JP5731920B2 - 交流電源装置とその制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、定電圧定周波数を安定して出力する交流電源装置とその制御装置に関する。

直流入力を定電圧定周波数の交流に変換して出力する交流電源装置は、直流電力を交流電力に変換して出力する電力変換装置と、該電力変換装置より発生する高調波を除去するためのＬＣフィルタより構成される。

この交流電源装置における交流電圧の制御装置として、ベクトル制御が広く用いられている。電源電圧のベクトル制御では、負荷に出力する電圧と同期して回転する座標系(以下、回転座標系)を定義し、回転座標系上で電圧と電流を表現する。これにより、交流量であるこれらの電圧と電流を直流量として取り扱うことで、簡単な制御装置においても、高い応答性を得ることが可能となる。

一方で該交流電源装置には、電力変換装置の出力回路に、共振要素となるＬＣフィルタが接続されている。従来の電圧制御では、このＬＣフィルタによる共振を抑制するためのダンピング制御が用いられており、負荷に出力する電圧を正帰還する方式(特許文献１)や、電力変換装置より出力される電流を負帰還する方式(特許文献２)がある。

特開平９−１３１０７１号公報 特開平９−２０５７７４号公報

以下、図１２を用いて従来技術の交流電源装置の構成および動作を説明する。同図の３０１は直流電源、３０２はインバータ装置、３０３は交流フィルタリアクトル、３０４は電流センサ、３０５は交流フィルタコンデンサ、３０６は電圧センサ、３０７は電源出力端子である。同図は直流電源３０１の直流電力をインバータ装置３０２に入力し、インバータ装置３０２で該直流電力を交流電力に変換する。その後、交流フィルタリアクトル３０３と交流フィルタコンデンサ３０５から構成されるＬＣフィルタを介して、電源出力端子３０７に接続している負荷に交流電力を供給する。

ここで、インバータ装置３０２は電力半導体素子により制御するため、該電力半導体素子のスイッチングによりの交流出力電力に高調波リップルが重畳する。そのため、該ＬＣフィルタにより、該交流電力の高調波リップルを除去する。また、電流センサ３０４および電圧センサ３０６により、電力の供給状況を常時監視し、その測定結果からインバータ装置３０２の電力変換制御および装置異常を検知する。

ここで、インバータ装置３０２は、定電圧定周波数の交流電力を負荷に供給すると共に、負荷急変に対する応答性を確保する必要がある。そのため、該インバータ装置３０２を制御する制御装置４０１により負荷電圧を一定にするための指令を出力する。

図１３に従来技術における制御装置４０１の構成図を示す。同図の４０１はインバータ装置３０２の制御装置、４０２はベクトル制御部、４０３はＰＷＭ制御部、４０４は三相二相座標変換部、４０５、４０６、４１０、４１１、４１２は加算部、４０７はＰＩ制御部、４０８は二相三相座標変換部、４０９はダンピング制御部である。

同図では、電圧センサ３０４より検出した負荷電圧ＶＬｕｖとＶＬｖｗを、三相二相座標変換部４０４に入力し、負荷電圧Ｌｕｖ、ＶＬｖｗを直交回転座標系であるＶＬｄ、ＶＬｑに変換する。変換したｄｑ軸の負荷電圧ＶＬｄとＶＬｑは、負荷電圧指令値ＶＬｄｐおよびＶＬｑｐと共に、加算部４０５、４０６に入力され、負荷電圧指令との差分であるΔＶＬｄ、ΔＶＬｑを算出する。

その後、ＰＩ制御部４０７に該負荷電圧の差分ΔＶＬｄ、ΔＶＬｑを入力し、電源の安定出力に必要な第一のインバータ電圧指令値Ｖｉｄｐ１、Ｖｉｑｐ１を演算し、二相三相座標変換部４０８を介してｕｖｗ相のインバータ指令Ｖｉｕｐ、Ｖｉｖｐ、Ｖｉｗｐを生成する。ここで、ＰＩ制御部４０７は、たとえば数式（１）に従い第一のインバータ電圧指令値Ｖｉｄｐ１、Ｖｉｑｐ１を演算する。

ここでΔＶＬｄ、ΔＶＬｑはｄｑ軸の負荷電圧偏差、ＫｐはＰＩ制御部４０７の比例項ゲイン、ＫｉはＰＩ制御部４０７の積分項ゲイン、ｓはラプラス演算子である。一方、制御装置では、ＬＣフィルタに起因する共振現象を抑制するためのダンピング制御を備えている。

ダンピング制御では、電流センサ３０４より検出した三相交流電流を、ベクトル制御部４０２の内部にあるダンピング制御部４０９に入力する。その後、ダンピング制御部４０９の内部で、負荷電圧を安定化させるための電圧指令値を演算する。

ダンピング制御部４０９のゲインをＫｄｍｐとすると、特許文献２では、数式（２）に従いゲインＫｄｍｐを設定することで、ＬＣフィルタの共振を抑制できる。

ここで、ＬａｆはＬＣフィルタのインダクタンス、ＣａｆはＬＣフィルタのキャパシタンス、ＲａｆはＬａｆの抵抗成分である。

該ＰＩ制御部４０７で生成した電圧指令値と、該ダンピング制御部４０９により生成した電圧指令値を、加算部４１０、４１１、４１２に入力し、インバータ電圧指令値Ｖｉｕｐ、Ｖｉｖｐ、Ｖｉｗｐを演算する。そして、ＰＷＭ制御部４０３にて、該インバータ電圧指令値Ｖｉｕｐ、Ｖｉｖｐ、Ｖｉｗｐからパルス指令Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗを演算し、該パルス指令Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗに従いインバータ装置３０２を制御することで、直流電源３０１の直流電力を三相交流電力に変換する。

従来構成のように、ＰＩ制御部４０７とダンピング制御部４０９を組み合わせてインバータ装置の電圧指令を演算する方式では、別々の制御部によりインバータより出力する電圧指令値を演算し、電圧出力の直前で加算することから、電圧指令値が互いに干渉しあい、制御応答のゲインを高くできないという課題がある。

本発明による交流電源装置の制御装置は、直流電源に接続されると共に、交流フィルタを介して１台もしくは複数台の負荷に対して接続され、交流電力を供給するための電圧指令を生成する手段を有する。

また、前記電圧指令を生成する手段は、負荷に供給する交流電圧およびインバータ装置の出力電流を検出する手段を有すると共に、負荷に供給する交流電圧およびインバータ装置の出力電流を、任意に定める基準位相をもとに直交二相の直流電圧および直流電流に変換する手段を有する。

そして、負荷に供給する交流電圧の位相に対して、前記位相と同方向の電圧成分と、前記位相と直交する電圧成分との干渉を考慮して、交流フィルタ定数に基づき電圧制御を行う電圧制御手段を有する。

さらに、インバータ装置より出力する電流を、前記位相と同方向の電流と、前記位相と直交する電流との干渉を考慮して、交流フィルタ定数に基づき電流制御を行う電流制御手段を有し、前記電圧制御手段と前記電流制御手段を直列に接続することを特徴とする。

本発明によれば、交流電圧および交流電圧と直交する成分の電圧の干渉を考慮して電圧制御および電流制御を行うことにより、出力電圧制御の高応答化が実現できる。

図１は、本発明の第一の実施例における制御装置１の構成図である。 図２は、本発明の第一の実施例における電圧制御部１４の構成図である。 図３は、本発明の第一の実施例における電流制御部１８の構成図である。 図４は、従来技術におけるシミュレーション結果の比較例である。 図５は、本発明の第一の実施例におけるシミュレーション結果の一例である。 図６は、本発明の第二の実施例における制御装置１の構成図である。 図７は、本発明の第三の実施例における制御装置１の構成図である。 図８は、本発明の第四の実施例における電圧制御部１４の構成図である。 図９は、本発明の第四の実施例における電流制御部１８の構成図である。 図１０は、本発明の第五の実施例における交流電源装置の構成図である。 図１１は、本発明の第六の実施例における交流電源装置の構成図である。 図１２は、従来技術における交流電源装置の構成図である。 図１３は、従来技術における制御装置４０１の構成図である。

本発明における第一の実施例の制御装置１の構成を、図１を用いて説明する。同図の１は制御装置、２はベクトル制御部、３はＰＷＭ制御部、１１、１５は三相二相座標変換部、１２、１３、１６、１７、２０、２１は加算部、１４は電圧制御部、１８は電流制御部、１９は電圧ベクトル演算部、２２は二相三相座標変換部である。

また、ＶＬｕｖ、ＶＬｖｗはｕｖ間、ｖｗ間の負荷電圧、Ｉｉｕ、Ｉｉｖ、Ｉｉｗはｕｖｗ相のインバータ電流、ＶＬｄｐ、ＶＬｑｐはｄｑ軸の負荷電圧指令値、ＶＬｄ、ＶＬｑはｄｑ軸の負荷電圧、ΔＶＬｄ、ΔＶＬｑはｄｑ軸の負荷電圧偏差、Ｉｉｄｐ、Ｉｉｑｐはｄｑ軸のインバータ電流指令値、Ｉｉｄ、Ｉｉｑはｄｑ軸のインバータ電流、Ｖｉｄｐ１、Ｖｉｑｐ１はｄｑ軸における第一のインバータ電圧指令値、Ｖｉｄｐ２、Ｖｉｑｐ２はｄｑ軸における第二のインバータ電圧指令値、Ｖｉｕｐ、Ｖｉｖｐ、Ｖｉｗｐはｕｖｗ相のインバータ電圧指令値、Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗはｕｖｗ相のパルス指令である。

ｄｑ軸負荷電圧ＶＬｄとＶＬｑおよびＶＬｄｐとＶＬｑｐは、加算部１２および加算部１３で負荷電圧偏差を演算する。その後、電圧制御部１４にて、負荷電流を一定にするために必要となる、インバータ電流指令Ｉｉｄｐ、Ｉｉｑｐを演算する。

そして、ｄｑ軸インバータ電流Ｉｉｄ、ＩｉｑおよびＩｉｄｐ、Ｉｉｑｐは、加算部１６および加算部１７にて、インバータ電流指令の偏差を演算する。その後、電流制御部１８にて、インバータ電流を一定にするために必要となる、第二のインバータ電圧指令Ｖｉｄｐ２およびＶｉｑｐ２を生成する。

また負荷電圧指令値ＶＬｄｐ、ＶＬｑｐと、インバータ電流指令値Ｉｉｄｐ、Ｉｉｑｐを電圧ベクトル演算部１９に入力して、インバータ装置３０２より出力する必要のある、第一のインバータ電圧指令値Ｖｉｄｐ１、Ｖｉｑｐ１を生成する。

加算部２０および加算部２１にて、第一のインバータ電圧指令値Ｖｉｄｐ１、Ｖｉｑｐ１および、第二のインバータ電圧指令値Ｖｉｄｐ２、Ｖｉｑｐ２を演算した後、二相三相座標変換部２２で、ｕｖｗ相インバータ電圧指令値Ｖｉｕｐ、Ｖｉｖｐ、Ｖｉｗｐを演算する。その後、ＰＷＭ制御部３で、インバータ装置３０２の制御指令Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗを演算する。該パルス指令Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗに従いインバータ装置３０２をスイッチング制御することで、入力される直流電力を三相交流電力に変換する。

前述のとおり、交流電源装置は負荷電圧ＶＬｕｖ、ＶＬｖｗを定電圧定周波数で制御するが、該負荷電圧ＶＬｕｖ、ＶＬｖｗを一定とするために必要なインバータ電圧指令値Ｖｉｕｐ、Ｖｉｖｐ、Ｖｉｗｐは、負荷電圧ＶＬｄ、ＶＬｑとインバータ電流Ｉｉｄ、Ｉｉｑ、負荷電流ＩＬｄ、ＩＬｑおよび交流フィルタ回路を構成する交流フィルタリアクトル３０３の定数と交流フィルタコンデンサ３０５の定数より求めることが可能である。

数式（３）に交流フィルタリアクトル３０３に対する電圧方程式を、数式（４）に交流フィルタコンデンサ３０５に対する電圧方程式を示す。

ここで、ＩＬｄ、ＩＬｑは負荷回路に流れる電流、Ｒａｆは交流フィルタリアクトル３０３の抵抗、Ｌａｆは交流フィルタリアクトル３０３のインダクタンス、Ｃａｆは交流フィルタコンデンサ３０５のキャパシタンス、ωｉｎｖは負荷電圧の角周波数、ｓは微分演算子である。

数式（３）において、負荷電圧ＶＬｄ、ＶＬｑの変動を補償するために必要なインバータ電流をΔＩｉｄ、ΔＩｉｑとおくと、インバータ装置３０２より出力すべきインバータ電圧の変化量ΔＶｉｄ、ΔＶｉｑは、数式（５）のように表現できる。

同様に、数式（４）においても、負荷電流ＩＬｄ、ＩＬｑの変動を補償するために必要な負荷電圧をΔＶＬｄ、ΔＶＬｑとおくと、インバータ電流の変化量ΔＩｉｄ、ΔＩｉｑは数式（６）のように表現できる。

これらの数式（３）、数式（４）、数式（５）、数式（６）に従いベクトル制御部２を構成することで、高精度かつ高応答な制御部を構築できる。ここで、図１の電圧ベクトル演算部１９は、負荷電圧指令値ＶＬｄｐ、ＶＬｑｐ、インバータ電流指令値Ｉｉｄｐ、Ｉｉｑｐおよび交流フィルタ定数に基づき、第一の電圧指令値Ｖｉｄｐ１、Ｖｉｑｐ１を出力する。

該電圧ベクトル演算部１９は、インバータ装置より出力すべき電圧を演算する部であり、数式（３）をもとに演算することが可能である。よって、該電圧ベクトル演算部１９が出力すべき第一の電圧指令値Ｖｉｄｐ１、Ｖｉｑｐ１は数式（３）に基づき、数式（７）のように表現できる。

ここで、Ｒａｆは交流フィルタリアクトル３０３の抵抗、Ｌａｆは交流フィルタリアクトル３０３のインダクタンス、ωｉｎｖは負荷電圧の角周波数である。

本実施例における電圧制御部１４の構成を、図２を用いて説明する。同図の１０１はｄ軸比例演算部、１０２はｄ軸積分演算部、１０３はｄ軸干渉演算部、１０４はｑ軸比例演算部、１０５はｑ軸積分演算部、１０６はｑ軸干渉演算部、１０７、１０８、１０９、１１０は加算部である。

ここで、負荷電圧偏差ΔＶＬｄ、ΔＶＬｑを補償するために必要となるインバータ電流は、数式（６）により演算することができることから、該電圧制御部１４は数式（６）に基づき、数式（８）のように構成する。

ここで、ωａｖｒは電圧制御部１４の応答角周波数、ｋｃａｆは積分ゲイン係数、Ｃａｆは交流フィルタコンデンサ３０５のキャパシタンス、ωｉｎｖは負荷電圧の角周波数、ｓは微分演算子である。

本実施例における電流制御部１８の構成を、図３を用いて説明する。同図の２０１はｄ軸比例演算部、２０２はｄ軸積分演算部、２０３はｄ軸干渉演算部、２０４はｑ軸比例演算部、２０５はｑ軸積分演算部、２０６はｑ軸干渉演算部、２０７、２０８、２０９、２１０は加算部である。

ここで、インバータ電流の偏差ΔＩｉｄ、ΔＩｉｑを補償するために必要となるインバータ電圧指令は、数式（５）により演算できることから、該電流制御部１８は数式（５）に基づき、数式（９）のように構成する。

ここで、ωａｃｒは電流制御部１８の応答角周波数、Ｒａｆは交流フィルタリアクトル３０３の抵抗、Ｌａｆは交流フィルタリアクトル３０３のインダクタンス、ωｉｎｖは負荷電圧の角周波数、ｓは微分演算子である。

図４に、従来技術におけるシミュレーション結果の比較例を示す。同図では、ｄ軸およびｑ軸の負荷電圧ＶＬｄ、ＶＬｑ、ｄ軸およびｑ軸のインバータ電流Ｉｉｄ、Ｉｉｑ、三相の負荷電圧ＶＬｕ、ＶＬｖ、ＶＬｗ、三相の負荷電流ＩＬｕ、ＩＬｖ、ＩＬｗを示しており、図１０の交流電源装置に、図１２の制御装置４０１を適用した場合における、電圧および電流のステップ応答を示している。

また、図５に、本実施例におけるシミュレーション結果を示す。同図では、ｄ軸およびｑ軸の負荷電圧ＶＬｄ、ＶＬｑ、ｄ軸およびｑ軸のインバータ電流Ｉｉｄ、Ｉｉｑ、三相の負荷電圧ＶＬｕ、ＶＬｖ、ＶＬｗ、三相の負荷電流ＩＬｕ、ＩＬｖ、ＩＬｗを示しており、図１０の交流電源装置に、図１の制御装置１を適用した場合における、電圧および電流のステップ応答を示している。

図４および図５は、シミュレーションの条件として、交流電源装置の構成と負荷条件、応答角周波数を同一にして動作させた状態を表している。結果として、本実施例の方式により、制御応答の改善が確認できる。

本発明における第二の実施例の構成を、図６を用いて説明する。図１と同一部分には同一符号を付す。図６は図１と比較して、該電圧ベクトル演算部１９にインバータ電流指令値Ｉｉｄｐ、Ｉｉｑｐを入力しない構成となっている。ここで図６の電圧ベクトル演算部１９は、負荷電圧指令値ＶＬｄｐ、ＶＬｑｐと、交流フィルタ定数に基づき、第一の電圧指令値Ｖｉｄｐ１、Ｖｉｑｐ１を出力する。

該電圧ベクトル演算部１９は、（実施例１）と同様に、インバータ装置３０２より出力すべき電圧を演算する部である。本実施例では、負荷電圧指令値ＶＬｄｐおよびＶＬｑｐから、該電圧ベクトル演算部１９が出力すべき第一の電圧指令値Ｖｉｄｐ１、Ｖｉｑｐ１を演算する。

（実施例１）では、該電圧ベクトル演算部１９に入力するインバータ電流指令Ｉｉｄｐ、Ｉｉｑｐを用いて、交流電源装置の出力回路にある交流フィルタリアクトル３０３の電圧降下を演算する。その一方で、本実施例では該電圧ベクトル演算部１９で交流フィルタリアクトル３０３の電圧降下を演算しないため、該電圧降下を電流制御部１８で補償する構成としている。

本発明における第三の実施例の構成を、図７を用いて説明する。図１および図６と同一部分には同一符号を付す。図７は図１より、前記電圧ベクトル演算部１９と加算部２０、加算部２１を取り外した構成となっている。

ここで、（実施例１）と（実施例２）の電圧ベクトル制御部１９は、インバータ装置３０２より出力すべき電圧の指令値を演算する。その一方で、本実施例では、該電圧ベクトル制御部１９での電圧指令演算を行わないため、インバータ出力電圧は、電圧制御部１４と電流制御部１８で演算する構成としている。

本発明における第四の実施例の構成を、図８および図９を用いて説明する。図８は電圧制御部１４の構成を示しており、図２と同一部分には同符号を付している。図９は電流制御部１８の構成を示しており、図３と同一部分には同符号を付している。

以下、本実施例における電圧制御部１４の構成を、図８を用いて説明する。同図の１１１はｄ軸比例補償部、１１２と１１４は加算部、１１３はｑ軸比例補償部である。

ここで、ｄ軸比例補償部１１１とｑ軸比例補償部１１３は、電圧制御部１４の比例項ゲインを補償する部である。（実施例１）、（実施例２）、（実施例３）では、ＬＣフィルタ回路の定数より制御ゲインを定めるが、制御信号の追従性が悪い場合、比例項ゲインの調整により改善することが一般に知られている。

そこで、電圧制御部１４は数式（１０）に示すように、比例項を補償する構成とする。

ここで、ｋｐａｖｒは電圧制御部の比例補償部、ωａｖｒは電圧制御部の応答角周波数、ｋｃａｆは積分ゲイン係数、Ｃａｆは交流フィルタコンデンサのキャパシタンス、ωｉｎｖは負荷電圧の角周波数、ｓは微分演算子である。

本実施例における電流制御部１８の構成を、図９を用いて説明する。同図の２１１はｄ軸比例補償部、２１２と２１４は加算部、２１３はｑ軸比例補償部である。

ここでｄ軸比例補償部２１１とｑ軸比例補償部２１３は、電圧制御部１８の比例項ゲインを補償する部である。（実施例１）、（実施例２）、（実施例３）では、ＬＣフィルタ回路の定数より制御ゲインを定めるが、制御信号の追従性が悪い場合、比例項ゲインの調整により改善することが一般に知られている。そこで、電流制御部１８は数式（１１）に示すように、比例項を補償する構成とする。

電流制御部１８は数式（１１）のように構成する。

ここで、ｋｐａｃｒは電流制御部１８の比例補償部、ωａｃｒは電流制御部１８の応答角周波数、Ｒａｆは交流フィルタリアクトル３０３の抵抗、Ｌａｆは交流フィルタリアクトル３０３のインダクタンス、ωｉｎｖは負荷電圧の角周波数、ｓは微分演算子である。

電圧制御部１４および電流制御部１８の補償項を調整することにより、制御信号の追従性を改善することができる。なお、本実施例では、比例項に補償ゲインを置いたが、制御信号の安定性が悪い場合は、積分項に補償ゲインを置き、ゲイン調整をすることで、改善が可能となる。

本発明における第五の実施例の交流電源装置を、図１０を用いて説明する。図１２および図１と同一部分には同一符号を付している。なお、図１０では制御装置１の構成を第一の実施例と同一にしているが、他の実施例の構成でも同様の動作が実現できる。

本実施例における制御装置１のベクトル制御部２では、電圧センサ３０６より検出した負荷電圧ＶＬｕｖとＶＬｗｖを、三相二相座標変換部１１でｄｑ軸からなる直交回転座標系の負荷電圧ＶＬｄ、ＶＬｑに変換し、加算部１２および１３にて負荷電圧指令値ＶＬｄｐ、ＶＬｑｐとの差分である負荷電圧偏差ΔＶＬｄ、ΔＶＬｑを算出する。

その後、電圧制御部１４に該負荷電圧偏差ΔＶＬｄ、ΔＶＬｑを入力し、インバータ電流指令値ＩｉｄｐとＩｉｑｐを数式（８）に従い演算する。

また、電流センサ３０５より検出したインバータ電流Ｉｉｕ、Ｉｉｖ、Ｉｉｗを、三相二相座標変換部１５で回転座標系のインバータ電流Ｉｉｄ、Ｉｉｑに変換し、加算部１６および１７にてＩｉｄｐ、Ｉｉｑｐとの差分であるインバータ電流偏差ΔＩｉｄ、ΔＩｉｑを演算する。

その後、該インバータ電流偏差ΔＩｉｄ、ΔＩｉｑを電流制御部１８に入力し、インバータ電圧補正量ΔＶｉｄｐ、ΔＶｉｑｐを数式（９）に従い演算する。電圧ベクトル演算部１９は、負荷電圧指令値ＶＬｄｐ、ＶＬｑｐ、インバータ電流指令値Ｉｉｄｐ、Ｉｉｑｐおよび交流フィルタ定数に基づき、第一の電圧指令値Ｖｉｄｐ１、Ｖｉｑｐ１を数式（７）に従い演算する。

加算部２０および２１にて、前記電圧ベクトル演算部より出力する第一のインバータ電圧指令値Ｖｉｄｐ１、Ｖｉｑｐ１と、第二のインバータ電圧指令値Ｖｉｄｐ２、Ｖｉｑｐ２を加算部２０、２１を介して、二相三相座標変換部２２にて、三相電圧指令値Ｖｉｕｐ、Ｖｉｖｐ、Ｖｉｗｐを演算する。

ＰＷＭ制御部３にて、該インバータ電圧指令値Ｖｉｕｐ、Ｖｉｖｐ、Ｖｉｗｐからパルス指令Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗを演算し、該パルス指令Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗに従いインバータ装置３０２をスイッチング制御することで、入力される直流電力を三相交流電力に変換する。上記構成とすることで、該パルス指令Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗによりインバータ装置３０２は電源出力端子３０７の出力電圧ＶＬｕｖ、ＶＬｖｗを定電圧定周波数で制御する。

本発明における第六の実施例の交流電源装置を、図１１を用いて説明する。同図は、図１０に入力電源回路と出力負荷回路を絶縁するトランス３０８を追加した構成となっている。

本回路構成では、負荷に出力する電流を検出していないため、トランス３０８による電圧降下を演算できない特徴を有するが、一般にトランス３０８による電圧降下が小さいこと、電圧偏差は電圧制御部１４および電流制御部１８により補償されることから、第三の実施例同様に電源出力端子３０７の出力電圧ＶＬｕｖ、ＶＬｖｗを定電圧定周波数で制御することが可能である。

１ 制御装置
２ ベクトル制御部
３ ＰＷＭ制御部
１１ 三相二相座標変換部
１２ 加算部
１３ 加算部
１４ 電圧制御部
１５ 三相二相座標変換部
１６ 加算部
１７ 加算部
１８ 電流制御部
１９ 電圧ベクトル演算部
２０ 加算部
２１ 加算部
２２ 二相三相座標変換部
１０１ ｄ軸比例演算部
１０２ ｄ軸積分演算部
１０３ ｄ軸干渉演算部
１０４ ｑ軸比例演算部
１０５ ｑ軸積分演算部
１０６ ｑ軸干渉演算部
１０７ 加算部
１０８ 加算部
１０９ 加算部
１１０ 加算部
１１１ ｄ軸比例補償部
１１２ 加算部
１１３ ｑ軸比例補償部
１１４ 加算部
２０１ ｄ軸比例演算部
２０２ ｄ軸積分演算部
２０３ ｄ軸干渉演算部
２０４ ｑ軸比例演算部
２０５ ｑ軸積分演算部
２０６ ｑ軸干渉演算部
２０７ 加算部
２０８ 加算部
２０９ 加算部
２１０ 加算部
２１１ ｄ軸比例補償部
２１２ 加算部
２１３ ｑ軸比例補償部
２１４ 加算部
３０１ 直流電源
３０２ インバータ装置
３０３ 交流フィルタリアクトル
３０４ 電流センサ
３０５ 交流フィルタコンデンサ
３０６ 電圧センサ
３０７ 電源出力端子
３０８ トランス
４０１ 制御装置
４０２ ベクトル制御部
４０３ ＰＷＭ制御部
４０４ 三相二相座標変換部
４０５ 加算部
４０６ 加算部
４０７ ＰＩ制御部
４０８ 二相三相座標変換部
４０９ ダンピング制御部
４１０ 加算部
４１１ 加算部
４１２ 加算部
ＶＬｕｖ ｕｖ間負荷電圧
ＶＬｖｗ ｖｗ間負荷電圧
ＶＬｄｐ ｄ軸負荷電圧指令値
ＶＬｑｐ ｑ軸負荷電圧指令値
ＶＬｄ ｄ軸負荷電圧
ＶＬｑ ｑ軸負荷電圧
ΔＶＬｄ ｄ軸負荷電圧偏差
ΔＶＬｑ ｑ軸負荷電圧偏差
Ｖｉｄｐ１ 第一のｄ軸インバータ電圧指令値
Ｖｉｑｐ１ 第一のｄ軸インバータ電圧指令値
Ｖｉｄｐ２ 第二のｑ軸インバータ電圧指令値
Ｖｉｑｐ２ 第二のｑ軸インバータ電圧指令値
Ｖｉｕｐ ｕ相インバータ電圧指令値
Ｖｉｖｐ ｖ相インバータ電圧指令値
Ｖｉｗｐ ｗ相インバータ電圧指令値
ΔＶｉｄｐ ｄ軸インバータ電圧指令補正量
ΔＶｉｑｐ ｑ軸インバータ電圧指令補正量
ＩＬｄ ｄ軸負荷電流
ＩＬｑ ｑ軸負荷電流
Ｉｉｕ ｕ相インバータ電流
Ｉｉｖ ｖ相インバータ電流
Ｉｉｗ ｗ相インバータ電流
Ｉｉｄｐ ｄ軸インバータ電流指令値
Ｉｉｑｐ ｑ軸インバータ電流指令値
Ｉｉｄ ｄ軸インバータ電流
Ｉｉｑ ｑ軸インバータ電流
ΔＩｉｄ ｄ軸インバータ電流偏差
ΔＩｉｑ ｑ軸インバータ電流偏差
ωｉｎｖ 負荷電圧角周波数
Ｓｕ ｕ相パルス指令
Ｓｖ ｖ相パルス指令
Ｓｗ ｗ相パルス指令
Ｋｐ ＰＩ制御Ｐ項ゲイン
Ｋｉ ＰＩ制御Ｉ項ゲイン
Ｋｄｍｐ ダンピング制御ゲイン
Ｒａｆ 交流フィルタリアクトル抵抗値
Ｌａｆ 交流フィルタリアクトルインダクタンス
Ｃａｆ 交流フィルタコンデンサキャパシタンス
ωａｖｒ 電圧制御部応答角周波数
ωａｃｒ 電流制御部応答角周波数
Ｔａｖｒ 電圧制御部応答時定数
Ｔａｃｒ 電流制御部応答時定数
ｋｃａｆ 電圧制御部積分ゲイン係数
ｋｐａｖｒ 電圧制御部比例補償部
ｋｐａｃｒ 電流制御部比例補償部
ｓ 微分演算子
Ｒ シミュレーション負荷抵抗成分
Ｌ シミュレーション負荷インダクタンス成分

Claims (5)

1. インバータを介して直流電源からの直流電力を交流電力に電力変換し、該インバータの交流側に接続されたリアクトルとコンデンサから構成される交流フィルタ回路を介して、少なくとも１台以上の負荷に対して定電圧定周波数の前記交流電力を出力する交流電源装置の制御装置において、
   前記制御装置は、二相の直交回転座標系で表す電圧および電流を用いる電圧制御部および電流制御部と、スイッチング制御部と、を備え、
   前記電圧制御部は、負荷電圧指令から負荷電圧を減算した負荷電圧偏差に基づいて、二相それぞれの前記負荷電圧偏差を比例演算および積分演算をした各信号の加算信号に対して、他相の前記負荷電圧偏差を積分演算した信号から演算された相間の干渉に関する信号を加算して、負荷電流を一定にするためのインバータ電流指令を生成し、
   前記電流制御部は、前記インバータ電流指令から負荷電流を減算したインバータ電流偏差に基づいて、二相それぞれの前記インバータ電流偏差を比例演算および積分演算をした各信号の加算信号に対して、他相の前記インバータ電流偏差を積分演算した信号から演算された相間の干渉に関する信号を加算して、インバータ電流を一定にするためのインバータ電圧指令を生成し、
   前記スイッチング制御部は、前記インバータ電圧指令に基づいて前記インバータをスイッチング制御する
   ことを特徴とする交流電源装置の制御装置。
2. 請求項１に記載の交流電源装置の制御装置において、
   前記インバータ電圧指令を第二のインバータ電圧指令として扱い、
   前記制御装置は、さらに電圧ベクトル演算部を備え、
   前記電圧ベクトル演算部は、前記負荷電圧指令および前記インバータ電流指令に基づき前記インバータが出力すべき電圧のための第一のインバータ電圧指令を生成し、
   前記スイッチング制御部は、前記第一のインバータ電圧指令および前記第二のインバータ電圧指令との加算信号に基づいて前記インバータをスイッチング制御する
   ことを特徴とする交流電源装置の制御装置。
3. 請求項１に記載の交流電源装置の制御装置において、
   前記インバータ電圧指令を第二のインバータ電圧指令として扱い、
   前記制御装置は、さらに電圧ベクトル演算部を備え、
   前記電圧ベクトル演算部は、前記負荷電圧指令および前記交流フィルタ回路の交流フィルタ定数に基づき前記インバータが出力すべき電圧のための第一のインバータ電圧指令を生成し、
   前記スイッチング制御部は、前記第一のインバータ電圧指令および前記第二のインバータ電圧指令との加算信号に基づいて前記インバータをスイッチング制御する
   ことを特徴とする交流電源装置の制御装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の交流電源装置の制御装置において、
   前記電圧制御部は、二相それぞれの前記負荷電圧偏差を比例演算および積分演算をした各信号の加算信号に更に前記交流フィルタ回路の交流フィルタ定数より定める制御ゲインを調整するための演算信号を加算し、該加算した信号に対して、他相の前記負荷電圧偏差を積分演算した信号から演算された相間の干渉に関する信号を加算して、前記インバータ電流指令を生成し、
   前記電流制御部は、二相それぞれの前記インバータ電流偏差を比例演算および積分演算をした各信号の加算信号に更に前記交流フィルタ回路の交流フィルタ定数より定める制御ゲインを調整するための演算信号を加算し、該加算した信号に対して、他相の前記インバータ電流偏差を積分演算した信号から演算された相間の干渉に関する信号を加算して、前記インバータ電圧指令を生成する
   ことを特徴とする交流電源装置の制御装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の交流電源装置の制御装置において、
   前記交流電源装置は、前記交流フィルタ回路の出力側と前記負荷との間にトランスを具備する
   ことを特徴とする交流電源装置の制御装置。

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