JP7802137B2 - Power Conversion Device - Google Patents
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Description
本開示は、電力変換装置に関する。 This disclosure relates to a power conversion device.
特開平7-28534号公報(特許文献1)には、変圧器を介して電力系統または負荷と接続される電力変換装置の制御装置が開示される。電力変換装置は、自己消弧素子から構成されている。電力系統の電圧または電力変換装置の出力電圧に直流成分が含まれていた場合、変圧器に直流成分を含んだ励磁電流が流れることになり、この励磁電流の直流成分が変圧器を偏磁させる。特許文献1では、制御装置は、変圧器の1次巻線電流と2次巻線電流との差分に含まれる直流成分を検出し、直流成分に基づいて電力変換装置の出力電圧指令値を補正するように構成される。 JP 7-28534 A (Patent Document 1) discloses a control device for a power conversion device connected to a power grid or load via a transformer. The power conversion device is composed of self-extinguishing elements. If the power grid voltage or the output voltage of the power conversion device contains a DC component, an excitation current containing a DC component flows through the transformer, and the DC component of this excitation current causes the transformer to become biased. In Patent Document 1, the control device is configured to detect the DC component contained in the difference between the transformer's primary winding current and secondary winding current, and correct the output voltage command value of the power conversion device based on the DC component.
上述した制御装置において、電力変換装置の出力電圧指令値は、電圧検出器により検出される系統電圧と、電流検出器により検出される変圧器の1次巻線電流とを用いて生成される。具体的には、1次巻線電流をdq変換したd軸電流およびq軸電流をd軸電流指令値およびq軸電流指令値にそれぞれ追従させるための電流フィードバック制御が実行されて出力電圧指令値が生成される。1次巻線電流が三相平衡状態にあるときには、d軸電流およびq軸電流は直流量として導出される。これらの直流量はフィードバック制御の帰還信号であり、これらに対する指令値が与えられて電流制御系が構成される。 In the control device described above, the output voltage command value for the power conversion device is generated using the system voltage detected by the voltage detector and the primary winding current of the transformer detected by the current detector. Specifically, current feedback control is performed to cause the d-axis current and q-axis current, which are obtained by dq-transforming the primary winding current, to follow the d-axis current command value and q-axis current command value, respectively, to generate the output voltage command value. When the primary winding current is in a three-phase balanced state, the d-axis current and q-axis current are derived as DC amounts. These DC amounts are feedback signals for feedback control, and command values for them are given to form the current control system.
しかしながら、電力系統の電圧変動や変圧器における偏磁の発生によって三相不平衡状態となった場合には、各相に同相で流れる零相電流が生じる。上述した電流制御系では零相電流についての制御がなされないため、電力変換器の出力電流への外乱を抑制することができず、電力変換器に過電流が流れてしまうおそれがある。 However, when a three-phase imbalance occurs due to voltage fluctuations in the power system or biased magnetism in a transformer, a zero-phase current flows in phase with each phase. Because the current control system described above does not control the zero-phase current, it is unable to suppress disturbances to the output current of the power converter, and there is a risk of an overcurrent flowing through the power converter.
上記特許文献1では、変圧器の1次巻線電流と2次巻線電流との差分に含まれる直流成分を検出するためにフィルタが用いられる。このフィルタには、入力のうち基本波成分およびそれ以上の周波数成分を減衰させるために、低域通過フィルタ(LPF:Low Pass Filter)のような応答性の遅いフィルタが使用される。これは、応答性の速いフィルタでは、フィルタを通過する高調波成分が電流フィードバック制御の外乱となってしまい、電力変換器の出力電流が歪み易くなるためである。その一方で、応答性の遅いフィルタを用いると、偏磁を高速に抑制することができず、結果的に電力変換器に過電流が流れるおそれがある。 In Patent Document 1, a filter is used to detect the DC component contained in the difference between the primary winding current and secondary winding current of a transformer. This filter uses a slow-response filter, such as a low-pass filter (LPF), to attenuate the fundamental wave component and higher frequency components of the input. This is because with a fast-response filter, the harmonic components that pass through the filter become disturbances in the current feedback control, making the output current of the power converter more likely to be distorted. On the other hand, if a slow-response filter is used, bias magnetization cannot be suppressed quickly, which could result in an overcurrent flowing through the power converter.
本開示は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、電力変換器から出力される三相交流電流を高速に制御することができる電力変換装置を提供することである。 The present disclosure has been made to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to provide a power conversion device that can quickly control the three-phase AC current output from a power converter.
本開示の一態様に係る電力変換装置は、直流電圧を三相交流電圧に変換して交流端子に出力する電力変換器と、電力変換器の出力電流を検出する第1の電流検出器と、電力変換器を制御する制御装置とを備える。電力変換器の交流端子は変圧器の2次巻線に接続される。変圧器の1次巻線は三相交流電力系統または三相交流負荷に接続される。制御装置は、電流制御部と、PWM回路とを含む。電流制御部は、交流電流指令値に対する第1の電流検出器の検出値の偏差を補償するためのフィードバック制御によって、三相交流電圧指令値を生成する。PWM回路は、三相交流電圧指令値に基づいて電力変換器の制御信号を生成することにより、電力変換器をPWM制御する。電流制御部は、第1の電流検出器の検出値に基づいた3自由度を有する電流値と、交流電流指令値に基づいた3自由度を有する電流指令値との偏差を入力とし、少なくとも比例制御演算を行う第1の補償器を含む。 A power conversion device according to one aspect of the present disclosure includes a power converter that converts DC voltage into three-phase AC voltage and outputs it to AC terminals, a first current detector that detects the output current of the power converter, and a control device that controls the power converter. The AC terminals of the power converter are connected to the secondary winding of a transformer. The primary winding of the transformer is connected to a three-phase AC power system or a three-phase AC load. The control device includes a current control unit and a PWM circuit. The current control unit generates a three-phase AC voltage command value through feedback control to compensate for the deviation of the detection value of the first current detector from the AC current command value. The PWM circuit PWM controls the power converter by generating a control signal for the power converter based on the three-phase AC voltage command value. The current control unit includes a first compensator that performs at least proportional control calculations using as input the deviation between a current value with three degrees of freedom based on the detection value of the first current detector and a current command value with three degrees of freedom based on the AC current command value.
本開示によれば、電力変換器から出力される三相交流電流を高速に制御することができる電力変換装置を提供することができる。 This disclosure provides a power conversion device that can quickly control the three-phase AC current output from a power converter.
以下、本開示の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では、図中の同一または相当部分について同一符号を付して、その説明は原則的に繰り返さないものとする。 Embodiments of the present disclosure will be described in detail below with reference to the drawings. Note that, below, identical or equivalent parts in the drawings will be designated by the same reference numerals, and their descriptions will generally not be repeated.
[実施の形態1]
図1は、実施の形態1に係る電力変換装置の構成を示す回路ブロック図である。実施の形態1に係る電力変換装置は、例えば、三相交流電力系統1の無効電力を補償する無効電力補償装置として使用される。あるいは、実施の形態1に係る電力変換装置は、図示しない三相交流負荷に電力を供給する給電装置として使用される。
[First Embodiment]
1 is a circuit block diagram showing the configuration of a power conversion device according to embodiment 1. The power conversion device according to embodiment 1 is used, for example, as a reactive power compensator that compensates for reactive power in a three-phase AC power system 1. Alternatively, the power conversion device according to embodiment 1 is used as a power supply device that supplies power to a three-phase AC load (not shown).
図1に示すように、実施の形態1に係る電力変換装置は、電力変換器3と、電圧検出器4と、電流検出器5と、制御装置7とを備える。電力変換器3の3つの交流端子は、三相変圧器2を介して、U相、V相、W相を有する三相交流電力系統1の三相送電線に接続されている。 As shown in FIG. 1, the power conversion device according to embodiment 1 includes a power converter 3, a voltage detector 4, a current detector 5, and a control device 7. The three AC terminals of the power converter 3 are connected via a three-phase transformer 2 to a three-phase transmission line of a three-phase AC power system 1 having U, V, and W phases.
電力変換器3の直流端子は、バッテリまたはコンデンサなど直流電力を蓄える電力貯蔵装置、あるいは直流電力を発生する直流電源に接続されている。図2は、図1に示した電力変換器3の構成例を示す回路図である。 The DC terminals of the power converter 3 are connected to a power storage device that stores DC power, such as a battery or capacitor, or to a DC power source that generates DC power. Figure 2 is a circuit diagram showing an example configuration of the power converter 3 shown in Figure 1.
図2に示すように、電力変換器3は、自己消弧型のスイッチング素子を有する。図2の例では、スイッチング素子として、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)が用いられている。電力変換器3は、IGBT素子Q1~Q6と、ダイオードD1~D6とを有する。IGBT素子Q1,Q3,Q5のコレクタはともに直流正母線PLに接続され、それらのエミッタはそれぞれ交流端子Tu,Tv,Twに接続される。IGBT素子Q2,Q4,Q6のコレクタはそれぞれ交流端子Tu,Tv,Twに接続され、それらのエミッタは直流負母線NLに接続される。ダイオードD1~D6は、それぞれIGBT素子Q1~Q6に逆並列に接続される。 As shown in Figure 2, power converter 3 has self-extinguishing switching elements. In the example of Figure 2, IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) are used as the switching elements. Power converter 3 has IGBT elements Q1 to Q6 and diodes D1 to D6. The collectors of IGBT elements Q1, Q3, and Q5 are all connected to the DC positive bus PL, and their emitters are connected to AC terminals Tu, Tv, and Tw, respectively. The collectors of IGBT elements Q2, Q4, and Q6 are connected to AC terminals Tu, Tv, and Tw, respectively, and their emitters are connected to the DC negative bus NL. Diodes D1 to D6 are connected in anti-parallel to IGBT elements Q1 to Q6, respectively.
IGBT素子Q1~Q6は、制御装置7から与えられる制御信号(ゲートパルス)によってオンオフが制御される。本実施の形態では、IGBT素子Q1~Q6の制御方式として、PWM(Pulse Width Modulation)制御を適用することができる。 The IGBT elements Q1 to Q6 are controlled to be turned on and off by control signals (gate pulses) provided by the control device 7. In this embodiment, PWM (Pulse Width Modulation) control can be applied as the control method for the IGBT elements Q1 to Q6.
電力変換器3は、制御装置7から与えられるゲートパルスに従って、電力貯蔵装置(例えば、コンデンサC1)からの直流電力を三相交流電力に変換する。電力変換器3によって生成された三相交流電力は三相変圧器2を介して三相交流電力系統1に供給される。三相変圧器2の三相交流電力系統1側を1次側とし、三相変圧器2の電力変換器3側を2次側とする。 Power converter 3 converts DC power from a power storage device (e.g., capacitor C1) into three-phase AC power in accordance with gate pulses provided by control device 7. The three-phase AC power generated by power converter 3 is supplied to three-phase AC power system 1 via three-phase transformer 2. The three-phase AC power system 1 side of three-phase transformer 2 is the primary side, and the power converter 3 side of three-phase transformer 2 is the secondary side.
図1に戻って、電圧検出器4は、三相交流電力系統1の三相交流電圧を検出し、その検出値を示す信号を制御装置7に与える。三相交流電圧は、U相電圧Vu、V相電圧VvおよびW相電圧Vwを有する。 Returning to Figure 1, the voltage detector 4 detects the three-phase AC voltage of the three-phase AC power system 1 and provides a signal indicating the detected value to the control device 7. The three-phase AC voltage has a U-phase voltage Vu, a V-phase voltage Vv, and a W-phase voltage Vw.
電流検出器5は、電力変換器3の出力電流(三相交流電流)を検出し、その検出値を示す信号を制御装置7に与える。電力変換器3の出力電流は、三相変圧器2の2次巻線を流れる電流(以下、2次巻線電流とも称する)に相当しており、U相電流iu、V相電流ivおよびW相電流iwを有する。 The current detector 5 detects the output current (three-phase AC current) of the power converter 3 and provides a signal indicating the detected value to the control device 7. The output current of the power converter 3 corresponds to the current flowing through the secondary winding of the three-phase transformer 2 (hereinafter also referred to as the secondary winding current), and has a U-phase current iu, a V-phase current iv, and a W-phase current iw.
制御装置7は、位相検出器9と、電流制御部8と、乗算器18~20と、逆dq変換器21と、加算器17と、PWM回路22とを含む。 The control device 7 includes a phase detector 9, a current control unit 8, multipliers 18-20, an inverse dq converter 21, an adder 17, and a PWM circuit 22.
位相検出器9は、周知のPLL(Phase Locked Loop)回路またはDFT(Discrete Fourier Transform)回路などを用いて、電圧検出器4の出力信号に基づいて、基準位相θを生成する。基準位相θは、三相交流電力系統1の系統電圧の正相電圧位相である。 The phase detector 9 generates a reference phase θ based on the output signal of the voltage detector 4 using a well-known PLL (Phase Locked Loop) circuit or DFT (Discrete Fourier Transform) circuit. The reference phase θ is the positive-sequence voltage phase of the system voltage of the three-phase AC power system 1.
電流制御部8は、交流電流指令値に対する電流検出器5の検出値の偏差を補償するための制御演算により、フィードバック制御量を算出する。交流電流指令値は、三相交流電力系統1の系統電圧を一定に維持するため、あるいは、電力変換器3に入力される直流電圧を一定に制御するために生成される。交流電流指令値は、一般に、上位コントローラで生成される。電力変換装置により三相交流電力系統1の電圧制御を行う場合には、系統制御系が上位コントローラとされる。図1の例では、交流電流指令値は、d軸電流指令値id*と、q軸電流指令値iq*とを含む。 The current control unit 8 calculates a feedback control amount through control calculations to compensate for the deviation of the detection value of the current detector 5 from the AC current command value. The AC current command value is generated to maintain the system voltage of the three-phase AC power system 1 constant or to control the DC voltage input to the power converter 3 to a constant value. The AC current command value is generally generated by a host controller. When voltage control of the three-phase AC power system 1 is performed by a power conversion device, the system control system is the host controller. In the example of Figure 1, the AC current command value includes a d-axis current command value id* and a q-axis current command value iq*.
電流制御部8は、固定座標変換器10と、減算器11~13と、dq変換器14と、逆dq変換器15と、加算器16と、第1補償器CP11~CP13と、第2補償器CP21,CP22とを含む。 The current control unit 8 includes a fixed coordinate converter 10, subtractors 11-13, a dq converter 14, an inverse dq converter 15, an adder 16, first compensators CP11-CP13, and second compensators CP21 and CP22.
固定座標変換器10は、d軸電流指令値id*およびq軸電流指令値iq*を、基準位相θを用いて固定座標変換(二相三相変換)を行うことにより、三相交流電流指令値に変換する。二相三相変換は次式(1)で表される。三相交流電流指令値は、電力変換器3の出力電流指令値であり、U相電流指令値iu*、V相電流指令値iv*およびW相電流指令値iw*を有する。 The fixed coordinate converter 10 converts the d-axis current command value id* and the q-axis current command value iq* into three-phase AC current command values by performing a fixed coordinate conversion (two-phase to three-phase conversion) using the reference phase θ. The two-phase to three-phase conversion is expressed by the following equation (1). The three-phase AC current command values are output current command values of the power converter 3, and have a U-phase current command value iu*, a V-phase current command value iv*, and a W-phase current command value iw*.
減算器11は、U相電流指令値iu*と、電流検出器5によって検出されるU相電流iuとの偏差Δiuを算出する(Δiu=iu*-iu)。減算器12は、V相電流指令値iv*と、電流検出器5によって検出されるV相電流ivとの偏差Δivを算出する(Δiv=iv*-iv)。減算器13は、W相電流指令値iw*と、電流検出器5によって検出されるW相電流iwとの偏差Δiwを算出する(Δiw=iw*-iw)。 Subtractor 11 calculates the deviation Δiu between the U-phase current command value iu* and the U-phase current iu detected by the current detector 5 (Δiu = iu* - iu). Subtractor 12 calculates the deviation Δiv between the V-phase current command value iv* and the V-phase current iv detected by the current detector 5 (Δiv = iv* - iv). Subtractor 13 calculates the deviation Δiw between the W-phase current command value iw* and the W-phase current iw detected by the current detector 5 (Δiw = iw* - iw).
第1補償器CP11~CP13は、直流ゲインが有限になる周波数特性を持つ補償器である。すなわち、第1補償器CP11~CP13は積分要素を有していない。第1補償器CP11~CP13は、少なくとも比例要素を有しており、三相交流電流指令値に対する三相交流電流の偏差Δiu,Δiv,Δiwを小さくするための比例制御演算により、比例制御量を算出する。なお、第1補償器CP11~CP13には、直流以外の成分に対して位相進み遅れ特性やノッチフィルタ特性をさらに持たせることができる。第1補償器CP11~CP13は「第1の補償器」の一実施例に対応する。 The first compensators CP11 to CP13 are compensators with frequency characteristics that result in a finite DC gain. In other words, the first compensators CP11 to CP13 do not have an integral element. The first compensators CP11 to CP13 have at least a proportional element, and calculate a proportional control amount using proportional control calculations to reduce the deviations Δiu, Δiv, and Δiw of the three-phase AC current from the three-phase AC current command value. Note that the first compensators CP11 to CP13 can also be given phase lead/lag characteristics and notch filter characteristics for components other than DC. The first compensators CP11 to CP13 correspond to one example of a "first compensator."
dq変換器14は、減算器11~13からの偏差Δiu,Δiv,Δiwを、基準位相θを用いたdq変換(三相二相変換)を行うことにより、d軸偏差Δidおよびq軸偏差Δiqに変換する。三相二相変換は次式(2)で表される。d軸偏差Δidは、d軸電流指令値id*に対するd軸電流idの偏差に対応する(Δid=id*-id)。q軸偏差Δiqは、q軸電流指令値iq*に対するq軸電流iqの偏差に対応する(Δiq=iq*-iq)。 The dq converter 14 converts the deviations Δiu, Δiv, and Δiw from the subtractors 11-13 into a d-axis deviation Δid and a q-axis deviation Δiq by performing a dq transformation (three-phase to two-phase transformation) using the reference phase θ. Three-phase to two-phase transformation is expressed by the following equation (2). The d-axis deviation Δid corresponds to the deviation of the d-axis current id from the d-axis current command value id* (Δid = id* - id). The q-axis deviation Δiq corresponds to the deviation of the q-axis current iq from the q-axis current command value iq* (Δiq = iq* - iq).
第2補償器CP21,CP22は、少なくとも積分要素を持つ補償器である。第2補償器CP21,CP22は、d軸偏差Δidおよびq軸偏差Δiqを小さくするための積分制御演算により、積分制御量を算出する。なお、第2補償器CP21,CP22には、直流以外の成分を除去するためのフィルタおよび/または比例要素をさらに持たせることができる。第2補償器CP21,CP22は「第2の補償器」の一実施例に対応する。 The second compensators CP21 and CP22 are compensators that have at least an integral element. The second compensators CP21 and CP22 calculate integral control amounts through integral control calculations to reduce the d-axis deviation Δid and the q-axis deviation Δiq. The second compensators CP21 and CP22 can further include a filter and/or a proportional element to remove components other than DC. The second compensators CP21 and CP22 correspond to one example of a "second compensator."
逆dq変換器15は、第2補償器CP21,CP22により演算された積分制御量を、式(1)を用いた逆dq変換(二相三相変換)を行うことにより、三相分の積分制御量に変換する。 The inverse dq converter 15 converts the integral control variables calculated by the second compensators CP21 and CP22 into integral control variables for three phases by performing an inverse dq transformation (two-phase to three-phase transformation) using equation (1).
図3は、第1補償器CP11~CP13および第2補償器CP21,CP22の構成例を示すブロック図である。 Figure 3 is a block diagram showing an example configuration of the first compensators CP11 to CP13 and the second compensators CP21 and CP22.
図3に示すように、第1補償器CP11~CP13の各々は、乗算器81を有する。Kpは比例ゲインである。第1補償器CP11は、U相電流指令値iu*に対するU相電流iuの偏差Δiuに基づいて、比例制御量Kp・Δiuを算出する。第1補償器CP12は、V相電流指令値iv*に対するV相電流ivの偏差Δivに基づいて、比例制御量Kp・Δivを算出する。第1補償器CP13は、W相電流指令値iw*に対するW相電流iwの偏差Δiwに基づいて、比例制御量Kp・Δiwを算出する。 As shown in FIG. 3, each of the first compensators CP11 to CP13 has a multiplier 81. Kp is a proportional gain. The first compensator CP11 calculates a proportional control amount Kp·Δiu based on the deviation Δiu of the U-phase current iu from the U-phase current command value iu*. The first compensator CP12 calculates a proportional control amount Kp·Δiv based on the deviation Δiv of the V-phase current iv from the V-phase current command value iv*. The first compensator CP13 calculates a proportional control amount Kp·Δiw based on the deviation Δiw of the W-phase current iw from the W-phase current command value iw*.
第1補償器CP11~CP13は、直流ゲインが有限であれば、周波数特性を持たせてもよく、フィルタ82をさらに有していてもよい。このフィルタ82は、例えば、三相変圧器2における偏磁の発生時に三相交流電圧指令値の歪みを軽減するためのフィルタである。あるいは、フィルタ82は、比例制御量から特定の高調波成分を除去するためのフィルタ、または、制御安定性を改善するための位相進み遅れ特性を有するフィルタである。 If the DC gain of the first compensators CP11 to CP13 is finite, they may have frequency characteristics and may further include a filter 82. This filter 82 is, for example, a filter for reducing distortion of the three-phase AC voltage command value when bias magnetization occurs in the three-phase transformer 2. Alternatively, the filter 82 is a filter for removing specific harmonic components from the proportional control amount, or a filter with phase lead/lag characteristics for improving control stability.
なお、偏差Δiu,Δiv,Δiwに含まれる直流成分は、フィルタ82で除去されないため、フィルタ82を通過しても変化しない。そのため、第1補償器CP11~CP13を用いた電流制御は、三相変圧器2の偏磁の抑制に適している。 Note that the DC components contained in the deviations Δiu, Δiv, and Δiw are not removed by filter 82, and therefore do not change even when passing through filter 82. Therefore, current control using first compensators CP11 to CP13 is suitable for suppressing bias magnetization in three-phase transformer 2.
また、フィルタ82には、従来の電力変換装置において直流偏磁量を検出するために用いられるフィルタ(代表的にはLPF)に比べて応答の速いフィルタを適用することができる。第1補償器CP11~CP13は、電流制御のための補償器であるため、応答が速くても電流制御の外乱にはならない。 Furthermore, a filter with a faster response than the filters (typically LPFs) used to detect DC bias magnetic fields in conventional power conversion devices can be used for filter 82. Because the first compensators CP11 to CP13 are compensators for current control, their fast response does not disturb the current control.
第2補償器CP21,CP22の各々は、乗算器83および積分器84を有している。Kiは積分制御ゲインである。第2補償器CP21は、d軸偏差Δidに基づいて、積分制御量Σ(Ki・Δid)を算出する。第2補償器CP22は、q軸偏差Δiqに基づいて、積分制御量Σ(Ki・Δiq)を算出する。なお、第2補償器CP21,CP22は、直流以外の成分を除去するためのフィルタ(例えば、移動平均フィルタなど)および/または比例要素をさらに有していてもよい。 Each of the second compensators CP21 and CP22 has a multiplier 83 and an integrator 84. Ki is the integral control gain. The second compensator CP21 calculates the integral control amount Σ (Ki·Δid) based on the d-axis deviation Δid. The second compensator CP22 calculates the integral control amount Σ (Ki·Δiq) based on the q-axis deviation Δiq. Note that the second compensators CP21 and CP22 may further include a filter (e.g., a moving average filter) and/or a proportional element to remove components other than DC.
図1に戻って、加算器16は、第1補償器CP11~CP13による演算値である三相分の比例制御量と、逆dq変換器15による三相分の積分制御量とを加算することにより、偏差Δiu,Δiv,Δiwを低減するためのフィードバック制御のために要求される、三相交流電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*を生成する。 Returning to Figure 1, adder 16 adds the proportional control variables for three phases, which are values calculated by first compensators CP11 to CP13, to the integral control variables for three phases, which are calculated by inverse dq converter 15, to generate the three-phase AC voltage command values Vu*, Vv*, and Vw* required for feedback control to reduce the deviations Δiu, Δiv, and Δiw.
乗算器18~20および逆dq変換器21は、d軸電流指令値id*およびq軸電流指令値iq*に応じた値の補正量を生成する。具体的には、乗算器18は、d軸電流指令値id*にゲインωLを乗算する。乗算器19は、q軸電流指令値iq*にゲインωLを乗算する。なお、ωLは、電力変換器3および三相交流電力系統1の間に存在するリアクタンスであり、三相変圧器2の漏れリアクタンス成分を含む。乗算器20は、乗算器19による演算値に「-1」を乗算する。逆dq変換器21は、式(1)を用いて逆dq変換(二相三相変換)を行うことにより、d軸およびq軸の補正量を三相分の補正量に変換する。このようにすると、電力変換器3から三相交流電力系統1までの配線にて生じる電圧降下を補正する形で、電力変換器3の出力電圧を制御することができる。ただし、乗算器18~20および逆dq変換器21は、必要に応じて追加または省略することができる。 Multipliers 18-20 and inverse dq converter 21 generate correction amounts corresponding to the d-axis current command value id* and the q-axis current command value iq*. Specifically, multiplier 18 multiplies the d-axis current command value id* by a gain ωL. Multiplier 19 multiplies the q-axis current command value iq* by a gain ωL. ωL is the reactance between the power converter 3 and the three-phase AC power system 1, and includes the leakage reactance component of the three-phase transformer 2. Multiplier 20 multiplies the value calculated by multiplier 19 by -1. Inverse dq converter 21 converts the d-axis and q-axis correction amounts into correction amounts for three phases by performing an inverse dq transformation (two-phase to three-phase transformation) using equation (1). In this way, the output voltage of the power converter 3 can be controlled by correcting for voltage drops that occur in the wiring from the power converter 3 to the three-phase AC power system 1. However, multipliers 18-20 and inverse dq transformer 21 can be added or omitted as needed.
加算器17は、加算器16からの三相交流電圧指令値に、逆dq変換器21からの補正量と、電圧検出器4によって検出される三相交流電圧Vu,Vv,Vwとを加算することにより、三相交流電圧指令値を生成する。三相交流電圧指令値は、U相電圧指令値Vu*、V相電圧指令値Vv*およびW相電圧指令値Vw*を有する。三相交流電圧指令値は、PWM回路22に与えられる。 Adder 17 generates a three-phase AC voltage command value by adding the correction amount from inverse dq converter 21 and the three-phase AC voltages Vu, Vv, and Vw detected by voltage detector 4 to the three-phase AC voltage command value from adder 16. The three-phase AC voltage command value has a U-phase voltage command value Vu*, a V-phase voltage command value Vv*, and a W-phase voltage command value Vw*. The three-phase AC voltage command value is provided to PWM circuit 22.
PWM回路22は、三相交流電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*に基づいてゲートパルスを生成する。例えば、PWM回路22は、三相交流電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*と搬送波(例えば三角波)との比較に基づいてゲートパルスを生成する。なお、PWM回路22は、搬送波を用いてゲートパルスを生成する方法以外に、予め定められたテーブルを参照して三相交流電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*に応じたゲートパルスを生成する方法や、三相交流電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*の振幅および位相を用いた演算処理によってゲートパルスを生成する方法などを用いることができる。電力変換器3は、ゲートパルスに従って三相交流電力を、三相変圧器2を介して三相交流電力系統1に供給する。 The PWM circuit 22 generates gate pulses based on the three-phase AC voltage command values Vu*, Vv*, and Vw*. For example, the PWM circuit 22 generates gate pulses based on a comparison between the three-phase AC voltage command values Vu*, Vv*, and Vw* and a carrier wave (e.g., a triangular wave). In addition to generating gate pulses using a carrier wave, the PWM circuit 22 can also generate gate pulses according to the three-phase AC voltage command values Vu*, Vv*, and Vw* by referencing a predetermined table, or by performing arithmetic processing using the amplitude and phase of the three-phase AC voltage command values Vu*, Vv*, and Vw*. The power converter 3 supplies three-phase AC power to the three-phase AC power system 1 via the three-phase transformer 2 in accordance with the gate pulses.
以下に、実施の形態1に係る電力変換装置が奏する作用効果について、参考例としての電力変換装置(図13参照)と比較しながら説明する。 The following describes the effects of the power conversion device according to embodiment 1, comparing it with a power conversion device serving as a reference example (see Figure 13).
図13は、参考例に係る電力変換装置の構成を示す回路ブロック図である。
図13に示すように、参考例に係る電力変換装置は、電力変換器3と、電圧検出器4と、電流検出器6と、制御装置7Aとを備える。参考例に係る電力変換装置は、基本的には図1に示した実施の形態1に係る電力変換装置と同様の構成を備えるが、電流検出器5および制御装置7に代えて、電流検出器6および制御装置7Aを備える点が実施の形態1に係る電力変換装置とは異なっている。
FIG. 13 is a circuit block diagram showing the configuration of a power conversion device according to a reference example.
As shown in Fig. 13, the power conversion device according to the reference example includes a power converter 3, a voltage detector 4, a current detector 6, and a control device 7A. The power conversion device according to the reference example basically has the same configuration as the power conversion device according to the first embodiment shown in Fig. 1, but differs from the power conversion device according to the first embodiment in that it includes a current detector 6 and a control device 7A instead of the current detector 5 and the control device 7.
電流検出器6は、三相変圧器2の1次巻線を流れる電流(以下、1次巻線電流とも称する)を検出し、その検出値を示す信号を制御装置7Aに与える。 The current detector 6 detects the current flowing through the primary winding of the three-phase transformer 2 (hereinafter also referred to as the primary winding current) and provides a signal indicating the detected value to the control device 7A.
制御装置7Aは、位相検出器9と、dq変換器200と、電流制御部8Aと、乗算器18,19と、減算器209と、加算器210~212と、逆dq変換器213と、PWM回路22とを含む。 The control device 7A includes a phase detector 9, a dq converter 200, a current control unit 8A, multipliers 18 and 19, a subtractor 209, adders 210 to 212, an inverse dq converter 213, and a PWM circuit 22.
位相検出器9は、電圧検出器4の出力信号に基づいて、基準位相θを生成する。dq変換器200は、電圧検出器4によって検出される三相交流電圧Vu,Vv,Vwを、基準位相θを用いたdq変換により、d軸電圧Vdおよびq軸電圧Vqに変換する。 The phase detector 9 generates a reference phase θ based on the output signal of the voltage detector 4. The dq converter 200 converts the three-phase AC voltages Vu, Vv, and Vw detected by the voltage detector 4 into a d-axis voltage Vd and a q-axis voltage Vq through dq transformation using the reference phase θ.
電流制御部8Aは、交流電流指令値に対する電流検出器6の検出値の偏差を小さくするための制御演算により、フィードバック制御量を算出する。交流電流指令値は、d軸電流指令値id*と、q軸電流指令値iq*とを含む。 The current control unit 8A calculates a feedback control amount through control calculations to reduce the deviation of the detection value of the current detector 6 from the AC current command value. The AC current command value includes a d-axis current command value id* and a q-axis current command value iq*.
具体的には、電流制御部8Aは、dq変換器214と、減算器201,202と、比例器203,204と、積分器205,206と、加算器207,208とを含む。 Specifically, the current control unit 8A includes a dq converter 214, subtractors 201 and 202, proportional converters 203 and 204, integrators 205 and 206, and adders 207 and 208.
dq変換器214は、電流検出器6によって検出される1次巻線電流(三相交流電流)を、式(2)を用いたdq変換(三相二相変換)を行うことにより、d軸電流idおよびq軸電流iqに変換する。 The dq converter 214 converts the primary winding current (three-phase AC current) detected by the current detector 6 into a d-axis current id and a q-axis current iq by performing a dq conversion (three-phase to two-phase conversion) using equation (2).
減算器201は、d軸電流指令値id*に対するd軸電流idの偏差(d軸偏差)Δidを算出する。減算器202は、q軸電流指令値iq*に対するq軸電流iqの偏差(q軸偏差)Δiqを算出する。 Subtractor 201 calculates the deviation (d-axis deviation) Δid of the d-axis current id from the d-axis current command value id*. Subtractor 202 calculates the deviation (q-axis deviation) Δiq of the q-axis current iq from the q-axis current command value iq*.
比例器203は、d軸偏差Δidに基づいて比例制御量Kp・Δidを算出する。比例器204は、q軸偏差Δiqに基づいて比例制御量Kp・Δiqを算出する。Kpは比例ゲインである。 The proportional controller 203 calculates the proportional control amount Kp·Δid based on the d-axis deviation Δid. The proportional controller 204 calculates the proportional control amount Kp·Δiq based on the q-axis deviation Δiq. Kp is the proportional gain.
積分器205は、d軸偏差Δidに基づいて積分制御量Σ(Ki・Δid)を算出する。積分器206は、q軸偏差Δiqに基づいて積分制御量Σ(Ki・Δiq)を算出する。Kiは積分ゲインである。 The integrator 205 calculates the integral control amount Σ (Ki·Δid) based on the d-axis deviation Δid. The integrator 206 calculates the integral control amount Σ (Ki·Δiq) based on the q-axis deviation Δiq. Ki is the integral gain.
加算器207は、比例器203からの比例制御量Kp・Δidと、積分器205からの積分制御量Σ(Ki・Δid)とを加算することにより、d軸偏差Δidを低減するためのフィードバック制御のために要求される、d軸電圧指令値Vd*を生成する。加算器208は、比例器204からの比例制御量Kp・Δiqと、積分器206からの積分制御量Σ(Ki・Δiq)とを加算することにより、q軸偏差Δiqを低減するためのフィードバック制御のために要求される、q軸電圧指令値Vq*を生成する。 Adder 207 adds the proportional control amount Kp·Δid from proportional unit 203 and the integral control amount Σ(Ki·Δid) from integrator 205 to generate the d-axis voltage command value Vd* required for feedback control to reduce the d-axis deviation Δid. Adder 208 adds the proportional control amount Kp·Δiq from proportional unit 204 and the integral control amount Σ(Ki·Δiq) from integrator 206 to generate the q-axis voltage command value Vq* required for feedback control to reduce the q-axis deviation Δiq.
乗算器18は、d軸電流指令値id*にゲインωLを乗算する。乗算器19は、q軸電流指令値iq*にゲインωLを乗算する。乗算器18,19は、d軸電流指令値id*およびq軸電流指令値iq*に応じた値の補正量を生成する。 Multiplier 18 multiplies the d-axis current command value id* by a gain ωL. Multiplier 19 multiplies the q-axis current command value iq* by a gain ωL. Multipliers 18 and 19 generate correction amounts that correspond to the d-axis current command value id* and the q-axis current command value iq*.
減算器209は、加算器207からのd軸電圧指令値Vd*から乗算器19からの補正量を減算する。加算器210は、加算器208からのq軸電圧指令値Vq*に乗算器18からの補正量を加算する。 Subtractor 209 subtracts the correction amount from multiplier 19 from the d-axis voltage command value Vd* from adder 207. Adder 210 adds the correction amount from multiplier 18 to the q-axis voltage command value Vq* from adder 208.
加算器211は、加算器209からのd軸電圧指令値Vd*にdq変換器200からのd軸電圧Vdを加算する。加算器212は、加算器210からのq軸電圧指令値Vq*にdq変換器200からのq軸電圧Vqを加算する。 Adder 211 adds the d-axis voltage Vd from dq converter 200 to the d-axis voltage command value Vd* from adder 209. Adder 212 adds the q-axis voltage Vq from dq converter 200 to the q-axis voltage command value Vq* from adder 210.
逆dq変換器213は、加算器211からのd軸電圧指令値Vd*および加算器212からのq軸電圧指令値Vq*を、式(1)を用いた逆dq変換(二相三相変換)により、三相電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*を生成する。三相交流電圧指令値は、PWM回路22に与えられる。 The inverse dq transformer 213 generates three-phase voltage command values Vu*, Vv*, and Vw* by performing an inverse dq transformation (two-phase to three-phase transformation) using equation (1) on the d-axis voltage command value Vd* from the adder 211 and the q-axis voltage command value Vq* from the adder 212. The three-phase AC voltage command values are provided to the PWM circuit 22.
PWM回路22は、三相交流電圧指令値に基づいて、ゲートパルスを生成する。電力変換器3は、ゲートパルスに従って三相交流電力を、三相変圧器2を介して三相交流電力系統1に供給する。 The PWM circuit 22 generates gate pulses based on the three-phase AC voltage command value. The power converter 3 supplies three-phase AC power to the three-phase AC power system 1 via the three-phase transformer 2 in accordance with the gate pulses.
図13に示す参考例では、電流検出器6によって検出される三相変圧器2の1次巻線電流(三相交流電流)を、d軸電流idおよびq軸電流iqにdq変換(三相二相変換)する。そして、d軸電流指令値id*に対するd軸電流idの偏差Δidおよびq軸電流指令値iq*に対するq軸電流iqの偏差Δiqに対して比例積分制御演算を行うことにより、d軸電圧指令値Vd*およびq軸電圧指令値Vq*を生成する。 In the reference example shown in Figure 13, the primary winding current (three-phase AC current) of the three-phase transformer 2 detected by the current detector 6 is subjected to dq conversion (three-phase to two-phase conversion) to generate a d-axis current id and a q-axis current iq. Then, proportional-integral control calculations are performed on the deviation Δid of the d-axis current id from the d-axis current command value id* and the deviation Δiq of the q-axis current iq from the q-axis current command value iq* to generate a d-axis voltage command value Vd* and a q-axis voltage command value Vq*.
ここで、参考例にて用いられるdq変換は、三相交流電流が三相平衡状態であることを前提としている。三相平衡状態とは、各相電流の振幅が等しく、かつ、位相が120°ずつずれている状態である。三相平衡状態では、各相電流の和が零(すなわち、iu+iv+iw=0)であるため、零相電流が零となる。 The dq transformation used in the reference example assumes that the three-phase AC current is in a three-phase balanced state. A three-phase balanced state is a state in which the amplitudes of the phase currents are equal and the phases are shifted by 120°. In a three-phase balanced state, the sum of the phase currents is zero (i.e., iu + iv + iw = 0), so the zero-phase current is zero.
dq変換によれば、電源角速度で回転する直交2軸座標系(dq座標系)において各軸上の状態量は直流量として扱うことができ、三相交流電流の各相間の制御が干渉することを抑制することができる。 By using the dq transformation, the state quantities on each axis in a two-axis orthogonal coordinate system (dq coordinate system) that rotates at the power supply angular velocity can be treated as DC quantities, making it possible to suppress interference in the control of each phase of three-phase AC current.
しかしながら、三相交流電力系統1に過渡的な電圧変動が生じた場合や三相変圧器2に偏磁が発生した場合などにおいては、三相交流電流の正弦波状の波形が歪む、あるいは三相交流電流に直流成分が重畳されるなどの外乱が生じる場合がある。このような場合、三相交流電流が三相不平衡状態となり、零相電流が流れるが、参考例による電流フィードバック制御では、零相電流が制御されないために、上述した外乱を抑制することが困難となる。 However, if a transient voltage fluctuation occurs in the three-phase AC power system 1 or if biased magnetization occurs in the three-phase transformer 2, disturbances such as distortion of the sinusoidal waveform of the three-phase AC current or superposition of a DC component on the three-phase AC current may occur. In such cases, the three-phase AC current enters a three-phase unbalanced state and a zero-phase current flows. However, with the current feedback control of the reference example, the zero-phase current is not controlled, making it difficult to suppress the above-mentioned disturbances.
これに対して、実施の形態1に係る電力変換装置では、d軸電流指令値id*およびq軸電流指令値iq*を三相交流電流指令値iu*,iv*,iw*に変換し、この三相交流電流指令値に対する三相交流電流の偏差を低減するように電流フィードバック制御が実行される。すなわち、参考例では、電流フィードバック制御がd軸電流の制御系およびq軸電流の制御系から構成され、制御の自由度が2であるのに対して、実施の形態1では、三相交流電流の各相電流に対して制御系が構成されるため、電流フィードバック制御の自由度が3となる。したがって、電流フィードバック制御の自由度が電力変換器3の交流端子の数と同数となるため、電力変換器3の交流端子Tu,Tv,Twの各々に生じている外乱を電流フィードバック制御によって抑制することが可能となる。 In contrast, in the power conversion device according to embodiment 1, the d-axis current command value id* and the q-axis current command value iq* are converted into three-phase AC current command values iu*, iv*, and iw*, and current feedback control is performed to reduce the deviation of the three-phase AC current from these three-phase AC current command values. That is, in the reference example, the current feedback control is composed of a d-axis current control system and a q-axis current control system, resulting in two degrees of freedom for control, whereas in embodiment 1, a control system is configured for each phase current of the three-phase AC current, resulting in three degrees of freedom for current feedback control. Therefore, the degrees of freedom for current feedback control are the same as the number of AC terminals of the power converter 3, making it possible to suppress disturbances occurring at each of the AC terminals Tu, Tv, and Tw of the power converter 3 through current feedback control.
さらに、実施の形態1に係る電力変換装置では、電力変換器3の出力電流(すなわち、三相変圧器2の2次巻線電流)を検出し、この検出値を用いて上述した各相の電流フィードバック制御が実行される。電力変換器3の出力電流をフィードバック制御する場合、制御対象に三相変圧器2の励磁回路が含まれることになるが、励磁回路のインピーダンスは偏磁発生時に変化するためにその扱いが難しい。また、フィードバック電流に偏磁電流が含まれるため、生成される電圧指令値の波形が歪んでしまい、高調波を発生させる可能性がある。実施の形態1では、電力変換器3から出力される三相交流電流の各相電流について制御系が構成されるため、偏磁発生時にも相ごとに個別に対応することができる。その結果、三相変圧器2の偏磁を解消するように電力変換器3の出力電流が制御されるため、偏磁の発生によって電力変換器3に過電流が流れることを抑制することができる。 Furthermore, in the power conversion device according to embodiment 1, the output current of the power converter 3 (i.e., the secondary winding current of the three-phase transformer 2) is detected, and the above-described current feedback control of each phase is performed using this detected value. When feedback controlling the output current of the power converter 3, the excitation circuit of the three-phase transformer 2 is included in the controlled object, but handling the excitation circuit is difficult because its impedance changes when magnetic bias occurs. Furthermore, because the feedback current includes the magnetic bias current, the waveform of the generated voltage command value is distorted, which may result in the generation of harmonics. In embodiment 1, a control system is configured for each phase current of the three-phase AC current output from the power converter 3, so that each phase can respond individually even when magnetic bias occurs. As a result, the output current of the power converter 3 is controlled to eliminate magnetic bias in the three-phase transformer 2, thereby preventing overcurrent from flowing through the power converter 3 due to magnetic bias.
ここで、偏磁電流を抑制するための従来の手法としては、特許文献1に記載されるように、三相変圧器2の1次巻線電流と2次巻線電流との差分に含まれる直流成分に基づいて、電力変換器の出力電圧指令値を補正する手法がある。しかしながら、この手法では、直流成分の検出にLPFなどの応答の遅いフィルタを用いるため、当該フィルタの遅延の影響を受けて偏磁電流抑制制御の応答性が遅くなることが懸念される。一方、実施の形態1に係る電力変換装置によれば、比例制御を担う第1補償器CP11~CP13の各々が各相電流に含まれる直流成分を小さくするための制御演算を実行するため、より高速に偏磁電流を抑制することができる。 Here, a conventional method for suppressing bias currents is described in Patent Document 1, which corrects the output voltage command value of a power converter based on the DC component contained in the difference between the primary winding current and secondary winding current of a three-phase transformer 2. However, this method uses a slow-response filter such as an LPF to detect the DC component, and there is a concern that the response of the bias current suppression control will be slowed due to the delay of the filter. On the other hand, with the power conversion device of embodiment 1, each of the first compensators CP11 to CP13, which are responsible for proportional control, performs control calculations to reduce the DC component contained in each phase current, enabling bias currents to be suppressed more quickly.
なお、実施の形態1における電流フィードバック制御は、三相交流電流指令値に対する三相交流電流の偏差Δiu,Δiv,Δiwに基づいて比例制御量を算出する一方で、d軸電流指令値およびq軸電流指令値に対するd軸電流およびq軸電流の偏差Δid,Δiqに基づいて積分制御量を算出するように構成されている。これは、三相交流電流は三相交流電力系統1の周波数で振動する交流量であるため、三相交流電流の偏差の変化を時間積分する積分制御では定常偏差をなくすことができないためである。一方、d軸電流およびq軸電流は直流量であるため、d軸電流およびq軸電流の偏差の時間積分によって制御量が増加し続けるため、定常偏差をなくすことができる。 Note that the current feedback control in embodiment 1 is configured to calculate a proportional control variable based on the deviations Δiu, Δiv, and Δiw of the three-phase AC current from the three-phase AC current command value, while calculating an integral control variable based on the deviations Δid and Δiq of the d-axis and q-axis current from the d-axis and q-axis current command values. This is because the three-phase AC current is an AC quantity that oscillates at the frequency of the three-phase AC power system 1, and therefore integral control that integrates the change in the deviation of the three-phase AC current over time cannot eliminate steady-state deviation. On the other hand, the d-axis and q-axis currents are DC quantities, and therefore the control variable continues to increase due to the time integration of the deviations of the d-axis and q-axis currents, thereby eliminating steady-state deviation.
[実施の形態2]
図4は、実施の形態2に係る電力変換装置の構成を示す回路ブロック図である。
[Embodiment 2]
FIG. 4 is a circuit block diagram showing the configuration of a power conversion device according to the second embodiment.
図4に示すように、実施の形態2に係る電力変換装置は、基本的には図1に示した実施の形態1に係る電力変換装置と同様の構成を備えるが、電流検出器6を備える点、および制御装置7が減算器23および偏磁検出器24を有する点が実施の形態1に係る電力変換装置とは異なっている。 As shown in Figure 4, the power conversion device of embodiment 2 basically has the same configuration as the power conversion device of embodiment 1 shown in Figure 1, but differs from the power conversion device of embodiment 1 in that it includes a current detector 6 and that the control device 7 has a subtractor 23 and a magnetic bias detector 24.
電流検出器6は、三相変圧器2の1次巻線を流れる電流(1次巻線電流)を検出し、その検出値を示す信号を制御装置7に与える。 The current detector 6 detects the current (primary winding current) flowing through the primary winding of the three-phase transformer 2 and provides a signal indicating the detected value to the control device 7.
減算器23は、電流検出器6によって検出される1次巻線電流と、電流検出器5によって検出される電力変換器3の出力電流(2次巻線電流)との差分を算出する。減算器23により算出される差分は、三相変圧器2の励磁回路を流れる励磁電流に相当する。 Subtractor 23 calculates the difference between the primary winding current detected by current detector 6 and the output current (secondary winding current) of power converter 3 detected by current detector 5. The difference calculated by subtractor 23 corresponds to the excitation current flowing through the excitation circuit of three-phase transformer 2.
偏磁検出器24は、減算器23により求められる差分(励磁電流)に基づいて、三相変圧器2における偏磁の発生の有無を判定する。具体的には、三相変圧器2に偏磁が発生すると、変圧器を構成する鉄心が飽和することによって励磁インダクタンスが低下するため、励磁電流が増加する。偏磁検出器24は、励磁電流が所定の閾値を上回る場合には、三相変圧器2に偏磁が生じていると判定する。 The magnetization bias detector 24 determines whether or not magnetization bias has occurred in the three-phase transformer 2 based on the difference (excitation current) calculated by the subtractor 23. Specifically, when magnetization bias occurs in the three-phase transformer 2, the iron core that makes up the transformer saturates, reducing the excitation inductance and increasing the excitation current. If the excitation current exceeds a predetermined threshold, the magnetization bias detector 24 determines that magnetization bias has occurred in the three-phase transformer 2.
偏磁検出器24は、三相変圧器2に偏磁が生じていると判定された場合には、第1補償器CP11~CP13における比例ゲインKpを低下させるとともに、第2補償器CP21,CP22における積分ゲインKiを低下させる。 If the magnetic bias detector 24 determines that magnetic bias has occurred in the three-phase transformer 2, it reduces the proportional gain Kp in the first compensators CP11 to CP13 and reduces the integral gain Ki in the second compensators CP21 and CP22.
これは、三相変圧器2において磁気飽和現象が発生すると、励磁インダクタンスが低下するために、電力変換器3の出力側のインピーダンスが低下することに起因する。電流フィードバック制御における制御ゲインを一定とした場合には、出力側のインピーダンスの低下に伴ってループゲインが上昇するため、電力変換器3の出力電流が増加し、電流フィードバック制御が不安定になるおそれがある。そこで、三相変圧器2に偏磁が発生した場合には、第1補償器の比例ゲインKpおよび第2補償器の積分ゲインKiを低下させることによって、電流フィードバック制御の安定性を確保することができる。 This occurs because when magnetic saturation occurs in the three-phase transformer 2, the excitation inductance decreases, causing a decrease in the impedance on the output side of the power converter 3. If the control gain in current feedback control is kept constant, the loop gain increases as the output impedance decreases, which increases the output current of the power converter 3 and may cause the current feedback control to become unstable. Therefore, when biased magnetization occurs in the three-phase transformer 2, the stability of the current feedback control can be ensured by reducing the proportional gain Kp of the first compensator and the integral gain Ki of the second compensator.
なお、実施の形態2では、三相変圧器2の偏磁発生時に比例ゲインKpおよび積分ゲインKiを低下させる構成例について説明したが、少なくとも比例ゲインKpを低下させる構成としてもよい。 In the second embodiment, an example configuration was described in which the proportional gain Kp and integral gain Ki are reduced when magnetic bias occurs in the three-phase transformer 2, but it is also possible to configure it so that at least the proportional gain Kp is reduced.
[実施の形態3]
図5は、実施の形態3に係る電力変換装置の構成を示す回路ブロック図である。
[Third embodiment]
FIG. 5 is a circuit block diagram showing the configuration of a power conversion device according to the third embodiment.
図5に示すように、実施の形態3に係る電力変換装置は、基本的には図1に示した実施の形態1に係る電力変換装置と同様の構成を備えるが、電流検出器6を備える点、および制御装置7における電流制御部8がdq変換器40および減算器41,42を有する点が実施の形態1に係る電力変換装置とは異なっている。 As shown in Figure 5, the power conversion device of embodiment 3 basically has the same configuration as the power conversion device of embodiment 1 shown in Figure 1, but differs from the power conversion device of embodiment 1 in that it includes a current detector 6 and that the current control unit 8 in the control device 7 has a dq converter 40 and subtractors 41 and 42.
電流検出器6は、三相変圧器2の1次巻線を流れる電流(1次巻線電流)を検出し、その検出値を示す信号を制御装置7に与える。 The current detector 6 detects the current (primary winding current) flowing through the primary winding of the three-phase transformer 2 and provides a signal indicating the detected value to the control device 7.
電流制御部8において、dq変換器40は、電流検出器6によって検出される1次巻線電流(三相交流電流)を、式(2)を用いたdq変換(三相二相変換)を行うことにより、d軸電流idおよびq軸電流iqに変換する。 In the current control unit 8, the dq converter 40 converts the primary winding current (three-phase AC current) detected by the current detector 6 into a d-axis current id and a q-axis current iq by performing a dq conversion (three-phase to two-phase conversion) using equation (2).
減算器41は、d軸電流指令値id*に対するd軸電流idの偏差(d軸偏差)Δidを算出する。減算器42は、q軸電流指令値iq*に対するq軸電流iqの偏差(q軸偏差)Δiqを算出する。 Subtractor 41 calculates the deviation of the d-axis current id from the d-axis current command value id* (d-axis deviation) Δid. Subtractor 42 calculates the deviation of the q-axis current iq from the q-axis current command value iq* (q-axis deviation) Δiq.
第2補償器CP21,CP22は、d軸偏差Δidおよびq軸偏差Δiqに対する積分制御演算により、積分制御量を算出する。逆dq変換器15は、第2補償器CP21,CP22により演算された積分制御量を、式(1)を用いた逆dq変換(二相三相変換)により、三相分の積分制御量に変換する。 The second compensators CP21 and CP22 calculate integral control variables by performing integral control calculations on the d-axis deviation Δid and the q-axis deviation Δiq. The inverse dq converter 15 converts the integral control variables calculated by the second compensators CP21 and CP22 into integral control variables for three phases by inverse dq transformation (two-phase to three-phase transformation) using equation (1).
加算器16は、第1補償器CP11~CP13による演算値である三相分の比例制御量と、逆dq変換器15からの三相分の積分制御量とを加算することにより、偏差Δiu,Δiv,Δiwを低減するためのフィードバック制御のために要求される、三相交流電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*を生成する。 Adder 16 adds the proportional control variables for three phases, which are calculated values by first compensators CP11 to CP13, to the integral control variables for three phases from the inverse dq converter 15, to generate the three-phase AC voltage command values Vu*, Vv*, and Vw* required for feedback control to reduce the deviations Δiu, Δiv, and Δiw.
乗算器18~20および逆dq変換器21は、d軸電流指令値id*およびq軸電流指令値iq*に応じた値の補正量を生成する。 Multipliers 18-20 and inverse dq converter 21 generate correction amounts corresponding to the d-axis current command value id* and the q-axis current command value iq*.
加算器17は、加算器16からの三相交流電圧指令値に、逆dq変換器21からの補正量と、電圧検出器4によって検出される三相交流電圧Vu,Vv,Vwとを加算することにより、三相交流電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*を生成する。三相交流電圧指令値は、PWM回路22に与えられる。 Adder 17 generates three-phase AC voltage command values Vu*, Vv*, and Vw* by adding the correction amount from inverse dq converter 21 and the three-phase AC voltages Vu, Vv, and Vw detected by voltage detector 4 to the three-phase AC voltage command value from adder 16. The three-phase AC voltage command values are provided to PWM circuit 22.
PWM回路22は、三相交流電圧指令値に基づいて、ゲートパルスを生成する。電力変換器3は、ゲートパルスに従って三相交流電力を、三相変圧器2を介して三相交流電力系統1に供給する。 The PWM circuit 22 generates gate pulses based on the three-phase AC voltage command value. The power converter 3 supplies three-phase AC power to the three-phase AC power system 1 via the three-phase transformer 2 in accordance with the gate pulses.
以上説明したように、実施の形態3に係る電力変換装置は、電力変換器3の出力電流(すなわち、三相変圧器2の2次巻線電流)と三相電流指令値との偏差を小さくするための比例制御を実行する制御系(固定座標変換器10、減算器11~13および第1補償器CP11~CP13)を有することにより、三相変圧器2の偏磁を高速に抑制することができる。 As described above, the power conversion device according to embodiment 3 has a control system (fixed coordinate converter 10, subtractors 11-13, and first compensators CP11-CP13) that performs proportional control to reduce the deviation between the output current of power converter 3 (i.e., the secondary winding current of three-phase transformer 2) and the three-phase current command value, thereby enabling rapid suppression of bias magnetization in three-phase transformer 2.
さらに、実施の形態3に係る電力変換装置は、三相変圧器2の1次巻線電流をd軸電流およびq軸電流に変換し、d軸電流指令値およびq軸電流指令値に対するd軸電流およびq軸電流の偏差を小さくするための積分制御を実行する制御系(dq変換器40、減算器41,42、第2補償器CP21,CP22および逆dq変換器15)を有することにより、1次巻線電流に含まれる定常偏差をなくすことができる。 Furthermore, the power conversion device according to embodiment 3 has a control system (dq converter 40, subtractors 41, 42, second compensators CP21, CP22, and inverse dq converter 15) that converts the primary winding current of the three-phase transformer 2 into a d-axis current and a q-axis current, and performs integral control to reduce the deviation of the d-axis current and the q-axis current from the d-axis current command value and the q-axis current command value, thereby eliminating the steady-state deviation contained in the primary winding current.
[実施の形態4]
図6は、実施の形態4に係る電力変換装置の構成を示す回路ブロック図である。
[Fourth embodiment]
FIG. 6 is a circuit block diagram showing the configuration of a power conversion device according to the fourth embodiment.
図6に示すように、実施の形態4に係る電力変換装置は、基本的には図1に示した実施の形態1に係る電力変換装置と同様の構成を備えるが、三相変圧器2が多重変圧器である点、電流検出器5a,5b、電流検出器6、電力変換器3a,3bを備える点が実施の形態1に係る電力変換装置とは異なっている。 As shown in Figure 6, the power conversion device of embodiment 4 basically has the same configuration as the power conversion device of embodiment 1 shown in Figure 1, but differs from the power conversion device of embodiment 1 in that the three-phase transformer 2 is a multiple transformer, and in that it is equipped with current detectors 5a and 5b, a current detector 6, and power converters 3a and 3b.
多重変圧器2は、2つの電力変換器3a,3bの交流端子にそれぞれ接続される2つの2次巻線2a,2bと、互いに直列接続されて三相交流電力系統1に接続される2つの1次巻線2cとを有する。これにより、電力変換器3a,3bの交流出力電圧を各相直列合成した電圧が三相交流電力系統1に出力される。なお、図6の例では、2つの電力変換器3a,3bを多重変圧器2で直列多重化する2段直列多重構成を示しているが、直列多重数は2に限定されない。 The multiplexing transformer 2 has two secondary windings 2a and 2b connected to the AC terminals of the two power converters 3a and 3b, respectively, and two primary windings 2c connected in series to each other and connected to the three-phase AC power system 1. As a result, a voltage obtained by serially combining the AC output voltages of the power converters 3a and 3b for each phase is output to the three-phase AC power system 1. Note that while the example in Figure 6 shows a two-stage series multiplexing configuration in which the two power converters 3a and 3b are serially multiplexed by the multiplexing transformer 2, the number of series multiplexing is not limited to two.
電力変換器3a,3bの各々は、自己消弧型のスイッチング素子を有しており、図2に示した電力変換器3と同様の構成を有している。なお、電力変換器3a,3bの直列回路(図2の例ではコンデンサC1)は共通である。 Each of the power converters 3a and 3b has a self-extinguishing switching element and has a configuration similar to that of the power converter 3 shown in Figure 2. The series circuit (capacitor C1 in the example of Figure 2) is common to the power converters 3a and 3b.
電力変換器3a,3bの各々は、制御装置7から与えられるゲートパルスに従って、直流電力を三相交流電力に変換する。電力変換器3a、3bによって生成された三相交流電力は三相変圧器2によって各相直列合成されて三相交流電力系統1に供給される。 Each of the power converters 3a and 3b converts DC power into three-phase AC power in accordance with gate pulses provided by the control device 7. The three-phase AC power generated by the power converters 3a and 3b is combined in series by the three-phase transformer 2 and supplied to the three-phase AC power system 1.
電流検出器5aは、電力変換器3aの出力電流(三相交流電流)を検出し、その検出値を示す信号を制御装置7に与える。電力変換器3aの出力電流は、三相変圧器2の2次巻線2aを流れる電流(2次巻線電流)に相当しており、U相電流i1u、V相電流i1vおよびW相電流i1wを有する。 The current detector 5a detects the output current (three-phase AC current) of the power converter 3a and provides a signal indicating the detected value to the control device 7. The output current of the power converter 3a corresponds to the current (secondary winding current) flowing through the secondary winding 2a of the three-phase transformer 2, and includes a U-phase current i1u, a V-phase current i1v, and a W-phase current i1w.
電流検出器5bは、電力変換器3bの出力電流(三相交流電流)を検出し、その検出値を示す信号を制御装置7に与える。電力変換器3bの出力電流は、三相変圧器2の2次巻線2bを流れる電流(2次巻線電流)に相当しており、U相電流i2u、V相電流i2vおよびW相電流i2wを有する。 Current detector 5b detects the output current (three-phase AC current) of power converter 3b and provides a signal indicating the detected value to control device 7. The output current of power converter 3b corresponds to the current (secondary winding current) flowing through the secondary winding 2b of three-phase transformer 2, and includes U-phase current i2u, V-phase current i2v, and W-phase current i2w.
電流検出器6は、三相変圧器2の1次巻線2cを流れる電流(1次巻線電流)を検出し、その検出値を示す信号を制御装置7に与える。1次巻線電流は、U相電流iu、V相電流ivおよびW相電流iwを有する。 The current detector 6 detects the current (primary winding current) flowing through the primary winding 2c of the three-phase transformer 2 and provides a signal indicating the detected value to the control device 7. The primary winding current includes a U-phase current iu, a V-phase current iv, and a W-phase current iw.
制御装置7は、位相検出器9と、電流制御部8と、乗算器18~20と、逆dq変換器21と、加算器17、57と、PWM回路22とを含む。制御装置7は、基本的に図1に示した制御装置7と同様の構成を備えるが、電流制御部8がdq変換器40、減算器41,42,51~53、および第1補償器CP14~CP16を有する点、および加算器57を有する点が実施の形態1における制御装置7とは異なっている。 Control device 7 includes a phase detector 9, a current control unit 8, multipliers 18-20, an inverse dq converter 21, adders 17 and 57, and a PWM circuit 22. Control device 7 basically has the same configuration as control device 7 shown in FIG. 1, but differs from control device 7 in embodiment 1 in that current control unit 8 includes a dq converter 40, subtractors 41, 42, 51-53, and first compensators CP14-CP16, and an adder 57.
固定座標変換器10は、d軸電流指令値id*およびq軸電流指令値iq*を、式(1)を用いた逆dq変換(二相三相変換)により、三相交流電流指令値iu*,iv*,iw*に変換する。 The fixed coordinate converter 10 converts the d-axis current command value id* and the q-axis current command value iq* into three-phase AC current command values iu*, iv*, and iw* using an inverse dq transformation (two-phase to three-phase transformation) using equation (1).
減算器11は、U相電流指令値iu*と、電流検出器5aによって検出されるU相電流i1uとの偏差Δi1uを算出する(Δi1u=iu*-i1u)。減算器12は、V相電流指令値iv*と、電流検出器5aによって検出されるV相電流i1vとの偏差Δi1vを算出する(Δi1v=iv*-i1v)。減算器13は、W相電流指令値iw*と、電流検出器5aによって検出されるW相電流i1wとの偏差Δi1wを算出する(Δi1w=iw*-i1w)。 Subtractor 11 calculates the deviation Δi1u between the U-phase current command value iu* and the U-phase current i1u detected by the current detector 5a (Δi1u = iu* - i1u). Subtractor 12 calculates the deviation Δi1v between the V-phase current command value iv* and the V-phase current i1v detected by the current detector 5a (Δi1v = iv* - i1v). Subtractor 13 calculates the deviation Δi1w between the W-phase current command value iw* and the W-phase current i1w detected by the current detector 5a (Δi1w = iw* - i1w).
第1補償器CP11~CP13は、偏差Δi1u,Δi1v,Δi1wに対する比例制御演算により、比例制御量を算出する。第1補償器CP11は、偏差Δi1uに基づいて、比例制御量Kp・Δi1uを算出する。第1補償器CP12は、偏差Δi1vに基づいて、比例制御量Kp・Δi1vを算出する。第1補償器CP13は、偏差Δi1wに基づいて、比例制御量Kp・Δi1wを算出する。なお、Kpは比例ゲインである。 The first compensators CP11 to CP13 calculate proportional control amounts by proportional control calculations for the deviations Δi1u, Δi1v, and Δi1w. The first compensator CP11 calculates the proportional control amount Kp·Δi1u based on the deviation Δi1u. The first compensator CP12 calculates the proportional control amount Kp·Δi1v based on the deviation Δi1v. The first compensator CP13 calculates the proportional control amount Kp·Δi1w based on the deviation Δi1w. Note that Kp is the proportional gain.
減算器51は、U相電流指令値iu*と、電流検出器5bによって検出されるU相電流i2uとの偏差Δi2uを算出する(Δi2u=iu*-i2u)。減算器52は、V相電流指令値iv*と、電流検出器5bによって検出されるV相電流i2vとの偏差Δi2vを算出する(Δi2v=iv*-i2v)。減算器53は、W相電流指令値iw*と、電流検出器5bによって検出されるW相電流i2wとの偏差Δi2wを算出する(Δi2w=iw*-i2w)。 Subtractor 51 calculates the deviation Δi2u between the U-phase current command value iu* and the U-phase current i2u detected by current detector 5b (Δi2u = iu* - i2u). Subtractor 52 calculates the deviation Δi2v between the V-phase current command value iv* and the V-phase current i2v detected by current detector 5b (Δi2v = iv* - i2v). Subtractor 53 calculates the deviation Δi2w between the W-phase current command value iw* and the W-phase current i2w detected by current detector 5b (Δi2w = iw* - i2w).
第1補償器CP14~CP16は、偏差Δi2u,Δi2v,Δi2wに対する比例制御演算により、比例制御量を算出する。第1補償器CP14は、偏差Δi2uに基づいて、比例制御量Kp・Δi2uを算出する。第1補償器CP15は、偏差Δi2vに基づいて、比例制御量Kp・Δi2vを算出する。第1補償器CP16は、偏差Δi2wに基づいて、比例制御量Kp・Δi2wを算出する。なお、Kpは比例ゲインである。第1補償器CP14~CP16の比例ゲインは、第1補償器CP11~CP13の比例ゲインと同じ値であっても異なる値であってもよい。 The first compensators CP14 to CP16 calculate proportional control amounts by proportional control calculations for the deviations Δi2u, Δi2v, and Δi2w. The first compensator CP14 calculates the proportional control amount Kp·Δi2u based on the deviation Δi2u. The first compensator CP15 calculates the proportional control amount Kp·Δi2v based on the deviation Δi2v. The first compensator CP16 calculates the proportional control amount Kp·Δi2w based on the deviation Δi2w. Note that Kp is the proportional gain. The proportional gains of the first compensators CP14 to CP16 may be the same as or different from the proportional gains of the first compensators CP11 to CP13.
dq変換器40は、電流検出器6によって検出される1次巻線電流(三相交流電流)を、式(2)を用いたdq変換(三相二相変換)により、d軸電流idおよびq軸電流iqに変換する。 The dq converter 40 converts the primary winding current (three-phase AC current) detected by the current detector 6 into a d-axis current id and a q-axis current iq through dq conversion (three-phase to two-phase conversion) using equation (2).
減算器41は、d軸電流指令値id*に対するd軸電流idの偏差(d軸偏差)Δidを算出する。減算器42は、q軸電流指令値iq*に対するq軸電流iqの偏差(q軸偏差)Δiqを算出する。 Subtractor 41 calculates the deviation of the d-axis current id from the d-axis current command value id* (d-axis deviation) Δid. Subtractor 42 calculates the deviation of the q-axis current iq from the q-axis current command value iq* (q-axis deviation) Δiq.
第2補償器CP21,CP22は、d軸偏差Δidおよびq軸偏差Δiqに対する積分制御演算により、積分制御量を算出する。逆dq変換器15は、第2補償器CP21,CP22により演算された積分制御量を、式(1)を用いた逆dq変換(二相三相変換)により、三相分の積分制御量に変換する。 The second compensators CP21 and CP22 calculate integral control variables by performing integral control calculations on the d-axis deviation Δid and the q-axis deviation Δiq. The inverse dq converter 15 converts the integral control variables calculated by the second compensators CP21 and CP22 into integral control variables for three phases by inverse dq transformation (two-phase to three-phase transformation) using equation (1).
加算器16は、第1補償器CP11~CP13による演算値である三相分の比例制御量と、逆dq変換器15による三相分の積分制御量とを加算することにより、偏差Δi1u,Δi1v,Δi1wを低減するためのフィードバック制御のために要求される、三相交流電圧指令値V1u*,V1v*,V1w*を生成する。 Adder 16 adds the proportional control variables for three phases, which are values calculated by first compensators CP11 to CP13, to the integral control variables for three phases, which are calculated by the inverse dq converter 15, to generate the three-phase AC voltage command values V1u*, V1v*, and V1w* required for feedback control to reduce the deviations Δi1u, Δi1v, and Δi1w.
加算器17は、加算器16からの三相交流電圧指令値に、逆dq変換器21からの補正量と、電圧検出器4によって検出される三相交流電圧Vu,Vv,Vwとを加算することにより、三相交流電圧指令値V1u*,V1v*,V1w*を生成する。三相交流電圧指令値は、PWM回路22に与えられる。 Adder 17 generates three-phase AC voltage command values V1u*, V1v*, and V1w* by adding the correction amount from the inverse dq converter 21 and the three-phase AC voltages Vu, Vv, and Vw detected by the voltage detector 4 to the three-phase AC voltage command value from adder 16. The three-phase AC voltage command values are provided to the PWM circuit 22.
加算器56は、第1補償器CP14~CP16による演算値である三相分の比例制御量と、逆dq変換器15による三相分の積分制御量とを加算することにより、偏差Δi2u,Δi2v,Δi2wを低減するためのフィードバック制御のために要求される、三相交流電圧指令値V2u*,V2v*,V2w*を生成する。 The adder 56 adds the proportional control variables for three phases, which are the values calculated by the first compensators CP14 to CP16, and the integral control variables for three phases, which are the values calculated by the inverse dq converter 15, to generate the three-phase AC voltage command values V2u*, V2v*, and V2w* required for feedback control to reduce the deviations Δi2u, Δi2v, and Δi2w.
加算器57は、加算器56からの三相交流電圧指令値に、逆dq変換器21からの補正量と、電圧検出器4によって検出される三相交流電圧Vu,Vv,Vwとを加算することにより、三相交流電圧指令値V2u*,V2v*,V2w*を生成する。三相交流電圧指令値は、PWM回路22に与えられる。 Adder 57 generates three-phase AC voltage command values V2u*, V2v*, and V2w* by adding the correction amount from the inverse dq converter 21 and the three-phase AC voltages Vu, Vv, and Vw detected by the voltage detector 4 to the three-phase AC voltage command value from adder 56. The three-phase AC voltage command values are provided to the PWM circuit 22.
PWM回路22は、三相交流電圧指令値V1u*,V1v*,V1w*に基づいて、ゲートパルスを生成する。電力変換器3aは、ゲートパルスに従って三相交流電力を生成する。 The PWM circuit 22 generates gate pulses based on the three-phase AC voltage command values V1u*, V1v*, and V1w*. The power converter 3a generates three-phase AC power in accordance with the gate pulses.
PWM回路22は、三相交流電圧指令値V2u*,V2v*,V2w*に基づいて、ゲートパルスを生成する。電力変換器3bは、ゲートパルスに従って三相交流電力を生成する。 The PWM circuit 22 generates gate pulses based on the three-phase AC voltage command values V2u*, V2v*, and V2w*. The power converter 3b generates three-phase AC power in accordance with the gate pulses.
以上説明したように、実施の形態4に係る電力変換装置によれば、複数の電力変換器3a,3bが多重変圧器2で直列多重化された構成においても、電力変換器ごとに、交流端子と同数の自由度を有する比例制御が実行されるため、各電力変換器の交流端子に生じている外乱を抑制することができる。これによると、複数の電力変換器3a,3bの間で、変圧器の特性や搬送波の位相差に起因して偏磁のしやすさに差がある場合であっても対応することができる。 As described above, with the power conversion device according to embodiment 4, even in a configuration in which multiple power converters 3a, 3b are serially multiplexed using a multiplex transformer 2, proportional control with the same number of degrees of freedom as the number of AC terminals is performed for each power converter, making it possible to suppress disturbances occurring at the AC terminals of each power converter. This makes it possible to deal with differences in the susceptibility to bias magnetization between multiple power converters 3a, 3b due to transformer characteristics or carrier wave phase differences.
また、多重変圧器2の1次巻線電流がd軸電流およびq軸電流に変換され、d軸偏差およびq軸偏差を小さくするための積分制御が実行されるため、1次巻線電流に含まれる定常偏差をなくすことができる。 In addition, the primary winding current of the multiplex transformer 2 is converted into d-axis current and q-axis current, and integral control is performed to reduce the d-axis deviation and q-axis deviation, thereby eliminating the steady-state deviation contained in the primary winding current.
[実施の形態5]
図7は、実施の形態5に係る電力変換装置の構成を示す回路ブロック図である。
Fifth Embodiment
FIG. 7 is a circuit block diagram showing the configuration of a power conversion device according to the fifth embodiment.
図7に示すように、実施の形態5に係る電力変換装置は、基本的には図6に示した実施の形態4に係る電力変換装置と同様の構成を備えるが、制御装置7の構成が実施の形態4に係る電力変換装置とは異なっている。 As shown in Figure 7, the power conversion device of embodiment 5 basically has the same configuration as the power conversion device of embodiment 4 shown in Figure 6, but the configuration of the control device 7 differs from that of the power conversion device of embodiment 4.
制御装置7は、位相検出器9と、電流制御部8と、乗算器18~20と、逆dq変換器21と、加算器17,57と、PWM回路22とを含む。制御装置7は、基本的に図4に示した制御装置7と同様の構成を備えるが、電流制御部8が、平均・偏差演算器60、減算器61~66、第1補償器CP17~CP19および加算器67~69を有する点が実施の形態4における制御装置7とは異なっている。 Control device 7 includes a phase detector 9, a current control unit 8, multipliers 18-20, an inverse dq converter 21, adders 17 and 57, and a PWM circuit 22. Control device 7 has a configuration similar to that of the control device 7 shown in FIG. 4, but differs from control device 7 in embodiment 4 in that current control unit 8 includes a mean/deviation calculator 60, subtractors 61-66, first compensators CP17-CP19, and adders 67-69.
平均・偏差演算器60は、電流検出器5aにより検出される電力変換器3aの出力電流(三相交流電流i1u,i1v,i1w)と、電流検出器5bにより検出される電力変換器3bの出力電流(三相交流電流i2u,i2v,i2w)とを受ける。 The average/deviation calculator 60 receives the output current (three-phase AC currents i1u, i1v, i1w) of the power converter 3a detected by the current detector 5a and the output current (three-phase AC currents i2u, i2v, i2w) of the power converter 3b detected by the current detector 5b.
平均・偏差演算器60は、電流検出器5a,5bの検出値を用いて、各相電流の平均値iaを算出する。U相電流の平均値(以下、U相平均電流とも称する)をiau、V相電流の平均値(以下、V相平均電流とも称する)をiav,W相電流の平均値(以下、W相平均電流とも称する)をiawとすると、三相平均電流iau,iav,iawは次式(3)~(5)で与えられる。 The average/deviation calculator 60 calculates the average value ia of each phase current using the detection values of the current detectors 5a and 5b. If the average value of the U-phase current (hereinafter also referred to as the U-phase average current) is iau, the average value of the V-phase current (hereinafter also referred to as the V-phase average current) is iav, and the average value of the W-phase current (hereinafter also referred to as the W-phase average current) is iaw, the three-phase average currents iau, iav, and iaw are given by the following equations (3) to (5).
平均・偏差演算器60は、三相平均電流に対する、各電力変換器の出力電流(三相交流電流)の偏差を算出する。具体的には、平均・偏差演算器60は、三相平均電流iau,iav,iawに対する三相交流電流i1u,i1v,i1wの偏差di1u,di1v,di1wを算出する。偏差di1u,di1v,di1wは次式(6)~(8)で与えられる。 The mean/deviation calculator 60 calculates the deviation of the output current (three-phase AC current) of each power converter from the three-phase average current. Specifically, the mean/deviation calculator 60 calculates the deviations di1u, di1v, and di1w of the three-phase AC currents i1u, i1v, and i1w from the three-phase average currents iau, iav, and iaw. The deviations di1u, di1v, and di1w are given by the following equations (6) to (8).
同様に、平均・偏差演算器60は、三相平均電流iau,iav,iawに対する三相交流電流i2u,i2v,i2wの偏差di2u,di2v,di2wを算出する。偏差di2u,di2v,di2wは次式(9)~(11)で与えられる。 Similarly, the average/deviation calculator 60 calculates the deviations di2u, di2v, and di2w of the three-phase AC currents i2u, i2v, and i2w relative to the three-phase average currents iau, iav, and iaw. The deviations di2u, di2v, and di2w are given by the following equations (9) to (11).
減算器11は、U相電流指令値iu*とU相平均電流iauとの偏差Δiauを算出する(Δiau=iu*-iau)。減算器12は、V相電流指令値iv*とV相平均電流iavとの偏差Δiavを算出する(Δiav=iv*-iav)。減算器13は、W相電流指令値iw*とW相平均電流iawとの偏差Δiawを算出する(Δiaw=iw*-iaw)。 Subtractor 11 calculates the deviation Δiau between the U-phase current command value iu* and the U-phase average current iau (Δiau = iu* - iau). Subtractor 12 calculates the deviation Δiav between the V-phase current command value iv* and the V-phase average current iav (Δiav = iv* - iav). Subtractor 13 calculates the deviation Δiaw between the W-phase current command value iw* and the W-phase average current iaw (Δiaw = iw* - iaw).
第1補償器CP11~CP13は、偏差Δiau,Δiav,Δiawに対する比例制御演算により、比例制御量Kp・Δiau,Kp・Δiav,Kp・Δiawをそれぞれ算出する。なお、Kpは比例ゲインである。 The first compensators CP11 to CP13 calculate the proportional control amounts Kp·Δiau, Kp·Δiav, and Kp·Δiaw, respectively, by proportional control calculations for the deviations Δiau, Δiav, and Δiaw. Note that Kp is the proportional gain.
減算器61は、U相偏差指令値di1u*とU相偏差di1uとの偏差Δdi1uを算出する(Δdi1u=di1u*-di1u)。減算器62は、V相偏差指令値di1v*とV相偏差di1vとの偏差Δdi1vを算出する(Δdi1v=di1v*-di1v)。減算器63は、W相偏差指令値di1w*とW相偏差di1wとの偏差Δdi1wを算出する(Δdi1w=di1w*-di1w)。三相偏差指令値di1u*,di1v*,di1w*は、三相電流指令値iu*,iv*,iw*と同様に、上位コントローラにより生成することができる。 Subtractor 61 calculates the deviation Δdi1u between the U-phase deviation command value di1u* and the U-phase deviation di1u (Δdi1u = di1u* - di1u). Subtractor 62 calculates the deviation Δdi1v between the V-phase deviation command value di1v* and the V-phase deviation di1v (Δdi1v = di1v* - di1v). Subtractor 63 calculates the deviation Δdi1w between the W-phase deviation command value di1w* and the W-phase deviation di1w (Δdi1w = di1w* - di1w). The three-phase deviation command values di1u*, di1v*, and di1w* can be generated by a higher-level controller, just like the three-phase current command values iu*, iv*, and iw*.
第1補償器CP14~CP16は、偏差Δdi1u,Δdi1v,Δdi1wに対する比例制御演算により、比例制御量Kp・Δdi1u,Kp・Δdi1v,Kp・Δdi1wをそれぞれ算出する。なお、Kpは比例ゲインである。 The first compensators CP14 to CP16 calculate the proportional control amounts Kp·Δdi1u, Kp·Δdi1v, and Kp·Δdi1w, respectively, by proportional control calculations for the deviations Δdi1u, Δdi1v, and Δdi1w. Note that Kp is the proportional gain.
減算器64は、U相偏差指令値di2u*とU相偏差di2uとの偏差Δdi2uを算出する(Δdi2u=di2u*-di2u)。減算器65は、V相偏差指令値di2v*とV相偏差di2vとの偏差Δdi2vを算出する(Δdi2v=di2v*-di2v)。減算器66は、W相偏差指令値di2w*とW相偏差di2wとの偏差Δdi2w(Δdi2w=di2w*-di2w)を算出する。三相偏差指令値di2u*,di2v*,di2w*は、三相電流指令値iu*,iv*,iw*と同様に、上位コントローラにより生成することができる。 Subtractor 64 calculates the deviation Δdi2u between the U-phase deviation command value di2u* and the U-phase deviation di2u (Δdi2u = di2u* - di2u). Subtractor 65 calculates the deviation Δdi2v between the V-phase deviation command value di2v* and the V-phase deviation di2v (Δdi2v = di2v* - di2v). Subtractor 66 calculates the deviation Δdi2w between the W-phase deviation command value di2w* and the W-phase deviation di2w (Δdi2w = di2w* - di2w). The three-phase deviation command values di2u*, di2v*, and di2w* can be generated by a higher-level controller, just like the three-phase current command values iu*, iv*, and iw*.
第1補償器CP17~CP19は、偏差Δdi2u,Δdi2v,Δdi2wに対する比例制御演算により、比例制御量Kp・Δdi2u,Kp・Δdi2v,Kp・Δdi2wをそれぞれ算出する。 The first compensators CP17 to CP19 calculate the proportional control amounts Kp·Δdi2u, Kp·Δdi2v, and Kp·Δdi2w, respectively, by proportional control calculations for the deviations Δdi2u, Δdi2v, and Δdi2w.
加算器67は、第1補償器CP11~CP13による演算値である三相分の比例制御量と、第1補償器CP14~CP16による演算値である三相分の比例制御量とを加算する。加算器16は、加算器67による演算器と、逆dq変換器15による三相分の積分制御量とを加算することにより、三相交流電流指令値iu*,iv*,iw*に対する三相交流電流i1u,i1v,i1wの偏差Δi1u,Δi1v,Δi1wを低減するためのフィードバック制御のために要求される、三相交流電圧指令値を生成する。 Adder 67 adds the three-phase proportional control variables calculated by first compensators CP11 to CP13 to the three-phase proportional control variables calculated by first compensators CP14 to CP16. Adder 16 adds the calculation result of adder 67 to the three-phase integral control variables calculated by inverse dq converter 15 to generate a three-phase AC voltage command value required for feedback control to reduce the deviations Δi1u, Δi1v, Δi1w of the three-phase AC currents i1u, i1v, i1w from the three-phase AC current command values iu*, iv*, iw*.
加算器17は、加算器16からの三相交流電圧指令値に、逆dq変換器21からの補正量と、電圧検出器4によって検出される三相交流電圧Vu,Vv,Vwとを加算することにより、三相交流電圧指令値を生成する。三相交流電圧指令値は、U相電圧指令値V1u*、V相電圧指令値V1v*およびW相電圧指令値V1w*を有する。三相交流電圧指令値は、PWM回路22に与えられる。 Adder 17 generates a three-phase AC voltage command value by adding the correction amount from inverse dq converter 21 and the three-phase AC voltages Vu, Vv, and Vw detected by voltage detector 4 to the three-phase AC voltage command value from adder 16. The three-phase AC voltage command value has a U-phase voltage command value V1u*, a V-phase voltage command value V1v*, and a W-phase voltage command value V1w*. The three-phase AC voltage command value is provided to PWM circuit 22.
加算器68は、第1補償器CP11~CP13による演算値である三相分の比例制御量と、第1補償器CP17~CP19による演算値である三相分の比例制御量とを加算する。加算器69は、加算器68による演算器と、逆dq変換器15による三相分の積分制御量とを加算することにより、三相交流電流指令値iu*,iv*,iw*に対する三相交流電流i2u,i2v,i2wの偏差Δi2u,Δi2v,Δi2wを低減するためのフィードバック制御のために要求される、三相交流電圧指令値を生成する。 Adder 68 adds the three-phase proportional control variables calculated by first compensators CP11 to CP13 to the three-phase proportional control variables calculated by first compensators CP17 to CP19. Adder 69 adds the calculation result of adder 68 to the three-phase integral control variables calculated by inverse dq converter 15 to generate a three-phase AC voltage command value required for feedback control to reduce the deviations Δi2u, Δi2v, Δi2w of the three-phase AC currents i2u, i2v, i2w from the three-phase AC current command values iu*, iv*, iw*.
加算器57は、加算器69からの三相交流電圧指令値に、逆dq変換器21からの補正量と、電圧検出器4によって検出される三相交流電圧Vu,Vv,Vwとを加算することにより、三相交流電圧指令値を生成する。三相交流電圧指令値は、U相電圧指令値V2u*、V相電圧指令値V2v*およびW相電圧指令値V2w*を有する。三相交流電圧指令値は、PWM回路22に与えられる。 Adder 57 generates a three-phase AC voltage command value by adding the correction amount from the inverse dq converter 21 and the three-phase AC voltages Vu, Vv, and Vw detected by the voltage detector 4 to the three-phase AC voltage command value from adder 69. The three-phase AC voltage command value has a U-phase voltage command value V2u*, a V-phase voltage command value V2v*, and a W-phase voltage command value V2w*. The three-phase AC voltage command value is provided to the PWM circuit 22.
PWM回路22は、三相交流電圧指令値V1u*,V1v*,V1w*に基づいて、ゲートパルスを生成する。電力変換器3aは、ゲートパルスに従って三相交流電力を生成する。PWM回路22は、三相交流電圧指令値V2u*,V2v*,V2w*に基づいて、ゲートパルスを生成する。電力変換器3bは、ゲートパルスに従って三相交流電力を生成する。 The PWM circuit 22 generates gate pulses based on the three-phase AC voltage command values V1u*, V1v*, and V1w*. The power converter 3a generates three-phase AC power in accordance with the gate pulses. The PWM circuit 22 generates gate pulses based on the three-phase AC voltage command values V2u*, V2v*, and V2w*. The power converter 3b generates three-phase AC power in accordance with the gate pulses.
以上説明したように、実施の形態5に係る電力変換装置によれば、複数の電力変換器3a,3bが多重変圧器2で直列多重化された構成においても、電力変換器ごとに、交流端子と同数の自由度を有する比例制御が実行されるとともに、多重変圧器2の1次巻線電流がd軸電流およびq軸電流に変換されて積分制御がされるため、上述した実施の形態4に係る電力変換装置と同様の効果を得ることができる。 As explained above, with the power conversion device according to embodiment 5, even in a configuration in which multiple power converters 3a, 3b are connected in series with the multiplex transformer 2, proportional control with the same number of degrees of freedom as the number of AC terminals is performed for each power converter, and the primary winding current of the multiplex transformer 2 is converted into a d-axis current and a q-axis current for integral control, thereby achieving the same effects as the power conversion device according to embodiment 4 described above.
さらに、実施の形態5に係る電力変換装置では、複数の電力変換器3a,3bの出力電流が、三相平均電流iau,iav,iawと、三相平均電流に対する電力変換器3aの出力電流の偏差di1u,di1v,di1wと、三相平均電流に対する電力変換器3bの出力電流の偏差di2u,di2v,di2wとに分解される。そして、三相平均電流を三相電流指令値に一致させるための比例制御と、偏差di1u,di1v,di1wを偏差指令値di1u*,di1v*,di1w*に一致させるための比例制御と、偏差di2u,di2v,di2wを偏差指令値di2u*,di2v*,di2w*に一致させるための比例制御とが実行される。これによると、これら比例制御における比例ゲインKpを互いに独立して設定することができるため、より細やかな制御を実現することができる。 Furthermore, in the power conversion device according to embodiment 5, the output currents of the multiple power converters 3a, 3b are decomposed into three-phase average currents iau, iav, and iaw; deviations di1u, di1v, and di1w of the output current of power converter 3a relative to the three-phase average current; and deviations di2u, di2v, and di2w of the output current of power converter 3b relative to the three-phase average current. Then, proportional control is executed to match the three-phase average currents to three-phase current command values; proportional control to match the deviations di1u, di1v, and di1w to deviation command values di1u*, di1v*, and di1w*; and proportional control to match the deviations di2u, di2v, and di2w to deviation command values di2u*, di2v*, and di2w*. This allows the proportional gains Kp in these proportional controls to be set independently of each other, enabling more precise control.
[実施の形態6]
図8は、実施の形態6に係る電力変換装置の構成を示す回路ブロック図である。
Sixth Embodiment
FIG. 8 is a circuit block diagram showing the configuration of a power conversion device according to the sixth embodiment.
図8に示すように、実施の形態6に係る電力変換装置は、基本的には図7に示した実施の形態5に係る電力変換装置と同様の構成を備えるが、制御装置7の構成が実施の形態5に係る電力変換装置とは異なっている。 As shown in Figure 8, the power conversion device of embodiment 6 basically has the same configuration as the power conversion device of embodiment 5 shown in Figure 7, but the configuration of the control device 7 differs from that of the power conversion device of embodiment 5.
制御装置7は、位相検出器9と、電流制御部8と、乗算器18~20と、逆dq変換器21と、加算器17,57と、PWM回路22とを含む。制御装置7は、基本的に図5に示した制御装置7と同様の構成を備えるが、電流制御部8が、減算器61~66、第1補償器CP14~CP19および加算器67~69を有さない点が実施の形態5における制御装置7とは異なっている。 Control device 7 includes a phase detector 9, a current control unit 8, multipliers 18-20, an inverse dq converter 21, adders 17 and 57, and a PWM circuit 22. Control device 7 basically has the same configuration as control device 7 shown in FIG. 5, but differs from control device 7 in embodiment 5 in that current control unit 8 does not have subtractors 61-66, first compensators CP14-CP19, or adders 67-69.
平均・偏差演算器60は、電流検出器5aにより検出される電力変換器3aの出力電流(三相交流電流i1u,i1v,i1w)と、電流検出器5bにより検出される電力変換器3bの出力電流(三相交流電流i2u,i2v,i2w)とを受ける。 The average/deviation calculator 60 receives the output current (three-phase AC currents i1u, i1v, i1w) of the power converter 3a detected by the current detector 5a and the output current (three-phase AC currents i2u, i2v, i2w) of the power converter 3b detected by the current detector 5b.
平均・偏差演算器60は、電流検出器5a,5bの検出値を用いて、各相電流の平均値を算出する。平均・偏差演算器60は、上記式(3)~(5)を用いて、U相平均電流iau、V相平均電流iavおよびW相平均電流iawを算出する。 The average/deviation calculator 60 calculates the average value of each phase current using the detection values of the current detectors 5a and 5b. The average/deviation calculator 60 calculates the U-phase average current iau, the V-phase average current iav, and the W-phase average current iaw using the above equations (3) to (5).
減算器11は、U相電流指令値iu*とU相平均電流iauとの偏差Δiauを算出する。減算器12は、V相電流指令値iv*とV相平均電流iavとの偏差Δiavを算出する。減算器13は、W相電流指令値iw*とW相平均電流iawとの偏差Δiawを算出する。 Subtractor 11 calculates the deviation Δiau between the U-phase current command value iu* and the U-phase average current iau. Subtractor 12 calculates the deviation Δiav between the V-phase current command value iv* and the V-phase average current iav. Subtractor 13 calculates the deviation Δiaw between the W-phase current command value iw* and the W-phase average current iaw.
第1補償器CP11~CP13は、偏差Δiau,Δiav,Δiawに対する比例制御演算により、比例制御量Kp・Δiau,Kp・Δiav,Kp・Δiawをそれぞれ算出する。なお、Kpは比例ゲインである。 The first compensators CP11 to CP13 calculate the proportional control amounts Kp·Δiau, Kp·Δiav, and Kp·Δiaw, respectively, by proportional control calculations for the deviations Δiau, Δiav, and Δiaw. Note that Kp is the proportional gain.
加算器16は、第1補償器CP11~CP13による演算値である三相分の比例制御量と、逆dq変換器15による三相分の積分制御量とを加算することにより、三相交流電流指令値iu*,iv*,iw*に対する三相交流電流i1u,i1v,i1wの偏差Δi1u,Δi1v,Δi1wを低減するためのフィードバック制御のために要求される、三相交流電圧指令値を生成する。 The adder 16 adds the proportional control variables for three phases, which are calculated values by the first compensators CP11 to CP13, and the integral control variables for three phases by the inverse dq converter 15, to generate the three-phase AC voltage command values required for feedback control to reduce the deviations Δi1u, Δi1v, Δi1w of the three-phase AC currents i1u, i1v, i1w from the three-phase AC current command values iu*, iv*, iw*.
加算器17は、加算器16からの三相交流電圧指令値に、逆dq変換器21からのフィードフォワード制御量と、電圧検出器4によって検出される三相交流電圧とを加算することにより、三相交流電圧指令値を生成する。三相交流電圧指令値は、U相電圧指令値V1u*、V相電圧指令値V1v*およびW相電圧指令値V1w*を有する。三相交流電圧指令値は、PWM回路22に与えられる。 Adder 17 generates a three-phase AC voltage command value by adding the feedforward control amount from inverse dq converter 21 and the three-phase AC voltage detected by voltage detector 4 to the three-phase AC voltage command value from adder 16. The three-phase AC voltage command value has a U-phase voltage command value V1u*, a V-phase voltage command value V1v*, and a W-phase voltage command value V1w*. The three-phase AC voltage command value is provided to PWM circuit 22.
加算器56は、第1補償器CP11~CP13による演算値である三相分の比例制御量と、逆dq変換器15による三相分の積分制御量とを加算することにより、三相交流電流指令値iu*,iv*,iw*に対する三相交流電流i2u,i2v,i2wの偏差Δi2u,Δi2v,Δi2wを低減するためのフィードバック制御のために要求される、三相交流電圧指令値を生成する。 The adder 56 adds the three-phase proportional control variables calculated by the first compensators CP11 to CP13 to the three-phase integral control variables calculated by the inverse dq converter 15 to generate the three-phase AC voltage command values required for feedback control to reduce the deviations Δi2u, Δi2v, Δi2w of the three-phase AC currents i2u, i2v, i2w from the three-phase AC current command values iu*, iv*, iw*.
加算器57は、加算器56からの三相交流電圧指令値に、逆dq変換器21からのフィードフォワード制御量と、電圧検出器4によって検出される三相交流電圧とを加算することにより、三相交流電圧指令値を生成する。三相交流電圧指令値は、U相電圧指令値V2u*、V相電圧指令値V2v*およびW相電圧指令値V2w*を有する。三相交流電圧指令値は、PWM回路22に与えられる。 Adder 57 generates a three-phase AC voltage command value by adding the feedforward control amount from the inverse dq converter 21 and the three-phase AC voltage detected by the voltage detector 4 to the three-phase AC voltage command value from adder 56. The three-phase AC voltage command value has a U-phase voltage command value V2u*, a V-phase voltage command value V2v*, and a W-phase voltage command value V2w*. The three-phase AC voltage command value is provided to the PWM circuit 22.
PWM回路22は、三相交流電圧指令値V1u*,V1v*,V1w*に基づいて、ゲートパルスを生成する。電力変換器3aは、ゲートパルスに従って三相交流電力を生成する。PWM回路22は、三相交流電圧指令値V2u*,V2v*,V2w*に基づいて、ゲートパルスを生成する。電力変換器3bは、ゲートパルスに従って三相交流電力を生成する。 The PWM circuit 22 generates gate pulses based on the three-phase AC voltage command values V1u*, V1v*, and V1w*. The power converter 3a generates three-phase AC power in accordance with the gate pulses. The PWM circuit 22 generates gate pulses based on the three-phase AC voltage command values V2u*, V2v*, and V2w*. The power converter 3b generates three-phase AC power in accordance with the gate pulses.
以上説明したように、実施の形態6に係る電力変換装置では、複数の電力変換器3a,3bが多重変圧器2で直列多重化された構成において、複数の電力変換器3a,3bの出力電流の三相平均電流iau,iav,iawを三相電流指令値に一致させるための比例制御が実行される。これによると、実施の形態4および5で示した電力変換器ごとの比例制御が実行されないが、電流制御部8の計算量を軽減させることができる。したがって、複数の電力変換器3a,3bの間で変圧器の特性のばらつきが小さく、偏磁のしやすさに大差がないような場合には、実施の形態6に示す制御系を採用することで、電流制御を簡素化することができる。 As described above, in the power conversion device of embodiment 6, in a configuration in which multiple power converters 3a, 3b are serially multiplexed by a multiplex transformer 2, proportional control is performed to match the three-phase average currents iau, iav, and iaw of the output currents of the multiple power converters 3a, 3b with the three-phase current command values. This does not perform the proportional control for each power converter as shown in embodiments 4 and 5, but it is possible to reduce the amount of calculations required by the current control unit 8. Therefore, when there is little variation in the transformer characteristics between the multiple power converters 3a, 3b and there is not much difference in the susceptibility to bias magnetization, current control can be simplified by adopting the control system shown in embodiment 6.
[実施の形態7]
図9は、実施の形態7に係る電力変換装置の構成を示す回路ブロック図である。
Seventh Embodiment
FIG. 9 is a circuit block diagram showing the configuration of a power conversion device according to the seventh embodiment.
図9に示すように、実施の形態7に係る電力変換装置は、基本的には図6に示した実施の形態4に係る電力変換装置と同様の構成を備えるが、制御装置7の構成が実施の形態4に係る電力変換装置とは異なっている。 As shown in Figure 9, the power conversion device of embodiment 7 basically has the same configuration as the power conversion device of embodiment 4 shown in Figure 6, but the configuration of the control device 7 differs from that of the power conversion device of embodiment 4.
制御装置7は、位相検出器9と、電流制御部8と、乗算器18~20と、逆dq変換器21と、加算器17,57と、PWM回路22とを含む。制御装置7は、基本的に図4に示した制御装置7と同様の構成を備えるが、電流制御部8が、平均演算器100およびdq変換器101を有する点が実施の形態4における制御装置7とは異なっている。 Control device 7 includes a phase detector 9, a current control unit 8, multipliers 18-20, an inverse dq converter 21, adders 17 and 57, and a PWM circuit 22. Control device 7 basically has the same configuration as control device 7 shown in FIG. 4, but differs from control device 7 in embodiment 4 in that current control unit 8 includes an average calculator 100 and a dq converter 101.
平均演算器100は、電流検出器5aにより検出される電力変換器3aの出力電流(三相交流電流i1u,i1v,i1w)と、電流検出器5bにより検出される電力変換器3bの出力電流(三相交流電流i2u,i2v,i2w)とを受ける。平均演算器100は、電流検出器5a,5bの検出値を用いて、各相電流の平均値(U相平均電流iau、V相平均電流iav、W相平均電流iaw)を算出する。 Average calculator 100 receives the output current (three-phase AC currents i1u, i1v, i1w) of power converter 3a detected by current detector 5a and the output current (three-phase AC currents i2u, i2v, i2w) of power converter 3b detected by current detector 5b. Average calculator 100 calculates the average values of each phase current (U-phase average current iau, V-phase average current iav, W-phase average current iaw) using the detected values of current detectors 5a and 5b.
dq変換器101は、三相平均電流iau,iav,iawを、式(2)を用いたdq変換(三相二相変換)により、d軸平均電流iadおよびq軸平均電流iaqに変換する。 The dq converter 101 converts the three-phase average currents iau, iav, and iaw into a d-axis average current iad and a q-axis average current iaq through a dq conversion (three-phase to two-phase conversion) using equation (2).
減算器102は、d軸電流指令値id*に対するd軸平均電流iadの偏差Δiadを算出する。減算器103は、q軸電流指令値iq*に対するq軸平均電流iaqの偏差Δiaqを算出する。 Subtractor 102 calculates the deviation Δiad of the d-axis average current iad from the d-axis current command value id*. Subtractor 103 calculates the deviation Δiaq of the q-axis average current iaq from the q-axis current command value iq*.
第2補償器CP21,CP22は、偏差Δiadおよび偏差Δiaqに対する積分制御演算により、積分制御量を算出する。逆dq変換器104は、第2補償器CP21,CP22により演算された積分制御量を、式(1)を用いた逆dq変換(二相三相変換)により、三相分の積分制御量に変換する。 The second compensators CP21 and CP22 calculate integral control variables by performing integral control calculations on the deviations Δiad and Δiaq. The inverse dq converter 104 converts the integral control variables calculated by the second compensators CP21 and CP22 into integral control variables for three phases by inverse dq transformation (two-phase to three-phase transformation) using equation (1).
加算器16は、第1補償器CP11~CP13による演算値である三相分の比例制御量と、逆dq変換器104による三相分の積分制御量とを加算することにより、電流偏差Δi1u,Δi1v,Δi1wを低減するためのフィードバック制御のために要求される、三相交流電圧指令値を生成する。 The adder 16 adds the proportional control variables for three phases, which are the values calculated by the first compensators CP11 to CP13, and the integral control variables for three phases, which are calculated by the inverse dq converter 104, to generate the three-phase AC voltage command values required for feedback control to reduce the current deviations Δi1u, Δi1v, and Δi1w.
乗算器18~20および逆dq変換器21は、d軸電流指令値id*およびq軸電流指令値iq*に応じた値の補正量を生成する。 Multipliers 18-20 and inverse dq converter 21 generate correction amounts corresponding to the d-axis current command value id* and the q-axis current command value iq*.
加算器17は、加算器16からの三相交流電圧指令値に、逆dq変換器21からの補正量と、電圧検出器4によって検出される三相交流電圧Vu,Vv,Vwとを加算することにより、三相交流電圧指令値V1u*,V1v*,V1w*を生成する。三相交流電圧指令値は、PWM回路22に与えられる。 Adder 17 generates three-phase AC voltage command values V1u*, V1v*, and V1w* by adding the correction amount from the inverse dq converter 21 and the three-phase AC voltages Vu, Vv, and Vw detected by the voltage detector 4 to the three-phase AC voltage command value from adder 16. The three-phase AC voltage command values are provided to the PWM circuit 22.
加算器56は、第1補償器CP14~CP16による演算値である三相分の比例制御量と、逆dq変換器104による三相分の積分制御量とを加算することにより、電流偏差Δi2u,Δi2v,Δi2wを低減するためのフィードバック制御のために要求される、三相交流電圧指令値を生成する。 The adder 56 adds the proportional control variables for three phases, which are the values calculated by the first compensators CP14 to CP16, and the integral control variables for three phases, which are calculated by the inverse dq converter 104, to generate the three-phase AC voltage command values required for feedback control to reduce the current deviations Δi2u, Δi2v, and Δi2w.
加算器57は、加算器56からの三相交流電圧指令値に、逆dq変換器21からの補正量と、電圧検出器4によって検出される三相交流電圧Vu,Vv,Vwとを加算することにより、三相交流電圧指令値V2u*,V2v*,V2w*を生成する。三相交流電圧指令値は、PWM回路22に与えられる。 Adder 57 generates three-phase AC voltage command values V2u*, V2v*, and V2w* by adding the correction amount from the inverse dq converter 21 and the three-phase AC voltages Vu, Vv, and Vw detected by the voltage detector 4 to the three-phase AC voltage command value from adder 56. The three-phase AC voltage command values are provided to the PWM circuit 22.
PWM回路22は、三相交流電圧指令値V1u*,V1v*,V1w*に基づいて、ゲートパルスを生成する。電力変換器3aは、ゲートパルスに従って三相交流電力を生成する。PWM回路22は、三相交流電圧指令値V2u*,V2v*,V2w*に基づいて、ゲートパルスを生成する。電力変換器3bは、ゲートパルスに従って三相交流電力を生成する。 The PWM circuit 22 generates gate pulses based on the three-phase AC voltage command values V1u*, V1v*, and V1w*. The power converter 3a generates three-phase AC power in accordance with the gate pulses. The PWM circuit 22 generates gate pulses based on the three-phase AC voltage command values V2u*, V2v*, and V2w*. The power converter 3b generates three-phase AC power in accordance with the gate pulses.
以上説明したように、実施の形態7に係る電力変換装置によれば、複数の電力変換器3a,3bが多重変圧器2で直列多重化された構成においても、電力変換器ごとに、交流端子と同数の自由度を有する比例制御が実行されるため、各電力変換器の交流端子に生じている外乱を抑制することができる。 As explained above, with the power conversion device according to embodiment 7, even in a configuration in which multiple power converters 3a, 3b are serially multiplexed using a multiplex transformer 2, proportional control with the same number of degrees of freedom as the number of AC terminals is performed for each power converter, making it possible to suppress disturbances occurring at the AC terminals of each power converter.
また、実施の形態7に係る電力変換装置では、複数の電力変換器3a,3bの出力電流の三相平均電流がd軸電流およびq軸電流に変換され、d軸偏差およびq軸偏差を小さくするための積分制御がされるため、各電力変換器の出力電流に含まれる定常偏差をなくすことができる。 In addition, in the power conversion device according to embodiment 7, the three-phase average current of the output currents of the multiple power converters 3a, 3b is converted into d-axis current and q-axis current, and integral control is performed to reduce the d-axis deviation and q-axis deviation, thereby eliminating the steady-state deviation contained in the output current of each power converter.
なお、多重変圧器2において1次巻線2cおよび2次巻線2a間の励磁回路と、1次巻線2cおよび2次巻線2b間の励磁回路との間でインピーダンスに差がある場合、または、電流検出器5aと電流検出器5bとの間に検出誤差がある場合に、電力変換器3aの出力電流および電力変換器3bの出力電流に対して別々に第2補償器CP21,CP22を設けると、電力変換器3a,3bの出力電圧に大きな電圧差が生じて電力変換装置が正常な運転を行うことが困難となるおそれがある。これは、多重変圧器2に偏磁が生じていない場合には、励磁回路のインピーダンスが1次巻線および2次巻線の漏れインピーダンスよりも十分に大きいため、各電力変換器の出力電流に含まれる偏差に対して積分制御を行うと、各電力変換器の出力電圧が別々に大きくなる可能性があることによる。実施の形態7では、上述したように、複数の電力変換器3a,3bの出力電流の三相平均電流を用いて積分制御が実行されるため、このような懸念点を回避できる。 If there is an impedance difference between the excitation circuit between the primary winding 2c and secondary winding 2a and the excitation circuit between the primary winding 2c and secondary winding 2b in the multiplex transformer 2, or if there is a detection error between the current detector 5a and the current detector 5b, providing separate second compensators CP21 and CP22 for the output current of power converter 3a and the output current of power converter 3b may result in a large voltage difference between the output voltages of power converters 3a and 3b, making it difficult for the power conversion device to operate normally. This is because, when there is no bias in the multiplex transformer 2, the impedance of the excitation circuit is sufficiently greater than the leakage impedance of the primary winding and secondary winding. Therefore, if integral control is performed on the deviation in the output current of each power converter, the output voltage of each power converter may increase separately. In embodiment 7, as described above, integral control is performed using the three-phase average current of the output currents of multiple power converters 3a and 3b, thereby avoiding such concerns.
[実施の形態8]
図10は、実施の形態8に係る電力変換装置の構成を示す回路ブロック図である。
Eighth Embodiment
FIG. 10 is a circuit block diagram showing the configuration of a power conversion device according to the eighth embodiment.
図10に示すように、実施の形態8に係る電力変換装置は、基本的には図6に示した実施の形態4に係る電力変換装置と同様の構成を備えるが、制御装置7の構成が実施の形態4に係る電力変換装置とは異なっている。 As shown in Figure 10, the power conversion device of embodiment 8 basically has the same configuration as the power conversion device of embodiment 4 shown in Figure 6, but the configuration of the control device 7 differs from that of the power conversion device of embodiment 4.
制御装置7は、位相検出器9と、電流制御部8と、乗算器18~20と、逆dq変換器21と、加算器17,57と、PWM回路22とを含む。制御装置7は、基本的に図4に示した制御装置7と同様の構成を備えるが、電流制御部8が、dq変換器105を有する点が実施の形態4における制御装置7とは異なっている。 Control device 7 includes a phase detector 9, a current control unit 8, multipliers 18-20, an inverse dq converter 21, adders 17 and 57, and a PWM circuit 22. Control device 7 basically has the same configuration as control device 7 shown in FIG. 4, but differs from control device 7 in embodiment 4 in that current control unit 8 includes a dq converter 105.
dq変換器105は、電流検出器5aにより検出される電力変換器3aの出力電流(三相交流電流i1u,i1v,i1w)を、式(2)を用いたdq変換(三相二相変換)により、d軸電流i1dおよびq軸電流i1qに変換する。 The dq converter 105 converts the output current (three-phase AC currents i1u, i1v, i1w) of the power converter 3a detected by the current detector 5a into a d-axis current i1d and a q-axis current i1q through dq conversion (three-phase to two-phase conversion) using equation (2).
減算器41は、d軸電流指令値id*に対するd軸電流i1dの偏差Δi1dを算出する(Δi1d=id*-i1d)。減算器42は、q軸電流指令値iq*に対するq軸電流i1qの偏差Δi1qを算出する(Δi1q=iq*-i1q)。 Subtractor 41 calculates the deviation Δi1d of the d-axis current i1d from the d-axis current command value id* (Δi1d = id* - i1d). Subtractor 42 calculates the deviation Δi1q of the q-axis current i1q from the q-axis current command value iq* (Δi1q = iq* - i1q).
第2補償器CP21,CP22は、偏差Δi1dおよび偏差Δi1qに対する積分制御演算により、積分制御量を算出する。逆dq変換器15は、第2補償器CP21,CP22により演算された積分制御量を、式(1)を用いた逆dq変換(二相三相変換)により、三相分の積分制御量に変換する。 The second compensators CP21 and CP22 calculate integral control variables by performing integral control calculations on the deviations Δi1d and Δi1q. The inverse dq converter 15 converts the integral control variables calculated by the second compensators CP21 and CP22 into integral control variables for three phases by inverse dq transformation (two-phase to three-phase transformation) using equation (1).
加算器16は、第1補償器CP11~CP13による演算値である三相分の比例制御量と、逆dq変換器15による三相分の積分制御量とを加算することにより、電流偏差Δi1u,Δi1v,Δi1wを低減するためのフィードバック制御のために要求される、三相交流電圧指令値を生成する。 Adder 16 adds the proportional control variables for three phases, which are calculated values by first compensators CP11 to CP13, and the integral control variables for three phases by inverse dq converter 15, to generate the three-phase AC voltage command values required for feedback control to reduce the current deviations Δi1u, Δi1v, and Δi1w.
乗算器18~20および逆dq変換器21は、d軸電流指令値id*およびq軸電流指令値iq*に応じた値の補正量を生成する。 Multipliers 18-20 and inverse dq converter 21 generate correction amounts corresponding to the d-axis current command value id* and the q-axis current command value iq*.
加算器17は、加算器16からの三相交流電圧指令値に、逆dq変換器21からの補正量と、電圧検出器4によって検出される三相交流電圧Vu,Vv,Vwとを加算することにより、三相交流電圧指令値V1u*,V1v*,V1w*を生成する。三相交流電圧指令値は、PWM回路22に与えられる。 Adder 17 generates three-phase AC voltage command values V1u*, V1v*, and V1w* by adding the correction amount from the inverse dq converter 21 and the three-phase AC voltages Vu, Vv, and Vw detected by the voltage detector 4 to the three-phase AC voltage command value from adder 16. The three-phase AC voltage command values are provided to the PWM circuit 22.
加算器56は、第1補償器CP14~CP16による演算値である三相分の比例制御量と、逆dq変換器15による三相分の積分制御量とを加算することにより、電流偏差Δi2u,Δi2v,Δi2wを低減するためのフィードバック制御のために要求される、三相交流電圧指令値を生成する。 The adder 56 adds the proportional control variables for three phases, which are calculated values by the first compensators CP14 to CP16, and the integral control variables for three phases by the inverse dq converter 15, to generate the three-phase AC voltage command values required for feedback control to reduce the current deviations Δi2u, Δi2v, and Δi2w.
加算器57は、加算器56からの三相交流電圧指令値に、逆dq変換器21からの補正量と、電圧検出器4によって検出される三相交流電圧Vu,Vv,Vwとを加算することにより、三相交流電圧指令値V2u*,V2v*,V2w*を生成する。三相交流電圧指令値は、PWM回路22に与えられる。 Adder 57 generates three-phase AC voltage command values V2u*, V2v*, and V2w* by adding the correction amount from the inverse dq converter 21 and the three-phase AC voltages Vu, Vv, and Vw detected by the voltage detector 4 to the three-phase AC voltage command value from adder 56. The three-phase AC voltage command values are provided to the PWM circuit 22.
PWM回路22は、三相交流電圧指令値V1u*,V1v*,V1w*に基づいて、ゲートパルスを生成する。電力変換器3aは、ゲートパルスに従って三相交流電力を生成する。PWM回路22は、三相交流電圧指令値V2u*,V2v*,V2w*に基づいて、ゲートパルスを生成する。電力変換器3bは、ゲートパルスに従って三相交流電力を生成する。 The PWM circuit 22 generates gate pulses based on the three-phase AC voltage command values V1u*, V1v*, and V1w*. The power converter 3a generates three-phase AC power in accordance with the gate pulses. The PWM circuit 22 generates gate pulses based on the three-phase AC voltage command values V2u*, V2v*, and V2w*. The power converter 3b generates three-phase AC power in accordance with the gate pulses.
なお、図10の例では、電力変換器3aの出力電流を用いて三相分の積分制御量を算出する構成について説明したが、電力変換器3bの出力電流を用いて三相分の積分制御量を算出する構成としてもよい。すなわち、複数の電力変換器3a,3bのうちのいずれか1つの電力変換器の出力電流を代表値として用いて三相分の積分制御量を算出することができる。 In the example of Figure 10, a configuration was described in which the integral control amount for three phases is calculated using the output current of power converter 3a, but a configuration in which the integral control amount for three phases is calculated using the output current of power converter 3b may also be used. In other words, the integral control amount for three phases can be calculated using the output current of one of the multiple power converters 3a, 3b as a representative value.
以上説明したように、実施の形態8に係る電力変換装置によれば、複数の電力変換器3a,3bが多重変圧器2で直列多重化された構成においても、電力変換器ごとに、交流端子と同数の自由度を有する比例制御が実行される。これによると、複数の電力変換器3a,3bの間で、変圧器の特性や搬送波の位相差に起因して偏磁のしやすさに差がある場合であっても、各電力変換器の交流端子に生じている外乱を抑制することができる。 As described above, with the power conversion device according to embodiment 8, even in a configuration in which multiple power converters 3a, 3b are serially multiplexed using a multiplex transformer 2, proportional control with the same number of degrees of freedom as the AC terminals is executed for each power converter. This makes it possible to suppress disturbances occurring at the AC terminals of each power converter, even if there are differences in the susceptibility to bias magnetization between the multiple power converters 3a, 3b due to transformer characteristics or carrier wave phase differences.
また、複数の電力変換器3a,3bのうちのいずれか1つの出力電流を代表値とし、当該出力電流がd軸電流およびq軸電流に変換され、d軸偏差およびq軸偏差を小さくするための積分制御が実行される。実施の形態7で述べたように、電力変換器3aの出力電流および電力変換器3bの出力電流に対して別々に第2補償器CP21,CP22を設けると、電力変換器3a,3bの出力電圧に大きな電圧差が生じて電力変換装置が正常な運転を行うことが困難となるおそれがある。実施の形態8では、複数の電力変換器3a,3bのうちのいずれか1つの出力電流を用いて積分制御が実行されるため、このような懸念点を回避できる。 Furthermore, the output current of one of the multiple power converters 3a, 3b is used as a representative value, and this output current is converted into a d-axis current and a q-axis current, and integral control is performed to reduce the d-axis deviation and the q-axis deviation. As described in embodiment 7, if second compensators CP21, CP22 were provided separately for the output current of power converter 3a and the output current of power converter 3b, a large voltage difference could occur in the output voltages of power converters 3a, 3b, making it difficult for the power conversion device to operate normally. In embodiment 8, integral control is performed using the output current of one of the multiple power converters 3a, 3b, thereby avoiding such concerns.
[実施の形態9]
上述した実施の形態1~8では、三相交流電力系統1に三相変圧器2を介して接続される電力変換器3の出力電流を制御するための制御構成について説明したが、当該制御構成は、単相交流電力系統に単相変圧器を介して接続される電力変換器の出力電流の制御にも適用することができる。
Ninth Embodiment
In the above-described first to eighth embodiments, the control configuration for controlling the output current of the power converter 3 connected to the three-phase AC power system 1 via the three-phase transformer 2 has been described, but the control configuration can also be applied to the control of the output current of a power converter connected to a single-phase AC power system via a single-phase transformer.
図11は、実施の形態9に係る電力変換装置の構成を示す回路ブロック図である。
図11に示すように、実施の形態9に係る電力変換装置は、電力変換器3と、電圧検出器4と、電流検出器5,6と、制御装置7とを備える。電力変換器3の交流端子は、単相変圧器2Aを介して、単相交流電力系統1Aの単相送電線に接続されている。
FIG. 11 is a circuit block diagram showing the configuration of a power conversion device according to the ninth embodiment.
11 , the power conversion device according to the ninth embodiment includes a power converter 3, a voltage detector 4, current detectors 5 and 6, and a control device 7. The AC terminals of the power converter 3 are connected to a single-phase transmission line of a single-phase AC power system 1A via a single-phase transformer 2A.
電力変換器3の直流端子は、バッテリまたはコンデンサなど直流電力を蓄える電力貯蔵装置、あるいは直流電力を発生する直流電源に接続されている。電力変換器3は、自己消弧型のスイッチング素子を有する。電力変換器3は、制御装置7から与えられるゲートパルスに従って直流電力を単相交流電力に変換する。電力変換器3によって生成された単相交流電力は単相変圧器2Aを介して単相交流電力系統1Aに供給される。単相変圧器2Aの単相交流電力系統1A側を1次側とし、単相変圧器2Aの電力変換器3側を2次側とする。 The DC terminals of power converter 3 are connected to a power storage device that stores DC power, such as a battery or capacitor, or to a DC power source that generates DC power. Power converter 3 has a self-extinguishing switching element. Power converter 3 converts DC power to single-phase AC power in accordance with gate pulses provided by control device 7. The single-phase AC power generated by power converter 3 is supplied to single-phase AC power system 1A via single-phase transformer 2A. The single-phase AC power system 1A side of single-phase transformer 2A is the primary side, and the power converter 3 side of single-phase transformer 2A is the secondary side.
電圧検出器4は、単相交流電力系統1Aの単相交流電圧Vを検出し、その検出値を示す信号を制御装置7に与える。 The voltage detector 4 detects the single-phase AC voltage V of the single-phase AC power system 1A and provides a signal indicating the detected value to the control device 7.
電流検出器5は、電力変換器3の出力電流(単相交流電流)を検出し、その検出値を示す信号を制御装置7に与える。 The current detector 5 detects the output current (single-phase AC current) of the power converter 3 and provides a signal indicating the detected value to the control device 7.
電流検出器6は、単相変圧器2Aの1次巻線を流れる電流(1次巻線電流)を検出し、その検出値を示す信号を制御装置7に与える。 The current detector 6 detects the current (primary winding current) flowing through the primary winding of the single-phase transformer 2A and provides a signal indicating the detected value to the control device 7.
制御装置7は、位相検出器9と、電流制御部8と、乗算器18~20と、逆dq変換器21と、加算器17と、PWM回路22とを含む。 The control device 7 includes a phase detector 9, a current control unit 8, multipliers 18-20, an inverse dq converter 21, an adder 17, and a PWM circuit 22.
位相検出器9は、電圧検出器4の出力信号に基づいて、基準位相θを生成する。基準位相θは、単相交流電力系統1Aの系統電圧の単相電圧位相である。 The phase detector 9 generates a reference phase θ based on the output signal of the voltage detector 4. The reference phase θ is the single-phase voltage phase of the system voltage of the single-phase AC power system 1A.
電流制御部8は、交流電流指令値に対する電流検出器5の検出値の偏差を小さくするための制御演算により、フィードバック制御量を算出する。交流電流指令値は、d軸電流指令値id*と、q軸電流指令値iq*とを含む。 The current control unit 8 calculates a feedback control amount through control calculations to reduce the deviation of the detection value of the current detector 5 from the AC current command value. The AC current command value includes a d-axis current command value id* and a q-axis current command value iq*.
電流制御部8は、固定座標変換器10と、減算器11と、第1補償器CP11と、加算器16と、dq変換器40と、減算器41,42と、第2補償器CP21,CP22と、逆dq変換器15とを含む。 The current control unit 8 includes a fixed coordinate converter 10, a subtractor 11, a first compensator CP11, an adder 16, a dq converter 40, subtractors 41 and 42, second compensators CP21 and CP22, and an inverse dq converter 15.
固定座標変換器10は、d軸電流指令値id*およびq軸電流指令値iq*を、基準位相θを用いて座標変換を行うことにより、単相交流電流指令値i*に変換する。座標変換は次式(12)で表される。 The fixed coordinate converter 10 converts the d-axis current command value id* and the q-axis current command value iq* into a single-phase AC current command value i* by performing coordinate conversion using the reference phase θ. The coordinate conversion is expressed by the following equation (12).
減算器11は、単相交流電流指令値i*と、電流検出器5によって検出される単相交流電流iとの偏差Δiを算出する(Δi=i*-i)。 The subtractor 11 calculates the deviation Δi between the single-phase AC current command value i* and the single-phase AC current i detected by the current detector 5 (Δi = i* - i).
第1補償器CP11は、比例要素を有しており、単相交流電流指令値に対する単相交流電流の偏差Δiを小さくするための比例制御演算により、比例制御量を算出する。 The first compensator CP11 has a proportional element and calculates the proportional control amount through proportional control calculations to reduce the deviation Δi of the single-phase AC current from the single-phase AC current command value.
dq変換器40は、電流検出器6によって検出される1次巻線電流を、基準位相θを用いた座標変換を行うことにより、d軸電流idおよびq軸電流iqに変換する。座標変換は次式(13)で表される。 The dq converter 40 converts the primary winding current detected by the current detector 6 into a d-axis current id and a q-axis current iq by performing a coordinate transformation using the reference phase θ. The coordinate transformation is expressed by the following equation (13):
減算器41は、d軸電流指令値id*に対するd軸電流idの偏差(d軸偏差)Δidを算出する。減算器42は、q軸電流指令値iq*に対するq軸電流iqの偏差(q軸偏差)Δiqを算出する。 Subtractor 41 calculates the deviation of the d-axis current id from the d-axis current command value id* (d-axis deviation) Δid. Subtractor 42 calculates the deviation of the q-axis current iq from the q-axis current command value iq* (q-axis deviation) Δiq.
第2補償器CP21,CP22は、d軸偏差Δidおよびq軸偏差Δiqに対する積分制御演算により、積分制御量を算出する。逆dq変換器15は、第2補償器CP21,CP22により演算された積分制御量を、式(12)を用いた座標変換により、単相分の積分制御量に変換する。 The second compensators CP21 and CP22 calculate integral control amounts by integral control calculations for the d-axis deviation Δid and the q-axis deviation Δiq. The inverse dq converter 15 converts the integral control amounts calculated by the second compensators CP21 and CP22 into integral control amounts for a single phase by coordinate transformation using equation (12).
加算器16は、第1補償器CP11による演算値である単相分の比例制御量と、逆dq変換器15からの単相分の積分制御量とを加算することにより、偏差Δiを低減するためのフィードバック制御のために要求される、単相交流電圧指令値を生成する。 Adder 16 adds the single-phase proportional control variable calculated by first compensator CP11 to the single-phase integral control variable from inverse dq converter 15 to generate the single-phase AC voltage command value required for feedback control to reduce deviation Δi.
乗算器18~20および逆dq変換器21は、d軸電流指令値id*およびq軸電流指令値iq*に応じた値の補正量を生成する。 Multipliers 18-20 and inverse dq converter 21 generate correction amounts corresponding to the d-axis current command value id* and the q-axis current command value iq*.
加算器17は、加算器16からの単相交流電圧指令値に、逆dq変換器21からの補正量と、電圧検出器4によって検出される単相交流電圧Vとを加算することにより、単相交流電圧指令値V*を生成する。単相交流電圧指令値V*は、PWM回路22に与えられる。 Adder 17 generates a single-phase AC voltage command value V* by adding the correction amount from the inverse dq converter 21 and the single-phase AC voltage V detected by the voltage detector 4 to the single-phase AC voltage command value from adder 16. The single-phase AC voltage command value V* is provided to the PWM circuit 22.
PWM回路22は、単相交流電圧指令値V*に基づいて、ゲートパルスを生成する。電力変換器3は、ゲートパルスに従って単相交流電力を、単相変圧器2Aを介して単相交流電力系統1Aに供給する。 The PWM circuit 22 generates gate pulses based on the single-phase AC voltage command value V*. The power converter 3 supplies single-phase AC power to the single-phase AC power system 1A via the single-phase transformer 2A in accordance with the gate pulses.
以上説明したように、実施の形態9に係る電力変換装置は、電力変換器3の出力電流(すなわち、単相変圧器2Aの2次巻線電流)と単相電流指令値との偏差を小さくするための比例制御を実行する制御系(固定座標変換器10、減算器11および第1補償器CP11)を有することにより、単相変圧器2Aの偏磁を高速に抑制することができる。 As described above, the power conversion device of embodiment 9 has a control system (fixed coordinate converter 10, subtractor 11, and first compensator CP11) that performs proportional control to reduce the deviation between the output current of power converter 3 (i.e., the secondary winding current of single-phase transformer 2A) and the single-phase current command value, thereby enabling rapid suppression of bias magnetization of single-phase transformer 2A.
さらに、実施の形態9に係る電力変換装置は、単相変圧器2Aの1次巻線電流をd軸電流およびq軸電流に変換し、d軸電流指令値およびq軸電流指令値に対するd軸電流およびq軸電流の偏差を小さくするための積分制御を実行する制御系(dq変換器40、減算器41,42、第2補償器CP21,CP22および逆dq変換器15)を有することにより、1次巻線電流に含まれる定常偏差をなくすことができる。 Furthermore, the power conversion device according to embodiment 9 has a control system (dq converter 40, subtractors 41, 42, second compensators CP21, CP22, and inverse dq converter 15) that converts the primary winding current of single-phase transformer 2A into d-axis current and q-axis current, and performs integral control to reduce the deviation of the d-axis current and q-axis current from the d-axis current command value and q-axis current command value, thereby eliminating the steady-state deviation contained in the primary winding current.
[実施の形態10]
上述した実施の形態1~8では、電力変換器3の出力電流のフィードバック制御のうちの比例制御における自由度を、電力変換器3の交流端子の数と同数の「3」とするために、d軸電流指令値id*およびq軸電流指令値iq*を三相電流指令値iu*,iv*,iw*に変換し、U相電流、V相電流およびW相電流の各々について比例制御を実行する制御系を設ける構成について説明した。
[Embodiment 10]
In the above-described first to eighth embodiments, a configuration has been described in which the d-axis current command value id* and the q-axis current command value iq* are converted into three-phase current command values iu*, iv*, iw*, and a control system is provided that performs proportional control on each of the U-phase current, V-phase current, and W-phase current, in order to set the degree of freedom in proportional control in the feedback control of the output current of the power converter 3 to "3," which is the same number as the number of AC terminals of the power converter 3.
実施の形態10では、比例制御の自由度を「3」とするための別の構成として、d軸電流id、q軸電流iqおよび零相電流izの各々について比例制御を実行する制御系を設ける構成について説明する。 In embodiment 10, as another configuration for achieving three degrees of freedom in proportional control, a configuration is described in which a control system is provided that performs proportional control for each of the d-axis current id, the q-axis current iq, and the zero-phase current iz.
図12は、実施の形態10に係る電力変換装置の構成を示す回路ブロック図である。
図12に示すように、実施の形態10に係る電力変換装置は、基本的には図1に示した実施の形態1に係る電力変換装置と同様の構成を備えるが、制御装置7の構成が実施の形態1に係る電力変換装置とは異なっている。
FIG. 12 is a circuit block diagram showing the configuration of a power conversion device according to the tenth embodiment.
As shown in Figure 12, the power conversion device of embodiment 10 basically has the same configuration as the power conversion device of embodiment 1 shown in Figure 1, but the configuration of the control device 7 is different from that of the power conversion device of embodiment 1.
制御装置7は、位相検出器9と、電流制御部8と、dq変換器23と、乗算器18,19と、減算器29と、加算器30,31,32と、逆dq変換器33とを、PWM回路22と含む。 The control device 7 includes a phase detector 9, a current control unit 8, a dq converter 23, multipliers 18 and 19, a subtractor 29, adders 30, 31, and 32, an inverse dq converter 33, and a PWM circuit 22.
位相検出器9は、電圧検出器4の出力信号に基づいて、基準位相θを生成する。
dq変換器23は、電圧検出器4によって検出される三相交流電圧を、基準位相θに基づいて、d軸電圧Vdおよびq軸電圧Vqに変換する。
The phase detector 9 generates a reference phase θ based on the output signal of the voltage detector 4 .
The dq converter 23 converts the three-phase AC voltage detected by the voltage detector 4 into a d-axis voltage Vd and a q-axis voltage Vq based on the reference phase θ.
電流制御部8は、交流電流指令値に対する電流検出器5の検出値の偏差を小さくするための制御演算により、フィードバック制御量を算出する。実施の形態10では、交流電流指令値は、d軸電流指令値id*と、q軸電流指令値iq*と、零相電流指令値iz*とを含む。 The current control unit 8 calculates a feedback control amount through control calculations to reduce the deviation of the detection value of the current detector 5 from the AC current command value. In embodiment 10, the AC current command value includes a d-axis current command value id*, a q-axis current command value iq*, and a zero-phase current command value iz*.
零相電流指令値iz*は、三相交流電力系統1側には流れないため、電力変換装置内部の事情により生成される。例えば、電力変換器3に出力電流のピーク値を抑えるために、iz*=0に設定することができる。あるいは、三相変圧器2の2次巻線がオープンデルタ結線されている場合には、デルタ巻線に流したい循環電流の値に基づいて零相電流指令値iz*を設定することができる。 The zero-phase current command value iz* does not flow to the three-phase AC power system 1, so it is generated based on circumstances within the power conversion device. For example, to suppress the peak value of the output current of the power converter 3, iz* can be set to 0. Alternatively, if the secondary winding of the three-phase transformer 2 is open delta connected, the zero-phase current command value iz* can be set based on the value of the circulating current desired to flow through the delta winding.
電流制御部8は、減算器25,26,36と、第1補償器CP11~CP13と、第2補償器CP21,CP22と、dq変換器34と、零相演算器35とを含む。 The current control unit 8 includes subtractors 25, 26, and 36, first compensators CP11 to CP13, second compensators CP21 and CP22, a dq converter 34, and a zero-phase sequence calculator 35.
dq変換器34は、電流検出器5により検出される三相交流電流を、基準位相θを用いて、d軸電流idおよびq軸電流iqに変換する。 The dq converter 34 converts the three-phase AC current detected by the current detector 5 into a d-axis current id and a q-axis current iq using the reference phase θ.
零相演算器35は、電流検出器5により検出される三相交流電流から零相電流izを算出する。具体的には、零相演算器35は、U相電流iu、V相電流ivおよびW相電流iwの和を3で割ることにより、零相電流izを求める。 The zero-phase current calculator 35 calculates the zero-phase current iz from the three-phase AC current detected by the current detector 5. Specifically, the zero-phase current calculator 35 calculates the zero-phase current iz by dividing the sum of the U-phase current iu, V-phase current iv, and W-phase current iw by 3.
減算器25は、d軸電流指令値id*と、dq変換器34により演算されるd軸電流idとの偏差(d軸偏差)Δidを算出する。減算器26は、q軸電流指令値iq*と、dq変換器34により演算されるq軸電流iqとの偏差(q軸偏差)Δiqを算出する。減算器36は、零相電流指令値iz*と、零相演算器35により演算される零相電流izとの偏差(以下、零相偏差とも称する)Δizを算出する。 Subtractor 25 calculates the deviation (d-axis deviation) Δid between the d-axis current command value id* and the d-axis current id calculated by the dq converter 34. Subtractor 26 calculates the deviation (q-axis deviation) Δiq between the q-axis current command value iq* and the q-axis current iq calculated by the dq converter 34. Subtractor 36 calculates the deviation (q-axis deviation) Δiz between the zero-phase current command value iz* and the zero-phase current iz calculated by the zero-phase calculator 35 (hereinafter also referred to as the zero-phase deviation).
第1補償器CP11~CP13は、d軸電流指令値id*、q軸電流指令値iq*および零相電流指令値iz*に対するd軸電流id、q軸電流iqおよび零相電流izの偏差を小さくするための比例制御演算により、比例制御量を算出する。具体的には、第1補償器CP11は、d軸偏差Δidに基づいて、比例制御量Kp・Δidを算出する。第1補償器CP12は、q軸偏差Δiqに基づいて、比例制御量Kp・Δiqを算出する。第1補償器CP13は、零相偏差Δizに基づいて、比例制御量Kp・Δizを算出する。なお、Kpは比例ゲインである。 The first compensators CP11 to CP13 calculate proportional control variables through proportional control calculations to reduce the deviations of the d-axis current id, q-axis current iq, and zero-phase current iz from the d-axis current command value id*, q-axis current command value iq*, and zero-phase current command value iz*. Specifically, the first compensator CP11 calculates the proportional control variable Kp·Δid based on the d-axis deviation Δid. The first compensator CP12 calculates the proportional control variable Kp·Δiq based on the q-axis deviation Δiq. The first compensator CP13 calculates the proportional control variable Kp·Δiz based on the zero-phase deviation Δiz. Note that Kp is the proportional gain.
第2補償器CP21,CP22は、d軸偏差Δidおよびq軸偏差Δiqを小さくするための積分制御演算により、積分制御量を算出する。具体的には、第2補償器CP21は、d軸偏差Δidに基づいて、積分制御量Σ(Ki・Δid)を算出する。第2補償器CP22は、q軸偏差Δiqに基づいて、積分制御量Σ(Ki・Δiq)を算出する。なお、Kiは積分制御ゲインである。 The second compensators CP21 and CP22 calculate integral control amounts through integral control calculations to reduce the d-axis deviation Δid and the q-axis deviation Δiq. Specifically, the second compensator CP21 calculates the integral control amount Σ (Ki·Δid) based on the d-axis deviation Δid. The second compensator CP22 calculates the integral control amount Σ (Ki·Δiq) based on the q-axis deviation Δiq. Note that Ki is the integral control gain.
加算器27は、第1補償器CP11からの比例制御量Kp・Δidと、第2補償器CP21からの積分制御量Σ(Ki・Δid)とを加算することにより、d軸電圧指令値Vd*を生成する。加算器28は、第1補償器CP12からの比例制御量Kp・Δiqと、第2補償器CP22からの積分制御量Σ(Ki・Δiq)とを加算することにより、q軸電圧指令値Vq*を生成する。 Adder 27 generates the d-axis voltage command value Vd* by adding the proportional control variable Kp·Δid from the first compensator CP11 and the integral control variable Σ(Ki·Δid) from the second compensator CP21. Adder 28 generates the q-axis voltage command value Vq* by adding the proportional control variable Kp·Δiq from the first compensator CP12 and the integral control variable Σ(Ki·Δiq) from the second compensator CP22.
乗算器18は、d軸電流指令値id*にゲインωLを乗算する。乗算器19は、q軸電流指令値iq*にゲインωLを乗算する。減算器29は、加算器27からのd軸電圧指令値Vd*から乗算器19からの補正量を減算する。加算器30は、加算器28からのq軸電圧指令値Vq*に乗算器18からの補正量を加算する。 Multiplier 18 multiplies the d-axis current command value id* by gain ωL. Multiplier 19 multiplies the q-axis current command value iq* by gain ωL. Subtractor 29 subtracts the correction amount from multiplier 19 from the d-axis voltage command value Vd* from adder 27. Adder 30 adds the correction amount from multiplier 18 to the q-axis voltage command value Vq* from adder 28.
加算器31は、減算器29からのd軸電圧指令値Vd*にdq変換器23からのd軸電圧Vdを加算する。加算器32は、加算器30からのq軸電圧指令値Vq*にdq変換器23からのq軸電圧Vqを加算する。 Adder 31 adds the d-axis voltage Vd from the dq converter 23 to the d-axis voltage command value Vd* from the subtractor 29. Adder 32 adds the q-axis voltage Vq from the dq converter 23 to the q-axis voltage command value Vq* from the adder 30.
逆dq変換器33は、加算器31からのd軸電圧指令値Vd*および加算器32からのq軸電圧指令値Vq*に式(1)を用いた逆dq変換(二相三相変換)を行うことにより、三相電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*を生成する。三相交流電圧指令値は、PWM回路22に与えられる。 The inverse dq converter 33 performs an inverse dq transformation (two-phase to three-phase transformation) using equation (1) on the d-axis voltage command value Vd* from the adder 31 and the q-axis voltage command value Vq* from the adder 32 to generate three-phase voltage command values Vu*, Vv*, and Vw*. The three-phase AC voltage command values are provided to the PWM circuit 22.
PWM回路22は、三相交流電圧指令値に基づいて、ゲートパルスを生成する。電力変換器3は、ゲートパルスに従って三相交流電力を、三相変圧器2を介して三相交流電力系統1に供給する。 The PWM circuit 22 generates gate pulses based on the three-phase AC voltage command value. The power converter 3 supplies three-phase AC power to the three-phase AC power system 1 via the three-phase transformer 2 in accordance with the gate pulses.
以上説明したように、実施の形態10に係る電力変換装置によれば、電力変換器3の出力電流(三相交流電流)をd軸電流id、q軸電流iqおよび零相電流izに変換し、d軸電流指令値id*、q軸電流指令値iq*および零相電流指令値iz*に対する偏差を低減するように電流フィードバック制御が実行される。すなわち、実施の形態10では、d軸電流、q軸電流および零相電流の各々に対して制御系が構成されるため、電流フィードバック制御の自由度が3となる。したがって、電流フィードバック制御の自由度が電力変換器3の交流端子の数と同数となるため、電力変換器3の各交流端子に生じている外乱を電流フィードバック制御によって抑制することが可能となる。 As described above, according to the power conversion device of embodiment 10, the output current (three-phase AC current) of the power converter 3 is converted into a d-axis current id, a q-axis current iq, and a zero-phase current iz, and current feedback control is performed to reduce deviations from the d-axis current command value id*, the q-axis current command value iq*, and the zero-phase current command value iz*. In other words, in embodiment 10, a control system is configured for each of the d-axis current, the q-axis current, and the zero-phase current, so the degrees of freedom of the current feedback control are three. Therefore, because the degrees of freedom of the current feedback control are the same as the number of AC terminals of the power converter 3, it is possible to suppress disturbances occurring at each AC terminal of the power converter 3 by current feedback control.
なお、実施の形態10における電流フィードバック制御は、実施の形態1における電流フィードバック制御と同様に、d軸電流指令値およびq軸電流指令値に対するd軸電流およびq軸電流の偏差Δid,Δiqに対する積分制御が実行されるため、定常偏差をなくすことができる。 In addition, the current feedback control in embodiment 10, like the current feedback control in embodiment 1, performs integral control on the deviations Δid and Δiq of the d-axis and q-axis currents from the d-axis and q-axis current command values, thereby eliminating steady-state deviations.
なお、上述した実施の形態および変更例について、明細書内で言及されていない組み合わせを含めて、不都合または矛盾が生じない範囲内で、実施の形態で説明された構成を適宜組み合わせることは出願当初から予定されている。 It is intended from the outset that the configurations described in the above-mentioned embodiments and modified examples may be combined as appropriate, including combinations not mentioned in the specification, to the extent that no inconvenience or contradiction arises.
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。本発明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。 The embodiments disclosed herein should be considered in all respects to be illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the claims, not the above description, and is intended to include all modifications that are equivalent in meaning to and within the scope of the claims.
1 三相交流電力系統、1A 単相交流電力系統、2 三相変圧器(多重変圧器)、2A 単相変圧器、2a,2b 2次巻線、2c 1次巻線、3,3a,3b 電力変換器、4 電圧検出器、5,6 電流検出器、7,7A 制御装置、8,8A 電流制御部、9 位相検出器、10 固定座標変換器、11~13,23,25,26,29,36,41,42,51~53,61~66,201,202,209 減算器、14,40 dq変換器、15,21 逆dq変換器、16,17,27~32,56,57,67~69,207~212 加算器、18~20,81,83 乗算器、22 PWM回路、24 偏磁検出器、35 零相演算器、60 平均・偏差演算器、82 フィルタ、100 平均演算器、203,204 比例器、84,205,206 積分器、CP11~CP19 第1補償器、CP21,CP22 第2補償器。 1 Three-phase AC power system, 1A Single-phase AC power system, 2 Three-phase transformer (multiple transformer), 2A Single-phase transformer, 2a, 2b Secondary winding, 2c Primary winding, 3, 3a, 3b Power converter, 4 Voltage detector, 5, 6 Current detector, 7, 7A Control device, 8, 8A Current control section, 9 Phase detector, 10 Fixed coordinate converter, 11-13, 23, 25, 26, 29, 36, 41, 42, 51-53, 61-66, 201, 202, 209 Subtractor, 14, 40 dq converter, 15, 21 Inverse dq converter, 16, 17, 27-32, 56, 57, 67-69, 207-212 Adder, 18-20, 81, 83 Multiplier, 22 PWM circuit, 24 Magnetic bias detector, 35 zero-phase calculator, 60 average/deviation calculator, 82 filter, 100 average calculator, 203, 204 proportional calculator, 84, 205, 206 integrator, CP11 to CP19 first compensator, CP21, CP22 second compensator.
Claims (7)
前記複数の電力変換器の出力電流をそれぞれ検出する複数の第1の電流検出器と、
前記複数の電力変換器を制御する制御装置とを備え、
前記複数の電力変換器の前記交流端子は多重変圧器の複数の2次巻線にそれぞれ接続され、前記多重変圧器の複数の1次巻線は互いに直列に接続されて三相交流電力系統または三相交流負荷に接続され、
前記制御装置は、
交流電流指令値に対する各前記複数の第1の電流検出器の検出値の偏差を補償するためのフィードバック制御によって、複数の三相交流電圧指令値を生成する電流制御部と、
各前記複数の三相交流電圧指令値に基づいて各前記複数の電力変換器の制御信号を生成することにより、前記複数の電力変換器をPWM制御するPWM回路とを含み、
前記交流電流指令値は、d軸電流指令値およびq軸電流指令値を含み、
前記電流制御部は、
前記d軸電流指令値および前記q軸電流指令値を三相交流電流指令値に変換する第1の座標変換器と、
前記三相交流電流指令値に対する、各前記複数の第1の電流検出器によって検出される前記出力電流の偏差を入力とし、少なくとも比例制御演算を行う第1の補償器とを含み、
前記多重変圧器の1次巻線電流を検出する第2の電流検出器をさらに備え、
前記電流制御部は、
前記第2の電流検出器によって検出される前記1次巻線電流をd軸電流値およびq軸電流値に変換する第2の座標変換器と、
前記d軸電流指令値に対する前記d軸電流値の偏差および前記q軸電流指令値に対する前記q軸電流値の偏差を入力とし、少なくとも積分制御演算を行う第2の補償器と、
前記第2の補償器による演算値を二相三相変換する第3の座標変換器と、
各前記複数の第1の電流検出器の検出値に対する前記第1の補償器による演算値と、前記第3の座標変換器による演算値とを加算することにより、前記複数の三相交流電圧指令値を生成する加算器とを含む、電力変換装置。 a plurality of power converters that convert DC voltages into three-phase AC voltages and output the voltages to AC terminals;
a plurality of first current detectors that detect output currents of the plurality of power converters, respectively;
a control device for controlling the plurality of power converters,
the AC terminals of the plurality of power converters are respectively connected to a plurality of secondary windings of a multi-transformer, and the plurality of primary windings of the multi-transformer are connected in series to each other and connected to a three-phase AC power system or a three-phase AC load;
The control device
a current control unit that generates a plurality of three-phase AC voltage command values by feedback control for compensating for deviations of detection values of the plurality of first current detectors from an AC current command value;
a PWM circuit that generates control signals for the plurality of power converters based on the plurality of three-phase AC voltage command values, thereby PWM-controlling the plurality of power converters;
the AC current command value includes a d-axis current command value and a q-axis current command value,
The current control unit
a first coordinate converter that converts the d-axis current command value and the q-axis current command value into three-phase AC current command values;
a first compensator that receives as input a deviation of the output current detected by each of the plurality of first current detectors from the three-phase AC current command value and performs at least a proportional control calculation;
a second current detector for detecting a primary winding current of the multiple transformer;
The current control unit
a second coordinate converter that converts the primary winding current detected by the second current detector into a d-axis current value and a q-axis current value;
a second compensator that receives as input a deviation of the d-axis current value from the d-axis current command value and a deviation of the q-axis current value from the q-axis current command value, and performs at least an integral control operation;
a third coordinate converter for converting a calculated value by the second compensator from two phases to three phases;
an adder that generates the plurality of three-phase AC voltage command values by adding together a calculated value by the first compensator for each of the detection values of the plurality of first current detectors and a calculated value by the third coordinate converter.
前記複数の電力変換器の出力電流をそれぞれ検出する複数の第1の電流検出器と、
前記複数の電力変換器を制御する制御装置とを備え、
前記複数の電力変換器の前記交流端子は多重変圧器の複数の2次巻線にそれぞれ接続され、前記多重変圧器の複数の1次巻線は互いに直列に接続されて三相交流電力系統または三相交流負荷に接続され、
前記制御装置は、
交流電流指令値に対する各前記複数の第1の電流検出器の検出値の偏差を補償するためのフィードバック制御によって、複数の三相交流電圧指令値を生成する電流制御部と、
各前記複数の三相交流電圧指令値に基づいて各前記複数の電力変換器の制御信号を生成することにより、前記複数の電力変換器をPWM制御するPWM回路とを含み、
前記交流電流指令値は、d軸電流指令値およびq軸電流指令値を含み、
前記電流制御部は、
前記d軸電流指令値および前記q軸電流指令値を三相交流電流指令値に変換する第1の座標変換器と、
前記三相交流電流指令値に対する、各前記複数の第1の電流検出器によって検出される前記出力電流の偏差を入力とし、少なくとも比例制御演算を行う第1の補償器とを含み、
前記電流制御部は、
前記複数の第1の電流検出器によって検出される前記複数の電力変換器の前記出力電流の平均電流を演算する演算器と、
前記平均電流をd軸電流値およびq軸電流値に変換する第2の座標変換器と、
前記d軸電流指令値に対する前記d軸電流値の偏差および前記q軸電流指令値に対する前記q軸電流値の偏差を入力とし、少なくとも積分制御演算を行う第2の補償器と、
前記第2の補償器による演算値を二相三相変換する第3の座標変換器と、
各第1の電流検出値に対する前記第1の補償器による演算値と、前記第3の座標変換器による演算値とを加算することにより、前記複数の三相交流電圧指令値を生成する加算器とを含む、電力変換装置。 a plurality of power converters that convert DC voltages into three-phase AC voltages and output the voltages to AC terminals;
a plurality of first current detectors that detect output currents of the plurality of power converters, respectively;
a control device for controlling the plurality of power converters,
the AC terminals of the plurality of power converters are respectively connected to a plurality of secondary windings of a multi-transformer, and the plurality of primary windings of the multi-transformer are connected in series to each other and connected to a three-phase AC power system or a three-phase AC load;
The control device
a current control unit that generates a plurality of three-phase AC voltage command values by feedback control for compensating for deviations of detection values of the plurality of first current detectors from an AC current command value;
a PWM circuit that generates control signals for the plurality of power converters based on the plurality of three-phase AC voltage command values, thereby PWM-controlling the plurality of power converters;
the AC current command value includes a d-axis current command value and a q-axis current command value,
The current control unit
a first coordinate converter that converts the d-axis current command value and the q-axis current command value into three-phase AC current command values;
a first compensator that receives as input a deviation of the output current detected by each of the plurality of first current detectors from the three-phase AC current command value and performs at least a proportional control calculation;
The current control unit
a calculator that calculates an average current of the output currents of the plurality of power converters detected by the plurality of first current detectors;
a second coordinate converter that converts the average current into a d-axis current value and a q-axis current value;
a second compensator that receives as input a deviation of the d-axis current value from the d-axis current command value and a deviation of the q-axis current value from the q-axis current command value, and performs at least an integral control operation;
a third coordinate converter for converting a calculated value by the second compensator from two phases to three phases;
an adder that generates the plurality of three-phase AC voltage command values by adding together a calculated value by the first compensator for each first current detection value and a calculated value by the third coordinate converter.
前記複数の電力変換器の出力電流をそれぞれ検出する複数の第1の電流検出器と、
前記複数の電力変換器を制御する制御装置とを備え、
前記複数の電力変換器の前記交流端子は多重変圧器の複数の2次巻線にそれぞれ接続され、前記多重変圧器の複数の1次巻線は互いに直列に接続されて三相交流電力系統または三相交流負荷に接続され、
前記制御装置は、
交流電流指令値に対する各前記複数の第1の電流検出器の検出値の偏差を補償するためのフィードバック制御によって、複数の三相交流電圧指令値を生成する電流制御部と、
各前記複数の三相交流電圧指令値に基づいて各前記複数の電力変換器の制御信号を生成することにより、前記複数の電力変換器をPWM制御するPWM回路とを含み、
前記交流電流指令値は、d軸電流指令値およびq軸電流指令値を含み、
前記電流制御部は、
前記d軸電流指令値および前記q軸電流指令値を三相交流電流指令値に変換する第1の座標変換器と、
前記三相交流電流指令値に対する、各前記複数の第1の電流検出器によって検出される前記出力電流の偏差を入力とし、少なくとも比例制御演算を行う第1の補償器とを含み、
前記電流制御部は、
前記複数の第1の電流検出器のいずれか1つの電流検出器の検出値をd軸電流値およびq軸電流値に変換する第2の座標変換器と、
前記d軸電流指令値に対する前記d軸電流値の偏差および前記q軸電流指令値に対する前記q軸電流値の偏差を入力とし、少なくとも積分制御演算を行う第2の補償器と、
前記第2の補償器による演算値を二相三相変換する第3の座標変換器と、
各第1の電流検出値に対する前記第1の補償器による演算値と、前記第3の座標変換器による演算値とを加算することにより、前記複数の三相交流電圧指令値を生成する加算器とを含む、電力変換装置。 a plurality of power converters that convert DC voltages into three-phase AC voltages and output the voltages to AC terminals;
a plurality of first current detectors that detect output currents of the plurality of power converters, respectively;
a control device for controlling the plurality of power converters,
the AC terminals of the plurality of power converters are respectively connected to a plurality of secondary windings of a multi-transformer, and the plurality of primary windings of the multi-transformer are connected in series to each other and connected to a three-phase AC power system or a three-phase AC load;
The control device
a current control unit that generates a plurality of three-phase AC voltage command values by feedback control for compensating for deviations of detection values of the plurality of first current detectors from an AC current command value;
a PWM circuit that generates control signals for the plurality of power converters based on the plurality of three-phase AC voltage command values, thereby PWM-controlling the plurality of power converters;
the AC current command value includes a d-axis current command value and a q-axis current command value,
The current control unit
a first coordinate converter that converts the d-axis current command value and the q-axis current command value into three-phase AC current command values;
a first compensator that receives as input a deviation of the output current detected by each of the plurality of first current detectors from the three-phase AC current command value and performs at least a proportional control calculation;
The current control unit
a second coordinate converter that converts a detection value of any one of the plurality of first current detectors into a d-axis current value and a q-axis current value;
a second compensator that receives as input a deviation of the d-axis current value from the d-axis current command value and a deviation of the q-axis current value from the q-axis current command value, and performs at least an integral control operation;
a third coordinate converter for converting a calculated value by the second compensator from two phases to three phases;
an adder that generates the plurality of three-phase AC voltage command values by adding together a value calculated by the first compensator for each first current detection value and a value calculated by the third coordinate converter.
前記複数の電力変換器の出力電流をそれぞれ検出する複数の第1の電流検出器と、
前記複数の電力変換器を制御する制御装置とを備え、
前記複数の電力変換器の前記交流端子は多重変圧器の複数の2次巻線にそれぞれ接続され、前記多重変圧器の複数の1次巻線は互いに直列に接続されて三相交流電力系統または三相交流負荷に接続され、
前記多重変圧器の1次巻線電流を検出する第2の電流検出器をさらに備え、
前記制御装置は、
交流電流指令値に対する各前記複数の第1の電流検出器の検出値の偏差を補償するためのフィードバック制御によって、複数の三相交流電圧指令値を生成する電流制御部と、
各前記複数の三相交流電圧指令値に基づいて各前記複数の電力変換器の制御信号を生成することにより、前記複数の電力変換器をPWM制御するPWM回路とを含み、
前記交流電流指令値は、d軸電流指令値およびq軸電流指令値を含み、
前記電流制御部は、
前記d軸電流指令値および前記q軸電流指令値を三相交流電流指令値に変換する第1の座標変換器と、
前記複数の第1の電流検出器によって検出される前記複数の電力変換器の出力電流の平均電流を演算する演算器と、
前記三相交流電流指令値に対する前記平均電流の偏差を入力とし、少なくとも比例制御演算を行う第1の補償器と、
前記第2の電流検出器によって検出される前記1次巻線電流をd軸電流値およびq軸電流値に変換する第2の座標変換器と、
前記d軸電流指令値に対する前記d軸電流値の偏差および前記q軸電流指令値に対する前記q軸電流値の偏差を入力とし、少なくとも積分制御演算を行う第2の補償器と、
前記第2の補償器による演算値を二相三相変換する第3の座標変換器と、
前記第1の補償器による演算値と、前記第3の座標変換器による演算値とを加算することにより、前記複数の三相交流電圧指令値を生成する加算器とを含む、電力変換装置。 a plurality of power converters that convert DC voltages into three-phase AC voltages and output the voltages to AC terminals;
a plurality of first current detectors that detect output currents of the plurality of power converters, respectively;
a control device for controlling the plurality of power converters,
the AC terminals of the plurality of power converters are respectively connected to a plurality of secondary windings of a multi-transformer, and the plurality of primary windings of the multi-transformer are connected in series to each other and connected to a three-phase AC power system or a three-phase AC load;
a second current detector for detecting a primary winding current of the multiple transformer;
The control device
a current control unit that generates a plurality of three-phase AC voltage command values by feedback control for compensating for deviations of detection values of the plurality of first current detectors from an AC current command value;
a PWM circuit that generates control signals for the plurality of power converters based on the plurality of three-phase AC voltage command values, thereby PWM-controlling the plurality of power converters;
the AC current command value includes a d-axis current command value and a q-axis current command value,
The current control unit
a first coordinate converter that converts the d-axis current command value and the q-axis current command value into three-phase AC current command values;
a calculator that calculates an average current of the output currents of the plurality of power converters detected by the plurality of first current detectors;
a first compensator that receives the deviation of the average current from the three-phase AC current command value as an input and performs at least a proportional control calculation;
a second coordinate converter that converts the primary winding current detected by the second current detector into a d-axis current value and a q-axis current value;
a second compensator that receives as input a deviation of the d-axis current value from the d-axis current command value and a deviation of the q-axis current value from the q-axis current command value, and performs at least an integral control operation;
a third coordinate converter for converting a calculated value by the second compensator from two phases to three phases;
an adder that generates the plurality of three-phase AC voltage command values by adding together a value calculated by the first compensator and a value calculated by the third coordinate converter.
前記第1の補償器はさらに、各前記複数の電力変換器の出力電流の偏差を小さくするための比例制御演算を行い、
前記加算器は、前記平均電流の偏差に対する前記第1の補償器による演算値と、各前記複数の電力変換器の出力電流の偏差に対する前記第1の補償器による演算値と、前記第3の座標変換器による演算値とを加算することにより、前記複数の三相交流電圧指令値を生成する、請求項4に記載の電力変換装置。 the calculator further calculates a deviation of the output current of each of the plurality of power converters from the average current;
the first compensator further performs a proportional control operation to reduce a deviation of an output current of each of the plurality of power converters;
5. The power conversion device according to claim 4, wherein the adder generates the plurality of three-phase AC voltage command values by adding together a value calculated by the first compensator for the deviation of the average current, a value calculated by the first compensator for the deviation of the output current of each of the plurality of power converters, and a value calculated by the third coordinate converter.
前記第1の補償器は、入力信号の直流成分を通過させるとともに特定の周波数成分を減衰させるフィルタ、位相進み遅れ特性を有するフィルタ、およびノッチフィルタのいずれかをさらに含む、請求項1から5のいずれか1項に記載の電力変換装置。 the first compensator includes at least a proportional element;
6. The power conversion device according to claim 1, wherein the first compensator further includes one of a filter that passes a DC component of the input signal and attenuates a specific frequency component, a filter having a phase lead/lag characteristic, and a notch filter.
前記第2の補償器は、入力信号の直流成分を通過させるとともに特定の周波数成分を減衰させるフィルタおよび比例要素の少なくともいずれかをさらに含む、請求項1から5のいずれか1項に記載の電力変換装置。 the second compensator includes at least an integral element;
The power conversion device according to claim 1 , wherein the second compensator further includes at least one of a filter and a proportional element that passes a DC component of the input signal and attenuates a specific frequency component.
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