WO2024105876A1

WO2024105876A1 - 制御装置、電力変換装置及び制御方法

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Publication number: WO2024105876A1
Application number: PCT/JP2022/042826
Authority: WO
Inventors: ウフォートウフォートエコング; 拓巳伊藤; 雅史中村
Original assignee: 株式会社Tmeic
Priority date: 2022-11-18
Filing date: 2022-11-18
Publication date: 2024-05-23
Also published as: CN118476149A; JPWO2024105876A1; JP7515728B1

Abstract

実施形態の制御装置は、交流電力を直流電力に変換するコンバータと、直流電力を交流電力に変換するインバータとを組み合わせた電力変換装置の制御装置である。前記制御装置は、直流電圧制御器と、補償演算器と、制御器と、安定化制御器と、を備える。前記直流電圧制御器は、前記コンバータの直流側の直流電圧に係る直流電圧検出値と前記直流側の直流電圧基準との偏差である直流電圧偏差に対し比例演算及び積分演算を行って、前記比例演算及び前記積分演算の結果を用いて出力値を生成する。前記補償演算器は、前記インバータの要求出力値を用いて前記直流電圧の変動を抑制させるための補償量を調整する。前記制御部は、前記生成された出力値と前記調整された補償量とに基づいた演算結果を用いて前記コンバータの変換量を制御する。前記安定化制御器は、前記直流電圧偏差の大きさと、前記積分演算の結果とに係る所定の条件が満たされた場合に、前記積分演算の結果を、前記積分演算の結果の絶対値よりも小さな値に変更する。

Description

制御装置、電力変換装置及び制御方法

　本発明の実施形態は、制御装置、電力変換装置及び制御方法に関する。

　コンバータ（電力変換器）とインバータとを組み合わせた電力変換装置には、そのコンバータとインバータとの直流側を互いに接続したものがある。コンバータが生成した直流電力をインバータが交流電力に変換する。インバータが駆動する負荷の変動によって、電力変換装置内の直流電圧が変動することがある。これによって、電力変換装置の制御が不安定になることがあった。

日本国特開平６－１６８００３号公報

　本発明の目的は、コンバータとインバータとを組み合わせた電力変換装置の直流電圧をより安定させることができる制御装置、電力変換装置及び制御方法を提供することである。

実施形態の位相角検出システムを適用したドライブシステムの俯瞰図。実施形態のコンバータ２における電流制御について説明するための図。実施形態の制御装置１０による制御の概要を説明化するための図。実施形態の制御装置１０による制御の概要を説明化するための図。実施形態のより具体的な事例を説明するための図。実施形態のより具体的な事例を説明するための図。

　以下、実施形態の制御装置、電力変換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。

　図１は、実施形態の電力変換装置１００の構成図である。
　図１には、電力変換装置１００のほか、電力変換装置１００に係る、入力トランス１と、モータ５と、負荷６とが記載されている。

　まず、電力変換装置１００の概要について説明する。
　電力変換装置１００は、例えば、コンバータ２と、平滑コンデンサ３と、インバータ４と、直流電圧検出器７と、制御装置１０とを備える。コンバータ２とインバータ４の直流側の正極と負極の夫々が直流リンクを介して互いに接続されている。この直流リンクには、平滑コンデンサ３が設けられている。

　例えば、入力トランス１の２次側からコンバータ２に交流が給電され、コンバータ２はこれを直流に変換して平滑コンデンサ３に給電する。なお、平滑コンデンサ３を、コンバータ２側の平滑コンデンサ３Ａとインバータ４側の平滑コンデンサ３Ｂに分けて設ける構成にしてもよい。例えばコンバータ２による変換によって、直流リンクに電圧変動が生じる。その一部は、平滑コンデンサ３によって平滑化される。平滑コンデンサ３によって平滑化された直流電圧は、インバータ４に与えられる。

　インバータ４は、この直流電圧を交流電圧に変換してモータ５を駆動する。平滑コンデンサ３に印加される電圧は、電圧フィードバック用の直流電圧検出器７によって検出される。

　これにより、インバータ４は、コンバータ２が生成した直流電力の一部を交流電力に変換する。インバータ４は、モータ５に、その交流電力を供給する。

　モータ５の軸には、速度フィードバック用の速度検出器５Ｓが取り付けられている。モータ５の軸には、利用状況によりトルクが変動する負荷６が連結されている。

　以下、より具体的な例を示して、電力変換装置１００の各部の詳細について説明する。

　コンバータ２は、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴなどの複数のスイッチング素子を含み、例えばスイッチング素子をブリッジ接続して構成した所謂アクティブコンバータとして構成されている。コンバータ２は、直流リンクの電圧、つまり直流出力電圧が一定となるようにコンバータ制御部８から制御されている。

　インバータ４は、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴなどの複数のスイッチング素子を含み、例えばスイッチング素子をブリッジ接続して構成した所謂アクティブコンバータとして構成されている。インバータ４とコンバータ２は同様の方式に基づいた構成であってもよく、互いに異なる方式に基づいた構成であってもよい。インバータ４とコンバータ２の構成は、既知の構成を適用してよい。

　インバータ４は、例えば、モータ５の速度が所定の値となるようにインバータ制御部９から制御されている。なお、コンバータ制御部８及びインバータ制御部９は、纏めて制御装置１０として構成してもよい。以下、コンバータ制御部８及びインバータ制御部９の内部構成について説明する。

　コンバータ制御部８は、例えば、減算器８１と、直流電圧制御器８２と、加算器８３と、安定化制御器８４と、電流制御器８５（制御器）とを備える。

　コンバータ制御部８において、直流電圧検出器７によって検出された電圧フィードバック信号は、直流電圧基準Ｖｄｃ^＊から減算器８１によって減算される。減算器８１は、その偏差（直流電圧偏差ΔＶｄｃという。）を直流電圧制御器８２に与える。直流電圧制御器８２は、この直流電圧偏差ΔＶｄｃに対してＰＩ制御を行い、直流電圧偏差ΔＶｄｃが小さくなるような電流基準を出力し、これを加算器８３の一方の入力に与える。加算器８３の他方には後述するインバータ制御部９からパワー補償信号が与えられる。そして加算器８３は、その出力信号、すなわち補償された電流基準を、電流制御器８５に与える。電流制御器８５は、この電流基準と図示しないコンバータ電流フィードバックとの偏差（直流電流偏差という。）が小さくなるように、例えば第１のＰＷＭ制御を行ってコンバータ２を構成するスイッチング素子をオンオフ制御する。安定化制御器８４は、負荷６の変動に起因する直流リンクの直流電圧の変動を抑制するようにコンバータ制御部８内で作用する。安定化制御器８４の詳細については、後述する。

　インバータ制御部９は、例えば、減算器９１と、速度制御器９２と、パワー補償演算器９３（補償演算器）と、電流制御器９５とを備える。

　インバータ制御部９において、速度検出器５Ｓで検出された速度フィードバック信号は、速度基準から減算器９１によって減算され、その偏差（速度偏差という。）は速度制御器９２に与えられる。速度制御器９２はこの速度偏差に対してＰＩ制御を行い、速度偏差が小さくなるようなトルク基準を出力して電流制御器９５に与える。なお、ここでのトルク基準とは、例えばベクトル制御を行う場合のトルク軸の電流基準に相当する。電流制御器９５は、このトルク基準と、図示しない変成器ＣＴによって検出された結果とに基づいた電圧基準（交流電圧基準という。）を生成し、インバータ出力電流フィードバックとの偏差（交流電流偏差という。）が小さくなるように調整された交流電圧基準を出力する。インバータ４の出力電圧とこの交流電圧基準との差が小さくなるように、電流制御器９５は、例えば第２のＰＷＭ制御を行ってインバータ４を構成するスイッチング素子をオンオフ制御する。

　上述したトルク基準は、パワー補償演算器９３に与えられる。パワー補償演算器９３は、このトルク基準を用いて、パワー補償信号を生成する。このパワー補償信号は、前述した加算器８３の第１入力に供給される。

　このパワー補償演算器９３は、コンバータ制御部８によるコンバータ２内の直流リンクの直流電圧制御に対して、インバータ４の稼働状態の情報を用いて、コンバータ２内の直流リンクの直流電圧の変動を補償するように作用する。この補償は、インバータ４の稼働状態に基づいたフィードフォワード要素になる。例えば、このパワー補償演算器９３は、大きな負荷６の変動が起きた際に、直流電圧が大きく下がることを抑制するように、直流電圧制御を司るコンバータ制御の制御系にフィードフォワードの補償分を注入する。なお、このパワー補償演算器９３による補償分は、コンバータ制御部８の直流電圧制御の結果に対して加算されるため、補償量を適正にすることが必要になる。

　なお、制御装置１０の一部は、例えば、記憶装置に格納されたプログラムを展開し、あるいはプログラムの各ステップを逐次読み出して実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）等のハードウェアにより実現されてもよい。この場合、上述した各構成要素の一部又は全部は、ＣＰＵによって実行されるプログラムの一部である。例えば、制御装置１０の動作をＣＰＵにより実行、実現する場合には、コンバータ制御部８及びインバータ制御部９のプログラムを、共通のＣＰＵによって実行されるようにしてもよく、コンバータ制御部８及びインバータ制御部９に対応付けて設けたＣＰＵによって実行されるようにしてもよい。

　また、制御装置１０は、シーケンサ（ＰＬＣ（programmable logic controller）と呼ぶ。）によって実現されてもよい。コンバータ制御部８及びインバータ制御部９は、共通するＰＬＣのプログラムの一部として実現されてもよいし、別のＰＬＣによって実現されてもよい。このＰＬＣは、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などの半導体装置、又は複数の半導体装置の組み合わせによって形成されていてもよい。

　ところで、負荷６のトルクの変動によって、モータ５の駆動状態に影響することがある。このような負荷６のトルクの変動に起因する影響を軽減可能な事例について説明する。
　図２は、実施形態のコンバータ２における電流制御について説明するための図である。
　この図２に示す直流電圧制御器８２は、比例演算ブロック８２１と、積分演算ブロック８２２と、加算器８２３とを備える。

　比例演算ブロック８２１は、供給される電圧偏差ΔＶｄｃに所定の比例演算ゲイン（比例Ｇ）を乗じて、直流電流基準の比例演算成分を出力する。

　積分演算ブロック８２２は、供給される電圧偏差ΔＶｄｃに所定の積分演算ゲイン（積分Ｇ）を乗じて、これを積分した結果を出力する。

　例えば、積分演算ブロック８２２は、乗算器８２２１と、積分器８２２２とを備える。乗算器８２２１は、供給される電圧偏差ΔＶｄｃに所定の積分演算ゲインを乗じて出力する。積分器８２２２は、電圧偏差ΔＶｄｃに所定の積分演算ゲインを乗じて出力された結果を積分する。積分器８２２２は、例えば、数値積分演算を実施して、その数値積分演算の結果は、所定時間保持される。その結果、積分演算ブロック８２２は、電圧偏差ΔＶｄｃに所定の積分演算ゲインを乗じて出力された結果の積分値を得る。この積分値は、直流電流基準の積分演算成分になる。
　なお、実施形態の積分器８２２２は、外部からの制御により、例えばクリア信号の供給を受けて、その積分値をクリアして０にするように形成されている。

　より具体的に一例を示して、その積分値をクリアする一手法について説明する。
　積分器８２２２に、出力振幅の変動を許容する範囲を設定する。出力振幅の変動を許容する範囲は、外部からの制御によって変更可能にする。
　例えば、積分器８２２２は、その範囲の下限値から上限値までに収まる出力信号をそのまま出力し、その範囲を超える出力信号をその下限値又は上限値に制限して出力する。さらに、その範囲の上限値と下限値の何れかを一次的に０に変更することで、その変更に伴って積分値が強制的に０に制限できる。この仕組みを利用して、積分器８２２２は、積分値を０に設定するとよい。例えば、積分値が負であるときに、出力振幅の変動を許容する範囲の下限値が０に変更された場合に、積分器８２２２は、積分値を０に設定する。なお、積分値が正であるときに、上記のように出力振幅の変動を許容する範囲の下限値を０に変更されたとしても、これによって積分器８２２２の動作に影響はない。出力振幅の変動を許容する範囲の上限値を０に変更する場合も同様である。これによれば、電圧偏差ΔＶｄｃと積分値（積分項）の極性により積分器８２２２をクリアする。これによって、クリア時の積分器８２２２の応答を、クリア機能を有していない積分器の応答よりも早くした。

　上記のように、積分器８２２２に出力振幅の変動を許容する範囲の上限値と下限値を、所定の期間継続して０に設定することで、上限値と下限値の何れかが０に設定されている期間に、この制限値を超えるような異常動作が生じても、この影響を抑制できる。
　なお、積分器８２２２が積分値をクリアする手法は、この手法に制限されることはなく、適当な手法を選択できる。例えば、積分値を示す変数の値を直接０に変えてもよい。

　加算器８２３は、直流電流基準の比例演算成分と直流電流基準の積分演算成分とを加算して、直流リンクの直流電圧制御のための直流電流基準を算出する。

　このような直流電圧制御器８２は、出力信号の状態を監視するモニタや、出力信号の安定性を確保するためのリミッタ（アンチオーバシュート機能）を備えていてもよい。これらは、過大な出力信号、出力信号の不安定な状態を検出又は抑制するものであり、本実施形態で許容される出力信号は、比較的小さな振幅になることから、平時の状態にあれば異常状態とは判定されないことが多い。

　安定化制御器８４は、判別器８４１と、制限値制御信号生成器８４２とを備える。
　判別器８４１は、供給される直流電圧偏差ΔＶｄｃの大きさを判定して、その判定結果を論理値で出力する。
　例えば、判別器８４１は、直流電圧偏差ΔＶｄｃの値が、正の値の閾値Ｖ_ＴＨＰよりも大きい場合に「１」を出力し、直流電圧偏差ΔＶｄｃの値が、負の値の閾値Ｖ_ＴＨＮよりも小さい場合に「－１」を出力し、上記以外の場合に「０」を出力する。

　上記の閾値Ｖ_ＴＨＰと閾値Ｖ_ＴＨＮは、０又は０近傍の値に予め定められている。例えば、閾値Ｖ_ＴＨＰを「＋１％」に、閾値Ｖ_ＴＨＮを「－１％」にするとよい。

　制限値制御信号生成器８４２は、判別器８４１の出力の変化を検出して、制限値制御信号を生成する。制限値制御信号生成器８４２は、積分器８２２２の積分出力の値の極性を判別して、その結果に基づいて、制限値制御信号の出力を制限することがある。

　例えば、制限値制御信号生成器８４２は、直流電圧偏差ΔＶｄｃの値が、正の値の閾値Ｖ_ＴＨＰよりも大きく、かつ積分出力の値が負の場合に「１」を出力し、直流電圧偏差ΔＶｄｃの値が、負の値の閾値Ｖ_ＴＨＮよりも小さく、かつ積分出力の値が正の場合に「－１」を出力し、上記以外の場合に「０」を出力する。

　積分演算ブロック８２２は、積分ゲイン（積分Ｇ）と積和演算とによって定まる所定の積分特性を有する。積分演算ブロック８２２は、直流電圧制御に係る直流電圧偏差ΔＶｄｃに対する積分演算を実施する。直流電圧偏差ΔＶｄｃの関係を式（１）に示す。

ΔＶｄｃ＝（積分Ｇ）ｘ(Ｖｄｃ^＊－ＶｄｃＦＢＫ)　　　（１）

　なお、実施形態の積分器８２２２は、判別器８４１の判別結果に基づいて下記の初期化制御を実施する。
　積分器８２２２は、上記の判別器８４１からの出力（極性判別という）が、「０」から「１」に、又は「０」から「－１」に、変化したことを検出して、その検出に応じて、保持していた積分結果の値を「０」にする。

　このように、安定化制御器８４は、直流電圧偏差ΔＶｄｃの大きさと、積分演算の結果とに係る所定の条件が満たされた場合に、その積分演算の結果を、積分演算の結果の絶対値よりも小さな値の「０」に変更する。

　図３から図６を参照して、実施形態の制御装置１０による制御について説明する。
　図３と図４は、実施形態の制御装置１０による制御の概要を説明化するための図である。
　図３と図４に示すタイミングチャートには、それぞれの上段側から、直流電圧基準Ｖｄｃ^＊、直流電圧フィードバックＶｄｃＦＢＫ、直流電圧偏差ΔＶｄｃ、負荷率、極性判別結果、及び積分器出力が、それぞれ示されている。

　この実施形態では、直流電圧基準Ｖｄｃ^＊の定格を１００％で示す。例えば直流電圧基準Ｖｄｃ^＊の変動範囲を０から１００％までの間の値にする。直流電圧フィードバックＶｄｃＦＢＫの定格を１００％で示す。直流電圧フィードバックＶｄｃＦＢＫの値は、安全性・品質維持に支障がない範囲で定格を超えた値をとることがある。直流電圧偏差ΔＶｄｃは、上述の直流電圧基準Ｖｄｃ^＊から直流電圧フィードバックＶｄｃＦＢＫを減算して得られた値を示す。負荷率の定格を１００％で示す。例えば負荷率の変動範囲を０から１００％までの間の値にする。極性判別結果は、直流電圧偏差ΔＶｄｃと積分器出力に対して所定の判定基準に基づいた判定の結果を、－１、０、＋１の３値で示す。積分器出力は、積分器８２２２による積分演算の結果を示す。

　この図３と図４に示す波形は、動作の説明を簡略化するために、モデル化した一例を示す。実際の波形は、後述するように、より複雑な波形になる。

　なお極性判別の判定に用いる閾値について、正の値の第１閾値Ｖ_ＴＨＰを１％とし、負の値の第２閾値Ｖ_ＴＨＮを－１％にする。この閾値は、一例であり、これに制限されず、適宜変更してよい。

　このタイミングチャートの起点にあたる初期段階では、直流電圧基準Ｖｄｃ^＊を０％にして、モータ５を停止状態にするように制御している。負荷率も直流電圧フィードバックＶｄｃＦＢＫの値もそれぞれ０％であり、回生電力が生じない状態にあることがわかる。つまり、モータ５は停止しているとみなせる。この状態の直流電圧偏差ΔＶｄｃが０％であるから、積分器出力も０になっている。

　まず、図３に示す第１事象と、これに対する応答動作について説明する。第１事象には、負荷率が急に増加する過程が含まれている。

　時刻ｔ１１に、直流電圧基準Ｖｄｃ^＊を０％から１００％に立ち上げて、モータ５を起動させて定格運転にすることを指令する。この場合の負荷率を１００％とする。これに応じて、直流電圧フィードバックＶｄｃＦＢＫの値が１０１％になっている。この状態の直流電圧偏差ΔＶｄｃが－１％であり、積分器出力が負の値をとって、その絶対値が徐々に増加する。つまり、積分器出力の減少が続く。

　なお、この段階の極性判別は、下記の状況にあることから０に維持される。
　積分演算の結果（積分出力）の値が負であるが、直流電圧偏差ΔＶｄｃの値が正の値の第１閾値Ｖ_ＴＨＰよりも大きくはないため、極性判別が０になっている。

　時刻ｔ１２に、負荷が変動して負荷率が２００％にステップ状に急に増加する。直流電圧基準Ｖｄｃ^＊は１００％に維持されているが、直流電圧フィードバックＶｄｃＦＢＫの値が９８％に低下する。その結果、この状態の直流電圧偏差ΔＶｄｃが２％に増加する。

　なお、この段階の極性判別は、下記の状況にあることから＋１になる。
　負荷率が急に変化するときまでの積分演算の結果（積分出力）の値が負であって、直流電圧偏差ΔＶｄｃの値が正の値の第１閾値Ｖ_ＴＨＰよりも大きくなったため、安定化制御器８４は、極性判別を＋１にする。
　これに応じて、積分器８２２２によって積分器出力がクリアされる。その後、積分器８２２２による積分が再開されて積分器出力が正の値をとり、その絶対値が徐々に増加する。上記のクリアの後、上記の通り積分出力の値が正になるが、直流電圧偏差ΔＶｄｃの値が負の値の第２閾値Ｖ_ＴＨＮよりも小さくはないため、積分器出力が続けてクリアされることはない。

　その後、負荷率が２００％に維持されているが、積分出力の絶対値の増加に伴って、補償量が増加することで、直流電圧フィードバックＶｄｃＦＢＫの値が９８％から１００％に向かって徐々に増加する。これに伴い、直流電圧偏差ΔＶｄｃが２％から０％に向かって徐々に減少する。

　時刻ｔ１３になると、直流電圧偏差ΔＶｄｃが、正の値の第１閾値Ｖ_ＴＨＰよりも小さくなったため、安定化制御器８４は、極性判別を０にする。その後も、直流電圧偏差ΔＶｄｃの減少の傾向が続く。直流電圧偏差ΔＶｄｃの値が小さくなるにつれて、その積分演算の結果である積分出力の値の変化が少なくなる。

　このように、電力変換装置１００の制御装置１０は、時刻ｔ１２に生じた負荷の急な増加に対して、電力変換装置１００を異常停止させるような状態を避けつつ、その急な増加に対する応答が可能になる。

　次に、図４に示す第２事象と、これに対する応答動作について説明する。第２事象には、負荷率が急に減少する過程が含まれている。
　時刻ｔ２１に、直流電圧基準Ｖｄｃ^＊を０％から１００％に立ち上げて、モータ５を起動させて定格運転にすることを指令する。この場合の負荷率を１００％とする。これに応じて、直流電圧フィードバックＶｄｃＦＢＫの値が９９％になっている。この状態の直流電圧偏差ΔＶｄｃが１％であり、積分器出力が正の値をとって、その絶対値が徐々に増加する。つまり、積分器出力の増加が続く。

　なお、この段階の極性判別は、下記の状況にあることから０に維持される。
　積分演算の結果（積分出力）の値が正であるが、直流電圧偏差ΔＶｄｃの値が正の値の第１閾値Ｖ_ＴＨＰよりも大きくはないため、極性判別が０になっている。

　時刻ｔ２２に、負荷が変動して負荷率が５０％にステップ状に急に減少する。直流電圧基準Ｖｄｃ^＊は１００％に維持されているが、直流電圧フィードバックＶｄｃＦＢＫの値が１０２％に増加する。その結果、この状態の直流電圧偏差ΔＶｄｃが－２％まで低下する。

　なお、この段階の極性判別は、下記の状況にあることから－１になる。
　負荷率が急に変化するときまでの積分演算の結果（積分出力）の値が負であって、直流電圧偏差ΔＶｄｃの値が負の値の第２閾値Ｖ_ＴＨＮよりも低下したため、安定化制御器８４は、極性判別を－１にする。
　これに応じて、積分器８２２２によって積分器出力がクリアされる。その後、積分器８２２２による積分が再開されて積分器出力が負の値をとり、その絶対値が徐々に増加する。上記のクリアの後、上記の通り積分出力の値が負になるが、直流電圧偏差ΔＶｄｃの値が負の値の第２閾値Ｖ_ＴＨＮよりも小さくはないため、積分器出力が続けてクリアされることはない。

　その後、負荷率が５０％に維持されているが、積分出力の絶対値の増加に伴って、補償量が増加することで、直流電圧フィードバックＶｄｃＦＢＫの値が１０２％から１００％に向かって徐々に減少する。これに伴い、直流電圧偏差ΔＶｄｃが－２％から０％に向かって徐々に増加する。

　時刻ｔ２３になると、直流電圧偏差ΔＶｄｃが、負の値の第２閾値Ｖ_ＴＨＮよりも大きくなったため、安定化制御器８４は、極性判別を０にする。その後も、直流電圧偏差ΔＶｄｃの増加の傾向が続く。直流電圧偏差ΔＶｄｃの絶対値が小さくなるにつれて、その積分演算の結果である積分出力の値の変化が少なくなる。

　このように、電力変換装置１００の制御装置１０は、時刻ｔ２２に生じた負荷の急な減少に対して、電力変換装置１００を異常停止させるような状態を避けつつ、その急な減少に対する応答が可能になる。

　図５と図６は、実施形態のより具体的な事例を説明するための図である。
　図５は、図３の時刻ｔ１２付近の動作をより具体的に説明するための図である。図６は、図４の時刻ｔ２２付近の動作をより具体的に説明するための図である。

　図５と図６に示すタイミングチャートには、それぞれの上段側から、直流電圧基準Ｖｄｃ^＊、直流電圧フィードバックＶｄｃＦＢＫ、極性判別、積分器出力（ＡＶＲ＿ＩＮＴ）、ＰＩ出力（ＡＶＲ＿ＰＩＯＵＴ）、ｑ軸電流基準Ｉｑ＊及び補償量調整信号（Ｉｑ＿ＦＦ^＊）が、それぞれ示されている。

　図５に示された波形と、図３に示された波形との間の相違点は、図３の波形がモデル化によって模擬されたものであるのに対し、図５の波形は、実動作中に観測されたものであることである。
　実動作の場合には、各信号にステップ状の状態変化を起こすことが難しく、そのため、波形の立ち上がりが緩やかになっている。この影響で、直流電圧フィードバックＶｄｃＦＢＫが図３の波形に比べて緩やかに変化することが読み取れる。
　また、直流電圧フィードバックＶｄｃＦＢＫが図３の波形に比べて緩やかに変化することにより、図示されない直流電圧偏差ΔＶｄｃの値が逐次変化する。これにより、積分器出力（ＡＶＲ＿ＩＮＴ）の波形が直線ではなく曲線状に変化する。
　ＰＩ出力（ＡＶＲ＿ＰＩＯＵＴ）とｑ軸電流基準Ｉｑ＊とには、直流電圧フィードバックＶｄｃＦＢＫに重畳されていた比較的周波数の高い成分に対応する変動が重畳されている。
　なお、補償量調整信号（Ｉｑ＿ＦＦ^＊）は、固定値の１である。補償量の大きさを調整可能に構成した場合に、この値をすることにより補償量の大きさを調整できる。

　上記のように、波形の細部の違いがみられるが、図３と図４を用いて説明した基本動作を、この図５と図６によって確認できる。

　上記の実施形態の制御装置１０は、交流電力を直流電力に変換するコンバータ２と、直流電力を交流電力に変換するインバータ４とを組み合わせた電力変換装置１００の制御装置である。制御装置１０は、直流電圧制御器８２と、パワー補償演算器９３と、電流制御器８５と、安定化制御器８４と、を備える。前記直流電圧制御器は、コンバータ２の直流側の直流電圧に係る直流電圧検出値ＶｄｃＦＢＫと直流側の直流電圧基準Ｖｄｃ^＊との偏差である直流電圧偏差ΔＶｄｃに対し比例演算及び積分演算を行って、その比例演算及び前記積分演算の結果を用いて出力値を生成する。パワー補償演算器９３は、インバータ４の要求出力値を用いて直流電圧の変動を抑制させるための補償量を調整する。電流制御器８５は、生成された出力値と調整された補償量とに基づいた演算結果を用いてコンバータ２の変換量を制御する。安定化制御器８４は、直流電圧偏差ΔＶｄｃの大きさと、積分演算の結果とに係る所定の条件が満たされた場合に、積分演算の結果を、積分演算の結果の絶対値よりも小さな値の０に変更する。これにより、コンバータとインバータとを組み合わせた電力変換装置の直流電圧をより安定させることができる。

　本実施形態によれば、衝撃荷重（impact load）が負荷に掛った場合であっても、その影響で直流電圧Ｖｄｃが急に変動することがなく、コンバータ制御部８の挙動が不安定になることを抑制することができる。これにより、直流電圧の変動を低減したり、制御装置１０の応答を早めたりすることができる。
　比較例な場合、直流電圧Ｖｄｃが急に変動すると、モータ５の制御が不安定になった状態が継続したり、駆動が停止したりすることがあった。
　これに対して、制御装置１０は、直流電圧Ｖｄｃが急に変動しても、モータ５の制御が不安定になったり、駆動が停止したりすることを軽減できる。

　なお、上記の所定の条件として、直流電圧偏差ΔＶｄｃの絶対値が正の値の第１閾値Ｖ_ＴＨＰよりも大きく、直流電圧偏差ΔＶｄｃの移動平均の結果の符号が所定の期間を超えて同じ符号であることを含むこととしてもよい。

（第２の実施形態）
　第１の実施形態において、典型的な制御の一例として、判別器８４１の判別結果に基づいて保持していた積分結果の値を「０」にする初期化制御を実施する事例について説明した。本実施形態では、積分値の初期化制御により設定する値を、「０」に代えて「０」以外の小さな値にした事例について説明する。

　例えば、積分値の初期化制御により設定する値を、その時点の積分演算の結果の絶対値よりも小さな値（初期値δと呼ぶ。）にする。この初期値δは、「０」以外の値である。

　この場合、積分器８２２２は、上記の判別器８４１からの出力（極性判別）が、「０」から「１」に、又は「０」から「－１」に、変化したことを検出して、その検出に応じて、保持していた積分結果の値を初期値δにする。

　その結果、積分器８２２２は、初期値δに直流電圧偏差ΔＶｄｃを積算することになる。
　これにより、安定化制御器８４は、直流電圧偏差ΔＶｄｃの大きさと、積分演算の結果とに係る所定の条件が満たされた場合に、その積分演算の結果を、積分演算の結果の絶対値よりも小さな値の初期値δに変更できる。

　安定化制御器８４は、積分演算の結果の絶対値よりも小さな値として０近傍の値を用いて、上記と同様の所定の条件が満たされた場合に、積分演算の結果を０近傍の値に設定して、その設定の値を用いて積分演算を継続させるとよい。
　これにより、本実施形態の場合も、第１の実施形態と同様の効果を奏する。

　以上に説明した少なくとも一つの実施形態によれば、制御装置は、交流電力を直流電力に変換するコンバータと、直流電力を交流電力に変換するインバータとを組み合わせた電力変換装置の制御装置である。前記制御装置は、直流電圧制御器と、補償演算器と、制御器と、安定化制御器と、を備える。前記直流電圧制御器は、前記コンバータの直流側の直流電圧に係る直流電圧検出値と前記直流側の直流電圧基準との偏差である直流電圧偏差に対し比例演算及び積分演算を行って、前記比例演算及び前記積分演算の結果を用いて出力値を生成する。前記補償演算器は、前記インバータの要求出力値を用いて前記直流電圧の変動を抑制させるための補償量を調整する。前記制御部は、前記生成された出力値と前記調整された補償量とに基づいた演算結果を用いて前記コンバータの変換量を制御する。前記安定化制御器は、前記直流電圧偏差の大きさと、前記積分演算の結果とに係る所定の条件が満たされた場合に、前記積分演算の結果を、前記積分演算の結果の絶対値よりも小さな値に変更する。これにより、コンバータとインバータとを組み合わせた電力変換装置の直流電圧をより安定させることができる。

　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、その他のさまざま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。

（付記）
［１］上記実施形態の一態様は、交流電力を直流電力に変換するコンバータと、直流電力を交流電力に変換するインバータとを組み合わせた電力変換装置の制御装置である。
　この制御装置は、
　前記コンバータの直流側の直流電圧に係る直流電圧検出値と前記直流側の直流電圧基準との偏差である直流電圧偏差に対し比例演算及び積分演算を行って、前記比例演算及び前記積分演算の結果を用いて出力値を生成する直流電圧制御器と、
　前記インバータの要求出力値を用いて前記直流電圧の変動を抑制させるための補償量を調整する補償演算器と、
　前記生成された出力値と前記調整された補償量とに基づいた演算結果を用いて前記コンバータの変換量を制御する制御器と、
　前記直流電圧偏差の大きさと前記積分演算の結果とに係る所定の条件が満たされた場合に、前記積分演算の結果を、前記積分演算の結果の絶対値よりも小さな値に変更する安定化制御器と、を備えるものである。
［２］上記［１］に記載の制御装置において、前記安定化制御器は、
　前記積分演算の結果の絶対値よりも小さな値として０又は０近傍の値を用いて、前記所定の条件が満たされた場合に、前記積分演算の結果を前記０又は０近傍の値に設定して、その設定の値を用いて前記積分演算を継続するとよい。
［３］上記［１］又は［２］に記載の制御装置において、前記直流電圧制御器は、
　前記直流電圧検出値から前記直流側の直流電圧基準を減算して得られる前記偏差を積分する。この場合に、前記積分演算の結果の符号は、前記偏差の平均値の符号と正負が一致するとよい。
［４］上記［３］に記載の制御装置において、前記所定の条件として、
　前記直流電圧偏差ΔＶｄｃの値が正の値の第１閾値Ｖ_ＴＨＰよりも大きく、かつ前記積分演算の結果の値が負であることと、
　前記直流電圧偏差ΔＶｄｃの値が負の値の第２閾値Ｖ_ＴＨＮよりも小さく、かつ前記積分演算の結果の値が正であることとの内の何れかを満たすことを含むとよい。
［５］上記［３］に記載の制御装置において、前記所定の条件として、
　前記直流電圧偏差ΔＶｄｃの絶対値が正の値の第１閾値Ｖ_ＴＨＰよりも大きく、前記直流電圧偏差ΔＶｄｃの移動平均の結果の符号が所定の期間を超えて同じ符号であることを含むとよい。

１００…電力変換装置、
２…コンバータ、
３、３Ａ、３Ｂ…平滑コンデンサ、
４…インバータ、
５…モータ、
６…負荷、
７…直流電圧検出器、
８…コンバータ制御部、
９…インバータ制御部、
１０…制御装置、
８１…減算器、
８２…直流電圧制御器、
８２１…比例演算ブロック、
８２２…積分演算ブロック、
８３、８２３…加算器、
８４…安定化制御器、
８５…電流制御器（制御器）
８４１…判別器、
８４２…制限値制御信号生成器、
９３…パワー補償演算器（補償演算器）

Claims

　交流電力を直流電力に変換するコンバータと、直流電力を交流電力に変換するインバータとを組み合わせた電力変換装置の制御装置であって、
　前記コンバータの直流側の直流電圧に係る直流電圧検出値と前記直流側の直流電圧基準との偏差である直流電圧偏差に対し比例演算及び積分演算を行って、前記比例演算及び前記積分演算の結果を用いて出力値を生成する直流電圧制御器と、
　前記インバータの要求出力値を用いて前記直流電圧の変動を抑制させるための補償量を調整する補償演算器と、
　前記生成された出力値と前記調整された補償量とに基づいた演算結果を用いて前記コンバータの変換量を制御する制御器と、
　前記直流電圧偏差の大きさと前記積分演算の結果とに係る所定の条件が満たされた場合に、前記積分演算の結果を、前記積分演算の結果の絶対値よりも小さな値に変更する安定化制御器と、
　を備える制御装置。
　前記安定化制御器は、
　前記積分演算の結果の絶対値よりも小さな値として０又は０近傍の値を用いて、前記所定の条件が満たされた場合に、前記積分演算の結果を前記０又は０近傍の値に設定して、その設定の値を用いて前記積分演算を継続する、
　請求項１に記載の制御装置。
　前記直流電圧制御器は、
　前記直流電圧検出値から前記直流側の直流電圧基準を減算して得られる前記偏差を積分して、
　前記積分演算の結果の符号は、前記偏差の平均値の符号と正負が一致する、
　請求項１に記載の制御装置。
　前記所定の条件として、
　前記直流電圧偏差ΔＶｄｃの値が正の値の第１閾値Ｖ_ＴＨＰよりも大きく、かつ前記積分演算の結果の値が負であることと、
　前記直流電圧偏差ΔＶｄｃの値が負の値の第２閾値Ｖ_ＴＨＮよりも小さく、かつ前記積分演算の結果の値が正であることとの内の何れかを満たすことを含む、
　請求項３に記載の制御装置。
　前記所定の条件として、
　前記直流電圧偏差ΔＶｄｃの絶対値が正の値の第１閾値Ｖ_ＴＨＰよりも大きく、前記直流電圧偏差ΔＶｄｃの移動平均の結果の符号が所定の期間を超えて同じ符号であることを含む、
　請求項３に記載の制御装置。
　交流電力を直流電力に変換するコンバータと、直流電力を交流電力に変換するインバータとの組みを備える電力変換装置であって、
　前記コンバータの直流側の直流電圧に係る直流電圧検出値と前記直流側の直流電圧基準との偏差である直流電圧偏差に対し比例演算及び積分演算を行って、前記比例演算及び前記積分演算の結果を用いて出力値を生成する直流電圧制御器と、
　前記インバータの要求出力値を用いて前記直流電圧の変動を抑制させるための補償量を調整する補償演算器と、
　前記生成された出力値と前記調整された補償量とに基づいた演算結果を用いて前記コンバータの変換量を制御する制御器と、
　前記直流電圧偏差の大きさと前記積分演算の結果とに係る所定の条件が満たされた場合に、前記積分演算の結果を、前記積分演算の結果の絶対値よりも小さな値に変更する安定化制御器と、
　を備える電力変換装置。
　交流電力を直流電力に変換するコンバータと、直流電力を交流電力に変換するインバータとの組みを備える電力変換装置の制御方法であって、
　前記コンバータの直流側の直流電圧に係る直流電圧検出値と前記直流側の直流電圧基準との偏差である直流電圧偏差に対し比例演算及び積分演算を行って、前記比例演算及び前記積分演算の結果を用いて出力値を生成し、
　前記インバータの要求出力値を用いて前記直流電圧の変動を抑制させるための補償量を調整し、
　前記生成された出力値と前記調整された補償量とに基づいた演算結果を用いて前記コンバータの変換量を制御する過程と、
　前記直流電圧偏差の大きさと前記積分演算の結果とに係る所定の条件が満たされた場合に、前記積分演算の結果を、前記積分演算の結果の絶対値よりも小さな値に変更する過程と、
　を含む制御方法。
　前記積分演算の結果の絶対値よりも小さな値として０又は０近傍の値を用いて、前記所定の条件が満たされた場合に、前記積分演算の結果を前記０又は０近傍の値に設定して、その設定の値を用いて前記積分演算を継続する過程、
　を含む請求項７に記載の制御方法。
　前記直流電圧検出値から前記直流側の直流電圧基準を減算して得られる前記偏差を積分する過程を含み、
　前記積分演算の結果の符号は、前記偏差の平均値の符号と正負が一致する、
　請求項８に記載の制御方法。
　前記所定の条件として、
　前記直流電圧偏差ΔＶｄｃの値が正の値の第１閾値Ｖ_ＴＨＰよりも大きく、かつ前記積分演算の結果の値が負であることと、
　前記直流電圧偏差ΔＶｄｃの値が負の値の第２閾値Ｖ_ＴＨＮよりも小さく、かつ前記積分演算の結果の値が正であることとの内の何れかを満たすことを含む、
　請求項９に記載の制御方法。