JP2013027126A - Ac power supply device and control device for the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、定電圧定周波数を安定して出力する交流電源装置とその制御装置に関する。 The present invention relates to an AC power supply device that stably outputs a constant voltage and a constant frequency, and a control device therefor.
直流入力を定電圧定周波数の交流に変換して出力する交流電源装置は、直流電力を交流電力に変換して出力する電力変換装置と、該電力変換装置より発生する高調波を除去するためのLCフィルタより構成される。 An AC power supply apparatus that converts a DC input into an alternating current having a constant voltage and a constant frequency and outputs the power, converts a DC power into an AC power and outputs the power, and removes harmonics generated from the power converter It is composed of an LC filter.
この交流電源装置における交流電圧の制御装置として、ベクトル制御が広く用いられている。電源電圧のベクトル制御では、負荷に出力する電圧と同期して回転する座標系(以下、回転座標系)を定義し、回転座標系上で電圧と電流を表現する。これにより、交流量であるこれらの電圧と電流を直流量として取り扱うことで、簡単な制御装置においても、高い応答性を得ることが可能となる。 Vector control is widely used as an AC voltage control device in this AC power supply. In the vector control of the power supply voltage, a coordinate system that rotates in synchronization with the voltage output to the load (hereinafter referred to as a rotating coordinate system) is defined, and the voltage and current are expressed on the rotating coordinate system. Thereby, it is possible to obtain high responsiveness even in a simple control device by handling these voltages and currents, which are alternating current amounts, as direct current amounts.
一方で該交流電源装置には、電力変換装置の出力回路に、共振要素となるLCフィルタが接続されている。従来の電圧制御では、このLCフィルタによる共振を抑制するためのダンピング制御が用いられており、負荷に出力する電圧を正帰還する方式(特許文献1)や、電力変換装置より出力される電流を負帰還する方式(特許文献2)がある。 On the other hand, an LC filter serving as a resonant element is connected to the output circuit of the power converter in the AC power supply device. In conventional voltage control, damping control for suppressing resonance by the LC filter is used, and a method of positively feeding back a voltage output to a load (Patent Document 1) or a current output from a power conversion device is used. There is a negative feedback system (Patent Document 2).
以下、図12を用いて従来技術の交流電源装置の構成および動作を説明する。同図の301は直流電源、302はインバータ装置、303は交流フィルタリアクトル、304は電流センサ、305は交流フィルタコンデンサ、306は電圧センサ、307は電源出力端子である。同図は直流電源301の直流電力をインバータ装置302に入力し、インバータ装置302で該直流電力を交流電力に変換する。その後、交流フィルタリアクトル303と交流フィルタコンデンサ305から構成されるLCフィルタを介して、電源出力端子307に接続している負荷に交流電力を供給する。
Hereinafter, the configuration and operation of the conventional AC power supply apparatus will be described with reference to FIG. In the figure, 301 is a DC power source, 302 is an inverter device, 303 is an AC filter reactor, 304 is a current sensor, 305 is an AC filter capacitor, 306 is a voltage sensor, and 307 is a power output terminal. In the figure, DC power from a
ここで、インバータ装置302は電力半導体素子により制御するため、該電力半導体素子のスイッチングによりの交流出力電力に高調波リップルが重畳する。そのため、該LCフィルタにより、該交流電力の高調波リップルを除去する。また、電流センサ304および電圧センサ306により、電力の供給状況を常時監視し、その測定結果からインバータ装置302の電力変換制御および装置異常を検知する。
Here, since
ここで、インバータ装置302は、定電圧定周波数の交流電力を負荷に供給すると共に、負荷急変に対する応答性を確保する必要がある。そのため、該インバータ装置302を制御する制御装置401により負荷電圧を一定にするための指令を出力する。
Here, the
図13に従来技術における制御装置401の構成図を示す。同図の401はインバータ装置302の制御装置、402はベクトル制御部、403はPWM制御部、404は三相二相座標変換部、405、406、410、411、412は加算部、407はPI制御部、408は二相三相座標変換部、409はダンピング制御部である。
FIG. 13 shows a configuration diagram of a
同図では、電圧センサ304より検出した負荷電圧VLuvとVLvwを、三相二相座標変換部404に入力し、負荷電圧Luv、VLvwを直交回転座標系であるVLd、VLqに変換する。変換したdq軸の負荷電圧VLdとVLqは、負荷電圧指令値VLdpおよびVLqpと共に、加算部405、406に入力され、負荷電圧指令との差分であるΔVLd、ΔVLqを算出する。
In the figure, the load voltages VLuv and VLvw detected by the
その後、PI制御部407に該負荷電圧の差分ΔVLd、ΔVLqを入力し、電源の安定出力に必要な第一のインバータ電圧指令値Vidp1、Viqp1を演算し、二相三相座標変換部408を介してuvw相のインバータ指令Viup、Vivp、Viwpを生成する。ここで、PI制御部407は、たとえば数式(1)に従い第一のインバータ電圧指令値Vidp1、Viqp1を演算する。
ここでΔVLd、ΔVLqはdq軸の負荷電圧偏差、KpはPI制御部407の比例項ゲイン、KiはPI制御部408の積分項ゲイン、sはラプラス演算子である。一方、制御装置では、LCフィルタに起因する共振現象を抑制するためのダンピング制御を備えている。
Here, ΔVLd and ΔVLq are load voltage deviations on the dq axis, Kp is a proportional term gain of the
ダンピング制御では、電流センサ306より検出した三相交流電流を、ベクトル制御部402の内部にあるダンピング制御部409に入力する。その後、ダンピング制御部409の内部で、負荷電圧を安定化させるための電圧指令値を演算する。
In the damping control, the three-phase alternating current detected by the
ダンピング制御部409のゲインをKdmpとすると、特許文献2では、数式(2)に従いゲインKdmpを設定することで、LCフィルタの共振を抑制できる。
ここで、LafはLCフィルタのインダクタンス、CafはLCフィルタのキャパシタンス、RafはLafの抵抗成分である。 Here, Laf is the inductance of the LC filter, Caf is the capacitance of the LC filter, and Raf is the resistance component of Laf.
該PI制御部407で生成した電圧指令値と、該ダンピング制御部409により生成した電圧指令値を、加算部410、411、412に入力し、インバータ電圧指令値Viup、Vivp、Viwpを演算する。そして、PWM制御部403にて、該インバータ電圧指令値Viup、Vivp、Viwpからパルス指令Su、Sv、Swを演算し、該パルス指令Su、Sv、Swに従いインバータ装置302を制御することで、直流電源301の直流電力を三相交流電力に変換する。
The voltage command value generated by the
従来構成のように、PI制御部407とダンピング制御部409を組み合わせてインバータ装置の電圧指令を演算する方式では、別々の制御部によりインバータより出力する電圧指令値を演算し、電圧出力の直前で加算することから、電圧指令値が互いに干渉しあい、制御応答のゲインを高くできないという課題がある。
In the method of calculating the voltage command of the inverter device by combining the
本発明による交流電源装置の制御装置は、直流電源に接続されると共に、交流フィルタを介して1台もしくは複数台の負荷に対して接続され、交流電力を供給するための電圧指令を生成する手段を有する。 A control device for an AC power supply apparatus according to the present invention is connected to a DC power supply and connected to one or a plurality of loads via an AC filter, and generates a voltage command for supplying AC power. Have
また、前記電圧指令を生成する手段は、負荷に供給する交流電圧およびインバータ装置の出力電流を検出する手段を有すると共に、負荷に供給する交流電圧およびインバータ装置の出力電流を、任意に定める基準位相をもとに直交二相の直流電圧および直流電流に変換する手段を有する。 Further, the means for generating the voltage command has means for detecting an AC voltage supplied to the load and an output current of the inverter device, and an AC voltage supplied to the load and an output current of the inverter device are arbitrarily defined as a reference phase. And a means for converting into a quadrature two-phase DC voltage and DC current.
そして、負荷に供給する交流電圧の位相に対して、前記位相と同方向の電圧成分と、前記位相と直交する電圧成分との干渉を考慮して、交流フィルタ定数に基づき電圧制御を行う電圧制御手段を有する。 Then, voltage control for performing voltage control based on an AC filter constant in consideration of interference between a voltage component in the same direction as the phase and a voltage component orthogonal to the phase with respect to the phase of the AC voltage supplied to the load. Have means.
さらに、インバータ装置より出力する電流を、前記位相と同方向の電流と、前記位相と直交する電流との干渉を考慮して、交流フィルタ定数に基づき電流制御を行う電流制御手段を有し、前記電圧制御手段と前記電流制御手段を直列に接続することを特徴とする。 Furthermore, the current output from the inverter device includes current control means for performing current control based on an AC filter constant in consideration of interference between a current in the same direction as the phase and a current orthogonal to the phase, The voltage control means and the current control means are connected in series.
本発明によれば、交流電圧および交流電圧と直交する成分の電圧の干渉を考慮して電圧制御および電流制御を行うことにより、出力電圧制御の高応答化が実現できる。 According to the present invention, high response of output voltage control can be realized by performing voltage control and current control in consideration of interference between an alternating voltage and a voltage component orthogonal to the alternating voltage.
本発明における第一の実施例の制御装置1の構成を、図1を用いて説明する。同図の1は制御装置、2はベクトル制御部、3はPWM制御部、11、15は三相二相座標変換部、12、13、16、17、20、21は加算部、14は電圧制御部、18は電流制御部、19は電圧ベクトル演算部、22は二相三相座標変換部である。
The configuration of the
また、VLuv、VLvwはuv間、vw間の負荷電圧、Iiu、Iiv、Iiwはuvw相のインバータ電流、VLdp、VLqpはdq軸の負荷電圧指令値、VLd、VLqはdq軸の負荷電圧、ΔVLd、ΔVLqはdq軸の負荷電圧偏差、Iidp、Iiqpはdq軸のインバータ電流指令値、Iid、Iiqはdq軸のインバータ電流、Vidp1、Viqp1はdq軸における第一のインバータ電圧指令値、Vidp2、Viqp2はdq軸における第二のインバータ電圧指令値、Viup、Vivp、Viwpはuvw相のインバータ電圧指令値、Su、Sv、Swはuvw相のパルス指令である。 Also, VLuv and VLvw are load voltages between uv and vw, Iiu, Iiv and Iiw are inverter currents in the uvw phase, VLdp and VLqp are load voltage command values for the dq axis, VLd and VLq are load voltages for the dq axis, and ΔVLd , ΔVLq is dq axis load voltage deviation, Iidp, Iiqp are dq axis inverter current command values, Iid, Iiq are dq axis inverter currents, Vidp1, Viqp1 are first inverter voltage command values on dq axis, Vidp2, Viqp2 Is a second inverter voltage command value on the dq axis, Viup, Vivp, and Viwp are uvw phase inverter voltage command values, and Su, Sv, and Sw are uvw phase pulse commands.
dq軸負荷電圧VLdとVLqおよびVLdpとVLqpは、加算部12および加算部13で負荷電圧偏差を演算する。その後、電圧制御部14にて、負荷電流を一定にするために必要となる、インバータ電流指令Iidp、Iiqpを演算する。
For the dq-axis load voltages VLd and VLq and VLdp and VLqp, the
そして、dq軸インバータ電流Iid、IiqおよびIidp、Iiqpは、加算部16および加算部17にて、インバータ電流指令の偏差を演算する。その後、電流制御部18にて、インバータ電流を一定にするために必要となる、第二のインバータ電圧指令Vidp2およびViqp2を生成する。
Then, the dq-axis inverter currents Iid, Iiq and Iidp, Iiqp are calculated by the
また負荷電圧指令値VLdp、VLqpと、インバータ電流指令値Iidp、Iiqpを電圧ベクトル演算部19に入力して、インバータ装置302より出力する必要のある、第一のインバータ電圧指令値Vidp1、Viqp1を生成する。
Further, the load voltage command values VLdp and VLqp and the inverter current command values Iidp and Iiqp are input to the voltage
加算部20および加算部21にて、第一のインバータ電圧指令値Vidp1、Viqp1および、第二のインバータ電圧指令値Vidp2、Viqp2を演算した後、二相三相座標変換部22で、uvw相インバータ電圧指令値Viup、Vivp、Viwpを演算する。その後、PWM制御部3で、インバータ装置302の制御指令Su、Sv、Swを演算する。該パルス指令Su、Sv、Swに従いインバータ装置302をスイッチング制御することで、入力される直流電力を三相交流電力に変換する。
After calculating the first inverter voltage command values Vidp1 and Viqp1 and the second inverter voltage command values Vidp2 and Viqp2 in the adding
前述のとおり、交流電源装置は負荷電圧VLuv、VLvwを定電圧定周波数で制御するが、該負荷電圧VLuv、VLvwを一定とするために必要なインバータ電圧指令値Viup、Vivp、Viwpは、負荷電圧VLd、VLqとインバータ電流Iid、Iiq、負荷電流ILd、ILqおよび交流フィルタ回路を構成する交流フィルタリアクトル303の定数と交流フィルタコンデンサ305の定数より求めることが可能である。
As described above, the AC power supply device controls the load voltages VLuv and VLvw at a constant voltage and constant frequency, and the inverter voltage command values Viup, Vivp, and Viwp necessary for making the load voltages VLuv and VLvw constant are the load voltages. It can be obtained from VLd, VLq, inverter currents Iid, Iiq, load currents ILd, ILq, and constants of
数式(3)に交流フィルタリアクトル303に対する電圧方程式を、数式(4)に交流フィルタコンデンサ305に対する電圧方程式を示す。
ここで、ILd、ILqは負荷回路に流れる電流、Rafは交流フィルタリアクトル303の抵抗、Lafは交流フィルタリアクトル303のインダクタンス、Cafは交流フィルタコンデンサ305のキャパシタンス、ωinvは負荷電圧の角周波数、sは微分演算子である。
Here, ILd and ILq are currents flowing through the load circuit, Raf is the resistance of the
数式(3)において、負荷電圧VLd、VLqの変動を補償するために必要なインバータ電流をΔIid、ΔIiqとおくと、インバータ装置302より出力すべきインバータ電圧の変化量ΔVid、ΔViqは、数式(5)のように表現できる。
同様に、数式(4)においても、負荷電流ILd、ILqを補償するために必要な負荷電圧をΔVLd、ΔVLqとおくと、インバータ電流の変化量ΔIid、ΔIiqは数式(6)のように表現できる。
これらの数式(3)、数式(4)、数式(5)、数式(6)に従いベクトル制御部2を構成することで、高精度かつ高応答な制御部を構築できる。ここで、図1の電圧ベクトル演算部19は、負荷電圧指令値VLdp、VLqp、インバータ電流指令値Iidp、Iiqpおよび交流フィルタ定数に基づき、第一の電圧指令値Vidp、Viqpを出力する。
By configuring the
該電圧ベクトル演算部19は、インバータ装置より出力すべき電圧を演算する部であり、数式(3)をもとに演算することが可能である。よって、該電圧ベクトル演算部19が出力すべき第一の電圧指令値Vidp、Viqpは数式(3)に基づき、数式(7)のように表現できる。
ここで、Rafは交流フィルタリアクトル303の抵抗、Lafは交流フィルタリアクトル303のインダクタンス、ωinvは負荷電圧の角周波数である。
Here, Raf is the resistance of the
本実施例における電圧制御部14の構成を、図2を用いて説明する。同図の101はd軸比例演算部、102はd軸積分演算部、103はd軸干渉演算部、104はq軸比例演算部、105はq軸積分演算部、106はq軸干渉演算部、107、108、109、110は加算部である。
The configuration of the
ここで、負荷電圧偏差ΔVLd、ΔVLqを補償するために必要となるインバータ電流は、数式(6)により演算することができることから、該電圧制御部14は数式(6)に基づき、数式(8)のように構成する。
ここで、ωavrは電圧制御部14の応答角周波数、kcafは積分ゲイン係数、Cafは交流フィルタコンデンサ305のキャパシタンス、ωinvは負荷電圧の角周波数、sは微分演算子である。
Here, ωavr is a response angular frequency of the
本実施例における電流制御部18の構成を、図3を用いて説明する。同図の201はd軸比例演算部、202はd軸積分演算部、203はd軸干渉演算部、204はq軸比例演算部、205はq軸積分演算部、206はq軸干渉演算部、207、208、209、210は加算部である。
The configuration of the
ここで、インバータ電流の偏差ΔIid、ΔIiqを補償するために必要となるインバータ電圧指令は、数式(5)により演算できることから、該電流制御部18は数式(5)に基づき、数式(9)のように構成する。
ここで、ωacrは電流制御部18の応答角周波数、Rafは交流フィルタリアクトル303の抵抗、Lafは交流フィルタリアクトル303のインダクタンス、ωinvは負荷電圧の角周波数、sは微分演算子である。
Here, ωacr is the response angular frequency of the
図4に、従来技術におけるシミュレーション結果の比較例を示す。同図では、d軸およびq軸の負荷電圧VLd、VLq、d軸およびq軸のインバータ電流Iid、Iiq、三相の負荷電圧VLu、VLv、VLw、三相の負荷電流Iiu、Iiv、Iiwを示しており、図10の交流電源装置に、図12の制御装置401を適用した場合における、電圧および電流のステップ応答を示している。
FIG. 4 shows a comparative example of simulation results in the prior art. In the figure, d-axis and q-axis load voltages VLd, VLq, d-axis and q-axis inverter currents Iid, Iiq, three-phase load voltages VLu, VLv, VLw, and three-phase load currents Iiu, Iiv,
また、図5に、本実施例におけるシミュレーション結果を示す。同図では、d軸およびq軸の負荷電圧VLd、VLq、d軸およびq軸のインバータ電流Iid、Iiq、三相の負荷電圧VLu、VLv、VLw、三相の負荷電流Iiu、Iiv、Iiwを示しており、図10の交流電源装置に、図1の制御装置1を適用した場合における、電圧および電流のステップ応答を示している。
FIG. 5 shows a simulation result in this example. In the figure, d-axis and q-axis load voltages VLd, VLq, d-axis and q-axis inverter currents Iid, Iiq, three-phase load voltages VLu, VLv, VLw, and three-phase load currents Iiu, Iiv, Iiw 10 shows the step response of voltage and current when the
図4および図5は、シミュレーションの条件として、交流電源装置の構成と負荷条件、応答角周波数を同一にして動作させた状態を表している。結果として、本実施例の方式により、制御応答の改善が確認できる。 FIG. 4 and FIG. 5 show a state in which operation is performed with the same configuration, load condition, and response angular frequency of the AC power supply device as simulation conditions. As a result, improvement in control response can be confirmed by the method of this embodiment.
本発明における第二の実施例の構成を、図6を用いて説明する。図1と同一部分には同一符号を付す。図6は図1と比較して、該電圧ベクトル演算部19にインバータ電流指令値Iidp、Iiqpを入力しない構成となっている。ここで図6の電圧ベクトル演算部19は、負荷電圧指令値VLdp、VLqpと、交流フィルタ定数に基づき、第一の電圧指令値Vidp1、Viqp1を出力する。
The configuration of the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The same parts as those in FIG. Compared with FIG. 1, FIG. 6 has a configuration in which the inverter current command values Iidp and Iiqp are not input to the voltage
該電圧ベクトル演算部19は、(実施例1)と同様に、インバータ装置302より出力すべき電圧を演算する部である。本実施例では、負荷電圧指令値VLdpおよびVLqpから、該電圧ベクトル演算部19が出力すべき第一の電圧指令値Vidp1、Viqp1を演算する。
The voltage
(実施例1)では、該電圧ベクトル演算部19に入力するインバータ電流指令Iidp、Iiqpを用いて、交流電源装置の出力回路にある交流フィルタリアクトル303の電圧降下を演算する。その一方で、本実施例では該電圧ベクトル演算部19で交流フィルタリアクトル303の電圧降下を演算しないため、該電圧降下を電流制御部18で補償する構成としている。
In Example 1, the voltage drop of the
本発明における第三の実施例の構成を、図7を用いて説明する。図1および図6と同一部分には同一符号を付す。図7は図1より、前記電圧ベクトル演算部19と加算部20、加算部21を取り外した構成となっている。
The configuration of the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The same parts as those in FIGS. 1 and 6 are denoted by the same reference numerals. 7 has a configuration in which the voltage
ここで、(実施例1)と(実施例2)の電圧ベクトル制御部19は、インバータ装置302より出力すべき電圧の指令値を演算する。その一方で、本実施例では、該電圧ベクトル制御部19での電圧指令演算を行わないため、インバータ出力電圧は、電圧制御部14と電流制御部18で演算する構成としている。
Here, the voltage
本発明における第四の実施例の構成を、図8および図9を用いて説明する。図8は電圧制御部14の構成を示しており、図2と同一部分には同符号を付している。図9は電流制御部18の構成を示しており、図3と同一部分には同符号を付している。
The configuration of the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 8 shows the configuration of the
以下、本実施例における電圧制御部14の構成を、図8を用いて説明する。同図の111はd軸比例補償部、112と114は加算部、113はq軸比例補償部である。
Hereinafter, the configuration of the
ここで、d軸比例補償部111とq軸比例補償部113は、電圧制御部14の比例項ゲインを補償する部である。(実施例1)、(実施例2)、(実施例3)では、LCフィルタ回路の定数より制御ゲインを定めるが、制御信号の追従性が悪い場合、比例項ゲインの調整により改善することが一般に知られている。
Here, the d-axis
そこで、電圧制御部14は数式(10)に示すように、比例項を補償する構成とする。
ここで、kpavrは電圧制御部の比例補償部、ωavrは電圧制御部の応答角周波数、kcafは積分ゲイン係数、Cafは交流フィルタコンデンサのキャパシタンス、ωinvは負荷電圧の角周波数、sは微分演算子である。 Here, kpavr is the proportional compensation unit of the voltage control unit, ωavr is the response angular frequency of the voltage control unit, kcaf is the integral gain coefficient, Caf is the capacitance of the AC filter capacitor, ωinv is the angular frequency of the load voltage, and s is the differential operator It is.
本実施例における電流制御部18の構成を、図9を用いて説明する。同図の211はd軸比例補償部、212と214は加算部、213はq軸比例補償部である。
The configuration of the
ここでd軸比例補償部211とq軸比例補償部213は、電圧制御部18の比例項ゲインを補償する部である。(実施例1)、(実施例2)、(実施例3)では、LCフィルタ回路の定数より制御ゲインを定めるが、制御信号の追従性が悪い場合、比例項ゲインの調整により改善することが一般に知られている。そこで、電圧制御部18は数式(11)に示すように、比例項を補償する構成とする。
Here, the d-axis
電圧制御部18は数式(11)のように構成する。
ここで、kpacrは電流制御部18の比例補償部、ωacrは電流制御部18の応答角周波数、Rafは交流フィルタリアクトル303の抵抗、Lafは交流フィルタリアクトル303のインダクタンス、ωinvは負荷電圧の角周波数、sは微分演算子である。
Here, kpacr is the proportional compensation unit of the
電圧制御部14および電流制御部18の補償項を調整することにより、制御信号の追従性を改善することができる。なお、本実施例では、比例項に補償ゲインを置いたが、制御信号の安定性が悪い場合は、積分項に補償ゲインを置き、ゲイン調整をすることで、改善が可能となる。
By adjusting the compensation terms of the
本発明における第五の実施例の交流電源装置を、図10を用いて説明する。図12および図1と同一部分には同一符号を付している。なお、図10では制御装置1の構成を第一の実施例と同一にしているが、他の実施例の構成でも同様の動作が実現できる。
An AC power supply apparatus according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The same parts as those in FIGS. 12 and 1 are denoted by the same reference numerals. In FIG. 10, the configuration of the
本実施例における制御装置1のベクトル制御部2では、電圧センサ306より検出した負荷電圧VLuvとVLwvを、三相二相座標変換部11でdq軸からなる直交回転座標系の負荷電圧VLd、VLqに変換し、加算部12および13にて負荷電圧指令値VLdp、VLqpとの差分である負荷電圧偏差ΔVLd、ΔVLqを算出する。
In the
その後、電圧制御部14に該負荷電圧偏差ΔVLd、ΔVLqを入力し、インバータ電流指令値IidpとIiqpを数式(8)に従い演算する。
Thereafter, the load voltage deviations ΔVLd and ΔVLq are input to the
また、電流センサ305より検出したインバータ電流Iiu、Iiv、Iiwを、三相二相座標変換部15で回転座標系のインバータ電流Iid、Iiqに変換し、加算部16および17にてIidp、Iiqpとの差分であるインバータ電流偏差ΔIid、ΔIiqを演算する。
Further, the inverter currents Iiu, Iiv, Iiw detected by the
その後、該インバータ電流偏差ΔIid、ΔIiqを電流制御部18に入力し、インバータ電圧補正量ΔVidp、ΔViqpを数式(9)に従い演算する。電圧ベクトル演算部19は、負荷電圧指令値VLdp、VLqp、インバータ電流指令値Iidp、Iiqpおよび交流フィルタ定数に基づき、第一の電圧指令値Vidp、Viqpを数式(7)に従い演算する。
Thereafter, the inverter current deviations ΔIid and ΔIiq are input to the
加算部20および21にて、前記電圧ベクトル演算部より出力する第一のインバータ電圧指令値Vidp1、Viqp1と、第二のインバータ電圧指令値Vidp2、Viqp2を加算部20、21を介して、二相三相座標変換部22にて、三相電圧指令値Viup、Vivp、Viwpを演算する。
In
PWM制御部3にて、該インバータ電圧指令値Viup、Vivp、Viwpからパルス指令Su、Sv、Swを演算し、該パルス指令Su、Sv、Swに従いインバータ装置302をスイッチング制御することで、入力される直流電力を三相交流電力に変換する。上記構成とすることで、該パルス指令Su、Sv、Swによりインバータ装置302は電源出力端子307の出力電圧VLuv、VLvwを定電圧定周波数で制御する。
The
本発明における第六の実施例の交流電源装置を、図11を用いて説明する。同図は、図10に入力電源回路と出力負荷回路を絶縁するトランス308を追加した構成となっている。
An AC power supply apparatus according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 10, a
本回路構成では、負荷に出力する電流を検出していないため、トランス308による電圧降下を演算できない特徴を有するが、一般にトランス308による電圧降下が小さいこと、電圧偏差は電圧制御部14および電流制御部18により補償されることから、第三の実施例同様に電源出力端子307の出力電圧VLuv、VLvwを定電圧定周波数で制御することが可能である。
This circuit configuration has a feature that the voltage drop caused by the
1 制御装置
2 ベクトル制御部
3 PWM制御部
11 三相二相座標変換部
12 加算部
13 加算部
14 電圧制御部
15 三相二相座標変換部
16 加算部
17 加算部
18 電流制御部
19 電圧ベクトル演算部
20 加算部
21 加算部
22 二相三相座標変換部
101 d軸比例演算部
102 d軸積分演算部
103 d軸干渉演算部
104 q軸比例演算部
105 q軸積分演算部
106 q軸干渉演算部
107 加算部
108 加算部
109 加算部
110 加算部
111 d軸比例補償部
112 加算部
113 q軸比例補償部
114 加算部
201 d軸比例演算部
202 d軸積分演算部
203 d軸干渉演算部
204 q軸比例演算部
205 q軸積分演算部
206 q軸干渉演算部
207 加算部
208 加算部
209 加算部
210 加算部
211 d軸比例補償部
212 加算部
213 q軸比例補償部
214 加算部
301 直流電源
302 インバータ装置
303 交流フィルタリアクトル
304 電流センサ
305 交流フィルタコンデンサ
306 電圧センサ
307 電源出力端子
308 トランス
401 制御装置
402 ベクトル制御部
403 PWM制御部
404 三相二相座標変換部
405 加算部
406 加算部
407 PI制御部
408 二相三相座標変換部
409 ダンピング制御部
410 加算部
411 加算部
412 加算部
VLuv uv間負荷電圧
VLvw vw間負荷電圧
VLdp d軸負荷電圧指令値
VLqp q軸負荷電圧指令値
VLd d軸負荷電圧
VLq q軸負荷電圧
ΔVLd d軸負荷電圧偏差
ΔVLq q軸負荷電圧偏差
Vidp1 第一のd軸インバータ電圧指令値
Viqp1 第一のd軸インバータ電圧指令値
Vidp2 第二のq軸インバータ電圧指令値
Viqp2 第二のq軸インバータ電圧指令値
Viup u相インバータ電圧指令値
Vivp v相インバータ電圧指令値
Viwp w相インバータ電圧指令値
ΔVidp d軸インバータ電圧指令補正量
ΔViqp q軸インバータ電圧指令補正量
ILd d軸負荷電流
ILq q軸負荷電流
Iiu u相インバータ電流
Iiv v相インバータ電流
Iiw w相インバータ電流
Iidp d軸インバータ電流指令値
Iiqp q軸インバータ電流指令値
Iid d軸インバータ電流
Iiq q軸インバータ電流
ΔIid d軸インバータ電流偏差
ΔIiq q軸インバータ電流偏差
ωinv 負荷電圧角周波数
Su u相パルス指令
Sv v相パルス指令
Sw w相パルス指令
Kp PI制御P項ゲイン
Ki PI制御I項ゲイン
Kdmp ダンピング制御ゲイン
Raf 交流フィルタリアクトル抵抗値
Laf 交流フィルタリアクトルインダクタンス
Caf 交流フィルタコンデンサキャパシタンス
ωavr 電圧制御部応答角周波数
ωacr 電流制御部応答角周波数
Tavr 電圧制御部応答時定数
Tacr 電流制御部応答時定数
kcaf 電圧制御部積分ゲイン係数
kpavr 電圧制御部比例補償部
kpacr 電流制御部比例補償部
s 微分演算子
R シミュレーション負荷抵抗成分
L シミュレーション負荷インダクタンス成分
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Controller 2 Vector control part 3 PWM control part 11 Three-phase two-phase coordinate transformation part 12 Adder part 13 Adder part 14 Voltage control part 15 Three-phase two-phase coordinate transformation part 16 Adder part 17 Adder part 18 Current control part 19 Voltage vector Calculation unit 20 Addition unit 21 Addition unit 22 Two-phase three-phase coordinate conversion unit 101 d-axis proportional calculation unit 102 d-axis integral calculation unit 103 d-axis interference calculation unit 104 q-axis proportional calculation unit 105 q-axis integral calculation unit 106 q-axis interference Calculation unit 107 Addition unit 108 Addition unit 109 Addition unit 110 Addition unit 111 d-axis proportional compensation unit 112 Addition unit 113 q-axis proportional compensation unit 114 Addition unit 201 d-axis proportional calculation unit 202 d-axis integral calculation unit 203 d-axis interference calculation unit 203 204 q-axis proportional calculation unit 205 q-axis integration calculation unit 206 q-axis interference calculation unit 207 addition unit 208 addition unit 209 addition unit 210 addition 211 d-axis proportional compensator 212 adder 213 q-axis proportional compensator 214 adder 301 DC power supply 302 inverter device 303 AC filter reactor 304 current sensor 305 AC filter capacitor 306 voltage sensor 307 power output terminal 308 transformer 401 controller 402 vector control Unit 403 PWM control unit 404 three-phase two-phase coordinate conversion unit 405 addition unit 406 addition unit 407 PI control unit 408 two-phase three-phase coordinate conversion unit 409 damping control unit 410 addition unit 411 addition unit 412 addition unit VLuv uv load voltage VLvw Load voltage between vw VLdp d-axis load voltage command value VLqp q-axis load voltage command value VLd d-axis load voltage VLq q-axis load voltage ΔVLd d-axis load voltage deviation ΔVLq q-axis load voltage deviation Vidp1 first d-axis inverter Voltage command value Viqp1 first d-axis inverter voltage command value Vidp2 second q-axis inverter voltage command value Viqp2 second q-axis inverter voltage command value Viup u-phase inverter voltage command value Vivp v-phase inverter voltage command value Viwp w Phase inverter voltage command value ΔVidp d-axis inverter voltage command correction amount ΔViqp q-axis inverter voltage command correction amount ILd d-axis load current ILq q-axis load current Iiu u-phase inverter current Iiv v-phase inverter current Iiw w-phase inverter current Iidp d-axis inverter Current command value Iiqp q-axis inverter current command value Iid d-axis inverter current Iiq q-axis inverter current ΔIid d-axis inverter current deviation ΔIiq q-axis inverter current deviation ωinv Load voltage angular frequency Su u-phase pulse command Sv v-phase pulse Command Sw w-phase pulse command Kp PI control P term gain Ki PI control I term gain Kdmp Damping control gain Raf AC filter reactor resistance value Laf AC filter reactor inductance Caf AC filter capacitor capacitance ωavr Voltage control unit response angular frequency ωacr Current control unit response Angular frequency Tavr Voltage control unit response time constant Tacr Current control unit response time constant kcaf Voltage control unit integral gain coefficient kpavr Voltage control unit proportional compensation unit kpacr Current control unit proportional compensation unit s Differential operator R Simulation load resistance component L Simulation load inductance component
Claims (9)
前記制御装置は、前記負荷に供給する交流電圧の位相に対して、
前記位相と同方向の電圧と、前記位相と直交する電圧との干渉を考慮して、
前記位相と同方向の電圧が前記位相と同方向の電圧に対する第一の指令値に追従するように、また、前記位相と直交する電圧が前記位相と直交する電圧に対する第一の指令値に追従するように電圧制御する電圧制御部と共に、
前記位相と同方向の電流と、前記位相と直交する電流との干渉を考慮して、
前記位相と同方向の電流が前記位相と同方向の電流に対する第一の指令値に追従するように、また、前記位相と直交する電流が前記位相と直交する電流に対する第一の指令値に追従するように電流制御する電流制御部とを備えることを特徴とする交流電源装置の制御装置。 At least one load is connected via a filter circuit that is connected to a DC power source, converts DC power into AC power via an inverter device, and includes a reactor and a capacitor connected to the AC side of the inverter. In contrast, in a control device for an AC power supply device that outputs AC power of constant voltage and constant frequency,
The control device, with respect to the phase of the AC voltage supplied to the load,
Considering the interference between the voltage in the same direction as the phase and the voltage orthogonal to the phase,
The voltage in the same direction as the phase follows the first command value for the voltage in the same direction as the phase, and the voltage orthogonal to the phase follows the first command value for the voltage orthogonal to the phase. Along with the voltage controller that controls the voltage,
Considering the interference between the current in the same direction as the phase and the current orthogonal to the phase,
The current in the same direction as the phase follows the first command value for the current in the same direction as the phase, and the current orthogonal to the phase follows the first command value for the current orthogonal to the phase. A control device for an AC power supply device, comprising: a current control unit that performs current control as described above.
前記電圧制御部と前記電流制御部を直列に接続することを特徴とする交流電源装置の制御装置。 In the control apparatus of the alternating current power supply device according to claim 1,
The control apparatus for an AC power supply apparatus, wherein the voltage control section and the current control section are connected in series.
交流電源装置の出力側に接続されたフィルタ回路の定数と、前記位相と同方向の電圧の第一の指令値と、前記位相と直交する電圧の第一の指令値に基づいて、前記位相と同方向の電流の第一の指令値を生成する手段と、
前記フィルタ回路の定数と、前記位相と直交する電圧の第一の指令値と、前記位相と同方向の電圧の第一の指令値に基づいて、前記位相と直交する電流の第一の指令値を生成する手段と、
前記フィルタ回路の定数と、前記位相と同方向の電圧の第一の指令値と、前記位相と直交する電圧の第一の指令値と、前記位相と同方向の電流の第一の指令値と、前記位相と直交する電流の第一の指令値に基づいて、前記位相と同方向の電圧の第二の指令値と、前記位相と直交する電圧の第二の指令値を生成する手段と、
前記フィルタ回路の定数と、前記位相と同方向の電流の第一の指令値と、前記位相と直交する電流の第一の指令値に基づいて、前記位相と同方向の電圧の第三の指令値を生成する手段と、
前記フィルタ回路の定数と、前記位相と直交する電流の第一の指令値と、前記位相と同方向の電流の第一の指令値に基づいて、前記位相と直交する電圧の第三の指令値を生成する手段を有し、
前記位相と同方向の電圧の第二の指令値と、前記位相と直交する電圧の第二の指令値と、前記位相と同方向の電圧の第三の指令値と、前記位相と直交する電圧の第三の指令値に基づいて、インバータ装置の電圧指令を生成することを特徴とする交流電源装置の制御装置。 In the control apparatus of the alternating current power supply device according to claim 1 or 2,
Based on the constant of the filter circuit connected to the output side of the AC power supply, the first command value of the voltage in the same direction as the phase, and the first command value of the voltage orthogonal to the phase, the phase and Means for generating a first command value of current in the same direction;
Based on the constant of the filter circuit, the first command value of the voltage orthogonal to the phase, and the first command value of the voltage in the same direction as the phase, the first command value of the current orthogonal to the phase Means for generating
A constant of the filter circuit, a first command value of a voltage in the same direction as the phase, a first command value of a voltage orthogonal to the phase, and a first command value of a current in the same direction as the phase; A means for generating a second command value of a voltage in the same direction as the phase and a second command value of a voltage orthogonal to the phase based on a first command value of a current orthogonal to the phase;
Based on a constant of the filter circuit, a first command value of a current in the same direction as the phase, and a first command value of a current orthogonal to the phase, a third command of a voltage in the same direction as the phase Means for generating a value;
Based on the constant of the filter circuit, the first command value of the current orthogonal to the phase, and the first command value of the current in the same direction as the phase, the third command value of the voltage orthogonal to the phase Having means for generating
A second command value of a voltage in the same direction as the phase, a second command value of a voltage orthogonal to the phase, a third command value of a voltage in the same direction as the phase, and a voltage orthogonal to the phase A control device for an AC power supply device, wherein a voltage command for the inverter device is generated based on the third command value.
交流電源装置の出力側に接続されたフィルタ回路の定数と、前記位相と同方向の電圧の第一の指令値と、前記位相と直交する電圧の第一の指令値に基づいて、前記位相と同方向の電流の第一の指令値を生成する手段と、
前記フィルタ回路の定数と、前記位相と直交する電圧の第一の指令値と、前記位相と同方向の電圧の第一の指令値に基づいて、前記位相と直交する電流の第一の指令値を生成する手段と、
前記フィルタ回路の定数と、前記位相と同方向の電圧の第一の指令値と、前記位相と直交する電圧の第一の指令値に基づいて、前記位相と同方向の電圧の第二の指令値と、前記位相と直交する電圧の第二の指令値を生成する手段と、
前記フィルタ回路の定数と、前記位相と同方向の電流の第一の指令値と、前記位相と直交する電流の第一の指令値に基づいて、前記位相と同方向の電圧の第三の指令値を生成する手段と、
前記フィルタ回路の定数と、前記位相と直交する電流の第一の指令値と、前記位相と同方向の電流の第一の指令値に基づいて、前記位相と直交する電圧の第三の指令値を生成する手段を有し、
前記位相と同方向の電圧の第二の指令値と、前記位相と直交する電圧の第二の指令値と、前記位相と同方向の電圧の第三の指令値と、前記位相と直交する電圧の第三の指令値に基づいて、インバータ装置の電圧指令を生成することを特徴とする交流電源装置の制御装置。 In the control apparatus of the alternating current power supply device according to claim 1 or 2,
Based on the constant of the filter circuit connected to the output side of the AC power supply, the first command value of the voltage in the same direction as the phase, and the first command value of the voltage orthogonal to the phase, the phase and Means for generating a first command value of current in the same direction;
Based on the constant of the filter circuit, the first command value of the voltage orthogonal to the phase, and the first command value of the voltage in the same direction as the phase, the first command value of the current orthogonal to the phase Means for generating
Based on the constant of the filter circuit, the first command value of the voltage in the same direction as the phase, and the first command value of the voltage orthogonal to the phase, the second command of the voltage in the same direction as the phase Means for generating a value and a second command value of a voltage orthogonal to the phase;
Based on a constant of the filter circuit, a first command value of a current in the same direction as the phase, and a first command value of a current orthogonal to the phase, a third command of a voltage in the same direction as the phase Means for generating a value;
Based on the constant of the filter circuit, the first command value of the current orthogonal to the phase, and the first command value of the current in the same direction as the phase, the third command value of the voltage orthogonal to the phase Having means for generating
A second command value of a voltage in the same direction as the phase, a second command value of a voltage orthogonal to the phase, a third command value of a voltage in the same direction as the phase, and a voltage orthogonal to the phase A control device for an AC power supply device, wherein a voltage command for the inverter device is generated based on the third command value.
交流電源装置の出力側に接続されたフィルタ回路の定数と、前記位相と同方向の電圧の第一の指令値と、前記位相と直交する電圧の第一の指令値に基づいて、前記位相と同方向の電流の第一の指令値を生成する手段と、
前記フィルタ回路の定数と、前記位相と直交する電圧の第一の指令値と、前記位相と同方向の電圧の第一の指令値に基づいて、前記位相と直交する電流の第一の指令値を生成する手段と、
前記フィルタ回路の定数と、前記位相と同方向の電流の第一の指令値と、前記位相と直交する電流の第一の指令値に基づいて、前記位相と同方向の電圧の第二の指令値を生成する手段と、
前記フィルタ回路の定数と、前記位相と直交する電流の第一の指令値と、前記位相と同方向の電流の第一の指令値に基づいて、前記位相と直交する電圧の第二の指令値を生成する手段を有し、
前記位相と同方向の電圧の第二の指令値と、前記位相と直交する電圧の第二の指令値に基づいて、インバータ装置の電圧指令を生成することを特徴とする交流電源装置の制御装置。 In the control apparatus of the alternating current power supply device according to claim 1 or 2,
Based on the constant of the filter circuit connected to the output side of the AC power supply, the first command value of the voltage in the same direction as the phase, and the first command value of the voltage orthogonal to the phase, the phase and Means for generating a first command value of current in the same direction;
Based on the constant of the filter circuit, the first command value of the voltage orthogonal to the phase, and the first command value of the voltage in the same direction as the phase, the first command value of the current orthogonal to the phase Means for generating
Based on the constant of the filter circuit, the first command value of the current in the same direction as the phase, and the first command value of the current orthogonal to the phase, the second command of the voltage in the same direction as the phase Means for generating a value;
Based on the constant of the filter circuit, the first command value of the current orthogonal to the phase, and the first command value of the current in the same direction as the phase, the second command value of the voltage orthogonal to the phase Having means for generating
A control device for an AC power supply device, wherein a voltage command for an inverter device is generated based on a second command value for a voltage in the same direction as the phase and a second command value for a voltage orthogonal to the phase. .
出力側に接続されたフィルタ回路の定数と、前記位相と同方向の電圧を補償するゲインと、前記位相と同方向の電圧の第一の指令値と、前記位相と直交する電圧の第一の指令値に基づいて、前記交流電圧と同方向の電流の第一の指令値を生成する手段を有する交流電源装置の制御装置。 In the control apparatus of the alternating current power supply device in any one of Claims 1-5,
A constant of a filter circuit connected to the output side, a gain for compensating a voltage in the same direction as the phase, a first command value of a voltage in the same direction as the phase, and a first of a voltage orthogonal to the phase The control apparatus of an alternating current power supply device which has a means to generate the 1st command value of the current of the same direction as the above-mentioned alternating voltage based on command value.
負荷側の回路に出力する電圧を検出する電圧検出手段と、インバータ装置より出力される電流を検出する電流検出手段を有することを特徴とする交流電源装置の制御装置。 In the control apparatus of the alternating current power supply device in any one of Claims 1-6,
A control device for an AC power supply apparatus, comprising: voltage detection means for detecting a voltage output to a circuit on a load side; and current detection means for detecting a current output from an inverter device.
入力回路と出力回路の間にトランスを具備することを特徴とする交流電源装置の制御装置。 In the control apparatus of the alternating current power supply device in any one of Claims 1-7,
A control apparatus for an AC power supply apparatus, comprising a transformer between an input circuit and an output circuit.
前記負荷に供給する交流電圧の位相に対して、
前記位相と同方向の電圧と、前記位相と直交する電圧との干渉を考慮して、
前記位相と同方向の電圧が前記位相と同方向の電圧に対する第一の指令値に追従するように、
また、前記位相と直交する電圧が前記位相と直交する電圧に対する第一の指令値に追従するように電圧制御をすると共に、
前記位相と同方向の電流と、前記位相と直交する電流との干渉を考慮して、
前記位相と同方向の電流が前記位相と同方向の電流に対する第一の指令値に追従するように、
また、前記位相と直交する電流が前記位相と直交する電流に対する第一の指令値に追従するように電流制御する制御装置を備えていることを特徴とする交流電源装置。 At least one load is connected via a filter circuit that is connected to a DC power source, converts DC power into AC power via an inverter device, and includes a reactor and a capacitor connected to the AC side of the inverter. In contrast, in an AC power supply that outputs AC power of constant voltage and constant frequency,
For the phase of the AC voltage supplied to the load,
Considering the interference between the voltage in the same direction as the phase and the voltage orthogonal to the phase,
The voltage in the same direction as the phase follows the first command value for the voltage in the same direction as the phase.
In addition, voltage control is performed so that the voltage orthogonal to the phase follows the first command value for the voltage orthogonal to the phase,
Considering the interference between the current in the same direction as the phase and the current orthogonal to the phase,
The current in the same direction as the phase follows the first command value for the current in the same direction as the phase,
An AC power supply apparatus comprising: a control device that controls current so that a current orthogonal to the phase follows a first command value for a current orthogonal to the phase.
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