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JP7782324B2 - Control device for bidirectional isolated DC/DC converter - Google Patents
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JP7782324B2 - Control device for bidirectional isolated DC/DC converter - Google Patents

Control device for bidirectional isolated DC/DC converter

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JP7782324B2 JP2022038849A JP2022038849A JP7782324B2 JP 7782324 B2 JP7782324 B2 JP 7782324B2 JP 2022038849 A JP2022038849 A JP 2022038849A JP 2022038849 A JP2022038849 A JP 2022038849A JP 7782324 B2 JP7782324 B2 JP 7782324B2
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Description

本発明は、直流電力をインバータにより交流電力に変換し、トランスを用いて絶縁し、別のインバータで直流に変換する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コンバータの直列接続における電圧バランス制御に関する。 This invention relates to voltage balance control in a series connection of dual active bridge (DAB) bidirectional isolated DC/DC converters, which convert DC power to AC power using an inverter, isolate it using a transformer, and then convert it back to DC using another inverter.

DAB方式のコンバータは入力側と出力側が絶縁されているため、複数台を直並列に接続することができる。低耐圧デバイスを用いたDABコンバータのセルを1台設計し、それを量産し、複数台を片側直列・もう片側を並列に接続することで、直流電力を低圧大電流の電力に変換またはその逆に変換しつつ絶縁することができる。 Because the input and output sides of a DAB converter are insulated, multiple units can be connected in series and parallel. By designing a single DAB converter cell using a low-voltage device, mass-producing it, and connecting multiple units in series on one side and in parallel on the other, it is possible to convert DC power into low-voltage, high-current power, or vice versa, while still providing isolation.

このように複数台のセルでユニットを構成し、図7に示すようにこのユニットを両側(1次側、2次側)直列に接続することで、高圧の直流電力に対しても昇降圧と絶縁ができる。しかし、その際には各ユニット間の直流電圧バランスを均等に保つことが課題となる。電流制御や電圧制御、直流電圧の振動と別途リアクトルが接続された際の共振を抑制するためのダンピング制御を追加する場合もある。 By configuring a unit from multiple cells in this way and connecting both sides (primary and secondary sides) of this unit in series as shown in Figure 7, it is possible to step up/down and insulate high-voltage DC power. However, maintaining an even DC voltage balance between each unit becomes a challenge. In some cases, current control, voltage control, and damping control may be added to suppress DC voltage oscillations and resonance when a separate reactor is connected.

また、非特許文献1、2では、3台以上のDABコンバータを直並列接続した構成において、コンデンサ電圧バランス制御と出力電圧制御に関して検討している。 In addition, Non-Patent Documents 1 and 2 examine capacitor voltage balance control and output voltage control in a configuration in which three or more DAB converters are connected in series and parallel.

複数台のDABコンバータを備えたDC/DCコンバータにおいて、各コンバータ内の半導体スイッチング素子のパルス幅を決定する従来の技術は例えば非特許文献3に記載され、パルス幅指令値、位相指令値などから前記半導体スイッチング素子のゲート信号を生成する従来の技術は例えば特許文献1に記載されている。 In a DC/DC converter equipped with multiple DAB converters, a conventional technique for determining the pulse width of the semiconductor switching elements in each converter is described, for example, in Non-Patent Document 3, and a conventional technique for generating gate signals for the semiconductor switching elements from pulse width command values, phase command values, etc. is described, for example, in Patent Document 1.

また、このような一方を直列、他方を並列接続した複数のDABコンバータからなるユニットを、さらに複数台両側直列に接続してもよい。この構成では、非常に高い電圧の直流電力を大電流の高圧直流電力に変換またはその逆に変換しつつ絶縁することができる。特許文献2ではこのような構成およびその制御法が開示されている。 Furthermore, multiple units each consisting of multiple DAB converters, one connected in series and the other in parallel, can be connected in series on both sides. With this configuration, it is possible to convert very high voltage DC power into high current high voltage DC power, or vice versa, while still providing isolation. Patent Document 2 discloses such a configuration and its control method.

特許第6785304号公報Patent No. 6785304 WO2017/163508WO2017/163508

P.Zumel et al.,“Modular Dual-Active Bridge Converter Architecture,”in IEEE Transactions on Industry Applcations,vol, 52,no.3,pp.2444-2455.2016P. Zumel et al. , “Modular Dual-Active Bridge Converter Architecture,” in IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 52, no. 3, pp. 2444-2455.2016 F.Deng.X.Znang.X.Li,T.Lei and T.Wang,“Decoupling Control Strategy for Input-Series Output-Parallel Systems Based on Dual Active Bridge dc-dc Converters,“2018 9th IEEE International Symposium on Power Electronics for Distributed Generation Systems (PEDG),2018,PP.1-8F. Deng. X. Znang. X. Li, T. Lei and T. Wang, “Decoupling Control Strategy for Input-Series Output-Parallel Systems Based on Dual Active Bridge dc-dc Converters, “2018 9th IEEE International Symposium on Power Electronics for Distributed Generation Systems (PEDG), 2018, PP. 1-8 B.Zhao,Q.Song,W.Liu and Y.Sun.“Overview of Dual-Active-Bridge Isolated Bidirectional DC-DC Converter for High-Frequency-Link Power-Conversion System”in IEEE Transactions on Power Electronics.vol.29.no.8.pp.4091-4106.Aug.2014B. Zhao, Q. Song, W. Liu and Y. Sun. “Overview of Dual-Active-Bridge Isolated Bidirectional DC-DC Converter for High-Frequency-Link Power-Conversion System”in IEEE Transactions on Power Electronics. vol. 29. no. 8. pp. 4091-4106. Aug. 2014 坪井、辻、山田、「入力LCフィルタ付きチョッパ系の不安定現象とその対策」、電学論D,Vol.120、No.10、PP.1171-1181(2000)Tsuboi, Tsuji, and Yamada, "Instability Phenomena in Chopper Systems with Input LC Filters and Their Countermeasures," Journal of Electrical Engineering D, Vol. 120, No. 10, pp. 1171-1181 (2000)

しかしながら、非特許文献1、2において、電流制御を適用する場合、単純に各DABコンバータに搭載されている電圧制御をそのまま電流制御に置換すると、電流指令値や検出値の急変時には高応答の電流制御が必要になるため、電流指令値と検出値の情報をDABコンバータ間で高速に通信する必要がある。電流制御の応答速度が低くてもよい適用先でも、電流リプルを低減する必要がある場合は高速通信あるいは大型のフィルタが必要となる。 However, in Non-Patent Documents 1 and 2, when current control is applied, simply replacing the voltage control built into each DAB converter with current control requires high-response current control when there is a sudden change in the current command value or detected value, so information on the current command value and detected value must be communicated at high speed between the DAB converters. Even in applications where a slow response speed of current control is acceptable, high-speed communication or a large filter is required if current ripple needs to be reduced.

特許文献2では直列接続した各ユニット間の直流電圧のバランス維持に別途補助コンバータが必要となり、その分コストや重量が増加してしまう。 Patent Document 2 requires a separate auxiliary converter to maintain the DC voltage balance between each series-connected unit, which increases costs and weight accordingly.

以上示したようなことから、複数台の双方向絶縁型DC/DCコンバータからなる装置の制御において、DC/DCコンバータ間の直流電圧のバランス維持と、通信負荷や大型フィルタを削減することが課題となる。また、補助コンバータを使用せずに直列接続した各ユニット間の直流電圧のバランスを維持することも課題である。 As described above, when controlling a device consisting of multiple bidirectional isolated DC/DC converters, the challenges are maintaining DC voltage balance between the DC/DC converters and reducing communication loads and large filters. Another challenge is maintaining DC voltage balance between each unit connected in series without using an auxiliary converter.

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、絶縁型変圧器の1次巻線に交流側が接続された1次側単相インバータと、前記絶縁型変圧器の2次巻線に交流側が接続された2次側単相インバータと、前記1次側単相インバータの直流側の正、負極端間に接続された1次側コンデンサと、前記2次側単相インバータの直流側の正、負極端間に接続された2次側コンデンサと、を備えたDAB(Dual Active Bridge)コンバータを複数台設け、複数台の前記DABコンバータを1段目~m(m=2以上の整数)段目に階層化し、1段目の構成要素は前記セルとし、1段目要素の所定台数の集合体を2段目の構成要素であるユニットとし、2段目要素の所定台数の集合体を3段目の構成要素である装置とし、4段目以降は前段の構成要素である前記装置の所定台数の集合体であるさらに上位の装置とし、z(z=2以上の整数)台のセルの各前記1次側単相インバータの正、負極端を直列接続し、各前記2次側単相インバータの正、負極端を並列接続した構成を前記ユニットとし、2段目以降の構成要素の1次側と2次側を集合体内で直列接続した双方向絶縁型DC/DCコンバータの制御装置であって、前記制御装置は、1次側直流電流又は2次側直流電流を、設定した電流指令値に追従させる位相指令値を出力する電流制御部と、ユニット内の代表セルの1次側コンデンサ電圧、又はユニットの1次側直流電圧をユニット内のセル台数で割った平均電圧値と、第k(k=1~zの整数)セルの1次側コンデンサ電圧との偏差を低減する位相指令値を出力するコンデンサ電圧バランス制御部と、2段目以降において、各構成要素における電力伝送の上流側の直流電圧が集合体内で等しくなるように各構成要素の1次側・2次側間の電力指令値を制御するユニット電力指令値を出力するユニット電力指令値演算部と、電力指令値と前記ユニット電力指令値を加算する加算器と、代表セルまたは各セルの前記1次側コンデンサ電圧と、2次側コンデンサ電圧と、前記絶縁型変圧器の1次巻線と2次巻線の巻数比と、前記加算器の出力と、により決定したユニットの前記1次側単相インバータおよび前記2次側単相インバータのユニットパルス幅指令値に基づいて、セルの前記1次側単相インバータおよび前記2次側単相インバータのセルパルス幅指令値を演算する代表セルに設けられたまたは各セルに設けられたセルパルス幅指令値計算部と、前記セルパルス幅指令値または前記ユニットパルス幅指令値と、フィードバック制御により決定された位相指令値または前記位相指令値に前記ユニット電力指令値を加算した値に基づいて、前記1次側単相インバータおよび前記2次側単相インバータのゲート信号を生成するゲート信号生成部と、を備え、前記ゲート信号生成部は、前記電流制御部からフィードバックされる位相指令値と前記ユニット電力指令値を加算した値と前記セルパルス幅指令値によって代表セルのゲート信号を生成し、前記コンデンサ電圧バランス制御部からフィードバックされる位相指令値またはコンデンサ電圧バランス制御からフィードバックされる位相指令値に前記ユニット電力指令値を加算した値と前記セルパルス幅指令値または前記ユニットパルス幅指令値によって前記第kセルのゲート信号を生成することを特徴とする。 The present invention was devised in view of the above-mentioned problems of the prior art. One aspect of the present invention is a dual active power converter (DAB) including a primary single-phase inverter whose AC side is connected to the primary winding of an isolation transformer, a secondary single-phase inverter whose AC side is connected to the secondary winding of the isolation transformer, a primary capacitor connected between the positive and negative terminals of the DC side of the primary single-phase inverter, and a secondary capacitor connected between the positive and negative terminals of the DC side of the secondary single-phase inverter. a plurality of DAB converters are provided, the plurality of DAB converters are layered into first to m (m = an integer of 2 or more) stages, the components of the first stage are the cells, a group of a predetermined number of first stage elements is a unit which is a component of the second stage, a group of a predetermined number of second stage elements is a device which is a component of the third stage, and the fourth stage and onwards are higher-level devices which are groups of a predetermined number of the devices which are the components of the previous stage, and the positive and negative terminals of the primary side single-phase inverters of z (z = an integer of 2 or more) cells are connected in series and the positive and negative terminals of the secondary side single-phase inverters are connected in parallel to form the unit, and the primary and secondary sides of the components of the second stage and onwards are connected in series within the group. A control device for a C/DC converter, the control device comprising: a current control unit that outputs a phase command value that causes a primary side DC current or a secondary side DC current to follow a set current command value; a capacitor voltage balance control unit that outputs a phase command value that reduces a deviation between a primary side capacitor voltage of a representative cell in a unit or an average voltage value obtained by dividing the primary side DC voltage of the unit by the number of cells in the unit, and the primary side capacitor voltage of a kth cell (k=an integer from 1 to z); a unit power command value calculation unit that outputs a unit power command value that controls a power command value between the primary side and secondary side of each component in the second stage and thereafter so that the DC voltages on the upstream side of power transmission in each component are equal within the assembly; a cell pulse width command value calculation unit provided in the representative cell or in each cell, which calculates a cell pulse width command value for the primary single-phase inverter and the secondary single-phase inverter of a cell based on a unit pulse width command value for the primary single-phase inverter and the secondary single-phase inverter of a unit determined by the primary capacitor voltage, the secondary capacitor voltage, the turns ratio of the primary winding and the secondary winding of the isolation transformer, and the output of the adder; and a cell pulse width command value calculation unit provided in the representative cell or in each cell, which calculates a cell pulse width command value for the primary single-phase inverter and the secondary single-phase inverter of a cell based on the unit pulse width command value for the primary single-phase inverter and the secondary single-phase inverter of the unit determined by the primary capacitor voltage, the secondary capacitor voltage, the turns ratio of the primary winding and the secondary winding of the isolation transformer, and the output of the adder. and a gate signal generation unit that generates gate signals for the primary-side single-phase inverter and the secondary-side single-phase inverter based on a value obtained by adding a phase command value fed back from the current control unit and the unit power command value to the cell pulse width command value. The gate signal generation unit generates a gate signal for the representative cell based on the value obtained by adding the unit power command value to the phase command value fed back from the capacitor voltage balance control unit or the phase command value fed back from capacitor voltage balance control, and the cell pulse width command value or the unit pulse width command value.

また、他の態様として、絶縁型変圧器の1次巻線に交流側が接続された1次側単相インバータと、前記絶縁型変圧器の2次巻線に交流側が接続された2次側単相インバータと、前記1次側単相インバータの直流側の正、負極端間に接続された1次側コンデンサと、前記2次側単相インバータの直流側の正、負極端間に接続された2次側コンデンサとを備えたDAB(Dual Active Bridge)コンバータを複数台設け、複数台の前記DABコンバータを1段目~m(m=2以上の整数)段目に階層化し、1段目の構成要素は前記セルとし、1段目要素の所定台数の集合体を2段目の構成要素であるユニットとし、2段目要素の所定台数の集合体を3段目の構成要素である装置とし、4段目以降は前段の構成要素である前記装置の所定台数の集合体であるさらに上位の装置とし、z(z=2以上の整数)台のセルの各前記1次側単相インバータの正、負極端を直列接続し、各前記2次側単相インバータの正、負極端を並列接続した構成を前記ユニットとし、2段目以降の構成要素の1次側と2次側を集合体内で直列接続した双方向絶縁型DC/DCコンバータの制御装置であって、前記制御装置は、1次側直流電流又は2次側直流電流を、設定した電流指令値に追従させる位相指令値を出力する電流制御部と、ユニット内の代表セルの1次側コンデンサ電圧、又はユニットの1次側直流電圧をユニット内のセル台数で割った平均電圧値と、第k(k=1~zの整数)セルの1次側コンデンサ電圧との偏差を低減する位相指令値を出力するコンデンサ電圧バランス制御部と、2段目以降において、各構成要素における電力伝送の上流側の直流電圧が集合体内で等しくなるように各構成要素の1次側・2次側間の電力指令値を制御するユニット電力指令値を出力するユニット電力指令値演算部と、電力指令値と前記ユニット電力指令値を加算する加算器と、各セルの前記1次側コンデンサ電圧と、2次側コンデンサ電圧と、前記絶縁型変圧器の1次巻線と2次巻線の巻数比と、前記加算器の出力と、に基づいてユニットの前記1次側単相インバータおよび前記2次側単相インバータのユニットパルス幅指令値と、位相差を計算する位相差・パルス幅計算部と、前記ユニットパルス幅指令値から、セルの前記1次側単相インバータおよび前記2次側単相インバータのセルパルス幅指令値を演算するセルパルス幅指令値計算部と、前記セルパルス幅指令値と、位相差・パルス幅計算部で計算された前記位相差からフィードバック制御により決定された位相指令値を減算した位相差指令値とに基づいて、各セルの前記1次側単相インバータおよび前記2次側単相インバータのゲート信号を生成するゲート信号生成部と、を備え、前記ゲート信号生成部は、前記電流制御部からフィードバックされる位相指令値と前記位相差・パルス幅計算部で計算された前記位相差の差分である位相差指令値と、前記セルパルス幅指令値によって代表セルのゲート信号を生成し、前記コンデンサ電圧バランス制御部からフィードバックされる位相指令値と前記位相差・パルス幅計算部で計算された前記位相差の差分である位相差指令値と、前記セルパルス幅指令値によって前記第kセルのゲート信号を生成することを特徴とする。 In another aspect, a dual active inverter (DAB) is provided, which includes a primary single-phase inverter whose AC side is connected to the primary winding of an isolation transformer, a secondary single-phase inverter whose AC side is connected to the secondary winding of the isolation transformer, a primary capacitor connected between the positive and negative terminals of the DC side of the primary single-phase inverter, and a secondary capacitor connected between the positive and negative terminals of the DC side of the secondary single-phase inverter. a plurality of DAB converters are provided, the plurality of DAB converters are layered into first to m (m = an integer of 2 or more) stages, the components of the first stage are the cells, a group of a predetermined number of first stage elements is a unit which is a component of the second stage, a group of a predetermined number of second stage elements is a device which is a component of the third stage, and stages 4 and onwards are higher-level devices which are groups of a predetermined number of the devices which are components of the previous stage, the positive and negative terminals of the primary side single-phase inverters of each of z (z = an integer of 2 or more) cells are connected in series and the positive and negative terminals of each of the secondary side single-phase inverters are connected in parallel to form the unit, and the primary and secondary sides of the components of the second stage and onwards are connected in series within the group. a current control unit that outputs a phase command value that causes a primary side DC current or a secondary side DC current to follow a set current command value; a capacitor voltage balance control unit that outputs a phase command value that reduces the deviation between the primary side capacitor voltage of a kth cell (k=an integer from 1 to z) and the primary side capacitor voltage of a representative cell in the unit or an average voltage value obtained by dividing the primary side DC voltage of the unit by the number of cells in the unit; and a unit power command value calculation unit that outputs a unit power command value that controls the power command value between the primary side and secondary side of each component in the second stage and thereafter so that the DC voltages on the upstream side of power transmission in each component are equal within the assembly. an adder that adds a power command value and the unit power command value; a phase difference/pulse width calculation unit that calculates a unit pulse width command value and a phase difference of the primary single-phase inverter and the secondary single-phase inverter of the unit based on the primary capacitor voltage, the secondary capacitor voltage, the turns ratio of the primary winding and the secondary winding of the isolation transformer, and the output of the adder; a cell pulse width command value calculation unit that calculates a cell pulse width command value of the primary single-phase inverter and the secondary single-phase inverter of the cell from the unit pulse width command value; and a phase difference calculation unit that calculates a phase difference determined by feedback control from the cell pulse width command value and the phase difference calculated by the phase difference/pulse width calculation unit. and a gate signal generation unit that generates gate signals for the primary-side single-phase inverter and the secondary-side single-phase inverter of each cell based on a phase difference command value obtained by subtracting a command value. The gate signal generation unit generates a gate signal for a representative cell based on a phase difference command value, which is the difference between the phase command value fed back from the current control unit and the phase difference calculated by the phase difference/pulse width calculation unit, and the cell pulse width command value, and generates a gate signal for the kth cell based on a phase difference command value, which is the difference between the phase command value fed back from the capacitor voltage balance control unit and the phase difference calculated by the phase difference/pulse width calculation unit, and the cell pulse width command value.

また、他の態様として、絶縁型変圧器の1次巻線に交流側が接続された1次側単相インバータと、前記絶縁型変圧器の2次巻線に交流側が接続された2次側単相インバータと、前記1次側単相インバータの直流側の正、負極端間に接続された1次側コンデンサと、前記2次側単相インバータの直流側の正、負極端間に接続された2次側コンデンサとを備えたDAB(Dual Active Bridge)コンバータを複数台設け、複数台の前記DABコンバータを1段目~m(m=2以上の整数)段目に階層化し、1段目の構成要素は前記セルとし、1段目要素の所定台数の集合体を2段目の構成要素であるユニットとし、2段目要素の所定台数の集合体を3段目の構成要素である装置とし、4段目以降は前段の構成要素である前記装置の所定台数の集合体であるさらに上位の装置とし、z(z=2以上の整数)台のセルの各前記1次側単相インバータの正、負極端を直列接続し、各前記2次側単相インバータの正、負極端を並列接続した構成をユニットとし、2段目以降の構成要素の1次側と2次側を集合体内で直列接続した双方向絶縁型DC/DCコンバータの制御装置であって、前記制御装置は、1次側直流電流又は2次側直流電流を、設定した電流指令値に追従させる位相指令値を出力する電流制御部と、ユニット内の代表セルの1次側コンデンサ電圧、又はユニットの1次側直流電圧をユニット内のセル台数で割った平均電圧値と、第k(k=1~zの整数)セルの1次側コンデンサ電圧との偏差を低減する位相指令値を出力するコンデンサ電圧バランス制御部と、2段目以降において、各構成要素における電力伝送の上流側の直流電圧が集合体内で等しくなるように各構成要素の1次側・2次側間の電力指令値を制御するユニット電力指令値を出力するユニット電力指令値演算部と、電力指令値と前記ユニット電力指令値を加算する加算器と、ユニットの1次側直流電圧をユニット内のセル台数で割った平均電圧値と、ユニット内の2次側直流電圧と、前記絶縁型変圧器の1次巻線と2次巻線の巻数比および前記加算器の出力により、ユニットの前記1次側単相インバータおよび前記2次側単相インバータのユニットパルス幅指令値と、位相差を計算する位相差・パルス幅計算部と、前記ユニットパルス幅指令値から、セルの前記1次側単相インバータおよび前記2次側単相インバータのセルパルス幅指令値を演算するセルパルス幅指令値計算部と、前記セルパルス幅指令値と、位相差・パルス幅計算部で計算された前記位相差からフィードバック制御により決定された位相指令値を減算した位相差指令値とに基づいて、各セルの前記1次側単相インバータおよび前記2次側単相インバータのゲート信号を生成するゲート信号生成部と、を備え、前記ゲート信号生成部は、前記電流制御部からフィードバックされる代表セルの位相指令値と前記位相差・パルス幅計算部で計算された前記位相差の差分である位相差指令値と、前記セルパルス幅指令値によって代表セルのゲート信号を生成し、前記コンデンサ電圧バランス制御部からフィードバックされる第kセルの位相指令値と前記位相差・パルス幅計算部で計算された前記位相差の差分である位相差指令値と、前記セルパルス幅指令値によって前記第kセルのゲート信号を生成することを特徴とする。 In another aspect, a dual active inverter (DAB) is provided, which includes a primary single-phase inverter whose AC side is connected to the primary winding of an isolation transformer, a secondary single-phase inverter whose AC side is connected to the secondary winding of the isolation transformer, a primary capacitor connected between the positive and negative terminals of the DC side of the primary single-phase inverter, and a secondary capacitor connected between the positive and negative terminals of the DC side of the secondary single-phase inverter. a plurality of DAB converters are provided, the plurality of DAB converters are layered into first to m (m = an integer of 2 or more) stages, the components of the first stage are the cells, a group of a predetermined number of first stage elements is a unit which is a component of the second stage, a group of a predetermined number of second stage elements is a device which is a component of the third stage, and stages 4 and onwards are higher-level devices which are groups of a predetermined number of the devices which are components of the previous stage, and a unit is formed by connecting the positive and negative terminals of the primary side single-phase inverters of z (z = an integer of 2 or more) cells in series and connecting the positive and negative terminals of the secondary side single-phase inverters in parallel, and the primary and secondary sides of the components of the second stage and onwards are connected in series within the group. a current control unit that outputs a phase command value that makes a primary side DC current or a secondary side DC current follow a set current command value; a capacitor voltage balance control unit that outputs a phase command value that reduces the deviation between the primary side capacitor voltage of a kth (k=an integer from 1 to z) cell and the primary side capacitor voltage of a representative cell in the unit or an average voltage value obtained by dividing the primary side DC voltage of the unit by the number of cells in the unit; a unit power command value calculation unit that outputs a unit power command value that controls the power command value between the primary side and secondary side of each component in the second stage and thereafter so that the DC voltages on the upstream side of power transmission in each component are equal within the assembly; a phase difference/pulse width calculation unit that calculates a unit pulse width command value and a phase difference of the primary single-phase inverter and the secondary single-phase inverter of the unit from an average voltage value obtained by dividing the primary DC voltage of the unit by the number of cells in the unit, the secondary DC voltage in the unit, a turns ratio between the primary winding and the secondary winding of the isolation transformer, and the output of the adder; a cell pulse width command value calculation unit that calculates a cell pulse width command value of the primary single-phase inverter and the secondary single-phase inverter of the cell from the unit pulse width command value; and a phase command value determined by feedback control from the cell pulse width command value and the phase difference calculated by the phase difference/pulse width calculation unit. and a gate signal generation unit that generates gate signals for the primary-side single-phase inverter and the secondary-side single-phase inverter of each cell based on a phase difference command value obtained by subtracting . The gate signal generation unit generates a gate signal for the representative cell based on a phase difference command value that is the difference between the phase command value for the representative cell fed back from the current control unit and the phase difference calculated by the phase difference/pulse width calculation unit, and the cell pulse width command value, and generates a gate signal for the kth cell based on a phase difference command value that is the difference between the phase command value for the kth cell fed back from the capacitor voltage balance control unit and the phase difference calculated by the phase difference/pulse width calculation unit, and the cell pulse width command value.

また、その一態様として、前記ユニット電力指令値演算部は、2段目以降の特定の構成要素の1次側直流コンデンサと2次側直流コンデンサに蓄積されたエネルギーが集合体内の他の構成要素に比べて大きい場合に、前記特定の構成要素の電力伝送の上流側の直流電圧が小さくなるよう前記特定の構成要素の前記ユニット電力指令値を制御し、2段目以降の特定の構成要素の1次側直流コンデンサと2次側直流コンデンサに蓄積されたエネルギーが集合体内の他の構成要素に比べて小さい場合に、前記特定の構成要素の電力伝送の上流側の直流電圧が大きくなるよう前記特定の構成要素の前記ユニット電力指令値を制御することを特徴とする。 In one aspect, the unit power command value calculation unit controls the unit power command value of a specific component in the second or subsequent stage so that the DC voltage upstream of the power transmission of the specific component is reduced when the energy stored in the primary DC capacitor and secondary DC capacitor of the specific component is greater than that of the other components in the assembly, and controls the unit power command value of the specific component so that the DC voltage upstream of the power transmission of the specific component is increased when the energy stored in the primary DC capacitor and secondary DC capacitor of the specific component in the second or subsequent stage is less than that of the other components in the assembly.

また、その一態様として、前記制御装置は、2段目以降の特定の構成要素の1次側直流コンデンサと2次側直流コンデンサに蓄積されたエネルギーが全構成要素のうち最小以外の場合、当該構成要素の運転力率を低下させることを特徴とする。 In one aspect, the control device reduces the operating power factor of a specific component in the second stage or later if the energy stored in the primary-side DC capacitor and secondary-side DC capacitor of that component is other than the smallest among all components.

また、その一態様として、前記制御装置は、2段目以降の特定の構成要素の1次側直流コンデンサと2次側直流コンデンサに蓄積されたエネルギーが全構成要素のうち最小以外の場合、当該構成要素が出力する電流の直流成分を大きくすることを特徴とする。 In one aspect, the control device is characterized in that, if the energy stored in the primary-side DC capacitor and secondary-side DC capacitor of a specific component in the second stage or later is other than the smallest among all components, the control device increases the DC component of the current output by that component.

本発明によれば、双方向絶縁型DC/DCコンバータの制御装置において、通信負荷を削減しつつDC/DCコンバータ間の直流電圧のバランスを維持することが可能となる。 According to the present invention, in a control device for a bidirectional isolated DC/DC converter, it is possible to maintain the balance of DC voltages between the DC/DC converters while reducing the communication load.

実施形態1~3の双方向絶縁型DC/DCコンバータを示す図。1 is a diagram showing a bidirectional isolated DC/DC converter according to first to third embodiments; 図1の1次側単相インバータ、2次側単相インバータの半導体スイッチング素子のパルス幅制御方式の動作波形図。2 is an operational waveform diagram of a pulse width control method for semiconductor switching elements of the primary-side single-phase inverter and the secondary-side single-phase inverter of FIG. 1 . 実施形態1における制御装置を示すブロック図。FIG. 2 is a block diagram showing a control device according to the first embodiment. 実施形態2における制御装置を示すブロック図。FIG. 10 is a block diagram showing a control device according to a second embodiment. 実施形態3における制御装置を示すブロック図。FIG. 11 is a block diagram showing a control device according to a third embodiment. 各実施形態における制御部を示すブロック図。FIG. 3 is a block diagram showing a control unit in each embodiment. 実施形態4における双方向絶縁型DC/DCコンバータを示す図。FIG. 10 is a diagram showing a bidirectional isolated DC/DC converter according to a fourth embodiment. 実施形態4における制御装置を示すブロック図。FIG. 10 is a block diagram showing a control device according to a fourth embodiment. ユニット電力指令値演算部を示すブロック図。FIG. 4 is a block diagram showing a unit power command value calculation unit. セルパルス幅指令値計算部を示すブロック図。FIG. 4 is a block diagram showing a cell pulse width command value calculation unit. 実施形態5における双方向絶縁型DC/DCコンバータを示す図。FIG. 10 is a diagram showing a bidirectional isolated DC/DC converter according to a fifth embodiment. 第i装置電圧制御偏差演算部を示すブロック図。FIG. 4 is a block diagram showing an i-th device voltage control deviation calculation unit. 第i装置エネルギー偏差演算部を示すブロック図。FIG. 10 is a block diagram showing an i-th device energy deviation calculation unit. 実施形態4,5を実施形態1に適用した場合を示すブロック図。FIG. 10 is a block diagram showing a case where the fourth and fifth embodiments are applied to the first embodiment.

以下、本願発明における双方向絶縁型DC/DCコンバータの制御装置の実施形態1~5を図1~図13に基づいて詳述する。 Embodiments 1 to 5 of the control device for a bidirectional isolated DC/DC converter according to the present invention will be described in detail below with reference to Figures 1 to 13.

[実施形態1]
図1は本実施形態1による双方向絶縁型DC/DCコンバータの構成を示している。
[Embodiment 1]
FIG. 1 shows the configuration of a bidirectional isolated DC/DC converter according to the first embodiment.

2次側にインダクタ(L)を接続した構成を示す図1(a)において、1は半導体スイッチング素子S11,S21,S31,S41をブリッジ接続した1次側単相インバータであり、2は半導体スイッチング素子S51,S61,S71,S81をブリッジ接続した2次側単相インバータである。 In Figure 1(a), which shows a configuration in which an inductor (L) is connected to the secondary side, reference numeral 1 denotes a primary-side single-phase inverter in which semiconductor switching elements S11, S21, S31, and S41 are bridge-connected, and reference numeral 2 denotes a secondary-side single-phase inverter in which semiconductor switching elements S51, S61, S71, and S81 are bridge-connected.

半導体スイッチング素子S11およびS21の接続点は、リアクトルL1および絶縁型変圧器3の1次巻線31を介して半導体スイッチング素子S31およびS41の接続点に接続されている。 The connection point of the semiconductor switching elements S11 and S21 is connected to the connection point of the semiconductor switching elements S31 and S41 via the reactor L1 and the primary winding 31 of the insulating transformer 3.

半導体スイッチング素子S51およびS61の接続点は、リアクトルL2および絶縁型変圧器3の2次巻線32を介して半導体スイッチング素子S71およびS81の接続点に接続されている。 The connection point of the semiconductor switching elements S51 and S61 is connected to the connection point of the semiconductor switching elements S71 and S81 via the reactor L2 and the secondary winding 32 of the insulating transformer 3.

絶縁型変圧器3の1次巻線31と2次巻線32は互いに絶縁され、その巻数比はN1:N2である。 The primary winding 31 and secondary winding 32 of the isolation transformer 3 are insulated from each other, and the turns ratio thereof is N1 : N2 .

前記半導体スイッチング素子S11,S21,S31,S41,S51,S61,S71,S81は、例えばIGBTで構成され、後述する制御装置のゲート信号生成部で生成されたゲート信号によりスイッチング制御がなされる。 The semiconductor switching elements S11, S21, S31, S41, S51, S61, S71, and S81 are configured, for example, as IGBTs, and switching is controlled by gate signals generated by a gate signal generation unit of the control device, which will be described later.

acp1は半導体スイッチング素子S11およびS21の接続点の電圧、Vacs1は半導体スイッチング素子S51およびS61の接続点の電圧を各々示している。 V acp1 indicates the voltage at the connection point of semiconductor switching elements S11 and S21, and V acs1 indicates the voltage at the connection point of semiconductor switching elements S51 and S61.

1次側単相インバータ1の直流側の正、負極端間には1次側コンデンサCinが接続され、2次側単相インバータ2の直流側の正、負極端間には2次側コンデンサCoutが接続されている。 A primary-side capacitor Cin is connected between the positive and negative terminals on the DC side of the primary-side single-phase inverter 1, and a secondary-side capacitor Cout is connected between the positive and negative terminals on the DC side of the secondary-side single-phase inverter 2.

in1は1次側コンデンサCinの電圧、Voutは2次側コンデンサCoutの電圧を各々示している。 V in1 indicates the voltage of the primary side capacitor C in , and V out indicates the voltage of the secondary side capacitor C out .

前記1次側単相インバータ1、1次側コンデンサCin、絶縁型変圧器3、2次側単相インバータ2、2次側コンデンサCoutによって1台目のDABコンバータ101が構成され、このDABコンバータ101と同様に構成したn台のDABコンバータ101,~,10nが設けられている。 The first DAB converter 10 1 is composed of the primary side single-phase inverter 1, primary side capacitor C in , insulating transformer 3, secondary side single-phase inverter 2, and secondary side capacitor C out , and n DAB converters 10 1 , to 10 n , each having the same configuration as this DAB converter 10 1 , are provided.

11は第1の直流電源であり、その正、負極端間にはn台のDABコンバータ101,~,10nの各1次側単相インバータ1の正、負極端が順次直列に接続されている。 Numeral 11 denotes a first DC power source, between whose positive and negative terminals are successively connected in series the positive and negative terminals of the primary side single-phase inverters 1 of n DAB converters 10 1 to 10 n .

12は、第2の直流電源であり、その正、負極端間にはn台のDABコンバータ101,~,10nの各2次側単相インバータ2の正、負極端が並列に接続されている。 Numeral 12 denotes a second DC power supply, between whose positive and negative terminals are connected in parallel the positive and negative terminals of the secondary side single-phase inverters 2 of n DAB converters 10 1 to 10 n .

1台目のDABコンバータ101の2次側単相インバータ2の正極端と第2の直流電源12の正極との間にはインダクタ22(L)が接続されている。尚、第2の直流電源12には例えば図示省略の負荷が接続されている。 An inductor 22 (L) is connected between the positive terminal of the secondary-side single-phase inverter 2 of the first DAB converter 101 and the positive terminal of the second DC power supply 12. Note that the second DC power supply 12 is connected to, for example, a load (not shown).

ccは第1の直流電源11の電圧、Vloadは第2の直流電源12の電圧を各々示している。 Vcc indicates the voltage of the first DC power supply 11, and Vload indicates the voltage of the second DC power supply 12.

1次側にインダクタ(L)を接続した構成を示す図1(b)では、図1(a)のインダクタ22に代えて、1台目のDABコンバータ101の1次側単相インバータ1の正極端と第1の直流電源11の正極との間にインダクタ21(L)が接続されており、その他の部分は図1(a)と同様に構成されている。 In FIG. 1(b), which shows a configuration in which an inductor (L) is connected to the primary side, instead of the inductor 22 in FIG. 1(a), an inductor 21 (L) is connected between the positive terminal of the primary-side single-phase inverter 1 of the first DAB converter 101 and the positive terminal of the first DC power supply 11, and other parts are configured in the same way as in FIG. 1(a).

尚、前記インダクタ21、22を接続しない構成であっても良い。 In addition, the inductors 21 and 22 may not be connected.

以下の明細書では、DABコンバータ101,~,10nの1台をセルと称することもある。また、図1(a),(b)の各部の電流、電圧は、図示省略の電流検出器、電圧検出器により各々検出されるものである。 In the following specification, each of the DAB converters 10 1 to 10 n may be referred to as a cell. The current and voltage of each part in Figures 1(a) and 1(b) are detected by current detectors and voltage detectors, respectively, not shown.

図2に、本実施形態1の制御装置におけるパルス幅制御方式の動作波形を示す。各DABコンバータ101,~,10n内の1次側単相インバータ1、2次側単相インバータ2の、上アーム側半導体スイッチング素子2つ(1次側を例にするとS11、S31)または下アーム側半導体スイッチング素子2つ(同じく1次側を例にするとS21、S41)を同時にONして出力電圧が零となる期間を設定している。各インバータの左上と右下のスイッチング素子(同じく1次側を例にするとS11,S41)を同時にONすると出力電圧がプラスとなり、ON時間の長さによりパルス幅W11,W21を調整することができる。各インバータの左下と右上のスイッチング素子(同じく1次側を例にするとS21,S31)を同時にONするとマイナスの電圧を出力できる。 Figure 2 shows the operating waveforms of the pulse width control system in the control device of this first embodiment. Two upper-arm semiconductor switching elements ( S11 and S31 on the primary side, for example) or two lower-arm semiconductor switching elements (S21 and S41 on the primary side, for example) of the primary-side single-phase inverter 1 and secondary-side single-phase inverter 2 in each DAB converter 10 1 , . . . 10 n are simultaneously turned ON to set a period during which the output voltage is zero. Simultaneously turning ON the upper-left and lower-right switching elements (S11 and S41 on the primary side, for example) of each inverter makes the output voltage positive, and the pulse widths W11 and W21 can be adjusted by the length of the ON time. Simultaneously turning ON the lower-left and upper-right switching elements (S21 and S31 on the primary side, for example) of each inverter produces a negative voltage.

このパルス幅制御を用いて1次側と2次側の直流電圧の差が大きい場合でもソフトスイッチング範囲を拡大する手法が検討されている。本実施形態1の制御は、両側のインバータで出力電圧が零の期間を設けない方形波制御、片側のインバータでのみ、もしくは両側のインバータでパルス幅制御を行う時に適用できる。 A method is being considered for using this pulse width control to expand the soft switching range even when there is a large difference in DC voltage between the primary and secondary sides. The control of this embodiment 1 can be applied to square wave control in which there is no period when the output voltage is zero in both inverters, or when pulse width control is performed on only one inverter, or on both inverters.

本実施形態1の制御はDABコンバータ毎に制御系を分割している。 In this embodiment 1, the control system is divided into separate control systems for each DAB converter.

本実施形態1における制御装置は、図3および図6の制御ブロックを備えている。図3において、30は、n台のDABコンバータ101,~,10nの1次側単相インバータ1および2次側単相インバータ2のパルス幅指令値W1(n),W2(n)と、後述のフィードバック制御により決定された位相指令値θFB(n)に基づいて各DABコンバータ101,~,10nの1次側単相インバータ1および2次側単相インバータ2のゲート信号S1(n),S2(n),S3(n),S4(n),S5(n),S6(n),S7(n),S8(n)を生成するゲート信号生成部である。 The control device in the first embodiment includes the control blocks shown in Figures 3 and 6. In Figure 3, reference numeral 30 denotes a gate signal generating unit that generates gate signals S1(n ), S2(n), S3( n) , S4 (n) , S5(n), S6(n), S7 (n) , and S8(n) for the primary single-phase inverters 1 and secondary single-phase inverters 2 of each of the n DAB converters 101, to, and 10n, based on pulse width command values W1(n), W2(n) for the primary single - phase inverters 1 and secondary single-phase inverters 2 of the DAB converters 101 , to , and 10n , and a phase command value θFB (n) determined by feedback control , which will be described later.

前記パルス幅指令値W1(n),W2(n)は、各DABコンバータのnセル目の入力電圧(1次側コンデンサCinの電圧Vin(n))、出力電圧(2次側コンデンサCoutの電圧)Vout、絶縁型変圧器3の巻数比N1/N2および電力指令値P*から、例えば非特許文献3に記載の方法によって決定する。 The pulse width command values W1(n) and W2 (n) are determined from the input voltage (voltage Vin (n) of primary capacitor Cin), output voltage (voltage Vout of secondary capacitor Cout ) of the nth cell of each DAB converter, turns ratio N1 / N2 of insulating transformer 3, and power command value P*, for example, by a method described in Non-Patent Document 3.

前記フィードバック制御により決定される位相指令値θFB(n)は、図6の制御ブロックにより生成される。図6(a)はインダクタ22を2次側に接続した図1(a)の装置に適用され、図6(b)はインダクタ21を1次側に接続した図1(b)の装置に適用される。 The phase command value θ FB(n) determined by the feedback control is generated by the control block in Fig. 6. Fig. 6(a) is applied to the device in Fig. 1(a) in which the inductor 22 is connected to the secondary side, and Fig. 6(b) is applied to the device in Fig. 1(b) in which the inductor 21 is connected to the primary side.

図6(a)において61は、インダクタ22に流れる電流(2次側直流電流))Iloadの検出値と、設定した電流指令値Iload *を入力とし、その差分に対してPI制御を行うことで前記検出値を電流指令値に追従させる位相指令値θacrを出力する電流制御部である。 In FIG. 6( a), reference numeral 61 denotes a current control unit that receives as input a detected value of the current (secondary-side DC current) I load flowing through the inductor 22 and a set current command value I load * , and performs PI control on the difference between them to output a phase command value θ acr that causes the detected value to follow the current command value.

62は、1台目のDABコンバータ101の2次側コンデンサCoutの電圧Voutを入力とし、インダクタ22と2次側コンデンサCoutによって発生する共振を抑制する位相差θdump1を出力するダンピング制御部である。 Reference numeral 62 denotes a damping control section that receives the voltage Vout of the secondary-side capacitor Cout of the first DAB converter 101 as an input and outputs a phase difference θdump1 that suppresses resonance generated by the inductor 22 and the secondary-side capacitor Cout .

尚、ダンピング制御部62の入力としては、インダクタ22に流れる電流(2次側直流電流)Iloadを用いても良い。 The current (secondary side DC current) I load flowing through the inductor 22 may be used as an input to the damping control section 62 .

ダンピング制御部62および後述のダンピング制御部66は、例えば非特許文献4の図2に記載のダンピング回路が用いられる。 The damping control unit 62 and the damping control unit 66 (described later) use the damping circuit shown in Figure 2 of Non-Patent Document 4, for example.

63は、電流制御部61の出力(位相指令値θacr)からダンピング制御部62の出力(位相差θdump1)を減算して1セル目用の位相指令値θFB1を出力する減算器である。 A subtractor 63 subtracts the output (phase difference θ dump1 ) of the damping control unit 62 from the output (phase command value θ acr ) of the current control unit 61 to output a phase command value θ FB1 for the first cell.

尚、インダクタ22が無く共振の恐れがない場合や共振を許容できる場合はダンピング制御部62を省略してもよい。 In addition, if there is no inductor 22 and there is no risk of resonance, or if resonance is tolerable, the damping control unit 62 may be omitted.

64は、基準となる1セル目(代表セル)のDABコンバータ101の1次側コンデンサCinの電圧Vin1を指令値として、nセル目のDABコンバータ10nの1次側コンデンサCinの電圧Vin(n)を制御対象の検出値として入力し、両者の偏差を制御器により増幅し、nセル目のコンデンサ電圧Vin(n)を1セル目コンデンサ電圧Vin1に追従させるのに必要な位相指令値θFB(n)(=位相差θbal(n))を出力するコンデンサ電圧バランス制御部である。 Reference numeral 64 denotes a capacitor voltage balance control unit that inputs the voltage Vin1 of the primary capacitor Cin of the DAB converter 101 of the first cell (representative cell) that serves as a reference as a command value, and the voltage Vin (n) of the primary capacitor Cin of the DAB converter 10n of the nth cell as a detected value of the controlled object, amplifies the deviation between the two using a controller, and outputs a phase command value θFB(n) (=phase difference θbal (n) ) required to make the capacitor voltage Vin (n) of the nth cell follow the capacitor voltage Vin1 of the first cell.

尚、前記1セル目の1次側コンデンサCinの電圧Vin1に代えて、第1の直流電源11の1次側直流電圧Vccをセル数(DABコンバータの設置台数)で割った平均電圧値(Vcc/Ncell)を入力としてもよい。 In addition, instead of the voltage Vin1 of the primary side capacitor Cin of the first cell, the average voltage value ( Vcc / Ncell ) obtained by dividing the primary side DC voltage Vcc of the first DC power source 11 by the number of cells (number of installed DAB converters) may be input.

図6(b)において65は、インダクタ21に流れる電流(1次側直流電流))Iinの検出値と、設定した電流指令値Iin *を入力とし、その偏差に対してPI制御を行うことで前記検出値を電流指令値に追従させる位相指令値θacrを出力する電流制御部である。 In FIG. 6(b), reference numeral 65 denotes a current control unit that receives as input the detected value of the current (primary side DC current) I in flowing through the inductor 21 and the set current command value I in * , and outputs a phase command value θ acr that causes the detected value to follow the current command value by performing PI control on the deviation between them.

66は、1台目のDABコンバータ101の1次側コンデンサCinの電圧Vin1を入力とし、インダクタ21と1次側コンデンサCinによって発生する共振を抑制する位相差θdump1を出力するダンピング制御部である。 Reference numeral 66 denotes a damping control section that receives the voltage Vin1 of the primary side capacitor Cin of the first DAB converter 101 as an input and outputs a phase difference θdump1 that suppresses resonance generated by the inductor 21 and the primary side capacitor Cin .

尚、ダンピング制御部66の入力としては、インダクタ21に流れる電流(1次側直流電流)Iinや第1の直流電源11の電圧(入力電圧)Vccのどちらか一方又は両方を用いても良い。 Incidentally, as the input to the damping control section 66, either or both of the current (primary side DC current) Iin flowing through the inductor 21 and the voltage (input voltage) Vcc of the first DC power supply 11 may be used.

67は、電流制御部65の出力(位相指令値θacr)からダンピング制御部66の出力(位相差θdump1)を減算して1セル目用の位相指令値θFB1を出力する減算器である。 A subtractor 67 subtracts the output (phase difference θ dump1 ) of the damping control unit 66 from the output (phase command value θ acr ) of the current control unit 65 to output a phase command value θ FB1 for the first cell.

尚、インダクタ21が無く共振の恐れがない場合や共振を許容できる場合はダンピング制御部66を省略してもよい。 In addition, if there is no inductor 21 and there is no risk of resonance, or if resonance is tolerable, the damping control unit 66 may be omitted.

64は、図6(a)のコンデンサ電圧バランス制御部64と同一に構成されたコンデンサ電圧バランス制御部である。 64 is a capacitor voltage balance control unit configured identically to the capacitor voltage balance control unit 64 in Figure 6(a).

前記減算器63、67の減算出力θFB1(位相指令値)およびコンデンサ電圧バランス制御部64の出力θFB(n)(位相指令値)は、フィードバック制御により決定された位相指令値(θFB(n))としてゲート信号生成部30に入力される。 The subtraction output θ FB1 (phase command value) of the subtracters 63 and 67 and the output θ FB(n) (phase command value) of the capacitor voltage balance control unit 64 are input to the gate signal generation unit 30 as the phase command value (θ FB(n) ) determined by feedback control.

1セル目(DABコンバータ101)の制御では、入力電力もしくは出力電力の制御である電流制御部(本実施形態1では電源電圧を一定とみなしているため)61,65の出力と、LC共振を抑制するダンピング制御部62,66の出力とを適用する。 In controlling the first cell (DAB converter 10 1 ), the outputs of current control units 61 and 65 (because the power supply voltage is considered constant in this embodiment 1) that control the input power or output power, and the outputs of damping control units 62 and 66 that suppress LC resonance are applied.

すなわちゲート信号生成部30は、電流制御部61又は65より出力される位相指令値θacrからダンピング制御部62又は66より出力される位相差θdump1を、減算器63又は67で減算してフィードバックされる位相指令値θFB1と、パルス幅指令値W1(n),W2(n)によって1セル目のDABコンバータ101用のゲート信号を生成する。 That is, the gate signal generating unit 30 generates a gate signal for the first cell's DAB converter 101 using the phase command value θ FB1 and pulse width command values W 1(n) and W 2(n) obtained by subtracting the phase difference θ dump1 output from the damping control unit 62 or 66 from the phase command value θ acr output from the current control unit 61 or 65 in a subtractor 63 or 67 and feeding it back.

2セル目以降(DABコンバータ102以降)の制御では各セルのコンデンサ電圧のバランス制御を適用する。すなわちゲート信号生成部30は、コンデンサ電圧バランス制御部64からフィードバックされる位相指令値θFB(n)と、パルス幅指令値W1(n),W2(n)によってnセル目のDABコンバータ10n用のゲート信号を生成する。 In the control of the second cell and thereafter (DAB converter 102 and thereafter), balance control of the capacitor voltage of each cell is applied. That is, the gate signal generation unit 30 generates a gate signal for the DAB converter 10n of the nth cell based on the phase command value θFB (n) and pulse width command values W1(n) and W2 (n) fed back from the capacitor voltage balance control unit 64 .

上記のように各セルで制御を分割することで、所望の制御を実現するためにセル間で必要な通信は入力電圧値およびコンデンサ電圧の検出値のみでよい。電流制御を行うのは1台目のセルのみなので、電流指令値および検出値の情報の各セル間での高速通信が不要である。また、入力が容量性の場合、入力電圧値は高速に変化しないため、セル間の通信負荷を削減できる。 By dividing the control among each cell as described above, the only communication required between cells to achieve the desired control is the input voltage value and detected capacitor voltage value. Because only the first cell performs current control, high-speed communication of current command value and detected value information between each cell is not required. Furthermore, when the input is capacitive, the input voltage value does not change rapidly, reducing the communication load between cells.

また、セルの設置台数に関わらず本実施形態1を適用することができ、セル数変更時の制御の変更点が少なく、設計時間の短縮が可能である。さらに本実施形態1は、並列側の電力制御に限らず、直列側の電力制御でも適用可能である。 In addition, this embodiment 1 can be applied regardless of the number of installed cells, and there are few changes to control when the number of cells is changed, making it possible to shorten design time. Furthermore, this embodiment 1 can be applied not only to power control on the parallel side, but also to power control on the series side.

以上のように本実施形態1によれば、セル間で通信する信号は、急激に変動しない入出力電圧およびコンデンサ電圧であるため、通信負荷を削減できる。したがって、通信負荷が多いときに適用が困難な光ケーブルや無線通信で制御系を構築でき、省配線化を実現できる。 As described above, according to this first embodiment, the signals communicated between cells are input/output voltages and capacitor voltages, which do not fluctuate suddenly, and therefore the communication load can be reduced. Therefore, a control system can be constructed using optical cables or wireless communication, which are difficult to use when the communication load is high, thereby reducing the amount of wiring required.

[実施形態2]
本実施形態2における制御装置は、図4および図6の制御ブロックを備えている。本実施形態2では、電力制御の応答性向上のために、パルス幅と位相差の指令値を事前に計算する点に特徴がある。
[Embodiment 2]
The control device in the second embodiment includes the control blocks shown in Figures 4 and 6. The second embodiment is characterized in that command values for the pulse width and phase difference are calculated in advance in order to improve the responsiveness of power control.

図4において41は、複数台(各セル)のDABコンバータ101,~,10nの入力電圧(1次側コンデンサCinの電圧)Vin(n)、出力電圧(2次側コンデンサCoutの電圧)Vout、電力指令値P*および絶縁型変圧器3の巻き数比N1/N2から、パルス幅指令値W1(n),W2(n)(図2の動作波形で示した各インバータの上アーム側半導体スイッチング素子または下アーム側半導体スイッチング素子を同時にONするパルス幅W11,W21)と、位相差θFF(n)を計算する位相差・パルス幅計算部である。 In Figure 4, 41 is a phase difference/pulse width calculation unit that calculates pulse width command values W1 (n) and W2 (n) ( pulse widths W11 and W21 that simultaneously turn on the upper arm semiconductor switching elements or lower arm semiconductor switching elements of each inverter shown in the operating waveforms of Figure 2) and phase difference θFF ( n) from the input voltage (voltage of primary side capacitor Cin) Vin (n) , output voltage (voltage of secondary side capacitor Cout) Vout , power command value P* and turns ratio N1/N2 of the insulating transformer 3 of multiple DAB converters 101 , ..., 10n (each cell) .

位相差・パルス幅計算部41は、例えば非特許文献3の技術を利用して計算を行う。 The phase difference/pulse width calculation unit 41 performs calculations using, for example, the technology described in Non-Patent Document 3.

42は、位相差・パルス幅計算部41で計算された位相差θFF(n)から、図6の各制御部のフィードバック制御により決定された位相指令値θFB(n)を減算して位相差指令値θ(n)を出力する減算器である。 A subtractor 42 subtracts a phase command value θ FB(n) determined by feedback control in each control unit in FIG. 6 from the phase difference θ FF(n) calculated by the phase difference/pulse width calculation unit 41, and outputs a phase difference command value θ (n) .

このように減算器42において、フィードバック制御の位相指令値θFB(n)と位相差・パルス幅計算部41で計算された位相差θFFの差分をとることで、回路定数のずれや検出誤差などによる伝送電力と電力指令値P*との誤差が補正される。 In this way, the subtractor 42 calculates the difference between the phase command value θ FB(n) of the feedback control and the phase difference θ FF calculated by the phase difference/pulse width calculation unit 41, thereby correcting the error between the transmission power and the power command value P* due to deviations in the circuit constants, detection errors, etc.

43は、位相差・パルス幅計算部41で計算されたパルス幅指令値W1(n),W2(n)と、減算器42から出力される位相差指令値θ(n)に基づいて各DABコンバータ101,~,10nの1次側単相インバータ1および2次側単相インバータ2のゲート信号S1(n),S2(n),S3(n),S4(n),S5(n),S6(n),S7(n),S8(n)を生成するゲート信号生成部である。 Reference numeral 43 denotes a gate signal generation unit that generates gate signals S1 (n) , S2(n), S3(n), S4(n) , S5(n), S6(n), S7 (n) , and S8 (n ) for the primary-side single-phase inverter 1 and the secondary-side single-phase inverter 2 of each DAB converter 10 1 , ..., 10 n, based on the pulse width command values W 1( n) , W 2 ( n) calculated by the phase difference/pulse width calculation unit 41 and the phase difference command value θ (n) output from the subtractor 42 .

図6の前記減算器63、67の減算出力θFB1(位相指令値)およびコンデンサ電圧バランス制御部64の出力θFB(n)(位相指令値)は、フィードバック制御により決定された位相指令値θFB(n)として図4の減算器42に入力され、位相差θFF(n)との差分がとられる。 The subtraction output θ FB1 (phase command value) of the subtractors 63 and 67 in FIG. 6 and the output θ FB(n) (phase command value) of the capacitor voltage balance control unit 64 are input to the subtractor 42 in FIG. 4 as the phase command value θ FB(n) determined by feedback control, and the difference with the phase difference θ FF(n) is calculated.

1セル目(DABコンバータ101)の制御では、実施形態1の場合と同様に電流制御部61,65の出力とダンピング制御部62,66の出力を適用する。 In the control of the first cell (DAB converter 10 1 ), the outputs of the current control sections 61 and 65 and the outputs of the damping control sections 62 and 66 are applied in the same manner as in the first embodiment.

すなわちゲート信号生成部43は、減算器63又は67の出力がフィードバックされる位相指令値θFB1と位相差・パルス幅計算部41で計算された位相差θFF(n)との差分を減算器42でとった位相差指令値θ(n)と、パルス幅指令値W1(n),W2(n)によって1セル目のDABコンバータ101用のゲート信号を生成する。 That is, the gate signal generating unit 43 generates a gate signal for the first cell DAB converter 101 using the phase difference command value θ (n) obtained by subtracting the difference between the phase command value θFB1 to which the output of the subtractor 63 or 67 is fed back and the phase difference θFF (n) calculated by the phase difference/pulse width calculating unit 41, and the pulse width command values W1 (n) and W2 (n) .

2セル目以降(DABコンバータ102以降)の制御では各セルのコンデンサ電圧のバランス制御を適用する。すなわちゲート信号生成部43は、コンデンサ電圧バランス制御部64からフィードバックされる位相指令値θFB(n)と位相差・パルス幅計算部41で計算された位相差θFF(n)との差分を減算器42でとった位相差指令値θ(n)と、パルス幅指令値W1(n),W2(n)によってnセル目のDABコンバータ10n用のゲート信号を生成する。 In the control of the second cell and thereafter (DAB converter 102 and thereafter), balance control of the capacitor voltage of each cell is applied. That is, a gate signal generation unit 43 generates a gate signal for the nth DAB converter 10n using a phase difference command value θ (n) obtained by a subtractor 42 as the difference between a phase command value θFB (n) fed back from a capacitor voltage balance control unit 64 and the phase difference θFF( n ) calculated by a phase difference/pulse width calculation unit 41, and pulse width command values W1(n) and W2 (n) .

以上のように位相差・パルス幅計算部41においてフィードフォワード的にパルス幅および位相差を計算することで電力制御の応答性を向上できる。しかし、セルの損失、デッドタイムやゲートドライバの遅延などによって、計算値通りにパルス幅や位相差が出力されず、実際に出力される電力には指令値に対して誤差が含まれる。実施形態2ではこの誤差に対してのみフィードバック制御を行う(電流制御部61,65)。そのため、実施形態1に比べるとフィードバック制御の応答を高速化する必要がない。 As described above, the phase difference/pulse width calculation unit 41 calculates the pulse width and phase difference in a feedforward manner, thereby improving the responsiveness of power control. However, due to cell loss, dead time, gate driver delays, etc., the pulse width and phase difference are not output as calculated, and the actual output power contains an error compared to the command value. In embodiment 2, feedback control is performed only for this error (current control units 61, 65). Therefore, there is no need to speed up the feedback control response compared to embodiment 1.

以上のように本実施形態2によれば、位相差・パルス幅計算部を追加したので、電力制御の応答性が向上できる。さらに、コンデンサ電圧のアンバランス率に合わせて(コンデンサ電圧バランス制御部64の出力に応じて)各セルのパルス幅を変化させるため、コンデンサ電圧バランス制御の過渡状態における電力変換効率が向上できる。ただし、実施形態1に比べると各セル間で電力指令値P*を通信する必要があるが、高い応答速度を必要としない用途ならば通信負荷の増加はわずかである。 As described above, according to the second embodiment, the addition of a phase difference/pulse width calculation unit improves the responsiveness of power control. Furthermore, because the pulse width of each cell is changed in accordance with the capacitor voltage imbalance rate (in accordance with the output of the capacitor voltage balance control unit 64), power conversion efficiency in the transient state of capacitor voltage balance control can be improved. However, compared to the first embodiment, although it is necessary to communicate the power command value P* between each cell, the increase in communication load is slight for applications that do not require a high response speed.

[実施形態3]
本実施形態3における制御装置は、図5および図6の制御ブロックを備えている。本実施形態3では、実施形態2における位相差・パルス幅計算部41の入力パラメータの一部を変更して1セル目のパルス幅指令W11、W21および位相差θFF1を計算し、その1セル目のパルス幅指令W11、W21および位相差θFF1を2セル目以降のDABコンバータの制御に使用する。
[Embodiment 3]
The control device in the third embodiment includes the control blocks shown in Figures 5 and 6. In the third embodiment, some of the input parameters of the phase difference/pulse width calculation unit 41 in the second embodiment are changed to calculate the pulse width commands W11 , W21 and phase difference θFF1 for the first cell, and these pulse width commands W11 , W21 and phase difference θFF1 for the first cell are used to control the DAB converters of the second cell and thereafter.

1セル目の制御ブロックを示す図5(a)において、51は、前記第1の直流電源11の電圧VccをDABコンバータの設置台数Ncellで割った平均電圧値Vcc/Ncell(入力電圧平均値)、第2の直流電源12の電圧Vload、電力指令値P*および絶縁型変圧器3の1次巻線と2次巻線の巻数比N1/N2を入力とし、1セル目のDABコンバータ101の1次側単相インバータ1および2次側単相インバータ2のパルス幅指令値W11,W21と位相差θFF1を計算する位相差・パルス幅計算部である。 In Figure 5(a) showing the control block of the first cell, reference numeral 51 denotes a phase difference/pulse width calculation unit that receives as input the average voltage value Vcc / Ncell (average input voltage value) obtained by dividing the voltage Vcc of the first DC power supply 11 by the number of installed DAB converters Ncell , the voltage Vload of the second DC power supply 12, the power command value P*, and the turns ratio N1 / N2 of the primary winding and secondary winding of the isolation transformer 3, and calculates the pulse width command values W11 , W21 and phase difference θFF1 of the primary side single-phase inverter 1 and secondary side single-phase inverter 2 of the first cell DAB converter 101.

52は、位相差・パルス幅計算部51で計算された位相差θFF1から、図6の各制御部のフィードバック制御により決定された位相指令値θFB1を減算して位相差指令値θ1を出力する減算器である。 A subtractor 52 subtracts a phase command value θ FB1 determined by feedback control of each control unit in FIG. 6 from the phase difference θ FF1 calculated by the phase difference/pulse width calculation unit 51, and outputs a phase difference command value θ 1 .

53は、位相差・パルス幅計算部51で計算されたパルス幅指令値W11,W21と、減算器52から出力される位相差指令値θ1に基づいて1セル目のDABコンバータ101の1次側単相インバータ1および2次側単相インバータ2のゲート信号S11,S21,S31,S41,S51,S61,S71,S81を生成するゲート信号生成部である。 Reference numeral 53 denotes a gate signal generation unit that generates gate signals S11, S21 , S31, S41 , S51, S61, S71, and S81 for the primary-side single-phase inverter 1 and the secondary-side single-phase inverter 2 of the first cell DAB converter 101 based on the pulse width command values W11 and W21 calculated by the phase difference/pulse width calculation unit 51 and the phase difference command value θ1 output from the subtractor 52.

2セル目以降のDABコンバータの制御ブロックを示す図5(b)において、54は、図5(a)の位相差・パルス幅計算部51で計算された1セル目の位相差θFF1から図6の各制御部のフィードバック制御により決定された2セル目以降の位相指令値θFB(n)を減算して2セル目以降の位相差指令値θ(n)を出力する減算器である。 In FIG. 5B showing the control block of the DAB converter for the second cell and thereafter, reference numeral 54 denotes a subtractor that subtracts the phase command value θ FB(n) for the second cell and thereafter determined by feedback control in each control unit in FIG. 6 from the phase difference θ FF1 for the first cell calculated by the phase difference/pulse width calculation unit 51 in FIG . 5A , and outputs the phase difference command value θ (n) for the second cell and thereafter.

図5(b)のゲート信号生成部53は、位相差・パルス幅計算部51で計算された1セル目のパルス幅指令値W11,W21と、減算器54の出力である位相差指令値θ(n)に基づいて、2セル目以降のDABコンバータ102,~,10nの1次側単相インバータ1および2次側単相インバータ2のゲート信号(S1(n),S2(n),S3(n),S4(n),S5(n),S6(n),S7(n),S8(n)を生成する。 The gate signal generation unit 53 in FIG. 5(b) generates gate signals (S1(n), S2(n), S3(n), S4 (n), S5( n) , S6 (n) , S7(n), S8 (n)) for the primary side single-phase inverter 1 and the secondary side single-phase inverter 2 of the DAB converters 10 2 , ..., 10 n of the second and subsequent cells, based on the pulse width command values W 11 and W 21 of the first cell calculated by the phase difference/pulse width calculation unit 51 and the phase difference command value θ (n ) that is the output of the subtractor 54 .

図6のコンデンサ電圧バランス制御部64の過渡動作中はコンデンサ電圧の偏差があるため、パルス幅と位相差が変化する。パルス幅の変化はコンデンサ電圧バランス制御およびダンピング制御の外乱になるため、コンデンサ電圧が大きく変動する場合、コンデンサ電圧バランス制御とダンピング制御の応答性が悪化する。 During transient operation of the capacitor voltage balance control unit 64 in Figure 6, there is a deviation in the capacitor voltage, which causes the pulse width and phase difference to change. Since the change in pulse width acts as a disturbance to the capacitor voltage balance control and damping control, if the capacitor voltage fluctuates significantly, the responsiveness of the capacitor voltage balance control and damping control will deteriorate.

この問題を解決するために本実施形態3では位相差、パルス幅の計算には1セル目コンデンサ電圧Vin1ではなく入力電圧平均値(Vcc/Ncell)を入力とし、コンデンサ電圧のアンバランス率に関係なく全セルの制御系で同じ位相差θFF1、パルス幅指令値W11,W21を使用する。これにより、コンデンサ電圧の変動によるコンデンサ電圧バランス制御部64とダンピング制御部62,66への外乱が低減できるため、応答性を改善できる。 To solve this problem, in this third embodiment, the input voltage average value ( Vcc / Ncell ) is used as the input for calculating the phase difference and pulse width instead of the first cell capacitor voltage Vin1 , and the same phase difference θFF1 and pulse width command values W11 and W21 are used in the control systems of all cells regardless of the capacitor voltage imbalance rate. This reduces disturbance to the capacitor voltage balance control unit 64 and damping control units 62 and 66 due to fluctuations in capacitor voltage, thereby improving responsiveness.

このように電圧バランス制御の応答性が向上するため、入力コンデンサ容量を小さくでき、装置の小型化が可能である。ただし、実施形態2に比べるとセル間で通信すべき信号は電力指令値P*からW11,W21,θFF1の3つに増えてしまう。しかし、コンデンサが接続されている第1の直流電源11の電圧Vccや第2の直流電源12の電圧Vloadは急激には変化しない。残りの電力指令値P*についても実施形態2同様に高い応答速度を必要としない用途ならば、W11,W21,θFF1の3つはゆっくりとしか変化しない。そのため低速な通信でも実施形態3を適用することができる。 Because the responsiveness of voltage balance control is improved in this way, the input capacitor capacitance can be reduced, enabling the device to be more compact. However, compared to embodiment 2, the number of signals to be communicated between cells increases from the power command value P* to three: W11 , W21 , and θFF1 . However, the voltage Vcc of the first DC power supply 11 and the voltage Vload of the second DC power supply 12, to which the capacitors are connected, do not change suddenly. As with embodiment 2, the remaining power command value P*, W11 , W21 , and θFF1, change only slowly if the application does not require a high response speed. Therefore, embodiment 3 can be applied even to low-speed communication.

[実施形態4]
実施形態1~3は、片側を直列、もう片側を並列に接続した複数台のDABコンバータからなるユニットの制御方法である。実施形態1~3は通信負荷の削減や省配線化を特徴とする方式である。
[Embodiment 4]
The first to third embodiments are methods for controlling a unit consisting of multiple DAB converters, one connected in series and the other in parallel. The first to third embodiments are methods characterized by a reduction in communication load and wiring.

実施形態1~3は、ユニット単独での制御法を説明したものであり、複数台のユニットを両側直列接続した場合の制御法については触れられていない。 Embodiments 1 to 3 explain the control method for a single unit, and do not mention the control method when multiple units are connected in series on both sides.

図7は、1次側を直列に、2次側を並列に接続したz(z=2以上の整数)台のDABコンバータ(セル)でユニットを構成し、y(y=2以上の整数)台のユニットを両側で直列接続した構成である。本実施形態4は図7の回路に適用する。図7では、1台のDABコンバータをセルと呼称する。 Figure 7 shows a configuration in which a unit is made up of z (z = an integer greater than or equal to 2) DAB converters (cells) with their primary sides connected in series and their secondary sides connected in parallel, and y (y = an integer greater than or equal to 2) units connected in series on both sides. This embodiment 4 applies to the circuit in Figure 7. In Figure 7, one DAB converter is called a cell.

主回路の構成を階層化して説明する。1段目の構成要素はセルである。2段目の構成要素はユニットであり、1段目の構成要素であるセルを所定台数(z台)一次側を直列に、二次側を並列に接続した集合体である。3段目の構成要素は装置である。装置は2段目の構成要素であるユニットを所定台数(y台)一次側・二次側ともに直列に接続した集合体である。 The main circuit configuration will be explained hierarchically. The first-level components are cells. The second-level components are units, which are collections of a certain number (z units) of cells, which are first-level components, connected in series on the primary side and in parallel on the secondary side. The third-level components are devices. Devices are collections of a certain number (y units) of units, which are second-level components, connected in series on both the primary and secondary sides.

換言すると、本実施形態4の双方向絶縁型DC/DCコンバータは、第1の直流電源DCPと、第2の直流電源DCSと、第1の直流電源DCPと第2の直流電源DCSとの間に1つの3段目の構成要素を備える。3段目の構成要素の内部は、y台の直列に接続された2段目の構成要素すなわち第11ユニット~第1yユニットである。2段目の構成要素の内部は一次側を直列に、二次側を並列に接続した1段目の構成要素がz台あり、それぞれ第111セル~第11zセルである。 In other words, the bidirectional isolated DC/DC converter of this fourth embodiment includes a first DC power source DCP, a second DC power source DCS, and one third-stage component between the first DC power source DCP and the second DC power source DCS. Inside the third-stage component are y second-stage components connected in series, namely, the 11th unit to the 1yth unit. Inside the second-stage component are z first-stage components, with their primary sides connected in series and their secondary sides connected in parallel, respectively, and are the 111th cell to the 11zth cell.

図7において、DCPは第1の直流電源、DCSは第2の直流電源、Cpは1次側コンデンサ、Csは2次側コンデンサ、Vdcpは第1の直流電源DCPの1次側直流電圧、Vdcsは第2の直流電源DCSの2次側直流電圧を示す。 In Figure 7, DCP represents the first DC power supply, DCS represents the second DC power supply, Cp represents the primary side capacitor, Cs represents the secondary side capacitor, Vdcp represents the primary side DC voltage of the first DC power supply DCP, and Vdcs represents the secondary side DC voltage of the second DC power supply DCS.

また、Vdcp111は1次側コンデンサ電圧、Vdcs111は2次側コンデンサ電圧、ip111は1次側交流電流検出値、is111は2次側交流電流検出値である。各符号の末尾に記載された3桁の英数字はセルの番号を示し、2桁の英数字はユニットの番号を示す。例えば、Vdcp111は第11ユニット第111セルの1次側コンデンサ電圧を示し、Vdcp11は第11ユニットの1次側直流電圧(第11ユニットの第111セル~第11zセルの1次側コンデンサ電圧を加算した値)を示す。 Vdcp111 is the primary capacitor voltage, Vdcs111 is the secondary capacitor voltage, ip111 is the primary AC current detection value, and is111 is the secondary AC current detection value. The three-digit alphanumeric character at the end of each symbol indicates the cell number, and the two-digit alphanumeric character indicates the unit number. For example, Vdcp111 indicates the primary capacitor voltage of the 111th cell of the 11th unit, and Vdcp11 indicates the primary DC voltage of the 11th unit (the sum of the primary capacitor voltages of the 111th cells to the 11zth cells of the 11th unit).

半導体スイッチング素子S11~S81、1次側単相インバータ1、2次側単相インバータ2は、実施形態1~3と同様である。 The semiconductor switching elements S11 to S81, the primary single-phase inverter 1, and the secondary single-phase inverter 2 are the same as those in embodiments 1 to 3.

半導体スイッチング素子S11,S21の接続点にはリアクトルL1の一端が接続される。半導体スイッチング素子S31,S41の接続点にはリアクトルL2の一端が接続される。半導体スイッチング素子S51,S61の接続点にはリアクトルL3の一端が接続される。半導体スイッチング素子S71,S81の接続点にはリアクトルL4の一端が接続される。 One end of reactor L1 is connected to the connection point of semiconductor switching elements S11 and S21. One end of reactor L2 is connected to the connection point of semiconductor switching elements S31 and S41. One end of reactor L3 is connected to the connection point of semiconductor switching elements S51 and S61. One end of reactor L4 is connected to the connection point of semiconductor switching elements S71 and S81.

リアクトルL1の他端とリアクトルL2の他端との間には絶縁型変圧器Trの1次巻線が接続される。リアクトルL3の他端とリアクトルL4の他端との間には絶縁型変圧器Trの2次巻線が接続される。絶縁型変圧器Trの巻数比は1:nとする。 The primary winding of the isolation transformer Tr is connected between the other end of reactor L1 and the other end of reactor L2. The secondary winding of the isolation transformer Tr is connected between the other end of reactor L3 and the other end of reactor L4. The turns ratio of the isolation transformer Tr is 1:n.

図7では、1次側単相インバータ1,2次側単相インバータ2と絶縁型変圧器Trと間に直列にリアクトルL1~L4を接続しているが、リアクトルL1~L4の代わりに絶縁型変圧器Trの漏れインダクタンスとしてもよい。また、リアクトルL1~L4と絶縁型変圧器Trの漏れインダクタンスの両方としてもよい。 In Figure 7, reactors L1 to L4 are connected in series between the primary-side single-phase inverter 1, secondary-side single-phase inverter 2, and the isolation transformer Tr, but the leakage inductance of the isolation transformer Tr may be used instead of the reactors L1 to L4. Also, both the reactors L1 to L4 and the leakage inductance of the isolation transformer Tr may be used.

図8~図10に本実施形態4の制御装置のブロック図を示す。 Figures 8 to 10 show block diagrams of the control device of this fourth embodiment.

本実施形態4はユニット内の各セルの電圧バランス制御に実施形態3を適用する。図8は第11ユニットの制御ブロックである。本実施形態4は、各ユニットに図8の制御ブロックを有する。また、本実施形態4も実施形態1~3と同様に図6の制御ブロックを有する。図8は実施形態3とは以下の点が異なる。 In this fourth embodiment, the third embodiment is applied to the voltage balance control of each cell within a unit. Figure 8 shows the control block of the 11th unit. In this fourth embodiment, each unit has the control block of Figure 8. Like the first to third embodiments, this fourth embodiment also has the control block of Figure 6. Figure 8 differs from the third embodiment in the following respects.

図8(a)は代表セル(第11ユニット第111セル)の制御ブロックである。 Figure 8(a) shows the control block of the representative cell (cell 111 of unit 11).

加算器85は、電力指令値P*に、後述する第11ユニットのユニット電力指令値P11を加算する。 An adder 85 adds a unit power command value P 11 for an eleventh unit, which will be described later, to the power command value P*.

位相差・パルス幅計算部81は、第11ユニットの1次側直流電圧Vdcp11をユニットのセル台数zで除算した値Vdcp11/z、第11ユニットの2次側直流電圧Vdcs11、加算器85の出力、絶縁型変圧器Trの巻数比1/nを入力し、第11ユニットのユニットパルス幅指令値Wp11,Ws11、位相差θFF1を出力する。 The phase difference and pulse width calculation unit 81 receives as input a value Vdcp11/z obtained by dividing the primary side DC voltage Vdcp11 of the 11th unit by the number of cells z of the unit, the secondary side DC voltage Vdcs11 of the 11th unit, the output of the adder 85, and the turns ratio 1/n of the insulating transformer Tr, and outputs unit pulse width command values Wp11, Ws11, and phase difference θFF1 of the 11th unit.

減算器82は、位相差θFF1から位相指令値θFB1を減算し、位相差指令値θ1として出力する。 The subtractor 82 subtracts the phase command value θ FB1 from the phase difference θ FF1 and outputs the result as a phase difference command value θ 1 .

セルパルス幅指令値計算部86は、第11ユニットのユニットパルス幅指令値Wp11、Ws11に基づいてセルパルス幅指令値Wp111p、Wp111m、Ws111p、Ws111mを出力する。 The cell pulse width command value calculation unit 86 outputs cell pulse width command values Wp111p, Wp111m, Ws111p, and Ws111m based on the unit pulse width command values Wp11 and Ws11 of the 11th unit.

ゲート信号生成部83は、第111セルのセルパルス幅指令値Wp111p,Wp111m,Ws111p,Ws111mと、位相差指令値θ1に基づいて、ゲート信号を生成し、対応する第111セルの半導体スイッチング素子のゲート信号を生成する。 The gate signal generating unit 83 generates a gate signal based on the cell pulse width command values Wp111p, Wp111m, Ws111p, and Ws111m of the 111th cell and the phase difference command value θ1 , and generates a gate signal for the semiconductor switching element of the corresponding 111th cell.

図8(b)は、第11ユニット第11kセル(2≦k≦z)の制御ブロックである。減算器84は、位相差θFF1から位相指令値θFB(k)を減算し、位相差指令値θ(k)を出力する。ゲート信号生成部83は、セルパルス幅指令値Wp111p、Wp111m、Ws111p、Ws111mと位相差指令値θ(k)に基づいてゲート信号を生成する。 8(b) shows the control block of the 11kth cell (2≦k≦z) of the 11th unit. A subtractor 84 subtracts the phase command value θ FB(k) from the phase difference θ FF1 and outputs the phase difference command value θ (k) . A gate signal generator 83 generates a gate signal based on the cell pulse width command values Wp111p, Wp111m, Ws111p, and Ws111m and the phase difference command value θ (k) .

本実施形態4は各ユニットの電圧バランス制御を適用する。図9は第1jユニットのユニット電力指令値(P1j)演算部のブロック図である。 Embodiment 4 applies voltage balance control to each unit. Figure 9 is a block diagram of the unit power command value (P1j) calculation unit for the 1jth unit.

第1jユニットの1次側コンデンサCp・2次側コンデンサCsの両方に蓄積されたエネルギーE1jは以下により求める(図示省略)。 The energy E1j stored in both the primary capacitor Cp and secondary capacitor Cs of the 1j unit is calculated as follows (not shown):

セルz台の1次側コンデンサ電圧Vdcp1j1~Vdcp1jzにローパスフィルタLPFを適用し、結果を2乗し1次側コンデンサ容量Cpをかけ、2で割った値を足し合わせた値がユニットの1次側コンデンサCpに蓄積されたエネルギーである。また、2次側直流電圧Vdcs1jにローパスフィルタLPFを適用し、結果を2乗し2次側コンデンサ容量Csとユニットのセル台数zをかけ、2で割った値がユニットの2次側コンデンサCsに蓄積されたエネルギーである。この2つを足し合わせたものがエネルギーE1jである。 The energy stored in the unit's primary-side capacitor Cp is determined by applying a low-pass filter LPF to the primary-side capacitor voltages Vdcp1j1 to Vdcp1jz of z cells, squaring the result, multiplying it by the primary-side capacitor capacitance Cp, dividing by 2, and adding up the resulting values. Furthermore, the energy stored in the unit's secondary-side capacitor Cs is determined by applying a low-pass filter LPF to the secondary-side DC voltage Vdcs1j, squaring the result, multiplying it by the secondary-side capacitor capacitance Cs and the number of cells z in the unit, and dividing by 2. The sum of these two results is the energy E1j.

すなわち、E1j=Cp/2×(Vdcp1j12+Vdcp1j22+…Vdcp1jz2)+zCs×Vdcs1j2/2である。 That is, E1j=Cp/2×(Vdcp1j1 2 +Vdcp1j2 2 + . . . Vdcp1jz 2 )+zCs×Vdcs1j 2 /2.

簡略化のため、ユニットの1次側コンデンサCpに蓄積されたエネルギーはセルz台の1次側コンデンサ電圧Vdcp1j1~Vdcp1jzの平均値から近似的に求めてもよい。この場合、E1j≒Cp/2×(Vdcp1j/z)2+zCs×Vdcs1j2/2となる。 For simplicity, the energy stored in the primary capacitor Cp of the unit may be calculated approximately from the average value of the primary capacitor voltages Vdcp1j1 to Vdcp1jz of z cells. In this case, E1j ≈ Cp/2 × (Vdcp1j/z) 2 + zCs × Vdcs1j 2 /2.

E1avgは、第11~第1yユニットの1次側コンデンサCp・2次側コンデンサCsの両方に蓄積されたエネルギー平均値である。減算器91は、エネルギーE1jとエネルギー平均値E1avgとの偏差を求める。 E1avg is the average energy value stored in both the primary-side capacitor Cp and the secondary-side capacitor Cs of the 11th to 1yth units. Subtractor 91 calculates the deviation between energy E1j and the average energy value E1avg.

アンプ92は、減算器91の出力にゲインG2をかけて増幅する。ゲインG2は固定値とするほか、図示したように電力指令値P*が零付近の時は小さくするなど、ゲイン調整器93で電力指令値P*に基づいて値を変化させてもよい。アンプ92の出力が、第1jユニットの直流電圧のアンバランス指令値Vdc1jとなる。 Amplifier 92 amplifies the output of subtractor 91 by multiplying it by gain G2. Gain G2 may be a fixed value, or its value may be varied by gain adjuster 93 based on the power command value P*, such as by decreasing it when the power command value P* is near zero as shown. The output of amplifier 92 becomes the DC voltage imbalance command value Vdc1j of the 1j unit.

ローパスフィルタLPF1は、第1jユニットの1次側直流電圧Vdcp1jから基本波の2倍の周波数のリプルやノイズなどを除去する。 The low-pass filter LPF1 removes ripple and noise at twice the frequency of the fundamental wave from the primary side DC voltage Vdcp1j of the 1j unit.

第11~第1yユニットの1次側直流電圧平均値Vdcp1avgは、Vdcp11~Vdcp1yの合計または1次側直流電圧Vdcpのどちらかをユニットの台数yで割った値である。 The average primary DC voltage Vdcp1avg for the 11th to 1yth units is either the sum of Vdcp11 to Vdcp1y or the primary DC voltage Vdcp divided by the number y of units.

加算器94は、アンバランス指令値Vdc1jと1次側直流電圧平均値Vdcp1avgの偏差を求め、さらに偏差に第1jユニットの1次側直流電圧Vdcp1jを加算する。加算器94の出力がスイッチSW1の上側端子に入力される。 Adder 94 calculates the deviation between the imbalance command value Vdc1j and the primary DC voltage average value Vdcp1avg, and then adds the primary DC voltage Vdcp1j of the 1jth unit to the deviation. The output of adder 94 is input to the upper terminal of switch SW1.

ローパスフィルタLPF2は、第1jユニットの2次側直流電圧Vdcs1jから基本波の2倍の周波数のリプルやノイズなどを除去する。 Low-pass filter LPF2 removes ripple and noise at twice the frequency of the fundamental wave from the secondary DC voltage Vdcs1j of the 1j unit.

Vdcs1avgは、第11~第1yユニットの2次側直流電圧平均値である。 Vdcs1avg is the average secondary DC voltage of the 11th to 1yth units.

加算器95は、アンバランス指令値Vdc1jと2次側直流電圧平均値Vdcs1avgの偏差を求め、さらに偏差に第1jユニットの2次側直流電圧Vdcs1jを加算する。 The adder 95 calculates the deviation between the imbalance command value Vdc1j and the secondary DC voltage average value Vdcs1avg, and then adds the secondary DC voltage Vdcs1j of the 1jth unit to the deviation.

乗算器96は、加算器95の出力に絶縁型変圧器Trのトランス巻数比の逆数1/nをかけ、符号を反転させる。乗算器96の出力がスイッチSW1の下側端子に入力される。 Multiplier 96 multiplies the output of adder 95 by the inverse of the transformer turns ratio of isolation transformer Tr, 1/n, and inverts the sign. The output of multiplier 96 is input to the lower terminal of switch SW1.

P*は、1次側と2次側間で伝送される電力指令値である。電力指令値P*がプラスならば電力は1次側から2次側に伝送され、マイナスならば2次側から1次側に伝送される。電力指令値P*は外部から与えられる他、1次側直流電圧Vdc1または2次側直流電圧Vdc2どちらかの電圧制御や電流制御によって得られる場合もある。 P* is the power command value transmitted between the primary and secondary sides. If the power command value P* is positive, power is transmitted from the primary side to the secondary side, and if it is negative, power is transmitted from the secondary side to the primary side. The power command value P* can be provided externally, or it can be obtained by voltage control or current control of either the primary side DC voltage Vdc1 or the secondary side DC voltage Vdc2.

比較器97は、電力指令値P*がプラスであるか否かを検出する。スイッチSW1は、電力指令値P*がプラスならば上側端子の入力を出力し、電力指令値P*が零またはマイナスならば下側端子の入力を出力する。 Comparator 97 detects whether the power command value P* is positive. Switch SW1 outputs the input from its upper terminal if the power command value P* is positive, and outputs the input from its lower terminal if the power command value P* is zero or negative.

スイッチSW1の頻繁な切り替わりを防ぐため、電力指令値P*が零付近ならば直前のスイッチの状態を維持させヒステリシス特性を持たせてもよい。 To prevent frequent switching of switch SW1, if the power command value P* is near zero, the previous switch state may be maintained, providing hysteresis characteristics.

電力指令値P*が零ならば、第1jユニットの1次側直流電圧の偏差と第1jユニットの2次側直流電圧の偏差の平均値を出力してもよい。 If the power command value P* is zero, the average value of the deviation of the primary DC voltage of the 1j unit and the deviation of the secondary DC voltage of the 1j unit may be output.

加算器98は、スイッチSW1の出力に装置電圧制御偏差Vd1を加算する。本実施形態4ではVd1=0である。 Adder 98 adds the device voltage control deviation Vd1 to the output of switch SW1. In this embodiment 4, Vd1 = 0.

アンプ99は、加算器98の出力を増幅し第1jユニットのユニット電力指令値P1jを出力する。今回は例として以下の2つを併用する。比例アンプP1は、加算器98の出力に比例した値を出力する。ゲイン付き一次遅れフィルタ99aは、加算器98の出力の低周波数成分を増幅する。加算器99bは、以上2つのアンプ出力を加算し、第1jユニットのユニット電力指令値P1jを出力する。アンプ99から出力された第1jユニットのユニット電力指令値P1jは図8の加算器85に入力される。 Amplifier 99 amplifies the output of adder 98 and outputs the unit power command value P1j of the 1j unit. In this example, the following two are used in combination: Proportional amplifier P1 outputs a value proportional to the output of adder 98. Gain-equipped first-order lag filter 99a amplifies the low-frequency components of the output of adder 98. Adder 99b adds the outputs of these two amplifiers and outputs the unit power command value P1j of the 1j unit. The unit power command value P1j of the 1j unit output from amplifier 99 is input to adder 85 in Figure 8.

図10は第1jユニットの第1jk番目セルのセルパルス幅指令値(Wp1jkp,Wp1jkm,Ws1jkp,Ws1jkm)演算部のブロック図を示す。図10は以下により構成される。 Figure 10 shows a block diagram of the calculation unit for the cell pulse width command values (Wp1jkp, Wp1jkm, Ws1jkp, Ws1jkm) of the 1jkth cell of the 1jth unit. Figure 10 consists of the following:

減算器101は、ユニットパルス幅指令値Wp1jからユニットパルス幅指令値Ws1jを減算する。比較器102は、減算器101の出力を入力し、Wp1j>Ws1jか否かを判定する。比較器102は、後述するスイッチSW2の頻繁な切り替わりを避けるためヒステリシス特性を持たせてもよい。 Subtractor 101 subtracts unit pulse width command value Ws1j from unit pulse width command value Wp1j. Comparator 102 inputs the output of subtractor 101 and determines whether Wp1j > Ws1j. Comparator 102 may have hysteresis characteristics to avoid frequent switching of switch SW2, which will be described later.

スイッチSW2は、ユニットパルス幅指令値Wp1j,Ws1jを入力し、小さい方を出力する。スイッチSW3は、ユニットパルス幅指令値Wp1j,Ws1jを入力し、大きい方を出力する。 Switch SW2 inputs unit pulse width command values Wp1j and Ws1j and outputs the smaller of the two. Switch SW3 inputs unit pulse width command values Wp1j and Ws1j and outputs the larger of the two.

E1jは、第1jユニットの1次側コンデンサCp・2次側コンデンサCsの両方に蓄積されたエネルギーである。E1minは、第11~第1yユニット各セルの1次側コンデンサCp・2次側コンデンサCsの両方に蓄積されたエネルギーのうち最小値である。減算器103は、エネルギーE1jから最小値E1minを減算し、偏差を求める。 E1j is the energy stored in both the primary capacitor Cp and secondary capacitor Cs of the 1jth unit. E1min is the minimum value of the energy stored in both the primary capacitor Cp and secondary capacitor Cs of each cell of the 11th to 1yth units. Subtractor 103 subtracts the minimum value E1min from energy E1j to determine the deviation.

加算器104は、偏差(減算器103の出力)に装置エネルギー偏差Ed1を加算する。本実施形態4では装置エネルギー偏差Ed1は零である。 Adder 104 adds the device energy deviation Ed1 to the deviation (output of subtractor 103). In this embodiment 4, the device energy deviation Ed1 is zero.

アンプ105は、加算器104の出力を増幅する。今回は例として以下の2つを併用する。比例アンプP2は、加算器104の出力に比例した値を出力する。ゲイン付き一次遅れフィルタ105aは、加算器104の出力の低周波数成分を増幅する。加算器105bは、以上2つのアンプ出力を加算する。2つのアンプのゲインは固定値とするほか、電力指令値P*が零に近いほど大きく、零から離れるほど小さくなるよう可変としてもよい。 Amplifier 105 amplifies the output of adder 104. In this example, the following two amplifiers are used in combination: Proportional amplifier P2 outputs a value proportional to the output of adder 104. Gain-added first-order lag filter 105a amplifies the low-frequency components of the output of adder 104. Adder 105b adds the outputs of these two amplifiers. The gains of the two amplifiers can be fixed values, or they can be variable so that they increase as the power command value P* approaches zero and decrease as it moves away from zero.

加算器106は、アンプ105の出力とスイッチSW2の出力を加算する。 Adder 106 adds the output of amplifier 105 and the output of switch SW2.

第1リミッタ107は、加算器106の出力を制限する。第1リミッタ107の上限は通常1,下限は0.2など零よりも大きな値である。上限は1より少し小さな値としてもよい。 The first limiter 107 limits the output of the adder 106. The upper limit of the first limiter 107 is usually 1, and the lower limit is a value greater than zero, such as 0.2. The upper limit may also be a value slightly smaller than 1.

減算器108は、第1リミッタ107の入力と出力の差分を求め、第1リミッタ107を超過した値を出力する。減算器109は、スイッチSW3の出力から減算器108の出力を減算する。第2リミッタ110は、減算器109の出力を制限する。第2リミッタ110の上限・下限の設定は、第1リミッタ107と同様である。 Subtractor 108 calculates the difference between the input and output of first limiter 107 and outputs the value that exceeds first limiter 107. Subtractor 109 subtracts the output of subtractor 108 from the output of switch SW3. Second limiter 110 limits the output of subtractor 109. The upper and lower limits of second limiter 110 are set in the same way as for first limiter 107.

第4スイッチSW4は、第1リミッタ107・第2リミッタ110両方の出力を入力し、Wp1j>Ws1jならば第2リミッタ110の出力、それ以外ならば第1リミッタ107の出力を出力する。第4スイッチSW4の出力する値は、ユニットパルス幅指令値Wp1j,Ws1jの大小関係に依存せず、ユニットパルス幅指令値Wp1jにアンプ105の出力が加減算された値である。 The fourth switch SW4 inputs the outputs of both the first limiter 107 and the second limiter 110, and outputs the output of the second limiter 110 if Wp1j > Ws1j, otherwise it outputs the output of the first limiter 107. The value output by the fourth switch SW4 does not depend on the magnitude relationship between the unit pulse width command values Wp1j and Ws1j, and is the value obtained by adding or subtracting the output of amplifier 105 to the unit pulse width command value Wp1j.

第5スイッチSW5は、第1リミッタ107・第2リミッタ110両方の出力を入力し、Wp1j>Ws1jならば第1リミッタ107の出力、それ以外ならば第2リミッタ110の出力を出力する。第5スイッチSW5の出力する値は、ユニットパルス幅指令値Wp1j,Ws1jの大小関係に依存せず、ユニットパルス幅指令値Ws1jにアンプ105の出力が加減算された値である。 The fifth switch SW5 inputs the outputs of both the first limiter 107 and the second limiter 110, and outputs the output of the first limiter 107 if Wp1j > Ws1j, or the output of the second limiter 110 otherwise. The value output by the fifth switch SW5 is not dependent on the magnitude relationship between the unit pulse width command values Wp1j and Ws1j, and is the value obtained by adding or subtracting the output of amplifier 105 to the unit pulse width command value Ws1j.

Wp1j>Ws1jでは第2,第3スイッチSW2,SW3が下に、第4,第5スイッチSW4,SW5が上に切り替わり、第4スイッチSW4からはユニットパルス幅指令値Wp1jが元になった信号が、第5スイッチSW5からはユニットパルス幅指令値Ws1jが元になった信号が出力される。 When Wp1j > Ws1j, the second and third switches SW2 and SW3 are switched down and the fourth and fifth switches SW4 and SW5 are switched up, and the fourth switch SW4 outputs a signal based on the unit pulse width command value Wp1j, and the fifth switch SW5 outputs a signal based on the unit pulse width command value Ws1j.

Wp1j<Ws1jでは第2,第3スイッチSW2,SW3が上に、第4,第5スイッチSW4,SW5が下に切り替わり、この条件においても第4スイッチSW4からはユニットパルス幅指令値Wp1jが元になった信号が、第5スイッチSW5からはユニットパルス幅指令値Ws1jが元になった信号が出力される。 When Wp1j < Ws1j, the second and third switches SW2 and SW3 are switched up, and the fourth and fifth switches SW4 and SW5 are switched down. Even under this condition, the fourth switch SW4 outputs a signal based on the unit pulse width command value Wp1j, and the fifth switch SW5 outputs a signal based on the unit pulse width command value Ws1j.

減算器111は、第2リミッタ110の入力と出力の差分を求め、第2リミッタ110を超過した値を出力する。この減算器111の出力が、交流電流の直流成分指令値となる。 Subtractor 111 calculates the difference between the input and output of second limiter 110 and outputs the value that exceeds second limiter 110. The output of this subtractor 111 becomes the DC component command value for the AC current.

ip1jkは、第1jユニット第1jkセルの1次側交流電流検出値である。is1jkは、第1jユニット第1jkセルの2次側交流電流検出値である。乗算器112は、2次側交流電流検出値is1jkに巻数比nをかける。 ip1jk is the detected primary AC current value of the 1jk cell of the 1j unit. is1jk is the detected secondary AC current value of the 1jk cell of the 1j unit. Multiplier 112 multiplies the detected secondary AC current value is1jk by the turns ratio n.

ローパスフィルタLPF3は、1次側交流電流検出値ip1jkから直流成分を抽出する。ローパスフィルタLPF4は、乗算器112の出力n×is1jkから直流成分を抽出する。 Low-pass filter LPF3 extracts the DC component from the primary-side AC current detection value ip1jk. Low-pass filter LPF4 extracts the DC component from the output n×is1jk of multiplier 112.

減算器113は、直流成分指令値からローパスフィルタLPF3の出力を減算し偏差を求める。減算器114は、直流成分指令値の符号を反転した値からローパスフィルタLPF4の出力を減算し偏差を求める。PIアンプ115,116は、それぞれの偏差を増幅する。 Subtractor 113 subtracts the output of low-pass filter LPF3 from the DC component command value to obtain the deviation. Subtractor 114 subtracts the output of low-pass filter LPF4 from a value obtained by inverting the DC component command value to obtain the deviation. PI amplifiers 115 and 116 amplify the respective deviations.

加算器117は、第4スイッチSW4の出力に、1次側交流電流検出値ip1jkの直流成分をPIアンプ115で増幅した値を加算し、セルパルス幅指令値Wp1jkpとして出力する。減算器118は、第4スイッチSW4の出力から1次側交流電流検出値ip1jkの直流成分をPIアンプ115で増幅した値を減算し、セルパルス幅指令値Wp1jkmとして出力する。 Adder 117 adds the value obtained by amplifying the DC component of the primary side AC current detection value ip1jk by PI amplifier 115 to the output of fourth switch SW4, and outputs the result as cell pulse width command value Wp1jkp. Subtractor 118 subtracts the value obtained by amplifying the DC component of the primary side AC current detection value ip1jk by PI amplifier 115 from the output of fourth switch SW4, and outputs the result as cell pulse width command value Wp1jkm.

加算器119は、第5スイッチSW5の出力に、2次側交流電流検出値is1jkの直流成分をPIアンプ116で増幅した値を加算し、セルパルス幅指令値Ws1jkpとして出力する。減算器120は、第5スイッチSW5の出力から2次側交流電流検出値is1jkの直流成分をPIアンプ116で増幅した値を減算し、セルパルス幅指令値Ws1jkmとして出力する。 Adder 119 adds the value obtained by amplifying the DC component of the secondary-side AC current detection value is1jk by PI amplifier 116 to the output of fifth switch SW5, and outputs the result as cell pulse width command value Ws1jkp. Subtractor 120 subtracts the value obtained by amplifying the DC component of the secondary-side AC current detection value is1jk by PI amplifier 116 from the output of fifth switch SW5, and outputs the result as cell pulse width command value Ws1jkm.

本実施形態4では、第11ユニット第111セル~第11zセルの合計z台のセルが1次側で直列に、2次側で並列に接続された構成をまとめて第11ユニットと見なし、このユニットの1次側、2次側がy台直列接続されていると見なして制御を行う。 In this fourth embodiment, the 11th unit, consisting of a total of z cells (cells 111 to 11z) connected in series on the primary side and in parallel on the secondary side, is regarded as the 11th unit, and control is performed by regarding the primary and secondary sides of this unit as y cells connected in series.

ユニット内の各セルの電圧バランス制御は図8であり、動作は実施形態3と同様である。 The voltage balance control for each cell within the unit is shown in Figure 8, and the operation is the same as in embodiment 3.

図8では、第11ユニットのうち代表の第111セルが第11ユニットの1次側直流電圧Vdcp11をユニットのセル台数zで除算した値Vdcp11/zと、第11ユニットの2次側直流電圧Vdcs11と、電力指令値P*に第11ユニットのユニット電力指令値P11を加算した値と、巻数比1/nを入力し、適切なユニットパルス幅指令値Wp11,Ws11と位相差θFF1を求める。 In FIG. 8 , the representative 111th cell of the 11th unit inputs Vdcp11/z, which is the primary DC voltage Vdcp11 of the 11th unit divided by the number of cells z of the unit, the secondary DC voltage Vdcs11 of the 11th unit, the power command value P* plus the unit power command value P11 of the 11th unit, and the turns ratio 1/n to determine appropriate unit pulse width command values Wp11, Ws11 and phase difference θFF1 .

そして、セルパルス幅指令値計算部86でユニットパルス幅指令値Wp11、Ws11に基づいて、図10に示すトランスの偏磁抑制制御と無負荷時の力率低下による放電制御により、セルパルス幅指令値Wp111p、Wp111m、Ws111p、Ws111mを計算する。 Then, the cell pulse width command value calculation unit 86 calculates the cell pulse width command values Wp111p, Wp111m, Ws111p, and Ws111m based on the unit pulse width command values Wp11 and Ws11 using the transformer bias magnetization suppression control shown in Figure 10 and discharge control due to power factor reduction when there is no load.

減算器82は、位相差θFF1から電流制御部61からフィードバックされた位相指令値θFB1を減算し、位相差指令値θ1を出力する。 The subtractor 82 subtracts the phase command value θ FB1 fed back from the current control unit 61 from the phase difference θ FF1 , and outputs a phase difference command value θ 1 .

ゲート信号生成部83は、セルパルス幅指令値Wp111p、Wp111m、Ws111p、Ws111mと位相差指令値θ1に基づいて代表セルのゲート信号を生成する。また、第11ユニット内の他のセルにセルパルス幅指令値Wp111p、Wp111m、Ws111p、Ws111mと位相差θFF1を分配する。 The gate signal generator 83 generates a gate signal for the representative cell based on the cell pulse width command values Wp111p, Wp111m, Ws111p, and Ws111m and the phase difference command value θ 1. It also distributes the cell pulse width command values Wp111p, Wp111m, Ws111p, and Ws111m and the phase difference θ FF1 to the other cells in the 11th unit.

第11kセルは1次側直流電圧Vdcp11kが第11ユニット内で均等になるよう図6のコンデンサ電圧バランス制御部64でフィードバック制御を行い、位相指令値θFB(k)を生成する。減算器84で第111セルから与えられた位相差θFF1から位相指令値θFB(k)を減算し、位相差指令値θ(k)を生成する。 The 11k-th cell performs feedback control using the capacitor voltage balance control unit 64 in Fig. 6 to equalize the primary side DC voltage Vdcp11k within the 11th unit, and generates a phase command value θFB (k) . A subtractor 84 subtracts the phase command value θFB (k) from the phase difference θFF1 given from the 111-th cell, and generates a phase difference command value θ (k) .

ゲート信号生成部83は、位相差指令値θ(k)と分配されたセルパルス幅指令値Wp111p、Wp111m、Ws111p、Ws111mに基づいてゲート生成を行う。 The gate signal generating unit 83 generates gate signals based on the phase difference command value θ (k) and the distributed cell pulse width command values Wp111p, Wp111m, Ws111p, and Ws111m.

各ユニットの電圧バランス制御を図9,図10に示す。 The voltage balance control of each unit is shown in Figures 9 and 10.

ユニット電力指令値演算部は、2段目の構成要素(ユニット)それぞれにおける電力伝送の上流側の直流電圧が3段目の構成要素(装置)内で等しくなるように各2段目構成要素(ユニット)の1次側・2次側間の電力指令値を制御するユニット電力指令値を出力する。 The unit power command value calculation unit outputs a unit power command value that controls the power command value between the primary and secondary sides of each second-stage component (unit) so that the DC voltage on the upstream side of the power transmission in each second-stage component (unit) is equal within the third-stage component (device).

図9では電力が1次側から2次側に流れる場合に、第1jユニットの1次側直流電圧Vdcp1jと全ユニットの1次側直流電圧平均値Vdcp1avgとの偏差をアンプ99に入力し、ユニット電力指令値P1jとして図8の加算器85に出力する。 In Figure 9, when power flows from the primary side to the secondary side, the deviation between the primary side DC voltage Vdcp1j of the 1j unit and the average primary side DC voltage value Vdcp1avg of all units is input to amplifier 99 and output as unit power command value P1j to adder 85 in Figure 8.

例えば第11ユニットの1次側直流電圧Vdcp11が1次側直流電圧平均値Vdcp1avgよりも大きければ、図8に入力されるP*+P11も他のユニットよりも大きくなり、第11ユニットの各セルはより大きな電力を1次側から2次側に融通することで、第11ユニットの1次側直流電圧Vdcp11を低下させる。 For example, if the primary side DC voltage Vdcp11 of the 11th unit is larger than the primary side DC voltage average value Vdcp1avg, P*+ P11 input to FIG. 8 will also be larger than that of the other units, and each cell of the 11th unit will transfer more power from the primary side to the secondary side, thereby lowering the primary side DC voltage Vdcp11 of the 11th unit.

なお、下流側は電圧バランス制御を行わなくても自発的にバランスする。 In addition, the downstream side will balance spontaneously without voltage balance control.

加えてユニット電力指令値演算部は、2段目構成要素(ユニット)の1次側直流コンデンサと2次側直流コンデンサに蓄積されたエネルギーが3段目構成要素(装置)内の他の2段目構成要素(ユニット)に比べて大きい場合に、特定の2段目構成要素(ユニット)の電力伝送の上流側の直流電圧が小さくなるよう特定の2段目構成要素(ユニット)のユニット電力指令値を制御する。 In addition, when the energy stored in the primary side DC capacitor and secondary side DC capacitor of a second-stage component (unit) is greater than that of other second-stage components (units) in the third-stage component (device), the unit power command value calculation unit controls the unit power command value of a specific second-stage component (unit) so that the DC voltage upstream of the power transmission of the specific second-stage component (unit) is reduced.

ユニット電力指令値演算部は、2段目構成要素(ユニット)の1次側直流コンデンサと2次側直流コンデンサに蓄積されたエネルギーが3段目構成要素(装置)内の他の2段目構成要素(ユニット)に比べて小さい場合に、特定の2段目構成要素(ユニット)の電力伝送の上流側の直流電圧が大きくなるよう特定の2段目構成要素(ユニット)のユニット電力指令値を制御する。 The unit power command value calculation unit controls the unit power command value of a specific second-stage component (unit) so that the DC voltage upstream of the power transmission of the specific second-stage component (unit) is increased when the energy stored in the primary-side DC capacitor and secondary-side DC capacitor of the second-stage component (unit) is smaller than that of other second-stage components (units) in the third-stage component (device).

すなわち、蓄積エネルギーの大きなユニットはアンバランス指令値Vdc1jが増加しアンプ99から出力されるユニット電力指令値P1jも増加し、1次側直流電圧をより大きく低下させる機能も持たせている。これにより、直流側から受け取る電力が低下し、ユニット蓄積エネルギーの充電が抑えられ他のユニットとの蓄積エネルギーの差を小さくすることができる。 In other words, for units with large stored energy, the unbalance command value Vdc1j increases and the unit power command value P1j output from amplifier 99 also increases, providing the function of significantly reducing the primary side DC voltage. This reduces the power received from the DC side, suppresses charging of the unit's stored energy, and reduces the difference in stored energy with other units.

図10では第1jユニット第1jkセルの1次側交流電流検出値ip1jk,2次側交流電流検出値is1jkの直流成分に応じて交流側電圧のプラス側パルス幅とマイナス側パルス幅を変化させ、トランスの磁気飽和を防ぐ。 In Figure 10, the positive and negative pulse widths of the AC voltage are changed according to the DC components of the primary AC current detection value ip1jk and secondary AC current detection value is1jk of the 1jk cell of the 1j unit, preventing magnetic saturation of the transformer.

また、第1jユニットの蓄積エネルギーE1jと、第11~第1yユニットの蓄積エネルギーのうち最小値E1minを比較し、得られた偏差を増幅する。その結果に応じて、直流電圧が大きく狭い方のパルス幅を広げ、直流電圧が小さく広い方のパルス幅を狭める。 The system also compares the stored energy E1j of the 1jth unit with the smallest value E1min of the stored energy of the 11th to 1yth units, and amplifies the resulting deviation. Depending on the result, it widens the pulse width of the narrower pulse with a larger DC voltage, and narrows the pulse width of the wider pulse with a smaller DC voltage.

2段目以降の特定の構成要素(ユニット)の1次側直流コンデンサと2次側直流コンデンサに蓄積されたエネルギーが構成要素(ユニット)のうち最小以外の場合、構成要素(ユニット)の運転力率を低下させる。 If the energy stored in the primary DC capacitor and secondary DC capacitor of a specific component (unit) in the second stage or later is not the smallest among the components (units), the operating power factor of the component (unit) will be reduced.

図8の「位相差・パルス幅計算部81」では直流電圧が大きい方の交流側力率を1にすることで、交流側電流を最小にする。しかし、パルス幅を操作することにより力率が低下し、交流側では不要な電流が流れ始める。これにより、蓄積エネルギーの大きなセルで意図的に銅損や導通損失を増加させることで放電を促し、ユニット直流電圧を均等にすることができる。 The "phase difference/pulse width calculation unit 81" in Figure 8 minimizes the AC current by setting the power factor of the AC side with the higher DC voltage to 1. However, manipulating the pulse width reduces the power factor, and unnecessary current begins to flow on the AC side. This allows for intentionally increasing copper loss and conduction loss in cells with large stored energy to encourage discharge and equalize the unit DC voltage.

また、特定の2段目構成要素(ユニット)の1次側直流コンデンサと2次側直流コンデンサに蓄積されたエネルギーが他の2段目構成要素(ユニット)のうち最小以外の場合、特定の2段目構成要素(ユニット)を構成するすべての1段目構成要素(セル)が出力する交流側電流の直流成分を大きくする。 In addition, if the energy stored in the primary side DC capacitor and secondary side DC capacitor of a specific second-stage component (unit) is not the smallest among the other second-stage components (units), the DC component of the AC side current output by all first-stage components (cells) that make up the specific second-stage component (unit) is increased.

第2リミッタ110から超過した操作量に応じて1次側交流電流検出値ip1jk、2次側交流電流検出値is1jkに意図的に直流成分を重畳させる。これも銅損や導通損失の増加を促しユニット直流電圧を均等にする。 Depending on the operating amount that exceeds the second limiter 110, a DC component is intentionally superimposed on the primary side AC current detection value ip1jk and the secondary side AC current detection value is1jk. This also increases copper loss and conduction loss, equalizing the unit DC voltage.

1次側交流電流検出値ip1jk、2次側交流電流検出値is1jkでは重畳する直流成分の符号を逆にすることで、励磁電流への直流重畳を防ぎトランスの磁気飽和を防ぐことができる。 By reversing the sign of the superimposed DC component in the primary side AC current detection value ip1jk and the secondary side AC current detection value is1jk, it is possible to prevent DC from being superimposed on the excitation current and prevent magnetic saturation of the transformer.

本実施形態4では、第11ユニットの代表セルである第111セルは外部から1次側直流電圧の平均値Vdcp11/z,電力指令値P*,ユニット電力指令値P11を入力する必要がある。 In this fourth embodiment, cell 111, which is the representative cell of unit 11, must externally input the average primary side DC voltage Vdcp11/z, power command value P*, and unit power command value P11.

また、第11ユニット第112セル~11zセルにはセルパルス幅指令値Wp111p、Wp111m、Ws111p、Ws111mと位相差θFF1を出力する必要がある。しかし、第11ユニット第112セル~第11zセルは外部からの信号を入力せずに代表セルである第11ユニット第111セルと通信するだけで運転することができる。 Furthermore, it is necessary to output cell pulse width command values Wp111p, Wp111m, Ws111p, and Ws111m and phase difference θ FF1 to cells 112 to 11z of the 11th unit. However, cells 112 to 11z of the 11th unit can operate simply by communicating with cell 111 of the 11th unit, which is the representative cell, without inputting any external signals.

また、第11ユニット第112セル~第11zセルは自身の蓄積エネルギーを計算して第11ユニット第111セルに送信し、第11ユニット第111セルで総和を求めてユニット制御部(図9のユニット電力指令値演算部や図10のユニットパルス幅指令値計算部)に送信すればよく、ユニット制御部は各セルの状態を把握しなくても運転することができる。蓄積エネルギーを近似的に求めれば、第11ユニット第112セル~第11zセルは蓄積エネルギーの送信が不要となる。このように、本実施形態4を適用することで少ない通信負荷で図7に示す回路を動作させることができる。 In addition, cells 112 to 11z of the 11th unit calculate their own stored energy and transmit it to cell 111 of the 11th unit, which then calculates the sum and transmits it to the unit control unit (the unit power command value calculation unit in Figure 9 or the unit pulse width command value calculation unit in Figure 10), allowing the unit control unit to operate without knowing the state of each cell. If the stored energy is calculated approximately, cells 112 to 11z of the 11th unit do not need to transmit the stored energy. In this way, by applying this embodiment 4, the circuit shown in Figure 7 can be operated with a small communication load.

以上示したように、本実施形態4によれば、DABコンバータのセルの片側を直列にもう片側を並列に接続したユニットを、両側直列に接続した構成の回路を動作させることができる。また、低耐圧の部品で高圧の直流電力系統間の電力融通と昇降圧を行うことが可能となり、さらに1次側と2次側を絶縁することができる。 As described above, according to this fourth embodiment, it is possible to operate a circuit in which units in which one side of a DAB converter cell is connected in series and the other side in parallel are connected in series on both sides. Furthermore, it is possible to interchange power between high-voltage DC power systems and to step up and down the voltage using low-voltage components, and it is also possible to insulate the primary and secondary sides.

また、セル間で直列接続された側の電圧バランス、ユニット間で直列接続された両側の電圧バランスを均等に保つことができ、部品に求められる耐圧を低くすることができる。 In addition, the voltage balance between the series-connected sides of cells and between the series-connected sides of units can be maintained evenly, allowing the withstand voltage required of components to be lowered.

さらに、特許文献2に対して補助コンバータが不要であるため、コスト削減と小型化ができる。 Furthermore, unlike Patent Document 2, no auxiliary converter is required, which reduces costs and size.

また、本実施形態4により、通信負荷を低減することができる。 Furthermore, this embodiment 4 can reduce communication load.

[実施形態5]
本実施形態5は、実施形態4の装置の1次側、2次側を図11に示すように複数台直列接続した構成である。各セル・ユニットの制御は実施形態4を適用する。本実施形態5は図11の回路に適用する。
[Embodiment 5]
The fifth embodiment has a configuration in which the primary and secondary sides of the device of the fourth embodiment are connected in series as shown in Fig. 11. The control of each cell unit is applied to the fourth embodiment. The fifth embodiment is applied to the circuit of Fig. 11.

本実施形態5は、1段目の構成要素はセルとし、1段目のセルの所定台数(z台)の集合体を2段目の構成要素であるユニットとする。2段目のユニットを所定台数(y台)直列接続した集合体を3段目の構成要素である装置とする。4段目以降は3段目の装置を所定台数(x(x=2以上の整数)台)直列接続した集合体であるさらに上位の装置とする。 In this fifth embodiment, the first-stage components are cells, and an assembly of a predetermined number (z units) of first-stage cells is a unit, which is a component of the second stage. An assembly of a predetermined number (y units) of second-stage units connected in series is a device, which is a component of the third stage. From the fourth stage onwards, higher-level devices are assemblies of a predetermined number (x units (x = an integer greater than or equal to 2)) of third-stage devices connected in series.

換言すると、本実施形態5の双方向絶縁型DC/DCコンバータは、第1の直流電源DCPと、第2の直流電源DCSと、第1の直流電源DCPと第2の直流電源DCSとの間に接続された第1装置~第x装置を備える。第1装置~第x装置は、第11ユニット~第1yユニットと、を備える。第11ユニット~第1yユニットはそれぞれ第111セル~第11zセルと、を有する。 In other words, the bidirectional isolated DC/DC converter of this fifth embodiment includes a first DC power source DCP, a second DC power source DCS, and first to xth devices connected between the first DC power source DCP and the second DC power source DCS. The first to xth devices include an 11th unit to a 1yth unit. The 11th unit to the 1yth unit each include a 111th cell to an 11zth cell.

また、本実施形態5の各符号の末尾に記載された1桁の英数字は装置の番号を示す。例えば、Vdcp1は第1装置の1次側直流電圧を示す。 In addition, the single-digit alphanumeric character at the end of each reference symbol in this embodiment 5 indicates the device number. For example, Vdcp1 indicates the primary side DC voltage of the first device.

本実施形態5の制御装置は、図8、図9、図10の制御ブロックを有し、さらに、図9の装置電圧偏差Vdi(Vd1)、図10の装置エネルギー偏差Edi(Ed1)を図12、図13で演算する。 The control device of this fifth embodiment has the control blocks shown in Figures 8, 9, and 10, and further calculates the device voltage deviation Vdi (Vd1) shown in Figure 9 and the device energy deviation Edi (Ed1) shown in Figure 10 using Figures 12 and 13.

図12は本実施形態5における第i(i=1~xの整数)装置電圧偏差(Vdi)演算部のブロック図である。図12は、図9に対して以下の点が異なる。 Figure 12 is a block diagram of the i-th (i = integer from 1 to x) device voltage deviation (Vdi) calculation unit in this embodiment 5. Figure 12 differs from Figure 9 in the following respects.

出力された装置電圧偏差Vdiは図9の加算器98に入力される。 The output device voltage deviation Vdi is input to the adder 98 in Figure 9.

すなわち、本実施形態5は、図9で各装置において各ユニットの電力伝送の上流側の直流電圧が装置内で等しくなるように各ユニットの1次側と2次側間の電力指令値を制御する。また、図12で各装置の電力伝送の上流側の直流電圧が等しくなるように各装置の1次側と2次側間の電力指令値を制御する。 That is, in this fifth embodiment, in FIG. 9, the power command value between the primary and secondary sides of each unit is controlled so that the DC voltages on the upstream side of the power transmission of each unit in each device are equal within the device. Also, in FIG. 12, the power command value between the primary and secondary sides of each device is controlled so that the DC voltages on the upstream side of the power transmission of each device are equal.

また、図12では、3段目の特定の構成要素(装置)の1次側直流コンデンサと2次側直流コンデンサに蓄積されたエネルギーが4段目構成要素(上位の装置)内の他の3段目構成要素(装置)に比べて大きい場合に、特定の3段目構成要素(装置)の電力伝送の上流側の直流電圧が小さくなるよう特定の3段目構成要素(装置)のユニット電力指令値を制御する。 Also, in Figure 12, when the energy stored in the primary side DC capacitor and secondary side DC capacitor of a specific third-stage component (device) is greater than that of other third-stage components (devices) in the fourth-stage component (higher-level device), the unit power command value of the specific third-stage component (device) is controlled so that the DC voltage upstream of the power transmission of the specific third-stage component (device) is reduced.

また、3段目の特定の構成要素(装置)の1次側直流コンデンサと2次側直流コンデンサに蓄積されたエネルギーが4段目構成要素(上位の装置)内の他の3段目構成要素(装置)に比べて小さい場合に、特定の3段目構成要素(装置)の電力伝送の上流側の直流電圧が大きくなるよう特定の3段目構成要素(装置)のユニット電力指令値を制御する。 In addition, if the energy stored in the primary side DC capacitor and secondary side DC capacitor of a specific third-stage component (device) is smaller than that of other third-stage components (devices) in the fourth-stage component (higher-level device), the unit power command value of the specific third-stage component (device) is controlled so that the DC voltage upstream of the power transmission of the specific third-stage component (device) is increased.

図13は第i装置エネルギー偏差(Edi)演算部のブロック図である。図13は以下により構成される。 Figure 13 is a block diagram of the i-th device energy deviation (Edi) calculation unit. Figure 13 consists of the following:

Eiは、第i装置に所属するすべてのユニットy台分の合計蓄積エネルギー検出値である。Eminは、第1~第x装置の蓄積エネルギーのうちの最小値である。減算器131は、エネルギーEiとエネルギー最小値Eminの偏差を求める。 Ei is the total accumulated energy detection value for all y units belonging to the i-th device. Emin is the minimum value of the accumulated energy of the first to x-th devices. Subtractor 131 calculates the deviation between energy Ei and the minimum energy value Emin.

加算器132は、減算器131の出力に0を加算する。加算器132は省略可能である。除算器133は、加算器132の出力を装置構成ユニット台数yで除算する。除算器133の出力が第i装置エネルギー偏差Ediである。 Adder 132 adds 0 to the output of subtractor 131. Adder 132 is optional. Divider 133 divides the output of adder 132 by the number of apparatus constituent units y. The output of divider 133 is the i-th apparatus energy deviation Edi.

本実施形態5では、実施形態4の装置がさらにx台直列接続されていると見なして制御を行う。 In this embodiment 5, control is performed assuming that x more devices from embodiment 4 are connected in series.

装置の電圧バランス制御は図12,図13である。図12では制御対象である第i装置の1次側直流電圧Vdcpi,2次側直流電圧Vdcsiと、x台ある装置の1次側直流電圧平均値Vdcpavg,2次側直流電圧平均値Vdcsavgを比較する。そして、電力指令値P*の向きに応じて1次側・2次側いずれかで適切な方の偏差を出力し、装置電圧偏差Vdiとして各ユニットに分配する。 The voltage balance control of the equipment is shown in Figures 12 and 13. In Figure 12, the primary DC voltage Vdcpi and secondary DC voltage Vdcsi of the i-th equipment to be controlled are compared with the average primary DC voltage Vdcpavg and average secondary DC voltage Vdcsavg of x number of equipment. Then, depending on the direction of the power command value P*, the appropriate deviation is output from either the primary or secondary side and distributed to each unit as the equipment voltage deviation Vdi.

第1装置において、装置電圧偏差Vdiは図9にVd1として入力され、スイッチSW1の出力に加算された後にアンプ99で増幅される。図9の制御ブロックにより、電力指令値P*の向きに合わせた側のユニット電圧バランスが揃い、また蓄積エネルギーの小さなユニットについては電力を受け取る側のユニット直流電圧が増加する。装置電圧偏差Vdiは第i装置のユニットy台に入力されるため、事前に1/y倍して操作量が過剰にならないようにする。 In the first unit, the unit voltage deviation Vdi is input as Vd1 in Figure 9, added to the output of switch SW1, and then amplified by amplifier 99. The control block in Figure 9 evens out the unit voltage balance on the side aligned with the direction of the power command value P*, and for units with small stored energy, the unit DC voltage on the side receiving power increases. Since the unit voltage deviation Vdi is input to y units of the i-th unit, it is multiplied by 1/y in advance to prevent excessive manipulation.

図13は軽負荷・無負荷時を対象とした放電動作を行うことで装置直流電圧をバランスさせる制御ブロックである。蓄積エネルギーの大きな装置では装置エネルギー偏差Ediが大きくなり図10にエネルギー偏差Ed1として出力され、図10のアンプ105で増幅され、該当装置を構成するy×z台のセルで損失が増加する。 Figure 13 shows a control block that balances the device DC voltage by performing a discharge operation targeted at light loads and no loads. In devices with large amounts of stored energy, the device energy deviation Edi becomes large, which is output as energy deviation Ed1 in Figure 10 and is amplified by amplifier 105 in Figure 10, increasing losses in the y x z cells that make up the device.

本実施形態5を適用せず、実施形態4で直列ユニット数を増加しても同じ構成の回路を動作させることができる。しかし、実施形態4ではユニットの制御には他のユニットの直流電圧と蓄積エネルギーの情報が必要であり、直列ユニット数が増加すれば通信負荷やユニット間の配線が増加してしまう。 A circuit with the same configuration can be operated by increasing the number of series units in embodiment 4 without applying embodiment 5. However, in embodiment 4, information on the DC voltage and stored energy of other units is required to control a unit, and increasing the number of series units increases the communication load and the wiring between units.

一方、本実施形態5であればユニットは同一装置内の他のユニットの情報だけで動作でき、他の装置の情報は不要である。ユニットは蓄積エネルギーの総和を装置の制御ブロック(図12、図13)に送信する必要がある。 On the other hand, in this embodiment 5, a unit can operate using only information from other units within the same device, and does not require information from other devices. The unit must transmit the total amount of stored energy to the device's control block (Figures 12 and 13).

装置の制御ブロックは、装置の蓄積エネルギーおよび平均値、直流電圧の情報は必要であるが、各ユニットの状態を把握しなくても運転することができる。本実施形態5を適用することで、実施形態4で直列ユニット数を増加した場合よりも通信負荷と配線の削減ができる。 The control block of the device requires information on the device's stored energy, average value, and DC voltage, but can operate without knowing the state of each unit. By applying this embodiment 5, it is possible to reduce the communication load and wiring compared to the case in which the number of series units is increased in embodiment 4.

本実施形態5では図12と図13で加算する0(加算器98,132)をさらに上位の電圧偏差に置き換え、実施形態5の構成をさらに直列接続することで直列台数を増加し、より高い電圧を扱うこともできる。 In this fifth embodiment, the 0 (adders 98, 132) added in Figures 12 and 13 is replaced with a higher voltage deviation, and by connecting further configurations of the fifth embodiment in series, the number of series units can be increased, making it possible to handle higher voltages.

以上示したように、本実施形態5によれば、ユニット直列台数を増加した場合でも実施形態4に比べて通信負荷を低減することができる。 As described above, according to this fifth embodiment, the communication load can be reduced compared to the fourth embodiment even when the number of units connected in series is increased.

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。 The present invention has been described in detail above, only with reference to the specific examples. However, it will be obvious to those skilled in the art that numerous variations and modifications are possible within the scope of the technical concept of the present invention, and it is natural that such variations and modifications fall within the scope of the claims.

なお、実施形態4,5は実施形態3に適用した例について説明したが、実施形態1、2に適用してもよい。 Note that while embodiments 4 and 5 have been described as examples applied to embodiment 3, they may also be applied to embodiments 1 and 2.

実施形態1に適用する場合、図14に示すように、セルパルス幅指令値計算部86は、複数台(各セル)のDABコンバータの1次側コンデンサの電圧と、2次側コンデンサの電圧と、絶縁型変圧器の1次巻線と2次巻線の巻数比と、電力指令値P*とユニット電力指令値P11を加算した値と、により決定した、ユニットのDABコンバータの1次側単相インバータおよび2次側単相インバータのユニットパルス幅指令値W1(1),W1(2)を入力する。セルパルス幅指令値86は、ユニットパルス幅指令値W1(1),W1(2)に基づいて、セルの1次側単相インバータおよび2次側単相インバータのセルパルス幅指令値を演算する。演算により得られたセルパルス幅指令値は該当ユニット内のすべてのセルのゲート生成器30に入力され、変換されたゲート信号に基づいて各セルのインバータを駆動する。 When applied to the first embodiment, as shown in FIG. 14 , a cell pulse width command value calculation unit 86 inputs unit pulse width command values W1(1) and W1(2) for the primary-side single-phase inverter and secondary-side single-phase inverter of the DAB converter of a unit, which are determined based on the voltages of the primary capacitors of multiple DAB converters (each cell) , the voltages of the secondary capacitors, the turns ratio between the primary and secondary windings of the isolation transformer, and the sum of the power command value P * and the unit power command value P11 . The cell pulse width command value calculation unit 86 calculates cell pulse width command values for the primary-side single-phase inverter and secondary-side single-phase inverter of the cell based on the unit pulse width command values W1(1) and W1(2) . The calculated cell pulse width command values are input to the gate generators 30 of all cells in the unit, which drive the inverters of each cell based on the converted gate signals.

また、代表セルのみセルパルス幅指令値計算部86を設けることで通信負荷を下げることもできる。その場合、代表セル以外はユニットパルス幅指令値W1(n),W2(n)がそのままゲート信号生成部に入力される。ただし、放電は代表セルのみで行うことになり、電圧バランスの偏差が零に収束するまで時間がかかる、熱責務が代表セルに集中してしまう、といった問題が生じる。この問題に対しては、該当装置の各ユニットの設計や使用部品を統一し、損失の偏りを防げばよい。 Furthermore, the communication load can be reduced by providing a cell pulse width command value calculation unit 86 only for the representative cell. In this case, the unit pulse width command values W1 (n) and W2 (n) are input directly to the gate signal generation unit for cells other than the representative cell. However, since discharge is performed only in the representative cell, problems arise, such as it taking time for the voltage balance deviation to converge to zero and the heat load being concentrated on the representative cell. To address this problem, it is sufficient to standardize the design and components used for each unit of the device to prevent imbalance in loss.

ゲート信号生成部30において、代表セルは、セルパルス幅指令値と、フィードバック制御により決定された位相指令値θFB(1)と図9のユニット電力指令値P11とを加算した値(加算器87出力)に基づいて、1次側単相インバータおよび2次側単相インバータのゲート信号を生成する。その他のセルは、位相指令値θFB(n)とセルパルス幅指令値またはユニットパルス幅指令値によって第kセルのゲート信号を生成する。または位相指令値θFB(n)にユニット電力指令値P11を加算した値(加算器87出力)を用いて第kセルのゲート信号を生成してもよい。 In the gate signal generating unit 30, the representative cell generates gate signals for the primary-side single-phase inverter and the secondary-side single-phase inverter based on the cell pulse width command value, the sum of the phase command value θ FB(1) determined by feedback control and the unit power command value P11 in Fig. 9 (output of the adder 87). The other cells generate gate signals for the k-th cell using the phase command value θ FB(n) and the cell pulse width command value or the unit pulse width command value. Alternatively, the gate signal for the k-th cell may be generated using the sum of the phase command value θ FB(n) and the unit power command value P11 (output of the adder 87).

実施形態2に適用する場合、(第111セル~第11zセルにおいて)加算器は、電力指令値P*にユニット電力指令値P11を加算する。 When applied to embodiment 2, the adder (in cells 111 to 11z) adds the unit power command value P11 to the power command value P*.

位相差・パルス幅指令値は、各セルの1次側コンデンサ電圧、2次側コンデンサ電圧、絶縁型変圧器の1次巻線と2次巻線の巻数比および加算器の出力によりユニットの1次側単相インバータおよび2次側単相インバータのユニットパルス幅指令値と、位相差を計算する。 The phase difference and pulse width command values are calculated using the primary capacitor voltage, secondary capacitor voltage, turns ratio of the isolation transformer's primary and secondary windings, and the output of the adder to calculate the unit pulse width command value and phase difference for the unit's primary single-phase inverter and secondary single-phase inverter.

セルパルス幅指令値計算部は、(第111セル~第11zセルにおいて)ユニットパルス幅指令値から、セルの1次側単相インバータおよび2次側単相インバータのセルパルス幅指令値を演算する。 The cell pulse width command value calculation unit calculates the cell pulse width command values for the cell's primary single-phase inverter and secondary single-phase inverter from the unit pulse width command value (for cells 111 to 11z).

ゲート信号生成部は、(第111セル~第11zセルにおいて)セルパルス幅指令値と、位相差・パルス幅計算部で計算された位相差からフィードバック制御により決定された位相指令値を減算した位相差指令値とに基づいて、各セルの1次側単相インバータおよび2次側単相インバータのゲート信号を生成する。 The gate signal generation unit generates gate signals for the primary single-phase inverter and secondary single-phase inverter of each cell (in cells 111 to 11z) based on the cell pulse width command value and the phase difference command value obtained by subtracting the phase command value determined by feedback control from the phase difference calculated by the phase difference/pulse width calculation unit.

ゲート信号生成部は、電流制御部からフィードバックされる位相指令値と位相差・パルス幅計算部で計算された位相差の差分である位相差指令値と、セルパルス幅指令値によって代表セルのゲート信号を生成し、コンデンサ電圧バランス制御部からフィードバックされる位相指令値と位相差・パルス幅計算部で計算された位相差の差分である位相差指令値と、セルパルス幅指令値によって第kセルのゲート信号を生成する。 The gate signal generation unit generates a gate signal for the representative cell using a phase difference command value, which is the difference between the phase command value fed back from the current control unit and the phase difference calculated by the phase difference/pulse width calculation unit, and a cell pulse width command value. The gate signal generation unit generates a gate signal for the kth cell using a phase difference command value, which is the difference between the phase command value fed back from the capacitor voltage balance control unit and the phase difference calculated by the phase difference/pulse width calculation unit, and a cell pulse width command value.

1…1次側単相インバータ
2…2次側単相インバータ
3…絶縁型変圧器
30、43、53、83…ゲート信号生成部
61、65…電流制御部
64…コンデンサ電圧バランス制御部
41、51、81…位相差・パルス幅計算部
42,52、54、82、84…減算器
85…加算器
86…セルパルス幅指令値計算部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Primary side single-phase inverter 2... Secondary side single-phase inverter 3... Insulation transformer 30, 43, 53, 83... Gate signal generation unit 61, 65... Current control unit 64... Capacitor voltage balance control unit 41, 51, 81... Phase difference/pulse width calculation unit 42, 52, 54, 82, 84... Subtractor 85... Adder 86... Cell pulse width command value calculation unit

Claims (5)

絶縁型変圧器の1次巻線に交流側が接続された1次側単相インバータと、前記絶縁型変圧器の2次巻線に交流側が接続された2次側単相インバータと、前記1次側単相インバータの直流側の正、負極端間に接続された1次側コンデンサと、前記2次側単相インバータの直流側の正、負極端間に接続された2次側コンデンサとを備えたDAB(Dual Active Bridge)コンバータを複数台設け、
複数台の前記DABコンバータを1段目~m(m=2以上の整数)段目に階層化し、1段目の構成要素はセルとし、1段目要素の所定台数の集合体を2段目の構成要素であるユニットとし、2段目要素の所定台数の集合体を3段目の構成要素である装置とし、4段目以降は前段の構成要素である前記装置の所定台数の集合体であるさらに上位の装置とし、
z(z=2以上の整数)台のセルの各前記1次側単相インバータの正、負極端を直列接続し、各前記2次側単相インバータの正、負極端を並列接続した構成を前記ユニットとし、2段目以降の構成要素の1次側と2次側を集合体内で直列接続した双方向絶縁型DC/DCコンバータの制御装置であって、
前記制御装置は、
1次側直流電流又は2次側直流電流を、設定した電流指令値に追従させる第1位相指令値を出力する電流制御部と、
ユニット内の代表セルの1次側コンデンサ電圧、又はユニットの1次側直流電圧をユニット内のセル台数で割った平均電圧値と、第k(k=~zの整数)セルの1次側コンデンサ電圧との偏差を低減する第k位相指令値を出力するコンデンサ電圧バランス制御部と、
2段目以降において、各構成要素における電力伝送の上流側の直流電圧が集合体内で等しくなるように各構成要素の1次側・2次側間で伝送される電力を増減させるユニット電力指令値を出力するユニット電力指令値演算部と、
1次側と2次側間で伝送される電力の指令値である電力指令値と前記ユニット電力指令値を加算する加算器と、
各セルの前記1次側コンデンサ電圧と、2次側コンデンサ電圧と、前記絶縁型変圧器の1次巻線と2次巻線の巻数比と、前記加算器の出力と、に基づいてユニットの前記1次側単相インバータおよび前記2次側単相インバータのユニットパルス幅指令値と、位相差を計算する位相差・パルス幅計算部と、
前記ユニットパルス幅指令値から、セルの前記1次側単相インバータおよび前記2次側単相インバータのセルパルス幅指令値を演算するセルパルス幅指令値計算部と、
前記セルパルス幅指令値と、位相差・パルス幅計算部で計算された前記位相差から前記第1位相指令値または第k位相指令値を減算した位相差指令値とに基づいて、各セルの前記1次側単相インバータおよび前記2次側単相インバータのゲート信号を生成するゲート信号生成部と、を備え、
前記ゲート信号生成部は、前記第1位相指令値と前記位相差・パルス幅計算部で計算された前記位相差の差分である位相差指令値と、前記セルパルス幅指令値によって代表セルのゲート信号を生成し、前記第k位相指令値と前記位相差・パルス幅計算部で計算された前記位相差の差分である位相差指令値と、前記セルパルス幅指令値によって前記第kセルのゲート信号を生成することを特徴とする双方向絶縁型DC/DCコンバータの制御装置。
a plurality of DAB (Dual Active Bridge) converters are provided, each including a primary-side single-phase inverter having an AC side connected to a primary winding of an isolation transformer, a secondary-side single-phase inverter having an AC side connected to a secondary winding of the isolation transformer, a primary-side capacitor connected between positive and negative terminals of the DC side of the primary-side single-phase inverter, and a secondary-side capacitor connected between positive and negative terminals of the DC side of the secondary-side single-phase inverter;
The plurality of DAB converters are layered into first to m (m = an integer of 2 or more) stages, the components of the first stage are cells , a predetermined number of first stage elements are aggregates of units that are components of the second stage, a predetermined number of second stage elements are aggregates of devices that are components of the third stage, and the fourth stage and onwards are aggregates of predetermined numbers of the devices that are components of the previous stage, which are higher-level devices,
A control device for a bidirectional isolated DC/DC converter in which the unit is configured by connecting the positive and negative terminals of the primary-side single-phase inverters of z (z = an integer of 2 or more) cells in series and connecting the positive and negative terminals of the secondary-side single-phase inverters in parallel, and the primary and secondary sides of components from the second stage onwards are connected in series within an assembly,
The control device
a current control unit that outputs a first phase command value that causes the primary-side DC current or the secondary-side DC current to follow a set current command value;
a capacitor voltage balance control unit that outputs a k-th phase command value that reduces the deviation between the primary capacitor voltage of the k-th cell (k=an integer from 2 to z) and the average voltage value obtained by dividing the primary capacitor voltage of a representative cell in the unit or the primary DC voltage of the unit by the number of cells in the unit;
a unit power command value calculation unit that outputs a unit power command value that increases or decreases the power transmitted between the primary side and the secondary side of each component so that the DC voltages on the upstream side of the power transmission in each component are equal within the assembly, in the second stage and thereafter;
an adder that adds a power command value, which is a command value for power transmitted between the primary side and the secondary side, to the unit power command value;
a phase difference/pulse width calculation unit that calculates a unit pulse width command value and a phase difference of the primary-side single-phase inverter and the secondary-side single-phase inverter of a unit based on the primary-side capacitor voltage, the secondary-side capacitor voltage of each cell, the turns ratio between the primary winding and the secondary winding of the isolation transformer, and the output of the adder;
a cell pulse width command value calculation unit that calculates cell pulse width command values for the primary-side single-phase inverter and the secondary-side single-phase inverter of the cell from the unit pulse width command value;
a gate signal generating unit that generates gate signals for the primary-side single-phase inverter and the secondary-side single-phase inverter of each cell based on the cell pulse width command value and a phase difference command value obtained by subtracting the first phase command value or the kth phase command value from the phase difference calculated by the phase difference/pulse width calculating unit,
the gate signal generating unit generates a gate signal of a representative cell based on a phase difference command value which is a difference between the first phase command value and the phase difference calculated by the phase difference/pulse width calculating unit, and the cell pulse width command value , and generates a gate signal of the kth cell based on a phase difference command value which is a difference between the kth phase command value and the phase difference calculated by the phase difference/pulse width calculating unit, and the cell pulse width command value.
絶縁型変圧器の1次巻線に交流側が接続された1次側単相インバータと、前記絶縁型変圧器の2次巻線に交流側が接続された2次側単相インバータと、前記1次側単相インバータの直流側の正、負極端間に接続された1次側コンデンサと、前記2次側単相インバータの直流側の正、負極端間に接続された2次側コンデンサとを備えたDAB(Dual Active Bridge)コンバータを複数台設け、
複数台の前記DABコンバータを1段目~m(m=2以上の整数)段目に階層化し、1段目の構成要素はセルとし、1段目要素の所定台数の集合体を2段目の構成要素であるユニットとし、2段目要素の所定台数の集合体を3段目の構成要素である装置とし、4段目以降は前段の構成要素である前記装置の所定台数の集合体であるさらに上位の装置とし、
z(z=2以上の整数)台のセルの各前記1次側単相インバータの正、負極端を直列接続し、各前記2次側単相インバータの正、負極端を並列接続した構成をユニットとし、2段目以降の構成要素の1次側と2次側を集合体内で直列接続した双方向絶縁型DC/DCコンバータの制御装置であって、
前記制御装置は、
1次側直流電流又は2次側直流電流を、設定した電流指令値に追従させる第1位相指令値を出力する電流制御部と、
ユニット内の代表セルの1次側コンデンサ電圧、又はユニットの1次側直流電圧をユニット内のセル台数で割った平均電圧値と、第k(k=~zの整数)セルの1次側コンデンサ電圧との偏差を低減する第k位相指令値を出力するコンデンサ電圧バランス制御部と、
2段目以降において、各構成要素における電力伝送の上流側の直流電圧が集合体内で等しくなるように各構成要素の1次側・2次側間で伝送される電力を増減させるユニット電力指令値を出力するユニット電力指令値演算部と、
1次側と2次側間で伝送される電力の指令値である電力指令値と前記ユニット電力指令値を加算する加算器と、
ユニットの1次側直流電圧をユニット内のセル台数で割った平均電圧値と、ユニット内の2次側直流電圧と、前記絶縁型変圧器の1次巻線と2次巻線の巻数比および前記加算器の出力により、ユニットの前記1次側単相インバータおよび前記2次側単相インバータのユニットパルス幅指令値と、位相差を計算する位相差・パルス幅計算部と、
前記ユニットパルス幅指令値から、セルの前記1次側単相インバータおよび前記2次側単相インバータのセルパルス幅指令値を演算するセルパルス幅指令値計算部と、
前記セルパルス幅指令値と、位相差・パルス幅計算部で計算された前記位相差から前記第1位相指令値または前記第k位相指令値を減算した位相差指令値とに基づいて、各セルの前記1次側単相インバータおよび前記2次側単相インバータのゲート信号を生成するゲート信号生成部と、を備え、
前記ゲート信号生成部は、前記第1位相指令値と前記位相差・パルス幅計算部で計算された前記位相差の差分である位相差指令値と、前記セルパルス幅指令値によって代表セルのゲート信号を生成し、前記第k位相指令値と前記位相差・パルス幅計算部で計算された前記位相差の差分である位相差指令値と、前記セルパルス幅指令値によって前記第kセルのゲート信号を生成することを特徴とする双方向絶縁型DC/DCコンバータの制御装置。
a plurality of DAB (Dual Active Bridge) converters are provided, each including a primary-side single-phase inverter having an AC side connected to a primary winding of an isolation transformer, a secondary-side single-phase inverter having an AC side connected to a secondary winding of the isolation transformer, a primary-side capacitor connected between positive and negative terminals of the DC side of the primary-side single-phase inverter, and a secondary-side capacitor connected between positive and negative terminals of the DC side of the secondary-side single-phase inverter;
The plurality of DAB converters are layered into first to m (m = an integer of 2 or more) stages, the components of the first stage are cells , a predetermined number of first stage elements are aggregates of units that are components of the second stage, a predetermined number of second stage elements are aggregates of devices that are components of the third stage, and the fourth stage and onwards are aggregates of predetermined numbers of the devices that are components of the previous stage, which are higher-level devices,
A control device for a bidirectional isolated DC/DC converter in which a unit is formed by connecting the positive and negative terminals of each of the primary-side single-phase inverters of z (z = an integer of 2 or more) cells in series and connecting the positive and negative terminals of each of the secondary-side single-phase inverters in parallel, and the primary and secondary sides of components from the second stage onwards are connected in series within an assembly,
The control device
a current control unit that outputs a first phase command value that causes the primary-side DC current or the secondary-side DC current to follow a set current command value;
a capacitor voltage balance control unit that outputs a k-th phase command value that reduces the deviation between the primary capacitor voltage of the k-th cell (k=an integer from 2 to z) and the average voltage value obtained by dividing the primary capacitor voltage of a representative cell in the unit or the primary DC voltage of the unit by the number of cells in the unit;
a unit power command value calculation unit that outputs a unit power command value that increases or decreases the power transmitted between the primary side and the secondary side of each component so that the DC voltages on the upstream side of the power transmission in each component are equal within the assembly, in the second stage and thereafter;
an adder that adds a power command value, which is a command value for power transmitted between the primary side and the secondary side, to the unit power command value;
a phase difference/pulse width calculation unit that calculates a unit pulse width command value and a phase difference of the primary single-phase inverter and the secondary single-phase inverter of the unit based on an average voltage value obtained by dividing the primary DC voltage of the unit by the number of cells in the unit, the secondary DC voltage of the unit, the turns ratio between the primary winding and the secondary winding of the isolation transformer, and the output of the adder;
a cell pulse width command value calculation unit that calculates cell pulse width command values for the primary-side single-phase inverter and the secondary-side single-phase inverter of the cell from the unit pulse width command value;
a gate signal generating unit that generates gate signals for the primary-side single-phase inverter and the secondary-side single-phase inverter of each cell based on the cell pulse width command value and a phase difference command value obtained by subtracting the first phase command value or the kth phase command value from the phase difference calculated by the phase difference/pulse width calculating unit,
the gate signal generating unit generates a gate signal of a representative cell based on a phase difference command value which is a difference between the first phase command value and the phase difference calculated by the phase difference/pulse width calculating unit, and the cell pulse width command value , and generates a gate signal of the kth cell based on a phase difference command value which is a difference between the kth phase command value and the phase difference calculated by the phase difference/pulse width calculating unit, and the cell pulse width command value.
前記ユニット電力指令値演算部は、
2段目以降の特定の構成要素の1次側直流コンデンサと2次側直流コンデンサに蓄積されたエネルギーが集合体内の他の構成要素に比べて大きい場合に、前記特定の構成要素の電力伝送の上流側の直流電圧が小さくなるよう前記特定の構成要素の前記ユニット電力指令値を制御し、
2段目以降の特定の構成要素の1次側直流コンデンサと2次側直流コンデンサに蓄積されたエネルギーが集合体内の他の構成要素に比べて小さい場合に、前記特定の構成要素の電力伝送の上流側の直流電圧が大きくなるよう前記特定の構成要素の前記ユニット電力指令値を制御することを特徴とする請求項1または2に記載の双方向絶縁型DC/DCコンバータの制御装置。
The unit power command value calculation unit
When the energy stored in the primary side DC capacitor and the secondary side DC capacitor of a specific component in the second or subsequent stage is larger than that of other components in the assembly, the unit power command value of the specific component is controlled so that the DC voltage on the upstream side of the power transmission of the specific component is reduced;
3. The control device for a bidirectional isolated DC/DC converter according to claim 1, wherein, when the energy stored in the primary-side DC capacitor and the secondary-side DC capacitor of a specific component in a second or subsequent stage is smaller than that of other components in the assembly, the unit power command value of the specific component is controlled so that the DC voltage on the upstream side of power transmission of the specific component is increased.
前記制御装置は、
2段目以降の特定の構成要素の1次側直流コンデンサと2次側直流コンデンサに蓄積されたエネルギーが全構成要素のうち最小以外の場合、当該構成要素の運転力率を低下させることを特徴とする請求項1~3のうち何れかに記載の双方向絶縁型DC/DCコンバータの制御装置。
The control device
4. The control device for a bidirectional isolated DC/DC converter according to claim 1, wherein when the energy stored in the primary-side DC capacitor and the secondary-side DC capacitor of a specific component in the second stage or later is other than the smallest among all the components, the operating power factor of the component is reduced.
前記制御装置は、
2段目以降の特定の構成要素の1次側直流コンデンサと2次側直流コンデンサに蓄積されたエネルギーが全構成要素のうち最小以外の場合、当該構成要素が出力する電流の直流成分を大きくすることを特徴とする請求項1~4のうち何れかに記載の双方向絶縁型DC/DCコンバータの制御装置。
The control device
5. The control device for a bidirectional isolated DC/DC converter according to any one of claims 1 to 4, characterized in that, when the energy stored in the primary-side DC capacitor and the secondary-side DC capacitor of a specific component in the second stage or later is other than the smallest among all the components, the DC component of the current output by that component is increased.
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