JPH11146657A - Power converter - Google Patents

Power converter

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JPH11146657A
JPH11146657A JP9301840A JP30184097A JPH11146657A JP H11146657 A JPH11146657 A JP H11146657A JP 9301840 A JP9301840 A JP 9301840A JP 30184097 A JP30184097 A JP 30184097A JP H11146657 A JPH11146657 A JP H11146657A
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JP
Japan
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converter
frequency
voltage
power
low
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Application number
JP9301840A
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Japanese (ja)
Inventor
Shoichiro Koseki
庄一郎 古関
Hirokazu Suzuki
宏和 鈴木
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Hitachi Ltd
Tokyo Electric Power Company Holdings Inc
Original Assignee
Tokyo Electric Power Co Inc
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPH11146657A publication Critical patent/JPH11146657A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power converter which has little distortion in an output AC voltage waveform and has high efficiency and is economic. SOLUTION: The output of a converter section 11 which is switched at low frequencies and that of a converter section 12 which is switched at high frequencies are combined by a transformer 6 for a converter, and power is transmitted between a DC power supply 7 and an AC power system. In this power converter, the current detected by a current transformer 9 is fed back to an AC current controller 80 through adders 84, 85 to eliminate the distortion in waveform. By this method, most part of power conversion is conducted by the converter section 11 which operates at low frequencies and the converter section 12 which serves as an active filter in high frequency PWM converts only the higher harmonic wave components of the power. Therefore, a small-size and low-cost power converter which has little distortion in output voltage can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、直流電力を交流電力に
変換する電力変換装置に係り、特に、大容量で、且つ出
力交流電圧にひずみの少ないことが要求される用途に好
適な電力変換装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power converter for converting DC power into AC power, and more particularly to a power converter suitable for applications requiring a large capacity and a low output AC voltage. Related to the device.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、自己消弧型半導体スイッチング素
子を用いた電圧形自励式半導体インバータ装置が広く用
いられているが、このインバータ装置、すなわち、直流
電力を交流電力に変換する電力変換装置は、直流電圧の
スイッチング操作により交流電圧に変換するものである
ため、出力電圧にひずみが発生してしまう。そこで、こ
のひずみを軽減するため、PWM(パルス幅変調)制御用
パルスの単位時間当りの個数を多くする方法、すなわ
ち、スイッチング周波数を高くする方法や、スイッチン
グ変換部の多重化による方法が従来から用いられてい
る。
2. Description of the Related Art In recent years, a voltage-type self-excited semiconductor inverter device using a self-extinguishing type semiconductor switching element has been widely used. However, this inverter device, that is, a power conversion device for converting DC power into AC power, has been widely used. However, since the DC voltage is converted into an AC voltage by a switching operation, the output voltage is distorted. Therefore, in order to reduce this distortion, a method of increasing the number of PWM (pulse width modulation) control pulses per unit time, that is, a method of increasing the switching frequency and a method of multiplexing the switching converter have been conventionally used. Used.

【0003】しかしながら、スイッチング周波数を高く
する方法では、高周波でも動作が可能な半導体スイッチ
ング素子を使用しなければならないので不経済になり、
損失も多くなってしまう。一方、多重化により、各変換
部でのスイッチング素子のスイッチング周波数を上げな
いでも対応できるようにする方法では、多重数をかなり
多くしなければならないので構成が複雑になり、また制
御応答特性が低下する虞れがある。
However, the method of increasing the switching frequency is uneconomical because a semiconductor switching element that can operate even at a high frequency must be used.
Losses also increase. On the other hand, in a method that can cope without increasing the switching frequency of the switching element in each conversion unit by multiplexing, the number of multiplexes must be considerably increased, which complicates the configuration and degrades the control response characteristics. There is a risk of doing so.

【0004】そこで、これらの欠点を除くため、例え
ば、平成4年電気学会産業応用部門全国大会No.4
「磁気浮上式鉄道用多重インバータの中速域パルス制御
方式」に見られるように、パルス数の少ない、すなわ
ち、スイッチング周波数の低い変換部と、パルス数が多
い、すなわち、スイッチング周波数が高い変換部とを組
み合わせる方法が提案されている。
Therefore, in order to eliminate these drawbacks, for example, in the National Institute of Electrical and Industrial Engineers of Japan in 1992, No. 4
As seen in "Mid-speed pulse control method for magnetic levitation railway multiplex inverter", a conversion unit with a small number of pulses, that is, a low switching frequency, and a conversion unit with a large number of pulses, that is, a high switching frequency. Have been proposed.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、構成
の簡略化による経済性保持と、良好なひずみ特性保持の
両立について配慮がされているとは言えず、高性能で低
コストの電力変換装置の提供が困難であるという問題が
あった。
The above-mentioned prior art does not take into account both the maintenance of economy by simplification of the configuration and the maintenance of good distortion characteristics. There was a problem that it was difficult to provide the device.

【0006】すなわち、従来技術は、同じ変換器を組み
合わせて運転条件により方式を切り換えているものであ
り、必ずしも経済的ではなく、また指令値に従って動作
しているだけであり、励磁電流の影響などによる波形ひ
ずみ発生の問題があるのである。
That is, in the prior art, the system is switched according to the operating conditions by combining the same converters, which is not always economical and operates only in accordance with a command value. Therefore, there is a problem of waveform distortion generation.

【0007】本発明の目的は、出力交流電圧波形にひず
みが小さく、高効率で経済的な電力変換装置を提供する
ことにある。
An object of the present invention is to provide a high-efficiency and economical power conversion device having a small distortion in an output AC voltage waveform.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的は、スイッチン
グ周波数が低い低周波変換部と、スイッチング周波数が
高い高周波変換部の2系統の変換部を用いて直流電力を
交流電力に変換し、変換された交流電力に基づいて上記
2系統の変換部を帰還制御することにより達成される。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to convert DC power into AC power using two types of converters, a low-frequency converter having a low switching frequency and a high-frequency converter having a high switching frequency. This is achieved by performing feedback control of the two-system converters based on the AC power.

【0009】このとき、本発明では、低周波変換部のス
イッチング周波数を交流電力の基本波周波数に等しい周
波数にしたり、高周波変換部の合成容量を低周波変換部
1台当たりの容量の1〜2倍としたり、高周波変換部の
合成容量を低周波変換部の合成容量にほぼ等しくしたり
することができる。
At this time, according to the present invention, the switching frequency of the low-frequency conversion unit is set to a frequency equal to the fundamental frequency of the AC power, or the combined capacitance of the high-frequency conversion unit is set to 1 to 2 times the capacitance per low-frequency conversion unit. It is possible to make the combined capacity of the high frequency conversion unit substantially equal to the combined capacity of the low frequency conversion unit.

【0010】高周波変換部は、低周波変換部で発生する
高調波を打ち消すように働くので、ひずみをもたらすこ
となく、変換部でのスイッチング周波数の大部分を低周
波数にすることができ、帰還制御は、残留してしまうひ
ずみを打ち消すように働くので、各種要因に起因する交
流の制御対象のひずみを抑制することができる。
Since the high-frequency conversion section works to cancel the harmonics generated in the low-frequency conversion section, most of the switching frequency in the conversion section can be reduced to a low frequency without causing distortion. Works so as to cancel the remaining distortion, so that the distortion of the AC controlled object caused by various factors can be suppressed.

【0011】低周波変換部のスイッチング周波数を交流
電力の基本波周波数に等しくした場合には、低周波変換
部の動作期間が長くなるので、その容量性能を最大限に
利用することができる。
When the switching frequency of the low-frequency conversion unit is made equal to the fundamental frequency of the AC power, the operation period of the low-frequency conversion unit becomes long, so that the capacity performance can be maximized.

【0012】高周波変換部の合成容量を低周波変換部1
台当たりの容量の1〜2倍にした場合には、低周波変換
部のスイッチング動作時の電圧変化を高周波変換器で吸
収することができる。
The combined capacitance of the high frequency conversion unit is changed to the low frequency conversion unit 1
When the capacitance per unit is set to 1 to 2 times, the voltage change at the time of the switching operation of the low frequency converter can be absorbed by the high frequency converter.

【0013】低周波変換部が複数ある場合には、2台以
上の低周波変換部のスイッチング動作が同時に行われな
いようにすることにより、低周波変換部のスイッチング
時の電圧変化を高周波変換部で吸収することができる。
When there are a plurality of low frequency converters, the switching operation of two or more low frequency converters is prevented from being performed at the same time, so that the voltage change at the time of switching of the low frequency converters can be reduced. Can be absorbed.

【0014】低周波変換部の台数を、例えば4台とした
場合には、高周波変換部の合成容量は、低周波変換部の
合計容量の半分以下になるので、高周波変換部の占める
電力容量が小さくでき、このため経済的で損失の少ない
電力変換装置を得ることができる。
If the number of low-frequency converters is, for example, four, the combined capacity of the high-frequency converters is less than half of the total capacity of the low-frequency converters. It is possible to reduce the size of the power conversion device and thereby obtain an economical and low-loss power conversion device.

【0015】高周波変換器部の合成容量と低周波変換部
の合成容量をほぼ等しくした場合には、低周波変換部の
合成出力電圧を、高周波変換部の合成出力電圧で打ち消
すことにより、交流出力電圧を瞬時に零にすることがで
きるので、事故時での過電流などの抑制を効果的に得る
ことができる。
When the combined capacitance of the high-frequency converter and the combined capacitance of the low-frequency converter are substantially equal, the combined output voltage of the low-frequency converter is canceled by the combined output voltage of the high-frequency converter to obtain an AC output. Since the voltage can be instantaneously reduced to zero, it is possible to effectively suppress overcurrent and the like at the time of an accident.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、本発明による電力変換装置
について、図示の実施形態により詳細に説明する。図1
は、本発明の一実施形態で、図において、この実施形態
による電力変換装置は、低周波変換部11と高周波変換
部12の2系統の変換部を備え、これら低周波変換部1
1の交流側Aと高周波変換部12の交流側Bを、変換装
置用変圧器6の2組の直流側巻線に結合させ、変換装置
用変圧器6の交流側巻線により交流電力系または負荷
(図示してない)に結合させる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a power converter according to the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments. FIG.
Is an embodiment of the present invention, and in the figure, the power conversion device according to this embodiment includes two types of conversion units, a low-frequency conversion unit 11 and a high-frequency conversion unit 12.
1 AC side A and the AC side B of the high frequency converter 12 are coupled to two sets of DC side windings of the transformer 6 for the converter, and the AC side winding of the transformer 6 for the converter is used to connect an AC power system or load
(Not shown).

【0017】そして、これら低周波変換部11と高周波
変換部12とを制御装置8からのスイッチング信号によ
り制御し、直流電源7と交流電力系の間で直流と交流の
電力変換を行なうように構成してある。
The low-frequency converter 11 and the high-frequency converter 12 are controlled by a switching signal from the control device 8 to perform DC and AC power conversion between the DC power supply 7 and the AC power system. I have.

【0018】なお、ここで、直流側巻線とは、変換装置
用変圧器6の変換部に接続されている方の巻線のこと
で、交流側巻線とは、同じく交流電力系に接続されてい
る方の巻線のことである。
Here, the DC side winding is the one connected to the converter of the converter transformer 6, and the AC side winding is also connected to the AC power system. Is the winding that is used.

【0019】低周波変換部11及び高周波変換部12は
単相ブリッジ接続された半導体素子で構成されている
が、ここでまず、低周波変換部11は、上アームとなる
GTO(ゲートターンオフサイリスタ)31とフリーホィ
ーリングダイオード51、それに下アームとなるGTO
32とフリーホィーリングダイオード52で構成された
2組のアーム対21、22で構成されている。
The low-frequency converter 11 and the high-frequency converter 12 are composed of semiconductor elements connected in a single-phase bridge. First, the low-frequency converter 11 is a GTO (gate turn-off thyristor) serving as an upper arm. 31, free wheeling diode 51, and GTO to be the lower arm
32 and two arm pairs 21 and 22 each including a free wheeling diode 52.

【0020】次に、高周波変換部12は、上アームとな
るIGBT(絶縁ゲート形バイポーラトランジスタ)41
とフリーホィーリングダイオード53、それに下アーム
となるIGBT42とフリーホィーリングダイオード5
4で構成された2組のアーム対で構成されている。
Next, the high-frequency conversion section 12 includes an IGBT (insulated gate bipolar transistor) 41 serving as an upper arm.
And the free wheeling diode 53, and the IGBT 42 and the free wheeling diode 5 serving as the lower arm.
4 comprises two pairs of arms.

【0021】ここで、当業者に良く知られているよう
に、GTOは大容量の素子があるが、現状ではスイッチ
ング周波数が低い。一方、IGBTは高速スイッチング
が可能であるが、現状では、GTOに比して容量の小さ
い素子しか得られない。そこで、この図1の実施形態で
は、低周波変換部11のアーム対はGTOで構成したも
のを用い、高周波変換部12のアーム対はIGBTで構
成したものを用いているのである。
Here, as is well known to those skilled in the art, GTO has a large-capacity element, but at present the switching frequency is low. On the other hand, the IGBT can perform high-speed switching, but at present, only an element having a smaller capacity than the GTO can be obtained. Thus, in the embodiment of FIG. 1, the arm pair of the low-frequency conversion unit 11 uses a GTO, and the arm pair of the high-frequency conversion unit 12 uses an IGBT.

【0022】なお、本発明において、これらの半導体ス
イッチング素子としては必ずしもGTOとIGBTに限
る必要はなく、全てのアームをGTOで構成したり、S
Iサイリスタのような別の半導体スイッチング素子を使
用してもよい。
In the present invention, these semiconductor switching elements are not necessarily limited to the GTO and the IGBT, but all the arms may be constituted by the GTO or the STO.
Another semiconductor switching device such as an I-thyristor may be used.

【0023】次に、これら低周波変換部11と高周波変
換部12による電力変換動作について説明する。いま、
要求されている交流側の電圧波形が、図2(a)に示す正
弦波状の所要交流電圧であったとすると、このとき、ま
ず低周波変換部11を、この電圧波形と同じ周波数でス
イッチングさせると、図1の交流側A点の電圧は、図2
(b)に示すような矩形波状になる。
Next, the power conversion operation by the low frequency converter 11 and the high frequency converter 12 will be described. Now
Assuming that the required voltage waveform on the AC side is a required AC voltage having a sine wave shape shown in FIG. 2A, at this time, first, the low-frequency converter 11 is switched at the same frequency as this voltage waveform. The voltage at the point A on the AC side in FIG.
It becomes a rectangular wave shape as shown in (b).

【0024】そこで、図2(c)に示すように、図2(a)に
示す所要交流電圧と図2(b)に示すA点の電圧の差をと
ると、図2(d)に示す減算波形が得られる。ところで、
図1に示すように、変換装置用変圧器6では、2組の直
流側巻線により、A点の電圧とB点の電圧が加算される
ように構成されている。したがって、交流側B点の電圧
が、この図2(d)に示す波形になるように、高周波変換
部12を制御してやれば、図2(a)に示す波形と、図2
(d)に示す波形が変換装置用変圧器6で加算され、図2
(a)に示す正弦波形の所要交流電圧が交流側巻線から得
られることになる。
Then, as shown in FIG. 2C, the difference between the required AC voltage shown in FIG. 2A and the voltage at point A shown in FIG. A subtraction waveform is obtained. by the way,
As shown in FIG. 1, the converter transformer 6 is configured such that the voltage at the point A and the voltage at the point B are added by two sets of DC side windings. Therefore, if the high-frequency converter 12 is controlled so that the voltage at the point B on the AC side has the waveform shown in FIG. 2D, the waveform shown in FIG.
The waveform shown in (d) is added by the transformer for converter 6 and FIG.
The required AC voltage having a sine waveform shown in (a) is obtained from the AC side winding.

【0025】そして、このためには、図2(d)に示す波
形の電圧を変調信号として使用し、高周波変換部12の
アーム対を高周波数のスイッチング信号でPWM制御し
てやればよい。
For this purpose, the voltage of the waveform shown in FIG. 2D may be used as a modulation signal, and the arm pair of the high-frequency conversion unit 12 may be PWM-controlled by a high-frequency switching signal.

【0026】この制御は、図1の制御装置8により実行
される。まず、電流制御装置80は、加算器85を介し
て入力される電流設定値に基づいて、図2(a)に示した
所要交流電圧aを生成し、パルス制御装置81のコンパ
レータ82と、加算器84に供給する。そこで、まずコ
ンパレータ82は、この所要交流電圧aの正負を判定
し、所要交流電圧aが正を示す期間と負を示す期間をそ
れぞれパルス幅とする図2(b)に示す矩形波bを生成す
る。
This control is executed by the control device 8 shown in FIG. First, the current control device 80 generates the required AC voltage a shown in FIG. 2A based on the current set value inputted through the adder 85, and outputs the required AC voltage a to the comparator 82 of the pulse control device 81. To the container 84. Therefore, first, the comparator 82 determines whether the required AC voltage a is positive or negative, and generates a rectangular wave b shown in FIG. 2B having pulse widths of a period in which the required AC voltage a is positive and a period in which the required AC voltage a is negative. I do.

【0027】次に、加算器84は、電流制御装置80か
ら供給される所要交流電圧aと、コンパレータ82から
供給される矩形波bを入力し、所要交流電圧aから矩形
波bを減算する処理を行ない、減算波形dを出力する。
PWMパルス発生装置83は、加算器84から減算波形
dを入力し、これを変調信号として所定の周波数の搬送
波信号をPWM変調し、PWM変調パルス信号pを生成
する。
Next, the adder 84 receives the required AC voltage a supplied from the current controller 80 and the rectangular wave b supplied from the comparator 82, and subtracts the rectangular wave b from the required AC voltage a. And outputs a subtraction waveform d.
The PWM pulse generator 83 receives the subtracted waveform d from the adder 84, and uses this as a modulation signal to PWM modulate a carrier signal of a predetermined frequency to generate a PWM modulated pulse signal p.

【0028】低周波変換部11のアーム対21、22に
は、コンパレータ82で生成された矩形波bが供給さ
れ、この矩形波bの極性に応じて、各アーム対の上アー
ムと下アームが交互にスイッチングされる。この結果、
低周波変換部11の交流側Aには、直流電源7の電圧か
ら決まる電圧値で、図2(b)に示す矩形波形を有する交
流電圧が発生される。
The rectangular wave b generated by the comparator 82 is supplied to the arm pairs 21 and 22 of the low-frequency conversion unit 11, and the upper arm and the lower arm of each arm pair are supplied according to the polarity of the rectangular wave b. They are switched alternately. As a result,
On the AC side A of the low-frequency converter 11, an AC voltage having a rectangular waveform shown in FIG. 2B is generated with a voltage value determined by the voltage of the DC power supply 7.

【0029】また、高周波変換部12の各アーム対に
は、PWMパルス発生装置83で生成されたPWM変調
パルス信号pが供給され、このパルス信号pにより各ア
ーム対の上アームと下アームが交互にスイッチングされ
る。この結果、高周波変換部12の交流側Bには、所定
の電圧値で、図2(d)に示す減算波形dと同じ波形の交
流電圧が発生される。したがって、この実施形態によれ
ば、変換装置用変圧器6から、所要交流電圧に対応した
正弦波形の電圧が容易に得られることになる。
Each pair of arms of the high-frequency converter 12 is supplied with a PWM modulated pulse signal p generated by the PWM pulse generator 83, and the upper and lower arms of each pair of arms are alternately switched by the pulse signal p. Is switched to As a result, an AC voltage having a predetermined voltage value and the same waveform as the subtraction waveform d shown in FIG. Therefore, according to this embodiment, a voltage having a sine waveform corresponding to the required AC voltage can be easily obtained from the transformer for converter 6.

【0030】なお、この実施形態では、低周波変換部1
1の制御に使用する矩形波bの生成にコンパレータ82
を用いているが、これに代えて、信号波の位相を検出し
てパルスを発生させる方式の、より精度の良いパルス発
生方式を用いるようにしてもよい。
In this embodiment, the low-frequency converter 1
The comparator 82 generates the square wave b used for the control of
However, instead of this, a more accurate pulse generation method of detecting the phase of the signal wave and generating a pulse may be used.

【0031】ここで、パルス制御装置81に入力される
所要交流電圧aは、電流制御装置80から供給される
が、この電流制御装置80は、加算器85を介して、外
部にある、さらに上位の制御装置から与えられる電流ま
たは電圧設定値cs により所要交流電圧aを生成するも
ので、このとき、この電流または電圧設定値cs に対応
した交流電流または電圧を、変換装置用変圧器4から得
るのに必要な値の所要交流電圧aを発生する。
Here, the required AC voltage a input to the pulse control device 81 is supplied from the current control device 80. The current control device 80 is connected to an external higher-order A required AC voltage a is generated by a current or voltage set value cs given from the control device of the above. At this time, an AC current or voltage corresponding to the current or voltage set value cs is obtained from the converter transformer 4. A required AC voltage a of a value necessary for the above is generated.

【0032】しかしながら、このままでは、フィードフ
ォワード制御となってしまうため、各種要因によって交
流出力にひずみを生じる。そこで、本発明は、制御対象
である交流電流又は交流電圧を検出し、帰還制御が行な
われるように構成した点を特徴とするものであるが、こ
こでは、交流電流により帰還制御する場合の実施形態に
ついて説明する。
However, in this state, since the feedforward control is performed, the AC output is distorted due to various factors. In view of this, the present invention is characterized in that an AC current or an AC voltage to be controlled is detected and feedback control is performed. The form will be described.

【0033】図1において、9は変流器で、これにより
変換装置用変圧器6の交流側巻線に流れる電流を検出
し、この電流検出値ct を加算器85に供給し、電流設
定値csと突合せて偏差εを取り、この偏差εを電流制御
装置80に入力して所要交流電圧aを生成するように構
成してある。
In FIG. 1, reference numeral 9 denotes a current transformer, which detects a current flowing in the AC side winding of the transformer 6 for the converter, supplies the detected current value ct to the adder 85, and sets a current set value. A deviation ε is obtained by matching with cs, and the deviation ε is input to the current control device 80 to generate a required AC voltage a.

【0034】変換装置用変圧器6の交流側巻線から交流
電力系に流れる電流にひずみがあると、電流検出値ct
が電流設定値cs に一致しなくなって、加算器85の出
力に偏差εが現われ、この偏差εに応じて電流制御装置
80により所要交流電圧aの波形が補正されるので、結
果として、この偏差εをゼロにする方向の帰還制御が働
くことになり、したがって、変換装置用変圧器6に流れ
る交流電流はひずみが充分に抑えられた良好な波形にな
る。
If there is a distortion in the current flowing from the AC side winding of the converter transformer 6 to the AC power system, the current detection value ct
Does not match the current set value cs, and a deviation ε appears in the output of the adder 85. The waveform of the required AC voltage a is corrected by the current controller 80 in accordance with the deviation ε. The feedback control in the direction of making ε zero works, so that the alternating current flowing through the transformer for converter 6 has a good waveform with sufficiently suppressed distortion.

【0035】なお、この交流電流の制御は、上記実施形
態のように、帰還制御だけによるのではなく、他の制御
方式も付加することにより、より良い制御特性を得られ
るようにしてもよい。また、この実施形態では、単相の
電力変換装置として実施しているが、三相の電力変換装
置として実施する場合には、2軸変換して制御するなど
の方法を用いればよい。交流電圧を制御する場合も同様
にして可能である。
It is to be noted that the control of the alternating current may be performed not only by the feedback control as in the above-described embodiment but also by adding another control method so as to obtain better control characteristics. Further, in this embodiment, the present invention is implemented as a single-phase power converter, but when implemented as a three-phase power converter, a method such as two-axis conversion and control may be used. It is possible to control the AC voltage in the same manner.

【0036】ここで、低周波変換部11のスイッチング
周波数は必ずしも交流電圧の周波数と同じにする必要は
ないが、同じ周波数にすることにより変換器の利用率を
最大にすることができ、同時にスイッチング損失も最低
にできるという利点がある。
Here, the switching frequency of the low-frequency converter 11 does not necessarily have to be the same as the frequency of the AC voltage. However, by setting the same frequency, the utilization rate of the converter can be maximized, and There is an advantage that loss can be minimized.

【0037】ところで、上記実施形態では、図2(d)の
波形におけるC時点又はD時点で、低周波変換部11の
電圧を打ち消すだけの逆の電圧を、高周波変換部12か
ら出力させる必要があるが、しかし、上記実施形態のよ
うに、PWM制御による場合には変調度の制約があり、
変換装置用変圧器6の2組の直流側巻線として、同じ巻
数の巻線とした場合には、これだけ急峻な電圧を高周波
変換部12から出力させることは、事実上、まず不可能
に近いが、実用上は、それ程問題はない。
In the above embodiment, at the time C or D in the waveform of FIG. 2D, it is necessary to cause the high-frequency converter 12 to output a reverse voltage that only cancels the voltage of the low-frequency converter 11. However, in the case of the PWM control as in the above embodiment, there is a limitation of the modulation degree,
When the two sets of DC-side windings of the transformer 6 for the conversion device are the same number of turns, it is practically almost impossible to output such a steep voltage from the high-frequency converter 12. However, in practice, there is not much problem.

【0038】必要なら、変換装置用変圧器6の直流側巻
線の巻数を異ならしめた上で、低周波変換部11と高周
波変換部12の電流・電圧仕様を調整し、低周波変換部
11による交流電圧変化幅以上の電圧が、高周波変換部
12から出力されるようにしてやれば、この問題も解決
でき、充分な打ち消しを得ることができる。
If necessary, the number of turns of the DC side winding of the converter transformer 6 is changed, and the current / voltage specifications of the low-frequency converter 11 and the high-frequency converter 12 are adjusted. If the voltage equal to or larger than the AC voltage change width is output from the high-frequency converter 12, this problem can be solved and sufficient cancellation can be obtained.

【0039】必要によっては、直流電源7を2系統に
し、低周波変換部11の直流電源の電圧よりも高い直流
電圧で高周波変換部12を動作させるようにしてもよ
い。ただし、この場合には、各変換部の電力容量の調整
が必要になる。したがって、高周波変換部12の合成容
量は、低周波変換部11の1台当りの容量の1〜2倍に
するのが適切である。
If necessary, the DC power supply 7 may be divided into two systems, and the high-frequency converter 12 may be operated with a DC voltage higher than the voltage of the DC power supply of the low-frequency converter 11. However, in this case, it is necessary to adjust the power capacity of each converter. Therefore, it is appropriate that the combined capacity of the high-frequency conversion unit 12 is set to be 1 to 2 times the capacity of one low-frequency conversion unit 11.

【0040】なお、ここで合成容量としたのは、変換部
の構成上、複数の変換器の動作位相をずらした場合など
では、必ずしも合計容量が運転時の容量とならないこと
があるからであり、詳しくは、後述する他の実施形態に
おいて説明する。
The reason why the combined capacity is used here is that the total capacity may not always be the capacity during operation when the operation phases of a plurality of converters are shifted due to the configuration of the conversion unit. The details will be described in another embodiment described later.

【0041】一方、低周波変換部11の電力容量と高周
波変換部12の電力容量をほぼ同じにした場合には、高
周波変換部12の出力電圧で、低周波変換部11の出力
電圧を打ち消して、出力交流電圧を零にすることができ
る。このため、交流交流回路の事故時などに過電流を抑
制できる効果がある。なお、このためには、低周波変換
部の合成容量と高周波変換部の合成容量とをほぼ等しく
する必要があるのは、上述したとおりである。
On the other hand, when the power capacity of the low-frequency converter 11 and the power capacity of the high-frequency converter 12 are substantially the same, the output voltage of the low-frequency converter 11 is canceled by the output voltage of the high-frequency converter 12. The output AC voltage can be reduced to zero. For this reason, there is an effect that overcurrent can be suppressed at the time of an accident in the AC / AC circuit. As described above, for this purpose, it is necessary to make the combined capacitance of the low-frequency converter and the combined capacitance of the high-frequency converter substantially equal.

【0042】図5は、図1の実施形態におけるパルス制
御装置81を変形した、本発明の一実施形態である。図
1の実施形態では、減算波形dを所要交流電圧aからコ
ンパレータ82から供給される矩形波bを差し引いてい
た。図5の実施形態では低周波変換部の電圧を検出する
計器用変圧器10を追加し、減算波形dを所要交流電圧
aから計器用変圧器10で検出された実際の低周波変換
部の電圧vを差し引いて求めるようにしている。
FIG. 5 shows an embodiment of the present invention in which the pulse control device 81 in the embodiment of FIG. 1 is modified. In the embodiment of FIG. 1, the subtraction waveform d is obtained by subtracting the rectangular wave b supplied from the comparator 82 from the required AC voltage a. In the embodiment of FIG. 5, an instrument transformer 10 for detecting the voltage of the low-frequency converter is added, and the subtracted waveform d is converted from the required AC voltage a to the actual voltage of the low-frequency converter detected by the instrument transformer 10. v is calculated by subtracting it.

【0043】このため、よりよい制御ができることが明
らかである。これをそのままPWMパルス発生装置83
に入力してもよいが、本実施形態では、さらによい波形
とするため、新たに交流電圧制御装置86を追加し、こ
れを経由してPWMパルス発生装置83に入力するよう
にしている。交流電圧制御装置83では減算電圧dを0
にするように高速な第2の帰還制御が行われ、いっそう
良好な出力を得ることができる。
Thus, it is clear that better control can be achieved. This is directly used as a PWM pulse generator 83
However, in the present embodiment, in order to obtain a better waveform, a new AC voltage controller 86 is added, and the AC voltage controller 86 is input to the PWM pulse generator 83 via this. The AC voltage controller 83 sets the subtracted voltage d to 0.
As a result, the second feedback control is performed at a high speed, and an even better output can be obtained.

【0044】次に、本発明の他の実施形態について説明
する。ここで説明する実施形態は、図1の構成におい
て、低周波変換部11の2組のアーム対21、22のス
イッチング位相を、図3(b-1)、(b-2)に示すように、前
後にφ、180度−φずらしたものである。なお、この
ためには、図1においてコンパレータ82の出力に位相
制御回路を設け、アーム対21とアーム対22に供給さ
れる矩形波bの位相をそれぞれ制御してやればよい。
Next, another embodiment of the present invention will be described. In the embodiment described here, in the configuration of FIG. 1, the switching phases of the two pairs of arms 21 and 22 of the low-frequency conversion unit 11 are changed as shown in FIGS. 3 (b-1) and 3 (b-2). , 180 ° -φ before and after. For this purpose, a phase control circuit may be provided at the output of the comparator 82 in FIG. 1 to control the phases of the rectangular waves b supplied to the arm pair 21 and the arm pair 22, respectively.

【0045】この結果、低周波変換部11の交流側Aに
発生する出力電圧は、図3(b-3)に示すようになり、そ
の基本波電圧は、φ=0である図2の場合に比してco
sφ倍に低下し、その電力容量もcosφ倍に低下す
る。一方、このときの図3(a)に示す所要交流電圧と、
図3(b-3)に示すA点の電圧の差である減算波形は、図
3(d)に示すようになり、図2(d)と比較して、振幅の変
化がかなり低減される。
As a result, the output voltage generated on the AC side A of the low-frequency converter 11 is as shown in FIG. 3 (b-3), and the fundamental wave voltage is as shown in FIG. Co compared to
The power capacity is reduced by a factor of sφ, and the power capacity is also reduced by a factor of cosφ. On the other hand, the required AC voltage shown in FIG.
The subtraction waveform which is the difference between the voltages at the point A shown in FIG. 3 (b-3) is as shown in FIG. 3 (d), and the change in amplitude is considerably reduced as compared with FIG. 2 (d). .

【0046】したがって、この実施形態によれば、変換
装置用変圧器6の直流側巻線の巻数を変えることなく、
高周波変換部12から容易に、図3(d)に示す減算波形
を出力させることができ、この結果、波形ひずみを充分
に抑えることができる。
Therefore, according to this embodiment, without changing the number of turns of the DC side winding of the transformer 6 for the converter,
The subtraction waveform shown in FIG. 3D can be easily output from the high-frequency conversion unit 12, and as a result, waveform distortion can be sufficiently suppressed.

【0047】また、この実施形態では、図2(b)の波形
図と図3(b-3)の波形図の比較から明らかなように、低
周波変換部11での高調波の発生も少なくできるので、
出力交流波形を、更に容易に正弦波にすることができ
る。
In this embodiment, as is apparent from the comparison between the waveform chart of FIG. 2 (b) and the waveform chart of FIG. 3 (b-3), the occurrence of harmonics in the low-frequency converter 11 is small. So you can
The output AC waveform can be more easily made into a sine wave.

【0048】次に、更に別の本発明の実施形態を図4に
示す。この図4の実施形態は、本発明を三相交流の電力
変換装置として具現したもので、低周波数で動作させる
三相の変換部14、15、16、17が4多重構成さ
れ、高周波数で動作させる三相の変換部18、19が2
多重構成され、全体で6多重で構成されている。
Next, still another embodiment of the present invention is shown in FIG. In the embodiment shown in FIG. 4, the present invention is embodied as a three-phase AC power converter, in which three-phase converters 14, 15, 16, and 17 operating at low frequency are multiplexed in four, and high-frequency converters are used. The three-phase converters 18 and 19 to be operated are 2
It is multiplexed, and is composed of 6 multiplexes as a whole.

【0049】そして、これに応じて、変換装置用変圧器
61の低周波数側の巻線に位相巻線を付加し、各変換部
の運転位相を15度ずつずらした、いわゆる24相構成
としたものである。
In response to this, a phase winding is added to the winding on the low frequency side of the transformer 61 for the conversion device, and the operation phase of each conversion unit is shifted by 15 degrees to form a so-called 24-phase configuration. Things.

【0050】この実施形態でも、基本的な制御方式は図
3と同じである。ただし、変換装置用変圧器61が位相
巻線を備えているので、4台の低周波変換部14〜16
による交流電圧が、変換装置用変圧器61の位相巻線を
考慮して合成されるように、これら低周波変換部14〜
16をそれぞれ制御する必要がある。なお、このとき、
2軸変換により制御する方式を適用してもよい。
In this embodiment, the basic control method is the same as that of FIG. However, since the transformer 61 for the converter is provided with the phase winding, the four low-frequency converters 14 to 16 are provided.
Are converted in consideration of the phase winding of the transformer 61 for the conversion device.
16 need to be controlled individually. At this time,
A control method using two-axis conversion may be applied.

【0051】次に、この実施形態において、低周波数側
の変換装置用変圧器の巻線に位相巻線を設けず、デルタ
巻線と星形巻線の組み合わせだけで12相2組の巻線構
成にし、変換部の運転位相だけを約15度ずつずらすこ
とにより、近似24相運転が得られるようにしてもよ
い。
Next, in this embodiment, a phase winding is not provided in the winding of the transformer for the converter on the low frequency side, and a winding of 12 phases and two sets is formed only by the combination of the delta winding and the star winding. A configuration may be adopted, in which only the operation phase of the conversion unit is shifted by about 15 degrees, so that an approximate 24-phase operation may be obtained.

【0052】この場合には、複雑な位相巻線が不要にな
るので、変換装置用変圧器の構成が簡略化され、高信頼
性化をローコストで図ることができる。さらに、巻線は
全て同一にし、低周波変換部の制御だけで所定の電圧に
近似の電圧を発生させるように構成してもよい。なお、
高周波数側の変換部は、必ずしも多重化する必要はな
い。
In this case, since a complicated phase winding is not required, the configuration of the transformer for the converter is simplified, and high reliability can be achieved at low cost. Further, the windings may be all the same, and a voltage approximate to a predetermined voltage may be generated only by control of the low-frequency conversion unit. In addition,
The conversion section on the high frequency side does not always need to be multiplexed.

【0053】ここで、多重化した場合の特徴を挙げると
以下のとおりである。 (1) 等価スイッチング周波数が、2多重であれば2倍に
できるので、より良い制御が可能になる。 (2) 低周波数の変換部の1台当たりの容量が小さくでき
る。 また直流電圧は同じであるが、電流容量が小さくできる
ので、小容量ではあるが高周波で動作可能な半導体スイ
ッチング素子を使用できる。
Here, the characteristics in the case of multiplexing are as follows. (1) If the equivalent switching frequency is doubled, it can be doubled, so that better control becomes possible. (2) The capacity per conversion unit of the low frequency can be reduced. Although the DC voltage is the same, the current capacity can be reduced, so that a semiconductor switching element which can operate at a high frequency with a small capacity can be used.

【0054】[0054]

【発明の効果】本発明によれば、出力交流電圧波形にひ
ずみが小さく、高効率で経済的な電力変換装置が得られ
るので、交流電力系統の電圧波形や電流波形に影響を与
える虞れがなく、容易に交流電力の授受を行なうことが
できる。
According to the present invention, a highly efficient and economical power converter can be obtained with a small distortion in the output AC voltage waveform, which may affect the voltage waveform and the current waveform of the AC power system. Therefore, it is possible to easily exchange AC power.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による電力変換装置の一実施形態を示す
ブロック回路図である。
FIG. 1 is a block circuit diagram showing an embodiment of a power converter according to the present invention.

【図2】本発明の一実施形態の動作を説明するための波
形図である。
FIG. 2 is a waveform chart for explaining the operation of one embodiment of the present invention.

【図3】本発明の他の一実施形態の動作を説明するため
の波形図である。
FIG. 3 is a waveform diagram for explaining the operation of another embodiment of the present invention.

【図4】本発明の更に別の一実施形態を示すブロック回
路図である。
FIG. 4 is a block circuit diagram showing still another embodiment of the present invention.

【図5】本発明の更に別の一実施形態で、図1の実施形
態の変形例を示すブロック回路図である。
FIG. 5 is a block circuit diagram showing a modification of the embodiment of FIG. 1 according to still another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

6 変換装置用変圧器 7 直流電源 8 制御装置 9 変流器 11 低周波変換部 12 高周波変換部 13〜16 低周波数で動作させる三相の変換部 17、18 高周波数で動作させる三相の変換部 21、22 アーム対 31、32 GTO(ゲートターンオフサイリスタ) 41、42 IGBT(絶縁ゲート形バイポーラトラン
ジスタ) 51、52、53、54 フリーホィーリングダイオー
ド 61 変換装置用変圧器 80 交流電流制御装置 81 パルス制御装置 82 コンパレータ 83 PWM(パルス幅変調)パルス発生装置 84、85 加算器
Reference Signs List 6 transformer for converter 7 DC power supply 8 controller 9 current transformer 11 low-frequency converter 12 high-frequency converter 13-16 three-phase converter operating at low frequency 17, 18 three-phase converter operating at high frequency Unit 21, 22 Arm pair 31, 32 GTO (Gate Turn-Off Thyristor) 41, 42 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 51, 52, 53, 54 Free Wheeling Diode 61 Transformer for Converter 80 AC Current Controller 81 Pulse controller 82 Comparator 83 PWM (pulse width modulation) pulse generator 84, 85 Adder

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 スイッチング周波数を異にする少なくと
も2系統の変換部を備え、低周波で動作する変換部で発
生する高調波を、高周波で動作する変換部の出力により
抑制するようにようにした電圧形多重電力変換装置にお
いて、 変換装置用変圧器の交流側巻線の電流又は電圧の一方を
検出し、該電流又は電流の検出結果に基づいて、上記少
なくとも2系統の変換部を帰還制御したことを特徴とす
る電力変換装置。
1. A converter comprising at least two systems of converters having different switching frequencies, wherein a harmonic generated in a converter operating at a low frequency is suppressed by an output of the converter operating at a high frequency. In the voltage-type multiplex power conversion device, one of the current and the voltage of the AC side winding of the transformer for the conversion device is detected, and based on the detection result of the current or the current, the feedback control of the at least two systems of the conversion units is performed. A power converter characterized by the above-mentioned.
【請求項2】 請求項1の発明において、 前記低周波で動作する変換部のスイッチング周波数が、
出力交流電圧の周波数と等しい周波数であることを特徴
とする電力変換装置。
2. The switching device according to claim 1, wherein the switching frequency of the converter operating at the low frequency is:
A power converter having a frequency equal to a frequency of an output AC voltage.
【請求項3】 請求項1の発明において、 前記高周波で動作する変換部の合成容量が、前記低周波
で動作する変換部1台当たりの容量の1〜2倍に設定さ
れていることを特徴とする電力変換装置。
3. The invention according to claim 1, wherein a combined capacitance of the converter operating at the high frequency is set to be 1 to 2 times a capacitance per one converter operating at the low frequency. Power converter.
【請求項4】 請求項1の発明において、 前記高周波で動作する変換部の合成容量が、前記低周波
で動作する変換部の合成容量とほぼ等しく設定されてい
ることを特徴とする電力変換装置。
4. The power converter according to claim 1, wherein a combined capacitance of the converter operating at the high frequency is set substantially equal to a combined capacitance of the converter operating at the low frequency. .
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