(57)【要約】【課題】キャリア除去フィルタに基づくＰＷＭコンバータの電源電流と発生電流との電流誤差を制御系で補償して高精度の電流を流す。【解決手段】電流指令演算部１１から電流指令ＩＲ１ｕ、ＩＲ１ｗとＣＴ１ｕ、ＣＴ１ｗからのコンバータ発生電流Ｉ２ｕ、Ｉ２ｗとの偏差をＰＩ制御器４３、４４でＰＩ演算するＰＷＭコンバータ２において、電流指令演算部１１とＰＩ制御器４３、４４との間にフィルタ３に基づく電流誤差を補正するフィルタ補償回路２０を設けて電流誤差を補償する。このフィルタ補償回路２０は、電流指令ＩＲと電流誤差に影響するフィルタの特性、電源電圧、電流制御のＰゲイン、Ｉゲイン等からフィルタ特性、電流制御系を考慮したコンバータ電流指令値Ｉｒを表す関係式に基づいて構成されているので、キャリア除去フィルタに基づくＰＷＭコンバータの電流誤差を制御系で補償することができる。【選択図】  図４
2004254429.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源に入力フィルタを介して接続され電流指令値に基づいてＰＩ制御器でコンバータ発生電流を制御するＰＷＭコンバータにおいて、
入力フィルタのパラメータ及び電源電圧によるコンバータ電流誤差を考慮した前記電流指令値を補正するフィルタ補償回路を設け、
入力フィルタに基づく電流誤差を制御系で補正することを特徴とするＰＷＭコンバータ。
【請求項２】
交流電源に入力フィルタを介して接続され電流指令値に基づいてＰＩ制御でコンバータ発生電流を制御するＰＷＭコンバータにおいて、
入力フィルタのパラメータ及び電源電圧によるコンバータ電流誤差を考慮して前記電流指令値を補正し、
入力フィルタに基づく電流誤差を制御系で補正することを特徴とするＰＷＭコンバータの制御方法。
【請求項３】
請求項２において、
電流制御系ゲインについても考慮して電流指令値を補正することを特徴とするＰＷＭコンバータの制御方法。
【請求項４】
交流電源に入力フィルタを介して接続され電流指令値に基づいてＰＩ制御でコンバータ発生電流を制御するＰＷＭコンバータにおいて、
入力フィルタ特性、電流制御系および前記電流指令値、電源電圧から導出されるコンバータ電流指令値を計算する式の、前記電流指令値に関する項を計算する回路と電源電圧に関する項を計算する回路とを有するフィルタ補償回路を設け、前記電源電圧に関する回路の係数を入力フィルタのパラメータおよび電源周波数がほぼ一定であることから一定な電源周波数で計算して求めておき前記電源電圧に関する項を計算する回路の構成を簡単化し、
フィルタ補償の計算を容易にしたことを特徴とするＰＷＭコンバータの制御方法。
【請求項５】
交流電源に入力フィルタを介して接続され電流指令値に基づいてＰＩ制御でコンバータ発生電流を制御するＰＷＭコンバータにおいて、
入力フィルタ特性、電流制御系および前記電流指令値、電源電圧から導出されるコンバータ電流指令値を計算する式の、前記電流指令値に関する項を計算する回路と電源電圧に関する項を計算する回路とを有するフィルタ補償回路を設け、電源電圧の同期信号およびこの同期信号より９０度位相を進ませた同期信号を生成し、
前記２つの同期信号および電源周波数が一定であることから前記電源電圧に関する項を計算する回路の構成を簡単化し、
フィルタ補償の計算を容易にしたことを特徴とするＰＷＭコンバータの制御方法。
【請求項６】
交流電源に入力フィルタを介して接続され電流指令値に基づいてＰＩ制御でコンバータ発生電流を制御するＰＷＭコンバータにおいて、
入力フィルタ特性、電流制御系および前記電流指令値、電源電圧から導出されるコンバータ電流指令値を計算する式の、前記電流指令値に関する項を計算する回路と電源電圧に関する項を計算する回路とを有するフィルタ補償回路を設け、電流制御系ゲインが十分大きく理想的な場合に、前記電流指令値に関する項を計算する回路と電源電圧に関する項を計算する回路における係数が１又は０となる部分を省略し、
フィルタ補償の計算を簡単化したことを特徴とするＰＷＭコンバータの制御方法。
【請求項７】
請求項２において、
前記フィルタパラメータに誤差がある場合に、前記電流指令値を補正する部分にフィルタの電源側電流をフィードバック制御する手段を設け、フィードバック制御でフィルタパラメータ誤差を補償することを特徴とするＰＷＭコンバータの制御方法。
【請求項８】
交流電源に入力フィルタを介して接続され電流指令値に基づいて高調波抑制電流を制御するＰＷＭコンバータを電流源とした高調波抑制装置において、
入力フィルタのパラメータ及び電源電圧による出力電流誤差を考慮した前記電流指令値を補正するフィルタ補償回路を設け、
入力フィルタに基づく電流誤差を制御系で補正することを特徴とする高調波抑制装置。
【請求項９】
交流電源に入力フィルタを介して接続されたＰＷＭコンバータにおいて、
電源電圧、指令電流およびコンバータ発生電流よりコンバータ発生電圧指令値を計算し、このコンバータ発生電圧指令値をフィードフォワードでＰＷＭ信号発生器に与えて制御することを特徴とするＰＷＭコンバータの制御方法。
【請求項１０】
交流電源に入力フィルタを介して接続されたＰＷＭコンバータにおいて、
電源電圧、指令電流よりコンバータ発生電圧指令値を計算し、このコンバータ発生電圧指令値をフィードフォワードでＰＷＭ信号発生器に与えて制御することを特徴とするＰＷＭコンバータの制御方法。
【請求項１１】
交流電源に入力フィルタを介して接続されたＰＷＭコンバータにおいて、
指令電流およびコンバータ発生電流よりコンバータ発生電圧指令値を計算し、このコンバータ発生電圧指令値をフィードフォワードでＰＷＭ信号発生器に与えて制御することを特徴とするＰＷＭコンバータの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力フィルタを考慮したＰＷＭコンバータおよびその制御方法並びに高調波抑制装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＡＣ−ＤＣ変換を行う最も一般的な方法としては、ダイオード整流器が使用されているが、ダイオード整流器は直流電圧の変動を抑制するために大容量のコンデンサを伴うことが多く、このような整流装置でＡＣ−ＤＣ変換を行う場合、交流側の電流はパルス状になり、大きな高調波電流が系統電源に流れる。そのため、入力電流を正弦波にするＡＣ−ＤＣ変換器として、ＰＷＭコンバータが用いられている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
【非特許文献１】
小玉貴志  他３、平成２年電気学会産業応用部門全国大会「１１７  系統の高調波抑制機能をもつモータドライブインバータ装置」ｐ４７７
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
系統電源とＰＷＭコンバータの間にはフィルタを設置することが多い。この入力部のフィルタは、ＰＷＭ制御により発生する高調波電流を系統電源側に流さない役割を果たす。しかし、このフィルタ特性によってＰＷＭコンバータ入力部と系統電源側とでは流れる電流に誤差が生じ、結果的に指令どおりの電流が系統電源に流れなくなる。また、電流制御系の特性が理想的でない場合にも電流誤差が生じる。特にＰＷＭコンバータにより他系統の高調波を補償するような用途では高い精度が要求されるため、大きな問題となる。
本発明は、このような課題を解決すべくなされたものであり、上記フィルタに基づく電流誤差を制御系で補償し、より高精度の電流を流すことのできる入力フィルタを考慮したＰＷＭコンバータおよびその制御方法並びに高調波抑制装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係るＰＷＭコンバータは、交流電源に入力フィルタを介して接続され電流指令値に基づいてＰＩ制御器でコンバータ発生電流を制御するＰＷＭコンバータにおいて、入力フィルタのパラメータ及び電源電圧によるコンバータ電流誤差を考慮した前記電流指令値を補正するフィルタ補償回路を設け、入力フィルタに基づく電流誤差を制御系で補正することを特徴とする。
【０００６】
請求項２に係るＰＷＭコンバータの制御方法は、交流電源に入力フィルタを介して接続され電流指令値に基づいてＰＩ制御でコンバータ発生電流を制御するＰＷＭコンバータにおいて、入力フィルタのパラメータ及び電源電圧によるコンバータ電流誤差を考慮して前記電流指令値を補正し、入力フィルタに基づく電流誤差を制御系で補正することを特徴とする。
【０００７】
請求項３の発明に係るＰＷＭコンバータの制御方法は、請求項２のＰＷＭコンバータの制御方法において、電流制御系ゲインについても考慮して電流指令値を補正することを特徴とする。
【０００８】
請求項４の発明に係るＰＷＭコンバータの制御方法は、交流電源に入力フィルタを介して接続され電流指令値に基づいてＰＩ制御でコンバータ発生電流を制御するＰＷＭコンバータにおいて、入力フィルタ特性、電流制御系および前記電流指令値、電源電圧から導出されるコンバータ電流指令値を計算する式の、前記電流指令値に関する項を計算する回路と電源電圧に関する項を計算する回路とを有するフィルタ補償回路を設け、前記電源電圧に関する回路の係数を入力フィルタのパラメータおよび電源周波数がほぼ一定であることから一定な電源周波数で計算して求めておき前記電源電圧に関する項を計算する回路の構成を簡単化し、フィルタ補償の計算を容易にしたことを特徴とする。
【０００９】
請求項５の発明に係るＰＷＭコンバータの制御方法は、交流電源に入力フィルタを介して接続され電流指令値に基づいてＰＩ制御でコンバータ発生電流を制御するＰＷＭコンバータにおいて、入力フィルタ特性、電流制御系および前記電流指令値、電源電圧から導出されるコンバータ電流指令値を計算する式の、前記電流指令値に関する項を計算する回路と電源電圧に関する項を計算する回路とを有するフィルタ補償回路を設け、電源電圧の同期信号およびこの同期信号より９０度位相を進ませた同期信号を生成し、前記２つの同期信号および電源周波数が一定であることから前記電源電圧に関する項を計算する回路の構成を簡単化し、フィルタ補償の計算を容易にしたことを特徴とする。
【００１０】
請求項６の発明に係るＰＷＭコンバータの制御方法は、交流電源に入力フィルタを介して接続され電流指令値に基づいてＰＩ制御でコンバータ発生電流を制御するＰＷＭコンバータにおいて、入力フィルタ特性、電流制御系および前記電流指令値、電源電圧から導出されるコンバータ電流指令値を計算する式の、前記電流指令値に関する項を計算する回路と電源電圧に関する項を計算する回路とを有するフィルタ補償回路を設け、電流制御系ゲインが十分大きく理想的な場合に、前記電流指令値に関する項を計算する回路と電源電圧に関する項を計算する回路における係数が１又は０となる部分を省略し、フィルタ補償の計算を簡単化したことを特徴とする。
【００１１】
請求項７の発明に係るＰＷＭコンバータの制御方法は、請求項２のＰＷＭコンバータの制御方法において、前記フィルタパラメータに誤差がある場合に、前記フィルタ補償回路にフィルタの電源側電流をフィードバック制御する手段を設け、フィードバック制御でフィルタパラメータ誤差を補償することを特徴とする。
【００１２】
請求項８の発明に係る発明高調波抑制装置は、交流電源に入力フィルタを介して接続され電流指令値に基づいて高調波抑制電流を制御するＰＷＭコンバータを電流源とした高調波抑制装置において、入力フィルタのパラメータ及び電源電圧による出力電流誤差を考慮した前記電流指令値を補正するフィルタ補償回路を設け、入力フィルタに基づく電流誤差を制御系で補正することを特徴とする。
【００１３】
請求項９の発明に係るＰＷＭコンバータの制御方法は、交流電源に入力フィルタを介して接続されたＰＷＭコンバータにおいて、電源電圧、指令電流およびコンバータ発生電流よりコンバータ発生電圧指令値を計算し、このコンバータ発生電圧指令値をフィードフォワードでＰＷＭ信号発生器に与えて制御することを特徴とする。
【００１４】
請求項１０の発明に係るＰＷＭコンバータの制御方法は、交流電源に入力フィルタを介して接続されたＰＷＭコンバータにおいて、電源電圧、指令電流よりコンバータ発生電圧指令値を計算し、このコンバータ発生電圧指令値をフィードフォワードでＰＷＭ信号発生器に与えて制御することを特徴とする。
【００１５】
請求項１１の発明に係るＰＷＭコンバータの制御方法は、交流電源に入力フィルタを介して接続されたＰＷＭコンバータにおいて、指令電流およびコンバータ発生電流よりコンバータ発生電圧指令値を計算し、このコンバータ発生電圧指令値をフィードフォワードでＰＷＭ信号発生器に与えて制御することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１に三相ＰＷＭコンバータ主回路構成を示す。２はダイオードが逆並列に接続されているスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６を順変換可能に三相ブリッジ接続した三相ＰＷＭコンバータで、入力部に設置されたキャリヤ除去フィルタ（入力フィルタ）３を介して系統電源１に接続され、出力部には平滑コンデンサＣが接続されている。
【００１７】
このように、三相ＰＷＭコンバータ２の入力部にフィルタ３を設置した場合、ＰＷＭコンバータによって発生するコンバータ発生電圧Ｖｃと電源電圧Ｖｓ、およびその間に接続されているフィルタ３のインピーダンスによって流れる電流が決まる。通常は電源１側において力率１の基本波電流を流そうとするが、電圧源が電源１とコンバータ２の２つあり、フィルタ３のインピーダンスが影響することで、コンバータ入力側と電源側とでは電流誤差が生じる。
【００１８】
図１の入力フィルタ３を図２のように４端子回路で表すと、三相ＰＷＭコンバータの電流制御系の方程式は、以下のようになる。
【００１９】
【数１】
2004254429.tif 000003
【００２０】
【数２】
2004254429.tif 000004
【００２１】
【数３】
2004254429.tif 000005
【００２２】
【数４】
2004254429.tif 000006
【００２３】
【数５】
2004254429.tif 000007
【００２４】
実施形態１
図４に実施形態１に係る電源側にキャリア除去用フィルタが接続されている三相ＰＷＭコンバータの制御回路を示す。ＰＷＭコンバータ２を制御する制御回路１０Ａは、電源電圧Ｖｓから電流指令ＩＲ１ｕ、ＩＲ１ｗを演算する電流指令演算部１１と、この電流指令を補正してキャリア除去フィルタ３に基づく電流誤差を補正するフィルタ補償回路２０と、フィルタ補償回路２０で補正された電流指令Ｉｒｕ、Ｉｒｗと電流検出器ＣＴ１ｕ、ＣＴ１ｗで検出したコンバータ発生電流Ｉ２ｕ，Ｉ２ｗとの偏差をそれぞれ検出する加算器４１、４２と、その電流偏差がなくなるように制御するＰＩ制御器４３，４４と、ＰＩ制御器４３，４４から出力されるＵ、Ｗ相電圧指令Ｖｃｕ、ＶｃｗからＶ相電圧指令Ｖｃｖを求める加算器４５と、この三相電圧指令をＰＷＭ信号に変えるＰＷＭ信号発生器４６で構成されている。
【００２５】
上記フィルタ補償回路２０は、電流指令演算部１１からの電流指令ＩＲ１ｕ、ＩＲ１ｗがそれぞれ入力する伝達関数Ｈ（ｓ）回路２１、２２と、電源電圧Ｖｓｕ、Ｖｓｗがそれぞれ入力する伝達関数Ｇ（ｓ）回路２３、２４と、それぞれ伝達関数Ｈ（ｓ）回路２１、２２の出力と伝達関数Ｇ（ｓ）２３、２４の出力との差をとる加算器２５、２６と、加算器２５、２６の出力がそれぞれ入力する伝達関数Ｑ（ｓ）回路３１、３２と、電源電圧Ｖｓｕ，Ｖｓｗがそれぞれ入力する伝達関数Ｍ（ｓ）回路３３、３４および伝達関数Ｑ（ｓ）回路３１、３２の出力と伝達関数Ｍ（ｓ）回路３３、３４の出力の差をそれぞれとり電流誤差を補正した電流指令Ｉｒｕ、Ｉｒｗをそれぞれ出力する加算器３５、３６とにより構成されている。
【００２６】
この実施形態の原理について説明する。この実施形態におけるキャリア除去フィルタ３は、図３に示す構成のＴ型フィルタを使用している。このＴ型フィルタの各要素は、以下の式で表される。
【００２７】
【数６】
2004254429.tif 000008
【００２８】
電流制御はＰＩ制御で行うこととし、以下のようにおく。
【００２９】
【数７】
2004254429.tif 000009
【００３０】
（１１）式より、フィルタ特性および電流制御系を考慮したコンバータ電流指令値Ｉｒは、以下のように表せる。
【００３１】
【数８】
2004254429.tif 000010
【００３２】
フィルタ補償回路２０の各伝達関数は、（１６）式および以下の通りである。
【００３３】
【数９】
2004254429.tif 000011
【００３４】
よって上記フィルタ補償回路２０の伝達関数Ｑ（ｓ）、Ｈ（ｓ）、Ｇ（ｓ）、Ｍ（ｓ）は、それぞれ（１６）〜（１９）式としてある。このようにフィルタ補償回路２０は（１５）式を計算することができる構成となっているので、電流指令ＩＲ１ｕ、ＩＲ１ｗをＴ型フィルタ３による電流誤差を補正した電流指令Ｉｒｕ、Ｉｒｗに変えることができる。
【００３５】
この実施形態によれば、ＰＷＭコンバータの制御回路において、（１５）式で表したようにフィルタ特性および電流制御系の特性を考慮したコンバータ電流指令値を与えることが可能となり、フィルタ３の電源側とコンバータ入力側における電流誤差をなくすことができる。
【００３６】
実施形態２
図５に実施形態２に係る電源側にキャリア除去Ｔ型フィルタが接続されている三相ＰＷＭコンバータの制御回路を示す。この制御回路１０Ｂのフィルタ補償回路５０は、電流指令演算部１１からの電流指令ＩＲ１ｕ、ＩＲ１ｗがそれぞれ入力する伝達関数Ｈ（ｓ）回路２１、２２と、伝達関数Ｈ（ｓ）回路２１、２２の出力がそれぞれ入力する伝達関数Ｑ（ｓ）回路３１、３２と、電源電圧Ｖｓのｕ、ｖ相電圧にそれぞれ掛けるゲインＴｕ、Ｔｗを有するゲイン回路５１、５２と、それぞれ伝達関数Ｑ（ｓ）回路３１、３２からの電流指令１ＲＵ、ＩＲＷとゲイン回路５１、５２からの電源電圧に関する電流ＩＴＵ、ＩＴＩの差をとり電流誤差を補正した電流指令Ｉｒｕ、Ｉｒｗを出力する加算器５３、５４で構成されている。なお、図中、図４と同一構成部分には同一符号を付してその重複する説明を省略する。
【００３７】
この実施形態の原理について説明する。電源電圧は決まった周波数の正弦波であるので、上記（１５）式の電源電圧Ｖｓに関する項は以下のように表せる。
【００３８】
【数１０】
2004254429.tif 000012
【００３９】
したがって、（２０）式より、電源電圧Ｖｓの各相に掛けるゲインＴｕ、Ｔｗは（２１）式となるので、図５のように電源電圧ＶｓにそれぞれゲインＴｕ、Ｔｗを掛けた値Ｉｔｕ，Ｉｔｗを伝達関数Ｑ（Ｓ）回路３１、３２から出力される電流指令ＩＲｕ、ＩＲｗに加算器５３、５４を介して与える。これによりＴ型フィルタによる電流誤差のない電流指令Ｉｒｕ、Ｉｒｗが得られる。
【００４０】
【数１１】
2004254429.tif 000013
【００４１】
この実施形態によれば、上記実施形態１の電源電圧に関する伝達関数Ｇ（ｓ）、Ｍ（ｓ）を、一定な電源周波数で予め計算して求めておくことができるため、ゲインとして与えることができる。
【００４２】
実施形態３
図６に実施形態３に係る電源側にキャリア除去Ｔ型フィルタが接続されている三相ＰＷＭコンバータの制御回路を示す。６０はこの制御回路１０Ｃに設けられたフィルタ補償回路、６１はこのフィルタ補償回路に同期信号を与える同期信号回路である。同期信号回路６１は、電源電圧Ｖｓの各相分の同期信号を出力すると共にＵ相で同期信号Ｖｑ及びこの同期信号Ｖｑよりπ／２位相が進んだ同期信号Ｖｄを生成するように構成されている。
【００４３】
フィルタ補償回路６０は、電流指令演算部１１からの電流指令ＩＲ１ｕ、ＩＲ１ｗがそれぞれ入力する伝達関数Ｈ（ｓ）回路２１、２２と、伝達関数Ｈ（ｓ）回路２１、２２の出力がそれぞれ入力する伝達関数Ｑ（ｓ）回路３１、３２と、上記同期信号回路６１からのＵ相の同期信号Ｖｑ、Ｖｄが入力する上記（２２）式のゲインＴＲ、ＴＩを有するゲイン回路６３、６４と、ゲイン回路６３、６４の出力を加算しＵ相信号Ｉｒｖｕを得る加算器６５と、それぞれ伝達関数Ｑ（ｓ）３１、３２からの電流指令ＩＲＵ及びＩＲＷと加算器６５から出力される電圧に関するＵ相信号Ｉｒｖｕ及びこのＵ相信号Ｉｒｖｕを２π／３ずらしたＷ相信号Ｉｒｖｗの差をそれぞれとり電流誤差を補正した電流指令Ｉｒｕ、Ｉｒｗを出力する加算器６５、６６とで構成されている。なお、図中、図４と同一構成部分には同一符号を付してその重複する説明を省略する。
【００４４】
この実施形態の原理について説明する。上記実施形態２では、三相電源電圧Ｖｓの各相に対してゲインＴｕ，Ｔｗを与えたが、この実施形態では同期信号回路６１で（２３）式で示す電源電圧Ｖｓの同期信号Ｖｑ及びＶｑよりπ／２位相が進んだ信号Ｖｄを作る。（Ｖｍ：電源相電圧瞬時値）
【００４５】
【数１２】
2004254429.tif 000014
【００４６】
（２０）式、（２２）式、（２３）式より、上記（２０）式の電圧に関する項は、（２４）式で表される。
【００４７】
【数１３】
Ｉｒｖ＝−（Ｖｑ・ＴＲ＋Ｖｄ・ＴＩ）                （２４）
よってゲイン回路６３、６４のゲインＴＲ、ＴＩは（２２）式としてある。これにより電源電圧に関する回路（６１〜６５）は（２４）式を計算してＩｒｖを出力する。伝達関数Ｑ（Ｓ）回路３１、３２からは伝達関数Ｑ（Ｓ）回路３１、３２から出力される電流指令ＩＲｕ，ＩＲｗと加算器６５から出力される電源電圧に関するＵ，Ｗ相分Ｉｒｖｕ、Ｉｒｖｗとの差を加算器６７、６８でとることで、Ｔ型フィルタによる電流誤差のない電流指令Ｉｒｕ、Ｉｒｗが得られる。
【００４８】
この実施形態によれば、同期信号および電源周波数が一定であることを利用して、予め計算したゲインを与えることができる。
【００４９】
実施形態４
図７に実施形態４に係る電源側にキャリア除去Ｔ型フィルタが接続されている三相ＰＷＭコンバータの制御回路を示す。この制御回路１０Ｄのフィルタ補償回路７０は、電流指令演算部１１からの電流指令ＩＲ１ｕ、ＩＲ１ｗがそれぞれ入力する伝達関数Ｈ（ｓ）回路２１、２２と、電源電圧Ｖｓｕ、Ｖｓｗがそれぞれ入力する伝達関数Ｇ（ｓ）回路７１、７２と、それぞれ伝達関数Ｈ（ｓ）回路２１、２２からの電流指令１ＲＵ、ＩＲＷと伝達関数Ｇ（ｓ）回路７１、７２からの電源電圧に関する信号の差をとり電流誤差を補正した電流指令Ｉｒｕ、Ｉｒｗを出力する加算器７３、７４で構成されている。なお、図４と同一構成部分には同一符号を付してその重複する説明を省略する。
【００５０】
この実施形態の原理について説明する。電流制御が理想的に行われているときは、（１５）式〜（１９）式においてＱ（ｓ）＝１，Ｍ（ｓ）＝０と考えることができ、以下の式で表せる。
【００５１】
【数１４】
2004254429.tif 000015
【００５２】
よってフィルタ補償回路７０の伝達関数Ｈ（ｓ）及びＧ（ｓ）を（２６）式及び（２７）式とすることで、Ｔ型フィルタによる電流誤差を補正した電流指令Ｉｒｕ、Ｉｒｗが得られる。
【００５３】
この実施形態によれば、電流制御系がほぼ理想的な精度・環境で行われる場合、Ｔ型フィルタを考慮したＰＷＭ制御を行うことができる。
【００５４】
実施形態５
図８に実施形態５に係る電源側にキャリア除去Ｔ型フィルタが接続されている三相ＰＷＭコンバータの制御回路を示す。この制御回路１０のフィルタ補償回路８０は、電流指令演算部１１からの電流指令ＩＲ１ｕ、ＩＲ１ｗと電流検出器ＣＴ２ｕ、ＣＴ２ｗからの電源電流Ｉ１ｕ、Ｉ１ｗとの差を検出する加算器８１、８２と、それぞれ加算器８１、８２からの電流差が入力する伝達関数Ｈ（ｓ）回路２１、２２と、それぞれ伝達関数Ｈ（ｓ）回路２１、２２の出力をＰＩ演算するＰＩ演算回路８３、８４と、電源電圧Ｖｓのｕ、ｖ相電圧がそれぞれ入力する（２１）式のゲインＴｕ、Ｔｗを有するゲイン回路５１、５２と、それぞれＰＩ演算回路８３、８４からの電流指令１ＲＵ、ＩＲＷとゲイン回路５１、５２からの電源電圧に関する電流ＩＴＵ、ＩＴＩの差をとり電流誤差を補正した電流指令Ｉｒｕ、Ｉｒｗを出力する加算器８５、８６で構成されている点で、上記図４の制御回路と相違する。なお、図４と同一構成部分には同一符号を付してその重複する説明を省略する。
【００５５】
このフィルタ補償回路８０は、上記実施形態２（図５）のフィルタ補償回路５０に、電流指令ＩＲ１ｕ，ＩＲ１ｗと電源電流Ｉ１ｕ、Ｉ１ｗとの電流偏差をＰＩ演算するＰＩ制御回路８３、８４を設け、電源電流Ｉ１ｕ、Ｉ１ｗをフイードバックするようにしている。
【００５６】
上記図４〜図７の制御回路は、フイードフォワードで電圧による誤差を補償するため、入力フィルタ３のインピーダンス値が正確でないと誤差を生じる。この実施形態では、電源電流Ｉ１ｕ、Ｉ１ｗをフイードバックしているので、上記実施形態２におけるフイードフォワード誤差の低減が可能となり、より高精度な制御が実現できる。
【００５７】
尚、上記実施形態１、３、４においても、この実施形態と同様に電源電流Ｉ１をフイードバックすることにより、フイードフォワード誤差の低減が可能となる。
【００５８】
実施形態６
図９に実施形態６に係る電源側にキャリア除去Ｔ型フィルタが接続されている三相ＰＷＭコンバータの制御回路を示す。この制御回路１０Ｆは、電源電圧Ｖｓから電流指令ＩＲ１ｕ、ＩＲ１ｗを演算する電流指令演算部１１と、電源電圧Ｖｓと電流指令ＩＲ１とコンバータ検出電流Ｉ２からコンバータ発生電圧Ｖｃを決定するコンバータ発生電圧計算部９０と、この計算に基づく電圧指令Ｖｃｕ、Ｖｃｗから電圧指令Ｖｃｖを求める加算器４５と、電圧指令をＰＷＭ信号に変えるＰＷＭ信号発生器４６で構成されている。
【００５９】
上記コンバータ発生電圧計算部９０は、電流指令演算部１１からの電流指令ＩＲ１ｕ、ＩＲ１ｗにそれぞれ（ｓ・Ｌ１）を掛ける（ｓ・Ｌ１）回路９１、９２と、それぞれ電源電圧Ｖｓｕ、Ｖｓｗと（ｓ・Ｌ１）回路９１、９２の出力信号との差をとる加算器３５、３６と、電流検出器ＣＴ１ｕ、ＣＴ１ｗで検出した電流Ｉ２ｕ、Ｉ２ｗにそれぞれ（Ｓ・Ｌ２）を掛ける（ｓ・Ｌ２）回路９３、９４と、それぞれ加算器９３、９４の出力信号と（ｓ・Ｌ２）回路９３、９４の出力信号との差をとり電圧指令Ｖｃｕ、Ｖｃｗを出力する加算器９５、９６とにより構成されている。
【００６０】
この実施形態の原理について説明する。Ｔ型フイルタ３の場合、コンバータ発生電圧は、（１）式、（１３）式から以下の式で表せる。
【００６１】
【数１５】
Ｖｃ＝Ｖｓ−ｓ・Ｌ１・ＩＲ１−ｓ・Ｌ２・Ｉ２        （２８）
上記コンバータ発生電圧計算部９０は、（２８）式に基づくものである。この実施形態によれば、電源電圧Ｖｓ、電流指令ＩＲ１およびコンバータ検出電流Ｉ２からコンバータ発生電圧Ｖｃの指令値を予め計算して、フィードフォワードでＰＷＭ信号発生器に与えることで、電流ＰＩ制御なしでＴ型フィルタを考慮したＰＷＭ制御が可能になる。
【００６２】
実施形態７
図１０に実施形態７に係る電源側にキャリア除去Ｔ型フィルタが接続されている三相ＰＷＭコンバータの制御回路を示す。この制御回路１０Ｇは、電源電圧Ｖｓから電流指令ＩＲ１ｕ、ＩＲ１ｗを演算する電流指令演算部１１と、電源電圧Ｖｓと電流指令ＩＲ１とコンバータ検出電流Ｉ２からコンバータ発生電圧Ｖｃを決定するコンバータ発生電圧計算部１００と、この計算に基づく電圧指令Ｖｃｕ、Ｖｃｗから電圧指令Ｖｃｖを求める加算器４５と、電圧指令をＰＷＭ信号に変えるＰＷＭ信号発生器４６で構成されている。なお、図４と同一構成部分には同一符号を付してその重複する説明を省略する。
【００６３】
コンバータ発生電圧計算部１００は、電源電圧Ｖｓのｕ、ｖ相電圧がそれぞれ入力する伝達関数Ａ（ｓ）回路１０１，１０２と電流指令演算器１１からの電流指令ＩＲ１ｕ，ＩＲ１ｗとが入力する伝達関数Ｂ（ｓ）回路１０３，１０４と、伝達関数Ａ（ｓ）回路１０１，１０２の出力と伝達関数Ｂ（ｓ）回路１０３，１０４の出力との差をそれぞれとり電圧指令ＶＣｕ、ＶＣｗを出力する加算器１０５、１０６で構成されている。
【００６４】
この実施形態の原理について説明する。上記（１）式、（１３）式より、ＶｃをＶｓ、ＩＲ１で表すと以下の式になる。
【００６５】
【数１６】
2004254429.tif 000016
【００６６】
よって、コンバータ発生電圧計算部１００の伝達関数Ａ（ｓ）、伝達関数Ｂ（ｓ）を（２９）式に基づいて設定することで、コンバータ発生電圧指令値Ｖｃを計算することができる。
【００６７】
この実施形態によれば、電源電圧Ｖｓ、電流指令ＩＲ１からコンバータ発生電圧の指令値を予め計算して、フィードフォワードでＰＷＭ信号発生器に与えることで、電流ＰＩ制御なしでＴ型フィルタを考慮したＰＷＭ制御が可能になる。
【００６８】
実施形態８
図１１に実施形態８に係る電源側にキャリア除去Ｔ型フィルタが接続されている三相ＰＷＭコンバータの制御回路を示す。この制御回路１０Ｈは、電源電圧Ｖｓから電流指令ＩＲ１ｕ、ＩＲ１ｗを演算する電流指令演算部１１と、電流指令ＩＲ１とコンバータ検出電流Ｉ２からコンバータ発生電圧Ｖｃを決定するコンバータ発生電圧計算部１１０と、この計算に基づく電圧指令Ｖｃｕ、Ｖｃｗから電圧指令Ｖｃｖを求める加算器４５と、電圧指令をＰＷＭ信号に変えるＰＷＭ信号発生器４６で構成されている。
【００６９】
コンバータ発生電圧計算部１１０は、電流指令ＩＲ１ｕ、ＩＲ１ｗがそれぞれ入力する伝達関数Ｃ（ｓ）回路１１１，１１２と、電流検出器ＣＴ１から検出電流Ｉ２がそれぞれ入力する伝達関数Ｄ（ｓ）回路１１３、１１４と、それぞれ伝達関数Ｃ（ｓ）回路１１１，１１２の出力信号と伝達関数Ｄ（ｓ）回路１１３、１１４の出力信号との差をとり電圧指令Ｖｃｕ、Ｖｃｗを出力する加算器１１５、１１６とで構成されている。
【００７０】
この実施形態の原理について説明する。（１）式、（１３）式より、ＶｃをＩＲ１、Ｉ２で表すと以下の式になる。
【００７１】
【数１７】
2004254429.tif 000017
【００７２】
よって、コンバータ発生電圧計算部１１０の伝達関数Ｃ（ｓ）、伝達関数Ｄ（ｓ）を（３０）式に基づいて設定することで、コンバータ発生電圧指令値Ｖｃを計算することができる。
【００７３】
この実施形態によれば、電流指令ＩＲ１およびコンバータ検出電流Ｉ２からコンバータ発生電圧の指令値を予め計算して、フィードフォワードでＰＷＭ信号発生器４６に与えることで、電流ＰＩ制御なしでＴ型フィルタを考慮したＰＷＭ制御が可能になる。
【００７４】
実施形態９
図１２に、ＰＷＭコンバータ２を電流源として用いた高調波抑制装置の例を示す。図１２において、５は電源１に接続されている高調波負荷、１２１は電圧検出器ＰＴ１で検出した電源電圧Ｖｓの同期信号を生成する同期信号生成回路、１２２は同期信号生成回路１２１からの同期信号と電流検出器ＣＴ３で検出した負荷電流ＩＬとから高調波電流を検出する高調波検出回路、１２３は高調波電流検出回路１２２からの高調波電流に基づいて高調波電流を抑制するための高調波電流指令値を設定してフィルタ補償回路２０（図４）に出力する電流指令値生成回路である。なお、図４と同一構成部分には同一符号を付してその重複する説明を省略する。
【００７５】
この実施形態によれば、フィルタ補償回路２０によりフィルタ３に基づく電流誤差のない制御ができるので、電源側波形が高調波等で歪んでも正確な高調波補償電流を流すことができる。
【００７６】
実験例
実施形態３（図６）のＰＷＭコンバータの負荷としてインバータおよび誘導電動機／発電機を接続した場合の実験結果を図１３に示す。実験条件として、誘導電動機／発電機トルクおよび無効電力指令値を変化させ、系統連係点における電流値の誤差、すなわち無効電力値の指令値に対する誤差を測定している。誤差は、無効電力実測値の定格容量に対する誤差率（無効電力実測値−無効電力指令値）／定格×１００［％］で示している。
【００７７】
図１３の実験結果によれば、フィルタを考慮しない補償なしの場合は、フィルタのインピーダンスと電源電圧の影響による電流誤差によって誤差率が１５％前後生じているのに対し、この制御方式を用いた補償ありの場合、全無効電力範囲、すなわち定格範囲内におけるあらゆる振幅・位相の指令電流に対して系統連係点誤差を４％未満に低減できた。
【００７８】
【発明の効果】
本発明は、上述のとおり構成されているので、以下に記載する効果を奏する。
（１）ＰＷＭコンバータの入力フィルタのインピーダンスおよび電源電圧の影響を考慮し、電流誤差を制御系で補償することができるため、より高精度な電流を流すことができる。特に電流指令が小さいときに有効である。
（２）定格範囲内におけるあらゆる振幅・位相の指令電流に対して系統連係点誤差を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
入力フィルタを有するコンバータの主回路図。
【図２】
入力フィルタを有するコンバータの４端子回路図。
【図３】
Ｔ型フィルタの構成説明図。
【図４】
実施形態１に係るＰＷＭコンバータの制御ブロック図。
【図５】
実施形態２に係るＰＷＭコンバータの制御ブロック図。
【図６】
実施形態３に係るＰＷＭコンバータの制御ブロック図。
【図７】
実施形態４に係るＰＷＭコンバータの制御ブロック図。
【図８】
実施形態５に係るＰＷＭコンバータの制御ブロック図。
【図９】
実施形態６に係るＰＷＭコンバータの制御ブロック図。
【図１０】
実施形態７に係るＰＷＭコンバータの制御ブロック図。
【図１１】
実施形態８に係るＰＷＭコンバータの制御ブロック図。
【図１２】
実施形態９に係るＰＷＭコンバータの制御ブロック図。
【図１３】
実施形態３に係るＰＷＭコンバータの実験結果を示す無効電力誤差特性図。
【符号の説明】
１…電源
２…ＰＷＭコンバータ
３…入力フィルタ、キャリア除去フィルタ、Ｔ型フィルタ
１０、１０Ａ〜１０…制御回路
２０、５０、６０、７０、８０…フィルタ補償回路
９０、１００、１１０…コンバータ発生電圧計算部
ｒ…キャリア除去フィルタ抵抗
Ｌ１、Ｌ２…キャリア除去フィルタインダクタンス
Ｃ…キャリア除去フィルタコンデンサ
Ｖｓ…電源電圧
Ｖｃ…ＰＷＭコンバータ発生電圧
Ｉ１…ＰＷＭコンバータ電源電流
Ｉ２…ＰＷＭコンバータ発生電流
ＩＲ…電流指令
Ｉｒ…フィルタ特性および電流制御系を考慮した電流指令
【図１】
2004254429.tif 000018
【図２】
2004254429.tif 000019
【図３】
2004254429.tif 000020
【図４】
2004254429.tif 000021
【図５】
2004254429.tif 000022
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2004254429.tif 000027
【図１１】
2004254429.tif 000028
【図１２】
2004254429.tif 000029
【図１３】
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