JP5510146B2 - Power converter control circuit - Google Patents

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Description

本発明は、直流電圧−交流電圧間の電力変換を行う電力変換装置の制御回路に関するものである。   The present invention relates to a control circuit for a power converter that performs power conversion between a DC voltage and an AC voltage.

図8は、後述する非特許文献1に記載されているインバータの主回路構成図である。この回路は、容量が等しいコンデンサC〜Cの直列回路の直流電圧を、IGBT等の8個の自己消弧形半導体スイッチS〜SとダイオードD〜Dとから構成されたU相ユニット40U、V相ユニット40V、W相ユニット40Wにより三相交流電圧に変換して負荷50に供給するものである。この種のインバータは、直流回路の中点Mから見て5つの電圧レベルを出力可能であるため、一般に5レベルインバータと呼ばれている。
なお、図8において、10は三相交流電源、20は整流回路、30は電圧均一化回路、P,P,N,Nは節点、U,V,Wは交流出力端子である。
FIG. 8 is a main circuit configuration diagram of an inverter described in Non-Patent Document 1 described later. This circuit is composed of eight self-extinguishing semiconductor switches S 1 to S 8 such as IGBTs and diodes D 1 to D 6, which are DC voltages of series circuits of capacitors C 1 to C 4 having the same capacity. The U-phase unit 40U, the V-phase unit 40V, and the W-phase unit 40W are converted into a three-phase AC voltage and supplied to the load 50. This type of inverter is generally called a five-level inverter because it can output five voltage levels when viewed from the midpoint M of the DC circuit.
In FIG. 8, 10 is a three-phase AC power source, 20 is a rectifier circuit, 30 is a voltage equalizing circuit, P 1 , P 2 , N 1 and N 2 are nodes, and U, V and W are AC output terminals. .

さて、この5レベルインバータでは、構成部品の特性のばらつき等により、4つのコンデンサC〜Cの電圧が不均一(以下、不平衡ともいう)になる場合がある。コンデンサC〜Cの電圧が不平衡になると、所望の出力電圧が得られないだけでなく、各部品に印加される電圧がそれぞれの最大定格電圧を超え、装置が破壊に至る恐れがある。
このため、図8の回路では電圧均一化回路30を設けてコンデンサC〜Cの電圧を均一(以下、平衡ともいう)に保っている。ここで、電圧均一化回路30は、整流回路20の出力端子間に、半導体スイッチS11〜S14及び直列共振回路(インダクタL及びコンデンサC)、同じく半導体スイッチS15〜S18及び直列共振回路からなる回路を直列に接続して構成されており、半導体スイッチS11〜S18を上記直列共振回路の共振周波数よりも低い周波数にてスイッチングすることでインバータの出力相電圧に零相電圧を重畳し、電圧不平衡の原因となる節点電流を抑制している。なお、この電圧均一化回路30の具体的な動作は本発明に直接関係しないため、ここでは詳述を省略する。
In this 5-level inverter, the voltages of the four capacitors C 1 to C 4 may become non-uniform (hereinafter also referred to as unbalance) due to variations in the characteristics of the component parts. If the voltages of the capacitors C 1 to C 4 are unbalanced, not only the desired output voltage cannot be obtained, but also the voltage applied to each component exceeds the maximum rated voltage, and the device may be destroyed. .
Therefore, in the circuit of FIG. 8, a voltage equalizing circuit 30 is provided to keep the voltages of the capacitors C 1 to C 4 uniform (hereinafter also referred to as equilibrium). Here, the voltage equalization circuit 30 includes, between the output terminals of the rectifier circuit 20, semiconductor switches S 11 to S 14 and a series resonance circuit (inductor L r and capacitor C r ), and similarly semiconductor switches S 15 to S 18 and series. A circuit composed of a resonance circuit is connected in series, and the semiconductor switches S 11 to S 18 are switched at a frequency lower than the resonance frequency of the series resonance circuit, so that the output phase voltage of the inverter is zero-phase voltage. Is superimposed to suppress the nodal current that causes voltage imbalance. Note that the specific operation of the voltage equalizing circuit 30 is not directly related to the present invention, and thus detailed description thereof is omitted here.

佐野憲一朗,藤田英明,「ダイオードクランプ形5レベル変換器用RSCC直流電圧均一化回路の電流定格低減の検討」,平成20年電気学会産業応用部門大会,第1分冊,I−549〜552(Fig.1)Kenichiro Sano, Hideaki Fujita, “Examination of current rating reduction of RSCC DC voltage equalization circuit for diode clamp type 5 level converter”, 2008 IEEJ Industrial Application Division Conference, 1st volume, I-549-552 (Fig. 1)

前述したように、電圧均一化回路30はコンデンサC〜Cの電圧が不平衡である場合を想定して設けられているものであり、他の手段によってコンデンサC〜Cの電圧を平衡にできる場合には、電圧均一化回路30自体が部品数の削減や装置全体の小型化、低コスト化を妨げる原因となっていた。
そこで本発明の解決課題は、直流電源電圧が印加される複数のコンデンサの電圧を平衡化するために特別な回路を追加することもなく、回路構成の簡略化、装置全体の小型化、低コスト化を可能にした電力変換装置の制御回路を提供することにある。
As described above, the voltage equalizing circuit 30 are those provided on the assumption that the voltage of the capacitor C 1 -C 4 are unbalanced, the voltage of the capacitor C 1 -C 4 by other means In the case where the balance can be achieved, the voltage equalizing circuit 30 itself hinders the reduction of the number of components, the miniaturization of the entire apparatus, and the cost reduction.
Accordingly, the problem to be solved by the present invention is to simplify the circuit configuration, reduce the overall size of the apparatus, and reduce the cost without adding a special circuit to balance the voltages of a plurality of capacitors to which a DC power supply voltage is applied. An object of the present invention is to provide a control circuit for a power conversion device that can be realized.

上記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、第1,第2のコンデンサが直列接続されたコンデンサ直列回路と、このコンデンサ直列回路に並列接続された直流電源と、複数の半導体スイッチが直列接続された半導体スイッチ直列回路と、この半導体スイッチ直列回路に接続された第3のコンデンサと、を少なくとも備え、前記第1,第2のコンデンサの電圧を電源として第3のコンデンサの電圧が一定値になるように前記半導体スイッチをオンオフさせて前記半導体スイッチ直列回路の内部接続点から電圧指令値どおりの交流電圧を出力させるようにした電力変換装置の制御回路において、
第1,第2のコンデンサの電圧の偏差を検出する手段と、前記偏差に応じた補正量を前記電圧指令値に加算する手段と、を備えたものである。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 is directed to a capacitor series circuit in which first and second capacitors are connected in series, a DC power supply connected in parallel to the capacitor series circuit, and a plurality of semiconductor switches. At least a semiconductor switch series circuit connected in series and a third capacitor connected to the semiconductor switch series circuit, and the voltage of the third capacitor is constant using the voltage of the first and second capacitors as a power source. In the control circuit of the power conversion device that turns on and off the semiconductor switch to be a value and outputs an alternating voltage according to a voltage command value from an internal connection point of the semiconductor switch series circuit,
Means for detecting a deviation in voltage of the first and second capacitors and means for adding a correction amount corresponding to the deviation to the voltage command value are provided.

請求項2に係る発明は、請求項1に記載した電力変換装置の制御回路において、負荷力率を判断する手段と、負荷力率の判断結果に応じて前記補正量の極性を反転させる手段と、を備えたものである。   According to a second aspect of the present invention, in the control circuit of the power conversion device according to the first aspect, means for determining the load power factor, and means for inverting the polarity of the correction amount according to the determination result of the load power factor; , With.

本発明によれば、従来の制御回路に僅かな部品を追加するだけで複数のコンデンサの電圧を平衡化することができ、回路構成の簡略化、装置全体の小型化、低コスト化が可能である。   According to the present invention, the voltage of a plurality of capacitors can be balanced only by adding a few components to the conventional control circuit, and the circuit configuration can be simplified, the entire device can be reduced in size, and the cost can be reduced. is there.

本発明の第1実施形態を示す制御回路の構成図である。It is a block diagram of the control circuit which shows 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態を示す制御回路の構成図である。It is a block diagram of the control circuit which shows 2nd Embodiment of this invention. 先願に係る電力変換装置の出力一相分の主回路構成図である。It is a main circuit block diagram for the output one phase of the power converter device which concerns on a prior application. 図3における出力電圧の波形図である。FIG. 4 is a waveform diagram of an output voltage in FIG. 3. 先願に係る電力変換装置の制御回路の構成図である。It is a block diagram of the control circuit of the power converter device which concerns on a prior application. 図3の回路を三相分備えた電力変換装置の構成図である。It is a block diagram of the power converter device provided with the circuit of FIG. 3 for three phases. 本発明が適用される他の電力変換装置の出力一相分の主回路構成図である。It is a main circuit block diagram for one output of another power converter to which the present invention is applied. 非特許文献1に記載されているインバータの主回路構成図である。2 is a main circuit configuration diagram of an inverter described in Non-Patent Document 1. FIG.

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、本実施形態が適用される電力変換装置の一例として、発明者による先願(特願2009−89231)に係る電力変換装置について説明する。この電力変換装置は、図8の従来技術よりも半導体スイッチの数を減少させて発生損失を低減させることを主な目的としている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, as an example of a power conversion apparatus to which the present embodiment is applied, a power conversion apparatus according to an inventor's prior application (Japanese Patent Application No. 2009-89231) will be described. The main purpose of this power conversion device is to reduce the generation loss by reducing the number of semiconductor switches compared to the prior art of FIG.

図3は、上記先願に係る電力変換装置の出力一相(U相)分の主回路構成図である。
図3において、直流電源Eには、環流ダイオードが逆並列接続されたIGBTからなる半導体スイッチS〜Sの直列回路と、コンデンサC,Cの直列回路とが並列に接続されている。また、IGBTを逆並列接続することによって双方向の電流遮断が可能で双方向の耐圧を備えた双方向スイッチS,Sの直列回路が、半導体スイッチS,Sの直列回路と並列に接続され、更にコンデンサCも並列に接続されている。
また、双方向スイッチS,Sの直列接続点が直流回路の中点(コンデンサC,Cの直列接続点)Mに接続され、半導体スイッチS,Sの直列接続点が、U相の出力端子Uに接続されている。
FIG. 3 is a main circuit configuration diagram for one output phase (U phase) of the power conversion device according to the prior application.
In FIG. 3, a DC power source E is connected in parallel with a series circuit of semiconductor switches S 1 to S 4 made of an IGBT having anti-reflective diodes connected in antiparallel, and a series circuit of capacitors C 1 and C 2 . . In addition, a series circuit of bidirectional switches S 5 and S 6 , which can cut off bidirectional current by connecting IGBTs in anti-parallel, and has bidirectional breakdown voltage, is in parallel with a series circuit of semiconductor switches S 2 and S 3. It is connected to, and is further connected in parallel also the capacitor C 3.
The series connection point of the bidirectional switches S 5 and S 6 is connected to the midpoint of the DC circuit (series connection point of the capacitors C 1 and C 2 ) M, and the series connection point of the semiconductor switches S 2 and S 3 is It is connected to a U-phase output terminal U.

ここで、直流電源Eの電圧をE、コンデンサCの電圧をVc1、コンデンサCの電圧をVc2、コンデンサCの電圧をVc3とすると、中点Mから観測した出力電圧VUMと各スイッチS〜Sのオンオフ状態との関係は、表1のようになる。
なお、表1では、各スイッチS〜Sのオンオフ状態に応じた動作モードを、それぞれモード1〜8としてある。
Here, when the voltage of the DC power source E is E d , the voltage of the capacitor C 1 is V c1 , the voltage of the capacitor C 2 is V c2 , and the voltage of the capacitor C 3 is V c3 , the output voltage V observed from the middle point M Table 1 shows the relationship between the UM and the on / off states of the switches S 1 to S 6 .
In Table 1, the operation modes corresponding to the on / off states of the switches S 1 to S 6 are referred to as modes 1 to 8, respectively.

Figure 0005510146
Figure 0005510146

この表1に基づいて、図3における適切なスイッチを選択してオンオフすると、出力電圧VUMは、図4に示すように5つの電圧レベル(E/2,E/4,0,−E/4,−E/2)を持ち、かつ、平均電圧が正弦波状の波形となる。
なお、表1における電流極性は、図3の負荷電流iの矢印方向を正方向(+)としてあり、記号c,dは、それぞれ、選択されたスイッチのオンオフモードと負荷電流の極性とによってコンデンサCが充電または放電されることを示している。
When an appropriate switch in FIG. 3 is selected and turned on / off based on Table 1, the output voltage V UM is changed to five voltage levels (E d / 2, E d / 4, 0, − E d / 4, −E d / 2), and the average voltage is a sinusoidal waveform.
The current polarity in Table 1, there arrow direction of the load current i U in FIG. 3 as the positive direction (+), the symbol c, d, respectively, by the polarity of the on-off mode and load current switch selected capacitor C 3 is shown that is charged or discharged.

表1によれば、例えば出力電圧をE/4とするためには、モード2またはモード3の何れかを選択すればよいことがわかる。すなわち、負荷電流極性及びコンデンサCの電圧値Vc3に応じて、モード2またはモード3の何れかを選択すれば、コンデンサCを充電または放電させることができ、コンデンサCの電圧値Vc3をE/4に調整しつつ同じ値(E/4)の出力電圧を負荷に供給することが可能である。 According to Table 1, for example, in order to set the output voltage to E d / 4, either mode 2 or mode 3 may be selected. That is, the load current polarity and according to the voltage value V c3 of the capacitor C 3, by selecting one of the mode 2 or mode 3, it is possible to charge or discharge the capacitor C 3, the voltage value V of the capacitor C 3 It is possible to supply the output voltage of the same value (E d / 4) to the load while adjusting c3 to E d / 4.

次に、図5は、図3に示した電力変換装置の制御回路の構成図である。
図5において、三角波tri〜triは、振幅(ピーク−ピーク値)が1/2であり、また、各三角波の直流成分(オフセット)は、それぞれ3/4,1/4,−1/4,−3/4である。
また、第1の比較器61は、電圧指令値V と三角波tri〜triとをそれぞれ比較し、以下の表2に示す論理に基づき、電力変換装置の5レベルの出力電圧E/2,E/4,0,−E/4,−E/2を決定する。
Next, FIG. 5 is a configuration diagram of a control circuit of the power conversion device shown in FIG.
In FIG. 5, the triangular waves tri 1 to tri 4 have an amplitude (peak-peak value) of 1/2, and the DC components (offsets) of the triangular waves are 3/4, 1/4, -1 / 4, -3/4.
The first comparator 61 compares the voltage command value V U * with the triangular waves tri 1 to tri 4 , respectively, and based on the logic shown in Table 2 below, the five-level output voltage E d of the power converter. / 2, E d / 4, 0, -E d / 4, -E d / 2 are determined.

Figure 0005510146
Figure 0005510146

図5における第2の比較器62は、コンデンサCの電圧Vc3がその指令値E/4に等しくなったことを検出するためのものであり、この比較器62にはヒステリシス特性を持たせても良い。
また、第3の比較器63は、負荷電流iの極性を検出するためのものである。
The second comparator 62 in FIG. 5 is for detecting that the voltage V c3 of the capacitor C 3 is equal to the command value E d / 4. The comparator 62 has a hysteresis characteristic. May be allowed.
The third comparator 63 is for detecting the polarity of the load current i U.

図5のオンオフスイッチ選択部70は、比較器61,62,63の出力に基づき、表1に従ってスイッチS〜Sのうちの適切なスイッチをオンオフするように駆動信号を出力する。
例えば、出力電圧VUMをE/4とする場合、コンデンサCの電圧が指令値E/4よりも低く、かつ、負荷電流iの極性が正である時には、表1に基づいてモード2を選択し、各スイッチをオンオフ制御してコンデンサCを充電しつつE/4を出力する。
また、表1によれば、出力電圧VUMを0とする場合には、モード4及びモード5の何れかを選択可能であるが、一方のモードのみを選択すると特定のスイッチに損失が偏るため、オンオフスイッチ選択部70では、モード4及びモード5を交互に選択する等の方法により、特定のスイッチに損失が偏るのを防止することも可能にしている。
The on / off switch selection unit 70 of FIG. 5 outputs a drive signal so as to turn on / off an appropriate switch among the switches S 1 to S 6 according to Table 1 based on the outputs of the comparators 61, 62, and 63.
For example, when the output voltage V UM is E d / 4, when the voltage of the capacitor C 3 is lower than the command value E d / 4 and the polarity of the load current i U is positive, Mode 2 is selected, and each switch is turned on / off to output E d / 4 while charging the capacitor C 3 .
Further, according to Table 1, when the output voltage V UM is set to 0, either mode 4 or mode 5 can be selected, but if only one mode is selected, loss is biased to a specific switch. The on / off switch selection unit 70 can also prevent loss from being biased to a specific switch by a method of alternately selecting mode 4 and mode 5.

なお、図6は図3に示した回路を三相分備えた電力変換装置であり、U相ユニット100U、V相ユニット100V、W相ユニット100WがそれぞれコンデンサC,Cを共有した構成となっている。図6において、S1U〜S6U,S1V〜S6V,S1W〜S6WはU,V,W各相のスイッチ、C3U,C3V,C3Wはコンデンサを示す。
図6の電力変換装置によれば、直流電源Eの電圧Eを三相交流電圧に変換し、交流出力端子U,V,Wに中点Mから見て5つの電圧レベルを出力して負荷50に供給すると共に、図8の従来技術と同等の機能を図8よりも少数の半導体スイッチによって実現可能としている。
FIG. 6 is a power conversion device provided with the circuit shown in FIG. 3 for three phases. The U-phase unit 100U, the V-phase unit 100V, and the W-phase unit 100W share capacitors C 1 and C 2 respectively. It has become. In FIG. 6, S 1U to S 6U , S 1V to S 6V , S 1W to S 6W are U, V, and W phase switches, and C 3U , C 3V , and C 3W are capacitors.
According to the power converter of FIG. 6, the DC voltage E d of the power supply E into a three-phase AC voltage, AC output terminal U, V, W output to load the five voltage levels as seen from the middle point M to the 50 and a function equivalent to that of the prior art in FIG. 8 can be realized by a smaller number of semiconductor switches than in FIG.

さて、図6に示した電力変換装置においても、部品のばらつき等に起因して、直流電源E側のコンデンサC,Cの電圧に不均衡を生じる場合がある。これらのコンデンサC,Cの電圧不均衡を、図8に示したような電圧均一化回路30を用いずに抑制するための手段を以下に説明する。 In the power converter shown in FIG. 6 as well, there may be an imbalance in the voltages of the capacitors C 1 and C 2 on the DC power supply E side due to component variations and the like. A means for suppressing the voltage imbalance of the capacitors C 1 and C 2 without using the voltage equalizing circuit 30 as shown in FIG. 8 will be described below.

図1は、本発明の第1実施形態に係る制御回路の構成図であり、図6に示した電力変換装置を制御するためのものである。
図1において、5Uは図6におけるスイッチS1U〜S6Uをオンオフ制御するU相制御部、5Vは同じくスイッチS1V〜S6Vをオンオフ制御するV相制御部、5Wは同じくスイッチS1W〜S6Wをオンオフ制御するW相制御部である。これらの制御部5U,5V,5Wの構成は、基本的には図5に示したものと同様であるが、本実施形態では、コンデンサC,Cの電圧Vc1,Vc2の偏差を検出し、この電圧偏差を増幅して得た補正量を各相の出力電圧指令値V ,V ,V に加算してコンデンサC,Cの電圧不平衡を抑制する点が特徴となっている。
FIG. 1 is a configuration diagram of a control circuit according to the first embodiment of the present invention, and is for controlling the power conversion apparatus shown in FIG.
In FIG. 1, 5U is a U-phase control unit that controls on / off of switches S 1U to S 6U in FIG. 6, 5V is a V-phase control unit that similarly controls on / off of switches S 1V to S 6V , and 5W is also a switch S 1W to S This is a W-phase control unit that performs on / off control of 6W . The configurations of these control units 5U, 5V, and 5W are basically the same as those shown in FIG. 5, but in this embodiment, the deviations of the voltages V c1 and V c2 of the capacitors C 1 and C 2 are calculated . The correction amount obtained by detecting and amplifying the voltage deviation is added to the output voltage command values V U * , V V * , and V W * of each phase to suppress the voltage imbalance of the capacitors C 1 and C 2. The point is a feature.

すなわち、図1において、コンデンサC,Cの電圧検出値Vc1,Vc2の偏差が減算器91により求められる。この偏差は偏差増幅器6により増幅され、補正量として各相の加算器9U,9V,9Wにより出力電圧指令値V ,V ,V にそれぞれ加算される。
加算器9U,9V,9Wの出力は、三角波tri〜triと共に各相の第1の比較器1U,1V,1Wに入力されている。三角波tri〜triは、前述したように振幅(ピーク−ピーク値)が1/2であり、また、各三角波の直流成分(オフセット)は、それぞれ3/4,1/4,−1/4,−3/4となっている。
第1の比較器1U,1V,1Wは、加算器9U,9V,9Wの出力と三角波tri〜triとをそれぞれ比較し、例えばU相については前述した表2に示す論理に基づき(V相、W相も同様)、出力電圧の5つの電圧レベル(E/2,E/4,0,−E/4,−E/2)を決定する。
That is, in FIG. 1, the subtractor 91 obtains the deviation between the voltage detection values V c1 and V c2 of the capacitors C 1 and C 2 . This deviation is amplified by the deviation amplifier 6, and is added to the output voltage command values V U * , V V * , V W * by the adders 9U, 9V, 9W of the respective phases as correction amounts.
The outputs of the adders 9U, 9V, and 9W are input to the first comparators 1U, 1V, and 1W of the respective phases together with the triangular waves tri 1 to tri 4 . As described above, the triangular waves tri 1 to tri 4 have an amplitude (peak-peak value) of 1/2, and the DC components (offsets) of the triangular waves are 3/4, 1/4, −1 / 4, -3/4.
The first comparators 1U, 1V, and 1W respectively compare the outputs of the adders 9U, 9V, and 9W with the triangular waves tri 1 to tri 4 and, for example, the U phase based on the logic shown in Table 2 described above (V The same applies to the phase and the W phase), and determines five voltage levels (E d / 2, E d / 4, 0, -E d / 4, -E d / 2) of the output voltage.

また、図1における各相の第2の比較器2U,2V,2Wは、図6のコンデンサC3U,C3V,C3Wの電圧Vc3U,Vc3V,Vc3Wがその指令値E/4に等しくなったことをそれぞれ検出し、更に、各相の第3の比較器3U,3V,3Wは、負荷電流i,i,iの極性をそれぞれ検出するためのものである。なお、比較器2U,2V,2W,3U,3V,3Wの検出出力は、それぞれ各相のオンオフスイッチ選択部4U,4V,4Wに入力されている。 Further, the second comparators 2U, 2V, and 2W of the respective phases in FIG. 1 have voltages V c3U , V c3V , and V c3W of the capacitors C 3U , C 3V , and C 3W in FIG. 6 and their command values E d / 4. detecting respectively, that is equal to the addition, the phases of the third comparator 3U, 3V, 3W is for detecting the load current i U, i V, the polarity of i W respectively. Note that the detection outputs of the comparators 2U, 2V, 2W, 3U, 3V, and 3W are input to the on / off switch selection units 4U, 4V, and 4W of the respective phases.

本実施形態では、上記の構成によって出力電圧指令値V ,V ,V を補正する結果、各相出力電圧にはコンデンサC,Cの電圧偏差分に対応する電圧が重畳されることになる。しかし、重畳された電圧は線間電圧では相殺されるので、各相出力電圧に直流成分が重畳される等の問題を生じることはない。
以下、本実施形態によりコンデンサC,Cの電圧不平衡が抑制される理由を概念的に説明する。なお、説明を簡単にするため、この第1実施形態では相電圧と電流との位相が一致している状態(負荷力率=1)を想定する。
In the present embodiment, as a result of correcting the output voltage command values V U * , V V * , and V W * with the above configuration, each phase output voltage has a voltage corresponding to the voltage deviation of the capacitors C 1 and C 2. It will be superimposed. However, since the superimposed voltage is canceled out by the line voltage, there is no problem that a direct current component is superimposed on each phase output voltage.
Hereinafter, the reason why the voltage imbalance of the capacitors C 1 and C 2 is suppressed according to the present embodiment will be conceptually described. In order to simplify the description, in the first embodiment, a state where the phase voltage and the phase of the current coincide with each other (load power factor = 1) is assumed.

前述の図3において、コンデンサC,Cの接続点(中点)Mから流出する電流をiとし、図3におけるiの矢印の方向を正方向とする。このように定義した場合、iが正であると、コンデンサCは充電されて電圧Vc1は上昇する。一方、コンデンサCは放電して電圧Vc2は減少する。 3, the current flowing out from the connection point (middle point) M of the capacitors C 1 and C 2 is i M, and the direction of the arrow i M in FIG. 3 is the positive direction. When defined in this way, if i M is positive, the capacitor C 1 is charged and the voltage V c1 rises. On the other hand, the capacitor C 2 is the voltage V c2 decreases in discharge.

さて、下記の表3は、負荷力率が1の場合における各スイッチのモード毎の負荷電流経路を示したものである。表3の上段におけるモード1〜5(便宜的に状態(1)〜(5)とする)は出力電圧が正の電圧であり、出力電流が正方向に流れている状態に相当すると共に、下段のモード4〜8(便宜的に状態(6)〜(10)とする)は出力電圧が負の電圧であり、出力電流が負方向に流れている状態に相当する。なお、これらのモード1〜8は、前述した表1のモード1〜8に一致している。   Table 3 below shows the load current path for each mode of each switch when the load power factor is 1. Modes 1 to 5 (states (1) to (5) for convenience) in the upper part of Table 3 correspond to the state in which the output voltage is a positive voltage and the output current flows in the positive direction. Modes 4 to 8 (states (6) to (10) for convenience) correspond to a state in which the output voltage is a negative voltage and the output current is flowing in the negative direction. Note that these modes 1 to 8 coincide with the modes 1 to 8 in Table 1 described above.

Figure 0005510146
Figure 0005510146

表3から分かるように、iが流れるのは、状態(3),(4),(5),(6),(7),(8)である。例えば、交流出力電圧の一周期内で状態(3),(4),(5)が発生する期間が減少し、状態(6),(7),(8)が発生する期間が増加すると、交流出力電圧の一周期におけるiの平均値は負の値になる。
このことを応用して考えると、例えば、コンデンサC,Cの電圧がVc1>Vc2であって不平衡である場合、これを抑制するには、交流出力電圧の一周期におけるiの平均値を負にすればよいことになる。
As can be seen from Table 3, i M flows in states (3), (4), (5), (6), (7), and (8). For example, if the period in which the states (3), (4), (5) occur within one cycle of the AC output voltage decreases and the period in which the states (6), (7), (8) occur increases, the average value of i M in one cycle of the AC output voltage is a negative value.
Taking this into consideration, for example, when the voltages of the capacitors C 1 and C 2 are V c1 > V c2 and are unbalanced, in order to suppress this, i M in one cycle of the AC output voltage can be suppressed. It is sufficient to make the average value of the negative.

例として、Vc1>Vc2であった場合に、出力電圧指令値に補正量を加算することによって出力電圧に正の直流成分を重畳することを考える。正の電圧を発生している期間(状態(1)〜(5))で考えると、直流成分を重畳したことで出力される正の電圧が増加することになるから、状態(1),(2),(3)の発生する期間が増加し、状態(4),(5)の発生する期間が減少する。ここで、iの平均値を負の値にすることを考えると、上記に反し、状態(3)の発生する期間が増加する。 As an example, when V c1 > V c2 , consider adding a positive DC component to the output voltage by adding a correction amount to the output voltage command value. Considering the period in which the positive voltage is generated (states (1) to (5)), since the positive voltage output by superimposing the DC component increases, the states (1), ( The period in which 2) and (3) occur increases, and the period in which states (4) and (5) occur decreases. Here, considering that the average value of i M to a negative value, contrary to the above, the period of occurrence of state (3) is increased.

しかし、コンデンサCの電圧が一定値となるように制御することを考えると、コンデンサCが充電される状態(2)とコンデンサCが放電される状態(3)の期間とは同等であるから、結果として、状態(3)の発生する期間が増加することはiの増減には寄与しない。(状態(3)の発生する期間が増加することでiは増えるが、状態(2)の発生する期間が増加することでiの減少につながり、結果として、状態(2),(3)の発生する期間の増加はiの増減に寄与しない)。
すなわち、結果としては、状態(2),(3)の発生する期間を除外して考えると、状態(1)の発生する期間が増加し、状態(4),(5)の発生する期間が減少することで、iが減少する。
However, considering that the voltage of the capacitor C 3 is controlled to be a constant value, the period in which the capacitor C 3 is charged (2) and the period in which the capacitor C 3 is discharged (3) are equivalent. because there, as a result, the state (3) generating the period of an increase in does not contribute to increase or decrease the i M. (I M increases as the period in which state (3) occurs increases, but i M decreases as the period in which state (2) occurs increases, resulting in states (2), (3 ) increase in the period of occurrence of do not contribute to the increase or decrease of the i M).
That is, as a result, when the period in which the states (2) and (3) occur is excluded, the period in which the state (1) occurs increases and the period in which the states (4) and (5) occur By decreasing, i M decreases.

一方、負の電圧を発生している期間(状態(6)〜(10))で考えると、直流成分を重畳したことで出力される負の電圧が減少(絶対値が減少)することになるから、状態(6),(7)の発生する期間が増加し、状態(8),(9),(10)の発生する期間が減少する。この場合、前記と同様に、結果としては、コンデンサCが放電される状態(8)及びコンデンサCが充電される状態(9)の発生する期間を除外して考えると、状態(6),(7)の発生する期間が増加し、状態(10)の発生する期間が減少することで、iが負の方向に増加する。 On the other hand, considering the period during which a negative voltage is generated (states (6) to (10)), the negative voltage that is output by superimposing the DC component decreases (absolute value decreases). Therefore, the period in which states (6) and (7) occur increases, and the period in which states (8), (9) and (10) occur decreases. In this case, in the same manner as described above, as a result, given by excluding the period of occurrence of state (9) that condition (8) and a capacitor C 3 of the capacitor C 3 is discharged is charged, the state (6) , (7) the increased time to occur, that the period of occurrence of state (10) is reduced, i M increases in the negative direction.

以上のことを整理すると、Vc1>Vc2の場合には、出力電圧に正の直流成分を重畳すれば交流出力電圧の一周期におけるiの平均値が減少する(負の方向に増加する)ことになり、コンデンサC,Cの電圧不平衡を抑制することができる。
また、Vc1<Vc2の場合には、出力電圧に負の直流成分を重畳すれば交流出力電圧の一周期におけるiの平均値が増加することになり、同様にコンデンサC,Cの電圧不平衡を抑制することができる。
図1における減算器91、偏差増幅器6及び加算器9U,9V,9Wは、上記の作用を実現するために、コンデンサC,Cの電圧Vc1,Vc2に応じて生成した補正量を用いて各相の出力電圧指令値V ,V ,V を補正するものである。
In summary , in the case of V c1 > V c2 , if a positive DC component is superimposed on the output voltage, the average value of i M in one cycle of the AC output voltage decreases (increases in the negative direction). Thus, voltage imbalance of the capacitors C 1 and C 2 can be suppressed.
In the case of V c1 <V c2 , if a negative DC component is superimposed on the output voltage, the average value of i M in one cycle of the AC output voltage increases, and similarly, capacitors C 1 and C 2 Can be suppressed.
The subtractor 91, the deviation amplifier 6 and the adders 9U, 9V, and 9W in FIG. 1 use correction amounts generated according to the voltages V c1 and V c2 of the capacitors C 1 and C 2 in order to realize the above-described operation. It is used to correct the output voltage command values V U * , V V * , and V W * of each phase.

次に、図2は本発明の第2実施形態に係る制御回路の構成図である。この第2実施形態は、第1実施形態として説明した図1に対し、力率演算器81、力率の正負判別器82、スイッチ83及び乗算器84からなる偏差増幅極性切替部80が付加されている点が異なっている。   Next, FIG. 2 is a block diagram of a control circuit according to the second embodiment of the present invention. In this second embodiment, a deviation amplification polarity switching unit 80 comprising a power factor calculator 81, a power factor positive / negative discriminator 82, a switch 83 and a multiplier 84 is added to FIG. 1 described as the first embodiment. Is different.

以下、この第2実施形態の動作について説明する。第1実施形態において説明したのは、負荷力率が1の場合である。これに対し、負荷力率が−1の場合は、動作が逆になる。
例えば、Vc1>Vc2であった場合に、交流出力電圧の一周期におけるiの平均値を負にすることで、コンデンサC,Cの電圧不平衡を抑制する点では、第1実施形態と同様である。しかし、負荷力率が−1の場合には、電流の極性が第1実施形態の場合と異なるため、Vc1>Vc2の場合に、前記同様に出力電圧に正の直流成分を重畳すると電圧不平衡を助長することになる。
Hereinafter, the operation of the second embodiment will be described. The first embodiment has been described when the load power factor is 1. On the other hand, when the load power factor is -1, the operation is reversed.
For example, when V c1 > V c2 , the first value in terms of suppressing the voltage imbalance of the capacitors C 1 and C 2 by making the average value of i M in one cycle of the AC output voltage negative is the first This is the same as the embodiment. However, when the load power factor is −1, the polarity of the current is different from that in the first embodiment. Therefore, when V c1 > V c2 , if a positive DC component is superimposed on the output voltage as described above, the voltage is This will promote an imbalance.

このため、図2の偏差増幅極性切替部80における力率演算部81が出力電圧指令値V ,V ,V 及び出力電流検出値i,i,iに基づいて負荷力率を演算し、正負判別器82による正負の判別結果に応じてスイッチ83を切り替えることにより、乗算器84において偏差増幅器6の出力に乗じるゲインを「1」または「−1」に切り替える。これにより、負荷力率が負の場合には、電圧指令値V ,V ,V に加算する補正量としての直流成分の極性を反転することができ、これによってコンデンサC,Cの電圧不平衡を抑制することが可能になる。 For this reason, the power factor calculation unit 81 in the deviation amplification polarity switching unit 80 of FIG. 2 is based on the output voltage command values V U * , V V * , V W * and the output current detection values i U , i V , i W. By calculating the load power factor and switching the switch 83 according to the positive / negative discrimination result by the positive / negative discriminator 82, the multiplier 84 switches the gain multiplied by the output of the deviation amplifier 6 to “1” or “−1”. As a result, when the load power factor is negative, the polarity of the direct current component as a correction amount to be added to the voltage command values V U * , V V * , and V W * can be inverted, thereby the capacitor C 1 , C 2 voltage imbalance can be suppressed.

ここで、上述した第1,第2実施形態は、もっぱら図6に示した電力変換装置を対象としたものであるが、本発明は、例えば図7に示すような構成の回路(図7はU相分のみを示す)を三相分備えた電力変換装置にも適用可能である。この電力変換装置では、スイッチS〜Sを適切に選択してオンオフすることで、出力電圧VUMとして9つの電圧レベル(Vc1+Vc3,Vc1,Vc1−Vc3,Vc3,0,−Vc3,−Vc2+Vc3,−Vc2,−Vc2−Vc3)を持ち、かつ、平均電圧が正弦波状の波形を得ることができる。 なお、電力変換装置自体の構成及び動作は本発明の要旨ではないため、ここでは詳述を省略する。 Here, the above-described first and second embodiments are exclusively intended for the power conversion device shown in FIG. 6, but the present invention is a circuit having a configuration as shown in FIG. The present invention can also be applied to a power converter provided with three phases). In this power conversion device, the switches S 1 to S 8 are appropriately selected and turned on / off, whereby the output voltage V UM has nine voltage levels (V c1 + V c3 , V c1 , V c1 −V c3 , V c3 , 0, −V c3 , −V c2 + V c3 , −V c2 , −V c2 −V c3 ), and an average voltage having a sinusoidal waveform can be obtained. The configuration and operation of the power conversion device itself are not the gist of the present invention, and thus detailed description thereof is omitted here.

また、上述した実施形態では直流電圧を三相交流電圧に変換する場合について説明したが、本発明は、出力周波数が0[Hz]の場合、すなわち、直流電圧に変換する場合にも勿論適用可能である。   In the above-described embodiment, the case where the DC voltage is converted into the three-phase AC voltage has been described. However, the present invention is naturally applicable to the case where the output frequency is 0 [Hz], that is, when the DC voltage is converted. It is.

〜S,S1U〜S4U,S1V〜S4V,S1W〜S4W:半導体スイッチ
,S,S5U,S6U,S5V,S6V,S5W,S6W:双方向スイッチ
,C,C,C3U,C3V,C3W:コンデンサ
E:直流電源
M:中点
U,V,W:交流出力端子
1U〜3U,1V〜3V,1W〜3W:比較器
4U,4V,4W:オンオフスイッチ選択部
5U:U相制御部
5V:V相制御部
5W:W相制御部
6:偏差増幅器
9U,9V,9W:加算器
50:負荷
80:偏差増幅極性切替部
81:力率演算器
82:正負判別器
83:スイッチ
84:乗算器
91:減算器
100U:U相ユニット
100V:V相ユニット
100W:W相ユニット
S 1 ~S 4, S 1U ~S 4U, S 1V ~S 4V, S 1W ~S 4W: semiconductor switches S 5, S 6, S 5U , S 6U, S 5V, S 6V, S 5W, S 6W: Bidirectional switches C 1 , C 2 , C 3 , C 3U , C 3V , C 3W : Capacitor E: DC power supply M: Midpoint U, V, W: AC output terminals 1U-3U, 1V-3V, 1W-3W : Comparator 4U, 4V, 4W: On / off switch selector 5U: U-phase controller 5V: V-phase controller 5W: W-phase controller 6: Deviation amplifiers 9U, 9V, 9W: Adder 50: Load 80: Deviation amplification Polarity switching unit 81: power factor calculator 82: positive / negative discriminator 83: switch 84: multiplier 91: subtractor 100U: U-phase unit 100V: V-phase unit 100W: W-phase unit

Claims (2)

第1,第2のコンデンサが直列接続されたコンデンサ直列回路と、このコンデンサ直列回路に並列接続された直流電源と、複数の半導体スイッチが直列接続された半導体スイッチ直列回路と、この半導体スイッチ直列回路に接続された第3のコンデンサと、を少なくとも備え、前記第1,第2のコンデンサの電圧を電源として第3のコンデンサの電圧が一定値になるように前記半導体スイッチをオンオフさせて前記半導体スイッチ直列回路の内部接続点から電圧指令値どおりの交流電圧を出力させるようにした電力変換装置の制御回路において、
第1,第2のコンデンサの電圧の偏差を検出する手段と、前記偏差に応じた補正量を前記電圧指令値に加算する手段と、を備えたことを特徴とする電力変換装置の制御回路。
A capacitor series circuit in which first and second capacitors are connected in series, a DC power source connected in parallel to the capacitor series circuit, a semiconductor switch series circuit in which a plurality of semiconductor switches are connected in series, and the semiconductor switch series circuit At least a third capacitor connected to the semiconductor switch, and the semiconductor switch is turned on and off so that the voltage of the third capacitor becomes a constant value using the voltage of the first and second capacitors as a power source. In the control circuit of the power converter that outputs AC voltage according to the voltage command value from the internal connection point of the series circuit,
A control circuit for a power converter, comprising: means for detecting a voltage deviation of the first and second capacitors; and means for adding a correction amount corresponding to the deviation to the voltage command value.
請求項1に記載した電力変換装置の制御回路において、
負荷力率を判断する手段と、負荷力率の判断結果に応じて前記補正量の極性を反転させる手段と、を備えたことを特徴とする電力変換装置の制御回路。
In the control circuit of the power conversion device according to claim 1,
A control circuit for a power converter, comprising: means for determining a load power factor; and means for inverting the polarity of the correction amount according to a determination result of the load power factor.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP5927640B2 (en) * 2011-09-05 2016-06-01 国立大学法人 千葉大学 Multi-level inverter circuit
JP5910333B2 (en) * 2012-06-11 2016-04-27 株式会社明電舎 5 level power converter
JP6385056B2 (en) * 2013-12-25 2018-09-05 川崎重工業株式会社 Power converter control method and power converter
CN105337521A (en) * 2014-08-11 2016-02-17 通用电气能源电能变换科技有限公司 Multi-level converter
JP6327563B2 (en) * 2014-10-29 2018-05-23 パナソニックIpマネジメント株式会社 Power converter and power conditioner using the same
CN106559004B (en) * 2015-09-29 2019-04-12 华为技术有限公司 Multi-electrical level inverter
CN105226978B (en) 2015-10-10 2018-04-10 阳光电源股份有限公司 A kind of five-electrical level inverter and its application circuit

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4244005B2 (en) * 2003-10-28 2009-03-25 富士電機ホールディングス株式会社 Multi-level output power converter
DE502006006287D1 (en) * 2006-02-01 2010-04-08 Abb Research Ltd SWITCHING CELL AND CONVERTER SWITCHING TO SWITCH A VARIETY OF VOLTAGE LEVELS
JP5417641B2 (en) * 2009-04-01 2014-02-19 国立大学法人長岡技術科学大学 Power converter

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