JP4844180B2 - Power converter and control method thereof - Google Patents
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Description
本発明は直流部を共有し、交流出力端子がリアクトルを介して接続される二組の三相電圧型PWM変換器により構成される電力変換器に関し、特に三相電圧型PWM変換器間を循環する零相電流の抑制に関する。 The present invention relates to a power converter configured by two sets of three-phase voltage type PWM converters that share a DC unit and whose AC output terminals are connected via a reactor, and in particular, circulates between the three-phase voltage type PWM converters. It relates to the suppression of zero-phase current.
電力変換器の容量を増やす方法として、特許文献1の図1記載のように二組の三相電圧型PWM変換器の交流出力端子を、リアクトルを介して並列接続する方法が知られている。 As a method of increasing the capacity of a power converter, a method of connecting AC output terminals of two sets of three-phase voltage type PWM converters in parallel via a reactor as shown in FIG.
この構成では二組の三相電圧型PWM変換器の間にトランスを介さないため、零相電流が両変換器を循環する。この零相電流には、スイッチングに伴い、原理的に流れうる零相電流のほか、スイッチングタイミングのばらつきなどによって、理論的には流れないはずの直流を含む低周波の零相電流が含まれる。零相電流は変換器の損失を増やすだけであるため、機器効率向上のためには、できるだけ零相電流を低減する必要がある。 In this configuration, since no transformer is interposed between the two sets of three-phase voltage type PWM converters, a zero-phase current circulates through both converters. This zero-phase current includes not only a zero-phase current that can flow in principle with switching, but also a low-frequency zero-phase current including a direct current that should not flow theoretically due to variations in switching timing. Since the zero-phase current only increases the loss of the converter, it is necessary to reduce the zero-phase current as much as possible in order to improve device efficiency.
この零相電流を低減する方法として、各相の電流検出値を加算し、その値に応じて出力電圧を制御し、零相電流を低減する方法が特許文献1にて提案されている。零相電流には直流成分も流れうるため、零相電流を検出する電流検出器はホールCTであることが望ましい。 As a method for reducing the zero-phase current, Patent Document 1 proposes a method for adding a current detection value of each phase and controlling the output voltage in accordance with the value to reduce the zero-phase current. Since a DC component can also flow in the zero-phase current, the current detector that detects the zero-phase current is preferably a Hall CT.
電力変換器が運転を開始すると半導体スイッチング素子やフィルタリアクトルにおいて損失が発生し、周囲温度が上昇する。周囲温度が上昇すると電流検出器の温度も上昇し、電流検出器の出力が温度ドリフトにより変化する。そのため、検出値には誤差が重畳する。 When the power converter starts operation, a loss occurs in the semiconductor switching element and the filter reactor, and the ambient temperature rises. When the ambient temperature rises, the temperature of the current detector also rises, and the output of the current detector changes due to temperature drift. Therefore, an error is superimposed on the detected value.
特許文献1に記載の方法により直流部が共通の二組の三相電圧型PWM変換器を循環する零相電流を抑制する場合、該電流検出器の検出値に含まれる直流電流検出値と温度ドリフトによるオフセットとの見分けがつかないため、検出値に含まれる誤差分だけ零相を流すことになる。 When the zero-phase current circulating through two sets of three-phase voltage type PWM converters having a common DC section is suppressed by the method described in Patent Document 1, the DC current detection value and temperature included in the detection value of the current detector Since it cannot be distinguished from the offset due to drift, the zero phase is caused to flow by an error included in the detected value.
本発明の目的は、温度ドリフトによる電流検出誤差を低減し、二組の三相電圧型PWM変換器を循環する零相電流を抑制することにある。 An object of the present invention is to reduce a current detection error due to temperature drift and to suppress a zero-phase current circulating through two sets of three-phase voltage type PWM converters.
本発明の電力変換器は、直流部を共有し、交流出力端子がリアクトルを介して接続される二組の三相電圧型PWM変換器を備え、各三相電圧型PWM変換器に電流検出器を備え、該電流検出器の出力の差を用いて三相電圧型PWM変換器の零相出力電圧を変化させる。 The power converter of the present invention includes two sets of three-phase voltage type PWM converters that share a direct current section and whose AC output terminals are connected via a reactor, and each three-phase voltage type PWM converter has a current detector. The zero-phase output voltage of the three-phase voltage type PWM converter is changed using the difference in the output of the current detector.
本発明の電力変換器は精度よく零相電流を検出できる。また、該検出値を用いて零相電流を制御することで二組の三相電圧型PWM変換器を循環する零相電流を精度よく抑制することができる。 The power converter of the present invention can detect the zero-phase current with high accuracy. Further, by controlling the zero-phase current using the detected value, the zero-phase current circulating through the two sets of three-phase voltage type PWM converters can be accurately suppressed.
本発明の詳細を図面を用いながら説明する。 Details of the present invention will be described with reference to the drawings.
本実施例を、図1を用いて説明する。図1に示す電力変換器は並列多重のコンバータである。図1の符号1は本実施例の電力変換器の主回路、100は本実施例の電力変換器の論理部、8は交流電源、20は負荷である。本実施例の電力変換器は、交流電源8より得られる交流電力を直流電力に変換し、負荷20に供給する。
This embodiment will be described with reference to FIG. The power converter shown in FIG. 1 is a parallel multiplex converter. 1 is a main circuit of the power converter of this embodiment, 100 is a logic unit of the power converter of this embodiment, 8 is an AC power source, and 20 is a load. The power converter according to the present embodiment converts AC power obtained from the
電力変換器の主回路1は、直流部を共有する三相電圧型PWM変換器2、3、トランス7、フィルタリアクトル4、5、直流コンデンサ6により構成される。直流コンデンサ6の端子電圧は電圧検出器12で、三相電圧型PWM変換器2の交流出力相電流は電流検出器13、14、15で、三相電圧型PWM変換器3の交流出力相電流は電流検出器16、17、18で、三相電圧型PWM変換器2、3を循環する零相電流は電流検出器10、11で、トランス7の二次側電圧は電圧検出器19で検出され、検出値は論理部100に入力される。
The main circuit 1 of the power converter includes three-phase voltage
論理部100は、三相電圧型PWM変換器2、3の直流電圧が指令値Vdcref に追従するよう三相電圧型PWM変換器2、3のIGBTのゲート信号Gate1、Gate2を算出する。具体的には、位相検出器101にてトランス7の二次側電圧の位相を算出し、電圧位相を電流制御器102、107に出力する。電流制御器102、107は、電圧位相を用いて各PWM変換器の相電流をα−β変換およびd−q変換し、PWM変換器の有効電流が直流電圧制御器106にて直流コンデンサ電圧を指令値Vdcref に追従するよう算出された有効電流指令値に追従するよう、さらにPWM変換器の無効電流が0になるよう電圧d軸成分およびq軸成分を算出し、その値を逆d−q変換、2相−3相変換を施して三相の電圧指令値を算出する。
The
電流のα−β変換を(数1式)に示す。α−β変換をする時点で零相成分がキャンセルされるため、上記制御は零相と独立である。 The α-β conversion of current is shown in (Expression 1). Since the zero phase component is canceled at the time of α-β conversion, the above control is independent of the zero phase.
電流制御器107の出力値はPWM演算器109に入力され、PWM演算器109はキャリアと電流制御器107の出力値の大小比較を行い、ゲート信号Gate2 を算出する。ゲート信号Gate2 は三相電圧型PWM変換器3に入力され、IGBTをオン、オフする。
The output value of the
本発明のポイントである、零相電流制御部について説明する。三相電圧PWM変換器2、3を循環する零相電流は電流検出器10および電流検出器11により検出される。電流検出器10と電流検出器11は同じ型式の電流検出器である。三相電圧PWM変換器2、3を循環する零相電流に対して、電流検出器10と電流検出器11の電流方向は逆である。
The zero-phase current control unit, which is the point of the present invention, will be described. The zero-phase current circulating through the three-phase
変換器が運転すると、リアクトルなど周囲の電気部品の温度が上昇し、電流検出器10、11の温度も上がる。そのため、温度ドリフトの影響により電流検出値にオフセットが重畳する。電流検出器が同じ型式であれば、温度ドリフトによる影響は同様の傾向を示す。電流検出値における温度ドリフトによるオフセット相殺の原理を、図2を用いて説明する。
When the converter is operated, the temperature of surrounding electrical components such as the reactor rises, and the temperature of the
図2(a)、図2(b)には電流検出器10および電流検出器11の電流検出値を示す。電流検出器10および電流検出器11の出力値には、温度ドリフトによるオフセットが重畳する。並列多重コンバータにおいて、三相電圧型PWM変換器2、3の出力電流はほぼ等しく、フィルタリアクトル4、5での発熱もほぼ等しい。そのため、電流検出器の温度変化もほぼ等しく、電流検出器10と11の検出値に含まれる温度ドリフトによるオフセットも、ほぼ等しくなる。電流検出器10と電流検出器11の電流方向は、三相電圧型PWM変換器2、3を循環する零相電流に対して逆であるため、真の電流検出値は符号が逆になる。
2A and 2B show current detection values of the
減算器103にて電流検出器10と電流検出器11の出力値を減算した結果を図2(c)に示す。減算器出力値は電流検出器10と11の検出値における温度ドリフトが等しいため、ドリフトによるオフセットの大部分はキャンセルされ、真の電流検出値の倍の値になる。以上の理由により、精度よく零相電流を検出することができる。
The result of subtracting the output values of the
減算器103により算出された零相電流は零相電流制御器104に入力され、零相電流制御器104は減算器103の出力値を小さくする零相電圧調整分を算出し、加算器105に出力する。加算器105は零相電流制御器104と電流制御器102の出力値を加算し、新たな電圧指令値を算出し、その出力をPWM演算器108に入力し、ゲート信号Gate1を得る。ゲート信号Gate1は三相電圧型PWM変換器2に入力され、IGBTをオン、オフすることで三相電圧型PWM変換器2から所望の交流電圧を出力することにより、零相電流を低減できる。
The zero-phase current calculated by the
本実施例では電力変換器を並列多重コンバータとしたが、図4に記載のように、外部の有効電流指令値発生器200より有効電流指令値を受け取り送電線間で電力を融通する電力変換器においても同様である。本実施例によれば、直流部を共有し、交流出力端子がリアクトルを介して接続される二組の三相電圧型PWM変換器を有する電力変換器において、該PWM変換器を循環する零相電流を精度よく検出することができ、その結果精度よく零相電流を制御することができる。
In this embodiment, the power converter is a parallel multiple converter. However, as shown in FIG. 4, the power converter receives an active current command value from an external active current
図3を用いて本実施例を説明する。本実施例と実施例1との差は、零相電流を相電流の和より算出する点のみである。本実施例によれば電流検出器の数を低減できるため、装置の簡素化が可能である。 This embodiment will be described with reference to FIG. The difference between the present embodiment and the first embodiment is only that the zero-phase current is calculated from the sum of the phase currents. According to the present embodiment, since the number of current detectors can be reduced, the apparatus can be simplified.
以下、実施例1と異なる点のみ説明する。また、図3において、図1と同一機能部は同一符号をつけ、重複する説明を防ぐ。本実施例において、電流検出器13、14、15、16、17、18は同じ型式の電流検出器である。三相電圧型PWM変換器2の交流相電流は電流検出器13、14、15により検出される。電流検出器の出力は電流制御器102および加算器112に入力される。加算器112は電流検出器13、14、15の出力を加算し、零相成分を算出する。加算器112の出力は減算器103に入力される。同様に、三相電圧型PWM変換器3の交流相電流は電流検出器16、17、18により検出される。電流検出器の出力は電流制御器107および加算器113に入力される。
Only differences from the first embodiment will be described below. In FIG. 3, the same functional parts as those in FIG. In this embodiment, the
加算器113は電流検出器16、17、18の出力を加算し、零相成分を算出する。加算器113の出力は減算器103に入力される。ここで、三相電圧型PWM変換器2、3を循環する零相電流に対し、電流検出器13、14、15と電流検出器16、17、18の電流方向が異なるため、零相成分の差をとることによりオフセットを相殺することができ、真の零相電流検出値の倍の値を得ることができる。ゆえに、精度よく零相電流を検出することができ、この値を用いて零相電流抑制制御を行うことにより、精度よく零相電流を抑制できる。
The
本実施例によれば、直流部を共有し、交流出力端子がリアクトルを介して接続される二組の三相電圧型PWM変換器を有する電力変換器において、該PWM変換器を循環する零相電流を精度よく検出することができ、その結果精度よく零相電流を制御することができる。さらに、零相電流検出用電流検出器を削減できるため、装置の簡素化が可能である。 According to the present embodiment, in a power converter having two sets of three-phase voltage type PWM converters that share a DC part and whose AC output terminals are connected via a reactor, zero phase that circulates through the PWM converter The current can be detected with high accuracy, and as a result, the zero-phase current can be controlled with high accuracy. Furthermore, since the number of zero-phase current detection current detectors can be reduced, the apparatus can be simplified.
図5を用いて本実施例を説明する。本実施例と実施例1との差は、電流検出器のオフセットの低減方法が異なる点である。以降、実施例1と異なる点のみ説明する。また、図5において、図1と同一機能部は同一符号をつけ、重複する説明を防ぐ。 The present embodiment will be described with reference to FIG. The difference between the present embodiment and the first embodiment is that the method for reducing the offset of the current detector is different. Hereinafter, only differences from the first embodiment will be described. Further, in FIG. 5, the same functional parts as those in FIG.
電流検出器10と電流検出器11の出力は加算器110に入力され、加算される。真の電流検出値は符号が逆であるため、電流検出値を加算することによりキャンセルされ、オフセット値のみが残る。電流検出値の和は電流検出器10と電流検出器11のオフセット値の和となるため、乗算器114で1/2を乗算することにより電流検出器10と11のオフセット平均値を算出できる。減算器111において、電流検出器10の出力から乗算器114の出力を減算することにより、大部分のオフセットがキャンセルされた零相電流を得る。ゆえに、零相電流を精度よく検出できる。
The outputs of the
本実施例では、三相電圧型PWM変換器の並列数を2としたが、並列数が2以外でも零相電流検出値の和を並列数で除算することでオフセットを算出できるため、本実施例と同様に零相電流を精度よく検出することができる。本実施例によれば、直流部を共有し、交流出力端子がリアクトルを介して接続される二組の三相電圧型PWM変換器を有する電力変換器において、該PWM変換器を循環する零相電流を精度よく検出することができ、その結果精度よく零相電流を制御することができる。 In this embodiment, the parallel number of the three-phase voltage type PWM converter is set to 2. However, even if the parallel number is other than 2, the offset can be calculated by dividing the sum of the zero-phase current detection values by the parallel number. As in the example, the zero-phase current can be detected with high accuracy. According to the present embodiment, in a power converter having two sets of three-phase voltage type PWM converters that share a DC part and whose AC output terminals are connected via a reactor, zero phase that circulates through the PWM converter The current can be detected with high accuracy, and as a result, the zero-phase current can be controlled with high accuracy.
1…主回路、2、3…三相電圧型PWM変換器、4、5…フィルタリアクトル、6…直流コンデンサ、7、9…トランス、8…交流電源、10、11、13、14、15、16、17、18…電流検出器、12、19…電圧検出器、20…負荷、100…論理部、101…位相検出器、102、107…電流制御器、103、111…減算器、104…零相電流制御器、105、110、112、113…加算器、106…直流電圧制御器、108、109…PWM演算器、114…乗算器、200…有効電流指令値発生器。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Main circuit, 2, 3 ... Three-phase voltage type PWM converter, 4, 5 ... Filter reactor, 6 ... DC capacitor, 7, 9 ... Transformer, 8 ...
Claims (1)
前記二組の三相電圧型PWM変換器の零相電流をそれぞれ一括して検出する二組の電流検出器と、前記二組の三相電圧型PWM変換器の交流出力相電流をそれぞれ検出する二組の三つの電流検出器と、前記交流出力相電流を検出する二組の電流検出器の出力を用いて、前記二組の三相電圧型PWM変換器をそれぞれ個別に制御する二組の電流制御器と、前記零相電流を検出する二組の電流検出器の出力を減算する減算器と、前記減算器の出力値を小さくする零相電圧調整分を算出する零相電流制御器と、を有し、
前記零相電流制御器の出力と前記零相電流を検出する二組の電流検出器の片方の出力とを用いて、片方の三相電圧型PWM変換器の零相出力電圧を変化させることを特徴とする電力変換器。 It is a power converter composed of two sets of three-phase voltage type PWM converters that share a DC part and whose AC output terminals are connected via a reactor,
Detecting the two sets of the current detector to detect the two sets of the zero-phase current of the three-phase voltage-PWM converter collectively respectively, the two sets of three-phase voltage type PWM converter AC output phase currents, respectively and two sets of three of the current detector, wherein using the output of the two sets of the current detector for detecting an AC output phase currents, the two sets of three-phase voltage-type PWM converter two sets of controlling individually a current controller, a subtractor for subtracting the output of the two sets of the current detector for detecting the zero-phase current, a zero-phase current controller for calculating a zero-phase voltage adjustment amount to reduce the output value of the subtracter Have
Using the output of the zero-phase current controller and the output of one of the two sets of current detectors that detect the zero-phase current , the zero-phase output voltage of one of the three-phase voltage type PWM converters is changed. A featured power converter.
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