JP6703643B1 - 電力変換装置 - Google Patents

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Abstract

無効電流０付近のデッドバンドを負荷に応じてダイナミックに可変させ、直流電圧のバランスを保ちつつ、要求される無効電力を供給できる電力変換装置を提供する。３レベルコンバータ４２と、直流電圧の平均値を算出する平均値算出部４７と、３レベルコンバータ４２を制御するＰＷＭ制御部４３と、３レベルコンバータ４２に供給される３相交流電流を検出する電流検出部４１と、この電流からｄ軸及びｑ軸電流フィードバックに変換する座標変換部８１と、無効電力を制御し、無効電流基準を出力する無効電力制御部５０と、前記ｑ軸電流フィードバックが所定の範囲で、ヒステリシスを有するｄ軸電流基準を設定するデッドバンド部６２を有し、ｄ軸電圧基準を出力するｄ軸電流制御部６０と、ｑ軸電流基準からｑ軸電圧基準を出力するｑ軸電流制御部７０と、前記ｄ軸及びｑ軸電圧基準を基に３相の交流電圧指令を出力する逆座標変換部８２と、を有する。

Description

本発明の実施形態は、交流電動機を駆動する電力変換装置に関する。
３相交流電圧の供給を受け、３レベルの直流電圧を出力する中性点クランプ（ＮＰＣ）方式の３レベルのＰＷＭコンバータでは、直流回路に正極（Ｐ極：以下、Ｐと記す）と中性点（Ｃ極：以下、Ｃと記す）間に第1のコンデンサが接続され、中性点（Ｃ極）と負極（Ｎ極：以下、Ｎと記す）との間には第２のコンデンサが接続される。第１のコンデンサと第２のコンデンサは等しい直流電圧でバランスが取れていることが望まれる。コンバータの交流電流が小さい場合、第1のコンデンサと第２のコンデンサの間の電圧バランス（Ｐ−Ｃ間、Ｎ−Ｃ間の電圧）が、コンバータが無負荷の状態では、これらの直流電圧が、アンバランスを起こしても、系統から負荷電流が流れず、自動的にバランスを保つことができない。そのため、無効電流を重畳させ、バランスを取る必要がある。例えば入力トランスのインピーダンスを考慮して進みの無効電流を常に流しておくことになる。
なお、コンバータ制御手段が、３レベルコンバータの入力電流の無効分が夫々所定の無効電流になるように正側及び負側の直流コンデンサに印加される電圧の差分をゼロにするようにＰＷＭ制御手段を制御する方法が知られている（特許文献１参照。）。
特開２０１３−１４３８３６号公報
しかしながら、電動機を駆動する電力変換装置を使って、コンバータ側で無効電力制御をする場合、対象の無効電力の変動に応じて出力する無効電力をダイナミックに可変する必要がある。無効電力が小さい場合は無効電流の向き（進み/遅れ）が切り替わる可能性があり、上記の如く正極側と負極側の直流電圧のバランスを保つため、無効電流０付近でデッドバンド（無効電流の向きが切り替わらないようにする所定の範囲の不感帯）を設ける必要がある。しかし、固定のデッドバンドは、負荷電流が大きい場合も固定の無効電力を電力変換装置が出力し続けることになり、電力変換装置の変換効率の低下要因となる。
本発明は、上述した課題を解決するためになされたもので、無効電流０付近のデッドバンドをコンバータの有効電流に応じてダイナミックに可変させ、直流電圧のバランスを保ちつつ、要求される無効電力を供給できる電力変換装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の請求項１記載の電力変換装置は、交流電源系統から３相交流電圧の供給を受けて電動機を駆動する電力変換装置であって、３相交流電力を直流に変換するマルチレベルコンバータと、前記マルチレベルコンバータの直流出力に接続され、前記マルチレベルコンバータから出力された直流電力の供給を受けて前記電動機を駆動する３相交流電力を出力するインバータと、前記直流出力に接続された複数のコンデンサと、前記コンバータ及びインバータを制御する制御部を備え、前記制御部は、前記系統から前記マルチレベルコンバータに供給される３相交流電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部から出力された電流値を入力し有効電流相当の有効電流帰還値と無効電流相当の無効電流帰還値を出力する座標変換部と、前記有効電流帰還値に基づき第１無効電流基準を生成して出力する無効電流設定器と、第２無効電流基準に対し第１無効電流基準に基づき不感帯を設定し第３無効電流基準を出力するデッドバンド部と、前記無効電流帰還値が前記第３無効電流基準に追従するよう制御し、第１電圧指令を生成する第１電流制御部と、前記コンデンサの電圧が、直流電圧基準に追従するように有効電流基準を生成する電圧制御部と、前記有効電流基準に前記有効電流帰還値が追従するように制御し第２電圧指令を生成する第２電流制御部と、前記第１電流制御部の出力値と前記第２電流制御部の出力値から３相交流の電圧指令を生成する逆座標変換部を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、無効電流０付近のデッドバンドを、マルチレベルコンバータの有効電流に応じてダイナミックに可変させ、直流電圧のバランスを保ちつつ、要求される無効電力を供給できる。
本発明の実施例１に係る無効電力を供給できる電力変換装置を備えた電力変換システムの回路構成図。 デッドバンドを説明する図。 有効電流（ｑ軸電流フィードバックＩｑｆ）に応じてデッドバンド出力値Ｄ２を設定するダイナミックデッドバンドを説明する図。
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
本発明は３レベルコンバータ以外のマルチレベルコンバータを有する電力変換装置に適用可能であるが、実施例として３レベルコンバータにて説明する。
図１は、実施例１に係る無効電力を供給できる電力変換装置４を備えた電力変換システム１００の回路構成図の一例である。
図２は、デッドバンドを説明する図である。また、図３は、有効電流（ｑ軸電流フィードバックＩｑｆ）に応じてデッドバンド出力値Ｄ２を設定するダイナミックデッドバンドを説明する図である。
図示した電力変換システム１００は、電力系統１から変圧器２を介して交流電力が供給される電力変換装置４及び電動機９などを有して構成された場合を示す。
電力変換装置４は、主回路部４０と制御部４９等から構成される。また、電力系統１に接続された負荷１０と電力系統１から負荷１０に供給される電流を検出する電流検出部４１ａ等がある。
電力変換装置４は、電動機９に、当該電動機９を駆動するのに必要な３相交流電力を供給する。
主回路部４０は、電流検出部４１、３レベルコンバータ４２、平滑コンデンサ４４ａ・４４ｂ、３レベルインバータ４５、などを有して構成される。
３相の交流電力は電力系統１から変圧器２を経由して電力変換装置４の主回路部４０に入力される。変圧器２の出力は電流検出部４１を経由して３レベルコンバータ４２に接続される。
３レベルコンバータ４２の直流回路側は、正極（Ｐ）と中性点（Ｃ）間に第１のコンデンサ４４ａが接続され、中性点（Ｃ）と負極（Ｎ）間には第２のコンデンサ４４ｂが接続されている。さらに正極（Ｐ）、中性点（Ｃ）、負極（Ｎ）には３レベルインバータ４５が接続される。
３レベルコンバータ４２は、スイッチング素子を制御部４９内のＰＷＭ制御部４３から出力されたゲートパルスによりスイッチングさせ、変圧器２を介して供給された交流電力を３レベルの直流電力に変換する。
ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御部４３は、３レベルコンバータ４２を構成するスイッチング素子のゲートを制御するゲートパルスを出力する。
平滑コンデンサ４４ａ及び平滑コンデンサ４４ｂは３レベルコンバータ４２から出力される直流電圧を平滑にする。
３レベルインバータ４５は、平滑コンデンサ４４ａ及び４４ｂから出力された３レベルの直流電力の供給を受ける。さらに、３レベルインバータ４５は、ＰＷＭ制御部４６から出力されたゲートパルスによりスイッチング素子を制御し可変周波数の３相交流電圧を電動機９に出力し、当該電動機９を所望する回転速で駆動する。３レベルインバータ４５の３相交流出力には電動機９が接続されている。
電力系統１に接続された電圧検出器２ａは、電力系統１の３相交流電圧を検出する。検出された３相交流電圧は、電力変換装置４の制御部４９内の系統監視システム５１及び位相検出回路４８に入力される。
電流検出部４１は、３レベルコンバータ４２に供給される３相交流電流を検出し、検出した３相交流電流を制御部４９に入力する。
制御部４９は、ＰＷＭ制御部４３,４６、無効電力制御部５０、ｄ軸電流制御部６０、ｑ軸電流制御部７０、座標変換部８１、逆相座標変換部８２などを有して構成される。
位相検出回路４８は例えば位相同期回路（ＰＬＬ）等で構成され電力系統１の位相θを検出し、これを基準位相として座表変換部８１及び逆座標逆変換部８２に入力する。
第１のコンデンサ４４ａの端子間電圧及び第２のコンデンサ４４ｂの端子間電圧は、平均値算出部４７入力される。平均値算出部４７の出力は、第１のコンデンサ４４ａと第２のコンデンサ４４ｂの平均電圧を算出しｑ軸電流制御部７０へ入力される。
また、第１のコンデンサ４４ａの端子間電圧及び第２のコンデンサ４４ｂの端子間電圧は、差分検出器８３に入力される。
差分検出器８３は、第１のコンデンサ４４ａの端子間電圧及び第２のコンデンサ４４ｂとの端子間電圧の差電圧ΔＥを演算し、その値を中性点変動抑制信号としてＰＷＭ制御部４３に入力する。
ＰＷＭ制御部４３は、後述する逆座標変換部８２から出力された３相交流の電圧基準Ｖ＊により、３レベルコンバータ４２のゲートパルスを出力する。さらにＰＷＭ制御部４３は、第１のコンデンサ４４ａの端子間電圧と第２のコンデンサ４４ｂの端子間電圧との差電圧ΔＥに比例した直流量を電圧基準Ｖ＊に加算させて、差電圧ΔＥが減少するように補正する。あるいは変調波の振幅調整や３レベルコンバータの０レベル電圧出力期間を調整することにより電圧ΔＥが減少するように補正する。
座標変換部８１は、位相検出回路４８で検出された電力系統の位相θを基準位相として、電流検出部４１から出力された３相交流電流を入力し、互いに直交するｄ軸電流フィードバックＩｄｆ及びｑ軸電流フィードバックＩｑｆからなる２軸の電流成分に変換する。
上記ｄ軸電流フィードバックＩｄｆは無効電流に相当し、ｑ軸電流フィードバックＩｑｆは有効電流に相当する。主回路部４０の損失を無視すれば、ｑ軸電流フィードバックＩｑｆはインバータ４５が出力する有効電流に相当する。すなわちインバータ４５が出力する負荷電流の有効電流成分に相当する。尚、逆座標変換部８２は、座標変換部８１とは逆の変換を行う。
無効電力制御部５０は、系統監視システム５１、減算回路５２、Ｖａｒ制御部５３などを有して構成される。
系統監視システム５１は、電力系統１から負荷側に供給される電圧、有効電力及び無効電力を監視し、ここでは、無効電力基準（Ｖａｒ基準）Ｖａｒ＊及び無効電力フィードバック（Ｖａｒフィードバック）Ｖａｒｆを生成して出力する。出力されたＶａｒ基準Ｖａｒ＊は減算回路５２の＋端子に入力され、ＶａｒフィードバックＶａｒｆは減算回路５２の‐端子に入力される。
系統監視システム５１は、電流検出部４１ａで検出された負荷１０に供給される電流と、電圧検出器２ａにより検出された電力系統１の電圧から、電力系統１から負荷１０へ供給される無効電力を演算し、その無効電力にもとづいてＶａｒ基準Ｖａｒ＊を生成する。
系統監視システム５１は、電流検出部４１で検出された３レベルコンバータ４２に供給される電流と、電圧検出器２ａにより検出された電力系統１の電圧から、３レベルコンバータ４２が交流側に供給する無効電力を演算し、ＶａｒフィードバックＶａｒｆを生成する。
減算回路５２は、Ｖａｒ基準Ｖａｒ＊からＶａｒフィードバックＶａｒｆを減算して求めた無効電力の差分（残留偏差）をＶａｒ制御部５３に入力する。
Ｖａｒ制御部５３は、減算回路５２から入力した無効電力の差分を基に、ＶａｒフィードバックＶａｒｆ値がＶａｒ基準Ｖａｒ＊値に追従するように例えば比例積分制御を行い、無効電流基準Ｉｒ＊を生成して出力する。出力された無効電流基準Ｉｒ＊は、ｄ軸電流制御部６０に入力される。
ｄ軸電流制御部６０は、デッドバンド部６２、デッドバンド設定部６２ａ、減算回路６３、第１電流制御部６４（第1の電流制御部）、切り替えスイッチ６５などを有して構成され、ｄ軸電流（無効電流）を制御する。デッドバンド部６２の説明は、図２及び図３も参照しながら説明する。
３レベルコンバータ４２にて平滑コンデンサ４４ａと平滑コンデンサ４４ｂ間の電圧バランスの制御を行うためには、平滑コンデンサ４４ａと平滑コンデンサ４４ｂ間で電荷の受け渡しを行う必要がある。すなわち、３レベルコンバータに所定の電流が流れている必要がある。電動機９が軽負荷又は停止時や負荷１０が無効電力を消費していないときでも、デッドバンド部６２は３レベルコンバータ４２が所定の無効電流を流すように制御する。
図２に示すデッドバンドとは、例えば、負荷１０の無効電力に応じて無効電力をダイナミックに可変する場合、無効電流が０付近になると、無効電流の向き（進み／遅れ）が切り替わる可能性があるが、直流電圧のバランスを保つために、無効電流０付近では、デッドバンドを設け、所定のデッドバンド幅値（＝│Ｄ１│）の範囲では、無効電流の向きが切り替わらないようにすることである。
デッドバンド部６２は、Ｖａｒ制御部５３から出力された無効電流基準Ｉｒ＊が入力される。デッドバンド部６２の出力Ｉｒ１＊は、リミッタ６６を経由して切り替えスイッチ６５の第１入力に接続される。
ｑ軸電流フィードバックＩｑｆがリミッタ６６の制御信号として入力され、リミッタ６６の入力値の２乗と、ｑ軸電流フィードバックＩｑｆの２乗の和が、例えば３レベルコンバータ４２の電流制限値Ｉmcの二乗を超えない場合はリミッタ６６は入力値をそのまま出力し、リミッタ６６の入力値の２乗とｑ軸電流フィードバックＩｑｆの２乗の和が３レベルコンバータ４２の電流制限値Ｉｍｃの二乗を超えた場合は、リミッタ６６の出力Ｉｒ２＊の極性は入力信号と同一とし、その絶対値は下式（１）で示される。電流制限値Ｉｍｃは例えば３レベルコンバータ４２の連続最大交流電流値である。
図示されないｄ軸電流基準設定部から出力されるｄ軸電流基準設定Ｉｄｓと座標変換部８１から出力されるｑ軸電流フィードバックＩｑｆがデッドバンド設定器６２ａに入力され、デットバンド出力値Ｄ２を出力する。
デッドバンド出力値Ｄ２は、デッドバンド部６２に入力されデッドバンドを設定するとともに切り替えスイッチ６５の第２入力に接続される。
切り替えスイッチ６５の出力Ｉｄ＊は、減算器６３の加算入力に接続される。減算器６３の減算入力には、座標変換部８１の出力であるｄ軸電流フィードバックＩｄｆが入力される。減算器６３の出力は、第１電流制御部６４に入力される。後述する様に、本構成にすることで、３レベルコンバータ４２のｄ軸電流フィードバックＩｄｆ、すなわち３レベルコンバータ４２の出力する無効電流を、切り替えスイッチ６５の出力Ｉｄ＊に追従するように制御することができる。
図２を使用しデットバンド部６２の入力と出力の関係を説明する。
（１）入力である無効電流基準Ｉｒ＊の絶対値が、デッドバンド幅値（＝│Ｄ１│）を超える範囲では、入力に対する出力Ｉｒ１＊は、入力に比例している。ここで入力に対する出力のゲインをＫとすると、出力Ｉｒ１＊は下式（２）で算出される。
Ｉｒ１＊＝Ｋ・Ｉｒ＊
Ｄ２＝Ｋ・Ｄ１
Ｄ１＝Ｄ２／Ｋ・・・・・・・（２）
（２）入力が大きい値から小さい値に変化する場合：０≦入力≦│Ｄ１│の範囲では、出力＝Ｄ２となる。
（３）入力が小さい値から大きい値に変化する場合：０≧入力≧−│Ｄ１│の範囲では、出力＝−Ｄ２となる。
すなわち、入力に対する出力の関係が、入力（ｑ軸電流フィードバック値）が0付近（０≦入力≦│Ｄ１│の範囲）では、出力（ｄ軸電流基準値）がヒステリシス特性を有するように設定される。
上記説明ではＤ１≠Ｄ２の場合を示したが、Ｋ＝１としＤ１＝Ｄ２であってもよいのは当然である。なお、本実施例におけるデッドバンド出力値Ｄ２の上限はｄ軸電流基準設定Ｉｄｓによって指定され、例えばコンバータ４２の定格電流の１０％の範囲で使用される。
尚、デットバンド出力値Ｄ２は、ｄ軸電流基準設定Ｉｄｓとｑ軸電流フィードバックＩｑｆを入力としてデッドバンド設定器６２ａによって次のように設定される。
図３は、電動機９の負荷に応じたｄ軸電流基準Ｉｄｓのダイナミックデッドバンドを説明する図である。以下、図３に示すデッドバンド出力値Ｄ２の設定方法を下式（３）から（５）に示す。
（１）０≦│Ｉｑｆ│≦Ｉｄｓでは、
Ｄ２＝Ｉｄｓ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（３）
（２）Ｉｄｓ≦│Ｉｑｆ│≦Ｋ２・Ｉｄｓでは、
Ｄ２＝（Ｋ２・Ｉｄｓ−Ｉｑｆ）／（Ｋ２−１）・・・（４）
（３）Ｋ２・Ｉｄｓ≦│Ｉｑｆ│では、
Ｄ２＝０・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（５）
Ｉｄｓ：ｄ軸電流基準設定で正の値とする。
Ｋ２：１以上の比例定数で例えば２とすることができる。
上式（３）に示す部分は、電動機９の負荷に依存しないデッドバンドに相当し、上式（４）に示す部分が、ダイナミックデッドバンドに相当する。
電動機９の負荷にほほ比例するｑ軸電流フィードバックＩｑｆの絶対値が所定の値（＝Ｉｄｓ）より小さい範囲では、デットバンド出力値Ｄ２を一定値（＝Ｉｄｓ）に固定し、コンバータ４２の無効電流を維持するが、ｑ軸電流フィードバックＩｑｆの絶対値が所定の値のＫ２倍を超えない範囲では、デットバンド出力値Ｄ２を変化させてｑ軸電流フィードバックＩｑｆの絶対値が増加するに従ってデットバンド出力値Ｄ２を斬減しｑ軸電流フィードバックＩｑｆの絶対値が所定の値のＫ２以上において０又は微小値とする。これは電動機９の負荷（ｑ軸電流フィードバックＩｑｆ）が上がり、負荷電流が流れれば、自然に直流電圧はバランスすることが容易になることから、負荷時には、無効電流を流す必要がない。そのため、負荷に応じてデッドバンドをシームレスに調整することにより、不要な無効電力の出力を低減でき、電力変換装置４の効率が向上する。
図示されない切り替えスイッチ６５の制御信号により、切り替えスイッチ６５の出力する信号を第１入力か第２入力かを切り替えることにより、電力変換装置４を負荷１０の無効電力補償する運転（無効電力制御運転）と、負荷１０の無効電力補償しない運転（非無効電力制御運転）に切り替える。
（１）無効電力制御運転
無効電力制御運転では切り替えスイッチ６５は第１入力を出力として選択する。
よって、切り替えスイッチ６５はリミッタ６６の出力Ｉｒ２＊を無効電流基準Ｉｄ＊として出力する。
（２）非無効電力制御運転
非無効電力制御運転では切り替えスイッチ６５は第２入力を出力として選択する。
よって、切り替えスイッチ６５はデットバンド設定器６２ａの出力Ｄ２を無効電流基準Ｉｄ＊として出力する。
減算回路６３は、無効電流基準Ｉｄ＊と座標変換部８１から出力されたｄ軸電流フィードバックＩｄｆを減算して求めた差分（残留偏差）を出力する。出力されたｄ軸電流の差分は、第１電流制御部６４に入力される。
第１電流制御部６４は、減算回路６３から入力したｄ軸電流の差分を基に、ｄ軸電流フィードバックＩｄｆ値が切り替えスイッチ６５の出力Ｉｄ＊値に追従するようにｄ軸電圧基準Ｖｄ＊を生成して出力する。第１電流制御部６４は例えば比例積分器である。
出力されたｄ軸電圧基準Ｖｄ＊は、座標変換部８２に入力される。
ｑ軸電流制御部７０は、減算回路７１、電圧制御部７２、減算回路７３及び第２電流制御部７４などを有して構成される。
減算回路７１は、図示されない直流電圧基準設定回路で設定された直流電圧基準ＶＤ＊から平均値算出部４７から出力された直流電圧フィードバックＶＤｆを減算して求めた直流電圧の差分（残留偏差）を電圧制御部７２に入力する。
電圧制御部７２は、減算回路７１から入力した直流電圧の差分を基に、直流電圧フィードバックＶＤｆが直流電圧基準ＶＤ＊値に追従するようにｑ軸電流基準Ｉｑ＊を生成して出力する。電圧制御部７２は例えば比例積分器である。
電圧制御部７２から出力されたｑ軸電流基準Ｉｑ＊は、減算回路７３の＋端子に入力される。
減算回路７３は、ｑ軸電流基準Ｉｑ＊から座標変換部８１から出力されたｑ軸電流フィードバックＩｑｆを減算して求めた差分（残留偏差）を出力する。出力されたｑ軸電流の差分は第２電流制御部７４に入力される。
第２電流制御部７４は、減算回路７３から入力したｑ軸電流の差分を基に、ｑ軸電流フィードバックＩｑｆがｑ軸電流基準Ｉｑ＊値に追従するように、ｑ軸電圧基準Ｖｑ＊を生成して出力する。第２電流制御部７４は例えば比例積分器である。
第２電流制御部７４から出力されたｑ軸電圧基準Ｖｑ＊は、逆座標変換部８２に入力される。
逆座標変換部８２は、第１電流制御部６４から入力したｄ軸電圧基準Ｖｄ＊及び第２電流制御部７４から入力したｑ軸電圧基準Ｖｑ＊を基に位相検出回路４８の出力である位相θを基準に、２軸の信号を３相の信号へ逆座標変換を行い電圧基準Ｖ＊（３相交流電圧基準）を生成して出力する。出力された電圧基準Ｖ＊は、ＰＷＭ制御部４３に入力される。
３レベルコンバータ４２は、マルチレベルコンバータの一例である。
座標変換部８１の出力であるｑ軸電流フィードバックＩｑｆは有効電流帰還値の一例である。
座標変換部８１の出力であるd軸電流フィードバックＩｄｆは無効電流帰還値の一例である。
デッドバンド設定部６２ａは無効電流設定部の一例である。
デッドバンド設定部６２ａの出力であるデットバンド出力値Ｄ２は第１無効電流基準の一例である。
無効電力制御部５０の出力である無効電流基準Ｉｒ＊は第２無効電流基準の一例である。
デッドバンド部６２の出力Ｉｒ１＊は第３無効電流基準の一例である。
第１電流制御部出力であるｄ軸電圧基準Ｖｄ＊は第１電圧指令の一例である。
平均値算出部４７の出力である直流電圧フィードバックＶＤｆはコンデンサの電圧の一例である。
逆座標変換部８２の出力である電圧基準Ｖ＊は３相交流の電圧指令の一例である。
ｄ軸電流基準設定部から出力されるｄ軸電流基準設定Ｉｄｓは第４無効電流基準の一例である。
ｄ軸電流基準設定Ｉｄｓは第１の値の一例である。比例定数Ｋ２とｄ軸電流基準設定Ｉｄｓの積であるＫ２・Ｉｄｓは第２の値の一例である。
３レベルコンバータ４２の連続最大交流電流値は電流制限値の一例である。
以上説明したように、本発明の実施例によれば、電動機９の負荷が大きく、コンバータ４２の無効電流の通電量が小さくてよい場合はデッドバンド幅によるコンバータ４２の無効電流を小さくすることができる。
よって、本発明によれば、ｄ軸電流（無効電流）０付近のデッドバンドを電動機９の負荷に応じてダイナミックに可変させ、直流電圧のバランスを保ちつつ、要求される無効電力を供給できる効率のよい電力変換装置を提供することができる。
１ 電源系統
２ 変圧器
２ａ 電圧検出器
４ 電力変換装置
１０ 負荷
４０ 主回路部
４１、４１ａ 電流検出部
４２ ３レベルコンバータ
４３ ＰＷＭ制御部
４４ａ、４４ｂ 平滑コンデンサ
４５ インバータ
４６ ＰＷＭ制御部
４７ 平均値算出部
４８ 位相検出回路
５０ 無効電力制御部
５１ 系統監視システム
５２、６３、７１、７３ 減算回路
５３ Ｖａｒ制御部
６０ ｄ軸電流制御部
６２ デッドバンド部
６２ａ デッドバンド設定部
６４ 第１電流制御部
６６ リミッタ
７２ 電圧制御部
７４ 第２電流制御部
７０ ｑ軸電流制御部
８１ 座標変換部
８２ 逆座標変換部
８３ 差分検出器
９ 電動機

Claims (8)

  1. 交流電源系統から３相交流電圧の供給を受けて電動機を駆動する電力変換装置であって、
    ３相交流電力を直流に変換するマルチレベルコンバータと、前記マルチレベルコンバータの直流出力に接続され、前記マルチレベルコンバータから出力された直流電力の供給を受けて前記電動機を駆動する３相交流電力を出力するインバータと、
    前記直流出力に接続された複数のコンデンサと、
    前記コンバータ及びインバータを制御する制御部を備え、
    前記制御部は、
    前記系統から前記マルチレベルコンバータに供給される３相交流電流を検出する電流検出部と、
    前記電流検出部から出力された電流値を入力し有効電流相当の有効電流帰還値と無効電流相当の無効電流帰還値を出力する座標変換部と、
    前記有効電流帰還値に基づき第１無効電流基準を生成して出力する無効電流設定器と、
    第２無効電流基準に対し第１無効電流基準に基づき不感帯を設定し第３無効電流基準を出力するデッドバンド部と、
    前記無効電流帰還値が前記第３無効電流基準に追従するよう制御し、
    第１電圧指令を生成する第１電流制御部と、
    前記コンデンサの電圧が、直流電圧基準に追従するように有効電流基準を生成する電圧制御部と、
    前記有効電流基準に前記有効電流帰還値が追従するように制御し第２電圧指令を生成する第２電流制御部と、
    前記第１電流制御部の出力値と前記第２電流制御部の出力値から３相交流の電圧指令を生成する逆座標変換部を備えたことを特徴とする電力変換装置。
  2. 前記デッドバンド部の不感帯は、
    ヒステリシス特性を有することを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
  3. 前記第２無効電流基準は、
    電力系統に接続された負荷の無効電力に基づき生成されることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
  4. 前記第２無効電流基準は、
    電力系統に接続された負荷の無効電力と前記マルチレベルコンバータの出力する無効電力の差分から生成されることを特徴とする請求項１又は請求項３記載の電力変換装置。
  5. 前記無効電流設定器は、
    前記有効電流帰還値の絶対値が第１の値より小さい場合は第４無効電流基準を前記第１無効電流基準として出力し、
    前記有効電流帰還値の絶対値が前記第１の値から第２の値までは、前記第１無効電流基準が第４無効電流基準から０又は微小値になるように前記有効電流帰還値の絶対値に依存して斬減した値として出力し、
    前記有効電流帰還値の絶対値が前記第２の値以上では、前記第１無効電流基準を０又は微小値として出力することを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
  6. 前記制御部は、
    前記デッドバンド部の出力にリミッタを設け、前記有効電流帰還値の平方との前記リミッタの出力値の平方の和が前記マルチレベルコンバータの電流制限値の平方の和を越えないようにし、前記リミッタの出力値を第３無効電流基準とすることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
  7. 前記制御部は、
    前記リミッタの出力と前記無効電流設定器の出力のどちらか一方を選択できる切り替えスイッチを備え、前記切り替えスイッチの出力を第３無効電流基準とすることを特徴とする請求項６記載の電力変換装置。
  8. 前記マルチレベルコンバータは、
    ３レベルコンバータであることを特徴とする請求項６記載の電力変換装置。
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