JP2018148645A - 電源制御装置、電力変換システム及び電源制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本願記載の電力変換システムの回路構成の一例を示す概略構成図である。図1に例示する電力変換システム1は、三相交流電源等の多相交流電源10から入力された交流電力をAC−AC変換する。図1に示す電力変換システム1では、変換された交流電力を、例えば車両に搭載された二次電池等の電力負荷2への充電用に出力する形態を例示している。電力変換システム1から出力された交流電力は、トランスTを介して非接触状態で車両側へ出力され、車両側のAC−DC変換装置により変換された直流電力として電力負荷2へ供給される。なお、AC−DC変換装置は、車両に搭載されていても、車両外に配置されていてもよい。
図2は、本願記載の電力変換システム1において、三相交流電源10の電圧波形及びスイッチング素子の制御パターンを示す説明図である。図2(a)は、横軸に時間をとり、縦軸に入力電圧Vinの電圧値をとって、三相交流電源10から出力された各相の電圧値の経時変化を示している。各相の電圧波形er ,es ,et は、位相が2/3π(120°)ずつずれている。電源制御装置12は、各相の電圧の大小関係で分類した6パターンの区間(図2に示すA〜Fの区間)毎に、その区間に応じた制御パターンで電力変換回路の6組のスイッチ回路の状態(スイッチング素子S1〜S12のオン/オフ状態)を制御する。
次に、本願記載の電源制御システムにおいて、ソフトスイッチングを実行し、電力変換装置11に入力される入力電流の歪みの抑制、電力変換装置11から出力する出力電流の脈動の抑制等の安定化を実現し、更には入力の力率を向上させるための制御及びそのための各種演算について説明する。
次に本願記載の電力変換システム1において、電源制御装置12により制御される電力変換装置11の出力を実験した結果について説明する。図8は、本願記載の電力変換システム1において、電源制御装置12に入力される入力電流の実験波形の一例を示すグラフである。図8(a)及び図8(b)は、横軸に時間をとり、縦軸に電流値をとって、三相交流の各相の入力電流の経時変化を示している。なお、図8(a)及び図8(b)は、図示の都合上、電流の振れ幅の上下限を抽出し、外形として示している。図8(a)は、図6を用いて説明した電力変換装置11から出力される出力電流を正弦波と仮定した目標出力電流波形に基づいて制御した結果を示している。図8(b)は、比較用の実験であり、出力電流を方形波と仮定した目標出力電流波形に基づいて制御した結果を示している。図8(a)及び図8(b)を比較すると明らかなように、出力電流を正弦波と仮定することにより、入力電流の歪みが抑制されている。
10 多層交流電源(三相交流電源)
11 電力変換装置
110 マトリックスコンバータ
111 共振回路(LLC回路)
C1〜C6 スナバコンデンサ(スナバ素子)
S1〜S12 スイッチング素子
12 電源制御装置
120 入力電圧検出部
121 演算部
122 パルス出力部
123 出力電圧検出部
2 電力負荷
Claims (12)
- 多相交流電源の相毎に接続され、それぞれ充放電可能なスナバ素子を有する複数のスイッチ回路により前記多相交流電源からの入力をAC−AC変換し、共振回路を通して出力する電力変換装置を制御する電源制御装置であって、
前記電力変換装置に入力される多相交流の入力電圧及び位相、並びに前記共振回路の特性に基づいて導出される前記電力変換装置の出力電流の振幅、出力電流の位相及び瞬時無効電力を可及的に制御目標に近付けるべく制御する制御手段を備え、
前記電力変換装置の出力電流の振幅は、前記入力電圧及び位相に基づいて導出される階段状波形から高次成分を除去した目標出力電圧波形から導出される
ことを特徴とする電源制御装置。 - 多相交流電源の相毎に接続され、それぞれ充放電可能なスナバ素子を有する複数のスイッチ回路により前記多相交流電源からの入力をAC−AC変換し、共振回路を通して出力する電力変換装置を制御する電源制御装置であって、
前記電力変換装置に入力される多相交流の入力電圧及び位相、並びに前記共振回路の特性に基づいて導出される前記電力変換装置の出力電流の振幅、出力電流の位相及び瞬時無効電力を可及的に制御目標に近付けるべく制御する制御手段を備え、
前記瞬時無効電力は、前記入力電圧及び位相から導出される目標出力電圧波形と周期的に変化する目標出力電流波形とから導出される
ことを特徴とする電源制御装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の電源制御装置であって、
前記電力変換装置の出力電流の振幅は、
前記入力電圧及び位相並びに前記スイッチ回路の切替時間比率に基づいて階段状波形を導出し、導出した階段状波形から高次成分を除去して目標出力電圧波形の振幅及び位相を導出し、導出した出力電圧の振幅及び位相並びに前記共振回路の特性及び再帰的に得られる出力周波数に基づいて導出される
ことを特徴とする電源制御装置。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の電源制御装置であって、
前記電力変換装置の出力電流の位相は、
前記入力電圧及び位相並びに前記スイッチ回路の切替時間比率に基づいて階段状波形を導出し、導出した階段状波形から高次成分を除去して目標出力電圧波形の振幅及び位相を導出し、導出した目標出力電圧波形の振幅及び位相並びに前記共振回路の特性及び再帰的に得られる出力周波数に基づいて出力電流の振幅及び位相を導出し、導出した階段状波形、再帰的に得られる出力周波数、前記スナバ素子の充放電条件、導出した出力電流の振幅、並びに目標出力電圧波形の位相及び出力電流の位相に基づいて導出される
ことを特徴とする電源制御装置。 - 請求項4に記載の電源制御装置であって、
前記電力変換装置の出力電流の位相は、
前記階段状波形、再帰的に得られる出力周波数及び前記スナバ素子の充放電条件である静電容量に基づいて導出した第1位相と、目標出力電圧波形の位相及び出力電流の位相から導出した第2位相との位相差から導出され、
前記制御手段は、前記位相差を0とすることを制御目標とする
ことを特徴とする電源制御装置。 - 請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の電源制御装置であって、
前記瞬時無効電力は、
前記入力電圧及び位相並びに前記スイッチ回路の切替時間比率に基づいて階段状波形を導出し、導出した階段状波形から高次成分を除去して目標出力電圧波形の振幅及び位相を導出し、導出した目標出力電圧波形の振幅及び位相並びに前記共振回路の特性及び再帰的に得られる出力周波数に基づいて出力電流の振幅及び位相を導出し、導出した目標出力電圧波形の位相及び出力電流の位相、出力電流の振幅、前記スイッチ回路の切替時間比率、並びに周期的に変化する目標出力電流波形に基づいて前記電力変換装置に入力される入力電流を導出し、導出した入力電力並びに前記入力電圧及び位相から導出される
ことを特徴とする電源制御装置。 - 請求項6に記載の電源制御装置であって、
前記周期的に変化する目標出力電流波形は正弦波である
ことを特徴とする電源制御装置。 - 請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の電源制御装置であって、
前記スイッチ回路の切替時間比率は、再帰的演算又は予め設定されている設定値の読取により得られる
ことを特徴とする電源制御装置。 - 請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載の電源制御装置であって、
前記制御手段は、前記瞬時無効電力を0とすることを制御目標とする
ことを特徴とする電源制御装置。 - 多相交流電源の相毎に接続され、それぞれ充放電可能なスナバ素子を含む複数のスイッチ回路により、前記多相交流電源からの入力をAC−AC変換し、共振回路を通して出力する電力変換装置と、
前記電力変換装置を制御する請求項1乃至請求項9のいずれか1項に記載の電源制御装置と
を備えることを特徴とする電力変換システム。 - 多相交流電源の相毎に接続され、複数のスイッチ回路により前記多相交流電源からの入力をAC−AC変換し、共振回路を通して出力する電力変換装置を制御する電源制御方法であって、
前記電力変換装置に入力される多相交流の入力電圧及び位相、並びに前記共振回路の特性に基づいて導出される前記電力変換装置の出力電流の振幅、出力電流の位相及び瞬時無効電力を可及的に制御目標に近付けるべく制御するものであり、
前記電力変換装置の出力電流の振幅は、前記入力電圧及び位相に基づいて導出される階段状波形から高次成分を除去した目標出力電圧波形から導出されている
ことを特徴とする電源制御方法。 - 多相交流電源の相毎に接続され、複数のスイッチ回路により前記多相交流電源からの入力をAC−AC変換し、共振回路を通して出力する電力変換装置を制御する電源制御方法であって、
前記電力変換装置に入力される多相交流の入力電圧及び位相、並びに前記共振回路の特性に基づいて導出される前記電力変換装置の出力電流の振幅、出力電流の位相及び瞬時無効電力を可及的に制御目標に近付けるべく制御するものであり、
前記瞬時無効電力は、前記入力電圧及び位相から導出される目標出力電圧波形と周期的に変化する目標出力電流波形とから導出されている
ことを特徴とする電源制御方法。
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