JP6508782B2 - Power converter and DC voltage controller - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、電力変換装置および直流電圧制御装置に関する。 Embodiments of the present invention relate to a power converter and a DC voltage controller.
交流電圧を入力して直流電圧に変換し、あるいは、直流電圧を入力して異なる電圧値の直流電圧に変換して出力する電力変換装置が電力系統に連系され、あるいは送配電システムその他の電力システムで用いられている。 A power converter that inputs an AC voltage and converts it into a DC voltage, or converts a DC voltage into a DC voltage of a different voltage value and outputs it is linked to a power grid, or a power transmission and distribution system, etc. It is used in the system.
電力変換装置に入力される電圧や電流、温度等の変動要因に対して、電力変換装置は、これらに対して直流電圧を安定化するように動作する。これらの変動要因が所定よりも大きい場合には、電力変換装置は、電力システムや自身を保護するために出力のシャットダウン等の保護動作をする。 The power converter operates to stabilize the DC voltage with respect to fluctuation factors such as voltage, current, and temperature input to the power converter. If these fluctuation factors are larger than a predetermined value, the power conversion device performs a protection operation such as shutdown of the output to protect the power system and itself.
一方、電力変換装置の制御回路には種々の理由から応答の遅れが存在し、たとえば入力される交流電圧の側に擾乱が生じた場合等には、直流電圧が大きく上昇することがある。このような場合に、制御回路の応答が追い付かず、過大な直流電圧であるとして出力をシャットダウンしてしまう。 On the other hand, in the control circuit of the power conversion device, there is a delay in response due to various reasons. For example, when disturbance occurs on the side of the input AC voltage, the DC voltage may rise significantly. In such a case, the response of the control circuit can not catch up, and the output is shut down as an excessive DC voltage.
実施形態は、外部に擾乱が生じた場合であっても、直流電圧の上昇を抑制する電力変換装置および直流電圧制御装置を提供する。 The embodiment provides a power conversion device and a DC voltage control device that suppress a rise in DC voltage even when external disturbance occurs.
実施形態に係る電力変換装置は、直流電力または交流電力を入力して直流電圧を出力する電力変換装置である。出力する直流電圧値と前記直流電圧値の目標値である直流電圧指令値との偏差を入力して、比例積分演算を行う比例積分演算制御器と、前記比例積分演算制御器から出力された制御量を補正する第1補正回路と、を備える。前記第1補正回路は、前記直流電圧値をあらかじめ設定されたしきい値と比較する比較回路と、前記比較回路の出力に応じて、あらかじめ設定された加算値に切替えて補正値を出力するスイッチと、を含む。 The power conversion device according to the embodiment is a power conversion device that receives direct current power or alternating current power and outputs a direct current voltage. Proportional-integral operation controller that performs proportional-integral operation by inputting the deviation between the output direct-current voltage value and the direct-current voltage command value that is the target value of the direct-current voltage value, and control output from the proportional-integral operation controller And a first correction circuit that corrects the amount. The first correction circuit is a comparison circuit that compares the DC voltage value with a preset threshold value, and a switch that switches to a preset addition value according to the output of the comparator circuit and outputs a correction value And.
本実施形態では、直流電圧値をしきい値と比較する比較回路の出力に応じて、あらかじめ設定された加算値に切替えて出力するスイッチを備え、比例積分演算制御器から出力された制御量に、スイッチから出力された加算値を加算するので、補正された制御量を生成することができる。そのため、比例積分演算制御器の応答遅れにかかわらず、出力電圧の上昇を抑制することができる。 In this embodiment, a switch is provided to switch to a preset addition value and output according to the output of the comparison circuit that compares the DC voltage value with the threshold value, and the control amount output from the proportional integral operation controller Since the addition value output from the switch is added, a corrected control amount can be generated. Therefore, regardless of the response delay of the proportional-plus-integral operation controller, the rise of the output voltage can be suppressed.
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
The drawings are schematic or conceptual, and the relationship between the thickness and width of each part, the ratio of sizes between parts, and the like are not necessarily the same as the actual ones. In addition, even in the case of representing the same portion, the dimensions and ratios may be different from one another depending on the drawings.
In the specification of the present application and the drawings, the same elements as those described above with reference to the drawings are denoted by the same reference numerals, and the detailed description will be appropriately omitted.
図1は、本実施形態に係る電力変換装置を例示するブロック図である。
図2は、本実施形態に係る制御回路を例示するブロック図である。
図1に示すように、本実施形態の電力変換装置10は、電力変換部20と、制御回路30と、を備える。電力変換装置10は、入力端子11a〜11cと、出力端子11d,11eとを含む。電力変換装置10は、入力端子11a〜11cを介して交流電源1に接続される。交流電源1は、たとえば三相交流の電力系統である。電力変換装置10は、出力端子11d,11eを介して、図示しないが、たとえば直流負荷や直流電源、コンデンサによるエネルギ蓄積回路等に接続される。交流電源1は、三相交流に限らず、単相交流であってももちろんよい。
FIG. 1 is a block diagram illustrating the power conversion device according to the present embodiment.
FIG. 2 is a block diagram illustrating a control circuit according to the present embodiment.
As shown in FIG. 1, the
電力変換装置10は、交流電源1から供給される交流電圧を所定の直流電圧に変換して出力する。
The
電力変換部20は、交流電圧を直流電圧に変換する。電力変換部20は、スイッチング回路を含む。スイッチング回路は、交流電源1の周波数よりも十分高い周波数で交流電圧をスイッチングし、高周波フィルタ等を介して所定の直流電圧に変換する。
The
制御回路30は、電力変換部20の入力および出力に接続されている。制御回路30は、電力変換部20に入力される入力電圧(交流電圧や全波整流された脈流電圧等)および出力電圧等を入力して、所定の入力電流および出力電圧になるように、ゲート駆動信号を電力変換部20に供給する。制御回路30は、制御対象によっては、入力の電流や出力の電流、あるいは系統側の電流(有効電流、無効電流)を検出して、入力するようにしてもよい。
The
なお、制御回路30は、電力変換部20と同一の筐体内に設けられてもよく、電力変換部20とは別筐体に制御装置(直流電圧制御装置)として設けられてもよい。
The
図2には、制御回路30の一部の構成が示されている。図2に示すように、制御回路30は、PI制御器32と、制御出力補正回路40と、直流電圧指令値補正回路50と、を含む。
The configuration of part of the
PI制御器32には、直流電圧指令値VDC*と直流電圧値VDCとから、加減算器31によって、これらの偏差ΔVDCが入力される。なお、PI制御器32は、制御出力が演算器が取り扱える数値を超過する程度まで過大にならないようにクランプするための出力のクランプ回路またはクランプ機能を設けてもよい。
These deviations ΔVDC are input to the
PI制御器32は、比例ゲインkpおよび積分ゲインki1を有する。比例ゲインkpおよび積分ゲインki1は、あらかじめ設定されている。
The
PI制御器32は、直流出力電圧の偏差ΔVDCをPI制御して直流電圧制御出力を出力する。PI制御器32は、偏差ΔVDCを縮小するように直流電圧制御出力を生成する。
The
制御出力補正回路40は、直流電圧VDCを入力する。制御出力補正回路40の出力は、加算器33によってPI制御器32の出力に加算される。制御出力補正回路40は、判定回路41と、オンディレイ回路42と、オフディレイ回路43と、スイッチ44と、を含む。
The control
判定回路41は、直流電圧VDCを入力する。判定回路41には、あらかじめ検出レベルVdが設定されている。判定回路41は、直流電圧VDCが検出レベルVd以上となった場合に、たとえばハイレベルの信号を出力する。判定回路41は、直流電圧VDCが検出レベルVdよりも低い場合には、たとえばローレベルの信号を出力する。
The
オンディレイ回路42は、判定回路41の出力に接続されている。オンディレイ回路42には、オンディレイ時間DLYonが設定されている。オンディレイ回路42は、入力されたハイレベルの信号がオンディレイ時間DLYonを超えた後に、ハイレベルの信号を出力する。オンディレイ回路42は、入力されたハイレベルの信号がオンディレイ時間DLYonよりも短いときには、ハイレベルの信号の入力にかかわらず、ローレベルの信号を出力する。
The on
オンディレイ時間DLYonは、たとえば数μs〜100μs程度に設定される。オンディレイ回路42は、ノイズ等の短いパルス幅の電圧変化によって判定回路41の出力が反転した場合であっても、ノイズ等による誤動作として判定し、そのノイズ等を出力しないように設けられている。
The on delay time DLYon is set to, for example, about several microseconds to about 100 microseconds. Even when the output of the
オフディレイ回路43は、オンディレイ回路42の出力に接続されている。オフディレイ回路43は、オフディレイ時間DLYoffが設定されている。オフディレイ回路43は、入力されたハイレベルの信号が反転してローレベルになった場合、ローレベルの期間がオフディレイ時間DLYoffよりも長いときに、出力をローレベルに反転する。オフディレイ回路43は、入力されたハイレベルの信号が反転してローレベルになったときに、ローレベルの期間がオフディレイ時間DLYoffよりも短いときには、ローレベルの入力にかかわらず、ハイレベルの出力を維持する。
The off
オフディレイ回路43は、たとえば、交流電源1の交流電圧を全波整流した脈流電圧の周期(交流電圧の1/2の周期)程度の時間に設定される。これにより、脈流電圧が重畳された直流電圧VDCを検出したときに、脈流電圧のリップルによって意図せずローレベルの信号を出力することを防止することができる。後に詳述するように、オフディレイ時間DLYoffの値は、制御出力加算値Aに応じて設定することができる。
The off-
なお、制御出力補正回路40では、上述のような意図しない信号を出力しなければよく、オフディレイ回路43に代えて、ヒステリシス回路を用いてもよい。また、オフディレイ回路43とヒステリシス回路とを同時に用いるようにしてもよい。
The control
スイッチ44は、一方の入力に、制御出力加算値Aが入力される。スイッチ44は、他方の入力には、ゼロ(またはローレベル)の信号が入力される。スイッチ44の出力は、加算器33に入力されている。PI制御器32から出力された制御出力は、加算器33によって、スイッチ44の出力と加算される。
The control output addition value A is input to one input of the
スイッチ44の制御端子は、オフディレイ回路43の出力に接続されている。スイッチ44は、オフディレイ回路43の出力がハイレベルのときには、制御出力加算値Aが入力されている側を出力に接続する。スイッチ44は、オフディレイ回路43の出力がローレベルのときには、ゼロレベルの信号の側を出力に接続する。
The control terminal of the
つまり、制御出力補正回路40は、オフディレイ回路43の出力がハイレベルのときには、スイッチ44を介して、制御出力加算値Aを出力する。そのため、PI制御器32の出力には、制御出力加算値Aが加算されるので、制御回路30から出力される直流電圧制御出力は、制御出力加算値Aで補正される。制御出力補正回路40は、オフディレイ回路43の出力がローレベルのときには、制御出力の補正を行わない。
That is, the control
直流電圧指令値補正回路50は、制御出力加算値Aが入力される。直流電圧指令値補正回路50は、制御出力補正回路40のオフディレイ回路43の出力が、インバータ回路36を介して入力される。直流電圧指令値補正回路50の出力は、加算器35によって、直流電圧指令値VDC*を補正する。直流電圧指令値補正回路50は、積分器51と、一次遅れ回路52と、含む。
The DC voltage command
積分器51には、制御出力加算値Aが入力される。積分器51のリセット入力Rには、インバータ回路36を介して、オフディレイ回路43の出力が入力されている。積分器51は、リセット入力Rがハイレベルのときには、入力信号のレベルにかかわらずゼロを出力する。積分器51は、リセット入力Rがローレベルのときには、入力信号に応じた積分値を出力する。積分器51に直流値が入力されているときには、リセット入力Rがローレベルに変化したタイミングで、積分動作を開始し、直線的に変化する信号を出力する。積分器51の積分ゲインki2は、あらかじめ設定されている。
The control output addition value A is input to the
一次遅れ回路52は、積分器51の出力に接続されている。一次遅れ回路52は、出力をクランプする機能を有する。一次遅れ回路52の一方のクランプ電圧は、積分器51が出力する電圧によって設定されている。なお、他方のクランプ電圧は、積分器51とともに、あらかじめ設定された値とされる。あらかじめ設定されている値は、例外的な大きな外乱により、長期間にわたって直流電圧指令値補正回路50が積分値を蓄積して、直流電圧指令値補正回路50の出力が過剰となった場合にもとづいて設定される。この場合において、クランプ電圧の設定値は、直流電圧指令値VDC*が過剰に定常値から変化しない値に設定される。
The first-
一次遅れ回路52は、入力された信号に、一次遅れ定数に応じた時定数Tを付加して出力する。後に詳述するが、一次遅れ回路52は、入力に接続されている積分器51からの信号が遮断されたときに、時定数Tに応じて徐々にゼロに復帰する信号を出力する。
The first-
本実施形態の電力変換装置10では、入力の擾乱等の際に、PI制御器32の応答よりも短い時間で出力の直流電圧VDCが上昇したときに、制御出力補正回路40が、直流電圧制御出力を強制的に引き下げるように動作する。このときに、PI制御器32への入力(直流電圧VDC)が過剰に引き下げられるので、これを適切に補正する必要がある。直流電圧指令値補正回路50は、直流電圧VDCが過剰に引き下げられたときに、直流電圧指令値VDC*を補正することによって、適切な入力をPI制御器32に供給する。これによって、PI制御器32の応答が開始された際に、適切な出力を生成するので、直流電圧制御出力は、過剰に振動的になること等を抑制することができる。
In the
なお、本明細書では、擾乱とは、入力される交流電圧VACの上昇、下降を含む急変、交流電源1の位相の急変等を含むものとする。
In the present specification, disturbance includes sudden changes including increase and decrease of the AC voltage VAC input, sudden changes in the phase of the
上述した制御回路30の論理構成等は、上述のような正論理に限らず、負論理であってももちろんよい。また、上述の機能を有する構成であれば、他の論理構成であってもよい。
The logic configuration and the like of the
なお、制御回路30から出力される直流電圧制御出力は、たとえば図示しない直流電流制御回路等によって、入力され、直交変換等された交流電流の実効値と加算された後、座標の逆変換や空間ベクトル変換等によって信号が生成される。生成された信号は、ゲート駆動信号として、電力変換部20に供給される。電力変換部20は、生成されたゲート駆動信号にしたがって、各スイッチング素子を駆動する。
The DC voltage control output output from
本実施形態の電力変換装置10の動作について説明する。
図3は、本実施形態の制御回路の動作を説明するためのタイミングチャートの例である。
図3において、最上段の図は、交流電源の実効値の電圧である交流電圧VACの時間変化の例を表している。
2段目の図は、電力変換装置10の出力の直流電圧VDCの時間変化の例を表している。
3段目の図は、制御回路30から出力される直流電圧制御出力の時間変化の例を表している。
4段目の図は、制御出力補正回路40から出力される信号(スイッチ44の出力信号)を表している。
5段目の図は、直流電圧指令値補正回路50の積分器51の出力信号Bを表している。
最下段の図は、直流電圧指令値補正回路50の一次遅れ回路52の出力信号Cを表している。
The operation of the
FIG. 3 is an example of a timing chart for explaining the operation of the control circuit of the present embodiment.
In FIG. 3, the topmost drawing illustrates an example of the time change of the AC voltage VAC which is a voltage of the effective value of the AC power supply.
The second stage diagram shows an example of the time change of the DC voltage VDC of the output of the
The third diagram shows an example of the time change of the DC voltage control output outputted from the
The fourth diagram shows the signal (output signal of the switch 44) output from the control
The fifth diagram shows the output signal B of the
The lowermost diagram shows the output signal C of the first-
この例では、時刻t0までは交流電圧VACは規定のレベルであり、時刻t0において、擾乱が発生したものとする。なお、図3の例としては、交流電圧VACの上昇を挙げているが、交流電源の実効値の上昇、下降を含む急変、および交流電源の位相の急変等によって直流電圧が変動する場合も同様である。 In this example, it is assumed that the AC voltage VAC is at a prescribed level until time t0, and disturbance occurs at time t0. Although the rise of the AC voltage VAC is mentioned as an example of FIG. 3, the same applies to the case where the DC voltage fluctuates due to a sudden change including increase and fall of the effective value of the AC power supply and a sudden change of the phase of the AC power supply. It is.
時刻t0において生じた交流電圧VACの擾乱によって、電力変換装置10の出力の直流電圧VDCが上昇を開始する。
Due to the disturbance of the AC voltage VAC generated at time t0, the DC voltage VDC of the output of the
時刻t1において、直流電圧VDCは、検出レベルVdに達する。制御出力補正回路40は、時刻t1からオンディレイ時間DLYonが経過した後(時刻t2)、制御出力加算値Aを出力する。制御出力加算値Aは、負の値を有する。PI制御器32が応答するまでの間に、直流電圧VDCを引き下げるために、直流電圧制御出力を負の電圧とするためである。
At time t1, the DC voltage VDC reaches the detection level Vd. The control
オフディレイ回路43は、直流電圧VDCが検出レベルVd以下になる期間がオフディレイ時間DLYoffを超えるまでハイレベルの信号を出力する。スイッチ44は、オフディレイ回路43からハイレベルの信号を供給され、オフディレイ時間DLYoffが経過するまで制御出力加算値Aを出力する。
The
ここで、オンディレイ時間DLYonおよびオフディレイ時間DLYoffについて説明する。
図4は、本実施形態の制御回路の動作を説明するためのタイミングチャートの例である。
図4には、オンディレイ時間DLYonおよびオフディレイ時間DLYoffについて説明するためのタイミングチャートが示されている。
図4の最上段の図は、直流電圧VDCの電圧波形の例である。直流電圧VDCにリップルが重畳しており、リップルの部分が拡大されている。直流電圧VDCは、時刻taにおいて検出レベルVd以上となり、時刻tbにおいて検出レベルVdを下回る。時刻tb以降は、VACは、検出レベルVdを下回っている。
Here, the on delay time DLYon and the off delay time DLYoff will be described.
FIG. 4 is an example of a timing chart for explaining the operation of the control circuit of the present embodiment.
FIG. 4 shows a timing chart for explaining the on delay time DLYon and the off delay time DLYoff.
The top diagram in FIG. 4 is an example of a voltage waveform of the DC voltage VDC. The ripple is superimposed on the DC voltage VDC, and the portion of the ripple is enlarged. The DC voltage VDC becomes higher than the detection level Vd at time ta and falls below the detection level Vd at time tb. After time tb, VAC falls below detection level Vd.
図4の2段目の図は、判定回路41の出力波形の例を示している。判定回路41は、直流電圧VDCが検出電圧Vd以上のときにハイレベルを出力するので、時刻ta〜時刻tbでは、ハイレベルの出力を示している。判定回路41は、直流電圧VDCが検出電圧Vdを下回ったときにローレベルを出力するので、時刻ta以前および時刻tb以降は、ローレベルを出力している。
The second stage of FIG. 4 shows an example of the output waveform of the
図4の3段目の図は、オンディレイ回路42の出力波形の例を示している。オンディレイ回路42は、判定回路41の出力のハイレベルが、オンディレイ時間DLYonよりも長い時間継続したときに、ハイレベルの信号を出力する。オンディレイ回路42は、判定回路41の出力がローレベルに遷移した後に、ローレベルに反転する。
The third stage of FIG. 4 shows an example of the output waveform of the on
図4の4段目の図は、オフディレイ回路43の出力波形の例を示している。オフディレイ回路43は、オンディレイ回路42の出力がハイレベルなるとともにハイレベルの信号を出力する。オンディレイ回路42の出力のローレベルの状態が、オフディレイ時間DLYoff以上継続したときに、オフディレイ回路43の出力は、ローレベルに反転する。
The fourth stage of FIG. 4 shows an example of the output waveform of the
この例のように、オフディレイ時間DLYoffは、リップル周期程度に設定されている場合には、制御出力補正回路40は、ハイレベルの状態をリップル周期程度に維持することができる。リップル周期は、商用電源50Hzの場合には、1/(50Hz×2)=10msであり、オフディレイ時間DLYoffは、10ms前後に設定される。
As in this example, when the off delay time DLYoff is set to about the ripple cycle, the control
図3に戻って説明する。
時刻t0から時刻t3では、PI制御器32の応答速度よりも十分に短い時間内での現象であるため、PI制御器32の出力はほぼゼロである。一方、制御出力補正回路40を備えていない場合には、直流電圧VDCは、破線のようにさらに上昇し、過電圧保護のしきい値Vovを超えてしまう。過電圧保護が動作すると、電力変換装置10は、シャットダウンされるので、直流電圧VDCはその後ゼロに向かって降下する。
Referring back to FIG.
From time t0 to time t3, since the phenomenon occurs within a time sufficiently shorter than the response speed of the
そこで、本実施形態の電力変換装置10では、時刻t2において、制御出力加算値AをPI制御器32の出力に加算する。制御出力加算値Aは、上述したとおり負の値を有するので、PI制御器32が十分に応答しない時刻t2から時刻t3の期間において、制御回路30は、負の値の直流電圧制御出力を出力することができる。
Therefore, in the
時刻t2から時刻t3では、直流電圧制御出力が負の値となるため、上昇していた直流電圧VDCは、急速に下降する。 From time t2 to time t3, since the DC voltage control output has a negative value, the DC voltage VDC that has been rising drops rapidly.
なお、制御出力加算値Aは、オフディレイ時間DLYoffにおいて、直流電圧が設定値Vdや過電圧保護のしきい値Vovよりも十分低くなるような値に、事前に実験やシミュレーション等を用いて設定される。 The control output addition value A is set in advance using experiments or simulations to a value such that the DC voltage is sufficiently lower than the set value Vd or the threshold value Vov for overvoltage protection during the off delay time DLYoff. Ru.
時刻t4以降では、直流電圧VDCは、直流電圧指令値VDC*の値に収れんする。 After time t4, DC voltage VDC converges to the value of DC voltage command value VDC * .
直流電圧指令値補正回路50の動作について説明する。本実施形態の電力変換装置10は、PI制御器32の応答遅れに対して、制御出力補正回路40によって、PI制御器32の出力に制御出力加算値Aを強制的に印加する。これによって、直流電圧VDCを強制的に引き下げて、直流電圧VDCが過大な電圧に上昇することを防止する。一方で、強制的に直流電圧VDCを引き下げることによって、PI制御器32は、引き下げられた直流電圧VDCによる偏差ΔVDCを積分するように動作するため、PI制御器32が出力する直流電圧制御出力は、増加し過ぎるおそれがある。そこで、これを補正するために、直流電圧指令値補正回路50は、直流電圧指令値VDC*に対して補償を行い、PI制御器32の出力が増加し過ぎないように補正する。
The operation of the DC voltage command
まず、積分器51の動作について説明する。
積分器51のリセット入力には、インバータ回路36を介して、制御出力補正回路40のオフディレイ回路43の出力が接続されている。時刻t0から時刻t2では、積分器51のリセット入力には、ハイレベルの電圧が入力されており、積分器51は、入力にかかわらず、ゼロを出力している(無出力)。
First, the operation of the
An output of the
時刻t2から時刻t3では、積分器51のリセット入力には、ローレベルの電圧が入力されるので、積分器51は、入力に応じた信号を出力する。積分器51には、制御出力加算値Aが入力されているので、積分器51は、時刻t2におけるステップ応答を出力する(図3の動作波形B)。時刻t3以降では、積分器51のリセット入力がハイレベルに反転するので、積分器51の出力もゼロとなる。
Since a low level voltage is input to the reset input of the
後述するように、積分器51の時刻t2から時刻t3における積分出力Bは、一次遅れ回路52を介してそのまま直流電圧指令値VDC*に加算される。そのため、過剰に引き下げられた直流電圧VDCに対して、その過剰分を補償するような値に補正された直流電圧指令値によって、補正される。補正レベルは、積分器51の比例定数ki2を適切に設定することによって調整される。
As will be described later, the integral output B from time t2 to time t3 of the
一次遅れ回路52は、積分器51の出力に接続され、一次遅れ回路52の出力上限リミット電圧は、入力に応じて設定されるように接続されている。そのため、時刻t2から時刻t3では、一次遅れ回路52は、積分器51の積分出力Bをほぼそのまま出力する。
The
一次遅れ回路52は、入力がゼロになると、入力に対する一次遅れの信号を出力する。時刻t3において、一次遅れ回路52は、復帰時の時定数Tに応じて出力信号が徐々にゼロになる。
The first-
時刻t2から時刻t3における余剰積分値を補償するための積分出力Bは、加算器53によって出力電圧指令値VDC*に加算される。積分器51の出力は負の値を有するので、補正された出力電圧指令値は、積分出力Bに応じて低い値となる。これによって、PI制御器32に入力される偏差ΔVDCの絶対値は減少し、直流電圧制御出力は適正な値となる。
Integration output B for compensating for the surplus integral value from time t2 to time t3 is added by adder 53 to output voltage command value VDC * . Since the output of the
一方で、出力波形Bのように補正値を急速に遮断すると、PI制御器32の積分器によって出力が振動することがある。この振動を抑制するために、一次遅れ回路52によって、直流電圧指令値VDC*に対する補正値を徐々にゼロにする。補正復帰時の時定数Tは、たとえばリップル周期程度、あるいはリップル周期よりも十分長く設定され、たとえばリップル周期の5倍から10倍程度に設定されることによって直流電圧制御出力は、振動せず安定に出力される。
On the other hand, when the correction value is rapidly cut off as in the output waveform B, the integrator of the
本実施形態の電力変換装置10の作用および効果について説明する。
本実施形態の電力変換装置10では、制御出力補正回路40を備えているので、PI制御器32の応答遅れにかかわらず、入力電圧の擾乱等によって、出力の直流電圧VDCが過剰に上昇することを防止することができる。制御出力補正回路40は、検出レベルVdを検出する判定回路41等を追加することによって構成することができるので、既存のPI制御器32による直流電圧VDCの安定機構に容易に追加することができる。
The operation and effects of the
In the
電力変換装置10は、直流電圧指令値補正回路50を備えているので、直流電圧指令値VDC*に対して補償を行い、制御出力補正回路40によって補正された制御出力を適切に調整することができる。直流電圧指令値補正回路50は、積分器51と一次遅れ回路52とを含むので、制御出力の調整には、積分器51の積分ゲインki2および一次遅れ回路52の時定数Tをそれぞれ設定することによって容易に行うことができる。
Since the
本実施形態の電力変換装置10では、上述の機能を備えることによって、意図しない過電圧保護による機器の停止を防止することができるので、停止時のバックアップシステムが不要になる等、電力システム構築時のコスト低減に寄与することができる。また、電力変換装置10の意図しない停止からの再起動動作を行う頻度を低減させることによって、システムの稼働率の向上等はかることができる。
In the
上述では、交流電圧から直流電圧に変換して出力する電力変換装置、たとえば整流器や電力順変換器(電力コンバータ)について説明したが、電力変換部20から整流平滑回路21を省略して、直流電圧を入力する電力コンバータとしてもよい。また、電力変換装置の出力は、安定化された直流電圧に限らず、安定化された直流電流であってもよく、負荷条件によってこれらが切替えられてもよい。
Although the power converter which converts and outputs alternating current voltage into direct current voltage, for example, a rectifier and a power forward converter (power converter) is described above, the rectification smoothing circuit 21 is omitted from the
以上説明した実施形態によれば、入力等に擾乱が生じた場合であっても、出力電圧の上昇を抑えた電力変換装置および直流電圧制御装置を実現することができる。 According to the embodiment described above, it is possible to realize the power conversion device and the direct current voltage control device in which the rise of the output voltage is suppressed even when disturbance occurs in the input or the like.
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明およびその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。 While certain embodiments have been described, these embodiments have been presented by way of example only, and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and the gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the scope of equivalents thereof. In addition, the embodiments described above can be implemented in combination with each other.
1 交流電源、10 電力変換装置、20 電力変換部、30 制御回路、31 加減算器、32 PI制御器、33,35 加算器、36 インバータ回路、40 制御出力補正回路、41 判定回路、42 オンディレイ回路、43 オフディレイ回路、44 スイッチ、50 直流電圧指令値補正回路、51 積分器、52 一次遅れ回路
Claims (5)
出力する直流電圧値と前記直流電圧値の目標値である直流電圧指令値との偏差を入力して、比例積分演算を行う比例積分演算制御器と、
前記比例積分演算制御器から出力された制御量を補正する第1補正回路と、
を備え、
前記第1補正回路は、
前記直流電圧値をあらかじめ設定されたしきい値と比較する比較回路と、
前記比較回路の出力に応じて、あらかじめ設定された加算値に切替えて補正値を出力するスイッチと、
を含む電力変換装置。 A power conversion device that receives DC power or AC power and outputs DC voltage,
A proportional-integral operation controller that performs proportional-integral operation by inputting a deviation between a direct-current voltage value to be output and a direct-current voltage command value that is a target value of the direct-current voltage value;
A first correction circuit that corrects the control amount output from the proportional-plus-integral operation controller;
Equipped with
The first correction circuit is
A comparison circuit that compares the DC voltage value with a preset threshold value;
A switch that switches to a preset addition value according to the output of the comparison circuit and outputs a correction value;
Power converter including.
前記第2補正回路は、
前記加算値が前記スイッチから出力されたときから前記加算値を積分して出力する積分器と、
前記直流電圧指令値から前記積分器の出力を加算して新たな直流電圧指令値を出力する加算器と、
をさらに備えた請求項1または2に記載の電力変換装置。 It further comprises a second correction circuit that corrects the DC voltage command value,
The second correction circuit is
An integrator that integrates and outputs the added value when the added value is output from the switch;
An adder for adding the output of the integrator from the DC voltage command value and outputting a new DC voltage command value;
The power conversion device according to claim 1, further comprising:
前記電力変換装置が出力する直流電圧値と前記直流電圧値の目標値である直流電圧指令値との偏差を入力して、比例積分演算を行う比例積分演算制御器と、
前記比例積分演算制御器から出力された制御量を補正する第1補正回路と、
を備え、
前記第1補正回路は、
前記直流電圧値をあらかじめ設定されたしきい値と比較する比較回路と、
前記比較回路の出力に応じて、あらかじめ設定された加算値に切替えて補正値を出力するスイッチと、
を含む直流電圧制御装置。 A DC voltage control device for controlling the DC voltage output from a power conversion device which receives DC power or AC power and outputs DC voltage,
A proportional-integral operation controller that performs proportional-integral operation by inputting a deviation between a direct-current voltage value output from the power conversion device and a direct-current voltage command value that is a target value of the direct-current voltage value.
A first correction circuit that corrects the control amount output from the proportional-plus-integral operation controller;
Equipped with
The first correction circuit is
A comparison circuit that compares the DC voltage value with a preset threshold value;
A switch that switches to a preset addition value according to the output of the comparison circuit and outputs a correction value;
DC voltage control device including.
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