(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体スイッチング素子とインダクタンス成分とを有して、交流と直流との間で電力変換を行うＡＣ／ＤＣコンバータ部と、
前記ＡＣ／ＤＣコンバータ部における電流、電圧の少なくとも一方を検出する検出部と、前記ＡＣ／ＤＣコンバータ部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記電流の指令値と、前記検出部によって検出された前記電流との偏差に基づいて、検出された前記電流が前記指令値に追従するように、設定された制御ゲインを用いて制御量を導出して前記ＡＣ／ＤＣコンバータ部の前記半導体スイッチング素子を制御し、
検出される前記電流、電圧の少なくとも一方が、それぞれ対応して設定される第１閾値未満では、前記制御ゲインとして第１ゲインを用い、検出される前記電流、電圧の少なくとも一方が前記第１閾値以上では、前記制御ゲインとして前記第１ゲインよりも大きい第２ゲインを用いる、
電力変換装置。
【請求項２】
前記第２ゲインは、前記電流あるいは前記電圧が大きくなるに伴い漸増する値に設定される、
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記ＡＣ／ＤＣコンバータ部の前記インダクタンス成分を含むフィードバック制御系の開ループの伝達関数において、
前記第１ゲインは、前記ＡＣ／ＤＣコンバータ部における前記電流、前記電圧の少なくとも一方が前記第１閾値未満である場合の前記伝達関数の周波数特性の位相交差周波数におけるゲイン余裕およびゲイン公差周波数における位相余裕が確保される値に設定され、
前記第２ゲインは、前記第１ゲインよりも大きい値であり、且つ、前記ＡＣ／ＤＣコンバータ部における前記電流、前記電圧の少なくとも一方が前記第１閾値以上である場合の前記伝達関数の周波数特性の位相交差周波数におけるゲイン余裕およびゲイン公差周波数における位相余裕が確保される値、に設定される、
請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記第１ゲインは、前記ＡＣ／ＤＣコンバータ部における前記電流、前記電圧の少なくとも一方が前記第１閾値未満である場合の前記伝達関数の周波数特性の位相交差周波数における前記ゲイン余裕またはゲイン公差周波数における前記位相余裕の少なくとも一方が、予め定められた安定限界値となる値に設定される、
請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記第２ゲインは、前記電流あるいは前記電圧が大きくなるに伴い漸増する単調増加関数により示され、該単調増加関数の増加率は、
前記ＡＣ／ＤＣコンバータ部における前記電流、前記電圧の少なくとも一方が前記第１閾値未満である場合の前記ゲイン余裕と、
前記ＡＣ／ＤＣコンバータ部における前記電流、前記電圧の少なくとも一方が前記第１閾値以上である場合の前記ゲイン余裕と、の差、または
前記ＡＣ／ＤＣコンバータ部における前記電流、前記電圧の少なくとも一方が前記第１閾値未満である場合の前記位相余裕と、
前記ＡＣ／ＤＣコンバータ部における前記電流、前記電圧の少なくとも一方が前記第１閾値以上である場合の前記位相余裕と、の差、
の少なくとも一方の差に応じて設定される、
請求項３または請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記制御部は、
前記電流、前記電圧の少なくとも一方が前記ＡＣ／ＤＣコンバータ部の定格動作範囲を超える第１時点より前の設定期間内の前記電流の最小値、前記電圧の最小値、の少なくとも一方を記録し、
該記録された最小値を前記第１閾値として設定する、
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記設定期間は、
前記検出部による前記第１閾値を超える前記電流あるいは前記電圧の検出から、前記制御部により前記制御ゲインが前記第２ゲインに設定されるまでの該制御部における制御遅れと、
前記制御部により前記制御ゲインが前記第２ゲインに設定されてから、前記電流あるいは前記電圧が前記第１閾値未満となるまでの遅れと、の少なくとも一方の遅れを含む期間に設定される、
請求項６に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記ＡＣ／ＤＣコンバータ部は、前記インダクタンス成分を有するリアクトルを備えて、前記交流からの電力の力率制御を行うＡＣ／ＤＣコンバータであり、
前記電流は、前記交流側からの前記ＡＣ／ＤＣコンバータ部への入力電流であり、
前記電圧は、前記交流側からの前記ＡＣ／ＤＣコンバータ部への入力電圧であり、
前記第２ゲインは、前記入力電流の絶対値、あるいは、前記入力電圧の絶対値が大きくなるに伴い漸増する値に設定され、
前記制御部は、前記交流側からの前記入力電流を前記指令値に追従させるように前記半導体スイッチング素子を制御する、
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記第２ゲインは、前記電流あるいは前記電圧が大きくなるに伴い漸増する調整量を、前記第１ゲインに加えた値、あるいは、前記第１ゲインに乗じた値、に設定される、
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記第２ゲインは、前記入力電流の絶対値あるいは前記入力電圧の絶対値と、それぞれの前記第１閾値と、の偏差が大きくなるに伴い漸増する調整量を、前記第１ゲインに加えた値、あるいは、前記第１ゲインに乗じた値、に設定される、
請求項８に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記制御部は、
前記制御ゲインが前記第２ゲインに設定された後、前記電流および前記電圧が、それぞれの前記第１閾値未満の値に設定された第２閾値以下となると、前記制御ゲインを前記第２ゲインから前記第１ゲインに設定する、
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１２】
前記半導体スイッチング素子は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、または、ダイヤモンドによるワイドバンドギャップ半導体が使用される、
請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、交流を直流に変換する、もしくは、直流を交流に変換する電力変換器を備えた電力変換装置において、交流系統に高調波が重畳される事等による過電流が生じた場合に、電力変換動作が不安定となり動作継続ができなく場合が生じるという問題があった。このような問題を解決するために、例えば、以下のような構成の電力変換装置が開示されている。
【０００３】
即ち、従来の電力変換装置は、半導体スイッチ素子と直流コンデンサとから成る変換器セルを複数直列接続したレグ回路を交流の各相に備えて、交流と直流との間で電力変換を行う電力変換器と、この電力変換器を制御する制御装置とを備える。制御装置は、各アームに流れる過電流の有無を検出する過電流検出部を備える。制御装置は、過電流検出部により過電流を検出すると、ＰＩ制御などの制御ゲインを調整して制御応答をあげる相電圧バランス制御、循環電流を制御する制御ゲインを直流コンデンサの電圧がバランスする方向に調整する制御、を行う。交流系統の不具合により過電流が生じた場合でもこのように制御ゲインを調整することで、変換器セルの直流コンデンサの電圧を安定化させて連鎖的な過電流の発生を抑制し、継続して電力供給を行う（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許６２７４４４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のような対策方法では、過電流となった電流の目標電流値への追従性が悪くなることがあり、電力変換装置が安定して動作継続できなくなる場合があるという課題があった。
本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、過電流が生じた場合でも、安定して電力変換動作を継続できる電力変換装置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】
【０００６】
本願に開示される電力変換装置は、
半導体スイッチング素子とインダクタンス成分とを有して、交流と直流との間で電力変換を行うＡＣ／ＤＣコンバータ部と、
前記ＡＣ／ＤＣコンバータ部における電流、電圧の少なくとも一方を検出する検出部と、前記ＡＣ／ＤＣコンバータ部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記電流の指令値と、前記検出部によって検出された前記電流との偏差に基づいて、検出された前記電流が前記指令値に追従するように、設定された制御ゲインを用いて制御量を導出して前記ＡＣ／ＤＣコンバータ部の前記半導体スイッチング素子を制御し、
検出される前記電流、電圧の少なくとも一方が、それぞれ対応して設定される第１閾値未満では、前記制御ゲインとして第１ゲインを用い、検出される前記電流、電圧の少なくとも一方が前記第１閾値以上では、前記制御ゲインとして前記第１ゲインよりも大きい第２ゲインを用いる、
ものである。
【発明の効果】
【０００７】
本願に開示される電力変換装置によれば、過電流が生じた場合でも、安定して電力変換を継続できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１による電力変換装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１による電力変換装置の制御部の概略構成を示すブロック図である。
【図３】実施の形態１による電力変換装置の制御部のゲイン設定部の概略構成を示すブロック図である。
【図４】実施の形態１による電力変換装置の制御部のゲイン設定部のゲインの特性を示すブロック図である。
【図５】実施の形態１による電力変換装置のフィードバック制御系の伝達関数の周波数特性を示す図である。
【図６】実施の形態１による電力変換装置のフィードバック制御系の伝達関数の周波数特性を示す図である。
【図７】実施の形態１による電力変換装置において、過電流を判定するための閾値決定方法を説明する図である。
【図８】実施の形態１による電力変換装置の制御部のハードウエア構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１による電力変換装置１００の概略構成を示すブロック図である。
電力変換装置１００は、交流を直流に変換するＡＣ／ＤＣコンバータ部１０と、このＡＣ／ＤＣコンバータ部１０を制御する制御部５０とを備え、交流と直流との間で電力変換を行う。電力変換装置１００の交流側は、商用交流系統などの交流電源１に接続され、直流側はバッテリなどの負荷２に接続される。
【００１０】
ＡＣ／ＤＣコンバータ部１０は、整流回路としてのダイオードブリッジ１１と、限流回路としてのリアクトル１２と、半導体スイッチング素子１３と、整流ダイオード１４とを備える。
本実施の形態では、半導体スイッチング素子１３には、ソース、ドレイン間にダイオードが内蔵されたＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｅｒ）が使用される。
【００１１】
ダイオードブリッジ１１は、ダイオード素子で構成されて、交流電源１からの交流を直流に整流する。ダイオードブリッジ１１の出力は、リアクトル１２の第１端に接続される。リアクトル１２の第２端には、半導体スイッチング素子１３のドレイン端子と、整流ダイオード１４のアノード端子とが接続される。整流ダイオード１４のカソード端子は、出力段の負荷２の第１端に接続される。また、半導体スイッチング素子１３のソース端子は、負荷２の第２端に接続される。
【００１２】
更に電力変換装置１００は、ダイオードブリッジ１１の入力側に、交流電源１に直列に接続されて交流電源１からの入力電流Ｉｉｎを検出する検出部としての入力電流検出回路（ＳＩ１）１６と、交流電源１に並列に接続されて入力電圧Ｖｉｎを検出する検出部としての入力電圧検出回路（ＳＶ１）１５と、を備える。更に電力変換装置１００は、負荷２と並列に接続されて、ＡＣ／ＤＣコンバータ部１０の出力電圧である直流電圧Ｖｄｃを検出する検出部としての直流電圧検出回路（ＳＶ２）１７を備える。
これら設定箇所に設けられた入力電流検出回路１６、入力電圧検出回路１５、直流電圧検出回路１７により検出された検出値Ｉｉｎ、Ｖｉｎ、Ｖｄｃは、それぞれ制御部５０へ入力される。
【００１３】
ＡＣ／ＤＣコンバータ部１０は、制御部５０により、これら入力される検出値Ｉｉｎ、Ｖｉｎ、Ｖｄｃを用いて設定周期で半導体スイッチング素子１３をオン、オフ制御するＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御を行うことにより、限流用のリアクトル１２に流れる電流を、交流電圧に同期する波形となるように高力率に制御しながら電圧を昇圧して直流電力に変換する昇圧型高力率コンバータである。
【００１４】
次に、制御部５０の構成について説明する。
図２は、実施の形態１による電力変換装置１００の制御部５０の概略構成を示すブロック図である。
制御部５０にはマイコンが使用されている。制御部５０は、電流判定部２０と、電圧判定部２１と、ＯＲ回路２２と、ゲイン設定部３０と、ＰＩ制御器２３と、ゲート信号生成器２４とを備える。
【００１５】
電流判定部２０は、入力電流Ｉｉｎの絶対値が電流判定用の第１閾値Ｉｔｈ以上であるかを判定して判定結果である信号２０Ａを出力する。電圧判定部２１は、入力電圧Ｖｉｎの絶対値が電圧判定用の第１閾値Ｖｔｈ以上であるかを判定して判定結果である信号２１Ａを出力する。電流判定部２０および電圧判定部２１は、入力電流Ｉｉｎ、入力電圧Ｖｉｎがそれぞれの第１閾値Ｉｔｈ、Ｖｔｈ以上の場合には信号２０Ａ、２１ＡとしてＨｉを出力し、第１閾値Ｉｔｈ、Ｖｔｈ未満の場合にはＬｏを出力する。
【００１６】
ＯＲ回路２２は、電流判定部２０からの信号２０Ａと、電圧判定部２１からの信号２１Ａと、の論理和を判定信号２２Ａとして出力する。
この判定信号２２Ａは、入力電流Ｉｉｎの絶対値、入力電圧Ｖｉｎの絶対値、の少なくとも一方がそれぞれ対応する第１閾値Ｉｔｈ、Ｖｔｈ以上である場合にＨｉとなる。また、判定信号２２Ａは、入力電流Ｉｉｎの絶対値および入力電圧Ｖｉｎの絶対値の両方が、それぞれ対応する第１閾値Ｉｔｈ、Ｖｔｈ未満である場合にＬｏとなる。
【００１７】
ゲイン設定部３０は、ＯＲ回路２２からの判定信号２２Ａと、入力電流Ｉｉｎの絶対値｜Ｉｉｎ｜と、入力電圧Ｖｉｎの絶対値｜Ｖｉｎ｜と、を入力として後段のＰＩ制御器２３において用いる制御ゲインとしてのゲインωを出力する。
ＰＩ制御器２３は、入力電流Ｉｉｎの検出値と入力電流Ｉｉｎの電流指令値Ｉｉｎ＊との偏差ΔＩｉｎと、ゲイン設定部３０からのゲインωと、を入力とし、これら入力に基づいて比例積分（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ−Ｉｎｔｅｇｒａｌ）制御を行う。ＰＩ制御器２３は、このＰＩ制御の制御量に基づくリアクトル１２の印加電圧の目標電圧ＶＬｉｎを出力する。
ゲート信号生成器２４は、ＰＩ制御器２３からのリアクトル１２の印加電圧の目標電圧ＶＬｉｎと、検出された入力電圧Ｖｉｎと、検出された直流電圧Ｖｄｃと、に基づいて、半導体スイッチング素子１３を駆動するためのゲート信号Ｇを生成して出力する。
【００１８】
次に、ＰＩ制御器２３のＰＩ制御において用いられ、ゲイン設定部３０により生成されるゲインωの生成方法について、ゲイン設定部３０の構成と共に図３、図４を用いて説明する。
図３は、図２に示した制御部５０のゲイン設定部３０の概略構成を示すブロック図である。
図４は、図２に示したＰＩ制御器２３のＰＩ制御において用いられるゲインωの特性を示す図である。
図４において、横軸は入力電流Ｉｉｎの絶対値｜Ｉｉｎ｜を示し、縦軸はゲインωを示す。なお、横軸を入力電圧Ｖｉｎとしてもゲインωの特性は同じであるため、入力電圧Ｖｉｎに対するゲインωの特性の図示は省略する。
【００１９】
図３に示すように、ゲイン設定部３０は、制御量設定部３１と、加算器３２とを備える。
制御量設定部３１は、ＯＲ回路からの判定信号２２Ａと、入力電流Ｉｉｎの絶対値｜Ｉｉｎ｜と、入力電圧Ｖｉｎの絶対値｜Ｖｉｎ｜と、を入力として、ゲインωを調整するための調整量Δωを生成する。生成された調整量Δωは、予め設定された一定の値の第１ゲインω１に対し加算器３２により加算され、第２ゲインω２の値を有するゲインωが生成される。
【００２０】
図４にて実線にて示す第２ゲインω２を線形近似した式を、ω２＝Ａ×｜Ｉｉｎ｜＋Ｂ（Ａ、Ｂは任意の係数）とすると、前述のようにω２＝ω１＋Δωより、Δω＝ω２−ω１＝Ａ×｜Ｉｉｎ｜＋Ｂ−ω１となる。即ち、第２ゲインω２と第１ゲインω１の差分量を示す調整量Δωは、入力電流Ｉｉｎの絶対値｜Ｉｉｎ｜が大きくなるに伴って漸増する値に設定される。
【００２１】
図３に示す制御量設定部３１は、ＯＲ回路からの判定信号２２ＡがＨｉの時、即ち、入力電流Ｉｉｎ、入力電圧Ｖｉｎの少なくとも一方が過電圧、過電流の状態の時に、この入力電流Ｉｉｎ、入力電圧Ｖｉｎの絶対値が大きくなるに伴い漸増する値の調整量Δωを出力する。こうして、ゲイン設定部３０は、入力電流Ｉｉｎ、入力電圧Ｖｉｎの少なくとも一方が過電圧、過電流の状態の時に、図４に示したように、入力電流Ｉｉｎ、入力電圧Ｖｉｎの絶対値が大きくなるに伴い漸増する第２ゲインω２の値を有するゲインωを生成して出力する。
【００２２】
一方、制御量設定部３１は、ＯＲ回路からの判定信号２２ＡがＬｏの時、即ち、入力電流Ｉｉｎおよび入力電圧Ｖｉｎが過電圧、過電流の状態でない時は、調整量Δωを０とする。よって、ゲイン設定部３０は、入力電流Ｉｉｎおよび入力電圧Ｖｉｎが過電圧、過電流の状態でない時は、予め設定された一定の値である第１ゲインω１の値を有するゲインωを出力する。
このように第１ゲインω１あるいは第２ゲインω２の値に設定されたゲインωは、図２に示すＰＩ制御器２３に入力され、ＰＩ制御において用いられる。
【００２３】
次に、交流電源１に高調波電圧が重畳された場合、即ち、入力電流Ｉｉｎが過電流となった場合の制御部５０の動作を説明する。
図２を用いて説明したように、制御部５０は、入力電流Ｉｉｎの電流指令値Ｉｉｎ＊と入力電流Ｉｉｎとの偏差ΔＩｉｎをフィードバック量としてＰＩ制御器２３にて比例積分（ＰＩ）制御し、リアクトル１２の印加電圧の目標値である目標電圧ＶＬｉｎを生成する。そしてその後、制御部５０は、目標電圧ＶＬｉｎを用いてゲート信号生成器２４でゲート信号Ｇを生成している。
【００２４】
ここで、半導体スイッチング素子１３が任意のデューティ比Ｄ１で動作する場合、半導体スイッチング素子１３のスイッチング周期の１周期分について、ＡＣ／ＤＣコンバータ部１０の出力の直流電圧Ｖｄｃ、入力電圧Ｖｉｎ、目標電圧ＶＬｉｎの関係は、以下の（式１）であらわされる。
Ｖｉｎ＝ＶＬｉｎ＋Ｖｄｃ（１−Ｄ１）  ・・・（式１）
【００２５】
ゲート信号生成器２４は、上記（式１）に基づく以下の（式２）に従ってデューティ比Ｄ１を演算し、デューティ比Ｄ１に従って半導体スイッチング素子１３をＰＷＭ制御するゲート信号Ｇを生成し、半導体スイッチング素子１３へ出力する。
Ｄ１＝１−（Ｖｉｎ−ＶＬｉｎ）／Ｖｄｃ  ・・・（式２）
【００２６】
制御部５０は、入力電流Ｉｉｎが第１閾値Ｉｔｈ未満の過電流でない定常範囲内である場合は、前述のようにゲインωとして第１ゲインω１を用いてＰＩ制御を行う。
交流電源１に高調波電圧が重畳し、入力電流Ｉｉｎの絶対値が上昇して第１閾値Ｉｔｈ以上になると、電流判定部２０はＨｉを出力する。これによりＯＲ回路２２が出力する判定信号２２ＡがＬｏからＨｉに変わる。ゲイン設定部３０は、この判定信号２２Ａを受けて、入力電流Ｉｉｎの絶対値の大きさに応じた第２ゲインω２の値を有するゲインωをＰＩ制御器２３に対して出力する。こうしてＰＩ制御器２３において用いられるゲインωは第１ゲインω１から第２ゲインω２に設定される。
【００２７】
ＰＩ制御器２３により、第１ゲインω１よりも大きい値の第２ゲインω２を用いたＰＩ制御が行われることにより、入力電流Ｉｉｎと電流指令値Ｉｉｎ＊との偏差が小さくなり、電流指令値Ｉｉｎ＊に対する入力電流Ｉｉｎの追従性が向上する。こうして、交流電源１に高調波が重畳したとき等の入力電流の急峻な変化に対しても、迅速に入力電流Ｉｉｎを電流指令値Ｉｉｎ＊に追従させてその上昇を抑制し、過電流が発生することを抑制できる。
【００２８】
次に、第２ゲインω２の値の設定方法について説明する。
制御部５０の制御対象であるリアクトル１２のインダクタンス成分のインダクタンス値をＬ１、直列抵抗値をＲ１とすると、リアクトル１２の伝達関数は以下の（式３）であらわされる。
【００２９】
【数１】
0006964731.tif 000002
【００３０】
リアクトル１２の伝達関数より、リアクトル１２のボード線図におけるゲイン線図の折れ点周波数はＲ１／Ｌ１［ｒａｄ／ｓｅｃ］となり、位相線図はＲ１／Ｌ１［ｒａｄ／ｓｅｃ］を境に０度から−９０度に位相が回るグラフとなる。
リアクトル１２にＩ１１の大きさの電流が流れる時のインダクタンス値をＬ１１とする。また、リアクトル１２にこのＩ１１より大きい値のＩ１２の大きさの電流が流れるときのインダクタンス値をＬ１２とする。この場合、リアクトル１２は直流重畳特性より、大きな電流が流れるとインダクタンス値が小さくなる特性があるので、Ｉ１１＜Ｉ１２のとき、Ｌ１１＞Ｌ１２となる。そのため、Ｒ１／Ｌ１１＜Ｒ１／Ｌ１２より、電流Ｉ１１より大きい電流Ｉ１２が流れた時の方が、折れ点周波数及び位相が回る周波数が高くなる。
【００３１】
フィードバック制御系において比例積分制御を行うＰＩ制御と、リアクトル１２の伝達関数とを基に作成したボード線図の開ループ特性において、リアクトル１２のインダクタンスがＬ１１のときの伝達関数の周波数特性を示すボード線図を図５に、インダクタンスがＬ１２のときの伝達関数の周波数特性を示すボード線図を図６に示す。
図５は、実施の形態１によるリアクトル１２のインダクタンスがＬ１１のときの開ループ特性のボード線図である。
図６は、実施の形態１によるリアクトル１２のインダクタンスがＬ１２のときの開ループ特性のボード線図である。
【００３２】
ここで位相余裕は、ゲインが０ｄＢとなるゲイン交差周波数における位相と−１８０度との位相の差分量であり、ＡＣ／ＤＣコンバータ部１０の動作の安定性確保に必要な位相余裕をＰｎとする。ゲイン余裕は、位相が−１８０度となる位相交差周波数におけるゲインと０ｄＢとのゲインの差分量であり、ＡＣ／ＤＣコンバータ部１０の動作の安定性確保に必要なゲイン余裕をＧｎとする。
上記を踏まえて、図５においてインダクタンス値がＬ１１のときのゲイン余裕をＧ１、位相余裕をＰ１とする。また、図６においてインダクタンス値がＬ１２のときのゲイン余裕をＧ２、位相余裕をＰ２とする。この場合、前述のとおり、Ｉ１１より大きいＩ１２の値の電流が流れた時の方が、折れ点周波数及び位相が回る周波数が高くなるので、Ｐ１＜Ｐ２、Ｇ１＜Ｇ２となる。
【００３３】
制御設計時にはどのような条件でもＡＣ／ＤＣコンバータ部の動作の安定性が確保できるように、位相余裕およびゲイン余裕が小さくより厳しい条件であるリアクトル１２のインダクタンスが大きい（入力電流Ｉｉｎが小さい）条件、つまりリアクトル１２の直流重畳特性を考慮して最大のインダクタンス値における条件でのゲインを、第１ゲインω１に設定する。そのため、第１ゲインω１をＰ１＝Ｐｎ、Ｇ１≧Ｇｎ（又はＰ１≧Ｐｎ、Ｇ１＝Ｇｎ）が確保できる値に設定する。
【００３４】
この場合、リアクトル１２に流れる電流が大きいＩ１２の時には、Ｐ２＞Ｐｎ、Ｇ２＞Ｇｎとなり、必要な位相余裕、ゲイン余裕よりも大きな位相余裕、ゲイン余裕が確保できるので、第２ゲインω２は第１ゲインω１よりも大きな値に設定可能である。即ち、図４に示したように、入力電流Ｉｉｎの絶対値｜Ｉｉｎ｜が大きくなるに伴って漸増する第２ω２の値を有するゲインωが設定可能となる。
【００３５】
ここで、第２ゲインω２の値は、Ｐ２＝Ｐｎ、Ｇ２≧Ｇｎ（又はＰ２≧Ｐｎ、Ｇ２＝Ｇｎ）が確保できる上限値とする。即ち、第２ゲインω２は、第１ゲインω１よりも大きい値に設定しつつ、且つ、その値が、入力電流Ｉｉｎが第１閾値Ｉｔｈ以上である場合の周波数特性の位相交差周波数におけるゲイン余裕およびゲイン公差周波数における位相余裕が確保される上限値を超えないように設定する。
【００３６】
また、リアクトル１２の電圧電流の関係式である以下の（式４）より、入力電圧Ｖｉｎが大きいほど、入力電流Ｉｉｎは大きくなる。
Ｖ＝Ｌ×ｄｉ／ｄｔ  （Ｖ：リアクトル１２にかかる電圧、ｉ：リアクトル１２に流れる電流、Ｌ：リアクトル１２のインダクタンス）  ・・・（式４）
よって、入力電圧Ｖｉｎに対する第２ゲインω２の設定方法は、上記の入力電流Ｉｉｎに対する第２ゲインω２の値の設定方法と同様である。
【００３７】
以上のように、本実施の形態のＡＣ／ＤＣコンバータ部１０は、入力電流Ｉｉｎの絶対値あるいは入力電圧Ｖｉｎの絶対値が大きくなるに伴い漸増する値を有するゲインωをＰＩ制御において用いることで、迅速に入力電流Ｉｉｎを指令値に追従させて過電流を抑制できると共に、設定されるゲインωの値を、必要な位相余裕、ゲイン余裕を確保できる値とすることで、電力変換装置１００の安定した動作継続運転が可能になる。
【００３８】
また、「ゲイン余裕Ｇ１」＝「安定限界値であるゲイン余裕Ｇｎ」、「位相余裕Ｐ１」＝「安定限界値である位相余裕Ｐｎ」、となるように第１ゲインω１の値を設定すれば、高い値のゲインがＰＩ制御において用いるゲインωのディフォルトとなる。この場合、入力電流Ｉｉｎが上昇して第１閾値Ｉｔｈ以上となってから、ゲインωに第２ゲインω２が設定されるまでの間において、高い値のゲインを有する第１ゲインω１が用いられるため、入力電流Ｉｉｎのピークをより抑制できる。また、入力電流Ｉｉｎの力率制御において、交流電圧Ｖａｃに同期する正弦波への追従性がより高くなるため、高力率の力率制御が可能となる。これにより、更に安定した電力変換装置の動作継続運転が可能となる。
なお、ゲイン余裕Ｇ１または位相余裕Ｐ１の内、安定限界値に設定される方は、余裕がより制約される方とすればよい。
【００３９】
また、リアクトル１２が最大のインダクタンス値となる電流Ｉ１１の最小値として、例えば、電力変換装置１００が一般的な商用の交流系統に接続される場合では、この交流系統１００Ｖの定格電流（実効値１５Ａ）の波高値以下となる２０Ａ以下（０Ａ〜２０Ａ）の値を想定すればよい。このようにリアクトル１２が最大のインダクタンス値となり動作安定性が最も低下する条件となる最小の電流Ｉ１１の値を、電力変換装置１００の適用条件に応じて想定して設定することで、どのような入力条件においても電力変換装置１００の動作安定性を確保できる。
【００４０】
次に、入力電流Ｉｉｎが過電流であるかを判定するための電流判定部２０における第１閾値Ｉｔｈの設定方法の一例について図７を用いて説明する。
図７は、本実施の形態の制御部５０において、ゲイン設定部３０により上記ゲインωの値の調整が行われていない際に、交流電源１の電圧に許容すべき高調波の最大値を重畳した際の入力電流Ｉｉｎの波形を示す図である。
【００４１】
図７より、入力電流ＩｉｎがＡＣ／ＤＣコンバータ部１０の定格動作範囲を超えて過電流値Ｉｏｃとなるタイミングを第１時点としてのｔ１とする。この場合、第１閾値Ｉｔｈ（図７ではＩｔｈ＿１として示す）は、時間ｔ１から設定期間Δｔだけ遡った時間ｔ２までの間の最小の電流値に設定する必要がある。
そして、制御部５０は、予め実験等により、ゲイン設定部３０により上記ゲインωの値の調整が行われていない際に、上記設定期間Δｔ内の最小の電圧値を記録しておき、当該記録された電圧値を第１閾値Ｉｔｈとして設定する。
【００４２】
ここで、設定期間Δｔは、入力電流検出回路（ＳＩ１）１６、入力電圧検出回路（ＳＶ１）１５が入力電流Ｉｉｎ、入力電圧Ｖｉｎの値を検出して制御部５０に信号を伝達するのにかかる制御遅れ時間を含む。
更に、設定期間Δｔは、制御部５０において入力電流Ｉｉｎ、入力電圧Ｖｉｎを絶対値処理し、電流判定部２０、電圧判定部２１により閾値判定をして判定信号２２Ａを変更するのにかかる制御遅れ時間を含む。
更に、設定期間Δｔは、判定信号２２Ａを基に、ゲイン設定部３０によりゲインωの値が第２ゲインω２に変更され、第２ゲインω２がゲート信号Ｇに反映されるまでの制御遅れ時間を含む。
更に、設定期間Δｔは、第２ゲインω２がゲート信号Ｇに反映されてから入力電流Ｉｉｎの上昇が実際に抑制されるまでの過渡遅れ時間を含む。
更に、設定期間Δｔは、入力電流検出回路（ＳＩ１）１６の部品ばらつきによる検出誤差を含んだマージン時間を合計した値を含む。
【００４３】
過電流の発生を防止するためには、電流／電圧が閾値以上となってからゲインを変更して電流の増加を抑制する必要がある。閾値判定に要する設定期間が短く、閾値が高い場合、閾値判定してゲインを変更しても上記各遅れ時間等によるゲイン反映遅れが生じ、電流を抑制しきれずに過電流が発生してしまう。また、閾値判定に要する設定期間が長すぎる場合にも、ゲイン反映遅れが生じる。そのため、設定期間Δｔは前述の制御遅れ時間等を含む必要な最小の期間に設定する。閾値は、例えば、ＩＥＣ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ）のＩＥＣ６１０００−４−１３等において定められる規格試験、市場環境等を考慮した高調波電圧（許容すべき高調波電圧）を印可したときに、過電流を防止できる閾値（時間ｔ１から設定期間Δｔだけ遡った時間ｔ２までの間の最小の電流値）に設定する。
【００４４】
これにより、許容すべき高調波電圧以下の高調波が電源電圧に重畳された場合に各相において動作の継続が不可能になることを防止でき、安定して電力変換可能となる。
尚、第１閾値Ｉｔｈは電力変換装置１００の定格の入力電流Ｉｉｎの波高値（ピーク値）よりも大きい値とする。
【００４５】
電圧判定部２１における第１閾値Ｖｔｈの決め方も、交流電源１に高調波電圧が重畳されることで過電流が発生するため、上記第１閾値Ｉｔｈの決め方と同様である。
即ち、第１閾値Ｖｔｈは、過電流値Ｉｏｃとなるタイミングである時間ｔ１から設定期間Δｔ’だけ遡った時間ｔ２’までの間の最小の電圧値に設定する。この設定期間Δｔ’、時間ｔ２’は、前述の第１閾値Ｉｔｈの決め方の説明における設定期間Δｔ、時間ｔ２に相当する。
そして、制御部５０は、予め実験等により、ゲイン設定部３０により上記ゲインωの値の調整が行われていない際に、上記設定期間Δｔ内の最小の電圧値を記録しておき、当該記録された電圧値を第１閾値Ｖｔｈとして設定する。
なお、第１閾値Ｖｔｈは電力変換装置１００の定格の入力電圧の波高値（ピーク値）よりも大きい値とする。
【００４６】
次に、ＰＩ制御器２３において用いられるゲインωの値を第２ゲインω２に設定した後、再び第１ゲインω１の値に設定する方法について説明する。
電流判定部２０は入力電流Ｉｉｎの絶対値が第１閾値Ｉｔｈ以上となりＨｉを出力した後に、入力電流Ｉｉｎの絶対値が第１閾値Ｉｔｈ（以降、第１閾値Ｉｔｈ＿１とする）未満の値である第２閾値Ｉｔｈ’（以降、第２閾値Ｉｔｈ＿２とする）以下となるとＬｏを出力する。これにより、判定信号２２ＡがＨｉからＬｏにかわり、ゲイン設定部３０がＰＩ制御器２３において用いられるゲインωを第２ゲインω２の値から第１ゲインω１に変更する。
【００４７】
第２閾値Ｉｔｈ＿２は、入力電流検出回路（ＳＩ１）１６のノイズ等による検出値変動を考慮の上、第１閾値Ｉｔｈ＿１を基準に、第１閾値Ｉｔｈ＿１よりも小さい値に設定している。
【００４８】
図４において、第１閾値Ｉｔｈ＿１、第２閾値Ｉｔｈ＿２と、ゲイン設定部３０における第１ゲインω１、第２ゲインω２との関係を図示している。
前述のように、電流が大きいほどリアクトル１２のインダクタンス値は小さくなるので、入力電流Ｉｉｎが大きいほど第２ゲインω２の値を大きな値に設定可能となる。
【００４９】
入力電流Ｉｉｎが小さいとき、ＰＩ制御器２３におけるゲインωには第１ゲインω１が設定されており、入力電流Ｉｉｎの絶対値が第１閾値Ｉｔｈ＿１以上になると第２ゲインω２がゲインωの値として設定される。
入力電流Ｉｉｎが第１閾値Ｉｔｈ＿１以上になった後、第２閾値Ｉｔｈ＿２以下になると再び第１ゲインω１が設定される。
【００５０】
こうして、第１ゲインω１から第２ゲインω２に設定を切り換える際に用いられる第１閾値Ｉｔｈ＿１と、第２ゲインω２から第１ゲインω１に設定を切り換える際に用いられる第２閾値Ｉｔｈ＿２とにヒステリシス幅を設けて、「第２閾値Ｉｔｈ＿２」＜「第１閾値Ｉｔｈ＿１」とする。これにより、入力電流Ｉｉｎが閾値付近で変動する場合等に頻繁にゲインωが切り替わり動作が不安定になることを防止でき、制御の安定化が図れる。
【００５１】
なお、電圧判定部２１における第１閾値Ｖｔｈ＿１、第１閾値Ｖｔｈ＿２と、ゲイン設定部３０における第１ゲインω１、第２ゲインω２との関係も上記と同様である。
【００５２】
また、本実施の形態では、第２ゲインω２の値は、調整量Δωを第１ゲインω１に加えた値に設定したが、これに限定するものではない。第２ゲインω２の値は、入力電流Ｉｉｎあるいは入力電圧Ｖｉｎの値に応じて増加する値になるよう設定すればよく、例えば、以下（式５）〜（式８）により表すこともできる。
【００５３】
例えば、第２ゲインω２は、以下の（式５）の通り、調整量Δωを第１ゲインω１に乗じた値となるように設定してもよい。
ω２＝ω１×Δω・・・（式５）
【００５４】
また例えば、調整量Δωは、入力電流Ｉｉｎあるいは入力電圧Ｖｉｎの値に応じて増加する値であればよく、以下（式６）、（式７）の通り、入力電流Ｉｉｎの絶対値｜Ｉｉｎ｜と第１閾値Ｉｔｈ＿１との差分、あるいは、入力電圧Ｖｉｎの絶対値｜Ｖｉｎ｜と第１閾値Ｖｔｈ＿１との差分に応じた値Δωｉ、Δωｖとしてもよい。
Δωｉ＝Ｃ×（｜Ｉｉｎ｜−Ｉｔｈ＿１）＋Ｄ−ω１  ・・・（式６）
但し、Ｃ，Ｄは任意の係数
Δωｖ＝Ｃ’×（｜Ｖｉｎ｜−Ｖｔｈ＿１）＋Ｄ’−ω１  ・・・（式７）
但し、Ｃ’，Ｄ’は任意の係数
【００５５】
また、第２ゲインω２は、以下の（式８）（式９）の通り、上記（式６）、（式７）にて示される調整量Δωｉ、Δωｖを第１ゲインω１に乗じた値となるように設定してもよい。
ω２＝ω１×Δωｉ・・・（式８）
ω２＝ω１×Δωｖ・・・（式９）
【００５６】
また、上記実施の形態では、図４に示したように、第２ゲインω２は、調整量Δωを入力電流Ｉｉｎ、入力電圧Ｖｉｎが大きくなるに伴い、線形に増加するものを示した。しかしながら第２ゲインω２は、入力電流Ｉｉｎ、入力電圧Ｖｉｎが大きくなるに伴い単調増加するよう設定されればよい。よって、調整量Δωを、入力電流Ｉｉｎ又は入力電圧Ｖｉｎの絶対値に対して非線形に増加するよう設定しても良い。
【００５７】
第２ゲインω２が、入力電流Ｉｉｎ、入力電圧Ｖｉｎが大きくなるに伴い漸増する単調増加関数により示す場合、この単調増加関数における第２ゲインω２の増加率（傾き）は、入力電流Ｉｉｎ、入力電圧Ｖｉｎの少なくとも一方が第１閾値未満である場合の周波数特性におけるゲイン余裕と、第１閾値以上である場合の周波数特性におけるゲイン余裕と、から得られるゲイン差（ゲインωの値の調整幅）に基づいて設定してもよい。
【００５８】
また、前述した、電流指令値Ｉｉｎ＊と入力電流ＩｉｎとのΔＩｉｎをフィードバック量として比例積分（ＰＩ）制御した値をゲート信号Ｇに反映する制御は、設定された周期毎に行われるが、入力電流Ｉｉｎあるいは入力電圧Ｖｉｎが過電流あるいは過電圧となった場合は、以下に説明するように、設定周期を待たず、フィードバック値が直ちにゲート信号Ｇに反映されるようにしてもよい。
例えば、上記設定周期内では、入力電流Ｉｉｎ、入力電圧Ｖｉｎの検出、検出値のＡＤ変換は随時行われているため、過電流あるいは過電圧を示す判定信号２２ＡがＬｏからＨｉに変化した場合は、ゲイン設定部３０は、この判定信号２２Ａを受けて直ちに第２ゲインω２をＰＩ制御器２３に対して出力するようにする。
【００５９】
具体的には、上記設定周期内においてＰＩ制御を行う第１期間の直前に、制御部５０は、ＰＩ制御器２３に設定されているゲインωが第１ゲインω１か第２ゲインω２かを確認することとする。そして制御部５０は、ＰＩ制御器２３に設定されているゲインωが、ゲイン設定部３０から出力されているゲインωと異なる場合、直ちに、ＰＩ制御器２３におけるゲインをゲイン設定部３０から出力されているゲインωに変更する。
これにより、制御部５０は、随時検出される入力電流Ｉｉｎあるいは入力電圧Ｖｉｎに応じたゲインωを、直ちにゲート信号Ｇに反映させて、半導体スイッチング素子１３のデューティとして反映する。
【００６０】
これにより、上記設定周期の前、あるいはＰＩ制御を行う上記第１期間の前において予めゲインωを確定しておく場合よりも、入力電流Ｉｉｎあるいは入力電圧Ｖｉｎの上昇に応じて、より早く入力電流Ｉｉｎの上昇を抑制して過電流を防止できる。これにより、電力変換装置１００の安定した動作継続運転が可能になる。
【００６１】
なお、上記実施の形態ではＰＩ制御のゲインを第２ゲインω２に設定する条件として、入力電流Ｉｉｎの絶対値が第１閾値Ｉｔｈ以上であること、あるいは、入力電圧Ｖｉｎの絶対値が第１閾値Ｖｔｈ以上であることを制御部５０内で判定していた。しかしながら、この判定は、制御部５０内で判定する場合に限るものはない。例えば、入力電流Ｉｉｎの値が第１閾値Ｉｔｈ以上であるかを判定する電流閾値判定回路を、シャント抵抗、オペアンプ、コンパレータ等で制御部５０の外において構成する。そしてこの電流閾値判定回路の結果を制御部５０に入力しても良い。これは入力電圧Ｖｉｎの絶対値が第１閾値Ｖｔｈ以上であるかを判定する方法に関しても同様である。
【００６２】
これにより、マイコンで構成される制御部５０内において、入力電流Ｉｉｎ、入力電圧Ｖｉｎの判定を行うよりも早い判定が可能となる。そのため、より早く第２ゲインω２をゲート信号Ｇに反映させ、早期に過電流の抑制が可能となる。これは半導体スイッチング素子１３の短絡耐量が小さく過電流値が小さい場合により効果が得られる。
【００６３】
なお、ＡＣ／ＤＣコンバータ部１０を構成している半導体スイッチング素子１３の材料に、高速動作可能なワイドバンドギャップ半導体である窒化ガリウム系材料（ＧａＮ：Ｇａｌｌｉｕｍ  Ｎｉｔｒｉｄｅ）、炭化珪素（ＳｉＣ：Ｓｉｌｌｉｃｏｎ  Ｃａｒｂｉｄｅ）、ダイヤモンド系材料を用いてもよい。ワイドバンドギャップ半導体を用いた半導体スイッチング素子は短絡耐量が小さいため、過電流に対する耐量が小さいため、過電流を抑制しなければならない。本実施の形態の電力変換装置１００の制御部５０によれば、動作停止しやすい材料の半導体スイッチング素子により構成されるＡＣ／ＤＣコンバータ回路であっても、ゲインωを第２ゲインω２に変更することで電流の変動を早期に抑制し、安定した動作継続運転が可能となる。
【００６４】
又、上記では、ＡＣ／ＤＣコンバータ部１０として、入力側に整流回路であるダイオードブリッジ１１を備えた高力率コンバータを示したが、ＡＣ／ＤＣコンバータ部１０の構成はこれに限定するものではない。ＡＣ／ＤＣコンバータ部１０は、インダクタンス成分を有して交流と直流との間で電力変換を行うものであればよく、例えば、半導体スイッチ素子と直流コンデンサとから成る変換器セルを複数直列接続したレグ回路を交流の各相に備えたＭＭＣ（Ｍｏｄｕｌａｒ  Ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ．  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）でもよい。
【００６５】
このようなＭＭＣ型の電力変換装置においても、各レグ回路に直列に設けられるリアクトルあるいは寄生インダクタンスと抵抗成分との伝達関数に基づき、上記と同様のゲインωの調整が行える。そのため、ある相のレグ回路において過電流が発生した場合、過電流が発生した相のレグ回路を構成するスイッチング素子をオフにすると共に、過電流が発生していない相のレグ回路を構成する半導体スイッチ素子の制御のゲインを上げて、電力変換装置の出力低下を抑制するようなゲイン制御が不要となる。そのため、過電流が発生した相のレグ回路に流れていた電流が、過電流が発生していない相のレグ回路に流れることに対応するために各相のレグ回路を構成するスイッチング素子にその分の大きな電流が流せる素子を使用する必要がなくなる。よって、ＭＭＣ型の電力変換装置の低コスト化が図れる。
【００６６】
また、各相の入力電流がそれぞれ大きく変動して、各相のレグ回路において過電流が発生することを防止できるため、過電流を抑制するために各相のレグ回路の全ての半導体スイッチング素子をオフして動作を停止する必要がない。これにより、ＭＭＣ型の電力変換装置においても安定した動作継続運転が可能になる。
【００６７】
なお、このようなＭＭＣ型のＡＣ／ＤＣコンバータ部１０を用いた場合における過電圧、過電流の判定は、交流側の入力電流、入力電圧を判定対象としてもよいし、あるいは、直流端子側の不具合等に起因して各相のレグ回路に流れる直流電流を判定対象としてもよい。
【００６８】
以下、制御部５０のハードウエア構成について説明する。
図８は、本実施の形態１による制御部５０のハードウエア構成の一例を示す図である。
制御部５０は、そのハードウエアの構成の一例を図８において示されるように、プロセッサ４０と記憶装置４１とから構成される。記憶装置は図示していないが、ランダムアクセスメモリ等の揮発性記憶装置と、フラッシュメモリ等の不揮発性の補助記憶装置とを備える。
また、フラッシュメモリの代わりにハードディスクの補助記憶装置を備えてもよい。プロセッサ４０は、記憶装置４１から入力されたプログラムを実行する。この場合、補助記憶措置から揮発性記憶装置を介してプロセッサ４０にプログラムが入力される。また、プロセッサ４０は、演算結果等のデータを記憶装置４１の揮発性記憶装置に出力してもよいし、揮発性記憶装置を介して補助記憶装置にデータを保存してもよい。
【００６９】
上記のように構成された本実施の形態の電力変換装置は、
半導体スイッチング素子とインダクタンス成分とを有して、交流と直流との間で電力変換を行うＡＣ／ＤＣコンバータ部と、
前記ＡＣ／ＤＣコンバータ部における電流、電圧の少なくとも一方を検出する検出部と、前記ＡＣ／ＤＣコンバータ部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記電流の指令値と、前記検出部によって検出された前記電流との偏差に基づいて、検出された前記電流が前記指令値に追従するように、設定された制御ゲインを用いて制御量を導出して前記ＡＣ／ＤＣコンバータ部の前記半導体スイッチング素子を制御し、
検出される前記電流、電圧の少なくとも一方が、それぞれ対応して設定される第１閾値未満では、前記制御ゲインとして第１ゲインを用い、検出される前記電流、電圧の少なくとも一方が前記第１閾値以上では、前記制御ゲインとして前記第１ゲインよりも大きい第２ゲインを用いる、
ものである。
【００７０】
このように、電力変換装置は、検出される電流、電圧の少なくとも一方が第１閾値以上となる過電流あるいは過電圧の状態において、ＰＩ制御において用いるゲインを、定常時に用いる第１ゲインから、この第１ゲインよりも大きい第２ゲインに設定して用いる。これにより、入力電流と電流指令値との偏差をより小さくして、電流指令値に対する入力電流の追従性を向上させ、電流の急峻な変化に対しても、迅速に電流を目標値に追従させてその上昇を抑制し、過電流を抑制できる。これにより、安定して電力変換動作を継続できる。
【００７１】
また、上記のように構成された本実施の形態の電力変換装置は、
前記第２ゲインは、前記電流あるいは前記電圧が大きくなるに伴い漸増する値に設定される、ものである。
【００７２】
このように、検出される電流、電圧の少なくとも一方が第１閾値を大きく上回る過電流あるいは過電圧が生じた場合においても、この電流、電圧の大きさに応じた第２ゲインを用いるので、迅速に電流を目標値に追従させてその上昇を抑制して、過電流を抑制できる。
【００７３】
また、上記のように構成された本実施の形態の電力変換装置は、
前記ＡＣ／ＤＣコンバータ部の前記インダクタンス成分を含むフィードバック制御系の開ループの伝達関数において、
前記第１ゲインは、前記ＡＣ／ＤＣコンバータ部における前記電流、前記電圧の少なくとも一方が前記第１閾値未満である場合の前記伝達関数の周波数特性の位相交差周波数におけるゲイン余裕およびゲイン公差周波数における位相余裕が確保される値に設定され、
前記第２ゲインは、前記第１ゲインよりも大きい値であり、且つ、前記ＡＣ／ＤＣコンバータ部における前記電流、前記電圧の少なくとも一方が前記第１閾値以上である場合の前記伝達関数の周波数特性の位相交差周波数におけるゲイン余裕およびゲイン公差周波数における位相余裕が確保される値、に設定される、
ものである。
【００７４】
このように、ＡＣ／ＤＣコンバータ部の前記インダクタンス成分を含むフィードバック制御系の開ループの伝達関数を用いてその動作安定性を確保するようにゲインωを設定する。即ち、第１ゲインは、ＡＣ／ＤＣコンバータ部における電流が第１閾値未満となり動作安定性が最も低下する条件となる場合におけるゲイン余裕および位相余裕が確保される値に設定する。
このような第１ゲインの設定を行うことにより、どのような電流条件においても電力変換装置の動作安定性を確保できる。
また、第２ゲインは、第１ゲインよりも大きい値に設定することで前述のように目標電流に対する電流追従性を向上させつつ、設定される第２ゲインの値の上限をゲイン余裕および位相余裕が確保できる値に設定する。これにより第２ゲインの値は、動作安定性を確保できる範囲を逸脱した値に設定されないため、電力変換装置の動作安定性を確保できる。
【００７５】
また、上記のように構成された本実施の形態の電力変換装置は、
前記第１ゲインは、前記ＡＣ／ＤＣコンバータ部における前記電流、前記電圧の少なくとも一方が前記第１閾値未満である場合の前記伝達関数の周波数特性の位相交差周波数における前記ゲイン余裕またはゲイン公差周波数における前記位相余裕の少なくとも一方が、予め定められた安定限界値となる値に設定される、
ものである。
【００７６】
このように、第１ゲインω１における「ゲイン余裕Ｇ１」＝「ゲイン余裕Ｇｎ」あるいは「位相余裕Ｐ１」＝「位相余裕Ｇｎ」となるように第１ゲインω１の値を設定する。これにより、電流あるいは電圧が、過電流あるいは過電圧となってから、ゲインωに第２ゲインが設定されるまでの間において、高い値のゲインを有する第１ゲインが用いられるため、入力電流のピークをより抑制できる。また、高力率制御を行うＡＣ／ＤＣコンバータ部を用いる場合、入力電流の正弦波への追従性がより高くなるため、更なる高力率の力率制御が可能となる。なお、ゲイン余裕Ｇ１および位相余裕Ｐ１が共に安定限界値とできる制御、回路構成を有する電力変換装置の場合では、ゲイン余裕Ｇ１および位相余裕Ｐ１が共に安定限界値となるように第１ゲインω１の値を設定してもよい。
【００７７】
また、上記のように構成された本実施の形態の電力変換装置は、
前記第２ゲインは、前記電流あるいは前記電圧が大きくなるに伴い漸増する単調増加関数により示され、該単調増加関数の増加率は、
前記ＡＣ／ＤＣコンバータ部における前記電流、前記電圧の少なくとも一方が前記第１閾値未満である場合の前記ゲイン余裕と、
前記ＡＣ／ＤＣコンバータ部における前記電流、前記電圧の少なくとも一方が前記第１閾値以上である場合の前記ゲイン余裕と、の差、または
前記ＡＣ／ＤＣコンバータ部における前記電流、前記電圧の少なくとも一方が前記第１閾値未満である場合の前記位相余裕と、
前記ＡＣ／ＤＣコンバータ部における前記電流、前記電圧の少なくとも一方が前記第１閾値以上である場合の前記位相余裕と、の差、
の少なくとも一方の差に応じて設定される、
ものである。
【００７８】
このように、電流あるいは電圧が大きくなるに伴い漸増する第２ゲインの増加率を、第１閾値未満の小さい電流が流れる場合の周波数特性におけるゲイン余裕と、第１閾値以上の大きい電流が流れる場合の周波数特性におけるゲイン余裕と、のゲイン差（第２ゲインω２の調整幅）に基づいて設定する。あるいは、第２ゲインの増加率を、第１閾値未満の小さい電流が流れる場合の周波数特性における位相余裕と、第１閾値以上の大きい電流が流れる場合の周波数特性における位相余裕と、の位相余裕差（第２ゲインω２の調整幅）に基づいて設定する。これにより、ＡＣ／ＤＣコンバータ部の実際のゲイン特性、位相特性に応じた第２ゲインの増加率を決定できる。これにより、精度良く電力変換装置の動作安定性を確保できる。
【００７９】
また、上記のように構成された本実施の形態の電力変換装置は、
前記制御部は、
前記電流、前記電圧の少なくとも一方が前記ＡＣ／ＤＣコンバータ部の定格動作範囲を超える第１時点より前の設定期間内の前記電流の最小値、前記電圧の最小値、の少なくとも一方を記録し、
該記録された最小値を前記第１閾値として設定する、
ものである。
【００８０】
これにより、許容すべき高調波電圧以下の高調波が電源電圧に重畳された場合に各相において動作の継続が不可能になることを防止でき、安定して電力変換可能となる。
【００８１】
また、上記のように構成された本実施の形態の電力変換装置は、
前記設定期間は、
前記検出部による前記第１閾値を超える前記電流あるいは前記電圧の検出から、前記制御部により前記制御ゲインが前記第２ゲインに設定されるまでの該制御部における制御遅れと、
前記制御部により前記制御ゲインが前記第２ゲインに設定されてから、前記電流あるいは前記電圧が前記第１閾値未満となるまでの遅れと、の少なくとも一方の遅れを含む期間に設定される、
ものである。
【００８２】
これにより、実際の電力変換装置の遅れ時間を含めた閾値の設定が可能となるため、精度良く電力変換装置の動作安定性を確保できる。
【００８３】
また、上記のように構成された本実施の形態の電力変換装置は、
前記ＡＣ／ＤＣコンバータ部は、前記インダクタンス成分を有するリアクトルを備えて、前記交流からの電力の力率制御を行うＡＣ／ＤＣコンバータであり、
前記電流は、前記交流側からの前記ＡＣ／ＤＣコンバータ部への入力電流であり、
前記電圧は、前記交流側からの前記ＡＣ／ＤＣコンバータ部への入力電圧であり、
前記第２ゲインは、前記入力電流の絶対値、あるいは、前記入力電圧の絶対値が大きくなるに伴い漸増する値に設定され、
前記制御部は、前記交流側からの前記入力電流を前記指令値に追従させるように前記半導体スイッチング素子を制御する、
ものである。
【００８４】
これにより、例えば、外的要因で交流側の電源電圧に高調波が重畳された場合において入力電流の変動が大きくなり、過電流が発生した場合でも、過電流を抑制しつつ、高力率制御が可能となる。これにより、安定して電力変換動作を継続できると共に、高力率の電力変換装置を提供できる。
【００８５】
また、上記のように構成された本実施の形態の電力変換装置は、
前記第２ゲインは、前記電流あるいは前記電圧が大きくなるに伴い漸増する調整量を、前記第１ゲインに加えた値、あるいは、前記第１ゲインに乗じた値、に設定される、
ものである。
また、上記のように構成された本実施の形態の電力変換装置は、
前記第２ゲインは、前記入力電流の絶対値あるいは前記入力電圧の絶対値と、それぞれの前記第１閾値と、の偏差が大きくなるに伴い漸増する調整量を、前記第１ゲインに加えた値、あるいは、前記第１ゲインに乗じた値、に設定される、
ものである。
【００８６】
このように、ＡＣ／ＤＣコンバータ部における電圧、電流が大きくなるに伴い漸増する第２ゲインの値を、それぞれの計算方法で導出可能である。これにより、制御部における第２ゲインの設定方法の自由度を確保して制御多様性を確保できる。
【００８７】
また、上記のように構成された本実施の形態の電力変換装置は、
前記制御部は、
前記制御ゲインが前記第２ゲインに設定された後、前記電流および前記電圧が、それぞれの前記第１閾値未満の値に設定された第２閾値以下となると、前記制御ゲインを前記第２ゲインから前記第１ゲインに設定する、
ものである。
【００８８】
これにより、電流が小さい場合に用いるゲインを第２ゲインより小さい第１ゲインを用いることで、ＰＩ制御におけるオーバーシュートなどを防止でき、電力変換装置の動作安定性を確保できる。
【００８９】
本願は、例示的な実施の形態が記載されているが、実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合が含まれるものとする。
【符号の説明】
【００９０】
１  交流電源（交流）、１３  半導体スイッチング素子、
１２  リアクトル（インダクタンス成分）、１０  ＡＣ／ＤＣコンバータ部、
１５  入力電圧検出回路（検出部）、１６  入力電流検出回路（検出部）、
５０  制御部、１００  電力変換装置。
【要約】
【課題】過電流、過電圧が生じた場合でも、安定して電力変換を継続できる電力変換装置を提供する。
【解決手段】電力変換装置１００の制御部５０は、ＡＣ／ＤＣコンバータ部１０における電流の指令値と、検出部１５、１６によって検出された前記電流との偏差に基づいて、検出された電流が指令値に追従するように、設定された制御ゲインωを用いて制御量を導出してＡＣ／ＤＣコンバータ部１０を制御し、検出される電流、電圧の少なくとも一方が、それぞれ対応して設定される第１閾値Ｉｔｈ，Ｖｔｈ未満では、制御ゲインωとして第１ゲインω１を用い、検出される電流、電圧の少なくとも一方が第１閾値Ｉｔｈ、Ｖｔｈ以上では、制御ゲインωとして第１ゲインω１よりも大きい第２ゲインω２を用いる。
【選択図】図１【図１】
0006964731.tif 000003
【図２】
0006964731.tif 000004
【図３】
0006964731.tif 000005
【図４】
0006964731.tif 000006
【図５】
0006964731.tif 000007
【図６】
0006964731.tif 000008
【図７】
0006964731.tif 000009
【図８】
0006964731.tif 000010