JP7842707B2 - Power conversion circuit control device - Google Patents
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Description
本発明は、電力変換回路制御装置に関し、特に、並列接続された複数の電力変換回路を制御する装置に関する。 This invention relates to a power conversion circuit control device, and more particularly to a device for controlling a plurality of power conversion circuits connected in parallel.
2つのスイッチング回路をトランスによって結合した電力変換回路が広く用いられている。2次側のスイッチング回路には、例えば、電気自動車に搭載される電気回路が接続され、1次側のスイッチング回路には、例えば、商用電源が接続される。1次側のスイッチング回路と2次側のスイッチング回路とがトランスによって電気的に絶縁されているので、高出力電圧のバッテリが搭載されている場合であっても、商用電源の取り扱いが容易になる。 A power conversion circuit that couples two switching circuits with a transformer is widely used. The secondary switching circuit is connected to, for example, the electrical circuit installed in an electric vehicle, while the primary switching circuit is connected to, for example, the commercial power supply. Because the primary and secondary switching circuits are electrically isolated by the transformer, handling the commercial power supply becomes easier, even when a high-output voltage battery is installed.
このような電力変換回路には、以下の特許文献1に示されているように、1次側のスイッチング回路をスイッチングする位相と、2次側のスイッチング回路をスイッチングする位相との差異に応じて、1次側から2次側に伝送される電力が定まるものがある。 Such power conversion circuits include those where the power transmitted from the primary side to the secondary side is determined by the difference between the switching phase of the primary-side switching circuit and the switching phase of the secondary-side switching circuit, as shown in Patent Document 1 below.
電力変換回路から負荷回路に供給される電力を大きくする場合、電力変換回路に用いられるスイッチング素子の耐電圧または許容電流を大きくする必要が生じ、電力変換回路の設計が困難となることがある。そこで、非特許文献1に記載されているように、複数の電力変換回路を並列に接続した並列型電力変換装置が考えられている。しかし、並列型電力変換装置では、各電力変換回路を制御するために、各電力変換回路に電流計を設ける必要があり、並列型電力変換装置を制御する装置の構成が複雑となってしまう場合があった。 When increasing the power supplied from a power conversion circuit to a load circuit, it becomes necessary to increase the voltage withstand or current allowable of the switching elements used in the power conversion circuit, which can make the design of the power conversion circuit difficult. Therefore, as described in Non-Patent Document 1, a parallel-type power conversion device, in which multiple power conversion circuits are connected in parallel, has been considered. However, in a parallel-type power conversion device, it is necessary to provide an ammeter for each power conversion circuit in order to control each one, which can make the configuration of the control device for the parallel-type power conversion device complex.
本発明は、並列接続された複数の電力変換回路を制御する装置の構成を単純化することを目的とする。 The present invention aims to simplify the configuration of a device that controls multiple power conversion circuits connected in parallel.
本発明は、並列接続された複数の電力変換回路における並列接続端に流れる電流の測定値と電流指令値との差異に基づいて、総合操作量を求める操作量決定処理と、前記総合操作量に対し、複数の異なる外乱信号を個別に重畳して、複数の外乱重畳信号を生成する重畳処理と、複数の異なる前記外乱信号に対応する1つまたは複数の成分を前記総合操作量から抽出し、複数の異なる前記外乱信号に対応する1つまたは複数の誤差成分を求める誤差抽出処理と、前記誤差成分に基づいて、複数の前記外乱重畳信号のそれぞれに対する補正係数を求める補正係数決定処理と、複数の前記外乱重畳信号のそれぞれに対して、前記補正係数を用いた補正処理を施して、複数の前記電力変換回路のそれぞれに対する操作量を求める操作量決定処理と、を実行することを特徴とする。 The present invention is characterized by performing the following steps: a control variable determination process to determine a total control variable based on the difference between the measured value of the current flowing at the parallel connection terminals of a plurality of parallel-connected power conversion circuits and the current command value; a superposition process to generate a plurality of disturbance superposition signals by individually superimposing a plurality of different disturbance signals onto the total control variable; an error extraction process to determine one or more error components corresponding to the plurality of different disturbance signals by extracting one or more components corresponding to the plurality of different disturbance signals from the total control variable; a correction coefficient determination process to determine a correction coefficient for each of the plurality of disturbance superposition signals based on the error components; and a control variable determination process to determine a control variable for each of the plurality of power conversion circuits by applying a correction process using the correction coefficient to each of the plurality of disturbance superposition signals.
望ましくは、複数の前記外乱信号は、直交関数列で表される。 Preferably, the multiple disturbance signals are represented by an orthogonal sequence of functions.
望ましくは、複数の前記外乱信号は、相互に直交する複数の三角関数で表される。 Preferably, the multiple disturbance signals are represented by multiple mutually orthogonal trigonometric functions.
望ましくは、複数の前記外乱信号は、複数の外乱関数であって、1つの関数の値が活性値となり、かつ、他の関数の値が非活性値となる時間帯があり、時間経過と共に1つずつ順に活性値となる複数の外乱関数で表される。 Preferably, the multiple disturbance signals are represented by multiple disturbance functions, where there is a time period in which the value of one function becomes an active value and the values of the other functions become inactive values, and each function becomes an active value one by one as time progresses.
望ましくは、複数の前記外乱信号は、複数の前記外乱関数で表される複数の信号のそれぞれに対して、低域通過フィルタ処理を施して得られる複数の信号である。 Preferably, the multiple disturbance signals are multiple signals obtained by applying a low-pass filter to each of the multiple signals represented by the multiple disturbance functions.
望ましくは、前記誤差抽出処理は、前記総合操作量に基づく値に複数の前記外乱信号をそれぞれ乗算することで、各前記誤差成分を前記総合操作量から抽出する処理を含む。 Preferably, the error extraction process includes a process of extracting each error component from the overall manipulated variable by multiplying the value based on the overall manipulated variable by a plurality of disturbance signals.
望ましくは、前記誤差抽出処理は、前記総合操作量に基づく値に複数の前記外乱信号をそれぞれ乗算して得られた複数の乗算値の平均値を求め、複数の前記乗算値のそれぞれから前記平均値を減算することで、各前記誤差成分を求める。 Preferably, the error extraction process involves multiplying the value based on the overall manipulated variable by multiple disturbance signals to obtain the average value of the multiple multiplied values, and then subtracting the average value from each of the multiple multiplied values to obtain each of the error components.
望ましくは、前記補正係数決定処理は、各前記誤差成分に対する時間積分を実行し、各前記誤差成分の時間積分値に基づく値を独立変数とする各単調増加関数に基づいて、各前記補正係数を求める処理を含む。 Preferably, the correction coefficient determination process includes performing a time integral over each error component and determining each correction coefficient based on a monotonically increasing function whose independent variable is the value based on the time integral of each error component.
望ましくは、複数の前記電力変換回路のそれぞれに対する前記操作量に基づいて、各前記電力変換回路を制御するスイッチング制御部を備え、各前記電力変換回路は、トランスによって結合した1次側スイッチング回路および2次側スイッチング回路を備え、前記スイッチング制御部は、前記操作量に基づいて、前記1次側スイッチング回路のスイッチング位相と、前記2次側スイッチング回路の位相との差異を制御する。 Preferably, the system includes a switching control unit that controls each of the multiple power conversion circuits based on the manipulated variable for each of the power conversion circuits, each power conversion circuit comprising a primary-side switching circuit and a secondary-side switching circuit coupled by a transformer, and the switching control unit controls the difference between the switching phase of the primary-side switching circuit and the phase of the secondary-side switching circuit based on the manipulated variable.
本発明によれば、並列接続された複数の電力変換回路を制御する装置の構成を単純化することができる。 According to the present invention, the configuration of a device that controls multiple power conversion circuits connected in parallel can be simplified.
各図を参照して本発明の実施形態について説明する。複数の図面に示されている同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を簡略化する。各図で定義された上、下等の方向を示す用語は、説明の便宜上のものであり、各構成要素を配置する際の姿勢を限定するものではない。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the figures. Identical components shown in multiple drawings are denoted by the same reference numerals to simplify their description. The terms indicating directions such as "up" and "down" as defined in each figure are for explanatory convenience and do not limit the orientation of each component when it is positioned.
図1には、本発明の基本技術に係る並列型電力変換装置100の構成が示されている。並列型電力変換装置100は、並列接続された複数(N個)の電力変換回路10-1~10-Nを備えている。ここで、並列接続とは、各電力変換回路10-i(i=1~N)の一対の入力端子の一方同士および他方同士がそれぞれ共通に接続され、各電力変換回路10-iの一対の出力端子の一方同士および他方同士がそれぞれ共通に接続されることをいう。 Figure 1 shows the configuration of a parallel power converter 100 according to the basic technology of the present invention. The parallel power converter 100 comprises a plurality (N) of power conversion circuits 10-1 to 10-N connected in parallel. Here, parallel connection means that one input terminal and the other input terminal of each power conversion circuit 10-i (i=1 to N) are connected to each other, and one output terminal and the other output terminal of each power conversion circuit 10-i are connected to each other.
各電力変換回路10-iの一対の入力端子の一方である正極入力端子Tp1は、並列端子TP1に共通に接続され、各電力変換回路10-iの一対の入力端子の他方である負極入力端子Tg1は、並列端子TG1に共通に接続されている。各電力変換回路10-iの一対の出力端子の一方である正極出力端子Tp2は、並列端子TP2に共通に接続され、各電力変換回路10-iの一対の出力端子の他方である負極出力端子Tg2は、並列端子TG2に共通に接続されている。 The positive input terminal Tp1, one of the pair of input terminals of each power conversion circuit 10-i, is commonly connected to the parallel terminal TP1. The negative input terminal Tg1, the other of the pair of input terminals of each power conversion circuit 10-i, is commonly connected to the parallel terminal TG1. The positive output terminal Tp2, one of the pair of output terminals of each power conversion circuit 10-i, is commonly connected to the parallel terminal TP2. The negative output terminal Tg2, the other of the pair of output terminals of each power conversion circuit 10-i, is commonly connected to the parallel terminal TG2.
並列端子TP1およびTG1(一対の並列接続端)には直流電力源200が接続されている。並列端子TP2およびTG2(一対の並列接続端)には負荷回路202が接続されている。各電力変換回路10-iがスイッチングをすることで、直流電力源200から出力された直流電圧が昇圧または降圧され、負荷回路202に出力される。これによって、直流電力源200から負荷回路202に直流電力が供給される。各電力変換回路10-iの昇圧または降圧によって、負荷回路202には適切な電圧が印加される。また、複数の電力変換回路10-1~10-Nが並列接続されることで、各電力変換回路10-iには、耐電圧または許容電流が小さい電気回路素子が用いられてよい。 A DC power source 200 is connected to parallel terminals TP1 and TG1 (a pair of parallel connection terminals). A load circuit 202 is connected to parallel terminals TP2 and TG2 (a pair of parallel connection terminals). Each power conversion circuit 10-i switches, boosting or lowering the DC voltage output from the DC power source 200, and outputting it to the load circuit 202. This supplies DC power from the DC power source 200 to the load circuit 202. The boosting or lowering of the voltage by each power conversion circuit 10-i ensures that an appropriate voltage is applied to the load circuit 202. Furthermore, by connecting multiple power conversion circuits 10-1 to 10-N in parallel, each power conversion circuit 10-i may utilize electrical circuit elements with low voltage withstand or current tolerance.
図2には、3つの電力変換回路10-1~10-3が並列接続された並列型電力変換装置101の構成が示されている。電力変換回路10-1~10-3のそれぞれは、1次側スイッチング回路12および2次側スイッチング回路14を備えている。1次側スイッチング回路12は、並列接続されたスイッチングブリッジX1およびY1を備えている。スイッチングブリッジX1は、直列接続されたスイッチング素子S1およびS2を備えている。スイッチングブリッジY1は、直列接続されたスイッチング素子S3およびS4を備えている。スイッチング素子S1~S4は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)であってよい。2つのIGBTが直列接続されるとは、一方のIGBTのエミッタ端子と他方のIGBTのコレクタ端子とが接続されることをいう。2つのMOSFETが直列接続されるとは、一方のMOSFETのソース端子が、他方のMOSFETのドレイン端子に接続されることをいう。 Figure 2 shows the configuration of a parallel-type power converter 101 in which three power conversion circuits 10-1 to 10-3 are connected in parallel. Each of the power conversion circuits 10-1 to 10-3 includes a primary-side switching circuit 12 and a secondary-side switching circuit 14. The primary-side switching circuit 12 includes parallel-connected switching bridges X1 and Y1. Switching bridge X1 includes series-connected switching elements S1 and S2. Switching bridge Y1 includes series-connected switching elements S3 and S4. Switching elements S1 to S4 may be IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) or MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors). Two IGBTs being connected in series means that the emitter terminal of one IGBT is connected to the collector terminal of the other IGBT. Two MOSFETs connected in series means that the source terminal of one MOSFET is connected to the drain terminal of the other MOSFET.
1次側スイッチング回路12は、さらに、スイッチングブリッジX1およびY1に並列接続されたコンデンサC1を備えている。スイッチングブリッジX1、スイッチングブリッジY1およびコンデンサC1の上側の並列接続端は、正極入力端子Tp1に接続され、下側の並列接続端は、負極入力端子Tg1に接続されている。 The primary switching circuit 12 further includes a capacitor C1 connected in parallel to switching bridges X1 and Y1. The upper parallel connection terminals of switching bridge X1, switching bridge Y1, and capacitor C1 are connected to the positive input terminal Tp1, and the lower parallel connection terminals are connected to the negative input terminal Tg1.
スイッチング素子S1およびS2は交互にオンオフする。すなわち、スイッチング素子S1がオフからオンに切り替わったときに、スイッチング素子S2はオンからオフに切り替わり、スイッチング素子S1がオンからオフに切り替わったときに、スイッチング素子S2はオフからオンに切り替わる。同様に、スイッチング素子S3およびS4は交互にオンオフする。スイッチング素子S1とスイッチング素子S3は、所定の位相差、例えば180°の位相差でスイッチングをする。 Switching elements S1 and S2 alternately switch on and off. That is, when switching element S1 switches from off to on, switching element S2 switches from on to off, and when switching element S1 switches from on to off, switching element S2 switches from off to on. Similarly, switching elements S3 and S4 alternately switch on and off. Switching elements S1 and S3 switch with a predetermined phase difference, for example, a phase difference of 180°.
1次側スイッチング回路12は、さらに、インダクタL1を備えている。インダクタL1の一端は、スイッチング素子S1およびS2の接続点に接続され、他端は、スイッチング素子S3およびS4の接続点に接続されている。 The primary switching circuit 12 further includes an inductor L1. One end of the inductor L1 is connected to the connection point of switching elements S1 and S2, and the other end is connected to the connection point of switching elements S3 and S4.
2次側スイッチング回路14は、スイッチングブリッジX2、スイッチングブリッジY2、コンデンサC2およびインダクタL2を備えている。2次側スイッチング回路14の回路構成は、1次側スイッチング回路12の回路構成と同様である。スイッチングブリッジX2、スイッチングブリッジY2、コンデンサC2およびインダクタL2は、それぞれ、スイッチングブリッジX1、スイッチングブリッジY1、コンデンサC1およびインダクタL1に対応する。インダクタL1およびL2は磁気的に結合し、トランス15を構成している。スイッチングブリッジX2、スイッチングブリッジY2およびコンデンサC2の上側の並列接続端は、正極出力端子Tp2に接続され、下側の並列接続端は、負極出力端子Tg2に接続されている。 The secondary switching circuit 14 comprises a switching bridge X2, a switching bridge Y2, a capacitor C2, and an inductor L2. The circuit configuration of the secondary switching circuit 14 is the same as that of the primary switching circuit 12. Switching bridges X2, Y2, capacitor C2, and inductor L2 correspond to switching bridges X1, Y1, capacitor C1, and inductor L1, respectively. Inductors L1 and L2 are magnetically coupled to form the transformer 15. The upper parallel connection terminals of switching bridges X2, Y2, and capacitor C2 are connected to the positive output terminal Tp2, and the lower parallel connection terminals are connected to the negative output terminal Tg2.
電力変換回路10-1~10-3のそれぞれが備える1次側スイッチング回路12のインダクタL1は、第1コネクタを構成してよい。電力変換回路10-1~10-3のそれぞれが備える2次側スイッチング回路14のインダクタL2は、第1コネクタに着脱自在な第2コネクタを構成してよい。第1コネクタと第2コネクタが、接近または機械的に結合することで、電力変換回路10-1~10-3のそれぞれにおいてトランス15が形成される。 The inductor L1 of the primary-side switching circuit 12 in each of the power conversion circuits 10-1 to 10-3 may constitute a first connector. The inductor L2 of the secondary-side switching circuit 14 in each of the power conversion circuits 10-1 to 10-3 may constitute a second connector that is detachably attached to the first connector. By bringing the first and second connectors close together or mechanically coupling them, a transformer 15 is formed in each of the power conversion circuits 10-1 to 10-3.
1次側スイッチング回路12から2次側スイッチング回路14に伝送される電力は、1次側スイッチング回路12のスイッチングと2次側スイッチング回路14のスイッチングとの位相差に応じて定まる。並列端子TP2には電流計13が接続されている。電流計13は、並列端子TP2に流れる電流を測定し、総合電流Ioutの測定値を出力する。ここで、総合電流Ioutは、電力変換回路10-1~10-Nの正極出力端子Tp2から流出する電流I1~INを加算合計した電流である。 The power transmitted from the primary switching circuit 12 to the secondary switching circuit 14 is determined according to the phase difference between the switching of the primary switching circuit 12 and the switching of the secondary switching circuit 14. An ammeter 13 is connected to the parallel terminal TP2. The ammeter 13 measures the current flowing through the parallel terminal TP2 and outputs the measured value of the total current Iout . Here, the total current Iout is the sum of the currents I1 to IN flowing out from the positive output terminal Tp2 of the power conversion circuits 10-1 to 10-N.
図2には、3つの電力変換回路10-1~10-3が並列接続された並列型電力変換装置101が示されているが、並列型電力変換装置101は、図2に示されている回路構成を有する2つまたは4つ以上の電力変換回路10-iが並列接続された回路構成を有してもよい。 Figure 2 shows a parallel-type power converter 101 in which three power conversion circuits 10-1 to 10-3 are connected in parallel. However, the parallel-type power converter 101 may also have a circuit configuration in which two or more power conversion circuits 10-i, each having the circuit configuration shown in Figure 2, are connected in parallel.
この場合においても、複数の電力変換回路10-iが備える1次側スイッチング回路12のインダクタL1は、1つの第1コネクタを構成してよい。複数の電力変換回路10-iが備える2次側スイッチング回路14のインダクタL2は、1つの第2コネクタを構成してよい。第1コネクタと第2コネクタが、接近または機械的に結合することで、各電力変換回路10-iにおいてトランス15が形成される。 In this case as well, the inductors L1 of the primary-side switching circuits 12 provided in the multiple power conversion circuits 10-i may constitute a single first connector. The inductors L2 of the secondary-side switching circuits 14 provided in the multiple power conversion circuits 10-i may constitute a single second connector. The first and second connectors are brought close together or mechanically coupled to form a transformer 15 in each power conversion circuit 10-i.
また、1次側スイッチング回路12および2次側スイッチング回路14には、1次側スイッチング回路12をスイッチングする位相と、2次側スイッチング回路14をスイッチングする位相との差異に応じて、1次側から2次側に伝送される電力が定まるその他の構成を有するものが用いられてもよい。 Furthermore, the primary-side switching circuit 12 and the secondary-side switching circuit 14 may be configured in a way that determines the power transmitted from the primary side to the secondary side according to the difference between the switching phase of the primary-side switching circuit 12 and the switching phase of the secondary-side switching circuit 14.
図3には、本発明の実施形態に係る電力変換システム104の演算モデルが示されている。電力変換システム104は、並列型電力変換装置100および電力変換回路制御装置102を備えている。並列型電力変換装置100は、電力変換回路10-1~10-Nおよび加算合計器24を備えている。電力変換回路10-1~10-Nは、それぞれ位相差δ1~δNで制御されることで、電流I1~INをそれぞれ出力する。ここで、電力変換回路10-iが位相差δiで制御されるとは、1次側スイッチング回路12および2次側スイッチング回路14のスイッチング位相差を位相差δiに近付けまたは一致させる制御が行われることをいう。加算合計器24は、演算モデル上の仮想の構成要素であり、電流I1~INを加算合計し、総合電流Ioutを出力する。 Figure 3 shows a calculation model of a power conversion system 104 according to an embodiment of the present invention. The power conversion system 104 comprises a parallel power converter 100 and a power conversion circuit control device 102. The parallel power converter 100 comprises power conversion circuits 10-1 to 10-N and an adder 24. The power conversion circuits 10-1 to 10-N are controlled by a phase difference δ1 to δN , respectively, to output currents I1 to IN . Here, when we say that the power conversion circuit 10-i is controlled by a phase difference δi , we mean that control is performed to bring the switching phase difference of the primary-side switching circuit 12 and the secondary-side switching circuit 14 close to or match the phase difference δi . The adder 24 is a virtual component in the calculation model, and it sums the currents I1 to IN and outputs a total current Iout.
電流Iiは、位相差δiを用いて、次のように表される。 The current I i is expressed using the phase difference δ i as follows:
ただし、kは、インダクタL1およびL2の結合係数、Vinは正極入力端子Tp1および負極入力端子Tg1に印加された直流電圧、ωはスイッチング角周波数、Lは、インダクタL1およびL2のインダクタンスである。Gは、中央の式においてδの前に乗ぜられている変数をまとめて表したゲインである。(数1)におけるVinを除く各変数は、各電力変換回路10-iについて固有の値である。Vinを除く各変数には添え字として「i」を付してもよいが、表記を簡単にするために添え字「i」は省略されている。図3の各電力変換回路10-iに示されている関数f(δ)は、以下の(数2)で表される。 However, k is the coupling coefficient of inductors L1 and L2, V in is the DC voltage applied to the positive input terminal Tp1 and the negative input terminal Tg1, ω is the switching angular frequency, and L is the inductance of inductors L1 and L2. G is the gain, which represents the variables multiplied before δ in the central equation. Each variable in (Equation 1), except V in , is a unique value for each power conversion circuit 10-i. Each variable except V in may be denoted by the subscript "i", but the subscript "i" is omitted for simplicity of notation. The function f(δ) shown for each power conversion circuit 10-i in Figure 3 is expressed by (Equation 2) below.
また、u=f(δ)とした場合、f(δ)の逆関数f-1(u)は、以下の(数3)で表される。 Furthermore, if u = f(δ), the inverse function of f(δ), f -1 (u), is expressed by the following equation (Equation 3).
ここで、sgn(u)は、uが正であるときに+1となり、uが負であるときに-1となる符号関数である。 Here, sgn(u) is a sign function that is +1 when u is positive and -1 when u is negative.
電力変換回路制御装置102は、減算器16、比例積分制御器18、制御値演算部20およびスイッチング制御部22-1~22-Nを備えている。電力変換回路制御装置102は、プログラムを実行することで各構成要素(減算器16、比例積分制御器18、制御値演算部20およびスイッチング制御部22-1~22-N)の機能を実現するプロセッサを備えてよい。 The power conversion circuit control device 102 comprises a subtractor 16, a proportional-integral controller 18, a control value calculation unit 20, and switching control units 22-1 to 22-N. The power conversion circuit control device 102 may include a processor that implements the functions of each component (subtractor 16, proportional-integral controller 18, control value calculation unit 20, and switching control units 22-1 to 22-N) by executing a program.
減算器16は、並列型電力変換装置100の並列端子TP2に接続された電流計13から総合電流Ioutの測定値(以下、単に総合電流Ioutという)を取得する。総合電流Ioutは、並列型電力変換装置100から流出する電流を示す。また、減算器16は、総合電流Ioutに対する目標値である電流指令値Irefを取得する。電流指令値Irefは、電力変換回路制御装置102が他の制御装置から取得してよい。 The subtractor 16 obtains the measured value of the total current Iout (hereinafter simply referred to as the total current Iout ) from the ammeter 13 connected to the parallel terminal TP2 of the parallel power converter 100. The total current Iout represents the current flowing out of the parallel power converter 100. The subtractor 16 also obtains the current command value Iref , which is the target value for the total current Iout . The current command value Iref may be obtained by the power conversion circuit control device 102 from another control device.
減算器16および比例積分制御器18は、総合電流Ioutと電流指令値Irefとの差異に基づいて、総合操作量vを求める操作量決定処理を実行する。すなわち、減算器16は、電流指令値Irefから総合電流Ioutを減算した電流誤差dを求め、比例積分制御器18に出力する。比例積分制御器18は、電流誤差dを所定時間に亘って時間積分し、これによって得られた時間積分値と電流誤差dの値それぞれに所定の係数を乗じて和を取ることで総合操作量vを求め、制御値演算部20に出力する。制御値演算部20は、総合操作量vに基づいて、各電力変換回路10-iに対する操作量uiを求め、スイッチング制御部22-iに出力する。スイッチング制御部22-iは、(数3)に基づいて位相差δiを求め、電力変換回路10-iを位相差δiで制御する。 The subtractor 16 and the proportional-integral controller 18 perform an operation variable determination process to determine the total operation variable v based on the difference between the total current Iout and the current command value Iref . That is, the subtractor 16 calculates the current error d by subtracting the total current Iout from the current command value Iref and outputs it to the proportional-integral controller 18. The proportional-integral controller 18 integrates the current error d over a predetermined time, and calculates the total operation variable v by multiplying the time integral value obtained and the value of the current error d by a predetermined coefficient and taking the sum, and outputs it to the control value calculation unit 20. The control value calculation unit 20 calculates the operation variable ui for each power conversion circuit 10-i based on the total operation variable v and outputs it to the switching control unit 22-i. The switching control unit 22-i calculates the phase difference δi based on (Equation 3) and controls the power conversion circuit 10-i with the phase difference δi .
なお、このような比例積分制御(PI制御)を行う比例積分制御器18に代えて、比例制御(P制御)行う制御器、または比例積分微分制御(PID制御)を行う制御器が用いられてもよい。P制御を行う制御器は、電流誤差dに所定の係数を乗じて総合操作量vを求め、制御値演算部20に出力する。PID制御を行う制御器は、電流誤差dを所定時間に亘って時間積分して時間積分値を得ると共に、電流誤差dに対して微分演算を行い微分値を得る。PID制御を行う制御器は、時間積分値、時間微分値および電流誤差dの値それぞれに所定の係数を乗じて和を取ることで総合操作量vを求め、制御値演算部20に出力する。 Furthermore, instead of the proportional-integral controller 18 that performs proportional-integral control (PI control), a controller that performs proportional control (P control) or a controller that performs proportional-integral-derivative control (PID control) may be used. A controller that performs P control calculates the total manipulated variable v by multiplying the current error d by a predetermined coefficient and outputs it to the control value calculation unit 20. A controller that performs PID control obtains a time integral value by integrating the current error d over a predetermined time, and also obtains a derivative value by performing a derivative operation on the current error d. A controller that performs PID control calculates the total manipulated variable v by multiplying the time integral value, the time derivative value, and the current error d by a predetermined coefficient and summing them, and outputs it to the control value calculation unit 20.
制御値演算部20は、次に説明する処理によって、電力変換回路10-1~10-Nが出力する電流I1~INが均一となるように、所定のフィードバック周期で操作量u1~uNを繰り返し求める。 The control value calculation unit 20 repeatedly determines the manipulated variables u1 to uN at a predetermined feedback period so that the currents I1 to IN output by the power conversion circuits 10-1 to 10-N become uniform, by the process described below.
図4には、3つの電力変換回路10-1~10-3を備える電力変換システム106の構成例が示されている。制御値演算部20aは、外乱発生部30、重畳器32-1~32-3、乗算器34-1~34-3、誤差抽出処理部36、積分処理部38、2相3相変換部40および関数処理部42を備えている。 Figure 4 shows an example configuration of a power conversion system 106 equipped with three power conversion circuits 10-1 to 10-3. The control value calculation unit 20a includes a disturbance generation unit 30, superposition units 32-1 to 32-3, multipliers 34-1 to 34-3, error extraction processing unit 36, integration processing unit 38, two-phase to three-phase conversion unit 40, and function processing unit 42.
外乱発生部30は、(数4)に示される3つの外乱信号Δ1~Δ3を、それぞれ重畳器32-1~32-3に出力する。外乱信号Δ1~Δ3は、周波数をfとした時間tについての正弦関数または余弦関数であり、相互の位相差は120°(2π/3)である。周波数fは、その逆数である周期1/fが、操作量u1~uNが繰り返し求められるフィードバック周期よりも長くなるように決定されてよい。 The disturbance generator 30 outputs three disturbance signals Δ1 to Δ3 , shown in (Equation 4), to the superimposing units 32-1 to 32-3, respectively. The disturbance signals Δ1 to Δ3 are sine or cosine functions with respect to time t and frequency f, with a phase difference of 120° (2π/3). The frequency f may be determined such that its reciprocal, the period 1/f, is longer than the feedback period for repeatedly determining the manipulated variables u1 to uN .
重畳器32-1~32-3は、総合操作量vに外乱信号Δ1~Δ3をそれぞれ個別に加算(重畳)し、外乱重畳信号v1~v3を、それぞれ、乗算器34-1~34-3に出力する。 The superimposing units 32-1 to 32-3 individually add (superimpose) the disturbance signals Δ1 to Δ3 to the total manipulated variable v, and output the disturbance superimposed signals v1 to v3 to the multipliers 34-1 to 34-3, respectively.
誤差抽出処理部36は、総合操作量vに対して、(数5)で示されるような誤差抽出演算処理を実行し、ゲイン誤差率Gerror:aおよびGerror:bを求め、積分処理部38に出力する。ゲイン誤差率Gerror:aおよびGerror:bは、総合操作量vに外乱信号Δ1~Δ3が重畳されたことによって、フィードバック後の総合操作量vに含まれることとなった誤差成分に相当する。 The error extraction processing unit 36 performs an error extraction calculation on the total manipulated variable v as shown in (Equation 5) to obtain the gain error rates Gerror : a and Gerror : b , and outputs them to the integration processing unit 38. The gain error rates Gerror : a and Gerror : b correspond to the error components that have been included in the total manipulated variable v after feedback due to the superposition of disturbance signals Δ1 to Δ3 on the total manipulated variable v.
なお、(数5)のGerror:aは、総合操作量vにcos(2πft)を乗じて、低域通過フィルタLPFによって直流成分を抽出することで求められる。Gerror:bは、総合操作量vにsin(2πft)を乗じて、低域通過フィルタLPFによって直流成分を抽出することで求められる。 Note that Geror: a in (Equation 5) is obtained by multiplying the total manipulated variable v by cos(2πft) and extracting the DC component using a low-pass filter (LPF). Geror: b is obtained by multiplying the total manipulated variable v by sin(2πft) and extracting the DC component using a low-pass filter (LPF).
積分処理部38は、ゲイン誤差率Gerror:aおよびGerror:bのそれぞれを所定時間に亘って時間積分し、これによって得られた時間積分値に所定の比例係数(ゲイン)を乗じてゲイン補正量KaおよびKbを求め、2相3相変換部40に出力する。図4では、ラプラス変換におけるs領域で積分演算が表現されている。Tは比例係数で定まる定数である。2相3相変換部40は、ゲイン補正量KaおよびKbに対して、(数6)に示される2相3相変換を行い、3相のゲイン補正量Kc1、Kc2およびKc3を求め、関数処理部42に出力する。 The integration processing unit 38 integrates the gain error rates Gerror: a and Gerror: b over a predetermined time, multiplies the resulting time integral values by a predetermined proportionality constant (gain) to obtain gain correction amounts K a and K b , and outputs them to the two-phase three-phase conversion unit 40. In Figure 4, the integration operation is represented in the s-domain of the Laplace transform. T is a constant determined by the proportionality constant. The two-phase three-phase conversion unit 40 performs the two-phase three-phase conversion shown in (Equation 6) on the gain correction amounts K a and K b to obtain the three-phase gain correction amounts K c1 , K c2 , and K c3 , and outputs them to the function processing unit 42.
関数処理部42は、(数7)に従って、ゲイン補正量Kc1~Kc3に対する指数関数値として、操作量補正係数K1~K3を求める。 The function processing unit 42 calculates the manipulated variable correction coefficients K1 to K3 as exponential values for the gain correction amounts Kc1 to Kc3 according to (Equation 7).
操作量補正係数K1~K3を求めるに際しては、指数関数の代わりに、ゲイン補正量Kc1~Kc3を変数とするその他の単調増加関数(導関数が正となる関数)が用いられてもよい。関数処理部42は、操作量補正係数K1~K3を、それぞれ、乗算器34-1~34-3に出力する。 When determining the manipulated variable correction coefficients K1 to K3 , other monotonically increasing functions (functions with positive derivatives) with gain correction amounts Kc1 to Kc3 as variables may be used instead of exponential functions. The function processing unit 42 outputs the manipulated variable correction coefficients K1 to K3 to the multipliers 34-1 to 34-3, respectively.
このように、積分処理部38、2相3相変換部40および関数処理部42は、外乱信号Δ1~Δ3に基づく総合操作量vの誤差成分に基づいて、3つの外乱重畳信号のそれぞれに対する補正係数を求める補正係数決定処理を実行し、操作量補正係数K1~K3を求める。 In this way, the integration processing unit 38, the two-phase to three-phase conversion unit 40, and the function processing unit 42 perform a correction coefficient determination process to determine a correction coefficient for each of the three superimposed disturbance signals based on the error component of the total manipulated variable v based on the disturbance signals Δ1 to Δ3 , thereby determining the manipulated variable correction coefficients K1 to K3 .
乗算器34-1~34-3は、外乱重畳信号v1~v3に対して、操作量補正係数K1~K3を用いた補正処理を施し、操作量u1~u3を生成する。すなわち、乗算器34-1~34-3は、外乱重畳信号v1~v3に、操作量補正係数K1~K3をそれぞれ乗じて操作量u1~u3を生成し、スイッチング制御部22-1~22-3にそれぞれ出力する。スイッチング制御部22-1~22-3は、(数3)に基づいてそれぞれ位相差δ1~δ3を求める。スイッチング制御部22-1~22-3は、それぞれ、電力変換回路10-1~10-3を位相差δ1~δ3で制御する。 Multipliers 34-1 to 34-3 apply a correction process to the disturbance superimposed signals v1 to v3 using manipulated variable correction coefficients K1 to K3 to generate manipulated variables u1 to u3 . That is, multipliers 34-1 to 34-3 multiply the disturbance superimposed signals v1 to v3 by the manipulated variable correction coefficients K1 to K3 , respectively, to generate manipulated variables u1 to u3 , and output them to switching control units 22-1 to 22-3, respectively. Switching control units 22-1 to 22-3 each determine the phase difference δ1 to δ3 based on (Equation 3). Switching control units 22-1 to 22-3 each control the power conversion circuits 10-1 to 10-3 with the phase difference δ1 to δ3 .
制御値演算部20aは、総合電流Ioutと電流指令値Irefに基づいて、操作量u1~u3を求める処理を、所定のフィードバック周期で繰り返し実行する。スイッチング制御部22-1~22-3は、時間経過と共に順次求められた操作量u1~u3に基づいて、電力変換回路10-1~10-3を制御する。これによって、電力変換回路10-1~10-3が出力する電流I1~I3は、同一の値に収束して均一化される。 The control value calculation unit 20a repeatedly performs the process of determining the manipulated variables u1 to u3 based on the total current Iout and the current command value Iref at a predetermined feedback cycle. The switching control units 22-1 to 22-3 control the power conversion circuits 10-1 to 10-3 based on the manipulated variables u1 to u3 that have been determined sequentially over time. As a result, the currents I1 to I3 output by the power conversion circuits 10-1 to 10-3 converge to the same value and become uniform.
上記のように、電力変換回路10-1~10-3のそれぞれが備える1次側スイッチング回路12のインダクタL1が第1コネクタを構成し、電力変換回路10-1~10-3のそれぞれが備える2次側スイッチング回路14のインダクタL2が第2コネクタを構成した場合、第1コネクタと第2コネクタがずれて結合してしまうことがある。本実施形態によれば、第1コネクタと第2コネクタに結合ずれが生じ、各電力変換回路におけるトランス15の結合係数等にバラツキが生じた場合であっても、各電力変換回路に入力される電流、または各電力変換回路から出力される電流は均一化される。 As described above, when the inductor L1 of the primary-side switching circuit 12 in each of the power conversion circuits 10-1 to 10-3 constitutes the first connector, and the inductor L2 of the secondary-side switching circuit 14 in each of the power conversion circuits 10-1 to 10-3 constitutes the second connector, the first and second connectors may be misaligned during coupling. According to this embodiment, even if a coupling misalignment occurs between the first and second connectors, and variations occur in the coupling coefficients of the transformers 15 in each power conversion circuit, the current input to each power conversion circuit, or the current output from each power conversion circuit, is made uniform.
電力変換回路10-1~10-3が出力する電流I1~I3が同一の値に収束する原理について説明する。総合電流Ioutが電流指令値Irefに追従している場合、(数8)が成立する。 The principle by which the currents I1 to I3 output by power conversion circuits 10-1 to 10-3 converge to the same value will be explained. When the total current Iout follows the current command value Iref , (Equation 8) holds true.
(数8)を総合操作量vについて解くと(数9)が得られる。 Solving (Equation 8) for the total manipulated variable v yields (Equation 9).
ここで、K1G1、K2G2およびK3G3の平均値をGmeanとし、ゲイン誤差率Gerror1、Gerror2、およびGerror3を(数10)のように定義する。 Here, G mean is the average of K1 G1 , K2 G2 , and K3 G3 , and the gain error rates Geror1 , Geror2 , and Geror3 are defined as shown in (Equation 10).
3相交流信号である外乱信号Δ1、Δ2およびΔ3の総和が0となることを利用して、(数9)および(数10)からK1G1、K2G2およびK3G3を消去すると(数11)が得られる。 By utilizing the fact that the sum of the disturbance signals Δ1 , Δ2 , and Δ3, which are three-phase AC signals, is 0, we can eliminate K1 G1 , K2 G2 , and K3 G3 from (Equation 9 ) and (Equation 10) to obtain (Equation 11).
(数11)の右辺第2項はゲイン誤差率Gerror1、Gerror2、およびGerror3が0であるときに0となり、そうでないときに0でない交流成分を持つ。すなわち、右辺第2項はゲイン誤差率Gerror1、Gerror2、およびGerror3の情報を含んでいる。ここから、各ゲイン誤差率Gerror1、Gerror2、およびGerror3に下記のように関連付けられたGerror:aおよびGerror:bを推定することができる。 The second term on the right-hand side of equation (11) is zero when the gain error rates Geror1 , Geror2 , and Geror3 are zero, and has a non-zero AC component otherwise. That is, the second term on the right-hand side contains information about the gain error rates Geror1 , Geror2 , and Geror3 . From this, we can estimate Geror :a and Geror:b, which are associated with each gain error rate Geror1 , Geror2 , and Geror3 as follows.
ゲイン誤差率Gerror1、Gerror2、およびGerror3と、Gerror:aおよびGerror:bとの関係について説明する。ゲイン誤差率Gerror1、Gerror2、およびGerror3は、これらの総和が0である対称3相交流として解釈される。ゲイン誤差率Gerror1、Gerror2、およびGerror3は、2相3相変換の式と、ゲイン誤差率Gerror:aおよびGerror:bによって、(数12)のように表される。 The relationship between the gain error ratios G err 1 , G err 2 , and G err 3 , and G err: a and G err: b will be explained. The gain error ratios G err 1 , G err 2 , and G err 3 are interpreted as a symmetric three-phase AC where their sum is 0. The gain error ratios G err 1 , G err 2 , and G err 3 are expressed by the two-phase to three-phase conversion equation and the gain error ratios G err: a and G err: b as shown in (Equation 12).
同様にして、外乱信号Δ1~Δ3は、直交2相成分ΔaおよびΔbによって、(数13)のように表される。 Similarly, disturbance signals Δ1 to Δ3 can be expressed by their orthogonal two-phase components Δa and Δb as shown in (Equation 13).
(数12)および(数13)の左辺を、(数11)に代入することで、(数14)が得られる。 By substituting the left-hand sides of (Equation 12) and (Equation 13) into (Equation 11), we obtain (Equation 14).
さらに、(数4)および(数13)から、(数15)が得られる。 Furthermore, from (Equation 4) and (Equation 13), (Equation 15) can be obtained.
(数15)を(数14)に代入することで、(数16)が得られる。 By substituting (Equation 15) into (Equation 14), we obtain (Equation 16).
(数16)には、総合操作量vに含まれる余弦波成分および正弦波成分が、それぞれ、ゲイン誤差率Gerror:aおよびGerror:bであることが示されている。(数16)から、ゲイン誤差率Gerror:aおよびGerror:bが、(数5)によって求められることが理解される。 Equation (16) shows that the cosine and sinusoidal components included in the total manipulated variable v are the gain error rates Gerror : a and Gerror: b, respectively. From Equation (16), it can be understood that the gain error rates Gerror : a and Gerror: b can be obtained by Equation (5).
ゲイン誤差率Gerror:aおよびGerror:bは、外乱信号Δ1~Δ3を3相2相変換して得られた外乱信号ΔaおよびΔbのそれぞれに対応する誤差成分に相当する。この誤差成分は、総合操作量vに外乱信号Δ1~Δ3が重畳されたことによって外乱重畳信号に含まれることとなった誤差に対応する。誤差成分としてのゲイン誤差率Gerror:aおよびGerror:bは、(数5)によって総合操作量vから抽出される。 The gain error rates Gerror :a and Gerror :b correspond to the error components of the disturbance signals Δa and Δb , respectively, obtained by converting the disturbance signals Δ1 to Δ3 from three-phase to two-phase. These error components correspond to the errors that become included in the superimposed disturbance signal when the disturbance signals Δ1 to Δ3 are superimposed on the overall manipulated variable v. The gain error rates Gerror:a and Gerror:b as error components are extracted from the overall manipulated variable v by (Equation 5).
図4に示されている電力変換システム106では、総合操作量vから2相のゲイン誤差率Gerror:aおよびGerror:bが抽出され、2相のゲイン誤差率Gerror:aおよびGerror:bが時間積分されて2相のゲイン補正量KaおよびKbが求められる。さらに、2相3相変換部40によって、2相のゲイン誤差率Gerror:aおよびGerror:bが3相のゲイン補正量Kc1~Kc3に変換され、ゲイン補正量Kc1~Kc3のそれぞれから、関数処理部42によって3相の操作量補正係数K1~K3が求められる。 In the power conversion system 106 shown in Figure 4, the two-phase gain error rates Gerror :a and Gerror:b are extracted from the total manipulated variable v, and the two-phase gain error rates Gerror:a and Gerror:b are integrated over time to obtain the two-phase gain correction amounts K a and K b . Furthermore, the two-phase to three-phase conversion unit 40 converts the two-phase gain error rates Gerror:a and Gerror:b into three-phase gain correction amounts K c1 to K c3 , and the function processing unit 42 obtains three-phase manipulated variable correction coefficients K c1 to K c3 from each of the gain correction amounts K c1 to K c3 .
このように、電力変換システム106では、3相のゲイン誤差率Gerror:1~Gerror:3が直接求められることはなく、2相のゲイン誤差率Gerror:a~Gerror:bが求められ、2相のゲイン誤差率Gerror:aおよびGerror:bから3相の操作量補正係数K1~K3が求められる。3相の操作量補正係数K1~K3を求める処理に対し2相分の演算処理が行われるため、演算処理が簡略化される。 Thus, in the power conversion system 106, the three-phase gain error rates Gerr :1 to Gerr:3 are not directly determined. Instead, the two-phase gain error rates Gerr :a to Gerr:b are determined, and the three-phase manipulated variable correction coefficients K1 to K3 are determined from the two-phase gain error rates Gerr :a and Gerr:b . Since the calculation process for determining the three-phase manipulated variable correction coefficients K1 to K3 is performed for two phases, the calculation process is simplified.
このように、直接的に求められる値が2相分の値でよい理由は、ゲイン誤差率Gerror:1~Gerror:3の総和が0であるという制約があるためである。すなわち、ゲイン誤差率Gerror:1~Gerror:3のうち1つは、他の2個の値によって表され、ゲイン誤差率Gerror:1~Gerror:3は、実際には2個の値の情報を有しているためである。 The reason why the directly obtainable value can be the value for two phases is due to the constraint that the sum of the gain error rates Gerr :1 to Gerr :3 is zero. In other words, one of the gain error rates Gerr :1 to Gerr :3 is represented by the other two values, and the gain error rates Gerr :1 to Gerr:3 actually contain information for two values.
次に、電力変換システム106の動作の安定性について説明する。(数7)、(数10)および(数12)より、以下の(数17)が得られる。 Next, the operational stability of the power conversion system 106 will be described. From (Equation 7), (Equation 10), and (Equation 12), the following (Equation 17) is obtained.
G1exp(Kc1)=G2exp(Kc2)=G3exp(Kc3)を満たす点を中心として(数17)をテイラー展開することで(数18)が得られる。 By Taylor expanding equation (17) around a point that satisfies G1 exp(K c1 ) = G2 exp(K c2 ) = G3 exp(K c3 ), equation (18) can be obtained.
(数18)に(数6)を代入してKc1~Kc3を削除し、式を整理することで(数19)が得られる。 By substituting (Equation 6) into (Equation 18), eliminating K c1 to K c3 , and rearranging the expression, we obtain (Equation 19).
積分処理部38が実行する処理によって、(数20)が成立し、(数19)および(数20)から、ゲイン補正量KaおよびKbを消去することで(数21)が得られる。 The processing performed by the integration processing unit 38 results in (Equation 20), and by eliminating the gain correction amounts Ka and Kb from (Equation 19) and (Equation 20), (Equation 21) is obtained.
この式は、Gerror:aおよびGerror:bが、時定数Tで指数関数的に0に収束することを表している。したがって、電力変換システム106の動作は安定しているといえる。 This equation shows that Geror: a and Geror: b converge exponentially to zero with respect to the time constant T. Therefore, it can be said that the operation of the power conversion system 106 is stable.
図5には、本発明の第2実施形態に係る電力変換システム108の構成が示されている。電力変換システム108は、制御対象の電力変換回路10-iの個数をN個(Nは2以上の整数)として一般化したものである。 Figure 5 shows the configuration of a power conversion system 108 according to a second embodiment of the present invention. The power conversion system 108 is a generalization where the number of power conversion circuits 10-i to be controlled is N (where N is an integer of 2 or more).
電力変換システム108を構成する制御値演算部20bは、外乱発生部31、重畳器32-1~32-N、乗算器34-1~34-N、操作量調整部44、誤差抽出処理部48、積分処理部50、N-1相N相変換部52および関数処理部54を備えている。 The control value calculation unit 20b, which constitutes the power conversion system 108, includes a disturbance generation unit 31, superimposing units 32-1 to 32-N, multipliers 34-1 to 34-N, a manipulated variable adjustment unit 44, an error extraction processing unit 48, an integration processing unit 50, an N-1 phase N-phase conversion unit 52, and a function processing unit 54.
外乱発生部31は、N個の外乱信号Δ1~ΔNを、それぞれ重畳器32-1~32-Nに出力する。ここで、外乱信号Δ1~ΔNは、N-1個の直交関数列φ1~φN-1と、正則行列Aを用いて(数22)のように表される。 The disturbance generation unit 31 outputs N disturbance signals Δ1 to ΔN to the superimposing units 32-1 to 32-N, respectively. Here, the disturbance signals Δ1 to ΔN are expressed as (Equation 22) using N-1 orthogonal function sequences φ1 to φN-1 and an invertible matrix A.
重畳器32-1~32-Nは、総合操作量vに外乱信号Δ1~ΔNをそれぞれ個別に加算(重畳)し、外乱重畳信号v1~vNを、それぞれ、乗算器34-1~34-Nに出力する。 The superimposing units 32-1 to 32-N individually add (superimpose) the disturbance signals Δ1 to ΔN to the total manipulated variable v, and output the disturbance superimposed signals v1 to vN to the multipliers 34-1 to 34-N, respectively.
操作量調整部44は、高域通過フィルタHPFおよび係数乗算器46を備えている。高域通過フィルタHPFは、総合操作量vから直流成分を取り除いた総合操作量wacを生成する。係数乗算器46は、総合操作量wacに一定値-1/Δを乗じて、総合操作量vac=-wac/Δを、誤差抽出処理部48に出力する。 The manipulated variable adjustment unit 44 includes a high-pass filter (HPF) and a coefficient multiplier 46. The high-pass filter (HPF) generates a total manipulated variable wac by removing the DC component from the total manipulated variable v. The coefficient multiplier 46 multiplies the total manipulated variable wac by a constant value of -1/Δ and outputs the total manipulated variable vac = -wac /Δ to the error extraction processing unit 48.
誤差抽出処理部48は、総合操作量vacに対して、(数23)で示されるような誤差抽出演算処理を実行し、ゲイン誤差率gerror:1~gerror:N-1を求め、積分処理部50に出力する。 The error extraction processing unit 48 performs an error extraction calculation on the total manipulated variable vac as shown in (Equation 23), calculates the gain error rate g error: 1 to g error: N-1 , and outputs it to the integration processing unit 50.
ゲイン誤差率gerror:1およびgerror:N-1は、外乱信号Δ1~ΔNを正則行列Aの逆行列によって変換して得られる直交関数列φ1~φN-1のそれぞれに対応する誤差成分に相当する。この誤差成分は、総合操作量vに外乱信号Δ1~ΔNが重畳されたことによって外乱重畳信号に含まれることとなった誤差に対応する。誤差成分としてのゲイン誤差率gerror:1~gerror:N-1は、(数23)によって総合操作量vから抽出される。 The gain error rates g error: 1 and g error: N-1 correspond to the error components of the orthogonal function sequences φ1 to φN -1 obtained by transforming the disturbance signals Δ1 to ΔN with the inverse matrix of the invertible matrix A. These error components correspond to the errors that have been included in the disturbance-superimposed signal due to the superposition of the disturbance signals Δ1 to ΔN on the overall manipulated variable v. The gain error rates g error: 1 to g error: N-1 as error components are extracted from the overall manipulated variable v by (Equation 23).
積分処理部50は、ゲイン誤差率gerror:1~gerror:N-1のそれぞれを所定時間に亘って時間積分し、これによって得られた時間積分値に所定の比例係数を乗じてゲイン補正量Kd1~KdN-1を求め、N-1相N相変換部52に出力する。図5では、ラプラス変換におけるs領域で積分演算が表現されている。N-1相N相変換部52は、ゲイン補正量Kd1~KdN-1に対して、(数24)に示されるようなN―1相N相変換を行い、N相のゲイン補正量Kc1~KcNを求め、関数処理部54に出力する。 The integration processing unit 50 integrates each of the gain error rates g error:1 to g error:N-1 over a predetermined time, multiplies the resulting time integral value by a predetermined proportionality constant to obtain the gain correction amounts K d1 to K dN-1 , and outputs them to the N-1 phase N-phase conversion unit 52. In Figure 5, the integration operation is represented in the s-domain of the Laplace transform. The N-1 phase N-phase conversion unit 52 performs an N-1 phase N-phase conversion on the gain correction amounts K d1 to K dN-1 as shown in (Equation 24), obtains the N-phase gain correction amounts K c1 to K cN , and outputs them to the function processing unit 54.
ここで、Aの右上に付されている「t」の符号は、Aの転置行列であることを示し、「-1」の符号はAtの逆行列であることを示す。 Here, the sign "t" superscripted to the upper right of A indicates that it is the transpose of A, and the sign "-1" indicates that it is the inverse of A t .
関数処理部54は、ゲイン補正量Kc1~KcNのそれぞれを、単調増加関数h(x)の独立変数xに代入して得られる操作量補正係数K1~KNを求める。ここで、単調増加関数h(x)には、例えば、指数関数exp(x)が用いられてよい。 The function processing unit 54 calculates the manipulated variable correction coefficients K1 to KN by substituting each of the gain correction amounts Kc1 to KcN into the independent variable x of the monotonically increasing function h(x). Here, for example, the exponential function exp(x) may be used for the monotonically increasing function h(x).
このように、積分処理部50、N-1相N相変換部52および関数処理部54は、総合操作量vの誤差成分に基づいて、N個の外乱重畳信号のそれぞれに対する補正係数を求める補正係数決定処理を実行し、操作量補正係数K1~KNを求める。 In this way, the integration processing unit 50, the N-1 phase N phase conversion unit 52, and the function processing unit 54 perform a correction coefficient determination process to determine a correction coefficient for each of the N disturbance superimposed signals based on the error component of the total manipulated variable v, thereby determining the manipulated variable correction coefficients K1 to KN .
乗算器34-1~34-Nは、外乱重畳信号v1~vNに対して、操作量補正係数K1~KNを用いた補正処理を施し、操作量u1~uNを生成する。すなわち、乗算器34-1~34-Nは、外乱重畳信号v1~vNに、それぞれ操作量補正係数K1~KNを乗じて、操作量u1~uNを生成し、それぞれ、スイッチング制御部22-1~22-Nに出力する。スイッチング制御部22-1~22-Nは、(数3)に基づいてそれぞれ位相差δ1~δNを求める。スイッチング制御部22-1~22-Nは、それぞれ、電力変換回路10-1~10-Nを位相差δ1~δNで制御する。 Multipliers 34-1 to 34-N apply a correction process to the disturbance superimposed signals v1 to vN using manipulated variable correction coefficients K1 to KN to generate manipulated variables u1 to uN . That is, multipliers 34-1 to 34-N multiply the disturbance superimposed signals v1 to vN by the manipulated variable correction coefficients K1 to KN to generate manipulated variables u1 to uN , which are then output to switching control units 22-1 to 22-N. Switching control units 22-1 to 22-N determine the phase difference δ1 to δN based on (Equation 3). Switching control units 22-1 to 22-N control the power conversion circuits 10-1 to 10-N with the phase difference δ1 to δN .
制御値演算部20bは、総合電流Ioutと電流指令値Irefに基づいて、操作量u1~uNを求める処理を、所定のフィードバック周期で繰り返し実行する。スイッチング制御部22-1~22-Nは、時間経過と共に順次求められた操作量u1~uNに基づいて、電力変換回路10-1~10-Nを制御する。これによって、電力変換回路10-1~10-Nが出力する電流I1~INは、同一の値に収束して均一化される。 The control value calculation unit 20b repeatedly performs the process of determining the manipulated variables u1 to uN based on the total current Iout and the current command value Iref , at a predetermined feedback cycle. The switching control units 22-1 to 22-N control the power conversion circuits 10-1 to 10-N based on the manipulated variables u1 to uN that have been determined sequentially over time. As a result, the currents I1 to IN output by the power conversion circuits 10-1 to 10-N converge to the same value and become uniform.
この制御に用いられる電流計は、総合電流Ioutを測定するもののみでよい。したがって、電力変換システム108で用いられる電流計の数が削減され、構成が単純化される。 The ammeter used in this control only needs to measure the total current I out . Therefore, the number of ammeters used in the power conversion system 108 is reduced, and the configuration is simplified.
また、上記のように、電力変換回路10-1~10-Nのそれぞれが備える1次側スイッチング回路12のインダクタL1が1つの第1コネクタを構成し、電力変換回路10-1~10-Nのそれぞれが備える2次側スイッチング回路14のインダクタL2が1つの第2コネクタを構成した場合、第1コネクタと第2コネクタがずれて結合してしまうことがある。本実施形態によれば、第1コネクタと第2コネクタに結合ずれが生じ、各電力変換回路におけるトランス15の結合係数等にバラツキが生じた場合であっても、各電力変換回路に入力される電流、または各電力変換回路から出力される電流は均一化される。 Furthermore, as described above, if the inductor L1 of the primary-side switching circuit 12 in each of the power conversion circuits 10-1 to 10-N constitutes a single first connector, and the inductor L2 of the secondary-side switching circuit 14 in each of the power conversion circuits 10-1 to 10-N constitutes a single second connector, the first and second connectors may be misaligned during coupling. According to this embodiment, even if misalignment occurs between the first and second connectors, and variations occur in the coupling coefficients of the transformers 15 in each power conversion circuit, the current input to each power conversion circuit, or the current output from each power conversion circuit, is made uniform.
電力変換回路10-1~10-Nが出力する電流I1~INが同一の値に収束する原理について説明する。総合電流Ioutが電流指令値Irefに追従している場合、(数9)を一般化した式として、(数25)が成立する。 The principle by which the currents I1 to IN output by power conversion circuits 10-1 to 10-N converge to the same value is explained. When the total current Iout follows the current command value Iref , equation (25) holds true as a generalization of equation (9).
外乱信号Δ1~ΔNとして総和が0であるものを用いることで、(数25)の右辺第3項は0になる。また、総合操作量vに対して高域通過フィルタ処理を施す場合には、(数25)の右辺第1項は0になる。これらの条件の下では、総合操作量vacを表す式として(数26)が得られる。 By using disturbance signals Δ1 to ΔN whose sum is zero, the third term on the right-hand side of (Equation 25) becomes zero. Also, when a high-pass filter is applied to the total manipulated variable v, the first term on the right-hand side of (Equation 25) becomes zero. Under these conditions, (Equation 26) is obtained as the expression for the total manipulated variable vac .
総合操作量vacから、ゲイン誤差率Gerror:1~Gerror:Nを求める方法として、外乱信号Δ1~ΔNを直交関数列で表される信号とし、あるいは、直交関数列をなす各関数に定数を加えた関数列で表される信号とするものがある。この場合、ゲイン誤差率Gerror:i(i=1~N)は、総合操作量vacに含まれる外乱信号Δiの成分として求められる。 One method for determining the gain error rates Gerror: 1 to Gerror: N from the total manipulated variable v ac is to represent the disturbance signal Δ1 to ΔN as a sequence of orthogonal functions, or as a sequence of functions to which a constant is added to each function forming the orthogonal sequence. In this case, the gain error rate Gerror: i (i = 1 to N) is obtained as a component of the disturbance signal Δi included in the total manipulated variable v ac .
外乱信号Δiは、正則行列Aおよび直交関数列φ1~φN-1を用いて(数27)のように表される。 The disturbance signal Δi can be expressed using a regular matrix A and an orthogonal function sequence φ1 to φN -1 as shown in (Equation 27).
(数27)を(数26)に代入することで、(数28)が得られる。 By substituting (Equation 27) into (Equation 26), we obtain (Equation 28).
直交関数列の性質により、総合操作量vacに含まれる直交関数列φ1~φN-1の各成分gerror:1~gerror:N-1が、次の(数29)のように表される。 Due to the properties of orthogonal function sequences, each component g error:1 to g error:N-1 of the orthogonal function sequence φ1 to φN-1 included in the total manipulated variable vac can be expressed as follows (Equation 29).
ゲイン誤差率の総和は0であるため、正則行列AのN列目を全て等しい値としておくことで(数30)が成立する。 Since the sum of the gain error rates is 0, by setting the Nth column of the invertible matrix A to all equal values, equation (30) holds.
(数29)および(数30)をまとめることで、(数31)が得られる。 By combining (Equation 29) and (Equation 30), we obtain (Equation 31).
(数31)をゲイン誤差率Gerror:1~Gerror:Nについて解くことで、ゲイン誤差率Gerror:1~Gerror:Nを表す(数32)が得られる。 By solving (Equation 31) for gain error rates Gerror : 1 to Gerror : N , we obtain (Equation 32), which represents the gain error rates Gerror : 1 to Gerror: N.
(数32)には、ゲイン誤差率Gerror:1~Gerror:Nが、ゲイン誤差率gerror:1~gerror:N-1と正則行列Aを用いて表されることが示されている。(数29)および(数32)から明らかなように、ゲイン誤差率Gerror:1~Gerror:Nは、N-1個の直交関数列のそれぞれの成分を、総合操作量vacから抽出したものに基づいて表される。 Equation 32 shows that the gain error ratios Gerror : 1 to Gerror : N can be expressed using the gain error ratios gerror: 1 to gerror: N-1 and the invertible matrix A. As is clear from Equations 29 and 32, the gain error ratios Gerror: 1 to Gerror: N can be expressed based on the components of N-1 orthogonal function sequences extracted from the total manipulated variable vac .
図5に示されている電力変換システム108では、総合操作量vacからN-1相のゲイン誤差率gerror:1~gerror:N-1が抽出され、N-1相のゲイン誤差率gerror:1~gerror:N-1が時間積分されてN-1相のゲイン補正量Kd1~KdN-1が求められる。さらに、N-1相N相変換部52によって、N-1相のゲイン誤差率gerror:1~gerror:N-1がN相のゲイン補正量Kc1~KcNに変換され、ゲイン補正量Kc1~KcNのそれぞれから、関数処理部54によってN相の操作量補正係数K1~KNが求められる。 In the power conversion system 108 shown in Figure 5, the gain error rates g err:1 to g err:N-1 of the N-1 phase are extracted from the total manipulated variable v ac , and the gain error rates g err:1 to g err:N-1 of the N-1 phase are integrated over time to obtain the gain correction amounts K d1 to K dN-1 of the N-1 phase. Furthermore, the N-1 phase N-phase conversion unit 52 converts the gain error rates g err:1 to g err:N-1 of the N-1 phase into N-phase gain correction amounts K c1 to K cN , and the function processing unit 54 obtains the N-phase manipulated variable correction coefficients K 1 to K N from each of the gain correction amounts K c1 to K cN .
このように、電力変換システム108では、N相のゲイン誤差率Gerror:1~Gerror:Nが直接求められることはなく、N-1相のゲイン誤差率gerror:1~gerror:N-1が求められ、N-1相のゲイン誤差率gerror:1~gerror:N-1からN相の操作量補正係数K1~KNが求められる。N相の操作量補正係数K1~KNを求める処理に対しN-1相分の演算処理が行われるため、演算処理が簡略化される。 Thus, in the power conversion system 108, the gain error rates G err:1 to G err:N of the N phase are not directly determined. Instead, the gain error rates g err:1 to g err:N-1 of the N-1 phase are determined, and the N phase control variable correction coefficients K 1 to K N are determined from the N-1 phase gain error rates g err:1 to g err:N-1 . Since the calculation process for determining the N phase control variable correction coefficients K 1 to K N is performed for the N-1 phase, the calculation process is simplified.
このように、直接的に求められる値がN-1相分の値でよい理由は、ゲイン誤差率Gerror:1~Gerror:Nの総和が0であるという制約があるためである。すなわち、ゲイン誤差率Gerror:1~Gerror:Nのうち1つは、他のN-1個の値によって表され、ゲイン誤差率Gerror:1~Gerror:Nは、実際にはN-1個の値の情報を有しているためである。 The reason why the directly obtainable value can be the value for N-1 phases is due to the constraint that the sum of the gain error ratios Gerror:1 to Gerror:N is zero. In other words, one of the gain error ratios Gerror :1 to Gerror :N is represented by the other N-1 values, and the gain error ratios Gerror:1 to Gerror :N actually contain information for N-1 values.
直交関数列φ1~φN-1は、相互に直交する複数の三角関数であってよい。電力変換回路の個数が3つである場合、直交関数φ1およびφ2と、正則行列Aは、例えば(数33)によって次のように示される。 The orthogonal function sequences φ1 to φN -1 may be multiple mutually orthogonal trigonometric functions. When there are three power conversion circuits, the orthogonal functions φ1 and φ2 and the invertible matrix A can be shown, for example, by (equation 33) as follows.
電力変換回路の個数が2つである場合、関数φ1と正則行列Aは、例えば(数34)によって次のように示される。 When there are two power conversion circuits, the function φ1 and the invertible matrix A can be shown, for example, by (equation 34) as follows.
この場合、外乱信号は(数35)で表され、ゲイン誤差率Gerror:1およびGerror:2は(数36)で表される。 In this case, the disturbance signal is represented by (Equation 35), and the gain error rates Geror :1 and Geror :2 are represented by (Equation 36).
電力変換回路の個数が4つである場合、直交関数列φ1~φ3と、正則行列Aは、例えば(数37)で表される。ここで、電力変換回路の個数が4以上である場合、直交関数列には、2倍周波数以上の関数が含められる。 When there are four power conversion circuits, the orthogonal function sequences φ1 to φ3 and the invertible matrix A can be represented, for example, by (Equation 37). Here, when there are four or more power conversion circuits, the orthogonal function sequences include functions with frequencies of twice the frequency or higher.
電力変換回路の個数が5つである場合、直交関数列φ1~φ4と、正則行列Aは、例えば(数38)で表される。 If there are five power conversion circuits, the orthogonal function sequences φ1 to φ4 and the invertible matrix A can be represented, for example, by (Equation 38).
図6には、本発明の第3実施形態に係る電力変換システム110の構成が示されている。電力変換システム110が備える制御値演算部20cは、外乱発生部33、重畳器32-1~32-4、乗算器34-1~34-3、操作量調整部60、誤差抽出処理部64、積分処理部68、および関数処理部70を備えている。 Figure 6 shows the configuration of a power conversion system 110 according to a third embodiment of the present invention. The control value calculation unit 20c of the power conversion system 110 includes a disturbance generation unit 33, superimposing units 32-1 to 32-4, multipliers 34-1 to 34-3, a manipulated variable adjustment unit 60, an error extraction processing unit 64, an integration processing unit 68, and a function processing unit 70.
外乱発生部33は、低域通過フィルタLPF1~LPF4および係数乗算器35-1~35-4を備えている。外乱発生部33は、外乱関数信号φ1~φ4を取得し、外乱関数信号φ1~φ4のそれぞれの高域周波数成分を低域通過フィルタLPF1~LPF4によって低減して、係数乗算器35-1~35-4にそれぞれ出力する。低域通過フィルタLPF1~LPF4は、外乱関数信号φ1~φ4のスルーレートを低下させるものである。外乱関数信号φ1~φ4のスルーレートを低下させることで、操作量u1~uNが繰り返し求められる際の外乱関数信号φ1~φ4への追従性が向上する。各係数乗算器35-1~35-4は、低域通過フィルタLPFによって低域通過フィルタ処理が施された外乱関数信号φ1~φ4に、調整係数Δを乗算して外乱信号Δ1~Δ4を生成し、それぞれ、重畳器32-1~32-4に出力する。 The disturbance generation unit 33 includes low-pass filters LPF1 to LPF4 and coefficient multipliers 35-1 to 35-4. The disturbance generation unit 33 acquires disturbance function signals φ1 to φ4 , reduces the high-frequency components of each of the disturbance function signals φ1 to φ4 using the low-pass filters LPF1 to LPF4, and outputs them to the coefficient multipliers 35-1 to 35-4, respectively. The low-pass filters LPF1 to LPF4 reduce the slew rate of the disturbance function signals φ1 to φ4 . By reducing the slew rate of the disturbance function signals φ1 to φ4 , the tracking ability to the disturbance function signals φ1 to φ4 is improved when the manipulated variables u1 to uN are repeatedly determined. Each coefficient multiplier 35-1 to 35-4 generates disturbance signals Δ1 to Δ4 by multiplying the disturbance function signals φ1 to φ4 , which have been filtered by a low-pass filter (LPF), by an adjustment coefficient Δ, and outputs them to the superimposing units 32-1 to 32-4, respectively.
外乱関数信号φ1~φ4は、(数39)で表される外乱関数によって表される信号であってよい。ただし、本実施形態では、(数39)においてN=4である。(数39)で表される外乱関数信号φkは直交信号である。 The disturbance function signals φ1 to φ4 may be signals represented by the disturbance function shown in (Equation 39). However, in this embodiment, N=4 in (Equation 39). The disturbance function signal φk represented by (Equation 39) is an orthogonal signal.
(数39)に示される外乱関数信号φ1~φ4については、1つの外乱関数信号の値が活性値となり、かつ、他の外乱関数信号の値が非活性値となる時間帯がある。ここで、活性値は√FNまたは-√FNであり、非活性値は0である。外乱関数信号φ1~φ4は、時間経過と共に1つずつ順に活性値となる。φ1~φNが順に活性値をとる状態が一巡する周期1/fは、操作量u1~uNが繰り返し求められるフィードバック周期よりも長くなるように決定されてよい。 For the disturbance function signals φ1 to φ4 shown in (Equation 39), there is a period of time when the value of one disturbance function signal is active and the values of the other disturbance function signals are inactive. Here, the active value is √FN or -√FN, and the inactive value is 0. The disturbance function signals φ1 to φ4 become active one by one as time progresses. The period 1/f for the state in which φ1 to φN sequentially take on active values may be determined to be longer than the feedback period for which the manipulated variables u1 to uN are repeatedly obtained.
外乱関数信号φ1~φ4は、(数40)で表される外乱関数によって表される信号であってもよい。ただし、本実施形態では、(数40)においてN=4である。 The disturbance function signals φ1 to φ4 may be signals represented by the disturbance function shown in (Equation 40). However, in this embodiment, N = 4 in (Equation 40).
(数40)に示される外乱関数信号φ1~φ4についても、1つの外乱関数信号の値が活性値となり、かつ、他の外乱関数信号の値が非活性値となる時間帯がある。ここで、活性値は1であり、非活性値は0である。外乱関数信号φ1~φ4は、時間経過と共に1つずつ順に活性値となる。φ1~φNが順に活性値をとる状態が一巡する周期1/fは、操作量u1~uNが繰り返し求められるフィードバック周期よりも長くなるように決定されてよい。 For the disturbance function signals φ1 to φ4 shown in (Equation 40), there is a time period in which the value of one disturbance function signal becomes an active value, and the values of the other disturbance function signals become inactive values. Here, the active value is 1 and the inactive value is 0. The disturbance function signals φ1 to φ4 become active one by one in sequence as time progresses. The period 1/f in which the state in which φ1 to φN sequentially take on active values is completed may be determined to be longer than the feedback period in which the manipulated variables u1 to uN are repeatedly obtained.
重畳器32-1~32-4は、総合操作量vに外乱信号Δ1~Δ4をそれぞれ個別に加算し、外乱重畳信号v1~v4を、それぞれ、乗算器34-1~34-4に出力する。 The superimposing units 32-1 to 32-4 each individually add the disturbance signals Δ1 to Δ4 to the total manipulated variable v, and output the disturbance superimposed signals v1 to v4 to the multipliers 34-1 to 34-4, respectively.
上記のように、外乱関数信号φ1~φ4については、1つの外乱関数信号の値が活性値となり、かつ、他の外乱関数信号の値が非活性値となる時間帯がある。そして、外乱関数信号φ1~φ4は、時間経過と共に1つずつ順に活性値となる。したがって、外乱重畳信号v1~v4は、時分割で、時間経過と共に順に外乱関数信号φ1~φ4に対応した値を有する。 As described above, for the disturbance function signals φ1 to φ4 , there is a time period in which the value of one disturbance function signal becomes active, while the values of the other disturbance function signals become inactive. Then, the disturbance function signals φ1 to φ4 become active one by one as time progresses. Therefore, the superimposed disturbance signals v1 to v4 have values corresponding to the disturbance function signals φ1 to φ4 in a time-division manner as time progresses.
操作量調整部60は、高域通過フィルタHPFおよび係数乗算器62を備えている。高域通過フィルタHPFは、総合操作量vから直流成分を取り除いた総合操作量wacを生成する。係数乗算器62は、総合操作量vacに-4/Δを乗じて、総合操作量vac=-4vac/Δを誤差抽出処理部64に出力する。 The manipulated variable adjustment unit 60 includes a high-pass filter (HPF) and a coefficient multiplier 62. The high-pass filter (HPF) generates a total manipulated variable w ac by removing the DC component from the total manipulated variable v. The coefficient multiplier 62 multiplies the total manipulated variable v ac by -4/Δ and outputs the total manipulated variable v ac = -4v ac /Δ to the error extraction processing unit 64.
誤差抽出処理部64は、乗算器1-1~1-4、平均値演算部66および減算器2-1~2-4を備えている。乗算器1-1~1-4は、操作量調整部60から出力された総合操作量wacに、低域通過フィルタ処理が施された外乱関数信号φ1~φ4を個別に乗じて、乗算値としてゲイン誤差率Gerror:1~Gerror:4を求める。平均値演算部66は、φ1vac~φ4vacの平均値Vmeanを求める。減算器2-1~2-4は、ゲイン誤差率Gerror:1~Gerror:4のそれぞれからVmeanを減算したゲイン誤差率Ge1~Ge4を求め、積分処理部68に出力する。 The error extraction processing unit 64 includes multipliers 1-1 to 1-4, an average calculation unit 66, and subtractors 2-1 to 2-4. Multipliers 1-1 to 1-4 individually multiply the total manipulated variable w ac output from the manipulated variable adjustment unit 60 by the disturbance function signals φ1 to φ4 , which have been subjected to a low-pass filter, to obtain the gain error rates G err:1 to G err:4 as multiplied values. The average calculation unit 66 calculates the average value V mean of φ1 v ac to φ4 v ac . Subtractors 2-1 to 2-4 calculate the gain error rates Ge1 to Ge4 by subtracting V mean from each of the gain error rates G err:1 to G err:4 , and output them to the integration processing unit 68.
上記のように、外乱関数信号φ1~φ4については、1つの外乱関数信号の値が活性値となり、かつ、他の外乱関数信号の値が非活性値となる時間帯がある。そして、外乱関数信号φ1~φ4は、時間経過と共に1つずつ順に活性値となる。また、ゲイン誤差率Gerror:1~Gerror:4は、総合操作量vacに、低域通過フィルタ処理が施された外乱関数信号φ1~φ4を個別に乗じて得られる値である。したがって、ゲイン誤差率Gerror:1~Gerror:4の瞬時値は、外乱関数信号φ1~φ4のいずれかの成分が総合操作量vacから抽出された値となる。すなわち、ゲイン誤差率Gerror:1~Gerror:4は、時分割で、時間経過と共に1つずつ順に外乱関数信号φ1~φ4に対応する値を有する。 As described above, for the disturbance function signals φ1 to φ4 , there is a time period in which the value of one disturbance function signal is active and the values of the other disturbance function signals are inactive. Then, the disturbance function signals φ1 to φ4 become active one by one as time progresses. Furthermore, the gain error ratios Gerror :1 to Gerror:4 are values obtained by individually multiplying the total manipulated variable vac by the disturbance function signals φ1 to φ4 , which have been subjected to low-pass filtering. Therefore, the instantaneous value of the gain error ratios Gerror :1 to Gerror :4 is the value extracted from the total manipulated variable vac for any component of the disturbance function signals φ1 to φ4 . In other words, the gain error ratios Gerror :1 to Gerror :4 have values corresponding to the disturbance function signals φ1 to φ4 one by one as time progresses, in a time-division manner.
ゲイン誤差率Gerror:1~Gerror:4は、外乱信号Δ1~Δ4のそれぞれに対応する誤差成分に相当する。この誤差成分は、総合操作量vに外乱信号Δ1~Δ4が重畳されたことによって外乱重畳信号に含まれることとなった誤差に対応する。誤差成分としてのゲイン誤差率Ge1~Ge4は、誤差抽出処理部64によって総合操作量vacから抽出される。 The gain error rates G err:1 to G err:4 correspond to the error components of the disturbance signals Δ1 to Δ4 , respectively. These error components correspond to the errors that become included in the superimposed disturbance signal when the disturbance signals Δ1 to Δ4 are superimposed on the overall manipulated variable v. The gain error rates G e1 to G e4 as error components are extracted from the overall manipulated variable v ac by the error extraction processing unit 64.
また、減算器2-1~2-4が、ゲイン誤差率Gerror:1~Gerror:4からVmeanを減算している理由は、ゲイン誤差率Ge1~Ge4の総和を0とするためである。 Furthermore, the reason why subtractors 2-1 to 2-4 subtract V mean from the gain error rates G err: 1 to G err: 4 is to make the sum of the gain error rates G e1 to G e4 equal to 0.
積分処理部68は、ゲイン誤差率Ge1~Ge4のそれぞれを所定時間に亘って時間積分し、これによって得られた時間積分値に所定の係数を乗じてゲイン補正量Kc1~Kc4を求め、関数処理部70に出力する。関数処理部70は、ゲイン補正量Kc1~Kc4に対する指数関数値として、操作量補正係数K1~K4を求め、それぞれ、乗算器34-1~34-4に出力する。 The integration processing unit 68 integrates each of the gain error rates G e1 to G e4 over a predetermined time, multiplies the resulting time integral value by a predetermined coefficient to obtain the gain correction amounts K c1 to K c4 , and outputs them to the function processing unit 70. The function processing unit 70 obtains the manipulated variable correction coefficients K 1 to K 4 as exponential values for the gain correction amounts K c1 to K c4 , and outputs them to the multipliers 34-1 to 34-4, respectively.
このように、積分処理部68および関数処理部70は、総合操作量vの誤差成分に基づいて、4つの外乱重畳信号のそれぞれに対する補正係数を求める補正係数決定処理を実行し、操作量補正係数K1~K4を求める。 In this way, the integration processing unit 68 and the function processing unit 70 perform a correction coefficient determination process to determine the correction coefficient for each of the four disturbance superimposed signals based on the error component of the overall manipulated variable v, thereby determining the manipulated variable correction coefficients K1 to K4 .
乗算器34-1~34-4は、外乱重畳信号v1~v4に対して、操作量補正係数K1~K4を用いた補正処理を施し、操作量u1~u4を生成する。すなわち、乗算器34-1~34-4は、外乱重畳信号v1~v4に、それぞれ操作量補正係数K1~K4を乗じて操作量u1~u4を生成し、それぞれ、スイッチング制御部22-1~22-4に出力する。スイッチング制御部22-1~22-4は、(数3)に基づいてそれぞれ位相差δ1~δ4を求める。スイッチング制御部22-1~22-4は、それぞれ、電力変換回路10-1~10-4を位相差δ1~δ4で制御する。 Multipliers 34-1 to 34-4 apply a correction process to the disturbance superimposed signals v1 to v4 using manipulated variable correction coefficients K1 to K4 to generate manipulated variables u1 to u4 . That is, multipliers 34-1 to 34-4 multiply the disturbance superimposed signals v1 to v4 by the manipulated variable correction coefficients K1 to K4 to generate manipulated variables u1 to u4 , and output them to switching control units 22-1 to 22-4, respectively. Switching control units 22-1 to 22-4 determine the phase differences δ1 to δ4 , respectively, based on (Equation 3). Switching control units 22-1 to 22-4 control the power conversion circuits 10-1 to 10-4, respectively, with the phase differences δ1 to δ4.
制御値演算部20cは、総合電流Ioutと電流指令値Irefに基づいて、操作量u1~u4を求める処理を、所定のフィードバック周期で繰り返し実行する。スイッチング制御部22-1~22-4は、時間経過と共に順次求められた操作量u1~u4に基づいて、電力変換回路10-1~10-4を制御する。これによって、電力変換回路10-1~10-4が出力する電流I1~I4は、同一の値に収束して均一化される。 The control value calculation unit 20c repeatedly performs the process of determining the manipulated variables u1 to u4 based on the total current Iout and the current command value Iref at a predetermined feedback cycle. The switching control units 22-1 to 22-4 control the power conversion circuits 10-1 to 10-4 based on the manipulated variables u1 to u4 that have been determined sequentially over time. As a result, the currents I1 to I4 output by the power conversion circuits 10-1 to 10-4 converge to the same value and become uniform.
この制御に用いられる電流計は、総合電流Ioutを測定するもののみでよい。したがって、電力変換システム110で用いられる電流計の数が削減され、構成が単純化される。 The ammeter used in this control only needs to measure the total current I out . Therefore, the number of ammeters used in the power conversion system 110 is reduced, and the configuration is simplified.
図7および図8には、第3実施形態に係る電力変換システム110について行ったシミュレーションの結果が示されている。各図における横軸は時間を示し、縦軸は電流を示す。(数1)で定義される電力変換回路10-1~10-4のゲインをそれぞれG1~G4とし、ゲインG2を基準とした場合について、ゲインG1が+10%、ゲインG3が-10%、ゲインG4が-20%と設定された。図7に示されているように、電力変換回路10-1~10-4の正極出力端子Tp2から流出する電流I1~I4は、時間経過と共に同一値に向かって収束している。 Figures 7 and 8 show the results of a simulation performed on the power conversion system 110 according to the third embodiment. In each figure, the horizontal axis represents time and the vertical axis represents current. The gains of the power conversion circuits 10-1 to 10-4 defined by (Equation 1) are G1 to G4 , respectively, and with gain G2 as the reference, gain G1 is set to +10%, gain G3 to -10%, and gain G4 to -20%. As shown in Figure 7, the currents I1 to I4 flowing out from the positive output terminal Tp2 of the power conversion circuits 10-1 to 10-4 converge toward the same value over time.
図8には、電流I1~I4が収束した後における電流I1~I4と、総合電流Ioutが示されている。図8の縦軸は、図7の縦軸よりも引き伸ばされている。電流I1~I4のリプル率は1.4%であり、電流I1~I4に含まれるリプル成分は、互いに抑制し合うため、総合電流Ioutのリプル率は、1.4%未満に抑制されている。 Figure 8 shows the currents I1 to I4 after they have converged, and the total current Iout . The vertical axis in Figure 8 is stretched compared to the vertical axis in Figure 7. The ripple rate of currents I1 to I4 is 1.4%, and because the ripple components contained in currents I1 to I4 suppress each other, the ripple rate of the total current Iout is suppressed to less than 1.4%.
上記では、並列型電力変換回路の並列端子TP2に流れる電流を総合電流Ioutとし、総合電流Ioutの測定値に基づいて、並列型電力変換装置を制御する実施形態が示された。このような制御の他、並列端子TG2に流れる電流、並列端子TP1に流れる電流または並列端子TG2に流れる電流を総合電流Ioutとし、総合電流Ioutの測定値に基づいて、同様の制御が並列型電力変換装置に対して行われてもよい。この場合、総合電流Ioutとされる電流が流れる端子に電流計13が接続される。 The above describes an embodiment in which the current flowing through the parallel terminal TP2 of the parallel power conversion circuit is defined as the total current Iout , and the parallel power conversion device is controlled based on the measured value of the total current Iout . In addition to this control, the current flowing through the parallel terminal TG2, the current flowing through the parallel terminal TP1, or the current flowing through the parallel terminal TG2 is defined as the total current Iout , and similar control may be performed on the parallel power conversion device based on the measured value of the total current Iout . In this case, an ammeter 13 is connected to the terminal through which the current defined as the total current Iout flows.
[本発明の構成]
構成1:
並列接続された複数の電力変換回路における並列接続端に流れる電流の測定値と電流指令値との差異に基づいて、総合操作量を求める操作量決定処理と、
前記総合操作量に対し、複数の異なる外乱信号を個別に重畳して、複数の外乱重畳信号を生成する重畳処理と、
複数の異なる前記外乱信号に対応する1つまたは複数の成分を前記総合操作量から抽出し、複数の異なる前記外乱信号に対応する1つまたは複数の誤差成分を求める誤差抽出処理と、
前記誤差成分に基づいて、複数の前記外乱重畳信号のそれぞれに対する補正係数を求める補正係数決定処理と、
複数の前記外乱重畳信号のそれぞれに対して、前記補正係数を用いた補正処理を施して、複数の前記電力変換回路のそれぞれに対する操作量を求める操作量決定処理と、
を実行することを特徴とする電力変換回路制御装置。
構成2:
構成1に記載の電力変換回路制御装置であって、
複数の前記外乱信号は、直交関数列で表されることを特徴とする電力変換回路制御装置。
構成3:
構成2に記載の電力変換回路制御装置であって、
複数の前記外乱信号は、相互に直交する複数の三角関数で表されることを特徴とする電力変換回路制御装置。
構成4
構成1に記載の電力変換回路制御装置であって、
複数の前記外乱信号は、複数の外乱関数であって、1つの関数の値が活性値となり、かつ、他の関数の値が非活性値となる時間帯があり、時間経過と共に1つずつ順に活性値となる複数の外乱関数で表されることを特徴とする電力変換回路制御装置。
構成5:
構成4に記載の電力変換回路制御装置であって、
複数の前記外乱信号は、
複数の前記外乱関数で表される複数の信号のそれぞれに対して、低域通過フィルタ処理を施して得られる複数の信号であることを特徴とする電力変換回路制御装置。
構成6:
構成4または構成5に記載の電力変換回路制御装置であって、
前記誤差抽出処理は、
前記総合操作量に基づく値に複数の前記外乱信号をそれぞれ乗算することで、各前記誤差成分を前記総合操作量から抽出する処理を含むことを特徴とする電力変換回路制御装置。
構成7:
構成4または構成5に記載の電力変換回路制御装置であって、
前記誤差抽出処理は、
前記総合操作量に基づく値に複数の前記外乱信号をそれぞれ乗算して得られた複数の乗算値の平均値を求め、複数の前記乗算値のそれぞれから前記平均値を減算することで、各前記誤差成分を求めることを特徴とする電力変換回路制御装置。
構成8:
構成1から構成7のいずれか1つに記載の電力変換回路制御装置であって、
前記補正係数決定処理は、
各前記誤差成分に対する時間積分を実行し、各前記誤差成分の時間積分値に基づく値を独立変数とする各単調増加関数に基づいて、各前記補正係数を求める処理を含むことを特徴とする電力変換回路制御装置。
構成9:
構成1から構成8のいずれか1つに記載の電力変換回路制御装置であって、
複数の前記電力変換回路のそれぞれに対する前記操作量に基づいて、各前記電力変換回路を制御するスイッチング制御部を備え、
各前記電力変換回路は、
トランスによって結合した1次側スイッチング回路および2次側スイッチング回路を備え、
前記スイッチング制御部は、
前記操作量に基づいて、前記1次側スイッチング回路のスイッチング位相と、前記2次側スイッチング回路の位相との差異を制御することを特徴とする電力変換回路制御装置。
[Structure of the present invention]
Configuration 1:
A manipulated variable determination process that determines the overall manipulated variable based on the difference between the measured value of the current flowing at the parallel connection terminals of multiple power conversion circuits connected in parallel and the current command value,
A superposition process is performed to generate multiple superimposed disturbance signals by individually superimposing multiple different disturbance signals onto the aforementioned total manipulated quantity.
An error extraction process that extracts one or more components corresponding to multiple different disturbance signals from the total manipulated variable and determines one or more error components corresponding to multiple different disturbance signals,
A correction coefficient determination process that determines a correction coefficient for each of the multiple disturbance superimposed signals based on the error component,
A control variable determination process is performed to determine the control variable for each of the multiple disturbance superimposed signals by applying a correction process using the correction coefficient, and determining the control variable for each of the multiple power conversion circuits.
A power conversion circuit control device characterized by performing the following:
Configuration 2:
The power conversion circuit control device described in Configuration 1,
A power conversion circuit control device characterized in that the multiple disturbance signals are represented by an orthogonal function sequence.
Configuration 3:
The power conversion circuit control device described in configuration 2,
A power conversion circuit control device characterized in that the multiple disturbance signals are represented by a plurality of mutually orthogonal trigonometric functions.
Configuration 4
The power conversion circuit control device described in Configuration 1,
The power conversion circuit control device is characterized in that the multiple disturbance signals are represented by multiple disturbance functions, where there is a time period in which the value of one function becomes an active value and the values of the other functions become inactive values, and each of the multiple disturbance functions becomes an active value one by one as time progresses.
Configuration 5:
The power conversion circuit control device described in configuration 4,
Multiple disturbance signals are,
A power conversion circuit control device characterized by being a plurality of signals obtained by applying a low-pass filter to each of the plurality of signals represented by the plurality of disturbance functions.
Configuration 6:
A power conversion circuit control device according to configuration 4 or configuration 5,
The error extraction process described above is:
A power conversion circuit control device characterized by including a process of extracting each error component from the total manipulated variable by multiplying each of the disturbance signals by a value based on the total manipulated variable.
Configuration 7:
A power conversion circuit control device according to configuration 4 or configuration 5,
The error extraction process described above is:
A power conversion circuit control device characterized by calculating the average value of a plurality of multiplied values obtained by multiplying a value based on the total manipulated variable by a plurality of disturbance signals, and then calculating each error component by subtracting the average value from each of the plurality of multiplied values.
Configuration 8:
A power conversion circuit control device according to any one of configurations 1 to 7,
The correction coefficient determination process is as follows:
A power conversion circuit control device characterized by including a process of performing a time integral on each of the error components and determining each of the correction coefficients based on each monotonically increasing function whose independent variable is a value based on the time integral value of each of the error components.
Composition 9:
A power conversion circuit control device according to any one of configurations 1 to 8,
The system includes a switching control unit that controls each of the multiple power conversion circuits based on the operation amount for each of the power conversion circuits,
Each of the aforementioned power conversion circuits is:
It comprises a primary-side switching circuit and a secondary-side switching circuit coupled by a transformer,
The switching control unit,
A power conversion circuit control device characterized by controlling the difference between the switching phase of the primary switching circuit and the phase of the secondary switching circuit based on the manipulated amount.
10-1~10-N 電力変換回路、12 1次側スイッチング回路、13 電流計、14 2次側スイッチング回路、15 トランス、2-1~2-4,16 減算器、18 比例積分制御器、20,20a,20b,20c,43 制御値演算部、22-1~22-N スイッチング制御部、24 加算合計器、30,31,33 外乱発生部、32-1~32-N 重畳器、1-1~1-4,34-1~34-N 乗算器、35-1~35-4,46,62 係数乗算器、36,48,64 誤差抽出処理部、38,50,68 積分処理部、40 2相3相変換部、42,54,70 関数処理部、44,60 操作量調整部、50 N-1相N相変換部、66 平均値演算部、100 並列型電力変換装置、102 電力変換回路制御装置、104,106,108 電力変換システム。
10-1 to 10-N Power conversion circuit, 12 Primary switching circuit, 13 Ammeter, 14 Secondary switching circuit, 15 Transformer, 2-1 to 2-4, 16 Subtractor, 18 Proportional-integral controller, 20, 20a, 20b, 20c, 43 Control value calculation unit, 22-1 to 22-N Switching control unit, 24 Adder/totaler, 30, 31, 33 Disturbance generation unit, 32-1 to 32-N Superimulator, 1-1 to 1-4, 34-1 to 34-N Multiplier, 35-1 to 35-4, 46, 62 Coefficient multiplier, 36, 48, 64 Error extraction processing unit, 38, 50, 68 Integral processing unit, 40 Two-phase to three-phase conversion unit, 42, 54, 70 Function processing unit, 44, 60 Manipulated variable adjustment unit, 50 N-1 phase N phase conversion unit, 66 average value calculation unit, 100 parallel type power converter, 102 power conversion circuit control device, 104, 106, 108 power conversion system.
Claims (9)
前記総合操作量に対し、複数の異なる外乱信号を個別に重畳して、複数の外乱重畳信号を生成する重畳処理と、
複数の異なる前記外乱信号に対応する1つまたは複数の成分を前記総合操作量から抽出し、複数の異なる前記外乱信号に対応する1つまたは複数の誤差成分を求める誤差抽出処理と、
前記誤差成分に基づいて、複数の前記外乱重畳信号のそれぞれに対する補正係数を求める補正係数決定処理と、
複数の前記外乱重畳信号のそれぞれに対して、前記補正係数を用いた補正処理を施して、複数の前記電力変換回路のそれぞれに対する操作量を求める操作量決定処理と、
を実行することを特徴とする電力変換回路制御装置。 A manipulated variable determination process that determines the overall manipulated variable based on the difference between the measured value of the current flowing at the parallel connection terminals of multiple power conversion circuits connected in parallel and the current command value,
A superposition process is performed to generate multiple superimposed disturbance signals by individually superimposing multiple different disturbance signals onto the aforementioned total manipulated quantity.
An error extraction process that extracts one or more components corresponding to multiple different disturbance signals from the total manipulated variable and determines one or more error components corresponding to multiple different disturbance signals,
A correction coefficient determination process that determines a correction coefficient for each of the multiple disturbance superimposed signals based on the error component,
A control variable determination process is performed to determine the control variable for each of the multiple disturbance superimposed signals by applying a correction process using the correction coefficient, and determining the control variable for each of the multiple power conversion circuits.
A power conversion circuit control device characterized by performing the following:
複数の前記外乱信号は、直交関数列で表されることを特徴とする電力変換回路制御装置。 A power conversion circuit control device according to claim 1,
A power conversion circuit control device characterized in that the multiple disturbance signals are represented by an orthogonal function sequence.
複数の前記外乱信号は、相互に直交する複数の三角関数で表されることを特徴とする電力変換回路制御装置。 A power conversion circuit control device according to claim 2,
A power conversion circuit control device characterized in that the multiple disturbance signals are represented by a plurality of mutually orthogonal trigonometric functions.
複数の前記外乱信号は、複数の外乱関数であって、1つの関数の値が活性値となり、かつ、他の関数の値が非活性値となる時間帯があり、時間経過と共に1つずつ順に活性値となる複数の外乱関数で表されることを特徴とする電力変換回路制御装置。 A power conversion circuit control device according to claim 1,
The power conversion circuit control device is characterized in that the multiple disturbance signals are represented by multiple disturbance functions, where there is a time period in which the value of one function becomes an active value and the values of the other functions become inactive values, and each of the multiple disturbance functions becomes an active value one by one as time progresses.
複数の前記外乱信号は、
複数の前記外乱関数で表される複数の信号のそれぞれに対して、低域通過フィルタ処理を施して得られる複数の信号であることを特徴とする電力変換回路制御装置。 A power conversion circuit control device according to claim 4,
Multiple disturbance signals are,
A power conversion circuit control device characterized by having multiple signals obtained by applying a low-pass filter to each of the multiple signals represented by the multiple disturbance functions.
前記誤差抽出処理は、
前記総合操作量に基づく値に複数の前記外乱信号をそれぞれ乗算することで、各前記誤差成分を前記総合操作量から抽出する処理を含むことを特徴とする電力変換回路制御装置。 A power conversion circuit control device according to claim 4 or claim 5,
The error extraction process described above is:
A power conversion circuit control device characterized by including a process of extracting each error component from the total manipulated variable by multiplying each of the disturbance signals by a value based on the total manipulated variable.
前記誤差抽出処理は、
前記総合操作量に基づく値に複数の前記外乱信号をそれぞれ乗算して得られた複数の乗算値の平均値を求め、複数の前記乗算値のそれぞれから前記平均値を減算することで、各前記誤差成分を求めることを特徴とする電力変換回路制御装置。 A power conversion circuit control device according to claim 4 or claim 5,
The error extraction process described above is:
A power conversion circuit control device characterized by calculating the average value of a plurality of multiplied values obtained by multiplying a value based on the total manipulated variable by a plurality of disturbance signals, and then calculating each error component by subtracting the average value from each of the plurality of multiplied values.
前記補正係数決定処理は、
各前記誤差成分に対する時間積分を実行し、各前記誤差成分の時間積分値に基づく値を独立変数とする各単調増加関数に基づいて、各前記補正係数を求める処理を含むことを特徴とする電力変換回路制御装置。 A power conversion circuit control device according to claim 1,
The correction coefficient determination process is as follows:
A power conversion circuit control device characterized by including a process of performing a time integral on each of the error components and determining each of the correction coefficients based on each monotonically increasing function whose independent variable is a value based on the time integral value of each of the error components.
複数の前記電力変換回路のそれぞれに対する前記操作量に基づいて、各前記電力変換回路を制御するスイッチング制御部を備え、
各前記電力変換回路は、
トランスによって結合した1次側スイッチング回路および2次側スイッチング回路を備え、
前記スイッチング制御部は、
前記操作量に基づいて、前記1次側スイッチング回路のスイッチング位相と、前記2次側スイッチング回路の位相との差異を制御することを特徴とする電力変換回路制御装置。
A power conversion circuit control device according to claim 1,
The system includes a switching control unit that controls each of the multiple power conversion circuits based on the operation amount for each of the power conversion circuits,
Each of the aforementioned power conversion circuits is:
It comprises a primary-side switching circuit and a secondary-side switching circuit coupled by a transformer,
The switching control unit,
A power conversion circuit control device characterized by controlling the difference between the switching phase of the primary switching circuit and the phase of the secondary switching circuit based on the manipulated amount.
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| JP2022113193A (en) | 2021-01-25 | 2022-08-04 | 株式会社明電舎 | Power conversion system and control method of power conversion system |
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