JP5622437B2 - 中性点クランプ式電力変換装置 - Google Patents
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Description
第1実施例を図1に示す。本実施例は鉄道の交流電気車駆動システムを対象に記載している。単相交流架線電力をパンタグラフ1、主変圧器2を介して受電し、単相NPC(中性点クランプ式)PWMコンバータ3により、交流から直流に変換する。コンバータ3とインバータ6を結ぶ配線及びフィルタコンデンサ4−1、4−2の直列回路は直流リンク部を構成する。この直流リンク部は、このフィルタコンデンサ4−1、4−2により3レベルを有している。直流リンク部には、三相NPC−PWMインバータ6が接続され、三相NPC−PWMインバータ6は主電動機(誘導電動機)7を駆動する。
ここでR2は主電動機7の2次抵抗値、L2は主電動機7の自己インダクタンスである。主電動機7には回転速度検出器8を有しており、検出された回転速度Wrと、すべり周波数Wsを加算器18で加算することにより、インバータ出力周波数W1を決定する。W1は、積分器19にて積分されて、静止座標系の基準軸(例えばU相)からD軸までの位相差θdqとなる。
Av*=Vv*/(Vdc/2) …(2)
Aw*=Vw*/(Vdc/2)
ここで、NPC変換器は、前述のように3レベルを有しており、その中性点が変動する。これを抑制するのが中性点電位抑制制御部23である。中性点電位抑制制御部23は、座標変換部16、零相バイアス補償量演算部13、加算器14から構成される。座標変換器16では、DQ軸電流指令Id*,Iq*を入力し、三相電流指令Iu*,Iv*,Iw*を演算する。零相バイアス補償量演算部13では、三相変調率指令Au*,Av*,Aw*と三相電流指令Iu*,Iv*,Iw*に基づき、零相バイアス補償量NPcmpALを演算する。零相バイアス補償量NPcmpALは、加算器14にて三相変調率指令Au*,Av*,Aw*と加算され、補正後三相変調率指令Au**,Av**,Aw**が出力される。
図3は式(3)を説明するための図であり、ゲート生成部15で処理される波形を示している。ここではU相についてのみ説明するが、V相、W相についても同様である。変調率Au*は正弦波であるが、ここでは時間方向に拡大した波形を示しているので、ほぼ直線となっている。変調率Au*が正の値であるとき、変調率Au*は図3のように三角波キャリアCAR1を横切る。
… (4)
(3)式と(4)式を比較して、Au*とAu*+NPcmpAL の符号が同じならば、零相バイアス電圧補償量NPcmpAL による中性点電流の変化量は、次式になる。
−Sign(Au*)×NPcmpAL×Iu …(5)
この(5)式は、零相バイアス電圧補償量がNPcmpALである場合であり、それが100%であるとして正規化すれば、(6)式になる。
これをUVW相について計算し加算すれば、中性点電流変化量InpRef2を求めることができる。
「(3)式の総和(UVW相)」/「(6)式の総和(UVW相)」 … (7)
一方、前述のように“Au*とAu*+NPcmpAL”の符号が同一であれば、という仮定をしている。必ずしもこの仮定は成立しない。より厳密な補償のためには、次のように考える。
Claims (9)
- 3つの電位を有した直流電源に接続され三相負荷を駆動する、3レベルを出力可能な中性点クランプ式(NPC)の三相インバータと、
三相電圧指令を演算する手段と、
前記三相電圧指令および前記三相負荷に流れる負荷電流に応じて、前記三相インバータの中性点電位の変動を抑制するように零相バイアス電圧補償量を演算する中性点電位変動抑制手段と、
当該零相バイアス電圧補償量を前記三相電圧指令に加算して補正する手段と、
を具備し、
前記中性点電位変動抑制手段は、
前記三相電圧指令の絶対値と前記負荷電流とに応じて前記三相インバータの中性点に流れる中性点電流を演算する中性点電流推定手段と、
前記三相電圧指令の符号と前記負荷電流とに応じて所定単位の零相バイアス電圧補償を施すことによって変化する前記中性点電流の変化量を推定する中性点電流変化量推定手段と、
前記中性点電流推定手段により演算される前記中性点電流と前記中性点電流変化量推定手段により推定される前記中性点電流の変化量とに応じて零相バイアス電圧補償量を演算する手段と、
を具備することを特徴とする中性点クランプ式電力変換装置。 - 前記中性点電流変化量推定手段は、三相電圧指令の符号と負荷電流に加え、零相バイアス電圧補償量の符号または加算補正後の三相電圧指令の符号に応じて、中性点に流れる中性点電流の変化量を推定することを特徴とする請求項1記載の中性点クランプ式電力変換装置。
- 3つの電位を有した直流電源に接続され三相負荷を駆動する、3レベルを出力可能な中性点クランプ式(NPC)の三相インバータと、
三相電圧指令を演算する手段と、
前記三相電圧指令および前記三相負荷に流れる負荷電流に応じて、前記三相インバータの中性点電位の変動を抑制するように零相バイアス電圧補償量を演算する中性点電位変動抑制手段と、
当該零相バイアス電圧補償量を前記三相電圧指令に加算して補正する手段と、
を具備し、
前記中性点電位変動抑制手段は、前記三相電圧指令の絶対値および加算補正された三相電圧指令の符号と前記負荷電流とに応じて、零相バイアス電圧補償量を演算する手段を有したことを特徴とする中性点クランプ式電力変換装置。 - 3つの電位を有した直流電源に接続され三相負荷を駆動する、3レベルを出力可能な中性点クランプ式(NPC)の三相インバータと、
三相電圧指令を演算する手段と、
前記三相電圧指令および前記三相負荷に流れる負荷電流に応じて、前記三相インバータの中性点電位の変動を抑制するように零相バイアス電圧補償量を演算する中性点電位変動抑制手段と、
当該零相バイアス電圧補償量を前記三相電圧指令に加算して補正する手段と、
を具備し、
前記中性点電位変動抑制手段は、
前記三相電圧指令の絶対値と前記負荷電流とに応じて前記三相インバータの中性点に流れる中性点電流を演算する中性点電流推定手段と、
前記加算補正された三相電圧指令の符号と前記負荷電流とに応じて所定単位の零相バイアス電圧補償を施すことによって変化する中性点電流の変化量を推定する中性点電流変化量推定手段と、
前記中性点電流推定手段により演算された中性点電流と前記中性点電流変化量推定手段により推定された中性点電流の変化量とに応じて、零相バイアス電圧補償量を演算する手段と、
を具備することを特徴とする中性点クランプ式電力変換装置。 - 前記零相バイアス電圧補償量を演算する中性点電位変動抑制手段は、零相バイアス電圧補償量の上限と下限を制限するリミット手段を具備することを特徴とする請求項1乃至請求項4のうちいずれか1項記載の中性点クランプ式電力変換装置。
- 前記零相バイアス電圧補償量を演算する中性点電位変動抑制手段は、零相バイアス電圧補償量のフィルタを備えることを特徴とする請求項1乃至請求項4のうちいずれか1項記載の中性点クランプ式電力変換装置。
- 前記フィルタの遮断周波数は、インバータ出力周波数の3倍の周波数より高く設定されることを特徴とする請求項6記載の中性点クランプ式電力変換装置。
- 前記フィルタの遮断周波数は、インバータが出力電圧最大となる周波数の3倍の周波数より高く設定されることを特徴とする請求項6記載の中性点クランプ式電力変換装置。
- 前記中性点クランプ式電力変換装置は、交流電気車の主変換装置のインバータに適用されるものであって、当該中性点クランプ式電力変換装置の三相負荷は電動機であって、前記インバータの直流リンク部には、中性点クランプ式のPWMコンバータが接続され、当該PWMコンバータの交流側は、パンタグラフおよび主変圧器を介して単相交流架線に接続されたものであることを特徴とする請求項1乃至請求項8のうちいずれか1項記載の中性点クランプ式電力変換装置。
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