JP5827924B2 - 電圧型電力変換装置の制御装置及び制御方法 - Google Patents
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Description
この種の電力変換装置は高電圧の分野にも応用されている。その場合に、例えば、半導体スイッチング素子を含んだ単位変換器を利用して、この単位変換器を複数直列に接続する。このような構成であれば高い電圧に耐えられる。
前記交流端子に流れる交流電流を系統電圧の位相で座標変換して第一の所定値となるようにフィードバック制御する第1の電流制御部と、前記循環電流を前記系統電圧の位相とは異なる第二の周波数の位相で座標変換し、前記コンデンサの電圧変動を低減するような第二の所定値となるようにフィードバック制御する第2の電流制御部と、前記循環電流を前記系統電圧の位相とは異なる第三の周波数の位相で座標変換し、アームの電流ピークを低減するような第三の所定値となるようにフィードバック制御する第3の電流制御部とを備え、前記交流系統と直流系統との間で所望の電力変換がなされるように、電力変換装置の電流を制御することを特徴とする電圧型電力変換装置の制御装置として構成した。
そのため、有効電力Pの上昇が抑えられる。この作用により、有効電力Pを指令値P*と一致するように、交流側のd軸電流指令Id*が生成される。
本実施例においては、K2,K4は(11)式とする。この時、2次循環電流の振幅は系統電流指令値のK2≒0.051倍、4次循環電流の振幅は系統電流指令値のK4≒
0.083倍となる。
そこで次に、2次循環電流の符号を逆にしてみた。R相上側アームについて、この時の電流波形を図12のCに、コンデンサ電圧波形を図13のCに示す。この場合、コンデンサ電圧の変動およびスイッチング素子やダイオードでの電力損失を上記Bの方法の時の損失増分を100%とすると、約35%小さくすることができる。
例えばK2を(12)式の値とした時、コンデンサ電圧変動を約11%、スイッチング素子やダイオードでの電力損失を約6%小さくすることができる。しかし、アームに流れる電流のピークは約7%増加する。
コンデンサ電圧変動を低減でき、同じ電圧変動とすれば容量を小さく、また、容量を変えないとすれば電圧定格の低いコンデンサを使用できるという効果が得られる。また、半導体素子による損失を低減でき、冷却装置の小型化、素子電流の増加効果も得られる。
102a、102b:電力変換装置
103:変圧器
108:単位変換器
110:電圧検出器
111:電流検出器
112:制御装置
113:ゲート信号線
114:セル電圧検出線
301:循環電流指令演算器
302:フィードバック電流演算器
303:電流調整器
305:交流側電力演算器
311:アーム電圧指令値生成部
312:ゲートパルス生成部
313:指令値分配部
Claims (12)
- コンデンサを備える単位変換器を複数備えてアームを形成し、第1のアームと第2のアームを直列接続してレグを構成し、前記第1のアームと前記第2のアームの接続部分に交流端子を接続し、前記第1のアームの他端を第1の直流端子とし、前記第2のアームの他端を第2の直流端子とし、前記第1の直流端子を正側、前記第2の直流端子を負側とした前記レグを複数設け、前記第1のアームと第2のアームを貫いて流れる循環電流を抑制するための誘導性素子を前記レグの一部に設けた電圧型電力変換装置の制御装置であって、
前記交流端子に流れる交流電流を系統電圧の位相で座標変換して第一の所定値となるようにフィードバック制御する第1の電流制御部と、前記循環電流を前記系統電圧の周波数とは異なる第二の周波数の周波数で座標変換し、前記コンデンサの電圧変動を低減するような第二の所定値となるようにフィードバック制御する第2の電流制御部と、前記循環電流を前記系統電圧の周波数とは異なる第三の周波数の位相で座標変換し、アームの電流ピークを低減するような第三の所定値となるようにフィードバック制御する第3の電流制御部とを備え、交流系統と直流系統との間で所望の電力変換がなされるように、電力変換装置の電流を制御するとともに、
前記第二の周波数及び第三の周波数が、系統電圧の周波数の偶数倍であり、かつ第二の周波数は第三の周波数よりも低い周波数次数であることを特徴とする電圧型電力変換装置の制御装置。 - 請求項1記載の電圧型電力変換装置の制御装置において、
前記第二の周波数が、系統電圧の周波数の2倍であり、前記第三の周波数が、系統電圧の周波数の4倍であることを特徴とする電圧型電力変換装置の制御装置。 - 請求項1記載の電圧型電力変換装置の制御装置において、
前記第二の所定値が、前記第一の所定値からの演算結果であることを特徴とする電圧型電力変換装置の制御装置。 - 請求項1記載の電圧型電力変換装置の制御装置において、
前記第三の所定値が、前記第一の所定値からの演算結果であることを特徴とする電圧型電力変換装置の制御装置。 - コンデンサを備える単位変換器を複数備えてアームを形成し、第1のアームと第2のアームを直列接続してレグを構成し、前記第1のアームと前記第2のアームの接続部分に交流端子を接続し、前記第1のアームの他端を第1の直流端子とし、前記第2のアームの他端を第2の直流端子とし、前記第1の直流端子を正側、前記第2の直流端子を負側とした前記レグを複数設け、前記第1のアームと第2のアームを貫いて流れる循環電流を抑制するための誘導性素子を前記レグの一部に設けた電圧型電力変換装置の制御方法であって、
前記交流端子に流れる交流電流を系統電圧の位相で座標変換して第一の所定値となるようにフィードバック制御し、前記循環電流を前記系統電圧の位相とは異なる第二の周波数の位相で座標変換し、コンデンサの電圧変動を低減するような第二の所定値となるようにフィードバック制御し、前記循環電流を前記系統電圧の位相とは異なる第三の周波数の位相で座標変換し、アームの電流ピークを低減するような第三の所定値となるようにフィードバック制御して、交流系統と直流系統との間で所望の電力変換がなされるように、電力変換装置の電流を制御するとともに、
前記第二の周波数及び第三の周波数が、系統電圧の周波数の偶数倍であり、かつ第二の周波数は第三の周波数よりも低い周波数次数であることを特徴とする電圧型電力変換装置の制御方法。 - コンデンサを備える単位変換器を複数備えてアームを形成し、2組のアームを直列接続してレグを構成し、複数レグの2組のアームの接続点をそれぞれ交流端子に接続し、複数レグの2組のアームの他端をそれぞれ直流の正負端子に接続するとともに、レグの一部に誘導性素子を備えた電圧型電力変換装置の制御方法であって、
前記交流端子に流れる交流電流を系統電圧の位相で座標変換して第一の所定値となるようにフィードバック制御して得た第1の信号と、前記レグに流れる循環電流を前記系統電圧の2倍の周波数の位相で座標変換し第二の所定値となるようにフィードバック制御して得た第2の信号と、前記レグに流れる循環電流を前記系統電圧の4倍の周波数の位相で座標変換し第三の所定値となるようにフィードバック制御して得た第3の信号とを求め、前記単位変換器を第1の信号と第2の信号と第3の信号の和により制御することを特徴とする電圧型電力変換装置の制御方法。 - 請求項6記載の電圧型電力変換装置の制御方法において、
第二の所定値を前記コンデンサの端子電圧の変動幅が小さくなる様に定め、第三の所定値を前記レグに流れる循環電流のピークが小さくなる様に定めることを特徴とする電圧型電力変換装置の制御方法。 - 請求項6または請求項7記載の電圧型電力変換装置の制御方法において、
第一の所定値の交流信号が最小値であるとき、第二の所定値の交流信号を最大値とし、第三の所定値の交流信号を最小値とすることを特徴とする電圧型電力変換装置の制御方法。 - コンデンサを備える単位変換器を複数備えてアームを形成し、2組のアームを直列接続してレグを構成し、複数レグの2組のアームの接続点をそれぞれ交流端子に接続し、複数レグの2組のアームの他端をそれぞれ直流の正負端子に接続するとともに、レグの一部に誘導性素子を備えた電圧型電力変換装置の制御方法であって、
前記交流端子に流れる交流電流を系統電圧の位相で座標変換して第一の所定値となるようにフィードバック制御して得た第1の信号と、前記レグに流れる循環電流を前記系統電圧の偶数倍の周波数の位相で座標変換し第二の所定値となるようにフィードバック制御して得た第2の信号と、前記レグに流れる循環電流を前記系統電圧の偶数倍であって第2の信号の周波数の次数よりも高い周波数の位相で座標変換し第三の所定値となるようにフィードバック制御して得た第3の信号とを求め、前記単位変換器を第1の信号と第2の信号と第3の信号の和により制御することを特徴とする電圧型電力変換装置の制御方法。 - 請求項9記載の電圧型電力変換装置の制御方法において、
第二の所定値を前記コンデンサの端子電圧の変動幅が小さくなる様に定め、第三の所定値を前記レグに流れる循環電流のピークが小さくなる様に定めることを特徴とする電圧型電力変換装置の制御方法。 - 請求項9または請求項10に記載の電圧型電力変換装置の制御方法において、
第2の信号の周波数の次数は第1の信号の周波数の2倍調波であり、第3の信号の周波数の次数は4倍調波であることを特徴とする電圧型電力変換装置の制御方法。 - コンデンサを備える単位変換器を複数備えてアームを形成し、第1のアームと第2のアームを直列接続してレグを構成し、前記第1のアームと前記第2のアームの接続部分に交流端子を接続し、前記第1のアームの他端を第1の直流端子とし、前記第2のアームの他端を第2の直流端子とし、前記第1の直流端子を正側、前記第2の直流端子を負側とした前記レグを複数設け、前記第1のアームと第2のアームを貫いて流れる循環電流を抑制するための誘導性素子を前記レグの一部に設けた電圧型電力変換装置の制御装置であって、
前記交流端子に流れる交流電流を系統電圧の位相で座標変換して第一の所定値となるようにフィードバック制御し、前記循環電流を前記系統電圧の周波数とは異なる第二の周波数の周波数で座標変換し、前記コンデンサの電圧変動を低減するような第二の所定値となるようにフィードバック制御し、前記循環電流を前記系統電圧の周波数とは異なる第三の周波数の位相で座標変換し、アームの電流ピークを低減するような第三の所定値となるようにフィードバック制御する電流制御部を備え、交流系統と直流系統との間で所望の電力変換がなされるように、電力変換装置の電流を制御するとともに、
前記第二の周波数及び第三の周波数が、系統電圧の周波数の偶数倍であり、かつ第二の周波数は第三の周波数よりも低い周波数次数であることを特徴とする電圧型電力変換装置の制御装置。
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