JP2019216507A - Control device for multistage converter - Google Patents

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Abstract

To achieve single-pulse drive capable of suppressing generation of a high harmonic wave and reducing voltage distortion.SOLUTION: A control device for a multistage converter according to an embodiment comprises: a modulation rate calculation unit 21 that calculates a modulation rate of a multistage converter 1; a phase shift amount generation unit 22 that generates a phase shift amount of a gate signal that drives an upper arm S1 of a positive leg LP and an upper arm S3 of a negative leg LN of each unit converter 11-14 for a number of stages of the unit converters 11-14, wherein the phase shift amount corresponds to the modulation rate; and gate signal generation unit 23 that generates first gate signals of the number of stages and a second gate signal in each of which an on-pulse width and an off-pulse width are the same as each other, wherein each first gate signal has a center of the on-pulse width that is progressed from a phase of an output voltage command by the phase shift amount, and the second gate signal has a center of the off-pulse width that is delayed from the phase of the output voltage command by the phase shift amount, and that assigns the first gate signals to the upper arms S1 of the positive legs LP of the unit converters 11-14, and assigns the second gate signal to the upper arms S3 of the negative legs LN of the unit converters 11-14.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の実施形態は、多段変換器の制御装置に関する。   Embodiments of the present invention relate to a control device for a multi-stage converter.

インバータに代表される半導体電力変換器の大容量手法として、複数台の電力変換器出力を直列接続し高電圧を得る手法がある。これは多段変換器やMMC(Modular Multilevel Converter)と呼ばれ系統連系変換器や電動機駆動用変換器等の主に大容量変換器に応用されている。   As a large-capacity method of a semiconductor power converter represented by an inverter, there is a method of connecting a plurality of power converter outputs in series to obtain a high voltage. This is called a multi-stage converter or MMC (Modular Multilevel Converter), and is mainly applied to a large-capacity converter such as a grid connection converter or a motor driving converter.

多段変換器は、それぞれキャパシタや整流器等の直流電源を有した単位変換器の出力を多直列接続する回路構成により複数レベルの電圧出力が得られるという特徴を持つ。このような特徴から複数ステップの電圧出力が得られ正弦波に近い出力を直接得ることができる。変換器段数が増えるほどにそのステップ数は増加することから変換器段数が多い場合は各スイッチング素子をPWMのような高速スイッチングせずに出力電圧基本波周波数で駆動するワンパルス駆動で歪の少ない出力電圧が得られる。ワンパルス駆動ではPWMと比較しスイッチング周波数を抑制できるため毎スイッチング発生するスイッチング損失を低減でき、変換器損失の低減、冷却器の削減効果が期待することができる。   The multi-stage converter has a feature that a plurality of levels of voltage output can be obtained by a circuit configuration in which the outputs of unit converters each having a DC power supply such as a capacitor and a rectifier are connected in multiple series. From such characteristics, a voltage output in a plurality of steps can be obtained, and an output close to a sine wave can be directly obtained. Since the number of steps increases as the number of converter stages increases, when the number of converter stages is large, the output is low in distortion by one-pulse driving in which each switching element is driven at the output voltage fundamental frequency without high-speed switching such as PWM. Voltage is obtained. In the one-pulse driving, the switching frequency can be suppressed as compared with the PWM, so that the switching loss generated at every switching can be reduced, and the effect of reducing the converter loss and the cooling device can be expected.

多段変換器を動作させるには、単位電力変換器を単体の変換器と同じように三角波キャリア比較等でPWM変調を行い動作させることが可能だが、ワンパルス変調を行う場合は従来のキャリア比較で動作させることが困難である。そこで単位変換器としてHブリッジを用いた多直列変換器のワンパルス変調法が非特許文献1で提案されている。   To operate the multi-stage converter, it is possible to operate the unit power converter by performing PWM modulation by triangular wave carrier comparison etc. in the same way as a single converter, but when performing one-pulse modulation, it operates by the conventional carrier comparison It is difficult to do. Therefore, Non-Patent Document 1 proposes a one-pulse modulation method of a multi-serial converter using an H bridge as a unit converter.

この方式では多段変換器の出力電圧指令と、正と負とに変換器段数と同一個数の電圧ステップを持つ閾値と比較し、指令と閾値が交差する点で各変換器をスイッチングすることでワンパルス変調を実現する方式である。指令と閾値とを比較するシンプルな構成のため容易にワンパルス制御が実装できる。   In this method, the output voltage command of the multi-stage converter is compared with a threshold value having the same number of voltage steps as the number of converter stages in the positive and negative directions, and each converter is switched at the point where the command and the threshold value intersect. This is a method for achieving modulation. One pulse control can be easily implemented because of the simple configuration for comparing the command and the threshold.

児山 裕史, 長谷川 隆太, 新井 卓郎「デルタ結線モジュラー・マルチレベルSTATCOMの1パルス制御」,電学論D,Vol.137 No.3 pp.246−255(2017)Hiroshi Koyama, Ryuta Hasegawa, Takuro Arai "One-pulse control of delta-connection modular multi-level STATCOM", IEICE D, Vol. 137 No. 3 pp. 246-255 (2017)

しかしながら、出力電圧指令の大きさに応じて電圧出力する変換器段数が変化するため、出力電圧が小さいときには電圧出力する変換器の段数が少なくなり、変換器利用率が低下する。また、電圧を出力しない変換器は、スイッチングを行わずバイパス状態となるため、出力電圧が小さい領域では出力段数低下に伴い低次高調波が増加し、電圧歪が増加することがあった。   However, since the number of converter stages that output a voltage changes according to the magnitude of the output voltage command, when the output voltage is low, the number of converter stages that output the voltage decreases, and the converter utilization decreases. In addition, since a converter that does not output a voltage is in a bypass state without performing switching, in a region where the output voltage is small, low-order harmonics increase with a decrease in the number of output stages, and voltage distortion may increase.

本発明の実施形態は上記事情を鑑みて成されたものであって、高調波の発生を抑制し、電圧歪を低減するワンパルス駆動を実現可能な多段変換器の制御装置を提供する。   An embodiment of the present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a control device for a multi-stage converter capable of implementing one-pulse drive that suppresses generation of harmonics and reduces voltage distortion.

実施形態による多段変換器の制御装置は、直流電源と、前記直流電源と並列に接続した正レグおよび負レグと、をそれぞれ備えた複数の単位変換器を直列に接続した多段変換器を制御する制御装置であって、前記多段変換器の出力電圧指令と、前記直流電源の電圧とを用いて変調率を演算する変調率演算部と、前記変調率に基づいて、複数の前記単位変換器の前記正レグの上アームと前記負レグの上アームとを駆動するゲート信号の位相シフト量を生成する位相シフト量生成部と、出力電圧基本波周波数で複数の前記単位変換器を駆動する信号であって、オンパルス幅とオフパルス幅とが同一であり、オンパルス幅の中心が前記出力電圧指令の位相に対して前記位相シフト量進んだ第1ゲート信号と、オフパルス幅の中心が前記出力電圧指令の位相に対して前記位相シフト量遅れた第2ゲート信号とを生成し、前記第1ゲート信号を複数の前記単位変換器の前記正レグの前記上アームの前記ゲート信号とし、前記第2ゲート信号を複数の前記単位変換器の前記負レグの前記上アームの前記ゲート信号とするゲート信号生成部と、を備え、前記位相シフト量はゼロより大きく180°未満である。   The control device for a multi-stage converter according to the embodiment controls a multi-stage converter in which a plurality of unit converters each including a DC power supply and a positive leg and a negative leg connected in parallel with the DC power supply are connected in series. A control device, an output voltage command of the multi-stage converter, a modulation rate calculating unit that calculates a modulation rate using the voltage of the DC power supply, based on the modulation rate, a plurality of the unit converter, A phase shift amount generation unit that generates a phase shift amount of a gate signal that drives the upper arm of the positive leg and the upper arm of the negative leg, and a signal that drives a plurality of the unit converters at an output voltage fundamental frequency. The on-pulse width and the off-pulse width are the same, the center of the on-pulse width is the first gate signal advanced by the phase shift amount with respect to the phase of the output voltage command, and the center of the off-pulse width is the output voltage command. Generating a second gate signal delayed by the phase shift amount with respect to a phase, wherein the first gate signal is the gate signal of the upper arm of the positive leg of the plurality of unit converters, and the second gate signal And a gate signal generation unit that sets the gate signal of the upper arm of the negative leg of the plurality of unit converters, wherein the phase shift amount is greater than zero and less than 180 °.

図1は、第1実施形態の多段変換器の制御装置を概略的に示す図である。FIG. 1 is a diagram schematically showing a control device of the multistage converter according to the first embodiment. 図2は、変調率と位相シフト量との関係の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a relationship between a modulation factor and a phase shift amount. 図3は、変調率が1のときと変調率が0.2のときとにおける、上アームのゲート信号と多段変換器の出力電圧との一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the gate signal of the upper arm and the output voltage of the multi-stage converter when the modulation factor is 1 and when the modulation factor is 0.2. 図4は、変調率が1のときと変調率が0.2のときとにおける、上アームのゲート信号と多段変換器の出力電圧との他の例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing another example of the gate signal of the upper arm and the output voltage of the multi-stage converter when the modulation factor is 1 and when the modulation factor is 0.2. 図5は、第2実施形態の多段変換器の制御装置を概略的に示す図である。FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a control device of the multistage converter according to the second embodiment. 図6は、制御装置から出力されるゲート信号と、単位変換器それぞれの出力電圧と、多段変換器の出力電圧および出力電流との一例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the gate signal output from the control device, the output voltage of each unit converter, and the output voltage and output current of the multi-stage converter. 図7は、正レグ上アームをα位相をシフトさせたゲート信号により駆動し、負レグ上アームをα位相をシフトさせたゲート信号により駆動したときの単位変換器の出力電圧の一例を示す図である。7, the positive leg on the arm is driven by a gate signal obtained by shifting the alpha P phase, an example of a unit converter output voltage when driven by a gate signal obtained by shifting the alpha N phase negative leg on the arm FIG. 図8は、単位変換器出力電圧と推定した基本波成分との一例を示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the unit converter output voltage and the estimated fundamental wave component. 図9は、単位変換器出力電圧と推定した基本波成分との一例を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating an example of the unit converter output voltage and the estimated fundamental wave component. 図10は、図5に示す制御装置の電圧調整部の動作の一例を説明するフローチャートである。FIG. 10 is a flowchart illustrating an example of the operation of the voltage adjustment unit of the control device illustrated in FIG. 図11は、第3実施形態の多段変換器の制御装置の動作の一例を説明するための図である。FIG. 11 is a diagram for explaining an example of the operation of the control device of the multistage converter according to the third embodiment. 図12は、第3実施形態の多段変換器の制御装置の動作の一例を説明するための図である。FIG. 12 is a diagram for explaining an example of the operation of the control device for a multi-stage converter according to the third embodiment. 図13は、第4実施形態の多段変換器の制御装置の動作の一例を説明するための図である。FIG. 13 is a diagram for explaining an example of the operation of the control device of the multistage converter according to the fourth embodiment.

以下、実施形態の多段変換器の制御装置について、図面を参照して説明する。
図1は、第1実施形態の多段変換器の制御装置を概略的に示す図である。
本実施形態の制御装置は、例えば4つのアームから構成されるHブリッジを単位変換器とした多段変換器1の動作を制御する制御装置である。
Hereinafter, a control device of a multistage converter according to an embodiment will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram schematically showing a control device of the multistage converter according to the first embodiment.
The control device of the present embodiment is a control device that controls the operation of the multi-stage converter 1 using an H-bridge composed of, for example, four arms as a unit converter.

多段変換器1は、2つの出力端子を備えている。以下の説明において、多段変換器1の一方の出力端子を正側出力端子TPとし、他方の出力端子を負側出力端子TNとする。   The multi-stage converter 1 has two output terminals. In the following description, one output terminal of the multi-stage converter 1 is a positive output terminal TP, and the other output terminal is a negative output terminal TN.

多段変換器1は、複数の単位変換器11〜14を備える。単位変換器11〜14のそれぞれは、上アームS1と下アームS2とを備えた正レグLPと、上アームS3と下アームS4とを備えた負レグLNと、を並列に接続したHブリッジ回路である。
多段変換器1は、単位変換器11〜14の正レグLPの上アームS1と下アームS2との間に位置する出力端子と、負レグLNの上アームS3と下アームS4との間に位置する出力端子とを、単位変換器11〜14間で直列接続した構成を備える。なお、多段変換器1は、少なくとも2段の単位変換器を直列接続した構成であればよく、段数の上限を特に設ける必要はない。
The multi-stage converter 1 includes a plurality of unit converters 11 to 14. Each of the unit converters 11 to 14 is an H bridge circuit in which a positive leg LP having an upper arm S1 and a lower arm S2 and a negative leg LN having an upper arm S3 and a lower arm S4 are connected in parallel. It is.
The multi-stage converter 1 is provided between an output terminal located between the upper arm S1 and the lower arm S2 of the positive leg LP of the unit converters 11 to 14 and a position located between the upper arm S3 and the lower arm S4 of the negative leg LN. Output terminals to be connected in series between the unit converters 11 to 14. The multi-stage converter 1 may have a configuration in which at least two-stage unit converters are connected in series, and there is no particular need to provide an upper limit for the number of stages.

以下の説明おいて、N個の単位変換器を直列接続した多段変換器において、正側出力端子と接続した単位変換器を1段目の単位変換器とし、負側出力端子と接続した単位変換器をN段目の単位変換器とし、直列に接続したN個の単位変換器が並んだ順に1段目、2段目、…N段目と称する。図1に示す例では、多段変換器は4つの単位変換器11〜14を備え、正側出力端子TPと接続した単位変換器11が1段目であり、負側出力端子TNと接続した単位変換器14が4段目であり、直列に接続した4つの単位変換器11〜14が並んだ順に単位変換器12が2段目であり、単位変換器13が3段目である。   In the following description, in a multi-stage converter in which N unit converters are connected in series, a unit converter connected to a positive output terminal is used as a first-stage unit converter, and a unit converter connected to a negative output terminal is used. The unit is the unit converter of the Nth stage, and is referred to as the first stage, the second stage,..., The Nth unit in the order in which the N unit converters connected in series are arranged. In the example shown in FIG. 1, the multi-stage converter includes four unit converters 11 to 14, and the unit converter 11 connected to the positive output terminal TP is the first stage, and the unit converter connected to the negative output terminal TN. The converter 14 is the fourth stage, the unit converter 12 is the second stage, and the unit converter 13 is the third stage in the order in which the four unit converters 11 to 14 connected in series are arranged.

単位変換器11〜14は同じ構成である。単位変換器11〜14のそれぞれは、正レグLPと、負レグLNと、直流電源PSと、電圧センサSVと、を備えている。
電圧センサSVは、直流電源PSの電圧を検出し、検出値を制御装置2へ出力する。
The unit converters 11 to 14 have the same configuration. Each of the unit converters 11 to 14 includes a positive leg LP, a negative leg LN, a DC power supply PS, and a voltage sensor SV.
Voltage sensor SV detects the voltage of DC power supply PS and outputs a detected value to control device 2.

複数の単位変換器11〜14それぞれにおいて、多段変換器1の正側出力端子TP若しくは自身よりも正側の単位変換器と接続したレグを正レグLPとし、負側出力端子TN若しくは自身よりも負側の単位変換器と接続したレグを負レグLNとする。正レグLPと負レグLNとは直流電源PSであるキャパシタと並列に接続している。   In each of the plurality of unit converters 11 to 14, the leg connected to the positive side output terminal TP of the multi-stage converter 1 or the unit converter on the positive side of itself is defined as a positive leg LP, and the leg connected to the negative side output terminal TN or itself. The leg connected to the unit converter on the negative side is referred to as a negative leg LN. The positive leg LP and the negative leg LN are connected in parallel with a capacitor that is a DC power supply PS.

複数の単位変換器11〜14それぞれにおいて、4つのアーム(2つの上アームS1、S3および2つの下アームS2、S4)それぞれは、IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ:Insulated Gate Bipolar Transistor)やMOSFET(半導体電界効果トランジスタ:metal-oxide semiconductor field-effect transistor)などの半導体素子にダイオードを逆並列接続した半導体スイッチング素子、若しくは、MOSFET(半導体電界効果トランジスタ:metal-oxide semiconductor field-effect transistor)を備える。   In each of the plurality of unit converters 11 to 14, each of the four arms (two upper arms S1, S3 and two lower arms S2, S4) includes an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or a MOSFET (Semiconductor). A semiconductor switching element in which a diode is connected in antiparallel to a semiconductor element such as a field-effect transistor (metal-oxide semiconductor field-effect transistor) or a MOSFET (semiconductor field-effect transistor: metal-oxide semiconductor field-effect transistor) is provided.

単位変換器11〜14それぞれの正レグLPおよび負レグLNのそれぞれにおいて、上アームS1、S3と下アームS2、S4との半導体スイッチング素子はそれぞれ反転動作をし、上アームS1、S3の半導体スイッチング素子がオンしているときに下アームS2、S4の半導体スイッチング素子はオフ動作となる。ただし、上アームS1、S3と下アームS2、S4との短絡を防止するため、上アームS1、S3と下アームS2、S4との両方の半導体スイッチング素子をオフにするデットタイム期間を設けるときには、上アームS1、S3と下アームS2、S4との半導体スイッチング素子を同時にオフとなるようにデットタイム期間が設けられる。   In each of the positive leg LP and the negative leg LN of each of the unit converters 11 to 14, the semiconductor switching elements of the upper arms S1, S3 and the lower arms S2, S4 perform inversion operations, respectively, and the semiconductor switching of the upper arms S1, S3. When the elements are on, the semiconductor switching elements of the lower arms S2 and S4 are turned off. However, in order to prevent a short circuit between the upper arms S1, S3 and the lower arms S2, S4, when providing a dead time period for turning off both semiconductor switching elements of the upper arms S1, S3 and the lower arms S2, S4, A dead time period is provided so that the semiconductor switching elements of the upper arms S1, S3 and the lower arms S2, S4 are simultaneously turned off.

多段変換器1の構成は図1に示したものに限定されるものではない。例えば、単位変換器の直流部には、キャパシタに替えて蓄電池等のエネルギー蓄積要素を接続してもよい。また単位変換器11〜14の直流部を、整流器を介して交流電源および変圧器と接続してもよい。また、三組の多段変換器出力をスター結線、デルタ結線、又は、V結線とすることで三相出力とすることも可能である。   The configuration of the multi-stage converter 1 is not limited to that shown in FIG. For example, an energy storage element such as a storage battery may be connected to the DC section of the unit converter instead of the capacitor. Further, the DC units of unit converters 11 to 14 may be connected to an AC power supply and a transformer via a rectifier. Further, three-phase outputs can be obtained by connecting three sets of multistage converter outputs in a star connection, a delta connection, or a V connection.

制御装置2は、変調率演算部21と、位相シフト量生成部22と、ゲート信号生成部23と、を備えている。
本実施形態では、制御装置2は多段変換器1をワンパルス駆動にて動作させる。ワンパルス駆動では、単位変換器11〜14の半導体スイッチング素子を出力電圧基本波周波数にて駆動する。ワンパルス駆動ではPWM駆動と比較しスイッチング周波数を抑制できるためスイッチングするときに発生する損失を低減することができ、変換器損失の低減、冷却器の削減効果が期待できる。
The control device 2 includes a modulation factor calculation unit 21, a phase shift amount generation unit 22, and a gate signal generation unit 23.
In the present embodiment, the control device 2 operates the multi-stage converter 1 by one-pulse driving. In the one-pulse drive, the semiconductor switching elements of the unit converters 11 to 14 are driven at the output voltage fundamental frequency. In the one-pulse drive, the switching frequency can be suppressed as compared with the PWM drive, so that the loss generated at the time of switching can be reduced, and the effect of reducing the converter loss and the cooler can be expected.

制御装置2は、単位変換器11〜14のレグLP、LNを、オンとオフとの時間幅が同一(Duty50%)であるスイッチングパルス(ゲート信号)で駆動し、そのゲート信号の位相を各レグで調整することにより出力電圧を調整する。このとき位相調整量(位相シフト量)は、それぞれ、正側レグLPの上アームS1のゲート信号のオンパルス幅の中心と、負側レグLNの上アームS3のゲート信号のオフパルス幅の中心とが、出力電圧に対して進み遅れ同一位相量になるよう位相操作を行う。   The control device 2 drives the legs LP and LN of the unit converters 11 to 14 with a switching pulse (gate signal) having the same (duty 50%) time width between ON and OFF, and changes the phase of the gate signal to each. Adjust the output voltage by adjusting the leg. At this time, the phase adjustment amount (phase shift amount) is defined by the center of the on-pulse width of the gate signal of the upper arm S1 of the positive leg LP and the center of the off-pulse width of the gate signal of the upper arm S3 of the negative leg LN. , The phase operation is performed so that the amount of phase is advanced and delayed with respect to the output voltage.

変調率演算部21は、単位変換器11〜14の直流電源PSの電圧VDCと、電圧指令値Vとを用いて、変調率Mを演算する。変調率演算部21にて演算された変調率Mは、位相シフト量生成部22に入力される。変調率演算部21は、例えば後述の(4)式を用いて変調率Mを演算する。 The modulation factor calculator 21 calculates the modulation factor M using the voltage VDC of the DC power supply PS of the unit converters 11 to 14 and the voltage command value V * . The modulation factor M calculated by the modulation factor calculator 21 is input to the phase shift amount generator 22. The modulation rate calculation unit 21 calculates the modulation rate M using, for example, the following equation (4).

位相シフト量生成部22は、入力された変調率Mに対応する、単位変換器11〜14の各レグLP、LNの位相シフト量を出力する。正レグLP、負レグLNは単位変換器11〜14の段数分存在するため、進み遅れ位相操作量(位相シフト量)は変換器段数分必要となる。図1に示す例では単位変換器の段数が4段であるため、位相シフト量生成部22は4つの位相シフト量α〜αを出力する。 The phase shift amount generator 22 outputs the phase shift amount of each of the legs LP and LN of the unit converters 11 to 14 corresponding to the input modulation factor M. Since the positive leg LP and the negative leg LN exist for the number of stages of the unit converters 11 to 14, the lead / lag phase operation amount (phase shift amount) is required for the number of converter stages. In the example shown in FIG. 1, since the number of stages of the unit converter is four, the phase shift amount generation unit 22 outputs four phase shift amounts α 1 to α 4 .

進み遅れ均等シフトした場合の位相シフト量αと多段変換器の出力電圧の基本波振幅の関係を次式に示す。ただし、VDCは単位変換器11〜14それぞれの直流電源PSの電圧値とし、各段の直流電源電圧は一定で全ての段で等しいと仮定する。なお、Nは多段変換器を構成する単位変換器の段数である。
The relationship between the phase shift amount α n when the lead-lag equal shift is performed and the fundamental wave amplitude of the output voltage of the multi-stage converter is shown in the following equation. Here, VDC is the voltage value of the DC power supply PS of each of the unit converters 11 to 14, and it is assumed that the DC power supply voltage of each stage is constant and equal in all stages. In addition, N is the number of stages of the unit converter constituting the multi-stage converter.

また基本波vは次式により定義される。下記(2)式において、ωは出力電圧角周波数である。
=Vcosωt (2)
上記(1)式から、図1に示す4段構成の場合の基本波振幅量は下記(3)式で表される。
The fundamental wave v 1 is defined by the following equation. In the following equation (2), ω is an output voltage angular frequency.
v 1 = V 1 cosωt (2)
From the above equation (1), the fundamental wave amplitude in the case of the four-stage configuration shown in FIG. 1 is expressed by the following equation (3).

ここで、各段の直流電源電圧VDCの和と出力基本波振幅Vとの比を変調率Mとして下記(4)式の通り定義する。
We define as follows (4) the ratio of the sum of the DC power supply voltage V DC of each stage and the output fundamental wave amplitude V 1 as the modulation factor M.

図2は、変調率と位相シフト量との関係の一例を示す図である。なお、ここでは、位相シフト量α〜αはα<α<α<αであるものとしている。
上記(3)式および(4)式より、所望の変調率M(又は出力電圧)を得るための位相シフト量α〜αの組み合わせは無数にあることが分かる。例えば、図2の変調率Mと位相シフト量α〜αとの関係は、変調率Mを制約条件として、それを満たす位相シフト量α〜αの複数の組み合わせの中から高調波量が最小になる位相シフト量α〜αを最適化アルゴリズムで抽出した値である。また、非線形連立方程式の解から位相シフト量α〜αを算出することも可能である。なお、本実施形態では、位相シフト量α〜αはゼロより大きく180°未満の範囲とする。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a relationship between a modulation factor and a phase shift amount. Here, it is assumed that the phase shift amounts α 1 to α 4 satisfy α 1234 .
From the above equations (3) and (4), it can be seen that there are countless combinations of the phase shift amounts α 1 to α 4 for obtaining the desired modulation rate M (or output voltage). For example, the relationship between the modulation rate M and the phase shift amounts α 1 to α 4 in FIG. 2 is obtained by selecting the harmonics from a plurality of combinations of the phase shift amounts α 1 to α 4 satisfying the modulation rate M with the constraint condition. This is a value obtained by extracting the phase shift amounts α 1 to α 4 that minimize the amount by the optimization algorithm. It is also possible to calculate the phase shift amounts α 1 to α 4 from the solution of the nonlinear simultaneous equations. In the present embodiment, the phase shift amounts α 1 to α 4 are set to be in a range larger than zero and smaller than 180 °.

位相シフト量生成部22は、上記(3)式および(4)式を用いて予め演算された位相シフト量α〜αを利用して、例えば、変調率Mに対応する位相シフト量α〜αのテーブルを備えていてもよい。 The phase shift amount generation unit 22 uses, for example, the phase shift amounts α 1 to α 4 calculated in advance using the above equations (3) and (4), and for example, the phase shift amount α corresponding to the modulation factor M. it may comprise of 1 to? 4 table.

ゲート信号生成部23は、位相シフト量生成部22から位相シフト量α〜αを受信し、4つの単位変換器11〜14に供給される、正レグLPの上アームS1のゲート信号(第1ゲート信号)Spα1〜Spα4と、負レグLNの上アームS3のゲート信号(第2ゲート信号)Snα1〜Snα4とを生成する。本実施形態では、ゲート信号のオン時間とオフ時間とは等しく(Duty50%であり)、それぞれ位相が180°の期間とする。 The gate signal generation unit 23 receives the phase shift amounts α 1 to α 4 from the phase shift amount generation unit 22 and supplies the gate signals of the upper arm S1 of the positive leg LP to be supplied to the four unit converters 11 to 14 ( First gate signals) Spα1 to Spα4 and gate signals (second gate signals) Snα1 to Snα4 of the upper arm S3 of the negative leg LN are generated. In the present embodiment, the on-time and the off-time of the gate signal are equal (duty is 50%), and each phase is 180 °.

図3は、変調率が1のときと変調率が0.2のときとにおける、上アームのゲート信号と多段変換器の出力電圧との一例を示す図である。
ゲート信号生成部23は、例えば負レグLNの上アームS3のゲート信号(第2ゲート信号)Snα1〜Snα4の時間軸方向におけるオフパルス幅の中心を電圧指令の位相(0°の位置)よりも位相シフト量α〜αの位相を遅らせて、正レグLPの上アームS1のゲート信号(第1ゲート信号)Spα1〜Spα4の時間軸方向におけるオンパルス幅の中心を電圧指令の位相(0°の位置)よりも位相シフト量α〜αの位相を進ませる。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the gate signal of the upper arm and the output voltage of the multi-stage converter when the modulation factor is 1 and when the modulation factor is 0.2.
The gate signal generation unit 23 determines, for example, the center of the off-pulse width in the time axis direction of the gate signals (second gate signals) Snα1 to Snα4 of the upper arm S3 of the negative leg LN from the phase of the voltage command (the position at 0 °). Also delays the phase of the phase shift amounts α 1 to α 4 , and sets the center of the on-pulse width in the time axis direction of the gate signals (first gate signals) Sp α1 to Spα4 of the upper arm S1 of the positive leg LP to the phase of the voltage command. The phase of the phase shift amounts α 1 to α 4 is advanced by more than (0 ° position).

上記のように、ゲート信号生成部23は、電圧指令の位相を基準として位相シフト量α〜αの位相を調整して、正レグLPの上アームS1のゲート信号を4つ、負レグLNの上アームS3のゲート信号を4つ生成する。ゲート信号生成部23は、正レグLPの上アームS1のゲート信号を反転して下アームS2のゲート信号を生成し、負レグLNの上アームS3のゲート信号を反転して下アームS4のゲート信号を生成する。 As described above, the gate signal generation unit 23 adjusts the phases of the phase shift amounts α 1 to α 4 based on the phase of the voltage command, and outputs four gate signals of the upper arm S1 of the positive leg LP and the negative leg. Four gate signals of the upper arm S3 of LN are generated. The gate signal generation unit 23 inverts the gate signal of the upper arm S1 of the positive leg LP to generate a gate signal of the lower arm S2, and inverts the gate signal of the upper arm S3 of the negative leg LN to gate the lower arm S4. Generate a signal.

なお、本実施形態では、ゲート信号Spα1は、正レグLPの上アームS1に供給するゲート信号のオンパルス幅の中心を位相シフト量αの位相をシフトした(進ませた)信号であり、ゲート信号Spα2は、正レグLPの上アームS1に供給するゲート信号のオンパルス幅の中心を位相シフト量αの位相をシフトした(進ませた)信号であり、ゲート信号Spα3は、正レグLPの上アームS1に供給するゲート信号のオンパルス幅の中心を位相シフト量αの位相をシフトした(進ませた)信号であり、ゲート信号Spα4は、正レグLPの上アームS1に供給するゲート信号のオンパルス幅の中心を位相シフト量αの位相をシフトした(進ませた)信号である。 In the present embodiment, the gate signal S Piarufa1 is the center of the pulse width of the gate signal supplied to the upper arm S1 of the positive leg LP (is advanced) by shifting the phase shift amount alpha 1 phase is a signal, gate signal S Piarufa2 is a positive leg and the center of the pulse width on the gate signal supplied to the arm S1 of LP shifts the phase shift alpha 2 phase (is advanced) signal, the gate signal S Piarufa3 is positive is the center of the phase-shifted by shift amount alpha 3 phases (is advanced) signal pulse width of the supplied gate signals to the arm S1 on the leg LP, the gate signal S Piarufa4 is on an arm S1 of the positive leg LP supplying center of pulse width of the gate signals by shifting the phase shift amount alpha 4 phases (is advanced) is a signal.

また、ゲート信号Snα1は、負レグLNの上アームS3に供給するゲート信号のオフパルス幅の中心を位相シフト量αの位相をシフトした(遅らせた)信号であり、ゲート信号Snα2は、負レグLNの上アームS3に供給するゲート信号のオフパルス幅の中心を位相シフト量αの位相をシフトした(遅らせた)信号であり、ゲート信号Snα3は、負レグLNの上アームS3に供給するゲート信号のオフパルス幅の中心を位相シフト量αの位相をシフトした(遅らせた)信号であり、ゲート信号Snα4は、負レグLNの上アームS3に供給するゲート信号のオフパルス幅の中心を位相シフト量αの位相をシフトした(遅らせた)信号である。 Further, the gate signal S Enuarufa1 is a gate signal center (delayed) signal obtained by shifting the phase shift amount alpha 1 phase the off pulse width supplied to the arm S3 on the negative leg LN, gate signal S Enuarufa2 is negative leg on the arm S3 of the LN center off pulse width of the supplied gate signals phase-shifted by shift amount alpha 2 phase (delayed) a signal, the gate signal S N [alpha] 3 is the upper arm S3 of the negative leg LN is the center of the phase-shifted by shift amount alpha 3 of the phase (delay) signal off pulse width of the supplied gate signal, the gate signal S N [alpha] 4, the off pulse width of the gate signal supplied to the upper arm S3 of the negative leg LN centered (delayed) phase-shifted by shift amount alpha 4 phases is the signal.

ゲート信号生成部23は、正レグLPと負レグLNとのそれぞれにおいて、上アームS1、S3と下アームS2、S4とに互いに反転した関係のゲート信号が供給されるように、複数の単位変換器11〜14へ生成したゲート信号を出力する。   The gate signal generation unit 23 performs a plurality of unit conversions so that the upper arm S1 and the lower arm S2 and the lower arm S2 and the lower arm S2 and the lower arm S2 and the lower arm S2 and the lower arm S2 and the lower arm S2 are supplied with gate signals in an inverted relation to each other. The generated gate signal is output to the devices 11 to 14.

なお、本実施形態では、ゲート信号生成部23は、ゲート信号Spα1〜Spα4を、単位変換器11〜14のいずれの正レグLPに割り当ててもよく、負レグLNの上アームS3のゲート信号Snα1〜Snα4を、単位変換器11〜14のいずれの負レグLNに割り当ててもよい。 In the present embodiment, the gate signal generation unit 23 may assign the gate signals S pα1 to S pα4 to any of the positive legs LP of the unit converters 11 to 14, and the gate signal of the upper arm S3 of the negative leg LN. The signals Snα1 to Snα4 may be assigned to any of the negative legs LN of the unit converters 11 to 14.

図3に示すように、変調率が1のときも変調率が0.2のときも、全ての単位変換器11〜14のレグLP、LNがスイッチングしていることがわかる。また各段の単位変換器11〜14をワンパルス駆動にて動作させても、多段変換器1の出力電圧の総和は疑似的にPWM変調のような波形となり、低次高調波の発生が抑制できる。   As shown in FIG. 3, it can be seen that when both the modulation rate is 1 and the modulation rate is 0.2, the legs LP and LN of all the unit converters 11 to 14 are switching. Further, even when the unit converters 11 to 14 in each stage are operated by one-pulse driving, the sum of the output voltages of the multi-stage converter 1 has a pseudo-PWM-like waveform, and the generation of low-order harmonics can be suppressed. .

また、ゲート信号の位相シフト量を上記のように規定することで、図3に示すように、出力電圧ゼロのタイミングおよびその前後の時間領域にて、すべての単位変換器11〜14のレグLP、LNの上アームS1、S3がオン、もしくは、すべての上アームS1、S3がオフ状態となる。   Also, by defining the phase shift amount of the gate signal as described above, as shown in FIG. 3, the leg LPs of all the unit converters 11 to 14 are generated at the timing of the output voltage zero and the time domain before and after the timing. , LN are turned on, or all the upper arms S1, S3 are turned off.

例えば、ワンパルス駆動を行う際に、デューティ比50%のゲート信号のオフパルス幅中心およびオンパルス幅中心が電圧指令から遅れも進みもない場合(位相シフト量がゼロの場合)には、ゲート信号は電圧指令の位相が90°および−90°のタイミングにて切り替わることとなる。   For example, when performing one-pulse driving, if the center of the off-pulse width and the center of the on-pulse width of the gate signal having a duty ratio of 50% do not lag or advance from the voltage command (when the phase shift amount is zero), the gate signal becomes the voltage. The phase of the command is switched at timings of 90 ° and −90 °.

これに対し、本実施形態では、負レグLNの上アームS3のゲート信号のオフパルス幅の中心を電圧指令より遅らせ、正レグLPの上アームS1のゲート信号のオンパルス幅の中心を電圧指令より進ませている。これにより、負レグLNの上アームS3のゲート信号の消弧タイミングは、オフ幅中心より−90°の地点となり、電圧指令の位相が−90°に至る前にすべての負レグLNの上アームS3はターンオフする。また、負レグLNの上アームS3のゲート信号の点弧タイミングは、オフパルス幅中心より+90°の地点となり、電圧指令の位相が90°に至る前にすべての負レグLNの上アームS3はターンオンする。   On the other hand, in the present embodiment, the center of the off pulse width of the gate signal of the upper arm S3 of the negative leg LN is delayed from the voltage command, and the center of the on pulse width of the gate signal of the upper arm S1 of the positive leg LP is advanced from the voltage command. Not. Thereby, the arc extinguishing timing of the gate signal of the upper arm S3 of the negative leg LN is at a point of -90 ° from the center of the OFF width, and before the phase of the voltage command reaches -90 °, the upper arm of all the negative legs LN. S3 turns off. The ignition timing of the gate signal of the upper arm S3 of the negative leg LN is at a point + 90 ° from the center of the off pulse width, and all the upper arms S3 of the negative leg LN are turned on before the phase of the voltage command reaches 90 °. I do.

一方、位相シフト量がゼロの場合には、正レグLPの上アームS1のゲート信号の点弧タイミングは、オンパルス幅の中心より−90°地点となる。これに対し、本実施形態では、正レグLPの上アームS1のゲート信号のオンパルス幅中心を電圧指令の0°の位置よりも進めるため、正レグLPの上アームS1のゲート信号は、電圧指令の位相が−90°以降の地点ですべての正レグLPの上アームS1がターンオンする。また、正レグLPの上アームS1のゲート信号の消弧タイミングは、オンパルス幅中心より+90°の地点となり、電圧指令の位相が90°以降の地点ですべての正レグLPの上アームS1がターンオフする。   On the other hand, when the phase shift amount is zero, the ignition timing of the gate signal of the upper arm S1 of the positive leg LP is at a point of −90 ° from the center of the on-pulse width. On the other hand, in the present embodiment, since the center of the on-pulse width of the gate signal of the upper arm S1 of the positive leg LP is advanced beyond the position of 0 ° of the voltage command, the gate signal of the upper arm S1 of the positive leg LP is the voltage command. The upper arms S1 of all the positive legs LP are turned on at a point where the phase of -90 ° or later. In addition, the arc extinguishing timing of the gate signal of the upper arm S1 of the positive leg LP is a point at + 90 ° from the center of the on-pulse width, and all upper arms S1 of the positive leg LP are turned off at a point where the phase of the voltage command is 90 ° or later. I do.

以上のことから電圧指令の位相が−90°であるタイミングではすべての上アームS1、S3がターンオフした状態であり、電圧指令の位相が+90°であるタイミングではすべての上アームS、S3がターンオンした状態であり、多段変換器1の出力電圧がゼロとなるタイミングでは、すべての単位変換器11〜14の出力電圧もゼロとなる。   From the above, all the upper arms S1 and S3 are turned off at the timing when the phase of the voltage command is −90 °, and all the upper arms S and S3 are turned on at the timing when the phase of the voltage command is + 90 °. At the timing when the output voltage of the multi-stage converter 1 becomes zero, the output voltages of all the unit converters 11 to 14 also become zero.

出力電圧がゼロになるタイミングは、出力電圧の毎周期において−90°と+90°との2回存在する。このタイミングにて、すべての単位変換器11〜14のすべてのレグLP、LNのスイッチング状態が同一となるため、例えば、変調率が変化に応じてゲート信号を切替えたり、複数の単位変換器11〜14間の正レグLP内又は負レグLN内でゲート信号を入れ替えたりすることが可能となる。すなわち、出力電圧がゼロとなるタイミングでは、全てのレグにてスイッチング状態が同一のため、ゲート信号が切り替わったとしても、前後でスイッチング状態が変化せず、出力電圧に影響なくゲート信号の入れ替えが可能となる。また、毎周期2回の入れ替えが可能となる。   There are two timings at which the output voltage becomes zero: -90 ° and + 90 ° in each cycle of the output voltage. At this timing, since the switching states of all the legs LP and LN of all the unit converters 11 to 14 become the same, for example, the gate signal is switched according to a change in the modulation rate, or the unit converters 11 to 14 are switched. It is possible to exchange the gate signals in the positive leg LP or the negative leg LN between. That is, at the timing when the output voltage becomes zero, the switching state is the same in all the legs, so even if the gate signal is switched, the switching state does not change before and after, and the gate signal can be replaced without affecting the output voltage. It becomes possible. Further, replacement can be performed twice in each cycle.

図4は、変調率が1のときと変調率が0.2のときとにおける、上アームのゲート信号と多段変換器の出力電圧との他の例を示す図である。
この例では、ゲート信号生成部23は、例えば負レグLNの上アームS3のゲート信号(第4ゲート信号)の時間軸方向におけるオフパルス幅の中心を電圧指令の位相(0°の位置)よりも位相シフト量α〜αの位相を進ませて、正レグLPの上アームS1のゲート信号(第3ゲート信号)の時間軸方向におけるオンパルス幅の中心を電圧指令の位相(0°の位置)よりも位相シフト量α〜αの位相を遅らせている。
FIG. 4 is a diagram showing another example of the gate signal of the upper arm and the output voltage of the multi-stage converter when the modulation factor is 1 and when the modulation factor is 0.2.
In this example, the gate signal generation unit 23 sets, for example, the center of the off-pulse width in the time axis direction of the gate signal (fourth gate signal) of the upper arm S3 of the negative leg LN with respect to the phase (0 ° position) of the voltage command. The phase of the phase shift amounts α 1 to α 4 is advanced, and the center of the on-pulse width in the time axis direction of the gate signal (third gate signal) of the upper arm S1 of the positive leg LP is set to the phase of the voltage command (position of 0 °). ), The phases of the phase shift amounts α 1 to α 4 are delayed.

この場合も、ゲート信号生成部23は、上記のように電圧指令の位相を基準として位相シフト量α〜αの位相を調整して、4つの正レグLPの上アームS1のそれぞれのゲート信号(第3ゲート信号)Spα1〜Spα4、および、4つの負レグLNの上アームS3それぞれのゲート信号(第4ゲート信号)Snα1〜Snα4を生成する。ゲート信号生成部23は、正レグLPの上アームS1のゲート信号を反転して下アームS2のゲート信号を生成し、負レグLNの上アームS3のゲート信号を反転して下アームS4のゲート信号を生成する。 Also in this case, the gate signal generation unit 23 adjusts the phases of the phase shift amounts α 1 to α 4 based on the phase of the voltage command as described above, and controls the gates of the upper arms S1 of the four positive legs LP. Signals (third gate signals) Spα1 to Spα4 and gate signals (fourth gate signals) Snα1 to Snα4 of the upper arm S3 of the four negative legs LN are generated. The gate signal generation unit 23 inverts the gate signal of the upper arm S1 of the positive leg LP to generate a gate signal of the lower arm S2, and inverts the gate signal of the upper arm S3 of the negative leg LN to gate the lower arm S4. Generate a signal.

ゲート信号生成部23は、正レグLPと負レグLNとのそれぞれにおいて、上アームS1、S3と下アームS2、S4とに互いに反転した関係のゲート信号が供給されるように、複数の単位変換器11〜14へ生成したゲート信号を出力する。なお、位相シフト量α〜αが共通している場合には、図3に示す場合と図4に示す場合とにおける多段変換器1の出力は同じになる。 The gate signal generation unit 23 performs a plurality of unit conversions so that the upper arm S1 and the lower arm S2 and the lower arm S2 and the lower arm S2 and the lower arm S2 and the lower arm S2 and the lower arm S2 and the lower arm S2 are supplied with gate signals in an inverted relation to each other. The generated gate signal is output to the devices 11 to 14. When the phase shift amounts α 1 to α 4 are common, the outputs of the multi-stage converter 1 in the case shown in FIG. 3 and the case shown in FIG. 4 are the same.

図3に示す例と同様に図4に示す例においても、変調率が1のときも変調率が0.2のときも、全ての単位変換器11〜14のレグLP、LNがスイッチングしていることがわかる。また各段の単位変換器11〜14をワンパルス駆動にて動作させても、多段変換器1の出力電圧の総和は疑似的にPWM変調のような波形となり、低次高調波の発生が抑制できる。   As in the example shown in FIG. 3, similarly to the example shown in FIG. 3, even when the modulation rate is 1 and the modulation rate is 0.2, the legs LP and LN of all the unit converters 11 to 14 are switched. You can see that there is. Further, even when the unit converters 11 to 14 in each stage are operated by one-pulse driving, the sum of the output voltages of the multi-stage converter 1 has a pseudo-PWM-like waveform, and the generation of low-order harmonics can be suppressed. .

また、ゲート信号の位相シフト量を上記のように規定することで、図4に示すように、出力電圧ゼロのタイミングおよびその前後の時間領域にて、すべての単位変換器11〜14のレグLP、LNの上アームS1、S3がオン、もしくは、すべての上アームS1、S3がオフ状態となる。   Also, by defining the phase shift amount of the gate signal as described above, as shown in FIG. 4, the leg LP of all the unit converters 11 to 14 is obtained at the timing of the output voltage zero and the time domain before and after the timing. , LN are turned on, or all the upper arms S1, S3 are turned off.

電圧指令の位相が−90°であるタイミングではすべての上アームS1、S3がターンオンした状態であり、電圧指令の位相が+90°であるタイミングではすべての上アームS、S3がターンオフした状態であり、多段変換器1の出力電圧がゼロとなるタイミングでは、すべての単位変換器11〜14の出力電圧もゼロとなる。   At the timing when the phase of the voltage command is −90 °, all upper arms S1 and S3 are turned on, and when the phase of the voltage command is + 90 °, all upper arms S and S3 are turned off. At the timing when the output voltage of the multi-stage converter 1 becomes zero, the output voltages of all the unit converters 11 to 14 also become zero.

出力電圧がゼロになるタイミングは、出力電圧の毎周期において−90°と+90°との2回存在する。このタイミングにて、すべての単位変換器11〜14のすべてのレグLP、LNのスイッチング状態が同一となるため、例えば、変調率が変化に応じてゲート信号を切替えたり、複数の単位変換器11〜14間の正レグLP内又は負レグLN内でゲート信号を入れ替えたりすることが可能となる。すなわち、出力電圧がゼロとなるタイミングでは、全てのレグにてスイッチング状態が同一のため、ゲート信号が切り替わったとしても、前後でスイッチング状態が変化せず、損失の発生を回避するとともに出力電圧に影響なくゲート信号の入れ替えが可能となる。また、毎周期2回の入れ替えが可能となる。   There are two timings at which the output voltage becomes zero: -90 ° and + 90 ° in each cycle of the output voltage. At this timing, since the switching states of all the legs LP and LN of all the unit converters 11 to 14 become the same, for example, the gate signal is switched according to a change in the modulation rate, or the unit converters 11 to 14 are switched. It is possible to exchange the gate signals in the positive leg LP or the negative leg LN between. That is, at the timing when the output voltage becomes zero, since the switching state is the same in all the legs, even if the gate signal is switched, the switching state does not change before and after, so that loss is avoided and the output voltage is reduced. The gate signals can be exchanged without any influence. Further, replacement can be performed twice in each cycle.

上記のように、本実施形態の多段変換器の制御装置によれば、出力電圧の大小にかかわらず全ての単位変換器を電圧出力に活用することができ、高調波の発生を抑制し、電圧歪を低減するワンパルス駆動を実現可能である。   As described above, according to the control device for a multi-stage converter of the present embodiment, all the unit converters can be used for voltage output regardless of the magnitude of the output voltage, suppressing generation of harmonics, One-pulse drive for reducing distortion can be realized.

次に、第2実施形態の多段変換器の制御装置について図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の複数の実施形態の説明において、上述の第1実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
Next, a control device for a multistage converter according to a second embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
In the following description of a plurality of embodiments, the same components as those of the above-described first embodiment will be denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

図5は、第2実施形態の多段変換器の制御装置を概略的に示す図である。
本実施形態の制御装置2は、ゲート信号生成部23が電圧調整部24を備えている点が上述の第1実施形態と異なっている。
FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a control device of the multistage converter according to the second embodiment.
The control device 2 of the present embodiment differs from the above-described first embodiment in that the gate signal generation unit 23 includes a voltage adjustment unit 24.

電圧調整部24は、位相シフト量α〜αと、複数の単位変換器11〜14それぞれの直流電源電圧値と、多段変換器1の出力電流値とを用いて、複数の単位変換器11〜14の直流電源電圧のばらつきが抑制されるように、各単位変換器11〜14にゲート信号を割り当てる。 The voltage adjustment unit 24 uses the phase shift amounts α 1 to α 4 , the DC power supply voltage values of the plurality of unit converters 11 to 14, and the output current value of the multi-stage converter 1 to generate a plurality of unit converters. A gate signal is assigned to each of the unit converters 11 to 14 so that variations in the DC power supply voltages of 11 to 14 are suppressed.

電圧調整部24は、例えば、位相シフト量α〜α(α<α<α<α)に基づいたゲート信号のそれぞれを、複数の単位変換器11〜14に順次供給されるように、周期的にゲート信号を入れ替えてもよい。 The voltage adjusting unit 24 sequentially supplies each of the gate signals based on the phase shift amounts α 1 to α 41234 ) to the plurality of unit converters 11 to 14, for example. As described above, the gate signal may be switched periodically.

なお、多段変換器1の出力電流値は複数の単位変換器11〜14それぞれの出力電流値と等しいため、電流センサ(図示せず)は、多段変換器1の出力経路および単位変換器11〜14それぞれの出力経路の少なくとも1ヶ所に設けられればよい。少なくとも1つの電流センサの出力値が、電圧調整部24に供給される。   Since the output current value of the multi-stage converter 1 is equal to the output current value of each of the plurality of unit converters 11 to 14, the current sensor (not shown) includes the output path of the multi-stage converter 1 and the unit converters 11 to 11. 14 may be provided in at least one of the output paths. An output value of at least one current sensor is supplied to the voltage adjusting unit 24.

以下、電圧調整部24の動作の一例について説明する。
図6は、制御装置から出力されるゲート信号と、単位変換器それぞれの出力電圧と、多段変換器の出力電圧および出力電流との一例を示す図である。
Hereinafter, an example of the operation of the voltage adjustment unit 24 will be described.
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the gate signal output from the control device, the output voltage of each unit converter, and the output voltage and output current of the multi-stage converter.

ここでは、位相シフト量α〜αは、α<α<α<α(−α<−α<−α<−α)であって、1段目の単位変換器11の正レグLPの上アームS1をゲート信号Spα4、負レグLNの上アームS3をゲート信号Snα1により駆動し、2段目の単位変換器12の正レグLPの上アームS1をゲート信号Spα3、負レグLNの上アームS3をゲート信号Snα2により駆動し、3段目の単位変換器13の正レグLPの上アームS1をゲート信号Spα2、負レグLNの上アームS3をゲート信号Snα3により駆動し、4段目の単位変換器14の正レグLPの上アームS1をゲート信号Spα1、負レグLNの上アームS3をゲート信号Snα4により駆動したときの例を示している。 Here, the phase shift amounts α 1 to α 4 are α 1234 (−α 4 <−α 3 <−α 2 <−α 1 ), and the first stage unit positive leg gate signal arm S1 on the LP S Piarufa4 transducer 11, arm S3 is driven by the gate signals S Enuarufa1 on the negative leg LN, of the second-stage unit converter 12 of the upper arm S1 of the positive leg LP The gate signal S pα3 , the upper arm S3 of the negative leg LN is driven by the gate signal Snα2 , and the upper arm S1 of the positive leg LP of the third unit converter 13 is driven by the gate signal S pα2 , the upper arm S3 of the negative leg LN. Is driven by the gate signal Snα3 , and the upper arm S1 of the positive leg LP of the unit converter 14 at the fourth stage is driven by the gate signal Spα1 and the upper arm S3 of the negative leg LN is driven by the gate signal Snα4. Is shown.

複数の単位変換器11〜14それぞれの出力電圧を比較すると、単位変換器11〜14間で出力電圧の位相が異なっている。また、複数の単位変換器11〜14それぞれが電圧を出力する時間幅を比較すると、単位変換器11〜14間で電圧出力時間に差が生じている。   When the output voltages of the unit converters 11 to 14 are compared, the output converters 11 to 14 have different output voltage phases. In addition, when comparing the time widths during which each of the plurality of unit converters 11 to 14 outputs a voltage, a difference occurs in the voltage output time among the unit converters 11 to 14.

多段変換器1は、複数の単位変換器11〜14の出力端子を直列接続して構成されるため、多段変換器1の出力電流は、すべての単位変換器11〜14を通過することとなり、単位変換器11〜14に共通の電流が流れる。   Since the multi-stage converter 1 is configured by connecting the output terminals of the plurality of unit converters 11 to 14 in series, the output current of the multi-stage converter 1 passes through all the unit converters 11 to 14, A common current flows through the unit converters 11 to 14.

単位変換器11〜14それぞれの出力有効電力は、単位変換器11〜14それぞれの出力電圧と多段変換器1の出力電流との内積となる。そのため、単位変換器11〜14それぞれの出力電圧位相および電圧出力時間幅が異なる場合、単位変換器11〜14間で出力有効電力に差が生じることになる。その結果、単位変換器11〜14間の直流電源PSの電圧にバラつきが生じると、多段変換器1の出力電圧が歪む可能性がある。   The output active power of each of the unit converters 11 to 14 is an inner product of the output voltage of each of the unit converters 11 to 14 and the output current of the multi-stage converter 1. Therefore, when the output voltage phase and the voltage output time width of each of the unit converters 11 to 14 are different, a difference occurs in the output active power among the unit converters 11 to 14. As a result, if the voltage of the DC power supply PS between the unit converters 11 to 14 varies, the output voltage of the multi-stage converter 1 may be distorted.

そこで、本実施形態では、制御装置2の電圧調整部24にて、単位変換器11〜14それぞれの出力有効電力の推定値を演算し、毎周期若しくは所定周期毎に、単位変換器11〜14のそれぞれへ与えるゲート信号を入れ替えることで、直流電源PSの電圧バラつきを抑制している。   Therefore, in the present embodiment, the voltage adjustment unit 24 of the control device 2 calculates an estimated value of the output active power of each of the unit converters 11 to 14, and outputs the unit converters 11 to 14 every cycle or every predetermined cycle. The variation in the voltage of the DC power supply PS is suppressed by exchanging the gate signals to be applied to the DC power supply.

電圧調整部24は、ゲート信号Spα1〜Spα4、Snα1〜Snα4の組み合わせに応じた、任意の単位変換器の出力有効電力の推定値を演算し、直流電源電圧が大きい単位変換器の出力有効電力が大きくなり、直流電源電圧が小さい単位変換器の出力有効電力が小さくなるように、ゲート信号Spα1〜Spα4、Snα1〜Snα4を割り当ててもよい。 The voltage adjustment unit 24 calculates an estimated value of the output active power of any unit converter according to the combination of the gate signals S pα1 to S pα4 and S nα1 to S nα4 , and calculates the estimated value of the unit converter having a large DC power supply voltage. output active power is increased, so that the output effective power of the DC power source voltage is smaller unit converters decreases, the gate signal S pα1 ~S pα4, may be assigned S nα1 ~S nα4.

以下に、任意の単位変換器について、正レグLPの上アームS1と負レグLNの上アームS3とを任意のゲート信号により駆動したときの、単位変換器の出力電圧の推定値について説明する。   The estimated value of the output voltage of the unit converter when the upper arm S1 of the positive leg LP and the upper arm S3 of the negative leg LN are driven by an arbitrary gate signal will be described below.

図7は、正レグLPの上アームをαの位相をシフトさせたゲート信号により駆動し、負レグ上アームをαの位相をシフトさせたゲート信号により駆動したときの単位変換器の出力電圧の一例を示す図である。 7, the arm is driven by a gate signal obtained by shifting the phase of alpha P on the positive leg LP, the output of the unit converter when driven by a gate signal obtained by shifting the phase of the negative leg on the arm alpha N FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a voltage.

単位変換器は、正レグLPの上アームS1のみがオンしているときには正の電圧を出力し、負レグLNの上アームS3のみがオンしているときには負の電圧を出力する。また、正レグLPと負レグLNとのスイッチング状態が同一のときには、単位変換器の出力電圧はゼロとなる。   The unit converter outputs a positive voltage when only the upper arm S1 of the positive leg LP is on, and outputs a negative voltage when only the upper arm S3 of the negative leg LN is on. When the switching states of the positive leg LP and the negative leg LN are the same, the output voltage of the unit converter becomes zero.

ここで、多段変換器1の出力電圧指令Vの位相(0°の位置)に対する、正レグLPの上アームS1のゲート信号がオンしている時間の中心位置をα、負レグLNの上アームS3のゲート信号がオフしている時間の中心位置を−αと定義したとき、この単位変換器の出力電圧vohをフーリエ級数展開すると次式で表すことができる。ただし、VDCは単位変換器の直流電源電圧とする。なお、下記(5)式において、θは出力電圧指令Vの角度(角度瞬時値)であって、時間経過とともに変化する値である。すなわち、出力電圧vohはθの関数である。
Here, with respect to the phase (position of 0 °) of the output voltage command V * of the multi-stage converter 1, the center position of the time when the gate signal of the upper arm S1 of the positive leg LP is ON is α P , and the negative leg LN is when the gate signal of the upper arm S3 is defined off to -α center position of that time N, it is possible to represent the output voltage v oh in the unit converter by the following equation when a Fourier series expansion. Here, VDC is the DC power supply voltage of the unit converter. In the following expression (5), θ is the angle (instantaneous angle value) of the output voltage command V * and is a value that changes with time. That is, the output voltage v oh is a function of θ.

上記(5)式から基本波voh1を求めると次式となる。
When the fundamental wave v oh1 is obtained from the above equation (5), the following equation is obtained.

更に、上記(6)式から基本波実行値Voh1と、多段変換器1の出力電圧に対する単位変換器の出力電圧の位相差Φohとを次のように表すことができる。
Further, from the above equation (6), the fundamental wave execution value V oh1 and the phase difference Φ oh between the output voltage of the multi-stage converter 1 and the output voltage of the unit converter can be expressed as follows.

図8および図9は、単位変換器出力電圧と推定した基本波成分との一例を示す図である。
図8および図9では、単位変換器の出力電圧を実線で示し、単位変換器出力電圧の基本波成分相当を破線で示している。正レグLPおよび負レグLNに供給するゲート信号の位相シフト量を用いて、基本波成分の振幅と位相とを推定できることが確認できる。
8 and 9 are diagrams illustrating an example of the unit converter output voltage and the estimated fundamental wave component.
8 and 9, the output voltage of the unit converter is indicated by a solid line, and the equivalent of the fundamental wave component of the unit converter output voltage is indicated by a broken line. It can be confirmed that the amplitude and phase of the fundamental wave component can be estimated using the phase shift amount of the gate signal supplied to the positive leg LP and the negative leg LN.

すなわち、図8に示す例を上記(6)式に適用すると、単位変換器の出力電圧の基本波voh1は、下記のように表される。
That is, when the example shown in FIG. 8 is applied to the above equation (6), the fundamental wave v oh1 of the output voltage of the unit converter is expressed as follows .

また、図9に示す例を上記(6)式に適用すると、単位変換器の出力電圧の基本波voh1は、下記のように表される。
When the example shown in FIG. 9 is applied to the above equation (6), the fundamental wave v oh1 of the output voltage of the unit converter is expressed as follows .

ここで、多段変換器1の出力電流iを下記(9)式にて定義する。ただし、(9)式において、Φは出力電圧指令Vと出力電流iとの位相差とし、Iは多段変換器1の出力電流実行値とする。
複数の単位変換器11〜14それぞれには、共通して多段変換器1の出力電流iが流れるため、単位変換器11〜14の出力電圧基本波値と出力電流値との内積から、単位変換器11〜14の出力有効電力Pohは次式で表すことができる。
oh=Voh1cos(Φoh−Φ) (10)
Here, the output current i O of the multi-stage converter 1 is defined by the following equation (9). Here, in the equation (9), Φ i is a phase difference between the output voltage command V * and the output current i O, and I O is an output current execution value of the multi-stage converter 1.
Since the output current i O of the multistage converter 1 flows in common to each of the plurality of unit converters 11 to 14, the unit current is calculated from the inner product of the output voltage fundamental wave value and the output current value of the unit converters 11 to 14. output active power P oh transducers 11-14 can be expressed by the following equation.
P oh = V oh1 IO cos (Φ oh −Φ i ) (10)

以上のように、電圧調整部24は、出力電流iと、正レグLPのゲート信号の位相シフト量と、負レグLNのゲート信号の位相シフト量と、を用いて、単位変換器11〜14それぞれの出力有効電力Pohの推定値を演算することが可能である。 As described above, the voltage adjustment unit 24 uses the output current i O , the phase shift amount of the gate signal of the positive leg LP, and the phase shift amount of the gate signal of the negative leg LN to convert the unit converters 11 to 11. It is possible to calculate an estimated value of each of the 14 output active powers Poh .

次に、単位変換器11〜14の出力有効電力の推定値を用いた単位変換器間での直流電圧不平衡抑制法について説明する。
図10は、図5に示す制御装置の電圧調整部の動作の一例を説明するフローチャートである。
Next, a method of suppressing unbalanced DC voltage between the unit converters using the estimated value of the output active power of the unit converters 11 to 14 will be described.
FIG. 10 is a flowchart illustrating an example of the operation of the voltage adjustment unit of the control device illustrated in FIG.

単位変換器11〜14それぞれの直流電源電圧VDCは、各単位変換器11〜14の出力有効電力Pohのバラつきにより不平衡となる可能性がある。そこで、本実施形態では、電圧調整部24は、多段変換器1を構成する単位変換器11〜14それぞれの直流電源電圧VDCを検出する(ステップS1)。
続いて、電圧調整部24は、検出した直流電源電圧VDCの平均値を演算する(ステップS2)。
Each of the DC power supply voltage V DC unit converter 11 to 14 is likely to become unbalanced by variation of the output effective power P oh each unit converter 11-14. Therefore, in the present embodiment, the voltage adjustment unit 24 detects the DC power supply voltage VDC of each of the unit converters 11 to 14 configuring the multi-stage converter 1 (step S1).
Subsequently, the voltage adjustment unit 24 calculates an average value of the detected DC power supply voltage VDC (Step S2).

次に、n=1とし(ステップS3)、電圧調整部24は、例えば、単位変換器11〜14の直流電源電圧VDCの平均値と、単位変換器1nの直流電源電圧VDCとの差が所定の閾値よりも大きいか否かを判断する(ステップS4)。 Then, the difference between the n = 1 (step S3), and the voltage adjusting unit 24, for example, the average value of the DC power supply voltage V DC of the unit converters 11 to 14, a DC power source voltage V DC of unit converters 1n Is greater than or equal to a predetermined threshold (step S4).

電圧調整部24は、単位変換器11〜14の直流電源電圧VDCの平均値と直流電源電圧VDCとの差が所定の閾値よりも大きい単位変換器1nに対して、出力有効電力Pohが大きい正レグLPの上アームS1ゲート信号と負レグLNの上アームS3ゲート信号との組み合わせを割り当てる(ステップS5)。 Voltage adjusting unit 24, to the DC power supply voltage V average value and the DC power supply voltage V DC and the difference is greater unit converters 1n than a predetermined threshold value of the DC unit converters 11-14, the output effective power P oh Is assigned to the upper arm S1 gate signal of the positive leg LP and the upper arm S3 gate signal of the negative leg LN (step S5).

また、電圧調整部24は、単位変換器11〜14の直流電源電圧VDCの平均値と直流電源電圧VDCとの差が所定の閾値よりも小さい単位変換器1nには、出力有効電力Pohが小さい正レグLPの上アームS1ゲート信号と負レグLNの上アームS3ゲート信号との組み合わせを割り当てる(ステップS6)。 The voltage adjusting section 24, the DC power supply voltage V average value and the DC power supply voltage V DC and the difference is less unit converters 1n than a predetermined threshold value of the DC unit converters 11-14, the output effective power P A combination of the upper arm S1 gate signal of the positive leg LP having a small oh and the upper arm S3 gate signal of the negative leg LN is assigned (step S6).

電圧調整部24は、nが多段変換器1の段数(=N)であるか判断し(ステップS7)、nがNよりも小さいときにはnに1を加算し(ステップS8)、n=Nとなるまで上記ステップS4〜S6を繰り返す。   The voltage adjusting unit 24 determines whether n is the number of stages (= N) of the multi-stage converter 1 (step S7). If n is smaller than N, 1 is added to n (step S8), and n = N The above steps S4 to S6 are repeated until the above is reached.

上記のように、本実施形態では、出力有効電力Pohの推定値と、単位変換器11〜14それぞれの直流電源電圧VDCとから、単位変換器11〜14へ供給するゲート信号の割り当てを行う。 As described above, in the present embodiment, the assignment of the gate signal to be supplied to the unit converters 11 to 14 is performed based on the estimated value of the output active power P oh and the DC power supply voltage VDC of each of the unit converters 11 to 14. Do.

以下に、電圧調整部24が単位変換器11〜14間でゲート信号を入れ替えるタイミングについて説明する。
電圧調整部24は、すべての単位変換器11〜14にて上アームS1、S3のゲート信号の状態が一致するタイミング、例えば、図6に示す出力電圧の位相が−90°および+90°付近にて、単位変換器11〜14間でゲート信号の入れ替えを実施する。このタイミングで、単位変換器11〜14のゲート信号を入れ替えることにより、多段変換器1の出力電圧やすべてのアームのスイッチング状態に影響することなく、直流電源電圧VDCの不平衡を抑制することが可能となる。
The timing at which the voltage adjuster 24 switches the gate signal between the unit converters 11 to 14 will be described below.
The voltage adjustment unit 24 sets the timing when the states of the gate signals of the upper arms S1 and S3 match in all the unit converters 11 to 14, for example, when the phases of the output voltages shown in FIG. Thus, the gate signals are exchanged between the unit converters 11 to 14. By exchanging the gate signals of the unit converters 11 to 14 at this timing, the unbalance of the DC power supply voltage V DC can be suppressed without affecting the output voltage of the multi-stage converter 1 and the switching states of all the arms. Becomes possible.

上記のように、本実施形態の多段変換器の制御装置によれば、上述の第1実施形態と同様に、出力電圧の大小にかかわらず全ての単位変換器を電圧出力に活用することができ、高調波の発生を抑制し、電圧歪を低減するワンパルス駆動を実現可能である。   As described above, according to the control device for a multi-stage converter of the present embodiment, all unit converters can be used for voltage output regardless of the magnitude of the output voltage, as in the first embodiment. In addition, it is possible to realize one-pulse driving that suppresses generation of harmonics and reduces voltage distortion.

次に、第3実施形態の多段変換器の制御装置について図面を参照して詳細に説明する。
上述の第1実施形態では、制御装置2が、正レグ上アームスイッチング信号のオン時間の中心を電圧指令に対して進ませ、負レグ上アームスイッチング信号のオフ時間の中心を電圧指令に対して遅らせる変調について説明した。また、制御装置2が、正レグ上アームスイッチング信号のオン時間の中心を電圧指令対して遅らせ、負レグ上アームスイッチング信号のオフ時間の中心を電圧指令に対して進ませる変調について説明した。
Next, a control device for a multi-stage converter according to a third embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
In the above-described first embodiment, the control device 2 advances the center of the on-time of the positive leg upper arm switching signal with respect to the voltage command, and moves the center of the off time of the negative leg upper arm switching signal with respect to the voltage command. Modulation to be delayed has been described. Further, the description has been given of the modulation in which the control device 2 delays the center of the on-time of the positive leg upper arm switching signal with respect to the voltage command, and advances the center of the off time of the negative leg upper arm switching signal with respect to the voltage command.

図11および図12は、第3実施形態の多段変換器の制御装置の動作の一例を説明するための図である。なお、図11は、変調率が1のとき、図12は変調率が0.2のときの多段変換器の出力電圧等を示している。   FIG. 11 and FIG. 12 are diagrams for explaining an example of the operation of the control device of the multi-stage converter according to the third embodiment. Note that FIG. 11 shows the output voltage of the multi-stage converter when the modulation factor is 1, and FIG. 12 shows the output voltage and the like when the modulation factor is 0.2.

図11に示す例では、多段変換器1は4つの単位変換器11〜14から構成され、制御装置2は、正レグLPを4つの上アームS1のゲート信号Spα1〜Spα4により駆動し、負レグLNを4つの上アームS3のゲート信号Snα1〜Snα4により駆動し得る。そのため、単位変換器11〜14へ与える上アームスゲート信号の組み合わせとしては、段数の2乗通り存在することとなる。 In the example illustrated in FIG. 11, the multi-stage converter 1 includes four unit converters 11 to 14, and the control device 2 drives the positive leg LP with the gate signals S pα1 to S pα4 of the four upper arms S 1, The negative leg LN can be driven by the gate signals S nα1 to Snα4 of the four upper arms S3. Therefore, as the combination of the upper arm gate signals to be given to the unit converters 11 to 14, there are two squares of the number of stages.

本実施形態では、制御装置2は、同一単位変換器11〜14において、正レグLPと負レグLNとに、位相シフト量α〜α(α<α<α<α)が遅れ進み量ともに同一量となるゲート信号を割り当てる。 In the present embodiment, the controller 2 sets the phase shift amounts α 1 to α 41234 ) for the positive leg LP and the negative leg LN in the same unit converters 11 to 14. Assigns gate signals having the same delay and advance amounts.

図11に、各単位変換器11〜14に正レグと負レグで位相シフト量α〜α(α<α<α<α)が遅れ進みで同一のゲート信号を割り当てたときの、単位変換器11〜14の出力電圧の一例を示している。 In FIG. 11, the same gate signal is assigned to each of the unit converters 11 to 14 with the phase shift amounts α 1 to α 41234 ) delayed and advanced in the positive leg and the negative leg. 4 shows an example of output voltages of the unit converters 11 to 14 at the time.

なお、ここでは、制御装置2は、単位変換器11の正レグLPの上アームS1にゲート信号Spα1、負レグLNの上アームS3にゲート信号Snα1を割り当て、単位変換器12の正レグLPの上アームS1にゲート信号Spα2、負レグLNの上アームS3にゲート信号Snα2を割り当て、単位変換器13の正レグLPの上アームS1にゲート信号Spα3、負レグLNの上アームS3にゲート信号Snα3を割り当て、単位変換器14の正レグLPの上アームS1にゲート信号Spα4、負レグLNの上アームS3にゲート信号Snα4を割り当てている。 Here, the control unit 2 assigns the gate signal S Enuarufa1 positive leg gate signal S Piarufa1 the arm S1 on the LP, the upper arm S3 of the negative leg LN of the unit converter 11, a positive leg of unit converters 12 gate signal S Piarufa2 the arm S1 on the LP, assign the gate signal S Enuarufa2 on arm S3 of the negative leg LN, the gate signal S Piarufa3 on arm S1 of the positive leg LP of unit converters 13, the upper arm of the negative leg LN S3 assign the gate signal S N [alpha] 3, a unit converter 14 of the positive leg gate signal on arm S1 of LP S pα4, assigns a gate signal S N [alpha] 4 to the upper arm S3 of the negative leg LN.

この場合、正レグLPの上アームS1のゲート信号オン時間幅中心と出力電圧指令の位相差と、負レグLNの上アームS3のゲート信号オフ時間幅中心と出力電圧指令の位相差と、が正負対称となる。したがって、複数の単位変換器11〜14それぞれの上アームS1、S3に同一の進み量および遅れ量のゲート信号を与えたとき、位相シフト量に応じて出力電圧幅が変化し出力電圧位相は変化しない。すなわち、単位変換器11〜14の出力電圧位相は、多段変換器1の出力電圧位相と同一になる。このことにより、単位変換器11〜14間で出力電圧位相に差が無いため、単位変換器の出力有効電力の推定値の演算を簡素にすることができる。   In this case, the phase difference between the center of the gate signal ON time width of the upper arm S1 of the positive leg LP and the output voltage command, and the phase difference between the center of the gate signal OFF time width of the upper arm S3 of the negative leg LN and the output voltage command are: It has positive and negative symmetry. Therefore, when the same lead signal and the same delay signal are applied to the upper arms S1 and S3 of each of the plurality of unit converters 11 to 14, the output voltage width changes according to the phase shift amount and the output voltage phase changes. do not do. That is, the output voltage phases of unit converters 11 to 14 are the same as the output voltage phases of multi-stage converter 1. Thus, since there is no difference in the output voltage phase between the unit converters 11 to 14, the calculation of the estimated value of the output active power of the unit converter can be simplified.

上記のように、同一の単位変換器11〜14の正レグLPと負レグLNを、位相シフト量が正負で対象となるゲート信号により駆動すると、単位変換器11〜14の出力電圧位相が等しくなり、出力電圧幅すなわち出力電圧基本波振幅が異なる状態となる。したがって、この制御方法を採用すると、単位変換器11〜14それぞれの出力有効電力に差が生じ、それぞれの単位変換器11〜14の直流電源電圧が不平衡となる。
そこで、以下に本実施形態の制御装置2により、単位変換器11〜14間での直流電源電圧の不平衡を抑制する方法について説明する。
As described above, when the positive leg LP and the negative leg LN of the same unit converters 11 to 14 are driven by the target gate signal having a positive or negative phase shift amount, the output voltage phases of the unit converters 11 to 14 are equal. The output voltage width, that is, the output voltage fundamental wave amplitude is different. Therefore, if this control method is adopted, a difference occurs between the output active powers of the unit converters 11 to 14, and the DC power supply voltages of the unit converters 11 to 14 become unbalanced.
Therefore, a method of controlling the imbalance of the DC power supply voltage between the unit converters 11 to 14 by the control device 2 of the present embodiment will be described below.

多段変換器1の出力電圧指令位相に対する、正レグLPの上アームS1を駆動するゲート信号のオンパルス幅の中心位置(α)と、負レグLNの上アームS3を駆動するゲート信号のオフパルス幅の中心位置(−α)と、単位変換器11〜14出力電圧(基本波voh1)との関係式は前述のとおり、(6)式で示される。 The center position (α P ) of the on-pulse width of the gate signal for driving the upper arm S1 of the positive leg LP with respect to the output voltage command phase of the multi-stage converter 1, and the off-pulse width of the gate signal for driving the upper arm S3 of the negative leg LN As described above, the relational expression between the center position (−α N ) and the output voltages of the unit converters 11 to 14 (fundamental wave v oh1 ) is expressed by the expression (6).

本実施形態では、正レグLPの上アームS1を駆動するゲート信号のオンパルス幅中心位置と、負レグLNの上アームS3を駆動するゲート信号のオフパルス幅中心位置とが出力電圧指令の位相(0°)に対して対象となるように、単位変換器11〜14それぞれにゲート信号を割り当てるため、位相シフト量をαとすると(6)式は次の(11)式ように変換することができる。 In the present embodiment, the center position of the on-pulse width of the gate signal for driving the upper arm S1 of the positive leg LP and the center position of the off-pulse width of the gate signal for driving the upper arm S3 of the negative leg LN correspond to the phase (0 In order to assign a gate signal to each of the unit converters 11 to 14 so as to be applicable to (°), if the phase shift amount is α n , the expression (6) can be converted into the following expression (11). it can.

上記(11)式によれば、位相シフト量の大きさに関わらず、多段変換器1の出力電圧と単位変換器11〜14の出力電圧とは同位相となり、単位変換器11〜14同士の出力電圧位相差も無くなる。 According to the above equation (11), regardless of the magnitude of the phase shift amount, the output voltage of the multi-stage converter 1 and the output voltage of the unit converters 11 to 14 have the same phase, and the unit converters 11 to 14 The output voltage phase difference is also eliminated.

ここで、単位変換器11〜14の出力有効電力について検討する。
単位変換器11〜14の出力有効電力は上述の(10)式で得られるが、単位変換器11〜14の出力電圧位相が多段変換器1の出力電圧と同位相であるため、有効電力は電流振幅、位相および単位変換器出力基本波電圧、単位変換器の直流電圧のみで決定される。ここで、出力電流は複数の単位変換器11〜14に共通して流れるため、単位変換器11〜14の出力有効電力の大きさは、出力電圧基本波振幅(=Voh1)の大きさに比例する。
Here, the output active power of the unit converters 11 to 14 will be considered.
The output active power of the unit converters 11 to 14 is obtained by the above equation (10). However, since the output voltage phase of the unit converters 11 to 14 is the same as the output voltage of the multi-stage converter 1, the active power is It is determined only by the current amplitude, phase, unit converter output fundamental voltage, and unit converter DC voltage. Here, since the output current flows in common to the plurality of unit converters 11 to 14, the magnitude of the output active power of the unit converters 11 to 14 depends on the magnitude of the output voltage fundamental wave amplitude (= V oh1 ). Proportional.

ここで、多段変換器1の出力電圧に対する出力電流位相差Φが、−90<Φ<90のとき、多段変換器1の力率は常に正となる。単位変換器11〜14の出力電圧位相は段間で同位相であるため、出力電圧力率は等しくなる。このため、単位変換器11〜14の出力有効電力は単位変換器11〜14の出力基本波振幅に比例して大きくなる。 Here, when the output current phase difference Φ i with respect to the output voltage of the multi-stage converter 1 is −90 <Φ i <90, the power factor of the multi-stage converter 1 is always positive. Since the output voltage phases of the unit converters 11 to 14 are the same between the stages, the output voltage power factor becomes equal. Therefore, the output active power of the unit converters 11 to 14 increases in proportion to the output fundamental wave amplitude of the unit converters 11 to 14.

そこで、4段構成の多段変換器1を例に直流電圧不平衡抑制法について述べる。4段構成のため、位相シフト量は4つとなり、それぞれα1〜αとすると。ここでそれぞれの位相シフト量の余弦値の関係は次式とする。
cosα>cosα>cosα>cosα (12)
Therefore, a DC voltage imbalance suppression method will be described by taking a four-stage multistage converter 1 as an example. Since there are four stages, the phase shift amounts are four, and are assumed to be α 1 to α 4 respectively. Here, the relationship between the cosine values of the respective phase shift amounts is as follows.
cosα 1 > cosα 2 > cosα 3 > cosα 4 (12)

このときの各位相シフト量を与えた単位変換器11〜14の出力有効電力は、それぞれ以下となる。
At this time, the output active powers of the unit converters 11 to 14 given the respective phase shift amounts are as follows.

(13)〜(16)式のように、出力有効電力Poh1〜Poh4は、位相シフト量α1〜αにより相対的な大きさが決定される。位相シフト量α1〜αそれぞれの余弦値の大きさの関係が、例えば(12)式であるとすると、出力有効電力Poh1〜Poh4の大きさの関係は以下となる。
oh1>Poh2>Poh3>Poh4 (17)
As in the expressions (13) to (16), the relative magnitudes of the output active powers P oh1 to P oh4 are determined by the phase shift amounts α 1 to α 4 . Assuming that the relationship between the magnitudes of the cosine values of the phase shift amounts α 1 to α 4 is, for example, Expression (12), the relationship between the magnitudes of the output active powers P oh1 to P oh4 is as follows.
Poh1 > Poh2 > Poh3 > Poh4 (17)

ここで、多段変換器1を構成する単位変換器11〜14の個々の直流電源電圧が以下(18)式の通り不平衡状態であるとする。
DCa>VDCb>VDCc>VDCd (18)
この直流電源電圧を平衡化するときには、制御装置2の電圧調整部24は、直流電源電圧が相対定期に大きい単位変換器11〜14に出力有効電力が相対的に大きくなる位相シフト量を割り当て、直流電源電圧が相対的に小さい単位変換器には出力有効電力が相対的に小さい位相シフト量を割り当てる。
Here, it is assumed that the individual DC power supply voltages of the unit converters 11 to 14 constituting the multi-stage converter 1 are in an unbalanced state as in the following equation (18).
V DCa > V DCb > V DCc > V DCd (18)
When balancing this DC power supply voltage, the voltage adjusting unit 24 of the control device 2 assigns a phase shift amount at which the output active power becomes relatively large to the unit converters 11 to 14 whose DC power supply voltage is relatively large periodically, A unit converter having a relatively small DC power supply voltage is assigned a phase shift amount having a relatively small output active power.

すなわち、上記の例では、制御装置2の電圧調整部24は、位相シフト量αを直流電源電圧がVDCaの単位変換器へ、位相シフト量αを直流電源電圧がVDCbの単位変換器へ、位相シフト量αを直流電源電圧がVDCcの単位変換器へ、位相シフト量αを直流電源電圧がVDCdの単位変換器へ割り当てる。 That is, in the above example, the voltage adjusting unit 24 of the control device 2, the phase shift amount alpha 1 to the unit converter of the DC power supply voltage V DCa, the phase shift amount alpha 2 DC power supply voltage is a unit conversion V DCb to vessels, the amount of phase shift alpha 3 to unit converters of the DC power supply voltage V DCc the phase shift alpha 4 DC power supply voltage is allocated to the unit converter V DCd.

上記のように、直流電源電圧の相対的な大きさと、位相シフト量の余弦値とに基づいて、複数の単位変換器11〜14へ与えるゲート信号を切り替えることで、出力電流検出値を用いずに直流電源電圧の不平衡を抑制することが可能となる。   As described above, by switching the gate signal applied to the plurality of unit converters 11 to 14 based on the relative magnitude of the DC power supply voltage and the cosine value of the phase shift amount, the output current detection value is not used. Therefore, it is possible to suppress the unbalance of the DC power supply voltage.

また、出力電流位相Φが−180<Φ<−90、90<Φ<180のときについて検討すると、出力有効電力の極性が負となるため、直流電源電圧が相対的に大きい単位変換器11〜14に対して出力有効電力の絶対値が小さくなる位相シフト量を割り当て、直流電源電圧が相対的に小さい単位変換器11〜14に対して出力有効電力の絶対値が大きくなる位相シフト量を割り当てることで、同様に出力電流検出値を用いずに直流電源電圧の不平衡抑制が可能となる。 Further, when the output current phase Φ i is −180 <Φ i <−90 and 90 <Φ i <180, the polarity of the output active power is negative, so that the unit conversion in which the DC power supply voltage is relatively large is considered. The phase shift amount in which the absolute value of the output active power becomes smaller is assigned to the converters 11 to 14, and the phase shift in which the absolute value of the output active power becomes larger for the unit converters 11 to 14 in which the DC power supply voltage is relatively small. By allocating the amount, the unbalance of the DC power supply voltage can be similarly suppressed without using the output current detection value.

上記のように、本実施形態の多段変換器の制御装置によれば、上述の第1実施形態と同様に、出力電圧の大小にかかわらず全ての単位変換器を電圧出力に活用することができ、高調波の発生を抑制し、電圧歪を低減するワンパルス駆動を実現可能である。   As described above, according to the control device for a multi-stage converter of the present embodiment, all unit converters can be used for voltage output regardless of the magnitude of the output voltage, as in the first embodiment. In addition, it is possible to realize one-pulse driving that suppresses generation of harmonics and reduces voltage distortion.

次に、第4実施形態の多段変換器の制御装置について図面を参照して詳細に説明する。
上述の第3実施形態では、単位変換器11〜14へ与える上アームS1、S3のゲート信号について、正レグLPのゲート信号の位相進め量と負レグLNのゲート信号の位相遅れ量との絶対値が等しくなるように、ゲート信号を割り当てることを説明した。この方法によれば、単位変換器11〜14の出力電圧位相が同一になり単位変換器11〜14の出力有効電力の推定が簡素化できる。一方で、単位変換器11〜14の出力電圧基本波振幅の差が大きくなる可能性があった。
Next, a control device for a multistage converter according to a fourth embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
In the above-described third embodiment, the absolute value of the phase advance amount of the gate signal of the positive leg LP and the phase delay amount of the gate signal of the negative leg LN for the gate signals of the upper arms S1 and S3 to be provided to the unit converters 11 to 14. It has been described that the gate signals are assigned so that the values are equal. According to this method, the output voltage phases of the unit converters 11 to 14 become the same, and the estimation of the output active power of the unit converters 11 to 14 can be simplified. On the other hand, the difference between the output voltage fundamental wave amplitudes of the unit converters 11 to 14 may be large.

そこで、本実施形態では、制御装置2は、単位変換器11〜14間で出力電圧基本波振幅のバラつきを低減するように、単位変換器11〜14にゲート信号を割り当てるものとした。   Therefore, in the present embodiment, the control device 2 assigns a gate signal to the unit converters 11 to 14 so as to reduce variation in the output voltage fundamental wave amplitude among the unit converters 11 to 14.

本実施形態では、多段変換器の段数分の多段変換器出力電圧指令に対して、正レグLPの上アームS1のゲート信号のオンパルス幅中心のシフト量を昇順に並べ、また、負レグLNの上アームS3のゲート信号のオフパルス幅中心のシフト量を昇順に並べたとき、同じ順番になるシフト量を同一単位変換器に振り分ける。   In this embodiment, the shift amounts of the on-pulse width center of the gate signal of the upper arm S1 of the positive leg LP are arranged in ascending order with respect to the multi-stage converter output voltage commands corresponding to the number of stages of the multi-stage converter. When the shift amounts at the center of the off pulse width of the gate signal of the upper arm S3 are arranged in ascending order, the shift amounts in the same order are distributed to the same unit converter.

たとえば、4段の多段変換器1において位相シフト量α1〜αであるとき、正レグLPの上アームS1のゲート信号のオンパルス幅中心のシフト量を昇順にならべるとα<α<α<αであり、負レグLNの上アームS3のゲート信号のオフパルス幅中心のシフト量を昇順に並べると-α<-α<-α<-αであったとき、1番目のαと-α、2番目のαと-α、3番目のαと-α、4番目のαと-αとの4つの組み合わせを、それぞれ同一の単位変換器へ割り当てる。 For example, when the phase shift amounts are α 1 to α 4 in the four-stage multi-stage converter 1, α 12 <when the shift amounts of the on-pulse width center of the gate signal of the upper arm S 1 of the positive leg LP are arranged in ascending order. When α 34 and the shift amount of the center of the off-pulse width of the gate signal of the upper arm S3 of the negative leg LN is arranged in ascending order, when −α 4 <−α 3 <−α 2 <−α 1 , Four combinations of the first α 1 and -α 4 , the second α 2 and -α 3 , the third α 3 and -α 2 , and the fourth α 4 and -α 1 in the same unit Assign to converter.

例えば図6に、上記割り当てを行ったときの単位変換器11〜14の出力電圧の一例を示している。すなわち、1段目の単位変換器11の正レグLPの上アームS1をゲート信号Spα4、負レグLNの上アームS3をゲート信号Snα1により駆動し、2段目の単位変換器12の正レグLPの上アームS1をゲート信号Spα3、負レグLNの上アームS3をゲート信号Snα2により駆動し、3段目の単位変換器13の正レグLPの上アームS1をゲート信号Spα2、負レグLNの上アームS3をゲート信号Snα3により駆動し、4段目の単位変換器14の正レグLPの上アームS1をゲート信号Spα1、負レグLNの上アームS3をゲート信号Snα4により駆動したときの例を示している。 For example, FIG. 6 shows an example of output voltages of the unit converters 11 to 14 when the above assignment is performed. That is, the upper arm S1 of the positive leg LP of the unit converter 11 of the first stage is driven by the gate signal Spα4 , and the upper arm S3 of the negative leg LN is driven by the gate signal Snα1. The upper arm S1 of the leg LP is driven by the gate signal S pα3 , the upper arm S3 of the negative leg LN is driven by the gate signal Snα2 , and the upper arm S1 of the positive leg LP of the unit converter 13 at the third stage is shifted by the gate signal S pα2 , the arm S3 is driven by the gate signals S N [alpha] 3 on the negative leg LN, gate signal arm S1 on the positive leg LP of unit converters 14 of the four-stage S pα1, gate signals over arm S3 of the negative leg LN S N [alpha] 4 5 shows an example when driving is performed.

図13は、多段変換器の出力電圧の大きさを変えた場合の単位変換器出力電圧を示す図である。
図6および図13に示す例は、いずれも、単位変換器11〜14の出力電圧幅のバラつきが抑えられていることが確認できる。上記のように位相シフト量を割り当てることで、正レグLPで最もシフト量が小さいパルスと、負レグLNで最もシフト量が大きいパルス、正レグで2番目にシフト量が小さいパルスと、負レグで2番目にシフト量が大きいパルスというように、正側と負側とのシフト量を単位変換器11〜14間で均一化することができる。
FIG. 13 is a diagram illustrating the unit converter output voltage when the magnitude of the output voltage of the multi-stage converter is changed.
In each of the examples shown in FIGS. 6 and 13, it can be confirmed that the variation in the output voltage width of the unit converters 11 to 14 is suppressed. By allocating the phase shift amount as described above, the pulse having the smallest shift amount in the positive leg LP, the pulse having the largest shift amount in the negative leg LN, the pulse having the second smallest shift amount in the positive leg LP, and the negative leg Thus, the shift amount between the positive side and the negative side can be made uniform among the unit converters 11 to 14, such as a pulse having the second largest shift amount.

上記のように、本実施形態の多段変換器の制御装置によれば、上述の第1実施形態と同様に、出力電圧の大小にかかわらず全ての単位変換器を電圧出力に活用することができ、高調波の発生を抑制し、電圧歪を低減するワンパルス駆動を実現可能である。   As described above, according to the control device for a multi-stage converter of the present embodiment, all unit converters can be used for voltage output regardless of the magnitude of the output voltage, as in the first embodiment. In addition, it is possible to realize one-pulse driving that suppresses generation of harmonics and reduces voltage distortion.

なお、単位変換器11〜14へのゲート信号の割り当ては、上記第2実施形態乃至第4実施形態の方法に限定されるものではない。
例えば上述の第2実施形態では、電圧調整部24が、任意のゲート信号により駆動したときの任意の単位変換器の出力有効電力の推定値を演算し、複数の単位変換器11〜14の直流電源電圧の不平衡を抑制するように適切に分配する方法について説明した。
The assignment of the gate signal to the unit converters 11 to 14 is not limited to the method of the second to fourth embodiments.
For example, in the above-described second embodiment, the voltage adjusting unit 24 calculates an estimated value of the output active power of any unit converter when driven by an arbitrary gate signal, and calculates the DC value of the plurality of unit converters 11 to 14. The method of appropriately distributing the power supply voltage so as to suppress the imbalance has been described.

例えば、電圧調整部24は、単位変換器11〜14それぞれについて、一周期前に供給した任意のゲート信号による直流電源電圧の変化を演算し、例えば直流電源電圧の変化量が大きかった単位変換器と、直流電源電圧の変化量が小さかった単位変換器との間で、ゲート信号を入れ替えてもよい。このようにゲート信号を割り当てることにより、電圧調整部24は、単位変換器11〜14の出力有効電力を推定せずに直流電源電圧のバラツキを抑制することが可能である。   For example, the voltage adjusting unit 24 calculates, for each of the unit converters 11 to 14, a change in the DC power supply voltage due to an arbitrary gate signal supplied one cycle before, for example, the unit converter having a large amount of change in the DC power supply voltage. The gate signal may be exchanged between the unit converter and the unit converter in which the amount of change in the DC power supply voltage is small. By allocating the gate signals in this manner, the voltage adjusting unit 24 can suppress the variation of the DC power supply voltage without estimating the output active power of the unit converters 11 to 14.

また、上述の複数の実施形態は組み合わせても構わない。例えば、上述の第2実施形態にて説明したゲート信号の割り当てを、第3実施形態および第4実施形態に適用しても構わない。例えば、電圧調整部24にて、演算した出力有効電力の推定値が大きい順に正レグLPと負レグLNとのそれぞれの位相シフト量を並べて、この順に直流電源電圧が高い単位変換器から順次ゲート信号を割り当ててもよい。このことにより、直流電源電圧のバラツキを抑制することが可能であり、上述の複数の実施形態と同様の効果を得ることができる。   Further, the above embodiments may be combined. For example, the assignment of the gate signal described in the above-described second embodiment may be applied to the third embodiment and the fourth embodiment. For example, the voltage adjustment unit 24 arranges the respective phase shift amounts of the positive leg LP and the negative leg LN in descending order of the calculated estimated value of the output active power, and sequentially gates the unit converters in descending order of the DC power supply voltage. Signals may be assigned. Thus, it is possible to suppress the variation of the DC power supply voltage, and it is possible to obtain the same effect as the above-described embodiments.

また、例えば上述の第3実施形態および第4実施形態では、正レグLPおよび負レグLNに与えるゲート信号の組み合わせは、多段変換器1の段数個の種類があり、4段の多段変換器1においては4パターンとなる。そこで、すべての単位変換器11〜14に段数分のゲート信号の組合せを経験させるよう、毎周期にゲート信号を入れ替えるように割り当てを行ってもよい。   Further, for example, in the above-described third and fourth embodiments, there are several types of combinations of gate signals applied to the positive leg LP and the negative leg LN. Are four patterns. Therefore, the assignment may be performed so that the gate signals are exchanged every period so that all the unit converters 11 to 14 experience combinations of gate signals corresponding to the number of stages.

例えば、電圧調整部24は、単位変換器11の正レグLPの上アームS1に、ゲート信号Spα1、ゲート信号Spα2、ゲート信号Spα3、ゲート信号Spα4、ゲート信号Spα1…の順ゲート信号を供給し、単位変換器12の正レグLPの上アームS1に、ゲート信号Spα2、ゲート信号Spα3、ゲート信号Spα4、ゲート信号Spα1、ゲート信号Spα2…の順ゲート信号を供給し、単位変換器13の正レグLPの上アームS1に、ゲート信号Spα3、ゲート信号Spα4、ゲート信号Spα1、ゲート信号Spα2、ゲート信号Spα3…の順ゲート信号を供給し、単位変換器14の正レグLPの上アームS1に、ゲート信号Spα4、ゲート信号Spα1、ゲート信号Spα2、ゲート信号Spα3、ゲート信号Spα4…の順ゲート信号を供給し、周期的にゲート信号を入れ替えてもよい。 For example, the voltage adjusting unit 24, the upper arm S1 of the positive leg LP of unit converters 11, the gate signal S Piarufa1, gate signal S Piarufa2, gate signal S Piarufa3, gate signal S Piarufa4, gate signal S pα1 ... order gates of supplying a signal, supplied to the upper arm S1 of the positive leg LP of unit converters 12, the gate signal S Piarufa2, gate signal S Piarufa3, gate signal S Piarufa4, gate signal S Piarufa1, the gate signal S pα2 ... order gate signal Then , a forward gate signal of the gate signal S pα3 , the gate signal S pα4 , the gate signal S pα1 , the gate signal S pα2 , the gate signal S pα3 ... Is supplied to the upper arm S1 of the positive leg LP of the unit converter 13. A gate signal S pα4 , a gate signal S pα1 , a gate signal S pα2 , a gate signal S pα3 , A forward gate signal of the gate signals S pα4 ... May be supplied, and the gate signals may be periodically replaced.

また、電圧調整部24は、単位変換器11の負レグLNの上アームS3に、ゲート信号Snα4、ゲート信号Snα3、ゲート信号Snα2、ゲート信号Snα1、ゲート信号Snα4…の順ゲート信号を供給し、単位変換器12の負レグLNの上アームS3に、ゲート信号Snα3、ゲート信号Snα2、ゲート信号Snα1、ゲート信号Snα4、ゲート信号Snα3…の順ゲート信号を供給し、単位変換器13の負レグLNの上アームS3に、ゲート信号Snα2、ゲート信号Snα1、ゲート信号Snα4、ゲート信号Snα3、ゲート信号Snα2…の順ゲート信号を供給し、単位変換器14の負レグLNの上アームS3に、ゲート信号Snα1、ゲート信号Snα4、ゲート信号Snα3、ゲート信号Snα2、ゲート信号Snα1…の順ゲート信号を供給し、周期的にゲート信号を入れ替えてもよい。 The voltage adjusting section 24, the upper arm S3 of the negative leg LN of the unit converter 11, the gate signal S N [alpha] 4, the gate signal S N [alpha] 3, the gate signals S Enuarufa2, gate signal S Enuarufa1, gate signal S N [alpha] 4 ... order gates of , And a forward gate signal of the gate signal S nα3 , the gate signal S nα2 , the gate signal S nα1 , the gate signal S nα4 , the gate signal S nα3 ... To the upper arm S3 of the negative leg LN of the unit converter 12. Then , a forward gate signal of the gate signal S nα2 , the gate signal S nα1 , the gate signal S nα4 , the gate signal S nα3 , the gate signal S nα2 ... Is supplied to the upper arm S3 of the negative leg LN of the unit converter 13, The gate signal S nα1 , the gate signal S nα4 , the gate signal S nα3 , the gate signal S nα2 , the gate signal S nα1 , the gate signal S nα4 , The gate signals may be periodically replaced by supplying forward gate signals of the gate signals S nα1 .

上記のようにゲート信号を所定の周期毎に所定の順で順次入れ替えることで、N段の多段変換器1を駆動するとき、N周期において、単位変換器11〜1Nに供給されるゲート信号の組み合わせが等しくなる(供給される順番が異なる)。そのため、段数分の周期経過後は単位変換器11〜1Nの直流電源電圧バラつきが抑制される。なお、この方式では、単位変換器11〜1Nに共通のゲート信号の組み合わせを経験させればよいため、直流電源電圧や出力電流の情報を必要とせず、直流電源電圧のバラツキを抑制することができる。
なお、いずれの場合にも、ゲート信号生成部23は、多段変換器1の出力電圧がゼロとなるタイミングにおいて、複数の単位変換器11〜14のゲート信号を切替えることにより、出力電圧に影響なくゲート信号の入れ替えが可能となる。
By driving the N-stage multi-stage converter 1 by sequentially replacing the gate signal in a predetermined order at a predetermined period as described above, in the N-period, the gate signals supplied to the unit converters 11 to 1N in N periods The combinations are equal (the order of supply is different). Therefore, the variation of the DC power supply voltage of the unit converters 11 to 1N is suppressed after the number of cycles of the number of stages has elapsed. In this method, since the unit converters 11 to 1N only need to experience a combination of common gate signals, information on the DC power supply voltage and output current is not required, and variations in the DC power supply voltage can be suppressed. it can.
In any case, the gate signal generation unit 23 switches the gate signals of the plurality of unit converters 11 to 14 at the timing when the output voltage of the multi-stage converter 1 becomes zero, so that the output voltage is not affected. The gate signals can be exchanged.

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.

1…多段変換器、2…制御装置、11〜14…単位変換器、21…変調率演算部、22…位相シフト量生成部、23…ゲート信号生成部、24…電圧調整部、100…変圧器、200…整流器、LP…正レグ、LN…負レグ、S1、S3…上アーム、S2、S4…下アーム、Snα1〜Snα4、Spα1〜Spα4…ゲート信号、α1〜α4…位相シフト量、PS…直流電源、SV…電圧センサ、TP…正側出力端子、TN…負側出力端子。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Multi-stage converter, 2 ... Control device, 11-14 ... Unit converter, 21 ... Modulation rate calculation part, 22 ... Phase shift amount generation part, 23 ... Gate signal generation part, 24 ... Voltage adjustment part, 100 ... Transformation , Rectifier, LP: positive leg, LN: negative leg, S1, S3: upper arm, S2, S4: lower arm, Snα1 to Snα4 , Spα1 to Spα4 : gate signal, α1 to α4: phase Shift amount, PS: DC power supply, SV: Voltage sensor, TP: Positive output terminal, TN: Negative output terminal.

Claims (9)

直流電源と、前記直流電源と並列に接続した正レグおよび負レグと、をそれぞれ備えた複数の単位変換器を直列に接続した多段変換器を制御する制御装置であって、
前記多段変換器の出力電圧指令と、前記直流電源の電圧とを用いて変調率を演算する変調率演算部と、
前記変調率に基づいて、複数の前記単位変換器の前記正レグの上アームと前記負レグの上アームとを駆動するゲート信号の位相シフト量を生成する位相シフト量生成部と、
出力電圧基本波周波数で複数の前記単位変換器を駆動する信号であって、オンパルス幅とオフパルス幅とが同一であり、オンパルス幅の中心が前記出力電圧指令の位相に対して前記位相シフト量進んだ第1ゲート信号と、オフパルス幅の中心が前記出力電圧指令の位相に対して前記位相シフト量遅れた第2ゲート信号とを生成し、前記第1ゲート信号を複数の前記単位変換器の前記正レグの前記上アームの前記ゲート信号とし、前記第2ゲート信号を複数の前記単位変換器の前記負レグの前記上アームの前記ゲート信号とするゲート信号生成部と、を備え、
前記位相シフト量はゼロより大きく180°未満である、多段変換器の制御装置。
A DC power supply, a control device that controls a multi-stage converter in which a plurality of unit converters each including a positive leg and a negative leg connected in parallel with the DC power supply are connected in series,
An output voltage command of the multi-stage converter, a modulation rate calculation unit that calculates a modulation rate using the voltage of the DC power supply,
A phase shift amount generation unit that generates a phase shift amount of a gate signal that drives the upper arm and the upper arm of the negative leg of the plurality of unit converters based on the modulation factor;
A signal for driving a plurality of the unit converters at an output voltage fundamental wave frequency, wherein an ON pulse width and an OFF pulse width are the same, and a center of an ON pulse width is advanced by the phase shift amount with respect to a phase of the output voltage command. A first gate signal and a second gate signal in which the center of the off pulse width is delayed by the phase shift amount with respect to the phase of the output voltage command, and the first gate signal is generated by the plurality of unit converters. A gate signal generating unit that sets the gate signal of the upper arm of the positive leg, and sets the second gate signal as the gate signal of the upper arm of the negative leg of the plurality of unit converters;
The controller for a multi-stage converter, wherein the phase shift amount is greater than zero and less than 180 °.
直流電源と、前記直流電源と並列に接続した正レグおよび負レグと、をそれぞれ備えた複数の単位変換器を直列に接続した多段変換器を制御する制御装置であって、
前記多段変換器の出力電圧指令と、前記直流電源の電圧とを用いて変調率を演算する変調率演算部と、
前記変調率に基づいて、複数の前記単位変換器の前記正レグの上アームと前記負レグの上アームとを駆動するゲート信号の位相シフト量を生成する位相シフト量生成部と、
出力電圧基本波周波数で複数の前記単位変換器を駆動する信号であって、オンパルス幅とオフパルス幅とが同一であり、オンパルス幅の中心が前記出力電圧指令の位相に対して前記位相シフト量遅れた第3ゲート信号と、オフパルス幅の中心が前記出力電圧指令の位相に対して前記位相シフト量進んだ第4ゲート信号とを生成し、前記第3ゲート信号を複数の前記単位変換器の前記正レグの前記上アームの前記ゲート信号とし、前記第4ゲート信号を複数の前記単位変換器の前記負レグの前記ゲート信号とするゲート信号生成部と、を備え、
前記位相シフト量はゼロより大きく180°未満である、多段変換器の制御装置。
A DC power supply, a control device that controls a multi-stage converter in which a plurality of unit converters each including a positive leg and a negative leg connected in parallel with the DC power supply are connected in series,
An output voltage command of the multi-stage converter, a modulation rate calculation unit that calculates a modulation rate using the voltage of the DC power supply,
A phase shift amount generation unit that generates a phase shift amount of a gate signal that drives the upper arm and the upper arm of the negative leg of the plurality of unit converters based on the modulation factor;
A signal for driving a plurality of the unit converters at an output voltage fundamental wave frequency, wherein an ON pulse width and an OFF pulse width are the same, and a center of an ON pulse width is delayed by the phase shift amount with respect to the phase of the output voltage command. A third gate signal, and a fourth gate signal in which the center of an off pulse width is advanced by the phase shift amount with respect to the phase of the output voltage command, and the third gate signal is output to a plurality of the unit converters. A gate signal generating unit that sets the gate signal of the upper arm of the positive leg, and sets the fourth gate signal as the gate signal of the negative leg of the plurality of unit converters;
The controller for a multi-stage converter, wherein the phase shift amount is greater than zero and less than 180 °.
前記ゲート信号生成部は、所定の前記位相シフト量を適用したときの前記正レグの前記上アームを駆動する前記ゲート信号と、前記負レグの前記上アームを駆動する前記ゲート信号との点弧角度を用いて、前記単位変換器が出力する基本波電圧振幅の推定値を演算し、前記多段変換器の出力電流位相と前記基本波電圧振幅の推定値とから前記単位変換器の出力有効電力の推定値を演算し、複数の前記単位変換器の前記直流電源電圧と、前記出力有効電力の推定値とに基づいて、複数の前記単位変換器へ供給するゲート信号を入れ替える電圧調整部を備える請求項1又は請求項2記載の多段変換器の制御装置。   The gate signal generation unit is configured to fire the gate signal that drives the upper arm of the positive leg when the predetermined amount of phase shift is applied, and the gate signal that drives the upper arm of the negative leg. Using the angle, calculate the estimated value of the fundamental voltage output from the unit converter, and calculate the output active power of the unit converter from the output current phase of the multi-stage converter and the estimated value of the fundamental voltage amplitude. And a voltage adjuster that replaces gate signals supplied to the plurality of unit converters based on the DC power supply voltages of the plurality of unit converters and the estimated value of the output active power. A control device for a multi-stage converter according to claim 1 or 2. 複数の前記単位変換器それぞれにおいて、前記正レグの前記上アームを駆動するゲート信号と前記負レグの前記上アームを駆動するゲート信号との前記位相シフト量の絶対値が等しい、請求項1又は請求項2記載の多段変換器の制御装置。   The absolute value of the phase shift amount between the gate signal for driving the upper arm of the positive leg and the gate signal for driving the upper arm of the negative leg is equal in each of the plurality of unit converters. The control device for a multi-stage converter according to claim 2. 複数の前記単位変換器それぞれにおいて、前記正レグの前記上アームを駆動するゲート信号と前記負レグの前記上アームを駆動するゲート信号との前記位相ソフト量は、前記段数分の前記位相シフト量を昇順に並べたとき同じ順番となるもの同士である、請求項1又は請求項2記載の多段変換器の制御装置。   In each of the plurality of unit converters, the phase soft amount between the gate signal for driving the upper arm of the positive leg and the gate signal for driving the upper arm of the negative leg is the phase shift amount for the number of stages. The control device for a multi-stage converter according to claim 1 or 2, wherein the devices have the same order when arranged in ascending order. 前記ゲート信号生成部は、前記多段変換器の出力電圧がゼロとなるタイミングにおいて、複数の前記単位変換器のゲート信号を切替える、請求項4又は請求項5記載の多段変換器の制御装置。   The multi-stage converter control device according to claim 4, wherein the gate signal generation unit switches gate signals of the plurality of unit converters at a timing when an output voltage of the multi-stage converter becomes zero. 前記ゲート信号生成部は、一周期前の前記直流電源電圧の変化量に応じて、複数の前記単位変換器へ割り当てるゲート信号を切替える電圧調整部を備えている請求項6記載の多段変換器の制御装置。   The multi-stage converter according to claim 6, wherein the gate signal generation unit includes a voltage adjustment unit that switches a gate signal to be assigned to the plurality of unit converters according to a change amount of the DC power supply voltage one cycle before. Control device. 前記ゲート信号生成部は、所定の前記位相シフト量を適用したときの前記正レグの前記上アームを駆動するゲート信号と、前記負レグの前記上アームを駆動するゲート信号との点弧角度を用いて、前記単位変換器が出力する基本波電圧振幅の推定値を演算し、前記多段変換器の出力電流位相と前記基本波電圧振幅の推定値とから前記単位変換器の出力有効電力の推定値を演算し、複数の前記単位変換器の前記直流電源電圧と、前記出力有効電力の推定値とに基づいて、複数の前記単位変換器へ供給するゲート信号を切替える電圧調整部を備える請求項4又は請求項5記載の多段変換器の制御装置。   The gate signal generating unit calculates a firing angle between a gate signal for driving the upper arm of the positive leg and a gate signal for driving the upper arm of the negative leg when the predetermined phase shift amount is applied. And calculating the estimated value of the fundamental voltage amplitude output from the unit converter, and estimating the output active power of the unit converter from the output current phase of the multi-stage converter and the estimated value of the fundamental voltage amplitude. A voltage adjuster that calculates a value and switches a gate signal to be supplied to the plurality of unit converters based on the DC power supply voltages of the plurality of unit converters and an estimated value of the output active power. The control device for a multi-stage converter according to claim 4 or 5. 前記ゲート信号生成部は、複数の前記単位変換器に割り当てるゲート信号を所定の周期毎に所定の順で順次入れ替えて、前記段数分の周期において複数の前記単位変換器に割り当てられるゲート信号の組み合わせを等しくする電圧調整部を備える請求項4又は請求項5記載の多段変換器の制御装置。   The gate signal generation unit sequentially replaces the gate signals to be assigned to the plurality of unit converters in a predetermined order at predetermined intervals, and combines gate signals assigned to the plurality of unit converters in a cycle corresponding to the number of stages. The control device for a multi-stage converter according to claim 4, further comprising a voltage adjustment unit configured to make a voltage adjustment equal to:
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