JP5787053B2 - Control device for three-phase V-connection converter - Google Patents

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この発明は、PWM(パルス幅変調)コンバータの制御装置、特に主回路構成がV結線で3レベルのPWMコンバータとPWMインバータとを組み合わせたシステムにおいて、直流電圧のアンバランスを抑制し、如何なる場合にも安定な制御を可能とするPWMコンバータの制御装置に関する。   The present invention controls a PWM (pulse width modulation) converter, particularly a system in which a main circuit configuration is a V-connection and a three-level PWM converter and a PWM inverter, and suppresses DC voltage imbalance in any case. The present invention also relates to a PWM converter control device that enables stable control.

負荷に任意の振幅・周波数の交流電圧を供給するシステムとして、PWMコンバータ・インバータシステムがある。この方式では、系統からの交流電圧をPWMコンバータで直流電圧に変換し、その直流電圧をPWMインバータで所望の交流電圧に変換するもので、このようなシステムはモータ駆動用インバータや無停電電源(UPS)など、幅広い分野で用いられている。   There is a PWM converter / inverter system as a system for supplying an alternating voltage having an arbitrary amplitude and frequency to a load. In this system, an AC voltage from the system is converted into a DC voltage by a PWM converter, and the DC voltage is converted into a desired AC voltage by a PWM inverter. Such a system is an inverter for driving a motor or an uninterruptible power supply ( It is used in a wide range of fields such as UPS).

近年、高周波や損失の低減という観点から、PWMコンバータ・インバータの主回路を3レベル化することが一般的になっている。
図10に、3相フルブリッジの3レベルインバータの一般的な例を示す。
図示のように、1相当り4つの半導体スイッチS1〜S4が設けられ、その直流部には直流コンデンサが直列に接続されて2分割されている。
In recent years, it has become common to make the main circuit of a PWM converter / inverter into three levels from the viewpoint of reducing high frequency and loss.
FIG. 10 shows a general example of a three-phase full-bridge three-level inverter.
As shown in the figure, four semiconductor switches S1 to S4 corresponding to one are provided, and a direct current capacitor is connected in series to the direct current portion and divided into two.

図10において、S1とS2をオンさせると正の電圧+ED1(直流中点基準)を出力、S2とS3をオンさせると0電圧を出力、S3とS4をオンさせると負の電圧−ED2を出力する。このように、3つの状態を組み合わせることで、任意の電圧出力を可能にしている。また、3レベル化すると出力電圧の高調波が少なくなる、スイッチング損失が少なくなる、高圧・大容量化が容易になるなどのメリットがある。   In FIG. 10, when S1 and S2 are turned on, positive voltage + ED1 (DC midpoint reference) is output, when S2 and S3 are turned on, 0 voltage is output, and when S3 and S4 are turned on, negative voltage -ED2 is output. To do. Thus, arbitrary voltage output is enabled by combining the three states. Further, there are merits such that the three levels make it possible to reduce the harmonics of the output voltage, to reduce switching loss, and to facilitate high voltage and large capacity.

3レベル変換器の課題の1つに、2分割された直流コンデンサの電圧分担アンバランス(単に直流電圧アンバランス,直流アンバランスともいう)の抑制が挙げられる。すなわち、本来ならばED1とED2は等しい値になるべきであるにも関わらず、S2とS3をオンさせて0電圧を出力するとき、直流コンデンサの中点に電流が流れる。これは、直流中点の電位が変化することであり、ED1とED2にアンバランスが発生することを示している。このような直流電圧アンバランスは負荷の種類によって顕著となり、インバータが指令通りの電圧を出力できなくなるだけでなく、主回路素子に耐圧を超える電圧が印加されて、最悪の場合装置が破壊すると言う問題が生じる。このように、3レベル変換器では直流電圧アンバランスを抑制する何らかの対策が必須となる。   One of the problems of the three-level converter is suppression of voltage sharing imbalance (also simply referred to as DC voltage imbalance or DC imbalance) of the DC capacitor divided into two. That is, when ED1 and ED2 should be equal to each other, when S2 and S3 are turned on and 0 voltage is output, a current flows through the midpoint of the DC capacitor. This means that the potential at the DC midpoint changes, and imbalance occurs in ED1 and ED2. Such DC voltage imbalance becomes prominent depending on the type of load. Not only does the inverter not be able to output the voltage as commanded, but the voltage exceeding the withstand voltage is applied to the main circuit element, and the device is destroyed in the worst case. Problems arise. As described above, in the three-level converter, some measure for suppressing the DC voltage imbalance is essential.

そこで、例えば特許文献1に開示の図11のようにする方法(第1の方法)がある。
ここでは、インバータの出力相電圧指令に対して出力の6倍周波数の正弦波を加算し、これを真の出力相電圧指令としてPWM比較を行ない、電圧を発生させる。これは、0電圧を出力する時間を変える操作であり、これにより直流中点に流れる電流を変えて直流電圧アンバランスを抑制する。6倍周波数の正弦波の振幅はED1とED2の偏差をPI調節器12に入力して演算しているので、ED1とED2が等しくなるような正弦波の振幅が得られ、直流電圧アンバランスを抑制することができる。なお、出力相電圧指令に正弦波を加算しているが、正弦波の周波数は出力周波数の6倍であるため、この操作でインバータの出力線間電圧が変化することはなく、負荷への影響も無い。
Thus, for example, there is a method (first method) as shown in FIG.
Here, a sine wave having a frequency 6 times the output is added to the output phase voltage command of the inverter, and this is used as a true output phase voltage command to perform PWM comparison to generate a voltage. This is an operation of changing the time for outputting the zero voltage, and thereby the current flowing through the DC midpoint is changed to suppress the DC voltage imbalance. Since the amplitude of the sine wave of 6 times frequency is calculated by inputting the deviation between ED1 and ED2 to the PI controller 12, the amplitude of the sine wave can be obtained so that ED1 and ED2 are equal, and the DC voltage imbalance can be obtained. Can be suppressed. Although a sine wave is added to the output phase voltage command, the frequency of the sine wave is 6 times the output frequency, so this operation does not change the output line voltage of the inverter, and it affects the load. There is no.

図12は、特許文献2に開示の方法(第2の方法)を説明する説明図である。
ここでは、直列接続された直流コンデンサのそれぞれの電圧Vd1,Vd2から、両者が一致するような補正量Δeを演算し、コンバータ各相の電圧指令に加算することで、直流電圧アンバランスを抑制するものである。図11とほぼ同様の原理で直流電圧アンバランスを抑制するものであり、インバータ制御により実現するか、コンバータ制御により実現するかの違いと言うことができる。
図13は、特許文献3に開示の方法(第3の方法)を説明する説明図である。
これは、主回路に半導体スイッチング素子DB1,DB2およびリアクトルL1を追加し、半導体スイッチング素子DB1,DB2のオン・オフを制御することにより、直流電圧のアンバランスを抑制するものである。
FIG. 12 is an explanatory diagram for explaining the method (second method) disclosed in Patent Document 2. FIG.
Here, the correction amount Δe is calculated from the respective voltages Vd1 and Vd2 of the DC capacitors connected in series, and is added to the voltage command of each phase of the converter, thereby suppressing the DC voltage imbalance. Is. The DC voltage imbalance is suppressed by a principle similar to that shown in FIG. 11, and it can be said that it is realized by inverter control or converter control.
FIG. 13 is an explanatory diagram for explaining the method (third method) disclosed in Patent Document 3. FIG.
This is to suppress DC voltage imbalance by adding semiconductor switching elements DB1, DB2 and a reactor L1 to the main circuit and controlling on / off of the semiconductor switching elements DB1, DB2.

特開平07−079574号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-079574 特開平06−233537号公報Japanese Patent Laid-Open No. 06-233537 特開2002−199738号公報JP 2002-199738 A

ところで、変換器の主回路構成をV結線にすると、3相フルブリッジ構成に比べて半導体スイッチング素子数が2/3で済み、そのコストやスイッチング損失の低減という利点を持つことが知られている。従って、主回路構成をV結線で3レベル方式とすることが考えられるが、この場合も直流電圧のアンバランスを抑制する何らかの対策が必要である。
ここで、上述の第1の方法は、直流電圧アンバランスを抑制するために外部回路を付加するもので、主回路構成がV結線であっても適用可能である。しかし、追加する外部回路の大きさや損失、さらにはコストが無視できず、システムの高効率化や低コスト化を妨げるという問題がある。
By the way, it is known that when the main circuit configuration of the converter is V-connected, the number of semiconductor switching elements is 2/3 as compared with the three-phase full-bridge configuration, and the cost and switching loss are reduced. . Therefore, it is conceivable that the main circuit configuration is a three-level system with V-connection, but in this case as well, some measure to suppress the DC voltage imbalance is necessary.
Here, the first method described above is to add an external circuit in order to suppress DC voltage imbalance, and can be applied even if the main circuit configuration is a V connection. However, the size, loss, and cost of the external circuit to be added cannot be ignored, and there is a problem that hinders high efficiency and low cost of the system.

また、上述の第2の方法は、インバータ各相電圧指令に同一の補償量を加算することにより、インバータの出力線間電圧は変化させることなく、直流電圧アンバランスの抑制が可能である。しかし、主回路構成がV結線の場合、制御可能なのは2相だけであり、この方法を適用するとインバータの出力線間電圧を変化させることになり、負荷へ所望の電圧を供給できず悪影響を及ぼすことから、適用することができない。   The second method described above can suppress the DC voltage imbalance without changing the output line voltage of the inverter by adding the same compensation amount to the inverter phase voltage command. However, when the main circuit configuration is V-connection, only two phases can be controlled. If this method is applied, the voltage between the output lines of the inverter is changed, and a desired voltage cannot be supplied to the load, which is adversely affected. Therefore, it cannot be applied.

以上の観点から、上述の第3の方法のように、コンバータ制御により直流電圧アンバランスを抑制することが望ましい。しかしながら、この方法を3相V結線変換器に適用しようとすると、3相V結線変換器の1相が直流中点に直結されるという特殊な回路構成になっていて、直流中点の電位が変換器の出力周波数で脈動する特性を有することから、コンバータ制御により直流電圧アンバランスを抑制する技術を開示した従来例は見当たらないのが現状である。   From the above viewpoint, it is desirable to suppress DC voltage imbalance by converter control as in the third method described above. However, if this method is applied to a three-phase V-connection converter, the circuit has a special circuit configuration in which one phase of the three-phase V-connection converter is directly connected to the DC midpoint, and the potential at the DC midpoint is Since there is a characteristic that pulsates at the output frequency of the converter, there is no conventional example that discloses a technique for suppressing DC voltage imbalance by converter control.

したがって、この発明の課題は、主回路構成が3相V結線の3レベルコンバータ・インバータ装置において、直流電圧アンバランスを抑制するための制御装置を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a control device for suppressing DC voltage imbalance in a three-level converter / inverter device having a three-phase V-connection main circuit configuration.

このような課題を解決するため、請求項1の発明では、2相分の半導体スイッチング素子をオン/オフ制御することにより、3相交流電圧を任意の大きさの直流電圧に変換する3相V結線式3レベルコンバータの入力電圧を検出するとともに、入力電流振幅指令を演算し、この入力電流振幅指令と前記入力電圧とから入力電流指令を演算し、この入力電流指令に入力電流を一致させるような電圧指令を求めて制御を行なう3相V結線式3レベルコンバータの制御装置において、

前記3相V結線式3レベルコンバータの出力の直流正電位点と直流中点間の電圧および直流負電位点と直流中点間の電圧をそれぞれ検出し、その両検出値の偏差からこの偏差に含まれるリプル分を除去して前記偏差の直流量を抽出する抽出手段と、その抽出量から前記電圧指令に対する補正量を演算する演算手段とを設け、この補正量を前記相電圧指令に加算して制御を行なうことを特徴とする。
In order to solve such a problem, the invention according to claim 1 converts the three-phase AC voltage into a DC voltage having an arbitrary magnitude by controlling on / off of the semiconductor switching elements for two phases. The input voltage of the connection type three level converter is detected, the input current amplitude command is calculated, the input current command is calculated from the input current amplitude command and the input voltage, and the input current is matched with the input current command. In a control device for a three-phase V-connection type three-level converter that performs control in response to obtaining a voltage command,

The voltage between the DC positive potential point and the DC midpoint and the voltage between the DC negative potential point and the DC midpoint of the output of the three-phase V-connection type three-level converter are detected, and the deviation between the detected values is changed to this deviation. An extraction means for removing the included ripple and extracting the DC amount of the deviation and an arithmetic means for calculating a correction amount for the phase voltage command from the extracted amount are provided, and the correction amount is added to the phase voltage command. Then, control is performed.


請求項2の発明では、2相分の半導体スイッチング素子をオン/オフ制御することにより、3相交流電圧を任意の大きさの直流電圧に変換する3相V結線式3レベルコンバータの入力電圧を検出するとともに、入力電流振幅指令を演算し、この入力電流振幅指令と前記入力電圧とから入力電流指令を演算し、この入力電流指令に入力電流を一致させるような電圧指令を求めて制御を行なう3相V結線式3レベルコンバータの制御装置において、
前記3相V結線式3レベルコンバータの出力の直流正電位点と直流中点間の電圧および直流負電位点と直流中点間の電圧をそれぞれ検出し、その両検出値の偏差からこの偏差に含まれるリプル分を除去して前記偏差の直流量を抽出する抽出手段と、その抽出量から前記相入力電流指令に対する補正量を演算する演算手段とを設け、この補正量を前記相入力電流指令に加算して制御を行なうことを特徴とする。

According to the second aspect of the present invention, the input voltage of the three-phase V-connection type three-level converter that converts the three-phase AC voltage into a DC voltage of an arbitrary magnitude by controlling on / off of the semiconductor switching elements for two phases. In addition to detection, an input current amplitude command is calculated, an input current command is calculated from the input current amplitude command and the input voltage, and control is performed by obtaining a voltage command that matches the input current with the input current command. In a control device for a three-phase V-connection type three-level converter,
The voltage between the DC positive potential point and the DC midpoint and the voltage between the DC negative potential point and the DC midpoint of the output of the three-phase V-connection type three-level converter are detected, and the deviation between the detected values is changed to this deviation. Extraction means for removing the included ripple and extracting the DC amount of the deviation, and calculation means for calculating a correction amount for the phase input current command from the extracted amount are provided, and the correction amount is used as the phase input current command. Control is performed by adding to the above.

上記請求項1または2の発明においては、前記抽出手段として移動平均処理が可能な機器を用い、前記3相V結線式3レベルコンバータの出力の移動平均処理した直流正電位点と直流中点間の電圧および直流負電位点と直流中点間の電圧の偏差を、この偏差に含まれるリプル分を除去して前記偏差の直流量として出力することができ(請求項3の発明)、または
前記抽出手段としてローパスフィルタを用い、このローパスフィルタを介して得た前記3相V結線式3レベルコンバータの出力の直流正電位点と直流中点間の電圧および直流負電位点と直流中点間の電圧の偏差を、この偏差に含まれるリプル分を除去して前記偏差の直流量として出力することができる(請求項4の発明)。
In the first or second aspect of the present invention, a device capable of moving average processing is used as the extraction means, and the output of the three-phase V-connection type three-level converter is subjected to moving average processing between a DC positive potential point and a DC midpoint. And the voltage deviation between the DC negative potential point and the DC middle point can be output as a DC amount of the deviation by removing the ripple included in the deviation (invention of claim 3), or A low-pass filter is used as the extracting means, and the voltage between the DC positive potential point and the DC midpoint of the output of the three-phase V-connection type three-level converter obtained through this low-pass filter, and between the DC negative potential point and the DC midpoint. The voltage deviation can be output as a DC amount of the deviation by removing the ripple included in the deviation (invention of claim 4).


また、請求項5の発明では、2相分の半導体スイッチング素子をオン/オフ制御することにより、3相交流電圧を任意の大きさの直流電圧に変換する3相V結線式3レベルコンバータの入力電圧を検出するとともに、入力電流振幅指令を演算し、この入力電流振幅指令と前記入力電圧とから入力電流指令を演算し、この入力電流指令に入力電流を一致させるような電圧指令を求めて制御を行なう3相V結線式3レベルコンバータの制御装置において、 前記3相V結線式3レベルコンバータの出力の直流正電位点と直流中点間の電圧および直流負電位点と直流中点間の電圧の偏差からこの偏差に含まれるリプル分を除去して前記偏差の直流量を抽出し、この抽出した直流量に基づいて前記入力電流振幅指令を補正する入力電流振幅指令補正手段を設けたことを特徴とする。
この請求項5の発明においては、前記入力電流振幅指令補正手段は、前記コンバータの直流正電位点と直流中点間の電圧および直流負電位点と直流中点間の電圧の偏差からこの偏差に含まれるリプル分を除去して前記偏差の直流量を抽出し、この抽出した直流量に基づいて入力電流の振幅補正基本量を演算する振幅補正基本量演算手段と、入力電圧の極性を判別する極性判別手段とを備え、入力電圧の極性に応じて入力電流の振幅補正を行なうことができる(請求項6の発明)。

According to the invention of claim 5, the input of a three-phase V-connection type three-level converter that converts a three-phase AC voltage into a DC voltage of an arbitrary magnitude by controlling on / off of the semiconductor switching elements for two phases. Detects the voltage, calculates the input current amplitude command, calculates the input current command from the input current amplitude command and the input voltage, and obtains and controls the voltage command that matches the input current with the input current command. In the control device for a three-phase V-connection type three-level converter, the voltage between the DC positive potential point and the DC midpoint and the voltage between the DC negative potential point and the DC midpoint of the output of the three-phase V-connection type three-level converter input current amplitude command correction means of deviation ripple component contained in the deviation is removed from the extracted DC amount of the deviation, it corrects the input current amplitude command based on the DC amount and the extracted Characterized by providing.
In the fifth aspect of the invention, the input current amplitude command correcting means converts the deviation between the voltage between the DC positive potential point and the DC midpoint of the converter and the voltage between the DC negative potential point and the DC midpoint. An amplitude correction basic amount calculating means for calculating the input current amplitude correction basic amount based on the extracted DC amount, and the polarity of the input voltage are discriminated by removing the included ripple and extracting the deviation DC amount. And a polarity discriminating means for correcting the amplitude of the input current in accordance with the polarity of the input voltage (invention of claim 6).

この発明によれば、主回路構成が3相V結線の3レベルコンバータ・インバータ装置において、特に外部回路を付加することなく直流電圧アンバランスの抑制が可能となり、低コストで信頼性の高い制御装置を提供することができる。   According to the present invention, in a three-level converter / inverter device having a three-phase V-connection main circuit configuration, it is possible to suppress DC voltage imbalance without adding an external circuit in particular, and a low-cost and highly reliable control device Can be provided.

3相V結線の3レベルPWMコンバータ・インバータ装置を示す構成図。The block diagram which shows the 3 level PWM converter * inverter apparatus of 3 phase V connection. 図1のコンバータ制御装置の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the converter control apparatus of FIG. 図1の入力電流制御手段の具体例を示す構成図。The block diagram which shows the specific example of the input current control means of FIG. 図1の補正量演算手段の具体例を示す構成図。The block diagram which shows the specific example of the correction amount calculating means of FIG. 図1のコンバータ制御装置の別の例を示すブロック図。The block diagram which shows another example of the converter control apparatus of FIG. この発明の動作を説明するための説明図。Explanatory drawing for demonstrating operation | movement of this invention. 図1のコンバータ制御装置のさらに別の例を示すブロック。The block which shows another example of the converter control apparatus of FIG. 図7入力電流振幅指令補正手段の具体例を示す構成図。7 is a block diagram showing a specific example of the input current amplitude command correction means. 図8の振幅補正値演算手段の具体例を示す構成図。The block diagram which shows the specific example of the amplitude correction value calculating means of FIG. 3相フルブリッジの3レベルインバータの一般的な例を示す回路図。The circuit diagram which shows the general example of the three-level inverter of a three-phase full bridge. 第1の従来例を示す構成図。The block diagram which shows a 1st prior art example. 第2の従来例を示す構成図。The block diagram which shows a 2nd prior art example. 第3の従来例を示す構成図。The block diagram which shows a 3rd prior art example.

図1はこの発明が適用される3相V結線の3レベルPWMコンバータ・インバータ装置を示す構成図である。SIは入力系統、CNはコンバータ、INはインバータである。
図1に示すように、3相V結線の3レベル変換器CN,INは、3相のうちの2相分にだけ半導体スイッチング素子を有し、残りの1相はコンデンサの中点と直結される構造になっている。また、半導体スイッチング素子として、逆阻止IGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)を用いた例である。
FIG. 1 is a block diagram showing a three-level V-connected three-level PWM converter / inverter device to which the present invention is applied. SI is an input system, CN is a converter, and IN is an inverter.
As shown in FIG. 1, the three-phase V-connected three-level converters CN and IN have semiconductor switching elements for only two of the three phases, and the remaining one phase is directly connected to the middle point of the capacitor. It has a structure. In addition, this is an example in which a reverse blocking IGBT (insulated gate bipolar transistor) is used as the semiconductor switching element.

図2に、図1におけるコンバータ制御装置の例を示す。
まず、入力電流振幅指令値演算手段1は、直流電圧の指令値と検出値との偏差から、図1に示すコンバータCNの入力電流振幅指令値を演算する。入力電流振幅指令値演算手段1は通常、P(比例)制御やPI(比例・積分)制御で構成される。次に、別途検出した入力線間電圧を、線間電圧−相電圧変換手段2により相電圧へ変換する。入力電流振幅指令値演算手段1で得た入力電流振幅指令値に、線間電圧−相電圧変換手段2により得た入力相電圧を乗じて、入力電流指令の瞬時値とする。
FIG. 2 shows an example of the converter control device in FIG.
First, the input current amplitude command value calculating means 1 calculates the input current amplitude command value of the converter CN shown in FIG. 1 from the deviation between the DC voltage command value and the detected value. The input current amplitude command value calculation means 1 is generally configured by P (proportional) control and PI (proportional / integral) control. Next, the separately detected input line voltage is converted into a phase voltage by the line voltage-phase voltage conversion means 2. The input current amplitude command value obtained by the input current amplitude command value calculation means 1 is multiplied by the input phase voltage obtained by the line voltage-phase voltage conversion means 2 to obtain an instantaneous value of the input current command.

入力電流指令の瞬時値は入力電流制御手段4A,4Bに入力され、入力電流が指令値通りになるようなコンバータの出力電圧指令値が得られる。このコンバータの出力電圧指令値に対し、補正量演算手段5で演算した補正量を加算して最終的な電圧指令値とする。変調信号作成手段7では、上記最終的な電圧指令値から3レベル変換器用の変調信号を作成する。この変調信号は三角波キャリアと大小比較され、半導体スイッチング素子(IGBT)へ与えるパルス指令が作成される。   The instantaneous value of the input current command is input to the input current control means 4A and 4B, and an output voltage command value of the converter is obtained so that the input current becomes as the command value. The correction amount calculated by the correction amount calculation means 5 is added to the output voltage command value of the converter to obtain a final voltage command value. The modulation signal creating means 7 creates a modulation signal for a three-level converter from the final voltage command value. This modulation signal is compared in magnitude with a triangular wave carrier, and a pulse command to be given to the semiconductor switching element (IGBT) is created.

図3に、図2における入力電流制御手段の具体例を示す。
減算器11でU相入力電流指令と検出値との偏差を得、乗算器14にてその偏差に比例ゲインを乗じて補正量を演算する。なお、これらの演算の代わりに、入力電流の偏差をPI制御器(調節器)で求めるようにしても良い。次に、減算器12でU相入力電圧とV相入力電圧の差分を求め、減算器13においてその差分から上記補正量を減じてU相電圧指令値を得る。この補正量は入力電流検出値が指令値とずれた場合に働くもので、これにより入力電流を力率1で正弦波状に制御することが可能となる。さらに、直流電圧の状態に応じた有効電力を供給すれば、直流電圧を指令値通りに制御することができる。以上はU相の場合であるが、W相の場合も同様にして得るものとする。
FIG. 3 shows a specific example of the input current control means in FIG.
A subtractor 11 obtains a deviation between the U-phase input current command and the detected value, and a multiplier 14 multiplies the deviation by a proportional gain to calculate a correction amount. Instead of these calculations, the input current deviation may be obtained by a PI controller (regulator). Next, the subtractor 12 obtains a difference between the U-phase input voltage and the V-phase input voltage, and the subtractor 13 subtracts the correction amount from the difference to obtain a U-phase voltage command value. This correction amount works when the detected input current value deviates from the command value, and this allows the input current to be controlled in a sinusoidal shape with a power factor of 1. Furthermore, if active power corresponding to the state of the DC voltage is supplied, the DC voltage can be controlled according to the command value. The above is the case of the U phase, but the case of the W phase is obtained in the same manner.

以上が、3相V結線の3レベルコンバータの基本的な制御原理である。この発明では、コンバータの各相の相電圧指令に対し、直流電圧のアンバランスを抑制するための共通の補正量を加算するようにしている。つまり、3相V結線の3レベルPWMコンバータ・インバータ装置において、インバータを制御して直流電圧のアンバランスを抑制しようとすると、インバータの出力線間電圧を操作する必要があり、負荷に指令値通りの電圧が出力できなくなるため、コンバータ制御により直流電圧のアンバランスを抑制しようとするものである。   The above is the basic control principle of the three-level V-connection three-level converter. In the present invention, a common correction amount for suppressing DC voltage imbalance is added to the phase voltage command of each phase of the converter. In other words, in a three-level V-connected three-level PWM converter / inverter device, if the inverter is controlled to suppress DC voltage imbalance, it is necessary to manipulate the output line voltage of the inverter, and the load is in accordance with the command value. Therefore, the DC voltage imbalance is suppressed by converter control.

図4に、図2における補正量演算手段の具体例を示す。
減算器51では、図1に示すコンバータCNの出力のコンデンサC4とC5で2分割される直流電圧の上側検出値ED1と下側検出値ED2との偏差を演算し、直流量抽出手段52によりその偏差に含まれるリプル分を除去して、偏差の直流量を抽出する。この直流量はPI調節器53に与えられ、直流中間電圧上側検出値ED1と直流中間電圧下側検出値ED2の偏差が0となるような、すなわち直流電圧のアンバランスを無くすような補正量(補償量)がPI調節器53の出力として得られる。この補正量を各相の電圧指令に加算することで、コンバータは直流中間電圧を指令値通りに制御し、直流電圧のアンバランスを無くすように動作する。
FIG. 4 shows a specific example of the correction amount calculation means in FIG.
The subtractor 51 calculates a deviation between the upper detection value ED1 and the lower detection value ED2 of the DC voltage divided into two by the capacitors C4 and C5 at the output of the converter CN shown in FIG. Ripple included in the deviation is removed, and the DC amount of the deviation is extracted. This DC amount is supplied to the PI controller 53, and a correction amount (such that the deviation between the DC intermediate voltage upper detection value ED1 and the DC intermediate voltage lower detection value ED2 becomes 0, that is, eliminates the DC voltage imbalance. Compensation amount) is obtained as an output of the PI controller 53. By adding this correction amount to the voltage command of each phase, the converter controls the DC intermediate voltage according to the command value, and operates so as to eliminate the DC voltage imbalance.

補正量演算手段5に設けられた直流量抽出手段52は、V結線の変換器に対応するために新たに付加したもので、この発明の特徴とも言える。すなわち、図1で説明したように、V結線のコンバータでは、3相のうちの1相だけが直流中点に直結された構造である。
その入力電流は、入力各相の相電圧と同位相の正弦波となるように制御されるため、運転中は直流中点と直結された相(図1ではV相)を介して、直流中点に入力周波数と同じ周波数の電流が流れることになる。これは、運転中は直流中点の電位が入力周波数と同じ周期で常時脈動することを示している。このため、直流中間電圧上側検出値ED1と直流中間電圧下側検出値ED2、および両者の偏差の各波形には、入力周波数のリプルが含まれることになる。この現象は、3相のうちの1相だけが直流中点に直結された構造によるもので、顕著に現れるものである。
The direct current amount extraction means 52 provided in the correction amount calculation means 5 is newly added to correspond to a V-connection converter and can be said to be a feature of the present invention. That is, as described with reference to FIG. 1, the V-connected converter has a structure in which only one of the three phases is directly connected to the direct current midpoint.
Since the input current is controlled so as to be a sine wave having the same phase as the phase voltage of each input phase, during operation, the DC current passes through a phase (V phase in FIG. 1) directly connected to the DC midpoint. A current having the same frequency as the input frequency flows through the point. This indicates that during operation, the DC midpoint potential constantly pulsates at the same cycle as the input frequency. For this reason, the DC intermediate voltage upper detection value ED1 and the DC intermediate voltage lower detection value ED2 and the respective deviations of the waveforms include ripples of the input frequency. This phenomenon is remarkably caused by the structure in which only one of the three phases is directly connected to the DC midpoint.

これに対し、3相フルブリッジの3レベルコンバータの場合、3相全てにスイッチングアームが存在するので、直流中点と入力電圧は直結されていない。直流中点への電流は全て各相の中間相スイッチング素子を介して流れることになるため、直流中点への電流は入力周波数の6倍の周波数となる。そのため、直流中点の電位は入力周波数の6倍の周波数で脈動することになるが、高周波になるほど直流コンデンサのインピーダンスは小さくなり、直流中点に直結された相がないため、V結線コンバータと比較して直流中点に流れる電流の振幅自体も小さくなることから、3相フルブリッジ式3レベルコンバータの直流中点の電位脈動は、V結線コンバータのそれと比べて十分小さい。このように、V結線コンバータにおける直流電圧のアンバランス抑制制御においては、入力周波数の直流中点電位変動の影響を補償する手段が必須であり、これが図4で直流量抽出手段52を設けた理由である。   On the other hand, in the case of a three-phase full-bridge three-level converter, since there are switching arms in all three phases, the direct current midpoint and the input voltage are not directly connected. Since all the current to the DC midpoint flows through the intermediate phase switching elements of each phase, the current to the DC midpoint has a frequency that is six times the input frequency. Therefore, the potential of the DC midpoint pulsates at a frequency six times the input frequency, but the impedance of the DC capacitor decreases as the frequency becomes higher, and there is no phase directly connected to the DC midpoint. In comparison, since the amplitude of the current flowing through the DC midpoint is also small, the potential pulsation at the DC midpoint of the three-phase full-bridge three-level converter is sufficiently smaller than that of the V-connection converter. Thus, in the DC voltage unbalance suppression control in the V-connection converter, means for compensating for the influence of the DC midpoint potential fluctuation of the input frequency is essential, and this is the reason why the DC amount extraction means 52 is provided in FIG. It is.

仮に、直流量抽出手段を設けない場合を考えると、直流アンバランス補正量にも入力周波数成分のリプルが含まれることになる。ところで、V結線コンバータの運転を考えると、直流電圧の入力周波数成分のリプルは必ず発生するものであり、これを補償することはできない。よって、上記リプル成分を含んだまま直流アンバランス補正量を演算しても、直流中間電圧上側検出値ED1と直流中間電圧下側検出値ED2のリプル成分を補償できないだけでなく、コンバータの電圧指令に入力周波数成分のリプルが含まれることになり、コンバータの安定な運転に悪影響を及ぼすおそれがある。これに対し、3相フルブリッジの3レベルコンバータでは、直流量抽出手段はなくても直流中点の電位変動自体が小さいため、制御性能には殆ど影響は無い。   If the case where no DC amount extraction means is provided is considered, the DC imbalance correction amount includes ripples of the input frequency component. By the way, considering the operation of the V-connection converter, the ripple of the input frequency component of the DC voltage always occurs and cannot be compensated for. Therefore, even if the DC imbalance correction amount is calculated while including the ripple component, not only the ripple components of the DC intermediate voltage upper detection value ED1 and the DC intermediate voltage lower detection value ED2 can be compensated, but also the voltage command of the converter. Includes ripples of the input frequency component, which may adversely affect the stable operation of the converter. On the other hand, the three-phase full-bridge three-level converter has little influence on the control performance because the potential fluctuation itself at the DC midpoint is small even without the DC amount extracting means.

以上のことから、この発明では補正量演算手段内に直流量抽出手段を設け、直流中間電圧上側検出値ED1と直流中間電圧下側検出値ED2のリプル成分を除去した上で、直流アンバランス補正量を演算するようにしている。直流アンバランス補正量は直流量となるため、コンバータの電圧指令に補正量を加算しても、コンバータ制御の安定性に悪影響を及ぼすことはない。直流中間電圧上側検出値ED1と直流中間電圧下側検出値ED2に含まれるリプルは補償できないが、両者の平均値は常に一致するように制御可能であり、定常的な直流アンバランスは抑制可能である。   As described above, in the present invention, the DC amount extracting means is provided in the correction amount calculating means, and the DC imbalance correction is performed after removing the ripple components of the DC intermediate voltage upper detection value ED1 and the DC intermediate voltage lower detection value ED2. The amount is calculated. Since the DC imbalance correction amount is a DC amount, adding the correction amount to the converter voltage command does not adversely affect the stability of the converter control. The ripple contained in the DC intermediate voltage upper detection value ED1 and the DC intermediate voltage lower detection value ED2 cannot be compensated, but the average value of both can be controlled so as to always match, and steady DC imbalance can be suppressed. is there.

また、直流量抽出手段の具体的な実現方法として、例えば移動平均処理が考えられる。
入力電圧周期の整数倍の期間、検出値をサンプリングしてその平均を取れば、入力周波数成分のリプルを完全に除去できる。平均値を演算するためのサンプリング周期としては、入力周期の2倍または3倍が適当と考えられる。これは、サンプリング周期が短すぎると入力周波数が変化したときにリプル除去の効果が小さくなり、サンプリング周期が長すぎると制御の応答性が悪くなるためである。
Further, as a specific method for realizing the direct current amount extraction means, for example, moving average processing can be considered.
If the detected values are sampled and averaged during a period that is an integral multiple of the input voltage period, the ripple of the input frequency component can be completely removed. As the sampling period for calculating the average value, it is considered that 2 or 3 times the input period is appropriate. This is because if the sampling period is too short, the ripple removal effect is reduced when the input frequency is changed, and if the sampling period is too long, control responsiveness is deteriorated.

さらに、直流量抽出にローパスフィルタを用いることも考えられる。
この場合、カットオフ周波数は、入力周波数の1/5〜1/10程度にすれば良い。カットオフ周波数は小さくするほどリプル除去の効果が高くなるが、遅れが生じて制御が不安定になるおそれがある。
一般に移動平均処理の方が、制御の応答性・安定性を悪化させることなく、大きなリプル除去効果を発揮できる。ただし、平均値を演算するためにサンプル値を記憶しておくための大きなメモリ領域を必要とすることから、ローパスフィルタに比べてCPUの演算負荷は大きくなる。従って、要求される制御性能,CPUの性能などを考慮して、いずれにするか決定すれば良い。
Furthermore, it is conceivable to use a low-pass filter for the DC amount extraction.
In this case, the cut-off frequency may be about 1/5 to 1/10 of the input frequency. The smaller the cut-off frequency, the higher the ripple removal effect, but there is a risk that control will become unstable due to a delay.
In general, the moving average process can exhibit a large ripple removing effect without deteriorating control responsiveness and stability. However, since a large memory area for storing the sample values is required for calculating the average value, the calculation load of the CPU becomes larger than that of the low-pass filter. Therefore, it may be determined in consideration of required control performance, CPU performance, and the like.

ここで、図4の補正量演算手段で演算した補正量により、直流電圧アンバランスを抑制し得る理由を説明する。
直流アンバランス補正量は、直流中間電圧の上側検出値ED1と下側検出値ED2との偏差に応じて決まる直流量である。直流アンバランス補正量をコンバータの電圧指令に加算すると、コンバータの出力電圧に直流量が生じるので、入力電流にも直流量が生じる。
入力電流にも直流量が生じるということは、1周期中に直流中点へ流れる電流の総計が変化するが、これは直流中点の電位が変化することを意味する。従って、コンバータの出力電圧に直流量を加算することで直流中点の電位を操作し、直流電圧アンバランスを抑制するように制御できることになる。このように補正量演算手段5は、直流電圧に定常的なアンバランスがなくなるように、コンバータ電圧指令へ加算する補正量を自動的に調整する役割を果たしている。
Here, the reason why the DC voltage imbalance can be suppressed by the correction amount calculated by the correction amount calculation means of FIG.
The DC imbalance correction amount is a DC amount determined according to a deviation between the upper detection value ED1 and the lower detection value ED2 of the DC intermediate voltage. When the DC imbalance correction amount is added to the voltage command of the converter, a DC amount is generated in the converter output voltage, and thus a DC amount is also generated in the input current.
The fact that a DC amount is also generated in the input current changes the total amount of current flowing to the DC midpoint during one cycle, which means that the potential at the DC midpoint changes. Therefore, by adding the DC amount to the output voltage of the converter, the potential at the DC midpoint can be manipulated to control the DC voltage imbalance. Thus, the correction amount calculation means 5 plays a role of automatically adjusting the correction amount to be added to the converter voltage command so that there is no steady imbalance in the DC voltage.

図2では、相電圧の瞬時値をベースとするコンバータ制御に、この発明を適用する例を示したが、座標変換をして制御演算をするなど、コンバータ制御には種々のものがある。
しかし、この発明は最終的に演算されたコンバータ電圧指令に対して補正量を加算するだけなので、コンバータ制御方式の如何によらず適用可能である。
FIG. 2 shows an example in which the present invention is applied to the converter control based on the instantaneous value of the phase voltage. However, there are various types of converter control such as coordinate conversion and control calculation.
However, since the present invention simply adds the correction amount to the finally calculated converter voltage command, it can be applied regardless of the converter control method.

図5に、この発明の別の実施例を示す。
ここでは、補正量演算手段5による補正量を各相の相電流指令に加算する点が特徴で、その他は図2と同様である。直流アンバランス補正量が加算された相電流指令は入力電流制御手段4A,4Bに入力され、正弦波状の相電流指令に直流アンバランス補正量が加算され、新たな相電流指令通りの電流となるようなコンバータ電圧指令が得られる。
すなわち、図5の例は補正量を加算する位置が図2の場合と異なっているが、入力電流に重畳する直流量を制御する点では同じである。従って図2と同様の原理により、直流中間電圧を指令値通りに制御するとともに、直流電圧のアンバランスを抑制することができる。なお、図5の補正量演算手段5には図4に示すものをそのまま適用できるので、図2と同じ符号を付している。
FIG. 5 shows another embodiment of the present invention.
Here, the feature is that the correction amount by the correction amount calculation means 5 is added to the phase current command of each phase, and the others are the same as in FIG. The phase current command to which the DC imbalance correction amount is added is input to the input current control means 4A and 4B, and the DC imbalance correction amount is added to the sinusoidal phase current command, resulting in a current according to the new phase current command. Such a converter voltage command is obtained.
That is, the example of FIG. 5 is different from the case of FIG. 2 in the position where the correction amount is added, but is the same in that it controls the DC amount superimposed on the input current. Therefore, according to the same principle as in FIG. 2, the DC intermediate voltage can be controlled in accordance with the command value, and the DC voltage imbalance can be suppressed. 5 can be applied as it is to the correction amount calculation means 5 in FIG.

一般的に、電力変換器が出力可能な電圧範囲は、その直流電圧の大きさによって決まる。従って、電力変換器が出力可能な上限電圧以上の電圧指令を与えると、電力変換器は指令値通りの電圧が出力できず、出力電圧が歪むなど制御性能が悪化してしまう。
図2や図5では、コンバータ相電圧指令または相電流指令に対して補正量を加算しているが、結果的にはどちらもコンバータの出力電圧に直流量を発生させることになる。よって、補正量の大きさによっては、図6に示すように、補正量を加算したことで電圧指令が出力可能な電圧範囲を超えてしまう場合(図6の点線内参照)もある。
Generally, the voltage range that can be output by the power converter is determined by the magnitude of the DC voltage. Therefore, when a voltage command that is equal to or higher than the upper limit voltage that can be output by the power converter is provided, the power converter cannot output a voltage that is in accordance with the command value, and the control performance deteriorates, for example, the output voltage is distorted.
In FIG. 2 and FIG. 5, the correction amount is added to the converter phase voltage command or the phase current command, but as a result, both generate a DC amount in the output voltage of the converter. Therefore, depending on the magnitude of the correction amount, as shown in FIG. 6, there may be a case where the addition of the correction amount exceeds the voltage range in which the voltage command can be output (see the dotted line in FIG. 6).

そのような場合、直流電圧のアンバランス抑制が不可能となるだけでなく、直流電圧を指令値通りに制御できない、入力電流に大きな歪が発生するなど、コンバータの制御性能も著しく悪化する。例えば、インバータ出力に半波整流負荷を接続すると直流アンバランスが発生するが、半波整流負荷が大きくなるほど直流電圧アンバランス補正量が大きくなり、上記のような現象が起こり易くなる。よって、図2や図5の方式では直流電圧アンバランスを抑制できる範囲には上限があり、負荷の種類,大きさによっては適用できない場合が考えられる。   In such a case, not only the DC voltage imbalance cannot be suppressed, but also the control performance of the converter is remarkably deteriorated such that the DC voltage cannot be controlled according to the command value and a large distortion occurs in the input current. For example, when a half-wave rectification load is connected to the inverter output, a DC imbalance occurs. However, as the half-wave rectification load increases, the DC voltage imbalance correction amount increases and the above-described phenomenon tends to occur. Therefore, in the methods of FIGS. 2 and 5, there is an upper limit in the range in which the DC voltage imbalance can be suppressed, and it may be impossible to apply depending on the type and size of the load.

図7に、このような場合に対処し得る例を示す。
これは、直流アンバランスを補償するように電流指令に補正を加える点では、図5に示すものと同様であるが、各相毎に電流指令に補正する入力電流振幅指令値補正手段8を用いるようにした点で異なっている。また、補正量の演算アルゴリズムも異なっている。
図8に入力電流振幅指令値補正手段の具体例を示す。同図には1相分だけを示すが、他の相も同様に構成するのは言うまでも無い。
FIG. 7 shows an example that can cope with such a case.
This is the same as that shown in FIG. 5 in that the current command is corrected so as to compensate the DC imbalance, but the input current amplitude command value correcting means 8 for correcting the current command for each phase is used. It is different in the way. Also, the correction amount calculation algorithm is different.
FIG. 8 shows a specific example of the input current amplitude command value correcting means. Although only one phase is shown in the figure, it goes without saying that the other phases are configured in the same manner.

図8では、演算手段1からの出力である入力電流振幅指令値に対し、振幅補正値演算手段81により演算した補正量を加減算することで、各相の入力電流振幅指令を出力する。
ここで特徴的なのは、振幅補正値演算手段81が、入力相電圧検出値の極性に応じて異なる振幅補正量を出力する点である。つまり、図2や図5では入力電流振幅指令値補正手段は設けられておらず、入力電流振幅指令値をそのまま相電圧検出値に乗じて、瞬時の相電流指令を作成している。その結果、相電流指令は入力電圧と同期した正負対称の正弦波状となり、直流中間電圧を指令値通りに制御するとともに、コンバータの入力力率を正弦波状に制御可能となる。
In FIG. 8, the input current amplitude command value of each phase is output by adding or subtracting the correction amount calculated by the amplitude correction value calculation unit 81 to the input current amplitude command value output from the calculation unit 1.
What is characteristic here is that the amplitude correction value calculation means 81 outputs different amplitude correction amounts depending on the polarity of the input phase voltage detection value. That is, in FIG. 2 and FIG. 5, the input current amplitude command value correcting means is not provided, and an instantaneous phase current command is created by multiplying the input current amplitude command value as it is by the phase voltage detection value. As a result, the phase current command becomes a sine wave with positive and negative symmetry synchronized with the input voltage, and the DC intermediate voltage can be controlled in accordance with the command value, and the input power factor of the converter can be controlled in a sine wave.

これに対し、図8では入力相電圧検出値の極性、すなわち瞬時の相電流指令の極性に応じて、入力電流振幅指令値に対して加算する補正量を変化させている。そのため、相電流指令は入力電圧と同期した正弦波状の波形にはなるが、正負非対称の正弦波となる。入力電流が正負非対称になるということは、入力1周期当りに直流中点に流入・流出する電流の総和が変化することを示しており、入力電流指令の正負の振幅を適切に変化させることにより、直流アンバランスを抑制するように制御することが可能となる。   On the other hand, in FIG. 8, the correction amount added to the input current amplitude command value is changed according to the polarity of the input phase voltage detection value, that is, the polarity of the instantaneous phase current command. Therefore, the phase current command has a sinusoidal waveform synchronized with the input voltage, but a positive and negative asymmetric sine wave. The fact that the input current becomes asymmetrical between positive and negative indicates that the sum of the current flowing into and out of the DC midpoint per input cycle changes, and by appropriately changing the positive and negative amplitudes of the input current command It becomes possible to control so as to suppress the DC imbalance.

図9に、直流電圧アンバランスを抑制するように、入力相電圧検出値の極性に応じて異なる振幅補正量を出力する振幅補正値演算手段81の具体例を示す。
まず、2分割された直流中間電圧の上側検出値ED1と下側検出値ED2との偏差を直流量抽出手段84に入力し、直流電圧検出値に含まれる入力周波数のリプル成分を抽出する。これは、図2や図5と同じく、V結線変換器に対応するために必要な構成である。
FIG. 9 shows a specific example of the amplitude correction value calculation means 81 that outputs different amplitude correction amounts depending on the polarity of the input phase voltage detection value so as to suppress the DC voltage imbalance.
First, the deviation between the upper detection value ED1 and the lower detection value ED2 of the DC intermediate voltage divided into two is input to the DC amount extraction means 84, and the ripple component of the input frequency included in the DC voltage detection value is extracted. Similar to FIGS. 2 and 5, this is a configuration necessary to support the V-connection converter.

そして、直流量抽出手段84により得られた直流量をPI調節器85に入力して、振幅補正値ベース量を演算する。一方、極性判別手段86は入力信号の極性情報を得る手段であり、入力信号が0以上の場合に「1」、負の場合に「−1」を出力する。ここでは、入力信号として入力相電圧検出値が入力される。その結果、振幅補正値ベース量に上記極性情報を乗じることで、入力電流振幅補正値を得る。   Then, the direct current amount obtained by the direct current amount extraction means 84 is input to the PI controller 85, and the amplitude correction value base amount is calculated. On the other hand, the polarity discriminating means 86 is a means for obtaining the polarity information of the input signal, and outputs “1” when the input signal is 0 or more and “−1” when it is negative. Here, an input phase voltage detection value is input as an input signal. As a result, the input current amplitude correction value is obtained by multiplying the amplitude correction value base amount by the polarity information.

上記のように、図9では入力相電圧検出値の極性に応じて、振幅補正値の極性を変えるようにしている。これは、入力相電流指令の正の振幅と負の振幅を個別に操作することになり、その結果、正負非対称の正弦波状の入力相電流指令が得られるようになる。それと同時に、振幅補正値ベース量を直流アンバランスの状態に応じて自動的に変化させることで、直流アンバランスのない状態に制御することができる。
また、図9では、入力相電流指令の正の振幅と負の振幅を個別に操作しているが、入力相電流指令が正の場合にのみ振幅を補正し、負の場合は補正量を0として補正しないようにしても、同様の効果を得ることができる。
As described above, in FIG. 9, the polarity of the amplitude correction value is changed according to the polarity of the input phase voltage detection value. This means that the positive amplitude and the negative amplitude of the input phase current command are individually operated, and as a result, a positive and negative asymmetric sinusoidal input phase current command can be obtained. At the same time, the amplitude correction value base amount is automatically changed according to the DC imbalance state, so that it can be controlled to have no DC imbalance.
In FIG. 9, the positive amplitude and the negative amplitude of the input phase current command are individually operated. However, the amplitude is corrected only when the input phase current command is positive. Even if the correction is not performed, the same effect can be obtained.

ここで、図7に示すものが、図2,図5に示すものに対して有利な点を説明する。その前に、まずPWMコンバータの制御原理を説明する。
仮に、PWMコンバータの出力電圧が入力電圧検出点の電圧と等しい場合を考えると、図1におけるフィルタリアクトル両端の電位差は0となるため、フィルタリアクトルには電流は流れない。これは、直流部への電力供給が無いことを示しており、直流電圧が指令値通りならば、コンバータは入力電圧と同一の電圧を出力していれば良いことになる。
Here, the advantages of what is shown in FIG. 7 over those shown in FIGS. 2 and 5 will be described. Before that, the control principle of the PWM converter will be described first.
If the case where the output voltage of the PWM converter is equal to the voltage at the input voltage detection point is considered, the potential difference between both ends of the filter reactor in FIG. 1 is 0, so no current flows through the filter reactor. This indicates that there is no power supply to the direct current section. If the direct current voltage is in accordance with the command value, the converter only needs to output the same voltage as the input voltage.

例えば、インバータの負荷が急激に増加するなど、直流電圧が低下してきた場合には、入力電圧と同相の電流が流れるようにコンバータを制御して、入力から直流部に有効電力を供給する。このとき、コンバータの電圧指令は次の(1)式で表わせる。
vcnv=vin−Ldi/dt…(1)
ここに、vcnvはコンバータの出力電圧指令、vinは入力電圧、Lはフィルタリアクトルのインダクタンス値、iは入力電流を示す。
For example, when the DC voltage decreases, for example, when the load on the inverter increases rapidly, the converter is controlled so that a current having the same phase as the input voltage flows, and active power is supplied from the input to the DC unit. At this time, the voltage command of the converter can be expressed by the following equation (1).
vcnv = vin−Ldi / dt (1)
Here, vcnv is an output voltage command of the converter, vin is an input voltage, L is an inductance value of the filter reactor, and i is an input current.

上記(1)式から、コンバータが直流部に有効電力を供給する場合は、入力電圧に対して位相・振幅を変化させた正弦波を出力すれば良いことになる。なお、フィルタリアクトルは一般に、%インピーダンスが5%〜10%程度となるように設計する。よって、(1)式から考えると、入力電流すなわち直流部に供給する有効電力が変化しても、コンバータが出力する電圧はほとんど変化しない。よって、コンバータは常に入力電圧と等しい振幅の電圧を出力し、入力電圧との位相差を制御することで、直流部に供給する有効電力を制御すると考えても差し支えはない。   From the above equation (1), when the converter supplies active power to the DC section, it is sufficient to output a sine wave whose phase and amplitude are changed with respect to the input voltage. In general, the filter reactor is designed so that the% impedance is about 5% to 10%. Therefore, considering from the equation (1), even if the input current, that is, the active power supplied to the DC unit, changes, the voltage output from the converter hardly changes. Therefore, it is safe to assume that the converter always outputs a voltage having the same amplitude as the input voltage and controls the effective power supplied to the DC unit by controlling the phase difference from the input voltage.

図7の発明は、入力電流の振幅を適宜調整することで、直流アンバランスを抑制するものである。つまり、上記のように入力電圧に対するコンバータの出力電圧の位相を変化させることで、直流電圧を指令通りに制御するとともに、直流アンバランスを抑制することになる。すなわち、コンバータの電圧指令に直流量が発生するようなことはなく、コンバータ出力電圧の振幅を変化させる必要が無いものである。その結果、コンバータが出力可能な電圧範囲の制約を受けることも無いので、図7の発明は如何なる負荷に対しても適用可能となる。   The invention of FIG. 7 suppresses DC imbalance by appropriately adjusting the amplitude of the input current. That is, by changing the phase of the output voltage of the converter with respect to the input voltage as described above, the DC voltage is controlled as instructed and the DC imbalance is suppressed. That is, no DC amount is generated in the voltage command of the converter, and it is not necessary to change the amplitude of the converter output voltage. As a result, the voltage range that can be output by the converter is not limited, and the invention of FIG. 7 can be applied to any load.

一方、電流指令の極性に応じて電流指令への補正量を切り替えるため、補正量演算のための構成が複雑となっている。そのため、CPUの演算負荷を低減したいときは図2,図5の発明を用いるなど、状況に応じた方式を選択することが望ましい。   On the other hand, since the correction amount to the current command is switched according to the polarity of the current command, the configuration for calculating the correction amount is complicated. Therefore, when it is desired to reduce the calculation load of the CPU, it is desirable to select a method according to the situation, such as using the inventions of FIGS.

1…入力電流振幅指令値演算装置、2…線間電圧−相電圧変換手段、3A,3B,14,87…乗算器、4A,4B…入力電流制御手段、5…補正量演算手段、52,84…直流量抽出手段、53,85…PI調節器、6A,6B,61A,61B…加算器、7…変調信号作成手段、8…入力電流振幅指令値補正手段、81…振幅補正値演算手段、11,12,13,51,82,83…減算器、C1,C2,C3…コンデンサ、SI…入力系統、CN…コンバータ、IN…インバータ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Input current amplitude command value calculating device, 2 ... Line voltage-phase voltage converting means, 3A, 3B, 14, 87 ... Multiplier, 4A, 4B ... Input current control means, 5 ... Correction amount calculating means, 52, 84 ... DC amount extracting means, 53, 85 ... PI controller, 6A, 6B, 61A, 61B ... adder, 7 ... modulation signal generating means, 8 ... input current amplitude command value correcting means, 81 ... amplitude correction value calculating means 11, 12, 13, 51, 82, 83 ... subtractor, C1, C2, C3 ... capacitor, SI ... input system, CN ... converter, IN ... inverter.

Claims (6)


2相分の半導体スイッチング素子をオン/オフ制御することにより、3相交流電圧を任意の大きさの直流電圧に変換する3相V結線式3レベルコンバータの入力電圧を検出するとともに、入力電流振幅指令を演算し、この入力電流振幅指令と前記入力電圧とから入力電流指令を演算し、この入力電流指令に入力電流を一致させるような電圧指令を求めて制御を行なう3相V結線式3レベルコンバータの制御装置において、
前記3相V結線式3レベルコンバータの出力の直流正電位点と直流中点間の電圧および直流負電位点と直流中点間の電圧をそれぞれ検出し、その両検出値の偏差からこの偏差に含まれるリプル分を除去して前記偏差の直流量を抽出する抽出手段と、その抽出量から前記電圧指令に対する補正量を演算する演算手段とを設け、この補正量を前記相電圧指令に加算して制御を行なうことを特徴とする3相V結線式3レベルコンバータの制御装置。

By controlling on / off of the semiconductor switching elements for two phases, the input voltage of a three-phase V-connection type three-level converter that converts a three-phase AC voltage into a DC voltage of an arbitrary magnitude is detected, and the input current amplitude A three-phase V-connection type three-level control that calculates a command, calculates an input current command from the input current amplitude command and the input voltage, and obtains a voltage command that matches the input current with the input current command. In the control device of the converter,
The voltage between the DC positive potential point and the DC midpoint and the voltage between the DC negative potential point and the DC midpoint of the output of the three-phase V-connection type three-level converter are detected, and the deviation between the detected values is changed to this deviation. An extraction means for removing the included ripple and extracting the DC amount of the deviation and an arithmetic means for calculating a correction amount for the phase voltage command from the extracted amount are provided, and the correction amount is added to the phase voltage command. And a control device for a three-phase V-connection type three-level converter.
2相分の半導体スイッチング素子をオン/オフ制御することにより、3相交流電圧を任意の大きさの直流電圧に変換する3相V結線式3レベルコンバータの入力電圧を検出するとともに、入力電流振幅指令を演算し、この入力電流振幅指令と前記入力電圧とから入力電流指令を演算し、この入力電流指令に入力電流を一致させるような電圧指令を求めて制御を行なう3相V結線式3レベルコンバータの制御装置において、
前記3相V結線式3レベルコンバータの出力の直流正電位点と直流中点間の電圧および直流負電位点と直流中点間の電圧をそれぞれ検出し、その両検出値の偏差からこの偏差に含まれるリプル分を除去して前記偏差の直流量を抽出する抽出手段と、その抽出量から前記相入力電流指令に対する補正量を演算する演算手段とを設け、この補正量を前記相入力電流指令に加算して制御を行なうことを特徴とする3相V結線式3レベルコンバータの制御装置。
By controlling on / off of the semiconductor switching elements for two phases, the input voltage of a three-phase V-connection type three-level converter that converts a three-phase AC voltage into a DC voltage of an arbitrary magnitude is detected, and the input current amplitude A three-phase V-connection type three-level control that calculates a command, calculates an input current command from the input current amplitude command and the input voltage, and obtains a voltage command that matches the input current with the input current command. In the control device of the converter,
The voltage between the DC positive potential point and the DC midpoint and the voltage between the DC negative potential point and the DC midpoint of the output of the three-phase V-connection type three-level converter are detected, and the deviation between the detected values is changed to this deviation. Extraction means for removing the included ripple and extracting the DC amount of the deviation, and calculation means for calculating a correction amount for the phase input current command from the extracted amount are provided, and the correction amount is used as the phase input current command. And a control device for a three-phase V-connection type three-level converter.
前記抽出手段として移動平均処理が可能な機器を用い、前記3相V結線式3レベルコンバータの出力の移動平均処理した直流正電位点と直流中点間の電圧および直流負電位点と直流中点間の電圧の偏差を、前記偏差に含まれるリプル分を除去して前記偏差の直流量として出力することを特徴とする請求項1または2に記載の3相V結線式3レベルコンバータの制御装置。 Using the device capable of moving average processing as the extracting means, the voltage between the DC positive potential point and the DC midpoint and the DC negative potential point and DC midpoint of the output of the three-phase V-connection type three-level converter subjected to the moving average processing 3. The control device for a three-phase V-connection type three-level converter according to claim 1, wherein the deviation of the voltage between them is output as a DC amount of the deviation by removing a ripple included in the deviation. . 前記抽出手段としてローパスフィルタを用い、このローパスフィルタを介して得た前記3相V結線式3レベルコンバータの出力の直流正電位点と直流中点間の電圧および直流負電位点と直流中点間の電圧の偏差を、この偏差に含まれるリプル分を除去して前記偏差の直流量として出力することを特徴とする請求項1または2に記載の3相V結線式3レベルコンバータの制御装置。 A low-pass filter is used as the extraction means, and the voltage between the DC positive potential point and the DC midpoint of the output of the three-phase V-connection type three-level converter obtained through this low-pass filter, and between the DC negative potential point and the DC midpoint. 3. The control device for a three-phase V-connection type three-level converter according to claim 1, wherein the voltage deviation is output as a direct current amount of the deviation by removing a ripple included in the deviation . 2相分の半導体スイッチング素子をオン/オフ制御することにより、3相交流電圧を任意の大きさの直流電圧に変換する3相V結線式3レベルコンバータの入力電圧を検出するとともに、入力電流振幅指令を演算し、この入力電流振幅指令と前記入力電圧とから入力電流指令を演算し、この入力電流指令に入力電流を一致させるような電圧指令を求めて制御を行なう3相V結線式3レベルコンバータの制御装置において、
前記3相V結線式3レベルコンバータの出力の直流正電位点と直流中点間の電圧および直流負電位点と直流中点間の電圧の偏差からこの偏差に含まれるリプル分を除去して前記偏差の直流量を抽出し、この抽出した直流量に基づいて前記入力電流振幅指令を補正する入力電流振幅指令補正手段を設けたことを特徴とする3相V結線式3レベルコンバータの制御装置。
By controlling on / off of the semiconductor switching elements for two phases, the input voltage of a three-phase V-connection type three-level converter that converts a three-phase AC voltage into a DC voltage of an arbitrary magnitude is detected, and the input current amplitude A three-phase V-connection type three-level control that calculates a command, calculates an input current command from the input current amplitude command and the input voltage, and obtains a voltage command that matches the input current with the input current command. In the control device of the converter,
The ripple included in this deviation is removed from the deviation of the voltage between the DC positive potential point and the DC middle point and the voltage between the DC negative potential point and the DC middle point of the output of the three-phase V-connection type three-level converter. A control device for a three-phase V-connection type three-level converter, characterized in that input current amplitude command correction means is provided for extracting a DC amount of deviation and correcting the input current amplitude command based on the extracted DC amount .
前記入力電流振幅指令補正手段は、前記3相V結線式3レベルコンバータの出力の直流正電位点と直流中点間の電圧および直流負電位点と直流中点間の電圧の偏差からこの偏差に含まれるリプル分を除去して前記偏差の直流量を抽出し、この抽出した直流量に基づいて入力電流の振幅補正基本量を演算する振幅補正基本量演算手段と、入力電圧の極性を判別する極性判別手段とを備え、入力電圧の極性に応じて入力電流の振幅補正を行なうことを特徴とする請求項5に記載の3相V結線式3レベルコンバータの制御装置。 The input current amplitude command correcting means adjusts this deviation from the deviation of the voltage between the DC positive potential point and the DC middle point and the voltage between the DC negative potential point and the DC middle point of the output of the three-phase V-connection type three-level converter. An amplitude correction basic amount calculating means for calculating the input current amplitude correction basic amount based on the extracted DC amount, and the polarity of the input voltage are discriminated by removing the included ripple and extracting the deviation DC amount. 6. The control device for a three-phase V-connection type three-level converter according to claim 5, further comprising a polarity discriminating means for performing amplitude correction of the input current according to the polarity of the input voltage.
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