JP2018023192A - Unit control device for multilevel power conversion apparatus - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that, in a multilevel inverter, if there is an individual difference between units, a cross-flow current may be generated, thereby varying a current duty.SOLUTION: Voltage command value correction means is provided on a prestage of cross-flow current suppression control means. The voltage command value correction means includes: first switch means for suppressing an approach of a voltage command value to zero by providing a threshold with respect to the voltage command value; second switching means for inhibiting a change of the voltage command value from a negative value to a positive value when an inclination of a triangular carrier waveform is positive; and third switch means for inhibiting a change of the voltage command value from a positive value to a negative value when the inclination of the triangular carrier waveform is negative. The voltage command value that is corrected by the voltage command value correction means is defined as a voltage command value to the cross-flow current suppression control means.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、マルチレベル電力変換装置のユニット並列制御装置に係わり、特に各インバータユニット間の電流責務の均等化を図った制御装置に関するものである。   The present invention relates to a unit parallel control device of a multi-level power conversion device, and more particularly to a control device that equalizes current duties between inverter units.

マルチレベル電力変換装置の構成例として、3レベルインバータや5レベルインバータがあるが、図7(a)はNPC型3レベルインバータの1相分を示したものである。相電圧は、インバータ内のIGBT等のスイッチング素子T1〜T4のON/OFF動作によって生成される。また、各スイッチング素子のON/OFF信号は、電圧指令値とキャリア三角波とを比較するPWM変調によって生成する方法(三角波比較PWM方法)が一般的である。   As an example of the configuration of the multi-level power conversion device, there are a three-level inverter and a five-level inverter. FIG. 7A shows one phase of an NPC type three-level inverter. The phase voltage is generated by ON / OFF operations of switching elements T1 to T4 such as IGBTs in the inverter. Further, the ON / OFF signal of each switching element is generally generated by PWM modulation that compares a voltage command value and a carrier triangular wave (triangular wave comparison PWM method).

3レベルインバータの種類として、図7(a)のNPC型の他には図7(b)のT型、図7(c)のフライングキャパシタ(以下FCという)型がある。特許文献1にはFC型の3レベルインバータの例が記載されている。表1は図7(c)のFC型3レベルインバータのスイッチングパターンを示したものである。N端子を基準とした零電圧を出力端子Oに出力するときは、T1,T3をON、またはT2,T4をONすることでFCを導通させる。なお、コンデンサC1の印加電圧とコンデンサC2の印加電圧は等しく、VCF=Vdc1/2とする。   In addition to the NPC type shown in FIG. 7A, the three-level inverter includes a T type shown in FIG. 7B and a flying capacitor (hereinafter referred to as FC) type shown in FIG. 7C. Patent Document 1 describes an example of an FC type three-level inverter. Table 1 shows the switching pattern of the FC type three-level inverter of FIG. 7 (c). When a zero voltage based on the N terminal is output to the output terminal O, the FC is turned on by turning ON T1 and T3 or turning ON T2 and T4. Note that the applied voltage of the capacitor C1 and the applied voltage of the capacitor C2 are equal, and VCF = Vdc1 / 2.

Figure 2018023192
Figure 2018023192

このようなインバータユニットを複数台並列にして電力変換装置を構成し大容量化に対応する場合がある。図8はFC型3レベルインバータを並列にした例である。このとき、インバータユニット間に個体差があると各インバータ間で出力電流に差が生じ(横流電流が発生)、電流責務がばらついてしまう。これにより特定のインバータに発熱が集中し寿命が短くなる。最悪の場合には、過電流や過熱でスイッチング素子が破壊されてしまう、といった問題が発生する。対策として各インバータに横流抑制リアクトルを接続するが、コストや重量、損失の増加などの新たな問題が生じる。この問題の解決のため、できる限り横流抑制リアクトルを小さくし、制御により横流を抑制する手法が検討されている。   There is a case where a plurality of such inverter units are arranged in parallel to constitute a power conversion device to cope with an increase in capacity. FIG. 8 shows an example in which FC type three-level inverters are arranged in parallel. At this time, if there is an individual difference between the inverter units, a difference occurs in the output current between the inverters (a cross current is generated), and the current duty varies. As a result, heat generation is concentrated on a specific inverter and the life is shortened. In the worst case, there arises a problem that the switching element is destroyed due to overcurrent or overheating. As a countermeasure, a cross current suppression reactor is connected to each inverter, but new problems such as an increase in cost, weight, and loss occur. In order to solve this problem, a method for suppressing the cross current by controlling the cross current suppressing reactor as small as possible is being studied.

特許文献2には、スイッチング素子のゲートタイミング(ON/OFF信号のタイミング)を調整して横流を抑制する手法が記載され、その実施例9(段落[0139])では、NPC型やT型の3レベルインバータの並列構成における横流電流の抑制制御が提案されている。   Patent Document 2 describes a method of suppressing cross current by adjusting gate timing (ON / OFF signal timing) of a switching element. In Example 9 (paragraph [0139]), NPC type or T type is described. Control for suppressing cross current in a parallel configuration of three-level inverters has been proposed.

特開2008−92651JP2008-92651 WO2014/123199WO2014 / 123199 特開2015−8566JP2015-8586

特許文献2の手法では、スイッチング時に横流電流を制御するために長期間スイッチングが行われないと横流電流が拡大してしまう問題点がある。図9は3レベルインバータの並列構成において、一時的に周波数が低下した場合の動作状態を示したものである。電圧指令値Vrefが零クロスするときにキャリア三角波(図9のキャリア1とキャリア2)と交差しないため、区間Aではキャリア1周期以上、区間Bでは1.5周期以上にわたりスイッチングが行われない。3レベルインバータでは電圧指令値Vrefが零クロスするときにキャリア三角波と交差しない場合があり、そのたびに横流電流が拡大する恐れがある。   In the method of Patent Document 2, there is a problem that the cross current is increased if the switching is not performed for a long time in order to control the cross current during switching. FIG. 9 shows an operation state when the frequency is temporarily lowered in a parallel configuration of three-level inverters. Since the carrier triangular wave (carrier 1 and carrier 2 in FIG. 9) does not cross when the voltage command value Vref crosses zero, switching is not performed over one period of carrier in section A and 1.5 periods or more in section B. In the three-level inverter, when the voltage command value Vref crosses zero, there is a case where it does not cross the carrier triangular wave, and there is a possibility that the cross current will increase each time.

また、最近では特許文献3に示す5レベルインバータなど、3レベルを超えるマルチレベルインバータが提案されている。このインバータをPWM変調する場合、図6のように4つのキャリア三角波を用いる。そのため、電圧指令値Vrefの零クロスだけでなく±0.5を通過する際も図3と同様の問題が発生する。3レベルを超えるマルチレベルインバータを並列構成とする場合、3レベルよりも横流電流の増加が頻繁に発生してしまう。   Recently, a multi-level inverter exceeding three levels, such as a five-level inverter disclosed in Patent Document 3, has been proposed. When this inverter is PWM-modulated, four carrier triangular waves are used as shown in FIG. Therefore, not only the zero crossing of the voltage command value Vref but also a problem similar to FIG. When multi-level inverters exceeding three levels are configured in parallel, the cross current increases more frequently than the three levels.

よって、本発明は上記問題点の解決を目的として、一定期間内に電圧指令値とキャリア三角波とを確実に交差させスイッチングが行われるように電圧指令値を補正することで横流電流を抑制させるマルチレベル電力変換装置のユニット制御装置を提供することにある。   Therefore, in order to solve the above-described problems, the present invention is a multi-purpose circuit that suppresses the cross current by correcting the voltage command value so that the voltage command value and the carrier triangular wave are reliably crossed and switched within a certain period. The object is to provide a unit control device for a level power converter.

本発明は、3レベル以上のマルチインバータユニットを並列に接続し、横流電流抑制制御手段によりインバータユニット間の横流責務の均等化を図りながら電圧指令値とキャリア三角波を比較し、インバータ内のスイッチング素子のオン・オフ信号を生成する制御装置において、
前記横流電流抑制制御手段の前段に電圧指令値補正手段を設け、
電圧指令値補正手段は、電圧指令値Vrefに対して閾値(禁止帯)-Vth〜Vthを設け、電圧指令値Vrefの零への接近を抑制する第1のスイッチ手段と、
前記キャリア三角波の傾きが正の時に、電圧指令値Vrefの負から正の値への変化を禁止する第2のスイッチ手段と、
前記キャリア三角波の傾きが負の時に、電圧指令値Vrefの正から負の値への変化を禁止する第3のスイッチ手段を備え、
電圧指令値補正手段により補正された電圧指令値を、前記横流電流抑制制御手段への電圧指令値としたものである。
The present invention connects multi-inverter units of three or more levels in parallel, compares the voltage command value with the carrier triangular wave while equalizing the cross current duty between the inverter units by the cross current suppression control means, and switching elements in the inverter In the control device for generating the on / off signal of
A voltage command value correction means is provided in the previous stage of the cross current suppression control means,
The voltage command value correcting means is provided with threshold values (forbidden bands) −Vth to Vth for the voltage command value Vref, and first switch means for suppressing the approach of the voltage command value Vref to zero;
Second switch means for prohibiting the change of the voltage command value Vref from a negative value to a positive value when the slope of the carrier triangular wave is positive;
Third switch means for prohibiting a change of the voltage command value Vref from a positive value to a negative value when the slope of the carrier triangular wave is negative;
The voltage command value corrected by the voltage command value correcting means is used as the voltage command value to the cross current suppression control means.

本発明の第1のスイッチ手段は、電圧指令値Vrefが前記閾値Vth未満であることを検出する第1の比較器と、電圧指令値Vrefが前記閾値-Vthを越えることを検出する第2の比較器を有し、電圧指令値Vrefが閾値-Vth〜Vthの範囲外時には電圧指令値Vrefを出力し、閾値-Vth〜Vthの範囲内時には前回の出力値をホールドする機能を備え、
第2のスイッチ手段は、第1のスイッチ手段の出力が正の値であることを検出する第3の比較器と、ホールドされた前回の出力値が負の値であることを検出する第4の比較器と、前記キャリア三角波の微分値の傾きが正の値であることを検出する第5の比較器を有し、第3〜第5の各比較器からの出力信号「1」でホールドされた前回の出力値を出力し、出力信号「1」でない時に、前記第1のスイッチ手段から出力する機能を備え、
第3のスイッチ手段は、第2のスイッチ手段の出力が負の値であることを検出する第6の比較器と、ホールドされた前回の出力値が正の値であることを検出する第7の比較器を有し、第6,第7の各比較器からの出力信号「1」で、且つ前記キャリア三角波の微分値の傾きが負の値のときにホールドされた前回の出力値を補正した電圧指令値Vref´として出力し、キャリア三角波の微分値の傾きが正の時に、前記第2のスイッチ手段の出力を出力する機能を備えたものである。
The first switch means of the present invention includes a first comparator that detects that the voltage command value Vref is less than the threshold value Vth, and a second comparator that detects that the voltage command value Vref exceeds the threshold value -Vth. Has a function to output the voltage command value Vref when the voltage command value Vref is outside the range of the threshold value -Vth to Vth, and hold the previous output value when the voltage command value Vref is within the range of the threshold value -Vth to Vth,
The second switch means detects a third comparator that detects that the output of the first switch means is a positive value, and a fourth comparator that detects that the previous output value held is a negative value. And a fifth comparator that detects that the slope of the differential value of the carrier triangular wave is a positive value, and holds the output signal “1” from each of the third to fifth comparators. A function of outputting the previous output value and outputting from the first switch means when the output signal is not "1",
The third switch means detects a sixth comparator that detects that the output of the second switch means is a negative value, and a seventh comparator that detects that the previous output value held is a positive value. The previous output value held when the output signal “1” from each of the sixth and seventh comparators is negative and the slope of the differential value of the carrier triangular wave is negative is corrected. The voltage command value Vref ′ is output, and when the slope of the differential value of the carrier triangular wave is positive, the output of the second switch means is provided.

また、本発明は、マルチレベルインバータを三相とし、三相の電圧指令値Vrefを、前記電圧指令値補正手段により補正された電圧指令値Vref´からそれぞれ減算器を介して各別に減算し、得られた算出値の総和値を三相の電圧指令値Vrefに各別に加算して新たに補正された三相の各電圧指令値Vref*とし、電圧指令値Vref*を前記横流電流抑制制御手段に対する電圧指令値としたものである。 In the present invention, the multi-level inverter has three phases, and the three-phase voltage command value Vref is subtracted separately from the voltage command value Vref ′ corrected by the voltage command value correcting means, respectively, via a subtractor, The total value of the obtained calculated values is added to the three-phase voltage command value Vref separately to obtain a newly corrected three-phase voltage command value Vref * , and the voltage command value Vref * is the cross current control control means. Is a voltage command value for.

更に、本発明は、電圧指令値補正手段をN-2段直列に接続し、2段目以降の電圧指令値補正手段の入力を前段の電圧指令値補正手段の出力とし、直列に接続したn段目の電圧指令値補正手段では、入力(各段の電圧指令値Vref-n)が閾値2n/(N-1)-1-Vth<Vref-n<2n/(N-1)-1+Vthの範囲内であるか否かに基づいて、各段の電圧指令値補正手段の出力を生成するものである。
たたし、Nはインバータのマルチレベル数、N≧4、n=1…N-2
Further, according to the present invention, the voltage command value correcting means is connected in series in N-2 stages, the input of the voltage command value correcting means in the second and subsequent stages is used as the output of the voltage command value correcting means in the previous stage, and n connected in series In the voltage command value correction means of the stage, the input (voltage command value Vref-n of each stage) is the threshold value 2n / (N-1) -1-Vth <Vref-n <2n / (N-1) -1 + Vth Based on whether or not it is within the range, the output of the voltage command value correcting means at each stage is generated.
However, N is the number of multi-levels of the inverter, N ≧ 4, n = 1 ... N-2

以上のとおり、本発明によれば、電圧指令値が零付近にあっても必ずキャリア三角波の頂点間で1回のスイッチングを発生させることで、横流電流抑制制御を行う機会を増やし、横流電流を小さくすることができる。   As described above, according to the present invention, even if the voltage command value is near zero, by always generating one switching between the vertices of the carrier triangular wave, the opportunity for performing the cross current suppression control is increased, and the cross current is reduced. Can be small.

本発明の実施形態を示す電圧指令値補正ブロック図。The voltage command value correction | amendment block diagram which shows embodiment of this invention. 横流電流抑制制御ブロック図。FIG. 3 is a block diagram illustrating a cross current control control. 本発明の他の実施形態を示す電圧指令値補正ブロック図。The voltage command value correction | amendment block diagram which shows other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態を示す電圧指令値補正ブロック図。The voltage command value correction | amendment block diagram which shows other embodiment of this invention. 電圧指令値の補正波形図。The correction waveform figure of a voltage command value. 電圧指令値の補正波形図。The correction waveform figure of a voltage command value. 3レベルインバータの主回路構成図(1相分)で、(a)はNPC型、(b)はA- NPC型、(c)FC型。In the main circuit configuration diagram (for one phase) of the 3-level inverter, (a) is NPC type, (b) is A-NPC type, and (c) FC type. FC型3レベルインバータのユニット並列構成図。The unit parallel block diagram of FC type 3 level inverter. スイッチング周波数低下時の説明波形図。An explanatory waveform diagram at the time of switching frequency reduction.

実施例の説明に先立って、本発明が適用されるマルチレベル電力変換装置の横流電流抑制制御ブロックについて説明する。図2はインバータユニット1相あたりの横流電流抑制制御ブロックを示したもので、インバータユニットの各相にそれぞれ設置されている。なお、図2の制御ブロックは3レベルインバータに適用した例で、特許文献2の図12と同じであるが、本実施例では横流電流抑制制御ブロックに入力する電圧指令Vref´を、図1で示す電圧指令値補正ブロックによって補正するものである。   Prior to the description of the embodiments, a cross current suppression control block of a multilevel power converter to which the present invention is applied will be described. FIG. 2 shows a cross current suppression control block for each phase of the inverter unit, which is installed in each phase of the inverter unit. The control block of FIG. 2 is an example applied to a three-level inverter and is the same as FIG. 12 of Patent Document 2. In this embodiment, the voltage command Vref ′ input to the cross current suppression control block is shown in FIG. It is corrected by the voltage command value correction block shown.

図2において、PWM変調器21は入力された電圧指令値Vref´とキャリア三角波Vcarryを基にゲート指令値Gref1,Gref2を生成する。ゲート指令値Gref1は例えば、図8で示すスイッチング素子TN1,TN3に対応するゲート指令値となり、ゲート指令値Gref2はスイッチング素子TN2,TN4に対応するゲート指令値になる。ゲート指令値Gref1,Gref2はそれぞれ対応する遅延付加器DelayU1,DelayD1,DelayU2,DelayD2を通してデッドタイム処理器24に入力されてデッドタイム処理が行われた後、ゲート信号G1N,G2N,G3N,G4Nが出力される。これらのゲート信号が、各スイッチング素子のオン・オフ信号となる。   In FIG. 2, the PWM modulator 21 generates gate command values Gref1 and Gref2 based on the input voltage command value Vref ′ and the carrier triangular wave Vcarry. For example, the gate command value Gref1 is a gate command value corresponding to the switching elements TN1 and TN3 shown in FIG. 8, and the gate command value Gref2 is a gate command value corresponding to the switching elements TN2 and TN4. The gate command values Gref1 and Gref2 are input to the dead time processor 24 through the corresponding delay adders DelayU1, DelayD1, DelayU2, and DelayD2, respectively, and after dead time processing is performed, gate signals G1N, G2N, G3N, and G4N are output. Is done. These gate signals become ON / OFF signals for the respective switching elements.

ゲート遅延指令値演算ブロック23には、頂点検出器22を通して検出されたキャリア三角波Vcarryの頂点検出信号と、ゲート指令値Gref1,Gref2が入力される。ゲート遅延指令値演算ブロック23では、バッファ32a,32bによりゲート指令値Gref1,Gref2のキャリア三角波Vcarryの半周期前の値を保持する。I1〜I8は積分アンプ、SW11,SW21,SW31,SW41,SW51,SW61,SW71,SW81は入力スイッチ、SW12,SW22,SW32,SW42,SW52,SW62,SW72,SW82は出力スイッチ、AND1〜AND8はアンド回路で、アンド回路AND1〜AND4には符号検出器25の出力信号が入力され、入力スイッチSW11,SW21,SW31,SW41が閉じる条件の1つとして、インバータユニットの出力電流検出値IinvUNdetが正であることとする。この時、符号検出器25の出力信号が「1」となる。また、アンド回路AND5〜AND8には符号検出器25の反転出力信号が入力され、入力スイッチSW51,SW61,SW71,SW81が閉じる条件の1つとして、インバータユニットの出力電流検出値IinvUNdetが負であることとする。この時、符号検出器25の出力信号が「0」となる。   The gate delay command value calculation block 23 receives the vertex detection signal of the carrier triangular wave Vcarry detected through the vertex detector 22 and the gate command values Gref1 and Gref2. In the gate delay command value calculation block 23, the buffers 32a and 32b hold the values of the gate command values Gref1 and Gref2 half a cycle before the carrier triangular wave Vcarry. I1 to I8 are integration amplifiers, SW11, SW21, SW31, SW41, SW51, SW61, SW71, and SW81 are input switches, SW12, SW22, SW32, SW42, SW52, SW62, SW72, and SW82 are output switches, and AND1 to AND8 are AND In the circuit, the output signal of the sign detector 25 is input to the AND circuits AND1 to AND4, and the output current detection value IinvUNdet of the inverter unit is positive as one of the conditions for closing the input switches SW11, SW21, SW31, SW41. I will do it. At this time, the output signal of the code detector 25 becomes “1”. Further, the inverted output signal of the sign detector 25 is input to the AND circuits AND5 to AND8, and the output current detection value IinvUNdet of the inverter unit is negative as one of the conditions for closing the input switches SW51, SW61, SW71, SW81. I will do it. At this time, the output signal of the code detector 25 becomes “0”.

入力スイッチSW11,SW51が閉じる別の条件は、ゲート指令値Gref1が「1」、キャリア三角波Vcarryの半周期前のゲート指令値Gref1が「0」、およびキャリア三角波Vcarryの半周期前のゲート指令値Gref2が「1」の場合である。また、入力スイッチSW21,SW61が閉じる別の条件は、ゲート指令値Gref1が「0」、キャリア三角波Vcarryの半周期前のゲート指令値Gref1が「1」、およびキャリア三角波Vcarryの半周期前のゲート指令値Gref2が「1」の場合である。   Another condition for closing the input switches SW11 and SW51 is that the gate command value Gref1 is “1”, the gate command value Gref1 before the half cycle of the carrier triangular wave Vcarry is “0”, and the gate command value before the half cycle of the carrier triangular wave Vcarry. This is a case where Gref2 is “1”. Another condition for closing the input switches SW21 and SW61 is that the gate command value Gref1 is “0”, the gate command value Gref1 before the half cycle of the carrier triangular wave Vcarry is “1”, and the gate before the half cycle of the carrier triangular wave Vcarry. This is a case where the command value Gref2 is “1”.

入力スイッチSW31,SW71が閉じる別の条件は、ゲート指令値Gref2が「1」、キャリア三角波Vcarryの半周期前のゲート指令値Gref2が「0」、およびキャリア三角波Vcarryの半周期前のゲート指令値Gref1が「0」の場合である。また、入力スイッチSW41,SW81が閉じる別の条件は、ゲート指令値Gref2が「0」、キャリア三角波Vcarryの半周期前のゲート指令値Gref2が「1」、およびキャリア三角波Vcarryの半周期前のゲート指令値Gref1が「0」の場合である。   Another condition for closing the input switches SW31 and SW71 is that the gate command value Gref2 is “1”, the gate command value Gref2 before the half cycle of the carrier triangular wave Vcarry is “0”, and the gate command value before the half cycle of the carrier triangular wave Vcarry. This is a case where Gref1 is “0”. Another condition for closing the input switches SW41 and SW81 is that the gate command value Gref2 is “0”, the gate command value Gref2 before the half cycle of the carrier triangular wave Vcarry is “1”, and the gate before the half cycle of the carrier triangular wave Vcarry. This is a case where the command value Gref1 is “0”.

出力スイッチSW12,SW22,SW32,SW42が閉じる条件は、インバータユニットの出力電流検出値IinvUNdetが正であることとする。出力スイッチSW52,SW62,SW72,SW82が閉じる条件はインバータユニットの出力電流検出値IinvUNdetが負であることとする。   The condition for closing the output switches SW12, SW22, SW32, and SW42 is that the output current detection value IinvUNdet of the inverter unit is positive. The condition for closing the output switches SW52, SW62, SW72, and SW82 is that the output current detection value IinvUNdet of the inverter unit is negative.

加算器add1は、比例アンプPと出力スイッチSW12,SW52の出力を加算し、加算器add1の加算結果を乗算器mul1において−1倍して符号を反転する。この乗算器mul1の出力がゲート指令値Gref1が「0」から「1」に立ち上がるタイミングのDelayU1となる。加算器add2は、比例アンプPと出力スイッチSW22,SW62の出力を加算し、加算器add2の加算結果がゲート指令値Gref1が「1」から「0」に立ち下がるタイミングのDelayD1となる。   The adder add1 adds the outputs of the proportional amplifier P and the output switches SW12 and SW52, and inverts the sign by multiplying the addition result of the adder add1 by -1 in the multiplier mul1. The output of the multiplier mul1 becomes DelayU1 at the timing when the gate command value Gref1 rises from “0” to “1”. The adder add2 adds the outputs of the proportional amplifier P and the output switches SW22 and SW62, and the addition result of the adder add2 becomes DelayD1 when the gate command value Gref1 falls from “1” to “0”.

加算器add3は、比例アンプPと出力スイッチSW32,SW72の出力を加算し、加算器add3の加算結果を乗算器mul2において−1倍して符号を反転する。この乗算器mul2の出力がゲート指令値Gref2が「0」から「1」に立ち上がるタイミングのDelayU2となる。加算器add4は、比例アンプPと出力スイッチSW42,SW82の出力を加算し、加算器add4の加算結果がゲート指令値Gref2が「1」から「0」に立ち下がるタイミングのDelayD2となる。   The adder add3 adds the outputs of the proportional amplifier P and the output switches SW32 and SW72, and the addition result of the adder add3 is multiplied by −1 in the multiplier mul2, and the sign is inverted. The output of the multiplier mul2 becomes DelayU2 at the timing when the gate command value Gref2 rises from “0” to “1”. The adder add4 adds the outputs of the proportional amplifier P and the output switches SW42 and SW82, and the addition result of the adder add4 becomes DelayD2 when the gate command value Gref2 falls from “1” to “0”.

本発明は、図2で示す横流電流抑制制御ブロックに入力される電圧指令値Vref´は、図1で示す電圧指令値補正ブロックによって補正された電圧指令値としたものである。図1において、電圧指令値Vrefは、電流制御インバータや電圧制御インバータならば制御アンプの出力であり、制御を適用せずにフィードフォワードで与えられる場合もある。この電圧指令値Vrefは、比較器cmpAとcmpBおよびスイッチSWAの端子aにそれぞれ入力される。   In the present invention, the voltage command value Vref ′ input to the cross current suppression control block shown in FIG. 2 is a voltage command value corrected by the voltage command value correction block shown in FIG. In FIG. 1, a voltage command value Vref is an output of a control amplifier if it is a current control inverter or a voltage control inverter, and may be given in a feed forward without applying control. The voltage command value Vref is input to the comparators cmpA and cmpB and the terminal a of the switch SWA, respectively.

比較器cmpAは、電圧指令値Vrefが設定された閾値Vth未満であることを検出し、「1」を出力する。比較器cmpBは電圧指令値Vrefが閾値-Vthを越えることを検出し「1」を出力する。比較器cmpA,cmpBの出力はアンド回路AND11の入力端子に各別に入力される。閾値Vthは図5で示した禁止帯の上限値に相当し、閾値-Vthは図5で示した禁止帯の下限値に相当する。アンド回路AND11は比較器cmpA,cmpBが共に「1」を出力し、-Vth<Vref<Vthが成立したとき「1」を出力する。スイッチSWAは、アンド回路AND11の出力が「1」のときに端子b側に切り換わり、「0」のときに端子aに切り換わる。   The comparator cmpA detects that the voltage command value Vref is less than the set threshold value Vth, and outputs “1”. The comparator cmpB detects that the voltage command value Vref exceeds the threshold value −Vth and outputs “1”. The outputs of the comparators cmpA and cmpB are input separately to the input terminals of the AND circuit AND11. The threshold value Vth corresponds to the upper limit value of the forbidden band shown in FIG. 5, and the threshold value −Vth corresponds to the lower limit value of the forbidden band shown in FIG. The AND circuit AND11 outputs “1” for both the comparators cmpA and cmpB, and outputs “1” when −Vth <Vref <Vth is established. The switch SWA switches to the terminal b when the output of the AND circuit AND11 is “1”, and switches to the terminal a when the output is “0”.

スイッチSWAの出力を入力するバッファZ-1の出力は、スイッチSWAの端子b側に接続される。スイッチSWAは、電圧指令値Vrefが閾値-Vth〜Vthの範囲外ならばそのままVrefを出力信号として出力し、電圧指令値Vrefが閾値-Vth〜Vthの範囲内ならば、前回出力した値をホールドする。スイッチSWBの端子aにはスイッチSWAの出力が接続される。スイッチSWCの端子aにはスイッチSWBの出力が接続される。 The output of the buffer Z- 1 for inputting the output of the switch SWA is connected to the terminal b side of the switch SWA. The switch SWA directly outputs Vref as an output signal if the voltage command value Vref is outside the range of the threshold value −Vth to Vth, and holds the previously output value if the voltage command value Vref is within the range of the threshold value −Vth to Vth. To do. The output of the switch SWA is connected to the terminal a of the switch SWB. The output of the switch SWB is connected to the terminal a of the switch SWC.

スイッチSWBの出力を入力するバッファZ-1の出力は、スイッチSWBの端子b側に接続される。比較器cmpDはスイッチSWA出力が正の値であることを検出し、「1」を出力する。比較器cmpCはバッファの値が負の値であることを検出して、「1」を出力する。各検出値はアンド回路AND12に入力される。また、アンド回路AND12には、比較器cmpGにより検出されたキャリア三角波の傾き信号が入力される。この傾き信号は、キャリア三角波を微分器sTにより微分し、比較器cmpGにより微分値(傾き)が正の値であることを検出してアンド回路AND12に入力される。 The output of the buffer Z- 1 that inputs the output of the switch SWB is connected to the terminal b side of the switch SWB. The comparator cmpD detects that the switch SWA output is a positive value and outputs “1”. The comparator cmpC detects that the buffer value is negative and outputs “1”. Each detection value is input to the AND circuit AND12. Further, the inclination signal of the carrier triangular wave detected by the comparator cmpG is input to the AND circuit AND12. The slope signal is differentiated by a differentiator sT, and the comparator cmpG detects that the differential value (slope) is a positive value, and is input to the AND circuit AND12.

よって、アンド回路AND12は、比較器cmpC,cmpD,cmpGが全て「1」を出力したとき「1」を出力し、スイッチSWBを端子b側に切換える。スイッチSWBの出力信号は、キャリア三角波の傾きが正の時に電圧指令値Vrefが負から正に変化しても前回の負の値を出力し続け、キャリア三角波の傾きが負ならば電圧指令値Vrefをそのまま出力する。   Therefore, the AND circuit AND12 outputs “1” when all the comparators cmpC, cmpD, and cmpG output “1”, and switches the switch SWB to the terminal b side. The output signal of the switch SWB continues to output the previous negative value even if the voltage command value Vref changes from negative to positive when the slope of the carrier triangular wave is positive. If the slope of the carrier triangular wave is negative, the voltage command value Vref Is output as is.

スイッチSWCの端子aには、スイッチSWBの出力が接続され、スイッチSWCの出力を入力とするバッファZ-1の出力は、スイッチSWCの端子bに接続される。比較器cmpFはスイッチSWB出力が負の値であることを検出し、「1」を出力する。比較器cmpEはバッファZ-1の値が正の値であることを検出、「1」を出力する。アンド回路AND13は、比較器cmpE,cmpFが全て「1」て、且つキャリア三角波の微分(傾き)が負の時に「1」を出力し、スイッチSWCを端子b側に切り換える。スイッチSWCの出力信号は、キャリア三角波の傾きが負の時に電圧指令値Vrefが正から負に変化しても前回の正の値を出力し続け、キャリア三角波の傾きが正ならば電圧指令値Vrefをそのまま出力する。このスイッチSWCの出力信号は、電圧指令値Vref´として図2の横流電流抑制制御ブロックに入力される。 The output of the switch SWB is connected to the terminal a of the switch SWC, and the output of the buffer Z- 1 that receives the output of the switch SWC is connected to the terminal b of the switch SWC. The comparator cmpF detects that the switch SWB output is a negative value and outputs “1”. The comparator cmpE detects that the value of the buffer Z −1 is a positive value and outputs “1”. The AND circuit AND13 outputs “1” when the comparators cmpE and cmpF are all “1” and the differential (slope) of the carrier triangular wave is negative, and switches the switch SWC to the terminal b side. The output signal of the switch SWC continues to output the previous positive value even if the voltage command value Vref changes from positive to negative when the slope of the carrier triangular wave is negative. If the slope of the carrier triangular wave is positive, the voltage command value Vref Is output as is. The output signal of the switch SWC is input to the cross current suppression control block of FIG. 2 as a voltage command value Vref ′.

この実施例では、スイッチとその周辺回路により3個のスイッチ手段が構成される。スイッチSWAは、電圧指令値Vrefに対して禁止帯-Vth〜Vthを設け、電圧指令値Vrefを零に近づけないようにしている。スイッチSWBは、キャリア三角波の傾きが正の時に電圧指令値Vrefの負から正の値への変化を禁止している。スイッチSWCは、キャリア三角波の傾きが負の時に電圧指令値Vrefの正から負の値への変化を禁止している。   In this embodiment, the switch and its peripheral circuit constitute three switch means. The switch SWA has forbidden bands -Vth to Vth for the voltage command value Vref so that the voltage command value Vref does not approach zero. Switch SWB prohibits the change of voltage command value Vref from a negative value to a positive value when the slope of the carrier triangular wave is positive. The switch SWC prohibits the change of the voltage command value Vref from a positive value to a negative value when the slope of the carrier triangular wave is negative.

図5は電圧指令値Vref(実線)とその補正後の電圧指令値Vref´(点線)を示したものである。補正前の電圧指令値Vrefは、零付近ではキャリア三角波と交差しないためスイッチングしない期間が長くなっている。この間は横流電流を抑制する手段を失ってしまう。スイッチング素子の電圧降下にずれがある場合、図5のGref1、Gref2で示すスイッチングしない期間でずれの電圧が横流抑制リアクトルに印加され続け、横流電流が拡大してしまう。   FIG. 5 shows the voltage command value Vref (solid line) and the corrected voltage command value Vref ′ (dotted line). Since the voltage command value Vref before correction does not cross the carrier triangular wave near zero, the period during which the voltage command value Vref is not switched is long. During this time, the means for suppressing the cross current is lost. When there is a deviation in the voltage drop of the switching element, the deviation voltage continues to be applied to the transverse current suppressing reactor during the non-switching period indicated by Gref1 and Gref2 in FIG. 5, and the transverse current increases.

一方、本実施例では、補正により電圧指令値Vref´は零付近に禁止帯が設定され、さらにキャリア三角波の傾きが負の時は電圧指令値Vref´の正から負への変化が禁止される。これにより電圧指令値Vref´は図5のGref1´のように補正され、キャリア三角波の頂点間で最低1回のスイッチングが確実に行われる。   On the other hand, in this embodiment, the voltage command value Vref ′ is set to a forbidden band near zero by the correction, and when the slope of the carrier triangular wave is negative, the change of the voltage command value Vref ′ from positive to negative is prohibited. . As a result, the voltage command value Vref ′ is corrected as indicated by Gref1 ′ in FIG. 5, and at least one switching is reliably performed between the vertices of the carrier triangular wave.

実施例1によれば、スイッチングしない期間を短くできるため、横流電流の拡大を防ぐことができる。禁止帯の閾値Vthは、スイッチング素子が出力できる最小ONパルス幅を満たすように設定する必要がある。
なお、実施例1により電圧指令値の補正を行うと、電圧指令値の零付近でスイッチング回数が増加し、損失が増えてしまう。しかし電力変換装置の出力力率の高い用途に限定すれば、出力電圧と出力電流の位相がほぼ等しくなるため電圧指令値の零付近では出力電流の瞬時値も零に近くなり、電圧指令値の零付近でスイッチング回数が増加しても遮断する出力電流は小さくスイッチング損失が微小となるため、損失増加は微小となる。
According to the first embodiment, the period during which switching is not performed can be shortened, so that an increase in cross current can be prevented. The forbidden band threshold Vth needs to be set to satisfy the minimum ON pulse width that can be output by the switching element.
When the voltage command value is corrected according to the first embodiment, the number of switching increases near zero of the voltage command value and the loss increases. However, if limited to applications where the power conversion device has a high output power factor, the phase of the output voltage and the output current will be approximately equal, so the instantaneous value of the output current will be close to zero near the zero of the voltage command value. Even if the number of switching increases near zero, the output current that is cut off is small and the switching loss is small, so the increase in loss is small.

図1で示す電圧指令補正ブロックを用いた横流電流抑制制御により電圧指令値を変更すると、出力電圧ひずみ、出力電流ひずみが発生するケースが考えられる。実施例2では、この問題点を解消するものである。
図3で示す電圧指令補正ブロックは、3相3線式の3レベルインバータを対象にしたもので、VrefUはU相電圧指令値、VrefVはV相電圧指令値、VrefWはW相電圧指令値で、各相の電圧指令値VrefU,VrefV,VrefWに対して、図1で得られた補正後の電圧指令値VrefU´,VrefV´,VrefW´を加減算することで、新たな電圧指令値VrefU*,VrefV*,VrefW*を得て図2で示す横流電流抑制制御ブロックへの電圧指令値Vref´とするものである。
When the voltage command value is changed by the cross current suppression control using the voltage command correction block shown in FIG. 1, the output voltage distortion and the output current distortion may occur. In the second embodiment, this problem is solved.
The voltage command correction block shown in FIG. 3 is for a three-phase, three-wire, three-level inverter. VrefU is a U-phase voltage command value, VrefV is a V-phase voltage command value, and VrefW is a W-phase voltage command value. By adding / subtracting the corrected voltage command values VrefU ′, VrefV ′, VrefW ′ obtained in FIG. 1 to the voltage command values VrefU, VrefV, VrefW of each phase, new voltage command values VrefU * , VrefV * and VrefW * are obtained and used as the voltage command value Vref ′ to the cross current suppression control block shown in FIG.

すなわち、図1で示す電圧指令補正ブロックでの補正後の電圧指令値VrefU´を入力し、減算器sub1において補正後の電圧指令値VrefU´からVrefUを減算してU相補正操作量を求め、減算器sub2において補正後の電圧指令値VrefV´からVrefVを減算してV相補正操作量を求める。さらに減算器sub3において補正後の電圧指令値VrefW´からVrefWを減算してW相補正操作量を求める。加算器add10では各相の補正操作量を全て加算し、加算結果と電圧指令値VrefU,VrefV,VrefWをそれぞれ加算器add11,add12,add13で加算して各相の新たな電圧指令値VrefU*,VrefV*,VrefW*を得る。 That is, the corrected voltage command value VrefU ′ in the voltage command correction block shown in FIG. 1 is input, and the subtractor sub1 subtracts VrefU from the corrected voltage command value VrefU ′ to obtain the U-phase correction operation amount. In the subtractor sub2, VrefV is subtracted from the corrected voltage command value VrefV 'to obtain the V-phase correction manipulated variable. Further, the subtractor sub3 subtracts VrefW from the corrected voltage command value VrefW ′ to obtain the W-phase correction manipulated variable. The adder add10 adds all the correction operation amounts for each phase, and adds the addition result and the voltage command values VrefU, VrefV, and VrefW by the adders add11, add12, and add13, respectively, to obtain a new voltage command value VrefU * , Get VrefV * and VrefW * .

以上により得られた新たな電圧指令値VrefU*,VrefV*,VrefW*は、相電圧では補正操作によるひずみは重畳するが、線間電圧は補正の影響を受けない。3相3線式のインバータでは外部負荷への影響は線間電圧のみに依存するため、以上の操作を行うことで、補正により出力電圧ひずみ、出力電流ひずみが発生する問題を解決することができる。 The new voltage command values VrefU * , VrefV * , and VrefW * obtained as described above are superimposed on distortion due to the correction operation in the phase voltage, but the line voltage is not affected by the correction. Since the influence on the external load depends only on the line voltage in the three-phase three-wire inverter, the above operation can solve the problem of output voltage distortion and output current distortion due to correction. .

図4で示す実施例は、実施例1を4レベル以上(Nレベル)のマルチレベルインバータに適用する場合の例である。図4は、図1で示す電圧指令補正ブロックをN−2段直列に接続した構成で、例として3段直列による5レベルインバータ向けの構成における1段あたりの構成図を示したものである。   The embodiment shown in FIG. 4 is an example in which the first embodiment is applied to a multilevel inverter having four or more levels (N levels). FIG. 4 is a configuration in which the voltage command correction blocks shown in FIG. 1 are connected in N-2 stages in series, and as an example, shows a configuration diagram per stage in a configuration for a five-level inverter with three stages in series.

電圧指令値Vrefは、最初の段(n=1)ならば実施例1と同様に制御アンプの出力やフィードフォワードで与えられ、2段目以降(n≧2)ならば前段の出力である。
比較器cmpAnは、n段目の電圧指令値補正手段の電圧指令値Vref-nが閾値2n/(N-1)-1+Vth未満であることを検出する。比較器cmpBnは、電圧指令値Vrefが閾値2n/(N-1)-1-Vthを超えることを検出し「1」を出力する。ここで、閾値Vthは図6で示す禁止帯2の上限値に相当する。比較器cmpAn,cmpBnが共に「1」を出力し、2n/(N-1)-1-Vth<Vref-n<2n/(N-1)-1+Vthが成立するときにアンド回路AND1nは「1」を出力する。
The voltage command value Vref is given by the output of the control amplifier or feedforward in the same manner as in the first embodiment if the first stage (n = 1), and is the output of the previous stage if the second and subsequent stages (n ≧ 2).
The comparator cmpAn detects that the voltage command value Vref-n of the n-th stage voltage command value correcting means is less than the threshold value 2n / (N−1) −1 + Vth. The comparator cmpBn detects that the voltage command value Vref exceeds the threshold value 2n / (N-1) -1-Vth and outputs “1”. Here, the threshold value Vth corresponds to the upper limit value of the forbidden band 2 shown in FIG. When both comparators cmpAn and cmpBn output "1" and 2n / (N-1) -1-Vth <Vref-n <2n / (N-1) -1 + Vth holds, AND circuit AND1n “1” is output.

スイッチSWAnは、アンド回路AND11nの出力「1」により端子b側に切り換わり、「0」時で端子a側に切り換わる。スイッチSWAnの出力を入力するバッファZ-1の出力は、スイッチSWAnの端子b側に接続される。スイッチSWAnは、電圧指令値Vref-nが閾値2n/(N-1)-1-Vth<Vref-n<2n/(N-1)-1+Vthの範囲外ならばそのままVrefを出力信号として出力し、電圧指令値Vref-nが2n/(N-1)-1-Vth<Vref-n<2n/(N-1)-1+Vthの範囲内ならば、前回出力した値をホールドする。スイッチSWBnの端子aにはスイッチSWAnの出力が接続される。スイッチSWCの端子aにはスイッチSWBの出力が接続される。 The switch SWAn is switched to the terminal b side by the output “1” of the AND circuit AND11n, and is switched to the terminal a side at “0”. The output of the buffer Z- 1 to which the output of the switch SWAn is input is connected to the terminal b side of the switch SWAn. If the voltage command value Vref-n is outside the range of the threshold 2n / (N-1) -1-Vth <Vref-n <2n / (N-1) -1 + Vth, the switch SWAn will use Vref as an output signal. If the voltage command value Vref-n is within the range of 2n / (N-1) -1-Vth <Vref-n <2n / (N-1) -1 + Vth, the previous output value is held. . The output of the switch SWAn is connected to the terminal a of the switch SWBn. The output of the switch SWB is connected to the terminal a of the switch SWC.

スイッチSWBnの出力を入力するバッファZ-1の出力は、スイッチSWBnの端子b側に接続される。比較器cmpDnはスイッチSWAn出力が2n/(N-1)-1よりも大きい値であることを検出し、「1」を出力する。比較器cmpCnはバッファの値が2n/(N-1)-1よりも小さな値であることを検出して、「1」を出力する。各検出値はアンド回路AND12nに入力される。また、アンド回路AND12nには、比較器cmpGnにより検出されたキャリア三角波の傾き信号が入力される。この傾き信号は、キャリア三角波を微分器sTにより微分し、比較器cmpGnにより微分値(傾き)が正の値であることを検出して「1」を出力し、アンド回路AND12nに入力される。 The output of the buffer Z- 1 that inputs the output of the switch SWBn is connected to the terminal b side of the switch SWBn. The comparator cmpDn detects that the output of the switch SWAn is larger than 2n / (N−1) −1 and outputs “1”. The comparator cmpCn detects that the value of the buffer is smaller than 2n / (N−1) −1 and outputs “1”. Each detection value is input to the AND circuit AND12n. Further, the inclination signal of the carrier triangular wave detected by the comparator cmpGn is input to the AND circuit AND12n. The inclination signal is obtained by differentiating the carrier triangular wave by the differentiator sT, detecting that the differential value (inclination) is a positive value by the comparator cmpGn, outputting “1”, and input to the AND circuit AND12n.

スイッチSWBnの出力信号は、キャリア三角波の傾きが正の時に電圧指令値Vrefが2n/(N-1)-1よりも大きい値に変化しても前回の2n/(N-1)-1よりも小さい値(正確には、2n/(N-1)-1-Vth)を出力し続け、キャリア三角波の傾きが負ならば電圧指令値Vrefをそのまま出力する。スイッチSWBnの出力信号はスイッチSWCnの端子aに入力される他、比較器cmpF1、バッファZ-1に入力される。 The output signal of switch SWBn is more than the previous 2n / (N-1) -1 even if the voltage command value Vref changes to a value larger than 2n / (N-1) -1 when the slope of the carrier triangular wave is positive. If the slope of the carrier triangular wave is negative, the voltage command value Vref is output as it is, while continuing to output a smaller value (more precisely, 2n / (N-1) -1-Vth). The output signal of the switch SWBn is input to the terminal a of the switch SWCn, and is also input to the comparator cmpF1 and the buffer Z- 1 .

スイッチSWCnの出力を入力するバッファZ-1の出力は、スイッチSWCnの端子b側に接続される。比較器cmpFnはスイッチSWBnの出力が2n/(N-1)-1よりも小さい値であることを検出し、「1」を出力する。比較器cmpEnはバッファZ-1の値が2n/(N-1)-1よりも大きな値であることを検出して、「1」を出力する。各検出値はアンド回路AND13nに入力される。また、アンド回路AND13nには、比較器cmpGnにより検出されたキャリア三角波の傾き信号が入力される。比較器cmpGnは微分器sTによる微分信号の傾きが正であることを検出して「1」を出力し、論理を反転してアンド回路AND13nに入力される。 The output of the buffer Z- 1 that receives the output of the switch SWCn is connected to the terminal b side of the switch SWCn. The comparator cmpFn detects that the output of the switch SWBn is a value smaller than 2n / (N−1) −1 and outputs “1”. The comparator cmpEn detects that the value of the buffer Z −1 is larger than 2n / (N−1) −1 and outputs “1”. Each detection value is input to the AND circuit AND13n. Further, the inclination signal of the carrier triangular wave detected by the comparator cmpGn is input to the AND circuit AND13n. The comparator cmpGn detects that the slope of the differential signal from the differentiator sT is positive, outputs “1”, inverts the logic, and inputs it to the AND circuit AND13n.

スイッチSWCnの出力信号は、キャリア三角波の傾きが負のときに電圧指令値Vrefが2n/(N-1)-1よりも小さい値に変化しても前回の2n/(N-1)-1よりも大きい値(正確には、2n/(N-1)-1-Vth)を出力し続け、キャリア三角波の傾きが正ならば電圧指令値Vrefをそのまま出力する。このスイッチSWCnの出力信号は、最終段(n=N-2)であれば電圧指令値Vref´として図2の横流電流抑制制御ブロックに入力され、それ以外であれば、次の段の電圧指令値補正ブロックに入力される。図4は、1段目はn=1、2段目はn=2の例で示している。   Even if the voltage command value Vref changes to a value smaller than 2n / (N-1) -1 when the slope of the carrier triangular wave is negative, the output signal of the switch SWCn is 2n / (N-1) -1 Larger than (more precisely, 2n / (N-1) -1-Vth), and if the slope of the carrier triangular wave is positive, the voltage command value Vref is output as it is. The output signal of the switch SWCn is input to the cross current control control block of FIG. 2 as the voltage command value Vref ′ if it is the final stage (n = N−2), otherwise it is the voltage command of the next stage. Input to the value correction block. FIG. 4 shows an example in which the first level is n = 1 and the second level is n = 2.

上記のように動作する機能を設けた電圧指令値補正手段により、4レベル以上(Nレベル)のマルチレベルインバータに適用できる補正された電圧指令値の生成ができる。例として5レベルインバータにおける電圧指令値Vrefの補正の様子を図6に示す。5レベルインバータでは、キャリア三角波を4つ使用してPWM変調を行うため、図1の零(0)付近の他に+0.5、-0.5付近でも補正が必要となる。そこで本実施例では、図1で示すブロックを3段直列にして+0.5、-0.5付近の補正機能を追加したものである。   The corrected voltage command value applicable to the multi-level inverter of 4 levels or more (N level) can be generated by the voltage command value correcting means provided with the function operating as described above. As an example, FIG. 6 shows how the voltage command value Vref is corrected in a 5-level inverter. In the 5-level inverter, since four carrier triangular waves are used for PWM modulation, correction is required not only near zero (0) in FIG. 1 but also near +0.5 and -0.5. In this embodiment, therefore, correction blocks near +0.5 and -0.5 are added by connecting the blocks shown in FIG. 1 in three stages in series.

図6中のNはレベル数を表し、5レベルならばN=5である。これを図4の最上段のブロックB1に入力すると、2n/(N-1)-1=2/(5-1)-1=-0.5となり、最上段B1のスイッチSWA1では、電圧指令値Vrefに対して禁止帯-0.5-Vth〜-0.5+Vthを設け、電圧指令値Vrefを-0.5に近づけない。図6で示す禁止帯3が、ここでの禁止帯に相当する。   N in FIG. 6 represents the number of levels, and if 5 levels, N = 5. When this is input to the uppermost block B1 in FIG. 4, 2n / (N-1) -1 = 2 / (5-1) -1 = -0.5, and the switch SWA1 in the uppermost B1 has a voltage command value Vref. Forbidden bands -0.5-Vth to -0.5 + Vth are provided, and the voltage command value Vref is not close to -0.5. The forbidden band 3 shown in FIG. 6 corresponds to the forbidden band here.

スイッチSWB1では、キャリア三角波の傾きが正の時は、電圧指令値Vrefの-0.5よりも小さな値から-0.5よりも大きな値への変化を禁止する。
スイッチSWC1では、キャリア三角波の傾きが負の時は、電圧指令値Vrefの-0.5よりも大きな値から-0.5よりも小さな値への変化を禁止する。
ブロックB1は以上のように動作する。
In the switch SWB1, when the slope of the carrier triangular wave is positive, the voltage command value Vref is prohibited from changing from a value smaller than −0.5 to a value larger than −0.5.
In the switch SWC1, when the slope of the carrier triangular wave is negative, the voltage command value Vref is prohibited from changing from a value larger than −0.5 to a value smaller than −0.5.
Block B1 operates as described above.

中段のブロックB2は、2n/(N-1)-1=4/4-1=0となり、図1と同一の構成・動作となる。図6で示す禁止帯2が、ここでの禁止帯に相当する。   The middle block B2 has 2n / (N-1) -1 = 4 / 4-1 = 0, and has the same configuration and operation as FIG. The forbidden band 2 shown in FIG. 6 corresponds to the forbidden band here.

最下段のブロックB3は、n=3, N=5を代入して2n/(N-1)-1=0.5となり、0.5付近の電圧指令値Vrefの補正を行う。図6で示す禁止帯1が、ここでの禁止帯に相当する。   The lowermost block B3 substitutes n = 3 and N = 5 to 2n / (N-1) -1 = 0.5, and corrects the voltage command value Vref near 0.5. The forbidden band 1 shown in FIG. 6 corresponds to the forbidden band here.

レベル数をNとおいて、n=1〜N-2を代入し同様のブロックをN-2段直列にすることで、任意のレベル数に対応した電圧指令値の補正ブロックを構成することができる。ただし、レベル数を増加すると使用するスイッチング素子が増加するため、積分アンプの数がスイッチング素子数の2倍になるよう図2の横流電流抑制制御ブロックを拡張する必要がある。   By setting the number of levels to N and substituting n = 1 to N-2 and making N-2 stages of similar blocks in series, a voltage command value correction block corresponding to an arbitrary number of levels can be configured. . However, since the number of switching elements to be used increases as the number of levels increases, it is necessary to expand the cross current control block of FIG. 2 so that the number of integrating amplifiers is twice the number of switching elements.

また、実施例3は実施例2と組み合わせることができる。実施例2では対象を3レベルインバータにしているが、4レベル以上であっても適用することができる。その際、例えば5レベルの場合、0の他に0.5、-0.5でも補正が必要となり、すべての相で補正が必要となるタイミングが重ならないことを確認してから適用する必要がある。   Further, the third embodiment can be combined with the second embodiment. In the second embodiment, the target is a three-level inverter, but it can be applied even if the level is four or more. In this case, for example, in the case of 5 levels, it is necessary to make corrections at 0.5 and -0.5 in addition to 0, and it is necessary to apply after confirming that the timings at which corrections are required do not overlap in all phases.

実施例3によれば、4レベル以上のマルチレベルインバータを並列接続にした場合でも、必ずキャリア三角波の頂点間で1回のスイッチングを発生させることで、横流電流抑制制御を行う機会を増やし、横流電流を小さくすることができるものである。   According to the third embodiment, even when multi-level inverters of four levels or more are connected in parallel, by always generating one switching between the vertices of the carrier triangular wave, the opportunity for performing the cross current suppression control is increased. The current can be reduced.

copA〜copG… 比較器
SWA〜SWC… スイッチ
AND11〜AND13… アンド回路
sT… 微分器
Z-1… バッファ
sub1〜sub3… :減算器
add10〜add13… 加算器
copA ~ copG ... Comparator
SWA to SWC ... switch
AND11 to AND13 ... AND circuit
sT ... Differentiator
Z -1 … buffer
sub1 to sub3 ...: Subtractor
add10 ~ add13… Adder

Claims (4)

3レベル以上のマルチインバータユニットを並列に接続し、横流電流抑制制御手段によりインバータユニット間の横流責務の均等化を図りながら電圧指令値とキャリア三角波を比較し、インバータ内のスイッチング素子のオン・オフ信号を生成する制御装置において、
前記横流電流抑制制御手段の前段に電圧指令値補正手段を設け、
電圧指令値補正手段は、電圧指令値Vrefに対して閾値(禁止帯)-Vth〜Vthを設け、電圧指令値Vrefの零への接近を抑制する第1のスイッチ手段と、
前記キャリア三角波の傾きが正の時に、電圧指令値Vrefの負から正の値への変化を禁止する第2のスイッチ手段と、
前記キャリア三角波の傾きが負の時に、電圧指令値Vrefの正から負の値への変化を禁止する第3のスイッチ手段を備え、
電圧指令値補正手段により補正された電圧指令値を、前記横流電流抑制制御手段への電圧指令値としたことを特徴としたマルチレベル電力変換装置のユニット制御装置。
Multi-inverter units of 3 levels or more are connected in parallel, and the cross-current current suppression control means equalizes the cross-current duty between the inverter units, compares the voltage command value with the carrier triangular wave, and turns on / off the switching elements in the inverter. In a control device that generates a signal,
A voltage command value correction means is provided in the previous stage of the cross current suppression control means,
The voltage command value correcting means is provided with threshold values (forbidden bands) −Vth to Vth for the voltage command value Vref, and first switch means for suppressing the approach of the voltage command value Vref to zero;
Second switch means for prohibiting the change of the voltage command value Vref from a negative value to a positive value when the slope of the carrier triangular wave is positive;
Third switch means for prohibiting a change of the voltage command value Vref from a positive value to a negative value when the slope of the carrier triangular wave is negative;
A unit control device for a multilevel power converter, wherein the voltage command value corrected by the voltage command value correction means is used as a voltage command value for the cross current suppression control means.
前記第1のスイッチ手段は、電圧指令値Vrefが前記閾値Vth未満であることを検出する第1の比較器と、電圧指令値Vrefが前記閾値-Vthを越えることを検出する第2の比較器を有し、電圧指令値Vrefが閾値-Vth〜Vthの範囲外時には電圧指令値Vrefを出力し、閾値-Vth〜Vthの範囲内時には前回の出力値をホールドする機能を備え、
前記第2のスイッチ手段は、第1のスイッチ手段の出力が正の値であることを検出する第3の比較器と、ホールドされた前回の出力値が負の値であることを検出する第4の比較器と、前記キャリア三角波の微分値の傾きが正の値であることを検出する第5の比較器を有し、第3〜第5の各比較器からの出力信号「1」でホールドされた前回の出力値を出力し、出力信号「1」でない時に、前記第1のスイッチ手段から出力する機能を備え、
前記第3のスイッチ手段は、第2のスイッチ手段の出力が負の値であることを検出する第6の比較器と、ホールドされた前回の出力値が正の値であることを検出する第7の比較器を有し、第6,第7の各比較器からの出力信号「1」で、且つ前記キャリア三角波の微分値の傾きが負の値のときにホールドされた前回の出力値を補正した電圧指令値Vref´として出力し、キャリア三角波の微分値の傾きが正の時に、前記第2のスイッチ手段の出力を出力する機能を備えたことを特徴とした請求項1記載のマルチレベル電力変換装置のユニット制御装置。
The first switch means includes a first comparator that detects that the voltage command value Vref is less than the threshold value Vth, and a second comparator that detects that the voltage command value Vref exceeds the threshold value -Vth. It has a function to output the voltage command value Vref when the voltage command value Vref is outside the range of the threshold value -Vth to Vth, and hold the previous output value when it is within the range of the threshold value -Vth to Vth,
The second switch means detects a third comparator that detects that the output of the first switch means is a positive value, and a second comparator that detects that the previous output value held is a negative value. 4 and a fifth comparator for detecting that the slope of the differential value of the carrier triangular wave is a positive value, and the output signal “1” from each of the third to fifth comparators A function of outputting the held previous output value and outputting from the first switch means when the output signal is not "1";
The third switch means detects a sixth comparator for detecting that the output of the second switch means is a negative value, and a first comparator for detecting that the previous output value held is a positive value. The previous output value held when the output signal “1” from each of the sixth and seventh comparators is negative and the slope of the differential value of the carrier triangular wave is negative. 2. The multilevel according to claim 1, further comprising a function of outputting the output of the second switch means when the corrected voltage command value Vref 'is output and the slope of the differential value of the carrier triangular wave is positive. Unit controller for power converter.
前記マルチレベルインバータを三相とし、三相の電圧指令値Vrefを、前記電圧指令値補正手段により補正された電圧指令値Vref´からそれぞれ減算器を介して各別に減算し、得られた算出値の総和値を三相の電圧指令値Vrefに各別に加算して新たに補正された三相の各電圧指令値Vref*とし、電圧指令値Vref*を前記横流電流抑制制御手段に対する電圧指令値としたことを特徴とした請求項1又は2記載のマルチレベル電力変換装置のユニット制御装置。 The multi-level inverter has three phases, and the three-phase voltage command value Vref is subtracted separately from the voltage command value Vref ′ corrected by the voltage command value correcting means, respectively, via a subtractor, and obtained calculated values Is added to the three-phase voltage command value Vref separately to obtain each corrected three-phase voltage command value Vref * , and the voltage command value Vref * is the voltage command value for the cross current suppression control means. The unit control device for a multilevel power conversion device according to claim 1 or 2, wherein the unit control device is a multilevel power conversion device. 前記電圧指令値補正手段をN-2段直列に接続し、2段目以降の電圧指令値補正手段の入力を前段の電圧指令値補正手段の出力とし、直列に接続したn段目の電圧指令値補正手段では、入力(各段の電圧指令値Vref-n)が閾値2n/(N-1)-1-Vth<Vref-n<2n/(N-1)-1+Vthの範囲内であるか否かに基づいて、各段の電圧指令値補正手段の出力を生成することを特徴とした請求項1乃至3の何れか1項に記載のマルチレベル電力変換装置のユニット制御装置。
ただし、Nはインバータのマルチレベル数、N≧4、n=1…N-2

The voltage command value correction means is connected in series N-2, the input of the voltage command value correction means in the second and subsequent stages is used as the output of the voltage command value correction means in the previous stage, and the voltage command in the nth stage connected in series. In the value correction means, is the input (voltage command value Vref-n at each stage) within the range of threshold 2n / (N-1) -1-Vth <Vref-n <2n / (N-1) -1 + Vth 4. The unit control device for a multi-level power conversion device according to claim 1, wherein the output of the voltage command value correction means at each stage is generated based on whether or not.
Where N is the number of multi-level inverters, N ≧ 4, n = 1 ... N-2

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