JP7377172B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
(A)前記電圧Vdと電圧Vcと電流Iaとを入力するステップ
及び
(B)前記電圧Vdが所定の目標電圧VDとなり、前記電圧Vcが所定の目標電圧VCとなるように、前記スイッチ素子のオンとオフとを制御するスイッチ制御信号を生成するステップ
を含む。前記(B)のステップにおいて、前記電圧Vd及び前記電流Iaから前記変動補償回路での瞬時有効電力ipが計算され、前記瞬時有効電力ipを用いて前記電圧Vcが制御される。
(B1)前記電圧Vd及び前記電流Iaから、前記変動補償回路での瞬時有効電力ipを計算するステップ、
(B2)前記瞬時有効電力ip、前記電圧Vc及び前記目標電圧VCから、前記電圧Vcを前記目標電圧VCとするための、中間操作量となる瞬時有効電力Ppを決めるステップ、
(B3)前記電圧Vd及び前記電流Iaから、前記変動補償回路での瞬時無効電力iqを計算するステップ、
(B4)前記瞬時無効電力iqから、この瞬時無効電力iqをゼロにするための、中間操作量となる瞬時無効電力Qpを決めるステップ
を含み、前記瞬時有効電力Pp及び瞬時無効電力Qpから前記スイッチ制御信号が生成される。
(B5)前記瞬時有効電力Pp及び瞬時無効電力Qpから、前記コンバータの出力電流IAを計算するステップ、
(B6)前記計算で求められた電流IA及び前記電流Iaから、これらの差分をゼロとするための中間操作量となる前記第二コンデンサC2の電圧V2pを決めるステップ、
及び
(B7)前記電圧V2p及び前記電圧Vcから前記スイッチ制御信号を生成するステップ
をさらに含む。
(C)前記(A)のステップで入力された前記電流Iaを、前記第二コンデンサC2と前記コンバータとによって決まる発振周波数の成分を低減する発振周波数成分の低減回路に通すステップ
をさらに備え、前記(B)のステップでは、前記電流Iaとして、前記低減回路を通した後の電流が使用される。
図2は、本発明の一実施形態に係る電力変換装置2が示された回路図である。図で示されるように、この装置2は、変動補償回路12と制御回路14とを備える。
瞬時有効電力ip=vd*Ia+vdβ*Iaβ
瞬時無効電力iq=vd*Iaβ+vdβ*Ia
図4にこの計算式に対応する、pq計算部36の動作が示されている。
IA=(Pp*vd+Qp*vdβ)/(vd2+vdβ2)
図3にこの計算式に対応する、IA計算部42の動作が示されている。
Gi(s)の最初の項が比例項であり、kpはその比例定数である。2番目の項が前述の周波数ω0に対する共振項であり、krはその比例定数である。3番目の項が、周波数ω0の整数倍の周波数h*ω0(hは2以上の整数)に対する共振項である。必要となるhの値やその種類(例えば、h=3、5、7)は、目標とする性能等により決められる。3番目の項は、なくてもよい。この実施形態では、PR制御部の伝達関数Gi(s)は、3番面の項を備えていない。この実施形態では、PR制御部の伝達関数Gi(s)は、比例項と、周波数ω0に対する共振項とからなる。
(1)電流IaをNF30に通すステップ、
(2)NF30通過後の電流IaをAPF34に通すステップ、
(3)電源バスの変動電圧vdを得るステップ、
(4)変動電圧vdをAPF34に通すステップ、
(5)瞬時有効電力ipを計算するステップ、
(6)中間操作量となる瞬時有効電力Ppを決めるステップ、
(7)瞬時無効電力iqを計算するステップ、
(8)中間操作量となる瞬時無効電力Qpを決めるステップ、
(9)前記コンバータ16の出力電流IAを計算するステップ、
(10)中間操作量となる第二コンデンサC2の電圧V2pを決めるステップ、
及び
(11)PWM信号を生成するステップ
を含む。
瞬時有効電力ip=vd*Ia+vdβ*Iaβ
瞬時無効電力iq=vd*Iaβ+vdβ*Ia
IA=(Pp*vd+Qp*vdβ)/(vd2+vdβ2)
図6は、本発明の他の実施形態に係る電力変換装置50の制御回路52が示された、ブロック線図である。図6から分かるとおり、制御回路52は、セカンドオーダージェネラライズドインテグレーター54(Second Order Generalized Integrator:以後、SOGI54と表記する)、vd抽出部56、pq計算部58、Pp決定部60、Qp決定部62、IA計算部64、V2p決定部66及びPWM生成部68を備える。この制御回路52は、NF30及びAPF34を有さず、これらの代わりにSOGI54を有することが、図3の制御回路14と異なる。その他の部分は、図3の制御回路14と同じである。
(1’)電流IaをSOGI54に通すステップ、
(2’)電源バスの変動電圧vdを得るステップ
及び
(3’)変動電圧vdをSOGI54に通すステップ
を含む。これ以降のステップついては、前述の(5)-(11)と同じである。
インバータ動作時の電源バスの電圧変動を、シミュレーションで確認した。この結果が図7に示されている。図7では、電源バスの電圧Vdの波形と第二コンデンサC2の電圧V2の波形とが、併せて示されている。図で示されるように、第二コンデンサC2の電圧は、電源バスの電圧変動を補償するために、ピークツーピークで280V変動している。これにより、電源バスの電圧Vdの変動は、ピークツーピークで9Vに抑えられた。これは、この電源バスに、本装置に代えて2mFの容量の電解コンデンサを付けた場合と同等である。
上記の電源バスの変動の確認と併せて、補助コンデンサCcの電圧の変動を確認した。この結果が図8に示されている。図で示されるように、補助コンデンサCcの電圧は、ほぼ一定に制御できている。図8において、補助コンデンサCcの電圧が僅かに変動している部分がある。これは、補助コンデンサCcの電圧を一定にするために、補助コンデンサCcへの充電がされている部分である。
図9(a)に本装置を使用したときの、電源バスの電圧Vd、コンバータの出力電流Ia及び第二コンデンサC2の電圧V2の、実機での測定結果が示されている。図9(b)に、本装置からNFを取り外した装置を使用した場合の、電源バスの電圧Vd、コンバータの出力電流Ia及び第二コンデンサC2の電圧V2の、実機での測定結果が示されている。本装置では、NFを取り外した装置と比べて、コンバータ出力電流Iaの乱れがない。本装置では、NFを取り外した装置と比べて、電源バスの電圧Vdの変動も小さくなっている。
4・・・電源システム
6・・・単相交流電源
8・・・車載蓄電池
9・・・ACDCコンバータ及びPFC
10・・・DCDCコンバータ
12・・・変動補償回路
14、52・・・制御回路
16・・・コンバータ
18・・・第一電圧計
20・・・第二電圧計
22・・・第三電圧計
24・・・電流計
26・・・MCU
28・・・メモリ
30・・・ノッチフィルター
32、56・・・変動成分電圧抽出部
34・・・オールパスフィルター
36、58・・・瞬時有効電力及び瞬時無効電力計算部
38、60・・・中間操作量となる瞬時有効電力の決定部
40、62・・・中間操作量となる瞬時無効電力の決定部
42、64・・・コンバータ出力電流の計算部
44、66・・・中間操作量となる第二コンデンサC2電圧決定部
46、68・・・PWM生成部
54・・・セカンドオーダージェネラライズドインテグレーター
Claims (13)
- 単相交流と直流との間の変換を伴う電力システムの、直流電源バスの電圧変動を抑制する電力変換装置であって、
変動補償回路と制御回路とを備え、
前記変動補償回路が、
電源バスに接続された第一コンデンサC1、
前記第一コンデンサC1とグランドとの間でこれらと直列に接続された第二コンデンサC2、
補助コンデンサCc、
前記第二コンデンサC2と前記補助コンデンサCcとに接続された、スイッチ素子を含む降圧機能を有するコンバータ、
前記電源バスの電圧Vdを計測する第一電圧計、
前記補助コンデンサCcの電圧Vcを計測する第二電圧計
及び
前記コンバータの出力電流Iaを計測する電流計
を備え、
前記制御回路が、前記電圧Vdと電圧Vcと電流Iaとを入力として、前記電圧Vdが所定の目標電圧VDとなり、前記電圧Vcが所定の目標電圧VCとなるように、前記スイッチ素子のオンとオフとを制御するスイッチ制御信号を生成し、
前記制御回路が、前記変動補償回路での瞬時有効電力ipを計算する有効電力計算部を備え、前記瞬時有効電力ipを用いて前記電圧Vcを制御する、電力変換装置。 - 前記制御回路が、
前記電圧Vd及び前記電流Iaから前記変動補償回路での瞬時有効電力ip及び瞬時無効電力iqを計算するpq計算部と、
前記瞬時有効電力ip、前記電圧Vc及び前記目標電圧VCから、前記電圧Vcを前記目標電圧VCとするための、中間操作量となる瞬時有効電力Ppを決めるPp決定部と、
前記瞬時無効電力iqをゼロにするための、中間操作量となる瞬時無効電力Qpを決めるQp決定部、
とを備え、
前記瞬時有効電力Ppと瞬時無効電力Qpとから、前記スイッチ制御信号が生成される、請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記制御回路が、
前記瞬時有効電力Pp及び瞬時無効電力Qpから、前記コンバータの出力電流IAを計算するIA計算部と、
前記計算で求められた電流IA及び前記電流Iaから、これらの差分をゼロとするための中間操作量となる前記第二コンデンサC2の電圧V2pを決めるV2p決定部と、
前記電圧V2p及び前記電圧Vcから前記スイッチ制御信号を生成する、スイッチ制御信号生成部と、
をさらに備える、請求項2に記載の電力変換装置。 - 前記V2p決定部が、前記単相交流の周波数の2倍の周波数ω0の変動に対してゲインのピークを有する比例共振制御部を備える、請求項3に記載の電力変換装置。
- 前記制御回路が、前記第二コンデンサC2と前記コンバータとによって決まる発振周波数の成分を低減する、発振周波数成分の低減回路をさらに備え、
前記変動補償回路からの前記電流Iaが前記低減回路に通され、前記低減回路の出力が前記電流Iaとしてスイッチ制御信号の生成に使用される、請求項1から4のいずれかに記載の電力変換装置。 - 前記低減回路が、ノッチフィルター又はセカンドオーダージェネラライズドインテグレーターである、請求項5に記載の電力変換装置。
- 前記コンバータが、インバータ又は降圧チョッパである、請求項1から6のいずれかに記載の電力変換装置。
- 単相交流と直流との間の変換を伴う電力システムの、直流電源バスの電圧変動を抑制する電力変換装置用の変動補償回路の制御方法であって、
前記変動補償回路が、
電源バスに接続された第一コンデンサC1、
前記第一コンデンサC1とグランドとの間でこれらと直列に接続された第二コンデンサC2、
補助コンデンサCc、
前記第二コンデンサC2と前記補助コンデンサCcとに接続された、スイッチ素子を含む降圧機能を有するコンバータ、
前記電源バスの電圧Vdを計測する第一電圧計、
前記補助コンデンサCcの電圧Vcを計測する第二電圧計
及び
前記コンバータの出力電流Iaを計測する電流計
を備えており、
前記制御方法が、
(A)前記電圧Vdと電圧Vcと電流Iaとを入力するステップ
及び
(B)前記電圧Vdが所定の目標電圧VDとなり、前記電圧Vcが所定の目標電圧VCとなるように、前記スイッチ素子のオンとオフとを制御するスイッチ制御信号を生成するステップ
を含み、
前記(B)のステップにおいて、前記電圧Vd及び前記電流Iaから前記変動補償回路での瞬時有効電力ipが計算され、前記瞬時有効電力ipを用いて前記電圧Vcが制御される、制御方法。 - 前記(B)のステップが、
(B1)前記電圧Vd及び前記電流Iaから、前記変動補償回路での瞬時有効電力ipを計算するステップ、
(B2)前記瞬時有効電力ip、前記電圧Vc及び前記目標電圧VCから、前記電圧Vcを前記目標電圧VCとするための中間操作量となる瞬時有効電力Ppを決めるステップ、
(B3)前記電圧Vd及び前記電流Iaから、前記変動補償回路での瞬時無効電力iqを計算するステップ、
(B4)前記瞬時無効電力iqから、この瞬時無効電力iqをゼロにするための、中間操作量となる瞬時無効電力Qpを決めるステップ
を含み、前記瞬時有効電力Pp及び瞬時無効電力Qpから前記スイッチ制御信号が生成される、請求項8に記載の制御方法。 - 前記(B)のステップが、
(B5)前記瞬時有効電力Pp及び瞬時無効電力Qpから、前記コンバータの出力電流IAを計算するステップ、
(B6)前記計算で求められた電流IA及び前記電流Iaから、これらの差分をゼロとするための中間操作量となる前記第二コンデンサC2の電圧V2pを決めるステップ、
及び
(B7)前記電圧V2p及び前記電圧Vcから前記スイッチ制御信号を生成するステップ
をさらに含む、請求項9に記載の制御方法。 - 前記(B6)のステップでは、前記単相交流の周波数の2倍の周波数ω0の変動に対してゲインのピークを有する比例共振制御が実施される、請求項10に記載の制御方法。
- 前記(A)のステップの後に、
(C)前記(A)のステップで入力された前記電流Iaを、前記第二コンデンサC2と前記コンバータとによって決まる発振周波数の成分を低減する発振周波数成分の低減回路に通すステップ
をさらに備え、
前記(B)のステップでは、前記電流Iaとして、前記低減回路を通した後の電流が使用される、請求項8から11のいずれかに記載の制御方法。 - 前記発振周波数成分の低減回路が、ノッチフィルター又はセカンドオーダージェネラライズドインテグレーターである、請求項12に記載の制御方法。
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