JP5099873B2 - Inverter current limit control - Google Patents
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Description
本発明は、電力変換スイッチング素子で構成され直流電源を交流電源に変換するインバータである補助電源装置を複数台並列接続する並列システムにおいて、同一の負荷に対し独立した制御によりそれぞれ給電する車両用補助電源装置に関する。 The present invention relates to a vehicle auxiliary system that supplies power to a same load by independent control in a parallel system in which a plurality of auxiliary power supply devices that are inverters configured by power conversion switching elements and convert a DC power supply to an AC power supply are connected in parallel. The present invention relates to a power supply device.
図1は複数の補助電源装置を接続した並列システムの実施例である。補助電源装置は、入力電源1に直列に接続された入力接触器2、突入電流を防止するための充電抵抗器3および充電抵抗器短落用接触器4、入力フィルタリアクトル5、入力電源1への逆流防止用の逆流防止素子6、入力電源1の停電時の保障用コンデンサ7からなる入力回路と、該保障用コンデンサ7の電荷を放電するための放電抵抗器8、放電接触器9からなる放電回路と、電力変換スイッチング素子10、インバータ電流14を平滑するための出力フィルタリアクトル11と出力フィルタコンデンサ12、出力電流15を負荷16に出力するための出力接触器13からなる出力回路から構成される。
FIG. 1 shows an embodiment of a parallel system in which a plurality of auxiliary power supply devices are connected. The auxiliary power supply includes an
同じ構成をした複数の補助電源装置は負荷16に対し出力電流15のバランスを取りそれぞれ同じ電力を給電するよう独立した制御を行う。
A plurality of auxiliary power supplies having the same configuration perform independent control so as to balance the
並列システムでは補助電源装置が負荷16に対して複数接続されており、補助電源装置の一部に故障などが発生し出力を停止した場合でも、停止した補助電源装置の出力接触器13を瞬時に開放することにより、他の補助電源装置により無停電で負荷への給電を継続することが可能なシステムである。
In the parallel system, a plurality of auxiliary power supply devices are connected to the
しかし、補助電源装置によってそれぞれ電圧制御や電流制御などの異なる制御方式をおこなっている並列システムでは、電圧制御を担う補助電源装置が停止し並列システムが電流制御の補助電源装置のみにより構成される場合、出力電圧が変動し負荷16を破損する可能性がある。そこで、各補助電源装置がそれぞれ電圧制御を行うことで、故障停止する補助電源装置によらず、出力容量の許容する限り無停電で給電を継続する並列システムが実用化されるようになっている。
各補助電源装置がそれぞれ電圧制御を行う場合、補助電源装置間の横流を検出するなどして出力容量のバランスを均等化するが、起動時などでは各補助電源装置の出力電圧の位相が異なるため大きな横流が発生する。起動時の位相同期方法としては、各補助電源装置に対し同時に起動指令を与えるなどの手法を取るが、完全な同期を図ることは困難であり、高速な位相同期制御が必要である。 When each auxiliary power supply performs voltage control, the balance of the output capacity is equalized by detecting the cross current between the auxiliary power supplies, but the phase of the output voltage of each auxiliary power supply is different at the time of startup. A large cross current is generated. As a phase synchronization method at the time of startup, a method of giving a startup command to each auxiliary power supply device at the same time is used. However, it is difficult to achieve complete synchronization, and high-speed phase synchronization control is necessary.
しかし、列車情報装置などの伝送を用いて横流などから同期制御を行う場合、横流の検出は伝送速度や周期などに依存するため検出に遅れが生じ、位相の同期が遅れることにより負荷に対して過電流が生じる問題点がある。 However, when performing synchronous control from a cross current using transmission such as train information devices, detection of the cross current depends on the transmission speed, period, etc., so a delay occurs in the detection, and the phase synchronization is delayed, resulting in a load There is a problem that overcurrent occurs.
請求項1に係る発明は、それぞれ位相同期制御を行う複数の補助電源装置の出力を接続した並列システムにおいて、検出したインバータ電流を座標変換することで、インバータ電流の有効分および無効分を求める。インバータ電流の有効分および無効分が設定した任意の条件に達した場合、その値に応じて位相同期制御を含む出力電圧指令値を増減させることにより、位相同期制御を継続しつつ出力制御指令を制限することを特徴とする。 According to the first aspect of the present invention, in a parallel system in which outputs of a plurality of auxiliary power supply devices that perform phase synchronization control are connected, the detected inverter current is coordinate-transformed to obtain an effective part and an ineffective part of the inverter current. When the valid and invalid values of the inverter current reach the set conditions, the output voltage command value including the phase synchronization control is increased or decreased according to the value, and the output control command is issued while continuing the phase synchronization control. It is characterized by limiting.
それぞれ電圧制御を行う複数の補助電源装置によって構成される並列システムにおいて、起動時などに各補助電源装置の電圧位相が異なった場合において、同期制御の遅れによる過電流を防止し負荷に対して給電を継続することが可能である。 In a parallel system composed of multiple auxiliary power supplies that each perform voltage control, when the voltage phase of each auxiliary power supply is different at startup, etc., power is supplied to the load by preventing overcurrent due to delay in synchronous control Can be continued.
出力制御や保護検出等の目的で取り付けられている検出器でインバータ電流を検出し、座標変換を行い回転座標に変換する。インバータ電流の有効分および無効分のそれぞれにリミッタ値を設け、リミッタ値を超えた場合その値に応じて出力電圧指令を低減させることにより、負荷に流れる電流を安全なレベルに抑える。そのとき、横流による位相補正は継続して行うことにより各補助電源装置の位相を同期させる。 An inverter current is detected by a detector attached for the purpose of output control, protection detection, etc., and coordinate conversion is performed to convert it into rotating coordinates. A limiter value is provided for each of the effective and ineffective portions of the inverter current, and when the limiter value is exceeded, the output voltage command is reduced according to that value, thereby suppressing the current flowing through the load to a safe level. At that time, the phase correction by the cross current is continuously performed to synchronize the phases of the auxiliary power supply devices.
図2において、有効および無効分のフィードバック系制御指令は、出力電圧指令値および出力電圧、出力電流、横流のフィードバック値から求められる並列制御要素を含む出力電圧制御指令を回転座標系に変換したものであり、3相インバータ電流は静止座標から回転座標へ座標変換することにより、有効電流と無効電流に変換される。 In FIG. 2, the feedback system control command for the valid and invalid values is obtained by converting the output voltage command value including the parallel control element obtained from the output voltage command value, the output voltage, the output current, and the cross current feedback value into the rotating coordinate system. The three-phase inverter current is converted into an effective current and a reactive current by performing coordinate conversion from stationary coordinates to rotating coordinates.
インバータ電流の回転座標系有効電流および無効電流がリミッタ上限を超えた場合、任意の制御ゲインGを掛けた値によりフィードバック系制御指令を減衰させ、インバータ電流の回転座標系有効電流および無効電流がリミッタ下限を下回った場合、任意の制御ゲインGを掛けた値によりフィードバック系制御指令を増幅させる。 When the inverter current rotational coordinate system active current and reactive current exceed the limiter upper limit, the feedback system control command is attenuated by a value multiplied by an arbitrary control gain G, and the inverter current rotational coordinate system active current and reactive current are limited. When the value falls below the lower limit, the feedback system control command is amplified by a value multiplied by an arbitrary control gain G.
インバータ電流の回転座標系有効電流のリミッタ下限は0アンペア未満の任意の値とし、上限はインバータ電流有効分の定格値以上の任意の値とする。インバータ電流の回転座標系無効電流のリミッタは、上限下限共に0アンペアでない任意の値とする。 The limiter lower limit of the rotating coordinate system effective current of the inverter current is an arbitrary value less than 0 ampere, and the upper limit is an arbitrary value equal to or greater than the rated value of the inverter current effective amount. The limiter of the rotating coordinate system reactive current of the inverter current is an arbitrary value that is not 0 amperes in both the upper and lower limits.
このようにインバータ電流値に応じて出力制御指令を増減させることで、横流制御などにより各補助電源装置の位相が同期するまで、出力電圧値を低減させ負荷に出力過電流が流れることを防ぎ、並列同期運転を可能とする。 In this way, by increasing or decreasing the output control command according to the inverter current value, the output voltage value is reduced until the phase of each auxiliary power supply device is synchronized by cross current control or the like, preventing the output overcurrent from flowing to the load, Enables parallel synchronous operation.
図3において、有効および無効分のフィードバック系制御指令は、出力電圧指令値および出力電圧、出力電流、横流などフィードバック値から求められる並列制御要素を含む出力電圧制御指令を回転座標系に変換したものであり、3相インバータ電流は静止座標から回転座標へ座標変換することにより、有効電流と無効電流に変換される。 In FIG. 3, the feedback system control command for valid and invalid is obtained by converting an output voltage command value and an output voltage control command including a parallel control element obtained from a feedback value such as output voltage, output current, cross current, and the like into a rotating coordinate system. The three-phase inverter current is converted into an effective current and a reactive current by performing coordinate conversion from stationary coordinates to rotating coordinates.
車両用補助電源装置は負荷16に対する突入電流防止として、インバータ起動時は出力電圧を0ボルトから徐々に高くしてゆき、定格出力電圧に達するようソフトスタートを行う。そのため、並列運転の有無に関わらず定格出力電圧に達するまではインバータ電流の有効分は過渡的に変動する。
In order to prevent an inrush current with respect to the
そこでソフトスタート時のリミッタ値を出力電圧に合わせて(式1)のように設定することで、ソフトスタート時の出力電圧定格値までの立ち上がり遅れを低減することが可能である。(式1)においてLsは有効分または無効分のインバータ電流のリミッタ値、Lは定格出力時の有効分または無効分のインバータ電流のリミット値、Vcsはソフトスタート中の出力電圧指令値であり、Vcrは定格出力時の電圧指令値である。ただし、Vcsはインバータ電流制限や出力電圧、出力電流フィードバックによる制御項を含まないものとする。
Ls=L×Vcs/Vcr ――――(式1)
Therefore, by setting the limiter value at the time of soft start according to the output voltage as shown in (Equation 1), it is possible to reduce the rise delay until the rated output voltage value at the time of soft start. In (Expression 1), Ls is the limit value of the inverter current for the effective or ineffective portion, L is the limit value of the inverter current for the effective or ineffective portion at the rated output, and Vcs is the output voltage command value during the soft start, Vcr is a voltage command value at the rated output. However, Vcs does not include control terms due to inverter current limitation, output voltage, and output current feedback.
Ls = L × Vcs / Vcr ―――― (Formula 1)
VcsがVcrに対して小さい時はインバータ電流も小さくなるため、リミッタ値Lsの絶対値を小さく設定することにより、インバータ電流の回転座標系有効電流および無効電流が出力電圧値に応じたリミッタ値にて、フィードバック系指令値を増減する量を低減し、定格出力電圧に達するまでの時間を短縮することが可能である。 When Vcs is smaller than Vcr, the inverter current is also small. Therefore, by setting the absolute value of the limiter value Ls to be small, the rotating coordinate system effective current and reactive current of the inverter current are set to the limiter values according to the output voltage value. Thus, the amount of increase / decrease in the feedback system command value can be reduced, and the time required to reach the rated output voltage can be shortened.
1 入力電源
2 入力接触器
3 充電抵抗器
4 充電抵抗器短絡用接触器
5 入力フィルタリアクトル
6 逆流防止素子
7 入力電源停電時の保障用コンデンサ
8 放電抵抗器
9 放電接触器
10 電力変換スイッチング素子(インバータ)
11 出力フィルタリアクトル
12 出力フィルタコンデンサ
13 出力接触器
14 インバータ電流
15 出力電流
16 負荷
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
11
Claims (1)
Lsは有効分または無効分のインバータ電流のリミッタ値、Ls is the limiter value of the inverter current that is effective or ineffective,
Lは定格出力時の有効分または無効分のインバータ電流のリミット値、L is the limit value of the inverter current that is valid or invalid at the rated output,
Vcsはソフトスタート中の出力電圧指令値、Vcrは定格出力時の電圧指令値、Vcs is an output voltage command value during soft start, Vcr is a voltage command value at rated output,
該Vcsはインバータ電流制限や出力電圧、出力電流フィードバックによる制御項を含まないものとしたことに基づく、ソフトスタート条件を加味したリミッタを設けたことを特徴とするインバータ電流制限制御方式。An inverter current limit control system characterized in that a limiter is provided in consideration of soft start conditions based on the fact that the Vcs does not include a control term based on inverter current limit, output voltage, or output current feedback.
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