JP6627702B2 - 電力変換器の制御装置 - Google Patents
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Description
直流電圧検出部は、コンデンサの両端電圧、つまり電力変換器入力電圧(Vinv)を検出する。
電流検出部は、電力変換器に流れる電流(Iinv)を検出する。
電力演算部は、電力変換器の入力電力(Pinv)を算出する。
出力補正部は、出力電圧指令値あるいは出力電圧演算部の演算過程において制御目標とされる指令値(ω*)の少なくとも一方の値を補正対象指令値として補正可能である。
基準電圧演算部(21)は、直流電源から電力変換器までの回路インピーダンス(−r)と電力変換器の入力電力とから基準電圧(Vref)を算出する。
一方、電力変換器入力電圧が基準電圧を上回り、電圧の変動が安定化しているとき、出力補正部は補正を行わない。
これにより、電力変換器にかかる電圧の変動に対して常に補正を行う特許文献1の従来技術に比べ、交流電動機のトルクリプルを低減することができる。
本実施形態の電力変換制御器の制御装置100を利用した、交流電動機の制御について、説明する。「電力変換器の制御装置」としてのインバータ制御装置100は、例えば、動力源としてエンジン及び交流電動機を備えるハイブリッド車両において、交流電動機の駆動を制御するものである。
図1に示すように、「電力変換器」としてのインバータ44は電源主回路1と接続している。
3相2相変換部42には、インバータ44から交流電動機55へ接続される電力線に設けられた電流センサ52から相電流検出値が入力される。本実施形態ではV相、W相に設けられた電流センサからV相電流Iv、W相電流Iwの検出値が入力され、残るU相の電流Iuをキルヒホッフの法則に基づいて推定している。他の実施形態では三相の電流を検出してもよいし、あるいは一相の電流から他の二相の電流を推定する技術を採用してもよい。3相2相変換部42は、得られた三相電流検出値Iu,Iv,Iwをdq軸電流検出値Id,Iqにdq変換し、減算器26にフィードバックしている。これらが一般的なベクトル制御を用いた電流フィードバック制御方式による電動機の駆動方法である。
また、インバータ制御装置100は、電力演算部20、基準電圧演算部21、減算器22を含む。それらの構成及び作用は、次のフローチャートにおいて説明する。
S101において、電力演算部20は、インバータ44にかかるインバータ入力電圧Vinvとインバータ電流Iinvの取得を行う。インバータ入力電圧Vinvは直流電圧検出部50、インバータ電流Iinvは電流検出部51から求められる。
S102において、電力演算部20は、インバータ電流Iinvとインバータ入力電圧Vinvとを乗じてインバータ入力電力Pinvを算出する。
S104において、減算器22は基準電圧Vrefとインバータ入力電圧Vinvとの偏差を算出する。出力補正部23は偏差に定数Kを乗じて、補正電圧量を演算する。算出方法の詳細については後述する。
S105において、加算器28は、補正電圧を出力電圧指令値Vd*、Vq*に加算して、補正後の出力電圧指令値Vd**、Vq**を生成する。補正方法の詳細については後述する。
以上、出力補正フローチャートの概要について説明した。
キルヒホッフの電流、電圧則から、等価回路の電力バランスを時間tの関数で表した電源2の電源電圧Vb(t)と、等価直列抵抗6を除いた容量成分9のみにかかる電圧Vc(t)と、回路電流Ib(t)との関係は式(3)、式(4)、式(5)のように求められる。
式(6)の導出は、例えば、非特許文献1に参照される通りである。
[非特許文献1]
直流給電システムの発振条件・発振領域に関する解析 田中 徹、山崎 幹夫
信学技法 TECHNICAL REPORT OF IEICE 2004−07 P.23〜28
以上、基準電圧Vrefの算出に使用される回路インピーダンス「−r」の算出方法について説明した。
また、インバータ入力電圧Vinvが基準電圧Vrefより大きい場合、電圧変動は安定領域にあるため、出力補正部23は、出力補正を行わないため、出力電圧指令値Vd*、Vq*の値は維持される。
式(2)に示すように、定出力動作における「dVinv/dIinv」は負性抵抗をしめしている。したがって、インバータ入力電圧Vinvが減少するとき、インバータ電流Iinvは増加している。ここで、インバータ電流Iinvを減少させることで、どのようにインバータ入力電圧Vinvが安定するかを説明する。2つの場合があるので、それぞれについて述べる。
インバータ入力電圧Vinvの減少に伴い、インバータ電流Iinvが減少するので、「dVinv/dIinv」、すなわちr値は正となり、負性抵抗特性ではなくなる。そのため式(6)において右辺の各項は全て正となる。特性方程式の係数は全て同符号となり、安定条件は常に満たされるため、インバータ入力電圧Vinvの変動は安定する方向に向かう。
インバータ入力電圧Vinvの減少割合に対し、インバータ電流Iinvの増加割合が相対的に補正前より小さくなる場合、「dVinv/dIinv」の絶対値、すなわちrの絶対値は大きくなり、式(8)の安定条件を満たしやすくなる。
(a)、(b)のどちらの補正量でも、インバータ電流Iinvの増加は補正前よりも低下するため、インバータ入力電圧Vinvの変動はより安定な方向に向かう。
図5に第2の実施形態の電力変換制御器の制御装置200を利用した交流電動機55の制御方法について説明する。各部の動作について説明するが、第2実施形態において第1実施形態と実質的に同一の構成には、同一の符号を付して説明を省略する。
出力補正部24の動作について説明する。
図3のS103までで示す基準電圧Vrefを作成するまでの動作は、第1実施形態と同一である。その後、基準電圧Vrefとインバータ入力電圧Vinvとを比較し、Vrefが大きければ、出力補正部24はその偏差からVinvの変動に対して変動が抑制される方向、すなわちIinvが減少する方向に変化するよう、角速度補正量ωcを生成し、速度指令補正部31にて角速度指令値ω*を補正する。
(a)本実施形態では、出力電圧指令値Vd*、Vq*、角速度指令値ω*に出力補正を行う方式のみを開示したが、他にトルク指令値T*や電流指令値Id*、Iq*に対して出力補正を行うことも可能である。
以上、本発明は上記実施形態にのみ限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において様々な形態で実施可能である。
10、11 出力電圧演算部
20 電力演算部
21 基準電圧演算部
23、24 出力補正部
44 インバータ(電力変換器)
50 直流電圧検出部
51 電流検出部
100、200 インバータ制御装置(電力変換器の制御装置)
Claims (4)
- 直流電源(2)側にインダクタンス成分(3)とコンデンサ(4)を有する電力変換器(44)の制御装置(100、200)であって、
前記電力変換器に出力する出力電圧指令値(Vd*、Vq*)を演算する出力電圧演算部(10、11)と、
前記コンデンサの両端電圧である電力変換器入力電圧(Vinv)を検出する直流電圧検出部(50)と、
前記電力変換器に流れる電流(Iinv)を検出する電流検出部(51)と、
前記電力変換器の入力電力(Pinv)を算出する電力演算部(20)と、
前記出力電圧指令値あるいは前記出力電圧演算部の演算過程において制御目標とされる指令値(ω*)の少なくとも一方の値を補正対象指令値として補正可能な出力補正部(23、24)と、
前記直流電源から前記電力変換器までの回路インピーダンス(−r)と前記電力変換器の入力電力とから基準電圧(Vref)を算出する基準電圧演算部(21)と、
を備え、
前記出力補正部は、
前記電力変換器入力電圧が前記基準電圧以下に変動した場合、前記電力変換器入力電圧の変動を抑制する方向に前記電力変換器を流れる電流が変化するように前記補正対象指令値を補正し、
前記電力変換器入力電圧が前記基準電圧よりも大きく変動した場合、前記補正対象指令値を維持する電力変換器の制御装置。 - 前記出力補正部(23)は、前記出力電圧指令値を補正する請求項1に記載の電力変換器の制御装置。
- 前記出力電圧指令値の補正量は、
前記出力電圧指令値と前記出力補正部の補正により低下した実値との偏差から演算される出力電圧の増加量よりも大きくなるように演算される請求項2に記載の電力変換器の制御装置。
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