JP7002985B2 - Power converter and control method of power converter - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、電力変換装置および電力変換装置の制御方法に関する。 An embodiment of the present invention relates to a power conversion device and a control method for the power conversion device.

直流と交流を変換する電力変換器は、インバータやコンバータとも呼ばれ、社会の中で幅広い分野で用いられている。最も基本的なインバータは、2つの半導体スイッチング素子による2レベルインバータであり、1つのレグで2つの電圧レベルを出力する。 Power converters that convert direct current and alternating current are also called inverters and converters, and are used in a wide range of fields in society. The most basic inverter is a two-level inverter with two semiconductor switching elements, which outputs two voltage levels on one leg.

一方、図7に示すように、相毎に、1のレグに4つ半導体スイッチング素子と2つのダイオード(半導体スイッチング素子でも良い)を備え、各相に共通する直流分圧コンデンサを有する、中性点クランプ型(NPC(Neutral-Point-Clamped))インバータが存在する。図7では三相のNPCインバータ100からなる電力変換装置1の例を示している。NPCインバータ100は1レグで3つの電圧レベルを出力することができ、高耐圧化、損失低減、高調波低減に寄与するため、様々なインバータに用いられている。 On the other hand, as shown in FIG. 7, each phase is provided with four semiconductor switching elements and two diodes (semiconductor switching elements may be used) in one leg, and has a DC voltage dividing capacitor common to each phase. There is a point clamp type (NPC (Neutral-Point-Clamped)) inverter. FIG. 7 shows an example of a power conversion device 1 including a three-phase NPC inverter 100. The NPC inverter 100 can output three voltage levels in one leg, and is used in various inverters because it contributes to high withstand voltage, loss reduction, and harmonic reduction.

J. Pou, et al., ”Fast-Processing Modulation Strategy for the Neutral-Point-Clamped Converter With Total Elimination of Low-Frequency Voltage Oscillations in the Neutral Point”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 54, no. 4, 2007J. Pou, et al., "Fast-Processing Modulation Strategy for the Neutral-Point-Clamped Converter With Total Elimination of Low-Frequency Voltage Oscillations in the Neutral Point", IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 54, no. 4 , 2007

図7の例では、NPCインバータ100は、相毎に、1つのレグに6つ半導体スイッチング素子S~Sを備え、直流電圧vPNを分圧する直流分圧コンデンサC,Cを有する。ここで、直流分圧コンデンサC,Cの中性点NPの電位をvとする。NPCインバータ100の中性点電位vはインバータ動作に従い基本波の3倍で変動する性質を持つ。この中性点電位vの変動が大きいと、半導体スイッチング素子にかかる電圧が変動し、電圧が高い時には耐圧超過で素子が破損する可能性があり、電圧が低い時には所望の電圧が出せず過変調となる可能性がある。 In the example of FIG. 7, the NPC inverter 100 includes six semiconductor switching elements S 1 to S 6 on one leg for each phase, and has DC voltage dividing capacitors C 1 and C 2 for dividing the DC voltage v PN . .. Here, let v n be the potential of the neutral point NP of the DC voltage dividing capacitors C 1 and C 2 . The neutral point potential vn of the NPC inverter 100 has a property of fluctuating three times as much as the fundamental wave according to the operation of the inverter. If the fluctuation of the neutral point potential vn is large, the voltage applied to the semiconductor switching element fluctuates, and when the voltage is high, the withstand voltage may be exceeded and the element may be damaged. It can be modulated.

中性点電位vの変動の大きさは、変調率と力率、コンデンサ容量、負荷電流が関係する。コンデンサ容量と負荷電流を一定値とし、変調率と力率による中性点電位vの変動の大きさを計算すると、図8のグラフのように表される。図8では、力率は、電圧と電流との位相差として表している。変調率が高いほど、また力率が低いほど(位相差=π/2に近いほど)、中性点電位vの変動は大きいことが分かる。 The magnitude of the fluctuation of the neutral point potential vn is related to the modulation factor and the power factor, the capacitor capacity, and the load current. When the magnitude of the fluctuation of the neutral point potential vn due to the modulation factor and the power factor is calculated with the capacitor capacity and the load current as constant values, it is expressed as shown in the graph of FIG. In FIG. 8, the power factor is represented as the phase difference between voltage and current. It can be seen that the higher the modulation factor and the lower the power factor (phase difference = closer to π / 2), the larger the fluctuation of the neutral point potential vn.

中性点電位vの変動を抑える最も単純な方法は、コンデンサ容量を増加させることである。しかし、コンデンサ容量の増加はインバータの体積、コストの増加を招き、事故時のエネルギーも大きくなる。 The simplest way to suppress fluctuations in the neutral potential vn is to increase the capacity of the capacitor. However, an increase in the capacity of the capacitor causes an increase in the volume and cost of the inverter, and the energy in the event of an accident also increases.

この中性点電位vの変動は制御により抑制できる(例えば、非特許文献1)。一般に、NPCインバータの相毎の指令値は1つだが、図9のように上アーム用電圧指令値vupと下アーム用電圧指令値vunの2つを用いる方法がある。上アーム用電圧指令値vupは、図7中の各アームの上半分に位置する半導体スイッチング素子S,S,Sに与える指令値であり、下アーム用電圧指令値vunは、図7中の各アームの下半分に位置する半導体スイッチング素子S,S,Sに与える指令値である。 This fluctuation of the neutral point potential vn can be suppressed by control (for example, Non-Patent Document 1). Generally, the command value for each phase of the NPC inverter is one, but as shown in FIG. 9, there is a method of using two of the upper arm voltage command value vup and the lower arm voltage command value vun . The voltage command value v up for the upper arm is a command value given to the semiconductor switching elements S 1 , S 2 , S 5 located in the upper half of each arm in FIG. 7, and the voltage command value v un for the lower arm is It is a command value given to the semiconductor switching elements S 3 , S 4 , and S 6 located in the lower half of each arm in FIG. 7.

図9ではu相の指令値を例に示している。上アーム用電圧指令値vupは上キャリアcarと比較処理されることで、上アームの半導体スイッチング素子S,S,Sに与えるゲート信号が得られる。一方、下アーム用電圧指令値vunは下キャリアcarと比較処理されることで、下アームの半導体スイッチング素子S,S,Sに与えるゲート信号が得られる。上キャリアcarは変調率0~1の間を変化し、下キャリアcarは変調率-1~0の間を変化する。 FIG. 9 shows the command value of the u phase as an example. The voltage command value vup for the upper arm is subjected to comparative processing with the upper carrier carp to obtain a gate signal to be given to the semiconductor switching elements S1, S2 , and S5 of the upper arm. On the other hand, the voltage command value vn for the lower arm is subjected to comparative processing with the lower carrier car n to obtain a gate signal to be given to the semiconductor switching elements S 3 , S 4 , and S 6 of the lower arm. The upper carrier car p changes between the modulation factors 0 and 1, and the lower carrier car n changes between the modulation factors -1 and 0.

三相分の上アーム用電圧指令値vipおよび下アーム用電圧指令値vin(但し、i=u,v,w)は、次の式(1)により求められる。 The voltage command value for the upper arm vip and the voltage command value for the lower arm v in (where i = u, v, w) for the three phases are obtained by the following equation (1).

Figure 0007002985000001
Figure 0007002985000001

ここで、minは引数の中の最小値を求める関数、maxは最大値を求める関数である。 Here, min is a function for finding the minimum value in the argument, and max is a function for finding the maximum value.

例えば、図10(a)に示される三相の電圧指令値v,v、vがある場合、u相の電圧指令値vは式(1)より図10(b)のように変換される。更に図10(c)に示される上キャリアcarと上アーム用電圧指令値vupとの比較処理、および下キャリアcarと下アーム用電圧指令値vunとの比較処理を経て、図10(d)のようなPWM状のu相出力電圧vuoutが得られる。 For example, when there are three-phase voltage command values v u , v v , v w shown in FIG. 10 (a), the u-phase voltage command value v u is as shown in FIG. 10 (b) from the equation (1). Will be converted. Further, after a comparison process of the upper carrier car p and the voltage command value v up for the upper arm shown in FIG. 10 (c) and a comparison process of the lower carrier car n and the voltage command value v un for the lower arm, FIG. A PWM-like u-phase output voltage v uout as in (d) can be obtained.

この制御による変調法を適用した場合の、変調率と力率による中性点電位の変動の大きさを計算すると、図11のグラフのように表される。すなわち、一定の運転領域において中性点電位の変動を完全に抑制できることが分かる。 When the magnitude of the fluctuation of the neutral point potential due to the modulation factor and the power factor when the modulation method by this control is applied is calculated, it is represented as shown in the graph of FIG. That is, it can be seen that the fluctuation of the neutral point potential can be completely suppressed in a certain operating region.

しかしながら、図10(d)のPWM波形を見ると、上アームのスイッチング素子群も下アームのスイッチング素子群もスイッチングしている区間がある。通常の変調法ではNPCインバータは上アームのスイッチング素子群と下アームのスイッチング素子群のどちらかしかスイッチングしないが、この区間では両方ともスイッチングするのでスイッチング周波数が倍になる。この区間は1周期の1/3なので、平均的に、インバータのスイッチング周波数が1.33倍に増加する。すると、スイッチング損失の増大を招く。また、これを解決するためにはインバータの冷却装置が大型化し、コストが高くなる。また、インバータのランニングコストも増加する。 However, looking at the PWM waveform in FIG. 10D, there is a section in which both the switching element group of the upper arm and the switching element group of the lower arm are switching. In the normal modulation method, the NPC inverter switches only one of the switching element group of the upper arm and the switching element group of the lower arm, but since both are switched in this section, the switching frequency is doubled. Since this section is 1/3 of one cycle, the switching frequency of the inverter increases 1.33 times on average. Then, the switching loss is increased. Further, in order to solve this, the cooling device of the inverter becomes large and the cost increases. In addition, the running cost of the inverter also increases.

本発明が解決しようとする課題は、より広い動作領域で中性点電位の変動を抑制しつつ、スイッチング損失の増大を抑制することを可能にする電力変換装置および電力変換装置の制御方法を提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is to provide a power conversion device and a control method for the power conversion device, which can suppress the increase in switching loss while suppressing the fluctuation of the neutral point potential in a wider operating region. To do.

実施形態の電力変換装置は、中性点クランプ型の電力変換器と、前記電力変換器を構成する各相の第1のスイッチング素子群と第2のスイッチング素子群とに対し、それぞれ、前記電力変換器の各相の電圧指令値を用いて生成される第1の電圧指令値と第2の電圧指令値とを与えることで前記電力変換器の中性点電位の変動を抑制する制御を行う制御手段とを具備し、前記制御手段は、前記電力変換器の各相の電圧指令値に当該電力変換器の零相電圧を重畳して得られる新たな各相の電圧指令値から前記第1の電圧指令値と前記第2の電圧指令値とを生成する第1の制御モードと、前記電力変換器の各相の電圧指令値とその最大値と最小値とに基づいて前記第1の電圧指令値と前記第2の電圧指令値とを生成する第2の制御モードと、を切り替えて実施する手段を有する。 The power conversion device of the embodiment is the power converter of the neutral point clamp type, and the power of each of the first switching element group and the second switching element group of each phase constituting the power converter. By giving a first voltage command value and a second voltage command value generated by using the voltage command values of each phase of the converter, control is performed to suppress fluctuations in the neutral point potential of the power converter. The control means includes a control means, and the control means is the first from a new voltage command value of each phase obtained by superimposing the zero-phase voltage of the power converter on the voltage command value of each phase of the power converter. The first voltage is based on the first control mode that generates the voltage command value of the above and the second voltage command value, the voltage command value of each phase of the power converter, and the maximum and minimum values thereof. It has means for switching between a second control mode for generating a command value and the second voltage command value.

本発明によれば、より広い動作領域で中性点電位の変動を抑制しつつ、スイッチング損失の増大を抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress an increase in switching loss while suppressing fluctuations in the neutral point potential in a wider operating region.

第1の実施形態におけるNPCインバータの一例を示す図。The figure which shows an example of the NPC inverter in 1st Embodiment. 同実施形態における中性点電位変動抑制制御の機能構成の一例を示す図。The figure which shows an example of the functional structure of the neutral point potential fluctuation suppression control in the same embodiment. 同実施形態における零相電圧重畳による中性点電位変動抑制制御の動作の一例を示す図。The figure which shows an example of the operation of the neutral point potential fluctuation suppression control by the zero-phase voltage superimposition in the same embodiment. 同実施形態における零相電圧重畳による中性点電位の変動の一例を示す図。The figure which shows an example of the fluctuation of the neutral point potential by the zero-phase voltage superimposition in the same embodiment. 第3の実施形態におけるキャリア比較処理の機能構成の一例を示すブロック図。The block diagram which shows an example of the functional structure of the carrier comparison processing in 3rd Embodiment. 同実施形態におけるキャリア比較処理の波形の一例を示す図。The figure which shows an example of the waveform of the carrier comparison processing in the same embodiment. 従来技術におけるNPCインバータの回路の一例を示す図。The figure which shows an example of the circuit of the NPC inverter in the prior art. 従来技術における中性点電位の変動の一例を示す図。The figure which shows an example of the fluctuation of the neutral point potential in the prior art. 従来技術の中性点電位変動抑制制御による変調方法の一例を示す図。The figure which shows an example of the modulation method by the neutral point potential fluctuation suppression control of the prior art. 従来技術の中性点電位変動抑制制御による変調波形の一例を示す図。The figure which shows an example of the modulation waveform by the neutral point potential fluctuation suppression control of the prior art. 従来技術の中性点電位変動抑制制御による中性点電位変動の一例を示す図。The figure which shows an example of the neutral point potential fluctuation by the neutral point potential fluctuation suppression control of the prior art.

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.

[第1の実施形態]
最初に、第1の実施形態について説明する。以下では、前述した従来の構成と共通する部分の説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。
[First Embodiment]
First, the first embodiment will be described. In the following, the description of the parts common to the conventional configuration described above will be omitted, and the parts different from the above will be mainly described.

図1は、第1の実施形態に係る電力変換装置の構成の一例を示す図である。なお、この図1では、前述した図7と共通する要素に同一の符号を付している。 FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of the power conversion device according to the first embodiment. In FIG. 1, the same reference numerals are given to the elements common to those in FIG. 7 described above.

電力変換装置1を構成するNPCインバータ100は、図7に示したものと同様の一般的な三相のNPCインバータである。但し、この例に限定されるものではない。例えば、本実施形態では中性点クランプ型の電力変換器としてNPCインバータを例示するが、これをNPCコンバータに代えて実施してもよい。また、中性点クランプは、T型中点クランプであってもよいし、それ以外のタイプであってもよい。 The NPC inverter 100 constituting the power conversion device 1 is a general three-phase NPC inverter similar to that shown in FIG. 7. However, the present invention is not limited to this example. For example, in the present embodiment, an NPC inverter is exemplified as a neutral point clamp type power converter, but this may be implemented instead of the NPC converter. Further, the neutral point clamp may be a T-shaped midpoint clamp or may be another type.

この電力変換装置1には、更に、NPCインバータ100の通常動作の制御と中性点電位vの変動を抑制する制御(以下、「中性点電位変動抑制制御」と呼ぶ。)を行う制御装置10が備えられる。 The power conversion device 1 is further controlled to control the normal operation of the NPC inverter 100 and to suppress fluctuations in the neutral point potential vn (hereinafter, referred to as “neutral point potential fluctuation suppression control”). The device 10 is provided.

制御装置10は、NPCインバータ100を構成する各相の半導体スイッチング素子S,S,S(各アームの上半分に位置する第1のスイッチング素子群)と半導体スイッチング素子S,S,S(各アームの下半分に位置する第2のスイッチング素子群)とに対し、それぞれ、NPCインバータ100の各相の電圧指令値v,v、vを用いて生成される第1の電圧指令値と第2の電圧指令値とを与えることでNPCインバータ100の通常動作の制御と中性点電位vの変動を抑制する制御を行うものである。 The control device 10 includes semiconductor switching elements S 1 , S 2 , S 5 (first switching element group located in the upper half of each arm) and semiconductor switching elements S 3 , S 4 of each phase constituting the NPC inverter 100. , S 6 (second switching element group located in the lower half of each arm), respectively, the first generated using the voltage command values v u , v v , v w of each phase of the NPC inverter 100. By giving the voltage command value of 1 and the voltage command value of the second voltage, the control of the normal operation of the NPC inverter 100 and the control of suppressing the fluctuation of the neutral point potential vn are performed.

特に、この制御装置10は、NPCインバータ100の各相の電圧指令値v,v、vに当該NPCインバータ100の零相電圧を重畳して得られる新たな各相の電圧指令値から上アーム用電圧指令値(第1の電圧指令値)vup,vvp、vwpと下アーム用電圧指令値(第2の電圧指令値)vun,vvn、vwnとを生成する第1の制御モードと、NPCインバータ100の各相の電圧指令値v,v、vとその最大値と最小値とに基づいて前述した式(1)を用いて上アーム用電圧指令値vup,vvp、vwpと下アーム用電圧指令値vun,vvn、vwnとを生成する第2の制御モードと、を切り替えて実施する機能を有する。 In particular, this control device 10 is based on a new voltage command value of each phase obtained by superimposing the zero-phase voltage of the NPC inverter 100 on the voltage command values v u , v v , v w of each phase of the NPC inverter 100. The voltage command value for the upper arm (first voltage command value) v up , v vp , v pp and the voltage command value for the lower arm (second voltage command value) v un , v vn , v wn are generated. Based on the control mode of 1 and the voltage command values v u , v v , v w of each phase of the NPC inverter 100 and their maximum and minimum values, the voltage command value for the upper arm is used using the above-mentioned equation (1). It has a function to switch between a second control mode for generating v up , v vp , v pp and a lower arm voltage command value v un , v v n , v w n .

例えば、制御装置10は、第1の制御モードにおいて、零相電圧が重畳された各相の電圧指令値のいずれかの変調率が所定の範囲(例えば変調率が1よりも小さく-1よりも大きい範囲)を超える場合、第2の制御モードへの切り替えを行う。一方、第2の制御モードにおいて、零相電圧が重畳された各相の電圧指令値のすべての変調率が所定の範囲内に収まれば、第1の制御モードへの切り替えを行う。 For example, in the control device 10, in the first control mode, the modulation factor of any of the voltage command values of each phase on which the zero-phase voltage is superimposed is within a predetermined range (for example, the modulation factor is smaller than 1 and more than -1). If it exceeds a large range), the second control mode is switched to. On the other hand, in the second control mode, if all the modulation factors of the voltage command values of the respective phases on which the zero-phase voltage is superimposed are within a predetermined range, the mode is switched to the first control mode.

式(1)を用いた第2の制御モードによる中性点電位変動抑制制御では、前述した通り、一定の運転領域において中性点電位の変動を完全に抑制できるが、この制御だけでは、上アームのスイッチング素子群S,S,Sと下アームのスイッチング素子群S,S,Sとが両方ともスイッチングしている区間でスイッチング周波数が増加するため、スイッチング損失が増大する。そこで、本実施形態では、零相電圧が重畳された各相の電圧指令値の変調率がいずれも所定の範囲内に収まる期間(過変調でない期間)は、第1の制御モードによる中性点電位変動抑制制御を行う。第1の制御モードにおいては、上アームのスイッチング素子群S,S,Sと下アームのスイッチング素子群S,S,Sとが両方ともスイッチングしている区間が無い。これにより、より広い動作領域で中性点電位変動を抑制しつつ、損失の増加を最低限に抑制することが可能になる。 In the neutral point potential fluctuation suppression control by the second control mode using the equation (1), as described above, the neutral point potential fluctuation can be completely suppressed in a certain operating region, but this control alone is above. Since the switching frequency increases in the section where the switching element group S 1 , S 2 , S 5 of the arm and the switching element group S 3 , S 4 , S 6 of the lower arm are both switched, the switching loss increases. .. Therefore, in the present embodiment, the period during which the modulation rate of the voltage command value of each phase on which the zero-phase voltage is superimposed is within a predetermined range (period without overmodulation) is the neutral point according to the first control mode. Controls to suppress potential fluctuations. In the first control mode, there is no section in which the switching element groups S 1 , S 2 , S 5 of the upper arm and the switching element groups S 3 , S 4 , S 6 of the lower arm are both switched. This makes it possible to suppress the increase in the loss to the minimum while suppressing the fluctuation of the neutral point potential in a wider operating region.

図2は、本実施形態に係る電力変換装置1に備えられる制御装置10によるNPCインバータ100の中性点電位変動抑制制御の機能構成の一例を示す図である。但し、この構成例は一例であり、この例に限定されるものではない。 FIG. 2 is a diagram showing an example of the functional configuration of the neutral point potential fluctuation suppression control of the NPC inverter 100 by the control device 10 provided in the power conversion device 1 according to the present embodiment. However, this configuration example is an example and is not limited to this example.

制御装置10は、図2に示されるように、各種の機能として零相電圧重畳処理部11、判定部12,13、演算部14~17、切替部SW11,SW12,SW21,SW22を有する。 As shown in FIG. 2, the control device 10 has a zero-phase voltage superimposition processing unit 11, determination units 12, 13, calculation units 14 to 17, and switching units SW11, SW12, SW21, and SW22 as various functions.

これらの要素のうち、切替部SW21,SW22は、第1の制御モードと第2の制御モードのうちの一方が選択されるように切替を行うものである。 Among these elements, the switching units SW21 and SW22 switch so that one of the first control mode and the second control mode is selected.

第1の制御モードによる中性点電位変動抑制制御は、零相電圧重畳処理部11、判定部12,13、切替部SW11,SW12、および切替部SW21,SW22を用いて実現される。一方、第2の制御モードによる中性点電位変動抑制制御は、演算部14~18、および切替部SW21,SW22を用いて実現される。 The neutral point potential fluctuation suppression control by the first control mode is realized by using the zero-phase voltage superimposition processing unit 11, the determination units 12, 13, the switching units SW11, SW12, and the switching units SW21, SW22. On the other hand, the neutral point potential fluctuation suppression control by the second control mode is realized by using the calculation units 14 to 18 and the switching units SW21 and SW22.

零相電圧重畳処理部11は、NPCインバータ100の零相電圧を以下に示す式(2)を用いて計算し、当該零相電圧を各相の電圧指令値v,v,vに重畳して電圧指令値vu0,vv0,vw0として出力する機能を有する。この制御装置10は、零相電圧の重畳によって符号が変化する電圧指令値がある場合、当該電圧指令値の符号を反転させて零相電圧の再計算を行い、再計算後の零相電圧を各相の電圧指令値に重畳して電圧指令値vu0,vv0,vw0として出力する機能をも備えている。これにより、より広い動作領域で中性点電位vの変動を抑制することを可能にしている。更に、この制御装置10は、零相電圧の重畳によって符号が変化した電圧指令値がない場合であっても、前述した式(2)の分母が0を跨いで変化する場合には、中間値の電圧指令値の符号を反転させて零相電圧の再計算を行う機能をも更に備えている。これにより、式(2)の分母が0を跨ぐことで過大な零相電圧が生じることを防ぎ、変動抑制制御を正常に作用させることを可能にしている。 The zero-phase voltage superimposition processing unit 11 calculates the zero-phase voltage of the NPC inverter 100 using the equation (2) shown below, and sets the zero-phase voltage to the voltage command values v u , v v , v w of each phase. It has a function to superimpose and output as voltage command values v u0 , v v0 , v w0 . When there is a voltage command value whose sign changes due to superimposition of the zero-phase voltage, the control device 10 inverts the sign of the voltage command value to recalculate the zero-phase voltage, and obtains the recalculated zero-phase voltage. It also has a function to superimpose on the voltage command value of each phase and output it as the voltage command value v u0 , v v0 , v w0 . This makes it possible to suppress fluctuations in the neutral point potential vn in a wider operating region. Further, the control device 10 has an intermediate value when the denominator of the above-mentioned equation (2) changes across 0 even when there is no voltage command value whose sign has changed due to the superposition of the zero-phase voltage. It also has a function to recalculate the zero-phase voltage by inverting the sign of the voltage command value of. This prevents an excessive zero-phase voltage from being generated when the denominator of the equation (2) straddles 0, and makes it possible to operate the fluctuation suppression control normally.

零相電圧重畳処理部11では、以下の式(2)が使用される。 In the zero-phase voltage superimposition processing unit 11, the following equation (2) is used.

Figure 0007002985000002
Figure 0007002985000002

但し、v,v,vは1で規格化された各相のレグに対する電圧指令値を表し、i,i,iは各相のレグから出力される電流を表す。signは符号関数を表す。 However, v u , v v , v w represent the voltage command value for each phase leg standardized by 1, and i u , iv v , i w represent the current output from each phase leg. sign represents a sign function.

ここで、図3を参照して、零相電圧重畳処理部11の動作の一例を説明する。 Here, an example of the operation of the zero-phase voltage superimposition processing unit 11 will be described with reference to FIG.

零相電圧重畳処理部11は、電圧指令値v,v,vとNPCインバータ100から得られる出力電流i,i,iとに基づき、式(2)を用いて零相電圧の計算を行って零相電圧vを求める(S11)。なお、電圧指令値v,v,vは、この後、中間値の算出のほか零相電圧v0reの再計算などにも使用する場合があるため、所定の記憶領域に一旦保存しておく(S12)。 The zero-phase voltage superimposition processing unit 11 uses equation (2) based on the voltage command values v u , v v , v w and the output currents i u , i v , i w obtained from the NPC inverter 100. The voltage is calculated to obtain the zero-phase voltage v 0 (S11). Since the voltage command values v u , v v , v w may be used for the calculation of the intermediate value as well as the recalculation of the zero-phase voltage v 0re , they are temporarily stored in a predetermined storage area. Keep it (S12).

また、零相電圧重畳処理部11は、電圧指令値v,v,vの中間値を求める(S13)。 Further, the zero-phase voltage superimposition processing unit 11 obtains an intermediate value between the voltage command values v u , v v , and v w (S13).

一方で、零相電圧重畳処理部11は、電圧指令値v,v,vのそれぞれに、求めた零相電圧vを加算し、電圧指令値vu0,vv0,vw0を求める(S14)。これら電圧指令値vu0,vv0,vw0についても、電圧指令値vu0,vv0,vw0の中間値を求めておく。 On the other hand, the zero-phase voltage superimposition processing unit 11 adds the obtained zero-phase voltage v 0 to each of the voltage command values v u , v v , v w , and obtains the voltage command values v u 0, v v 0, v w 0. Find (S14). For these voltage command values v u0 , v v0 , and v w0 , the intermediate values of the voltage command values v u0 , v v0 , and v w0 are obtained.

次に、零相電圧重畳処理部11は、零相電圧vを加算する前と後とで中間値の符号が変化したか否かを判定する(S15)。すなわち、零相電圧vを加算する前と後とで中間値の符号が一致するか否かを判定する。双方の間で符号が一致する場合は、零相電圧vを加算する前と後とで中間値の符号が変化していないとみなすことができる(S15のNo)。一方、双方の間で符号が一致しない場合は、零相電圧vを加算する前と後とで中間値の符号が変化したとみなすことができる(S15のYes)。 Next, the zero-phase voltage superimposition processing unit 11 determines whether or not the sign of the intermediate value has changed before and after adding the zero-phase voltage v 0 (S15). That is, it is determined whether or not the sign of the intermediate value matches before and after adding the zero-phase voltage v 0 . When the signs match between the two, it can be considered that the sign of the intermediate value has not changed before and after the addition of the zero-phase voltage v 0 (No in S15). On the other hand, if the signs do not match between the two, it can be considered that the sign of the intermediate value has changed before and after the addition of the zero-phase voltage v 0 (Yes in S15).

ステップS15において、中間値が変化していれれば(S15のYes)、ステップS16の処理へと進む。 If the intermediate value has changed in step S15 (Yes in S15), the process proceeds to step S16.

一方、ステップS15において、中間値が変化していなければ(S15のNo)、零相電圧重畳処理部11は、式(2)の分母が0を跨いで変化したか否かの判定を実施する(S21~S23)。 On the other hand, if the intermediate value has not changed in step S15 (No in S15), the zero-phase voltage superimposition processing unit 11 determines whether or not the denominator of the equation (2) has changed across 0. (S21 to S23).

ここで、力率が0より大で、かつ、分母が0以下でなければ(S21のYes,S22のNo)、零相電圧重畳処理部11は、分母が0を跨いで変化していないとみなし、ステップS14で求めた電圧指令値vu0,vv0,vw0を出力する。一方、力率が0より大で、かつ、分母が0以下であれば(S21のYes,S22のYes)、零相電圧重畳処理部11は、分母が0を跨いで変化したとみなし、ステップS16の処理へと進む。 Here, unless the power factor is greater than 0 and the denominator is 0 or less (Yes in S21, No in S22), the zero-phase voltage superimposition processing unit 11 states that the denominator does not change across 0. Deemed, the voltage command values v u0 , v v0 , and v w0 obtained in step S14 are output. On the other hand, if the power factor is greater than 0 and the denominator is 0 or less (Yes in S21, Yes in S22), the zero-phase voltage superimposition processing unit 11 considers that the denominator has changed across 0, and steps. Proceed to the process of S16.

また、力率が0より大ではなく、かつ、分母が0以上でなければ(S21のNo,S23のNo)、零相電圧重畳処理部11は、分母が0を跨いで変化していないとみなし、ステップS14で求めた電圧指令値vu0,vv0,vw0を出力する。一方、力率が0より大ではなく、かつ、分母が0以上であれば(S21のNo,S23のYes)、零相電圧重畳処理部11は、分母が0を跨いで変化したとみなし、ステップS16の処理へと進む。 Further, if the power factor is not greater than 0 and the denominator is not 0 or more (No in S21, No in S23), the zero-phase voltage superimposition processing unit 11 states that the denominator does not change across 0. Deemed, the voltage command values v u0 , v v0 , and v w0 obtained in step S14 are output. On the other hand, if the power factor is not greater than 0 and the denominator is 0 or more (No in S21, Yes in S23), the zero-phase voltage superimposition processing unit 11 considers that the denominator has changed across 0. The process proceeds to step S16.

ステップS16において、零相電圧重畳処理部11は、ステップS13で求めた電圧指令値v,v,vの中間値の符号を反転させた上で、零相電圧の再計算を行って零相電圧v0reを求め(S16)、求めた零相電圧v0reを、ステップS12で保存しておいた電圧指令値v,v,vのそれぞれに加算して、電圧指令値vu0,vv0,vw0を求め(S17)、求めた電圧指令値vu0,vv0,vw0を出力する。 In step S16, the zero-phase voltage superimposition processing unit 11 recalculates the zero-phase voltage after inverting the sign of the intermediate value of the voltage command values v u , v v , v w obtained in step S13. The zero-phase voltage v 0re is obtained (S16), and the obtained zero-phase voltage v 0re is added to each of the voltage command values v u , v v , v w saved in step S12, and the voltage command value v The u0 , v v0 , and v w0 are obtained (S17), and the obtained voltage command values v u0 , v v0 , and v w0 are output.

なお、上述したS21~S23の処理は、必ずしも必要とされるものではなく、その実施を省略してもよい。その場合、ステップS15において中間値が変化していなければ(S15のNo)、零相電圧重畳処理部11は、零相電圧の再計算を行うことなく、ステップS14で求めた電圧指令値vu0,vv0,vw0を出力する。 The above-mentioned processes S21 to S23 are not always required, and their implementation may be omitted. In that case, if the intermediate value has not changed in step S15 (No in S15), the zero-phase voltage superimposition processing unit 11 does not recalculate the zero-phase voltage, and the voltage command value v u0 obtained in step S14. , V v0 , v w0 are output.

このように、零相電圧を重畳することで中間値の符号が変わる場合には、符号を反転させて零相電圧の再計算を行い、零相電圧v0reを得て、この零相電圧v0reを各相の電圧指令値v,v,vに重畳する。これにより、変動抑制効果が適正に発揮される。 In this way, when the sign of the intermediate value changes by superimposing the zero-phase voltage, the sign is inverted and the zero-phase voltage is recalculated to obtain the zero-phase voltage v 0re , and this zero-phase voltage v. 0re is superimposed on the voltage command values v u , v v , v w of each phase. As a result, the effect of suppressing fluctuations is properly exhibited.

零相電圧重畳処理部11から出力される電圧指令値vu0,vv0,vw0は、各相の1つのレグに対する指令値であるため、判定部12、SW11およびSW12により、当該電圧指令値を上アーム用電圧指令値vup,vvp、vwpと下アーム用電圧指令値vun,vvn、vwnとに分ける。 Since the voltage command values v u0 , v v0 , and v w0 output from the zero-phase voltage superimposition processing unit 11 are command values for one leg of each phase, the voltage command values are determined by the determination unit 12, SW11, and SW12. Is divided into upper arm voltage command values vup , vvp , vwp and lower arm voltage command values vun , vvn , vwn .

具体的には、判定部12により変調率が正であるか負であるかを判定し、変調率が正であれば、電圧指令値vu0,vv0,vw0が上アーム用電圧指令値vup,vvp、vwpとして出力され、固定値「0」が下アーム用電圧指令値vun,vvn、vwnとして出力されるように、切替部SW11,SW12をそれぞれ操作する。一方、変調率が正でなければ(負であれば)、固定値「0」が上アーム用電圧指令値vup,vvp、vwpとして出力され、電圧指令値vu0,vv0,vw0が下アーム用電圧指令値vun,vvn、vwnとして出力されるように、切替部SW11,SW12をそれぞれ操作する。 Specifically, the determination unit 12 determines whether the modulation factor is positive or negative, and if the modulation factor is positive, the voltage command values v u0 , v v0 , and v w0 are the voltage command values for the upper arm. The switching units SW11 and SW12 are operated so that they are output as vup , vvp , and vwp , and the fixed value "0" is output as the lower arm voltage command values vun , vvn , and vwn , respectively. On the other hand, if the modulation factor is not positive (if it is negative), the fixed value "0" is output as the voltage command values for the upper arm v up , v v p, v wp , and the voltage command values v u0 , v v0 , v. The switching units SW11 and SW12 are operated so that w0 is output as the lower arm voltage command values v un , v v n , and v w n , respectively.

また、判定部13、SW21およびSW22により、零相電圧重畳処理部11から出力される電圧指令値vu0,vv0,vw0のいずれかの変調率が例えば1よりも小さく-1よりも大きい範囲を超えるか否かに応じて、第1の制御モードまたは第2の制御モードが選択されるようにする。 Further, the modulation factor of any one of the voltage command values v u0 , v v0 , and v w0 output from the zero-phase voltage superimposition processing unit 11 by the determination unit 13, SW21, and SW22 is smaller than 1, for example, and larger than -1. The first control mode or the second control mode is selected depending on whether or not the range is exceeded.

具体的には、判定部13により電圧指令値vu0,vv0,vw0のいずれも変調率の絶対値が1よりも小さいか否かを判定し、小さければ、切替部SW11から出力される値が切替部SW21を通じて上アーム用電圧指令値vup,vvp、vwpとして出力され、切替部SW12から出力される値が切替部SW22を通じて下アーム用電圧指令値vun,vvn、vwnとして出力されるように、切替部SW21,SW22をそれぞれ操作する。この場合、第1の制御モードが設定される。 Specifically, the determination unit 13 determines whether or not the absolute value of the modulation factor of any of the voltage command values v u0 , v v0 , and v w0 is smaller than 1, and if it is smaller, it is output from the switching unit SW11. The value is output as the upper arm voltage command value v up , v vp , v wp through the switching unit SW21, and the value output from the switching unit SW12 is the lower arm voltage command value v un , v vn , v through the switching unit SW 22. The switching units SW21 and SW22 are operated so as to be output as wn . In this case, the first control mode is set.

一方、電圧指令値vu0,vv0,vw0のいずれかの変調率の絶対値が1よりも小さくなければ、演算部16から出力される値が切替部SW21を通じて上アーム用電圧指令値vup,vvp、vwpとして出力され、演算部18から出力される値が切替部SW22を通じて下アーム用電圧指令値vun,vvn、vwnとして出力されるように、切替部SW21,SW22をそれぞれ操作する。この場合、第2の制御モードが設定される。 On the other hand, if the absolute value of any of the voltage command values v u0 , v v0 , and v w0 is not smaller than 1, the value output from the calculation unit 16 is the voltage command value v for the upper arm through the switching unit SW21. Switching units SW21, SW22 so that the values output as up , v vp , v wp and output from the arithmetic unit 18 are output as lower arm voltage command values v un , v vn , v w n through the switching unit SW 22. Operate each. In this case, the second control mode is set.

演算部14~18は、前述した式(1)の演算を実施する要素である。演算部14,15,16により「(v/2)-(min(v,v、v)/2)」(但し、i=u,v,w)を計算し、上アーム用電圧指令値vip(即ち、vup,vvp,vwp)を求める一方で、演算部14,17,18により「(v/2)-(max(v,v,v)/2)」を計算し、下アーム用電圧指令値vin(即ち、vun,vvn、vwn)を求める。 The calculation units 14 to 18 are elements for performing the calculation of the above-mentioned equation (1). Calculation units 14, 15 and 16 calculate "( vi / 2)-(min (v u , v v , v w ) / 2)" (however, i = u, v, w) for the upper arm. While obtaining the voltage command value vip (that is, vup , vvp , vwp ), the arithmetic units 14, 17, and 18 "( vi / 2)-(max ( vu , vv , vw )). / 2) ”is calculated, and the voltage command value for the lower arm vin (that is, v un , v v n , v w n ) is obtained.

上記零相電圧による中性点電位変動抑制制御を適用した場合の中性点電位vの変動を、変調率、力率(電圧と電流との位相差)ごとに計算し、グラフ化すると、図4のようになる。すなわち、変調率が低く、力率が低い(位相差=π/2に近い)運転領域では、中性点電位の変動を完全に抑制できることが分かる。 When the fluctuation of the neutral point potential vn when the neutral point potential fluctuation suppression control by the zero-phase voltage is applied is calculated for each modulation factor and power factor (phase difference between voltage and current) and graphed, It becomes as shown in FIG. That is, it can be seen that in the operating region where the modulation factor is low and the power factor is low (phase difference = close to π / 2), the fluctuation of the neutral point potential can be completely suppressed.

上記零相電圧による中性点電位変動抑制制御では、上アームのスイッチング素子群S,S,Sと下アームのスイッチング素子群S,S,Sとが両方ともスイッチングしている区間がなく、スイッチング周波数は増加しないので、式(1)のみを用いた制御よりも損失を小さくすることができる。また、本実施形態を適用する事で、図4で変動が出ている運転領域では式(1)を用いた制御が適用されるため、より広い動作領域で中性点電位の変動を抑制することができる。この場合、中性点電位vの変動のグラフは図11と同様になる。 In the neutral point potential fluctuation suppression control by the zero-phase voltage, both the upper arm switching element groups S1, S2, S5 and the lower arm switching element groups S3 , S4 , S6 are switched. Since there is no section and the switching frequency does not increase, the loss can be made smaller than that of the control using only the equation (1). Further, by applying this embodiment, since the control using the equation (1) is applied in the operating region where the fluctuation appears in FIG. 4, the fluctuation of the neutral point potential is suppressed in a wider operating region. be able to. In this case, the graph of the fluctuation of the neutral point potential vn becomes the same as in FIG.

このように第2の実施形態によれば、より広い動作領域で中性点電位変動を抑制しつつ、損失の増加を最低限に抑制できる。また、コンデンサ容量の増加を防ぎつつ、スイッチング損失の増大を抑制し、小型・低コストの電力変換装置を提供することが可能になる。 As described above, according to the second embodiment, it is possible to suppress the increase in the neutral point potential while suppressing the increase in the loss to the minimum in a wider operating region. Further, it becomes possible to provide a compact and low-cost power conversion device by suppressing an increase in switching loss while preventing an increase in capacitor capacity.

なお、本実施形態では、零相電圧を重畳する際に電圧指令値v,v,vのうち中間値の符号が変化することから、当該中間値を対象に符号の変化を判定する場合を例示したが、この例に限定されるものではない。例えば、電圧指令値v,v,vの中間値を判定する処理を行うことなく、各相の電圧指令値v,v,vのそれぞれについて、符号の変化を判定するようにしてもよい。また、符号が変化する電圧指令値の判定を上記以外の手法で行うようにしても構わない。 In the present embodiment, since the sign of the intermediate value among the voltage command values v u , v v , and v w changes when the zero-phase voltage is superimposed, the change in the sign is determined for the intermediate value. The case is illustrated, but the case is not limited to this example. For example, the change in the code is determined for each of the voltage command values v u , v v , v w of each phase without performing the process of determining the intermediate value of the voltage command values v u , v v , v w . You may do it. Further, the determination of the voltage command value whose sign changes may be performed by a method other than the above.

また、零相電圧を重畳する前後の電圧指令値の符号の変化の有無は、零相電圧を重畳する前後の2つの電圧指令値の減算結果をもとに判定してもよいが、これに限らず、別の手法(例えば他の種類の論理回路など)を用いて判定してもよい。 Further, whether or not the sign of the voltage command value before and after the zero-phase voltage is superimposed may be determined based on the subtraction result of the two voltage command values before and after the zero-phase voltage is superimposed. The determination is not limited to this, and the determination may be made using another method (for example, another type of logic circuit).

[第2の実施形態]
次に、第2の実施形態について説明する。以下では、第1の実施形態と共通する部分の説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。
[Second Embodiment]
Next, the second embodiment will be described. In the following, the description of the parts common to the first embodiment will be omitted, and the parts different from the first embodiment will be mainly described.

第2の実施形態に係る電力変換装置の構成は、図1に示したものと同様である。但し、第2の実施形態における制御装置10は、第1の実施形態の図2に示した判定部13と異なる判定部(図示せず)を備え、第1の実施形態と異なる判定基準で制御モードの切替を行う。 The configuration of the power conversion device according to the second embodiment is the same as that shown in FIG. However, the control device 10 in the second embodiment includes a determination unit (not shown) different from the determination unit 13 shown in FIG. 2 of the first embodiment, and is controlled by a determination standard different from that in the first embodiment. Switch the mode.

第2の実施形態における制御装置10は、NPCインバータ100の運転条件によって第2の制御モードから第1の制御モードへの切り替え(もしくは第1の制御モードから第2の制御モードへの切替)を行う。第1の制御モードを適用する運転条件または第2の制御モードを適用する運転条件は、例えば、変調率および力率を用いて予め定められる。なお、これに限らず、有効電力指令および無効電力指令などを用いて定めてもよい。運転条件を示す情報は、所定の記憶領域に保存され、NPCインバータ100の運転中、制御モードを切り替える判定基準として使用される。 The control device 10 in the second embodiment switches from the second control mode to the first control mode (or from the first control mode to the second control mode) depending on the operating conditions of the NPC inverter 100. conduct. The operating conditions to which the first control mode is applied or the operating conditions to which the second control mode is applied are predetermined, for example, using a modulation factor and a power factor. Not limited to this, it may be determined by using an active power command, an ineffective power command, or the like. The information indicating the operating conditions is stored in a predetermined storage area and is used as a determination criterion for switching the control mode during the operation of the NPC inverter 100.

例えば、第1の制御モードによる第1の運転範囲と、第2の制御モードによる第2の運転範囲との境界を、例えば変調率および力率を用いて予め定めておき、第1の運転領域での運転には第1の制御モードを適用し、第2の運転領域での運転には第2の制御モードを適用する。 For example, the boundary between the first operating range according to the first control mode and the second operating range according to the second control mode is predetermined by using, for example, a modulation factor and a power factor, and the first operating region is set. The first control mode is applied to the operation in the second operation area, and the second control mode is applied to the operation in the second operation area.

第2の実施形態によれば、第1の実施形態に比べ、制御モードを切り替える判定基準をより細やかに設定することができるため、損失抑制と中性点電位変動抑制とのバランスをより良くし、運転状況に応じたより適切な制御モードでの運転を実現することができる。 According to the second embodiment, as compared with the first embodiment, the determination criteria for switching the control mode can be set more finely, so that the balance between the loss suppression and the neutral point potential fluctuation suppression is improved. , It is possible to realize the operation in a more appropriate control mode according to the operating condition.

[第3の実施形態]
次に、第3の実施形態について説明する。以下では、第1の実施形態と共通する部分の説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment will be described. In the following, the description of the parts common to the first embodiment will be omitted, and the parts different from the first embodiment will be mainly described.

第2の実施形態に係る電力変換装置の構成は、図1に示したものと同様である。但し、第2の実施形態における制御装置10は、さらに、第2の制御モードにおいて、上アーム用電圧指令値vupと下アーム用電圧指令値vunのそれぞれの状態に応じて、NPCインバータ100のキャリア周波数を変化させる機能を備えている。 The configuration of the power conversion device according to the second embodiment is the same as that shown in FIG. However, the control device 10 in the second embodiment further, in the second control mode, the NPC inverter 100 is based on the respective states of the upper arm voltage command value vup and the lower arm voltage command value vun . It has a function to change the carrier frequency of the inverter.

例えば、制御装置10は、上アーム用電圧指令値vupと下アーム用電圧指令値vunの両方が0でない場合に、キャリア周波数を例えば通常の1/2の周波数に低下させる機能、あるいは、上アームの半導体スイッチング素子S,S,Sと、下アームの半導体スイッチング素子S,S,Sとを合わせた素子群のスイッチング周波数が一定以上増える期間に、NPCインバータ100のキャリア周波数を例えば通常の1/2の周波数に低下させる機能を有する。 For example, the control device 10 has a function of lowering the carrier frequency to, for example, half the normal frequency when both the upper arm voltage command value vup and the lower arm voltage command value vun are not 0. During the period when the switching frequency of the element group including the semiconductor switching elements S 1 , S 2 , S 5 of the upper arm and the semiconductor switching elements S 3 , S 4 , S 6 of the lower arm increases by a certain amount or more, the NPC inverter 100 It has a function of lowering the carrier frequency to, for example, half the normal frequency.

図5は、本実施形態に係る電力変換装置1に備えられる制御装置10に備えられるキャリア周波数切替制御の機能構成の一例を示す図である。但し、この構成例は一例であり、この例に限定されるものではない。 FIG. 5 is a diagram showing an example of a functional configuration of carrier frequency switching control provided in the control device 10 provided in the power conversion device 1 according to the present embodiment. However, this configuration example is an example and is not limited to this example.

キャリアはcar1とcar2の2種類があり、car1が通常キャリア、car2が切替キャリアである。ここで、car2は、例えばcar1の周波数の1/2の周波数であるものとするが、これに限定されるものではない。car2は、例えばcar1の周波数の1/3の周波数であってもよい。 There are two types of carriers, car1 and car2. Car1 is a normal carrier and car2 is a switching carrier. Here, it is assumed that car2 has a frequency that is ½ of the frequency of car1, for example, but the frequency is not limited to this. car2 may be, for example, a frequency of 1/3 of the frequency of car1.

制御装置10は、比較部31,32、演算部33,34、判定部35,36、演算部37、切替部SW31,SW32を有する。 The control device 10 has a comparison unit 31, 32, a calculation unit 33, 34, a determination unit 35, 36, a calculation unit 37, and a switching unit SW31, SW32.

比較部31は、上アーム用電圧指令値vupと通常キャリアcar1との比較結果、または、上アーム用電圧指令値vupと切替キャリアcar2との比較結果を、上アーム素子用のゲート信号gupとして出力する。 The comparison unit 31 displays the comparison result between the upper arm voltage command value vup and the normal carrier car1 or the comparison result between the upper arm voltage command value vup and the switching carrier car2, and the gate signal g for the upper arm element. Output as up .

比較部32は、下アーム用電圧指令値vunと、演算部33で計算される通常キャリアcar1と値「1」との差分との比較結果、または、下アーム用電圧指令値vunと、演算部34で計算される切替キャリアcar2と値「1」との差分との比較結果を、下アーム素子のゲート信号gunとして出力する。 The comparison unit 32 has a comparison result between the lower arm voltage command value v un and the difference between the normal carrier car 1 calculated by the calculation unit 33 and the value "1", or the lower arm voltage command value v un . The comparison result between the switching carrier car2 calculated by the calculation unit 34 and the difference between the value "1" is output as the gate signal gun of the lower arm element.

判定部35は、上アーム用電圧指令値vupが0であるか否かを判定し、0であれば1を出力し、0でなければ0を出力する。 The determination unit 35 determines whether or not the voltage command value vup for the upper arm is 0, outputs 1 if it is 0, and outputs 0 if it is not 0.

判定部36は、下アーム用電圧指令値vunが0であるか否かを判定し、0であれば1を出力し、0でなければ0を出力する。 The determination unit 36 determines whether or not the lower arm voltage command value vn is 0, outputs 1 if it is 0, and outputs 0 if it is not 0.

演算部37は、判定部35,36の出力の少なくとも一方が0でないならば(即ち、上アーム用電圧指令値vupと下アーム用電圧指令値vunが少なくとも一方が0であれば)、切替部SW31,SW32がそれぞれ接点0を選択するように操作する。一方、判定部35,36の出力が両方とも0であれば(即ち、上アーム用電圧指令値vupと下アーム用電圧指令値vunが両方とも0ではないならば)、切替部SW31,SW32がそれぞれ1接点を選択するように操作する。 If at least one of the outputs of the determination units 35 and 36 is not 0 (that is, if at least one of the voltage command value vup for the upper arm and the voltage command value v un for the lower arm is 0), the calculation unit 37 may use the calculation unit 37. The switching units SW31 and SW32 are operated so as to select contact 0, respectively. On the other hand, if the outputs of the determination units 35 and 36 are both 0 (that is, if both the upper arm voltage command value vup and the lower arm voltage command value vun are not 0), the switching unit SW31, Operate so that each SW32 selects one contact.

このような構成において、上アーム用電圧指令値vupと下アーム用電圧指令値vunが少なくとも一方が0である期間では、通常キャリアcar1が適用される。一方、上アーム用電圧指令値vupと下アーム用電圧指令値vunが両方とも0ではない期間では、切替キャリアcar2が適用される。これを波形図で示すと、図6のようになる。 In such a configuration, the normal carrier car1 is applied during the period in which at least one of the upper arm voltage command value vup and the lower arm voltage command value vun is 0. On the other hand, the switching carrier car2 is applied during the period when both the upper arm voltage command value vup and the lower arm voltage command value vun are not 0. This is shown in a waveform diagram as shown in FIG.

上アーム用電圧指令値vupと下アーム用電圧指令値vunが両方とも0ではない期間に、仮に通常キャリアcar1を適用すると、上アームと下アームの合計スイッチング回数は、倍になるが、本実施形態では、キャリアcar2が適用されるため、キャリア周波数が1/2になり、切替前と比べて全体のスイッチング回数は変わらない。即ち、スイッチング損失の増加は抑制される。 If the normal carrier car1 is applied during the period when both the upper arm voltage command value vup and the lower arm voltage command value vun are not 0, the total number of switchings between the upper arm and the lower arm is doubled, but In the present embodiment, since the carrier car2 is applied, the carrier frequency is halved, and the total number of switchings does not change as compared with that before switching. That is, the increase in switching loss is suppressed.

第3の実施形態によれば、第1の実施形態に比べ、スイッチング損失の増加をより一層抑制することが可能になる。 According to the third embodiment, it is possible to further suppress the increase in switching loss as compared with the first embodiment.

以上詳述したように、各実施形態によれば、より広い動作領域で中性点電位の変動を抑制しつつ、スイッチング損失の増大を抑制することができる。 As described in detail above, according to each embodiment, it is possible to suppress the increase in the switching loss while suppressing the fluctuation of the neutral point potential in a wider operating region.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and variations thereof are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.

10…制御装置、11…零相電圧重畳処理部、12,13…判定部、14~17…演算部、31,32…比較部、33,34…演算部、35,36…判定部、37…演算部、100…NPCインバータ、SW11,SW12,SW21,SW22,SW31,SW32…切替部。 10 ... Control device, 11 ... Zero-phase voltage superimposition processing unit, 12, 13 ... Judgment unit, 14 to 17 ... Calculation unit, 31, 32 ... Comparison unit, 33, 34 ... Calculation unit, 35, 36 ... Judgment unit, 37 ... Calculation unit, 100 ... NPC inverter, SW11, SW12, SW21, SW22, SW31, SW32 ... Switching unit.

Claims (6)

中性点クランプ型の電力変換器と、
前記電力変換器を構成する各相の第1のスイッチング素子群と第2のスイッチング素子群とに対し、それぞれ、前記電力変換器の各相の電圧指令値を用いて生成される第1の電圧指令値と第2の電圧指令値とを与えることで前記電力変換器の中性点電位の変動を抑制する制御を行う制御手段と
を具備し、
前記制御手段は、
前記電力変換器の各相の電圧指令値に当該電力変換器の零相電圧を重畳して得られる新たな各相の電圧指令値から前記第1の電圧指令値と前記第2の電圧指令値とを生成する第1の制御モードと、
前記電力変換器の各相の電圧指令値とその最大値と最小値とに基づいて前記第1の電圧指令値と前記第2の電圧指令値とを生成する第2の制御モードと、
を切り替えて実施する手段を有する、電力変換装置。
Neutral point clamp type power converter and
A first voltage generated by using the voltage command value of each phase of the power converter for the first switching element group and the second switching element group of each phase constituting the power converter. It is provided with a control means for controlling the fluctuation of the neutral point potential of the power converter by giving a command value and a second voltage command value.
The control means is
The first voltage command value and the second voltage command value from the new voltage command values of each phase obtained by superimposing the zero-phase voltage of the power converter on the voltage command values of each phase of the power converter. The first control mode to generate and
A second control mode that generates the first voltage command value and the second voltage command value based on the voltage command value of each phase of the power converter and its maximum and minimum values.
A power conversion device having means for switching and implementing.
前記制御手段は、
前記第1の制御モードにおいて、前記零相電圧が重畳された各相の電圧指令値のいずれかの変調率が所定の範囲を超える場合に、前記第2の制御モードへの切り替えを行う、
請求項1に記載の電力変換装置。
The control means is
In the first control mode, when the modulation factor of any of the voltage command values of each phase on which the zero-phase voltage is superimposed exceeds a predetermined range, switching to the second control mode is performed.
The power conversion device according to claim 1.
前記制御手段は、
前記電力変換器の運転条件によって、前記第1の制御モードと前記第2の制御モードとの間の切り替えを行う、
請求項1記載の電力変換装置。
The control means is
Switching between the first control mode and the second control mode is performed according to the operating conditions of the power converter.
The power conversion device according to claim 1.
前記制御手段は、
前記第2の制御モードにおいて、前記第1の電圧指令値と前記第2の電圧指令値のそれぞれの状態に応じて、前記電力変換器のキャリア周波数を変化させる、
請求項1記載の電力変換装置。
The control means is
In the second control mode, the carrier frequency of the power converter is changed according to the respective states of the first voltage command value and the second voltage command value.
The power conversion device according to claim 1.
前記制御手段は、
前記第2の制御モードにおいて、前記第1のスイッチング素子群と前記第2のスイッチング素子群とを合わせた素子群のスイッチング周波数が一定以上増える期間に、前記電力変換器のキャリア周波数を低下させる、
請求項4記載の電力変換装置。
The control means is
In the second control mode, the carrier frequency of the power converter is lowered during a period in which the switching frequency of the element group including the first switching element group and the second switching element group increases by a certain amount or more.
The power conversion device according to claim 4.
中性点クランプ型の電力変換器を有する電力変換装置の制御方法であって、
制御手段により、前記電力変換器を構成する各相の第1のスイッチング素子群と第2のスイッチング素子群とに対し、それぞれ、前記電力変換器の各相の電圧指令値を用いて生成される第1の電圧指令値と第2の電圧指令値とを与えることで前記電力変換器の中性点電位の変動を抑制する制御を行うこと
を含み、前記制御は、
前記電力変換器の各相の電圧指令値に当該電力変換器の零相電圧を重畳して得られる新たな各相の電圧指令値から前記第1の電圧指令値と前記第2の電圧指令値とを生成する第1の制御モードと、
前記電力変換器の各相の電圧指令値とその最大値と最小値とに基づいて前記第1の電圧指令値と前記第2の電圧指令値とを生成する第2の制御モードと、
を切り替えて実施することを含む、電力変換装置の制御方法。
It is a control method of a power converter having a neutral point clamp type power converter.
By the control means, the first switching element group and the second switching element group of each phase constituting the power converter are generated by using the voltage command value of each phase of the power converter. The control includes controlling the fluctuation of the neutral point potential of the power converter by giving a first voltage command value and a second voltage command value.
The first voltage command value and the second voltage command value from the new voltage command values of each phase obtained by superimposing the zero-phase voltage of the power converter on the voltage command values of each phase of the power converter. The first control mode to generate and
A second control mode that generates the first voltage command value and the second voltage command value based on the voltage command value of each phase of the power converter and its maximum and minimum values.
A method of controlling a power converter, including switching between the two.
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