JP7099486B2 - Control device and power converter - Google Patents

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Description

本発明は、制御装置及び電力変換装置に関する。 The present invention relates to a control device and a power conversion device.

従来より、入力側変換器を三相単相マトリックスコンバータとし、出力側変換器を単相インバータとしたＤｕａｌ－Ａｃｔｉｖｅ－Ｂｒｉｄｇｅ構成の電力変換器とその制御法が知られている（特許文献１）。この特許文献１には、ソフトスイッチングを実現する回路構成とスイッチングパターン及び半導体スイッチのオン時間割合（デューティ比）の計算方法が示されている。これらにより、入力電流指令値に基づいて、ソフトスイッチングを行いながら、三相ＡＣ／ＤＣ変換動作を実現している。 Conventionally, a power converter having a Dual-Active-Bridge configuration in which an input-side converter is a three-phase single-phase matrix converter and an output-side converter is a single-phase inverter and a control method thereof have been known (Patent Document 1). .. This Patent Document 1 discloses a circuit configuration for realizing soft switching, a switching pattern, and a method for calculating an on-time ratio (duty ratio) of a semiconductor switch. As a result, three-phase AC / DC conversion operation is realized while performing soft switching based on the input current command value.

特許第６５６２３０１号Patent No. 6562301

しかしながら、上記従来の技術では、入力電流指令値と実際の入力電流の誤差が大きく、これに起因して入力電流に高調波が重畳する問題がある。 However, in the above-mentioned conventional technique, there is a problem that the error between the input current command value and the actual input current is large, and the harmonics are superimposed on the input current due to this.

従来手法は、本来台形波状の複雑な波形である高周波トランス部の電流を、方形波に近似することにより、デューティ比の計算を行っているが、この近似誤差が大きく、前述の問題が発生する。 In the conventional method, the duty ratio is calculated by approximating the current of the high-frequency transformer, which is originally a complex waveform with a trapezoidal wave shape, to a square wave, but this approximation error is large and the above-mentioned problem occurs. ..

Ｄｕａｌ－Ａｃｔｉｖｅ－Ｂｒｉｄｇｅ構成の電力変換器は非線形な特性を持ち、入力側を三端子とした上記の回路は、デューティ比と電流指令値の関係は連立二次方程式となる。このため非線形性が強く、適切なデューティ比の決定が難しい。 The power converter having the Dual-Active-Bridge configuration has a non-linear characteristic, and in the above circuit having three terminals on the input side, the relationship between the duty ratio and the current command value is a simultaneous quadratic equation. Therefore, the non-linearity is strong and it is difficult to determine an appropriate duty ratio.

本発明は上記の事情を考慮してなされたものであり、電流指令値との誤差を低減した電力の変換を行うことができることを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and an object of the present invention is to be able to perform power conversion with a reduced error from the current command value.

上記目的を達成するために、第１発明の制御装置は、電源と接続される入力端側の電力変換器と、トランス部と、出力端側の電力変換器とを含み、前記入力端又は前記出力端が、Ｎ個（Ｎは３以上である。）の端子を有する、前記電源からの電力を変換する電力変換回路を制御する制御装置であって、前記Ｎ個の端子を有する前記入力端側又は前記出力端側に対し、電流指令値の瞬時値から、予め定められた条件を満たすＮ－２個の端子と前記トランス部とを接続する時間に関する操作量を推定し、前記操作量に応じて前記電力変換器を制御する制御部を含んで構成されている。 In order to achieve the above object, the control device of the first invention includes a power converter on the input end side connected to a power supply, a transformer unit, and a power converter on the output end side, and the input end or the said. The output terminal is a control device that controls a power conversion circuit that converts power from the power source and has N terminals (N is 3 or more), and the input terminal having the N terminals. From the instantaneous value of the current command value for the side or the output end side, the operation amount related to the time for connecting the N-2 terminals satisfying the predetermined conditions and the transformer unit is estimated, and the operation amount is set to the operation amount. It is configured to include a control unit that controls the power converter accordingly.

第１発明によれば、制御部によって、前記Ｎ個の端子を有する前記入力端側又は前記出力端側に対し、電流指令値の瞬時値から、予め定められた条件を満たすＮ－２個の端子と前記トランス部とを接続する時間に関する操作量を推定し、前記操作量に応じて前記電力変換器を制御する。 According to the first invention, N-2 pieces satisfying predetermined conditions from the instantaneous value of the current command value for the input end side or the output end side having the N terminals by the control unit. The operation amount regarding the time for connecting the terminal and the transformer unit is estimated, and the power converter is controlled according to the operation amount.

このように、電流指令値の瞬時値から、予め定められた条件を満たすＮ－２個の端子と前記トランス部とを接続する時間に関する操作量を推定することにより、電流指令値との誤差を低減した電力の変換を行うことができる。 In this way, by estimating the operation amount related to the time for connecting the N-2 terminals satisfying the predetermined conditions and the transformer unit from the instantaneous value of the current command value, an error with the current command value can be obtained. Reduced power conversion can be performed.

第２発明に係る制御装置は、３個の端子を有し交流電源と接続される入力端と、前記入力端側の電力変換器と、トランス部と、３個の端子を有する出力端と、前記出力端側の電力変換器とを含み、前記交流電源からの電力を変換する電力変換回路を制御する制御装置であって、前記入力端の３個の端子のうちの、電圧が中間となる端子の電流指令値の瞬時値、及び前記出力端の３個の端子のうちの、電圧が中間となる端子の電流指令値の瞬時値から、前記入力端側及び前記出力端側の各々の、電圧が中間となる端子と前記トランス部とを接続する時間に関する操作量を推定し、前記操作量に応じて、前記入力端側の電力変換器及び前記出力端側の電力変換器を制御する制御部を含んで構成されている。 The control device according to the second invention includes an input end having three terminals and connected to an AC power supply, a power converter on the input end side, a transformer unit, and an output end having three terminals. A control device that controls a power conversion circuit that converts power from an AC power source, including a power converter on the output end side, in which the voltage of the three terminals at the input end is in the middle. From the instantaneous value of the current command value of the terminal and the instantaneous value of the current command value of the terminal whose voltage is intermediate among the three terminals of the output end, each of the input end side and the output end side. Control that estimates the amount of operation related to the time for connecting the terminal with an intermediate voltage and the transformer unit, and controls the power converter on the input end side and the power converter on the output end side according to the operation amount. It is composed including a part.

第２発明によれば、制御部によって、前記入力端の３個の端子のうちの、電圧が中間となる端子の電流指令値の瞬時値、及び前記出力端の３個の端子のうちの、電圧が中間となる端子の電流指令値の瞬時値から、前記入力端側及び前記出力端側の各々の、電圧が中間となる端子と前記トランス部とを接続する時間に関する操作量を推定し、前記操作量に応じて、前記入力端側の電力変換器及び前記出力端側の電力変換器を制御する。 According to the second invention, the control unit determines the instantaneous value of the current command value of the terminal having an intermediate voltage among the three terminals at the input terminal and the three terminals at the output end. From the instantaneous value of the current command value of the terminal having an intermediate voltage, the operation amount regarding the time for connecting the terminal having an intermediate voltage and the transformer portion of each of the input end side and the output end side is estimated. The power converter on the input end side and the power converter on the output end side are controlled according to the operation amount.

このように、入力端及び出力端の電流指令値の瞬時値から、前記入力端側及び前記出力端側の各々の、電圧が中間となる端子と前記トランス部とを接続する時間に関する操作量を推定することにより、電流指令値との誤差を低減した電力の変換を行うことができる。 In this way, from the instantaneous values of the current command values at the input end and the output end, the amount of operation related to the time for connecting the terminal having an intermediate voltage and the transformer portion on each of the input end side and the output end side can be obtained. By estimating, it is possible to perform power conversion with a reduced error from the current command value.

第３発明に係る電力変換装置は、上記の制御装置と、電源からの電力を変換する前記電力変換回路と、を含んで構成されている。 The power conversion device according to the third invention includes the above-mentioned control device and the power conversion circuit for converting power from a power source.

本発明によれば、電流指令値との誤差を低減した電力の変換を行うことができるという効果が得られる。 According to the present invention, there is an effect that electric power can be converted with a reduced error from the current command value.

本発明の実施の形態に係る電力変換装置の構成の一例を表すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of the structure of the power conversion apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る電力変換回路の構成の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the structure of the power conversion circuit which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る電力変換回路の構成の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the structure of the power conversion circuit which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る電力変換回路のスイッチング素子の構成の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the structure of the switching element of the power conversion circuit which concerns on embodiment of this invention. トランス部の電流の波形及び電流の波形の一例を示す波形図である。It is a waveform diagram which shows an example of the current waveform and the current waveform of a transformer part. 電力変換回路の電力制御系を示すブロック線図である。It is a block diagram which shows the power control system of a power conversion circuit. 電力変換回路の入力端側の電圧中間相の電流制御系を示すブロック線図である。It is a block diagram which shows the current control system of the voltage intermediate phase on the input end side of a power conversion circuit. 電力変換回路の出力端側の電圧中間相の電流制御系を示すブロック線図である。It is a block diagram which shows the current control system of the voltage intermediate phase on the output end side of a power conversion circuit. 入力端及び出力端の各々の電圧の波形及び電流の波形の一例を示す波形図、及び各操作量の変化を示す図である。It is a waveform diagram which shows an example of the voltage waveform and the current waveform of each of an input end and an output end, and is a figure which shows the change of each operation amount. 電圧中間相の電流指令値及び電流の波形の一例を示す波形図、および電圧中間相のデューティ比の変化を示す図である。It is a waveform diagram which shows an example of the current command value and the current waveform of a voltage intermediate phase, and is the figure which shows the change of the duty ratio of a voltage intermediate phase. 入力端側の電圧中間相の電流制御系の誤差及びパラメータの変化の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the error of the current control system of the voltage intermediate phase on the input end side, and the change of a parameter. 電流制御系のパラメータの最適化前後における入力端の電流の波形の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the waveform of the current of an input end before and after the optimization of the parameter of a current control system. 本発明の実施の形態の他の例に係る電力変換回路の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the power conversion circuit which concerns on another example of embodiment of this invention. 本発明の実施の形態の他の例に係る電力変換回路の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the power conversion circuit which concerns on another example of embodiment of this invention. 本発明の実施の形態の他の例に係る電力変換回路の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the power conversion circuit which concerns on another example of embodiment of this invention. 本発明の実施の形態の他の例に係る電力変換回路の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the power conversion circuit which concerns on another example of embodiment of this invention. 本発明の実施の形態の他の例に係るトランス部の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the transformer part which concerns on another example of embodiment of this invention.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

［本発明の実施の形態の概要］
入力端もしくは出力端が３つ以上のＤｕａｌ－Ａｃｔｉｖｅ－Ｂｒｉｄｇｅ方式の電力変換回路において、各スイッチング素子のオン時間（操作量）と各端子の電流（制御量）の関係は連立二次方程式で表されるため、制御量の目標値から適切な操作量を解析的に求めるのは困難である。 [Outline of Embodiment of the present invention]
In a Dual-Active-Bridge system power conversion circuit with three or more input ends or output ends, the relationship between the on-time (operation amount) of each switching element and the current (control amount) of each terminal is expressed by a simultaneous quadratic equation. Therefore, it is difficult to analytically obtain an appropriate manipulated variable from the target value of the controlled variable.

また、フィードバック制御は可能だが、電力変換器の非線形性から、高速で安定な制御系の設計は難しい。 Although feedback control is possible, it is difficult to design a high-speed and stable control system due to the non-linearity of the power converter.

そこで、本発明の実施の形態では、制御量と操作量との関係式を用いて制御量の目標値の瞬時値から適切な操作量を推定することにより、高速な制御を実現する。 Therefore, in the embodiment of the present invention, high-speed control is realized by estimating an appropriate manipulated variable from the instantaneous value of the target value of the controlled variable using the relational expression between the controlled variable and the manipulated variable.

なお、関係式を用いた推定結果には誤差が含まれるが、制御量と目標値の誤差を最小化するように関係式のパラメータを逐次更新することによって、誤差の少ない制御を実現する。 Although the estimation result using the relational expression includes an error, the control with less error is realized by sequentially updating the parameters of the relational expression so as to minimize the error between the control amount and the target value.

［本発明の実施の形態の装置構成］
図１に示した本実施の形態の電力変換装置は、電源の電力を変換してモータ等の負荷に供給する。図１に示すように、本実施の形態の電力変換装置１０は、電源の電力を変換する電力変換回路２０と、電力変換回路２０を制御する制御装置３０と、を備える。 [Device Configuration of Embodiments of the Present Invention]
The power conversion device of the present embodiment shown in FIG. 1 converts the power of the power source and supplies it to a load such as a motor. As shown in FIG. 1, the power conversion device 10 of the present embodiment includes a power conversion circuit 20 that converts the power of a power source and a control device 30 that controls the power conversion circuit 20.

図２に示すように、本実施の形態の電力変換回路２０は、３相の交流電源２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗと接続する端子２４Ｕ、２４Ｖ、２４Ｗと、三相の交流電圧を単相の交流電圧に変換する電力変換器２６と、トランス部２８と、単相の交流電圧を三相の交流電圧に変換する電力変換器３２と、負荷３４Ｒ、３４Ｓ、３４Ｔと接続される端子３６Ｒ、３６Ｓ、３６Ｔとを備えている。 As shown in FIG. 2, the power conversion circuit 20 of the present embodiment has terminals 24U, 24V, 24W connected to a three-phase AC power supply 22U, 22V, 22W, and a three-phase AC voltage as a single-phase AC voltage. The power converter 26, the transformer unit 28, the power converter 32 that converts a single-phase AC voltage into a three-phase AC voltage, and the terminals 36R, 36S, 36T connected to the loads 34R, 34S, 34T. And have.

図３に示すように、電力変換器２６は、スイッチング素子４０Ｕ１、４０Ｕ２、４０Ｖ１、４０Ｖ２、４０Ｗ１、４０Ｗ２と、ＬＣフィルタ４６Ｕ、４６Ｖ、４６Ｗと、を備えている。 As shown in FIG. 3, the power converter 26 includes switching elements 40U1, 40U2, 40V1, 40V2, 40W1, 40W2, and LC filters 46U, 46V, 46W.

スイッチング素子４０Ｕ１の一端は、ＬＣフィルタ４６Ｕを介して交流電源２２Ｕと接続され、スイッチング素子４０Ｕ１の他端は、トランス部２８の入力端側の端子の一方と接続されている。また、スイッチング素子４０Ｕ２の一端は、ＬＣフィルタ４６Ｕを介して交流電源２２Ｕと接続され、スイッチング素子４０Ｕ２の他端は、トランス部２８の入力端側の端子の他方と接続されている。 One end of the switching element 40U1 is connected to the AC power supply 22U via the LC filter 46U, and the other end of the switching element 40U1 is connected to one of the terminals on the input end side of the transformer unit 28. Further, one end of the switching element 40U2 is connected to the AC power supply 22U via the LC filter 46U, and the other end of the switching element 40U2 is connected to the other of the terminals on the input end side of the transformer unit 28.

スイッチング素子４０Ｖ１の一端は、ＬＣフィルタ４６Ｖを介して交流電源２２Ｖと接続され、スイッチング素子４０Ｖ１の他端は、トランス部２８の入力端側の端子の一方と接続されている。また、スイッチング素子４０Ｖ２の一端は、ＬＣフィルタ４６Ｖを介して交流電源２２Ｖと接続され、スイッチング素子４０Ｖ２の他端は、トランス部２８の入力端側の端子の他方と接続されている。 One end of the switching element 40V1 is connected to the AC power supply 22V via the LC filter 46V, and the other end of the switching element 40V1 is connected to one of the terminals on the input end side of the transformer unit 28. Further, one end of the switching element 40V2 is connected to the AC power supply 22V via the LC filter 46V, and the other end of the switching element 40V2 is connected to the other of the terminals on the input end side of the transformer unit 28.

スイッチング素子４０Ｗ１の一端は、ＬＣフィルタ４６Ｗを介して交流電源２２Ｗと接続され、スイッチング素子４０Ｗ１の他端は、トランス部２８の入力端側の端子の一方と接続されている。また、スイッチング素子４０Ｗ２の一端は、ＬＣフィルタ４６Ｗを介して交流電源２２Ｗと接続され、スイッチング素子４０Ｗ２の他端は、トランス部２８の入力端側の端子の他方と接続されている。 One end of the switching element 40W1 is connected to the AC power supply 22W via the LC filter 46W, and the other end of the switching element 40W1 is connected to one of the terminals on the input end side of the transformer unit 28. Further, one end of the switching element 40W2 is connected to the AC power supply 22W via the LC filter 46W, and the other end of the switching element 40W2 is connected to the other of the terminals on the input end side of the transformer unit 28.

ＬＣフィルタ４６Ｕは、インダクタ４２Ｕ及びコンデンサ４４Ｕにより構成され、ＬＣフィルタ４６Ｖは、インダクタ４２Ｖ及びコンデンサ４４Ｖにより構成され、ＬＣフィルタ４６Ｗは、インダクタ４２Ｗ及びコンデンサ４４Ｗにより構成されている。 The LC filter 46U is composed of an inductor 42U and a capacitor 44U, the LC filter 46V is composed of an inductor 42V and a capacitor 44V, and the LC filter 46W is composed of an inductor 42W and a capacitor 44W.

電力変換器３２は、スイッチング素子５０Ｒ１、５０Ｒ２、５０Ｓ１、５０Ｓ２、５０Ｔ１、５０Ｔ２と、ＬＣフィルタ５６Ｒ、５６Ｓ、５６Ｔと、を備えている。 The power converter 32 includes switching elements 50R1, 50R2, 50S1, 50S2, 50T1, 50T2, and LC filters 56R, 56S, 56T.

スイッチング素子５０Ｒ１の一端は、ＬＣフィルタ５６Ｒを介して負荷３４Ｒと接続され、スイッチング素子５０Ｒ１の他端は、トランス部２８の出力端側の端子の一方と接続されている。また、スイッチング素子５０Ｒ２の一端は、ＬＣフィルタ５６Ｒを介して負荷３４Ｒと接続され、スイッチング素子５０Ｒ２の他端は、トランス部２８の出力端側の端子の他方と接続されている。 One end of the switching element 50R1 is connected to the load 34R via the LC filter 56R, and the other end of the switching element 50R1 is connected to one of the terminals on the output end side of the transformer unit 28. Further, one end of the switching element 50R2 is connected to the load 34R via the LC filter 56R, and the other end of the switching element 50R2 is connected to the other of the terminals on the output end side of the transformer unit 28.

スイッチング素子５０Ｓ１の一端は、ＬＣフィルタ５６Ｓを介して負荷３４Ｓと接続され、スイッチング素子５０Ｓ１の他端は、トランス部２８の出力端側の端子の一方と接続されている。また、スイッチング素子５０Ｓ２の一端は、ＬＣフィルタ５６Ｓを介して負荷３４Ｓと接続され、スイッチング素子５０Ｓ２の他端は、トランス部２８の出力端側の端子の他方と接続されている。 One end of the switching element 50S1 is connected to the load 34S via the LC filter 56S, and the other end of the switching element 50S1 is connected to one of the terminals on the output end side of the transformer unit 28. Further, one end of the switching element 50S2 is connected to the load 34S via the LC filter 56S, and the other end of the switching element 50S2 is connected to the other of the terminals on the output end side of the transformer unit 28.

スイッチング素子５０Ｔ１の一端は、ＬＣフィルタ５６Ｔを介して負荷３４Ｔと接続され、スイッチング素子５０Ｔ１の他端は、トランス部２８の出力端側の端子の一方と接続されている。また、スイッチング素子５０Ｔ２の一端は、ＬＣフィルタ５６Ｔを介して負荷３４Ｔと接続され、スイッチング素子５０Ｔ２の他端は、トランス部２８の出力端側の端子の他方と接続されている。 One end of the switching element 50T1 is connected to the load 34T via the LC filter 56T, and the other end of the switching element 50T1 is connected to one of the terminals on the output end side of the transformer unit 28. Further, one end of the switching element 50T2 is connected to the load 34T via the LC filter 56T, and the other end of the switching element 50T2 is connected to the other of the terminals on the output end side of the transformer unit 28.

ＬＣフィルタ５６Ｒは、インダクタ５２Ｒ及びコンデンサ５４Ｒにより構成され、ＬＣフィルタ５６Ｓは、インダクタ５２Ｓ及びコンデンサ５４Ｓにより構成され、ＬＣフィルタ５６Ｔは、インダクタ５２Ｔ及びコンデンサ５４Ｔにより構成されている。 The LC filter 56R is composed of an inductor 52R and a capacitor 54R, the LC filter 56S is composed of an inductor 52S and a capacitor 54S, and the LC filter 56T is composed of an inductor 52T and a capacitor 54T.

なお、スイッチング素子４０Ｕ１、４０Ｕ２、４０Ｖ１、４０Ｖ２、４０Ｗ１、４０Ｗ２、５０Ｒ１、５０Ｒ２、５０Ｓ１、５０Ｓ２、５０Ｔ１、５０Ｔ２の各々は、図４（Ａ）に示す回路構成で実現される。なお、図４（Ａ）に示す回路構成に限定されるものではなく、ＭＯＳＦＥＴを用いる場合には、スイッチング素子を、図４（Ｂ）に示す回路構成で実現してもよく、能動素子を１つだけ用いる場合には、スイッチング素子を、図４（Ｃ）、（Ｄ）に示す回路構成で実現してもよく、逆素子ＩＧＢＴを用いる場合には、スイッチング素子を、図４（Ｅ）に示す回路構成で実現してもよい。 Each of the switching elements 40U1, 40U2, 40V1, 40V2, 40W1, 40W2, 50R1, 50R2, 50S1, 50S2, 50T1 and 50T2 is realized by the circuit configuration shown in FIG. 4A. The circuit configuration is not limited to that shown in FIG. 4A, and when a MOSFET is used, the switching element may be realized by the circuit configuration shown in FIG. 4B, and the active element may be 1. When only one is used, the switching element may be realized by the circuit configuration shown in FIGS. 4 (C) and 4 (D), and when the reverse element IGBT is used, the switching element may be realized in FIG. 4 (E). It may be realized by the circuit configuration shown.

制御装置３０は、交流電源２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗのうちの電圧中間相から入力される電流を正弦波にするように、電圧中間相の電流をＰＷＭ制御する。すなわち、入力端側の電圧中間相を使用する割合（電圧中間相に電流を流す時間割合を示すデューティ比）を制御する。 The control device 30 PWM controls the current of the voltage intermediate phase so that the current input from the voltage intermediate phase of the AC power supplies 22U, 22V, and 22W becomes a sine wave. That is, the ratio of using the voltage intermediate phase on the input end side (duty ratio indicating the ratio of time for passing a current through the voltage intermediate phase) is controlled.

また、制御装置３０は、負荷３４Ｒ、３４Ｓ、３４Ｔのうちの電圧中間相へ出力される電流を正弦波にするように、電圧中間相の電流をＰＷＭ制御する。すなわち、出力端側の電圧中間相を使用する割合（電圧中間相に電流を流す時間割合を示すデューティ比）を制御する。 Further, the control device 30 PWM controls the current of the voltage intermediate phase so that the current output to the voltage intermediate phase of the loads 34R, 34S, 34T becomes a sine wave. That is, the ratio of using the voltage intermediate phase on the output end side (duty ratio indicating the ratio of time for passing a current through the voltage intermediate phase) is controlled.

また、制御装置３０は、トランス部２８の一次側電圧ｖ１と二次側電圧ｖ２の位相差δを制御する。 Further, the control device 30 controls the phase difference δ between the primary side voltage v1 and the secondary side voltage v2 of the transformer unit 28.

このように、本実施の形態では、上記３つの操作量を制御することとし、交流入出力電流を直接制御せず、電力と、電圧中間相の電流のみを制御量とし、間接的に交流入出力電流を制御する。 As described above, in the present embodiment, the above three operation amounts are controlled, the AC input / output current is not directly controlled, only the electric power and the voltage intermediate phase current are used as the control amounts, and the AC input / output is indirectly performed. Control the output current.

上記の３つの操作量に応じたトランス部２８の電圧波形と電流波形とを図５に示す。 FIG. 5 shows a voltage waveform and a current waveform of the transformer unit 28 according to the above three operation amounts.

ここで、電力は位相差δに対し増加し、入力端側の電圧中間相の平均電流は、デューティ比ｄｍ１に対し増加し、出力端側の電圧中間相の平均電流は、デューティ比ｄｍ２に対し増加する。 Here, the electric power increases with respect to the phase difference δ, the average current of the voltage intermediate phase on the input end side increases with respect to the duty ratio d m1 , and the average current of the voltage intermediate phase on the output end side is the duty ratio d m2 . Will increase.

すわなち、位相差δの調整により、通常のＤｕａｌ－Ａｃｔｉｖｅ－Ｂｒｉｄｇｅと同様に伝送する平均電力を調整することが出来る。また、ｄｍ１とｄｍ２の調整により、入力端側と出力端側の電圧中間相の電流をそれぞれ制御することが出来る。他の相の電流は、電力と電圧中間相の電流を制御することにより間接的に制御される。 That is, by adjusting the phase difference δ, the average power to be transmitted can be adjusted in the same manner as a normal Dual-Active-Bridge. Further, by adjusting d m1 and d m2 , it is possible to control the currents of the voltage intermediate phases on the input end side and the output end side, respectively. The currents of the other phases are indirectly controlled by controlling the currents of the power and voltage intermediate phases.

制御装置３０は、具体的には、図１に示すように、指令部６２と、操作量推定部６４と、フィードバック制御部６６と、パラメータ更新部６８と、スイッチング制御部７０とを備えている。なお、操作量推定部６４と、フィードバック制御部６６と、パラメータ更新部６８と、スイッチング制御部７０とは、制御部の一例である。 Specifically, as shown in FIG. 1, the control device 30 includes a command unit 62, an operation amount estimation unit 64, a feedback control unit 66, a parameter update unit 68, and a switching control unit 70. .. The operation amount estimation unit 64, the feedback control unit 66, the parameter update unit 68, and the switching control unit 70 are examples of the control unit.

指令部６２は、電力指令値と、入力端側の電圧が中間となる端子の電流指令値の波形と、出力端側の電圧が中間となる端子の電流指令値の波形とを出力する。 The command unit 62 outputs a waveform of the power command value, a waveform of the current command value of the terminal in which the voltage on the input end side is intermediate, and a waveform of the current command value of the terminal in which the voltage on the output end side is intermediate.

操作量推定部６４は、電力指令値と、入力端側の、電圧が中間となる端子の電流指令値の瞬時値と、出力端側の、電圧が中間となる端子の電流指令値の瞬時値とから、電圧が中間となる端子から印加される電圧を使用する時間を表すデューティ比ｄｍ１、ｄｍ２と、位相差δとを含む操作量を推定する。 The operation amount estimation unit 64 is a momentary value of the power command value, the instantaneous value of the current command value of the terminal on the input end side where the voltage is intermediate, and the instantaneous value of the current command value of the terminal on the output end side where the voltage is intermediate. From, the operation amount including the duty ratios d m1 and d m2 representing the time for using the voltage applied from the terminal having the intermediate voltage and the phase difference δ is estimated.

具体的には、操作量推定部６４は、電力指令値と位相差δとの関係を表す関係式を用いて、電力指令値から位相差δを推定する。 Specifically, the manipulated variable estimation unit 64 estimates the phase difference δ from the power command value using a relational expression expressing the relationship between the power command value and the phase difference δ.

また、操作量推定部６４は、入力端側の、電圧が中間となる端子の電流指令値と電力指令値とデューティ比ｄｍ１との関係を表す二次式を用いて、入力端側の、電圧が中間となる端子の電流指令値の瞬時値からデューティ比ｄｍ１を推定する。 Further, the manipulated variable estimation unit 64 uses a quadratic equation expressing the relationship between the current command value, the power command value, and the duty ratio dm1 of the terminal having an intermediate voltage on the input end side, and uses the input end side. The duty ratio d m1 is estimated from the instantaneous value of the current command value of the terminal whose voltage is in the middle.

また、操作量推定部６４は、出力端側の、電圧が中間となる端子の電流指令値と電力指令値とデューティ比ｄｍ２との関係を表す二次式を用いて、出力端側の、電圧が中間となる端子の電流指令値の瞬時値からデューティ比ｄｍ２を推定する。 Further, the operation amount estimation unit 64 uses a quadratic equation expressing the relationship between the current command value, the power command value, and the duty ratio dm2 of the terminal on the output end side where the voltage is in the middle, and uses the secondary equation on the output end side. The duty ratio d m2 is estimated from the instantaneous value of the current command value of the terminal whose voltage is in the middle.

フィードバック制御部６６は、トランス部２８の１次側もしくは２次側の電圧及び電流から計算される平均電力と、電力指令値との誤差に基づいて、位相差δを出力する。 The feedback control unit 66 outputs the phase difference δ based on the error between the average power calculated from the voltage and current on the primary side or the secondary side of the transformer unit 28 and the power command value.

電力の制御は、１次側もしくは２次側どちらか一方の電力誤差に基づいて行う。 Power control is performed based on the power error of either the primary side or the secondary side.

フィードバック制御部６６は、入力端側の、電圧が中間となる端子の電流指令値の瞬時値と、入力端側の、電圧が中間となる端子に流れる電流の瞬時値との誤差を出力する。 The feedback control unit 66 outputs an error between the instantaneous value of the current command value of the terminal having an intermediate voltage on the input end side and the instantaneous value of the current flowing to the terminal having an intermediate voltage on the input end side.

フィードバック制御部６６は、出力端側の、電圧が中間となる端子の電流指令値の瞬時値と、出力端側の、電圧が中間となる端子に流れる電流の瞬時値との誤差を出力する。 The feedback control unit 66 outputs an error between the instantaneous value of the current command value of the terminal having an intermediate voltage on the output end side and the instantaneous value of the current flowing to the terminal having an intermediate voltage on the output end side.

スイッチング制御部７０は、操作量推定部６４により推定された位相差δ及びフィードバック制御部６６から出力された位相差δの和と、操作量推定部６４により推定されたデューティ比ｄｍ１とに基づいて、入力端側のスイッチング素子４０Ｕ１、４０Ｕ２、４０Ｖ１、４０Ｖ２、４０Ｗ１、４０Ｗ２を制御する。 The switching control unit 70 is based on the sum of the phase difference δ estimated by the manipulated variable estimation unit 64 and the phase difference δ output from the feedback control unit 66, and the duty ratio d m1 estimated by the manipulated variable estimation unit 64. The switching elements 40U1, 40U2, 40V1, 40V2, 40W1 and 40W2 on the input end side are controlled.

スイッチング制御部７０は、操作量推定部６４により推定された位相差δ及びフィードバック制御部６６から出力された位相差δの和と、操作量推定部６４により推定されたデューティ比ｄｍ２とに基づいて、出力端側のスイッチング素子５０Ｒ１、５０Ｒ２、５０Ｓ１、５０Ｓ２、５０Ｔ１、５０Ｔ２を制御する。 The switching control unit 70 is based on the sum of the phase difference δ estimated by the manipulated variable estimation unit 64 and the phase difference δ output from the feedback control unit 66, and the duty ratio d m2 estimated by the manipulated variable estimation unit 64. The switching elements 50R1, 50R2, 50S1, 50S2, 50T1 and 50T2 on the output end side are controlled.

具体的には、スイッチング制御部７０は、デューティｄｍ１に応じて電圧中間相に電流を流す期間に該当しないとき、入力端側で電圧が最大の相と最小の相に電流が流れるようにスイッチング素子４０Ｕ１、４０Ｕ２、４０Ｖ１、４０Ｖ２、４０Ｗ１、４０Ｗ２を制御する。デューティｄｍ１に応じて電圧中間相に電流を流す期間に該当するとき、入力端側の電圧中間相の電流指令値の符号と電力指令値の符号に応じてスイッチングパターンが変わる。 Specifically, the switching control unit 70 switches so that the current flows in the phase with the maximum voltage and the phase with the minimum voltage on the input end side when the period does not correspond to the period in which the current flows through the voltage intermediate phase according to the duty d m1 . The elements 40U1, 40U2, 40V1, 40V2, 40W1 and 40W2 are controlled. When it corresponds to the period in which the current flows through the voltage intermediate phase according to the duty d m1 , the switching pattern changes according to the sign of the current command value and the sign of the power command value of the voltage intermediate phase on the input end side.

伝送電力指令値の符号と電圧中間相の電流指令値が等しい場合は、電圧中間相と最小相に電流が流れるようにスイッチングが行われる。符号が異なる場合は、電圧中間相と最大相に電流が流れるようにスイッチングが行われる。 When the sign of the transmission power command value and the current command value of the voltage intermediate phase are equal, switching is performed so that the current flows in the voltage intermediate phase and the minimum phase. If the signs are different, switching is performed so that current flows between the voltage intermediate phase and the maximum phase.

出力端側のスイッチングパターンは、入力端側と同様である。すなわち、制御装置３０は、デューティｄｍ２に応じて電圧中間相に電流を流す期間に該当しないとき、出力端側で電圧が最大の相と最小の相に電流が流れるようにスイッチング素子５０Ｒ１、５０Ｒ２、５０Ｓ１、５０Ｓ２、５０Ｔ１、５０Ｔ２を制御する。デューティｄｍ２に応じて電圧中間相に電流を流す期間に該当しないとき，出力端側の電圧中間相の電流指令値の符号と伝送電力指令値の符号に応じてスイッチングパターンが変わる。 The switching pattern on the output end side is the same as that on the input end side. That is, when the control device 30 does not correspond to the period in which the current flows through the voltage intermediate phase according to the duty d m2 , the switching elements 50R1 and 50R2 so that the current flows through the phase having the maximum voltage and the phase having the minimum voltage on the output end side. , 50S1, 50S2, 50T1, 50T2 are controlled. When it does not correspond to the period in which the current flows through the voltage intermediate phase according to the duty d m2 , the switching pattern changes according to the code of the current command value and the code of the transmission power command value of the voltage intermediate phase on the output end side.

伝送電力指令値の符号と電圧中間相の電流指令値が等しい場合は、電圧中間相と最小相に電流が流れるようにスイッチングが行われる。符号が異なる場合は、電圧中間相と最大相に電流が流れるようにスイッチングが行われる。 When the sign of the transmission power command value and the current command value of the voltage intermediate phase are equal, switching is performed so that the current flows in the voltage intermediate phase and the minimum phase. If the signs are different, switching is performed so that current flows between the voltage intermediate phase and the maximum phase.

パラメータ更新部６８は、入力端側の、電圧が中間となる端子の電流指令値の瞬時値と、入力端側の、電圧が中間となる端子に流れる電流の瞬時値との誤差に基づいて、入力端側の、電圧が中間となる端子の電流指令値と電力指令値とデューティ比ｄｍ１との関係を表す二次式に含まれる係数を更新する The parameter update unit 68 is based on an error between the instantaneous value of the current command value of the terminal having an intermediate voltage on the input end side and the instantaneous value of the current flowing to the terminal having an intermediate voltage on the input end side. Update the coefficient included in the quadratic equation that expresses the relationship between the current command value, the power command value, and the duty ratio d m1 of the terminal on the input end side where the voltage is in the middle.

パラメータ更新部６８は、出力端側の、電圧が中間となる端子の電流指令値の瞬時値と、出力端側の、電圧が中間となる端子に流れる電流の瞬時値との誤差に基づいて、出力端側の、電圧が中間となる端子の電流指令値と電力指令値とデューティ比ｄｍ２との関係を表す二次式に含まれる係数を更新する The parameter update unit 68 is based on an error between the instantaneous value of the current command value of the terminal having an intermediate voltage on the output end side and the instantaneous value of the current flowing to the terminal having an intermediate voltage on the output end side. Update the coefficient included in the quadratic equation that expresses the relationship between the current command value, the power command value, and the duty ratio dm2 of the terminal on the output end side where the voltage is in the middle.

具体的には、操作量推定部６４と、フィードバック制御部６６と、パラメータ更新部６８は、図６に示す電力制御系のブロック線図、及び図７、図８に示す電圧中間相の電流制御系に従って動作する。 Specifically, the operation amount estimation unit 64, the feedback control unit 66, and the parameter update unit 68 are used to control the block diagram of the power control system shown in FIG. 6 and the current control of the voltage intermediate phase shown in FIGS. 7 and 8. It works according to the system.

図６に示すように、位相差δと平均伝送電力Ｐの関係の近似関数（以下の式（１）参照））の逆関数（以下の式（２）参照）を用いたフィードフォワード制御と、Ｉ制御によるフィードバック制御を組み合わせた制御系に従って、位相差δを推定し、位相差δとなるように制御する。 As shown in FIG. 6, feedforward control using an inverse function (see equation (2) below) of an approximate function of the relationship between the phase difference δ and the average transmission power P (see equation (1) below) and The phase difference δ is estimated according to the control system combined with the feedback control by the I control, and the phase difference δ is controlled.

Figure 0007099486000001

（１）
Figure 0007099486000002

（２）
ただし、ｅＭ１は、入力端の電圧最大相と電圧最小相との間の電位差であり、ｅＭ２は、出力端の電圧最大相と電圧最小相との間の電位差である。また、ｆは、スイッチング周波数であり、Ｌは、トランス部２８の漏れインダクタンス（１次側換算）である。ｎは、トランス部２８の１次側と２次側の巻数比を表し、ｎ＝１次側巻数／２次側巻数である。
Figure 0007099486000001
(1)
Figure 0007099486000002

(2)
However, e M1 is a potential difference between the maximum voltage phase and the minimum voltage phase at the input end, and e M2 is a potential difference between the maximum voltage phase and the minimum voltage phase at the output end. Further, f is a switching frequency, and L is a leakage inductance (converted to the primary side) of the transformer unit 28. n represents the turns ratio between the primary side and the secondary side of the transformer unit 28, and n = the number of turns on the primary side / the number of turns on the secondary side.

位相差δにより、電力変換回路２０の電力Ｐが、以下の式（３）に従って制御される。 The power P of the power conversion circuit 20 is controlled by the phase difference δ according to the following equation (3).

Figure 0007099486000003

（３）
ただし、ε（δ,ｄm1,ｄm2）は、式（１）の近似関数と実際の電力変換器の動作を表す関数との誤差を表す関数である。
Figure 0007099486000003
(3)
However, ε (δ, d m1 , d m2 ) is a function representing the error between the approximate function of the equation (1) and the function representing the operation of the actual power converter.

図７に示すように、電力指令値で正規化した電流指令値の二次式（以下の式（４））でデューティ比ｄｍ１を推定し、デューティ比ｄｍ１となるように制御する。また、図８に示すように、デューティ比ｄｍ２も同様に推定する。 As shown in FIG. 7, the duty ratio d m1 is estimated by the quadratic equation of the current command value normalized by the power command value (the following equation (4)), and the duty ratio is controlled to be d m1 . Further, as shown in FIG. 8, the duty ratio d m2 is also estimated in the same manner.

Figure 0007099486000004

ただし、ｉmidrefinは、電力指令値で正規化した入力端の電圧中間相の電流指令値である。
Figure 0007099486000004
However, i midrefin is a current command value of the voltage intermediate phase at the input end normalized by the power command value.

デューティ比ｄｍ２の制御と並行して、電力指令値と、入力端側の、電圧が中間となる端子の電流値との誤差である制御誤差を検出し、制御誤差を最小化するように二次式のパラメータＫｉｎ１，Ｋｉｎ２を更新する処理を行う。 In parallel with the control of the duty ratio d m2 , the control error, which is the error between the power command value and the current value of the terminal on the input end side where the voltage is in the middle, is detected, and the control error is minimized. The process of updating the parameters K in 1 and K in 2 of the following equation is performed.

同様に、デューティ比の制御と並行して、電力指令値と、出力端側の、電圧が中間となる端子の電流値との誤差である制御誤差を検出し、制御誤差を最小化するように二次式のパラメータＫｏｕｔ１、Ｋｏｕｔ２を更新する処理を行う。 Similarly, in parallel with the duty ratio control, the control error, which is the error between the power command value and the current value of the terminal on the output end side where the voltage is in the middle, is detected, and the control error is minimized. The process of updating the parameters K out1 and K out2 of the quadratic expression is performed.

次に、本実施の形態の電力変換装置１０の作用を説明する。 Next, the operation of the power conversion device 10 of the present embodiment will be described.

まず、電力変換回路２０の入力端の３つの端子２４Ｕ、２４Ｖ、２４Ｗに、三相の交流電源２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗが接続され、出力端の３つの端子３６Ｒ、３６Ｓ、３６Ｔに、負荷３４Ｒ、３４Ｓ、３４Ｔが接続される。 First, the three-phase AC power supplies 22U, 22V, 22W are connected to the three terminals 24U, 24V, 24W at the input end of the power conversion circuit 20, and the load 34R, to the three terminals 36R, 36S, 36T at the output end. 34S and 34T are connected.

そして、制御装置３０の指令部６２により、電力指令値と、入力端側の電圧が中間となる端子の電流指令値の波形と、出力端側の電圧が中間となる端子の電流指令値の波形とを出力する。 Then, the command unit 62 of the control device 30 determines the waveform of the power command value, the waveform of the current command value of the terminal in which the voltage on the input end side is intermediate, and the waveform of the current command value of the terminal in which the voltage on the output end side is intermediate. And output.

操作量推定部６４は、電力指令値と、入力端側の、電圧が中間となる端子の電流指令値の瞬時値と、出力端側の、電圧が中間となる端子の電流指令値の瞬時値とから、電圧が中間となる端子から印加される電圧を使用する時間を表すデューティ比ｄｍ１、ｄｍ２と、位相差δとを含む操作量を推定する。 The operation amount estimation unit 64 is a momentary value of the power command value, the instantaneous value of the current command value of the terminal on the input end side where the voltage is intermediate, and the instantaneous value of the current command value of the terminal on the output end side where the voltage is intermediate. From, the operation amount including the duty ratios d m1 and d m2 representing the time for using the voltage applied from the terminal having the intermediate voltage and the phase difference δ is estimated.

そして、フィードバック制御部６６は、トランス部２８の１次側もしくは２次側の電圧及び電流から計算される平均電力と、電力指令値との誤差に基づいて位相差δを出力する。 Then, the feedback control unit 66 outputs the phase difference δ based on the error between the average power calculated from the voltage and current on the primary side or the secondary side of the transformer unit 28 and the power command value.

そして、スイッチング制御部７０は、操作量推定部６４により推定された位相差δ及びフィードバック制御部６６から出力された位相差δの和と、操作量推定部６４により推定されたデューティ比ｄｍ１とに基づいて、入力端側のスイッチング素子４０Ｕ１、４０Ｕ２、４０Ｖ１、４０Ｖ２、４０Ｗ１、４０Ｗ２を制御する。 Then, the switching control unit 70 combines the sum of the phase difference δ estimated by the manipulated variable estimation unit 64 and the phase difference δ output from the feedback control unit 66 with the duty ratio d m1 estimated by the manipulated variable estimation unit 64. The switching elements 40U1, 40U2, 40V1, 40V2, 40W1 and 40W2 on the input end side are controlled based on the above.

また、スイッチング制御部７０は、操作量推定部６４により推定された位相差δ及びフィードバック制御部６６から出力された位相差δの和と、操作量推定部６４により推定されたデューティ比ｄｍ２とに基づいて、出力端側のスイッチング素子５０Ｒ１、５０Ｒ２、５０Ｓ１、５０Ｓ２、５０Ｔ１、５０Ｔ２を制御する。 Further, the switching control unit 70 includes the sum of the phase difference δ estimated by the manipulated variable estimation unit 64 and the phase difference δ output from the feedback control unit 66, and the duty ratio d m2 estimated by the manipulated variable estimation unit 64. The switching elements 50R1, 50R2, 50S1, 50S2, 50T1 and 50T2 on the output end side are controlled based on the above.

また、上記のスイッチング素子の制御と並行して、パラメータ更新部６８は、入力端側の、電圧が中間となる端子の電流指令値の瞬時値と、入力端側の、電圧が中間となる端子に流れる電流の瞬時値との平均二乗誤差に基づいて、入力端側の、電圧が中間となる端子の電流指令値と電力指令値とデューティ比ｄｍ１との関係を表す二次式に含まれる係数を更新する。 Further, in parallel with the control of the switching element, the parameter update unit 68 uses the instantaneous value of the current command value of the terminal on the input end side where the voltage is intermediate and the terminal on the input end side where the voltage is intermediate. Based on the mean square error with the instantaneous value of the current flowing through, it is included in the quadratic equation that expresses the relationship between the current command value, the power command value, and the duty ratio d m1 of the terminal on the input end side where the voltage is in the middle. Update the coefficient.

パラメータ更新部６８は、出力端側の、電圧が中間となる端子の電流指令値の瞬時値と、出力端側の、電圧が中間となる端子に流れる電流の瞬時値との平均二乗誤差に基づいて、出力端側の、電圧が中間となる端子の電流指令値と電力指令値とデューティ比ｄｍ２との関係を表す二次式に含まれる係数を更新する。 The parameter update unit 68 is based on the mean square error between the instantaneous value of the current command value of the terminal having an intermediate voltage on the output end side and the instantaneous value of the current flowing to the terminal having an intermediate voltage on the output end side. Then, the coefficient included in the quadratic equation representing the relationship between the current command value, the power command value, and the duty ratio dm2 of the terminal on the output end side where the voltage is in the middle is updated.

＜シミュレーション例＞
次に、本発明の実施の形態に係る電力変換装置１０の動作をシミュレーションした結果について説明する。 <Simulation example>
Next, the result of simulating the operation of the power conversion device 10 according to the embodiment of the present invention will be described.

まず、表１にシミュレーション条件を示す。 First, Table 1 shows the simulation conditions.

Figure 0007099486000005
Figure 0007099486000005

図９に定常状態における電圧電流波形のシミュレーション結果を示す。ここで、入力電圧とは、各入力端の電圧であり、入力電流とは、各入力端に流れる電流である。また、出力電圧とは、各出力端の電圧であり、出力電流とは、各出力端に流れる電流である。入力端側、出力端側とも、高調波の少ない正弦波電流を実現できており、全高調波ひずみ率（ＴＨＤ）は４．３％以下となっている。 FIG. 9 shows the simulation results of the voltage-current waveform in the steady state. Here, the input voltage is the voltage at each input end, and the input current is the current flowing through each input end. The output voltage is the voltage at each output end, and the output current is the current flowing through each output end. A sinusoidal current with few harmonics can be realized on both the input end side and the output end side, and the total harmonic distortion factor (THD) is 4.3% or less.

また、図１０に、入力端側の電圧中間相の電流指令値と電流とデューティ比ｄｍ１の波形を示す。ｍｓオーダーで変動する電流指令値に対し、正確に追従できていることが確認できる。これらの結果は、電流指令値を用いた近似関数でデューティ比ｄｍ１、ｄｍ２を決定する本手法は、電流の高速で正確な制御を実現するために有効であることを示している。 Further, FIG. 10 shows the current command value of the voltage intermediate phase on the input end side, the current, and the waveform of the duty ratio dm1 . It can be confirmed that the current command value fluctuating in the order of ms can be accurately followed. These results indicate that this method of determining the duty ratios dm1 and dm2 by an approximate function using the current command value is effective for realizing high-speed and accurate control of the current.

図１１に、入力端側の電圧中間相の電流制御系の操作量の推定に用いるパラメータの更新特性を示す。初期状態では制御誤差が大きいが、時間の経過とともにパラメータが最適化され、電流の誤差が小さくなっていく様子が確認できる。 FIG. 11 shows the update characteristics of the parameters used for estimating the operation amount of the current control system of the voltage intermediate phase on the input end side. Although the control error is large in the initial state, it can be confirmed that the parameters are optimized with the passage of time and the current error becomes smaller.

図１２に初期状態の入力電流波形とパラメータが最適化された後での入力電流波形を示す。パラメータの最適化が進むことで、電流の高調波が大きく低減されていることが確認できる。 FIG. 12 shows the input current waveform in the initial state and the input current waveform after the parameters are optimized. It can be confirmed that the harmonics of the current are greatly reduced as the parameter optimization progresses.

これらの結果より、操作量を推定する式のパラメータを、制御誤差を最小化するように更新していく本手法は、電流の高速な制御に有効であり、電流の高調波を低減することが可能であることが確認できる。 From these results, this method of updating the parameters of the equation for estimating the manipulated variable so as to minimize the control error is effective for high-speed control of the current and can reduce the harmonics of the current. It can be confirmed that it is possible.

以上説明したように、本発明の実施の形態の電力変換装置によれば、入力端の電流指令値の瞬時値から、電圧が中間となる端子とトランス部とを接続する時間に関する操作量を推定すると共に、出力端の電流指令値の瞬時値から、電圧が中間となる端子とトランス部とを接続する時間に関する操作量を推定することにより、電流指令値との誤差を低減した電力の変換を行うことができ、高速で安定な電流制御を実現することができる。例えば、三相交流を入力もしくは出力とする電力変換回路においてmsオーダーで変化する交流電流指令値に高速に追従することによって電流波形の高調波を低減したり、マルチポートＤＣ／ＤＣコンバータにおいて負荷の変動に高速に追従することによって負荷変動の影響を吸収するコンデンサを小型化できる。 As described above, according to the power conversion device according to the embodiment of the present invention, the operation amount related to the time for connecting the terminal having an intermediate voltage and the transformer portion is estimated from the instantaneous value of the current command value at the input end. At the same time, by estimating the amount of operation related to the time for connecting the terminal with intermediate voltage and the transformer section from the instantaneous value of the current command value at the output end, power conversion with reduced error from the current command value can be performed. This can be done, and high-speed and stable current control can be realized. For example, in a power conversion circuit that inputs or outputs three-phase AC, the harmonics of the current waveform can be reduced by following the AC current command value that changes in ms order at high speed, or the load can be reduced in a multi-port DC / DC converter. By following fluctuations at high speed, the capacitor that absorbs the effects of load fluctuations can be miniaturized.

また、操作量（位相差δ、デューティ比ｄｍ１、ｄｍ２）と制御量（入出力電流）の関係が非線形であっても、変化する制御量としての指令値に高速に追従する制御が可能である。 Further, even if the relationship between the manipulated variable (phase difference δ, duty ratio d m1 , d m2 ) and the controlled variable (input / output current) is non-linear, it is possible to control to follow the command value as the changing controlled variable at high speed. Is.

また、本実施の形態の電力変換装置による制御法は、入力端もしくは出力端が３つ以上のＤｕａｌ－Ａｃｔｉｖｅ－Ｂｒｉｄｇｅ構成の電力変換回路を対象としているため、三相ＡＣ／三相ＡＣ変換以外の電力変換回路にも適用可能である。すなわち、本実施の形態の電力変換装置の制御装置は、汎用性が高く、様々な電力変換回路を制御することができる。本制御法を適用できる回路構成の例を図１３～１６に示す。 Further, since the control method by the power conversion device of the present embodiment targets a power conversion circuit having a Dual-Active-Bridge configuration having three or more input ends or output ends, other than three-phase AC / three-phase AC conversion. It can also be applied to the power conversion circuit of. That is, the control device of the power conversion device of the present embodiment has high versatility and can control various power conversion circuits. Examples of circuit configurations to which this control method can be applied are shown in FIGS. 13 to 16.

図１３では、入力端に２つの直流電源を接続し、出力端に１つの直流電源を接続したマルチポートＤＣ／ＤＣコンバータである電力変換回路の回路構成を示している。この電力変換回路は、２つの直流電源と接続する３つの入力端と、直流電圧を単相の交流電圧に変換する電力変換器２２６と、トランス部２８と、単相の交流電圧を直流電圧に変換する電力変換器２３２と、直流電源と接続される２つの出力端とを備えている。 FIG. 13 shows a circuit configuration of a power conversion circuit which is a multi-port DC / DC converter in which two DC power supplies are connected to an input end and one DC power supply is connected to an output end. This power conversion circuit has three input ends connected to two DC power supplies, a power converter 226 that converts a DC voltage into a single-phase AC voltage, a transformer unit 28, and a single-phase AC voltage into a DC voltage. It includes a power converter 232 for conversion and two output terminals connected to a DC power supply.

図１４では、入力端に２つの直流電源を接続し、出力端に２つの直流電源を接続したマルチポートＤＣ／ＤＣコンバータである電力変換回路の回路構成を示している。この電力変換回路は、２つの直流電源と接続する３つの入力端と、直流電圧を単相の交流電圧に変換する電力変換器２２６と、トランス部２８と、単相の交流電圧を直流電圧に変換する電力変換器３３２と、２つの直流電源と接続される３つの出力端とを備えている。 FIG. 14 shows a circuit configuration of a power conversion circuit which is a multi-port DC / DC converter in which two DC power supplies are connected to an input end and two DC power supplies are connected to an output end. This power conversion circuit has three input ends connected to two DC power supplies, a power converter 226 that converts a DC voltage into a single-phase AC voltage, a transformer unit 28, and a single-phase AC voltage into a DC voltage. It includes a power converter 332 to convert and three output ends connected to two DC power sources.

図１５では、入力端に３つの交流電源を接続し、出力端に１つの直流電源を接続した三相ＡＣ／ＤＣコンバータである電力変換回路の回路構成を示している。この電力変換回路は、３つの交流電源と接続する３つの入力端と、三相の交流電圧を単相の交流電圧に変換する電力変換器２６と、トランス部２８と、単相の交流電圧を直流電圧に変換する電力変換器２３２と、２つの直流電源と接続される３つの出力端とを備えている。 FIG. 15 shows a circuit configuration of a power conversion circuit which is a three-phase AC / DC converter in which three AC power supplies are connected to an input end and one DC power supply is connected to an output end. This power conversion circuit converts three input ends connected to three AC power supplies, a power converter 26 that converts a three-phase AC voltage into a single-phase AC voltage, a transformer unit 28, and a single-phase AC voltage. It includes a power converter 232 that converts to a DC voltage, and three output ends that are connected to two DC power sources.

図１６では、入力端に３つの交流電源を接続し、出力端に２つの直流電源を接続したマルチポート三相ＡＣ／ＤＣコンバータである電力変換回路の回路構成を示している。この電力変換回路は、３つの交流電源と接続する３つの入力端と、三相の交流電圧を単相の交流電圧に変換する電力変換器２６と、トランス部２８と、単相の交流電圧を直流電圧に変換する電力変換器３３２と、２つの直流電源と接続される３つの出力端とを備えている。 FIG. 16 shows a circuit configuration of a power conversion circuit which is a multi-port three-phase AC / DC converter in which three AC power supplies are connected to an input end and two DC power supplies are connected to an output end. This power conversion circuit converts three input ends connected to three AC power supplies, a power converter 26 that converts a three-phase AC voltage into a single-phase AC voltage, a transformer unit 28, and a single-phase AC voltage. It includes a power converter 332 that converts to a DC voltage, and three output ends that are connected to two DC power sources.

このように、制御装置３０には汎用性があり、制御装置３０に接続する電力変換回路の回路構成が変わっても、高速で安定な電流制御を実現することができる。 As described above, the control device 30 has versatility, and even if the circuit configuration of the power conversion circuit connected to the control device 30 changes, high-speed and stable current control can be realized.

なお、上記の実施の形態では、出力端に負荷を接続する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、上記図１３～図１６に示すように、出力端に交流電源または直流電源を接続してもよい。この場合には、入力端側の交流電源と、出力端側の直流電源又は交流電源との間で電力を双方向に伝送することができる。 In the above embodiment, the case where the load is connected to the output end has been described as an example, but the present invention is not limited to this, and as shown in FIGS. 13 to 16, an AC power supply or an AC power supply is connected to the output end. A DC power supply may be connected. In this case, power can be transmitted bidirectionally between the AC power supply on the input end side and the DC power supply or the AC power supply on the output end side.

また、入力端が、３つの端子を有し、出力端が、３つの端子を有する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、入力端又は出力端が、３つ以上の端子を有していればよい。また、入力端又は出力端が、４つ以上である場合には、端子の数をＮ個とすると、当該Ｎ個の端子を有する入力端又は出力端について、当該Ｎ個の端子のうちの予め定められた条件を満たすＮ－２個の端子の各々とトランス部とを接続する時間に関するデューティ比の各々を操作量として推定すればよい。 Further, the case where the input end has three terminals and the output end has three terminals has been described as an example, but the present invention is not limited to this, and the input end or the output end has three or more terminals. It suffices to have a terminal. Further, when the number of input ends or output ends is four or more, assuming that the number of terminals is N, the input end or output end having the N terminals is preliminarily among the N terminals. Each of the duty ratios related to the time for connecting each of the N-2 terminals satisfying the specified conditions and the transformer unit may be estimated as the operation amount.

また、電流指令値と操作量との関係を表す関係式として、二次式を用いる場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、電流指令値と操作量との関係を表す多項式や、区分的多項式を用いてもよい。 Further, the case where a quadratic expression is used as an example of the relational expression expressing the relationship between the current command value and the manipulated variable has been described as an example, but the present invention is not limited to this, and for example, the relationship between the current commanded value and the manipulated variable. A polynomial representing the above or a piecewise polynomial may be used.

また、トランス部を、図１７（Ａ）～図１７（Ｅ）に示すような、少なくとも１つの端子に直列にインダクタを接続した構成としてもよい。 Further, the transformer unit may be configured such that an inductor is connected in series to at least one terminal as shown in FIGS. 17 (A) to 17 (E).

なお、本実施の形態で説明した電力変換装置１０等の構成及び動作等は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において状況に応じて変更可能であることは言うまでもない。 It is needless to say that the configuration and operation of the power conversion device 10 and the like described in the present embodiment are examples, and can be changed depending on the situation within a range that does not deviate from the gist of the present invention.

１０ 電力変換装置
２０ 電力変換回路
２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗ 交流電源
２４Ｕ、２４Ｖ、２４Ｗ、３６Ｒ、３６Ｓ、３６Ｔ 端子
２６、３２ 電力変換器
２８ トランス部
３０ 制御装置
３４Ｒ、３４Ｓ、３４Ｔ 負荷
４０Ｕ１、４０Ｕ２、４０Ｖ１、４０Ｖ２、４０Ｗ１、４０Ｗ２ スイッチング素子
４２Ｕ、４２Ｖ、４２Ｗ インダクタ
４４Ｕ、４４Ｖ、４４Ｗ コンデンサ
４６Ｕ、４６Ｖ、４６Ｗ ＬＣフィルタ
５０Ｒ１、５０Ｒ２、５０Ｓ１、５０Ｓ２、５０Ｔ１、５０Ｔ２ スイッチング素子
５２Ｒ、５２Ｓ、５２Ｔ インダクタ
５４Ｒ、５４Ｓ、５４Ｔ コンデンサ
５６Ｒ、５６Ｓ、５６Ｔ ＬＣフィルタ
６２ 指令部
６４ 操作量推定部
６６ フィードバック制御部
６８ パラメータ更新部
７０ スイッチング制御部
２２６、２３２、３３２ 電力変換器 10 Power converter 20 Power conversion circuit 22U, 22V, 22W AC power supply 24U, 24V, 24W, 36R, 36S, 36T terminal 26, 32 Power converter 28 Transformer section 30 Control device 34R, 34S, 34T Load 40U1, 40U2, 40V1 , 40V2, 40W1, 40W2 Switching element 42U, 42V, 42W Inductor 44U, 44V, 44W Capacitor 46U, 46V, 46W LC filter 50R1, 50R2, 50S1, 50S2, 50T1, 50T2 Switching element 52R, 52S, 52T Inductor 54R, 54S, 54T Capacitor 56R, 56S, 56T LC filter 62 Command unit 64 Operation amount estimation unit 66 Feedback control unit 68 Parameter update unit 70 Switching control unit 226, 232, 332 Power converter

Claims (5)

電源と接続される入力端側の電力変換器と、トランス部と、出力端側の電力変換器とを含み、前記入力端又は前記出力端が、Ｎ個（Ｎは３以上である。）の端子を有する、前記電源からの電力を変換する電力変換回路を制御する制御装置であって、
前記Ｎ個の端子を有する前記入力端側又は前記出力端側に対し、電流指令値の瞬時値から、予め定められた条件を満たすＮ－２個の端子と前記トランス部とを接続する時間に関する操作量を推定し、前記操作量に応じて前記電力変換器を制御する制御部
を含む制御装置。 The power converter on the input end side connected to the power supply, the transformer unit, and the power converter on the output end side are included, and the number of the input end or the output end is N (N is 3 or more). A control device having a terminal that controls a power conversion circuit that converts power from the power source.
Regarding the time for connecting the N-2 terminals satisfying predetermined conditions and the transformer unit from the instantaneous value of the current command value to the input end side or the output end side having the N terminals. A control device including a control unit that estimates an operation amount and controls the power converter according to the operation amount. 前記制御部は、前記電流指令値と前記操作量との関係を表す多項式、二次式、又は区分的多項式である関係式を用いて、前記電流指令値の瞬時値から前記操作量を推定する請求項１記載の制御装置。 The control unit estimates the manipulated variable from the instantaneous value of the current commanded value using a polynomial, a quadratic equation, or a relational expression which is a piecewise polynomial representing the relationship between the current commanded value and the manipulated variable. The control device according to claim 1. 前記制御部は、前記電流指令値と前記操作量との関係を表す関係式を用いて、前記電流指令値の瞬時値から前記操作量を推定し、
前記電流指令値と、予め定められた条件を満たす前記Ｎ－２個の端子に流れる電流との誤差に応じて、前記関係式に含まれる係数を更新する請求項１又は２記載の制御装置。 The control unit estimates the manipulated variable from the instantaneous value of the current commanded value using a relational expression expressing the relationship between the current commanded value and the manipulated variable.
The control device according to claim 1 or 2, wherein the coefficient included in the relational expression is updated according to an error between the current command value and the current flowing through the N-2 terminals satisfying a predetermined condition. ３個の端子を有し交流電源と接続される入力端と、前記入力端側の電力変換器と、トランス部と、３個の端子を有する出力端と、前記出力端側の電力変換器とを含み、前記交流電源からの電力を変換する電力変換回路を制御する制御装置であって、
前記入力端の３個の端子のうちの、電圧が中間となる端子の電流指令値の瞬時値、及び前記出力端の３個の端子のうちの、電圧が中間となる端子の電流指令値の瞬時値から、前記入力端側及び前記出力端側の各々の、電圧が中間となる端子と前記トランス部とを接続する時間に関する操作量を推定し、前記操作量に応じて、前記入力端側の電力変換器及び前記出力端側の電力変換器を制御する制御部
を含む制御装置。 An input end having three terminals and connected to an AC power supply, a power converter on the input end side, a transformer unit, an output end having three terminals, and a power converter on the output end side. A control device that controls a power conversion circuit that converts power from the AC power source.
The instantaneous value of the current command value of the terminal having an intermediate voltage among the three terminals at the input end, and the current command value of the terminal having an intermediate voltage among the three terminals at the output end. From the instantaneous value, the operation amount related to the time for connecting the terminal having an intermediate voltage and the transformer unit of each of the input end side and the output end side is estimated, and the operation amount is estimated according to the operation amount. A control device including a control unit that controls the power converter of the above and the power converter on the output end side. 請求項１～請求項４の何れか１項記載の制御装置と、
電源からの電力を変換する前記電力変換回路と、
を含む電力変換装置。 The control device according to any one of claims 1 to 4,
The power conversion circuit that converts power from the power supply and
Power converter including.
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