JP7271480B2 - Power converter and power conversion system - Google Patents
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本開示は、電力変換装置および電力変換システムに関する。 The present disclosure relates to power converters and power conversion systems.
特許第6392708号公報には、制御指令に応じた交流電圧を出力する電力変換器と、電力変換器の出力電圧の位相を検出する位相検出装置と、位相検出装置によって検出された検出位相に基づいて制御指令を生成して電力変換器に送信する制御装置とを備える電力変換システムが開示されている。 Japanese Patent No. 6392708 discloses a power converter that outputs an AC voltage according to a control command, a phase detection device that detects the phase of the output voltage of the power converter, and a phase detector based on the detected phase detected by the phase detection device. a control device that generates and transmits a control command to the power converter.
特許第6392708号公報に開示された電力変換システムにおいて、制御装置の演算周期と位相検出装置の検出周期とが異なる場合、制御装置が認識する検出位相が急変してしまい、その影響で電力変換器の出力電圧波形が乱れて制御不安定となることが懸念される。また、ノイズの影響によって制御装置が認識する検出位相が急変した場合にも、同様に制御不安定となることが懸念される。 In the power conversion system disclosed in Japanese Patent No. 6392708, when the calculation cycle of the control device and the detection cycle of the phase detection device are different, the detection phase recognized by the control device changes suddenly, and the power converter There is a concern that the output voltage waveform of the controller will be disturbed and the control will become unstable. Also, when the detection phase recognized by the control device changes suddenly due to the influence of noise, there is a concern that the control may similarly become unstable.
本開示は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、制御装置が認識する検出位相が急変したとしても、電力変換器の出力電圧が制御不安定となることを抑制することである。 The present disclosure has been made to solve the above-described problems, and its purpose is to prevent the output voltage of the power converter from becoming unstable even if the detection phase recognized by the control device changes suddenly. It is to suppress.
本開示による電力変換装置は、指令位相に応じた交流電圧を出力する電力変換器と、電力変換器の出力位相を周期的に検出する位相検出装置に接続され、位相検出装置によって検出された検出位相に基づいて指令位相を周期的に演算する制御装置とを備える。制御装置は、電力変換器の出力周波数と指令位相の前回値とを用いて出力位相の推定値である推定位相を算出し、検出位相が推定位相に第1値を加えた第1位相よりも進んでいる場合、第1位相を指令位相の今回値に設定する。 A power conversion device according to the present disclosure is connected to a power converter that outputs an AC voltage according to a command phase, and a phase detection device that periodically detects the output phase of the power converter. and a controller for periodically calculating the commanded phase based on the phase. The control device calculates an estimated phase, which is an estimated value of the output phase, using the output frequency of the power converter and the previous value of the command phase, and the detected phase is higher than the first phase obtained by adding the first value to the estimated phase. If so, set the first phase to the current value of the commanded phase.
本開示による電力変換システムは、上記の電力変換器、制御装置および位相検出装置と、電力変換器の出力周波数を検出する周波数検出装置とを備える。 A power conversion system according to the present disclosure includes the power converter, the control device and the phase detection device described above, and a frequency detection device that detects the output frequency of the power converter.
本開示による電力変換装置および電力変換システムにおいては、制御装置が認識する検出位相が急変したとしても、電力変換器の出力電圧が制御不安定となることを抑制することができる。 In the power conversion device and the power conversion system according to the present disclosure, even if the detection phase recognized by the control device suddenly changes, it is possible to prevent the output voltage of the power converter from becoming unstable.
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下では、複数の実施の形態について説明するが、各実施の形態で説明された構成を適宜組合わせることは出願当初から予定されている。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. A plurality of embodiments will be described below, but appropriate combinations of the configurations described in the respective embodiments have been planned since the filing of the application. The same or corresponding parts in the drawings are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.
[実施の形態1]
<全体構成>
図1は、本実施の形態による電力変換システム1の構成を示す回路ブロック図である。電力変換システム1は、電力変換装置10と、位相検出装置40と、周波数検出装置50とを備える。電力変換装置10は、電力変換器20と、制御装置30とを備える。制御装置30は、位相推定部31と、指令位相生成部32と、指令出力部33とを備える。
[Embodiment 1]
<Overall composition>
FIG. 1 is a circuit block diagram showing the configuration of a
電力変換器20は、制御装置30からの制御信号(指令位相)に応じた交流電圧を出力する。具体的には、電力変換器20は、制御装置30からの制御信号によって制御され、商用交流電源2から供給される交流を用いて、制御対象3が利用可能な電圧の交流を発生して、制御対象3に出力する。なお、制御対象3は、たとえば交流モータなどである。
周波数検出装置50は、電力変換器20から制御対象3に出力される交流電圧の周波数(以下「出力周波数」ともいう)を検出する。周波数検出装置50によって検出された出力周波数は、制御装置30の位相推定部31に出力される。
The
位相検出装置40は、電力変換器20から制御対象3に出力される交流電圧の位相(以下「出力位相」ともいう)を予め定められた検出周期で周期的に検出する。位相検出装置40によって検出された出力位相(以下「検出θ」ともいう)は、制御装置30の指令位相生成部32に出力される。
The
制御装置30は、CPU(Central Processing Unit)、メモリおよび入出力バッファ(いずれも図示せず)を含んで構成される。制御装置30は、電力変換器20を制御するための指令位相(以下「指令θ」ともいう)を、予め定められた演算周期で周期的に演算する。以下では、制御装置30が現在の演算サイクルで演算する指令θを「指令θの今回値」とも記載し、現在の演算サイクルよりも1演算周期前の演算タイミングで演算された指令θを「指令θの前回値」とも記載する。
The
上述のように、制御装置30は、位相推定部31と、指令位相生成部32と、指令出力部33とを備える。
As described above,
位相推定部31は、周波数検出装置50から入力される出力周波数と、指令θの前回値とを用いて、出力位相の推定値(以下「推定θ」ともいう)を算出する。たとえば、位相推定部31は、出力周波数と制御装置30の演算周期とから1演算周期分の出力電圧の位相変化量Δθを算出し、指令θの前回値に位相変化量Δθを加えた値を、推定θとして算出する。
指令位相生成部32は、位相推定部31によって推定された推定θと、位相検出装置40から入力される検出θとを用いて指令θの今回値を生成し、指令出力部33に出力する。なお、指令θの今回値は、メモリに記憶され、次回の演算サイクルにおいて指令θの前回値として用いられる。
The
指令出力部33は、指令位相生成部32が生成した指令θを制御信号として電力変換器20に出力する。これにより、電力変換器20は、指令θに応じた交流電圧を制御対象3に出力する。
The
<指令θの設定>
上記のような構成において、仮に制御装置30が位相検出装置40からの検出θをそのまま指令θに設定してしまうと、制御装置30の演算周期と位相検出装置40の検出周期との違い、あるいは、ノイズの影響によって、制御装置30が演算する指令θが急変し、電力変換器20の出力電圧波形が乱れて制御不安定となることが懸念される。
<Setting the command θ>
In the above configuration, if the
図2は、制御装置30が位相検出装置40からの検出θをそのまま指令θに設定する場合(本開示に対する比較例)の指令θの変化の様子を示す図である。図2において、横軸は時間が示され、縦軸は位相θが示される。なお、図2には、制御装置30の演算周期が位相検出装置40の検出周期よりも長い場合が例示されている。
FIG. 2 is a diagram showing how the command θ changes when the
位相検出装置40は出力位相を予め定められた検出周期で周期的に検出するため、検出θは、出力電圧の実位相に対してステップ的に追従していく。同様に、制御装置30は指令θを予め定められた演算周期で周期的に算出するため、指令θもステップ的に変化する。
Since the
この際、図2に示すように、制御装置30の演算周期が位相検出装置40の検出周期よりも長い場合には、1回の指令θの変化量が検出θの2回分(位相検出装置40の2検出周期分)の変化量となり、指令θが急変するタイミングが生じ得る。指令θが急変すると、予期せぬ出力で制御不安定となることが懸念される。
At this time, as shown in FIG. 2, when the calculation cycle of the
そこで、本実施の形態による制御装置30は、検出θをそのまま指令θに設定するのではなく、出力周波数と指令θの前回値とから推定θを算出し、指令θの今回値が推定θから乖離しすぎないように指令θの今回値を設定する。以下、図3~図7を用いて本実施の形態による指令θの設定手法について詳しく説明する。
Therefore, the
図3は、検出θが推定θよりも大幅に進んでいる場合の指令θの設定手法を示す図である。制御装置30(位相推定部31)は、指令θの前回値に1演算周期分の位相変化量Δθを加えた値を、推定θとして算出する。 FIG. 3 is a diagram showing a method of setting the command θ when the detected θ is much ahead of the estimated θ. The control device 30 (phase estimator 31) calculates a value obtained by adding the phase change amount Δθ for one calculation cycle to the previous value of the command θ as the estimated θ.
そして、検出θが推定θよりも大幅に進んでいる場合、具体的には、推定θに第1値αを加えた第1位相(=推定θ+α)よりも検出θが進んでいる場合、制御装置30(指令位相生成部32)は、第1位相(=推定θ+α)を指令θの今回値に設定する。これにより、検出θをそのまま指令θの今回値に設定する場合に比べて、1回の指令θの変化量(指令θの今回値と前回値との差分)を低減することができるため、指令θを滑らかに変化させることができる。また、推定θよりも検出θに近い第1位相(=推定θ+α)を指令θに設定するため、推定θをそのまま指令θの今回値に設定する場合に比べて、指令θの今回値を適切に検出θに近づけることができる。その結果、指令θを滑らかかつ適切に検出θに追従させることができる。 When the detected θ is much ahead of the estimated θ, specifically, when the detected θ is ahead of the first phase (=estimated θ+α) obtained by adding the first value α to the estimated θ, the control Device 30 (command phase generator 32) sets the first phase (=estimated θ+α) to the current value of command θ. As a result, compared to the case where the detected θ is directly set to the current value of the command θ, the amount of change in the command θ (the difference between the current value of the command θ and the previous value) can be reduced. θ can be changed smoothly. Also, since the first phase (= estimated θ + α), which is closer to the detected θ than the estimated θ, is set as the command θ, the current value of the command θ is more appropriate than when the estimated θ is directly set to the current value of the command θ. can be approximated to the detection θ. As a result, the command θ can smoothly and appropriately follow the detected θ.
図4は、検出θが推定θよりも大幅に遅れている場合の指令θの設定手法を示す図である。検出θが推定θよりも大幅に遅れている場合、具体的には、図4に示すように、推定θから第1値αと同じ大きさの第2値αを減じた第2位相(=推定θ-α)よりも検出θが遅れている場合、制御装置30(指令位相生成部32)は、第2位相(=推定θ-α)を指令θの今回値に設定する。これにより、検出θをそのまま指令θの今回値に設定する場合に比べて、1回の指令θの変化量(指令θの今回値と前回値との差分)を低減することができるため、指令θを滑らかに変化させることができる。また、推定θよりも検出θに近い第2位相(=推定θ-α)を指令θに設定するため、推定θをそのまま指令θの今回値に設定する場合に比べて、指令θの今回値を適切に検出θに近づけることができる。その結果、指令θを滑らかかつ適切に検出θに追従させることができる。 FIG. 4 is a diagram showing a method of setting the command θ when the detected θ lags significantly behind the estimated θ. When the detected θ lags significantly behind the estimated θ, specifically, as shown in FIG. 4, a second phase (= When the detected θ lags behind the estimated θ−α), the control device 30 (command phase generator 32) sets the second phase (=estimated θ−α) to the current value of the command θ. As a result, compared to the case where the detected θ is directly set to the current value of the command θ, the amount of change in the command θ (the difference between the current value of the command θ and the previous value) can be reduced. θ can be changed smoothly. In addition, since the second phase (=estimated θ - α), which is closer to the detected θ than the estimated θ, is set as the command θ, compared to the case where the estimated θ is directly set to the current value of the command θ, the current value of the command θ can be appropriately brought close to the detection θ. As a result, the command θ can smoothly and appropriately follow the detected θ.
図5は、検出θが推定θに近い場合の指令θの設定手法を示す図である。検出θが推定θに近い場合、具体的には、図5に示すように、検出θが第1位相(=推定θ+α)と第2位相(=推定θ-α)との間の範囲に含まれる場合、推定θを指令θの今回値に設定する。このように、検出θが推定θに近い場合には、推定θを指令θの今回値に設定することによって、指令θの今回値を検出θに追従させることができる。また、検出θそのものではなく推定θを指令θの今回値に設定しているため、検出θに微小な検出誤差あるいは変動がある場合であっても、指令θを滑らかに変化させることができる。 FIG. 5 is a diagram showing a method of setting the command θ when the detected θ is close to the estimated θ. When the detected θ is close to the estimated θ, specifically, as shown in FIG. 5, the detected θ is included in the range between the first phase (= estimated θ+α) and the second phase (= estimated θ−α). If so, set the estimated θ to the current value of the command θ. Thus, when the detected θ is close to the estimated θ, the current value of the command θ can be made to follow the detected θ by setting the estimated θ to the current value of the command θ. Also, since the current value of the command θ is set to the estimated θ instead of the detected θ itself, the command θ can be changed smoothly even if the detected θ has a minute detection error or variation.
以上のような指令θの設定によって、本実施の形態においては、指令θを滑らかかつ適切に検出θに追従させることができる。そのため、電力変換器20の出力電圧波形が滑らかになり制御不安定となることが抑制される。
By setting the command .theta. as described above, the command .theta. can smoothly and appropriately follow the detected .theta. in the present embodiment. Therefore, the output voltage waveform of
なお、本実施の形態においては第1位相の設定に用いられる第1値αと第2位相の設定に用いられる第2値αとを同じ大きさとしているが、第1値αの大きさと第2値αの大きさとが異なってもよい。いずれの場合であっても、第1値αの大きさおよび第2値αの大きさは、実験等によって予め決められて制御部30内のメモリに記憶されている。
In the present embodiment, the first value α used for setting the first phase and the second value α used for setting the second phase have the same magnitude. The magnitude of the binary α may be different. In either case, the magnitude of the first value α and the magnitude of the second value α are determined in advance by experiments or the like and stored in the memory within the
図6は、本実施の形態による制御装置30によって設定される指令θの変化の様子を示す図である。なお、図6においても、上述の図2と同様、横軸は時間が示され、縦軸は位相θが示され、制御装置30の演算周期が位相検出装置40の検出周期よりも長い場合が例示されている。
FIG. 6 is a diagram showing how command θ set by
本実施の形態においては、検出θが推定θに第1値αを加えた第1位相(=推定θ+α)よりも進んでいる場合には、第1位相(=推定θ+α)が指令θに設定される。そのため、検出θをそのまま指令θに設定する場合に比べて、指令θの急変が抑制され、指令θを滑らかに変化させることができる。また、推定θよりも検出θに近い第1位相(=推定θ+α)を指令θに設定するため、指令θの検出θに適切に近づけることができる。 In this embodiment, when the detected θ is ahead of the first phase (=estimated θ+α) obtained by adding the first value α to the estimated θ, the first phase (=estimated θ+α) is set to the command θ. be done. Therefore, compared to the case where the detected .theta. is set as the command .theta. as it is, sudden changes in the command .theta. Also, since the command θ is set to the first phase (=estimated θ+α) closer to the detected θ than the estimated θ, the command θ can be appropriately approximated to the detected θ.
図7は、制御装置30が指令θを設定する際に行なう処理手順の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは、制御装置30の演算周期毎に繰り返し実行される。
FIG. 7 is a flowchart showing an example of a processing procedure performed by
制御装置30は、周波数検出装置50からの出力周波数と、指令θの前回値とを用いて、推定θを算出する(ステップS10)。上述したように、制御装置30は、たとえば、出力周波数と制御装置30の演算周期とから1演算周期分の位相変化量Δθを算出し、指令θの前回値に位相変化量Δθを加えた値を、推定θとして算出する。
次いで、制御装置30は、位相検出装置40から入力される検出θが、第1位相(推定θ+α)よりも進んでいるか否かを判定する(ステップS12)。検出θが第1位相よりも進んでいる場合(ステップS12においてYES)、制御装置30は、第1位相(推定θ+α)を指令θの今回値に設定する(ステップS14)。
Next, the
検出θが第1位相よりも進んでいない場合(ステップS12においてNO)、制御装置30は、検出θが第2位相(推定θ-α)よりも遅れているか否かを判定する(ステップS16)。検出θが第2位相よりも遅れている場合(ステップS16においてYES)、制御装置30は、第2位相(推定θ-α)を指令θの今回値に設定する(ステップS18)。
If the detected θ is not ahead of the first phase (NO in step S12),
検出θが第1位相と第2位相との間に含まれる場合(ステップS12においてNO、かつステップS16においてNO)、制御装置30は、推定θを指令θの今回値に設定する(ステップS20)。
If the detected θ is included between the first phase and the second phase (NO in step S12 and NO in step S16),
以上のように、本実施の形態による電力変換装置10は、指令θに応じた交流電圧を出力する電力変換器20と、電力変換器20の出力位相を周期的に検出する位相検出装置40に接続され、位相検出装置40によって検出された検出θに基づいて指令θを周期的に演算する制御装置30とを備える。制御装置30は、電力変換器20の出力周波数と指令θの前回値とを用いて出力位相の推定値である推定θを算出し、検出θが推定θに第1値αを加えた第1位相よりも進んでいる場合、第1位相(=推定θ+α)を指令θの今回値に設定する。これにより、制御装置30の演算周期と位相検出装置40の検出周期との違い、あるいは、ノイズの影響によって、制御装置30が認識する検出θが急変したとしても、演算する指令θが急変することを抑制しつつ、指令θを適切に検出θに近づけることができる。その結果、指令θを滑らかかつ適切に検出θに追従させることができるため、電力変換器20の出力電圧が制御不安定となることを抑制することができる。
As described above, the
[変形例]
上述の実施の形態においては、検出θが第1位相(=推定θ+α)と第2位相(=推定θ-α)との間の範囲に含まれる場合、「推定θ」を指令θの今回値に設定した。
[Modification]
In the above embodiment, when the detected θ is included in the range between the first phase (=estimated θ+α) and the second phase (=estimated θ−α), the "estimated θ" is the current value of the command θ. set to
これに対して、本変形例においては、検出θが第1位相(=推定θ+α)と第2位相(=推定θ-α)との間の範囲に含まれる場合、「推定θ」ではなく「検出θ」を指令θの今回値に設定する。本変形例のその他の構成および処理は、上述の実施の形態と同じであるため、ここでの詳細な説明は繰返さない。 On the other hand, in this modification, when the detected θ is included in the range between the first phase (=estimated θ+α) and the second phase (=estimated θ−α), instead of “estimated θ”, “ Detected θ” is set to the current value of command θ. Other configurations and processes of this modification are the same as those of the above-described embodiment, and thus detailed description thereof will not be repeated.
図8は、本変形例による、検出θが推定θに近い場合の指令θの設定手法を示す図である。検出θが推定θに近い場合、具体的には、図8に示すように、検出θが第1位相(=推定θ+α)と第2位相(=推定θ-α)との間の範囲に含まれる場合、「検出θ」を指令θの今回値に設定する。これにより、推定θを指令θの今回値に設定する場合に比べて、指令θを検出θにより適切に追従させることができる。 FIG. 8 is a diagram showing a method of setting the command θ when the detected θ is close to the estimated θ according to this modification. When the detected θ is close to the estimated θ, specifically, as shown in FIG. 8, the detected θ is included in the range between the first phase (= estimated θ+α) and the second phase (= estimated θ−α) If so, set the "detection θ" to the current value of the command θ. As a result, the command θ can more appropriately follow the detected θ than when the estimated θ is set to the current value of the command θ.
図9は、本変形例による制御装置30が指令θを設定する際に行なう処理手順の一例を示すフローチャートである。図9に示すフローチャートは、上述の図7に示すフローチャートのS20をS20Aに変更したものである。図9のその他のステップ(図7に示したステップと同じ番号を付しているステップ)については、既に説明したためここでの詳細な説明は繰返さない。
FIG. 9 is a flow chart showing an example of a processing procedure performed when
検出θが第1位相と第2位相との間に含まれる場合(ステップS12においてNO、かつステップS16においてNO)、制御装置30は、検出θを指令θの今回値に設定する(ステップS20A)。
If detected θ is included between the first phase and the second phase (NO in step S12 and NO in step S16),
以上のように変形しても、上述の実施の形態と同様に、指令θを滑らかかつ適切に検出θに追従させることができるため、電力変換器20の出力電圧が制御不安定となることを抑制することができる。さらに、本変形例においては、検出θが推定θに近い場合において「検出θ」を指令θの今回値に設定するため、上述の実施の形態に比べて、指令θを検出θにより適切に追従させることができる。 Even if modified as described above, the command θ can smoothly and appropriately follow the detection θ in the same manner as in the above-described embodiment. can be suppressed. Furthermore, in this modified example, when the detected θ is close to the estimated θ, the "detected θ" is set to the current value of the command θ. can be made
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be considered that the embodiments disclosed this time are illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present disclosure is indicated by the scope of the claims rather than the above description, and is intended to include all modifications within the scope and meaning of equivalents of the scope of the claims.
1 電力変換システム、2 商用交流電源、3 制御対象、10 電力変換装置、20 電力変換器、30 制御装置、31 位相推定部、32 指令位相生成部、33 指令出力部、40 位相検出装置、50 周波数検出装置。
Claims (5)
前記電力変換器の出力位相を周期的に検出する位相検出装置に接続され、前記位相検出装置によって検出された検出位相に基づいて前記指令位相を周期的に演算する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記電力変換器の出力周波数と前記指令位相の前回値とを用いて前記出力位相の推定値である推定位相を算出し、
前記検出位相が前記推定位相に第1値を加えた第1位相よりも進んでいる場合、前記第1位相を前記指令位相の今回値に設定する、電力変換装置。 a power converter that outputs an AC voltage according to the command phase;
a control device that is connected to a phase detection device that periodically detects the output phase of the power converter, and that periodically calculates the command phase based on the detected phase detected by the phase detection device;
The control device is
calculating an estimated phase, which is an estimated value of the output phase, using the output frequency of the power converter and the previous value of the command phase;
The power conversion device, wherein when the detected phase leads a first phase obtained by adding a first value to the estimated phase, the first phase is set to the current value of the command phase.
前記電力変換器の出力周波数を検出する周波数検出装置とを備える、電力変換システム。
A power converter, a control device and a phase detection device according to any one of claims 1 to 4,
and a frequency detection device that detects an output frequency of the power converter.
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