TOP特許意匠商標
特許ウォッチ DM通知 Twitter
10個以上の画像は省略されています。
公開番号2021058045
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210408
出願番号2019181525
出願日20191001
発明の名称電力変換装置および電力変換装置の制御方法
出願人株式会社東芝,東芝エネルギーシステムズ株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類H02M 7/493 20070101AFI20210312BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】装置の大型化や高コスト化を抑えつつ、変換器間の横流を抑制する電力変換装置を提供する。
【解決手段】電力変換装置は、直流電圧部を共有するコンバータ11、12及びインバータ21、22と、制御装置10とを備える。各直流電圧部は他の直流電圧部から独立しており、各インバータ21、22の出力側が相互に接続されている。制御装置10は、インバータ21、22間の横流の検出値に対して所定の座標変換を施すことによりインバータ21、22間の横流量を求め、当該横流量を基に個々のコンバータ11、12もしくは個々のインバータ21、22の出力電圧もしくは出力電流を制御する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
直流電圧部を共有するコンバータ及びインバータが複数設けられ、各直流電圧部は他の直流電圧部から独立しており、各インバータの出力側が相互に接続されている、電力変換装置において、
インバータ間の横流の検出値に対して所定の座標変換を施すことによりインバータ間の横流量を求め、当該横流量を基に個々のコンバータもしくは個々のインバータの出力電圧もしくは出力電流を制御する制御装置、を具備する電力変換装置。
続きを表示(約 1,000 文字)【請求項2】
前記制御装置は、前記座標変換により求められた前記横流量の一部から直流電圧制御量を求め、当該直流電圧制御量により個々の直流電圧部の直流電圧を制御する、請求項1に記載の電力変換装置。
【請求項3】
前記制御装置は、前記直流電圧制御量を個々のコンバータに与えて個々の直流電圧部の直流電圧を制御する、請求項2に記載の電力変換装置。
【請求項4】
前記制御装置は、前記座標変換により求められた前記横流量の一部から時間制御量を求め、当該時間制御量により個々のインバータのスイッチングタイミングを制御する、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の電力変換装置。
【請求項5】
前記制御装置は、前記時間制御量を基に任意のインバータにおけるキャリア位相をシフトさせることにより前記スイッチングタイミングを制御する、請求項4に記載の電力変換装置。
【請求項6】
前記制御装置は、個々のインバータに与える制御量を、個々のインバータが出力する電流に含まれる横流成分に応じて設定する、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の電力変換装置。
【請求項7】
前記インバータ間の横流の検出値は、個々のインバータが出力する電流に含まれる横流成分に相当する、請求項1乃至6のいずれか1項に記載の電力変換装置。
【請求項8】
前記座標変換はdq変換である、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の電力変換装置。
【請求項9】
前記座標変換はrθ変換すなわち極座標変換であり、r軸で直流電圧を制御し、θ軸から出力電圧または出力電流の回転位相を引いた量でスイッチングタイミングを制御する、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の電力変換装置。
【請求項10】
直流電圧部を共有するコンバータ及びインバータが複数設けられ、各直流電圧部は他の直流電圧部から独立しており、各インバータの出力側が相互に接続されている、電力変換装置の制御方法であって、
制御装置により、インバータ間の横流の検出値に対して所定の座標変換を施すことによりインバータ間の横流量を求め、当該横流量を基に個々のコンバータもしくは個々のインバータの出力電圧もしくは出力電流を制御する、
ことを含む、電力変換装置の制御方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、電力変換装置および電力変換装置の制御方法に関する。
続きを表示(約 4,900 文字)【背景技術】
【0002】
直流と交流を変換する電力変換器はインバータやコンバータとも呼ばれ、社会の中で幅広い分野で用いられている。一般的には、直流を交流に変換するものをインバータ、交流を直流に変換するものをコンバータと呼ぶ。電力変換器は半導体スイッチング素子がON/OFFスイッチングして電気の通電状態を切り替えることで電力の形を変換する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特許第2679411号公報
特許第2887013号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
電力変換器(以下、「変換器」)の出力を増やす場合、基本的には変換器そのものを並列に接続すればよい。一般的なコンバータ及びインバータからなる変換器の並列構成では、交流電源を複数のコンバータがそれぞれ独立の直流に変換し、個々の直流を複数のインバータが交流に変換して負荷に負荷電流を供給する。
【0005】
しかしながら、変換器の構成部品には個体差があるため、出力電圧には僅かな差が生じる。すると、電圧差に応じて変換器間に横流(クロスカレント)と呼ばれる電流が流れる。例えば、複数のインバータの出力電圧のタイミングまたは振幅に差があると、インバータ間に横流が流れる。横流は変換器の出力電流に重畳されるので、半導体素子などの部品の電流定格を高くしなければならず、装置が大型化したり高コスト化したりする。変換器の出力にリアクトル(横流リアクトル)を挿入することで横流を抑制できるが、電圧差が大きければ大きな横流リアクトルが必要になり、この場合も装置体積が大型化したり高コストしたりする。
【0006】
これを解決するため、横流を検出して変換器の出力を調整する手法が提案されているが、この場合の横流の検出値は瞬時値であるため、フィードバック制御による細かな調整には不向きである他、出力電圧の振幅の差に起因する横流は抑制できないという欠点がある。
【0007】
また、個々のゲート基板でパルスタイミングを調整したり、検出ゲインを個別に調整したりして出力電圧に差が生じないよう調整する手法もあるが、このような個別調整では経年特性変化には対処できない。
【0008】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、装置の大型化や高コスト化を抑えつつ、変換器間の横流を抑制することのできる電力変換装置および電力変換装置の制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
実施形態による電力変換装置は、直流電圧部を共有するコンバータ及びインバータが複数設けられ、各直流電圧部は他の直流電圧部から独立しており、各インバータの出力側が相互に接続されている、電力変換装置において、インバータ間の横流の検出値に対して所定の座標変換を施すことによりインバータ間の横流量を求め、当該横流量を基に個々のコンバータもしくは個々のインバータの出力電圧もしくは出力電流を制御する制御装置、を具備する。
【発明の効果】
【0010】
実施形態によれば、装置の大型化や高コスト化を抑えつつ、変換器間の横流を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
第1の実施形態に係る電力変換装置の構成の一例を示す図。
負荷に供給される負荷電流の波形および横流の波形の一例を示す図。
図1中の横流制御部の構成例を示す図。
図1中の横流制御部の別の構成例を示す図。
rθ座標系とαβ座標系との関係を示す図。
横流の3軸座標系とαβ座標系との関係を示す図。
横流からd軸電流,q軸電流を得る演算式の一例を示す図。
横流からα電流,β電流を得る演算式の一例を示す図。
パルス調整部に遅延処理部を設ける場合の構成の一例を示す図。
パルスが遅延する前と後のゲート信号の一例を示す図。
パルス調整部にキャリア生成部および比較器を設ける場合の構成の一例を示す図。
ゲート信号のパルスに遅延が生じていない状態を示す図。
ゲート信号のパルスに遅延が生じている状態を示す図。
第2の実施形態に係る電力変換装置の構成の一例を示す図。
図14中の横流制御部の構成例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
【0013】
(第1の実施形態)
最初に、第1の実施形態について説明する。
図1は、第1の実施形態に係る電力変換装置の構成の一例を示す図である。
【0014】
本実施形態に係る電力変換装置においては、コンデンサCを備えた直流電圧部を共有するコンバータ及びインバータからなる変換器が複数並列に接続される。各直流電圧部は他の直流電圧部から独立しており、各インバータの出力側は相互に接続される。
【0015】
図1には、コンバータ及びインバータからなる変換器が2並列の場合が例示されている。
【0016】
具体的には、コンバータ11及びインバータ21からなる変換器と、コンバータ12及びインバータ22からなる変換器とが、並列に接続されている。コンバータ11,12はコンバータ部1を構成し、インバータ21,22はインバータ部2を構成している。コンバータ11及びインバータ21が共有する直流電圧部と、コンバータ12及びインバータ22が共有する直流電圧部とは、それぞれ独立しており、互いに接続されていない。
【0017】
コンバータ11,12の入力側は、それぞれリアクトルL

を介して交流電源v

に接続されている。一方、インバータ21,22の出力側は、それぞれ、横流リアクトル(リアクトルL

)3を介して負荷Lに接続されている。コンバータ11,12は、それぞれ、相毎に半導体スイッチング素子を両側に備えたアームによるブリッジ回路を含む。コンバータ21,22も同様の構成である。
【0018】
そのほか、本実施形態に係る電力変換装置には、コンバータ11,12、インバータ21,22の出力電圧もしくは出力電流を個々に制御する制御装置10が備えられる。
【0019】
コンバータ11,12は、それぞれ、制御装置10から供給されるゲート信号により各半導体スイッチング素子が駆動されることで、交流電源v

からリアクトルL

を介して供給されてくる電力を交流から直流に変換する。
【0020】
コンバータ11,12により直流に変換された電力は、それぞれ、コンデンサCを備えた直流電圧部に供給される。
【0021】
インバータ21,22は、それぞれ、制御装置10から供給されるゲート信号により各半導体スイッチング素子が駆動されることで、直流電圧部の電力を直流から交流に変換して出力する。このとき、インバータ21から相毎に出力される電流i
u1
,i
v1
,i
w1
と、インバータ22から相毎に出力される電流i
u2
,i
v2
,i
w2
と、をそれぞれ合わせた負荷電流i

,i

,i

が負荷Lに供給される。負荷Lに供給される負荷電流i

,i

,i

の例を図2(a)に示す。
【0022】
以降、インバータ21,22間に生じる横流i
cu
,i
cv
,i
cw
を抑制する手法について説明する。
【0023】
横流の発生要因としては、変換器間で、出力電圧パルスのタイミングがずれている場合と、出力電圧パルスの振幅がずれている場合とが挙げられる。前者は半導体スイッチング素子を駆動するゲート信号の伝送路やゲート回路の個体特性差によって生じる。後者は個々の直流電圧部における直流電圧の差によって生じる。
【0024】
個々の直流電圧はそれぞれ独立したコンバータにより制御されるため、各コンバータの電圧制御が正しく作用していれば直流電圧に差は生じない。しかし、例えば電圧検出を行う電圧検出器に検出の誤差があると、それが制御に影響し、直流電圧に差が生じ、横流が発生してしまう。
【0025】
半導体スイッチング素子のスイッチングタイミングのずれ(ゲート信号のタイミングずれ)が遅れまたは進みのどちらか一方である場合、または直流電圧に差がある場合、横流i
cu
,i
cv
,i
cw
は、図2(b)に示すように三相平衡電流として流れる。
【0026】
インバータ21の出力電流i
u1
,i
v1
,i
w1
,インバータ22の出力電流i
u2
,i
v2
,i
w2
は、図示しない電流検出器より検出され、それぞれの検出値が制御装置10に取り込まれ、横流検出部4に入力される。
【0027】
横流検出部4においては、インバータ21の出力電流i
u1
,i
v1
,i
w1
(もしくはインバータ22の出力電流i
u2
,i
v2
,i
w2
)と負荷電流i

,i

,i

とに基づき、各相の横流i
cu
,i
cv
,i
cw
が演算される。当該横流は、下記の式(1)で計算される。
【0028】

cu
= i
u1
−(i

/2)

cv
= i
v1
−(i

/2) …(1)

cw
= i
w1
−(i

/2)
ここでは、i
u2
,i
v2
,i
w2
を用いずにi
u1
,i
v1
,i
w1
を用いて演算を行う場合を例示しているが、i
u1
,i
v1
,i
w1
の代わりにi
u2
,i
v2
,i
w2
を用いて同様な演算を行ってもよい。図1のように2並列の変換器間で発生する横流については、どちらの演算方法を採用しても同じ演算結果が得られる。
【0029】
横流制御部5においては、横流検出部4により検出された横流i
cu
,i
cv
,i
cw
に基づき、電圧制御量v
adj
、タイミング制御量t
adj
が演算される。
【0030】
横流制御部5の構成例を図3に示す。また、横流制御部5の別の構成例を図4に示す。
(【0031】以降は省略されています)

この特許をJ-PlatPatで参照する

関連特許

株式会社東芝
電池
株式会社東芝
回転子
株式会社東芝
回転子
株式会社東芝
センサ
株式会社東芝
センサ
株式会社東芝
センサ
株式会社東芝
センサ
株式会社東芝
電気機器
株式会社東芝
演算装置
株式会社東芝
運搬装置
株式会社東芝
入力回路
株式会社東芝
電源回路
株式会社東芝
電源装置
株式会社東芝
搬送装置
株式会社東芝
補強敷板
株式会社東芝
発振装置
株式会社東芝
動翼翼列
株式会社東芝
送信装置
株式会社東芝
熱交換器
株式会社東芝
増幅回路
株式会社東芝
通信機器
株式会社東芝
計算装置
株式会社東芝
受信装置
株式会社東芝
測距装置
株式会社東芝
電源装置
株式会社東芝
回転電機
株式会社東芝
電子回路
株式会社東芝
駆動回路
株式会社東芝
測定装置
株式会社東芝
演算装置
株式会社東芝
演算回路
株式会社東芝
2逓倍器
株式会社東芝
電子機器
株式会社東芝
伝送装置
株式会社東芝
保護回路
株式会社東芝
回転電機
続きを見る