JP5428744B2 - Power converter control method - Google Patents

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Description

本発明は、交流/直流変換または直流/交流変換を行う電力変換装置におけるパルス幅変調(PWM)制御に関する。   The present invention relates to pulse width modulation (PWM) control in a power converter that performs AC / DC conversion or DC / AC conversion.

図3は、三相電圧形PWMインバータの一例を示す回路構成図である。この三相電圧形PWMインバータは半導体スイッチQ1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6のオン・オフにより直流電力から交流電力に変換する電力変換装置である。半導体スイッチQ1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6のオン・オフはゲート信号Gu,Gv,Gw,Gx,Gy,Gzにより制御され、主にパルス幅変調(Pulse Width Modulation:PWM)制御が適用されている。   FIG. 3 is a circuit configuration diagram showing an example of a three-phase voltage source PWM inverter. This three-phase voltage type PWM inverter is a power converter that converts DC power into AC power by turning on and off the semiconductor switches Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, and Q6. The semiconductor switches Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, and Q6 are turned on and off by gate signals Gu, Gv, Gw, Gx, Gy, and Gz, and mainly applied with pulse width modulation (PWM) control. Has been.

PWM制御の変調方式には、最も基本的な3アーム変調方式やスイッチング損失の低減を図れる2アーム変調方式などがある。以下に主なPWM変調方式の説明を述べる。   As a modulation method of PWM control, there are a most basic three-arm modulation method and a two-arm modulation method capable of reducing switching loss. The main PWM modulation method will be described below.

(1)3アーム変調方式
図4は、PWM制御の三角波‐正弦波比較法(以下、3アーム変調方式と称する)における相電圧波形とゲート信号の一例を示す図である。3アーム変調方式では、インバータの相電圧波形V* U,V* V,V* Wを指令値(以下、電圧指令値と称する)とし、それを三角波キャリアcarrierと比較してゲート信号を生成する。各半導体スイッチQ1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6に入力されるゲート信号は下記(1)式〜(6)式の規則に従って生成される。図4は例としてゲート信号GuのPWMパターンを示している。ここで、carrier:三角波キャリア、V* U:U相電圧指令値、V* V:V相電圧指令値、V* W:W相電圧指令値である。
(1) Three-arm Modulation Method FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a phase voltage waveform and a gate signal in a PWM-controlled triangular wave-sine wave comparison method (hereinafter referred to as a three-arm modulation method). In the three-arm modulation method, the phase voltage waveforms V * U , V * V , and V * W of the inverter are used as command values (hereinafter referred to as voltage command values), which are compared with a triangular wave carrier carrier to generate a gate signal. . Gate signals input to the semiconductor switches Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, and Q6 are generated according to the rules of the following formulas (1) to (6). FIG. 4 shows a PWM pattern of the gate signal Gu as an example. Here, carrier: triangular wave carrier, V * U : U-phase voltage command value, V * V : V-phase voltage command value, V * W : W-phase voltage command value.

Figure 0005428744
Figure 0005428744

ただし、上記(1)式〜(6)式の通りに半導体スイッチQ1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6にゲート信号Gu,Gv,Gw,Gx,Gy,Gzを与えると、上下アームの半導体スイッチ(例えば、Q1とQ2)が同時にオン状態となる期間が生じてしまい直流短絡となってしまう。そのため、実際にはターンオンするタイミングをデッドタイムtdだけ遅らせて半導体スイッチQ1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6にゲート信号Gu,Gv,Gw,Gx,Gy,Gzを与えている。   However, if the gate signals Gu, Gv, Gw, Gx, Gy, Gz are given to the semiconductor switches Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6 as in the above formulas (1) to (6), the semiconductors of the upper and lower arms A period in which the switches (for example, Q1 and Q2) are turned on at the same time occurs, resulting in a DC short circuit. Therefore, the gate signals Gu, Gv, Gw, Gx, Gy, Gz are given to the semiconductor switches Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6 by delaying the turn-on timing in practice by the dead time td.

(2)2アーム変調方式
電力変換装置の主な損失は、導通損失とスイッチング損失に分類される。図5にスイッチング損失の説明図を示す。また、下記(7)式に1スイッチング当たりの損失wswを、下記(8)式に単位時間あたりのスイッチング損失Wswを示す。ここでは分かりやすくするために、電圧vと電流iは、図5に示すように直線的に変化するものとする。
(2) Two-arm modulation method The main loss of the power converter is classified into conduction loss and switching loss. FIG. 5 is an explanatory diagram of the switching loss. Furthermore, loss w sw per switching to following equation (7) shows the switching loss W sw per unit time in the following equation (8). Here, for easy understanding, it is assumed that the voltage v and the current i change linearly as shown in FIG.

Figure 0005428744
Figure 0005428744

このような場合、スイッチング時間Tswの間に損失するエネルギーwswは上記(7)式となる。また、上記(8)式で表されるように、単位時間当たりのスイッチング損失Wswはスイッチング周波数fswに比例するため、スイッチング損失Wswを低減させるためには、スイッチング周波数fswを低く設定することが好ましい。しかしながら、スイッチング周波数fswが低いと波形制御性能の低下を招いてしまうこととなる。そこで、波形制御性能を保ちつつ、スイッチング回数(周波数)を減らす方法として、2アーム変調方式が考案された。 In this case, the energy w sw for losses during the switching time T sw is the equation (7). Further, as expressed by the above equation (8), the switching loss W sw per unit time is proportional to the switching frequency f sw , so in order to reduce the switching loss W sw , the switching frequency f sw is set low. It is preferable to do. However, if the switching frequency f sw is low, the waveform control performance is degraded. Therefore, a two-arm modulation method has been devised as a method of reducing the number of switching times (frequency) while maintaining the waveform control performance.

図6に、PWM制御の2アーム変調方式における電圧指令値とゲート信号の一例を示す。電圧指令値V* U,V* V,V* Wが1または−1となる期間は、その電圧指令値V* U,V* V,V* Wの絶対値は三角波キャリアcarrierよりも大きな値となるため、半導体スイッチQ1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6はそれぞれスイッチングを行わない。その結果、2アーム変調方式では、平均スイッチング周波数fswが低くなり、スイッチング損失Wswが低減される(特許文献1,非特許文献1)。 FIG. 6 shows an example of a voltage command value and a gate signal in the PWM control two-arm modulation method. During the period when the voltage command values V * U , V * V , V * W are 1 or −1, the absolute values of the voltage command values V * U , V * V , V * W are larger than the triangular wave carrier carrier. Therefore, the semiconductor switches Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, and Q6 do not perform switching. As a result, in the two-arm modulation method, the average switching frequency f sw is lowered and the switching loss W sw is reduced (Patent Document 1, Non-Patent Document 1).

(3)Mアーム変調方式
図7に、特許文献2で開示されている変調方式(以下、Mアーム変調方式と称する)の説明図を示す。2アーム変調方式は平均スイッチング周波数fswが低くなるため、単位時間当たりのスイッチング損失Wswを低減できるが、電圧指令値V* U,V* V,V* Wが急峻に変化する期間ができてしまい、騒音が増加するという問題がある。Mアーム変調方式は、この電圧指令値V* U,V* V,V* Wの急峻に変化する期間に傾きを持たせて騒音の増加を抑え、かつスイッチング損失Wswも低減させる変調方式である。
(3) M-arm modulation method FIG. 7 is an explanatory diagram of the modulation method disclosed in Patent Document 2 (hereinafter referred to as the M-arm modulation method). In the 2-arm modulation method, since the average switching frequency f sw is low, the switching loss W sw per unit time can be reduced, but there is a period in which the voltage command values V * U , V * V , and V * W change sharply. Therefore, there is a problem that noise increases. The M-arm modulation method is a modulation method that suppresses an increase in noise by reducing the switching loss W sw by providing an inclination in the period in which the voltage command values V * U , V * V , and V * W change sharply. is there.

特開昭59−139871号公報JP 59-139871 A 特願2009−99491号公報(段落[0025]〜(0068),第1図〜第3図)Japanese Patent Application No. 2009-99491 (paragraphs [0025] to (0068), FIGS. 1 to 3)

電気学会技術報告,第635号「PWMインバータ制御方式の最新技術動向」IEEJ Technical Report, No.635 “Latest Technical Trend of PWM Inverter Control”

従来技術で述べた3つの変調方式の比較を以下に示す。ただし、制御方法やパラメータなど全て同じ条件とする。   A comparison of the three modulation schemes described in the prior art is shown below. However, the control method and parameters are all the same conditions.

(1)3アーム変調方式
3アーム変調方式は電圧指令値V* U,V* V,V* Wの波形が正弦波状となるため、高調波の低減という観点では最も有利である。しかしながら、単位時間当たりのスイッチング回数が多いため、スイッチング損失の観点からは不利な変調方式である。
(1) Three-arm modulation method The three-arm modulation method is most advantageous from the viewpoint of reducing harmonics because the voltage command values V * U , V * V , and V * W are sinusoidal. However, since the number of times of switching per unit time is large, this is a disadvantageous modulation method from the viewpoint of switching loss.

(2)2アーム変調方式
2アーム変調方式は平均スイッチング周波数fswが低くなるため、単位時間当たりのスイッチング損失Wswを低減できるという利点がある。しかしながら、電圧指令値V* U,V* V,V* Wの波形が急峻に変化する期間ができてしまい、騒音の増加という問題点がある。また、電圧指令値V* U,V* V,V* Wの波形が正弦波状ではないため、高調波成分を多く含むという問題点がある。
(2) Two-arm modulation method The two-arm modulation method has an advantage that the switching loss W sw per unit time can be reduced because the average switching frequency f sw is lowered. However, there is a problem that a period in which the waveforms of the voltage command values V * U , V * V , and V * W change sharply is generated, and noise increases. In addition, since the waveforms of the voltage command values V * U , V * V , and V * W are not sinusoidal, there is a problem that many harmonic components are included.

(3)Mアーム変調方式
Mアーム変調方式は、スイッチング損失を低減しつつ、騒音を抑えることができる。しかしながら、電圧指令値V* U,V* V,V* Wの波形における急峻な変化は抑制できるものの、電圧指令値V* U,V* V,V* Wは正弦波状の波形ではないため、高調波成分を多く含むとういう問題点がある。
(3) M-arm modulation method The M-arm modulation method can suppress noise while reducing switching loss. However, the voltage command value V * U, V * V, although abrupt change in the waveform of V * W can be suppressed, the voltage command value V * U, because V * V, V * W is not a sinusoidal waveform, There is a problem of containing many harmonic components.

以上示したようなことから、電力変換装置においては、スイッチング損失の低減を図ると共に、制御性能の向上を図ることが課題となる。   As described above, in the power conversion device, it is an object to reduce switching loss and improve control performance.

本発明の電力変換装置の制御方法の一態様は、電圧指令値をPWM変調して得られたゲート信号を半導体スイッチに対して出力し、この半導体スイッチを備え、交流/直流変換あるいは直流/交流変換を行う電力変換装置の制御方法であって、スイッチ切替部において、電圧制御運転時に検出された負荷電流の変化分をハイパスフィルタにより抽出し、そのハイパスフィルタの出力信号と予め設定された切替レベルとを比較して切替信号を生成し、切替スイッチにおいて、平常時は2アーム変調方式あるいはMアーム変調方式の補正量を出力し、負荷電流が急変してハイパスフィルタの出力が切替レベルを超過した場合3アーム変調方式に切り替わって3アーム変調方式の補正量を出力し、一定時間後に2アーム変調方式あるいはMアーム変調方式に切り替わって2アーム変調方式あるいはMアーム変調方式の補正量を出力し、この補正量により補正された電圧指令値をPWM変調して、ゲート信号を半導体スイッチに出力することを特徴とする。 One aspect of the method for controlling the power conversion device of the present invention is that a gate signal obtained by PWM modulating the voltage command value is output to a semiconductor switch, and the semiconductor switch is provided for AC / DC conversion or DC / AC. A method for controlling a power conversion device that performs conversion, wherein a change in load current detected during voltage control operation is extracted by a high-pass filter in a switch switching unit, and the output signal of the high-pass filter and a preset switching level The changeover signal is generated, and the changeover switch outputs the correction amount of the 2-arm modulation method or M-arm modulation method in the normal state, the load current changes suddenly, and the output of the high-pass filter exceeds the switching level. In this case, the 3-arm modulation method is switched to output the correction amount of the 3-arm modulation method, and the 2-arm modulation method or the M-arm It switched to scheme and outputs the correction amount of two-arm modulation scheme or M-arm modulation method, a voltage command value corrected by the correction amount by PWM modulation, and outputs a gate signal to the semiconductor switch.

なお、前記電力変換装置の制御方法は、無停電電源装置や瞬低補償装置等に用いてもよい。   In addition, you may use the control method of the said power converter device for an uninterruptible power supply device, a sag compensation device, etc.

また、本発明の電力変換装置の別の態様は、電圧指令値をPWM変調して得られたゲート信号を半導体スイッチに対して出力し、この半導体スイッチを備え、交流/直流変換あるいは直流/交流変換を行う電力変換装置の制御方法であって、スイッチ切替部において、電流制御運転時に検出された電流制御アンプの変化分をハイパスフィルタにより抽出し、そのハイパスフィルタの出力信号と予め設定された切替レベルを比較して切替信号を出力し、切替スイッチにおいて、平常時は2アーム変調方式あるいはMアーム変調方式の補正量を出力し、電流制御アンプの出力が急変してハイパスフィルタの出力が切替レベルを超過した場合3アーム変調方式に切り替わって3アーム変調方式の補正量を出力し、一定時間後に2アーム変調方式あるいはMアーム変調方式に切り替わって2アーム変調方式あるいはMアーム変調方式の補正量を出力し、この補正量により補正された電圧指令値をPWM変調して、ゲート信号を半導体スイッチに出力することを特徴とする。 In another aspect of the power conversion device of the present invention, a gate signal obtained by PWM-modulating a voltage command value is output to a semiconductor switch, and this semiconductor switch is provided for AC / DC conversion or DC / AC. A method for controlling a power conversion device that performs conversion, wherein a switch switching unit extracts a change in a current control amplifier detected during current control operation by a high-pass filter, and outputs a high-pass filter output signal and a preset switching Compares the level and outputs the change signal. At the changeover switch, the correction amount of the 2-arm modulation method or M-arm modulation method is output during normal operation, the output of the current control amplifier changes suddenly, and the output of the high-pass filter changes. When the value exceeds the value, it switches to the 3-arm modulation method and outputs the correction amount of the 3-arm modulation method. And outputs the correction amount of two-arm modulation scheme or M-arm modulation method switches to M-arm modulation scheme, a voltage command value corrected by the correction amount by PWM modulation, to output the gate signal to the semiconductor switch Features.

なお、前記電力変換装置の制御方法は、整流器や系統連系装置に用いてもよい。   In addition, you may use the control method of the said power converter device for a rectifier and a grid connection apparatus.

以上の説明で明らかなように、本発明によれば、電力変換装置において、スイッチング損失の低減を図ると共に、制御性能の向上を図ることが可能となる。   As is apparent from the above description, according to the present invention, it is possible to reduce switching loss and improve control performance in the power converter.

本発明の変調方式におけるゲート信号生成部のブロック図。The block diagram of the gate signal generation part in the modulation system of this invention. 本発明の電力変換装置の各部波形の一例を示す図。The figure which shows an example of each part waveform of the power converter device of this invention. 三相電圧形PWMインバータの一例を示す回路構成図。The circuit block diagram which shows an example of a three-phase voltage form PWM inverter. 3アーム変調方式における相電圧波形とゲート信号の一例を示す図。The figure which shows an example of the phase voltage waveform and gate signal in a 3 arm modulation system. スイッチング損失の説明図。An explanatory view of switching loss. 2アーム変調方式における相電圧波形とゲート信号の一例を示す図。The figure which shows an example of the phase voltage waveform in a 2 arm modulation system, and a gate signal. Mアーム変調方式における相電圧波形とゲート信号の一例を示す図。The figure which shows an example of the phase voltage waveform in a M arm modulation system, and a gate signal.

本発明では、電圧制御運転を行うUPS(無停電電源装置)や瞬低補償装置等あるいは電流制御運転を行う整流器や系統連系装置等に備えられた電力変換装置において、平常時は2アーム変調方式あるいはMアーム変調方式により電力変換装置を運転し、電圧制御運転時に負荷が急変した場合や、電流制御運転時に負荷が急変し電流制御アンプが大きな指令値を出力した場合に、瞬時に3アーム変調方式に切り替え、等価的にスイッチング周波数fswを上げることで制御性能の向上を図るものである。 In the present invention, in a power converter provided in a UPS (uninterruptible power supply), a voltage sag compensator, etc. that perform voltage control operation, or a rectifier or grid interconnection device, etc. that performs current control operation, normally, two-arm modulation is used. When the power converter is operated by the M-arm modulation method or the M-arm modulation method and the load changes suddenly during voltage control operation, or when the load changes suddenly during current control operation and the current control amplifier outputs a large command value, three arms are instantaneously generated. The control performance is improved by switching to the modulation method and raising the switching frequency f sw equivalently.

[実施形態1]
図1に本発明の変調方式におけるゲート信号生成部のブロック図を示す。本実施形態1における電力変換装置の制御方法は、UPS(無停電電源装置)や瞬低補償装置などのように電圧制御運転を行う電力変換装置に適用される。本実施形態1の変調方式は、各相の正弦波状の電圧指令値E* U,E* V,E* Wに補正量γを加えることにより、補正電圧指令値E* U+γ,E* V+γ,E* W+γが生成される。
[Embodiment 1]
FIG. 1 shows a block diagram of a gate signal generator in the modulation system of the present invention. The method for controlling the power conversion apparatus according to the first embodiment is applied to a power conversion apparatus that performs a voltage-controlled operation, such as a UPS (uninterruptible power supply) or a voltage sag compensator. In the modulation method of the first embodiment, the correction voltage command value E * U + γ, E * V is obtained by adding the correction amount γ to the sinusoidal voltage command values E * U , E * V , E * W of each phase. + Γ, E * W + γ is generated.

前記補正量γは3アーム変調方式の加算項αと2アーム変調方式もしくはMアーム変調方式の加算項βを切替スイッチswで切り替えることにより生成される。   The correction amount γ is generated by switching the addition term α of the 3-arm modulation method and the addition term β of the 2-arm modulation method or the M-arm modulation method with the changeover switch sw.

3アーム変調方式の加算項αは、電圧指令値E* U,E* V,E* Wに必要な補正値が設定される。3アーム変調方式で運転を行う際に電圧指令値E* U,E* V,E* Wを電圧指令値V* U,V* V,V* Wとしてそのまま使うのであれば、この加算項αは0に設定しておけばよい。 In the addition term α of the three-arm modulation system, correction values necessary for the voltage command values E * U , E * V , and E * W are set. If the voltage command values E * U , E * V , E * W are used as they are as the voltage command values V * U , V * V , V * W when operating in the three-arm modulation system, this addition term α Should be set to 0.

また、2アーム変調方式あるいはMアーム変調方式の加算項βは正弦波状である電圧指令値E* U,E* V,E* Wを2アーム変調方式あるいはMアーム変調方式の電圧指令値V* U,V* V,V* Wに補正するための補正項である。この2アーム変調方式あるいはMアーム変調方式の加算項βについては、従来技術における特許文献1,2に開示されているため、ここでの説明は省略する。 Moreover, two-arm modulation scheme or M arm addition term β of the modulation scheme is a sinusoidal voltage command value E * U, E * V, the voltage command value of E * W a two-arm modulation scheme or M-arm modulation scheme V * It is a correction term for correcting to U , V * V , and V * W. Since the addition term β of the two-arm modulation method or the M-arm modulation method is disclosed in Patent Documents 1 and 2 in the prior art, description thereof is omitted here.

スイッチ切替部1は、ハイパスフィルタHPFと,比較器2と,オフディレイタイマTと,を備える。このスイッチ切替部1は、ハイパスフィルタHPFに負荷電流が入力されると、負荷電流の変化分が抽出され、ハイパスフィルタHPFの出力が比較器2の入力端子Aに入力される。この比較器2は、入力端子Bに予め所定の値に設定された切替レベルも入力され、ハイパスフィルタHPFの出力信号と切替レベルの比較が行われる。この切替レベルは、電力変換装置に用いられるインバータや負荷の仕様によって設定されるものである。   The switch switching unit 1 includes a high-pass filter HPF, a comparator 2, and an off-delay timer T. When the load current is input to the high-pass filter HPF, the switch switching unit 1 extracts the change in the load current, and the output of the high-pass filter HPF is input to the input terminal A of the comparator 2. The comparator 2 also receives a switching level set to a predetermined value in advance at the input terminal B, and compares the output level of the high-pass filter HPF with the switching level. This switching level is set according to the specifications of the inverter and load used in the power converter.

そして、比較器2は、ハイパスフィルタHPFの出力信号の方が切替レベルよりも大きければ「1」レベルの信号を出力し、切替レベルの方がハイパスフィルタHPFの出力信号よりも大きければ「0」レベルの信号を出力する。   The comparator 2 outputs a “1” level signal if the output signal of the high-pass filter HPF is greater than the switching level, and “0” if the switching level is greater than the output signal of the high-pass filter HPF. A level signal is output.

この比較器2から出力された信号はオフディレイタイマTに入力され、オフディレイタイマTは、「1」レベルの信号が入力された期間と、入力信号が「1」レベルの信号から「0」レベルの信号に切替わってから所定の期間だけ「0」レベルの切替信号を切替スイッチsw出力する。また、それ以外の「0」レベルの信号が入力された期間は「1」レベルの切替信号を切替スイッチswに出力する。   The signal output from the comparator 2 is input to the off-delay timer T. The off-delay timer T receives a “0” signal from the “1” level signal during the period when the “1” level signal is input. A switch signal “0” is output for a predetermined period after switching to the level signal. In addition, during the period in which other “0” level signals are input, a “1” level switching signal is output to the changeover switch sw.

オフディレイタイマTからの切替信号を入力した切替スイッチswは、入力された切替信号が「0」レベルの期間は3アーム変調方式の加算項αを、入力された切替信号が「1」レベルの期間は2アーム変調方式あるいはMアーム変調方式の加算項βを補正量γとして加算部3a,3b,3cに出力する。   The change-over switch sw to which the switching signal from the off-delay timer T is input has a three-arm modulation type addition term α during the period when the input switching signal is “0” level and the input switching signal is at “1” level. During the period, the addition term β of the 2-arm modulation system or the M-arm modulation system is output as the correction amount γ to the adders 3a, 3b, 3c.

そして、加算部3a,3b,3cにおいて、正弦波状の電圧指令値E* U,E* V,E* Wに補正量γがそれぞれ加算され、補正電圧指令値E* U+γ,E* V+γ,E* W+γが生成される。 Then, in the adders 3a, 3b, 3c, the correction amount γ is added to the sinusoidal voltage command values E * U , E * V , E * W , respectively, and the correction voltage command values E * U + γ, E * V + γ. , E * W + γ.

上記のようにスイッチ切替部1を構成することにより、ハイパスフィルタHPFの出力信号が所定の切替レベルを上回った期間と、ハイパスフィルタHPFの出力信号が所定の切替レベルを下回ってから所定の期間だけは3アーム変調方式の加算項αが補正量γとして加算部3a,3b,3cに出力され、それ以外の期間は2アーム変調方式あるいはMアーム変調方式の加算部3bが加算部3a,3b,3cに出力される。その結果、負荷電流の急変時のみ3アーム変調方式とし、その他の期間は2アーム変調方式あるいはMアーム変調方式とすることができる。   By configuring the switch switching unit 1 as described above, the period during which the output signal of the high-pass filter HPF exceeds a predetermined switching level, and the predetermined period after the output signal of the high-pass filter HPF falls below the predetermined switching level. Is added to the adders 3a, 3b, 3c as a correction amount γ, and the adder 3b of the 2-arm modulation method or the M-arm modulation method is added to the adders 3a, 3b, Is output to 3c. As a result, the 3-arm modulation method can be used only when the load current changes suddenly, and the 2-arm modulation method or the M-arm modulation method can be used during other periods.

図2に本実施形態1の電力変換装置の各部波形の一例を示す。図2(1)に正弦波状の電圧指令値E* U,E* V,E* Wの波形、図2(2)に負荷電流とハイパスフィルタ出力と切替レベルの波形、図2(3)にオフディレイタイマTの出力波形(切替信号)、図2(4)に切替スイッチswから出力される補正量γの波形、図2(5)に補正電圧指令値E* U+γ,E* V+γ,E* W+γの波形を示す。なお、ここでは、例として、平常時はMアーム変調方式で運転していることとする。 FIG. 2 shows an example of the waveform of each part of the power conversion device according to the first embodiment. Fig. 2 (1) shows waveforms of sinusoidal voltage command values E * U , E * V , E * W , Fig. 2 (2) shows waveforms of load current, high-pass filter output and switching level, and Fig. 2 (3) shows. The output waveform (switching signal) of the off-delay timer T, FIG. 2 (4) shows the waveform of the correction amount γ output from the selector switch sw, and FIG. 2 (5) shows the correction voltage command values E * U + γ, E * V + γ. , E * W + γ waveform. Here, as an example, it is assumed that the normal operation is performed by the M-arm modulation method.

図2(2)に示すように、負荷電流の急峻な立ち上がりに応動して、ハイパスフィルタHPFの出力信号が立ち上がる。ハイパスフィルタHPFの出力信号は、負荷電流の急峻な立ち上がりに応動して、当初に大きな値となり、以後、値が小さくなっている。このハイパスフィルタHPFの出力信号と切替レベルが比較器2で比較され、ハイパスフィルタHPFの出力信号の方が大きい場合は「1」レベルの信号を出力し、切替レベルの方が大きい場合は「0」レベルの信号を出力する。   As shown in FIG. 2 (2), the output signal of the high pass filter HPF rises in response to the steep rise of the load current. The output signal of the high-pass filter HPF initially becomes a large value in response to the steep rise of the load current, and thereafter the value becomes small. The output signal of the high-pass filter HPF and the switching level are compared by the comparator 2. When the output signal of the high-pass filter HPF is larger, a “1” level signal is output, and when the switching level is larger, “0” is output. ”Level signal is output.

この比較器2から出力された信号はオフディレイタイマTに入力され、図2(3)に示すように、オフディレイタイマTでは、入力信号が「1」レベルの信号の期間と、入力信号が「1」レベルから「0」レベルに切替わってからオフディレイタイマTに予め設定された期間だけ、「0」レベルの切替信号を出力する。また、それ以外の「0」レベルの信号が入力された期間は「1」レベルの切替信号を出力する。   The signal output from the comparator 2 is input to the off-delay timer T. As shown in FIG. 2 (3), the off-delay timer T has a signal period in which the input signal is “1” level and the input signal is After switching from the “1” level to the “0” level, a “0” level switching signal is output for a period preset in the off-delay timer T. In addition, during the period in which other “0” level signals are input, a “1” level switching signal is output.

このオフディレイタイマTから出力された切替信号は切替スイッチswに入力され、この切替スイッチswからは、図2(4)に示すように、オフディレイタイマTから「1」レベルの切替信号が入力されている期間はMアーム変調方式の加算項βを、オフディレイタイマTから「0」レベルの切替信号が出力されている期間は3アーム変調方式の加算項α(本実施形態1では0)を、補正量γとして出力する。   The switching signal output from the off-delay timer T is input to the switching switch sw. From the switching switch sw, a switching signal of “1” level is input from the off-delay timer T as shown in FIG. The addition term β of the M-arm modulation method is used during the period during which the switching signal of “0” level is output from the off-delay timer T (0 in the first embodiment). Is output as a correction amount γ.

この切替スイッチswから出力された補正量γは、加算部3a,3b,3cに出力され、図2(1)に示す正弦波状の電圧指令値E* U,E* V,E* Wと加算される。この加算部3a,3b,3cで加算された信号は、図2(5)に示すように、オフディレイタイマTから「1」レベルの切替信号が出力されている期間は、Mアーム変調方式の補正電圧指令値E* U+γ,E* V+γ,E* W+γの波形として出力し、オフディレイタイマTから「0」レベルの切替信号が出力されている期間は3アーム変調方式の補正電圧指令値E* U+γ,E* V+γ,E* W+γの波形を出力する。 The correction amount γ output from the changeover switch sw is output to the adding units 3a, 3b, and 3c, and added to the sinusoidal voltage command values E * U , E * V , and E * W shown in FIG. Is done. As shown in FIG. 2 (5), the signals added by the adders 3a, 3b, and 3c are in the M-arm modulation method during the period when the “1” level switching signal is output from the off-delay timer T. The correction voltage command values E * U + γ, E * V + γ, E * W + γ are output as waveforms, and during the period when the “0” level switching signal is output from the off-delay timer T, the three-arm modulation type correction voltage The waveforms of command values E * U + γ, E * V + γ, E * W + γ are output.

上記のように、平常時はMアーム変調方式で運転が行われ、負荷電流が急変(増加)してハイパスフィルタHPFの出力が切替レベルを超過すると、切替スイッチswが切替わって3アーム変調方式となり負荷電流が落ち着いて一定時間後にMアーム変調方式に切替わる。   As described above, during normal operation, operation is performed using the M-arm modulation method, and when the load current changes suddenly (increases) and the output of the high-pass filter HPF exceeds the switching level, the change-over switch sw is switched to the three-arm modulation method. Then, the load current is settled and the M-arm modulation method is switched after a certain time.

そのため、本実施形態1では、電圧制御運転時に負荷が急変した場合でも、瞬時に3アーム変調方式に切り替わり、等価的にスイッチング周波数が上昇する。その結果、スイッチング周波数の上昇による応答性の向上や、電圧の応答速度が速くなり、電圧波形の歪みを防止するなど制御性能の向上を図ることができる。   Therefore, in the first embodiment, even when the load suddenly changes during the voltage control operation, the mode is instantaneously switched to the three-arm modulation method, and the switching frequency is equivalently increased. As a result, it is possible to improve the control performance by improving the responsiveness by increasing the switching frequency, increasing the voltage response speed, and preventing distortion of the voltage waveform.

また、平常時は2アーム変調方式あるいはMアーム変調方式で運転しているため、常に3アーム変調方式で運転している場合と比較してスイッチング損失を低減させることが可能となる。   Further, since the normal operation is performed by the 2-arm modulation method or the M-arm modulation method, the switching loss can be reduced as compared with the case where the operation is always performed by the 3-arm modulation method.

さらに、平常時にMアーム変調方式を適用すれば、騒音を抑制することができる。   Furthermore, if the M-arm modulation method is applied in normal times, noise can be suppressed.

また、本発明では平常時は2アーム変調方式あるいはMアーム変調方式で運転し、短時間(負荷の急変時)のみ3アーム変調方式で運転することで、2アーム変調方式またはMアーム変調方式に対応して設計した主回路を変更する必要がない利点を有する。   In the present invention, the 2-arm modulation method or the M-arm modulation method is operated in the normal state, and the 3-arm modulation method is operated only for a short time (when the load suddenly changes). There is an advantage that it is not necessary to change the correspondingly designed main circuit.

[実施形態2]
実施形態1では検出された負荷電流をハイパスフィルタHPFに入力し負荷電流の変化分を抽出したが、本実施形態2では電流制御アンプの出力をハイパスフィルタHPFに入力することによりインバータの急変を検出し、切替スイッチswを切り換える構成である。その他の構成は、実施形態1と同様であるため、説明は省略する。なお、本実施形態2の電力変換装置の制御方法は、整流器や系統連系装置などのように電流制御運転を行う電力変換装置に適用される。
[Embodiment 2]
In the first embodiment, the detected load current is input to the high-pass filter HPF and the change in the load current is extracted, but in the second embodiment, the sudden change of the inverter is detected by inputting the output of the current control amplifier to the high-pass filter HPF. Thus, the changeover switch sw is switched. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, description thereof is omitted. In addition, the control method of the power converter device of this Embodiment 2 is applied to the power converter device which performs an electric current control driving | operation like a rectifier and a grid connection apparatus.

本実施形態2のように構成することにより、平常時は、2アーム変調方式またはMアーム変調方式により電力変換装置を運転し、電流制御運転時に電流指令値が急変し電流制御アンプが大きな指令値を出力した場合、瞬時に3アーム変調に切換わる。そのため、3アーム変調方式に切替わった時、等価的にスイッチング周波数が上昇する。その結果、スイッチング周波数の上昇による応答性の向上や、電流の応答速度が速くなり電流波形の歪みが防止されるなど制御性能の向上を図ることができる。また、実施形態1と同様の作用効果を奏する。   By configuring as in the second embodiment, the power converter is operated in the normal mode by the 2-arm modulation method or the M-arm modulation method, the current command value changes suddenly during the current control operation, and the current control amplifier has a large command value. Is immediately switched to 3-arm modulation. Therefore, when switching to the three-arm modulation system, the switching frequency is equivalently increased. As a result, it is possible to improve the control performance by improving the responsiveness by increasing the switching frequency, and by preventing the current waveform from being distorted by increasing the current response speed. In addition, the same effects as those of the first embodiment are obtained.

以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。   Although the present invention has been described in detail only for the specific examples described above, it is obvious to those skilled in the art that various changes and modifications are possible within the scope of the technical idea of the present invention. Such variations and modifications are naturally within the scope of the claims.

例えば、電力変換装置に、実施形態1ではUPSや瞬低補償装置、実施形態2では整流器や系統連系装置を適用したが、それぞれ電圧制御運転または電流制御運転を行う電力変換装置であれば適用可能である。   For example, a UPS or a sag compensator in the first embodiment is applied to the power converter, and a rectifier or a grid interconnection device is applied in the second embodiment. However, the power converter is applicable to any power converter that performs voltage control operation or current control operation. Is possible.

また、本実施形態1,2では特定の構成のスイッチ切替部1を説明したが、負荷電流あるいは電流制御アンプ急変時に切替スイッチswを切り替えられる切替信号を出力できる構成であればよい。   In the first and second embodiments, the switch switching unit 1 having a specific configuration has been described. However, any configuration may be used as long as it can output a switching signal that can switch the switching switch sw when the load current or the current control amplifier suddenly changes.

* U,E* V,E* W…正弦波電圧指令値
* U+γ,E* V+γ,E* W+γ…補正電圧指令値
U,GV,GW,GX,GY,GZ…ゲート信号
1〜Q6…半導体スイッチ
* U,V* V,V* W…電圧指令値
sw…切替スイッチ
1…スイッチ切替部
2…比較器
3a,3b,3c…加算部
E * U, E * V, E * W ... sinusoidal voltage command value E * U + γ, E * V + γ, E * W + γ ... correction voltage command value G U, G V, G W , G X, G Y , G Z ... gate signals Q 1 to Q 6 ... semiconductor switches V * U , V * V , V * W ... voltage command values sw ... changeover switch 1 ... switch changeover part 2 ... comparators 3a, 3b, 3c ... addition part

Claims (6)

電圧指令値をPWM変調して得られたゲート信号を半導体スイッチに対して出力し、この半導体スイッチを備え、交流/直流変換あるいは直流/交流変換を行う電力変換装置の制御方法であって、
スイッチ切替部において、電圧制御運転時に検出された負荷電流の変化分をハイパスフィルタにより抽出し、そのハイパスフィルタの出力信号と予め設定された切替レベルとを比較して切替信号を生成し、
切替スイッチにおいて、平常時は2アーム変調方式あるいはMアーム変調方式の補正量を出力し、負荷電流が急変してハイパスフィルタの出力が切替レベルを超過した場合3アーム変調方式に切り替わって3アーム変調方式の補正量を出力し、一定時間後に2アーム変調方式あるいはMアーム変調方式に切り替わって2アーム変調方式あるいはMアーム変調方式の補正量を出力し、
この補正量により補正された電圧指令値をPWM変調して、ゲート信号を半導体スイッチに出力することを特徴とする電力変換装置の制御方法。
A control method of a power conversion device that outputs a gate signal obtained by PWM modulating a voltage command value to a semiconductor switch, and includes the semiconductor switch, and performs AC / DC conversion or DC / AC conversion,
In the switch switching unit, a change in the load current detected during the voltage control operation is extracted by a high pass filter, and the output signal of the high pass filter is compared with a preset switching level to generate a switching signal,
When the change-over switch is in normal operation, it outputs a correction amount of the 2-arm modulation method or M-arm modulation method, and when the load current changes suddenly and the output of the high-pass filter exceeds the switching level, it switches to the 3-arm modulation method. Output the correction amount of the system, switch to the 2-arm modulation system or the M-arm modulation system after a certain time, and output the correction amount of the 2-arm modulation system or the M-arm modulation system,
A method for controlling a power converter, comprising: PWM-modulating a voltage command value corrected by the correction amount and outputting a gate signal to a semiconductor switch.
前記電力変換装置は、無停電電源装置に備えられたことを特徴とする請求項1記載の電力変換装置の制御方法。   The method for controlling a power converter according to claim 1, wherein the power converter is provided in an uninterruptible power supply. 前記電力変換装置は、瞬低補償装置に備えられたことを特徴とする請求項1記載の電力変換装置の制御方法。   The method for controlling a power conversion device according to claim 1, wherein the power conversion device is provided in a sag compensation device. 電圧指令値をPWM変調して得られたゲート信号を半導体スイッチに対して出力し、この半導体スイッチを備え、交流/直流変換あるいは直流/交流変換を行う電力変換装置の制御方法であって、
スイッチ切替部において、電流制御運転時に検出された電流制御アンプの変化分をハイパスフィルタにより抽出し、そのハイパスフィルタの出力信号と予め設定された切替レベルを比較して切替信号を出力し、
切替スイッチにおいて、平常時は2アーム変調方式あるいはMアーム変調方式の補正量を出力し、電流制御アンプの出力が急変してハイパスフィルタの出力が切替レベルを超過した場合3アーム変調方式に切り替わって3アーム変調方式の補正量を出力し、一定時間後に2アーム変調方式あるいはMアーム変調方式に切り替わって2アーム変調方式あるいはMアーム変調方式の補正量を出力し、
この補正量により補正された電圧指令値をPWM変調して、ゲート信号を半導体スイッチに出力することを特徴とする電力変換装置の制御方法。
A control method of a power conversion device that outputs a gate signal obtained by PWM modulating a voltage command value to a semiconductor switch, and includes the semiconductor switch, and performs AC / DC conversion or DC / AC conversion,
In the switch switching unit, the change amount of the current control amplifier detected during the current control operation is extracted by the high pass filter, and the output signal of the high pass filter is compared with a preset switching level to output the switching signal,
When the changeover switch is in normal condition, it outputs the correction amount of 2-arm modulation method or M-arm modulation method, and when the output of the current control amplifier changes suddenly and the output of the high-pass filter exceeds the switching level, it switches to the 3-arm modulation method. Outputs the correction amount of the 3-arm modulation method, switches to the 2-arm modulation method or the M-arm modulation method after a certain time, and outputs the correction amount of the 2-arm modulation method or the M-arm modulation method,
A method for controlling a power converter, comprising: PWM-modulating a voltage command value corrected by the correction amount and outputting a gate signal to a semiconductor switch.
前記電力変換装置は整流器から成ることを特徴とする請求項4記載の電力変換装置の制御方法。   5. The method of controlling a power converter according to claim 4, wherein the power converter comprises a rectifier. 前記電力変換装置は、系統連系装置に備えられたことを特徴とする請求項4記載の電力変換装置の制御方法。   The method according to claim 4, wherein the power conversion device is provided in a grid interconnection device.
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