JP2013027221A - Power conversion apparatus - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem in an MMCC-DSCC that, to prevent a power semiconductor element from getting broken down by overcurrent arising from an accident, etc. in a power system, it is necessary to use a power semiconductor element having larger current tolerance than ever for protection against overcurrent, which, however, results in an increased body size of a power conversion apparatus.SOLUTION: A power conversion apparatus is composed of a plurality of arms, each having a plurality of unit converters cascaded thereto, which are star or delta connected or connected in a bridge form. The power conversion apparatus provided by the present invention includes a control device incorporating at least two or more partial arithmetic units which operate in at least two or more kinds of control cycles.

Description

本発明は電力変換装置に関し、特に双方向チョッパ回路や単相フルブリッジ回路などで構成された単位変換器を複数カスケード接続したアームを用いて構成される電力変換装置に関する。   The present invention relates to a power conversion device, and more particularly to a power conversion device configured using an arm in which a plurality of unit converters configured by bidirectional chopper circuits, single-phase full bridge circuits, and the like are cascade-connected.

モジュラー・マルチレベル・カスケード変換器(Modular Multilevel Cascade Converter:MMCC)は、双方向チョッパ回路や単相フルブリッジ回路などで構成された単位変換器を複数カスケード接続した複数のアームを、スター結線、デルタ結線、またはブリッジ状に接続して構成される電力変換装置であり、各単位変換器の内部で使用される電力用半導体素子の耐圧以上の電圧を出力できるという特徴を有している。   Modular Multilevel Cascade Converter (MMCC) is a multi-cascade connection of unit converters composed of bidirectional chopper circuits, single-phase full bridge circuits, etc. It is a power conversion device configured to be connected or connected in a bridge shape, and has a feature that a voltage exceeding the withstand voltage of a power semiconductor element used in each unit converter can be output.

非特許文献1は、MMCCの4つの分類と応用例を開示している。   Non-Patent Document 1 discloses four classifications and application examples of MMCC.

非特許文献1に示されているMMCC−DSCC(Double Star Chopper Cells)は、双方向チョッパ回路を単位変換器としており、複数の単位変換器の直列体であるアームとリアクトルとの直列体を2つ直列接続したレグ3つを並列接続して構成されている。   In MMCC-DSCC (Double Star Chopper Cells) shown in Non-Patent Document 1, a bidirectional chopper circuit is used as a unit converter, and a series body of an arm and a reactor that is a serial body of a plurality of unit converters is 2 Three legs connected in series are connected in parallel.

MMCC−DSCCは交流端子と直流端子を有している。   The MMCC-DSCC has an AC terminal and a DC terminal.

例えば、第一のMMCC−DSCCの交流端子を、変圧器を介して第一の交流電力系統に接続し、第一のMMCC−DSCCの直流端子を直流ケーブルの一端に接続し、直流ケーブルの他端に第二のMMCC−DSCCの直流端子を接続し、第二のMMCC−DSCCの交流端子を、変圧器を介して第二の交流電力系統に接続すれば、第一の交流電力系統と第二の交流電力系統の間で、前記直流ケーブルを介して電力を融通する直流送電システム(HVDC)を構成できる。   For example, the AC terminal of the first MMCC-DSCC is connected to the first AC power system via a transformer, the DC terminal of the first MMCC-DSCC is connected to one end of the DC cable, If the DC terminal of the second MMCC-DSCC is connected to the end and the AC terminal of the second MMCC-DSCC is connected to the second AC power system via a transformer, the first AC power system and the second A direct-current power transmission system (HVDC) that accommodates electric power between the two alternating-current power systems via the direct-current cable can be configured.

H. Akagi,“Classification,terminology,and applications of the modular multilevel converter (MMCC)”,IPEC 2010,pp.508-515.H. Akagi, “Classification, terminology, and applications of the modular multilevel converter (MMCC)”, IPEC 2010, pp.508-515.

MMCC−DSCCの交流端子を交流電力系統に接続し、MMCC−DSCCが交流電力系統と授受する有効・無効電力を制御する場合、例えばMMCC−DSCCの各アームに流れる電流をフィードバック制御する必要がある。本明細書では、アーム電流のフィードバック制御を単に電流制御と称する。   When the AC terminal of the MMCC-DSCC is connected to the AC power system and the active / reactive power that the MMCC-DSCC exchanges with the AC power system is controlled, it is necessary to feedback control the current flowing through each arm of the MMCC-DSCC, for example. . In this specification, the feedback control of the arm current is simply referred to as current control.

各アームに流れる電流は、交流電力系統の電圧と、MMCC−DSCCの各アームの出力電圧の基本波交流成分との差の時間積分に比例し、前記リアクトルのインダクタンスと前記変圧器の漏れインダクタンスの和に反比例する。   The current flowing through each arm is proportional to the time integral of the difference between the voltage of the AC power system and the fundamental AC component of the output voltage of each arm of the MMCC-DSCC, and the inductance of the reactor and the leakage inductance of the transformer Inversely proportional to the sum.

したがって、交流電力系統の電圧と、MMCC−DSCCの各アームの出力電圧の基本波交流成分との差を制御することで、各アームに流れる電流を制御できる。   Therefore, the current flowing through each arm can be controlled by controlling the difference between the voltage of the AC power system and the fundamental AC component of the output voltage of each arm of the MMCC-DSCC.

前記の電流制御を、CPU(Central Processing Unit)、DSP(Digital Signal Processor)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)などのディジタル演算器を用いた制御装置で実行する場合、有限の演算時間が必要である。したがって、前記の有限の演算時間以上の間隔を空けた時間離散的な電流制御を実行する必要がある。前記の時間離散的な電流制御の実行周期を制御周期と称する。   When the current control is executed by a control device using a digital arithmetic unit such as a CPU (Central Processing Unit), a DSP (Digital Signal Processor), or an FPGA (Field-Programmable Gate Array), a finite calculation time is required. is there. Therefore, it is necessary to execute time-discrete current control with an interval longer than the finite calculation time. The execution period of the time discrete current control is referred to as a control period.

ディジタル演算器を用いて電流制御を実行する場合、各制御周期で、概ね以下の演算を実施する。   When current control is executed using a digital arithmetic unit, the following calculation is generally performed in each control cycle.

まず、各アームに流れる電流と交流電力系統の電圧をサンプリングする。次に、電流指令値と各アームに流れる電流とを比較し、例えば比例・積分制御器を用いて各アームの電流制御に用いる出力電圧成分の指令値を演算し、前記の電流制御に用いる出力電圧成分の指令値に前記交流電力系統の電圧のサンプリング結果を加算または減算して、各アームの出力電圧指令値を演算する。   First, the current flowing through each arm and the voltage of the AC power system are sampled. Next, the current command value and the current flowing through each arm are compared, for example, the command value of the output voltage component used for current control of each arm is calculated using a proportional / integral controller, and the output used for the current control is calculated. The output voltage command value of each arm is calculated by adding or subtracting the sampling result of the voltage of the AC power system to the command value of the voltage component.

ここで、上記の「前記の電流制御に用いる出力電圧成分の指令値に前記交流電力系統の電圧のサンプリング結果を加算または減算」する動作を、本明細書では系統電圧フィードフォワードと称する。   Here, the operation of “adding or subtracting the sampling result of the voltage of the AC power system to the command value of the output voltage component used for the current control” is referred to as system voltage feedforward in this specification.

最後に、出力電圧指令値に基づいて、各アームに属する各単位変換器の電力用半導体素子のオン・オフを、例えば三角波比較PWM(Pulse Width Modulation)などを用いて決定し、その結果を制御装置から各単位変換器に伝送する。   Finally, based on the output voltage command value, ON / OFF of the power semiconductor element of each unit converter belonging to each arm is determined using, for example, triangular wave comparison PWM (Pulse Width Modulation) and the result is controlled. Transmit from the device to each unit converter.

交流電力系統に接続しているMMCC−DSCCが時間離散的な電流制御を実行している場合、例えば落雷に伴う地絡事故で交流電力系統の電圧が急変しても、制御周期が巡ってくるまでは、各単位変換器に属する電力用半導体素子のオン・オフ状態は更新されない。   If the MMCC-DSCC connected to the AC power system is performing time-discrete current control, for example, even if the voltage of the AC power system changes suddenly due to a ground fault caused by lightning, the control cycle will continue. Then, the on / off state of the power semiconductor element belonging to each unit converter is not updated.

したがって、交流電力系統の電圧が急変した時点から、各単位変換器に属する電力用半導体素子のオン・オフ状態は更新される時点までの期間で、交流電力系統とMMCC−DSCCの交流端の電圧の差が通常運転時に比較して大きいため、各アームに流れる電流が大きく増加し、過電流を招く恐れがある。   Therefore, the voltage between the AC power system and the AC terminal of the MMCC-DSCC is a period from the time when the voltage of the AC power system suddenly changes to the time when the on / off state of the power semiconductor element belonging to each unit converter is updated. Since the difference between the two is larger than that during normal operation, the current flowing through each arm greatly increases, which may cause overcurrent.

上記の過電流に起因する電力用半導体素子の破損を防止するためには、過電流が流れることを想定して、より電流耐量の大きな電力用半導体素子を用いなければならないため、電力変換装置の体格が大型化してしまうという課題があった。   In order to prevent the power semiconductor element from being damaged due to the overcurrent, it is necessary to use a power semiconductor element with a larger current withstanding that an overcurrent flows. There was a problem that the physique would increase in size.

また、上記の過電流の大きさを低減するためには、制御周期を高速化しなければならず、高速なCPU、DSP、FPGAなどを用いる必要があるという課題があった。   Further, in order to reduce the magnitude of the overcurrent, there is a problem that the control cycle must be increased and a high-speed CPU, DSP, FPGA, or the like must be used.

本発明は、単位変換器を複数カスケード接続した複数のアームを、スター結線、デルタ結線、またはブリッジ状に接続して構成される電力変換装置において、該電力変換装置が少なくとも2種類以上の制御周期で動作する少なくとも2つ以上の部分演算装置を有する制御装置を備えていることを特徴とする電力変換装置を提供するものである。   The present invention relates to a power converter configured by connecting a plurality of arms, each having a plurality of unit converters connected in cascade, in a star connection, a delta connection, or a bridge, and the power converter includes at least two types of control cycles. A power conversion device comprising a control device having at least two or more partial arithmetic devices that operate in (1) is provided.

また、本発明は、前記の単位変換器が少なくとも2つ以上の電力用半導体素子と、エネルギー蓄積要素を備えていることを特徴とするものである。   According to the present invention, the unit converter includes at least two power semiconductor elements and an energy storage element.

また、本発明は、前記の単位変換器が双方向チョッパ回路または単相フルブリッジ回路であることを特徴とするものである。   Further, the present invention is characterized in that the unit converter is a bidirectional chopper circuit or a single-phase full bridge circuit.

また、本発明は、単位変換器を複数カスケード接続した複数のアームを、スター結線、デルタ結線、またはブリッジ状に接続して構成され、交流電力系統に接続された電力変換装置において、該電力変換装置が少なくとも2種類以上の制御周期で動作する少なくとも2つ以上の部分演算装置を有する制御装置を備えており、前記の部分演算装置のうち少なくとも1つ以上が、他の部分演算装置よりも高速に前記交流電力系統の電圧をサンプリングすることを特徴とする電力変換装置を提供するものである。   Further, the present invention provides a power conversion device configured by connecting a plurality of arms, each having a plurality of unit converters connected in cascade, in a star connection, a delta connection, or a bridge, and connected to an AC power system. The apparatus includes a control device having at least two or more partial arithmetic devices that operate in at least two kinds of control cycles, and at least one of the partial arithmetic devices is faster than other partial arithmetic devices. The power converter is characterized in that the voltage of the AC power system is sampled.

また、本発明は、単位変換器を複数カスケード接続した複数のアームを、スター結線、デルタ結線、またはブリッジ状に接続して構成され、交流電力系統に接続された電力変換装置において、該電力変換装置が少なくとも2種類以上の制御周期で動作する少なくとも2つ以上の部分演算装置を有する制御装置を備えており、前記の部分演算装置のうち少なくとも1つ以上が、他の部分演算装置よりも高頻度に前記交流電力系統の電圧をサンプリングし、かつ、各単位変換器に制御信号を伝送することを特徴とする電力変換装置を提供するものである。   Further, the present invention provides a power conversion device configured by connecting a plurality of arms, each having a plurality of unit converters connected in cascade, in a star connection, a delta connection, or a bridge, and connected to an AC power system. The apparatus includes a control device having at least two or more partial arithmetic devices that operate in at least two kinds of control cycles, and at least one of the partial arithmetic devices is higher than the other partial arithmetic devices. The power converter is characterized by sampling the voltage of the AC power system at a frequency and transmitting a control signal to each unit converter.

また、本発明は、単位変換器を複数カスケード接続した複数のアームを、スター結線、デルタ結線、またはブリッジ状に接続して構成され、交流電力系統に接続された電力変換装置において、該電力変換装置が少なくとも2種類以上の制御周期で動作する少なくとも2つ以上の部分演算装置を有する制御装置を備えており、前記の部分演算装置のうち少なくとも1つ以上が、他の部分演算装置よりも高頻度に前記交流電力系統に流れる電流および/または各アームに流れる電流をサンプリングすることを特徴とする電力変換装置を提供するものである。   Further, the present invention provides a power conversion device configured by connecting a plurality of arms, each having a plurality of unit converters connected in cascade, in a star connection, a delta connection, or a bridge, and connected to an AC power system. The apparatus includes a control device having at least two or more partial arithmetic devices that operate in at least two kinds of control cycles, and at least one of the partial arithmetic devices is higher than the other partial arithmetic devices. The present invention provides a power converter characterized by sampling a current flowing through the AC power system and / or a current flowing through each arm at a frequency.

また、本発明は、単位変換器を複数カスケード接続した複数のアームを、スター結線、デルタ結線、またはブリッジ状に接続して構成され、交流電力系統に接続された電力変換装置において、該電力変換装置が少なくとも2種類以上の制御周期で動作する少なくとも2つ以上の部分演算装置を有する制御装置を備えており、前記の部分演算装置のうち少なくとも1つ以上が、他の部分演算装置よりも高頻度に前記交流電力系統に流れる電流および/または各アームに流れる電流をサンプリングし、かつ、各単位変換器に制御信号を伝送することを特徴とする電力変換装置を提供するものである。   Further, the present invention provides a power conversion device configured by connecting a plurality of arms, each having a plurality of unit converters connected in cascade, in a star connection, a delta connection, or a bridge, and connected to an AC power system. The apparatus includes a control device having at least two or more partial arithmetic devices that operate in at least two kinds of control cycles, and at least one of the partial arithmetic devices is higher than the other partial arithmetic devices. The present invention provides a power converter characterized by sampling a current flowing through the AC power system and / or a current flowing through each arm at a frequency and transmitting a control signal to each unit converter.

また、本発明は、単位変換器を複数カスケード接続した複数のアームを、スター結線、デルタ結線、またはブリッジ状に接続して構成され、交流電力系統に接続された電力変換装置において、該電力変換装置が少なくとも2種類以上の制御周期で動作する少なくとも2つ以上の部分演算装置を有する制御装置を備えており、前記の部分演算装置のうち少なくとも1つ以上が、他の部分演算装置よりも高頻度に前記交流電力系統に流れる電流および/または各アームに流れる電流をサンプリングし、前記のサンプリングした電流とそれぞれに対応する指令値との差が上限または下限を超えた場合に、前記の各アームに属する一部または全部の単位変換器に属するスイッチング素子のスイッチング状態を反転させる機能を有することを特徴とする電力変換装置を提供するものである。   Further, the present invention provides a power conversion device configured by connecting a plurality of arms, each having a plurality of unit converters connected in cascade, in a star connection, a delta connection, or a bridge, and connected to an AC power system. The apparatus includes a control device having at least two or more partial arithmetic devices that operate in at least two kinds of control cycles, and at least one of the partial arithmetic devices is higher than the other partial arithmetic devices. When the current flowing through the AC power system and / or the current flowing through each arm is sampled at a frequency, and the difference between the sampled current and the corresponding command value exceeds the upper limit or the lower limit, each arm described above Having a function of inverting the switching state of switching elements belonging to some or all of the unit converters belonging to There is provided a force transducer device.

本発明によれば、交流電力系統の電圧急変時などに発生する過電流を、制御装置全体の演算性能を向上することなく低減できる。したがって、電力変換装置の体格を小型化できる。   According to the present invention, it is possible to reduce an overcurrent that occurs when a voltage suddenly changes in an AC power system without improving the calculation performance of the entire control device. Therefore, the size of the power converter can be reduced.

本発明に基づくMMCC−DSCC方式電力変換装置。The MMCC-DSCC system power converter based on this invention. 双方向チョッパ回路方式の単位変換器。Bidirectional chopper circuit type unit converter. 電流制御ブロック図。Current control block diagram. タイミングチャートの一例。An example of a timing chart. 従来技術に基づく電圧・電流波形の一例。An example of a voltage / current waveform based on the prior art. 本発明に基づく系統電圧フィードフォワードを実行した場合の電圧・電流波形の一例。An example of the voltage and electric current waveform at the time of performing the system voltage feedforward based on this invention. 本発明に基づく電流制御を実行した場合の電圧・電流波形の一例。An example of a voltage and a current waveform at the time of performing current control based on the present invention. 本発明を適用した場合の概略波形の一例。An example of a schematic waveform at the time of applying this invention.

本発明の第1の実施例について説明する。   A first embodiment of the present invention will be described.

本実施例は、変圧器を介して交流電力系統に接続するMMCC−DSCCの制御装置が、高速な演算を実施する高速部分演算装置と、前記の高速部分演算装置よりも低速な演算を実施する低速部分演算装置とから構成されていることが特徴である。   In this embodiment, the MMCC-DSCC control device connected to the AC power system via a transformer performs a high-speed partial calculation device that performs high-speed calculations and a calculation that is slower than the high-speed partial calculation devices. It is characterized by comprising a low-speed partial arithmetic unit.

本実施例では、交流電力系統の電圧急変時などに発生する過電流を、制御装置全体の演算性能を向上することなく低減できる。したがって、電力変換装置の体格を小型化できるという効果が得られる。   In this embodiment, it is possible to reduce the overcurrent generated when the voltage of the AC power system suddenly changes without improving the calculation performance of the entire control device. Therefore, the effect that the physique of a power converter device can be reduced is acquired.

以下、図1を用いて本実施例の全体構成を説明する。   The overall configuration of this embodiment will be described below with reference to FIG.

電力変換装置102は、変圧器103を介して交流電力系統101に接続している。   The power conversion apparatus 102 is connected to the AC power system 101 via the transformer 103.

電力変換装置102は、変圧器103と6つのアーム104RP、RN、SP、SN、TP、TN、6つのリアクトル106、電圧センサ108、電流センサ109、低速部分演算装置110S、高速部分演算装置110F、制御通信線111で構成されている。なお、以下では低速部分演算装置110Sと高速部分演算装置110Fを総称して制御装置と称することにする。   The power conversion device 102 includes a transformer 103 and six arms 104RP, RN, SP, SN, TP, TN, six reactors 106, a voltage sensor 108, a current sensor 109, a low-speed partial calculation device 110S, a high-speed partial calculation device 110F, A control communication line 111 is used. Hereinafter, the low-speed partial calculation device 110S and the high-speed partial calculation device 110F will be collectively referred to as a control device.

各アーム104RP、RN、SP、SN、TP、TNは、n個の単位変換器105の直列体である。単位変換器105の内部構成と動作原理については後述する。   Each arm 104RP, RN, SP, SN, TP, TN is a serial body of n unit converters 105. The internal configuration and operation principle of the unit converter 105 will be described later.

以下、電力変換装置の6つのアーム104RP、RN、SP、SN、TP、TN、6つのリアクトル106の接続をより詳細に説明する。   Hereinafter, the connection of the six arms 104RP, RN, SP, SN, TP, TN, and the six reactors 106 of the power conversion device will be described in more detail.

アーム104RPと2つのリアクトル106とアーム104RNの直列体をR相レグと称する。また、前記2つのリアクトルの接続点をR点と称する。R点は変圧器103の二次巻線のR相端子に接続している。   A series body of the arm 104RP, the two reactors 106, and the arm 104RN is referred to as an R-phase leg. The connection point between the two reactors is referred to as an R point. R point is connected to the R phase terminal of the secondary winding of transformer 103.

アーム104SPと2つのリアクトル106とアーム104SNの直列体をS相レグと称する。また、前記2つのリアクトルの接続点をS点と称する。S点は変圧器103の二次巻線のS相端子に接続している。   A series body of the arm 104SP, the two reactors 106, and the arm 104SN is referred to as an S-phase leg. The connection point between the two reactors is referred to as S point. The point S is connected to the S phase terminal of the secondary winding of the transformer 103.

アーム104TPと2つのリアクトル106とアーム104TNの直列体をT相レグと称する。また、前記2つのリアクトルの接続点をT点と称する。T点は変圧器103の二次巻線のT相端子に接続している。   A series body of the arm 104TP, the two reactors 106, and the arm 104TN is referred to as a T-phase leg. The connection point between the two reactors is referred to as a T point. The T point is connected to the T phase terminal of the secondary winding of the transformer 103.

前記のR相レグとS相レグとT相レグとを並列接続し、並列接続点をP点、N点と称する。   The R phase leg, the S phase leg, and the T phase leg are connected in parallel, and the parallel connection points are referred to as P point and N point.

P点とN点との間に、直流装置107が接続している。直流装置107は、直流電力系統、直流負荷装置、または/および直流ケーブルを介して接続された他の電力変換装置などを代表して描いたものである。   A DC device 107 is connected between the P point and the N point. The DC device 107 is drawn as a representative of a DC power system, a DC load device, and / or another power converter connected via a DC cable.

次に、電圧センサ108と電流センサ109の接続を説明する。   Next, the connection between the voltage sensor 108 and the current sensor 109 will be described.

電圧センサ108は、交流電力系統101の、例えば線間電圧vGRS、vGST、vGTRを検出し、高速部分演算装置110Fに伝送する。   The voltage sensor 108 detects, for example, line voltages vGRS, vGST, and vGTR of the AC power system 101, and transmits them to the high-speed partial calculation device 110F.

電流センサ109は、各アーム104RP、RN、SP、SN、TP、TNに流れる電流iRP、iRN、iSP、iSN、iTP、iTNを検出し高速部分演算装置110Fに伝送する。   The current sensor 109 detects currents iRP, iRN, iSP, iSN, iTP, and iTN flowing through the arms 104RP, RN, SP, SN, TP, and TN, and transmits them to the high-speed partial arithmetic unit 110F.

次に、図2を用いて単位変換器105の内部構成と動作原理を説明する。なお、図2は、アーム104jに属する第k単位変換器105の内部構成を代表して描いたものである。ここで、j=RP、RN、SP、SN、TP、TN、k=1、2、…、nである。   Next, the internal configuration and operation principle of the unit converter 105 will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows the internal configuration of the k-th unit converter 105 belonging to the arm 104j as a representative. Here, j = RP, RN, SP, SN, TP, TN, k = 1, 2,..., N.

単位変換器105の主回路部分は、スイッチング素子201Hと逆並列ダイオード202Hの第1の並列体とスイッチング素子201Lと逆並列ダイオード202Lの第2の並列体との直列体と、コンデンサ203との並列体で構成されている。   The main circuit portion of the unit converter 105 includes a series body of a first parallel body of a switching element 201H and an anti-parallel diode 202H, a serial body of a switching element 201L and a second parallel body of an anti-parallel diode 202L, and a capacitor 203 in parallel. Consists of the body.

単位変換器105は、スイッチング素子201H、201Lのゲート・エミッタ間電圧を供給する機能と、各直流コンデンサ電圧VCjk)をサンプリングする機能を有する単位変換器制御装置204を備えている。また、単位変換器制御装置204は制御通信線111を介して高速部分演算装置110Fに接続されている。   The unit converter 105 includes a unit converter control device 204 having a function of supplying gate-emitter voltages of the switching elements 201H and 201L and a function of sampling each DC capacitor voltage VCjk). The unit converter controller 204 is connected to the high-speed partial arithmetic unit 110F via the control communication line 111.

以下、スイッチング素子201H、201Lのスイッチング状態と、単位変換器105の出力電圧Vjkの関係を説明する。   Hereinafter, the relationship between the switching states of the switching elements 201H and 201L and the output voltage Vjk of the unit converter 105 will be described.

スイッチング素子201Hをオン、201Lをオフに制御した場合、Vjkをコンデンサ203の電圧VCjkと概ね等しくすることができる。   When the switching element 201H is controlled to be on and 201L is controlled to be off, Vjk can be made substantially equal to the voltage VCjk of the capacitor 203.

スイッチング素子201Hをオフ、201Lをオンに制御した場合、Vjkを概ね零にできる。   When the switching element 201H is turned off and 201L is turned on, Vjk can be made substantially zero.

スイッチング素子201Hと201Lを共にオンに制御した場合、コンデンサ203を短絡してしまうため、このような動作を禁止する。   When both the switching elements 201H and 201L are controlled to be on, the capacitor 203 is short-circuited, and thus such an operation is prohibited.

スイッチング素子201Hと201Lを共にオフに制御した場合、Vijは電流ijの極性に依存する。ijが正の場合、Vjkは概ね零となる。また、ijが負の場合、Vjkは概ねVCjkに等しくなる。   When both switching elements 201H and 201L are controlled to be off, Vij depends on the polarity of current ij. When ij is positive, Vjk is approximately zero. When ij is negative, Vjk is approximately equal to VCjk.

以下、図3を用いて、制御装置の実行している演算について説明する。   Hereinafter, the calculation performed by the control device will be described with reference to FIG.

低速部分演算ブロック301Sは低速部分演算装置110Sが実行しているブロックであり、高速部分演算ブロック301Fは高速部分演算装置110Fが実行しているブロックである。   The low-speed partial calculation block 301S is a block executed by the low-speed partial calculation device 110S, and the high-speed partial calculation block 301F is a block executed by the high-speed partial calculation device 110F.

本発明の特徴は、高速部分演算装置110Fが高速部分演算ブロック301Fの演算を低速部分演算装置110Sよりも高頻度で実行している点と、高速部分演算ブロック301Fが後述する部分ヒステリシス制御302を備えている点である。   The feature of the present invention is that the high-speed partial calculation unit 110F executes the calculation of the high-speed partial calculation block 301F more frequently than the low-speed partial calculation unit 110S, and the high-speed partial calculation block 301F performs partial hysteresis control 302 described later. It is a point that has.

まず、低速部分演算ブロック301Sの演算を説明する。   First, the calculation of the low-speed partial calculation block 301S will be described.

低速部分演算ブロック301Sは、変圧器103からR点、S点、T点に流入する電流iR、iS、iTを高速部分演算ブロック301Fから受け取る。なお、iR、iS、iTは、各アーム104RP、RN、SP、SN、TP、TNを流れる電流から、(1)〜(3)式で計算可能である。   The low speed partial calculation block 301S receives the currents iR, iS, and iT flowing from the transformer 103 to the R point, the S point, and the T point from the high speed partial calculation block 301F. Note that iR, iS, and iT can be calculated by equations (1) to (3) from currents flowing through the arms 104RP, RN, SP, SN, TP, and TN.

(数1)
iR=iRP−iRN (1)
(数2)
iS=iSP−iSN (2)
(数3)
iT=iTP−iTN (3)
(Equation 1)
iR = iRP-iRN (1)
(Equation 2)
iS = iSP-iSN (2)
(Equation 3)
iT = iTP-iTN (3)

低速部分演算ブロック301Sは、iR、iS、iTにαβ変換器303とdq変換器304を施し、d軸電流idとq軸電流iqを得る。   The low-speed partial calculation block 301S performs the αβ converter 303 and the dq converter 304 on iR, iS, and iT to obtain a d-axis current id and a q-axis current iq.

なお、dq変換器304に用いる位相角θは、交流電力系統101の相電圧vGRの位相と図示されていないPLL(Phase Locked Loop)等の手段を用いて一致させている。また、交流電力系統101の相電圧vGR、vGS、vGTは、電圧センサ108で検出した交流電力系統101の線間電圧vGRS、vGST、vGTRより、(4)〜(6)式を用いて計算できる。   The phase angle θ used for the dq converter 304 is matched with the phase of the phase voltage vGR of the AC power system 101 using means such as a PLL (Phase Locked Loop) not shown. Further, the phase voltages vGR, vGS, vGT of the AC power system 101 can be calculated using the equations (4) to (6) from the line voltages vGRS, vGST, vGTR of the AC power system 101 detected by the voltage sensor 108. .

(数4)
vGR=(vGRS−vGTR)/3 (4)
(数5)
vGS=(vGST−vGRS)/3 (5)
(数6)
vGT=(vGTR−vGST)/3 (6)
(Equation 4)
vGR = (vGRS−vGTR) / 3 (4)
(Equation 5)
vGS = (vGST−vGRS) / 3 (5)
(Equation 6)
vGT = (vGTR-vGST) / 3 (6)

得られたid、iqをそれぞれの指令値id*、iq*から減算し、誤差id*−id、iq*−iqを得る。なお、指令値id*、iq*は図示されていない上位制御系より与えられる。 The obtained id and iq are subtracted from the respective command values id * and iq * to obtain errors id * -id and iq * -iq. The command values id * and iq * are given from a host control system not shown.

誤差id*−id、iq*−iqにゲイン305を乗算し、かつ、非干渉制御ブロック306から得た非干渉項を加算して、電流制御に用いるdq軸上の電圧成分指令値vdGCR*、vqGCR*を得る。 The error id * −id, iq * −iq is multiplied by the gain 305, and the non-interference term obtained from the non-interference control block 306 is added to the voltage component command value vdGCR * on the dq axis used for current control. Get vqGCR * .

得られたvdGCR*、vqGCR*に、dq逆変換器307とαβ逆変換器308を施して電流制御に用いる電圧成分指令値vRGCR*、vSGCR*、vTGCR*を得る。さらに、得られたvRGCR*、vSGCR*、vTGCR*を、高速部分演算ブロック301Fに伝送する。 The obtained vdGCR * and vqGCR * are subjected to a dq inverse converter 307 and an αβ inverse converter 308 to obtain voltage component command values vRGCR * , vSGCR * and vTGCR * used for current control. Furthermore, the obtained vRGCR * , vSGCR * , and vTGCR * are transmitted to the high-speed partial calculation block 301F.

低速部分演算ブロック301Sではさらに、d−q軸上での電流指令値id*、iq*に逆dq変換器307、逆αβ変換器308を施し、三相の電流指令値iR、iS、iTを得て、これらを高速部分演算ブロック301Fに伝送する。 The low-speed partial computation block 301S further applies an inverse dq converter 307 and an inverse αβ converter 308 to the current command values id * and iq * on the dq axis, and obtains three-phase current command values iR, iS, and iT. These are transmitted to the high-speed partial calculation block 301F.

次に、高速部分演算ブロック301Fの演算を説明する。   Next, the calculation of the high-speed partial calculation block 301F will be described.

高速部分演算ブロック301Fは、交流電力系統101の相電圧vGR、vGS、vGTを、低速演算ブロックから得たvRGCR*、vSGCR*、vTGCR*に加算する。さらに、後述の部分ヒステリシス制御302からの電圧成分指令値vRPHC*、vSPHC*、vTPHC*をそれぞれ加算し、R相電圧指令値vR*、S相電圧指令値vS*、T相電圧指令値vT*を得る。 The high-speed partial calculation block 301F adds the phase voltages vGR, vGS, and vGT of the AC power system 101 to vRGCR * , vSGCR * , and vTGCR * obtained from the low-speed calculation block. Further, voltage component command values vRPHC * , vSPHC * , vTPHC * from a partial hysteresis control 302 described later are added, respectively, so that an R-phase voltage command value vR * , an S-phase voltage command value vS * , and a T-phase voltage command value vT *. Get.

図3には図示していないが、vR*に(7)、(8)式を適用することで、アーム104RPと104RNの出力電圧vRP、vRNのそれぞれの指令値vRP*、vRN*を得られる。 Although not shown in FIG. 3, the command values vRP * and vRN * of the output voltages vRP and vRN of the arms 104RP and 104RN can be obtained by applying the equations (7) and (8) to vR *. .

(数7)
vRP*=vDC*/2−vR* (7)
(数8)
vRN*=vDC*/2+vR* (8)
(Equation 7)
vRP * = vDC * / 2-vR * (7)
(Equation 8)
vRN * = vDC * / 2 + vR * (8)

ここで、vDC*は、図1のP点とN点の間の直流装置107に印加する電圧vDCの指令値である。 Here, vDC * is a command value of the voltage vDC applied to the DC device 107 between the points P and N in FIG.

得られたvRP*、vRN*に基づいて、アーム104RP、104RNに含まれる単位変換器105のスイッチング素子201H、201Lに制御通信線111を介してスイッチング指令を伝送する。 Based on the obtained vRP * and vRN * , a switching command is transmitted to the switching elements 201H and 201L of the unit converter 105 included in the arms 104RP and 104RN via the control communication line 111.

同様に、vS*に(9)、(10)式を適用することで、アーム104SPと104SNの出力電圧vSP、vSNのそれぞれの指令値vSP*、vSN*を得られる。 Similarly, vS * (9), by applying the equation (10), arm 104SP and 104SN output voltage VSP, each command value VSN VSP *, obtained the VSN *.

(数9)
vSP*=vDC*/2−vS* (9)
(数10)
vSN*=vDC*/2+vS* (10)
(Equation 9)
vSP * = vDC * / 2-vS * (9)
(Equation 10)
vSN * = vDC * / 2 + vS * (10)

得られたvSP*、vSN*に基づいて、アーム104SP、104SNに含まれる単位変換器105のスイッチング素子201H、201Lに制御通信線111を介してスイッチング指令を伝送する。 Based on the obtained vSP * and vSN * , a switching command is transmitted via the control communication line 111 to the switching elements 201H and 201L of the unit converter 105 included in the arms 104SP and 104SN.

同様に、vT*に(11)、(12)式を適用することで、アーム104TPと104TNの出力電圧vTP、vTNのそれぞれの指令値vTP*、vTN*を得られる。 Similarly, the command values vTP * and vTN * of the output voltages vTP and vTN of the arms 104TP and 104TN can be obtained by applying the equations (11) and (12) to vT * .

(数11)
vTP*=vDC*/2−vT* (11)
(Equation 11)
vTP * = vDC * / 2-vT * (11)

(数12)
vTN*=vDC*/2+vT* (12)
(Equation 12)
vTN * = vDC * / 2 + vT * (12)

得られたvTP*、vTN*に基づいて、アーム104TP、104TNに含まれる単位変換器105のスイッチング素子201H、201Lに制御通信線111を介してスイッチング指令を伝送する。 Based on the obtained vTP * and vTN * , a switching command is transmitted to the switching elements 201H and 201L of the unit converter 105 included in the arms 104TP and 104TN via the control communication line 111.

以下、図4を用いて、部分ヒステリシス制御302の動作を説明する。ここでは例としてR相の制御について述べる。   Hereinafter, the operation of the partial hysteresis control 302 will be described with reference to FIG. Here, the control of the R phase will be described as an example.

まず、部分ヒステリシス制御302では、R相の電流指令値iR*にIbandを加算したiRH*と、iR*からIbandを減算したiRL*の2つの信号を生成する。本明細書では、iRH*をヒステリシス上限、iRL*をヒステリシス下限と呼称することにする。 First, the partial hysteresis control 302, the IRH * obtained by adding Iband the current command value of the R-phase iR *, generates a iRL * 2 two signals obtained by subtracting the Iband from iR *. In this specification, iRH * is referred to as a hysteresis upper limit, and iRL * is referred to as a hysteresis lower limit.

部分ヒステリシス制御ステートマシン309は、実際の電流iRとiRH*、iRL*の大小関係を比較し、比較結果に基づいて図4に示すような状態遷移を行う。状態は例えば3つあり、各状態で部分ヒステリシス制御302の出力信号vRPHC*が異なる。 Partial hysteresis control state machine 309, the actual current iR and IRH *, compares the magnitude of iRL *, performs state transition as shown in FIG. 4 based on the comparison result. There are three states, for example, and the output signal vRPHC * of the partial hysteresis control 302 is different in each state.

初期状態は状態0(START)であり、状態0においてはvRPHC*=0である。 The initial state is state 0 (START), and in state 0, vRPHC * = 0.

状態0(START)においてiR>iRH*を検知した場合、状態1(HBC)に遷移する。状態1(HBC)においてはvRPHC*=−VPHCである。 When iR> iRH * is detected in the state 0 (START), the state transits to the state 1 (HBC). In state 1 (HBC), vRPHC * = − VPHC.

なお、VPHCは0からVDC/2の間の正の値とする。   Note that VPHC is a positive value between 0 and VDC / 2.

同様に、状態0(START)においてiR<iRL*を検知した場合、状態2(LBC)に遷移する。状態2(LBC)においてはvRPHC*=VPHCである。 Similarly, when iR <iRL * is detected in the state 0 (START), the state transits to the state 2 (LBC). In state 2 (LBC), vRPHC * = VPHC.

状態1(HBC)において、iR<iRH*、かつ、iR>iRL*を検知し、かつ、低速部分演算ブロック301Sを実行している低速部分演算装置110Sの新たな制御周期(後述する低速制御周期)が開始した場合、状態0(START)に遷移する。 In state 1 (HBC), iR <iRH * and iR> iRL * are detected, and a new control cycle (a low-speed control cycle to be described later) of the low-speed partial calculation device 110S executing the low-speed partial calculation block 301S ) Starts, the state transitions to state 0 (START).

また、状態1(HBC)において、iR<iRL*を検知した場合、状態2(LBC)に遷移する。 When iR <iRL * is detected in state 1 (HBC), the state transits to state 2 (LBC).

また、状態2(LBC)において、iR>iRH*を検知した場合、状態1(HBC)に遷移する。 When iR> iRH * is detected in state 2 (LBC), the state transits to state 1 (HBC).

状態2(HBC)において、iR<iRH*、かつ、iR>iRL*を検知し、かつ、低速部分演算ブロック301Sを実行している低速部分演算装置110Sの新たな制御周期(後述する低速制御周期)が開始した場合、状態0(START)に遷移する。 In state 2 (HBC), iR <iRH * and iR> iRL * are detected, and a new control cycle (a low-speed control cycle to be described later) of the low-speed partial calculation device 110S executing the low-speed partial calculation block 301S ) Starts, the state transitions to state 0 (START).

以下、図5を用いて、低速部分演算ブロック301Sおよび低速部分演算ブロック301Sを実行している低速部分演算装置110Sと、高速部分演算ブロック301Fおよび高速部分演算ブロック301Fを実行している高速部分演算装置110Fの動作タイミングを説明する。   Hereinafter, referring to FIG. 5, the low-speed partial calculation device 110S executing the low-speed partial calculation block 301S and the low-speed partial calculation block 301S, and the high-speed partial calculation executing the high-speed partial calculation block 301F and the high-speed partial calculation block 301F. The operation timing of the apparatus 110F will be described.

低速部分演算装置110SはTScontを1周期とする低速制御周期で、低速部分演算ブロック301Sに示した演算を実行している。   The low-speed partial calculation device 110S executes the calculation shown in the low-speed partial calculation block 301S in a low-speed control cycle with TScont as one cycle.

具体的には、1つの低速制御周期の中で、下記の動作を実行する。   Specifically, the following operation is executed in one low speed control cycle.

まず、電流iRP、iRN、iSP、iSN、iTP、iTNの検出結果を高速部分演算装置110Fより受信する。次に、図3の低速部分演算ブロック301Sに示した演算を実行する。前記演算が完了したら、次の低速制御周期が開始するまで待機する。   First, detection results of currents iRP, iRN, iSP, iSN, iTP, and iTN are received from the high-speed partial calculation device 110F. Next, the calculation shown in the low-speed partial calculation block 301S in FIG. 3 is executed. When the calculation is completed, the process waits until the next low-speed control cycle starts.

高速部分演算装置110FはTFcontを1周期とする高速制御周期で、高速部分演算ブロック301Fに示した演算を実行している。また、TFcont<TScontとする。   The high-speed partial calculation device 110F executes the calculation shown in the high-speed partial calculation block 301F with a high-speed control cycle in which TFcont is one cycle. Further, TFcont <TScont is set.

具体的には、1つの高速制御周期の中で、下記の動作を実行する。   Specifically, the following operation is executed in one high-speed control cycle.

まず、電流iRP、iRN、iSP、iSN、iTP、iTNと、交流電力系統101の線間電圧vGRS、vGST、vGTSをサンプリングする。次に、図3の高速部分演算ブロック301Fに示した演算を実行する。その次に、各単位変換器105に属するスイッチング素子201H、201Lのオン・オフ指令を、制御通信線111を介して各単位変換器105の単位変換器制御装置204に伝送する。前記伝送が完了したら、次の高速制御周期が開始するまで待機する。   First, the current iRP, iRN, iSP, iSN, iTP, iTN and the line voltages vGRS, vGST, vGTS of the AC power system 101 are sampled. Next, the calculation shown in the high-speed partial calculation block 301F in FIG. 3 is executed. Next, on / off commands of the switching elements 201H and 201L belonging to each unit converter 105 are transmitted to the unit converter control device 204 of each unit converter 105 via the control communication line 111. When the transmission is completed, it waits until the next high-speed control period starts.

以下、図6〜図8を用いて、本発明の効果を説明する。   Hereinafter, the effects of the present invention will be described with reference to FIGS.

図6は、以上で説明した高速部分演算装置110Fが低速部分演算装置110Sと同じ頻度で運転しており(すなわち、TFcont=TScont)、かつ、部分ヒステリシス制御302が動作していない状態(すなわちVPHC=0)の場合における、R相の電圧・電流の概略波形を描いたものである。したがって、図6は、本発明を適用していない従来技術における概略波形である。   FIG. 6 shows a state in which the high-speed partial calculation device 110F described above is operating at the same frequency as the low-speed partial calculation device 110S (ie, TFCont = TScont) and the partial hysteresis control 302 is not operating (ie, VPHC). = 0), the schematic waveform of the voltage and current of the R phase is drawn. Therefore, FIG. 6 is a schematic waveform in the prior art to which the present invention is not applied.

図6の上段には、交流電力系統101のR相電圧vGRの波形と、アーム104RP、104RNの出力電圧波形の差を2で除した(vRN−vRP)/2の波形を示している。   The upper part of FIG. 6 shows a waveform of (vRN−vRP) / 2 obtained by dividing the difference between the waveform of the R-phase voltage vGR of the AC power system 101 and the output voltage waveform of the arms 104RP and 104RN by 2.

また、図6の下段には、電流iRとその指令値iR*の波形を示している。 The lower part of FIG. 6 shows waveforms of the current iR and its command value iR * .

なお、図6〜図8において、(vRN−vRP)/2の波形が階段波となっており、1ステップが1つの単位変換器105の直流コンデンサ203の電圧vCjkに概ね等しい。1つのアームに含まれる単位変換器105の数(=n)が十分大きければ、vGRに対する相対的なステップ幅が小さくなり、高調波を低減できる。   6 to 8, the waveform of (vRN−vRP) / 2 is a step wave, and one step is approximately equal to the voltage vCjk of the DC capacitor 203 of one unit converter 105. If the number of unit converters 105 included in one arm (= n) is sufficiently large, the step width relative to vGR becomes small, and harmonics can be reduced.

なお、電流iRは、(13)式に表わしているように、vGRと(vRN−vRP)/2の差の時間積分に比例し、リアクトル106のインダクタンスLBの1/2と、変圧器の漏れインダクタンスLtrとの和Lに反比例する。   Note that the current iR is proportional to the time integral of the difference between vGR and (vRN−vRP) / 2 as expressed in the equation (13), and is 1/2 of the inductance LB of the reactor 106 and the leakage of the transformer. It is inversely proportional to the sum L with the inductance Ltr.

(数13)
iR=(1/L)∫{vGR−(vRN−vRP)/2}dt (13)
(Equation 13)
iR = (1 / L) ∫ {vGR− (vRN−vRP) / 2} dt (13)

交流電力系統101に事故(Grid Fault)が発生すると、電圧vGRが急変する。vGRが急変してから、低速制御周期が巡ってくるまで、最悪の場合、TScontの時間を要する。   When a fault (Grid Fault) occurs in the AC power system 101, the voltage vGR changes suddenly. In the worst case, it takes TScont time from when the vGR suddenly changes until the low speed control cycle starts.

この間、電流iRは急激に増加し、図6に示したように、指令値よりも大幅に増加する。この増加幅は、TScontに比例する。   During this time, the current iR rapidly increases and significantly increases from the command value as shown in FIG. This increase is proportional to TScont.

従来技術では、交流電力系統101に事故(Grid Fault)が発生した場合の電流増加に対する耐量を備えた電力変換装置102を設計しなければならず、電力変換装置102の大型化を招いていた。   In the prior art, the power converter 102 having a resistance to an increase in current when a fault (Grid Fault) occurs in the AC power system 101 must be designed, which leads to an increase in the size of the power converter 102.

図7は、以上で説明した高速部分演算装置110Fが低速部分演算装置110Sよりも高頻度で運転しており(すなわち、TFcont<TScont)、かつ、部分ヒステリシス制御302が動作していない状態(すなわちVPHC=0)の場合における、R相の電圧・電流の概略波形を描いたものである。したがって、図7は、本発明の部分ヒステリシス制御302以外の部分を適用した場合の概略波形である。   FIG. 7 shows a state in which the high-speed partial calculation device 110F described above is operating more frequently than the low-speed partial calculation device 110S (ie, TFCont <TScont) and the partial hysteresis control 302 is not operating (ie, This is a schematic waveform of R-phase voltage / current in the case of VPHC = 0). Therefore, FIG. 7 is a schematic waveform when a portion other than the partial hysteresis control 302 of the present invention is applied.

交流電力系統101に事故(Grid Fault)が発生すると、電圧vGRが急変する。vGRが急変してから、vGRの検出値に基づいて各単位変換器105に属するスイッチング素子201H、201Lのオン・オフ指令を発生している高速部分演算装置110Fの高速制御周期が巡ってくるまで、最悪の場合、TFcontの時間を要する。   When a fault (Grid Fault) occurs in the AC power system 101, the voltage vGR changes suddenly. From when the vGR suddenly changes until the high-speed control cycle of the high-speed partial arithmetic unit 110F that generates the on / off command of the switching elements 201H and 201L belonging to each unit converter 105 is reached based on the detected value of vGR In the worst case, it takes TFcont time.

この間、電流iRは急激に増加し、図7に示したように、指令値よりも大幅に増加する。この増加幅は、TFcontに比例する。   During this time, the current iR rapidly increases and significantly increases from the command value as shown in FIG. This increase is proportional to TFcont.

ここで、前述のようにTFcont<TScontであるため、電流の増加は図6よりも小さい。したがって、従来技術を適用した図6の場合に比較して、図7の場合には電力変換装置102の電流耐量を小さく設計できるため、小型化が可能である。   Here, since TFcont <TScont as described above, the increase in current is smaller than that in FIG. Therefore, compared with the case of FIG. 6 to which the conventional technique is applied, the current withstand capability of the power converter 102 can be designed to be small in the case of FIG.

しかし、一端増加した電流を減少させ、指令値iR*に追従させる制御は低速部分演算装置110Sの低速制御周期が巡ってくるまで実行されないため、最悪の場合TScontの期間では電流が減少しない。 However, the control to decrease the increased current and follow the command value iR * is not executed until the low-speed control cycle of the low-speed partial arithmetic unit 110S is reached. Therefore, in the worst case, the current does not decrease during the period of TScont.

一方、図8は、以上で説明した高速部分演算装置110Fが低速部分演算装置110Sよりも高頻度で運転しており(すなわち、TFcont<TScont)、かつ、部分ヒステリシス制御302が動作している状態(すなわちVPHCが有限の値)の場合における、R相の電圧・電流の概略波形を描いたものである。したがって、図8は、本発明を適用した場合の概略波形である。   On the other hand, FIG. 8 shows a state in which the high-speed partial calculation device 110F described above is operating more frequently than the low-speed partial calculation device 110S (ie, TFCont <TScont) and the partial hysteresis control 302 is operating. FIG. 6 is a schematic waveform diagram of R-phase voltage / current when VPHC is a finite value. Therefore, FIG. 8 is a schematic waveform when the present invention is applied.

交流電力系統101に事故(Grid Fault)が発生すると、電圧vGRが急変する。vGRが急変してから、vGRの検出値に基づいて各単位変換器105に属するスイッチング素子201H、201Lのオン・オフ指令を発生している高速部分演算装置の高速制御周期が巡ってくるまで、最悪の場合、TFcontの時間を要する。   When a fault (Grid Fault) occurs in the AC power system 101, the voltage vGR changes suddenly. From when the vGR suddenly changes until the high-speed control cycle of the high-speed partial arithmetic unit that generates the on / off command of the switching elements 201H and 201L belonging to each unit converter 105 based on the detected value of the vGR comes around. In the worst case, TFcont time is required.

この間、電流iRは急激に増加し、図8に示したように、指令値よりも大幅に増加する。この増加幅は、TFcontに比例する。   During this time, the current iR rapidly increases and significantly increases from the command value as shown in FIG. This increase is proportional to TFcont.

ここで、電流iRが指令値iR*のヒステリシス上限iRH*を超えている場合、部分ヒステリシス制御302の部分ヒステリシス制御ステートマシン309が状態0(START)から状態1(HBC)に遷移し、R相の電圧指令値vR*からVPHCが減算される。また、R相レグに属するアーム104RP、104RNの出力圧指令値vRP*、vRN*も、(7)、(8)式に従って、vPHCだけ変化する。 Here, when the current iR exceeds the hysteresis upper limit iRH * of the command value iR * , the partial hysteresis control state machine 309 of the partial hysteresis control 302 transits from the state 0 (START) to the state 1 (HBC), and the R phase VPHC is subtracted from the voltage command value vR * . Further, the output pressure command values vRP * and vRN * of the arms 104RP and 104RN belonging to the R-phase leg also change by vPHC according to the equations (7) and (8).

この場合、電流iRを減少させる電圧が、リアクトル106と変圧器の漏れインダクタンスに印加されるため、電流iRが減少する。   In this case, since the voltage that decreases the current iR is applied to the reactor 106 and the leakage inductance of the transformer, the current iR decreases.

低速制御周期が巡ってきた場合に、iRL*<iR<iRH*を満たしていれば、部分ヒステリシス制御ステートマシン309が状態1(HBC)から状態0(START)に遷移し、部分ヒステリシス制御302からの出力電圧成分指令値は0となる。 If the iRL * <iR <iRH * is satisfied when the low speed control cycle has come, the partial hysteresis control state machine 309 transitions from the state 1 (HBC) to the state 0 (START), and the partial hysteresis control 302 The output voltage component command value is zero.

したがって、部分ヒステリシス制御302を適用した図8では、図7に比較して短時間で過電流を抑制可能である。   Therefore, in FIG. 8 to which the partial hysteresis control 302 is applied, overcurrent can be suppressed in a shorter time than in FIG.

なお、本実施例では、MMCC−DSCCを対象としているが、非特許文献1で開示されているMMCCの他の3方式、すなわち、MMCC−SSBC、MMCC−SDBC、MMCC−DSBCにも、わずかな改変を施すことで適用できるものである。   In this embodiment, although MMCC-DSCC is targeted, the other three methods of MMCC disclosed in Non-Patent Document 1, namely, MMCC-SSBC, MMCC-SDBC, and MMCC-DSBC, are slightly It can be applied by modifying it.

また、本実施例では、MMCC−DSCCの6つのアームに流れる電流を電流センサ109で検出しているが、変圧器の2次巻線の各端子からR点、S点、T点に流れる電流を電流センサで検出した場合にも、本発明は適用可能である。   In this embodiment, the currents flowing through the six arms of the MMCC-DSCC are detected by the current sensor 109, but the currents flowing from the respective terminals of the secondary winding of the transformer to the R point, the S point, and the T point. The present invention can also be applied when the current is detected by a current sensor.

101 交流電力系統
102 電力変換装置
103 変圧器
104RP、RN、SP、SN、TP、TN アーム
105 単位変換器
106 リアクトル
107 直流装置
108 電圧センサ
109 電流センサ
110F 高速部分演算装置
110S 低速部分演算装置
111 制御通信線
201H、L スイッチング素子
202H、L 逆並列ダイオード
203 コンデンサ
204 単位変換器制御装置
301F 高速部分演算ブロック
301S 低速部分演算ブロック
302 部分ヒステリシス制御
303 αβ変換器
304 dq変換器
305 ゲイン
306 非干渉制御ブロック
307 dq逆変換器
308 αβ逆変換器
309 部分ヒステリシス制御ステートマシン
101 AC power system 102 Power conversion device 103 Transformer 104RP, RN, SP, SN, TP, TN Arm 105 Unit converter 106 Reactor 107 DC device 108 Voltage sensor 109 Current sensor 110F High-speed partial calculation device 110S Low-speed partial calculation device 111 Control Communication line 201H, L Switching element 202H, L Reverse parallel diode 203 Capacitor 204 Unit converter controller 301F High speed partial calculation block 301S Low speed partial calculation block 302 Partial hysteresis control 303 αβ converter 304 dq converter 305 Gain 306 Non-interference control block 307 dq inverse converter 308 αβ inverse converter 309 Partial hysteresis control state machine

Claims (8)

単位変換器を複数カスケード接続した複数のアームを、スター結線、デルタ結線、またはブリッジ状に接続して構成される電力変換装置において、該電力変換装置が少なくとも2種類以上の制御周期で動作する少なくとも2つ以上の部分演算装置を有する制御装置を備えていることを特徴とする電力変換装置。   In a power converter configured by connecting a plurality of arms, each having a plurality of unit converters connected in cascade, in a star connection, a delta connection, or a bridge, the power converter operates at least in two or more control cycles. A power conversion device comprising a control device having two or more partial arithmetic devices. 単位変換器を複数カスケード接続した複数のアームを、スター結線、デルタ結線、またはブリッジ状に接続して構成され、交流電力系統に接続された電力変換装置において、該電力変換装置が少なくとも2種類以上の制御周期で動作する少なくとも2つ以上の部分演算装置を有する制御装置を備えており、前記の部分演算装置のうち少なくとも1つ以上が、他の部分演算装置よりも高速に前記交流電力系統の電圧をサンプリングすることを特徴とする電力変換装置。   In a power conversion apparatus configured by connecting a plurality of unit converters connected in cascade in a star connection, a delta connection, or a bridge, and connected to an AC power system, the power conversion apparatus includes at least two or more types A control device having at least two partial arithmetic devices that operate in the control cycle of the AC power system, wherein at least one of the partial arithmetic devices is faster than the other partial arithmetic devices. A power converter characterized by sampling a voltage. 単位変換器を複数カスケード接続した複数のアームを、スター結線、デルタ結線、またはブリッジ状に接続して構成され、交流電力系統に接続された電力変換装置において、該電力変換装置が少なくとも2種類以上の制御周期で動作する少なくとも2つ以上の部分演算装置を有する制御装置を備えており、前記の部分演算装置のうち少なくとも1つ以上が、他の部分演算装置よりも高頻度に前記交流電力系統の電圧をサンプリングし、かつ、各単位変換器に制御信号を伝送することを特徴とする電力変換装置。   In a power conversion apparatus configured by connecting a plurality of unit converters connected in cascade in a star connection, a delta connection, or a bridge, and connected to an AC power system, the power conversion apparatus includes at least two or more types A control device having at least two or more partial arithmetic devices that operate in a control cycle of the AC power system, wherein at least one of the partial arithmetic devices is more frequently used than the other partial arithmetic devices. A power conversion device characterized by sampling the voltage of the power supply and transmitting a control signal to each unit converter. 単位変換器を複数カスケード接続した複数のアームを、スター結線、デルタ結線、またはブリッジ状に接続して構成され、交流電力系統に接続された電力変換装置において、該電力変換装置が少なくとも2種類以上の制御周期で動作する少なくとも2つ以上の部分演算装置を有する制御装置を備えており、前記の部分演算装置のうち少なくとも1つ以上が、他の部分演算装置よりも高頻度に前記交流電力系統に流れる電流および/または各アームに流れる電流をサンプリングすることを特徴とする電力変換装置。   In a power conversion apparatus configured by connecting a plurality of unit converters connected in cascade in a star connection, a delta connection, or a bridge, and connected to an AC power system, the power conversion apparatus includes at least two or more types A control device having at least two or more partial arithmetic devices that operate in a control cycle of the AC power system, wherein at least one of the partial arithmetic devices is more frequently used than the other partial arithmetic devices. And / or a current flowing through each arm is sampled. 単位変換器を複数カスケード接続した複数のアームを、スター結線、デルタ結線、またはブリッジ状に接続して構成され、交流電力系統に接続された電力変換装置において、該電力変換装置が少なくとも2種類以上の制御周期で動作する少なくとも2つ以上の部分演算装置を有する制御装置を備えており、前記の部分演算装置のうち少なくとも1つ以上が、他の部分演算装置よりも高頻度に前記交流電力系統に流れる電流および/または各アームに流れる電流をサンプリングし、かつ、各単位変換器に制御信号を伝送することを特徴とする電力変換装置。   In a power conversion apparatus configured by connecting a plurality of unit converters connected in cascade in a star connection, a delta connection, or a bridge, and connected to an AC power system, the power conversion apparatus includes at least two or more types A control device having at least two or more partial arithmetic devices that operate in a control cycle of the AC power system, wherein at least one of the partial arithmetic devices is more frequently used than the other partial arithmetic devices. And / or a current flowing through each arm, and a control signal is transmitted to each unit converter. 単位変換器を複数カスケード接続した複数のアームを、スター結線、デルタ結線、またはブリッジ状に接続して構成され、交流電力系統に接続された電力変換装置において、該電力変換装置が少なくとも2種類以上の制御周期で動作する少なくとも2つ以上の部分演算装置を有する制御装置を備えており、前記の部分演算装置のうち少なくとも1つ以上が、他の部分演算装置よりも高頻度に前記交流電力系統に流れる電流および/または各アームに流れる電流をサンプリングし、前記のサンプリングした電流とそれぞれに対応する指令値との差が上限または下限を超えた場合に、前記の各アームに属する一部または全部の単位変換器に属するスイッチング素子のスイッチング状態を反転させる機能を有することを特徴とする電力変換装置。   In a power conversion apparatus configured by connecting a plurality of unit converters connected in cascade in a star connection, a delta connection, or a bridge, and connected to an AC power system, the power conversion apparatus includes at least two or more types A control device having at least two or more partial arithmetic devices that operate in a control cycle of the AC power system, wherein at least one of the partial arithmetic devices is more frequently used than the other partial arithmetic devices. When the difference between the sampled current and the command value corresponding to each sampled current exceeds the upper limit or the lower limit, a part or all of the arms belonging to each arm is sampled. A power conversion device having a function of inverting a switching state of a switching element belonging to the unit converter. 請求項1〜6に記載の電力変換装置において、単位変換器が少なくとも2つ以上の電力用半導体素子と、エネルギー蓄積要素を備えていることを特徴とする電力変換装置。   7. The power converter according to claim 1, wherein the unit converter includes at least two power semiconductor elements and an energy storage element. 請求項1〜7に記載の電力変換装置において、単位変換器が双方向チョッパ回路または単相フルブリッジ回路であることを特徴とする電力変換装置。   8. The power conversion device according to claim 1, wherein the unit converter is a bidirectional chopper circuit or a single-phase full bridge circuit.
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