JP5889632B2 - Ups、周波数変換器およびラインコンディショナ - Google Patents
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Description
1.発明の分野
本発明の少なくとも1つの実施形態は、一般的にコンバータの制御に関し、より特定的には、無停電電源装置、周波数変換器、およびラインコンディショナのうちの少なくとも1つに関連するコンバータの制御に関する。
無停電電源装置(UPS)、周波数変換器、またはラインコンディショナの少なくとも一部を形成するコンバータは、多くの異なったタイプの電子機器に信頼できる電源を供給するために用いられる。しばしば、この電子機器は、コンバータから入力された特定の電圧および/または電流を必要とする。コンバータ入力電流における望ましくない歪みは、コンバータ出力へと通過して電子機器へ与えられ、非効率な動作、生産性の損失をもたらすとともに、高価な修理または電気要素の取替えを必要とする。
本明細書に開示されたシステムおよび方法は、UPS、周波数変換器、またはラインコンディショナのうちの1つまたはより多くのものにおけるコンバータへの入力を監視および制御する。効率を増加するために、リプル電圧の少なくとも一部による歪みが、制御信号から除去され得る。さらに、コンバータへの入力電流が制御され得る。これは、コンバータの動作を改善するとともに、コンバータ入力から分数調波振動および全高調波歪みのうちの少なくとも1つを低減または排除する。本発明の少なくとも1つの側面は、コンバータを制御するための方法に向けられる。方法は、リプル電圧のような歪みを含む電圧信号を受け、その電圧信号を基準電圧と比較することによって、電圧信号の一部に基づいて制御信号を決定する。制御信号は、リプル電圧に関連する歪みを含み得る。方法は、制御信号からリプル電圧の少なくとも一部をフィルタリングすることによって、制御信号より少ない歪みを有する平均制御信号を生成する。方法は、平均制御信号の少なくとも一部に基づいて基準電流値を生成し、コンバータの入力電流を基準電流値に向けて駆動する。
添付の図面は、縮尺通りに描かれることは意図されていない、図面において、様々な図に図示された同じまたはほぼ同じ要素の各々は、同様の数字によって表される。明確化の目的のために、すべての図面において、すべての要素にラベルが付されてはいないかもしれない。
この発明は、その用途において、以下の説明に記載され、または図面に図示された要素の構成および配列の詳細には限定されない。本発明は、他の実施形態も可能であり、および様々な方法で実施しまたは実行することができる。さらに、本明細書で用いられる用語および語句は説明の目的のためであって、限定と見なされるべきではない。「含む」、「備える」または「有する」、「包含する」、「伴う」およびそれらのバリエーションのここでの使用は、その後に列挙される項目およびそれらの等価物と、追加の項目を網羅することを意味する。
(3) VDC=VDC *+VDC(Ripple)
インバータ215を含む1つの実施形態においては、VDC(Ripple)は式(4)において示される成分に分割され得、ここでVDC_REC(Ripple)およびVDC_INV(Ripple)は、整流器210およびインバータ215によってそれぞれ与えられるリプル電圧を含む。
(4) VDC(Ripple)=VDC_REC(Ripple)+VDC_INV(Ripple)
コンバータ205が単一DCバスを含む実施形態においては、リプル電圧VDC_REC(Ripple)は、2×fINおよびその倍数の成分を含み得、ここでfINは、コンバータ205のライン周波数である。コンバータ205が分割DCバスを含む他の実施形態においては、リプル電圧VDC_REC(Ripple)は、fINおよびその倍数の成分を含み得る。類似的に、インバータ215が存在する1つの実施形態においては、リプル電圧VDC_INV(Ripple)は、インバータ215がマルチレベルインバータを含む場合は、インバータ215出力周波数fOUTおよびその倍数の成分を含み、たとえば、インバータ215が2レベルインバータの場合は2×fOUTの成分を含み得る。
Claims (23)
- 整流器およびインバータを含むコンバータを制御するための方法であって、
前記整流器および前記インバータによる電力変換によって生じるリプル電圧を含む電圧信号を受信するステップと、
前記電圧信号を基準信号と比較することによって、前記コンバータの入力電流を制御するための制御信号を決定するステップとを備え、
前記制御信号は、前記リプル電圧に起因して生じる歪みを含み、
前記方法は、
移動平均フィルタを用いて前記制御信号から前記リプル電圧をフィルタリングすることによって、平均制御信号を生成するステップと、
位相補償回路を用いて、前記平均制御信号の位相を進めることによって、前記移動平均フィルタによって導入される位相遅れを補正するステップと、
位相補正された前記平均制御信号に基づいて、基準電流値を生成するステップと、
前記整流器に含まれるスイッチング素子のパルス幅変調制御信号のデューティサイクルを調整することによって、前記コンバータの入力電流を、前記基準電流値に近づけるように調整するステップとをさらに備える、方法。 - 入力電流を駆動するステップは、
前記コンバータの前記入力電流に対して力率補正を提供するステップを含む、請求項1に記載の方法。 - 前記コンバータから負荷へ出力電流を提供するステップをさらに備え、
前記出力電流は、前記入力電流に同期する周波数を有する、請求項1に記載の方法。 - 前記コンバータから負荷へ出力電流を供給するステップをさらに備え、
前記出力電流は、前記入力電流に非同期な周波数を有する、請求項1に記載の方法。 - 前記基準電流値を生成するステップは、
前記コンバータから二乗平均平方根化された入力電圧信号を受信し、前記コンバータへ
の入力電圧の変動に対して前記入力電圧信号が維持されるように前記基準電流値を調整するステップを備える、請求項1に記載の方法。 - 同期動作モードおよび非同期動作モードのうちの1つにおいて動作するように前記コンバータを制御するステップをさらに備える、請求項1に記載の方法。
- 前記コンバータは、無停電電源装置、周波数変換器およびラインコンディショナのうちの少なくとも1つを備える、請求項1に記載の方法。
- 前記平均制御信号を生成するステップは、
前記電圧信号の時間周期の複数の時間インスタンスにおいて前記制御信号をサンプリングするステップを備える、請求項1に記載の方法。 - 前記電圧信号を受信するステップ、前記制御信号を決定するステップ、前記平均制御信号を生成するステップ、前記平均制御信号の位相をシフトするステップ、前記基準電流値を生成するステップ、および前記コンバータの前記入力電流を前記基準電流値に近づけるように調整するステップは、プロセッサによって少なくとも一部は実行され、
前記方法は、コンピュータ読込可能媒体に記憶され、かつ前記プロセッサによって実行されるプログラムによって、少なくとも一部は実現される、請求項1に記載の方法。 - コンバータであって、
入力電流を受けるように構成された入力と、
出力電流を提供するように構成された出力と、
前記入力電流を受けるように適合された整流器と、
前記整流器からの直流電力を交流電力に変換するインバータと、
移動平均フィルタを含む制御モジュールとを備え、
前記制御モジュールは、前記整流器および前記インバータによる電力変換によって生じるリプル電圧により生じる歪みを有する制御信号を受信するとともに、前記移動平均フィルタを用いて前記リプル電圧を実質的に有しない平均制御信号を生成するように適合され、
前記コンバータは、
前記移動平均フィルタによって前記平均制御信号に導入されるの位相遅れを補正するように適合された、進み遅れ補償器をさらに備え、
前記制御モジュールは、位相補正された前記平均制御信号に基づいて基準電流値を生成するように適合され、
前記制御モジュールは、前記整流器に含まれるスイッチング素子のパルス幅変調制御信号のデューティサイクルを調整することによって、前記コンバータの前記入力電流を前記基準電流値に近づけるように調整するように適合される、コンバータ。 - 前記入力電流は、インバータ出力電流と同位相である、請求項10に記載のコンバータ。
- 前記移動平均フィルタは、前記入力電流から分数調波振動の少なくとも一部を除去するように適合される、請求項10に記載のコンバータ。
- 前記移動平均フィルタは、前記入力電流から高調波歪みの少なくとも一部を除去するように適合される、請求項10に記載のコンバータ。
- 前記高調波歪みは、前記入力電流の3.5%より小さいか、または等しい、請求項13に記載のコンバータ。
- 前記制御モジュールは、前記整流器の出力電圧を基準電圧値に近づけるように、前記制御信号を調整するように適合される、請求項10に記載のコンバータ。
- 前記制御モジュールは、前記整流器の出力電圧の二乗平均平方根値に基づいて、前記基準電流値を生成するように適合される、請求項15に記載のコンバータ。
- 前記整流器を有するAC−DCパルス幅変調変換器、ならびに、前記整流器および前記インバータを有するAC−DC−ACパルス幅変調変換器のうちの少なくとも1つをさらに備える、請求項14に記載のコンバータ。
- 無停電電源装置、周波数変換器、およびラインコンディショナのうちの少なくとも1つをさらに備える、請求項10に記載のコンバータ。
- 55Hzと65Hzとの間の周波数を有するコンバータ出力電流をさらに備える、請求項10に記載のコンバータ。
- 前記入力電流は、45Hzと55Hzとの間の周波数を含む、請求項19に記載のコンバータ。
- 整流器およびインバータを含むコンバータを備える無停電電源装置を制御するためのシステムであって、
実質的に歪みのない平均制御信号を生成するために、移動平均フィルタを用いて前記整流器および前記インバータによる電力変換によって生じるリプル電圧により生じる歪みを有する制御信号をフィルタリングするための手段と、
前記移動平均フィルタによって前記平均制御信号に導入される位相遅れを補正するように適合された、進み遅れ補償器と、
位相補正された前記平均制御信号に基づいて、前記整流器に含まれるスイッチング素子のパルス幅変調制御信号のデューティサイクルを調整することによって基準電流値を生成するように適合された制御モジュールとを備え、
前記制御モジュールは、前記無停電電源装置の入力電流を前記基準電流値に近づけるように調整するように適合される、システム。 - 前記無停電電源装置は、周波数変換器およびラインコンディショナのうちの少なくとも1つを含む、請求項21に記載のシステム。
- プロセッサに以下のように整流器およびインバータを含むコンバータを制御させる指示を含む指示の配列をその上に記憶したコンピュータ読取り可能媒体であって、
前記整流器および前記インバータによる電力変換によって生じるリプル電圧を含む電圧信号に関する情報を受信させ、
前記電圧信号を基準信号と比較することによって、前記コンバータの入力電流を制御するための制御信号を生成させ、
移動平均フィルタを用いて前記制御信号から前記リプル電圧をフィルタリングすることによって平均制御信号を生成させ、
前記制御信号は、前記リプル電圧により生じる歪みを含み、さらに、
位相補償回路を用いて、前記移動平均フィルタによって前記平均制御信号に導入される位相遅れを補正させ、
位相補正された前記平均制御信号に基づいて、前記整流器に含まれるスイッチング素子のパルス幅変調制御信号のデューティサイクルを調整することによって、基準電流値を生成させ、
前記コンバータの入力電流を前記基準電流値に近づけるように調整させ、
無停電電源装置、周波数変換器、およびラインコンディショナのうちの少なくとも1つに含まれる整流器に、前記入力電流を印加させる、コンピュータ読取り可能媒体。
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