JP5012309B2 - 交流−交流直接変換装置のスイッチングパターン切替方法 - Google Patents
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Y.Tadano,S.Urushibata,M.Nomura,Y.Sato,andM.Ishida:"Direct Space Vector PWM Strategies for Three−Phase to Three−Phase Matrix Converter",IEEE Proc. of the 4th Power Conversion Conference(PCC-Nagoya/Japan),April,2007,LS4-1-3、pp.1064 -1071(2007) "Space Vector Modulated Three-Phase to Three−Phase Matrix Converter with Input Power Factor Correction"L.Huver他IEEE trans.On Industry Applications,vol.31,No.6,1995
(2)また請求項2に記載の発明によれば、セクターモードが変化せず且つ入力セクターが移行する過渡時に更新時切替処理を行うことにより、当該過渡時のスイッチング回数を低減することができる。
(3)また請求項3に記載の発明によれば、1制御周期遅延処理を行うことにより、出力セクターが移行する過渡時に、一時的に1制御周期分の遅れが発生するものの、スイッチング回数ゼロ回で移行することができる。
(4)また請求項4に記載の発明によれば、急激な負荷変動やトルク指令/速度指令値のステップ変化などにより出力電圧指令値ベクトルが急変し、過渡的に出力セクターが2つ以上変化する場合に、前記1制御周期遅延処理を行わないので、スイッチング回数は1回又は2回発生するものの、当該急変時の過渡応答を優先することができる。
(5)また請求項5に記載の発明によれば、入力セクターと出力セクターが同時に移行する過渡時に通常更新処理又は更新時切替処理を行うことにより、当該過渡時のスイッチング回数を低減することができる。
(6)また請求項6に記載の発明によれば、1制御周期遅延処理を行うことにより、スイッチグ回数が3回となる移行パターンを完全になくすことができ、スイッチング回数を低減することができるとともに、3相同時スイッチングによる電流・電圧の脈動成分を低減することができる。
(7)また請求項7に記載の発明によれば、キャリア比較方式によりPWM制御を行う場合に、前記(1)〜(6)と同様の効果が得られ、セクター移行の過渡時にスイッチング回数を低減することができる。
本実施例では前記セクターモードおよび入力セクターの変化に着目した。前記表3の事例(入力セクターが12→1に変化し、出力セクター1は変わらない例)に着目すると、上段v1(スイッチングパターンの一端に配置されたベクトル)更新時は下段v5(スイッチングパターンの他端に配置されたベクトル)へ、上段v5更新時は下段v1に移行する、更新時切替処理を行うと、スイッチングパターンは、RSS→SSS,TTT→RTTとなり、どちらもU相のみのスイッチングとなる。したがってこの事例では、単純な折り返しスイッチングを行う場合に比べて、スイッチング回数を1〜2回低減できることが分かる。
実施例1は入力セクターの変化に着目したが、本実施例では出力セクターの変化に着目する。例えば、出力電圧指令値が正転方向(セクターの移行が図5(b)の1→2→3→4→5→6→1→…の順序)として、入力セクター1、出力セクター1→2に変化する瞬間に着目すると、表5のようなスイッチングパターンとなる。
入力電源電圧に関しては、商用交流電源であれば50HZないし60HZで動作させる場合が多く、ガスタービン等の分散電源を入力にした場合でも、大きな変動を伴って入力セクターが2つ以上セクターを飛び越える状態は発生し難い。一方、出力電圧指令値に関しては、急激な負荷変動やトルク指令/速度指令値のステップ変化などにより、出力セクターが2つ以上飛び越えて発生する場合も考えられる(上述までの実施例では、セクターが1つずつ変化する場合のみ考えている)。入力セクター1、出力セクター1〜6の事例を表7にまとめて示す。
本実施例では、入力セクターと出力セクターが同時に変化する場合を考える。入力セクターは前述のとおり、正転方向で1つずつ移行し、出力セクターはどのようなセクター状態にも飛ぶ可能性があると仮定する。
実施例4のv1更新時で、スイッチング回数が1回もしくは3回となる移行パターンについて、3回となる可能性を回避するため、実施例2と同様に1制御周期のラッチ処理(1制御周期遅延処理)を施し、v5更新時に移行パターンを実施する。すなわち、入力と出力が同時に移行する場合には、表10の処理を行う。
上述までの実施例はマトリックスコンバータの一般的な仮想間接形空間ベクトル変調法に適用する場合を述べてきたが、上記の処理はキャリア比較方式でも同様に行うことができる。例えば図6のように、互いに180度位相のずれた2つのキャリア三角波信号を予め用意しておき、セクター移行時には2つのキャリア波のうち一方から他方の逆位相のキャリア波に瞬時に切り換えることで、v1→v5,v5→v1に相当する移行パターン(更新時切替処理)を形成することができる。そのほか、ラッチ処理(1制御周期遅延処理)などについても空間ベクトル変調法かキャリア比較方式かで限定される処理ではないので、同様の作用、効果をキャリア比較方式でも実現することができる。
Claims (7)
- 複数の双方向スイッチを備えた交流−交流直接変換装置における、入力側仮想整流器の空間ベクトルのデューティおよび出力側仮想インバータの空間ベクトルのデューティを合成し、1制御周期あたり5つの空間ベクトルが配列されたスイッチングパターンを複数生成し、該スイッチングパターンにより前記双方向スイッチをPWM制御する交流−交流直接変換装置のスイッチングパターン切替方法であって、
前記入、出力側空間ベクトルの空間を各々複数に区切って構成される、入力電流指令値ベクトル、出力電圧指令値ベクトルが各々存在する領域を入、出力セクターと定義し、該入力セクターと出力セクターの組み合わせから2つのセクターモードを定義し、
前記入、出力セクターおよびセクターモードに基づいて、スイッチング回数を低減させるためのスイッチングパターンを決定する処理を行い、該決定されたスイッチングパターンによって前記双方向スイッチをPWM制御することを特徴とする交流−交流直接変換装置のスイッチングパターン切替方法。 - 前記スイッチングパターンを決定する処理は、
前記セクターモードが変化せず且つ入力セクターが移行する過渡時に、前記生成されたスイッチングパターンの一端に配置された空間ベクトルのタイミングでスイッチングパターンを更新するときは、次のPWM制御に供されるスイッチングパターンの他端に配置された空間ベクトルに移行し、前記スイッチングパターンの他端に配置された空間ベクトルのタイミングでスイッチングパターンを更新するときは、次のPWM制御に供されるスイッチングパターンの一端に配置された空間ベクトルに移行する更新時切替処理を行う
ことを特徴とする請求項1に記載の交流−交流直接変換装置のスイッチングパターン切替方法。 - 前記スイッチングパターンを決定する処理は、
出力セクターが移行する過渡時に、スイッチングパターンを更新することによりスイッチング回数が2回となるモード時は、移行前のセクター状態を維持しながら、更新前のスイッチングパターンを折り返してPWM制御し、その後前記セクター維持を解除し、スイッチングを伴わない、次のPWM制御に供されるスイッチングパターンの端部に配置された空間ベクトルに移行する1制御周期遅延処理を行うことを特徴とする請求項1に記載の交流−交流直接変換装置のスイッチングパターン切替方法。 - 前記スイッチングパターンを決定する処理は、
出力セクターが2つ以上移行するときには前記1制御周期遅延処理を行わないことを特徴とする請求項3に記載の交流−交流直接変換装置のスイッチングパターン切替方法。 - 前記スイッチングパターンを決定する処理は、
出力セクターが移行し、且つ入力セクターが奇数セクターから偶数セクターに移行する過渡時に、
前記生成されたスイッチングパターンのいずれか一方の端部に配置された空間ベクトルから、次のPWM制御に供されるスイッチングパターンの前記と同一端部に配置された空間ベクトルに移行する通常更新処理を行い、
出力セクターが移行し、且つ入力セクターが偶数セクターから奇数セクターに移行する過渡時に、
前記請求項2に記載の更新時切替処理を行うことを特徴とする請求項1に記載の交流−交流直接変換装置のスイッチングパターン切替方法。 - 前記スイッチングパターンを決定する処理は、
出力セクターが移行し、且つ入力セクターが奇数セクターから偶数セクターに移行する過渡時であり、且つスイッチングパターンの更新によりスイッチング回数が3回となるモード時は、前記通常更新処理に代えて前記請求項3に記載の1制御周期遅延処理を行うことを特徴とする請求項5に記載の交流−交流直接変換装置のスイッチングパターン切替方法。 - 前記スイッチングパターンのうち、更新前のスイッチングパターンのベクトルのデューティを第1のキャリア波と比較し、次のPWM制御に供されるスイッチングパターンのベクトルのデューティを、前記第1のキャリア波とは180度位相のずれた第2のキャリア波と比較して、前記PWM制御を行うためのスイッチング信号を得ることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1項に記載の交流−交流直接変換装置のスイッチングパターン切替方法。
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