JPWO2019167173A1 - Power converter, its control device and control method - Google Patents
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Abstract
一実施形態に係る電力変換装置は、三相交流電源の電圧を全波整流する整流回路と、前記整流回路の出力側に設けられ、直流電圧を出力するコンデンサと、前記直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路と、前記直流電圧から前記三相交流電源の電圧の位相を推定する位相推定部と、前記推定された電圧の位相に基づいて、前記直流電圧の計算値を表すリファレンス電圧を算出するリファレンス電圧算出部と、前記直流電圧と前記リファレンス電圧とに基づいて、補償値を算出する補償値算出部と、少なくとも前記補償値に基づいて前記インバータ回路を制御するインバータ制御部と、前記インバータ回路の出力電力の大きさを表すインバータ出力値に基づいて、前記インバータ制御部における前記補償値の影響度合いを制御する補償制御部と、を備える。The power conversion device according to one embodiment includes a rectifying circuit that full-wave rectifies the voltage of a three-phase AC power supply, a capacitor provided on the output side of the rectifying circuit to output a DC voltage, and the DC voltage to an AC voltage. Based on the inverter circuit to be converted, the phase estimation unit that estimates the phase of the voltage of the three-phase AC power supply from the DC voltage, and the phase of the estimated voltage, the reference voltage representing the calculated value of the DC voltage is calculated. A reference voltage calculation unit, a compensation value calculation unit that calculates a compensation value based on the DC voltage and the reference voltage, an inverter control unit that controls the inverter circuit based on at least the compensation value, and the inverter. A compensation control unit that controls the degree of influence of the compensation value on the inverter control unit based on an inverter output value representing the magnitude of the output power of the circuit is provided.
Description
本開示は、電力変換装置、その制御装置及び制御方法に関する。 The present disclosure relates to a power conversion device, a control device thereof, and a control method.
従来、交流電源の電圧を全波整流する整流回路と、整流回路の出力側に設けられ、直流電圧を出力するコンデンサと、直流電圧を交流電圧に変換して負荷に出力するインバータ回路とを備える電力変換装置が知られている。かかる電力変換装置において、コンデンサを小容量化することにより、電力変換装置の小型化・低コスト化を図る試みがなされている。 Conventionally, it is provided with a rectifier circuit that full-wave rectifies the voltage of an AC power supply, a capacitor that is provided on the output side of the rectifier circuit and outputs a DC voltage, and an inverter circuit that converts the DC voltage into an AC voltage and outputs it to a load. Power converters are known. Attempts have been made to reduce the size and cost of the power conversion device by reducing the capacity of the capacitor in such a power conversion device.
特許文献１には、大容量のコンデンサを備えない電力変換装置において、入力電流が歪んで単相交流電源に入力高調波が流入することを抑制するために、単相交流電源の電圧（電源電圧）を検出する検出部を備え、インバータ回路に入力される直流電圧が電源電圧の絶対値と等しくなるようにインバータ回路の出力を制御する技術が記載されている。
しかしながら、特許文献１に記載の技術は、インバータ回路の出力電力の大小と無関係に、インバータ回路に入力される直流電圧が電源電圧の絶対値と等しくなるように制御しているため、入力電流の歪みによる入力高調波を効率的に抑制することができないという問題がある。
However, the technique described in
また、特許文献１に記載の技術は、電源電圧を検出する検出部を必要とするためコスト的にも不利であり、かつ、三相交流電源向けの電力変換装置に適していないという問題もある。
Further, the technique described in
そこで、本開示は、三相交流電源に流入する入力高調波を低コストかつ効率的に抑制可能な電力変換装置、その制御装置及び制御方法を提供する。 Therefore, the present disclosure provides a power conversion device capable of efficiently suppressing input harmonics flowing into a three-phase AC power source at low cost, a control device thereof, and a control method.
一実施形態に係る電力変換装置は、三相交流電源の電圧を全波整流する整流回路と、前記整流回路の出力側に設けられ、直流電圧を出力するコンデンサと、前記直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路と、前記直流電圧から前記三相交流電源の電圧の位相を推定する位相推定部と、前記推定された電圧の位相に基づいて、前記直流電圧の計算値を表すリファレンス電圧を算出するリファレンス電圧算出部と、前記直流電圧と前記リファレンス電圧とに基づいて、補償値を算出する補償値算出部と、少なくとも前記補償値に基づいて前記インバータ回路を制御するインバータ制御部と、前記インバータ回路の出力電力の大きさを表すインバータ出力値に基づいて、前記インバータ制御部における前記補償値の影響度合いを制御する補償制御部と、を備える。 The power conversion device according to one embodiment includes a rectifying circuit that full-wave rectifies the voltage of a three-phase AC power supply, a capacitor provided on the output side of the rectifying circuit to output a DC voltage, and the DC voltage to an AC voltage. Based on the inverter circuit to be converted, the phase estimation unit that estimates the phase of the voltage of the three-phase AC power supply from the DC voltage, and the phase of the estimated voltage, the reference voltage representing the calculated value of the DC voltage is calculated. A reference voltage calculation unit, a compensation value calculation unit that calculates a compensation value based on the DC voltage and the reference voltage, an inverter control unit that controls the inverter circuit based on at least the compensation value, and the inverter. A compensation control unit that controls the degree of influence of the compensation value on the inverter control unit based on an inverter output value representing the magnitude of the output power of the circuit is provided.
一実施形態に係る制御装置は、三相交流電源の電圧を全波整流する整流回路と、前記整流回路の出力側に設けられ、直流電圧を出力するコンデンサと、前記直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路と、を備える電力変換装置を制御する。前記制御装置は、前記直流電圧から前記三相交流電源の電圧の位相を推定する位相推定部と、前記推定された電圧の位相に基づいて、前記直流電圧の計算値を表すリファレンス電圧を算出するリファレンス電圧算出部と、前記直流電圧と前記リファレンス電圧とに基づいて、補償値を算出する補償値算出部と、少なくとも前記補償値に基づいて前記インバータ回路を制御するインバータ制御部と、前記インバータ回路の出力電力の大きさを表すインバータ出力値に基づいて、前記インバータ制御部における前記補償値の影響度合いを制御する補償制御部と、を備える。 The control device according to one embodiment includes a rectifier circuit that full-wave rectifies the voltage of a three-phase AC power supply, a capacitor that is provided on the output side of the rectifier circuit and outputs a DC voltage, and converts the DC voltage into an AC voltage. Controls an inverter circuit and a power converter including. The control device calculates a reference voltage representing a calculated value of the DC voltage based on a phase estimation unit that estimates the phase of the voltage of the three-phase AC power supply from the DC voltage and the phase of the estimated voltage. A reference voltage calculation unit, a compensation value calculation unit that calculates a compensation value based on the DC voltage and the reference voltage, an inverter control unit that controls the inverter circuit based on at least the compensation value, and the inverter circuit. A compensation control unit that controls the degree of influence of the compensation value on the inverter control unit based on an inverter output value representing the magnitude of the output power of the above is provided.
一実施形態に係る制御方法は、三相交流電源の電圧を全波整流する整流回路と、前記整流回路の出力側に設けられ、直流電圧を出力するコンデンサと、前記直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路と、を備える電力変換装置を制御する方法である。前記制御方法は、前記直流電圧から前記三相交流電源の電圧の位相を推定することと、前記推定された電圧の位相に基づいて、前記直流電圧の計算値を表すリファレンス電圧を算出することと、前記直流電圧と前記リファレンス電圧とに基づいて、補償値を算出することと、少なくとも前記補償値に基づいて前記インバータ回路を制御することと、前記インバータ回路の出力電力の大きさを表すインバータ出力値に基づいて、前記インバータ回路を制御する際の前記補償値の影響度合いを制御することと、を備える。 The control method according to one embodiment includes a rectifier circuit that full-wave rectifies the voltage of a three-phase AC power supply, a capacitor provided on the output side of the rectifier circuit that outputs a DC voltage, and a DC voltage that is converted into an AC voltage. It is a method of controlling a power conversion device including an inverter circuit. The control method estimates the phase of the voltage of the three-phase AC power supply from the DC voltage, and calculates a reference voltage representing the calculated value of the DC voltage based on the phase of the estimated voltage. , The compensation value is calculated based on the DC voltage and the reference voltage, the inverter circuit is controlled at least based on the compensation value, and the inverter output indicating the magnitude of the output power of the inverter circuit. It includes controlling the degree of influence of the compensation value when controlling the inverter circuit based on the value.
図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の実施形態における図面において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付す。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings in the following embodiments, the same or similar parts are designated by the same or similar reference numerals.
（１）電力変換装置の構成
図１は、実施形態に係る電力変換装置１の構成を示す図である。電力変換装置１は、三相交流電源２から供給される三相交流の電力を所定の周波数を有する電力に変換し、変換した電力を三相交流のモータ３に供給する。なお、モータ３は負荷の一例である。(1) Configuration of Power Conversion Device FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a
図１に示すように、電力変換装置１は、整流回路１０と、コンデンサＣと、直流電圧検出部１５と、インバータ回路２０と、制御部１００とを備える。
As shown in FIG. 1, the
整流回路１０は、三相交流電源２の電圧（三相交流電圧）Ｖｉｎを全波整流することにより整流電圧をコンデンサＣに出力する。整流回路１０は６つのダイオードＤ１〜Ｄ６を有し、直列に接続された２つのダイオードからなるペアが３つ並列に接続される。ダイオードＤ１及びＤ２の接続点は電源側インダクタンスＬ１を介して三相交流電源２に接続され、ダイオードＤ３及びＤ４の接続点は電源側インダクタンスＬ２を介して三相交流電源２に接続され、ダイオードＤ５及びＤ６の接続点は電源側インダクタンスＬ３を介して三相交流電源２に接続される。ここで、電源側インダクタンスとは、変圧器などの電源設備に含まれるインダクタンス成分と、電力変換装置１（インバータ）に併用される入力フィルタによるインダクタンス成分とを合算したものを指す。
The
コンデンサＣは、整流回路１０の出力側に設けられ、直流電圧Ｖｄｃをインバータ回路２０に出力する。コンデンサＣの一端は整流回路１０のダイオードＤ１、Ｄ２、及びＤ３のそれぞれのカソードに接続され、コンデンサＣの他端は整流回路１０のダイオードＤ２、Ｄ４、及びＤ６のそれぞれのアノードに接続される。コンデンサＣは、整流回路１０から入力される整流電圧を平滑化することにより直流電圧Ｖｄｃをインバータ回路２０に出力する。直流電圧Ｖｄｃは、コンデンサＣの両端間に印加される電圧である。
The capacitor C is provided on the output side of the
実施形態において、電力変換装置１の小型化・低コスト化を図るために、コンデンサＣとして小容量のコンデンサ（例えば、フィルムコンデンサ）を用いる。このため、コンデンサＣは、整流電圧の脈動を十分に平滑することができずに、コンデンサＣが出力する直流電圧Ｖｄｃも脈動する。
In the embodiment, a small-capacity capacitor (for example, a film capacitor) is used as the capacitor C in order to reduce the size and cost of the
直流電圧検出部１５は、コンデンサＣが出力する直流電圧Ｖｄｃを検出し、検出した直流電圧Ｖｄｃを制御部１００に出力する。
The DC
インバータ回路２０は、コンデンサＣから入力される直流電圧Ｖｄｃを交流電圧に変換し、交流電圧をモータ３に出力する。インバータ回路２０は、６つのスイッチ素子Ｓ１〜Ｓ６を有し、直列に接続された２つのスイッチ素子からなるペアが３つ並列に接続される。スイッチ素子Ｓ１及びＳ２の接続点、スイッチ素子Ｓ３及びＳ４の接続点、及びスイッチ素子Ｓ５及びＳ６の接続点のそれは、モータ３に接続される。スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ６には、逆電圧の印加を防止するためのダイオードＤ７〜Ｄ１２がそれぞれ並列に接続される。
The
インバータ回路２０とモータ３との間には電流センサ４が設けられる。電流センサ４は、三相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのうち少なくとも二相分の相電流を検出し、検出した相電流を制御部１４０に出力する。図１においては、電流センサ４が三相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出する一例を示している。
A
モータ３には、モータ３の回転軸の回転角及び回転速度を検出するエンコーダ５が設けられる。エンコーダ５は、検出回転角θｅｎｃ及び検出回転速度ωｅｎｃを制御部１４０に出力する。
The
制御部１００は制御装置の一例である。制御部１００には、図示を省略する上位コントローラから回転速度指令ω*が入力される。或いは、制御部１００は、上位コントローラからトルク指令が入力されてもよい。以下においては、制御部１００に回転速度指令ω*が入力される一例について主として説明する。また、制御部１００には、直流電圧検出部１５が検出した直流電圧Ｖｄｃが入力され、電流センサ４が検出した相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが入力され、エンコーダ５が検出した検出回転角θｅｎｃ及び検出回転速度ωｅｎｃが入力される。
The
制御部１００は、回転速度指令ω*、直流電圧Ｖｄｃ、相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ、検出回転角θｅｎｃ、及び検出回転速度ωｅｎｃに基づいて、スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ６に対してスイッチ信号を出力することにより、インバータ回路２０を駆動及び制御する。
The
実施形態において、制御部１００は、インバータ回路２０に入力される直流電圧Ｖｄｃが電源電圧Ｖｉｎの絶対値と等しくなるようにインバータ回路２０の出力を制御する。かかる制御により、コンデンサＣとして小容量のコンデンサを用いる場合であっても、電力変換装置１への入力電流が歪んで三相交流電源２に入力高調波が流入することを抑制できる。具体的には、入力高調波は、コンデンサＣと電源側インダクタンスＬ１〜Ｌ３とのＬＣ共振や整流回路１０における全波整流高調波に起因して生じる。制御部１００は、直流電圧Ｖｄｃの波形を電源電圧Ｖｉｎの絶対値の波形に沿わせるように制御することにより、電力変換装置１の入力電流の歪みを低減して入力高調波を抑制する。
In the embodiment, the
（２）制御部の構成
図２は、制御部１００の構成を示す図である。(2) Configuration of Control Unit FIG. 2 is a diagram showing a configuration of the
図２に示すように、制御部１００は、位相推定部１１０と、位相進め部１２０と、リファレンス電圧算出部１３０と、補償値算出部１４０と、インバータ制御部１５０と、補償制御部１６０Ａとを備える。
As shown in FIG. 2, the
位相推定部１１０は、直流電圧検出部１５が検出した直流電圧Ｖｄｃから、三相交流電源２の電圧Ｖｉｎの位相を推定し、推定した電源電圧位相θｒｓｔを位相進め部１２０に出力する。
The
位相進め部１２０は、位相推定部１１０により推定された電源電圧位相θｒｓｔを所定量進め、所定量進めた電源電圧位相θ'ｒｓｔをリファレンス電圧算出部１３０に出力する。位相を予め所定量進めることで、入力高調波の抑制効果を高めることができる。なお、この所定量は、電源電圧Ｖｉｎの電圧検出遅延（電圧推定遅延）・電圧出力遅延・電源側インダクタンスによる電流遅れを考慮して決定されることが望ましく、例えば、インバータ出力を固定した状態で、入力電流の高調波が他に比べて抑えられた値に量に設定されることが望ましい。
The phase advance unit 120 advances the power supply voltage phase θrst estimated by the
リファレンス電圧算出部１３０は、位相進め部１２０により進められた電源電圧位相θ'ｒｓｔに基づいて、直流電圧Ｖｄｃの計算値を表すリファレンス電圧Ｖｄｃ*を算出し、算出したリファレンス電圧Ｖｄｃ*を補償値算出部１４０に出力する。例えば、リファレンス電圧算出部１３０は、電源電圧位相θ'ｒｓｔに基づいて直流電圧Ｖｄｃの理想的な波形をシミュレートし、かかる波形に沿うようにリファレンス電圧Ｖｄｃ*を算出する。
The reference
補償値算出部１４０は、直流電圧Ｖｄｃとリファレンス電圧Ｖｄｃ*とに基づいて、補償値Ｒｅｆを算出し、算出した補償値Ｒｅｆをインバータ制御部１５０に出力する。実施形態において、補償値算出部１４０は、直流電圧Ｖｄｃとリファレンス電圧Ｖｄｃ*との差分にゲインをかけて、補償値Ｒｅｆを算出する。かかるゲインを以下において「補償ゲイン」と称する。
The compensation
補償値算出部１４０は、減算部１４１と、ゲイン適用部１４２と、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１４３とを備える。図２において、ゲイン適用部１４２の出力側にＢＰＦ１４３を設ける一例を図示しているが、ゲイン適用部１４２の入力側にＢＰＦ１４３を設けてもよい。
The compensation
減算部１４１は、直流電圧Ｖｄｃとリファレンス電圧Ｖｄｃ*との差分を算出し、算出した差分をゲイン適用部１４２に出力する。
The
ゲイン適用部１４２は、減算部１４１から入力される差分に対して、補償制御部１６０Ａから入力される補償ゲインをかけ（補償ゲインを適用し）、補償ゲインをかけた差分をＢＰＦ１４３に出力する。
The
ＢＰＦ１４３は、ゲイン適用部１４２から入力される差分の直流成分を除去するフィルタの一例である。ＢＰＦ１４３は、少なくとも直流成分を除去した差分を補償値Ｒｅｆとしてインバータ制御部１５０に出力する。ＢＰＦ１４３によって、インバータ出力の変化に伴って生じる差分の変化の影響を除去することができるため、適切な補償値Ｒｅｆを得ることができる。
The
また、ＢＰＦ１４３は、差分の直流成分の除去に加え、高調波ノイズを低減する。すなわち、ＢＰＦ１４３は、ノイズのような高過ぎる周波数も遮断する。ＢＰＦ１４３により高調波ノイズを更に除去することができるため、より適切な補償値Ｒｅｆを得ることができる。但し、高調波ノイズが問題にならない場合には、ＢＰＦ１４３に代えてハイパスフィルタ（ＨＰＦ）を用いてもよい。
Further, the
インバータ制御部１５０は、少なくとも補償値Ｒｅｆに基づいてインバータ回路２０を制御する。実施形態において、インバータ制御部１５０は、上位コントローラから入力される回転速度指令ω*と、補償値算出部１４０から入力される補償値Ｒｅｆとに基づいてインバータ回路２０を制御する。
The
インバータ制御部１５０は、自動速度調整部（ＡＳＲ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｓｐｅｅｄ Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）１５１と、座標変換部１５２と、自動電流調整部（ＡＣＲ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）１５３と、加算部１５４と、回路駆動部１５５とを備える。
The
ＡＳＲ１５１は、上位コントローラから入力される回転速度指令ω*とエンコーダ５から入力される検出回転速度ωｅｎｃに基づいて、回転速度指令ω*と検出回転速度ωｅｎｃとの偏差をゼロにするように、回転二軸座標（ｄ−ｑ軸）上のトルク成分に相当するｑ軸電流指令を算出し、算出したｑ軸電流指令をＡＣＲ１５３に出力する。
The
座標変換部１５２は、電流センサ４から入力される検出相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗと、エンコーダ５から入力される検出回転角θｅｎｃとに基づいて、検出相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをｄ軸電流Ｉｄｆｂ及びｑ軸電流Ｉｑｆｂに変換し、ｄ軸電流Ｉｄｆｂ及びｑ軸電流ＩｑｆｂをＡＣＲ１５３に出力する。このような座標変換（ベクトル演算）の方法は当業者に広く知られているため、座標変換の詳細な説明については省略する。
The coordinate
ＡＣＲ１５３は、ｑ軸電流指令に基づいてｑ軸電圧指令を出力するｑ軸電圧指令部の一例である。ＡＣＲ１５３は、ＡＳＲ１５１から入力されるｑ軸電流指令と、座標変換部１５２から入力されるｄ軸電流Ｉｄｆｂ及びｑ軸電流Ｉｑｆｂとに基づいて、ｑ軸電流指令とｑ軸電流Ｉｑｆｂとの偏差をゼロにするようにｄ軸電圧指令Ｖｄ*及びｑ軸電圧指令Ｖｑ*を算出し、ｄ軸電圧指令Ｖｄ*を回路駆動部１５５に出力し、ｑ軸電圧指令Ｖｑ*を加算部１５４に出力する。
The ACR153 is an example of a q-axis voltage command unit that outputs a q-axis voltage command based on the q-axis current command. The ACR153 eliminates the deviation between the q-axis current command and the q-axis current Iqfb based on the q-axis current command input from the
加算部１５４は、補償値算出部１４０から入力される補償値Ｒｅｆを、ＡＣＲ１５３から入力されるｑ軸電圧指令Ｖｑ*に加算し、補償値Ｒｅｆが加算されたｑ軸電圧指令Ｖｑ*を回路駆動部１５５に出力する。このように補償値Ｒｅｆを電圧指令（ｑ軸電圧指令Ｖｑ*）に加算することにより、電流指令やトルク指令等に補償値を加算する場合に比べて、ＡＣＲ１５３等による影響を受けないため、補償値Ｒｅｆが高い周波数であっても入力高調波の抑制効果を高めることができる。
The
回路駆動部１５５は、加算部１５４で補償値Ｒｅｆが加算されたｑ軸電圧指令Ｖｑ*に少なくとも基づいて、インバータ回路２０を駆動する。回路駆動部１５５は、座標変換部１５５ａと、スイッチ信号出力部１５５ｂとを備える。
The
座標変換部１５５ａは、ｄ軸電圧指令Ｖｄ*と、補償値Ｒｅｆが加算されたｑ軸電圧指令Ｖｑ*と、検出回転角θｅｎｃとに基づいて、かかるｄ軸電圧指令Ｖｄ*及びｑ軸電圧指令Ｖｑ*を静止座標系の電圧指令（Ｖｕ指令、Ｖｖ指令、及びＶｗ指令）に変換し、電圧指令（Ｖｕ指令、Ｖｖ指令、及びＶｗ指令）をスイッチ信号出力部１５５ｂに出力する。
The coordinate
スイッチ信号出力部１５５ｂは、座標変換部１５５ａから入力される電圧指令（Ｖｕ指令、Ｖｖ指令、及びＶｗ指令）に基づいて、インバータ回路２０を駆動するスイッチ信号を生成し、生成したスイッチ信号をインバータ回路２０に出力する。
The switch
補償制御部１６０Ａは、インバータ回路２０の出力電力の大きさを表すインバータ出力値に基づいて、インバータ制御部１５０における補償値Ｒｅｆの影響度合いを制御する。
The
ここで、インバータ出力値としては、インバータ回路２０の出力電力（すなわち、負荷電力）の大きさを表す値であれば様々な値を用いることができるが、例えば、インバータ回路２０の出力電力の値自体や、モータ３の検出回転速度ωｅｎｃ、モータ３のトルク等がインバータ出力値に相当する。なお、インバータ回路２０の出力電力（負荷電力）は、例えば、「モータトルク×モータ速度」、「モータ電圧×モータ電流」、「母線電圧×母線電流」のいずれかによって計算することができる。「母線電圧×母線電流」によって計算する場合、電流センサ４から入力される検出相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗから母線電流を計算し、計算した母線電流と母線電圧（直流電圧Ｖｄｃ）とから負荷電力を計算してもよい。
Here, as the inverter output value, various values can be used as long as they represent the magnitude of the output power (that is, load power) of the
また、インバータ制御部１５０における補償値Ｒｅｆの影響度合いとは、インバータ制御部１５０における補償の有無や、インバータ制御部１５０における補償の度合いをいう。実施形態において、補償制御部１６０Ａは、補償値算出部１４０のゲイン適用部１４２が用いる補償ゲインを調整するゲイン調整部１６１を備える。ゲイン調整部１６１は、インバータ出力値に基づいて補償ゲインを調整し、調整した補償ゲインをゲイン適用部１４２に出力する。ゲイン調整部１６１により、インバータ回路２０の出力電力の大小を考慮して補償の度合いを調整することができるため、入力高調波を効率的に抑制できる。
Further, the degree of influence of the compensation value Ref in the
ゲイン調整部１６１は、インバータ出力値の増加に基づいて補償ゲインを増加させる。インバータ出力値が大きい場合には、補償によって電力変換装置１の入力電流の歪みが改善される度合いが大きく、かつ、補償によって電力変換装置１の出力電流の歪みが悪化する度合いが小さい。よって、インバータ出力値の増加に基づいて補償ゲインを増加させることにより、出力電流の歪み悪化も抑制しつつ入力高調波を効率的に抑制できる。
The
このように構成された制御部１００によれば、直流電圧Ｖｄｃから三相交流電源２の電圧の位相θｒｓｔを推定し、推定された位相θｒｓｔに基づいてリファレンス電圧Ｖｄｃ*を算出する。これにより、三相交流電源２の電圧を検出する検出部（センサ等）を不要とすることができる。また、インバータ回路２０の出力電力の大きさを示すインバータ出力値に基づいてインバータ制御部１５０における補償値Ｒｅｆの影響度合いを制御することにより、インバータ回路２０の出力電力の大小を考慮して補償の有無や補償の度合いを制御することができるため、入力高調波を効率的に抑制できる。
According to the
（３）位相推定部の構成例
図３は、位相推定部１１０の構成を示す図である。(3) Configuration Example of Phase Estimating Unit FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the
図３に示すように、位相推定部１１０は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１１１と、信号処理部１１２と、位相同期ループ（ＰＬＬ：Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）部１１３とを備える。
As shown in FIG. 3, the
ＢＰＦ１１１は、直流電圧検出部１５が検出した直流電圧Ｖｄｃのノイズを除去し、ノイズが除去された直流電圧Ｖｄｃ'を信号処理部１１２に出力する。
The
信号処理部１１２は、ノイズが除去された直流電圧Ｖｄｃ'から、位相を抽出するための信号を生成し、抽出した信号をＰＬＬ部１１３に出力する。
The
ＰＬＬ部１１３は、信号処理部１１２から入力される信号に基づいて、入力電圧Ｖｉｎの位相θｒｓｔを推定し、推定した位相θｒｓｔを出力する。ＰＬＬ部１１３は、信号処理部１１２から入力される信号に比例ゲインＫｐを適用する（Ｋｐ倍する）比例ゲイン適用部１１３ａと、信号処理部１１２から入力される信号をＫｉ倍して積分する適用する積分部１１３ｂと、比例ゲイン適用部１１３ａ及び積分部１１３ｂの各出力を加算する加算部１１３ｃと、加算部１１３ｃの出力を積分して出力する積分部１１３ｄとを備える。
The
（４）位相進め補償の一例
図４は、位相進め部１２０における位相進め補償の一例を示す図である。上述したように、位相進め部１２０は、位相推定部１１０により推定された電源電圧位相θｒｓｔを所定量進め、所定量進めた電源電圧位相θ'ｒｓｔをリファレンス電圧算出部１３０に出力する。(4) Example of Phase Advance Compensation FIG. 4 is a diagram showing an example of phase advance compensation in the phase advance unit 120. As described above, the phase advance unit 120 advances the power supply voltage phase θrst estimated by the
図４に示すように、入力電流高調波歪み率は、位相進み量がゼロから所定値までの間は位相進み量の増加に伴って減少する。また、入力電流高調波歪み率は、位相進み量が所定値よりも大きくなるに従って増加する。よって、入力電流高調波歪み率が最小となる所定値を位相進め部１２０に予め設定することにより、入力高調波の抑制効果を高めることができる。 As shown in FIG. 4, the input current harmonic distortion rate decreases as the phase advance amount increases while the phase advance amount is from zero to a predetermined value. Further, the input current harmonic distortion rate increases as the phase lead amount becomes larger than a predetermined value. Therefore, by presetting a predetermined value that minimizes the input current harmonic distortion factor in the phase advance unit 120, the effect of suppressing the input harmonic can be enhanced.
なお、この所定値（所定量）は、電源電圧Ｖｉｎの電圧検出遅延（電圧推定遅延）・電圧出力遅延・電源側インダクタンスによる電流遅れを考慮して決定されることが望ましく、例えば、インバータ出力を固定した状態で、入力電流の高調波が他に比べて抑えられた値に量に設定されることが望ましい。 It is desirable that this predetermined value (predetermined amount) is determined in consideration of the voltage detection delay (voltage estimation delay) of the power supply voltage Vin, the voltage output delay, and the current delay due to the power supply side inductance. For example, the inverter output In a fixed state, it is desirable that the harmonics of the input current be set to a value that is suppressed compared to others.
（５）ゲイン調整の一例
図５は、補償値Ｒｅｆを用いて補償を行った場合におけるインバータ出力値と入力電流の歪み率及び出力電流の歪み率の変化との関係を示す図である。ここでは、ゲイン調整部１６１が参照するインバータ出力値が負荷電力である一例を示す。(5) Example of Gain Adjustment FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the inverter output value and the changes in the distortion rate of the input current and the distortion rate of the output current when compensation is performed using the compensation value Ref. Here, an example is shown in which the inverter output value referred to by the
図５に示すように、負荷電力が小さい場合において、電力変換装置１の入力電流歪み率は、補償値Ｒｅｆを用いて補償を行ってもあまり低減せず、補償の効果が小さい。負荷電力が小さい場合において、電力変換装置１の出力電流歪み率は、補償値Ｒｅｆを用いて補償を行うと大きく増加する。
As shown in FIG. 5, when the load power is small, the input current distortion factor of the
一方、負荷電力が大きい場合において、電力変換装置１の入力電流歪み率は、補償値Ｒｅｆを用いて補償を行うと大きく低減し、保証の効果が大きい。負荷電力が大きい場合において、出力電流歪み率は、補償値Ｒｅｆを用いて補償を行っても変化が小さく、歪みの増加が抑えられる。
On the other hand, when the load power is large, the input current distortion factor of the
よって、負荷電力（インバータ出力値）の増加に基づいて、補償値Ｒｅｆに適用する補償ゲインを増加させることにより、出力電流の歪み悪化も抑制しつつ入力高調波を効率的に抑制できる。 Therefore, by increasing the compensation gain applied to the compensation value Ref based on the increase in the load power (inverter output value), the input harmonics can be efficiently suppressed while suppressing the deterioration of the distortion of the output current.
図６（ａ）〜（ｄ）は、ゲイン調整部１６１による補償ゲイン調整の具体例を示す図である。
6 (a) to 6 (d) are diagrams showing a specific example of compensation gain adjustment by the
図６（ａ）に示す例において、ゲイン調整部１６１は、負荷電力の増加に従って補償ゲインを連続的に増加させる。例えば、ゲイン調整部１６１は、比例又は二乗等の単調増加関数を用いて補償ゲインを求める。負荷電力の増加に従って補償ゲインを連続的に増加させることにより、入力電流の歪み改善と出力電流の歪み悪化とをバランス良く制御できる。なお、比例関数を用いる場合において、傾き（比例定数）は次のようにして設定できる。先ず、定格負荷電力で最も良くなる状態になる補償ゲインを決定し、次に、決定した補償ゲインとゼロとを結ぶことにより傾きを設定する。
In the example shown in FIG. 6A, the
図６（ｂ）に示す例において、ゲイン調整部１６１は、負荷電力が閾値となる際に補償ゲインが上限値になるように連続的に増加させる。ゲイン調整部１６１は、負荷電力が閾値を超えた場合に、補償ゲインを上限値に固定する。補償ゲインを上限値に固定することにより、過補償を防止することができる。なお、ゲイン調整部１６１は、別の閾値及び下限値も設定し、負荷電力が当該別の閾値を下回った場合に、補償ゲインを下限値に固定してもよい。
In the example shown in FIG. 6B, the
図６（ｃ）及び（ｄ）に示す例において、ゲイン調整部１６１は、負荷電力の増加に従って補償ゲインを段階的に増加させる。負荷電力の増加に従って補償ゲインを段階的に増加させることにより、電力変換装置１の入出力の電流歪みをバランス良く制御しつつ、補償ゲインの計算に伴う負荷を低減することができる。
In the example shown in FIGS. 6C and 6D, the
図６（ｃ）に示す例において、ゲイン調整部１６１は、負荷電力が閾値以下である場合に補償ゲインをゼロに設定（すなわち、補償オフ）し、負荷電力が閾値を超える場合に補償ゲインをゼロよりも大きい一定値に設定（すなわち、補償オン）する。これにより、補償ゲインを設定するための処理を簡素化できる。
In the example shown in FIG. 6C, the
図６（ｄ）に示す例において、ゲイン調整部１６１は、補償ゲインを３段階で切り替える。具体的には、ゲイン調整部１６１は、負荷電力がゼロから閾値１までの間は補償ゲインを第１の値に設定し、負荷電力が閾値１から閾値２までの間は補償ゲインを第１の値よりも大きい第２の値に設定し、負荷電力が閾値２から最大値までの間は補償ゲインを第２の値よりも大きい第３の値に設定する。これにより、処理を簡素化しつつ、図６（ａ）の例による効果に近い効果を得ることができる。
In the example shown in FIG. 6D, the
ここでは、ゲイン調整部１６１が、補償ゲインを段階的に切り替えて、異なる補償ゲインを設定する一例を説明した。しかしながら、異なる補償ゲインで補償値Ｒｅｆを算出する一連のセットを設け、それらのセットからの出力のうちどれを使用するかを切り替えるような構成も、このゲイン調整部１６１に含まれる。
Here, an example has been described in which the
（６）その他の実施形態
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなる。(6) Other Embodiments As described above, the present invention has been described by embodiments, but the discourses and drawings that form part of this disclosure should not be understood to limit the invention. Various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art from this disclosure.
上述した実施形態において、補償制御部１６０Ａが補償ゲインを調整することにより、インバータ制御部１５０における補償の有無や、インバータ制御部１５０における補償の度合いを制御していた。しかしながら、補償値Ｒｅｆの適用・非適用を切り替えることにより、補償の有無を切り替えてもよい。図７は、その他の実施形態に係る制御部１００の構成を示す図である。
In the above-described embodiment, the
図７に示すように、制御部１００において、補償制御部１６０Ｂは、補償有無切り替えスイッチＳＷと、スイッチ制御部１６２とをさらに備える。補償有無切り替えスイッチＳＷは、補償値算出部１４０の出力とインバータ制御部１５０の入力との間に設けられる。補償制御部１６０Ｂは、補償有無切り替えスイッチＳＷを制御する。具体的には、補償制御部１６０Ｂは、インバータ出力値に基づいて、補償値算出部１４０が出力する補償値Ｒｅｆをインバータ制御部１５０へ入力するか否かの切り替えを行う。例えば、補償制御部１６０Ｂは、インバータ出力値が閾値以下である場合に補償有無切り替えスイッチＳＷをオフ（解放）し、補償値Ｒｅｆがインバータ制御部１５０に入力されないようにする。
As shown in FIG. 7, in the
上述した実施形態において、制御部１００の実装方法について特に触れなかった。しかしながら、制御部１００は、マイクロプロセッサ及びメモリを含み、メモリに記憶されたプログラムをマイクロプロセッサが実行することにより各種の演算及び制御を行ってもよい。制御部１００は、ＡＳＩＣ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）等の半導体集積回路として構成されてもよい。制御部１００が行う各処理を実行させるプログラムが提供されてもよい。プログラムは、コンピュータ読取り可能媒体に記録されていてもよい。コンピュータ読取り可能媒体を用いれば、コンピュータにプログラムをインストールすることが可能である。ここで、プログラムが記録されたコンピュータ読取り可能媒体は、非一過性の記録媒体であってもよい。非一過性の記録媒体は、特に限定されるものではないが、例えば、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ−ＲＯＭ等の記録媒体であってもよい。
In the above-described embodiment, the mounting method of the
このように本発明は、ここでは記載していない様々な実施形態等を包含するということを理解すべきである。 As described above, it should be understood that the present invention includes various embodiments not described here.
Claims (13)
前記整流回路の出力側に設けられ、直流電圧を出力するコンデンサと、
前記直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路と、
前記直流電圧から前記三相交流電源の電圧の位相を推定する位相推定部と、
前記推定された電圧の位相に基づいて、前記直流電圧の計算値を表すリファレンス電圧を算出するリファレンス電圧算出部と、
前記直流電圧と前記リファレンス電圧とに基づいて、補償値を算出する補償値算出部と、
少なくとも前記補償値に基づいて前記インバータ回路を制御するインバータ制御部と、
前記インバータ回路の出力電力の大きさを表すインバータ出力値に基づいて、前記インバータ制御部における前記補償値の影響度合いを制御する補償制御部と、を備える、電力変換装置。A rectifier circuit that full-wave rectifies the voltage of a three-phase AC power supply,
A capacitor provided on the output side of the rectifier circuit and outputting a DC voltage,
An inverter circuit that converts the DC voltage into an AC voltage,
A phase estimation unit that estimates the phase of the voltage of the three-phase AC power supply from the DC voltage,
A reference voltage calculation unit that calculates a reference voltage representing a calculated value of the DC voltage based on the phase of the estimated voltage, and a reference voltage calculation unit.
A compensation value calculation unit that calculates a compensation value based on the DC voltage and the reference voltage,
An inverter control unit that controls the inverter circuit based on at least the compensation value,
A power conversion device including a compensation control unit that controls the degree of influence of the compensation value on the inverter control unit based on an inverter output value representing the magnitude of the output power of the inverter circuit.
前記リファレンス電圧算出部は、前記位相進め部により進められた位相に基づいて、前記リファレンス電圧を算出する、請求項１に記載の電力変換装置。A phase advance unit that advances the phase of the voltage estimated by the phase estimate unit by a predetermined amount is further provided.
The power conversion device according to claim 1, wherein the reference voltage calculation unit calculates the reference voltage based on the phase advanced by the phase advance unit.
ｑ軸電流指令に基づいてｑ軸電圧指令を出力するｑ軸電圧指令部と、
前記補償値を前記ｑ軸電圧指令に加算する加算部と、
前記加算部で前記補償値が加算された前記ｑ軸電圧指令に少なくとも基づいて、前記インバータ回路を駆動する回路駆動部と、を備える、請求項１又は２に記載の電力変換装置。The inverter control unit
A q-axis voltage command unit that outputs a q-axis voltage command based on the q-axis current command,
An adder that adds the compensation value to the q-axis voltage command,
The power conversion device according to claim 1 or 2, further comprising a circuit drive unit that drives the inverter circuit based on at least the q-axis voltage command to which the compensation value is added by the adder unit.
前記補償制御部は、前記インバータ出力値に基づいて前記ゲインを調整するゲイン調整部を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力変換装置。The compensation value calculation unit calculates the compensation value by multiplying the difference between the DC voltage and the reference voltage with a gain.
The power conversion device according to any one of claims 1 to 3, wherein the compensation control unit includes a gain adjusting unit that adjusts the gain based on the inverter output value.
前記インバータ出力値が閾値となる際に前記ゲインが上限値になるように連続的に増加させ、
前記インバータ出力値が前記閾値を超えた場合に、前記ゲインを前記上限値に固定する、請求項６に記載の電力変換装置。The gain adjusting unit
When the inverter output value reaches the threshold value, the gain is continuously increased so as to reach the upper limit value.
The power conversion device according to claim 6, wherein the gain is fixed to the upper limit value when the inverter output value exceeds the threshold value.
前記直流電圧から前記三相交流電源の電圧の位相を推定する位相推定部と、
前記推定された電圧の位相に基づいて、前記直流電圧の計算値を表すリファレンス電圧を算出するリファレンス電圧算出部と、
前記直流電圧と前記リファレンス電圧とに基づいて、補償値を算出する補償値算出部と、
少なくとも前記補償値に基づいて前記インバータ回路を制御するインバータ制御部と、
前記インバータ回路の出力電力の大きさを表すインバータ出力値に基づいて、前記インバータ制御部における前記補償値の影響度合いを制御する補償制御部と、を備える、制御装置。Power conversion including a rectifier circuit that full-wave rectifies the voltage of a three-phase AC power supply, a capacitor that is provided on the output side of the rectifier circuit and outputs a DC voltage, and an inverter circuit that converts the DC voltage into an AC voltage. A control device that controls the device
A phase estimation unit that estimates the phase of the voltage of the three-phase AC power supply from the DC voltage,
A reference voltage calculation unit that calculates a reference voltage representing a calculated value of the DC voltage based on the phase of the estimated voltage, and a reference voltage calculation unit.
A compensation value calculation unit that calculates a compensation value based on the DC voltage and the reference voltage,
An inverter control unit that controls the inverter circuit based on at least the compensation value,
A control device including a compensation control unit that controls the degree of influence of the compensation value on the inverter control unit based on an inverter output value representing the magnitude of the output power of the inverter circuit.
前記直流電圧から前記三相交流電源の電圧の位相を推定することと、
前記推定された電圧の位相に基づいて、前記直流電圧の計算値を表すリファレンス電圧を算出することと、
前記直流電圧と前記リファレンス電圧とに基づいて、補償値を算出することと、
少なくとも前記補償値に基づいて前記インバータ回路を制御することと、
前記インバータ回路の出力電力の大きさを表すインバータ出力値に基づいて、前記インバータ回路を制御する際の前記補償値の影響度合いを制御することと、を備える、制御方法。Power conversion including a rectifier circuit that full-wave rectifies the voltage of a three-phase AC power supply, a capacitor that is provided on the output side of the rectifier circuit and outputs a DC voltage, and an inverter circuit that converts the DC voltage into an AC voltage. It is a control method that controls the device.
Estimating the phase of the voltage of the three-phase AC power supply from the DC voltage,
To calculate the reference voltage representing the calculated value of the DC voltage based on the phase of the estimated voltage,
To calculate the compensation value based on the DC voltage and the reference voltage,
To control the inverter circuit at least based on the compensation value,
A control method comprising controlling the degree of influence of the compensation value when controlling the inverter circuit based on an inverter output value representing the magnitude of the output power of the inverter circuit.
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