JP2020078210A - Power conversion apparatus - Google Patents

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卓郎 新井
Takuro Arai
卓郎 新井
慧 関口
Kei Sekiguchi
慧 関口
宏 餅川
Hiroshi Mochikawa
宏 餅川
洋一 森島
Yoichi Morishima
洋一 森島
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Abstract

To provide a power conversion apparatus capable of desired power conversion.SOLUTION: A power conversion apparatus comprises first and second DC capacitors C1, C2, a first leg L1 connected in parallel with the first capacitor C1, a second leg L2 connected in parallel with the second capacitor C2, a positive side arm A1 including multiple unit converters C connected in series between the output terminal of the first leg L1 and an AC terminal for connection with an AC load, a negative side arm A2 including multiple unit converters C connected in series between the output terminal of the second leg L2 and the AC terminal, and a control circuit CNT calculating the sum of a first operation amount current value for making the voltage average value of a cell capacitor CA of the unit converter C a prescribed value, and a second operation amount current value for making the voltage average value of the first and second DC capacitors C1, C2 prescribed values, and then calculating an AC current component Iac from the detection values of current Ip and current In, and generating a gate signal so that the AC current component Iac follows a command value including the sum.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の実施形態は、電力変換装置に関する。   Embodiments of the present invention relate to a power conversion device.

従来、交流電力を直流電力へ、または、直流電力を交流電力へ変換する電力変換装置は、三相2レベル変換器が適用されてきた。三相2レベル変換器は、直流電力を三相交流電力へ変換して出力する電力変換装置を構成する上で、必要最小限の6つの半導体スイッチング素子で構成することができるため、電力変換装置の小型化および低コスト化を実現することができる。   Conventionally, a three-phase two-level converter has been applied to a power conversion device that converts AC power into DC power or DC power into AC power. The three-phase / two-level converter can be configured by the minimum required six semiconductor switching elements in configuring a power conversion device that converts DC power into three-phase AC power and outputs the power. It is possible to realize downsizing and cost reduction.

一方、その出力電圧波形は、例えば入力直流電圧をVdcとしたとき、相ごとに、+Vdc/2と、−Vdc/2の2値の切替(スイッチング)をPWM(パルス幅変調)で行うことにより、擬似的に生成された交流波形となっており、多分にスイッチングに起因する高調波電圧を含んでいる。このため、電力変換装置の三相交流電力の出力経路にリアクトルやコンデンサで構成されるフィルタを挿入し、スイッチングによる高調波を低減する対策が取られている。   On the other hand, the output voltage waveform is obtained by performing PWM (pulse width modulation) for binary switching of + Vdc / 2 and −Vdc / 2 for each phase when the input DC voltage is Vdc, for example. , It has a pseudo-generated AC waveform, and probably contains harmonic voltage caused by switching. Therefore, measures are taken to reduce harmonics due to switching by inserting a filter composed of a reactor and a capacitor in the output path of the three-phase AC power of the power converter.

しかしながら、電力系統と電力変換装置とを接続する場合、電力系統へ流れ出す高調波成分が他の機器に悪影響を及ぼさないレベルまで低減するためには、高調波を低減するためのフィルタ容量を大きくする必要があり、電力変換装置のコスト上昇と、重量増加とを招いていた。   However, when connecting the power system and the power converter, in order to reduce the harmonic components flowing out to the power system to a level at which other devices are not adversely affected, the filter capacity for reducing the harmonics is increased. Therefore, the cost and the weight of the power conversion device are increased.

スイッチング周波数を高くすることにより、高調波を低減するためのフィルタを小型化することが可能であるが、スイッチング周波数が高くなることによりスイッチングに伴う損失が増大し、電力ロスが大きくなるのみならず、電力変換装置の冷却性能を向上させる必要が生じる。屋外等で使用される電力変換装置は、冷却ファンを設置することが困難である可能性がある。その場合には、冷却部が大型化するために電力変換装置全体を小型化することが困難となる。   By increasing the switching frequency, it is possible to downsize the filter for reducing harmonics, but by increasing the switching frequency, the loss accompanying switching increases and not only the power loss increases. Therefore, it becomes necessary to improve the cooling performance of the power converter. It may be difficult to install a cooling fan in a power conversion device used outdoors or the like. In that case, it is difficult to reduce the size of the entire power conversion device because the cooling unit is increased in size.

これに対し、コンデンサと半導体スイッチとを有した単位変換器を多段接続した構成を備え電力変換器であって、電力系統電圧や配電系統電圧と同等の高電圧を変換可能なモジュラー・マルチレベル変換器(MMC:Modular Multilevel Converter)の研究開発が進められている。
この電力変換器が実用化されると、多レベル化により、出力電圧波形および出力電流波形が正弦波波形に近づくため、高調波フィルタが不要になるメリットが得られる。さらに、複数の単位変換器のスイッチングタイミングを互いにずらすことにより、低いスイッチング周波数で従来と同じ出力波形を得ることが可能となるため、スイッチング損失を低減することも可能になる。
On the other hand, it is a power converter having a configuration in which unit converters having capacitors and semiconductor switches are connected in multiple stages, and is a modular multilevel conversion capable of converting a high voltage equivalent to a power system voltage or a distribution system voltage. Research and development of a container (MMC: Modular Multilevel Converter) is in progress.
When this power converter is put into practical use, the output voltage waveform and the output current waveform become closer to a sine wave waveform due to the multi-leveling, so that there is an advantage that a harmonic filter is unnecessary. Furthermore, by shifting the switching timings of the plurality of unit converters from each other, it is possible to obtain the same output waveform as in the conventional case at a low switching frequency, and thus it is possible to reduce switching loss.

MMCの単位変換器の数を減らす回路として、例えば、中性点クランプ形モジュラー・マルチレベル変換器(以下、NPC−MMC(Neutral Point Clamped Modular Multilevel Converter)という。)が提案されている。NPC−MMCは、直流側の電圧を2つのコンデンサで分圧し、それぞれのコンデンサと並列に接続した半導体スイッチで構成されるレグを含む高圧チョッパを備え、高圧チョッパの交流端子に単位変換器を多段接続して構成される。この構成により、従来のMMCと比較して、単位変換器の数をおよそ半分に削減することができる。   As a circuit for reducing the number of MMC unit converters, for example, a neutral point clamped modular multilevel converter (hereinafter referred to as NPC-MMC (Neutral Point Clamped Modular Multilevel Converter)) has been proposed. The NPC-MMC is equipped with a high-voltage chopper that divides the voltage on the DC side with two capacitors and that includes a leg composed of a semiconductor switch connected in parallel with each capacitor, and has a multi-stage unit converter at the AC terminal of the high-voltage chopper. Connected and configured. With this configuration, the number of unit converters can be reduced to about half as compared with the conventional MMC.

特開2015−146692号公報JP, 2005-146692, A

萩原 誠、赤木 泰文 著、「モジュラー・マルチレベル変換器(MMC)のPWM制御法と動作検証」、電気学会論文誌D,128巻7号,2008Makoto Hagiwara, Yasufumi Akagi, “PWM Control Method and Operation Verification of Modular Multilevel Converter (MMC)”, IEEJ Transactions, Volume 128, No. 7, 2008

上記のように、NPC−MMCは、直流側に2つの直流コンデンサを有する。直流コンデンサは、直流側へ電力供給する場合やコンデンサ自身の漏れ電流などで放電してしまうため、2つの直流コンデンサの電圧を維持する必要がある。   As described above, the NPC-MMC has two DC capacitors on the DC side. The DC capacitor needs to maintain the voltage of the two DC capacitors because it is discharged when the power is supplied to the DC side or due to leakage current of the capacitor itself.

また、上記NPC−MMCは、直流側が電圧源に接続された場合、直流コンデンサから放電された電力は、電圧源から供給される。しかしながら、電流源や負荷、または、電流源動作させるよう制御されている制御電圧源が直流側に接続される場合、直流コンデンサの放電に伴い直流側へ供給する電圧が低下し、所望の電力変換動作ができなくなる可能性があった。   Further, in the NPC-MMC, when the DC side is connected to the voltage source, the electric power discharged from the DC capacitor is supplied from the voltage source. However, when a current source or load, or a control voltage source controlled to operate the current source is connected to the DC side, the voltage supplied to the DC side decreases as the DC capacitor discharges, and the desired power conversion There was a possibility that it could not operate.

さらに、高調波の少ない出力電力を得るためには、単位変換器に含まれるセルコンデンサも同様に電圧を維持する必要がある。すなわち、直流コンデンサおよびセルコンデンサを同時に電圧維持することが要求される。   Furthermore, in order to obtain output power with few harmonics, the cell capacitor included in the unit converter must also maintain the voltage. That is, it is required to maintain the voltage of the DC capacitor and the cell capacitor at the same time.

本発明の実施形態は、スイッチングによる高調波および損失を抑制するとともに、所望の電力変換が可能な電力変換装置を提供することを目的とする。   It is an object of the embodiments of the present invention to provide a power conversion device capable of suppressing harmonics and loss due to switching and capable of performing desired power conversion.

実施形態による電力変換装置は、第1直流コンデンサと、前記第1直流コンデンサと直列に接続した第2直流コンデンサと、前記第1直流コンデンサに並列に接続した第1スイッチングレグと、前記第2直流コンデンサに並列に接続した第2スイッチングレグと、前記第1スイッチングレグの出力端子と交流負荷と接続する交流端子との間に直列に接続した複数の単位変換器を含む正側アームと、前記第2スイッチングレグの出力端子と前記交流端子との間に直列に接続した複数の単位変換器を含む負側アームと、前記単位変換器に含まれるセルコンデンサの電圧の平均値を所定の値とする第1フィードバック操作量電流値と、前記第1直流コンデンサおよび前記第2直流コンデンサの電圧の平均値を所定の値とする第2フィードバック操作量電流値と、の和を演算し、前記正側アームに流れる電流と前記負側アームに流れる電流との検出値から、前記交流端子に流れる交流電流成分を演算し、前記交流電流成分が前記和を含む指令値に追従するように前記第1スイッチングレグと、前記第2スイッチングレグと、複数の前記単位変換器とのゲート信号を生成する制御回路と、を備える。   The power converter according to the embodiment includes a first DC capacitor, a second DC capacitor connected in series with the first DC capacitor, a first switching leg connected in parallel with the first DC capacitor, and the second DC capacitor. A second switching leg connected in parallel with the capacitor; a positive arm including a plurality of unit converters connected in series between an output terminal of the first switching leg and an AC terminal connected to an AC load; A negative side arm including a plurality of unit converters connected in series between the output terminals of the two switching legs and the AC terminal, and an average value of voltages of cell capacitors included in the unit converters are set to predetermined values. The sum of a first feedback manipulated variable current value and a second feedback manipulated variable current value having an average value of the voltages of the first DC capacitor and the second DC capacitor as a predetermined value is calculated, and the positive arm From the detected value of the current flowing in the negative side arm and the current flowing in the negative side arm, the AC current component flowing in the AC terminal is calculated, and the first switching leg so that the AC current component follows the command value including the sum. And a control circuit that generates a gate signal for the second switching leg and the plurality of unit converters.

図1は、第1実施形態の電力変換装置の一構成例を概略的に示す図である。FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration example of the power conversion device according to the first embodiment. 図2は、図1に示す電力変換装置の単位変換器の一構成例を概略的に示す図である。FIG. 2 is a diagram schematically showing a configuration example of a unit converter of the power conversion device shown in FIG. 図3は、第1実施形態の電力変換装置の動作の一例を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining an example of the operation of the power conversion device according to the first embodiment. 図4は、第1実施形態の電力変換装置の制御回路の一構成例を概略的に示す図である。FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a configuration example of the control circuit of the power conversion device according to the first embodiment. 図5は、第2実施形態の電力変換装置の制御回路の一構成例を概略的に示す図である。FIG. 5: is a figure which shows schematically one structural example of the control circuit of the power converter device of 2nd Embodiment. 図6は、第3実施形態の電力変換装置の制御回路の一構成例を概略的に示す図である。FIG. 6 is a diagram schematically showing a configuration example of a control circuit of the power conversion device according to the third embodiment. 図7は、第4実施形態の電力変換装置の制御回路の一構成例を概略的に示す図である。FIG. 7: is a figure which shows schematically one structural example of the control circuit of the power converter device of 4th Embodiment.

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
図1は、第1実施形態の電力変換装置の一構成例を概略的に示す図である。
本実施形態の電力変換装置20は、正側直流端子TAと、負側直流端子TBと、三相交流端子TU、TV、TWと、を備え、交流負荷10と直流負荷(図示せず)との間に接続可能である。直流負荷は、例えば、太陽光発電システムや、UPS(Uninterruptible Power Supply:無停電電源装置)のような直流電源や、バッテリや、他の電力変換装置等である。
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration example of the power conversion device according to the first embodiment.
The power conversion device 20 of the present embodiment includes a positive side DC terminal TA, a negative side DC terminal TB, and three-phase AC terminals TU, TV, TW, and an AC load 10 and a DC load (not shown). Can be connected between. The DC load is, for example, a solar power generation system, a DC power supply such as a UPS (Uninterruptible Power Supply), a battery, or another power conversion device.

電力変換装置20は、第1直流コンデンサC1と、第2直流コンデンサC2と、第1スイッチングレグL1U、L1V、L1Wと、第2スイッチングレグL2U、L2V、L2Wと、正側アームA1U、A1V、A1Wと、第1バッファリアクトルLAU、LAV、LAWと、負側アームA2U、A2V、A2Wと、第2バッファリアクトルLBU、LBV、LBWと、計器用変圧器22と、制御装置CNTと、を備えている。   The power conversion device 20 includes a first DC capacitor C1, a second DC capacitor C2, first switching legs L1U, L1V, L1W, second switching legs L2U, L2V, L2W, and positive arms A1U, A1V, A1W. And first buffer reactors LAU, LAV, LAW, negative side arms A2U, A2V, A2W, second buffer reactors LBU, LBV, LBW, instrument transformer 22, and control device CNT. ..

第1直流コンデンサC1と第2直流コンデンサC2とは、正側直流端子TAと負側直流端子TBとの間において、直列に接続されている。第1直流コンデンサC1と第2直流コンデンサとの間は中性点電位となる。   The first DC capacitor C1 and the second DC capacitor C2 are connected in series between the positive side DC terminal TA and the negative side DC terminal TB. There is a neutral potential between the first DC capacitor C1 and the second DC capacitor.

第1スイッチングレグL1U、L1V、L1Wは、第1直流コンデンサC1と並列に接続している。第2スイッチングレグL2U、L2V、L2Wは、第2直流コンデンサC2と並列に接続している。   The first switching legs L1U, L1V, L1W are connected in parallel with the first DC capacitor C1. The second switching legs L2U, L2V, L2W are connected in parallel with the second DC capacitor C2.

なお、本実施形態の電力変換装置20では、第1直流コンデンサC1と第2直流コンデンサC2とは、三相に共有されているが、三相それぞれに2つの直流コンデンサが並列接続されていてもよい。   In the power conversion device 20 of the present embodiment, the first DC capacitor C1 and the second DC capacitor C2 are shared by three phases, but two DC capacitors may be connected in parallel for each of the three phases. Good.

第1スイッチングレグL1U、L1V、L1Wのそれぞれは、第1スイッチング素子S1U、S1V、S1Wと、第2スイッチング素子S2U、S2V、S2Wと、を備えている。
第2スイッチングレグL2U、L2V、L2Wのそれぞれは、第3スイッチング素子S3U、S3V、S3Wと、第4スイッチング素子S4U、S4V、S4Wと、を備えている。
Each of the first switching legs L1U, L1V, L1W includes a first switching element S1U, S1V, S1W and a second switching element S2U, S2V, S2W.
Each of the second switching legs L2U, L2V, L2W includes a third switching element S3U, S3V, S3W and a fourth switching element S4U, S4V, S4W.

第1スイッチング素子S1U、S1V、S1Wと、第2スイッチング素子S2U、S2V、S2Wとは、正側直流端子TAと中性点電位との間において、直列に接続されている。すなわち、第1スイッチング素子S1U、S1V、S1Wと、第2スイッチング素子S2U、S2V、S2Wとは第1直流コンデンサC1と並列に接続されている。   The first switching elements S1U, S1V, S1W and the second switching elements S2U, S2V, S2W are connected in series between the positive side DC terminal TA and the neutral point potential. That is, the first switching elements S1U, S1V, S1W and the second switching elements S2U, S2V, S2W are connected in parallel with the first DC capacitor C1.

第3スイッチング素子S3U、S3V、S3Wと、第4スイッチング素子S4U、S4V、S4Wとは、負側直流端子TBと中性点電位との間において、直列に接続されている。すなわち、第3スイッチング素子S3U、S3V、S3Wと、第4スイッチング素子S4U、S4V、S4Wとは第2直流コンデンサC2と並列に接続されている。   The third switching elements S3U, S3V, S3W and the fourth switching elements S4U, S4V, S4W are connected in series between the negative side DC terminal TB and the neutral point potential. That is, the third switching elements S3U, S3V, S3W and the fourth switching elements S4U, S4V, S4W are connected in parallel with the second DC capacitor C2.

第1スイッチング素子S1U、S1V、S1Wと、第2スイッチング素子S2U、S2V、S2Wと、第3スイッチング素子S3U、S3V、S3Wと、第4スイッチング素子S4U、S4V、S4Wとは、例えば、IGBT(insulated gate bipolar transistor)やMOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)等の自己消弧型素子である。   The first switching elements S1U, S1V, S1W, the second switching elements S2U, S2V, S2W, the third switching elements S3U, S3V, S3W, and the fourth switching elements S4U, S4V, S4W are, for example, IGBTs (insulated). It is a self-extinguishing element such as a gate bipolar transistor) or a MOSFET (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor).

正側アームA1U、A1V、A1Wと負側アームA2U、A2V、A2Wとのそれぞれは、直列に接続された複数の単位変換器Cを備えている。
正側アームA1U、A1V、A1Wと負側アームA2U、A2V、A2Wとは、第1スイッチング素子S1U、S1V、S1Wと、第2スイッチング素子S2U、S2V、S2Wとの間の第1出力端子O1U、O1V、O1Wと、第3スイッチング素子S3U、S3V、S3Wと、第4スイッチング素子S4U、S4V、S4Wとの間の第2出力端子O2U、O2V、O2Wとの間において、第1バッファリアクトルLAU、LAV、LAW、および第2バッファリアクトルLBU、LBV、LBWを介して直列に接続している。
Each of the positive side arms A1U, A1V, A1W and the negative side arms A2U, A2V, A2W includes a plurality of unit converters C connected in series.
The positive side arms A1U, A1V, A1W and the negative side arms A2U, A2V, A2W are the first output terminals O1U between the first switching elements S1U, S1V, S1W and the second switching elements S2U, S2V, S2W. First buffer reactors LAU, LAV between O1V, O1W and second output terminals O2U, O2V, O2W between third switching elements S3U, S3V, S3W and fourth switching elements S4U, S4V, S4W. , LAW, and second buffer reactors LBU, LBV, LBW are connected in series.

なお、図1に示す電力変換装置20の例では、正側アームA1U、A1V、A1Wと負側アームA2U、A2V、A2Wとは、第1バッファリアクトルLAU、LAV、LAW、および第2バッファリアクトルLBU、LBV、LBWを介して接続しているが、例えば、結合リアクトルや変圧器を介して接続してもよく、直接接続してもよい。   In the example of the power conversion device 20 shown in FIG. 1, the positive arms A1U, A1V, A1W and the negative arms A2U, A2V, A2W are the first buffer reactors LAU, LAV, LAW, and the second buffer reactor LBU. , LBV, LBW, but may be connected, for example, via a coupling reactor or a transformer, or may be directly connected.

正側アームA1U、A1V、A1Wと負側アームA2U、A2V、A2Wとは、バッファリアクトルLAU、LAV、LAWとバッファリアクトルLBU、LBV、LBWとの間の交流端子TU、TV、TWにおいて、交流負荷10と電気的に接続される。   Positive side arms A1U, A1V, A1W and negative side arms A2U, A2V, A2W are AC loads at AC terminals TU, TV, TW between buffer reactors LAU, LAV, LAW and buffer reactors LBU, LBV, LBW. It is electrically connected to 10.

計器用変圧器22は、交流負荷10と電力変換装置20との間を接続する交流ラインの交流電圧を制御回路CNTで利用可能な電圧に変換して、制御回路CNTへ出力する。
制御回路CNTは、外部から供給される指令値にしたがって、電力変換装置20の出力電力が所定の値となるように、第1スイッチング素子S1U、S1V、S1Wと、第2スイッチング素子S2U、S2V、S2Wと、第3スイッチング素子S3U、S3V、S3Wと、第4スイッチング素子S4U、S4V、S4Wと、正側アームA1U、A1V、A1Wと、負側アームA2U、A2V、A2Wと、の動作を制御する。
The instrument transformer 22 converts the AC voltage of the AC line connecting the AC load 10 and the power conversion device 20 into a voltage that can be used by the control circuit CNT, and outputs the voltage to the control circuit CNT.
The control circuit CNT controls the first switching elements S1U, S1V, S1W and the second switching elements S2U, S2V so that the output power of the power conversion device 20 becomes a predetermined value according to a command value supplied from the outside. S2W, third switching elements S3U, S3V, S3W, fourth switching elements S4U, S4V, S4W, positive side arms A1U, A1V, A1W, and negative side arms A2U, A2V, A2W are controlled. ..

制御回路CNTは、例えば、CPU(central processing unit)やMPU(micro processing unit)などのプロセッサを少なくとも1つと、プロセッサにより実行されるプログラムが記録されるメモリと、を備え、ソフトウエアにより動作するように構成されてもよい。制御回路CNTの構成については、後に図面を参照して詳細に説明する。   The control circuit CNT includes, for example, at least one processor such as a CPU (central processing unit) and an MPU (micro processing unit), and a memory in which a program executed by the processor is recorded, and is operated by software. May be configured as. The configuration of the control circuit CNT will be described later in detail with reference to the drawings.

図2は、図1に示す電力変換装置の単位変換器の一構成例を概略的に示す図である。
単位変換器Cは、第1セルスイッチング素子SAと、第2セルスイッチング素子SBと、セルコンデンサCAと、コンデンサ電圧検出回路VSと、を備えている。
FIG. 2 is a diagram schematically showing a configuration example of a unit converter of the power conversion device shown in FIG.
The unit converter C includes a first cell switching element SA, a second cell switching element SB, a cell capacitor CA, and a capacitor voltage detection circuit VS.

第1セルスイッチング素子SAと第2セルスイッチング素子SBとは直列に接続されている。第1セルスイッチング素子SAと第2セルスイッチング素子SBとは、例えば、IGBT(insulated gate bipolar transistor)やMOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)等の自己消弧型素子である。   The first cell switching element SA and the second cell switching element SB are connected in series. The first cell switching element SA and the second cell switching element SB are, for example, self-extinguishing elements such as IGBT (insulated gate bipolar transistor) and MOSFET (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor).

セルコンデンサCAは、第1セルスイッチング素子SAおよび第2セルスイッチング素子SBと、並列に接続している。
単位変換器Cは、第1セルスイッチング素子SAと第2セルスイッチング素子SBとの間(第1端子T1)にて、高電位側に接続する単位変換器Cの第2セルスイッチング素子SBのソース(第2端子T2)と電気的に接続する。最も高電位側の単位変換器Cの第1端子T1は、第1出力端子O1U、O1V、O1Wと電気的に接続される。最も低電位側の単位変換器Cの第2端子T2は、第2出力端子O2U、O2V、O2Wと電気的に接続される。
The cell capacitor CA is connected in parallel with the first cell switching element SA and the second cell switching element SB.
The unit converter C is the source of the second cell switching element SB of the unit converter C connected to the high potential side between the first cell switching element SA and the second cell switching element SB (first terminal T1). (Second terminal T2) is electrically connected. The first terminal T1 of the unit converter C on the highest potential side is electrically connected to the first output terminals O1U, O1V, O1W. The second terminal T2 of the unit converter C on the lowest potential side is electrically connected to the second output terminals O2U, O2V, O2W.

コンデンサ電圧検出回路VSは、セルコンデンサCAの電圧を検出し、電圧値(又は電圧相当値)を制御回路CNTへ出力する。
セルコンデンサCAの電圧をVcとすると、第1セルスイッチング素子SAをオン、第2セルスイッチング素子SBをオフしたときに、単位変換器Cの出力はVc[V]となり、第1セルスイッチング素子SAをオフ、第2セルスイッチング素子SBをオンしたときに、単位変換器Cの出力は0[V]となる。
The capacitor voltage detection circuit VS detects the voltage of the cell capacitor CA and outputs the voltage value (or voltage equivalent value) to the control circuit CNT.
When the voltage of the cell capacitor CA is Vc, when the first cell switching element SA is turned on and the second cell switching element SB is turned off, the output of the unit converter C becomes Vc [V], and the first cell switching element SA Is turned off and the second cell switching element SB is turned on, the output of the unit converter C becomes 0 [V].

なお、単位変換器Cの構成は図2示したものに限定されるものではなく、スイッチング素子とセルコンデンサとを有し、スイッチ状態で出力電圧を切り替えられるものであれば他の構成でも構わない。例えば、単位変換器Cは、4つのスイッチング素子とセルコンデンサとを備えたフルブリッジ回路であってもよい。   The configuration of the unit converter C is not limited to that shown in FIG. 2, and any other configuration may be used as long as it has a switching element and a cell capacitor and can switch the output voltage in the switch state. .. For example, the unit converter C may be a full bridge circuit including four switching elements and a cell capacitor.

次に、本実施形態の電力変換装置20の動作の一例について説明する。
図3は、第1実施形態の電力変換装置の動作の一例を説明するための図である。
ここでは、電力変換装置20が出力する交流相電圧Vac、第1スイッチングレグL1U、L1V、L1Wの出力電圧Vp、第2スイッチングレグL2U、L2V、L2Wの出力電圧Vn、正側アームA1U、A1V、A1Wの出力電圧Varmp、負側アームA2U、A2V、A2Wの出力電圧Varmn、正側アームA1U、A1V、A1Wの電流Ip、および、負側アームA2U、A2V、A2Wの電流Inについて、時系列に沿った変化の一例を示している。
Next, an example of the operation of the power conversion device 20 of this embodiment will be described.
FIG. 3 is a diagram for explaining an example of the operation of the power conversion device according to the first embodiment.
Here, the AC phase voltage Vac output by the power conversion device 20, the output voltage Vp of the first switching legs L1U, L1V, L1W, the output voltage Vn of the second switching legs L2U, L2V, L2W, the positive arms A1U, A1V, The output voltage Varmp of A1W, the output voltage Varmn of the negative arms A2U, A2V, A2W, the current Ip of the positive arms A1U, A1V, A1W, and the current In of the negative arms A2U, A2V, A2W are chronologically arranged. Shows an example of the change.

なお、Iacは、交流端子TU、TV、TWの電流(または交流電流成分)であり、Vdcは、直流側の電圧(正側直流端子TAと負側直流端子TBとの間の電圧)であり、Idcは、直流側の電流である。   In addition, Iac is a current (or an alternating current component) of the AC terminals TU, TV, TW, and Vdc is a DC voltage (a voltage between the positive DC terminal TA and the negative DC terminal TB). , Idc are currents on the DC side.

第1スイッチング素子S1U、S1V、S1Wおよび第3スイッチング素子S3U、S3V、S3Wは、電力変換装置20の出力交流電圧Vacが正である1/2周期(0<ωt<π)にてオンとなり、出力交流電圧Vacが負である1/2周期(π<ωt<2π)にてオフとなる。   The first switching elements S1U, S1V, S1W and the third switching elements S3U, S3V, S3W are turned on in a 1/2 cycle (0 <ωt <π) in which the output AC voltage Vac of the power conversion device 20 is positive, It turns off in a 1/2 cycle (π <ωt <2π) in which the output AC voltage Vac is negative.

これにより、第1スイッチングレグL1U、L1V、L1Wの出力電圧Vpは、出力交流電圧Vacが正となる1/2周期では、第1直流コンデンサC1の電圧と等しくなり、出力交流電圧Vacが負となる1/2周期ではゼロとなる。   As a result, the output voltage Vp of the first switching legs L1U, L1V, L1W becomes equal to the voltage of the first DC capacitor C1 and the output AC voltage Vac becomes negative in the 1/2 cycle when the output AC voltage Vac becomes positive. It becomes zero in 1/2 cycle.

第2スイッチング素子S2U、S2V、S2Wおよび第4スイッチング素子S4U、S4V、S4Wは、電力変換装置20の出力交流電圧Vacが負である1/2周期にてオンとなり、出力交流電圧Vacが正である1/2周期にてオフとなる。   The second switching elements S2U, S2V, S2W and the fourth switching elements S4U, S4V, S4W are turned on in a 1/2 cycle when the output AC voltage Vac of the power conversion device 20 is negative, and the output AC voltage Vac is positive. It turns off in a certain 1/2 cycle.

これにより、第2スイッチングレグL2U、L2V、L2Wの出力電圧Vnは、出力交流電圧Vacが正となる1/2周期ではゼロとなり、出力交流電圧Vacが負となる1/2周期では第2直流コンデンサC2の電圧と等しくなる。   As a result, the output voltage Vn of the second switching legs L2U, L2V, L2W becomes zero in the 1/2 cycle in which the output AC voltage Vac becomes positive, and becomes the second DC in the 1/2 cycle in which the output AC voltage Vac becomes negative. It becomes equal to the voltage of the capacitor C2.

第1出力端子O1U、O1V、O1Wと第2出力端子O2U、O2V、O2Wとの間には、交流電圧が正の1/2周期では、第1直流コンデンサC1の電圧が出力され、負の1/2周期では、第2直流コンデンサC2の電圧が出力される。   Between the first output terminals O1U, O1V, and O1W and the second output terminals O2U, O2V, and O2W, the voltage of the first DC capacitor C1 is output in the negative 1/2 cycle when the AC voltage is positive. In the / 2 cycle, the voltage of the second DC capacitor C2 is output.

第1直流コンデンサC1の電圧と第2直流コンデンサC2の電圧とは、正側直流端子TAと負側直流端子TBとの間の直流電圧Vdcのおよそ1/2の電圧であるため、第1出力端子O1U、O1V、O1Wと第2出力端子O2U、O2V、O2Wとの間電圧は、直流電圧Vdcのおよそ1/2となる。
すなわち、第1スイッチングレグL1U、L1V、L1Wの出力電圧Vpは、下記式にて表すことができる。
Vp=Vdc/2 (0<wt<π)
=0 (π<wt<2π)
Since the voltage of the first DC capacitor C1 and the voltage of the second DC capacitor C2 are approximately half the DC voltage Vdc between the positive side DC terminal TA and the negative side DC terminal TB, the first output The voltage between the terminals O1U, O1V, O1W and the second output terminals O2U, O2V, O2W is approximately 1/2 of the DC voltage Vdc.
That is, the output voltage Vp of the first switching legs L1U, L1V, L1W can be expressed by the following formula.
Vp = Vdc / 2 (0 <wt <π)
= 0 (π <wt <2π)

また、第2スイッチングレグL2U、L2V、L2Wの出力電圧Vnは、下記式にて表すことができる。
Vn=0 (0<wt<π)
=−Vdc/2 (π<wt<2π)
The output voltage Vn of the second switching legs L2U, L2V, L2W can be expressed by the following formula.
Vn = 0 (0 <wt <π)
= -Vdc / 2 (π <wt <2π)

一方、単位変換器Cから構成される正側アームおよび負側アームは、図3に示すような所望の電圧Varmp、Varmnが出力できるように、単位変換器Cのオンオフ時比率(デューティ)が適宜調整される。たとえば、制御回路CNTは、単位変換器Cの出力指令値と三角波とを比較するPWM(Pulse Width Modulation)技術を用いることにより、単位変換器Cの第1セルスイッチング素子SAと第2セルスイッチング素子SBとのゲート信号を生成することができる。このとき、各単位変換器Cの三角波キャリアの位相を適切にずらすことにより、高調波が少ない電圧を出力させることができる。   On the other hand, the positive-side arm and the negative-side arm composed of the unit converter C have an appropriate on / off time ratio (duty) of the unit converter C so that desired voltages Varmp and Varmn as shown in FIG. 3 can be output. Adjusted. For example, the control circuit CNT uses the PWM (Pulse Width Modulation) technique of comparing the output command value of the unit converter C and the triangular wave, and thereby the first cell switching element SA and the second cell switching element of the unit converter C are used. A gate signal with SB can be generated. At this time, by appropriately shifting the phase of the triangular wave carrier of each unit converter C, it is possible to output a voltage with few harmonics.

ここで、説明のため、直流側の基準電位を正側直流端子TAと負側直流端子TBの中性点電位とすると、正側アームA1U、A1V、A1Wの出力電圧Varmpは、下記式にて表すことができる。   Here, for the sake of explanation, assuming that the reference potential on the DC side is the neutral point potential of the positive DC terminal TA and the negative DC terminal TB, the output voltage Varmp of the positive arms A1U, A1V, A1W is given by the following formula. Can be represented.

Varmp=Vdc/2−Vac (0<wt<π)
=−Vac (π<wt<2π)
また、負側アームA2U、A2V、A2Wの出力電圧Varmnは、下記式にて表すことができる。
Varmp = Vdc / 2-Vac (0 <wt <π)
= -Vac (π <wt <2π)
The output voltage Varmn of the negative arms A2U, A2V, A2W can be expressed by the following formula.

Varmn=Vac (0<wt<π)
=Vdc/2+Vac (π<wt<2π)
上記のように第1スイッチングレグL1U、L1V、L1W、第2スイッチングレグL2U、L2V、L2W、正側アームA1U、A1V、A1W、および、負側アームA2U、A2V、A2Wを動作させることにより、電力変換装置20の交流相電圧Vacを所望の値とすることができる。
Varmn = Vac (0 <wt <π)
= Vdc / 2 + Vac (π <wt <2π)
By operating the first switching legs L1U, L1V, L1W, the second switching legs L2U, L2V, L2W, the positive side arms A1U, A1V, A1W, and the negative side arms A2U, A2V, A2W as described above, the electric power is increased. The AC phase voltage Vac of the converter 20 can be set to a desired value.

次に、正側アームA1U、A1V、A1Wの電流Ipと、負側アームA2U、A2V、A2Wの電流Inとについて説明する。
本実施形態の電力変換装置20は、例えば、正側アームA1U、A1V、A1Wの電流Ipと負側アームA2U、A2V、A2Wの電流Inとを検出する電流検出器を備えている。
Next, the current Ip of the positive arms A1U, A1V, A1W and the current In of the negative arms A2U, A2V, A2W will be described.
The power conversion device 20 of the present embodiment includes, for example, a current detector that detects the current Ip of the positive arms A1U, A1V, A1W and the current In of the negative arms A2U, A2V, A2W.

正側アームA1U、A1V、A1Wの電流Ipと、負側アームA2U、A2V、A2Wの電流Inとは、下記変数変換式により、交流電流成分Iacと循環電流成分Izとに分離することができる。
Iac=Ip−In
Iz =(Ip+In)/2
交流電流成分Iacは、交流端子TU、TV、TWから外に出る成分である。一方、循環電流成分Izは、交流端子TU、TV、TWから外に出ない成分で、仮想的な電流である。本実施形態では、交流電流成分Iacは、外部から交流端子TU、TV、TWへ向かって流れる方向を正とし、循環電流成分Izは、負側アームA2U、A2V、A2Wから正側アームA1U、A1V、A1Wへ向かって流れる方向を正とする。
The current Ip of the positive arms A1U, A1V, A1W and the current In of the negative arms A2U, A2V, A2W can be separated into an alternating current component Iac and a circulating current component Iz by the following variable conversion formula.
Iac = Ip-In
Iz = (Ip + In) / 2
The AC current component Iac is a component that goes out from the AC terminals TU, TV, TW. On the other hand, the circulating current component Iz is a component that does not go out from the AC terminals TU, TV, TW, and is a virtual current. In the present embodiment, the alternating current component Iac is positive in the direction from the outside toward the alternating current terminals TU, TV, TW, and the circulating current component Iz is the negative arm A2U, A2V, A2W to the positive arm A1U, A1V. , A1W is positive in the direction of flow.

正側アームA1U、A1V、A1Wの電流Ipと、負側アームA2U、A2V、A2Wの電流Inとは、交流電流成分Iacと循環電流成分Izとを用いて、下記式で表すことができる。
Ip=Iac/2+Iz
In=−Iac/2+Iz
The current Ip of the positive arms A1U, A1V, A1W and the current In of the negative arms A2U, A2V, A2W can be expressed by the following formulas using the alternating current component Iac and the circulating current component Iz.
Ip = Iac / 2 + Iz
In = -Iac / 2 + Iz

次に、本実施形態の電力変換装置20の制御回路CNTの構成例について説明する。
図4は、第1実施形態の電力変換装置の制御回路の一構成例を概略的に示す図である。
本実施形態では、制御回路CNTは、セルコンデンサ電圧平均値制御部31と、直流コンデンサ電圧制御部32と、交流電流制御部33と、循環電流制御部34と、コンパレータCOMと、PWM制御部35、36と、切替器SP、SNと、セルコンデンサ電圧バランス制御部37と、直流コンデンサ電圧バランス制御部38と、加算器AD1−AD5と、乗算器M1、M2と、を備えている。
Next, a configuration example of the control circuit CNT of the power conversion device 20 of the present embodiment will be described.
FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a configuration example of the control circuit of the power conversion device according to the first embodiment.
In the present embodiment, the control circuit CNT includes a cell capacitor voltage average value control unit 31, a DC capacitor voltage control unit 32, an AC current control unit 33, a circulating current control unit 34, a comparator COM, and a PWM control unit 35. , 36, switching devices SP and SN, a cell capacitor voltage balance control unit 37, a DC capacitor voltage balance control unit 38, adders AD1 to AD5, and multipliers M1 and M2.

セルコンデンサ電圧平均値制御部31は、減算器(第1減算器)S1と、乗算器(第1乗算器)G1と、を備えている。
減算器S1は、外部から入力されるセルコンデンサ電圧指令値から、セルコンデンサ電圧Vcの平均値Vcaveを引いた差を出力する。
The cell capacitor voltage average value control unit 31 includes a subtracter (first subtractor) S1 and a multiplier (first multiplier) G1.
The subtractor S1 outputs the difference obtained by subtracting the average value Vcave of the cell capacitor voltage Vc from the cell capacitor voltage command value input from the outside.

なお、セルコンデンサ電圧の平均値Vcaveは、制御回路CNTにて演算することができる。セルコンデンサ電圧平均値Vcaveは、たとえば、正側アームA1U、A1V、A1Wと負側アームA2U、A2V、A2WとのそれぞれがN個の単位変換器Cを備えるとき、全部で6N個の単位変換器CのセルコンデンサCAの電圧Vcの平均値であって、下記式のように表すことができる。
Vcave=((Vcup1+…VcupN)+(Vcun1+…VcunN)+…+(Vcwn1+…VcwnN))/(6N)
The average value Vcave of the cell capacitor voltage can be calculated by the control circuit CNT. For example, when the positive side arms A1U, A1V, A1W and the negative side arms A2U, A2V, A2W each include N unit converters C, the cell capacitor voltage average value Vcave is 6N unit converters in total. It is the average value of the voltage Vc of the cell capacitor CA of C, which can be expressed by the following equation.
Vcave = ((Vcup1 + ... VcupN) + (Vcun1 + ... VcunN) + ... + (Vcwn1 + ... VcwnN)) / (6N)

乗算器G1は、減算器S1から出力された値と所定のゲインとの積を出力する。乗算器G1の出力値は、セルコンデンサ電圧のフィードバック操作量電流(第1フィードバック操作量電流)の値である。乗算器G1で乗じられるゲインは、応答性や安定性を鑑みて設定される。   The multiplier G1 outputs the product of the value output from the subtractor S1 and a predetermined gain. The output value of the multiplier G1 is the value of the feedback operation amount current (first feedback operation amount current) of the cell capacitor voltage. The gain multiplied by the multiplier G1 is set in consideration of responsiveness and stability.

セルコンデンサ電圧平均値制御部31は、例えば、セルコンデンサ電圧指令値と、セルコンデンサ電圧平均値との差がゼロとなるように制御する比例制御回路又は比例積分回路である。   The cell capacitor voltage average value control unit 31 is, for example, a proportional control circuit or a proportional integration circuit that controls the difference between the cell capacitor voltage command value and the cell capacitor voltage average value to be zero.

直流コンデンサ電圧制御部32は、減算器(第2減算器)S2と、乗算器(第2乗算器)G2と、を備えている。
減算器S2は、外部から入力される直流コンデンサ電圧指令値から、直流コンデンサ電圧平均値を引いた差を出力する。なお、直流コンデンサ電圧の平均値は、制御回路CNTにて演算することができる。
The DC capacitor voltage control unit 32 includes a subtractor (second subtractor) S2 and a multiplier (second multiplier) G2.
The subtractor S2 outputs a difference obtained by subtracting the DC capacitor voltage average value from the DC capacitor voltage command value input from the outside. The average value of the DC capacitor voltage can be calculated by the control circuit CNT.

乗算器G2は、減算器S2から出力された値と所定のゲインとの積を出力する。乗算器G2の出力値は、直流コンデンサ電圧のフィードバック操作量電流(第2フィードバック操作量電流)の値である。乗算器G2にて乗じられるゲインは、応答性や安定性を鑑みて設定される。   The multiplier G2 outputs the product of the value output from the subtractor S2 and a predetermined gain. The output value of the multiplier G2 is the value of the feedback operation amount current (second feedback operation amount current) of the DC capacitor voltage. The gain multiplied by the multiplier G2 is set in consideration of responsiveness and stability.

直流コンデンサ電圧制御部32は、例えば、直流コンデンサ電圧指令値と、直流コンデンサ電圧平均値との差がゼロとなるように操作量を出力する比例制御回路又は比例積分制御回路である。   The DC capacitor voltage control unit 32 is, for example, a proportional control circuit or a proportional-integral control circuit that outputs a manipulated variable such that the difference between the DC capacitor voltage command value and the DC capacitor voltage average value becomes zero.

直流コンデンサ電圧バランス制御部38は、第1直流コンデンサC1と第2直流コンデンサC2との電圧値を一致させる、つまりバランスさせる操作量を出力する。例えば、直流コンデンサ電圧バランス制御部38は、第1直流コンデンサC1と第2直流コンデンサC2との電圧値との差がゼロとする操作量を出力する。   The DC capacitor voltage balance control unit 38 outputs an operation amount for matching the voltage values of the first DC capacitor C1 and the second DC capacitor C2, that is, for balancing the voltage values. For example, the DC capacitor voltage balance control unit 38 outputs an operation amount that makes the difference between the voltage values of the first DC capacitor C1 and the second DC capacitor C2 zero.

セルコンデンサ電圧バランス制御部37は、すべてのセルコンデンサCAの電圧Vcを一致させる、つまりバランスさせる操作量を出力する。例えば、セルコンデンサ電圧バランス制御部37は、正側アームの単位変換器CのセルコンデンサCAと、負側アームの単位変換器CのセルコンデンサCAとの差がゼロとする操作量を出力する。   The cell capacitor voltage balance control unit 37 outputs an operation amount for matching, that is, balancing the voltages Vc of all the cell capacitors CA. For example, the cell capacitor voltage balance control unit 37 outputs an operation amount that makes the difference between the cell capacitor CA of the unit converter C of the positive arm and the cell capacitor CA of the unit converter C of the negative arm zero.

加算器AD1は、直流コンデンサ電圧制御部32の出力(直流コンデンサ電圧フィードバック操作量電流)と、セルコンデンサ電圧平均値制御部31の出力(セルコンデンサ電圧フィードバック操作量電流)との値を加算した和を交流電流制御部33へ出力する。   The adder AD1 is the sum of the values of the output of the DC capacitor voltage control unit 32 (DC capacitor voltage feedback operation amount current) and the output of the cell capacitor voltage average value control unit 31 (cell capacitor voltage feedback operation amount current). Is output to the AC current control unit 33.

なお、直流コンデンサ電圧制御部32は、直流端子TA、TB間に電圧源(若しくは電圧源動作する回路)が接続されるときには、直流コンデンサC1、C2の電圧のフィードバック操作量電流をゼロとする。   The DC capacitor voltage control unit 32 sets the feedback operation amount current of the voltage of the DC capacitors C1 and C2 to zero when a voltage source (or a circuit that operates the voltage source) is connected between the DC terminals TA and TB.

交流電流制御部33は、検出された正側アーム電流Ipと負側アーム電流Inとの値から演算される交流電流成分Iac(=Ip−In)を演算し、交流電流成分Iacが入力される電流指令値(加算器AD1の出力値)に一致するように、電圧指令値Vacを演算する。
交流電流制御部33の出力値(電圧指令値Vac)は、コンパレータCOMと、乗算器M2と、切替器SNと、加算器AD3とに入力される。
The alternating current control unit 33 calculates an alternating current component Iac (= Ip-In) calculated from the values of the detected positive side arm current Ip and negative side arm current In, and the alternating current component Iac is input. The voltage command value Vac is calculated so as to match the current command value (output value of the adder AD1).
The output value (voltage command value Vac) of the AC current control unit 33 is input to the comparator COM, the multiplier M2, the switch SN, and the adder AD3.

加算器AD5は、直流コンデンサ電圧制御部32の出力値(直流コンデンサ電圧のフィードバック操作量電流)と、加算器AD4の出力値とを加算して循環電流制御部34へ出力する。
加算器AD4は、セルコンデンサ電圧バランス制御部37の出力値と、直流コンデンサ電圧バランス制御部38の出力値とを加算して出力する。
Adder AD5 adds the output value of DC capacitor voltage control unit 32 (feedback operation amount current of DC capacitor voltage) and the output value of adder AD4, and outputs the result to circulating current control unit 34.
The adder AD4 adds the output value of the cell capacitor voltage balance control unit 37 and the output value of the DC capacitor voltage balance control unit 38 and outputs the result.

循環電流制御部34は、検出された正側アーム電流Ipと負側アーム電流Inとの値から循環電流成分Iz(=(Ip+In)/2)を演算し、外部から入力される指令値電流を満たす循環電流成分Izを実現するように、電圧指令値Vdcを出力する。   The circulating current controller 34 calculates a circulating current component Iz (= (Ip + In) / 2) from the detected values of the positive side arm current Ip and the negative side arm current In, and outputs a command value current input from the outside. The voltage command value Vdc is output so as to realize the circulating current component Iz to be satisfied.

コンパレータCOMは、電圧指令値Vacと基準電位とを比較して、第1スイッチング素子S1U、S1V、S1Wと、第2スイッチング素子S2U、S2V、S2Wと、第3スイッチング素子S3U、S3V、S3Wと、第4スイッチング素子S4U、S4V、S4Wとのゲート信号を出力する。   The comparator COM compares the voltage command value Vac with the reference potential and compares the first switching element S1U, S1V, S1W, the second switching element S2U, S2V, S2W, the third switching element S3U, S3V, S3W, It outputs a gate signal to the fourth switching elements S4U, S4V, S4W.

すなわち、コンパレータCOMは、電圧指令値Vacが正(基準電圧より大きい)ときに第1スイッチング素子S1U、S1V、S1Wおよび第3スイッチング素子S3U、S3V、S3Wをオンし、電圧指令値Vacが負(基準電圧より小さい)ときに第1スイッチング素子S1U、S1V、S1Wおよび第3スイッチング素子S3U、S3V、S3Wをオフするゲート信号を出力する。   That is, the comparator COM turns on the first switching elements S1U, S1V, S1W and the third switching elements S3U, S3V, S3W when the voltage command value Vac is positive (greater than the reference voltage), and the voltage command value Vac is negative ( When it is smaller than the reference voltage), a gate signal for turning off the first switching elements S1U, S1V, S1W and the third switching elements S3U, S3V, S3W is output.

また、コンパレータCOMは、電圧指令値Vacが負(基準電圧より小さい)ときに第2スイッチング素子S2U、S2V、S2Wおよび第4スイッチング素子S4U、S4V、S4Wをオンし、電圧指令値Vacが正(基準電圧より大きい)ときに第2スイッチング素子S2U、S2V、S2Wおよび第4スイッチング素子S4U、S4V、S4Wをオフするゲート信号を出力する。   Further, the comparator COM turns on the second switching elements S2U, S2V, S2W and the fourth switching elements S4U, S4V, S4W when the voltage command value Vac is negative (smaller than the reference voltage), and the voltage command value Vac is positive ( A gate signal for turning off the second switching elements S2U, S2V, S2W and the fourth switching elements S4U, S4V, S4W is output when the voltage is higher than the reference voltage.

乗算器M2は、交流電流制御部33から入力された電圧指令値Vacに−1を乗じた値を、加算器AD2および切替器SPへ出力する。
乗算器M1は、循環電流制御部34から入力された電圧指令値Vdcに1/2を乗じた値を、加算器AD2、AD3および切替器SNへ出力する。
The multiplier M2 outputs a value obtained by multiplying the voltage command value Vac input from the AC current control unit 33 by -1, to the adder AD2 and the switch SP.
The multiplier M1 outputs a value obtained by multiplying the voltage command value Vdc input from the circulating current control unit 34 by 1/2 to the adders AD2 and AD3 and the switch SN.

加算器AD2は、乗算器M2から入力された値(−Vac)と乗算器M1から入力された値(Vdc/2)とを加算して切替器SPへ出力する。
加算器AD3は、交流電流制御部33から出力された電圧指令値Vacと、乗算器M1から入力された値(Vdc/2)とを加算して、切替器SNへ出力する。
The adder AD2 adds the value (-Vac) input from the multiplier M2 and the value (Vdc / 2) input from the multiplier M1 and outputs the result to the switch SP.
The adder AD3 adds the voltage command value Vac output from the AC current control unit 33 and the value (Vdc / 2) input from the multiplier M1 and outputs the result to the switch SN.

切替器SP、SNは、コンパレータCOMの出力値が切り替わるタイミングと同期して、出力値が切り替わるように構成されている。
例えば、切替器SPは、電圧指令値Vacが正(基準電圧より大きい)とき、出力値(正側アームの電圧Varmpの指令値)が、加算器AD2の出力値(=Vdc/2−Vac)となり、電圧指令値Vacが負(基準電圧より小さい)とき、出力値(正側アームの電圧Varmpの指令値)が、乗算器M2の出力値(=−Vac)となるように切り替わる。
The switches SP and SN are configured to switch the output value in synchronization with the timing when the output value of the comparator COM switches.
For example, in the switch SP, when the voltage command value Vac is positive (greater than the reference voltage), the output value (command value of the positive arm voltage Varmp) is the output value of the adder AD2 (= Vdc / 2-Vac). When the voltage command value Vac is negative (smaller than the reference voltage), the output value (command value of the voltage Armp on the positive side arm) is switched to the output value (= -Vac) of the multiplier M2.

また、切替器SNは、電圧指令値Vacが正(基準電圧より大きい)とき、出力値(負側アームの電圧Varmnの指令値)が、交流電流制御部33の出力値(=Vac)となり、電圧指令値Vacが負(基準電圧より小さい)とき、出力値(負側アームの電圧Varmpの指令値)が、加算器AD3の出力値(=Vdc/2+Vac)となるように切り替わる。   Further, in the switch SN, when the voltage command value Vac is positive (greater than the reference voltage), the output value (command value of the negative arm voltage Varmn) becomes the output value (= Vac) of the AC current control unit 33, When the voltage command value Vac is negative (smaller than the reference voltage), the output value (command value of the negative side arm voltage Varmp) is switched to the output value of the adder AD3 (= Vdc / 2 + Vac).

PWM制御部35は、切替器SPから入力された値を電圧指令値として、電圧指令値とキャリア波とを比較して、正側アームA1U、A1V、A1Wの単位変換器Cのスイッチング素子SA、SBのゲート信号を生成し、出力する。   The PWM control unit 35 uses the value input from the switch SP as a voltage command value, compares the voltage command value with the carrier wave, and switches the switching element SA of the unit converter C of the positive arms A1U, A1V, and A1W. An SB gate signal is generated and output.

PWM制御部36は、切替器SNから入力された値を電圧指令値として、電圧指令値とキャリア波とを比較して、負側アームA2U、A2V、A2Wの単位変換器Cのスイッチング素子SA、SBのゲート信号を生成し、出力する。   The PWM control unit 36 uses the value input from the switch SN as a voltage command value, compares the voltage command value with the carrier wave, and switches the switching element SA of the unit converter C of the negative arms A2U, A2V, A2W. An SB gate signal is generated and output.

次に、本実施形態の電力変換装置20の効果について説明する。
コンデンサの電圧はコンデンサに流入する電力で変化する。例えば正側アームA1U、A1V、A1Wの単位変換器CのセルコンデンサCAの流入電力Pcellpは、下記式により表すことができる。
Pcellp=−Varmp×Ip
=−(Vdc/2−Vac)(Iac/2+Iz)
=(Vac−Vdc/2)Iac/2−Vdc×Iz/2+Vac×Iz
(0<wt<π)
=−(Vac)(−Iac/2+Iz)
=Vac×Iac/2−Vac×Iz (π<wt<2π)
Next, the effect of the power converter 20 of this embodiment is explained.
The voltage of the capacitor changes with the power flowing into the capacitor. For example, the inflow power Pcellp of the cell capacitor CA of the unit converter C of the positive side arms A1U, A1V, A1W can be expressed by the following formula.
Pcellp = -Varmp × Ip
=-(Vdc / 2-Vac) (Iac / 2 + Iz)
= (Vac-Vdc / 2) Iac / 2-Vdc * Iz / 2 + Vac * Iz
(0 <wt <π)
=-(Vac) (-Iac / 2 + Iz)
= Vac × Iac / 2-Vac × Iz (π <wt <2π)

また、例えば第1直流コンデンサC1の流入電力Pc1は、下記式により表すことができる。
Pc1=Vp×Ip
=Vdc×Iac/4+Vdc×Iz/2 (0<wt<π)
=0 (π<wt<2π)
Further, for example, the inflow power Pc1 of the first DC capacitor C1 can be expressed by the following formula.
Pc1 = Vp × Ip
= Vdc × Iac / 4 + Vdc × Iz / 2 (0 <wt <π)
= 0 (π <wt <2π)

交流1周期平均の電力として、(0<wt<π)と(π<wt<2π)との両期間の平均をとると、セルコンデンサCAの流入電力Pcellpは下記式により表すことができる。
Pcellp=(Vac−Vdc/4)Iac/2−Vdc×Iz/4
If the average of the AC one cycle averages over both periods (0 <wt <π) and (π <wt <2π), the inflow power Pcellp of the cell capacitor CA can be expressed by the following formula.
Pcellp = (Vac−Vdc / 4) Iac / 2−Vdc × Iz / 4

また、交流1周期平均の電力として、(0<wt<π)と(π<wt<2π)との両期間の平均をとると、第1直流コンデンサC1の流入電力Pc1は下記式により表すことができる。
Pc1=Vdc×Iac/8+Vdc×Iz/4
In addition, if the average of both AC periods of (0 <wt <π) and (π <wt <2π) is taken, the inflow power Pc1 of the first DC capacitor C1 is expressed by the following formula. You can
Pc1 = Vdc × Iac / 8 + Vdc × Iz / 4

負側アームA2U、A2V、A2Wの単位変換器CのセルコンデンサCAと第2直流コンデンサC2についても同様である。
すなわち、例えば負側アームA2U、A2V、A2Wの単位変換器CのセルコンデンサCAの流入電力Pcellnは、下記式により表すことができる。
Pcelln=−Varmn×In
=−(Vac)(−Iac/2+Iz)
=Vac×Iac/2−Vac×Iz (0<wt<π)
=(Vdc/2+Vac)(Iac/2+Iz)
=(Vdc/2+Vac)Iac/2+Vdc×Iz/2+Vac×Iz
(π<wt<2π)
The same applies to the cell capacitor CA and the second DC capacitor C2 of the unit converter C of the negative arm A2U, A2V, A2W.
That is, for example, the inflow power Pcelln of the cell capacitor CA of the unit converter C of the negative side arms A2U, A2V, A2W can be expressed by the following formula.
Pcelln = -VarmnxIn
=-(Vac) (-Iac / 2 + Iz)
= Vac × Iac / 2-Vac × Iz (0 <wt <π)
= (Vdc / 2 + Vac) (Iac / 2 + Iz)
= (Vdc / 2 + Vac) Iac / 2 + Vdc × Iz / 2 + Vac × Iz
(Π <wt <2π)

また、例えば第2直流コンデンサC2の流入電力Pc2は、下記式により表すことができる。
Pc2=Vn×In
=0 (0<wt<π)
=Vdc×Iac/4−Vdc×Iz/2 (π<wt<2π)
Further, for example, the inflow power Pc2 of the second DC capacitor C2 can be expressed by the following formula.
Pc2 = Vn × In
= 0 (0 <wt <π)
= Vdc × Iac / 4−Vdc × Iz / 2 (π <wt <2π)

交流1周期平均の電力として、(0<wt<π)と(π<wt<2π)との両期間の平均をとると、セルコンデンサCAの流入電力Pcellnは下記式により表すことができる。
Pcelln=(Vdc/4+Vac)Iac/2+Vdc×Iz/4
The inflow power Pcelln of the cell capacitor CA can be expressed by the following equation by taking the average of both periods of (0 <wt <π) and (π <wt <2π) as the AC one cycle average power.
Pcelln = (Vdc / 4 + Vac) Iac / 2 + Vdc × Iz / 4

また、交流1周期平均の電力として、(0<wt<π)と(π<wt<2π)との両期間の平均をとると、第2直流コンデンサC2の流入電力Pc2は下記式により表すことができる。
Pc2=Vdc×Iac/8−Vdc×Iz/4
In addition, if the average of both AC periods of (0 <wt <π) and (π <wt <2π) is taken, the inflow power Pc2 of the second DC capacitor C2 is expressed by the following formula. You can
Pc2 = Vdc × Iac / 8-Vdc × Iz / 4

流入電力Pcellp、Pcelln、Pc1、Pc2の数式の第1項によれば、交流電流成分Iacを増加することにより、流入電力Pcellp、Pcelln、Pc1、Pc2を増加させることができ、交流電流成分Iacを減少させることにより、流流入電力Pcellp、Pcelln、Pc1、Pc2を減少させることができる。したがって、交流電流成分Iacを調整することにより、正側アームA1U、A1V、A1Wの単位変換器CのセルコンデンサCA、負側アームA2U、A2V、A2Wの単位変換器CのセルコンデンサCA、第1直流コンデンサC1、および、第2直流コンデンサC2の電圧を調整することが可能である。   According to the first term of the equations of the inflow powers Pcellp, Pcelln, Pc1, and Pc2, the inflow powers Pcellp, Pcelln, Pc1, and Pc2 can be increased by increasing the alternating current component Iac, and the alternating current component Iac By reducing it, the inflow power Pcellp, Pcelln, Pc1, and Pc2 can be reduced. Therefore, by adjusting the alternating current component Iac, the cell capacitor CA of the unit converter C of the positive side arms A1U, A1V, A1W, the cell capacitor CA of the unit converter C of the negative side arms A2U, A2V, A2W, the first It is possible to adjust the voltages of the DC capacitor C1 and the second DC capacitor C2.

つまり、交流電流制御部33にて、直流コンデンサ電圧のフィードバック操作量電流とセルコンデンサ電圧のフィードバック操作量電流との値の和を、交流電流成分Iacの指令値とすることで、正側アームA1U、A1V、A1Wの単位変換器CのセルコンデンサCA、負側アームA2U、A2V、A2Wの単位変換器CのセルコンデンサCA、第1直流コンデンサC1、および、第2直流コンデンサC2の電圧とを制御することが可能になる。   That is, in the AC current control unit 33, the sum of the values of the feedback operation amount current of the DC capacitor voltage and the feedback operation amount current of the cell capacitor voltage is set as the command value of the AC current component Iac, so that the positive arm A1U. , The cell capacitors CA of the unit converters C of A1V and A1W, the cell capacitors CA of the unit converters C of the negative arms A2U, A2V, and A2W, and the voltages of the first DC capacitor C1 and the second DC capacitor C2. It becomes possible to do.

すなわち、本実施形態の電力変換装置20によれば、交流負荷10へ供給する電力のほか、コンデンサやスイッチング素子で発生するスイッチング損失や漏れ電流、検出回路の損失などによって、セルコンデンサCAや直流コンデンサC1、C2の電圧が徐々に低下することを防ぐことができる。   That is, according to the power converter 20 of the present embodiment, in addition to the power supplied to the AC load 10, the switching capacitor and the leakage current generated in the capacitor and the switching element, the loss of the detection circuit, and the like cause the cell capacitor CA and the DC capacitor. It is possible to prevent the voltages of C1 and C2 from gradually decreasing.

上記のように、本実施形態によれば、スイッチングによる高調波および損失を抑制するとともに、所望の電力変換が可能な電力変換装置を提供することができる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide a power conversion device capable of suppressing harmonics and loss due to switching and performing desired power conversion.

次に、第2実施形態の電力変換装置について図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明において、上述の第1実施形態の電力変換装置20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。
本実施形態の電力変換装置20は、制御回路CNTの構成が上述の第1実施形態と異なっている。
Next, the power conversion device of the second embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
In the following description, the same components as those of the power conversion device 20 according to the first embodiment described above will be designated by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
The power converter 20 of this embodiment is different from the first embodiment in the configuration of the control circuit CNT.

図5は、第2実施形態の電力変換装置の制御回路の一構成例を概略的に示す図である。
本実施形態の電力変換装置20は第1実施形態の変形例であって、第1ゲイン乗算器G3と、第2ゲイン乗算器G4とを更に備えている。
FIG. 5: is a figure which shows schematically one structural example of the control circuit of the power converter device of 2nd Embodiment.
The power conversion device 20 of the present embodiment is a modification of the first embodiment, and further includes a first gain multiplier G3 and a second gain multiplier G4.

第1ゲイン乗算器G3は、セルコンデンサ電圧平均値制御部31から出力されるセルコンデンサ電圧のフィードバック操作量電流値にゲインK1を乗じた積を、加算器AD1へ出力する。
第2ゲイン乗算器G4は、直流コンデンサ電圧制御部32から出力される直流コンデンサ電圧のフィードバック操作量電流値にゲインK2を乗じた積を、加算器AD1へ出力する。
The first gain multiplier G3 outputs a product obtained by multiplying the feedback operation amount current value of the cell capacitor voltage output from the cell capacitor voltage average value control unit 31 by the gain K1 to the adder AD1.
The second gain multiplier G4 outputs a product obtained by multiplying the feedback operation amount current value of the DC capacitor voltage output from the DC capacitor voltage control unit 32 by the gain K2 to the adder AD1.

上記のように、直流コンデンサ電圧のフィードバック操作量電流とセルコンデンサ電圧のフィードバック操作量電流の値の和を演算する前に、それぞれに異なるゲインを乗算することにより、制御性が良くなることが期待される。   As described above, it is expected that the controllability will be improved by multiplying each gain by different gain before calculating the sum of the feedback manipulated current of the DC capacitor voltage and the feedback manipulated current of the cell capacitor voltage. To be done.

例えば、上述の第1実施形態において説明したコンデンサの流入電力の式を参照すると、交流電流成分Iacに係る係数と循環電流成分Izに係る係数とが、同一式内および別の式で比べた場合で異なっている。そこで、本実施形態では、直流コンデンサ電圧のフィードバック操作量電流とセルコンデンサ電圧のフィードバック操作量電流との和算をする前に、異なるゲインを乗算することで、交流電流成分Iacと循環電流成分Izとを同様に用いて、セルコンデンサ電圧平均値Vcaveおよび直流電圧Vdcを制御し、制御性を改善している。   For example, referring to the equation of the inflow power of the capacitor described in the above-described first embodiment, when the coefficient related to the alternating current component Iac and the coefficient related to the circulating current component Iz are compared in the same expression and in different expressions. Are different. Therefore, in the present embodiment, before the sum of the feedback operation amount current of the DC capacitor voltage and the feedback operation amount current of the cell capacitor voltage is multiplied by different gains, the AC current component Iac and the circulating current component Iz are multiplied. Are also used to control the cell capacitor voltage average value Vcave and the DC voltage Vdc to improve the controllability.

ゲインK1、K2を適切な値に設定することにより、例えば外乱が生じた場合であっても、出力電圧をより速やかに指令値に追従させることができ、結果として所望の電力変換動作に戻るまでの時間を短縮することが可能となる。   By setting the gains K1 and K2 to appropriate values, for example, even when disturbance occurs, the output voltage can more quickly follow the command value, and as a result, the desired power conversion operation is restored. It is possible to shorten the time.

すなわち、本実施形態によれば、上述の第1実施形態と同様に、スイッチングによる高調波および損失を抑制するとともに、所望の電力変換が可能な電力変換装置を提供することができる。   That is, according to the present embodiment, similarly to the above-described first embodiment, it is possible to provide a power conversion device capable of suppressing harmonics and loss due to switching and performing desired power conversion.

次に、第3実施形態の電力変換装置について図面を参照して詳細に説明する。
図6は、第3実施形態の電力変換装置の制御回路の一構成例を概略的に示す図である。
本実施形態の電力変換装置20は第1実施形態の変形例であって、減算器S3を更に備えている。
減算器S3は、直流コンデンサ電圧制御部32の出力値からセルコンデンサ電圧平均値制御部31の出力値を減じた差を、加算器AD5へ出力する。
Next, the power converter of 3rd Embodiment is demonstrated in detail with reference to drawings.
FIG. 6 is a diagram schematically showing a configuration example of a control circuit of the power conversion device according to the third embodiment.
The power conversion device 20 of the present embodiment is a modification of the first embodiment and further includes a subtractor S3.
The subtractor S3 outputs the difference obtained by subtracting the output value of the cell capacitor voltage average value control unit 31 from the output value of the DC capacitor voltage control unit 32 to the adder AD5.

上述の第1実施形態では、交流電流成分Iacにより、単位変換器CのセルコンデンサCAと直流コンデンサC1、C2とを制御していたが、例えば、セルコンデンサCAと直流コンデンサC1、C2との一方のみが充電もしくは放電され続け、所望の電力変換動作が不可能になる可能性があった。   Although the cell capacitor CA and the DC capacitors C1 and C2 of the unit converter C are controlled by the AC current component Iac in the above-described first embodiment, for example, one of the cell capacitor CA and the DC capacitors C1 and C2 is used. Only the battery continues to be charged or discharged, and the desired power conversion operation may become impossible.

そこで、本実施形態の電力変換装置20では、循環電流成分Izを用い、直流コンデンサ電圧のフィードバック操作量電流とセルコンデンサ電圧のフィードバック操作量電流との値の差を循環電流成分Izの指令値とすることで、セルコンデンサCAと直流コンデンサC1、C2とを制御可能になる。   Therefore, in the power conversion device 20 of the present embodiment, the circulating current component Iz is used, and the difference between the feedback operation amount current of the DC capacitor voltage and the feedback operation amount current of the cell capacitor voltage is used as the command value of the circulating current component Iz. By doing so, the cell capacitor CA and the DC capacitors C1 and C2 can be controlled.

すなわち、上述の第1実施形態にて説明したコンデンサの流入電力の数式によれば、第2項で表されるように、たとえば、正の循環電流成分Izを流すことにより、セルコンデンサCAは放電され、直流コンデンサC1、C2は充電される。つまり、循環電流成分Izの値を調整することにより、セルコンデンサCAと直流コンデンサC1、C2との電圧を調整することが可能である。   That is, according to the mathematical expression of the inflow power of the capacitor described in the above-described first embodiment, as shown in the second term, for example, by flowing the positive circulating current component Iz, the cell capacitor CA is discharged. Then, the DC capacitors C1 and C2 are charged. That is, it is possible to adjust the voltage of the cell capacitor CA and the DC capacitors C1 and C2 by adjusting the value of the circulating current component Iz.

つまり、循環電流制御部34にて、直流コンデンサ電圧のフィードバック操作量電流とセルコンデンサ電圧のフィードバック操作量電流との値の差を、循環電流成分Izの指令値とすることで、正側アームA1U、A1V、A1Wの単位変換器CのセルコンデンサCA、負側アームA2U、A2V、A2Wの単位変換器CのセルコンデンサCA、第1直流コンデンサC1、および、第2直流コンデンサC2の電圧とを、独立して同時に制御することが可能になる。   That is, the circulating current control unit 34 sets the difference between the value of the feedback operation amount current of the DC capacitor voltage and the value of the feedback operation amount current of the cell capacitor voltage as the command value of the circulating current component Iz, so that the positive arm A1U. , The cell capacitors CA of the unit converters C of A1V and A1W, the cell capacitors CA of the unit converters C of the negative arms A2U, A2V, and A2W, the voltages of the first DC capacitor C1, and the second DC capacitor C2, It becomes possible to control independently and simultaneously.

すなわち、本実施形態の電力変換装置20によれば、交流負荷10へ供給する電力のほか、コンデンサやスイッチング素子で発生するスイッチング損失や漏れ電流、検出回路の損失などによって、セルコンデンサCAや直流コンデンサC1、C2の電圧が徐々に低下することを防ぐことができる。   That is, according to the power converter 20 of the present embodiment, in addition to the power supplied to the AC load 10, the switching capacitor and the leakage current generated in the capacitor and the switching element, the loss of the detection circuit, and the like cause the cell capacitor CA and the DC capacitor. It is possible to prevent the voltages of C1 and C2 from gradually decreasing.

上記のように、本実施形態によれば、スイッチングによる高調波および損失を抑制するとともに、所望の電力変換が可能な電力変換装置を提供することができる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide a power conversion device capable of suppressing harmonics and loss due to switching and performing desired power conversion.

次に、第4実施形態の電力変換装置について図面を参照して詳細に説明する。
図7は、第4実施形態の電力変換装置の制御回路の一構成例を概略的に示す図である。
本実施形態の電力変換装置は第3実施形態の変形例であって、第1ゲイン乗算器G3、第2ゲイン乗算器G4、第3ゲイン乗算器G5、および第4ゲイン乗算器G6を更に備えている。
Next, a power conversion device according to the fourth embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 7: is a figure which shows schematically one structural example of the control circuit of the power converter device of 4th Embodiment.
The power converter of this embodiment is a modification of the third embodiment, and further includes a first gain multiplier G3, a second gain multiplier G4, a third gain multiplier G5, and a fourth gain multiplier G6. ing.

第1ゲイン乗算器G3は、セルコンデンサ電圧平均値制御部31から出力されるセルコンデンサ電圧のフィードバック操作量電流値にゲインK1を乗じた積を、加算器AD1へ出力する。
第2ゲイン乗算器G4は、直流コンデンサ電圧制御部32から出力される直流コンデンサ電圧のフィードバック操作量電流値にゲインK2を乗じた積を、加算器AD1へ出力する。
The first gain multiplier G3 outputs a product obtained by multiplying the feedback operation amount current value of the cell capacitor voltage output from the cell capacitor voltage average value control unit 31 by the gain K1 to the adder AD1.
The second gain multiplier G4 outputs a product obtained by multiplying the feedback operation amount current value of the DC capacitor voltage output from the DC capacitor voltage control unit 32 by the gain K2 to the adder AD1.

第3ゲイン乗算器G5は、セルコンデンサ電圧平均値制御部31から出力されるセルコンデンサ電圧のフィードバック操作量電流値にゲインK3を乗じた積を、減算器S1へ出力する。   The third gain multiplier G5 outputs a product obtained by multiplying the feedback operation amount current value of the cell capacitor voltage output from the cell capacitor voltage average value control unit 31 by the gain K3 to the subtractor S1.

第4ゲイン乗算器G6は、直流コンデンサ電圧制御部32から出力される直流コンデンサ電圧のフィードバック操作量電流値にゲインK4を乗じた積を、減算器S1へ出力する。   The fourth gain multiplier G6 outputs a product obtained by multiplying the feedback operation amount current value of the DC capacitor voltage output from the DC capacitor voltage control unit 32 by the gain K4 to the subtractor S1.

上記のように、直流コンデンサ電圧のフィードバック操作量電流とセルコンデンサ電圧のフィードバック操作量電流との値の和(交流電流指令値)を演算する前に、それぞれに異なるゲインを乗算することにより、制御性が良くなることが期待される。   As described above, by calculating the sum of the values of the feedback operation amount current of the DC capacitor voltage and the feedback operation amount current of the cell capacitor voltage (AC current command value), each of them is multiplied by a different gain to control. It is expected that the quality will improve.

また、直流コンデンサ電圧のフィードバック操作量電流とセルコンデンサ電圧のフィードバック操作量電流との値の差(循環電流指令値)を演算する前に、それぞれに異なるゲインを乗算することにより、制御性が良くなることが期待される。   In addition, the controllability is improved by multiplying the difference between the feedback operation amount current of the DC capacitor voltage and the feedback operation amount current of the cell capacitor voltage (circulation current command value) by different gains. Is expected to become.

すなわち、本実施形態では、直流コンデンサ電圧のフィードバック操作量電流とセルコンデンサ電圧のフィードバック操作量電流との値の和算をする前、および、減算する前のそれぞれにおいて、異なるゲインを乗算することで、交流電流成分Iacと循環電流成分Izとを同様に用いて、セルコンデンサ電圧平均値Vcaveおよび直流電圧Vdcを制御し、制御性を改善している。   That is, in the present embodiment, different gains are multiplied before summing the values of the feedback operation amount current of the DC capacitor voltage and the feedback operation amount current of the cell capacitor voltage and before subtracting the values. , The AC current component Iac and the circulating current component Iz are used similarly to control the cell capacitor voltage average value Vcave and the DC voltage Vdc to improve the controllability.

ゲインK1、K2、K3、K4を適切な値に設定することにより、例えば外乱が生じた場合であっても、出力電圧をより速やかに指令値に追従させることができ、結果として所望の電力変換動作に戻るまでの時間を短縮することが可能となる。   By setting the gains K1, K2, K3, and K4 to appropriate values, the output voltage can be made to follow the command value more quickly even when disturbance occurs, and as a result, desired power conversion can be performed. It is possible to shorten the time required to return to the operation.

すなわち、本実施形態によれば、上述の第1実施形態と同様に、スイッチングによる高調波および損失を抑制するとともに、所望の電力変換が可能な電力変換装置を提供することができる。   That is, according to the present embodiment, similarly to the above-described first embodiment, it is possible to provide a power conversion device capable of suppressing harmonics and loss due to switching and performing desired power conversion.

なお、上述の第1乃至第4実施形態において、直流コンデンサ電圧のフィードバック操作量電流とセルコンデンサ電圧のフィードバック操作量電流との値の和と差とを用いて、セルコンデンサCAと直流コンデンサC1、C2との電圧を制御したが、電圧および電流のいずれの向きを正とするか、および、ゲインの設定により演算方法が変更する可能性があるものである。   In the above-described first to fourth embodiments, the sum and difference of the values of the feedback operation amount current of the DC capacitor voltage and the feedback operation amount current of the cell capacitor voltage are used to calculate the cell capacitor CA and the DC capacitor C1, Although the voltage with C2 is controlled, the calculation method may change depending on which direction of the voltage and the current is positive and the gain setting.

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 some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples 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 spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the scope equivalent thereto.

なお、上記第1乃至第4実施形態では、電圧Vacと電流Iacとは同位相であり、その乗算結果(Vac・Iac)によって有効電力が発生するものとして電力変換装置の動作について説明をした。しかしながら、図1に示す電力変換装置は、電圧Vacの位相と比較して電流Iacの位相を変化させることも可能であり、たとえば電圧Vacの位相に対して電流Iacの位相が90度ずれている場合は、交流電流成分Iacを増加させても直流コンデンサC1、C2とセルコンデンサCAとの電圧を増加または減少させることはできない。   In the first to fourth embodiments, the operation of the power conversion device has been described assuming that the voltage Vac and the current Iac have the same phase and active power is generated by the multiplication result (Vac · Iac). However, the power conversion device shown in FIG. 1 can change the phase of the current Iac as compared with the phase of the voltage Vac, and the phase of the current Iac is deviated from the phase of the voltage Vac by 90 degrees, for example. In this case, even if the alternating current component Iac is increased, the voltage between the DC capacitors C1 and C2 and the cell capacitor CA cannot be increased or decreased.

そこで、上述の第1乃至第4実施形態において、交流電流制御部33は、三相交流を固定座標系から、交流と同位相のd軸成分と90度位相がずれたq軸成分に座標変換する座標変換部を更に有するように構成してもよい。いわゆるdq変換と呼ばれる変換法で、電力変換装置一般で用いられる技術である。   Thus, in the above-described first to fourth embodiments, the AC current control unit 33 converts the three-phase AC from the fixed coordinate system into the d-axis component having the same phase as the AC and the q-axis component having a 90-degree phase shift. It may be configured to further include a coordinate conversion unit for performing the above. A conversion method called so-called dq conversion, which is a technique used in general power conversion devices.

上記により、交流電流成分Iacの代わりに、直流コンデンサC1、C2の電圧のフィードバック操作量電流(第1フィードバック操作量電流)とセルコンデンサCAの電圧のフィードバック操作量電流(第2フィードバック操作量電流)との和を用いて、d軸電流(有効電流)Idの指令値を演算し、交流電流制御部33の指令値とすることで、交流電流成分Iacの位相を考慮せず、セルコンデンサCAと直流コンデンサC1、C2との両者の電圧を制御可能となる。なお、d軸電流Idには、セルコンデンサCAと直流コンデンサC1、C2の充電又は放電に必要な電流のほか、所望の電力変換動作に必要な電流も含まれる。   From the above, instead of the AC current component Iac, the feedback operation amount current of the voltage of the DC capacitors C1 and C2 (first feedback operation amount current) and the feedback operation amount current of the voltage of the cell capacitor CA (second feedback operation amount current). By calculating the command value of the d-axis current (active current) Id using the sum of and, and setting it as the command value of the AC current control unit 33, the phase of the AC current component Iac is not taken into consideration and the cell capacitor CA It becomes possible to control the voltages of both the DC capacitors C1 and C2. The d-axis current Id includes a current required for charging or discharging the cell capacitor CA and the DC capacitors C1 and C2, as well as a current required for a desired power conversion operation.

10…交流負荷、20…電力変換装置、31…セルコンデンサ電圧平均値制御部、32…直流コンデンサ電圧制御部、33…交流電流制御部、34…循環電流制御部、35、36…PWM制御部、37…セルコンデンサ電圧バランス制御部、38…直流コンデンサ電圧バランス制御部、AD1−AD5…加算器、A1U、A1V、A1W…正側アーム、A2U、A2V、A2W…負側アーム、C1…第1直流コンデンサ、C2…第2直流コンデンサ、G1−G6、M1、M2…乗算器、O1U−O1W、O2U−O2W…出力端子、SB1、SB2…減算器。 10 ... AC load, 20 ... Power converter, 31 ... Cell capacitor voltage average value control unit, 32 ... DC capacitor voltage control unit, 33 ... AC current control unit, 34 ... Circulating current control unit, 35, 36 ... PWM control unit , 37 ... Cell capacitor voltage balance control unit, 38 ... DC capacitor voltage balance control unit, AD1-AD5 ... Adder, A1U, A1V, A1W ... Positive arm, A2U, A2V, A2W ... Negative arm, C1 ... First DC capacitor, C2 ... Second DC capacitor, G1-G6, M1, M2 ... Multiplier, O1U-O1W, O2U-O2W ... Output terminal, SB1, SB2 ... Subtractor.

Claims (7)

第1直流コンデンサと、
前記第1直流コンデンサと直列に接続した第2直流コンデンサと、
前記第1直流コンデンサに並列に接続した第1スイッチングレグと、
前記第2直流コンデンサに並列に接続した第2スイッチングレグと、
交流負荷と接続する交流端子と前記第1スイッチングレグの出力端子との間に直列に接続した複数の単位変換器を含む正側アームと、
前記交流端子と前記第2スイッチングレグの出力端子との間に直列に接続した複数の単位変換器を含む負側アームと、
複数の前記単位変換器のそれぞれに含まれるセルコンデンサの電圧の平均値を所定の値とする第1フィードバック操作量電流値と、前記第1直流コンデンサおよび前記第2直流コンデンサの電圧の平均値を所定の値とする第2フィードバック操作量電流値と、の和を演算し、前記正側アームに流れる電流と前記負側アームに流れる電流との検出値から、前記交流端子に流れる交流電流成分を演算し、前記交流電流成分が前記和を含む指令値に追従するように前記第1スイッチングレグと、前記第2スイッチングレグと、複数の前記単位変換器とのゲート信号を生成する制御回路と、を備えたことを特徴とする電力変換装置。
A first DC capacitor,
A second DC capacitor connected in series with the first DC capacitor;
A first switching leg connected in parallel with the first DC capacitor;
A second switching leg connected in parallel with the second DC capacitor;
A positive arm including a plurality of unit converters connected in series between an AC terminal connected to an AC load and an output terminal of the first switching leg,
A negative arm including a plurality of unit converters connected in series between the AC terminal and the output terminal of the second switching leg;
A first feedback manipulated variable current value having an average value of the voltages of the cell capacitors included in each of the plurality of unit converters as a predetermined value, and an average value of the voltages of the first DC capacitor and the second DC capacitor. A second feedback operation amount current value which is a predetermined value and a sum are calculated, and an AC current component flowing through the AC terminal is calculated from detected values of the current flowing through the positive arm and the current flowing through the negative arm. A control circuit that calculates and generates a gate signal for the first switching leg, the second switching leg, and the plurality of unit converters so that the alternating current component follows a command value that includes the sum. An electric power conversion device comprising:
前記制御回路は、前記第1フィードバック操作量電流値から前記第2フィードバック操作量電流値を引いた差を演算し、前記正側アームに流れる電流と前記負側アームに流れる電流との検出値から、前記交流端子から出力されない循環電流成分を演算し、前記循環電流成分が前記差を含む指令値に追従するように、前記ゲート信号を生成する、ことを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。   The control circuit calculates a difference obtained by subtracting the second feedback operation amount current value from the first feedback operation amount current value, and calculates a difference between a current flowing through the positive side arm and a current flowing through the negative side arm. 2. The power conversion according to claim 1, wherein the circulating current component that is not output from the AC terminal is calculated, and the gate signal is generated so that the circulating current component follows a command value including the difference. apparatus. 前記制御回路は、前記第1フィードバック操作量電流値にゲインを乗じる第1ゲイン乗算器と、前記第2フィードバック操作量電流値にゲインを乗じる第2ゲイン乗算器と、を備え、前記和は前記第1ゲイン乗算器の出力値と前記第2ゲイン乗算器の出力値とを加算した値である、ことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の電力変換装置。   The control circuit includes a first gain multiplier that multiplies the first feedback operation amount current value by a gain, and a second gain multiplier that multiplies the second feedback operation amount current value by a gain, and the sum is the above. The power conversion device according to claim 1, wherein the power conversion device has a value obtained by adding an output value of the first gain multiplier and an output value of the second gain multiplier. 前記制御回路は、前記第1フィードバック操作量電流値にゲインを乗じる第3ゲイン乗算器と、前記第2フィードバック操作量電流値にゲインを乗じる第4ゲイン乗算器と、を備え、前記差は前記第3ゲイン乗算器の出力値から前記第4ゲイン乗算器の出力値を引いた値である、ことを特徴とする請求項2記載の電力変換装置。   The control circuit includes a third gain multiplier that multiplies the first feedback operation amount current value by a gain, and a fourth gain multiplier that multiplies the second feedback operation amount current value by a gain, and the difference is the The power conversion device according to claim 2, wherein the power conversion device has a value obtained by subtracting the output value of the fourth gain multiplier from the output value of the third gain multiplier. 前記制御回路は、外部から入力された前記セルコンデンサの電圧指令値と、複数の前記単位変換器に含まれる前記セルコンデンサの電圧の平均値との差を出力する第1減算器と、前記第1減算器の出力値にゲインを乗じて前記第1フィードバック操作量電流値として出力する第1乗算器と、を備えたセルコンデンサ電圧平均値制御部と、
外部から入力された前記第1直流コンデンサおよび前記第2直流コンデンサの電圧指令値と、前記第1直流コンデンサと前記第2直流コンデンサとの電圧の平均値との差を出力する第2減算器と、前記第2減算器の出力値にゲインを乗じて前記第2フィードバック操作量電流値として出力する第2乗算器と、を備えた直流コンデンサ電圧制御部と、を更に備えたことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項記載の電力変換装置。
The control circuit outputs a difference between a voltage command value of the cell capacitor input from the outside and an average value of voltages of the cell capacitors included in the plurality of unit converters, and a first subtractor; A first multiplier that multiplies the output value of the 1-subtractor by a gain and outputs the value as the first feedback manipulated variable current value;
A second subtractor that outputs a difference between a voltage command value of the first DC capacitor and the second DC capacitor input from the outside and an average value of voltages of the first DC capacitor and the second DC capacitor; , A second multiplier that multiplies the output value of the second subtractor by a gain and outputs the second feedback manipulated variable current value, and a DC capacitor voltage control section. The power conversion device according to any one of claims 1 to 4.
前記第1直流コンデンサおよび前記第2直流コンデンサと並列に電圧源として動作する回路が接続されるときに、前記制御回路は前記第2フィードバック操作量電流値をゼロとする、ことを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の電力変換装置。   The control circuit sets the second feedback manipulated variable current value to zero when a circuit that operates as a voltage source is connected in parallel with the first DC capacitor and the second DC capacitor. The power conversion device according to any one of claims 1 to 5. 前記制御回路は、三相交流を交流と同位相のd軸成分と90度位相がずれたq軸成分に座標変換する座標変換部を有し、
前記交流電流成分はd軸成分である、ことを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1項記載の電力変換装置。
The control circuit has a coordinate conversion unit that performs coordinate conversion of a three-phase alternating current into a d-axis component having the same phase as the alternating current and a q-axis component that is 90 degrees out of phase.
The power conversion device according to any one of claims 1 to 6, wherein the AC current component is a d-axis component.
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