JP2019187135A - Power conversion device and control method thereof - Google Patents

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Abstract

To suppress an increase in switching loss while suppressing a change in a neutral point potential in a wider operation region.SOLUTION: A power conversion device according to an embodiment includes a neutral point clamp type power converter, and control means for controlling the neutral point potential fluctuation of the power converter by applying a first voltage command value and a second voltage command value generated using a voltage command value of each phase of the power converter to a first switching element group and a second switching element group of each of the phases constituting the power converter, respectively. The control means includes means for performing a first control mode for generating the first voltage command value and the second voltage command value from a new voltage command value of each phase obtained by superimposing the zero phase voltage of the power converter on the voltage command value of each phase of the power converter, and a second control mode for generating the first voltage command value and the second voltage command value on the basis of a voltage command value of each phase of the power converter and the maximum and minimum values so as to switch the modes.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明の実施形態は、電力変換装置および電力変換装置の制御方法に関する。   Embodiments described herein relate generally to a power conversion device and a method for controlling the power conversion device.

直流と交流を変換する電力変換器は、インバータやコンバータとも呼ばれ、社会の中で幅広い分野で用いられている。最も基本的なインバータは、2つの半導体スイッチング素子による2レベルインバータであり、1つのレグで2つの電圧レベルを出力する。   Power converters that convert direct current to alternating current are also called inverters and converters, and are used in a wide range of fields in society. The most basic inverter is a two-level inverter composed of two semiconductor switching elements, and outputs two voltage levels in one leg.

一方、図7に示すように、相毎に、1のレグに4つ半導体スイッチング素子と2つのダイオード(半導体スイッチング素子でも良い)を備え、各相に共通する直流分圧コンデンサを有する、中性点クランプ型(NPC(Neutral-Point-Clamped))インバータが存在する。図7では三相のNPCインバータ100からなる電力変換装置1の例を示している。NPCインバータ100は1レグで3つの電圧レベルを出力することができ、高耐圧化、損失低減、高調波低減に寄与するため、様々なインバータに用いられている。   On the other hand, as shown in FIG. 7, each phase has four semiconductor switching elements and two diodes (semiconductor switching elements may be used) in one leg, and has a DC voltage dividing capacitor common to each phase. There is a point-clamped (Neutral-Point-Clamped) inverter. In FIG. 7, the example of the power converter device 1 which consists of a three-phase NPC inverter 100 is shown. The NPC inverter 100 can output three voltage levels in one leg and contributes to high breakdown voltage, loss reduction, and harmonic reduction, and is used in various inverters.

J. Pou, et al., ”Fast-Processing Modulation Strategy for the Neutral-Point-Clamped Converter With Total Elimination of Low-Frequency Voltage Oscillations in the Neutral Point”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 54, no. 4, 2007J. Pou, et al., “Fast-Processing Modulation Strategy for the Neutral-Point-Clamped Converter With Total Elimination of Low-Frequency Voltage Oscillations in the Neutral Point”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 54, no. 4 , 2007

図7の例では、NPCインバータ100は、相毎に、1つのレグに6つ半導体スイッチング素子S〜Sを備え、直流電圧vPNを分圧する直流分圧コンデンサC,Cを有する。ここで、直流分圧コンデンサC,Cの中性点NPの電位をvとする。NPCインバータ100の中性点電位vはインバータ動作に従い基本波の3倍で変動する性質を持つ。この中性点電位vの変動が大きいと、半導体スイッチング素子にかかる電圧が変動し、電圧が高い時には耐圧超過で素子が破損する可能性があり、電圧が低い時には所望の電圧が出せず過変調となる可能性がある。 In the example of FIG. 7, the NPC inverter 100 includes six semiconductor switching elements S 1 to S 6 in one leg for each phase, and includes DC voltage dividing capacitors C 1 and C 2 that divide the DC voltage v PN. . Here, the potential of the neutral point NP of the DC voltage dividing capacitors C 1 and C 2 is assumed to be vn. The potential of the neutral point of the NPC inverter 100 v n has the property that varies at three times the fundamental wave in accordance with inverter operation. When the variation of the neutral point potential v n is large, the voltage varies according to the semiconductor switching element, there is a possibility that the element in a pressure excess is broken when the voltage is high, when the voltage is low over not put out the desired voltage There is a possibility of modulation.

中性点電位vの変動の大きさは、変調率と力率、コンデンサ容量、負荷電流が関係する。コンデンサ容量と負荷電流を一定値とし、変調率と力率による中性点電位vの変動の大きさを計算すると、図8のグラフのように表される。図8では、力率は、電圧と電流との位相差として表している。変調率が高いほど、また力率が低いほど(位相差=π/2に近いほど)、中性点電位vの変動は大きいことが分かる。 The size of the variation of the neutral point potential v n, the modulation rate and power factor, capacitance, load current is concerned. The capacitance and the load current to a constant value, calculating the magnitude of the fluctuation of the neutral point potential v n by the modulation rate and the power factor is represented as shown in the graph of FIG. In FIG. 8, the power factor is expressed as a phase difference between voltage and current. Higher modulation rate is high, and (closer to the phase difference = π / 2) the lower the power factor, the variation of the neutral point potential v n it can be seen larger.

中性点電位vの変動を抑える最も単純な方法は、コンデンサ容量を増加させることである。しかし、コンデンサ容量の増加はインバータの体積、コストの増加を招き、事故時のエネルギーも大きくなる。 The simplest method of suppressing the fluctuation of the neutral point potential v n is to increase the capacitance. However, an increase in the capacitor capacity leads to an increase in the volume and cost of the inverter, and the energy at the time of the accident also increases.

この中性点電位vの変動は制御により抑制できる(例えば、非特許文献1)。一般に、NPCインバータの相毎の指令値は1つだが、図9のように上アーム用電圧指令値vupと下アーム用電圧指令値vunの2つを用いる方法がある。上アーム用電圧指令値vupは、図7中の各アームの上半分に位置する半導体スイッチング素子S,S,Sに与える指令値であり、下アーム用電圧指令値vunは、図7中の各アームの下半分に位置する半導体スイッチング素子S,S,Sに与える指令値である。 This variation in the neutral point potential v n can be suppressed by a control (for example, Non-Patent Document 1). Generally, there is one command value for each phase of the NPC inverter, but there is a method of using two commands, ie, an upper arm voltage command value v up and a lower arm voltage command value v un as shown in FIG. The upper arm voltage command value v up is a command value given to the semiconductor switching elements S 1 , S 2 , S 5 located in the upper half of each arm in FIG. 7, and the lower arm voltage command value v un This is a command value given to the semiconductor switching elements S 3 , S 4 , S 6 located in the lower half of each arm in FIG.

図9ではu相の指令値を例に示している。上アーム用電圧指令値vupは上キャリアcarと比較処理されることで、上アームの半導体スイッチング素子S,S,Sに与えるゲート信号が得られる。一方、下アーム用電圧指令値vunは下キャリアcarと比較処理されることで、下アームの半導体スイッチング素子S,S,Sに与えるゲート信号が得られる。上キャリアcarは変調率0〜1の間を変化し、下キャリアcarは変調率−1〜0の間を変化する。 FIG. 9 shows an example of the u-phase command value. The upper arm voltage command value v up is compared with the upper carrier car p to obtain a gate signal to be given to the upper arm semiconductor switching elements S 1 , S 2 , S 5 . On the other hand, the lower arm voltage command value v un is compared with the lower carrier car n to obtain a gate signal to be given to the lower arm semiconductor switching elements S 3 , S 4 , and S 6 . The upper carrier car p changes between modulation factors 0 and 1, and the lower carrier car n changes between modulation factors −1 and 0.

三相分の上アーム用電圧指令値vipおよび下アーム用電圧指令値vin(但し、i=u,v,w)は、次の式(1)により求められる。 The upper arm voltage command value v ip and the lower arm voltage command value v in (where i = u, v, w) for three phases are obtained by the following equation (1).

ここで、minは引数の中の最小値を求める関数、maxは最大値を求める関数である。   Here, min is a function for obtaining the minimum value in the argument, and max is a function for obtaining the maximum value.

例えば、図10(a)に示される三相の電圧指令値v,v、vがある場合、u相の電圧指令値vは式(1)より図10(b)のように変換される。更に図10(c)に示される上キャリアcarと上アーム用電圧指令値vupとの比較処理、および下キャリアcarと下アーム用電圧指令値vunとの比較処理を経て、図10(d)のようなPWM状のu相出力電圧vuoutが得られる。 For example, when there are three-phase voltage command values v u , v v , and v w shown in FIG. 10A, the u-phase voltage command values v u are as shown in FIG. Converted. Further, the comparison process between the upper carrier car p and the upper arm voltage command value v up and the comparison process between the lower carrier car n and the lower arm voltage command value v un shown in FIG. A PWM-like u-phase output voltage v uout as shown in (d) is obtained.

この制御による変調法を適用した場合の、変調率と力率による中性点電位の変動の大きさを計算すると、図11のグラフのように表される。すなわち、一定の運転領域において中性点電位の変動を完全に抑制できることが分かる。   When the modulation method by this control is applied and the magnitude of the fluctuation of the neutral point potential due to the modulation factor and the power factor is calculated, it is expressed as a graph in FIG. That is, it can be seen that the fluctuation of the neutral point potential can be completely suppressed in a certain operation region.

しかしながら、図10(d)のPWM波形を見ると、上アームのスイッチング素子群も下アームのスイッチング素子群もスイッチングしている区間がある。通常の変調法ではNPCインバータは上アームのスイッチング素子群と下アームのスイッチング素子群のどちらかしかスイッチングしないが、この区間では両方ともスイッチングするのでスイッチング周波数が倍になる。この区間は1周期の1/3なので、平均的に、インバータのスイッチング周波数が1.33倍に増加する。すると、スイッチング損失の増大を招く。また、これを解決するためにはインバータの冷却装置が大型化し、コストが高くなる。また、インバータのランニングコストも増加する。   However, looking at the PWM waveform in FIG. 10D, there is a section in which the switching element group of the upper arm and the switching element group of the lower arm are switched. In the normal modulation method, the NPC inverter switches only one of the upper arm switching element group and the lower arm switching element group. However, since both switches in this section, the switching frequency is doubled. Since this section is 1/3 of one cycle, on average, the switching frequency of the inverter increases 1.33 times. Then, an increase in switching loss is caused. In order to solve this problem, the inverter cooling device becomes larger and the cost becomes higher. In addition, the running cost of the inverter increases.

本発明が解決しようとする課題は、より広い動作領域で中性点電位の変動を抑制しつつ、スイッチング損失の増大を抑制することを可能にする電力変換装置および電力変換装置の制御方法を提供することにある。   The problem to be solved by the present invention is to provide a power conversion device and a control method for the power conversion device that can suppress an increase in switching loss while suppressing fluctuations in neutral point potential in a wider operating region. There is to do.

実施形態の電力変換装置は、中性点クランプ型の電力変換器と、前記電力変換器を構成する各相の第1のスイッチング素子群と第2のスイッチング素子群とに対し、それぞれ、前記電力変換器の各相の電圧指令値を用いて生成される第1の電圧指令値と第2の電圧指令値とを与えることで前記電力変換器の中性点電位の変動を抑制する制御を行う制御手段とを具備し、前記制御手段は、前記電力変換器の各相の電圧指令値に当該電力変換器の零相電圧を重畳して得られる新たな各相の電圧指令値から前記第1の電圧指令値と前記第2の電圧指令値とを生成する第1の制御モードと、前記電力変換器の各相の電圧指令値とその最大値と最小値とに基づいて前記第1の電圧指令値と前記第2の電圧指令値とを生成する第2の制御モードと、を切り替えて実施する手段を有する。   The power conversion device according to the embodiment includes a neutral point clamp type power converter and the first switching element group and the second switching element group of each phase constituting the power converter. Control is performed to suppress fluctuations in the neutral point potential of the power converter by giving a first voltage command value and a second voltage command value generated using the voltage command value of each phase of the converter. Control means, the control means from the new voltage command value of each phase obtained by superimposing the zero phase voltage of the power converter on the voltage command value of each phase of the power converter. Based on the first control mode for generating the voltage command value and the second voltage command value, the voltage command value of each phase of the power converter, and the maximum value and the minimum value thereof. And a second control mode for generating a command value and the second voltage command value. Ete has means to implement.

本発明によれば、より広い動作領域で中性点電位の変動を抑制しつつ、スイッチング損失の増大を抑制することができる。   According to the present invention, it is possible to suppress an increase in switching loss while suppressing a change in neutral point potential in a wider operating region.

第1の実施形態におけるNPCインバータの一例を示す図。The figure which shows an example of the NPC inverter in 1st Embodiment. 同実施形態における中性点電位変動抑制制御の機能構成の一例を示す図。The figure which shows an example of the function structure of the neutral point electric potential fluctuation | variation suppression control in the same embodiment. 同実施形態における零相電圧重畳による中性点電位変動抑制制御の動作の一例を示す図。The figure which shows an example of the operation | movement of the neutral point electric potential fluctuation | variation suppression control by the zero phase voltage superimposition in the same embodiment. 同実施形態における零相電圧重畳による中性点電位の変動の一例を示す図。The figure which shows an example of the fluctuation | variation of the neutral point electric potential by the zero phase voltage superimposition in the embodiment. 第3の実施形態におけるキャリア比較処理の機能構成の一例を示すブロック図。The block diagram which shows an example of a function structure of the carrier comparison process in 3rd Embodiment. 同実施形態におけるキャリア比較処理の波形の一例を示す図。The figure which shows an example of the waveform of the carrier comparison process in the embodiment. 従来技術におけるNPCインバータの回路の一例を示す図。The figure which shows an example of the circuit of the NPC inverter in a prior art. 従来技術における中性点電位の変動の一例を示す図。The figure which shows an example of the fluctuation | variation of the neutral point electric potential in a prior art. 従来技術の中性点電位変動抑制制御による変調方法の一例を示す図。The figure which shows an example of the modulation method by neutral point potential fluctuation | variation suppression control of a prior art. 従来技術の中性点電位変動抑制制御による変調波形の一例を示す図。The figure which shows an example of the modulation | alteration waveform by neutral point potential fluctuation | variation suppression control of a prior art. 従来技術の中性点電位変動抑制制御による中性点電位変動の一例を示す図。The figure which shows an example of the neutral point electric potential fluctuation | variation by the neutral point electric potential fluctuation suppression control of a prior art.

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.

[第1の実施形態]
最初に、第1の実施形態について説明する。以下では、前述した従来の構成と共通する部分の説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。
[First Embodiment]
First, the first embodiment will be described. In the following, description of portions common to the above-described conventional configuration will be omitted, and description will be made focusing on different portions.

図1は、第1の実施形態に係る電力変換装置の構成の一例を示す図である。なお、この図1では、前述した図7と共通する要素に同一の符号を付している。   FIG. 1 is a diagram illustrating an example of the configuration of the power conversion device according to the first embodiment. In FIG. 1, the same reference numerals are given to the elements common to FIG. 7 described above.

電力変換装置1を構成するNPCインバータ100は、図7に示したものと同様の一般的な三相のNPCインバータである。但し、この例に限定されるものではない。例えば、本実施形態では中性点クランプ型の電力変換器としてNPCインバータを例示するが、これをNPCコンバータに代えて実施してもよい。また、中性点クランプは、T型中点クランプであってもよいし、それ以外のタイプであってもよい。   The NPC inverter 100 constituting the power conversion device 1 is a general three-phase NPC inverter similar to that shown in FIG. However, it is not limited to this example. For example, although an NPC inverter is illustrated as a neutral point clamp type power converter in this embodiment, this may be implemented in place of the NPC converter. Further, the neutral point clamp may be a T-type midpoint clamp or other types.

この電力変換装置1には、更に、NPCインバータ100の通常動作の制御と中性点電位vの変動を抑制する制御(以下、「中性点電位変動抑制制御」と呼ぶ。)を行う制御装置10が備えられる。 The power conversion apparatus 1, further, the normal control for suppressing control and variation of the neutral point potential v n of the operation of the NPC inverter 100 (hereinafter, referred to as "neutral point potential fluctuation suppression control".) Control for A device 10 is provided.

制御装置10は、NPCインバータ100を構成する各相の半導体スイッチング素子S,S,S(各アームの上半分に位置する第1のスイッチング素子群)と半導体スイッチング素子S,S,S(各アームの下半分に位置する第2のスイッチング素子群)とに対し、それぞれ、NPCインバータ100の各相の電圧指令値v,v、vを用いて生成される第1の電圧指令値と第2の電圧指令値とを与えることでNPCインバータ100の通常動作の制御と中性点電位vの変動を抑制する制御を行うものである。 The control device 10 includes semiconductor switching elements S 1 , S 2 , S 5 (first switching element group located in the upper half of each arm) and semiconductor switching elements S 3 , S 4 constituting the NPC inverter 100. , S 6 (second switching element group located in the lower half of each arm) and the second voltage elements generated using the voltage command values v u , v v , v w of each phase of the NPC inverter 100, respectively. voltage command value of 1 and performs a normal control for suppressing control and variation of the neutral point potential v n of the operation of the NPC inverter 100 by giving a second voltage command value.

特に、この制御装置10は、NPCインバータ100の各相の電圧指令値v,v、vに当該NPCインバータ100の零相電圧を重畳して得られる新たな各相の電圧指令値から上アーム用電圧指令値(第1の電圧指令値)vup,vvp、vwpと下アーム用電圧指令値(第2の電圧指令値)vun,vvn、vwnとを生成する第1の制御モードと、NPCインバータ100の各相の電圧指令値v,v、vとその最大値と最小値とに基づいて前述した式(1)を用いて上アーム用電圧指令値vup,vvp、vwpと下アーム用電圧指令値vun,vvn、vwnとを生成する第2の制御モードと、を切り替えて実施する機能を有する。 In particular, the control device 10 uses the voltage command values v u , v v , v w of each phase of the NPC inverter 100 to superimpose the zero phase voltage of the NPC inverter 100 on the new voltage command values of each phase. The upper arm voltage command value (first voltage command value) v up , v vp , v wp and the lower arm voltage command value (second voltage command value) v un , v vn , v wn are generated. The upper arm voltage command value using the above-described equation (1) based on the control mode 1 and the voltage command values v u , v v , v w of each phase of the NPC inverter 100 and the maximum and minimum values thereof. It has a function of switching and executing the second control mode for generating v up , v vp , v wp and lower arm voltage command values v un , v vn , v wn .

例えば、制御装置10は、第1の制御モードにおいて、零相電圧が重畳された各相の電圧指令値のいずれかの変調率が所定の範囲(例えば変調率が1よりも小さく−1よりも大きい範囲)を超える場合、第2の制御モードへの切り替えを行う。一方、第2の制御モードにおいて、零相電圧が重畳された各相の電圧指令値のすべての変調率が所定の範囲内に収まれば、第1の制御モードへの切り替えを行う。   For example, in the first control mode, the control device 10 determines that the modulation rate of any voltage command value of each phase on which the zero-phase voltage is superimposed is within a predetermined range (for example, the modulation rate is less than 1 and less than −1). When exceeding the large range), switching to the second control mode is performed. On the other hand, in the second control mode, when all the modulation factors of the voltage command values of the respective phases on which the zero-phase voltage is superimposed are within a predetermined range, switching to the first control mode is performed.

式(1)を用いた第2の制御モードによる中性点電位変動抑制制御では、前述した通り、一定の運転領域において中性点電位の変動を完全に抑制できるが、この制御だけでは、上アームのスイッチング素子群S,S,Sと下アームのスイッチング素子群S,S,Sとが両方ともスイッチングしている区間でスイッチング周波数が増加するため、スイッチング損失が増大する。そこで、本実施形態では、零相電圧が重畳された各相の電圧指令値の変調率がいずれも所定の範囲内に収まる期間(過変調でない期間)は、第1の制御モードによる中性点電位変動抑制制御を行う。第1の制御モードにおいては、上アームのスイッチング素子群S,S,Sと下アームのスイッチング素子群S,S,Sとが両方ともスイッチングしている区間が無い。これにより、より広い動作領域で中性点電位変動を抑制しつつ、損失の増加を最低限に抑制することが可能になる。 In the neutral point potential fluctuation suppression control in the second control mode using Equation (1), as described above, fluctuations in the neutral point potential can be completely suppressed in a certain operating region. Since the switching frequency increases in a section in which the arm switching element groups S 1 , S 2 , S 5 and the lower arm switching element groups S 3 , S 4 , S 6 are both switched, the switching loss increases. . Therefore, in the present embodiment, a period during which the modulation rate of the voltage command value of each phase on which the zero-phase voltage is superimposed is within a predetermined range (a period that is not overmodulation) is a neutral point according to the first control mode. Controls potential fluctuation suppression. In the first control mode, there is no section in which the upper arm switching element groups S 1 , S 2 , S 5 and the lower arm switching element groups S 3 , S 4 , S 6 are both switched. As a result, it is possible to suppress an increase in loss to a minimum while suppressing a neutral point potential fluctuation in a wider operating region.

図2は、本実施形態に係る電力変換装置1に備えられる制御装置10によるNPCインバータ100の中性点電位変動抑制制御の機能構成の一例を示す図である。但し、この構成例は一例であり、この例に限定されるものではない。   FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a functional configuration of neutral point potential fluctuation suppression control of the NPC inverter 100 by the control device 10 provided in the power conversion device 1 according to the present embodiment. However, this configuration example is an example, and the present invention is not limited to this example.

制御装置10は、図2に示されるように、各種の機能として零相電圧重畳処理部11、判定部12,13、演算部14〜17、切替部SW11,SW12,SW21,SW22を有する。   As illustrated in FIG. 2, the control device 10 includes a zero-phase voltage superimposition processing unit 11, determination units 12 and 13, calculation units 14 to 17, and switching units SW <b> 11, SW <b> 12, SW <b> 21, and SW <b> 22 as various functions.

これらの要素のうち、切替部SW21,SW22は、第1の制御モードと第2の制御モードのうちの一方が選択されるように切替を行うものである。   Among these elements, the switching units SW21 and SW22 perform switching so that one of the first control mode and the second control mode is selected.

第1の制御モードによる中性点電位変動抑制制御は、零相電圧重畳処理部11、判定部12,13、切替部SW11,SW12、および切替部SW21,SW22を用いて実現される。一方、第2の制御モードによる中性点電位変動抑制制御は、演算部14〜18、および切替部SW21,SW22を用いて実現される。   The neutral point potential fluctuation suppression control in the first control mode is realized using the zero-phase voltage superimposition processing unit 11, the determination units 12 and 13, the switching units SW11 and SW12, and the switching units SW21 and SW22. On the other hand, neutral point potential fluctuation suppression control in the second control mode is realized using the calculation units 14 to 18 and the switching units SW21 and SW22.

零相電圧重畳処理部11は、NPCインバータ100の零相電圧を以下に示す式(2)を用いて計算し、当該零相電圧を各相の電圧指令値v,v,vに重畳して電圧指令値vu0,vv0,vw0として出力する機能を有する。この制御装置10は、零相電圧の重畳によって符号が変化する電圧指令値がある場合、当該電圧指令値の符号を反転させて零相電圧の再計算を行い、再計算後の零相電圧を各相の電圧指令値に重畳して電圧指令値vu0,vv0,vw0として出力する機能をも備えている。これにより、より広い動作領域で中性点電位vの変動を抑制することを可能にしている。更に、この制御装置10は、零相電圧の重畳によって符号が変化した電圧指令値がない場合であっても、前述した式(2)の分母が0を跨いで変化する場合には、中間値の電圧指令値の符号を反転させて零相電圧の再計算を行う機能をも更に備えている。これにより、式(2)の分母が0を跨ぐことで過大な零相電圧が生じることを防ぎ、変動抑制制御を正常に作用させることを可能にしている。 The zero-phase voltage superimposing unit 11 calculates the zero-phase voltage of the NPC inverter 100 using the following equation (2), and converts the zero-phase voltage into the voltage command values v u , v v , and v w for each phase. It has a function of superposing and outputting as voltage command values v u0 , v v0 , v w0 . When there is a voltage command value whose sign changes due to the superposition of the zero-phase voltage, the control device 10 inverts the sign of the voltage command value, recalculates the zero-phase voltage, and calculates the zero-phase voltage after the recalculation. It also has a function of outputting the voltage command values v u0 , v v0 , and v w0 superimposed on the voltage command values of each phase. This makes it possible to suppress the fluctuation of the neutral point potential v n in a wider operation region. Further, even when there is no voltage command value whose sign has been changed due to the superposition of the zero-phase voltage, the control device 10 is an intermediate value when the denominator of the above-described equation (2) changes across 0. The function of recalculating the zero-phase voltage by inverting the sign of the voltage command value is also provided. This prevents an excessive zero-phase voltage from being generated when the denominator of Equation (2) crosses 0, and allows the fluctuation suppression control to operate normally.

零相電圧重畳処理部11では、以下の式(2)が使用される。   In the zero phase voltage superimposing processing unit 11, the following equation (2) is used.

但し、v,v,vは1で規格化された各相のレグに対する電圧指令値を表し、i,i,iは各相のレグから出力される電流を表す。signは符号関数を表す。 Here, v u , v v , and v w represent voltage command values for each phase leg normalized by 1, and i u , i v , and i w represent currents output from the respective phase legs. sign represents a sign function.

ここで、図3を参照して、零相電圧重畳処理部11の動作の一例を説明する。   Here, an example of the operation of the zero-phase voltage superimposition processing unit 11 will be described with reference to FIG.

零相電圧重畳処理部11は、電圧指令値v,v,vとNPCインバータ100から得られる出力電流i,i,iとに基づき、式(2)を用いて零相電圧の計算を行って零相電圧vを求める(S11)。なお、電圧指令値v,v,vは、この後、中間値の算出のほか零相電圧v0reの再計算などにも使用する場合があるため、所定の記憶領域に一旦保存しておく(S12)。 The zero-phase voltage superimposing processing unit 11 uses the equation (2) to calculate the zero-phase based on the voltage command values v u , v v , v w and the output currents i u , i v , i w obtained from the NPC inverter 100. performing calculations of the voltage determining the zero-phase voltage v 0 (S11). The voltage command values v u , v v , and v w may be used for the recalculation of the zero-phase voltage v 0re in addition to the calculation of the intermediate value, and therefore are temporarily stored in a predetermined storage area. (S12).

また、零相電圧重畳処理部11は、電圧指令値v,v,vの中間値を求める(S13)。 Further, the zero-phase voltage superimposition processing unit 11 obtains an intermediate value of the voltage command values v u , v v , and v w (S13).

一方で、零相電圧重畳処理部11は、電圧指令値v,v,vのそれぞれに、求めた零相電圧vを加算し、電圧指令値vu0,vv0,vw0を求める(S14)。これら電圧指令値vu0,vv0,vw0についても、電圧指令値vu0,vv0,vw0の中間値を求めておく。 On the other hand, the zero-phase voltage superimposing processing unit 11 adds the obtained zero-phase voltage v 0 to each of the voltage command values v u , v v , and v w to obtain the voltage command values v u0 , v v0 , and v w0 . Obtain (S14). These voltage command value v u0, v v0, v for w0 also previously obtained intermediate values of the voltage command values v u0, v v0, v w0 .

次に、零相電圧重畳処理部11は、零相電圧vを加算する前と後とで中間値の符号が変化したか否かを判定する(S15)。すなわち、零相電圧vを加算する前と後とで中間値の符号が一致するか否かを判定する。双方の間で符号が一致する場合は、零相電圧vを加算する前と後とで中間値の符号が変化していないとみなすことができる(S15のNo)。一方、双方の間で符号が一致しない場合は、零相電圧vを加算する前と後とで中間値の符号が変化したとみなすことができる(S15のYes)。 Next, the zero phase voltage superimposition processing unit 11 determines whether or not the sign of the intermediate value has changed before and after the addition of the zero phase voltage v 0 (S15). That is, it is determined whether or not the signs of the intermediate values match before and after the zero-phase voltage v 0 is added. If the signs match, it can be considered that the sign of the intermediate value has not changed before and after the zero-phase voltage v 0 is added (No in S15). On the other hand, if the signs do not match between the two, it can be considered that the sign of the intermediate value has changed before and after the addition of the zero-phase voltage v 0 (Yes in S15).

ステップS15において、中間値が変化していれれば(S15のYes)、ステップS16の処理へと進む。   If the intermediate value has changed in step S15 (Yes in S15), the process proceeds to step S16.

一方、ステップS15において、中間値が変化していなければ(S15のNo)、零相電圧重畳処理部11は、式(2)の分母が0を跨いで変化したか否かの判定を実施する(S21〜S23)。   On the other hand, if the intermediate value has not changed in step S15 (No in S15), the zero-phase voltage superimposition processing unit 11 determines whether or not the denominator of the expression (2) has changed across 0. (S21-S23).

ここで、力率が0より大で、かつ、分母が0以下でなければ(S21のYes,S22のNo)、零相電圧重畳処理部11は、分母が0を跨いで変化していないとみなし、ステップS14で求めた電圧指令値vu0,vv0,vw0を出力する。一方、力率が0より大で、かつ、分母が0以下であれば(S21のYes,S22のYes)、零相電圧重畳処理部11は、分母が0を跨いで変化したとみなし、ステップS16の処理へと進む。 Here, if the power factor is greater than 0 and the denominator is not 0 or less (Yes in S21, No in S22), the zero-phase voltage superimposing processing unit 11 indicates that the denominator does not change across 0. The voltage command values v u0 , v v0 , v w0 obtained in step S14 are output. On the other hand, if the power factor is greater than 0 and the denominator is 0 or less (Yes in S21, Yes in S22), the zero-phase voltage superimposing processing unit 11 regards that the denominator has crossed 0, and the step The process proceeds to S16.

また、力率が0より大ではなく、かつ、分母が0以上でなければ(S21のNo,S23のNo)、零相電圧重畳処理部11は、分母が0を跨いで変化していないとみなし、ステップS14で求めた電圧指令値vu0,vv0,vw0を出力する。一方、力率が0より大ではなく、かつ、分母が0以上であれば(S21のNo,S23のYes)、零相電圧重畳処理部11は、分母が0を跨いで変化したとみなし、ステップS16の処理へと進む。 In addition, if the power factor is not greater than 0 and the denominator is not greater than or equal to 0 (No in S21, No in S23), the zero-phase voltage superimposing processing unit 11 indicates that the denominator does not change across 0. The voltage command values v u0 , v v0 , v w0 obtained in step S14 are output. On the other hand, if the power factor is not greater than 0 and the denominator is greater than or equal to 0 (No in S21, Yes in S23), the zero-phase voltage superimposing processing unit 11 regards that the denominator has crossed 0, The process proceeds to step S16.

ステップS16において、零相電圧重畳処理部11は、ステップS13で求めた電圧指令値v,v,vの中間値の符号を反転させた上で、零相電圧の再計算を行って零相電圧v0reを求め(S16)、求めた零相電圧v0reを、ステップS12で保存しておいた電圧指令値v,v,vのそれぞれに加算して、電圧指令値vu0,vv0,vw0を求め(S17)、求めた電圧指令値vu0,vv0,vw0を出力する。 In step S16, the zero-phase voltage superimposition processing unit 11 performs recalculation of the zero-phase voltage after inverting the sign of the intermediate value of the voltage command values v u , v v and v w obtained in step S13. The zero-phase voltage v 0re is obtained (S16), and the obtained zero-phase voltage v 0re is added to each of the voltage command values v u , v v , v w stored in step S12 to obtain a voltage command value v u0 , vv0 , and vw0 are obtained (S17), and the obtained voltage command values vu0 , vv0 , and vw0 are output.

なお、上述したS21〜S23の処理は、必ずしも必要とされるものではなく、その実施を省略してもよい。その場合、ステップS15において中間値が変化していなければ(S15のNo)、零相電圧重畳処理部11は、零相電圧の再計算を行うことなく、ステップS14で求めた電圧指令値vu0,vv0,vw0を出力する。 In addition, the process of S21-S23 mentioned above is not necessarily required, and you may abbreviate | omit the implementation. In this case, if the intermediate value does not change in step S15 (No in S15), the zero-phase voltage superimposition processing unit 11 does not recalculate the zero-phase voltage, and the voltage command value v u0 obtained in step S14. , V v0 , v w0 are output.

このように、零相電圧を重畳することで中間値の符号が変わる場合には、符号を反転させて零相電圧の再計算を行い、零相電圧v0reを得て、この零相電圧v0reを各相の電圧指令値v,v,vに重畳する。これにより、変動抑制効果が適正に発揮される。 As described above, when the sign of the intermediate value is changed by superimposing the zero phase voltage, the sign is inverted and the zero phase voltage is recalculated to obtain the zero phase voltage v 0re. 0re is superimposed on the voltage command values v u , v v and v w of each phase. Thereby, the fluctuation suppression effect is exhibited appropriately.

零相電圧重畳処理部11から出力される電圧指令値vu0,vv0,vw0は、各相の1つのレグに対する指令値であるため、判定部12、SW11およびSW12により、当該電圧指令値を上アーム用電圧指令値vup,vvp、vwpと下アーム用電圧指令値vun,vvn、vwnとに分ける。 Since the voltage command values v u0 , v v0 and v w0 output from the zero-phase voltage superimposing processing unit 11 are command values for one leg of each phase, the voltage command values are determined by the determination units 12, SW 11 and SW 12. Are divided into upper arm voltage command values v up , v vp , v wp and lower arm voltage command values v un , v vn , v wn .

具体的には、判定部12により変調率が正であるか負であるかを判定し、変調率が正であれば、電圧指令値vu0,vv0,vw0が上アーム用電圧指令値vup,vvp、vwpとして出力され、固定値「0」が下アーム用電圧指令値vun,vvn、vwnとして出力されるように、切替部SW11,SW12をそれぞれ操作する。一方、変調率が正でなければ(負であれば)、固定値「0」が上アーム用電圧指令値vup,vvp、vwpとして出力され、電圧指令値vu0,vv0,vw0が下アーム用電圧指令値vun,vvn、vwnとして出力されるように、切替部SW11,SW12をそれぞれ操作する。 Specifically, the determination unit 12 determines whether the modulation rate is positive or negative. If the modulation rate is positive, the voltage command values v u0 , v v0 , and v w0 are the upper arm voltage command values. The switching units SW11 and SW12 are respectively operated so that the output values v up , v vp , and v wp are output, and the fixed value “0” is output as the lower arm voltage command values v un , v vn , and v wn . On the other hand, if the modulation factor is not positive (if negative), the fixed value “0” is output as the upper arm voltage command values v up , v vp , v wp , and the voltage command values v u0 , v v0 , v w0 to ensure output voltage command value v un lower arm, v vn, as v wn, operating switch unit SW11, SW12, respectively.

また、判定部13、SW21およびSW22により、零相電圧重畳処理部11から出力される電圧指令値vu0,vv0,vw0のいずれかの変調率が例えば1よりも小さく−1よりも大きい範囲を超えるか否かに応じて、第1の制御モードまたは第2の制御モードが選択されるようにする。 Also, the modulation units 13, SW 21, and SW 22 cause the modulation rate of any one of the voltage command values v u0 , v v0 , and v w0 output from the zero-phase voltage superimposing unit 11 to be smaller than 1 and larger than −1, for example. The first control mode or the second control mode is selected depending on whether or not the range is exceeded.

具体的には、判定部13により電圧指令値vu0,vv0,vw0のいずれも変調率の絶対値が1よりも小さいか否かを判定し、小さければ、切替部SW11から出力される値が切替部SW21を通じて上アーム用電圧指令値vup,vvp、vwpとして出力され、切替部SW12から出力される値が切替部SW22を通じて下アーム用電圧指令値vun,vvn、vwnとして出力されるように、切替部SW21,SW22をそれぞれ操作する。この場合、第1の制御モードが設定される。 Specifically, the determination unit 13 determines whether all of the voltage command values v u0 , v v0 , and v w0 have an absolute value of the modulation factor smaller than 1, and if it is smaller, it is output from the switching unit SW11. The values are output as upper arm voltage command values v up , v vp , v wp through the switching unit SW21, and the values output from the switching unit SW12 are output through the switching unit SW22 as lower arm voltage command values v un , v vn , v The switching units SW21 and SW22 are each operated so as to be output as wn . In this case, the first control mode is set.

一方、電圧指令値vu0,vv0,vw0のいずれかの変調率の絶対値が1よりも小さくなければ、演算部16から出力される値が切替部SW21を通じて上アーム用電圧指令値vup,vvp、vwpとして出力され、演算部18から出力される値が切替部SW22を通じて下アーム用電圧指令値vun,vvn、vwnとして出力されるように、切替部SW21,SW22をそれぞれ操作する。この場合、第2の制御モードが設定される。 On the other hand, if the absolute value of the modulation rate of any one of the voltage command values v u0 , v v0 , and v w0 is not smaller than 1, the value output from the calculation unit 16 becomes the voltage command value v for the upper arm through the switching unit SW21. The switching units SW21, SW22 are output so as to be output as up , v vp , v wp and output as the lower arm voltage command values v un , v vn , v wn through the switching unit SW22. To operate each. In this case, the second control mode is set.

演算部14〜18は、前述した式(1)の演算を実施する要素である。演算部14,15,16により「(v/2)−(min(v,v、v)/2)」(但し、i=u,v,w)を計算し、上アーム用電圧指令値vip(即ち、vup,vvp,vwp)を求める一方で、演算部14,17,18により「(v/2)−(max(v,v,v)/2)」を計算し、下アーム用電圧指令値vin(即ち、vun,vvn、vwn)を求める。 The calculation units 14 to 18 are elements that perform the calculation of the above-described equation (1). Calculate “(v i / 2) − (min (v u , v v , v w ) / 2)” (where i = u, v, w) by the calculation units 14, 15, and 16 While calculating the voltage command value v ip (i.e., v up , v vp , v wp ), the calculation units 14, 17, and 18 perform “(v i / 2) − (max (v u , v v , v w )”. / 2) "is calculated, and the lower arm voltage command value v in (i.e., v un, v vn, seek v wn).

上記零相電圧による中性点電位変動抑制制御を適用した場合の中性点電位vの変動を、変調率、力率(電圧と電流との位相差)ごとに計算し、グラフ化すると、図4のようになる。すなわち、変調率が低く、力率が低い(位相差=π/2に近い)運転領域では、中性点電位の変動を完全に抑制できることが分かる。 The variation of the neutral point potential v n in the case of applying the neutral point potential fluctuation suppression control by the zero-phase voltage, the modulation ratio was calculated for each power factor (phase difference between voltage and current), when graphed, As shown in FIG. That is, it can be seen that in the operation region where the modulation factor is low and the power factor is low (phase difference = near π / 2), the neutral point potential fluctuation can be completely suppressed.

上記零相電圧による中性点電位変動抑制制御では、上アームのスイッチング素子群S,S,Sと下アームのスイッチング素子群S,S,Sとが両方ともスイッチングしている区間がなく、スイッチング周波数は増加しないので、式(1)のみを用いた制御よりも損失を小さくすることができる。また、本実施形態を適用する事で、図4で変動が出ている運転領域では式(1)を用いた制御が適用されるため、より広い動作領域で中性点電位の変動を抑制することができる。この場合、中性点電位vの変動のグラフは図11と同様になる。 In the neutral point potential fluctuation suppression control by the zero-phase voltage, the upper arm switching element groups S 1 , S 2 , S 5 and the lower arm switching element groups S 3 , S 4 , S 6 are both switched. Since there is no section and the switching frequency does not increase, the loss can be reduced as compared with the control using only the equation (1). Further, by applying this embodiment, the control using the equation (1) is applied in the operation region where the fluctuation occurs in FIG. 4, so that the fluctuation of the neutral point potential is suppressed in a wider operation region. be able to. In this case, the graph of the variation of the neutral point potential v n is similar to FIG 11.

このように第2の実施形態によれば、より広い動作領域で中性点電位変動を抑制しつつ、損失の増加を最低限に抑制できる。また、コンデンサ容量の増加を防ぎつつ、スイッチング損失の増大を抑制し、小型・低コストの電力変換装置を提供することが可能になる。   As described above, according to the second embodiment, it is possible to suppress an increase in loss to a minimum while suppressing a neutral point potential fluctuation in a wider operation region. In addition, it is possible to provide a small-sized and low-cost power conversion device by suppressing an increase in switching loss while preventing an increase in capacitor capacity.

なお、本実施形態では、零相電圧を重畳する際に電圧指令値v,v,vのうち中間値の符号が変化することから、当該中間値を対象に符号の変化を判定する場合を例示したが、この例に限定されるものではない。例えば、電圧指令値v,v,vの中間値を判定する処理を行うことなく、各相の電圧指令値v,v,vのそれぞれについて、符号の変化を判定するようにしてもよい。また、符号が変化する電圧指令値の判定を上記以外の手法で行うようにしても構わない。 In the present embodiment, since the sign of the intermediate value of the voltage command values v u , v v , and v w changes when the zero-phase voltage is superimposed, the change of the sign is determined for the intermediate value. Although the case was illustrated, it is not limited to this example. For example, the voltage command values v u, v v, v without performing processing for determining the intermediate values of w, each phase voltage command values v u, v v, for each v w, to determine a change of sign It may be. Moreover, you may make it determine the voltage command value from which a code | symbol changes with methods other than the above.

また、零相電圧を重畳する前後の電圧指令値の符号の変化の有無は、零相電圧を重畳する前後の2つの電圧指令値の減算結果をもとに判定してもよいが、これに限らず、別の手法(例えば他の種類の論理回路など)を用いて判定してもよい。   Further, the presence or absence of a change in the sign of the voltage command value before and after superimposing the zero-phase voltage may be determined based on the subtraction result of the two voltage command values before and after superimposing the zero-phase voltage. However, the determination may be made using another method (for example, another type of logic circuit).

[第2の実施形態]
次に、第2の実施形態について説明する。以下では、第1の実施形態と共通する部分の説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment will be described. Below, description of the part which is common in 1st Embodiment is abbreviate | omitted, and it demonstrates centering on a different part.

第2の実施形態に係る電力変換装置の構成は、図1に示したものと同様である。但し、第2の実施形態における制御装置10は、第1の実施形態の図2に示した判定部13と異なる判定部(図示せず)を備え、第1の実施形態と異なる判定基準で制御モードの切替を行う。   The configuration of the power conversion device according to the second embodiment is the same as that shown in FIG. However, the control device 10 in the second embodiment includes a determination unit (not shown) different from the determination unit 13 illustrated in FIG. 2 of the first embodiment, and is controlled with a determination criterion different from that of the first embodiment. Switch the mode.

第2の実施形態における制御装置10は、NPCインバータ100の運転条件によって第2の制御モードから第1の制御モードへの切り替え(もしくは第1の制御モードから第2の制御モードへの切替)を行う。第1の制御モードを適用する運転条件または第2の制御モードを適用する運転条件は、例えば、変調率および力率を用いて予め定められる。なお、これに限らず、有効電力指令および無効電力指令などを用いて定めてもよい。運転条件を示す情報は、所定の記憶領域に保存され、NPCインバータ100の運転中、制御モードを切り替える判定基準として使用される。   The control device 10 according to the second embodiment switches from the second control mode to the first control mode (or switches from the first control mode to the second control mode) according to the operating conditions of the NPC inverter 100. Do. The operating condition for applying the first control mode or the operating condition for applying the second control mode is determined in advance using, for example, a modulation factor and a power factor. In addition, you may determine using not only this but an active power command, a reactive power command, etc. Information indicating the operation condition is stored in a predetermined storage area, and is used as a criterion for switching the control mode during operation of the NPC inverter 100.

例えば、第1の制御モードによる第1の運転範囲と、第2の制御モードによる第2の運転範囲との境界を、例えば変調率および力率を用いて予め定めておき、第1の運転領域での運転には第1の制御モードを適用し、第2の運転領域での運転には第2の制御モードを適用する。   For example, a boundary between a first operation range in the first control mode and a second operation range in the second control mode is determined in advance using, for example, a modulation factor and a power factor, and the first operation region The first control mode is applied to the operation in, and the second control mode is applied to the operation in the second operation region.

第2の実施形態によれば、第1の実施形態に比べ、制御モードを切り替える判定基準をより細やかに設定することができるため、損失抑制と中性点電位変動抑制とのバランスをより良くし、運転状況に応じたより適切な制御モードでの運転を実現することができる。   According to the second embodiment, the determination criterion for switching the control mode can be set more finely than in the first embodiment, so that the balance between loss suppression and neutral point potential fluctuation suppression is improved. The operation in a more appropriate control mode according to the driving situation can be realized.

[第3の実施形態]
次に、第3の実施形態について説明する。以下では、第1の実施形態と共通する部分の説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment will be described. Below, description of the part which is common in 1st Embodiment is abbreviate | omitted, and it demonstrates centering on a different part.

第2の実施形態に係る電力変換装置の構成は、図1に示したものと同様である。但し、第2の実施形態における制御装置10は、さらに、第2の制御モードにおいて、上アーム用電圧指令値vupと下アーム用電圧指令値vunのそれぞれの状態に応じて、NPCインバータ100のキャリア周波数を変化させる機能を備えている。 The configuration of the power conversion device according to the second embodiment is the same as that shown in FIG. However, in the second control mode, the control device 10 in the second embodiment further includes an NPC inverter 100 according to the states of the upper arm voltage command value v up and the lower arm voltage command value v un. It has a function to change the carrier frequency.

例えば、制御装置10は、上アーム用電圧指令値vupと下アーム用電圧指令値vunの両方が0でない場合に、キャリア周波数を例えば通常の1/2の周波数に低下させる機能、あるいは、上アームの半導体スイッチング素子S,S,Sと、下アームの半導体スイッチング素子S,S,Sとを合わせた素子群のスイッチング周波数が一定以上増える期間に、NPCインバータ100のキャリア周波数を例えば通常の1/2の周波数に低下させる機能を有する。 For example, the control device 10 has a function of reducing the carrier frequency to, for example, a half of the normal frequency when both the upper arm voltage command value vup and the lower arm voltage command value vun are not 0, or During the period when the switching frequency of the element group including the semiconductor switching elements S 1 , S 2 , S 5 of the upper arm and the semiconductor switching elements S 3 , S 4 , S 6 of the lower arm increases more than a certain value, For example, it has a function of lowering the carrier frequency to, for example, a normal frequency.

図5は、本実施形態に係る電力変換装置1に備えられる制御装置10に備えられるキャリア周波数切替制御の機能構成の一例を示す図である。但し、この構成例は一例であり、この例に限定されるものではない。   FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a functional configuration of carrier frequency switching control provided in the control device 10 provided in the power conversion device 1 according to the present embodiment. However, this configuration example is an example, and the present invention is not limited to this example.

キャリアはcar1とcar2の2種類があり、car1が通常キャリア、car2が切替キャリアである。ここで、car2は、例えばcar1の周波数の1/2の周波数であるものとするが、これに限定されるものではない。car2は、例えばcar1の周波数の1/3の周波数であってもよい。   There are two types of carriers, car1 and car2, where car1 is a normal carrier and car2 is a switching carrier. Here, car2 is, for example, a frequency that is ½ of the frequency of car1, but is not limited thereto. For example, car2 may be 1/3 of the frequency of car1.

制御装置10は、比較部31,32、演算部33,34、判定部35,36、演算部37、切替部SW31,SW32を有する。   The control device 10 includes comparison units 31 and 32, calculation units 33 and 34, determination units 35 and 36, a calculation unit 37, and switching units SW31 and SW32.

比較部31は、上アーム用電圧指令値vupと通常キャリアcar1との比較結果、または、上アーム用電圧指令値vupと切替キャリアcar2との比較結果を、上アーム素子用のゲート信号gupとして出力する。 The comparison unit 31 uses the comparison result between the upper arm voltage command value v up and the normal carrier car1 or the comparison result between the upper arm voltage command value v up and the switching carrier car2 as the gate signal g for the upper arm element. Output as up .

比較部32は、下アーム用電圧指令値vunと、演算部33で計算される通常キャリアcar1と値「1」との差分との比較結果、または、下アーム用電圧指令値vunと、演算部34で計算される切替キャリアcar2と値「1」との差分との比較結果を、下アーム素子のゲート信号gunとして出力する。 Comparing unit 32 includes a voltage command value v un the lower arm, the result of comparison between the difference between the normal carrier car1 value "1" which is calculated by the arithmetic unit 33, or the voltage command value v un lower arm, the comparison result of the difference between the switching carrier car2 value "1" which is calculated by the arithmetic unit 34, and outputs a gate signal g un the lower arm device.

判定部35は、上アーム用電圧指令値vupが0であるか否かを判定し、0であれば1を出力し、0でなければ0を出力する。 The determination unit 35 determines whether or not the upper arm voltage command value v up is 0. If it is 0, 1 is output, and if it is not 0, 0 is output.

判定部36は、下アーム用電圧指令値vunが0であるか否かを判定し、0であれば1を出力し、0でなければ0を出力する。 The determination unit 36 determines whether or not the lower arm voltage command value vun is 0. If it is 0, 1 is output, and if it is not 0, 0 is output.

演算部37は、判定部35,36の出力の少なくとも一方が0でないならば(即ち、上アーム用電圧指令値vupと下アーム用電圧指令値vunが少なくとも一方が0であれば)、切替部SW31,SW32がそれぞれ接点0を選択するように操作する。一方、判定部35,36の出力が両方とも0であれば(即ち、上アーム用電圧指令値vupと下アーム用電圧指令値vunが両方とも0ではないならば)、切替部SW31,SW32がそれぞれ1接点を選択するように操作する。 If at least one of the outputs of the determination units 35 and 36 is not 0 (that is, if at least one of the upper arm voltage command value v up and the lower arm voltage command value v un is 0), the calculation unit 37 The switching units SW31 and SW32 are operated so as to select the contact 0, respectively. On the other hand, if both the outputs of the determination units 35 and 36 are 0 (that is, if both the upper arm voltage command value v up and the lower arm voltage command value v un are not 0), the switching units SW31, Each SW 32 is operated so as to select one contact.

このような構成において、上アーム用電圧指令値vupと下アーム用電圧指令値vunが少なくとも一方が0である期間では、通常キャリアcar1が適用される。一方、上アーム用電圧指令値vupと下アーム用電圧指令値vunが両方とも0ではない期間では、切替キャリアcar2が適用される。これを波形図で示すと、図6のようになる。 In such a configuration, for the upper arm voltage command value v Stay up-and lower arm voltage command value v un is in a period of at least one of which is 0, it is applied normal carrier car1. On the other hand, in the period for the upper arm voltage command value v Stay up-and lower arm voltage command value v un is not both 0, the switching carrier car2 is applied. This is shown in a waveform diagram as shown in FIG.

上アーム用電圧指令値vupと下アーム用電圧指令値vunが両方とも0ではない期間に、仮に通常キャリアcar1を適用すると、上アームと下アームの合計スイッチング回数は、倍になるが、本実施形態では、キャリアcar2が適用されるため、キャリア周波数が1/2になり、切替前と比べて全体のスイッチング回数は変わらない。即ち、スイッチング損失の増加は抑制される。 The period for the upper arm voltage command value v Stay up-and lower arm voltage command value v un is not both 0, when provisionally applying ordinary carrier car1, total number of switching times of the upper and lower arms is doubled, In the present embodiment, since the carrier car2 is applied, the carrier frequency is halved, and the total number of times of switching does not change compared to before switching. That is, an increase in switching loss is suppressed.

第3の実施形態によれば、第1の実施形態に比べ、スイッチング損失の増加をより一層抑制することが可能になる。   According to the third embodiment, an increase in switching loss can be further suppressed as compared with the first embodiment.

以上詳述したように、各実施形態によれば、より広い動作領域で中性点電位の変動を抑制しつつ、スイッチング損失の増大を抑制することができる。   As described above in detail, according to each embodiment, an increase in switching loss can be suppressed while suppressing a change in neutral point potential in a wider operation region.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

10…制御装置、11…零相電圧重畳処理部、12,13…判定部、14〜17…演算部、31,32…比較部、33,34…演算部、35,36…判定部、37…演算部、100…NPCインバータ、SW11,SW12,SW21,SW22,SW31,SW32…切替部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Control apparatus, 11 ... Zero phase voltage superimposition process part, 12, 13 ... Determination part, 14-17 ... Calculation part, 31, 32 ... Comparison part, 33, 34 ... Calculation part, 35, 36 ... Determination part, 37 ... arithmetic unit, 100 ... NPC inverter, SW11, SW12, SW21, SW22, SW31, SW32 ... switching part.

Claims (6)

中性点クランプ型の電力変換器と、
前記電力変換器を構成する各相の第1のスイッチング素子群と第2のスイッチング素子群とに対し、それぞれ、前記電力変換器の各相の電圧指令値を用いて生成される第1の電圧指令値と第2の電圧指令値とを与えることで前記電力変換器の中性点電位の変動を抑制する制御を行う制御手段と
を具備し、
前記制御手段は、
前記電力変換器の各相の電圧指令値に当該電力変換器の零相電圧を重畳して得られる新たな各相の電圧指令値から前記第1の電圧指令値と前記第2の電圧指令値とを生成する第1の制御モードと、
前記電力変換器の各相の電圧指令値とその最大値と最小値とに基づいて前記第1の電圧指令値と前記第2の電圧指令値とを生成する第2の制御モードと、
を切り替えて実施する手段を有する、電力変換装置。
Neutral point clamp type power converter,
The first voltage generated using the voltage command value of each phase of the power converter for the first switching element group and the second switching element group of each phase constituting the power converter, respectively. Control means for performing control for suppressing fluctuations in the neutral point potential of the power converter by giving a command value and a second voltage command value;
The control means includes
The first voltage command value and the second voltage command value from the new voltage command value of each phase obtained by superimposing the zero phase voltage of the power converter on the voltage command value of each phase of the power converter. A first control mode for generating
A second control mode for generating the first voltage command value and the second voltage command value based on the voltage command value of each phase of the power converter and its maximum and minimum values;
A power conversion device having means for switching and implementing.
前記制御手段は、
前記第1の制御モードにおいて、前記零相電圧が重畳された各相の電圧指令値のいずれかの変調率が所定の範囲を超える場合に、前記第2の制御モードへの切り替えを行う、
請求項1に記載の電力変換装置。
The control means includes
In the first control mode, when any modulation rate of the voltage command value of each phase on which the zero-phase voltage is superimposed exceeds a predetermined range, switching to the second control mode is performed.
The power conversion device according to claim 1.
前記制御手段は、
前記電力変換器の運転条件によって、前記第1の制御モードと前記第2の制御モードとの間の切り替えを行う、
請求項1記載の電力変換装置。
The control means includes
Depending on the operating conditions of the power converter, switching between the first control mode and the second control mode is performed.
The power conversion device according to claim 1.
前記制御手段は、
前記第2の制御モードにおいて、前記第1の電圧指令値と前記第2の電圧指令値のそれぞれの状態に応じて、前記電力変換器のキャリア周波数を変化させる、
請求項1記載の電力変換装置。
The control means includes
In the second control mode, the carrier frequency of the power converter is changed according to the respective states of the first voltage command value and the second voltage command value.
The power conversion device according to claim 1.
前記制御手段は、
前記第2の制御モードにおいて、前記第1のスイッチング素子群と前記第2のスイッチング素子群とを合わせた素子群のスイッチング周波数が一定以上増える期間に、前記電力変換器のキャリア周波数を低下させる、
請求項4記載の電力変換装置。
The control means includes
In the second control mode, the carrier frequency of the power converter is reduced during a period in which the switching frequency of the element group including the first switching element group and the second switching element group increases more than a certain value.
The power conversion device according to claim 4.
中性点クランプ型の電力変換器を有する電力変換装置の制御方法であって、
制御手段により、前記電力変換器を構成する各相の第1のスイッチング素子群と第2のスイッチング素子群とに対し、それぞれ、前記電力変換器の各相の電圧指令値を用いて生成される第1の電圧指令値と第2の電圧指令値とを与えることで前記電力変換器の中性点電位の変動を抑制する制御を行うこと
を含み、前記制御は、
前記電力変換器の各相の電圧指令値に当該電力変換器の零相電圧を重畳して得られる新たな各相の電圧指令値から前記第1の電圧指令値と前記第2の電圧指令値とを生成する第1の制御モードと、
前記電力変換器の各相の電圧指令値とその最大値と最小値とに基づいて前記第1の電圧指令値と前記第2の電圧指令値とを生成する第2の制御モードと、
を切り替えて実施することを含む、電力変換装置の制御方法。
A control method for a power converter having a neutral point clamp type power converter,
The control means generates the first switching element group and the second switching element group of each phase constituting the power converter using the voltage command value of each phase of the power converter, respectively. Performing control to suppress fluctuations in the neutral point potential of the power converter by giving a first voltage command value and a second voltage command value,
The first voltage command value and the second voltage command value from the new voltage command value of each phase obtained by superimposing the zero phase voltage of the power converter on the voltage command value of each phase of the power converter. A first control mode for generating
A second control mode for generating the first voltage command value and the second voltage command value based on the voltage command value of each phase of the power converter and its maximum and minimum values;
The control method of a power converter device including switching and implementing.
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