JP6834557B2 - Cross current suppression controller - Google Patents
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Description
本発明は、フライングキャパシタ(以下、FCと称する)方式によるマルチレベルインバータのユニットを並列接続した電力変換回路に係り、各インバータユニットの電流責務均等化に関する。 The present invention relates to a power conversion circuit in which units of multi-level inverters based on a flying capacitor (hereinafter referred to as FC) method are connected in parallel, and relates to equalization of current responsibilities of each inverter unit.
特許文献1にはFC方式の3レベルインバータの例が開示されている。図13はこれを複数台並列に接続した電力変換回路の例である。(特許文献1には3相インバータの構成が示されている。それに対して図13では、代表の1相のみのスイッチングデバイスとフライングキャパシタからなる構成を示している。したがって、図13の実際の構成では特許文献1のように3相出力、または単相出力のインバータが並列接続されている。)
表1はFC型3レベルインバータのスイッチングパターンを示す。零電圧を出力するときは、スイッチングデバイスTN1,TN3をON、またはスイッチングデバイスTN2,TN4をONすることでFCを導通させる。
Table 1 shows the switching pattern of the FC type 3-level inverter. When outputting a zero voltage, the FC is made conductive by turning on the switching devices TN1 and TN3 or turning on the switching devices TN2 and TN4.
表1の出力電圧は、図13のVDC=2E、VfC1=VfC2=VfC3=Eとして、VDCの中点の電位を基準点とした電圧である。 The output voltage in Table 1 is a voltage with the potential at the midpoint of the VDC as a reference point, with VDC = 2E and VfC1 = VfC2 = VfC3 = E in FIG.
図13に示すように、このようなインバータユニットを複数台並列接続して電力変換回路の大容量化に対応する場合、インバータユニットに個体差があるとユニット間で出力電流に差が生じて横流電流が発生し、電流責務がばらついてしまう。その結果、特定のインバータユニットに発熱が集中し寿命が短くなり、場合によっては過電流や過熱でスイッチング素子に異常が生じる、といった問題が発生する。 As shown in FIG. 13, when a plurality of such inverter units are connected in parallel to cope with an increase in the capacity of the power conversion circuit, if there is an individual difference in the inverter units, a difference in output current occurs between the units and a cross current occurs. Current is generated and the current responsibility varies. As a result, heat generation is concentrated on a specific inverter unit and the life is shortened, and in some cases, overcurrent or overheating causes an abnormality in the switching element.
対策として各インバータユニットに横流抑制リアクトルLuを接続する方法があるが、コストや重量、損失の増加などの新たな問題が生じる。この問題を解決するため、できる限り横流抑制リアクトルLuを小さくし、制御により横流を抑制する手法が検討されている。 As a countermeasure, there is a method of connecting a cross flow suppression reactor Lu to each inverter unit, but new problems such as an increase in cost, weight, and loss occur. In order to solve this problem, a method of suppressing the cross flow by controlling the cross flow suppression reactor Lu as small as possible is being studied.
特許文献2は、スイッチングデバイスのゲートタイミング(オンオフ信号のタイミング)を調整して横流を抑制する手法である。この手法は、キャリア頂点における横流電流のみを検出し零にするように動作するという特徴がある。この手法を正しく動作させるためには、以下の条件が必要となる。
(1)基本波の周波数はキャリア三角波の周波数に対して十分小さく、キャリア頂点が出力電圧1パルスの中心にほぼ等しい。
(2)スイッチング素子導通期間中では、電流変化は特許文献2の図3に示すように傾き一定である。
(1) The frequency of the fundamental wave is sufficiently smaller than the frequency of the carrier triangle wave, and the carrier apex is substantially equal to the center of one pulse of the output voltage.
(2) During the conduction period of the switching element, the current change has a constant inclination as shown in FIG. 3 of
以上の条件を満たせば、キャリア頂点の横流電流は出力電流1パルスの横流電流平均値にほぼ等しくなり、キャリア頂点での横流電流を零にすれば出力電流1パルスの横流電流平均値も零にできる。 If the above conditions are satisfied, the cross current of the carrier apex becomes almost equal to the mean cross current of one pulse of the output current, and if the cross current of the carrier apex is set to zero, the average cross current of one pulse of the output current also becomes zero. it can.
特許文献2は、FCを搭載しない2レベル、3レベルといったレベル数の低いインバータへの適用を想定し、さらにキャリア三角波の周波数が基本波よりも十分高い場合を想定している。また、スイッチング素子導通期間中に電流を変化させる最大の要因が、素子の電圧降下ずれであることを想定している。以上の想定条件ならば、特許文献2の手法を正しく動作させる条件を満たすため、問題なく適用できる。特許文献2では、電力変換回路の横流電流抑制制御装置として図14に示す回路を開示している。
特許文献2の手法をそのままFC方式インバータに適用すると、横流電流が増加してしまうことがある。原因は、例えば、図13において零電圧を出力するためスイッチングデバイスT11,T13,T21,T23,TN1,TN3をONすると、各インバータユニットのFCが横流抑制リアクトルLuを介して並列接続となり、FCと横流抑制リアクトルLuの間で共振回路が形成され、横流電流に共振電流が重畳するためである。
If the method of
また、共振により特許文献2の手法が正しく動作するのに必要な条件である「スイッチング素子導通期間中の電流変化は傾き一定」が成立せず、特許文献2の手法が誤動作を起こしてしまうことも原因である。
In addition, the condition "the current change during the conduction period of the switching element has a constant inclination", which is a necessary condition for the method of
図15に誤動作の例を示す。ここでは、簡単化のためインバータユニットは2並列であり出力電流Iinv1,Iinv2は正、各スイッチングデバイスの特性は等しくスイッチングタイミングは同じで電圧降下も等しいと仮定している。 FIG. 15 shows an example of malfunction. Here, for simplification, it is assumed that the inverter units are in parallel, the output currents Iinv1 and Iinv2 are positive, the characteristics of each switching device are the same, the switching timing is the same, and the voltage drop is also the same.
電圧指令値Vrefとキャリア三角波との最初の交点1以前では出力電流Iinv1と出力電流Iinv2は等しいため、交点1においてタイミング調整は行われず、スイッチングデバイスT11,T22は同じタイミングでターンOFFする。そのため交点1直後の出力電流Iinv1と出力電流Iinv2は等しい。しかし、スイッチングデバイスT11,T21がON,スイッチングデバイスT13,T23の逆並列ダイオードがONとなり共振回路が形成され、例えば出力電流Iinv1,Iinv2は図15のような曲線を描いて変化する。
Since the output currents Iinv1 and the output currents Iinv2 are equal before the
キャリア頂点2ではIinv1>Iinv2であるため、特許文献2の手法は比例アンプによりスイッチングデバイスT12のターンONを遅らせスイッチングデバイスT22のターンONを進めることで、出力電流Iinv1の減少と出力電流Iinv2の増加を促す。しかし、電圧指令値Vrefとキャリア三角波との交点3において共振により出力電流Iinv1と出力電流Iinv2の大小関係が入れ替わり、比例アンプの補正の結果、逆に出力電流Iinv1と出力電流Iinv2の差(横流電流)が増加してしまう。
Since Iinv1> Iinv2 at the
その後、スイッチングデバイスT11,T12,T21,T22がONとなり、FCは切り離される。そのため交点3から交点5までの間は共振が発生しない。比例アンプPはキャリア頂点4の電流を検出し、スイッチングデバイスT12のターンOFFを遅らせスイッチングデバイスT22のターンOFFを早めることで、交点5直後の横流電流を完全に抑制できる。
After that, the switching devices T11, T12, T21, and T22 are turned on, and the FC is disconnected. Therefore, resonance does not occur between the intersection 3 and the
しかし、交点5以降は共振が再び発生する。キャリア頂点6では出力電流Iinv1と出力電流Iinv2が等しいため、交点7におけるスイッチングでは比例アンプPによるタイミング調整は行われず、積分アンプIによる調整だけが行われる。
However, resonance occurs again after the
積分アンプIはキャリア頂点4における横流電流を検出し、横流電流増加の原因をスイッチングデバイスT12のターンONタイミングが遅すぎ、スイッチングデバイスT22のターンONタイミングが早すぎるためと仮定に反した誤判断を起こし、交点7におけるスイッチングデバイスT12のターンONタイミングを早め、スイッチングデバイスT22ターンONタイミングを遅らせる。その結果、出力電流Iinv1の増加と出力電流Iinv2の減少が促され、横流電流はさらに大きくなってしまう。
The integrating amplifier I detects the cross current at the
対策として、特許文献4に示すように、FCと横流抑制リアクトル間の共振周波数をキャリア周波数より十分低くし、電圧指令値を調整してスイッチングの間隔が長くならないようにすれば、共振による横流電流の変化は小さくなり、特許文献2の手法を適用できる。
As a countermeasure, as shown in
しかし、共振周波数を下げるためFCの容量やリアクトルの増加が必要となり装置の重量や体積、コストが増加してしまう。また、キャリア周波数を高くするとスイッチング損失が増加し、効率の低下や冷却機構の増強による重量・コストの増加が問題となる。 However, in order to lower the resonance frequency, it is necessary to increase the capacity and reactor of the FC, which increases the weight, volume, and cost of the device. Further, when the carrier frequency is increased, the switching loss increases, which causes problems such as a decrease in efficiency and an increase in weight and cost due to an increase in the cooling mechanism.
他の対策として、各インバータユニットのFC電圧を揃え、共振の発生を抑えることも有効である。そのためには、FCの容量が等しければFC通過電流を等しくすればよく、横流電流を零に制御することで達成できる。しかし、製造誤差や経年変化、温度変化などによりFC容量に差が生じると、横流電流を零に制御できたとしてもFC電圧に差が生じ、共振が発生してしまう。 As another measure, it is also effective to make the FC voltage of each inverter unit uniform and suppress the occurrence of resonance. For that purpose, if the capacities of the FCs are equal, the FC passing currents may be made equal, and this can be achieved by controlling the cross current to zero. However, if there is a difference in FC capacitance due to manufacturing error, aging, temperature change, etc., even if the cross current can be controlled to zero, the FC voltage will differ and resonance will occur.
また、図16に示すように各インバータユニットのFCを導線で接続し、FC電位を共通にすることも考えられる。この場合、一部のスイッチングデバイス(T11とT21,T14とT24)は並列接続になる。このとき、素子通過電流の過渡的な差を低減するために、各スイッチングデバイスの導線の長さとその形状を揃え、導線に寄生するインダクタンスをできる限り等しくしなければならない。 Further, as shown in FIG. 16, it is also conceivable to connect the FCs of each inverter unit with a conducting wire to share the FC potential. In this case, some switching devices (T11 and T21, T14 and T24) are connected in parallel. At this time, in order to reduce the transient difference in the element passing current, the length and shape of the lead wire of each switching device must be made uniform, and the inductance parasitic on the lead wire must be made as equal as possible.
また、インバータのレベル数増加に伴い回路構成が複雑化し、限られた容積で実現しなければならず、主回路の設計が非常に難しくなってしまう。さらに、定常的な通過電流の差を低減するためには、順方向電圧降下Vce(sat)や逆方向電圧降下Vfが等しくなるよう並列接続となるスイッチングデバイスの選定を行う必要が生じる。 In addition, as the number of inverter levels increases, the circuit configuration becomes complicated and must be realized with a limited volume, which makes the design of the main circuit extremely difficult. Further, in order to reduce the steady difference in passing current, it is necessary to select a switching device to be connected in parallel so that the forward voltage drop Vce (sat) and the reverse voltage drop Vf are equal.
以上示したようなことから、フライングキャパシタを有する電力変換回路の横流電流抑制制御装置において、横流電流を抑制することが課題となる。 From the above, it is an issue to suppress the cross current in the cross current suppression control device of the power conversion circuit having the flying capacitor.
本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、直流電圧源にインバータユニットを2つ以上並列接続した電力変換回路における横流電流を抑制する横流電流抑制制御装置であって、前記インバータユニットは、順次直列接続された第1〜第4のスイッチングデバイスと、第1,第2スイッチングデバイスの共通接続点と第3,第4スイッチングデバイスの共通接続点との間に介挿されたフライングキャパシタと、を有し、前記横流電流抑制制御装置は、固定値の立ち上がりのゲート遅延指令値をPWM変調器とFC電圧制御器によって生成された前記第1,第4スイッチングデバイスをON/OFFする第1ゲート指令値に付加する第1立ち上がり遅延付加器と、固定値の立ち上がりのゲート遅延指令値をPWM変調器とFC電圧制御器によって生成された前記第2,第3スイッチングデバイスをON/OFFする第2ゲート指令値に付加する第2立ち上がり遅延付加器と、固定値の立ち下がりのゲート遅延指令値を前記第1ゲート指令値に付加する第1立ち下がり遅延付加器と、固定値の立ち下がりのゲート遅延指令値を前記第2ゲート指令値に付加する第2立ち下がり遅延付加器と、を第1インバータユニットに設け、インバータユニット出力電流指令値に横流電流指令値を加算した値から自らのインバータユニット出力電流検出値を減算した値を横流電流としてゲインを乗算する比例アンプと、前記横流電流を入力し前記第1ゲート指令値が0から1に変化した後、かつ、前記インバータユニット出力電流指令値の符号が正の時に動作する第1積分アンプと、前記横流電流を入力し前記第1ゲート指令値が0から1に変化した後、かつ、前記インバータユニット出力電流指令値の符号が負の時に動作する第2積分アンプと、前記横流電流を入力し前記第1ゲート指令値が1から0に変化した後、かつ、前記インバータユニット出力電流指令値の符号が正の時に動作する第3積分アンプと、前記横流電流を入力し前記第1ゲート指令値が1から0に変化した後、かつ、前記インバータユニット出力電流指令値の符号が負の時に動作する第4積分アンプと、前記横流電流を入力し前記第2ゲート指令値が0から1に変化した後、かつ、前記インバータユニット出力電流指令値の符号が正の時に動作する第5積分アンプと、前記横流電流を入力し前記第2ゲート指令値が0から1に変化した後、かつ、前記インバータユニット出力電流指令値の符号が負の時に動作する第6積分アンプと、前記横流電流を入力し前記第2ゲート指令値が1から0に変化した後、かつ、前記インバータユニット出力電流指令値の符号が正の時に動作する第7積分アンプと、前記横流電流を入力し前記第2ゲート指令値が1から0に変化した後、かつ、前記インバータユニット出力電流指令値の符号が負の時に動作する第8積分アンプと、を有し、前記インバータユニット出力電流指令値の符号が正の時前記比例アンプの出力と前記第1積分アンプの出力とを加算して−1を乗算した値を第1立ち上がりのゲート遅延指令値とし、前記インバータユニット出力電流指令値の符号が負の時前記比例アンプの出力と前記第2積分アンプの出力とを加算して−1を乗算した値を第1立ち上がりのゲート遅延指令値とし、前記インバータユニット出力電流指令値の符号が正の時前記比例アンプの出力と前記第3積分アンプの出力とを加算した値を第2立ち上がりのゲート遅延指令値とし、前記インバータユニット出力電流指令値の符号が負の時前記比例アンプの出力と前記第4積分アンプの出力とを加算した値を第2立ち上がりのゲート遅延指令値とし、前記インバータユニット出力電流指令値の符号が正の時前記比例アンプの出力と前記第5積分アンプの出力とを加算して−1を乗算した値を第1立ち下がりのゲート遅延指令値とし、前記インバータユニット出力電流指令値の符号が負の時前記比例アンプの出力と前記第6積分アンプの出力とを加算して−1を乗算した値を第1立ち下がりのゲート遅延指令値とし、前記インバータユニット出力電流指令値の符号が正の時前記比例アンプの出力と前記第7積分アンプの出力とを加算した値を第2立ち下がりのゲート遅延指令値とし、前記インバータユニット出力電流指令値の符号が負の時前記比例アンプの出力と前記第8積分アンプの出力とを加算した値を第2立ち下がりのゲート遅延指令値として出力するゲート遅延指令値演算部と、前記第1立ち上がりのゲート遅延指令値を前記第1ゲート指令値に付加する第3立ち上がり遅延付加器と、前記第2立ち上がりのゲート遅延指令値を前記第2ゲート指令値に付加する第4立ち上がり遅延付加器と、前記第1立ち下がりのゲート遅延指令値を前記第1ゲート指令値に付加する第3立ち下がり遅延付加器と、前記第2立ち下がりのゲート遅延指令値を前記第2ゲート指令値に付加する第4立ち下がり遅延付加器と、を第2〜第N(N=2以上の整数)インバータユニットにそれぞれ設けたことを特徴とする。 The present invention has been devised in view of the above-mentioned conventional problems, and one aspect thereof is a cross current suppression control device that suppresses a cross current in a power conversion circuit in which two or more inverter units are connected in parallel to a DC voltage source. The inverter unit is connected between the first to fourth switching devices sequentially connected in series, the common connection point of the first and second switching devices, and the common connection point of the third and fourth switching devices. The cross-flow current suppression control device has a flying capacitor inserted in the above, and the first and fourth switchings generated by the PWM modulator and the FC voltage controller for the rising gate delay command value of a fixed value. The first rise delay adder that adds the first gate command value that turns the device on and off, and the second and third riser gate delay command values that have a fixed value generated by the PWM modulator and FC voltage controller. A second rise delay adder that adds a second gate command value that turns on / off the switching device, and a first fall delay adder that adds a fixed value fall gate delay command value to the first gate command value. A second falling delay adder that adds a fixed value falling gate delay command value to the second gate command value is provided in the first inverter unit, and a cross current current command value is added to the inverter unit output current command value. A proportional amplifier that multiplies the gain by subtracting the output current detection value of its own inverter unit from the value obtained by adding the cross current, and after inputting the cross current and changing the first gate command value from 0 to 1. The first integrating amplifier that operates when the sign of the inverter unit output current command value is positive, and the inverter unit output after the cross current is input and the first gate command value changes from 0 to 1. The second integrating amplifier that operates when the sign of the current command value is negative, and after the cross current is input and the first gate command value changes from 1 to 0, and the sign of the inverter unit output current command value is A third integrating amplifier that operates when it is positive, and a third that operates when the cross current is input and the first gate command value changes from 1 to 0, and when the sign of the inverter unit output current command value is negative. The four integrating amplifiers, the fifth integrating amplifier that operates after the cross current is input and the second gate command value changes from 0 to 1, and when the sign of the inverter unit output current command value is positive, and the above. After inputting the cross current and changing the second gate command value from 0 to 1, , The sixth integrating amplifier that operates when the sign of the inverter unit output current command value is negative, and after the second gate command value changes from 1 to 0 by inputting the cross current, and the inverter unit output current. The 7th integrating amplifier that operates when the sign of the command value is positive, and after the cross current is input and the 2nd gate command value changes from 1 to 0, and the sign of the inverter unit output current command value is negative. When the sign of the output current command value of the inverter unit is positive, the output of the proportional amplifier and the output of the first integrating amplifier are added and multiplied by -1. The value is set as the gate delay command value at the first rising edge, and when the sign of the inverter unit output current command value is negative, the value obtained by adding the output of the proportional amplifier and the output of the second integrating amplifier and multiplying by -1 is obtained. The gate delay command value for the first rise is defined as the gate delay command value for the second rise, which is the sum of the output of the proportional amplifier and the output of the third integrating amplifier when the sign of the inverter unit output current command value is positive. When the sign of the inverter unit output current command value is negative, the value obtained by adding the output of the proportional amplifier and the output of the fourth integrating amplifier is used as the second rising gate delay command value, and the inverter unit output current command is used. When the sign of the value is positive, the value obtained by adding the output of the proportional amplifier and the output of the fifth integrating amplifier and multiplying by -1 is used as the first falling gate delay command value, and the inverter unit output current command value. When the sign of is negative, the value obtained by adding the output of the proportional amplifier and the output of the sixth integrating amplifier and multiplying by -1 is used as the first falling gate delay command value, and the output current command value of the inverter unit. When the sign is positive, the value obtained by adding the output of the proportional amplifier and the output of the 7th integrating amplifier is used as the gate delay command value for the second falling edge, and when the sign of the inverter unit output current command value is negative, the proportional value is used. The gate delay command value calculation unit that outputs the sum of the output of the amplifier and the output of the eighth integrating amplifier as the second falling gate delay command value, and the first rising gate delay command value are the first. A third rise delay adder for adding the gate command value, a fourth rise delay adder for adding the second rise gate delay command value to the second gate command value, and the first fall gate delay command. The third falling delay adder that adds a value to the first gate command value and the second falling gate delay command value are added. It is characterized in that a fourth fall delay adder to be added to the second gate command value is provided in each of the second to N (an integer of N = 2 or more) inverter unit.
また、その一態様として、前記インバータユニット出力電流指令値の絶対値がしきい値以下のとき、前記第1〜第8積分アンプの更新を停止させることを特徴とする。 Further, as one aspect thereof, when the absolute value of the output current command value of the inverter unit is equal to or less than the threshold value, the update of the first to eighth integrating amplifiers is stopped.
また、その一態様として、前記インバータユニット出力電流指令値は、全インバータユニットの出力電流検出値の合計値を前記インバータユニットの台数で除算した値とすることを特徴とする。 Further, as one aspect thereof, the inverter unit output current command value is a value obtained by dividing the total value of the output current detection values of all the inverter units by the number of the inverter units.
また、その一態様として、前記インバータユニット出力電流指令値は、第1インバータユニットの出力電流検出値とすることを特徴とする。 Further, as one aspect thereof, the inverter unit output current command value is set to the output current detection value of the first inverter unit.
また、その一態様として、全てのインバータユニットにおいて、横流電流指令値=0とすることを特徴とする。 Further, as one aspect thereof, it is characterized in that the cross current command value = 0 in all the inverter units.
また、他の態様として、前記第1ゲート指令値と前記第2ゲート指令値が両方同じのとき1を出力する第1排他的論理和素子と、前記第1排他的論理和素子の出力信号を立ち下がりだけ所定時間遅らせる遅延付加器と、第1インバータユニットのフライングキャパシタの電圧検出信号と第2〜第Nインバータユニットのフライングキャパシタの電圧検出信号との偏差を演算する減算器と、前記遅延付加器の出力が1ならば前記減算器の出力を出力し、前記遅延付加器の出力が0ならば0を出力する第1スイッチと、前記インバータユニット出力電流指令値の符号を検出する符号検出器と、前記第1インバータユニットのフライングキャパシタの電圧検出信号が直流電圧源の電圧の1/2よりも大きければ1を出力する比較器と、前記符号検出器と前記比較器の出力が両方同じのとき1を出力する第2排他的論理和素子と、前記第2排他的論理和素子の出力が1ならば1を出力し、前記第2排他的論理和素子の出力が0ならば−1を出力する第2スイッチと、前記第1スイッチと前記第2スイッチの出力を乗算する第1乗算器と、前記第1乗算器の出力にフライングキャパシタの容量の逆数を乗算する第2乗算器と、前記第2乗算器の出力に零電圧出力のデューティ比の逆数を乗算する第3乗算器と、前記第3乗算器の出力に上下限値を設けるリミッタと、を備え、前記リミッタの出力を前記横流電流指令値とすることを特徴とする。
Further, as another embodiment, a first exclusive logical sum element that outputs 1 when both the first gate command value and the second gate command value are the same, and an output signal of the first exclusive logical sum element. A delay adder that delays only the fall for a predetermined time, a subtractor that calculates the deviation between the voltage detection signal of the flying capacitor of the first inverter unit and the voltage detection signal of the flying capacitor of the second to Nth inverter units, and the delay addition. The first switch that outputs the output of the subtractor if the output of the device is 1, and
また、他の態様として、前記インバータユニット出力電流指令値の符号を検出する符号検出器と、第1インバータユニットのフライングキャパシタの電圧検出信号が前記直流電圧源の電圧の1/2よりも大きければ1を出力する比較器と、前記符号検出器と前記比較器の出力が両方同じのとき1を出力する排他的論理和素子と、前記排他的論理和素子の出力が1ならば1を出力し、前記排他的論理和素子の出力が0ならば−1を出力するスイッチと、前記第1インバータユニットの電圧検出信号と第2〜第Nインバータユニットの電圧検出信号との偏差を演算する第1減算器と、前記第1減算器の1演算周期前の出力を記憶するバッファと、前記第1減算器の出力から前記バッファの出力を減算する第2減算器と、前記第2減算器の出力に前記スイッチの出力を乗算する第1乗算器と、前記第1乗算器の出力を積分する積分器と、前記積分器の出力に前記インバータユニット出力電流指令値を乗算する第2乗算器と、を備え、前記第2乗算器の出力を前記横流電流指令値とすることを特徴とする。 Further, as another embodiment, if the voltage detection signal of the code detector for detecting the sign of the output current command value of the inverter unit and the flying capacitor of the first inverter unit is larger than 1/2 of the voltage of the DC voltage source. A comparer that outputs 1, an exclusive logic sum element that outputs 1 when both the sign detector and the comparer have the same output, and an exclusive logic sum element that outputs 1 if the output of the exclusive logic sum element is 1. The first switch that outputs -1 if the output of the exclusive logical sum element is 0, and the first that calculates the deviation between the voltage detection signal of the first inverter unit and the voltage detection signal of the second to Nth inverter units. A subtractor, a buffer that stores the output of the first subtractor one calculation cycle before, a second subtractor that subtracts the output of the buffer from the output of the first subtractor, and an output of the second subtractor. A first multiplier that multiplies the output of the switch, an integrator that integrates the output of the first multiplier, and a second multiplier that multiplies the output of the integrator by the output current command value of the inverter unit. The present invention is characterized in that the output of the second multiplier is set to the cross current current command value.
また、他の態様として、前記インバータユニット出力電流指令値の符号を検出する符号検出器と、第1インバータユニットのフライングキャパシタの電圧検出信号が前記直流電圧源の電圧の1/2よりも大きければ1を出力する比較器と、前記符号検出器と前記比較器の出力が両方同じのとき1を出力する第2排他的論理和素子と、前記第2排他的論理和素子の出力が1ならば1を出力し、前記第2排他的論理和素子の出力が0ならば−1を出力する第2スイッチと、前記第1インバータユニットの電圧検出信号と第2〜第Nインバータユニットの電圧検出信号との偏差を演算する第1減算器と、前記第1減算器の1演算周期前の出力を記憶するバッファと、前記第1減算器の出力から前記バッファの出力を減算する第2減算器と、前記第2減算器の出力に前記第2スイッチの出力を乗算する第1乗算器と、前記第1乗算器の出力を積分する積分器と、前記積分器の出力に前記インバータユニット出力電流指令値を乗算する第2乗算器と、第1,第4スイッチングデバイスをON/OFFするゲート指令値と第2,第3スイッチングデバイスをON/OFFするゲート指令値が両方同じとき1を出力する第1排他的論理和素子と、前記第1排他的論理和素子の出力信号を立ち下がりだけ所定時間遅らせる遅延付加器と、前記遅延付加器の出力が1ならば前記第2乗算器の出力を出力し、前記遅延付加器の出力が0ならば0を出力する第1スイッチと、を備え、前記第1スイッチの出力を前記横流電流指令値とすることを特徴とする。
Further, as another embodiment, if the voltage detection signal of the code detector for detecting the code of the output current command value of the inverter unit and the flying capacitor of the first inverter unit is larger than 1/2 of the voltage of the DC voltage source. If the output of the comparer that outputs 1 and the output of the second exclusive logic sum element that outputs 1 when the outputs of the code detector and the comparer are the same and the output of the second exclusive logic sum element is 1. A second switch that outputs 1 and outputs -1 if the output of the second exclusive logical sum element is 0, a voltage detection signal of the first inverter unit, and a voltage detection signal of the second to Nth inverter units. A first subtractor that calculates the deviation between the above, a buffer that stores the output of the first subtractor one calculation cycle before, and a second subtractor that subtracts the output of the buffer from the output of the first subtractor. A first multiplier that multiplies the output of the second subtractor by the output of the second switch, an integrator that integrates the output of the first multiplier, and an inverter unit output current command for the output of the integrator. A second multiplier that multiplies the values, and
また、他の態様として、前記インバータユニット出力電流指令値の符号を検出する符号検出器と、第1インバータユニットのフライングキャパシタの電圧検出信号が前記直流電圧源の電圧の1/2よりも大きければ1を出力する比較器と、前記符号検出器と前記比較器の出力が両方同じのとき1を出力する第2排他的論理和素子と、前記第2排他的論理和素子の出力が1ならば1を出力し、前記第2排他的論理和素子の出力が0ならば−1を出力する第2スイッチと、第1インバータユニットの電圧検出信号と第2〜第Nインバータユニットの電圧検出信号との偏差を演算する第1減算器と、前記第1減算器の1演算周期前の出力を記憶するバッファと、前記第1減算器の出力から前記バッファの出力を減算する第2減算器と、前記第2減算器の出力に前記第2スイッチの出力を乗算する第1乗算器と、前記第1乗算器の出力を積分する積分器と、前記積分器の出力に前記インバータユニット出力電流指令値を乗算する第2乗算器と、第1,第4スイッチングデバイスをON/OFFするゲート指令値と第2,第3スイッチングデバイスをON/OFFするゲート指令値が両方同じのとき1を出力する第1排他的論理和素子と、前記第1排他的論理和素子の出力信号を立ち下がりだけ所定時間遅らせる遅延付加器と、前記遅延付加器の出力が1ならば前記第1減算器の出力を出力し、前記遅延付加器の出力が0ならば0を出力する第1スイッチと、前記第1スイッチの出力と前記第2スイッチの出力を乗算する第3乗算器と、前記第3乗算器の出力にフライングキャパシタの容量の逆数を乗算する第4乗算器と、前記第4乗算器の出力に零電圧出力のデューティ比の逆数を乗算する第5乗算器と、前記第5乗算器の出力に上下限値を設けるリミッタと、前記第2乗算器の出力と前記リミッタの出力とを加算する加算器と、を備え、前記加算器の出力を横流電流指令値とすることを特徴とする。 Further, as another embodiment, if the voltage detection signal of the code detector for detecting the code of the output current command value of the inverter unit and the flying capacitor of the first inverter unit is larger than 1/2 of the voltage of the DC voltage source. If the output of the comparer that outputs 1 and the output of the second exclusive logic sum element that outputs 1 when both the output of the code detector and the comparer are the same, and the output of the second exclusive logic sum element are 1. A second switch that outputs 1 and outputs -1 if the output of the second exclusive logic sum element is 0, a voltage detection signal of the first inverter unit, and a voltage detection signal of the second to Nth inverter units. A first subtractor that calculates the deviation of the first subtractor, a buffer that stores the output of the first subtractor one calculation cycle before, and a second subtractor that subtracts the output of the buffer from the output of the first subtractor. A first adder that multiplies the output of the second subtractor by the output of the second switch, an adder that integrates the output of the first adder, and the inverter unit output current command value on the output of the adder. The second multiplier that multiplies, and the gate command value that turns on / off the first and fourth switching devices and the gate command value that turns on / off the second and third switching devices are both the same, and 1 is output. 1 Exclusive logical sum element, a delay adder that delays the output signal of the first exclusive logical sum element by a predetermined time by a falling edge, and if the output of the delay adder is 1, the output of the first subtractor is output. Then, if the output of the delay adder is 0, the first switch that outputs 0, the third multiplier that multiplies the output of the first switch and the output of the second switch, and the output of the third multiplier. A fourth adder that multiplies the inverse of the capacitance of the flying capacitor, a fifth adder that multiplies the output of the fourth adder by the inverse of the duty ratio of the zero voltage output, and the output of the fifth adder. A limiter for providing a lower limit value and an adder for adding the output of the second multiplier and the output of the limiter are provided, and the output of the adder is used as a cross flow current command value.
本発明によれば、フライングキャパシタを有する電力変換回路の横流電流抑制制御装置において、横流電流を抑制することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to suppress the cross current in the cross current suppression control device of the power conversion circuit having a flying capacitor.
以下、本発明に係る横流電流抑制制御装置の実施形態1〜4を図1〜図13に基づいて詳述する。
Hereinafter,
[実施形態1]
本実施形態1は、図13に示す電力変換回路の横流電流を抑制するものである。図13では直流電圧源VdcにインバータユニットがN台並列接続されているが、本実施形態1では、直流電圧源Vdcにインバータユニットが2台並列接続されているものとする。
[Embodiment 1]
The first embodiment suppresses the cross current of the power conversion circuit shown in FIG. In FIG. 13, N inverter units are connected in parallel to the DC voltage source Vdc, but in the first embodiment, it is assumed that two inverter units are connected in parallel to the DC voltage source Vdc.
各インバータユニットは、直流電圧源Vdcに順次直列接続された第1〜第4スイッチングデバイスと、第1,第2スイッチングデバイスの共通接続点と第3,第4スイッチングデバイスの共通接続点との間にFCが介挿されている。 Each inverter unit is located between the first to fourth switching devices sequentially connected in series to the DC voltage source Vdc, the common connection point of the first and second switching devices, and the common connection point of the third and fourth switching devices. FC is inserted in.
第2,第3スイッチングデバイスの共通接続点は横流抑制リアクトルLuの一端が接続されている。横流抑制リアクトルLuの他端側には、各インバータユニットの出力電流Iinv1,Iinv2を検出する電流検出器が設けられている。また、各インバータユニットの横流抑制リアクトルLuの他端側同士は接続されており、その接続点には横流抑制リアクトルLuと、インバータユニット出力電流の合計値Iinvを検出するための電流検出器が設けられている。 One end of the cross flow suppression reactor Lu is connected to the common connection point of the second and third switching devices. On the other end side of the cross flow suppression reactor Lu, a current detector for detecting the output currents Iinv1 and Iinv2 of each inverter unit is provided. Further, the other ends of the cross flow suppression reactor Lu of each inverter unit are connected to each other, and a cross flow suppression reactor Lu and a current detector for detecting the total value Iinv of the output current of the inverter unit are provided at the connection point. Has been done.
図1に本実施形態1の横流電流抑制制御装置を示す。本実施形態1の横流電流抑制制御装置は、第2インバータユニットを制御対象とした1相あたりの構成である。 FIG. 1 shows the cross current suppression control device of the first embodiment. The cross-flow current suppression control device of the first embodiment has a configuration per phase in which the second inverter unit is controlled.
PWM変調器1は、電圧指令値Vrefとキャリア三角波の振幅を比較することでゲート信号Gref1’,Gref2’を生成する。電圧指令値Vrefはフィードフォワードで与えられる他、図示しないインバータユニットの制御部で演算する電流制御や電圧制御の出力として与えられる場合もある。キャリア三角波は、図示しないインバータユニットの制御部から出力される。
The
FC電圧制御器2は、得られたゲート信号Gref1’,Gref2’と第1インバータユニットのFCの電圧検出信号VFC1や第1インバータユニットの出力電流Iinv1を元に、FC電圧を制御可能なゲート指令値Gref1,Gref2に変換する。
The
ゲート指令値Gref1は、1でスイッチングデバイスT11,T21をONしてスイッチングデバイスT14,T24をOFFすることを意味する。ゲート指令値Gref2は、1でスイッチングデバイスT12,T22をONしてスイッチングデバイスT13,T23をOFFすることを意味する。 The gate command value Gref1 means that the switching devices T11 and T21 are turned on and the switching devices T14 and T24 are turned off at 1. The gate command value Gref2 means that the switching devices T12 and T22 are turned on and the switching devices T13 and T23 are turned off at 1.
遅延指令値TDは固定値であり、第1インバータユニットに出力されるゲート指令値Gref1,Gref2はこの遅延指令値TDで指定した値だけ遅延が付加される。通常、遅延指令値TDはスイッチングデバイスのデッドタイムの1/10〜1/4程度の値を指定する。遅延付加器DelayU1は、ゲート指令値Gref1の立ち上がりを遅延指令値TDだけ遅らせる。遅延付加器DelayD1は、ゲート指令値Gref1の立ち下がりを遅延指令値TDだけ遅らせる。遅延付加器DelayU2は、ゲート指令値Gref2の立ち上がりを遅延指令値TDだけ遅らせる。遅延付加器DelayD2は、ゲート指令値Gref2の立ち下がりを遅延指令値TDだけ遅らせる。 The delay command value TD is a fixed value, and the gate command values Gref1 and Gref2 output to the first inverter unit are delayed by the value specified by the delay command value TD. Normally, the delay command value TD specifies a value of about 1/10 to 1/4 of the dead time of the switching device. The delay adder Delay U1 delays the rise of the gate command value Gref1 by the delay command value TD. The delay adder DelayD1 delays the fall of the gate command value Gref1 by the delay command value TD. The delay adder Delay U2 delays the rise of the gate command value Gref2 by the delay command value TD. The delay adder DelayD2 delays the fall of the gate command value Gref2 by the delay command value TD.
デッドタイム処理器3c,3dは、遅延付加器DelayD1,DelayD2の出力にデッドタイムを付加し、スイッチングデバイスT11,T12,T13,T14のゲート信号を出力する。
The
ゲート指令値Gref1,Gref2はゲート遅延指令値演算部4へ出力され、ゲート遅延指令値演算部4からは遅延指令値DrefU1,DrefU2,DrefD1,DrefD2が出力される。
The gate command values Gref1 and Gref2 are output to the gate delay command
遅延付加器DelayU3は、ゲート指令値Gref1の立ち上がりを遅延指令値DrefU1だけ遅らせる。遅延付加器DelayD3は、ゲート指令値Gref1の立ち下がりを遅延指令値DrefD1だけ遅らせる。 The delay adder DelayU3 delays the rise of the gate command value Gref1 by the delay command value DrefU1. The delay adder DelayD3 delays the fall of the gate command value Gref1 by the delay command value DrefD1.
デッドタイム処理器3aは遅延付加器DelayD3の出力にデッドタイムを付加し、スイッチングデバイスT21,T24のゲート信号を出力する。
The
遅延付加器DelayU4はゲート指令値Gref2の立ち上がりを遅延指令値DrefU2だけ遅らせる。遅延付加器DelayD4は、ゲート指令値Gref2の立ち下がりを遅延指令値Dref2だけ遅らせる。 The delay adder DelayU4 delays the rise of the gate command value Gref2 by the delay command value DrefU2. The delay adder DelayD4 delays the fall of the gate command value Gref2 by the delay command value Dref2.
デッドタイム処理器3bは、遅延付加器DelayD4の出力にデッドタイムを付加し、スイッチングデバイスT22,T23のゲート信号を出力する
デッドタイム処理器3a〜3dの出力するゲート信号は、対応するスイッチングデバイスに入力される。
The
ゲート遅延指令値演算部4は、以下により構成される。
The gate delay command
インバータユニット出力電流指令値は、第1インバータユニットの出力電流Iinv1の検出信号、または、各インバータユニット出力電流の合計値Iinvの検出信号をユニット並列台数Nで除算した信号Iinv/Nである。 The inverter unit output current command value is a signal Iinv / N obtained by dividing the detection signal of the output current Iinv1 of the first inverter unit or the detection signal of the total value Iinv of the output currents of each inverter unit by the number of parallel units N.
絶対値換算器ABSは、インバータユニット出力電流指令値の絶対値を出力する。比較器5は、インバータユニット出力電流指令値の絶対値がしきい値Ithを超えているか否かを判定する。スイッチSW9はインバータユニット出力電流指令値の絶対値がしきい値Ithを超えていたら閉じる。
The absolute value converter ABS outputs the absolute value of the inverter unit output current command value. The
符号検出器6は、インバータユニット出力電流指令値の符号を検出し、プラスなら1、マイナスなら0を出力する。符号検出器6の出力は、スイッチSW11,SW12,SW31,SW32,SW51,SW52,SW71,SW72に入力される。
The
また、符号検出器6の出力は、NOT回路7a〜7dで論理反転をした上でスイッチSW21,SW22,SW41,SW42,SW61,SW62,SW81,SW82に入力される。
Further, the output of the
加算器8は、インバータユニット出力電流指令値と横流電流指令値の和を演算する。本実施形態1では、横流電流指令値は零固定である。減算器9は、加算器8の出力から制御対象ユニットである第2インバータユニットの出力電流Iinv2の検出信号を減算し、偏差を出力する。ローパスフィルタLPFは、偏差から高周波成分のノイズを除去する。ローパスフィルタLPFの出力は、比例アンプPとスイッチSW9に入力される。
The adder 8 calculates the sum of the inverter unit output current command value and the cross current current command value. In the first embodiment, the cross current current command value is fixed at zero. The
比例アンプPではローパスフィルタLPFの出力を比例演算して出力する。 In the proportional amplifier P, the output of the low-pass filter LPF is proportionally calculated and output.
以下、積分アンプI1,I2の構成を示す。スイッチSW9の出力は、スイッチSW11,SW21に入力される。スイッチSW11は、インバータユニット出力電流指令値の符号がプラスならば閉じる。スイッチSW21は、インバータユニット出力電流指令値の符号がマイナスならば閉じる。スイッチSW11の出力は、積分アンプI1に入力される。 The configurations of the integrating amplifiers I1 and I2 are shown below. The output of the switch SW9 is input to the switches SW11 and SW21. The switch SW11 is closed if the sign of the inverter unit output current command value is positive. The switch SW21 is closed if the sign of the inverter unit output current command value is negative. The output of the switch SW11 is input to the integrating amplifier I1.
積分アンプI1の出力にはスイッチSW12が接続され、スイッチSW12はインバータユニット出力電流指令値の符号がプラスならば閉じる。スイッチSW21の出力は、積分アンプI2に入力される。積分アンプI2の出力にはスイッチSW22が接続され、SW22はユニット出力電流指令値の符号がマイナスならば閉じる。 The switch SW12 is connected to the output of the integrator amplifier I1, and the switch SW12 is closed if the sign of the inverter unit output current command value is positive. The output of the switch SW21 is input to the integrating amplifier I2. The switch SW22 is connected to the output of the integrator amplifier I2, and the SW22 is closed if the sign of the unit output current command value is negative.
スイッチSW12,SW22の出力は、比例アンプPの出力とともに加算器10aに入力され加算される。加算器10aの出力は−1倍してゲート指令値Gref1の立ち上がり遅延指令値DrefU1となり、遅延付加器DelayU3に入力される。
The outputs of the switches SW12 and SW22 are input to the
積分アンプI1,I2の動作タイミングについて示す。タイミングを決定する回路は、以下により構成される。 The operation timing of the integrating amplifiers I1 and I2 is shown. The circuit that determines the timing is composed of the following.
バッファZ−1は、ゲート指令値Gref1について、1演算時間の遅延を発生させる。AND素子11aは、ゲート指令値Gref1と、ゲート指令値Gref1の1演算時間前の信号の論理否定と、の論理和を演算し、ゲート指令値Gref1が0から1に変化したときに1演算時間だけ1を出力する。
The buffer Z-1 causes a delay of one calculation time for the gate command value Gref1. The AND
遅延付加器12aは、AND素子11aの出力信号を遅らせる。遅延量は、通常はデッドタイム+TD〜デッドタイム×2+TDを指定する。遅延指令値TDは固定値である。遅延量を(デッドタイム+TD〜デッドタイム×2+TD)とした理由は後述する。遅延付加器12aの出力によって積分
アンプI1,I2は動作する。
The
以上より、積分アンプI1,I2はゲート指令値Gref1が0から1に変化してから遅延付加器で設定された時間(デッドタイム+TD〜デッドタイム×2+TD)経過後に1回だけ動作する
積分アンプI3〜I8についても同様の構成である。ただし、以下の点が異なる。
From the above, the integrator amplifiers I1 and I2 operate only once after the time (dead time + TD to dead time × 2 + TD) set by the delay adder elapses after the gate command value Gref1 changes from 0 to 1. ~ I8 has the same configuration. However, the following points are different.
(動作条件)
・積分アンプI1,I2はゲート指令値Gref1が0から1に変化した後に動作する。
・積分アンプI3,I4はゲート指令値Gref1が1から0に変化した後に動作する。
・積分アンプI5,I6はゲート指令値Gref2が0から1に変化した後に動作する。
・積分アンプI7,I8はゲート指令値Gref2が1から0に変化した後に動作する。
(Operating conditions)
-The integration amplifiers I1 and I2 operate after the gate command value Gref1 changes from 0 to 1.
-The integration amplifiers I3 and I4 operate after the gate command value Gref1 changes from 1 to 0.
-The integration amplifiers I5 and I6 operate after the gate command value Gref2 changes from 0 to 1.
-The integration amplifiers I7 and I8 operate after the gate command value Gref2 changes from 1 to 0.
(比例アンプP出力との加算後の扱い)
・積分アンプI1,I2の出力は比例アンプPの出力と加算した後、−1倍し遅延指令値DrefU1となる。
・積分アンプI3,I4の出力は比例アンプPの出力と加算し、そのまま遅延指令値DrefD1となる。
・積分アンプI5,I6の出力は比例アンプPの出力と加算した後、−1倍し遅延指令値DrefU2となる。
・積分アンプI7,I8の出力は比例アンプPの出力と加算し、そのまま遅延指令値DrefD2となる。
(Handling after addition with proportional amplifier P output)
-The output of the integrating amplifiers I1 and I2 is added to the output of the proportional amplifier P and then multiplied by -1 to obtain the delay command value DrefU1.
The output of the integrating amplifiers I3 and I4 is added to the output of the proportional amplifier P, and the delay command value DrefD1 is obtained as it is.
-The output of the integrating amplifiers I5 and I6 is added to the output of the proportional amplifier P and then multiplied by -1 to obtain the delay command value DrefU2.
-The outputs of the integrating amplifiers I7 and I8 are added to the outputs of the proportional amplifier P, and the delay command value DrefD2 is used as it is.
FC電圧制御器2の例としては特許文献3があり、その一例を図2に示す。
Patent Document 3 is an example of the
比較器cmp1は、第1インバータユニットのFC電圧検出信号VFC1がFC電圧指令値(直流電圧源の電圧の1/2)Vdc/2よりも大きいか否かを判定する。比較器cmp2は、出力電流Iinv1がプラスであるか否かを判定する。排他的論理和素子XOR1は、比較器cmp1,cmp2のどちらか片方のみが1の時に1となる信号selを出力する。 The comparator cmp1 determines whether or not the FC voltage detection signal VFC1 of the first inverter unit is larger than the FC voltage command value (1/2 of the voltage of the DC voltage source) Vdc / 2. The comparator cmp2 determines whether or not the output current Iinv1 is positive. The exclusive OR element XOR1 outputs a signal sel which becomes 1 when only one of the comparators cmp1 and cmp2 is 1.
排他的論理和素子XOR2は、前段のPWM変調器1から出力されたゲート信号Gref1’,Gref2’どちらか片方が1の時に1を出力する。ホールド器Holdは、ゲート信号Gref1’,Gref2’の両方が1、または両方が0のときに信号selをそのまま出力し、ゲート信号Gref1’,Gref2’どちらか片方だけが1の時に前回の出力を保持する。
The exclusive OR
OR回路OR1は、ゲート信号Gref1’とホールド器Holdの論理和を出力する。AND回路AND1は、OR回路OR1とゲート信号Gref2’の論理積を出力する。AND回路AND1の出力がゲート指令値Gref1である。 The OR circuit OR1 outputs the OR of the gate signal Gref1'and the hold device Hold. The AND circuit AND1 outputs the logical product of the OR circuit OR1 and the gate signal Gref2'. The output of the AND circuit AND1 is the gate command value Gref1.
OR回路OR2は、ゲート信号Gref1’とホールド器Holdの出力の否定の論理和を出力する。AND回路AND2は、OR回路OR2とゲート信号Gref2’の論理積を出力する。AND回路AND2の出力がゲート指令値Gref2である。 The OR circuit OR2 outputs the negative OR of the gate signal Gref1'and the output of the hold device Hold. The AND circuit AND2 outputs the logical product of the OR circuit OR2 and the gate signal Gref2'. The output of the AND circuit AND2 is the gate command value Gref2.
PWM変調器1は、電圧指令値Vrefとキャリア三角波との比較に基づいて、ゲート信号Gref1’,Gref2’を出力する。
The
(作用・動作の説明)
本実施形態1の基本的な動作は、図14に示す特許文献2の従来法のゲート遅延指令値演算部4の動作と同じである。すなわち、横流電流を検出、横流電流の大きさに応じてゲートタイミングを調整することで横流電流を抑制する。
(Explanation of action / operation)
The basic operation of the first embodiment is the same as the operation of the gate delay command
比例アンプPでスイッチング直前の横流電流を検出し次のスイッチングで横流電流が零になるようスイッチングタイミングを調整する。積分アンプI1〜I8はスイッチング後の横流電流を検出しスイッチングデバイスの個体差を推定し、積分動作により個体差(立ち上がり時間、立下り時間の特性ばらつき)を学習してスイッチングタイミングを調整する。 The proportional amplifier P detects the cross current just before switching, and adjusts the switching timing so that the cross current becomes zero at the next switching. The integrating amplifiers I1 to I8 detect the cross current after switching, estimate the individual difference of the switching device, learn the individual difference (characteristic variation of rise time and fall time) by the integration operation, and adjust the switching timing.
本実施形態1では、1相あたりスイッチングデバイス4個で構成されているFC型3レベルインバータへの適用を目的としている。そのため、特許文献2の実施形態9同様に1相あたりの制御回路では積分アンプI1〜I8を8個使用する。
The first embodiment is intended to be applied to an FC type three-level inverter composed of four switching devices per phase. Therefore, as in the ninth embodiment of
次に、各アンプの動作について説明する。 Next, the operation of each amplifier will be described.
[比例アンプPによるゲートタイミング調整]
インバータユニット出力電流指令値と出力電流Iinv2との偏差、すなわち横流電流をローパスフィルタLPFを介して比例アンプに入力し、ゲインをかけた値をゲート指令値の遅延指令値として出力する。横流電流が正の場合は、出力電流Iinv2が指令値よりも小さい状態である。
[Gate timing adjustment by proportional amplifier P]
The deviation between the inverter unit output current command value and the output current Iinv2, that is, the cross current is input to the proportional amplifier via the low-pass filter LPF, and the gained value is output as the delay command value of the gate command value. When the cross current is positive, the output current Iinv2 is smaller than the command value.
この時、立ち上がり遅延指令値DrefU1,DrefU2は負の値になりゲート指令値の立ち上がりには進みの補正がかかり、立ち下がり遅延指令値DrefD1,DrefD2は正の値になりゲート指令値の立ち下がりには遅れの補正がかかる。これによりインバータユニット2はプラスの電圧を出力する期間が増加するため、出力電流Iinv2の増加を促す。逆に横流電流が負の場合は、出力電流Iinv2の減少を促す。
At this time, the rise delay command values DrefU1 and DrefU2 become negative values, the rise of the gate command value is corrected for advancement, and the fall delay command values DrefD1 and DrefD2 become positive values, and the gate command value falls. Is corrected for delay. As a result, the period for which the
図14の従来法では、比例アンプPの前にキャリア頂点における横流電流を記憶するhold機能を配置し、比例アンプPの出力する遅延指令値はキャリア頂点の横流電流を基に求められている。しかし、本実施形態1のゲート指令値遅延制御部4にhold機能はない。
In the conventional method of FIG. 14, a hold function for storing the cross current at the carrier apex is arranged in front of the proportional amplifier P, and the delay command value output by the proportional amplifier P is obtained based on the cross current at the carrier apex. However, the gate command value
このため、スイッチングが行われる瞬間において比例アンプPから出力される遅延指令値は、スイッチング直前の横流電流が反映された値となる。 Therefore, the delay command value output from the proportional amplifier P at the moment of switching is a value that reflects the cross current immediately before switching.
本実施形態1による比例アンプPの動作を図3に示す。交点3を例に挙げると、本実施形態1ではスイッチング直前の横流電流を基に遅延指令値が演算されるため、Iinv1<Iinv2(すなわち負の横流電流)を検出して、スイッチングデバイスT22のターンONは遅れ、出力電流Iinv1の増加と出力電流Iinv2の減少が促され、横流電流を小さくすることができる。一方、特許文献2の構成では前述や図15に示す通り横流電流を拡大させてしまう。
The operation of the proportional amplifier P according to the first embodiment is shown in FIG. Taking the intersection 3 as an example, in the first embodiment, since the delay command value is calculated based on the cross current immediately before switching, Iinv1 <Iinv2 (that is, negative cross current) is detected and the turn of the switching device T22. ON is delayed, an increase in the output current Iinv1 and a decrease in the output current Iinv2 are promoted, and the cross current can be reduced. On the other hand, in the configuration of
[積分アンプI1によるゲートタイミング調整]
横流電流がローパスフィルタLPFを介して積分アンプI1に入力され、ゲインをかけ、積算した値をゲートの遅延指令値として出力する。前後のスイッチSW11,SW12は出力電流Iinv1の符号が正の時に閉じるため、積分アンプI1は出力電流符号が正の時だけ積算を行い、指令値を出力する。
[Gate timing adjustment by integration amplifier I1]
The cross current is input to the amplifier I1 via the low-pass filter LPF, gain is applied, and the integrated value is output as the delay command value of the gate. Since the front and rear switches SW11 and SW12 are closed when the sign of the output current Iinv1 is positive, the amplifier I1 integrates only when the output current sign is positive and outputs a command value.
積分アンプI1の動作タイミングはゲート指令値Gref1が立ち上がった後であり、出力する遅延指令値はDrefU1となりゲート指令値Gref1の立ち上がりに反映される。ゲート指令値Gref1の立ち上がりの時はスイッチングデバイスT21がONに、スイッチングデバイスT24がOFFに変化する。電流符号が正の時、電流はスイッチングデバイスT24の逆並列ダイオードを通過するため、スイッチングデバイスT24がスイッチングしても電流経路は変わらない。積分アンプI1はスイッチングデバイスT21のターンONのタイミング調整を担当する。 The operation timing of the integrator amplifier I1 is after the gate command value Gref1 rises, and the output delay command value becomes DrefU1 and is reflected in the rise of the gate command value Gref1. When the gate command value Gref1 rises, the switching device T21 changes to ON and the switching device T24 changes to OFF. When the current code is positive, the current passes through the antiparallel diode of the switching device T24, so that the current path does not change even if the switching device T24 switches. The integrator amplifier I1 is in charge of adjusting the turn ON timing of the switching device T21.
[積分アンプI2によるゲートタイミング調整]
積分アンプI2前後のスイッチSW21,SW22が閉じる条件が、積分アンプI1とは異なり出力電流Iinv1の符号が負の場合である。このとき、電流はスイッチングデバイスT21の逆並列ダイオードを通過する。積分アンプI2はスイッチングデバイスT24のターンOFFのタイミング調整を担当する。
[Gate timing adjustment by integration amplifier I2]
The condition for closing the switches SW21 and SW22 before and after the integrating amplifier I2 is that the sign of the output current Iinv1 is negative, unlike the integrating amplifier I1. At this time, the current passes through the antiparallel diode of the switching device T21. The integrator amplifier I2 is in charge of adjusting the turn-off timing of the switching device T24.
[積分アンプI3によるゲートタイミング調整]
スイッチSW31,SW32の閉じる条件は、積分アンプI1(スイッチSW11,SW12)と同じである。しかし、動作タイミングはゲート指令値Gref1立ち下がりの後であり、出力する遅延指令値はDrefD1となりゲート指令値Gref1の立ち下がりに反映される。そのため、積分アンプI3はスイッチングデバイスT21ターンOFFのタイミング調整を担当する。
[Gate timing adjustment by integration amplifier I3]
The conditions for closing the switches SW31 and SW32 are the same as those of the amplifier I1 (switches SW11 and SW12). However, the operation timing is after the fall of the gate command value Gref1, and the output delay command value becomes DrefD1 and is reflected in the fall of the gate command value Gref1. Therefore, the integrator amplifier I3 is in charge of adjusting the timing of turning off the switching device T21.
[積分アンプI4によるゲートタイミング調整]
同様に、積分アンプI4はスイッチングデバイスT24ターンONのタイミング調整を担当する。
[Gate timing adjustment by integrating amplifier I4]
Similarly, the integrator amplifier I4 is in charge of timing adjustment of the switching device T24 turn ON.
[積分アンプI5〜I8]
各積分アンプの担当を以下に示す。
I5:T22ターンON
I6:T23ターンOFF
I7:T22ターンOFF
I8:T23ターンON
図14の従来法では、積分アンプの動作トリガとしてキャリア頂点信号を入力し積分アンプの動作タイミングをキャリア頂点としていた。しかし、本実施形態1ではゲート指令値Gref1,Gref2に変化があったことを検出し、遅延を加えて積分アンプの動作トリガとしているため積分の動作タイミングはゲート指令値Gref1,Gref2信号の変化直後となる。
[Integral amplifiers I5 to I8]
The charge of each integrating amplifier is shown below.
I5: T22 turn ON
I6: T23 turn OFF
I7: T22 turn OFF
I8: T23 turn ON
In the conventional method of FIG. 14, a carrier vertex signal is input as an operation trigger of the integrating amplifier, and the operation timing of the integrating amplifier is set as the carrier vertex. However, in the first embodiment, it is detected that the gate command values Gref1 and Gref2 have changed, and a delay is added to trigger the operation of the integration amplifier. Therefore, the integration operation timing is immediately after the gate command values Gref1 and Gref2 signals are changed. It becomes.
図3を例にすると、交点3直後では出力電流がプラスでスイッチングデバイスT12,T22がOFFからONに変化(つまり、ゲート指令値Gref2が0から1に変化)しているため、積分アンプI5が動作する。交点3直後では比例アンプPによるゲートタイミング調整の結果残ってしまった横流電流がある。 Taking FIG. 3 as an example, immediately after the intersection 3, the output current is positive and the switching devices T12 and T22 change from OFF to ON (that is, the gate command value Gref2 changes from 0 to 1), so that the integrating amplifier I5 Operate. Immediately after the intersection 3, there is a cross current that remains as a result of gate timing adjustment by the proportional amplifier P.
横流電流が残る原因はスイッチングデバイスT12のターンONに比べてスイッチングデバイスT22のターンONが速すぎるためであるが、この横流電流を積分アンプI5が記憶する。そして、次にスイッチングデバイスT12,T22がターンONする交点7においてスイッチングデバイスT22のターンONを少し遅らせる指令を出力し、横流電流を小さくする。 The reason why the cross flow current remains is that the turn ON of the switching device T22 is too fast compared to the turn ON of the switching device T12, and the integrating amplifier I5 stores this cross flow current. Then, at the intersection 7 where the switching devices T12 and T22 turn ON, a command for slightly delaying the turn ON of the switching device T22 is output to reduce the cross current.
特許文献2ではスイッチング後しばらく待ってから横流電流を検出することで、検出した横流電流にスイッチングタイミングずれだけでなく電圧降下に起因する分も重畳させ、積分アンプにタイミングずれと電圧降下ずれ両方を学習させ、まとめて補償する。
In
しかし、FCがあるとスイッチングしない期間の横流電流発生原因として共振が加わる。共振はスイッチング素子の特性ずれが原因ではなくFC電圧ずれが原因であり、スイッチングのたびにFC電圧ずれの大きさが変わるため、共振電流の流れ方もスイッチングのたびに異なり、積分アンプによる学習が誤動作してしまう。 However, if there is FC, resonance is added as a cause of cross current generation during the non-switching period. Resonance is not caused by the characteristic deviation of the switching element, but by the FC voltage deviation, and the magnitude of the FC voltage deviation changes with each switching. Therefore, the flow of the resonance current also differs with each switching, and learning by the integrating amplifier can be performed. It malfunctions.
そこで、本実施形態1ではスイッチング直後の電流を検出し、補償対象をスイッチングタイミングずれに限定することで、検出信号に共振による横流電流が重畳するのを防ぎ、学習誤動作を抑制することができる。 Therefore, in the first embodiment, by detecting the current immediately after switching and limiting the compensation target to the switching timing shift, it is possible to prevent the cross current due to resonance from being superimposed on the detection signal and suppress the learning malfunction.
特許文献1で積分アンプが動作するタイミングをゲート信号の変化直後からある程度の遅延時間が経過した後とした理由について説明する。ゲートタイミングを進ませることは実現できないため、基準ユニットである第1インバータユニットのゲートタイミングを固定値TDだけ遅らせ、制御対象ユニットである第2インバータユニットの遅延をTDよりも小さくすることでゲートタイミングの進みとしている。
このため実際のスイッチングは、ゲート指令値Gref1,Gref2の変化よりもおよそTD遅れることになるため、積分アンプの動作を固定値TDだけ遅らせる必要がある。また、デッドタイムが入ることを考えれば、実際のスイッチングはゲート指令値Gref1,Gref2の変化よりもさらにデッドタイムだけ遅れる。このため、確実にスイッチングが完了した後の電流を積分アンプに入力するためには、ゲート指令値Gref1,Gref2の変化から最低でも(デッドタイム+TD)だけ待つ必要がある。 Therefore, the actual switching is delayed by about TD from the change of the gate command values Gref1 and Gref2, so that it is necessary to delay the operation of the integrating amplifier by a fixed value TD. Further, considering that a dead time is included, the actual switching is further delayed by the dead time from the change of the gate command values Gref1 and Gref2. Therefore, in order to surely input the current after the switching is completed to the integrating amplifier, it is necessary to wait at least (dead time + TD) from the change of the gate command values Gref1 and Gref2.
さらに、スイッチングノイズが電流検出信号に重畳することを考えると、ノイズが減衰するまで電流検出を追加で2μs〜デッドタイム程度待つことで、ノイズの影響を抑えることができる。 Further, considering that the switching noise is superimposed on the current detection signal, the influence of the noise can be suppressed by additionally waiting the current detection for about 2 μs to the dead time until the noise is attenuated.
スイッチSW9について説明する。スイッチSW9は、出力電流の絶対値が小さいときには開放となり、積分アンプの更新が停止する。これは特許文献2の実施形態3と同じ動作である。出力電流の絶対値が小さいときに積分アンプの更新を停止する理由も以下のように同じである。
・電流検出器にオフセットが重畳し電流符号を正しく検出できない恐れがあり、制御回路の誤動作を防ぐため。
・出力電流の絶対値が小さければ発生する横流電流も限られ、制御しなくても熱責務への影響が小さくスイッチングデバイスが破壊される恐れがないため。
The switch SW9 will be described. The switch SW9 is opened when the absolute value of the output current is small, and the update of the integrating amplifier is stopped. This is the same operation as in the third embodiment of
-To prevent the control circuit from malfunctioning because the offset may be superimposed on the current detector and the current code may not be detected correctly.
-If the absolute value of the output current is small, the cross current generated is limited, and even if it is not controlled, the effect on the thermal duty is small and there is no risk of the switching device being destroyed.
FC電圧制御器2について説明する。FC型3レベルインバータは、NPC型やT型とは異なり、零電圧を出力するスイッチングパターンがスイッチングデバイスT11,T13をONするパターンとスイッチングデバイスT12,T14をONするパターンの2通りがあり、出力電流の符号に合わせてスイッチングパターンを選択することでFC電圧を制御できることが特許文献3のように知られている。
The
例えば、FCを充電したい場合、出力電流がプラスであればスイッチングデバイスT11,T13をON、出力電流がマイナスであればスイッチングデバイスT12,T14をONすればよい。この制御を実現するブロックの例を図2に示す。このFC電圧制御器2では、比較器cmp1によりFC電圧検出信号VFC1と直流電圧源の電圧の1/2であるVdc/2を比較し、比較器cmp2によりインバータユニット出力電流指令値Iinv1の符号を検出し、排他的論理和素子XOR1回路により信号selを演算する。
For example, when the FC is to be charged, the switching devices T11 and T13 may be turned on if the output current is positive, and the switching devices T12 and T14 may be turned on if the output current is negative. An example of a block that realizes this control is shown in FIG. In this
こうして得られた信号selは、1ならばスイッチングデバイスT1,T3をON、0ならばスイッチングデバイスT2,T4をONすべきであることを示している。後段のホールド器Holdは、スイッチング回数の増加を防ぐためゲート信号Gref1’=0,Gref2’=1(または、Gref1’=1,Gref2’=0)で零電圧を出力中はOR回路OR1,OR2に入力する信号sel’が変化しないようにするためのものである。 The signal sel thus obtained indicates that the switching devices T1 and T3 should be turned on if 1, and the switching devices T2 and T4 should be turned on if 0. The hold device Hold in the subsequent stage is an OR circuit OR1, OR2 while outputting a zero voltage with a gate signal Gref1'= 0, Gref2'= 1 (or Gref1'= 1, Gref2'= 0) in order to prevent an increase in the number of switchings. This is to prevent the signal sel'input to the input from changing.
後は、OR回路OR1,OR2,AND回路AND1,AND2によりゲート指令値Gref1,Gref2を生成する。表2に電圧検出信号VFC1の大小およびインバータユニット出力電流指令値Iinv1の符号と、得られるゲート指令値Gref1,Gref2,FC充放電の関係を示す。 After that, the gate command values Gref1 and Gref2 are generated by the OR circuits OR1, OR2, and the AND circuits AND1 and AND2. Table 2 shows the relationship between the magnitude of the voltage detection signal VFC1 and the sign of the inverter unit output current command value Iinv1 and the obtained gate command values Gref1, Gref2, and FC charge / discharge.
本実施形態1の長所は、FCによる共振電流が発生する条件でも制御により横流電流を拡大させることなく、正しく抑制できることである。さらに、スイッチングのたびに横流電流を確実に零にすることで、共振をリセットすることができる。 The advantage of the first embodiment is that even under the condition that the resonance current is generated by the FC, the cross current can be correctly suppressed without increasing the cross current by the control. Further, the resonance can be reset by surely setting the cross current to zero at each switching.
本実施形態1には短所もある。積分アンプI1〜I8はスイッチングタイミングの差だけを補償し、電圧降下のずれの補償を行わないため、電圧降下ずれに起因する横流電流は増加してしまう。また、スイッチングが行われない期間の共振を抑制することはできないため、共振による横流電流増加も発生しうる。しかし、特許文献2の方法に比べれば共振電流の拡大を抑制できるため横流電流を小さくできる。
The first embodiment also has some disadvantages. Since the integrating amplifiers I1 to I8 compensate only for the difference in switching timing and do not compensate for the deviation of the voltage drop, the cross current due to the deviation of the voltage drop increases. In addition, since resonance cannot be suppressed during the period when switching is not performed, an increase in cross current may occur due to resonance. However, as compared with the method of
その他、制御ブロックを構成する上で横流電流の抑制に有効な項目として、スイッチングパターンを全インバータユニットで共通としていることが挙げられる。ユニット並列構成では、それぞれのインバータユニットで零電圧出力時のスイッチングパターンを選択することにより、各ユニットのFCを個別に制御することができる。しかし、同時にスイッチングするスイッチングデバイスの組み合わせが増加してしまい横流電流抑制制御が難しくなってしまう。 In addition, as an effective item for suppressing the cross current in configuring the control block, it is mentioned that the switching pattern is common to all the inverter units. In the unit parallel configuration, the FC of each unit can be individually controlled by selecting the switching pattern at the time of zero voltage output for each inverter unit. However, the number of combinations of switching devices that switch at the same time increases, and cross-current current suppression control becomes difficult.
例えば、インバータユニットを2並列とし、現在スイッチングデバイスT11,T12,T21,T22がON、各ユニット2台は+Vdc/2の電圧を出力している状態を考える。この状態で零電圧出力に切り替えるため、第1インバータユニットはスイッチングデバイスT12をOFFしてスイッチングデバイスT13をONする。異なるスイッチングパターンを許容すると、第2インバータユニットはスイッチングデバイスT21をOFFしてスイッチングデバイスT24をONして零電圧出力に切り替える場合が考えられる。 For example, consider a state in which two inverter units are arranged in parallel, the switching devices T11, T12, T21, and T22 are currently ON, and each of the two units is outputting a voltage of + Vdc / 2. In order to switch to zero voltage output in this state, the first inverter unit turns off the switching device T12 and turns on the switching device T13. If different switching patterns are allowed, the second inverter unit may turn off the switching device T21 and turn on the switching device T24 to switch to zero voltage output.
このとき、スイッチングデバイスT21は、スイッチングデバイスT11ではなくスイッチングデバイスT12にタイミングを合わせる必要が生じ、スイッチングデバイスT24もスイッチングデバイスT14ではなくスイッチングデバイスT13にタイミングを合わせなければならない。 At this time, the switching device T21 needs to be timed with the switching device T12 instead of the switching device T11, and the switching device T24 must also be timed with the switching device T13 instead of the switching device T14.
これに対応するには、スイッチングデバイスT21のターンOFFを担当する積分アンプを、スイッチングデバイスT11基準の積分アンプとT12基準の積分アンプの2個を準備してスイッチングパターンに応じて切り替えなければならず、制御回路が複雑になってしまう。 In order to deal with this, it is necessary to prepare two integrator amplifiers, which are in charge of turning off the switching device T21, the integrator amplifier based on the switching device T11 and the integrator amplifier based on the T12, and switch according to the switching pattern. , The control circuit becomes complicated.
また、スイッチング後には第1インバータユニットのFCと第2インバータユニットのFCが横流抑制リアクトルを介して直列に接続された回路が、直流電圧源に並列に接続された構成になる。 Further, after switching, a circuit in which the FC of the first inverter unit and the FC of the second inverter unit are connected in series via a cross current suppression reactor is connected in parallel to the DC voltage source.
このとき、VFC1+VFC2≠Vdcが成立すると共振が発生してしまう。スイッチングパターンが同じであれば、VFC1=VFC2を実現できれば共振を抑制できる。しかし、異なるスイッチングパターンを許可すると、VFC1+VFC2=Vdcまで成立させる必要があり、実現が難しくなってしまう。 At this time, if VFC1 + VFC2 ≠ Vdc is established, resonance will occur. If the switching pattern is the same, resonance can be suppressed if VFC1 = VFC2 can be realized. However, if different switching patterns are allowed, it is necessary to establish VFC1 + VFC2 = Vdc, which makes it difficult to realize.
以上の問題を回避するため、スイッチングパターンは全インバータユニットで共通とした。図1では、FC電圧制御器2には第1インバータユニットのFCの電圧検出信号VFC1の検出値のみを入力し、電圧検出信号VFC1だけがVdc/2になるようにスイッチングパターンを選択している。この制御回路では、電圧検出信号VFC2を制御することはできない。
In order to avoid the above problems, the switching pattern is common to all inverter units. In FIG. 1, only the detection value of the FC voltage detection signal VFC1 of the first inverter unit is input to the
しかし、電圧検出信号VFC1と電圧検出信号VFC2が異なる場合は、零電圧出力時に共振電流が流れることで電圧検出信号VFC1と電圧検出信号VFC2の差は小さくなる。よって、電圧検出信号VFC2を制御しなくても電圧検出信号FC2はVdc/2から大きくずれることはなく、インバータは問題なく運転を継続できる。 However, when the voltage detection signal VFC1 and the voltage detection signal VFC2 are different, the difference between the voltage detection signal VFC1 and the voltage detection signal VFC2 becomes small because the resonance current flows at the time of zero voltage output. Therefore, even if the voltage detection signal VFC2 is not controlled, the voltage detection signal FC2 does not deviate significantly from Vdc / 2, and the inverter can continue operation without any problem.
また、スイッチングパターンを全インバータユニット共通とすることによりFC電圧の検出はインバータユニット1台だけでよくなるため、電圧検出器を削減できコスト低減につながる利点もある。 Further, since the switching pattern is common to all the inverter units, the FC voltage can be detected by only one inverter unit, so that there is an advantage that the voltage detector can be reduced and the cost can be reduced.
以上示したように、本実施形態1によれば、スイッチング直後の横流電流を零にすることができる。また、FCと横流抑制リアクトルとの間で共振が発生する場合でも、特許文献2の手法とは異なり制御が誤動作せず、横流電流を小さくすることができる。また、FC電圧の検出はユニット1台だけでよいので、電圧検出器を削減しコストを低減することができる。
As shown above, according to the first embodiment, the cross current immediately after switching can be set to zero. Further, even when resonance occurs between the FC and the cross flow suppression reactor, unlike the method of
[実施形態2]
図4に本実施形態2の横流電流指令値演算部を示す。
[Embodiment 2]
FIG. 4 shows a cross current command value calculation unit of the second embodiment.
ゲート指令値Gref1,Gref2は、図1(実施形態1)のFC電圧制御器2から入力する。排他的論理和素子XOR3は、ゲート指令値Gref1,Gref2が両方同じであるときに1を出力する。
The gate command values Gref1 and Gref2 are input from the
遅延付加器DelayD5は、排他的論理和素子XOR3の出力信号を、立ち下がりだけ所定時間遅らせる。 The delay adder DelayD5 delays the output signal of the exclusive OR element XOR3 by a predetermined time by the falling edge.
減算器13は、第1インバータユニットのFCの電圧検出信号VFC1から第2インバータユニットのFCの電圧検出信号VFC2を減算し、第1インバータユニットのFCの電圧検出信号VFC1と第2インバータユニットのFCの電圧検出信号VFC2との偏差を求める。遅延付加器DelayD5の信号はスイッチSWDに入力され、スイッチSWDは入力が1ならば第1インバータユニットのFCの電圧検出信号VFC1と第2インバータユニットのFCの電圧検出信号VFC2との偏差を出力し、入力が0ならば0を出力する
比較器cmp1は、第1インバータユニットのFCの電圧検出信号VFC1がVdc/2を超えているか否かを検出する。符号検出器14は、インバータユニット出力電流指令値(Iinv1またはIinv/N)の符号が正ならば1を出力し、負ならば0を出力する。
The
排他的論理和素子XOR4は、比較器comp1と符号検出器14の出力が両方同じ場合のみ1をFC制御信号として出力する。このFC制御信号は、第1インバータユニットのFCの電圧検出信号VFC1をVdc/2に近づけるために必要な零電圧出力時のスイッチングパターンを表している。
The exclusive OR
FC制御信号は、1ならばスイッチングデバイスT11,T13をONし、0ならばスイッチングデバイスT12,T14をONすることを示している。スイッチSWEはFC制御信号を入力し、入力が1ならば1を出力し、入力が0ならば−1を出力する。乗算器15は、スイッチSWDの出力信号とスイッチSWEの出力信号との積を演算する。
The FC control signal indicates that if it is 1, the switching devices T11 and T13 are turned on, and if it is 0, the switching devices T12 and T14 are turned on. The switch SWE inputs an FC control signal, outputs 1 if the input is 1, and outputs -1 if the input is 0. The
乗算器16は、乗算器15の出力と、FC容量CFCの逆数との積を演算する。ここでのFC容量CFCは、キャパシタのデータシート等に記載している定格値を用いる。乗算器17は、電圧指令値Vrefを入力して、零電圧出力のデューティ比(1−|Vref|)を求め、この逆数と乗算器16の出力との積を演算する。デューティ比を求める際の除算は演算負荷が大きいため、近似して1+|Vref|との積を求めてもよい。
The
リミッタ18は、電圧指令値Vrefの絶対値が1に近いときに、乗算器出力が異常に大きくなるのを防ぐ。すなわち、リミッタ18は、乗算値17の出力の絶対値が所定値以下となるように、乗算値17の出力に上下限値を設けて、リミッタ18の出力とする。リミッタ18の出力は横流電流指令値となり、図1に示す実施形態1のゲート指令値遅延制御部4に入力される。
The
本実施形態2は、実施形態1では零固定としていた横流電流指令値を変化させることで、実施形態1では実現できない機能であった第2インバータユニットのFCの電圧検出信号VFC2を制御し、第1インバータユニットのFCの電圧検出信号VFC1に合わせる機能を追加した。 In the second embodiment, the voltage detection signal VFC2 of the FC of the second inverter unit, which is a function that cannot be realized in the first embodiment, is controlled by changing the cross current command value which was fixed to zero in the first embodiment. 1 Added the function to match the FC voltage detection signal VFC1 of the inverter unit.
まず、第1インバータユニットのFCの電圧検出信号VFC1と第2インバータユニットのFCの電圧検出信号VFC2の偏差を演算する。次に、零電圧を出力しFCに電流が通流する期間だけ横流電流指令値を出力するよう、スイッチSWDにより切り替えを行う。FCには、ゲート指令値Gref1,Gref2のどちらか片方が1の場合のみ電流が流れ、このときFC電圧の制御ができる。 First, the deviation between the FC voltage detection signal VFC1 of the first inverter unit and the FC voltage detection signal VFC2 of the second inverter unit is calculated. Next, the switch SWD is used to switch so that the zero voltage is output and the cross current command value is output only during the period when the current flows through the FC. A current flows through the FC only when either one of the gate command values Gref1 and Gref2 is 1, and the FC voltage can be controlled at this time.
そこで、ゲート指令値Gref1,Gref2の両方が0または1の時に横流電流指令値を発生させ、次のスイッチングで指令値通りの横流電流の発生を促す。次のスイッチングでは急峻で大きな電圧指令値の変動がない限り、必ずゲート指令値Gref1,Gref2のうち片方だけが切り替わり、FCに電流が流れるようになる。 Therefore, when both the gate command values Gref1 and Gref2 are 0 or 1, a cross current command value is generated, and the next switching promotes the generation of a cross current according to the command value. In the next switching, unless there is a steep and large fluctuation in the voltage command value, only one of the gate command values Gref1 and Gref2 is always switched, and a current flows through the FC.
逆に、ゲート指令値Gref1,Gref2のどちらか片方が1ならば横流電流指令値を0に設定しておき、FCに電流が流れなくなり第2インバータユニットのFCの電圧検出信号VFC2を制御できなくなる次のスイッチングでは余計な横流電流を流さない。 On the contrary, if either one of the gate command values Gref1 and Gref2 is 1, the cross current command value is set to 0, the current does not flow to the FC, and the voltage detection signal VFC2 of the FC of the second inverter unit cannot be controlled. No extra cross current is applied in the next switching.
また、スイッチングパターンに応じてスイッチSWEで符号の切り替えを行う。例えば、Vdc/2>VFC1>VFC2であり出力電流Iinv1の符号が正、この状態で零電圧を出力する場合を考える。 Further, the code is switched by the switch SWE according to the switching pattern. For example, consider a case where Vdc / 2> VFC1> VFC2 and the sign of the output current Iinv1 is positive, and a zero voltage is output in this state.
スイッチングデバイスT11,T21,T13,T23をONすると第1インバータユニットのFCの電圧検出信号VFC1は充電されVdc/2に近づけることができる。スイッチングデバイスT12,T22,T14,T24をONすると第1インバータユニットのFCの電圧検出信号VFC1は放電され、逆にVdc/2から離れてしまう。 When the switching devices T11, T21, T13, and T23 are turned on, the voltage detection signal VFC1 of the FC of the first inverter unit is charged and can approach Vdc / 2. When the switching devices T12, T22, T14, and T24 are turned on, the voltage detection signal VFC1 of the FC of the first inverter unit is discharged, and conversely, it is separated from Vdc / 2.
このように、スイッチングパターンで充電・放電が切り替わるため、横流電流指令値の符号を適切に切り替える必要がある。先ほどの例では、Vdc/2>VFC1なので次のスイッチングではFC電圧制御によりスイッチングデバイスT11,T21,T13,T23がONするパターンが必ず選択される。 In this way, charging / discharging is switched according to the switching pattern, so it is necessary to appropriately switch the sign of the cross current command value. In the previous example, since Vdc / 2> VFC1, in the next switching, the pattern in which the switching devices T11, T21, T13, and T23 are turned on by FC voltage control is always selected.
そこで、スイッチSWEを上に切り替え符号をそのままにして横流電流指令値を出力する。VFC1>VFC2なので横流電流指令値の符号が正となり、出力電流Iinv2の増加が促され、第2インバータユニットのFCの電圧検出信号VFC2は第1インバータユニットのFCの電圧検出信号VFC1よりも充電量が大きくなり、第2インバータユニットのFCの電圧検出信号VFC2を第1インバータユニットのFCの電圧検出信号VFC1に近づけることができる。 Therefore, the switch SWE is turned up and the cross current command value is output with the switching code as it is. Since VFC1> VFC2, the sign of the cross current command value becomes positive, the output current Iinv2 is promoted to increase, and the voltage detection signal VFC2 of the FC of the second inverter unit is charged more than the voltage detection signal VFC1 of the FC of the first inverter unit. The voltage detection signal VFC2 of the FC of the second inverter unit can be brought closer to the voltage detection signal VFC1 of the FC of the first inverter unit.
そして、符号を調整した後の偏差に1/CFCをかけ、第2インバータユニットのFCの電圧検出信号VFC2の調整に必要な電流を求める。その後、デューティ比(1−|Vref|)の逆数をかける。電圧指令値Vrefが0であればキャリア1周期の間常に零電圧が出力され、発生させた横流電流はすべてFCを通過する。しかし、例えばVref=0.5ならばキャリア1周期の間零電圧が出力される期間は半分となるため、第2インバータユニットのFCの電圧検出信号VFC2を意図通りの電圧とするためには2倍の横流電流を流す必要がある。以上の調整を、零電圧出力のデューティ比の逆数をかけることで行うことができる。 Then, 1 / CFC is applied to the deviation after adjusting the sign to obtain the current required for adjusting the voltage detection signal VFC2 of the FC of the second inverter unit. Then, the reciprocal of the duty ratio (1- | Vref |) is multiplied. If the voltage command value Vref is 0, a zero voltage is always output during one carrier cycle, and all the generated cross currents pass through the FC. However, for example, if Vref = 0.5, the period during which zero voltage is output for one carrier cycle is halved. Therefore, in order to make the voltage detection signal VFC2 of the FC of the second inverter unit the intended voltage, 2 It is necessary to pass twice the cross current. The above adjustment can be performed by multiplying the reciprocal of the duty ratio of the zero voltage output.
最後に、電圧指令値Vrefが1や−1に近い値となったときに横流電流を流しすぎないよう指令値をリミッタ18で制限して、ゲート指令値遅延制御部4に出力する。
Finally, when the voltage command value Vref becomes a value close to 1 or -1, the command value is limited by the
遅延付加器DelayD5について説明する。 The delay adder DelayD5 will be described.
実施形態1の積分アンプI1〜I8は、スイッチング後デッドタイム+TD程度経過してから動作している。積分アンプI1〜I8が動作したタイミングで横流電流指令値が0に戻ると、意図的に発生させた横流電流を積分アンプI1〜I8が補償してしまい、意図に反して横流電流が流れなくなってしまう。正常に動作させるためには、積分アンプI1〜I8が動作したタイミングで横流電流指令値を保持する必要がある。 The integrating amplifiers I1 to I8 of the first embodiment are operated after a dead time + TD of about has elapsed after switching. When the cross current command value returns to 0 at the timing when the integrating amplifiers I1 to I8 are operated, the integrating amplifiers I1 to I8 compensate for the intentionally generated cross current, and the cross current does not flow unintentionally. It ends up. In order to operate normally, it is necessary to hold the cross current command value at the timing when the integrating amplifiers I1 to I8 are operated.
以上を実現するため、遅延付加器DelayD5を設けている。遅延付加器DelayD5の遅延量は、デッドタイム+TDにさらに少し余裕を持たせた値、ノイズ減衰も考えるならばデッドタイム×2+TD程度を設定する必要がある。 In order to realize the above, a delay adder DelayD5 is provided. The delay amount of the delay adder DelayD5 needs to be set to a value in which the dead time + TD has a little more margin, and the dead time × 2 + TD when considering noise attenuation.
本実施形態2の効果として、何らかの一時的な外乱によりずれてしまったFC電圧を揃えることができ、共振電流の発生を抑制し横流電流を小さくすることができる。 As an effect of the second embodiment, it is possible to align the FC voltages that have been displaced due to some temporary disturbance, suppress the generation of resonance current, and reduce the cross current.
本実施形態2を実施形態1に組み合わせることで、共振の原因であるユニットごとのFC電圧のずれが、突発的な外乱により発生してしまった場合、横流電流を意図的に流すことでFC電圧のずれを小さくする。そのため共振を抑えることができ、横流電流をより小さくすることができる。 By combining the second embodiment with the first embodiment, when the deviation of the FC voltage for each unit, which is the cause of resonance, occurs due to a sudden disturbance, the FC voltage is intentionally passed by a cross current. Reduce the deviation. Therefore, resonance can be suppressed and the cross current can be made smaller.
[実施形態3]
図5に本実施形態3のゲート指令値遅延制御部4に示す。実施形態2と同様の箇所については説明を省略する。
[Embodiment 3]
FIG. 5 shows the gate command value
スイッチSWEは実施形態2と同じ動作を行う。減算器13は、第1インバータユニットのFCの電圧検出信号VFC1から第2インバータユニットのFCの電圧検出信号VFC2を減算し、第1インバータユニットのFCの電圧検出信号VFC1と第2インバータユニットのFCの電圧検出信号VFC2との偏差を求める。
The switch SWE performs the same operation as in the second embodiment. The
バッファZ−1は減算器13の出力する偏差を記憶する。減算器19は、減算器13の出力と、バッファZ−1に保存された例えばキャリア1周期前の偏差を減算し、キャリア1周期間の偏差の変動分を求める。
The buffer Z-1 stores the deviation output by the
乗算器20は、偏差の変動分と、スイッチSWEとの積を求める。積分アンプI9は、乗算器20の出力を入力し、積分演算を行う。乗算器21は積分アンプI9の出力と、インバータユニット出力電流指令値(Iinv1またはIinv/N)との積を演算する。乗算器21の出力は横流電流指令値となり、図4に示す実施形態1のゲート指令値遅延制御部4に入力される。
The
本実施形態3も、実施形態1では零固定としていた横流電流指令値を変化させることで、第2インバータユニットのFCの電圧検出信号VFC2を制御する機能を追加したものである。しかし、実施形態2とは異なり、インバータユニットによるFCの容量ずれ(容量差)を推定し、ずれに応じた横流電流を発生させる。 The third embodiment also adds a function of controlling the voltage detection signal VFC2 of the FC of the second inverter unit by changing the cross current command value which was fixed to zero in the first embodiment. However, unlike the second embodiment, the capacity deviation (capacity difference) of the FC due to the inverter unit is estimated, and a cross current is generated according to the deviation.
まず、第1インバータユニットのFCの電圧検出信号VFC1と第2インバータユニットのFCの電圧検出信号VFC2の偏差を演算する。次に、バッファZ−1と減算器19によりある一定区間内の変動分を検出する。横流電流抑制制御が正常に動作していれば、各インバータユニットのFCを通過する電流はほぼ等しいと見なせる。そのため、FCの電圧変動に差が生じれば、それはFCの容量がずれているためであると判断できる。
First, the deviation between the FC voltage detection signal VFC1 of the first inverter unit and the FC voltage detection signal VFC2 of the second inverter unit is calculated. Next, the buffer Z-1 and the
この電圧変動の差に対して、スイッチSWEを用いて符号を調整する。スイッチSWEの動作は実施形態2と全く同じである。符号を調整した後の電圧変動を積分アンプI9で増幅することにより容量ずれを推定し、得られた容量ずれにインバータ出力電流指令値(Iinv1またはIinv/N)をかけて横流電流指令値とする。 The code is adjusted by using the switch SWE for this difference in voltage fluctuation. The operation of the switch SWE is exactly the same as in the second embodiment. The capacitance deviation is estimated by amplifying the voltage fluctuation after adjusting the sign with the integrating amplifier I9, and the obtained capacitance deviation is multiplied by the inverter output current command value (Iinv1 or Iinv / N) to obtain the cross current current command value. ..
本実施形態3の動作を説明する。例えば、Vdc/2>VFC1で出力電流が正の値、第2インバータユニットのFC容量が第1インバータユニットのFC容量よりも大きく、第1インバータユニットのFCの電圧検出信号VFC1が第2インバータユニットのFCの電圧検出信号VFC2よりも変動しやすい場合を考える。 The operation of the third embodiment will be described. For example, when Vdc / 2> VFC1, the output current is a positive value, the FC capacity of the second inverter unit is larger than the FC capacity of the first inverter unit, and the voltage detection signal VFC1 of the FC of the first inverter unit is the second inverter unit. Consider the case where the voltage detection signal of FC is more likely to fluctuate than VFC2.
この場合、FCに電流が流れ込み充電が促されるが、第2インバータユニットのFCの電圧検出信号VFC2の増加が第1インバータユニットのFCの電圧検出信号VFC1よりも小さくなり電圧変動は正の値が出力され、スイッチSWEも正となり、正の値が積分アンプI9に入力される。 In this case, a current flows into the FC to promote charging, but the increase in the voltage detection signal VFC2 of the FC of the second inverter unit becomes smaller than the voltage detection signal VFC1 of the FC of the first inverter unit, and the voltage fluctuation becomes a positive value. It is output, the switch SWE also becomes positive, and a positive value is input to the integrating amplifier I9.
これにより、積分アンプI9の出力値は徐々に大きくなり、横流電流指令値も少しずつ大きくなって出力電流Iinv2の増加が促される。そして、第1インバータユニットのFCの電圧検出信号VFC1の変動分と第2インバータユニットのFCの電圧検出信号VFC2の変動分が等しくなったところで積分アンプI9出力値の増加は停止する。 As a result, the output value of the integrating amplifier I9 gradually increases, and the cross current current command value also gradually increases, prompting an increase in the output current Iinv2. Then, when the fluctuation of the FC voltage detection signal VFC1 of the first inverter unit and the fluctuation of the voltage detection signal VFC2 of the FC of the second inverter unit become equal, the increase of the integrated amplifier I9 output value stops.
本実施形態3には、スイッチングデバイスの電圧降下ずれにより発生する横流電流を低減する効果もある。例えば、Vdc/2>VFC1で出力電流が正の値、第1インバータユニットのFC容量と第2インバータユニットのFC容量は等しいが第2インバータユニットのスイッチングデバイスの電圧降下が第1インバータユニットよりも大きく電流が通過しにくい場合を考える。 The third embodiment also has an effect of reducing the cross current generated by the voltage drop deviation of the switching device. For example, when Vdc / 2> VFC1, the output current is a positive value, the FC capacity of the first inverter unit is equal to the FC capacity of the second inverter unit, but the voltage drop of the switching device of the second inverter unit is larger than that of the first inverter unit. Consider the case where a large current is difficult to pass.
このとき、横流電流抑制制御が正常に動作しても第2インバータユニットの出力電流は第1インバータユニットより小さくなる。FCは充電されるが、第2インバータユニットのFCの電圧検出信号VFC2よりも第1インバータユニットのFCの電圧検出信号VFC1の方が大きく増加し、変動分は正の値になる。スイッチSWEも正のため、積分アンプI9には正の値が入力し、横流電流指令値が少しずつ大きくなり、出力電流Iinv2の増加が促される。FC容量が同じであるため、出力電流Iinv1と出力電流Iinv2が一致したところで積分アンプI9出力値の増加が停止する。 At this time, the output current of the second inverter unit is smaller than that of the first inverter unit even if the cross current suppression control operates normally. Although the FC is charged, the voltage detection signal VFC1 of the FC of the first inverter unit increases more than the voltage detection signal VFC2 of the FC of the second inverter unit, and the fluctuation amount becomes a positive value. Since the switch SWE is also positive, a positive value is input to the integrating amplifier I9, the cross current command value gradually increases, and an increase in the output current Iinv2 is promoted. Since the FC capacitance is the same, the increase in the output value of the amplifier I9 stops when the output current Iinv1 and the output current Iinv2 match.
本実施形態3は、実施形態2とは異なり零電圧を出力する期間に限らず、常時横流電流を変化させている。これにより、スイッチングデバイスの電圧降下ずれにより発生する横流電流を低減する効果がある。 Unlike the second embodiment, the third embodiment is not limited to the period during which the zero voltage is output, and the cross current is constantly changed. This has the effect of reducing the cross current generated by the voltage drop deviation of the switching device.
例えば、電圧降下ずれの小さいスイッチングデバイスを全ユニットで使用できる場合には、図6に示すように、実施形態2と同様に排他的論理和素子XOR3,遅延付加器D5,スイッチSWDを追加することで零電圧を出力する期間だけ横流電流が流れるようにすることもできる。このとき、スイッチSWDを追加する場所は積分アンプI9よりも後段とする必要がある。 For example, when a switching device having a small voltage drop deviation can be used in all the units, as shown in FIG. 6, an exclusive OR element XOR3, a delay adder D5, and a switch SWD are added as in the second embodiment. It is also possible to allow the cross current to flow only during the period when the zero voltage is output. At this time, the place where the switch SWD is added needs to be after the integrator amplifier I9.
具体的には、図6に示すように、排他的論理和素子XOR3は、ゲート指令値Gref1,Gref2が両方同じであるとき1を出力する。遅延付加器DelayD5は排他的論理和素子XOR3の出力信号を立ち下がり時だけ所定時間遅らせる。スイッチSWDは、遅延付加器DelayD5の出力が1ならば乗算器21の出力を出力し、遅延付加器DelayD5の出力が0ならば0を出力する。このスイッチSWDの出力が横流電流指令値となる。
Specifically, as shown in FIG. 6, the exclusive OR
実施形態3の効果として、FCの容量の差や、スイッチングデバイスの電圧降下のずれといった定常的な外乱に対して、FC電圧のずれを零にすることができ、共振を抑制し横流電流を小さくすることができる。しかし、実施形態2のような一時的な外乱によりずれてしまったFC電圧を揃える機能はない。 As an effect of the third embodiment, the deviation of the FC voltage can be made zero against a steady disturbance such as the difference in the capacitance of the FC and the deviation of the voltage drop of the switching device, resonance is suppressed, and the cross current is reduced. can do. However, unlike the second embodiment, there is no function of aligning FC voltages that have been displaced due to temporary disturbance.
本実施形態3を実施形態1に組み合わせることで、各インバータユニットのFC電圧の変動分の差を検出し、差が零になるように横流電流を意図的に発生させる。そのため、FC容量のずれやスイッチングデバイスの電圧降下のずれといった定常的な外乱によって発生するFC電圧のずれを零にすることができ、横流電流を小さくすることができる。横流電流の調整にはしばらく時間がかかるが、ある程度の電流が流れる条件ならば自動的に調整を行うことができ、FC容量やスイッチングデバイスの電圧降下の温度変化や経年変化にも追従することができる。 By combining the third embodiment with the first embodiment, the difference in the fluctuation of the FC voltage of each inverter unit is detected, and the cross current is intentionally generated so that the difference becomes zero. Therefore, the deviation of the FC voltage generated by the steady disturbance such as the deviation of the FC capacitance and the deviation of the voltage drop of the switching device can be made zero, and the cross current can be reduced. It takes a while to adjust the cross current, but it can be adjusted automatically under the condition that a certain amount of current flows, and it can follow the temperature change and secular change of the FC capacity and the voltage drop of the switching device. it can.
[実施形態4]
図7に本実施形態4の横流電流抑制制御部を示す。本実施形態4は、単純に実施形態2と実施形態3の横流電流指令値を足し合わせ、新たな横流電流指令値としたものである。
[Embodiment 4]
FIG. 7 shows the cross current suppression control unit of the fourth embodiment. In the fourth embodiment, the cross current command values of the second embodiment and the third embodiment are simply added to obtain a new cross current command value.
実施形態2では、一時的な外乱によりずれてしまったFC電圧を揃えることができる反面、定常的な外乱に対してはFC電圧のずれを小さくすることはできるが零にすることはできず、共振が発生してしまう。一方、実施形態3は逆で定常的な外乱を補償できるが一時的な外乱が発生すると横流電流が増加してしまう。 In the second embodiment, the FC voltage that has been displaced due to the temporary disturbance can be made uniform, but the deviation of the FC voltage can be reduced but cannot be reduced to zero for a steady disturbance. Resonance will occur. On the other hand, in the third embodiment, on the contrary, steady disturbance can be compensated, but when a temporary disturbance occurs, the cross current increases.
そこで、実施形態2と実施形態3の横流電流指令値を足し合わせることで、両方の外乱に対応し横流電流をより小さくすることができる。 Therefore, by adding the cross current current command values of the second embodiment and the third embodiment, the cross current can be made smaller in response to both disturbances.
実施形態2,3,4は、FCの容量ずれに比例した横流電流を意図的に流すため、当然ながら共振成分以外の横流電流は増加する。しかし、FCと横流抑制リアクトルとの間で生じる共振電流を抑制できるため、特許文献2の手法をそのまま適用する場合や実施形態1に比べると横流電流を小さく抑えることができる。
In the second, third, and fourth embodiments, the cross current is intentionally passed in proportion to the capacitance shift of the FC, so that the cross current other than the resonance component naturally increases. However, since the resonance current generated between the FC and the cross current suppression reactor can be suppressed, the cross current can be suppressed to be smaller than when the method of
本実施形態4を実施形態1に組み合わせることで、突発的な外乱と定常的な外乱両方によって発生するFC電圧のずれを零にすることができるため、横流電流をより小さくすることができる。 By combining the fourth embodiment with the first embodiment, the deviation of the FC voltage generated by both the sudden disturbance and the steady disturbance can be made zero, so that the cross current can be made smaller.
具体的には、図7に示すように、排他的論理和素子XOR3は、ゲート指令値Gref1,Gref2が両方同じであるときに1を出力する。遅延付加器DelayD5は、排他的論理和素子XOR3の出力信号を、立ち下がり時だけ所定時間遅らせる。
Specifically, as shown in FIG. 7, the exclusive OR
減算器13は、第1インバータユニットのFCの電圧検出信号VFC1から第2インバータユニットのFCの電圧検出信号VFC2を減算し、第1インバータユニットのFCの電圧検出信号VFC1と第2インバータユニットのFCの電圧検出信号VFC2との偏差を求める。遅延付加器DelayD5の信号はスイッチSWDに入力され、入力が1ならば第1インバータユニットのFCの電圧検出信号VFC1と第2インバータユニットのFCの電圧検出信号VFC2との偏差を出力し、入力が0ならば0を出力する
比較器cmp1は、第1インバータユニットのFCの電圧検出信号VFC1がVdc/2を超えているか否かを検出する。符号検出器14は、インバータユニット出力電流指令値(Iinv1またはIinv/N)の符号が正ならば1を出力し、負ならば0を出力する。
The
排他的論理和素子XOR4は、比較器comp1と符号検出器14の出力が両方同じ場合のみ1をFC制御信号として出力する。スイッチSWEはFC制御信号を入力し、入力が1ならば1を出力し、入力が0ならば−1を出力する。乗算器15は、スイッチSWDの出力信号とスイッチSWEの出力信号との積を演算する。
The exclusive OR
乗算器16は、乗算器15の出力と、FC容量CFCの逆数との積を演算する。乗算器17は、電圧指令値Vrefを入力して、零電圧出力のデューティ比(1−|Vref|)を求め、この逆数と乗算器16の出力との積を演算する。デューティ比を求める際の除算は演算負荷が大きいため、近似して1+|Vref|との積を求めてもよい。
The
リミッタ18は、電圧指令値Vrefの絶対値が1に近いときに、乗算器出力が異常に大きくなるのを防ぐ。
The
バッファZ−1は減算器13の出力する偏差を記憶する。減算器19は、減算器13の出力と、バッファZ−1に保存された例えばキャリア1周期前の偏差を減算し、キャリア1周期間の偏差の変動分を求める。
The buffer Z-1 stores the deviation output by the
乗算器20は、偏差の変動分と、スイッチSWEとの積を求める。積分アンプI9は、乗算器20の出力を入力し、積分演算を行う。乗算器21は積分アンプI9の出力と、インバータユニット出力電流指令値(Iinv1またはIinv/N)との積を演算する。
The
加算器22は、リミッタ18と乗算器21の出力を加算する。加算器22の出力は横流電流指令値となる。
The
以上の実施形態はインバータユニット2並列を例に説明した。しかし、3台以上の任意のインバータユニット台数に拡張することができる。例として、実施形態1をN台以上のインバータユニット並列に拡張した際のk台目のインバータユニットの制御ブロックを図8に示す。ゲート指令値Gref1,Gref2は図1と同様、FC電圧制御器から出力されるものである。 The above embodiment has been described by taking two inverter units in parallel as an example. However, it can be expanded to any number of inverter units of 3 or more. As an example, FIG. 8 shows a control block of the kth inverter unit when the first embodiment is expanded in parallel with N or more inverter units. The gate command values Gref1 and Gref2 are output from the FC voltage controller as in FIG.
これにインバータユニット出力電流指令値(Iinv1またはIinv/N)と自身の出力電流Iinvkとを比較し図1と同じ構成のPIアンプに入力し、遅延指令値を求めゲート指令値Gref1,Gref2に遅延とデッドタイムを付加したゲート信号Tk1,Tk2,Tk3,Tk4をk台目のインバータユニットに入力する。横流電流指令値kは零である。 The inverter unit output current command value (Iinv1 or Iinv / N) is compared with its own output current Iinvk and input to a PI amplifier having the same configuration as in FIG. And the gate signals Tk1, Tk2, Tk3, and Tk4 to which the dead time is added are input to the kth inverter unit. The cross current command value k is zero.
図9〜図12は、実施形態2〜4をN台のインバータユニット並列に拡張した際のk台目のインバータユニットのゲート指令値遅延制御部4である。基準となるFCの電圧VFC1と自身のFC電圧VFCkとを比較し、得られた偏差は図7と全く同じ演算を行う。このようにして得られた結果は横流電流指令値kとなり、図8に入力される。
9 to 12 are gate command value
以上の構成により、3台以上のインバータユニット並列構成においてもFCと横流抑制リアクトルによる共振電流を低減し、横流電流を小さくすることができる。 With the above configuration, the resonance current due to the FC and the cross flow suppression reactor can be reduced and the cross flow current can be reduced even in the parallel configuration of three or more inverter units.
ただし、実施形態2〜4では、FC電圧の検出器は全インバータユニットで必要となる。以上の手法は、特許文献4と組み合わせ横流電流をさらに小さくすることも可能である。
However, in the second to fourth embodiments, the FC voltage detector is required for all the inverter units. The above method can be combined with
1…PWM変調器
2…FC電圧制御器
3a〜3d…デッドタイム処理器
4…ゲート遅延指令値演算部
5…比較器
6…符号検出器
7a〜7d…NOT回路
8…加算器
9…減算器
10…加算器
11a〜11d…AND素子
12a〜12d…遅延付加器
13…減算器
14…符号検出器
15…乗算器
16…乗算器
17…乗算器
18…リミッタ
19…減算器
20…乗算器
21…乗算器
22…加算器
1 ...
Claims (5)
前記インバータユニットは、順次直列接続された第1〜第4のスイッチングデバイスと、第1,第2スイッチングデバイスの共通接続点と第3,第4スイッチングデバイスの共通接続点との間に介挿されたフライングキャパシタと、を有し、
前記横流電流抑制制御装置は、
固定値の立ち上がりのゲート遅延指令値をPWM変調器とFC電圧制御器によって生成された前記第1,第4スイッチングデバイスをON/OFFする第1ゲート指令値に付加する第1立ち上がり遅延付加器と、固定値の立ち上がりのゲート遅延指令値をPWM変調器とFC電圧制御器によって生成された前記第2,第3スイッチングデバイスをON/OFFする第2ゲート指令値に付加する第2立ち上がり遅延付加器と、固定値の立ち下がりのゲート遅延指令値を前記第1ゲート指令値に付加する第1立ち下がり遅延付加器と、固定値の立ち下がりのゲート遅延指令値を前記第2ゲート指令値に付加する第2立ち下がり遅延付加器と、を第1インバータユニットに設け、
インバータユニット出力電流指令値に横流電流指令値を加算した値から自らのインバータユニット出力電流検出値を減算した値を横流電流としてゲインを乗算する比例アンプと、前記横流電流を入力し前記第1ゲート指令値が0から1に変化した後、かつ、前記インバータユニット出力電流指令値の符号が正の時に動作する第1積分アンプと、前記横流電流を入力し前記第1ゲート指令値が0から1に変化した後、かつ、前記インバータユニット出力電流指令値の符号が負の時に動作する第2積分アンプと、前記横流電流を入力し前記第1ゲート指令値が1から0に変化した後、かつ、前記インバータユニット出力電流指令値の符号が正の時に動作する第3積分アンプと、前記横流電流を入力し前記第1ゲート指令値が1から0に変化した後、かつ、前記インバータユニット出力電流指令値の符号が負の時に動作する第4積分アンプと、前記横流電流を入力し前記第2ゲート指令値が0から1に変化した後、かつ、前記インバータユニット出力電流指令値の符号が正の時に動作する第5積分アンプと、前記横流電流を入力し前記第2ゲート指令値が0から1に変化した後、かつ、前記インバータユニット出力電流指令値の符号が負の時に動作する第6積分アンプと、前記横流電流を入力し前記第2ゲート指令値が1から0に変化した後、かつ、前記インバータユニット出力電流指令値の符号が正の時に動作する第7積分アンプと、前記横流電流を入力し前記第2ゲート指令値が1から0に変化した後、かつ、前記インバータユニット出力電流指令値の符号が負の時に動作する第8積分アンプと、を有し、前記インバータユニット出力電流指令値の符号が正の時前記比例アンプの出力と前記第1積分アンプの出力とを加算して−1を乗算した値を第1立ち上がりのゲート遅延指令値とし、前記インバータユニット出力電流指令値の符号が負の時前記比例アンプの出力と前記第2積分アンプの出力とを加算して−1を乗算した値を第1立ち上がりのゲート遅延指令値とし、前記インバータユニット出力電流指令値の符号が正の時前記比例アンプの出力と前記第3積分アンプの出力とを加算した値を第1立ち下がりのゲート遅延指令値とし、前記インバータユニット出力電流指令値の符号が負の時前記比例アンプの出力と前記第4積分アンプの出力とを加算した値を第1立ち下がりのゲート遅延指令値とし、前記インバータユニット出力電流指令値の符号が正の時前記比例アンプの出力と前記第5積分アンプの出力とを加算して−1を乗算した値を第2立ち上がりのゲート遅延指令値とし、前記インバータユニット出力電流指令値の符号が負の時前記比例アンプの出力と前記第6積分アンプの出力とを加算して−1を乗算した値を第2立ち上がりのゲート遅延指令値とし、前記インバータユニット出力電流指令値の符号が正の時前記比例アンプの出力と前記第7積分アンプの出力とを加算した値を第2立ち下がりのゲート遅延指令値とし、前記インバータユニット出力電流指令値の符号が負の時前記比例アンプの出力と前記第8積分アンプの出力とを加算した値を第2立ち下がりのゲート遅延指令値として出力するゲート遅延指令値演算部と、前記第1立ち上がりのゲート遅延指令値を前記第1ゲート指令値に付加する第3立ち上がり遅延付加器と、前記第2立ち上がりのゲート遅延指令値を前記第2ゲート指令値に付加する第4立ち上がり遅延付加器と、前記第1立ち下がりのゲート遅延指令値を前記第1ゲート指令値に付加する第3立ち下がり遅延付加器と、前記第2立ち下がりのゲート遅延指令値を前記第2ゲート指令値に付加する第4立ち下がり遅延付加器と、を第2〜第N(N=2以上の整数)インバータユニットにそれぞれ設けたことを特徴とする横流電流抑制制御装置。 A cross-flow current suppression control device that suppresses cross-flow current in a power conversion circuit in which two or more inverter units are connected in parallel to a DC voltage source.
The inverter unit is interposed between the first to fourth switching devices sequentially connected in series, the common connection point of the first and second switching devices, and the common connection point of the third and fourth switching devices. With a flying capacitor,
The cross current suppression control device is
A first rising delay adder that adds a fixed rising gate delay command value to a first gate command value that turns on / off the first and fourth switching devices generated by the PWM modulator and FC voltage controller. A second rising delay adder that adds a fixed rising gate delay command value to the second gate command value that turns on / off the second and third switching devices generated by the PWM modulator and FC voltage controller. A first falling delay adder that adds a fixed value falling gate delay command value to the first gate command value, and a fixed value falling gate delay command value added to the second gate command value. A second fall delay adder and a second fall delay adder are provided in the first inverter unit.
A proportional amplifier that multiplies the gain by subtracting its own inverter unit output current detection value from the value obtained by adding the cross current command value to the inverter unit output current command value as the cross current, and the first gate by inputting the cross current. The first integrating amplifier that operates after the command value changes from 0 to 1 and when the sign of the inverter unit output current command value is positive, and the cross current are input and the first gate command value changes from 0 to 1. After changing to, and after the second integrating amplifier that operates when the sign of the inverter unit output current command value is negative, and after the cross current is input and the first gate command value changes from 1 to 0, and , The third integrating amplifier that operates when the sign of the inverter unit output current command value is positive, and the inverter unit output current after the cross current is input and the first gate command value changes from 1 to 0. The fourth integrating amplifier that operates when the sign of the command value is negative, and after the cross current is input and the second gate command value changes from 0 to 1, and the sign of the inverter unit output current command value is positive. The fifth integrating amplifier that operates at the time of, and the sixth that operates after the cross current is input and the second gate command value changes from 0 to 1, and when the sign of the inverter unit output current command value is negative. The integrating amplifier, the seventh integrating amplifier that operates after the cross current is input and the second gate command value changes from 1 to 0, and when the sign of the inverter unit output current command value is positive, and the cross current. It has an eighth integrating amplifier that operates after a current is input and the second gate command value changes from 1 to 0, and when the sign of the inverter unit output current command value is negative, and the inverter unit output. When the sign of the current command value is positive, the value obtained by adding the output of the proportional amplifier and the output of the first integrating amplifier and multiplying by -1 is used as the first rising gate delay command value, and the inverter unit output current command is used. When the sign of the value is negative, the value obtained by adding the output of the proportional amplifier and the output of the second integrating amplifier and multiplying by -1 is used as the gate delay command value of the first rising edge of the inverter unit output current command value. When the sign is positive, the value obtained by adding the output of the proportional amplifier and the output of the third integrating amplifier is used as the gate delay command value for the first falling edge , and when the sign of the inverter unit output current command value is negative, the proportional value is used. The value obtained by adding the output of the amplifier and the output of the fourth integrating amplifier is used as the gate delay command value for the first falling edge , and the inverter unit is used. When the sign of the output current command value is positive, the value obtained by adding the output of the proportional amplifier and the output of the fifth integrating amplifier and multiplying by -1 is used as the second rising gate delay command value, and the output of the inverter unit. When the sign of the current command value is negative, the value obtained by adding the output of the proportional amplifier and the output of the sixth integrating amplifier and multiplying by -1 is used as the second rising gate delay command value, and the inverter unit output current command is used. When the sign of the value is positive, the value obtained by adding the output of the proportional amplifier and the output of the 7th integrating amplifier is set as the second falling gate delay command value, and when the sign of the inverter unit output current command value is negative. The gate delay command value calculation unit that outputs the sum of the output of the proportional amplifier and the output of the eighth integrator amplifier as the second falling gate delay command value, and the first rising gate delay command value are described above. A third rise delay adder that adds the first gate command value, a fourth rise delay adder that adds the second rise gate delay command value to the second gate command value, and the first fall gate. A third fall delay adder that adds a delay command value to the first gate command value, and a fourth fall delay adder that adds the second fall gate delay command value to the second gate command value. , Is provided in each of the second to second N (integer of N = 2 or more) inverter units, respectively.
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