CN114499223A - 电力转换装置、电力转换控制方法以及计算机可读记录介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供电力转换装置、电力转换控制方法以及计算机可读记录介质，抑制转换器输出的直流电压的变动。电力转换装置具备转换器，将交流电压转换为直流电压；平滑电容器，抑制直流电压的变动；以及逆变器，将平滑电容器中充电的直流电压转换为交流电力，并且还具备：直流电压检测器，检测直流电压；电流检测器，检测交流电源侧电流；直流电压控制器，生成转换器输入电流指令使得直流电压与直流电压指令值；转换器输出电流控制器，控制转换器交流电压使得交流电源侧电流与生成的转换器输入电流指令一致；加法器，将转换器侧功率补偿值与转换器输入电流指令相加。

Description

电力转换装置、电力转换控制方法以及计算机可读记录介质

技术领域

本发明涉及具备转换器和逆变器的电力转换装置，特别是涉及能够抑制与急剧的负载变化相伴随的转换器直流电压变动的电力转换装置、电力转换控制方法以及电力转换控制程序。

背景技术

已知有将交流电源的电力转换为可变电压可变频率的电力的电力转换装置。这些电力转换装置的主电路构成为具备将交流电压转换为直流电压的转换器、具备大电容平滑电容器的直流电路以及将直流电转换为交流电的逆变器。特别是平滑电容器在整个电力转换装置中所占的体积比例大，其小型化对于电力转换装置的紧凑化是不可或缺的。

平滑电容器的功能之一是抑制由转换器与逆变器之间的电力授受不一致导致的直流电压变动。因此，如果能够另外降低直流电压变动，则能够降低电容器电容，能够实现紧凑化。例如，在专利文献1、2中公开了以下的技术。

(1)根据将直流电压控制为预定值的直流电压控制器的输出值，控制转换器的输出电流，将直流电压控制为恒定(参照专利文献1)。

(2)向转换器传递与逆变器侧的负载(功率)变化对应的信号，使用所传递的信号来控制转换器的电流(参照专利文献2)。

在专利文献2中公开了如下技术：将与逆变器侧的负载(功率)变化对应的信号传递至转换器，使用所传递的信号来控制转换器的输出电流。然而，在专利文献2所记载的技术中，需要在转换器和逆变器之间收发电流指令的传递电路。在这些传递电路中使用配线、信号的发送接收电路，因此需要向电力转换装置追加部件。

特别是在适用于钢铁轧制设备的电力转换装置中，也存在通过1台转换器对多台逆变器施加直流电压的情况。在该情况下，用于连接转换器与逆变器的传递电路的数量需要为与1台转换器连接的逆变器的台数。

另外，由于使用传递电路，在发送接收电流指令信号时产生传送延迟，因此转换器接收的电流指令信号相对于逆变器发送的电流指令信号延迟。在该情况下，转换器使用延迟的接收信号来控制电流，因此产生转换器与逆变器之间的电力授受的不一致，其结果是输出直流电压发生变动。

专利文献1：日本特开昭61-109491号公报

专利文献2：日本特开平3-245793号公报

发明内容

本发明是鉴于上述情况而作出的，其目的在于提供一种能够抑制转换器输出的直流电压的变动的电力转换装置、电力转换控制方法以及电力转换控制程序。

本发明的电力转换装置(100)具备：将交流电压(Vs)转换为直流电压(Vdc)的转换器(转换器电力转换部21)；用于抑制所述直流电压的变动的平滑电容器(22、23、32、33)以及将该平滑电容器中充电的所述直流电压变换为交流电力的逆变器(31)，电力转换装置(100)具备：直流电压检测器(25、26)，其检测所述平滑电容器的电位差；电流检测器(7)，其检测所述转换器的交流电源侧电流(I_c)；直流电压控制器(52)，其生成转换器输入电流指令(AVROUT)，使得所述直流电压检测器(25、26)的直流电压检测信号(Vdc)与所述转换器的直流电压指令值(Vref)一致；转换器输出电流控制器(电流控制器53)，其对转换器输出的直流电压(Vdc)进行控制，使得所述转换器的交流电源侧电流(I_c)与所生成的转换器输入电流指令(AVROUT)一致；转换器侧直流功率电流运算部(73)，其根据所述转换器的交流电源侧电流(I_c)来运算转换器侧直流功率电流推定值(Idch_c)；变动功率电流运算部(74)，其根据所述转换器的直流电压检测信号(Vdc)来运算变动功率电流推定值(ΔIdch)；转换器侧功率补偿换算部(75)，其对所述转换器侧直流功率电流推定值(Idch_c)减去所述变动功率电流推定值(ΔIdch)而得到的逆变器侧直流功率电流推定值(Idch_i)乘以逆换算增益(1/Kdc)来生成转换器侧功率补偿值(POBSOUT)；以及加法运算器(56)，其对所述转换器输入电流指令(AVROUT)加上所述转换器侧功率补偿值(POBSOUT)。另外，括号内的附图标记或文字是在实施方式中标注的附图标记等，并非限定本发明。

根据本发明，能够抑制转换器所输出的直流电压的变动。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式的电力转换装置的整体结构图。

图2用框图表示了本发明第一实施方式的转换器单元以及控制电路。

图3是作为本发明第一比较例的电力转换装置的整体结构图。

图4是作为本发明第二比较例的电力转换装置的整体结构图。

图5用框图来表示本发明第二实施方式的转换器单元以及控制电路。

图6是本发明第三实施方式的电力转换装置的整体结构图。

图7用框图表示了本发明第三实施方式的转换器单元以及控制电路。

图8表示启动转换器时的直流电压波形的时间经过。

图9是本发明第四实施方式的电力转换装置的整体结构图。

图10用框图表示了本发明第四实施方式的转换器单元以及控制电路。

具体实施方式

以下，使用附图等对本发明的实施方式进行说明。以下的实施方式表示本申请发明的内容的具体例，本申请发明并不限于这些实施例，在本说明书所公开的技术思想的范围内，本领域技术人员能够进行各种变更及修正。

图1是本发明第一实施方式的电力转换装置的整体结构图。

电力转换装置100具备：转换器单元2，其将来自电压Vs的交流电源1的交流电力(三相交流电力)转换为直流电力；逆变器单元3，其将转换器单元2输出的直流电力转换为期望的交流电力；电动机4，其由逆变器单元3输出的交流电力来驱动；转换器控制装置5a，其控制转换器单元2；以及逆变器控制装置6，其控制逆变器单元3。

转换器单元2是所谓的3电平转换器，其将来自交流电源1的交流电力转换为正的电位(第一电位)电平、中性点(零)电位(第二电位)电平和负的电位(第三电位)电平的直流电力。逆变器单元3是所谓的3电平逆变器，其将正的电位(第一电位)电平、中性点(零)电位(第二电位)电平和负的电位(第三电位)电平的直流电力转换为向电动机4供给的交流电力。转换器单元2与逆变器单元3的正电位电平通过P配线40连接，中性点电位电平通过C配线41连接，负电位电平通过N配线42连接。

转换器单元2具备转换器电力转换部21、用于抑制直流电压变动的转换器P侧平滑电容器22和转换器N侧平滑电容器23的串联电路、用于测定转换器P侧平滑电容器22的端子间电压的转换器P侧直流电压检测器25以及用于测定转换器N侧平滑电容器23的端子间电压的转换器N侧直流电压检测器26。转换器P侧平滑电容器22和转换器N侧平滑电容器23为相同电容，但也可以不是相同电容。

转换器电力转换部21构成为对于每一相具备4个IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor：绝缘栅双极晶体管)即晶体管T1、T2、T3、T4、4个续流二极管D1、D2、D3、D4以及2个二极管D5、D6。交流电源1的各相与晶体管T2的发射极和晶体管T3的集电极连接。将晶体管T2的集电极、晶体管T1的发射极以及二极管D5的阴极连接，将晶体管T3的发射极、晶体管T4的集电极和二极管D6的阳极连接。在二极管D5的阳极与二极管D6的阴极的连接点与晶体管T1的集电极之间产生直流电压，在二极管D5的阳极与二极管D6的阴极的连接点与晶体管T4的发射极之间产生直流电压。

转换器P侧平滑电容器22连接在二极管D5的阳极与二极管D6的阴极的连接点与晶体管T1的集电极之间。转换器N侧平滑电容器23连接在二极管D5的阳极与二极管D6的阴极的连接点与晶体管T4的发射极之间。转换器P侧直流电压检测器25测定转换器P侧平滑电容器22的端子间电压。转换器N侧直流电压检测器26测定转换器N侧平滑电容器23的端子间电压。PN直流电压信号Vdc是转换器P侧平滑电容器22的端子间电压与转换器N侧平滑电容器23的端子间电压之和的信号。

与转换器单元2同样地，逆变器单元3具备逆变器电力转换部31、逆变器P侧平滑电容器32和逆变器N侧平滑电容器33。在此，逆变器P侧平滑电容器32与转换器P侧平滑电容器22并联连接，逆变器N侧平滑电容器33与转换器N侧平滑电容器23并联连接。

转换器控制装置5a由CPU(Central Processing Unit中央处理单元)及存储部(未图示)构成，通过执行存储部中存储的程序来实现以下功能。转换器控制装置5a对转换器电力转换部21进行控制，以使转换后的直流电力成为所希望的值。逆变器控制装置6控制逆变器电力转换部31，以使电动机4的输出转矩和速度满足期望的特性。

在此，本实施方式的电力转换装置的动作中有动力运行和再生这2种模式。动力运行模式例如是指使电动机加速或施加负载的动作模式，逆变器控制装置6进行动作使得从直流电路的平滑电容器引出电动机4所需的动力运行电力。此时，直流电压降低，因此转换器控制装置5a为了将直流电压保持为恒定，以将来自交流电源1的交流电力取入到直流电路侧的方式进行动作。另一方面，再生模式例如是指使电动机减速或者逆向施加负载的动作模式，逆变器控制装置6进行动作以使电动机4中产生的再生电力返回到直流电路的平滑电容器。此时，直流电压上升，因此转换器控制装置5a为了将直流电压保持为恒定，以从直流电路向交流电源1返回电力的方式进行动作。

电力转换装置100还具备：电流检测器7，其检测转换器单元2的输入交流电流(交流电源侧电流)；速度检测器8，其与电动机4直接连结，检测电动机4的速度；以及电流检测器9，其检测逆变器单元3的输出交流电流(电动机侧交流电流)。在逆变器控制装置6进行再生控制时，电流检测器7成为检测转换器单元2的输出电流。

将电流检测器7检测出的转换器输入电流I_c和PN直流电压信号Vdc输入到转换器控制装置5a。转换器控制装置5a基于输入的检测值进行各种运算处理，输出用于控制转换器电力转换部21的控制信号。

将速度检测器8、电流检测器9检测出的检测值的信号(输出信号)输入到逆变器控制装置6。逆变器控制装置6基于输入的检测值进行各种运算处理，输出用于控制逆变器电力转换部31的控制信号。

转换器控制装置5a具备直流电压指令发生器51、直流电压控制器52、电流控制器53、脉冲生成器54、功率观测器部55a以及加法部56。

直流电压指令发生器51向直流电压控制器52输出用于表示从转换器单元2输出的直流电压的电压值的转换器直流电压指令值Vref。

直流电压控制器52基于从直流电压指令发生器51输入的转换器直流电压指令值Vref以及从转换器P侧直流电压检测器25和转换器N侧直流电压检测器26输入的PN直流电压信号Vdc，运算转换器输入电流指令值AVROUT，并输出给加法部56。具体而言，直流电压控制器52运算转换器输入电流指令值AVROUT，使得从转换器P侧直流电压检测器25及转换器N侧直流电压检测器26分别输入的直流电压检测值的总和值(PN直流电压信号Vdc)与转换器直流电压指令值Vref一致。

加法部56将转换器输入电流指令值AVROUT与功率观测器部55a输出的运算值相加，将作为加法结果的转换器输出电流指令值I_cref输出到电流控制器53。

电流控制器53运算转换器电压指令值以使转换器电力转换部21的交流电源侧电流(＝电流检测器7检测出的转换器输入电流I_c)与从加法部56输入的转换器输入电流指令值AVROUT一致，将运算出的转换器电压指令值输出到脉冲生成器54。

脉冲生成器54运算用于对转换器电力转换部21的各开关元件进行接通/断开控制的脉冲信号以使由转换器电力转换部21进行转换得到的转换器输出电压的值与从电流控制器53输入的转换器输出电压指令值一致，将运算出的脉冲信号输出至转换器电力转换部21。

逆变器控制装置6具备速度指令发生器61、速度控制器62、电流控制器63和脉冲生成器64。

速度指令发生器61向速度控制器62输出用于表示使电动机4进行动作时的速度的速度指令值。速度控制器62运算逆变器输出电流指令值以使从速度检测器8输入的速度检测值与从速度指令发生器61输入的速度指令值一致，将运算出的逆变器输出电流指令值输出至电流控制器63。

电流控制器63运算逆变器电压指令值以使从电流检测器9输入的逆变器输出电流检测值与从速度控制器62输入的逆变器输出电流指令值一致，将运算出的逆变器电压指令值输出到脉冲生成器64。

脉冲生成器64运算用于对逆变器电力转换部31的各开关元件进行接通/断开控制的脉冲信号，以使由逆变器电力转换部31进行转换得到的逆变器输出电压的值与从电流控制器63输入的逆变器输出电压指令值一致，将运算出的脉冲信号输出至逆变器电力转换部31。

接着，对电力转换装置100中的与功率观测器相关的结构进行说明。电力转换装置100的转换器控制装置5a具备功率观测器部55a，其将运算结果输出到加法部56。

功率观测器部55a基于从转换器P侧直流电压检测器25及转换器N侧直流电压检测器26输入的PN直流电压信号Vdc和从电流检测器7输出的转换器输入电流检测值，输出转换器侧功率补偿信号POBSOUT。加法部56对从直流电压控制器52输出的转换器输入电流指令值加上由功率观测器部55a计算出的转换器侧功率补偿信号POBSOUT。

图2用框图表示了本发明第一实施方式的转换器单元以及控制电路。

如上所述，转换器控制装置5a(图1)具备直流电压指令发生器51、直流电压控制器52、加法部56、电流控制器53(图1)、脉冲生成器54(图1)以及功率观测器部55a。

电流控制器53、脉冲生成器54以及转换器电力转换部21由转换器输出电流部70表现。在通过电流控制器53以小环路进行了控制使得转换器输入电流指令值I_cref与转换器电源侧电流(＝转换器输入电流I_c)一致时，转换器输入电流I_c以一阶延迟的传递函数追随转换器输入电流指令值I_cref。即，转换器输出电流部70由转换器电流控制器响应时间常数Tcc的一阶延迟的传递函数来表现。

转换器侧直流功率电流换算部71通过对转换器电流部70输出的转换器输入电流I_c乘以转换器侧直流功率电流换算增益Kdc，得到转换器侧直流功率电流Idc_c。即，转换器电力转换部21的交流电源侧电流(转换器输入电流I_c)与输出直流电流(转换器侧直流功率电流Idc_c)的比为恒定。

减法器78和直流电压部72表示了4个电容器(逆变器P侧平滑电容器32、转换器P侧平滑电容器22、逆变器N侧平滑电容器33、转换器N侧平滑电容器23)的电压电流关系。即，电容C表示4个电容器的整体电容。减法器78通过从转换器侧直流功率电流Idc_c减去逆变器侧直流功率电流Idc_i来运算变动功率电流ΔIdc。直流电压部72用传递函数表示4个电容器，表示了PN直流电压信号Vdc因变动功率电流ΔIdc而变动。

逆变器侧直流功率电流Idc_i根据逆变器侧的电动机负载干扰等来模拟在逆变器侧产生的直流功率电流。

在此，转换器输出电流部70由式(1)表现，转换器侧直流功率电流换算部71由式(2)表现，直流电压部72由式(3)表现。

I_c＝I_cref×1/(1+Tcc·S) (1)

Idc_c＝I_c×Kdc (2)

Vdc＝ΔIdc×1/(C·S) (3)

其中，Tcc是转换器电流控制器响应时间常数，Kdc是转换器侧直流功率电流换算增益，C是平滑电容器静电电容。

在图2中，功率观测器部55a具备转换器侧直流功率电流运算部73、变动功率电流运算部74、转换器侧功率补偿换算部75以及减法器79。

转换器侧直流功率电流运算部73根据从转换器输出电流部70输出的转换器输入电流I_c来运算转换器侧直流功率电流推定值Idch_c。变动功率电流运算部74基于PN直流电压信号Vdc来运算变动功率电流推定值ΔIdch。

减法器79从转换器侧直流功率电流运算部73运算出的来自转换器侧的直流功率电流推定值减去所述变动功率电流运算部74运算出的变动功率电流推定值，输出逆变器侧直流功率电流推定值Idch_i。

另外，转换器侧功率补偿换算部75对逆变器侧直流功率电流推定值Idch_i乘以转换器侧直流功率电流换算增益Kdc的逆换算增益，输出转换器侧功率补偿信号POBSOUT。

转换器侧直流功率电流运算部73由式(4)表现，变动功率电流运算部74由式(5)表现，转换器侧功率补偿换算部75由式(6)表现。

Idch_c＝I_c×Kdc (4)

ΔIdch＝Vdc×C·S (5)

POBSOUT＝1/Kdc×Idch_i (6)

如以上说明那样，本实施方式的功率观测器部55a能够通过转换器侧的输入电流(转换器输入电流I_c)和直流电压(PN直流电压信号Vdc)来推定逆变器侧的功率变化。

(第一比较例)

图3是作为本发明第一比较例的电力转换装置的整体结构图。

与电力转换装置100(图1)同样地，电力转换装置101具备转换器单元2、逆变器单元3以及电动机4。然而，电力转换装置101与电力转换装置100的不同之处在于转换器控制装置5(5e)和逆变器控制装置6B。逆变器控制装置6B具备负载补偿运算部65，该负载补偿运算部65根据电动机的电流检测值和电压检测值来计算逆变器侧直流功率电流值，并输出换算为转换器侧的功率补偿值的值。

由负载补偿运算部65计算出的转换器侧的功率补偿值通过由配线和信号收发电路构成的传递电路被传递至转换器控制装置5e，通过转换器控制装置5e内的加法部56对从直流电压控制器52输出的转换器输入电流指令值AVROUT加上转换器侧的功率补偿值，由此抑制由转换器与逆变器间的电力授受的不一致引起的直流电压变动。因此，在电力转换装置102中，需要在转换器与逆变器之间收发信号的传递电路(负载补偿运算部65以及传送线路66)。

与此相对，如果是第一实施方式的电力转换装置100(图1、2)，在转换器控制装置5a内推定运算逆变器侧直流功率电流值，因此不需要在转换器与逆变器之间收发信号，不需要在电力转换装置101中必需的传递电路。

另外，如果是第一实施方式的电力转换装置100，在存在构成电力转换器的转换器的直流电压控制器的控制响应延迟以及转换器与逆变器之间的信号传送延迟等的情况下，即使对于逆变器侧的急剧负载变化例如交流电动机的速度或负载的急剧变化，也能够抑制转换器的直流电压变动。

(第二比较例)

图4是作为本发明第二比较例的电力转换装置的整体结构图，表示了通过1台转换器向多台逆变器供给直流电力的设备。

电力转换装置102通过1台转换器单元2向多台逆变器单元3a、3b、3c供给直流电力。在电力转换装置102中，各逆变器控制装置6a、6b、6c根据各个逆变器控制的电动机4a、4b、4c的驱动状态来计算逆变器侧直流功率电流值，将换算为转换器侧的功率补偿值的值通过传递电路从各逆变器侧传递至转换器控制装置5f。

此时，需要与转换器连接的逆变器的数量的传递电路，在逆变器的连接数量多的设备中，难以安装传递电路。

与此相对，如果使用本发明第一实施方式的转换器控制装置5a，在其内部推定运算与转换器连接的全部逆变器侧直流功率电流值的总和值。因此，即使在电力转换装置102(图4)中也能够不需要传递电路。

如上所述，在本发明的第一实施方式中，仅根据转换器控制装置5a内的信号来推定运算逆变器侧直流功率电流推定值Idch_i，在转换为转换器侧功率补偿信号POBSOUT后，与直流电压控制器52的输出相加，由此即使在没有逆变器与转换器间的传递电路的情况下，也能够抑制直流电压变动。

(第二实施方式)

在第二实施方式中，相对于所述第一实施方式，变更功率观测器部，去除PN直流电压信号Vdc中包含的噪声信号的影响。

图5用框图表示了本发明第二实施方式的转换器单元以及控制电路。

功率观测器部55b相对于功率观测器部55a(图2)附加了滤波/功率补偿增益调整部76。滤波/功率补偿增益调整部76对逆变器侧直流功率电流推定值Idch_i执行对滤波处理和补偿量进行调整的处理，运算逆变器侧直流功率电流调整值Idcfil_i。然后，转换器侧功率补偿换算部75输入逆变器侧直流功率电流调整值Idcfil_i，乘以转换器侧直流功率电流换算增益Kdc的逆换算增益，输出转换器侧功率补偿信号POBSOUT。

滤波/功率补偿增益调整部76的函数由式(7)表示。

Idcfil_i＝Idch_i×Kb/(1+Tb·S) (7)

其中，Kb是功率补偿增益，Tb是滤波器时间常数。

变动功率电流运算部74进行了微分运算，因此在PN直流电压信号Vdc中重叠了噪声信号时，有可能将噪声信号放大。当基于施加了放大后噪声信号的补偿信号来驱动转换器时，直流电压变动并成为检测出故障的原因，在最差的情况下成为使电力转换装置损坏的原因。

另外，加法部56将转换器输入电流指令值AVROUT与转换器侧功率补偿信号POBSOUT相加，由此抑制了PN直流电压信号Vdc的变动。但是，由于直流电压控制器52与功率观测器部55a的控制响应不同，因此由于稳定性与响应性的关系，有可能根据直流电压控制器52的输出与功率观测器部55a的输出之间的分配比使得控制变得不稳定。

因此，考虑到在PN直流电压信号Vdc中包含噪声信号的情况，在减法器79与转换器侧功率补偿换算部75之间追加了滤波/功率补偿增益调整部76。滤波/功率补偿增益调整部76由用于去除噪声的滤波器(1/(1+Tb·S))与用于调整直流电压控制器52和功率观测器部55b的输出分担的功率补偿增益Kb的乘积构成，输入Idch_i，运算并输出Idcfil_i。

如以上说明的那样，在第二实施方式中，通过附加了对逆变器侧直流功率电流推定值执行滤波处理和设置功率补偿增益Kb对补偿量进行调整的处理，运算逆变器侧直流功率电流调整值Idcfil_i的滤波/功率补偿增益调整部76，从而去除PN直流电压信号Vdc中包含的噪声信号的影响，由此能够防止过剩的补偿信号与直流电压控制器52的输出相加。

另外，通过对单独设计的直流电压控制器52和功率观测器部55的控制响应调整功率补偿增益Kb，能够使直流电压控制器52的输出与功率观测器部55的输出的分配比成为最佳设定。由此，能够使整体的控制特性在稳定性和响应性方面为最优。

(第三实施方式)

在第三实施方式中，对适当进行平滑电容器的初始充电的技术进行说明。

图6是本发明第三实施方式的电力转换装置的整体结构图。

电力转换装置103相对于电力转换装置100(图1)附加了充电电源80、充电电路81以及切换信号产生部57。

在开始转换器单元2与逆变器单元3的动作之前，充电电源80及充电电路81对转换器P侧平滑电容器22、转换器N侧平滑电容器23、逆变器P侧平滑电容器32及逆变器N侧平滑电容器33进行充电(初始充电)。

切换信号产生部57根据转换器的驱动状况来输出(a)初始充电时的启动计时器的信号、(b)通常停止指令的信号、(c)故障停止指令的信号中的任一个。切换信号产生部57具有输出启动计时器的信号的计时器部57a。

图7用框图来表现本发明第三实施方式的转换器单元以及控制电路。

功率观测器部55c相对于功率观测器部55a(图2)附加了选择部77，该选择部77基于从切换信号产生部57输出的(a)初始充电时的启动计时器的信号、(b)通常停止指令的信号、(c)故障停止指令的信号来切换转换器侧功率补偿信号的输出。

如上所述，功率观测器部55a在转换器控制器内部将转换器侧功率补偿信号POBSOUT与从直流电压控制器52输出的转换器输出电流指令值AVROUT相加，由此即使对于所控制的电动机4的速度指令的急剧变化或负载变动，也能够抑制转换器的直流电压变动，使PN直流电压信号Vdc与转换器直流电压指令值Vref一致。

但是，由于功率观测器部55a使用直流电压检测值来计算作为修正信号的转换器侧功率补偿信号POBSOUT，因此即使在由于逆变器侧直流功率电流Idc_i的变动以外的原因使得PN直流电压信号Vdc发生了变动的情况下，也会误认为逆变器侧直流功率电流Idc_i发生了变动，并进行错误修正。若基于错误的修正信号来驱动转换器，则直流电压变动并成为检测出故障的原因，在最差的情况下，成为使电力转换装置损坏的原因。

因此，功率观测器部55c在由于逆变器侧直流功率电流Idc_i的变动以外的原因使得PN直流电压信号Vdc的值发生了变动的情况下，为了不进行功率观测器的错误修正，根据转换器单元2的驱动状态，不将由功率观测器运算出的转换器侧功率补偿信号与直流电压控制器输出的转换器输出电流指令相加。

图8表示启动转换器时的直流电压波形的时间经过。

纵轴是PN直流电压信号Vdc的电压[V]，横轴是时间[t]。τ1是从充电开始到充电完成的时间，τ2是从充电完成到直流电压与转换器直流电压指令值Vref一致为止的时间。在启动转换器时，需要预先对与转换器及逆变器连接的转换器P侧平滑电容器22、转换器N侧平滑电容器23、逆变器P侧平滑电容器32、逆变器N侧平滑电容器33进行充电。

为了对转换器P侧平滑电容器22、转换器N侧平滑电容器23、逆变器P侧平滑电容器32、逆变器N侧平滑电容器33进行充电，电力转换装置103具备充电电源80及充电电路81。另外，充电完成后启动转换器，直到PN直流电压信号Vdc与转换器直流电压指令值Vref一致为止需要时间。在图8的τ1和τ2的区间，由于PN直流电压信号Vdc与转换器直流电压指令值Vref不一致，因此直流电压由于与逆变器侧直流电流的变动不同的原因而变动。

因此，在本实施方式中，具备：启动计时器部57a，其对功率观测器启动待机时间TS进行计数，其中，功率观测器启动待机时间TS是从充电开始到直流电压与指令值一致为止的区间(τ1+τ2)和直流电压与转换器直流电压指令值Vref一致后预先设定的无用时间τ3的总和；以及选择部77，其在启动计时器部57a的计数完成前输出零，在计数完成后切换为输出转换器侧功率补偿信号POBSOUT。由此，能够防止在转换器启动时将来自功率观测器部55c的错误的补偿信号与直流电压控制器52的输出相加。

另外，在执行电力转换装置103的维修时等时候，需要将通常停止指令发送至转换器单元2，使转换器单元2停止。另外，在电力转换装置101或设备等发生了故障、异常的情况下，为了确保安全，需要使转换器单元2立即紧急停止。

在使转换器单元2停止时，转换器控制器如果接收到停止指令，则停止从脉冲生成器54输出的脉冲信号。结果，直流电压控制停止，因此直流电压发生变动。

如上所述，由于功率观测器部55c使用直流电压检测值来推定作为修正信号的逆变器侧直流功率电流Idc_i，因此即使在由于转换器停止而使PN直流电压信号Vdc的值发生了变动的情况下，也会误认为逆变器侧直流功率电流Idc_i发生了变动，并进行错误修正。

因此，在本实施方式中，在由选择部77从切换信号产生部57接收到通常停止指令以及故障停止指令的情况下，由选择部77切换输出开关，使转换器侧功率补偿信号POBSOUT为零，由此能够防止在转换器停止时将来自功率观测器部55c的错误的补偿信号与直流电压控制器52的输出相加。

(第四实施方式)

在第四实施方式中，说明用于应对交流电源1中产生的瞬低的技术。

图9是本发明第四实施方式的电力转换装置的整体结构图。

电力转换装置104构成为相对于上述第一实施方式的电力转换装置100(图1)附加了对交流电源1的电压Vs进行降压，生成同步电源信号的同步电源变压器11以及从该同步电源信号运算交流电源1的瞬时电压降低量的瞬低量运算部58。

同步电源变压器11与交流电源1连接，将向转换器供给的交流电压降压至能够由转换器控制部处理的电压，生成同步电源信号。瞬低量运算部58从同步电源变压器11生成的同步电源信号计算交流电源1的电压变动量。

图10用框图来表现本发明第四实施方式的转换器单元以及控制电路。

功率观测器部55e在功率观测器部55a(图2)中输入从瞬低量运算部58输出的电压变动量的信号，使在所述转换器侧直流功率电流运算部73以及转换器侧功率补偿换算部75中使用的转换器侧直流功率电流换算增益Kdc(KdcA)可变。

在此，转换器侧直流功率电流换算增益KdcA由式(8)表示。

其中，Vs是交流电源1的电压，Vdc是转换器单元2输出的直流电压。

交流电源1的电压Vs通常为恒定电压被提供给转换器单元2。另外，通过转换器控制器将转换器单元2输出的直流电压Vdc控制为恒定值。由此，对于交流电源1的电压Vs和转换器单元2输出的直流电压Vdc来说，转换器侧直流功率电流换算部71的转换器侧直流功率电流换算增益Kdc(KdcB)和在转换器侧直流功率电流运算部73以及转换器侧功率补偿换算部75中使用的转换器侧直流功率电流换算增益Kdc(KdcA)通常为一定的固定值。

但是，关于交流电源1的电压Vs，有时会因雷击等自然因素、过剩负载或电源供给力不足等人为因素而导致交流电源的电压瞬间变动/降低。

当交流电源1的电压Vs瞬间变动/降低时，根据式(8)，转换器侧直流功率电流换算部71所使用的转换器侧直流功率电流换算增益Kdc(KdcB)会根据交流电源1的电压的变动/降低而变化。

如上所述，在将转换器侧直流功率电流运算部73以及转换器侧功率补偿换算部75所使用的转换器侧直流功率电流换算增益Kdc(KdcA)设为固定值的情况下，在交流电源1的电压发生了变动时，变成与转换器侧直流功率电流换算部71的转换器侧直流功率电流换算增益Kdc(KdcB)不一致，从而进行错误的修正。如果基于错误的修正信号驱动转换器，则直流电压变动并成为检测出故障检测，在最差的情况下，成为使电力转换装置损坏的原因。

因此，在本实施方式中，基于从瞬低量运算部58输出的瞬低量，使转换器侧直流功率电流运算部73以及转换器侧功率补偿换算部75所使用的转换器侧直流功率电流换算增益设定值Kdc(KdcA)可变。

如以上说明的那样，在本实施方式中，基于从瞬低量运算部58输出的瞬低量，使在转换器侧直流功率电流运算部73以及转换器侧功率补偿换算部75中使用的转换器侧直流功率电流换算增益设定值Kdc(KdcA)可变，由此即使在交流电源1的电压发生了变动的情况下，通过使其与转换器侧直流功率电流换算部71的转换器侧直流功率电流换算增益Kdc(KdcB)一致，能够将准确的补偿信号与直流电压控制器的输出相加。

在上述各实施方式中使用3电平装置进行了说明，但本发明也能够应用于2电平装置。

附图标记说明

1 交流电源

2 转换器单元

3 逆变器单元

4，4a，4b，4c 电动机

5a，5b，5c，5d，5e 转换器控制装置

6，6a，6b，6c 逆变器控制装置

7，9 电流检测器

21 转换器电力转换部(转换器)

22 转换器P侧平滑电容器

23 转换器N侧平滑电容器

25 转换器P侧直流电压检测器

26 转换器N侧直流电压检测器

31 逆变器电力转换部(转换器)

32 逆变器P侧平滑电容器

33 逆变器N侧平滑电容器

55 功率观测器部

51 直流电压指令发生器

52 直流电压控制器

53，63 电流控制器

54，64 脉冲生成器

55a，55b，55c，55d，55e 功率观测器部

56 加法部

57 切换信号产生部

57a 启动计时器部

58 瞬低量运算部

66 传递线

70 转换器电流部

72 直流电压部

73 转换器侧直流功率电流运算部

74 变动功率电流运算部

75 转换器侧功率补偿换算部

76 滤波/功率补偿增益调整部

77 选择部

80 充电电源

81 充电电路

100，101，102，103，104 电力转换装置

I_cref 转换器输入电流指令值

I_c 转换器输入电流(交流电源侧电流)

Idc_c 转换器侧直流功率电流

Idc_i 逆变器侧直流功率电流

Vdc PN 直流电压信号(直流电压)

Idch_c 转换器侧直流功率电流推定值

Idch_i 逆变器侧直流功率电流推定值

POBSOUT 转换器侧功率补偿信号

AVROUT 转换器输入电流指令值。

Claims (7)

1.一种电力转换装置，其具备：将交流电压转换为直流电压的转换器；用于抑制所述直流电压的变动的平滑电容器；以及将该平滑电容器中充电的所述直流电压转换为交流电力的逆变器，

其特征在于，

所述电力转换装置具备：

直流电压检测器，其检测所述平滑电容器的电位差；

电流检测器，其检测所述转换器的交流电源侧电流；

直流电压控制器，其生成转换器输出电流指令，使得所述直流电压检测器的直流电压检测信号与所述转换器的直流电压指令值一致；

转换器输出电流控制器，其对转换器输出的直流电压进行控制，使得所述转换器的交流电源侧电流与所生成的转换器输出电流指令一致；

转换器侧直流功率电流运算部，其根据所述转换器的交流电源侧电流来运算转换器侧直流功率电流推定值；

变动功率电流运算部，其根据所述转换器的直流电压检测信号来运算变动功率电流推定值；

转换器侧功率补偿换算部，其对所述转换器侧直流功率电流推定值减去所述变动功率电流推定值而得到的逆变器侧直流功率电流推定值乘以逆换算增益来生成转换器侧功率补偿值；以及

加法运算器，其对所述转换器输出电流指令加上所述转换器侧功率补偿值。

2.根据权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于，

所述电力转换装置还具备滤波/功率补偿增益调整部，该滤波/功率补偿增益调整部对所述逆变器侧直流功率电流推定值进行调整滤波器时间常数和补偿量的处理，使用该处理结果来进行所述转换器侧功率补偿换算部的处理。

3.根据权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于，

所述电力转换装置具备选择部，该选择部选择所述转换器侧功率补偿换算部的输出值，

所述选择部具有对启动时间进行计数的启动计时器部，该启动时间是将从所述平滑电容器开始充电到完成充电为止的时间、从完成充电到所述直流电压检测信号与所述直流电压指令值一致为止的时间、以及所述直流电压检测信号与所述直流电压指令值一致后预先设定的无用时间相加而得到的时间，

在所述启动计时器部完成计数前，所述选择部将所述转换器侧功率补偿换算部的输出切换为零，在所述启动计时器部完成计数后，所述选择部切换为输出所述转换器侧功率补偿换算部的运算结果。

4.根据权利要求3所述的电力转换装置，其特征在于，

所述选择部根据停止信号将转换器侧功率补偿换算部的输出切换为零。

5.根据权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于，

所述电力转换装置具备瞬低量运算部，该瞬低量运算部检测所述交流电压的降低量，

根据由所述瞬低量运算部检测出的所述交流电压的变动/降低量来降低或增大所述转换器侧直流功率电流运算部和所述转换器侧功率补偿换算部的增益。

6.一种电力转换装置的控制装置执行的电力转换控制方法，所述电力转换装置具备：将交流电压转换为直流电压的转换器；用于抑制所述直流电压的变动的平滑电容器；将该平滑电容器中充电的所述直流电压转换为交流电力的逆变器；检测所述平滑电容器的电位差的直流电压检测器；以及检测所述转换器的交流电源侧电流的电流检测器，

其特征在于，

所述电力转换控制方法实现以下功能：

直流电压控制器，其生成转换器输出电流指令，使得所述直流电压检测器的直流电压检测信号与所述转换器的直流电压指令值一致；

转换器输出电流控制器，其对转换器输出的直流电压进行控制，使得所述转换器的交流电源侧电流与所生成的转换器输出电流指令一致；

转换器侧直流功率电流运算部，其根据所述转换器的交流电源侧电流来运算转换器侧直流功率电流推定值；

变动功率电流运算部，其根据所述转换器的直流电压检测信号来运算变动功率电流推定值；

转换器侧功率补偿换算部，其对所述转换器侧直流功率电流推定值减去所述变动功率电流推定值而得到的逆变器侧直流功率电流推定值乘以逆换算增益来生成转换器侧功率补偿值；以及

加法运算器，其对所述转换器输出电流指令加上所述转换器侧功率补偿值。

7.一种计算机可读记录介质，其存储由电力转换装置的控制装置执行的电力转换控制程序，所述电力转换装置具备：将交流电压转换为直流电压的转换器；用于抑制所述直流电压的变动的平滑电容器；将该平滑电容器中充电的所述直流电压转换为交流电力的逆变器；检测所述平滑电容器的电位差的直流电压检测器；以及检测所述转换器的交流电源侧电流的电流检测器，

其特征在于，

所述电力转换控制程序使所述控制装置实现以下功能：

直流电压控制器，其生成转换器输出电流指令，使得所述直流电压检测器的直流电压检测信号与所述转换器的直流电压指令值一致；

转换器输出电流控制器，其对转换器输出的直流电压进行控制，使得所述转换器的交流电源侧电流与所生成的转换器输出电流指令一致；

转换器侧直流功率电流运算部，其根据所述转换器的交流电源侧电流来运算转换器侧直流功率电流推定值；

变动功率电流运算部，其根据所述转换器的直流电压检测信号来运算变动功率电流推定值；

转换器侧功率补偿换算部，其对所述转换器侧直流功率电流推定值减去所述变动功率电流推定值而得到的逆变器侧直流功率电流推定值乘以逆换算增益来生成转换器侧功率补偿值；以及

加法运算器，其对所述转换器输出电流指令加上所述转换器侧功率补偿值。

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