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JP7367662B2 - Power converter and power converter control method - Google Patents
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Description

本発明は、電力変換装置の制御方法に関する。 The present invention relates to a method for controlling a power conversion device.

DC/三相AC変換器をPWM制御することによりパルス電圧を発生させる電力変換装置では、パルス電圧を平滑するため、出力にACL(ACリアクトル)または三相変圧器とフィルタコンデンサから構成されるLCフィルタが用いられる。また、系統連系する装置では、LCフィルタとACLまたは三相変圧器から構成したLCLフィルタが用いられる。 In a power conversion device that generates pulse voltage by PWM controlling a DC/three-phase AC converter, in order to smooth the pulse voltage, the output is equipped with an ACL (AC reactor) or an LC consisting of a three-phase transformer and a filter capacitor. A filter is used. Furthermore, in a device connected to the grid, an LCL filter composed of an LC filter and an ACL or a three-phase transformer is used.

DC/三相AC変換器の出力パルス電圧源と、系統の交流電圧源あるいは負荷との間に、LCフィルタあるいはLCLフィルタが設置された電力変換装置は、DC/三相AC変換器の出力電流にPWMによって生じる高調波電流が含まれる。この高調波成分の電流はフィルタコンデンサへ流れ込み、系統あるいは負荷へと流れる出力電流は高調波成分が低減される。 A power conversion device in which an LC filter or an LCL filter is installed between the output pulse voltage source of the DC/three-phase AC converter and the AC voltage source or load of the system is capable of controlling the output current of the DC/three-phase AC converter. includes harmonic currents caused by PWM. This harmonic component current flows into the filter capacitor, and the harmonic components of the output current flowing to the system or load are reduced.

特許文献1,特許文献2(図12参照)には、DC/三相AC変換器の出力パルス電圧源にLCフィルタが設置された構成において、変換器出力の電圧を制御する場合に、制御系にコンデンサ電流をフィードバックする制御が開示されている。コンデンサ電流をフィードバックする制御を用いると、LCフィルタの共振周波数とパルス電圧に含まれる高調波成分の共振によって生じる出力電圧歪みを低減することができる。 Patent Document 1 and Patent Document 2 (see FIG. 12) disclose that in a configuration in which an LC filter is installed in the output pulse voltage source of a DC/three-phase AC converter, when controlling the voltage of the converter output, the control system A control system that feeds back capacitor current is disclosed. By using control that feeds back the capacitor current, it is possible to reduce output voltage distortion caused by the resonance of the resonance frequency of the LC filter and the harmonic components contained in the pulse voltage.

DC/三相AC変換器には、2レベル変換器、3レベル変換器などが一般的に用いられている。3レベル変換器の代表回路構成を図13,図14に示す(特許文献3,4)。 Two-level converters, three-level converters, and the like are generally used as DC/three-phase AC converters. Representative circuit configurations of a three-level converter are shown in FIGS. 13 and 14 (Patent Documents 3 and 4).

3レベル変換器は2分圧した電圧Eの電圧源を備え、+E,0,-Eの3レベルの交流電圧を出力する装置である。また、3レベル変換器は2レベル変換器と比較して、理論上はPWM変調を行うための三角波キャリア信号(図12の符号34)の周波数(キャリア周波数)を低減しつつ、出力電圧歪みを低減できる。 A three-level converter is a device that is equipped with a voltage source of a voltage E divided into two, and outputs three levels of AC voltage: +E, 0, and -E. In addition, compared to a 2-level converter, a 3-level converter theoretically reduces the frequency (carrier frequency) of the triangular wave carrier signal (reference numeral 34 in FIG. 12) for performing PWM modulation, while reducing output voltage distortion. Can be reduced.

しかし、この3レベル変換器に与える電圧指令値のゼロクロス付近では、PWMによって変調されたパルス電圧の幅が狭くなり、デッドタイムによってパルス電圧が出力されないことがある。 However, near the zero cross of the voltage command value given to the three-level converter, the width of the pulse voltage modulated by PWM becomes narrow, and the pulse voltage may not be output due to dead time.

特開2012-39827号公報JP2012-39827A 特許第3298441号Patent No. 3298441 特開2019-146380号公報JP2019-146380A 特開2018-148709号公報Japanese Patent Application Publication No. 2018-148709

特許文献1、特許文献2には、コンデンサ電流をフィードバックする制御を用いることで、LCフィルタの共振周波数とパルス電圧に含まれる高調波成分の共振によって生じる出力電圧歪みを低減できることが開示されている。しかし、特許文献2で示しているのは、2レベル変換器である(特許文献2の図1、図7参照)。3レベル変換器への適用については言及していない。 Patent Document 1 and Patent Document 2 disclose that by using control that feeds back the capacitor current, it is possible to reduce output voltage distortion caused by the resonance of the resonance frequency of the LC filter and the harmonic components contained in the pulse voltage. . However, what Patent Document 2 shows is a two-level converter (see FIGS. 1 and 7 of Patent Document 2). There is no mention of application to a three-level converter.

これを低キャリア周波数で運転する3レベル変換器に適用すると、3レベル変換器に与える電圧指令値のゼロクロス付近では、PWMによって変調されたパルス電圧の幅が狭くなり、デッドタイムによってパルス電圧が出力されないことがある。 When this is applied to a 3-level converter that operates at a low carrier frequency, the width of the pulse voltage modulated by PWM becomes narrower near the zero cross of the voltage command value given to the 3-level converter, and the pulse voltage is output due to the dead time. It may not be done.

これにより3レベル変換器では、電圧指令値のゼロクロス付近において、LCフィルタとパルス電圧の高調波成分の共振による出力電圧歪みを低減できない領域が生じてしまうことがある。このことは、後述の図2に示すシミュレーションによって判明した。 As a result, in the three-level converter, a region may occur near the zero crossing of the voltage command value where output voltage distortion due to resonance between the LC filter and the harmonic components of the pulse voltage cannot be reduced. This was confirmed by a simulation shown in FIG. 2, which will be described later.

よって、この領域では、コンデンサ電流をフィードバックする制御を抑制する措置(行わない、ゲインを低くする、可変にするなど)が必要となる。 Therefore, in this region, it is necessary to take measures to suppress feedback control of the capacitor current (not performing it, lowering the gain, making it variable, etc.).

以上示したようなことから、電力変換装置において、3レベル変換器に与える電圧指令値のゼロクロス付近ではコンデンサ電流をフィードバックする制御のゲインを抑制する措置を行い、出力電圧の歪みを低減することが課題となる。 Based on the above, in a power conversion device, it is possible to reduce distortion in the output voltage by suppressing the gain of the control that feeds back the capacitor current near the zero cross of the voltage command value given to the three-level converter. It becomes a challenge.

本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、3レベル変換器と、前記3レベル変換器と負荷との間に接続されたLCフィルタまたはLCLフィルタと、備えた電力変換装置であって、コンデンサ電圧指令値とコンデンサ電圧検出値との偏差に基づいてダンピング補償前電圧指令値を出力する電圧制御部と、コンデンサ電流検出値に基づいてダンピング補償項を算出し、前記ダンピング補償項にゲインを乗算してダンピング補償値として出力し、相電圧指令値のゼロクロス点で前記ゲインを0とするダンピング補償部と、前記ダンピング補償前電圧指令値と前記ダンピング補償値を加算してインバータ出力電圧指令値を出力する加算器と、前記インバータ出力電圧指令値を二相三相変換して前記相電圧指令値を出力する二相三相変換部と、前記相電圧指令値と三角波キャリア信号とのPWM比較に基づいて前記3レベル変換器のゲート信号を生成するPWM制御部と、を備えたことを特徴とする。 The present invention was devised in view of the conventional problems, and one aspect thereof includes: a three-level converter; an LC filter or an LCL filter connected between the three-level converter and a load; A power conversion device comprising: a voltage control unit that outputs a pre-damping compensation voltage command value based on a deviation between a capacitor voltage command value and a capacitor voltage detection value; and a voltage control unit that calculates a damping compensation term based on a capacitor current detection value. a damping compensation unit that multiplies the damping compensation term by a gain and outputs the result as a damping compensation value, and sets the gain to 0 at a zero crossing point of the phase voltage command value; and the voltage command value before damping compensation and the damping compensation value. an adder that adds up the inverter output voltage command value and outputs the inverter output voltage command value; and a PWM control unit that generates a gate signal for the three-level converter based on a PWM comparison between the value and a triangular wave carrier signal.

また、その一態様として、前記ダンピング補償部は、前記相電圧指令値の絶対値のうち最小値が第1設定閾値以上の場合は、前記ゲインを1とし、前記最小値が前記第1設定閾値未満の場合は前記ゲインを0とすることを特徴とする。 In one aspect, the damping compensation unit sets the gain to 1 when the minimum value of the absolute values of the phase voltage command values is equal to or higher than the first setting threshold, and sets the gain to 1 so that the minimum value is the first setting threshold. If the gain is less than 0, the gain is set to 0.

また、他の態様として、前記ダンピング補償部は、前記相電圧指令値の絶対値のうち最小値が第1設定閾値以上の場合は、前記ゲインを1とし、前記最小値が前記第1設定閾値未満の場合は、前記最小値を前記第1設定閾値で除算した値を前記ゲインとすることを特徴とする。 In another aspect, the damping compensator sets the gain to 1 when the minimum value of the absolute values of the phase voltage command values is equal to or higher than the first setting threshold, and sets the gain to 1 so that the minimum value is the first setting threshold. If the value is less than 1, the gain is set to a value obtained by dividing the minimum value by the first set threshold.

また、他の態様として、前記ダンピング補償部は、前記相電圧指令値の絶対値のうち最小値が第1設定閾値以上の場合は、前記ゲインを1とし、前記最小値が前記第1設定閾値未満かつ第2設定閾値以上の場合は、前記最小値から前記第2設定閾値を減算した値を、前記第1設定閾値から前記第2設定閾値を減算した値で除算した値を、前記ゲインとし、前記最小値が前記第2設定閾値未満の場合は前記ゲインを0とすることを特徴とする。 In another aspect, the damping compensator sets the gain to 1 when the minimum value of the absolute values of the phase voltage command values is equal to or higher than the first setting threshold, and sets the gain to 1 so that the minimum value is the first setting threshold. If it is less than the second setting threshold and greater than or equal to the second setting threshold, the gain is calculated by dividing the value obtained by subtracting the second setting threshold from the minimum value by the value obtained by subtracting the second setting threshold from the first setting threshold. , the gain is set to 0 when the minimum value is less than the second set threshold.

本発明によれば、電力変換装置において、3レベル変換器に与える電圧指令値のゼロクロス付近ではコンデンサ電流をフィードバックする制御のゲインを抑制する措置を行い、出力電圧の歪みを低減することが可能となる。 According to the present invention, in a power conversion device, it is possible to reduce distortion of the output voltage by suppressing the gain of the control that feeds back the capacitor current near the zero cross of the voltage command value given to the three-level converter. Become.

電力変換装置の主回路構成および制御部を示すブロック図。FIG. 2 is a block diagram showing the main circuit configuration and control unit of the power conversion device. ダンピング補償を行ったシミュレーション波形を示す図。FIG. 7 is a diagram showing a simulation waveform after damping compensation. ダンピング補償を行っていないシミュレーション波形を示す図。FIG. 7 is a diagram showing a simulation waveform without damping compensation. 三相の相電圧指令値の最小値の大きさを示す図。The figure which shows the magnitude|size of the minimum value of the phase voltage command value of three phases. 実施形態1におけるダンピング補償部を示すブロック図。FIG. 3 is a block diagram showing a damping compensator in the first embodiment. 実施形態1におけるゲインの波形を示す図。FIG. 3 is a diagram showing a gain waveform in the first embodiment. 実施形態2におけるダンピング補償部を示すブロック図。FIG. 3 is a block diagram showing a damping compensator in Embodiment 2. FIG. 実施形態2におけるゲインの波形を示す図。7 is a diagram showing a gain waveform in Embodiment 2. FIG. 実施形態3におけるダンピング補償部を示すブロック図。7 is a block diagram showing a damping compensator in Embodiment 3. FIG. 実施形態3におけるゲインの波形を示す図。7 is a diagram showing a gain waveform in Embodiment 3. FIG. 常時ゲイン=1とした場合と、実施形態3のシミュレーション結果を示す図。FIG. 7 is a diagram showing simulation results in the case where the gain is always set to 1 and in the third embodiment. 特許文献2の主回路構成を示す図。The figure which shows the main circuit structure of patent document 2. 特許文献4の主回路構成を示す図。The figure which shows the main circuit structure of patent document 4. 特許文献4の主回路構成を示す図。The figure which shows the main circuit structure of patent document 4.

以下、本願発明における電力変換装置を図1~図11に基づいて詳述する。 Hereinafter, the power conversion device according to the present invention will be described in detail based on FIGS. 1 to 11.

図1(a)はDC/三相AC変換器の出力にLCフィルタを設置した電力変換装置の主回路構成を示し、図1(b)はダンピング補償を追加した電圧制御系の制御部のブロックを示す。まず、図1(a)の主回路構成について説明する。 Figure 1(a) shows the main circuit configuration of a power converter in which an LC filter is installed at the output of a DC/three-phase AC converter, and Figure 1(b) is a block diagram of the control section of the voltage control system with added damping compensation. shows. First, the main circuit configuration of FIG. 1(a) will be explained.

インバータINVは、直流電力を交流電力に変換して出力する。インバータ出力は、リアクトルL,コンデンサCを有するLCフィルタを介して負荷に出力される。 The inverter INV converts DC power into AC power and outputs it. The inverter output is output to a load via an LC filter having a reactor L and a capacitor C.

インバータINVは、3レベル変換器とする。3レベル変換器の代表回路構成は、図13,図14であるが、その他の回路構成であってもよい。また、図1(a)では、LCフィルタを示しているがLCLフィルタでもよい。 The inverter INV is a three-level converter. Typical circuit configurations of the three-level converter are shown in FIGS. 13 and 14, but other circuit configurations may be used. Further, although an LC filter is shown in FIG. 1(a), an LCL filter may be used.

ここで、Icはコンデンサ電流検出値,Vcはコンデンサ電圧検出値,ILは負荷電流、DCは直流電源である。 Here, Ic is a capacitor current detection value, Vc is a capacitor voltage detection value, IL is a load current, and DC is a direct current power supply.

次に、図1(b)の制御部について説明する。三相二相変換器1は、三相(UVW相)のコンデンサ電圧検出値Vcを三相二相変換し、d軸,q軸のコンデンサ電圧検出値に変換する。三相二相変換器2は、三相(UVW相)のコンデンサ電流検出値Icを三相二相変換し、d軸,q軸のコンデンサ電流検出値に変換する。 Next, the control section shown in FIG. 1(b) will be explained. The three-phase two-phase converter 1 performs three-phase two-phase conversion on a three-phase (UVW phase) capacitor voltage detection value Vc, and converts it into d-axis and q-axis capacitor voltage detection values. The three-phase two-phase converter 2 performs three-phase two-phase conversion on the three-phase (UVW phase) capacitor current detection value Ic, and converts it into d-axis and q-axis capacitor current detection values.

図1(a)のVrefは、図1(a)のA点のコンデンサ電圧指令値である。ここで、コンデンサ電圧指令値Vrefはd-q座標上の値とする。減算器3は、コンデンサ電圧指令値Vrefからd軸,q軸のコンデンサ電圧検出値Vcを減算し、コンデンサ電圧指令値Vrefとコンデンサ電圧検出値Vcの偏差を出力する。 Vref in FIG. 1(a) is the capacitor voltage command value at point A in FIG. 1(a). Here, the capacitor voltage command value Vref is assumed to be a value on the dq coordinates. The subtracter 3 subtracts the d-axis and q-axis capacitor voltage detection values Vc from the capacitor voltage command value Vref, and outputs the deviation between the capacitor voltage command value Vref and the capacitor voltage detection value Vc.

AVR(電圧制御部)4は、コンデンサ電圧指令値Vrefとコンデンサ電圧検出値Vcの偏差に基づいてPI制御等を行って、ダンピング補償前電圧指令値を出力する。 AVR (voltage control unit) 4 performs PI control or the like based on the deviation between capacitor voltage command value Vref and capacitor voltage detection value Vc, and outputs a pre-damping compensation voltage command value.

ダンピング補償部5はd軸,q軸のコンデンサ電流検出値Icに基づいてダンピング補償値を出力する。加算器6は、ダンピング補償前電圧指令値にダンピング補償値を加算してインバータ出力電圧指令値Vinv*(図1(b)のB点の電圧指令)を生成する。 The damping compensator 5 outputs a damping compensation value based on the d-axis and q-axis capacitor current detection values Ic. The adder 6 adds the damping compensation value to the pre-damping compensation voltage command value to generate an inverter output voltage command value Vinv* (voltage command at point B in FIG. 1(b)).

二相三相変換器7は、インバータ出力電圧指令値Vinv*を二相三相変換し、三相の相電圧指令値Vu,Vv,Vwを出力する。PWM制御部8は、三相の相電圧指令値Vu,Vv,Vwと三角波キャリア信号との比較に基づいて、3レベル変換器内の各スイッチング素子のゲート信号(オンオフ指令信号)を生成する。 The two-phase three-phase converter 7 performs two-phase three-phase conversion on the inverter output voltage command value Vinv*, and outputs three-phase phase voltage command values Vu, Vv, and Vw. The PWM control unit 8 generates a gate signal (on/off command signal) for each switching element in the three-level converter based on a comparison between the three-phase phase voltage command values Vu, Vv, and Vw and the triangular wave carrier signal.

図12に示す特許文献2(図2)は、LCフィルタコンデンサ電流をフィードバックする制御系を開示している。コンデンサ電流のフィードバック系が追加されることでフィードバック制御が安定化する。 Patent Document 2 (FIG. 2) shown in FIG. 12 discloses a control system that feeds back an LC filter capacitor current. Feedback control is stabilized by adding a capacitor current feedback system.

フィルタコンデンサ電流の高調波成分のみをフィードバックしてダンピング補償を行ったシミュレーション波形を図2に、ダンピング補償を行っていないシミュレーション波形を図3に示す。図2,図3の(a)が図1のA点の線間電圧波形、図2,図3の(b)は図1のB点の線間電圧波形、図2,図3の(c)は図1の負荷電流ILの波形である。 FIG. 2 shows a simulation waveform in which damping compensation was performed by feeding back only the harmonic components of the filter capacitor current, and FIG. 3 shows a simulation waveform in which damping compensation was not performed. (a) in FIGS. 2 and 3 is the line voltage waveform at point A in FIG. 1, (b) in FIGS. 2 and 3 is the line voltage waveform at point B in FIG. ) is the waveform of the load current IL in FIG.

図2,図3の(d)の略正弦波の波形が、図1のPWM制御部8への入力信号(三相の相電圧指令値Vu,Vv,Vw)である。図2,図3の(d)の三角波が、図1のPWM制御部8内でゲート信号の生成に用いる三角波キャリア信号である。図2,図3の(e)はPWM電圧指令波形で、これに基づいてPWM制御部8からゲート信号GATEが出力される。また、これらのシミュレーションは、3レベル変換器をモデルとして行っている。 The substantially sinusoidal waveforms shown in FIGS. 2 and 3(d) are the input signals (three-phase phase voltage command values Vu, Vv, Vw) to the PWM control unit 8 in FIG. The triangular wave shown in FIGS. 2 and 3 (d) is a triangular wave carrier signal used to generate a gate signal in the PWM control section 8 of FIG. 2 and 3 (e) are PWM voltage command waveforms, based on which a gate signal GATE is output from the PWM control section 8. Moreover, these simulations are performed using a three-level converter as a model.

図2の点線内に示すように、電圧指令値ゼロクロス周辺の電圧波形にキャリア周波数成分の脈動が生じている。これは、前述したゼロクロス付近の細いパルス電圧がデッドタイムによって消失して制御性能が低下していることによって生じている。 As shown within the dotted line in FIG. 2, pulsation of the carrier frequency component occurs in the voltage waveform around the zero crossing of the voltage command value. This is caused by the thin pulse voltage near the zero cross mentioned above disappearing due to dead time, resulting in a decline in control performance.

一方、図3のダンピング補償を行っていないゼロクロス周辺の電圧波形は、図2のような脈動は低減されている。なお、図2,3の電圧波形は線間電圧を示している。よって、線間電圧のゼロクロスから30度ずれた点線部が、相電圧のゼロクロス近傍に相当する。 On the other hand, in the voltage waveform around the zero cross in which damping compensation is not performed as shown in FIG. 3, the pulsation as shown in FIG. 2 is reduced. Note that the voltage waveforms in FIGS. 2 and 3 indicate line voltages. Therefore, the dotted line portion shifted by 30 degrees from the zero cross of the line voltage corresponds to the vicinity of the zero cross of the phase voltage.

電圧指令値のゼロクロス付近ではパルス電圧の幅が狭くなる。この幅の狭いパルス電圧に対してダンピング補償を行う場合には、補償を行う理論値と実際に補償可能な値との差異が生じやすく、この差異に起因して補償動作がかえって逆効果となることも考えられる。その証として、ダンピング補償を行う図2よりもダンピング補償を行わない図3の方が、ゼロクロス周辺の電圧波形の脈動が低減されている。 The width of the pulse voltage becomes narrow near the zero crossing of the voltage command value. When performing damping compensation for this narrow pulse voltage, there is likely to be a difference between the theoretical compensation value and the actually compensable value, and due to this difference, the compensation operation may have the opposite effect. It is also possible. As proof of this, the pulsation of the voltage waveform around zero cross is reduced in FIG. 3 without damping compensation than in FIG. 2 with damping compensation.

ところで、図4に示す三相の相電圧指令値Vu,Vv,Vwの最小値(三相の相電圧指令値Vu,Vv,Vwの中で最も絶対値が低い相の相電圧指令値)の大きさ(実線)はゼロクロス周辺の領域に該当することから、三相の相電圧指令値Vu,Vv,Vwの絶対値の最小値をゼロクロス検出器として使用し、ダンピング補償項への可変ゲインを生成して乗算する制御方法を以下の実施形態1~3で説明する。実施形態1~3では、相電圧指令値Vu,Vv,Vwのゼロクロス点でダンピング補償項に乗算するゲインGainを0とする。 By the way, the minimum value of the three-phase phase voltage command values Vu, Vv, and Vw shown in FIG. 4 (the phase voltage command value of the phase with the lowest absolute value among the three-phase phase voltage command values Vu, Vv, and Vw) is Since the magnitude (solid line) corresponds to the area around the zero cross, the minimum absolute value of the three-phase phase voltage command values Vu, Vv, and Vw is used as the zero cross detector, and the variable gain to the damping compensation term is A control method for generating and multiplying will be explained in the following embodiments 1 to 3. In the first to third embodiments, the gain Gain multiplied by the damping compensation term is set to 0 at the zero-crossing point of the phase voltage command values Vu, Vv, and Vw.

[実施形態1]
図5は本実施形態1のダンピング補償部5のブロック図である。ABS(絶対値変換部)9は、前回制御周期の三相電圧指令値(図1(b)の「PWM制御部8」へ入力される相電圧指令値Vu,Vv,Vw)を絶対値に変換する。なお、相電圧指令値に三相変調を行っている場合では、三相変調前と三相変調後のどちらの相電圧指令値であってもよい。最小値選択部10は、3つの絶対値の中で最も低い値を選択して出力する。
[Embodiment 1]
FIG. 5 is a block diagram of the damping compensator 5 of the first embodiment. The ABS (absolute value converter) 9 converts the three-phase voltage command values (phase voltage command values Vu, Vv, Vw input to the "PWM control unit 8" in FIG. 1(b)) of the previous control cycle into absolute values. Convert. Note that in the case where the phase voltage command value is subjected to three-phase modulation, the phase voltage command value may be either before or after the three-phase modulation. The minimum value selection unit 10 selects and outputs the lowest value among the three absolute values.

比較器11は、図6に示すように、第1設定閾値LV_Hと最小値選択部10の出力を比較する。図6に示すように、スイッチ12は、最小値選択部10の出力が第1設定閾値LV_H以上の場合はゲインGainとして1を出力し、第1設定閾値LV_H未満の場合はゲインGainとして0を出力する。 The comparator 11 compares the first set threshold LV_H and the output of the minimum value selection section 10, as shown in FIG. As shown in FIG. 6, the switch 12 outputs 1 as the gain Gain when the output of the minimum value selection unit 10 is equal to or higher than the first set threshold LV_H, and outputs 0 as the gain Gain when the output of the minimum value selection unit 10 is less than the first set threshold LV_H. Output.

HPF(ハイパスフィルタ)13は、コンデンサ電流検出値Ic(三相二相変換器2の出力)の高調波を抽出する。乗算器14はHPF13の出力に係数Kを乗算する。乗算器14の出力がダンピング補償項となる。乗算器15は、乗算器14の出力(ダンピング補償項)にゲインGainを乗算する。乗算器15の出力がダンピング補償部5の出力(ダンピング補償値)となる。 The HPF (high pass filter) 13 extracts harmonics of the capacitor current detection value Ic (output of the three-phase two-phase converter 2). Multiplier 14 multiplies the output of HPF 13 by coefficient K. The output of the multiplier 14 becomes the damping compensation term. The multiplier 15 multiplies the output (damping compensation term) of the multiplier 14 by a gain Gain. The output of the multiplier 15 becomes the output (damping compensation value) of the damping compensator 5.

[実施形態2]
図7は本実施形態2のダンピング補償部5のブロック図である。ここで、実施形態1と同様の箇所は同じ符号を付して説明を省略し、実施形態1との相違点のみ説明する。
[Embodiment 2]
FIG. 7 is a block diagram of the damping compensator 5 of the second embodiment. Here, the same parts as in Embodiment 1 are given the same reference numerals and explanations are omitted, and only the differences from Embodiment 1 will be explained.

除算器16は最小値選択部10の出力を第1設定閾値LV_Hで除算する。スイッチ17は、1と除算器16の出力を入力し、図8に示すように、最小値選択部10の出力が第1設定閾値LV_H以上であればゲインGainとして1を出力し、最小値選択部10の出力が第1設定閾値LV_H未満であれば除算器16の出力(最小値選択部10の出力を第1設定閾値LV_Hで除算した値)をゲインGainとして出力する。最小値選択部10の出力が第1設定閾値LV_H未満の場合は、ゲインGainは1から0へと垂下する。 The divider 16 divides the output of the minimum value selection section 10 by the first set threshold value LV_H. The switch 17 inputs 1 and the output of the divider 16, and as shown in FIG. 8, if the output of the minimum value selection unit 10 is equal to or higher than the first set threshold LV_H, it outputs 1 as the gain Gain, and selects the minimum value. If the output of the unit 10 is less than the first set threshold LV_H, the output of the divider 16 (the value obtained by dividing the output of the minimum value selection unit 10 by the first set threshold LV_H) is output as the gain Gain. When the output of the minimum value selection unit 10 is less than the first set threshold LV_H, the gain Gain drops from 1 to 0.

[実施形態3]
図9は本実施形態3のダンピング補償部5のブロック図である。ここで、実施形態1,2と同様の箇所は同じ符号を付して説明を省略し、実施形態1,2との相違点のみ説明する。
[Embodiment 3]
FIG. 9 is a block diagram of the damping compensator 5 of the third embodiment. Here, the same parts as in Embodiments 1 and 2 are given the same reference numerals and explanations are omitted, and only the differences from Embodiments 1 and 2 will be explained.

比較器11は最小値選択部10の出力と第1設定閾値LV_Hとを比較し、切替信号をスイッチ22に出力する。比較器18は、最小値選択部10の出力と第2設定閾値LV_Lとを比較し、切替信号をスイッチ23に出力する。 The comparator 11 compares the output of the minimum value selection section 10 and the first set threshold LV_H, and outputs a switching signal to the switch 22. The comparator 18 compares the output of the minimum value selection section 10 and the second set threshold LV_L, and outputs a switching signal to the switch 23.

減算器19は、最小値選択部10の出力から第2設定閾値LV_Lを減算する。減算器20は、第1設定閾値LV_Hから第2設定閾値LV_Lを減算する。除算器21は、減算器19の出力を減算器20の出力で除算する。すなわち、図10に示すように、最小値選択部10の出力から第2設定閾値LV_Lを減じ、設定閾値上下限の差分で除することで、最小値選択部10の出力が第2設定閾値LV_L以上第1設定閾値LV_H未満の場合にゲインGainは1から0へと垂下する。 The subtracter 19 subtracts the second set threshold LV_L from the output of the minimum value selection section 10. The subtracter 20 subtracts the second set threshold LV_L from the first set threshold LV_H. Divider 21 divides the output of subtracter 19 by the output of subtracter 20. That is, as shown in FIG. 10, by subtracting the second setting threshold LV_L from the output of the minimum value selection section 10 and dividing it by the difference between the upper and lower limits of the setting threshold, the output of the minimum value selection section 10 becomes the second setting threshold LV_L. As described above, the gain Gain drops from 1 to 0 when it is less than the first set threshold LV_H.

スイッチ22は、最小値選択部10の出力が第1設定閾値LV_H以上の場合は1を出力し、最小値選択部10の出力が第1設定閾値LV_H未満の場合は除算器21の出力を出力する。 The switch 22 outputs 1 when the output of the minimum value selection unit 10 is equal to or higher than the first set threshold LV_H, and outputs the output of the divider 21 when the output of the minimum value selection unit 10 is less than the first set threshold LV_H. do.

スイッチ23は、最小値選択部10の出力が第2設定閾値LV_L以上の場合はスイッチ22の出力を出力し、最小値選択部10の出力が第2設定閾値LV_L未満の場合は0を出力する。 The switch 23 outputs the output of the switch 22 when the output of the minimum value selection section 10 is equal to or higher than the second set threshold LV_L, and outputs 0 when the output of the minimum value selection section 10 is less than the second set threshold LV_L. .

すなわち、第1,第2設定閾値LV_H,LV_Lと最小値選択部10の出力を比較し、最小値選択部10の出力が第1設定閾値LV_H以上の場合はゲインGain=1を、最小値選択部10の出力が第2設定閾値LV_L未満の場合はゲインGain=0を、最小値選択部10の出力が第2設定閾値LV_L以上第1設定閾値LV_H未満の場合は演算した垂下するゲインGainをダンピング補償項に乗ずる。 That is, the first and second set thresholds LV_H, LV_L and the output of the minimum value selection unit 10 are compared, and if the output of the minimum value selection unit 10 is greater than or equal to the first set threshold LV_H, the gain is set to 1 and the minimum value is selected. If the output of the unit 10 is less than the second set threshold LV_L, the gain Gain=0, and if the output of the minimum value selector 10 is greater than or equal to the second set threshold LV_L and less than the first set threshold LV_H, the calculated drooping gain Gain is set. Multiply by damping compensation term.

ダンピング補償において、(a)常時ゲイン=1とする場合と、(b)実施形態3に示すゲインの補正を行う場合、の出力電圧歪率と波形(線間電圧)のシミュレーション結果を図11に示す。(シミュレーション条件:出力電圧=270V、出力電力=6kW、抵抗負荷、LV_H=69V、LV_L=47V)。実施形態3を用いる図11(b)では、出力電圧歪が低減されていることが分かる。 Figure 11 shows the simulation results of the output voltage distortion rate and waveform (line voltage) in damping compensation when (a) the gain is always set to 1 and (b) when the gain is corrected as shown in Embodiment 3. show. (Simulation conditions: output voltage = 270V, output power = 6kW, resistive load, LV_H = 69V, LV_L = 47V). In FIG. 11(b) using Embodiment 3, it can be seen that the output voltage distortion is reduced.

以上示したように、実施形態1~3によれば、3レベル変換器出力の電圧を制御する電力変換装置において、制御系にコンデンサ電流をフィードバックする制御を用いるときに、3レベル変換器に与える相電圧指令値のゼロクロスを簡易な演算で検出して、さらに、コンデンサ電流をフィードバックする制御のゲインを、ゼロクロス時のパルス電圧消失による制御性能低下時(ゼロクロス周辺)のみ低くすることで、不要な電圧の脈動を低減し、電圧歪みを抑制できる。 As shown above, according to Embodiments 1 to 3, in a power conversion device that controls the voltage output from a three-level converter, when using control that feeds back a capacitor current to the control system, the voltage applied to the three-level converter is Zero-crossing of the phase voltage command value is detected by simple calculations, and the gain of the control that feeds back the capacitor current is lowered only when control performance deteriorates due to pulse voltage loss at zero-crossing (around zero-crossing), thereby eliminating unnecessary Voltage pulsation can be reduced and voltage distortion can be suppressed.

以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。 Although only the specific examples described in the present invention have been described in detail above, it is obvious to those skilled in the art that various modifications and modifications can be made within the scope of the technical idea of the present invention. Naturally, such variations and modifications fall within the scope of the claims.

1,2…三相二相変換器
3,19,20…減算器
4…AVR(電圧制御部)
5…ダンピング補償部
6…加算器
7…二相三相変換器
8…PWM制御部
9…ABS(絶対値変換部)
10…最小値選択部
11,18…比較器
12,17,22,23…スイッチ
13…HPF(ハイパスフィルタ)
14,15…乗算器
16,21…除算器
INV…インバータ
L…リアクトル
C…コンデンサ
1, 2... Three-phase two-phase converter 3, 19, 20... Subtractor 4... AVR (voltage control section)
5... Damping compensation unit 6... Adder 7... Two-phase three-phase converter 8... PWM control unit 9... ABS (absolute value conversion unit)
10... Minimum value selection section 11, 18... Comparator 12, 17, 22, 23... Switch 13... HPF (high pass filter)
14, 15... Multiplier 16, 21... Divider INV... Inverter L... Reactor C... Capacitor

Claims (5)

3レベル変換器と、前記3レベル変換器と負荷との間に接続されたLCフィルタまたはLCLフィルタと、備えた電力変換装置であって、
コンデンサ電圧指令値とコンデンサ電圧検出値との偏差に基づいてダンピング補償前電圧指令値を出力する電圧制御部と、
コンデンサ電流検出値に基づいてダンピング補償項を算出し、前記ダンピング補償項にゲインを乗算してダンピング補償値として出力し、相電圧指令値のゼロクロス点で前記ゲインを0とするダンピング補償部と、
前記ダンピング補償前電圧指令値と前記ダンピング補償値を加算してインバータ出力電圧指令値を出力する加算器と、
前記インバータ出力電圧指令値を二相三相変換して前記相電圧指令値を出力する二相三相変換部と、
前記相電圧指令値と三角波キャリア信号とのPWM比較に基づいて前記3レベル変換器のゲート信号を生成するPWM制御部と、
を備えたことを特徴とする電力変換装置。
A power conversion device comprising a three-level converter, and an LC filter or an LCL filter connected between the three-level converter and a load,
a voltage control unit that outputs a pre-damping compensation voltage command value based on a deviation between the capacitor voltage command value and the capacitor voltage detection value;
a damping compensation unit that calculates a damping compensation term based on a capacitor current detection value, multiplies the damping compensation term by a gain, outputs the result as a damping compensation value, and sets the gain to 0 at a zero-crossing point of the phase voltage command value;
an adder that adds the pre-damping compensation voltage command value and the damping compensation value to output an inverter output voltage command value;
a two-phase three-phase conversion unit that converts the inverter output voltage command value from two to three phases and outputs the phase voltage command value;
a PWM control unit that generates a gate signal for the three-level converter based on a PWM comparison between the phase voltage command value and the triangular wave carrier signal;
A power conversion device characterized by comprising:
前記ダンピング補償部は、
前記相電圧指令値の絶対値のうち最小値が第1設定閾値以上の場合は、前記ゲインを1とし、
前記最小値が前記第1設定閾値未満の場合は前記ゲインを0とすることを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。
The damping compensation section is
If the minimum value among the absolute values of the phase voltage command value is equal to or higher than a first setting threshold, the gain is set to 1,
The power conversion device according to claim 1, wherein the gain is set to 0 when the minimum value is less than the first set threshold.
前記ダンピング補償部は、
前記相電圧指令値の絶対値のうち最小値が第1設定閾値以上の場合は、前記ゲインを1とし、
前記最小値が前記第1設定閾値未満の場合は、前記最小値を前記第1設定閾値で除算した値を前記ゲインとすることを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。
The damping compensation section is
If the minimum value among the absolute values of the phase voltage command value is equal to or higher than a first setting threshold, the gain is set to 1,
The power conversion device according to claim 1, wherein when the minimum value is less than the first set threshold, the gain is a value obtained by dividing the minimum value by the first set threshold.
前記ダンピング補償部は、
前記相電圧指令値の絶対値のうち最小値が第1設定閾値以上の場合は、前記ゲインを1とし、
前記最小値が前記第1設定閾値未満かつ第2設定閾値以上の場合は、前記最小値から前記第2設定閾値を減算した値を、前記第1設定閾値から前記第2設定閾値を減算した値で除算した値を、前記ゲインとし、
前記最小値が前記第2設定閾値未満の場合は前記ゲインを0とすることを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。
The damping compensation section is
If the minimum value among the absolute values of the phase voltage command value is equal to or higher than a first setting threshold, the gain is set to 1,
If the minimum value is less than the first setting threshold and greater than or equal to the second setting threshold, the value obtained by subtracting the second setting threshold from the minimum value is the value obtained by subtracting the second setting threshold from the first setting threshold. The value divided by is the gain,
The power conversion device according to claim 1, wherein the gain is set to 0 when the minimum value is less than the second set threshold.
3レベル変換器と、前記3レベル変換器と負荷との間に接続されたLCフィルタまたはLCLフィルタと、備えた電力変換装置の制御方法であって、
電圧制御部が、コンデンサ電圧指令値とコンデンサ電圧検出値との偏差に基づいてダンピング補償前電圧指令値を出力し、
ダンピング補償部が、コンデンサ電流検出値に基づいてダンピング補償項を算出し、前記ダンピング補償項にゲインを乗算してダンピング補償値として出力し、相電圧指令値のゼロクロス点で前記ゲインを0とし、
加算器が、前記ダンピング補償前電圧指令値と前記ダンピング補償値を加算してインバータ出力電圧指令値を出力し、
二相三相変換部が、前記インバータ出力電圧指令値を二相三相変換して前記相電圧指令値を出力し、
PWM制御部が、前記相電圧指令値と三角波キャリア信号とのPWM比較に基づいて前記3レベル変換器のゲート信号を生成する
ことを特徴とする電力変換装置の制御方法。
A method for controlling a power conversion device comprising a three-level converter, an LC filter or an LCL filter connected between the three-level converter and a load,
The voltage control unit outputs a voltage command value before damping compensation based on the deviation between the capacitor voltage command value and the capacitor voltage detection value,
a damping compensation unit calculates a damping compensation term based on the capacitor current detection value, multiplies the damping compensation term by a gain and outputs the result as a damping compensation value, and sets the gain to 0 at a zero crossing point of the phase voltage command value,
an adder adds the pre-damping compensation voltage command value and the damping compensation value to output an inverter output voltage command value;
a two-phase three-phase converter converts the inverter output voltage command value into two-phase three-phase and outputs the phase voltage command value,
A method for controlling a power conversion device, wherein a PWM control section generates a gate signal for the three-level converter based on a PWM comparison between the phase voltage command value and a triangular wave carrier signal.
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