JP3567700B2

JP3567700B2 - 電力変換装置における波形改善制御方法

Info

Publication number: JP3567700B2
Application number: JP29075297A
Authority: JP
Inventors: 和明三野
Original assignee: Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Priority date: 1997-10-23
Filing date: 1997-10-23
Publication date: 2004-09-22
Anticipated expiration: 2017-10-23
Also published as: JPH11127571A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力変換装置の出力相電圧の位相遅れに基づくフィードバック制御の遅れや、入力力率に起因する制御性能の低下を防止するための波形改善制御方法に関し、特に、電力変換装置の制御回路に適用される制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
図３は、請求項１記載の発明に対応する第１の従来技術を示している。なお、ここでは、任意の入力電力を任意周波数の交流電力に変換する三相電力変換装置、特に、電解コンデンサや直流リアクトルを使用しない直接変換装置を想定して、その波形改善制御方法を説明する。
【０００３】
図３（ａ）は出力電圧の瞬時制御ブロック図であり、図において、電力変換装置の出力線間電圧（例えば、Ｖ相−Ｕ相間の出力線間電圧をＶＵとし、Ｗ相−Ｖ相間の出力線間電圧をＷＶとして示してある）は相電圧検出手段１１に入力され、相電圧（例えば、Ｕ相の出力相電圧をＵ’として示してある）が検出される。この相電圧Ｕ’は高調波検出手段１２に入力され、相電圧Ｕ’に含まれる高調波成分が検出される。検出された高調波成分は、加算器１３においてＵ相の出力指令波形Ｕにフィードバックされ、加算器１３の出力が変調回路１４に送られる。変調回路１４では入力信号を変調し、パルス分配回路１５に出力する。そして、パルス分配回路１５は、電力変換装置を構成する半導体スイッチング素子の駆動パルス（オン信号）を生成し、半導体スイッチング素子に分配する。
【０００４】
ここで、図３（ｂ）に示すように、Ｕ相の出力相電圧Ｕ（図では「Ｕ」の上部に→を付してベクトル表示してあるが、明細書本文中では便宜上、→を省略する。以下同じ。）の位相は、線間電圧ＶＵとＷＶ／２とのベクトル和により決まる。しかし、電力変換装置の主回路のフィルタや制御回路内で位相が遅れ、相電圧検出手段１１により検出される相電圧は、図３（ｂ），（ｃ）に示す如く出力指令波形Ｕよりも位相が遅れた相電圧Ｕ’となる。
このように相電圧の位相が遅れると、図３（ａ）に示したようなフィードバック制御は常に遅れた制御となってしまう。
【０００５】
次に、図４は、請求項２記載の発明に対応する第２の従来技術を示している。図４（ａ）は入力電流の高調波検出ブロック図であり、図において、電力変換装置の入力線間電圧（例えば、Ｓ相−Ｒ相間の入力線間電圧をＶ_ＳＲとし、Ｔ相−Ｓ相間の入力線間電圧をＶ_ＴＳとして示してある）は線間／相変換手段２１に入力され、相電圧（例えば、Ｒ相の入力相電圧をＶ_Ｒとして示してある）に変換される。また、入力電流高調波検出手段２２では、検出されたＲ相の入力電流波形Ｉ_Ｒと前記相電圧の反転波形（−Ｖ_Ｒ）とを加えることにより、入力電流Ｉ_Ｒの基本周波数成分が相殺されて高調波成分のみが検出される。
そして、検出された高調波成分を用いて、次のフィードバック制御手段２３により入力電流Ｉ_Ｒのフィードバック制御が行われる。
【０００６】
ここで、図４（ｂ）に示すように、Ｒ相の入力相電圧Ｖ_Ｒ（図では「Ｖ_Ｒ」の上部に→を付してベクトル表示してあるが、明細書本文中では便宜上、→を省略する。以下同じ。）の位相は、線間電圧Ｖ_ＳＲとＶ_ＴＳ／２とのベクトル和により決まる。
しかし、電力変換装置の入力力率が１でない場合には、図４（ｂ），（ｃ）に示す如く入力相電圧Ｖ_Ｒと入力電流Ｉ_Ｒとの位相が一致しなくなるため、図４（ａ）のような方法で基本周波数成分を相殺して入力電流の高調波成分だけを検出することができなくなり、入力電流のフィードバック信号に高調波成分以外の信号が加わってしまう不都合があった。
【０００７】
本発明は上述した各従来技術の問題点を解決するためになされたもので、電力変換装置の出力相電圧の位相遅れによるフィードバック制御の遅れを解消し、また、入力電流に含まれる高調波成分を正確に検出してその高調波成分を低減させることができる波形改善制御方法を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、交流出力線間電圧から相電圧を検出する第１の手段と、検出された相電圧に含まれる高調波成分を検出する第２の手段と、検出された高調波成分を出力指令波形にフィードバックする第３の手段と、フィードバックされた出力指令波形を変調する第４の手段と、第４の手段の出力信号から半導体スイッチング素子の駆動パルスを生成して分配する第５の手段とを備えた電力変換装置において、
第１の手段は、線間電圧から相電圧への変換時に、検出された相電圧の前記出力指令波形に対する位相遅れ分を求め、この位相遅れ分だけ相電圧の位相を進めて第２の手段に出力するものである。
【０００９】
請求項２記載の発明は、交流入力線間電圧から相電圧を検出する第１の手段と、検出された入力電流と第１の手段により検出された相電圧の反転波形とを加算して入力電流に含まれる高調波成分を検出する第２の手段と、検出された高調波成分をフィードバックして入力電流を制御する第３の手段とを備えた電力変換装置において、
第１の手段は、線間電圧から相電圧への変換時に、検出された相電圧と前記入力電流との位相差を求め、この位相差が零になるように相電圧を位相補償して第２の手段に出力するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は請求項１に記載した発明の実施形態を示している。まず、図１（ａ）はこの実施形態が適用される出力電圧の瞬時制御ブロック図であり、図３（ａ）と異なる部分を中心に説明する。
すなわち本実施形態では、電力変換装置の出力線間電圧（例えば、Ｖ相−Ｕ相間の出力線間電圧ＶＵ、及び、Ｗ相−Ｖ相間の出力線間電圧ＷＶ）が相電圧検出・位相補償手段１６に入力され、位相補償された相電圧（例えば、Ｕ相の出力相電圧Ｕ”）が出力される。この位相補償は、相電圧Ｕ”への変換時に位相を位相遅れ分だけ進めることで行われる。
【００１１】
図３で説明したように、Ｕ相の出力相電圧Ｕは線間電圧ＶＵとＷＶ／２とのベクトル和である。ここで、例えば、出力相電圧Ｕを線間電圧ＶＵとβ・ＷＶとのベクトル和により表すものとすると、β＞１／２の時に検出された出力相電圧Ｕは本来の相電圧よりも位相が遅れ、β＜１／２の時に検出された出力相電圧Ｕは本来の相電圧よりも位相が進む。
そこで、前記相電圧検出・位相補償手段１６では、電力変換装置の主回路のフィルタや制御回路に起因する位相遅れ分を、線間電圧から相電圧への変換時に補償することとした。
【００１２】
すなわち、図１（ｂ）に示すように、出力線間電圧から検出した位相遅れの出力相電圧Ｕ’が出力指令波形Ｕと同相になるように位相を進めた相電圧Ｕ”を出力させることにより、実質的にβ＝１／２と同じ状態にすることができ、これによって図１（ａ）の構成によるフィードバック制御の遅れを解消して電力変換装置から所望の電力を出力させることができる。
上記位相補償の具体的方法は、検出した出力相電圧Ｕ’と出力指令波形Ｕとの位相差に応じてβの値を調整するものであり、これによって相電圧の位相遅れを常に補償することが可能になる。図１（ａ）において相電圧検出・位相補償手段１６に出力指令波形Ｕが入力されているのは、このことを示している。
なお、図１（ｃ）は検出された相電圧Ｕ’と、位相補償後の相電圧Ｕ”との関係を示す波形図である。
【００１３】
次に、請求項２に記載した発明の実施形態を説明する。まず、図２（ａ）はこの実施形態が適用される入力電流の高調波検出ブロック図であり、図４（ａ）と異なる部分を中心に説明する。
この実施形態では、電力変換装置の入力線間電圧（例えば、Ｓ相−Ｒ相間の入力線間電圧Ｖ_ＳＲ、及び、Ｔ相−Ｓ相間の入力線間電圧Ｖ_ＴＳ）が線間／相変換・位相補償手段２４に入力され、位相補償された相電圧（例えば、Ｒ相の入力相電圧Ｖ_Ｒ’）が出力される。この位相補償は、線間電圧から相電圧Ｖ_Ｒ’への変換時に位相を調整することで行われる。
【００１４】
図４で説明したように、電力変換装置の入力力率が１でない場合には、例えばＲ相の入力電流Ｉ_Ｒと入力相電圧Ｖ_Ｒとの位相は異なる。このため、入力相電圧Ｖ_Ｒを反転させて入力電流Ｉ_Ｒに加えたとしても、基本周波数成分が相殺されず、入力電流Ｉ_Ｒに含まれる高調波成分のみを検出することができない。
そこで本実施形態では、検出した入力相電圧Ｖ_Ｒと入力電流Ｉ_Ｒとの位相差に応じて入力相電圧Ｖ_Ｒの位相を変化させ、相電圧Ｖ_Ｒ’として出力することにより、入力相電圧Ｖ_Ｒ’と入力電流Ｉ_Ｒとを同相にして等価的に力率１の状態を作るようにしたものである。
【００１５】
すなわち、図２（ｂ）に示すように、入力線間電圧Ｖ_ＳＲ，Ｖ_ＴＳから検出した入力相電圧Ｖ_Ｒの位相を進めて入力電流Ｉ_Ｒと同相の相電圧Ｖ_Ｒ’を出力させれば、相電圧Ｖ_Ｒ’を反転させて入力電流Ｉ_Ｒに加えた際に基本周波数成分を相殺することができ、入力電流Ｉ_Ｒに含まれる高調波成分のみをフィードバック信号として検出することができる。
上記位相補償の具体的方法は、検出した入力電流Ｉ_Ｒと、線間／相変換・位相補償手段２４により検出した入力相電圧Ｖ_Ｒとの位相差に応じてβの値を調整するものである。図２（ａ）において線間／相変換・位相補償手段２４に入力電流Ｉ_Ｒが入力されているのは、このことを示している。
なお、図２（ｃ）は検出された相電圧Ｖ_Ｒの反転波形（−Ｖ_Ｒ）と、位相補償後の相電圧Ｖ_Ｒ’の反転波形（−Ｖ_Ｒ’）、及び、入力電流Ｉ_Ｒの波形を示す図である。
【００１６】
【発明の効果】
以上のように請求項１記載の発明によれば、電力変換装置の出力相電圧の検出時に出力指令波形に対する位相遅れに応じて位相補償を行うことにより、出力電圧のフィードバック制御の遅れを解消することができ、高精度な電力変換を行うことができる。
【００１７】
請求項２記載の発明によれば、電力変換装置の入力相電圧の検出時に入力電流との位相差に応じて位相補償を行うことにより、入力電流に含まれる高調波成分のみの検出が可能になり、フィードバック制御によって入力電流を正弦波に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１に記載した発明の実施形態を示すブロック図（図１（ａ））、電圧ベクトル図（図１（ｂ））、出力相電圧波形図（図１（ｃ））である。
【図２】請求項２に記載した発明の実施形態を示すブロック図（図２（ａ））、電圧・電流ベクトル図（図２（ｂ））、入力相電圧・入力電流波形図（図２（ｃ））である。
【図３】第１の従来技術の説明図である。
【図４】第２の従来技術の説明図である。
【符号の説明】
１２高調波検出手段
１３加算器
１４変調回路
１５パルス分配回路
１６相電圧検出・位相補償手段
２２入力電流高調波検出手段
２３入力電流フィードバック制御手段
２４線間／相変換・位相補償手段

Claims

交流出力線間電圧から相電圧を検出する第１の手段と、検出された相電圧に含まれる高調波成分を検出する第２の手段と、検出された高調波成分を出力指令波形にフィードバックする第３の手段と、フィードバックされた出力指令波形を変調する第４の手段と、第４の手段の出力信号から半導体スイッチング素子の駆動パルスを生成して分配する第５の手段とを備えた電力変換装置において、
第１の手段は、線間電圧から相電圧への変換時に、検出された相電圧の前記出力指令波形に対する位相遅れ分を求め、この位相遅れ分だけ相電圧の位相を進めて第２の手段に出力することを特徴とする、電力変換装置における波形改善制御方法。
交流入力線間電圧から相電圧を検出する第１の手段と、検出された入力電流と第１の手段により検出された相電圧の反転波形とを加算して入力電流に含まれる高調波成分を検出する第２の手段と、検出された高調波成分をフィードバックして入力電流を制御する第３の手段とを備えた電力変換装置において、
第１の手段は、線間電圧から相電圧への変換時に、検出された相電圧と前記入力電流との位相差を求め、この位相差が零になるように相電圧を位相補償して第２の手段に出力することを特徴とする、電力変換装置における波形改善制御方法。