JP6925503B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
最初に、実施の形態1に従う電力変換装置の全体構成を説明する。図1は、実施の形態1に従う電力変換装置100の主回路構成図である。
図6を参照して、偏磁抑制制御部24は、減算器240,250と、直流成分検出器242と、通過電流偏磁抑制制御部244と、乗算器241,246と、加算器248とを含む。
d2=0.5−Ddif×0.5 …(2)
式(1),(2)から分かるように、デューティd1とデューティd2との差分(d1−d2)はデューティ差指令Ddifに等しくなっている。なお、図6の構成例では、デューティ差指令Ddifを二等分したもの(Ddif×0.5)を、デューティd1,d2にそれぞれ加算または減算する構成について説明したが、加算分および減算分の比率は任意に設定することができる。加算分と減算分との比率をk:(1−k)とすると(ただし、0≦k≦1)、デューティd1,d2は、それぞれ、次式(3),(4)により与えられる。
d2=0.5−Ddif×(1−k) …(4)
なお、式(3),(4)によれば、デューティd1,d2のうちいずれか一方をDref=0.5に設定し、他方をDrefからデューティ差指令Ddifだけ変化させることも可能である。すなわち、デューティd1およびd2の差分がデューティ差指令Ddifに一致するように、デューティd1,d2の少なくとも一方を変化させることで、直流成分Itrdcを打ち消すことができる。
図9は、本実施の形態2に従う電力変換装置100の主回路構成図である。実施の形態2に従う電力変換装置100は、図1に示した電力変換装置100と比較して、インダクタンス要素2の構成が異なる。
図13を参照して、偏磁抑制制御部24Aは、図6に示した偏磁抑制制御部24に比較して、加算器252,258、直流成分検出器254、および励磁電流偏磁抑制制御部256が追加されている点が異なる。
Vtr2=jωL2Iac2+jωMIac1 …(6)
式(5),(6)は、次式(7),(8)のように変形することができる。
Vtr2=jω(L2−M)Iac2+jωM(Iac1+Iac2) …(8)
式(7),(8)において、Iac1+Iac2が変圧器2の励磁電流に相当する。通過電流Itrと同様に、各ブリッジ回路を構成するスイッチング素子の特性ばらつき等に起因しての交流端子に出力される交流電圧に直流成分が残留すると、励磁電流に直流成分が含まれるおそれがある。
d2=0.5+Dcom−Ddif×0.5 …(10)
式(9),(10)から分かるように、デューティd1,d2はともに、共通デューティ指令Dcomを含んでいる。また、デューティd1とデューティd2との差分(d1−d2)はデューティ差指令Ddifに等しくなっている。なお、実施の形態1で説明したように、デューティd1における加算分およびデューティd2における減算分の比率は任意に設定することができる。加算分と減算分との比率をk:(1−k)とすると(ただし、0≦k≦1)、デューティd1,d2は、それぞれ、次式(11),(12)により与えられる。
d2=0.5+Dcom−Ddif×(1−k) …(12)
式(11),(12)によれば、デューティd1,d2のうちいずれか一方をDref+Dcomに設定し、他方をDref+Dcomからデューティ差指令Ddifだけ変化させることも可能である。
実施の形態1および2に従う電力変換装置100においては、一次側ブリッジ回路3aに発生させる一次側交流電圧Vtr1と、二次側ブリッジ回路3bに発生させる二次側交流電圧Vtr1との位相差φを制御することにより、直流電源1aおよび直流電源1b間の伝送電力を調整することができる。
実施の形態4では、図6および図12に示した直流成分検出器242,254の構成例について説明する。
実施の形態3では、位相差指令値φ*を更新する好適なタイミングとして、スイッチングキャリア位相がθ0のときに位相差指令値φ*を更新する構成について説明した。実施の形態5では、スイッチングキャリア位相がθ0よりも前に位相差指令値φ*を更新する構成について説明する。
上述した実施の形態1および2に従う電力変換装置100は、DC/DCコンバータ10が一段である構成としたが、インダクタンス要素2に多重変圧器を用いることで、DC/DCコンバータ10を多段とする構成を実現することができる。
図19を参照して、実施の形態6に従う電力変換装置100は、m(mは2以上の整数)台の電力変換ユニット101と、制御装置20とを備える。以下の説明では、第1番目から第m番目の電力変換ユニット101は、この順で配列されているものとする。
Claims (12)
- 第1直流電圧と第2直流電圧との間で電力変換を行なう電力変換装置であって、
前記第1直流電圧を第1交流電圧に変換して第1交流端子に出力する第1のブリッジ回路と、
前記第2直流電圧を第2交流電圧に変換して第2交流端子に出力する第2のブリッジ回路と、
前記第1交流端子と前記第2交流端子との間に接続されるインダクタンス要素と、
前記第1および第2のブリッジ回路の各々における電圧変換を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記第1交流端子および前記インダクタンス要素の間に流れる第1交流電流と、前記第2交流端子および前記インダクタンス要素の間に流れる第2交流電流との差分に基づいて、前記インダクタンス要素を通過する通過電流を算出し、
前記通過電流に含まれる第1直流成分を検出し、
検出された前記第1直流成分を打ち消すように、前記第1交流電圧および前記第2交流電圧の少なくとも一方において、正電位の期間と負電位の期間との比であるデューティを変化させる、電力変換装置。 - 前記制御装置は、
前記第1直流成分が0となるように制御演算を実行することにより、前記第1交流電圧の第1デューティと前記第2交流電圧の第2デューティとの目標偏差を設定し、
前記第1デューティと前記第2デューティとの偏差が前記目標偏差となるように、前記第1デューティおよび前記第2デューティの少なくとも一方を変化させる、請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記制御装置は、
前記第1デューティを、基準デューティに前記目標偏差のk倍(0≦k≦1)を加算した値に設定し、
前記第2デューティを、前記基準デューティから前記目標偏差の(1−k)倍を減算した値に設定する、請求項2に記載の電力変換装置。 - 前記インダクタンス要素は、第1端子が前記第1交流端子に接続され、第2端子が前記第2交流端子の間に接続されたリアクトルである、請求項1から3のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 前記インダクタンス要素は、前記第1交流端子から前記第1交流電圧を受ける一次巻線と、前記第2交流端子から前記第2交流電圧を受ける二次巻線とを有する変圧器であり、
前記制御装置は、
前記第1交流端子および前記一次巻線の間に流れる前記第1交流電流と、前記第2交流端子および前記二次巻線の間に流れる前記第2交流電流との和に基づいて、前記変圧器の励磁電流を算出し、
前記励磁電流に含まれる第2直流成分を検出し、
前記第1直流成分および前記第2直流成分を打ち消すように、前記第1交流電圧および前記第2交流電圧における前記デューティを変化させる、請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記制御装置は、
前記第1直流成分が0となるように制御演算を実行することにより、前記第1交流電圧の第1デューティと前記第2交流電圧の第2デューティとの目標偏差を設定し、
前記第2直流成分が0となるように制御演算を実行することにより、前記第1デューティおよび前記第2デューティの操作量を設定し、
設定された前記操作量に応じて、前記第1デューティおよび前記第2デューティを変化させるとともに、
前記第1デューティと前記第2デューティとの偏差が前記目標偏差となるように、前記第1デューティおよび前記第2デューティの少なくとも一方を変化させる、請求項5に記載の電力変換装置。 - 前記制御装置は、
前記第1デューティを、基準デューティに前記操作量および前記目標偏差のk倍(0≦k≦1)を加算した値に設定し、
前記第2デューティを、前記基準デューティに前記操作量を加算し、かつ、前記目標偏差の(1−k)倍を減算した値に設定する、請求項6に記載の電力変換装置。 - 前記制御装置は、
前記第1交流電圧および前記第2交流電圧間の位相差指令値が0度である場合に、前記第1交流電圧および前記第2交流電圧が第1の極性から第2の極性に切り替わるタイミングを、キャリア位相の基準位相θ0に設定し、
キャリア位相がθ0からθ0+360度となるまでの期間をスイッチング周期に設定する、請求項1から7のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記制御装置は、入力電流に含まれる直流成分を検出するための直流成分検出器を含み、
前記直流成分検出器は、
キャリア位相が第1の位相となるタイミングにおける前記入力電流をサンプリングして保持する第1のサンプリングホールド回路と、
キャリア位相が前記第1の位相に180度を減算した位相となるタイミングにおける前記入力電流をサンプリングして保持する第2のサンプリングホールド回路とを含み、
前記第1の位相は、θ0+180度より大きく、かつθ0+360度より小さい範囲内に設定され、
前記直流成分検出器は、前記第1および第2のサンプリングホールド回路が保持する前記入力電流の平均値を演算することにより、前記直流成分を検出する演算部をさらに含む、請求項8に記載の電力変換装置。 - 前記位相差指令値の最大値をφmaxとした場合、前記第1の位相は、θ0+180度+0.5×φmaxより大きく、かつθ0+360度−0.5×φmaxより小さい範囲内に設定される、請求項9に記載の電力変換装置。
- 前記制御装置は、キャリア位相が基準位相θ0となるタイミングにおいて、前記位相差指令値を更新する、請求項8から10のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 前記制御装置は、
キャリア位相が前記第1の位相以上、かつ、θ0+360度−0.5×φmax以下となるタイミングで、前記位相差指令値を更新し、
キャリア位相が前記位相差指令値を更新した直後のθ0となるタイミングで、前回の前記位相差指令値に基づいた位相シフト量の半分を、更新された前記位相差指令値に置き換えるとともに、
キャリア位相がθ0+0.5φmax以上、かつ、θ0+180度−0.5φmax以下となるタイミングにおいて、前記位相シフト量を、更新された前記位相差指令値に基づいて設定する、請求項9または10に記載の電力変換装置。
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