JP2016149913A - Power conversion device - Google Patents

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正嗣 小倉
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a three-level type power conversion device to which a hysteresis comparator control system is applied appropriately.SOLUTION: A power conversion device 1 comprises a three-level type three-phase inverter part 10 and a control part 20. The three-level type three-phase inverter part includes: two switching elements SWand SW(also including SW, SW, SWand SWhereafter) that perform switching in a positive mode for generating a positive side of an output current; and two switching elements SWand SW(also including SW, SW, SWand SWhereafter) that perform switching in a negative mode for generating a negative side of the output current. The control part generates a control signal for controlling the output current within a hysteresis width with respect to a current command value, supplies the control signal to the elements SWand SWin the positive mode and supplies the control signal to the elements SWand SWin the negative mode. When the current command value crosses zero, the control part 20 performs switching mode changeover of the positive mode and the negative mode.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、3レベル型の電力変換装置に関するものである。   The present invention relates to a three-level power converter.

需要家における発電装置(例えば、太陽電池)や蓄電装置を、分散電源として、パワーコンディショナシステム(PCS)を介して、電力事業者の商用電力系統に連系することが知られている。パワーコンディショナシステムは、分散電源からの直流電力を商用電力系統の3相交流電力相当の交流電力に変換するために、インバータ(電力変換装置)を備える。   It is known that a power generation device (for example, a solar battery) or a power storage device in a consumer is connected as a distributed power source to a commercial power system of an electric power company through a power conditioner system (PCS). The power conditioner system includes an inverter (power converter) in order to convert DC power from a distributed power source into AC power equivalent to three-phase AC power of a commercial power system.

この種のインバータとして、3相ブリッジ接続された6つのスイッチング素子を有する2レベル型のインバータが知られている。また、その倍の12個のスイッチング素子(すなわち、相ごとに、その倍の4つのスイッチング素子)を有する3レベル型のインバータも知られている。3レベル型のインバータは、2レベル型のインバータと比較して、高調波を低減することができ、リップルを低減することができる。   As this type of inverter, a two-level inverter having six switching elements connected in a three-phase bridge is known. A three-level inverter having 12 switching elements (that is, four switching elements that are doubled for each phase) is also known. The three-level type inverter can reduce higher harmonics and reduce the ripple than the two-level type inverter.

この種のインバータの制御方式としては、PWM制御方式、ベクトル制御方式などが知られている。特許文献1には、PWM制御方式を用いた3レベル型のインバータが開示されている。   As a control method for this type of inverter, a PWM control method, a vector control method, and the like are known. Patent Document 1 discloses a three-level inverter using a PWM control method.

また、2レベル型のインバータの制御方式としては、ヒステリシスコンパレータ制御方式がある。ヒステリシスコンパレータ制御方式によれば、応答性能を向上することができ、また、リップルを低減することができる。特許文献2には、ヒステリシスコンパレータ方式を用いた2レベル型のインバータが開示されている。   As a control method for the two-level inverter, there is a hysteresis comparator control method. According to the hysteresis comparator control method, the response performance can be improved and the ripple can be reduced. Patent Document 2 discloses a two-level inverter using a hysteresis comparator system.

特開昭64−47277号公報JP-A-64-47277 特許第5493783号公報Japanese Patent No. 5493778

本願発明者らは、特許文献1に記載のような3レベル型のインバータに、特許文献2に記載のようなヒステリシスコンパレータ制御方式を適用することを試みる。   The inventors of the present application try to apply a hysteresis comparator control system as described in Patent Document 2 to a three-level inverter as described in Patent Document 1.

3レベル型のインバータでは、相ごとに、出力電流の正側を生成する正スイッチングモードにおいて2つの正モード用スイッチング素子を排他的にスイッチングさせ、出力電流の負側を生成する負スイッチングモードにおいて残りの2つの負モード用スイッチング素子を排他的にスイッチングさせる。   In the three-level inverter, for each phase, two positive mode switching elements are exclusively switched in the positive switching mode for generating the positive side of the output current, and the remaining in the negative switching mode for generating the negative side of the output current. These two negative mode switching elements are exclusively switched.

この3レベル型のインバータに2レベル型のインバータのためのヒステリシスコンパレータ制御方式を単純に適用しても、2つの正モード用スイッチング素子による正スイッチングモードと、2つの負モード用スイッチング素子による負スイッチングモードとのスイッチングモード切換が適切に行われない。   Even if the hysteresis comparator control method for the two-level type inverter is simply applied to the three-level type inverter, the positive switching mode by the two positive mode switching elements and the negative switching by the two negative mode switching elements Switching mode to mode is not properly performed.

そこで、本発明は、ヒステリシスコンパレータ制御方式を好適に適用した3レベル型の電力変換装置を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a three-level type power conversion device to which the hysteresis comparator control method is suitably applied.

本発明の電力変換装置は、直流電力を交流電力に変換する3レベル型の3相インバータ部であって、相ごとに、出力電流の正側を生成する正スイッチングモードにおいて排他的にスイッチングを行う2つの正モード用スイッチング素子と、出力電流の負側を生成する負スイッチングモードにおいて排他的にスイッチングを行う2つの負モード用スイッチング素子とを有する3相インバータ部と、相ごとに、出力電流を正弦波状の電流指令値に対して第1のヒステリシス幅以内に制御する制御信号を生成して、正スイッチングモードでは制御信号を2つの正モード用スイッチング素子に供給し、負スイッチングモードでは制御信号を2つの負モード用スイッチング素子に供給するヒステリシスコンパレータ方式の制御部とを備え、制御部は、相ごとに、電流指令値がゼロクロスするときに、正スイッチングモードと負スイッチングモードとのスイッチングモード切換を行う。   The power converter of the present invention is a three-level type three-phase inverter unit that converts DC power into AC power, and performs switching exclusively in a positive switching mode that generates the positive side of the output current for each phase. A three-phase inverter section having two switching elements for positive mode and two switching elements for negative mode that perform switching exclusively in a negative switching mode that generates a negative side of the output current, and output current for each phase A control signal for controlling the sinusoidal current command value within the first hysteresis width is generated, and the control signal is supplied to the two positive mode switching elements in the positive switching mode, and the control signal is supplied in the negative switching mode. A control unit of a hysteresis comparator system that supplies two negative mode switching elements. DOO to, when the current command value is zero-crossing, for switching the mode switching between the positive switching mode and negative switching mode.

この電力変換装置によれば、ヒステリシスコンパレータ方式制御のために電流指令値がゼロクロスするときにスイッチングモード切換を行うので、3レベル型の電力変換装置にヒステリシスコンパレータ方式制御を用いても良好に制御可能である。   According to this power converter, switching mode switching is performed when the current command value is zero-crossed for hysteresis comparator control, so control can be performed well even if hysteresis comparator control is used for a three-level power converter. It is.

ところで、本願発明者らは、特許文献2において、スイッチング損失低減を目的とし、ヒステリシスコンパレータ方式制御を用いた2レベル型3相インバータにおいて、電流が大きいピーク付近の所定の期間に、1相のスイッチングを強制的に停止し、他2相にてスイッチングを行うことで出力電力調整を行うことを考案している(以下、強制スイッチング停止制御という)。この強制スイッチング停止制御を、ヒステリシスコンパレータ制御方式を用いた3レベル型3相インバータに適用することを試みたが、強制スイッチング停止制御中に過電流が発生してしまった。   Incidentally, the inventors of the present application disclosed in Patent Document 2 that the switching loss of one phase is reduced in a predetermined period near the peak of a large current in a two-level three-phase inverter using hysteresis comparator system control for the purpose of reducing switching loss. Is forcibly stopped and the output power is adjusted by switching in the other two phases (hereinafter referred to as forced switching stop control). An attempt was made to apply this forced switching stop control to a three-level three-phase inverter using a hysteresis comparator control system, but an overcurrent occurred during the forced switching stop control.

そこで、上記した制御部は、相ごとに、電流指令値の正側のピーク値の時点を含む所定期間だけ、制御信号に依らずに、2つの正モード用スイッチング素子のうちの高電位側入力に接続された一方を強制的にオンさせると共に他方を強制的にオフさせ、かつ、電流指令値の負側のピーク値の時点を含む所定期間だけ、制御信号に依らずに、2つの負モード用スイッチング素子のうちの低電位側入力に接続された一方を強制的にオンさせると共に他方を強制的にオフさせる強制スイッチング停止制御を行い、当該強制スイッチング停止制御中に、出力電流が電流指令値に対して第1のヒステリシス幅よりも広い第2のヒステリシス幅から外れる場合に、当該強制スイッチング停止制御を終了する形態であってもよい。   Therefore, for each phase, the above-described control unit does not depend on the control signal for a predetermined period including the time point of the positive peak value of the current command value, and does not depend on the control signal. The two negative modes are forcibly turned on and the other are forcibly turned off, and only for a predetermined period including the time point of the negative peak value of the current command value without depending on the control signal. Forcible switching stop control that forcibly turns on one of the switching elements connected to the low-potential side input and forcibly turns off the other is performed. During the forced switching stop control, the output current is a current command value. In contrast, the forced switching stop control may be terminated when the second hysteresis width is larger than the first hysteresis width.

これによれば、3相のうちの何れか1相の強制スイッチング停止制御中に、出力電流が電流指令値に対して第1のヒステリシス幅よりも広い第2のヒステリシス幅から外れる場合に、自相の強制スイッチング停止制御を終了するので、過電流の発生を抑制することができる。   According to this, during the forced switching stop control of any one of the three phases, when the output current deviates from the second hysteresis width wider than the first hysteresis width with respect to the current command value, Since the forced switching stop control of the phase is terminated, the occurrence of overcurrent can be suppressed.

また、上記した制御部は、相ごとに、電流指令値の正側のピーク値の時点を含む所定期間だけ、制御信号に依らずに、2つの正モード用スイッチング素子のうちの高電位側入力に接続された一方を強制的にオンさせると共に他方を強制的にオフさせ、かつ、電流指令値の負側のピーク値の時点を含む所定期間だけ、制御信号に依らずに、2つの負モード用スイッチング素子のうちの低電位側入力に接続された一方を強制的にオンさせると共に他方を強制的にオフさせる強制スイッチング停止制御を行い、当該強制スイッチング停止制御中に、出力電流が電流指令値に対して第1のヒステリシス幅よりも広い第2のヒステリシス幅から外れる場合に、当該強制スイッチング停止制御を継続すると共に、当該強制スイッチング停止制御を行っていない相において電流指令値のゼロクロス時点に先行してスイッチングモード切換を行う形態であってもよい。   In addition, the above-described control unit is configured to input, for each phase, a high-potential-side input of the two positive-mode switching elements for a predetermined period including the time point of the positive peak value of the current command value without depending on the control signal. The two negative modes are forcibly turned on and the other are forcibly turned off, and only for a predetermined period including the time point of the negative peak value of the current command value without depending on the control signal. Forcible switching stop control that forcibly turns on one of the switching elements connected to the low-potential side input and forcibly turns off the other is performed. During the forced switching stop control, the output current is a current command value. In contrast, when the second hysteresis width is larger than the first hysteresis width, the forced switching stop control is continued and the forced switching stop control is performed. It may be in a form for switching mode switching prior to the zero crossing point of the current command value in the stomach phase.

これによれば、3相のうちの何れか1相の強制スイッチング停止制御中に、出力電流が電流指令値に対して第1のヒステリシス幅よりも広い第2のヒステリシス幅から外れる場合に、自相の強制スイッチング停止制御を継続すると共に、強制スイッチング停止制御を行っていない他相において電流指令値のゼロクロス時点に先行してスイッチングモード切換を行うので、過電流の発生を抑制することができる。   According to this, during the forced switching stop control of any one of the three phases, when the output current deviates from the second hysteresis width wider than the first hysteresis width with respect to the current command value, The forced switching stop control of the phase is continued, and the switching mode switching is performed prior to the zero crossing time point of the current command value in the other phase where the forced switching stop control is not performed, so that the occurrence of overcurrent can be suppressed.

また、上記した3相インバータ部は、相ごとに、高電位側入力と対応の相出力との間に接続された第1のスイッチング素子と、対応の相出力と低電位側入力との間に接続された第2のスイッチング素子と、高電位側入力と低電位側入力との中間の中性点入力と、対応の相出力との間に直列に接続された第3及び第4のスイッチング素子とを備え、第1及び第3のスイッチング素子が上記した2つの正モード用スイッチング素子であり、第2及び第4のスイッチング素子が上記した2つの負モード用スイッチング素子である形態であってもよい。   The three-phase inverter unit described above includes, for each phase, a first switching element connected between the high-potential side input and the corresponding phase output, and the corresponding phase output and the low-potential side input. Third and fourth switching elements connected in series between the connected second switching element, a neutral point input intermediate between the high potential side input and the low potential side input, and the corresponding phase output And the first and third switching elements are the two positive mode switching elements, and the second and fourth switching elements are the two negative mode switching elements. Good.

また、上記した3相インバータ部は、相ごとに、高電位側入力と対応の相出力との間に順に直列に接続された第1及び第4のスイッチング素子と、対応の相出力と低電位側入力との間に順に直列に接続された第3及び第2のスイッチング素子と、第3及び第2のスイッチング素子間の接続点から、高電位側入力と低電位側入力との中間の中性点入力へ向けて順方向接続された第1の中性点クランプダイオードと、中性点入力から、第1及び第4のスイッチング素子間の接続点へ向けて順方向接続された第2の中性点クランプダイオードとを備え、第1及び第3のスイッチング素子が上記した2つの正モード用スイッチング素子であり、第2及び第4のスイッチング素子が上記した2つの負モード用スイッチング素子である形態であってもよい。   Further, the above-described three-phase inverter unit includes, for each phase, the first and fourth switching elements connected in series between the high potential side input and the corresponding phase output, the corresponding phase output and the low potential. From the connection point between the third and second switching elements connected in series in series with the side input and the third and second switching elements, the intermediate point between the high potential side input and the low potential side input A first neutral point clamp diode forward-connected toward the sex point input, and a second forward-connected from the neutral point input toward the connection point between the first and fourth switching elements. A neutral point clamp diode, wherein the first and third switching elements are the two positive mode switching elements described above, and the second and fourth switching elements are the two negative mode switching elements described above. It may be in form

また、上記した制御部は、相ごとに、電流指令値の正側のピーク値の時点を含む所定期間だけ、制御信号に依らずに、2つの正モード用スイッチング素子のうちの高電位側入力に接続された一方を強制的にオンさせると共に他方を強制的にオフさせ、かつ、電流指令値の負側のピーク値の時点を含む所定期間だけ、制御信号に依らずに、2つの負モード用スイッチング素子のうちの低電位側入力に接続された一方を強制的にオンさせると共に他方を強制的にオフさせる強制スイッチング停止制御を行い、当該強制スイッチング停止制御中に、出力電流が電流指令値に対して第1のヒステリシス幅よりも広い第2のヒステリシス幅から外れる場合に、当該強制スイッチング停止制御を終了する第1の機能と、当該強制スイッチング停止制御を継続すると共に、当該強制スイッチング停止制御を行っていない相において電流指令値のゼロクロス時点に先行してスイッチングモード切換を行う第2の機能とを有し、3相インバータ部の効率が高くなるように、第1の機能と第2の機能との何れか一方を選択実行する形態であってもよい。   In addition, the above-described control unit is configured to input, for each phase, a high-potential-side input of the two positive-mode switching elements for a predetermined period including the time point of the positive peak value of the current command value without depending on the control signal. The two negative modes are forcibly turned on and the other are forcibly turned off, and only for a predetermined period including the time point of the negative peak value of the current command value without depending on the control signal. Forcible switching stop control that forcibly turns on one of the switching elements connected to the low-potential side input and forcibly turns off the other is performed. During the forced switching stop control, the output current is a current command value. On the other hand, when the second hysteresis width is larger than the first hysteresis width, the first function for terminating the forced switching stop control and the forced switching stop control are continued. And a second function of switching the switching mode prior to the zero crossing point of the current command value in the phase where the forced switching stop control is not performed, so that the efficiency of the three-phase inverter unit is increased. It may be a form in which either one of the first function and the second function is selected and executed.

例えば、3相インバータ部の交流出力電流が大きいときを考える。このとき、自相の強制スイッチング停止制御を終了する第1の機能を選択すると、電流ピーク付近でのスイッチングを再開することによりスイッチング損失が増加し、効率が低下することが予想される。一方、自相の強制スイッチング停止制御を継続すると共に、強制スイッチング停止制御を行っていない他相において電流指令値のゼロクロス時点に先行してスイッチングモード切換を行う第2の機能を選択すると、このとき、他相の電流は比較的に小さいのでスイッチング損失が比較的に小さく、効率が比較的に高いことが予想される。   For example, consider a case where the AC output current of the three-phase inverter unit is large. At this time, if the first function for ending the self-phase forced switching stop control is selected, switching loss is increased by resuming switching in the vicinity of the current peak, and efficiency is expected to decrease. On the other hand, when the second function for switching the switching mode prior to the zero crossing point of the current command value is selected in the other phase in which the forced switching stop control of the own phase is continued and the forced switching stop control is not performed, Since the current of the other phase is relatively small, it is expected that the switching loss is relatively small and the efficiency is relatively high.

3相インバータ部の効率は、3相インバータ部の直流入力電圧、直流入力電流(すなわち、直流電源の電圧、電流)、交流出力電圧、交流出力電流(すなわち、電力系統の電圧、電流)に基づいて、或いは、3相インバータ部の直流入力電力(すなわち、直流電源の電力)、交流出力電力(すなわち、電力系統の電力)に基づいて、更には、3相インバータ部の温度、環境温度等のパラメータを考慮に入れて、求めることが可能である。   The efficiency of the three-phase inverter unit is based on the DC input voltage, DC input current (ie, DC power supply voltage and current), AC output voltage, and AC output current (ie, power system voltage and current) of the three-phase inverter unit. Or based on the DC input power of the three-phase inverter unit (that is, the power of the DC power source), the AC output power (that is, the power of the power system), and further, the temperature of the three-phase inverter unit, the environmental temperature, etc. It can be determined taking into account the parameters.

本発明によれば、ヒステリシスコンパレータ制御方式を好適に適用した3レベル型の電力変換装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the three-level type power converter device which applied the hysteresis comparator control system suitably can be provided.

本発明の第1〜第3の実施形態に係る電力変換装置を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the power converter device which concerns on the 1st-3rd embodiment of this invention. 第1の実施形態の制御部を示す回路ブロック図である。It is a circuit block diagram which shows the control part of 1st Embodiment. ヒステリシスコンパレータ方式制御の説明図である。It is explanatory drawing of hysteresis comparator system control. 第1の実施形態の制御部の各部波形を示す図である。It is a figure which shows each part waveform of the control part of 1st Embodiment. 第1の実施形態の電力変換装置のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the power converter device of 1st Embodiment. 図5におけるU相波形を拡大して示す図である。It is a figure which expands and shows the U-phase waveform in FIG. 第2の実施形態の制御部を示す回路ブロック図である。It is a circuit block diagram which shows the control part of 2nd Embodiment. 強制スイッチング停止制御の説明図である。It is explanatory drawing of forced switching stop control. 強制スイッチング停止制御の説明図である。It is explanatory drawing of forced switching stop control. 第2の実施形態の制御部の各部波形を示す図である。It is a figure which shows each part waveform of the control part of 2nd Embodiment. 強制スイッチング停止制御を備え、強制スイッチング停止終了制御を備えない電力変換装置のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of a power converter device which is provided with forced switching stop control and is not provided with forced switching stop termination control. 図11におけるU相波形を拡大して示す図である。It is a figure which expands and shows the U-phase waveform in FIG. 第2の実施形態の電力変換装置のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the power converter device of 2nd Embodiment. 図13における各部波形を拡大して示す図である。It is a figure which expands and shows each part waveform in FIG. 第3の実施形態の制御部を示す回路ブロック図である。It is a circuit block diagram which shows the control part of 3rd Embodiment. 第3の実施形態の制御部の各部波形を示す図である。It is a figure which shows each part waveform of the control part of 3rd Embodiment. 第3の実施形態の電力変換装置のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the power converter device of 3rd Embodiment. 図17における各部波形を拡大して示す図である。It is a figure which expands and shows each part waveform in FIG. 図1に示す3相インバータ部の変形例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the modification of the three-phase inverter part shown in FIG. 図1に示す3相インバータ部の変形例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the modification of the three-phase inverter part shown in FIG.

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
[第1の実施形態]
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals.
[First Embodiment]

図1は、本発明の第1の実施形態に係る電力変換装置を示す回路図である。図1に示す電力変換装置1は、直流電源2を電力系統3に連系させるためのものである。電力変換装置1は、直流電源2からの直流電力を3相交流電力に変換する。電力変換装置1は、3相インバータ部10と、制御部20と、インダクタLとコンデンサCとからなるフィルタと、中性点クランプコンデンサCと、変流器(電流検出器)CTと、計器用変圧器(電圧検出器)VTとを備える。 FIG. 1 is a circuit diagram showing a power conversion device according to the first embodiment of the present invention. A power converter 1 shown in FIG. 1 is for connecting a DC power supply 2 to a power system 3. The power converter 1 converts DC power from the DC power source 2 into three-phase AC power. Power conversion apparatus 1 includes a three-phase inverter unit 10, a control unit 20, and a filter consisting of an inductor L and a capacitor C, and the neutral point clamp capacitors C N, current transformer (current detector) and CT, instrument Transformer (voltage detector) VT.

3相インバータ部10は、直流電源2からの直流電力を3相交流電力に変換し、この3相交流電力を、インダクタLとコンデンサCとからなるフィルタを介して電力系統3へ供給する。3相インバータ部10は、相ごとに4つのスイッチング素子、すなわち、3相で12個のスイッチング素子を有する3レベル型インバータである。具体的には、3相インバータ部10は、U相用第1〜第4のスイッチング素子SWU1,SWU2,SWU3,SWU4、V相用第1〜第4のスイッチング素子SWV1,SWV2,SWV3,SWV4、及び、W相用第1〜第4のスイッチング素子SWW1,SWW2,SWW3,SWW4を有する。各スイッチング素子SWU1〜SWU4、SWV1〜SWV4、SWW1〜SWW4の一例はIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)であるが、これに限られるものではない。各相の構成は同様であるので、以下では、U相の構成について説明し、V相、W相についての説明を省略する。 The three-phase inverter unit 10 converts DC power from the DC power source 2 into three-phase AC power, and supplies the three-phase AC power to the power system 3 via a filter including an inductor L and a capacitor C. The three-phase inverter unit 10 is a three-level inverter having four switching elements for each phase, that is, twelve switching elements in three phases. Specifically, the three-phase inverter unit 10 includes the U-phase first to fourth switching elements SW U1 , SW U2 , SW U3 , SW U4 , and the V-phase first to fourth switching elements SW V1 , SW. V2 , SW V3 , SW V4 , and W-phase first to fourth switching elements SW W1 , SW W2 , SW W3 , SW W4 . An example of the switching elements SW U1 ~SW U4, SW V1 ~SW V4, SW W1 ~SW W4 but is IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), it is not limited thereto. Since the configuration of each phase is the same, the configuration of the U phase will be described below, and the description of the V phase and the W phase will be omitted.

具体的には、第1のスイッチング素子SWU1は、高電位側直流入力電力線LとU相用交流出力電力線Lとの間に接続されており、第2のスイッチング素子SWU2は、U相用交流出力電力線Lと低電位側直流入力電力線Lとの間に接続されている。より具体的には、第1のスイッチング素子SWU1のコレクタ端子は、高電位側直流入力電力線Lに接続されており、第1のスイッチング素子SWU1のエミッタ端子及び第2のスイッチング素子SWU2のコレクタ端子は、U相用交流出力電力線Lに接続されており、第2のスイッチング素子SWU2のエミッタ端子は、低電位側直流入力電力線Lに接続されている。 Specifically, the first switching element SW U1 is connected between the high potential side DC input power line L H and the U-phase AC output power line L U, and the second switching element SW U2 is The phase AC output power line L U and the low potential side DC input power line L L are connected. More specifically, the collector terminal of the first switching element SW U1 is connected to the high potential side DC input power line L H, the emitter terminal of the first switching element SW U1 and the second switching element SW U2 Are connected to the U-phase AC output power line L U , and the emitter terminal of the second switching element SW U2 is connected to the low potential side DC input power line L L.

また、第3のスイッチング素子SWU3と第4のスイッチング素子SWU4とは、高電位側直流入力電力線Lと低電位側直流入力電力線Lとの間に直列接続された2つの中性点クランプコンデンサCの間の中性点入力電力線L、換言すれば、高電位側直流入力電力線Lと低電位側直流入力電力線Lとの中間の電位を有する中性点入力電力線Lと、U相用交流出力電力線Lとの間に互いに逆向きに直列に接続されている。より具体的には、第3のスイッチング素子SWU3のエミッタ端子は、中性点入力電力線Lに接続されており、第3のスイッチング素子SWU3のコレクタ端子は、第4のスイッチング素子SWU4のコレクタ端子に接続されており、第4のスイッチング素子SWU4のエミッタ端子はU相用交流出力電力線Lに接続されている。 Further, the third switching element SW U3 and the fourth switching element SW U4 are two neutral points connected in series between the high potential side DC input power line L H and the low potential side DC input power line L L. The neutral point input power line L N between the clamp capacitors C N , in other words, the neutral point input power line L N having an intermediate potential between the high potential side DC input power line L H and the low potential side DC input power line L L. And the U-phase AC output power line L U are connected in series in opposite directions. More specifically, the emitter terminal of the third switching element SW U3 is connected to the neutral point input power line LN , and the collector terminal of the third switching element SW U3 is the fourth switching element SW U4. of which is connected to the collector terminal, an emitter terminal of the fourth switching element SW U4 is connected to a U-phase AC output power line L U.

第1〜第4のスイッチング素子SWU1,SWU2,SWU3,SWU4には、帰還ダイオード(還流ダイオード、環流ダイオード、フリーホイールダイオードとも呼ぶ)DU1,DU2,DU3,DU4が並列に接続されている。具体的には、帰還ダイオードDU1,DU2,DU3,DU4のアノード端子はそれぞれエミッタ端子に接続され、カソード端子はコレクタ端子に接続される。 The first to fourth switching elements SW U1, SW U2, SW U3 , SW U4, feedback diode (freewheeling diode, freewheeling diodes, also referred to as a freewheeling diode) D U1, D U2, D U3, D U4 parallel It is connected to the. Specifically, the anode terminals of the feedback diodes D U1 , D U2 , D U3 , D U4 are each connected to the emitter terminal, and the cathode terminal is connected to the collector terminal.

第1〜第4のスイッチング素子SWU1,SWU2,SWU3,SWU4のゲート端子には、制御部20からのゲート信号(制御信号)GU1,GU2,GU3,GU4が入力される。 Gate signals (control signals) G U1 , G U2 , G U3 , and G U4 from the control unit 20 are input to gate terminals of the first to fourth switching elements SW U1 , SW U2 , SW U3 , and SW U4. The

本実施形態では、第1のスイッチング素子SWU1と第3のスイッチング素子SWU3とが排他的にスイッチングすることによって、U相出力電流の正側を生成する(正スイッチングモード)。すなわち、第1のスイッチング素子SWU1と第3のスイッチング素子SWU3とが2つの正モード用スイッチング素子である。 In the present embodiment, the first switching element SW U1 and the third switching element SW U3 are exclusively switched to generate the positive side of the U-phase output current (positive switching mode). That is, the first switching element SW U1 and the third switching element SW U3 are two switching elements for the positive mode.

一方、第2のスイッチング素子SWU2と第4のスイッチング素子SWU4とが排他的にスイッチングすることによって、U相出力電流の負側を生成する(負スイッチングモード)。すなわち、第2のスイッチング素子SWU2と第4のスイッチング素子SWU4とが2つの負モード用スイッチング素子である。 On the other hand, when the second switching element SW U2 and the fourth switching element SW U4 are exclusively switched, the negative side of the U-phase output current is generated (negative switching mode). That is, the second switching element SW U2 and the fourth switching element SW U4 are two negative mode switching elements.

制御部20は、ヒステリシスコンパレータ方式を用いてインバータ部10を制御する。具体的には、制御部20は、インバータ部10の各相の出力電流I、I、Iを、各相用の正弦波の電流指令値ICU、ICV、ICWに対して所定のヒステリシス幅±ΔIH1以内に制御するゲート信号GU1〜GU4、GV1〜GV4、GW1〜GW4を作成して、それをインバータ部10の各スイッチング素子SWU1〜SWU4、SWV1〜SWV4、SWW1〜SWW4に供給する。 The control unit 20 controls the inverter unit 10 using a hysteresis comparator method. Specifically, the control unit 20 outputs the output currents I U , I V , I W of each phase of the inverter unit 10 to the sine wave current command values I CU , I CV , I CW for each phase. Gate signals G U1 to G U4 , G V1 to G V4 , and G W1 to G W4 that are controlled within a predetermined hysteresis width ± ΔI H1 are created, and are generated as switching elements SW U1 to SW U4 , The power is supplied to SW V1 to SW V4 and SW W1 to SW W4 .

図2は、制御部20の一例の回路ブロック図である。図2に示す制御部20は、相電圧変換部101と、電流指令値作成部102と、第1ヒステリシス幅設定部103と、第1ヒステリシス上限値演算部104と、第1ヒステリシス下限値演算部105と、第1上限比較部106と、第1下限比較部107と、主ゲート信号作成部108と、正負位相領域判定部109と、全ゲート信号作成部110とを有する。なお、第1上限比較部106と第1下限比較部107とがヒステリシスコンパレータを構成している。   FIG. 2 is a circuit block diagram of an example of the control unit 20. The control unit 20 shown in FIG. 2 includes a phase voltage conversion unit 101, a current command value creation unit 102, a first hysteresis width setting unit 103, a first hysteresis upper limit value calculation unit 104, and a first hysteresis lower limit value calculation unit. 105, a first upper limit comparison unit 106, a first lower limit comparison unit 107, a main gate signal generation unit 108, a positive / negative phase region determination unit 109, and an all gate signal generation unit 110. The first upper limit comparison unit 106 and the first lower limit comparison unit 107 constitute a hysteresis comparator.

相電圧変換部101は、計器用変圧器VTを用いて計測した3相の電力系統3の線間電圧VUV、VVW、VWUを相電圧V、V、Vに変換する。 The phase voltage conversion unit 101 converts the line voltages V UV , V VW , and V WU of the three-phase power system 3 measured using the instrument transformer VT into phase voltages V U , V V , and V W.

電流指令値作成部102は、相電圧変換部101からの各相電圧V、V、Vの位相の情報と、外部から指令される電流振幅指令Iとに基づいて、3相の出力電流I、I、I用の正弦波の電流指令値ICU、ICV、ICWを作成して出力する。図3及び図4に、U相の一例を示す。なお、図3は拡大図であるため、電流指令値ICUが直線に見えるが、実際は図4に示すように正弦波である。電流振幅指令Iは3相に共通である。なお、3相交流では周知のようにU相、V相、W相の位相は、それぞれ120度ずつ遅れているだけであるから、1相の相電圧(例えばU相の相電圧V)の位相を検出し、それより120度ずつ遅らせることでV相とW相の位相を算出するようにしても良い。 Current command value preparing section 102 includes a phase information of the phase voltages V U, V V, V W from the phase-voltage converter 101, based on the current amplitude command I P commanded from the outside, the 3-phase output current I U, I V, a sinusoidal current command value I CU for I W, I CV, thereby creating and outputting I CW. 3 and 4 show an example of the U phase. Since FIG. 3 is an enlarged view, the current command value I CU appears to be a straight line, but is actually a sine wave as shown in FIG. The current amplitude command IP is common to the three phases. As is well known in the case of three-phase alternating current, the phases of the U phase, the V phase, and the W phase are only delayed by 120 degrees each, so that the phase voltage of one phase (for example, the phase voltage V U of the U phase) The phase of the V phase and the W phase may be calculated by detecting the phase and delaying the phase by 120 degrees.

第1ヒステリシス幅設定部103は、ヒステリシスコンパレータ方式制御のための正弦波の電流指令値ICU、ICV、ICWに対しての所定の第1のヒステリシス幅±ΔIH1を設定する。これはこの例では3相に共通である。 The first hysteresis width setting unit 103 sets a predetermined first hysteresis width ± ΔI H1 for the sinusoidal current command values I CU , I CV , and I CW for hysteresis comparator control. This is common to the three phases in this example.

第1ヒステリシス上限値演算部104は、電流指令値作成部102からの電流指令値ICU、ICV、ICW、及び、第1ヒステリシス幅設定部103からの第1のヒステリシス幅+ΔIH1に基づいて、次式に示すように、3相の第1のヒステリシス上限値IH1U、IH1V、IH1Wを演算して出力する。
H1U=ICU+ΔIH1
H1V=ICV+ΔIH1
H1W=ICW+ΔIH1
The first hysteresis upper limit calculation unit 104 is based on the current command values I CU , I CV , I CW from the current command value creation unit 102, and the first hysteresis width + ΔI H1 from the first hysteresis width setting unit 103. Then, as shown in the following equation, the three-phase first hysteresis upper limit values I H1U , I H1V , and I H1W are calculated and output.
I H1U = I CU + ΔI H1
I H1V = I CV + ΔI H1
I H1W = I CW + ΔI H1

第1ヒステリシス下限値演算部105は、電流指令値作成部102からの電流指令値ICU、ICV、ICW、及び、第1ヒステリシス幅設定部103からの第1のヒステリシス幅−ΔIH1に基づいて、次式に示すように、3相の第1のヒステリシス下限値IL1U、IL1V、IL1Wを演算して出力する。
L1U=ICU−ΔIH1
L1V=ICV−ΔIH1
L1W=ICW−ΔIH1
The first hysteresis lower limit value calculation unit 105 sets the current command values I CU , I CV , I CW from the current command value creation unit 102 and the first hysteresis width −ΔI H1 from the first hysteresis width setting unit 103. Based on this, as shown in the following equation, the three-phase first hysteresis lower limit values I L1U , I L1V , and I L1W are calculated and output.
I L1U = I CU −ΔI H1
I L1V = I CV −ΔI H1
I L1W = I CW −ΔI H1

第1上限比較部106は、変流器CTを用いて計測した3相インバータ部10の出力電流I、I、Iと、第1ヒステリシス上限値演算部104からの第1のヒステリシス上限値IH1U、IH1V、IH1Wとをそれぞれ比較する。 The first upper limit comparison unit 106 outputs the output currents I U , I V , I W of the three-phase inverter unit 10 measured using the current transformer CT, and the first hysteresis upper limit value from the first hysteresis upper limit value calculation unit 104. The values I H1U , I H1V and I H1W are respectively compared.

第1下限比較部107は、変流器CTを用いて計測した3相インバータ部10の出力電流I、I、Iと、第1ヒステリシス下限値演算部105からの第1のヒステリシス下限値IL1U、IL1V、IL1Wとをそれぞれ比較する。 The first lower limit comparison unit 107 outputs the output currents I U , I V and I W of the three-phase inverter unit 10 measured using the current transformer CT, and the first hysteresis lower limit value from the first hysteresis lower limit value calculation unit 105. The values I L1U , I L1V and I L1W are respectively compared.

主ゲート信号作成部108は、第1上限比較部106及び第1下限比較部107の比較結果に基づいて、3相インバータ部10のスイッチング素子SWU1〜SWU4、SWV1〜SWV4、SWW1〜SWW4をそれぞれオン・オフさせるための主ゲート信号Q、QX、Q、QX、Q、QXを作成する。各主ゲート信号Q、QX、Q、QX、Q、QXは、論理値1または0を取るパルス信号である。各相の主ゲート信号は位相ずれを除いて略同様であるので、以下では、U相の主ゲート信号について説明する。図3及び図4に示すように、主ゲート信号作成部108は、出力電流Iが、正弦波の電流指令値ICUに対して所定のヒステリシス幅±ΔIH1以内に収まるように、U相のスイッチング素子SWU1〜SWU4をそれぞれオン・オフさせるための主ゲート信号Q、QXを作成する。 The main gate signal generator 108, based on the comparison result of the first upper limit comparison unit 106 and the first lower limit comparison unit 107, the switching element SW U1 to SW U4 of the three-phase inverter unit 10, SW V1 ~SW V4, SW W1 Main gate signals Q U , QX U , Q V , QX V , Q V , and QX V for turning on and off SW W4 are created. Each main gate signal Q U , QX U , Q V , QX V , Q W , QX W is a pulse signal that takes a logical value of 1 or 0. Since the main gate signal of each phase is substantially the same except for the phase shift, the U-phase main gate signal will be described below. As shown in FIG. 3 and FIG. 4, the main gate signal generator 108 is configured so that the output current I U falls within a predetermined hysteresis width ± ΔI H1 with respect to the sine wave current command value I CU . Main gate signals Q U and QX U for turning on / off the switching elements SW U1 to SW U4 are created.

正負位相領域判定部109は、電流指令値が正値である正位相領域と、電流指令値が負値である負位相領域とを判定する。換言すれば、正負位相領域判定部109は、電流指令値のゼロクロス時点を判定する。   The positive / negative phase region determination unit 109 determines a positive phase region where the current command value is a positive value and a negative phase region where the current command value is a negative value. In other words, the positive / negative phase region determination unit 109 determines the zero crossing point of the current command value.

全ゲート信号作成部110は、正負位相領域判定部109の判定結果に基づいて、主ゲート信号作成部108からの主ゲート信号Q、QX、Q、QX、Q、QXを、3相インバータ部10のスイッチング素子SWU1〜SWU4、SWV1〜SWV4、SWW1〜SWW4をそれぞれオン・オフさせるゲート信号GU1〜GU4、GV1〜GV4、GW1〜GW4に割り当てる。各相のゲート信号は位相ずれを除いて略同様であるので、以下では、U相のゲート信号について説明する。 Based on the determination result of the positive / negative phase region determination unit 109, the all gate signal generation unit 110 outputs the main gate signals Q U , QX U , Q V , QX V , Q W , QX W from the main gate signal generation unit 108. Gate signals G U1 to G U4 , G V1 to G V4 , and G W1 to G that turn on and off the switching elements SW U1 to SW U4 , SW V1 to SW V4 , SW W1 to SW W4 of the three-phase inverter unit 10, respectively. Assign to W4 . Since the gate signal of each phase is substantially the same except for the phase shift, the U-phase gate signal will be described below.

図4に示すように、全ゲート信号作成部110は、電流指令値ICUが正値である正位相領域では、主ゲート信号Qを、第1のスイッチング素子SWU1をオン・オフさせるゲート信号GU1に割り当て、主ゲート信号QXを、第3のスイッチング素子SWU3をオン・オフさせるゲート信号GU3に割り当てる。このとき、第2のスイッチング素子SWU2のためのゲート信号GU2には、常時オフ信号を割り当て、第4のスイッチング素子SWU4のためのゲート信号GU4には、常時オン信号を割り当てる。 As shown in FIG. 4, the gate total gate signal generator 110, a positive phase region where the current command value I CU is positive value, the main gate signal Q U, turning on or off the first switching element SW U1 allocated to the signal G U1, the main gate signals QX U, assigned to the third gate signal G U3 to the on-off switching element SW U3. At this time, the gate signal G U2 for the second switching element SW U2, assign the OFF signal always to the gate signal G U4 for a fourth switching element SW U4, it allocates the always-on signal.

また、全ゲート信号作成部110は、電流指令値ICUが負値である負位相領域では、主ゲート信号Qを、第4のスイッチング素子SWU4をオン・オフさせるゲート信号GU4に割り当て、主ゲート信号QXを、第2のスイッチング素子SWU2をオン・オフさせるゲート信号GU2に割り当てる。このとき、第1のスイッチング素子SWU1のためのゲート信号GU1には、常時オフ信号を割り当て、第3のスイッチング素子SWU3のためのゲート信号GU3には、常時オン信号を割り当てる。 The total gate signal generator 110 assigns the negative phase region the current command value I CU is negative value, the main gate signal Q U, the gate signal G U4 to the fourth on-off switching element SW U4 the main gate signal QX U, assigned to the gate signal G U2 for turning on and off the second switching element SW U2. At this time, the gate signal G U1 for the first switching element SW U1, assign the OFF signal always to the gate signal G U3 for the third switching element SW U3, allocates the always-on signal.

なお、全ゲート信号作成部110は、高電位側直流入力電力線L及び低電位側直流入力電力線Lに接続される主なスイッチング素子SWU1、SWU2のゲート信号GU1、GU2の割り当てのみを行い、中性点入力電力線Lに接続される中性相スイッチング素子SWU3、SWU4のゲート信号GU3、GU4として、ゲート信号GU1、GU2の反転信号(NOT信号、排他的信号)を用いてもよい。 The all-gate signal generator 110 assigns the gate signals G U1 and G U2 of the main switching elements SW U1 and SW U2 connected to the high potential side DC input power line L H and the low potential side DC input power line L L. performs only as a gate signal G U3, G U4 neutral phase switching elements SW U3, SW U4 which is connected to the neutral point input power line L N, the inverted signal (NOT signal of the gate signal G U1, G U2, exclusive Target signal) may be used.

換言すれば、全ゲート信号作成部110は、電流指令値ICUが正値である正位相領域では、主ゲート信号Q、QXを、正モード用スイッチング素子である第1のスイッチング素子SWU1と第3のスイッチング素子SWU3とにそれぞれ割り当て(正スイッチングモード)、電流指令値ICUが負値である負位相領域では、主ゲート信号Q、QXを、負モード用スイッチング素子である第2のスイッチング素子SWU2と第4のスイッチング素子SWU4とにそれぞれ割り当てる(負スイッチングモード)。すなわち、制御部20は、電流指令値ICUがゼロクロスするときに、正スイッチングモードと負スイッチングモードとのスイッチングモード切換を行う。 In other words, the all gate signal creation unit 110 converts the main gate signals Q U and QX U into the first switching element SW that is a positive mode switching element in the positive phase region where the current command value I CU is a positive value. In the negative phase region in which the current command value I CU is a negative value assigned to each of U1 and the third switching element SW U3 (positive switching mode), the main gate signals Q U and QX U are Assigned respectively to a certain second switching element SW U2 and fourth switching element SW U4 (negative switching mode). That is, the control unit 20 switches the switching mode between the positive switching mode and the negative switching mode when the current command value ICU crosses zero.

以上説明したように、この第1の実施形態の電力変換装置1によれば、ヒステリシスコンパレータ方式制御のために電流指令値ICU、ICV、ICWがゼロクロスするときに、正スイッチングモードと負スイッチングモードとのスイッチングモード切換を行うので、3レベル型の3相インバータ部10のための制御部20にヒステリシスコンパレータ方式制御を用いても良好に制御可能である。 As described above, according to the power conversion device 1 of the first embodiment, when the current command values I CU , I CV , and I CW are zero- crossed for hysteresis comparator control, the positive switching mode and the negative switching mode are negative. Since the switching mode switching to the switching mode is performed, the control can be satisfactorily performed even when the hysteresis comparator system control is used for the control unit 20 for the three-level type three-phase inverter unit 10.

図5は、第1の実施形態の電力変換装置のシミュレーション結果を示す図であり、図6は、図5におけるU相波形を拡大して示す図である。図5及び図6によれば、良好な出力電流I、I、I波形が得られた。
[第2の実施形態]
FIG. 5 is a diagram illustrating a simulation result of the power conversion device according to the first embodiment, and FIG. 6 is a diagram illustrating an enlarged U-phase waveform in FIG. 5. According to FIG.5 and FIG.6, the favorable output current IU , IV , IW waveform was obtained.
[Second Embodiment]

本発明の第2の実施形態に係る電力変換装置1Aは、図1に示す電力変換装置1において制御部20に代えて制御部20Aを備える構成で第1の実施形態と相違する。制御部20Aは、各相用の電流指令値のピーク値の時点を含む所定期間だけ、上記したヒステリシスコンパレータ方式制御に依らずに、各相用のスイッチング素子を強制的にオン・オフさせる点で第1の実施形態の制御部20と異なる。   1 A of power converter devices which concern on the 2nd Embodiment of this invention differ from 1st Embodiment by the structure provided with control part 20A instead of the control part 20 in the power converter device 1 shown in FIG. The control unit 20A is forcibly turning on / off the switching element for each phase for a predetermined period including the time point of the peak value of the current command value for each phase without depending on the above-described hysteresis comparator control. Different from the control unit 20 of the first embodiment.

図7は、制御部20Aの一例の回路ブロック図である。図7に示す制御部20Aは、図2に示す制御部20に加え、更に、ゼロクロス比較部201と、カウンタ202と、位相決定部203と、強制スイッチング停止信号作成部204と、第2ヒステリシス幅設定部303と、第2ヒステリシス上限値演算部304と、第2ヒステリシス下限値演算部305と、第2上限比較部306と、第2下限比較部307と、第2ヒステリシス幅オーバー判定部308と、強制スイッチング停止継続可否判定部309と、主ゲート信号出力部310とを有する。
(強制スイッチング停止制御)
FIG. 7 is a circuit block diagram of an example of the control unit 20A. In addition to the control unit 20 shown in FIG. 2, the control unit 20A shown in FIG. 7 further includes a zero-cross comparison unit 201, a counter 202, a phase determination unit 203, a forced switching stop signal creation unit 204, and a second hysteresis width. A setting unit 303, a second hysteresis upper limit value calculation unit 304, a second hysteresis lower limit value calculation unit 305, a second upper limit comparison unit 306, a second lower limit comparison unit 307, and a second hysteresis width over determination unit 308, , A forced switching stop continuation determination unit 309 and a main gate signal output unit 310 are provided.
(Forced switching stop control)

ゼロクロス比較部201は、図8に示すように、相電圧変換部101からの1相の相電圧(この例ではU相電圧V)を0V(ボルト)の基準値と比較して、相電圧Vが負のときに論理値1を出力し、0V以上のときに論理値0を出力する。 As shown in FIG. 8, the zero-cross comparison unit 201 compares the one-phase phase voltage (in this example, the U-phase voltage V U ) from the phase voltage conversion unit 101 with a reference value of 0 V (volts), When VU is negative, a logical value 1 is output, and when VU is 0 V or higher, a logical value 0 is output.

カウンタ202は、相電圧Vの一周期ごとに、即ちゼロクロス比較部201の出力の一周期ごとに、ゼロクロス比較部201の出力の立下りエッジ時点から、その立下りエッジ時点のカウント値を0にして、カウントを開始する。 Counter 202, for each one cycle of the phase voltage V U, i.e. for every one period of the output of the zero crossing comparator 201, from the falling edge time of the output of the zero crossing comparator 201, the count value of the falling edge point 0 To start counting.

位相決定部203は、ここでは一例として、予めカウンタ202でカウントした一周期分のカウント値を用いて、その値を360で割って1度当たりのカウント値を算出しておく。そしてカウンタの現在のカウント値に上記1度当たりのカウント値を掛けることにより、相電圧Vの現在の位相[度]を求める。更に、当該3相インバータ装置を動作させる所望の力率を加味することにより、当該力率に応じた電流指令値ICUの位相(これは出力電流Iの位相と同じである)を求める。例えば力率1ならば、相電圧Vと電流指令値ICUとは同じ位相になる。V相、W相の位相は、U相の位相からそれぞれ120度ずつ遅らせることにより求める。 Here, as an example, the phase determination unit 203 uses a count value for one cycle previously counted by the counter 202 and divides the value by 360 to calculate a count value per degree. Then by multiplying the count value of the current count value per above once the counter to determine the current phase of the phase voltage V U [degrees]. Further, by adding a desired power factor for operating the three-phase inverter device, the phase of the current command value I CU corresponding to the power factor (this is the same as the phase of the output current I U ) is obtained. For example, if the power factor is 1, the phase voltage VU and the current command value ICU are in the same phase. The phases of the V phase and the W phase are obtained by delaying each by 120 degrees from the phase of the U phase.

強制スイッチング停止信号作成部204は、図9に示すように、位相決定部203で求めた位相に基づいて、U相を例に説明すると、電流指令値ICUの正側のピーク値の時点を含む所定期間だけ、上記した主ゲート信号作成部108からの主ゲート信号Q、QXに依らずに、上記した2つの正モード用スイッチング素子である第1及び第3のスイッチング素子SWU1,SWU3のうちの第1のスイッチング素子SWU1を強制的にオンさせると共に第3のスイッチング素子SWU3を強制的にオフさせ、かつ、電流指令値ICUの負側のピーク値の時点を含む所定期間だけ、主ゲート信号作成部108からの主ゲート信号Q、QXに依らずに、上記した2つの負モード用スイッチング素子である第2及び第4のスイッチング素子SWU2,SWU4とのうちの第2のスイッチング素子SWU2を強制的にオンさせると共に第4のスイッチング素子SWU4を強制的にオフさせる、強制停止信号SQ、SQXを作成する。同様に、V相でも強制停止信号SQ、SQXを、W相でも強制停止信号SQ、SQXを生成する。強制停止信号SQ、SQX、SQ、SQX、SQ、SQXは、論理値1または0を取るパルス信号である。 As shown in FIG. 9, the forced switching stop signal creation unit 204 will be described based on the phase obtained by the phase determination unit 203 by taking the U phase as an example. The positive peak value time point of the current command value I CU is determined. The first and third switching elements SW U1 , which are the above-described two positive mode switching elements, do not depend on the main gate signals Q U and QX U from the main gate signal generation unit 108 for a predetermined period including. a first switching element SW U1 of the SW U3 forcibly force off the third switching element SW U3 with turning on and including the time of the negative peak value of the current command value I CU predetermined period, the main gate signal Q U from the main gate signal generator 108, irrespective of the QX U, the second and fourth switching a two negative mode switching element having the above-described Forcibly turn off the fourth switching element SW U4 together forcibly turn on the second switching element SW U2 of the element SW U2, SW U4, forced stop signal SQ U, creates a SQX U. Similarly, the forced stop signals SQ V and SQX V are generated even in the V phase, and the forced stop signals SQ W and SQX W are generated also in the W phase. The forced stop signals SQ U , SQX U , SQ V , SQX V , SQ W , SQX W are pulse signals that take a logical value of 1 or 0.

上記所定期間は、例えば、位相の幅で表して60度の期間である。なお、上記所定期間は、60度の期間に限られるものではなく、0度よりも大きくかつ60度以下の期間であれば良い。   The predetermined period is, for example, a period of 60 degrees represented by a phase width. The predetermined period is not limited to a period of 60 degrees, and may be a period that is greater than 0 degrees and less than or equal to 60 degrees.

これにより、3相の内の1相のスイッチング素子を強制的にオン・オフ制御し、残りの2相のスイッチング素子についてヒステリシスコンパレータ方式制御によってスイッチング制御することとなる。
(強制スイッチング停止終了制御)
As a result, one of the three-phase switching elements is forcibly turned on / off, and the remaining two-phase switching elements are controlled by hysteresis comparator control.
(Forced switching stop termination control)

第2ヒステリシス幅設定部303は、電流指令値ICU、ICV、ICWに対しての所定の第2ヒステリシス幅±ΔIH2を設定する。これはこの例では3相に共通である。第2ヒステリシス幅±ΔIH2は、第1のヒステリシス幅±ΔIH1よりも広い。図10に、U相の一例を示す。 The second hysteresis width setting unit 303 sets a predetermined second hysteresis width ± ΔI H2 for the current command values I CU , I CV , and I CW . This is common to the three phases in this example. The second hysteresis width ± ΔI H2 is wider than the first hysteresis width ± ΔI H1 . FIG. 10 shows an example of the U phase.

第2ヒステリシス上限値演算部304は、電流指令値作成部102からの電流指令値ICU、ICV、ICW、及び、第2ヒステリシス幅設定部303からの第2ヒステリシス幅+ΔIH2に基づいて、次式に示すように、3相の第2ヒステリシス上限値IH2U、IH2V、IH2Wを演算して出力する。
H2U=ICU+ΔIH2
H2V=ICV+ΔIH2
H2W=ICW+ΔIH2
The second hysteresis upper limit calculation unit 304 is based on the current command values I CU , I CV , I CW from the current command value creation unit 102, and the second hysteresis width + ΔI H2 from the second hysteresis width setting unit 303. As shown in the following equation, the three-phase second hysteresis upper limit values I H2U , I H2V , and I H2W are calculated and output.
I H2U = I CU + ΔI H2
I H2V = I CV + ΔI H2
I H2W = I CW + ΔI H2

第2ヒステリシス下限値演算部305は、電流指令値作成部102からの電流指令値ICU、ICV、ICW、及び、第2ヒステリシス幅設定部303からの第2ヒステリシス幅−ΔIH2に基づいて、次式に示すように、3相の第2ヒステリシス下限値IL2U、IL2V、IL2Wを演算して出力する。
L2U=ICU−ΔIH2
L2V=ICV−ΔIH2
L2W=ICW−ΔIH2
The second hysteresis lower limit calculation unit 305 is based on the current command values I CU , I CV , I CW from the current command value creation unit 102, and the second hysteresis width −ΔI H2 from the second hysteresis width setting unit 303. Then, as shown in the following equation, the three-phase second hysteresis lower limit values I L2U , I L2V , and I L2W are calculated and output.
I L2U = I CU −ΔI H2
I L2V = I CV −ΔI H2
I L2W = I CW −ΔI H2

第2上限比較部306は、変流器CTを用いて計測した3相インバータ部10の出力電流I、I、Iと、第2ヒステリシス上限値演算部304からの第2ヒステリシス上限値IH2U、IH2V、IH2Wとをそれぞれ比較する。 The second upper limit comparison unit 306 outputs the output currents I U , I V , I W of the three-phase inverter unit 10 measured using the current transformer CT, and the second hysteresis upper limit value from the second hysteresis upper limit calculation unit 304. I H2U , I H2V , and I H2W are respectively compared.

第2下限比較部307は、変流器CTを用いて計測した3相インバータ部10の出力電流I、I、Iと、第2ヒステリシス下限値演算部305からの第2ヒステリシス下限値IL2U、IL2V、IL2Wとをそれぞれ比較する。 The second lower limit comparing unit 307 outputs the output currents I U , I V , I W of the three-phase inverter unit 10 measured using the current transformer CT, and the second hysteresis lower limit value from the second hysteresis lower limit value calculating unit 305. I L2U , I L2V , and I L2W are respectively compared.

第2ヒステリシス幅オーバー判定部308は、第2上限比較部306及び第2下限比較部307の比較結果に基づいて、出力電流I、I、Iが第2ヒステリシス上限値IH2U、IH2V、IH2Wを超えるときに、又は、出力電流I、I、Iが第2ヒステリシス下限値IL2U、IL2V、IL2Wを下回るときに、出力電流I、I、Iが第2ヒステリシス幅±ΔIH2から外れた(オーバー)と判定する(例えば、図10の時点t)。 Based on the comparison results of the second upper limit comparison unit 306 and the second lower limit comparison unit 307, the second hysteresis width over determination unit 308 converts the output currents I U , I V , and I W into the second hysteresis upper limit values I H2U , I H2V, when more than I H2W, or the output current I U, I V, I W is a second hysteresis limit value I L2U, I L2V, when below I L2W, the output current I U, I V, I W Is deviated (over) from the second hysteresis width ± ΔI H2 (for example, time point t U in FIG. 10).

強制スイッチング停止継続可否判定部309は、第2ヒステリシス幅オーバー判定部308の判定結果に基づいて、出力電流I、I、Iが第2ヒステリシス幅±ΔIH2以内であれば、強制スイッチング停止継続可と判定し、強制スイッチング停止信号作成部204からの強制停止信号SQ、SQX、SQ、SQX、SQ、SQXを主ゲート信号出力部310へ供給する。一方、出力電流I、I、Iが第2ヒステリシス幅±ΔIH2から外れた(オーバー)ときには、強制スイッチング停止継続可否判定部309は、強制スイッチング停止継続不可と判定し、強制スイッチング停止信号作成部204からの強制停止信号SQ、SQX、SQ、SQX、SQ、SQXを主ゲート信号出力部310へ供給しない。 The forced switching stop continuation determination unit 309 determines the forced switching based on the determination result of the second hysteresis width over determination unit 308 if the output currents I U , I V , and I W are within the second hysteresis width ± ΔI H2. It is determined that the stop can be continued, and the forced stop signals SQ U , SQX U , SQ V , SQX V , SQ W , SQX W from the forced switching stop signal creation unit 204 are supplied to the main gate signal output unit 310. On the other hand, when the output currents I U , I V , I W deviate from the second hysteresis width ± ΔI H2 (over), the forced switching stop continuation determination unit 309 determines that the forced switching stop cannot be continued, and forcibly stops switching. The forced stop signals SQ U , SQX U , SQ V , SQX V , SQ W , SQX W from the signal creation unit 204 are not supplied to the main gate signal output unit 310.

主ゲート信号出力部310は、図10に示すように、主ゲート信号作成部108からの信号Q、QX、Q、QX、Q、QXと、強制スイッチング停止継続可否判定部309からの強制停止信号SQ、SQX、SQ、SQX、SQ、SQXとに基づいて、強制停止信号SQ、SQX、SQ、SQX、SQ、SQXが供給される期間ではこれを、強制停止信号SQ、SQX、SQ、SQX、SQ、SQXが供給されない期間では信号Q、QX、Q、QX、Q、QXを、主ゲート信号Q、QX、Q、QX、Q、QXとして正負位相領域判定部109へ供給する。 As shown in FIG. 10, the main gate signal output unit 310 includes signals Q U , QX U , Q V , QX V , Q W , QX W from the main gate signal creation unit 108 and a forced switching stop continuation determination unit. Based on the forced stop signals SQ U , SQX U , SQ V , SQX V , SQ W , SQX W from 309, the forced stop signals SQ U , SQX U , SQ V , SQX V , SQ W , SQX W are supplied In the period when the forced stop signals SQ U , SQX U , SQ V , SQX V , SQ W , SQX W are not supplied, the signals Q U , QX U , Q V , QX V , Q W , QX W Are supplied as main gate signals Q U , QX U , Q V , QX V , Q W , QX W to the positive / negative phase region determination unit 109.

その後、上記したように、正負位相領域判定部109及び全ゲート信号作成部110によって、主ゲート信号出力部310からの主ゲート信号Q、QX、Q、QX、Q、QXを、3相インバータ部10のスイッチング素子SWU1〜SWU4、SWV1〜SWV4、SWW1〜SWW4をそれぞれオン・オフさせるゲート信号GU1〜GU4、GV1〜GV4、GW1〜GW4に割り当てる。 Thereafter, as described above, the main gate signals Q U , QX U , Q V , QX V , Q W , QX W from the main gate signal output unit 310 are obtained by the positive / negative phase region determination unit 109 and the all gate signal generation unit 110. the switching element SW U1 ~SW U4, SW V1 ~SW V4, SW W1 ~SW W4 gate signal to each on-off G U1 ~G U4 of the three-phase inverter unit 10, G V1 ~G V4, G W1 ~ assigned to the G W4.

この第2の実施形態の電力変換装置1Aでも、第1の実施形態の電力変換装置1と同様の利点を得ることができる。   Even in the power conversion device 1A of the second embodiment, the same advantages as those of the power conversion device 1 of the first embodiment can be obtained.

ところで、特許文献2に記載の2レベル型3相インバータのための強制スイッチング停止制御を3レベル型3相インバータに適用すると、すなわち、電力変換装置1Aにおいて第2ヒステリシス幅設定部303と、第2ヒステリシス上限値演算部304と、第2ヒステリシス下限値演算部305と、第2上限比較部306と、第2下限比較部307と、第2ヒステリシス幅オーバー判定部308と、強制スイッチング停止継続可否判定部309とによる強制スイッチング停止終了制御を備えず、強制スイッチング停止信号作成部204からの強制停止信号を主ゲート信号出力部310へ直接供給すると、強制スイッチング停止制御中に過電流が発生してしまう(例えば、図10の時点t。なお、時点tにおける過電流は、他のW相の強制スイッチング停止制御に起因するものである。)。 By the way, when the forced switching stop control for the two-level type three-phase inverter described in Patent Document 2 is applied to the three-level type three-phase inverter, that is, in the power conversion device 1A, the second hysteresis width setting unit 303, Hysteresis upper limit calculation unit 304, second hysteresis lower limit calculation unit 305, second upper limit comparison unit 306, second lower limit comparison unit 307, second hysteresis width over determination unit 308, and forced switching stop continuation determination If the forced stop signal from the forced switching stop signal creation unit 204 is directly supplied to the main gate signal output unit 310 without the forced switching stop termination control by the unit 309, an overcurrent occurs during the forced switching stop control. (e.g., time t U in FIG. 10. Note that the overcurrent at time t W is strong in the other W-phase It is due to the switching stop control.).

しかしながら、この第2の実施形態の電力変換装置1Aによれば、第2ヒステリシス幅設定部303と、第2ヒステリシス上限値演算部304と、第2ヒステリシス下限値演算部305と、第2上限比較部306と、第2下限比較部307と、第2ヒステリシス幅オーバー判定部308と、強制スイッチング停止継続可否判定部309とによる強制スイッチング停止終了制御を備え、3相のうちの何れか1相(例えば、図10に示すU相)の強制スイッチング停止制御中に、出力電流I、I、Iが電流指令値ICU、ICV、ICWに対して第1のヒステリシス幅±ΔIH1よりも広い第2のヒステリシス幅±ΔIH2から外れる場合に(例えば、図10の時点t)、自相の強制スイッチング停止制御を終了するので、過電流の発生を抑制することができる。 However, according to the power conversion device 1A of the second embodiment, the second hysteresis width setting unit 303, the second hysteresis upper limit value calculation unit 304, the second hysteresis lower limit value calculation unit 305, and the second upper limit comparison Unit 306, second lower limit comparison unit 307, second hysteresis width over determination unit 308, and forced switching stop continuation determination unit 309, and forced switching stop termination control is provided. For example, during forced switching stop control of the U phase shown in FIG. 10, the output currents I U , I V , I W have a first hysteresis width ± ΔI H1 with respect to the current command values I CU , I CV , I CW . Since the self-phase forced switching stop control is terminated when it deviates from the wider second hysteresis width ± ΔI H2 (for example, time point t U in FIG. 10), the overcurrent Can be suppressed.

図11は、強制スイッチング停止制御を備え、強制スイッチング停止終了制御を備えない電力変換装置のシミュレーション結果を示す図であり、図12は、図11におけるU相波形を拡大して示す図である。また、図13は、第2の実施形態の電力変換装置のシミュレーション結果を示す図であり、図14は、図13における各部波形を拡大して示す図である。図11、12によれば、U相強制スイッチング停止制御中の時点tにおいて第1のヒステリシス上限値IH1Uを超える過電流が発生してしまった。なお、時点tにおける過電流は、他のW相の強制スイッチング停止制御に起因するものである。一方、図13、14によれば、U相強制スイッチング停止制御中の時点tにおいて自相の強制スイッチング停止制御を終了することにより、過電流の発生を抑制することができた。
[第3の実施形態]
FIG. 11 is a diagram illustrating a simulation result of the power conversion device that includes forced switching stop control and does not include forced switching stop termination control, and FIG. 12 is an enlarged view of the U-phase waveform in FIG. 11. Moreover, FIG. 13 is a figure which shows the simulation result of the power converter device of 2nd Embodiment, FIG. 14 is a figure which expands and shows each part waveform in FIG. According to FIG. 11 and 12, overcurrent had occurred more than a first hysteresis limit I H1U at time t U of the U-phase forced switching stop control in. Incidentally, the overcurrent at time t W is due to the forcible switching stop control of other W-phase. On the other hand, according to FIGS. 13 and 14, the occurrence of overcurrent could be suppressed by terminating the self-phase forced switching stop control at the time point tU during the U -phase forced switching stop control.
[Third Embodiment]

本発明の第3の実施形態に係る電力変換装置1Bは、図1に示す電力変換装置1Aにおいて制御部20Aに代えて制御部20Bを備える構成で第2の実施形態と相違する。制御部20Bは、強制スイッチング停止制御中に、出力電流が電流指令値に対して第1のヒステリシス幅よりも広い第2のヒステリシス幅から外れる場合に、自相の強制スイッチング停止制御を継続すると共に、強制スイッチング停止制御を行っていない他相において電流指令値のゼロクロス時点に先行してスイッチングモード切換を行う点で第2の実施形態の制御部20Aと異なる。   The power conversion device 1B according to the third embodiment of the present invention is different from the second embodiment in a configuration including a control unit 20B instead of the control unit 20A in the power conversion device 1A illustrated in FIG. During the forced switching stop control, the control unit 20B continues the self-phase forced switching stop control when the output current deviates from the second hysteresis width wider than the first hysteresis width with respect to the current command value. The control unit 20A of the second embodiment is different from the control unit 20A of the second embodiment in that the switching mode switching is performed prior to the zero crossing point of the current command value in the other phase where the forced switching stop control is not performed.

図15は、制御部20Bの一例の回路ブロック図である。図15に示す制御部20Bは、図7に示す制御部20Aにおいて、強制スイッチング停止継続可否判定部309に代えて最終判定部311を備える。   FIG. 15 is a circuit block diagram of an example of the control unit 20B. A control unit 20B illustrated in FIG. 15 includes a final determination unit 311 instead of the forced switching stop continuation determination unit 309 in the control unit 20A illustrated in FIG.

まず、主ゲート信号出力部310は、強制スイッチング停止信号作成部204から強制停止信号SQ、SQX、SQ、SQX、SQ、SQXを直接供給され、図16に示すように、強制停止信号SQ、SQX、SQ、SQX、SQ、SQXが供給される期間ではこれを、強制停止信号SQ、SQX、SQ、SQX、SQ、SQXが供給されない期間では信号Q、QX、Q、QX、Q、QXを、主ゲート信号Q、QX、Q、QX、Q、QXとして正負位相領域判定部109へ供給する。 First, the main gate signal output unit 310 is directly supplied with the forced stop signals SQ U , SQX U , SQ V , SQX V , SQ W , SQX W from the forced switching stop signal creation unit 204, as shown in FIG. In the period when the forced stop signals SQ U , SQX U , SQ V , SQX V , SQ W , SQX W are supplied, the forced stop signals SQ U , SQX U , SQ V , SQX V , SQ W , SQX W In the non-supply period, the signals Q U , QX U , Q V , QX V , Q W , QX W are used as main gate signals Q U , QX U , Q V , QX V , Q W , QX W , and positive / negative phase region determination unit 109.

最終判定部311は、例えば、U相強制スイッチング停止制御中(強制スイッチング停止信号作成部204からの強制停止信号より識別)の時点tにおいて、出力電流Iが電流指令値ICUに対して第1のヒステリシス幅±ΔIH1よりも広い第2のヒステリシス幅±ΔIH2から外れる場合に(第2ヒステリシス幅オーバー判定部308による判定)、自相の強制スイッチング停止制御を継続すると共に、強制スイッチング停止制御を行っていないV相において、正負位相領域判定部109からの電流指令値ICVのゼロクロス時点に先行して、上記した正スイッチングモードと負スイッチングモードとのスイッチングモード切換を行うように、全ゲート信号作成部110へ指令する。 For example, at the time point t U during the U-phase forced switching stop control (identified from the forced stop signal from the forced switching stop signal creation unit 204), the final determination unit 311 outputs the output current I U to the current command value I CU . When deviating from the second hysteresis width ± ΔI H2 wider than the first hysteresis width ± ΔI H1 (determination by the second hysteresis width over determination unit 308), the forced switching stop control of the own phase is continued and forced switching is performed. In the V phase where the stop control is not performed, the switching mode switching between the positive switching mode and the negative switching mode described above is performed prior to the zero crossing time point of the current command value I CV from the positive / negative phase region determination unit 109. Commands all gate signal generator 110.

同様に、最終判定部311は、例えば、V相強制スイッチング停止制御中の時点tにおいて、出力電流Iが第2のヒステリシス幅±ΔIH2から外れる場合に、自相の強制スイッチング停止制御を継続すると共に、強制スイッチング停止制御を行っていないW相において、正負位相領域判定部109からの電流指令値ICWのゼロクロス時点に先行して、上記した正スイッチングモードと負スイッチングモードとのスイッチングモード切換を行うように、全ゲート信号作成部110へ指令する。 Similarly, the final determination unit 311 performs the self-phase forced switching stop control when, for example, the output current IV is out of the second hysteresis width ± ΔI H2 at the time point t V during the V -phase forced switching stop control. The switching mode between the positive switching mode and the negative switching mode described above precedes the zero-crossing time point of the current command value I CW from the positive / negative phase region determination unit 109 in the W phase that is continued and the forced switching stop control is not performed. Commands all gate signal generation unit 110 to perform switching.

同様に、最終判定部311は、例えば、W相強制スイッチング停止制御中の時点tにおいて、出力電流Iが第2のヒステリシス幅±ΔIH2から外れる場合に、自相の強制スイッチング停止制御を継続すると共に、強制スイッチング停止制御を行っていないU相において、正負位相領域判定部109からの電流指令値ICUのゼロクロス時点に先行して、上記した正スイッチングモードと負スイッチングモードとのスイッチングモード切換を行うように、全ゲート信号作成部110へ指令する。 Similarly, the final determination unit 311 performs the self-phase forced switching stop control when, for example, the output current I W deviates from the second hysteresis width ± ΔI H2 at the time point t W during the W -phase forced switching stop control. The switching mode between the positive switching mode and the negative switching mode described above precedes the zero crossing time point of the current command value I CU from the positive / negative phase region determination unit 109 in the U phase that is continued and is not subjected to forced switching stop control. Commands all gate signal generation unit 110 to perform switching.

その後、上記したように、正負位相領域判定部109及び全ゲート信号作成部110によって、主ゲート信号出力部310からの主ゲート信号Q、QX、Q、QX、Q、QXを、3相インバータ部10のスイッチング素子SWU1〜SWU4、SWV1〜SWV4、SWW1〜SWW4をそれぞれオン・オフさせるゲート信号GU1〜GU4、GV1〜GV4、GW1〜GW4に割り当てる。 Thereafter, as described above, the main gate signals Q U , QX U , Q V , QX V , Q W , QX W from the main gate signal output unit 310 are obtained by the positive / negative phase region determination unit 109 and the all gate signal generation unit 110. the switching element SW U1 ~SW U4, SW V1 ~SW V4, SW W1 ~SW W4 gate signal to each on-off G U1 ~G U4 of the three-phase inverter unit 10, G V1 ~G V4, G W1 ~ assigned to the G W4.

この第3の実施形態の電力変換装置1Bでも、第2の実施形態の電力変換装置1Aと同様の利点を得ることができる。すなわち、この第3の実施形態の電力変換装置1Bでも、3相のうちの何れか1相(例えば、図16に示すU相)の強制スイッチング停止制御中に、出力電流I、I、Iが電流指令値ICU、ICV、ICWに対して第1のヒステリシス幅±ΔIH1よりも広い第2のヒステリシス幅±ΔIH2から外れる場合に(例えば、図16の時点t)、自相の強制スイッチング停止制御を継続すると共に、強制スイッチング停止制御を行っていない他相(例えば、図16に示すV相)において電流指令値ICU、ICV、ICWのゼロクロス時点に先行してスイッチングモード切換を行うので、過電流の発生を抑制することができる。 The power converter 1B according to the third embodiment can obtain the same advantages as the power converter 1A according to the second embodiment. That is, also in the power conversion device 1B of the third embodiment, during the forced switching stop control of any one of the three phases (for example, the U phase shown in FIG. 16), the output currents I U , I V , When I W deviates from the second hysteresis width ± ΔI H2 wider than the first hysteresis width ± ΔI H1 with respect to the current command values I CU , I CV , I CW (for example, time point t U in FIG. 16). In addition to continuing the forced switching stop control of the own phase, the current command values I CU , I CV , and I CW precede the zero crossing point in the other phase (for example, the V phase shown in FIG. 16) in which the forced switching stop control is not performed. Since switching mode switching is performed, the occurrence of overcurrent can be suppressed.

図17は、第3の実施形態の電力変換装置のシミュレーション結果を示す図であり、図18は、図17における各部波形を拡大して示す図である。図17、18によれば、U相強制スイッチング停止制御中の時点tにおいて自相の強制スイッチング停止制御を継続すると共に、強制スイッチング停止制御を行っていないV相において電流指令値ICVのゼロクロス時点に先行してスイッチングモード切換を行うことにより、過電流の発生を抑制することができた。 FIG. 17 is a diagram illustrating a simulation result of the power conversion device according to the third embodiment, and FIG. 18 is a diagram illustrating an enlarged waveform of each part in FIG. 17. 17 and 18, the self-phase forced switching stop control is continued at time t U during the U -phase forced switching stop control, and the current command value I CV is zero-crossed in the V phase where the forced switching stop control is not performed. The occurrence of overcurrent could be suppressed by switching the switching mode prior to the time.

なお、本発明は上記した本実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、第2の実施形態に示す自相の強制スイッチング停止終了機能と、第3の実施形態に示す他相のスイッチングモード切換機能との両方を有し、3相インバータ部の効率が高くなるように、これらの機能の何れか一方を選択実行してもよい。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made. For example, it has both the self-phase forced switching stop termination function shown in the second embodiment and the switching mode switching function of the other phase shown in the third embodiment so that the efficiency of the three-phase inverter unit is increased. In addition, any one of these functions may be selected and executed.

例えば、3相インバータ部の交流出力電流が大きいときを考える。このとき、自相の強制スイッチング停止制御を終了する第1の機能を選択すると、電流ピーク付近でのスイッチングを再開することによりスイッチング損失が増加し、効率が低下することが予想される。一方、自相の強制スイッチング停止制御を継続すると共に、強制スイッチング停止制御を行っていない他相において電流指令値のゼロクロス時点に先行してスイッチングモード切換を行う第2の機能を選択すると、このとき、他相の電流は比較的に小さいのでスイッチング損失が比較的に小さく、効率が比較的に高いことが予想される。   For example, consider a case where the AC output current of the three-phase inverter unit is large. At this time, if the first function for ending the self-phase forced switching stop control is selected, switching loss is increased by resuming switching in the vicinity of the current peak, and efficiency is expected to decrease. On the other hand, when the second function for switching the switching mode prior to the zero crossing point of the current command value is selected in the other phase in which the forced switching stop control of the own phase is continued and the forced switching stop control is not performed, Since the current of the other phase is relatively small, it is expected that the switching loss is relatively small and the efficiency is relatively high.

3相インバータ部の効率は、3相インバータ部の直流入力電圧、直流入力電流(すなわち、直流電源の電圧、電流)、交流出力電圧、交流出力電流(すなわち、電力系統の電圧、電流)に基づいて、或いは、3相インバータ部の直流入力電力(すなわち、直流電源の電力)、交流出力電力(すなわち、電力系統の電力)に基づいて、更には、3相インバータ部の温度、環境温度等のパラメータを考慮に入れて、求めることが可能である。   The efficiency of the three-phase inverter unit is based on the DC input voltage, DC input current (ie, DC power supply voltage and current), AC output voltage, and AC output current (ie, power system voltage and current) of the three-phase inverter unit. Or based on the DC input power of the three-phase inverter unit (that is, the power of the DC power source), the AC output power (that is, the power of the power system), and further, the temperature of the three-phase inverter unit, the environmental temperature, etc. It can be determined taking into account the parameters.

また、本実施形態では、3レベル型3相インバータ部10として図1に示す所謂A−NPC型(advanced NPC:アドバンスドNPC)(双方向スイッチ式NPC型ともいう)のインバータ構成を例示したが、本発明の特徴は、図19に示す所謂NPC型(Neutral Point Clamped:中性点クランプ型)のインバータ構成にも適用可能である。   In the present embodiment, the so-called A-NPC (advanced NPC) (also referred to as bidirectional NPC type) inverter configuration illustrated in FIG. 1 is illustrated as the three-level type three-phase inverter unit 10. The features of the present invention can also be applied to the so-called NPC type (Neutral Point Clamped) inverter configuration shown in FIG.

このNPC型インバータ部は、3相インバータ部10は、U相用第1〜第4のスイッチング素子SWU1,SWU2,SWU3,SWU4、V相用第1〜第4のスイッチング素子SWV1,SWV2,SWV3,SWV4、W相用第1〜第4のスイッチング素子SWW1,SWW2,SWW3,SWW4に加え、U相用第1及び第2のNPC(中性点クランプ)ダイオードDU5,DU6、V相用第1及び第2のNPCダイオードDV5,DV6、及び、W相用第1及び第2のNPCダイオードDW5,DW6を有する。各相の構成は同様であるので、以下では、U相の構成について説明する。 In this NPC type inverter unit, the three-phase inverter unit 10 includes U-phase first to fourth switching elements SW U1 , SW U2 , SW U3 , SW U4 , and V-phase first to fourth switching elements SW V1. , SW V2 , SW V3 , SW V4 , W-phase first to fourth switching elements SW W1 , SW W2 , SW W3 , SW W4 , U-phase first and second NPCs (neutral point clamps) ) Diodes D U5 and D U6 , first and second NPC diodes D V5 and D V6 for V phase, and first and second NPC diodes D W5 and D W6 for W phase. Since the configuration of each phase is the same, the configuration of the U phase will be described below.

具体的には、第1のスイッチング素子SWU1と第4のスイッチング素子SWU4とは、高電位側直流入力電力線LとU相用交流出力電力線Lとの間に順に直列に接続されており、第3のスイッチング素子SWU3と第2のスイッチング素子SWU2とは、U相用交流出力電力線Lと低電位側直流入力電力線Lとの間に順に直列に接続されている。より具体的には、第1のスイッチング素子SWU1のコレクタ端子は高電位側直流入力電力線Lに接続されており、第1のスイッチング素子SWU1のエミッタ端子は第4のスイッチング素子SWU4のコレクタ端子に接続されており、第4のスイッチング素子SWU4のエミッタ端子はU相用交流出力電力線Lに接続されている。一方、第3のスイッチング素子SWU3のコレクタ端子はU相用交流出力電力線Lに接続されており、第3のスイッチング素子SWU3のエミッタ端子は第2のスイッチング素子SWU2のコレクタ端子に接続されており、第2のスイッチング素子SWU2のエミッタ端子は低電位側直流入力電力線Lに接続されている。 Specifically, the first switching element SW U1 and the fourth switching element SW U4, are connected in order in series between the high potential side DC input power line L H and U-phase AC output power line L U The third switching element SW U3 and the second switching element SW U2 are sequentially connected in series between the U-phase AC output power line L U and the low potential side DC input power line L L. More specifically, the collector terminal of the first switching element SW U1 is connected to the high potential side DC input power line L H, the emitter terminal of the first switching element SW U1 is the fourth switching element SW U4 is connected to the collector terminal, an emitter terminal of the fourth switching element SW U4 is connected to the AC output power U-phase line L U. On the other hand, the collector terminal of the third switching element SW U3 is connected to the U-phase AC output power line L U , and the emitter terminal of the third switching element SW U3 is connected to the collector terminal of the second switching element SW U2. The emitter terminal of the second switching element SW U2 is connected to the low potential side DC input power line L L.

また、第1のNPCダイオードDU5は、第3及び第2のスイッチング素子SWU3,SWU2間の接続点と、高電位側直流入力電力線Lと低電位側直流入力電力線Lとの中間の電位を有する中性点入力電力線Lとの間に接続されており、第2のNPCダイオードDU6は、中性点入力電力線Lと、第1及び第4のスイッチング素子SWU1,SWU4間の接続点との間に接続されている。より具体的には、第1のNPCダイオードDU5のアノード端子は、第3及び第2のスイッチング素子SWU3,SWU2間の接続点に接続されており、第1のNPCダイオードDU5のカソード端子は、中性点入力電力線Lに接続されている。一方、第2のNPCダイオードDU6のアノード端子は、中性点入力電力線Lに接続されており、第2のNPCダイオードDU6のカソード端子は、第1及び第4のスイッチング素子SWU1,SWU4間の接続点に接続されている。 Further, the first NPC diode D U5 has a connection point between the third and second switching elements SW U3 and SW U2 and an intermediate point between the high potential side DC input power line L H and the low potential side DC input power line L L. of which is connected between the neutral point input power line L N having a potential, the second NPC diode D U6 includes a neutral input power line L N, the first and fourth switching elements SW U1, SW It is connected between the connection points between U4 . More specifically, the anode terminal of the first NPC diode D U5 is connected to the connection point between the third and second switching elements SW U3 and SW U2 , and the cathode of the first NPC diode D U5 . The terminal is connected to the neutral point input power line LN . On the other hand, the anode terminal of the second NPC diode D U6 is connected to the neutral point input power line L N , and the cathode terminal of the second NPC diode D U6 is connected to the first and fourth switching elements SW U1 , It is connected to the connection point between SW U4 .

第1〜第4のスイッチング素子SWU1,SWU2,SWU3,SWU4には、帰還ダイオードDU1,DU2,DU3,DU4が並列に接続されている。具体的には、帰還ダイオードDU1,DU2,DU3,DU4のアノード端子はそれぞれエミッタ端子に接続され、カソード端子はコレクタ端子に接続される。 Feedback diodes D U1 , D U2 , D U3 , and D U4 are connected in parallel to the first to fourth switching elements SW U1 , SW U2 , SW U3 , and SW U4 . Specifically, the anode terminals of the feedback diodes D U1 , D U2 , D U3 , D U4 are each connected to the emitter terminal, and the cathode terminal is connected to the collector terminal.

第1〜第4のスイッチング素子SWU1,SWU2,SWU3,SWU4のゲート端子には、制御部20からのゲート信号(制御信号)GU1,GU2,GU3,GU4が入力される。 Gate signals (control signals) G U1 , G U2 , G U3 , and G U4 from the control unit 20 are input to gate terminals of the first to fourth switching elements SW U1 , SW U2 , SW U3 , and SW U4. The

この形態でも、第1のスイッチング素子SWU1と第3のスイッチング素子SWU3とが排他的にスイッチングすることによって、U相出力電流の正側を生成する(正スイッチングモード)。すなわち、第1のスイッチング素子SWU1と第3のスイッチング素子SWU3とが2つの正モード用スイッチング素子である。 Also in this embodiment, the first switching element SW U1 and the third switching element SW U3 are exclusively switched to generate the positive side of the U-phase output current (positive switching mode). That is, the first switching element SW U1 and the third switching element SW U3 are two switching elements for the positive mode.

一方、第2のスイッチング素子SWU2と第4のスイッチング素子SWU4とが排他的にスイッチングすることによって、U相出力電流の負側を生成する(負スイッチングモード)。すなわち、第2のスイッチング素子SWU2と第4のスイッチング素子SWU4とが2つの負モード用スイッチング素子である。 On the other hand, when the second switching element SW U2 and the fourth switching element SW U4 are exclusively switched, the negative side of the U-phase output current is generated (negative switching mode). That is, the second switching element SW U2 and the fourth switching element SW U4 are two negative mode switching elements.

また、本実施形態では、3レベル型3相インバータ部10として図1に示すように第3のスイッチング素子SWU3,SWV3,SWW3と第4のスイッチング素子SWU4,SWV4,SWW4とが逆向きに直列に接続されたA−NPC型のインバータ構成を例示したが、本発明の特徴は、図20に示すように第3のスイッチング素子SWU3,SWV3,SWW3と第4のスイッチング素子SWU4,SWV4,SWW4とが逆向きに並列に接続された所謂RB−IGBT(Reverse Blocking Insulated Gate Bipolar Transistor)を用いたA−NPC型のインバータ構成にも適用可能である。 Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, as the three-level type three-phase inverter unit 10, the third switching elements SW U3 , SW V3 , SW W3 , the fourth switching elements SW U4 , SW V4 , SW W4 , Is illustrated as an A-NPC type inverter configuration connected in series in the opposite direction. The feature of the present invention is that the third switching elements SW U3 , SW V3 , SW W3 and the fourth The present invention is also applicable to an A-NPC inverter configuration using a so-called RB-IGBT (Reverse Blocking Insulated Gate Bipolar Transistor) in which switching elements SW U4 , SW V4 , and SW W4 are connected in parallel in the opposite direction.

1,1A,1B…電力変換装置、2…直流電源、3…電力系統、10…3相インバータ部、20,20A,20B…制御部、101…相電圧変換部、102…電流指令値作成部、103…第1ヒステリシス幅設定部、104…第1ヒステリシス上限値演算部、105…第1ヒステリシス下限値演算部、106…第1上限比較部、107…第1下限比較部、108…主ゲート信号作成部、109…正負位相領域判定部、110…全ゲート信号作成部、201…ゼロクロス比較部、202…カウンタ、203…位相決定部、204…強制スイッチング停止信号作成部、303…第2ヒステリシス幅設定部、304…第2ヒステリシス上限値演算部、305…第2ヒステリシス下限値演算部、306…第2上限比較部、307…第2下限比較部、308…第2ヒステリシス幅オーバー判定部、309…強制スイッチング停止継続可否判定部、310…主ゲート信号出力部、311…最終判定部、L…インダクタ、C…コンデンサ、C…中性点クランプコンデンサ、CT…変流器(電流検出器)、VT…計器用変圧器(電圧検出器)、L…高電位側直流入力電力線、L…低電位側直流入力電力線、L…中性点入力電力線、L,L,L…交流出力電力線、SWU1〜SWU4,SWV1〜SWV4,SWW1〜SWW4…第1〜第4のスイッチング素子、DU1〜DU4,DV1〜DV4,DW1〜DW4…帰還ダイオード、DU5,DU6,DV5,DV6,DW5,DW6…第1及び第2のNPC(中性点クランプ)ダイオード、GU1〜GU4,GV1〜GV4,GW1〜GW4…ゲート信号、Q,QX,Q,QX,Q,QX…主ゲート信号、SQ,SQ,SQ,SQ,SQ,SQ…強制停止信号、I,I,I…出力電流、I…電流振幅指令、ICU,ICV,ICW…電流指令値、IH1U,IH1V,IH1W…第1のヒステリシス上限値、IL1U,IL1V,IL1W…第1のヒステリシス下限値、IH2U,IH2V,IH2W…第2のヒステリシス上限値、IL2U,IL2V,IL2W…第2のヒステリシス下限値、VUV,VVW,VWU…線間電圧、V,V,V…相電圧。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,1A, 1B ... Power converter device, 2 ... DC power supply, 3 ... Electric power system, 10 ... Three-phase inverter part, 20, 20A, 20B ... Control part, 101 ... Phase voltage converter part, 102 ... Current command value preparation part DESCRIPTION OF SYMBOLS 103 ... 1st hysteresis width setting part 104 ... 1st hysteresis upper limit calculation part 105 ... 1st hysteresis lower limit value calculation part 106 ... 1st upper limit comparison part 107 ... 1st lower limit comparison part 108 ... Main gate Signal creation unit 109 ... Positive / negative phase region determination unit 110 110 All gate signal creation unit 201 ... Zero cross comparison unit 202 202 Counter 203 Phase determination unit 204 Forced switching stop signal creation unit 303 Second hysteresis Width setting unit, 304 ... second hysteresis upper limit value calculation unit, 305 ... second hysteresis lower limit value calculation unit, 306 ... second upper limit comparison unit, 307 ... second lower limit comparison unit, 3 8 ... second hysteresis width over determination unit, 309 ... forced switching halt continuation determination unit, 310 ... main gate signal output unit, 311 ... final determination section, L ... inductor, C ... Capacitor, C N ... neutral point clamp capacitors , CT ... current transformer (current detector), VT ... instrument transformer (voltage detector), L H ... high potential side DC input power line, L L ... low potential side DC input power line, L N ... neutral point Input power line, L U , L V , L W ... AC output power line, SW U1 to SW U4 , SW V1 to SW V4 , SW W1 to SW W4 ... First to fourth switching elements, D U1 to D U4 , D V1 ~D V4, D W1 ~D W4 ... feedback diode, D U5, D U6, D V5, D V6, D W5, D W6 ... first and second NPC (neutral point clamped) diodes, G U ~G U4, G V1 ~G V4, G W1 ~G W4 ... gate signal, Q U, QX U, Q W, QX W, Q W, QX W ... main gate signal, SQ U, SQ U, SQ V, SQ V , SQ W , SQ W ... Forced stop signal, I U , I V , I W ... Output current, I P ... Current amplitude command, I CU , I CV , I CW ... Current command value, I H1U , I H1V , I H1W ... first hysteresis upper limit value, I L1U , I L1V , I L1W ... first hysteresis lower limit value, I H2U , I H2V , I H2W ... second hysteresis upper limit value, I L2U , I L2V , I L2W : second hysteresis lower limit value, V UV , V VW , V WU ... line voltage, V U , V V , V W ... phase voltage.

Claims (5)

直流電力を交流電力に変換する3レベル型の3相インバータ部であって、相ごとに、出力電流の正側を生成する正スイッチングモードにおいて排他的にスイッチングを行う2つの正モード用スイッチング素子と、前記出力電流の負側を生成する負スイッチングモードにおいて排他的にスイッチングを行う2つの負モード用スイッチング素子とを有する前記3相インバータ部と、
相ごとに、前記出力電流を正弦波状の電流指令値に対して第1のヒステリシス幅以内に制御する制御信号を生成して、前記正スイッチングモードでは前記制御信号を前記2つの正モード用スイッチング素子に供給し、前記負スイッチングモードでは前記制御信号を前記2つの負モード用スイッチング素子に供給するヒステリシスコンパレータ方式の制御部と、
を備え、
前記制御部は、相ごとに、前記電流指令値がゼロクロスするときに、前記正スイッチングモードと前記負スイッチングモードとのスイッチングモード切換を行う、
電力変換装置。
A three-level type three-phase inverter unit that converts DC power into AC power, and for each phase, two positive mode switching elements that perform switching exclusively in a positive switching mode that generates the positive side of the output current; The three-phase inverter unit having two negative mode switching elements that perform switching exclusively in a negative switching mode that generates the negative side of the output current;
For each phase, a control signal for controlling the output current within a first hysteresis width with respect to a sinusoidal current command value is generated, and in the positive switching mode, the control signal is used as the two positive mode switching elements. A control unit of a hysteresis comparator system that supplies the control signal to the two negative mode switching elements in the negative switching mode;
With
The control unit performs switching mode switching between the positive switching mode and the negative switching mode when the current command value crosses zero for each phase.
Power conversion device.
前記制御部は、
相ごとに、前記電流指令値の正側のピーク値の時点を含む所定期間だけ、前記制御信号に依らずに、前記2つの正モード用スイッチング素子のうちの高電位側入力に接続された一方を強制的にオンさせると共に他方を強制的にオフさせ、かつ、前記電流指令値の負側のピーク値の時点を含む所定期間だけ、前記制御信号に依らずに、前記2つの負モード用スイッチング素子のうちの低電位側入力に接続された一方を強制的にオンさせると共に他方を強制的にオフさせる強制スイッチング停止制御を行い、
前記強制スイッチング停止制御中に、出力電流が前記電流指令値に対して前記第1のヒステリシス幅よりも広い第2のヒステリシス幅から外れる場合に、前記強制スイッチング停止制御を終了する、
請求項1に記載の電力変換装置。
The controller is
For each phase, one of the two positive mode switching elements connected to the high potential side input for a predetermined period including the time point of the positive peak value of the current command value without depending on the control signal. Forcibly turning on the other and forcibly turning off the other, and switching for the two negative modes for a predetermined period including the time point of the negative peak value of the current command value without depending on the control signal. Perform forced switching stop control to forcibly turn on one of the elements connected to the low potential side input and forcibly turn off the other,
During the forced switching stop control, when the output current deviates from a second hysteresis width wider than the first hysteresis width with respect to the current command value, the forced switching stop control is terminated.
The power conversion device according to claim 1.
前記制御部は、
相ごとに、前記電流指令値の正側のピーク値の時点を含む所定期間だけ、前記制御信号に依らずに、前記2つの正モード用スイッチング素子のうちの高電位側入力に接続された一方を強制的にオンさせると共に他方を強制的にオフさせ、かつ、前記電流指令値の負側のピーク値の時点を含む所定期間だけ、前記制御信号に依らずに、前記2つの負モード用スイッチング素子のうちの低電位側入力に接続された一方を強制的にオンさせると共に他方を強制的にオフさせる強制スイッチング停止制御を行い、
前記強制スイッチング停止制御中に、出力電流が前記電流指令値に対して前記第1のヒステリシス幅よりも広い第2のヒステリシス幅から外れる場合に、前記強制スイッチング停止制御を継続すると共に、前記強制スイッチング停止制御を行っていない相において前記電流指令値のゼロクロス時点に先行して前記スイッチングモード切換を行う、
請求項1に記載の電力変換装置。
The controller is
For each phase, one of the two positive mode switching elements connected to the high potential side input for a predetermined period including the time point of the positive peak value of the current command value without depending on the control signal. Forcibly turning on the other and forcibly turning off the other, and switching for the two negative modes for a predetermined period including the time point of the negative peak value of the current command value without depending on the control signal. Perform forced switching stop control to forcibly turn on one of the elements connected to the low potential side input and forcibly turn off the other,
During the forced switching stop control, when the output current deviates from the second hysteresis width wider than the first hysteresis width with respect to the current command value, the forced switching stop control is continued and the forced switching The switching mode switching is performed prior to the zero crossing point of the current command value in a phase not performing stop control.
The power conversion device according to claim 1.
前記3相インバータ部は、相ごとに、
高電位側入力と対応の相出力との間に接続された第1のスイッチング素子と、
前記対応の相出力と低電位側入力との間に接続された第2のスイッチング素子と、
前記高電位側入力と前記低電位側入力との中間の中性点入力と、前記対応の相出力との間に直列に接続された第3及び第4のスイッチング素子と、
を備え、
前記第1及び第3のスイッチング素子が前記2つの正モード用スイッチング素子であり、
前記第2及び第4のスイッチング素子が前記2つの負モード用スイッチング素子である、
請求項1〜3の何れか1項に記載の電力変換装置。
The three-phase inverter unit is
A first switching element connected between the high potential side input and the corresponding phase output;
A second switching element connected between the corresponding phase output and the low potential side input;
Third and fourth switching elements connected in series between a neutral point input intermediate between the high potential side input and the low potential side input and the corresponding phase output;
With
The first and third switching elements are the two positive mode switching elements;
The second and fourth switching elements are the two negative mode switching elements;
The power converter device of any one of Claims 1-3.
前記3相インバータ部は、相ごとに、
高電位側入力と対応の相出力との間に順に直列に接続された第1及び第4のスイッチング素子と、
前記対応の相出力と低電位側入力との間に順に直列に接続された第3及び第2のスイッチング素子と、
前記第3及び第2のスイッチング素子間の接続点から、前記高電位側入力と前記低電位側入力との中間の中性点入力へ向けて順方向接続された第1の中性点クランプダイオードと、
前記中性点入力から、前記第1及び第4のスイッチング素子間の接続点へ向けて順方向接続された第2の中性点クランプダイオードと、
を備え、
前記第1及び第3のスイッチング素子が前記2つの正モード用スイッチング素子であり、
前記第2及び第4のスイッチング素子が前記2つの負モード用スイッチング素子である、
請求項1〜3の何れか1項に記載の電力変換装置。
The three-phase inverter unit is
First and fourth switching elements connected in series between a high-potential side input and a corresponding phase output,
A third switching element and a second switching element connected in series between the corresponding phase output and the low potential side input;
A first neutral point clamp diode forward-connected from a connection point between the third and second switching elements toward a neutral point input intermediate between the high potential side input and the low potential side input When,
A second neutral point clamp diode forward-connected from the neutral point input to a connection point between the first and fourth switching elements;
With
The first and third switching elements are the two positive mode switching elements;
The second and fourth switching elements are the two negative mode switching elements;
The power converter device of any one of Claims 1-3.
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