JP2023140713A - Electric power conversion system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、三相交流電源の各電源ラインに接続される電力変換装置に関する。 Embodiments of the present invention relate to a power conversion device connected to each power line of a three-phase AC power source.
三相交流電源の各電源ラインに接続され、スイッチングにより電力変換を行う例えばマルチレベル変換器やコンバータ等の電力変換装置が知られている。 BACKGROUND ART Power conversion devices, such as multilevel converters and converters, which are connected to each power line of a three-phase AC power source and perform power conversion by switching, are known.
この電力変換装置は、三相交流電源の電源電圧を監視し、電源電圧に異常が生じた場合は動作を停止するなど、当該電力変換装置を保護する必要がある。 This power conversion device needs to be protected by monitoring the power supply voltage of the three-phase AC power supply and stopping operation if an abnormality occurs in the power supply voltage.
三相交流電源の電源電圧は、当該電源の稼働状態及びその三相交流電源に接続される他の電気機器の動作状況などに応じて変化する。この変化を的確に捕らえることが重要な課題となっている。 The power supply voltage of a three-phase AC power supply changes depending on the operating state of the power supply and the operating state of other electrical equipment connected to the three-phase AC power supply. Accurately capturing this change has become an important issue.
本発明の実施形態の目的は、簡単な構成で電源電圧を的確に監視することができる電力変換装置を提供することである。 An object of the embodiments of the present invention is to provide a power conversion device that can accurately monitor power supply voltage with a simple configuration.
実施形態の電力変換装置は、三相交流電源の各電源ラインに接続されるものであって、パッシブフィルタを介して前記各電源ラインに接続され、スイッチングにより電力変換を行う電力変換器と;前記各電源ラインから前記パッシブフィルタにかけての通電路と前記電力変換器における所定位置との間の電圧を検出する電圧検出部と;前記電圧検出部で検出される電圧から前記スイッチングに伴う矩形波成分を除去する矩形波除去フィルタと;前記矩形波除去フィルタを経た電圧と前記電力変換器における前記所定位置の電位に重畳する零相電圧とに基づいて前記三相交流電源の電源電圧の値を推定し、この推定結果に基づいて前記電力変換器のスイッチングを制御する制御部と;を備える。 The power converter of the embodiment is connected to each power line of a three-phase AC power source, and includes: a power converter that is connected to each power line through a passive filter and performs power conversion by switching; a voltage detection unit that detects a voltage between a current-carrying path from each power supply line to the passive filter and a predetermined position in the power converter; detecting a rectangular wave component accompanying the switching from the voltage detected by the voltage detection unit; a rectangular wave removal filter to be removed; estimating the value of the power supply voltage of the three-phase AC power supply based on the voltage passing through the rectangular wave removal filter and a zero-phase voltage superimposed on the potential at the predetermined position in the power converter; , and a control unit that controls switching of the power converter based on the estimation result.
[1]第1実施形態
本発明の第1実施形態について図面を参照しながら説明する。
図1に示すように、三相交流電源1の電源ラインLr,Ls,Ltに負荷である例えば空気調和機2が接続されている。空気調和機2は、ブリッジ接続した複数のダイオードにより三相交流電源1の電源電圧Vr,Vs,Vtを整流する整流回路3、この整流回路3の出力電圧が直流リアクトル4を介して印加されるコンデンサ5、このコンデンサ5の両端間に接続されその直流電圧を所定周波数の交流電圧に変換し出力するインバータ6、このインバータ6の出力により動作する圧縮機モータ7などを含む。なお、三相交流電源1は、商用三相交流電源でも良いし、自家発電の三相交流電源でも良い。
[1] First embodiment
A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, a load, such as an
この空気調和機2が接続されている電源ラインLr,Ls,Ltに、電力変換装置10が、空気調和機2とは並列の関係に接続されている。
A
電力変換装置10は、LCフィルタ11、連系リアクトル14r,14s,14t、このLCフィルタ11および連系リアクトル14r,14s,14tから成るパッシブフィルタ、このパッシブフィルタを介して電源ラインLr,Ls,Ltに接続されたマルチレベル変換器(変換器)20を備える。 さらに、電力変換装置10は、電源ラインLr,Ls,LtにおけるLCフィルタ11の接続位置より空気調和機2側の位置に配置され空気調和機2に流れる電流(負荷電流)Ir,Is,Itを検出する検出部15、連系リアクトル14r,14s,14tとマルチレベル変換器20との間の通電路に流れる電流Icr,Ics,Ictを検出する検出部16、電源ラインLr,Ls,Ltのうち2つの例えば電源ラインLr,Lsからパッシブフィルタ(LCフィルタ11及び連系リアクトル14r,14s,14t)にかけての各通電路とマルチレベル変換器20における後述の中性点(所定位置)Aとの間の電圧Vr_n,Vs_nを検出する電圧検出部17、この電圧検出部17で検出される電圧Vr_n,Vs_nからマルチレベル変換器20のスイッチングに伴う矩形波成分を除去する矩形波除去フィルタ18、この矩形波除去フィルタ18を経た電圧Vr_n,Vs_nとマルチレベル変換器20における後述の中性点Aの電位に重畳する零相電圧Voとに基づいて三相交流電源1のRSTの各相の電源電圧Vr,Vs,Vtの値および位相θを推定し、この推定結果および検出部15,16の検出結果に応じてマルチレベル変換器20のスイッチングを制御する制御部30を含む。
The
LCフィルタ11は、RSTの各相ごとにリアクトル12rとコンデンサ13r から成るLC回路、リアクトル12sとコンデンサ13s から成るLC回路、リアクトル12tとコンデンサ13t から成るLC回路を含む。
The LC filter 11 includes an LC circuit consisting of a
マルチレベル変換器20は、電源ラインLr,Ls,Ltの相ごとに3つ以上のレベルの直流電圧を選択的に生成し出力するクラスタ21r,21s,21tを含み、負荷である空気調和機2から生じて整流回路3に流れる電流の高調波成分を抑制するアクティブフィルタとして機能する。以下、各クラスタ21r,21s,21tは同一構成であり、総称してクラスタ21と記載する。
The
クラスタ21rは、それぞれが複数レベル(マルチレベル)の直流電圧をスイッチングにより選択的に生成し出力する複数(3つ)の単位変換器(セル)22rを直列接続(カスケード接続)してなるいわゆる多直列変換器クラスタであり、各単位変換器22rの出力電圧(セル出力電圧)Vcrを足し合わせることにより交流電圧Vcr0を生成し出力する。
The
同様にクラスタ21sは、複数の単位変換器22sが直列接続され、各単位変換器22sの出力電圧Vcsを足し合わせることにより交流電圧Vcs0を生成し出力する。
Similarly, the
クラスタ21tは、複数の単位変換器22tが直列接続され、各単位変換器22tの出力電圧Vctを足し合わせることにより交流電圧Vct0を生成し出力する。各クラスタ21の出力電圧は、高調波を低減するための正弦波に近い波形となっている。
The
これら各クラスタ21の一端が相互接続(スター結線)されて中性点Aとなり、各クラスタ21の他端がパッシブフィルタ(LCフィルタ11及び連系リアクトル14r,14s,14t)を介して電源ラインLr,Ls,Ltにそれぞれ接続されている。
One end of each cluster 21 is interconnected (star connection) to become a neutral point A, and the other end of each cluster 21 is connected to the power supply line Lr via a passive filter (LC filter 11 and
各クラスタ21の構成は同一であるため、クラスタ21rにおける各単位変換器22rの構成を代表例として図2に示す。
Since the configuration of each cluster 21 is the same, the configuration of each
各単位変換器22rは、一対の出力端子、それぞれ還流ダイオードDを有するスイッチ素子Q1,Q2,Q3,Q4、これらスイッチ素子Q1~Q4を介して上記出力端子に接続されたコンデンサ(直流コンデンサ)C、コンデンサCの電圧Vcrを検出して制御部30に知らせる電圧検出部Cxを含み、スイッチ素子Q1~Q4のスイッチング(オン,オフ)による複数の通電路の選択的な形成により複数レベルの直流電圧を生成し出力する。MOSFETをスイッチ素子Q1~Q4として用いる場合、MOSFETの寄生ダイオードを還流ダイオードDとして兼用することができる。
Each
制御部30は、三相交流電源1の交流電圧Vrとほぼ同じ波形の交流電圧をクラスタ21rで生成させるための交流電圧指令値を設定し、各単位変換器22rの個数と同じ個数で互いに位相が異なる三角波状の各キャリア信号の電圧レベルとその交流電圧指令値の電圧レベルとを比較するパルス幅変調(PWM)により、各単位変換器22rのスイッチ素子Q1~Q4に対するスイッチング用の駆動信号(ゲート信号)を生成する。この駆動信号の生成に際し、制御部30は、各単位変換器22rにおいて互いに直列に配置されているスイッチ素子Q1,Q2のオンとオフの間、および互いに直列に配置されているスイッチ素子Q3,Q4のオンとオフの間に、それぞれ短絡防止のためにオフ状態となるデッドタイムを確保する。
The
2レベル変調によるスイッチングの場合、各単位変換器22rはそれぞれ“正レベル”“負レベル”の2レベルの直流電圧を選択的に生成し出力する。3レベル変調によるスイッチングであれば、各単位変換器22rはそれぞれ“正レベル”“零レベル”“負レベル”の3レベルの直流電圧を選択的に生成し出力する。
In the case of switching using two-level modulation, each
以上述べたクラスタ21rの各単位変換器22rの構成およびスイッチングは、クラスタ21sの各単位変換器22sの構成およびスイッチングについても同様であり、クラスタ21t各単位変換器22tの構成およびスイッチングについても同様である。
The configuration and switching of each
電圧検出部17は、2つの電源ラインLr,Lsからパッシブフィルタにかけての各通電路とマルチレベル変換器20における中性点Aとの間の電圧Vr_n,Vs_nを検出する。具体的には、電圧検出部17は、電源ラインLrからパッシブフィルタにかけての通電路と中性点Aとの間に接続された抵抗器R1,R2の直列回路、電源ラインLsからパッシブフィルタにかけての通電路と中性点Aとの間に接続された抵抗器R3,R4の直列回路を含み、抵抗器R1,R2の相互接続点と中性点Aとの間に生じる電圧Vr_nを検出し、抵抗器R3.R4の相互接続点と中性点Aとの間に生じる電圧Vs_nを検出する。
The
矩形波除去フィルタ18は、図3に示すように、電圧検出部17で検出される電圧Vr_n,Vs_nの位相遅れを補償する進み補償器41,42、この進み補償器41,42を経た電圧Vr_n,Vs_nからマルチレベル変換器20のスイッチングに伴う矩形波成分を除去するローパスフィルタ(LPF)43,44を含む。ローパスフィルタ43,44を経た電圧Vr_nm,Vs_nmが制御部30に送られる。
As shown in FIG. 3, the rectangular
制御部30は、矩形波除去フィルタ18を経た電圧Vr_nm,Vr_nmとマルチレベル変換器20における零相電圧Voとに基づき、かつマルチレベル変換器20の中性点Aの電位を基準電位として、三相交流電源1の電源電圧Vr,Vs,Vtの値および位相θを推定する。この推定手段として、制御部30は、図4に示す位相同期回路(PLL回路)を含む。
The
減算部51,52は、矩形波除去フィルタ18を経た電圧Vr_nm,Vr_nmから、後段の零相電圧算出部59で算出される零相電圧(中性点Aの電位に重畳する零相電圧)Voを減算することにより、電源電圧Vr,Vsの値を捕らえる。減算部53は、減算部51,52で捕らえた電源電圧Vr,Vsの値の互いの差を電源電圧Vtの値として捕らえる。
Vr=Vr_nm-Vo,Vs=Vs_nm-Vo,Vt=-Vr-Vs
零相電圧Voについては、マルチレベル変換器20がスイッチング動作を停止している場合、値が電源電圧Vr,Vs,Vtの値の15%で周波数が電源電圧Vr,Vs,Vtの周波数の3倍の零相電圧Voがマルチレベル変換器20の中性点Aの電位に重畳する。
Vr=Vr_nm-Vo, Vs=Vs_nm-Vo, Vt=-Vr-Vs
Regarding the zero-sequence voltage Vo, when the
これら減算部51,52,53で捕らえた電源電圧Vr,Vs,Vtの値が当該制御部30の推定結果となる。これに加えて、制御部30は、電源擾乱への耐性を向上させるため、かつ位相θを推定するため、座標変換部54、減算部55、PI制御部56、加算部57、積分部58、零相電圧算出部59を含む。
The values of the power supply voltages Vr, Vs, and Vt captured by these
座標変換部54は、減算部51~53で捕らえた電源電圧Vr,Vs,Vtの値を後段の積分部58で求められる位相θによって座標変換することにより、電源電圧Vr,Vs,Vtの値に対応するd軸電圧Vdおよびレベルが“0(零)”のq軸電圧Vqを得る。減算部55は、座標変換部54で得たq軸電圧Vqと目標値“0”との偏差を捕らえる。PI制御部56は、減算部55で捕らえた偏差を入力とするPI制御により、電源電圧Vr,Vs,Vtの周波数ωを求める。
The coordinate
加算部57は、PI制御部56で求める周波数ωが運転開始時はまだ不明であることに対処し、PI制御部56で求めた周波数ωに対し、三相交流電源1の電源周波数に相当する基準周波数ωoを加える。積分部58は、加算部57を経た周波数ωを積分することにより、電源電圧Vr,Vs,Vtの位相θを求める。求めた位相θが当該制御部30の推定結果となる。
The
零相電圧算出部59は、積分部58で求めた位相θおよび座標変換部54で得たd軸電圧Vdに基づき、中性点Aの電位に重畳する零相電圧Voを算出する。算出した零相電圧Voは減算部51,52にフィードバックされる。
The zero-sequence
以上の構成により、電源電圧Vr,Vs,Vtの値および位相θを的確に監視することができる。これにより、制御部30の制御によるマルチレベル変換器20の適切な動作を継続することができる。
With the above configuration, the values and phase θ of the power supply voltages Vr, Vs, and Vt can be accurately monitored. Thereby, the appropriate operation of the
なお、制御部30は、電源電圧Vr,Vs,Vtの値および位相θの推定を、零相電圧Voが重畳する中性点Aの電位を基準に行うので、制御部30とマルチレベル変換器20との間の電気的な絶縁が不要である。制御部30は、電源擾乱への対策として、推定した電源電圧Vr,Vs,Vtの値に所定以上の変動がある場合、マルチレベル変換器20の各単位変換器に対する制御内容、例えば制御ゲイン、目標電圧、目標電流、繰返し制御用メモリ等を、推定した電源電圧Vr,Vs,Vtの値の変動量に合わせて変更することで、安定して高調波を低減することができる。
Note that since the
[ローパスフィルタ43,44の遮断周波数fx]
LCフィルタ11と連系リアクトル14u,14v,14wとにより、制御部30のパルス幅変調(PWM)制御のスイッチング周波数成分が三相交流電源1側の系統に流出しないようそのスイッチング周波数成分を除去するためのLCL共振回路が形成される。このLCL共振回路のゲイン特性を図5に示す。
マルチレベル変換器20は、各クラスタ21によって相ごとの出力電圧をマルチレベル化しているので、実際のスイッチング周波数(各単位変換器内のスイッチ素子Q1~Q4のスイッチング周波数)fsはLCL共振回路の共振周波数(遮断周波数)fcより低くても、マルチレベル変換器20としての等価的なスイッチング周波数は共振周波数fcより高い“N×fs”(Nは1クラスタ内の各単位変換器の段数)となる。
[Cutoff frequency fx of low-
The LC filter 11 and interconnection reactors 14u, 14v, and 14w remove the switching frequency components of the pulse width modulation (PWM) control of the
Since the
矩形波除去フィルタ18におけるローパスフィルタ43,44の遮断周波数fxは、LCL共振回路の共振周波数fcとマルチレベル変換器20の等価的なスイッチング周波数“N×fs”との間に設定される。この遮断周波数fxをローパスフィルタ43,44に持たせることにより、LCL共振回路に共振が発生した場合の電源電圧Vr,Vs,Vtの異常を制御部30で検出することができる。すなわち、ローパスフィルタ43,44は、その遮断周波数fxよりも高い周波数となる等価的なスイッチング周波数“N×fs”は検出することなく、遮断周波数fxよりも低いLCL共振回路の共振周波数fcの発生を検出することができる。これらの周波数は、例えば、スイッチング素子Q1~Q4のスイッチング周波数fsは、3kHz、この場合、マルチレベル変換器20としての等価的なスイッチング周波数“N×fs”は、9kHzとなり、、LCL共振回路の共振周波数fcは、5kHz、遮断周波数fxは8kHzに設定される。
The cutoff frequency fx of the low-
[矩形波除去フィルタ18の進み補償]
電圧検出部17で検出される電圧Vr_n,Vs_nには、サンプリングやフィルタ特性の影響による位相遅れが生じる。そのままでは制御部30による適正な推定ができない可能性がある。
[Advance compensation of square wave removal filter 18]
A phase delay occurs in the voltages Vr_n and Vs_n detected by the
この点を考慮し、不完全微分などの進み補償器41,42を矩形波除去フィルタ18に設け、電圧Vr_n,Vs_nの位相遅れを補償している。
In consideration of this point, advance
進み補償器41,42がある場合に制御部30で推定される電源電圧Vr,Vs,Vtの値を図6に示している。仮に、進み補償器41,42がない場合は、図7に示すように、制御部30で推定される電源電圧Vr,Vs,Vtの値に歪みが生じ、正確な値が検出できない。
FIG. 6 shows the values of the power supply voltages Vr, Vs, and Vt estimated by the
[制御部30の他の制御]
制御部30は、マルチレベル変換器20の各単位変換器におけるコンデンサ電圧(電圧検出部Cxの検出電圧)に基づいて電源電圧Vr,Vs,Vtの値を推定手段を含み、マルチレベル変換器20が停止しているとき、そのコンデンサ電圧に基づく推定結果と、矩形波除去フィルタ18を経た電圧Vr_nm,Vs_nmおよび零相電圧Voに基づく推定結果と、を比較する。なお、矩形波除去フィルタ18を経た電圧Vr_nm,Vs_nmおよび零相電圧Voに基づく電源電圧Vr,Vs,Vtは、負荷2の運転有無及び/または電力変換装置10自身の運転有無にかかわらず推定可能であるが、このコンデンサ電圧に基づく電源電圧Vr,Vs,Vtの推定は、マルチレベル変換器20が停止時にしか使用できない。 マルチレベル変換器20が停止しているとき、座標変換部54で得られるd軸電圧Vdは、電源電圧Vr,Vs,Vtの値に対応し、1クラスタ内の各単位変換器におけるコンデンサCの電圧の平均値をVc、1クラスタ内の各単位変換器の段数をNとすると、下式で表わされる。このd軸電圧Vdから電源電圧Vr,Vs,Vtの値を推定することができる。
[Other controls of control unit 30]
The
なお、数1中の(N・Vc)は、1つのクラスタ内の各単位変換器22におけるコンデンサCの電圧値の積算値と等しいので、こちらを使用しても良い。
Note that (N·Vc) in
マルチレベル変換器20が停止しているとき、電源電圧Vr,Vs,Vtに異常がなければ、コンデンサの電圧Vcによって推定される電源電圧Vr,Vs,Vtの値と、前述の矩形波除去フィルタ18を経た電圧Vr_n,Vs_nおよび零相電圧Voに基づいて推定される電源電圧Vr,Vs,Vtの値とが、それぞれ同じになるはずである。
When the
しかしながら、マルチレベル変換器20中のいずれかのクラスタ21やその中の単位変換器22に異常があれば、特に単位変換器22中のコンデンサCでパンクが発生している確率が高い、この2つの推定結果に差が生じる。そこで、制御部30は、各相における推定電源電圧の差を算定し、全ての相において、この差が予め定めている閾値未満の場合はマルチレベル変換器20は正常であるとして、その起動を許容するが、いずれか1相でも差が閾値以上の場合はマルチレベル変換器20のどこかに異常であるとの判断の下にマルチレベル変換器20を起動しない。これにより、マルチレベル変換器20に異常がある状態で起動することによる故障や損傷を防止している。
However, if there is an abnormality in any of the clusters 21 in the
[2]第2実施形態
本発明の第2実施形態について説明する。なお、図面において第1実施形態と同じ部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
[2] Second embodiment
A second embodiment of the present invention will be described. In the drawings, the same parts as in the first embodiment are given the same reference numerals, and detailed explanation thereof will be omitted.
図8に示すように、三相交流電源1の電源ラインLr,Ls,LtにLCフィルタ11および連系リアクトル14r,14s,14tから成るパッシブフィルタを介してコンバータ(変換器)60が接続され、そのコンバータ60の正側出力端P,負側出力端Nに負荷である例えば空気調和機2が接続されている。空気調和機2は、コンバータ60の出力電圧Vdcを所定周波数の交流電圧に変換し出力するインバータ6、およびこのインバータ6の出力により動作する圧縮機モータ7などを含む。
As shown in FIG. 8, a
コンバータ60は、三相交流電源1の電源電圧Vr,Vs,Vtを制御部30からの駆動信号に応じたスイッチングにより直流電圧に変換するスイッチング回路61、このスイッチング回路61の出力端に接続された直流コンデンサ(平滑用コンデンサ)62を含む。
The
コンバータ60の正側出力端Pと負側出力端Nとの間に、コンバータ60の出力電圧Vdcを検出する直流電圧検出部63が接続されている。直流電圧検出部63は、抵抗値が互いに同じ抵抗器63a,63bを直列接続し、その抵抗器63a,63bの相互接続点と負側出力端Nとの間に生じる電圧Vdcをコンバータ60の出力電圧として検出する。この電圧Vdcが制御部30に送られる。
A DC
上記パッシブフィルタ、コンバータ60、直流電圧検出部63,電圧検出部17、矩形波除去フィルタ18、および制御部30により、電力変換装置10が構成される。
The
コンバータ60のスイッチング回路61は、例えば図9に示すように、スイッチ素子T1,T2の直列回路を電源ラインLr,Ls,Ltの相ごとに設け、これら3つの直列回路に直流コンデンサ62を接続した2レベル出力型である。あるいは、スイッチング回路61は、図10に示すように、スイッチ素子T1,T2の直列回路、およびこのスイッチ素子T1,T2の相互接続点に接続されたスイッチ素子T3,T4の直列回路を含み、これら直列回路を電源ラインLr,Ls,Ltの相ごとに設け、かつこれら直列回路に直流コンデンサ62の二分割である直流コンデンサ62a,62bを接続した3レベル出力型である。図11に示すように、ダイオードD1,D2の直列回路、およびこのダイオードD1,D2の相互接続点に接続されたスイッチ素子T3,T4の直列回路を含み、これら直列回路を電源ラインLr,Ls,Ltの相ごとに設け、かつこれら直列回路に直流コンデンサ62の二分割である直流コンデンサ62a,62bを接続した3レベル出力型を、スイッチング回路61として用いてもよい。
For example, as shown in FIG. 9, the switching
電圧検出部17は、電源ラインLr,Ls,Ltのうち2つの例えば電源ラインLr,Lsからパッシブフィルタ(LCフィルタ11及び連系リアクトル14r,14s,14t)にかけての各通電路とコンバータ60の負側出力端(所定位置)Nとの間の電圧Vr_n,Vs_nを検出する。
The
矩形波除去フィルタ18は、第1実施形態と同じ補償器41,42およびローパスフィルタ(LPF)43,44を含み、電圧検出部17の検出電圧Vr_n,Vs_nから矩形波成分を除去する。
The rectangular
制御部30は、矩形波除去フィルタ18を経た電圧Vr_nm,Vr_nmおよびコンバータ60における零相電圧Voに基づき、かつコンバータ60の負側出力端Nの電位を基準電位として、三相交流電源1の電源電圧Vr,Vs,Vtの値および位相θを推定する。この推定手段として、制御部30は、図12に示す位相同期回路(PLL回路)を含む。
The
演算部70は、直流電圧検出部63の検出電圧(コンバータ60の出力電圧)Vdcの1/2の値を求める。減算部51,52は、矩形波除去フィルタ18を経た電圧Vr_n,Vr_nから、演算部70の出力電圧“Vdc/2”を減算し、かつ後段の零相電圧算出部59で算出される零相電圧(負側出力端Nの電位に重畳する零相電圧)Voを減算することにより、電源電圧Vr,Vsの値を捕らえる。減算部53は、減算部51,52で捕らえた電源電圧Vr,Vsの値の互いの差を電源電圧Vtの値として捕らえる。
Vr=Vr_n-(Vdc/2)-Vo,Vs=Vs_n-(Vdc/2)-Vo,Vt=-Vr-(Vdc/2)-Vs
抵抗器63a,63bの相互接続点の電位は直流コンデンサ62の中点電位に相当し、その抵抗器63a,63bの相互接続点が変換器であるコンバータ60の仮想中性点として振る舞う。この仮想中性点から視た負側出力端Nの電位は“-Vdc/2”であり、その負側出力端Nの電位を基準とする電圧Vr_n,Vr_nおよび零相電圧Voには電圧“Vdc/2”が含まれる。このため、電圧Vr_n,Vr_nおよび零相電圧Voから電圧“Vdc/2”を減算している。
The calculation unit 70 calculates a value of 1/2 of the voltage detected by the DC voltage detection unit 63 (the output voltage of the converter 60) Vdc. The
Vr=Vr_n-(Vdc/2)-Vo, Vs=Vs_n-(Vdc/2)-Vo, Vt=-Vr-(Vdc/2)-Vs
The potential at the interconnection point of
零相電圧Voについては、コンバータ60の運転状況により変化する。例えば、コンバータ60のスイッチング制御に正弦波変調を適用した場合、零相電圧Voは0(零)となる。コンバータ60がスイッチング動作を停止している場合や、コンバータ60のスイッチング制御に3次高調波重畳方式を適用している場合には、値が電源電圧Vr,Vs,Vtの値の15%で周波数が電源電圧Vr,Vs,Vtの周波数の3倍の零相電圧Voが負側出力端Nの電位に重畳している。
Zero-phase voltage Vo changes depending on the operating condition of
これら減算部51,52,53で捕らえた電源電圧Vr,Vs,Vtの値が当該制御部30の推定結果となる。これに加えて、制御部30は、電源擾乱への耐性を向上させるため、かつ位相θを推定するため、座標変換部54、減算部55、PI制御部56、加算部57、積分部58、零相電圧算出部59を含む。座標変換部54~積分部58の構成は第1実施形態と同じなので、その説明は省略する。
The values of the power supply voltages Vr, Vs, and Vt captured by these
零相電圧算出部59は、積分部58で求めた位相θおよび座標変換部54で得たd軸電圧Vdに基づき、負側出力端Nの電位に重畳する零相電圧Voを算出する。算出した零相電圧Voが減算部51,52にフィードバックされる。
The zero-sequence
以上の構成により、電源電圧Vr,Vs,Vtの値および位相θを的確に監視することができる。これにより、制御部30の制御によるコンバータ60の適切な動作を継続することができる。すなわち、制御部30は、推定した電源電圧Vr,Vs,Vtの値に基づき、コンバータ60のスイッチング回路のスイッチング動作を制御することで、安定して高調波を低減する。例えば、制御部30は、推定した電源電圧Vr,Vs,Vtの値にしたがって、スイッチング動作の制御における制御ゲイン、目標電圧、目標電流、繰返し制御用メモリ等を変更して、スイッチング動作のタイミングや期間を制御する。
With the above configuration, the values and phase θ of the power supply voltages Vr, Vs, and Vt can be accurately monitored. Thereby, the appropriate operation of
なお、制御部30は、電源電圧Vr,Vs,Vtの値および位相θの推定を、零相電圧Voが重畳する負側出力端子Nの電位を基準に行うので、制御部30とコンバータ60との間の電気的な絶縁が不要である。
Note that since the
[3]第3実施形態
本発明の第3実施形態について説明する。
図13に示すように、電力変換装置10は、第1実施形態のマルチレベル変換器20に代えて、第2実施形態のコンバータ60および直流電圧検出部63を備える。コンバータ60は、空気調和機2の整流回路3に流れる電流の高調波成分を抑制するアクティブフィルタとして機能する。
他の構成および制御は、第1および第2実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。
[3] Third embodiment
A third embodiment of the present invention will be described.
As shown in FIG. 13, the
Other configurations and controls are the same as in the first and second embodiments. Therefore, the explanation thereof will be omitted.
[4]変形例
第1実施形態では、クラスタ21r,21s,21tの各単位変換器の個数が相ごとに3つの場合について説明したが、その個数については適宜に設定することが可能で、3つ以上が望ましく、各単位変換器22に対する駆動信号の数の関係上、その数は奇数であることが望ましい。
[4] Modification example
In the first embodiment, a case has been described in which the number of unit converters in the
上記各実施形態および変形例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態および変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、書き換え、変更を行うことができる。これら実施形態および変形例は、発明の範囲は要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 The embodiments and modifications described above are presented as examples, and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments and modifications can be implemented in various other forms, and various omissions, rewrites, and changes can be made without departing from the gist of the invention. The scope of these embodiments and modifications is included in the gist of the invention, and is also included in the scope of the invention described in the claims and its equivalents.
1…三相交流電源、Lr,Ls,Lt…電源ライン、3…空気調和機(負荷)、10…電力変換装置、11…LCフィルタ、14u,14v,14w…連系リアクタ、17…電圧検出部、18…矩形波除去フィルタ、20…マルチレベル変換器(変換器)、30…制御部、60…コンバータ(変換器)、63…直流電圧検出部。
1... Three-phase AC power supply, Lr, Ls, Lt... Power line, 3... Air conditioner (load), 10... Power converter, 11... LC filter, 14u, 14v, 14w... Grid-connected reactor, 17...
Claims (13)
パッシブフィルタを介して前記各電源ラインに接続され、スイッチングにより電力変換を行う電力変換器と、
前記各電源ラインから前記パッシブフィルタにかけての通電路と前記電力変換器における所定位置との間の電圧を検出する電圧検出部と、
前記電圧検出部で検出される電圧から前記スイッチングに伴う矩形波成分を除去する矩形波除去フィルタと、
前記矩形波除去フィルタを経た電圧と前記電力変換器における前記所定位置の電位に重畳する零相電圧とに基づいて前記三相交流電源の電源電圧の値を推定し、この推定結果に基づいて前記電力変換器のスイッチングを制御する制御部と、
を備える電力変換装置。 A power conversion device connected to each power line of a three-phase AC power supply,
a power converter that is connected to each of the power supply lines through a passive filter and performs power conversion by switching;
a voltage detection unit that detects a voltage between a current-carrying path from each of the power supply lines to the passive filter and a predetermined position in the power converter;
a rectangular wave removal filter that removes a rectangular wave component associated with the switching from the voltage detected by the voltage detection section;
The value of the power supply voltage of the three-phase AC power supply is estimated based on the voltage that has passed through the square wave removal filter and the zero-phase voltage superimposed on the potential at the predetermined position in the power converter, and the value of the power supply voltage of the three-phase AC power supply is estimated based on the estimation result. a control unit that controls switching of the power converter;
A power conversion device comprising:
前記電圧検出部は、前記各電源ラインから前記パッシブフィルタにかけての通電路と前記中性点との間の電圧を検出し、
前記制御部は、前記矩形波除去フィルタを経た電圧と前記中性点の電位に重畳する前記零相電圧とに基づいて前記電源電圧の値を推定し、この推定結果に基づいて前記マルチレベル変換器のスイッチングを制御する、
請求項1に記載の電力変換装置。 The power converter includes a plurality of clusters configured by connecting a plurality of unit converters in series, each consisting of a switch element and a capacitor, and one end of each cluster is interconnected to serve as a neutral point, and each cluster has a neutral point. a multilevel converter whose other end is connected to each of the power lines via the passive filter;
The voltage detection unit detects a voltage between a current-carrying path from each power supply line to the passive filter and the neutral point,
The control unit estimates the value of the power supply voltage based on the voltage that has passed through the square wave removal filter and the zero-phase voltage superimposed on the potential at the neutral point, and performs the multilevel conversion based on the estimation result. control device switching,
The power conversion device according to claim 1.
前記電圧検出部は、前記各電源ラインから前記パッシブフィルタにかけての通電路と前記コンバータの負側出力端との間の電圧を検出し、
前記制御部は、前記矩形波除去フィルタを経た電圧と前記コンバータの前記負側出力端の電位に重畳する前記零相電圧とに基づいて前記電源電圧の値を推定し、この推定結果に基づいて前記コンバータのスイッチングを制御する、
請求項1に記載の電力変換装置。 The power converter is a converter that is connected to each of the power supply lines via the passive filter and includes a switching circuit that converts the power supply voltage into a DC voltage, and a DC capacitor connected to the output end of the switching circuit,
The voltage detection unit detects a voltage between a current-carrying path from each power supply line to the passive filter and a negative output terminal of the converter,
The control unit estimates the value of the power supply voltage based on the voltage that has passed through the square wave removal filter and the zero-sequence voltage that is superimposed on the potential at the negative output terminal of the converter, and based on the estimation result. controlling switching of the converter;
The power conversion device according to claim 1.
請求項2または請求項3に記載の電力変換装置。 The voltage detection unit detects a voltage between two current-carrying paths from two of the power supply lines to the passive filter and the neutral point or the negative terminal.
The power conversion device according to claim 2 or 3.
請求項2または請求項3に記載の電力変換装置。 The control unit estimates the value and phase of the power supply voltage by subtracting the zero-sequence voltage from the voltage that has passed through the square wave removal filter, and controls the switching of the multilevel converter or the converter based on this estimation result. control,
The power conversion device according to claim 2 or 3.
請求項2または請求項3に記載の電力変換装置。 The square wave removal filter is a low-pass filter having a cutoff frequency between the resonant frequency of the passive filter and the equivalent switching frequency of the multilevel converter or the converter.
The power conversion device according to claim 2 or 3.
請求項6に記載の電力変換装置。 The square wave removal filter includes a lead compensator that compensates for a phase lag of the voltage detected by the voltage detection section.
The power conversion device according to claim 6.
請求項2に記載の電力変換装置。 The control unit includes means for estimating the value of the power supply voltage based on the voltage of the capacitor in each unit converter, and when the multilevel converter is stopped, the estimation result based on the voltage of the capacitor is and not starting the multilevel converter if the difference between the voltage passing through the square wave removal filter and the estimation result based on the zero-sequence voltage is equal to or more than a threshold value;
The power conversion device according to claim 2.
請求項3に記載の電力変換装置。 The control unit includes means for estimating the value of the power supply voltage based on the voltage of the DC capacitor, and when the converter is stopped, the control unit estimates the value of the power supply voltage based on the voltage of the DC capacitor and the square wave removal filter. not starting the converter if the difference between the voltage passed through the voltage and the estimation result based on the zero-sequence voltage is equal to or more than a threshold;
The power conversion device according to claim 3.
請求項2または請求項3に記載の電力変換装置。 The control unit estimates the value of the power supply voltage using the potential of the neutral point or the negative terminal as a reference potential.
The power conversion device according to claim 2 or 3.
請求項2または請求項3に記載の電力変換装置。 The multilevel converter or the converter selectively generates and outputs DC voltages of three or more levels for each phase of each power supply line.
The power conversion device according to claim 2 or 3.
請求項2または請求項3に記載の電力変換装置。 The multilevel converter or the converter functions as an active filter that suppresses harmonic components of a current flowing to a load connected to the power supply line.
The power conversion device according to claim 2 or 3.
請求項2に記載の電力変換装置。 The control unit changes the control content for each unit converter of the multilevel converter in accordance with the amount of variation when the estimation result has a variation of more than a predetermined value.
The power conversion device according to claim 2.
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Applications Claiming Priority (1)
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