JP2011091907A - 電力変換装置の制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】UPSや瞬低補償装置等あるいは整流器や系統連系装置等に備えられた電力変換装置において、通常時は2アーム変調方式あるいはMアーム変調方式により電力変換装置を運転し、電圧制御運転時に負荷が急変した場合や、電流制御運転時に負荷が急変し電流制御アンプが大きな指令値を出力した場合に、瞬時に3アーム変調方式に一時的に切り替え、等価的にスイッチング周波数fswを上昇させることで電力変換装置の制御性能の向上を図ると共に、スイッチング損失の低減を図る。
【選択図】図1
Description
図4は、PWM制御の三角波‐正弦波比較法(以下、3アーム変調方式と称する)における相電圧波形とゲート信号の一例を示す図である。3アーム変調方式では、インバータの相電圧波形V* U,V* V,V* Wを指令値(以下、電圧指令値と称する)とし、それを三角波キャリアcarrierと比較してゲート信号を生成する。各半導体スイッチQ1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6に入力されるゲート信号は下記(1)式〜(6)式の規則に従って生成される。図4は例としてゲート信号GuのPWMパターンを示している。ここで、carrier:三角波キャリア、V* U:U相電圧指令値、V* V:V相電圧指令値、V* W:W相電圧指令値である。
電力変換装置の主な損失は、導通損失とスイッチング損失に分類される。図5にスイッチング損失の説明図を示す。また、下記(7)式に1スイッチング当たりの損失wswを、下記(8)式に単位時間あたりのスイッチング損失Wswを示す。ここでは分かりやすくするために、電圧vと電流iは、図5に示すように直線的に変化するものとする。
図7に、特許文献2で開示されている変調方式(以下、Mアーム変調方式と称する)の説明図を示す。2アーム変調方式は平均スイッチング周波数fswが低くなるため、単位時間当たりのスイッチング損失Wswを低減できるが、電圧指令値V* U,V* V,V* Wが急峻に変化する期間ができてしまい、騒音が増加するという問題がある。Mアーム変調方式は、この電圧指令値V* U,V* V,V* Wの急峻に変化する期間に傾きを持たせて騒音の増加を抑え、かつスイッチング損失Wswも低減させる変調方式である。
3アーム変調方式は電圧指令値V* U,V* V,V* Wの波形が正弦波状となるため、高調波の低減という観点では最も有利である。しかしながら、単位時間当たりのスイッチング回数が多いため、スイッチング損失の観点からは不利な変調方式である。
2アーム変調方式は平均スイッチング周波数fswが低くなるため、単位時間当たりのスイッチング損失Wswを低減できるという利点がある。しかしながら、電圧指令値V* U,V* V,V* Wの波形が急峻に変化する期間ができてしまい、騒音の増加という問題点がある。また、電圧指令値V* U,V* V,V* Wの波形が正弦波状ではないため、高調波成分を多く含むという問題点がある。
Mアーム変調方式は、スイッチング損失を低減しつつ、騒音を抑えることができる。しかしながら、電圧指令値V* U,V* V,V* Wの波形における急峻な変化は抑制できるものの、電圧指令値V* U,V* V,V* Wは正弦波状の波形ではないため、高調波成分を多く含むとういう問題点がある。
図1に本発明の変調方式におけるゲート信号生成部のブロック図を示す。本実施形態1における電力変換装置の制御方法は、UPS(無停電電源装置)や瞬低補償装置などのように電圧制御運転を行う電力変換装置に適用される。本実施形態1の変調方式は、各相の正弦波状の電圧指令値E* U,E* V,E* Wに補正量γを加えることにより、補正電圧指令値E* U+γ,E* V+γ,E* W+γが生成される。
実施形態1では検出された負荷電流をハイパスフィルタHPFに入力し負荷電流の変化分を抽出したが、本実施形態2では電流制御アンプの出力をハイパスフィルタHPFに入力することによりインバータの急変を検出し、切替スイッチswを切り換える構成である。その他の構成は、実施形態1と同様であるため、説明は省略する。なお、本実施形態2の電力変換装置の制御方法は、整流器や系統連系装置などのように電流制御運転を行う電力変換装置に適用される。
E* U+γ,E* V+γ,E* W+γ…補正電圧指令値
GU,GV,GW,GX,GY,GZ…ゲート信号
Q1〜Q6…半導体スイッチ
V* U,V* V,V* W…電圧指令値
sw…切替スイッチ
1…スイッチ切替部
2…比較器
3a,3b,3c…加算部
Claims (6)
- 電圧指令値をPWM変調して得られたゲート信号を半導体スイッチに対して出力し、この半導体スイッチを備え、交流/直流変換あるいは直流/交流変換を行う電力変換装置の制御方法であって、
スイッチ切替部において、電圧制御運転時に検出された負荷電流の変化分をハイパスフィルタにより抽出し、そのハイパスフィルタの出力信号と予め設定された切替レベルとを比較して切替信号を生成し、
前記切替信号に基づいて、切替スイッチにより3アーム変調方式と2アーム変調方式あるいはMアーム変調方式とを切り替えて、補正量として出力し、
この補正量により補正された電圧指令値をPWM変調して、ゲート信号を半導体スイッチに出力することを特徴とする電力変換装置の制御方法。 - 前記電力変換装置は、無停電電源装置に備えられたことを特徴とする請求項1記載の電力変換装置の制御方法。
- 前記電力変換装置は、瞬低補償装置に備えられたことを特徴とする請求項1記載の電力変換装置の制御方法。
- 電圧指令値をPWM変調して得られたゲート信号を半導体スイッチに対して出力し、この半導体スイッチを備え、交流/直流変換あるいは直流/交流変換を行う電力変換装置の制御方法であって、
スイッチ切替部において、電流制御運転時に検出された電流制御アンプの変化分をハイパスフィルタにより抽出し、そのハイパスフィルタの出力信号と予め設定された切替レベルを比較して切替信号を出力し、
前記切替信号に基づいて、切替スイッチにより3アーム変調方式と2アーム変調方式あるいはMアーム変調方式とを切り替えて、補正量として出力し、
この補正量により補正された電圧指令値をPWM変調して、ゲート信号を半導体スイッチに出力することを特徴とする電力変換装置の制御方法。 - 前記電力変換装置は整流器から成ることを特徴とする請求項4記載の電力変換装置の制御方法。
- 前記電力変換装置は、系統連系装置に備えられたことを特徴とする請求項4記載の電力変換装置の制御方法。
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