JP6259009B2 - 電力変換装置およびその動作方法 - Google Patents
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Description
第1変調方式<第2変調方式<第3変調方式<第4変調方式
第1変調方式<第2変調方式<第3変調方式<第4変調方式
図1は本発明の実施形態に係る電力変換装置の回路図である。
以下、図2〜図6を参照して、第1方向動作モードについて説明する。
図2および図3を参照すると、第1時区間t1の間に、第1および第4スイッチ素子Q1、Q4はターンオンされ、第2および第3スイッチ素子Q2、Q3はターンオフされる。
図2および図4を参照すると、第2時区間t2の間に、第1スイッチ素子Q1はターンオン状態を維持するが、第4スイッチ素子Q4はターンオフされる。また、第1時区間t1の間にターンオフ状態であった第3スイッチ素子Q3がターンオンされる。
図2および図5を参照すると、第3時区間t3の間に、第1および第4スイッチ素子Q1、Q4はターンオフされ、第2および第3スイッチ素子Q2、Q3はターンオンされる。
図2および図6を参照すると、第4時区間t4の間に、第2スイッチ素子Q2はターンオン状態を維持するが、第3スイッチ素子Q3はターンオフされる。また、第3時区間t3の間にターンオフ状態であった第4スイッチ素子Q4がターンオンされる。
以下、図7〜図11を参照して、第2方向動作モード方式について説明する。
図7および図8を参照すると、第1時区間t1の間に、第1および第4スイッチ素子Q1、Q4はターンオンされ、第2および第3スイッチ素子Q2、Q3はターンオフされる。
図7および図9を参照すると、第2時区間t2の間に、第1および第4スイッチ素子Q1、Q4はターンオフされ、第2および第3スイッチ素子Q2、Q3はターンオフを維持する。
図7および図10を参照すると、第3時区間t3の間に、第1および第4スイッチ素子Q1、Q4はターンオフを維持し、第2および第3スイッチ素子Q2、Q3はターンオンされる。
図7および図11を参照すると、第4時区間t4の間に、第1および第4スイッチ素子Q1、Q4はターンオフを維持し、第2および第3スイッチ素子Q2、Q3はターンオフされる。
図13は本発明の実施形態に係るスイッチング信号出力のための制御システムのブロック図であり、図14は図13の制御部を実現する一例としての回路図である。
以下では、本発明に含まれたそれぞれの変調方式について説明する。
以下では、電力変換装置の動作方法について説明する。
Lp : 第1コイル
Ls : 第2コイル
C1 : 第1キャパシタ
C2 : 第2キャパシタ
130 : 制御部
Po : 出力電力値
Vref : 電圧指令値
Del : 制御変数
131 : 制御器
132 : モード選択器
Sα : 第1スイッチング信号
Sβ : 第2スイッチング信号
133 : 制御信号出力器
Vo : 出力電圧値
1311 : 第1演算部
PI : 比例積分制御器
Io : 出力電流値
1312 : 第2演算部
d : 入出力電圧比
1313 : 第3演算部
Q1 : 第1スイッチ素子
Q2 : 第2スイッチ素子
Q3 : 第3スイッチ素子
Q4 : 第4スイッチ素子
Q5 : 第5スイッチ素子
Q6 : 第6スイッチ素子
Q7 : 第7スイッチ素子
Q8 : 第8スイッチ素子
Claims (15)
- 電力変換装置であって、
変圧器と、
前記変圧器の1次側に接続される第1コンバータと、
前記変圧器の2次側に接続される第2コンバータと、
前記第1コンバータに接続される第1キャパシタと、
前記第2コンバータに接続される第2キャパシタと、
前記第1コンバータおよび第2コンバータを制御する制御部と、を含み、
前記制御部は、
複数の変調方式に対する運転範囲を決定し、
前記電力変換装置の入出力電圧比に応じて動作条件を決定し、
前記動作条件に応じた各変調方式の電力基準値に基づいて、前記複数の変調方式の運転範囲のうち前記電力変換装置の出力電力値を含む変調方式を決定し、
前記決定された変調方式に基づいて指令値に対応する前記第1コンバータおよび第2コンバータの制御信号を出力する、電力変換装置。 - 前記制御部は、
電圧指令値に対応する制御変数を出力する制御器と、
前記出力電力値に基づいて複数の変調方式のいずれか一つの特定の変調方式の選択信号を出力するモード選択器と、
前記制御器を介して出力される制御変数を基準とし、前記モード選択器を介して選択された変調方式を適用して、前記第1コンバータを制御する第1スイッチング信号と、前記第2コンバータを制御する第2スイッチング信号を出力する制御信号出力器と、を含む、請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記制御器は、
前記電圧指令値と出力電圧値との差の値を出力する第1演算部と、
前記第1演算部の出力値を比例積分して前記制御変数を出力する比例積分制御器と、
前記出力電圧値と出力電流値との乗算による出力電力値を出力する第2演算部と、を含む、請求項2に記載の電力変換装置。 - 前記制御器は、
入力電圧値と出力電圧値を受信し、これによる入出力電圧比を計算して出力する第3演算部をさらに含み、
前記モード選択器は、
前記第3演算部を介して出力される入出力電圧比による動作条件と、前記出力電力値に基づいて前記変調方式を選択する、請求項3に記載の電力変換装置。 - 前記変調方式は、
dualパルス幅変調方式に対応する第1変調方式と、
triangularパルス幅変調方式に対応する第2変調方式と、
singleパルス幅変調方式に対応する第3変調方式と、
PSM(Phase shift modulation)変調方式に対応する第4変調方式と、を含み、
前記モード選択器は、
前記それぞれの変調方式に対応する運転範囲を保存し、
前記保存された運転範囲に基づいて前記出力電力値が属する変調方式を確認し、
前記確認した変調方式の選択信号を出力する、請求項2から4のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記それぞれの変調方式の運転範囲内に属する電力値は、以下のような大きさ条件を有する、請求項5に記載の電力変換装置。
第1変調方式<第2変調方式<第3変調方式<第4変調方式 - 前記制御器は、
入力電圧値と出力電圧値を受信し、これによる入出力電圧比を計算して出力する第3演算部をさらに含み、
前記モード選択器は、
前記第3演算部を介して出力される入出力電圧比による動作条件と、前記出力電力値に基づいて前記変調方式を選択し、
前記動作条件は、
出力電圧が入力電圧より大きい昇圧条件と、出力電圧が入力電圧より小さい降圧条件と、を含み、
前記モード選択器は、
前記それぞれの変調方式に対応して前記昇圧条件での運転範囲と、降圧条件での運転範囲とを区分して保存する、請求項5または6に記載の電力変換装置。 - 前記制御信号出力器は、
前記電力変換装置の動作方向情報を受信し、
前記受信した動作方向情報を用いて前記第1スイッチング信号と第2スイッチング信号を出力し、
前記動作方向情報は、
前記第1コンバータから第2コンバータに電圧が出力される第1方向動作条件と、
前記第2コンバータから第1コンバータに電圧が出力される第2方向動作条件と、を含む、請求項2から7のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記制御信号出力器は、
現在選択された変調方式と、以前に適用した変調方式とを比較し、
前記現在の変調方式と以前の変調方式が互いに異なる場合、受信した前記制御変数を調整する、請求項2から8のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記第1コンバータは、第1レッグの第1および第2スイッチ素子と、第2レッグの第3および第4スイッチ素子と、を含み、
前記第2コンバータは、第3レッグの第5および第6スイッチ素子と、第4レッグの第7および第8スイッチ素子と、を含む、請求項1から9のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記第1コンバータは、第1および第2レッグを含み、前記第2コンバータは、第3および第4レッグを含み、
前記第1レッグは、
互いに並列接続された第1および第2スイッチ素子を含む第1スイッチ素子グループと、互いに並列接続された第3スイッチ素子および第4スイッチ素子を含む第2スイッチ素子グループと、を含み、
前記第2レッグは、
互いに並列接続された第5および第6スイッチ素子を含む第3スイッチ素子グループと、互いに並列接続された第7スイッチ素子および第8スイッチ素子を含む第4スイッチ素子グループと、を含み、
前記第3レッグは、
互いに並列接続された第9および第10スイッチ素子を含む第5スイッチ素子グループと、互いに並列接続された第11スイッチ素子および第12スイッチ素子を含む第6スイッチ素子グループと、を含み、
前記第4レッグは、
互いに並列接続された第13および第14スイッチ素子を含む第7スイッチ素子グループと、互いに並列接続された第15スイッチ素子および第16スイッチ素子を含む第8スイッチ素子グループと、を含む、請求項1から9のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 変圧器と、前記変圧器の1次側に接続され、第1レッグ(leg)の複数のスイッチ素子、および第2レッグの複数のスイッチ素子を含む第1コンバータと、前記変圧器の2次側に接続され、第3レッグの複数のスイッチ素子、および第4レッグの複数のスイッチ素子を備えた第2コンバータと、を含む電力変換装置であって、
前記電力変換装置の出力電圧値と出力電流値を用いて出力電力値を計算する段階と、
前記電力変換装置の入力電圧値と出力電圧値を用いて前記電力変換装置の動作条件が降圧条件であるか昇圧条件であるかを判断する段階と、
前記動作条件別に区分された複数の変調方式の運転範囲を基準として前記出力電力値が属する変調方式を選択する段階と、
電圧指令値と前記出力電圧値との差の値を比例積分して制御変数を出力する段階と、
前記選択された変調方式を適用して前記出力された制御変数に対応する前記第1コンバータの第1スイッチング信号および前記第2コンバータの第2スイッチング信号を出力する段階と、を含む、電力変換装置の動作方法。 - 前記電力変換装置の動作方向条件が、前記第1コンバータから第2コンバータに電圧が出力される第1方向動作条件と、前記第2コンバータから第1コンバータに電圧が出力される第2方向動作条件のいずれの動作条件であるかを判断する段階をさらに含み、
前記第1コンバータの第1スイッチング信号および前記第2コンバータの第2スイッチング信号を出力する段階は、
前記判断された動作条件に応じて前記第1コンバータおよび第2コンバータに出力される段階を含む、請求項12に記載の電力変換装置の動作方法。 - 前記第1および第2スイッチング信号の出力以前に、現在選択された変調方式と、以前に適用した変調方式とを比較する段階と、
前記現在の変調方式と以前の変調方式が互いに異なる場合、前記出力された制御変数を調整する段階と、をさらに含む、請求項12または13に記載の電力変換装置の動作方法。 - 前記変調方式は、
dualパルス幅変調方式に対応する第1変調方式と、
triangularパルス幅変調方式に対応する第2変調方式と、
singleパルス幅変調方式に対応する第3変調方式と、
PSM(Phase shift modulation)変調方式に対応する第4変調方式と、を含み、
前記それぞれの変調方式の運転範囲内に属する電力値は、以下のような大きさ条件を有する、請求項12から14のいずれか1項に記載の電力変換装置の動作方法。
第1変調方式<第2変調方式<第3変調方式<第4変調方式
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