平成 16 年電気学会全国大会

4-026

電流形 PWM コンバータの直接電力制御法
佐藤明＊

野口季彦 (長岡技術科学大学)

Direct Power Control of Current-Source PWM Converter
Akira Sato, and Toshihiko Noguchi (Nagaoka University of Technology)

１．はじめにL

筆者らはこれまでに電圧形 PWM コンバータの直接電力制御法を提案し，その有効性を実験的に検証してきた 。

Vrms , ωva

本稿では直接電力制御法を電流形 PWM コンバータに適vb[1]用した場合のシステム構成を検討し，その基本的な制御特Sa
Lfia

RLib'

Vdc

ic 'icCf２．制御原理

Idc

Fig. 1 に直接電力制御法に基づく電3φ2φ

3φ2φ

流形 PWM コンバータのシステム構成を示す。本制御法はvαvβ iαiβ

交流側の瞬時有効電力 P と瞬時無効電力 Q を(1)により算出

P and Q Calculation

し，コンバータのスイッチングによりリレー制御を行う。

Q<2.1>システム構成v β  iα  − vα  i β  P   vα  = v
Q   β

Scia'

ibvc

性を計算機シミュレーションにより検証したので報告する。

SbP

(1)

(a)

skm

skm++

ただし，vα，vβと iα，iβは電源電圧と電流に絶対変換を施しSa

Sb

Sc- Idc*+Switching TableSp
ΘnSq(b)∆P++

PIVdc*∆Q- +P*Q*- +た二相量である。有効電力指令値 P*は直流バス電流制御系から，無効電力指令値 Q*は外部より直接与える。P と Q の偏差∆P，∆Q はヒステリシス要素により二値化する。また，

Fig. 1. Block diagram of direct-power controlled current-source

電源電圧位相もヒステリシス要素を用いて，6 つの領域にPWM converter.

分割して検出する。Sp，Sq およびΘn をスイッチングテーブ
ルに入力し，これらの組み合わせに応じて PWM コンバー

αd P dQ
dt , dt

タのスイッチングモード Sa，Sb，Sc を直接決定する。ここで，各レグのスイッチング関数を以下のように定義する。
P：正側スイッチオン，負側スイッチオフ

vs,
is',
is' (PON)(PNO)

Sa,b,c = O：正側，負側スイッチオンまたはオフ
is' (ONP)

N：正側スイッチオフ，負側スイッチオン<2.2>スイッチングテーブル構成法

is' (OPN),

本手法はリレー制

る瞬時有効・無効電力の時間的変化率 dP/dt，dQ/dt の極性

is' (NPO)is' (NOP)

がスイッチングテーブルを構成する上で重要となる。

,Fig. 1 より，(2)の電圧電流方程式が得られる。

dvd 2 is+ (is − is ' ) − C f s = 0dt
dt 2βis' (OOO)

御に基づいており，スイッチングモード Sa，Sb，Sc に対す

Lf C f,,(2),

Fig. 2. Calculation of dP/dt and dQ/dt in Θ1.

(2)において，第 3 項は小さい値であるため無視し，電源電
ここで，流ベクトル is について解くと(3)のようになる。
is =

 1 
i′sin s
Lf C f
Lf C f 1′
is =(3)24j πj π 2 I dc S a + Sb e 3 + S ce 3 3 (4)- 38 2004/3/17 〜 19相模原（第 4 分冊）©2004 IEE Japan平成 16 年電気学会全国大会

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また，電源電圧ベクトル vs は(5)のように表される。

v s = 3Vrms e jωt(5)(1)，(3)，(5)を用いて dP/dt，dQ/dt を解くと，dP= 2Vrms I dc {S1 ( K1 cosω t − ω K 2 sin ω t )
dt

Sp Sq

Θ1

1
100

PON
PNO
OOO
ONP

Sb

Θ2

Θ3

Θ4

OPN
PON
OOO
PNO

NPO
OPN
OOO
PON

NOP
NPO
OOO
OPN

Sp+ S 2 ( K1 sin ω t + ωK 2 cos ω t )}

(6)

∆P

P*+ -Θnα12 β6∆Q0∆P

1133
S1 = S a − S b − S c , S 2 =Sb −Sc22221111cossin
K1 =t , K2 =t
Lf C f
Lf C f
Lf C f
Lf C f

Θ6PNO
ONP
OOO
NOP

10(7)

Θ5ONP
NOPOOONPO

Sq

1+ S 2 (ωK 2 sin ω t − K1 cos ω t )}

Sc

Sq

Sp

dQ= 2Vrms I dc {S1 ( K 2 cos ω t + ω K1 sin ω t )
dt

Q

0
101Sa

354

∆Q

P

Q*+ -QvsFig. 3. Optimum switching table and regulators.
vaとなり，各電源電圧位相Θn におけるスイッチングモードに100 (V/div) 0対応した dP/dt，dQ/dt を算出することができる。Fig. 2 は領域Θ1 における計算結果を例示したものである。この中か

ia

ら操作量に適したスイッチングパターンを選択する。この5 (A/div)0

ようにして得られる最適スイッチングテーブルと制御器はFig. 3 に示すものとなり，これが Fig. 1 の(a)部に相当する。
<2.3>LC 共振抑制法

PWM

交流側有効電力 Pac と直流側電力

10 (A/div) 0

Pdc の関係は(1)，(3)，(5)を用いると(8)に示すようになる。
Pac=
Pdc

2Vrms
1
(S1 s + ω S 2 ) 2 1 2
Vdc
s + ω Lf C f s2 +1

Idc

(8)

5 (A/div)

ここで，s はラプラス演算子である。(8)において下線部が05 (ms/div)

振動系になっていることがわかる。これより，(8)を(9)とす[2][3]ることにより LC 共振を抑制することができる
Pac
=Pdc

2Vrms
1
(S1 s + ω S 2 ) 2 1 2
Vdc
s + ω L f C f s 2 + km s +1。

Fig. 4. Simulation result.
(9)用した場合のシステム構成を検討し，その基本的な制御特性を計算機シミュレーションにより確認した。

(9) から有効電力の微分値を有効電力に加える構成とする
ことにより，振動を抑制することができる。また，無効電力においても同様の構成とする。以上をブロック図で表すと Fig. 1 の(b)部のようになる。

３．シミュレーション結果
シミュレーション条件は電源電圧 200 (V)，入力フィルタ（L : 1.6 (mH)，C : 10 (µH)），直流リアクトル 10 (mH)，無効電力指令値 0 (var)，直流バス電流指令値 10 (A)，負荷電力 1 (kW)である。Fig. 4 にシミュレーション結果を示す。
入力電流は入力 LC フィルタによる共振が抑制され，電源電圧と同相となっていることから入力力率 1 制御が実現できていることがわかる。また，直流バス電流も良好に一定制御が達成されている。

４．まとめ

参考文献
[1] T. Noguchi, H. Tomiki, S. Kondo, and I. Takahashi, “Direct Power
Control of PWM Converter Without Power-Source-Voltage Sensors,”
IEEE Trans. Ind. App., vol. 34, no. 3, pp. 473-479 (1998).
[2] T. Ohnishi, and Y. Minamoto, “Three Phase Current Fed Type PWM
Converter by Direct control of Instantaneous Current Vector,” IEEJ
Trans. Ind. App., vol. 115-D, no. 8, pp. 984-990 (1995).
大西・皆本：「瞬時電流ベクトル直接制御方式三相電流形 PWMコンバータ」電学論 D，115 巻 8 号，984-990（平成 8）[3] K. Toyama, O. Mizuno, T. Takeshita, and N. Matsui, “Suppression forTransient Oscillation of Input Voltage and Current-Source Three-Phase
AC/DC PWM Converter,” IEEJ Trans. Ind. App., vol. 117-D, no. 4, pp.
420-426 (1997).
外山・水野・竹下・松井：「電流形三相 PWM コンバータにおける入力電圧・電流の過渡振動抑制」電学論 D，117 巻 4 号，420–426（平成 9）

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