JP6846089B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
図1は、本実施形態に係る電力変換装置の直流電圧制御部を例示するブロック図である。
図1に示すように、直流電圧制御部40は、リプル電圧演算部41と、加算器46と、加減算器47と、PI制御器48と、を含む。
リプル電圧演算部41は、瞬時有効電力P(t)から直流分を除いたΔP(t)を用い、線形近似することによって、直流リプル電圧ΔV(t)を計算する。直流リプル電圧ΔV(t)は、以下の式(1)によって求めることができる。ここでの瞬時有効電力P(t)は、電流指令値、または、電力指令値、あるいはそれらに類する制御指令値から理想的な値として理論計算により計算することができる。
図2に示すように、リプル電圧演算部41は、直流分除去回路42と、積分器43と、係数器44と、リミッタ45と、を含む。直流分除去回路42、積分器43、係数器44およびリミッタ45は、たとえばこの順で縦続接続されている。
図3に示すように、本実施形態の電力変換装置10は、電力変換器20と、制御装置30と、を備える。この例では、電力変換装置10は、無効電力補償装置である。電力変換装置10は、電力系統に接続される。電力系統は、三相の交流電源1である。電力系統は、たとえば周波数が50Hzまたは60Hzの商用電源である。電力系統は、三相に限らず、単相であってもよい。電力系統には、負荷60が接続されている。電力変換装置10は、電力系統から見た場合に、負荷60と並列に接続されている。
図4は、比較例の電力変換装置の直流電圧制御部を例示するブロック図である。
まず、比較例の場合について説明する。図4に示すように、比較例の電力変換装置の制御装置130は、直流電圧制御部140を含む。比較例の制御装置130において、本実施形態の制御装置30との相違点は、直流電圧制御部40の構成の相違であり、他の構成要素については同じである。
本実施形態の電力変換装置10では、制御装置30の直流電圧制御部40がリプル電圧演算部41を有している。リプル電圧演算部41には、あらかじめ設定されている瞬時有効電力P(t)を入力することによって、コンデンサ22の両端に発生するリプル分に相当する直流リプル電圧ΔV(t)を生成することができる。直流リプル電圧ΔV(t)は、コンデンサ22の両端に発生するリプル分にほぼ等しいので、直流電圧制御部40において、フィードバックすべき直流電圧の指令値との偏差ΔVdcは、リプル分を含まないようにすることができる。
単相交流回路の場合には、瞬時有効電力P’(t)を、dq変換後の有効電流成分指令値Idref’および無効電流成分指令値Iqref’を用いて表し、これにもとづいて、直流リプル電圧ΔV’(t)を生成することができる。
図5に示すように、電力変換装置210は、電力変換器220と、制御装置230と、を備える。電力変換装置210は、単相の交流回路201に接続される。
図6に示すように、本実施形態では、直流電圧制御部のリプル電圧演算部241は、式(5)に応じた演算器を含んでいる。すなわち、リプル電圧演算部241は、係数器242,249〜251と、三角関数演算器243,244と、乗算器245,246,248と、加算器247と、リミッタ252と、を含む。
図7は、本実施形態に係る電力変換装置を例示するブロック図である。
図7に示すように、本実施形態の電力変換装置310は、電力変換器320a〜320cと、制御装置330と、を備える。電力変換装置310では、直流電圧を共通にする複数の電力変換器320a〜320cが設けられる。各電力変換器320a〜320cは、単相の交流電源301a〜301cにそれぞれ接続される。交流電源301a,301b,301cは、振幅VAS,VBS,VCSと位相θA(t),θB(t),θC(t)とをそれぞれ有する。各電力変換器320a〜320cは、コンデンサ322に接続されている。つまり、各電力変換器320a〜320cは、コンデンサ322の直流電圧Vdcを介して、相互に接続されている。制御装置330は、直流電圧Vdc、各電力変換器320a〜320cを入力し、あるいは出力する交流電流および交流電圧を入力して、各電力変換器320a〜320cが単相インバータ回路を駆動するための駆動信号を生成し、これらに供給する。
図8に示すように、直流電圧制御部341は、複数の演算部341a〜341cと、加算器353a〜353cと、係数器249〜251と、リミッタ252と、を含む。各演算部341a〜341cの構成は、それぞれ同じであり、式(5)のVS’以下の項について演算器で表現したものである。各演算部341a〜341cのそれぞれの構成は、図6の構成と同じである。つまり、本実施形態では、直流リプル電圧ΔV’’(t)は、以下の式(6)のように表すことができる。
図9は、本実施形態に係る電力変換装置を例示するブロック図である。
図9に示すように、電力変換装置410は、電力変換器420と、制御装置430と、を備える。交流電源1は、三相交流電源である。この例の電力変換装置410は、直流電圧検出器424を介して検出されるコンデンサ422の直流電圧Vdcを交流電圧に変換するインバータ装置である。交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ装置であってもよいし、図3の例のように、無効電力補償装置であってもよい。
図10(a)では、制御装置が三相二相変換器451を有していることを示している。三相二相変換器451は、三相の交流電源1を入力して、直交座標変換を行って、互いに直交する電圧ベクトルを有する2つの交流電圧Vα,Vβをそれぞれ有する単相の交流電源452a,452bに分解する。
Claims (3)
- 第1交流回路と前記第1交流回路に供給しまたは前記第1交流回路から供給される瞬時有効電力に応じたリプルを含む直流電圧を供給する直流電圧源との間に接続された第1電力変換器と、
前記第1電力変換器に対して前記第1交流回路と前記直流電圧源との間の変換動作を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記直流電圧の検出値と、前記直流電圧の目標値である直流電圧指令値との偏差を生成し、前記偏差にもとづいて、前記直流電圧を制御するための直流電圧制御出力を出力する直流電圧制御部を含み、
前記直流電圧制御部は、前記瞬時有効電力にもとづいて前記リプルを相殺する交流成分を含む前記直流電圧指令値を生成し、
前記第1交流回路は、単相の交流回路であり、
前記直流電圧制御部は、前記第1交流回路に供給し、または前記第1交流回路から供給される電力のための指令値に比例し、前記第1交流回路の周波数の2倍の周波数成分を含む前記直流電圧指令値を生成する電力変換装置。 - 前記第1電力変換器と前記直流電圧源を共通にし、前記第1交流回路とは異なる単相の交流回路である第2交流回路に接続された第2電力変換器をさらに備え、
前記直流電圧制御部は、前記第2交流回路に供給し、または前記第2交流回路から供給される電力のための指令値に比例し、前記第2交流回路の周波数の2倍の周波数成分をさらに含む前記直流電圧指令値を生成する請求項1記載の電力変換装置。 - 第1交流回路と前記第1交流回路に供給しまたは前記第1交流回路から供給される瞬時有効電力に応じたリプルを含む直流電圧を供給する直流電圧源との間に接続された第1電力変換器と、
前記第1電力変換器に対して前記第1交流回路と前記直流電圧源との間の変換動作を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記直流電圧の検出値と、前記直流電圧の目標値である直流電圧指令値との偏差を生成し、前記偏差にもとづいて、前記直流電圧を制御するための直流電圧制御出力を出力する直流電圧制御部を含み、
前記直流電圧制御部は、前記瞬時有効電力にもとづいて前記リプルを相殺する交流成分を含む前記直流電圧指令値を生成し、
前記第1交流回路は、三相の交流回路であり、
前記制御装置は、前記第1交流回路の各相の交流電圧を、2つの直交するベクトルをそれぞれ有する第1単相交流電圧源および第2単相交流電圧源に変換し、
前記直流電圧制御部は、
前記第1単相交流電圧源に供給し、または前記第1単相交流電圧源から供給される電力のための指令値に比例し、前記第1単相交流電圧源の周波数の2倍の周波数成分と、
前記第2単相交流電圧源に供給し、または前記第2単相交流電圧源から供給される電力のための指令値に比例し、前記第2単相交流電圧源の周波数の2倍の周波数成分と、を含む前記直流電圧指令値を生成する電力変換装置。
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