(57)【要約】【課題】電力変換装置に負荷が接続されたときに、電力変換装置に過電流が流れるのを抑制できる電力変換装置の制御装置を提供する。【解決手段】電力変換装置１は、直流電力を交流電力に変換するインバータ１１を含む。電力変換装置１の制御装置２は、目標電流値が所定の制限値よりも大きいときに、目標電流値を前記制限値以下に制限する電流制限部２４と、電流制限部２４による電流制限処理後の目標電流値に基づいてインバータ１１を制御する制御部２５とを含む。【選択図】図１
2020031501.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を交流電力に変換するインバータを含む電力変換装置の制御装置であって、
目標電流値が所定の制限値よりも大きいときに、前記目標電流値を前記制限値以下に制限する電流制限部と、
前記電流制限部による電流制限処理後の目標電流値に基づいて前記インバータを制御する制御部とを含む、電力変換装置の制御装置。
【請求項２】
所定の目標出力電圧と前記電力変換装置の出力電圧との偏差に対して比例積分演算を行うことによって前記目標電流値を演算するＰＩ制御部をさらに含み、
前記電流制限部は、前記目標電流値が前記制限値よりも大きいときに、前記目標電流値を前記制限値以下に制限するとともに、前記ＰＩ制御部による積分操作量の更新を停止させるように構成されている、請求項１に記載の電力変換装置の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電力変換装置の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
系統連系を行う自家発電装置が停電時等の自立運転時に消防水利用の水ポンプ等の電動機を駆動する場合、電動機の始動電流の影響で突入電流が過大となり、過電流保護機能が機能して自家発電装置が停止する場合がある。下記特許文献１には、自立運転機能付きの系統連系電源装置において自立運転モード時に指示電圧を徐々に増加させることによって、突入電流を抑制する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１３１０５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に記載の技術は、自立運転時に一律に指示電圧を漸増させるものであるため、自立運転開始時の電圧応答性が良くないという問題がある。また、指示電圧が一定値に収束した後には、モータ負荷を追加で始動できないという問題がある。
この発明の目的は、電力変換装置に負荷が接続されたときに、電力変換装置に過電流が流れるのを抑制できる電力変換装置の制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明による電力変換装置の制御装置は、直流電力を交流電力に変換するインバータを含む電力変換装置の制御装置であって、目標電流値が所定の制限値よりも大きいときに、前記目標電流値を前記制限値以下に制限する電流制限部と、前記電流制限部による電流制限処理後の目標電流値に基づいて前記インバータを制御する制御部とを含む。
この構成では、電力変換装置に負荷が接続されたときに、目標電流が制限値よりも大きくなったとしても、目標電流が制限値以下に制限されるので、電力変換装置に過電流が流れるのを抑制できる。これにより、過電流保護機能が機能して電力変換装置の作動が停止されるのを抑制できる。
【０００６】
この発明の一実施形態では、所定の目標出力電圧と前記電力変換装置の出力電圧との偏差に対して比例積分演算を行うことによって前記目標電流値を演算するＰＩ制御部をさらに含み、前記電流制限部は、前記目標電流値が前記制限値よりも大きいときに、前記目標電流値を前記制限値以下に制限するとともに、前記ＰＩ制御部による積分操作量の更新を停止させるように構成されている。
【０００７】
この構成では、目標電流が制限されている場合には積分操作量の更新が停止されるので、制限後の目標電流によって制御された出力電圧を用いて演算される積分操作量が、ＰＩ制御部に蓄積されるのを防止できる。これにより、目標電流が制限されなくなったときに、信頼性の低い過去の積分操作量を用いて積分操作量が演算されるのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、電力変換装置と、電力変換装置を制御する制御装置とを示すブロック図である。
【図２】図２は、目標電流制限部の動作を示すフローチャートである。
【図３】図３は、図２のステップＳ４の処理を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、電力変換装置１と、電力変換装置１を制御する制御装置２とを示すブロック図である。
電力変換装置１は、直流電源３から供給される直流電力を交流に変換するインバータ１１と、インバータ１１の出力側に設けられたＬＣフィルタ１２とを含んでいる。
【００１０】
直流電源３は、例えば、エンジンと、当該エンジンによって駆動される発電機と、当該発電機によって発生する交流電力を直流電力に変換する整流機とから構成されていてもよい。
インバータ１１は、この実施形態では、複数のスイッチング素子を備えた３相インバータ回路から構成されている。スイッチング素子は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）からなる。ＬＣフィルタ１２は、インバータ１１の出力に含まれる高周波ノイズを除去するために設けられている。ＬＣフィルタ１２は、インバータ１１の三相（ＵＶＷ相）の出力線にそれぞれ接続されたリアクトルＬと、これらのリアクトルＬの後段において、インバータ１１の三相の出力線間にそれぞれ接続されたコンデンサＣとからなる。
【００１１】
リアクトルＬとコンデンサＣとの間には、リアクトルＬに流れる電流（リアクトル電流）を検出するための電流検出部１３が設けられている。ＬＣフィルタ１２の後段には、電力変換装置１の出力線間電圧を検出するための電圧検出部１４が設けられている。
インバータ１１から出力され、ＬＣフィルタ１２によってノイズが除去された電力が、電力変換装置１の出力となる。電力変換装置１の出力端子には、スイッチ４を介して負荷としてのモータ５が接続される。この実施形態では、スイッチ４は、常時はオフとなっており、例えば停電時等にオンにされる。
【００１２】
制御装置２は、マイクロコンピュータから構成されている。マイクロコンピュータは、ＣＰＵおよびメモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性メモリなど）を備えており、所定のプログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能するようになっている。
複数の機能処理部には、ｄ軸目標出力電圧設定部２１Ａおよびｑ軸目標出力電圧設定部２１Ｂと、ｄ軸電圧偏差演算部２２Ａおよびｑ軸電圧偏差演算部２２Ｂと、ｄ軸ＰＩ（比例積分）制御部２３Ａおよびｑ軸ＰＩ制御部２３Ｂと、目標電流制限部２４と、電流制御部２５と、ｄｑ変換部２６とが含まれる。
【００１３】
ｄ軸ＰＩ制御部２３Ａおよびｑ軸ＰＩ制御部２３Ｂは、本願発明のＰＩ制御部の一例である。目標電流制限部２４は、本願発明の電流制限部の一例である。電流制御部２５は、本願発明の制御部の一例である。
ｄｑ変換部２６は、電圧検出部１４によって検出される電力変換装置１の出力線間電圧からｐ軸出力電圧Ｖｄおよびｑ軸出力電圧Ｖｑを演算する。ｄｑ変換部２６によって得られるｄ軸出力電圧Ｖｄはｄ軸電圧偏差演算部２２Ａに与えられ、ｄｑ変換部２６によって得られるｑ軸出力電圧Ｖｑはｑ軸電圧偏差演算部２２Ｂに与えられる。
【００１４】
ｄ軸目標出力電圧設定部２１Ａは、電力変換装置１の出力電圧の目標値に応じたｄ軸目標出力電圧Ｖｄ＊を設定する。ｑ軸目標出力電圧設定部２１Ｂは、電力変換装置１の出力電圧の目標値に応じたｑ軸目標出力電圧Ｖｑ＊を設定する。
ｄ軸電圧偏差演算部２２Ａは、ｄ軸目標出力電圧Ｖｄ＊とｄ軸出力電圧Ｖｄとの偏差ΔＶｄ（＝Ｖｄ＊−Ｖｄ）を演算する。ｑ軸電圧偏差演算部２２Ｂは、ｑ軸目標出力電圧Ｖｑ＊とｑ軸出力電圧Ｖｑとの偏差ΔＶｑ（＝Ｖｑ＊−Ｖｑ）を演算する。
【００１５】
ｄ軸ＰＩ制御部２３Ａは、ｄ軸電圧偏差演算部２２Ａによって演算されたｄ軸電圧偏差ΔＶｄに対してＰＩ演算（比例積分演算）を行って、ｄ軸目標電流Ｉｄ＊を演算する。ｑ軸ＰＩ制御部２３Ｂは、ｑ軸電圧偏差演算部２２Ｂによって演算されたｑ軸電圧偏差ΔＶｑに対してＰＩ演算を行って、ｑ軸目標電流Ｉｑ＊を演算する。
具体的には、ｄ軸およびｑ軸ＰＩ制御部２３Ａ，２３Ｂは、比例要素３１Ａ，３１Ｂと、積分要素３２Ａ，３２Ｂと、加算器３３Ａ，３３Ｂとを備えている。
【００１６】
比例要素３１Ａ，３１Ｂは、電圧偏差ΔＶｄ，ΔＶｑに対して比例演算を行うことによって、比例動作の操作量（以下、「比例操作量」という。）を演算する。具体的には、比例要素３１Ａ，３１Ｂは、電圧偏差ΔＶｄ，ΔＶｑに比例ゲインＫｐｄ，Ｋｐｑを乗ずることによって、比例操作量を演算する。
積分要素３２Ａ，３２Ｂは、電圧偏差ΔＶｄ，ΔＶｑに対して積分演算を行うことによって、積分動作の操作量（以下、「積分操作量」という。）を演算する。具体的には、積分要素３２Ａ，３２Ｂは、電圧偏差ΔＶｄ，ΔＶｑに積分ゲインＫｉｄ，Ｋｉｑを乗じた値に、前回の積分操作量を加算することにより、今回の積分操作量を求める。
【００１７】
比例要素３１Ａ，３１Ｂによって演算された比例操作量と積分要素３２Ａ，３２Ｂによって演算された積分操作量とは、加算器３３Ａ，３３Ｂに与えられる。
加算器３３Ａは、比例要素３１Ａによって演算された比例操作量と積分要素３２Ａによって演算された積分操作量とを加算することにより、ｄ軸目標電流Ｉｄ＊を演算する。加算器３３Ｂは、比例要素３１Ｂによって演算された比例操作量と積分要素３２Ｂによって演算された積分操作量とを加算することにより、ｑ軸目標電流Ｉｑ＊を演算する。
【００１８】
目標電流制限部２４は、ｄ軸目標電流Ｉｄ＊およびｑ軸目標電流Ｉｑ＊を制限するための制限処理を行う。目標電流制限部２４の動作の詳細については後述する。
目標電流制限部２４による制限処理後のｄ軸目標電流Ｉｄ’＊およびｑ軸目標電流Ｉｑ’＊は、電流制御部２５に与えられる。電流制御部２５は、目標電流制限部２４から与えられる目標電流と電流検出部１３によって検出される検出電流（リアクトル電流）とが一致するように、インバータ１１内の各スイッチング素子を制御する。
【００１９】
なお、図示していないが、制御装置２は、リアクトル電流が過電流判定用閾値以上になったときに、インバータ１１内の全てのスイッチング素子をオフにすることによって、電力変換装置１の作動を停止させる過電流保護機能を備えている。
次に、目標電流制限部２４の動作について詳しく説明する。
図２は、目標電流制限部２４の動作を示すフローチャートである。図２の処理は、所定の演算周期毎に繰り返し実行される。
【００２０】
目標電流制限部２４は、ｄ軸ＰＩ制御部２３Ａによって演算されるｄ軸目標電流Ｉｄ＊およびｑ軸ＰＩ制御部２３Ｂによって演算されるｑ軸目標電流Ｉｑ＊を取得する（ステップＳ１）。以下において、ｄ軸目標電流Ｉｄ＊およびｑ軸目標電流Ｉｑ＊の合成電流を、目標電流Ｉ＊ということにする。
次に目標電流制限部２４は、目標電流Ｉ＊の大きさ｛（Ｉｄ＊）２＋（Ｉｑ＊）２｝１／２が所定の電流制限値Ｉｌｉｍよりも大きいか否かを判別する（ステップＳ２）。
【００２１】
目標電流Ｉ＊の大きさ｛（Ｉｄ＊）２＋（Ｉｑ＊）２｝１／２が電流制限値Ｉｌｉｍ以下である場合には（ステップＳ２：ＮＯ）、目標電流制限部２４は、ステップＳ３に移行する。
ステップＳ３では、目標電流制限部２４は、ｄ軸目標電流Ｉｄ＊およびｑ軸目標電流Ｉｑ＊を、それぞれ電流制限処理後のｄ軸目標電流Ｉｄ’＊およびｑ軸目標電流Ｉｑ’＊として出力する。そして、目標電流制限部２４は、今回の演算周期での処理を終了する。
【００２２】
ステップＳ２において、目標電流Ｉ＊の大きさ｛（Ｉｄ＊）２＋（Ｉｑ＊）２｝１／２が電流制限値Ｉｌｉｍよりも大きいと判別された場合には（ステップＳ２：ＹＥＳ）、目標電流制限部２４は、ステップＳ４に移行する。
ステップＳ４では、目標電流制限部２４は、目標電流Ｉ＊を予め設定された電流制限値Ｉｌｉｍ以下に制限する。具体的には、目標電流制限部２４は、次式（1),(2)に基づいて、電流制限処理後のｄ軸目標電流Ｉｄ’＊およびｑ軸目標電流Ｉｑ’＊を演算して出力する。
【００２３】
Ｉｄ’＊＝Ｉｄ＊×Ｉｌｉｍ÷｛（Ｉｄ＊）２＋（Ｉｑ＊）２｝１／２      …(1)
Ｉｑ’＊＝Ｉｑ＊×Ｉｌｉｍ÷｛（Ｉｄ＊）２＋（Ｉｑ＊）２｝１／２      …(2)
また、目標電流制限部２４は、ｄ軸およびｑ軸ＰＩ制御部２３Ａ，２３Ｂ内の積分要素３２Ａ，３２Ｂが保持している積分操作量を、１回前の積分操作量に戻す（ステップＳ５）。そして、目標電流制限部２４は、今回の演算周期での処理を終了する。
【００２４】
図３は、図２のステップＳ４の処理を説明するための模式図である。
破線の円Ｓは、ｄｑ座標系の原点Ｏを中心とし、半径が電流制限値Ｉｌｉｍである電流制限円である。図３に示すように、目標電流Ｉ＊（ｄ軸目標電流Ｉｄ＊およびｑ軸目標電流Ｉｑ＊の合成電流）の大きさが電流制限値Ｉｌｉｍよりも大きい場合には、目標電流制限部２４は、目標電流Ｉ＊の大きさが電流制限値Ｉｌｉｍと等しくなるように、ｄ軸目標電流Ｉｄ＊およびｑ軸目標電流Ｉｑ＊を制限する。この結果、制限処理後のｄ軸目標電流は図３のＩｄ’＊となり、制限処理後のｑ軸目標電流は図３のＩｑ’＊となり、制限処理後の目標電流は図３のＩ’＊となる。
【００２５】
前述した実施形態に係る制御装置２に対して、目標電流制限部２４を備えていない制御装置を比較例ということにする。
比較例において、スイッチ４がオンされると、電動モータ５は突入電流が流れる負荷であるため、電動モータ５に流れる電流（負荷電流）がリアクトル電流よりも大きくなる。そうすると、電力変換装置１の出力電圧が小さくなるので、ｄ軸およびｑ軸出力電圧Ｖｄ，Ｖｑが小さくなる。これにより、電圧偏差ΔＶｄ，ΔＶｄが大きくため、ｄ軸およびｑ軸目標電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊が大きくなる。これにより、リアクトル電流が過電流判定用閾値以上となり、過電流保護機能により電力変換装置１の作動が停止される。
【００２６】
これに対して前述の実施形態に係る制御装置２では、スイッチ４がオンされると、電動モータ５に流れる電流（負荷電流）が大きくなるため、目標電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊も大きくなるが、目標電流制限部２４によって目標電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊が電流制限値Ｉｌｉｍ以下となるように制限される。そして、制限処理後の目標電流Ｉｄ’＊，Ｉｑ’＊に基づいてインバータ１１が制御されるため、リアクトル電流が制限され、電力変換装置１の出力電圧が低下する。
【００２７】
これにより、負荷電流が制限される。そして、負荷電流がリアクトル電流（電流制限値）と等しくなると、電力変換装置１の出力電圧は低下した状態を維持する。この後、負荷電流が低下して、リアクトル電流（電流制限値）よりも低くなると、電力変換装置１の出力電圧が上昇する。そして、リアクトル電流が負荷電流に等しくなると電力変換装置１の出力電圧が安定する。したがって、前述の実施形態によれば、スイッチ４がオンされたときに、電力変換装置１に過電流が流れるのを抑制できる。これにより、過電流保護機能が機能して電力変換装置１の作動が停止されるのを抑制できる。
【００２８】
また、前述の実施形態では、目標電流Ｉ＊の大きさ｛（Ｉｄ＊）２＋（Ｉｑ＊）２｝１／２が電流制限値Ｉｌｉｍよりも大きいと判別された場合には、積分要素３２Ａ，３２Ｂが保持している積分操作量が、前回演算された積分操作量に戻される（図２のステップＳ５参照）。つまり、目標電流Ｉ＊が制限されている場合には、積分要素３２Ａ，３２Ｂによる積分操作量の更新が停止される。これにより、制限処理後の目標電流によって制御された出力電圧を用いて演算された積分操作量が、積分要素３２Ａ，３２Ｂに蓄積されるのを防止できる。これにより、目標電流Ｉ＊が制限されなくなったときに、信頼性の低い過去の積分操作量を用いて積分操作量が演算されるのを防止できる。
【００２９】
以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。例えば、前述の実施形態では、インバータ１１は三相インバータであるが、単相インバータであってもよい。
また、電力変換装置１は、例えば、コージェネレーションシステムに用いられる系統連系インバータであってもよい。
【００３０】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１  電力変換装置
２  制御装置
３  直流電源
４  スイッチ
５  モータ
１１  インバータ
１２  ＬＣフィルタ
２１Ａ  ｄ軸目標電圧設定部
２１Ｂ  ｑ軸目標電圧設定部
２２Ａ  ｄ軸電圧偏差演算部
２２Ｂ  ｑ軸電圧偏差演算部
２３Ａ  ｄ軸ＰＩ制御部
２３Ｂ  ｑ軸ＰＩ制御部
２４  目標電流制限部
２５  電流制御部
３２Ａ，３２Ｂ  積分要素
【図１】
2020031501.tif 000003
【図２】
2020031501.tif 000004
【図３】
2020031501.tif 000005