JP7367643B2 - Control device and control method for power converter - Google Patents
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Description
本発明は、電力変換装置の制御装置に係り、例えば直流電力をインバータにより高周波の交流電力に変換し、小型の高周波トランスを用いて絶縁し、トランスの他方にはダイオード整流器を接続して直流に変換する、絶縁型DC/DCコンバータに関する。 The present invention relates to a control device for a power conversion device, and includes, for example, converting DC power into high-frequency AC power using an inverter, insulating it using a small high-frequency transformer, and connecting a diode rectifier to the other side of the transformer to convert DC power into high-frequency AC power. This invention relates to an isolated DC/DC converter.
図1に、本発明の制御対象となる絶縁型DC/DCコンバータの回路図を示す。図1は、図2に示す非特許文献1のDAB(デュアルアクティブブリッジ)方式双方向絶縁型DC/DCコンバータのうち、電力を入力する側のインバータをダイオード整流器に置き換えた構成である。
FIG. 1 shows a circuit diagram of an isolated DC/DC converter to be controlled by the present invention. FIG. 1 shows a configuration in which the inverter on the power input side of the DAB (dual active bridge) type bidirectional isolated DC/DC converter of Non-Patent
図2において、1次側インバータ100(第1の電力変換器)は、第1の直流電圧源101と、第1の直流電圧源101の正、負極端間に接続された直流コンデンサ102と、直流コンデンサ102に並列接続され、例えばIGBT等のスイッチングデバイスT11~T14をブリッジ接続した電力変換部103と、を備えて構成されている。
In FIG. 2, the primary inverter 100 (first power converter) includes a first
2次側インバータ200(第2の電力変換器)は、第2の直流電圧源201と、第2の直流電圧源201の正、負極端間に接続された直流コンデンサ202と、直流コンデンサ202に並列接続され、例えばIGBT等のスイッチングデバイスT21~T24をブリッジ接続した電力変換部203と、を備えて構成されている。
The secondary inverter 200 (second power converter) includes a second
1次側インバータ100の電力変換部103と2次側インバータ200の電力変換部203の交流側は、リアクトルLa~Ldおよび高周波トランス300を介して結合されている。
The AC sides of the
図1の絶縁型DC/DCコンバータでは、2次側インバータ200の電力変換部203を、図2のスイッチングデバイスT21~T24の代わりにブリッジ接続したダイオードD21~D24を用いており、その他の部分は図2と同一に構成されている。
In the isolated DC/DC converter of FIG. 1, the
図2のDAB方式の双方向絶縁型DC/DCコンバータにおいて、2次側インバータ200のスイッチングデバイスのゲート信号(T21~T24)を常にOFFとした場合も、図1の絶縁型DC/DCコンバータと同じ動作を行う。
In the DAB type bidirectional isolated DC/DC converter shown in FIG. 2, even if the gate signals (T21 to T24) of the switching devices of the
図1のコンバータと、図2で2次側のスイッチングデバイスT21~T24を常にOFFとした場合では、1次側直流電圧(第1の直流電圧源101の電圧Vdc1)が2次側直流電圧(第2の直流電圧源201の電圧Vdc2)よりも大きい場合のみ、1次側インバータ100から2次側インバータ200への片方向の電力融通ができる。
In the converter of FIG. 1 and the case where the secondary side switching devices T21 to T24 in FIG. Unidirectional power exchange from the
この回路には、直流電圧の差が小さいときには融通できる電力が限られるという問題がある。しかし、低コスト化の他にも以下の長所があり、図2で2次側のスイッチングデバイスT21~T24を常にOFFとした場合も同じ長所が得られる。 This circuit has a problem in that the amount of power that can be accommodated is limited when the difference in DC voltage is small. However, in addition to cost reduction, there are the following advantages, and the same advantages can be obtained even when the switching devices T21 to T24 on the secondary side in FIG. 2 are always turned off.
・直流電圧の差が大きく、融通電力が小さい場合にはリアクトル電流I1を小さくでき、銅損・導通損失を低減できる。 - When the difference in DC voltage is large and the interchange power is small, the reactor current I1 can be reduced, and copper loss and conduction loss can be reduced.
・調整要素が1次側インバータ100の出力電圧のパルス幅に限られるため、制御設計が簡単である。
- Control design is simple because the adjustment element is limited to the pulse width of the output voltage of the
・整流器の交流入力端に誘起される交流側電圧は、必ずリアクトル電流を減少させるよう作用する。そのため異常な電流が流れにくい。 ・The AC side voltage induced at the AC input terminal of the rectifier always acts to reduce the reactor current. Therefore, it is difficult for abnormal current to flow.
・リアクトル電流や高周波トランス300の励磁電流の直流オフセット電流が減衰しやすく、トランスが磁気飽和を起こしにくい。
- The reactor current and the DC offset current of the excitation current of the high-
そのため、DAB方式の双方向絶縁型DC/DCコンバータにおいても、動作条件によっては電力融通先のインバータを停止しダイオード整流器として動作させる方法が提案されている。 Therefore, even in the DAB type bidirectional isolated DC/DC converter, a method has been proposed in which the inverter serving as the power interchange destination is stopped and operated as a diode rectifier depending on the operating conditions.
特許文献1では電力融通先の直流電圧が非常に低い場合に、特許文献2では制御指令値と設定値を比較して動作モードを切り替えている。
In
絶縁型DC/DCコンバータにおいて、融通電力の大きさはインバータ出力電圧のパルス幅に依存する。そのため融通電力を検出して指令値との偏差に応じてパルス幅を調整するフィードバック制御が有効である。 In an isolated DC/DC converter, the amount of interchangeable power depends on the pulse width of the inverter output voltage. Therefore, feedback control that detects the interchangeable power and adjusts the pulse width according to the deviation from the command value is effective.
しかし、パルス幅と融通電力の関係は線形ではなく、最も不安定になる条件に合わせてゲインを設計すると応答時間が長くなり、指令値通りの融通電力が入られるまで時間がかかってしまう。その間はコンデンサなど電力蓄積要素で対応することになるが、応答速度が低下するほど大容量のコンデンサが必要になり、装置の大型化、高コスト化の原因となる。 However, the relationship between the pulse width and the accommodating power is not linear, and if the gain is designed according to the most unstable condition, the response time becomes longer and it takes time until the accommodating power is inputted according to the command value. During this time, power storage elements such as capacitors are used, but as the response speed decreases, a capacitor with a large capacity is required, which increases the size and cost of the device.
また、DAB方式の双方向絶縁型DC/DCコンバータにおいて動作モードを切り替える条件も課題となる。特許文献1では、電力融通先のインバータ直流電圧がインバータの起動可能なレベルに達したらゲート信号を出力する。そのため直流電圧の差が大きく融通電力が小さい場合でもゲート信号を出力してリアクトル電流ILが必要以上に大きくなってしまう場合がある。
Another issue is the conditions for switching the operating mode in a DAB bidirectional isolated DC/DC converter. In
特許文献2では、パルス幅を最大まで増加しても融通電力が指令値に対し低いときにゲート信号を出力する。そのため、まずパルス幅が最大に増加するまでのフィードバック制御の応答時間がかかり、ゲート信号を出力する動作モードに切り替えた後もさらにフィードバック制御の応答時間がかかるため、指令値通りの融通電力が得られるまで非常に長い時間かかってしまう。 In Patent Document 2, a gate signal is output when the flexible power is lower than the command value even if the pulse width is increased to the maximum. Therefore, first, it takes feedback control response time until the pulse width increases to the maximum, and even after switching to the operation mode that outputs the gate signal, it takes feedback control response time, so it is not possible to obtain flexible power according to the command value. It takes a very long time to get it done.
本発明は上記課題を解決するものであり、その目的は、速い応答速度によりほぼ融通電力指令値通りの電力融通を行うことができる電力変換装置の制御装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a control device for a power conversion device that can perform power interchange almost in accordance with the interchange power command value with a fast response speed.
上記課題を解決するための請求項1に記載の電力変換装置の制御装置は、
第1の直流電圧源に接続され、スイッチングデバイスのオン、オフにより制御される電力変換部を有した第1の電力変換器と、第2の直流電圧源に接続された電力変換部を有した第2の電力変換器の、各々の交流側どうしをリアクトルおよび高周波トランスを介して結合させて構成し、前記第1の電力変換器および第2の電力変換器のいずれか一方を電力融通元電力変換器とし、いずれか他方を電力融通先電力変換器とし、電力融通元電力変換器と電力融通先電力変換器の間で電力の融通を行う電力変換装置において、
設定した融通電力指令値P*、電力融通元電力変換器の直流電圧を検出した第1直流電圧検出信号Vdc1、電力融通先電力変換器の直流電圧を検出した第2直流電圧検出信号Vdc2から、次の式(3)
A control device for a power conversion device according to
A first power converter having a power converter connected to a first DC voltage source and controlled by turning on and off a switching device; and a power converter connected to a second DC voltage source. The AC sides of the second power converters are coupled to each other via a reactor and a high frequency transformer, and one of the first power converter and the second power converter is connected to the power interchange source power. In a power conversion device that performs power interchange between a power interchange source power converter and a power interchange destination power converter, with one of the other being a power interchange source power converter and a power interchange destination power converter,
From the set interchange power command value P * , the first DC voltage detection signal Vdc1 that detects the DC voltage of the power interchange source power converter, and the second DC voltage detection signal Vdc2 that detects the DC voltage of the power interchange destination power converter, The following formula (3)
(ただしW1Aはパルス幅指令値、Lは第1の電力変換器と第2の電力変換器の交流側結合部分のリアクタンス)
を演算して電力融通元電力変換器の出力電圧のパルス幅指令値を生成する第1のパルス幅指令値生成部と、
電力融通先電力変換器の入力有効電力又は電力融通元電力変換器の出力有効電力と、前記融通電力指令値P*との偏差を増幅して電力融通元電力変換器の出力電圧のパルス幅を求めるパルス幅算出部と、
前記第1のパルス幅指令値生成部で生成されたパルス幅指令値と前記パルス幅算出部で求められたパルス幅を加算したパルス幅指令値に基づいて、電力融通元電力変換器の電力変換部をスイッチング制御する制御信号を生成する第1の制御信号生成部と、
を備えたことを特徴とする。
(However, W1A is the pulse width command value, and L is the reactance of the AC side coupling part of the first power converter and the second power converter)
a first pulse width command value generation unit that calculates a pulse width command value of the output voltage of the power interchange source power converter;
The pulse width of the output voltage of the power accommodating source power converter is determined by amplifying the deviation between the input active power of the power accommodating power converter or the output active power of the power accommodating source power converter and the accommodating power command value P * . A pulse width calculation unit to obtain,
Power conversion of the power interchange source power converter is performed based on a pulse width command value obtained by adding the pulse width command value generated by the first pulse width command value generation unit and the pulse width determined by the pulse width calculation unit. a first control signal generation section that generates a control signal for controlling switching of the section;
It is characterized by having the following.
請求項2に記載の電力変換装置の制御装置は、請求項1において、
前記第1のパルス幅指令値生成部は、前記第1直流電圧検出信号Vdc1および第2直流電圧検出信号Vdc2の比の値か、前記式(3)の演算結果のうち小さい値を選択してパルス幅指令値とすることを特徴としている。
A control device for a power conversion device according to claim 2 includes, in
The first pulse width command value generation section selects a value of the ratio of the first DC voltage detection signal Vdc1 and the second DC voltage detection signal Vdc2, or a smaller value from the calculation result of the equation (3). It is characterized in that it is a pulse width command value.
請求項3に記載の電力変換装置の制御装置は、請求項1において、
前記第1のパルス幅指令値生成部は、
設定した融通電力指令値P*、電力融通元電力変換器の直流電圧を検出した第1直流電圧検出信号Vdc1、電力融通先電力変換器の直流電圧を検出した第2直流電圧検出信号Vdc2から、次の式(9)
A control device for a power conversion device according to
The first pulse width command value generation unit includes:
From the set interchange power command value P * , the first DC voltage detection signal Vdc1 that detects the DC voltage of the power interchange source power converter, and the second DC voltage detection signal Vdc2 that detects the DC voltage of the power interchange destination power converter, The following formula (9)
(ただしW1Bはパルス幅指令値、Lは第1の電力変換器と第2の電力変換器の交流側結合部分のリアクタンス)
を演算し、
前記式(3)の演算結果が、前記第1直流電圧検出信号Vdc1および第2直流電圧検出信号Vdc2の比の値を超えている場合、前記式(9)の演算結果を選択してパルス幅指令値とすることを特徴としている。
(However, W1B is the pulse width command value, and L is the reactance of the AC side coupling part of the first power converter and the second power converter)
Calculate,
If the calculation result of the formula (3) exceeds the ratio value of the first DC voltage detection signal Vdc1 and the second DC voltage detection signal Vdc2, the calculation result of the formula (9) is selected to determine the pulse width. It is characterized by being a command value.
請求項4に記載の電力変換装置の制御装置は、請求項3において、
前記第1のパルス幅指令値生成部は、
前記第1直流電圧検出信号Vdc1および第2直流電圧検出信号Vdc2の比の値と、前記式(3)の演算結果の大小関係が変化したことを検出し、該検出時に、設定した時間だけ前記第1直流電圧検出信号Vdc1および第2直流電圧検出信号Vdc2の比の値を選択してパルス幅指令値とすることを特徴としている。
A control device for a power conversion device according to claim 4 includes, in
The first pulse width command value generation unit includes:
A change in the magnitude relationship between the ratio value of the first DC voltage detection signal Vdc1 and the second DC voltage detection signal Vdc2 and the calculation result of the equation (3) is detected, and at the time of detection, the The present invention is characterized in that the value of the ratio between the first DC voltage detection signal Vdc1 and the second DC voltage detection signal Vdc2 is selected and used as the pulse width command value.
請求項5に記載の電力変換装置の制御装置は、請求項4において、
前記第2の電力変換器の電力変換部は、スイッチングデバイスのオン、オフにより制御される電力変換部で構成され、
設定した電力融通先電力変換器の出力電圧のパルス幅指令値に基づいて、電力融通先電力変換器の電力変換部をスイッチング制御する制御信号を生成する第2の制御信号生成部を備え、
電力融通先電力変換器の電力変換部のスイッチング制御を停止した場合に融通可能な最大電力を式(10)又は式(5)を演算して算出し、
A control device for a power conversion device according to claim 5 includes, in claim 4,
The power converter of the second power converter is configured with a power converter controlled by turning on and off a switching device,
a second control signal generating section that generates a control signal for controlling switching of the power converter of the power interchange destination power converter based on the set pulse width command value of the output voltage of the power interchange destination power converter;
Calculate the maximum power that can be accommodated when switching control of the power converter of the power interchange destination power converter is stopped by calculating equation (10) or equation (5),
前記算出された最大電力と融通電力指令値P*の偏差が、設定した閾値よりも大きいときは、第1の制御信号生成部で生成した制御信号を有効とし、第2の制御信号生成部で生成した制御信号を無効とし、
前記算出された最大電力と融通電力指令値P*の偏差が、設定した閾値よりも小さいときは、第1の制御信号生成部および第2の制御信号生成部で生成した制御信号をともに有効とする、ことを特徴としている。
When the deviation between the calculated maximum power and the interchangeable power command value P * is larger than the set threshold, the control signal generated by the first control signal generation section is validated, and the second control signal generation section Disable the generated control signal,
When the deviation between the calculated maximum power and the interchangeable power command value P * is smaller than a set threshold, both the control signals generated by the first control signal generation section and the second control signal generation section are enabled. It is characterized by the fact that it does.
請求項6に記載の電力変換装置の制御方法は、
請求項1から5のいずれか1項に記載の電力変換装置の制御装置を実行することを特徴としている。
A method for controlling a power conversion device according to claim 6,
The present invention is characterized in that the control device for a power conversion device according to any one of
(1)請求項1~6に記載の発明によれば、フィードバック制御を行わなくても、電力変換器の出力電圧のパルス幅を演算してパルス幅指令値を求めることにより、速い応答速度でほぼ融通電力指令値通りの電力融通を行うことができる。
(1) According to the invention described in
また、検出誤差やリアクトルなど製造誤差による偏差を抑制するためフィードバック制御を併用する場合でも、低いゲインで高い応答速度が得られ、制御を安定させやすくなる。 Furthermore, even when feedback control is used in combination to suppress deviations due to manufacturing errors such as detection errors and reactors, a high response speed can be obtained with a low gain, making it easier to stabilize the control.
また、直流コンデンサの容量が小さくても電圧変動を抑えることができ、装置を小型・低コストにできる。
(2)請求項2に記載の発明によれば、生成されるパルス幅指令値が制限され、電力変換器が無効電力を出力しない条件で融通電力の上限が設定されるので、リアクトル電流を小さくでき、銅損や導通損失を抑え高効率で運転することができる。
(3)請求項3に記載の発明によれば、請求項2の構成よりも大きな電力を融通することができる。
(4)請求項4に記載の発明によれば、融通電力指令値が大きく急変した場合でも、リアクトル電流への直流オフセット重畳を防ぎ、高周波トランスの磁気飽和を防ぐことができる。これにより過電流の発生を防ぐことができる。また、高周波トランスの鉄心断面積を小さくでき、小型・低コストにできる。銅損や導通損失を小さくすることができる。
(5)請求項5に記載の発明によれば、電力融通先電力変換器の電力変換部のスイッチング制御を停止し(整流器として動作させ)、電力融通元電力変換器の電力変換部のみスイッチング制御させる運転モードと、電力融通元電力変換器および電力融通先電力変換器の電力変換部をともにスイッチング制御させる運転モードとを、電力融通先電力変換器の電力変換部のスイッチング制御を停止した場合に融通可能な最大電力に応じて適切に切り替えることができる。これによって、短時間で確実に指令値通りの電力融通を行うことができる。
Further, even if the capacitance of the DC capacitor is small, voltage fluctuations can be suppressed, and the device can be made smaller and lower in cost.
(2) According to the invention set forth in claim 2, the generated pulse width command value is limited and the upper limit of the interchangeable power is set under the condition that the power converter does not output reactive power, so the reactor current is reduced. It is possible to operate with high efficiency by suppressing copper loss and conduction loss.
(3) According to the invention set forth in
(4) According to the invention set forth in claim 4, even if the interchangeable power command value changes greatly and suddenly, it is possible to prevent DC offset from being superimposed on the reactor current and prevent magnetic saturation of the high frequency transformer. This can prevent overcurrent from occurring. Additionally, the cross-sectional area of the core of the high-frequency transformer can be reduced, making it more compact and cost-effective. Copper loss and conduction loss can be reduced.
(5) According to the invention set forth in claim 5, the switching control of the power converter of the power interchange destination power converter is stopped (operated as a rectifier), and the switching control of only the power converter of the power interchange source power converter is controlled. When the switching control of the power converter of the power interchange source power converter and the power interchange destination power converter are stopped, It is possible to switch appropriately according to the maximum flexible power. This makes it possible to reliably perform power interchange according to the command value in a short period of time.
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明するが、本発明は下記の実施形態例に限定されるものではない。本発明では、コンバータ融通電力の指令値と送電側・受電側直流電圧から、指令値通りの電力融通に必要なインバータの出力電圧のパルス幅を計算しフィードフォワード制御を行えるようにすることで、応答速度を向上させる。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the following embodiments. In the present invention, the pulse width of the inverter output voltage necessary for power accommodation according to the command value is calculated from the command value of the converter interchange power and the DC voltage on the power transmission side and the power receiving side, and feedforward control can be performed. Improve response speed.
また、パルス幅を急激に変化させるとリアクトル電流や励磁電流に直流オフセットが重畳し、高周波トランスが磁気飽和を起こしやすくなるという問題の解決方法を提供し、過電流による装置停止を回避し安定した運転を実現し、高周波トランスの鉄心断面積の削減によるトランスの小型化・軽量化・低コスト化を実現する。 In addition, we have provided a solution to the problem that when the pulse width is suddenly changed, a DC offset is superimposed on the reactor current and excitation current, making the high-frequency transformer susceptible to magnetic saturation. By reducing the core cross-sectional area of high-frequency transformers, the transformers can be made smaller, lighter, and lower in cost.
さらに、デュアルアクティブブリッジ(DAB)方式の双方向絶縁型DC/DCコンバータにおいて、1次側、2次側の両方のインバータのゲートを駆動するDABモードと片方のインバータのゲートを停止する整流器モードを切り替える際の閾値の設計手段を提供する。 Furthermore, in a dual active bridge (DAB) type bidirectional isolated DC/DC converter, there is a DAB mode that drives the gates of both the primary and secondary inverters, and a rectifier mode that stops the gate of one inverter. A means for designing a threshold value for switching is provided.
本発明の実施形態例は、以下のように構成される。 An example embodiment of the present invention is configured as follows.
交流側がリアクトルおよび高周波トランスを介して結合された第1および第2の電力変換器を備え、第1の電力変換器と第2の電力変換器の間で電力の融通を行う電力変換装置において、
設定した融通電力指令値P*、電力融通元電力変換器の直流電圧を検出した第1直流電圧検出信号Vdc1、電力融通先電力変換器の直流電圧を検出した第2直流電圧検出信号Vdc2から、次の式(3)
A power converter device comprising first and second power converters whose AC sides are coupled via a reactor and a high frequency transformer, and which performs power interchange between the first power converter and the second power converter,
From the set interchange power command value P * , the first DC voltage detection signal Vdc1 that detects the DC voltage of the power interchange source power converter, and the second DC voltage detection signal Vdc2 that detects the DC voltage of the power interchange destination power converter, The following formula (3)
(ただしW1Aはパルス幅指令値、Lは第1の電力変換器と第2の電力変換器の交流側結合部分のリアクタンス)
を演算して電力融通元電力変換器の出力電圧のパルス幅指令値を生成する第1のパルス幅指令値生成部と、
電力融通先電力変換器の入力有効電力又は電力融通元電力変換器の出力有効電力と、前記融通電力指令値P*との偏差を増幅して電力融通元電力変換器の出力電圧のパルス幅を求めるパルス幅算出部と、
前記第1のパルス幅指令値生成部で生成されたパルス幅指令値と前記パルス幅算出部で求められたパルス幅を加算したパルス幅指令値に基づいて、電力融通元電力変換器の電力変換部をスイッチング制御する制御信号を生成する第1の制御信号生成部と、備える。
(However, W1A is the pulse width command value, and L is the reactance of the AC side coupling part of the first power converter and the second power converter)
a first pulse width command value generation unit that calculates a pulse width command value of the output voltage of the power interchange source power converter;
The pulse width of the output voltage of the power accommodating source power converter is determined by amplifying the deviation between the input active power of the power accommodating power converter or the output active power of the power accommodating source power converter and the accommodating power command value P * . A pulse width calculation unit to obtain,
Power conversion of the power interchange source power converter is performed based on a pulse width command value obtained by adding the pulse width command value generated by the first pulse width command value generation unit and the pulse width determined by the pulse width calculation unit. and a first control signal generation section that generates a control signal for controlling switching of the section.
図3は実施例1の制御ブロックを示している。図3の制御ブロックは、2次側インバータ200の電力変換部203がダイオード整流器で構成された図1の絶縁型DC/DCコンバータか、又は図2の回路においてスイッチングデバイスT21~T24のスイッチング制御を停止(ゲート信号をOFF)とした場合に適用されるものである。
FIG. 3 shows a control block of the first embodiment. In the control block of FIG. 3, the
また、1次側インバータ100が電力融通元電力変換器、2次側インバータ200が電力融通先電力変換器であり、1次側直流電圧(Vdc1)が2次側直流電圧(Vdc2)よりも高いことを想定している。
In addition, the
11は、2次側インバータ200の第2の直流電圧源201の電圧を検出した2次側直流電圧検出信号Vdc2と、2次側インバータ200の直流電流を検出した2次側直流電流検出信号Idc2の積を求めて2次側インバータ200に入力された有効電力を演算する乗算器である。
乗算器11は、1次側インバータ200の第1の直流電圧源101の電圧を検出した1次側直流電圧検出信号Vdc1と、1次側インバータ100の直流電流を検出した1次側直流電流検出信号Idc1の積を求めて1次側インバータ100が出力した有効電力を演算してもよい。
The
12は、乗算器11で求めた電力に重畳する基本波の2倍の脈動やノイズを除去するためのローパスフィルタである。
13は、設定した融通電力指令値P*とローパスフィルタ12から出力される有効電力との偏差を求める減算器である。融通電力指令値P*はプラスの値であり、有効電力は1次側インバータ100から2次側インバータ200へ片方向のみの融通となる。
13 is a subtracter that calculates the deviation between the set interchangeable power command value P * and the active power output from the low-
14は、減算器13の偏差出力を増幅して1次側インバータ100の出力電圧のパルス幅を求めるアンプ、例えば比例積分アンプである。
比例積分アンプ14の出力は、後述する演算により求めたパルス幅が加算器15において加算され、パルス幅指令値W1が算出される。
The output of the proportional-
16はパルス幅指令値を入力とし、1次側インバータゲート信号を生成する1次側ゲート信号生成器である。 16 is a primary side gate signal generator which receives a pulse width command value as input and generates a primary side inverter gate signal.
1次側ゲート信号生成器16の出力は、1次側インバータ100のスイッチングデバイスT11~T14に入力される。
The output of the primary side
以上は絶縁型DC/DCコンバータの一般的な制御ブロックであるが、本実施例1では以下を追加している。 The above is a general control block of an isolated DC/DC converter, but in the first embodiment, the following is added.
17は、融通電力指令値P*、1次側直流電圧検出信号Vdc1、2次側直流電圧検出信号Vdc2から、次の式(3)を演算して、1次側インバータ100の出力電圧のパルス幅指令値W1Aを求める演算器である。
17 calculates the following equation (3) from the interchangeable power command value P * , the primary side DC voltage detection signal Vdc1, and the secondary side DC voltage detection signal Vdc2, and calculates the pulse of the output voltage of the
(ただし、W1Aはパルス幅指令値、Lは1次側インバータ100と2次側インバータ200の交流側結合部分のリアクタンス)
18は、1次側直流電圧検出信号Vdc1および2次側直流電圧検出信号Vdc2の比Vdc2/Vdc1を求める除算器である。
(However, W1A is the pulse width command value, and L is the reactance of the AC side coupling part of the
18 is a divider that calculates the ratio Vdc2/Vdc1 of the primary side DC voltage detection signal Vdc1 and the secondary side DC voltage detection signal Vdc2.
19は、演算器17の出力であるパルス幅指令値W1Aと除算器18の出力であるVdc2/Vdc1のうち小さい値を選択して出力する選択器である。
A
選択器19の出力は加算器15において比例積分アンプ14の出力と加算され、パルス幅指令値W1が算出される。
The output of the
前記乗算器11、ローパスフィルタ12、減算器13、比例積分アンプ14は本発明のパルス幅算出部を構成し、演算器17、除算器18、選択器19は本発明の第1のパルス幅指令値生成部を構成し、加算器15、1次側ゲート信号生成器16は本発明の第1の制御信号生成部を構成している。
The
実施例1では、融通電力指令値P*から1次側インバータ出力電圧のパルス幅W1(W1A)を求め、その通りに1次側インバータ100を駆動する。これにより、フィードバック制御の応答を待つ必要がなくなり、応答速度を向上させることができる。
In the first embodiment, the pulse width W1 (W1A) of the primary side inverter output voltage is determined from the interchangeable power command value P * , and the
図7に、1次側インバータ100の出力電圧V1のパルス幅をW1としたときの絶縁型DC/DCコンバータの動作波形を示す。図7において、V1は1次側インバータ100の出力電圧、V2は2次側インバータ200の出力電圧、Ilはリアクトル電流、T11~T14はスイッチングデバイスT11~T14のゲートの波形を示している。
FIG. 7 shows operating waveforms of the isolated DC/DC converter when the pulse width of the output voltage V1 of the
パルス幅W1と点弧角α1には、 The pulse width W1 and firing angle α1 are as follows:
の関係がある。この波形より、融通される電力を式(2)のように求めることができる。 There is a relationship between From this waveform, the power to be accommodated can be determined as shown in equation (2).
この式(2)をW1について解くと、 Solving this equation (2) for W1, we get
となる。そのため、式(3)´を用いて求めたパルス幅で1次側インバータ100を駆動することで、指令値通りの電力融通を行うことができる。
becomes. Therefore, by driving the
実際にはVdc1、Vdc2の検出誤差や2台のインバータ間のリアクタンスL(La~Ld)の製造誤差などにより、融通電力に偏差が生じる可能性がある。この偏差はPIアンプを適用したフィードバック制御によりW1を調整することで零にすることができる。PIアンプのゲインが低くても十分高い応答速度が得られるため、制御の安定性を向上させることができる。 In reality, deviations may occur in the interchangeable power due to detection errors in Vdc1 and Vdc2, manufacturing errors in the reactance L (La to Ld) between the two inverters, and the like. This deviation can be reduced to zero by adjusting W1 through feedback control using a PI amplifier. Since a sufficiently high response speed can be obtained even if the gain of the PI amplifier is low, control stability can be improved.
ただし、式(3)´はV1が零となる期間でリアクトル電流Ilが零でクランプされる場合のみ成立する。このとき、パルス幅W1は式(4)を満たさなければならない。 However, Equation (3)' holds true only when the reactor current Il is clamped at zero during the period when V1 is zero. At this time, the pulse width W1 must satisfy equation (4).
実施例1ではW1の上限をVdc2/Vdc1に設定する。そのため実施例1では融通できる電力の上限が小さく、 In the first embodiment, the upper limit of W1 is set to Vdc2/Vdc1. Therefore, in Example 1, the upper limit of flexible power is small,
である。W1をVdc2/Vdc1よりも大きくすると、動作波形は図8となる。図8において、V1は1次側インバータ100の出力電圧、V2は2次側インバータ200の出力電圧、Ilはリアクトル電流の波形を示している。
It is. When W1 is made larger than Vdc2/Vdc1, the operating waveform becomes as shown in FIG. In FIG. 8, V1 represents the output voltage of the
このとき、図8の電流は、一部は2次側インバータ200へ有効電力を伝送するが斜線部で示した残り一部は1次側インバータ100へ有効電力を戻している。1次側から見るとW1を増加すると力率が低下していき、リアクトル電流は増えるが融通できる電力はあまり増えず導通損失や銅損により効率が低下してしまう。実施例1では、力率が低下しない条件で動作するようパルス幅を制限しているため、導通損失や銅損が小さく高効率で運転できるという特長がある。
At this time, part of the current shown in FIG. 8 transmits active power to the
以上のように実施例1によれば、以下の効果が得られる。 As described above, according to the first embodiment, the following effects can be obtained.
・式(3)により求めたパルス幅の電圧をインバータから出力することで、フィードバック制御を行わなくてもほぼ指令値通りの電力融通を行うことができる。 - By outputting from the inverter a voltage with a pulse width determined by equation (3), power accommodation can be performed almost as per the command value without performing feedback control.
・検出誤差やリアクトルなど製造誤差による偏差を抑制するためフィードバック制御を併用する場合でも、低いゲインで高い応答速度が得られ、制御を安定させやすくなる。 - Even when using feedback control to suppress deviations due to manufacturing errors such as detection errors and reactors, a high response speed can be obtained with a low gain, making it easier to stabilize control.
・直流コンデンサの容量が小さくても電圧変動を抑えることができ、装置を小型・低コストにできる。 ・Even if the capacity of the DC capacitor is small, voltage fluctuations can be suppressed, allowing the device to be made smaller and lower in cost.
・インバータが無効電力を出力しない条件で融通電力の上限が設定されるため、リアクトル電流を小さくでき、銅損や導通損失を抑え高効率で運転することができる。 ・Since the upper limit of interchangeable power is set under the condition that the inverter does not output reactive power, the reactor current can be reduced, copper loss and conduction loss can be suppressed, and high efficiency operation can be achieved.
図4に実施例2の制御ブロックを示す。実施例2は、図3の実施例1から選択器19を除去し、以下を追加したものである。
FIG. 4 shows a control block of the second embodiment. The second embodiment is obtained by removing the
21は、1次側直流電圧検出Vdc1、2次側直流電圧検出信号Vdc2、融通電力指令値P*から式(9)を演算して1次側インバータ100の出力電圧のパルス幅指令値W1Bを求める演算器である。
21 calculates the pulse width command value W1B of the output voltage of the
(ただしW1Bはパルス幅指令値、Lは1次側インバータ100と2次側インバータ200の交流側結合部分のリアクタンス)
22は、1次側直流電圧検出Vdc1および2次側直流電圧検出信号Vdc2の比Vdc2/Vdc1から、演算器17で求められたパルス幅指令値W1Aを差し引く減算器である。
(However, W1B is the pulse width command value, and L is the reactance of the AC side coupling part of the
22 is a subtracter that subtracts the pulse width command value W1A obtained by the
23は、Vdc2/Vdc1がW1Aよりも大きいことを検出する比較器である。 23 is a comparator that detects that Vdc2/Vdc1 is larger than W1A.
24は、比較器23の出力信号が正、すなわちVdc2/Vdc1>W1Aならば式(3)で求めたW1Aを、それ以外ならば式(9)で求めたW1Bを選んで出力するスイッチである。
24 is a switch which selects and outputs W1A obtained by equation (3) if the output signal of
スイッチ24の出力は加算器15において比例積分アンプ14の出力と加算され、パルス幅指令値W1が算出される。
The output of the
その他の部分は図3と同一に構成されている。 The other parts are configured the same as in FIG. 3.
実施例2は、パルス幅指令値W1を実施例1の場合よりもさらに広げられるようにし、より大きな電力の融通に対応した方式である。図8はパルス幅指令値W1をVdc2/Vdc1よりも大きくしたときの波形を示しており、リアクトル電流Ilは零でクランプされなくなる。 The second embodiment is a method that allows the pulse width command value W1 to be further expanded than in the first embodiment, and is compatible with greater power flexibility. FIG. 8 shows a waveform when the pulse width command value W1 is made larger than Vdc2/Vdc1, and the reactor current Il becomes zero and is no longer clamped.
期間t1のリアクトル印加電圧はVdc1-Vdc2、期間t2では-Vdc2、期間t3では-(Vdc1+Vdc2)である。これより、各期間の電流Ilの傾きが式(6)のように求められる。 The voltage applied to the reactor during period t1 is Vdc1−Vdc2, −Vdc2 during period t2, and −(Vdc1+Vdc2) during period t3. From this, the slope of the current Il in each period can be found as shown in equation (6).
期間t1の開始時点と期間t3の終了時点でIlが零になること、期間t1からt3までの合計で半周期になることから、t1とt3を次の式(7)で表すことができる。 Since Il becomes zero at the start of period t1 and the end of period t3, and the total period from period t1 to t3 is half a cycle, t1 and t3 can be expressed by the following equation (7).
融通される電力は、 The electricity to be exchanged is
である。 It is.
この式(8)をW1について解くと、 Solving this equation (8) for W1, we get
となる。実施例2では、式(3)で求めたパルス幅W1AがVdc2/Vdc1を超えていた場合、式(9)で求めたパルス幅W1Bを用いて1次側インバータ100を駆動する。これにより、リアクトル電流が零でクランプされたかどうかに依存せず、指令値通りの電力融通を行うことができる。
becomes. In the second embodiment, if the pulse width W1A determined by equation (3) exceeds Vdc2/Vdc1, the
以上のように実施例2によれば、以下の効果が得られる。
・式(3)又は式(9)により求めたパルス幅の電圧をインバータから出力することで、フィードバック制御を行わなくてもほぼ指令値通りの電力融通を行うことができる。
As described above, according to the second embodiment, the following effects can be obtained.
- By outputting from the inverter a voltage with a pulse width determined by Equation (3) or Equation (9), power accommodation can be performed almost as per the command value without performing feedback control.
・検出誤差やリアクトルなど製造誤差による偏差を抑制するためフィードバック制御を併用する場合でも、低いゲインで高い応答速度が得られ、制御を安定させやすくなる。 - Even when using feedback control to suppress deviations due to manufacturing errors such as detection errors and reactors, a high response speed can be obtained with a low gain, making it easier to stabilize control.
・直流コンデンサの容量が小さくても電圧変動を抑えることができ、装置を小型・低コストにできる。
・実施例1よりも大きな電力を融通することができる。
・Even if the capacity of the DC capacitor is small, voltage fluctuations can be suppressed, allowing the device to be made smaller and lower in cost.
- Larger power can be accommodated than in the first embodiment.
前記実施例1、2は、融通電力指令値P*の急変にも高速に追従できるという長所がある反面、リアクトル電流Ilにオフセットが重畳し高周波トランスが磁気飽和を起こしやすくなるという問題がある。この問題の解決方法として、例えばパルスの中心から運転を開始するという方法が考えられる。この方法によれば、実施例1ならば前記問題を解決することができるが、実施例2ではオフセットが残ってしまう場合がある。 Embodiments 1 and 2 have the advantage of being able to quickly follow sudden changes in the interchangeable power command value P * , but have the problem that an offset is superimposed on the reactor current Il, making the high frequency transformer more likely to cause magnetic saturation. A possible solution to this problem is, for example, to start operation from the center of the pulse. According to this method, the above problem can be solved in the first embodiment, but an offset may remain in the second embodiment.
この理由を図9の動作波形図とともに説明する。図9において、1次側インバータ100の出力電圧V1は最初の半周期はマイナスのパルスが指令値の半分の幅で出力され、次の半周期はプラスのパルスが指令値通りの幅で出力される。これを積分するとパルスの中心で零になりオフセットは零である。
The reason for this will be explained with reference to the operational waveform diagram in FIG. In FIG. 9, the output voltage V1 of the
実施例1のW1<Vdc2/Vdc1が成立する条件では、2次側インバータ200の整流器電圧V2のパルス幅はW1に比例する。そのためV2についてもV1と同様の動作になり、積分した値のオフセットは零である。リアクトル電流IlはV1、V2の積分によって決定するため、オフセットは重畳しない。
Under the condition of W1<Vdc2/Vdc1 of the first embodiment, the pulse width of the rectifier voltage V2 of the
実施例2でも出力電圧V1では同じことが成り立つ。しかしW1>Vdc2/Vdc1ではV2のパルス幅は半周期=π/ωで一定となる。そのためV2では運転開始直後の半周期のパルス幅が次の半周期のパルス幅の半分にはならない。これによりV2の積分はパルスの中心で零とはならず、オフセットが重畳してしまう。すなわち、図9において、リアクトル電流Ilのプラス側ピークがマイナス側ピークよりも大きく、オフセットが重畳している様子が確認できる。 The same holds true for the output voltage V1 in the second embodiment. However, when W1>Vdc2/Vdc1, the pulse width of V2 becomes constant at half period=π/ω. Therefore, in V2, the pulse width of the half cycle immediately after the start of operation is not half the pulse width of the next half cycle. As a result, the integral of V2 does not become zero at the center of the pulse, and an offset is superimposed. That is, in FIG. 9, the positive peak of the reactor current Il is larger than the negative peak, and it can be seen that offsets are superimposed.
そこで本実施例3では、パルス幅指令W1がVdc2/Vdc1を超えて増加又は減少するときに、一旦W1をVdc2/Vdc1で固定してしばらく運転させることにより、上記現象によるオフセットの重畳を抑制するように構成した。 Therefore, in the third embodiment, when the pulse width command W1 increases or decreases beyond Vdc2/Vdc1, W1 is temporarily fixed at Vdc2/Vdc1 and operated for a while, thereby suppressing the superimposition of offset due to the above phenomenon. It was configured as follows.
図5に実施例3の制御ブロックを示す。実施例3は図4の実施例2に以下を追加したものである。
31は前記比較器23の出力を保持するバッファである。
FIG. 5 shows a control block of the third embodiment. The third embodiment is obtained by adding the following to the second embodiment shown in FIG.
A
32は、比較器23の出力(今回の値)とバッファ31の出力(比較器23の前回の値)を入力し、Vdc2/Vdc1とW1Aの大小関係が変化したら正の信号を出力するXOR素子である。 32 is an XOR element that inputs the output of the comparator 23 (current value) and the output of the buffer 31 (previous value of the comparator 23), and outputs a positive signal when the magnitude relationship between Vdc2/Vdc1 and W1A changes. It is.
33は、XOR素子32の出力が正ならば、予め設定した時間正の信号を出力し続けるタイマーである。
33 is a timer that continues to output a positive signal for a preset time if the output of the
34は、タイマー33の出力が正ならば(Vdc2/Vdc1とW1Aの大小関係が変化したとき)Vdc2/Vdc1を選び、それ以外ならば前段のスイッチ24の出力(W1A又はW1B)を選んで出力するスイッチである。
34 selects Vdc2/Vdc1 if the output of the
スイッチ34の出力は加算器15において比例積分アンプ14の出力と加算され、パルス幅指令値W1が算出される。その他の部分は図4と同一に構成されている。
The output of the
図5の構成により、パルス幅指令値W1がVdc2/Vdc1を超えて増加又は減少するときに、一旦W1をVdc2/Vdc1に所定期間固定して運転させることができ、オフセットの重畳を抑制できる。 With the configuration of FIG. 5, when the pulse width command value W1 increases or decreases beyond Vdc2/Vdc1, the operation can be performed with W1 temporarily fixed at Vdc2/Vdc1 for a predetermined period, and offset superimposition can be suppressed.
パルス幅指令値W1をVdc2/Vdc1に固定する期間は、例えば1周期、1.5周期、2周期など、1周期以上0.5周期の整数倍を予めタイマー33に指定する。これによる応答速度の低下はわずかである。例えばインバータを20kHzで駆動する場合は、固定期間を2周期に設定しても遅延時間は100μsと非常に小さく、ほとんど影響を生じない。
The period during which the pulse width command value W1 is fixed to Vdc2/Vdc1 is specified in advance to the
以上のように実施例3によれば、実施例2に加えて以下の効果が得られる。 As described above, according to the third embodiment, in addition to the effects of the second embodiment, the following effects can be obtained.
・融通電力指令値が大きく急変した場合でも、リアクトル電流への直流オフセット重畳を防ぎ、高周波トランス300の磁気飽和を防ぐことができる。これにより過電流の発生を防ぐことができる。また、高周波トランス300の鉄心断面積を小さくでき、小型・低コストにできる。銅損や導通損失を小さくすることができる。
- Even if the interchange power command value changes greatly and suddenly, it is possible to prevent DC offset from being superimposed on the reactor current and prevent magnetic saturation of the
実施例4は、図2の回路に適用し、2次側インバータ200のゲートを停止して実施例3と同じ動作を行うモードと、2次側インバータ200のゲートを出力してDAB方式の双方向絶縁型DC/DCコンバータと同じ動作を行うモードを切り替えできるようにした。
Embodiment 4 is applied to the circuit of FIG. 2, and has two modes: a mode in which the gate of the
図6に実施例4の制御ブロックを示す。実施例4は図2のDAB方式の双方向絶縁型DC/DCコンバータに適用することを想定し、図5の実施例3に以下を追加したものである。 FIG. 6 shows a control block of the fourth embodiment. The fourth embodiment is assumed to be applied to the DAB type bidirectional isolated DC/DC converter shown in FIG. 2, and the following is added to the third embodiment shown in FIG.
41は、1次側直流電圧検出信号Vdc1および2次側直流電圧検出信号Vdc2から、次の式(10)を演算して、2次側ゲート信号(T21~T24)をOFFとした場合に融通可能な最大電力(Pmax)を求める演算器である。 41 is flexible when the secondary side gate signal (T21 to T24) is turned off by calculating the following equation (10) from the primary side DC voltage detection signal Vdc1 and the secondary side DC voltage detection signal Vdc2. This is an arithmetic unit that calculates the maximum possible power (Pmax).
42は、演算器41で求められた融通可能な最大電力(Pmax)から融通電力指令値P*を差し引く減算器である。
42 is a subtracter that subtracts the flexible power command value P * from the flexible maximum power (Pmax) determined by the
43は、減算器42の偏差出力が、設定した閾値(電力)Pthよりも大きいことを検出する比較器である。
43 is a comparator that detects that the deviation output of the
44aは、比較器43の出力が正ならば加算器15で算出された1次側パルス幅指令値W1を選び、それ以外ならば、例えば0.7~0.95程度以下となるように、リミッタなどによりW1に対して上限を設定して求めた1次側パルス幅指令値W1´を選んで1次側ゲート信号生成部16に出力するスイッチである。
44a selects the primary side pulse width command value W1 calculated by the
45は、設定した2次側インバータ200の出力電圧のパルス幅指令値W2を入力とし、2次側インバータゲート信号を生成する2次側ゲート信号生成器である。この2次側パルス幅指令値W2は、例えば0.7~0.95程度の1に近い固定値とするか、又は融通電力指令値P*が零に近いときは小さく、P*が零から離れるほど大きくなる、上限が0.7~0.95程度の可変値とする。
45 is a secondary side gate signal generator which receives the set pulse width command value W2 of the output voltage of the
44bは、比較器43の出力が正ならば0を選び、それ以外ならば2次側ゲート信号生成器45で生成された2次側インバータゲート信号を選んで2次側インバータ200のスイッチングデバイスT21~T24に出力するスイッチである。
44b selects 0 if the output of the
46は、比例積分アンプ14の出力と設定した位相指令値θbを加算して位相指令θを求める加算器である。
前記位相指令値θbは、1次側パルス幅指令値W1´、2次側パルス幅指令値W2、融通電力指令値P*、1次側直流電圧検出信号Vdc1、2次側直流電圧検出信号Vdc2から、次の式(11)を演算することで求める。 The phase command value θb includes the primary pulse width command value W1', the secondary pulse width command value W2, the interchangeable power command value P * , the primary DC voltage detection signal Vdc1, and the secondary DC voltage detection signal Vdc2. It is determined by calculating the following equation (11).
47は、加算器46の出力(θ)を0.5倍する乗算器であり、48は乗算器47の出力0.5θを-1倍して-0.5θを出力する乗算器である。
47 is a multiplier that multiplies the output (θ) of the
乗算器48の出力(-0.5θ)は2次側ゲート信号生成器45の位相指令とされる。
The output (−0.5θ) of the
44cは、比較器43の出力が正ならば位相指令として0を選び、それ以外ならば乗算器47の出力0.5θを選んで1次側ゲート信号生成器16に出力するスイッチである。
44c is a switch that selects 0 as the phase command if the output of the
前記スイッチ44b、2次側ゲート信号生成器45、加算器46、乗算器47、48によって、本発明の第2の制御信号生成部を構成している。
The
図6の構成において、2次側インバータ200のゲートを停止して実施例3と同じ動作を行うモードと、2次側インバータ200のゲートを出力してDAB方式の双方向絶縁型DC/DCコンバータと同じ動作を行うモードの切り替えは、比較器43の出力に応じてスイッチ44a~44cを切り替えることにより行われる。
In the configuration of FIG. 6, there is a mode in which the gate of the
すなわち、比較器43の出力が正ならば、スイッチ44a~44cを切り替えることで1次側ゲート信号生成器16のパルス幅指令にはW1が入力され、位相指令には0が入力され、スイッチ44bから出力される2次側ゲート信号は0となるため実施例3と同じ動作を行う。
That is, if the output of the
また、比較器43の出力が正でなければ、スイッチ44a~44cを切り替えることで1次側ゲート信号生成器16のパルス幅指令にはW1´が入力され、位相指令には0.5θが入力され、2次側ゲート信号生成器45のパルス幅指令はW2、位相指令は-0.5θとなり、2次側インバータ200を駆動して、位相指令θb、1次側パルス幅指令W1´、2次側パルス幅指令W2に基づきDAB動作を行う。
Furthermore, if the output of the
前記式(8)にW1=1を代入すると、現在の1次側直流電圧検出Vdc1、2次側直流電圧検出信号Vdc2で2次側インバータ200のゲートを停止した状態で融通可能な最大電力Pmaxを求めることができる。
By substituting W1=1 into the above equation (8), the maximum power Pmax that can be accommodated with the gate of the
式(10)のPmaxと融通電力指令値P*を比較し、PmaxがP*+Pthよりも大きければ2次側インバータ200のゲートを停止、小さければ2次側インバータ200のゲートを出力する。
Pmax in equation (10) is compared with the interchangeable power command value P * , and if Pmax is larger than P * +Pth, the gate of the
閾値Pthは理想的には零でよいが、Vdc1、Vdc2の検出誤差や主回路部品の製造誤差を考慮して例えば定格電力の10%程度の値を指定する。 Ideally, the threshold value Pth may be zero, but in consideration of detection errors of Vdc1 and Vdc2 and manufacturing errors of main circuit components, a value of about 10% of the rated power is specified, for example.
以上の動作により、融通電力指令値P*に応じて2次側インバータ200を駆動するか否か、最適な運転モードを選択することができる。これにより、まずは2次側インバータ200を停止して運転を行い、フィードバック制御によりパルス幅が最大に達するまで待ち、それでも融通電力がP*まで達しないことを検出する、という手順を省くことができ、応答速度を向上させることができる。
Through the above-described operation, it is possible to select the optimum operation mode for determining whether or not to drive the
動作モードの切り替えにはこのほかにも様々な条件を適用できる。例えば、2次側インバータ200を停止している場合は閾値Pthを定格電力の10%、駆動している場合は50%に設定してヒステリシスを持たせ、頻繁な切り替わりを抑制してもよい。
Various other conditions can be applied to switch the operation mode. For example, the threshold value Pth may be set to 10% of the rated power when the
比較対象として融通電力指令値P*ではなく定格電力を用いると、P*が定格電力付近まで急増した場合でも切り替えせずに対応することができる。 By using the rated power instead of the flexible power command value P * as a comparison target, even if P * suddenly increases to around the rated power, it can be handled without switching.
同じく融通電力指令値P*の急増を考慮する方法として、直流電圧を切り替え条件に含め、Vdc1とVdc2の差が大きく、且つPmax>P*+Pthを満たす場合のみ2次側インバータ200を停止させてもよい。
Similarly, as a method to take into account the sudden increase in the interchangeable power command value P * , include DC voltage in the switching conditions and stop the
式(10)ではなく式(5)を用いてPlim1>P*+Pthを判定条件にすると、実施例1と同じ動作を行うモードとDAB方式の双方向絶縁型DC/DCコンバータと同じ動作を行うモードとの切り替えになる。 When formula (5) is used instead of formula (10) and Plim1>P * +Pth is set as the determination condition, the mode that operates the same as in Example 1 and the same operation as the DAB bidirectional isolated DC/DC converter operate. It will switch between modes.
実施例4は、2次側インバータ200から1次側インバータ100への逆方向の電力融通にも対応することができる。対応には、P*<0すなわち逆方向の融通電力指令であること、且つVdc2>Vdc1が成立している場合に電力融通元を2次側インバータ200、電力融通先を1次側インバータ100に再定義して、Vdc1とVdc2を入れ替えP*の符号を反転して式(3)、式(6)、式(10)に代入すればよい。ゲート信号もT11~T14とT21~T24を入れ替えればよい。
The fourth embodiment can also support power interchange in the opposite direction from the
以上のように実施例4によれば、実施例1又は実施例3に加えて以下の効果が得られる。 As described above, according to Example 4, in addition to Example 1 or Example 3, the following effects can be obtained.
・図2の回路において、2次側インバータ200を停止した場合の融通可能な最大電力を式(10)により求めることで、融通電力指令値から2次側インバータ200を停止するか駆動するかを判断できる。
- In the circuit of FIG. 2, by determining the maximum flexible power when the
・直流電圧の差が大きく、且つ融通電力が小さいときには、実施例1~3同様に図1の絶縁型DC/DCコンバータと同じ動作を行うことで、絶縁型DC/DCコンバータの長所による効果が得られる。 - When the difference in DC voltage is large and the interchangeable power is small, by performing the same operation as the isolated DC/DC converter in Figure 1 as in Examples 1 to 3, the advantages of the isolated DC/DC converter can be achieved. can get.
・直流電圧の差が小さく、又は融通電力が大きいときでも、DAB方式の双方向絶縁型DC/DCコンバータと同じ動作を行うことで、指令値通りの電力融通を行うことができる。 - Even when the difference in DC voltage is small or the accommodating power is large, it is possible to perform power accommodating according to the command value by performing the same operation as a DAB bidirectional isolated DC/DC converter.
・2次側インバータ200を停止して電力融通を開始したところ、指令値に到達せず2次側インバータ200を運転に切り替えた、といった動作がなくなり、短時間で確実に指令値通りの電力融通を行うことができる。
- When the
11、47、48…乗算器
12…ローパスフィルタ
13、22、42…減算器
14…比例積分アンプ
15、46…加算器
16…1次側ゲート信号生成器
17、21、41…演算器
18…除算器
19…選択器
23、43…比較器
24、34、44a,44b,44c…スイッチ
31…バッファ
32…XOR素子
33…タイマー
45…2次側ゲート信号生成器
100…1次側インバータ
101、201…直流電圧源
102、202…直流コンデンサ
103、203…電力変換部
200…2次側インバータ
300…高周波トランス
T11~T14、T21~T24…スイッチングデバイス
D21~D24…ダイオード
11, 47, 48...
Claims (6)
設定した融通電力指令値P*、電力融通元電力変換器の直流電圧を検出した第1直流電圧検出信号Vdc1、電力融通先電力変換器の直流電圧を検出した第2直流電圧検出信号Vdc2から、次の式(3)
を演算して電力融通元電力変換器の出力電圧のパルス幅指令値を生成する第1のパルス幅指令値生成部と、
電力融通先電力変換器の入力有効電力又は電力融通元電力変換器の出力有効電力と、前記融通電力指令値P*との偏差を増幅して電力融通元電力変換器の出力電圧のパルス幅を求めるパルス幅算出部と、
前記第1のパルス幅指令値生成部で生成されたパルス幅指令値と前記パルス幅算出部で求められたパルス幅を加算したパルス幅指令値に基づいて、電力融通元電力変換器の電力変換部をスイッチング制御する制御信号を生成する第1の制御信号生成部と、
を備えたことを特徴とする電力変換装置の制御装置。 A first power converter having a power converter connected to a first DC voltage source and controlled by turning on and off a switching device; and a power converter connected to a second DC voltage source. The AC sides of the second power converters are coupled to each other via a reactor and a high frequency transformer, and one of the first power converter and the second power converter is connected to the power interchange source power. In a power conversion device that performs power interchange between a power interchange source power converter and a power interchange destination power converter, with one of the other being a power interchange source power converter and a power interchange destination power converter,
From the set interchange power command value P * , the first DC voltage detection signal Vdc1 that detects the DC voltage of the power interchange source power converter, and the second DC voltage detection signal Vdc2 that detects the DC voltage of the power interchange destination power converter, The following formula (3)
a first pulse width command value generation unit that calculates a pulse width command value of the output voltage of the power interchange source power converter;
The pulse width of the output voltage of the power accommodating source power converter is determined by amplifying the deviation between the input active power of the power accommodating power converter or the output active power of the power accommodating source power converter and the accommodating power command value P * . A pulse width calculation unit to obtain,
Power conversion of the power interchange source power converter is performed based on a pulse width command value obtained by adding the pulse width command value generated by the first pulse width command value generation unit and the pulse width determined by the pulse width calculation unit. a first control signal generation section that generates a control signal for controlling switching of the section;
A control device for a power conversion device, comprising:
設定した融通電力指令値P*、電力融通元電力変換器の直流電圧を検出した第1直流電圧検出信号Vdc1、電力融通先電力変換器の直流電圧を検出した第2直流電圧検出信号Vdc2から、次の式(9)
を演算し、
前記式(3)の演算結果が、前記第1直流電圧検出信号Vdc1および第2直流電圧検出信号Vdc2の比の値を超えている場合、前記式(9)の演算結果を選択してパルス幅指令値とすることを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置の制御装置。 The first pulse width command value generation unit includes:
From the set interchange power command value P * , the first DC voltage detection signal Vdc1 that detects the DC voltage of the power interchange source power converter, and the second DC voltage detection signal Vdc2 that detects the DC voltage of the power interchange destination power converter, The following formula (9)
Calculate,
If the calculation result of the formula (3) exceeds the ratio value of the first DC voltage detection signal Vdc1 and the second DC voltage detection signal Vdc2, the calculation result of the formula (9) is selected to determine the pulse width. The control device for a power conversion device according to claim 1, wherein the control device is a command value.
前記第1直流電圧検出信号Vdc1および第2直流電圧検出信号Vdc2の比の値と、前記式(3)の演算結果の大小関係が変化したことを検出し、該検出時に、設定した時間だけ前記第1直流電圧検出信号Vdc1および第2直流電圧検出信号Vdc2の比の値を選択してパルス幅指令値とすることを特徴とする請求項3に記載の電力変換装置の制御装置。 The first pulse width command value generation unit includes:
A change in the magnitude relationship between the ratio value of the first DC voltage detection signal Vdc1 and the second DC voltage detection signal Vdc2 and the calculation result of the equation (3) is detected, and at the time of detection, the 4. The control device for a power conversion device according to claim 3, wherein a value of a ratio between the first DC voltage detection signal Vdc1 and the second DC voltage detection signal Vdc2 is selected and used as the pulse width command value.
設定した電力融通先電力変換器の出力電圧のパルス幅指令値に基づいて、電力融通先電力変換器の電力変換部をスイッチング制御する制御信号を生成する第2の制御信号生成部を備え、
電力融通先電力変換器の電力変換部のスイッチング制御を停止した場合に融通可能な最大電力を式(10)又は式(5)を演算して算出し、
前記算出された最大電力と融通電力指令値P*の偏差が、設定した閾値よりも小さいときは、第1の制御信号生成部および第2の制御信号生成部で生成した制御信号をともに有効とする、
ことを特徴とする請求項4に記載の電力変換装置の制御装置。 The power converter of the second power converter is configured with a power converter controlled by turning on and off a switching device,
a second control signal generating section that generates a control signal for controlling switching of the power converter of the power interchange destination power converter based on the set pulse width command value of the output voltage of the power interchange destination power converter;
Calculate the maximum power that can be accommodated when switching control of the power converter of the power interchange destination power converter is stopped by calculating equation (10) or equation (5),
When the deviation between the calculated maximum power and the interchangeable power command value P * is smaller than a set threshold, both the control signals generated by the first control signal generation section and the second control signal generation section are enabled. do,
The control device for a power conversion device according to claim 4.
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