JP2013240262A - Device for controlling three-level inverter - Google Patents

Device for controlling three-level inverter Download PDF

Info

Publication number
JP2013240262A
JP2013240262A JP2012264876A JP2012264876A JP2013240262A JP 2013240262 A JP2013240262 A JP 2013240262A JP 2012264876 A JP2012264876 A JP 2012264876A JP 2012264876 A JP2012264876 A JP 2012264876A JP 2013240262 A JP2013240262 A JP 2013240262A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
zero
voltage
phase
neutral point
value
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2012264876A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6225418B2 (en
Inventor
Kazunobu Oi
一伸 大井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Meidensha Corp, Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd filed Critical Meidensha Corp
Priority to JP2012264876A priority Critical patent/JP6225418B2/en
Publication of JP2013240262A publication Critical patent/JP2013240262A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6225418B2 publication Critical patent/JP6225418B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/487Neutral point clamped inverters
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/4833Capacitor voltage balancing

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device for controlling a three-level inverter which suppresses an imbalance in neutral potential irrespective of the power factor of an inverter output current and of whether there is a fundamental, and suppresses an increase in computational load and an increase in the number of components.SOLUTION: A zero-phase voltage calculation section 11 calculates a zero-phase voltage on the basis of a deviation between neutral potentials Vdc1, Vdc2, and adders 15 add the zero-phase voltage to voltage command values Vu, Vv, Vwto calculate corrected voltage command values Vu', Vv', Vw'. A neutral current estimation circuit 2 estimates neutral currents of phases, and a sign determination section 20 determines the sign of the zero-phase voltage added to the voltage command values Vu, Vv, Vwon the basis of the sign of the voltage command value Vu, Vv, Vwand the sign of an inverter output current detection value Iinvu, Iinvv, Iinvw, the values in a phase that has the largest absolute value of the estimated neutral current.

Description

本発明は、3レベルインバータにおける中性点電位のバランス制御に関する。   The present invention relates to balance control of neutral point potential in a three-level inverter.

図1や図2に示す3レベルインバータでは、負荷などの条件や、スイッチング素子,直流コンデンサの特性のばらつき等により中性点電位Vdc1,Vdc2にアンバランスが生じることがある。この中性点電位Vdc1,Vdc2のアンバランスは、「スイッチング素子T1〜T4に印加される電圧が過大になる」,「インバータから出力する電圧・電流波形にひずみ生じる」などの問題を引き起こす。   In the three-level inverter shown in FIGS. 1 and 2, the neutral point potentials Vdc1 and Vdc2 may be unbalanced depending on conditions such as a load, variation in characteristics of switching elements and DC capacitors, and the like. This unbalance of the neutral point potentials Vdc1 and Vdc2 causes problems such as “the voltage applied to the switching elements T1 to T4 becomes excessive” and “the voltage / current waveform output from the inverter is distorted”.

この中性点電位Vdc1,Vdc2のアンバランスに対する解決策としては、インバータが有効電力を入出力する場合、出力電圧の零相に直流のオフセットを加える方法が従来から知られている。また、インバータが無効電力を入出力する場合は、特許文献1に記載されているように出力電圧の零相に6次高調波を加えればよい。   As a solution to the unbalance between the neutral point potentials Vdc1 and Vdc2, a method of adding a DC offset to the zero phase of the output voltage when the inverter inputs and outputs active power is conventionally known. Further, when the inverter inputs and outputs reactive power, as described in Patent Document 1, it is only necessary to add the sixth harmonic to the zero phase of the output voltage.

特開平07−079574号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-079574 特開平09−233840号公報JP 09-233840 A 特開2003−169480号公報JP 2003-169480 A 特開2011−239564号公報JP 2011-239564 A

しかし、特許文献1では出力電流が高調波に限られるアクティブフィルタ等の装置には対応できなかった。   However, Patent Document 1 cannot deal with devices such as active filters whose output current is limited to harmonics.

また、特許文献2はアクティブフィルタでの中性点電位の制御を検討した例である。しかしながら、この特許文献2では、エネルギー蓄積要素や並列インバータを設置し若干の有効・無効電力を出力して中性点電位を制御するため、コストが増加する。また、無効電力の出力が要求されない場合は不要動作となってしまい、系統電圧の振幅に悪影響を与える恐れがある。   Patent Document 2 is an example in which control of the neutral point potential with an active filter is studied. However, in this patent document 2, since an energy storage element and a parallel inverter are installed, and some neutral power is controlled by outputting some effective / reactive power, the cost increases. Further, when the output of reactive power is not required, the operation becomes unnecessary, which may adversely affect the system voltage amplitude.

特許文献3は、以下の(1)〜(3)の3パターンで中性点を流れる電流を推定し、最適なパターンを選択する制御方法である。
(1)電圧指令値を補正しないパターン。
(2)3相電圧指令のうちで最高値となる相の電圧指令が正側の最高値になるようなオフセットを加算するパターン。
(3)3相電圧指令のうちで最低値となる相の電圧指令が負側の最低値になるようなオフセットを加算するパターン。
Patent Document 3 is a control method for estimating an electric current flowing through a neutral point in the following three patterns (1) to (3) and selecting an optimum pattern.
(1) A pattern in which the voltage command value is not corrected.
(2) A pattern in which an offset is added so that the voltage command of the phase that becomes the highest value among the three-phase voltage commands becomes the highest value on the positive side.
(3) A pattern in which an offset is added so that the voltage command of the phase that becomes the lowest value among the three-phase voltage commands becomes the lowest value on the negative side.

この特許文献3の制御方法も、有効電力・無効電力・高調波を問わず電流が流れていれば中性点電位を制御できる。しかし、上記3パターンすべての中性点電流を推定するため、特許文献3の図1にあるように中性点電流演算回路が3つ必要になる。その結果、CPUなどデジタル回路では演算負荷が増大し、アナログ回路であれば部品点数が増加してしまう。   The control method of Patent Document 3 can also control the neutral point potential as long as current flows regardless of active power, reactive power, and harmonics. However, in order to estimate the neutral point currents of all the three patterns, three neutral point current calculation circuits are required as shown in FIG. As a result, a calculation load increases in a digital circuit such as a CPU, and the number of parts increases in an analog circuit.

さらに、特許文献3では中性点電位が所定のリミット値を超えたかどうかを判定し、このリミット値を超えてから中性点電位のアンバランスを抑制する制御が動作を開始するという特徴がある。そのため、制御開始までの遅延により中性点電位のアンバランスが大きくなるという問題が生じる。   Further, Patent Document 3 has a feature that it is determined whether or not the neutral point potential has exceeded a predetermined limit value, and control that suppresses the unbalance of the neutral point potential is started after the limit value is exceeded. . Therefore, there arises a problem that the neutral point potential imbalance increases due to the delay until the start of control.

また、特許文献4は、加算すべき零相電圧の符号と大きさを決定する方法として、3相すべての電圧指令値の絶対値および符号と負荷電流を用いて零相バイアス電圧補償値を演算し、どれだけ中性点電流を変化させられるか(特許文献4では「中性点電流変化量」と呼称)を求めている。この特許文献4は、以下(1)〜(3)に示すような問題点がある。   Further, Patent Document 4 calculates a zero-phase bias voltage compensation value by using absolute values and signs of voltage command values of all three phases and a load current as a method for determining the sign and magnitude of a zero-phase voltage to be added. Then, how much the neutral point current can be changed (referred to as “neutral point current change amount” in Patent Document 4) is obtained. This Patent Document 4 has the following problems (1) to (3).

(1)3相すべての電圧・電流信号を用いているため、演算負荷が増加する。   (1) Since all three phase voltage / current signals are used, the computation load increases.

(2)除算の演算が必要である。CPUなどの演算処理装置での除算は演算負荷が高く、FPGAなどの集積回路では多くのロジックセルと演算時間を必要とするため、除算の実装が困難であり、デジタル化における設計が難しい。   (2) A division operation is required. Division in an arithmetic processing unit such as a CPU has a high calculation load, and an integrated circuit such as an FPGA requires a large number of logic cells and calculation time. Therefore, it is difficult to implement division and design in digitization is difficult.

(3)定常的なバランス補正機能がないため、スイッチング素子の特性にばらつきがある場合や電圧・電流検出値にオフセットが重畳している場合、電流推定値にもオフセットが重畳して誤った補償を行い、時間経過によりアンバランスが拡大する。素子特性や検出器の特性が時間経過により変化することもある。   (3) Since there is no steady balance correction function, if there are variations in the characteristics of switching elements, or if an offset is superimposed on the detected voltage / current value, the offset is also superimposed on the estimated current value, resulting in incorrect compensation. And the imbalance expands over time. Element characteristics and detector characteristics may change over time.

以上示したようなことから、3レベルインバータの制御装置において、インバータ出力電流の力率や基本波の有無を問わず中性点電位のアンバランスを抑制すると共に、演算負荷の増大,部品点数の増加を抑制することが課題となる。   As described above, in the control device of the three-level inverter, the neutral point potential imbalance is suppressed regardless of the power factor of the inverter output current and the presence or absence of the fundamental wave, and the calculation load is increased. Controlling the increase is an issue.

本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、直流端子間に直列接続され、直流端子間の直流電圧を1/2に分圧し、この分圧点を中性点とする複数のコンデンサと、前記複数のコンデンサに印加される3レベルの直流電圧を補正電圧指令値に基づいて交流電圧に変換する複数のスイッチング素子と、を備えた3レベルインバータの制御装置であって、前記各直流端子と前記中性点間の電圧の偏差に基づいて零相電圧を算出する零相電圧算出部と、前記零相電圧と電圧指令値とを加算して補正電圧指令値を算出する加算器と、各相の中性点電流を推定する中性点電流推定回路と、前記中性点電流推定回路で推定された中性点電流のうち絶対値が最も大きい相の電圧指令値の符号とインバータ出力電流検出値の符号に基づいて電圧指令値に加算する零相電圧の符号を決定する符号決定部と、を備えたことを特徴とする。   The present invention has been devised in view of the above-described conventional problems. One aspect of the present invention is connected in series between the DC terminals, and divides the DC voltage between the DC terminals by half. Control of a three-level inverter comprising a plurality of capacitors as neutral points and a plurality of switching elements that convert a three-level DC voltage applied to the plurality of capacitors into an AC voltage based on a correction voltage command value A zero-phase voltage calculator that calculates a zero-phase voltage based on a voltage deviation between each DC terminal and the neutral point; and a correction voltage obtained by adding the zero-phase voltage and a voltage command value An adder for calculating the command value, a neutral point current estimation circuit for estimating the neutral point current of each phase, and a phase having the largest absolute value among the neutral point currents estimated by the neutral point current estimation circuit. Based on the sign of the voltage command value and the sign of the inverter output current detection value. A code decision unit which determines the sign of the zero-phase voltage added to the voltage command value had, characterized by comprising a.

また、前記零相電圧算出部は、各相の中性点電流の和に予め設定されたゲインを乗算した値を、零相電圧に加算することにより、零相電圧を補正することを特徴とする。   The zero-phase voltage calculator corrects the zero-phase voltage by adding a value obtained by multiplying a sum of neutral point currents of respective phases by a preset gain to the zero-phase voltage. To do.

さらに、前記零相電圧算出部は、前記各相の中性点電流の和に予め設定されたゲインを乗算した値の少なくとも高周波数成分を抽出するフィルタを備え、この高周波数成分を零相電圧に加算することにより零相電圧を補正することを特徴とする。   Further, the zero-phase voltage calculation unit includes a filter that extracts at least a high-frequency component of a value obtained by multiplying a sum of neutral point currents of the respective phases by a preset gain, and the high-frequency component is extracted from the zero-phase voltage. The zero phase voltage is corrected by adding to.

また、中性点電流推定値のうち絶対値が最も大きい相のインバータ出力電流検出値の符号と零相電圧の符号との乗算結果が、+の場合は零相電圧の絶対値の上限値を1とし、前記乗算結果が−の場合は零相電圧の絶対値の上限値を中性点電流のうち絶対値が最も大きい相の電圧指令値の絶対値とするリミッタを設けたことを特徴とする。   Also, if the result of multiplying the sign of the inverter output current detection value of the phase with the largest absolute value of the estimated neutral point current value by the sign of the zero-phase voltage is +, the upper limit value of the absolute value of the zero-phase voltage is 1 and when the multiplication result is-, a limiter is provided which sets the upper limit value of the absolute value of the zero-phase voltage as the absolute value of the voltage command value of the phase having the largest absolute value among the neutral point currents. To do.

さらに、前記中性点電流推定回路は、1から各相の電圧指令値を減算した値にインバータ出力電流検出値を乗算した値を各相の中性点電流として推定することを特徴とする。   Further, the neutral point current estimation circuit estimates a value obtained by subtracting a voltage command value of each phase from 1 and an inverter output current detection value as a neutral point current of each phase.

また、インバータ出力電流のd軸成分が小さい時、前記零相電圧に直流オフセットを加算することを特徴とする。   Further, when the d-axis component of the inverter output current is small, a DC offset is added to the zero-phase voltage.

さらに、前記直流オフセットは、インバータ出力電流のd軸成分の符号に基づいて、符号を切り換えることを特徴とする。   Furthermore, the DC offset is characterized in that the sign is switched based on the sign of the d-axis component of the inverter output current.

本発明によれば、3レベルインバータの制御装置において、インバータ出力電流の力率や基本波の有無を問わず中性点電位のアンバランスを抑制すると共に、演算負荷の増大,部品点数の増加を抑制することが可能となる。   According to the present invention, in the control device for a three-level inverter, neutral point potential imbalance is suppressed regardless of the power factor of the inverter output current and the presence or absence of the fundamental wave, and the calculation load and the number of components are increased. It becomes possible to suppress.

NPC型3レベルインバータの主回路を示す構成図である。It is a block diagram which shows the main circuit of a NPC type | mold 3 level inverter. A−NPC型3レベルインバータの主回路を示す構成図である。It is a block diagram which shows the main circuit of an A-NPC type | mold 3 level inverter. 実施形態1における3レベルインバータの制御装置を示す構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram illustrating a control device for a three-level inverter in the first embodiment. 実施形態2における3レベルインバータの制御装置を示す構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram illustrating a control device for a three-level inverter according to a second embodiment. 実施形態3における3レベルインバータの制御装置を示す構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram illustrating a control device for a three-level inverter according to a third embodiment. 実施形態4における3レベルインバータの制御装置を示す構成図である。FIG. 10 is a configuration diagram illustrating a control device for a three-level inverter according to a fourth embodiment. 実施形態5における3レベルインバータの制御装置を示す構成図である。FIG. 10 is a configuration diagram illustrating a control device for a three-level inverter according to a fifth embodiment.

以下、本実施形態1〜3における3レベルインバータの制御装置を図面に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, the control device of the three-level inverter in the first to third embodiments will be described in detail with reference to the drawings.

[実施形態1]
図1は、NPC型3レベルインバータの主回路を示す構成図である。図1に示すように、NPC型3レベルインバータの主回路は、直流端子P,N間に直列に接続されたコンデンサC1,C2と、スイッチング素子T1〜T4と、を備えている。前記コンデンサC1,C2は直流端子P,N間の直流電圧を中性点電位Vdc1,Vdc2に分圧し、両コンデンサC1,C2の接続点が中性点を形成する。前記スイッチング素子T1〜T4は、自己消弧形半導体素子(トランジスタやGTO,IGBTなどの自己消弧能力を有する素子)とそれら個々の自己消弧形半導体素子に逆並列に接続されたダイオードで構成される。スイッチング素子T2,T3には一対のクランプダイオードD1,D2が並列に接続される。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a main circuit of an NPC type three-level inverter. As shown in FIG. 1, the main circuit of the NPC type three-level inverter includes capacitors C1 and C2 connected in series between DC terminals P and N, and switching elements T1 to T4. The capacitors C1 and C2 divide the DC voltage between the DC terminals P and N into neutral point potentials Vdc1 and Vdc2, and the connection point between the capacitors C1 and C2 forms a neutral point. The switching elements T1 to T4 are composed of self-extinguishing semiconductor elements (elements having self-extinguishing capability such as transistors, GTOs, and IGBTs) and diodes connected in antiparallel to these individual self-extinguishing semiconductor elements. Is done. A pair of clamp diodes D1 and D2 are connected in parallel to the switching elements T2 and T3.

図2は、A−NPC型3レベルインバータの主回路を示す構成図である。図2に示すように、A−NPC型3レベルインバータは、直流端子P,N間に直列接続されたコンデンサC1,C2と、コンデンサC1,C2と並列に接続されたスイッチング素子T1,T4と、コンデンサC1,C2の中性点とスイッチング素子T1,T4の中性点との間に介挿されたスイッチング素子T2,T3から成る双方向に耐電圧を有するスイッチ(以下、双方向スイッチと称する)と、で構成されている。なお、図1,2では簡略化して1相分のみを示しているが、実際にはスイッチング素子T1〜T4(クランプダイオードD1,D2)が三相に設けられているものとする。   FIG. 2 is a configuration diagram showing a main circuit of the A-NPC type three-level inverter. As shown in FIG. 2, the A-NPC type three-level inverter includes capacitors C1 and C2 connected in series between the DC terminals P and N, switching elements T1 and T4 connected in parallel with the capacitors C1 and C2, Bidirectional withstand voltage switch comprising switching elements T2 and T3 interposed between neutral points of capacitors C1 and C2 and neutral points of switching elements T1 and T4 (hereinafter referred to as bidirectional switch) And is composed of. 1 and 2 show only one phase for simplification, but actually, switching elements T1 to T4 (clamp diodes D1 and D2) are provided in three phases.

次に、図3に基づいて本実施形態1における3レベルインバータの制御装置1Aを説明する。   Next, a control device 1A for a three-level inverter according to the first embodiment will be described with reference to FIG.

本実施形態1における3レベルインバータの制御装置1Aは、まず、中性点電流推定回路2において中性点電流を推定する。中性点電流推定回路2は、絶対値演算器3により電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*の絶対値を出力し、減算器4において、1から絶対値演算器3の出力を減算する。最後に、掛算器5において、減算器4の出力結果と、対応する相のインバータ出力電流検出値Iinvu,Iinvv,Iinvwとの積を演算し、中性点電流推定値を算出する。 First, the control device 1A for the three-level inverter in the first embodiment estimates the neutral point current in the neutral point current estimation circuit 2. The neutral point current estimation circuit 2 outputs the absolute values of the voltage command values Vu * , Vv * , Vw * by the absolute value calculator 3, and subtracts the output of the absolute value calculator 3 from 1 in the subtractor 4. . Finally, the multiplier 5 calculates the product of the output result of the subtracter 4 and the inverter output current detection values Iinvu, Iinvv, Iinvw of the corresponding phase, and calculates the neutral point current estimated value.

次に、絶対値演算回路6において掛算器5の出力結果(中性点電流推定値)の絶対値を算出し、選択器7により、各相の絶対値演算器6の出力(各相の中性点電流推定値の絶対値)の中から、絶対値演算器6の出力値が最大となる相を特定する 。   Next, the absolute value calculation circuit 6 calculates the absolute value of the output result (neutral point current estimated value) of the multiplier 5, and the selector 7 outputs the output of the absolute value calculator 6 of each phase (in each phase). From the absolute value of the sex point current estimated value), the phase having the maximum output value of the absolute value calculator 6 is specified.

スイッチSW1,SW2は電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*,インバータ出力電流検出値Iinvu,Iinvv,Iinvwを入力し、選択器7からの信号により出力を切り換える。すなわち、スイッチSW1,SW2は、選択器7がU相を選択した時は電圧指令値Vu*,インバータ出力電流検出値Iinvu、選択器7がV相を選択した時は電圧指令値Vv*,インバータ出力電流検出値Iinvv、選択器7がW相を選択した時は電圧指令値Vw*,インバータ出力電流検出値Iinvwをそれぞれ出力する。 The switches SW1 and SW2 receive voltage command values Vu * , Vv * , Vw * and inverter output current detection values Iinvu, Iinvv, Iinvw, and switch the output according to a signal from the selector 7. That is, the switches SW1 and SW2 are the voltage command value Vu * and the inverter output current detection value Iinvu when the selector 7 selects the U phase, and the voltage command value Vv * and the inverter when the selector 7 selects the V phase. When the output current detection value Iinvv and the selector 7 select the W phase, the voltage command value Vw * and the inverter output current detection value Iinvw are output.

次に、零相電圧算出部11により零相電圧を算出する。まず、検出器(図示省略)により検出した直流電圧Vdc1,Vdc2から、中性点電位のアンバランスであるVdc1−Vdc2を減算器8により演算し、次に、ローパスフィルタLPF1において、減算器8の出力であるVdc1−Vdc2からPWM制御におけるスイッチングや無効電力出力時に発生する 3次高調波の脈動などを除去する。このローパスフィルタLPF1の出力に対してアンプ9により予め設定されたゲインGを乗算し、電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*に重畳する零相電圧の指令値を演算する。 Next, the zero phase voltage calculator 11 calculates the zero phase voltage. First, Vdc1-Vdc2, which is an unbalance of neutral point potentials, is calculated by the subtracter 8 from the DC voltages Vdc1, Vdc2 detected by the detector (not shown), and then the low-pass filter LPF1 From the output Vdc1-Vdc2, the switching in PWM control and the pulsation of the third harmonic generated at the time of reactive power output are removed. The output of the low-pass filter LPF1 is multiplied by a gain G set in advance by the amplifier 9, and the zero-phase voltage command value superimposed on the voltage command values Vu * , Vv * , Vw * is calculated.

符号検出器10Aは、スイッチSW1の出力の符号を検出し、正の時に1、負の時に−1を出力する。同様に符号検出器10BはスイッチSW2の出力の符号を検出し、符号検出器10Cはアンプ9の出力結果の符号を検出する。掛算器12Aは、スイッチSW1とスイッチSW2の符号検出結果(符号検出器10A,10Bの出力)の積を演算し、掛算器12BはスイッチSW2とアンプ9出力の符号検出結果(符号検出器10B,10Cの出力)の積を演算し、掛算器12Cは掛算器12A出力とアンプ9出力の積を演算する。また、スイッチSW1の出力結果は絶対値演算器13に入力され、スイッチSW1の出力結果の絶対値が演算される。   The sign detector 10A detects the sign of the output of the switch SW1, and outputs 1 when positive and -1 when negative. Similarly, the sign detector 10B detects the sign of the output of the switch SW2, and the sign detector 10C detects the sign of the output result of the amplifier 9. The multiplier 12A calculates the product of the code detection results of the switches SW1 and SW2 (outputs of the code detectors 10A and 10B), and the multiplier 12B calculates the code detection results of the outputs of the switch SW2 and the amplifier 9 (code detectors 10B and 10B, 10C), and the multiplier 12C calculates the product of the multiplier 12A output and the amplifier 9 output. Further, the output result of the switch SW1 is input to the absolute value calculator 13, and the absolute value of the output result of the switch SW1 is calculated.

スイッチSW3は、1と絶対値演算器13の出力と掛算器12Bの出力とを入力し、掛算器12Bの出力が1であれば1を出力し、掛算器12Bの出力が−1であればスイッチSW1の出力結果の絶対値(絶対値演算器13の出力)をリミッタ14に出力する。このリミッタ14は、スイッチSW3の出力結果を上限、スイッチSW3の出力結果において符号を反転した値を下限とし、掛算器Cの出力を制限する。換言すると、スイッチSW3の出力結果を、掛算器12C出力の上限値として制限する。リミッタ14の出力は、ローパスフィルタLPF2において、急激な変動が抑制され、加算器15に出力される。加算器15では、このローパスフィルタLPF2出力結果と電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*を加算し、補正電圧指令値Vu*´,Vv*´,Vw*´を演算する。 The switch SW3 inputs 1 and the output of the absolute value calculator 13 and the output of the multiplier 12B. If the output of the multiplier 12B is 1, 1 is output, and if the output of the multiplier 12B is −1. The absolute value of the output result of the switch SW1 (output of the absolute value calculator 13) is output to the limiter 14. The limiter 14 limits the output of the multiplier C by setting the output result of the switch SW3 as the upper limit and the value obtained by inverting the sign in the output result of the switch SW3 as the lower limit. In other words, the output result of the switch SW3 is limited as the upper limit value of the multiplier 12C output. The output of the limiter 14 is output to the adder 15 after abrupt fluctuations are suppressed in the low-pass filter LPF2. The adder 15 adds the output result of the low-pass filter LPF2 and the voltage command values Vu * , Vv * , Vw *, and calculates the corrected voltage command values Vu * ′, Vv * ′, Vw * ′.

この補正電圧指令値Vu*´,Vv*´,Vw*´に基づいてPWM変調によりゲート信号を生成し、図1または図2に示す3レベルインバータ(スイッチング素子T1〜T4)を駆動する。 A gate signal is generated by PWM modulation based on the corrected voltage command values Vu * ′, Vv * ′, Vw * ′, and the three-level inverter (switching elements T1 to T4) shown in FIG. 1 or FIG. 2 is driven.

本実施形態1における中性点電位Vdc1,Vdc2を制御する方法を説明する。本実施形態1では、中性点電位Vdc1,Vdc2に最も大きな影響を与える相を推定する点に特徴がある。   A method for controlling the neutral point potentials Vdc1 and Vdc2 in the first embodiment will be described. The first embodiment is characterized in that a phase that has the greatest influence on the neutral point potentials Vdc1 and Vdc2 is estimated.

まず、中性点電流推定回路2において中性点電流を推定する。ここでは電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*は−1〜1の範囲を取り、−1で下アームが常時ON,0で中性点がON、1で上アームがONになると定義する。例えば、Vu*=−0.7であればPWMキャリア周期の内70%の時間が下アームON、30%の時間が中性点ONとなる。そこで、中性点電流の期待値を以下の(1)式により求めることができる。 First, the neutral point current estimation circuit 2 estimates the neutral point current. Here, the voltage command values Vu * , Vv * , and Vw * are in the range of −1 to 1, and are defined as a lower arm being always ON at −1, a neutral point being ON at 0, and an upper arm being ON at 1. . For example, if Vu * = − 0.7, 70% of the PWM carrier cycle is ON for the lower arm and 30% is ON for the neutral point. Therefore, the expected value of the neutral point current can be obtained by the following equation (1).

Figure 2013240262
Figure 2013240262

V相,W相における中性点電流についても同様に求めることができる。   The neutral point current in the V phase and the W phase can be similarly obtained.

次に、中性点電位Vdc1,Vdc2に最も大きな影響を与える相を推定する。これは、単純に推定した中性点電流の絶対値が最も大きい相を 選択器7により選択することにより決定している。選択器7の選択結果をスイッチSW1,SW2に入力し、以降は選択された相の電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*とインバータ出力電流検出値Iinvu,Iinvv,Iinvwを用いて処理を行う。最後に、選択した相について、中性点電位Vdc1,Vdc2の制御に必要な零相電圧を求める。表1にスイッチングパターンと電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*に加算する零相電圧の関係を示す。 Next, the phase that has the greatest influence on the neutral point potentials Vdc1 and Vdc2 is estimated. This is determined by selecting the phase having the largest absolute value of the neutral point current simply estimated by the selector 7. The selection result of the selector 7 is input to the switches SW1 and SW2, and thereafter processing is performed using the voltage command values Vu * , Vv * and Vw * of the selected phase and the inverter output current detection values Iinvu, Iinvv and Iinvw. . Finally, for the selected phase, the zero-phase voltage necessary for controlling the neutral point potentials Vdc1 and Vdc2 is obtained. Table 1 shows the relationship between the switching pattern and the zero-phase voltage added to the voltage command values Vu * , Vv * , Vw * .

Figure 2013240262
Figure 2013240262

番号1のスイッチングパターンでは出力電圧と出力電流がともに正であり、上アームと中性点が交互にONする。この時コンデンサC2からは電流が流出し放電動作となる。コンデンサC2を充電する場合は、中性点から流れ出る電流を減少すればよいので、正の零相電圧を加算して出力電圧を零から遠ざけ、電流が上アームを多く流れるようにすればよい。その他(番号2〜4)のスイッチングパターンも同様に考え られる。表1を元に、加算する零相電圧の符号を決定し電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*に重畳させる。 In the switching pattern of No. 1, both the output voltage and the output current are positive, and the upper arm and the neutral point are turned ON alternately. At this time, a current flows out from the capacitor C2, and a discharging operation is performed. When the capacitor C2 is charged, the current flowing out from the neutral point may be reduced. Therefore, a positive zero-phase voltage is added to move the output voltage away from zero so that a large amount of current flows through the upper arm. Other switching patterns (numbers 2 to 4) are also conceivable. Based on Table 1, the sign of the zero-phase voltage to be added is determined and superimposed on the voltage command values Vu * , Vv * , and Vw * .

以上の動作を図3に示す実施形態1における制御装置1Aにより実現する。図3では、符号検出器10A,10Bと掛算器12Aとを組み合わせた符号決定部20により電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*に重畳する零相電圧の符号を決定する。表1と照合すると、掛算器12Aの出力信号は、電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*のうち最大値の符号と、インバータ出力電流検出値Iinvu,Iinvv,Iinvwのうち最大値の符号と、を乗算しているため下記のような意味になる。
正:+の零相電圧を加算する。
負:−の零相電圧を加算する。
The above operation is realized by the control device 1A in the first embodiment shown in FIG. In FIG. 3, the sign of the zero-phase voltage superimposed on the voltage command values Vu * , Vv * , Vw * is determined by the sign determination unit 20 combining the sign detectors 10A, 10B and the multiplier 12A. When collating with Table 1, the output signal of the multiplier 12A is the maximum value of the voltage command values Vu * , Vv * , Vw * and the maximum value of the inverter output current detection values Iinvu, Iinvv, Iinvw. , The meanings are as follows.
Positive: Adds zero phase voltage of +.
Negative: Adds a negative zero-phase voltage.

一方、掛算器12Bの出力信号は、インバータ出力電流検出値Iinvu,Iinvv,Iinvwのうち最大値の符号と、零相電圧の符号と、を乗算しているため、表1により下記のような意味になる。
正:出力電圧を零から遠ざける。
負:出力電圧を零に近づける。
On the other hand, the output signal of the multiplier 12B is multiplied by the sign of the maximum value of the inverter output current detection values Iinvu, Iinvv, Iinvw and the sign of the zero-phase voltage. become.
Positive: Moves the output voltage away from zero.
Negative: Makes the output voltage close to zero.

例として、選択器7で選択された相がU相,表1における番号2のスイッチングパターン,出力電圧が正(Vu*>0),出力電流が負,アンプ9出力が正でコンデンサC2を充電したい場合を考える。このとき、掛算器12Aの出力が負であるため、掛算器12Cの出力も負になり、負の零相電圧を電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*に加算する。ここで、掛算器12Bの出力結果も負であるため、電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*に重畳する零相電圧はリミッタ14によりVu*〜−Vu*で制限される。ここで、掛算器12Cの出力が負のためリミッタ出力は0〜−Vu*の範囲に限られることとなる。 As an example, the phase selected by the selector 7 is the U phase, the switching pattern of number 2 in Table 1, the output voltage is positive (Vu * > 0), the output current is negative, the output of the amplifier 9 is positive, and the capacitor C2 is charged. Think about when you want to. At this time, since the output of the multiplier 12A is negative, the output of the multiplier 12C is also negative, and the negative zero-phase voltage is added to the voltage command values Vu * , Vv * , Vw * . Here, since the output result of the multiplier 12B is also negative, the zero-phase voltage superimposed on the voltage command values Vu * , Vv * , and Vw * is limited by the limiter 14 to Vu * to −Vu * . Here, since the output of the multiplier 12C is negative, the limiter output is limited to the range of 0 to -Vu * .

よって、選択したU相について補正電圧指令値Vu*´はVu*−0≧Vu*´≧Vu*+(−Vu*)の範囲に制限されるため、零相電圧の加算結果(補正電圧指令値Vu*´,Vv*´,Vw*´)が零よりも下回ることがなくなる。以上により、番号2のスイッチングパターンのように出力電圧を零に近づけたい場合において、中性点電位のアンバランスVdc1−Vdc2に基づいたアンプ9出力(零相電圧)の絶対値が大きすぎるために、零相電圧を加算した結果、出力電圧Vu,Vv,Vwが逆に零から離れる、という事態を防ぐことができる。 Therefore, since the correction voltage command value Vu * ′ for the selected U phase is limited to the range of Vu * −0 ≧ Vu * ′ ≧ Vu * + (− Vu * ), the addition result of the zero phase voltage (correction voltage command The values Vu * ′, Vv * ′, Vw * ′) will not fall below zero. As described above, when the output voltage is desired to approach zero as in the switching pattern of No. 2, the absolute value of the amplifier 9 output (zero phase voltage) based on the neutral point potential unbalance Vdc1-Vdc2 is too large. As a result of adding the zero-phase voltages, it is possible to prevent the output voltages Vu, Vv, Vw from going away from zero.

以上示したように、本実施形態1における3レベルインバータの制御装置によれば、 3レベルインバータにおけるインバータ出力電流の力率や基本波の有無を問わず中性点電位Vdc1,Vdc2をバランスさせることができる。その結果、スイッチング素子T1〜T4に印加される電圧が過大になる、インバータから出力する電圧,電流波形にひずみが生じるなどの問題を解消することが可能となる。   As described above, according to the control device for the three-level inverter in the first embodiment, the neutral point potentials Vdc1 and Vdc2 are balanced regardless of the power factor of the inverter output current and the presence or absence of the fundamental wave in the three-level inverter. Can do. As a result, it is possible to solve problems such as an excessive voltage applied to the switching elements T1 to T4 and distortion in the voltage and current waveforms output from the inverter.

また、特許文献3は、中性点電流演算回路が3つ必要になるが、本実施形態1は中性点電流推定回路2を1つ設けるのみで良いため、特許文献3に比べ演算負荷を低減することができる。   In addition, Patent Document 3 requires three neutral point current calculation circuits. However, since Embodiment 1 only needs to provide one neutral point current estimation circuit 2, the calculation load is larger than that of Patent Document 3. Can be reduced.

[実施形態2]
図4は本実施形態2における3レベルインバータの制御装置1Bを示す構成図である。
[Embodiment 2]
FIG. 4 is a block diagram showing a control device 1B for a three-level inverter in the second embodiment.

本実施形態2は実施形態1に対し以下の点で相違する。  The second embodiment is different from the first embodiment in the following points.

本実施形態2では加算器16において、各相における掛算器5の出力結果(中性点電流推定値)の和を演算し、この加算器16の出力にアンプ17において予め設定されたゲインGhを乗算する。そして、加算器18においてアンプ17の出力結果をアンプ9の出力結果に加算し、加算器18の出力を零相電圧推定値としている。その他の構成は実施形態1と同様であるため、ここでの説明は省略する。   In the second embodiment, the adder 16 calculates the sum of the output results (neutral point current estimated value) of the multiplier 5 in each phase, and sets the gain Gh preset in the amplifier 17 to the output of the adder 16. Multiply. Then, the output result of the amplifier 17 is added to the output result of the amplifier 9 in the adder 18, and the output of the adder 18 is used as a zero-phase voltage estimated value. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, description thereof is omitted here.

本実施形態2では、上記のように、すべての相の中性点電流推定値を加算してアンプ17に入力し、アンプ17の出力をアンプ9の出力結果と加算している。コンデンサC1,C2では電圧を微分すると電流になるため、中性点電流推定値の和に基づいたアンプ17の出力信号をアンプ9の出力信号に加算することは、中性点電位のアンバランスVdc1−Vdc2に基づいたアンプ9の処理に微分アンプを追加したことと等価になる。   In the second embodiment, as described above, the neutral point current estimated values of all phases are added and input to the amplifier 17, and the output of the amplifier 17 is added to the output result of the amplifier 9. Since the capacitors C1 and C2 differentiate the voltage into a current, adding the output signal of the amplifier 17 based on the sum of the neutral point current estimated values to the output signal of the amplifier 9 is an unbalanced neutral point potential Vdc1. This is equivalent to adding a differential amplifier to the processing of the amplifier 9 based on −Vdc2.

以上示したように、本実施形態2における3レベルインバータの制御装置1Bによれば、中性点電位Vdc1,Vdc2の脈動を抑制することができる。また、中性点電流を推定し、実際に中性点電位Vdc1,Vdc2のアンバランスが発生する前に補償することができるため、中性点電位Vdc1,Vdc2のアンバランスを小さく抑制することが可能となる。さらに、実際に微分アンプを追加する方法に比べ、ノイズがあってもアンプ9の出力が急激に変化せず、制御が不安定になりにくいという特長がある。また、実際に中性点電流を検出する方式に比べ、検出器が不要になるため、部品点数およびコストを削減することが可能となる。   As described above, according to the control device 1B of the three-level inverter in the second embodiment, the pulsation of the neutral point potentials Vdc1 and Vdc2 can be suppressed. Further, since the neutral point current can be estimated and compensated before the actual unbalance of the neutral point potentials Vdc1 and Vdc2, the unbalance of the neutral point potentials Vdc1 and Vdc2 can be suppressed to be small. It becomes possible. Further, compared to a method of actually adding a differential amplifier, there is a feature that the output of the amplifier 9 does not change abruptly even if there is noise, and the control is less likely to become unstable. Further, since no detector is required compared to the method of actually detecting the neutral point current, the number of parts and the cost can be reduced.

さらに、本実施形態2で追加した構成(加算器16,アンプ17,加算器18)のみを取り出し、既存の中性点電位アンバランス制御(有効電力入出力時に直流の零相電圧を加算する)と組み合わせて適用することもできる。   Further, only the configuration (adder 16, amplifier 17, and adder 18) added in the second embodiment is taken out, and the existing neutral point potential imbalance control (adds a DC zero-phase voltage during active power input / output). It can also be applied in combination.

また実施形態1の構成に対して加算器2つとアンプ1つを追加するだけで良いため、演算負荷の増加も微小である。   Further, since only two adders and one amplifier need be added to the configuration of the first embodiment, the increase in calculation load is also small.

さらに、零相電圧の補償量を決定する際に、3相すべてではなく1相の電圧指令値,インバータ出力電流のみを使用するため、特許文献4に比べ除算器が不要になり、演算負荷が少ない。また、実施形態1と同様に定常的な中性点電位バランス機能も有する。   Furthermore, when determining the compensation amount of the zero-phase voltage, only the voltage command value of one phase and the inverter output current are used instead of all three phases, so that a divider is not required compared to Patent Document 4, and the calculation load is reduced. Few. Further, like the first embodiment, it also has a steady neutral point potential balance function.

[実施形態3]
図5は本実施形態3における3レベルインバータの制御装置1Cを示す構成図である。
[Embodiment 3]
FIG. 5 is a configuration diagram illustrating a control device 1C for a three-level inverter according to the third embodiment.

本実施形態3は、実施形態2に対してアンプ17の後段に高周波数成分を抽出するフィルタ21を追加し、この高周波数成分を加算器18によりアンプ9の出力に対して加算したものである。  In the third embodiment, a filter 21 for extracting a high frequency component is added after the amplifier 17 to the second embodiment, and the high frequency component is added to the output of the amplifier 9 by an adder 18. .

本実施形態3では、ハイパスフィルタフィルタHPF21により周波数帯域を分離し、例えば、150Hz未満の中性点アンバランスは電圧検出値Vdc1,Vdc2により補償し、150Hzを超える中性点アンバランスは中性点電流推定値により補償する。150Hz(基本波の3倍の周波数)の脈動はインバータが無効電力を出力する際に必ず発生し、完全な除去は不可能である。そのため、除去できない150Hzの脈動は無視することにより、不要な零相電圧の加算を抑制でき、過変調を防ぐことができる。   In the third embodiment, the frequency band is separated by the high-pass filter HPF21. For example, the neutral point imbalance less than 150 Hz is compensated by the voltage detection values Vdc1 and Vdc2, and the neutral point imbalance exceeding 150 Hz is neutral point. Compensation is based on the estimated current value. A pulsation of 150 Hz (a frequency three times that of the fundamental wave) always occurs when the inverter outputs reactive power, and cannot be completely removed. Therefore, by ignoring the 150 Hz pulsation that cannot be removed, unnecessary zero-phase voltage addition can be suppressed, and overmodulation can be prevented.

また、スイッチング素子や電流検出器の特性が原因で中性点電流推定値にオフセットが重畳しても、ハイパスフィルタHPF21によりオフセットが除去できるため、定常的な中性点アンバランスを小さくすることができる。   Moreover, even if an offset is superimposed on the neutral point current estimated value due to the characteristics of the switching element and the current detector, the offset can be removed by the high-pass filter HPF21, so that the steady neutral point imbalance can be reduced. it can.

[実施形態4]
実施形態1〜3や特許文献1等の3レベルインバータの制御装置では、インバータの出力電流が小さい時には中性点電位制御の効果が低下するという問題点がある。これは、出力電流が小さい時は中性点電位バランス制御が行われても、中性点電位の調整手段である中性点を流れる電流が減少するためである。
[Embodiment 4]
In the control devices of the three-level inverters such as Embodiments 1 to 3 and Patent Document 1, there is a problem that the effect of neutral point potential control is reduced when the output current of the inverter is small. This is because when the output current is small, even if neutral point potential balance control is performed, the current flowing through the neutral point, which is a neutral point potential adjusting means, decreases.

そのため、インバータの出力電流が小さい時に中性点電位に外乱が発生すると、電位のバランスがとれるまでに時間がかかってしまう。その間、インバータは、電圧レベルが変動してしまうことにより出力波形のひずみが増加し、最悪の場合にはスイッチング素子や電解コンデンサに定格を超える電圧が印加され、これらの素子の劣化,熱的ダメージを引き起こす。この対策として分圧抵抗を接続する方法も考えられるが、効果を高めるほど値の小さな抵抗が必要となり、インバータ装置の定常的な損失が増加してしまう。   Therefore, if a disturbance occurs in the neutral point potential when the output current of the inverter is small, it takes time until the potential is balanced. In the meantime, the output voltage distortion of the inverter increases due to fluctuations in the voltage level. In the worst case, a voltage exceeding the rating is applied to the switching element and electrolytic capacitor, which causes deterioration and thermal damage of these elements. cause. As a countermeasure, a method of connecting a voltage dividing resistor is conceivable. However, the higher the effect is, the smaller the value of the resistor is required, and the steady loss of the inverter device increases.

そこで、本実施形態4における3レベルインバータの制御装置1Dは、図6に示すように、直流オフセット加算部26を追加したものである。   Therefore, the control device 1D for the three-level inverter according to the fourth embodiment is obtained by adding a DC offset adding unit 26 as shown in FIG.

前記直流オフセット加算部26は、まず、絶対値演算器22において、インバータ出力電流のd軸成分(有効電力成分)Id*を入力しその絶対値を出力する。なお、インバータ出力電流のd軸成分Id*は、指令値でも検出値でもよい。また、Id*>0でインバータが有効電力を出力する状態であることを示す。 First, the DC offset adding unit 26 receives the d-axis component (active power component) Id * of the inverter output current in the absolute value calculator 22 and outputs the absolute value thereof. The d-axis component Id * of the inverter output current may be a command value or a detected value. In addition, Id * > 0 indicates that the inverter outputs active power.

次に、リミッタ23により、前記絶対値が零に近い時は、「1」を、前記絶対値が所定値以上の時は、「0」を出力する。そして、乗算器24により、このリミッタ23の出力と、ゲインKと、零相電圧算出部11の出力と、の3つの信号の積をとる。ここで、ゲインKは通常、正の値を指定する。   Next, the limiter 23 outputs “1” when the absolute value is close to zero, and outputs “0” when the absolute value is equal to or greater than a predetermined value. The multiplier 24 takes the product of three signals: the output of the limiter 23, the gain K, and the output of the zero-phase voltage calculation unit 11. Here, the gain K usually designates a positive value.

加算器25において、乗算器24(直流オフセット加算部26)の出力と、ローパスフィルタLPF2の出力結果を加算し、加算器15に出力する。その他は、実施形態1と同様であるため、ここでの説明は省略する。   In the adder 25, the output of the multiplier 24 (DC offset adding unit 26) and the output result of the low-pass filter LPF 2 are added and output to the adder 15. Others are the same as in the first embodiment, and a description thereof is omitted here.

通常、インバータの出力側にはリアクトルを含むフィルタが接続され、リアクトルでは鉄損や銅損が発生する。また、負荷がモータやトランスであれば、無負荷でも鉄損が発生する。これらの損失はインバータから供給する必要があるため、インバータは常にわずかではあるが有効電力を出力している。本実施形態4は、この考えに基づいている。   Usually, a filter including a reactor is connected to the output side of the inverter, and iron loss and copper loss occur in the reactor. Further, if the load is a motor or a transformer, iron loss occurs even when there is no load. Since these losses need to be supplied from the inverter, the inverter always outputs a small amount of active power. The fourth embodiment is based on this idea.

ここでは、インバータ出力電流のd軸成分Id*が零に近く、Vdc1>Vdc2でコンデンサC2を充電したいと仮定する。この時、零相電圧算出部11の出力は正の値になる。また、ゲインK>0、インバータ出力電流のd軸成分Id*はリミッタ23で1となって乗算器24に入力されるため、乗算器24の出力は正の値になり、これが加算器25,15を介して出力電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*に加算される。少しであるが有効電力を出力している状態であるため、表1の番号1,3のスイッチングパターンが多く現れるようになり、結果としてコンデンサC2の充電が促される。 Here, it is assumed that the d-axis component Id * of the inverter output current is close to zero and it is desired to charge the capacitor C2 with Vdc1> Vdc2. At this time, the output of the zero-phase voltage calculator 11 becomes a positive value. Further, since the gain K> 0 and the d-axis component Id * of the inverter output current becomes 1 by the limiter 23 and is input to the multiplier 24, the output of the multiplier 24 becomes a positive value. 15 is added to the output voltage command values Vu * , Vv * , Vw * . Since the active power is being output a little, a large number of switching patterns 1 and 3 in Table 1 appear, and as a result, charging of the capacitor C2 is prompted.

また、リミッタ23により、インバータ出力電流のd軸成分Id*がある程度大きくなれば直流オフセット加算部26の出力は零になる。しかし、この時はある程度大きな出力電流があり、これまでの制御ブロック(実施形態1の制御ブロック)だけで十分な中性点電位制御の効果が得られる。 If the limiter 23 increases the d-axis component Id * of the inverter output current to some extent, the output of the DC offset adding unit 26 becomes zero. However, there is a certain amount of output current at this time, and a sufficient neutral point potential control effect can be obtained only by the control block thus far (the control block of the first embodiment).

以上示したように、本実施形態4によれば、実施形態1の作用効果に加え、インバータが常に有効電力を出力していると仮定して、出力電圧指令値に直流のオフセットを加算することで、軽負荷時における中性点電位制御の効果を向上することが可能となる。   As described above, according to the fourth embodiment, in addition to the function and effect of the first embodiment, it is assumed that the inverter always outputs active power, and a DC offset is added to the output voltage command value. Thus, the effect of neutral point potential control at light load can be improved.

また、負荷が直流側にあり、インバータの主な目的が有効電力を入力して交流電力を直流電力に変換することであれば、直流側で発生する損失をインバータで補償する必要がある。このような用途では、インバータは常に少しの有効電力を入力している、と考えることができる。この場合、ゲインKとして負の値を指定することで、同様の効果を得ることができる。   Further, if the load is on the DC side and the main purpose of the inverter is to input active power and convert AC power to DC power, it is necessary to compensate the loss generated on the DC side with the inverter. In such an application, it can be considered that the inverter always receives a little active power. In this case, the same effect can be obtained by specifying a negative value as the gain K.

さらに、中性点電位制御にインバータ電流の検出値を用いる場合、電流検出器の調整が不十分でオフセットやゲインにずれがある状態では、軽負荷時に電流検出器の検出誤差が相対的に大きくなる。この状態では、これまでの制御ブロックだけでは中性点電位制御の効果が低下、または逆に中性点電位のアンバランスを拡大する恐れもある。しかし、直流オフセット加算部26により、電流検出を用いずにインバータの運転状態を推定するため、中性点電位バランス制御の効果を向上させることが可能となる。   In addition, when using the detected value of the inverter current for neutral point potential control, the detection error of the current detector is relatively large at light loads when the current detector is not fully adjusted and there is a deviation in offset or gain. Become. In this state, there is a possibility that the neutral point potential control effect is reduced only by the control blocks so far, or the neutral point potential imbalance is increased. However, since the inverter operating state is estimated by the DC offset adding unit 26 without using current detection, the effect of neutral point potential balance control can be improved.

[実施形態5]
図7に本実施形態5における3レベルインバータの制御装置1Eの構成を示す。図7に示すように、本実施形態5は実施形態4に対し、インバータ出力電流のd軸成分Id*の符号を検出する符号検出部27と、符号検出部27の出力とゲインKとの積を演算する乗算器28と、を加えた構成である。
[Embodiment 5]
FIG. 7 shows the configuration of a control device 1E for a three-level inverter in the fifth embodiment. As shown in FIG. 7, the fifth embodiment is different from the fourth embodiment in the sign detection unit 27 that detects the sign of the d-axis component Id * of the inverter output current, and the product of the output of the sign detection unit 27 and the gain K. Is added to the multiplier 28.

本実施形態5では、インバータの主用途が有効電力の入出力両方である場合を想定している。このような場合、ゲインKの符号をあらかじめ決めることはできない。そこで符号検出部27でインバータ出力のd軸成分Id*の向きを検出し、インバータ出力のd軸成分Id*の符号が変化した場合、乗算器28によりゲインKの符号を変更する。これにより、インバータの扱う有効電力の向きが変化する場合でも、軽負荷時の中性点電位の効果を向上することが可能となる。 In the fifth embodiment, it is assumed that the main application of the inverter is both active power input and output. In such a case, the sign of the gain K cannot be determined in advance. Therefore, the sign detector 27 detects the direction of the d-axis component Id * of the inverter output, and when the sign of the d-axis component Id * of the inverter output changes, the multiplier 28 changes the sign of the gain K. Thereby, even when the direction of the active power handled by the inverter changes, it is possible to improve the effect of the neutral point potential at light load.

なお、前記符号検出部27はヒステリシスを持たせてあり、入力であるインバータ出力のd軸成分Id*が零に近い場合は、出力は前回の検出結果を出力するようにしている。 The sign detection unit 27 has hysteresis, and when the d-axis component Id * of the inverter output that is an input is close to zero, the output outputs the previous detection result.

以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。   Although the present invention has been described in detail only for the specific examples described above, it is obvious to those skilled in the art that various changes and modifications are possible within the scope of the technical idea of the present invention. Such variations and modifications are naturally within the scope of the claims.

例えば、図3に示す電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*は、フィードフォワードで与えられた値でもよく、また、インバータ出力電流やインバータ出力電圧の検出値と指令値を比較した偏差を電流制御,電圧制御したアンプ出力結果としてもよい。 For example, the voltage command values Vu * , Vv * , and Vw * shown in FIG. 3 may be values given by feedforward, and the difference between the detected value of the inverter output current or the inverter output voltage and the command value is the current. It may be the result of amplifier output that is controlled and voltage controlled.

また、インバータ出力電流検出値Iinvu,Iinvv,Iinvwは、PWMスイッチングノイズを除去するためローパスフィルタLPFを追加してもよい。さらに、電流制御を構成している場合は指令値を使用することもできる。指令値であればノイズや外乱、検出やフィルタの遅延がないため中性点電位制御の効果が高くなる。   Further, the inverter output current detection values Iinvu, Iinvv, Iinvw may be added with a low-pass filter LPF in order to remove PWM switching noise. Further, when current control is configured, a command value can be used. If the command value is used, there is no noise, disturbance, detection or filter delay, and the effect of neutral point potential control is enhanced.

また、ローパスフィルタLPF2を、入力信号を所定の変化率以内に制限して出力する変化率制限器に置き換えてもよい。   Further, the low-pass filter LPF2 may be replaced with a rate-of-change limiter that outputs an input signal by limiting the signal within a predetermined rate of change.

さらに、前記実施形態3は、例えば、ハイパスフィルタHPF21に対してローパスフィルタも追加したバンドパスフィルタとし、150Hzより高くかつスイッチング周波数より低い周波数信号を取り出して補償に用いることや、ハイパスフィルタHPF21の代わりにバンドエリミネーションフィルタを適用して150Hzだけを処理する方法であっても良い。さらに、図5の零相電圧算出部11の中にあるローパスフィルタLPF1をバンドエリミネーションフィルタに変更することや、フィルタ21と零相電圧算出部11の中にあるフィルタをまとめて加算器18の出力側に移動することもできる。   Further, the third embodiment is, for example, a bandpass filter in which a lowpass filter is added to the highpass filter HPF21, and a frequency signal higher than 150 Hz and lower than the switching frequency is taken out and used for compensation, or instead of the highpass filter HPF21. Alternatively, a band elimination filter may be applied to process only 150 Hz. Further, the low pass filter LPF1 in the zero phase voltage calculation unit 11 in FIG. 5 is changed to a band elimination filter, or the filters 21 and the filters in the zero phase voltage calculation unit 11 are collectively combined. It can also be moved to the output side.

1A,1B…3レベルインバータの制御装置
2…中性点電位推定回路
11…零相電圧算出部
14…リミッタ
15…加算器
20…符号決定部
C1,C2…コンデンサ
T1〜T4…スイッチング素子
Vdc1,Vdc2…中性点電位
Vu*,Vv*,Vw*…電圧指令値
Vu*´,Vv*´,Vw*´…補正電圧指令値
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1A, 1B ... Control apparatus of 3 level inverter 2 ... Neutral point potential estimation circuit 11 ... Zero phase voltage calculation part 14 ... Limiter 15 ... Adder 20 ... Sign determination part C1, C2 ... Capacitor T1-T4 ... Switching element Vdc1, Vdc2: neutral point potential Vu * , Vv * , Vw * ... voltage command value Vu * ', Vv * ', Vw * '... correction voltage command value

Claims (7)

直流端子間に直列接続され、直流端子間の直流電圧を1/2に分圧し、この分圧点を中性点とする複数のコンデンサと、
前記複数のコンデンサに印加される3レベルの直流電圧を補正電圧指令値に基づいて交流電圧に変換する複数のスイッチング素子と、を備えた3レベルインバータの制御装置であって、
前記各直流端子と前記中性点間の電圧の偏差に基づいて零相電圧を算出する零相電圧算出部と、
前記零相電圧と電圧指令値とを加算して補正電圧指令値を算出する加算器と、
各相の中性点電流を推定する中性点電流推定回路と、
前記中性点電流推定回路で推定された中性点電流のうち絶対値が最も大きい相の電圧指令値の符号とインバータ出力電流検出値の符号に基づいて電圧指令値に加算する零相電圧の符号を決定する符号決定部と、を備えたことを特徴とする3レベルインバータの制御装置。
A plurality of capacitors that are connected in series between the DC terminals, divide the DC voltage between the DC terminals by half, and have this voltage dividing point as a neutral point;
A control device for a three-level inverter comprising: a plurality of switching elements that convert a three-level DC voltage applied to the plurality of capacitors into an AC voltage based on a correction voltage command value;
A zero-phase voltage calculator that calculates a zero-phase voltage based on a voltage deviation between each DC terminal and the neutral point;
An adder that calculates the corrected voltage command value by adding the zero-phase voltage and the voltage command value;
A neutral point current estimation circuit for estimating the neutral point current of each phase;
The zero-phase voltage to be added to the voltage command value based on the sign of the voltage command value of the phase having the largest absolute value and the sign of the inverter output current detection value among the neutral point currents estimated by the neutral point current estimation circuit. A control device for a three-level inverter, comprising: a code determination unit that determines a code.
前記零相電圧算出部は、
各相の中性点電流の和に予め設定されたゲインを乗算した値を、零相電圧に加算することにより零相電圧を補正することを特徴とする請求項1記載の3レベルインバータの制御装置。
The zero-phase voltage calculator is
2. The control of a three-level inverter according to claim 1, wherein the zero-phase voltage is corrected by adding a value obtained by multiplying a sum of neutral point currents of respective phases by a preset gain to the zero-phase voltage. apparatus.
前記零相電圧算出部は、
前記各相の中性点電流の和に予め設定されたゲインを乗算した値の少なくとも高周波数成分を抽出するフィルタを備え、この高周波数成分を零相電圧に加算することにより零相電圧を補正することを特徴とする請求項2記載の3レベルインバータの制御装置。
The zero-phase voltage calculator is
A filter that extracts at least the high frequency component of the value obtained by multiplying the sum of the neutral point currents of each phase by a preset gain is added, and the zero phase voltage is corrected by adding this high frequency component to the zero phase voltage. 3. The control device for a three-level inverter according to claim 2, wherein:
中性点電流推定値のうち絶対値が最も大きい相のインバータ出力電流検出値の符号と零相電圧の符号との乗算結果が、+の場合は零相電圧の絶対値の上限値を1とし、前記乗算結果が−の場合は零相電圧の絶対値の上限値を中性点電流のうち絶対値が最も大きい相の電圧指令値の絶対値とするリミッタを設けたことを特徴とする請求項1〜3のうち何れか1項に記載の3レベルインバータの制御装置。   If the sign of the inverter output current detection value of the phase with the largest absolute value of the estimated neutral point current value and the sign of the zero phase voltage is +, the upper limit value of the absolute value of the zero phase voltage is set to 1. When the multiplication result is-, a limiter is provided that sets the upper limit value of the absolute value of the zero-phase voltage as the absolute value of the voltage command value of the phase having the largest absolute value among the neutral point currents. The control device for a three-level inverter according to any one of Items 1 to 3. 前記中性点電流推定回路は、
1から各相の電圧指令値を減算した値にインバータ出力電流検出値を乗算した値を各相の中性点電流として推定することを特徴とする請求項1〜4のうち何れか1項に記載の3レベルインバータの制御装置。
The neutral point current estimation circuit includes:
The value obtained by subtracting the voltage command value of each phase from 1 and the inverter output current detection value is estimated as a neutral point current of each phase, according to any one of claims 1 to 4. The three-level inverter control device described.
インバータ出力電流のd軸成分が小さい時、
前記零相電圧に直流オフセットを加算することを特徴とする請求項1〜5のうち何れか1項に記載の3レベルインバータの制御装置。
When the d-axis component of the inverter output current is small,
6. The three-level inverter control device according to claim 1, wherein a DC offset is added to the zero-phase voltage.
前記直流オフセットは、
インバータ出力電流のd軸成分の符号に基づいて、符号を切り換えることを特徴とする請求項6記載の3レベルインバータの制御装置。
The DC offset is
7. The control apparatus for a three-level inverter according to claim 6, wherein the sign is switched based on the sign of the d-axis component of the inverter output current.
JP2012264876A 2012-04-19 2012-12-04 3-level inverter controller Expired - Fee Related JP6225418B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012264876A JP6225418B2 (en) 2012-04-19 2012-12-04 3-level inverter controller

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012095199 2012-04-19
JP2012095199 2012-04-19
JP2012264876A JP6225418B2 (en) 2012-04-19 2012-12-04 3-level inverter controller

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013240262A true JP2013240262A (en) 2013-11-28
JP6225418B2 JP6225418B2 (en) 2017-11-08

Family

ID=49764811

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012264876A Expired - Fee Related JP6225418B2 (en) 2012-04-19 2012-12-04 3-level inverter controller

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6225418B2 (en)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103973143A (en) * 2014-05-09 2014-08-06 浙江大学 Control method for restraining point potential fluctuation in three-level grid-connected inverter
CN104038091A (en) * 2014-07-04 2014-09-10 国家电网公司 Three-level converter direct-current side neutral-point voltage balance control method based on SVPWM
KR101561001B1 (en) 2015-02-12 2015-10-16 성균관대학교산학협력단 Forming Method Of Control Signal for 3-Level NPC Inverter, Apparatus of Forming Control Signal for 3-Level NPC Inverter Using Thereof
CN105226981A (en) * 2015-10-26 2016-01-06 中国矿业大学 A kind of space vector modulating method with neutral-point-potential balance control
JP2016082786A (en) * 2014-10-20 2016-05-16 株式会社東芝 Neutral point clamp type power conversion device and control method therefor
CN107634674A (en) * 2017-10-17 2018-01-26 广州智光电气股份有限公司 The neutral-point-potential balance control device and method of three level energy back feed devices
CN110365239A (en) * 2018-04-11 2019-10-22 株式会社东芝 The control method of power-converting device and power-converting device
KR20210009139A (en) * 2019-07-16 2021-01-26 강원대학교산학협력단 Method for improving the dc input voltage utilization of an inverter for the enhanced output torque of ac motors and three-phase inverter voltage compensation circuit
CN115241926A (en) * 2022-09-16 2022-10-25 深圳市首航新能源股份有限公司 Bus voltage control method, bus balance control method and system

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06351263A (en) * 1993-06-04 1994-12-22 Toshiba Corp Inverter controller
JPH08317663A (en) * 1995-05-15 1996-11-29 Toshiba Corp Control device for clamped-neutral type power converter
JPH09182461A (en) * 1995-12-25 1997-07-11 Toshiba Corp Npc inverter
JPH10295090A (en) * 1997-04-17 1998-11-04 Hitachi Ltd Three-level inverter device
JP2003169480A (en) * 2001-11-30 2003-06-13 Toshiba Corp Control apparatus for neutral point clamp system power converter
US20110141786A1 (en) * 2010-09-29 2011-06-16 General Electric Company Dc-link voltage balancing system and method for multilevel converters
JP2011239564A (en) * 2010-05-10 2011-11-24 Toshiba Corp Neutral point clamp type power conversion equipment

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06351263A (en) * 1993-06-04 1994-12-22 Toshiba Corp Inverter controller
JPH08317663A (en) * 1995-05-15 1996-11-29 Toshiba Corp Control device for clamped-neutral type power converter
JPH09182461A (en) * 1995-12-25 1997-07-11 Toshiba Corp Npc inverter
JPH10295090A (en) * 1997-04-17 1998-11-04 Hitachi Ltd Three-level inverter device
JP2003169480A (en) * 2001-11-30 2003-06-13 Toshiba Corp Control apparatus for neutral point clamp system power converter
JP2011239564A (en) * 2010-05-10 2011-11-24 Toshiba Corp Neutral point clamp type power conversion equipment
US20110141786A1 (en) * 2010-09-29 2011-06-16 General Electric Company Dc-link voltage balancing system and method for multilevel converters

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103973143A (en) * 2014-05-09 2014-08-06 浙江大学 Control method for restraining point potential fluctuation in three-level grid-connected inverter
CN103973143B (en) * 2014-05-09 2016-07-06 浙江大学 A kind of control method suppressing three level grid-connected inverter Neutral-point Potential Fluctuations
CN104038091A (en) * 2014-07-04 2014-09-10 国家电网公司 Three-level converter direct-current side neutral-point voltage balance control method based on SVPWM
JP2016082786A (en) * 2014-10-20 2016-05-16 株式会社東芝 Neutral point clamp type power conversion device and control method therefor
KR101561001B1 (en) 2015-02-12 2015-10-16 성균관대학교산학협력단 Forming Method Of Control Signal for 3-Level NPC Inverter, Apparatus of Forming Control Signal for 3-Level NPC Inverter Using Thereof
CN105226981A (en) * 2015-10-26 2016-01-06 中国矿业大学 A kind of space vector modulating method with neutral-point-potential balance control
CN107634674A (en) * 2017-10-17 2018-01-26 广州智光电气股份有限公司 The neutral-point-potential balance control device and method of three level energy back feed devices
CN107634674B (en) * 2017-10-17 2023-09-08 广州智光电气股份有限公司 Neutral point potential balance control device and method for three-level energy feedback device
CN110365239A (en) * 2018-04-11 2019-10-22 株式会社东芝 The control method of power-converting device and power-converting device
CN110365239B (en) * 2018-04-11 2022-03-11 株式会社东芝 Power conversion device and control method for power conversion device
KR20210009139A (en) * 2019-07-16 2021-01-26 강원대학교산학협력단 Method for improving the dc input voltage utilization of an inverter for the enhanced output torque of ac motors and three-phase inverter voltage compensation circuit
CN115241926A (en) * 2022-09-16 2022-10-25 深圳市首航新能源股份有限公司 Bus voltage control method, bus balance control method and system
CN115241926B (en) * 2022-09-16 2023-02-28 深圳市首航新能源股份有限公司 Bus voltage control method, bus balance control method and system

Also Published As

Publication number Publication date
JP6225418B2 (en) 2017-11-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6225418B2 (en) 3-level inverter controller
US10826378B2 (en) Power conversion apparatus for interconnection with a three-phrase ac power supply
WO2020136699A1 (en) Power conversion device
JP6544170B2 (en) Control device for 3-level inverter
JP2013255317A (en) Control device for three-level inverter
JP2008306805A (en) Power conversion device
JP6730946B2 (en) Power converter controller
KR101929519B1 (en) Three level neutral point clamped inverter system having imbalance capacitor voltages and its control method
JP5622437B2 (en) Neutral point clamp type power converter
JP2014207798A (en) Controller
JP5051127B2 (en) Power converter and control method thereof
JP3856689B2 (en) Neutral point clamp type power converter controller
JP6418020B2 (en) Control method of parallel connection system of three level inverter and parallel connection system of three level inverter
JP2018148709A (en) Controller of multilevel power conversion circuit
JP6394401B2 (en) 5-level power converter and control method
JP2016046962A (en) Multilevel power conversion device
JP5953881B2 (en) 3-level rectifier controller
Benaissa et al. Power quality improvement using fuzzy logic controller for five-level shunt active power filter under distorted voltage conditions
JP5787053B2 (en) Control device for three-phase V-connection converter
JP2016015816A (en) Controller of 5 level converter
JP6361398B2 (en) Control device for power conversion device for grid connection, and power conversion device for grid connection
JP6480290B2 (en) Power converter
JP2017163801A (en) Motor drive device
JP5768957B2 (en) Control device for three-phase V-connection inverter
JP2016015847A (en) Multilevel power converter

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150915

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160714

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160809

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160915

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170307

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170410

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170912

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170925

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6225418

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees