フラックスの空間ベクトル変換のα成分ΨＬαは、以下の式で特に示すように、推定フィルタキャパシタンスフラックスの空間ベクトル変換のα成分ΨＣｆαと、フィルタ出力電流の空間ベクトル変換のα成分ｉｆｇαから形成される。
ΨＬα＝ΨＣｆα−Ｌｆｇ・ｉｆｇα
さらに、フィルタ出力フラックスの空間ベクトル変換のβ成分ΨＬβは、以下の式で特に示すように、推定フィルタキャパシタンスフラックスの空間ベクトル変換のβ成分ΨＣｆβと、フィルタ出力電流の空間ベクトル変換のβ成分ｉｆｇβから形成される。
ΨＬβ＝ΨＣｆβ−Ｌｆｇ・ｉｆｇβ
フィルタ出力フラックスの空間ベクトル変換のα成分ΨＬαとフィルタ出力フラックスの空間ベクトル変換のβ成分ΨＬβを形成するために、図１に示す制御装置４は、フィルタ出力フラックスの空間ベクトル変換のα成分ΨＬαとフィルタ出力フラックスの空間ベクトル変換のβ成分ΨＬβを、その都度、前述の適切な式を使って計算するための第４の計算ユニット１１を有する。
フィルタ出力電流の空間ベクトル変換のα成分ｉｆｇαは、図１に示すように相出力端子電流ｉｆｉ１、ｉｆｉ２、ｉｆｉ３の空間ベクトル変換によって形成される相出力端子電流の空間ベクトル変換のα成分ｉｆｉαと、図１に示すように測定されるフィルタキャパシタンス電流ｉＣｆ１、ｉＣｆ２、ｉＣｆ３の空間ベクトル変換によって形成されるフィルタキャパシタンス電流の空間ベクトル変換のα成分ｉＣｆαから、加算によって形成される。さらに、フィルタ出力電流の空間ベクトル変換のβ成分ｉｆｇβは、図１に示すように測定される相出力端子電流ｉｆｉ１、ｉｆｉ２、ｉｆｉ３の空間ベクトル変換によって形成される相出力端子電流の空間ベクトル変換のβ成分ｉｆｉβと、図１に示すように測定されるフィルタキャパシタンス電流ｉＣｆ１、ｉＣｆ２、ｉＣｆ３の空間ベクトル変換によって形成されるフィルタキャパシタンス電流の空間ベクトル変換のβ成分ｉＣｆβから、加算によって形成される。したがって、有利には、フィルタ出力電流ｉｆｇ１、ｉｆｇ２、ｉｆｇ３を測定する必要がなく、よって、測定センサ、特に、変流器が必要とされないため、装置が簡略化される。他の空間ベクトル変換変数のみならず、測定される相出力端子電流ｉｆｉ１、ｉｆｉ２、ｉｆｉ３と、測定されるフィルタキャパシタンス電流ｉＣｆ１、ｉＣｆ２、ｉＣｆ３の空間ベクトル変換も、関連付けられる計算ユニット９、１０、１３、１４の内部で、あるいは、別個に、この目的のために追加で設けられる空間ベクトルコンバータユニットで実行され、または実行することができることに言及すべきである。
推定フィルタキャパシタンスフラックスの空間ベクトル変換のα成分ΨＣｆαは、以下の式で特に示すように、コンバータユニット１に接続された容量性エネルギー蓄積装置１９の瞬間直流電圧値Ｕｄｃと、駆動信号Ｓと、相出力端子電流の空間ベクトル変換のα成分ｉｆｉαから再度形成され、式中、ｕＣαは、瞬間直流電圧値Ｕｄｃと駆動信号から形成される、コンバータユニット１の相出力端子電圧のα成分である。
ΨＣｆα＝∫ｕＣαｄｔ−Ｌｆｉ・ｉｆｉα
これと対応するように、推定フィルタキャパシタンスフラックスの空間ベクトル変換のβ成分ΨＣｆβは、コンバータユニット１に接続された容量性エネルギー蓄積装置１９の瞬間直流電圧値Ｕｄｃと、駆動信号Ｓと、相出力端子電流の空間ベクトル変換のβ成分ｉｆｉβから形成され、式中、ｕＣβαは、瞬間直流電圧値Ｕｄｃと駆動信号から形成される、コンバータユニット１の相出力端子電圧のβ成分である。
ΨＣｆβ＝∫ｕＣβｄｔ−Ｌｆｉ・ｉｆｉβ
推定フィルタキャパシタンスフラックスの空間ベクトル変換のα成分ΨＣｆαと、推定フィルタキャパシタンスフラックスの空間ベクトル変換のβ成分ΨＣｆβを形成するために、図１に示す制御装置４は、推定フィルタキャパシタンスフラックスの空間ベクトル変換のα成分ΨＣｆαと、推定フィルタキャパシタンスフラックスの空間ベクトル変換のβ成分ΨＣｆβを、その都度、前述の適切な式を使って計算するための第５の計算ユニット１２を有する。
すでに言及した差分無効成分値Ｑｄｉｆｆを形成するために、低域通過フィルタ１５による推定フィルタキャパシタンス無効成分値ＱＣｆの低域通過フィルタリングによって形成される補償無効成分値Ｑｃｏｍｐがさらに加算される。したがって、これは、有利には、ＬＣＬフィルタ３の出力において生成される、ＬＣＬフィルタ３の、特に、ＬＣＬフィルタ３のフィルタキャパシタンスＣｆの有害な無効成分を回避し、よって、ＬＣＬフィルタ３の出力において、選択された基準無効成分値Ｑｒｅｆに対応する無効成分値だけが生成されるようにすることができる。図１に示すように、補償無効成分値Ｑｃｏｍｐは、第２の加算器８に追加して供給される。さらに、推定フィルタキャパシタンス無効成分値ＱＣｆは、以下の式で特に示すように、フィルタキャパシタンス電流の空間ベクトル変換のα成分ｉＣｆαと、フィルタキャパシタンス電流の空間ベクトル変換のβ成分ｉＣｆβと、推定フィルタキャパシタンスフラックスの空間ベクトル変換のα成分ΨＣｆαと、推定フィルタキャパシタンスフラックスの空間ベクトル変換のβ成分ΨＣｆβから形成される。
ＱＣｆ＝ω・（ΨＣｆα・ｉＣｆα＋ΨＣｆβ・ｉＣｆβ）
図１に示す推定フィルタキャパシタンス無効成分値ＱＣｆを形成するために、制御装置４は、前述の式を使って推定フィルタキャパシタンス無効成分値ＱＣｆを計算するための第６の計算ユニット１３を有する。
すでに言及した差分電力値Ｐｄｉｆｆを形成するために、フィルタ出力電流ｉｆｇ１、ｉｆｇ２、ｉｆｇ３の基本波に関連する少なくとも１つの補償高調波電力値Ｐｈがさらに加算される。さらに、すでに言及した差分無効成分値Ｑｄｉｆｆを形成するために、フィルタ出力電流ｉｆｇ１、ｉｆｇ２、ｉｆｇ３の基本波に関連する少なくとも１つの補償高調波無効成分値Ｑｈがさらに加算される。図１に示すように、差分電力値Ｐｄｉｆｆを形成するために、第１の加算器７に、補償高調波電力値Ｐｈが追加して供給される。さらに、図１に示す差分無効成分値Ｑｄｉｆｆを形成するために、第２の加算器７に、補償高調波無効成分値Ｑｈが追加して供給される。補償高調波電力値Ｐｈと補償高調波無効成分値Ｑｈは、その都度、フィルタ出力電流の空間ベクトル変換のα成分ｉｆｇαと、フィルタ出力電流の空間ベクトル変換のβ成分ｉｆｇβと、フィルタ出力フラックスの空間ベクトル変換のα成分ΨＬαと、フィルタ出力フラックスの空間ベクトル変換のβ成分ΨＬβと、フィルタ出力電流ｉｆｇ１、ｉｆｇ２、ｉｆｇ３の基本波に関連する基本角ωｔから形成される。基本角ωｔは、位相ロックループ（ＰＬＬ）から、図１に示すように計算ユニット９、１０、１３、１４と、ベクトル割り当て器１８とに提供される。図１に示すように、制御装置４は、補償高調波電力値Ｐｈと補償高調波無効成分値Ｑｈを形成するための第７の計算ユニット１４を有する。第７の計算ユニット１４の一実施形態が図２に示されている。差分電力値Ｐｄｉｆｆを形成するための少なくとも１つの補償高調波電力値Ｐｈと、差分無効成分値Ｑｄｉｆｆを形成するための少なくとも１つの補償高調波無効成分値Ｑｈとの加算すなわち適用は、有利には、高調波の能動的低減をもたらし、よって、全体として、高調波低減のさらなる改善をもたらす。
図２に示すように、フィルタ出力電流の空間ベクトル変換のα成分ｉｆｇαと、フィルタ出力電流の空間ベクトル変換のβ成分ｉｆｇβは、最初に、空間ベクトル変換によって供給されるフィルタ出力電流ｉｆｇ１、ｉｆｇ２、ｉｆｇ３から形成される。次いで、フィルタ出力電流の空間ベクトル変換のα成分ｉｆｇαとフィルタ出力電流の空間ベクトル変換のβ成分ｉｆｇβは、パーク／クラーク変換（Park-Clarke transformation）され、低域通過フィルタにかけられ、フィルタ出力電流ｉｆｇ１、ｉｆｇ２、ｉｆｇ３の基本波に関連するフィルタ出力電流ｉｈｄ、ｉｈｑの少なくとも１つの所望の選択された高調波のパーク／クラーク変換のｄ成分とｑ成分として出力される。指標ｈは、これらの変数と、以下で言及する変数のｈ番目の高調波を表し、ｈ＝１，２，３，．．．である。
一般に、パーク／クラーク変換は以下のように定義される。
Figure 2008529464
式中、ｘバーは複素変数であり、ｘｄは、上記変数ｘバーのパーク／クラーク変換のｄ成分であり、ｘｑは、上記変数ｘバーのパーク／クラーク変換のｑ成分である。パーク／クラーク変換の一利点は、複素変数ｘバーの基本波が変換されるのみならず、発生する複素変数ｘバーのすべての高調波も変換されることである。図２に示すように、フィルタ出力電流ｉｈｄ、ｉｈｑの所望の選択されたｈ番目の高調波のパーク／クラーク変換のｄ成分とｑ成分は、その都度、好ましくは、比例積分特性に基づいて、関連付けられる所定の基準値ｉ＊ ｈｄ、ｉ＊ ｈｑにおいて調整され、次いで、逆パーク／クラーク変換され、よって、結果として、基準フィルタ出力電流のｈ番目の高調波の空間ベクトル変換のα成分ｉ＊ ｈαと、基準フィルタ出力電流のｈ番目の高調波の空間ベクトル変換のβ成分ｉ＊ ｈβが形成される。最終的に、補償高調波電力値Ｐｈと補償高調波無効成分値Ｑｈが、それぞれ、以下の式で特に示すように、基準フィルタ出力電流のｈ番目の高調波の空間ベクトル変換のα成分ｉ＊ ｈαと、基準フィルタ出力電流のｈ番目の高調波の空間ベクトル変換のβ成分ｉ＊ ｈβと、フィルタ出力フラックスの空間ベクトル変換のα成分ΨＬαと、フィルタ出力フラックスの空間ベクトル変換のβ成分ΨＬから形成される。
Ｐｈ＝ω・（ΨＬα・ｉ＊ ｈβ−ΨＬβ・ｉ＊ ｈα）
Ｑｈ＝ω・（ΨＬα・ｉ＊ ｈα＋ΨＬβ・ｉ＊ ｈβ）
図３に、フィルタ出力電流ｉｆｇ１、ｉｆｇ２、ｉｆｇ３の従来の波形を示す。前述の本発明による方法に基づく能動減衰の動作の方法を示すために、図４に、フィルタ出力電流ｉｆｇ１、ｉｆｇ２、ｉｆｇ３における有害な振動が能動的に減衰されて、このひずみが大幅低減される場合のフィルタ出力電流ｉｆｇ１、ｉｆｇ２、ｉｆｇ３の波形を示す。さらに、本発明による方法を使ったときの高調波のさらなる能動的低減は、前述のように、結果として高調波低減のさらなる改善をもたらす。
本発明による方法におけるすべてのステップは、ソフトウェアとして実施されてもよく、この場合、このソフトウェアは、特に、デジタル信号プロセッサを用いて、コンピュータシステムにロードされ、そこで実行され得る。かかるシステムにおいて、特に計算のために発生するデジタル遅延時間は、例えば、パーク／クラーク変換のための基本周波数ωｔへの追加期間の加算などによって、一般的な形で考慮に入れられてもよい。さらに、以上で詳述した本発明による装置は、コンピュータシステムにおいて、特に、デジタル信号プロセッサで実施することもできる。
総じて、コンバータ回路を動作させる本発明による方法を実行する、特に図１に示すような本発明による装置は、回路計算量が極めて低く、しかも、装置を構築するのにごく少数の構成部品しか必要としないため、非常に容易に、低コストで製造することができることを示すことができた。したがって、本装置は、本発明による方法を、特に容易に実行させることができるものである。
コンバータ回路を動作させる本発明による方法を実行する本発明による装置の一実施形態を示す。 第７の計算ユニットの一実施形態を示す。 フィルタ出力電流の従来の波形を示す。 本発明による方法を使った能動減衰を伴うフィルタ出力電流の波形を示す。
符号の説明
１…コンバータユニット、 ２…コンバータユニットの相出力端子、 ３…ＬＣＬフィルタ、 ４…制御装置、 ５…駆動回路、 ６…第１の計算ユニット、 ７…第１の加算器、 ８…第２の加算器、 ９…第２の計算ユニット、 １０…第３の計算ユニット、 １１…第４の計算ユニット、 １２…第５の計算ユニット、 １３…第６の計算ユニット、 １４…第７の計算ユニット、 １５…低域通過フィルタ、 １６…第１のヒステリシス調整器、 １７…第２のヒステリシス調整器、 １８…ベクトル割り当て器。

Claims (16)

  1. 複数の駆動可能なパワー半導体スイッチを有するコンバータユニット（１）と、前記コンバータユニット（１）の各相出力端子（２）に接続されたＬＣＬフィルタ（３）とを有し、前記駆動可能なパワー半導体スイッチが、ヒステリシス電力値（ｄＰ）と、ヒステリシス無効成分値（ｄＱ）と、選択フラックスセクタ（flux sector）（θｎ）から形成される駆動信号（Ｓ）によって駆動されるコンバータ回路を動作させる方法であって、
    前記ヒステリシス電力値（ｄＰ）が、第１のヒステリシス調整器（１６）によって、差分電力値（Ｐｄｉｆｆ）から形成され、
    前記差分電力値（Ｐｄｉｆｆ）が、基準電力値（Ｐｒｅｆ）からの推定電力値（Ｐ）と減衰電力値（Ｐｄ）の減算から形成され、前記減衰電力値（Ｐｄ）が、前記ＬＣＬフィルタ（３）のフィルタキャパシタンス電流の空間ベクトル変換（space vector transformation）のα成分（ｉＣｆα）と相出力端子電流の空間ベクトル変換のα成分（ｉｆｉβ）との乗算と、フィルタキャパシタンス電流の空間ベクトル変換のβ成分（ｉＣｆβ）と相出力端子電流の空間ベクトル変換のβ成分（ｉｆｉβ）との乗算の、可変減衰率（ｋｄ）によって重み付けされた和から形成され、
    前記ヒステリシス無効成分値（ｄＱ）が、第２のヒステリシス調整器（１７）によって、差分無効成分値（Ｑｄｉｆｆ）から形成され、
    前記差分無効成分値（Ｑｄｉｆｆ）が、基準無効成分値（Ｑｒｅｆ）からの推定無効成分値（Ｑ）と減衰無効成分値（Ｑｄ）の減算から形成され、前記減衰無効成分値（Ｑｄ）が、前記ＬＣＬフィルタの前記フィルタキャパシタンス電流の空間ベクトル変換のβ成分（ｉＣｆβ）と前記相出力端子電流の空間ベクトル変換のα成分（ｉｆｉα）との乗算と、前記ＬＣＬフィルタの前記フィルタキャパシタンス電流の空間ベクトル変換のα成分（ｉＣｆα）と前記相出力端子電流の空間ベクトル変換のβ成分（ｉｆｉβ）との乗算の、前記可変減衰率（ｋｄ）によって重み付けされた差から形成されることを特徴とする方法。
  2. 前記推定電力値（Ｐ）と前記推定無効成分（Ｑ）は、それぞれ、フィルタ出力電流の空間ベクトル変換のα成分（ｉｆｇα）と、フィルタ出力電流の空間ベクトル変換のβ成分（ｉｆｇβ）と、フィルタ出力フラックスの空間ベクトル変換のα成分（ΨＬα）と、フィルタ出力フラックスの空間ベクトル変換のβ成分（ΨＬβ）から形成されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  3. 前記フィルタ出力フラックスの空間ベクトル変換のα成分（ΨＬα）は、推定フィルタキャパシタンスフラックスの空間ベクトル変換のα成分（ΨＣｆα）と、前記フィルタ出力電流の空間ベクトル変換のα成分（ｉｆｇα）から形成され、
    前記フィルタ出力フラックスの空間ベクトル変換のβ成分（ΨＬβ）は、推定フィルタキャパシタンスフラックスの空間ベクトル変換のβ成分（ΨＣｆβ）と、前記フィルタ出力電流の空間ベクトル変換のβ成分（ｉｆｇβ）から形成されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
  4. 前記推定フィルタキャパシタンスフラックスの空間ベクトル変換のα成分（ΨＣｆα）は、前記コンバータユニット（１）に接続された容量性エネルギー蓄積装置（１９）の瞬間直流電圧値（Ｕｄｃ）と、前記駆動信号（Ｓ）と、前記相出力端子電流の空間ベクトル変換のα成分（ｉｆｉα）から形成され、
    前記推定フィルタキャパシタンスフラックスの空間ベクトル変換のβ成分（ΨＣｆβ）は、前記コンバータユニット（１）に接続された前記容量性エネルギー蓄積装置（１９）の前記瞬間直流電圧値（Ｕｄｃ）と、前記駆動信号（Ｓ）と、相出力端子電流の空間ベクトル変換のβ成分（ｉｆｉβ）から形成されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
  5. 前記差分無効成分値（Ｑｄｉｆｆ）を形成するために、推定フィルタキャパシタンス無効成分値（ＱＣｆ）の低域通過フィルタリングによって形成される補償無効成分値（Ｑｃｏｍｐ）がさらに加算されることを特徴とする、請求項３または４に記載の方法。
  6. 前記推定フィルタキャパシタンス無効成分値（ＱＣｆ）は、前記フィルタキャパシタンス電流の空間ベクトル変換の前記α成分（ｉＣｆα）と、前記フィルタキャパシタンス電流の空間ベクトル変換の前記β成分（ｉＣｆβ）と、前記推定フィルタキャパシタンスフラックスの空間ベクトル変換の前記α成分（ΨＣｆα）と、前記前記推定フィルタキャパシタンスフラックスの空間ベクトル変換の前記β成分（ΨＣｆβ）から形成されることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
  7. 前記差分電力値（Ｐｄｉｆｆ）を形成するために、前記フィルタ出力電流（ｉｆｇ１、ｉｆｇ２、ｉｆｇ３）の基本波に関連する少なくとも１つの補償高調波電力値（Ｐｈ）がさらに加算され、
    前記差分無効成分値（Ｑｄｉｆｆ）を形成するために、前記フィルタ出力電流（ｉｆｇ１、ｉｆｇ２、ｉｆｇ３）の基本波に関連する少なくとも１つの補償高調波無効成分値（Ｑｈ）がさらに加算されることを特徴とする、請求項３から６のいずれか１項に記載の方法。
  8. 前記補償高調波電力値（Ｐｈ）と前記補償高調波無効成分値（Ｑｈ）は、それぞれ、前記フィルタ出力電流の空間ベクトル変換の前記α成分（ｉｆｇα）と、前記フィルタ出力電流の空間ベクトル変換の前記β成分（ｉｆｇβ）と、前記フィルタ出力フラックスの空間ベクトル変換の前記α成分（ΨＬα）と、フィルタ出力フラックスの空間ベクトル変換の前記β成分（ΨＬβ）と、前記フィルタ出力電流（ｉｆｇ１、ｉｆｇ２、ｉｆｇ３）の基本波に関連する基本角（ωｔ）から形成されることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
  9. 複数の駆動可能なパワー半導体スイッチを有するコンバータユニット（１）と、前記コンバータユニット（１）の各相出力端子（２）に接続されたＬＣＬフィルタ（３）とを有するコンバータ回路を動作させる方法を実行する装置であって、
    ヒステリシス電力値（ｄＰ）と、ヒステリシス無効成分値（ｄＱ）と、選択フラックスセクタ（θｎ）を生成するのに使用され、駆動信号（Ｓ）を形成するために駆動回路（５）を介して前記駆動可能なパワー半導体スイッチに接続されている制御装置（４）を有し、
    前記制御装置（４）が、
    前記ヒステリシス電力値（ｄＰ）と、前記ヒステリシス無効成分値（ｄＱ）と、前記選択フラックスセクタ（θｎ）とを形成する第１の計算ユニット（６）であって、差分電力値（Ｐｄｉｆｆ）から前記ヒステリシス電力値（ｄＰ）を形成する第１のヒステリシス調整器（１６）と、差分無効成分値（Ｑｄｉｆｆ）から前記ヒステリシス無効成分値（ｄＱ）を形成する第２のヒステリシス調整器（１７）と、前記選択フラックスセクタ（θｎ）を形成するベクトル割り当て器（１８）とを有する前記第１の計算ユニット（６）と、
    基準電力値（Ｐｒｅｆ）からの推定電力値（Ｐ）と減衰電力値（Ｐｄ）の減算から前記差分電力値（Ｐｄｉｆｆ）を形成する第１の加算器（７）と、
    基準無効成分値（Ｑｒｅｆ）からの推定無効成分値（Ｑ）と減衰無効成分値（Ｑｄ）の減算から前記差分無効成分（wattless component）値（Ｑｄｉｆｆ）を形成する第２の加算器（８）と、
    前記減衰電力値（Ｐｄ）と前記減衰無効成分値（Ｑｄ）を形成する第２の計算ユニット（９）であって、前記減衰電力値（Ｐｄ）が、前記ＬＣＬフィルタ（３）のフィルタキャパシタンス電流の空間ベクトル変換のα成分（ｉＣｆα）と相出力端子電流の空間ベクトル変換のα成分（ｉｆｉα）との乗算と、前記ＬＣＬフィルタ（３）のフィルタキャパシタンス電流の空間ベクトル変換のβ成分（ｉＣｆβ）と相出力端子電流の空間ベクトル変換のβ成分（ｉｆｉβ）との乗算の、可変減衰率（ｋｄ）によって重み付けされた和から形成され、前記減衰無効成分値（Ｑｄ）が、前記ＬＣＬフィルタ（３）の前記フィルタキャパシタンス電流の空間ベクトル変換のβ成分（ｉＣｆβ）と前記相出力端子電流の空間ベクトル変換のα成分（ｉｆｉα）との乗算と、前記ＬＣＬフィルタ（３）の前記フィルタキャパシタンス電流の空間ベクトル変換のα成分（ｉＣｆα）と前記相出力端子電流の空間ベクトル変換のβ成分（ｉｆｉβ）との乗算の、前記可変減衰率（ｋｄ）によって重み付けされた差から形成される前記第２の計算ユニット（９）と、
    を有することを特徴とする装置。
  10. 前記制御装置（４）は、前記推定電力値（Ｐ）と前記推定無効成分値（Ｑ）を、その都度、フィルタ出力電流の空間ベクトル変換のα成分（ｉｆｇα）と、フィルタ出力電流の空間ベクトル変換のβ成分（ｉｆｇβ）と、フィルタ出力フラックスの空間ベクトル変換のα成分（ΨＬα）と、フィルタ出力フラックスの空間ベクトル変換のβ成分（ΨＬβ）から形成する第３の計算ユニット（１０）を有することを特徴とする、請求項９に記載の装置。
  11. 前記制御装置（４）は、前記フィルタ出力フラックスの空間ベクトル変換のα成分（ΨＬα）と、前記フィルタ出力フラックスの空間ベクトル変換のβ成分（ΨＬβ）を形成する第４の計算ユニット（１１）であって、前記フィルタ出力フラックスの空間ベクトル変換のα成分（ΨＬα）が、推定フィルタキャパシタンスフラックスの空間ベクトル変換のα成分（ΨＣｆα）と、前記フィルタ出力電流の空間ベクトル変換のα成分（ｉｆｇα）から形成され、前記フィルタ出力フラックスの空間ベクトル変換のβ成分（ΨＬβ）が、推定フィルタキャパシタンスフラックスの空間ベクトル変換のβ成分（ΨＣｆβ）と、前記フィルタ出力電流の空間ベクトル変換のβ成分（ｉｆｇβ）から形成される前記第４の計算ユニット（１１）を有することを特徴とする、請求項１０に記載の装置。
  12. 前記制御装置（４）は、前記推定フィルタキャパシタンスフラックスの空間ベクトル変換のα成分（ΨＣｆα）と前記推定フィルタキャパシタンスフラックスの空間ベクトル変換のβ成分（ΨＣｆβ）を形成する第５の計算ユニット（１２）であって、前記推定フィルタキャパシタンスフラックスの空間ベクトル変換のα成分（ΨＣｆα）が、前記コンバータユニット（１）に接続された容量性エネルギー蓄積装置（１９）の瞬間直流電圧値（Ｕｄｃ）と、前記駆動信号（Ｓ）と、前記相出力端子電流の空間ベクトル変換のα成分（ｉｆｉα）から形成され、前記推定フィルタキャパシタンスフラックスの空間ベクトル変換のβ成分（ΨＣｆβ）が、前記コンバータユニット（１）に接続された前記容量性エネルギー蓄積装置（１９）の前記瞬間直流電圧値（Ｕｄｃ）と、前記駆動信号（Ｓ）と、前記相出力端子電流の空間ベクトル変換のβ成分（ｉｆｉβ）から形成される前記第５の計算ユニット（１２）を有することを特徴とする、請求項１１に記載の装置。
  13. 前記差分無効成分値（Ｑｃｏｍｐ）を形成するために、前記第２の加算器（８）に、低域通過フィルタ（１５）による推定フィルタキャパシタンス無効成分値（ＱＣｆ）の低域通過フィルタリングによって形成される補償無効成分値（Ｑｄｉｆｆ）がさらに供給されることを特徴とする、請求項１１または１２に記載の装置。
  14. 前記制御装置（４）は、前記フィルタキャパシタンス電流の空間ベクトル変換の前記α成分（ｉＣｆα）と、前記前記フィルタキャパシタンス電流の空間ベクトル変換の前記β成分（ｉＣｆβ）と、前記推定フィルタキャパシタンスフラックスの空間ベクトル変換の前記α成分（ΨＣｆα）と、前記推定フィルタキャパシタンスフラックスの空間ベクトル変換の前記β成分（ΨＣｆβ）から前記推定フィルタキャパシタンス無効成分値（ＱＣｆ）を形成する第６の計算ユニット（１３）を有することを特徴とする、請求項１３に記載の装置。
  15. 前記差分電力値（Ｐｄｉｆｆ）を形成するために、前記第１の加算器（７）に、前記フィルタ出力電流（ｉｆｇ１、ｉｆｇ２、ｉｆｇ３）の基本波に関連する少なくとも１つの補償高調波電力値（Ｐｈ）がさらに供給され、前記差分無効成分値（Ｑｄｉｆｆ）を形成するために、前記第２の加算器（７）に、前記フィルタ出力電流（ｉｆｇ１、ｉｆｇ２、ｉｆｇ３）の基本波に関連する少なくとも１つの補償高調波無効成分値（Ｑｈ）がさらに供給されることを特徴とする、請求項１１から１４のいずれか１項に記載の装置。
  16. 前記制御装置（４）は、前記補償高調波電力値（Ｐｈ）と前記補償高調波無効成分値（Ｑｈ）を、その都度、前記フィルタ出力電流の空間ベクトル変換の前記α成分（ｉｆｇα）と、前記フィルタ出力電流の空間ベクトル変換の前記β成分（ｉｆｇβ）と、前記フィルタ出力フラックスの空間ベクトル変換の前記α成分（ΨＬα）と、フィルタ出力フラックスの空間ベクトル変換の前記β成分（ΨＬβ）と、前記フィルタ出力電流（ｉｆｇ１、ｉｆｇ２、ｉｆｇ３）の基本波に関連する基本角（ωｔ）から形成する第７の計算ユニット（１４）を有することを特徴とする、請求項１５に記載の装置。
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