JP2022091189A - Power conversion device and method for controlling the same - Google Patents

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Abstract

To reduce distortion of an output voltage by suppressing a gain of control for performing feedback of a capacitor current in the vicinity of zero-cross of a voltage command value given to a three-level converter in a power conversion device.SOLUTION: A voltage control unit 4 outputs a voltage command value before damping compensation based on deviation between a capacitor voltage command value Vref and a capacitor voltage detection value Vc. A damping compensation unit 5 calculates a damping compensation term based on a capacitor current detection value Ic, and multiplies the damping compensation term by a gain Gain to output it as a damping compensation value. The gain Gain is set to 0 at a zero-crossing point of phase voltage command values Vu, Vv, and Vw. An inverter output voltage command value Vinv* is calculated by adding the voltage command value before damping compensation and the damping compensation value. A gate signal GATE of a three-level converter is generated by PWM comparison of the phase voltage command values Vu, Vv, and Vw obtained by two-phase-three-phase conversion of the inverter output voltage command value Vinv* with a triangular wave carrier signal.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、電力変換装置の制御方法に関する。 The present invention relates to a control method for a power conversion device.

DC/三相AC変換器をPWM制御することによりパルス電圧を発生させる電力変換装置では、パルス電圧を平滑するため、出力にACL(ACリアクトル)または三相変圧器とフィルタコンデンサから構成されるLCフィルタが用いられる。また、系統連系する装置では、LCフィルタとACLまたは三相変圧器から構成したLCLフィルタが用いられる。 In a power converter that generates a pulse voltage by PWM control of a DC / three-phase AC converter, an ACL (AC reactor) or an LC consisting of a three-phase transformer and a filter capacitor is used to smooth the pulse voltage. A filter is used. Further, in the system interconnection device, an LC filter composed of an LC filter and an ACL or a three-phase transformer is used.

DC/三相AC変換器の出力パルス電圧源と、系統の交流電圧源あるいは負荷との間に、LCフィルタあるいはLCLフィルタが設置された電力変換装置は、DC/三相AC変換器の出力電流にPWMによって生じる高調波電流が含まれる。この高調波成分の電流はフィルタコンデンサへ流れ込み、系統あるいは負荷へと流れる出力電流は高調波成分が低減される。 A power converter in which an LC filter or LCL filter is installed between the output pulse voltage source of the DC / three-phase AC converter and the AC voltage source or load of the system is the output current of the DC / three-phase AC converter. Includes the harmonic current generated by PWM. The current of this harmonic component flows into the filter capacitor, and the output current flowing to the system or load has the harmonic component reduced.

特許文献1,特許文献2(図12参照)には、DC/三相AC変換器の出力パルス電圧源にLCフィルタが設置された構成において、変換器出力の電圧を制御する場合に、制御系にコンデンサ電流をフィードバックする制御が開示されている。コンデンサ電流をフィードバックする制御を用いると、LCフィルタの共振周波数とパルス電圧に含まれる高調波成分の共振によって生じる出力電圧歪みを低減することができる。 Patent Document 1 and Patent Document 2 (see FIG. 12) describe a control system for controlling the voltage of the converter output in a configuration in which an LC filter is installed in the output pulse voltage source of the DC / three-phase AC converter. The control that feeds back the capacitor current is disclosed in. By using the control that feeds back the capacitor current, it is possible to reduce the output voltage distortion caused by the resonance of the resonance frequency of the LC filter and the harmonic component included in the pulse voltage.

DC/三相AC変換器には、2レベル変換器、3レベル変換器などが一般的に用いられている。3レベル変換器の代表回路構成を図13,図14に示す(特許文献3,4)。 As the DC / three-phase AC converter, a two-level converter, a three-level converter, or the like is generally used. Typical circuit configurations of the three-level converter are shown in FIGS. 13 and 14 (Patent Documents 3 and 4).

3レベル変換器は2分圧した電圧Eの電圧源を備え、+E,0,-Eの3レベルの交流電圧を出力する装置である。また、3レベル変換器は2レベル変換器と比較して、理論上はPWM変調を行うための三角波キャリア信号(図12の符号34)の周波数(キャリア周波数)を低減しつつ、出力電圧歪みを低減できる。 The three-level converter is a device that includes a voltage source of voltage E divided by two and outputs three levels of AC voltage of + E, 0, and −E. Further, the 3-level converter theoretically reduces the frequency (carrier frequency) of the triangular wave carrier signal (reference numeral 34 in FIG. 12) for performing PWM modulation while reducing the output voltage distortion as compared with the 2-level converter. Can be reduced.

しかし、この3レベル変換器に与える電圧指令値のゼロクロス付近では、PWMによって変調されたパルス電圧の幅が狭くなり、デッドタイムによってパルス電圧が出力されないことがある。 However, in the vicinity of the zero cross of the voltage command value given to the three-level converter, the width of the pulse voltage modulated by PWM becomes narrow, and the pulse voltage may not be output due to the dead time.

特開2012-39827号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-39827 特許第3298441号Patent No. 3298441 特開2019-146380号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2019-146380 特開2018-148709号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2018-148709

特許文献1、特許文献2には、コンデンサ電流をフィードバックする制御を用いることで、LCフィルタの共振周波数とパルス電圧に含まれる高調波成分の共振によって生じる出力電圧歪みを低減できることが開示されている。しかし、特許文献2で示しているのは、2レベル変換器である(特許文献2の図1、図7参照)。3レベル変換器への適用については言及していない。 Patent Document 1 and Patent Document 2 disclose that the output voltage distortion caused by the resonance of the resonance frequency of the LC filter and the harmonic component included in the pulse voltage can be reduced by using the control of feeding back the capacitor current. .. However, what is shown in Patent Document 2 is a two-level converter (see FIGS. 1 and 7 of Patent Document 2). No mention is made of its application to 3-level transducers.

これを低キャリア周波数で運転する3レベル変換器に適用すると、3レベル変換器に与える電圧指令値のゼロクロス付近では、PWMによって変調されたパルス電圧の幅が狭くなり、デッドタイムによってパルス電圧が出力されないことがある。 When this is applied to a 3-level converter operating at a low carrier frequency, the width of the pulse voltage modulated by PWM becomes narrow near the zero cross of the voltage command value given to the 3-level converter, and the pulse voltage is output due to the dead time. It may not be done.

これにより3レベル変換器では、電圧指令値のゼロクロス付近において、LCフィルタとパルス電圧の高調波成分の共振による出力電圧歪みを低減できない領域が生じてしまうことがある。このことは、後述の図2に示すシミュレーションによって判明した。 As a result, in the 3-level converter, there may be a region where the output voltage distortion due to the resonance between the LC filter and the harmonic component of the pulse voltage cannot be reduced in the vicinity of the zero cross of the voltage command value. This was found by the simulation shown in FIG. 2 described later.

よって、この領域では、コンデンサ電流をフィードバックする制御を抑制する措置(行わない、ゲインを低くする、可変にするなど)が必要となる。 Therefore, in this region, it is necessary to take measures to suppress the control of feeding back the capacitor current (do not perform, lower the gain, make it variable, etc.).

以上示したようなことから、電力変換装置において、3レベル変換器に与える電圧指令値のゼロクロス付近ではコンデンサ電流をフィードバックする制御のゲインを抑制する措置を行い、出力電圧の歪みを低減することが課題となる。 From the above, it is possible to reduce the distortion of the output voltage by taking measures to suppress the control gain that feeds back the capacitor current in the vicinity of the zero cross of the voltage command value given to the three-level converter in the power converter. It becomes an issue.

本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、3レベル変換器と、前記3レベル変換器と負荷との間に接続されたLCフィルタまたはLCLフィルタと、備えた電力変換装置であって、コンデンサ電圧指令値とコンデンサ電圧検出値との偏差に基づいてダンピング補償前電圧指令値を出力する電圧制御部と、コンデンサ電流検出値に基づいてダンピング補償項を算出し、前記ダンピング補償項にゲインを乗算してダンピング補償値として出力し、相電圧指令値のゼロクロス点で前記ゲインを0とするダンピング補償部と、前記ダンピング補償前電圧指令値と前記ダンピング補償値を加算してインバータ出力電圧指令値を出力する加算器と、前記インバータ出力電圧指令値を二相三相変換して前記相電圧指令値を出力する二相三相変換部と、前記相電圧指令値と三角波キャリア信号とのPWM比較に基づいて前記3レベル変換器のゲート信号を生成するPWM制御部と、を備えたことを特徴とする。 The present invention has been devised in view of the above-mentioned conventional problems, and one aspect thereof is a three-level converter, an LC filter or an LCL filter connected between the three-level converter and a load, and the like. The power conversion device is equipped with a voltage control unit that outputs the voltage command value before damping compensation based on the deviation between the capacitor voltage command value and the capacitor voltage detection value, and the damping compensation term is calculated based on the capacitor current detection value. Then, the damping compensation term is multiplied by the gain and output as the damping compensation value, and the damping compensation unit sets the gain to 0 at the zero crossing point of the phase voltage command value, the voltage command value before the damping compensation, and the damping compensation value. An adder that outputs the inverter output voltage command value by adding, a two-phase three-phase converter that converts the inverter output voltage command value into two-phase and three-phase and outputs the phase voltage command value, and the phase voltage command. It is characterized by including a PWM control unit that generates a gate signal of the three-level converter based on a PWM comparison between a value and a triangular wave carrier signal.

また、その一態様として、前記ダンピング補償部は、前記相電圧指令値の絶対値のうち最小値が第1設定閾値以上の場合は、前記ゲインを1とし、前記最小値が前記第1設定閾値未満の場合は前記ゲインを0とすることを特徴とする。 Further, as one aspect thereof, the damping compensator sets the gain to 1 when the minimum value of the absolute values of the phase voltage command values is equal to or higher than the first set threshold value, and the minimum value is the first set threshold value. If it is less than, the gain is set to 0.

また、他の態様として、前記ダンピング補償部は、前記相電圧指令値の絶対値のうち最小値が第1設定閾値以上の場合は、前記ゲインを1とし、前記最小値が前記第1設定閾値未満の場合は、前記最小値を前記第1設定閾値で除算した値を前記ゲインとすることを特徴とする。 As another embodiment, the damping compensator sets the gain to 1 when the minimum value of the absolute values of the phase voltage command values is equal to or greater than the first set threshold value, and the minimum value is the first set threshold value. If it is less than, the gain is the value obtained by dividing the minimum value by the first set threshold value.

また、他の態様として、前記ダンピング補償部は、前記相電圧指令値の絶対値のうち最小値が第1設定閾値以上の場合は、前記ゲインを1とし、前記最小値が前記第1設定閾値未満かつ第2設定閾値以上の場合は、前記最小値から前記第2設定閾値を減算した値を、前記第1設定閾値から前記第2設定閾値を減算した値で除算した値を、前記ゲインとし、前記最小値が前記第2設定閾値未満の場合は前記ゲインを0とすることを特徴とする。 As another aspect, the damping compensator sets the gain to 1 when the minimum value of the absolute values of the phase voltage command values is equal to or greater than the first set threshold value, and the minimum value is the first set threshold value. If it is less than or equal to or greater than the second set threshold value, the value obtained by subtracting the second set threshold value from the minimum value and dividing by the value obtained by subtracting the second set threshold value from the first set threshold value is defined as the gain. When the minimum value is less than the second set threshold value, the gain is set to 0.

本発明によれば、電力変換装置において、3レベル変換器に与える電圧指令値のゼロクロス付近ではコンデンサ電流をフィードバックする制御のゲインを抑制する措置を行い、出力電圧の歪みを低減することが可能となる。 According to the present invention, in the power converter, it is possible to reduce the distortion of the output voltage by taking measures to suppress the gain of the control that feeds back the capacitor current in the vicinity of the zero cross of the voltage command value given to the three-level converter. Become.

電力変換装置の主回路構成および制御部を示すブロック図。A block diagram showing a main circuit configuration and a control unit of a power converter. ダンピング補償を行ったシミュレーション波形を示す図。The figure which shows the simulation waveform which performed damping compensation. ダンピング補償を行っていないシミュレーション波形を示す図。The figure which shows the simulation waveform which did not perform damping compensation. 三相の相電圧指令値の最小値の大きさを示す図。The figure which shows the magnitude of the minimum value of the phase voltage command value of three phases. 実施形態1におけるダンピング補償部を示すブロック図。The block diagram which shows the damping compensation part in Embodiment 1. FIG. 実施形態1におけるゲインの波形を示す図。The figure which shows the waveform of the gain in Embodiment 1. FIG. 実施形態2におけるダンピング補償部を示すブロック図。The block diagram which shows the damping compensation part in Embodiment 2. 実施形態2におけるゲインの波形を示す図。The figure which shows the waveform of the gain in Embodiment 2. 実施形態3におけるダンピング補償部を示すブロック図。The block diagram which shows the damping compensation part in Embodiment 3. 実施形態3におけるゲインの波形を示す図。The figure which shows the waveform of the gain in Embodiment 3. FIG. 常時ゲイン=1とした場合と、実施形態3のシミュレーション結果を示す図。The figure which shows the case where the constant gain = 1 and the simulation result of Embodiment 3. 特許文献2の主回路構成を示す図。The figure which shows the main circuit structure of Patent Document 2. 特許文献4の主回路構成を示す図。The figure which shows the main circuit structure of Patent Document 4. 特許文献4の主回路構成を示す図。The figure which shows the main circuit structure of Patent Document 4.

以下、本願発明における電力変換装置を図1~図11に基づいて詳述する。 Hereinafter, the power conversion device according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 11.

図1(a)はDC/三相AC変換器の出力にLCフィルタを設置した電力変換装置の主回路構成を示し、図1(b)はダンピング補償を追加した電圧制御系の制御部のブロックを示す。まず、図1(a)の主回路構成について説明する。 FIG. 1 (a) shows the main circuit configuration of a power conversion device in which an LC filter is installed at the output of a DC / three-phase AC converter, and FIG. 1 (b) shows a block of a control unit of a voltage control system with damping compensation added. Is shown. First, the main circuit configuration of FIG. 1A will be described.

インバータINVは、直流電力を交流電力に変換して出力する。インバータ出力は、リアクトルL,コンデンサCを有するLCフィルタを介して負荷に出力される。 The inverter INV converts DC power into AC power and outputs it. The inverter output is output to the load via an LC filter having a reactor L and a capacitor C.

インバータINVは、3レベル変換器とする。3レベル変換器の代表回路構成は、図13,図14であるが、その他の回路構成であってもよい。また、図1(a)では、LCフィルタを示しているがLCLフィルタでもよい。 The inverter INV is a 3-level converter. The representative circuit configurations of the three-level converter are shown in FIGS. 13 and 14, but other circuit configurations may be used. Further, although the LC filter is shown in FIG. 1A, it may be an LC filter.

ここで、Icはコンデンサ電流検出値,Vcはコンデンサ電圧検出値,ILは負荷電流、DCは直流電源である。 Here, Ic is a capacitor current detection value, Vc is a capacitor voltage detection value, IL is a load current, and DC is a DC power supply.

次に、図1(b)の制御部について説明する。三相二相変換器1は、三相(UVW相)のコンデンサ電圧検出値Vcを三相二相変換し、d軸,q軸のコンデンサ電圧検出値に変換する。三相二相変換器2は、三相(UVW相)のコンデンサ電流検出値Icを三相二相変換し、d軸,q軸のコンデンサ電流検出値に変換する。 Next, the control unit of FIG. 1B will be described. The three-phase two-phase converter 1 converts the three-phase (UVW phase) capacitor voltage detection value Vc into three-phase two-phase conversion and converts it into the d-axis and q-axis capacitor voltage detection values. The three-phase two-phase converter 2 converts the three-phase (UVW phase) capacitor current detection value Ic into three-phase two-phase conversion and converts it into the d-axis and q-axis capacitor current detection values.

図1(a)のVrefは、図1(a)のA点のコンデンサ電圧指令値である。ここで、コンデンサ電圧指令値Vrefはd-q座標上の値とする。減算器3は、コンデンサ電圧指令値Vrefからd軸,q軸のコンデンサ電圧検出値Vcを減算し、コンデンサ電圧指令値Vrefとコンデンサ電圧検出値Vcの偏差を出力する。 Vref in FIG. 1A is a capacitor voltage command value at point A in FIG. 1A. Here, the capacitor voltage command value Vref is a value on the dq coordinate. The subtractor 3 subtracts the d-axis and q-axis capacitor voltage detection values Vc from the capacitor voltage command value Vref, and outputs the deviation between the capacitor voltage command value Vref and the capacitor voltage detection value Vc.

AVR(電圧制御部)4は、コンデンサ電圧指令値Vrefとコンデンサ電圧検出値Vcの偏差に基づいてPI制御等を行って、ダンピング補償前電圧指令値を出力する。 The AVR (voltage control unit) 4 performs PI control or the like based on the deviation between the capacitor voltage command value Vref and the capacitor voltage detection value Vc, and outputs the voltage command value before damping compensation.

ダンピング補償部5はd軸,q軸のコンデンサ電流検出値Icに基づいてダンピング補償値を出力する。加算器6は、ダンピング補償前電圧指令値にダンピング補償値を加算してインバータ出力電圧指令値Vinv*(図1(b)のB点の電圧指令)を生成する。 The damping compensation unit 5 outputs a damping compensation value based on the d-axis and q-axis capacitor current detection values Ic. The adder 6 adds the damping compensation value to the damping compensation pre-voltage command value to generate the inverter output voltage command value Viv * (voltage command at point B in FIG. 1B).

二相三相変換器7は、インバータ出力電圧指令値Vinv*を二相三相変換し、三相の相電圧指令値Vu,Vv,Vwを出力する。PWM制御部8は、三相の相電圧指令値Vu,Vv,Vwと三角波キャリア信号との比較に基づいて、3レベル変換器内の各スイッチング素子のゲート信号(オンオフ指令信号)を生成する。 The two-phase three-phase converter 7 converts the inverter output voltage command value Vinv * into two-phase three-phase, and outputs the three-phase phase voltage command values Vu, Vv, and Vw. The PWM control unit 8 generates a gate signal (on / off command signal) of each switching element in the three-level converter based on the comparison between the three-phase phase voltage command values Vu, Vv, Vw and the triangular wave carrier signal.

図12に示す特許文献2(図2)は、LCフィルタコンデンサ電流をフィードバックする制御系を開示している。コンデンサ電流のフィードバック系が追加されることでフィードバック制御が安定化する。 Patent Document 2 (FIG. 2) shown in FIG. 12 discloses a control system that feeds back the LC filter capacitor current. The feedback control is stabilized by adding the feedback system of the capacitor current.

フィルタコンデンサ電流の高調波成分のみをフィードバックしてダンピング補償を行ったシミュレーション波形を図2に、ダンピング補償を行っていないシミュレーション波形を図3に示す。図2,図3の(a)が図1のA点の線間電圧波形、図2,図3の(b)は図1のB点の線間電圧波形、図2,図3の(c)は図1の負荷電流ILの波形である。 FIG. 2 shows a simulation waveform in which damping compensation is performed by feeding back only the harmonic component of the filter capacitor current, and FIG. 3 shows a simulation waveform in which damping compensation is not performed. 2 and 3 (a) are the line voltage waveforms at point A in FIG. 1, FIG. 2 and 3 (b) are the line voltage waveforms at point B in FIG. 1, and FIGS. 2 and 3 (c). ) Is the waveform of the load current IL in FIG.

図2,図3の(d)の略正弦波の波形が、図1のPWM制御部8への入力信号(三相の相電圧指令値Vu,Vv,Vw)である。図2,図3の(d)の三角波が、図1のPWM制御部8内でゲート信号の生成に用いる三角波キャリア信号である。図2,図3の(e)はPWM電圧指令波形で、これに基づいてPWM制御部8からゲート信号GATEが出力される。また、これらのシミュレーションは、3レベル変換器をモデルとして行っている。 The waveform of the substantially sine wave shown in FIGS. 2 and 3 (d) is an input signal (three-phase phase voltage command values Vu, Vv, Vw) to the PWM control unit 8 of FIG. The triangular wave of FIG. 2 and FIG. 3 (d) is a triangular wave carrier signal used for generating a gate signal in the PWM control unit 8 of FIG. (E) of FIGS. 2 and 3 is a PWM voltage command waveform, and a gate signal GATE is output from the PWM control unit 8 based on the PWM voltage command waveform. Moreover, these simulations are performed using a three-level converter as a model.

図2の点線内に示すように、電圧指令値ゼロクロス周辺の電圧波形にキャリア周波数成分の脈動が生じている。これは、前述したゼロクロス付近の細いパルス電圧がデッドタイムによって消失して制御性能が低下していることによって生じている。 As shown in the dotted line of FIG. 2, the pulsation of the carrier frequency component occurs in the voltage waveform around the voltage command value zero cross. This is caused by the fact that the thin pulse voltage near the zero cross described above disappears due to the dead time and the control performance deteriorates.

一方、図3のダンピング補償を行っていないゼロクロス周辺の電圧波形は、図2のような脈動は低減されている。なお、図2,3の電圧波形は線間電圧を示している。よって、線間電圧のゼロクロスから30度ずれた点線部が、相電圧のゼロクロス近傍に相当する。 On the other hand, in the voltage waveform around the zero cross without damping compensation in FIG. 3, the pulsation as shown in FIG. 2 is reduced. The voltage waveforms in FIGS. 2 and 3 show the line voltage. Therefore, the dotted line portion deviated by 30 degrees from the zero cross of the line voltage corresponds to the vicinity of the zero cross of the phase voltage.

電圧指令値のゼロクロス付近ではパルス電圧の幅が狭くなる。この幅の狭いパルス電圧に対してダンピング補償を行う場合には、補償を行う理論値と実際に補償可能な値との差異が生じやすく、この差異に起因して補償動作がかえって逆効果となることも考えられる。その証として、ダンピング補償を行う図2よりもダンピング補償を行わない図3の方が、ゼロクロス周辺の電圧波形の脈動が低減されている。 The width of the pulse voltage becomes narrow near the zero cross of the voltage command value. When damping compensation is performed for this narrow pulse voltage, a difference between the theoretical value to be compensated and the value that can be actually compensated is likely to occur, and the compensation operation is rather counterproductive due to this difference. It is also possible. As a proof of this, the pulsation of the voltage waveform around the zero cross is reduced in FIG. 3 without damping compensation than in FIG. 2 with damping compensation.

ところで、図4に示す三相の相電圧指令値Vu,Vv,Vwの最小値(三相の相電圧指令値Vu,Vv,Vwの中で最も絶対値が低い相の相電圧指令値)の大きさ(実線)はゼロクロス周辺の領域に該当することから、三相の相電圧指令値Vu,Vv,Vwの絶対値の最小値をゼロクロス検出器として使用し、ダンピング補償項への可変ゲインを生成して乗算する制御方法を以下の実施形態1~3で説明する。実施形態1~3では、相電圧指令値Vu,Vv,Vwのゼロクロス点でダンピング補償項に乗算するゲインGainを0とする。 By the way, the minimum value of the three-phase phase voltage command values Vu, Vv, Vw shown in FIG. 4 (the phase voltage command value of the phase having the lowest absolute value among the three-phase phase voltage command values Vu, Vv, Vw). Since the size (solid line) corresponds to the region around the zero cross, the minimum absolute value of the three-phase phase voltage command values Vu, Vv, Vw is used as the zero cross detector, and the variable gain to the damping compensation term is set. The control method of generating and multiplying will be described in the following embodiments 1 to 3. In the first to third embodiments, the gain Gain to be multiplied by the damping compensation term at the zero cross point of the phase voltage command values Vu, Vv, and Vw is set to 0.

[実施形態1]
図5は本実施形態1のダンピング補償部5のブロック図である。ABS(絶対値変換部)9は、前回制御周期の三相電圧指令値(図1(b)の「PWM制御部8」へ入力される相電圧指令値Vu,Vv,Vw)を絶対値に変換する。なお、相電圧指令値に三相変調を行っている場合では、三相変調前と三相変調後のどちらの相電圧指令値であってもよい。最小値選択部10は、3つの絶対値の中で最も低い値を選択して出力する。
[Embodiment 1]
FIG. 5 is a block diagram of the damping compensation unit 5 of the first embodiment. The ABS (absolute value conversion unit) 9 sets the three-phase voltage command value (phase voltage command values Vu, Vv, Vw input to the “PWM control unit 8” in FIG. 1 (b)) of the previous control cycle as an absolute value. Convert. When three-phase modulation is performed on the phase voltage command value, either the phase voltage command value before the three-phase modulation or after the three-phase modulation may be used. The minimum value selection unit 10 selects and outputs the lowest value among the three absolute values.

比較器11は、図6に示すように、第1設定閾値LV_Hと最小値選択部10の出力を比較する。図6に示すように、スイッチ12は、最小値選択部10の出力が第1設定閾値LV_H以上の場合はゲインGainとして1を出力し、第1設定閾値LV_H未満の場合はゲインGainとして0を出力する。 As shown in FIG. 6, the comparator 11 compares the first set threshold value LV_H with the output of the minimum value selection unit 10. As shown in FIG. 6, the switch 12 outputs 1 as a gain Gain when the output of the minimum value selection unit 10 is equal to or higher than the first set threshold value LV_H, and 0 as a gain Gain when the output is less than the first set threshold value LV_H. Output.

HPF(ハイパスフィルタ)13は、コンデンサ電流検出値Ic(三相二相変換器2の出力)の高調波を抽出する。乗算器14はHPF13の出力に係数Kを乗算する。乗算器14の出力がダンピング補償項となる。乗算器15は、乗算器14の出力(ダンピング補償項)にゲインGainを乗算する。乗算器15の出力がダンピング補償部5の出力(ダンピング補償値)となる。 The HPF (high-pass filter) 13 extracts harmonics of the capacitor current detection value Ic (output of the three-phase two-phase converter 2). The multiplier 14 multiplies the output of HPF 13 by the coefficient K. The output of the multiplier 14 is the damping compensation term. The multiplier 15 multiplies the output (dumping compensation term) of the multiplier 14 by the gain Gain. The output of the multiplier 15 becomes the output (dumping compensation value) of the damping compensation unit 5.

[実施形態2]
図7は本実施形態2のダンピング補償部5のブロック図である。ここで、実施形態1と同様の箇所は同じ符号を付して説明を省略し、実施形態1との相違点のみ説明する。
[Embodiment 2]
FIG. 7 is a block diagram of the damping compensation unit 5 of the second embodiment. Here, the same parts as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted, and only the differences from the first embodiment will be described.

除算器16は最小値選択部10の出力を第1設定閾値LV_Hで除算する。スイッチ17は、1と除算器16の出力を入力し、図8に示すように、最小値選択部10の出力が第1設定閾値LV_H以上であればゲインGainとして1を出力し、最小値選択部10の出力が第1設定閾値LV_H未満であれば除算器16の出力(最小値選択部10の出力を第1設定閾値LV_Hで除算した値)をゲインGainとして出力する。最小値選択部10の出力が第1設定閾値LV_H未満の場合は、ゲインGainは1から0へと垂下する。 The divider 16 divides the output of the minimum value selection unit 10 by the first set threshold value LV_H. The switch 17 inputs 1 and the output of the divider 16, and as shown in FIG. 8, if the output of the minimum value selection unit 10 is equal to or higher than the first setting threshold value LV_H, 1 is output as a gain Gain and the minimum value is selected. If the output of unit 10 is less than the first setting threshold LV_H, the output of the divider 16 (the value obtained by dividing the output of the minimum value selection unit 10 by the first setting threshold LV_H) is output as a gain Gain. When the output of the minimum value selection unit 10 is less than the first setting threshold value LV_H, the gain Gain hangs down from 1 to 0.

[実施形態3]
図9は本実施形態3のダンピング補償部5のブロック図である。ここで、実施形態1,2と同様の箇所は同じ符号を付して説明を省略し、実施形態1,2との相違点のみ説明する。
[Embodiment 3]
FIG. 9 is a block diagram of the damping compensation unit 5 of the third embodiment. Here, the same parts as those of the first and second embodiments are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted, and only the differences from the first and second embodiments will be described.

比較器11は最小値選択部10の出力と第1設定閾値LV_Hとを比較し、切替信号をスイッチ22に出力する。比較器18は、最小値選択部10の出力と第2設定閾値LV_Lとを比較し、切替信号をスイッチ23に出力する。 The comparator 11 compares the output of the minimum value selection unit 10 with the first set threshold value LV_H, and outputs a switching signal to the switch 22. The comparator 18 compares the output of the minimum value selection unit 10 with the second set threshold value LV_L, and outputs a switching signal to the switch 23.

減算器19は、最小値選択部10の出力から第2設定閾値LV_Lを減算する。減算器20は、第1設定閾値LV_Hから第2設定閾値LV_Lを減算する。除算器21は、減算器19の出力を減算器20の出力で除算する。すなわち、図10に示すように、最小値選択部10の出力から第2設定閾値LV_Lを減じ、設定閾値上下限の差分で除することで、最小値選択部10の出力が第2設定閾値LV_L以上第1設定閾値LV_H未満の場合にゲインGainは1から0へと垂下する。 The subtractor 19 subtracts the second set threshold value LV_L from the output of the minimum value selection unit 10. The subtractor 20 subtracts the second set threshold value LV_L from the first set threshold value LV_H. The divider 21 divides the output of the subtractor 19 by the output of the subtractor 20. That is, as shown in FIG. 10, by subtracting the second setting threshold value LV_L from the output of the minimum value selection unit 10 and dividing by the difference between the upper and lower limits of the setting threshold value, the output of the minimum value selection unit 10 is the second setting threshold value LV_L. When the value is less than the first set threshold value LV_H, the gain Gain hangs from 1 to 0.

スイッチ22は、最小値選択部10の出力が第1設定閾値LV_H以上の場合は1を出力し、最小値選択部10の出力が第1設定閾値LV_H未満の場合は除算器21の出力を出力する。 The switch 22 outputs 1 when the output of the minimum value selection unit 10 is equal to or higher than the first setting threshold value LV_H, and outputs the output of the divider 21 when the output of the minimum value selection unit 10 is less than the first setting threshold value LV_H. do.

スイッチ23は、最小値選択部10の出力が第2設定閾値LV_L以上の場合はスイッチ22の出力を出力し、最小値選択部10の出力が第2設定閾値LV_L未満の場合は0を出力する。 The switch 23 outputs the output of the switch 22 when the output of the minimum value selection unit 10 is equal to or greater than the second setting threshold value LV_L, and outputs 0 when the output of the minimum value selection unit 10 is less than the second setting threshold value LV_L. ..

すなわち、第1,第2設定閾値LV_H,LV_Lと最小値選択部10の出力を比較し、最小値選択部10の出力が第1設定閾値LV_H以上の場合はゲインGain=1を、最小値選択部10の出力が第2設定閾値LV_L未満の場合はゲインGain=0を、最小値選択部10の出力が第2設定閾値LV_L以上第1設定閾値LV_H未満の場合は演算した垂下するゲインGainをダンピング補償項に乗ずる。 That is, the first and second setting threshold values LV_H and LV_L are compared with the output of the minimum value selection unit 10, and if the output of the minimum value selection unit 10 is equal to or higher than the first setting threshold value LV_H, gain Gain = 1 is selected. When the output of the unit 10 is less than the second setting threshold value LV_L, the gain Gain = 0, and when the output of the minimum value selection unit 10 is equal to or more than the second setting threshold value LV_L and less than the first setting threshold value LV_H, the calculated hanging gain Gain is used. Get on the damping compensation term.

ダンピング補償において、(a)常時ゲイン=1とする場合と、(b)実施形態3に示すゲインの補正を行う場合、の出力電圧歪率と波形(線間電圧)のシミュレーション結果を図11に示す。(シミュレーション条件:出力電圧=270V、出力電力=6kW、抵抗負荷、LV_H=69V、LV_L=47V)。実施形態3を用いる図11(b)では、出力電圧歪が低減されていることが分かる。 In the damping compensation, FIG. 11 shows the simulation results of the output voltage distortion factor and the waveform (line voltage) in the case of (a) always setting the gain = 1 and (b) performing the gain correction shown in the third embodiment. show. (Simulation conditions: output voltage = 270V, output power = 6kW, resistance load, LV_H = 69V, LV_L = 47V). In FIG. 11B using the third embodiment, it can be seen that the output voltage distortion is reduced.

以上示したように、実施形態1~3によれば、3レベル変換器出力の電圧を制御する電力変換装置において、制御系にコンデンサ電流をフィードバックする制御を用いるときに、3レベル変換器に与える相電圧指令値のゼロクロスを簡易な演算で検出して、さらに、コンデンサ電流をフィードバックする制御のゲインを、ゼロクロス時のパルス電圧消失による制御性能低下時(ゼロクロス周辺)のみ低くすることで、不要な電圧の脈動を低減し、電圧歪みを抑制できる。 As shown above, according to the first to third embodiments, in the power conversion device that controls the voltage of the three-level converter output, when the control of feeding back the capacitor current to the control system is used, the voltage is given to the three-level converter. It is unnecessary by detecting the zero cross of the phase voltage command value by a simple calculation and lowering the control gain that feeds back the capacitor current only when the control performance deteriorates due to the loss of the pulse voltage at the time of zero cross (around zero cross). It is possible to reduce voltage pulsation and suppress voltage distortion.

以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。 Although the above description has been made in detail only for the specific examples described in the present invention, it is obvious to those skilled in the art that various modifications and modifications are possible within the scope of the technical idea of the present invention. It goes without saying that such modifications and modifications fall within the scope of the claims.

1,2…三相二相変換器
3,19,20…減算器
4…AVR(電圧制御部)
5…ダンピング補償部
6…加算器
7…二相三相変換器
8…PWM制御部
9…ABS(絶対値変換部)
10…最小値選択部
11,18…比較器
12,17,22,23…スイッチ
13…HPF(ハイパスフィルタ)
14,15…乗算器
16,21…除算器
INV…インバータ
L…リアクトル
C…コンデンサ
1,2 ... Three-phase two-phase converter 3,19,20 ... Subtractor 4 ... AVR (voltage control unit)
5 ... Damping compensation unit 6 ... Adder 7 ... Two-phase three-phase converter 8 ... PWM control unit 9 ... ABS (absolute value conversion unit)
10 ... Minimum value selection unit 11, 18 ... Comparator 12, 17, 22, 23 ... Switch 13 ... HPF (high-pass filter)
14,15 ... Multiplier 16,21 ... Divider INV ... Inverter L ... Reactor C ... Capacitor

Claims (5)

3レベル変換器と、前記3レベル変換器と負荷との間に接続されたLCフィルタまたはLCLフィルタと、備えた電力変換装置であって、
コンデンサ電圧指令値とコンデンサ電圧検出値との偏差に基づいてダンピング補償前電圧指令値を出力する電圧制御部と、
コンデンサ電流検出値に基づいてダンピング補償項を算出し、前記ダンピング補償項にゲインを乗算してダンピング補償値として出力し、相電圧指令値のゼロクロス点で前記ゲインを0とするダンピング補償部と、
前記ダンピング補償前電圧指令値と前記ダンピング補償値を加算してインバータ出力電圧指令値を出力する加算器と、
前記インバータ出力電圧指令値を二相三相変換して前記相電圧指令値を出力する二相三相変換部と、
前記相電圧指令値と三角波キャリア信号とのPWM比較に基づいて前記3レベル変換器のゲート信号を生成するPWM制御部と、
を備えたことを特徴とする電力変換装置。
A power converter including a three-level converter, an LC filter or an LCL filter connected between the three-level converter and a load, and the like.
A voltage control unit that outputs the voltage command value before damping compensation based on the deviation between the capacitor voltage command value and the capacitor voltage detection value,
A damping compensation unit that calculates a damping compensation term based on the capacitor current detection value, multiplies the damping compensation term by a gain, outputs it as a damping compensation value, and sets the gain to 0 at the zero crossing point of the phase voltage command value.
An adder that outputs the inverter output voltage command value by adding the damping compensation value and the damping compensation value.
A two-phase three-phase converter that converts the inverter output voltage command value into two-phase and three-phase and outputs the phase voltage command value.
A PWM control unit that generates a gate signal of the three-level converter based on a PWM comparison between the phase voltage command value and the triangular wave carrier signal.
A power conversion device characterized by being equipped with.
前記ダンピング補償部は、
前記相電圧指令値の絶対値のうち最小値が第1設定閾値以上の場合は、前記ゲインを1とし、
前記最小値が前記第1設定閾値未満の場合は前記ゲインを0とすることを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。
The damping compensation unit is
When the minimum value of the absolute values of the phase voltage command values is equal to or greater than the first set threshold value, the gain is set to 1.
The power conversion device according to claim 1, wherein the gain is set to 0 when the minimum value is less than the first set threshold value.
前記ダンピング補償部は、
前記相電圧指令値の絶対値のうち最小値が第1設定閾値以上の場合は、前記ゲインを1とし、
前記最小値が前記第1設定閾値未満の場合は、前記最小値を前記第1設定閾値で除算した値を前記ゲインとすることを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。
The damping compensation unit is
When the minimum value of the absolute values of the phase voltage command values is equal to or greater than the first set threshold value, the gain is set to 1.
The power conversion device according to claim 1, wherein when the minimum value is less than the first set threshold value, the value obtained by dividing the minimum value by the first set threshold value is used as the gain.
前記ダンピング補償部は、
前記相電圧指令値の絶対値のうち最小値が第1設定閾値以上の場合は、前記ゲインを1とし、
前記最小値が前記第1設定閾値未満かつ第2設定閾値以上の場合は、前記最小値から前記第2設定閾値を減算した値を、前記第1設定閾値から前記第2設定閾値を減算した値で除算した値を、前記ゲインとし、
前記最小値が前記第2設定閾値未満の場合は前記ゲインを0とすることを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。
The damping compensation unit is
When the minimum value of the absolute values of the phase voltage command values is equal to or greater than the first set threshold value, the gain is set to 1.
When the minimum value is less than the first set threshold value and greater than or equal to the second set threshold value, the value obtained by subtracting the second set threshold value from the minimum value and the value obtained by subtracting the second set threshold value from the first set threshold value. The value divided by is used as the gain.
The power conversion device according to claim 1, wherein the gain is set to 0 when the minimum value is less than the second set threshold value.
3レベル変換器と、前記3レベル変換器と負荷との間に接続されたLCフィルタまたはLCLフィルタと、備えた電力変換装置の制御方法であって、
電圧制御部が、コンデンサ電圧指令値とコンデンサ電圧検出値との偏差に基づいてダンピング補償前電圧指令値を出力し、
ダンピング補償部が、コンデンサ電流検出値に基づいてダンピング補償項を算出し、前記ダンピング補償項にゲインを乗算してダンピング補償値として出力し、相電圧指令値のゼロクロス点で前記ゲインを0とし、
加算器が、前記ダンピング補償前電圧指令値と前記ダンピング補償値を加算してインバータ出力電圧指令値を出力し、
二相三相変換部が、前記インバータ出力電圧指令値を二相三相変換して前記相電圧指令値を出力し、
PWM制御部が、前記相電圧指令値と三角波キャリア信号とのPWM比較に基づいて前記3レベル変換器のゲート信号を生成する
ことを特徴とする電力変換装置の制御方法。
It is a control method of a three-level converter, an LC filter or an LCL filter connected between the three-level converter and a load, and a power converter provided.
The voltage control unit outputs the voltage command value before damping compensation based on the deviation between the capacitor voltage command value and the capacitor voltage detection value.
The damping compensation unit calculates the damping compensation term based on the capacitor current detection value, multiplies the damping compensation term by the gain and outputs it as the damping compensation value, and sets the gain to 0 at the zero cross point of the phase voltage command value.
The adder adds the damping compensation value and the damping compensation value to output the inverter output voltage command value.
The two-phase three-phase converter converts the inverter output voltage command value into two-phase three-phase and outputs the phase voltage command value.
A control method for a power conversion device, wherein the PWM control unit generates a gate signal of the three-level converter based on a PWM comparison between the phase voltage command value and a triangular wave carrier signal.
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