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公開番号2024083703
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-06-24
出願番号2022197656
出願日2022-12-12
発明の名称3レベルインバータの中性点電位制御装置および中性点電位制御方法
出願人株式会社明電舎
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H02M 7/487 20070101AFI20240617BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】3レベルインバータの中性点電位のバランスを維持する。
【解決手段】逆相5次高調波電流指令値と正相基本波電流指令値を加算した電流指令値と、インバータの出力電流を検出した検出電流との偏差(減算器8,9の出力)に基づいてインバータの電圧指令を生成し(dq逆変換器13)、インバータの直流部の上側コンデンサの電圧および下側コンデンサの電圧の偏差と、前記逆相5次高調波電流指令値に基づいて直流の零相電圧を求め(乗算器19)、前記上側コンデンサの電圧および下側コンデンサの電圧の偏差と、生成した6次の正弦波信号と、前記逆相5次高調波電流指令値に基づいて6次高調波の零相電圧を求め(乗算器22)、前記直流の零相電圧および6次高調波の零相電圧を、前記インバータの電圧指令に重畳し(加算器23,24)、重畳された電圧に基づいて生成したゲート信号によって、前記インバータのスイッチング素子をPWM制御する。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
高調波電流を出力する３レベルインバータにおいて、インバータの出力電圧に零相電圧を重畳することでインバータの中性点電位を制御する中性点電位制御装置であって、
逆相５次、正相７次、逆相１１次、正相１３次の少なくともいずれか１つ以上の高調波電流の指令値と、インバータの出力電流を検出した検出電流との偏差に基づいてインバータの電圧指令を生成する電流制御部と、
インバータの直流部の直流電圧を分圧する上側コンデンサの電圧および下側コンデンサの電圧の偏差と、前記高調波電流の指令値に基づいて、直流の零相電圧又は６次高調波の零相電圧を求め、前記求められた直流の零相電圧又は６次高調波の零相電圧を、前記電流制御部で生成されたインバータの電圧指令に重畳する中性点電位バランス制御器と、を備え、
前記中性点電位バランス制御器により重畳された電圧に基づいて生成したゲート信号によって、前記インバータのスイッチング素子をＰＷＭ制御することを特徴とする３レベルインバータの中性点電位制御装置。
続きを表示（約 3,900 文字）【請求項２】
前記電流制御部は、逆相５次高調波電流指令値と正相基本波電流指令値を加算した電流指令値と、インバータの出力電流を検出した検出電流との偏差に基づいてインバータの電圧指令を生成し、
前記中性点電位バランス制御器は、インバータの直流部の直流電圧を分圧する上側コンデンサの電圧および下側コンデンサの電圧の偏差と、前記逆相５次高調波電流指令値に基づいて直流の零相電圧を求め、インバータの直流部の直流電圧を分圧する上側コンデンサの電圧および下側コンデンサの電圧の偏差と、生成した６次の正弦波信号と、前記逆相５次高調波電流指令値に基づいて６次高調波の零相電圧を求め、前記求められた直流の零相電圧および６次高調波の零相電圧を、前記電流制御部で生成されたインバータの電圧指令に重畳する、ことを特徴とする請求項１に記載の３レベルインバータの中性点電位制御装置。
【請求項３】
前記電流制御部は、
逆相５次高調波のｄ軸電流指令値Ｉ
ｄ-５
＊
およびｑ軸電流指令値Ｉ
ｑ-５
＊
を、系統電圧の電圧位相ωｔを６倍にした６ωｔを用いてｄｑ変換して得た、ωｔに同期する回転座標上の値と、正相ｄ軸電流指令値Ｉ
ｄ１
＊
および正相ｑ軸電流指令値Ｉ
ｑ１
＊
とを加算する電流指令値加算器と、
インバータの出力電流検出信号を、系統電圧の電圧位相ωｔを用いてｄｑ変換して得た、ωｔに同期する回転座標上の値と、前記電流指令値加算器の出力との偏差を求める減算器と、
前記減算器の出力を増幅し、電圧位相ωｔに同期する回転座標上の電圧指令を出力するＰＩアンプと、
前記ＰＩアンプの出力に基準電圧を加算した電圧指令をｄｑ逆変換して、固定座標上のインバータの電圧指令値ｖｕ
＊
, ｖｖ
*
, ｖｗ
*
を出力するｄｑ逆変換器と、を備え、
前記中性点電位バランス制御器は、
前記逆相５次高調波のｄ軸電流指令値Ｉ
ｄ-５
＊
の値を検出し、その検出値に応じた符号を出力するｄ軸側符号検出器と、
前記逆相５次高調波のｑ軸電流指令値Ｉ
ｑ-５
＊
の値を検出し、その検出値に応じた符号を出力するｑ軸側符号検出器と、
前記インバータの直流部の上側コンデンサの電圧および下側コンデンサの電圧の偏差と、前記ｄ軸側符号検出器から出力される符号を乗算して直流の零相電圧αを求めるｄ軸側乗算器と、
系統電圧の電圧位相ωｔを６倍にし、それに対応する位相の正弦波を求めたｓｉｎ６ωｔと、前記ｑ軸側符号検出器から出力される符号と、前記インバータの直流部の上側コンデンサの電圧および下側コンデンサの電圧の偏差とを乗算して、６次高調波の零相電圧γを求めるｑ軸側乗算器と、を備えていることを特徴とする請求項２に記載の３レベルインバータの中性点電位制御装置。
【請求項４】
前記電流制御部は、１±６ｎ次（ｎは整数）高調波のｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値を、ｄｑ変換して得た、系統電圧の電圧位相ωｔに同期する回転座標上の値と、正相ｄ軸電流指令値Ｉ
ｄ１
＊
および正相ｑ軸電流指令値Ｉ
ｑ１
＊
とを加算する電流指令値加算器と、
インバータの出力電流検出信号を、系統電圧の電圧位相ωｔを用いてｄｑ変換して得た、ωｔに同期する回転座標上の値と、前記電流指令値加算器の出力との偏差を求める減算器と、
前記減算器の出力を増幅し、電圧位相ωｔに同期する回転座標上の電圧指令を出力するＰＩアンプと、
前記ＰＩアンプの出力に基準電圧を加算した電圧指令をｄｑ逆変換して、固定座標上のインバータの電圧指令値ｖｕ
＊
, ｖｖ
*
, ｖｗ
*
を出力するｄｑ逆変換器と、を備え、
前記中性点電位バランス制御器は、
前記１±６ｎ次高調波のｄ軸電流指令値に各々係数を乗算し、それら各乗算出力の合計値を検出し、その検出値に応じた符号を出力するｄ軸側符号検出器と、
前記１±６ｎ次高調波のｑ軸電流指令値に各々係数を乗算し、それら各乗算出力の合計値を検出し、その検出値に応じた符号を出力するｑ軸側符号検出器と、
前記インバータの直流部の上側コンデンサの電圧および下側コンデンサの電圧の偏差と、前記ｄ軸側符号検出器から出力される符号を乗算して直流の零相電圧αを求めるｄ軸側乗算器と、
系統電圧の電圧位相ωｔを前記高調波の次数倍にし、それに対応する位相の正弦波と、前記ｑ軸側符号検出器から出力される符号と、前記インバータの直流部の上側コンデンサの電圧および下側コンデンサの電圧の偏差とを乗算して、１±６ｎ次高調波の零相電圧を求めるｑ軸側乗算器と、を備えていることを特徴とする請求項１に記載の３レベルインバータの中性点電位制御装置。
【請求項５】
前記電流制御部の電流指令値加算器で加算される高調波のｄ軸電流指令値、ｑ軸電流指令値は、逆相５次高調波、正相７次高調波、逆相１１次高調波、正相１３次高調波の少なくともいずれか１つを含み、
前記中性点電位バランス制御器のｄ軸側乗算器は、前記直流の零相電圧αに代えて、前記インバータの直流部の上側コンデンサの電圧および下側コンデンサの電圧の偏差と、前記ｄ軸側符号検出器から出力される符号と、系統電圧の電圧位相ωｔを前記高調波の次数倍にし、それに対応する位相の余弦波とを乗算して、前記ｑ軸側乗算器で求められた零相電圧とは９０°位相の異なる高調波の零相電圧を求めることを特徴とする請求項４に記載の３レベルインバータの中性点電位制御装置。
【請求項６】
前記電流制御部の電流指令値加算器は、逆相基本波ｄ軸電流指令値Ｉ
ｄ-１
＊
および逆相基本波ｑ軸電流指令値Ｉ
ｑ-１
＊
をさらに加算し、
前記中性点電位バランス制御器は、
前記逆相基本波ｄ軸電流指令値Ｉ
ｄ-１
＊
の値を検出し、その検出値に応じた符号を出力する逆相基本波ｄ軸側符号検出器と、
前記逆相基本波ｑ軸電流指令値Ｉ
ｑ-１
＊
の値を検出し、その検出値に応じた符号を出力する逆相基本波ｑ軸側符号検出器と、
前記インバータの直流部の上側コンデンサの電圧および下側コンデンサの電圧の偏差と、前記逆相基本波ｄ軸側符号検出器から出力される符号と、系統電圧の電圧位相ωｔを２倍にし、それに対応する位相の余弦波を求めたｃｏｓ２ωｔとを乗算して、２次高調波の零相電圧εを求める逆相基本波ｄ軸側乗算器と、
前記インバータの直流部の上側コンデンサの電圧および下側コンデンサの電圧の偏差と、前記逆相基本波ｑ軸側符号検出器から出力される符号と、系統電圧の電圧位相ωｔを２倍にし、それに対応する位相の正弦波を求めたｓｉｎ２ωｔとを乗算して、前記零相電圧εとは９０°位相の異なる２次高調波の零相電圧ζを求める逆相基本波ｑ軸側乗算器と、を備え、
前記中性点電位バランス制御器のｄ軸側乗算器は、前記直流の零相電圧αに代えて、前記インバータの直流部の上側コンデンサの電圧および下側コンデンサの電圧の偏差と、前記ｄ軸側符号検出器から出力される検出符号と、系統電圧の電圧位相ωｔを６倍にし、それに対応する位相の余弦波を求めたｃｏｓ６ωｔとを乗算して、前記零相電圧γとは９０°位相の異なる６次高調波の零相電圧δを求めることを特徴とする請求項３に記載の３レベルインバータの中性点電位制御装置。
【請求項７】
請求項４に記載の中性点電位制御装置と、
請求項５に記載の中性点電位制御装置と、
設定した切替え条件成立時に、請求項４に記載の中性点電位制御装置又は請求項５に記載の中性点電位制御装置のうちいずれか一方の装置に切替える切替部と、を備えたことを特徴とする３レベルインバータの中性点電位制御装置。
【請求項８】
高調波電流を出力する３レベルインバータにおいて、インバータの出力電圧に零相電圧を重畳することでインバータの中性点電位を制御する中性点電位制御方法であって、
電流制御部が、逆相５次、正相７次、逆相１１次、正相１３次の少なくともいずれか１つ以上の高調波電流の指令値と、インバータの出力電流を検出した検出電流との偏差に基づいてインバータの電圧指令を生成する電流制御ステップと、
中性点電位バランス制御器が、インバータの直流部の直流電圧を分圧する上側コンデンサの電圧および下側コンデンサの電圧の偏差と、前記高調波電流の指令値に基づいて、直流の零相電圧又は６次高調波の零相電圧を求め、前記求められた直流の零相電圧又は６次高調波の零相電圧を、前記電流制御部で生成されたインバータの電圧指令に重畳する中性点電位バランス制御ステップと、を備え、
前記中性点電位バランス制御ステップにより重畳された電圧に基づいて生成したゲート信号によって、前記インバータのスイッチング素子をＰＷＭ制御することを特徴とする３レベルインバータの中性点電位制御方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、３レベル中性点クランプ式マルチレベルインバータにおける、中性点電位のバランス制御に関する。
続きを表示（約 1,200 文字）【背景技術】
【０００２】
図１に中性点クランプ式３レベルインバータの構成を、図２にＴ型３レベルインバータの構成を各々示す。図１において、Ｐ、Ｎは図示省略の直流電源の正極端子、負極端子である。正極端子Ｐと負極端子Ｎの間には、直流部の上側コンデンサＣ１および下側コンデンサＣ２が直列に接続されている。
【０００３】
また正極端子Ｐと負極端子Ｎの間には、スイッチング素子Ｓ１～Ｓ４の直列回路と、スイッチング素子Ｓ５～Ｓ８の直列回路と、スイッチング素子Ｓ９～Ｓ１２の直列回路とが並列に接続されている。
【０００４】
スイッチング素子Ｓ１およびＳ２の共通接続点と、スイッチング素子Ｓ３およびＳ４の共通接続点の間にはダイオードＤ１，Ｄ２が直列に接続され、スイッチング素子Ｓ５およびＳ６の共通接続点と、スイッチング素子Ｓ７およびＳ８の共通接続点の間にはダイオードＤ３，Ｄ４が直列に接続され、スイッチング素子Ｓ９およびＳ１０の共通接続点と、スイッチング素子Ｓ１１およびＳ１２の共通接続点の間にはダイオードＤ５，Ｄ６が直列に接続されている。
【０００５】
上側コンデンサＣ１および下側コンデンサＣ２の共通接続点（中性点Ｏ）は、ダイオードＤ１，Ｄ２の共通接続点、ダイオードＤ３，Ｄ４の共通接続点、ダイオードＤ５，Ｄ６の共通接続点に各々接続されている。
【０００６】
スイッチング素子Ｓ２およびＳ３の共通接続点はＵ相端子Ｕに、スイッチング素子Ｓ６およびＳ７の共通接続点はＶ相端子Ｖに、スイッチング素子Ｓ１０およびＳ１１の共通接続点はＷ相端子Ｗに各々接続されている。
【０００７】
図２において、Ｐ、Ｎは図示省略の直流電源の正極端子、負極端子である。正極端子Ｐと負極端子Ｎの間には、直流部の上側コンデンサＣ１および下側コンデンサＣ２が直列に接続されている。
【０００８】
また正極端子Ｐと負極端子Ｎの間には、スイッチング素子Ｓ１およびＳ４の直列回路と、スイッチング素子Ｓ５およびＳ８の直列回路と、スイッチング素子Ｓ９およびＳ１２の直列回路とが並列に接続されている。
【０００９】
上側コンデンサＣ１および下側コンデンサＣ２の共通接続点（中性点Ｏ）とスイッチング素子Ｓ１およびＳ４の共通接続点の間にはスイッチング素子Ｓ２，Ｓ３が直列に接続され、中性点Ｏとスイッチング素子Ｓ５およびＳ８の共通接続点の間にはスイッチング素子Ｓ６，Ｓ７が直列に接続され、中性点Ｏとスイッチング素子Ｓ９およびＳ１２の共通接続点の間にはスイッチング素子Ｓ１０，Ｓ１１が直列に接続されている。
【００１０】
スイッチング素子Ｓ１およびＳ４の共通接続点はＵ相端子Ｕに、スイッチング素子Ｓ５およびＳ８の共通接続点はＶ相端子Ｖに、スイッチング素子Ｓ９およびＳ１２の共通接続点はＷ相端子Ｗに各々接続されている。
（【００１１】以降は省略されています）

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