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JP7786209B2 - DAB bidirectional isolated DC/DC converter and its control method - Google Patents
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JP7786209B2 - DAB bidirectional isolated DC/DC converter and its control method - Google Patents

DAB bidirectional isolated DC/DC converter and its control method

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JP7786209B2 JP2022003298A JP2022003298A JP7786209B2 JP 7786209 B2 JP7786209 B2 JP 7786209B2 JP 2022003298 A JP2022003298 A JP 2022003298A JP 2022003298 A JP2022003298 A JP 2022003298A JP 7786209 B2 JP7786209 B2 JP 7786209B2
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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。並列に接続して大電流の直流電力の変換と絶縁を行うほか、一端を直列に接続することで高圧の電力から低圧大電流の電力への双方向の変換も行うことができる。また、低耐圧デバイスを用いたDABユニットを1台設計しそれを量産すれば、複数台を直並列に接続することで高圧・大電力の変換に対応することができる。 Because the input and output sides of DAB converters are insulated, multiple units can be connected in series or parallel. Connecting them in parallel allows for the conversion and isolation of high-current DC power, and connecting one end in series also allows for bidirectional conversion from high-voltage power to low-voltage, high-current power. Furthermore, if a single DAB unit using a low-voltage device is designed and mass-produced, connecting multiple units in series or parallel allows for high-voltage, high-power conversion.

その際に問題となるのが、直列に接続した一端のコンデンサ電圧バランスである。電圧バランスが崩れると特定のDABユニットに電圧責務が集中し、ユニットの過熱やスイッチングサージによる素子の破壊・過電圧による部品の破壊といった問題が生じる。もう一端が並列接続であれば、並列側を経由して別ユニットへの直流コンデンサの電荷を移動でき、直列コンデンサ電圧バランスを維持できる。 The problem in this case is the capacitor voltage balance at one end of the series connection. If the voltage balance is disrupted, the voltage burden will be concentrated on a specific DAB unit, causing problems such as unit overheating, element destruction due to switching surges, and component destruction due to overvoltage. If the other end is connected in parallel, the charge in the DC capacitor can be transferred to another unit via the parallel side, maintaining the series capacitor voltage balance.

しかし、両端が直列接続の場合は電荷の移動が同一ユニット内に限られてしまい、バランス維持は困難である。 However, if both ends are connected in series, charge movement is limited to within the same unit, making it difficult to maintain balance.

非特許文献1、特許文献1~3は補助コンバータを用いてコンデンサ電圧のバランスを制御する方式である。補助コンバータを用いることでいかなる条件においてもコンデンサ電圧の偏差を非常に小さく保つことができる。 Non-patent document 1 and patent documents 1 to 3 describe a method for controlling the balance of capacitor voltages using an auxiliary converter. By using an auxiliary converter, it is possible to keep the deviation in capacitor voltage very small under any conditions.

非特許文献1,特許文献1は補助コンバータとしてDAB方式のコンバータを、特許文献2はチョッパを、特許文献3は共振回路と倍電圧整流回路を用いている。特許文献3の補助コンバータは受動素子のみで構成されているため、別途制御手段を用いることなくコンデンサ電圧をバランスさせることができる。 Non-Patent Document 1 and Patent Document 1 use a DAB converter as the auxiliary converter, Patent Document 2 uses a chopper, and Patent Document 3 uses a resonant circuit and a voltage doubler rectifier circuit. Because the auxiliary converter in Patent Document 3 is composed only of passive elements, the capacitor voltage can be balanced without using a separate control means.

特許文献4は、DABユニットの一端にブリッジセルを接続し、ブリッジセルのカスケード接続構成を電源に接続した構成である。ブリッジセルのカスケード接続構成ではコンデンサ電圧のバランス制御方法が確立されていて、また、電源が交流でも対応できる。電源が直流のみの場合はブリッジセルをチョッパセルに置換することで半導体素子数を少なくすることができる。DABユニットのもう一端には切替機を接続し、負荷の台数や容量に応じて自由にDABユニットの並列台数を切り替えることができる。 Patent document 4 describes a configuration in which a bridge cell is connected to one end of a DAB unit, and the cascade-connected bridge cells are connected to a power supply. A method for controlling the balance of capacitor voltages has been established in a cascade-connected bridge cell configuration, and it can also be used with AC power supplies. If the power supply is DC only, the number of semiconductor elements can be reduced by replacing the bridge cell with a chopper cell. A switch is connected to the other end of the DAB unit, allowing the number of DAB units connected in parallel to be freely changed depending on the number and capacity of the load.

国際公開WO2017/163508International Publication WO2017/163508 特開2017-017868号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2017-017868 特開2017-017869号公報JP 2017-017869 A 特開2019-213424号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2019-213424

石橋卓治、地道拓志、森修、「大規模洋上風力発電の直流送配電システム向け高圧大容量DC/DC変換器の回路方式と制御法」、電気学会論文誌D、2018年、138巻1号、p58-66Takuji Ishibashi, Takuji Jido, Osamu Mori, "Circuit Configuration and Control Method of High-Voltage, Large-Capacity DC/DC Converter for DC Transmission and Distribution Systems of Large-Scale Offshore Wind Power Generation," IEEJ Transactions on Power Generation, Vol. 138, No. 1, 2018, pp. 58-66

しかし、非特許文献1、特許文献1~3の構成では、追加した補助コンバータの分だけ部品点数・コスト・装置容積が増加してしまう。特許文献1ではM直列構成に対してM-1台の補助コンバータが必要となる。 However, in the configurations of Non-Patent Document 1 and Patent Documents 1 to 3, the number of parts, cost, and device volume increase by the amount of the added auxiliary converters. In Patent Document 1, M-1 auxiliary converters are required for an M series configuration.

非特許文献1では入力3直列3並列・出力9直列の構成に対し2台の補助コンバータが必要となる。また、補助コンバータの容量設計も問題となる。 In Non-Patent Document 1, two auxiliary converters are required for a configuration with three inputs in series and three in parallel and nine outputs in series. Furthermore, the capacity design of the auxiliary converters also poses problems.

例えば、非特許文献1では半導体損失のばらつきとリアクトルのばらつきを考慮した設計例が記載されている。しかし、これ以外の例えば直流コンデンサの経年劣化による漏れ電流増加には対応できず、バランス維持が不可能となる。余裕を持って容量を設計すると、コストや装置容積が増加してしまう。また、非特許文献1、特許文献1,2の構成では補助回路の制御手段が別途必要となり、検出器や制御基板の分だけコストが増加してしまう。 For example, Non-Patent Document 1 describes a design example that takes into account variations in semiconductor losses and reactor variations. However, it cannot address other issues, such as increases in leakage current due to aging of DC capacitors, making it impossible to maintain balance. Designing capacity with a margin of error increases costs and device volume. Furthermore, the configurations in Non-Patent Document 1 and Patent Documents 1 and 2 require separate control means for the auxiliary circuit, which increases costs by the amount of the detector and control board.

特許文献3の構成であれば制御手段が不要である。しかし、調整電圧の設計が困難である。調整電圧が過剰であれば、コンデンサ電圧がバランスされていても補助コンバータを介して上下のDABユニットを電流が循環し続け損失が増加してしまう。調整電圧が不足しているとコンデンサ電圧のバランスが大きく崩れてから電流が補助コンバータを流れ始め、コンデンサ電圧の偏差が拡大してしまう。 The configuration of Patent Document 3 eliminates the need for a control means. However, designing the regulated voltage is difficult. If the regulated voltage is excessive, even if the capacitor voltages are balanced, current continues to circulate between the upper and lower DAB units via the auxiliary converter, increasing losses. If the regulated voltage is insufficient, the capacitor voltage balance is significantly disrupted before current begins to flow through the auxiliary converter, increasing the deviation in capacitor voltage.

特許文献4では、一端に接続するブリッジセル・チョッパセルの分だけ部品点数・コスト・装置容積が増加してしまう。また、もう一端には切替機も必要となりこれも部品点数・コスト・装置容積増加の原因となる。特に切替機ではユニットM台・負荷M台に対してM×M個のスイッチが必要となり、部品点数が大幅に増加する。スイッチを機械接点にすれば寿命が問題となり、直流電流に対応した遮断器は大型・高コストである。半導体スイッチを用いる場合は電圧降下による損失増加が問題となる。 In Patent Document 4, the number of parts, costs, and device volume increase by the amount of the bridge cell and chopper cell connected to one end. A switching device is also required at the other end, which also increases the number of parts, costs, and device volume. The switching device in particular requires M x M switches for M units and M loads, significantly increasing the number of parts. If the switches use mechanical contacts, their lifespan becomes an issue, and circuit breakers compatible with DC current are large and expensive. If semiconductor switches are used, increased loss due to voltage drop becomes an issue.

以上示したようなことから、両端が直列接続されたDAB方式双方向絶縁型DC/DCコンバータにおいて、コンデンサ電圧バランスを均等にすることが課題となる。 As shown above, the challenge in a DAB-type bidirectional isolated DC/DC converter, in which both ends are connected in series, is to achieve equal capacitor voltage balance.

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、1次側直流電源と、2次側直流電源と、前記1次側直流電源と前記2次側直流電源との間に接続された複数のセルと、を備えたDAB方式双方向絶縁型DC/DCコンバータであって、前記1次側直流電源の正極と負極との間に直列接続された各セルの1次側直流コンデンサと、前記2次側直流電源の正極と負極との間に直列接続された各セルの2次側直流コンデンサと、各セルの前記1次側直流コンデンサにそれぞれ接続された各セルの第1インバータと、各セルの前記2次側直流コンデンサにそれぞれ接続された各セルの第2インバータと、各セルの前記第1インバータの交流側にそれぞれ1次巻線が接続され、各セルの前記第2インバータの交流側にそれぞれ2次巻線が接続された各セルのトランスと、前記第1,第2インバータのゲート信号を生成する制御部と、を備え、1段目~n(n=2以上の整数)段目に階層化し、1段目は前記セルとし、2段目は構成要素である前記セルの所定台数の集合体であるユニットとし、3段目は構成要素である前記ユニットの所定台数の集合体である装置とし、4段目以降は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、前記制御部は、各集合体において各構成要素の電力伝送の上流側の直流コンデンサ電圧が集合体内で等しくなるように各構成要素の前記第1インバータと前記第2インバータが出力する交流電圧の位相差またはパルス幅の少なくともどちらか一方を制御することを特徴とする。 The present invention was devised in view of the above-mentioned problems of the related art, and one aspect thereof is a DAB type bidirectional isolated DC/DC converter comprising a primary side DC power supply, a secondary side DC power supply, and a plurality of cells connected between the primary side DC power supply and the secondary side DC power supply, wherein the converter comprises a primary side DC capacitor of each cell connected in series between the positive and negative poles of the primary side DC power supply, a secondary side DC capacitor of each cell connected in series between the positive and negative poles of the secondary side DC power supply, a first inverter of each cell connected to the primary side DC capacitor of each cell, a second inverter of each cell connected to the secondary side DC capacitor of each cell, and a primary winding connected to the AC side of the first inverter of each cell, and a secondary winding connected to the AC side of the second inverter of each cell. The system comprises a transformer for each cell, each having a secondary winding connected to the downstream side, and a control unit that generates gate signals for the first and second inverters. The system is hierarchically structured into first to n (n = an integer of 2 or greater) stages, with the first stage being the cells, the second stage being units that are aggregations of a predetermined number of the cells that are components, the third stage being devices that are aggregations of a predetermined number of the units that are components, and the fourth stage and beyond being higher-level devices that are aggregations of a predetermined number of the devices that are components. The control unit controls at least one of the phase difference or pulse width of the AC voltages output by the first inverter and the second inverter of each component so that the DC capacitor voltages upstream of the power transmission of each component in each aggregation are equal within the aggregation.

また、その一態様として、前記制御部は、特定の構成要素の前記1次側直流コンデンサと前記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コンデンサ電圧が小さくなるよう前記特定の構成要素の前記第1インバータと前記第2インバータが出力する交流電圧の位相差を制御し、特定の構成要素の前記1次側直流コンデンサと前記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コンデンサ電圧が大きくなるよう前記特定の構成要素の前記第1インバータと前記第2インバータが出力する交流電圧の位相差を制御することを特徴とする。 In one aspect, the control unit controls the phase difference between the AC voltages output by the first inverter and the second inverter of a specific component so that the DC capacitor voltage upstream of the power transmission of the specific component is reduced when the energy stored in the primary DC capacitor and the secondary DC capacitor of the specific component is greater than that of the other components in the assembly; and controls the phase difference between the AC voltages output by the first inverter and the second inverter of the specific component so that the DC capacitor voltage upstream of the power transmission of the specific component is increased when the energy stored in the primary DC capacitor and the secondary DC capacitor of the specific component is less than that of the other components in the assembly.

また、その一態様として、前記制御部は、前記1次側直流コンデンサと前記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構成要素で、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 unit reduces the operating power factor of a component other than the component with the least amount of energy stored in the primary-side DC capacitor and the secondary-side DC capacitor.

また、その一態様として、前記制御部は、前記1次側直流コンデンサと前記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構成要素で、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 unit increases the DC component of the current output by a component other than the component with the smallest amount of energy stored in the primary-side DC capacitor and the secondary-side DC capacitor.

また、その一態様として、前記制御部は、第j(j=1~yの整数)ユニット第k(k~1~zの整数)セルの前記1次側直流コンデンサと前記2次側直流コンデンサに蓄積されたエネルギーと、前記第jユニットのセルの前記1次側直流コンデンサと前記2次側直流コンデンサに蓄積されたエネルギー平均値と、の偏差である第1エネルギー偏差を算出する第13減算器と、前記第1エネルギー偏差を増幅し第jユニット第kセルのアンバランス電圧指令値を出力する第4アンプと、第jユニット第kセルの1次側直流コンデンサ電圧と前記第jユニット第kセルのアンバランス電圧指令値の和から第jユニットのセルの1次側直流コンデンサ電圧平均値を減算し、第jユニット第kセルの1次側電圧偏差を算出する第1減算器と、第jユニット第kセルの2次側直流コンデンサ電圧と前記第jユニット第kセルのアンバランス電圧指令値の和から第jユニットのセルの2次側直流コンデンサ電圧平均値を減算し、第jユニット第kセルの2次側電圧偏差を算出する第2減算器と、前記トランスの巻数比が1次巻線:2次巻線=1:nの時に、前記第jユニット第kセルの2次側電圧偏差に-1/nを乗算し、または、前記第jユニット第kセルの2次側電圧偏差に-1を乗算し、前記第jユニット第kセルの1次側電偏差にnを乗算する第1巻数比乗算器と、電力指令値が第1閾値よりも大きい場合は前記第yユニット第kセルの1次側電圧偏差を出力し、前記電力指令値が第2閾値よりも小さい場合は前記第yユニット第kセルの2次側電圧偏差を出力し、前記電力指令値が第2閾値以上第1閾値未満の場合は前記第yユニット第kセルの1次側電圧偏差または前記第yユニット第kセルの2次側電圧偏差のどちらか、あるいは両方の和、あるいは0を出力する第1スイッチと、前記第1スイッチの出力に第jユニット電圧制御偏差を加算する第8加算器と、前記第8加算器の出力を増幅して第jユニット第kセルの位相として出力する第1アンプと、前記第jユニット第kセルの位相に位相指令値を加算して第jユニット第kセルの位相差指令値として出力する第2加算器と、を備え、前記位相差指令値に基づいて第jユニット第kセルの前記第1インバータと前記第2インバータを制御することを特徴とする。 In one aspect, the control unit includes a thirteenth subtractor that calculates a first energy deviation, which is the deviation between the energy stored in the primary side DC capacitor and the secondary side DC capacitor of the kth (k to 1 to z) cell of the jth (j = an integer from 1 to y) unit and the average value of the energy stored in the primary side DC capacitor and the secondary side DC capacitor of the cell of the jth unit, a fourth amplifier that amplifies the first energy deviation and outputs an unbalance voltage command value for the kth cell of the jth unit, and a fourth amplifier that amplifies the first energy deviation and outputs an unbalance voltage command value for the primary side DC capacitor of the kth cell of the jth unit. a first subtractor that subtracts a primary-side DC capacitor voltage average value of the cell of the j unit from the sum of the secondary-side DC capacitor voltage of the k-th cell of the j unit and the unbalance voltage command value of the k-th cell of the j unit to calculate a primary-side voltage deviation of the k-th cell of the j unit; a second subtractor that subtracts a secondary-side DC capacitor voltage average value of the cell of the j unit from the sum of the secondary-side DC capacitor voltage of the k-th cell of the j unit and the unbalance voltage command value of the k-th cell of the j unit to calculate a secondary-side voltage deviation of the k-th cell of the j unit; a first turns ratio multiplier that multiplies the secondary voltage deviation of the kth cell of the jth unit by -1/n, or that multiplies the secondary voltage deviation of the kth cell of the jth unit by -1 and that multiplies the primary voltage deviation of the kth cell of the jth unit by n; and a second turns ratio multiplier that outputs the primary voltage deviation of the kth cell of the yth unit when a power command value is greater than a first threshold value, outputs the secondary voltage deviation of the kth cell of the yth unit when the power command value is less than a second threshold value, and outputs the primary voltage deviation of the kth cell of the yth unit or the kth cell of the yth unit when the power command value is equal to or greater than the second threshold value and less than the first threshold value. The system comprises a first switch that outputs either or the sum of the secondary voltage deviations of the cells, or 0; an eighth adder that adds the jth unit voltage control deviation to the output of the first switch; a first amplifier that amplifies the output of the eighth adder and outputs it as the phase of the kth cell of the jth unit; and a second adder that adds a phase command value to the phase of the kth cell of the jth unit and outputs it as a phase difference command value for the kth cell of the jth unit, and controls the first inverter and the second inverter of the kth cell of the jth unit based on the phase difference command value.

また、その一態様として、前記制御部は、第jユニットの前記1次側直流コンデンサと前記2次側直流コンデンサに蓄積されたエネルギーと、ユニットの前記1次側直流コンデンサと前記2次側直流コンデンサに蓄積されたエネルギーの平均値と、の偏差である第3エネルギー偏差を求める第14減算器と、前記第3エネルギー偏差を増幅し第jユニットのアンバランス電圧指令値を出力する第5アンプと、第jユニットの1次側直流コンデンサ電圧と第jユニットのアンバランス電圧指令値の和からユニットの1次側直流コンデンサ電圧平均値を減算し、第jユニットの1次側電圧偏差を算出する第15減算器と、第jユニットの2次側直流コンデンサ電圧と第jユニットのアンバランス電圧指令値の和からユニットの2次側直流コンデンサ電圧平均値を減算し、第jユニットの2次側電圧偏差を算出する第16減算器と、前記トランスの巻数比が1次巻線:2次巻線=1:nの時に、前記第jユニットの2次側電圧偏差に-1/nを乗算し、または、前記第jユニットの2次側電圧偏差に-1を乗算し、前記第jユニットの1次側電偏差にnを乗算する第2巻数比乗算器と、前記電力指令値が第1閾値よりも大きい場合は前記第jユニットの1次側電圧偏差を出力し、前記電力指令値が第2閾値よりも小さい場合は前記第jユニットの2次側電圧偏差を出力し、前記電力指令値が第2閾値以上第1閾値未満の場合は前記第jユニットの1次側電圧偏差または前記第jユニットの2次側電圧偏差のどちらか、あるいは両方の和、あるいは0を出力する第6スイッチと、前記第6スイッチの出力に第i(i=1~xの整数)装置電圧制御偏差を加算する第9加算器と、前記第9加算器の出力にユニットのセル台数の逆数を乗算して前記第jユニット電圧制御偏差として出力する第8乗算器と、を備えたことを特徴とする。 In one aspect, the control unit includes a 14th subtractor that calculates a third energy deviation, which is the deviation between the energy stored in the primary DC capacitor and the secondary DC capacitor of the jth unit and the average value of the energy stored in the primary DC capacitor and the secondary DC capacitor of the unit; a 5th amplifier that amplifies the third energy deviation and outputs an unbalance voltage command value for the jth unit; a 15th subtractor that subtracts the average primary DC capacitor voltage of the unit from the sum of the primary DC capacitor voltage of the jth unit and the unbalance voltage command value of the jth unit to calculate the primary voltage deviation of the jth unit; a 16th subtractor that subtracts the average secondary DC capacitor voltage of the unit from the sum of the secondary DC capacitor voltage of the jth unit and the unbalance voltage command value of the jth unit to calculate the secondary voltage deviation of the jth unit; The system is characterized by comprising: a second turns ratio multiplier that multiplies the secondary voltage deviation of the j unit by -1/n when the secondary winding ratio is 1:n, or multiplies the secondary voltage deviation of the j unit by -1, and multiplies the primary voltage deviation of the j unit by n; a sixth switch that outputs the primary voltage deviation of the j unit if the power command value is greater than a first threshold, outputs the secondary voltage deviation of the j unit if the power command value is less than a second threshold, and outputs either the primary voltage deviation of the j unit or the secondary voltage deviation of the j unit, or the sum of both, or 0, if the power command value is greater than or equal to the second threshold and less than the first threshold; a ninth adder that adds the i-th (i = an integer from 1 to x) device voltage control deviation to the output of the sixth switch; and an eighth multiplier that multiplies the output of the ninth adder by the reciprocal of the number of cells in the unit and outputs the result as the j unit voltage control deviation.

また、その一態様として、第jユニット第kセルの前記1次側直流コンデンサと前記2次側直流コンデンサに蓄積されたエネルギーと、第jユニットの各セルの前記1次側直流コンデンサと前記2次側直流コンデンサに蓄積されたエネルギーのうち最小値と、の偏差である第2エネルギー偏差を算出する第9減算器と、前記第2エネルギー偏差に第jユニットエネルギー偏差を加算する第10加算器と、前記第10加算器の出力を増幅する第3アンプと、第jユニット第kセルの1次側パルス幅指令値と第jユニット第kセルの2次側パルス幅指令値のうち小さい方に前記第3アンプの出力を加算する第7加算器と、前記第7加算器の出力を上限値、下限値内に制限する第1リミッタと、前記第1リミッタの入力値と出力値の差分を算出する第10減算器と、第jユニット第kセルの前記1次側パルス幅指令値と第jユニット第kセルの前記2次側パルス幅指令値のうち大きい方から、前記第1リミッタの入力値と出力値の差分を減算する第11減算器と、前記第11減算器の出力を上限値、下限値内に制限する第2リミッタと、前記第2リミッタの入力値と出力値の差分を算出する第12減算器と、第jユニット第kセルの前記1次側パルス幅指令値が第jユニット第kセルの前記2次側パルス幅指令値よりも大きい場合、前記第2リミッタの出力を出力し、それ以外の場合前記第1リミッタの出力を出力する第4スイッチと、第jユニット第kセルの前記1次側パルス幅指令値が第jユニット第kセルの前記2次側パルス幅指令値よりも大きい場合、前記第1リミッタの出力を出力し、それ以外の場合前記第2リミッタの出力を出力する第5スイッチと、前記トランスの巻数比が1次巻線:2次巻線=1:nの時に、第jユニット第kセルの1次側交流電流検出値を1/n倍し、または、第jユニット第kセルの2次側交流電流検出値をn倍する第1乗算器と、前記第2リミッタの入力値と出力値の差分から、前記第jユニット第kセルの1次側交流電流検出値の直流成分を減算する第3減算器と、前記第2リミッタの入力値と出力値の差分の符号を反転した値から、前記第jユニット第kセルの2次側交流電流検出値の直流成分を減算する第4減算器と、前記第4スイッチの出力に、前記第3減算器の出力を増幅した値を加算して第jユニット第kセルの1次側のプラス側パルス幅指令値として出力する第3加算器と、前記第4スイッチの出力から、前記第3減算器の出力を増幅した値を減算して第jユニット第kセルの1次側のマイナス側パルス幅指令値として出力する第5減算器と、前記第5スイッチの出力に、前記第4減算器の出力を増幅した値を加算して第jユニット第kセルの2次側のプラス側パルス幅指令値として出力する第4加算器と、前記第5スイッチの出力から、前記第4減算器の出力を増幅した値を減算して第jユニット第kセルの2次側のマイナス側パルス幅指令値として出力する第6減算器と、を備えたことを特徴とする。 Also, as one aspect of the invention, there is provided a ninth subtractor that calculates a second energy deviation, which is the deviation between the energy stored in the primary DC capacitor and the secondary DC capacitor of the kth cell of the jth unit and the minimum value of the energy stored in the primary DC capacitor and the secondary DC capacitor of each cell of the jth unit, a tenth adder that adds the jth unit energy deviation to the second energy deviation, a third amplifier that amplifies the output of the tenth adder, a seventh adder that adds the output of the third amplifier to the smaller of the primary pulse width command value of the kth cell of the jth unit and the secondary pulse width command value of the kth cell of the jth unit, a first limiter that limits the output of the seventh adder to within an upper limit and a lower limit, and a tenth subtractor that calculates a difference between an input value and an output value of the first limiter; an eleventh subtractor that subtracts the difference between an input value and an output value of the first limiter from the larger of the primary pulse width command value of the kth cell of the jth unit and the secondary pulse width command value of the kth cell of the jth unit; a second limiter that limits the output of the eleventh subtractor to within an upper limit value and a lower limit value; a twelfth subtractor that calculates the difference between an input value and an output value of the second limiter; a fourth switch that outputs the output of the second limiter when the primary pulse width command value of the kth cell of the jth unit is larger than the secondary pulse width command value of the kth cell of the jth unit, and otherwise outputs the output of the first limiter; a fifth switch that outputs the output of the first limiter if the value is greater than the secondary pulse width command value of the kth cell of the jth unit, and otherwise outputs the output of the second limiter; a first multiplier that multiplies the primary AC current detection value of the kth cell of the jth unit by 1/n when the turns ratio of the transformer is primary winding:secondary winding=1:n, or multiplies the secondary AC current detection value of the kth cell of the jth unit by n; a third subtractor that subtracts a DC component of the primary AC current detection value of the kth cell of the jth unit from a difference between an input value and an output value of the second limiter; and a fourth subtractor that subtracts a DC component of the secondary AC current detection value of the kth cell of the jth unit from a value obtained by inverting the sign of the difference between the input value and the output value of the second limiter. The power supply is characterized by comprising: a third adder that adds the amplified output of the third subtractor to the output of the fourth switch and outputs the result as a positive pulse width command value for the primary side of the kth cell of the jth unit; a fifth subtractor that subtracts the amplified output of the third subtractor from the output of the fourth switch and outputs the result as a negative pulse width command value for the primary side of the kth cell of the jth unit; a fourth adder that adds the amplified output of the fourth subtractor to the output of the fifth switch and outputs the result as a positive pulse width command value for the secondary side of the kth cell of the jth unit; and a sixth subtractor that subtracts the amplified output of the fourth subtractor from the output of the fifth switch and outputs the result as a negative pulse width command value for the secondary side of the kth cell of the jth unit.

また、その一態様として、前記制御部は、前記第jユニットの前記1次側直流コンデンサと前記2次側直流コンデンサに蓄積されたエネルギーから、各ユニットの前記1次側直流コンデンサと前記2次側直流コンデンサに蓄積されたエネルギーのうち最小値を減算する第17減算器と、前記第17減算器の出力に第i(i=1~xの整数)装置エネルギー偏差を加算する第11加算器と、前記第11加算器の出力にユニットのセル台数の逆数を乗算して前記第jユニットエネルギー偏差を出力する第9乗算器と、を備えたことを特徴とする。 In one aspect, the control unit is characterized by comprising: a 17th subtractor that subtracts the minimum value of the energy stored in the primary DC capacitor and the secondary DC capacitor of each unit from the energy stored in the primary DC capacitor and the secondary DC capacitor of the jth unit; an 11th adder that adds the i-th (i = integer from 1 to x) device energy deviation to the output of the 17th subtractor; and a 9th multiplier that multiplies the output of the 11th adder by the reciprocal of the number of cells in the unit to output the jth unit energy deviation.

また、その一態様として、前記制御部は、第i(i=1~xの整数)装置の前記1次側直流コンデンサと前記2次側直流コンデンサに蓄積されたエネルギーと、装置の前記1次側直流コンデンサと前記2次側直流コンデンサに蓄積されたエネルギーの平均値と、の偏差である第4エネルギー偏差を求める第18減算器と、前記第4エネルギー偏差を増幅して第i装置のアンバランス電圧指令値を出力する第6アンプと、第i装置の1次側直流コンデンサ電圧と第i装置のアンバランス電圧指令値の和から装置の1次側直流コンデンサ電圧平均値を減算し、第i装置の1次側電圧偏差を算出する第19減算器と、第i装置の2次側直流コンデンサ電圧と第i装置のアンバランス電圧指令値の和から装置の2次側直流コンデンサ電圧平均値を減算し、第i装置の2次側電圧偏差を算出する第20減算器と、前記トランスの巻数比が1次巻線:2次巻線=1:nの時に、前記第i装置の2次側電圧偏差に-1/nを乗算し、または、前記第i装置の2次側電圧偏差に-1を乗算し、前記第i装置の1次側電偏差にnを乗算する第3巻数比乗算器と、電力指令値が第1閾値よりも大きい場合は前記第i装置の1次側電圧偏差を出力し、前記電力指令値が第2閾値よりも小さい場合は前記第i装置の2次側電圧偏差を出力し、前記電力指令値が第2閾値以上第1閾値未満の場合は前記第i装置の1次側電圧偏差または前記第i装置の2次側電圧偏差のどちらか、あるいは両方の和、あるいは0を出力する第7スイッチと、前記第7スイッチの出力に装置のユニット台数の逆数を乗算して前記第i装置電圧制御偏差として出力する第10乗算器と、を備えたことを特徴とする。 In one aspect, the control unit includes an 18th subtractor that calculates a fourth energy deviation, which is the deviation between the energy stored in the primary DC capacitor and the secondary DC capacitor of the i-th device (i = an integer from 1 to x) and the average value of the energy stored in the primary DC capacitor and the secondary DC capacitor of the device; a 6th amplifier that amplifies the fourth energy deviation and outputs an unbalance voltage command value for the i-th device; a 19th subtractor that subtracts the average primary DC capacitor voltage of the device from the sum of the primary DC capacitor voltage of the i-th device and the unbalance voltage command value for the i-th device to calculate the primary voltage deviation of the i-th device; and a 20th subtractor that subtracts the average secondary DC capacitor voltage of the device from the sum of the secondary DC capacitor voltage of the i-th device and the unbalance voltage command value for the i-th device to calculate the secondary voltage deviation of the i-th device. a third turns ratio multiplier that multiplies the secondary voltage deviation of the i-th device by -1/n when the turns ratio of the transformer is primary winding:secondary winding = 1:n, or multiplies the secondary voltage deviation of the i-th device by -1 and multiplies the primary voltage deviation of the i-th device by n; a seventh switch that outputs the primary voltage deviation of the i-th device when the power command value is greater than the first threshold, outputs the secondary voltage deviation of the i-th device when the power command value is less than the second threshold, and outputs either the primary voltage deviation of the i-th device or the secondary voltage deviation of the i-th device, or the sum of both, or 0, when the power command value is equal to or greater than the second threshold and less than the first threshold; and a tenth multiplier that multiplies the output of the seventh switch by the reciprocal of the number of units of the device and outputs the result as the i-th device voltage control deviation.

また、その一態様として、前記制御部は、前記第i装置の前記1次側直流コンデンサと前記2次側直流コンデンサに蓄積されたエネルギーから、各装置の前記1次側直流コンデンサと前記2次側直流コンデンサに蓄積されたエネルギーのうち最小値を減算する第21減算器と、前記第21減算器の出力に装置のユニット台数の逆数を乗算して前記第i装置エネルギー偏差を出力する第11乗算器と、を備えたことを特徴とする。 In one aspect, the control unit is characterized by including a 21st subtractor that subtracts the minimum value of the energy stored in the primary DC capacitor and the secondary DC capacitor of each device from the energy stored in the primary DC capacitor and the secondary DC capacitor of the i-th device, and an 11th multiplier that multiplies the output of the 21st subtractor by the reciprocal of the number of units of the device to output the i-th device energy deviation.

また、その一態様として、z(z=2以上の整数)台の前記セルの集合体を前記ユニットとし、y(y=2以上の整数)台の前記ユニットの集合体を前記装置とし、前記装置を1台有し、各ユニットにおいて各セルの電力伝送の上流側の直流コンデンサ電圧がユニット内で等しくなるように各ユニットの前記第1インバータと前記第2インバータが出力する交流電圧の位相差またはパルス幅の少なくともどちらか一方を制御し、各ユニットの電力伝送の上流側の直流コンデンサ電圧が等しくなるように各ユニットの前記第1インバータと前記第2インバータが出力する交流電圧の位相差またはパルス幅の少なくともどちらか一方を制御することを特徴とする。 In one aspect, the unit is an assembly of z (z = an integer greater than or equal to 2) of the cells, the device is an assembly of y (y = an integer greater than or equal to 2) of the units, and one of the devices is provided, and at least one of the phase difference or pulse width of the AC voltage output by the first inverter and the second inverter of each unit is controlled so that the DC capacitor voltages on the upstream side of the power transmission of each cell in each unit are equal within the unit, and at least one of the phase difference or pulse width of the AC voltages output by the first inverter and the second inverter of each unit is controlled so that the DC capacitor voltages on the upstream side of the power transmission of each unit are equal.

また、その一態様として、z(z=2以上の整数)台の前記セルの集合体を前記ユニットとし、y(y=2以上の整数)台の前記ユニットの集合体を前記装置とし、x(x=2以上の整数)台の前記装置の集合体を上位の装置とし、前記上位の装置を1台有し、各ユニットにおいて各セルの電力伝送の上流側の直流コンデンサ電圧がユニット内で等しくなるように各セルの前記第1インバータと前記第2インバータが出力する交流電圧の位相差またはパルス幅の少なくともどちらか一方を制御し、各前記装置において各ユニットの電力伝送の上流側の直流コンデンサ電圧が前記装置内で等しくなるように各ユニットの前記第1インバータと前記第2インバータが出力する交流電圧の位相差またはパルス幅の少なくともどちらか一方を制御し、各前記装置の電力伝送の上流側の直流コンデンサ電圧が等しくなるように各前記装置の前記第1インバータと前記第2インバータが出力する交流電圧の位相差またはパルス幅の少なくともどちらか一方を制御することを特徴とする。 In one aspect, the system has one upper-level device, where a collection of z (z = an integer greater than or equal to 2) cells is defined as the unit, a collection of y (y = an integer greater than or equal to 2) units is defined as the device, and a collection of x (x = an integer greater than or equal to 2) devices is defined as a higher-level device, and in each unit, at least one of the phase difference or pulse width of the AC voltage output by the first inverter and the second inverter of each cell is controlled so that the DC capacitor voltages on the upstream side of the power transmission of each cell are equal within the unit, and in each device, at least one of the phase difference or pulse width of the AC voltages output by the first inverter and the second inverter of each unit is controlled so that the DC capacitor voltages on the upstream side of the power transmission of each unit are equal within the device, and at least one of the phase difference or pulse width of the AC voltages output by the first inverter and the second inverter of each device is controlled so that the DC capacitor voltages on the upstream side of the power transmission of each device are equal.

本発明によれば、両端が直列接続されたDAB方式双方向絶縁型DC/DCコンバータにおいて、コンデンサ電圧バランスを均等にすることが可能となる。 This invention makes it possible to achieve equal capacitor voltage balance in a DAB-type bidirectional isolated DC/DC converter with both ends connected in series.

実施形態1~4におけるDAB方式双方向絶縁型DC/DCコンバータの主回路構成を示す図。FIG. 2 is a diagram showing the main circuit configuration of a DAB bidirectional isolated DC/DC converter according to the first to fourth embodiments. 実施形態1~4の位相差指令値演算部を示すブロック図。FIG. 10 is a block diagram showing a phase difference command value calculation unit according to the first to fourth embodiments. 実施形態1,2のパルス幅指令値演算部を示すブロック図。FIG. 4 is a block diagram showing a pulse width command value calculation unit according to the first and second embodiments. 実施形態1~4のゲート信号生成部を示すブロック図。FIG. 10 is a block diagram showing a gate signal generating unit according to the first to fourth embodiments. 第kユニットの1次側交流電圧V1kと第kユニットの2次側交流電圧V2kとゲート信号T2k1,T2k2,T2k3,T2k4の例を示す図。10 is a diagram showing an example of a primary AC voltage V1k of the kth unit, a secondary AC voltage V2k of the kth unit, and gate signals T2k1, T2k2, T2k3, and T2k4. FIG. 1次側から2次側へ電力を伝送するときの1次側直流コンデンサ電圧の影響を示す図。10 is a diagram showing the influence of a primary-side DC capacitor voltage when power is transmitted from the primary side to the secondary side. 2次側から1次側へ電力を伝送するときの1次側直流コンデンサ電圧の影響を示す図。10 is a diagram showing the influence of a primary-side DC capacitor voltage when power is transmitted from the secondary side to the primary side. 実施形態2のアンバランス電圧指令値演算部を示すブロック図。FIG. 10 is a block diagram showing an unbalanced voltage command value calculation unit according to a second embodiment. 実施形態3のパルス幅指令値演算部を示すブロック図。FIG. 11 is a block diagram showing a pulse width command value calculation unit according to a third embodiment. 実施形態4のパルス幅指令値演算部を示すブロック図。FIG. 10 is a block diagram showing a pulse width command value calculation unit according to a fourth embodiment. 実施形態5におけるDAB方式双方向絶縁型DC/DCコンバータの主回路構成を示す図。FIG. 10 is a diagram showing the main circuit configuration of a DAB bidirectional isolated DC/DC converter according to a fifth embodiment. 実施形態5における第jユニット第kセルの位相差指令値演算部を示すブロック図。FIG. 13 is a block diagram showing a phase difference command value calculation unit of the kth cell of the jth unit in the fifth embodiment. 実施形態5における第jユニット電圧制御偏差演算部を示すブロック図。FIG. 13 is a block diagram showing a j-th unit voltage control deviation calculation unit in the fifth embodiment. 実施形態5における第jユニット第kセルのパルス幅指令値演算部を示すブロック図。FIG. 13 is a block diagram showing a pulse width command value calculation unit of the kth cell of the jth unit in the fifth embodiment. 実施形態5における第jユニットエネルギー偏差演算部を示すブロック図。FIG. 13 is a block diagram showing a j-th unit energy deviation calculation unit in the fifth embodiment. 実施形態6におけるDAB方式双方向絶縁型DC/DCコンバータの主回路構成を示す図。FIG. 13 is a diagram showing the main circuit configuration of a DAB bidirectional isolated DC/DC converter according to a sixth embodiment. 実施形態6における電圧制御偏差演算部を示すブロック図。FIG. 13 is a block diagram showing a voltage control deviation calculation unit according to a sixth embodiment. 実施形態6におけるエネルギー偏差演算部を示すブロック図。FIG. 13 is a block diagram showing an energy deviation calculation unit according to a sixth embodiment.

以下、本願発明におけるDAB方式双方向絶縁型DC/DCコンバータの実施形態1~6を図1~図18に基づいて詳述する。 Embodiments 1 to 6 of the DAB bidirectional isolated DC/DC converter of the present invention will be described in detail below with reference to Figures 1 to 18.

[実施形態1]
本実施形態1~4は図1の回路に適用することを前提とする。左側を1次側、右側を2次側としてm台のセル(DABコンバータ)を両側とも直列接続した構成である。1次側直流電源DC1と2次側直流電源DC2の間には第1~第mセルが接続される。
[Embodiment 1]
The first to fourth embodiments are based on the assumption that they are applied to the circuit shown in Fig. 1. The left side is the primary side, and the right side is the secondary side, with m cells (DAB converters) connected in series on both sides. The first to m-th cells are connected between the primary side DC power supply DC1 and the secondary side DC power supply DC2.

1次側直流電源DC1の両端間には、第1~第mセルの1次側直流コンデンサC1が直列接続される。各セルの1次側直流コンデンサC1の両端間には、それぞれ第1,第2スイッチング素子S1,S2が直列接続される。また、各セルの1次側直流コンデンサC1の両端間には、第3,第4スイッチング素子S3,S4が直列接続される。第1~第4スイッチング素子S1~S4を第1インバータとする。 The primary-side DC capacitors C1 of the first to mth cells are connected in series across the primary-side DC power supply DC1. The first and second switching elements S1 and S2 are connected in series across the primary-side DC capacitor C1 of each cell. The third and fourth switching elements S3 and S4 are connected in series across the primary-side DC capacitor C1 of each cell. The first to fourth switching elements S1 to S4 form the first inverter.

2次側直流電源DC2の両端間には、第1~第mセルの2次側直流コンデンサC2が直列接続される。各セルの2次側直流コンデンサC2の両端間には、それぞれ第5,第6スイッチング素子S5,S6が直列接続される。また、各セルの2次側直流コンデンサC2の両端間には、第7,第8スイッチング素子S7,S8が直列接続される。第5~第8スイッチング素子S5~S8を第2インバータとする。 Secondary-side DC capacitors C2 of the first to mth cells are connected in series across the secondary-side DC power supply DC2. Fifth and sixth switching elements S5 and S6 are connected in series across the secondary-side DC capacitor C2 of each cell, respectively. Seventh and eighth switching elements S7 and S8 are connected in series across the secondary-side DC capacitor C2 of each cell. The fifth to eighth switching elements S5 to S8 form a second inverter.

なお、図1では、第1~第8スイッチング素子にコンデンサが並列接続されているが、このコンデンサは省略することも可能である。 Note that in Figure 1, capacitors are connected in parallel to the first through eighth switching elements, but these capacitors can be omitted.

第1,第2スイッチング素子S1,S2の接続点にはリアクトルL1の一端が接続される。第3,第4スイッチング素子S3,S4の接続点にはリアクトルL2の一端が接続される。第5,第6スイッチング素子S5,S6の接続点にはリアクトルL3の一端が接続される。第7,第8スイッチング素子S7,S8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 between the first and second switching elements S1 and S2. One end of reactor L2 is connected to the connection point between the third and fourth switching elements S3 and S4. One end of reactor L3 is connected to the connection point between the fifth and sixth switching elements S5 and S6. One end of reactor L4 is connected to the connection point between the seventh and eighth switching elements S7 and S8.

リアクトルL1の他端とリアクトルL2の他端との間にはトランス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の他端との間にはトランスTrの2次巻線が接続される。第1インバータ、第2インバータ、トランスTr、1次側直流コンデンサC1、2次側直流コンデンサC2、リアクトルL1~L4で1つのセルとする。本実施形態1では、第1~第m(m:2以上の整数)セルを備えるものとする。 The primary winding of the transformer Tr is connected between the other end of the reactor L1 and the other end of the reactor L2. The secondary winding of the transformer Tr is connected between the other end of the reactor L3 and the other end of the reactor L4. The first inverter, second inverter, transformer Tr, primary side DC capacitor C1, secondary side DC capacitor C2, and reactors L1 to L4 form one cell. In this embodiment 1, there are first to m-th cells (m: integer greater than or equal to 2).

図1では、第1インバータ,第2インバータとトランス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の代わりにトランス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とトランスTrの漏れインダクタンスの両方としてもよい。 In Figure 1, reactors L1 to L4 are connected in series between the first inverter, second inverter and transformer Tr, but the leakage inductance of the transformer Tr may be used instead of reactors L1 to L4. Also, both reactors L1 to L4 and the leakage inductance of the transformer Tr may be used.

なお、1次側直流電源DC1の電圧をVdc1,2次側直流電源DC2の電圧をVdc2,第1~第mセルの1次側直流コンデンサC1の1次側直流コンデンサ電圧をVdc11~Vdc1m,第1~第mセルの2次側直流コンデンサC2の2次側直流コンデンサ電圧をVdc21~Vdc2m,第kセルの1次側交流電圧をV1k、第kセルの2次側交流電圧をV2k、第kセルの1次側交流電流をi1k、第kセルの2次側交流電流をi2kとする。ここで、k=1~mの整数とする。 The voltage of the primary DC power supply DC1 is Vdc1, the voltage of the secondary DC power supply DC2 is Vdc2, the primary DC capacitor voltages of the primary DC capacitor C1 of the first through mth cells are Vdc11 to Vdc1m, the secondary DC capacitor voltages of the secondary DC capacitor C2 of the first through mth cells are Vdc21 to Vdc2m, the primary AC voltage of the kth cell is V1k, the secondary AC voltage of the kth cell is V2k, the primary AC current of the kth cell is i1k, and the secondary AC current of the kth cell is i2k. Here, k is an integer between 1 and m.

図2~4に本実施形態1における図1の回路構成の第kセルの制御部のブロック図を示す。制御部は第1,第2インバータのゲート信号を生成する。図2は第kセルの位相差指令値(θk)演算部のブロック図である。 Figures 2 to 4 show block diagrams of the control unit of the kth cell in the circuit configuration of Figure 1 in this embodiment 1. The control unit generates gate signals for the first and second inverters. Figure 2 is a block diagram of the phase difference command value (θk) calculation unit of the kth cell.

第1ローパスフィルタLPF1は、第kセルの1次側直流コンデンサ電圧Vdc1k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 first low-pass filter LPF1 removes ripple and noise at twice the frequency of the fundamental wave from the primary-side DC capacitor voltage Vdc1k of the kth cell.

1次側直流コンデンサ電圧平均値Vdc1avgは1次側直流コンデンサ電圧Vdc11~Vdc1mの合計または1次側直流電圧Vdc1のどちらかをセルの台数mで割った値である。 The primary side DC capacitor voltage average value Vdc1avg is either the sum of the primary side DC capacitor voltages Vdc11 to Vdc1m or the primary side DC voltage Vdc1 divided by the number of cells m.

第1減算器1は、第1ローパスフィルタLPF1を適用した第kセルの1次側直流コンデンサ電圧Vdc1kと第kセルのアンバランス電圧指令値Vdck*の和から1次側直流コンデンサ電圧平均値Vdc1avgを減算し、第kセルの1次側電圧偏差を求める。本実施形態1では、Vdck*=0である。 The first subtractor 1 subtracts the primary DC capacitor voltage average value Vdc1avg from the sum of the primary DC capacitor voltage Vdc1k of the kth cell to which the first low-pass filter LPF1 is applied and the unbalance voltage command value Vdck* of the kth cell to obtain the primary voltage deviation of the kth cell. In this embodiment 1, Vdck* = 0.

第2ローパスフィルタLPF2は、第kセルの2次側直流コンデンサ電圧Vdc2k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。2次側直流コンデンサ電圧平均値Vdc2avgは2次側直流コンデンサ電圧Vdc21~Vdc2mの合計または2次側直流電圧Vdc2のどちらかをセルの台数mで割った値である。 The second low-pass filter LPF2 removes ripple and noise at twice the frequency of the fundamental wave from the secondary-side DC capacitor voltage Vdc2k of the kth cell. The secondary-side DC capacitor voltage average value Vdc2avg is the sum of the secondary-side DC capacitor voltages Vdc21 to Vdc2m or the secondary-side DC voltage Vdc2 divided by the number of cells m.

第2減算器2は、第2ローパスフィルタLPF2を適用した第kセルの2次側直流コンデンサ電圧Vdc2kと第kセルのアンバランス電圧指令値Vdck*の和から2次側直流コンデンサ電圧平均値Vdc2avgを減算し、第kセルの2次側電圧偏差を求める。 The second subtractor 2 subtracts the secondary DC capacitor voltage average value Vdc2avg from the sum of the secondary DC capacitor voltage Vdc2k of the kth cell applied with the second low-pass filter LPF2 and the unbalance voltage command value Vdck* of the kth cell to obtain the secondary voltage deviation of the kth cell.

図2の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、マイナスならば電力は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* in Figure 2 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.

第1比較器3は、電力指令値P*がプラスであるか否かを判断する。第1巻数比演算器4は、第2減算器2の出力(2次側電圧偏差)にトランスTrの巻数比の逆数に-1を乗算した値を乗算する。また、第1巻数比演算器4は、第2減算器2の出力(2次側電圧偏差)に-1を乗算し、第1減算器1の出力(1次側電圧偏差)にトランスTrの巻数比nを乗算してもよい。ここで、トランスTrの巻数比は1次側:2次側=1:nとする。 The first comparator 3 determines whether the power command value P* is positive. The first turns ratio calculator 4 multiplies the output of the second subtractor 2 (secondary voltage deviation) by the reciprocal of the turns ratio of the transformer Tr multiplied by -1. The first turns ratio calculator 4 may also multiply the output of the second subtractor 2 (secondary voltage deviation) by -1, and multiply the output of the first subtractor 1 (primary voltage deviation) by the turns ratio n of the transformer Tr. Here, the turns ratio of the transformer Tr is primary:secondary = 1:n.

第1スイッチSW1は、電力指令値P*がプラスならば第kセルの1次側電圧偏差を、電力指令値P*が零またはマイナスならば第1巻数比演算器4の出力を出力する。 The first switch SW1 outputs the primary voltage deviation of the kth cell if the power command value P* is positive, and outputs the output of the first turns ratio calculator 4 if the power command value P* is zero or negative.

第1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。また、電力指令値P*が零ならば、第kセルの1次側電圧偏差と第1巻数比演算器4出力の平均値を出力してもよい。 To prevent frequent switching of the first switch SW1, if the power command value P* is near zero, the previous switch state may be maintained to provide hysteresis characteristics. Also, if the power command value P* is zero, the average value of the primary voltage deviation of the kth cell and the output of the first turns ratio calculator 4 may be output.

第1アンプ5は、第1スイッチSW1の出力を増幅し第kセルの位相θkbを出力する。今回は例として以下の2つを併用する。 The first amplifier 5 amplifies the output of the first switch SW1 and outputs the phase θkb of the kth cell. In this example, the following two amplifiers are used in combination.

比例アンプP1は、第1スイッチSW1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5aは、第1スイッチSW1の出力の低周波数成分を増幅する。 The proportional amplifier P1 outputs a value proportional to the output of the first switch SW1. The gain-added first-order lag filter 5a amplifies the low-frequency components of the output of the first switch SW1.

第1加算器6は、以上2つのアンプ出力を加算して位相θkbを出力する。第2加算器7は、位相θkbに別途与えられる位相指令値θ*を加算し、第kセルの位相差指令値θkを出力する。 The first adder 6 adds the outputs of these two amplifiers and outputs the phase θkb. The second adder 7 adds a separately provided phase command value θ* to the phase θkb and outputs the phase difference command value θk for the kth cell.

位相指令値θ*は直流側の電流や電圧のフィードバック制御によって与えられる場合もある。電力指令値P*と第kセルの1次側直流コンデンサ電圧Vdc1k,第kセルの2次側直流コンデンサ電圧Vdc2kから計算により求める場合もある。 The phase command value θ* may be given by feedback control of the DC side current or voltage. It may also be calculated from the power command value P*, the primary side DC capacitor voltage Vdc1k of the kth cell, and the secondary side DC capacitor voltage Vdc2k of the kth cell.

ここでは、位相θkb,位相指令値θ*,第kセルの位相差指令値θkはプラスの時に第kセルの1次側交流電圧V1kの位相が第kセルの2次側交流電圧V2kに対して進みとなり、電力は1次側から2次側に伝送されるものとする。 Here, when the phase θkb, phase command value θ*, and phase difference command value θk of the kth cell are positive, the phase of the primary AC voltage V1k of the kth cell leads relative to the secondary AC voltage V2k of the kth cell, and power is transmitted from the primary side to the secondary side.

図3にパルス幅指令値(W1kp,W1km,W2kp,W2km)演算部のブロック図を示す。 Figure 3 shows a block diagram of the pulse width command value (W1kp, W1km, W2kp, W2km) calculation unit.

第3ローパスフィルタLPF3は、第kセルの1次側交流電流検出値i1kの直流成分を抽出する。 The third low-pass filter LPF3 extracts the DC component of the primary AC current detection value i1k of the kth cell.

第1乗算器8は、第kセルの2次側交流電流検出値i2kに巻数比nを乗算する。第4ローパスフィルタLPF4は、第1乗算器8の出力(n×i2k)から直流成分を抽出する。 The first multiplier 8 multiplies the secondary-side AC current detection value i2k of the kth cell by the turns ratio n. The fourth low-pass filter LPF4 extracts the DC component from the output (n × i2k) of the first multiplier 8.

なお、図3では、第kセルの2次側交流電流検出値i2kにトランスTrの巻数比nを乗算したが、第kセルの1次側交流電流検出値i1kに巻数比nの逆数(1/n)を乗算してもよい。 In Figure 3, the secondary side AC current detection value i2k of the kth cell is multiplied by the turns ratio n of the transformer Tr, but the primary side AC current detection value i1k of the kth cell may also be multiplied by the reciprocal of the turns ratio n (1/n).

第3減算器9は、直流成分指令値から第3ローパスフィルタLPF3の出力を減算し偏差を求める。第4減算器10は、直流成分指令値から第4ローパスフィルタLPF4の出力を減算し偏差を求める。実施形態1,2,3では、直流成分指令値は零である。 The third subtractor 9 subtracts the output of the third low-pass filter LPF3 from the DC component command value to obtain the deviation. The fourth subtractor 10 subtracts the output of the fourth low-pass filter LPF4 from the DC component command value to obtain the deviation. In embodiments 1, 2, and 3, the DC component command value is zero.

PIアンプ11は、第3減算器9で求めた偏差を増幅する。PIアンプ12は、第4減算器10で求めた偏差を増幅する。 The PI amplifier 11 amplifies the deviation calculated by the third subtractor 9. The PI amplifier 12 amplifies the deviation calculated by the fourth subtractor 10.

第3加算器13は、第kセルの1次側パルス幅指令値W1kと、第kセルの1次側交流電流検出値i1kを入力としたPIアンプ11の出力を加算し、第kセルの1次側のプラス側パルス幅指令値W1kpを出力する。 The third adder 13 adds the output of the PI amplifier 11, which inputs the kth cell's primary side pulse width command value W1k and the kth cell's primary side AC current detection value i1k, and outputs the kth cell's primary side positive side pulse width command value W1kp.

第5減算器14は、第kセルの1次側パルス幅指令値W1kから、第kセルの1次側交流電流検出値i1kを入力としたPIアンプ11の出力を減算し、第kセルの1次側のマイナス側パルス幅指令値W1kmを出力する。 The fifth subtractor 14 subtracts the output of the PI amplifier 11, which receives the primary AC current detection value i1k of the kth cell as input, from the primary pulse width command value W1k of the kth cell, and outputs the negative primary pulse width command value W1km of the kth cell.

第4加算器15は、第kセルの2次側パルス幅指令値W2kと、第kセルの2次側交流電流検出値i2kを入力としたPIアンプ12の出力を加算し、第kセルの2次側のプラス側パルス幅指令値W2kpを出力する。 The fourth adder 15 adds the output of the PI amplifier 12, which receives the kth cell's secondary pulse width command value W2k and the kth cell's secondary AC current detection value i2k as input, and outputs the kth cell's positive secondary pulse width command value W2kp.

第6減算器16は、第kセルの2次側パルス幅指令値W2kから、第kセルの2次側交流電流検出値i2kを入力としたPIアンプ12の出力を減算し、第kセルの2次側のマイナス側パルス幅指令値W2kmを出力する。 The sixth subtractor 16 subtracts the output of the PI amplifier 12, which receives the secondary AC current detection value i2k of the kth cell as input, from the secondary pulse width command value W2k of the kth cell, and outputs the negative secondary pulse width command value W2km of the kth cell.

図4にゲート信号生成部のブロック図を示す。 Figure 4 shows a block diagram of the gate signal generation unit.

第2乗算器17は、第kセルの位相差指令値θkを0.5倍する。第3乗算器18は、第2乗算器17の出力(0.5θk)に-1を乗算して符号を反転させる。 The second multiplier 17 multiplies the phase difference command value θk of the kth cell by 0.5. The third multiplier 18 multiplies the output of the second multiplier 17 (0.5θk) by -1 and inverts the sign.

ゲート生成器19は、第2乗算器17の出力(0.5θk)と、前述した第kセルの1次側のプラス側パルス幅指令値W1kp、第kセルの1次側のマイナス側パルス幅指令値W1kmを入力し、デッドタイムを付加してゲート信号T1k1,T1k2,T1k3,T1k4を出力する。ゲート信号T1k1が第kセルの第1スイッチング素子S1を、ゲート信号T1k2は第2スイッチング素子S2を、ゲート信号T1k3は第3スイッチング素子S3を、ゲート信号T1k4は第4スイッチング素子S4を制御する。 The gate generator 19 inputs the output of the second multiplier 17 (0.5θk), the positive pulse width command value W1kp for the primary side of the kth cell, and the negative pulse width command value W1km for the primary side of the kth cell, adds a dead time, and outputs gate signals T1k1, T1k2, T1k3, and T1k4. Gate signal T1k1 controls the first switching element S1 of the kth cell, gate signal T1k2 controls the second switching element S2, gate signal T1k3 controls the third switching element S3, and gate signal T1k4 controls the fourth switching element S4.

ゲート生成器20は、第3乗算器18の出力(-0.5θk)と、第kセルの2次側のプラス側パルス幅指令値W2kp、第kセルの2次側のマイナス側パルス幅指令値W2kmを入力し、デッドタイムを付加してゲート信号T2k1,T2k2,T2k3,T2k4を出力する。ゲート信号T2k1が第kセルの第5スイッチング素子S5を、ゲート信号T2k2は第6スイッチング素子S6を、ゲート信号T2k3は第7スイッチング素子S7を、ゲート信号T2k4は第8スイッチング素子S8を制御する。 The gate generator 20 inputs the output (-0.5θk) of the third multiplier 18, the positive side pulse width command value W2kp for the secondary side of the kth cell, and the negative side pulse width command value W2km for the secondary side of the kth cell, adds dead time, and outputs gate signals T2k1, T2k2, T2k3, and T2k4. Gate signal T2k1 controls the fifth switching element S5 of the kth cell, gate signal T2k2 controls the sixth switching element S6, gate signal T2k3 controls the seventh switching element S7, and gate signal T2k4 controls the eighth switching element S8.

図5に第kセルの1次側交流電圧V1kと第kセルの2次側交流電圧V2kとゲート信号T2k1,T2k2,T2k3,T2k4の例を示す。この例では第kセルの位相差指令値θkはプラスであり、第kセルの1次側交流電圧V1kの位相が第kセルの2次側交流電圧V2kに対して進み、電力は1次側から2次側に伝送される。 Figure 5 shows an example of the kth cell's primary AC voltage V1k, the kth cell's secondary AC voltage V2k, and gate signals T2k1, T2k2, T2k3, and T2k4. In this example, the kth cell's phase difference command value θk is positive, the phase of the kth cell's primary AC voltage V1k leads the phase of the kth cell's secondary AC voltage V2k, and power is transmitted from the primary side to the secondary side.

本実施形態1では、ある程度の電力伝送が行われている条件下でのコンデンサ電圧のバランス制御を示す。図6,図7を用いてバランス制御の方針を説明する。 In this first embodiment, we will demonstrate capacitor voltage balance control under conditions where a certain amount of power is being transmitted. The balance control approach will be explained using Figures 6 and 7.

図6は、図1から1次側のみを抽出したものである。電力は1次側から2次側に伝送され、各セルの伝送電力は等しいとする。第kセルの1次側直流コンデンサ電圧Vdc1kは1次側直流コンデンサ電圧平均値Vdc1avgよりも過剰であり、第mセルの1次側直流コンデンサ電圧Vdc1mが1次側直流コンデンサ電圧平均値Vdc1avgよりも不足している場合を考える。 Figure 6 shows only the primary side extracted from Figure 1. Power is transmitted from the primary side to the secondary side, and the transmitted power of each cell is assumed to be equal. Consider the case where the primary side DC capacitor voltage Vdc1k of the kth cell exceeds the primary side DC capacitor voltage average value Vdc1avg, and the primary side DC capacitor voltage Vdc1m of the mth cell is insufficient compared to the primary side DC capacitor voltage average value Vdc1avg.

DABセルは直列接続であるため、各セルを流れる直流電流は一定である。第kセルの1次側直流コンデンサ電圧Vdc1kは他のセルの1次側直流コンデンサ電圧よりも大きいため、第kセルが入力する電力も増加する。しかし、第kセルが2次側に伝送する電力は他のセルと等しいため、入力電力は過剰となり1次側直流コンデンサC1に充電され、第kセルの1次側直流コンデンサ電圧Vdc1kはさらに増加してしまう。 Because DAB cells are connected in series, the DC current flowing through each cell is constant. Because the primary-side DC capacitor voltage Vdc1k of the kth cell is greater than the primary-side DC capacitor voltages of the other cells, the power input to the kth cell also increases. However, because the power transmitted to the secondary side by the kth cell is equal to that of the other cells, the input power becomes excessive and charges the primary-side DC capacitor C1, further increasing the primary-side DC capacitor voltage Vdc1k of the kth cell.

第mセルの1次側直流コンデンサ電圧Vdc1mは他のセルの1次側直流コンデンサ電圧よりも小さく、第mセルが入力する電力は減少する。他のセルと等しい電力を伝送するには第mセルの1次側直流コンデンサC1を放電することになり、第mセルの1次側直流コンデンサ電圧Vdc1mはさらに減少してしまう。 The primary side DC capacitor voltage Vdc1m of the mth cell is smaller than the primary side DC capacitor voltages of the other cells, so the power input to the mth cell decreases. To transmit the same amount of power as the other cells, the primary side DC capacitor C1 of the mth cell must be discharged, which further reduces the primary side DC capacitor voltage Vdc1m of the mth cell.

以上より、電力が1次側から2次側に伝送される場合、1次側直流コンデンサC1の電圧バランスは不安定であり、制御を必要とする。 As a result of the above, when power is transferred from the primary side to the secondary side, the voltage balance of the primary side DC capacitor C1 is unstable and requires control.

一方、図7に示すように電力が2次側から1次側に伝送される場合を考える。図7は図1から1次側のみを抽出したものである。第kセルの1次側直流コンデンサ電圧Vdc1kは他のセルの1次側直流コンデンサ電圧よりも大きく、第kセルが出力する電力も増加する。しかし、第kセルが2次側から受け取る電力は他のセルに等しいため、出力電力に対して入力電力は不足しその分は第kセルの1次側直流コンデンサC1の放電によって補われる。そのため第kセルの1次側直流コンデンサ電圧Vdc1kは減少する。 On the other hand, consider the case where power is transferred from the secondary side to the primary side, as shown in Figure 7. Figure 7 shows only the primary side extracted from Figure 1. The primary side DC capacitor voltage Vdc1k of cell k is greater than the primary side DC capacitor voltages of the other cells, and the power output by cell k also increases. However, because the power received by cell k from the secondary side is equal to that of the other cells, the input power is insufficient compared to the output power, and this is made up by the discharge of cell k's primary side DC capacitor C1. As a result, cell k's primary side DC capacitor voltage Vdc1k decreases.

第mセルの1次側直流コンデンサ電圧Vdc1mは他のセルの1次側直流コンデンサ電圧よりも小さく、第mセルが出力する電力も減少する。第mセルが2次側から受け取る電力は他のセルに等しいため、第mセルが2次側から受け取る電力は出力に対して過剰となり、過剰分は第mセルの1次側直流コンデンサC1に充電され第mセルの1次側直流コンデンサ電圧Vdc1mは増加する。 The primary side DC capacitor voltage Vdc1m of the mth cell is smaller than the primary side DC capacitor voltages of the other cells, and the power output by the mth cell also decreases. Because the power received by the mth cell from the secondary side is equal to that of the other cells, the power received by the mth cell from the secondary side is in excess of the output, and the excess is charged to the primary side DC capacitor C1 of the mth cell, causing the primary side DC capacitor voltage Vdc1m of the mth cell to increase.

以上より、電力が2次側から1次側に伝送される場合、1次側直流コンデンサC1の電圧バランスは安定であり、ある程度の偏差は生じるが制御不要で自発的にバランスする。このバランス効果は伝送電力が大きくなるほど高くなるが、伝送電力が小さければバランスしにくくなり偏差が大きくなる。伝送電力が零であればバランス効果もなくなり不安定になる。 From the above, when power is transmitted from the secondary side to the primary side, the voltage balance of the primary-side DC capacitor C1 is stable, and although a certain degree of deviation occurs, it balances spontaneously without the need for control. This balancing effect increases as the transmitted power increases, but if the transmitted power is small, balancing becomes more difficult and the deviation increases. If the transmitted power is zero, the balancing effect disappears and the system becomes unstable.

本実施形態1では、電力指令値P*がプラスで電力が1次側から2次側に伝送される場合には1次側直流コンデンサ電圧をバランスさせる。図2に示すように、電力指令値P*がプラスの場合第1スイッチSW1は上側に切り替わり、第1アンプ5には第kセルの1次側直流コンデンサ電圧Vdc1kと1次側直流コンデンサ電圧平均値Vdc1avgとの偏差が入力される。 In this first embodiment, when the power command value P* is positive and power is transmitted from the primary side to the secondary side, the primary-side DC capacitor voltage is balanced. As shown in FIG. 2, when the power command value P* is positive, the first switch SW1 switches to the upper side, and the deviation between the primary-side DC capacitor voltage Vdc1k of the kth cell and the primary-side DC capacitor voltage average value Vdc1avg is input to the first amplifier 5.

第kセルの1次側直流コンデンサ電圧Vdc1kが過剰ならば偏差はプラスであり、第1アンプ5で増幅された位相θkbもプラスとなる。その結果、第kセルの1次側交流電圧V1kの位相は第kセルの2次側交流電圧V2kに対して進み、その位相差は他のセルよりも大きくなる。第kセルでは他のセルよりも大きな電力が1次側から2次側に伝送され、第kセルの1次側直流コンデンサ電圧Vdc1kが減少し偏差が小さくなる。 If the primary-side DC capacitor voltage Vdc1k of the kth cell is excessive, the deviation is positive, and the phase θkb amplified by the first amplifier 5 is also positive. As a result, the phase of the primary-side AC voltage V1k of the kth cell leads the secondary-side AC voltage V2k of the kth cell, and the phase difference is greater than that of the other cells. In the kth cell, more power is transmitted from the primary side to the secondary side than in the other cells, and the primary-side DC capacitor voltage Vdc1k of the kth cell decreases, reducing the deviation.

第kセルの1次側直流コンデンサ電圧Vdc1kが不足していれば偏差はマイナスとなる。第kセルが1次側から2次側に伝達する電力は他のセルよりも小さくなり、第kセルの1次側直流コンデンサ電圧Vdc1kが増加する。 If the primary side DC capacitor voltage Vdc1k of the kth cell is insufficient, the deviation will be negative. The power transmitted from the primary side to the secondary side by the kth cell will be less than that of the other cells, and the primary side DC capacitor voltage Vdc1k of the kth cell will increase.

以上の動作により1次側コンデンサ電圧がバランスする。一方で、1次側コンデンサ電圧のバランスに必要な電荷は2次側コンデンサから供給するため2次側のコンデンサ電圧バランスは悪化する。 The above operation balances the primary-side capacitor voltage. However, the charge required to balance the primary-side capacitor voltage is supplied from the secondary-side capacitor, which worsens the secondary-side capacitor voltage balance.

しかし、前述したように2次側のコンデンサ電圧バランスは安定である。そのためある程度の偏差は生じるが、2次側コンデンサ電圧はセルから伝送される電力と出力される電力の均衡がとれるところに収束する。 However, as mentioned above, the secondary-side capacitor voltage balance is stable. Therefore, although some deviation occurs, the secondary-side capacitor voltage will converge to a point where the power transmitted from the cell and the power output are balanced.

電力指令値P*が零またはマイナスで電力が2次側から1次側に伝送される場合には2次側のコンデンサ電圧をバランスさせる。電力指令値P*がマイナスの場合は第1スイッチSW1は下側に切り替わり、第1アンプ5には第kセルの2次側直流コンデンサ電圧Vdc2kと2次側直流コンデンサ電圧平均値Vdc2avgとの偏差が入力される。 When the power command value P* is zero or negative and power is transmitted from the secondary side to the primary side, the secondary-side capacitor voltage is balanced. When the power command value P* is negative, the first switch SW1 switches to the lower side, and the deviation between the kth cell's secondary-side DC capacitor voltage Vdc2k and the secondary-side DC capacitor voltage average value Vdc2avg is input to the first amplifier 5.

第kセルの2次側直流コンデンサ電圧Vdc2kが過剰ならば偏差はマイナスになり第1アンプ5で増幅された位相θkbもマイナスとなる。第kセルの1次側交流電圧V1kの位相は第kセルの2次側交流電圧V2kに対して遅れ、位相差は他のセルよりも大きくなる。第kセルでは他のセルよりも大きな電力が2次側から1次側に伝送され、第kセルの2次側直流コンデンサ電圧Vdc2kが減少する。 If the secondary-side DC capacitor voltage Vdc2k of the kth cell is excessive, the deviation will be negative and the phase θkb amplified by the first amplifier 5 will also be negative. The phase of the primary-side AC voltage V1k of the kth cell will lag behind the secondary-side AC voltage V2k of the kth cell, and the phase difference will be greater than that of the other cells. In the kth cell, more power is transmitted from the secondary side to the primary side than in the other cells, and the secondary-side DC capacitor voltage Vdc2k of the kth cell will decrease.

第kセルの2次側直流コンデンサ電圧Vdc2kが不足していれば偏差はプラスとなる。第kセルが1次側から2次側に伝送する電力は他のセルよりも小さくなり、第kセルの2次側直流コンデンサ電圧Vdc2kが増加する。 If the secondary-side DC capacitor voltage Vdc2k of the kth cell is insufficient, the deviation will be positive. The power transmitted from the primary side to the secondary side by the kth cell will be less than that of the other cells, and the secondary-side DC capacitor voltage Vdc2k of the kth cell will increase.

1次側直流コンデンサC1の電圧バランスは制御を行わないが自発的に安定となる。 The voltage balance of the primary side DC capacitor C1 is not controlled but stabilizes spontaneously.

図2の第1アンプ5には積分器を使用していない。この理由を説明する。積分器は直流のゲインが無限となり、直流の偏差を零にして制御対象であるコンデンサ電圧を指令値に等しくするという特徴がある。 The first amplifier 5 in Figure 2 does not use an integrator. The reason for this is explained below. An integrator has the characteristic of having infinite DC gain, which reduces DC deviation to zero and makes the capacitor voltage, which is the object of control, equal to the command value.

しかし、今回の制御対象である図1では、セルコンデンサ電圧の合計(1次側ではVdc1)は接続された電圧源や別途用意する直流電流一定制御など外部の要因によって決定する。そのためm-1台のセルコンデンサ電圧が決定すれば、残り1台のコンデンサ電圧は必然的に決定される。制御対象の自由度はm-1であるが、これにm個の制御器で制御を行うと自由度が不足し制御が不安定になる。 However, in Figure 1, which is the control object in this case, the sum of the cell capacitor voltages (Vdc1 on the primary side) is determined by external factors such as the connected voltage source and a separately provided constant DC current control. Therefore, once the cell capacitor voltage of m-1 units is determined, the capacitor voltage of the remaining unit is inevitably determined. The controlled object has m-1 degrees of freedom, but if it is controlled using m controllers, there will not be enough degrees of freedom and the control will become unstable.

特に検出器に誤差がある場合には、あるセルの積分アンプが誤差も含めた偏差を零にしようと出力を増加し、それが他のセルの偏差を増加させることになりそのセルの積分アンプが出力を増加、とアンプ出力が際限なく増加してしまう恐れがある。 In particular, if there is an error in the detector, the integrating amplifier of one cell will increase its output in an attempt to reduce the deviation, including the error, to zero, which will increase the deviation of another cell, causing the integrating amplifier of that cell to increase its output, and the amplifier output may increase without limit.

その対策として、直流のゲインを有限に抑えわずかではあるが残った偏差を許容するように比例アンプP1とゲイン付き一次遅れフィルタ5aで制御を行う。他の対策としては、m-1台のセルで図2のアンプをPIアンプに置換したバランス制御を行い、残りのセル(例えば第1セル)では図2のバランス制御を行わず位相θ1bを零で固定してもよい。 As a countermeasure, the DC gain is limited and control is performed using a proportional amplifier P1 and a first-order lag filter with gain 5a to allow for any small remaining deviation. Another countermeasure is to perform balance control by replacing the amplifiers in Figure 2 with PI amplifiers in m-1 cells, and not perform the balance control in Figure 2 in the remaining cells (for example, the first cell) and fix the phase θ1b at zero.

図2では電力指令値P*が零の場合は2次側直流コンデンサ電圧をバランスさせるが、1次側直流コンデンサ電圧をバランスさせてもよい。無負荷での待機状態など電力指令値P*が零に近く頻繁に符号が変わる場合には、位相θkbの急変の頻発を防ぐために第1スイッチSW1の切り替わりにヒステリシス特性を持たせてもよい。 In Figure 2, when the power command value P* is zero, the secondary-side DC capacitor voltage is balanced, but the primary-side DC capacitor voltage may also be balanced. When the power command value P* is close to zero and changes sign frequently, such as in a no-load standby state, the first switch SW1 may be given a hysteresis characteristic in its switching to prevent frequent sudden changes in the phase θkb.

1次側電圧偏差と2次側電圧偏差の平均値を第1アンプ5に入力して制御を行ってもよい。すなわち、第1アンプ5は、電力指令値P*が第1閾値よりも大きい場合は1次側電圧偏差を増幅し、電力指令値P*が第2閾値よりも小さい場合は2次側電圧偏差を増幅し、電力指令値P*が第2閾値以上第1閾値未満の場合は1次側電圧偏差または2次側電圧偏差のどちらか、あるいは両方(平均値)の和を増幅し、あるいは0を第kセルの位相θkbとして出力する。 Control may be performed by inputting the average value of the primary-side voltage deviation and the secondary-side voltage deviation to the first amplifier 5. That is, the first amplifier 5 amplifies the primary-side voltage deviation when the power command value P* is greater than the first threshold, amplifies the secondary-side voltage deviation when the power command value P* is less than the second threshold, and amplifies either the primary-side voltage deviation or the secondary-side voltage deviation, or the sum of both (average values), when the power command value P* is equal to or greater than the second threshold and less than the first threshold, or outputs 0 as the phase θkb of the kth cell.

ただし、本実施形態1単独では電力指令値P*=0においてコンデンサ電圧をバランスすることができない。この問題には、後述する実施形態3と組み合わせる必要がある。 However, this first embodiment alone cannot balance the capacitor voltage when the power command value P* = 0. To address this issue, it must be combined with the third embodiment, which will be described later.

本実施形態1は、伝送される電力の絶対値が十分大きければ制御を行わない側のコンデンサ電圧のバランス偏差を十分小さく保つことができる。しかし、負荷が軽くなり伝送電力の絶対値が小さくなると偏差が大きくなってしまうという問題がある。 In this first embodiment, if the absolute value of the transmitted power is sufficiently large, the balance deviation of the capacitor voltage on the non-controlled side can be kept sufficiently small. However, there is a problem in that the deviation becomes larger when the load becomes lighter and the absolute value of the transmitted power becomes smaller.

以上示したように、本実施形態1によれば、ある程度伝送電力が大きな条件では1次側・2次側両方の直流コンデンサ電圧のバランスを保つことができる。 As described above, according to this embodiment 1, it is possible to maintain a balance between the DC capacitor voltages on both the primary and secondary sides when the transmission power is relatively high.

また、特定のセルへの電圧責務集中を防ぎ、過電圧による過熱や部品の破損、サージによるスイッチング素子の破損を防ぐことができる。 It also prevents voltage loads from being concentrated on specific cells, preventing overheating and component damage due to overvoltage, and damage to switching elements due to surges.

また、部品の耐圧を高くする必要がなくなりコストを下げることができる。また、従来技術に比べて補助回路が不要のため、コスト低減の他に装置を小型化できる。 In addition, there is no need to increase the voltage resistance of components, reducing costs. Furthermore, compared to conventional technology, no auxiliary circuitry is required, which not only reduces costs but also allows the device to be made more compact.

[実施形態2]
図8に、本実施形態2における第kセルのアンバランス電圧指令値(Vdck*)演算部のブロック図を示す。
[Embodiment 2]
FIG. 8 shows a block diagram of the unbalanced voltage command value (Vdck*) calculation unit of the kth cell in the second embodiment.

第5ローパスフィルタLPF5は、第kセルの1次側直流コンデンサ電圧Vdc1kの基本波の2倍の周波数のリプルやノイズなどを除去して直流成分を抽出する。第6ローパスフィルタLPF6は、第kセルの2次側直流コンデンサ電圧Vdc2kの直流成分を抽出する。 The fifth low-pass filter LPF5 extracts the DC component by removing ripple and noise at twice the frequency of the fundamental wave of the primary-side DC capacitor voltage Vdc1k of the kth cell. The sixth low-pass filter LPF6 extracts the DC component of the secondary-side DC capacitor voltage Vdc2k of the kth cell.

第4乗算器21は、第5ローパスフィルタLPF5を適用した第kセルの1次側直流コンデンサ電圧Vdc1kの自乗を求める。第5乗算器22は、第6ローパスフィルタLPF6を適用した第kセルの2次側直流コンデンサ電圧Vdc2kの自乗を求める。 The fourth multiplier 21 calculates the square of the primary side DC capacitor voltage Vdc1k of the kth cell when the fifth low-pass filter LPF5 is applied. The fifth multiplier 22 calculates the square of the secondary side DC capacitor voltage Vdc2k of the kth cell when the sixth low-pass filter LPF6 is applied.

第6乗算器23は、第4乗算器21の出力に、1次側コンデンサ容量C1を2で割った値を乗算する。第7乗算器24は、第5乗算器22の出力に、2次側コンデンサ容量C2を2で割った値を乗算する。 The sixth multiplier 23 multiplies the output of the fourth multiplier 21 by the value obtained by dividing the primary-side capacitor capacitance C1 by 2. The seventh multiplier 24 multiplies the output of the fifth multiplier 22 by the value obtained by dividing the secondary-side capacitor capacitance C2 by 2.

第5加算器25は、第6,第7乗算器23,24の出力を加算し、第kセルの両側に接続された1次側直流コンデンサC1と2次側直流コンデンサC2に蓄積されたエネルギーEkを求める。 The fifth adder 25 adds the outputs of the sixth and seventh multipliers 23 and 24 to obtain the energy Ek stored in the primary side DC capacitor C1 and secondary side DC capacitor C2 connected on both sides of the kth cell.

第7減算器26は、エネルギーEkと、全セルの1次側直流コンデンサC1と2次側直流コンデンサC2に蓄積されたエネルギーの平均値Eavgと、の偏差である第1エネルギー偏差を求める。 The seventh subtractor 26 calculates the first energy deviation, which is the deviation between the energy Ek and the average value Eavg of the energy stored in the primary side DC capacitor C1 and secondary side DC capacitor C2 of all cells.

第2アンプ27は、第7減算器26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8に示したように、ゲイン調整器28において、電力指令値P*が零付近の時は小さくするなど、電力指令値P*に基づいて値を変化させてもよい。第2アンプ27の出力がアンバランス電圧指令値Vdck*となる。 The second amplifier 27 amplifies the output of the seventh subtractor 26 by multiplying it by a gain G2. The gain G2 may be a fixed value, or, as shown in FIG. 8, the gain adjuster 28 may vary the value based on the power command value P*, such as by decreasing the gain when the power command value P* is near zero. The output of the second amplifier 27 becomes the unbalance voltage command value Vdck*.

本実施形態2では、実施形態1の問題点の1つである軽負荷時の偏差を小さくする方法を説明する。 In this second embodiment, we will explain a method for reducing deviation under light loads, which is one of the problems with the first embodiment.

本実施形態2では、まず第kセルの1次側直流コンデンサC1と2次側直流コンデンサC2に蓄積されたエネルギーEkを求める。次に、同様に求めた各セルのエネルギーの平均値EavgとエネルギーEkとの偏差を計算する。これをゲインG2で増幅し、得られた値を第kセルのアンバランス電圧指令値Vdck*とする。 In this second embodiment, the energy Ek stored in the primary-side DC capacitor C1 and secondary-side DC capacitor C2 of the kth cell is first calculated. Next, the deviation between the average energy Eavg of each cell calculated in the same way and the energy Ek is calculated. This is amplified by a gain G2, and the obtained value is used as the unbalanced voltage command value Vdck* of the kth cell.

本実施形態2の動作を説明する。例としてP*>0で1次側直流コンデンサ電圧が制御対象とする。このとき、Vdc11~Vdc1mは実施形態1の制御によりほぼ等しい値となるため、1次側直流コンデンサの蓄積エネルギーはほぼ等しくなる。 The operation of this second embodiment will be explained. As an example, assume that P*>0 and the primary-side DC capacitor voltage is the control target. In this case, Vdc11 to Vdc1m have approximately equal values due to the control of the first embodiment, so the stored energy of the primary-side DC capacitors is approximately equal.

エネルギーEkには、第kセルの2次側直流コンデンサ電圧Vdc2kの大きさが反映される。第kセルの2次側直流コンデンサ電圧Vdc2kが2次側直流コンデンサ電圧平均値Vdc2avgよりも大きい場合、エネルギーEkもエネルギーの平均値Eavgより大きくなり、アンバランス電圧指令値Vdck*はプラスとなる。 The energy Ek reflects the magnitude of the secondary DC capacitor voltage Vdc2k of the kth cell. If the secondary DC capacitor voltage Vdc2k of the kth cell is greater than the average secondary DC capacitor voltage Vdc2avg, the energy Ek will also be greater than the average energy Eavg, and the unbalance voltage command value Vdck* will be positive.

このアンバランス電圧指令値Vdck*が図2の第1,第2減算器1,2に入力される。第1減算器1は、第1ローパスフィルタLPF1を適用した第kセルの1次側直流コンデンサ電圧Vdc1kと第kセルのアンバランス電圧指令値Vdck*の和から1次側直流コンデンサ電圧平均値Vdc1avgを減算し、第kセルの1次側電圧偏差を求める。 This unbalance voltage command value Vdck* is input to the first and second subtractors 1 and 2 in Figure 2. The first subtractor 1 subtracts the primary side DC capacitor voltage average value Vdc1avg from the sum of the primary side DC capacitor voltage Vdc1k of the kth cell after applying the first low-pass filter LPF1 and the unbalance voltage command value Vdck* of the kth cell, to obtain the primary side voltage deviation of the kth cell.

その結果、バランス制御の指令値(Vdc1avg-Vdck*)は小さくなり第kセルの1次側直流コンデンサ電圧Vdc1kも減少する。各セルを流れる直流電流は一定であるため、第kセルが1次側直流電圧Vdc1から受け取る電力は減少する。第kセルの1次側直流コンデンサ電圧Vdc1kは制御対象であるため、受け取る電力の減少は第kセルの2次側直流コンデンサ電圧Vdc2kの大きさに反映され、第kセルの2次側直流コンデンサ電圧Vdc2kは減少し2次側直流コンデンサ電圧平均値Vdc2avgに近づけることができる。 As a result, the balance control command value (Vdc1avg - Vdck*) decreases, and the primary DC capacitor voltage Vdc1k of cell k also decreases. Because the DC current flowing through each cell is constant, the power received by cell k from the primary DC voltage Vdc1 decreases. Because cell k's primary DC capacitor voltage Vdc1k is the object of control, the decrease in received power is reflected in the magnitude of cell k's secondary DC capacitor voltage Vdc2k, and cell k's secondary DC capacitor voltage Vdc2k decreases, allowing it to approach the average secondary DC capacitor voltage Vdc2avg.

P*<0で2次側コンデンサ電圧が実施形態1の制御対象の場合、エネルギーEkには第kセルの1次側直流コンデンサ電圧Vdc1kの大きさが反映される。第kセルの1次側直流コンデンサ電圧Vdc1kが1次側直流コンデンサ電圧平均値Vdc1avgよりも小さい場合、エネルギーEkもエネルギーの平均値Eavgより小さくなり、アンバランス電圧指令値Vdck*はマイナスとなる。 When P*<0 and the secondary capacitor voltage is the control target of embodiment 1, the magnitude of the primary DC capacitor voltage Vdc1k of the kth cell is reflected in the energy Ek. If the primary DC capacitor voltage Vdc1k of the kth cell is smaller than the primary DC capacitor voltage average value Vdc1avg, the energy Ek will also be smaller than the average energy Eavg, and the unbalance voltage command value Vdck* will be negative.

このアンバランス電圧指令値Vdck*が図2の第1,第2減算器1,2に入力される。第2減算器2は、第2ローパスフィルタLPF2を適用した第kセルの2次側直流コンデンサ電圧Vdc2kと第kセルのアンバランス電圧指令値Vdck*の和から2次側直流コンデンサ電圧平均値Vdc2avgを減算し、第kセルの2次側電圧偏差を求める。 This unbalance voltage command value Vdck* is input to the first and second subtractors 1 and 2 in Figure 2. The second subtractor 2 subtracts the secondary DC capacitor voltage average value Vdc2avg from the sum of the secondary DC capacitor voltage Vdc2k of the kth cell after applying the second low-pass filter LPF2 and the unbalance voltage command value Vdck* of the kth cell, thereby obtaining the secondary voltage deviation of the kth cell.

その結果、バランス制御の指令値(Vdc2avg-Vdck*)は大きくなり第kセルの2次側直流コンデンサ電圧Vdc2kも増加する。第kセルが2次側直流電圧Vdc2から受け取る電力は増加し、第kセルの1次側直流コンデンサ電圧Vdc1kを増加させ1次側直流コンデンサ電圧平均値Vdc1avgに近づけることができる。 As a result, the balance control command value (Vdc2avg - Vdck*) increases, and the secondary DC capacitor voltage Vdc2k of the kth cell also increases. The power that the kth cell receives from the secondary DC voltage Vdc2 increases, increasing the primary DC capacitor voltage Vdc1k of the kth cell and bringing it closer to the primary DC capacitor voltage average value Vdc1avg.

本実施形態2では、P*>0における1次側およびP*<0における2次側、すなわち電力伝送の上流側のコンデンサ電圧バランス偏差を意図的に少しだけ発生させる。これにより、P*>0における2次側およびP*<0における1次側、すなわち下流側のコンデンサ電圧バランス偏差を改善することができる。 In this second embodiment, a small amount of capacitor voltage imbalance is intentionally generated on the primary side when P*>0 and on the secondary side when P*<0, i.e., on the upstream side of power transmission. This makes it possible to improve the capacitor voltage imbalance on the secondary side when P*>0 and on the primary side when P*<0, i.e., on the downstream side.

本実施形態2では、第k(k=1~mの整数)セルの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Ekが他のセルに比べて大きい場合に第kセルの電力伝送の上流側の直流コンデンサ電圧が小さくなるよう第kセルの第1インバータと第2インバータが出力する交流電圧の位相差を制御し、第kセルの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Ekが他のセルに比べて小さい場合に第kセルの電力伝送の上流側の直流コンデンサ電圧が大きくなるよう第kセルの第1インバータと第2インバータが出力する交流電圧の位相差を制御する。 In this second embodiment, when the energy Ek stored in the primary side DC capacitor and secondary side DC capacitor of the kth cell (k = an integer from 1 to m) is greater than that of the other cells, the phase difference between the AC voltages output by the first inverter and second inverter of the kth cell is controlled so that the DC capacitor voltage upstream of the kth cell's power transmission is reduced; and when the energy Ek stored in the primary side DC capacitor and secondary side DC capacitor of the kth cell is less than that of the other cells, the phase difference between the AC voltages output by the first inverter and second inverter of the kth cell is controlled so that the DC capacitor voltage upstream of the kth cell's power transmission is increased.

本実施形態2では、第2アンプ27の入力が電力伝送の下流側コンデンサ電圧ではなくセルの1次側直流コンデンサC1と2次側直流コンデンサC2に蓄積されたエネルギー合計値としている。その理由を説明する。P*>0の場合、第2アンプ27の入力をVdc2k-Vdc2avgとすることも考えられる。 In this second embodiment, the input to the second amplifier 27 is not the downstream capacitor voltage in the power transmission, but the total energy stored in the cell's primary-side DC capacitor C1 and secondary-side DC capacitor C2. The reason for this is explained below. If P*>0, it is also possible to set the input to the second amplifier 27 to Vdc2k-Vdc2avg.

しかし、例えば第kセルの2次側直流コンデンサ電圧Vdc2kが大きい場合、第kセルの1次側直流コンデンサ電圧Vdc1kを小さくすることで第kセルの2次側直流コンデンサC2が受け取る電力を減少させる。しかし、第kセルの1次側直流コンデンサ電圧Vdc1kを下げるには第kセルの1次側直流コンデンサC1を放電することになる。放電された電荷はDABコンバータを経由して第kセルの2次側直流コンデンサC2に移動するため、第kセルの2次側直流コンデンサ電圧Vdc2kはさらに増加してしまう。 However, for example, if the secondary DC capacitor voltage Vdc2k of the kth cell is large, reducing the primary DC capacitor voltage Vdc1k of the kth cell will reduce the power received by the secondary DC capacitor C2 of the kth cell. However, to lower the primary DC capacitor voltage Vdc1k of the kth cell, the primary DC capacitor C1 of the kth cell must be discharged. The discharged charge moves to the secondary DC capacitor C2 of the kth cell via the DAB converter, causing the secondary DC capacitor voltage Vdc2k of the kth cell to increase further.

すると、前述の動作により第kセルの1次側直流コンデンサ電圧Vdc1kをさらに小さくしようとしてしまう。そのため、制御系が不安定になりやすくなり、ゲインG2には大きな値を設定できず効果は非常に小さくなってしまう。 As a result, the above-mentioned operation will attempt to further reduce the primary-side DC capacitor voltage Vdc1k of the kth cell. This makes the control system more likely to become unstable, making it impossible to set a large value for gain G2, and resulting in very little effect.

一方、1次側直流コンデンサC1と2次側直流コンデンサC2に蓄積されたエネルギーEkならばコンデンサ電圧とは異なり電荷を移動しても一定であるため、制御系は安定しやすく高いゲインを設定でき十分な効果を得ることができる。 On the other hand, the energy Ek stored in the primary side DC capacitor C1 and secondary side DC capacitor C2 is constant even when the charge is transferred, unlike the capacitor voltage, so the control system is more stable, a high gain can be set, and sufficient effect can be obtained.

前述したように、第2アンプ27の入力をエネルギーEkとした方が望ましいが、第2アンプ27の入力を下流側の直流コンデンサ電圧としてもよい。この場合、第kセルの電力伝送の下流側の直流コンデンサ電圧が他のセルに比べて大きい場合に第kセルの電力伝送の上流側の直流コンデンサ電圧が小さくなるよう第kセルの第1インバータ、第2インバータが出力する交流電圧の位相差を制御し、第kセルの電力伝送の下流側の直流コンデンサ電圧が他のセルに比べて小さい場合に第kセルの電力伝送の上流側の直流コンデンサ電圧が大きくなるよう第kセルの第1インバータ、第2インバータが出力する交流電圧の位相差を制御する。 As mentioned above, it is preferable to use energy Ek as the input to the second amplifier 27, but the input to the second amplifier 27 may also be the downstream DC capacitor voltage. In this case, if the DC capacitor voltage downstream of the kth cell's power transmission is higher than that of the other cells, the phase difference between the AC voltages output by the first inverter and second inverter of the kth cell is controlled so that the DC capacitor voltage upstream of the kth cell's power transmission is reduced; and if the DC capacitor voltage downstream of the kth cell's power transmission is lower than that of the other cells, the phase difference between the AC voltages output by the first inverter and second inverter of the kth cell is controlled so that the DC capacitor voltage upstream of the kth cell's power transmission is increased.

本実施形態2では負荷があれば効果を得られるが、無負荷では電力伝送の上流側のコンデンサ電圧を変更しても受け取る電力が零で差が生じないため、効果が得られない。そのため、電力指令値P*が零付近の場合はゲインG2を零にして不要な偏差を発生させないようにしてもよい。 In this second embodiment, the effect is obtained when there is a load, but when there is no load, even if the capacitor voltage on the upstream side of the power transmission is changed, the received power is zero and no difference occurs, so no effect is obtained. Therefore, when the power command value P* is near zero, the gain G2 can be set to zero to prevent unnecessary deviations from occurring.

本実施形態2は、実施形態1と組み合わせることで伝送される電力の絶対値が小さくてもコンデンサ電圧のバランス偏差を十分小さく保つことができる。しかし、無負荷の場合では制御手段を喪失し偏差が大きくなってしまうという問題がある。 By combining this second embodiment with the first embodiment, it is possible to keep the capacitor voltage balance deviation sufficiently small even when the absolute value of the transmitted power is small. However, there is a problem in that when there is no load, the control means is lost and the deviation becomes large.

実施形態1と実施形態2を併用することにより、伝送電力が小さな条件においても1次側・2次側両方の直流コンデンサの電圧バランスを保つことができる。 By combining embodiment 1 and embodiment 2, it is possible to maintain voltage balance between the DC capacitors on both the primary and secondary sides even when the transmission power is low.

実施形態1に比べると、バランスを均等にできた側は少しだけバランスが悪化してしまうが、実施形態1では偏差が生じてしまった側の電圧バランスを改善することができる。 Compared to embodiment 1, the balance on the side where the balance was evenly achieved will be slightly worse, but embodiment 1 can improve the voltage balance on the side where deviation occurred.

これにより、部品の耐圧を実施形態1よりも小さくできる。実施形態3を単独で、または実施形態1と併用した場合と比較して、伝送電力が小さな条件での損失を低くすることができる。 This allows the withstand voltage of the components to be lower than in embodiment 1. Compared to when embodiment 3 is used alone or in combination with embodiment 1, losses can be reduced under conditions of low transmission power.

[実施形態3]
図9に本実施形態3のパルス幅指令値(W1kp,W1km,W2kp,W2km)演算部のブロック図を示す。図9は図3に対して以下の点が異なる。
[Embodiment 3]
9 shows a block diagram of a calculation unit for pulse width command values (W1kp, W1km, W2kp, W2km) according to the third embodiment. FIG. 9 differs from FIG. 3 in the following respects.

本実施形態3では、第kセルの1次側パルス幅指令値W1k,第kセルの2次側パルス幅指令値W2kは以下のように求めることを想定している。 In this third embodiment, it is assumed that the primary pulse width command value W1k of the kth cell and the secondary pulse width command value W2k of the kth cell are calculated as follows:

1次側直流電圧Vdc1と巻線比を考慮した2次側直流電圧Vdc2/nを比較し、電圧が小さい方のパルス幅指令値は、例えば0.7~1程度の1に近い固定値とする。または、電力指令値P*が零に近いときは小さく、電力指令値P*が零から離れるほど大きくなる上限を0.7~1程度とした可変値としてもよい。 The primary DC voltage Vdc1 is compared with the secondary DC voltage Vdc2/n, which takes the winding ratio into account, and the pulse width command value for the smaller voltage is set to a fixed value close to 1, for example, between 0.7 and 1. Alternatively, it may be set to a variable value with an upper limit of between 0.7 and 1 that is small when the power command value P* is close to zero and increases as the power command value P* moves away from zero.

また、電圧が大きい方のパルス幅指令値は以下の(1)式のW1とする。なお、(1)式のW2は電圧が小さい方のパルス幅指令値である。また、(1)式のθは、電力指令値P*と、2次側直流電圧Vdc2と2次側直流電流Idc2の積をローパスフィルタでノイズを除去した値と、の偏差をPIアンプで増幅した値である。 The pulse width command value for the higher voltage is W1 in the following equation (1). Note that W2 in equation (1) is the pulse width command value for the lower voltage. Also, θ in equation (1) is the value obtained by amplifying, by a PI amplifier, the deviation between the power command value P* and the product of the secondary DC voltage Vdc2 and the secondary DC current Idc2, after noise has been removed using a low-pass filter.

第8減算器29は、第kセルの1次側パルス幅指令値W1kから第kセルの2次側パルス幅指令値W2kを減算する。第2比較器30は、第8減算器29の出力を入力し、W1k>W2kかどうかを判定する。第2比較器30は、後述するスイッチ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。 The eighth subtractor 29 subtracts the secondary pulse width command value W2k of the kth cell from the primary pulse width command value W1k of the kth cell. The second comparator 30 inputs the output of the eighth subtractor 29 and determines whether W1k > W2k. The second comparator 30 may have a hysteresis characteristic to avoid frequent switching of the switch described below.

第2スイッチSW2は、第kセルの1次側パルス幅指令値W1k,第kセルの2次側パルス幅指令値W2kを入力し、W1k>W2kならW2k、W1k≦W2kならW1k、すなわちW1kとW2kのうち小さい方を出力する。第3スイッチSW3は、第kセルの1次側パルス幅指令値W1k,第kセルの2次側パルス幅指令値W2kを入力し、W1k>W2kならW1k、W1k≦W2kならW2k、すなわちW1kとW2kのうち大きい方を出力する。 The second switch SW2 inputs the primary pulse width command value W1k of the kth cell and the secondary pulse width command value W2k of the kth cell, and outputs W2k if W1k > W2k, or W1k if W1k ≦ W2k, i.e., the smaller of W1k and W2k. The third switch SW3 inputs the primary pulse width command value W1k of the kth cell and the secondary pulse width command value W2k of the kth cell, and outputs W1k if W1k > W2k, or W2k if W1k ≦ W2k, i.e., the larger of W1k and W2k.

第9減算器31は、第kセルの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Ekと、各セルの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のうち全セル中の最小値Eminと、の偏差である第2エネルギー偏差を求める。 The ninth subtractor 31 calculates a second energy deviation, which is the deviation between the energy Ek stored in the primary DC capacitor and secondary DC capacitor of the kth cell and the minimum value Emin of the energy stored in the primary DC capacitor and secondary DC capacitor of each cell among all cells.

第2エネルギー偏差を増幅する第3アンプ32は、今回は例として以下の2つを併用する。比例アンプP2は、第9減算器31で求めた第2エネルギー偏差に比例した値を出力する。ゲイン付き一次遅れフィルタ32aは、第9減算器31で求めた第2エネルギー偏差の低周波数成分を増幅する。第6加算器33は、比例アンプP2の出力とゲイン付き一次遅れフィルタ32aの出力を加算する。 The third amplifier 32 that amplifies the second energy deviation uses the following two amplifiers in combination in this example: The proportional amplifier P2 outputs a value proportional to the second energy deviation calculated by the ninth subtractor 31. The first-order lag filter with gain 32a amplifies the low-frequency components of the second energy deviation calculated by the ninth subtractor 31. The sixth adder 33 adds the output of the proportional amplifier P2 and the output of the first-order lag filter with gain 32a.

第7加算器34は、第3アンプ32の出力と第2スイッチSW2の出力を加算する。第1リミッタ35は第7加算器34の出力を制限する。第1リミッタ35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 seventh adder 34 adds the output of the third amplifier 32 and the output of the second switch SW2. The first limiter 35 limits the output of the seventh adder 34. The upper limit of the first limiter 35 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.

第10減算器36は、第1リミッタ35の入力と出力の差分を求め、第1リミッタ35を超過した値を出力する。第11減算器37は、第3スイッチSW3の出力から第10減算器36の出力を減算する。第2リミッタ38は、第11減算器37の出力を制限する。第2リミッタ38の上限・下限の設定は、第1リミッタ35と同様である。 The tenth subtractor 36 calculates the difference between the input and output of the first limiter 35 and outputs the value that exceeds the first limiter 35. The eleventh subtractor 37 subtracts the output of the tenth subtractor 36 from the output of the third switch SW3. The second limiter 38 limits the output of the eleventh subtractor 37. The upper and lower limits of the second limiter 38 are set in the same way as the first limiter 35.

第4スイッチSW4は、第1リミッタ35,第2リミッタ38両方の出力を入力し、W1k>W2kならば第2リミッタ38の出力を出力し、それ以外ならば第1リミッタ35の出力を出力する。 The fourth switch SW4 inputs the outputs of both the first limiter 35 and the second limiter 38, and outputs the output of the second limiter 38 if W1k > W2k; otherwise, it outputs the output of the first limiter 35.

第4スイッチSW4の出力する値は、第kセルの1次側パルス幅指令値W1kと第kセルの2次側パルス幅指令値W2kの大小関係に依存せず、第kセルの1次側パルス幅指令値W1kにアンプ出力が加算された値である。 The value output by the fourth switch SW4 is the sum of the amplifier output and the primary pulse width command value W1k of the kth cell, regardless of the magnitude relationship between the primary pulse width command value W1k of the kth cell and the secondary pulse width command value W2k of the kth cell.

第5スイッチSW5は、第1リミッタ35,第2リミッタ38両方の出力を入力し、W1k>W2kならば第1リミッタ35の出力を出力し、それ以外ならば第2リミッタ38の出力を出力する。 The fifth switch SW5 inputs the outputs of both the first limiter 35 and the second limiter 38, and outputs the output of the first limiter 35 if W1k > W2k, and outputs the output of the second limiter 38 otherwise.

第5スイッチSW5の出力する値は、第kセルの1次側パルス幅指令値W1kと第kセルの2次側パルス幅指令値W2kの大小関係に依存せず、第kセルの2次側パルス幅指令値W2kからアンプ出力が減算された値である。 The value output by the fifth switch SW5 is the value obtained by subtracting the amplifier output from the secondary pulse width command value W2k of the kth cell, regardless of the magnitude relationship between the primary pulse width command value W1k of the kth cell and the secondary pulse width command value W2k of the kth cell.

第3加算器13は、第4スイッチSW4の出力に第kセルの1次側交流電流検出値i1kの直流成分をPIアンプ11で増幅した値を加算し、1次側のプラス側パルス幅指令値W1kpとして出力する。第5減算器14は、第4スイッチSW4の出力から第kセルの1次側交流電流検出値i1kの直流成分をPIアンプ11で増幅した値を減算し、1次側のマイナス側パルス幅指令値W1kmとして出力する。 The third adder 13 adds the value obtained by amplifying the DC component of the primary side AC current detection value i1k of the kth cell using the PI amplifier 11 to the output of the fourth switch SW4, and outputs the result as the primary side positive side pulse width command value W1kp. The fifth subtractor 14 subtracts the value obtained by amplifying the DC component of the primary side AC current detection value i1k of the kth cell using the PI amplifier 11 from the output of the fourth switch SW4, and outputs the result as the primary side negative side pulse width command value W1km.

第4加算器15は、第5スイッチSW5の出力に第kセルの2次側交流電流検出値i2kの直流成分をPIアンプ12で増幅した値を加算し、2次側のプラス側パルス幅指令値W2kpとして出力する。第6減算器16は、第5スイッチSW5の出力から第kセルの2次側交流電流検出値i2kの直流成分をPIアンプ12で増幅した値を減算し、2次側のマイナス側パルス幅指令値W2kmとして出力する。 The fourth adder 15 adds the DC component of the secondary AC current detection value i2k of the kth cell, amplified by the PI amplifier 12, to the output of the fifth switch SW5, and outputs the result as the secondary side positive pulse width command value W2kp. The sixth subtractor 16 subtracts the DC component of the secondary AC current detection value i2k of the kth cell, amplified by the PI amplifier 12, from the output of the fifth switch SW5, and outputs the result as the secondary side negative pulse width command value W2km.

本実施形態3では、これまでの実施形態1,2の問題点であった無負荷時のコンデンサ電圧のバランス偏差を小さくする方法を説明する。 In this third embodiment, we will explain a method for reducing the capacitor voltage imbalance when there is no load, which was a problem with the first and second embodiments.

まず、実施形態2と同様に第kセルの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Ekを計算し入力する。また、各セルの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のうち全セル中の最小値Eminを求め、第kユニットのエネルギーEkとの偏差である第2エネルギー偏差を第3アンプ32に入力する。 First, as in embodiment 2, the energy Ek stored in the primary side DC capacitor and secondary side DC capacitor of the kth cell is calculated and input. Then, the minimum value Emin of the energy stored in the primary side DC capacitor and secondary side DC capacitor of each cell is determined, and a second energy deviation, which is the deviation from the energy Ek of the kth unit, is input to the third amplifier 32.

第3アンプ32の出力に基づいて第kセルの1次側交流電圧V1k,第kセルの2次側交流電圧V2kのパルス幅を操作する。操作は、まずパルス幅の狭い方を広げ、リミッタを超過したらパルス幅の広い方を狭くする。 The pulse widths of the primary AC voltage V1k of the kth cell and the secondary AC voltage V2k of the kth cell are manipulated based on the output of the third amplifier 32. The narrower pulse width is first widened, and once the limiter is exceeded, the wider pulse width is narrowed.

2次側直流電圧Vdc2が小さく2次側パルス幅指令値W2k=0.7~1、1次側直流電圧Vdc1が大きく1次側パルス幅指令値W1k=(1)式とし、かつ第kセルの直流コンデンサ蓄積エネルギーEkが最小ではない場合を例に本実施形態3の動作を説明する。 The operation of this embodiment 3 will be explained using an example where the secondary DC voltage Vdc2 is small, the secondary pulse width command value W2k = 0.7 to 1, the primary DC voltage Vdc1 is large, the primary pulse width command value W1k = (1), and the DC capacitor stored energy Ek of the kth cell is not minimum.

第3アンプの出力が零のとき、第kセルの2次側インバータ出力電圧のパルス幅は広く設定され交流側は力率1で動作する。1次側インバータ出力電圧はパルス幅が狭く設定されトランスやリアクトルに供給する無効電力をすべて分担する。これにより1次側交流電流検出値i1k,2次側交流電流検出値i2kを小さくして銅損や導通損を低減する。 When the output of the third amplifier is zero, the pulse width of the kth cell's secondary inverter output voltage is set wide, and the AC side operates at a power factor of 1. The primary inverter output voltage has a narrow pulse width, and all of the reactive power supplied to the transformer and reactor is shared. This reduces the primary AC current detection value i1k and the secondary AC current detection value i2k, reducing copper loss and conduction loss.

ここで、第kセルの直流コンデンサ蓄積エネルギーEkが最小ではない場合は第3アンプの出力がプラスとなり、パルス幅の狭い第kセルの1次側インバータ出力電圧のパルス幅を広げることで、交流側に供給される無効電力は過剰になり、第kセルの2次側インバータは進み力率で運転する。 Here, if the DC capacitor stored energy Ek of the kth cell is not minimum, the output of the third amplifier becomes positive, and by widening the narrow pulse width of the primary inverter output voltage of the kth cell, the reactive power supplied to the AC side becomes excessive, and the secondary inverter of the kth cell operates at a leading power factor.

不要な無効電力のやりとりが発生することにより1次側交流電流検出値i1k,2次側交流電流検出値i2kの振幅が増加し銅損や導通損も増加、コンデンサ電圧の放電を促す。 The occurrence of unnecessary reactive power exchange increases the amplitude of the primary side AC current detection value i1k and the secondary side AC current detection value i2k, which also increases copper loss and conduction loss, accelerating the discharge of the capacitor voltage.

第kセルの1次側インバータ出力電圧のパルス幅を1まで広げてもコンデンサ電圧の放電が不十分な場合、第kセルの2次側インバータ出力電圧のパルス幅を狭くする。これにより交流側に供給される無効電力をさらに大きくし、コンデンサ電圧をさらに小さくすることができる。 If the capacitor voltage is not sufficiently discharged even when the pulse width of the primary inverter output voltage of the kth cell is widened to 1, the pulse width of the secondary inverter output voltage of the kth cell is narrowed. This further increases the reactive power supplied to the AC side, further reducing the capacitor voltage.

コンデンサ蓄積エネルギーが最小のセルは第3アンプの出力が零のためパルス幅の変更が行われず、2次側パルス幅指令値W2k=0.7~1、1次側パルス幅指令値W1k=(1)式と同じ動作になり、損失を小さくしてコンデンサの放電を抑制する。以上の動作によりコンデンサ電圧のバランスを改善する。 For cells with the smallest capacitor stored energy, the output of the third amplifier is zero, so the pulse width is not changed, and the secondary pulse width command value W2k = 0.7 to 1 and the primary pulse width command value W1k = (1) operate in the same way, reducing losses and suppressing capacitor discharge. This operation improves the balance of the capacitor voltage.

本実施形態3では、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Ekが最小以外のセルで、当該セルの出力する無効電力が大きくなるように(運転力率を低下させるように)1次側パルス幅指令値W1kと2次側パルス幅指令値W2kのうち小さい方のパルス幅を広げ、または、大きい方のパルス幅を狭め、または両方行って、1次側パルス幅指令値W1kと2次側パルス幅指令値W2kを補正し、1次側のプラス側パルス幅指令値W1kp、1次側のマイナス側パルス幅指令値W1km、2次側のプラス側パルス幅指令値W2kp、2次側のマイナス側パルス幅指令値W2kmとして出力する。 In this embodiment 3, for cells other than those with the smallest energy Ek stored in the primary side DC capacitor and secondary side DC capacitor, the smaller pulse width of the primary side pulse width command value W1k and the secondary side pulse width command value W2k is widened, or the larger pulse width is narrowed, or both are done, to correct the primary side pulse width command value W1k and the secondary side pulse width command value W2k so that the reactive power output from the cell is increased (so that the operating power factor is reduced), and the corrected values are output as the primary side positive side pulse width command value W1kp, the primary side negative side pulse width command value W1km, the secondary side positive side pulse width command value W2kp, and the secondary side negative side pulse width command value W2km.

また、第kセルの電力伝送の下流側の直流コンデンサ電圧が最小以外のセルで、当該セルの出力する無効電力が大きくなるように(運転力率を低下させるように)1次側パルス幅指令値W1kと2次側パルス幅指令値W2kのうち小さい方のパルス幅を広げ、または、大きい方のパルス幅を狭め、または両方行って、1次側パルス幅指令値W1kと2次側パルス幅指令値W2kを補正し、1次側のプラス側パルス幅指令値W1kp、1次側のマイナス側パルス幅指令値W1km、2次側のプラス側パルス幅指令値W2kp、2次側のマイナス側パルス幅指令値W2kmとして出力してもよい。 Furthermore, for cells other than those with the smallest DC capacitor voltage downstream of the kth cell in power transmission, the smaller pulse width of the primary pulse width command value W1k and the secondary pulse width command value W2k may be widened, or the larger pulse width may be narrowed, or both may be done, to correct the primary pulse width command value W1k and the secondary pulse width command value W2k so that the reactive power output by that cell is increased (so that the operating power factor is reduced), and the results may be output as the primary side positive pulse width command value W1kp, the primary side negative pulse width command value W1km, the secondary side positive pulse width command value W2kp, and the secondary side negative pulse width command value W2km.

本実施形態3では、パルス幅に第1,第2リミッタ35,38を設定している。第1,第2リミッタ35,38の上限は通常1であるが、0.7~0.95程度に設定してもよい。第1,第2リミッタ35,38の下限を0に設定すると交流側電圧が出力されず電力伝送ができなくなり制御不能に陥る。そのため例えば0.2程度など0より大きな値に設定する。 In this third embodiment, first and second limiters 35, 38 are set for the pulse width. The upper limits of the first and second limiters 35, 38 are usually 1, but may be set to approximately 0.7 to 0.95. If the lower limits of the first and second limiters 35, 38 are set to 0, no AC voltage will be output, power transmission will be impossible, and control will become impossible. For this reason, they are set to a value greater than 0, such as approximately 0.2.

本実施形態3ではパルス幅の操作として狭い方を広げることを優先しているが、逆に広い方を狭くすることを優先してもよい。また、両方を均等に操作してもよい。 In this third embodiment, priority is given to widening the narrower pulse width when manipulating the pulse width, but priority may also be given to narrowing the wider pulse width. Alternatively, both pulse widths may be manipulated equally.

本実施形態3の第3アンプ32のゲインP2,ゲインG2は一定としている。しかし、実施形態1,2により負荷がある状態ならば実施形態3を適用しなくてもコンデンサ電圧をバランスさせることができる。そのため、電力指令値P*が0でなければゲインを0に切り替えてもよく、損失を抑えることができる。電力指令値P*の絶対値が0.1以上などある程度大きな条件でゲインを0に設定してもよく、軽負荷でも意図的に損失を発生させることで効率は少し低下してしまうがコンデンサ電圧バランスの偏差を小さくすることもできる。ゲインの切り替えにはヒステリシス特性を持たせてもよく、電力指令値P*の絶対値に基づきゲインを変化させてもよい。 In this embodiment, the gains P2 and G2 of the third amplifier 32 are constant. However, in the case of embodiments 1 and 2, if there is a load, the capacitor voltage can be balanced without applying embodiment 3. Therefore, if the power command value P* is not 0, the gain can be switched to 0, thereby reducing losses. The gain can also be set to 0 under relatively large conditions, such as when the absolute value of the power command value P* is 0.1 or greater. By intentionally generating losses even under light loads, efficiency will decrease slightly, but the deviation in the capacitor voltage balance can be reduced. The gain switching can be given a hysteresis characteristic, and the gain can be changed based on the absolute value of the power command value P*.

実施形態3では意図的に損失を発生させるため、当然セルの熱責務が増加する。しかし、実施形態3の適用は無負荷あるいは軽負荷を想定し、このときの損失としては銅損・導通損・スイッチング損は非常に小さく鉄損を始めとする無負荷損が大半を占め、無負荷損が最大のセルに合わせて他のセルの損失を揃えているに過ぎず、損失の増加は小さい。 In embodiment 3, losses are intentionally generated, which naturally increases the thermal load of the cells. However, embodiment 3 is applied assuming no load or light load, and in this case copper loss, conduction loss, and switching loss are very small, with no-load losses such as iron loss accounting for the majority of losses. Therefore, the losses of the other cells are simply adjusted to match the cell with the largest no-load loss, and the increase in loss is small.

例えば、トランスTrの鉄心にひびが入り該当箇所の磁束密度が増加しヒステリシス損が増加した、積層鋼板の絶縁が衝撃で破損し渦電流損が増加した、経年劣化でコンデンサの漏れ電流が増加した、などの異常による極端な損失増加が発生しない限り、冷却機構の大型化は不要である。 For example, unless an extreme increase in loss occurs due to an abnormality such as a crack in the transformer Tr iron core increasing the magnetic flux density at the relevant location and increasing hysteresis loss, or the insulation of the laminated steel plate being damaged by impact and increasing eddy current loss, or deterioration over time increasing the leakage current of a capacitor, there is no need to enlarge the cooling mechanism.

本実施形態3によれば、伝送電力が零の条件においても1次側・2次側両方の直流コンデンサの電圧バランスを保ち運転を継続することができる。無負荷で待機する状況が頻発する用途においてもこの構成のコンバータを適用することができる。 According to this third embodiment, even when the transmission power is zero, the voltage balance between the primary and secondary DC capacitors can be maintained and operation can continue. A converter with this configuration can also be used in applications where no-load standby situations occur frequently.

実施形態1や実施形態2と併用することで、伝送電力がある条件において損失は増加してしまうが直流コンデンサの電圧バランスの偏差をより小さくできる。 By using this in combination with embodiment 1 or embodiment 2, the voltage balance deviation of the DC capacitor can be reduced, although losses will increase under certain conditions of transmission power.

また、ある程度伝送電力が大きな条件では本実施形態3の制御ゲインを小さくすることで本実施形態3を無効化し、効率低下を防ぐことができる。また、後述する実施形態4とは異なり直流側に発生するリプルは基本波周波数の2倍となるので、小さなフィルタで除去できる。 Furthermore, under conditions where the transmission power is relatively high, the control gain of this embodiment 3 can be reduced to disable this embodiment and prevent a decrease in efficiency. Furthermore, unlike the fourth embodiment described below, the ripple generated on the DC side is twice the fundamental frequency, so it can be removed with a small filter.

[実施形態4]
図10に本実施形態4のパルス幅指令値(W1kp,W1km,W2kp,W2km)演算部のブロック図を示す。図10は図9に対して以下の点が異なる。
[Embodiment 4]
10 shows a block diagram of a calculation unit for pulse width command values (W1kp, W1km, W2kp, W2km) according to the fourth embodiment. FIG. 10 differs from FIG. 9 in the following respects.

本実施形態4では、第12減算器39を追加している。第12減算器39は、第2リミッタ38の入力と出力の差分を求め、第2リミッタ38を超過した値を出力する。 In this fourth embodiment, a twelfth subtractor 39 is added. The twelfth subtractor 39 calculates the difference between the input and output of the second limiter 38 and outputs the value that exceeds the second limiter 38.

この第12減算器39の出力は、第kセルの1次側交流電流の直流成分指令値とし、第3減算器9で用いる。また、第12減算器39の出力の符号を反転した信号は、第kセルの2次側交流電流の直流成分指令値とし、第4減算器10で用いる。 The output of this twelfth subtractor 39 is used as the DC component command value for the primary AC current of the kth cell and is used by the third subtractor 9. Furthermore, the signal with the sign of the output of the twelfth subtractor 39 inverted is used as the DC component command value for the secondary AC current of the kth cell and is used by the fourth subtractor 10.

第3減算器9は第12減算器39の出力から第3ローパスフィルタLPF3の出力を減算する。第4減算器10は第12減算器39の出力の符号を反転した値から第4ローパスフィルタLPF4の出力を減算する。 The third subtractor 9 subtracts the output of the third low-pass filter LPF3 from the output of the twelfth subtractor 39. The fourth subtractor 10 subtracts the output of the fourth low-pass filter LPF4 from the value obtained by inverting the output of the twelfth subtractor 39.

実施形態3は、パルス幅を変化させることで損失を意図的に増加させ無負荷時のコンデンサ電圧のバランス偏差を小さくする。しかし、変化させることのできるパルス幅に制限があり、上記のようなこれを上回るコンデンサ電圧バランス外乱が発生した場合には対処できない。 In embodiment 3, the pulse width is changed to intentionally increase losses and reduce the capacitor voltage balance deviation when there is no load. However, there is a limit to the pulse width that can be changed, and it cannot deal with capacitor voltage balance disturbances that exceed this limit, as described above.

本実施形態4は、無負荷においてより大きなバランス外乱が発生した場合でもコンデンサ電圧のバランス偏差を小さくする方法を説明する。 This fourth embodiment describes a method for reducing the balance deviation of the capacitor voltage even when a larger balance disturbance occurs at no load.

実施形態3では、狭い方のパルス幅を広げる操作を行うが、操作量がリミッタを超過した分については広い方のパルス幅を狭くする操作を行い、ここでもリミッタを超過したらその分は操作を行わない。 In embodiment 3, the narrower pulse width is widened, but if the manipulated variable exceeds the limiter, the wider pulse width is narrowed by the amount; again, if the limiter is exceeded, no operation is performed for that amount.

本実施形態4では、広い方のパルス幅を狭くする操作についてもリミッタを超過した分を検出し、超過分を第kセルの1次側交流電流検出値i1k,第kセルの2次側交流電流検出値i2kの直流成分の指令値とした。 In this fourth embodiment, even when narrowing the wider pulse width, the amount that exceeds the limiter is detected, and the excess amount is used as the command value for the DC component of the primary side AC current detection value i1k of the kth cell and the secondary side AC current detection value i2k of the kth cell.

第kセルの1次側交流電流検出値i1k,第kセルの2次側交流電流検出値i2kに直流成分を重畳することでより大きな損失を発生させコンデンサを放電することができる。 By superimposing a DC component on the primary side AC current detection value i1k of the kth cell and the secondary side AC current detection value i2k of the kth cell, a larger loss can be generated and the capacitor can be discharged.

与える直流成分指令値は、第kセルの1次側交流電流検出値i1kと第kセルの2次側交流電流検出値i2kで逆向きに設定した。本実施形態4では、第1乗算器8は、1次側交流電流検出値i1kを1/n倍、または、2次側交流電流検出値i2kをn倍する。これにより高周波トランス内部の鉄心で1次側・2次側両方の電流により発生する磁束の直流成分が互いに打ち消し合うため、鉄心の磁気飽和を防ぐことができる。 The DC component command value to be applied is set in opposite directions for the primary AC current detection value i1k of the kth cell and the secondary AC current detection value i2k of the kth cell. In this fourth embodiment, the first multiplier 8 multiplies the primary AC current detection value i1k by 1/n, or the secondary AC current detection value i2k by n. This causes the DC components of the magnetic flux generated by both the primary and secondary currents in the iron core inside the high-frequency transformer to cancel each other out, preventing magnetic saturation of the iron core.

本実施形態4では、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Ekが全セル中最小以外のセルで、当該セルが出力する電流の直流成分が大きくなるように1次側パルス幅指令値W1kと2次側パルス幅指令値W2kを補正し、1次側のプラス側パルス幅指令値W1kp、1次側のマイナス側パルス幅指令値W1km、2次側のプラス側パルス幅指令値W2kp、2次側のマイナス側パルス幅指令値W2kmとして出力する。 In this fourth embodiment, for cells other than those in which the energy Ek stored in the primary side DC capacitor and secondary side DC capacitor is the smallest among all cells, the primary side pulse width command value W1k and secondary side pulse width command value W2k are corrected so that the DC component of the current output by the cell in question is increased, and these are output as the primary side positive side pulse width command value W1kp, the primary side negative side pulse width command value W1km, the secondary side positive side pulse width command value W2kp, and the secondary side negative side pulse width command value W2km.

また、電力伝送の下流側の直流コンデンサ電圧が最小以外のセルで、当該セルが出力する電流の直流成分が大きくなるように1次側パルス幅指令値W1kと2次側パルス幅指令値W2kを補正し、1次側のプラス側パルス幅指令値W1kp、1次側のマイナス側パルス幅指令値W1km、2次側のプラス側パルス幅指令値W2kp、2次側のマイナス側パルス幅指令値W2kmとして出力してもよい。 In addition, for cells other than those with the smallest DC capacitor voltage downstream in power transmission, the primary pulse width command value W1k and secondary pulse width command value W2k may be corrected so that the DC component of the current output by the cell is increased, and the corrected values may be output as the primary positive pulse width command value W1kp, the primary negative pulse width command value W1km, the secondary positive pulse width command value W2kp, and the secondary negative pulse width command value W2km.

本実施形態4では、損失を発生させる手段として交流側の無効電力増加の優先度を高く、交流電流への直流重畳の優先度を低くした。この理由を説明する。無効電力を増加すると、直流側には基本波周波数の2倍のリプルが発生する。直流重畳の場合は基本波周波数に等しい周波数のリプルが発生する。リプル周波数が低いと、同じコンデンサ容量でも電圧リプルの振幅が大きくなる、除去に大型のフィルタが必要になる、といった問題が生じる。そのため、発生するリプル周波数の高い手段を優先した。 In this fourth embodiment, increasing reactive power on the AC side is given high priority as a means of generating losses, while superimposing DC on AC current is given low priority. The reason for this is explained below. When reactive power is increased, ripples of twice the fundamental frequency are generated on the DC side. When DC is superimposed, ripples of a frequency equal to the fundamental frequency are generated. If the ripple frequency is low, problems arise such as the amplitude of the voltage ripple becoming larger even with the same capacitor capacity, and a large filter being required to remove it. For this reason, priority is given to means that generate a higher ripple frequency.

本実施形態4の適用が必要なほど大きなバランス外乱としては、トランスやコンデンサの異常の他、セル内への異物混入による放電、セルの絶縁破壊などが考えられる。そこで、第kセルの1次側交流電流検出値i1k,第kセルの2次側交流電流検出値i2kの直流成分指令値を積算してその値をメンテナンスなどで定期的に確認、積算値の大きなセルが存在すれば他のセルに劣化や異常が発生したと考え、最も積算値の小さなセルを交換し故障を未然に防ぐといった運用を行うことも考えられる。 Possible balance disturbances large enough to require the application of this embodiment 4 include abnormalities in the transformer or capacitor, discharge due to the intrusion of foreign matter into the cell, and cell insulation breakdown. Therefore, it is possible to integrate the DC component command values of the primary side AC current detection value i1k of the kth cell and the secondary side AC current detection value i2k of the kth cell, and periodically check these values during maintenance, etc. If a cell has a large integrated value, it can be assumed that deterioration or an abnormality has occurred in the other cells, and the cell with the smallest integrated value can be replaced to prevent a malfunction.

本実施形態4によれば、伝送電力が零の条件においてより大きなバランス外乱が発生した場合でも1次側・2次側両方の直流コンデンサの電圧バランスを保ち運転を継続することができる。 According to this fourth embodiment, even if a large balance disturbance occurs when the transmission power is zero, the voltage balance of the DC capacitors on both the primary and secondary sides can be maintained and operation can be continued.

また、直流側には基本波周波数に等しい周波数のリプルが発生してしまうが、これを最小限に抑えることができる。 In addition, ripples with a frequency equal to the fundamental frequency occur on the DC side, but this can be minimized.

なお、本発明は非特許文献1に示されているような複数台のDAB方式コンバータの一端がすべて直列接続され、もう一端が直列・並列接続を組み合わせた構成にも適用することができる。この場合、複数台のDAB方式コンバータのうち一端が直列に、もう一端が並列に接続した単位セルが複数直列接続されていると見なし、単位セル内部の直列コンデンサ電圧バランス制御は既存の制御法を適用する。各単位セルのコンデンサ電圧のバランス制御は本発明を適用する。 The present invention can also be applied to a configuration such as that shown in Non-Patent Document 1, in which one end of multiple DAB converters are all connected in series, and the other end is a combination of series and parallel connections. In this case, the multiple DAB converters are considered to be connected in series as multiple unit cells, with one end connected in series and the other in parallel, and existing control methods are applied to series capacitor voltage balance control within the unit cells. The present invention is applied to capacitor voltage balance control for each unit cell.

[実施形態5]
実施形態1~4は、両端が直列接続された複数のセル(DAB方式コンバータ)のコンデンサ電圧バランスを均等に保つ制御法である。伝送電力の向きや大きさにかかわらず適用でき、補助回路を使用しないという特長がある。
[Embodiment 5]
The first to fourth embodiments are control methods for maintaining an equal capacitor voltage balance in multiple cells (DAB converters) connected in series at both ends. They are applicable regardless of the direction or magnitude of the transmitted power, and have the advantage of not requiring an auxiliary circuit.

しかし、この制御法にはセル台数が増加するとセル間の通信負荷の増加、配線ケーブルの複雑化といった問題点がある。この制御法では、入力に1次側,2次側直流コンデンサ電圧平均値Vdc1avg,Vdc2avg、および、1次側,2次側直流コンデンサC1,C2に蓄積されたエネルギーの平均値Eavgを必要とする。この1次側,2次側直流コンデンサ電圧平均値Vdc1avg,Vdc2avg、エネルギーの平均値Eavgを求めるためには各セルに他のすべてのセルの1次側,2次側直流コンデンサ電圧を入力しなければならない。 However, this control method has problems such as an increase in the communication load between cells and the complexity of the wiring cables as the number of cells increases. This control method requires as input the primary and secondary DC capacitor voltage average values Vdc1avg and Vdc2avg, and the average energy Eavg stored in the primary and secondary DC capacitors C1 and C2. To calculate the primary and secondary DC capacitor voltage average values Vdc1avg and Vdc2avg and the average energy Eavg, the primary and secondary DC capacitor voltages of all other cells must be input to each cell.

別途、上位基板など平均値を求める手段を別で用意する方法も考えられる。しかし、この上位基板にはすべてのセルの1次側・2次側直流コンデンサ電圧の入力が必要である。また、上位基板から出力された平均値はすべてのセルに入力しなければならない。 Another option would be to prepare a separate means of calculating the average value, such as a host board. However, this host board would need to input the primary and secondary DC capacitor voltages of all cells. In addition, the average value output from the host board would need to be input to all cells.

非特許文献1の実施形態3では、片側を直列に、もう片側を並列に接続した複数台のDAB方式コンバータで1台のユニットを構成し、そのユニットを複数台、両側を直列に接続した電力変換装置の制御法が開示されている。 Embodiment 3 of Non-Patent Document 1 discloses a control method for a power conversion device in which a single unit is made up of multiple DAB converters, one side of which is connected in series and the other side in parallel, and multiple such units are connected in series on both sides.

各ユニット内部の直並列制御とユニットの直列制御は独立であるため、ユニット直列制御では各コンバータの直流電圧をすべて把握する必要はなく、配線ケーブルや通信情報量を削減することができる。しかし、この方式はすべてのコンバータが両側とも直列に接続した構成には対応できない。さらに、ユニットの直列制御には別途補助回路が必要となる。 Because the series-parallel control within each unit and the series control of the units are independent, there is no need to know all of the DC voltages of each converter when controlling the units in series, which reduces the amount of wiring cables and communication information required. However, this method cannot be used in configurations where all converters are connected in series on both sides. Furthermore, a separate auxiliary circuit is required for series control of the units.

本実施形態5では、すべてのセル(DABコンバータ)の両側が直列に接続された構成を対象とした電圧バランスを均等に保つ制御法において、配線ケーブルの簡略化および通信情報量を削減する方法を説明する。 In this fifth embodiment, we describe a method for simplifying the wiring cables and reducing the amount of communication information in a control method for maintaining equal voltage balance in a configuration in which both sides of all cells (DAB converters) are connected in series.

図11は、y×z台のDABコンバータが両側で直列接続された構成である。本実施形態5は図11の回路に適用する。図11では、1台のDABコンバータをセルと呼称し、構成要素であるセルのz台の集合体をユニットと呼称する。また、構成要素であるユニットのy台の集合体で1台の装置を構成する。 Figure 11 shows a configuration in which y x z DAB converters are connected in series on both sides. This embodiment 5 is applied to the circuit in Figure 11. In Figure 11, one DAB converter is called a cell, and a collection of z cells, which are constituent elements, is called a unit. Furthermore, a collection of y units, which are constituent elements, makes up one device.

換言すると、本実施形態5のDAB方式双方向絶縁型DC/DCコンバータは、1次側直流電源DC1と、2次側直流電源DC2と、1次側直流電源DC1と2次側直流電源DCとの間に接続された第1ユニット~第y(y=2以上の整数)ユニットと、を備える。第1ユニット~第yユニットはそれぞれ第1セル~第z(z=2以上の整数)セルと、を有する。 In other words, the DAB bidirectional isolated DC/DC converter of this fifth embodiment comprises a primary-side DC power supply DC1, a secondary-side DC power supply DC2, and a first unit to a y-th unit (y = an integer greater than or equal to 2) connected between the primary-side DC power supply DC1 and the secondary-side DC power supply DC. The first unit to the y-th unit each have a first cell to a z-th cell (z = an integer greater than or equal to 2), respectively.

図11において、DCPは1次側直流電源、DCSは2次側直流電源、Cpは1次側直流コンデンサ、Csは2次側直流コンデンサ、Vdcpは1次側直流電源DCPの1次側直流電圧、Vdcsは2次側直流電源DCSの2次側直流電圧を示す。また、11は第1ユニット、12は第2ユニット、1yは第yユニットを示す。さらに、111は第1ユニット第1セル、112は第1ユニット第2セル、11zは第1ユニット第zセル、121は第2ユニット第1セル、12zは第2ユニット第zセル、1y1は第yユニット第1セル、1yzは第yユニット第zセルを示す。 In Figure 11, DCP is the primary DC power supply, DCS is the secondary DC power supply, Cp is the primary DC capacitor, Cs is the secondary DC capacitor, Vdcp is the primary DC voltage of the primary DC power supply DCP, and Vdcs is the secondary DC voltage of the secondary DC power supply DCS. Also, 11 is the first unit, 12 is the second unit, and 1y is the yth unit. Furthermore, 111 is the first cell of the first unit, 112 is the second cell of the first unit, 11z is the zth cell of the first unit, 121 is the first cell of the second unit, 12z is the zth cell of the second unit, 1y1 is the first cell of the yth unit, and 1yz is the zth cell of the yth unit.

また、Vdcp111は1次側直流コンデンサ電圧、Vdcs111は2次側直流コンデンサ電圧、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1ユニット第1セルの1次側直流コンデンサ電圧を示し、Vdcp11は第1ユニットの1次側直流コンデンサ電圧(第1ユニットの第1セル~第zセルの1次側直流コンデンサ電圧を加算した値)を示す。 Vdcp111 is the primary side DC capacitor voltage, Vdcs111 is the secondary side DC capacitor voltage, ip111 is the primary side AC current detection value, and is111 is the secondary side 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 side DC capacitor voltage of the first cell of the first unit, and Vdcp11 indicates the primary side DC capacitor voltage of the first unit (the sum of the primary side DC capacitor voltages of the first cell to the zth cell of the first unit).

図12~15に本実施形態5の制御部を示す。図12は第j(j=1~yの整数)ユニット第k(k=1~zの整数)セルの位相差指令値(θ1jk)演算部のブロックである。図12は、実施形態1(図2)と実施形態2(図8)に相当する。図12は以下により構成される。 Figures 12 to 15 show the control unit of this fifth embodiment. Figure 12 is a block diagram of the phase difference command value (θ1jk) calculation unit for the kth (k = integer from 1 to z) cell of the jth (j = integer from 1 to y) unit. Figure 12 corresponds to embodiment 1 (Figure 2) and embodiment 2 (Figure 8). Figure 12 is composed of the following:

E1jkは、第jユニット第kセルの1次側・2次側直流コンデンサCp,Csの両方に蓄積されたエネルギーである。エネルギーE1jkは、以下により求める(図示省略)。 E1jk is the energy stored in both the primary and secondary DC capacitors Cp and Cs of the kth cell of the jth unit. Energy E1jk is calculated as follows (not shown):

第jユニット第kセルの1次側直流コンデンサ電圧Vdcp1jk,2次側直流コンデンサ電圧Vdcs1jkにLPFを適用し、結果を2乗しそれぞれ1次側・2次側直流コンデンサ容量Cp,Csをかけ、2で割った値を足し合わせる。すなわち、E1jk=Cp×Vdcp1jk2/2+Cs×Vdcs1jk2/2である。 An LPF is applied to the primary-side DC capacitor voltage Vdcp1jk and secondary-side DC capacitor voltage Vdcs1jk of the kth cell of the jth unit, the results are squared, multiplied by the primary-side and secondary-side DC capacitor capacitances Cp and Cs, respectively, and the results divided by 2 are added together. That is, E1jk = Cp × Vdcp1jk 2 /2 + Cs × Vdcs1jk 2 /2.

E1javgは、第jユニットの各セルの1次側・2次側直流コンデンサCp,Csの両方に蓄積されたエネルギーの平均値である。 E1javg is the average value of the energy stored in both the primary and secondary DC capacitors Cp and Cs of each cell in the jth unit.

第13減算器40は、エネルギーE1jkとエネルギーの平均値E1javgとの偏差である第1エネルギー偏差を求める。第4アンプ41は、第13減算器40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、図示のゲイン調整器42のように電力指令値P*が零付近の時は小さくするなど、電力指令値P*に基づいて値を変化させてもよい。第4アンプ41の出力が、第jユニット第kセルの直流コンデンサ電圧のアンバランス電圧指令値Vdc1jkとなる。 The thirteenth subtractor 40 calculates the first energy deviation, which is the deviation between the energy E1jk and the average energy value E1javg. The fourth amplifier 41 amplifies the output of the thirteenth subtractor 40 by multiplying it by a gain G2. The gain G2 may be a fixed value, or it may be varied based on the power command value P*, such as by reducing it when the power command value P* is near zero, as shown by the gain adjuster 42. The output of the fourth amplifier 41 becomes the unbalanced voltage command value Vdc1jk for the DC capacitor voltage of the kth cell of the jth unit.

Vdcp1jkは、第jユニット第kセルの1次側直流コンデンサ電圧である。ローパスフィルタLPF1は、第jユニット第kセルの1次側直流コンデンサ電圧Vdcp1jk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。 Vdcp1jk is the primary side DC capacitor voltage of the kth cell of the jth unit. The low-pass filter LPF1 removes ripples and noise with a frequency twice that of the fundamental wave from the primary side DC capacitor voltage Vdcp1jk of the kth cell of the jth unit.

Vdcp1javgは、第jユニット各セルの1次側直流コンデンサ電圧平均値である。第jユニット各セルの1次側直流コンデンサ電圧平均値Vdcp1javgは第jユニット各セルの1次側直流コンデンサ電圧Vdcp1j1~Vdcp1jzの合計または第jユニットの1次側直流コンデンサ電圧Vdcp1jのどちらかを1ユニットのセルの台数zで割った値である。 Vdcp1javg is the average primary DC capacitor voltage of each cell of the jth unit. The average primary DC capacitor voltage Vdcp1javg of each cell of the jth unit is either the sum of the primary DC capacitor voltages Vdcp1j1 to Vdcp1jz of each cell of the jth unit or the primary DC capacitor voltage Vdcp1j of the jth unit divided by the number z of cells in one unit.

第1減算器1は、第jユニット第kセルの1次側直流コンデンサ電圧Vdcp1jkと、第jユニット各セルの1次側直流コンデンサ電圧平均値Vdcp1javgの偏差を求め、さらに偏差に第jユニット第kセルの直流コンデンサ電圧のアンバランス電圧指令値Vdc1jkを加算して第jユニット第kセルの1次側電圧偏差を出力する。第jユニット第kセル1次側電圧偏差が第1スイッチSW1の上側端子に入力される。 The first subtractor 1 calculates the deviation between the primary DC capacitor voltage Vdcp1jk of the kth cell of the jth unit and the average primary DC capacitor voltage Vdcp1javg of each cell of the jth unit, and then adds the unbalanced voltage command value Vdc1jk for the DC capacitor voltage of the kth cell of the jth unit to the deviation to output the primary voltage deviation of the kth cell of the jth unit. The primary voltage deviation of the kth cell of the jth unit is input to the upper terminal of the first switch SW1.

Vdcs1jkは、第jユニット第kセルの2次側直流コンデンサ電圧である。第2ローパスフィルタLPF2は、第jユニット第kセルの2次側直流コンデンサ電圧Vdcs1jk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。 Vdcs1jk is the secondary-side DC capacitor voltage of the kth cell of the jth unit. The second low-pass filter LPF2 removes ripple and noise at twice the frequency of the fundamental wave from the secondary-side DC capacitor voltage Vdcs1jk of the kth cell of the jth unit.

Vdcs1javgは、第jユニット各セルの2次側直流コンデンサ電圧平均値である。第jユニット各セルの2次側直流コンデンサ電圧平均値Vdcs1javgは第jユニット各セルの2次側直流コンデンサ電圧Vdcs1j1~Vdcs1jzの合計または第jユニットの2次側直流コンデンサ電圧Vdcs1jのどちらかを1ユニットのセルの台数zで割った値である。 Vdcs1javg is the average secondary DC capacitor voltage of each cell of the jth unit. The average secondary DC capacitor voltage Vdcs1javg of each cell of the jth unit is either the sum of the secondary DC capacitor voltages Vdcs1j1 to Vdcs1jz of each cell of the jth unit or the secondary DC capacitor voltage Vdcs1j of the jth unit divided by the number z of cells in one unit.

第2減算器2は、第jユニット第kセルの2次側直流コンデンサ電圧Vdcs1jkと第jユニット各セルの2次側直流コンデンサ電圧平均値Vdcs1javgの偏差を求め、さらに偏差に第jユニット第kセルの直流コンデンサ電圧のアンバランス電圧指令値Vdc1jkを加算して第jユニット第kセルの2次側電圧偏差を出力する。 The second subtractor 2 calculates the deviation between the secondary DC capacitor voltage Vdcs1jk of the kth cell of the jth unit and the average secondary DC capacitor voltage Vdcs1javg of each cell of the jth unit, and then adds the unbalanced voltage command value Vdc1jk for the DC capacitor voltage of the kth cell of the jth unit to the deviation to output the secondary voltage deviation of the kth cell of the jth unit.

第1巻数比演算器4は、第2減算器2の出力にトランス巻数比の逆数1/nをかけ、符号を反転させる。第1巻数比演算器4の出力が第1スイッチSW1の下側端子に入力される。 The first turns ratio calculator 4 multiplies the output of the second subtractor 2 by the reciprocal of the transformer turns ratio, 1/n, and inverts the sign. The output of the first turns ratio calculator 4 is input to the lower terminal of the first switch SW1.

第1比較器3は、電力指令値P*がプラスか否かを判定する。第1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、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。 The first comparator 3 determines whether the power command value P* is positive. The first switch SW1 outputs the input to its upper terminal if the power command value P* is positive, and outputs the input to its lower terminal if the power command value P* is zero or negative.

第1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第1スイッチSW1の状態を維持させヒステリシス特性を持たせてもよい。また、電力指令値P*が零ならば、第jユニット第kセルの1次側電圧偏差と第jユニット第kセルの2次側電圧偏差の平均値を出力してもよい。 To prevent frequent switching of the first switch SW1, if the power command value P* is near zero, the previous state of the first switch SW1 may be maintained to provide hysteresis characteristics. Furthermore, if the power command value P* is zero, the average value of the primary voltage deviation of the kth cell of the jth unit and the secondary voltage deviation of the kth cell of the jth unit may be output.

第8加算器43は、第1スイッチSW1の出力に後述する第jユニット電圧制御偏差Vd1jを加算する。 The eighth adder 43 adds the jth unit voltage control deviation Vd1j (described later) to the output of the first switch SW1.

第1アンプ5は、第8加算器43の出力を増幅し第jユニット第kセルの位相θ1jkb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、第8加算器43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5aは、第8加算器43の出力の低周波数成分を増幅する。第1加算器6は、以上2つのアンプ出力を加算し位相θ1jkbを出力する。 The first amplifier 5 amplifies the output of the eighth adder 43 and outputs the phase θ1jkb of the kth cell of the jth unit. In this example, the following two amplifiers are used in combination: The proportional amplifier P1 outputs a value proportional to the output of the eighth adder 43. The first-order lag filter with gain 5a amplifies the low-frequency components of the output of the eighth adder 43. The first adder 6 adds the outputs of these two amplifiers and outputs the phase θ1jkb.

第2加算器7は、位相θ1jkbに別途与えられる位相指令値θ*を加算し、第jユニット第kセルの位相差指令値θ1jkを出力する。位相指令値θ*は直流側の電流や電圧のフィードバック制御によって与えられる場合もある。 The second adder 7 adds a separately provided phase command value θ* to the phase θ1jkb and outputs a phase difference command value θ1jk for the kth cell of the jth unit. The phase command value θ* may also be provided by feedback control of the DC current or voltage.

ここでは、位相θ1jkb,位相指令値θ*,位相差指令値θ1jkはプラスの時に1次側交流電圧の位相が2次側交流電圧に対して進みとなり、電力は1次側から2次側に伝送されるものとする。 Here, when the phase θ1jkb, phase command value θ*, and phase difference command value θ1jk are positive, the phase of the primary AC voltage leads the phase of the secondary AC voltage, and power is transmitted from the primary side to the secondary side.

本実施形態5の図12は実施形態1とは以下の点が異なる。第jユニット各セルの1次側直流コンデンサ電圧平均値Vdcp1javg,第jユニット各セルの2次側直流コンデンサ電圧平均値Vdcs1javgは、すべてのセルy×z台分の平均値ではなく第jユニットに所属するセルz台分の平均値である。エネルギーの平均値E1javgも同様に、第jユニットに所属するセルz台分の平均値である。 Figure 12 of this embodiment 5 differs from embodiment 1 in the following respects. The average primary side DC capacitor voltage Vdcp1javg of each cell of the jth unit and the average secondary side DC capacitor voltage Vdcs1javg of each cell of the jth unit are not average values for all y × z cells, but are average values for z cells belonging to the jth unit. Similarly, the average energy E1javg is also an average value for z cells belonging to the jth unit.

第1スイッチSW1の出力には、後述する第jユニット電圧制御偏差Vd1jを加算し第1アンプ5に入力する。 The jth unit voltage control deviation Vd1j (described later) is added to the output of the first switch SW1 and input to the first amplifier 5.

図13は第jユニット電圧制御偏差(Vd1j)演算部のブロック図である。図13は第1アンプ5の入力までは図12と同一の構成であり、以下の表1に示すように入力信号のみが異なる。 Figure 13 is a block diagram of the jth unit voltage control deviation (Vd1j) calculation unit. Figure 13 has the same configuration as Figure 12 up to the input of the first amplifier 5, with only the input signal differing as shown in Table 1 below.

なお、図13の40aは第14減算器、1aは第15減算器、2aは第16減算器、41aは第5アンプ、4aは第2巻数比演算器、3aは第3比較器、SW1aは第6スイッチ、43aは第9加算器を示す。また、第14演算器40aの出力を第3エネルギー偏差とする。 In Figure 13, 40a represents the 14th subtractor, 1a represents the 15th subtractor, 2a represents the 16th subtractor, 41a represents the 5th amplifier, 4a represents the second turns ratio calculator, 3a represents the third comparator, SW1a represents the sixth switch, and 43a represents the 9th adder. The output of the 14th calculator 40a is the third energy deviation.

構成の差としては、位相θ1jkbを出力する第1アンプ5を削除する。 The difference in configuration is that the first amplifier 5, which outputs phase θ1jkb, is removed.

第8乗算器44は、第1アンプ5の代わりに、ユニット1台を構成するセル台数の逆数1/zをかけ、得られた値を第jユニット電圧制御偏差Vd1jとして図12に入力する。 The eighth multiplier 44, instead of the first amplifier 5, multiplies the reciprocal of the number of cells constituting one unit, 1/z, and inputs the resulting value as the jth unit voltage control deviation Vd1j in Figure 12.

図14は第jユニット第kセルのパルス幅指令値(Wp1jkp,Wp1jkm,Ws1jkp,Ws1jkm)演算部のブロック図を示す。図14は、実施形態4(図9)に相当する。 Figure 14 shows a block diagram of the calculation unit for the pulse width command values (Wp1jkp, Wp1jkm, Ws1jkp, Ws1jkm) of the kth cell of the jth unit. Figure 14 corresponds to embodiment 4 (Figure 9).

実施形態4(図9)との相違点は、以下の通りである。第kセルの1次側パルス幅指令値W1kが第jユニット第kセルの1次側パルス幅指令値Wp1jk、第kセルの2次側パルス幅指令値W2kが第jユニット第kセルの2次側パルス幅指令値Ws1jk、第kセルの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Ekが第jユニット第kセルの1次側,2次側直流コンデンサCp,Csの両方に蓄積されたエネルギーE1jk、各セルのエネルギーのうち最小値Eminが第jユニット各セルのエネルギーの最小値E1jmin、第kセルの1次側交流電流検出値i1kが第jユニット第kセルの1次側交流電流検出値ip1jk、第kセルの2次側交流電流検出値i2kが第jユニット第kセルの2次側交流電流検出値is1jk、第kセルの1次側のプラス側パルス幅指令値W1kpが第jユニット第kセルの1次側のプラス側パルス幅指令値Wp1jkp、第kセルの1次側のマイナス側パルス幅指令値W1kmが第jユニット第kセルの1次側のマイナス側パルス幅指令値Wp1jkm、第kセルの2次側のプラス側パルス幅指令値W2kpが第jユニット第kセルの2次側のプラス側パルス幅指令値Ws1jkp、第kセルの2次側のマイナス側パルス幅指令値W2kmが第jユニット第kセルの2次側のマイナス側パルス幅指令値Ws1jkmに変更されている。 The differences from embodiment 4 (Figure 9) are as follows: the primary pulse width command value W1k of the kth cell is the primary pulse width command value Wp1jk of the kth cell of the jth unit; the secondary pulse width command value W2k of the kth cell is the secondary pulse width command value Ws1jk of the kth cell of the jth unit; the energy Ek stored in the primary DC capacitor and secondary DC capacitor of the kth cell is the energy E1jk stored in both the primary and secondary DC capacitors Cp, Cs of the kth cell of the jth unit; the minimum value Emin of the energy of each cell is the minimum value E1jmin of the energy of each cell of the jth unit; the primary AC current detection value i1k of the kth cell is the primary AC current detection value ip1jk of the kth cell of the jth unit; The AC current detection value i2k has been changed to the secondary AC current detection value is1jk of the kth cell of the jth unit, the positive side pulse width command value W1kp of the primary side of the kth cell has been changed to the positive side pulse width command value Wp1jkp of the primary side of the kth cell of the jth unit, the negative side pulse width command value W1km of the primary side of the kth cell has been changed to the negative side pulse width command value Wp1jkm of the primary side of the kth cell of the jth unit, the positive side pulse width command value W2kp of the secondary side of the kth cell of the jth unit has been changed to the positive side pulse width command value Ws1jkp of the secondary side of the kth cell of the jth unit, and the negative side pulse width command value W2km of the secondary side of the kth cell has been changed to the negative side pulse width command value Ws1jkm of the secondary side of the kth cell of the jth unit.

また、第10加算器45は、第9減算器31が出力する第2エネルギー偏差に後述する第jユニットエネルギー偏差Ed1jを加算する。 Furthermore, the tenth adder 45 adds the jth unit energy deviation Ed1j (described later) to the second energy deviation output by the ninth subtractor 31.

図14は実施形態1~4とは以下の点が異なる。 Figure 14 differs from embodiments 1 to 4 in the following ways:

エネルギーの最小値E1jminは、第jユニットに所属するセルのエネルギーE1j1,E1j2,…,E1jzのうちの最小値である。 The minimum energy value E1jmin is the smallest value among the energies E1j1, E1j2, ..., E1jz of the cells belonging to the jth unit.

第10加算器45はエネルギーE1jkと最小値E1jminの偏差に後述する第jユニットエネルギー偏差Ed1jを加算し第3アンプ32に入力する。 The tenth adder 45 adds the jth unit energy deviation Ed1j (described later) to the deviation between the energy E1jk and the minimum value E1jmin, and inputs the result to the third amplifier 32.

図15は第jユニットエネルギー偏差(Ed1j)演算部のブロック図である。図15は以下により構成される。 Figure 15 is a block diagram of the jth unit energy deviation (Ed1j) calculation unit. Figure 15 consists of the following:

E1jは、第jユニットに所属するすべてのセルz台分の合計のエネルギーである。E1minは、y台のユニットのエネルギーのうちの最小値である。第17減算器46は、合計のエネルギーE1jと最小値E1minの偏差を求める。 E1j is the total energy of all z cells belonging to the jth unit. E1min is the minimum value of the energy of y units. The 17th subtractor 46 calculates the deviation between the total energy E1j and the minimum value E1min.

第11加算器47は、第17減算器46の出力に第1装置のエネルギー偏差Ed1を加算する。ただし、本実施形態5ではEd1=0である。第9乗算器48は、第11加算器47の出力にユニット構成セル台数zの逆数を乗算する。第9乗算器48の出力が第jユニットエネルギー偏差Ed1jである。 The eleventh adder 47 adds the energy deviation Ed1 of the first device to the output of the seventeenth subtractor 46. However, in this fifth embodiment, Ed1 = 0. The ninth multiplier 48 multiplies the output of the eleventh adder 47 by the reciprocal of the number z of cells constituting the unit. The output of the ninth multiplier 48 is the jth unit energy deviation Ed1j.

本実施形態5では、各集合体において各構成要素の電力伝送の上流側の直流コンデンサ電圧が集合体内で等しくなるように各構成要素の第1インバータと第2インバータが出力する交流電圧の位相差を制御する。 In this fifth embodiment, the phase difference between the AC voltages output by the first inverter and second inverter of each component is controlled so that the DC capacitor voltages upstream of the power transmission of each component in each assembly are equal within the assembly.

すなわち、各ユニットにおいて各セルの電力伝送の上流側の直流コンデンサ電圧がユニット内で等しくなるように各セルの第1インバータと第2インバータが出力する交流電圧の位相差を制御し、各ユニットの電力伝送の上流側の直流コンデンサ電圧が等しくなるように各ユニットの第1インバータと第2インバータが出力する交流電圧の位相差を制御する。 In other words, the phase difference between the AC voltages output by the first and second inverters of each cell is controlled so that the DC capacitor voltages on the upstream side of the power transmission of each cell in each unit are equal within the unit, and the phase difference between the AC voltages output by the first and second inverters of each unit is controlled so that the DC capacitor voltages on the upstream side of the power transmission of each unit are equal.

実施形態5では、セル111~セル11zの合計z台のセルをまとめてユニット11と見なし、このユニットがy台直列接続されていると見なして制御を行う。ユニット内の各セルの電圧バランス制御は図12,図14であり、動作は実施形態1~4と同一である。 In embodiment 5, a total of z cells, cells 111 to 11z, are collectively regarded as unit 11, and control is performed by regarding these units as y units connected in series. The voltage balance control of each cell within the unit is shown in Figures 12 and 14, and the operation is the same as in embodiments 1 to 4.

図12では、電力が1次側から2次側に流れる場合に1次側のセル直流電圧を均一に保ち、実施形態1と同じ動作を行う。また、図12には電力が1次側から2次側に流れる際、エネルギーの小さいセルの1次側直流電圧を増加し、より大きな電力を受け取れるようにする機能を持たせている。これは実施形態2と同じ動作である。 In Figure 12, when power flows from the primary side to the secondary side, the DC voltage of the primary side cells is kept uniform, performing the same operation as in embodiment 1. Also, in Figure 12, when power flows from the primary side to the secondary side, the primary side DC voltage of cells with low energy is increased, allowing them to receive more power. This is the same operation as in embodiment 2.

図14はエネルギーの大きなセルで交流側の力率を低下させ(実施形態3)、交流側電流に直流成分を重畳させ(実施形態4)、損失を意図的に増加させて直流電圧の放電を促す。 Figure 14 shows how the power factor on the AC side is reduced in high-energy cells (embodiment 3), a DC component is superimposed on the AC current (embodiment 4), and losses are intentionally increased to promote the discharge of the DC voltage.

差としては、図12では第jユニット電圧制御偏差Vd1j、図14では第jユニットエネルギー偏差Ed1jを入力できるようにした。ここに、ユニットの電圧バランス制御の出力結果を入力する。 As the difference, the jth unit voltage control deviation Vd1j can be input in Figure 12, and the jth unit energy deviation Ed1j can be input in Figure 14. The output result of the unit's voltage balance control is input here.

ユニットの電圧バランス制御は図13,図15であり、これも実施形態1~4と同一である。 The voltage balance control of the unit is shown in Figures 13 and 15, and is also the same as in embodiments 1 to 4.

図13では制御対象である第jユニットの1次側直流コンデンサ電圧Vdcp1j,2次側直流コンデンサ電圧Vdcs1jと、y台ある各ユニットの1次側,2次側直流コンデンサ電圧平均値Vdcp1avg,Vdcs1avgを比較し、電力指令値P*(融通電力)の向きに応じて1次側・2次側適切な方の偏差を出力し、第jユニットの電圧制御偏差Vd1jとして各セルに分配する。 In Figure 13, the primary side DC capacitor voltage Vdcp1j and secondary side DC capacitor voltage Vdcs1j of the jth unit to be controlled are compared with the primary side and secondary side DC capacitor voltage average values Vdcp1avg and Vdcs1avg of each of the y units, and the appropriate deviation from the primary side or secondary side is output depending on the direction of the power command value P* (interchangeable power), and distributed to each cell as the voltage control deviation Vd1j of the jth unit.

第jユニット電圧制御偏差Vd1jは図12の偏差(第1スイッチSW1の出力)に加算された後に第1アンプ5で増幅される。図13の制御ブロックにより、電力指令値P*(融通電力)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。第jユニットの電圧制御偏差Vd1jは第jユニットのセルz台に入力されるため、事前に1/z倍して操作量が過剰にならないようにする。 The jth unit voltage control deviation Vd1j is added to the deviation in Figure 12 (output of the first switch SW1) and then amplified by the first amplifier 5. The control block in Figure 13 evens out the unit voltage balance on the side aligned with the direction of the power command value P* (interchangeable power), and for units with low energy, the unit DC voltage on the side receiving power increases. Since the jth unit voltage control deviation Vd1j is input to the zth cell of the jth unit, it is multiplied by 1/z in advance to prevent the manipulated variable from becoming excessive.

図15は軽負荷・無負荷時を対象とした放電動作を行うことでユニット直流電圧をバランスさせる制御ブロックである。エネルギーの大きなユニットでは第jユニットのエネルギー偏差Ed1jが大きくなり図14に出力され、第3アンプ32で増幅され、第jユニットのz台のセルで損失が増加する。 Figure 15 shows a control block that balances the unit DC voltage by performing discharge operations under light load or no load conditions. In units with large energy, the energy deviation Ed1j of the jth unit becomes large, is output as shown in Figure 14, is amplified by the third amplifier 32, and increases loss in the zth cell of the jth unit.

ユニット内のセル電圧バランス制御では図12,図14の制御を搭載する。セル電圧バランス制御に必要な情報は同一ユニット内のセルの直流電圧とエネルギーに限られ(エネルギーは直流電圧から求められる)、他のユニットに関する情報は入力せずに制御できる。 Cell voltage balance control within a unit is implemented using the controls shown in Figures 12 and 14. The information required for cell voltage balance control is limited to the DC voltage and energy of the cells within the same unit (energy can be calculated from the DC voltage), and control can be performed without inputting information about other units.

ユニット電圧バランス制御は図13,図15のブロックを搭載する。この制御では、各ユニットの直流電圧と蓄積エネルギー合計値の情報で制御を行うことができ、各セルの情報は不要である。セル電圧バランス制御からユニット電圧バランス制御に渡す信号はVdcp1javg×z=Vdcp1j,Vdcs1javg×z=Vdcs1j,E1javg×z=E1jの3つ×ユニットy台=3y本である。ユニット電圧バランス制御からは、Vd1j,Ed1jの2本×ユニットy台=2y本を出力する。 The unit voltage balance control is equipped with the blocks shown in Figures 13 and 15. This control can be performed using information on the DC voltage and total stored energy value of each unit, and does not require information on each cell. The signals passed from the cell voltage balance control to the unit voltage balance control are Vdcp1javg x z = Vdcp1j, Vdcs1javg x z = Vdcs1j, E1javg x z = E1j (3 signals x y units = 3y signals). The unit voltage balance control outputs Vd1j and Ed1j (2 signals x y units = 2y signals).

セル電圧バランス制御からユニット電圧バランス制御に渡す信号を削減する方法として、第jユニットのエネルギーE1jを通信するのではなく各ユニットのセル直流コンデンサ電圧平均値Vdcp1javg,Vdcs1javgが各セル内の1次側,2次側直流コンデンサCp,Csに印加されていると仮定して(Cp×Vdcp1javg2/2+Cs×Vdcs1javg2/2)×zとして求めてもよい。これにより第jユニットのエネルギーE1jの通信が不要となるが、ユニット蓄積エネルギーとしては誤差が生じるので、図13のゲインG2を図12のものよりも小さな値にして不安定化を防ぐ方法が考えられる。 As a method for reducing the number of signals passed from the cell voltage balance control to the unit voltage balance control, instead of communicating the energy E1j of the jth unit, it is possible to assume that the average cell DC capacitor voltages Vdcp1javg and Vdcs1javg of each unit are applied to the primary and secondary DC capacitors Cp and Cs in each cell and calculate this as (Cp × Vdcp1javg 2 /2 + Cs × Vdcs1javg 2 /2) × z. This eliminates the need to communicate the energy E1j of the jth unit, but since an error occurs in the unit stored energy, one possible method for preventing instability is to set the gain G2 in Figure 13 to a smaller value than that in Figure 12.

本実施形態5により、DABコンバータの直列接続構成において制御を2段階に階層化でき、制御に必要なセル間の配線や通信情報量を削減することができる。また、図12と図13では第1スイッチSW1,第6スイッチSW1aより前の制御ブロックは同じ構成であり、図15の制御部は規模が小さくゲインなどの調整要素がない。そのため、同じ制御設計でセルとユニット両方の電圧バランス制御に対応できる。 Embodiment 5 allows for two-stage hierarchical control in a series-connected DAB converter configuration, reducing the amount of wiring and communication information required between cells for control. Furthermore, the control blocks before the first switch SW1 and sixth switch SW1a in Figures 12 and 13 have the same configuration, and the control unit in Figure 15 is small in scale and does not include adjustment elements such as gain. Therefore, the same control design can be used to control the voltage balance of both cells and units.

制御部を実装する基板に第jユニット電圧制御偏差Vd1j,第jユニットエネルギー偏差Ed1j,第jユニットの1次側直流コンデンサ電圧平均値Vdcp1javg,第jユニットの2次側直流コンデンサ電圧平均値Vdcs1javg,エネルギーの平均値E1javgの入出力機能を実装すれば、同じ基板でセルとユニット両方の電圧バランスを制御できる。例えば1枚の基板で4台のセルの制御機能を持たせた場合、5枚用いることで16台の直列運転に対応できる。 If the board on which the control unit is mounted is equipped with input/output functions for the jth unit voltage control deviation Vd1j, the jth unit energy deviation Ed1j, the jth unit primary side DC capacitor voltage average value Vdcp1javg, the jth unit secondary side DC capacitor voltage average value Vdcs1javg, and the energy average value E1javg, it will be possible to control the voltage balance of both cells and units on the same board. For example, if one board is equipped with control functions for four cells, using five boards will allow for series operation of 16 units.

以上示したように、本実施形態5によれば、DABコンバータの直列接続構成を、「DABコンバータセルが直列接続されたユニットの直列接続構成」と見なして制御を2段階に階層化でき、コンバータ間の配線の簡略化、通信情報量の削減ができる。セルの直列制御もユニットの直列制御も同一であるため制御設計が簡単になり、直列数増加に柔軟に対応できるようになる。 As described above, according to this fifth embodiment, the series connection configuration of DAB converters can be considered as a "series connection configuration of units in which DAB converter cells are connected in series," allowing for a two-stage hierarchy of control, simplifying the wiring between converters and reducing the amount of communication information. Because the series control of cells and units is the same, control design is simplified and it becomes possible to flexibly accommodate an increase in the number of series.

[実施形態6]
図16は、図11に示す直列接続した構成要素であるz台のセルの集合体をユニットとし、構成要素であるユニットのy台の集合体を装置とし、さらに構成要素である装置のx台の集合体を上位装置とした構成である。本実施形態6は図16の回路に適用する。
[Embodiment 6]
16 shows a configuration in which a group of z cells, which are the components connected in series as shown in FIG. 11, is a unit, a group of y components, which are units, is a device, and a group of x components, which are devices, is a higher-level device. This embodiment 6 is applied to the circuit of FIG.

換言すると、本実施形態6のDAB方式双方向絶縁型DC/DCコンバータは、1次側直流電源DCPと、2次側直流電源DCSと、1次側直流電源DCPと2次側直流電源DCSとの間に接続された第1装置~第x(x=2以上の整数)装置と、を備える。第1装置~第x装置はそれぞれ第1ユニット~第yユニットを備える。第1ユニット~第yユニットはそれぞれ第1セル~第zセルを有する。 In other words, the DAB-type bidirectional isolated DC/DC converter of this sixth embodiment comprises a primary-side DC power supply DCP, a secondary-side DC power supply DCS, and first to xth devices (x = an integer greater than or equal to 2) connected between the primary-side DC power supply DCP and the secondary-side DC power supply DCS. The first to xth devices comprise a first to yth unit, respectively. The first to yth units have a first to zth cell, respectively.

また、本実施形態6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次側直流コンデンサ電圧を示す。 In addition, the single-digit alphanumeric character at the end of each reference symbol in this embodiment 6 indicates the device number. For example, Vdcp1 indicates the primary-side DC capacitor voltage of the first device.

本実施形態6は、各ユニットにおいて各セルの電力伝送の上流側の直流コンデンサ電圧がユニット内で等しくなるように各セルの第1インバータと第2インバータが出力する交流電圧の位相差を制御する。また、各装置において各ユニットの電力伝送の上流側の直流コンデンサ電圧が装置内で等しくなるように各ユニットの第1インバータと第2インバータが出力する交流電圧の位相差を制御する。また、各装置の電力伝送の上流側の直流コンデンサ電圧が等しくなるように各装置の第1インバータと前記第2インバータが出力する交流電圧の位相差を制御する。 In this sixth embodiment, the phase difference between the AC voltages output by the first inverter and second inverter of each cell is controlled so that the DC capacitor voltages on the upstream side of the power transmission of each cell in each unit are equal within the unit. Furthermore, the phase difference between the AC voltages output by the first inverter and second inverter of each unit is controlled so that the DC capacitor voltages on the upstream side of the power transmission of each unit in each device are equal within the device. Furthermore, the phase difference between the AC voltages output by the first inverter and second inverter of each device is controlled so that the DC capacitor voltages on the upstream side of the power transmission of each device are equal.

本実施形態6において、図12,図14の制御部は、第1装置第jユニット第kセル1jkの制御部としてそのまま使用できる。また、図13,図15の制御部も第1装置第jユニットの制御部として使用できる。ただし、本実施形態6では、実施形態5で零とした第1装置電圧制御偏差Vd1,第1装置エネルギー偏差Ed1に値を代入する。 In this sixth embodiment, the control units in Figures 12 and 14 can be used as they are as the control unit for the kth cell 1jk of the jth unit of the first device. The control units in Figures 13 and 15 can also be used as the control unit for the jth unit of the first device. However, in this sixth embodiment, values are substituted for the first device voltage control deviation Vd1 and the first device energy deviation Ed1, which were set to zero in the fifth embodiment.

図17は第i(i=1~xの整数)装置電圧制御偏差(Vdi)演算部のブロック図である。図17と図13は同一の構成であるが、入力信号が異なり、その違いを以下に示す。 Figure 17 is a block diagram of the i-th (i = integer from 1 to x) device voltage control deviation (Vdi) calculation unit. Figure 17 and Figure 13 have the same configuration, but the input signals are different, and the differences are explained below.

出力信号も異なり、図13では第jユニット電圧制御偏差Vd1jとして図12に入力される。図17では第i装置電圧制御偏差指令Vdiとなり、i=1の場合に図13に入力される。iが異なる値ならば、該当装置の電圧制御偏差となる。 The output signal is also different; in Figure 13, it is input to Figure 12 as the jth unit voltage control deviation Vd1j. In Figure 17, it becomes the ith device voltage control deviation command Vdi, which is input to Figure 13 when i = 1. If i is a different value, it becomes the voltage control deviation of the corresponding device.

なお、図17の40bは第18減算器、41bは第6アンプ、42bはゲイン調整器、1bは第19減算器、2bは第20減算器、4bは第3巻数比演算器、3bは第4比較器、SW1bは第7スイッチ、43bは第10加算器、44bは第10乗算器を示す。なお、第18減算器40bの出力を第4エネルギー偏差とする。 In Figure 17, 40b represents the 18th subtractor, 41b represents the 6th amplifier, 42b represents the gain adjuster, 1b represents the 19th subtractor, 2b represents the 20th subtractor, 4b represents the 3rd turns ratio calculator, 3b represents the 4th comparator, SW1b represents the 7th switch, 43b represents the 10th adder, and 44b represents the 10th multiplier. The output of the 18th subtractor 40b is the 4th energy deviation.

図18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18と図15の差を以下に示す。 Figure 18 is a block diagram of the i-th device energy deviation (Edi) calculation unit. The differences between Figure 18 and Figure 15 are shown below.

出力信号も異なり、図15では第jユニットエネルギー偏差Ed1jとして図14に入力される。図18では第i装置エネルギー偏差Ediとなり、i=1の場合に図15に入力される。iが異なる値ならば、該当装置のエネルギー偏差となる。 The output signal is also different; in Figure 15, it is input to Figure 14 as the jth unit energy deviation Ed1j. In Figure 18, it is the ith device energy deviation Edi, which is input to Figure 15 when i = 1. If i is a different value, it becomes the energy deviation of the corresponding device.

以上示したように、本実施形態6によれば、DABコンバータの直列接続構成の制御を3段階に階層化でき、さらなるコンバータ間の配線の簡略化、通信情報量の削減ができる。4段階以上の階層化も行うことができ、直列台数の増加することができる。 As described above, according to this sixth embodiment, the control of the series-connected configuration of DAB converters can be hierarchically structured into three levels, further simplifying the wiring between converters and reducing the amount of information communicated. A hierarchy of four or more levels can also be achieved, allowing for an increase in the number of series-connected units.

実施形態6では、実施形態5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。装置の電圧バランス制御についても実施形態1~4と同一である。実施形態6は制御を3段階に階層化した例である。セル電圧バランス制御では他のユニットや装置のセルの情報を入力することなく制御でき、装置電圧バランス制御では個別のユニットやセルの情報は不要である。 In embodiment 6, control is performed assuming that x more devices of embodiment 5 are connected in series. Device voltage balance control is also the same as in embodiments 1 to 4. Embodiment 6 is an example of control hierarchized into three stages. Cell voltage balance control can be performed without inputting information about other units or devices, and device voltage balance control does not require information about individual units or cells.

そのため、実施形態5よりも制御に必要なセル間の配線や通信情報量をさらに削減することができる。1枚の基板で4台のセルの制御機能を持たせて制御を構成する例では、21枚用いることで64台の直列運転に対応できる。 As a result, the amount of wiring and communication information required for control between cells can be further reduced compared to embodiment 5. In an example where one board is configured to have control functions for four cells, using 21 boards can support series operation of 64 units.

実施形態6では図17と図18で0を加算しているが、この0をさらに上位の電圧偏差に置き換えることでさらなる階層化ができる。通信遅延が制御の安定性に影響を及ぼさない限り、深く階層化して直列セル台数を増加することができる。 In embodiment 6, 0 is added in Figures 17 and 18, but by replacing this 0 with a higher voltage deviation, further hierarchical structures can be achieved. As long as communication delays do not affect control stability, deeper hierarchical structures can be created and the number of series-connected cells can be 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.

DCP,DCS…1次側直流電源,2次側直流電源
Cp,Cs…1次側直流コンデンサ,2次側直流コンデンサ
L1~L4…リアクトル
Tr…トランス
LPF1~LPF4…第1~第4ローパスフィルタ
DCP, DCS...Primary side DC power supply, Secondary side DC power supply Cp, Cs...Primary side DC capacitor, Secondary side DC capacitor L1 to L4...Reactor Tr...Transformer LPF1 to LPF4...1st to 4th low pass filters

Claims (13)

1次側直流電源と、2次側直流電源と、前記1次側直流電源と前記2次側直流電源との間に接続された複数のセルと、を備えたDAB方式双方向絶縁型DC/DCコンバータであって、
前記1次側直流電源の正極と負極との間に直列接続された各セルの1次側直流コンデンサと、
前記2次側直流電源の正極と負極との間に直列接続された各セルの2次側直流コンデンサと、
各セルの前記1次側直流コンデンサにそれぞれ接続された各セルの第1インバータと、
各セルの前記2次側直流コンデンサにそれぞれ接続された各セルの第2インバータと、
各セルの前記第1インバータの交流側にそれぞれ1次巻線が接続され、各セルの前記第2インバータの交流側にそれぞれ2次巻線が接続された各セルのトランスと、
前記第1,第2インバータのゲート信号を生成する制御部と、
を備え、
1段目~n(n=2以上の整数)段目に階層化し、1段目は前記セルとし、2段目は構成要素である前記セルの所定台数の集合体であるユニットとし
前記制御部は、
各集合体において各構成要素の電力伝送の上流側の直流コンデンサ電圧が集合体内で等しくなるように各構成要素の前記第1インバータと前記第2インバータが出力する交流電圧の位相差またはパルス幅の少なくともどちらか一方を制御することを特徴とするDAB方式双方向絶縁型DC/DCコンバータ。
A DAB bidirectional isolated DC/DC converter including a primary side DC power supply, a secondary side DC power supply, and a plurality of cells connected between the primary side DC power supply and the secondary side DC power supply,
a primary DC capacitor for each cell connected in series between the positive and negative electrodes of the primary DC power supply;
a secondary DC capacitor for each cell connected in series between the positive and negative electrodes of the secondary DC power supply;
a first inverter for each cell connected to the primary side DC capacitor of each cell;
a second inverter for each cell connected to the secondary-side DC capacitor of each cell;
a transformer for each cell, the primary winding of which is connected to the AC side of the first inverter of each cell, and the secondary winding of which is connected to the AC side of the second inverter of each cell;
a control unit that generates gate signals for the first and second inverters;
Equipped with
The system is hierarchically structured into first to nth stages (n = an integer of 2 or more), with the first stage being the cell and the second stage being a unit that is an aggregate of a predetermined number of the cells that are components ,
The control unit
A DAB type bidirectional isolated DC/DC converter characterized in that at least one of the phase difference or pulse width of the AC voltage output from the first inverter and the second inverter of each component is controlled so that the DC capacitor voltages upstream of the power transmission of each component in each assembly are equal within the assembly.
前記制御部は、
特定の構成要素の前記1次側直流コンデンサと前記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コンデンサ電圧が小さくなるよう前記特定の構成要素の前記第1インバータと前記第2インバータが出力する交流電圧の位相差を制御し、
特定の構成要素の前記1次側直流コンデンサと前記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コンデンサ電圧が大きくなるよう前記特定の構成要素の前記第1インバータと前記第2インバータが出力する交流電圧の位相差を制御することを特徴とする請求項1記載のDAB方式双方向絶縁型DC/DCコンバータ。
The control unit
When the energy stored in the primary-side DC capacitor and the secondary-side DC capacitor of a specific component is larger than that of other components in the assembly, the phase difference between the AC voltages output by the first inverter and the second inverter of the specific component is controlled so that the DC capacitor voltage on the upstream side of the power transmission of the specific component becomes smaller;
2. The DAB 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 is smaller than that of other components within the assembly, the phase difference between the AC voltages output by the first inverter and the second inverter of the specific component is controlled so that the DC capacitor voltage on the upstream side of the power transmission of the specific component becomes larger.
前記制御部は、
前記1次側直流コンデンサと前記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構成要素で、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または2記載のDAB方式双方向絶縁型DC/DCコンバータ。
The control unit
3. The DAB bidirectional isolated DC/DC converter according to claim 1, wherein the energy stored in the primary side DC capacitor and the secondary side DC capacitor is a component other than the smallest among all components, and the operating power factor of the component is reduced.
前記制御部は、
前記1次側直流コンデンサと前記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構成要素で、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1~3のうち何れかに記載のDAB方式双方向絶縁型DC/DCコンバータ。
The control unit
The DAB bidirectional isolated DC/DC converter according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the energy stored in the primary side DC capacitor and the secondary side DC capacitor is a component other than the smallest among all components, and the DC component of the current output by the component is increased.
階層の3段目は構成要素である前記ユニットの所定台数の集合体である装置とし、
前記制御部は、
第j(j=1~yの整数)ユニット第k(k~1~zの整数)セルの前記1次側直流コンデンサと前記2次側直流コンデンサに蓄積されたエネルギーと、前記第jユニットのセルの前記1次側直流コンデンサと前記2次側直流コンデンサに蓄積されたエネルギー平均値と、の偏差である第1エネルギー偏差を算出する第13減算器と、
前記第1エネルギー偏差を増幅し第jユニット第kセルのアンバランス電圧指令値を出力する第4アンプと、
第jユニット第kセルの1次側直流コンデンサ電圧と前記第jユニット第kセルのアンバランス電圧指令値の和から第jユニットのセルの1次側直流コンデンサ電圧平均値を減算し、第jユニット第kセルの1次側電圧偏差を算出する第1減算器と、
第jユニット第kセルの2次側直流コンデンサ電圧と前記第jユニット第kセルのアンバランス電圧指令値の和から第jユニットのセルの2次側直流コンデンサ電圧平均値を減算し、第jユニット第kセルの2次側電圧偏差を算出する第2減算器と、
前記トランスの巻数比が1次巻線:2次巻線=1:nの時に、前記第jユニット第kセルの2次側電圧偏差に-1/nを乗算し、または、前記第jユニット第kセルの2次側電圧偏差に-1を乗算し、前記第jユニット第kセルの1次側電偏差にnを乗算する第1巻数比乗算器と、
電力指令値が第1閾値よりも大きい場合は前記第yユニット第kセルの1次側電圧偏差を出力し、前記電力指令値が第2閾値よりも小さい場合は前記第yユニット第kセルの2次側電圧偏差を出力し、前記電力指令値が第2閾値以上第1閾値未満の場合は前記第yユニット第kセルの1次側電圧偏差または前記第yユニット第kセルの2次側電圧偏差のどちらか、あるいは両方の和、あるいは0を出力する第1スイッチと、
前記第1スイッチの出力に第jユニット電圧制御偏差を加算する第8加算器と、
前記第8加算器の出力を増幅して第jユニット第kセルの位相として出力する第1アンプと、
前記第jユニット第kセルの位相に位相指令値を加算して第jユニット第kセルの位相差指令値として出力する第2加算器と、
を備え、前記位相差指令値に基づいて第jユニット第kセルの前記第1インバータと前記第2インバータを制御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DAB方式双方向絶縁型DC/DCコンバータ。
The third level of the hierarchy is a device that is an assembly of a predetermined number of the above-mentioned units, which are components,
The control unit
a thirteenth subtractor that calculates a first energy deviation, which is a deviation between the energy stored in the primary side DC capacitor and the secondary side DC capacitor of the kth (k is an integer from 1 to y) cell of the jth (j=an integer from 1 to z) unit and the average value of the energy stored in the primary side DC capacitor and the secondary side DC capacitor of the cell of the jth unit;
a fourth amplifier that amplifies the first energy deviation and outputs an unbalanced voltage command value for the k-th cell of the j-th unit;
a first subtractor that subtracts a primary DC capacitor voltage average value of the cells of the j unit from the sum of the primary DC capacitor voltage of the kth cell of the j unit and the unbalance voltage command value of the kth cell of the j unit, to calculate a primary voltage deviation of the kth cell of the j unit;
a second subtractor that subtracts an average value of the secondary DC capacitor voltage of the cell of the j unit from the sum of the secondary DC capacitor voltage of the kth cell of the j unit and the unbalance voltage command value of the kth cell of the j unit, and calculates a secondary voltage deviation of the kth cell of the j unit;
a first turns ratio multiplier that multiplies the secondary voltage deviation of the kth cell of the jth unit by −1/n when the turns ratio of the transformer is primary winding:secondary winding=1:n, or multiplies the secondary voltage deviation of the kth cell of the jth unit by −1 and multiplies the primary voltage deviation of the kth cell of the jth unit by n;
a first switch that outputs a primary voltage deviation of the kth cell of the y unit when a power command value is greater than a first threshold, that outputs a secondary voltage deviation of the kth cell of the y unit when the power command value is less than a second threshold, and that outputs either the primary voltage deviation of the kth cell of the y unit or the secondary voltage deviation of the kth cell of the y unit, or the sum of both, or 0, when the power command value is equal to or greater than the second threshold and less than the first threshold;
an eighth adder that adds a j-th unit voltage control deviation to the output of the first switch;
a first amplifier that amplifies the output of the eighth adder and outputs the amplified output as the phase of the kth cell of the jth unit;
a second adder that adds a phase command value to the phase of the kth cell of the jth unit and outputs the result as a phase difference command value of the kth cell of the jth unit;
and controlling the first inverter and the second inverter of the kth cell of the jth unit based on the phase difference command value.
階層の4段目以降は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、
前記制御部は、
第jユニットの前記1次側直流コンデンサと前記2次側直流コンデンサに蓄積されたエネルギーと、ユニットの前記1次側直流コンデンサと前記2次側直流コンデンサに蓄積されたエネルギーの平均値と、の偏差である第3エネルギー偏差を求める第14減算器と、
前記第3エネルギー偏差を増幅し第jユニットのアンバランス電圧指令値を出力する第5アンプと、
第jユニットの1次側直流コンデンサ電圧と第jユニットのアンバランス電圧指令値の和からユニットの1次側直流コンデンサ電圧平均値を減算し、第jユニットの1次側電圧偏差を算出する第15減算器と、
第jユニットの2次側直流コンデンサ電圧と第jユニットのアンバランス電圧指令値の和からユニットの2次側直流コンデンサ電圧平均値を減算し、第jユニットの2次側電圧偏差を算出する第16減算器と、
前記トランスの巻数比が1次巻線:2次巻線=1:nの時に、前記第jユニットの2次側電圧偏差に-1/nを乗算し、または、前記第jユニットの2次側電圧偏差に-1を乗算し、前記第jユニットの1次側電偏差にnを乗算する第2巻数比乗算器と、
前記電力指令値が第1閾値よりも大きい場合は前記第jユニットの1次側電圧偏差を出力し、前記電力指令値が第2閾値よりも小さい場合は前記第jユニットの2次側電圧偏差を出力し、前記電力指令値が第2閾値以上第1閾値未満の場合は前記第jユニットの1次側電圧偏差または前記第jユニットの2次側電圧偏差のどちらか、あるいは両方の和、あるいは0を出力する第6スイッチと、
前記第6スイッチの出力に第i(i=1~xの整数)装置電圧制御偏差を加算する第9加算器と、
前記第9加算器の出力にユニットのセル台数の逆数を乗算して前記第jユニット電圧制御偏差として出力する第8乗算器と、
を備えたことを特徴とする請求項5記載のDAB方式双方向絶縁型DC/DCコンバータ。
The fourth and subsequent levels of the hierarchy are higher-level devices that are aggregates of a predetermined number of the above-mentioned devices that are components,
The control unit
a fourteenth subtractor that calculates a third energy deviation, which is the deviation between the energy stored in the primary DC capacitor and the secondary DC capacitor of the jth unit and the average value of the energy stored in the primary DC capacitor and the secondary DC capacitor of the unit;
a fifth amplifier that amplifies the third energy deviation and outputs an unbalance voltage command value for the j-th unit;
a fifteenth subtractor that subtracts an average primary DC capacitor voltage value of the unit from the sum of the primary DC capacitor voltage of the jth unit and the unbalance voltage command value of the jth unit to calculate a primary voltage deviation of the jth unit;
a sixteenth subtractor that subtracts an average value of the secondary DC capacitor voltage of the j-th unit from the sum of the secondary DC capacitor voltage of the j-th unit and the unbalance voltage command value of the j-th unit to calculate a secondary voltage deviation of the j-th unit;
a second turns ratio multiplier that multiplies the secondary voltage deviation of the j unit by -1/n when the turns ratio of the transformer is primary winding:secondary winding=1:n, or multiplies the secondary voltage deviation of the j unit by -1 and multiplies the primary voltage deviation of the j unit by n;
a sixth switch that outputs a primary voltage deviation of the j unit when the power command value is greater than a first threshold, outputs a secondary voltage deviation of the j unit when the power command value is less than a second threshold, and outputs either the primary voltage deviation of the j unit or the secondary voltage deviation of the j unit, or the sum of both, or 0 when the power command value is equal to or greater than the second threshold and less than the first threshold;
a ninth adder that adds an i-th (i=an integer from 1 to x) device voltage control deviation to the output of the sixth switch;
an eighth multiplier that multiplies the output of the ninth adder by the reciprocal of the number of cells in the unit and outputs the result as the jth unit voltage control deviation;
6. The DAB bidirectional isolated DC/DC converter according to claim 5, further comprising:
階層の3段目は構成要素である前記ユニットの所定台数の集合体である装置とし、
第jユニット第kセルの前記1次側直流コンデンサと前記2次側直流コンデンサに蓄積されたエネルギーと、第jユニットの各セルの前記1次側直流コンデンサと前記2次側直流コンデンサに蓄積されたエネルギーのうち最小値と、の偏差である第2エネルギー偏差を算出する第9減算器と、
前記第2エネルギー偏差に第jユニットエネルギー偏差を加算する第10加算器と、
前記第10加算器の出力を増幅する第3アンプと、
第jユニット第kセルの1次側パルス幅指令値と第jユニット第kセルの2次側パルス幅指令値のうち小さい方に前記第3アンプの出力を加算する第7加算器と、
前記第7加算器の出力を上限値、下限値内に制限する第1リミッタと、
前記第1リミッタの入力値と出力値の差分を算出する第10減算器と、
第jユニット第kセルの前記1次側パルス幅指令値と第jユニット第kセルの前記2次側パルス幅指令値のうち大きい方から、前記第1リミッタの入力値と出力値の差分を減算する第11減算器と、
前記第11減算器の出力を上限値、下限値内に制限する第2リミッタと、
前記第2リミッタの入力値と出力値の差分を算出する第12減算器と、
第jユニット第kセルの前記1次側パルス幅指令値が第jユニット第kセルの前記2次側パルス幅指令値よりも大きい場合、前記第2リミッタの出力を出力し、それ以外の場合前記第1リミッタの出力を出力する第4スイッチと、
第jユニット第kセルの前記1次側パルス幅指令値が第jユニット第kセルの前記2次側パルス幅指令値よりも大きい場合、前記第1リミッタの出力を出力し、それ以外の場合前記第2リミッタの出力を出力する第5スイッチと、
前記トランスの巻数比が1次巻線:2次巻線=1:nの時に、第jユニット第kセルの1次側交流電流検出値を1/n倍し、または、第jユニット第kセルの2次側交流電流検出値をn倍する第1乗算器と、
前記第2リミッタの入力値と出力値の差分から、前記第jユニット第kセルの1次側交流電流検出値の直流成分を減算する第3減算器と、
前記第2リミッタの入力値と出力値の差分の符号を反転した値から、前記第jユニット第kセルの2次側交流電流検出値の直流成分を減算する第4減算器と、
前記第4スイッチの出力に、前記第3減算器の出力を増幅した値を加算して第jユニット第kセルの1次側のプラス側パルス幅指令値として出力する第3加算器と、
前記第4スイッチの出力から、前記第3減算器の出力を増幅した値を減算して第jユニット第kセルの1次側のマイナス側パルス幅指令値として出力する第5減算器と、
前記第5スイッチの出力に、前記第4減算器の出力を増幅した値を加算して第jユニット第kセルの2次側のプラス側パルス幅指令値として出力する第4加算器と、
前記第5スイッチの出力から、前記第4減算器の出力を増幅した値を減算して第jユニット第kセルの2次側のマイナス側パルス幅指令値として出力する第6減算器と、
を備えたことを特徴とする請求項1~6のうち何れかに記載のDAB方式双方向絶縁型DC/DCコンバータ。
The third level of the hierarchy is a device that is an assembly of a predetermined number of the above-mentioned units, which are components,
a ninth subtractor that calculates a second energy deviation, which is a deviation between the energy stored in the primary DC capacitor and the secondary DC capacitor of the kth cell of the jth unit and the minimum value of the energy stored in the primary DC capacitor and the secondary DC capacitor of each cell of the jth unit;
a tenth adder that adds the j-th unit energy deviation to the second energy deviation;
a third amplifier that amplifies the output of the tenth adder;
a seventh adder that adds the output of the third amplifier to the smaller of a primary pulse width command value of the kth cell of the jth unit and a secondary pulse width command value of the kth cell of the jth unit;
a first limiter that limits the output of the seventh adder to within an upper limit value and a lower limit value;
a tenth subtractor that calculates a difference between an input value and an output value of the first limiter;
an eleventh subtractor that subtracts a difference between an input value and an output value of the first limiter from the larger of the primary pulse width command value of the kth cell of the jth unit and the secondary pulse width command value of the kth cell of the jth unit;
a second limiter that limits the output of the eleventh subtractor to an upper limit value and a lower limit value;
a twelfth subtractor that calculates a difference between an input value and an output value of the second limiter;
a fourth switch that outputs the output of the second limiter when the primary pulse width command value of the kth cell of the jth unit is greater than the secondary pulse width command value of the kth cell of the jth unit, and outputs the output of the first limiter otherwise;
a fifth switch that outputs the output of the first limiter when the primary pulse width command value of the kth cell of the jth unit is greater than the secondary pulse width command value of the kth cell of the jth unit, and outputs the output of the second limiter otherwise;
a first multiplier that multiplies the primary side AC current detection value of the kth cell of the jth unit by 1/n or multiplies the secondary side AC current detection value of the kth cell of the jth unit by n when the turns ratio of the transformer is primary winding:secondary winding=1:n;
a third subtractor that subtracts a DC component of the primary side AC current detection value of the kth cell of the jth unit from a difference between an input value and an output value of the second limiter;
a fourth subtractor that subtracts a DC component of the secondary-side AC current detection value of the kth cell of the jth unit from a value obtained by inverting the sign of a difference between an input value and an output value of the second limiter;
a third adder that adds a value obtained by amplifying the output of the third subtractor to the output of the fourth switch and outputs the result as a positive side pulse width command value on the primary side of the kth cell of the jth unit;
a fifth subtractor that subtracts a value obtained by amplifying the output of the third subtractor from the output of the fourth switch and outputs the result as a negative side pulse width command value on the primary side of the kth cell of the jth unit;
a fourth adder that adds a value obtained by amplifying the output of the fourth subtractor to the output of the fifth switch and outputs the result as a positive side pulse width command value on the secondary side of the kth cell of the jth unit;
a sixth subtractor that subtracts a value obtained by amplifying the output of the fourth subtractor from the output of the fifth switch and outputs the result as a negative side pulse width command value on the secondary side of the kth cell of the jth unit;
7. The DAB bidirectional isolated DC/DC converter according to claim 1, further comprising:
階層の4段目以降は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、
前記制御部は、
前記第jユニットの前記1次側直流コンデンサと前記2次側直流コンデンサに蓄積されたエネルギーから、各ユニットの前記1次側直流コンデンサと前記2次側直流コンデンサに蓄積されたエネルギーのうち最小値を減算する第17減算器と、
前記第17減算器の出力に第i(i=1~xの整数)装置エネルギー偏差を加算する第11加算器と、
前記第11加算器の出力にユニットのセル台数の逆数を乗算して前記第jユニットエネルギー偏差を出力する第9乗算器と、
を備えたことを特徴とする請求項7記載のDAB方式双方向絶縁型DC/DCコンバータ。
The fourth and subsequent levels of the hierarchy are higher-level devices that are aggregates of a predetermined number of the above-mentioned devices that are components,
The control unit
a seventeenth subtractor that subtracts the minimum value of the energy stored in the primary DC capacitor and the secondary DC capacitor of each unit from the energy stored in the primary DC capacitor and the secondary DC capacitor of the j unit;
an eleventh adder that adds an i-th (i=an integer from 1 to x) device energy deviation to the output of the seventeenth subtractor;
a ninth multiplier that multiplies the output of the eleventh adder by the reciprocal of the number of cells in the unit and outputs the j-th unit energy deviation;
8. The DAB bidirectional isolated DC/DC converter according to claim 7, further comprising:
階層の4段目以降は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、
前記制御部は、
第i(i=1~xの整数)装置の前記1次側直流コンデンサと前記2次側直流コンデンサに蓄積されたエネルギーと、装置の前記1次側直流コンデンサと前記2次側直流コンデンサに蓄積されたエネルギーの平均値と、の偏差である第4エネルギー偏差を求める第18減算器と、
前記第4エネルギー偏差を増幅して第i装置のアンバランス電圧指令値を出力する第6アンプと、
第i装置の1次側直流コンデンサ電圧と第i装置のアンバランス電圧指令値の和から装置の1次側直流コンデンサ電圧平均値を減算し、第i装置の1次側電圧偏差を算出する第19減算器と、
第i装置の2次側直流コンデンサ電圧と第i装置のアンバランス電圧指令値の和から装置の2次側直流コンデンサ電圧平均値を減算し、第i装置の2次側電圧偏差を算出する第20減算器と、
前記トランスの巻数比が1次巻線:2次巻線=1:nの時に、前記第i装置の2次側電圧偏差に-1/nを乗算し、または、前記第i装置の2次側電圧偏差に-1を乗算し、前記第i装置の1次側電偏差にnを乗算する第3巻数比乗算器と、
電力指令値が第1閾値よりも大きい場合は前記第i装置の1次側電圧偏差を出力し、前記電力指令値が第2閾値よりも小さい場合は前記第i装置の2次側電圧偏差を出力し、前記電力指令値が第2閾値以上第1閾値未満の場合は前記第i装置の1次側電圧偏差または前記第i装置の2次側電圧偏差のどちらか、あるいは両方の和、あるいは0を出力する第7スイッチと、
前記第7スイッチの出力に装置のユニット台数の逆数を乗算して前記第i装置電圧制御偏差として出力する第10乗算器と、
を備えたことを特徴とする請求項6記載のDAB方式双方向絶縁型DC/DCコンバータ。
The fourth and subsequent levels of the hierarchy are higher-level devices that are aggregates of a predetermined number of the above-mentioned devices that are components,
The control unit
an eighteenth subtractor that calculates a fourth energy deviation, which is the deviation between the energy stored in the primary side DC capacitor and the secondary side DC capacitor of the i-th device (i=an integer from 1 to x) and the average value of the energy stored in the primary side DC capacitor and the secondary side DC capacitor of the device;
a sixth amplifier that amplifies the fourth energy deviation and outputs an unbalance voltage command value of the i-th device;
a nineteenth subtractor that subtracts an average value of the primary side DC capacitor voltage of the i-th device from the sum of the primary side DC capacitor voltage of the i-th device and the unbalance voltage command value of the i-th device to calculate a primary side voltage deviation of the i-th device;
a twentieth subtractor that subtracts an average value of the secondary DC capacitor voltage of the i-th device from the sum of the secondary DC capacitor voltage of the i-th device and the unbalance voltage command value of the i-th device to calculate a secondary voltage deviation of the i-th device;
a third turns ratio multiplier that multiplies the secondary voltage deviation of the i-th device by -1/n when the turns ratio of the transformer is primary winding:secondary winding=1:n, or multiplies the secondary voltage deviation of the i-th device by -1 and multiplies the primary voltage deviation of the i-th device by n;
a seventh switch that outputs a primary voltage deviation of the i-th device when the power command value is greater than a first threshold, outputs a secondary voltage deviation of the i-th device when the power command value is less than a second threshold, and outputs either the primary voltage deviation of the i-th device or the secondary voltage deviation of the i-th device, or the sum of both, or 0, when the power command value is equal to or greater than the second threshold and less than the first threshold;
a tenth multiplier that multiplies the output of the seventh switch by the reciprocal of the number of units of the device and outputs the result as the i-th device voltage control deviation;
7. The DAB bidirectional isolated DC/DC converter according to claim 6, further comprising:
前記制御部は、
前記第i装置の前記1次側直流コンデンサと前記2次側直流コンデンサに蓄積されたエネルギーから、各装置の前記1次側直流コンデンサと前記2次側直流コンデンサに蓄積されたエネルギーのうち最小値を減算する第21減算器と、
前記第21減算器の出力に装置のユニット台数の逆数を乗算して前記第i装置エネルギー偏差を出力する第11乗算器と、
を備えたことを特徴とする請求項8記載のDAB方式双方向絶縁型DC/DCコンバータ。
The control unit
a 21st subtractor that subtracts a minimum value of the energy stored in the primary DC capacitor and the secondary DC capacitor of each device from the energy stored in the primary DC capacitor and the secondary DC capacitor of the i-th device;
an 11th multiplier that multiplies the output of the 21st subtractor by the reciprocal of the number of units of the apparatus and outputs the i-th apparatus energy deviation;
9. The DAB bidirectional isolated DC/DC converter according to claim 8, further comprising:
z(z=2以上の整数)台の前記セルの集合体を前記ユニットとし、y(y=2以上の整数)台の前記ユニットの集合体を前記装置とし、前記装置を1台有し、
各ユニットにおいて各セルの電力伝送の上流側の直流コンデンサ電圧がユニット内で等しくなるように各ユニットの前記第1インバータと前記第2インバータが出力する交流電圧の位相差またはパルス幅のどちらか一方を制御し、各ユニットの電力伝送の上流側の直流コンデンサ電圧が等しくなるように各ユニットの前記第1インバータと前記第2インバータが出力する交流電圧の位相差またはパルス幅の少なくともどちらか一方を制御することを特徴とする請求項1~8のうち何れかに記載のDAB方式双方向絶縁型DC/DCコンバータ。
A collection of z (z = an integer of 2 or more) cells is defined as the unit, a collection of y (y = an integer of 2 or more) units is defined as the device, and one device is provided;
9. The DAB bidirectional isolated DC/DC converter according to any one of claims 1 to 8, characterized in that either a phase difference or a pulse width of the AC voltages output by the first inverter and the second inverter of each unit is controlled so that the DC capacitor voltages on the upstream side of the power transmission of each cell in each unit are equal within the unit, and at least either a phase difference or a pulse width of the AC voltages output by the first inverter and the second inverter of each unit is controlled so that the DC capacitor voltages on the upstream side of the power transmission of each unit are equal.
z(z=2以上の整数)台の前記セルの集合体を前記ユニットとし、y(y=2以上の整数)台の前記ユニットの集合体を前記装置とし、x(x=2以上の整数)台の前記装置の集合体を上位の装置とし、前記上位の装置を1台有し、
各ユニットにおいて各セルの電力伝送の上流側の直流コンデンサ電圧がユニット内で等しくなるように各セルの前記第1インバータと前記第2インバータが出力する交流電圧の位相差またはパルス幅の少なくともどちらか一方を制御し、各前記装置において各ユニットの電力伝送の上流側の直流コンデンサ電圧が前記装置内で等しくなるように各ユニットの前記第1インバータと前記第2インバータが出力する交流電圧の位相差またはパルス幅の少なくともどちらか一方を制御し、各前記装置の電力伝送の上流側の直流コンデンサ電圧が等しくなるように各前記装置の前記第1インバータと前記第2インバータが出力する交流電圧の位相差またはパルス幅の少なくともどちらか一方を制御することを特徴とする請求項1~10のうち何れかに記載のDAB方式双方向絶縁型DC/DCコンバータ。
A collection of z (z = an integer of 2 or more) of the cells is defined as the unit, a collection of y (y = an integer of 2 or more) of the units is defined as the device, a collection of x (x = an integer of 2 or more) of the devices is defined as a higher-level device, and the system has one higher-level device;
11. The DAB bidirectional isolated DC/DC converter according to claim 1, wherein at least one of a phase difference and a pulse width of the AC voltage output by the first inverter and the second inverter of each cell is controlled so that in each unit, the DC capacitor voltages on the upstream side of the power transmission of each cell are equal within the unit; at least one of a phase difference and a pulse width of the AC voltage output by the first inverter and the second inverter of each unit is controlled so that in each device, the DC capacitor voltages on the upstream side of the power transmission of each unit are equal within the device; and at least one of a phase difference and a pulse width of the AC voltage output by the first inverter and the second inverter of each device is controlled so that the DC capacitor voltages on the upstream side of the power transmission of each device are equal.
1次側直流電源と、
2次側直流電源と、
前記1次側直流電源と前記2次側直流電源との間に接続された複数のセルと、を備え、
前記1次側直流電源の正極と負極との間に直列接続された各セルの1次側直流コンデンサと、
前記2次側直流電源の正極と負極との間に直列接続された各セルの2次側直流コンデンサと、
各セルの前記1次側直流コンデンサにそれぞれ接続された各セルの第1インバータと、
各セルの前記2次側直流コンデンサにそれぞれ接続された各セルの第2インバータと、
各セルの前記第1インバータの交流側にそれぞれ1次巻線が接続され、各セルの前記第2インバータの交流側にそれぞれ2次巻線が接続された各セルのトランスと、
前記第1,第2インバータのゲート信号を生成する制御部と、
を備え、
1段目~n(n=2以上の整数)段目に階層化し、1段目はセルとし、2段目は構成要素である前記セルの所定台数の集合体であるユニットとしたDAB方式双方向絶縁型DC/DCコンバータの制御方法であって、
前記制御部は、
各集合体において各構成要素の電力伝送の上流側の直流コンデンサ電圧が集合体内で等しくなるように各構成要素の前記第1インバータと前記第2インバータが出力する交流電圧の位相差またはパルス幅の少なくともどちらか一方を制御することを特徴とするDAB方式双方向絶縁型DC/DCコンバータの制御方法。
a primary side DC power supply;
A secondary DC power supply;
a plurality of cells connected between the primary side DC power supply and the secondary side DC power supply,
a primary DC capacitor for each cell connected in series between the positive and negative electrodes of the primary DC power supply;
a secondary DC capacitor for each cell connected in series between the positive and negative electrodes of the secondary DC power supply;
a first inverter for each cell connected to the primary side DC capacitor of each cell;
a second inverter for each cell connected to the secondary-side DC capacitor of each cell;
a transformer for each cell, the primary winding of which is connected to the AC side of the first inverter of each cell, and the secondary winding of which is connected to the AC side of the second inverter of each cell;
a control unit that generates gate signals for the first and second inverters;
Equipped with
A control method for a DAB bidirectional isolated DC/DC converter, which is hierarchically divided into 1st to nth stages (n=2 or more integer), the 1st stage being a cell, and the 2nd stage being a unit which is an aggregate of a predetermined number of the cells which are components,
The control unit
A control method for a DAB type bidirectional isolated DC/DC converter, characterized in that at least one of the phase difference or pulse width of the AC voltage output from the first inverter and the second inverter of each component is controlled so that the DC capacitor voltages upstream of the power transmission of each component in each assembly are equal within the assembly.
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