JP7165037B2 - 電力変換装置および電力変換装置の制御方法 - Google Patents
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Description
図1において、電力変換装置1は、U相、V相およびW相の各相のP側(上側とも言う)およびN側(下側とも言う)ごとに、第1アームとしてメインアーム10UP、10VP、10WP、10UN、10VN、10WNと、第2アームとしてサブアーム11UP、11VP、11WP、11UN、11VN、11WNとを備える。また、電力変換装置1は、交流電圧検出器12と、電力変換制御部13とを備える。
図2において、単位変換器100UPm_1は、スイッチング回路201と、エネルギーバッファである直流コンデンサ202と、直流電圧検出器203と、ゲート駆動回路204を備える。直流コンデンサ202は、スイッチング回路201に並列接続されている。
図3において、電力変換制御部13は、アーム電流分離部301、電力制御部302、交流電流制御部303、直流電流制御部304、各相間バランス制御部305、並列アーム間バランス制御部306、循環電流制御部307、加算器308m、308p、ゲートパルス生成部309m、309sおよび平均値演算部310、311を備える。
図4において、交流電流iSxは、電力変換装置1の交流回路を介して流れる電流成分である。U相、V相およびW相の各相の交流電流iSxは、P側メインアーム、P側サブアーム、N側メインアームおよびN側サブアームに1/4ずつ分流する。三相3線交流回路において、U相、V相およびW相の各相の交流電流の和は零であるため、直流回路に交流電流iSxが流れることはない。この交流電流iSxを制御することで、三相交流回路と電力変換装置1の間の有効電力Pと無効電力Qを制御することができる。交流電流iSxの“x”は、U、V、W相の三相のうちのいずれかを表す。
iSV=(iVPm+iVPs)-(iVNm+iVNs) ・・・(2)
iSW=(iWPm+iWPs)-(iWNm+iWNs) ・・・(3)
図5において、直流電流iDCは、電力変換装置1の直流回路を介して流れる電流成分である。直流電流iDCは、U相、V相およびW相の各相のメインアームおよびサブアームに1/6ずつ分流する。このとき、直流電流iDCの向きと大きさを制御することで、直流電力PDCを制御できる。
・・・(4)
図6において、並列アーム間循環電流iCCxym、iCCxysは、各アームを流れる電流成分であるが、三相交流回路にも直流回路にも流出しない電流である。このため、各相の並列アームにおいて、メインアームに流れる並列アーム間循環電流iCCxymと、サブアームに流れる並列アーム間循環電流iCCxysは、大きさが等しく向きが逆である。各並列アーム間循環電流iCCxym、iCCxysは、各相の並列アームにおけるアーム電流ixym、ixys間の差電流に等しい。
iCCUNm=-iCCUNs=1/2×(iUNm-iUNs) ・・・(6)
iCCVPm=-iCCVPs=1/2×(iVPm-iVPs) ・・・(7)
iCCVNm=-iCCVNs=1/2×(iVNm-iVNs) ・・・(8)
iCCWPm=-iCCWPs=1/2×(iWPm-iWPs) ・・・(9)
iCCWNm=-iCCWNs=1/2×(iWNm-iWNs) ・・・(10)
iCCV=iCCVPm+iCCVPs=iCCVNm+iCCVNs ・・・(12)
iCCW=iCCWPm+iCCWPs=iCCWNm+iCCWNs ・・・(13)
図7において、並列アーム間バランス制御部306は、U相、V相およびW相の各相ごとに各相並列アーム間バランス制御部306U、306V、306Wを備える。各相並列アーム間バランス制御部306U、306V、306Wは、U相、V相およびW相のそれぞれについて、並列アームの直流コンデンサ電圧のアンバランスが解消するように並列アーム間循環電流iCCxym、iCCxysを制御する。相並列アーム間バランス制御部306Uは、ゲイン乗算部400、403P、403N、平均値演算部401、減算器402P、402N、404P、404Nおよび加算器405P、405Nを備える。
図8において、循環電流制御部307は、並列アーム間循環電流iCCxym、iCCxysを循環電流指令値iCCxymref、iCCxysrefに追従させる。循環電流制御部307は、U相、V相およびW相の各相ごとに各相循環電流制御部307U、307V、307Wを備える。各相循環電流制御部307Uは、減算器1011~1014およびゲイン乗算部1021~1024を備える。
図11において、電力変換装置2は、U相、V相およびW相の各相のP側およびN側ごとに、第1アームとしてメインアーム20UP、20VP、20WP、20UN、20VN、20WNと、第2アームとしてサブアーム21UP、21VP、21WP、21UN、21VN、21WNとを備える。また、電力変換装置2は、交流電圧検出器12と、電力変換制御部13と、電流検出器711~716を備える。
図12において、U相P側アームとして、図11のメインアーム20UPとサブアームの21UPの代わりに、メインアーム30UPとサブアーム31UPを用いるようにしてもよい。U相N側アーム、V相P側アーム、V相N側アーム、W相P側およびW相N側アームについても同様である。
図13において、この電力変換装置は、図3の電力変換制御部13の代わりに電力変換制御部23を備える。電力変換制御部23は、図3の並列アーム間バランス制御部306の代わりに並列アーム間バランス制御部801を備える。
Claims (11)
- エネルギーバッファを含む単位変換器がN(Nは正の整数)段接続されるとともに、前記N段接続された単位変換器に第1リアクトルが直列接続され、交流の各相に設けられた第1アームと、
エネルギーバッファを含む単位変換器がM(Mは正の整数)段接続されるとともに、前記M段接続された単位変換器に第2リアクトルが直列接続され、前記第1アームに並列接続された第2アームと、
前記第1アームと前記第2アームとの間を同一相内で循環する並列アーム間循環電流を制御する制御部と、
前記第1リアクトルまたは前記第2リアクトルに直列接続された第1電流検出器と、
前記第1アームと前記第2アームの並列回路に直列接続された第2電流検出器と、を備え、
前記第1電流検出器の検出精度は前記第2電流検出器の検出精度よりも低い電力変換装置。 - エネルギーバッファを含む単位変換器がN(Nは正の整数)段接続されるとともに、前記N段接続された単位変換器に第1リアクトルが直列接続され、交流の各相に設けられた第1アームと、
エネルギーバッファを含む単位変換器がM(Mは正の整数)段接続されるとともに、前記M段接続された単位変換器に第2リアクトルが直列接続され、前記第1アームに並列接続された第2アームと、
前記第1アームと前記第2アームとの間を同一相内で循環する並列アーム間循環電流を制御する制御部と、
前記第1リアクトルまたは前記第2リアクトルに直列接続された第1電流検出器と、
前記第1アームと前記第2アームの並列回路に直列接続された第2電流検出器と、備え、
前記第1電流検出器は、前記第1アームに流れる第1アーム電流と前記第2アームに流れる第2アーム電流の差電流を検出する電力変換装置。 - エネルギーバッファを含む単位変換器がN(Nは正の整数)段接続されるとともに、前記N段接続された単位変換器に第1リアクトルが直列接続され、交流の各相に設けられた第1アームと、
エネルギーバッファを含む単位変換器がM(Mは正の整数)段接続されるとともに、前記M段接続された単位変換器に第2リアクトルが直列接続され、前記第1アームに並列接続された第2アームと、
前記第1アームと前記第2アームとの間を同一相内で循環する並列アーム間循環電流を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記第1アームと前記第2アームのそれぞれについての循環電流指令値と前記並列アーム間循環電流との偏差が減少する方向に前記並列アーム間循環電流を制御する電力変換装置。 - 前記単位変換器は、前記エネルギーバッファとして直流コンデンサを備え、
前記制御部は、前記第1アームと前記第2アームのそれぞれについての直流コンデンサの平均値であるアーム平均電圧値を演算し、前記第1アームのアーム平均電圧値と前記第2アームのアーム平均電圧値の偏差が減少する方向に前記並列アーム間循環電流を制御する請求項3に記載の電力変換装置。 - 前記制御部は、前記アーム平均電圧値の移動平均値を演算し、前記アーム平均電圧値が含有する交流電圧変動分を減少させる請求項4に記載の電力変換装置。
- 前記制御部は、
前記第1アームのアーム平均電圧値と前記第2アームのアーム平均電圧値の偏差に基づいて算出した循環電流補正値を加算することで前記第1アームの循環電流指令値を算出する場合、前記循環電流補正値を減算することで前記第2アームの循環電流指令値を算出し、
前記循環電流補正値を減算することで前記第1アームの循環電流指令値を算出する場合、前記循環電流補正値を加算することで前記第2アームの循環電流指令値を算出する請求項4に記載の電力変換装置。 - 前記制御部は、
前記第1アームおよび前記第2アームに流れるアーム電流が含有する交流電流と直流電流と前記並列アーム間循環電流を分離するアーム電流成分分離部と、
各相の単位変換器ごとの直流コンデンサ電圧の相平均電圧値を全ての単位変換器の直流コンデンサ電圧平均値に追従させる各相間バランス制御部と、
前記第1アームと前記第2アームのそれぞれについての直流コンデンサの平均値であるアーム平均電圧値を演算し、前記第1アームのアーム平均電圧値と前記第2アームのアーム平均電圧値の偏差が減少する方向に前記並列アーム間循環電流を制御する並列アーム間バランス制御部と、
前記第1アームと前記第2アームのそれぞれについての循環電流指令値と前記並列アーム間循環電流との偏差が減少する方向に前記並列アーム間循環電流を制御する循環電流制御部と、
前記交流電流を交流電流指令値に追従させる交流電流制御部と、
前記直流電流を直流電流指令値に追従させる直流電流制御部と、
前記循環電流制御部から出力される循環電圧指令値、前記交流電流制御部から出力される交流電圧指令値および前記直流電流制御部から出力される直流電圧指令値に基づいて、前記単位変換器に入力するゲートパルスを生成するゲートパルス生成部とを備える請求項4に記載の電力変換装置。 - エネルギーバッファを含む単位変換器がN(Nは正の整数)段接続されるとともに、前記N段接続された単位変換器に第1リアクトルが直列接続され、交流の各相に設けられた第1アームと、
エネルギーバッファを含む単位変換器がM(Mは正の整数)段接続されるとともに、前記M段接続された単位変換器に第2リアクトルが直列接続され、前記第1アームに並列接続された第2アームと、
前記第1アームと前記第2アームとの間を同一相内で循環する並列アーム間循環電流を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記並列アーム間循環電流に任意の周波数を有する交流循環電流を含有させる電力変換装置。 - 前記制御部は、前記電力変換装置に流れる直流電流の電流振幅値に基づいて前記交流循環電流の電流振幅値を決定する請求項8に記載の電力変換装置。
- 前記制御部は、前記第1アームおよび前記第2アームの直流コンデンサの最大電圧と最小電圧の電圧偏差が一定値以下の場合、前記交流循環電流を出力しないよう制御する請求項8に記載の電力変換装置。
- エネルギーバッファを含む単位変換器がN(Nは正の整数)段接続されるとともに、前記N段接続された単位変換器に第1リアクトルが直列接続され、交流の各相に設けられた第1アームと、
エネルギーバッファを含む単位変換器がM(Mは正の整数)段接続されるとともに、前記M段接続された単位変換器に第2リアクトルが直列接続され、前記第1アームに並列接続された第2アームとを備える電力変換装置の制御方法であって、
前記第1アームと前記第2アームとの間を同一相内で循環する並列アーム間循環電流を制御し、前記第1アームと前記第2アームのそれぞれについての循環電流指令値と前記並列アーム間循環電流との偏差が減少する方向に前記並列アーム間循環電流を制御する電力変換装置の制御方法。
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