JP5421904B2 - ステップ波電力変換装置のための予測方式および誘導インバータトポロジ - Google Patents
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Description
新規な電流制御予測方式は、マルチレベル電力網接続インバータを用いて行われる。この予測方式は、複数のブリッジの出力を組み合わせてマルチレベル出力波形を得るHブリッジを利用する任意のマルチレベルインバータトポロジとともに使用することができる。例えば、この予測方式は、カスケード式マルチレベル電圧型インバータとともに使用することができ、また、互いに分離したフルブリッジの出力を変圧器を介して合成するインバータとともに使用することもできる。すなわち、この電流制御予測方式は、2001年3月6日に発行された米国特許第6,198,178号に記載されたステップ波パワー変換装置トポロジを用いて実現することができる。この特許の内容はすべて参照により本願の一部をなす。
図1は、単相フルブリッジインバータ10を示すものである。2対のトランジスタスイッチS1/S2およびS3/S4は、それぞれ直流(DC)電圧源VDCの両端に直列に接続されている。ダイオードD1〜D4は、それぞれ対応するトランジスタスイッチS1〜S4の両端に接続されている。トランジスタS1〜S4は、デジタル信号プロセッサ(DSP)12により制御され、フルブリッジインバータ10の出力電圧Vopを生成するために用いられる。インダクタLは、トランジスタ対S3/S4の中間部と電源電圧グリッド(Vgrid)の第1極とに接続される。電源グリッドの第2極は、トランジスタ対S1/S2の中間部に接続される。負荷電流Iloadは、インダクタLを通ってVopからVgridに流れる。
図3は、単相出力電圧22に対してN個のフルブリッジ15(ブリッジ#1〜ブリッジ#N)を有するステップ波インバータ20を示している。各フルブリッジ15は、DC源14から電力の供給を受ける。各ブリッジ15のスイッチングは、DSP12により他のブリッジとは独立して制御され、各ブリッジ#1〜ブリッジ#Nの出力は、対応する変圧器T1〜TNにそれぞれ供給される。各変圧器16の出力電圧比は1:Rである。変換装置20の合成出力電圧22は、インダクタンスフィルタ82を介して負荷84に供給される。負荷84の両端にはキャパシタンスフィルタ80が接続されている。
新しい誘導性フィルタリングトポロジにより、複数のH−ブリッジおよび磁性部品を用いたインバータのクラスが改善される。この新しいトポロジとその利点を、図3に示されるようなN個のブリッジを有する単相電力網接続型ステップ波変換装置との関連で説明する。図3のステップ波変換装置20における変圧器16に対応する波形が図6および図7に示されている。
Claims (15)
- DC電圧入力をAC電圧出力に変換するように構成された複数の異なるブリッジ回路と、
インダクタと、
前記複数の異なるブリッジ回路から出力される平均電圧を推定し、前記複数の異なるブリッジ回路から出力される電流を制御し、
前記推定された平均出力電圧を供給するために必要なブリッジ回路の個数を特定し、
次のスイッチング期間中に前記特定されたブリッジ回路を制御して、前記推定された平均出力電圧に対応する合成インバータ出力電圧を生成するように構成されたプロセッサと、を備え、
Tperiodをスイッチング期間[n,n+1]、
Vop_av[n]を前記スイッチング期間[n,n+1]における前記平均出力電圧、
Vgrid_av[n]を前記スイッチング期間[n,n+1]における平均グリッド電圧、
Iload[n]をサンプリング点[n]において測定された前記インダクタを流れる負荷電流、
Iref[n+1]をサンプリング点[n+1]における基準電流、
Lを前記インダクタのフィルタインダクタンスとすると、
前記平均出力電圧が、
により推定されることを特徴とするステップ波電力変換装置。 - 前記プロセッサは、さらに
前記推定された出力電圧と等しいかまたはこれをちょうど超えるブリッジ回路の合成出力電圧を特定し、
前記推定された平均出力電圧を超える前記合成出力電圧があればそれに比例して前記次のスイッチング期間に対するデューティーレイシオを決定し、
前記特定されたブリッジ回路のうちの1つを除くすべてを前記次のスイッチング期間の全期間でオンにし、前記特定されたブリッジ回路の残りを前記特定されたデューティーレイシオに従い前記次のスイッチング期間中オンにするように構成されている、
請求項1に記載のステップ波電力変換装置。 - 前記ブリッジ回路の残りは、前記特定されたデューティーレイシオに従い前記次のスイッチング期間中パルス幅変調される、
請求項2に記載のステップ波電力変換装置。 - 前記プロセッサは、さらに
特定されなかった残りのブリッジ回路を前記次のスイッチング期間中分路するように構成されている、
請求項1に記載のステップ波電力変換装置。 - 前記複数の異なるブリッジ回路とグリッド電圧との間に接続される1以上の変圧器をさらに備えた、請求項1に記載のステップ波電力変換装置。
- 前記インダクタは、前記ブリッジ回路と前記1以上の変圧器の対応する一次巻線との間に接続されている請求項5に記載のステップ波電力変換装置。
- 前記推定された平均出力電圧は、測定された負荷電流を基準電流に追従させるために算出される、請求項1に記載のステップ波電力変換装置。
- 前記ブリッジ回路のそれぞれは、それぞれ直接に配置され、DC入力電圧の両端に接続される2つのゲート対を備え、前記ブリッジ回路のそれぞれについて、対応する変圧器の一次巻線の第1の端部は、前記2つのゲート対のうちの第1のゲート対の間に接続され、前記一次巻線の第2の端部は、前記2つのゲート対のうちの第2のゲート対の間に接続される、請求項1に記載のステップ波電力変換装置。
- インダクタを備えるパワーインバータ内の複数の異なるブリッジ回路を用いて1以上のDC電圧源を電力網に接続するためにAC電圧に変換し、
スイッチング期間に対して測定された電力網電圧および測定されたインバータ負荷電流に従い、前記インバータに対して次のスイッチング期間中の出力電圧を予測し、
次のスイッチング期間に対して前記予測された出力電圧を実質的に生成するためにどのブリッジ回路が必要となるかを特定し、
前記特定されたブリッジ回路を作動させ、特定されなかったブリッジ回路に対して出力を分路(shunting)し、実質的に前記予測された出力電圧を出力する方法であって、
Tperiodをスイッチング期間[n,n+1]、
Vop_av[n]を前記スイッチング期間[n,n+1]における前記平均出力電圧、
Vgrid_av[n]を前記スイッチング期間[n,n+1]における平均グリッド電圧、
Iload[n]をサンプリング点[n]において測定された前記インダクタを流れる負荷電流、
Iref[n+1]をサンプリング点[n+1]における基準電流、
Lを前記インダクタのフィルタインダクタンスとすると、
前記平均出力電圧が、
により推定されることを特徴とする方法。 - さらに、次のスイッチング期間の終了時のインバータ負荷電流値が実質的にそのスイッチング期間の終了時の基準電流値に等しくなるように、前記予測された出力電圧を算出する、請求項9に記載の方法。
- さらに、
各スイッチング期間に対して前記出力電圧を繰り返し予測し、
各スイッチング期間に対して繰り返し予測された前記出力電圧を実質的に生成するためにどのブリッジ回路が必要となるかを繰り返し特定し、
各スイッチング期間に対して前記繰り返し特定されたブリッジ回路を作動させて実質的に前記繰り返し予測された出力電圧を生成する、
請求項9に記載の方法。 - さらに、
前記特定されたブリッジ回路に対して前記合成出力電圧を算出し、
前記予測された出力電圧を超える前記合成出力電圧があればそれに従ってデューティーレイシオを算出し、
前記算出されたデューティーレイシオに比例して前記特定されたブリッジ回路の1つを前記次のスイッチング期間中オンにする、
請求項9に記載の方法。 - 前記特定されたブリッジ回路の1つからパルス幅変調された出力電圧を前記次のスイッチング期間中生成し、他の特定されたブリッジ回路に対して一定の正または負の出力電圧を前記次のスイッチング期間中生成する、請求項12に記載の方法。
- さらに、個々のブリッジ回路からの前記出力電圧を合成する前に前記個々のブリッジ回路から出力された電流をフィルタする、請求項9に記載の方法。
- 1以上の変圧器が、対応するブリッジ回路に接続される異なる一次巻線と、前記電力網に接続される1以上の二次巻線とを含み、さらに、前記出力電圧を前記1以上の変圧器の対応する一次巻線に供給する前に前記ブリッジ回路から出力される電流をフィルタする、請求項14の方法。
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