JP2020150693A - Power conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、電力変換装置に関し、特に、マルチサンプリング制御が行われる電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device, and more particularly to a power conversion device in which multi-sampling control is performed.
従来、電力変換装置では、キャリアの周期ごとに、制御演算が実施されていた。そして、制御演算の演算結果に基づいて、電力変換部(スイッチング素子)のゲート信号が生成されていた。 Conventionally, in a power conversion device, a control calculation has been performed for each carrier cycle. Then, the gate signal of the power conversion unit (switching element) was generated based on the calculation result of the control calculation.
一方、出力電圧のひずみ率を改善するために、キャリアの周期に依存せずに制御演算を行うとともに、キャリアの周期に依存しない演算周期ごとにゲート信号を生成するマルチサンプリング制御が行われる電力変換装置が知られている(たとえば、非特許文献1参照)。上記非特許文献1には、三相PWMインバータに対して、マルチサンプリング手法を適用する構成が開示されている。この構成では、三相PWMインバータを制御するコントローラとして、FPGA(Field−programmable gate array)が用いられている。
On the other hand, in order to improve the strain rate of the output voltage, power conversion is performed by performing control calculations independent of the carrier cycle and performing multisampling control to generate a gate signal at each calculation cycle independent of the carrier cycle. The device is known (see, for example, Non-Patent Document 1). Non-Patent
具体的には、上記非特許文献1の構成では、三相PWMインバータの入出力値(アナログ信号)をデジタル信号に変換するADコンバータが設けられている。そして、ADコンバータによって変換されたデジタル信号がFPGAに入力される。FPGAでは、入力されたデジタル信号に基づいて、三相PWMインバータ(スイッチング素子)のゲート信号が生成されている。すなわち、マルチサンプリング制御を行うための処理部が、全て、FPGAに実装されている。なお、FPGAは、マルチサンプリングの周期で動作すると考えられる。
Specifically, in the configuration of Non-Patent
しかしながら、上記非特許文献1では、三相PWMインバータを制御するコントローラがFPGAにより構成されているため、FPGAに実装されるリソース量が増大してしまうという問題点がある。
However, in Non-Patent
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の1つの目的は、マルチサンプリングの周期で動作する制御部のリソース量が増大するのを抑制しながら、マルチサンプリング制御を行うことが可能な電力変換装置を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and one object of the present invention is to suppress an increase in the amount of resources of a control unit operating in a multi-sampling cycle. The purpose of the present invention is to provide a power conversion device capable of performing sampling control.
上記目的を達成するために、この発明の一の局面による電力変換装置は、1つのキャリアの周期内において、複数回の演算が実施されるマルチサンプリング制御が行われる電力変換装置であって、入力された電力を変換する電力変換部と、電力変換部の入出力のアナログの検出値に基づいて、電力変換部に含まれるスイッチング素子のゲート信号を生成する制御部とを備え、制御部は、キャリアの周期で動作する第1制御部と、第1制御部とは別個に設けられ、マルチサンプリングの周期で動作する処理部を有する第2制御部とを含む。 In order to achieve the above object, the power conversion device according to one aspect of the present invention is a power conversion device in which multisampling control is performed in which a plurality of operations are performed in a cycle of one carrier, and the input is The control unit includes a power conversion unit that converts the generated power and a control unit that generates a gate signal of the switching element included in the power conversion unit based on the input / output analog detection values of the power conversion unit. It includes a first control unit that operates in a carrier cycle, and a second control unit that is provided separately from the first control unit and has a processing unit that operates in a multisampling cycle.
この発明の一の局面による電力変換装置では、上記のように、制御部は、キャリアの周期で動作する第1制御部と、第1制御部とは別個に設けられ、マルチサンプリングの周期で動作する処理部を含む第2制御部とを含む。これにより、第2制御部とは別個に第1制御部が設けられているので、マルチサンプリング制御のための全ての処理部(たとえば、マルチサンプリングの周期で動作する処理部、および、キャリアの周期で動作可能な処理部)を第2制御部に含ませる場合と異なり、第2制御部のリソース量が増大するのを抑制することができる。すなわち、マルチサンプリング制御のための一部の処理部を第1制御部に設けることにより、第2制御部のリソース量が増大するのを抑制することができる。その結果、マルチサンプリングの周期で動作する制御部(第2制御部)のリソース量が増大するのを抑制しながら、マルチサンプリング制御を行うことができる。 In the power conversion device according to one aspect of the present invention, as described above, the control unit is provided separately from the first control unit that operates in the carrier cycle and the first control unit, and operates in the multi-sampling cycle. It includes a second control unit including a processing unit for processing. As a result, since the first control unit is provided separately from the second control unit, all the processing units for multi-sampling control (for example, the processing unit operating in the multi-sampling cycle and the carrier cycle). It is possible to suppress an increase in the amount of resources of the second control unit, unlike the case where the second control unit includes the processing unit that can operate in the above. That is, by providing a part of the processing unit for multi-sampling control in the first control unit, it is possible to suppress an increase in the amount of resources of the second control unit. As a result, multi-sampling control can be performed while suppressing an increase in the amount of resources of the control unit (second control unit) that operates in the multi-sampling cycle.
上記一の局面による電力変換装置において、好ましくは、第2制御部の処理部は、デジタル値に変換された検出値のオフセット値を除去する第1検出値補正部と、基準となる正弦波を生成する正弦波生成部と、第1検出値補正部によって補正された検出値と正弦波生成部によって生成された基準となる正弦波とに基づいて、電圧指令値を生成する電圧指令値生成部と、のうちの少なくとも1つを含む。ここで、マルチサンプリング制御を行うために、オフセット値の除去、正弦波の生成、および、電圧指令値の生成の少なくとも1つをマルチサンプリングの周期で行う必要がある。そこで、上記のように構成すれば、マルチサンプリング制御を行うことが可能な電力変換装置を提供することができる。 In the power conversion device according to the above one aspect, preferably, the processing unit of the second control unit uses a first detection value correction unit that removes the offset value of the detection value converted into a digital value and a reference sine wave. A voltage command value generator that generates a voltage command value based on the generated sine wave generator, the detection value corrected by the first detection value correction unit, and the reference sine wave generated by the sine wave generator. And at least one of them. Here, in order to perform multi-sampling control, it is necessary to perform at least one of offset value removal, sine wave generation, and voltage command value generation in a multi-sampling cycle. Therefore, if it is configured as described above, it is possible to provide a power conversion device capable of performing multi-sampling control.
この場合、好ましくは、第2制御部の処理部は、アナログの検出値をデジタル値に変換するアナログデジタル変換部を制御するアナログデジタル変換制御部と、第1検出値補正部と、正弦波生成部と、電圧指令値生成部と、キャリアを生成するキャリア生成部と、スイッチング素子のゲート信号を生成するPWM信号生成部とを含む。このように構成すれば、アナログデジタル変換制御部と、正弦波生成部と、電圧指令値生成部と、キャリア生成部と、PWM信号生成部とを、容易に、高速に動作させることができる。 In this case, preferably, the processing unit of the second control unit includes an analog-digital conversion control unit that controls an analog-to-digital conversion unit that converts an analog detection value into a digital value, a first detection value correction unit, and a sine wave generation. A unit, a voltage command value generation unit, a carrier generation unit that generates carriers, and a PWM signal generation unit that generates a gate signal of a switching element are included. With this configuration, the analog-digital conversion control unit, the sine wave generation unit, the voltage command value generation unit, the carrier generation unit, and the PWM signal generation unit can be easily and at high speed to operate.
上記一の局面による電力変換装置において、好ましくは、第1制御部は、デジタル値に変換された検出値のオフセット値を除去する第2検出値補正部と、電力変換部から出力される電力の振幅指令値を生成する振幅指令値生成部と、商用電源に同期させるための同期制御部とのうちの少なくとも1つを含む。このように構成すれば、第2検出値補正部と、振幅指令値生成部と、同期制御部とのうちの少なくとも1つが第1制御部に含まれるので、第2制御部のリソース量が増大するのを抑制することができる。 In the power conversion device according to the above one aspect, preferably, the first control unit includes a second detection value correction unit that removes an offset value of the detection value converted into a digital value, and a power conversion unit that outputs power. It includes at least one of an amplitude command value generating unit that generates an amplitude command value and a synchronization control unit for synchronizing with a commercial power source. With this configuration, at least one of the second detection value correction unit, the amplitude command value generation unit, and the synchronization control unit is included in the first control unit, so that the amount of resources of the second control unit increases. Can be suppressed.
上記一の局面による電力変換装置において、好ましくは、キャリアの周期は、マルチサンプリングの周期の整数倍である。このように構成すれば、第1制御部の動作のタイミングを、第2制御部の動作のタイミングに一致させることができるので、電力変換部の入出力のアナログの検出値に基づいて行われるフィードバック制御を容易に行うことができる。 In the power conversion device according to the above one aspect, the carrier period is preferably an integral multiple of the multisampling period. With this configuration, the timing of the operation of the first control unit can be matched with the timing of the operation of the second control unit, so that feedback is performed based on the analog detection values of the input and output of the power conversion unit. It can be easily controlled.
上記一の局面による電力変換装置において、好ましくは、電力変換部は、複数の相の交流が入出力されるように構成されており、第2制御部の処理部は、各相毎に順次、マルチサンプリング制御のための処理を行う時分割処理を行うように構成されている。このように構成すれば、各相毎に処理部を別個に設ける場合と異なり、第2制御部のリソース量が増大するのをより抑制することができる。 In the power conversion device according to the above one aspect, preferably, the power conversion unit is configured so that alternating currents of a plurality of phases are input and output, and the processing unit of the second control unit sequentially for each phase. It is configured to perform time division processing that performs processing for multi-sampling control. With this configuration, it is possible to further suppress an increase in the amount of resources of the second control unit, unlike the case where the processing unit is separately provided for each phase.
この場合、好ましくは、第2制御部の処理部は、複数の相において共通の処理を行う共通処理部をさらに含む。このように構成すれば、複数の相毎に共通の処理を行う処理部を別個に設ける場合と異なり、第2制御部のリソース量が増大するのをさらに抑制することができる。 In this case, preferably, the processing unit of the second control unit further includes a common processing unit that performs common processing in a plurality of phases. With this configuration, it is possible to further suppress an increase in the amount of resources of the second control unit, unlike the case where a processing unit that performs common processing for each of the plurality of phases is separately provided.
上記時分割処理を行う電力変換装置において、好ましくは、第2制御部の処理部は、時分割処理において、複数の相のうちの一の相の処理を行っている際に、複数の相のうちの他の相の処理を並列に行うように構成されている。このように構成すれば、時分割処理において処理の時間が増大する場合でも、複数の相の処理が並列に行われるので、処理時間を短縮することができる。 In the power conversion apparatus that performs the time division processing, preferably, when the processing unit of the second control unit is processing one of the plurality of phases in the time division processing, the processing unit of the plurality of phases It is configured to process our other phases in parallel. With this configuration, even if the processing time increases in the time division processing, the processing of a plurality of phases is performed in parallel, so that the processing time can be shortened.
上記一の局面による電力変換装置において、好ましくは、キャリアの周期は、マルチサンプリングの周期の整数倍であり、第2制御部の処理部は、デジタル値に変換された検出値のオフセット値を除去する第1検出値補正部を含み、第1検出値補正部は、オフセット値が除去された検出値を、第1制御部に出力するように構成されている。このように構成すれば、第1制御部と第2制御部とにそれぞれデジタル値に変換された検出値のオフセット値を除去する検出値補正部が設けられる場合と異なり、第1制御部の構成を簡略化することができる。 In the power conversion device according to the above one aspect, preferably, the carrier period is an integral multiple of the multi-sampling period, and the processing unit of the second control unit removes the offset value of the detected value converted into the digital value. The first detection value correction unit includes the first detection value correction unit, and the first detection value correction unit is configured to output the detection value from which the offset value has been removed to the first control unit. With this configuration, unlike the case where the first control unit and the second control unit are each provided with a detection value correction unit that removes the offset value of the detection value converted into a digital value, the configuration of the first control unit is configured. Can be simplified.
上記一の局面による電力変換装置において、好ましくは、第1制御部は、ソフトウェアによって処理を行うように構成されており、第2制御部は、ハードウェアによって処理を行うように構成されている。このように構成すれば、ハードウェアによって処理を行う第2制御部は、比較的高速に動作するので、マルチサンプリングの周期で動作する処理部を第2制御部に容易に含ませることができる。 In the power conversion device according to the above one aspect, preferably, the first control unit is configured to perform processing by software, and the second control unit is configured to perform processing by hardware. With this configuration, the second control unit that performs processing by hardware operates at a relatively high speed, so that the processing unit that operates in a multi-sampling cycle can be easily included in the second control unit.
この場合、好ましくは、ソフトウェアによって処理を行う第1制御部は、DSP(digital signal processor)を含み、ハードウェアによって処理を行う第2制御部は、FPGA(Field−programmable gate array)を含む。このように構成すれば、FPGAは、DSPに比べて高速に動作することができるので、FPGAによって、マルチサンプリングの周期で動作する処理部を容易に構成することができる。 In this case, preferably, the first control unit that performs processing by software includes a DSP (digital signal processor), and the second control unit that performs processing by hardware includes an FPGA (Field-programmable gate array). With this configuration, the FPGA can operate at a higher speed than the DSP, so that the FPGA can easily configure a processing unit that operates in a multi-sampling cycle.
本発明によれば、上記のように、マルチサンプリングの周期で動作する制御部のリソース量が増大するのを抑制しながら、マルチサンプリング制御を行うことができる。 According to the present invention, as described above, multi-sampling control can be performed while suppressing an increase in the amount of resources of the control unit that operates in the multi-sampling cycle.
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments embodying the present invention will be described with reference to the drawings.
[本実施形態]
図1〜図9を参照して、本実施形態による電力変換装置100の構成について説明する。電力変換装置100は、たとえば、無停電電源装置(UPS:Uninterruptible Power Supply)である。また、電力変換装置100は、1つのキャリアの周期内において、複数回の演算が実施されるマルチサンプリング制御が行われるように構成されている。
[The present embodiment]
The configuration of the
(無停電電源装置の構成)
図1に示すように、電力変換装置100は、入力された電力を変換する電力変換部10を備えている。また、電力変換部10は、コンバータ部11を備えている。コンバータ部11は、商用電源1から入力される交流電力を直流電力に変換するように構成されている。また、商用電源1とコンバータ部11との間には、スイッチ2aが設けられている。
(Configuration of uninterruptible power supply)
As shown in FIG. 1, the
また、電力変換部10は、インバータ部12を備えている。インバータ部12は、コンバータ部11からの直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力を負荷3に供給するように構成されている。また、インバータ部12と負荷3との間には、スイッチ2bが設けられている。
Further, the
また、電力変換装置100は、直流電源13を備えている。直流電源13は、コンバータ部11とインバータ部12との間に接続され、商用電源1の異常時に負荷3に電力を供給するように構成されている。具体的には、直流電源13の直流電力がインバータ部12により交流電力に変換されて負荷3に供給される。また、直流電源13と、コンバータ部11およびインバータ部12との間には、スイッチ2cが設けられている。
Further, the
また、電力変換装置100は、アナログデジタル変換器(AD変換器)14を備えている。AD変換器14は、検出器(図示せず)により検出された、アナログ値である電力変換部10の入出力値(電流値、および、電圧値など)を、デジタル値に変換するように構成されている。また、デジタル値に変換された電力変換部10の入出力値は、制御部20に入力される。また、AD変換器14は、マルチサンプリングの周期で動作可能に構成されている。
Further, the
また、電力変換装置100は、制御部20を備えている。制御部20は、電力変換部10の入出力の検出値に基づいて、電力変換部10に含まれるスイッチング素子(図示せず)のゲート信号を生成するように構成されている。
Further, the
ここで、本実施形態では、図2に示すように、制御部20は、DSP30(digital signal processor)と、FPGA40(Field−programmable gate array)とを含む。DSP30は、キャリアの周期で動作するように構成されている。また、DSP30は、ソフトウェアによって処理を行うように構成されている。なお、「キャリアの周期で動作する」とは、図3に示すように、キャリアの谷と山とにおいて、制御演算が行われることを意味する。これにより、キャリアの谷と山とにおいて、制御演算結果が更新される。なお、DSP30およびFPGA40は、それぞれ、特許請求の範囲の「第1制御部」および「第2制御部」の一例である。
Here, in the present embodiment, as shown in FIG. 2, the
また、本実施形態では、図2に示すように、FPGA40は、マルチサンプリングの周期で動作する処理部(後述する、検出値補正部41、正弦波生成部42、瞬時制御部43、AD変換器制御部44、キャリア生成部45、および、PWM信号生成部46)を有するように構成されている。また、FPGA40は、ハードウェアによって処理を行うように構成されている。なお、「マルチサンプリングの周期で動作する」とは、図4に示すように、キャリアの谷と山のみならず、谷と山との間においても制御演算が行われることを意味する。図4では、キャリアの谷から山にかけて、合計9回(谷で1回、山で1回、および、谷と山との間で7回)の制御演算が行われる。また、FPGA40がハードウェアによって処理を行うように構成されているので、FPGA40は、キャリアの周期よりも短いマルチサンプリングの周期で制御演算を行うことが可能である。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 2, the
また、本実施形態では、キャリアの周期は、マルチサンプリングの周期の整数倍である。たとえば、図3では、キャリアの周期が、マルチサンプリングの周期(図4参照)の16倍である。これにより、キャリアの谷および山のタイミングと、マルチサンプリングの制御演算のタイミングとが一致する。 Further, in the present embodiment, the carrier cycle is an integral multiple of the multi-sampling cycle. For example, in FIG. 3, the carrier cycle is 16 times the multisampling cycle (see FIG. 4). As a result, the timing of the valley and peak of the carrier matches the timing of the multi-sampling control operation.
また、本実施形態では、図2に示すように、DSP30は、検出値補正部31と、平均値制御部32と、同期制御部33とのうちの少なくとも1つ(本実施形態では、全て)を含む。なお、検出値補正部31および平均値制御部32は、それぞれ、特許請求の範囲の「第2検出値補正部」および「振幅指令値生成部」の一例である。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 2, the
検出値補正部31は、AD変換器14によってデジタル値に変換された検出値(電力変換部10の入出力の検出値)のオフセット値を除去するように構成されている。なお、デジタル値に変換された検出値は、後述するAD変換器制御部44を介して、検出値補正部31に入力される。また、「オフセット値」とは、デジタル値に重畳される直流成分である。また、検出値補正部31は、デジタル値に変換された検出値を、規格化ゲインに基づいて規格化するように構成されている。なお、「規格化」とは、デジタル値に変換された検出値を、電力変換装置100ごとに定められたQフォーマットのデジタル値に変換することを意味する。検出値を16進数に変換することを意味する。また、AD変換器制御部44から、キャリアのピークのタイミングとゼロクロスのタイミングとが入力される。また、補正後の検出値は、平均値制御部32と同期制御部33とに入力される。
The detection
また、平均値制御部32は、入力された補正後の検出値に基づいて、電力変換部10から出力される電圧の振幅指令値を生成する。また、平均値制御部32では、入力された補正後の検出値に基づいて、制御ゲインが生成される。生成された振幅指令値と制御ゲインとは、後述する瞬時制御部43に入力される。なお、平均値制御部32は、電流波形の平均値および電圧波形の平均値に基づいて振幅指令値を演算するように構成されている。
Further, the average
また、同期制御部33は、入力された補正後の検出値に基づいて、商用電源1に同期させるための位相データを生成する。同期制御部33は、たとえば、PLL(phase locked loop)回路により構成されている。また、生成された位相データは、後述する正弦波生成部42に入力される。また、同期制御部33は、キャリアトップ値(キャリアの山(頂点)の大きさ)を生成するとともに、生成されたキャリアトップ値を、FPGA40のキャリア生成部45に出力する。
Further, the
また、本実施形態では、FPGA40は、検出値補正部41と、正弦波生成部42と、瞬時制御部43と、のうちの少なくとも1つ(本実施形態では、全て)を含む。また、FPGA40は、AD変換器制御部44と、キャリア生成部45と、PWM信号生成部46とを含む。なお、検出値補正部41、正弦波生成部42、瞬時制御部43、AD変換器制御部44、キャリア生成部45、および、PWM信号生成部46は、マルチサンプリングの周期で動作する。また、検出値補正部41、正弦波生成部42、瞬時制御部43、AD変換器制御部44、キャリア生成部45、および、PWM信号生成部46は、特許請求の範囲の「処理部」の一例である。また、検出値補正部41および瞬時制御部43は、それぞれ、特許請求の範囲の「第1検出値補正部」および「電圧指令値生成部」の一例である。また、AD変換器制御部44は、特許請求の範囲の「アナログデジタル変換制御部」の一例である。
Further, in the present embodiment, the
AD変換器制御部44は、電力変換部10の入出力のアナログの検出値を、デジタル値に変換するAD変換器14を制御するように構成されている。具体的には、AD変換器制御部44は、AD変換器14に制御信号を出力する。AD変換器14は、AD変換器制御部44からの制御信号に基づいて動作する。また、AD変換器制御部44は、キャリアのピークの検出、キャリアのゼロクロスの検出、および、マルチサンプリングの周期の検出を行う。そして、AD変換器制御部44は、デジタル値に変換された検出値、キャリアのピークの情報(タイミング)、および、キャリアのゼロクロスの情報(タイミング)を、DSP30の検出値補正部31に出力する。また、AD変換器制御部44は、デジタル値に変換された検出値、および、マルチサンプリングの周期をFPGA40の検出値補正部31に出力する。
The AD
検出値補正部41は、検出値補正部31から入力されるオフセット値に基づいて、デジタル値に変換された検出値のオフセット値を除去する。また、検出値補正部41は、検出値補正部31から入力される規格化ゲインに基づいて、デジタル値に変換された検出値を規格化する。また、補正後の検出値は、瞬時制御部43に出力される。
The detection
正弦波生成部42は、DSP30の同期制御部33から入力される位相データに基づいて、基準となる正弦波を生成する。生成された基準となる正弦波は、瞬時制御部43に出力される。
The sine
瞬時制御部43は、検出値補正部41によって補正された検出値と、正弦波生成部42によって生成された基準となる正弦波とに基づいて、電圧指令値(出力電圧指令値:λ)を生成する。なお、瞬時制御部43は、瞬時の電圧の変動に対応して高速に制御を行う(電圧指令値を演算する)ように構成されている。また、瞬時制御部43では、PI制御が行われている。また、生成された電圧指令値は、PWM信号生成部46に出力される。
The
キャリア生成部45は、DSPの同期制御部33から入力されるキャリアトップ値に基づいて、キャリアを生成するように構成されている。
The
PWM信号生成部46は、瞬時制御部43から入力される電圧指令値と、キャリア生成部45から入力されるキャリアとに基づいて、スイッチング素子のゲート信号を生成するように構成されている。なお、PWM信号生成部46では、λ変換(台形波変調、および、3レベル変換器のための変換)が行われている。
The PWM
ここで、本実施形態では、電力変換部10は、複数の相(本実施形態では、3相)の交流が入出力されるように構成されている。そして、FPGA40の処理部(具体的には、検出値補正部41、正弦波生成部42、および、瞬時制御部43)は、各相毎に順次、マルチサンプリング制御のための処理を行う時分割処理を行うように構成されている。
Here, in the present embodiment, the
(瞬時制御部の時分割処理の構成)
図5を参照して、瞬時制御部43の時分割処理のための構成について説明する。図5に示すように、瞬時制御部43は、瞬時制御演算部43aを含む。また、瞬時制御演算部43aの入力側には、スイッチ43bが設けられている。スイッチ43bは、瞬時制御演算部43aに入力される信号(補正後の検出値、および、基準となる正弦波)の相(U相、V相、および、W相)を切り替えるように構成されている。また、瞬時制御演算部43aの出力側には、フリップフロップ43cと、スイッチ43dとが設けられている。スイッチ43dは、PWM信号生成部46に入力される信号の相(U相、V相、および、W相)を切り替えるように構成されている。フリップフロップ43cは、瞬時制御演算部43aから出力された電圧指令値を各相毎に収納(記憶)するように構成されている。
(Configuration of time division processing of the instantaneous control unit)
A configuration for time division processing of the
また、PWM信号生成部46の出力側には、フリップフロップ47が設けられている。フリップフロップ47は、PWM信号生成部46から出力されたゲート信号を各相毎に収納(記憶)するように構成されている。
A flip-flop 47 is provided on the output side of the PWM
そして、本実施形態では、瞬時制御演算部43aの入力側には、複数の相において共通の処理を行う共通処理部43eが設けられている。共通処理部43eでは、コモン制御、および、ゲイン演算が行われる。
Then, in the present embodiment, a
次に、時分割処理について説明する。なお、実際には、時分割処理とともに後述するパイプライン処理が行われる一方、ここでは、時分割処理について説明する。 Next, the time division processing will be described. In reality, while the pipeline processing described later is performed together with the time division processing, the time division processing will be described here.
まず、共通処理部43eにおいて、U相、V相およびW相の演算において、共通で使用される補正値(ゲインなど)が演算される。
First, in the
次に、瞬時制御演算部43aにおいて、U相の瞬時制御のための演算(U相の電圧指令値の生成)が行われる。次に、V相の瞬時制御のための演算(V相の電圧指令値の生成)が行われる。次に、W相の瞬時制御のための演算(W相の電圧指令値の生成)が行われる。すなわち、各相の電圧指令値の生成が、同時ではなく順次行われる。
Next, the instantaneous
次に、PWM信号生成部46において、U相のPWM指令値(スイッチング素子のゲート信号)の演算が行われる。次に、V相のPWM指令値の演算が行われる。次に、W相のPWM指令値の演算が行われる。その後、スイッチング素子のゲート信号の生成のレジスタが更新される。
Next, the PWM
上記のように、瞬時制御部43を、時分割処理をするように構成することによって、FPGA40に実装する瞬時制御部43の回路のロジックを、各相毎に瞬時制御部43を設ける場合と比べて、約1/3にすることが可能になる。
As described above, by configuring the
(FPGAの検出値補正部の時分割処理の構成)
検出値補正部41の時分割処理のための構成について説明する。図6に示すように、検出値補正部41は、検出値補正演算部41aを含む。また、検出値補正演算部41aの入力側には、スイッチ(SW)41b〜41dが設けられている。図7に示すように、スイッチ41bには、デジタル値に変換された、U相、V相およびW相の検出値(電力変換部10の入出力値)が入力される。また、スイッチ41cには、U相、V相およびW相の規格化ゲインが入力される。また、スイッチ41dには、U相、V相およびW相のオフセット値が入力される。また、スイッチ41b〜41dは、それぞれ、検出値補正演算部41aに入力される信号の相(U相、V相、および、W相)を切り替えるように構成されている。また、検出値補正演算部41aの出力側には、フリップフロップ41eが設けられている。フリップフロップ41eは、検出値補正演算部41aから出力された補正後の検出値を各相毎に収納(記憶)するように構成されている。なお、検出値補正部41の時分割処理では、上記の瞬時制御部43の時分割処理と同様に、U相の検出値の補正、V相の検出値の補正、および、W相の検出値の補正が順次行われる。
(Structure of time division processing of FPGA detection value correction unit)
The configuration of the detection
(正弦波生成部の時分割処理の構成)
正弦波生成部42の時分割処理のための構成について説明する。図8に示すように、正弦波生成部42は、正弦波演算部42aを含む。また、正弦波演算部42aの入力側には、スイッチ42bが設けられている。スイッチ42bには、同期制御部33から角度データ(位相データ)が入力される。また、スイッチ42bは、上記のスイッチ41b〜41d(図7参照)と同様に、正弦波演算部42aに入力される角度データの相(U相、V相、および、W相)を切り替えるように構成されている。また、正弦波演算部42aの出力側には、フリップフロップ42cが設けられている。フリップフロップ42cは、正弦波演算部42aから出力された正弦波を各相毎に収納(記憶)するように構成されている。なお、正弦波演算部42aの時分割処理では、上記の瞬時制御部43の時分割処理と同様に、U相の正弦波の生成、V相の正弦波の生成、および、W相の正弦波の生成が順次行われる。
(Structure of time division processing of sine wave generator)
The configuration of the sine
(パイプライン処理)
ここで、本実施形態では、図9に示すように、FPGA40の処理部(瞬時制御部43)は、時分割処理において、複数の相のうちの一の相の処理を行っている際に、複数の相のうちの他の相の処理を並列に行う(パイプライン処理を行う)ように構成されている。以下、パイプライン処理について説明する。なお、図9の最上段の「clk」は、クロックを表している。
(Pipeline processing)
Here, in the present embodiment, as shown in FIG. 9, the processing unit (instantaneous control unit 43) of the
まず、上記の瞬時制御部43の時分割処理の説明と同様に、共通処理部43eにおいて、U相、V相およびW相の演算において共通で使用される補正値が演算される。これにより、共通処理終了のフラグがHighにされる。
First, as in the above description of the time division processing of the
次に、共通処理部43eにおける処理の終了後に、スイッチ43bのU相の端子がONにされる。これにより、瞬時制御演算部43aにより、U相の電圧指令値の演算が開始される。そして、U相の電圧指令値の演算の終了後、演算されたU相の電圧指令値が、U相のフリップフロップ43c(FF_u)に収納される。
Next, after the processing in the
次に、スイッチ43bのV相の端子がONにされるとともに、スイッチ43dのU相の端子がONにされる。これにより、瞬時制御演算部43aにより、V相の電圧指令値の演算が開始される。そして、V相の電圧指令値の演算の終了後、演算されたV相の電圧指令値がフリップフロップ43c(FF_v)に収納される。また、瞬時制御演算部43aの演算と同時に、PWM信号生成部46によって、U相のゲート信号が生成される。U相のゲート信号の生成の演算が終了した後、演算されたU相のゲート信号がU相のフリップフロップ47(FF2_u)に収納される。
Next, the V-phase terminal of the
次に、スイッチ43bのW相の端子がONにされるとともに、スイッチ43dのV相の端子がONにされる。これにより、瞬時制御演算部43aにより、W相の電圧指令値の演算が開始される。そして、W相の電圧指令値の演算の終了後、演算されたW相の電圧指令値がフリップフロップ43c(FF_w)に収納される。また、瞬時制御演算部43aの演算と同時に、PWM信号生成部46によって、V相のゲート信号が生成される。V相のゲート信号の生成の演算が終了した後、演算されたV相のゲート信号がV相のフリップフロップ47(FF2_v)に収納される。
Next, the W-phase terminal of the
そして、瞬時制御演算部43aによるW相の演算の終了後、スイッチ43bは、オープンにされるとともに、スイッチ43dのW相の端子がONにされる。
Then, after the W-phase calculation by the instantaneous
上記のように、パイプライン処理を行うことによって、一の相の処理が終わるまで、他の相の処理を行わない場合と比べて、処理時間を約2/3にすることが可能になる。 As described above, by performing the pipeline processing, it is possible to reduce the processing time to about two-thirds as compared with the case where the processing of the other phase is not performed until the processing of one phase is completed.
[本実施形態の効果]
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
[Effect of this embodiment]
In this embodiment, the following effects can be obtained.
本実施形態では、上記のように、制御部20は、キャリアの周期で動作するDSP30と、DSP30とは別個に設けられ、マルチサンプリングの周期で動作する処理部を含むFPGA40とを含む。これにより、FPGA40とは別個にDSP30が設けられているので、マルチサンプリング制御のための全ての処理部(たとえば、マルチサンプリングの周期で動作する処理部、および、キャリアの周期で動作可能な処理部)をFPGA40に含ませる場合と異なり、FPGA40のリソース量が増大するのを抑制することができる。すなわち、マルチサンプリング制御のための一部の処理部をDSP30に設けることにより、FPGA40のリソース量が増大するのを抑制することができる。その結果、マルチサンプリングの周期で動作する制御部20(FPGA40)のリソース量が増大するのを抑制しながら、マルチサンプリング制御を行うことができる。
In the present embodiment, as described above, the
また、本実施形態では、上記のように、FPGA40は、アナログの検出値をデジタル値に変換するAD変換器14を制御するAD変換器制御部44と、検出値補正部41と、正弦波生成部42と、瞬時制御部43と、キャリアを生成するキャリア生成部45と、スイッチング素子のゲート信号を生成するPWM信号生成部46とを含む。これにより、AD変換器制御部44と、正弦波生成部42と、瞬時制御部43と、キャリア生成部45と、PWM信号生成部46とを、容易に、高速に動作させることができる。
Further, in the present embodiment, as described above, the
また、本実施形態では、上記のように、DSP30は、デジタル値に変換された検出値のオフセット値を除去する検出値補正部31と、電力変換部10から出力される電力の振幅指令値を生成する平均値制御部32と、商用電源1に同期させるための同期制御部33とのうちの少なくとも1つを含む。これにより、検出値補正部31と、平均値制御部32と、同期制御部33とのうちの少なくとも1つがDSP30に含まれるので、FPGA40のリソース量が増大するのを抑制することができる。
Further, in the present embodiment, as described above, the
また、本実施形態では、上記のように、キャリアの周期は、マルチサンプリングの周期の整数倍である。これにより、DSP30の動作のタイミングを、FPGA40の動作のタイミングに一致させることができるので、電力変換部10の入出力のアナログの検出値に基づいて行われるフィードバック制御を容易に行うことができる。
Further, in the present embodiment, as described above, the carrier cycle is an integral multiple of the multi-sampling cycle. As a result, the operation timing of the
また、本実施形態では、上記のように、電力変換部10は、複数の相の交流が入出力されるように構成されており、FPGA40の処理部は、各相毎に順次、マルチサンプリング制御のための処理を行う時分割処理を行うように構成されている。これにより、各相毎に処理部を別個に設ける場合と異なり、FPGA40のリソース量が増大するのをより抑制することができる。
Further, in the present embodiment, as described above, the
また、本実施形態では、上記のように、FPGA40の処理部は、複数の相において共通の処理を行う共通処理部43eをさらに含む。これにより、複数の相毎に共通の処理を行う処理部を別個に設ける場合と異なり、FPGA40のリソース量が増大するのをさらに抑制することができる。
Further, in the present embodiment, as described above, the processing unit of the
また、本実施形態では、上記のように、FPGA40の処理部は、時分割処理において、複数の相のうちの一の相の処理を行っている際に、複数の相のうちの他の相の処理を並列に行うように構成されている。これにより、時分割処理において処理の時間が増大する場合でも、複数の相の処理が並列に行われるので、処理時間を短縮することができる。
Further, in the present embodiment, as described above, when the processing unit of the
また、本実施形態では、上記のように、DSP30は、ソフトウェアによって処理を行うように構成されており、FPGA40は、ハードウェアによって処理を行うように構成されている。これにより、ハードウェアによって処理を行うFPGA40は、比較的高速に動作するので、マルチサンプリングの周期で動作する処理部をFPGA40に容易に含ませることができる。また、FPGA40は、DSP30に比べて高速に動作することができるので、FPGA40によって、マルチサンプリングの周期で動作する処理部を容易に構成することができる。
Further, in the present embodiment, as described above, the
また、本実施形態では、上記のように、FPGA40の処理部は、デジタル値に変換された検出値のオフセット値を除去する検出値補正部41と、基準となる正弦波を生成する正弦波生成部42と、検出値補正部41によって補正された検出値と正弦波生成部42によって生成された基準となる正弦波とに基づいて、電圧指令値を生成する瞬時制御部43と、のうちの少なくとも1つを含む。ここで、マルチサンプリング制御を行うために、オフセット値の除去、正弦波の生成、および、電圧指令値の生成の少なくとも1つをマルチサンプリングの周期で行う必要がある。そこで、上記のように構成すれば、マルチサンプリング制御を行うことが可能な電力変換装置100を提供することができる。
Further, in the present embodiment, as described above, the processing unit of the
[変形例]
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更(変形例)が含まれる。
[Modification example]
It should be noted that the embodiments disclosed this time are exemplary in all respects and are not considered to be restrictive. The scope of the present invention is shown by the scope of claims rather than the description of the above-described embodiment, and further includes all modifications (modifications) within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
たとえば、上記実施形態では、本発明の「第1制御部」としてDSPを用いる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、本発明の「第1制御部」として、DSP以外のソフトウェアによって処理を行う制御部を用いてもよい。 For example, in the above embodiment, an example in which a DSP is used as the "first control unit" of the present invention is shown, but the present invention is not limited to this. For example, as the "first control unit" of the present invention, a control unit that performs processing by software other than the DSP may be used.
また、上記実施形態では、本発明の「第2制御部」としてFPGAを用いる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、本発明の「第2制御部」として、FPGA以外のハードウェアによって処理を行う制御部を用いてもよい。 Further, in the above embodiment, an example in which the FPGA is used as the "second control unit" of the present invention is shown, but the present invention is not limited to this. For example, as the "second control unit" of the present invention, a control unit that performs processing by hardware other than FPGA may be used.
また、上記実施形態では、FPGAに、検出値補正部、正弦波生成部および瞬時制御部が含まれる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、FPGAに、検出値補正部と、正弦波生成部と、瞬時制御部とのうちの少なくとも1つが含まれていてもよい。 Further, in the above embodiment, an example is shown in which the FPGA includes a detection value correction unit, a sine wave generation unit, and an instantaneous control unit, but the present invention is not limited to this. For example, the FPGA may include at least one of a detection value correction unit, a sine wave generation unit, and an instantaneous control unit.
また、上記実施形態では、DSPに、検出値補正部、平均値制御部、および、同期制御部が含まれる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、DSPに、検出値補正部と、平均値制御部と、同期制御部とのうちの少なくとも1つが含まれていてもよい。 Further, in the above embodiment, an example is shown in which the DSP includes a detection value correction unit, an average value control unit, and a synchronization control unit, but the present invention is not limited to this. For example, the DSP may include at least one of a detection value correction unit, an average value control unit, and a synchronization control unit.
また、上記実施形態では、キャリアの周期がマルチサンプリングの周期の整数倍である例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、キャリアの周期がマルチサンプリングの周期の整数倍でない構成に対しても、本発明を適用することは可能である。 Further, in the above embodiment, an example in which the carrier cycle is an integral multiple of the multi-sampling cycle is shown, but the present invention is not limited to this. For example, the present invention can be applied to a configuration in which the carrier period is not an integral multiple of the multisampling period.
また、上記実施形態では、時分割処理およびパイプライン処理の両方が行われる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、時分割処理のみが行われていてもよい。 Further, in the above embodiment, an example in which both the time division processing and the pipeline processing are performed is shown, but the present invention is not limited to this. For example, only time division processing may be performed.
また、上記実施形態では、瞬時制御部、FPGAの検出値補正部、および、正弦波生成部において、時分割処理が行われている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、瞬時制御部と、FPGAの検出値補正部と、正弦波生成部とのうちの少なくとも1つにおいて、時分割処理が行われてもよい。 Further, in the above embodiment, an example in which time division processing is performed in the instantaneous control unit, the FPGA detection value correction unit, and the sine wave generation unit is shown, but the present invention is not limited to this. For example, time division processing may be performed in at least one of the instantaneous control unit, the FPGA detection value correction unit, and the sine wave generation unit.
また、上記実施形態では、本発明の「電力変換装置」としてUPSを用いる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、UPS以外の電力変換装置に対しても本発明を適用することは可能である。 Further, in the above embodiment, an example in which UPS is used as the "power conversion device" of the present invention is shown, but the present invention is not limited to this. For example, it is possible to apply the present invention to a power conversion device other than UPS.
また、上記実施形態では、DSPとFPGAとの両方に検出値補正部が設けられる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、図10に示す変形例による電力変換装置200のように、FPGA240にのみ検出値補正部241を設けてもよい。そして、FPGA240の検出値補正部241から、DSP230に対して、補正された検出値を出力してもよい。なお、この場合、キャリアの周期は、マルチサンプリングの周期の整数倍である。そして、キャリアの谷および山のタイミングで、FPGA240の検出値補正部241から、DSP230に対して、補正された検出値が出力される。上記のように構成することによって、DSP230とFPGA240とにそれぞれデジタル値に変換された検出値のオフセット値を除去する検出値補正部が設けられる場合と異なり、DSP230の構成を簡略化することができる。なお、DSP230とFPGA240とは、それぞれ、特許請求の範囲の「第1制御部」および「第2制御部」の一例である。また、検出値補正部241は、特許請求の範囲の「第1検出値補正部」の一例である。
Further, in the above embodiment, an example in which the detection value correction unit is provided in both the DSP and the FPGA is shown, but the present invention is not limited to this. For example, as in the
1 商用電源
10 電力変換部
14 アナログデジタル変換部
20 制御部
30、230 DSP(第1制御部)
31 検出値補正部(第2検出値補正部)
32 平均値制御部(振幅指令値生成部)
33 同期制御部
40、240 FPGA(第2制御部)
41、241 検出値補正部(第1検出値補正部)
42 正弦波生成部
43 瞬時制御部(電圧指令値生成部)
43e 共通処理部
44 AD変換器制御部(アナログデジタル変換制御部)
45 キャリア生成部
46 PWM信号生成部
100、200 電力変換装置
1
31 Detected value correction unit (second detected value correction unit)
32 Average value control unit (amplitude command value generation unit)
33
41, 241 Detected value correction unit (1st detected value correction unit)
42
43e
45
Claims (11)
入力された電力を変換する電力変換部と、
前記電力変換部の入出力のアナログの検出値に基づいて、前記電力変換部に含まれるスイッチング素子のゲート信号を生成する制御部とを備え、
前記制御部は、キャリアの周期で動作する第1制御部と、前記第1制御部とは別個に設けられ、マルチサンプリングの周期で動作する処理部を有する第2制御部とを含む、電力変換装置。 It is a power conversion device that performs multi-sampling control in which operations are performed multiple times within the cycle of one carrier.
A power converter that converts the input power and
A control unit that generates a gate signal of a switching element included in the power conversion unit based on an analog detection value of input / output of the power conversion unit is provided.
The control unit includes a first control unit that operates in a carrier cycle and a second control unit that is provided separately from the first control unit and has a processing unit that operates in a multi-sampling cycle. apparatus.
前記第2制御部の前記処理部は、各相毎に順次、前記マルチサンプリング制御のための処理を行う時分割処理を行うように構成されている、請求項1〜5のいずれか1項に記載の電力変換装置。 The power conversion unit is configured so that alternating current of a plurality of phases is input and output.
The processing unit of the second control unit is configured to sequentially perform time division processing for performing the processing for the multi-sampling control for each phase, according to any one of claims 1 to 5. The power converter described.
前記第2制御部の前記処理部は、デジタル値に変換された前記検出値のオフセット値を除去する第1検出値補正部を含み、
前記第1検出値補正部は、オフセット値が除去された前記検出値を、前記第1制御部に出力するように構成されている、請求項1〜8のいずれか1項に記載の電力変換装置。 The carrier cycle is an integral multiple of the multisampling cycle.
The processing unit of the second control unit includes a first detection value correction unit that removes an offset value of the detection value converted into a digital value.
The power conversion according to any one of claims 1 to 8, wherein the first detected value correction unit is configured to output the detected value from which the offset value has been removed to the first control unit. apparatus.
前記第2制御部は、ハードウェアによって処理を行うように構成されている、請求項1〜9のいずれか1項に記載の電力変換装置。 The first control unit is configured to perform processing by software.
The power conversion device according to any one of claims 1 to 9, wherein the second control unit is configured to perform processing by hardware.
ハードウェアによって処理を行う前記第2制御部は、FPGA(Field−programmable gate array)を含む、請求項9に記載の電力変換装置。
The first control unit that performs processing by software includes a DSP (digital signal processor), and includes a DSP (digital signal processor).
The power conversion device according to claim 9, wherein the second control unit that performs processing by hardware includes an FPGA (Field-programmable gate array).
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