(57)【要約】  本発明はコンバータ回路の動作方法に関する。コンバータ回路は多数の制御可能な電力半導体スイッチを有するコンバータ装置１を備え、コンバータ装置１は交流側で交流ネットワーク２に接続されている。本発明によれば、制御可能な電力半導体スイッチは基準電流ｕ＊Ｎａ、ｕ＊Ｎｂ、ｕ＊Ｎｃにより形成された駆動信号Ｓにより制御される。コンバータ回路を簡単で効率的な方法で動作するため、基準電流ｕ＊Ｎａ、ｕ＊Ｎｂ、ｕ＊Ｎｃは周期的な変調指数ｍ（ｔ）と周期的な変調角度θ（ｔ）から形成される。周期的な変調指数ｍ（ｔ）と周期的な変調角度θ（ｔ）はそれぞれ相電流の正のシーケンスＵＮｄｐのパーク−クラーク変換のｄ成分と、相電流の正のシーケンスＵＮｑｐのパーク−クラーク変換のｑ成分と、相電流の負のシーケンスＵＮｄｎのパーク−クラーク変換のｄ成分と、相電流の負のシーケンスＵＮｑｎのパーク−クラーク変換のｑ成分とから形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンバータ回路の動作方法において、
コンバータ回路は多数の駆動可能な電力半導体スイッチを有するコンバータ装置（１）を具備しており、前記コンバータ装置（１）はＡＣ電圧側でＡＣ電圧供給システム（２）に接続されており、
駆動可能な電力半導体スイッチは基準電圧（ｕ＊Ｎａ、ｕ＊Ｎｂ、ｕ＊Ｎｃ）から形成された駆動信号（Ｓ）により駆動され、
前記基準電圧（ｕ＊Ｎａ、ｕ＊Ｎｂ、ｕ＊Ｎｃ）は周期的な変調指数（ｍ（ｔ））および周期的な変調角度（θ（ｔ））から形成され、
周期的な変調指数（ｍ（ｔ））と周期的な変調角度（θ（ｔ））はそれぞれの場合に、相電圧の正のシーケンス（ＵＮｄｐ）のパーク−クラーク変換のｄ成分と、相電圧の正のシーケンス（ＵＮｑｐ）のパーク−クラーク変換のｑ成分と、相電圧の負のシーケンス（ＵＮｄｎ）のパーク−クラーク変換のｄ成分と、相電圧の負のシーケンス（ＵＮｑｎ）のパーク−クラーク変換のｑ成分とから形成されることを特徴とする動作方法。
【請求項２】
相電圧の正のシーケンス（ＵＮｄｐ）のパーク−クラーク変換のｄ成分と、相電圧の正のシーケンス（ＵＮｑｐ）のパーク−クラーク変換のｑ成分と、相電圧の負のシーケンス（ＵＮｄｎ）のパーク−クラーク変換のｄ成分と、相電圧の負のシーケンス（ＵＮｑｎ）のパーク−クラーク変換のｑ成分とはそれぞれの場合に、相電圧（ＵＮｄ）のパーク−クラーク変換のｄ成分と相電圧（ＵＮｑ）のパーク−クラーク変換のｑ成分から形成されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
相電圧の正のシーケンス（ＵＮｄｐ）のパーク−クラーク変換のｄ成分の形成と、相電圧の正のシーケンス（ＵＮｑｐ）のパーク−クラーク変換のｑ成分の形成と、相電圧の負のシーケンス（ＵＮｄｎ）のパーク−クラーク変換のｄ成分の形成と、相電圧の負のシーケンス（ＵＮｑｎ）のパーク−クラーク変換のｑ成分の形成とは連続的に行われることを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
ＡＣ電圧供給システム（２）の相電圧（ＵＮａ、ＵＮｂ、ＵＮｃ）が決定され、相電圧（ＵＮｄ）のパーク−クラーク変換のｄ成分と相電圧（ＵＮｑ）のパーク−クラーク変換のｑ成分とは決定された相電圧（ＵＮａ、ＵＮｂ、ＵＮｃ）から形成されることを特徴とする請求項２または３記載の方法。
【請求項５】
ＡＣ電圧供給システム（２）の相電圧（ＵＮａ、ＵＮｂ、ＵＮｃ）の決定は連続的に行われ、
相電圧（ＵＮｄ）のパーク−クラーク変換のｄ成分の形成と、相電圧（ＵＮｑ）のパーク−クラーク変換のｑ成分の形成は連続的に行われることを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】
基準電圧（ｕ＊Ｎａ、ｕ＊Ｎｂ、ｕ＊Ｎｃ）の形成は連続的に行われ、周期的な変調指数（ｍ（ｔ））の形成と、周期的な変調指数（θ（ｔ））の形成は連続的に行われることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はパワーエレクトロニクスの分野に関する。これは独立請求項の前提部分に記載されているコンバータ回路の動作方法に由来する。
【背景技術】
【０００２】
通常のコンバータ回路は少なくとも２つの切換え電圧レベルを切換える既知の方法により接続されている多数の駆動可能な電力半導体スイッチを有するコンバータ装置を具備している。ＡＣ（交流）電圧側では、コンバータ装置はＡＣ電圧供給システムに接続されている。さらに、容量性のエネルギの蓄積装置がコンバータ装置へ接続され、前記蓄積装置は通常１または複数のキャパシタにより形成されている。駆動装置がコンバータ回路の動作のために設けられており、その駆動装置はコンバータ回路の動作期間中に本方法の条件により駆動信号により駆動可能な電力半導体スイッチを駆動する。駆動信号は典型的に基準電圧から形成され、割当て装置が駆動信号を形成するために設けられており、この割当て装置は対応する駆動信号値を基準電圧に割当てる。対応する基準電圧はコンバータ装置の関連される相出力においてコンバータ装置により設定される電圧であり、典型的に関連される相電圧に対応し、それによってコンバータ装置はその相出力で電圧をＡＣ電圧供給システムの相電圧に対応して設定する。この場合、対称的または非対称的な相電圧が存在するか否かは重要ではない。非対称的な相電圧は例えば相互に関して相電圧の異なる位相角度で、および／または相互に関して相電圧の異なる振幅で、および／または相互に関して相電圧の異なる周波数で与えられる。従来技術によれば、各基準電圧はそれに割当てられた一定の変調指数とそれに割当てられた一定の変調角度から形成される。結果的に、例えば３相電圧を有する３相ＡＣ電圧供給システムの場合、３つの基準電圧も必要であり、したがって３つの独立した一定の変調指数と３つの独立した一定の変調角度も必要であり、３つの一定の変調指数とこれらの一定の変調角度は典型的に計算によって形成され、それによって莫大な計算上の複雑性が生じる。したがって、コンバータ回路の動作は非常に複雑であり、効率的ではなく、高価で故障を受けやすく、そのためコンバータ回路の有用性は大きく減少し、コンバータ回路のメンテナンスは非常に増加する。
【発明の開示】
【発明の要約】
【０００３】
それ故、本発明の目的はコンバータ回路が非常に簡単に効率的に動作されることができるコンバータ回路の動作方法を特定することである。
【０００４】
コンバータ回路を動作するための本発明による方法では、コンバータ回路は多数の駆動可能な電力半導体スイッチを有するコンバータ装置を有しており、コンバータ装置はＡＣ電圧側でＡＣ電圧供給システムに接続されており、駆動可能な電力半導体スイッチは基準電圧から形成された駆動信号により駆動される。本発明によれば、基準電圧は周期的な変調指数および周期的な変調角度から形成され、周期的な変調指数と周期的な変調角度はそれぞれの場合、相電圧の正のシーケンスのパーク−クラーク変換のｄ成分と、相電圧の正のシーケンスのパーク−クラーク変換のｑ成分と、相電圧の負のシーケンスのパーク−クラーク変換のｄ成分と、相電圧の負のシーケンスのパーク−クラーク変換のｑ成分とから形成される。基準電圧が単に、特に単一の周期的な変調指数および特に単一の周期的な変調角度から形成され、この周期的な変調指数と周期的な変調角度はそれぞれの場合、相電圧の正のシーケンスのパーク−クラーク変換のｄ成分と、相電圧の正のシーケンスのパーク−クラーク変換のｑ成分と、相電圧の負のシーケンスのパーク−クラーク変換のｄ成分と、相電圧の負のシーケンスのパーク−クラーク変換のｑ成分とから形成される事実により、有効に非常に低い計算上の複雑性だけが基準電圧の形成に必要とされる。コンバータ回路はそれ故、本発明による方法によって特に簡単に効率的に動作されることができ、さらにこの場合故障を受けにくくなり、したがって低いメンテナンス費用に関連するコンバータ回路の高い有用性が実現されることができる。
【０００５】
本発明のこれらおよびさらに別の目的、利点、特徴は図面を伴った本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明から明白になるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図面で使用されている参照符合及びそれらの意味は参照符合のリスト中に要約されている。原理的に、図面では同一の部分には同一の参照符合が与えられている。説明されている実施形態は発明を限定するものではなく１例として理解されるべきである。  
コンバータ回路の通常の実施形態が図１に示されている。コンバータ回路は少なくとも２つの切換え電圧レベルで切換えるためのコンバータ装置１を具備している。ＡＣ電圧側では、コンバータ回路１はＡＣ電圧供給システム２に接続されている。さらに、容量性エネルギ蓄積装置３はコンバータ装置１に接続されており、前記蓄積装置は典型的に１または複数のキャパシタンスにより形成されている。駆動装置４はコンバータ回路の動作のために設けられており、この駆動装置はコンバータ回路の動作期間中に方法の条件で駆動信号Ｓにより駆動可能な電力半導体スイッチを駆動する。駆動信号Ｓは基準電圧ｕ＊Ｎａ、ｕ＊Ｎｂ、ｕ＊Ｎｃから典型的に形成され、割当て装置６は駆動信号Ｓを形成するために設けられており、この割当て装置は対応する駆動信号値を基準電圧ｕ＊Ｎａ、ｕ＊Ｎｂ、ｕ＊Ｎｃに割当てる。
【０００７】
このようなコンバータ回路を動作する本発明による方法に関して、基準電圧ｕ＊Ｎａ、ｕ＊Ｎｂ、ｕ＊Ｎｃは周期的な変調指数ｍ（ｔ）および周期的な変調角度θ（ｔ）から形成される。したがって、周期的な変調指数ｍ（ｔ）と周期的な変調角度θ（ｔ）は両者とも時間ｔの関数であり、したがって特に時間依存性である。周期的な変調指数ｍ（ｔ）と周期的な変調角度θ（ｔ）はそれぞれの場合、相電圧の正のシーケンスＵＮｄｐのパーク−クラーク変換のｄ成分と、相電圧の正のシーケンスＵＮｑｐのパーク−クラーク変換のｑ成分と、相電圧の負のシーケンスＵＮｄｎのパーク−クラーク変換のｄ成分と、相電圧の負のシーケンスＵＮｑｎのパーク−クラーク変換のｑ成分から形成される。基準電圧が単に、特に単一の周期的な変調指数ｍ（ｔ）および特に単一の周期的な変調角度θ（ｔ）から形成され、この周期的な変調指数ｍ（ｔ）と周期的な変調角度θ（ｔ）はそれぞれの場合、相電圧の正のシーケンスのパーク−クラーク変換のｄ成分と、相電圧の正のシーケンスのパーク−クラーク変換のｑ成分と、相電圧の負のシーケンスのパーク−クラーク変換のｄ成分と、相電圧の負のシーケンスのパーク−クラーク変換のｑ成分とから形成される事実により、計算上の複雑性が基準電圧ｕ＊Ｎａ、ｕ＊Ｎｂ、ｕ＊Ｎｃの形成において非常に軽減される利点が得られる。したがってコンバータ回路は本発明による方法によって特に簡単に効率的に動作されることができ、この場合故障になりにくく、したがって低いメンテナンス費用に関連してコンバータ回路の高い有用性がさらに実現されることができる。従来技術と比較すると、例えば３相のＡＣ電圧供給システムの場合、３つの独立した一定の変調指数と３つの独立した一定の変調角度を形成することはもはや必要ではなく、むしろただ１つの周期的な変調指数ｍ（ｔ）と１つの周期的な変調角度θ（ｔ）が必要である。
【０００８】
周期的な変調指数ｍ（ｔ）と周期的な変調角度θ（ｔ）は特に以下説明するように特に次式により駆動装置４において形成される。  
【数１】
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【０００９】
ここでＵＤＣは容量性エネルギ蓄積装置３の電圧であり、ω＝２πＦｎｏｍであり、ＦｎｏｍはＡＣ電圧供給システム２の公称周波数であり、例えば電気的に相互接続されたＡＣ電圧グリッドの場合Ｆｎｏｍ＝５０Ｈｚであり、または電気鉄道のＡＣ電圧グリッドの場合Ｆｎｏｍ＝１６＋２／３Ｈｚである。位相角度ωｔを決定するため、駆動装置４は相ロックループを具備することが好ましい。
【００１０】
好ましくは、コンバータ装置１は特に非対称の相電圧ＵＮａ、ＵＮｂ、ＵＮｃが存在していても相電圧ＵＮａ、ＵＮｂ、ＵＮｃにしたがう。即ち基準電圧ｕ＊Ｎａ、ｕ＊Ｎｂ、ｕ＊Ｎｃは相電圧ＵＮａ、ＵＮｂ、ＵＮｃに対応する。パーク−クラークの基準システム（ｄｑ基準システム）では、基準電圧ｕ＊ｄのパーク−クラーク変換のｄ成分と、基準電圧ｕ＊ｑのパーク−クラーク変換のｑ成分は以下のような結果になる。  
ｕ＊ｄ＝ｍ・ｃｏｓ（θ）・ＵＤＣ／２  
ｕ＊ｑ＝ｍ・ｓｉｎ（θ）・ＵＤＣ／２
逆パーク−クラーク変換によって、即ち時間ドメインへの逆変換によって、基準電圧ｕ＊Ｎａ、ｕ＊Ｎｂ、ｕ＊Ｎｃは以下のような結果になる。  
【数２】
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【００１１】
基準電圧ｕ＊Ｎａ、ｕ＊Ｎｂ、ｕ＊Ｎｃは特に計算によって特に駆動装置４中で形成される。
【００１２】
好ましくは、相電圧の正のシーケンスＵＮｄｐのパーク−クラーク変換のｄ成分と、相電圧の正のシーケンスＵＮｐｑのパーク−クラーク変換のｑ成分と、相電圧の負のシーケンスＵＮｄｎのパーク−クラーク変換のｄ成分と、相電圧の負のシーケンスＵＮｑｎのパーク−クラーク変換のｑ成分はそれぞれの場合、相電圧ＵＮｄのパーク−クラーク変換のｄ成分と相電圧ＵＮｑのパーク−クラーク変換のｑ成分とから形成される。その形成は特に駆動装置４において特に以下の計算により行われる。  
【数３】
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【００１３】
ＵＮｄｔ１は時間期間ｔ１だけ遅延された相電圧ＵＮｄのパーク−クラーク変換のｄ成分であり、ＵＮｑｔ１は時間期間ｔ１だけ遅延される相電圧ＵＮｑのパーク−クラーク変換のｑ成分である。時間期間ｔ１はｔ１＝（１／４）・（１／Ｆｎｏｍ）の大きさの次数で選択されることが好ましい。
【００１４】
説明を完全にするために、特に非対称的な相電圧ＵＮａ、ＵＮｂ、ＵＮｃの場合、これらの非対称的な相電圧ＵＮａ、ＵＮｂ、ＵＮｃは相電圧ＵＮｐ（正の基準システム）の正のシーケンスと相電圧ＵＮｎの負のシーケンスに分解されることができ、これは通常以下のような結果になることを述べておく。  
ＵＮｐ＝ＵＮｄｐ＋ｊＵＮｑｐ 
ＵＮｎ＝ＵＣｒ・ｅｊ２ωｔ 
相電圧ＵＮａ、ＵＮｂ、ＵＮｃ自体は次式のように規定される。  
ＵＮａ＝ＵＮａ，Ａ・ｓｉｎ（ωｔ）  
ＵＮｂ＝ＵＮｂ，Ａ・ｓｉｎ（ωｔ−（２π／３））  
ＵＮｃ＝ＵＮｃ，Ａ・ｓｉｎ（ωｔ−（４π／３））  
ＡＣ電圧供給システム２の相電圧ＵＮａ、ＵＮｂ、ＵＮｃは特に測定により決定され、相電圧ＵＮａ、ＵＮｂ、ＵＮｃの和はゼロとなり、即ち次式が当てはまる。  
ＵＮａ＋ＵＮｂ＋ＵＮｃ＝０
相電圧ＵＮｄのパーク−クラーク変換のｄ成分と相電圧ＵＮｑのパーク−クラーク変換のｑ成分は以下のようになる。  
【数４】
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【００１５】
相電圧ＵＮｄのパーク−クラーク変換のｄ成分と、相電圧ＵＮｑのパーク−クラーク変換のｑ成分は特に計算により決定された相電圧ＵＮａ、ＵＮｂ、ＵＮｃから特に駆動装置４において形成され、前述したように相電圧の正のシーケンスＵＮｄｐのパーク−クラーク変換のｄ成分と、相電圧の正のシーケンスＵＮｑｐのパーク−クラーク変換のｑ成分と、相電圧の負のシーケンスＵＮｄｎのパーク−クラーク変換のｄ成分と、相電圧の負のシーケンスＵＮｑｎのパーク−クラーク変換のｑ成分とを形成するために、相電圧ＵＮｄのパーク−クラーク変換のｄ成分と相電圧ＵＮｑのパーク−クラーク変換のｑ成分とが使用される。
【００１６】
この際に、相電圧ＵＮｐの正のシーケンスは正の基準システム中の正の座標と角速度ωを有し、相電圧ＵＮｎの負のシーケンスは負の基準システム中の負の座標と角速度−ωを有することに注意しなければならない。相電圧ＵＮｐの正のシーケンスと相電圧ＵＮｎの負のシーケンスとにより、相電圧ＵＮｄのパーククラーク変換のｄ成分と相電圧ＵＮｑのパーククラーク変換のｑ成分とにより以下のように正の基準システムに総相電圧ＵＮｄ＋ｊＵＮｑを書込むことが可能である。  
【数５】
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【００１７】
ここで、項ｅ−２ｊωｔ・ＵＮｎは角速度ωで２度回転する正の基準システムの相電圧ＵＮｎの負のシーケンスの座標を示している。
【００１８】
基準電圧ｕ＊Ｎａ、ｕ＊Ｎｂ、ｕ＊Ｎｃの形成、周期的な変調指数ｍ（ｔ）および、周期的な変調角度θ（ｔ）の形成は好ましくは継続して行われ、それによって周期的な変調指数ｍ（ｔ）と周期的な変調角度θ（ｔ）の基準電圧ｕ＊Ｎａ、ｕ＊Ｎｂ、ｕ＊Ｎｃの最新の値が常に存在する。相電圧の正のシーケンスＵＮｄｐのパーク−クラーク変換のｄ成分の形成と、相電圧の正のシーケンスＵＮｑｐのパーク−クラーク変換のｑ成分の形成と、相電圧の負のシーケンスＵＮｄｎのパーク−クラーク変換のｄ成分の形成と、相電圧の負のシーケンスＵＮｑｎのパーク−クラーク変換のｑ成分の形成も継続して行われることが好ましい。さらに、ＡＣ電圧供給システム２のＵＮａ、ＵＮｂ、ＵＮｃの決定は継続して行われ、それによって常に最新の値により計算することが可能になる。さらに相電圧ＵＮｄのパーク−クラーク変換のｄ成分の形成と相電圧ＵＮｑのパーク−クラーク変換のｑ成分の形成も同様に継続して行われることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明による方法で動作されるコンバータ回路の１実施形態を示す図。
【符合の説明】
【００２０】
１・・・コンバータ装置、２・・交流電圧供給システム、３・・・容量エネルギ蓄積装置、４・・・駆動装置、５・・・計算装置、６・・・割当て装置
【図１】
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【国際調査報告】
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