WO2021234923A1 - 電力変換装置、電力変換制御装置、及び制御方法 - Google Patents

電力変換装置、電力変換制御装置、及び制御方法 Download PDF

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賢太朗 鍋島
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Definitions

  • the present invention relates to a power conversion device, a power conversion control device, and a control method.
  • Some power converters are equipped with a converter and an inverter in their main circuit.
  • a power conversion device converts the power relayed via the DC section provided between the converter and the inverter.
  • the voltage in this DC section is adjusted by controlling the converter. If the load of the inverter fluctuates relatively large during the operation of the power conversion device, the voltage in this DC section may fluctuate relatively large due to this.
  • the power conversion device of the embodiment includes a converter, an inverter, and a control unit.
  • the converter converts the electric power supplied from the power supply side into DC electric power.
  • the inverter is provided on the output side of the converter.
  • the control unit uses the DC voltage of the DC section provided on the output side of the converter as the feedback amount to calculate the control deviation between the target amount and the feedback amount with respect to the control target voltage of the DC section.
  • a non-linear arithmetic processing is performed on the control deviation, an operation amount based on the result of the non-linear arithmetic processing is calculated, and the converter is controlled using the operation amount.
  • the block diagram of the power conversion apparatus of 1st Embodiment The figure for demonstrating the analysis result of the voltage control of 1st Embodiment. The figure for demonstrating the analysis result of the voltage control of 1st Embodiment. The figure for demonstrating the analysis result of the voltage control of 1st Embodiment.
  • the block diagram of the power conversion apparatus of the 2nd Embodiment The figure for demonstrating the nonlinear arithmetic processing of 2nd Embodiment.
  • FIG. 1 is a block diagram of the power conversion device 1 of the first embodiment.
  • the power conversion device 1 includes, for example, a main circuit 3 that supplies power to a load 2 (the description in the figure is LOAD), a voltage sensor 9V, a current sensor 9i, and a control unit 10. Three-phase AC power is shared from the power supply 5 to the input side of the main circuit 3.
  • the main circuit 3 includes a converter 6 (the description in the figure is CNV), a capacitor 7, and an inverter 8 (the description in the figure is INV).
  • the converter 6 converts the power supplied from the power supply 5 side into DC power.
  • a DC section is provided on the output side of the converter 6.
  • a smoothing capacitor 7 and an input of the inverter 8 are connected in parallel to the output of the converter 6 via a DC section.
  • the capacitor 7 may be provided independently of the converter 6 and the inverter 8, may be a part of the converter 6 or the inverter 8, or may be a combination thereof.
  • the inverter 8 receives electric power from the converter 6 via the DC section.
  • the main circuit 3 converts the electric power supplied via the DC section.
  • the voltage sensor 9V detects the voltage in the DC section.
  • the current sensor 9i detects the current flowing through the input of the converter 6.
  • the converter 6 includes a reactor 6L and an IGBT 6S.
  • the reactor 6L is provided in association with each phase of the three-phase alternating current.
  • One end of the reactor 6L is connected to the input terminal of the converter 6 and is connected to the power supply 5 via the input terminal (not shown) of the converter 6.
  • the other end of the reactor 6L is connected to the control terminal of the IGBT 6S.
  • the IGBT 6S includes one or more semiconductor switches, and by turning on / off the semiconductor switch by a control signal supplied to the control terminal, the AC power supplied via the reactor 6L is converted into DC power.
  • the control unit 10 calculates an operation amount based on the result of the nonlinear arithmetic processing, and controls the converter 6 using the operation amount. For example, the control unit 10 uses the voltage (DC voltage) in the DC section detected by the voltage sensor 9V as the feedback amount, and the control deviation between the target amount V * and the feedback amount VDC_F with respect to the control target voltage in the DC section. Is calculated, and the non-linear arithmetic processing for the control deviation is performed.
  • the control unit 10 includes, for example, a current detection unit 11 (the description in the figure is IDET), a subtractor 12, a nonlinear calculation unit 13, a voltage control unit 14 (the description in the figure is AVR), and a current control unit 15. (The description in the figure is ACR) and the PWM control unit 16 (the description in the figure is PWM).
  • the current detection unit 11 calculates the current detection values ID_det and IQ_det based on the detection value of the input current of the converter 6 detected by the current sensor 9i and the reference phase ⁇ . For example, the current detection unit 11 uses the reference phase ⁇ as the reference phase, and based on the detected value of the current of each of two or more phases of the three-phase alternating current on the input side of the converter 6, the stationary coordinate system of the UVW phase. Is converted into a rotating coordinate system including the D axis and the Q axis, and the current detection values ID_det and IQ_det are calculated.
  • the reference phase ⁇ is a phase signal synchronized with the phase of the alternating current supplied to the converter 6, and is generated based on the phase of the alternating current by, for example, a phase detector (not shown).
  • the subtractor 12 subtracts the feedback amount VDC_F from the voltage (DC voltage) in the DC section detected by the voltage sensor 9V from the target amount V * related to the control target voltage in the DC section designated by the host device, for example, to target the target.
  • a control deviation ⁇ V0 between the quantity V * and the feedback quantity VDC_F is obtained.
  • the nonlinear calculation unit 13 uses the control deviation ⁇ V0 regarding the target quantity V * and the feedback quantity VDC_F as an input variable, and performs a nonlinear calculation for the control deviation ⁇ V0 and a linear calculation of the magnification k according to a predetermined rule to perform a control deviation. Calculate k ⁇ V1.
  • the nonlinear arithmetic unit 13 includes arithmetic units 13a, 13b, and 13c.
  • the calculation unit 13a calculates the absolute value of the control deviation ⁇ V0.
  • the arithmetic unit 13b is a multiplier, and the control deviation ⁇ V0 and the absolute value of the control deviation ⁇ V0 (
  • the calculation unit 13c calculates the control deviation k ⁇ V1 by multiplying the control deviation ⁇ V1 by a coefficient k whose value is predetermined.
  • the above arithmetic processing is organized into the following equations (1) and (2).
  • the voltage control unit 14 calculates the current reference IQ_R having a value such that the control deviation k ⁇ V1 calculated by the nonlinear calculation unit 13 becomes 0. This corresponds to obtaining a current reference IQ_R having a value such that the control deviation ⁇ V1 is set to 0.
  • the current reference IQ_R is a control target value that defines the magnitude of the effective current. It is preferable that the proportional element (P), the integrating element (I), and the differential element (D) are connected in parallel with each other.
  • the voltage control unit 14 calculates the current reference IQ_R by PID calculation processing including the proportional element (P), the integrating element (I), and the differential element (D).
  • the control deviation ⁇ V1 is commonly supplied to the inputs of the proportional element (P), the integrating element (I), and the differential element (D).
  • the arithmetic processing by the voltage control unit 14 is not limited to the PID arithmetic processing.
  • the arithmetic processing by the voltage control unit 14 is an arithmetic processing including at least one arithmetic element among the proportional element (P), the integral element (I), and the differential element (D) instead of the PID arithmetic processing. May be.
  • the current control unit 15 is based on a current reference ID_R (not shown), a current reference IQ_R calculated by the voltage control unit 14, current detection values ID_det and IQ_det calculated by the current detection unit 11, and a reference phase ⁇ .
  • the voltage reference EU_R, EV_R, and EW_R corresponding to each phase of alternating current are calculated.
  • the current reference ID_R is a control target value that defines the magnitude of the reactive current, and may be, for example, a predetermined constant.
  • the current control unit 15 calculates the voltage reference VD_R so that the deviation between the current reference ID_R and the current detection value ID_det becomes 0 for the D-axis component.
  • the current control unit 15 calculates the voltage reference VD_R so that the deviation between the current reference IQ_R and the current detection value ID_det becomes 0 for the Q-axis component.
  • the current control unit 15 uses the reference phase ⁇ based on the voltage reference VD_R of the D-axis component and the voltage reference VD_R of the Q-axis component from the rotating coordinate system including the D-axis and the Q-axis to the UVW phase. Convert to a stationary coordinate system that includes each axis.
  • the PWM control unit 16 uses a carrier signal (not shown) based on the voltage reference EU_R, EV_R, and EW_R calculated by the current control unit 15 to control the current flowing through each phase of the alternating current (GATE). To generate.
  • the PWM control unit 16 supplies the gate pulse (GATE) of each phase to the control terminal of the IGBT 6S of the converter 6 and adjusts the current of each phase of the alternating current by turning on / off the IGBT 6S.
  • the control unit 10 of the power conversion device 1 configured as described above may control the main circuit 3 as described below.
  • control unit 10 uses the DC voltage of the DC section provided on the output side of the converter 6 for the feedback amount VDC_F, and the control deviation ⁇ V0 between the target amount V * and the feedback amount VDC_F with respect to the control target voltage of the DC section. Is calculated, and non-linear arithmetic processing is performed for the control deviation ⁇ V0. The control unit 10 calculates an operation amount based on the result of the nonlinear arithmetic processing, and controls the converter 6 using the operation amount.
  • the control unit 10 may obtain the product of the absolute value of the control deviation (
  • FIGS. 2 to 4. are diagrams for explaining the analysis result of the voltage control of the first embodiment.
  • the graph shown in (a) in FIG. 2 shows the change in load current (ampere).
  • the graph shown in (b) in FIG. 2 shows the change in the voltage (volt, referred to as DC voltage) in the DC section.
  • the graph shown in (c) in FIG. 2 shows the change in the estimated value (ampere) of the effective current flowing on the AC side of the converter 6.
  • the voltage control unit 14 of the present embodiment determines the current reference IQ_R by PI calculation processing including the proportional element (P) and the integral element (I) with respect to the control deviation k ⁇ V1 of the calculation result of the nonlinear calculation unit 13, for example. It is configured to calculate.
  • the power conversion device of the comparative example does not include the above-mentioned nonlinear calculation unit 13 with respect to the power conversion device 1 of the present embodiment.
  • the voltage control unit of the power conversion device of the comparative example calculates the current reference IQ_R by PI calculation processing in the same manner as the voltage control unit 14 of the present embodiment.
  • the initial state of the analysis process is common to each other.
  • the DC voltage is charged to about 680 volts
  • the load current flowing through the load 2 is in a state of 0 amperes.
  • the value of the effective current is approximately 0 amperes as shown in (c) in FIG.
  • the difference in the analysis states shown in FIGS. 2 to 4 is that the amount of fluctuation due to the fluctuation of the load 2 that occurs under the initial state is different from each other.
  • the amount of fluctuation of the load 2 increases in the order of FIGS. 2, 3, and 4.
  • the initial state shown in each graph shown in FIGS. 3 and 4 is the same as that shown in FIG.
  • the load current flowing through the load 2 fluctuates stepwise from 0 to 10 amperes.
  • the DC voltage suddenly decreases from about 680 volts to about 667 volts as shown in FIG. 2 (b) in response to this fluctuation, and FIG. 2
  • the active current is gradually increased from 0 amperes to the steady value of 20 amperes.
  • the volatility of the DC voltage with respect to the voltage in the initial state is about 2% at the bottom value.
  • the load current flowing through the load 2 changes stepwise from 0 to 50 amperes.
  • the magnitude of the change in the load current in the case shown in FIG. 3 is five times as large as in the case shown in FIG. Similar to the above, the case where this fluctuation occurs at the time of 0.4 seconds will be described.
  • the DC voltage in the case of the embodiment suddenly decreases from about 680 volts to about 650 volts as shown in (b) in FIG. 3 in response to this fluctuation.
  • the volatility of the DC voltage in the case of the embodiment with respect to the voltage in the initial state is about 4.4%.
  • the DC voltage in the comparative example suddenly decreases to a value below 630 volts.
  • the volatility of the DC voltage with respect to the voltage in the initial state in the case of the comparative example exceeds 7.4%. In the case of the comparative example, it takes about 0.1 seconds for the volatility of the DC voltage to recover within 5%.
  • the steady-state value of the active current changes from 0 amperes to about 100 amperes.
  • the active current tends to fluctuate so as to approach the steady value, but in the case of this embodiment, it corresponds to the fluctuation of the load 2.
  • the peak value temporarily rises to about 120 amperes.
  • the active current after the temporary peak value is detected fluctuates with a value similar to the active current value of the comparative example.
  • the load current flowing through the load 2 changes stepwise from 0 to 100 amperes.
  • the magnitude of the change in the load current in the case shown in FIG. 4 is 10 times that in the case shown in FIG. Similar to the above, the case where this fluctuation occurs at the time of 0.4 seconds will be described.
  • the DC voltage in the case of the embodiment suddenly decreases from about 680 volts to about 630 volts, as shown in (b) in FIG. 4, in response to this fluctuation.
  • the volatility of the DC voltage with respect to the voltage in the initial state is about 7.4%.
  • the DC voltage in the comparative example suddenly decreases to a value below 590 volts.
  • the volatility of the DC voltage with respect to the voltage in the initial state in the above case exceeds 13.2%.
  • the steady value of the active current changes from 0 amperes to about 200 amperes.
  • the active current tends to fluctuate so as to approach the steady value, but in the case of this embodiment, it corresponds to the fluctuation of the load 2.
  • the peak value temporarily rises to about 300 amperes. After the temporary peak value is detected, the active current changes with a value similar to that of the comparative example.
  • the power conversion device 1 uses the DC voltage of the DC section provided on the output side of the converter 6 as the feedback amount VDC_F, and feeds back with the target amount V * with respect to the control target voltage of the DC section.
  • the control deviation from the quantity VDC_F is calculated, and the non-linear arithmetic processing for the control deviation is performed.
  • the power conversion device 1 calculates an operation amount based on the result of the nonlinear arithmetic processing, and controls the converter 6 using the operation amount.
  • the power conversion device 1 feeds back the DC voltage VDC_F of the converter output and multiplies the difference from the command value V * by the absolute value of the difference to obtain the result of the above-mentioned nonlinear arithmetic processing.
  • the power conversion device 1 uses the result of the above nonlinear arithmetic processing as an input value for PI control. In this case, the power conversion device 1 calculates an operation amount based on the result of the above-mentioned nonlinear arithmetic processing by PI control, and controls the converter 6 using the operation amount.
  • the input value of the voltage control unit 14 of the power conversion device 1 becomes larger as the command value V * and the value of the DC voltage VDC_F deviate from each other. Along with this, the power conversion device 1 behaves as if the PI gain has increased. As a result, the response of the power conversion device 1 becomes faster, and fluctuations in the DC voltage can be suppressed.
  • the power conversion device 1 integrates the control deviation ⁇ V1 by using nonlinear arithmetic processing. In this integration, it is advisable to determine the value of the coefficient k to be multiplied by the control deviation ⁇ V1 so as to prevent the control deviation ⁇ V1 from constantly becoming an excessive value.
  • the above embodiment may be applied to the following configurations. Many inverters may be connected to one converter. In such a configuration, if the load of the inverter is independent, it may not be easy to control the conversion so as to reduce the influence of the fluctuation of the load.
  • a control method of a comparative example a control method is known in which the output of an inverter is fed back in order to suppress the influence of load fluctuations, and the feedback amount is used to control the converter. Such a control method is sometimes called power compensation. Even if this control method is applied to the above configuration, it is difficult to suppress abrupt changes in the DC voltage due to load fluctuations.
  • FIG. 5 is a block diagram of the power conversion device 1A of the second embodiment.
  • the power conversion device 1A includes a control unit 10A instead of the control unit 10 of the power conversion device 1.
  • the control unit 10A includes a non-linear calculation unit 13A instead of the non-linear calculation unit 13 of the control unit 10.
  • the nonlinear arithmetic unit 13A further includes an arithmetic unit 13d with respect to the nonlinear arithmetic unit 13.
  • the calculation unit 13d is a limiter in which a lower limit value LL of a predetermined predetermined value is set.
  • the calculation unit 13d limits the absolute value
  • the arithmetic unit 13d outputs the absolute value
  • the calculation unit 13d When the absolute value
  • the value output from the arithmetic unit 13d is indicated by CV (
  • the calculation unit 13b calculates the control deviation ⁇ V2 by multiplying the control deviation ⁇ V0 and the CV (
  • the calculation unit 13c calculates the control deviation k ⁇ V2 by multiplying the control deviation ⁇ V2 by a coefficient k whose value is predetermined.
  • the above arithmetic processing is arranged from the following equation (3) to equation (5).
  • FIG. 6 and 7 are diagrams for explaining the non-linear arithmetic processing of the second embodiment.
  • FIG. 6 shows three cases in which the lower limit value LL of CV (
  • the value of the lower limit value LL is 1.
  • the graph LL2 is an example of a typical value in which the value of the lower limit value LL is between 0 and 1.
  • the graph LL3 is an example of a typical value in which the value of the lower limit value LL exceeds 1.
  • FIG. 7 shows the control deviation ⁇ V2 corresponding to the three cases shown in FIG. 6, respectively.
  • the graph G1 shows the characteristics when the value of the lower limit value LL corresponding to the graph LL1 is 1.
  • the graph G2 shows the characteristics when the value of the lower limit value LL corresponding to the graph LL2 is from 0 to 1.
  • the graph G3 shows the characteristics when the value of the lower limit value LL corresponding to the graph LL3 exceeds 1.
  • the characteristic of the control deviation ⁇ V2 shown in the graph shown in FIG. 7 can be expanded or compressed in the amplitude direction by multiplying the control deviation ⁇ V2 shown in FIG. 7 by the coefficient k.
  • the coefficient k By setting the lower limit value LL and the value of the coefficient k independently, the linearity of the graph shown in FIG. 7 is maintained.
  • the control unit 10A limits the absolute value
  • ) (absolute value with the lower limit limit of the control deviation) and the control deviation ⁇ V0 limited to the lower limit value LL by the magnitude of is obtained as the result of the nonlinear arithmetic processing.
  • the control unit 10A has a control deviation in a range in which the absolute value
  • the first result is produced by a linear transformation for ⁇ V0.
  • the control unit 10A generates a second result by non-linear conversion for the control deviation in the range where the absolute value
  • the 1st result and the 2nd result are combined to obtain the result of the non-linear arithmetic processing.
  • the control unit 10A will be described from a viewpoint different from the above. As shown in FIG. 7, the control unit 10A is based on the linear approximation of the control deviation ⁇ V0 for the range Z2 in which the absolute value
  • the control deviation ⁇ V2 (first result) is generated.
  • the control unit 10A generates a control deviation ⁇ V2 (second result) based on a higher-order function with respect to the control deviation ⁇ V0 in a range in which the absolute value
  • the result is combined with the result of the non-linear operation.
  • the control unit 10A first performs an operation for limiting the absolute value
  • the arithmetic expressions are different from each other with the lower limit value LL in between, but the continuity of the values of the control deviation ⁇ V2 is ensured with the lower limit value LL in between.
  • the control unit 10A includes discontinuous control in the loop of feedback control, but since continuity is ensured with the lower limit value LL as described above, a steep change in the loop gain of feedback control does not occur. Can be configured as follows.
  • the power conversion device 1 includes a converter 6, an inverter 8, and a control unit 10.
  • the converter 6 converts the electric power supplied from the power supply 5 side into DC electric power.
  • the inverter 8 is provided on the output side of the converter 6.
  • the control unit 10 uses the DC voltage of the DC section provided on the output side of the converter 6 as the feedback amount, calculates the control deviation between the target amount and the feedback amount with respect to the control target voltage of the DC section, and calculates the control deviation with respect to the control deviation. Perform non-linear arithmetic processing.
  • the control unit 10 calculates an operation amount based on the result of the nonlinear arithmetic processing, and controls the converter 6 using the operation amount. As a result, it is possible to reduce the DC voltage fluctuation on the output side of the converter 6 caused by the fluctuation of the load of the inverter 8.
  • At least a part of the above power conversion device 1 may be realized by a software function unit that functions by a processor such as a CPU executing a program, or all of the power conversion device 1 may be realized by a hardware function unit such as an LSI. May be good.

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Abstract

電力変換装置(1)は、コンバータ(6)と、インバータ(8)と、制御部(10)とを備える。コンバータ(6)は、電源(5)側から供給される電力を直流電力に変換する。インバータ(8)は、コンバータ(6)の出力側に設けられている。制御部(10)は、コンバータ(6)の出力側に設けられている直流区間の直流電圧を帰還量に用いて、直流区間の制御目標電圧に対する目標量と前記帰還量との制御偏差を算出し、制御偏差に対する非線形演算処理を行い、非線形演算処理の結果に基づいた操作量を算出して、操作量を用いてコンバータ(6)を制御する。

Description

電力変換装置、電力変換制御装置、及び制御方法
 本発明は、電力変換装置、電力変換制御装置、及び制御方法に関する。
 電力変換装置には、その主回路にコンバータとインバータとを備えるものがある。このような電力変換装置は、コンバータとインバータとの間に設けられた直流区間を介して中継される電力を変換する。この直流区間の電圧は、コンバータを制御することによって調整される。電力変換装置の運転中に、インバータの負荷が比較的大きく変動すると、これに影響されてこの直流区間の電圧が比較的大きく変動する場合があった。
特公平7-9602号公報
 インバータの負荷の変動に起因して生じるコンバータの出力側の直流電圧変動を軽減させる電力変換装置、電力変換制御装置、及び制御方法を提供することにある。
 実施形態の電力変換装置は、コンバータと、インバータと、制御部とを備える。前記コンバータは、電源側から供給される電力を直流電力に変換する。前記インバータは、前記コンバータの出力側に設けられている。前記制御部は、前記コンバータの出力側に設けられている直流区間の直流電圧を帰還量に用いて、前記直流区間の制御目標電圧に対する目標量と前記帰還量との制御偏差を算出し、前記制御偏差に対する非線形演算処理を行い、前記非線形演算処理の結果に基づいた操作量を算出して、前記操作量を用いて前記コンバータを制御する。
第1の実施形態の電力変換装置の構成図。 第1の実施形態の電圧制御の解析結果を説明するための図。 第1の実施形態の電圧制御の解析結果を説明するための図。 第1の実施形態の電圧制御の解析結果を説明するための図。 第2の実施形態の電力変換装置の構成図。 第2の実施形態の非線形演算処理を説明するための図。 第2の実施形態の非線形演算処理を説明するための図。
 以下、実施形態の電力変換装置、電力変換制御装置、及び制御方法を、図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、同一又は類似の機能を有する構成に同一の符号を付す。そして、それらの構成の重複する説明は省略する場合がある。なお、電気的に接続されることを、単に「接続される」ということがある。以下の説明に示す「直交する」とは、略直交する場合を含む。なお、「大きさが等しい」場合には、略等しい場合も含む。
(第1の実施形態)
 図1は、第1の実施形態の電力変換装置1の構成図である。
 電力変換装置1は、例えば、負荷2(図中の記載はLOAD)に電力を供給する主回路3と、電圧センサ9Vと、電流センサ9iと、制御部10とを備える。主回路3の入力側には、電源5から3相交流電力が共有される。
 例えば、主回路3は、コンバータ6(図中の記載はCNV)と、コンデンサ7と、インバータ8(図中の記載はINV)と、を備える。
 コンバータ6は、電源5側から供給される電力を直流電力に変換する。コンバータ6の出力側には直流区間が設けられている。コンバータ6の出力には、直流区間を介して平滑用のコンデンサ7と、インバータ8の入力とがそれぞれ並列に接続されている。コンデンサ7は、コンバータ6とインバータ8とは独立に設けられていてもよく、コンバータ6又はインバータ8の一部であってもよく、これらの組み合わせであってもよい。インバータ8は、直流区間を介してコンバータ6から電力の供給を受ける。上記のように主回路3とは、直流区間を介して供給される電力を変換する。電圧センサ9Vは、直流区間の電圧を検出する。電流センサ9iは、コンバータ6の入力に流れる電流を検出する。
 例えば、コンバータ6は、リアクトル6Lと、IGBT6Sと、を含む。リアクトル6Lは、3相交流の各相に対応付けて設けられている。リアクトル6Lの一端は、コンバータ6の入力端子に接続され、コンバータ6の入力端子(不図示)を介して電源5に接続される。リアクトル6Lの他端は、IGBT6Sの制御端子に接続される。
 IGBT6Sは、1以上の半導体スイッチを含み、制御端子に供給される制御信号によって半導体スイッチをオン/オフさせることにより、リアクトル6Lを介して供給される交流電力を直流電力に変換する。
 制御部10は、非線形演算処理の結果に基づいた操作量を算出して、操作量を用いて前記コンバータ6を制御する。例えば、制御部10は、電圧センサ9Vによって検出された直流区間の電圧(直流電圧)を帰還量に用いて、前記直流区間の制御目標電圧に対する目標量V*と前記帰還量VDC_Fとの制御偏差を算出し、前記制御偏差に対する非線形演算処理を行う。
 制御部10のより具体的な構成例について説明する。
 制御部10は、例えば、電流検出ユニット11(図中の記載はIDET)と、減算器12と、非線形演算ユニット13と、電圧制御部14(図中の記載はAVR)と、電流制御部15(図中の記載はACR)と、PWM制御部16(図中の記載はPWM)とを備える。
 電流検出ユニット11は、電流センサ9iによって検出されたコンバータ6の入力電流の検出値と、基準位相θとに基づいて、電流検出値ID_detとIQ_detとを算出する。例えば、電流検出ユニット11は、基準位相θを基準の位相に用いて前記コンバータ6の入力側の3相交流の2相以上の各相の電流の検出値に基づいて、UVW相の静止座標系からD軸とQ軸とを含む回転座標系に変換して、電流検出値ID_detとIQ_detとを算出する。基準位相θは、コンバータ6に供給される交流の位相に同期する位相信号であり、例えば、図示されない位相検出器によって交流の位相に基づいて生成される。
 減算器12は、例えば上位装置から指定される直流区間の制御目標電圧に関する目標量V*から、電圧センサ9Vによって検出された直流区間の電圧(直流電圧)から帰還量VDC_Fを減算して、目標量V*と帰還量VDC_Fとの制御偏差ΔV0を得る。
 非線形演算ユニット13は、目標量V*と帰還量VDC_Fとに関する制御偏差ΔV0を入力変数にして、所定の規則に従ってその制御偏差ΔV0に対する非線形演算と、倍率kの線形演算とを行って、制御偏差kΔV1を算出する。
 例えば、非線形演算ユニット13は、演算ユニット13a、13b、及び13cを備える。
演算ユニット13a(図中の記載はABS)は、制御偏差ΔV0の絶対値を算出する。演算ユニット13bは、乗算器であり、制御偏差ΔV0と、制御偏差ΔV0の絶対値(|ΔV0|)とを入力変数にして、制御偏差ΔV0と、制御偏差ΔV0の絶対値(|ΔV0|)とを乗じて、制御偏差ΔV1を算出する。演算ユニット13cは、制御偏差ΔV1に、値が予め定められた係数kを乗じて、制御偏差kΔV1を算出する。上記の演算処理を、次の式(1)と式(2)に整理する。
ΔV1=ΔV0×|ΔV0| ・・・(1)
kΔV1=k×ΔV1 ・・・(2)
 電圧制御部14は、非線形演算ユニット13によって算出された制御偏差kΔV1が0になるような値の電流基準IQ_Rを算出する。これは、制御偏差ΔV1を0にするような値の電流基準IQ_Rを得るのに相当する。電流基準IQ_Rは、有効電流の大きさを規定する制御目標値になる。比例要素(P)と、積分要素(I)と、微分要素(D)とは、互いに並列に接続されているとよい。例えば、電圧制御部14は、比例要素(P)と、積分要素(I)と、微分要素(D)とを含むPID演算処理によって電流基準IQ_Rを算出する。電圧制御部14において、比例要素(P)と、積分要素(I)と、微分要素(D)との各要素の入力に、制御偏差ΔV1が共通して供給される。
 なお、電圧制御部14による演算処理は、PID演算処理に制限されない。電圧制御部14による演算処理は、PID演算処理に代えて、比例要素(P)と、積分要素(I)と、微分要素(D)との中の少なくとも1つ以上の演算要素を含む演算処理であってもよい。
 電流制御部15は、図示されない電流基準ID_Rと、電圧制御部14によって算出された電流基準IQ_Rと、電流検出ユニット11によって算出された電流検出値ID_detとIQ_detと、基準位相θとに基づいて、交流の各相に対応する電圧基準EU_R、EV_R、EW_Rをそれぞれ算出する。なお、電流基準ID_Rは、無効電流の大きさを規定する制御目標値であり、例えば予め定められた定数であってよい。
 例えば、電流制御部15は、D軸成分について、電流基準ID_Rと、電流検出値ID_detとの偏差が0になるように、電圧基準VD_Rを算出する。電流制御部15は、Q軸成分について、電流基準IQ_Rと、電流検出値ID_detとの偏差が0になるように、電圧基準VD_Rを算出する。電流制御部15は、D軸成分の電圧基準VD_Rと、Q軸成分の電圧基準VD_Rとに基づいて、基準位相θを用いて、D軸とQ軸とを含む回転座標系から、UVW相の各軸を含む静止座標系に変換する。
 PWM制御部16は、電流制御部15によって算出された電圧基準EU_R、EV_R、EW_Rに基づいて、図示されないキャリア信号を用いて、交流の各相に流す電流を制御するためのゲートパルス(GATE)を生成する。PWM制御部16は、各相のゲートパルス(GATE)を、コンバータ6のIGBT6Sの制御端子に供給して、IGBT6Sをオン/オフすることによって交流の各相の電流を調整する。
 上記のように構成された電力変換装置1の制御部10は、下記のように主回路3を制御してもよい。
 例えば、制御部10は、コンバータ6の出力側に設けられている直流区間の直流電圧を帰還量VDC_Fに用いて、直流区間の制御目標電圧に対する目標量V*と帰還量VDC_Fとの制御偏差ΔV0を算出し、制御偏差ΔV0に対する非線形演算処理を行う。制御部10は、非線形演算処理の結果に基づいた操作量を算出して、操作量を用いて前記コンバータ6を制御する。制御部10は、制御偏差ΔV0に対する非線形演算処理によって、制御偏差の絶対値(|ΔV0|)と制御偏差ΔV0との積を得て、非線形演算処理の結果にするとよい。
 図2から図4を参照して、第1の実施形態の電圧制御の解析結果について説明する。図2から図4は、第1の実施形態の電圧制御の解析結果を説明するための図である。
 図2中の(a)に示すグラフは、負荷電流(アンペア)の変化を示す。図2中の(b)に示すグラフは、直流区間の電圧(ボルト。直流電圧という。)の変化を示す。図2中の(c)に示すグラフは、コンバータ6の交流側に流れる有効電流の推定値(アンペア)の変化を示す。
 本実施例の電圧制御部14は、例えば、非線形演算ユニット13の演算結果の制御偏差kΔV1に対して、比例要素(P)と、積分要素(I)とを含むPI演算処理によって電流基準IQ_Rを算出するうように構成されている。
 これに対して、比較例の電力変換装置は、本実施例の電力変換装置1に対して上記の非線形演算ユニット13を備えない。比較例の電力変換装置の電圧制御部は、本実施例の電圧制御部14と同様にPI演算処理によって電流基準IQ_Rを算出する。
 図2から図4に示す異なる条件に基づいた解析において、解析処理の初期状態を互いに共通にしている。例えば、図2中の(b)に示されるように直流電圧が680ボルト程度に充電され、図2中の(a)に示されるように負荷2に流れる負荷電流が0アンペアの状態にある。このとき、負荷2が無負荷状態にあるため、図2中の(c)に示されるように有効電流の値はおおむね0アンペアである。
 図2から図4に示す解析の状態の違いは、初期状態の下で生じる負荷2の変動による変動量が互いに異なることである。図2、図3、図4の順に、負荷2の変動量が多くなる。図3と図4に示す各グラフに示す初期状態も、図2に示す場合と同じである。
 例えば、図2に示すように、最も変動量が少ない場合には、負荷2に流れる負荷電流が0から10アンペアにステップ状に変動する。例えば、この変動が時刻0.4秒に生じると、この変動に応じて、図2中の(b)に示されるように直流電圧が680ボルト程度から667ボルト程度まで急に減少し、図2中の(c)に示されるように有効電流が0アンペアから定常値の20アンペアになるまで、定常値に漸近するように増加する。上記の場合、直流電圧の初期状態の電圧に対する変動率は、ボトム値のときで2%程度である。
 図2に示す各グラフの場合、図2中の(b)に示す直流電圧の変動も、図2中の(c)に示す有効電流の変動も、状態遷移の過程で偏差が生じてはいるものの、変動の傾向は類似している。
 これに対して、図3に示すように、次に変動量が多い場合には、負荷2に流れる負荷電流が0から50アンペアにステップ状に変化する。この図3に示す場合の負荷電流の変化の大きさは、図2に示した場合の5倍になる。この変動が上記と同様に、時刻0.4秒に生じた場合について説明する。この変動が発生した後に、この変動に応じて、図3中の(b)に示されるように、実施例の場合の直流電圧が680ボルト程度から650ボルト程度まで急に減少する。実施例の場合の直流電圧の初期状態の電圧に対する変動率は、4.4%程度である。これに対し、比較例の場合の直流電圧が630ボルトを下回る値まで急に減少する。比較例の場合の直流電圧の初期状態の電圧に対する変動率は、7.4%を超える。比較例の場合に、直流電圧の変動率が5%以内に回復するまでの時間は、0.1秒程度掛かる。
 また、図3中の(c)に示されるように有効電流の定常値が0アンペアから100アンペア程度まで変化する。有効電流が定常値まで遷移する過程で、比較例の場合には、定常値に漸近するように有効電流が変動する傾向がみられるが、本実施例の場合には、負荷2の変動に応じて、ピーク値で120アンペア程度まで一時的に上昇する。一時的なピーク値が検出された後の有効電流は、比較例の有効電流の値に類似した値で変動する。
 これに対して、図4に示すように、最も変動量が多い場合は、負荷2に流れる負荷電流が0から100アンペアにステップ状に変化する。この図4に示す場合の負荷電流の変化の大きさは、図2に示した場合の10倍になる。この変動が上記と同様に、時刻0.4秒に生じた場合について説明する。この変動が発生した後に、この変動に応じて、図4中の(b)に示されるように、実施例の場合の直流電圧が680ボルト程度から630ボルト程度まで急に減少する。上記の場合の直流電圧の初期状態の電圧に対する変動率は、7.4%程度である。これに対し、比較例の場合の直流電圧が590ボルトを下回る値まで急に減少する。上記の場合の直流電圧の初期状態の電圧に対する変動率は、13.2%を超える。比較例の場合に、直流電圧の変動率が5%以内に回復するまでの時間は、0.13秒程度掛かるが、実施例の場合には、直流電圧の変動率が5%以内に回復するまでの時間は、0.015秒程度しか掛からない。
 また、図4中の(c)に示されるように有効電流の定常値が0アンペアから200アンペア程度まで変化する。有効電流が定常値まで遷移する過程で、比較例の場合には、定常値に漸近するように有効電流が変動する傾向がみられるが、本実施例の場合には、負荷2の変動に応じて、ピーク値で300アンペア程度まで一時的に上昇する。一時的なピーク値が検出された後の有効電流は、比較例に類似した値で変化する。
 上記の実施形態によれば、電力変換装置1は、コンバータ6の出力側に設けられている直流区間の直流電圧を帰還量VDC_Fに用いて、直流区間の制御目標電圧に対する目標量V*と帰還量VDC_Fとの制御偏差を算出し、制御偏差に対する非線形演算処理を行う。電力変換装置1は、非線形演算処理の結果に基づいた操作量を算出して、操作量を用いて前記コンバータ6を制御する。これにより、電力変換装置1の運転中にインバータ8の負荷2が急に変動しても、コンバータ6の出力側の直流区間の直流電圧が比較例のように大きく変動することなく、また比較的短時間で収束するように制御することが可能になる。
 例えば、電力変換装置1は、コンバータ出力の直流電圧VDC_Fをフィードバックして指令値V*との差と、その差の絶対値とを乗算することで、上記の非線形演算処理の結果を得る。
 例えば、電力変換装置1は、上記の非線形演算処理の結果をPI制御の入力値にする。この場合、電力変換装置1は、PI制御によって、上記の非線形演算処理の結果に基づいた操作量を算出して、その操作量を用いて前記コンバータ6を制御する。
 電力変換装置1の電圧制御部14の入力値は、指令値V*と直流電圧VDC_Fの値が乖離するほど大きくなる。これに伴い、電力変換装置1は、あたかもPIゲインが高くなったように、振舞うことになる。これにより、電力変換装置1の応答が早くなって、直流電圧の変動を抑制することができる。
 電力変換装置1は、非線形演算処理を用いて制御偏差ΔV1を積算する。この積算にあたり、制御偏差ΔV1が定常的に過大な値になることのを防止するように、制御偏差ΔV1に乗じる係数kの値を決定するとよい。
(第1の実施形態の変形例)
 上記の実施形態を、次のような構成に適用してもよい。
 コンバータ1台に対してインバータが多数接続されている場合がある。このような構成の場合、インバータの負荷がそれぞれ独立していると、その負荷の変動の影響を軽減させるようにコンバートを制御することが容易ではないことがある。
 比較例の制御手法として、負荷の変動の影響を抑制するためにインバータの出力を帰還して、コンバータの制御にその帰還量を利用する制御手法が知られている。このような制御手法はパワー補償と呼ばれることがある。この制御手法を、上記の構成に適用しても、負荷の変動に伴う直流電圧の急激な変化を抑制することは困難であった。
 これに対して、実施形態の制御手法であれば、直流電圧の急激な変動を抑制することが可能になる。
(第2の実施形態)
 図5から図7を参照して、第2の実施形態について説明する。
 図5は、第2の実施形態の電力変換装置1Aの構成図である。電力変換装置1Aは、電力変換装置1の制御部10に代えて、制御部10Aを備える。制御部10Aは、制御部10の非線形演算ユニット13に代えて、非線形演算ユニット13Aを備える。非線形演算ユニット13Aは、非線形演算ユニット13に対して、演算ユニット13dをさらに備える。
 演算ユニット13dは、予め定められた所定の値の下限値LLが設定されたリミッタである。演算ユニット13dは、演算ユニット13aによって算出された制御偏差ΔV0の絶対値|ΔV0|に対して、その出力値が下限値LL未満にならないように制限する。演算ユニット13dは、制御偏差ΔV0の絶対値|ΔV0|が下限値LL以上の場合には、制御偏差ΔV0の絶対値|ΔV0|をそのまま出力する。演算ユニット13dは、制御偏差ΔV0の絶対値|ΔV0|が下限値LL未満の場合には、制御偏差ΔV0の絶対値|ΔV0|に代えて、下限値LLの値を出力する。演算ユニット13dから出力される値を、CV(|ΔV0|)で示す。演算ユニット13bは、制御偏差ΔV0と、CV(|ΔV0|)とを入力変数にして、制御偏差ΔV0とCV(|ΔV0|)とを乗じて、制御偏差ΔV2を算出する。演算ユニット13cは、制御偏差ΔV2に、値が予め定められた係数kを乗じて、制御偏差kΔV2を算出する。上記の演算処理を、次の式(3)から式(5)に整理する。
CV(|ΔV0|)=|ΔV0|、(LL≦|ΔV0|の場合)、又は、
         LL、(LL>|ΔV0|の場合) ・・・(3)
ΔV2=CV(|ΔV0|)×ΔV0 ・・・(4)
kΔV2=k×ΔV2 ・・・(5)
 図6と図7は、第2の実施形態の非線形演算処理を説明するための図である。
 図6に、CV(|ΔV0|)の下限値LLの値が互いに異なる3つのケースを示す。グラフLL1は、下限値LLの値が1である。グラフLL2は、下限値LLの値が0から1までの間の代表的な値の一例である。グラフLL3は、下限値LLの値が1を超える代表的な値の一例である。
 図7に、図6に示した3つのケースに対応する制御偏差ΔV2をそれぞれ示す。グラフG1は、グラフLL1に対応する下限値LLの値が1の場合の特性を示す。グラフG2は、グラフLL2に対応する下限値LLの値がの値が0から1までの場合の特性を示す。グラフG3は、グラフLL3に対応する下限値LLの値がの値が1を超える場合の特性を示す。
 図示を省略するが、図7に示す制御偏差ΔV2に対して、係数kを乗じることにより、図7に示すグラフが示す制御偏差ΔV2の特性を、振幅方向に伸長又は圧縮することができる。下限値LLと係数kの値を独立に設定することで、図7に示したグラフの線形性が保たれる。
 本実施形態によれば、制御部10Aは、制御偏差ΔV0に対する非線形演算処理によって、制御偏差ΔV0の絶対値|ΔV0|を所定の下限値LLに制限して、制御偏差ΔV0の絶対値|ΔV0|の大きさによって下限値LLに制限されたCV(|ΔV0|)(制御偏差の下限制限付き絶対値)と制御偏差ΔV0との積を、非線形演算処理の結果にする。
 制御部10Aは、制御偏差ΔV0に対する非線形演算処理として、制御偏差ΔV0の絶対値|ΔV0|が所定の大きさの下限値LLに満たない範囲(例えば、図6のグラフの範囲Z2)について制御偏差ΔV0に対する線形変換によって第1結果を生成する。制御部10Aは、制御偏差ΔV0の絶対値|ΔV0|が下限値LLを超える範囲(例えば、図6のグラフの範囲Z3aとZ3b)について制御偏差に対する非線形変換によって第2結果を生成して、第1結果と第2結果とを組み合わせて非線形演算処理の結果にする。
 上記とは異なる観点で制御部10Aについて説明する。図7に示すように、制御部10Aは、制御偏差ΔV0に対する非線形演算処理として、制御偏差ΔV0の絶対値|ΔV0|が下限値LLに満たない範囲Z2について制御偏差ΔV0の1次近似に基づいた制御偏差ΔV2(第1結果)を生成する。
  制御部10Aは、制御偏差ΔV0の絶対値|ΔV0|が下限値LLを超える範囲について制御偏差ΔV0に対する高次関数に基づいた制御偏差ΔV2(第2結果)を生成して、第1結果と第2結果とを組み合わせて非線形演算の結果にする。
 制御部10Aは、制御偏差ΔV0の絶対値|ΔV0|を下限値LLまでに制限する演算を先に実施した後に、その演算結果に制御偏差ΔV0を乗算して制御偏差ΔV2を得る。これによって、下限値LLを挟んで演算式が互いに異なるものになるが、下限値LLを挟んで、制御偏差ΔV2の値の連続性が確保されている。制御部10Aは、帰還制御のループ内に非連続制御を含むが、上記のように下限値LLを挟んで連続性が確保されていることで、帰還制御のループゲインの急峻な変化が発生しないように構成することができる。
 以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、電力変換装置1は、コンバータ6と、インバータ8と、制御部10とを備える。コンバータ6は、電源5側から供給される電力を直流電力に変換する。インバータ8は、コンバータ6の出力側に設けられている。制御部10は、コンバータ6の出力側に設けられている直流区間の直流電圧を帰還量に用いて、直流区間の制御目標電圧に対する目標量と帰還量との制御偏差を算出し、制御偏差に対する非線形演算処理を実行する。制御部10は、非線形演算処理の結果に基づいた操作量を算出して、操作量を用いて前記コンバータ6を制御する。これによって、インバータ8の負荷の変動に起因して生じるコンバータ6の出力側の直流電圧変動を軽減させることができる。
 上記の電力変換装置1は、その少なくとも一部を、CPUなどのプロセッサがプログラムを実行することにより機能するソフトウェア機能部で実現してもよく、全てをLSI等のハードウェア機能部で実現してもよい。
 本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
1 電力変換装置、2 負荷、3 主回路、5 電源、6 コンバータ、8 インバータ、9V 電圧センサ、9i 電流センサ、10 制御部。

Claims (7)

  1.  電源側から供給される電力を直流電力に変換するコンバータと、
     前記コンバータの出力側に設けられているインバータと、
     前記コンバータの出力側に設けられている直流区間の直流電圧を帰還量に用いて、前記直流区間の制御目標電圧に対する目標量と前記帰還量との制御偏差を算出し、
     前記制御偏差に対する非線形演算処理を行い、
     前記非線形演算処理の結果に基づいた操作量を算出して、前記操作量を用いて前記コンバータを制御する制御部と、
     を備える電力変換装置。
  2.  前記制御部は、
     前記制御偏差に対する前記非線形演算処理によって、前記制御偏差の絶対値と前記制御偏差との積を得て、前記非線形演算処理の結果にする、
     請求項1に記載の電力変換装置。
  3.  前記制御部は、
     前記制御偏差に対する前記非線形演算処理によって、前記制御偏差の絶対値を所定の下限値に制限して、前記制御偏差の絶対値の大きさによって前記下限値に制限された前記制御偏差の下限制限付き絶対値と前記制御偏差との積を、前記非線形演算処理の結果にする、
     請求項1に記載の電力変換装置。
  4.  前記制御部は、
     前記制御偏差に対する前記非線形演算処理として、前記制御偏差の絶対値が所定の大きさに満たない範囲について前記制御偏差に対する線形変換によって第1結果を生成して、前記制御偏差の絶対値が所定の大きさを超える範囲について前記制御偏差に対する非線形変換によって第2結果を生成して、前記第1結果と前記第2結果とを組み合わせて前記非線形演算処理の結果にする、
     請求項1に記載の電力変換装置。
  5.  前記制御部は、
     前記制御偏差に対する前記非線形演算処理として、前記制御偏差の絶対値が所定の大きさに満たない範囲について前記制御偏差の1次近似に基づいた第1結果を生成して、前記制御偏差の絶対値が所定の大きさを超える範囲について前記制御偏差に対する高次関数に基づいた第2結果を生成して、前記第1結果と前記第2結果とを組み合わせて前記非線形演算処理の結果にする、
     請求項1に記載の電力変換装置。
  6.  電源側から供給される電力を直流電力に変換するコンバータと、前記コンバータの出力側に設けられているインバータと、を備える電力変換装置の電力変換制御装置であって、
     前記コンバータの出力側に設けられている直流区間の直流電圧を帰還量に用いて、前記直流区間の制御目標電圧に対する目標量と前記帰還量との制御偏差を算出し、
     前記制御偏差に対する非線形演算処理を行い、
     前記非線形演算処理の結果に基づいた操作量を算出して、前記操作量を用いて前記コンバータを制御する制御部、
     を備える電力変換制御装置。
  7.  電源側から供給される電力を直流電力に変換するコンバータと、前記コンバータの出力側に設けられているインバータと、を備える電力変換装置の制御方法であって、
     前記コンバータの出力側に設けられている直流区間の直流電圧を帰還量に用いて、前記直流区間の制御目標電圧に対する目標量と前記帰還量との制御偏差を算出し、
     前記制御偏差に対する非線形演算処理を行い、
     前記非線形演算処理の結果に基づいた操作量を算出して、前記操作量を用いて前記コンバータを制御するステップ、
     を含む制御方法。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010259280A (ja) * 2009-04-28 2010-11-11 Fuji Electric Systems Co Ltd スイッチング電源装置
WO2017046909A1 (ja) * 2015-09-17 2017-03-23 三菱電機株式会社 電力変換装置
WO2019012725A1 (ja) * 2017-07-13 2019-01-17 三菱電機株式会社 電力変換装置、電力変換システム、および電力変換装置の運転方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH079602B2 (ja) 1987-12-09 1995-02-01 株式会社東芝 制御装置
JPH07177783A (ja) * 1993-12-17 1995-07-14 Toshiba Corp 電圧形インバータ装置の制御方法
JP3385310B2 (ja) * 1998-02-12 2003-03-10 三菱電機株式会社 直流電気車の制御装置
JP5407322B2 (ja) 2008-12-22 2014-02-05 トヨタ自動車株式会社 交流電動機の制御システム
JP5169865B2 (ja) * 2009-01-22 2013-03-27 富士電機株式会社 電力変換装置
TWI548190B (zh) * 2013-08-12 2016-09-01 中心微電子德累斯頓股份公司 根據控制法則來控制功率轉換器的功率級之控制器及方法
JP6057876B2 (ja) * 2013-11-18 2017-01-11 東芝三菱電機産業システム株式会社 電力変換装置
JP6295782B2 (ja) * 2014-03-31 2018-03-20 株式会社安川電機 電力変換装置、発電システム、制御装置および電力変換方法
CN104734481B (zh) * 2015-03-15 2017-08-29 华南理工大学 一种电压源型pwm整流器启动冲击抑制方法
RU2628757C1 (ru) 2016-08-24 2017-08-22 Акционерное общество "Московское конструкторское бюро "Компас" (АО "МКБ "Компас") Способ управления электроприводом и устройство для его реализации (варианты)
WO2018220777A1 (ja) * 2017-06-01 2018-12-06 東芝三菱電機産業システム株式会社 電源装置およびそれを用いた電源システム
CN111052583B (zh) * 2017-09-08 2023-05-02 东芝三菱电机产业系统株式会社 电力转换装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010259280A (ja) * 2009-04-28 2010-11-11 Fuji Electric Systems Co Ltd スイッチング電源装置
WO2017046909A1 (ja) * 2015-09-17 2017-03-23 三菱電機株式会社 電力変換装置
WO2019012725A1 (ja) * 2017-07-13 2019-01-17 三菱電機株式会社 電力変換装置、電力変換システム、および電力変換装置の運転方法

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