JP6926355B1 - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
Description
<電力変換装置の概略構成>
図1は、電力変換装置100の概略構成図である。電力変換装置100は、例えば、高圧直流送電に用いられる電力変換装置、または周波数変換器における順変換用もしくは逆変換用の電力変換装置を示す。
図2は、変換器セル1の構成例を示すブロック図である。図2を参照して、一例としての変換器セル1は、セル主回路60Hと、セル個別制御器61と、通信装置62とを含む。図2では、ハーフブリッジ型のセル主回路60Hの構成が示されている。図3を参照して後述するように、セル主回路60Hに代えて他の構成のブリッジ回路を用いてもよい。
図4は、制御装置5の全体構成を示すブロック図である。図4には、各変換器セル1に設けられたセル主回路(図4中の「主回路」に対応)60およびセル個別制御器(図4中の「個別制御器」に対応)61も併せて示されている。なお、図解を容易にするために通信装置62の図示は省略されている。
図5は、制御装置5のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図5の場合の制御装置5は、コンピュータに基づいて構成される。図5を参照して、制御装置5は、1つ以上の入力変換器70と、1つ以上のサンプルホールド(S/H)回路71と、マルチプレクサ(MUX:multiplexer)72と、A/D変換器73とを含む。さらに、制御装置5は、1つ以上のCPU(Central Processing Unit)74と、RAM(Random Access Memory)75と、ROM(Read Only Memory)76とを含む。さらに、制御装置5は、1つ以上の入出力インターフェイス77と、補助記憶装置78と、上記の構成要素間を相互に接続するバス79とを含む。
(概要)
図6は、アーム共通制御器20の動作を示すブロック図である。図6を参照して、アーム共通制御器20は、交流制御部35と、直流制御部36と、電流演算器21と、平均値演算器22とを含む。これらの構成要素の機能は、例えば、CPU74によって実現される。
電流演算器21は、アーム電流実測値に基づいて、直流電流値Idc、交流電流値Iacu,Iacv,Iacw、および循環電流値Iccu,Iccv,Iccwを計算する。具体的には以下の手順による。
正側アーム電流実測値Iupと負側アーム電流実測値Iunとの平均値を、正側アーム13uおよび負側アーム14uに流れる共通の電流とすると、この電流はレグ回路8uの直流端子を流れるレグ電流Icomuである。レグ電流Icomuは、式(2)のように表される。
v相についても、正側アーム電流実測値Ivpおよび負側アーム電流実測値Ivnを用いて、交流電流値Iacvおよびレグ電流Icomvが算出され、w相についても、正側アーム電流実測値Iwpおよび負側アーム電流実測値Iwnを用いて、交流電流値Iacwおよびレグ電流Icomwが算出される。具体的には、以下の式(3)〜(6)で表される。
Icomv=(Ivp+Ivn)/2 …(4)
Iacw=Iwp−Iwn …(5)
Icomw=(Iwp+Iwn)/2 …(6)
各相のレグ回路8u,8v,8wの正側の直流端子は正側直流端子Npとして共通に接続され、負側の直流端子は負側直流端子Nnとして共通に接続されている。この構成から、各相のレグ電流Icomu,Icomv,Icomwを加算した電流値は、直流回路4の正側端子から流れ込み、負側端子を介して直流回路4に帰還する直流電流値Idcとなる。したがって、直流電流値Idcは、式(7)のように表される。
レグ電流に含まれる直流電流成分は、各相で均等に分担するとセルの電流容量を均等にすることができる。このことを考慮すると、レグ電流と直流電流値の1/3との差分が、直流回路4に流れないが各相のレグ間に流れる循環電流の電流値として演算できる。具体的には、u相、v相、w相の循環電流値Iccu,Iccv,Iccwは、それぞれ以下の式(8),(9),(10)のように表される。
Iccv=Icomv−Idc/3 …(9)
Iccw=Icomw−Idc/3 …(10)
(平均値演算器の動作)
平均値演算器22は、各変換器セル1において検出された個々のキャパシタ電圧実測値Vciから、種々のキャパシタ電圧平均値Vciavを計算する。
図7は、アーム共通制御器20における交流制御部35の動作を説明するための図である。図7を参照して、交流制御部35は、演算器23、無効電力制御器25、無効電流制御器27、直流キャパシタ電圧制御器29、および有効電流制御器31を含む。交流制御部35は、さらに、減算器24,26,28,30と、2相/3相変換器32とを含む。
図9は、アーム共通制御器20における直流制御部36の動作を説明するための図である。図9(a)は、交流回路2から直流回路4に電力を供給する整流器として電力変換装置100が動作する場合における機能ブロック図を示す。図9(b)は、直流回路4から交流回路2に有効電力を供給するインバータとして電力変換装置100が動作する場合における機能ブロック図を示す。直流送電線路の一端に設けられた電力変換装置100は、図9(a)の構成の直流制御部36を含み、直流送電線路の他端に設けられた電力変換装置100は、図9(b)の構成の直流制御部36を含む。
各相のアーム制御器40u,40v,40wの動作について説明する。以下では、u相アーム制御器40uの動作について代表的に説明する。v相アーム制御器40vおよびw相アーム制御器40wの動作は、以下の説明のu相をv相およびw相にそれぞれ読み替えたものと同じである。
各変換器セル1に設けられたセル個別制御器61の動作について説明する。以下では、正側アーム13u用のセル個別制御器61の動作について代表的に説明する。負側アーム14u用のセル個別制御器61の動作は、以下の説明の正側を負側に読み替えたものと同じである。v相およびw相用のセル個別制御器61の動作は、以下の説明のu相をv相またはw相と読み替えたものと同じである。
上述した偏差を用いて、各変換器セル1のスイッチング素子のスイッチング周波数を切り替える構成について説明する。以下の説明では、図7の偏差ΔPr,ΔIr,ΔVcall,ΔIa、図8の偏差ΔVs、図9の偏差ΔVdc,ΔPa,ΔIdc、図10の偏差ΔVcu,ΔVcupn、および図11の偏差ΔVcupを総称して偏差ΔXとも記載する。
図12の例では、偏差|ΔX|が閾値Th1付近で振動する場合に、チャタリングが発生する可能性がある。そこで、変形例1では、図12の比較器132に不感帯機能を追加した構成について説明する。
変形例2では、チャタリングの発生を防止するための他の構成について説明する。
上記では、キャリア発生器65は、周波数切替信号Lの入力を受け付けている場合には、キャリア周波数(すなわち、スイッチング周波数)を周波数Fに設定し、周波数切替信号Hの入力を受け付けている場合には、スイッチング周波数を周波数FHに設定する構成について説明した。変形例3では、スイッチング周波数の増大方式の変形例について説明する。
上述の実施の形態1では、各種の偏差ΔXに着目して、スイッチング周波数を増大させる構成について説明した。実施の形態2では、上述した制御指令値を用いて、各変換器セル1のスイッチング素子のスイッチング周波数を切り替える構成について説明する。以下の説明では、図7の無効電力指令値Prref、無効電流指令値Irref、指令値Vcallref、有効電流指令値Iaref、図8の系統電圧指令値Vsref、図9の直流端子電圧指令値、有効電力指令値Paref、直流電流指令値Idcref、図10の全キャパシタ電圧平均値Vcall、正側キャパシタ電圧平均値Vcup、および図11の正側キャパシタ電圧平均値Vcupを総称して制御指令値SXと記載する。
(1)上述した実施の形態1において、偏差|ΔX|が閾値Th1以上になり、スイッチング周波数を周波数Fから周波数FHに増大させた後、偏差|ΔX|が閾値Th1未満になった場合に周波数FHから周波数Fに戻す構成について説明したが、当該構成に限られない。例えば、偏差|ΔX|が閾値Th1未満になった場合に、周波数FHから周波数を低下させる構成であればよく、全く同一の周波数Fに戻さなくてもよい。
Claims (8)
- 交流回路と直流回路との間で電力変換を行なう自励式電力変換器と、
前記自励式電力変換器に含まれるスイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記自励式電力変換器に対する制御指令値と、前記自励式電力変換器からのフィードバック値との偏差を算出し、
前記偏差が第1閾値以上になった場合に、前記スイッチング素子のスイッチング周波数を増大させる第1制御を実行し、
前記制御指令値は、前記自励式電力変換器から出力される無効電流に対する無効電流指令値であり、
前記フィードバック値は、前記交流回路における交流電流および交流電圧に基づいて算出される無効電流値である、電力変換装置。 - 交流回路と直流回路との間で電力変換を行なう自励式電力変換器と、
前記自励式電力変換器に含まれるスイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記自励式電力変換器に対する制御指令値と、前記自励式電力変換器からのフィードバック値との偏差を算出し、
前記偏差が第1閾値以上になった場合に、前記スイッチング素子のスイッチング周波数を増大させる第1制御を実行し、
前記制御指令値は、前記自励式電力変換器から出力される有効電流に対する有効電流指令値であり、
前記フィードバック値は、前記交流回路における交流電流および交流電圧に基づいて算出される有効電流値である、電力変換装置。 - 交流回路と直流回路との間で電力変換を行なう自励式電力変換器と、
前記自励式電力変換器に含まれるスイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記自励式電力変換器に対する制御指令値と、前記自励式電力変換器からのフィードバック値との偏差を算出し、
前記偏差が第1閾値以上になった場合に、前記スイッチング素子のスイッチング周波数を増大させる第1制御を実行し、
前記制御指令値は、前記交流回路の系統電圧に対する系統電圧指令値であり、
前記フィードバック値は、前記交流回路の系統電圧値である、電力変換装置。 - 交流回路と直流回路との間で電力変換を行なう自励式電力変換器と、
前記自励式電力変換器に含まれるスイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記自励式電力変換器に対する制御指令値と、前記自励式電力変換器からのフィードバック値との偏差を算出し、
前記偏差が第1閾値以上になった場合に、前記スイッチング素子のスイッチング周波数を増大させる第1制御を実行し、
前記自励式電力変換器は、複数のレグ回路を含み、
各前記レグ回路は、互いにカスケード接続された複数の変換器セルを含み、各前記変換器セルは、キャパシタと前記スイッチング素子とを含み、
前記制御指令値は、前記キャパシタの電圧に対する指令値であり、
前記フィードバック値は、前記キャパシタにおいて検出されたキャパシタ電圧実測値である、電力変換装置。 - 交流回路と直流回路との間で電力変換を行なう自励式電力変換器と、
前記自励式電力変換器に含まれるスイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記自励式電力変換器に対する制御指令値と、前記自励式電力変換器からのフィードバック値との偏差を算出し、
前記偏差が第1閾値以上になった場合に、前記スイッチング素子のスイッチング周波数を増大させる第1制御を実行し、
前記制御指令値は、前記自励式電力変換器から出力される無効電力に対する無効電力指令値であり、
前記フィードバック値は、前記交流回路における交流電流および交流電圧に基づいて算出される無効電力値である、電力変換装置。 - 交流回路と直流回路との間で電力変換を行なう自励式電力変換器と、
前記自励式電力変換器に含まれるスイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記自励式電力変換器に対する制御指令値と、前記自励式電力変換器からのフィードバック値との偏差を算出し、
前記偏差が第1閾値以上になった場合に、前記スイッチング素子のスイッチング周波数を増大させる第1制御を実行し、
前記自励式電力変換器は、複数のレグ回路を含み、
各前記レグ回路は、互いにカスケード接続された複数の変換器セルを含み、各前記変換器セルは、キャパシタと前記スイッチング素子とを含み、
前記制御指令値は、前記自励式電力変換器に含まれる全キャパシタの電圧平均値について与えられた指令値であり、
前記フィードバック値は、前記全キャパシタの電圧平均値である、電力変換装置。 - 交流回路と直流回路との間で電力変換を行なう自励式電力変換器と、
前記自励式電力変換器に含まれるスイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記自励式電力変換器に対する制御指令値と、前記自励式電力変換器からのフィードバック値との偏差を算出し、
前記偏差が第1閾値以上になった場合に、前記スイッチング素子のスイッチング周波数を増大させる第1制御を実行し、
前記自励式電力変換器は、複数のレグ回路を含み、
各前記レグ回路は、互いにカスケード接続された複数の変換器セルを含み、各前記変換器セルは、キャパシタと前記スイッチング素子とを含み、
前記制御指令値は、前記自励式電力変換器に含まれる全キャパシタの電圧平均値であり、
前記フィードバック値は、前記レグ回路に含まれる全キャパシタの電圧平均値である、電力変換装置。 - 交流回路と直流回路との間で電力変換を行なう自励式電力変換器と、
前記自励式電力変換器に含まれるスイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記自励式電力変換器に対する制御指令値と、前記自励式電力変換器からのフィードバック値との偏差を算出し、
前記偏差が第1閾値以上になった場合に、前記スイッチング素子のスイッチング周波数を増大させる第1制御を実行し、
前記自励式電力変換器は、複数のレグ回路を含み、
各前記レグ回路は、互いにカスケード接続された複数の変換器セルを含み、各前記変換器セルは、キャパシタと前記スイッチング素子とを含み、
前記制御指令値は、前記レグ回路の正側アームに含まれる各キャパシタの電圧平均値であり、
前記フィードバック値は、前記レグ回路の負側アームに含まれる各キャパシタの電圧平均値である、電力変換装置。
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