(57)【要約】【課題】共振抑制を行うことができる電力変換装置、電力変換装置の制御装置および電力変換装置の制御方法を提供すること。【解決手段】実施形態に係る電力変換装置は、推定部と、指令生成部と、電圧誤差演算部と、出力電圧制御部とを備える。推定部は、交流電源の各相と負荷の各相との間に設けられた電力変換部の出力電流に基づいて出力電圧を推定する。指令生成部は、出力電圧指令を生成する。電圧誤差演算部は、推定部によって推定された出力電圧と出力電圧指令との電圧誤差を演算する。出力電圧制御部は、電圧誤差に基づき、交流電源と電力変換部との間に設けられたフィルタの共振を抑制するように電力変換部の出力電圧を制御する。【選択図】図１
2015186431.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源と負荷との間に設けられた電力変換部と、
出力電圧指令に基づいて前記電力変換部の出力電圧を制御することにより前記交流電源と前記負荷との間の電力変換制御を行う制御部と、
前記交流電源と前記電力変換部との間に設けられたフィルタと、を備え、
前記制御部は、
前記出力電圧指令を生成する指令生成部と、
前記電力変換部の出力電流に基づいて前記出力電圧を推定する推定部と、
前記推定部によって推定された前記出力電圧と前記出力電圧指令との電圧誤差を演算する電圧誤差演算部と、
前記電圧誤差に基づき、前記フィルタの共振を抑制するように前記出力電圧を制御する出力電圧制御部と、を備える
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記出力電圧制御部は、
前記電圧誤差に応じた調整量により調整した前記出力電圧指令に基づいて前記電力変換部を制御することにより前記出力電圧の制御を行う
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記出力電流を検出する電流検出部と、
前記指令生成部は、
前記電流検出部によって検出された前記出力電流から前記フィルタの共振周波数成分を除去する共振成分除去部と、
前記共振成分除去部によって前記共振周波数成分が除去された前記出力電流と前記出力電流の指令である出力電流指令とが一致するように前記出力電圧指令を生成する電流制御部と、を備える
ことを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記出力電圧制御部は、
前記電圧誤差から前記フィルタの共振周波数成分を抽出する共振電圧抽出部と、
前記共振電圧抽出部によって抽出された前記共振周波数成分に調整ゲインを乗算することにより前記調整量を求める乗算部と、を備える
ことを特徴とする請求項２または３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記出力電圧制御部は、
前記交流電源から前記負荷への電力変換が実行される場合と前記負荷から前記交流電源への電力変換が実行される場合とで前記調整ゲインの正負を切り替える
ことを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
交流電源の各相と負荷の各相との間に設けられた電力変換部の出力電流に基づいて前記電力変換部の出力電圧を推定する推定部と、
出力電圧指令を生成する指令生成部と、
前記推定部によって推定された前記出力電圧と前記出力電圧指令との電圧誤差を演算する電圧誤差演算部と、
前記電圧誤差に基づき、前記交流電源と前記電力変換部との間に設けられたフィルタの共振を抑制するように前記電力変換部の出力電圧を制御する出力電圧制御部と、を備える
ことを特徴とする電力変換装置の制御装置。
【請求項７】
交流電源の各相と負荷の各相との間に設けられた電力変換部の出力電流に基づいて前記電力変換部の出力電圧を推定する工程と、
出力電圧指令を生成する工程と、
前記推定された前記出力電圧と前記出力電圧指令との電圧誤差を演算する工程と、
前記電圧誤差に基づき、前記交流電源と前記電力変換部との間に設けられたフィルタの共振を抑制するように前記電力変換部の出力電圧を制御する工程と、を有する
ことを特徴とする電力変換装置の制御方法。
【請求項８】
前記出力電圧を制御する工程は、
前記電圧誤差に応じた調整量を加算した前記出力電圧指令に基づいて前記電力変換部を制御することにより前記出力電圧の制御を行う工程を含む
ことを特徴とする請求項７に記載の電力変換装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示の実施形態は、電力変換装置、電力変換装置の制御装置および電力変換装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電力変換装置として、交流電源の電力を任意の周波数・電圧の交流電力へ直接変換する電力変換装置や交流電源への電力回生を行う回生コンバータなどが知られている。
【０００３】
かかる電力変換装置は、半導体スイッチなどのスイッチング素子を有しており、かかるスイッチング素子をスイッチングすることによって電力変換を行うことから、スイッチングに起因する高調波ノイズが発生することがある。そのため、電力変換装置においては、入力側にフィルタが配置されることがある。
【０００４】
このように入力側にフィルタを配置した場合、フィルタを構成するリアクトルとコンデンサによる共振によって入力電流にひずみが発生する場合がある。かかるひずみの抑制方法として、例えば、出力電流に含まれる振動成分を抽出し、かかる振動成分に基づいて出力電流指令を調整する技術がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１３／０８０７４４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
出力電流に含まれる振動成分に基づいて出力電流指令を調整する技術は、共振抑制制御と電流制御との干渉により電力変換制御の応答性が低下するおそれがある。
【０００７】
実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、新たな共振抑制技術により共振抑制を行うことができる電力変換装置、電力変換装置の制御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】
【０００８】
実施形態の一態様に係る電力変換装置は、電力変換部、制御部およびフィルタを備える。前記電力変換は、交流電源と負荷との間に設けられる。前記制御部は、出力電圧指令に基づいて前記電力変換部の出力電圧を制御することにより前記交流電源と前記負荷との間の電力変換制御を行う。前記フィルタは、前記交流電源と前記電力変換部との間に設けられる。前記制御部は、指令生成部、推定部、電圧誤差演算部および出力電圧制御部を含む。前記指令生成部は、前記出力電圧指令を生成する。前記推定部は、前記電力変換部の出力電流に基づいて前記出力電圧を推定する。前記電圧誤差演算部は、前記推定部によって推定された前記出力電圧と前記出力電圧指令との電圧誤差を演算する。前記出力電圧制御部は、前記電圧誤差に基づき、前記フィルタの共振を抑制するように前記出力電圧を制御する。
【発明の効果】
【０００９】
実施形態の一態様によれば、共振抑制を行うことができる電力変換装置、電力変換装置の制御装置および電力変換装置の制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る電力変換装置の構成例を示す図である。
【図２】図２は、図１に示す双方向スイッチの構成例を示す図である。
【図３】図３は、フィルタの１相分について入出力の関係を示す図である。
【図４】図４は、入力電流によるダンピング制御の例を示す図である。
【図５】図５は、出力電圧誤差を推定する推定器のブロック図である。
【図６】図６は、出力電圧制御部の構成例を示す図である。
【図７】図７は、ｄｑ座標での処理を行う制御部の構成例を示す図である。
【図８Ａ】図８Ａは、ｄ軸ダンピング制御部の構成例を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、ｑ軸ダンピング制御部の構成例を示す図である。
【図９】図９は、制御部による出力電圧の制御処理の流れを示すフローチャートの一例である。
【図１０】図１０は、第２の実施形態に係る指令生成部の構成例を示す図である。
【図１１】図１１は、ｄｑ座標での処理を行う指令生成部の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本願の開示する電力変換装置、電力変換装置の制御装置および電力変換装置の制御方法の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、電力変換装置の一例としてマトリクスコンバータを例に挙げて説明する。また、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１２】
［１．第１の実施形態］
［１．１．電力変換装置の構成例］
図１は、第１の実施形態に係る電力変換装置の構成例を示す図である。図１に示すように、第１の実施形態に係る電力変換装置１は、３相交流電源２（以下、単に交流電源２と記載する）と３相交流負荷３（以下、単に負荷３と記載する）との間に設けられるマトリクスコンバータである。
【００１３】
交流電源２は、例えば、電力系統である。負荷３は、例えば、交流電動機や交流発電機である。以下においては、交流電源２のＲ相、Ｓ相およびＴ相を入力相と記載し、負荷３のＵ相、Ｖ相およびＷ相を出力相と記載する。
【００１４】
電力変換装置１は、入力端子Ｔｒ、Ｔｓ、Ｔｔと、出力端子Ｔｕ、Ｔｖ、Ｔｗと、電力変換部１０と、フィルタ１１と、入力電圧検出部１２と、出力電流検出部１３と、制御部２０とを備える。
【００１５】
電力変換部１０は、交流電源２の各相と負荷３の各相とを接続する複数の双方向スイッチＳｒｕ、Ｓｓｕ、Ｓｔｕ、Ｓｒｖ、Ｓｓｖ、Ｓｔｖ、Ｓｒｗ、Ｓｓｗ、Ｓｔｗ（以下、双方向スイッチＳｗと総称する場合がある）を備える。
【００１６】
双方向スイッチＳｒｕ、Ｓｓｕ、Ｓｔｕは、交流電源２のＲ相、Ｓ相、Ｔ相と負荷３のＵ相とをそれぞれ接続する。双方向スイッチＳｒｖ、Ｓｓｖ、Ｓｔｖは、交流電源２のＲ相、Ｓ相、Ｔ相と負荷３のＶ相とをそれぞれ接続する。双方向スイッチＳｒｗ、Ｓｓｗ、Ｓｔｗは、交流電源２のＲ相、Ｓ相、Ｔ相と負荷３のＷ相とをそれぞれ接続する。
【００１７】
図２は、双方向スイッチＳｗの構成例を示す図である。図２に示すように、双方向スイッチＳｗは、スイッチング素子Ｑ１とダイオードＤ１の直列接続回路と、スイッチング素子Ｑ２とダイオードＤ２との直列接続回路とを有し、これらの直列接続回路は逆並列接続される。
【００１８】
なお、双方向スイッチＳｗは、図２に示す構成に限定されない。例えば、図２に示す例では、ダイオードＤ１、Ｄ２のカソード同士が接続されているが、双方向スイッチＳｗは、ダイオードＤ１、Ｄ２のカソード同士が接続されない構成でもよい。
【００１９】
また、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor  Field-Effect  Transistor)やＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）などの半導体スイッチング素子である。また、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２は、例えば、窒化ガリウム(ＧａＮ)または炭化珪素(ＳｉＣ)を含むワイドバンドギャップ半導体であってもよい。なお、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２が例えば逆阻止型ＩＧＢＴの場合、ダイオードＤ１、Ｄ２を設けなくてもよい。
【００２０】
なお、ゲート信号Ｓ１〜Ｓ９は、双方向スイッチＳｒｕ、Ｓｓｕ、Ｓｔｕ、Ｓｒｖ、Ｓｓｖ、Ｓｔｖ、Ｓｒｗ、Ｓｓｗ、Ｓｔｗのスイッチング素子Ｑ１のゲートに入力される。また、ゲート信号Ｓ１０〜Ｓ１８は、双方向スイッチＳｒｕ、Ｓｓｕ、Ｓｔｕ、Ｓｒｖ、Ｓｓｖ、Ｓｔｖ、Ｓｒｗ、Ｓｓｗ、Ｓｔｗのスイッチング素子Ｑ２のゲートに入力される。
【００２１】
図１に戻って、電力変換装置１の説明を続ける。フィルタ１１は、交流電源２のＲ相、Ｓ相およびＴ相と電力変換部１０との間に設けられ、電力変換部１０を構成する双方向スイッチＳｗのスイッチングに起因するスイッチングノイズを除去する。
【００２２】
フィルタ１１は、３つのリアクトルＬｒ、Ｌｓ、Ｌｔと、３つのコンデンサＣｒｓ、Ｃｓｔ、Ｃｔｒとを含むＬＣフィルタである。リアクトルＬｒ、Ｌｓ、Ｌｔは、交流電源２のＲ相、Ｓ相およびＴ相と電力変換部１０との間にそれぞれ接続される。
【００２３】
コンデンサＣｒｓ、Ｃｓｔ、Ｃｔｒは、異なる２つの入力相の間にそれぞれ接続される。具体的には、コンデンサＣｒｓは、Ｒ相とＳ相との間に接続され、コンデンサＣｓｔは、Ｓ相とＴ相との間に接続され、コンデンサＣｔｒは、Ｔ相とＲ相との間に接続される。なお、フィルタ１１は、図１に示す構成に限定されず、他の構成であってもよい。
【００２４】
入力電圧検出部１２は、交流電源２から電力変換装置１へ入力される交流電源２のＲ相、Ｓ相、Ｔ相の各相の瞬時電圧値Ｖｒ、Ｖｓ、Ｖｔ（以下、入力相電圧Ｖｒ、Ｖｓ、Ｖｔと記載する）を検出する。なお、以下においては、入力相電圧Ｖｒ、Ｖｓ、Ｖｔを入力相電圧Ｖｒｓｔと記載する場合がる。また、交流電源２のＲ相、Ｓ相、Ｔ相からそれぞれ電力変換部１０へ流れる電流Ｉｒ、Ｉｓ、Ｉｔを入力相電流Ｉｒｓｔまたは入力電流Ｉｉｎと記載する場合がある。
【００２５】
出力電流検出部１３は、電力変換部１０と負荷３のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれとの間に流れる電流の瞬時値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ（以下、出力相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗと記載する）を検出する。出力電流検出部１３は、例えば、磁電変換素子であるホール素子を利用して電流を検出する。
【００２６】
なお、以下においては、出力相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを出力相電流Ｉｕｖｗまたは出力電流Ｉｏと記載する場合がある。また、電力変換部１０から負荷３のＵ相、Ｖ相、Ｗ相にそれぞれ出力される電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ（以下、出力相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗと記載する）を出力相電圧Ｖｕｖｗまたは出力電圧Ｖｏと記載する場合がある。
【００２７】
制御部２０は、電力変換部１０を制御して交流電源２と負荷３との間の電力変換制御を行う。かかる制御部２０は、実行する運転モードとして、力行運転モードと回生運転モードを有する。
【００２８】
力行運転モードにおいて、制御部２０は、交流電源２から入力端子Ｔｒ、Ｔｓ、Ｔｔを介して供給される３相交流電力を任意の電圧および周波数の３相交流電力に変換して出力端子Ｔｕ、Ｔｖ、Ｔｗから負荷３へ出力するように電力変換部１０を制御する。
【００２９】
回生運転モードにおいて、制御部２０は、負荷３から出力端子Ｔｕ、Ｔｖ、Ｔｗを介して供給される回生電力を、交流電源２の周波数および電圧の３相交流電力に変換して入力端子Ｔｒ、Ｔｓ、Ｔｔから交流電源２へ供給するように電力変換部１０を制御する。
【００３０】
［１．２．共振抑制制御］
制御部２０は、出力相電流Ｉｕｖｗに基づいて出力相電圧Ｖｕｖｗを推定し、推定した出力相電圧Ｖｕｖｗと出力相電圧指令Ｖｕｖｗ*との誤差である出力電圧誤差ΔＶｕｖｗを求める。制御部２０は、出力電圧誤差ΔＶｕｖｗに基づき、フィルタ１１の共振を抑制するように電力変換部１０の出力相電圧Ｖｕｖｗを制御する。これにより、フィルタ１１の共振を抑制しつつ交流電源２と負荷３との間の電力変換を行う。以下、制御部２０の共振抑制制御についてさらに詳細に説明する。
【００３１】
図３は、フィルタ１１の１相分について入出力の関係を示す図である。なお、図３に示す各符号は、以下に示す通りである。また、説明の便宜上、図３に示す例では、コンデンサＣｒｓ、Ｃｓｔ、Ｃｔｒに直列にダンピング抵抗を追加している。
Ｖｇ：交流電源２の出力電圧
Ｉｇ：交流電源２の出力電流
Ｌ：リアクトルＬｒ、Ｌｓ、Ｌｔのインダクタンス
Ｒ：ダンピング抵抗の抵抗値
Ｃ：コンデンサＣｒｓ、Ｃｓｔ、Ｃｔｒのキャパシタンス
Ｉｃ：コンデンサＣｒｓ、Ｃｓｔ、Ｃｔｒに流れる電流（コンデンサ電流）
Ｖｃ：コンデンサＣｒｓ、Ｃｓｔ、Ｃｔｒの端子電圧（コンデンサ電圧）
【００３２】
図３において、下記式（１）に示す関係がある。なお、下記式（１）等において、大文字と小文字の組み合わせの符号は小文字を添え字で表す場合がある。
【数１】
2015186431.tif 000003
【００３３】
上記式（１）から下記式（２）、（３）の伝達関数が成り立つ。
【数２】
2015186431.tif 000004
【００３４】
上記式（２）、（３）において、Ｒｄ＝０である場合、減衰項が存在しないことから、フィルタ１１の共振は抑制されない。図４は、入力電流Ｉｉｎによるダンピング制御の例を示す図であり、電源電流と入力電流との伝達関数は、下記式（４）に示すように表される。なお、Ｋｉｃ、Ｋｖｃ、Ｋｉｉｎは係数（ゲイン）である。
【数３】
2015186431.tif 000005
【００３５】
上記式（４）から、下記のいずれかに（ａ）〜（ｃ）のいずれかの電流を入力電流Ｉｉｎにフィードバックすることによりフィルタ１１の共振を抑制できることが分かる。
（ａ）コンデンサ電流Ｉｃの積分項を含む電流
（ｂ）コンデンサ電圧Ｖｃに比例する電流
（ｃ）電源電流Ｉｇの微分項を含む電流
【００３６】
電力変換装置１の入力側と出力側とは、有効電力によって結合していることから、フィルタ１１の共振によって発生するコンデンサ電圧Ｖｃの振動成分ΔＶｃ（以下、共振成分ΔＶｃと記載する場合がある）は、出力電圧Ｖｏの振動成分である出力電圧誤差ΔＶｏから推定することができる。そこで、制御部２０は、出力電圧誤差ΔＶｏを推定し、推定した出力電圧誤差ΔＶｏに比例する電流を入力電流Ｉｉｎにフィードバックすることによりフィルタ１１の共振を抑制する。
【００３７】
ここで、電力変換部１０の入出力の関係は、双方向スイッチＳｒｕ、Ｓｓｕ、Ｓｔｕ、Ｓｒｖ、Ｓｓｖ、Ｓｔｖ、Ｓｒｗ、Ｓｓｗ、Ｓｔｗのデューティ比ｄｕｒ、ｄｕｓ、ｄｕｔ、ｄｖｒ、ｄｖｓ、ｄｖｔ、ｄｗｒ、ｄｗｓ、ｄｗｔを用いて下記式（５）のように表すことができる。
【数４】
2015186431.tif 000006
【００３８】
上記式（５）から、コンデンサ電圧Ｖｃの振動成分ΔＶｃは、下記式（６）のように表すことができる。
【数５】
2015186431.tif 000007
【００３９】
上記出力電圧誤差ΔＶｏの推定値（以下、出力電圧推定誤差ΔＶｏ^と記載する場合がある）は、例えば、下記式（７）に示すように、出力電流Ｉｏと出力電圧指令Ｖｏ*とから推定することができる。なお、「Ｇｆ」は、共振成分を抽出するフィルタの伝達関数である。
【数６】
2015186431.tif 000008
【００４０】
図５は、出力電圧誤差ΔＶｏを推定する推定器７０のブロック図である。かかる推定器７０は、微分器７１と、減算器７２と、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）７３と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）７４とを備える。
【００４１】
微分器７１は、出力電流Ｉｏを微分し、リアクタンスＬを乗算することにより、出力推定電圧Ｖｏ^を求める。減算器７２は、出力推定電圧Ｖｏ^から出力電圧指令Ｖｏ*を減算することにより、出力電圧推定誤差ΔＶｏ１^を求める。
【００４２】
ハイパスフィルタ７３は、フィルタ１１の共振周波数よりも低いカットオフ周波数を有し、出力電圧推定誤差ΔＶｏ１^に含まれるフィルタ１１の共振周波数成分と出力電圧推定誤差ΔＶｏ^との誤差を低減する。また、ローパスフィルタ７４は、フィルタ１１の共振周波数よりも高いカットオフ周波数を有し、出力電圧推定誤差ΔＶｏ１^に含まれるノイズを除去し、出力電圧推定誤差ΔＶｏ^として出力する。
【００４３】
上記式（６）、（７）から、コンデンサ電圧Ｖｃの振動成分ΔＶｃは、下記式（８）のように表すことができる。
【数７】
2015186431.tif 000009
【００４４】
また、フィルタ１１によって生じる入力電流Ｉｉｎの共振成分ΔＩｉｎと、補償に必要な出力電流Ｉｏの振動成分ΔＩｏ（以下、共振成分ΔＩｏと記載する場合がある）との関係は、入出力行列Ｄを用いて、下記式（９）のように表すことができる。
【数８】
2015186431.tif 000010
【００４５】
コンデンサ電圧Ｖｃに比例する電流を入力電流指令Ｉｉｎ*にフィードバックする場合、上記式（９）は、下記式（１０）のように表すことができる。なお、下記式（１０）において、「Ｋｄ」は、比例係数であり、図４に示す「Ｋｖｃ」に対応する。
【数９】
2015186431.tif 000011
【００４６】
したがって、上記式（８）、（１０）から、コンデンサ電圧Ｖｃの共振成分ΔＶｃと出力側の電流電圧との関係は、下記式（１１）のように表すことができる。
【数１０】
2015186431.tif 000012
【００４７】
ここで、電力変換装置１の入力力率が「１」に設定されている場合、Ｖｒｓｔ＝Ｋ×Ｉｒｓｔである。したがって、上記式（５）から、下記式（１２）を導くことができる。なお、下記式（１２）において、「Ｋ」は、入力インピーダンスであり、力行運転モードの場合には正値であり、回生運転モードの場合には負値である。
【数１１】
2015186431.tif 000013
【００４８】
上記式（１２）から、「Ｋ（ＤＤＴ）」は出力インピーダンスと等価であることが分かる。負荷３が交流電動機である場合、フィルタ１１の共振周波数における出力インピーダンスは、交流電動機のインダクタンスＬｏが支配的であることから、「Ｋ（ＤＤＴ）」は下記式（１３）のように近似可能である。なお、下記式（１３）において、「Ｐ」は微分演算子である。
【数１２】
2015186431.tif 000014
【００４９】
したがって、上記式（１１）中の「（ＤＴ）−１Ｄ−１」は、式（１４）のように近似することができる。
【数１３】
2015186431.tif 000015
【００５０】
上記式（１４）から、上記式（１１）は、下記式（１５）のように表すことができる。
【数１４】
2015186431.tif 000016
【００５１】
上記式（１５）から分かるように、出力電流Ｉｏを制御することにより、フィルタ１１の共振を抑制することができる。しかし、フィルタ１１の共振周波数が電流制御帯域よりも高い場合、出力電流Ｉｏの制御による共振抑制が難しい場合がある。
【００５２】
そこで、本実施形態に係る電力変換装置１は、出力電流Ｉｏに代えて出力電圧Ｖｏを制御することにより、フィルタ１１の共振を抑制する。上記式（１５）から、出力電圧Ｖｏの関係式は、下記式（１６）のように表すことができる。
【数１５】
2015186431.tif 000017
【００５３】
以下、出力電圧誤差ΔＶｏに基づいてフィルタ１１の共振を抑制する制御部２０の構成について具体的に説明する。
【００５４】
［１．３．制御部］
図１に示すように、制御部２０は、指令生成部２１と、ダンピング制御部２２と、スイッチ駆動部２３とを備える。
【００５５】
指令生成部２１は、例えば、ＰＩ（比例積分）制御器を有する。かかる指令生成部２１は、出力相電流指令Ｉｕｖｗ*と出力相電流Ｉｕｖｗとの偏差がゼロになるように出力相電圧指令Ｖｕｖｗ*（出力電圧指令の一例）を生成する。なお、出力相電流指令Ｉｕｖｗ*は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の出力相電流指令Ｉｕ*、Ｉｖ*、Ｉｗ*を含み、出力相電圧指令Ｖｕｖｗ*は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の出力相電圧指令Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*を含む。
【００５６】
ダンピング制御部２２は、出力相電流Ｉｕｖｗに基づいて生成した出力補償電圧Ｖｕｖｗ＿ｃｍｐにより出力相電圧指令Ｖｕｖｗ*を調整し、調整後の出力相電圧指令Ｖｕｖｗ１*をスイッチ駆動部２３へ出力する。かかるダンピング制御部２２は、推定部２４と、電圧誤差演算部２５と、出力電圧制御部２６とを備える。
【００５７】
推定部２４は、出力相電流Ｉｕｖｗに基づき、出力相推定電圧Ｖｕｖｗ^（電圧誤差の一例）を演算する。出力相推定電圧Ｖｕｖｗ^は、出力相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗの推定値（以下、出力相推定電圧Ｖｕ^、Ｖｖ^、Ｖｗ^と記載する）を含む。
【００５８】
推定部２４は、例えば、微分器および増幅器を有し、出力相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの微分値に微分ゲインＫｉを乗算することで、出力相推定電圧Ｖｕ^、Ｖｖ^、Ｖｗ^を求める。なお、微分ゲインＫｉは、例えば、リアクトルＬｒ、Ｌｓ、ＬｔのリアクタンスＬに設定される。
【００５９】
電圧誤差演算部２５は、出力相推定電圧Ｖｕｖｗ^と出力相電圧指令Ｖｕｖｗ*との誤差である出力電圧推定誤差ΔＶｕｖｗ^を求める。これにより、出力相推定電圧Ｖｕｖｗ^に含まれるフィルタ１１の共振成分が出力電圧推定誤差ΔＶｕｖｗ^として電圧誤差演算部２５から出力される。
【００６０】
出力電圧推定誤差ΔＶｕ^は、出力相電圧指令Ｖｕ*と出力相推定電圧Ｖｕ^との誤差であり、出力電圧推定誤差ΔＶｖ^は、出力相電圧指令Ｖｖ*と出力相推定電圧Ｖｖ^との誤差である。出力電圧推定誤差ΔＶｗ^は、出力相電圧指令Ｖｗ*と出力相推定電圧Ｖｗ^との誤差である。
【００６１】
出力電圧制御部２６は、出力電圧推定誤差ΔＶｕｖｗ^に基づいて出力相電圧指令Ｖｕｖｗ*を調整し、調整後の出力相電圧指令Ｖｕｖｗ*を出力相電圧指令Ｖｕｖｗ１*として出力する。図６は、出力電圧制御部２６の構成例を示す図である。図６に示すように、出力電圧制御部２６は、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）３１と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）３２と、増幅器３３と、加算器３４とを備える。
【００６２】
ハイパスフィルタ３１は、フィルタ１１の共振周波数よりも低いカットオフ周波数を有し、フィルタ１１の共振周波数成分よりも低い成分を出力電圧推定誤差ΔＶｕｖｗ^から除去する。ローパスフィルタ３２は、フィルタ１１の共振周波数よりも高いカットオフ周波数を有し、出力電圧推定誤差ΔＶｕｖｗ^に含まれるノイズを除去する。
【００６３】
なお、ハイパスフィルタ３１およびローパスフィルタ３２は、共振電圧抽出部の一例である。また、出力電圧制御部２６において、ハイパスフィルタ３１およびローパスフィルタ３２に代えて、バンドパスフィルタを設けることもできる。
【００６４】
増幅器３３（乗算部の一例）は、補償ゲインＫｄ（調整ゲインの一例）を有し、ローパスフィルタ３２から出力される出力電圧推定誤差ΔＶｕｖｗ^をＫｄ倍して出力補償電圧Ｖｕｖｗ＿ｃｍｐ（調整量の一例）を生成する。増幅器３３は、力行運転モードの場合と回生運転モードの場合とで、補償ゲインＫｄの正負を切り替える。増幅器３３は、例えば、力行運転モードの場合、補償ゲインＫｄを正値に設定し、回生運転モードの場合、補償ゲインＫｄを負値に設定する。
【００６５】
出力補償電圧Ｖｕｖｗ＿ｃｍｐは、Ｕ相の出力補償電圧Ｖｕ＿ｃｍｐ、Ｖ相の出力補償電圧Ｖｖ＿ｃｍｐ、および、Ｗ相の出力補償電圧Ｖｗ＿ｃｍｐを含む。増幅器３３は、出力電圧推定誤差ΔＶｕ^、ΔＶｖ^、ΔＶｗ^にそれぞれ補償ゲインＫｄを乗算して、出力補償電圧Ｖｕ＿ｃｍｐ、Ｖｖ＿ｃｍｐ、Ｖｗ＿ｃｍｐを生成する。
【００６６】
加算器３４は、出力補償電圧Ｖｕｖｗ＿ｃｍｐを調整量として出力相電圧指令Ｖｕｖｗ*に加算して出力相電圧指令Ｖｕｖｗ１*を求める。出力相電圧指令Ｖｕｖｗ１*は、出力相電圧指令Ｖｕ１*、Ｖｖ１*、Ｖｗ１*を含む。加算器３４は、出力相電圧指令Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*にそれぞれ対応する出力補償電圧Ｖｕ＿ｃｍｐ、Ｖｖ＿ｃｍｐ、Ｖｗ＿ｃｍｐを加算し、出力相電圧指令Ｖｕ１*、Ｖｖ１*、Ｖｗ１*を求める。
【００６７】
図２に戻って制御部２０の説明を続ける。スイッチ駆動部２３は、入力相電圧Ｖｒｓｔおよび出力相電圧指令Ｖｕｖｗ１*に基づいてゲート信号Ｓ１〜Ｓ１８を生成する。スイッチ駆動部２３は、生成したゲート信号Ｓ１〜Ｓ１８を電力変換部１０の双方向スイッチＳｒｕ、Ｓｓｕ、Ｓｔｕ、Ｓｒｖ、Ｓｓｖ、Ｓｔｖ、Ｓｒｗ、Ｓｓｗ、Ｓｔｗへ出力する。
【００６８】
スイッチ駆動部２３は、例えば、入力相電圧Ｖｒ、Ｖｓ、Ｖｔの大きさの大小関係が変化しない期間において、入力相電圧Ｖｒ、Ｖｓ、Ｖｔの大きさが大きい順に入力相電圧Ｅｐ、Ｅｍ、Ｅｎとする。スイッチ駆動部２３は、出力相電圧指令Ｖｕ１*、Ｖｖ１*、Ｖｗ１*を、入力相電圧Ｅｐ、Ｅｍ、Ｅｎの各電圧値に対応したＰＷＭ（Pulse  Width  Modulation）信号に変換する。スイッチ駆動部２３は、ＰＷＭ信号に転流制御処理を施し、ゲート信号Ｓ１〜Ｓ１８を生成する。
【００６９】
電力変換装置１は、このように、出力相推定電圧Ｖｕｖｗ^と出力相電圧指令Ｖｕｖｗ*との出力電圧推定誤差ΔＶｕｖｗ^に応じた出力補償電圧Ｖｕｖｗ＿ｃｍｐを求める。そして、電力変換装置１は、出力補償電圧Ｖｕｖｗ＿ｃｍｐにより調整した出力相電圧指令Ｖｕｖｗ１*に基づいて電力変換部１０の制御を行う。これにより、電力変換装置１は、フィルタ１１の共振を抑制しつつ交流電源２と負荷３との間の電力変換を行うことができる。
【００７０】
［１．４．ｄｑ座標を用いる構成例］
図７は、ｄｑ座標での処理を行う制御部２０の構成例を示す図である。ｄｑ座標は、出力相電圧Ｖｕｖｗの位相（以下、出力電圧位相θｏと記載する）に応じて回転する直交２軸の座標である。
【００７１】
図７に示すように、指令生成部２１は、座標変換部４０と、ｄ軸電流制御部４１と、ｑ軸電流制御部４２とを備える。座標変換部４０は、出力相電流Ｉｕｖｗを３相／２相変換した後、出力電圧位相θｏに基づいてｄｑ座標系のｄｑ成分であるｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑへ変換する。
【００７２】
ｄ軸電流制御部４１は、ｄ軸電流Ｉｄとｄ軸電流指令Ｉｄ*との偏差がゼロになるようにｄ軸電圧指令Ｖｄ*を生成する。また、ｑ軸電流制御部４２は、ｑ軸電流Ｉｑとｑ軸電流指令Ｉｑ*との偏差がゼロになるようにｑ軸電圧指令Ｖｑ*を生成する。
【００７３】
ダンピング制御部２２は、ｄ軸ダンピング制御部２７と、ｑ軸ダンピング制御部２８と、座標変換部２９とを備える。図８Ａは、ｄ軸ダンピング制御部２７の構成例を示す図である。
【００７４】
図８Ａに示すように、ｄ軸ダンピング制御部２７は、ｄ軸電流Ｉｄに基づいてｄ軸電圧Ｖｄの推定値であるｄ軸推定電圧Ｖｄ^を求め、かかるｄ軸推定電圧Ｖｄ^とｄ軸電圧指令Ｖｄ*との誤差であるｄ軸電圧推定誤差ΔＶｄ^に基づいてｄ軸電圧指令Ｖｄ*を調整してｄ軸電圧指令Ｖｄ１*を生成する。かかるｄ軸ダンピング制御部２７は、ｄ軸電圧推定部５１と、ｄ軸電圧誤差演算部５２と、ｄ軸出力電圧制御部５３とを備える。
【００７５】
ｄ軸電圧推定部５１は、例えば、ｄ軸電流Ｉｄの微分値に微分ゲインＫｉを乗算することで、ｄ軸推定電圧Ｖｄ^を求める。ｄ軸電圧誤差演算部５２は、ｄ軸推定電圧Ｖｄ^とｄ軸電圧指令Ｖｄ*との差を演算し、ｄ軸電圧推定誤差ΔＶｄ^を出力する。ｄ軸出力電圧制御部５３は、ｄ軸電圧推定誤差ΔＶｄ^に基づいてｄ軸電圧指令Ｖｄ*を調整してｄ軸電圧指令Ｖｄ１*を生成する。
【００７６】
ｄ軸出力電圧制御部５３は、ハイパスフィルタ５４と、ローパスフィルタ５５と、増幅器５６と、加算器５７とを備える。ハイパスフィルタ５４は、フィルタ１１の共振周波数よりも低いカットオフ周波数を有し、フィルタ１１の共振周波数成分よりも低い成分をｄ軸電圧推定誤差ΔＶｄ^から除去する。ローパスフィルタ５５は、フィルタ１１の共振周波数よりも高いカットオフ周波数を有し、ｄ軸電圧推定誤差ΔＶｄ^に含まれるノイズを除去する。
【００７７】
増幅器５６は、補償ゲインＫｄを有し、ローパスフィルタ５５から出力されるｄ軸電圧推定誤差ΔＶｄ^をＫｄ倍してｄ軸補償電圧Ｖｄ＿ｃｍｐを生成する。加算器５７は、ｄ軸補償電圧Ｖｄ＿ｃｍｐを調整量としてｄ軸電圧指令Ｖｄ*に加算してｄ軸電圧指令Ｖｄ１*を求める。
【００７８】
図８Ｂは、ｑ軸ダンピング制御部２８の構成例を示す図である。図８Ｂに示すように、ｑ軸ダンピング制御部２８は、ｑ軸電圧推定部６１と、ｑ軸電圧誤差演算部６２と、ｑ軸出力電圧制御部６３とを備える。また、ｑ軸出力電圧制御部６３は、ハイパスフィルタ６４と、ローパスフィルタ６５と、増幅器６６と、加算器６７とを備える。かかるｑ軸ダンピング制御部２８の構成については、ｄ軸ダンピング制御部２７の構成に対し、ｄ軸成分がｑ軸成分に置き換わった構成である。
【００７９】
なお、図示していないが、ｄ軸電圧推定部５１とｑ軸電圧推定部６１とが推定部２４に対応し、ｄ軸電圧誤差演算部５２およびｑ軸電圧誤差演算部６２が電圧誤差演算部２５に対応し、ｄ軸出力電圧制御部５３およびｑ軸出力電圧制御部６３が出力電圧制御部２６に対応する。
【００８０】
図７に戻って、制御部２０の説明を続ける。座標変換部２９は、ｄ軸電圧指令Ｖｄ１*、ｑ軸電圧指令Ｖｑ１*および出力電圧位相θｏに基づいて、出力相電圧指令Ｖｕｖｗ１*を求める。座標変換部２９は、例えば、下記式（１７）、（１８）から振幅Ｍと位相θａとを算出し、下記式（１９）〜（２１）から出力相電圧指令Ｖｕｖｗ１*を生成する。
【数１６】
2015186431.tif 000018
【００８１】
制御部２０は、例えば、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、入出力ポートなどを有するマイクロコンピュータやＡＳＩＣ（Application  Specific  Integrated  Circuit）やＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）等の集積回路により実現される。
【００８２】
マイクロコンピュータのＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、指令生成部２１、ダンピング制御部２２およびスイッチ駆動部２３の一部または全部の機能を実行することができる。また、ＡＳＩＣやＦＰＧＡなどの回路によって、指令生成部２１、ダンピング制御部２２およびスイッチ駆動部２３の一部または全部の機能を実行することもできる。
【００８３】
［１．５．制御部２０の制御処理］
図９は、制御部２０による出力相電圧Ｖｕｖｗの制御処理の流れを示すフローチャートの一例である。制御部２０は、図９に示す制御処理を所定周期で繰り返し実行する。
【００８４】
図９に示すように、制御部２０は、出力相電流指令Ｉｕｖｗ*（Ｉｄ*、Ｉｑ*）と出力相電流Ｉｕｖｗ（Ｉｄ、Ｉｑ）との偏差がゼロになるように出力相電圧指令Ｖｕｖｗ*（Ｖｄ*、Ｖｑ*）を生成する（Ｓｔｅｐ１０）。また、制御部２０は、出力相電流Ｉｕｖｗ（Ｉｄ、Ｉｑ）に基づいて、出力相電圧Ｖｕｖｗの推定値である出力相推定電圧Ｖｕｖｗ^（Ｖｄ^、Ｖｑ^）を演算する（Ｓｔｅｐ１１）。
【００８５】
次に、制御部２０は、出力相電圧指令Ｖｕｖｗ*（Ｖｄ*、Ｖｑ*）と出力相推定電圧Ｖｕｖｗ^（Ｖｄ^、Ｖｑ^）との差である出力電圧推定誤差ΔＶｕｖｗ^（ΔＶｄ^、ΔＶｑ^）を求める（Ｓｔｅｐ１２）。制御部２０は、出力電圧推定誤差ΔＶｕｖｗ^（ΔＶｄ^、ΔＶｑ^）に基づいて、出力相電圧指令Ｖｕｖｗ*（Ｖｄ*、Ｖｑ*）を調整する（Ｓｔｅｐ１３）。
【００８６】
そして、制御部２０は、出力電圧推定誤差ΔＶｕｖｗ^（ΔＶｄ^、ΔＶｑ^）に応じて調整された出力相電圧指令Ｖｕｖｗ１*と入力相電圧Ｖｒｓｔとに基づいて、デューティ比のＰＷＭ信号を生成する。制御部２０は、かかるＰＷＭ信号に転流制御処理を施し、ゲート信号Ｓ１〜Ｓ１８を生成する（Ｓｔｅｐ１４）。制御部２０は、かかるゲート信号Ｓ１〜Ｓ１８により電力変換部１０を制御することにより、出力電圧推定誤差ΔＶｕｖｗ^に応じて調整された出力相電圧Ｖｕｖｗを電力変換部１０から出力することができる。
【００８７】
［２．第２の実施形態］
次に、第２の実施形態に係る電力変換装置について説明する。なお、第２の実施形態に係る電力変換装置は、電流制御との干渉を防止する機能を有する点で第１の実施形態に係る電力変換装置１と異なる。なお、第２の実施形態に係る電力変換装置は、指令生成部の構成が電力変換装置１と異なるため、指令生成部について説明し、その他の構成については図示および説明を省略する。
【００８８】
図１０は、第２の実施形態に係る指令生成部の構成例を示す図である。図１０に示すように、第２の実施形態に係る制御部２０Ａの指令生成部２１Ａは、共振成分除去部７６と、電流制御器（ＡＣＲ）７７とを備える。
【００８９】
共振成分除去部７６は、例えば、ノッチフィルタであり、フィルタ１１の共振によって生じる出力相電流Ｉｕｖｗの振動成分ΔＩｕｖｗ（以下、共振成分ΔＩｕｖｗと記載する場合がある）を除去する。具体的には、共振成分除去部７６は、フィルタ１１の共振周波数ｆ０を含む帯域の成分を出力相電流Ｉｕｖｗから除去し、共振成分を除去した出力相電流Ｉｕｖｗ１を出力する。
【００９０】
電流制御器７７は、共振成分ΔＩｕｖｗが除去された出力相電流Ｉｕｖｗ１と出力相電流指令Ｉｕｖｗ*との偏差がゼロになるように出力相電圧指令Ｖｕｖｗ*を生成する。
【００９１】
図１１は、ｄｑ座標での処理を行う指令生成部２１Ａの構成例を示す図である。図１１に示すように、指令生成部２１Ａは、指令生成部２１の構成に加え、共振成分除去部７８、７９を備える。
【００９２】
共振成分除去部７８は、例えば、ノッチフィルタであり、フィルタ１１の共振周波数ｆ０を含む帯域のｄ軸の成分ΔＩｄをｄ軸電流Ｉｄから除去し、ｄ軸電流Ｉｄ１を出力する。ｄ軸電流制御部４１は、ｄ軸電流Ｉｄ１とｄ軸電流指令Ｉｄ*との偏差がゼロになるようにｄ軸電圧指令Ｖｄ*を生成する。
【００９３】
共振成分除去部７９は、例えば、ノッチフィルタであり、フィルタ１１の共振周波数ｆ０を含む帯域のｑ軸の成分ΔＩｑをｑ軸電流Ｉｑから除去し、ｑ軸電流Ｉｑ１を出力する。ｑ軸電流制御部４２は、ｑ軸電流Ｉｑ１とｑ軸電流指令Ｉｑ*との偏差がゼロになるようにｑ軸電圧指令Ｖｑ*を生成する。
【００９４】
なお、制御部２０Ａは、図９のＳｔｅｐ１０において、出力相電流Ｉｕｖｗ（Ｉｄ、Ｉｑ）から共振成分ΔＩｕｖｗ（ΔＩｄ、ΔＩｑ）を除去する工程が追加される。制御部２０Ａは、共振成分ΔＩｕｖｗ（ΔＩｄ、ΔＩｑ）を除去した出力相電流Ｉｕｖｗ（Ｉｄ１、Ｉｑ１）に基づいて出力相電圧指令Ｖｕｖｗ*（Ｖｄ*、Ｖｑ*）を生成する。
【００９５】
このように、第２の実施形態に係る指令生成部２１Ａは、共振成分ΔＩｕｖｗ（ΔＩｄ、ΔＩｑ）を除去した出力相電流Ｉｕｖｗ（Ｉｄ１、Ｉｑ１）に基づいて出力相電圧指令Ｖｕｖｗ*（Ｖｄ*、Ｖｑ*）を生成する。そのため、フィルタ１１の共振周波数ｆ０が電流制御器７７（４１、４２）の制御帯域に含まれる場合であっても、共振抑制制御と電流制御との干渉を回避することができる。
【００９６】
なお、第１および第２の実施形態の制御部２０、２０Ａは、共振成分ΔＩｄ、ΔＩｑによる電圧指令Ｖｄ*、Ｖｑ*の調整に代えて、例えば、共振成分ΔＩｄに基づいて出力電圧位相θｏを調整することもできる。
【００９７】
また、第１および第２の実施形態の制御部２０、２０Ａは、出力相電圧指令Ｖｕｖｗ*（Ｖｄ*、Ｖｑ*）に対する出力電圧推定誤差ΔＶｕｖｗ^（ΔＶｄ^、ΔＶｑ^）の比に応じた出力補償電圧Ｖｕｖｗ＿ｃｍｐ（Ｖｄ＿ｃｍｐ、Ｖｑ＿ｃｍｐ）を生成することもできる。この場合、制御部２０、２０Ａは、例えば、出力補償電圧Ｖｕｖｗ＿ｃｍｐ（Ｖｄ＿ｃｍｐ、Ｖｑ＿ｃｍｐ）を出力相電圧指令Ｖｕｖｗ*（Ｖｄ*、Ｖｑ*）に乗算することにより、出力相電圧指令Ｖｕｖｗ１*を求める。
【００９８】
また、電力変換部１０として、図１に示す構成を例に挙げて説明したが、電力変換部１０は、図１に示す構成に限られない。例えば、電力変換部１０は、ＰＷＭ（Ｐulse  Ｗidth  Ｍodulation）コンバータとＰＷＭインバータとを組み合わせ、かつ、主回路コンデンサを持たない構成であってもよい。
【００９９】
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【０１００】
１  電力変換装置
２  ３相交流電源
３  ３相交流負荷
１０  電力変換部
１１  フィルタ
１２  入力電圧検出部
１３  出力電流検出部
２０、２０Ａ  制御部
２１、２１Ａ  指令生成部
２２  ダンピング制御部
２３  スイッチ駆動部
２４  推定部
２５  電圧誤差演算部
２６  出力電圧制御部
３３、５６、６６  増幅器（乗算部の一例）
３１、５４、６４、７３  ハイパスフィルタ（共振電圧抽出部の一例）
３２、５５、６５、７４  ローパスフィルタ（共振電圧抽出部の一例）
７６、７８、７９  共振成分除去部
【図１】
2015186431.tif 000019
【図２】
2015186431.tif 000020
【図３】
2015186431.tif 000021
【図４】
2015186431.tif 000022
【図５】
2015186431.tif 000023
【図６】
2015186431.tif 000024
【図７】
2015186431.tif 000025
【図８Ａ】
2015186431.tif 000026
【図８Ｂ】
2015186431.tif 000027
【図９】
2015186431.tif 000028
【図１０】
2015186431.tif 000029
【図１１】
2015186431.tif 000030