JPWO2018211624A1 - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、この発明の実施の形態1に従う電力変換装置の構成を示す回路ブロック図である。図1において、電力変換装置200は、電力系統1の無効電力を補償する無効電力補償装置として使用される。
図2を参照して、第1の構成例に従うセル5は、いわゆるフルブリッジ構成を有する。具体的には、セル5は、出力端子5a,5bと、スイッチング素子Q1〜Q4と、ダイオードD1〜D4と、コンデンサ7と、電圧検出器8と、ドライバ9とを含む。
図5は、図4に示した全電圧制御部10の構成例を示す図である。図5を参照して、全電圧制御部10は、代表値演算部11と、減算器12と、制御器13とを含む。
図6は、図4に示した相間バランス制御部20の第1の構成例を示す図である。図6を参照して、相間バランス制御部20は、電圧演算部21と、減算器22〜24と、制御器25と、乗算器26〜28とを含む。
図7は、図4に示した逆相電流指令演算部50の構成例を示す図である。逆相電流指令演算部50は、アーム電流指令値iuv*,ivw*,iwu*から逆相電流指令値idn*,iqn*を生成する。逆相電流指令値idn*,iqn*は、逆相無効電流指令値idn*および逆相有効電流指令値iqn*で構成される。
図8は、図4に示した出力電流制御部60の構成例を示す図である。出力電流制御部60は、MMC2の出力電流iu,iv,iwをdq変換した無効電流idおよび有効電流iqを、正相電流指令値id*,iq*および逆相電流指令値idn*,iqn*を合成して生成される出力電流指令値idpn*,iqpn*にそれぞれ追従させるための制御演算を実行して、電圧指令値Vd*,Vq*を生成する。
図9は、図4に示した循環電流制御部80の構成例を示す図である。循環電流制御部80は、MMC2の相間のコンデンサ電圧Vdccellをバランスさせるための電流制御を実行する。
図10は、図4に示した電圧指令値演算部90の構成例を示す図である。電圧指令値演算部90は、出力電流制御部60により生成された電圧指令値Vd*,Vq*、循環電流制御部80により生成された零相電圧指令値Vz*、各セル5のコンデンサ電圧Vdccell、およびアーム電流iuv,ivw,iwuに基づいて、各セル5の出力電圧Vcellを制御するための出力電圧指令値Vcell*を生成する。
図11は、図10に示した各セル直流電圧制御部96の構成例を示す図である。
実施の形態2〜5では、図4に示された相間バランス制御部20の他の構成例について説明する。実施の形態2〜5に従う電力変換装置の構成は、相間バランス制御部20の構成を除いて、実施の形態1に従う電力変換装置200の構成と同じであるため、詳細な説明は繰り返さない。
図12を参照して、第2の構成例に従う相間バランス制御部20Aは、電圧演算部21、減算器22〜24,105〜107、制御器108〜110、および乗算器26〜28を含む。
図13は、図4に示した相間バランス制御部20の第3の構成例を示す図である。
図14は、図4に示した相間バランス制御部20の第4の構成例を示す図である。
図15は、図4に示した相間バランス制御部20の第5の構成例を示す図である。
Idvw(k)=Idvw(k−1)+KIv・Pvw(k) …(2)
Idwu(k)=Idwu(k−1)+KIw・Pwu(k) …(3)
加算器125は、出力Iduv(k),Idvw(k),Idwu(k)を加算する。加算結果を3で割ることにより、零相成分ΔId(k)が算出される。零相成分ΔId(k)は式(4)で表わされる。
減算器122は、積分器ゲイン119の出力Iduv(k)から零相成分ΔId(k)を減算し、減算結果ΔIuv(k)を積分器127に入力する。減算器123は、積分器ゲイン120の出力Idvw(k)から零相成分ΔId(k)を減算し、減算結果ΔIvw(k)を積分器128に入力する。減算器124は、積分器ゲイン121の出力Idwu(k)から零相成分ΔId(k)を減算し、減算結果ΔIwu(k)を積分器129に入力する。すなわち、積分器127〜129の入力Iuv(k),Ivw(k),Iwu(k)は、式(5)〜(7)でそれぞれ表わされる。
Ivw(k)=Idvw(k)−ΔId(k) …(6)
Iwu(k)=Idwu(k)−ΔId(k) …(7)
積分器127は、Iuv(k)を積分制御するための操作量Iouv(k)を算出する。加算器130は、操作量Puv(k)と操作量Iouv(k)とを加算し、加算結果Puv(k)+Iouv(k)を乗算器26に出力する。
Claims (10)
- 三相交流電源に連系される電力変換装置であって、
デルタ結線された第1〜第3のアームを有する電力変換器と、
前記電力変換器を制御する制御装置とを備え、
前記第1〜第3のアームの各々は、単位変換器を1または複数直列接続して構成され、
前記単位変換器は、
一対の出力端子間に接続された蓄電素子と、
前記一対の出力端子間に前記蓄電素子の電圧値に依存した出力パルスを発生するように構成された複数のスイッチング素子とを含み、
前記制御装置は、
全ての前記蓄電素子の電圧値を代表する全電圧代表値が直流電圧指令値に一致するように、前記三相交流電源と前記電力変換器との間に流れる電流を制御するための電圧指令値を生成する第1の制御部と、
前記第1〜第3のアーム間で前記蓄電素子の電圧値が平衡するように、前記デルタ結線内を流れる循環電流を制御するための零相電圧指令値を生成する第2の制御部と、
前記第1の制御部により生成された前記電圧指令値と、前記第2の制御部により生成された前記零相電圧指令値とを合成して、各前記単位変換器の出力電圧を制御するための出力電圧指令値を生成する演算部と、
前記出力電圧指令値に従って前記複数のスイッチング素子のスイッチング動作を制御するためのゲート信号を生成する生成部とを含み、
前記制御装置は、前記第2の制御部における前記零相電圧指令値の演算から前記全電圧代表値の制御量を除去することにより、前記第1の制御部と前記第2の制御部とを非干渉化させる、電力変換装置。 - 各前記蓄電素子を充放電する過渡変動時において、前記第2の制御部は、前記第1の制御部による前記全電圧代表値の制御とは独立に、前記第1〜第2のアーム間での前記蓄電素子の電圧値の不平衡を解消する制御を実行する、請求項1に記載の電力変換装置。
- 前記第2の制御部は、
前記第1のアーム内の前記蓄電素子の電圧値を代表する第1の代表値と前記全電圧代表値との第1の偏差、前記第2のアーム内の前記蓄電素子の電圧値を代表する第2の代表値と前記全電圧代表値との第2の偏差、および前記第3のアーム内の前記蓄電素子の電圧値を代表する第3の代表値と前記全電圧代表値との第3の偏差の各々が零となるように、前記第1〜第3のアームにそれぞれ流れる第1〜第3のアーム電流を制御するための第1〜第3のアーム電流指令値を生成し、
前記第1〜第3のアーム電流を前記第1〜第3のアーム電流指令値にそれぞれ追従させるための制御演算を実行して、前記零相電圧指令値を生成するように構成され、
前記第2の制御部は、前記第1〜第3のアーム電流指令値を生成するために、前記第1〜第3の偏差の各々から、前記第1〜第3の代表値に共通に含まれる共通成分を除去する、請求項1または2に記載の電力変換装置。 - 前記共通成分は、前記第1〜第3の偏差の零相成分である、請求項3に記載の電力変換装置。
- 前記共通成分は、前記電圧指令値と前記全電圧代表値との偏差に依存する、請求項3または4に記載の電力変換装置。
- 前記第2の制御部は、前記第1〜第3の偏差の各々を零にするための制御演算を実行することにより、前記第1〜第3のアーム電流指令値を生成するように構成された制御器を含み、
前記第1〜第3の偏差は、前記共通成分が除去された状態で前記制御器に入力される、請求項3〜5のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記第2の制御部は、前記第1〜第3の偏差の各々を零にするための制御演算を実行することにより、前記第1〜第3のアーム電流指令値を生成するように構成された制御器を含み、
前記制御器は、比例器と、前記比例器に直列に接続された積分器とを含み、
前記比例器の出力は、前記共通成分が除去された状態で前記積分器に与えられる、請求項3〜5のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記第2の制御部は、
前記第1〜第3の偏差を三相/αβ変換により、二相の偏差に変換する座標変換部と、
前記二相の偏差の各々を零にするための制御演算を実行する制御器とを含む、請求項3〜5のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記第2の制御部は、前記第1〜第3の偏差の各々を零にするための制御演算を実行することにより、前記第1〜第3のアーム電流指令値を生成するように構成された制御器を含み、
前記制御器は、
前記第1〜第3の偏差を比例制御する第1〜第3の比例器と、
前記第1〜第3の比例器に直列に接続された第1および第2の積分器と、
前記第1〜第3の比例器および前記第1および第2の積分器の間に接続され、前記第1〜第3の比例器の出力を三相/αβ変換する座標変換部とを含む、請求項3〜5のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記第2の制御部は、離散系で構成される、請求項3〜5のいずれか1項に記載の電力変換装置。
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