JP2021029065A - Series multiplex power conversion device - Google Patents

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Abstract

To provide a series multiplex power conversion device which reduces a harmonic component included in an AC output voltage while realizing high operation efficiency.SOLUTION: A control apparatus of a series multiplex power conversion device has a first (second) carrier wave having a frequency four times as high as an AC voltage command value in PWM control for each of converters of first to N-th stages, and generates a control command of a first (second) phase arm by comparing the AC voltage command value (a voltage obtained by inverting the polarity of the AC voltage command value) with the first (second) carrier wave. For first to N-th first (second) carrier waves corresponding to the converters of the first to N-th stages, a first phase difference is set between the first (second) carrier waves which are adjacent to each other in the order from N-th to first (from first to N-th). For (N+1)-th to I-th (I is an integer) first carrier waves corresponding to the converters of (N+1)-th to I-th stages, a second phase difference is set between the first carrier waves and the I-th second carrier wave corresponding to the converter of the I-th stage and between the first carrier waves and (I+1)-th second carrier wave corresponding to a converter of (I+1)-th stage. The first phase difference is equal to 2π/N, and the second phase difference is equal to π/N.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

この発明は、直列多重電力変換装置に関する。 The present invention relates to a series multiplex power converter.

特開2013−258841号公報(特許文献1)には、複数の変換器を直列に多重化した直列多重電力変換装置が開示されている。特許文献1では、交流側を変圧器で多重化する方法を採用している。この方法では、各変換器の交流電圧端子が各変圧器の二次巻線に接続されるとともに、各変圧器の一次巻線が直列接続されて電力系統に接続される。各変換器の交流出力電圧が直列合成された電圧が電力系統に出力される。 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-258841 (Patent Document 1) discloses a series multiplex power converter in which a plurality of converters are multiplexed in series. Patent Document 1 employs a method of multiplexing the AC side with a transformer. In this method, the AC voltage terminal of each converter is connected to the secondary winding of each transformer, and the primary winding of each transformer is connected in series and connected to the power system. The AC output voltage of each converter is combined in series and output to the power system.

特開2013−258841号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-258841

直列多重電力変換装置は、複数の変換器の出力電圧を合成することで、装置全体の交流出力電圧波形に含まれる高調波成分を低減することができる。しかしながら、各変換器が発生する電力損失によって装置全体の電力損失が増えるため、直列多重電力変換装置の動作効率が低下することが懸念される。 The series multiplex power converter can reduce the harmonic components included in the AC output voltage waveform of the entire device by synthesizing the output voltages of a plurality of converters. However, since the power loss of the entire device increases due to the power loss generated by each converter, there is a concern that the operating efficiency of the series multiplex power converter will decrease.

各変換器が発生する電力損失を減らす対策としては、各変換器を構成するスイッチング素子のスイッチング周波数を下げてスイッチング損失を抑える手法を採ることができる。しかしながら、スイッチング周波数を低くすると、交流出力電圧の波形を細かく変化させることができず、その波形を正弦波に近づけにくくなる。その結果、交流出力電圧に含まれる高調波成分の含有率が大きくなってしまう。 As a measure to reduce the power loss generated by each converter, a method of lowering the switching frequency of the switching elements constituting each converter to suppress the switching loss can be adopted. However, when the switching frequency is lowered, the waveform of the AC output voltage cannot be changed finely, and it becomes difficult to bring the waveform closer to a sine wave. As a result, the content of harmonic components contained in the AC output voltage increases.

この発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、直列多重電力変換装置において、高い動作効率を実現しつつ、交流出力電圧に含まれる高調波成分を低減することである。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to reduce harmonic components contained in an AC output voltage while achieving high operating efficiency in a series multiplex power converter. It is to be.

この発明のある局面に従う直列多重電力変換装置は、交流電力系統に連携される。直列多重電力変換装置は、一次巻線が交流電力系統に直列に多重接続されるN台(Nは2以上の整数)の変圧器と、N台の変圧器の二次巻線にそれぞれ接続され、交流電力および直流電力の間で双方向の電力変換を行なう第1段〜第N段の変換器と、交流電圧指令値に一致するように、各段の変換器の交流出力電圧のPWM制御を行なう制御装置とを備える。各段の変換器は、第1相アームおよび第2相アームを有する単相フルブリッジ回路を有する。第1相アームおよび第2相アームの各々は3レベル回路により構成される。各段の変換器のPWM制御において、制御装置は、交流電圧指令値の4倍の周波数を有する第1搬送波および第2搬送波を有し、交流電圧指令値と第1搬送波との比較により第1相アームの制御指令を生成するとともに、交流電圧指令値の極性を反転させた電圧と第2搬送波との比較により第2相アームの制御指令を生成するように構成される。第1段〜第N段の変換器にそれぞれ対応する第1〜第Nの第1搬送波は、第N〜第1の順番に隣り合う第1搬送波の間に第1の位相差が設定される。第1段〜第N段の変換器にそれぞれ対応する第1〜第Nの第2搬送波は、第1〜第Nの順番に隣り合う第2搬送波の間に第1の位相差が設定される。第N+1−I段の変換器(Iは1以上N以下の整数)に対応する第N+1−Iの第1搬送波は、第I段の変換器に対応する第Iの第2搬送波との間、および第I+1段の変換器に対応する第I+1の第2搬送波との間に第2の位相差が設定される。第1の位相差は2π/Nに等しく、第2の位相差はπ/Nに等しい。 A series multiplex power converter according to an aspect of the present invention is coupled to an AC power system. The series multiplex power converter is connected to N transformers (N is an integer of 2 or more) in which the primary windings are multiplex connected in series to the AC power system, and to the secondary windings of N transformers, respectively. , PWM control of the AC output voltage of the 1st to Nth stage converters that perform bidirectional power conversion between AC power and DC power, and the AC output voltage of each stage converter so as to match the AC voltage command value. It is provided with a control device for performing the above. Each stage transducer has a single phase full bridge circuit with a first phase arm and a second phase arm. Each of the first phase arm and the second phase arm is composed of a three-level circuit. In the PWM control of the converter in each stage, the control device has a first carrier wave and a second carrier wave having a frequency four times the AC voltage command value, and the first carrier wave is compared between the AC voltage command value and the first carrier wave. It is configured to generate a control command for the phase arm and generate a control command for the second phase arm by comparing the voltage obtained by reversing the polarity of the AC voltage command value with the second carrier wave. In the first to first N first carrier waves corresponding to the first to Nth stage converters, the first phase difference is set between the adjacent first carrier waves in the N to first order. .. In the first to first Nth second carrier waves corresponding to the first to Nth stage converters, the first phase difference is set between the second carrier waves adjacent to each other in the order of the first to Nth stages. .. The first carrier wave of the N + 1-I corresponding to the N + 1-I stage converter (I is an integer of 1 or more and N or less) is placed between the first carrier wave of the I and the second carrier wave corresponding to the I stage converter. A second phase difference is set between the and the second carrier of the I + 1 corresponding to the converter of the first I + 1 stage. The first phase difference is equal to 2π / N and the second phase difference is equal to π / N.

この発明によれば、直列多重電力変換装置において、高い動作効率を実現しつつ、交流出力電圧に含まれる高調波成分を低減することができる。 According to the present invention, in a series multiplex power converter, it is possible to reduce harmonic components included in an AC output voltage while achieving high operating efficiency.

実施の形態に係る直列多重電力変換装置の主回路構成を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the main circuit configuration of the series multiplex power conversion apparatus which concerns on embodiment. 図1に示した変換器の具体的な回路構成を示す図である。It is a figure which shows the specific circuit structure of the converter shown in FIG. 単相フルブリッジ3レベル回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the single-phase full bridge three-level circuit. 比較例に係る2パルスPWM制御を説明するための波形図である。It is a waveform diagram for demonstrating the two-pulse PWM control which concerns on a comparative example. 4段直列多重変換器の2パルスPWM制御を説明するための波形図である。It is a waveform diagram for demonstrating the two-pulse PWM control of a four-stage series multiplex converter. 実施の形態に係る4段直列多重変換器の2パルスPWM制御を説明するための波形図である。It is a waveform diagram for demonstrating the two-pulse PWM control of the four-stage series multiplex converter which concerns on embodiment. 実施の形態に係る4段直列多重変換器の2パルスPWM制御が奏する効果を説明する図である。It is a figure explaining the effect which 2 pulse PWM control of a 4-stage series multiplex converter which concerns on embodiment play. 実施の形態に係る4段直列多重変換器の2パルスPWM制御を説明するための波形図である。It is a waveform diagram for demonstrating the two-pulse PWM control of the four-stage series multiplex converter which concerns on embodiment. 図1に示した制御装置のうちの4段直列多重変換器の制御に関する部分を示す回路ブロック図である。It is a circuit block diagram which shows the part concerning the control of the 4-stage series multiplex converter among the control apparatus shown in FIG. 図9に示したPWM制御部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the PWM control unit shown in FIG. 図10に示した搬送波発生器の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the carrier wave generator shown in FIG. 図10に示した第1段制御部の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the 1st stage control part shown in FIG. 実施の形態に係る3段直列多重変換器の2パルスPWM制御を説明するための波形図である。It is a waveform diagram for demonstrating the two-pulse PWM control of the three-stage series multiplex converter which concerns on embodiment. 実施の形態に係る5段直列多重変換器の2パルスPWM制御を説明するための波形図である。It is a waveform diagram for demonstrating the two-pulse PWM control of the 5-stage series multiplex converter which concerns on embodiment.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same or corresponding parts in the drawings are designated by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.

(直列多重電力変換装置の主回路構成)
図1は、実施の形態に係る直列多重電力変換装置1の主回路構成を示す概略ブロック図である。直列多重電力変換装置1は、代表的には、非同期交流系統または異周波数交流系統の電力授受に用いられるBTB(Back to Back)システムに適用される。直列多重電力変換装置1は、たとえば、50−60Hz周波数変換装置である。
(Main circuit configuration of series multiplex power converter)
FIG. 1 is a schematic block diagram showing a main circuit configuration of the series multiplex power conversion device 1 according to the embodiment. The series multiplex power converter 1 is typically applied to a BTB (Back to Back) system used for power transfer of an asynchronous AC system or a different frequency AC system. The series multiplex power converter 1 is, for example, a 50-60 Hz frequency converter.

図1を参照して、直列多重電力変換装置1は、交流周波数が互いに異なる電力系統2および電力系統3の間に接続される。電力系統2,3の各々は複数の相(たとえば三相)を有する。直列多重電力変換装置1は、交流電圧検出器12,52と、電流検出器13,53と、直流電圧検出器14と、電力変換部10と、制御装置11とを備える。 With reference to FIG. 1, the series multiplex power converter 1 is connected between power systems 2 and 3 having different AC frequencies. Each of the power systems 2 and 3 has a plurality of phases (for example, three phases). The series multiplex power converter 1 includes AC voltage detectors 12 and 52, current detectors 13 and 53, a DC voltage detector 14, a power converter 10, and a control device 11.

交流電圧検出器12は、電力系統2の交流電圧を検出し、検出値を示す信号を制御装置11へ出力する。電流検出器13は、電力系統2を流れる電流を検出し、検出値を示す信号を制御装置11へ出力する。交流電圧検出器52は、電力系統3の交流電圧を検出し、検出値を示す信号を制御装置11へ出力する。電流検出器53は、電力系統3を流れる電流を検出し、検出値を示す信号を制御装置11へ出力する。 The AC voltage detector 12 detects the AC voltage of the power system 2 and outputs a signal indicating the detected value to the control device 11. The current detector 13 detects the current flowing through the power system 2 and outputs a signal indicating the detected value to the control device 11. The AC voltage detector 52 detects the AC voltage of the power system 3 and outputs a signal indicating the detected value to the control device 11. The current detector 53 detects the current flowing through the power system 3 and outputs a signal indicating the detected value to the control device 11.

電力変換部10は、電力系統2および電力系統3の間に接続される。具体的には、電力変換部10は、一方の電力系統2に変圧器21〜24を介して連系され、他方の電力系統3に変圧器61〜64を介して連系される。電力変換部10は、変圧器21〜24と、変換器25〜28と、直流母線15〜17と、平滑コンデンサC1,C2と、変換器65〜68と、変圧器61〜64とを含む。直流母線15〜17および平滑コンデンサC1,C2は各変換器の直流回路を構成する。 The power conversion unit 10 is connected between the power system 2 and the power system 3. Specifically, the power conversion unit 10 is connected to one power system 2 via transformers 21 to 24, and to the other power system 3 via transformers 61 to 64. The power converter 10 includes transformers 21 to 24, converters 25 to 28, DC buses 15 to 17, smoothing capacitors C1 and C2, converters 65 to 68, and transformers 61 to 64. The DC bus 15 to 17 and the smoothing capacitors C1 and C2 form a DC circuit of each converter.

変圧器21〜24の一次巻線は電力系統2に接続される。変圧器21〜24の各々の一次巻線は、各相直列接続されて星型結線されている。これにより、変換器25〜28の各々の交流出力電圧を各相直列合成した電圧が電力系統2に出力される。変圧器21〜24の各相二次巻線の一方端33には、変換器25〜28の各相電力変換回路の交流端子がそれぞれ接続される。変圧器21〜24の各相二次巻線の他方端34には、平滑コンデンサC1,C2に接続された別の各相電力変換回路の交流端子がそれぞれ接続される。変換器25〜28は多相フルブリッジ回路を構成している。 The primary windings of transformers 21-24 are connected to the power system 2. Each primary winding of the transformers 21 to 24 is connected in series to each phase and is star-shaped. As a result, the voltage obtained by synthesizing the AC output voltages of the converters 25 to 28 in series with each phase is output to the power system 2. The AC terminals of the phase power conversion circuits of the converters 25 to 28 are connected to one end 33 of each phase secondary winding of the transformers 21 to 24. An AC terminal of another phase power conversion circuit connected to the smoothing capacitors C1 and C2 is connected to the other end 34 of each phase secondary winding of the transformers 21 to 24. The converters 25 to 28 constitute a multi-phase full bridge circuit.

例えば、変圧器21の各相二次巻線の一方端33には、直流正母線15および直流負母線17間の直流電圧を各相交流電圧に変換する変換器25の電力変換回路が接続される。変圧器21の各相二次巻線の他方端34には、直流正母線15および直流負母線17間の直流電圧を各相交流電圧に変換する電力変換回路が接続される。各相二次巻線に接続される2つの電力変換回路の直流回路は共通である。 For example, the power conversion circuit of the converter 25 that converts the DC voltage between the DC positive bus 15 and the DC negative bus 17 into each phase AC voltage is connected to one end 33 of each phase secondary winding of the transformer 21. To. A power conversion circuit that converts the DC voltage between the DC positive bus 15 and the DC negative bus 17 into each phase AC voltage is connected to the other end 34 of each phase secondary winding of the transformer 21. The DC circuits of the two power conversion circuits connected to each phase secondary winding are common.

変換器25〜28の各々は、GCT(Gate Commutated Turn-Off thyristor)またはIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などの自己消弧型素子を用いた電力変換器で構成されている。本実施の形態では、変換器25〜28はいずれも3レベル回路として構成される。変換器25〜28の各々の3つの直流電圧端子は、直流正母線15、直流中性点母線16および直流負母線17にそれぞれ接続される。 Each of the converters 25 to 28 is composed of a power converter using a self-extinguishing element such as a GCT (Gate Commutated Turn-Off thyristor) or an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). In the present embodiment, the converters 25 to 28 are all configured as a three-level circuit. Each of the three DC voltage terminals of the converters 25 to 28 is connected to the DC positive bus 15, the DC neutral bus 16, and the DC negative bus 17, respectively.

平滑コンデンサC1,C2は、直流正母線15および直流負母線17の間に直列に接続され、直流正母線15および直流負母線17の間の電圧を平滑化する。平滑コンデンサC1およびC2の接続点には直流中性点母線16が接続される。 The smoothing capacitors C1 and C2 are connected in series between the DC positive bus 15 and the DC negative bus 17, and smooth the voltage between the DC positive bus 15 and the DC negative bus 17. A DC neutral point bus 16 is connected to the connection points of the smoothing capacitors C1 and C2.

直流電圧検出器14は、平滑コンデンサC1の端子間電圧および平滑コンデンサC2の端子間電圧を検出し、検出値を示す信号を制御装置11に出力する。 The DC voltage detector 14 detects the inter-terminal voltage of the smoothing capacitor C1 and the inter-terminal voltage of the smoothing capacitor C2, and outputs a signal indicating the detected value to the control device 11.

変換器65〜68の各々は、変換器25〜28と同様、GCTまたはIGBT等の自己消弧型素子を用いた電力変換器で構成されている。変換器65〜68はいずれも3レベル回路として構成される。変換器65〜68の各々の3つの直流電圧端子は、直流正母線15、直流中性点母線16および直流負母線17にそれぞれ接続される。 Each of the converters 65 to 68, like the converters 25 to 28, is composed of a power converter using a self-extinguishing element such as a GCT or an IGBT. Each of the converters 65 to 68 is configured as a three-level circuit. Each of the three DC voltage terminals of the converters 65-68 is connected to the DC positive bus 15, the DC neutral bus 16, and the DC negative bus 17, respectively.

変換器65〜68の交流端子は変圧器61〜64の二次巻線にそれぞれ接続されている。具体的には、変圧器61〜64の二次巻線の各相の一方端69には、変換器65〜68の各相電力変換回路の交流端子がそれぞれ接続される。変圧器61〜64の二次巻線の各相の他方端70には、平滑コンデンサC1,C2に接続された別の各相電力変換回路の交流端子がそれぞれ接続される。変換器65〜68の各々は多相フルブリッジ回路を構成している。 The AC terminals of the converters 65-68 are connected to the secondary windings of the transformers 61-64. Specifically, AC terminals of each phase power conversion circuit of the converters 65 to 68 are connected to one end 69 of each phase of the secondary windings of the transformers 61 to 64. An AC terminal of another phase power conversion circuit connected to the smoothing capacitors C1 and C2 is connected to the other end 70 of each phase of the secondary windings of the transformers 61 to 64, respectively. Each of the converters 65-68 constitutes a polyphase full bridge circuit.

変圧器61〜64の一次巻線は電力系統3に接続されている。変圧器61〜64の各々の一次巻線は、各相直列接続されて星型結線されている。これにより、変換器65〜68の各々の交流出力電圧を各相直列合成した電圧が電力系統3に出力される。 The primary windings of transformers 61-64 are connected to the power system 3. Each primary winding of the transformers 61-64 is connected in series with each phase and star-shaped. As a result, the voltage obtained by synthesizing the AC output voltages of the converters 65 to 68 in series with each phase is output to the power system 3.

このように、電力変換部10は、変換器25〜28の直流端子と変換器65〜68の直流端子とを直流母線15〜17を介して接続した構成となっている。なお、図1の例では、変換器25〜28の直流端子を共通の直流回路に接続した構成としているが、変換器25〜28の直流端子を互いに独立した直流回路に接続する構成としてもよい。同様に、変換器65〜68の直流端子を互いに独立した直流回路に接続する構成としてもよい。 As described above, the power conversion unit 10 has a configuration in which the DC terminals of the converters 25 to 28 and the DC terminals of the converters 65 to 68 are connected via the DC bus lines 15 to 17. In the example of FIG. 1, the DC terminals of the converters 25 to 28 are connected to a common DC circuit, but the DC terminals of the converters 25 to 28 may be connected to independent DC circuits. .. Similarly, the DC terminals of the converters 65 to 68 may be connected to DC circuits independent of each other.

電力変換部10は、一方の電力系統2(または電力系統3)から他方の電力系統3(または電力系統2)へ電力を融通する。具体的には、電力系統2から電力系統3へ電力を融通する場合、変換器25〜28は、変圧器21〜24からそれぞれ供給される交流電圧を所望の直流電圧に変換し、変換した直流電圧を直流母線15〜17を介して変換器65〜68へ供給する。変換器65〜68は、変換器25〜28から直流母線15〜17を介して供給される直流電圧を所望の交流電圧にそれぞれ変換する。変圧器61〜64は、変換器65〜68の各々の交流出力電圧を直列合成した電圧を電力系統3に出力する。 The power conversion unit 10 transfers power from one power system 2 (or power system 3) to the other power system 3 (or power system 2). Specifically, when power is exchanged from the power system 2 to the power system 3, the converters 25 to 28 convert the AC voltage supplied from the transformers 21 to 24 into a desired DC voltage, and the converted DC. The voltage is supplied to the converters 65 to 68 via the DC bus 15 to 17. The converters 65 to 68 convert the DC voltage supplied from the converters 25 to 28 via the DC bus 15 to 17 into a desired AC voltage, respectively. The transformers 61 to 64 output a voltage obtained by serially combining the AC output voltages of the converters 65 to 68 to the power system 3.

また、電力系統3から電力系統2へ電力を融通する場合には、変換器65〜68は、変圧器61〜64からそれぞれ供給される交流電圧を所望の直流電圧に変換し、変換した直流電圧を直流母線15〜17を介して変換器25〜28へ供給する。変換器25〜28は、変換器65〜68から直流母線15〜17を介して供給される直流電圧を所望の交流電圧にそれぞれ変換する。変圧器21〜24は、変換器25〜28の各々の交流出力電圧を直列合成した電圧を電力系統2に出力する。 Further, when power is interchanged from the power system 3 to the power system 2, the converters 65 to 68 convert the AC voltage supplied from the transformers 61 to 64 into a desired DC voltage, and the converted DC voltage. Is supplied to the converters 25 to 28 via the DC bus 15 to 17. The converters 25 to 28 convert the DC voltage supplied from the converters 65 to 68 via the DC bus 15 to 17 into a desired AC voltage, respectively. The transformers 21 to 24 output a voltage obtained by serially combining the AC output voltages of the converters 25 to 28 to the power system 2.

ここで、本願明細書では、交流側が変圧器21〜24で直列に多重化されている4台の変換器25〜28を互いに区別するために、変換器28を「第1段変換器28」と称し、変換器27を「第2段変換器27」と称し、変換器26を「第3段変換器26」と称し、変換器25を「第4段変換器25」と称する場合がある。また、変換器25〜28全体を「4段直列多重変換器20」と称する場合がある。 Here, in the specification of the present application, in order to distinguish the four converters 25 to 28 whose AC side is multiplexed in series by the transformers 21 to 24, the converter 28 is referred to as “first stage converter 28”. The converter 27 may be referred to as a "second stage converter 27", the converter 26 may be referred to as a "third stage converter 26", and the converter 25 may be referred to as a "fourth stage converter 25". .. Further, the entire converters 25 to 28 may be referred to as a "four-stage serial multiplex converter 20".

また、交流側が変圧器61〜64で直列に多重化されている4台の変換器65〜68を互いに区別するために、変換器68を「第1段変換器68」と称し、変換器67を「第2段変換器67」と称し、変換器66を「第3段変換器66」と称し、変換器65を「第4段変換器65」と称する場合がある。また、変換器65〜68全体を「4段直列多重変換器60」と称する場合がある。 Further, in order to distinguish the four converters 65 to 68 in which the AC side is multiplexed in series by the transformers 61 to 64, the converter 68 is referred to as a "first stage converter 68", and the converter 67 Is referred to as a "second stage converter 67", the converter 66 may be referred to as a "third stage converter 66", and the converter 65 may be referred to as a "fourth stage converter 65". Further, the entire converters 65 to 68 may be referred to as a "four-stage serial multiplex converter 60".

なお、4段直列多重変換器20,60の各々において、第1段変換器から第4段変換器は直列多重接続されていればよく、特にこの並び順に限定されることはない。 In each of the four-stage series multiplex converters 20 and 60, the first-stage converter to the fourth-stage converter may be connected in series multiplex, and the order is not particularly limited.

(変換器の回路構成)
図2は、図1に示した変換器25〜28および変換器65〜68の具体的な回路構成を示す図である。変換器25〜28および変換器65〜68は回路構成が同じであるため、図2では代表的に変換器25の回路構成を説明する。
(Circuit configuration of converter)
FIG. 2 is a diagram showing a specific circuit configuration of the converters 25 to 28 and the converters 65 to 68 shown in FIG. Since the converters 25 to 28 and the converters 65 to 68 have the same circuit configuration, FIG. 2 typically describes the circuit configuration of the converter 25.

図2を参照して、変換器25は、3レベル回路として構成され、スイッチング素子S1R〜S8R,S1S〜S8S,S1T〜S8Tと、ダイオードD1R〜D12R,D1S〜D12S,D1T〜D12Tとを有する。スイッチング素子は、例えばGCTであるが、自己消弧型のスイッチング素子であれば、これに限定されるものではない。 With reference to FIG. 2, the converter 25 is configured as a three-level circuit and has switching elements S1R to S8R, S1S to S8S, S1T to S8T and diodes D1R to D12R, D1S to D12S, D1T to D12T. The switching element is, for example, GCT, but the switching element is not limited to this as long as it is a self-extinguishing type switching element.

ここで、変換器25の各相の構成を総括的に説明するため、符号R,S,Tをまとめて符号「k」と示す。スイッチング素子S1kのアノードは、直流正母線15に接続され、そのカソードはスイッチング素子S2kのアノードに接続される。スイッチング素子S2kのカソードはk相二次巻線の一方端33に接続される。スイッチング素子S3kのアノードはk相二次巻線の一方端33に接続され、そのカソードはスイッチング素子S4kのアノードに接続される。スイッチング素子S4kのカソードは直流負母線17に接続される。ダイオードD1k〜D4kは、スイッチング素子S1x〜S4xにそれぞれ逆並列接続される。ダイオードD9kのカソードはスイッチング素子S1kおよびS2kの接続点に接続され、そのアノードは直流中性点母線16に接続される。ダイオードD10kのカソードは直流中性点母線16に接続され、そのアノードはスイッチング素子S3kおよびS4kの接続点に接続される。 Here, in order to comprehensively explain the configuration of each phase of the converter 25, the reference numerals R, S, and T are collectively referred to as the reference numeral “k”. The anode of the switching element S1k is connected to the DC positive bus 15, and its cathode is connected to the anode of the switching element S2k. The cathode of the switching element S2k is connected to one end 33 of the k-phase secondary winding. The anode of the switching element S3k is connected to one end 33 of the k-phase secondary winding, and its cathode is connected to the anode of the switching element S4k. The cathode of the switching element S4k is connected to the DC negative bus 17. The diodes D1k to D4k are connected in antiparallel to the switching elements S1x to S4x, respectively. The cathode of the diode D9k is connected to the connection points of the switching elements S1k and S2k, and its anode is connected to the DC neutral generatrix 16. The cathode of the diode D10k is connected to the DC neutral generatrix 16, and its anode is connected to the connection points of the switching elements S3k and S4k.

スイッチング素子S5kのアノードは、直流正母線15に接続され、そのカソードはスイッチング素子S6kのアノードに接続される。スイッチング素子S6kのカソードはk相二次巻線の他方端34に接続される。スイッチング素子S7kのアノードはk相二次巻線の他方端34に接続され、そのカソードはスイッチング素子S8kのアノードに接続される。スイッチング素子S8kのカソードは直流負母線17に接続される。ダイオードD5k〜D8kは、スイッチング素子S5k〜S8kにそれぞれ逆並列接続される。ダイオードD11kのカソードはスイッチング素子S5kおよびS6kの接続点に接続され、そのアノードは直流中性点母線16に接続される。ダイオードD12kのカソードは直流中性点母線16に接続され、そのアノードはスイッチング素子S7kおよびS8kの接続点に接続される。ダイオードD1k〜D4k,D5k〜D8kは還流ダイオードとして機能し、ダイオードD9k〜D12kはクランプダイオードとして機能する。 The anode of the switching element S5k is connected to the DC positive bus 15, and its cathode is connected to the anode of the switching element S6k. The cathode of the switching element S6k is connected to the other end 34 of the k-phase secondary winding. The anode of the switching element S7k is connected to the other end 34 of the k-phase secondary winding, and its cathode is connected to the anode of the switching element S8k. The cathode of the switching element S8k is connected to the DC negative bus 17. The diodes D5k to D8k are connected in antiparallel to the switching elements S5k to S8k, respectively. The cathode of the diode D11k is connected to the connection points of the switching elements S5k and S6k, and its anode is connected to the DC neutral generatrix 16. The cathode of the diode D12k is connected to the DC neutral generatrix 16, and its anode is connected to the connection points of the switching elements S7k and S8k. The diodes D1k to D4k and D5k to D8k function as freewheeling diodes, and the diodes D9k to D12k function as clamp diodes.

すなわち、スイッチング素子S1k〜S4kおよびダイオードD1k〜D4k,D9k,D10kによって1つの電力変換回路が構成されており、スイッチング素子S2kおよびS3kの接続点が交流端子として、変圧器のk相の二次巻線の一方端33に接続される。また、スイッチング素子S5k〜S8kおよびダイオードD5k〜D8k,D11k,D12kによって別の電力変換回路が構成されており、スイッチング素子S6kおよびS7kの接続点が交流端子として、変圧器のk相の二次巻線の他方端34に接続される。したがって、k相の二次巻線の両端には2つの電力変換回路の交流端子がそれぞれ接続されており、この2つの電力変換回路によって単相フルブリッジ3レベル回路が構成される。 That is, one power conversion circuit is composed of switching elements S1k to S4k and diodes D1k to D4k, D9k, and D10k, and the connection points of the switching elements S2k and S3k serve as AC terminals, and the secondary winding of the k-phase of the transformer. It is connected to one end 33 of the wire. Further, another power conversion circuit is configured by the switching elements S5k to S8k and the diodes D5k to D8k, D11k, D12k, and the connection point of the switching elements S6k and S7k serves as an AC terminal, and the secondary winding of the k phase of the transformer. It is connected to the other end 34 of the wire. Therefore, the AC terminals of the two power conversion circuits are connected to both ends of the k-phase secondary winding, and the two power conversion circuits form a single-phase full-bridge three-level circuit.

そして、電力系統2,3が三相である場合、合計6つの電力変換回路が直流母線15および直流母線17の間に並列に接続される。言い換えれば、3つの単相フルブリッジ3レベル回路が直流母線15および直流母線17の間に並列に接続される。 When the power systems 2 and 3 are three-phase, a total of six power conversion circuits are connected in parallel between the DC bus 15 and the DC bus 17. In other words, three single-phase full-bridge three-level circuits are connected in parallel between the DC bus 15 and the DC bus 17.

図1に戻って、制御装置11は、変換器25〜28および変換器65〜68の動作を制御する。本実施の形態では、制御装置11は、各変換器を構成するスイッチング素子の制御方式として、PWM(Pulse Width Modulation)制御を適用する。制御装置11は、交流電圧検出器12,52、電流検出器13,53および直流電圧検出器14からの信号等を受けて、PWM制御を実行する。制御装置11は、PWM制御によって、変換器25〜28を制御するための制御指令であるゲートパルス信号GC1〜GC4を生成し、その生成したゲートパルス信号GC1〜GC4を変換器25〜28にそれぞれ出力する。また、制御装置11は、PWM制御によって、変換器65〜68を制御するための制御指令であるゲートパルス信号GC5〜GC8を生成し、その生成したゲートパルス信号GC5〜GC8を変換器65〜68にそれぞれ出力する。 Returning to FIG. 1, the control device 11 controls the operations of the converters 25 to 28 and the converters 65 to 68. In the present embodiment, the control device 11 applies PWM (Pulse Width Modulation) control as a control method for the switching elements constituting each converter. The control device 11 receives signals from the AC voltage detectors 12, 52, the current detectors 13, 53, the DC voltage detector 14, and the like, and executes PWM control. The control device 11 generates gate pulse signals GC1 to GC4, which are control commands for controlling the converters 25 to 28, by PWM control, and transmits the generated gate pulse signals GC1 to GC4 to the converters 25 to 28, respectively. Output. Further, the control device 11 generates gate pulse signals GC5 to GC8, which are control commands for controlling the converters 65 to 68, by PWM control, and converts the generated gate pulse signals GC5 to GC8 into converters 65 to 68. Output to each.

(2パルスPWM制御)
次に、制御装置11における4段直列多重変換器20,60のPWM制御について説明する。
(2-pulse PWM control)
Next, the PWM control of the four-stage series multiplex converters 20 and 60 in the control device 11 will be described.

本実施の形態では、4段直列多重変換器における各変換器のPWM制御に「2パルスPWM制御」を適用する。本願明細書において、2パルスPWM制御とは、交流電圧指令値の半周期(電気角0°〜180°の区間または電気角180°〜360°の区間)において最大2個のパルス電圧を出力するように、変換器の制御指令を生成する制御である。 In the present embodiment, "2-pulse PWM control" is applied to the PWM control of each converter in the 4-stage series multiplex converter. In the specification of the present application, the two-pulse PWM control outputs a maximum of two pulse voltages in a half cycle of an AC voltage command value (a section of an electric angle of 0 ° to 180 ° or a section of an electric angle of 180 ° to 360 °). As described above, it is a control for generating a control command of the converter.

<比較例に係る2パルスPWM制御>
最初に、本実施の形態に係る2パルスPWM制御の比較例として、図3に示す単相フルブリッジ3レベル回路を用いて、一般的な2パルスPWM制御を説明する。
<2-pulse PWM control according to a comparative example>
First, as a comparative example of the two-pulse PWM control according to the present embodiment, a general two-pulse PWM control will be described using the single-phase full-bridge three-level circuit shown in FIG.

図3を参照して、単相フルブリッジ3レベル回路は、直流正母線15および直流負母線17の間に並列に接続される、u相の電力変換回路(以下、「u相アーム」とも称する)と、x相の電力変換回路(以下、「x相アーム」とも称する)とを有する。u相アームの交流端子u(スイッチング素子S2およびS3の接続点)はu相の二次巻線の一方端33に接続され、x相アームの交流端子x(スイッチング素子S6およびS7の接続点)はx相の二次巻線の他方端34に接続される。 With reference to FIG. 3, the single-phase full-bridge three-level circuit is a u-phase power conversion circuit (hereinafter, also referred to as “u-phase arm”) connected in parallel between the DC positive bus 15 and the DC negative bus 17. ) And an x-phase power conversion circuit (hereinafter, also referred to as “x-phase arm”). The AC terminal u of the u-phase arm (connection point of the switching elements S2 and S3) is connected to one end 33 of the secondary winding of the u-phase, and the AC terminal x of the x-phase arm (connection point of the switching elements S6 and S7). Is connected to the other end 34 of the x-phase secondary winding.

図4は、比較例に係る2パルスPWM制御を説明するための波形図である。図4は、電圧指令値とスイッチング素子S1〜S8のオンオフ関係を示している。図中のVuはu相アームの交流端子uにおける出力電圧であり、Vxはx相アームの交流端子xにおける出力電圧であり、線間出力電圧Vux(u相電圧Vuとx相電圧Vxとの差分)は変換器の交流出力電圧に対応する。 FIG. 4 is a waveform diagram for explaining the 2-pulse PWM control according to the comparative example. FIG. 4 shows the on / off relationship between the voltage command value and the switching elements S1 to S8. In the figure, V is the output voltage at the AC terminal u of the u-phase arm, Vx is the output voltage at the AC terminal x of the x-phase arm, and the line output voltage Vux (u-phase voltage Vu and x-phase voltage Vx). Difference) corresponds to the AC output voltage of the converter.

PWM制御では、交流電圧指令値Vux*(線間電圧指令値)と搬送波Ca,Cbとの高低が比較され、その比較結果に基づいて、u相アームのスイッチング素子S1〜S4のオンオフの組み合わせが決定される。また、交流電圧指令値−Vux*と搬送波Ca,Cbとの高低が比較され、その比較結果に基づいて、v相アームのスイッチング素子S5〜S8のオンオフの組み合わせが決定される。 In PWM control, the height of the AC voltage command value Vux * (line voltage command value) and the carrier waves Ca and Cb are compared, and based on the comparison result, the combination of on / off of the switching elements S1 to S4 of the u-phase arm is performed. It is determined. Further, the heights of the AC voltage command value −Vux * and the carrier waves Ca and Cb are compared, and the on / off combination of the switching elements S5 to S8 of the v-phase arm is determined based on the comparison result.

搬送波Ca,Cbは、たとえば三角波信号である。搬送波Caは、各相アームの上側グループのスイッチング素子(S1,S3,S5,S7)のスイッチングに用いられる。搬送波Caを「上側用搬送波」とも称する。搬送波Caは最大値が+Vdであり、最小値が0である。 The carrier waves Ca and Cb are, for example, triangular wave signals. The carrier wave Ca is used for switching the switching elements (S1, S3, S5, S7) of the upper group of each phase arm. The carrier wave Ca is also referred to as an "upper carrier wave". The carrier wave Ca has a maximum value of + Vd and a minimum value of 0.

搬送波Cbは、各相アームの下側グループのスイッチング素子(S2,S4,S6,S8)のスイッチングに用いられる。搬送波Cbは「下側用搬送波」とも称する。搬送波Cbは最大値が0であり、最小値が−Vdである。なお、Vdは直流正母線15および直流負母線17間の直流電圧に対応する。上側搬送波Caと下側搬送波Cbとは、周波数および位相は同じである。搬送波Ca,Cbは、交流電圧指令値Vux*の4倍の周波数を有している。 The carrier wave Cb is used for switching the switching elements (S2, S4, S6, S8) of the lower group of each phase arm. The carrier wave Cb is also referred to as a "lower carrier wave". The maximum value of the carrier wave Cb is 0, and the minimum value is −Vd. Vd corresponds to the DC voltage between the DC positive bus 15 and the DC negative bus 17. The upper carrier wave Ca and the lower carrier wave Cb have the same frequency and phase. The carrier waves Ca and Cb have a frequency four times that of the AC voltage command value Vux *.

u相アームのスイッチング素子S1〜S4は、交流電圧指令値Vux*と搬送波Ca,Cbとの振幅が交差するタイミングでオンオフされる。具体的には、u相アームでは、交流電圧指令値Vux*の極性が正のときに、交流電圧指令値Vux*と搬送波Caとが交差するタイミングでスイッチング素子S1,S3のスイッチングが行なわれ、交流電圧指令値Vux*の極性が負のときに、交流電圧指令値Vux*と搬送波Cbとが交差するタイミングでスイッチング素子S2,S4のスイッチングが行なわれる。 The switching elements S1 to S4 of the u-phase arm are turned on and off at the timing when the amplitudes of the AC voltage command value Vux * and the carrier waves Ca and Cb intersect. Specifically, in the u-phase arm, when the polarity of the AC voltage command value Vux * is positive, the switching elements S1 and S3 are switched at the timing when the AC voltage command value Vux * and the carrier wave Ca intersect. When the polarity of the AC voltage command value Vux * is negative, the switching elements S2 and S4 are switched at the timing when the AC voltage command value Vux * and the carrier wave Cb intersect.

x相アームのスイッチング素子S5〜S8は、交流電圧指令値−Vux*と搬送波Ca,Cbとの振幅が交差するタイミングでオンオフされる。具体的には、x相アームでは、交流電圧指令値−Vux*の極性が正のときに、交流電圧指令値−Vux*と搬送波Caとが交差するタイミングでスイッチング素子S5,S7のスイッチングが行なわれ、交流電圧指令値−Vux*の極性が負のときに、交流電圧指令値−Vux*と搬送波Cbとが交差するタイミングでスイッチング素子S6,S8のスイッチングが行なわれる。 The switching elements S5 to S8 of the x-phase arm are turned on and off at the timing when the amplitudes of the AC voltage command value −Vux * and the carrier waves Ca and Cb intersect. Specifically, in the x-phase arm, when the polarity of the AC voltage command value −Vux * is positive, the switching elements S5 and S7 are switched at the timing when the AC voltage command value −Vux * and the carrier wave Ca intersect. When the polarity of the AC voltage command value −Vux * is negative, the switching elements S6 and S8 are switched at the timing when the AC voltage command value −Vux * and the carrier wave Cb intersect.

これにより、図4に示すように、出力電圧Vu,Vxの各々は±Vd/2,0の3値をとり、線間出力電圧Vuxは±Vd,±Vd/2,0の5値をとる。 As a result, as shown in FIG. 4, each of the output voltages Vu and Vx takes three values of ± Vd / 2,0, and the line output voltage Vux takes five values of ± Vd and ± Vd / 2,0. ..

図4から明らかなように、PWM制御では、1キャリア周期(搬送波1パルスの周期)間の4つのスイッチング素子のうちの2つが1回ずつオンオフし、残りの2つがオンオフしないため、スイッチング素子1個当たりの平均スイッチング周波数が、搬送波Ca,Cbの周波数の1/2となる。なお、2パルスPWM制御では、搬送波Ca,Cbの周波数が交流電圧指令値Vux*の周波数の4倍であるため、スイッチング素子1個当たりの平均スイッチング周波数が、交流電圧指令値Vux*の周波数の2倍となる。 As is clear from FIG. 4, in PWM control, two of the four switching elements in one carrier cycle (cycle of one carrier wave) are turned on and off once, and the remaining two are not turned on and off. Therefore, the switching element 1 The average switching frequency per unit is 1/2 of the frequency of the carrier waves Ca and Cb. In 2-pulse PWM control, the frequencies of the carrier waves Ca and Cb are four times the frequency of the AC voltage command value Vux *, so the average switching frequency per switching element is the frequency of the AC voltage command value Vux *. It will be doubled.

通常、PWM制御では、搬送波の周波数を低くするほど、スイッチング素子1個当たりの平均スイッチング周波数が減少するため、スイッチング素子に発生する電力損失(スイッチング損失)を抑えることができる。したがって、変換器の動作効率を高めることができる。 Normally, in PWM control, as the frequency of the carrier wave is lowered, the average switching frequency per switching element decreases, so that the power loss (switching loss) generated in the switching element can be suppressed. Therefore, the operating efficiency of the converter can be improved.

しかしながら、その一方で、搬送波の周波数を低くすると、交流出力電圧の波形を細かく変化させることができず、その波形を正弦波に近づけにくくなる。その結果、交流出力電圧に含まれる高調波成分の含有率が大きくなってしまう。このような現象は、図3の変換器を直列多重接続した直列多重変換器においても現れる。 However, on the other hand, if the frequency of the carrier wave is lowered, the waveform of the AC output voltage cannot be changed finely, and it becomes difficult to bring the waveform closer to a sine wave. As a result, the content of harmonic components contained in the AC output voltage increases. Such a phenomenon also appears in a series multiplex converter in which the converters of FIG. 3 are connected in series.

図5は、4段直列多重変換器の2パルスPWM制御を説明するための波形図である。図5(A)には、交流電圧指令値Vux*の半周期(電気角0°〜180°の区間)の波形が示されている。交流電圧指令値Vux*の極性は正である。 FIG. 5 is a waveform diagram for explaining 2-pulse PWM control of the 4-stage series multiplex converter. FIG. 5A shows a waveform of a half cycle (a section of an electric angle of 0 ° to 180 °) of the AC voltage command value Vux *. The polarity of the AC voltage command value Vux * is positive.

図5(A)にはさらに、搬送波Cu1〜Cu4,Cx1〜Cx4の波形が示されている。搬送波Cu1,Cx1は、4段直列多重変換器20における第1段変換器28の2パルスPWM制御に用いられる搬送波である。搬送波Cu2,Cx2は、第2段変換器27の2パルスPWM制御に用いられる搬送波である。搬送波Cu3,Cx3は、第3段変換器26の2パルスPWM制御に用いられる搬送波である。搬送波Cu4,Cx4は、第4段変換器25の2パルスPWM制御に用いられる搬送波である。搬送波Cu1〜Cu4,Cx1〜Cx4は、図4の搬送波Ca,Cbと振幅および周波数が同じである。 FIG. 5A further shows the waveforms of the carrier waves Cu1 to Cu4 and Cx1 to Cx4. The carrier waves Cu1 and Cx1 are carriers used for 2-pulse PWM control of the first-stage converter 28 in the four-stage series multiplex converter 20. The carrier waves Cu2 and Cx2 are carrier waves used for 2-pulse PWM control of the second-stage converter 27. The carrier waves Cu3 and Cx3 are carrier waves used for 2-pulse PWM control of the third-stage converter 26. The carrier waves Cu4 and Cx4 are carrier waves used for 2-pulse PWM control of the fourth-stage converter 25. The carrier waves Cu1 to Cu4 and Cx1 to Cx4 have the same amplitude and frequency as the carrier waves Ca and Cb in FIG.

詳細には、搬送波Cu1は、第1段変換器28のu相アームのスイッチング素子S1〜S4のスイッチングに用いられる。搬送波Cu1は、上側用搬送波(図4の搬送波Ca)に相当する。搬送波Cx1は、第1段変換器28のx相アームのスイッチング素子S5〜S8のスイッチングに用いられる。搬送波Cx1は、下側用搬送波(図4の搬送波Cb)に相当する。ただし、図5(A)では、負の極性の交流電圧指令値−Vux*と搬送波Cx1との比較を、正の極性の交流電圧指令値Vux*と搬送波Cu1との比較と重ね合わせて示すために、搬送波Cx1を正負反転させている。これにより、搬送波Cx1は、搬送波Cu1に対して1/2キャリア周期分(すなわち、π)だけ位相がずれた波形となっている。 Specifically, the carrier wave Cu1 is used for switching the switching elements S1 to S4 of the u-phase arm of the first stage converter 28. The carrier wave Cu1 corresponds to the upper carrier wave (carrier wave Ca in FIG. 4). The carrier wave Cx1 is used for switching the switching elements S5 to S8 of the x-phase arm of the first stage converter 28. The carrier wave Cx1 corresponds to the lower carrier wave (carrier wave Cb in FIG. 4). However, in FIG. 5A, the comparison between the negative polarity AC voltage command value −Vux * and the carrier wave Cx1 is shown by superimposing the comparison between the positive polarity AC voltage command value Vux * and the carrier wave Cu1. The carrier wave Cx1 is positively and negatively inverted. As a result, the carrier wave Cx1 has a waveform that is out of phase with the carrier wave Cu1 by 1/2 carrier period (that is, π).

搬送波Cu2は第2段変換器27の上側用搬送波(搬送波Ca)に相当し、搬送波Cx2は第2段変換器27の下側用搬送波(搬送波Cb)に相当する。搬送波Cu1,Cx1と同様に、搬送波Cx2は、搬送波Cu2に対して1/2キャリア周期分だけ位相がずれた波形となっている。 The carrier wave Cu2 corresponds to the upper carrier wave (carrier wave Ca) of the second stage converter 27, and the carrier wave Cx2 corresponds to the lower carrier wave (carrier wave Cb) of the second stage converter 27. Similar to the carrier wave Cu1 and Cx1, the carrier wave Cx2 has a waveform that is out of phase with the carrier wave Cu2 by 1/2 carrier period.

搬送波Cu3は第3段変換器26の上側用搬送波(搬送波Ca)に相当し、搬送波Cx3は第3段変換器26の下側用搬送波(搬送波Cb)に相当する。搬送波Cu1,Cx1と同様に、搬送波Cx3は、搬送波Cu3に対して1/2キャリア周期分だけ位相がずれた波形となっている。 The carrier wave Cu3 corresponds to the upper carrier wave (carrier wave Ca) of the third-stage converter 26, and the carrier wave Cx3 corresponds to the lower carrier wave (carrier wave Cb) of the third-stage converter 26. Similar to the carrier wave Cu1 and Cx1, the carrier wave Cx3 has a waveform that is out of phase with the carrier wave Cu3 by 1/2 carrier period.

搬送波Cu4は第4段変換器25の上側用搬送波(搬送波Ca)に相当し、搬送波Cx4は第4段変換器25の下側用搬送波(搬送波Cb)に相当する。搬送波Cu1,Cx1と同様に、搬送波Cx4は、搬送波Cu4に対して1/2キャリア周期分だけ位相がずれた波形となっている。 The carrier wave Cu4 corresponds to the upper carrier wave (carrier wave Ca) of the fourth-stage converter 25, and the carrier wave Cx4 corresponds to the lower carrier wave (carrier wave Cb) of the fourth-stage converter 25. Similar to the carrier wave Cu1 and Cx1, the carrier wave Cx4 has a waveform that is out of phase with the carrier wave Cu4 by 1/2 carrier period.

さらに、4つの搬送波Cu1〜Cu4の間には、位相差が設けられている。図5(A)の例では、Cu4→Cu3→Cu2→Cu1の順に、隣り合う搬送波間で互いに等しい位相差が設けられている。位相差は、1キャリア周期の1/2を4等分したもの(すなわち、π/4)に等しい。これによると、8つの搬送波Cu1〜Cu4,Cx1〜Cx4の間には、Cx4→Cx3→Cx2→Cx1→Cu4→Cu3→Cu2→Cu1の順に、隣り合う搬送波間で互いに等しい位相差π/4が設けられている。 Further, a phase difference is provided between the four carrier waves Cu1 to Cu4. In the example of FIG. 5A, the same phase difference is provided between adjacent carriers in the order of Cu4 → Cu3 → Cu2 → Cu1. The phase difference is equal to 1/2 of one carrier period divided into four equal parts (ie, π / 4). According to this, between the eight carriers Cu1 to Cu4 and Cx1 to Cx4, a phase difference π / 4 equal to each other between adjacent carriers is generated in the order of Cx4 → Cx3 → Cx2 → Cx1 → Cu4 → Cu3 → Cu2 → Cu1. It is provided.

4段直列多重変換器20の2パルスPWM制御では、第1段変換器28から第4段変換器25の各々において、図4に示した2パルスPWM制御が行なわれる。具体的には、第1段変換器25の2パルスPWM制御では、交流電圧指令値Vux*と搬送波Cu1,Cx1との高低が比較され、その比較結果に基づいて、スイッチング素子S1〜S8のオンオフの組み合わせが決定される。なお、交流電圧指令値Vux*と搬送波Cx1との比較結果に基づいたスイッチング素子S5〜S8のオンオフの組み合わせは、図4に示した交流電圧指令値−Vux*と下側搬送波Cbとの比較によるスイッチング素子S5〜S8の組み合わせと実質的に同じである。 In the 2-pulse PWM control of the 4-stage serial multiplex converter 20, the 2-pulse PWM control shown in FIG. 4 is performed in each of the first-stage converter 28 to the fourth-stage converter 25. Specifically, in the 2-pulse PWM control of the first-stage converter 25, the height of the AC voltage command value Vux * and the carrier waves Cu1 and Cx1 are compared, and the switching elements S1 to S8 are turned on and off based on the comparison result. The combination of is determined. The on / off combination of the switching elements S5 to S8 based on the comparison result between the AC voltage command value Vux * and the carrier wave Cx1 is based on the comparison between the AC voltage command value −Vux * shown in FIG. 4 and the lower carrier wave Cb. It is substantially the same as the combination of the switching elements S5 to S8.

第1段変換器25の2パルスPWM制御と同様に、第2段変換器26の2パルスPWM制御では、交流電圧指令値Vux*と搬送波Cu2,Cx2との高低が比較され、その比較結果に基づいて、スイッチング素子S1〜S8のオンオフの組み合わせが決定される。第3段変換器27の2パルスPWM制御では、交流電圧指令値Vux*と搬送波Cu3,Cx3との高低が比較され、その比較結果に基づいて、スイッチング素子S1〜S8のオンオフの組み合わせが決定される。第4段変換器28の2パルスPWM制御では、交流電圧指令値Vux*と搬送波Cu4,Cx4との高低が比較され、その比較結果に基づいて、スイッチング素子S1〜S8のオンオフの組み合わせが決定される。 Similar to the 2-pulse PWM control of the 1st-stage converter 25, in the 2-pulse PWM control of the 2nd-stage converter 26, the height of the AC voltage command value Vux * and the carrier waves Cu2 and Cx2 are compared, and the comparison result shows. Based on this, the on / off combination of the switching elements S1 to S8 is determined. In the 2-pulse PWM control of the third-stage converter 27, the height of the AC voltage command value Vux * and the carrier waves Cu3 and Cx3 are compared, and the on / off combination of the switching elements S1 to S8 is determined based on the comparison result. To. In the 2-pulse PWM control of the fourth-stage converter 28, the height of the AC voltage command value Vux * and the carrier waves Cu4 and Cx4 are compared, and the on / off combination of the switching elements S1 to S8 is determined based on the comparison result. To.

図5(B)には、第1段変換器28から第4段変換器25の各々におけるu相アームの出力電圧Vuおよびx相アームの出力電圧Vxの波形が示されている。第1段変換器28の出力電圧Vu1,Vx1、第2段変換器27の出力電圧Vu2,Vx2、第3段変換器26の出力電圧Vu3,Vx3および、第4段変換器25の出力電圧Vu4,Vx4の各々は、0,±Vd/2の3値をとる。図5(B)では各出力電圧を絶対値で表している。 FIG. 5B shows waveforms of the output voltage Vu of the u-phase arm and the output voltage Vx of the x-phase arm in each of the first-stage converter 28 to the fourth-stage converter 25. The output voltage Vu1, Vx1 of the first stage converter 28, the output voltage Vu2, Vx2 of the second stage converter 27, the output voltage Vu3, Vx3 of the third stage converter 26, and the output voltage Vu4 of the fourth stage converter 25. , Vx4 each have three values of 0, ± Vd / 2. In FIG. 5B, each output voltage is represented by an absolute value.

4段直列多重変換器20の交流出力電圧Vuxは、第1段変換器28から第4段変換器25の交流出力電圧Vu1〜Vu4,Vx1〜Vx4を直列合成したものとなる。図5(C)には、4段直列多重変換器20の交流出力電圧Vuxの波形が示されている。図5(C)に示すように、電気角0°〜180°の区間において、交流出力電圧は、第1段変換器28から第4段変換器25の交流出力電圧を積み上げたものとなる。 The AC output voltage Vux of the 4-stage series multiplex converter 20 is a series combination of the AC output voltages Vu1 to Vu4 and Vx1 to Vx4 of the first-stage converter 28 to the fourth-stage converter 25. FIG. 5C shows the waveform of the AC output voltage Vux of the 4-stage series multiplex converter 20. As shown in FIG. 5C, the AC output voltage is the sum of the AC output voltages of the first-stage converter 28 to the fourth-stage converter 25 in the section of the electric angle of 0 ° to 180 °.

なお、比較例では、第1段変換器28から第4段変換器25の間で、搬送波Cu1〜Cu4の位相をそれぞれπ/4ずらしたことにより、かつ、搬送波Cx1〜Cx4の位相をそれぞれπ/4ずらしたことにより、電気角0°〜180°の区間において、交流出力電圧Vuxは、0,Vd/2,Vd,3Vd/2,2Vd,5Vd/2,3Vd,7Vd/2,4Vdのいずれかとなる。 In the comparative example, the phases of the carrier waves Cu1 to Cu4 are shifted by π / 4 between the first-stage converter 28 and the fourth-stage converter 25, and the phases of the carrier waves Cx1 to Cx4 are π, respectively. Due to the / 4 shift, the AC output voltage Vux is 0, Vd / 2, Vd, 3Vd / 2,2Vd, 5Vd / 2,3Vd, 7Vd / 2,4Vd in the section of the electric angle of 0 ° to 180 °. It will be either.

しかしながら、図4で説明したように、2パルスPWM制御では、各段の変換器の出力電圧に高調波成分が含まれる。そのため、4段直列多重変換器20の交流出力電圧Vuxにおいても、4台の変換器の高調波成分を合成した高調波成分が含まれることになる。 However, as described with reference to FIG. 4, in the 2-pulse PWM control, a harmonic component is included in the output voltage of the converter in each stage. Therefore, even in the AC output voltage Vux of the 4-stage series multiplex converter 20, the harmonic component obtained by synthesizing the harmonic components of the four converters is included.

本実施の形態は、このような問題を解決するために、4段直列多重変換器の交流出力電圧における高調波成分の含有率を低減することを可能とする2パルスPWM制御を提案するものである。 In this embodiment, in order to solve such a problem, a two-pulse PWM control that makes it possible to reduce the content of harmonic components in the AC output voltage of the four-stage series multiplex converter is proposed. is there.

<本実施の形態に係る2パルスPWM制御>
以下、本実施の形態に係る4段直列多重変換器20の2パルスPWM制御について説明する。
<2-pulse PWM control according to this embodiment>
Hereinafter, the 2-pulse PWM control of the 4-stage serial multiplex converter 20 according to the present embodiment will be described.

図6は、本実施の形態に係る4段直列多重変換器の2パルスPWM制御を説明するための波形図であって、図5と対比される図である。図6(A)には、交流電圧指令値Vux*の半周期(電気角0°〜180°の区間)の波形が示されている。 FIG. 6 is a waveform diagram for explaining 2-pulse PWM control of the 4-stage series multiplex converter according to the present embodiment, and is a diagram to be compared with FIG. FIG. 6A shows a waveform of a half cycle (a section of an electric angle of 0 ° to 180 °) of the AC voltage command value Vux *.

図6(A)にはさらに、搬送波Cu1〜Cu4,Cx1〜Cx4の波形が示されている。図5と同様に、搬送波Cu1,Cx1は、4段直列多重変換器20における第1段変換器28の2パルスPWM制御に用いられる搬送波であり、搬送波Cu2,Cx2は、第2段変換器27の2パルスPWM制御に用いられる搬送波である。また、搬送波Cu3,Cx3は、第3段変換器26の2パルスPWM制御に用いられる搬送波であり、搬送波Cu4,Cx4は、第4段変換器25の2パルスPWM制御に用いられる搬送波である。搬送波Cu1〜Cu4,Cx1〜Cx4は、図5の搬送波Cu1〜Cu4,Cx1〜Cx4と振幅および周波数がそれぞれ同じである。 FIG. 6A further shows the waveforms of the carrier waves Cu1 to Cu4 and Cx1 to Cx4. Similar to FIG. 5, the carrier waves Cu1 and Cx1 are carriers used for 2-pulse PWM control of the first-stage converter 28 in the four-stage series multiplex converter 20, and the carrier waves Cu2 and Cx2 are the second-stage converter 27. This is a carrier wave used for 2-pulse PWM control. The carrier waves Cu3 and Cx3 are carriers used for the 2-pulse PWM control of the third-stage converter 26, and the carrier waves Cu4 and Cx4 are carriers used for the two-pulse PWM control of the fourth-stage converter 25. The carrier waves Cu1 to Cu4 and Cx1 to Cx4 have the same amplitude and frequency as the carrier waves Cu1 to Cu4 and Cx1 to Cx4 in FIG.

ただし、本実施の形態では、図5の比較例とは、搬送波Cu1〜Cu4,Cx1〜Cx4の位相差が異なる。具体的には、4つの搬送波Cu1〜Cu4の間には、Cu4→Cu3→Cu2→Cu1の順に、隣り合う搬送波間で互いに等しい位相差が設けられている。位相差は、1キャリア周期を4等分したもの(すなわち、2π/4=π/2)に等しい。搬送波Cu1〜Cu4は「第1搬送波」の一実施例に対応する。 However, in the present embodiment, the phase difference of the carrier waves Cu1 to Cu4 and Cx1 to Cx4 is different from that of the comparative example of FIG. Specifically, between the four carrier waves Cu1 to Cu4, a phase difference equal to each other is provided between adjacent carriers in the order of Cu4 → Cu3 → Cu2 → Cu1. The phase difference is equal to one carrier period divided into four equal parts (that is, 2π / 4 = π / 2). The carrier waves Cu1 to Cu4 correspond to one embodiment of the "first carrier wave".

また、4つの搬送波Cx1〜Cx4の間には、Cx1→Cx2→Cx3→Cx4の順に、隣り合う搬送波間で互いに等しい位相差が設けられている。位相差は、1キャリア周期を4等分したもの(すなわち、2π/4=π/2)に等しい。搬送波Cx1〜Cx4は「第2搬送波」の一実施例に対応する。 Further, between the four carrier waves Cx1 to Cx4, equal phase differences are provided between adjacent carriers in the order of Cx1 → Cx2 → Cx3 → Cx4. The phase difference is equal to one carrier period divided into four equal parts (that is, 2π / 4 = π / 2). The carrier waves Cx1 to Cx4 correspond to one embodiment of the "second carrier wave".

さらに、搬送波Cu4は、搬送波Cx1および搬送波Cx2の各々との間にπ/4の位相差を有する。搬送波Cu3は、搬送波Cx2および搬送波Cx3の各々との間にπ/4の位相差を有する。搬送波Cu2は、搬送波Cx3および搬送波Cx4の各々との間にπ/4の位相差を有する。搬送波Cu1は、搬送波Cx4および搬送波Cx1の各々との間にπ/4の位相差を有する。 Further, the carrier wave Cu4 has a phase difference of π / 4 between each of the carrier wave Cx1 and the carrier wave Cx2. The carrier wave Cu3 has a phase difference of π / 4 between each of the carrier wave Cx2 and the carrier wave Cx3. The carrier wave Cu2 has a phase difference of π / 4 between each of the carrier wave Cx3 and the carrier wave Cx4. The carrier wave Cu1 has a phase difference of π / 4 between each of the carrier wave Cx4 and the carrier wave Cx1.

これによると、8つの搬送波Cu1〜Cu4,Cx1〜Cx4の間には、Cx1→Cu4→Cx2→Cu3→Cx3→Cu2→Cx4→Cu1の順に、隣り合う搬送波間で互いに等しい位相差π/4が設けられている。 According to this, between the eight carrier waves Cu1 to Cu4 and Cx1 to Cx4, a phase difference π / 4 equal to each other between adjacent carriers in the order of Cx1 → Cu4 → Cx2 → Cu3 → Cx3 → Cu2 → Cx4 → Cu1. It is provided.

4段直列多重変換器20の2パルスPWM制御では、第1段変換器28から第4段変換器25の各々において、図4に示した2パルスPWM制御が行なわれる。具体的には、第1段変換器25の2パルスPWM制御では、交流電圧指令値Vux*と搬送波Cu1,Cx1との高低が比較され、その比較結果に基づいて、スイッチング素子S1〜S8のオンオフの組み合わせが決定される。第2段変換器26の2パルスPWM制御では、交流電圧指令値Vux*と搬送波Cu2,Cx2との高低が比較され、その比較結果に基づいて、スイッチング素子S1〜S8のオンオフの組み合わせが決定される。第3段変換器27の2パルスPWM制御では、交流電圧指令値Vux*と搬送波Cu3,Cx3との高低が比較され、その比較結果に基づいて、スイッチング素子S1〜S8のオンオフの組み合わせが決定される。第4段変換器28の2パルスPWM制御では、交流電圧指令値Vux*と搬送波Cu4,Cx4との高低が比較され、その比較結果に基づいて、スイッチング素子S1〜S8のオンオフの組み合わせが決定される。 In the 2-pulse PWM control of the 4-stage serial multiplex converter 20, the 2-pulse PWM control shown in FIG. 4 is performed in each of the first-stage converter 28 to the fourth-stage converter 25. Specifically, in the 2-pulse PWM control of the first-stage converter 25, the height of the AC voltage command value Vux * and the carrier waves Cu1 and Cx1 are compared, and the switching elements S1 to S8 are turned on and off based on the comparison result. The combination of is determined. In the 2-pulse PWM control of the second-stage converter 26, the height of the AC voltage command value Vux * and the carrier waves Cu2 and Cx2 are compared, and the on / off combination of the switching elements S1 to S8 is determined based on the comparison result. To. In the 2-pulse PWM control of the third-stage converter 27, the height of the AC voltage command value Vux * and the carrier waves Cu3 and Cx3 are compared, and the on / off combination of the switching elements S1 to S8 is determined based on the comparison result. To. In the 2-pulse PWM control of the fourth-stage converter 28, the height of the AC voltage command value Vux * and the carrier waves Cu4 and Cx4 are compared, and the on / off combination of the switching elements S1 to S8 is determined based on the comparison result. To.

図6(B)には、第1段変換器28から第4段変換器25の各々におけるu相アームの出力電圧Vuおよびx相アームの出力電圧Vxの波形が示されている。第1段変換器28の出力電圧Vu1,Vx1、第2段変換器27の出力電圧Vu2,Vx2、第3段変換器26の出力電圧Vu3,Vx3および、第4段変換器25の出力電圧Vu4,Vx4の各々は、0,±Vd/2の3値をとる。図6(B)では各出力電圧を絶対値で表している。 FIG. 6B shows waveforms of the output voltage Vu of the u-phase arm and the output voltage Vx of the x-phase arm in each of the first-stage converter 28 to the fourth-stage converter 25. The output voltage Vu1, Vx1 of the first stage converter 28, the output voltage Vu2, Vx2 of the second stage converter 27, the output voltage Vu3, Vx3 of the third stage converter 26, and the output voltage Vu4 of the fourth stage converter 25. , Vx4 each have three values of 0, ± Vd / 2. In FIG. 6B, each output voltage is represented by an absolute value.

4段直列多重変換器20の交流出力電圧Vuxは、第1段変換器28から第4段変換器25の交流出力電圧Vu1〜Vu4,Vx1〜Vx4を直列合成したものとなる。図6(C)には、4段直列多重変換器20の交流出力電圧Vuxの波形が示されている。図6(C)に示すように、電気角0°〜180°の区間において、交流出力電圧は、第1段変換器28から第4段変換器25の交流出力電圧を積み上げたものとなる。 The AC output voltage Vux of the 4-stage series multiplex converter 20 is a series combination of the AC output voltages Vu1 to Vu4 and Vx1 to Vx4 of the first-stage converter 28 to the fourth-stage converter 25. FIG. 6C shows the waveform of the AC output voltage Vux of the 4-stage series multiplex converter 20. As shown in FIG. 6C, the AC output voltage is the sum of the AC output voltages of the first-stage converter 28 to the fourth-stage converter 25 in the section of the electric angle of 0 ° to 180 °.

本実施の形態においても、図5(C)の比較例と同様に、電気角0°〜180°の区間において、交流出力電圧Vuxは、0,Vd/2,Vd,3Vd/2,2Vd,5Vd/2,3Vd,7Vd/2,4Vdのいずれかとなる。 Also in the present embodiment, as in the comparative example of FIG. 5C, the AC output voltage Vux is 0, Vd / 2, Vd, 3Vd / 2,2Vd, in the section of the electric angle of 0 ° to 180 °. It is one of 5Vd / 2,3Vd and 7Vd / 2,4Vd.

ただし、本実施の形態では、8つの搬送波Cu1〜Cu4,Cx1〜Cx4の間に図6(A)に示す位相差を設けたことにより、比較例に比べて、4段直列多重変換器20の交流出力電圧に含まれる高調波成分を低減することができる。図7を用いて、本実施の形態に係る4段直列多重変換器の2パルスPWM制御が奏する効果について説明する。 However, in the present embodiment, since the phase difference shown in FIG. 6A is provided between the eight carriers Cu1 to Cu4 and Cx1 to Cx4, the four-stage series multiplexing converter 20 is compared with the comparative example. Harmonic components contained in the AC output voltage can be reduced. The effect of the 2-pulse PWM control of the 4-stage series multiplex converter according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 7.

図7(A)は、比較例に係る4段直列多重変換器の交流出力電圧Vuxの波形であり、図5(C)の波形と同じものである。図7(B)は、本実施の形態に係る4段直列多重変換器の交流出力電圧Vuxの波形であり、図6(C)の波形と同じものである。 FIG. 7A is a waveform of the AC output voltage Vux of the 4-stage series multiplex converter according to the comparative example, which is the same as the waveform of FIG. 5C. FIG. 7B is a waveform of the AC output voltage Vux of the 4-stage series multiplex converter according to the present embodiment, which is the same as the waveform of FIG. 6C.

図7(C)は、図7(A)の交流出力電圧および図7(B)の交流出力電圧の各々に含まれる高調波成分を解析した結果を示す図である。図7(C)の縦軸は交流出力電圧における高調波成分の含有率(%)を示し、横軸は高調波成分の次数を示す。図7(D)は、図7(C)のグラフを部分的に拡大したものである。 FIG. 7 (C) is a diagram showing the results of analysis of harmonic components contained in each of the AC output voltage of FIG. 7 (A) and the AC output voltage of FIG. 7 (B). The vertical axis of FIG. 7C shows the content rate (%) of the harmonic component in the AC output voltage, and the horizontal axis shows the order of the harmonic component. FIG. 7 (D) is a partially enlarged version of the graph of FIG. 7 (C).

図7(C)および図7(D)では、比較例における含有率が黒塗りまたは斜線で示され、本実施の形態における含有率が白塗りで示されている。図7(C)によると、比較例および本実施の形態のいずれにおいても、3次、5次、7次、・・・49次の高調波成分が観察される。なお、高調波成分の含有率は3次高調波が最も大きい。 In FIGS. 7 (C) and 7 (D), the content in the comparative example is shown in black or shaded, and the content in the present embodiment is shown in white. According to FIG. 7C, third-order, fifth-order, seventh-order, ... 49th-order harmonic components are observed in both the comparative example and the present embodiment. The content of harmonic components is highest in the third harmonic.

比較例と本実施の形態とを比較すると、本実施の形態は、比較例に比べて3次高調波の含有率が小さいことが分かる。5次高調波および7次高調波においても、3次高調波と同様に、本実施の形態のほうが比較例よりも含有率が小さくなっている。 Comparing the comparative example with the present embodiment, it can be seen that the content of the third harmonic is smaller in the present embodiment than in the comparative example. In the 5th and 7th harmonics as well, the content of the present embodiment is smaller than that of the comparative example, as in the case of the 3rd harmonic.

このように本実施の形態に係る4段直列多重変換器の2パルスPWM制御によれば、比較例に係る4段直列多重変換器の2パルスPWM制御と比較して、高調波成分の含有率を低減することができる。 As described above, according to the 2-pulse PWM control of the 4-stage series multiplex converter according to the present embodiment, the content rate of harmonic components is compared with the 2-pulse PWM control of the 4-stage series multiplex converter according to the comparative example. Can be reduced.

図8は、本実施の形態に係る4段直列多重変換器の2パルスPWM制御を説明するための波形図である。図8には、交流電圧指令値Vux*の1周期(電気角0°〜360°)の区間)の波形が示されている。図8の例では、交流電圧指令値Vux*は、正弦波の交流電圧指令値に3次高調波成分を重畳させたものである。このようにすると、線間電圧n基本波振幅を搬送波の振幅よりも大きくすることができるため、電圧利用率を改善することができる。 FIG. 8 is a waveform diagram for explaining 2-pulse PWM control of the 4-stage series multiplex converter according to the present embodiment. FIG. 8 shows a waveform of one cycle (electrical angle 0 ° to 360 °) of the AC voltage command value Vux *). In the example of FIG. 8, the AC voltage command value Vux * is obtained by superimposing a third harmonic component on the AC voltage command value of a sine wave. In this way, the line voltage n fundamental wave amplitude can be made larger than the amplitude of the carrier wave, so that the voltage utilization rate can be improved.

図8において、電気角0°〜180°の区間における交流電圧指令値Vux*と8つの搬送波Cu1〜Cu4,Cx1〜Cx4との関係は図6で示した通りである。すなわち、8つの搬送波Cu1〜Cu4,Cx1〜Cx4の間には、Cx1→Cu4→Cx2→Cu3→Cx3→Cu2→Cx4→Cu1の順に、隣り合う搬送波間で互いに等しい位相差π/4が設けられている。正の極性の交流電圧指令値Vux*と搬送波Cuとが一致するタイミングで、各段の変換器におけるu相のスイッチング素子S1,S3のスイッチングが行なわれる。正の極線の交流電圧指令値Vux*と搬送波Cxとが一致するタイミングで、各段の変換器におけるx相のスイッチング素子S6,S8のスイッチングが行なわれる。 In FIG. 8, the relationship between the AC voltage command value Vux * and the eight carrier waves Cu1 to Cu4 and Cx1 to Cx4 in the section of the electric angle of 0 ° to 180 ° is as shown in FIG. That is, between the eight carriers Cu1 to Cu4 and Cx1 to Cx4, phase differences π / 4 equal to each other are provided between adjacent carriers in the order of Cx1 → Cu4 → Cx2 → Cu3 → Cx3 → Cu2 → Cx4 → Cu1. ing. Switching of the u-phase switching elements S1 and S3 in the converter of each stage is performed at the timing when the positive polarity AC voltage command value Vux * and the carrier wave Cu match. Switching of the x-phase switching elements S6 and S8 in the converter of each stage is performed at the timing when the AC voltage command value Vux * of the positive pole line and the carrier wave Cx match.

電気角180°〜360°の区間においても、8つの搬送波Cu1〜Cu4,Cx1〜Cx4の間には、Cx1→Cu4→Cx2→Cu3→Cx3→Cu2→Cx4→Cu1の順に、隣り合う搬送波間で互いに等しい位相差π/4が設けられている。 Even in the section of the electric angle of 180 ° to 360 °, between the eight carriers Cu1 to Cu4 and Cx1 to Cx4, between adjacent carriers in the order of Cx1 → Cu4 → Cx2 → Cu3 → Cx3 → Cu2 → Cx4 → Cu1. A phase difference π / 4 equal to each other is provided.

ここで、本実施の形態では、搬送波Cu1において、上側搬送波と下側搬送波との間に1/2キャリア周期分(すなわち、π)位相差を設けている。図4に示したように、単相フルブリッジ3レベル回路のPWM制御では、通常、上側搬送波Caと下側搬送波Cbとは同位相としている。これに対し、本実施の形態では、上側搬送波と下側搬送波とを逆位相とする。搬送波Cu2〜Cu4,Cx1〜Cx4の各々においても、上側搬送波と下側搬送波とを逆位相とする。 Here, in the present embodiment, in the carrier wave Cu1, a phase difference of 1/2 carrier period (that is, π) is provided between the upper carrier wave and the lower carrier wave. As shown in FIG. 4, in the PWM control of the single-phase full bridge three-level circuit, the upper carrier wave Ca and the lower carrier wave Cb are usually in the same phase. On the other hand, in the present embodiment, the upper carrier wave and the lower carrier wave have opposite phases. In each of the carrier waves Cu2 to Cu4 and Cx1 to Cx4, the upper carrier wave and the lower carrier wave have opposite phases.

(制御装置の制御構造)
次に、本実施の形態に係る直列多重電力変換装置1における制御装置11の制御構造を説明する。
(Control structure of control device)
Next, the control structure of the control device 11 in the series multiplex power conversion device 1 according to the present embodiment will be described.

図9は、図1に示した制御装置11のうちの4段直列多重変換器20の制御に関する部分を示す回路ブロック図である。 FIG. 9 is a circuit block diagram showing a portion of the control device 11 shown in FIG. 1 regarding control of the 4-stage series multiplex converter 20.

図9を参照して、制御装置11は、減算器110,112、電流制御部114、2相/3相変換部116、3f重畳演算部118、加算器120,122,124,132、PWM制御部126、乗算器128,130、および平方根134を含む。 With reference to FIG. 9, the control device 11 includes subtractors 110, 112, current control units 114, two-phase / three-phase conversion units 116, 3f superimposition calculation unit 118, adders 120, 122, 124, 132, and PWM control. Includes parts 126, multipliers 128, 130, and square root 134.

d軸電流帰還値Idおよびq軸電流帰還値Iqは、電流検出器13(図1)により検出された電力系統2を流れる交流電流のd軸成分およびq軸成分であり、三相交流電流IR,IS,ITの検出値を3相/2相変換して得られたものである。d軸電流指令Id*およびq軸電流指令Iq*は、交流電流指令のd軸成分およびq軸成分であり、三相の電流指令値IR*,IS*,IT*を3相/2相変換して得られたものである。 The d-axis current feedback value Id and the q-axis current feedback value Iq are the d-axis component and the q-axis component of the alternating current flowing through the power system 2 detected by the current detector 13 (FIG. 1), and are the three-phase alternating current IR. , IS, IT detection values were obtained by 3-phase / 2-phase conversion. The d-axis current command Id * and the q-axis current command Iq * are the d-axis component and the q-axis component of the AC current command, and convert the three-phase current command values IR *, IS *, and IT * into three-phase / two-phase. It was obtained by

減算器110は、d軸電流帰還値Idとd軸電流指令Id*との偏差Δd(=Id−Id*)を算出する。減算器112は、q軸電流帰還値Iqとq軸電流指令Iq*との偏差Δq(=Iq−Iq*)を算出する。 The subtractor 110 calculates the deviation Δd (= Id−Id *) between the d-axis current feedback value Id and the d-axis current command Id *. The subtractor 112 calculates the deviation Δq (= Iq−Iq *) between the q-axis current feedback value Iq and the q-axis current command Iq *.

電流制御部114は、偏差Δd,Δqの各々が0となるようにd軸電圧指令Vd*とq軸電圧指令Vq*とを生成する。電流制御部114は、例えば偏差Δd,Δqを比例制御または比例積分制御に従って増幅することによりd軸電圧指令Vd*およびq軸電圧指令Vq*を生成する。 The current control unit 114 generates a d-axis voltage command Vd * and a q-axis voltage command Vq * so that each of the deviations Δd and Δq becomes 0. The current control unit 114 generates the d-axis voltage command Vd * and the q-axis voltage command Vq * by, for example, amplifying the deviations Δd and Δq according to the proportional control or the proportional integral control.

2相/3相変換部116は、d軸電圧指令Vd*およびq軸電圧指令Vq*を2相/3相変換することにより、三相の交流電圧指令値(R相電圧指令値VR♯、S相電圧指令値VS♯、T相電圧指令値VT♯)を生成する。 The two-phase / three-phase conversion unit 116 converts the d-axis voltage command Vd * and the q-axis voltage command Vq * into two-phase / three-phase, so that the three-phase AC voltage command value (R-phase voltage command value VR #, S-phase voltage command value VS #, T-phase voltage command value VT #) is generated.

3f重畳演算部118は、交流電圧指令値VR♯,VS♯,VT♯の各々に重畳する3次高調波成分の重畳比率を算出する。3f重畳演算部118は、電流制御部114により生成されたd軸電圧指令Vd*およびq軸電圧指令Vq*に基づいて、3次高調波成分の重畳比率を算出し、算出した重畳比率に基づいて、各相の3次高調波成分を生成する。具体的には、3f重畳演算部118は、予め交流電圧の振幅値に応じた好適な3次高調波の重畳比率を算出しておき、得られた交流電圧の振幅値と3次高調波の重畳比率との関係をテーブル化しておくことができる。 The 3f superimposition calculation unit 118 calculates the superimposition ratio of the third harmonic component superimposed on each of the AC voltage command values VR #, VS #, and VT #. The 3f superimposition calculation unit 118 calculates the superimposition ratio of the third harmonic component based on the d-axis voltage command Vd * and the q-axis voltage command Vq * generated by the current control unit 114, and is based on the calculated superimposition ratio. To generate the third harmonic component of each phase. Specifically, the 3f superimposition calculation unit 118 calculates in advance a suitable superimposition ratio of the third harmonic according to the amplitude value of the AC voltage, and the amplitude value of the obtained AC voltage and the third harmonic. The relationship with the superposition ratio can be tabulated.

加算器120は、R相電圧指令値VR♯とR相の3次高調波成分とを加算して、R相電圧指令値VR*を生成する。加算器122は、S相電圧指令値VS♯とS相の3次高調波成分とを加算して、S相電圧指令値VS*を生成する。加算器124は、T相電圧指令値VT♯とT相の3次高調波成分とを加算して、T相電圧指令値VT*を生成する。 The adder 120 adds the R-phase voltage command value VR # and the third harmonic component of the R-phase to generate the R-phase voltage command value VR *. The adder 122 adds the S-phase voltage command value VS # and the third harmonic component of the S-phase to generate the S-phase voltage command value VS *. The adder 124 adds the T-phase voltage command value VT # and the T-phase third harmonic component to generate the T-phase voltage command value VT *.

乗算器128は、d軸電圧指令Vd*の二乗値Vd*を算出する。乗算器130は、q軸電圧指令Vq*の二乗値Vq*を算出する。加算器132は、d軸電圧指令の二乗値Vd*とq軸電圧指令の二乗値Vq*とを加算する。平方根134は、加算器132の加算結果の平方根(=(Vd*+Vq*1/2)を算出することにより、交流電圧指令値V♯の基本波の振幅を算出する。 The multiplier 128 calculates the squared value Vd * 2 of the d-axis voltage command Vd *. The multiplier 130 calculates the squared value Vq * 2 of the q-axis voltage command Vq *. The adder 132 adds the squared value Vd * 2 of the d-axis voltage command and the squared value Vq * 2 of the q-axis voltage command. The square root 134 calculates the amplitude of the fundamental wave of the AC voltage command value V # by calculating the square root (= (Vd * 2 + Vq * 2 ) 1/2) of the addition result of the adder 132.

PWM制御部126は、交流電圧指令値VR*,VS*,VT*に基づいて、4段直列多重変換器20を制御するためのゲートパルス信号GC1〜GC4(図1)を生成する。PWM制御部126は、線間電圧の振幅に基づいてゲートパルス信号GC1〜GC4を生成する。 The PWM control unit 126 generates gate pulse signals GC1 to GC4 (FIG. 1) for controlling the four-stage series multiplex converter 20 based on the AC voltage command values VR *, VS *, and VT *. The PWM control unit 126 generates gate pulse signals GC1 to GC4 based on the amplitude of the line voltage.

図10は、図9に示したPWM制御部126の構成を示すブロック図である。図10を参照して、PWM制御部126は、第1段制御部141、第2段制御部142、第3段制御部143、第4段制御部144、および搬送波発生器145を含む。 FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of the PWM control unit 126 shown in FIG. With reference to FIG. 10, the PWM control unit 126 includes a first stage control unit 141, a second stage control unit 142, a third stage control unit 143, a fourth stage control unit 144, and a carrier wave generator 145.

搬送波発生器145は、搬送波Cu1〜Cu4,Cx1〜Cx4を生成する。搬送波はたとえば三角波信号である。搬送波Cu1〜Cu4,Cx1〜Cx4は、交流電圧指令値Vux*の2倍の周波数を有している。搬送波Cu1〜Cu4,Cx1〜Cx4の間には、図6に示した位相差が設けられている。 The carrier wave generator 145 generates carrier waves Cu1 to Cu4 and Cx1 to Cx4. The carrier wave is, for example, a triangular wave signal. The carrier waves Cu1 to Cu4 and Cx1 to Cx4 have twice the frequency of the AC voltage command value Vux *. The phase difference shown in FIG. 6 is provided between the carrier waves Cu1 to Cu4 and Cx1 to Cx4.

第1段制御部141は、交流電圧指令値Vux*に基づいて、第1段変換器28におけるスイッチング素子S1〜S8のオンオフを制御するための制御指令であるゲートパルス信号GC1を生成する。 The first-stage control unit 141 generates a gate pulse signal GC1 which is a control command for controlling the on / off of the switching elements S1 to S8 in the first-stage converter 28 based on the AC voltage command value Vux *.

第2段制御部142は、交流電圧指令値Vux*に基づいて、第2段変換器27におけるスイッチング素子S1〜S8のオンオフを制御するための制御指令であるゲートパルス信号GC2を生成する。 The second-stage control unit 142 generates a gate pulse signal GC2, which is a control command for controlling the on / off of the switching elements S1 to S8 in the second-stage converter 27, based on the AC voltage command value Vux *.

第3段制御部143は、交流電圧指令値Vux*に基づいて、第3段変換器26におけるスイッチング素子S1〜S8のオンオフを制御するための制御指令であるゲートパルス信号GC3を生成する。 The third-stage control unit 143 generates a gate pulse signal GC3, which is a control command for controlling the on / off of the switching elements S1 to S8 in the third-stage converter 26, based on the AC voltage command value Vux *.

第4段制御部144は、交流電圧指令値Vux*に基づいて、第4段変換器25におけるスイッチング素子S1〜S8のオンオフを制御するための制御指令であるゲートパルス信号GC4を生成する。 The fourth-stage control unit 144 generates a gate pulse signal GC4, which is a control command for controlling the on / off of the switching elements S1 to S8 in the fourth-stage converter 25, based on the AC voltage command value Vux *.

図11は、図10に示した搬送波発生器145の構成例を示すブロック図である。図11を参照して、搬送波発生器145は、三角波発生器150と、位相遅延部151〜157と、反転器161〜168を有する。 FIG. 11 is a block diagram showing a configuration example of the carrier wave generator 145 shown in FIG. With reference to FIG. 11, the carrier generator 145 includes a triangle wave generator 150, phase delay portions 151 to 157, and inverting generators 161 to 168.

三角波発生器150は、交流電圧指令値Vux*の4倍の周波数を有する三角波を発生する。 The triangular wave generator 150 generates a triangular wave having a frequency four times that of the AC voltage command value Vux *.

位相遅延部151〜157は、入力信号を位相Δθだけ遅延して出力するように構成される。4段直列多重変換器20の場合、各位相遅延部における位相遅延量Δθはπ/4に設定されている。なお、n台を直列多重接続したn段直列多重変換器の場合には、位相遅延量Δθはπ/nに設定される。 The phase delay units 151 to 157 are configured to delay the input signal by the phase Δθ and output it. In the case of the 4-stage series multiplex converter 20, the phase delay amount Δθ in each phase delay portion is set to π / 4. In the case of an n-stage series multiplex converter in which n units are connected in series, the phase delay amount Δθ is set to π / n.

反転器161〜168は、入力信号の符号を反転して出力するように構成される。 The inverting devices 161 to 168 are configured to invert the sign of the input signal and output it.

図11の構成例では、三角波発生器150にて生成された三角波は第1段変換器28のx相アームの上側搬送波Cx1となり、反転器161により上側搬送波Cx1の符号を反転させたものがx相アームの下側搬送波Cx1となる。 In the configuration example of FIG. 11, the triangular wave generated by the triangular wave generator 150 is the upper carrier wave Cx1 of the x-phase arm of the first stage converter 28, and the code of the upper carrier wave Cx1 is inverted by the inversion device 161 is x. It becomes the lower carrier wave Cx1 of the phase arm.

上側搬送波Cx1を位相遅延部151により位相Δθ(=π/4)遅延させたものが第4段変換器25のu相アームの上側搬送波Cu4となり、反転器162により上側搬送波Cx4の符号を反転させたものがx相アームの下側搬送波Cu4となる。 The upper carrier Cx1 delayed by the phase Δθ (= π / 4) by the phase delay unit 151 becomes the upper carrier Cu4 of the u-phase arm of the fourth stage converter 25, and the sign of the upper carrier Cx4 is inverted by the inverting device 162. This is the lower carrier wave Cu4 of the x-phase arm.

上側搬送波Cu4を位相遅延部152により位相Δθ(=π/4)遅延させたものが第2段変換器27のx相アームの上側搬送波Cx2となり、反転器163により上側搬送波Cx2の符号を反転させたものがx相アームの下側搬送波Cx2となる。 The upper carrier wave Cu4 delayed by the phase Δθ (= π / 4) by the phase delay unit 152 becomes the upper carrier wave Cx2 of the x-phase arm of the second stage converter 27, and the sign of the upper carrier wave Cx2 is inverted by the inversion device 163. This is the lower carrier wave Cx2 of the x-phase arm.

上側搬送波Cx2を位相遅延部153により位相Δθ(=π/4)遅延させたものが第3段変換器26のu相アームの上側搬送波Cu3となり、反転器164により上側搬送波Cu3の符号を反転させたものがx相アームの下側搬送波Cx3となる。 The upper carrier Cx2 delayed by the phase Δθ (= π / 4) by the phase delay unit 153 becomes the upper carrier Cu3 of the u-phase arm of the third stage converter 26, and the sign of the upper carrier Cu3 is inverted by the inverter 164. This is the lower carrier wave Cx3 of the x-phase arm.

上側搬送波Cu3を位相遅延部154により位相Δθ(=π/4)遅延させたものが第3段変換器26のx相アームの上側搬送波Cx3となり、反転器165により上側搬送波Cx3の符号を反転させたものがx相アームの下側搬送波Cx3となる。 The upper carrier wave Cu3 delayed by the phase Δθ (= π / 4) by the phase delay unit 154 becomes the upper carrier wave Cx3 of the x-phase arm of the third stage converter 26, and the sign of the upper carrier wave Cx3 is inverted by the inverting device 165. This is the lower carrier wave Cx3 of the x-phase arm.

上側搬送波Cx3を位相遅延部155により位相Δθ(=π/4)遅延させたものが第2段変換器27のu相アームの上側搬送波Cu2となり、反転器166により上側搬送波Cu2の符号を反転させたものがu相アームの下側搬送波Cu2となる。 The upper carrier Cx3 delayed by the phase Δθ (= π / 4) by the phase delay unit 155 becomes the upper carrier Cu2 of the u-phase arm of the second stage converter 27, and the sign of the upper carrier Cu2 is inverted by the inversion 166. This is the lower carrier wave Cu2 of the u-phase arm.

上側搬送波Cu2を位相遅延部156により位相Δθ(=π/4)遅延させたものが第4段変換器25のx相アームの上側搬送波Cx4となり、反転器167により上側搬送波Cx4の符号を反転させたものがx相アームの下側搬送波Cx4となる。 The upper carrier wave Cu2 delayed by the phase Δθ (= π / 4) by the phase delay unit 156 becomes the upper carrier wave Cx4 of the x-phase arm of the fourth stage converter 25, and the sign of the upper carrier wave Cx4 is inverted by the inversion device 167. This is the lower carrier wave Cx4 of the x-phase arm.

上側搬送波Cx4を位相遅延部157により位相Δθ(=π/4)遅延させたものが第1段変換器28のu相アームの上側搬送波Cu2となり、反転器168により上側搬送波Cu1の符号を反転させたものがu相アームの下側搬送波Cu1となる。 The upper carrier Cx4 delayed by the phase Δθ (= π / 4) by the phase delay unit 157 becomes the upper carrier Cu2 of the u-phase arm of the first stage converter 28, and the sign of the upper carrier Cu1 is inverted by the inverting device 168. This is the lower carrier wave Cu1 of the u-phase arm.

図12は、図10に示した第1段制御部141の構成例を示すブロック図である。図11を参照して、第1段制御部141は、乗算器160、比較器COM1〜COM4、および反転器I1〜I4を含む。 FIG. 12 is a block diagram showing a configuration example of the first stage control unit 141 shown in FIG. With reference to FIG. 11, the first stage control unit 141 includes a multiplier 160, comparators COM1 to COM4, and reversers I1 to I4.

乗算器160は、交流電圧指令値Vux*に「−1」を乗じる。乗算器160の乗算値は、交流電圧指令値−Vux*に値する。 The multiplier 160 multiplies the AC voltage command value Vux * by "-1". The multiplication value of the multiplier 160 deserves the AC voltage command value −Vux *.

比較器COM1は、非反転入力端子(+端子)に交流電圧指令値Vux*を受け、反転入力端子(−端子)に上側搬送波Cu1を受ける。比較器COM1は、交流電圧指令値Vux*および上側搬送波Cu1の高低を比較し、比較結果を示す信号を出力する。比較器COM1の出力信号は、第1段変換器28のスイッチング素子S1のゲートパルス信号となる。 The comparator COM1 receives the AC voltage command value Vux * at the non-inverting input terminal (+ terminal) and the upper carrier wave Cu1 at the inverting input terminal (-terminal). The comparator COM1 compares the high and low of the AC voltage command value Vux * and the upper carrier wave Cu1, and outputs a signal indicating the comparison result. The output signal of the comparator COM1 becomes a gate pulse signal of the switching element S1 of the first stage converter 28.

反転器I1は、比較器COM1の出力信号を反転する。反転器I1の出力信号は、第1段変換器28のスイッチング素子S3のゲートパルス信号となる。 The inverting device I1 inverts the output signal of the comparator COM1. The output signal of the inverting device I1 becomes a gate pulse signal of the switching element S3 of the first stage converter 28.

比較器COM2は、非反転入力端子(+端子)に交流電圧指令値Vux*を受け、反転入力端子(−端子)に下側搬送波Cu1を受ける。比較器COM2は、交流電圧指令値Vux*および下側搬送波Cu1の高低を比較し、比較結果を示す信号を出力する。比較器COM2の出力信号は、第1段変換器28のスイッチング素子S2のゲートパルス信号となる。 The comparator COM2 receives the AC voltage command value Vux * at the non-inverting input terminal (+ terminal) and the lower carrier wave Cu1 at the inverting input terminal (-terminal). The comparator COM2 compares the AC voltage command value Vux * and the height of the lower carrier wave Cu1, and outputs a signal indicating the comparison result. The output signal of the comparator COM2 becomes the gate pulse signal of the switching element S2 of the first stage converter 28.

反転器I2は、比較器COM2の出力信号を反転する。反転器I2の出力信号は、第1段変換器28のスイッチング素子S4のゲートパルス信号となる。 The inverting device I2 inverts the output signal of the comparator COM2. The output signal of the inverting device I2 becomes a gate pulse signal of the switching element S4 of the first stage converter 28.

比較器COM3は、非反転入力端子(+端子)に交流電圧指令値−Vux*を受け、反転入力端子(−端子)に上側搬送波Cx1を受ける。比較器COM1は、交流電圧指令値−Vux*および上側搬送波Cx1の高低を比較し、比較結果を示す信号を出力する。比較器COM3の出力信号は、第1段変換器28のスイッチング素子S5のゲートパルス信号となる。 The comparator COM3 receives the AC voltage command value −Vux * at the non-inverting input terminal (+ terminal) and the upper carrier wave Cx1 at the inverting input terminal (− terminal). The comparator COM1 compares the high and low of the AC voltage command value −Vux * and the upper carrier wave Cx1, and outputs a signal indicating the comparison result. The output signal of the comparator COM3 becomes a gate pulse signal of the switching element S5 of the first stage converter 28.

反転器I3は、比較器COM3の出力信号を反転する。反転器I3の出力信号は、第1段変換器28のスイッチング素子S7のゲートパルス信号となる。 The inverting device I3 inverts the output signal of the comparator COM3. The output signal of the inverting device I3 becomes a gate pulse signal of the switching element S7 of the first stage converter 28.

比較器COM4は、非反転入力端子(+端子)に交流電圧指令値−Vx*を受け、反転入力端子(−端子)に下側搬送波Cx1を受ける。比較器COM4は、交流電圧指令値−Vux*および下側搬送波Cx1の高低を比較し、比較結果を示す信号を出力する。比較器COM4の出力信号は、第1段変換器28のスイッチング素子S6のゲートパルス信号となる。 The comparator COM4 receives the AC voltage command value −Vx * at the non-inverting input terminal (+ terminal) and the lower carrier wave Cx1 at the inverting input terminal (− terminal). The comparator COM4 compares the high and low of the AC voltage command value −Vux * and the lower carrier wave Cx1, and outputs a signal indicating the comparison result. The output signal of the comparator COM4 becomes a gate pulse signal of the switching element S6 of the first stage converter 28.

反転器I4は、比較器COM4の出力信号を反転する。反転器I4の出力信号は、第1段変換器28のスイッチング素子S8のゲートパルス信号となる。 The inverting device I4 inverts the output signal of the comparator COM4. The output signal of the inverting device I4 becomes a gate pulse signal of the switching element S8 of the first stage converter 28.

(その他の構成例)
上述した実施の形態では、4段直列多重変換器の2パルスPWM制御について説明したが、4以外の段数の直列多重変換器に対しても、本実施の形態に係る2パルスPWM制御を適用することができる。
(Other configuration examples)
In the above-described embodiment, the 2-pulse PWM control of the 4-stage series multiplex converter has been described, but the 2-pulse PWM control according to the present embodiment is also applied to the series multiplex converter having a number of stages other than 4. be able to.

(1)3段直列多重変換器の2パルスPWM制御
図13は、3段直列多重変換器の2パルスPWM制御を説明するための波形図である。図13には、交流電圧指令値Vux*の半周期(電気角0°〜180°の区間)の波形が示されている。
(1) 2-Pulse PWM Control of 3-Stage Series Multiplex Converter FIG. 13 is a waveform diagram for explaining 2-pulse PWM control of a 3-stage series multiplex converter. FIG. 13 shows a waveform of a half cycle (a section of an electric angle of 0 ° to 180 °) of the AC voltage command value Vux *.

図13にはさらに、搬送波Cu1〜Cu3,Cx1〜Cx3の波形が示されている。搬送波Cu1,Cx1は、3段直列多重変換器における第1段変換器の2パルスPWM制御に用いられる搬送波であり、搬送波Cu2,Cx2は、第2段変換器の2パルスPWM制御に用いられる搬送波であり、搬送波Cu3,Cx3は、第3段変換器の2パルスPWM制御に用いられる搬送波である。搬送波Cu1〜Cu3,Cx1〜Cx3は、図5の搬送波Cu,Cxと振幅および周波数がそれぞれ同じである。 FIG. 13 further shows the waveforms of the carrier waves Cu1 to Cu3 and Cx1 to Cx3. The carrier waves Cu1 and Cx1 are carriers used for 2-pulse PWM control of the first-stage converter in the three-stage serial multiplex converter, and the carrier waves Cu2 and Cx2 are carriers used for two-pulse PWM control of the second-stage converter. The carrier waves Cu3 and Cx3 are carriers used for 2-pulse PWM control of the third-stage converter. The carrier waves Cu1 to Cu3 and Cx1 to Cx3 have the same amplitude and frequency as the carrier waves Cu and Cx in FIG.

3段直列多重変換器においては、3つの搬送波Cu1〜Cu3の間には、Cu3→Cu2→Cu1の順に、隣り合う搬送波間で互いに等しい位相差が設けられている。位相差は、1キャリア周期を3等分したもの(すなわち、2π/3)に等しい。 In the three-stage series multiplex converter, the three carriers Cu1 to Cu3 are provided with equal phase differences between adjacent carriers in the order of Cu3 → Cu2 → Cu1. The phase difference is equal to one carrier period divided into three equal parts (ie, 2π / 3).

また、3つの搬送波Cx1〜Cx3の間には、Cx1→Cx2→Cx3の順に、隣り合う搬送波間で互いに等しい位相差が設けられている。位相差は、1キャリア周期を3等分したもの(すなわち、2π/3)に等しい。 Further, between the three carrier waves Cx1 to Cx3, phase differences equal to each other are provided between adjacent carriers in the order of Cx1 → Cx2 → Cx3. The phase difference is equal to one carrier period divided into three equal parts (ie, 2π / 3).

さらに、搬送波Cu3は、搬送波Cx1および搬送波Cx2の各々との間にπ/3の位相差を有する。搬送波Cu2は、搬送波Cx2および搬送波Cx3の各々との間にπ/3の位相差を有する。搬送波Cu1は、搬送波Cx3および搬送波Cx1の各々との間にπ/3の位相差を有する。 Further, the carrier wave Cu3 has a phase difference of π / 3 between each of the carrier wave Cx1 and the carrier wave Cx2. The carrier wave Cu2 has a phase difference of π / 3 between each of the carrier wave Cx2 and the carrier wave Cx3. The carrier wave Cu1 has a phase difference of π / 3 between each of the carrier wave Cx3 and the carrier wave Cx1.

これによると、6つの搬送波Cu1〜Cu3,Cx1〜Cx3の間には、Cx1→Cu3→Cx2→Cu2→Cx3→Cu1の順に、隣り合う搬送波間で互いに等しい位相差π/3が設けられている。 According to this, between the six carrier waves Cu1 to Cu3 and Cx1 to Cx3, a phase difference π / 3 equal to each other is provided between adjacent carriers in the order of Cx1 → Cu3 → Cx2 → Cu2 → Cx3 → Cu1. ..

さらに、図示は省略するが、搬送波Cu1〜Cu3,Cx1〜Cx3の各々において、上側搬送波と下側搬送波とを逆位相とする。 Further, although not shown, in each of the carrier waves Cu1 to Cu3 and Cx1 to Cx3, the upper carrier wave and the lower carrier wave have opposite phases.

3段直列多重変換器の2パルスPWM制御では、第1段変換器から第3段変換器の各々において、図4に示した2パルスPWM制御が行なわれる。具体的には、第1段変換器の2パルスPWM制御では、交流電圧指令値Vux*と搬送波Cu1,Cx1との高低が比較され、その比較結果に基づいて、スイッチング素子S1〜S8のオンオフの組み合わせが決定される。第2段変換器の2パルスPWM制御では、交流電圧指令値Vux*と搬送波Cu2,Cx2との高低が比較され、その比較結果に基づいて、スイッチング素子S1〜S8のオンオフの組み合わせが決定される。第3段変換器の2パルスPWM制御では、交流電圧指令値Vux*と搬送波Cu3,Cx3との高低が比較され、その比較結果に基づいて、スイッチング素子S1〜S8のオンオフの組み合わせが決定される。 In the 2-pulse PWM control of the 3-stage series multiplex converter, the 2-pulse PWM control shown in FIG. 4 is performed in each of the first-stage converter to the third-stage converter. Specifically, in the 2-pulse PWM control of the first-stage converter, the height of the AC voltage command value Vux * and the carrier waves Cu1 and Cx1 are compared, and based on the comparison result, the switching elements S1 to S8 are turned on and off. The combination is decided. In the 2-pulse PWM control of the second-stage converter, the height of the AC voltage command value Vux * and the carrier waves Cu2 and Cx2 are compared, and the on / off combination of the switching elements S1 to S8 is determined based on the comparison result. .. In the 2-pulse PWM control of the third-stage converter, the height of the AC voltage command value Vux * and the carrier waves Cu3 and Cx3 are compared, and the on / off combination of the switching elements S1 to S8 is determined based on the comparison result. ..

(2)5段直列多重変換器の2パルスPWM制御
図14は、5段直列多重変換器の2パルスPWM制御を説明するための波形図である。図14には、交流電圧指令値Vux*の半周期(電気角0°〜180°の区間)の波形が示されている。
(2) 2-Pulse PWM Control of 5-Stage Series Multiplex Converter FIG. 14 is a waveform diagram for explaining 2-pulse PWM control of a 5-stage series multiplex converter. FIG. 14 shows a waveform of a half cycle (a section of an electric angle of 0 ° to 180 °) of the AC voltage command value Vux *.

図14にはさらに、搬送波Cu1〜Cu5,Cx1〜Cx5の波形が示されている。搬送波Cu1,Cx1は、5段直列多重変換器における第1段変換器の2パルスPWM制御に用いられる搬送波であり、搬送波Cu2,Cx2は、第2段変換器の2パルスPWM制御に用いられる搬送波であり、搬送波Cu3,Cx3は、第3段変換器の2パルスPWM制御に用いられる搬送波である。搬送波Cu4,Cx4は、第4段変換器の2パルスPWM制御に用いられる搬送波であり、搬送波Cu5,Cx5は、第5段変換器の2パルスPWM制御に用いられる搬送波である。搬送波Cu1〜Cu5,Cx1〜Cx5は、図5の搬送波Cu,Cxと振幅および周波数がそれぞれ同じである。 FIG. 14 further shows the waveforms of the carrier waves Cu1 to Cu5 and Cx1 to Cx5. Carrier waves Cu1 and Cx1 are carriers used for 2-pulse PWM control of the first-stage converter in a 5-stage serial multiplex converter, and carrier waves Cu2 and Cx2 are carriers used for 2-pulse PWM control of the second-stage converter. The carrier waves Cu3 and Cx3 are carriers used for 2-pulse PWM control of the third-stage converter. Carrier waves Cu4 and Cx4 are carriers used for 2-pulse PWM control of the 4th stage converter, and carrier waves Cu5 and Cx5 are carriers used for 2-pulse PWM control of the 5th stage converter. The carrier waves Cu1 to Cu5 and Cx1 to Cx5 have the same amplitude and frequency as the carrier waves Cu and Cx in FIG.

5段直列多重変換器においては、5つの搬送波Cu1〜Cu5の間には、Cu5→Cu4→Cu3→Cu2→Cu1の順に、隣り合う搬送波間で互いに等しい位相差が設けられている。位相差は、1キャリア周期を5等分したもの(すなわち、2π/5)に等しい。 In the 5-stage series multiplex converter, equal phase differences are provided between the five carriers Cu1 to Cu5 in the order of Cu5 → Cu4 → Cu3 → Cu2 → Cu1 between adjacent carriers. The phase difference is equal to one carrier period divided into five equal parts (ie, 2π / 5).

また、5つの搬送波Cx1〜Cx5の間には、Cx1→Cx2→Cx3→Cx4→Cx5の順に、隣り合う搬送波間で互いに等しい位相差が設けられている。位相差は、1キャリア周期を5等分したもの(すなわち、2π/5)に等しい。 Further, between the five carrier waves Cx1 to Cx5, equal phase differences are provided between adjacent carriers in the order of Cx1 → Cx2 → Cx3 → Cx4 → Cx5. The phase difference is equal to one carrier period divided into five equal parts (ie, 2π / 5).

さらに、搬送波Cu5は、搬送波Cx1および搬送波Cx2の各々との間にπ/5の位相差を有する。搬送波Cu4は、搬送波Cx2および搬送波Cx3の各々との間にπ/5の位相差を有する。搬送波Cu3は、搬送波Cx3および搬送波Cx4の各々との間にπ/5の位相差を有する。搬送波Cu2は、搬送波Cx4および搬送波Cx5の各々との間にπ/5の位相差を有する。搬送波Cu1は、搬送波Cx5および搬送波Cx1の各々との間にπ/5の位相差を有する。 Further, the carrier wave Cu5 has a phase difference of π / 5 between each of the carrier wave Cx1 and the carrier wave Cx2. The carrier wave Cu4 has a phase difference of π / 5 between each of the carrier wave Cx2 and the carrier wave Cx3. The carrier wave Cu3 has a phase difference of π / 5 between each of the carrier wave Cx3 and the carrier wave Cx4. The carrier wave Cu2 has a phase difference of π / 5 between each of the carrier wave Cx4 and the carrier wave Cx5. The carrier wave Cu1 has a phase difference of π / 5 between each of the carrier wave Cx5 and the carrier wave Cx1.

これによると、10個の搬送波Cu1〜Cu5,Cx1〜Cx5の間には、Cx1→Cu5→Cx2→Cu4→Cx3→Cu3→Cx4→Cu2→Cx5→Cu1の順に、隣り合う搬送波間で互いに等しい位相差π/5が設けられている。 According to this, between the 10 carrier waves Cu1 to Cu5 and Cx1 to Cx5, Cx1 → Cu5 → Cx2 → Cu4 → Cx3 → Cu3 → Cx4 → Cu2 → Cx5 → Cu1 are equal to each other in the order of adjacent carriers. A phase difference π / 5 is provided.

さらに、図示は省略するが、搬送波Cu1〜Cu5,Cx1〜Cx5の各々において、上側搬送波と下側搬送波とを逆位相とする。 Further, although not shown, in each of the carrier waves Cu1 to Cu5 and Cx1 to Cx5, the upper carrier wave and the lower carrier wave have opposite phases.

5段直列多重変換器の2パルスPWM制御では、第1段変換器から第5段変換器の各々において、図4に示した2パルスPWM制御が行なわれる。具体的には、第1段変換器の2パルスPWM制御では、交流電圧指令値Vux*と搬送波Cu1,Cx1との高低が比較され、その比較結果に基づいて、スイッチング素子S1〜S8のオンオフの組み合わせが決定される。第2段変換器の2パルスPWM制御では、交流電圧指令値Vux*と搬送波Cu2,Cx2との高低が比較され、その比較結果に基づいて、スイッチング素子S1〜S8のオンオフの組み合わせが決定される。第3段変換器の2パルスPWM制御では、交流電圧指令値Vux*と搬送波Cu3,Cx3との高低が比較され、その比較結果に基づいて、スイッチング素子S1〜S8のオンオフの組み合わせが決定される。第4段変換器の2パルスPWM制御では、交流電圧指令値Vux*と搬送波Cu4,Cx4との高低が比較され、その比較結果に基づいて、スイッチング素子S1〜S8のオンオフの組み合わせが決定される。第5段変換器の2パルスPWM制御では、交流電圧指令値Vux*と搬送波Cu5,Cx5との高低が比較され、その比較結果に基づいて、スイッチング素子S1〜S8のオンオフの組み合わせが決定される。 In the 2-pulse PWM control of the 5-stage series multiplex converter, the 2-pulse PWM control shown in FIG. 4 is performed in each of the 1st-stage converter to the 5th-stage converter. Specifically, in the 2-pulse PWM control of the first-stage converter, the height of the AC voltage command value Vux * and the carrier waves Cu1 and Cx1 are compared, and based on the comparison result, the switching elements S1 to S8 are turned on and off. The combination is decided. In the 2-pulse PWM control of the second-stage converter, the height of the AC voltage command value Vux * and the carrier waves Cu2 and Cx2 are compared, and the on / off combination of the switching elements S1 to S8 is determined based on the comparison result. .. In the 2-pulse PWM control of the third-stage converter, the height of the AC voltage command value Vux * and the carrier waves Cu3 and Cx3 are compared, and the on / off combination of the switching elements S1 to S8 is determined based on the comparison result. .. In the 2-pulse PWM control of the 4th stage converter, the height of the AC voltage command value Vux * and the carrier waves Cu4 and Cx4 are compared, and the on / off combination of the switching elements S1 to S8 is determined based on the comparison result. .. In the 2-pulse PWM control of the 5th stage converter, the height of the AC voltage command value Vux * and the carrier waves Cu5 and Cx5 are compared, and the on / off combination of the switching elements S1 to S8 is determined based on the comparison result. ..

(3)N段直列多重変換器の2パルスPWM制御
直列多重される変換器の段数をNとした場合(Nは2以上の自然数)、本実施の形態に係るN段直列多重変換器の2パルスPWM制御は、以下のように表わすことができる。
(3) 2-pulse PWM control of N-stage series multiplexing converter When the number of stages of the converter to be serially multiplexed is N (N is a natural number of 2 or more), 2 of the N-stage series multiplexing converter according to the present embodiment. The pulse PWM control can be expressed as follows.

2パルスPWM制御には、2N個の搬送波Cu1〜CuN,Cx1〜CxNが用いられる。搬送波CuI,CxIは、第I段変換器の2パルスPWM制御に用いられる搬送波である。ただし、Iは1以上N以下の整数である。搬送波CuI,CxIは、図5の搬送波Cu,Cxと振幅および周波数がそれぞれ同じである。 For 2-pulse PWM control, 2N carrier waves Cu1 to CuN and Cx1 to CxN are used. The carrier waves CuI and CxI are carrier waves used for 2-pulse PWM control of the first-stage converter. However, I is an integer of 1 or more and N or less. The carrier waves CuI and CxI have the same amplitude and frequency as the carrier waves Cu and Cx in FIG. 5, respectively.

N段直列多重変換器においては、N個の搬送波Cu1〜CuN(第1搬送波)の間には、CuN→CuN−1→CuN−2→・・・→Cu2→Cu1の順に、隣り合う搬送波間で互いに等しい位相差が設けられる。位相差は、1キャリア周期をN等分したもの(すなわち、2π/N)に等しい。 In the N-stage series multiplex converter, between the N carrier waves Cu1 to CuN (first carrier wave), between adjacent carriers in the order of CuN → CuN-1 → CuN-2 → ... → Cu2 → Cu1. Are provided with equal phase differences. The phase difference is equal to one carrier period divided into N equal parts (that is, 2π / N).

また、N個の搬送波Cx1〜CxN(第2搬送波)の間には、Cx1→Cx2→・・・→CxN−2→CxN−1→CxNの順に、隣り合う搬送波間で互いに等しい位相差が設けられている。位相差は、1キャリア周期をN等分したもの(すなわち、2π/N)に等しい。 Further, between the N carrier waves Cx1 to CxN (second carrier wave), equal phase differences are provided between adjacent carriers in the order of Cx1 → Cx2 → ... → CxN-2 → CxN-1 → CxN. Has been done. The phase difference is equal to one carrier period divided into N equal parts (that is, 2π / N).

さらに、第N+1−I段変換器における搬送波CuN+1−Iは、第I段変換器の搬送波CxIおよび第I+1段変換器の搬送波CxI+1の各々との間にπ/Nの位相差を有する。 Further, the carrier wave CuN + 1-I in the N + 1-I stage converter has a phase difference of π / N between the carrier wave CxI of the I stage converter and the carrier wave CxI + 1 of the I + 1 stage converter.

さらに、図示は省略するが、搬送波Cu1〜CuN,Cx1〜CxNの各々において、上側搬送波と下側搬送波とを逆位相とする。 Further, although not shown, in each of the carrier waves Cu1 to CuN and Cx1 to CxN, the upper carrier wave and the lower carrier wave have opposite phases.

このようにすると、N段直列多重変換器の交流出力電圧に含まれる高調波成分を低減することができる。したがって、N段直列多重変換器の動作効率を高めつつ、高調波発生を抑制することができる。 By doing so, it is possible to reduce the harmonic component included in the AC output voltage of the N-stage series multiplex converter. Therefore, it is possible to suppress the generation of harmonics while increasing the operating efficiency of the N-stage series multiplex converter.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be considered that the embodiments disclosed this time are exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is shown by the scope of claims rather than the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.

1 直列多重電力変換装置、2,3 電力系統、10 電力変換部、11 制御装置、12,52 交流電圧検出器、13,53 電流検出器、14 直流電圧検出器、15 直流正母線、16 直流中性点母線、17 直流負母線、20,60 4段直列多重変換器、21〜24,61〜64 変圧器、25〜28,65〜68 変換器、110,112 減算器、114 電流制御部、116 2相/3相変換部、118 3f重畳演算部、120,122,124,132 加算器、126 PWM制御部、128,130,160 乗算器、134 平方根、141 第1段制御部、142 第2段制御部、143 第3段制御部、144 第4段制御部、145 搬送波発生器、150 三角波発生器、151〜157 位相遅延部、161〜168,I1〜I4 反転器、C1,C2 平滑コンデンサ、COM1〜COM4 比較器、Ca 上側搬送波、Cb 下側搬送波、GC1〜GC8 ゲートパルス信号、Cu,Cu1〜Cu5,Cx,Cx1〜Cx5 搬送波。 1 Series multiplex power converter, 2,3 power system, 10 power converter, 11 controller, 12,52 AC voltage detector, 13,53 current detector, 14 DC voltage detector, 15 DC positive bus, 16 DC Neutral point bus, 17 DC negative bus, 20,60 4-stage series multiplex converter, 21-24,61-64 transformer, 25-28,65-68 converter, 110,112 subtractor, 114 current control unit , 116 2-phase / 3-phase converter, 118 3f superimposition calculation unit, 120, 122, 124, 132 adder, 126 PWM control unit, 128, 130, 160 multiplier, 134 square root, 141 first-stage control unit, 142 2nd stage control unit, 143 3rd stage control unit, 144 4th stage control unit, 145 carrier wave generator, 150 triangular wave generator, 151-157 phase delay unit, 161-168, I1 to I4 inverting generator, C1, C2 Smoothing capacitor, COM1-COM4 comparer, Ca upper carrier wave, Cb lower carrier wave, GC1 to GC8 gate pulse signal, Cu, Cu1 to Cu5, Cx, Cx1 to Cx5 carrier wave.

Claims (2)

交流電力系統に連携される直列多重電力変換装置であって、
一次巻線が前記交流電力系統に直列に多重接続されるN台(Nは2以上の整数)の変圧器と、
前記N台の変圧器の二次巻線にそれぞれ接続され、交流電力および直流電力の間で双方向の電力変換を行なう第1段〜第N段の変換器と、
交流電圧指令値に一致するように、各段の変換器の交流出力電圧のPWM制御を行なう制御装置とを備え、
前記各段の変換器は、第1相アームおよび第2相アームを有する単相フルブリッジ回路を有し、前記第1相アームおよび前記第2相アームの各々は3レベル回路により構成され、
前記各段の変換器の前記PWM制御において、前記制御装置は、前記交流電圧指令値の4倍の周波数を有する第1搬送波および第2搬送波を有し、前記交流電圧指令値と前記第1搬送波との比較により前記第1相アームの制御指令を生成するとともに、前記交流電圧指令値の極性を反転させた電圧と前記第2搬送波との比較により前記第2相アームの制御指令を生成するように構成され、
前記第1段〜第N段の変換器にそれぞれ対応する第1〜第Nの前記第1搬送波は、第N〜第1の順番に隣り合う前記第1搬送波の間に第1の位相差が設定され、
前記第1段〜第N段の変換器にそれぞれ対応する第1〜第Nの前記第2搬送波は、第1〜第Nの順番に隣り合う前記第2搬送波の間に前記第1の位相差が設定され、
第N+1−I段の変換器(Iは1以上N以下の整数)に対応する第N+1−Iの前記第1搬送波は、第I段の変換器に対応する第Iの前記第2搬送波との間、および第I+1段の変換器に対応する第I+1の前記第2搬送波との間に第2の位相差が設定され、
前記第1の位相差は2π/Nに等しく、前記第2の位相差はπ/Nに等しい、直列多重電力変換装置。
A series multiplex power converter linked to an AC power system
N transformers (N is an integer of 2 or more) in which the primary winding is multiplexed in series with the AC power system, and
The first-stage to N-stage converters that are connected to the secondary windings of the N transformers and perform bidirectional power conversion between AC power and DC power, respectively.
It is equipped with a control device that performs PWM control of the AC output voltage of the converter in each stage so that it matches the AC voltage command value.
The converter in each stage has a single-phase full-bridge circuit having a first-phase arm and a second-phase arm, and each of the first-phase arm and the second-phase arm is composed of a three-level circuit.
In the PWM control of the converter in each stage, the control device has a first carrier wave and a second carrier wave having a frequency four times the AC voltage command value, and the AC voltage command value and the first carrier wave. The control command of the first phase arm is generated by comparison with the above, and the control command of the second phase arm is generated by comparing the voltage obtained by reversing the polarity of the AC voltage command value with the second carrier wave. Consists of
The first to Nth first carrier waves corresponding to the first to Nth stage converters have a first phase difference between the first carrier waves adjacent to each other in the N to first order. Set,
The first to Nth second carrier waves corresponding to the first to Nth stage converters have the first phase difference between the second carrier waves adjacent to each other in the order of the first to Nth stages. Is set,
The first carrier wave of the N + 1-I corresponding to the N + 1-I stage converter (I is an integer of 1 or more and N or less) is the second carrier wave of the I corresponding to the I stage converter. A second phase difference is set between the interval and the second carrier of the I + 1 corresponding to the converter of the first I + 1 stage.
A series multiplex power converter in which the first phase difference is equal to 2π / N and the second phase difference is equal to π / N.
前記第1相アームおよび前記第2相アームの各々は、直流正母線および直流負母線の間にこの順に直列接続される第1〜第4のスイッチング素子を有し、
前記第1搬送波および前記第2搬送波の各々は、前記第1および第3のスイッチング素子のスイッチングを制御するための上側搬送波と、前記第2および第4のスイッチング素子のスイッチングを制御するための下側搬送波とを含み、
前記上側搬送波と前記下側搬送波とはπの位相差を有する、請求項1に記載の直列多重電力変換装置。
Each of the first phase arm and the second phase arm has first to fourth switching elements connected in series between the DC positive bus and the DC negative bus in this order.
Each of the first carrier wave and the second carrier wave has an upper carrier wave for controlling the switching of the first and third switching elements and a lower carrier wave for controlling the switching of the second and fourth switching elements. Including side carrier
The series multiplex power conversion device according to claim 1, wherein the upper carrier wave and the lower carrier wave have a phase difference of π.
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