JP6317897B2 - 電力変換装置の制御装置及び制御方法 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の実施の形態1に係る電力変換装置の全体構成を示すブロック図である。本実施の形態の電力変換装置1は、特に用途は限定されない。電力変換装置1は、例えば船内電気系統と連系して発電及び船の電気推進を行う可変速発電及び電動システムにおいて実装される。図1に示すように、電力変換装置1は、例えば、多重変圧器2と、多重三相コンバータ3と、三相インバータ11と、相制御量検出部8と、制御装置6と、を備える。
Z x =αZ a ・・・(8)
次に、電力変換装置1の多重二次巻線の非干渉化制御について具体的に説明する。大容量の電力変換装置の構成として、電力変換装置を複数台並列に接続する方式がある。従来は変圧器を電力変換装置ごとに接続する。しかし、装置が大型化してしまう。そこで、発明者らは装置の小型化のため、複数の二次巻線を有する多重変圧器を用いて、変圧器を一台で構成することを検討した。
Z x =αZ a ・・・(8)
上記で求めた、三重単相変圧器の回路が三つあるので、回路方程式は、式(15)のように表される。
る。他の相についても同様であり、干渉を除去することができている。各相に3(1+α)Z a で表される抵抗とリアクタンスが接続されている回路であることが分かる。
式(22)の両辺に変換行列Aを右から掛けると式(24)で表される。
本発明者らは、本実施の形態の効果を実証するためにシミュレーションを行った。図12〜図15は、三重三相変圧器において、X相のd軸電流指令値を0puから1puへステップ変化させた時のシミュレーション結果のグラフを示している。制御系のゲインや時定数(応答特性)は同じとし、非干渉化制御が無い場合とある場合についてシミュレーションを行った。上段(a)のグラフは、X相コンバータ電流の時系列変化を示し、下段(b)のグラフは、Y相コンバータ電流の時系列変化をそれぞれ示している。
図16は、本発明の実施の形態2に係る電力変換装置の多重変圧器及び多重三相コンバータの具体的な構成を示した回路図である。図16に示すように、本実施の形態の電力変換装置1aは、三相コンバータ4が三相3レベルコンバータで構成される点と、単相インバータ5が単相5レベルインバータで構成される点が異なる。
上記実施の形態1では、複数の相制御量は複数の二次巻線をそれぞれ流れる複数の相電流としたが、これに限定されるものではなく、複数の相制御量は複数の二次巻線の端子電圧である複数の相電圧であってもよい。その場合は、相被制御量検出部8が複数の相電圧をそれぞれ検出するよう構成され、偏差出力部13が、複数の相被制御量検出部8でそれぞれ検出される複数の相電圧の当該複数の相電圧にそれぞれ対応する複数の相電圧指示値に対する相電圧偏差をそれぞれ出力するよう構成され、相電圧指示値出力部14が、偏差出力部13から出力される複数の相電圧偏差と多重変圧器2における複数の相電圧の変化に対するそれぞれの相電圧の変化特性(応答特性(伝達関数))とに基づき、且つ、多重変圧器2の複数の二次巻線間の磁気結合に基づく他の相の相電圧の変化によるそれぞれの相電圧の変化を除くようにして、前記複数の相電圧指示値をそれぞれ生成するとともに出力するよう構成されていてもよい。
2 多重変圧器
3 多重三相コンバータ
4 三相コンバータ
5 単相インバータ
6 制御装置
7 PLL
8 相制御量検出部(電流センサ)
9 三相交流電源
10 三相交流モータ(多相負荷)
11 三相インバータ
12 相電流指示値設定部(X相〜Z相)
13 偏差出力部(X相〜Z相)
14 相電圧指示値出力部
15 PWM信号出力部
21 一次巻線
22 二次巻線
31 dq変換部
32 加減算器
33 仮電圧生成部
34 dq逆変換部
35 非干渉化部
36 PWM信号生成部
37 記憶部
Claims (3)
- 一次巻線と複数の二次巻線とを有する多重変圧器と、スイッチング素子を用いて交流電力と直流電力とを互いに変換する複数の相コンバータ部を含み、前記複数の二次巻線に当該複数の相コンバータ部の交流端子がそれぞれ接続されるとともに当該複数の相コンバータ部の直流端子が回生電力を発生し得る多相負荷に接続される多相コンバータと、を備える電力変換装置の制御装置であって、
前記制御装置は、
前記複数の二次巻線をそれぞれ流れる複数の相電流をそれぞれ検出する複数の相制御量検出部と、
前記複数の相制御量検出部でそれぞれ検出される複数の相電流にそれぞれ対応する複数の相電流指示値に対する偏差である相電流偏差をそれぞれ出力する偏差出力部と、
前記偏差出力部から出力される前記複数の相電流偏差に比例積分補償を施して、複数の仮相電圧指示値をそれぞれ生成するとともに出力する仮相電圧指示値出力部と、前記複数の仮相電圧指示値に非干渉化行列を掛け合わせて複数の相電圧指示値をそれぞれ生成して出力する非干渉化部と、を有する相電圧指示値出力部と、
前記相電圧指示値出力部から出力される前記複数の相電圧指示値をPWM信号に変換して前記多相コンバータの対応する相コンバータ部にそれぞれ出力するPWM信号出力部と、を備え、
前記非干渉化行列は、前記多重変圧器を数学モデル化した等価回路の回路方程式を、前記複数の二次巻線の端子電圧である複数の相電圧を要素とする列ベクトル及び前記複数の相電流を要素とする列ベクトルをそれぞれ従属変数及び独立変数として含む行列で表した場合における前記複数の相電流を要素とする列ベクトルの係数を構成する行列の逆行列である、電力変換装置の制御装置。 - 前記多重変圧器は、電源側の相数に対応した三脚の鉄心を有し、各脚において、電源側の各相に対応した前記一次巻線が巻かれるとともに、負荷側の相数に対応した数の二次巻線が前記複数の二次巻線として巻かれた三相多重変圧器であり、
前記複数の相コンバータ部は、当該相コンバータ部の数が負荷側の相数に対応するとともに当該相コンバータ部の相数が電源側の相数に対応しており、
前記多相コンバータは、前記複数の相コンバータ部として、スイッチング素子を用いて交流電力と直流電力とを互いに変換する複数の三相コンバータ部を含み、前記鉄心の各脚に負荷側の相数に対応して巻かれた前記複数の二次巻線に当該複数の三相コンバータ部の交流端子がそれぞれ接続されるとともに当該複数の三相コンバータ部の直流端子が回生電力を発生し得る多相負荷に接続される三相多重コンバータであり、
前記複数の三相コンバータ部の各々が、前記電源側の相数に対応する3つの交流端子を有し、
前記三相多重変圧器は、前記複数の三相コンバータ部の各々に対応する、前記鉄心の三脚にそれぞれ巻かれた3つの二次巻線を含み、
前記複数の三相コンバータ部の各々の3つの交流端子が、当該複数の三相コンバータ部の各々に対応する前記3つの二次巻線にそれぞれ接続される、請求項1に記載の電力変換装置の制御装置。 - 一次巻線と複数の二次巻線とを有する多重変圧器と、スイッチング素子を用いて交流電力と直流電力とを互いに変換する複数の相コンバータ部を含み、前記複数の二次巻線に当該複数の相コンバータ部の交流端子がそれぞれ接続されるとともに当該複数の相コンバータ部の直流端子が回生電力を発生し得る多相負荷に接続される多相コンバータと、を備える電力変換装置の制御方法であって、
前記複数の二次巻線をそれぞれ流れる複数の相電流をそれぞれ検出するステップと、
前記複数の相電流にそれぞれ対応する複数の相電流指示値に対する偏差である相電流偏差をそれぞれ出力するステップと、
前記複数の相電流偏差に比例積分補償を施して、複数の仮相電圧指示値をそれぞれ生成するとともに出力するステップと、
前記複数の仮相電圧指示値に非干渉化行列を掛け合わせて複数の相電圧指示値をそれぞれ生成して出力するステップと、
前記複数の相電圧指示値をPWM信号に変換して前記多相コンバータの対応する相コンバータ部にそれぞれ出力するステップと、を含み、
前記非干渉化行列は、前記多重変圧器を数学モデル化した等価回路の回路方程式を、前記複数の二次巻線の端子電圧である複数の相電圧を要素とする列ベクトル及び前記複数の相電流を要素とする列ベクトルをそれぞれ従属変数及び独立変数として含む行列で表した場合における前記複数の相電流を要素とする列ベクトルの係数を構成する行列の逆行列である、電力変換装置の制御方法。
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