(57)【要約】【課題】負荷の急変時や交流電源電圧の急変時においても、平滑コンデンサの直流電圧を一定に維持可能とした整流器の制御装置を提供する。【解決手段】ＰＷＭ整流器３の入力電流振幅指令値Ｉｓｓｏｌｐ＊から力行運転モード、回生運転モードを判断し、このモードに応じて切替スイッチ２３により直流電圧指令値Ｅｄ＊と直流電圧検出値Ｅｄとの比（＝Ｅｄ＊／Ｅｄ）またはその逆数を選択して入力電流振幅指令値Ｉｓｓｏｌｐ＊に乗じ、最終的な振幅指令値を得ると共に、この振幅指令値に基準信号を乗じて入力電流瞬時値指令値Ｉｓｓｏｌ＊を得る。そして、入力電流Ｉｓが指令値Ｉｓｓｏｌ＊に一致するように入力電流制御部１２にて調節演算し、その出力と交流電圧検出値Ｖｓとを加算してＰＷＭ整流器３の交流電圧指令値Ｖｃ＊を生成する。なお、入力電流振幅指令値Ｉｓｓｏｌｐ＊に代えて入力電流瞬時値指令値Ｉｓｓｏｌ＊を補正しても良い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流側の電圧を指令値に一致するように制御する整流器において、
この整流器の直流電圧指令値と直流電圧検出値との比に応じて交流電流指令値を補正する補正手段を備えたことを特徴とする整流器の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載した整流器の制御装置において、
前記補正手段は、直流電圧指令値と直流電圧検出値との比である補正量を元の交流電流指令値に乗じて交流電流指令値を補正することを特徴とする整流器の制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載した整流器の制御装置において、
前記整流器は力行運転及び回生運転が可能であり、
前記補正手段は、
力行運転モードでは直流電圧指令値と直流電圧検出値との比である補正量を元の交流電流指令値に乗じると共に、回生運転モードでは前記の比の逆数である補正量を元の交流電流指令値に乗じて、交流電流指令値をそれぞれ補正することを特徴とする整流器の制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載した整流器の制御装置において、
直流電圧検出値が直流電圧指令値に一致するように制御する直流電圧制御手段を備え、
前記補正手段は、前記直流電圧制御手段から出力される交流電流指令値から力行運転モード、回生運転モードを判断し、その判断結果に応じて、前記補正量を元の交流電流指令値に乗じることにより交流電流指令値を補正することを特徴とする整流器の制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載した整流器の制御装置において、
前記補正手段を経て生成された交流電流瞬時値指令値に、前記整流器の交流電流が一致するように前記整流器の交流電圧指令値を制御する交流電流制御手段を備えたことを特徴とする整流器の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＷＭ整流器のように半導体スイッチング素子のオンオフにより交流電力を直流電力に変換する整流器の制御装置に関し、詳しくは整流器の直流電圧の制御技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図２は、ＰＷＭ整流器を備えた電力変換システムの構成図であり、例えば特許文献１に記載されたコンバータ装置とほぼ同様のものである。
図２において、１は交流電源、２はリアクトル、３は半導体スイッチング素子からなるＰＷＭ整流器、４は平滑コンデンサ、５はインバータ、６は交流電動機等の負荷を示している。ＰＷＭ整流器３は、制御装置１０から出力されるゲート信号により半導体スイッチング素子をオンオフさせて力行動作（整流動作）または回生動作（インバータ動作）することにより、平滑コンデンサ４の電圧Ｅｄを規定電圧に維持している。
なお、７はＰＷＭ整流器３の入力電流Ｉｓを検出する電流検出器、８は交流電源１の電圧Ｖｓを検出する電圧検出器、９は平滑コンデンサ４の電圧Ｅｄを検出する電圧検出器である。
【０００３】
図２における制御装置１０の構成及び動作は、以下の通りである。
直流電圧制御部１１は、電圧検出器９から出力される電圧検出値Ｅｄを平滑コンデンサ４の直流電圧指令値Ｅｄ＊に一致させる調節演算を行い、その結果を入力電流振幅指令値Ｉｓｓｏｌｐ＊として出力する。乗算器１４は、入力電流振幅指令値Ｉｓｓｏｌｐ＊と交流電源１の電圧に同期した基準信号ｓｉｎとを乗算し、入力電流瞬時値指令値Ｉｓｓｏｌ＊を出力する。
【０００４】
入力電流制御部１２では、電流検出器７から出力される電流検出値Ｉｓを入力電流瞬時値指令値Ｉｓｓｏｌ＊に一致させる調節演算を行う。そして、入力電流制御部１２の出力と電圧検出器８から出力される電圧検出値Ｖｓとを加算器１５にて加算することにより、ＰＷＭ整流器３の交流電圧指令値Ｖｃ＊を生成する。
ゲート信号生成部１３は、交流電圧指令値Ｖｃ＊に基づき、ＰＷＭ整流器３の半導体スイッチング素子に与えるゲート信号を生成し、これらの半導体スイッチング素子をオンオフさせる。
以上の動作により、ＰＷＭ整流器３は、その直流出力電圧Ｅｄを直流電圧指令値Ｅｄ＊に保つように整流動作し、インバータ５はこの直流電圧Ｅｄを交流電圧に変換して負荷６に供給する。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１１３２６１号公報（段落［０００５］，［０００６］、図１１等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来技術において、負荷６や交流電源電圧に変動が発生し、これによって直流電圧Ｅｄが変動した場合、直流電圧制御部１１によって直流電圧Ｅｄを直流電圧指令値Ｅｄ＊に維持するように制御が行われる。しかし、負荷６や交流電源電圧の急変幅（急変率）が大きい場合、図２に示した直流電圧制御方法ではその電圧変動を十分に抑制することができず、平滑コンデンサ４の電圧の過不足によりシステムが異常停止してしまうという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明の解決課題は、負荷の急変時や交流電源電圧の急変時においても、平滑コンデンサの直流電圧を指令値通りに維持可能とした整流器の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、請求項１に記載した発明は、
直流側の電圧を指令値に一致するように制御する整流器において、
直流電圧指令値Ｅｄ＊と直流電圧検出値Ｅｄとの比（＝Ｅｄ＊／Ｅｄ）に応じて交流電流指令値を補正する補正手段を備えたものである。
ここで、補正の対象となる交流電流指令値は、交流電流振幅指令値、または、この振幅指令値に正弦波の基準信号を乗算して得た交流電流瞬時値指令値の何れであっても良い。
【０００９】
請求項２に記載した発明は、請求項１において、
前記補正手段は、直流電圧指令値と直流電圧検出値との比である補正量を元の交流電流指令値に乗じて交流電流指令値を補正するものである。
【００１０】
請求項３に記載した発明は、請求項２において、
前記整流器は力行運転及び回生運転が可能であり、
前記補正手段は、
力行運転モードでは直流電圧指令値と直流電圧検出値との比である補正量を元の交流電流指令値に乗じると共に、回生運転モードでは前記の比の逆数である補正量を元の交流電流指令値に乗じて、交流電流指令値をそれぞれ補正するものである。
【００１１】
請求項４に記載した発明は、請求項３において、
直流電圧検出値が直流電圧指令値に一致するように制御する直流電圧制御手段を備え、
前記補正手段は、前記直流電圧制御手段から出力される交流電流指令値から力行運転モード、回生運転モードを判断し、その判断結果に応じて、前記補正量を元の交流電流指令値に乗じることにより交流電流指令値を補正するものである。
【００１２】
請求項５に記載した発明は、請求項４において、
前記補正手段を経て生成された交流電流瞬時値指令値に、前記整流器の交流電流が一致するように前記整流器の交流電圧指令値を制御する交流電流制御手段を備えたものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、整流器の直流電圧指令値と実際の直流電圧との大小関係に応じて整流器の交流電流指令値を補正することにより、直流電圧の変動を抑制してその指令値に一致させることができる。
このため、負荷の急変時や交流電源電圧の急変時にも直流電圧の急変を未然に防止して当該整流器を含む電力変換システムの継続的な運転が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は、この実施形態に係る制御装置２０のブロック図である。なお、この制御装置２０は、例えば図２に示したような電力変換システム内のＰＷＭ整流器３の制御に用いられるものである。
図１において、図２の制御装置１０内の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付してあり、以下では異なる部分を中心に説明する。
【００１５】
図１に示す制御装置２０では、図２の制御装置１０に対し、除算器２１，２２、切替スイッチ２３及び乗算器２４が付加されている。
除算器２１は、直流電圧Ｅｄ及び直流電圧指令値Ｅｄ＊を用いて補正量（＝Ｅｄ＊／Ｅｄ）を演算し、除算器２２は逆数である補正量（＝Ｅｄ／Ｅｄ＊）を演算する。切替スイッチ２３は、直流電圧制御部１１から出力される入力電流（交流電流）振幅指令値Ｉｓｓｏｌｐ＊に応じて切り替わり、補正量としてＥｄ＊／ＥｄまたはＥｄ／Ｅｄ＊を乗算器２４に向けて出力する。乗算器２４では、元の入力電流振幅指令値Ｉｓｓｏｌｐ＊にＥｄ＊／ＥｄまたはＥｄ／Ｅｄ＊を乗算して入力電流振幅指令値Ｉｓｓｏｌｐ＊を補正し、これを最終的な振幅指令値として次段の乗算器１４に出力する。
【００１６】
ここで、切替スイッチ２３は、ＰＷＭ整流器３の運転モードに応じて切替動作する。
すなわち、ＰＷＭ整流器３が力行運転（整流動作）の場合にはＩｓｓｏｌｐ＊≧０であるため、切替スイッチ２３はこれを検出し、入力として除算器２１側のＥｄ＊／Ｅｄを選択する。乗算器２４では、Ｉｓｓｏｌｐ＊にＥｄ＊／Ｅｄを乗じて入力電流振幅指令値Ｉｓｓｏｌｐ＊を補正する。
【００１７】
上記の補正処理により、例えば平滑コンデンサ４の直流電圧Ｅｄが上昇して直流電圧指令値Ｅｄ＊よりも高くなった場合には、補正量（＝Ｅｄ＊／Ｅｄ）が１よりも小さくなるため、補正後の入力電流振幅指令値Ｉｓｓｏｌｐ＊は直流電圧制御部１１の出力である元の入力電流振幅指令値Ｉｓｓｏｌｐ＊よりも小さくなる。
このため、力行運転モードにおいて交流電源１から流入する電流Ｉｓが減少し、平滑コンデンサ４の直流電圧Ｅｄの上昇が抑制される。
【００１８】
逆に、平滑コンデンサ４の直流電圧Ｅｄが低下して直流電圧指令値Ｅｄ＊よりも低くなった場合には、補正量（＝Ｅｄ＊／Ｅｄ）が１よりも大きくなるため、補正後の入力電流振幅指令値Ｉｓｓｏｌｐ＊は元の入力電流振幅指令値Ｉｓｓｏｌｐ＊よりも大きくなる。
従って、交流電源１から流入する電流Ｉｓが増加し、平滑コンデンサ４の直流電圧Ｅｄの低下が抑制されることとなる。
【００１９】
また、ＰＷＭ整流器３が回生運転（インバータ動作）の場合にはＩｓｓｏｌｐ＊＜０であるため、切替スイッチ２３はこれを検出し、入力として除算器２２側のＥｄ／Ｅｄ＊を選択する。乗算器２４では、Ｉｓｓｏｌｐ＊にＥｄ／Ｅｄ＊を乗じて入力電流振幅指令値Ｉｓｓｏｌｐ＊を補正する。
【００２０】
上記の補正処理により、例えば平滑コンデンサ４の直流電圧Ｅｄが上昇して直流電圧指令値Ｅｄ＊よりも高くなった場合には、補正量（＝Ｅｄ／Ｅｄ＊）が１よりも大きくなるため、補正後の入力電流振幅指令値Ｉｓｓｏｌｐ＊は元の入力電流振幅指令値Ｉｓｓｏｌｐ＊よりも大きくなり、回生運転モードにおいて交流電源１へ流出する電流Ｉｓが増加し、平滑コンデンサ４の直流電圧Ｅｄの上昇が抑制される。
【００２１】
逆に、平滑コンデンサ４の直流電圧Ｅｄが低下して直流電圧指令値Ｅｄ＊よりも低くなった場合には、補正量（＝Ｅｄ／Ｅｄ＊）が１よりも小さくなるため、補正後の入力電流振幅指令値Ｉｓｓｏｌｐ＊は元の入力電流振幅指令値Ｉｓｓｏｌｐ＊よりも小さくなるため、交流電源１へ流出する電流Ｉｓが減少し、平滑コンデンサ４の直流電圧Ｅｄの低下が抑制されることとなる。
【００２２】
以上のように、本実施形態によれば、力行運転、回線運転の各モードにおいて、平滑コンデンサ４の直流電圧Ｅｄと直流電圧指令値Ｅｄ＊との大小関係に応じて交流電流振幅指令値Ｉｓｓｏｌｐ＊の補正量を切り替えることで、直流電圧Ｅｄを変動させずにその指令値Ｅｄ＊に一致するように制御することができる。
このため、負荷６の急変時や交流電源電圧の急変時にも直流電圧Ｅｄの急変を未然に防止し、電力変換システムを停止させずに継続して運転することが可能である。
なお、直流電圧Ｅｄが直流電圧指令値Ｅｄ＊にほぼ一致している場合には、切替スイッチ２から“１”を出力させるように構成すれば良い。
【００２３】
なお、上記実施形態では、切替スイッチ２３により選択した補正量を用いて乗算器２４により入力電流振幅指令値Ｉｓｓｏｌｐ＊を補正しているが、入力電流瞬時値指令値Ｉｓｓｏｌ＊を補正しても良い。すなわち、この場合には、乗算器２４を乗算器１４の後段に移動し、入力電流振幅指令値Ｉｓｓｏｌｐ＊と基準信号ｓｉｎとを乗算器１４により乗算した結果である入力電流瞬時値指令値Ｉｓｓｏｌ＊を乗算器２４に入力し、切替スイッチ２３により選択した補正量を乗じて補正すれば良い。
【００２４】
また、本発明は、ＰＷＭ整流器ばかりでなく他の制御方式による整流器の制御装置にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態を示すブロック図である。
【図２】従来技術を示す電力変換システムの構成図である。
【符号の説明】
【００２６】
１：交流電源
２：リアクトル
３：ＰＷＭ整流器
４：平滑コンデンサ
５：インバータ
６：負荷
１１：直流電圧制御部
１２：入力電流制御部
１３：ゲート信号生成部
１４，２４：乗算器
１５：加算器
２０：制御装置
２１，２２：除算器
２３：切替スイッチ
【図１】
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【図２】
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