JP3915977B2

JP3915977B2 - Control circuit for series-parallel power supply

Info

Publication number: JP3915977B2
Application number: JP2002172455A
Authority: JP
Inventors: 隆二山田
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2002-06-13
Filing date: 2002-06-13
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2022-06-13
Also published as: JP2004023833A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、入力側に並列インバータ、出力側に直列インバータを備えた直並列式電源装置の制御回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３に従来例を示す。
同図において、１は交流電源、２はリアクトル、３は並列インバータ、４は直列インバータ、５はトランス、６はＬＣフィルタ、７は負荷、１１は電流調節器（ＡＣＲ）、１２，１４はパルス幅変調（ＰＷＭ）パターン発生器、１３は電圧調節器（ＡＶＲ）である。
【０００３】
並列インバータ３は、負荷電流波形にかかわらず入力電流Ｉ１を正弦波とする動作をする。すなわち、入力電流Ｉ１は交流電源１の電圧と並列インバータ出力電圧Ｖ１との差電圧がリアクトル２の両端に印加されることにより流れるので、Ｖ１を制御することにより、負荷に独立に任意の波形とすることができる。そのため、Ｉ１の指令値と図示されない電流検出器により検出されるＩ１の検出値をＡＣＲ１１に入力してＶ１指令値を得、これをＰＷＭパターン発生器１２に入力してＰＷＭパターンに変換する。これにもとづき図示されないゲート駆動回路により、並列インバータ３内の半導体スイッチがオン，オフされる。Ｖ１の波形はパルス幅変調された方形波パルス列となる。
【０００４】
一方、直列インバータ４は出力電圧Ｖ２を規定の正弦波形に保つ動作をする。入力電圧が低いときには補償電圧Ｖｃを加算方向、高いときには減算方向に発生する。また、電源または負荷電流歪みとＬＣフィルタ６のインピーダンスに起因するＶ２の波形歪みを抑制するように、補償電圧Ｖｃの瞬時波形を制御する。すなわち、Ｖ２指令値と図示されない電圧検出器により検出されるＶ２の検出値との差をＡＶＲ１３に入力してＶｃ指令値を得、これをＰＷＭパターン発生器１４に入力してＰＷＭパターンに変換する。以後の動作は上記並列インバータ３の場合と同様なので、説明は省略する。
【０００５】
また、ＬＣフィルタ６は、方形波パルス列からスイッチングによる周波数成分を除き、連続波形とする。トランス５は、並列インバータ３と直列インバータ４が直流部でつながっているため、直列インバータ４の交流出力を絶縁し、直列インバータ４の電位と無関係に補償電圧Ｖｃを与えるために設けられる。また、その変圧比を適宜に設定することにより、直列インバータ４の必要容量を軽減する。例えば、入力電圧変動が規定値の９０％〜１００％であれば、これを補償するには１０％の補償電圧を与えれば良いので、変圧比を１０：１として直列インバータ４の出力電圧１００％に対してＶｃ１０％が与えられるようにする。このとき、直列インバータ４の出力電流はＩ２の１／１０になるので、装置容量および発生損失を軽減できる。なお、これらの機能を必要としない場合は、トランス５は省略できる。また、図３は単相結線図で示しているが、三相または多相回路にも拡張できる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図３のような装置には、入力電流を正弦波にする機能と、負荷電圧を規定の振幅の正弦波にする機能との２つがある。電源装置としての性格上、２つの機能が両立しないときは後者を優先すべきであるが、図３の制御では前者が優先されてしまう。すなわち、まずＶ２とは独立にＶ１が決められ、次にＶ１と基準電圧との差の補償を含む形でＶｃが決められる。そのため、Ｖ１の値によっては基準電圧との差が大きすぎて、直列インバータ４が必要量のＶｃを発生できない場合がある。この場合、Ｖ２には波形歪みや電圧誤差を生じる。これを回避するためにＶｃの最大値を大きくとると、直列インバータ４の容量が大きくなり大型化するという問題がある。
したがって、この発明の課題は、インバータ容量を大きくすることなく、出力電圧波形を改善することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するため、請求項１の発明では、交流電源にリアクトルを介して第１インバータの交流端子を並列に接続し、この第１インバータと前記リアクトルとの接続点とＬＣフィルタの入力端との間に第２インバータの交流端子を直列に接続し、前記ＬＣフィルタの出力端に負荷を接続し、第１インバータにより入力電流を制御し、第２インバータにより出力電圧を制御する直並列式電源装置において、
負荷電圧波形を基準電圧波形に一致させるような前記ＬＣフィルタの入力電圧指令を演算する第１の電圧指令演算手段と、入力電流を基準電流波形に一致させるような前記第１のインバータの交流端子電圧を演算する第２の電圧指令演算手段と、第１の電圧指令と第２の電圧指令との差電圧を演算する第１の差電圧演算手段と、前記差電圧が規定値以内となるように制限しその制限値を補償電圧指令とするリミッタ手段と、前記第１の電圧指令と前記補償電圧指令との差により前記第１のインバータの交流電圧指令を演算する第２の差電圧演算手段とを設けたことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の実施の形態を示す構成図、図２はその動作を説明する波形図である。
図１からも明らかなように、電圧調節器（ＡＶＲ）１５、加算器１６，１８およびリミッタ１７を設けた点が特徴である。
ＡＶＲ１５はＶ２の指令値と実際値との差により、ＬＣフィルタ６の入力電圧Ｖｆの指令値を演算する。加算器１６はＡＶＲ１１が出力するＶ１指令値１と、Ｖｆ指令値との差を演算する。これが本来の補償電圧Ｖｃとなるべきであるが、出力可能な値を越えないようリミッタ１７で制限した値をＶｃ指令値とするようにしている。
【０００９】
そして、加算器１８によりＶｆ指令値からＶｃ指令値を差し引くことで、Ｖｆを指令値に一致させることができる範囲のＶ１指令値２を求め、これにより並列インバータ３の制御を行なうようにする。なお、直列インバータ４の制御は、Ｖｃ指令値にもとづき行なわれる。
図２にＶ１指令値１，Ｖ１指令値およびＶｆ指令値の各波形とＶｃ指令値の例を示す。
以上のようにすることにより、必要なＶｆが確保されるので、出力電圧Ｖ２を所望の波形に保つことが可能となる。
【００１０】
【発明の効果】
この発明によれば、まず、ＬＣフィルタの入力電圧（Ｖｆ）の指令値を確保するようにしたので、インバータ容量を大きくすることなく、出力電圧波形を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態を示す構成図である。
【図２】図１の動作を説明する波形図である。
【図３】従来例を示す構成図である。
【符号の説明】
１…交流電源、２…リアクトル、３…並列インバータ、４…直列インバータ、５…トランス、６…ＬＣフィルタ、７…負荷、１１…電流調節器、１２，１４…ＰＷＭパターン発生器、１３，１５…電圧調節器、１６，１８…加算器、１７…リミッタ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control circuit for a series-parallel power supply apparatus having a parallel inverter on the input side and a series inverter on the output side.
[0002]
[Prior art]
FIG. 3 shows a conventional example.
In the figure, 1 is an AC power source, 2 is a reactor, 3 is a parallel inverter, 4 is a series inverter, 5 is a transformer, 6 is an LC filter, 7 is a load, 11 is a current regulator (ACR), and 12 and 14 are pulses. A width modulation (PWM) pattern generator, 13 is a voltage regulator (AVR).
[0003]
The parallel inverter 3 operates so that the input current I1 is a sine wave regardless of the load current waveform. That is, the input current I1 flows by applying a difference voltage between the voltage of the AC power supply 1 and the parallel inverter output voltage V1 across the reactor 2, so that by controlling V1, an arbitrary waveform can be obtained independently of the load. can do. Therefore, the I1 command value and the detected value of I1 detected by a current detector (not shown) are input to the ACR 11 to obtain the V1 command value, which is input to the PWM pattern generator 12 and converted into a PWM pattern. Based on this, the semiconductor switch in the parallel inverter 3 is turned on and off by a gate drive circuit (not shown). The waveform of V1 is a pulse wave modulated square wave pulse train.
[0004]
On the other hand, the series inverter 4 operates to keep the output voltage V2 in a prescribed sine waveform. When the input voltage is low, the compensation voltage Vc is generated in the addition direction, and when it is high, the compensation voltage Vc is generated in the subtraction direction. Further, the instantaneous waveform of the compensation voltage Vc is controlled so as to suppress the waveform distortion of V2 caused by the power supply or load current distortion and the impedance of the LC filter 6. That is, a difference between a V2 command value and a detected value of V2 detected by a voltage detector (not shown) is input to the AVR 13 to obtain a Vc command value, which is input to the PWM pattern generator 14 and converted into a PWM pattern. . Since the subsequent operation is the same as that of the parallel inverter 3, the description is omitted.
[0005]
The LC filter 6 has a continuous waveform by excluding frequency components due to switching from the square wave pulse train. The transformer 5 is provided to insulate the AC output of the series inverter 4 and provide the compensation voltage Vc irrespective of the potential of the series inverter 4 because the parallel inverter 3 and the series inverter 4 are connected at the DC part. Moreover, the required capacity | capacitance of the series inverter 4 is reduced by setting the transformation ratio suitably. For example, if the input voltage fluctuation is 90% to 100% of the specified value, a compensation voltage of 10% may be given to compensate for this, so the transformation ratio is 10: 1 and the output voltage of the series inverter 4 is 100%. Vc of 10% is given. At this time, since the output current of the series inverter 4 becomes 1/10 of I2, the device capacity and the generated loss can be reduced. If these functions are not required, the transformer 5 can be omitted. FIG. 3 shows a single-phase connection diagram, but it can be extended to a three-phase or multi-phase circuit.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The device as shown in FIG. 3 has two functions: a function of making the input current a sine wave and a function of making the load voltage a sine wave having a specified amplitude. Due to the nature of the power supply device, when the two functions are not compatible, the latter should be prioritized, but the former is prioritized in the control of FIG. That is, V1 is first determined independently of V2, and then Vc is determined including compensation for the difference between V1 and the reference voltage. Therefore, depending on the value of V1, the difference from the reference voltage is too large, and the series inverter 4 may not be able to generate the required amount of Vc. In this case, waveform distortion and voltage error occur in V2. In order to avoid this, if the maximum value of Vc is increased, there is a problem that the capacity of the series inverter 4 increases and the size thereof increases.
Therefore, an object of the present invention is to improve the output voltage waveform without increasing the inverter capacity.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve such a problem, in the first aspect of the invention, the AC terminal of the first inverter is connected in parallel to the AC power source via the reactor, the connection point between the first inverter and the reactor, and the LC filter. The AC terminal of the second inverter is connected in series with the input terminal, a load is connected to the output terminal of the LC filter, the input current is controlled by the first inverter, and the output voltage is controlled by the second inverter. In parallel power supply,
First voltage command calculation means for calculating an input voltage command of the LC filter that matches the load voltage waveform with the reference voltage waveform, and an AC terminal of the first inverter that matches the input current with the reference current waveform A second voltage command calculating means for calculating a voltage; a first difference voltage calculating means for calculating a difference voltage between the first voltage command and the second voltage command; and the difference voltage within a specified value. And a second difference voltage calculation means for calculating an AC voltage command of the first inverter based on a difference between the first voltage command and the compensation voltage command. And is provided.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a waveform diagram for explaining the operation thereof.
As is clear from FIG. 1, the voltage regulator (AVR) 15, adders 16, 18 and limiter 17 are provided.
The AVR 15 calculates the command value of the input voltage Vf of the LC filter 6 based on the difference between the command value of V2 and the actual value. The adder 16 calculates the difference between the V1 command value 1 output from the AVR 11 and the Vf command value. This should be the original compensation voltage Vc, but the value limited by the limiter 17 so as not to exceed a value that can be output is set as the Vc command value.
[0009]
Then, the Vc command value is subtracted from the Vf command value by the adder 18 to obtain a V1 command value 2 in a range in which Vf can be matched with the command value, thereby controlling the parallel inverter 3. The series inverter 4 is controlled based on the Vc command value.
FIG. 2 shows examples of waveforms of the V1 command value 1, the V1 command value, and the Vf command value, and the Vc command value.
By doing as described above, the necessary Vf is ensured, so that the output voltage V2 can be maintained in a desired waveform.
[0010]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the command value of the input voltage (Vf) of the LC filter is secured first, the output voltage waveform can be improved without increasing the inverter capacity.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a waveform diagram for explaining the operation of FIG. 1;
FIG. 3 is a block diagram showing a conventional example.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... AC power source, 2 ... Reactor, 3 ... Parallel inverter, 4 ... Series inverter, 5 ... Transformer, 6 ... LC filter, 7 ... Load, 11 ... Current regulator, 12, 14 ... PWM pattern generator, 13, 15 ... voltage regulator, 16, 18 ... adder, 17 ... limiter.

Claims

交流電源にリアクトルを介して第１インバータの交流端子を並列に接続し、この第１インバータと前記リアクトルとの接続点とＬＣフィルタの入力端との間に第２インバータの交流端子を直列に接続し、前記ＬＣフィルタの出力端に負荷を接続し、第１インバータにより入力電流を制御し、第２インバータにより出力電圧を制御する直並列式電源装置において、
負荷電圧波形を基準電圧波形に一致させるような前記ＬＣフィルタの入力電圧指令を演算する第１の電圧指令演算手段と、入力電流を基準電流波形に一致させるような前記第１のインバータの交流端子電圧を演算する第２の電圧指令演算手段と、第１の電圧指令と第２の電圧指令との差電圧を演算する第１の差電圧演算手段と、前記差電圧が規定値以内となるように制限しその制限値を補償電圧指令とするリミッタ手段と、前記第１の電圧指令と前記補償電圧指令との差により前記第１のインバータの交流電圧指令を演算する第２の差電圧演算手段とを設けたことを特徴とする直並列式電源装置の制御回路。The AC terminal of the first inverter is connected in parallel to the AC power source via the reactor, and the AC terminal of the second inverter is connected in series between the connection point of the first inverter and the reactor and the input end of the LC filter. In a series-parallel power supply apparatus in which a load is connected to the output end of the LC filter, an input current is controlled by a first inverter, and an output voltage is controlled by a second inverter,
First voltage command calculation means for calculating an input voltage command of the LC filter that matches the load voltage waveform with the reference voltage waveform, and an AC terminal of the first inverter that matches the input current with the reference current waveform A second voltage command calculating means for calculating a voltage; a first difference voltage calculating means for calculating a difference voltage between the first voltage command and the second voltage command; and the difference voltage within a specified value. And a second difference voltage calculation means for calculating an AC voltage command of the first inverter based on a difference between the first voltage command and the compensation voltage command. And a control circuit for a series-parallel power supply device.