JP2012228132A - Power conversion apparatus - Google Patents

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与貴 西嶋
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守 坂本
Yoshiki Aoyanagi
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Masashige Oura
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power conversion apparatus that easily suppresses ripples of a DC voltage by changing a reference frequency when issuing an inverter voltage command.SOLUTION: The power conversion apparatus includes: an inverter circuit 14 for converting a DC power source 11 to a three-phase AC output; an LC filter circuit 15 for smoothing the AC output voltage before output to a three-phase load circuit 16; a capacitor 13 for smoothing the DC power source before supply to the inverter circuit 14; an inverter control device 20 for detecting the AC output voltage output to the three-phase load circuit 16 and generating a voltage command for the inverter circuit 14 in accordance with the detection result; and a bandpass filter 25 for detecting the DC input voltage at the capacitor 13 and passing a harmonic signal component of a specific frequency band. A reference frequency for the voltage command from the inverter control device 20 to the inverter circuit 14 can thus be regulated in accordance with the voltage value of the DC power source 11.

Description

本発明は、架線からパンタグラフを通して供給される直流電源から所望する電圧値の交流電力に変換する電力変換装置に関し、とくに直流電車用の補助電源装置として使用される直流電源から三相交流電源に変換する電力変換装置に関する。   The present invention relates to a power converter that converts a DC power supplied from an overhead line through a pantograph into AC power having a desired voltage value, and in particular, converts from a DC power used as an auxiliary power supply for a DC train to a three-phase AC power. The present invention relates to a power conversion device.

図５は、従来の電力変換装置の構成を示すブロック図である。この電力変換装置は、直流電源１１を三相交流電源に変換するインバータシステムを構成している。直流電源１１には、インダクタ１２と直流電圧を平滑するコンデンサ１３を介してインバータ回路１４が接続されている。このインバータ回路１４は直流電圧を所定の大きさの交流電圧に変換して、その交流出力を平滑化するＬＣフィルタ回路１５を介して接続されている三相負荷回路１６に供給されている。   FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a conventional power converter. This power converter constitutes an inverter system that converts the DC power supply 11 into a three-phase AC power supply. An inverter circuit 14 is connected to the DC power source 11 via an inductor 12 and a capacitor 13 that smoothes the DC voltage. The inverter circuit 14 is supplied to a three-phase load circuit 16 connected through an LC filter circuit 15 that converts a DC voltage into an AC voltage of a predetermined magnitude and smoothes the AC output.

インバータ回路１４には直流電圧Ｖｃがコンデンサ１３の両端電圧として供給され、その電圧値を電圧検出器１７によって検出するように構成されている。検出された直流電圧Ｖｃは過電圧保護回路１８で監視する。また、三相負荷回路１６に供給された交流電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷは、電圧検出器１９によって検出され、インバータ制御装置２０に出力される。このインバータ制御装置２０は、三相負荷回路１６への供給電圧を一定電圧値に制御するためのものであって、ここからインバータ回路１４にゲート制御信号を供給することによって、所望する一定電圧・一定周波数の交流電力に変換するように制御している。   A DC voltage Vc is supplied to the inverter circuit 14 as a voltage across the capacitor 13, and the voltage value is detected by a voltage detector 17. The detected DC voltage Vc is monitored by the overvoltage protection circuit 18. The AC voltages VU, VV, VW supplied to the three-phase load circuit 16 are detected by the voltage detector 19 and output to the inverter control device 20. This inverter control device 20 is for controlling the supply voltage to the three-phase load circuit 16 to a constant voltage value. By supplying a gate control signal to the inverter circuit 14 from here, a desired constant voltage / Control is performed to convert the AC power to a constant frequency.

インバータ制御装置２０は、過電圧保護回路１８の他、インバータ電圧指令作成回路２１、ＡＶＲ指令作成回路２２、ＰＷＭ信号作成回路２３、及びデッドタイム（ＤＴ）生成回路２４を備え、以下のようにゲート制御信号を生成している。   The inverter control device 20 includes an overvoltage protection circuit 18, an inverter voltage command generation circuit 21, an AVR command generation circuit 22, a PWM signal generation circuit 23, and a dead time (DT) generation circuit 24, and performs gate control as follows. The signal is generated.

まず、インバータ電圧指令作成回路２１は、定電圧回路３１、積分器３３、正弦波発生器３４Ｕ，３４Ｖ，３４Ｗ、１２０°位相をずらす定電圧回路３５および加算器３６ａ，３６ｂによって構成され、ここでは基準位相からそれぞれ１２０°ずつ位相の異なる３つの電圧指令を作成している。一方、ＡＶＲ指令作成回路２２では、電圧検出器１９からフィードバックされた交流電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷに基づいてＰＩ制御し、ＡＶＲ指令信号を作成する。ＰＷＭ信号作成回路２３では、ＡＶＲ指令信号を乗算器４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗにより３つの電圧指令とそれぞれ掛け合わせてＰＷＭ指令信号が生成され、このＰＷＭ指令信号と三角波発生器４３からのキャリア三角波をコンパレータ４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗで比較することによってそれぞれＰＷＭ信号が形成される。これらのＰＷＭ信号は、アーム短絡防止のためのデッドタイム生成回路２４を通してゲート制御信号となり、インバータ回路１４を制御するようにしている。   First, the inverter voltage command generation circuit 21 includes a constant voltage circuit 31, an integrator 33, sine wave generators 34U, 34V, and 34W, a constant voltage circuit 35 that shifts the phase by 120 °, and adders 36a and 36b. Three voltage commands having phases different from each other by 120 ° from the reference phase are created. On the other hand, the AVR command generation circuit 22 performs PI control based on the AC voltages VU, VV, and VW fed back from the voltage detector 19 to generate an AVR command signal. In the PWM signal creation circuit 23, the AVR command signal is multiplied by three voltage commands by the multipliers 41U, 41V, and 41W to generate a PWM command signal, and the PWM command signal and the carrier triangular wave from the triangular wave generator 43 are compared with each other. A PWM signal is formed by comparing 42 U, 42 V, and 42 W, respectively. These PWM signals become gate control signals through the dead time generation circuit 24 for preventing arm short circuit, and control the inverter circuit 14.

図６は、従来のインバータシステムの制御動作を示す信号波形図である。
同図（Ａ）は、インバータ電圧指令作成回路２１の定電圧回路３１により生成される基準位相（３６０°）の電圧信号Ｆｒｅｑを示しており、この電圧信号Ｆｒｅｑが積分器３３に入力される。同図（Ｂ）は、積分器３３で生成される鋸歯状の位相指令Ｉｎｔを示しており、この位相指令Ｉｎｔが正弦波発生器３４Ｕに入力されることで、同図（Ｃ）に示すように正弦波発生器３４Ｕから一定周期でインバータ電圧指令Ｕsineが出力される。 FIG. 6 is a signal waveform diagram showing a control operation of a conventional inverter system.
FIG. 2A shows a voltage signal Freq having a reference phase (360 °) generated by the constant voltage circuit 31 of the inverter voltage command generation circuit 21, and this voltage signal Freq is input to the integrator 33. FIG. 5B shows a sawtooth phase command Int generated by the integrator 33. This phase command Int is input to the sine wave generator 34U, and as shown in FIG. The sine wave generator 34U outputs an inverter voltage command Usine at a constant period.

図５のような電力変換装置では、インバータ回路１４の出力側にＬＣフィルタ回路１５が設けられており、インバータ電圧指令Ｕsineの周波数は図６（Ｃ）に示すように一定周期の正弦波であった。いま、図６（Ｄ）に示すように、あるタイミングで入力電圧Ｖｉｎが１０％急変するものと考える。急変の要因として、近くの他の電車が回生動作を行うとき、架線電圧が上昇しコンデンサ１３の直流電圧が急変することなどがあり、直流電圧Ｖｃにリップルが発生する。   In the power converter as shown in FIG. 5, an LC filter circuit 15 is provided on the output side of the inverter circuit 14, and the frequency of the inverter voltage command Useine is a sine wave having a constant cycle as shown in FIG. It was. Now, as shown in FIG. 6D, it is assumed that the input voltage Vin suddenly changes by 10% at a certain timing. As a factor of sudden change, when another nearby train performs a regenerative operation, the overhead line voltage rises and the DC voltage of the capacitor 13 changes suddenly, and a ripple occurs in the DC voltage Vc.

図７は、従来の電力変換装置における入力電圧（Ｖｉｎ）急変時の直流電圧（Ｖｃ）およびインバータの交流出力電圧（ＶＵ）の各波形を示す図であり、（Ａ），（Ｂ）は定格時の電圧で規格化して表示している。   FIG. 7 is a diagram showing respective waveforms of the DC voltage (Vc) and the AC output voltage (VU) of the inverter when the input voltage (Vin) suddenly changes in the conventional power converter, and (A) and (B) are rated values. Normalized by the voltage of the hour and displayed.

ここでは、同図（Ａ）に示すように、時刻０．２秒の経過直後に入力電圧Ｖｉｎが１．１倍に上昇し、その後、再び時刻０．８秒に定格に戻った場合を想定している。
このとき、コンデンサ１３の直流電圧Ｖｃは、図７（Ｂ）に示すようなリップルが生じる。 Here, as shown in FIG. 5A, it is assumed that the input voltage Vin increases 1.1 times immediately after the lapse of time 0.2 seconds, and then returns to the rated value again at time 0.8 seconds. doing.
At this time, the DC voltage Vc of the capacitor 13 has a ripple as shown in FIG.

そこで、直流電圧に発生するリップルを抑制するため直流電源に接続されているインダクタに抵抗を並列に設置する方法が考えられていた（特許文献１参照）。
図８は従来の直流電圧に発生するリップルを抑制する電力変換装置の概略構成図の一例である。図８において、直流電源から所望する電圧値の交流電力に変換する電力変換装置には、直流電源１１、インダクタ１２、コンデンサ１３、インバータ回路１４、ＬＣフィルタ回路１５、絶縁変圧器１６０、インダクタ１２に並列に接続された抵抗１８ａが設けられている。そして、直流電圧に発生したリップルを抵抗１８ａで消費させることで、リップルを抑制している。 Therefore, in order to suppress ripples generated in the DC voltage, a method of arranging a resistor in parallel with the inductor connected to the DC power source has been considered (see Patent Document 1).
FIG. 8 is an example of a schematic configuration diagram of a power converter that suppresses a ripple generated in a conventional DC voltage. In FIG. 8, a power conversion device that converts a DC power source into AC power having a desired voltage value includes a DC power source 11, an inductor 12, a capacitor 13, an inverter circuit 14, an LC filter circuit 15, an insulation transformer 160, and an inductor 12. A resistor 18a connected in parallel is provided. The ripple generated in the DC voltage is consumed by the resistor 18a, thereby suppressing the ripple.

特開２００９−８１９７５号公報JP 2009-81975 A

直流電車用の補助電源装置にインバータシステムを用いた場合に、インバータの入力となる直流電源に継続してリップル電流が発生すると、周囲の機器の誤動作を招く恐れがある。すなわち、電車の軌道周辺には様々な信号があり、軌道に流れるリップル電流の高調波成分が信号系統を誤動作させる恐れがあった。   When an inverter system is used in an auxiliary power supply device for a DC train, if a ripple current is continuously generated in the DC power source serving as an input of the inverter, there is a risk of causing malfunction of surrounding equipment. That is, there are various signals around the track of the train, and the harmonic component of the ripple current flowing in the track may cause the signal system to malfunction.

たとえば、踏切制御器、列車検知などの信号制御系統において使用されている信号周波数に近い成分の高調波が発生すると、信号制御系統で誤検知が生じて間違った信号を出力するようになるなど、電車の運行にも支障をきたすことになる。そこで、リップルの影響を直流電源側に及ぼすことは極力避ける必要があった。   For example, when harmonics with components close to the signal frequency used in signal control systems such as railroad crossing controllers and train detection occur, false detection occurs in the signal control system and the wrong signal is output. This will also interfere with train operation. Therefore, it was necessary to avoid the ripple effect on the DC power supply side as much as possible.

ところが、上述したインバータシステムにおいては、直流電源からの入力電圧が急変した場合、図７（Ｂ）に示すように、直流電圧Ｖｃにリップルが発生し、それが長期間継続してしまう。一方、上述した図８に示す先行技術では、新たな部品としてインダクタ１２に並列に接続された抵抗１８ａを追加して対応するか、あるいは既存の回路構成を変更して対処しなければならず、簡単には直流電圧Ｖｃに発生するリップルを抑制することができなかった。   However, in the inverter system described above, when the input voltage from the DC power supply suddenly changes, as shown in FIG. 7B, a ripple occurs in the DC voltage Vc, which continues for a long period of time. On the other hand, in the prior art shown in FIG. 8 described above, it is necessary to cope by adding a resistor 18a connected in parallel to the inductor 12 as a new component, or by changing an existing circuit configuration. In simple terms, the ripple generated in the DC voltage Vc could not be suppressed.

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、インバータ電圧指令の基準周波数を変化させることで、直流電源からの入力電圧に発生するリップル成分を簡単に低減できる電力変換装置を提供することである。   The present invention has been made in view of the above points, and provides a power converter that can easily reduce a ripple component generated in an input voltage from a DC power source by changing a reference frequency of an inverter voltage command. That is.

本発明では、上記問題を解決するために、架線からパンタグラフを通して供給される直流電源から所望する電圧値の交流電力に変換する電力変換装置が提供される。この電力変換装置は、前記直流電源を三相交流出力に変換するインバータ部と、前記インバータ部の出力側に設けられ、交流出力電圧を平滑化して負荷に出力するＬＣフィルタ部と、前記インバータ部の入力側に設けられ、前記直流電源から入力された電圧を平滑化して前記インバータ部に供給するコンデンサ部と、前記負荷に出力された交流出力電圧を検出し、その検出結果に基づいて前記インバータ部に対する電圧指令を生成するインバータ制御部と、前記インバータ制御部に設定される基準位相の定電圧信号に対して、前記直流電源の入力電圧に含まれるリップル成分を加算するダンピング制御部と、を備え、前記ダンピング制御部では、前記インバータ制御部から前記インバータ部に対する電圧を指令する際の基準周波数を、前記直流電源の電圧値に追従させて増減するように構成される。   In order to solve the above problems, the present invention provides a power conversion device that converts AC power of a desired voltage value from a DC power source supplied from an overhead line through a pantograph. This power conversion device includes an inverter unit that converts the DC power source into a three-phase AC output, an LC filter unit that is provided on the output side of the inverter unit and smoothes an AC output voltage and outputs the output voltage to a load, and the inverter unit A capacitor unit for smoothing a voltage input from the DC power source and supplying the inverter unit, and detecting an AC output voltage output to the load, and detecting the AC output voltage based on the detection result. An inverter control unit that generates a voltage command for the unit, and a damping control unit that adds a ripple component included in the input voltage of the DC power supply to a constant voltage signal of a reference phase set in the inverter control unit, And the damping control unit sets a reference frequency when commanding a voltage to the inverter unit from the inverter control unit. Configured to increase or decrease so as to follow the power supply voltage value.

本発明の電力変換装置では、インバータ制御部内でインバータ電圧指令を作成する際に、ダンピング制御部からバンドパスフィルタを通した直流電圧Ｖｃを積分器に入力することにより、位相指令を直流電圧Ｖｃのリップルに応じて変化させ、電圧指令の基準周波数を増減させている。これにより、新たな部品を追加せず、あるいはソフトウェアにてバンドパスフィルタを実現することが可能であれば、回路変更をしないでも、既存回路の構成のままで直流電圧のリップルを抑制できる。   In the power conversion device of the present invention, when the inverter voltage command is created in the inverter control unit, the DC voltage Vc that has passed through the band-pass filter is input from the damping control unit to the integrator, so that the phase command is the DC voltage Vc. The reference frequency of the voltage command is increased or decreased by changing according to the ripple. As a result, if it is possible to realize a bandpass filter by software without adding new components, it is possible to suppress the ripple of the DC voltage with the existing circuit configuration without changing the circuit.

本発明の実施の形態に係る電力変換装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the power converter device which concerns on embodiment of this invention. 図１におけるインバータ制御装置の要部構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the principal part structure of the inverter control apparatus in FIG. 本発明のインバータ制御方法を示す信号波形図である。It is a signal waveform diagram which shows the inverter control method of this invention. 本発明の電力変換装置における入力電圧急変時の直流電圧および交流電圧の各波形を示す図である。It is a figure which shows each waveform of the DC voltage at the time of input voltage sudden change in the power converter device of this invention, and an alternating voltage. 従来の電力変換装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the conventional power converter device. 従来のインバータシステムの制御動作を示す信号波形図である。It is a signal waveform diagram which shows the control operation of the conventional inverter system. 従来の電力変換装置における入力電圧急変時の直流電圧およびインバータの交流出力電圧の各波形を示す図である。It is a figure which shows each waveform of the direct current voltage at the time of the input voltage sudden change in the conventional power converter device, and the alternating current output voltage of an inverter. 従来の直流電圧に発生するリップルを抑制する電力変換装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the power converter device which suppresses the ripple which generate | occur | produces in the conventional DC voltage.

以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る電力変換装置の構成を示すブロック図である。図１の電力変換装置では、図５に示す従来装置の構成要素に対応する部分に同じ符号を付けて、それらの詳細な説明を省略する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a power conversion device according to an embodiment of the present invention. In the power conversion device of FIG. 1, the same reference numerals are given to the portions corresponding to the components of the conventional device shown in FIG. 5, and the detailed description thereof is omitted.

図１の電力変換装置は、ダンピング制御回路を構成するバンドパスフィルタ２５および加算回路３２が追加されている点で、従来の電力変換装置と異なっている。ここでは、電圧検出器１７によって検出された直流電圧Ｖｃが過電圧保護回路１８に供給されるだけでなく、バンドパスフィルタ２５にも入力されている。バンドパスフィルタ２５は、コンデンサ１３の電圧を検出した直流電圧Ｖｃに含まれるリップル成分から特定の周波数帯域の高調波信号成分を通過させている。また、加算回路３２では、インバータ電圧指令作成回路２１の定電圧回路３１で生成される基準位相の定電圧信号に対して、入力電圧に含まれるバンドパスフィルタを通したリップル成分を加算するようにしている。なお、電圧検出器１７の出力信号に対するバンドパスフィルタ２５は、ソフトウェアによるフィルタ演算として実現でき、インバータ制御装置２０に含まれる演算手段によって構成され、システム自体、あるいはハードウェア自体の構成は一切変更しないで実現可能である。   The power conversion device of FIG. 1 is different from the conventional power conversion device in that a band pass filter 25 and an addition circuit 32 constituting a damping control circuit are added. Here, the DC voltage Vc detected by the voltage detector 17 is not only supplied to the overvoltage protection circuit 18 but also input to the band pass filter 25. The band pass filter 25 passes a harmonic signal component in a specific frequency band from a ripple component included in the DC voltage Vc in which the voltage of the capacitor 13 is detected. In addition, the adder circuit 32 adds the ripple component that has passed through the band-pass filter included in the input voltage to the constant voltage signal of the reference phase generated by the constant voltage circuit 31 of the inverter voltage command generation circuit 21. ing. The band-pass filter 25 for the output signal of the voltage detector 17 can be realized as a filter operation by software, and is configured by an arithmetic means included in the inverter control device 20, and the configuration of the system itself or the hardware itself is not changed at all. It is feasible.

図２は、図１におけるインバータ制御装置の要部構成を示すブロック図である。
バンドパスフィルタ２５および加算回路３２は、ダンピング制御部３０を構成している。インバータ電圧指令作成回路２１は、一相分の正弦波発生器３４Ｕについてだけ示している。したがって、ＰＷＭ信号作成回路２３についても、乗算器４１Ｕとコンパレータ４２Ｕ、および三角波発生器４３だけを示した。ＰＷＭ信号作成回路２３では、ＡＶＲ指令作成回路２２の電圧信号の大きさと正弦波発生器３４Ｕの正弦波信号とが掛け合わせられ、コンパレータ４２Ｕで三角波と比較される。 FIG. 2 is a block diagram showing a main configuration of the inverter control device in FIG.
The band pass filter 25 and the adder circuit 32 constitute a damping control unit 30. The inverter voltage command generation circuit 21 shows only the sine wave generator 34U for one phase. Therefore, only the multiplier 41U, the comparator 42U, and the triangular wave generator 43 are shown for the PWM signal generation circuit 23. In the PWM signal generation circuit 23, the magnitude of the voltage signal of the AVR command generation circuit 22 and the sine wave signal of the sine wave generator 34U are multiplied, and the comparator 42U compares the result with a triangular wave.

図３は、本発明のインバータ制御方法を示す信号波形図である。
従来の電力変換装置における制御では、インバータ電圧指令作成回路２１の定電圧回路３１から積分器３３への入力は、それが閾値を超えるとリセットされ、その大きさは３６０°一定であった。そのため、積分器３３からの位相指令は３６０°毎にリセットするため、正弦波発生器３４Ｕの出力であるインバータ電圧指令Ｕsineは、図６（Ｃ）に示すように一定周期の正弦波であった。 FIG. 3 is a signal waveform diagram showing the inverter control method of the present invention.
In the control in the conventional power converter, the input from the constant voltage circuit 31 of the inverter voltage command generation circuit 21 to the integrator 33 is reset when it exceeds a threshold, and the magnitude thereof is constant 360 °. Therefore, since the phase command from the integrator 33 is reset every 360 °, the inverter voltage command Useine, which is the output of the sine wave generator 34U, is a sine wave with a constant period as shown in FIG. .

これに対して、本発明によるダンピング制御が導入されたものでは、積分器３３の入力が３６０°一定から直流電圧Ｖｃのある帯域の周波数成分を加算、あるいは減算した値となって、図３（Ａ）に示すように、直流電圧Ｖｃに応じて変動する。すなわち、入力電圧Ｖｉｎに変化が生じると、加算回路３２から積分器３３へ入力する電圧信号は定電圧回路３１での一定電圧を前後するように揺らぎが生じる。そのため、積分器３３から出力される位相指令は、図３（Ｂ）に示すように鋸歯状の位相指令の傾斜は、入力電圧の大きさに比例して緩やかになる。したがって、正弦波発生器３４ＵからＰＷＭ信号作成回路２３に出力されるインバータ電圧指令Ｕsineは、図３（Ｃ）に示すように、直流電圧Ｖｃに応じて周波数が変動する正弦波となる。   On the other hand, in the case where the damping control according to the present invention is introduced, the input of the integrator 33 is a value obtained by adding or subtracting a frequency component in a certain band of the DC voltage Vc from a constant 360 °, as shown in FIG. As shown in A), it fluctuates according to the DC voltage Vc. That is, when a change occurs in the input voltage Vin, the voltage signal input from the adder circuit 32 to the integrator 33 fluctuates so as to move around a constant voltage in the constant voltage circuit 31. Therefore, as for the phase command output from the integrator 33, as shown in FIG. 3B, the slope of the sawtooth phase command becomes gentle in proportion to the magnitude of the input voltage. Therefore, the inverter voltage command Usine output from the sine wave generator 34U to the PWM signal generating circuit 23 becomes a sine wave whose frequency varies according to the DC voltage Vc, as shown in FIG.

図１に示す本発明の電力変換装置のように、インバータ回路１４の出力にＬＣフィルタ回路１５があると、電圧指令の周波数が変動する時に、ＬＣフィルタ回路１５のＬＣ成分に蓄積されているエネルギーとコンデンサ１３の間で電力のやりとりが起こり、直流電圧Ｖｃに発生するリップルを低減することが可能である。   If the LC filter circuit 15 is present at the output of the inverter circuit 14 as in the power converter of the present invention shown in FIG. 1, the energy stored in the LC component of the LC filter circuit 15 when the frequency of the voltage command varies. As a result, power is exchanged between the capacitor 13 and the capacitor 13, and the ripple generated in the DC voltage Vc can be reduced.

図４は、本発明の電力変換装置における入力電圧急変時の直流電圧および交流電圧の各波形を示す図である。
この図４では、直流電圧Ｖｃが０．２秒経過直後、および０．８秒経過して急変する場合のシミュレーション例を示している。図３で説明したように、直流電源からの入力電圧Ｖｉｎの急変時には、直流電圧Ｖｃに発生したリップル成分が時間とともに収束するから、本発明によるダンピング制御を導入することで、図４（Ｃ）に示すように、直流電圧Ｖｃの急変直後でのみ、インバータ交流出力電圧に電圧指令変動の影響が表れるだけで、その後は確実にリップルが低減されていることを確認できる。 FIG. 4 is a diagram illustrating waveforms of a DC voltage and an AC voltage when the input voltage suddenly changes in the power conversion device of the present invention.
FIG. 4 shows a simulation example in which the DC voltage Vc changes suddenly immediately after 0.2 seconds and after 0.8 seconds. As described with reference to FIG. 3, when the input voltage Vin from the DC power supply suddenly changes, the ripple component generated in the DC voltage Vc converges with time. As shown in FIG. 6, only immediately after the sudden change of the DC voltage Vc, the influence of the voltage command fluctuation appears on the inverter AC output voltage, and thereafter it can be confirmed that the ripple is reliably reduced.

以上、本発明の電力変換装置では、インバータ制御装置内でインバータ電圧指令を作成する際に、ダンピング制御部からバンドパスフィルタを通した直流電圧Ｖｃを積分器に入力することにより、位相指令を直流電圧Ｖｃのリップルに応じて変化させ、電圧指令の基準周波数を増減させている。これにより、新たな部品を追加せず、あるいはソフトウェアにてバンドパスフィルタを実現できれば回路変更をしないでも、既存回路の構成のままで直流電圧のリップルを抑制できる。   As described above, in the power conversion device of the present invention, when the inverter voltage command is created in the inverter control device, the DC voltage Vc that has passed through the band-pass filter is input from the damping control unit to the integrator, so that the phase command is changed to DC. The reference frequency of the voltage command is increased or decreased by changing according to the ripple of the voltage Vc. As a result, the DC voltage ripple can be suppressed with the configuration of the existing circuit without changing the circuit if no new parts are added or if the bandpass filter can be realized by software.

１１ 直流電源
１２ インダクタ
１３ コンデンサ
１４ インバータ回路
１５ ＬＣフィルタ回路
１６ 三相負荷回路
１７，１９ 電圧検出器
１８ 過電圧保護回路
２０ インバータ制御装置
２１ インバータ電圧指令作成回路
２２ ＡＶＲ指令作成回路
２３ ＰＷＭ信号作成回路
２４ デッドタイム（ＤＴ）生成回路
２５ バンドパスフィルタ
３０ ダンピング制御回路
３１，３５ 定電圧回路
３２ 加算回路
３３ 積分器
３４Ｕ，３４Ｖ，３４Ｗ 正弦波発生器
４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗ 乗算器
４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗ コンパレータ
４３ 三角波発生器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 DC power supply 12 Inductor 13 Capacitor 14 Inverter circuit 15 LC filter circuit 16 Three-phase load circuit 17, 19 Voltage detector 18 Overvoltage protection circuit 20 Inverter control device 21 Inverter voltage command creation circuit 22 AVR command creation circuit 23 PWM signal creation circuit 24 Dead time (DT) generation circuit 25 Band pass filter 30 Damping control circuit 31, 35 Constant voltage circuit 32 Adder circuit 33 Integrator 34U, 34V, 34W Sine wave generator 41U, 41V, 41W Multiplier 42U, 42V, 42W Comparator 43 Triangular wave generator

Claims (3)

架線からパンタグラフを通して供給される直流電源から所望する電圧値の交流電力に変換する電力変換装置において、
前記直流電源を三相交流出力に変換するインバータ部と、
前記インバータ部の出力側に設けられ、交流出力電圧を平滑化して負荷に出力するＬＣフィルタ部と、
前記インバータ部の入力側に設けられ、前記直流電源から入力された電圧を平滑化して前記インバータ部に供給するコンデンサ部と、
前記負荷に出力された交流出力電圧を検出し、その検出結果に基づいて前記インバータ部に対する電圧指令を生成するインバータ制御部と、
前記インバータ制御部に設定される基準位相の定電圧信号に対して、前記直流電源の入力電圧に含まれるリップル成分を加算するダンピング制御部と、
を備え、
前記ダンピング制御部では、前記インバータ制御部から前記インバータ部に対する電圧を指令する際の基準周波数を、前記直流電源の電圧値に追従させて増減するようにしたことを特徴とする電力変換装置。 In a power conversion device that converts AC power of a desired voltage value from a DC power source supplied from an overhead line through a pantograph,
An inverter unit for converting the DC power source into a three-phase AC output;
An LC filter unit provided on the output side of the inverter unit, which smoothes the AC output voltage and outputs it to a load;
A capacitor unit that is provided on the input side of the inverter unit, smooths the voltage input from the DC power supply, and supplies the voltage to the inverter unit;
An inverter control unit that detects an AC output voltage output to the load and generates a voltage command for the inverter unit based on the detection result;
A damping control unit for adding a ripple component included in the input voltage of the DC power supply to a constant voltage signal of a reference phase set in the inverter control unit;
With
The power conversion apparatus according to claim 1, wherein the damping control unit increases or decreases a reference frequency when commanding a voltage to the inverter unit from the inverter control unit so as to follow the voltage value of the DC power supply. 前記ダンピング制御部は、前記コンデンサ部での直流入力電圧を検知する検出回路と、前記検出回路の出力信号から特定の周波数帯域の高調波信号成分を通過させるバンドパスフィルタ回路と、を含むことを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。   The damping control unit includes a detection circuit that detects a DC input voltage in the capacitor unit, and a band-pass filter circuit that passes a harmonic signal component of a specific frequency band from an output signal of the detection circuit. The power converter according to claim 1, wherein 前記検出回路は、前記インバータ制御部における過電圧保護のための検出手段を構成するものであることを特徴とする請求項２記載の電力変換装置。   3. The power conversion apparatus according to claim 2, wherein the detection circuit constitutes detection means for overvoltage protection in the inverter control unit.
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