JP2016067169A - マトリクスコンバータ、発電システムおよび電力変換方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】マトリクスコンバータ1は、電力変換部10と制御部20とを備える。電力変換部は、複数の入力相のそれぞれと複数の出力相のそれぞれとの間に設けられた複数の双方向スイッチを備える。制御部は、複数の入力相のうちの一つを複数の出力相のうちの一つに接続し、複数の出力相のうちの残りに複数の入力相を切り替えて接続するスイッチングパターンの制御指令を生成し、当該制御指令に基づいて電力変換部を制御する。さらに、制御部は、残りの出力相に対して中間電圧の入力相を接続する期間に下限を設けて前記制御指令を生成する。
【選択図】図1
Description
図1は、実施形態に係るマトリクスコンバータの構成例を示す図である。図1に示すように、実施形態に係るマトリクスコンバータ1は、3相交流電源2(以下、交流電源2と記載する)のR相、S相およびT相(複数の入力相の一例)と交流装置3のU相、V相およびW相(複数の出力相の一例)との間に設けられる。交流電源2は、例えば、電力系統であり、交流装置3は、例えば、交流電動機や交流発電機などの回転電機である。
図3は、制御部20の構成例を示す図である。図3に示すように、制御部20は、指令出力部21と、PWM演算部22と、転流制御部23(駆動制御部の一例)とを備える。
図4は、PWM演算部22の構成例を示す図である。図4に示すように、PWM演算部22は、大小関係判定部40と、ベクトル演算部41と、基準電圧判定部42と、電流分配率演算部43と、制御指令生成部44とを備え、空間ベクトル法を用いて、例えば、2相変調法によりPWM制御指令Vo1*を生成する。
|Va|=Vmax−Vmid ・・・(1)
|Vb|=Vmid−Vmin ・・・(2)
α=Im/In ・・・(3)
α=Im/Ip ・・・(4)
図11に示すように、制御指令生成部44は、切替部51と、比率演算部52と、追加部53と、比率調整部54と、制御指令出力部55とを備える。図11は、制御指令生成部44の構成例を示す図である。
(a)中間電圧相Mを出力するベクトル比率に下限値Tminを設ける。
(b)スイッチングパターンに中間電圧相Mを出力する出力ベクトルを加える。
(c)ゼロベクトル出力中のみ出力電圧の領域変化を許可する。
制御指令生成部44は、中間電圧相Mを出力するための出力ベクトルの比率が下限値Tminよりも小さくならないように出力ベクトルの比率を演算することができる。
制御指令生成部44は、基準電圧Ebaseの切り替わり時にパターン番号1〜4のスイッチングパターンに中間電圧相Mが用いられる出力ベクトルを追加することができる。これにより、基準電圧Ebaseの切り替わり時に、出力相に接続される最大電圧相Pと最小電圧相Nとの間で切り替わることを抑制して、段階的に3レベルで変化させることができる。
制御指令生成部44は、ゼロベクトル出力中のみ出力電圧の領域変化を許可することができる。かかる処理は、例えば、制御指令生成部44の切替部51によって行われる。これにより、出力相に接続される最大電圧相Pと最小電圧相Nとの間で切り替わることを抑制して、段階的に3レベルで変化させることができる。なお、ゼロベクトルは、上述した「onベクトル」、「omベクトル」または「opベクトル」であり、U相、V相およびW相がすべて同一の入力相に接続されている状態を示す。
制御指令生成部44は、上述したような下限値Tminの設定や出力ベクトルの追加の際に、各出力ベクトルの比率を調整することができ、これにより、出力電圧の精度を向上させることができる。以下、スイッチングパターンにおける出力ベクトルの比率調整について説明する。
Ta=|Va|/(dEmax+dEmid×α) ・・・(5)
Tbp=α(|Va|+|Vb|)/(dEmax+dEmid×α)・・・(6)
Tb=(|Va|−α|Vb|)/(dEmax+dEmid×α) ・・・(7)
Tcm=α|Va|/(dEmax+dEmid×α) ・・・(8)
Top=1−(Tbp+Tb+Tcm+Ta) ・・・(9)
dEmax=Ep−En ・・・(10)
dEmid=Ep−Em ・・・(11)
dEmid=Em−En ・・・(12)
dEmin=Em−En ・・・(13)
dEmin=Ep−Em ・・・(14)
Ta’=Ta−dEmid×ΔTcm/dEmax ・・・(15)
Tb’=Tb−(dEmid×ΔTbp+dEmin×ΔTcm)/dEmax ・・・(16)
Top’=1−(Tbp’+Tb’+Tcm’+Ta’) ・・・(17)
Ta=|Va|/(dEmax+dEmid×α) ・・・ (18)
Tbp=(1+α)|Vb|/(dEmax+dEmid×α) ・・・(19)
Tap=(α|Va|−|Vb|)/(dEmax+dEmid×α)・・・(20)
Tcm=|Vb|/(dEmax+dEmid×α) ・・・(21)
Top=1−(Tbp+Tap+Tcm+Ta) ・・・(22)
Ta’=Ta−dEmid×ΔTap/dEmax ・・・(23)
Top’=1−(Tbp+Tap’+Tcm+Ta’) ・・・(24)
Ta’=Ta−dEmid×Tan/dEmax ・・・(25)
Top’=1−(Tan+Tbp+Tb+Tcm+Ta’) ・・・(26)
ここで、PWM演算部22により実行される処理の一例について図18を参照して具体的に説明する。図18は、PWM演算部22により実行されるパルス幅演算処理の一例を示すフローチャートである。
2 交流電源
3 交流装置
10 電力変換部
11 LCフィルタ
12 入力電圧検出部
13 出力電流検出部
20 制御部
21 指令出力部
22 PWM演算部
23 転流制御部
31 電流指令生成部
32 電流制御部
33 パルス幅演算部
40 大小関係判定部
41 ベクトル演算部
42 基準電圧判定部
43 電流分配率演算部
44 制御指令生成部
51 切替部
52 比率演算部
53 追加部
54 比率調整部
55 制御指令出力部
Claims (8)
- 複数の入力相のそれぞれと複数の出力相のそれぞれとの間に設けられた複数の双方向スイッチを備える電力変換部と、
前記複数の入力相のうちの一つを前記複数の出力相のうちの一つに接続し、前記複数の出力相のうちの残りに前記複数の入力相を切り替えて接続するスイッチングパターンの制御指令を生成し、当該制御指令に基づいて前記電力変換部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記残りの出力相に対して中間電圧の入力相を接続する期間に下限を設けて前記制御指令を生成する
ことを特徴とするマトリクスコンバータ。 - 前記制御部は、
出力電圧指令を出力する指令出力部と、
前記出力電圧指令に基づいて、前記残りの出力相に対する前記複数の入力相のそれぞれの接続比率を演算し、当該演算結果に基づいて前記制御指令を生成するPWM演算部と、を備え、
前記PWM演算部は、
前記中間電圧の入力相の接続比率を下限値以上に設定する
ことを特徴とする特徴とする請求項1に記載のマトリクスコンバータ。 - 前記PWM演算部は、
前記出力電圧指令に基づいて、前記残りの出力相に対する前記複数の入力相のそれぞれの接続比率を演算する比率演算部と、
前記中間電圧の入力相の接続比率が前記下限値より小さい場合、前記中間電圧の入力相の接続比率を前記下限値に設定し、残りの接続比率の一部または全部を調整する比率調整部と、を備える
ことを特徴とする請求項2に記載のマトリクスコンバータ。 - 前記PWM演算部は、
前記複数の入力相のうち電圧の絶対値が最も大きい入力相の電圧が最大電圧であるか最小電圧であるかによってスイッチングパターンを切り替える切替部と、
前記切替部によってスイッチングパターンが切り替えられる場合に、前記スイッチングパターンの先頭または最後に前記中間電圧の入力相の接続比率を追加する追加部と、を備える
ことを特徴とする請求項2または3に記載のマトリクスコンバータ。 - 前記PWM演算部は、
前記追加部によって前記中間電圧の入力相の接続比率が前記スイッチングパターンに追加された場合、前記スイッチングパターンの接続比率の一部または全部を調整する比率調整部を備える
ことを特徴とする請求項4に記載のマトリクスコンバータ。 - 前記出力電圧指令には、複数の出力相電圧指令が含まれ、
前記スイッチングパターンは、ゼロベクトルと有効ベクトルによって規定され、
前記PWM演算部は、
前記複数の出力相電圧指令の大小関係が変化する場合、ゼロベクトルが出力中であるタイミングでスイッチングパターンを切り替える切替部を備える
ことを特徴とする請求項2〜5のいずれか1つに記載のマトリクスコンバータ。 - 請求項1〜6のいずれか1つに記載のマトリクスコンバータと、前記マトリクスコンバータに接続された発電装置とを備え、
前記マトリクスコンバータは、前記発電装置によって発電された電力を電力系統へ出力する
ことを特徴とする発電システム。 - 複数の入力相のそれぞれと複数の出力相のそれぞれとの間に設けられた複数の双方向スイッチを備える電力変換部を介して、前記複数の入力相のうちの一つを前記複数の出力相のうちの一つに接続し、前記前記複数の出力相のうちの残りに前記複数の入力相を切り替えて接続するスイッチングパターンの制御指令を生成することと、
前記制御指令に基づいて前記電力変換部を制御することと、を含み、
前記制御指令の生成は、前記残りの出力相に対して中間電圧の入力相を接続する期間に下限を設けて行われる
ことを特徴とする電力変換方法。
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