JP6950205B2 - マルチレベル電力変換回路の制御装置およびマルチレベル電力変換システム - Google Patents
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・非特許文献1は2レベルインバータだが、本願発明は中性点クランプ式3レベル以上のインバータを対象とする。
・非特許文献1は脈動低減の対象が直流電圧であるが、本願発明の対象は中性点電位である。
本実施形態1のマルチレベル電力変換回路の制御装置の主回路は、図5と同様である。図5に示すように、本実施形態1のマルチレベル電力変換回路は、各相共通の2つの第1,第2直流コンデンサCdc1,Cdc2が直列接続される。
本実施形態2のマルチレベル電力変換回路の主回路は、実施形態1と同様である。図2に本実施形態2におけるマルチレベル電力変換回路の制御装置のブロック図を示す。実施形態1と同様の箇所については、同様の符号を付してその説明を省略する。
本実施形態3のマルチレベル電力変換回路の主回路は、実施形態1,2と同様である。図3に本実施形態3におけるマルチレベル電力変換回路の制御装置のブロック図を示す。実施形態1と同様の箇所については、同様の符号を付してその説明を省略する。
・発生する中性点電位脈動の小さいd軸電流指令値Id*については、逆相5次高調波による打ち消しを行わない
・q軸電流指令値Iq*については、絶対値が大きい場合のみ逆相5次高調波による打ち消しを行う
・逆相5次高調波のd軸電流指令値Id−5*は零固定、逆相5次高調波のq軸電流指令値Iq−5*はq軸電流指令値Iq*の絶対値が小さければ零になり、インバータ出力電流の逆相5次高調波は零に制御される。
本実施形態4のマルチレベル電力変換回路の主回路は、実施形態1〜3と同様である。図4に本実施形態4におけるマルチレベル電力変換回路の制御装置のブロック図を示す。実施形態1〜3と同様の箇所については、同様の符号を付してその説明を省略する。
2…3相2相変換器
3…PLL
4…第1dq変換器
5,6,7…乗算器
8…第2dq変換器
9,10…加算器
11,12…減算器
13,14…PIアンプ(電流制御部)
15…第1dq逆変換器
16…2相3相変換器
17…PWM変調器
18,19…減算器
20…乗算器
21…第2dq変換器
22,23…減算器
24,25…Iアンプ(電流制御部)
26…第2dq逆変換器
27,28…加算器
29…減算器
30…デッドバンド処理器
31…減算器
32…デッドタイム処理器
Claims (14)
- 直流電圧を2以上の偶数に分圧する直列接続された各相共通の第1〜第N(N=2以上の整数)直流コンデンサと、
前記第1直流コンデンサの正極端と出力端子との間、および、第K(K=1〜N−1)直流コンデンサの負極端と第K+1直流コンデンサの正極端の接続点と前記出力端子との間、および、第N直流コンデンサの負極端と前記出力端子との間にスイッチングデバイスまたはスイッチを有する各相の電圧選択回路と、
を備え、第K直流コンデンサの負極端と、第K+1直流コンデンサの正極端を接続したマルチレベル電力変換回路の制御装置であって、
3相の電流検出値を固定座標系の2相の電流検出値に変換する3相2相変換器と、
前記固定座標系の2相の電流検出値を、前記マルチレベル電力変換回路の3相の電圧検出値の位相に基づいて、回転座標系のd軸電流検出値,q軸電流検出値に変換する第1dq変換部と、
逆相5次高調波のd軸電流指令値と逆相5次高調波のq軸電流指令値を前記マルチレベル電力変換回路の3相の電圧検出値の位相の6倍の位相に基づいて系統周波数に同期した回転座標系における逆相5次高調波のd軸同期電流指令値,q軸同期電流指令値に変換する第2dq変換器と、
d軸電流指令値に前記逆相5次高調波のd軸同期電流指令値を加算する第1加算器と、
q軸電流指令値に前記逆相5次高調波のq軸同期電流指令値を加算する第2加算器と、
前記第1加算器の出力から前記d軸電流検出値を減算し、d軸電流偏差を出力する第1減算器と、
前記第2加算器の出力から前記q軸電流検出値を減算し、q軸電流偏差を出力する第2減算器と、
前記d軸電流偏差、前記q軸電流偏差に基づいて回転座標系のd軸電圧指令値,q軸電圧指令値を演算する電流制御部と、
回転座標系の前記d軸電圧指令値と前記q軸電圧指令値を固定座標系の2相の電圧指令値に変換するdq逆変換器と、
前記固定座標系の2相の電圧指令値を3相の電圧指令値に変換する2相3相変換器と、
前記3相の電圧指令値およびキャリア信号に基づいて、前記スイッチングデバイスまたはスイッチのゲート指令値を出力するPWM変調器と、
を備えたことを特徴とするマルチレベル電力変換回路の制御装置。 - 前記逆相5次高調波のd軸電流指令値は、d軸電流指令値に−21/25を乗算した値とし、前記逆相5次高調波のq軸電流指令値は、q軸電流指令値に63/55を乗算した値とすることを特徴とする請求項1記載のマルチレベル電力変換回路の制御装置。
- 直流電圧を2以上の偶数に分圧する直列接続された各相共通の第1〜第N(N=2以上の整数)直流コンデンサと、
前記第1直流コンデンサの正極端と出力端子との間、および、第K(K=1〜N−1)直流コンデンサの負極端と第K+1直流コンデンサの正極端の接続点と前記出力端子との間、および、第N直流コンデンサの負極端と前記出力端子との間にスイッチングデバイスまたはスイッチを有する各相の電圧選択回路と、
を備え、第K直流コンデンサの負極端と、第K+1直流コンデンサの正極端を接続したマルチレベル電力変換回路の制御装置であって、
3相の電流検出値を固定座標系の2相の電流検出値に変換する3相2相変換器と、
前記固定座標系の2相の電流検出値を、前記マルチレベル電力変換回路の3相の電圧検出値の位相に基づいて、回転座標系のd軸電流検出値,q軸電流検出値に変換する第1dq変換器と、
d軸電流指令値から前記d軸電流検出値を減算し、d軸電流偏差を出力する第1減算器と、
q軸電流指令値から前記q軸電流検出値を減算し、q軸電流偏差を出力する第2減算器と、
前記d軸電流偏差、前記q軸電流偏差に基づいて回転座標系のd軸電圧指令値,q軸電圧指令値を演算する第1電流制御部と、
前記回転座標系のd軸電圧指令値とq軸電圧指令値を固定座標系の2相のα軸,β軸電圧指令値に変換する第1dq逆変換器と、
前記固定座標系の2相の電流検出値を、前記マルチレベル電力変換回路の3相の電圧検出値の位相の−5倍の位相に基づいて、回転座標系における逆相5次高調波のd軸電流検出値,q軸電流検出値に変換する第2dq変換器と、
逆相5次高調波のd軸電流指令値から前記逆相5次高調波のd軸電流検出値を減算し、d軸5次高調波電流偏差を出力する第3減算器と、
逆相5次高調波のq軸電流指令値から前記逆相5次高調波のq軸電流検出値を減算し、q軸5次高調波電流偏差を出力する第4減算器と、
前記d軸5次高調波電流偏差と前記q軸5次高調波電流偏差とに基づいて、回転座標系における逆相5次高調波のd軸電圧指令値とq軸電圧指令値を出力する第2電流制御部と、
前記回転座標系における逆相5次高調波のd軸電圧指令値とq軸電圧指令値を固定座標系における逆相5次高調波の2相のα軸,β軸電圧指令値に変換する第2dq逆変換器と、
前記固定座標系のα軸電圧指令値に前記固定座標系における逆相5次高調波のα軸電圧指令値を加算し、固定座標系のα軸補正電圧指令値を出力する第1加算器と、
前記固定座標系のβ軸電圧指令値に前記固定座標系における逆相5次高調波のβ軸電圧指令値を加算し、固定座標系のβ軸補正電圧指令値を出力する第2加算器と、
前記固定座標系の2相のα軸,β軸補正電圧指令値を3相の電圧指令値に変換する2相3相変換器と、
前記3相の電圧指令値およびキャリア信号に基づいて、前記スイッチングデバイスまたはスイッチのゲート指令値を出力するPWM変調器と、
を備えたことを特徴とするマルチレベル電力変換回路の制御装置。 - 前記第1電流制御部は、前記d軸電流偏差,前記q軸電流偏差に基づいて、比例積分演算を行い、回転座標系のd軸電圧指令値,q軸電圧指令値を演算し、
前記第2電流制御部は、前記d軸5次高調波電流偏差,前記q軸5次高調波電流偏差に基づいて、積分演算を行い、回転座標系における逆相5次高調波のd軸電圧指令値とq軸電圧指令値を演算することを特徴とする請求項3記載のマルチレベル電力変換回路の制御装置。 - 前記逆相5次高調波のd軸電流指令値は、d軸電流指令値に−21/25を乗算した値とし、
前記逆相5次高調波のq軸電流指令値は、q軸電流指令値に63/55を乗算した値とすることを特徴とする請求項3または4記載のマルチレベル電力変換回路の制御装置。 - 前記逆相5次高調波のd軸電流指令値は零固定とし、
前記逆相5次高調波のq軸電流指令値は、q軸電流指令値の絶対値が閾値以上の場合はq軸電流指令値に63/55を乗算した値とし、q軸電流指令値の絶対値が前記閾値より小さい場合は零とすることを特徴とする請求項3または4記載のマルチレベル電力変換回路の制御装置。 - 前記逆相5次高調波のd軸電流指令値は、d軸電流指令値の絶対値が閾値以上の場合はd軸電流指令値に−21/25を乗算した値とし、d軸電流指令値の絶対値が前記閾値より小さい場合は零とし、
前記q軸電流指令値および前記逆相5次高調波のq軸電流指令値は零固定としたことを特徴とする請求項3または4記載のマルチレベル電力変換回路の制御装置。 - 前記マルチレベル電力変換回路は、
前記N=2とし、前記第1〜第N直流コンデンサに該当する第1,第2直流コンデンサと、
前記第1直流コンデンサの正極端と前記第2直流コンデンサの負極端との間に順次直列接続された各相の第1〜第4スイッチングデバイスと、
前記第1、第2スイッチングデバイスの接続点と、前記第3,第4スイッチングデバイスの接続点との間に順次直列接続された各相の第1,第2ダイオードと、を備え、
前記第1,第2直流コンデンサの接続点と、各相の第1,第2ダイオードの接続点を接続したことを特徴とする請求項1〜7のうち何れかに記載のマルチレベル電力変換回路の制御装置。 - 前記マルチレベル電力変換回路は、
前記N=2とし、前記第1〜第N直流コンデンサに該当する第1,第2直流コンデンサと、
前記第1直流コンデンサの正極端と前記第2直流コンデンサの負極端との間に順次直列接続された各相の第1,第2スイッチングデバイスと、
前記第1,第2直流コンデンサの接続点と、各相の前記第1、第2スイッチングデバイスの接続点と、の間に接続された各相の第3スイッチングデバイスと、を備えたことを特徴とする請求項1〜7のうち何れかに記載のマルチレベル電力変換回路の制御装置。 - 前記マルチレベル電力変換回路は、
直流コンデンサと、前記直流コンデンサの正極端と負極端との間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、前記第1,第2スイッチングデバイスの接続点と前記第3,第4スイッチングデバイスの接続点との間に接続されたフライングキャパシタと、を有する各相共通のN個(N=2以上の整数)の共通モジュールと、
N個の前記共通モジュールのそれぞれの前記直流コンデンサの正極端と出力端子との間、および、N個の前記共通モジュールのそれぞれの前記第2,第3スイッチングデバイスの接続点と前記出力端子との間、および、N個の前記共通モジュールのそれぞれの前記直流コンデンサの負極端と前記出力端子との間にスイッチングデバイスまたはスイッチを有し、N個の前記共通モジュールのそれぞれの前記直流コンデンサの正極端、N個の前記共通モジュールのそれぞれの前記第2,第3スイッチングデバイスの接続点、N個の前記共通モジュールのそれぞれの前記直流コンデンサの負極端のうち何れかを選択して前記出力端子との間を接続状態とする各相の電圧選択回路と、を備え、
K(K=1〜N−1までの整数)番目の前記共通モジュールの直流コンデンサの負極端と、K+1番目の前記共通モジュールの直流コンデンサの正極端を接続し、
K番目の前記共通モジュールの第4スイッチングデバイスと、K+1番目の前記共通モジュールの第1スイッチングデバイスと、を接続し、
K番目の前記共通モジュールの直流コンデンサの負極端とK+1番目の前記共通モジュールの直流コンデンサの正極端との前記電圧選択回路の接続を共通とすることを特徴とする請求項1〜7のうち何れかに記載のマルチレベル電力変換回路の制御装置。 - 前記第1直流コンデンサの正極端と前記第2直流コンデンサの負極端との間に順次直列接続された順変換回路の各相の第5,第6スイッチングデバイスと、前記第1,第2直流コンデンサの接続点と順変換回路の各相の前記第5、第6スイッチングデバイスの接続点との間に接続された順変換回路の各相の第7スイッチングデバイスと、を備えた順変換回路と、
請求項8記載の前記マルチレベル電力変換回路および請求項8記載の前記マルチレベル電力変換回路の制御装置、または、請求項9記載の前記マルチレベル電力変換回路および請求項9記載の前記マルチレベル電力変換回路の制御装置と、
を備えたことを特徴とするマルチレベル電力変換システム。 - 前記順変換回路の各相の前記第5,第6スイッチングデバイスの接続点には、フィルタを介して交流系統電源が接続され、前記フィルタまたは前記交流系統電源は中性線により前記第1,第2直流コンデンサの接続点と接続されたことを特徴とする請求項11記載のマルチレベル電力変換システム。
- N個の前記共通モジュールのそれぞれの前記直流コンデンサの正極端と交流系統電源との間、および、N個の前記共通モジュールのそれぞれの前記第2,第3スイッチングデバイスの接続点と前記交流系統電源との間、および、N個の前記共通モジュールのそれぞれの前記直流コンデンサの負極端と前記交流系統電源との間にスイッチを有し、N個の前記共通モジュールのそれぞれの前記直流コンデンサの正極端、N個の前記共通モジュールのそれぞれの前記第2,第3スイッチングデバイスの接続点、N個の前記共通モジュールのそれぞれの前記直流コンデンサの負極端のうち何れかを選択して前記交流系統電源との間を接続状態とする各相の順変換回路と、
請求項10記載の前記マルチレベル電力変換回路と、
請求項10記載の前記マルチレベル電力変換回路の制御装置と、
を備え、
K番目の前記共通モジュールの直流コンデンサの負極端とK+1番目の前記共通モジュールの直流コンデンサの正極端との前記順変換回路の接続を共通とすることを特徴とするマルチレベル電力変換システム。 - 前記順変換回路と前記交流系統電源との間にフィルタを備え、
前記フィルタまたは前記交流系統電源は中性線により前記第1,第2直流コンデンサの接続点と接続されたことを特徴とする請求項13記載のマルチレベル電力変換システム。
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