JP3518978B2 - Converter control device for obtaining DC from polyphase AC - Google Patents

Converter control device for obtaining DC from polyphase AC

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JP3518978B2
JP3518978B2 JP22770197A JP22770197A JP3518978B2 JP 3518978 B2 JP3518978 B2 JP 3518978B2 JP 22770197 A JP22770197 A JP 22770197A JP 22770197 A JP22770197 A JP 22770197A JP 3518978 B2 JP3518978 B2 JP 3518978B2
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匡嗣 田中
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Toyo Electric Manufacturing Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、パルス幅制御によ
り多相交流を直流に変換するコンバータのスイッチング
制御装置に関するものである。 【0002】 【従来の技術】図4は従来から産業上最も一般的に使わ
れているコンバータ制御の系統ブロック図である。図4
において、1はコンバータの主回路を構成する多相変換
器、2は電力を供給する多相交流電源、3は交流制御
器、4は直流制御器である。同図において、直流制御器
4は、コンバータ出力の直流量を与えられた直流指令値
に一致させるように、その誤差を増幅器で増幅し、交流
指令値を交流制御ループに出力する。また、交流制御器
3はその交流指令値を交流電源2の多相交流と比較し、
その誤差を増幅して、開閉信号を多相コンバータ1を構
成する半導体スイッチ素子に出力することによって、変
換器を制御する。 【0003】図4に示したコンバータ制御における交流
制御について、従来では主にキャリア変調方式と追従方
式の2種類の方式が使われている。キャリア変調方式の
制御ブロック図は図5に示される。すなわち、交流指令
値is * と交流量is とを比較し、その誤差を増幅器5
で増幅し、スイッチング入力の指令値u’を生成する。
キャリア変調部6は上記入力指令値u’を三角波キャリ
ア信号と比較して多相変換器1の開閉信号を決定する。
開閉信号の切り換えタイミングは上記入力指令値u’と
三角波キャリア信号とがコンペアマッチになるとき生じ
る。 【0004】追従方式の制御ブロック図は図6に示され
る。すなわち、交流指令値is * と交流量is とを比較
し、その誤差の極性により、ベクトル選択部7で開閉信
号を決め、開閉信号の切り換えタイミングはヒステリシ
ス比較部8で誤差があらかじめ設定されたヒステリシス
幅を越えたときに生じる。 【0005】 【発明が解決しようとする課題】上記キャリア変調方式
は、切り換えタイミングを細かく決めることが可能で交
流ひずみをある程度小さく抑えることができるが、開閉
信号すなわちスイッチングベクトルは直接制御に参与せ
ず、無駄なスイッチング動作を生じるとともに、追従性
能が制限される。一方、追従方式は、スイッチングベク
トルが誤差の極性によって生成されるので、直接誤差を
制御することによって、追従性能が期待される。しか
し、ベクトルの切り換えタイミングはヒステリシス幅で
決まるので、キャリア変調方式のように細かく決めるこ
とができず、大きなひずみを生じる。特にデジタルで実
現する場合、制御周期の刻みでスイッチングベクトルを
出力するので、誤差がヒステリシス幅を越えないように
するためには、制御周期を十分短くしなければならず、
コストの面でも経済的ではない。上記したように、両方
式とも一長一短であり、両者の長所すなわち、追従方式
の制御性能とキャリア変調方式のスイッチングタイミン
グのきめ細かさを融合した制御方式が理想的であると思
われる。 【0006】本発明は上記した問題に対してなされたも
のであって、追従性を確保しながら、交流電流ひずみ率
を最小に抑えるスイッチングベクトルの切り換えタイミ
ングを決定することができるコンバータの制御装置を提
供することを目的とする。 【0007】 【課題を解決するための手段】本発明は上述した点に鑑
みなされたものであって、多相交流より直流を得るコン
バータの制御装置において、上記したベクトルの切り換
えタイミングを決定するための手段を提供する。なお、
以下の説明では1番目のベクトルから2番目のベクトル
に切り換える場合における切り換えタイミングの決定に
ついて説明し、1番目及び2番目のベクトルの選択に関
して触れないが、ベクトルの選択は種々の方法で求める
ことができる。本発明では、三相交流電流をd−q変換
して有効交流電流id 、無効交流電流iq を得て、該有
効交流電流id と無効交流電流iq を、それぞれ有効交
流電流指令値id * と無効交流電流指令値iq * に一致
させるように、1制御周期Tに2つのスイッチングベク
トルを順次選択し、適当なタイミングαで1番目のスイ
ッチングベクトルから2番目のスイッチングベクトルに
切り換えるようにコンバータを構成する半導体スイッチ
素子を制御するに際し、上記切り換えタイミングを決定
するため、1制御周期に発生するひずみを評価関数と
し、その評価関数が最小となるようにベクトルの切り換
えタイミングを決定する。1例として、交流電流瞬時追
従誤差をs(t)=i(t)* −i(t) とすると、そ
の評価関数Dを下記の式(1)とすることができる。 【0008】 【数1】【0009】本発明の請求項の発明は、上記のよう
に切り換えタイミングを決定するに際し、まず制御周期
の始点の交流電流の検出値あるいは推定値を直流制御器
から出力される交流電流指令値と比較し、その初期誤差
0 を求める。つづいて、1番目のベクトルを1制御周
期Tの間選択し続けた場合の誤差ベクトルの変化量β1
を1番目のスイッチングベクトルとシステムのダイナミ
クスから計算し、2番目のベクトルに対する誤差ベクト
ルの変化量β2 も同様に計算する。そして、前記計算さ
れた初期誤差s0 、1番目、2番目のスイッチングベク
トルに対応する誤差変化量β1 、β2 を使って、1番目
のベクトルから2番目のベクトルへの切り換えタイミン
グα* を次のように計算する。 【0010】 A=(β2 −2β1 T (β2 −β1 ) B=(β2 +2s0 T (β2 −β1 ) α0 =B/A (2) ただし、xT yはベクトルの内積演算を表し、Aはα0
を計算するための割り算の分母、Bは割り算の分子であ
る。次に、上記計算した結果に基づき、幾つかのケース
に分けて、最適切り換えタイミングα* を次のように決
める。 【0011】 A>0の場合: α0 ≦0 ならば、α* =0 0<α0<1 ならば、α* =α0 α0≧1 ならば、α* =1 A≦0の場合: α0 ≦1/3 ならば、α* =1 α0 >1/3 ならば、α* =0 (3) 【0012】すなわち、サンプリング時刻を基準にし、
1番目のベクトルから2番目のベクトルに切り換える時
刻はt* =α* Tとなる。 【0013】本発明においては、上記のように求めたタ
イミングで1番目のベクトルから2番目のベクトルに切
り換えるので、追従性を損なわずに交流電流ひずみ率を
最小に抑えることができる。 【0014】 【発明の実施の形態】図1は本発明の実施例の交流制御
器の構成を示す図である。同図において、1は前記した
三相電圧型コンバータブリッジ、3は交流制御器、4は
直流制御器、12は交流電流より有効電流id ,無効電
流iq を算出するd−q変換器、13は力率制御のため
のtan( φ* ) を与える力率制御器、14は有効電流
指令値id * ,無効電流指令値iq * に、前記有効電流
id ,前記無効電流iq を追従させる1番目,2番目の
ベクトルを選択する手段である。15は前記した1制御
周期の誤差ベクトルの変化量β1 ,β2 を算出する手
段、16は前記(2)、(3)式に基づき最適切り換え
タイミングα* を算出する手段である。 【0015】図2は図1に示す三相電圧型コンバータの
主回路構成図であり、同図において、1は三相電圧型コ
ンバータブリッジ、2は三相交流電源、9は交流リアク
トル、10は直流コンデンサ、11は直流負荷であり、
Lは交流リアクトルの値、Cは直流コンデンサの値を示
している。以下、図1に示す交流制御器の動作原理につ
いて説明する。 【0016】A.誤差ベクトルの変化量β1 ,β2 の算
出 図1における1周期誤差変化量算出手段15において
は、次のようにして上記β1 ,β2 を算出する。図2に
おいて、三相量よりd−q変換した電源電圧を Vs =[vd ,vq ]T (4) 同様にd−q変換した電源電流を is =[id ,iq ]T (5) とし、直流電圧をVD とすると、回路方程式は次の
(6)式、(7)式で表すことができる。 L(did /dt)=vd +ωLiq −VD ud (6) L(did /dt)=vq −ωLid −VD uq (7) ここで、ωは電源角周波数、またud ,uq は三相量に
対して以下の(8)式で定義されるスイッチングベクト
ルをd−q変換した各要素である。 u=[u1 ,u2 ,u3 T ただし、 【0017】1制御周期内の動きを注目するため、時間
軸を制御周期Tで、τ=t/Tのように正規化すると、
(6)式,(7)式の回路方程式はそれぞれ、次式
(9),(10)のように表せる。 did /dτ=(vd +ωLiq −VD ud )T/L (9) diq /dτ=(vq −ωLid −VD uq )T/L (10) 交流電流指令値をis * (τ)=[id * (τ),iq
* (τ)]T とすると、電流誤差(s=[sd ,sq ]
T )は s(τ)=is * (τ)−is (τ) (11) のように定義される。上記電流誤差sをτについて微分
し、(9)式,(10)式をそれぞれ代入すると次式
(12),(13)を得る。 dsd /dτ=id * ’−id ’ =id * ’+(VD ud −vd −ωLiq )T/L (12) dsq /dτ=iq * ’−iq ’ =iq * ’+(VD uq −vq +ωLid )T/L (13) ただし、id * ’,iq * ’,id ’,iq ’はそれぞ
れ、id * ,iq * ,id ,iq の微分を表している。 【0018】ここで、新しい変数β=(βd ,βq )を
次式(14),(15)のように定義すると、誤差方程
式は次の式(16),(17)のように表せる。 βd =id * ’+(VD ud −vd −ωLiq )T/L (14) βq =iq * ’+(VD ud −vq +ωLid )T/L (15) dsd /dτ=βd (16) dsq /dτ=βq (17) ここで、制御周期Tが十分短ければ、電流誤差の動きは
直線運動と近似でき、上式から誤差の動きは次式(1
8)のように表すことができる。 s(τ)=s(0)+τβ (18) すなわち、 sd (τ)=sd (0)+τβd (19) sq (τ)=sq (0)+τβq (20) である。ここで、s(0)はスイッチングベクトルuが
作用し始める時の初期誤差で、τはそのベクトルが持続
する時間を表す。あるスイッチングベクトルuが1制御
周期持続した場合(τ=1)、上記式(18)より誤差
sの変化量は丁度βと等しくなる。 【0019】すなわち、電圧型コンバータの電流制御に
おいて、選択されたベクトルが1制御周期出力される
際、上記式(14),(15)により誤差ベクトルの変
化量を求めることができる。 B.最適切り替えタイミングの算出 次に図1における最適切り替えタイミング算出手段16
における処理について説明する。なお、以下の説明は、
三相,二相を問わず適用することができる。また、1番
目および2番目のベクトルに対応する誤差変化量
(β1 ,β2 )を前記式(14)、(15)で求めたも
のと仮定してすすめることとする。 【0020】本実施例においては、ベクトルの切り替え
タイミングを決めるために、適当な評価関数を選定し、
それが最小になるような最適な切り替えタイミングを決
定する。具体的には、直接総合ひずみ率の定義を評価関
数として、上記切り替えタイミングを決定している。以
下、本実施例の切り替えタイミングの決定手法について
の詳細を説明する。総合ひずみ率の定義により、1制御
周期中に発生するひずみDは、次の式(21)となる。 【0021】 【数2】 【0022】なお、上記においてs(τ)は前記した誤
差変数である。さて、切り替え時刻をαとすると、区間
[0,α]のα時間帯で前記誤差変化量β1 が作用し、
区間[α,1]の1−α時間帯で誤差変化量β2 が作用
することとなる。よって、0≦τ≦αの間、誤差ベクト
ルの瞬時値は次の式(22)で表すことができる。 s(τ)=s0 +τβ1 (0≦τ≦α) (22) 【0023】上記時間帯の終点α時の誤差s1 はs1
0 +αβ1 となる。次に上記誤差変化量β2 が作用
し、α<τ≦1の間の誤差ベクトルの瞬時値は次の式
(23)で表される。 s(τ)=s1 +(τ−α)β2 =s0 +αβ1 +(τ−α)β2 (α≦τ≦1) (23) 式(22),(23)の誤差変数を式(21)に代入す
ると、ひずみは以下の式(24)のように展開できる。 【0024】 【数3】【0025】式(24)から解るように、ひずみDはα
の3次多項式となる。αの範囲が閉区間[0,1]に制
限されているので、Dの最小値は(0,1)の間の極小
値か境界値(α=0とα=1の時のDの値)となる。α
=0のときのDの値は式(24)より上記式(25)と
なり、同様に、α=1のときのDの値は上記式(26)
のように求められる。 【0026】極値(極小または極大)となるαの値は、
式(24)をαについて微分し、その微分値が0となる
値α0 となる。式(24)をαについて微分すると、次
の式(27)が得られる。 ∂D/∂α=(1−α)[α(β2 −2β1 ) −(β2 +2s0 )]T (β2 −β1 ) (27) 式(27)より、∂D/∂α=0となる解が2つ存在
し、1つは1でもう1つは次の式(28)となる。 【0027】 【数4】 【0028】式(28)のα0 が極小値か極大値かは数
式的に判断できるが、以下に示すようにその必要がな
い。すなわち、以上をまとめると、最適タイミングα*
は{0,α0 ,1}の中のいずれか1つになる。最適タ
イミングα* がどれであるかを判断するために、ひずみ
率の計算式の式(24)と極値の解の特徴に注目しなが
ら、幾つかのケースに分けて考えればよい。 【0029】式(24)から解るように、ひずみDは引
数αの3次多項式となっている。αの範囲を無視して、
αを任意の変数とすると、3次多項式関数は一般に2つ
の極値(または1つもない)が存在し、1つが極大値で
1つが極小値となる。(両者が重なるとき、極値がな
い。) また、多項式の3次項の係数の極性(全体の傾き)よ
り、極小値または極大値のどちらが先に現れるかは判断
できる。ちなみに、3次項の係数が負の場合は極小値が
先に現れ、正の場合は極大値が先に現れる。ひずみDの
1つの極値が必ずα=1の時に現れることを注意する
と、3次項係数の極性とα0 の値の大きさにより、図3
に示す(a)〜(f)の6つのケース以外がないことが
わかる。 【0030】図3において、(a),(b),(c)は
3次項係数が負のケースを示している。この場合、図3
から明らかなように、α* は次のようになる。 0<α0 <1のとき、α* =α0 α0 ≦0のとき、 α* =0 α0 ≧1のとき、 α* =1 【0031】一方、図3において、(d)、(e)、
(f)は3次項係数が正のケースを示している。図3の
(e)、(f)の場合は、0か1のいずれかが解とな
り、α* は次のようになる。 α0 ≦0のとき、α* =1 α0 >1のとき、α* =0 図3の(d)の場合、どちらかが直感的に判断しにくい
が、1のときのひずみD(1)と0のときのひずみD
(0)を比較してみる。前記式(22)から、D(1)
−D(0)は式(29)のように整理できる。 【0032】 【数5】 【0033】式(29)の大きな括弧(1/3−α0
の前の式が(24)の3次項の係数の符号を反対にした
負であることに注意すると、 α0 ≦1/3のとき、α* =1 α0 >1/3のとき、α* =0 となることがわかる。この結論は図3の(e)、(f)
のケースにも通用する。すなわち、3次項の係数が正の
とき、αが1/3より大きい場合は0が解で、αが1/
3以下の場合は1が解となる。 【0034】本実施例は上述のように、選択されたベク
トルに対し、その対応する誤差変化量を計算し、初期誤
差とともに使って、総合ひずみが最小になるように適切
な切り替えタイミングを求めたものである。α* が0〜
1の間の解であれば、1制御周期で2つのベクトルを出
力するが、他の場合は1つのベクトルしか出力しない。
すなわち、α* が1のとき、1番目のベクトルが1制御
周期続き、2番目のベクトルの出力を中止する。α*
0のとき、1番目のベクトルを出力せず、直接2番目の
ベクトルを出力する。結果的にひずみの減少に貢献しな
い無駄なスイッチング動作を省くことができる。 【0035】 【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
次の効果が得られる。 (1)切り替えタイミングの決定に直接、総合ひずみを
評価関数とし、その最小化を図ったので、低ひずみ率の
システムを得ることができる。 (2)ひずみ率の減少に貢献しないスイッチング動作を
自然に省けるので、原理的に効率のよいシステムを得る
ことができる。 (3)選択したベクトルをさらに評価するだけで、元の
スイッチングベクトルの追従性能を損なわずに、同一の
システムで、高追従性と低ひずみ性とを両立して実現す
ることが可能となる。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION [0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a switching control device for a converter that converts polyphase alternating current to direct current by pulse width control. 2. Description of the Related Art FIG. 4 is a system block diagram of a converter control most conventionally used in industry. FIG.
, 1 is a polyphase converter constituting a main circuit of the converter, 2 is a polyphase AC power supply for supplying power, 3 is an AC controller, and 4 is a DC controller. In FIG. 1, a DC controller 4 amplifies the error by an amplifier so that the DC amount of the converter output matches a given DC command value, and outputs an AC command value to an AC control loop. The AC controller 3 compares the AC command value with the polyphase AC of the AC power supply 2,
The converter is controlled by amplifying the error and outputting the switching signal to the semiconductor switch element constituting the multi-phase converter 1. Conventionally, two types of AC control in the converter control shown in FIG. 4 are mainly used: a carrier modulation system and a tracking system. A control block diagram of the carrier modulation scheme is shown in FIG. That is, the AC command value is * is compared with the AC amount is, and the error is
To generate a switching input command value u ′.
The carrier modulator 6 compares the input command value u ′ with a triangular carrier signal to determine an open / close signal for the polyphase converter 1.
The switching timing of the open / close signal occurs when the input command value u 'and the triangular wave carrier signal are in a compare match. A control block diagram of the tracking system is shown in FIG. That is, the AC command value is * is compared with the AC amount is, and the switching signal is determined by the vector selection unit 7 according to the polarity of the error. The switching timing of the switching signal is determined by the hysteresis comparison unit 8 in which the error is set in advance. Occurs when the width is exceeded. In the carrier modulation method, the switching timing can be finely determined and the AC distortion can be suppressed to some extent. However, the switching signal, that is, the switching vector does not directly participate in the control. In addition, a useless switching operation occurs, and the following performance is limited. On the other hand, in the tracking method, since the switching vector is generated by the polarity of the error, the tracking performance is expected by directly controlling the error. However, since the switching timing of the vector is determined by the hysteresis width, it cannot be determined as finely as in the carrier modulation method, resulting in a large distortion. In particular, in the case of digital realization, the switching vector is output at intervals of the control cycle, so that the control cycle must be sufficiently short in order to prevent the error from exceeding the hysteresis width.
It is not economical in terms of cost. As described above, both methods have advantages and disadvantages, and it is considered that a control method that combines the advantages of both methods, that is, the control performance of the tracking method and the fineness of the switching timing of the carrier modulation method, is ideal. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and has a control device for a converter capable of determining a switching timing of a switching vector for minimizing an AC current distortion rate while ensuring follow-up performance. The purpose is to provide. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and is intended to determine the above-described vector switching timing in a converter control device for obtaining DC from polyphase AC. Means are provided. In addition,
In the following description, the determination of the switching timing when switching from the first vector to the second vector will be described, and the selection of the first and second vectors will not be described, but the selection of the vector may be obtained by various methods. it can. In the present invention , an effective AC current id and a reactive AC current iq are obtained by dq conversion of a three-phase AC current, and the effective AC current id and the reactive AC current iq are respectively converted into an effective AC current command value id * and an invalid AC current command value id *. The converter is configured such that two switching vectors are sequentially selected in one control cycle T so as to match the AC current command value iq *, and the switching is switched from the first switching vector to the second switching vector at an appropriate timing α. When controlling the semiconductor switch element, in order to determine the switching timing, the distortion generated in one control cycle is used as an evaluation function, and the vector switching timing is determined so that the evaluation function is minimized. As an example, assuming that the instantaneous AC current following error is s (t) = i (t) * -i (t), the evaluation function D can be expressed by the following equation (1). [0008] [0009] In the invention of claim 1 of the present invention, in determining the switching timing, as described above, the alternating current command of the first detection value or the estimated value of the alternating current of the start point of the control cycle is outputted from the DC controller compared with the values and calculate the initial error s 0. Subsequently, the change amount β 1 of the error vector when the first vector is continuously selected for one control cycle T
Is calculated from the first switching vector and the dynamics of the system, and the variation β 2 of the error vector with respect to the second vector is similarly calculated. Then, the switching timing α * from the first vector to the second vector is determined using the calculated initial error s 0 and the error change amounts β 1 and β 2 corresponding to the first and second switching vectors. Calculate as follows. A = (β 2 −2β 1 ) T2 −β 1 ) B = (β 2 + 2s 0 ) T2 −β 1 ) α 0 = B / A (2) where x T y Represents an inner product operation of a vector, and A represents α 0
Is the denominator of the division for calculating, and B is the numerator of the division. Next, based on the calculated result, the optimum switching timing α * is determined as follows in several cases. If A> 0: if α 0 ≦ 0, then α * = 0 if 0 <α0 <1, then α * = α 0 if α0 ≧ 1, if α * = 1, if A ≦ 0: α If 0 ≦ 1 /, α * = 1 if α 0 > 1 /, α * = 0 (3) That is, based on the sampling time,
The time of switching from the first vector to the second vector is t * = α * T. In the present invention, since the first vector is switched to the second vector at the timing determined as described above, the AC current distortion factor can be minimized without impairing the followability. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an AC controller according to an embodiment of the present invention. In the figure, 1 is the three-phase voltage type converter bridge, 3 is an AC controller, 4 is a DC controller, 12 is a dq converter for calculating an effective current id and a reactive current iq from an AC current, and 13 is A power factor controller 14 for providing tan (φ * ) for power factor control, the first of which causes the active current id and the reactive current iq to follow the active current command value id * and the reactive current command value iq * , A means for selecting the second vector. 15 is a means for calculating the change amounts β 1 and β 2 of the error vector in one control cycle, and 16 is a means for calculating the optimum switching timing α * based on the equations (2) and (3). FIG. 2 is a main circuit configuration diagram of the three-phase voltage type converter shown in FIG. 1. In FIG. 2, 1 is a three-phase voltage type converter bridge, 2 is a three-phase AC power supply, 9 is an AC reactor, and 10 is an AC reactor. DC capacitor, 11 is a DC load,
L indicates the value of the AC reactor, and C indicates the value of the DC capacitor. Hereinafter, the operation principle of the AC controller shown in FIG. 1 will be described. A. Calculation of Error Vector Variations β 1 , β 2 The one-period error variation calculation means 15 in FIG. 1 calculates the above β 1 , β 2 as follows. In FIG. 2, Vs = [vd, vq] T (4) is the power supply voltage obtained by dq conversion from the three-phase amount, and is = [id, iq] T (5) is the power supply current obtained by dq conversion. Assuming that the DC voltage is V D , the circuit equation can be expressed by the following equations (6) and (7). L (did / dt) = vd + ωLiq -V D ud (6) L (did / dt) = vq -ωLid -V D uq (7) where, omega power angular frequency, also ud, uq is a three-phase volume Are the elements obtained by dq conversion of the switching vector defined by the following equation (8). u = [u 1 , u 2 , u 3 ] T where In order to pay attention to the movement within one control cycle, the time axis is normalized by the control cycle T so that τ = t / T.
The circuit equations of equations (6) and (7) can be expressed as the following equations (9) and (10), respectively. did / dτ = (vd + ωLiq -V D ud) T / L (9) diq / dτ = (vq -ωLid -V D uq) T / L (10) alternating current command value is * (τ) = [id * (Τ), iq
* (Τ)] T , the current error (s = [sd, sq]
T ) is defined as s (τ) = is * (τ) −is (τ) (11) By differentiating the current error s with respect to τ and substituting the equations (9) and (10), the following equations (12) and (13) are obtained. dsd / dτ = id * '-id ' = id * '+ (V D ud -vd -ωLiq) T / L (12) dsq / dτ = iq *' -iq '= iq *' + (V D uq - vq + ωLid) T / L (13) where id * ', iq * ', id ', iq' represent the derivative of id * , iq * , id, iq, respectively. Here, if a new variable β = (βd, βq) is defined as in the following equations (14) and (15), the error equation can be expressed as in the following equations (16) and (17). βd = id * '+ (V D ud -vd -ωLiq) T / L (14) βq = iq *' + (V D ud -vq + ωLid) T / L (15) dsd / dτ = βd (16) dsq / Dτ = βq (17) Here, if the control cycle T is sufficiently short, the motion of the current error can be approximated to a linear motion.
8). s (τ) = s (0) + τβ (18) That is, sd (τ) = sd (0) + τβd (19) sq (τ) = sq (0) + τβq (20) Here, s (0) is an initial error when the switching vector u starts to operate, and τ represents a time during which the vector lasts. When a certain switching vector u lasts for one control cycle (τ = 1), the change amount of the error s becomes exactly equal to β from the above equation (18). That is, in the current control of the voltage-type converter, when the selected vector is output for one control cycle, the change amount of the error vector can be obtained by the above equations (14) and (15). B. Calculation of optimal switching timing Next, the optimal switching timing calculating means 16 in FIG.
Will be described. The following explanation is
Applicable regardless of three-phase or two-phase. In addition, it is assumed that the error change amounts (β 1 , β 2 ) corresponding to the first and second vectors are obtained by the equations (14) and (15). In this embodiment, an appropriate evaluation function is selected in order to determine the switching timing of the vector.
An optimal switching timing that minimizes the switching timing is determined. Specifically, the switching timing is determined directly using the definition of the total distortion factor as an evaluation function. Hereinafter, details of the method of determining the switching timing of the present embodiment will be described. According to the definition of the total strain rate, the strain D generated during one control cycle is represented by the following equation (21). [Equation 2] In the above, s (τ) is the above-mentioned error variable. Now, assuming that the switching time is α, the error change amount β 1 acts in the α time zone of the section [0, α],
The error change amount β 2 operates in the 1-α time zone of the section [α, 1]. Therefore, while 0 ≦ τ ≦ α, the instantaneous value of the error vector can be expressed by the following equation (22). s (τ) = s 0 + τβ 1 (0 ≦ τ ≦ α) (22) The error s 1 at the end point α of the above time zone is s 1 =
s 0 + αβ 1 . Next, the error change amount β 2 acts, and the instantaneous value of the error vector during α <τ ≦ 1 is expressed by the following equation (23). s (τ) = s 1 + (τ−α) β 2 = s 0 + αβ 1 + (τ−α) β 2 (α ≦ τ ≦ 1) (23) The error variables of equations (22) and (23) are By substituting into equation (21), the strain can be expanded as in equation (24) below. [Equation 3] As can be seen from equation (24), the strain D is α
Of the third order polynomial. Since the range of α is limited to the closed section [0, 1], the minimum value of D is the minimum value between (0, 1) or the boundary value (the value of D when α = 0 and α = 1) ). α
The value of D when = 0 is given by the above equation (25) from equation (24). Similarly, the value of D when α = 1 is given by the above equation (26)
It is required as follows. The value of α which is an extreme value (minimum or maximum) is
The equation (24) is differentiated with respect to α, and the differentiated value becomes a value α 0 at which 0 . By differentiating equation (24) with respect to α, the following equation (27) is obtained. ∂D / ∂α = (1−α) [α (β 2 −2β 1 ) − (β 2 + 2s 0 )] T2 −β 1 ) (27) From equation (27), ∂D / ∂α There are two solutions where = 0, one is 1 and the other is given by the following equation (28). (Equation 4) Whether α 0 in equation (28) is a minimum value or a maximum value can be mathematically determined, but this is not necessary as shown below. That is, to summarize the above, the optimal timing α *
Is any one of {0, α 0 , 1}. In order to determine the optimum timing α *, it may be considered in several cases while paying attention to the equation (24) for calculating the distortion factor and the features of the solution of the extreme value. As can be seen from equation (24), the distortion D is a third-order polynomial of the argument α. Ignoring the range of α,
If α is an arbitrary variable, the cubic polynomial function generally has two extrema (or no extrema), one being a local maximum and one being a local minimum. (When both overlap, there is no extremum.) Further, it can be determined which of the minimal value or the maximal value appears first from the polarity (overall slope) of the coefficient of the cubic term of the polynomial. Incidentally, when the coefficient of the third order term is negative, the minimum value appears first, and when the coefficient of the tertiary term is positive, the maximum value appears first. Note that one extreme value of the strain D always appears when α = 1. According to the polarity of the third order coefficient and the value of α 0 , FIG.
It can be seen that there are no cases other than the six cases (a) to (f) shown in FIG. In FIG. 3, (a), (b) and (c) show cases where the third-order coefficient is negative. In this case, FIG.
As is clear from the above, α * is as follows. 0 <α 0 <1, α * = α 0 α 0 ≦ 0, α * = 0 α 0 ≧ 1, α * = 1 On the other hand, in FIG. 3, (d), (d) e),
(F) shows the case where the third order coefficient is positive. In the case of (e) and (f) of FIG. 3, either 0 or 1 is a solution, and α * is as follows. When α 0 ≦ 0, α * = 1, when α 0 > 1, α * = 0. In the case of FIG. 3D, it is difficult to intuitively determine which one, but the distortion D (1 ) And strain D at 0
Compare (0). From the above equation (22), D (1)
−D (0) can be arranged as in Expression (29). (Equation 5) The large parenthesis (1 / 3-α 0 ) in equation (29)
Note that the expression before is negative with the sign of the coefficient of the cubic term of (24) reversed: α 0 = 1/3, α * = 1 α 0 > 1/3, α It can be seen that * = 0. This conclusion is shown in FIGS.
The same applies to the case. That is, when the coefficient of the third order term is positive, if α is larger than 1/3, 0 is a solution, and α is 1 /
If it is less than 3, 1 is the solution. In this embodiment, as described above, the corresponding error change amount is calculated for the selected vector and used together with the initial error to determine an appropriate switching timing so as to minimize the total distortion. Things. α * is 0
If the solution is between 1, two vectors are output in one control cycle, but in other cases, only one vector is output.
That is, when α * is 1, the first vector continues for one control cycle, and the output of the second vector is stopped. When α * is 0, the second vector is output directly without outputting the first vector. As a result, useless switching operation that does not contribute to reduction of distortion can be omitted. As described in detail above, according to the present invention,
The following effects can be obtained. (1) Since the total distortion is directly used as an evaluation function to determine the switching timing and its minimization is attempted, a system with a low distortion rate can be obtained. (2) Since a switching operation that does not contribute to the reduction of the distortion factor can be naturally omitted, an efficient system can be obtained in principle. (3) Just by further evaluating the selected vector, it is possible to achieve both high tracking performance and low distortion with the same system without impairing the tracking performance of the original switching vector.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の実施例の構成を示すブロック図であ
る。 【図2】三相電圧型コンバータの主回路構成を示す図で
ある。 【図3】本発明の最適切り替えタイミングの原理の説明
のため示した図である。 【図4】従来技術の説明のため示した系統ブロック図で
ある。 【図5】従来のキャリア変調方式の制御ブロック図であ
る。 【図6】従来の追従方式の制御ブロック図である。 【符号説明】 1 多相コンバータブリッジ 2 多相交流電源 3 交流制御器 4 直流制御器 5 交流増幅器 6 キャリア変調方式のキャリア変調部 7 追従方式のベクトル選択部 8 追従方式のヒステリシス比較部 9 交流リアクトル 10 直流コンデンサ 11 直流負荷 12 d−q変換器 13 力率制御器 14 本発明のための2つのベクトルを選択するための
手段 15 本発明のベクトルに対応する1周期で誤差を変化
させる量の算出手段 16 本発明の最適切り替えタイミング算出手段 is 多相交流電流 id 有効電流 iq 無効電流 Vs 多相交流電源電圧 VD 直流出力電圧 is * 交流電流指令値 id * 有効電流指令値 iq * 無効電流指令値 L 交流リアクトルのインダクタンス値 C 直流コンデンサ値 T 制御周期 t 時間変数 τ 制御周期で正規化した時間変数 β ベクトルに対応する誤差ベクトルを変化させる量 s 交流電流制御誤差 s0 制御周期の始点での交流電流制御誤差
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing a main circuit configuration of a three-phase voltage type converter. FIG. 3 is a diagram shown for explaining the principle of the optimum switching timing of the present invention. FIG. 4 is a system block diagram shown for explanation of a conventional technique. FIG. 5 is a control block diagram of a conventional carrier modulation scheme. FIG. 6 is a control block diagram of a conventional tracking system. [Description of Signs] 1 Multi-phase converter bridge 2 Multi-phase AC power supply 3 AC controller 4 DC controller 5 AC amplifier 6 Carrier modulation type carrier modulation unit 7 Tracking type vector selection unit 8 Tracking type hysteresis comparison unit 9 AC reactor DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 DC capacitor 11 DC load 12 dq converter 13 Power factor controller 14 Means for selecting two vectors for the present invention 15 Calculation of the amount of changing the error in one cycle corresponding to the vector of the present invention Means 16 Optimal switching timing calculation means of the present invention is polyphase AC current id active current iq reactive current Vs multiphase AC power supply voltage V D DC output voltage is * AC current command value id * active current command value iq * invalid current command value L Inductance value of AC reactor C DC capacitor value T Control cycle t Time variable τ Time variable β normalized by control cycle Amount s to change corresponding error vector s AC current control error s 0 AC current control error at start of control cycle

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02M 7/21 H02M 7/219 Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H02M 7/21 H02M 7/219

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 多相交流電源から供給される交流を直流
に変換するコンバータと、 該コンバータの直流電圧出力と直流電圧指令値から有効
交流電流指令値id * を求める直流制御器と、 三相交流電流をd−q変換し有効交流電流id 、無効交
流電流iq を得るd−q変換器と、 上記直流制御器から得られる有効交流電流指令値id *
と力率指令値に基づき無効交流電流指令値iq * を演算
する演算器と、 上記有効交流電流id と無効交流電流iq を、それぞれ
上記有効交流電流指令値id * と無効交流電流指令値i
q * に一致させるように、1制御周期Tに2つのスイッ
チングベクトルを順次選択し、適当なタイミングαで1
番目のスイッチングベクトルから2番目のスイッチング
ベクトルに切り換えるようにコンバータを構成する半導
体スイッチ素子の開閉信号を出力する交流制御器とを備
えたパルス幅制御コンバータの制御装置において、 該交流制御器の前記切り換えタイミングαを、上記交流
電流指令値と各サンプリング点での交流電流制御量とを
比較し、その誤差ベクトルs0 をもとめる第1の手段
と、選択された1番目及び2番目のベクトルに対し、そ
れぞれのベクトルが1制御周期中に出力される際、誤差
ベクトルの変化量(β1 ,β2 )を求める第2の手段
と、上記切り換えタイミングαの決定タイミングα*
求める第3の手段とを設け、上記第3の手段により上記
切り換えタイミングαの決定タイミングα* を、 A=(β2 −2β1 T (β2 −β1 ) B=(β2 +2s0 T (β2 −β1 ) α0 =B/A としたとき、 A>0の場合: α0 ≦0 ならば、α* =0 0<α0 <1 ならば、α* =α0 α0 ≧1 ならば、α* =1 A≦0の場合: α0 ≦1/3 ならば、α* =1 α0 >1/3 ならば、α* =0 (ただし、α* は切り換え時刻の制御周期Tに対する割
合、添字[T ]はベクトルの転置を表す)として求める
ことを特徴とする多相交流より直流を得るコンバータの
制御装置。
(1) A converter for converting AC supplied from a polyphase AC power supply into DC, and an effective AC current command value id * from a DC voltage output and a DC voltage command value of the converter . , A dq converter for dq converting the three-phase AC current to obtain an effective AC current id and a reactive AC current iq, and an effective AC current command value id * obtained from the DC controller .
And calculates a power factor command disables the AC current command value on the basis of the value iq * and calculator, the effective AC current id and the reactive alternating current iq and invalid alternating current command value i respectively the effective AC current command value id *
q * , two switching vectors are sequentially selected in one control cycle T, and 1 is selected at an appropriate timing α.
A pulse width control converter, comprising: an AC controller that outputs an open / close signal of a semiconductor switch element that constitutes the converter so as to switch from the second switching vector to the second switching vector. The timing α is compared with the AC current command value and the AC current control amount at each sampling point, and a first means for obtaining an error vector s 0 thereof, and for the selected first and second vectors, When each vector is output during one control cycle, a second means for obtaining the change amount (β 1 , β 2 ) of the error vector and a third means for obtaining the determination timing α * of the switching timing α And the third means determines the decision timing α * of the switching timing α as follows: A = (β 2 −β 1 ) T2 −β 1 ) B = (Β 2 + 2s 0 ) T2 −β 1 ) When α 0 = B / A, A> 0: If α 0 ≦ 0, then α * = 0 0 <α 0 <1 , Α * = α 0 If α 0 ≧ 1, α * = 1 If A ≦ 0: If α 0 ≦ 1 /, α * = 1 If α 0 > 1 /, then α * = 0 ( Where α * is the ratio of the switching time to the control cycle T, and the subscript [ T ] represents the transposition of the vector).
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