1-60

平成 18 年電気学会産業応用部門大会

空間ベクトル変調を適用した直接電力制御形 PWM 整流器
正員

佐藤明

学生員

佐野甲治

正員

野口季彦 (長岡技術科学大学)

Direct-Power-Controlled PWM Rectifier Using Space Vector Modulation
Akira Sato, Member

Koji Sano, Student Member

Toshihiko Noguchi, Member (Nagaoka University of Technology)

This paper describes a direct-power-controlled PWM Rectifier using Space Vector Modulation (DPC-SVM).
strategy is based on instantaneous active and reactive power control.
through various computer simulations.

ThisValidity of the proposed technique was examined

DPC-SVM exhibits several features, such as a simple algorithm, constantswitching frequency, and particularly it provides sinusoidal line current without implement current minor loop.
キーワード：直接電力制御法，空間ベクトル変調
Keywords：Direct Power Control (DPC), Space Vector Modulation (SVM)

1. はじめにPower Source

PWM Rectifiler

Lii

PWM 整流器の制御法として，電流マイナーループにより電源電圧と同相となるように電流制御を行い，直流バス電圧を一定，入力力率を 1 に制御する手法がよく知られていvi

る。一方，筆者らはこれまで瞬時電力に着目した直接電力

vc制御法を提案し，その有効性を実験により確認してきた(1)。
本稿ではこれまで検討してきた直接電力制御法に空間ベクトル変調を適用したシステムを新たに検討し，計算機シvr

ミュレーションよりその基本的な制御特性を確認したので

2. 制御原理とシステム構成

PWM 整流器のモデル図

LirLvs報告する。

図1isLvt

1Sr0Ssit0Sr

図 1 に PWM 整流器のモデル図を示す。ここで，PWM 整流器はスイッチングのない理想電源としている。PWM 整流3φ2φ3φ2φvαvβiαiβP and Q Calculation(1)Q∆P- +(2)瞬時有効電力 P，瞬時無効電力 Q は下式で導出される。

kvi 2 sin ϕωL(3)v 2 (1 − k cos ϕ )Q= iωL(4)P=P

図２StSsSVMvβ∗kPI

電源電流 ii は(2)式で表すことができる。

Vdc0PI∆Q- +- Vdc*+PIvα* and vβ* Calculationϕ

ここで k：振幅，ϕ：位相差。
kv sin ϕv (1 − k cos ϕ )ii = i−j i
ωL
ωLvα∗

RL

1St

〈2･1〉基本原理

器の出力電圧 vc を次式とする。
v c = kv i (cos ϕ − j sin ϕ )

C +1

I*

ωt
P*
Q*

空間ベクトル変調を適用した PWM 整流器のブロック図すればよく，(5)式となる。

k cos ϕ = 1(5)

上式において，位相差ϕが小さく cosϕの変化が少ないの

例えば入力力率を 1 にする場合，瞬時無効電力 Q を 0 とで，瞬時無効電力は振幅 k を変えることにより制御し，瞬時有効電力は位相差ϕを変えることにより制御できること［I - 377］

1-60

平成 18 年電気学会産業応用部門大会がわかる(2)。

vr, vs, vt
100 (V/div)〈2･2〉制御システム構成0

図 2 に本制御システムのブロック図を示す。本制御法では交流電源側の瞬時有効電力と瞬時無効電力を算出し，フir, is, it
20 (A/div)ィードバック制御を行う。

0

電源電圧・電流を検出し，それぞれ三相−二相変換を行う。得られた vα，vβと iα，iβより，(6)を用いて瞬時有効電力

Vdc
100 (V/div)

P，瞬時無効電力 Q を求める。

⎡ P ⎤ ⎡vα⎢ ⎥ = ⎢v
⎣Q ⎦ ⎢⎣ βv β ⎤ ⎡iα ⎤⎥⎢ ⎥− vα ⎥⎦ ⎢⎣i β ⎥⎦0(6)P, Q
2 (kW/div)
2 (kvar/div)

一方，有効電力指令値 P*は直流バス電圧制御系から与え0る。すなわち，直流バス電圧 Vdc とその指令値 Vdc*の偏差か20(ms/div )*ら PI 制御器を介して得られた I と Vdc との積から得る。瞬図３

時無効電力指令値 Q*は外部より直接与える。そして，P*とvr, vs, vt100 (V/div)

P，Q*と Q の偏差∆P，∆Q を PI 制御器に入力し位相差ϕ，振幅 k を得る。そしてϕ，k，ωt から PWM 整流器出力電圧指令値 vα*，vβ*を(7)，(8)式から算出する。
vα * = kv rms cos(ωt − ϕ )(7)v β * = kv rms sin(ωt − ϕ )(8)ir, is, it
20 (A/div)

そして，得られた vα*，vβ*に空間ベクトル変調を施すことにより各レグのスイッチングパターン Sr，Ss，St を得る。

シミュレーション結果 (Q* = 0 var)00

Vdc
100 (V/div)

3. シミュレーション結果
0P, Q
2 (kW/div)
2 (kvar/div)

本制御法の基本的な制御特性を確認するために計算機シミュレーションを行った。シミュレーション条件は電源電

0圧 200 (Vrms)，連系リアクトル 5 (mH)，平滑コンデンサ 2200

20(ms/div )(µF)，直流バス電圧指令値 400 (V)である。負荷条件は 5 (kW)→ 0 (kW) → 5 (kW)としている。

図４

図 3 に無効電力指令値 Q* = 0 (var)，図 4 に Q* = 1000 (var)，

vr, vs, vt
100 (V/div)

図 5 に Q* = -1000 (var)としたときの波形を示す。図 3 において，無効電力は 0 (var)に制御されているため，電源電流シミュレーション結果 (Q* = 1000 var)

0は電源電圧と同相で正弦波状になり，直流バス電圧は一定
ir, is, it
20 (A/div)に制御されていることがわかる。図 4，5 においては無効電力指令値を 1000 (var)または-1000 (var)としているため，負0荷 0 (W)区間に無効電流が流れているが，DC バス電圧，有Vdc
100 (V/div)

効・無効電力は良好に制御していることが確認できる。

4. まとめ
0P, Q
2 (kW/div)
2 (kvar/div)

本稿では筆者らがこれまで検討してきた直接電力制御法に空間ベクトル変調を適用した場合のシステム構成を新たに検討した。そして，計算機シミュレーションにより，そ020(ms/div )の基本的な制御特性を確認した。
図５

シミュレーション結果 (Q* = -1000 var)

参考文献
(１)

野口季彦，佐藤 明，竹内大裕：「直接電力制御形 PWM 整流器の平滑コンデンサ小容量化と不平衡電源における運転特性」，電学論 D，126，2，pp.103 - 108 (2006)(２)［I - 378］

半導体電力変換方式調査専門委員会編：「半導体電力変換回路」，pp.
216 – 217 (1987)