JP3247056B2 - 3相自励式電圧型交直変換装置の定サンプリング型電流制御方式 - Google Patents
3相自励式電圧型交直変換装置の定サンプリング型電流制御方式Info
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Description
変換装置(Power ConversionSyst
em:以下、PCSと称す)の定サンプリング型電流制
御方式に関する。
開発されており、この種の二次電池の実用化には交直変
換装置を対象とする電流制御方式の開発も併せて必要と
する。そして出願人は前記必要性に対して特開平7−7
950号,特願平7−123118号を既に提案済であ
る。
明する。図8は自励式電圧型交直変換装置の電流制御方
式を説明する図であり、わかり易さのために単相回路の
場合を示す。
示し、e(t) は交流電圧であり、LS は系統のインダク
タンス、i(t) は連系点の交流電流である。B点より右
側は装置外を示し、EB は直流電圧源(二次電池等)で
ある。なお、LP はPCS内の連系インダクタンス、i
B (t) は直流電圧源(コンデンサを含む)の電流値、v
(t) はPCS内のLP の背後電圧である。
主回路の連系点の交流電流値i(t)との差(誤差信号)
が目標追従誤差範囲内であるかを一定サンプリング周期
毎に判定し、この差が前記誤差範囲から逸脱したとき、
半導体素子からなる交直変換装置のスイッチングモード
を選択して連系点の交流電流i(t) を制御しようとする
ものである。
型主素子であって直列接続したUとXに対して直列接続
したVとYとを並列接続し、a,b点を介してAC系統
側の各端子に接続する。そして各主素子の夫々に対して
は逆導通ダイオードDU ,DX ,DV ,DY が並列接続
されている。
Tによって連系点の交流電流値i(t) を取り出しA/D
変換回路1を介して減算器2の一方へ入力し、又、目標
関数値j(t) をA/D変換回路3を介して減算器2の他
方へ入力して交流電流値i(t) と目標関数との誤差信号
を導出する。
を介した目標追従誤差信号j(t) とを入力し、ここで両
者を一定サンプリング周期Ts 毎に比較して、その結果
を図示しないデッドタイム回路を介して各主素子U,
V,X,Yのゲートに出力する。なお、既に説明したよ
うに目標関数j(t) は任意の関数である。
i(t) は任意の時刻tにて(1) 式に示す微分方程式を満
足する。又、(1) 式は(2) 式のように変形できる。(2)
式において、LP の背後電圧v(t) は±EB となり得る
し、系統の交流電圧e(t) =*2EA sinωtである。
なお、*印は数学式のルート記号を示す(以下同じ)。
く。なお、以下に示す(3) 式が成立するならば連系点の
交流電流i(t) の増減を主素子のオン・オフにより自由
に制御できることになる。そして、本制御方式で使用す
るスイッチングモードは表1に示す3通りが考えられ
る。なお、**は数学式のほゞ等しい記号を示す。
の連系点の交流電流i(t) を検出し、これをA/D変換
回路1を介してディジタル量に変換して、減算器2の一
方に導入する。又、任意の目標関数j(t) も同じくA/
D変換回路3を介してディジタル量に変換し減算器の他
方に導入する。
(t) との差が検出され、この差(誤差信号)が比較器4
の一方端に入力される。又、比較器4の他方端には予め
定められた目標追従誤差信号je が入力される。ここで
目標追従誤差信号とは、目標関数j(t) ±je として設
定された余裕限界幅を意味する。
以内であるか否かを一定サンプリング周期毎に判定し、
これが下限(−je )を逸脱していれば連系点の交流電
流i(t) を増加するように主回路の各ゲート信号を出力
し、又上限(+je )を逸脱していれば前記と反対に交
流電流i(t) を減少させるようなゲート信号を出力す
る。その場合のスイッチングモードは表1より選択す
る。ここで、モード1は上げ操作、モード3は下げ操作
であり、モード2は環流モードである。
流電流(A)をとり、横軸に時間(s)をとって示した
ものである。図において、j(t) は任意の目標関数であ
り、この目標関数を中心にして目標追従誤差幅j(t) +
je とj(t) −je との幅がある。今、サンプリング時
刻tn において交流電流In が検出された場合を考え
る。
標関数との差はj(tn )−In となる。したがって目
標関数よりIn は小である。ここでデータを採取してか
ら次のスイッチングモードを決めるまでに要する計測制
御回路の処理時間をTc (s)とする。なお、Tc ≦Ts
とし、Tc を制御遅れ時間、Ts をサンプリング周期と
称す。
電流をサンプリングし、制御遅れ時間Tc 後に正方向の
制御を行なう。次のサンプリング時刻tn+1 では、サン
プリングされた交流電流はIn+1 であるが、この場合の
目標関数はj(tn+1 )であって、その差は依然として
目標関数より小である。そこで、今回も制御遅れ時間T
c 後に更に正方向への制御を行なう。
流値はIn+2 となり、これは目標関数j(tn+2 )より
大となる。そこでこの場合は負方向への制御をし、次の
サンプリング時刻で前記処理を繰り返す。なお、t=t
n +Tc でのモードが、t=tn-1 +Tc でのモードと
異なる時には直流短絡(アーム短絡)を防止するため、
最初にモード0(全素子がOFFであるモードで表1に
示されていない)をTd (s) (入り遅れ時間)だけ挿入
する。Td は主素子のターンオフ時間により決める。
目標関数に順次近づくことになる。なお、当然のことな
がらTc ≦Ts の関係にある。又、計算値としての目標
追従誤差幅はj(t) ±je であったが、実際は、
によれば実際に検出される電流値が目標関数より大か小
かだけを検出すれば電流制御が可能である。
式に示されるように、直流電圧の大きさを交流電圧の波
高値(最大値)よりも大きくしなければならない。又、
交流電流の作成に際して専ら直流電源に頼ることとして
交流電源は、その阻害要因とみなしている。
源を利用していない。このため「ある種の無駄」があ
り、スイッチング周波数が高めになると考えられる。更
に上記従来例を3相回路に適用しようとするとき3相4
線式への転用は可能であるが、3相3線式への転用はで
きない。
あり、直流電圧を低くし、しかもスイッチング周波数を
低くすることにより、サンプリング周期を長くすること
が可能であるばかりか、3相3線式の交流系統に適用可
能な3相自励式電圧型交直変換装置の定サンプリング型
電流制御方式を提供することを目的としている。
係る3相自励式電圧型交直変換装置の定サンプリング型
電流制御方式は、3相交流系統に対して3相自励式交直
変換装置を連系させた3相自励式電圧型交直変換装置の
定サンプリング型電流制御方式において、3相交流系統
と前記3相自励式交直変換装置とを接続する連系点の2
相の交流電流値を、予め決められた一定サンプリング周
期毎に検出し、残りの1相は演算にて求めて目標関数で
ある平衡3相正弦波交流電流指令値と各相毎に比較する
ことにより、前記各相毎の誤差関数を算出し、前記誤差
関数に基づいて前記3相自励式交直変換装置のスイッチ
ングモードを決めるようにした。
圧型交直変換装置の定サンプリング型電流制御方式は、
連系点の3相交流電流を検出することにより、予め設定
してある平衡3相正弦波からなる目標関数と比較する。
そしてこの比較結果が所定の目標範囲より下方に逸脱し
ていれば上げ方向のスイッチングモードを選択し、又、
上方に逸脱していれば下げ方向のスイッチングモードを
選択する。即ち、3相平衡正弦波からなる目標関数をな
ぞるように制御される。なお、これらの制御は電流のサ
ンプリング時刻毎に繰り返し行ない、平衡3相目標関数
に追従させる。この場合、各スイッチング素子ゲート指
令を各サンプリング時刻における誤差関数の値のみによ
って選択できる。
構成図である。図1において図8と同一部分については
同一符号を付している。但し、図1は3相交流に関する
ものであるため、主回路を3相ブリッジとして自己消弧
型主素子として、WとZとの直列回路を従来構成に対し
て並列接続している。
電圧の実効値、ia (t) ,ib (t),ic (t) は連系点
のa,b,c相交流電流の瞬時値、v1 (t) ,v2 (t)
はPCS内の背後電圧(b−a),(b−c)であり、
前記a,b,c点から連系点において各3端子に接続し
た。
には逆導通ダイオードDW ,DZ を並列接続したことは
既に説明した従来装置の場合と同様である。そして各主
要素のスイッチングの組合せとして、UとX.VとY,
WとZの各同時の導通は直流短絡(アーム短絡)となる
ので対象外とした。
す(4) 式のように設定した。
角θの値によってEB1が変化することを意味する。
力率に応じて交流系統電圧の波高値よりも直流電圧が低
くてもよいため、直流電圧の利用率が向上する。しかし
力率(Pf)=1であればEB1=EB となる。
て次の(5) 式の連立微分方程式が成り立つ。
端子素子であるため、任意の時刻tにおいて(7) 式が成
り立つ。
る。目標関数も平衡3相であるから、その実効値を
IA ,線電圧に対する遅れ位相角をθ[rad](π>
θ≧−π)とすると各目標関数ja (t) ,jb (t) ,j
c (t) は以下の(8) 式の通りとなる。
ia とic を自由とした。即ち、3相ブリッジ構成の交
流電流波形制御の場合は、波形制御の対象となるのは、
3相電流の内で2相のみであり、残りの1相の電流値は
瞬時瞬時において(7) 式にて決まる。
a ,c相電流ic を夫々各A/D変換回路11,11−
1に入力すると共に、目標関数ja ,jc も対応する各
A/D変換回路12,12−1に入力する。この場合の
目標関数は平衡3相電流である。
の各変換回路11,12からの電流ia (tn ),目標
関数ja を入力し、以下に列挙する誤差関数Δa
(tn )を求めて主素子U,Xのゲート指令とする。1
4−1はc相の比較器であり、前記した通り対応する各
変換回路11−1,12−1から電流ic (tn ),目
標関数jc (tn )を入力し、以下に示す誤差関数Δc
(tn )を求めて主素子W,Zのゲート指令とする。1
5,15−1は減算回路で、前記した(7) 式からi
b(tn ),jb (tn )を求めて、比較器14-2にて誤
差関数Δb(tn )を求めて、主素子V,Yのゲート指
令とする。なお、13はパルス発振回路であってサンプリ
ング周期Ts を決定する。
α(t) ,β相分をiβ(t) とすると、3相自励式電圧型
のPCSの基本方程式から(10)式が成立する。詳細説明
は省略する。
ド毎に表2のようになる。したがって表2に示す各モー
ドに従って各主素子をオン・オフすれば連系点の電流の
増減が可能となる。
すると表3のようになる。
今、α−β空間上の電流ベクトル,スイッチングベクト
ルを以下とした時(各スイッチングモードにおける
vα,vβは表1を参照)、主回路の微分方程式は(11)
式となる。
(12)式とすると、(13)式の関係があるから(11)式は****
Δ(t) に対して(14)式と変形される。なお、****ΔはΔ
の上に右横向きの矢印を意味する(以下同じ)。
きの****vs (t) を選択してやれば、Δ(t) は0の近辺
で運動することを示している。又、****vs (t) は6つ
の向きがとれるので、サンプリング時刻tn でのΔ(t)
の向きに応じて、時刻tn +Tc でのスイッチング指令
を図2のように選ぶ。なお、****vはvの上に右横向き
の矢印を意味する(以下同じ)。
又、α−β変換の逆変換から(16)式が成立する。
り、このことはΔa(tn )<0を意味する。これは
(Δa+Δb+Δc=0)から明らかである。
りとなる。
(18)式のように設定している。このように選択すること
によりPCS内連系インピーダンスLP の選択範囲が広
がるからである。
る。先ず、(18)式を変形して(19)式を得、この(19)式の
両辺を2乗して(20)式を得る。(20)式は(21)式と変形で
きる。
の背後電圧v(t) の基本波波高値に等しい。したがっ
て、この意味は「EB がv(t) の基本波波高値よりも大
きい」と言うことである。なお、スイッチング主素子に
は並列にダイオードが入っており、EB の方が低いと制
御できない。
満足するように定めている。これはサンプリング周期T
s の選択範囲を広げるためである。
当たりの電流変化を制限し、目標関数に対する実交流電
流の追従誤差の大きさを目標追従誤差幅je 以内に収め
ることである。即ち、(23)式の関係がPCSの起動によ
り有限時間経過後に必ず満たされることを意味する。そ
して、このことは理論的に保証される。この理由は以下
の通りである。先ず、(14)式から任意のサンプリング期
間[nTS +TC ,(n+1)TS +TC ]内の任意の
時刻tにおいて(24)式が成り立つ。
図である。そして、例えば時刻nTS +TC においてモ
ードIであるとすると、(25)式の関係があり、又、(21)
式から(26)式の関係がある。したがって図3により、**
**Δ|t|−****Δ(nTS+TC )のベクトルの位相
は−π/3<Angle(****Δ|t|−****Δ(nT
S +TC )<π/3に制限されることが分かる。
Iの境界を決めるベクトルの単位ベクトルを****e1 ,
****e2 とすると、****Δ(t)−****Δ(nTS +T
C )の****e1 ,****e2 との内積は、その位相が−π
/3〜π/3間にあることから両方とも負となる。即
ち、(27)式の関係が成り立つ。したがって、又(28)式の
関係も成り立つ。なお、****eはeの上に右横向きの矢
印を意味する(以下同じ)。
e1 ,****e2 の成分を減らすように作用することを示
す。又、(29)式が成り立ち、(30)式も成り立つ。又、(3
1)式の関係があるため(32)式が成り立つ。
**3/2je となる。これはモードIならば*Δ|t|
の****e1 ,****e2 成分は減少しても−****3/2j
e 以上であることを示す。スイッチング時刻nTS +T
C におけるモードがII〜VIの場合も同様である。以上か
ら最終的に電流誤差ベクトル****Δ|t|の大きさは、
起動後、しばらくすると必ずje 以内に収まることが保
証される。詳細説明は省略する。
値を入れた回路である。先ず、計算値であるが、200
Vの系統に接続してEB =320Vの二次電池からの出
力P=100KWを、力率Pf=0.95(リアクトル
側)で発電する場合を考える。
06366mH(200V,100KVAベースで5%
pu)とする。目標関数の大きさIA ,位相角θは次の
式より求まる。
り求めると下記となる。
0.56A(ν=30%)とすると、前記式より下記と
なる。
ib (t) ,ic (t) のシミュレーション結果である。図
6では横軸に時間[ms]を、縦軸に電流[A]をとっ
て示したものである。
時間変化を示したものである。図7では横軸に時間[m
s]を、縦軸に電流[A]をとって示したものである。
図7から明らかなように、起動後4msで電流誤差は誤
差幅je 以内に入り、その後の最大誤差は58.3A
(je の45%)であった。上記結果から明らかなよう
に、本願方式を十分効果の面から実証できた。
相正弦波交流に対して十分目標追従誤差幅内に入る電流
制御方式を提供できた。
電流制御方式の実施の形態を示す構成図。
図。
図。
Claims (1)
- 【請求項1】 3相交流系統に対して3相自励式交直変
換装置を連系させた3相自励式電圧型交直変換装置の定
サンプリング型電流制御方式において、3相交流系統と
前記3相自励式交直変換装置とを接続する連系点の2相
の交流電流値を、予め決められた一定サンプリング周期
毎に検出し、残りの1相は演算にて求めて目標関数であ
る平衡3相正弦波交流電流指令値と各相毎に比較するこ
とにより、前記各相毎の誤差関数を算出し、前記誤差関
数に基づいて前記3相自励式交直変換装置のスイッチン
グモードを決めることを特徴とする3相自励式電圧型交
直変換装置の定サンプリング型電流制御方式。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30702096A JP3247056B2 (ja) | 1996-11-01 | 1996-11-01 | 3相自励式電圧型交直変換装置の定サンプリング型電流制御方式 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30702096A JP3247056B2 (ja) | 1996-11-01 | 1996-11-01 | 3相自励式電圧型交直変換装置の定サンプリング型電流制御方式 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10136651A JPH10136651A (ja) | 1998-05-22 |
JP3247056B2 true JP3247056B2 (ja) | 2002-01-15 |
Family
ID=17964067
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP30702096A Expired - Lifetime JP3247056B2 (ja) | 1996-11-01 | 1996-11-01 | 3相自励式電圧型交直変換装置の定サンプリング型電流制御方式 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3247056B2 (ja) |
-
1996
- 1996-11-01 JP JP30702096A patent/JP3247056B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH10136651A (ja) | 1998-05-22 |
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