JP2019129667A - 電力変換器の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】制御誤差が小さく、制御安定性が高い電力変換器の制御装置を提供する。【解決手段】この制御装置１０Ａでは、偏差ΔＩｄに比例するｄ軸電圧指令値ＶｄＰの位相と、偏差ΔＩｑに比例するｑ軸電圧指令値ＶｑＰの位相との各々を位相回転変換器１８によって補正角度αだけ遅らせる。偏差ΔＩｄの積分値に比例するｄ軸電圧指令値ＶｄＩの位相と、偏差ΔＩｑの積分値に比例するｑ軸電圧指令値ＶｑＩの位相とについては、遅らせない。そして、第１基準位相（ωｔ＋φ）よりも補正角度αだけ進められた第２基準位相（ωｔ＋φ＋α）に基づいて、偏差ΔＶｄ，ΔＶｑを逆ｄｑ変換する。【選択図】図１

Description

この発明は電力変換器の制御装置に関し、特に、三相電圧指令値に従って三相交流電流を負荷に供給する電力変換器を制御する制御装置に関する。

たとえば特開２００８−２３４２９８号公報（特許文献１）には、三相電圧指令値に従って三相交流電流を交流電力系統に供給する電力変換器を制御する制御装置が開示されている。この制御装置は、第１の基準位相に基づいて交流電力系統の三相交流電圧をｄ軸電圧およびｑ軸電圧にｄｑ変換する第１のｄｑ変換器と、第１の基準位相に基づいて三相交流電流をｄ軸電流およびｑ軸電流にｄｑ変換する第２のｄｑ変換器と、ｄ軸電流指令値とｄ軸電流との偏差に基づいてｄ軸電圧指令値を生成する第１の電流制御器と、ｑ軸電流指令値とｑ軸電流との偏差に基づいてｑ軸電圧指令値を生成する第２の電流制御器と、ｄ軸電圧とｄ軸電圧指令値との第１の偏差を生成するとともに、ｑ軸電圧とｑ軸電圧指令値の第２の偏差を生成する減算器と、第１の基準位相よりも補正角度だけ進められた第２の基準位相に基づいて、第１および第２の偏差を逆ｄｑ変換して三相電圧指令値を生成する逆ｄｑ変換器とを備える。上記補正角度は、制御装置の応答時間による制御誤差を低減するように設定されている。

特開２００８−２３４２９８号公報

しかし、特許文献１では、ＰＩ（Proportional-Integral)制御を行なう場合、制御安定性（ゲイン余裕および位相余裕）が低下し、ｄ軸電流指令値またはｑ軸電流指令値が変化したときに過渡的に振動が生じるという問題があった。

すなわち、ＰＩ制御を行なう場合には、上記第１および第２の電流制御器は、電流指令値と電流の偏差に比例する比例項と、その偏差の積分値に比例する積分項とを算出する。比例項は正相成分および逆相成分を含み、積分項では正相成分が支配的となる。正相成分は位相遅れが大きいほど振動的になり、逆相成分は位相進みが大きいほど振動的になる。上記逆ｄｑ変換器では、比例項と積分項の両方の位相が進められる。このため、比例項の逆相成分の位相進みが増加し、制御安定性が低下してしまう。

それゆえに、この発明の主たる目的は、制御誤差が小さく、制御安定性が高い電力変換器の制御装置を提供することである。

この発明に係る電力変換器の制御装置は、三相電圧指令値に従って三相交流電流を負荷に供給する電力変換器を制御する制御装置であって、第１の基準位相に基づいて三相交流電流をｄ軸電流およびｑ軸電流にｄｑ変換する第１のｄｑ変換器と、ｄ軸電流指令値とｄ軸電流との第１の偏差に比例する第１のｄ軸電圧指令値を生成するとともに、第１の偏差の積分値に比例する第２のｄ軸電圧指令値を生成する第１の電流制御器と、ｑ軸電流指令値とｑ軸電流との第２の偏差に比例する第１のｑ軸電圧指令値を生成するとともに、第２の偏差の積分値に比例する第２のｑ軸電圧指令値を生成する第２の電流制御器と、第１および第２のｄ軸電圧指令値の和に基づいて第３のｄ軸電圧指令値を生成するとともに、第１および第２のｑ軸電圧指令値の和に基づいて第３のｑ軸電圧指令値を生成する演算器と、第１の基準位相よりも第１の角度だけ進められた第２の基準位相に基づいて、第３のｄ軸電圧指令値および第３のｑ軸電圧指令値を逆ｄｑ変換して三相電圧指令値を生成する逆ｄｑ変換器とを備えたものである。第１および第２の電流制御器と演算器との間には、第１のｄ軸電圧指令値および第１のｑ軸電圧指令値の各々の位相を第１の角度だけ遅らせる第１の位相変換器が設けられている。

この発明に係る電力変換器の制御装置では、第１の偏差に比例する第１のｄ軸電圧指令値の位相と、第２の偏差に比例する第１のｑ軸電圧指令値の位相との各々を第１の角度だけ遅らせる。第１の偏差の積分値に比例する第２のｄ軸電圧指令値の位相と、第２の偏差の積分値に比例する第２のｑ軸電圧指令値の位相とについては、遅らせない。そして、第１の基準位相よりも第１の角度だけ進められた第２の基準位相に基づいて、第１および第２のｄ軸電圧指令値の和に基づいて生成された第３のｄ軸電圧指令値と、第１および第２のｑ軸電圧指令値の和に基づいて生成された第３のｑ軸電圧指令値とを逆ｄｑ変換する。

したがって、第１のｄ軸電圧指令値および第１のｑ軸電圧指令値の位相を第１の角度だけ遅らせた後に、逆ｄｑ変換時に第１の角度だけ進ませるので、結果として、第１のｄ軸電圧指令値および第１のｑ軸電圧指令値の位相は変化しない。よって、第１のｄ軸電圧指令値および第１のｑ軸電圧指令値の位相が進められて制御安定性が低下することを防止することができる。また、第２のｄ軸電圧指令値および第２のｑ軸電圧指令値の位相を逆ｄｑ変換時に第１の角度だけ進めるので、制御装置の応答時間による制御誤差を低減することができる。

この発明の実施の形態１による電力変換システムの構成を示す回路ブロック図である。 図１に示した制御装置の要部を示すブロック図である。 実施の形態１の変更例を示す回路ブロック図である。 図３に示した制御装置の要部を示すブロック図である。 この発明の実施の形態２による電力変換システムの構成を示す回路ブロック図である。 図５に示した制御装置の要部を示すブロック図である。 この発明の実施の形態３による電力変換システムの構成を示す回路ブロック図である。 実施の形態３の変更例を示す回路ブロック図である。 この発明の実施の形態４による電力変換システムの構成を示す回路ブロック図である。

[実施の形態１]
図１は、この発明の実施の形態１による電力変換システムの構成を示す回路ブロック図である。図１において、この電力変換システムは、電力変換器１、電流検出器５、電圧検出器６、および制御装置１０Ａを備える。この電力変換システムは、たとえば、交流電力系統７の無効電力を補償する無効電力補償装置として使用される。

電力変換器１は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation)制御部２、インバータ３、および三相変圧器４を含む。ＰＷＭ制御部２は、制御装置１０Ａから供給される三相電圧指令値に従って、ＰＷＭ制御信号を生成する。インバータ３の３つの交流端子は三相変圧器４を介して交流電力系統７の三相送電線に接続されている。インバータ３の直流端子(図示せず)は、コンデンサ、バッテリなどの直流電力を蓄える電力貯蔵装置、あるいは直流電力を発生する直流電源に接続されている。インバータ３は、ＰＷＭ制御信号に従って、直流電力を三相交流電力に変換する。インバータ３によって生成された三相交流電力は、三相変圧器４を介して交流電力系統７に供給される。

電流検出器５は、電力変換器１から交流電力系統７に流れる三相交流電流を検出し、その検出値を示す信号を制御装置１０Ａに与える。電圧検出器６は、交流電力系統７の三相交流電圧を検出し、その検出値を示す信号を制御装置１０Ａに与える。

制御装置１０Ａは、位相検出器１１、補正角度設定器１２、加算器１３，２０〜２３、ｄｑ変換器１４，１５、電流制御器１６，１７、位相回転変換器１８、フィードフォワード（ＦＦ）補償器１９、減算器２４，２５、および逆ｄｑ変換器２６を含む。

位相検出器１１は、電圧検出器６の出力信号に基づいて、第１基準位相（ωｔ＋φ）を生成する。補正角度設定器１２は、補正角度α（第１の角度）を出力する。補正角度αは、少なくとも制御装置１０Ａの応答時間による制御遅れの影響を相殺するように設定され、好ましくは、電流検出器５、電圧検出器６、制御装置１０Ａ、およびＰＷＭ制御部２の応答時間などによる制御遅れの影響を相殺するように設定されている。加算器１３は、第１基準位相（ωｔ＋φ）に補正角度αを加算して第２基準位相（ωｔ＋φ＋α）を生成する。

ｄｑ変換器１４（第２のｄｑ変換器）は、電圧検出器６によって検出された交流電力系統７の三相交流電圧を、第１基準位相（ωｔ＋φ）に基づいてｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑにｄｑ変換する。ｄｑ変換器１５（第１のｄｑ変換器）は、電流検出器５によって検出された電力変換器１の出力電流（三相交流電流）を、第１基準位相（ωｔ＋φ）に基づいてｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑにｄｑ変換する。ｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑは、電力変換器１の出力電流のうちの無効電流および有効電流にそれぞれ対応している。

電流制御器１６（第１の電流制御器）は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊とｄｑ変換器１５からのｄ軸電流Ｉｄとの偏差ΔＩｄに比例するｄ軸電圧指令値ＶｄＰ（第１のｄ軸電圧指令値）と、その偏差ΔＩｄの積分値に比例するｄ軸電圧指令値ＶｄＩ（第２のｄ軸電圧指令値）とを生成する。

電流制御器１７（第２の電流制御器）は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊とｄｑ変換器１５からのｑ軸電流Ｉｑとの偏差ΔＩｑに比例するｑ軸電圧指令値ＶｑＰ（第１のｑ軸電圧指令値）と、その偏差ΔＩｑの積分値に比例するｑ軸電圧指令値ＶｑＩ（第２のｑ軸電圧指令値）とを生成する。

図２は、制御装置１０Ａの要部を示すブロック図である。図２において、電流制御器１６は、減算器３１、乗算器３２，３３、および積分器３４を含む。減算器３１は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊とｄ軸電流Ｉｄとの偏差ΔＩｄを求める。乗算器３２は、偏差ΔＩｄに定数Ｋｐを乗算してｄ軸電圧指令値ＶｄＰを生成する。乗算器３３は、偏差ΔＩｄに定数Ｋｉを乗算する。積分器３４は、乗算器３３の出力（Ｋｉ×ΔＩｄ）を積分してｄ軸電圧指令値ＶｄＩを生成する。

電流制御器１７は、減算器４１、乗算器４２，４３、および積分器４４を含む。減算器４１は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊とｑ軸電流Ｉｑとの偏差ΔＩｑを求める。乗算器４２は、偏差ΔＩｑに定数Ｋｐを乗算してｄ軸電圧指令値ＶｑＰを生成する。乗算器４３は、偏差ΔＩｑに定数Ｋｉを乗算する。積分器４４は、乗算器４３の出力（Ｋｉ×ΔＩｑ）を積分してｑ軸電圧指令値ＶｑＩを生成する。

位相回転変換器１８は、乗算器３２からのｄ軸電圧指令値ＶｄＰの位相を補正角度αだけ遅らせてｄ軸電圧指令値ＶｄＰＡを生成するとともに、乗算器４２からのｑ軸電圧指令値ＶｑＰの位相を補正角度αだけ遅らせてｑ軸電圧指令値ＶｑＰＡを生成する。

加算器２０は、位相回転変換器１８からのｄ軸電圧指令値ＶｄＰＡと積分器３４からのｄ軸電圧指令値ＶｄＩとを加算してｄ軸電圧指令値Ｖｄ１＊を生成する。加算器２１は、位相回転変換器１８からのｑ軸電圧指令値ＶｑＰＡと積分器４４からのｑ軸電圧指令値ＶｑＩとを加算してｑ軸電圧指令値Ｖｑ１＊を生成する。

図１に戻って、フィードフォワード補償器１９は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊およびｑ軸電流指令値Ｉｑ＊に応じた値のｄ軸電圧指令値Ｖｄ２＊（第４のｄ軸電圧指令値）およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ２＊（第４のｑ軸電圧指令値）を出力する。

加算器２２は、加算器２０からのｄ軸電圧指令値Ｖｄ１＊（図２）とフィードフォワード補償器１９からのｄ軸電圧指令値Ｖｄ２＊とを加算してｄ軸電圧指令値Ｖｄ３＊（第３のｄ軸電圧指令値）を生成する。加算器２３は、加算器２１からのｑ軸電圧指令値Ｖｑ１＊（図２）とフィードフォワード補償器１９からのｑ軸電圧指令値Ｖｑ２＊とを加算してｑ軸電圧指令値Ｖｑ３＊（第３のｑ軸電圧指令値）を生成する。

減算器２４は、ｄｑ変換器１４からのｄ軸電圧Ｖｄと加算器２２からのｄ軸電圧指令値Ｖｄ３＊との偏差ΔＶｄ＝Ｖｄ−Ｖｄ３＊を生成する。減算器２５は、ｄｑ変換器１４からのｑ軸電圧Ｖｑと加算器２３からのｑ軸電圧指令値Ｖｑ３＊との偏差ΔＶｑ＝Ｖｑ−Ｖｑ３＊を生成する。加算器２０〜２３および減算器２４，２５は演算器を構成する。

逆ｄｑ変換器２６は、加算器１３からの第２基準位相（ωｔ＋φ＋α）に基づいて、偏差ΔＶｄおよび偏差ΔＶｑを逆ｄｑ変換して三相電圧指令値を生成する。三相電圧指令値は、電力変換器１のＰＷＭ制御部２に与えられる。

次に、この電力変換システムの動作について説明する。交流電力系統７の三相交流電圧が電圧検出器６によって検出され、その検出値に基づいて位相検出器１１によって第１位相基準（ωｔ＋φ）が生成される。補正角度設定器１２からの補正角度αが加算器１３によって第１位相基準（ωｔ＋φ）に加算されて第２位相基準（ωｔ＋φ＋α）が生成される。第１位相基準（ωｔ＋φ）はｄｑ変換器１４，１５に与えられ、第２位相基準（ωｔ＋φ＋α）は逆ｄｑ変換器２６に与えられる。交流電力系統７の三相交流電圧の検出値は、第１位相基準（ωｔ＋φ）に基づいてｄｑ変換器１４によってｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑに変換される。

電力変換器１から出力される三相交流電流は、電流検出器５によって検出され、第１位相基準（ωｔ＋φ）に基づいてｄｑ変換器１５によってｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑに変換される。

電流制御器１６により、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊とｄ軸電流Ｉｄの偏差ΔＩｄに比例するｄ軸電圧指令値ＶｄＰと、偏差ΔＩｄの積分値に比例するｄ軸電圧指令値ＶｄＩとが生成される。電流制御器１７により、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊とｑ軸電流Ｉｑの偏差ΔＩｑに比例するｑ軸電圧指令値ＶｑＰと、偏差ΔＩｑの積分値に比例するｑ軸電圧指令値ＶｑＩとが生成される。

ｄ軸電圧指令値ＶｄＰおよびｑ軸電圧指令値ＶｑＰの各々の位相は、位相回転変換器１８によって補正角度αだけ遅らされる。ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊およびｑ軸電流指令値Ｉｑ＊に応じた値のｄ軸電圧指令値Ｖｄ２＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ２＊がフィードフォワード補償器１９から出力される。

電流制御器１６からのｄ軸電圧指令値ＶｄＩ、位相回転変換器１８からのｄ軸電圧指令値ＶｄＰＡ、およびフィードフォワード補償器１９からのｄ軸電圧指令値Ｖｄ２＊が加算器２０，２２によって加算されてｄ軸電圧指令値Ｖｄ３＊が生成される。ｄｑ変換器１４からのｄ軸電圧Ｖｄと加算器２２からのｄ軸電圧指令値Ｖｄ３＊との偏差ΔＶｄが減算器２４によって生成される。

電流制御器１７からのｑ軸電圧指令値ＶｑＩ、位相回転変換器１８からのｑ軸電圧指令値ＶｑＰＡ、およびフィードフォワード補償器１９からのｑ軸電圧指令値Ｖｑ２＊が加算器２１，２３によって加算されてｑ軸電圧指令値Ｖｄ３＊が生成される。ｄｑ変換器１４からのｑ軸電圧Ｖｑと加算器２３からのｑ軸電圧指令値Ｖｑ３＊との偏差ΔＶｑが減算器２５によって生成される。

減算器２４からの偏差ΔＶｄと減算器２５からの偏差ΔＶｑとは、第２位相基準（ωｔ＋φ＋α）に基づいて逆ｄｑ変換器２６によって逆ｄｑ変換されて、三相電圧指令値となり、電力変換器１のＰＷＭ制御部２に与えられる。ＰＷＭ制御部２は、三相電圧指令値に従ってＰＷＭ制御信号を生成する。インバータ３は、ＰＷＭ制御信号に従って三相交流電力を変圧器４を介して交流電力系統７に供給する。

したがって、ｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑがそれぞれｄ軸電流指令値Ｉｄ＊およびｑ軸電流指令値Ｉｑ＊になるようにインバータ３が制御され、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊およびｑ軸電流指令値Ｉｑ＊に応じた値の無効電流および有効電流が電力変換器１から交流電力系統７に供給される。

以上のように、この実施の形態１では、偏差ΔＩｄ＝Ｉｄ＊−Ｉｄに比例するｄ軸電圧指令値ＶｄＰの位相と、偏差ΔＩｑ＝Ｉｑ＊−Ｉｑに比例するｑ軸電圧指令値ＶｑＰの位相との各々を位相回転変換器１８によって補正角度αだけ遅らせる。偏差ΔＩｄの積分値に比例するｄ軸電圧指令値ＶｄＩの位相と、偏差ΔＩｑの積分値に比例するｑ軸電圧指令値ＶｑＩの位相とについては、遅らせない。そして、第１基準位相（ωｔ＋φ）よりも補正角度αだけ進められた第２基準位相（ωｔ＋φ＋α）に基づいて、偏差ΔＶｄ＝Ｖｄ−Ｖｄ３＊および偏差ΔＶｑ＝Ｖｑ−Ｖｑ＊を逆ｄｑ変換器２６によって逆ｄｑ変換する。

したがって、偏差ΔＩｄ，ΔＩｑに比例するｄ軸電圧指令値ＶｄＰおよびｑ軸電圧指令値ＶｑＰの位相を位相回転変換器１８によって補正角度αだけ遅らせた後に、逆ｄｑ変換器２６によって補正角度αだけ進ませるので、結果として、ｄ軸電圧指令値ＶｄＰおよびｑ軸電圧指令値ＶｑＰの位相は変化しない。したがって、ｄ軸電圧指令値ＶｄＰおよびｑ軸電圧指令値ＶｑＰの位相が進められて制御安定性が低下することを防止することができる。

また、偏差ΔＩｄ，ΔＩｑの積分値に比例するｄ軸電圧指令値ＶｄＩおよびｑ軸電圧指令値ＶｑＩの位相、フィードフォワード補償器１９からのｄ軸電圧指令値Ｖｄ２＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ２＊の位相、ならびに、ｄｑ変換器１４からのｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑの位相を逆ｄｑ変換器２６によって補正角度αだけ進ませるので、制御装置１０Ａなどの応答時間による制御誤差を低減することができる。

図３は、実施の形態１の変更例を示す回路ブロック図であって、図１と対比される図である。図４は、図３に示した制御装置１０Ｂの要部を示すブロック図であって、図２と対比される図である。図３および図４を参照して、この変更例が実施の形態１と異なる点は、制御装置１０Ａが制御装置１０Ｂで置換されている点である。制御装置１０Ｂは、制御装置１０Ａに位相回転変換器５０を追加したものである。

位相回転変換器５０は、電流制御器１６の積分器３４からのｄ軸電圧指令値ＶｄＩの位相を補正角度βだけ進ませてｄ軸電圧指令値ＶｄＩＡを生成するとともに、電流制御器１７の積分器４４からのｑ軸電圧指令値ＶｑＩの位相を補正角度βだけ進ませてｑ軸電圧指令値ＶｑＩＡを生成する。補正角度βは、制御装置１０Ｂの積分制御が安定化するように設定されている。

加算器２０は、位相回転変換器１８からのｄ軸電圧指令値ＶｄＰＡと位相回転変換器５０からのｄ軸電圧指令値ＶｄＩＡとを加算してｄ軸電圧指令値Ｖｄ１＊を生成する。加算器２１は、位相回転変換器１８からのｑ軸電圧指令値ＶｑＰＡと位相回転変換器５０からのｑ軸電圧指令値ＶｑＩＡとを加算してｄ軸電圧指令値Ｖｑ１＊を生成する。他の構成および動作は、実施の形態１と同じであるので、その説明は繰り返さない。

上述したように、ＰＩ制御では、積分項では正相成分が支配的となり、正相成分は位相遅れが大きいほど不安定になる。したがって、実施の形態１では、偏差ΔＩｄ，ΔＩｑの積分値に比例するｄ軸電圧指令値ＶｄＩおよびｑ軸電圧指令値ＶｑＩの位相遅れが大きい場合には、積分制御が不安定になる恐れがある。これに対して、この変更例では、ｄ軸電圧指令値ＶｄＩおよびｑ軸電圧指令値ＶｑＩの位相を位相回転変換器５０によって補正角度βだけ進ませるので、積分制御が不安定になることを防止することができる。

[実施の形態２]
図５は、この発明の実施の形態２による電力変換システムの構成を示す回路ブロック図であって、図１と対比される図である。図６は、図５に示した制御装置１０Ｃの要部を示すブロック図であって、図２と対比される図である。図５および図６を参照して、この電力変換システムが実施の形態１と異なる点は、制御装置１０Ａが制御装置１０Ｃで置換されている点である。制御装置１０Ｃが制御装置１０Ａと異なる点は、補正角度設定器１２、加算器１３、および位相回転変換器１８が除去され、位相回転変換器５１〜５３が追加されている点である。

位相検出器１１によって生成された第１位相基準（ωｔ＋φ）は、そのまま逆ｄｑ変換器２６に与えられる。逆ｄｑ変換器２６は、第１位相基準（ωｔ＋φ）に基づいて、偏差ΔＶｄ，ΔＶｑを逆ｄｑ変換して三相電圧指令値を生成する。

電流制御器１６によって生成されたｄ軸電圧指令値ＶｄＰは、そのまま加算器２０に与えられる。電流制御器１７によって生成されたｑ軸電圧指令値ＶｑＰは、そのまま加算器２１に与えられる。

位相回転変換器５１は、電流制御器１６の積分器３４からのｄ軸電圧指令値ＶｄＩの位相を補正角度αだけ進ませてｄ軸電圧指令値ＶｄＩＢを生成するとともに、電流制御器１７の積分器４４からのｑ軸電圧指令値ＶｑＩの位相を補正角度αだけ進ませてｑ軸電圧指令値ＶｑＩＢを生成する。

位相回転変換器５２は、ｄｑ変換器１４からのｄ軸電圧の位相を補正角度αだけ進ませてｄ軸電圧Ｖｄを生成するとともに、ｄｑ変換器１４からのｑ軸電圧の位相を補正角度αだけ進ませてｑ軸電圧Ｖｑを生成する。

位相回転変換器５３は、フィードフォワード補償器１９からのｄ軸電圧指令値の位相を補正角度αだけ進ませてｄ軸電圧指令値Ｖｄ２＊を生成するとともに、フィードフォワード補償器１９からのｑ軸電圧指令値の位相を補正角度αだけ進ませてｑ軸電圧指令値Ｖｑ２＊を生成する。

補正角度αは、少なくとも制御装置１０Ｃの応答時間による制御遅れの影響を相殺するように設定され、好ましくは、電流検出器５、電圧検出器６、制御装置１０Ｃ、およびＰＷＭ制御部２の応答時間などによる制御遅れの影響を相殺するように設定されている。

加算器２０は、電流制御器１６の乗算器３２からのｄ軸電圧指令値ＶｄＰと位相回転変換器５１からのｄ軸電圧指令値ＶｄＩＢとを加算してｄ軸電圧指令値Ｖｄ１＊を生成する。加算器２１は、電流制御器１７の乗算器４２からのｑ軸電圧指令値ＶｑＰと位相回転変換器５１からのｑ軸電圧指令値ＶｑＩＢとを加算してｄ軸電圧指令値Ｖｑ１＊を生成する。他の構成および動作は、実施の形態１と同じであるので、その説明は繰り返さない。

以上のように、この実施の形態２では、偏差ΔＩｄ＝Ｉｄ＊−Ｉｄの積分値に比例するｄ軸電圧指令値ＶｄＩの位相と、偏差ΔＩｑ＝Ｉｑ＊−Ｉｑの積分値に比例するｑ軸電圧指令値ＶｑＩの位相との各々を位相回転変換器５１によって補正角度αだけ進ませる。偏差ΔＩｄに比例するｄ軸電圧指令値ＶｄＰの位相と、偏差ΔＩｑに比例するｑ軸電圧指令値ＶｑＰの位相とについては、遅らせない。そして、第１基準位相（ωｔ＋φ）に基づいて、偏差ΔＶｄ＝Ｖｄ−Ｖｄ３＊および偏差ΔＶｑ＝Ｖｑ−Ｖｑ＊を逆ｄｑ変換器２６によって逆ｄｑ変換する。

したがって、偏差ΔＩｄ，ΔＩｑに比例するｄ軸電圧指令値ＶｄＰおよびｑ軸電圧指令値ＶｑＰの位相は変化しない。したがって、ｄ軸電圧指令値ＶｄＰおよびｑ軸電圧指令値ＶｑＰの位相が進められて制御安定性が低下することを防止することができる。

また、偏差ΔＩｄ，ΔＩｑの積分値に比例するｄ軸電圧指令値ＶｄＩおよびｑ軸電圧指令値ＶｑＩの位相を位相回転変換器５１によって補正角度αだけ進ませるので、制御装置１０Ｃなどの応答時間による制御誤差を低減することができる。

さらに、ｄ軸電圧指令値ＶｄＩおよびｑ軸電圧指令値ＶｑＩの位相を位相回転変換器５１によって補正角度αだけ進ませるので、積分制御が不安定になることを防止することができる。

[実施の形態３]
図７は、この発明の実施の形態３による電力変換システムの構成を示す回路ブロック図であって、図１と対比される図である。図７において、この電力変換システムは、電力変換器１Ａ、電流検出器５、および制御装置１０Ｄを備える。この電力変換システムは、誘導電動機８の駆動装置として使用される。

電力変換器１Ａは、ＰＷＭ制御部２およびインバータ３を含む。ＰＷＭ制御部２は、制御装置１０Ｄから供給される三相電圧指令値に従って、ＰＷＭ制御信号を生成する。インバータ３の３つの交流端子は誘導電動機８の３つの入力端子に接続される。インバータ３の直流端子(図示せず)は、コンデンサ、バッテリなどの直流電力を蓄える電力貯蔵装置、あるいは直流電力を発生する直流電源に接続されている。インバータ３は、ＰＷＭ制御信号に従って、直流電力を三相交流電力に変換する。インバータ３から出力された三相交流電力は、誘導電動機８に供給される。電流検出器５は、電力変換器１から誘導電動機８に流れる三相交流電流を検出し、その検出値を示す信号を制御装置１０Ｄに与える。

制御装置１０Ｄが制御装置１０Ａ（図１）と異なる点は、位相検出器１１が速度検出器６１、加算器６２、および積分器６３で置換され、ｄｑ変換器１４および減算器２４，２５が除去されている点である。

速度検出器６１は、誘導電動機８の回転周波数ωｍを検出する。加算器６２は、回転周波数ωｍにすべり周波数指令値ωｓ＊を加算して１次周波数ωを求める。積分器６３は、１次周波数ωを積分して第１位相基準（ωｔ＋φ）を求める。加算器１３は、積分器６３からの第１位相基準（ωｔ＋φ）に補正角度設定器１２からの補正角度αを加算して第２位相基準（ωｔ＋φ＋α）を生成する。補正角度αは、少なくとも制御装置１０Ｄの応答時間による制御遅れがなくなるように設定され、好ましくは、電流検出器５、制御装置１０Ｄ、およびＰＷＭ制御部２の応答時間などによる制御遅れがなくなるように設定されている。

ｄｑ変換器１５は、電流検出器５によって検出された電力変換器１Ａの出力電流（三相交流電流）を、第１基準位相（ωｔ＋φ）に基づいてｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑに変換する。逆ｄｑ変換器２６は、加算器１３からの第２位相基準（ωｔ＋φ＋α）に基づいて、加算器２２，２３からのｄ軸電圧指令値Ｖｄ３＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ３＊を逆ｄｑ変換して三相電圧指令値を生成する。他の構成および動作は、実施の形態１と同じであるので、その説明は繰り返さない。

以上のように、この実施の形態３では、偏差ΔＩｄ＝Ｉｄ＊−Ｉｄに比例するｄ軸電圧指令値ＶｄＰの位相と、偏差ΔＩｑ＝Ｉｑ＊−Ｉｑに比例するｑ軸電圧指令値ＶｑＰの位相との各々を位相回転変換器１８によって補正角度αだけ遅らせる。偏差ΔＩｄの積分値に比例するｄ軸電圧指令値ＶｄＩの位相と、偏差ΔＩｑの積分値に比例するｑ軸電圧指令値ＶｑＩの位相とについては、遅らせない。そして、第１基準位相（ωｔ＋φ）よりも補正角度αだけ進められた第２基準位相（ωｔ＋φ＋α）に基づいて、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ３＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ３＊を逆ｄｑ変換器２６によって逆ｄｑ変換する。

したがって、偏差ΔＩｄ，ΔＩｑに比例するｄ軸電圧指令値ＶｄＰおよびｑ軸電圧指令値ＶｑＰの位相を位相回転変換器１８によって補正角度αだけ遅らせた後に、逆ｄｑ変換器２６によって補正角度αだけ進ませるので、ｄ軸電圧指令値ＶｄＰおよびｑ軸電圧指令値ＶｑＰの位相は変化しない。したがって、ｄ軸電圧指令値ＶｄＰおよびｑ軸電圧指令値ＶｑＰの位相が進められて制御安定性が低下することを防止することができる。

また、偏差ΔＩｄ，ΔＩｑの積分値に比例するｄ軸電圧指令値ＶｄＩおよびｑ軸電圧指令値ＶｑＩの位相を逆ｄｑ変換器２６によって補正角度αだけ進ませるので、制御装置１０Ｄの応答時間による制御誤差を低減することができる。

図８は、実施の形態３の変更例を示す回路ブロック図であって、図７と対比される図である。図８を参照して、この変更例が実施の形態３と異なる点は、制御装置１０Ｄが制御装置１０Ｅで置換されている点である。制御装置１０Ｅは、制御装置１０Ｄに位相回転変換器５０を追加したものである。

位相回転変換器５０は、図３および図４で説明したように、電流制御器１６の積分器３４からのｄ軸電圧指令値ＶｄＩの位相を補正角度βだけ進ませてｄ軸電圧指令値ＶｄＩＡを生成するとともに、電流制御器１７の積分器４４からのｑ軸電圧指令値ＶｑＩの位相を補正角度βだけ進ませてｑ軸電圧指令値ＶｑＩＡを生成する。補正角度βは、制御装置１０Ｅの積分制御が安定化するように設定されている。

加算器２０は、位相回転変換器１８からのｄ軸電圧指令値ＶｄＰＡと位相回転変換器５０からのｄ軸電圧指令値ＶｄＩＡとを加算してｄ軸電圧指令値Ｖｄ１＊を生成する。加算器２１は、位相回転変換器１８からのｑ軸電圧指令値ＶｑＰＡと位相回転変換器５０からのｑ軸電圧指令値ＶｑＩＡとを加算してｄ軸電圧指令値Ｖｑ１＊を生成する。他の構成および動作は、実施の形態３と同じであるので、その説明は繰り返さない。

この変更例では、実施の形態１の変更例（図３および図４）と同様に、ｄ軸電圧指令値ＶｄＩおよびｑ軸電圧指令値ＶｑＩの位相を位相回転変換器５０によって補正角度βだけ進ませるので、積分制御が不安定になることを防止することができる。

[実施の形態４]
図９は、この発明の実施の形態４による電力変換システムの構成を示す回路ブロック図であって、図７と対比される図である。図９を参照して、この電力変換システムが実施の形態４と異なる点は、制御装置１０Ｄが制御装置１０Ｆで置換されている点である。制御装置１０Ｆが制御装置１０Ｄと異なる点は、補正角度設定器１２、加算器１３、および位相回転変換器１８が除去され、位相回転変換器５１，５３が追加されている点である。

積分器６３によって生成された第１位相基準（ωｔ＋φ）は、そのまま逆ｄｑ変換器２６に与えられる。逆ｄｑ変換器２６は、第１位相基準（ωｔ＋φ）に基づいて、加算器２２，２３からのｄ軸電圧指令値Ｖｄ３＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ３＊を逆ｄｑ変換して三相電圧指令値を生成する。

電流制御器１６によって生成されたｄ軸電圧指令値ＶｄＰは、そのまま加算器２０に与えられる。電流制御器１７によって生成されたｑ軸電圧指令値ＶｑＰは、そのまま加算器２１に与えられる。

位相回転変換器５１は、電流制御器１６の積分器３４からのｄ軸電圧指令値ＶｄＩの位相を補正角度αだけ進ませてｄ軸電圧指令値ＶｄＩＢを生成するとともに、電流制御器１７の積分器４４からのｑ軸電圧指令値ＶｑＩの位相を補正角度αだけ進ませてｑ軸電圧指令値ＶｑＩＢを生成する。

位相回転変換器５３は、フィードフォワード補償器１９からのｄ軸電圧指令値の位相を補正角度αだけ進ませてｄ軸電圧指令値Ｖｄ２＊を生成するとともに、フィードフォワード補償器１９からのｑ軸電圧指令値の位相を補正角度αだけ進ませてｑ軸電圧指令値Ｖｑ２＊を生成する。

補正角度αは、少なくとも制御装置１０Ｆの応答時間による制御遅れを相殺するように設定され、好ましくは、電流検出器５、制御装置１０Ｆ、およびＰＷＭ制御部２の応答時間などによる制御遅れを相殺するように設定されている。

加算器２０は、電流制御器１６の乗算器３２からのｄ軸電圧指令値ＶｄＰと位相回転変換器５１からのｄ軸電圧指令値ＶｄＩＢとを加算してｄ軸電圧指令値Ｖｄ１＊を生成する。加算器２１は、電流制御器１７の乗算器４２からのｑ軸電圧指令値ＶｑＰと位相回転変換器５１からのｑ軸電圧指令値ＶｑＩＢとを加算してｄ軸電圧指令値Ｖｑ１＊を生成する。他の構成および動作は、実施の形態３と同じであるので、その説明は繰り返さない。

以上のように、この実施の形態４では、偏差ΔＩｄ＝Ｉｄ＊−Ｉｄの積分値に比例するｄ軸電圧指令値ＶｄＩの位相と、偏差ΔＩｑ＝Ｉｑ＊−Ｉｑの積分値に比例するｑ軸電圧指令値ＶｑＩの位相との各々を位相回転変換器５１によって補正角度αだけ進ませる。偏差ΔＩｄに比例するｄ軸電圧指令値ＶｄＰの位相と、偏差ΔＩｑに比例するｑ軸電圧指令値ＶｑＰの位相とについては、遅らせない。そして、第１基準位相（ωｔ＋φ）に基づいて、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ３＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ３＊を逆ｄｑ変換器２６によって逆ｄｑ変換する。

したがって、偏差ΔＩｄ，ΔＩｑに比例するｄ軸電圧指令値ＶｄＰおよびｑ軸電圧指令値ＶｑＰの位相は変化しない。したがって、ｄ軸電圧指令値ＶｄＰおよびｑ軸電圧指令値ＶｑＰの位相が進められて制御安定性が低下することを防止することができる。

また、偏差ΔＩｄ，ΔＩｑの積分値に比例するｄ軸電圧指令値ＶｄＩおよびｑ軸電圧指令値ＶｑＩの位相を位相回転変換器５１によって補正角度αだけ進ませるので、制御装置１０Ｆなどの応答時間による制御誤差を低減することができる。

さらに、ｄ軸電圧指令値ＶｄＩおよびｑ軸電圧指令値ＶｑＩの位相を位相回転変換器５１によって補正角度αだけ進ませるので、積分制御が不安定になることを防止することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１，１Ａ 電力変換器、２ ＰＷＭ制御部、３ インバータ、４ 三相変圧器、５ 電流検出器、６ 電圧検出器、７ 交流電力系統、８ 誘導電動機、１０Ａ〜１０Ｆ 制御装置、１１ 位相検出器、１２ 補正角度設定器、１３，２０〜２３，６２ 加算器、１４，１５ ｄｑ変換器、１６，１７ 電流制御器、１８，５０，５１〜５３ 位相回転変換器、１９ フィードフォワード補償器、２４，２５，３１，４１ 減算器、２６ 逆ｄｑ変換器、３２，３３，４２，４３ 乗算器、３４，３５，６３ 積分器、６１ 速度検出器。

Claims (16)

1. 三相電圧指令値に従って三相交流電流を負荷に供給する電力変換器を制御する制御装置であって、
   第１の基準位相に基づいて前記三相交流電流をｄ軸電流およびｑ軸電流にｄｑ変換する第１のｄｑ変換器と、
   ｄ軸電流指令値と前記ｄ軸電流との第１の偏差に比例する第１のｄ軸電圧指令値を生成するとともに、前記第１の偏差の積分値に比例する第２のｄ軸電圧指令値を生成する第１の電流制御器と、
   ｑ軸電流指令値と前記ｑ軸電流との第２の偏差に比例する第１のｑ軸電圧指令値を生成するとともに、前記第２の偏差の積分値に比例する第２のｑ軸電圧指令値を生成する第２の電流制御器と、
   前記第１および第２のｄ軸電圧指令値の和に基づいて第３のｄ軸電圧指令値を生成するとともに、前記第１および第２のｑ軸電圧指令値の和に基づいて第３のｑ軸電圧指令値を生成する演算器と、
   前記第１の基準位相よりも第１の角度だけ進められた第２の基準位相に基づいて、前記第３のｄ軸電圧指令値および前記第３のｑ軸電圧指令値を逆ｄｑ変換して前記三相電圧指令値を生成する逆ｄｑ変換器とを備え、
   前記第１および第２の電流制御器と前記演算器との間には、前記第１のｄ軸電圧指令値および前記第１のｑ軸電圧指令値の各々の位相を前記第１の角度だけ遅らせる第１の位相変換器が設けられている、電力変換器の制御装置。
2. 前記第１の角度は、少なくとも前記制御装置の応答時間による制御遅れを相殺するように設定されている、請求項１に記載の電力変換器の制御装置。
3. さらに、前記第１および第２の電流制御器と前記演算器との間には、前記第２のｄ軸電圧指令値および前記第２のｑ軸電圧指令値の各々の位相を第２の角度だけ進ませる第２の位相変換器が設けられている、請求項１または請求項２に記載の電力変換器の制御装置。
4. 前記第２の角度は、前記制御装置の積分制御が安定化するように設定されている、請求項３に記載の電力変換器の制御装置。
5. さらに、それぞれ前記ｄ軸電流指令値および前記ｑ軸電流指令値に応じた値の第４のｄ軸電圧指令値および第４のｑ軸電圧指令値を出力するフィードフォワード補償器を備え、
   前記演算器は、前記第１、第２、および第４のｄ軸電圧指令値の和に基づいて前記第３のｄ軸電圧指令値を生成するとともに、前記第１、第２、および第４のｑ軸電圧指令値の和に基づいて前記第３のｑ軸電圧指令値を生成する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電力変換器の制御装置。
6. 前記負荷は交流電力系統であり、
   前記制御装置は、さらに、
   前記交流電力系統の三相交流電圧に基づいて前記第１の基準位相を生成する位相検出器と、
   前記第１の基準位相に基づいて前記三相交流電圧をｄ軸電圧およびｑ軸電圧に変換する第２のｄｑ変換器とを備え、
   前記演算器は、前記ｄ軸電圧と前記第１および第２のｄ軸電圧指令値の和との偏差に基づいて前記第３のｄ軸電圧指令値を生成するとともに、前記ｑ軸電圧と前記第１および第２のｑ軸電圧指令値の和との偏差に基づいて前記第３のｑ軸電圧指令値を生成する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電力変換器の制御装置。
7. さらに、それぞれ前記ｄ軸電流指令値および前記ｑ軸電流指令値に応じた値の第４のｄ軸電圧指令値および第４のｑ軸電圧指令値を出力するフィードフォワード補償器を備え、
   前記演算器は、前記第１、第２、および第４のｄ軸電圧指令値の和に基づいて前記第３のｄ軸電圧指令値を生成するとともに、前記第１、第２、および第４のｑ軸電圧指令値の和に基づいて前記第３のｑ軸電圧指令値を生成する、請求項６に記載の電力変換器の制御装置。
8. 前記負荷は誘導電動機であり、
   前記制御装置は、さらに、
   前記誘導電動機の回転周波数を検出する速度検出器と、
   前記速度検出器の検出値にすべり周波数指令値を加算して１次周波数を求める加算器と、
   前記１次周波数を積分して前記第１の基準位相を求める積分器とを備える、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電力変換器の制御装置。
9. さらに、それぞれ前記ｄ軸電流指令値および前記ｑ軸電流指令値に応じた値の第４のｄ軸電圧指令値および第４のｑ軸電圧指令値を出力するフィードフォワード補償器を備え、
   前記演算器は、前記第１、第２、および第４のｄ軸電圧指令値の和に基づいて前記第３のｄ軸電圧指令値を生成するとともに、前記第１、第２、および第４のｑ軸電圧指令値の和に基づいて前記第３のｑ軸電圧指令値を生成する、請求項８に記載の電力変換器の制御装置。
10. 三相電圧指令値に従って三相交流電流を負荷に供給する電力変換器を制御する制御装置であって、
    基準位相に基づいて前記三相交流電流をｄ軸電流およびｑ軸電流にｄｑ変換する第１のｄｑ変換器と、
    ｄ軸電流指令値と前記ｄ軸電流との第１の偏差に比例する第１のｄ軸電圧指令値を生成するとともに、前記第１の偏差の積分値に比例する第２のｄ軸電圧指令値を生成する第１の電流制御器と、
    ｑ軸電流指令値と前記ｑ軸電流との第２の偏差に比例する第１のｑ軸電圧指令値を生成するとともに、前記第２の偏差の積分値に比例する第２のｑ軸電圧指令値を生成する第２の電流制御器と、
    前記第１および第２のｄ軸電圧指令値の和に基づいて第３のｄ軸電圧指令値を生成するとともに、前記第１および第２のｑ軸電圧指令値の和に基づいて第３のｑ軸電圧指令値を生成する演算器と、
    前記基準位相に基づいて、前記第３のｄ軸電圧指令値および前記第３のｑ軸電圧指令値を逆ｄｑ変換して前記三相電圧指令値を生成する逆ｄｑ変換器とを備え、
    前記第１および第２の電流制御器と前記演算器との間には、前記第２のｄ軸電圧指令値および前記第２のｑ軸電圧指令値の各々の位相を予め定められた角度だけ進ませる位相変換器が設けられている、電力変換器の制御装置。
11. 前記予め定められた角度は、少なくとも前記制御装置の応答時間による制御遅れを相殺するように設定されている、請求項１０に記載の電力変換器の制御装置。
12. さらに、それぞれ前記ｄ軸電流指令値および前記ｑ軸電流指令値に応じた値の第４のｄ軸電圧指令値および第４のｑ軸電圧指令値を出力するフィードフォワード補償器を備え、
    前記演算器は、前記第１、第２、および第４のｄ軸電圧指令値の和に基づいて前記第３のｄ軸電圧指令値を生成するとともに、前記第１、第２、および第４のｑ軸電圧指令値の和に基づいて前記第３のｑ軸電圧指令値を生成する、請求項１０または請求項１１に記載の電力変換器の制御装置。
13. 前記負荷は交流電力系統であり、
    前記制御装置は、さらに、
    前記交流電力系統の三相交流電圧に基づいて前記基準位相を生成する位相検出器と、
    前記基準位相に基づいて前記三相交流電圧をｄ軸電圧およびｑ軸電圧に変換する第２のｄｑ変換器とを備え、
    前記演算器は、前記ｄ軸電圧と前記第１および第２のｄ軸電圧指令値の和との偏差に基づいて前記第３のｄ軸電圧指令値を生成するとともに、前記ｑ軸電圧と前記第１および第２のｑ軸電圧指令値の和との偏差に基づいて前記第３のｑ軸電圧指令値を生成する、請求項１０または請求項１１に記載の電力変換器の制御装置。
14. さらに、それぞれ前記ｄ軸電流指令値および前記ｑ軸電流指令値に応じた値の第４のｄ軸電圧指令値および第４のｑ軸電圧指令値を出力するフィードフォワード補償器を備え、
    前記演算器は、前記第１、第２、および第４のｄ軸電圧指令値の和に基づいて前記第３のｄ軸電圧指令値を生成するとともに、前記第１、第２、および第４のｑ軸電圧指令値の和に基づいて前記第３のｑ軸電圧指令値を生成する、請求項１３に記載の電力変換器の制御装置。
15. 前記負荷は誘導電動機であり、
    前記制御装置は、さらに、
    前記誘導電動機の回転周波数を検出する速度検出器と、
    前記速度検出器の検出値にすべり周波数指令値を加算して１次周波数を求める加算器と、
    前記１次周波数を積分して前記基準位相を求める積分器とを備える、請求項１０または請求項１１に記載の電力変換器の制御装置。
16. さらに、それぞれ前記ｄ軸電流指令値および前記ｑ軸電流指令値に応じた値の第４のｄ軸電圧指令値および第４のｑ軸電圧指令値を出力するフィードフォワード補償器を備え、
    前記演算器は、前記第１、第２、および第４のｄ軸電圧指令値の和に基づいて前記第３のｄ軸電圧指令値を生成するとともに、前記第１、第２、および第４のｑ軸電圧指令値の和に基づいて前記第３のｑ軸電圧指令値を生成する、請求項１５に記載の電力変換器の制御装置。
    

Images