JP6567224B1 - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
Description
共通DCバスに生じるパルス電流のサンプリング情報を用いて各相電流を復元する技術として、三相インバータのスイッチングパターンと三相電流和がゼロになる特性を活用した方式が開示されている(例えば、特許文献1)。
本願に開示される電力変換装置は、スイッチング素子をそれぞれ備えた2つのアームを上下に接続した1組をレグとし、レグを複数個有し、各レグにおいて2つのアームの中点に接続された経路に流れる電流を相電流とし、共通DCバスに複数のレグの両端を接続した電力変換部と、共通DCバスに流れる電流を計測する電流検出器と、レグの上下アームのスイッチング素子を制御するオンオフ信号を生成するPWM制御部と、相電流を推定する電流推定部と、相電流を制御する電流制御部と、を備える電力変換装置において、PWM制御部はレグごとに個別のDuty指令とレグごとに異なる初期位相で共通の周期の三角波キャリアの大小関係に基づいてレグのスイッチング素子を制御するオンオフ信号を生成し、電流推定部は三角波キャリアのキャリア周期と異なるサンプリング周期で電流検出器の検出値を取得してレグの相電流を推定し、電流制御部は推定相電流を相電流の目標値と一致するようにDuty指令を調整し、電流制御部はキャリア周期とサンプリング周期との最小公倍数以上の時間に同期した周期で推定相電流を相電流の目標値と一致するようにDuty指令を調整するものである。
本願に開示される電力変換装置は、スイッチング素子をそれぞれ備えた2つのアームを上下に接続した1組をレグとし、レグを複数個有し、各レグにおいて2つのアームの中点に接続された経路に流れる電流を相電流とし、共通DCバスに複数のレグの両端を接続した電力変換部と、共通DCバスに流れる電流を計測する電流検出器と、レグの上下アームのスイッチング素子を制御するオンオフ信号を生成するPWM制御部と、相電流を推定する電流推定部と、相電流を制御する電流制御部と、を備える電力変換装置において、PWM制御部はレグごとに個別のDuty指令とレグごとに異なる初期位相で共通の周期の三角波キャリアの大小関係に基づいてレグのスイッチング素子を制御するオンオフ信号を生成し、電流推定部は三角波キャリアのキャリア周期と異なるサンプリング周期で電流検出器の検出値を取得してレグの相電流を推定し、電流制御部は推定相電流を相電流の目標値と一致するようにDuty指令を調整し、直流電源および交流電源が電力変換部の複数の相電流の経路に接続され、PWM制御部はレグごとに個別の位相シフト指令に基づいてレグごとに初期位相の異なる同一パルス波形形状のレグのスイッチング素子を制御するオンオフ信号を生成し、電流推定部はオンオフ信号の周期と異なるサンプリング周期で電流検出器の検出値を取得し、サンプリング周期とオンオフ信号の周期の最小公倍数以上の時間に同期した周期でレグごとの相電流を推定し、電流制御部は推定相電流を相電流の目標値と一致するよう位相シフト指令を調整するものである。
本願に開示される電力変換装置は、PWM制御部はレグごとに個別のDuty指令とレグごとに異なる初期位相で共通の周期の三角波キャリアの大小関係に基づいてレグのスイッチング素子を制御するオンオフ信号を生成し、電流推定部は三角波キャリアのキャリア周期と異なるサンプリング周期で電流検出器の検出値を取得してレグの相電流を推定し、電流制御部は推定相電流を相電流の目標値と一致するようにDuty指令を調整し、電流制御部はキャリア周期とサンプリング周期との最小公倍数以上の時間に同期した周期で推定相電流を相電流の目標値と一致するようにDuty指令を調整するものである。このため、各相に異なる電源が接続可能であり、固定周期の安定した電流推定とこれに基づく電流制御を実現する。
本願に開示される電力変換装置は、PWM制御部はレグごとに個別のDuty指令とレグごとに異なる初期位相で共通の周期の三角波キャリアの大小関係に基づいてレグのスイッチング素子を制御するオンオフ信号を生成し、電流推定部は三角波キャリアのキャリア周期と異なるサンプリング周期で電流検出器の検出値を取得してレグの相電流を推定し、電流制御部は推定相電流を相電流の目標値と一致するようにDuty指令を調整し、直流電源および交流電源が電力変換部の複数の相電流の経路に接続され、PWM制御部はレグごとに個別の位相シフト指令に基づいてレグごとに初期位相の異なる同一パルス波形形状のレグのスイッチング素子を制御するオンオフ信号を生成し、電流推定部はオンオフ信号の周期と異なるサンプリング周期で電流検出器の検出値を取得し、サンプリング周期とオンオフ信号の周期の最小公倍数以上の時間に同期した周期でレグごとの相電流を推定し、電流制御部は推定相電流を相電流の目標値と一致するよう位相シフト指令を調整するものである。このため、各相に異なる電源が接続可能であり、固定周期の安定した電流推定とこれに基づく電流制御を実現する。
実施の形態1は、共通DCバスに接続した複数のレグを備えた電力変換部と、共通DCバスの電流を検出する電流検出器と、各レグのオンオフ信号を生成するPWM制御部と、相電流を推定する電流推定部と、相電流を目標値に一致するようにDuty指令を調整する電流制御部とを備え、PWM制御部は各レグのDuty指令と異なる初期位相で共通周期の三角波キャリアの大小関係に基づいて電力変換部を制御するオンオフ信号を生成し、電流推定部はキャリア周期と異なるサンプリング周期で電流検出器の検出電流を取得して、各相電流を推定し、電流制御部はキャリア周期とサンプリング周期の最小公倍数以上の時間に同期した周期で各相電流の推定値と各相電流の目標値が一致するようにDuty指令を調整する電力変換装置に関するものである。
電力変換装置100は、電力変換部1、電流推定部2、電流制御部3、PWM制御部4、および電流検出器5を備える。
図4以降の実施の形態1の電力変換装置100の具体的な構成、動作説明では、電力変換部1の入力側に接続される各種電源である入力電源部11と電力変換部1の出力側に接続される負荷12を含める。図1の電力変換装置100の基本構成では、これら入力電源部11と負荷12は省略している。
図1において、スイッチング素子を含めた上アームをAp1、Ap2、・・・、ApNとし、スイッチング素子を含めた下アームをAn1、An2、・・・、AnNとしている。また、レグ1の相電流をI1、レグ2の相電流をI2、・・・、レグNの相電流をINとしている。なお、以降の説明において、k番目の上アームをApk、下アームをAnkと、k番目の相電流をIkと適宜記載する。
電流検出器5は、電力変換部1の各レグの低圧側の電流経路に流れる電流である共通DCバス電流Ibusを計測する。なお、図1において、電流検出器5は、CT(current transformer)を想定している。
電流制御部3は各推定相電流(RI1、RI2、・・・、RIN)と各相電流の目標値(I1*、I2*、・・・、IN*)を用いて、各相電流を制御するためのDuty指令(D1*、D2*、・・・、DN*)を生成する。
PWM制御部4は、電力変換部1の各レグの上下アーム(Ap1、Ap2、・・・、ApNおよびAn1、An2、・・・、AnN)を制御するオンオフ信号(Sp1、Sp2、・・・、SpNおよびSn1、Sn2、・・・、SnN)を生成する。
なお、以下の説明では、例えば「上下アームを制御するオンオフ信号」を「上下アームのオンオフ信号」と適宜記載する。
なお、図において、信号線上の斜線の上の数字(例えば、N)は信号数を表している。
k番目のレグは上アームのApkと下アームのAnkのいずれか一方をスイッチングし、もう一方を常にオフする。
上アームと下アームに反転関係のオンオフ信号を与えた動作においては、オンオフ信号は上下アームの素子ばらつき、および素子特性に起因する共通DCバスの短絡を防ぐためデッドタイムを設けてもよい。ここで、デッドタイムは上アームと下アームが同時にオフする短絡防止期間を指す。
また、各相電流の方向が一方向に限定される用途においては、上アームApkと下アームAnkのいずれか一方のスイッチング素子をダイオードに置き換えてもよい。
ここで、N回検出に対応する上アームの関数を行列Zで表し、共通DCバス電流IbusをN回検出した期間中に(2)式の相電流のI1からINを一定として扱う。
電流制御部3は、電流推定部2で推定した各推定相電流(RI1、RI2、・・・、RIN)と各相電流の目標値(I1*、I2*、・・・、IN*)をそれぞれ比較し、その偏差が小さくなるようにDuty指令(D1*、D2*、・・・、DN*)を生成する。
PWM制御部4はレグごとにDuty指令(D1*、D2*、・・・、DN*)と三角波キャリアとを比較し、上下アームのオンオフ信号(Sp1、Sp2、・・・、SpN、およびSn1、Sn2、・・・、SnN)を生成する。ここで、上アームと下アームの一方がダイオードの場合、PWM制御部4はもう一方のアームのオンオフ信号のみを生成する。
図2の電力変換装置101では(2)式の上下アームのオンオフ信号をPWM制御部4に入力されるDuty指令から推定できる特性を利用している。共通DCバス電流Ibusの検出タイミングにおけるアームのオンオフ信号はDuty指令と三角波キャリアの最大値または最小値を基準とした検出タイミングの時間差から推定可能である。
この特性を利用した図2の電力変換装置101では、電流推定部2は、PWM制御部4から出力されるアームのオンオフ信号を使用することなく、電流制御部3から出力されるDuty指令(D1*、D2*、・・・、DN*)を使用することで、共通DCバス電流Ibusから各推定相電流(RI1、RI2、・・・、RIN)を推定している。
電流制御部3、PWM制御部4の機能、動作ついては、図1の電力変換装置100と同じであるため、省略する。
電力変換装置102では、電力変換装置101の電流検出器5を抵抗5Aと演算器5Bに置き換えたものである。抵抗5Aの両端電圧Vrを演算器5Bで抵抗5Aの抵抗値rで除算することで、共通DCバス電流Ibusを算出している。
電力変換装置102では、抵抗5Aに生じる電圧を検出して、演算器5Bで除算することで、共通DCバス電流Ibusの広帯域の検出を安価に実現できる。
図1の電力変換装置100に対しても同様に適用でき、電流検出器5を抵抗5A、演算器5Bに置き換えることで、共通DCバス電流Ibusの広帯域の検出を安価に実現できる。
レグ毎のオンオフ動作と共通DCバス電流Ibusの検出タイミングを管理することで、電流推定部2において(2)式の行列Zの行列式がゼロとならないで、(3)式を汎用的に適用できる構成を実現できる。
以下、電流推定部2の安定した動作を実現する各相のキャリア位相差と、共通DCバス電流Ibusの検出タイミングの設定例を説明する。
まず、図4に基づいて、代表構成1の構成を入力電源部と電力変換部を中心に説明する。図1等の構成と区別するために、電力変換装置103としている。また、電力変換部1Aとし、入力電源部11Aとしている。また、電力変換部1Aと負荷12との接続する共通DCバスに平滑コンデンサ6を追加している。ここで、コンデンサ6の電圧をVbusとしている。
電力変換装置103の入力電源部11Aは、リアクトルL1、L2および直流電源VDC1、VDC2を備えており、電力変換部1Aとともに2入力2相コンバータを構成する。
電力変換装置103は2相構成であるため電流制御部3とPWM制御部4をそれぞれ2つ備える。
電流制御部3は推定相電流(RI1、RI2)と各相電流の目標値(I1*、I2*)を用いて、各相電流を制御するためのDuty指令(D1*、D2*)を生成する。
PWM制御部4は、電流制御部3が生成したDuty指令(D1*、D2*)から電力変換部1Aの各レグの上下アーム(Ap1、Ap2およびAn1、An2)を制御するオンオフ信号(Sp1、Sp2およびSn1、Sn2)を生成する。
具体的には、図5は、三角波キャリア(fc1、fc2)、高圧側の上アームAp1、Ap2のオンオフ状態、各相電流(I1、I2)、共通DCバス電流Ibusおよび検出電流(Isp1、Isp2)の関係を説明している。
図6Aは、上アームAp1のオンオフ状態および共通DCバス電流Ibusの検出タイミング(つまりIsp1、Isp2の検出タイミング)を位相で説明している。なお、Kは三角波キャリアの振幅であり、ωcは三角波キャリアの角周波数である。
ここで、三角波キャリアfc1は、時間関数tが−π/ωc以上からπ/ωc以下の範囲にてfc1=(K/π)・|ωct|で表される。
図6Bは、上アームAp2のオンオフ状態および共通DCバス電流Ibusの検出タイミングを位相で説明している。
ここで、三角波キャリアfc2は、時間関数tが−2π/ωc以上から0以下の範囲にてfc2=(K/π)・|ωct+π|で表される。
図5、図6A、6Bでは、2相共にDuty指令が0%と100%にてサンプリング誤差が発生しやすいといえる。なお、以降例えば、図6A、図6Bを区別する必要がなく、まとめて記載する場合は、適宜図6と記載する。
なお、図7において、*Aは「電流検出(Isp1、Isp2)を行い、相電流を推定する」、*Bは「電流制御」を表している。
ここで、各相のキャリア位相差を180度、共通DCバス電流Ibusの検出タイミング周期をキャリア周期の1.5倍、電流制御及びDuty指令の更新周期をキャリア周期と電流検出タイミング周期の最小公倍数であるキャリア周期の3.0倍としている。
なお、電流検出タイミング周期は、すなわち各相電流推定タイミング周期である。
なお、図7においてDuty指令(D1*、D2*)の更新をD2*の次にD1*としたが、電流制御演算の速さに応じてDuty指令(D1*、D2*)の更新をD1*の次にD2*としてもよい。
また、説明において明確な場合は、「共通DCバス電流の検出周期」は、適宜「電流検出周期」と記載する。
具体的には、図8は、三角波キャリア(fc1、fc2)、Duty指令(D1*、D2*)、高圧側の上アームAp1、Ap2のオンオフ状態、各相電流(I1、I2)、共通DCバス電流Ibusおよび検出電流(Isp1、Isp2、Isp3、Isp4)の関係を説明している。
図9Aは、上アームAp1のオンオフ状態および共通DCバス電流Ibusの検出タイミング(つまりIsp1からIsp4の検出タイミング)を位相で説明している。
ここで、三角波キャリアfc1は、時間関数tが−π/ωc以上からπ/ωc以下の範囲にてfc1=(K/π)・|ωct|で表される。
図9Bは、上アームAp2のオンオフ状態および共通DCバス電流Ibusの検出タイミング(つまりIsp1からIsp4の検出タイミング)を位相で説明している。
ここで、三角波キャリアfc2は、時間関数tが−(3/2)π/ωc以上から(1/2)π/ωc以下の範囲にてfc2=(K/π)・|ωct+(π/2)|で表される。
なお、図10において、*Cは「電流検出(Isp1からIsp4)を行い、相電流を推定する」、*Dは「電流制御」を表している。
ここで、各相のキャリア位相差を90度、共通DCバス電流Ibusの検出タイミング周期をキャリア周期の1.25倍、電流制御及びDuty指令の更新周期をキャリア周期と検出タイミング周期の最小公倍数であるキャリア周期の5.0倍としている。
例えば、Duty指令D1*が50%超過、Duty指令D2*が50%超過の条件では、(12)式の行列Zは、−1である。したがって、逆行列の導出は可であり、相電流推定は有効(○)である。
また、Duty指令D1*が50%超過、Duty指令D2*が50%未満の条件では、(12)式の行列Zは、0である。したがって、逆行列の導出は不可であり、相電流推定は無効(×)である。
なお、Duty指令50%はサンプリングタイミングと重複するため、逆行列の導出可否を不定として取り扱う必要がある。
なお、図10においてDuty指令(D1*、D2*)の更新をD2*の次にD1*としたが、電流制御演算の速さに応じてDuty指令(D1*、D2*)の更新をD1*の次にD2*としてもよい。
離散化の例として、Duty指令0%から100%を1%刻みで0.0%、0.5%、1.5%、2.5%、・・・、48.5%、49.5%、50.5%、51.5%、・・・、97.5%、98.5%、99.5%、100.0%とする設定が考えられる。この設定の場合、離散化刻みは最大値100%と最小値0.0%のみ0.5%となる。
図12において、図1等の構成と区別するために、電力変換装置104としている。また、電力変換部1Bとし、入力電源部11Bとしている。また、電力変換部1Bと負荷12との接続する共通DCバスに平滑コンデンサ6を備えている。
電力変換装置104の入力電源部11Bは、リアクトルL1、L2、L3および直流電源VDC1、VDC2、VDC3を備えており、電力変換部1Bとともに3入力3相コンバータを構成する。
電力変換装置104は3相構成であるため電流制御部3とPWM制御部4をそれぞれ3つ備える。
電流制御部3は推定相電流(RI1、RI2、RI3)と各相電流の目標値(I1*、I2*、I3*)を用いて、各相電流を制御するためのDuty指令(D1*、D2*、D3*)を生成する。
PWM制御部4は、電流制御部3が生成したDuty指令(D1*、D2*、D3*)から電力変換部1Bの各レグの上下アーム(Ap1、Ap2、Ap3およびAn1、An2、An3)を制御するオンオフ信号(Sp1、Sp2、Sp3およびSn1、Sn2、Sn3)を生成する。
具体的には、図13Aは、三角波キャリア(fc1、fc2、fc3)、高圧側の上アームAp1、Ap2、Ap3のオンオフ状態、各相電流(I1、I2、I3)、共通DCバス電流Ibusおよび検出電流(Isp1、Isp2、Isp3、Isp4、Isp5、Isp6)の関係を説明している。
図13Bは、上アームAp1のオンオフ状態および共通DCバス電流Ibusの検出タイミング(つまりIsp1からIsp6の検出タイミング)を位相で説明している。
ここで、三角波キャリアfc1は、時間関数tが−π/ωc以上からπ/ωc以下の範囲にてfc1=(K/π)・|ωct|で表される。
図14Aは、上アームAp2のオンオフ状態および共通DCバス電流Ibusの検出タイミング(つまりIsp1からIsp6の検出タイミング)を位相で説明している。
ここで、三角波キャリアfc2は、時間関数tが−(1/3)π/ωc以上から(5/3)π/ωc以下の範囲にてfc2=(K/π)・|ωct−(2π/3)|で表される。
図14Bは、上アームAp3のオンオフ状態および共通DCバス電流Ibusの検出タイミング(つまりIsp1からIsp6の検出タイミング)を位相で説明している。
ここで、三角波キャリアfc3は、時間関数tが−(5/3)π/ωc以上から(1/3)π/ωc以下の範囲にてfc3=(K/π)・|ωct+(2π/3)|で表される。
図13、図14では、3相共にDuty指令が0%、(100/3)%、(200/3)%、100%にてサンプリング誤差が発生しやすいといえる。
なお、図15において、*Eは「電流検出(Isp1からIsp6)を行い、相電流を推定する」、*Fは「電流制御」を表している。
ここで、各相のキャリア位相差を120度、共通DCバス電流Ibusの検出タイミング周期をキャリア周期の5/6倍、電流制御及びDuty指令の更新周期をキャリア周期と電流検出タイミング周期の最小公倍数であるキャリア周期の5.0倍としている。
なお、電流検出タイミング周期は、すなわち各相電流推定タイミング周期である。
なお、図16において、*Gは「電流検出(Isp1からIsp6)を行い、相電流を推定する」、*Hは「電流制御」を表している。
ここで、各相のキャリア位相差を120度、共通DCバス電流Ibusの検出タイミング周期をキャリア周期の7/6倍、電流制御及びDuty指令の更新周期をキャリア周期と電流検出タイミング周期の最小公倍数であるキャリア周期の7.0倍としている。
設定例2の場合、Isp1からIsp6の検出タイミングにおいてDuty指令が変化すると検出タイミングの上アームAp1、Ap2、Ap3の状態も変化する。このため、Duty指令の更新周期はキャリア周期と電流検出周期の最小公倍数であるキャリア周期の7.0倍以上に設定することで相電流I1、I2、I3の推定誤差を小さくできる。
なお、図16においてDuty指令の更新をD2*とD3*の次にD1*としたが、電流制御演算の速さに応じて、Duty指令の更新をD1*の次にD2*とD3*としてもよい。
図17において、図1等の構成と区別するために、電力変換装置105としている。また、電力変換部1Cとし、入力電源部11Cとしている。
電力変換装置105の入力電源部11Cは、リアクトルL1、L2、L3、L4および直流電源VDC1、VDC2、VDC3、VDC4を備えており、電力変換部1Cと共に4入力4相コンバータを構成する。
電力変換装置105は4相構成であるため電流制御部3とPWM制御部4をそれぞれ4つ備える。
電流制御部3は推定相電流(RI1、RI2、RI3、RI4)と各相電流の目標値(I1*、I2*、I3*、I4*)を用いて、各相電流を制御するためのDuty指令(D1*、D2*、D3*、D4*)を生成する。
PWM制御部4は、電流制御部3が生成したDuty指令(D1*、D2*、D3*、、D4*)から電力変換部1Bの各レグの上下アーム(Ap1、Ap2、Ap3、Ap4およびAn1、An2、An3、An4)を制御するオンオフ信号(Sp1、Sp2、Sp3、Sp4およびSn1、Sn2、Sn3、Sn4)を生成する。
具体的には、図18Aは、三角波キャリア(fc1、fc2、fc3、fc4)、高圧側の上アームAp1、Ap2、Ap3、Ap4のオンオフ状態、各相電流(I1、I2、I3、I4)、共通DCバス電流Ibusおよび検出電流(Isp1、Isp2、Isp3、Isp4)の関係を説明している。
図18Bは、上アームAp1のオンオフ状態および共通DCバス電流Ibusの検出タイミング(つまりIsp1からIsp4の検出タイミング)を位相で説明している。
ここで、三角波キャリアfc1は、時間関数tが−π/ωc以上からπ/ωc以下の範囲にてfc1=(K/π)・|ωct|で表される。
ここで、三角波キャリアfc2は、時間関数tが−(1/2)π/ωc以上から(3/2)π/ωc以下の範囲にてfc2=(K/π)・|ωct−(π/2)|で表される。
図19Bは、上アームAp3のオンオフ状態および共通DCバス電流Ibusの検出タイミングを位相で説明している。
ここで、三角波キャリアfc3は、時間関数tが−2π/ωc以上から0以下の範囲にてfc3=(K/π)・|ωct+π|で表される。
図19Cは、上アームAp4のオンオフ状態および共通DCバス電流Ibusの検出タイミングを位相で説明している。
ここで、三角波キャリアfc4は、時間関数tが−(3/2)π/ωc以上から(1/2)π/ωc以下の範囲にてfc4=(K/π)・|ωct+(π/2)|で表される。
図18、図19では、4相共にDuty指令が0%、50%、100%においてサンプリング誤差が発生しやすいといえる。
なお、図20において、*Iは「電流検出(Isp1からIsp4)を行い、相電流を推定する」、*Jは「電流制御」を表している。
ここで、各相のキャリア位相差を90度、共通DCバス電流Ibusの検出タイミング周期をキャリア周期の5/4倍、電流制御及びDuty指令の更新周期をキャリア周期と電流検出タイミング周期の最小公倍数であるキャリア周期の5.0倍としている。
なお、電流検出タイミング周期は、すなわち各相電流推定タイミング周期である。
具体的には、図21Aは、三角波キャリア(fc1、fc2、fc3、fc4)、高圧側の上アームAp1、Ap2、Ap3、Ap4のオンオフ状態、各相電流(I1、I2、I3、I4)、共通DCバス電流Ibusおよび検出電流(Isp1、Isp2、Isp3、Isp4、Isp5、Isp6)の関係を説明している。
なお、三角波キャリアfc1、fc2、fc3は、それぞれ120度の位相差を有し、fc4はfc1に対して、180度の位相差を有する。すなわち、三角波キャリアfc1、fc2、fc3、fc4の初期位相差はそれぞれ異なっている。
図21Bは、上アームAp1のオンオフ状態および共通DCバス電流Ibusの検出タイミング(つまりIsp1からIsp6の検出タイミング)を位相で説明している。
ここで、三角波キャリアfc1は、時間関数tが−π/ωc以上からπ/ωc以下の範囲にてfc1=(K/π)・|ωct|で表される。
ここで、三角波キャリアfc2は、時間関数tが−(1/3)π/ωc以上から(5/3)π/ωc以下の範囲にてfc2=(K/π)・|ωct−(2π/3)|で表される。
図22Bは、上アームAp3のオンオフ状態および共通DCバス電流Ibusの検出タイミング(つまりIsp1からIsp6の検出タイミング)を位相で説明している。
ここで、三角波キャリアfc3は、時間関数tが−(5/3)π/ωc以上から(1/3)π/ωc以下の範囲にてfc3=(K/π)・|ωct+(2π/3)|で表される。
図22Cは、上アームAp4のオンオフ状態および共通DCバス電流Ibusの検出タイミング(つまりIsp1からIsp6の検出タイミング)を位相で説明している。
ここで、三角波キャリアfc4は、時間関数tが−2π/ωc以上から0以下の範囲にてfc4=(K/π)・|ωct+(π/2)+π|で表される。
図21、図22では、4相共にDuty指令が0%、100/3%、200/3%、100%においてサンプリング誤差が発生しやすいといえる。
なお、図23において、*Kは「電流検出(Isp1からIsp6)を行い、相電流を推定する」、*Lは「電流制御」を表している。
ここで、4相中3相(fc1、fc2、fc3)のキャリア位相差を120度、3相中1相(fc1)と残り1相(fc4)のキャリア位相差を180度、共通DCバス電流Ibusの検出タイミング周期をキャリア周期の5/6倍、電流制御及びDuty指令の更新周期をキャリア周期と電流検出タイミング周期の最小公倍数であるキャリア周期の5.0倍としている。
なお、電流検出タイミング周期は、すなわち各相電流推定タイミング周期である。
したがって、図21から図23の設定例2は、代表構成1で示した2相構成の設定と、代表構成2で示した3相構成の設定を組合せることで、図18から図20の設定例1にて電流推定部2が有効な推定ができない条件に対応できることが分かる。
図24は、代表構成1の派生例の1入力2相コンバータである。
図1等の構成と区別するために、電力変換装置106としている。また、電力変換部1Dとし、入力電源部11Dとしている。
電力変換装置106の入力電源部11Dは、リアクトルL1、L2および直流電源VDC1を備えており、電力変換部1Dとともに1入力2相コンバータを構成する。
電力変換装置106は2相構成であるため電流制御部3とPWM制御部4をそれぞれ2つ備える。
電流制御部3は推定相電流(RI1、RI2)と各相電流の目標値(I1*、I2*)を用いて、各相電流を制御するためのDuty指令(D1*、D2*)を生成する。
PWM制御部4は、電流制御部3が生成したDuty指令(D1*、D2*)から電力変換部1Dの各レグの上下アーム(Ap1、Ap2およびAn1、An2)を制御するオンオフ信号(Sp1、Sp2、およびSn1、Sn2)を生成する。
図1等の構成と区別するために、電力変換装置107としている。また、電力変換部1Eとし、入力電源部11Eとしている。
電力変換装置107の入力電源部11Eは、リアクトルL1、L2、L3および直流電源VDC1を備えており、電力変換部1Eとともに1入力3相コンバータを構成する。
電力変換装置107は3相構成であるため電流制御部3とPWM制御部4をそれぞれ3つ備える。
電流制御部3は推定相電流(RI1、RI2、RI3)と各相電流の目標値(I1*、I2*、I3*)を用いて、各相電流を制御するためのDuty指令(D1*、D2*、D3*)を生成する。
PWM制御部4は、電流制御部3が生成したDuty指令(D1*、D2*、D3*)から電力変換部1Eの各レグの上下アーム(Ap1、Ap2、Ap3およびAn1、An2、An3)を制御するオンオフ信号(Sp1、Sp2、Sp3およびSn1、Sn2、Sn3)を生成する。
図1等の構成と区別するために、電力変換装置108としている。また、電力変換部1Fとし、入力電源部11Fとしている。
電力変換装置108の入力電源部11Fは、リアクトルL1、L2、L3および直流電源VDC1、VDC2を備えており、電力変換部1Fとともに2入力3相コンバータを構成する。
電力変換装置108は3相構成であるため電流制御部3とPWM制御部4をそれぞれ3つ備える。
電流制御部3は推定相電流(RI1、RI2、RI3)と各相電流の目標値(I1*、I2*、I3*)を用いて、各相電流を制御するためのDuty指令(D1*、D2*、D3*)を生成する。
PWM制御部4は、電流制御部3が生成したDuty指令(D1*、D2*、D3*)から電力変換部1Fの各レグの上下アーム(Ap1、Ap2、Ap3およびAn1、An2、An3)を制御するオンオフ信号(Sp1、Sp2、Sp3およびSn1、Sn2、Sn3)を生成する。
図1等の構成と区別するために、電力変換装置109としている。また、電力変換部1Gとし、入力電源部11Gとしている。
電力変換装置109の入力電源部11Gは、リアクトルL1、L2、L3、L4および直流電源VDC1を備えており、電力変換部1Gとともに1入力4相コンバータを構成する。
電力変換装置109は4相構成であるため電流制御部3とPWM制御部4をそれぞれ4つ備える。
電流制御部3は推定相電流(RI1、RI2、RI3、RI4)と各相電流の目標値(I1*、I2*、I3*、I4*)を用いて、各相電流を制御するためのDuty指令(D1*、D2*、D3*、D4*)を生成する。
PWM制御部4は、電流制御部3が生成したDuty指令(D1*、D2*、D3*、、D4*)から電力変換部1Gの各レグの上下アーム(Ap1、Ap2、Ap3、Ap4およびAn1、An2、An3、An4)を制御するオンオフ信号(Sp1、Sp2、Sp3、Sp4およびSn1、Sn2、Sn3、Sn4)を生成する。
図1等の構成と区別するために、電力変換装置110としている。また、電力変換部1Hとし、入力電源部11Hとしている。
電力変換装置110の入力電源部11Hは、リアクトルL1、L2、L3、L4および直流電源VDC1、VDC2、VDC3を備えており、電力変換部1Hとともに3力4相コンバータを構成する。
電力変換装置110は4相構成であるため電流制御部3とPWM制御部4をそれぞれ4つ備える。
電流制御部3は推定相電流(RI1、RI2、RI3、RI4)と各相電流の目標値(I1*、I2*、I3*、I4*)を用いて、各相電流を制御するためのDuty指令(D1*、D2*、D3*、D4*)を生成する。
PWM制御部4は、電流制御部3が生成したDuty指令(D1*、D2*、D3*、、D4*)から電力変換部1Hの各レグの上下アーム(Ap1、Ap2、Ap3、Ap4およびAn1、An2、An3、An4)を制御するオンオフ信号(Sp1、Sp2、Sp3、Sp4およびSn1、Sn2、Sn3、Sn4)を生成する。
図29において、図1等の構成と区別するために、電力変換装置111としている。また、電力変換部1Jとし、入力電源部11Jとしている。また、電力変換部1Jと負荷12との接続する共通DCバスに平滑コンデンサ6を備えている。
電力変換装置111の入力電源部11Jは、リアクトルL1、L2および交流電源VAC1を備えており、電力変換部1Jとともに単相2線インバータを構成する。
電力変換装置111は、電流制御部3を1つとPWM制御部4を2つ備える。
リアクトルL1を流れる電流は相電流I1に対応し、リアクトルL2を流れる電流は相電流I2に対応している。
電流制御部3は推定相電流(RIAC)と各相電流の目標値(IAC*)を用いて、各相電流を制御するためのDuty指令(D1*、D2*)を生成する。
PWM制御部4は、電流制御部3が生成したDuty指令(D1*、D2*)から電力変換部1Aの各レグの上下アーム(Ap1、Ap2およびAn1、An2)を制御するオンオフ信号(Sp1、Sp2、およびSn1、Sn2)を生成する。
具体的には、図30は、三角波キャリア(fc1、fc2)、高圧側の上アームAp1、Ap2のオンオフ状態、各相電流(I1、I2)、共通DCバス電流Ibusおよび検出電流(Isp1、Isp2)の関係を説明している。
図31Aは、上アームAp1のオンオフ状態および共通DCバス電流Ibusの検出タイミング(つまりIsp1、Isp2の検出タイミング)を位相で説明している。
ここで、三角波キャリアfc1は、時間関数tが−π/ωc以上からπ/ωc以下の範囲にてfc1=(K/π)・|ωct|で表される。
図31Bは、上アームAp2のオンオフ状態および共通DCバス電流Ibusの検出タイミング(つまりIsp1、Isp2の検出タイミング)を位相で説明している。
ここで、三角波キャリアfc2は、時間関数tが−2π/ωc以上から0以下の範囲にてfc2=(K/π)・|ωct+π|で表される。
図30、図31では、2相共にDuty指令が0%と100%にてサンプリング誤差が発生しやすいといえる。
なお、図32において、*Mは「電流検出(Isp1、Isp2)を行い、相電流を推定する」、*Nは「電流制御」を表している。
ここで、各相のキャリア位相差を180度、共通DCバス電流Ibusの検出タイミング周期をキャリア周期の1.5倍、電流制御及びDuty指令の更新周期をキャリア周期と電流検出タイミング周期の最小公倍数であるキャリア周期の3.0倍としている。
ここで、代表構成4は代表構成1と異なり、相電流I1の逆極性の電流が相電流I2となるため、電流推定部2はIACの推定値として、I1の推定値、I2の推定値の−1倍、I1推定値とI2推定値の差分を取り0.5倍した値などを選択することができる。このように、代表構成4は代表構成1と同等に取り扱うことができる。
本説明では、代表構成1の設定例1に対応させた設定例について説明したが、代表構成1の設定例2に対応させた場合も同様に実現可能である。
図33において、図1等の構成と区別するために、電力変換装置112としている。また、電力変換部1Kとし、入力電源部11Kとしている。電力変換部1Kと負荷12との接続する共通DCバスに平滑コンデンサ6を備えている。
電力変換装置112の入力電源部11Kは、リアクトルL1、L3および交流電源VAC1、VAC2を備えており、電力変換部1Kとともに単相3線インバータを構成する。
電力変換装置112は、電流制御部3、PWM制御部4をそれぞれ3つ備える。
リアクトルL1を流れる交流電流(相電流I1に対応)をIU、リアクトルL3を流れる交流電流(相電流I3に対応)をIV、中性線を流れる交流電流(相電流I2に対応)をIOとしている。
電流制御部3は推定相電流(RIU、RIV、RIO)と各相電流の目標値(IU*、IV*、IO*)を用いて、各相電流を制御するためのDuty指令(D1*、D2*、D3*)を生成する。
PWM制御部4は、電流制御部3が生成したDuty指令(D1*、D2*、D3*)から電力変換部1Kの各レグの上下アーム(Ap1、Ap2、Ap3およびAn1、An2、An3)を制御するオンオフ信号(Sp1、Sp2、Sp3およびSn1、Sn2、Sn3)を生成する。
具体的には、図34Aは、三角波キャリア(fc1、fc2、fc3)、高圧側の上アームAp1、Ap2、Ap3のオンオフ状態、各相電流(I1、I2、I3)、共通DCバス電流Ibusおよび検出電流(Isp1、Isp2、Isp3、Isp4、Isp5、Isp6、)の関係を説明している。
図34Bは、上アームAp1のオンオフ状態および共通DCバス電流Ibusの検出タイミング(つまりIsp1からIsp6の検出タイミング)を位相で説明している。
ここで、三角波キャリアfc1は、時間関数tが−π/ωc以上からπ/ωc以下の範囲にてfc1=(K/π)・|ωct|で表される。
ここで、三角波キャリアfc2は、時間関数tが−(1/3)π/ωc以上から(5/3)π/ωc以下の範囲にてfc2=(K/π)・|ωct−(2π/3)|で表される。
図35Bは、上アームAp3のオンオフ状態および共通DCバス電流Ibusの検出タイミング(つまりIsp1からIsp6の検出タイミング)を位相で説明している。
ここで、三角波キャリアfc3は、時間関数tが−(5/3)π/ωc以上から(1/3)π/ωc以下の範囲にてfc3=(K/π)・|ωct+(2π/3)|で表される。
図34、図35では、3相共にDuty指令が0%、100/3%、200/3%、100%においてサンプリング誤差が発生しやすいといえる。
なお、図36において、*Oは「電流検出(Isp1からIsp6)を行い、相電流を推定する」、*Pは「電流制御」を表している。
ここで、各相のキャリア位相差を120度、共通DCバス電流Ibusの検出タイミング周期をキャリア周期の5/6倍、電流制御及びDuty指令の更新周期をキャリア周期と電流検出タイミング周期の最小公倍数であるキャリア周期の5.0倍としている。
このように、代表構成5は代表構成2と同等に取り扱うことができる。
本説明では、代表構成2の設定例1に対応させた設定例について説明したが、代表構成2の設定例2に対応させた場合も同様に実現可能である。
図1等の構成と区別するために、電力変換装置113としている。また、電力変換部1Lとし、入力電源部11Lとしている。また、電力変換部1Lと負荷12との接続する共通DCバスに平滑コンデンサ6を備えている。
電力変換装置113の入力電源部11Lは、リアクトルL1、L2、L3および交流電源VAC1、VAC2、VAC3を備えており、電力変換部1Lとともに三相三線インバータを構成する。
電力変換装置113は、電流制御部3、PWM制御部4をそれぞれ3つ備える。
リアクトルL1を流れる交流電流(相電流I1に対応)をIU、リアクトルL2を流れる交流電流(相電流I2に対応)をIV、リアクトルL3を流れる交流電流(相電流I3に対応)をIWとしている。
電流制御部3は推定相電流(RIU、RIV、RIW)と各相電流の目標値(IU*、IV*、IW*)を用いて、各相電流を制御するためのDuty指令(D1*、D2*、D3*)を生成する。
PWM制御部4は、電流制御部3が生成したDuty指令(D1*、D2*、D3*)から電力変換部1Lの各レグの上下アーム(Ap1、Ap2、Ap3およびAn1、An2、An3)を制御するオンオフ信号(Sp1、Sp2、Sp3およびSn1、Sn2、Sn3)を生成する。
図1等の構成と区別するために、電力変換装置114としている。また、電力変換部1Mとし、入力電源部11Mとしている。
図38の構成は、図37と同じ三相三線インバータであるが、三相/二相変換器7Aと二相/三相変換器7Bを備える点が、図37の電力変換装置113とは異なっている。
図38では、電流制御部3の入力が二相に変換された推定電流(RIγ、RIδ)と目標値(Iγ*、Iδ*)となり、三相/二相変換および二相/三相変換に位相θが必要になる。なお、Iγ、Iδは回転座標変換後の直交軸電流である。
図38の電力変換装置114では、三相交流電流を静止座標から回転座標へ変換する方式で零相成分を制御しないため、電流制御部3は2つ、PWM制御部4は3つの構成となる。
代表構成6の構成は交流電源を除き代表構成5と同一であるため、代表構成5の図34から図36で説明した設定例を適用できる。
図39は代表構成4から代表構成6の派生例の三相三線インバータと単相二線インバータである。
電力変換部1Nは、電力変換部1NAと電力変換部1NBとを備える。また、入力電源部11Nは、入力電源部11NAと入力電源部11NBとを備える。
ここで、入力電源部11NAは、リアクトルL1、L2、L3および交流電源VAC1、VAC2、VAC3を備えており、電力変換部1NAとともに三相三線インバータを構成する。
また、入力電源部11NBは、リアクトルL4、L5および交流電源VAC4を備えており、電力変換部1NBとともに単相二線インバータを構成する。
電力変換装置115は全体として5相構成であるため電流制御部3とPWM制御部4をそれぞれ5つ備える。
電流制御部3は推定相電流(RIU、RIV、RIW、RIAC)と各相電流の目標値(IU*、IV*、IW*、IAC*)を用いて、各相電流を制御するためのDuty指令(D1*からD5*)を生成する。
PWM制御部4は、電流制御部3が生成したDuty指令(D1*からD5*)から電力変換部1NA、1NBの各レグの上下アーム(Ap1からAp5およびAn1からAn5)を制御するオンオフ信号(Sp1からSp5およびSn1からSn5)を生成する。
図1等の構成と区別するために、電力変換装置116としている。また、電力変換部1Pとし、入力電源部11Pとしている。
電力変換装置116の入力電源部11Pは、リアクトルL1、L2および交流電源VAC1を備え、さらに、リアクトルL3と直流電源VDC1を備える。
電力変換装置116は全体で3相構成であるため電流制御部3とPWM制御部4をそれぞれ3つ備える。
電流制御部3は推定相電流(RIAC、RI3)と各相電流の目標値(IAC*、I3*)を用いて、各相電流を制御するためのDuty指令(D1*からD3*)を生成する。
PWM制御部4は、電流制御部3が生成したDuty指令(D1*からD3*)から電力変換部1Pの各レグの上下アーム(Ap1からAp3およびAn1からAn3)を制御するオンオフ信号(Sp1からSp3、およびSn1からSn3)を生成する。
図1等の構成と区別するために、電力変換装置117としている。また、電力変換部1Qとし、入力電源部11Qとしている。
電力変換装置117の入力電源部11Qは、リアクトルL1、L2および交流電源VAC1を備え、さらに、リアクトルL3、L4と直流電源VDC1、VDC2を備える。
電力変換装置117は全体で4相構成であるため電流制御部3とPWM制御部4をそれぞれ4つ備える。
電流制御部3は推定相電流(RIAC、RI3、RI4)と各相電流の目標値(IAC*、I3*、I4*)を用いて、各相電流を制御するためのDuty指令(D1*からD4*)を生成する。
PWM制御部4は、電流制御部3が生成したDuty指令(D1*からD4*)から電力変換部1Qの各レグの上下アーム(Ap1からAp4およびAn1からAn4)を制御するオンオフ信号(Sp1からSp4、およびSn1からSn4)を生成する。
図1等の構成と区別するために、電力変換装置118としている。また、電力変換部1Rとし、入力電源部11Rとしている。
電力変換装置118の入力電源部11Rは、リアクトルL1、L3および交流電源VAC1、VAC2を備え、さらに、リアクトルL4と直流電源VDC1を備える。
電力変換装置118は全体で4相構成であるため電流制御部3とPWM制御部4をそれぞれ4つ備える。
電流制御部3は推定相電流(RIU、RIV、RIO、RI4)と各相電流の目標値(IU*、IV*、IO*、I4*)を用いて、各相電流を制御するためのDuty指令(D1*からD4*)を生成する。
PWM制御部4は、電流制御部3が生成したDuty指令(D1*からD4*)から電力変換部1Rの各レグの上下アーム(Ap1からAp4およびAn1からAn4)を制御するオンオフ信号(Sp1からSp4、およびSn1からSn4)を生成する。
図1等の構成と区別するために、電力変換装置119としている。また、電力変換部1Sとし、入力電源部11Sとしている。
電力変換装置119の入力電源部11Sは、リアクトルL1、L2、L3および交流電源VAC1、VAC2、VAC3を備え、さらに、リアクトルL4と直流電源VDC1を備える。
電力変換装置119は全体で4相構成であるため電流制御部3とPWM制御部4をそれぞれ4つ備える。
電流制御部3は推定相電流(RIU、RIV、RIW、RI4)と各相電流の目標値(IU*、IV*、IW*、I4*)を用いて、各相電流を制御するためのDuty指令(D1*からD4*)を生成する。
PWM制御部4は、電流制御部3が生成したDuty指令(D1*からD4*)から電力変換部1Sの各レグの上下アーム(Ap1からAp4およびAn1からAn4)を制御するオンオフ信号(Sp1からSp4、およびSn1からSn4)を生成する。
また、高圧側アームと低圧側アームの一方がダイオードの場合、スイッチング素子側のアームを基準として、各相電流復元を同様に実現できる。なお、図において各相電流のスイッチングによるリプル成分を無視して記載したが、各相電流にリプル成分が存在する場合も同様に適用可能である。
したがって、実施の形態1の電力変換装置は、各相に異なる電源が接続可能であり、固定周期の安定した電流推定とこれに基づく電流制御を実現することができる。
実施の形態2の電力変換装置は、位相シフトで動作する絶縁コンバータを含む構成において、PWM制御部はレグごとに個別の位相シフト指令値に基づいて、初期位相の異なる同一パルス波形形状のアームのオンオフ信号を生成し、電流推定部はアームのオンオフ信号の周期と異なるサンプリング周期で電流検出器の検出電流を取得して各相電流を推定し、電流制御部はサンプリング周期とアームのオンオフ信号の周期の最小公倍数以上の時間に同期した周期で推定した各相電流を目標値に一致するよう位相シフト指令値を調整するものである。
実施の形態2の構成図(図44等)において、実施の形態1と同一あるいは相当部分は、同一の符号を付している。
まず、図44に基づいて、絶縁コンバータを備えた基本構成の機能・動作を入力電源部と電力変換部を中心に説明する。
図44において、実施の形態1の構成と区別するために、電力変換装置200、電力変換部21、入力電源部211としている。また、電力変換部21と負荷12との接続する共通DCバスに平滑コンデンサ6を備えている。
電力変換部21は、上下アーム(Ap1、Ap2、An1、An2)を備えた電力変換部21A、絶縁トランス21B、上下アーム(Ap3、Ap4、An3、An4)を備えた電力変換部21Cから構成される。絶縁トランス21Bにおいて1次側(低圧側)の電圧をV12と、2次側(高圧側)の電圧をV34としている。また、絶縁トランス21Bの2次側の電流をI3、I4としている。
入力電源部211は直流電源VDC1を備えている。直流電源VDC1の電圧をVDCとしている。
以下の説明では、絶縁トランス21Bの1次側、2次側それぞれ備える2組のレグにおいて、2つのレグの内、一方のレグの上アームのオンオフ状態ともう一方のレグの下アームのオンオフ状態を合わせ、同様に一方のレグの下アームのオンオフ状態ともう一方のレグの上アームのオンオフ状態を合わせる動作を想定している。
電流制御部3は推定相電流(RIbusav)と相電流の目標値(Ibusav*)を用いて、各相電流を制御するための位相シフト指令(φ*)を生成する。
PWM制御部4は、電流制御部3が生成した位相シフト指令(φ*)から電力変換部1Aの各レグの上下アーム(Ap1〜Ap4およびAn1〜An4)を制御するオンオフ信号(Sp1からSp4、およびSn1からSn4)を生成する。
具体的には、図45は、高圧側の上アームAp1、Ap3のオンオフ状態、絶縁トランス21Bの1次側電圧V12、2次側電圧V34、各相電流(I3、I4)、共通DCバス電流Ibusおよび検出電流(Isp1、Isp2)の関係を説明している。
なお、相電流I4は、−I3である。
図46Aは、上アームAp1のオンオフ状態および共通DCバス電流Ibusの検出タイミング(つまりIsp1、Isp2の検出タイミング)を位相で説明している。
図46Bは、上アームAp3のオンオフ状態および共通DCバス電流Ibusの検出タイミング(つまりIsp1、Isp2の検出タイミング)を位相で説明している。
図45、図46では、2相共に位相シフト指令が0度と180度にてサンプリング誤差が発生しやすいといえる。
なお、図47において、*Qは「電流検出(Isp1、Isp2)を行い、相電流を推定する」、*Rは「電流制御」を表している。また、φは位相シフトである。
また、検出電流Isp1とIsp2に対して入力電圧VDC、共通DCバス電圧Vbusと位相シフト指令(φ*)を考慮することで共通DCバス電流Ibusの平均値を推定することができる。
なお、この電力変換器は、例えば、実施の形態1の図4において入力電源部11Aと電力変換部1Aを組合せた概念である。
まず、図48に基づいて、入力電源部と電力変換部を中心に説明する。実施の形態2の電力変換装置200と区別するために、電力変換装置201としている。また、電力変換部22とし、入力電源部221としている。また、電力変換部22と負荷12との接続する共通DCバスに平滑コンデンサ6を備えている。
電力変換部22は、上下アーム(Ap1、Ap2、An1、An2)を備えた電力変換部22A、絶縁トランス22B、上下アーム(Ap3、Ap4、An3、An4)を備えた電力変換部22C、上下アーム(Ap5、Ap5)を備えた電力変換部22Dから構成される。絶縁トランス22Bにおいて1次側(低圧側)の電圧をV12と、2次側(高圧側)の電圧をV34としている。また、絶縁トランス22Bの2次側の電流をI3、I4としている。
入力電源部221は直流電源VDC1を備える入力電源部221AとリアクトルL1と直流電源VDC2を備える入力電源部221Bから構成される。直流電源VDC1の電圧VDCとしている。
電流制御部3は推定相電流(RIbusav、I5)と相電流の目標値(Ibusav*、I5*)を用いて、各相電流を制御するための位相シフト指令およびDuty指令(φ*、D5*)を生成する。
PWM制御部4は、電流制御部3が生成した位相シフト指令、Duty指令(φ*、D5*)から電力変換部22の各レグの上下アーム(Ap1からAp5、およびAn1からAn5)を制御するオンオフ信号(Sp1からSp5、およびSn1からSn5)を生成する。
具体的には、図49Aは、三角波キャリア(fc5)、高圧側の上アームAp1、Ap3、Ap5のオンオフ状態、絶縁トランス22Bの1次側電圧V12、2次側電圧V34、各相電流(I3、I4、I5)、共通DCバス電流Ibusおよび検出電流(Isp1、Isp2)の関係を説明している。
なお、相電流I4は、−I3である。
図49Bは、上アームAp1のオンオフ状態および共通DCバス電流Ibusの検出タイミングを位相で説明している。
図50Aは、上アームAp3のオンオフ状態および共通DCバス電流Ibusの検出タイミングを位相で説明している。
図50Bは、上アームAp5のオンオフ状態および共通DCバス電流Ibusの検出タイミング(つまりIsp1、Isp2の検出タイミング)を位相で説明している。
図49、図50では、2相共に位相シフト指令が0度と180度にてサンプリング誤差が発生しやすいといえる。
なお、図51において、*Sは「電流検出(Isp1、Isp2)を行い、相電流を推定する」、*Tは「電流制御」を表している。また、φは位相シフトである。
ここで、(30)式は実施の形態1の代表構成1の添え字1に対応する非絶縁コンバータ1を絶縁コンバータに、添え字2に対応する非絶縁コンバータ2を非絶縁コンバータ5に置き換えている。また、Isp1とIsp2のタイミングにおいて絶縁コンバータのトランスに生じる電流はキャリア周期あたりの直流偏差が電流振幅に対して1/10以下の小さい値とし、2回の検出タイミングにて発生する電流は同値のIDABとした。
したがって、実施の形態2の電力変換装置は、絶縁コンバータを含む構成においても、各相に異なる電源が接続可能であり、固定周期の安定した電流推定とこれに基づく電流制御を実現することができる。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組合せる場合が含まれるものとする。
Claims (14)
- スイッチング素子をそれぞれ備えた2つのアームを上下に接続した1組をレグとし、前記レグを複数個有し、各前記レグにおいて前記2つのアームの中点に接続された経路に流れる電流を相電流とし、共通DCバスに複数の前記レグの両端を接続した電力変換部と、
前記共通DCバスに流れる電流を計測する電流検出器と、
前記レグの上下アームの前記スイッチング素子を制御するオンオフ信号を生成するPWM制御部と、
前記相電流を推定する電流推定部と、
前記相電流を制御する電流制御部と、を備える電力変換装置において、
前記PWM制御部は前記レグごとに個別のDuty指令と前記レグごとに異なる初期位相で共通の周期の三角波キャリアの大小関係に基づいて前記レグの前記スイッチング素子を制御する前記オンオフ信号を生成し、
前記電流推定部は前記三角波キャリアのキャリア周期と異なる固定のサンプリング周期で前記電流検出器の検出値を取得して前記レグの前記相電流を推定し、
前記電流制御部は推定相電流を前記相電流の目標値と一致するように前記Duty指令を調整する電力変換装置。 - 前記電流推定部は、複数の前記三角波キャリアの最大値または最小値に一致するタイミングに同期する前記サンプリング周期で前記電流検出器の検出値を取得して前記相電流を推定する請求項1に記載の電力変換装置。
- 前記サンプリング周期は、前記複数の三角波キャリアの前記共通の周期の2分の1以上である請求項2に記載の電力変換装置。
- 前記サンプリング周期は、前記三角波キャリアの1周期内で前記検出値が1回または2回だけ検出されるように、設定される請求項2に記載の電力変換装置。
- 前記サンプリング周期は、前記検出値の取得タイミングが、前記複数の三角波キャリアの最大値または最小値と順に一致するように設定される請求項2に記載の電力変換装置。
- 前記電流推定部は、前記相電流の数と同数の前記電流検出器の検出値を用いて前記レグの前記相電流を推定する請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 前記PWM制御部の複数の前記三角波キャリアの初期位相差は異なる請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 異なる直流電源または共通の直流電源が前記電力変換部の複数の前記相電流の経路に接続された請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 単相交流電源または複数相交流電源が前記電力変換部の複数の前記相電流の経路に接続された請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 直流電源および交流電源が前記電力変換部の複数の前記相電流の経路に接続された請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 前記電力変換部の複数の前記相電流の経路は位相シフトで動作する絶縁コンバータの1次側または2次側のトランス経路に接続された請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- スイッチング素子をそれぞれ備えた2つのアームを上下に接続した1組をレグとし、前記レグを複数個有し、各前記レグにおいて前記2つのアームの中点に接続された経路に流れる電流を相電流とし、共通DCバスに複数の前記レグの両端を接続した電力変換部と、
共通DCバスに流れる電流を計測する電流検出器と、
前記レグの上下アームの前記スイッチング素子を制御するオンオフ信号を生成するPWM制御部と、
前記相電流を推定する電流推定部と、
前記相電流を制御する電流制御部とを備え、
位相シフトで動作する絶縁コンバータの1次側または2次側のトランス経路が前記電力変換部の複数の前記相電流の経路に接続されている電力変換装置において、
前記PWM制御部は前記レグごとに個別の位相シフト指令と前記レグごとに異なる初期位相で共通の周期の三角波キャリアの大小関係に基づいて前記レグの前記スイッチング素子を制御する前記オンオフ信号を生成し、
前記電流推定部は複数の前記三角波キャリアの最大値と最小値に一致するタイミングに同期した前記三角波キャリアのキャリア周期と異なるサンプリング周期で前記電流検出器の検出値を取得して前記相電流を推定し、
前記電流制御部は推定相電流を前記相電流の目標値と一致するように前記位相シフト指令を調整する電力変換装置。 - スイッチング素子をそれぞれ備えた2つのアームを上下に接続した1組をレグとし、前記レグを複数個有し、各前記レグにおいて前記2つのアームの中点に接続された経路に流れる電流を相電流とし、共通DCバスに複数の前記レグの両端を接続した電力変換部と、
前記共通DCバスに流れる電流を計測する電流検出器と、
前記レグの上下アームの前記スイッチング素子を制御するオンオフ信号を生成するPWM制御部と、
前記相電流を推定する電流推定部と、
前記相電流を制御する電流制御部と、を備える電力変換装置において、
前記PWM制御部は前記レグごとに個別のDuty指令と前記レグごとに異なる初期位相で共通の周期の三角波キャリアの大小関係に基づいて前記レグの前記スイッチング素子を制御する前記オンオフ信号を生成し、
前記電流推定部は前記三角波キャリアのキャリア周期と異なるサンプリング周期で前記電流検出器の検出値を取得して前記レグの前記相電流を推定し、
前記電流制御部は推定相電流を前記相電流の目標値と一致するように前記Duty指令を調整し、
前記電流制御部は前記キャリア周期と前記サンプリング周期との最小公倍数以上の時間に同期した周期で前記推定相電流を前記相電流の目標値と一致するように前記Duty指令を調整する電力変換装置。 - スイッチング素子をそれぞれ備えた2つのアームを上下に接続した1組をレグとし、前記レグを複数個有し、各前記レグにおいて前記2つのアームの中点に接続された経路に流れる電流を相電流とし、共通DCバスに複数の前記レグの両端を接続した電力変換部と、
前記共通DCバスに流れる電流を計測する電流検出器と、
前記レグの上下アームの前記スイッチング素子を制御するオンオフ信号を生成するPWM制御部と、
前記相電流を推定する電流推定部と、
前記相電流を制御する電流制御部と、を備える電力変換装置において、
前記PWM制御部は前記レグごとに個別のDuty指令と前記レグごとに異なる初期位相で共通の周期の三角波キャリアの大小関係に基づいて前記レグの前記スイッチング素子を制御する前記オンオフ信号を生成し、
前記電流推定部は前記三角波キャリアのキャリア周期と異なるサンプリング周期で前記電流検出器の検出値を取得して前記レグの前記相電流を推定し、
前記電流制御部は推定相電流を前記相電流の目標値と一致するように前記Duty指令を調整し、
直流電源および交流電源が前記電力変換部の複数の前記相電流の経路に接続され、
前記PWM制御部は前記レグごとに個別の位相シフト指令に基づいて前記レグごとに初期位相の異なる同一パルス波形形状の前記レグの前記スイッチング素子を制御するオンオフ信号を生成し、
前記電流推定部は前記オンオフ信号の周期と異なるサンプリング周期で前記電流検出器の検出値を取得し、前記サンプリング周期と前記オンオフ信号の周期の最小公倍数以上の時間に同期した周期で前記レグごとの前記相電流を推定し、
前記電流制御部は前記推定相電流を前記相電流の前記目標値と一致するよう前記位相シフト指令を調整する電力変換装置。
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