JP6716039B2 - Power converter - Google Patents

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Description

本発明は、四象限動作が可能な電力変換装置に関し、より特定的には、電流不連続モードにおける電力変換装置の制御に関する。 The present invention relates to a power converter capable of four-quadrant operation, and more particularly, to controlling the power converter in a discontinuous current mode.

四象限動作が可能な電力変換装置として、たとえばインバータが知られている。四象限動作が可能なインバータは、負荷に連続的に電流が流れる電流連続モードで動作するのが一般的である。電流連続モードにおいては、負荷に流れる電流の向き(極性)が反転するタイミング(電流ゼロクロス)において電流リプルが発生することが知られている。 An inverter is known as a power conversion device capable of four-quadrant operation. An inverter capable of four-quadrant operation generally operates in a current continuous mode in which a current continuously flows through a load. It is known that in the continuous current mode, a current ripple occurs at the timing (current zero cross) at which the direction (polarity) of the current flowing through the load is reversed.

たとえば特開昭60−156280号公報(特許文献1)に開示されているインバータのように、負荷に電流がほとんど流れない時間帯が存在する電流不連続モードでインバータを動作させることにより、電流リプルによる損失を低減することができる。 For example, as in the inverter disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 60-156280 (Patent Document 1), by operating the inverter in a current discontinuous mode in which there is a time zone in which almost no current flows through the load, a current ripple is generated. It is possible to reduce the loss due to.

特開昭60−156280号公報JP, 60-156280, A

特開昭60−156280号公報(特許文献1)においては、電流不連続モードと電流連続モードとにおける制御モデルの違いについて考慮されていない。電流連続モードの電流制御をそのまま電流不連続モードに適用すると、電流制御が不安定になり得る。その結果、電力変換装置による安定的な電力の供給が困難になり得る。 In JP-A-60-156280 (Patent Document 1), no consideration is given to the difference in control model between the current discontinuous mode and the current continuous mode. If the current control of the current continuous mode is applied to the current discontinuous mode as it is, the current control may become unstable. As a result, stable power supply by the power conversion device may be difficult.

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、電流不連続モードにおける電力変換装置の電力供給を安定化することである。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to stabilize the power supply of a power conversion device in a current discontinuous mode.

本発明に係る電力変換装置は、電流不連続モードにおいて、直流電源からの直流電圧を交流電圧に変換する。電力変換装置は、第1〜第4端子と、フルブリッジ回路と、リアクトルと、電流制御器と、非線形補償器と、PWM制御器とを備える。第1および第2端子は、直流電源の正極および負極にそれぞれ接続されている。第3および第4端子は、交流電圧を出力する。フルブリッジ回路は、第1端子と第2端子との間に並列に接続された第1および第2レグを含む。リアクトルは、第1レグの上アームと下アームとの第1接続点と、第3端子との間に接続されている。電流制御器は、リアクトルを流れる電流値が目標電流値となるようにリアクトルの両端間の目標電圧値を算出する。非線形補償器は、目標電圧値、および第3端子と第4端子との間に出力された出力電圧値を受けて、目標通流率を算出する。PWM制御器は、非線形補償器から目標通流率を受けてフルブリッジ回路にPWM信号を出力して、フルブリッジ回路を第1または第2スイッチングモードで動作させる。第4端子は、第2レグの上アームと下アームとの第2接続点に接続されている。電流不連続モードにおいては、リアクトルに電流が流れない時間帯が存在する。第1スイッチングモードにおいては、第1レグの上アームと第2レグの下アームとが同期してスイッチングされるとともに、第1レグの下アームと第2レグの上アームとが非導通とされる。第2スイッチングモードにおいては、第1レグの下アームと第2レグの上アームとが同期してスイッチングされるとともに、第1レグの上アームと第2レグの下アームとが非導通とされる。非線形補償器は、電流不連続モードにおいて、目標電圧値、1サンプリング時間前の目標通流率、1サンプリング時間前の出力電圧値を用いて、今回のサンプリング時間の目標通流率を算出する。 The power converter according to the present invention converts the DC voltage from the DC power supply into an AC voltage in the current discontinuous mode. The power conversion device includes first to fourth terminals, a full bridge circuit, a reactor, a current controller, a non-linear compensator, and a PWM controller. The first and second terminals are connected to the positive electrode and the negative electrode of the DC power supply, respectively. The third and fourth terminals output an AC voltage. The full bridge circuit includes first and second legs connected in parallel between the first terminal and the second terminal. The reactor is connected between a third connection terminal and a first connection point between the upper arm and the lower arm of the first leg. The current controller calculates a target voltage value across the reactor so that the current value flowing through the reactor becomes the target current value. The non-linear compensator receives the target voltage value and the output voltage value output between the third terminal and the fourth terminal, and calculates the target conduction ratio. The PWM controller receives the target conduction ratio from the non-linear compensator and outputs a PWM signal to the full bridge circuit to operate the full bridge circuit in the first or second switching mode. The fourth terminal is connected to a second connection point between the upper arm and the lower arm of the second leg. In the discontinuous current mode, there is a time period during which no current flows in the reactor. In the first switching mode, the upper arm of the first leg and the lower arm of the second leg are switched in synchronization with each other, and the lower arm of the first leg and the upper arm of the second leg are made non-conductive. .. In the second switching mode, the lower arm of the first leg and the upper arm of the second leg are switched in synchronization with each other, and the upper arm of the first leg and the lower arm of the second leg are made non-conductive. .. In the current discontinuous mode, the non-linear compensator uses the target voltage value, the target conduction ratio before one sampling time, and the output voltage value before one sampling time to calculate the target conduction ratio at this sampling time.

本発明に係る電力変換装置によれば、非線形補償器が目標電圧値、1サンプリング時間前の目標通流率、1サンプリング時間前の出力電圧値を用いて、今回のサンプリング時間の目標通流率を算出することにより、電流不連続モードにおいて電流制御を安定させることができる。その結果、電流不連続モードにおいて安定的に電力を供給することができる。 According to the power converter of the present invention, the non-linear compensator uses the target voltage value, the target conduction ratio before one sampling time, and the output voltage value before one sampling time to obtain the target conduction ratio for the current sampling time. By calculating, the current control can be stabilized in the current discontinuous mode. As a result, power can be stably supplied in the current discontinuous mode.

実施の形態1に係る電力変換装置の機能構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the functional structure of the power converter device which concerns on Embodiment 1. 第1スイッチングモードにおいてリアクトル電流のタイムチャートである。It is a time chart of the reactor current in the first switching mode. リアクトル電流が増加する時間帯におけるフルブリッジ回路の導通状態を示す図である。It is a figure which shows the conduction|electrical_connection state of the full bridge circuit in the time zone when a reactor current increases. リアクトル電流が減少する時間帯におけるフルブリッジ回路の導通状態を示す図である。It is a figure which shows the conduction|electrical_connection state of the full bridge circuit in the time zone when a reactor current reduces. リアクトルLに電流が流れていない時間帯におけるフルブリッジ回路の導通状態を示す図である。It is a figure which shows the conduction state of a full bridge circuit in the time zone when current does not flow into the reactor L. 第1スイッチングモードで動作する場合の電力変換装置の回路モデルに対応するブロック線図である。It is a block diagram corresponding to the circuit model of a power converter when operating in the 1st switching mode. 第1スイッチングモードで動作する場合の電力変換装置の微小変化モデルに対応するブロック線図である。It is a block diagram corresponding to a micro change model of a power converter when operating in the 1st switching mode. 図7に示される微小変化モデルに対応した制御ブロック図である。FIG. 8 is a control block diagram corresponding to the minute change model shown in FIG. 7. 第2スイッチングモードにおいてリアクトル電流のタイムチャートである。It is a time chart of the reactor current in the second switching mode. リアクトル電流が減少する時間帯におけるフルブリッジ回路の導通状態を示す図である。It is a figure which shows the conduction|electrical_connection state of the full bridge circuit in the time zone when a reactor current reduces. リアクトル電流が増加する時間帯におけるフルブリッジ回路の導通状態を示す図である。It is a figure which shows the conduction|electrical_connection state of the full bridge circuit in the time zone when a reactor current increases. リアクトルLに電流が流れていない時間帯におけるフルブリッジ回路の導通状態を示す図である。It is a figure which shows the conduction state of a full bridge circuit in the time zone when current does not flow into the reactor L. 第2スイッチングモードで動作する場合の電力変換装置の回路モデルに対応するブロック線図である。It is a block diagram corresponding to the circuit model of a power converter when operating in the 2nd switching mode. 第2スイッチングモードで動作する場合の電力変換装置の微小変化モデルに対応するブロック線図である。It is a block diagram corresponding to a micro change model of a power converter when operating in the 2nd switching mode. 図14に示される微小変化モデルに対応した制御ブロック図である。FIG. 15 is a control block diagram corresponding to the minute change model shown in FIG. 14. 非線形補償器の機能構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the functional structure of a non-linear compensator. 通流率指令、基準三角波、極性判定信号、PWM信号それぞれのタイムチャートを併せて示す図である。It is a figure which shows together the time chart of each of a conduction ratio command, a reference triangular wave, a polarity determination signal, and a PWM signal. 通流率指令、リアクトル電流、ローパスフィルタを通過したリアクトル電流の電流値、電流指令、インバータの出力電圧、および系統電流それぞれのタイムチャートを併せて示す図である。It is a figure which also shows the time chart of each of a conduction ratio command, a reactor current, a current value of a reactor current which has passed through a low-pass filter, a current command, an output voltage of an inverter, and a system current. 実施の形態2に係る電力変換装置の非線形補償器の機能ブロック図である。5 is a functional block diagram of a non-linear compensator of the power conversion device according to the second embodiment. FIG. 通流率選択器の機能構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the functional structure of a conduction ratio selector. 通流率指令、および極性判定信号それぞれのタイムチャートを併せて示す図である。It is a figure which shows together the time chart of each of a conduction ratio command and a polarity determination signal. 通流率指令、基準三角波、極性判定信号、PWM信号それぞれのタイムチャートを併せて示す図である。It is a figure which shows together the time chart of each of a conduction ratio command, a reference triangular wave, a polarity determination signal, and a PWM signal. 通流率指令、リアクトル電流、ローパスフィルタを通過したリアクトル電流の電流値、電流指令、インバータの出力電圧、および系統電流それぞれのタイムチャートを併せて示す図である。It is a figure which also shows the time chart of each of a conduction ratio command, a reactor current, a current value of a reactor current which has passed through a low-pass filter, a current command, an output voltage of an inverter, and a system current. 実施の形態3に係る電力変換装置の機能構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the functional structure of the power converter device which concerns on Embodiment 3. 非線形補償器の機能構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the functional structure of a non-linear compensator. 通流率選択器の機能構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the functional structure of a conduction ratio selector. 電流不連続モードにおける通流率指令のタイムチャートである。It is a time chart of the conduction ratio command in the current discontinuous mode. 通流率指令、基準三角波、自動切換え信号、およびPWM信号それぞれのタイムチャートを併せて示す図である。It is a figure which shows together the time chart of each of a conduction ratio command, a reference triangular wave, an automatic switching signal, and a PWM signal. 通流率指令、リアクトル電流、ローパスフィルタを通過したリアクトル電流の電流値、電流指令、インバータの出力電圧、および系統電流それぞれのタイムチャートを併せて示す図である。It is a figure which also shows the time chart of each of a conduction ratio command, a reactor current, a current value of a reactor current which has passed through a low-pass filter, a current command, an output voltage of an inverter, and a system current. 電流不連続モードと電流連続モードとが選択的に切換えられる場合の通流率指令のタイムチャートである。6 is a time chart of a conduction ratio command when the current discontinuous mode and the current continuous mode are selectively switched. 通流率指令、基準三角波、自動切換え信号、およびPWM信号それぞれのタイムチャートを併せて示す図である。It is a figure which shows together the time chart of each of a conduction ratio command, a reference triangular wave, an automatic switching signal, and a PWM signal. 通流率指令、リアクトル電流、ローパスフィルタを通過したリアクトル電流の電流値、電流指令、インバータの出力電圧、および系統電流それぞれのタイムチャートを併せて示す図である。It is a figure which also shows the time chart of each of a conduction ratio command, a reactor current, a current value of a reactor current which has passed through a low-pass filter, a current command, an output voltage of an inverter, and a system current.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則として繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are designated by the same reference numerals and the description thereof will not be repeated in principle.

実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る電力変換装置100の機能構成を示す機能ブロック図である。図1に示されるように、電力変換装置100は、第1端子P1と、第2端子P2と、第3端子P3と、第4端子P4と、インバータ1と、LCフィルタ2と、ローパスフィルタLPF1,LPF2と、スイッチングモード切替器5と、電流制御器6と、非線形補償器701と、PWM(Pulse Width Modulation)制御器801とを備える。
Embodiment 1.
FIG. 1 is a functional block diagram showing a functional configuration of the power conversion device 100 according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the power conversion device 100 includes a first terminal P1, a second terminal P2, a third terminal P3, a fourth terminal P4, an inverter 1, an LC filter 2, and a low-pass filter LPF1. , LPF 2, a switching mode switch 5, a current controller 6, a non-linear compensator 701, and a PWM (Pulse Width Modulation) controller 801.

電力変換装置100は、電流不連続モードにおいて、直流電源3からの直流電圧を交流電圧に変換して交流電源4に出力する。電流不連続モードとは、インバータ1からの電流出力が停止する時間帯が存在する動作モードである。 In the current discontinuous mode, the power conversion device 100 converts the DC voltage from the DC power supply 3 into an AC voltage and outputs the AC voltage to the AC power supply 4. The current discontinuous mode is an operation mode in which there is a time period in which the current output from the inverter 1 is stopped.

第1端子P1および第2端子P2は、直流電源3の正極および負極にそれぞれ接続されている。直流電源3の電圧は、電圧Vdcである。直流電源3は、たとえば電池などの定電圧源、あるいは直流出力可能な電力変換器の制御電圧源である。なお、電力変換装置100の構成は、インバータ1が制御電圧源として振舞い、直流電源が成立するような構成としてもよい。 The first terminal P1 and the second terminal P2 are connected to the positive electrode and the negative electrode of the DC power supply 3, respectively. The voltage of the DC power supply 3 is the voltage Vdc. The DC power supply 3 is, for example, a constant voltage source such as a battery or a control voltage source of a power converter capable of DC output. The power converter 100 may be configured such that the inverter 1 behaves as a control voltage source and a DC power source is established.

インバータ1は、フルブリッジ回路FBと、電流センサ51とを含む。フルブリッジ回路FBは、第1端子P1と第2端子P2との間に並列に接続された第1レグLG1と第2レグLG2とを含む。 Inverter 1 includes a full bridge circuit FB and a current sensor 51. The full bridge circuit FB includes a first leg LG1 and a second leg LG2 connected in parallel between the first terminal P1 and the second terminal P2.

第1レグLG1は、上アームQ1と、下アームQ2と、フリーホイールダイオードD1,D2とを含む。上アームQ1と下アームQ2とは、第1端子P1と第2端子P2との間で直列に接続されている。フリーホイールダイオードD1は、上アームQ1と逆並列に接続されている。フリーホイールダイオードD2は、下アームQ2と逆並列に接続されている。 The first leg LG1 includes an upper arm Q1, a lower arm Q2, and freewheel diodes D1 and D2. The upper arm Q1 and the lower arm Q2 are connected in series between the first terminal P1 and the second terminal P2. The freewheel diode D1 is connected in antiparallel with the upper arm Q1. The freewheel diode D2 is connected in antiparallel with the lower arm Q2.

第2レグLG2は、上アームQ3と、下アームQ4と、フリーホイールダイオードD3,D4とを含む。上アームQ3と下アームQ4とは、第1端子P1と第2端子P2との間で直列に接続されている。フリーホイールダイオードD3は、上アームQ3と逆並列に接続されている。フリーホイールダイオードD4は、下アームQ4と逆並列に接続されている。 The second leg LG2 includes an upper arm Q3, a lower arm Q4, and freewheel diodes D3 and D4. The upper arm Q3 and the lower arm Q4 are connected in series between the first terminal P1 and the second terminal P2. The freewheel diode D3 is connected in antiparallel with the upper arm Q3. The freewheel diode D4 is connected in antiparallel with the lower arm Q4.

フルブリッジ回路FBは、第1スイッチングモードあるいは第2スイッチングモードで動作する。第1スイッチングモードにおいては、上アームQ1と下アームQ4とが同期してスイッチングするとともに、下アームQ2と上アームQ3とが非導通とされる。第2スイッチングモードにおいては、下アームQ2と上アームQ3とが同期してスイッチングするとともに、上アームQ1と下アームQ4とが非導通とされる。 The full bridge circuit FB operates in the first switching mode or the second switching mode. In the first switching mode, the upper arm Q1 and the lower arm Q4 perform switching in synchronization with each other, and the lower arm Q2 and the upper arm Q3 are rendered non-conductive. In the second switching mode, the lower arm Q2 and the upper arm Q3 switch in synchronization with each other, and the upper arm Q1 and the lower arm Q4 are rendered non-conductive.

上アームQ1,Q3および下アームQ2,Q4としては、たとえばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、あるいはMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effective Transistor)などに代表される自己消弧形の半導体スイッチング素子を挙げることができる。上アームQ1,Q3および下アームQ2,Q4としてMOSFETが使用される場合は、フリーホイールダイオードD1〜D4に替えて、MOSFETの寄生ダイオードを利用してもよい。 Examples of the upper arms Q1 and Q3 and the lower arms Q2 and Q4 include a self-extinguishing type semiconductor switching element represented by, for example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effective Transistor). it can. When MOSFETs are used as the upper arms Q1 and Q3 and the lower arms Q2 and Q4, parasitic diodes of MOSFETs may be used instead of the freewheel diodes D1 to D4.

電流センサ51は、上アームQ1と下アームQ2との第1接続点N1から、LCフィルタ2へ流れるリアクトル電流Iinvを計測してローパスフィルタLPF1に出力する。 The current sensor 51 measures the reactor current Iinv flowing to the LC filter 2 from the first connection point N1 between the upper arm Q1 and the lower arm Q2, and outputs it to the low pass filter LPF1.

ローパスフィルタLPF1は、リアクトル電流Iinvの値を受けて、電流値FIinvを電流制御器6へ出力する。電流値FIinvは、リアクトル電流Iinvの高周波成分が抑制された電流値である。なお、ローパスフィルタLPF1は、電流不連続モードにおいて、サンプリング値と電流の不連続性が含まれる平均電流との差分を補間することができる情報を取得することが可能な場合には、省略可能である。また、LCフィルタ2のコンデンサCの電流が十分小さく、かつ、リアクトル電流Iinvと交流電源4に流れる系統電流Igridとの基本波の位相差が小さい場合には、ローパスフィルタLPF1の受ける電流を、リアクトル電流Iinvから系統電流Igridに変更可能である。電流不連続モードにおいては、リアクトル電流Iinvが0となる時間帯が存在する。 The low-pass filter LPF1 receives the value of the reactor current Iinv and outputs the current value FIinv to the current controller 6. The current value FIinv is a current value in which the high frequency component of the reactor current Iinv is suppressed. Note that the low-pass filter LPF1 can be omitted if it is possible to obtain information that can interpolate the difference between the sampling value and the average current including the current discontinuity in the current discontinuous mode. is there. Further, when the current of the capacitor C of the LC filter 2 is sufficiently small and the phase difference of the fundamental wave between the reactor current Iinv and the system current Igrid flowing through the AC power supply 4 is small, the current received by the low-pass filter LPF1 is changed to the reactor. The current Iinv can be changed to the system current Igrid. In the current discontinuous mode, there is a time zone in which the reactor current Iinv becomes 0.

LCフィルタ2は、リアクトルLと、コンデンサCと、電圧センサ52とを含む。リアクトルLは、第1接続点N1と第3端子P3との間に接続されている。コンデンサCは、第3端子P3と第4端子P4との間に接続されている。第4端子は、上アームQ3と下アームQ4との第2接続点N2に接続されている。LCフィルタ2は、インバータ1の出力電圧Vinvと電圧Vc(C電圧)との電位差によって発生するリアクトル電流Iinvを平滑化し、交流電源4に出力する。リアクトルLを流れるL電流であるリアクトル電流Iinvは、電流センサ51によって計測される。電圧センサ52は、コンデンサCの電圧Vcを計測してローパスフィルタLPF2に出力する。電圧Vinvは、インバータ1からLCフィルタ2に出力される電圧であり、第1接続点N1と第2接続点N2との間の電圧である。 The LC filter 2 includes a reactor L, a capacitor C, and a voltage sensor 52. The reactor L is connected between the first connection point N1 and the third terminal P3. The capacitor C is connected between the third terminal P3 and the fourth terminal P4. The fourth terminal is connected to a second connection point N2 between the upper arm Q3 and the lower arm Q4. The LC filter 2 smoothes the reactor current Iinv generated by the potential difference between the output voltage Vinv of the inverter 1 and the voltage Vc (C voltage), and outputs it to the AC power supply 4. A reactor current Iinv, which is an L current flowing through the reactor L, is measured by the current sensor 51. The voltage sensor 52 measures the voltage Vc of the capacitor C and outputs it to the low pass filter LPF2. The voltage Vinv is a voltage output from the inverter 1 to the LC filter 2, and is a voltage between the first connection point N1 and the second connection point N2.

ローパスフィルタLPF2は、電圧Vcの値を受けて、電圧値FVcを非線形補償器701に出力する。電圧値FVcは、ローパスフィルタLPF2によって、フルブリッジ回路FBのスイッチングノイズによる電圧Vcのサンプリング誤差が低減された電圧値である。フルブリッジ回路FBのスイッチングノイズの影響が小さい場合には、ローパスフィルタLPF2を省略してもよい。 The low-pass filter LPF2 receives the value of the voltage Vc and outputs the voltage value FVc to the non-linear compensator 701. The voltage value FVc is a voltage value in which the sampling error of the voltage Vc due to the switching noise of the full bridge circuit FB is reduced by the low pass filter LPF2. When the influence of the switching noise of the full bridge circuit FB is small, the low pass filter LPF2 may be omitted.

第3端子P3と第4端子P4との間には、交流電源4が接続されている。交流電源4は、たとえば単相交流系統である。交流電源4は、系統インピーダンスLoを含む。交流電源4の代わりに、負荷が接続される自立運転中に、インバータ1がLCフィルタ2の電圧Vcをリアクトル電流Iinvの制御器を介して制御する構成を用いてもよい。当該負荷としては、たとえば抵抗負荷、誘導性負荷、整流器負荷、あるいは家電負荷を挙げることができる。 The AC power supply 4 is connected between the third terminal P3 and the fourth terminal P4. The AC power supply 4 is, for example, a single-phase AC system. The AC power supply 4 includes a system impedance Lo. Instead of the AC power source 4, a configuration may be used in which the inverter 1 controls the voltage Vc of the LC filter 2 via a controller of the reactor current Iinv during a self-sustaining operation in which a load is connected. The load can be, for example, a resistive load, an inductive load, a rectifier load, or a home appliance load.

スイッチングモード切替器5は、電流指令Iinv*(目標電流値)を受けて、極性判定信号Ipole*を非線形補償器701およびPWM制御器801に出力する。電流指令Iinv*が正極性である場合、極性判定信号Ipole*は1となる。電流指令Iinv*が負極性である場合、極性判定信号Ipole*は0となる。フルブリッジ回路FBは、極性判定信号Ipole*が1である場合、第1スイッチングモードで動作し、極性判定信号Ipole*が0である場合、第2スイッチングモードで動作する。なお、電流指令Iinv*の極性変化が電流制御の処理を経てリアクトル電流Iinvの極性に反映されるまでには、ある程度の遅延が存在するのが通常である。このような遅延を解消し、極性判定信号Ipole*とリアクトル電流Iinvの極性変化のタイミングとを一致させるため、スイッチングモード切替器5が補正項を備えてもいてもよい。 The switching mode switch 5 receives the current command Iinv* (target current value) and outputs the polarity determination signal Ipole* to the nonlinear compensator 701 and the PWM controller 801. When the current command Iinv* has a positive polarity, the polarity determination signal Ipole* becomes 1. When the current command Iinv* has a negative polarity, the polarity determination signal Ipole* becomes 0. The full bridge circuit FB operates in the first switching mode when the polarity determination signal Ipole* is 1, and operates in the second switching mode when the polarity determination signal Ipole* is 0. Note that there is usually some delay until the polarity change of the current command Iinv* is reflected in the polarity of the reactor current Iinv through the current control process. In order to eliminate such a delay and make the polarity determination signal Ipole* and the timing of the polarity change of the reactor current Iinv coincide, the switching mode switching device 5 may include a correction term.

電流制御器6は、ローパスフィルタLPF1からの電流値FIinvと、電流指令Iinv*との比較結果に基づいて、電流値FIinvが電流指令Iinv*となるように、リアクトルLの両端間の電圧指令(目標電圧値)VL*を算出し、リアクトル電圧指令VL*を非線形補償器701に出力する。電流制御器6は、PWM制御器801がPWM信号の生成に用いる基準三角波の周期Tswにおける、リアクトル電流Iinvの平均値と電流指令Iinv*との比較結果に基づいて、電圧指令VL*を算出してもよい。 The current controller 6 uses the voltage command (both ends) of the reactor L so that the current value FIinv becomes the current command Iinv* based on the result of comparison between the current value FIinv from the low-pass filter LPF1 and the current command Iinv*. The target voltage value) VL* is calculated, and the reactor voltage command VL* is output to the non-linear compensator 701. The current controller 6 calculates the voltage command VL* based on the comparison result of the average value of the reactor current Iinv and the current command Iinv* in the period Tsw of the reference triangular wave used by the PWM controller 801 to generate the PWM signal. May be.

非線形補償器701は、電流不連続モードにおいて、リアクトル電圧指令VL*、1サンプリング時間前の通流率指令D*、1サンプリング時間前の電圧値FVcを用いて、今回のサンプリング時間の通流率指令D*を算出し、PWM制御器801へ出力する。 In the current discontinuous mode, the non-linear compensator 701 uses the reactor voltage command VL*, the conduction ratio command D* before the sampling time, and the voltage value FVc before the sampling time, and the conduction ratio at the current sampling time. The command D* is calculated and output to the PWM controller 801.

PWM制御器801は、通流率指令D*と、基準三角波Carrierと、極性判定信号Ipole*とを用いて、PWM信号Sa,Sbを生成する。基準三角波Carrierの周期は、キャリア周期Tswである。PWM信号Saの通流率は、D*である。PWM信号Saは、上アームQ1および下アームQ4へ出力される。PWM信号Sbの通流率は(1−D*)である。PWM信号Sbは、下アームQ2および上アームQ3へ出力される。極性判定信号Ipole*が1(電流指令Iinv*が正極性)の場合、PWM信号Sbは0となり、フルブリッジ回路FBは、第1スイッチングモードで動作する。極性判定信号Ipole*が0(電流指令Iinv*が負極性)の場合、PWM信号Saは0となり、フルブリッジ回路FBは、第2スイッチングモードで動作する。 The PWM controller 801 generates PWM signals Sa and Sb using the conduction ratio command D*, the reference triangular wave Carrier and the polarity determination signal Ipole*. The cycle of the reference triangular wave Carrier is the carrier cycle Tsw. The conduction ratio of the PWM signal Sa is D*. The PWM signal Sa is output to the upper arm Q1 and the lower arm Q4. The duty ratio of the PWM signal Sb is (1-D*). The PWM signal Sb is output to the lower arm Q2 and the upper arm Q3. When the polarity determination signal Ipole* is 1 (the current command Iinv* has a positive polarity), the PWM signal Sb becomes 0, and the full bridge circuit FB operates in the first switching mode. When the polarity determination signal Ipole* is 0 (the current command Iinv* is negative), the PWM signal Sa becomes 0 and the full bridge circuit FB operates in the second switching mode.

次に、電力変換装置100において行なわれる電流制御を、第1スイッチングモードと第2スイッチングモードとに分けてそれぞれ説明する。まず、第1スイッチングモードにおける電流制御を、図2〜図8を用いて説明する。第2スイッチングモードにおける電流制御を、図9〜図15を用いて説明する。 Next, the current control performed in power conversion device 100 will be described separately for the first switching mode and the second switching mode. First, the current control in the first switching mode will be described with reference to FIGS. The current control in the second switching mode will be described with reference to FIGS. 9 to 15.

図2は、第1スイッチングモードにおいてリアクトル電流Iinvのタイムチャートである。図2には、キャリア周期Tswの範囲におけるリアクトル電流Iinvの変化が示されている。図2に示されている時間帯に対応する通流率指令をD*とするとともに、非通流率をDnとする。図2に示されるように、時刻tm1において0であるリアクトル電流Iinvは、時刻tm2まで増加し、時刻tm2において電流ipeak(>0)となる。その後、リアクトル電流Iinvは時刻tm3まで減少して、時刻tm3において0となる。その後、リアクトル電流Iinvは、時刻tm4まで0である。時間間隔tm1〜tm2は、D*・Tswと表される。時間間隔tm2〜tm3は、(1−D*−Dn)・Tswと表される。時間間隔tm3〜tm4は、Dn・Tswと表される。 FIG. 2 is a time chart of the reactor current Iinv in the first switching mode. FIG. 2 shows changes in the reactor current Iinv in the range of the carrier cycle Tsw. The conduction ratio command corresponding to the time zone shown in FIG. 2 is D*, and the non-conduction ratio is Dn. As shown in FIG. 2, the reactor current Iinv, which is 0 at the time tm1, increases until the time tm2, and becomes the current ipeak (>0) at the time tm2. After that, the reactor current Iinv decreases until time tm3 and becomes 0 at time tm3. After that, the reactor current Iinv is 0 until time tm4. The time intervals tm1 to tm2 are represented as D*·Tsw. The time intervals tm2 to tm3 are represented by (1-D*-Dn)·Tsw. The time intervals tm3 to tm4 are represented as Dn·Tsw.

図3は、リアクトル電流Iinvが増加する時間帯(図2の時間帯tm1〜tm2)におけるフルブリッジ回路FBの導通状態を示す図である。図3に示されるように、時間帯tm1〜tm2においては上アームQ1および下アームQ4が導通する。第1スイッチングモードにおいては、下アームQ2および上アームQ3は非導通である。インバータ1から出力される電圧Vinvは、直流電源3の電圧Vdcとなる。電流は、直流電源3の正極から上アームQ1およびリアクトルLを経由して第3端子P3へ流れるとともに、第4端子P4から下アームQ4を経由して直流電源3の負極へ流れる。その結果、リアクトル電流Iinvの値は、0からipeakまで増加する。 FIG. 3 is a diagram showing a conduction state of the full bridge circuit FB in a time zone (time zones tm1 to tm2 in FIG. 2) in which the reactor current Iinv increases. As shown in FIG. 3, in the time zones tm1 to tm2, the upper arm Q1 and the lower arm Q4 conduct. In the first switching mode, the lower arm Q2 and the upper arm Q3 are non-conductive. The voltage Vinv output from the inverter 1 becomes the voltage Vdc of the DC power supply 3. The current flows from the positive electrode of the DC power supply 3 to the third terminal P3 via the upper arm Q1 and the reactor L, and also flows from the fourth terminal P4 to the negative electrode of the DC power supply 3 via the lower arm Q4. As a result, the value of the reactor current Iinv increases from 0 to ipeak.

図4は、リアクトル電流Iinvが減少する時間帯(図2の時間帯tm2〜tm3)におけるフルブリッジ回路FBの導通状態を示す図である。図4に示されるように、時間帯tm3〜tm4においては上アームQ1、下アームQ2、上アームQ3、および下アームQ4は全て非導通となる。電圧Vinvは、直流電源3の逆電圧(−Vdc)となる。リアクトルLからの電流は、第3端子P3、第4端子P4、およびフリーホイールダイオードD3を経由して、直流電源3の正極に還流される。その結果、リアクトル電流Iinvの値は、ipeakから0まで減少する。 FIG. 4 is a diagram showing a conduction state of the full bridge circuit FB in a time zone (time zones tm2 to tm3 in FIG. 2) in which the reactor current Iinv decreases. As shown in FIG. 4, in the time zones tm3 to tm4, the upper arm Q1, the lower arm Q2, the upper arm Q3, and the lower arm Q4 are all non-conductive. The voltage Vinv is the reverse voltage (-Vdc) of the DC power supply 3. The current from the reactor L is returned to the positive electrode of the DC power supply 3 via the third terminal P3, the fourth terminal P4, and the freewheel diode D3. As a result, the value of the reactor current Iinv decreases from ipeak to 0.

図5は、リアクトルLに電流が流れていない時間帯(図2の時間帯tm3〜tm4)におけるフルブリッジ回路FBの導通状態を示す図である。図5に示されるように、時間帯tm3〜tm4においては上アームQ1、下アームQ2、上アームQ3、および下アームQ4は全て非導通である。インバータ1から出力されるリアクトル電流Iinvは0であるから、電圧Vinvは電圧Vcとなる。 FIG. 5: is a figure which shows the conduction|electrical_connection state of the full bridge circuit FB in the time zone (time zone tm3-tm4 of FIG. 2) in which the electric current does not flow into the reactor L. As shown in FIG. 5, in the time zones tm3 to tm4, the upper arm Q1, the lower arm Q2, the upper arm Q3, and the lower arm Q4 are all non-conductive. Since the reactor current Iinv output from the inverter 1 is 0, the voltage Vinv becomes the voltage Vc.

時間帯tm1〜tm2(D*・Tsw)における電圧Vinvは、Vdcである。時間帯tm2〜tm3((1−D*−Dn)・Tsw)における電圧Vinvは、−Vdcである。時間帯tm3〜tm4(Dn・Tsw)おける電圧Vinvは、Vcである。したがって、1キャリア周期Tswにおける電圧Vinvは、各時間帯の電圧値の平均値として以下の式(1)で表すことができる。 The voltage Vinv in the time zones tm1 to tm2 (D*·Tsw) is Vdc. The voltage Vinv in the time zones tm2 to tm3 ((1-D*-Dn).Tsw) is -Vdc. The voltage Vinv in the time zone tm3 to tm4 (Dn·Tsw) is Vc. Therefore, the voltage Vinv in one carrier cycle Tsw can be expressed by the following formula (1) as an average value of the voltage values in each time zone.

図6は、第1スイッチングモードで動作する場合の電力変換装置100の回路モデルにおいて、電圧Vinvから電圧Vcまでの伝達を表すブロック線図である。図6に示されるように、リアクトル電圧VLは、式(1)によって求められた電圧Vinvと電圧Vcとの差分から求められる。リアクトル電流Iinvは、リアクトル電圧VLと、リアクトルLのインピーダンスとから求められる。系統電流Igridは、電圧Vcと、交流電源4の電圧Vgridと、系統インピーダンスLoとから求められる。電圧Vcは、リアクトル電流Iinvと系統電流Igridとの差分値と、コンデンサCのインピーダンスより求められる。 FIG. 6 is a block diagram showing the transmission from the voltage Vinv to the voltage Vc in the circuit model of the power conversion device 100 when operating in the first switching mode. As shown in FIG. 6, the reactor voltage VL is obtained from the difference between the voltage Vinv and the voltage Vc obtained by the equation (1). The reactor current Iinv is obtained from the reactor voltage VL and the impedance of the reactor L. The system current Igrid is obtained from the voltage Vc, the voltage Vgrid of the AC power supply 4, and the system impedance Lo. The voltage Vc is obtained from the difference value between the reactor current Iinv and the system current Igrid and the impedance of the capacitor C.

式(2)は、図6に示された通流率指令D*と電圧Vcとから求められるリアクトル電圧VL(=Vinv−Vc)を表す。 Expression (2) represents the reactor voltage VL (=Vinv-Vc) obtained from the conduction ratio command D* and the voltage Vc shown in FIG.

非通流率Dnは、図2のキャリア周期Tswにおける電流平均値iave、および時刻tm1〜tm2における電流変化幅ipeakを用いて式(3)のように表すことができる。 The non-conduction rate Dn can be expressed as in Expression (3) using the current average value iave in the carrier period Tsw in FIG. 2 and the current change width ipeak in the times tm1 to tm2.

電流変化幅ipeakは、式(4)のように表すことができる。 The current change width ipeak can be expressed as in Expression (4).

式(3)に式(4)を代入することにより、非通流率Dnは、式(5)のように表される。 By substituting the equation (4) into the equation (3), the non-flow rate Dn is expressed by the equation (5).

式(2)に式(5)を代入することにより、リアクトル電圧VLは、式(6)のように表される。 By substituting the equation (5) into the equation (2), the reactor voltage VL is expressed by the equation (6).

電流不連続モードにおいて、リアクトル電圧VLの初期値は0である。式(6)のリアクトル電圧VLに0を代入することにより、電流平均値iaveの初期値は、式(7)のように表される。 In the current discontinuous mode, the initial value of the reactor voltage VL is 0. By substituting 0 for the reactor voltage VL of the equation (6), the initial value of the current average value iave is expressed by the equation (7).

リアクトル電圧VLのキャリア周期Tswにおける電圧変化幅sL・iaveは式(8)のように近似することができる。 The voltage change width sL·iave in the carrier period Tsw of the reactor voltage VL can be approximated as in Expression (8).

式(6)に式(8)を代入することにより、式(9)が導出される。 By substituting the equation (8) into the equation (6), the equation (9) is derived.

通流率指令D*の初期値をD0、通流率指令D*の微小変化量をΔD、電圧Vcの初期値をVc0、電圧Vcの微小変化量をΔVc、電流平均値iaveの初期値をiave0、および電流平均値iaveの微小変化量をΔiaveとすると、式(9)は、式(10)のように表される。式(10)は、式(9)の通流率指令D*、電圧Vc、電流平均値iaveの微小特性を表す。 The initial value of the conduction ratio command D* is D0, the minute change amount of the conduction ratio command D* is ΔD, the initial value of the voltage Vc is Vc0, the minute change amount of the voltage Vc is ΔVc, and the initial value of the current average value iave is When iave0 and the minute change amount of the current average value iave are Δiave, the equation (9) is expressed by the equation (10). Expression (10) represents the minute characteristics of the conduction ratio command D*, the voltage Vc, and the average current value iave of Expression (9).

式(10)の定数(微小変化量ΔD、ΔVc、およびΔiaveを除く)に対する微分項と、微小変化量ΔD、ΔVc、およびΔiaveの二乗項を0に近似すると、式(10)は、式(11)のように表される。 When the differential term with respect to the constant (excluding the minute change amounts ΔD, ΔVc, and Δiave) of the equation (10) and the square term of the minute change amounts ΔD, ΔVc, and Δiave are approximated to 0, the equation (10) becomes 11).

式(11)式に電流平均値iaveの初期値を表す式(7)を代入すると、式(12)のように変形することができる。なお、式(12)においては、式(7)におけるD*、iave、およびVcを、初期値関数であるD0、iave0、およびVc0にそれぞれ入れ替えている。 By substituting the equation (7) representing the initial value of the average current value iave into the equation (11), the equation (12) can be transformed. In Expression (12), D*, iave, and Vc in Expression (7) are replaced with D0, iave0, and Vc0 that are initial value functions, respectively.

電流平均値iaveを基準三角波Carrierの周波数以上で制御することは困難である。式(12)の分子および分母の時定数はキャリア周期Tsw以上であるため、式(12)におけるs関数の1次項は、電流平均値iaveの制御に関してほとんど無視することができる。そのため、電流平均値iaveは、式(12)におけるs関数のゼロ次項のみを残した式(13)に基づいて制御することができる。 It is difficult to control the average current value iave above the frequency of the reference triangular wave Carrier. Since the time constants of the numerator and the denominator of the equation (12) are equal to or more than the carrier period Tsw, the first-order term of the s function in the equation (12) can be almost ignored regarding the control of the current average value iave. Therefore, the average current value iave can be controlled based on the equation (13) in which only the zero-order term of the s function in the equation (12) is left.

ここで、式(8)に示したリアクトル電圧VLのキャリア周期Tswあたりの電圧変化幅sL・iaveは、式(14)に置き換えることができる。 Here, the voltage change width sL·iave per carrier period Tsw of the reactor voltage VL shown in the equation (8) can be replaced by the equation (14).

式(13)に式(14)を代入すると、式(15)が導かれる。 By substituting the equation (14) into the equation (13), the equation (15) is derived.

式(15)より、図6に示されるブロック線図は、図7に示されるブロック線図に置き換えることができる。図7に示されるブロック線図には、微小変化モデルが反映されている。図7に示されるように、リアクトル電圧VLには、微小変化量ΔVcの非線形外乱変化811と、微小変化量ΔDの非線形ゲイン変化812とが含まれる。これらを考慮してない制御モデルにおいて算出された通流率指令D*によっては、所望のリアクトル電圧VLを実現することが困難である。所望のリアクトル電圧VLを実現するためには、以下の式(16)に従って、非線形外乱変化811と非線形ゲイン変化812とがキャンセルされるように微小変化量ΔDを算出して通流率指令D*を決定する必要がある。なお、式(16−1)は、第1補正値CV11を示し、式(16−2)は、第2補正値CV12を示す。 From the equation (15), the block diagram shown in FIG. 6 can be replaced with the block diagram shown in FIG. 7. The small change model is reflected in the block diagram shown in FIG. 7. As shown in FIG. 7, the reactor voltage VL includes a non-linear disturbance change 811 with a small change amount ΔVc and a non-linear gain change 812 with a small change amount ΔD. It is difficult to realize the desired reactor voltage VL by the conduction ratio command D* calculated in the control model that does not consider these. In order to realize the desired reactor voltage VL, a minute change amount ΔD is calculated according to the following equation (16) so that the nonlinear disturbance change 811 and the nonlinear gain change 812 are canceled, and the conduction ratio command D* is calculated. Need to decide. The expression (16-1) shows the first correction value CV11, and the expression (16-2) shows the second correction value CV12.

図8は、図7に示される微小変化モデルに対応した制御ブロック図である。式(16)は、図8の第1非線形補償モード71に示されている。第1非線形補償モード71は、第1補正項711と、第2補正項712を含む。第1補正項711は、微小変化量ΔVcの非線形外乱変化811をキャンセルするために、第1補正項711が1サンプリング時間前の微小変化量ΔVcに乗ぜられ、第1補正値CV11が算出される。第1補正値CV11がリアクトル電圧指令VL*に加算され、第2補正値CV12が算出される。微小変化量ΔDの非線形ゲイン変化812をキャンセルするため、第2補正項712が第2補正値CV12に乗ぜられ、微小変化量ΔDが算出される。なお、図8の第1非線形補償モード71においては、式(15)の初期値Vc0および微小変化量ΔVcを、電圧Vcの検出値の初期値FVc0および微小変化量ΔFVcにそれぞれ置き換えられている。電流制御器6から出力されるリアクトル電圧指令VL*は、第1非線形補償モード71によって、リアクトル電圧VLとほぼ一致するように制御される。 FIG. 8 is a control block diagram corresponding to the minute change model shown in FIG. Equation (16) is shown in the first nonlinear compensation mode 71 of FIG. The first non-linear compensation mode 71 includes a first correction term 711 and a second correction term 712. In order to cancel the nonlinear disturbance change 811 of the minute change amount ΔVc, the first correction term 711 is multiplied by the minute change amount ΔVc one sampling time before, and the first correction value CV11 is calculated. .. The first correction value CV11 is added to the reactor voltage command VL*, and the second correction value CV12 is calculated. In order to cancel the nonlinear gain change 812 of the minute change amount ΔD, the second correction term 712 is multiplied by the second correction value CV12 to calculate the minute change amount ΔD. In the first nonlinear compensation mode 71 of FIG. 8, the initial value Vc0 and the minute change amount ΔVc of the equation (15) are replaced with the initial value FVc0 and the minute change amount ΔFVc of the detected value of the voltage Vc, respectively. The reactor voltage command VL* output from the current controller 6 is controlled by the first non-linear compensation mode 71 so as to substantially match the reactor voltage VL.

次に、第2スイッチングモードにおける電流制御を図9〜図15を用いて説明する。
図9は、第2スイッチングモードにおいてリアクトル電流Iinvのタイムチャートである。図9には、キャリア周期Tswの範囲におけるリアクトル電流Iinvの変化が示されている。図9に示されている時間帯に対応する通流率を通流率指令D*とするとともに、非通流率をDnとする。図9に示されるように、時刻tm5において0であるリアクトル電流Iinvは、時刻tm6まで減少し、時刻tm6においてipeak(<0)となる。リアクトル電流Iinvは時刻tm7まで増加して、時刻tm7において0となる。リアクトル電流Iinvは、時刻tm8まで0である。時間間隔tm5〜tm6は、(1−D*)・Tswと表される。時間間隔tm6〜tm7は、(D*−Dn)・Tswと表される。時間間隔tm7〜tm8は、Dn・Tswと表される。
Next, current control in the second switching mode will be described with reference to FIGS. 9 to 15.
FIG. 9 is a time chart of the reactor current Iinv in the second switching mode. FIG. 9 shows changes in the reactor current Iinv in the range of the carrier cycle Tsw. The conduction ratio corresponding to the time zone shown in FIG. 9 is set as the conduction ratio command D*, and the non-conduction ratio is defined as Dn. As shown in FIG. 9, the reactor current Iinv, which is 0 at time tm5, decreases until time tm6, and becomes ipeak (<0) at time tm6. Reactor current Iinv increases until time tm7 and becomes 0 at time tm7. Reactor current Iinv is 0 until time tm8. The time intervals tm5 to tm6 are represented by (1-D*)·Tsw. The time intervals tm6 to tm7 are represented by (D*-Dn)·Tsw. The time intervals tm7 to tm8 are represented as Dn·Tsw.

図10は、リアクトル電流Iinvが減少する時間帯(図9の時間帯tm5〜tm6)におけるフルブリッジ回路FBの導通状態を示す図である。図10に示されるように、時間帯tm5〜tm6においては下アームQ2および上アームQ3が導通する。第2スイッチングモードにおいては、上アームQ1および下アームQ4は非導通である。インバータ1から出力される電圧Vinvは、直流電源3の逆電圧(−Vdc)となる。電流は、直流電源3の正極から上アームQ3を経由して第4端子P4へ流れるとともに、第3端子P3からリアクトルLおよび下アームQ2を経由して直流電源3の負極へ流れる。その結果、リアクトル電流Iinvの値は、0からipeakまで減少する。 FIG. 10: is a figure which shows the conduction state of the full bridge circuit FB in the time zone (time zone tm5-tm6 of FIG. 9) when reactor current Iinv reduces. As shown in FIG. 10, in the time zones tm5 to tm6, the lower arm Q2 and the upper arm Q3 conduct. In the second switching mode, the upper arm Q1 and the lower arm Q4 are non-conductive. The voltage Vinv output from the inverter 1 becomes the reverse voltage (-Vdc) of the DC power supply 3. The current flows from the positive electrode of the DC power supply 3 to the fourth terminal P4 via the upper arm Q3, and also flows from the third terminal P3 to the negative electrode of the DC power supply 3 via the reactor L and the lower arm Q2. As a result, the value of the reactor current Iinv decreases from 0 to ipeak.

図11は、リアクトル電流Iinvが増加する時間帯(図9の時間帯tm6〜tm7)におけるフルブリッジ回路FBの導通状態を示す図である。図11に示されるように、時間帯tm6〜tm7においては上アームQ1、下アームQ2、上アームQ3、および下アームQ4は全て非導通となる。電圧Vinvは、直流電源3の電圧Vdcとなる。リアクトルLからの電流は、フリーホイールダイオードD1を経由して、直流電源3の正極に還流される。その結果、リアクトル電流Iinvの値は、ipeakから0まで増加する。 FIG. 11 is a diagram showing the conduction state of the full bridge circuit FB in the time zone (time zones tm6 to tm7 in FIG. 9) in which the reactor current Iinv increases. As shown in FIG. 11, in the time zones tm6 to tm7, the upper arm Q1, the lower arm Q2, the upper arm Q3, and the lower arm Q4 are all non-conductive. The voltage Vinv becomes the voltage Vdc of the DC power supply 3. The current from the reactor L is returned to the positive electrode of the DC power supply 3 via the freewheel diode D1. As a result, the value of the reactor current Iinv increases from ipeak to 0.

図12は、リアクトルLに電流が流れていない時間帯(図9の時間帯tm7〜tm8)におけるフルブリッジ回路FBの導通状態を示す図である。図12に示されるように、時間帯tm7〜tm8においては上アームQ1、下アームQ2、上アームQ3、および下アームQ4は全て非導通である。インバータ1から出力されるリアクトル電流Iinvは0であるから、電圧Vinvは電圧Vcとなる。 FIG. 12 is a diagram showing a conduction state of the full bridge circuit FB in a time zone (time zones tm7 to tm8 in FIG. 9) in which no current flows in the reactor L. As shown in FIG. 12, in the time zones tm7 to tm8, the upper arm Q1, the lower arm Q2, the upper arm Q3, and the lower arm Q4 are all non-conductive. Since the reactor current Iinv output from the inverter 1 is 0, the voltage Vinv becomes the voltage Vc.

時間帯tm5〜tm6((1−D*)・Tsw)における電圧Vinvは、−Vdcである。時間帯tm6〜tm7((D*−Dn)・Tsw)における電圧Vinvは、Vdcである。時間帯tm7〜tm8(Dn・Tsw)おける電圧Vinvは、Vcである。したがって、第2スイッチングモードにおいて、1キャリア周期Tswにおける電圧Vinvは、各時間帯の電圧値の平均値として以下の式(17)で表すことができる。 The voltage Vinv in the time zones tm5 to tm6 ((1-D*)·Tsw) is −Vdc. The voltage Vinv in the time zone tm6 to tm7 ((D*-Dn)·Tsw) is Vdc. The voltage Vinv in the time zone tm7 to tm8 (Dn·Tsw) is Vc. Therefore, in the second switching mode, the voltage Vinv in one carrier cycle Tsw can be expressed by the following equation (17) as an average value of the voltage values in each time zone.

図13は、第2スイッチングモードで動作する場合の電力変換装置100の回路モデルにおいて、電圧Vinvから電圧Vcまでの伝達を表すブロック線図である。図13に示されるように、リアクトル電圧VLは、式(17)によって求められた電圧Vinvと電圧Vcとの差分から求められる。リアクトル電流Iinvは、リアクトル電圧VLと、リアクトルLのインピーダンスとから求められる。系統電流Igridは、電圧Vcと、交流電源4の電圧Vgridと、系統インピーダンスLoとから求められる。電圧Vcは、リアクトル電流Iinvと系統電流Igridとの差分値と、コンデンサCのインピーダンスより求められる。 FIG. 13 is a block diagram showing the transfer from voltage Vinv to voltage Vc in the circuit model of power conversion device 100 when operating in the second switching mode. As shown in FIG. 13, the reactor voltage VL is obtained from the difference between the voltage Vinv and the voltage Vc obtained by the equation (17). The reactor current Iinv is obtained from the reactor voltage VL and the impedance of the reactor L. The system current Igrid is obtained from the voltage Vc, the voltage Vgrid of the AC power supply 4, and the system impedance Lo. The voltage Vc is obtained from the difference value between the reactor current Iinv and the system current Igrid and the impedance of the capacitor C.

式(18)は、図13に示された通流率指令D*と電圧Vcとから求められるリアクトル電圧VL(=Vinv−Vc)を表す。 Expression (18) represents the reactor voltage VL (=Vinv-Vc) obtained from the conduction ratio command D* and the voltage Vc shown in FIG.

非通流率Dnは、図9のキャリア周期Tswにおける電流平均値iave、および時刻tm5〜tm6における電流変化幅ipeakを用いると、第1スイッチングモードと同様に式(3)のように表すことができる。第2スイッチングモードにおける電流変化幅ipeakは式(19)のように表される。 The non-conduction rate Dn can be expressed as in Expression (3) as in the first switching mode by using the current average value iave in the carrier period Tsw and the current change width ipeek in the times tm5 to tm6 in FIG. it can. The current change width ipeak in the second switching mode is expressed as in Expression (19).

式(3)に式(19)を代入すると、式(20)が導かれる。 By substituting the equation (19) into the equation (3), the equation (20) is derived.

式(18)に式(20)を代入すると、式(21)が導かれる。 Substituting equation (20) into equation (18) leads to equation (21).

電流不連続モードにおいて、リアクトル電圧VLの初期値は0である。式(21)のリアクトル電圧VLに0を代入することにより、電流平均値iaveの初期値は、式(22)のように表される。 In the current discontinuous mode, the initial value of the reactor voltage VL is 0. By substituting 0 for the reactor voltage VL of the equation (21), the initial value of the current average value iave is expressed by the equation (22).

式(22)にリアクトル電圧VLのキャリア周期Tswあたりの電圧変化幅を意味する式(8)を代入すると、式(23)が導かれる。 By substituting the equation (8), which means the voltage change width of the reactor voltage VL per carrier period Tsw, into the equation (22), the equation (23) is derived.

通流率指令D*の初期値をD0、通流率指令D*の微小変化量をΔD、電圧Vcの初期値をVc0、電圧Vcの微小変化量をΔVc、電流平均値iaveの初期値をiave0、および電流平均値iaveの微小変化量をΔiaveとすると、式(23)は、式(24)のように表される。式(24)は、式(23)の通流率指令D*、電圧Vc、電流平均値iaveの微小特性を表す。 The initial value of the conduction ratio command D* is D0, the minute change amount of the conduction ratio command D* is ΔD, the initial value of the voltage Vc is Vc0, the minute change amount of the voltage Vc is ΔVc, and the initial value of the average current value iave is When iave0 and the minute change amount of the current average value iave are Δiave, the equation (23) is expressed by the equation (24). Expression (24) represents minute characteristics of the conduction ratio command D*, voltage Vc, and current average value iave of Expression (23).

式(24)の定数(微小変化量ΔD、ΔVc、およびΔiaveを除く)に対する微分項と、微小変化量ΔD、ΔVc、およびΔiaveの二乗項を0に近似すると、式(24)は、式(25)のように表される。 When the differential term with respect to the constant (excluding the minute change amounts ΔD, ΔVc, and Δiave) of the equation (24) and the square term of the minute change amounts ΔD, ΔVc, and Δiave are approximated to 0, the equation (24) becomes the expression (24). 25).

式(25)に電流平均値iaveの初期値を表す式(22)を代入すると、式(26)が導かれる。なお、式(26)においては、式(22)のD*、iave、およびVcを、初期値関数であるD0、iave0、およびVc0に入れ替えている。 By substituting the equation (22) representing the initial value of the average current value iave into the equation (25), the equation (26) is derived. In Expression (26), D*, iave, and Vc in Expression (22) are replaced with D0, iave0, and Vc0 that are initial value functions.

電流平均値iaveを基準三角波Carrierの周波数以上で制御することは困難である。式(26)の分子および分母の時定数はキャリア周期Tsw以上であるため、式(26)におけるs関数の1次項は、電流平均値iaveの制御に関してほとんど無視することができる。そのため、電流平均値iaveは、式(26)におけるs関数のゼロ次項のみを残した式(27)に基づいて制御することができる。 It is difficult to control the average current value iave above the frequency of the reference triangular wave Carrier. Since the time constants of the numerator and the denominator of the equation (26) are equal to or more than the carrier period Tsw, the first-order term of the s function in the equation (26) can be almost ignored for controlling the average current value iave. Therefore, the average current value iave can be controlled based on the equation (27) in which only the zero-order term of the s function in the equation (26) is left.

式(27)にリアクトル電圧VLのキャリア周期Tswあたりの電圧変化幅を意味する式(14)を代入すると、式(28)が導かれる。 By substituting the equation (14), which means the voltage change width of the reactor voltage VL per carrier period Tsw, into the equation (27), the equation (28) is derived.

式(28)より、図13に示されるブロック線図は、図14に示されるブロック線図に置き換えることができる。図14に示されるブロック線図は、微小変化モデルが反映されている。図14に示されるように、リアクトル電圧VLには、微小変化量(出力電圧変化量)ΔVcの非線形外乱変化821と、微小変化量(通流率変化量)ΔDの非線形ゲイン変化822とが含まれる。これらを考慮してない制御モデルにおいて算出された通流率指令D*によっては、所望のリアクトル電圧VLを実現することが困難である。所望のリアクトル電圧VLを実現するためには、以下の式(29)に従って、非線形外乱変化821と非線形ゲイン変化822とがキャンセルされるように微小変化量ΔDを算出して通流率指令D*を決定する必要がある。なお、式(29−1)は、第1補正値CV21を示し、式(29−2)は、第2補正値CV22を示す。 From the equation (28), the block diagram shown in FIG. 13 can be replaced with the block diagram shown in FIG. The block diagram shown in FIG. 14 reflects the small change model. As shown in FIG. 14, the reactor voltage VL includes a non-linear disturbance change 821 of a minute change amount (output voltage change amount) ΔVc and a non-linear gain change 822 of a minute change amount (commutation rate change amount) ΔD. Be done. It is difficult to realize the desired reactor voltage VL by the conduction ratio command D* calculated in the control model that does not consider these. In order to realize the desired reactor voltage VL, a minute change amount ΔD is calculated according to the following equation (29) so that the nonlinear disturbance change 821 and the nonlinear gain change 822 are canceled, and the conduction ratio command D* is calculated. Need to decide. The equation (29-1) shows the first correction value CV21, and the equation (29-2) shows the second correction value CV22.

図15は、図14に示される微小変化モデルに対応した制御ブロック図である。式(29)は、図15の第2非線形補償モード72に示されている。第2非線形補償モード72は、第1補正項721と、第2補正項722とを含む。非線形外乱変化821をキャンセルするために、第1補正項721が1サンプリング時間前の微小変化量ΔVcに乗ぜられ、第1補正値CV21が算出される。第1補正値CV21がリアクトル電圧指令VL*に加算され、第2補正値CV22が算出される。微小変化量ΔDの非線形ゲイン変化822をキャンセルするため、第2補正項722が第2補正値CV22に乗ぜられ、微小変化量ΔDが算出される。なお、第2非線形補償モード72においては、式(29)の初期値Vc0、および微小変化量ΔVcが、電圧Vcの検出値の初期値FVc0、および微小変化量ΔFVcにそれぞれ置き換えられている。電流制御器6から出力されるリアクトル電圧指令VL*は、第2非線形補償モード72によって、リアクトル電圧VLとほぼ一致するように制御される。 FIG. 15 is a control block diagram corresponding to the minute change model shown in FIG. Equation (29) is shown in the second non-linear compensation mode 72 of FIG. The second non-linear compensation mode 72 includes a first correction term 721 and a second correction term 722. In order to cancel the nonlinear disturbance change 821, the first correction term 721 is multiplied by the minute change amount ΔVc one sampling time before, and the first correction value CV21 is calculated. The first correction value CV21 is added to the reactor voltage command VL*, and the second correction value CV22 is calculated. In order to cancel the nonlinear gain change 822 of the minute change amount ΔD, the second correction term 722 is multiplied by the second correction value CV22, and the minute change amount ΔD is calculated. In the second non-linear compensation mode 72, the initial value Vc0 and the minute change amount ΔVc in equation (29) are replaced with the initial value FVc0 of the detected value of the voltage Vc and the minute change amount ΔFVc, respectively. The reactor voltage command VL* output from the current controller 6 is controlled by the second non-linear compensation mode 72 so as to substantially match the reactor voltage VL.

図8に示される第1スイッチングモードの第1補正項711および第2補正項712と、図15に示される第2スイッチングモードの第1補正項721および第2補正項722とはそれぞれ異なる。そのため、第1スイッチングモードと第2スイッチングモードとで、非線形補償器701が行なう処理を切り替える必要がある。 The first correction term 711 and the second correction term 712 of the first switching mode shown in FIG. 8 are different from the first correction term 721 and the second correction term 722 of the second switching mode shown in FIG. 15, respectively. Therefore, it is necessary to switch the processing performed by the non-linear compensator 701 between the first switching mode and the second switching mode.

図2に示されるように第1スイッチングモードにおいては、リアクトル電流Iinvは正極性である。一方、図9に示されるように、第2スイッチングモードにおいては、リアクトル電流Iinvは負極性である。そこで、電力変換装置100においては、極性判定信号Ipole*に基づいて第1スイッチングモードと第2スイッチングモードとを切り替える。なお、電流ゼロクロスにてスイッチングモードが第1スイッチングモードから第2スイッチングモードに切り替わる場合、通流率指令D*の基準(初期値)を0から1に切り替える必要がある。逆に電流ゼロクロスにて第2スイッチングモードから第1スイッチングモードに切り替わる場合、通流率指令D*の基準を1から0に切り替える必要がある。 As shown in FIG. 2, in the first switching mode, the reactor current Iinv has a positive polarity. On the other hand, as shown in FIG. 9, in the second switching mode, the reactor current Iinv has a negative polarity. Therefore, the power converter 100 switches between the first switching mode and the second switching mode based on the polarity determination signal Ipole*. When the switching mode is switched from the first switching mode to the second switching mode at the current zero cross, it is necessary to switch the reference (initial value) of the flow rate command D* from 0 to 1. On the contrary, when the second switching mode is switched to the first switching mode at the current zero cross, it is necessary to switch the reference of the conduction ratio command D* from 1 to 0.

図16は、非線形補償器701の機能構成を示す機能ブロック図である。図16に示されるように、非線形補償器701は、第1非線形補償モード71と,第2非線形補償モード72とを含む。極性判定信号Ipole*が1の場合、第1非線形補償モード71が選択され、通流率指令D*の初期値D0が0に設定される。また、極性判定信号Ipole*が0の場合、第2非線形補償モード72が選択され、初期値D0が1に設定される。 FIG. 16 is a functional block diagram showing a functional configuration of the non-linear compensator 701. As shown in FIG. 16, the non-linear compensator 701 includes a first non-linear compensation mode 71 and a second non-linear compensation mode 72. When the polarity determination signal Ipole* is 1, the first nonlinear compensation mode 71 is selected, and the initial value D0 of the flow rate command D* is set to 0. When the polarity determination signal Ipole* is 0, the second non-linear compensation mode 72 is selected and the initial value D0 is set to 1.

図17は、通流率指令D*、基準三角波Carrier、極性判定信号Ipole*、PWM信号Sa,Sbそれぞれのタイムチャートを併せて示す図である。図17においては、時刻tm9〜tm12におけるタイムチャートが示されている。図17において基準三角波Carrierは、図の見易さのため簡略的に描かれている。基準三角波Carrierは、0と1との間をキャリア周期Tswで変化している。 FIG. 17 is a diagram additionally showing time charts of the conduction coefficient D*, the reference triangular wave Carrier, the polarity determination signal Ipole*, and the PWM signals Sa and Sb. In FIG. 17, a time chart from time tm9 to tm12 is shown. In FIG. 17, the reference triangular wave Carrier is simply drawn for the sake of easy viewing of the drawing. The reference triangular wave Carrier changes between 0 and 1 with the carrier cycle Tsw.

図17に示されるように、時刻tm9〜tm10および時刻tm11〜tm12においてPWM信号SaがOnとOffとの間を変化しているとともに、PWM信号SbがOffとなっている。時刻tm9〜tm10および時刻tm11〜tm12において、極性判定信号Ipole*は、1である。時刻tm9〜tm10および時刻tm11〜tm12において、フルブリッジ回路FBが第1スイッチングモードで動作している。 As shown in FIG. 17, at time tm9 to tm10 and time tm11 to tm12, the PWM signal Sa changes between On and Off, and the PWM signal Sb is Off. The polarity determination signal Ipole* is 1 at times tm9 to tm10 and times tm11 to tm12. At times tm9 to tm10 and times tm11 to tm12, the full bridge circuit FB is operating in the first switching mode.

時刻tm10〜tm11においてPWM信号SbがOnとOffとの間を変化しているとともに、PWM信号SaがOffとなっている。時刻tm10〜tm11において、極性判定信号Ipole*は、0である。時刻tm10〜tm11において、フルブリッジ回路FBが第2スイッチングモードで動作している。 At times tm10 to tm11, the PWM signal Sb changes between On and Off, and the PWM signal Sa is Off. At times tm10 to tm11, the polarity determination signal Ipole* is 0. At times tm10 to tm11, the full bridge circuit FB is operating in the second switching mode.

フルブリッジ回路FBのスイッチングモードは、時刻tm10において第1スイッチングモードから第2スイッチングモードに変化しており、時刻tm11において第2スイッチングモードから第1スイッチングモードに変化している。通流率指令D*は、時刻tm10において、第2スイッチングモードの初期値である1に設定される。通流率指令D*は、時刻tm11において第1スイッチングモードの初期値である0に設定される。 The switching mode of the full bridge circuit FB changes from the first switching mode to the second switching mode at time tm10, and changes from the second switching mode to the first switching mode at time tm11. The conduction ratio command D* is set to 1 which is the initial value of the second switching mode at time tm10. The conduction ratio command D* is set to 0 which is the initial value of the first switching mode at time tm11.

図18は、通流率指令D*、リアクトル電流Iinv、電流値FIinv、電流指令Iinv*、電圧Vc、および系統電流Igridそれぞれのタイムチャートを併せて示す図である。図18においても、図17と同様に時刻tm9〜tm12におけるタイムチャートが示されている。図18の通流率指令D*のタイムチャートは、図17の通流率指令D*のタイムチャートと同様である。図18において、リアクトル電流Iinvは、図の見易さのため包絡線のみを表示している。 FIG. 18 is a diagram collectively showing respective time charts of the duty ratio command D*, the reactor current Iinv, the current value FIinv, the current command Iinv*, the voltage Vc, and the system current Igrid. Also in FIG. 18, as in FIG. 17, a time chart from time tm9 to tm12 is shown. The time chart of the conduction ratio command D* of FIG. 18 is the same as the time chart of the conduction ratio command D* of FIG. In FIG. 18, the reactor current Iinv shows only the envelope for the sake of easy viewing of the drawing.

図18に示されるように、電流指令Iinv*と電流値FIinvとはほぼ一致しているため、電流不連続モードにおいて、電流制御が安定的に行なわれている。なお、図18の系統電流Igridの波形が、時刻tm10および時刻tm11において歪んでいるのは、図17の極性判定信号Ipole*の値が切替わるタイミングとリアクトル電流Iinvのゼロクロスタイミングとのずれが原因である。リアクトル電流Iinvのゼロクロスタイミングを調整して系統電流Igridの波形歪みを改善するために、スイッチングモード切替器5の入力として、電流指令Iinv*に加えて、リアクトル電流Iinvの波形ひずみ、および交流波形一周期あたりの電力の少なくとも一方を追加して、極性判定信号Ipole*を調整してもよい。 As shown in FIG. 18, the current command Iinv* and the current value FIinv substantially match, so that the current control is stably performed in the current discontinuous mode. Note that the waveform of the system current Igrid of FIG. 18 is distorted at time tm10 and time tm11 because of the difference between the timing at which the value of the polarity determination signal Ipole* in FIG. 17 is switched and the zero-cross timing of the reactor current Iinv. Is. In order to adjust the zero-cross timing of the reactor current Iinv and improve the waveform distortion of the system current Igrid, in addition to the current command Iinv*, the waveform distortion of the reactor current Iinv and the alternating waveform waveform are input to the switching mode switch 5. The polarity determination signal Ipole* may be adjusted by adding at least one of the power per cycle.

以上、実施の形態1に係る電力変換装置によれば、電流不連続モードにおいて電流制御を安定させることができる。その結果、電流不連続モードにおいて安定的に電力を供給することができる。 As described above, according to the power conversion device according to the first embodiment, current control can be stabilized in the current discontinuous mode. As a result, power can be stably supplied in the current discontinuous mode.

実施の形態2.
実施の形態1においては、電力変換装置が電流不連続モードで動作する場合について説明した。実施の形態2においては、電力変換装置が電流不連続モードおよび電流連続モードを選択的に切換えて動作可能である場合について説明する。実施の形態1と実施の形態2との違いは、非線形補償器である。非線形補償器以外の構成は同様であるため、説明を繰り返さない。
Embodiment 2.
In the first embodiment, the case where the power conversion device operates in the current discontinuous mode has been described. In the second embodiment, a case will be described in which the power conversion device can selectively operate in the current discontinuous mode and the current continuous mode. The difference between the first embodiment and the second embodiment is a non-linear compensator. The configuration other than the non-linear compensator is the same, and therefore the description will not be repeated.

図19は、実施の形態2に係る電力変換装置の非線形補償器702の機能ブロック図である。非線形補償器702の構成は、図16の非線形補償器701の構成に、電流連続モードに対応する通常モード73、および通流率選択器74が加えられた構成である。これら以外は同様であるため、説明を繰り返さない。 FIG. 19 is a functional block diagram of the non-linear compensator 702 of the power conversion device according to the second embodiment. The configuration of the non-linear compensator 702 is a configuration in which a normal mode 73 corresponding to the continuous current mode and a conduction ratio selector 74 are added to the configuration of the non-linear compensator 701 of FIG. Other than these, it is the same, and therefore the description will not be repeated.

通常モード73は、リアクトル電圧指令VL*および電圧値FVcを受けて、通流率指令Dccm*を出力する。通流率選択器74は、通流率指令Dccm*と、第1非線形補償モード71または第2非線形補償モード72が出力する通流率指令Ddcm*と、極性判定信号Ipole*とを受けて、通流率指令D*を出力する。 The normal mode 73 receives the reactor voltage command VL* and the voltage value FVc and outputs the conduction ratio command Dccm*. The conduction ratio selector 74 receives the conduction ratio command Dccm*, the conduction ratio command Ddcm* output from the first non-linear compensation mode 71 or the second non-linear compensation mode 72, and the polarity determination signal Ipole*, Outputs the duty ratio command D*.

図20は、通流率選択器74の機能構成を示す機能ブロック図である。通流率選択器74は、コンパレータ741と、排他的論理和(XOR)回路742とを含む。通流率指令Dccm*およびDdcm*は、コンパレータ741の非反転入力端子および反転入力端子に入力される。コンパレータ741から出力される信号CompDおよび極性判定信号Ipole*は、XOR回路742に入力される。信号SlctDが1である場合、通流率指令Dccm*が通流率指令D*として出力される。信号SlctDが0である場合、通流率指令Ddcm*が通流率指令D*として出力される。 FIG. 20 is a functional block diagram showing a functional configuration of the conduction ratio selector 74. The conduction ratio selector 74 includes a comparator 741 and an exclusive OR (XOR) circuit 742. The conduction ratio commands Dccm* and Ddcm* are input to the non-inverting input terminal and the inverting input terminal of the comparator 741. The signal CompD and the polarity determination signal Ipole* output from the comparator 741 are input to the XOR circuit 742. When the signal SlctD is 1, the conduction ratio command Dccm* is output as the conduction ratio command D*. When the signal SlctD is 0, the conduction ratio command Ddcm* is output as the conduction ratio command D*.

図21は、通流率指令Dccm*、Ddcm*、D*、および極性判定信号Ipole*それぞれのタイムチャートを併せて示す図である。図21においては、時刻tm20〜tm27のタイムチャートが示されている。 FIG. 21 is a diagram additionally showing time charts of the flow rate commands Dccm*, Ddcm*, D*, and the polarity determination signal Ipole*. In FIG. 21, a time chart of times tm20 to tm27 is shown.

図21に示されるように、時刻tm20〜tm21、tm22〜tm23、tm24〜tm25、およびtm26〜tm27においては、通流率指令Dccm*がDdcm*よりも大きいため、信号CompDは1である。 As shown in FIG. 21, at times tm20 to tm21, tm22 to tm23, tm24 to tm25, and tm26 to tm27, the flow rate command Dccm* is larger than Ddcm*, and thus the signal CompD is 1.

時刻tm20〜tm21、tm22〜tm23、およびtm26〜tm27においては、極性判定信号Ipole*は1であるため、XOR回路742の入力は信号CompD=1および極性判定信号Ipole*=1となり、信号SlctDは0となる。時刻tm20〜tm21、tm22〜tm23、およびtm26〜tm27においては、通流率指令Ddcm*が、通流率指令D*として選択される。 At times tm20 to tm21, tm22 to tm23, and tm26 to tm27, the polarity determination signal Ipole* is 1, so the input of the XOR circuit 742 is the signal CompD=1 and the polarity determination signal Ipole*=1, and the signal SlctD is It becomes 0. At times tm20 to tm21, tm22 to tm23, and tm26 to tm27, the flow rate command Ddcm* is selected as the flow rate command D*.

時刻tm24〜tm25においては、極性判定信号Ipole*は0であるため、XOR回路742の入力は信号CompD=1および極性判定信号Ipole*=0となり、信号SlctDは1となる。時刻tm24〜tm25においては、通流率指令Dccm*が、通流率指令D*として選択される。 Since the polarity determination signal Ipole* is 0 from time tm24 to tm25, the input of the XOR circuit 742 is the signal CompD=1 and the polarity determination signal Ipole*=0, and the signal SlctD is 1. From time tm24 to tm25, the conduction ratio command Dccm* is selected as the conduction ratio command D*.

時刻tm21〜tm22、tm23〜tm24、およびtm25〜tm26においては、通流率指令Ddcm*がDccm*よりも大きいため、信号CompDは0である。 At times tm21 to tm22, tm23 to tm24, and tm25 to tm26, the signal CompD is 0 because the flow rate command Ddcm* is larger than Dccm*.

時刻tm21〜tm22においては、極性判定信号Ipole*は1であるため、XOR回路742の入力は信号CompD=0および極性判定信号Ipole*=1となり、信号SlctDは1となる。時刻tm21〜tm22においては、通流率指令Dccm*が、通流率指令D*として選択される。 Since the polarity determination signal Ipole* is 1 at times tm21 to tm22, the input of the XOR circuit 742 is the signal CompD=0 and the polarity determination signal Ipole*=1, and the signal SlctD is 1. At times tm21 to tm22, the flow rate command Dccm* is selected as the flow rate command D*.

時刻tm23〜tm24およびtm25〜tm26においては、極性判定信号Ipole*は0であるため、XOR回路742の入力は信号CompD=0および極性判定信号Ipole*=0となり、信号SlctDは0となる。時刻tm23〜tm24およびtm25〜tm26においては、通流率指令Ddcm*が通流率指令D*として選択される。 At times tm23 to tm24 and tm25 to tm26, the polarity determination signal Ipole* is 0, so the input of the XOR circuit 742 is the signal CompD=0 and the polarity determination signal Ipole*=0, and the signal SlctD is 0. At times tm23 to tm24 and tm25 to tm26, the conduction ratio command Ddcm* is selected as the conduction ratio command D*.

図22は、通流率指令D*、基準三角波Carrier、極性判定信号Ipole*、PWM信号Sa,Sbそれぞれのタイムチャートを併せて示す図である。図22においても、図21と同様に時刻tm20〜tm27におけるタイムチャートが示されている。図22においても基準三角波Carrierは、図の見易さのため簡略的に描かれている。基準三角波Carrierは、0と1との間をキャリア周期Tswで変化している。 FIG. 22 is a diagram also showing the respective time charts of the duty ratio command D*, the reference triangular wave Carrier, the polarity determination signal Ipole*, and the PWM signals Sa and Sb. Also in FIG. 22, a time chart from time tm20 to tm27 is shown as in FIG. Also in FIG. 22, the reference triangular wave Carrier is simply drawn for the sake of easy viewing of the drawing. The reference triangular wave Carrier changes between 0 and 1 with the carrier cycle Tsw.

図22に示されるように、時刻tm20〜tm23およびtm26〜tm27においてPWM信号SaがOnとOffとの間を変化しているとともに、PWM信号SbがOffとなっている。時刻tm20〜tm23およびtm26〜tm27において、極性判定信号Ipole*は、1である。時刻tm20〜tm23およびtm26〜tm27において、フルブリッジ回路FBが第1スイッチングモードで動作している。 As shown in FIG. 22, at times tm20 to tm23 and tm26 to tm27, the PWM signal Sa changes between On and Off, and the PWM signal Sb is Off. At times tm20 to tm23 and tm26 to tm27, the polarity determination signal Ipole* is 1. At times tm20 to tm23 and tm26 to tm27, the full bridge circuit FB is operating in the first switching mode.

時刻tm23〜tm26においてPWM信号SbがOnとOffとの間を変化しているとともに、PWM信号SaがOffとなっている。時刻tm23〜tm26において、極性判定信号Ipole*は、0である。時刻tm23〜tm26において、フルブリッジ回路FBが第2スイッチングモードで動作している。 From time tm23 to tm26, the PWM signal Sb changes between On and Off, and the PWM signal Sa is Off. From time tm23 to tm26, the polarity determination signal Ipole* is 0. From time tm23 to tm26, the full bridge circuit FB is operating in the second switching mode.

フルブリッジ回路FBのスイッチングモードは、時刻tm23において第1スイッチングモードから第2スイッチングモードに変化しており、時刻tm26において第2スイッチングモードから第1スイッチングモードに変化している。通流率指令D*は、時刻tm23において、第2スイッチングモードの初期値である1に設定される。通流率指令D*は、時刻tm26において第1スイッチングモードの初期値である0に設定される。 The switching mode of the full-bridge circuit FB changes from the first switching mode to the second switching mode at time tm23, and changes from the second switching mode to the first switching mode at time tm26. At time tm23, the conduction ratio command D* is set to 1 which is the initial value of the second switching mode. The conduction ratio command D* is set to 0 which is the initial value of the first switching mode at time tm26.

図23は、通流率指令D*、リアクトル電流Iinv、電流値FIinv、電流指令Iinv*、電圧Vc、および系統電流Igridそれぞれのタイムチャートを併せて示す図である。図23においても、図22と同様に時刻tm20〜tm27におけるタイムチャートが示されている。図22においても図18と同様に、リアクトル電流Iinvは、図の見易さのため包絡線のみを表示している。 FIG. 23 is a diagram additionally showing time charts of the conduction ratio command D*, the reactor current Iinv, the current value FIinv, the current command Iinv*, the voltage Vc, and the system current Igrid. Also in FIG. 23, a time chart from time tm20 to tm27 is shown as in FIG. In FIG. 22, as in FIG. 18, only the envelope of the reactor current Iinv is displayed for ease of viewing the drawing.

図23に示されるように、時刻tm20〜tm21、tm22〜tm24、およびtm25〜tm27においては、リアクトル電流Iinvが0となる時間帯が存在するため、電力変換装置は電流不連続モードで動作している。時刻tm21〜tm22およびtm24〜tm25においては、リアクトル電流Iinvが0となる時間帯がないため、電力変換装置は電流連続モードで動作している。時刻tm21およびtm24において、電力変換装置の動作モードが電流不連続モードから電流連続モードに切り替わる。時刻tm22およびtm25において、電力変換装置の動作モードが電流連続モードから電流不連続モードに切り替わる。 As shown in FIG. 23, at times tm20 to tm21, tm22 to tm24, and tm25 to tm27, there is a time zone in which reactor current Iinv becomes 0, so the power converter operates in the current discontinuous mode. There is. At times tm21 to tm22 and tm24 to tm25, there is no time zone in which reactor current Iinv becomes 0, so the power conversion device operates in the current continuous mode. At times tm21 and tm24, the operation mode of the power conversion device switches from the current discontinuous mode to the current continuous mode. At times tm22 and tm25, the operation mode of the power conversion device switches from the current continuous mode to the current discontinuous mode.

電流指令Iinv*と電流値FIinvとはほぼ一致しているため、動作モードが電流不連続モードと電流連続モードとの間で選択的に切換えられる状況においても、電流制御が安定的に行なわれている。電力変換装置の動作モードが電流不連続モードから電流連続モードに切り替わる時刻tm21およびtm24においては、系統電流Igridの波形にほとんど歪みが生じていない。電力変換装置の動作モードが電流連続モードから電流不連続モードに切り替わる時刻tm22およびtm25における系統電流Igridの波形の歪みは、スイッチングモードが切替わる時刻tm23およびtm26における系統電流Igridの波形の歪みよりも抑制されている。 Since the current command Iinv* and the current value FIinv substantially match, the current control is stably performed even in the situation where the operation mode is selectively switched between the current discontinuous mode and the current continuous mode. There is. At times tm21 and tm24 when the operation mode of the power conversion device switches from the current discontinuous mode to the current continuous mode, the waveform of the grid current Igrid is hardly distorted. The waveform distortion of the grid current Igrid at times tm22 and tm25 when the operation mode of the power conversion device switches from the current continuous mode to the current discontinuous mode is more than the distortion of the waveform of the grid current Igrid at times tm23 and tm26 when the switching mode switches. It is suppressed.

なお、図23の系統電流Igridの波形が、時刻tm23および時刻tm26において歪んでいるのは、実施の形態1の図18において系統電流Igridの波形が歪んでいるのと同様の理由である。実施の形態1と同様に、リアクトル電流Iinvのゼロクロスタイミングを調整して系統電流Igridの波形歪みを改善するために、スイッチングモード切替器5の入力として、電流指令Iinv*に加えて、リアクトル電流Iinvの波形ひずみ、および交流波形一周期あたりの電力の少なくとも一方を追加して、極性判定信号Ipole*を調整してもよい。 The waveform of system current Igrid in FIG. 23 is distorted at time tm23 and time tm26 for the same reason as the waveform of system current Igrid is distorted in FIG. 18 of the first embodiment. Similar to the first embodiment, in order to adjust the zero-cross timing of the reactor current Iinv to improve the waveform distortion of the system current Igrid, in addition to the current command Iinv*, the reactor current Iinv* is input as an input of the switching mode switch 5. The polarity determination signal Ipole* may be adjusted by adding at least one of the waveform distortion and the power per AC waveform cycle.

以上、実施の形態2に係る電力変換装置によれば、動作モードが電流不連続モードと電流連続モードとの間で選択的に切り替えられる状況においても電流制御を安定させることができる。その結果、電力変換装置の動作モードによらず安定的に電力を供給することができる。 As described above, according to the power conversion device of the second embodiment, current control can be stabilized even in a situation in which the operation mode is selectively switched between the current discontinuous mode and the current continuous mode. As a result, electric power can be stably supplied regardless of the operation mode of the power converter.

実施の形態3.
実施の形態1および2においては、通流率指令D*が0〜1の範囲で変化する場合について説明した。実施の形態3では、通流率指令D*が−1〜1の範囲で変化する場合について説明する。
Embodiment 3.
In the first and second embodiments, the case where the flow rate command D* changes in the range of 0 to 1 has been described. In the third embodiment, a case where the flow rate command D* changes in the range of -1 to 1 will be described.

図24は、実施の形態3に係る電力変換装置300の機能構成を示す機能ブロック図である。電力変換装置300の構成は、図1の非線形補償器701およびPWM制御器801が非線形補償器703およびPWM制御器801に置き換えられているとともに、スイッチングモード切替器5が除かれた構成である。それ以外の構成は同様であるため、説明を繰り返さない。 FIG. 24 is a functional block diagram showing a functional configuration of the power conversion device 300 according to the third embodiment. The configuration of the power conversion device 300 is a configuration in which the non-linear compensator 701 and the PWM controller 801 of FIG. 1 are replaced by the non-linear compensator 703 and the PWM controller 801, and the switching mode switch 5 is removed. The other configuration is the same, and therefore the description will not be repeated.

図24に示されるように、非線形補償器703は、電圧値FVcと、リアクトル電圧指令VL*とを受けて、通流率指令D*を算出し、通流率指令D*をPWM制御器803へ出力する。通流率指令D*は、第1スイッチングモードにおいて0〜1であり、第2スイッチングモードにおいて−1〜0である。電力変換装置300においてはスイッチングモードの違いが通流率指令D*の極性として現われるため、実施の形態1において用いられたスイッチングモード切替器5および極性判定信号Ipole*は不要である。 As shown in FIG. 24, the non-linear compensator 703 receives the voltage value FVc and the reactor voltage command VL*, calculates the flow rate command D*, and outputs the flow rate command D* to the PWM controller 803. Output to. The conduction ratio command D* is 0 to 1 in the first switching mode and -1 to 0 in the second switching mode. In power conversion device 300, the difference in switching mode appears as the polarity of conduction ratio command D*, and thus switching mode switch 5 and polarity determination signal Ipole* used in the first embodiment are unnecessary.

PWM制御器803は、コンパレータ831,832を含む。コンパレータ831の非反転入力端子には、通流率指令D*が入力される。コンパレータ831の反転入力端子には、基準三角波Carrier1(0〜1)が入力される。コンパレータ831は、PWM信号Saを上アームQ1および下アームQ4に出力する。第2スイッチングモードにおいては、通流率指令D*が0より小さいため、通流率指令D*は基準三角波Carrier1より小さくなる。その結果、コンパレータ831の出力であるPWM信号Saは、第2スイッチングモードにおいて0となる。 The PWM controller 803 includes comparators 831 and 832. The conduction ratio command D* is input to the non-inverting input terminal of the comparator 831. The reference triangular wave Carrier 1 (0 to 1) is input to the inverting input terminal of the comparator 831. The comparator 831 outputs the PWM signal Sa to the upper arm Q1 and the lower arm Q4. In the second switching mode, since the conduction ratio command D* is smaller than 0, the conduction ratio command D* becomes smaller than the reference triangular wave Carrier1. As a result, the PWM signal Sa that is the output of the comparator 831 becomes 0 in the second switching mode.

コンパレータ832の非反転入力端子には、通流率指令D*の極性を反転させた値が入力される。コンパレータ832の反転入力端子には、基準三角波Carrier2(0〜1)が入力される。コンパレータ832は、PWM信号Sbを下アームQ2および上アームQ3に出力する。第1スイッチングモードにおいては、通流率指令D*は0より大きいため、通流率指令D*の極性を反転させた値は、0より小さい。第1スイッチングモードにおいては、通流率指令D*の極性を反転させた値は、基準三角波Carrier2より小さくなる。その結果、コンパレータ832の出力であるPWM信号Sbは、第1スイッチングモードにおいて0となる。 The non-inverting input terminal of the comparator 832 receives a value obtained by inverting the polarity of the conduction ratio command D*. The reference triangular wave Carrier 2 (0 to 1) is input to the inverting input terminal of the comparator 832. The comparator 832 outputs the PWM signal Sb to the lower arm Q2 and the upper arm Q3. In the first switching mode, since the conduction ratio command D* is larger than 0, the value obtained by reversing the polarity of the conduction ratio command D* is smaller than 0. In the first switching mode, the value obtained by reversing the polarity of the conduction ratio command D* is smaller than the reference triangular wave Carrier2. As a result, the PWM signal Sb output from the comparator 832 becomes 0 in the first switching mode.

なお、通流率指令D*の極性を反転させた値を用いる代わりにPWM信号Sbの生成に用いる基準三角波Carrier2を−1〜0の範囲で変化させてもよい。また、基準三角波Carrier1,Carrier2の位相が互いに共通である必要はない。 Note that the reference triangular wave Carrier2 used for generating the PWM signal Sb may be changed in the range of -1 to 0 instead of using the value obtained by inverting the polarity of the flow rate command D*. Further, the phases of the reference triangular waves Carrier1 and Carrier2 do not have to be common to each other.

図25は、非線形補償器703の機能構成を示す機能ブロック図である。図25に示されるように、非線形補償器703は、第1非線形補償モード710と,第2非線形補償モード720と、通常モード730と、通流率選択器740とを含む。 FIG. 25 is a functional block diagram showing the functional configuration of the non-linear compensator 703. As shown in FIG. 25, the non-linear compensator 703 includes a first non-linear compensation mode 710, a second non-linear compensation mode 720, a normal mode 730, and a conduction ratio selector 740.

図25に示されるように、自動切換え信号Dpole*が1の場合、第1非線形補償モード710が選択され、第1非線形補償モード710よって算出された通流率指令Ddcm*が通流率選択器740に出力される。自動切換え信号Dpole*が0の場合、第2非線形補償モード720が選択され、第2非線形補償モード720よって算出された通流率指令Ddcm*が通流率選択器740に出力される。 As shown in FIG. 25, when the automatic switching signal Dpole* is 1, the first non-linear compensation mode 710 is selected, and the current-flow rate command Ddcm* calculated by the first non-linear compensation mode 710 is the current-flow rate selector. It is output to 740. When the automatic switching signal Dpole* is 0, the second nonlinear compensation mode 720 is selected, and the conduction ratio command Ddcm* calculated by the second nonlinear compensation mode 720 is output to the conduction ratio selector 740.

第1非線形補償モード710および第2非線形補償モード720においては、図16に示される第1非線形補償モード71および第2非線形補償モード72と異なり、スイッチングモードが切替わっても、通流率指令D*の基準を変更する必要がない。第1非線形補償モード710と第1非線形補償モード71との違いは、通流率指令D*の基準を変更しないという点である。第2非線形補償モード720と第2非線形補償モード72と違いは、通流率指令D*の基準を変更しないという点に加えて、式(17)〜(29)における「1−D*」が「−D*」に置き換えられるとともに、図14および図15に示されたブロック線図の「1−D0」が「−D0」に置き換えられる。 In the first non-linear compensation mode 710 and the second non-linear compensation mode 720, unlike the first non-linear compensation mode 71 and the second non-linear compensation mode 72 shown in FIG. 16, even if the switching mode is switched, the flow rate command D There is no need to change the * standard. The difference between the first non-linear compensation mode 710 and the first non-linear compensation mode 71 is that the reference of the flow rate command D* is not changed. The difference between the second non-linear compensation mode 720 and the second non-linear compensation mode 72 is that "1-D*" in the equations (17) to (29) is added in addition to the fact that the reference of the flow rate command D* is not changed. It is replaced with "-D*", and "1-D0" in the block diagrams shown in FIGS. 14 and 15 is replaced with "-D0".

自動切換え信号Dpole*は、通流率指令Ddcm*が0より大きい(正極性)場合は1であり、通流率指令Ddcm*が0より小さい(負極性)場合は0である。 The automatic switching signal Dpole* is 1 when the flow rate command Ddcm* is larger than 0 (positive polarity), and is 0 when the flow rate command Ddcm* is smaller than 0 (negative polarity).

通常モード730は、リアクトル電圧指令VL*、電圧値FVc、および自動切換え信号Dpole*を受けて、通流率指令Dccm*を出力する。自動切換え信号Dpole*が1(通流率指令Ddcm*が正極性)の場合、通常モード730は、図19の通常モード73と同様の通流率指令Ddcm*を出力する。自動切換え信号Dpole*が0(通流率指令Ddcm*が負極性)の場合、通常モード730は、通流率指令Dccm*から1を引いてから通流率指令Dccm*を出力する。 Normal mode 730 receives reactor voltage command VL*, voltage value FVc, and automatic switching signal Dpole*, and outputs conduction ratio command Dccm*. When the automatic switching signal Dpole* is 1 (the conduction ratio command Ddcm* is positive), the normal mode 730 outputs a conduction ratio command Ddcm* similar to the normal mode 73 of FIG. When the automatic switching signal Dpole* is 0 (the conduction ratio command Ddcm* is negative), the normal mode 730 subtracts 1 from the conduction ratio command Dccm* and then outputs the conduction ratio command Dccm*.

通流率選択器740は、通流率指令Dccm*と、第1非線形補償モード710または第2非線形補償モード720が出力する通流率指令Ddcm*と、自動切換え信号Dpole*とを受けて、通流率指令D*を出力する。 The conduction ratio selector 740 receives the conduction ratio command Dccm*, the conduction ratio command Ddcm* output from the first nonlinear compensation mode 710 or the second nonlinear compensation mode 720, and the automatic switching signal Dpole*, Outputs the duty ratio command D*.

図26は、通流率選択器740の機能構成を示す機能ブロック図である。通流率選択器740は、コンパレータ751を含む。通流率指令Ddcm*の絶対値ABS1およびDccm*の絶対値ABS2は、コンパレータ751の非反転入力端子および反転入力端子に入力される。絶対値ABS1がABS2より大きい場合、コンパレータ751から1が出力され、通流率指令Dccm*が通流率指令D*として出力される。絶対値ABS2がABS1より大きい場合、通流率指令Ddcm*が通流率指令D*として出力される。すなわち、通流率選択器740は、通流率指令Dccm*およびDdcm*のうち、絶対値が小さい方を通流率指令D*として選択する。 FIG. 26 is a functional block diagram showing a functional configuration of the conduction ratio selector 740. The conduction ratio selector 740 includes a comparator 751. The absolute value ABS1 of the conduction ratio command Ddcm* and the absolute value ABS2 of the Dccm* are input to the non-inverting input terminal and the inverting input terminal of the comparator 751. When the absolute value ABS1 is larger than ABS2, 1 is output from the comparator 751 and the flow rate command Dccm* is output as the flow rate command D*. When the absolute value ABS2 is larger than ABS1, the conduction ratio command Ddcm* is output as the conduction ratio command D*. That is, the conduction ratio selector 740 selects the conduction ratio command Dccm* or Ddcm* having the smaller absolute value as the conduction ratio command D*.

図27は、電流不連続モードにおける通流率指令Dccm*、Ddcm*、およびD*それぞれのタイムチャートを併せて示す図である。図27においては、時刻tm30〜tm33のタイムチャートが示されている。 FIG. 27 is a diagram collectively showing time charts of the conduction ratio commands Dccm*, Ddcm*, and D* in the current discontinuous mode. FIG. 27 shows a time chart from time tm30 to time tm33.

図27に示されるように、時刻tm30〜tm33において、通流率指令Ddcm*の絶対値が通流率指令Dccm*の絶対値よりも小さいため、通流率指令Ddcm*が通流率指令D*として選択される。通流率指令D*は、時刻tm30〜tm31およびtm32〜tm33においては0〜1の範囲で変化し、正極性である。通流率指令D*は、時刻tm31〜tm32においては−1〜0の範囲で変化し、負極性である。 As shown in FIG. 27, from time tm30 to tm33, the absolute value of the flow rate command Ddcm* is smaller than the absolute value of the flow rate command Dccm*, so the flow rate command Ddcm* is the flow rate command D. Selected as * The flow rate command D* changes in the range of 0 to 1 at times tm30 to tm31 and tm32 to tm33, and is positive. The conduction ratio command D* changes in the range of -1 to 0 at the times tm31 to tm32 and has a negative polarity.

図28は、通流率指令D*、基準三角波Carrier1,Carrier2、自動切換え信号Dpole*、およびPWM信号Sa,Sbそれぞれのタイムチャートを併せて示す図である。図28においても図27と同様に、時刻tm30〜tm33におけるタイムチャートが示されている。図28においても基準三角波Carrier1,Carrier2は、図の見易さのため簡略的に描かれている。基準三角波Carrier1,Carrier2の各々は、0と1との間をキャリア周期Tswで変化している。 FIG. 28 is a diagram additionally showing time charts of the duty ratio command D*, the reference triangular waves Carrier1 and Carrier2, the automatic switching signal Dpole*, and the PWM signals Sa and Sb. Similarly to FIG. 27, FIG. 28 also shows a time chart from time tm30 to tm33. Also in FIG. 28, the reference triangular waves Carrier1 and Carrier2 are simply drawn for the sake of easy viewing of the drawing. Each of the reference triangular waves Carrier1 and Carrier2 changes between 0 and 1 with the carrier cycle Tsw.

図28に示されるように、時刻tm30〜tm31およびtm32〜tm33においてPWM信号SaがOnとOffとの間を変化しているとともに、PWM信号SbがOffとなっている。時刻tm30〜tm31およびtm32〜tm33において、自動切換え信号Dpole*は、1である。時刻tm30〜tm31およびtm32〜tm33において、通流率指令D*は正極性であり、フルブリッジ回路FBが第1スイッチングモードで動作している。 As shown in FIG. 28, at times tm30 to tm31 and tm32 to tm33, the PWM signal Sa changes between On and Off, and the PWM signal Sb is Off. At times tm30 to tm31 and tm32 to tm33, the automatic switching signal Dpole* is 1. At times tm30 to tm31 and tm32 to tm33, the conduction ratio command D* has a positive polarity, and the full bridge circuit FB operates in the first switching mode.

時刻tm31〜tm32においてPWM信号SbがOnとOffとの間を変化しているとともに、PWM信号SaがOffとなっている。時刻tm31〜tm32において、自動切換え信号Dpole*は、0である。時刻tm31〜tm32において、通流率指令D*は負極性であり、フルブリッジ回路FBが第2スイッチングモードで動作している。 At times tm31 to tm32, the PWM signal Sb changes between On and Off, and the PWM signal Sa is Off. At times tm31 to tm32, the automatic switching signal Dpole* is 0. At times tm31 to tm32, the conduction ratio command D* has a negative polarity, and the full bridge circuit FB is operating in the second switching mode.

図29は、通流率指令D*、リアクトル電流Iinv、電流値FIinv、電流指令Iinv*、電圧Vc、および系統電流Igridそれぞれのタイムチャートを併せて示す図である。図29においても、図28と同様に時刻tm30〜tm33におけるタイムチャートが示されている。図29においても図18と同様に、リアクトル電流Iinvは、図の見易さのため包絡線のみを表示している。 FIG. 29 is a diagram additionally showing time charts of the duty ratio command D*, the reactor current Iinv, the current value FIinv, the current command Iinv*, the voltage Vc, and the system current Igrid. Similarly to FIG. 28, FIG. 29 also shows a time chart from time tm30 to time tm33. In FIG. 29 as well, as in FIG. 18, the reactor current Iinv displays only the envelope for ease of viewing the figure.

図29に示されるように、電流指令Iinv*と電流値FIinvとはほぼ一致しているため、電流不連続モードにおいて、電流制御が安定的に行なわれている。スイッチングモードが切替わる時刻tm31およびtm32における系統電流Igridの波形の歪みは、図18の時刻tm10およびtm11における系統電流Igridの波形の歪みよりも抑制されている。 As shown in FIG. 29, current command Iinv* and current value FIinv substantially match, so that current control is stably performed in the current discontinuous mode. The waveform distortion of the system current Igrid at the times tm31 and tm32 at which the switching modes are switched is suppressed more than the distortion of the waveform of the system current Igrid at the times tm10 and tm11 in FIG.

図30は、電流不連続モードと電流連続モードとが選択的に切換えられる場合の通流率指令Dccm*、Ddcm*、およびD*それぞれのタイムチャートを併せて示す図である。図30においては、時刻tm40〜tm47のタイムチャートが示されている。 FIG. 30 is a diagram also showing respective time charts of the conduction ratio commands Dccm*, Ddcm*, and D* when the current discontinuous mode and the current continuous mode are selectively switched. In FIG. 30, a time chart of times tm40 to tm47 is shown.

図30に示されるように、時刻tm40〜tm41、tm42〜tm44、tm45〜tm47においては、通流率指令Ddcm*の絶対値の方が、通流率指令Dccm*の絶対値よりも小さいため、通流率指令Ddcm*が通流率指令D*として選択される。時刻tm41〜tm42およびtm44〜tm45においては、通流率指令Dccm*の絶対値の方が、通流率指令Ddcm*の絶対値よりも小さいため、通流率指令Dccm*が通流率指令D*として選択される。 As shown in FIG. 30, at times tm40 to tm41, tm42 to tm44, and tm45 to tm47, the absolute value of the flow rate command Ddcm* is smaller than the absolute value of the flow rate command Dccm*. The conduction ratio command Ddcm* is selected as the conduction ratio command D*. At times tm41 to tm42 and tm44 to tm45, the absolute value of the flow rate command Dccm* is smaller than the absolute value of the flow rate command Ddcm*, so the flow rate command Dccm* is the flow rate command Dccm*. Selected as *

図31は、通流率指令D*、基準三角波Carrier1,Carrier2、自動切換え信号Dpole*、およびPWM信号Sa,Sbそれぞれのタイムチャートを併せて示す図である。図31においても図30と同様に、時刻tm40〜tm47におけるタイムチャートが示されている。図31においても基準三角波Carrier1,Carrier2は、図の見易さのため簡略的に描かれている。基準三角波Carrier1,Carrier2の各々は、0と1との間をキャリア周期Tswで変化している。 FIG. 31 is a diagram also showing time charts of the duty ratio command D*, the reference triangular waves Carrier1 and Carrier2, the automatic switching signal Dpole*, and the PWM signals Sa and Sb. Similar to FIG. 30, FIG. 31 also shows a time chart from time tm40 to tm47. Also in FIG. 31, the reference triangular waves Carrier1 and Carrier2 are simply drawn for the sake of easy viewing of the drawing. Each of the reference triangular waves Carrier1 and Carrier2 changes between 0 and 1 with the carrier cycle Tsw.

図31に示されるように、時刻tm40〜tm43およびtm46〜tm47においてPWM信号SaがOnとOffとの間を変化しているとともに、PWM信号SbがOffとなっている。時刻tm40〜tm43およびtm46〜tm47において、自動切換え信号Dpole*は、1である。時刻tm40〜tm43およびtm46〜tm47において、通流率指令D*は正極性であり、フルブリッジ回路FBが第1スイッチングモードで動作している。 As shown in FIG. 31, the PWM signal Sa changes between On and Off and the PWM signal Sb is Off at times tm40 to tm43 and tm46 to tm47. At times tm40 to tm43 and tm46 to tm47, the automatic switching signal Dpole* is 1. At times tm40 to tm43 and tm46 to tm47, the conduction ratio command D* has a positive polarity, and the full bridge circuit FB operates in the first switching mode.

時刻tm43〜tm46においてPWM信号SbがOnとOffとの間を変化しているとともに、PWM信号SaがOffとなっている。時刻tm43〜tm46において、自動切換え信号Dpole*は、0である。時刻tm43〜tm46において、通流率指令D*は負極性であり、フルブリッジ回路FBが第2スイッチングモードで動作している。 From time tm43 to tm46, the PWM signal Sb changes between On and Off, and the PWM signal Sa is Off. From time tm43 to tm46, the automatic switching signal Dpole* is 0. From time tm43 to tm46, the conduction ratio command D* has a negative polarity, and the full bridge circuit FB is operating in the second switching mode.

図32は、通流率指令D*、リアクトル電流Iinv、電流値FIinv、電流指令Iinv*、電圧Vc、および系統電流Igridそれぞれのタイムチャートを併せて示す図である。図32においても、図31と同様に時刻tm40〜tm47におけるタイムチャートが示されている。図32においても、リアクトル電流Iinvは、図の見易さのため包絡線のみを表示している。 FIG. 32 is a diagram additionally showing time charts of the duty ratio command D*, the reactor current Iinv, the current value FIinv, the current command Iinv*, the voltage Vc, and the system current Igrid. Similarly to FIG. 31, FIG. 32 also shows a time chart at times tm40 to tm47. Also in FIG. 32, the reactor current Iinv displays only the envelope for the sake of easy viewing of the drawing.

図32に示されるように、時刻tm40〜tm41、tm42〜tm44、およびtm45〜tm47においては、リアクトル電流Iinvが0となる時間帯が存在するため、電力変換装置300は電流不連続モードで動作している。時刻tm41〜tm42およびtm44〜tm45においては、リアクトル電流Iinvが0となる時間帯がないため、電力変換装置300は電流連続モードで動作している。時刻tm41およびtm44において、電力変換装置300の動作モードが電流不連続モードから電流連続モードに切り替わる。時刻tm42およびtm45において、電力変換装置300の動作モードが電流連続モードから電流不連続モードに切り替わる。 As shown in FIG. 32, at times tm40 to tm41, tm42 to tm44, and tm45 to tm47, there is a time zone in which reactor current Iinv is 0, so power conversion device 300 operates in the current discontinuous mode. ing. At times tm41 to tm42 and tm44 to tm45, since there is no time zone in which reactor current Iinv becomes 0, power conversion device 300 operates in the continuous current mode. At times tm41 and tm44, the operation mode of power conversion device 300 switches from the current discontinuous mode to the current continuous mode. At times tm42 and tm45, the operation mode of power conversion device 300 switches from the current continuous mode to the current discontinuous mode.

電流指令Iinv*と電流値FIinvとはほぼ一致しているため、動作モードが電流不連続モードと電流連続モードとの間で選択的に切換えられる状況においても、電流制御が安定的に行なわれている。スイッチングモードが切替わる時刻tm43およびtm46における系統電流Igridの波形の歪みは、図23の時刻tm23よびtm26における系統電流Igridの波形の歪みよりも抑制されている。 Since the current command Iinv* and the current value FIinv substantially match, the current control is stably performed even in the situation where the operation mode is selectively switched between the current discontinuous mode and the current continuous mode. There is. The distortion of the waveform of the system current Igrid at the times tm43 and tm46 when the switching mode is switched is suppressed more than the distortion of the waveform of the system current Igrid at the times tm23 and tm26 of FIG.

以上、実施の形態3に係る電力変換装置によれば、動作モードが電流不連続モードと電流連続モードとの間で選択的に切り替えられる状況においても電流制御を安定させることができる。その結果、電力変換装置の動作モードによらず安定的に電力を供給することができる。また、実施の形態3に係る電力変換装置によれば、電流ゼロクロス(スイッチングモードが切替わる時刻)における系統電流の歪みを実施の形態1および2よりも抑制することができる。 As described above, according to the power conversion device according to the third embodiment, current control can be stabilized even in a situation where the operation mode is selectively switched between the current discontinuous mode and the current continuous mode. As a result, electric power can be stably supplied regardless of the operation mode of the power converter. Further, according to the power converter of the third embodiment, distortion of the system current at the current zero cross (time when the switching mode is switched) can be suppressed more than in the first and second embodiments.

今回開示された各実施の形態は、矛盾しない範囲で適宜組み合わせて実施することも予定されている。今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed this time are also planned to be implemented in an appropriate combination as long as there is no contradiction. The embodiments disclosed this time are to be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description but by the scope of the claims, and is intended to include meanings equivalent to the scope of the claims and all modifications within the scope.

1 インバータ、2 フィルタ、3 直流電源、4 交流電源、5 スイッチングモード切替器、6 電流制御器、7 非線形補償器、701,702,703 非線形補償器、51 電流センサ、52 電圧センサ、71,710 第1非線形補償モード、72,720 第2非線形補償モード、73,730 通常モード、74,740 通流率選択器、100,300 電力変換装置、741,751,831,832 コンパレータ、742 XOR回路、800,801,803 PWM制御器、C コンデンサ、D1〜D4 フリーホイールダイオード、FB フルブリッジ回路、L リアクトル、LG1 第1レグ、LG2 第2レグ、LPF1,LPF2 ローパスフィルタ、Lo 系統インピーダンス、P1 第1端子、P2 第2端子、P3 第3端子、P4 第4端子、Q1,Q3 上アーム、Q2,Q4 アーム。 1 inverter, 2 filter, 3 DC power supply, 4 AC power supply, 5 switching mode switcher, 6 current controller, 7 non-linear compensator, 701, 702, 703 non-linear compensator, 51 current sensor, 52 voltage sensor, 71, 710 1st non-linear compensation mode, 72,720 2nd non-linear compensation mode, 73,730 normal mode, 74,740 conduction ratio selector, 100,300 power converter, 741,751,831,832 comparator, 742 XOR circuit, 800, 801, 803 PWM controller, C capacitor, D1 to D4 free wheel diode, FB full bridge circuit, L reactor, LG1 first leg, LG2 second leg, LPF1, LPF2 low pass filter, Lo system impedance, P1 first Terminal, P2 2nd terminal, P3 3rd terminal, P4 4th terminal, Q1, Q3 upper arm, Q2, Q4 arm.

Claims (8)

電流不連続モードにおいて、直流電源からの直流電圧を交流電圧に変換する電力変換装置であって、
前記直流電源の正極および負極にそれぞれ接続される第1および第2端子と、
前記交流電圧を出力する第3および第4端子と、
前記第1端子と前記第2端子との間に並列に接続された第1および第2レグを含むフルブリッジ回路と、
前記第1レグの上アームと下アームとの第1接続点と、前記第3端子との間に接続されたリアクトルと、
前記リアクトルを流れる電流値が目標電流値となるように前記リアクトルの両端間の目標電圧値を算出するように構成された電流制御器と、
前記目標電圧値、および前記第3端子と前記第4端子との間に出力された出力電圧値を受けて、目標通流率を算出するように構成された非線形補償器と、
前記非線形補償器から目標通流率を受けて前記フルブリッジ回路にPWM信号を出力して、前記フルブリッジ回路を第1または第2スイッチングモードで動作させるように構成されたPWM制御器とを備え、
前記第4端子は、前記第2レグの上アームと下アームとの第2接続点に接続され、
前記電流不連続モードにおいては、前記リアクトルに電流が流れない時間帯が存在し、
前記第1スイッチングモードにおいては、前記第1レグの上アームと前記第2レグの下アームとが同期してスイッチングされるとともに、前記第1レグの下アームと前記第2レグの上アームとが非導通とされ、
前記第2スイッチングモードにおいては、前記第1レグの下アームと前記第2レグの上アームとが同期してスイッチングされるとともに、前記第1レグの上アームと前記第2レグの下アームとが非導通とされ、
前記非線形補償器は、前記電流不連続モードにおいて、前記目標電圧値、1サンプリング時間前の目標通流率、1サンプリング時間前の出力電圧値を用いて、今回のサンプリング時間の目標通流率を算出するように構成されている、電力変換装置。
In a current discontinuous mode, a power conversion device for converting a DC voltage from a DC power supply into an AC voltage,
First and second terminals respectively connected to the positive electrode and the negative electrode of the DC power supply;
Third and fourth terminals for outputting the alternating voltage,
A full-bridge circuit including first and second legs connected in parallel between the first terminal and the second terminal;
A first connection point between the upper arm and the lower arm of the first leg, and a reactor connected between the third terminal,
A current controller configured to calculate a target voltage value across the reactor so that a current value flowing through the reactor becomes a target current value,
A non-linear compensator configured to receive the target voltage value and the output voltage value output between the third terminal and the fourth terminal and calculate a target conduction ratio;
A PWM controller configured to output a PWM signal to the full bridge circuit in response to a target conduction ratio from the non-linear compensator to operate the full bridge circuit in a first or second switching mode. ,
The fourth terminal is connected to a second connection point between the upper arm and the lower arm of the second leg,
In the current discontinuous mode, there is a time period during which no current flows in the reactor,
In the first switching mode, the upper arm of the first leg and the lower arm of the second leg are switched in synchronization with each other, and the lower arm of the first leg and the upper arm of the second leg are Is considered non-conducting,
In the second switching mode, the lower arm of the first leg and the upper arm of the second leg are switched in synchronization with each other, and the upper arm of the first leg and the lower arm of the second leg are separated from each other. Is considered non-conducting,
The non-linear compensator, in the current discontinuous mode, uses the target voltage value, the target conduction ratio before one sampling time, and the output voltage value before one sampling time to determine the target conduction ratio for the current sampling time. A power converter configured to calculate.
前記非線形補償器は、前記電流不連続モードにおいて、1サンプリング時間前の出力電圧変化量を算出し、前記出力電圧変化量に第1補正項を乗じて第1補正値を算出し、前記第1補正値を前記目標電圧値に加算して第2補正値を算出し、前記第2補正値に第2補正項を乗じて通流率変化量を算出し、前回のサンプリング時間の目標通流率に前記通流率変化量を加算して今回のサンプリング時間の目標通流率を算出するように構成されている、請求項1に記載の電力変換装置。 In the current discontinuous mode, the non-linear compensator calculates an output voltage change amount one sampling time ago, multiplies the output voltage change amount by a first correction term, and calculates a first correction value. The correction value is added to the target voltage value to calculate the second correction value, and the second correction value is multiplied by the second correction term to calculate the change rate of the flow rate, and the target flow rate of the previous sampling time is calculated. The power conversion device according to claim 1, wherein the power conversion device is configured to calculate the target flow rate of the current sampling time by adding the change rate of the flow rate to. 前記第1補正項は、前記第1スイッチングモードと前記第2スイッチングモードとで異なり、
前記第2補正項は、前記第1スイッチングモードと前記第2スイッチングモードとで異なる、請求項2に記載の電力変換装置。
The first correction term is different between the first switching mode and the second switching mode,
The power conversion device according to claim 2, wherein the second correction term is different between the first switching mode and the second switching mode.
前記電力変換装置は、前記電流不連続モードおよび前記リアクトルに連続的に電流が流れる電流連続モードを選択的に切換えて動作可能であり、
前記非線形補償器は、前記電流連続モードにおいて、前記目標電圧値、および1サンプリング時間前の出力電圧値を用いて、今回のサンプリング時間の目標通流率を算出するように構成されている、請求項1〜3のいずれか1項に記載の電力変換装置。
The power conversion device is operable by selectively switching between the current discontinuous mode and the current continuous mode in which current continuously flows through the reactor,
In the current continuous mode, the non-linear compensator is configured to use the target voltage value and the output voltage value one sampling time before to calculate a target conduction ratio for the current sampling time. Item 5. The power conversion device according to any one of items 1 to 3.
前記PWM制御器は、
前記目標電流値の極性が正極性である場合、前記フルブリッジ回路を前記第1スイッチングモードで動作させ、
前記目標電流値の極性が負極性である場合、前記フルブリッジ回路を前記第2スイッチングモードで動作させるように構成されている、請求項1〜4のいずれか1項に記載の電力変換装置。
The PWM controller is
When the polarity of the target current value is positive, the full bridge circuit is operated in the first switching mode,
The power converter according to any one of claims 1 to 4, which is configured to operate the full bridge circuit in the second switching mode when the polarity of the target current value has a negative polarity.
前記PWM制御器は、
前記目標通流率の極性が正極性である場合、前記フルブリッジ回路を前記第1スイッチングモードで動作させ、
前記目標通流率の極性が負極性である場合、前記フルブリッジ回路を前記第2スイッチングモードで動作させるように構成されている、請求項1〜4のいずれか1項に記載の電力変換装置。
The PWM controller is
When the polarity of the target conduction ratio is positive, the full bridge circuit is operated in the first switching mode,
The power converter according to any one of claims 1 to 4, wherein the full bridge circuit is configured to operate in the second switching mode when the polarity of the target conduction ratio is negative. ..
前記リアクトルを流れる電流値を受けるローパスフィルタをさらに備え、
前記電流制御器は、前記ローパスフィルタを通過した前記電流値と前記目標電流値との比較結果に基づいて、前記目標電圧値を算出するように構成されている、請求項1〜6のいずれか1項に記載の電力変換装置。
Further comprising a low-pass filter for receiving a current value flowing through the reactor,
The current controller is configured to calculate the target voltage value based on a comparison result between the current value that has passed through the low-pass filter and the target current value. The power converter according to item 1.
前記電流制御器は、前記PWM制御器が前記PWM信号の生成に用いる基準三角波の周期における、前記リアクトルを流れる電流値の平均値と前記目標電流値との比較結果に基づいて、前記目標電圧値を算出するように構成されている、請求項1〜6のいずれか1項に記載の電力変換装置。 The current controller, based on the result of comparison between the average value of the current value flowing through the reactor and the target current value in the cycle of the reference triangular wave used by the PWM controller to generate the PWM signal, the target voltage value. The power conversion device according to claim 1, wherein the power conversion device is configured to calculate.
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