JP2022142011A - Power conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力変換装置に関し、特に、スイッチング回路の動作を開始する制御に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a power converter, and more particularly to control for starting operation of a switching circuit.
ハイブリッド自動車や電気自動車等の電動車両が広く用いられている。近年では、電動車両に搭載されたバッテリから商用電源システム等の電源電力系統に電力を供給し、電源電力系統からバッテリに電力を供給するＶ２Ｇ（Vehicle to Grid）と呼ばれる技術につき研究が行われている。Ｖ２Ｇでは、バッテリから出力された電力を調整して電源電力系統に供給し、あるいは、電源電力系統から供給された電力を調整してバッテリに出力する電力変換装置が用いられる。また、電動車両に搭載されたバッテリから一般家庭、オフィス等で用いられる電気機器に電力を供給するＶ２Ｈ（Vehicle to Home）と呼ばれる技術についても研究が行われている。Ｖ２Ｈにおいても、バッテリと電気機器との間の電力経路に電力変換装置が用いられる。 Electric vehicles such as hybrid vehicles and electric vehicles are widely used. In recent years, research has been conducted on a technology called V2G (Vehicle to Grid) that supplies power from a battery mounted on an electric vehicle to a power supply system such as a commercial power supply system, and supplies power from the power supply system to the battery. there is In V2G, a power conversion device is used that adjusts the power output from the battery and supplies it to the power supply system, or adjusts the power supplied from the power supply system and outputs it to the battery. Research is also being conducted on a technology called V2H (Vehicle to Home) that supplies power from a battery mounted on an electric vehicle to electrical equipment used in general homes, offices, and the like. Also in V2H, a power conversion device is used in the power path between the battery and the electrical equipment.
以下の特許文献１には、絶縁型電力変換装置が記載されている。この絶縁型電力変換装置は、トランスで結合された２つのスイッチング回路を備えている。一方のスイッチング回路には交流電源が接続され、他方のスイッチング回路には直流電源が接続されている。２つのスイッチング回路のスイッチングにより、交流電源から直流電源に電力が供給され、あるいは、直流電源から交流電源に電力が供給される。交流電源が接続されるスイッチング素子には、双方向スイッチが用いられている。特許文献２には、スイッチング損失を低減するためのスイッチング動作が記載されている。
一般に、電力変換装置では、動作状態が変化するときに、電力変換装置の内部や電力変換装置に接続されている他の装置に、時間変化の大きい突入電流（衝撃電流）が流れることがある。例えば、電力変換装置に電源を接続したときには、電力変換装置と電源との接続部に突入電流が流れることがある。また、スイッチングを停止している状態からスイッチングを開始するときにも、電力変換装置に突入電流が流れることがある。 In general, when the operating state of a power conversion device changes, an inrush current (impulsive current) that varies greatly over time may flow inside the power conversion device or other devices connected to the power conversion device. For example, when a power converter is connected to a power supply, an inrush current may flow through the connection between the power converter and the power supply. Also, when starting switching from a state in which switching is stopped, a rush current may flow in the power converter.
特許文献２および３には、スイッチを用いて突入電流を抑制することが記載されている。しかし、この技術では回路構成が複雑になってしまうことがある。特許文献４には、電力変換装置（コンバータ回路）におけるスイッチングのデューティ比を調整することで、突入電流を抑制することが記載されている。しかし、電力変換装置に含まれているコンデンサの電圧の大きさと、電源が出力する電圧との大小関係によっては、突入電流を抑制することが困難な場合がある。 Patent Documents 2 and 3 describe suppressing the inrush current using a switch. However, this technique sometimes complicates the circuit configuration. Patent Literature 4 describes suppressing an inrush current by adjusting a switching duty ratio in a power converter (converter circuit). However, it may be difficult to suppress the inrush current depending on the relationship between the magnitude of the voltage of the capacitor included in the power conversion device and the voltage output by the power supply.
本発明の目的は、簡単な構成で電力変換装置に流れる突入電流を抑制することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to suppress an inrush current flowing through a power converter with a simple configuration.
本発明は、スイッチング回路と、電源と前記スイッチング回路との間に設けられた受動素子と、前記スイッチング回路を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記スイッチング回路の動作を開始するときに、前記スイッチング回路から前記受動素子側に流れる向きを正として、負の電流指令値に応じた電流が前記スイッチング回路と、前記受動素子または前記電源との間の電流経路に流れるように、前記スイッチング回路を制御することを特徴とする。 The present invention includes a switching circuit, a passive element provided between a power supply and the switching circuit, and a control section for controlling the switching circuit, wherein the control section starts the operation of the switching circuit. Sometimes, the direction of flow from the switching circuit to the passive element side is positive, and the current corresponding to the negative current command value flows in the current path between the switching circuit and the passive element or the power supply, It is characterized by controlling the switching circuit.
望ましくは、前記制御部は、前記電源から与えられる交流電圧が０となるタイミングに応じて、前記スイッチング回路の動作を開始する。 Desirably, the control unit starts the operation of the switching circuit according to the timing when the AC voltage supplied from the power supply becomes zero.
望ましくは、前記スイッチング回路は、並列に接続された２つのスイッチングアームであって、直列接続された２つのスイッチング素子を各スイッチングアームが備える２つのスイッチングアームを備え、前記電源から前記スイッチング回路に至る一対の経路のうちの一方が、２つの前記スイッチングアームのうちの一方における２つの前記スイッチング素子の直列接続点に接続され、前記電源から前記スイッチング回路に至る一対の経路のうちの他方が、２つの前記スイッチングアームのうちの他方における２つの前記スイッチング素子の直列接続点に接続されている。 Preferably, the switching circuit comprises two switching arms connected in parallel, each switching arm comprising two switching elements connected in series, from the power supply to the switching circuit. One of a pair of paths is connected to a series connection point of the two switching elements in one of the two switching arms, and the other of the pair of paths from the power supply to the switching circuit is connected to two switching arms. connected to the series connection point of the two switching elements in the other of the two switching arms.
望ましくは、前記一対の経路上に設けられたフィルタ回路を備え、前記受動素子は、前記フィルタ回路に設けられたコンデンサである。 Desirably, a filter circuit is provided on the pair of paths, and the passive element is a capacitor provided in the filter circuit.
望ましくは、前記受動素子は、前記電源から前記スイッチング回路に至る一対の経路の間に接続されたコンデンサである。 Preferably, the passive element is a capacitor connected between a pair of paths from the power supply to the switching circuit.
望ましくは、前記電流指令値は、前記スイッチング回路の動作を開始するときに仮に通常制御を実行した場合に前記電流経路に流れる電流について、極性を反転させた値である。 Desirably, the current command value is a value obtained by inverting the polarity of the current flowing through the current path if normal control is performed when starting the operation of the switching circuit.
望ましくは、３つの前記スイッチング回路を備え、３つの前記スイッチング回路のそれぞれから前記電源側に向かう経路が、前記電源における三相交流電力を伝送する３本の経路にデルタ結線またはスター結線されている。 Desirably, three switching circuits are provided, and paths from each of the three switching circuits toward the power supply side are delta-connected or star-connected to three paths for transmitting three-phase AC power in the power supply. .
望ましくは、前記制御部は、前記電源から与えられる交流電圧が０であるか否かを判定する処理と、前記電源から与えられる交流電圧が０であると判定したときに、前記電流指令値に基づいて、前記スイッチング回路を制御する処理と、前記電源から与えられる交流電圧が０となったときから所定時間が経過したか否かを判定する処理と、前記電源から与えられる交流電圧が０となったときから前記所定時間が経過したときに、通常電流指令値に基づいて、前記スイッチング回路を制御する処理と、を実行する。 Preferably, the control unit includes a process of determining whether or not the AC voltage applied from the power supply is 0, and the current command value when it is determined that the AC voltage applied from the power supply is 0. a process for controlling the switching circuit, a process for determining whether or not a predetermined time has passed since the AC voltage applied from the power supply became zero, and a process for determining whether or not the AC voltage applied from the power supply becomes zero. and a process of controlling the switching circuit based on the normal current command value when the predetermined time has elapsed since the time when the normal current command value was reached.
本発明によれば、簡単な構成で電力変換装置に流れる突入電流を抑制することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the inrush current which flows into a power converter device can be suppressed by simple structure.
各図を参照して本発明の各実施形態について説明する。複数の図面に示された同一の事項については同一の符号を付してその説明を省略する。本明細書における上下左右の用語は図面における方向を示す。方向を示すこれらの用語は説明の便宜上のものであり、各構成要素を配置する際の姿勢を限定するものではない。 Each embodiment of the present invention will be described with reference to each drawing. The same items shown in a plurality of drawings are denoted by the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted. The terms up, down, left, and right in this specification indicate directions in the drawings. These directional terms are for the convenience of description and do not limit the orientation of each component.
図１には、本発明の実施形態に係る電力変換装置１００の構成が示されている。電力変換装置１００は、商用電源等の電源電力系統に接続され、負荷装置と電源電力系統との間で双方向に電力を伝送する。電力変換装置１００は、フィルタ回路１３、Ｕ相スイッチング回路１０ｕ、Ｖ相スイッチング回路１０ｖ、Ｗ相スイッチング回路１０ｗ、Ｕ相電力変換器１４ｕ、Ｖ相電力変換器１４ｖ、Ｗ相電力変換器１４ｗ、制御部１６、ａ相端子１２ａ、ｂ相端子１２ｂおよびｃ相端子１２ｃを備えている。
FIG. 1 shows the configuration of a
ａ相端子１２ａ、ｂ相端子１２ｂおよびｃ相端子１２ｃは、電源電力系統に接続される。電源電力系統は、ａ相端子１２ａとｂ相端子１２ｂとの間に相間電圧Ｅａｂを与える。また、電源電力系統は、ｂ相端子１２ｂとｃ相端子１２ｃとの間に相間電圧Ｅｂｃを与え、ｃ相端子１２ｃとａ相端子１２ａとの間に相間電圧Ｅｃａを与える。相間電圧Ｅｂｃは相間電圧Ｅａｂに対して１２０°だけ位相が遅れている。相間電圧Ｅｃａは相間電圧Ｅｂｃに対して１２０°だけ位相が遅れている。
The a-phase
なお、ａ相端子１２ａ、ｂ相端子１２ｂおよびｃ相端子１２ｃには、電源電力系統の他、電力を供給し得る外部電源装置が電源として接続されてもよい。この外部電源装置は、電力変換装置１００から供給される電力によって充電される機能を有してもよい。
The a-phase
フィルタ回路１３は、Ｕ相フィルタ回路Ｆｕ、Ｖ相フィルタ回路ＦｖおよびＷ相フィルタ回路Ｆｗを備えている。Ｕ相フィルタ回路Ｆｕは、ａ相端子１２ａから引き込まれた経路上で直列に接続されたインダクタＬ１ｕおよびＬ２ｕを備えている。Ｕ相フィルタ回路Ｆｕは、さらに、インダクタＬ１ｕおよびＬ２ｕの直列接続点と、ｂ相端子１２ｂから引き込まれた経路との間に接続されたコンデンサＣｕを備えている。
The
Ｖ相フィルタ回路Ｆｖは、ｂ相端子１２ｂおよびｃ相端子１２ｃのそれぞれから引き込まれた経路上に設けられ、Ｕ相フィルタ回路Ｆｕと同様の構成を有している。インダクタＬ１ｖ、Ｌ２ｖおよびコンデンサＣｖは、それぞれＵ相フィルタ回路ＦｕのインダクタＬ１ｕ、Ｌ２ｕおよびコンデンサＣｕに対応する。Ｗ相フィルタ回路Ｆｗは、ｃ相端子１２ｃおよびａ相端子１２ａのそれぞれから引き込まれた経路上に設けられ、Ｕ相フィルタ回路Ｆｕと同様の構成を有している。インダクタＬ１ｗ、Ｌ２ｗおよびコンデンサＣｗは、それぞれＵ相フィルタ回路ＦｕのインダクタＬ１ｕ、Ｌ２ｕおよびコンデンサＣｕに対応する。
V-phase filter circuit Fv is provided on paths led from b-
Ｕ相スイッチング回路１０ｕは、並列に接続されたスイッチングアームＡおよびＢを備えている。スイッチングアームＡは、直列接続されたスイッチング素子Ｓ１ｕおよびＳ２ｕを備えている。スイッチングアームＢは、直列接続されたスイッチング素子Ｓ３ｕおよびＳ４ｕを備えている。
The
Ｖ相スイッチング回路１０ｖは、並列に接続されたスイッチングアームＦおよびＧを備えている。スイッチングアームＦは、直列接続されたスイッチング素子Ｓ１ｖおよびＳ２ｖを備えている。スイッチングアームＧは、直列接続されたスイッチング素子Ｓ３ｖおよびＳ４ｖを備えている。
The V-
Ｗ相スイッチング回路１０ｗは、並列に接続されたスイッチングアームＰおよびＱを備えている。スイッチングアームＰは、直列接続されたスイッチング素子Ｓ１ｗおよびＳ２ｗを備えている。スイッチングアームＱは、直列接続されたスイッチング素子Ｓ３ｗおよびＳ４ｗを備えている。
The W-
各スイッチング素子には、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）が用いられてよい。スイッチング素子としてＩＧＢＴが用いられる場合、２つのスイッチング素子が直列接続されるとは、一方のエミッタ電極に他方のコレクタ電極が接続されることをいう。スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴが用いられる場合、２つのスイッチング素子が直列接続されるとは、一方のソース電極に他方のドレイン電極が接続されることをいう。 Each switching element may be an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). When IGBTs are used as switching elements, connecting two switching elements in series means that one emitter electrode is connected to the other collector electrode. When MOSFETs are used as switching elements, connecting two switching elements in series means that one source electrode is connected to the other drain electrode.
スイッチング素子としてＩＧＢＴが用いられる場合、ＩＧＢＴのエミッタ電極にアノード電極が接続され、コレクタ電極にカソード電極が接続されたダイオードをスイッチング素子が備える。スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴが用いられる場合、ＭＯＳＦＥＴのソース電極にアノード電極が接続され、ドレイン電極にカソード電極が接続されたダイオードをスイッチング素子が備える。 When an IGBT is used as the switching element, the switching element includes a diode having an anode electrode connected to the emitter electrode of the IGBT and a cathode electrode connected to the collector electrode of the IGBT. When a MOSFET is used as the switching element, the switching element includes a diode whose anode electrode is connected to the source electrode of the MOSFET and whose cathode electrode is connected to the drain electrode.
Ｕ相スイッチング回路１０ｕにおけるスイッチング素子Ｓ１ｕおよびＳ２ｕの直列接続点と、Ｕ相スイッチング回路１０ｕにおけるスイッチング素子Ｓ３ｕおよびＳ４ｕの直列接続点は、Ｕ相フィルタ回路Ｆｕを介してａ相端子１２ａおよびｂ相端子１２ｂに接続されている。すなわち、ａ相端子１２ａは、インダクタＬ１ｕおよびＬ２ｕを介して、Ｕ相スイッチング回路１０ｕにおけるスイッチング素子Ｓ１ｕおよびＳ２ｕの直列接続点に接続されている。ｂ相端子１２ｂは、Ｕ相スイッチング回路１０ｕにおけるスイッチング素子Ｓ３ｕおよびＳ４ｕの直列接続点に接続されている。
A series connection point of the switching elements S1u and S2u in the
このように、電源電力系統（電源）からＵ相スイッチング回路１０ｕに至る一対の経路のうちの一方は、２つのスイッチングアームＡおよびＢのうちの一方における２つのスイッチング素子の直列接続点に接続されている。すなわち、インダクタＬ１ｕおよびＬ２ｕが設けられた経路が、スイッチングアームＡにおける２つのスイッチング素子Ｓ１ｕおよびＳ２ｕの直列接続点に接続されている。電源電力系統からＵ相スイッチング回路１０ｕに至る一対の経路の間にはコンデンサＣｕが接続され、一対の経路上にはＵ相フィルタ回路Ｆｕが設けられている。また、電源電力系統からＵ相スイッチング回路１０ｕに至る一対の経路のうちの他方が、２つのスイッチングアームＡおよびＢのうちの他方における２つのスイッチング素子の直列接続点に接続されている。すなわち、コンデンサＣｕの下端側の経路が、スイッチングアームＢにおける２つのスイッチング素子Ｓ３ｕおよびＳ４ｕの直列接続点に接続されている。
Thus, one of the pair of paths from the power supply system (power supply) to the
同様に、Ｖ相スイッチング回路１０ｖにおけるスイッチング素子Ｓ１ｖおよびＳ２ｖの直列接続点と、Ｖ相スイッチング回路１０ｖにおけるスイッチング素子Ｓ３ｖおよびＳ４ｖの直列接続点は、Ｖ相フィルタ回路Ｆｖを介してｂ相端子１２ｂおよびｃ相端子１２ｃに接続されている。Ｗ相スイッチング回路１０ｗにおけるスイッチング素子Ｓ１ｗおよびＳ２ｗの直列接続点と、Ｗ相スイッチング回路１０ｗにおけるスイッチング素子Ｓ３ｗおよびＳ４ｗの直列接続点は、Ｗ相フィルタ回路Ｆｗを介してｃ相端子１２ｃおよびａ相端子１２ａに接続されている。
Similarly, the series connection point of switching elements S1v and S2v in V-
このように、Ｕ相スイッチング回路１０ｕ、Ｖ相スイッチング回路１０ｖおよびＷ相スイッチング回路１０ｗは、Ｕ相フィルタ回路Ｆｕ、Ｖ相フィルタ回路Ｆｖ、およびＷ相フィルタ回路Ｆｗを介して、三相交流電力を伝送する３本の経路にデルタ結線されている。すなわち、Ｕ相フィルタ回路Ｆｕの電源電力系統側の端子対は、ａ相端子１２ａとｂ相端子１２ｂとの間に接続されている。そして、Ｖ相フィルタ回路Ｆｖの電源電力系統側の端子対は、ｂ相端子１２ｂとｃ相端子１２ｃとの間に接続され、Ｗ相フィルタ回路Ｆｗの電源電力系統側の端子対は、ｃ相端子１２ｃとａ相端子１２ａとの間に接続されている。
Thus, the
Ｕ相スイッチング回路１０ｕにおけるスイッチングアームＡおよびＢの上下の並列接続点は、Ｕ相電力変換器１４ｕの正極端子１５ｐおよび負極端子１５ｎに接続されている。Ｖ相スイッチング回路１０ｖにおけるスイッチングアームＦおよびＧの上下の並列接続点は、Ｖ相電力変換器１４ｖの正極端子１５ｐおよび負極端子１５ｎに接続されている。Ｗ相スイッチング回路１０ｗにおけるスイッチングアームＰおよびＱの上下の並列接続点は、Ｗ相電力変換器１４ｗの正極端子１５ｐおよび負極端子１５ｎに接続されている。
The upper and lower parallel connection points of switching arms A and B in
Ｕ相電力変換器１４ｕ、Ｖ相電力変換器１４ｖおよびＷ相電力変換器１４ｗのそれぞれが備える負荷端子２０および２２には、負荷装置が接続される。負荷装置は、電動車両が備える主機電池の充電回路や、オフィス、一般家庭に設けられる電気機器に供給する電力を調整する装置であってよい。
Load devices are connected to load
各電力変換器は、正極端子１５ｐおよび負極端子１５ｎと、負荷端子２０および２２との間で電力変換を行う。例えば、各電力変換器は、正極端子１５ｐおよび負極端子１５ｎに現れる電圧を交流電圧に変換し、負荷端子２０および２２から出力する。あるいは、各電力変換器は、負荷端子２０および２２に現れる交流電圧を直流電圧に変換し、正極端子１５ｐおよび負極端子１５ｎから出力する。
Each power converter performs power conversion between positive terminal 15 p and
制御部１６は、スイッチング素子Ｓ１ｕ～Ｓ４ｕに、それぞれ制御信号ｇ１ｕ～ｇ４ｕを出力し、スイッチング素子Ｓ１ｕ～Ｓ４ｕを制御する。また、制御部１６は、スイッチング素子Ｓ１ｖ～Ｓ４ｖに、それぞれ制御信号ｇ１ｖ～ｇ４ｖを出力し、スイッチング素子Ｓ１ｖ～Ｓ４ｖを制御する。さらに、制御部１６は、スイッチング素子Ｓ１ｗ～Ｓ４ｗに、それぞれ制御信号ｇ１ｗ～ｇ４ｗを出力し、スイッチング素子Ｓ１ｗ～Ｓ４ｗを制御する。制御信号がハイのときにスイッチング素子はオンとなり、制御信号がローのときにスイッチング素子はオフとなる。
The
図２には、制御部１６の構成が示されている。制御部１６は、Ｕ相スイッチング回路１０ｕを制御するための構成要素として、指令値生成部１６１ｕおよび制御信号生成部１６２ｕを備えている。また、制御部１６は、Ｖ相スイッチング回路１０ｖを制御するための構成要素として、指令値生成部１６１ｖおよび制御信号生成部１６２ｖを備えている。さらに、制御部１６は、Ｗ相スイッチング回路１０ｗを制御するための構成要素として、指令値生成部１６１ｗおよび制御信号生成部１６２ｗを備えている。
FIG. 2 shows the configuration of the
制御部１６は、プログラムを実行するプロセッサを含んでよい。この場合、制御部１６は、プログラムを実行することによって、これらの構成要素（指令値生成部１６１ｕ、制御信号生成部１６２ｕ、指令値生成部１６１ｖ、制御信号生成部１６２ｖ、指令値生成部１６１ｗおよび制御信号生成部１６２ｗ）を内部に構成する。
The
本実施形態に係る電力変換装置１００では、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のそれぞれに属する構成要素が同様の構成を有し、同様の処理を実行する。そこで、以下の説明では、Ｕ相に属する構成要素について説明し、Ｖ相およびＷ相に属する構成要素についての説明を簡略化する。
In the
制御部１６は、相間電圧Ｅａｂが０となったときに、Ｕ相に対する電流抑制制御を開始する。制御信号生成部１６２ｕは、相間電圧Ｅａｂが正である間は、制御信号ｇ３ｕをローに維持し、制御信号ｇ４ｕをハイに維持する。これによって、相間電圧Ｅａｂが正である間は、スイッチング素子Ｓ３ｕがオフになり、スイッチング素子Ｓ４ｕがオンになる。
The
相間電圧Ｅａｂが正である間、制御信号生成部１６２ｕは、互いにハイ／ローを反転させた制御信号ｇ１ｕおよびｇ２ｕを生成する。これによって、スイッチング素子Ｓ１ｕおよびＳ２ｕは交互にオン／オフする。すなわち、スイッチング素子Ｓ１ｕがオフからオンに切り替わると共に、スイッチング素子Ｓ２ｕがオンからオフに切り替わり、スイッチング素子Ｓ１ｕがオンからオフに切り替わるときに、スイッチング素子Ｓ２ｕがオフからオンに切り替わる。
While the phase-to-phase voltage Eab is positive, the
指令値生成部１６１ｕは、Ｕ相電流指令値を制御信号生成部１６２ｕに出力する。Ｕ相電流指令値は、スイッチング素子Ｓ１ｕおよびＳ２ｕの直列接続点からコンデンサＣｕの上端に向かって流れ、コンデンサＣｕの下端からスイッチング素子Ｓ３ｕおよびＳ４ｕの直列接続点に向かって流れる電流についての指令値である。
The
制御信号生成部１６２ｕは、ＰＤＭ（Pulse Density Modulation）、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）等の方式に基づいて、Ｕ相電流指令値に応じたパルス幅（ハイになる時間長）を有する制御信号ｇ１ｕおよびｇ２ｕを生成する。例えば、Ｕ相電流指令値が負方向に大きい程、制御信号ｇ２ｕのパルス幅が長くなり、制御信号ｇ１ｕのパルス幅が短くなるような制御信号ｇ１ｕおよびｇ２ｕを生成する。この場合、Ｕ相電流指令値が負方向に大きい程、スイッチング素子Ｓ２ｕがオンになる時間が長くなり、スイッチング素子Ｓ１ｕがオンになる時間が短くなる。
The control
次に、相間電圧Ｅａｂが負である間、制御信号生成部１６２ｕは、制御信号ｇ１ｕをローに維持し、制御信号ｇ２ｕをハイに維持する。これによって、相間電圧Ｅａｂが負である間、スイッチング素子Ｓ１ｕがオフになり、スイッチング素子Ｓ２ｕがオンになる。
Next, while the phase-to-phase voltage Eab is negative, the
相間電圧Ｅａｂが負である間、制御信号生成部１６２ｕは、互いにハイ／ローを反転させた制御信号ｇ３ｕおよびｇ４ｕを生成する。相間電圧Ｅａｂが正である間の処理と同様の処理によって、制御信号生成部１６２ｕは、Ｕ相電流指令値に応じたパルス幅を有する制御信号ｇ３ｕおよびｇ４ｕを生成する。
While the phase-to-phase voltage Eab is negative, the
Ｕ相スイッチング回路１０ｕのスイッチングが停止している状態からスイッチングを開始した場合、Ｕ相電力変換器１４ｕの正極端子１５ｐおよび負極端子１５ｎの間の電圧と、ａ相端子１２ａおよびｂ相端子１２ｂの間の電圧との相違に応じて、Ｕ相スイッチング回路１０ｕと電源電力系統との間の経路に電流が流れる。例えば、スイッチング素子Ｓ１ｕおよびＳ２ｕの直列接続点からコンデンサＣｕの上端に向かう突入電流が流れる。このような突入電流を許容するため、電力変換装置１００が大型化することがある。また突入電流は、コンデンサＣｕのみならず電源電力系統にも流れることがあり、電源電力系統の動作に影響を及ぼすことがある。
When
そこで、制御部１６は、相間電圧Ｅａｂが０となったｔ＝０から所定の時間ｔｓが経過するまでの間、突入電流とは逆極性の電流を示す電流指令値に基づく電流が、突入電流経路に流れるように各スイッチング素子を制御する。ここで、Ｕ相についての突入電流経路は、スイッチング素子Ｓ１ｕおよびＳ２ｕの直列接続点からコンデンサＣｕの上端に向かい、コンデンサＣｕの下端からスイッチング素子Ｓ３ｕおよびＳ４ｕの直列接続点に向かう経路である。
Therefore, the
電流抑制制御におけるＵ相電流指令値Ｉ＊（抑制指令値）は、スイッチングの開始時に、通常の動作を行うための通常制御を仮に実行した場合に、突入電流経路に流れる電流の極性を反転したものであってよい。Ｕ相電流指令値Ｉｕ＊は、スイッチング素子Ｓ１ｕおよびＳ２ｕの直列接続点からコンデンサＣｕの上端に向かい、コンデンサＣｕの下端からスイッチング素子Ｓ３ｕおよびＳ４ｕの直列接続点に向かう方向の電流に対する値を正とする。抑制指令値および時間ｔｓは、実験やシミュレーションに基づいて決定されてよい。時間ｔｓは、例えば、電源電力系統から電力変換装置１００に与えられる三相交流電圧の周期の１／８であってよい。時刻ｔ＝ｔｓより後は、Ｕ相電流指令値Ｉｕ＊は、通常電流指令値Ｉｃｍｄとなる。
The U-phase current command value I * (suppression command value) in the current suppression control is obtained by reversing the polarity of the current flowing in the inrush current path when normal control for normal operation is performed at the start of switching. can be anything. The U-phase current command value Iu * is positive for the current in the direction from the series connection point of the switching elements S1u and S2u to the upper end of the capacitor Cu and from the lower end of the capacitor Cu to the series connection point of the switching elements S3u and S4u. do. The suppression command value and time ts may be determined based on experiments and simulations. The time ts may be, for example, ⅛ of the period of the three-phase AC voltage applied to the
このように、制御部１６は、Ｕ相スイッチング回路１０ｕの動作を開始するときに、Ｕ相スイッチング回路１０ｕからコンデンサＣｕ（受動素子）側に流れる向きを正として、負の電流指令値であるＵ相電流指令値Ｉｕ＊に応じた電流がＵ相スイッチング回路１０ｕと、コンデンサＣｕまたは電源電力系統との間に流れるように、Ｕ相スイッチング回路１０ｕを制御する。
Thus, when starting the operation of the
図３には、電力変換装置１００における各部の電圧の時間波形の例と、制御信号ｇ１ｕ～ｇ４ｕの時間波形の例が示されている。図３の左半分には相間電圧Ｅａｂが正である間の時間波形が示されており、右半分には相間電圧Ｅａｂが負である間の時間波形が示されている。
FIG. 3 shows an example of time waveforms of voltages in the
図３（ａ）にはＵ相電力変換器１４ｕの負荷端子２０および２２に現れる電圧Ｖｔｕの時間波形が示されている。図３（ｂ）には、正極端子１５ｐおよび負極端子１５ｎに現れる電圧Ｖｓｕの時間波形が示されている。図３（ａ）および図３（ｂ）に示されている例では、Ｕ相電力変換器１４ｕは、正極端子１５ｐおよび負極端子１５ｎに現れる電圧を矩形の交流電圧に変換し、負荷端子２０および２２から出力する。
FIG. 3(a) shows the time waveform of voltage Vtu appearing at
図３（ｃ）～図３（ｆ）には、それぞれ制御信号ｇ１ｕ～ｇ４ｕの時間波形が示されている。 図３（ｃ）～図３（ｆ）の左側に示されているように、相間電圧Ｅａｂが正である間、制御信号ｇ３ｕはローに維持され、制御信号ｇ４ｕはハイに維持されている。制御信号ｇ１ｕおよびＳ２ｕは交互にハイ／ローを繰り返す。図３（ｃ）～図３（ｆ）の右側に示されているように、相間電圧Ｅａｂが負である間、制御信号ｇ１ｕはローに維持され、制御信号ｇ２ｕはハイに維持されている。制御信号ｇ３ｕおよびＳ４ｕは交互にハイ／ローを繰り返す。 FIGS. 3(c) to 3(f) show time waveforms of the control signals g1u to g4u, respectively. As shown on the left side of FIGS. 3(c)-3(f), control signal g3u is maintained low and control signal g4u is maintained high while phase-to-phase voltage Eab is positive. The control signals g1u and S2u alternately repeat high/low. As shown on the right side of FIGS. 3(c)-3(f), control signal g1u is maintained low and control signal g2u is maintained high while phase-to-phase voltage Eab is negative. The control signals g3u and S4u alternately repeat high/low.
図３（ｇ）には、スイッチング素子Ｓ１ｕおよびＳ２ｕの直列接続点と、スイッチング素子Ｓ３ｕおよびＳ４ｕの直列接続点との間のスイッチング電圧Ｖｐｕが示されている。この図では、スイッチング素子Ｓ３ｕおよびＳ４ｕの直列接続点の電圧が基準電圧とされている。 FIG. 3(g) shows the switching voltage Vpu between the series connection point of the switching elements S1u and S2u and the series connection point of the switching elements S3u and S4u. In this figure, the voltage at the series connection point of the switching elements S3u and S4u is taken as the reference voltage.
図４（ａ）には相間電圧Ｅａｂの時間波形が示されている。図４（ｂ）にはスイッチング電圧Ｖｐｕの時間波形が示されている。ただし、図４では、図３に比べて、単位時間当たりの時間軸の長さが縮小されている。 FIG. 4(a) shows the time waveform of the phase-to-phase voltage Eab. FIG. 4(b) shows the time waveform of the switching voltage Vpu. However, in FIG. 4, the length of the time axis per unit time is reduced compared to FIG.
上記のように、相間電圧Ｅａｂが正である間、制御信号ｇ３ｕはローに維持され、制御信号ｇ４ｕはハイに維持されている。また、相間電圧Ｅａｂが負である間、制御信号ｇ１ｕはローに維持され、制御信号ｇ２ｕはハイに維持されている。この動作によって、相間電圧Ｅａｂが正である間と、相間電圧Ｅａｂが負である間とで、スイッチング電圧Ｖｐｕの極性が異なっている。 As described above, control signal g3u is maintained low and control signal g4u is maintained high while phase-to-phase voltage Eab is positive. Also, while the phase-to-phase voltage Eab is negative, the control signal g1u is maintained low and the control signal g2u is maintained high. Due to this operation, the polarity of the switching voltage Vpu differs between when the phase-to-phase voltage Eab is positive and when the phase-to-phase voltage Eab is negative.
また、相間電圧Ｅａｂが正である間、制御信号ｇ１ｕおよびｇ２ｕは、Ｕ相電流指令値Ｉｕ＊の大きさに応じたパルス幅を有する。また、相間電圧Ｅａｂが負である間、制御信号ｇ３ｕおよびＳ４ｕは、Ｕ相電流指令値Ｉｕ＊の大きさに応じたパルス幅を有する。したがって、スイッチング電圧Ｖｐｕは、Ｕ相電流指令値Ｉｕ＊の大きさに応じたパルス幅を有する。 Further, while the phase-to-phase voltage Eab is positive, the control signals g1u and g2u have pulse widths corresponding to the magnitude of the U-phase current command value Iu * . Further, while the phase-to-phase voltage Eab is negative, the control signals g3u and S4u have pulse widths corresponding to the magnitude of the U-phase current command value Iu * . Therefore, the switching voltage Vpu has a pulse width corresponding to the magnitude of the U-phase current command value Iu * .
図５には、Ｕ相に関して制御部１６が実行する電流抑制制御のフローチャートが示されている。制御部１６は相間電圧Ｅａｂを測定する（Ｓ１０１）。制御部１６は、相間電圧Ｅａｂが０となったか否かを判定する（Ｓ１０２）。制御部１６は、相間電圧Ｅａｂが０でないときはステップＳ１０１の処理に戻り、相間電圧Ｅａｂを測定する。制御部１６は、相間電圧Ｅａｂが０となったときは、抑制指令値に従ってスイッチング素子Ｓ１ｕ～Ｓ４ｕを制御する（Ｓ１０３）。制御部１６は、相間電圧Ｅａｂが０となったときから時間ｔｓが経過したか否かを判定し（Ｓ１０４）、時間ｔｓが経過するまで抑制指令値に従って、スイッチング素子Ｓ１ｕ～Ｓ４ｕを制御する（Ｓ１０３）。制御部１６は、相間電圧Ｅａｂが０となったときから時間ｔｓが経過したときは、通常電流指令値Ｉｃｍｄに従って、スイッチング素子Ｓ１ｕ～Ｓ４ｕを制御する（Ｓ１０５）。
FIG. 5 shows a flow chart of current suppression control executed by the
上記では、Ｕ相スイッチング回路１０ｕおよびＵ相電力変換器１４ｕの動作について説明した。Ｖ相スイッチング回路１０ｖおよびＶ相電力変換器１４ｖの動作と、Ｗ相スイッチング回路１０ｗおよびＷ相電力変換器１４ｗの動作は、Ｕ相スイッチング回路１０ｕおよびＵ相電力変換器１４ｕの動作と同様である。
The operations of
Ｖ相についての突入電流経路は、スイッチング素子Ｓ１ｖおよびＳ２ｖの直列接続点からコンデンサＣｖの上端に向かい、コンデンサＣｖの下端からスイッチング素子Ｓ３ｖおよびＳ４ｖの直列接続点に向かう経路である。Ｗ相についての突入電流経路は、スイッチング素子Ｓ１ｗおよびＳ２ｗの直列接続点からコンデンサＣｗの上端に向かい、コンデンサＣｗの下端からスイッチング素子Ｓ３ｗおよびＳ４ｗの直列接続点に向かう経路である。 The inrush current path for the V phase is a path from the series connection point of switching elements S1v and S2v to the upper end of capacitor Cv and from the lower end of capacitor Cv to the series connection point of switching elements S3v and S4v. The inrush current path for the W phase is a path from the series connection point of switching elements S1w and S2w to the upper end of capacitor Cw and from the lower end of capacitor Cw to the series connection point of switching elements S3w and S4w.
Ｕ相スイッチング回路１０ｕについては、相間電圧Ｅａｂが０となるタイミングで電流抑制制御が開始されるのに対し、Ｖ相スイッチング回路１０ｖについては、相間電圧Ｅｂｃが０となるタイミングで電流抑制制御が開始される。また、Ｗ相スイッチング回路１０ｗについては、相間電圧Ｅｃａが０となるタイミングで電流抑制制御が開始される。
For the
本実施形態に係る電流抑制制御によれば、Ｕ相スイッチング回路１０ｕ、Ｖ相スイッチング回路１０ｖおよびＷ相スイッチング回路１０ｗが動作を開始するときに各突入電流経路に流れる突入電流が抑制される。これによって、突入電流に対する耐性を高めるために電力変換装置１００を大型化する必要がなくなる。また、電源電力系統の動作に影響を及ぼすことが回避され、あるいは電源電力系統の動作に及ぼす影響が抑制される。
According to the current suppression control according to the present embodiment, the inrush current flowing through each inrush current path is suppressed when the
上記では、Ｕ相スイッチング回路１０ｕ、Ｖ相スイッチング回路１０ｖおよびＷ相スイッチング回路１０ｗが、Ｕ相フィルタ回路Ｆｕ、Ｖ相フィルタ回路Ｆｖ、およびＷ相フィルタ回路Ｆｗを介して、三相交流電力を伝送する３本の経路にデルタ結線された例が示された。Ｕ相スイッチング回路１０ｕ、Ｖ相スイッチング回路１０ｖおよびＷ相スイッチング回路１０ｗは、Ｕ相フィルタ回路Ｆｕ、Ｖ相フィルタ回路Ｆｖ、およびＷ相フィルタ回路Ｆｗを介して、三相交流電力を伝送する３本の経路にスター結線されてもよい。
In the above, the
図６には、Ｕ相フィルタ回路Ｆｕ、Ｖ相フィルタ回路Ｆｖ、およびＷ相フィルタ回路Ｆｗのそれぞれの電源電力系統側の一対の端子が、ａ相端子１２ａ、ｂ相端子１２ｂおよびｃ相端子１２ｃにスター結線された変形例が示されている。Ｕ相フィルタ回路Ｆｕ、Ｖ相フィルタ回路ＦｖおよびＷ相フィルタ回路Ｆｗのそれぞれにおける電源電力系統側の一対の端子のうち、下側の端子は中性点Ｎで共通に接続されている。すなわち、Ｕ相フィルタ回路Ｆｕにおける電源電力系統側の一対の端子のうち、スイッチングアームＢに接続される端子は中性点Ｎに接続されている。Ｖ相フィルタ回路Ｆｖにおける電源電力系統側の一対の端子のうち、スイッチングアームＧに接続される端子は中性点Ｎに接続されている。Ｗ相フィルタ回路Ｆｗにおける電源電力系統側の一対の端子のうち、スイッチングアームＱに接続される端子は中性点Ｎに接続されている。
In FIG. 6, a pair of terminals on the power supply system side of each of the U-phase filter circuit Fu, the V-phase filter circuit Fv, and the W-phase filter circuit Fw are a-phase terminal 12a, b-
Ｕ相フィルタ回路Ｆｕにおける電源電力系統側の一対の端子のうち、インダクタＬｕ１およびＬｕ２を介してスイッチングアームＡに接続される端子はａ相端子１２ａに接続されている。Ｖ相フィルタ回路Ｆｖにおける電源電力系統側の一対の端子のうち、インダクタＬｖ１およびＬｖ２を介してスイッチングアームＦに接続される端子はｂ相端子１２ｂに接続されている。Ｗ相フィルタ回路Ｆｗにおける電源電力系統側の一対の端子のうち、インダクタＬｗ１およびＬｗ２を介してスイッチングアームＰに接続される端子はｃ相端子１２ｃに接続されている。
Of the pair of terminals on the power supply system side of the U-phase filter circuit Fu, the terminal connected to the switching arm A via the inductors Lu1 and Lu2 is connected to the
図７には、本発明の応用実施形態に係る電力変換システム１０２の構成が示されている。電力変換システム１０２は、電力変換装置１００のＵ相電力変換器１４ｕ、Ｖ相電力変換器１４ｖおよびＷ相電力変換器１４ｗのそれぞれにおける負荷端子２０および２２に、３相ポート／２ポート電力変換装置１０４を接続したものである。
FIG. 7 shows the configuration of a
図７には、Ｕ相スイッチング回路１０ｕ、Ｖ相スイッチング回路１０ｖおよびＷ相スイッチング回路１０ｗが、Ｕ相フィルタ回路Ｆｕ、Ｖ相フィルタ回路Ｆｖ、およびＷ相フィルタ回路Ｆｗを介して、電源電力系統にデルタ結線された例が示されている。Ｕ相スイッチング回路１０ｕ、Ｖ相スイッチング回路１０ｖおよびＷ相スイッチング回路１０ｗは、Ｕ相フィルタ回路Ｆｕ、Ｖ相フィルタ回路Ｆｖ、およびＷ相フィルタ回路Ｆｗを介して、電源電力系統にスター結線されてもよい。
In FIG. 7, a
Ｕ相電力変換器１４ｕは、ダイオードＤｕ、コンデンサＣ２ｕ、抵抗器Ｒｕおよびブリッジ回路１８ｕを備えている。ダイオードＤｕのアノード電極は正極端子１５ｐに接続されている。コンデンサＣ２ｕおよび抵抗器Ｒｕは並列接続されている。コンデンサＣ２ｕおよび抵抗器Ｒｕの上端はダイオードＤｕのカソード電極に接続され、コンデンサＣ２ｕおよび抵抗器Ｒｕの下端は負極端子１５ｎに接続されている。
The
ブリッジ回路１８ｕは、自らの負荷端子２０を正極端子１５ｐまたは負極端子１５ｎに導通させるスイッチングアームと、自らの負荷端子２２を正極端子１５ｐまたは負極端子１５ｎに導通させるスイッチングアームとを備えている。ブリッジ回路１８ｕは、正極端子１５ｐおよび負極端子１５ｎの間の電圧をスイッチングし、負荷端子２０および２２から出力する。あるいは、ブリッジ回路１８ｕは、負荷端子２０および２２の間の電圧をスイッチングし、正極端子１５ｐおよび負極端子１５ｎから出力する。
The
図３（ａ）にはＵ相電力変換器１４ｕの負荷端子２０および２２に現れる電圧の時間波形が示されている。図３（ｂ）には、正極端子１５ｐおよび負極端子１４ｎに現れる電圧の時間波形が示されている。
FIG. 3(a) shows the time waveform of the voltage appearing at the
Ｖ相電力変換器１４ｖは、ダイオードＤｖ、コンデンサＣ２ｖ、抵抗器Ｒｖおよびブリッジ回路１８ｖを備えている。Ｖ相電力変換器１４ｖは、Ｕ相電力変換器１４ｕと同様の構成を有し、Ｕ相電力変換器１４ｕと同様の動作をする。ダイオードＤｖ、コンデンサＣ２ｖ、抵抗器Ｒｖおよびブリッジ回路１８ｖは、それぞれ、ダイオードＤｕ、コンデンサＣ２ｕ、抵抗器Ｒｕおよびブリッジ回路１８ｕに対応している。
V-
Ｗ相電力変換器１４ｗは、ダイオードＤｗ、コンデンサＣ２ｗ、抵抗器Ｒｗおよびブリッジ回路１８ｗを備えている。Ｗ相電力変換器１４ｗは、Ｕ相電力変換器１４ｕと同様の構成を有し、Ｕ相電力変換器１４ｕと同様の動作をする。ダイオードＤｗ、コンデンサＣ２ｗ、抵抗器Ｒｗおよびブリッジ回路１８ｗは、それぞれ、ダイオードＤｕ、コンデンサＣ２ｕ、抵抗器Ｒｕおよびブリッジ回路１８ｕに対応している。
The W-
３相ポート／２ポート電力変換装置１０４は、トランスＴｕ、ＴｖおよびＴｗ、インダクタＬ３ｕ、Ｌ３ｖおよびＬ３ｗ、ならびに３相ブリッジ回路４０を備えている。トランスＴｕの１次巻線は、Ｕ相電力変換器１４ｕの負荷端子２０および２２に接続されている。トランスＴｖの１次巻線はＶ相電力変換器１４ｖの負荷端子２０および２２に接続され、トランスＴｗの１次巻線はＷ相電力変換器１４ｗの負荷端子２０および２２に接続されている。
Three-phase port/two-
トランスＴｕの２次巻線の一端は３相ブリッジ回路４０の第１端子Ｔ１に接続され、トランスＴｕの２次巻線の他端は３相ブリッジ回路４０の第２端子Ｔ２に接続されている。トランスＴｖの２次巻線の一端は３相ブリッジ回路４０の第２端子Ｔ２に接続され、トランスＴｖの２次巻線の他端は３相ブリッジ回路４０の第３端子Ｔ３に接続されている。トランスＴｗの２次巻線の一端は３相ブリッジ回路４０の第３端子Ｔ３に接続され、トランスＴｗの２次巻線の他端は３相ブリッジ回路４０の第１端子Ｔ１に接続されている。
One end of the secondary winding of the transformer Tu is connected to the first terminal T1 of the three-
３相ブリッジ回路４０は、第１端子Ｔ１を正極端子３８ｐまたは負極端子３８ｎに接続するスイッチングアームを備えている。３相ブリッジ回路４０は、さらに、第２端子Ｔ２を正極端子３８ｐまたは負極端子３８ｎに接続するスイッチングアームと、第３端子Ｔ３を正極端子３８ｐまたは負極端子３８ｎに接続するスイッチングアームとを備えている。
The three-
トランスＴｕの２次巻線のタップにはインダクタＬ３ｕの一端が接続され、インダクタＬ３ｕの他端は正極端子３６ｐに接続されている。トランスＴｖの２次巻線のタップにはインダクタＬ３ｖの一端が接続され、インダクタＬ３ｖの他端は正極端子３６ｐに接続されている。トランスＴｗの２次巻線のタップにはインダクタＬ３ｗの一端が接続され、インダクタＬ３ｗの他端は正極端子３６ｐに接続されている。インダクタＬ３ｕ、Ｌ３ｖおよびＬ３ｗが接続される２次巻線のタップは、２次巻線を等分割する点に設けられたセンタータップであってよい。負極端子３６ｎは、負極端子３８ｎに接続されている。正極端子３６ｐと負極端子３６ｎとの間には、コンデンサＣ３が接続されている。
One end of the inductor L3u is connected to the tap of the secondary winding of the transformer Tu, and the other end of the inductor L3u is connected to the
３相ブリッジ回路４０は、第１端子Ｔ１～第３端子Ｔ３の相互間の電圧をスイッチングし、正極端子３６ｐおよび負極端子３６ｎから出力する。あるいは、３相ブリッジ回路４０は、正極端子３６ｐおよび負極端子３６ｎの間の電圧をスイッチングし、第１端子Ｔ１～第３端子Ｔ３の相互間から出力する。
The three-
３相ブリッジ回路４０は、第１端子Ｔ１～第３端子Ｔ３の相互間の電圧をスイッチングし、正極端子３８ｐおよび負極端子３８ｎから出力する。あるいは、３相ブリッジ回路４０は、正極端子３８ｐおよび負極端子３８ｎの間の電圧をスイッチングし、第１端子Ｔ１～第３端子Ｔ３の相互間から出力する。
The three-
３相ブリッジ回路４０は、正極端子３６ｐおよび負極端子３６ｎの間の電圧と、正極端子３８ｐおよび負極端子３８ｎの間の電圧との比率が、所定値となるようにスイッチングを行う。
The three-
３相ブリッジ回路４０は、第１ブリッジ電圧Ｅ１、第２ブリッジ電圧Ｅ２および第３ブリッジ電圧Ｅ３の瞬時値の加算合計値が０となるスイッチングを行ってよい。ここで、第１ブリッジ電圧Ｅ１は、第２端子Ｔ２の電位を基準とした第１端子Ｔ１の電圧である。第２ブリッジ電圧Ｅ２は、第３端子Ｔ３の電位を基準とした第２端子Ｔ２の電圧であり、第３ブリッジ電圧Ｅ３は、第１端子Ｔ１の電位を基準とした第３端子Ｔ３の電圧である。また、３相ブリッジ回路４０は、第１ブリッジ電圧Ｅ１～第３ブリッジ電圧Ｅ３のそれぞれの絶対値の１周期に亘る時間積分値が同一となるように、スイッチングを行ってよい。
The three-
Ｕ相電力変換器１４ｕの負荷端子２０および２２には、第１ブリッジ電圧Ｅ１をトランスＴｕの巻線比倍した電圧が印加される。Ｖ相電力変換器１４ｖの負荷端子２０および２２には、第２ブリッジ電圧Ｅ２をトランスＴｖの巻線比倍した電圧が印加される。Ｗ相電力変換器１４ｗの負荷端子２０および２２には、第３ブリッジ電圧Ｅ３をトランスＴｗの巻線比倍した電圧が印加される。ここで、巻線比とは、２次巻線の巻き数に対する１次巻線の巻き数の比率をいう。
A voltage obtained by multiplying the first bridge voltage E1 by the winding ratio of the transformer Tu is applied to the
このような動作によって、３相ポート／２ポート電力変換装置１０４は、トランスＴｕ、ＴｖおよびＴｗのそれぞれの１次巻線と、正極端子３６ｐおよび負極端子３６ｎと、正極端子３８ｐおよび負極端子３８ｎとの相互間で、双方向に電力を伝送する。
By such operation, the 3-phase port/2-
図８には、第１ブリッジ電圧Ｅ１～第３ブリッジ電圧Ｅ３の時間波形の例が示されている。横軸は時間を示し縦軸は電圧値を示す。図５に示されているように、第１ブリッジ電圧Ｅ１～第３ブリッジ電圧Ｅ３の瞬時値の加算合計値は０である。また、第１ブリッジ電圧Ｅ１～第３ブリッジ電圧Ｅ３のそれぞれの絶対値の１周期に亘る時間積分値は同一である。 FIG. 8 shows examples of time waveforms of the first bridge voltage E1 to the third bridge voltage E3. The horizontal axis indicates time and the vertical axis indicates voltage value. As shown in FIG. 5, the sum of the instantaneous values of the first bridge voltage E1 to the third bridge voltage E3 is zero. Also, the time integral values over one cycle of the absolute values of the first to third bridge voltages E1 to E3 are the same.
これによって、Ｕ相電力変換器１４ｕ、Ｖ相電力変換器１４ｖおよびＷ相電力変換器１４ｗと３相ブリッジ回路４０との間で、各トランスを介して伝送される電力について、相ごとのばらつきが小さくなり、各相で均等に電力が伝送される。各相の電力容量を必要最小限に均等とすることで、電力変換システム１０２が小型化される。
As a result, between the
図９および図１０には電力変換システム１０２の実験結果が示されている。図９は、電流抑制制御を行った場合の実験結果を示し、図１０は従来の制御を行った場合の実験結果を示している。図９に示された指令信号５０ｕ、５０ｖおよび５０ｗは、それぞれ、Ｕ相、Ｖ相およびＷのスイッチングを開始することを示す信号である。指令信号５０ｕ、５０ｖおよび５０ｗのレベルがハイからローに変化したときに、それぞれ、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のスイッチングが開始される。図９には、時刻ｔ＝ｔ１、ｔ２およびｔ３において、それぞれ、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のスイッチングが開始されたことが示されている。
9 and 10 show experimental results of the
図９に示された電流波形５２は、３相ポート／２ポート電力変換装置１０４の正極端子３６ｐから流入する電流の時間波形である。電圧波形５４は、相間電圧Ｅａｂの時間波形である。三相交流電流波形５６は、ａ相端子１２ａ、ｂ相端子１２ｂおよびｃ相端子１２ｃに流れる電流の時間波形である。
A
図１０に示された指令信号６０ｕ、６０ｖおよび６０ｗは、それぞれ、Ｕ相、Ｖ相およびＷのスイッチングを開始することを示す信号である。指令信号６０ｕ、６０ｖおよび６０ｗのレベルがハイからローに変化したときに、それぞれ、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のスイッチングが開始される。図１０には、時刻ｔ＝ｔ１において、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のスイッチングが同時に開始されたことが示されている。
図１０に示された電流波形６２は、３相ポート／２ポート電力変換装置１０４の正極端子３６ｐから流入する電流の時間波形である。電圧波形６４は、相間電圧Ｅａｂの時間波形である。三相交流電流波形６６は、ａ相端子１２ａ、ｂ相端子１２ｂおよびｃ相端子１２ｃに流れる電流の時間波形である。
A
図９および図１０から明らかなように、ａ相端子１２ａ、ｂ相端子１２ｂおよびｃ相端子１２ｃに流れる電流は、電流抑制制御を行うことによって従来の制御を行った場合に比べて抑制されている。さらに、３相ポート／２ポート電力変換装置１０４の正極端子３６ｐから流入する電流も、従来の制御を行った場合に比べて抑制されている。
9 and 10, the currents flowing through the
１０ｕ Ｕ相スイッチング回路、１０ｖ Ｖ相スイッチング回路、１０ｗ Ｗ相スイッチング回路、１２ａ ａ相端子、１２ｂ ｂ相端子、１２ｃ ｃ相端子、１３ フィルタ回路、１４ｕ Ｕ相電力変換器、１４ｖ Ｖ相電力変換器、１４ｗ Ｗ相電力変換器、１５ｐ，３６ｐ，３８ｐ 正極端子、１５ｎ，３６ｎ，３８ｎ 負極端子、１６ 制御部、１６１ｕ，１６１ｖ，１６１ｗ 指令値生成部、１６２ｕ，１６２ｖ，１６２ｗ 制御信号生成部、１８ｕ，１８ｖ，１８ｗ ブリッジ回路、２０，２２ 負荷端子、４０ ３相ブリッジ回路、５０ｕ，５０ｖ，５０ｗ，６０ｕ，６０ｖ，６０ｗ 指令信号、５２，６２ 電流波形、５４，６４ 電圧波形、５６，６６ 三相交流電流波形、１００ 電力変換装置，１０２ 電力変換システム、１０４ ３相ポート／２ポート電力変換装置、Ｌ１ｕ～Ｌ３ｕ，Ｌ１ｖ～Ｌ３ｖ，Ｌ１ｗ～Ｌ３ｗ インダクタ、Ｃｕ，Ｃｖ，Ｃｗ，Ｃ２ｕ，Ｃ２ｖ，Ｃ２ｗ Ｃ３ コンデンサ、Ｄｕ，Ｄｖ，Ｄｗ ダイオード、Ｒｕ，Ｒｖ，Ｒｗ 抵抗器、Ｓ１ｕ～Ｓ４ｕ，Ｓ１ｖ～Ｓ４ｖ，Ｓ１ｗ～Ｓ４ｗ スイッチング素子、ｇ１ｕ～ｇ４ｕ，ｇ１ｖ～ｇ４ｖ，ｇ１ｗ～ｇ４ｗ 制御信号、Ｔｕ，Ｔｖ，Ｔｗ トランス、Ｔ１ 第１端子、Ｔ２ 第２端子、Ｔ３ 第３端子、Ｆｕ Ｕ相フィルタ回路、Ｆｖ Ｖ相フィルタ回路、Ｆｗ Ｗ相フィルタ回路。 10u U-phase switching circuit, 10v V-phase switching circuit, 10w W-phase switching circuit, 12a a-phase terminal, 12b b-phase terminal, 12c c-phase terminal, 13 filter circuit, 14u U-phase power converter, 14v V-phase power converter , 14w W-phase power converter 15p, 36p, 38p positive terminal 15n, 36n, 38n negative terminal 16 control section 161u, 161v, 161w command value generation section 162u, 162v, 162w control signal generation section 18u, 18v, 18w bridge circuit, 20, 22 load terminal, 40 three-phase bridge circuit, 50u, 50v, 50w, 60u, 60v, 60w command signal, 52, 62 current waveform, 54, 64 voltage waveform, 56, 66 three-phase alternating current Current Waveform, 100 Power Converter, 102 Power Conversion System, 104 3-Phase Port/2-Port Power Converter, L1u to L3u, L1v to L3v, L1w to L3w Inductor, Cu, Cv, Cw, C2u, C2v, C2w C3 Capacitor , Du, Dv, Dw Diodes Ru, Rv, Rw Resistors S1u to S4u, S1v to S4v, S1w to S4w Switching elements g1u to g4u, g1v to g4v, g1w to g4w Control signals Tu, Tv, Tw Transformers , T1 first terminal, T2 second terminal, T3 third terminal, Fu U-phase filter circuit, Fv V-phase filter circuit, Fw W-phase filter circuit.
Claims (8)
電源と前記スイッチング回路との間に設けられた受動素子と、
前記スイッチング回路を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記スイッチング回路の動作を開始するときに、前記スイッチング回路から前記受動素子側に流れる向きを正として、負の電流指令値に応じた電流が前記スイッチング回路と、前記受動素子または前記電源との間の電流経路に流れるように、前記スイッチング回路を制御することを特徴とする電力変換装置。 a switching circuit;
a passive element provided between a power supply and the switching circuit;
A control unit that controls the switching circuit,
The control unit
When the operation of the switching circuit is started, the direction of flow from the switching circuit to the passive element side is assumed to be positive, and the current corresponding to the negative current command value flows between the switching circuit and the passive element or the power supply. A power converter, wherein the switching circuit is controlled so that the current flows through the current path of
前記制御部は、
前記電源から与えられる交流電圧が０となるタイミングに応じて、前記スイッチング回路の動作を開始することを特徴とする電力変換装置。 In the power converter according to claim 1,
The control unit
A power conversion apparatus, wherein the operation of the switching circuit is started according to the timing when the AC voltage supplied from the power supply becomes zero.
前記スイッチング回路は、
並列に接続された２つのスイッチングアームであって、直列接続された２つのスイッチング素子を各スイッチングアームが備える２つのスイッチングアームを備え、
前記電源から前記スイッチング回路に至る一対の経路のうちの一方が、２つの前記スイッチングアームのうちの一方における２つの前記スイッチング素子の直列接続点に接続され、
前記電源から前記スイッチング回路に至る一対の経路のうちの他方が、２つの前記スイッチングアームのうちの他方における２つの前記スイッチング素子の直列接続点に接続されていることを特徴とする電力変換装置。 In the power conversion device according to claim 1 or claim 2,
The switching circuit is
two switching arms connected in parallel, each switching arm comprising two switching elements connected in series;
one of a pair of paths from the power supply to the switching circuit is connected to a series connection point of two of the switching elements in one of the two switching arms;
A power converter, wherein the other of a pair of paths from the power source to the switching circuit is connected to a series connection point of the two switching elements in the other of the two switching arms.
前記一対の経路上に設けられたフィルタ回路を備え、
前記受動素子は、
前記フィルタ回路に設けられたコンデンサであることを特徴とする電力変換装置。 In the power converter according to claim 3,
A filter circuit provided on the pair of paths,
The passive element is
A power converter, comprising: a capacitor provided in the filter circuit.
前記受動素子は、
前記電源から前記スイッチング回路に至る一対の経路の間に接続されたコンデンサであることを特徴とする電力変換装置。 In the power conversion device according to claim 1 or claim 2,
The passive element is
A power converter comprising a capacitor connected between a pair of paths from the power supply to the switching circuit.
前記電流指令値は、
前記スイッチング回路の動作を開始するときに仮に通常制御を実行した場合に前記電流経路に流れる電流について、極性を反転させた値であることを特徴とする電力変換装置。 In the power converter according to any one of claims 1 to 5,
The current command value is
A power converter according to claim 1, wherein a current flowing through the current path in the event that normal control is executed when starting the operation of the switching circuit is a value obtained by inverting the polarity.
３つの前記スイッチング回路を備え、
３つの前記スイッチング回路のそれぞれから前記電源側に向かう経路が、前記電源における三相交流電力を伝送する３本の経路にデルタ結線またはスター結線されていることを特徴とする電力変換装置。 In the power converter according to any one of claims 1 to 6,
comprising three said switching circuits,
A power converter, wherein a path from each of the three switching circuits to the power supply side is delta-connected or star-connected to three paths for transmitting three-phase AC power in the power supply.
前記制御部は、
前記電源から与えられる交流電圧が０であるか否かを判定する処理と、
前記電源から与えられる交流電圧が０であると判定したときに、前記電流指令値に基づいて、前記スイッチング回路を制御する処理と、
前記電源から与えられる交流電圧が０となったときから所定時間が経過したか否かを判定する処理と、
前記電源から与えられる交流電圧が０となったときから前記所定時間が経過したときに、通常電流指令値に基づいて、前記スイッチング回路を制御する処理と、を実行することを特徴とする電力変換装置。
In the power converter according to any one of claims 1 to 7,
The control unit
A process of determining whether the AC voltage supplied from the power supply is 0;
a process of controlling the switching circuit based on the current command value when it is determined that the AC voltage supplied from the power supply is 0;
A process of determining whether or not a predetermined time has elapsed since the AC voltage applied from the power supply became 0;
and a process of controlling the switching circuit based on the normal current command value when the predetermined time has elapsed since the AC voltage supplied from the power supply has become 0. A power conversion characterized by performing Device.
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