电流控制型转换器的制作方法

专利名称：电流控制型转换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及电流控制型转换器，具体而言，涉及具有将三相交流电 压转换为直流电压的转换部的电流控制型转换器。
背景技术：
以前，作为电流控制型转换器，存在具有采用了dq轴电流控制的转 换器控制系统的装置(例如，参照日本专利第3192058号)。
该电流控制型转换器将有功分量作为q轴电流，将无功分量作为p 轴电流，针对根据负载发生变动的直流电压，根据电压控制器的偏差通 过有功电流指令值对有功分量进行控制，由此，将直流电压控制为恒定。 另一方面，对于无功分量，通过将无功电流指令值设为O，进行功率因数 为1的运转。
此处，在有功电流控制系统和无功电流控制系统中，使用PI控制器， 为了对启动时的过电流进行抑制，有如下几种控制系统即，图10所示 的对q轴电流补偿器的积分器进行初始设定方式的控制系统；图11所示 的对q轴电流补偿器的积分器和直流电压补偿器的积分器二者均进行初 始设定方式的控制系统；以及图12所示的将直流电压指令值初始设定得 比检测值小的方式的控制系统。
具备图10所示的控制系统的第1电流控制型转换器的PI控制器7 由积分器18a、限幅器19a、比例乘法器20a和加减法器21a构成。此外， PI控制器15a由积分器18b、限幅器19b、比例乘法器20b和加减法器21b 构成。此外，PI控制器15b由积分器18c、限幅器19c、比例乘法器20c 和加减法器21c构成。在图10中，14a、 14b、 17a和17b是加减法器， 16a和16b是增益。
在该电流控制型转换器中，在停止PWM信号的状态下接入交流电源，对与输出连接的平滑电容器进行初始充电，直到其达到二极管整流 电压。此后，直到输出转换器启动指令22之前，通过PI积分器输出初
始设定单元23，将输出有功电流校正值A^,的PI控制器15a的积分器18b 的输出始终设定为负值或负的极限值。由此，即使有功电流指令值〈为
正，积分器18b的初始值也小于比例乘法器20b的输出，所以有功电流 校正值A^为负值。此外，当有功电压指令值《成为接近最大值的值、
转换器启动时，即使对于直流电压比较低的二极管整流电压，转换器输
入电压也变得比较大。其结果，电流电压和转换器输入电压之间的电压
差变小，不会流通过大的电源电流。此外，当直流电压上升达到稳定运 转时的直流电压指令值时，有功电流校正值A^和积分器18b的输出大致
收敛为0。
因此，在具备图IO所示的控制系统的第一电流控制型转换器中，在 转换器启动之前，在将PI补偿的积分器18b的输出设定为负值或负的极 限值的状态下进行启动，由此，抑制转换器启动时的过大电源电流。
此外，在具备图11所示的控制系统的第2电流控制型转换器中，与
图IO不同的部分是，在转换器启动之前，通过PI积分器输出初始设定 单元23，不但将输出有功电流校正值A^的PI控制器15a的积分器18b
的输出设定为负值或负的极限值，还将输出有功电流指令值《的PI控制
器7的积分器18a的输出设定为负值或负的极限值。由此，积分器18a 输出的初始值和比例乘法器20a的输出之和为有功电流指令值刁。有功
电流指令值《能够比较小。其结果是，有功电流指令值/:和有功电流Iq
的偏差可以比较小，比例乘法器20b的输出变小。此外，由于将输出有 功电流校正值A^的PI控制器15a的积分器18b的输出设定为负的极限 值，所以有功电压指令值《成为接近最大值的值。
其结果是，在具备图ll所示的控制系统的第二电流控制型转换器中， 和图10—样，转换器输入电压变得比较大，从而抑制转换器启动时的过 大电源电流。
此外，在具备图12所示的控制系统的第3电流控制型转换器中，与 图IO不同的部分是，设置直流电压指令设定单元24，在转换器启动之前将平滑电容器直流电压指令值^设定为比平滑电容器电压检测值^小
的值，由此将PI控制器的积分器18a、 18b的输出设定为负值或负的极限
值。接下来，在该状态下，将转换器启动指令和平滑电容器直流电压指 令值^提高至转换器控制电压指令值，从而进行转换器控制。
在这样的具有如图10 图12中任一个控制系统的电流控制型转换
器中，借助启动时的初始值或偏差使积分器处于饱和状态，并使输出电 压指令值随着积分器的时间常数而下降，因此，可以从整流器模式平滑
地转向PWM模式。
由于上述图10 图12所示的第1 第3电流控制型转换器没有急剧 的指令值的变化，所以能够抑制过电流的发生。但是由于在启动时时间 常数不同的电压控制系统、电流控制系统中使用PI控制，因此积分器之 间相互干扰，存在由于电流指令值的过冲而发生过电流的问题。
在图10 图12所示结构的电流控制型转换器中进行了仿真。在此， 在图10 图12中，主电路和控制系统的常数设定如下
主电路常数电抗器的电感L=3.5mH、 电抗器的电阻r=0.lQ 平滑电容器的容量C二1000^
直流无负载状态 电源电压三相400VAC 控制电压700VDC
电压控制系统常数 =0.1
尺,=2
限幅器(±50)
电流控制系统常数:
7C, =100
限幅器(±100)
此处，仅示出对转换器提供电压指令值的控制系统，但是，根据控
制系统所得到的dq轴电压^、 ^，转换器控制为下式(1)的关系。
8<formula>formula see original document page 9</formula>(i)
在此，转换器的主电路作为针对直流电压的降压型转换器进行动作，
因此，电压控制率Ks的最大值为1，在最大值的情况下，相当于整流器 模式进行动作。
在图10中电流控制系统的积分项设定为负，在图11中电压控制系
统的积分项设定为负，在图12中电压控制系统的偏差设定为负。由于将 电压指令值A^加上电源电压指令值《，将电压指令值^设定得较大，
因此根据式(1)在初始状态下电压控制率超过1，但被最大值的限幅器 限制。
图13示出对图10的结构的第1电流控制型转换器进行启动时的仿 真。如图13所示，在此，电流控制系统积分器被初始设定为一100V。因 此，加上电源电压指令值《二400V， q轴电压指令值^的初始值变为
500V。在此，因为直流电压控制系统的偏差为正，所以随着PI控制器积
分值的增加，电流指令值也上升。所以，电流控制系统的偏差也为正， 以负值累积的PI控制器的积分值增加，所以q轴电压指令值^减小。
在此期间，转换器为整流器模式，直流电压以电源波峰值即570V 左右进行充电，q轴电压指令值P;为400V以上，所以如式(1)所示，
KJ隹持上限值1。因此，只要q轴电压指令值P;不低于400V，转换器就
不进行PWM动作，因此不能发挥控制量根据偏差发生变化的通常的动
作功能，而只停留在验证饱和积分值的动作，这种状态一般称为积分饱
禾口 ( reset windup )。
在此期间，在直流电压控制系统的积分器中也发生累积偏差的积分 饱和，但是，低于400V、转换器控制恢复时，解除了重置(reset)状
态，因此，在电流指令值恢复到O的期间，直流电压发生过冲。
作为图11所示的第2电流控制型转换器的仿真结果的图14是进行了电压控制系统和电流控制系统双方的初始设定的情况，电压控制系统 的初期设定值比偏差减小，电流指令值变为正之后的动作与图io所示的 第1电流控制型转换器的仿真结果即图13的情况一样。
并且，作为图12所示的第3电流控制型转换器的仿真结果的图15
通过电压指令值使偏差为负，但根据偏差设定与图ll所示的电流控制型
转换器的仿真结果即图14一样的初始值。此外，图16是在图12所示的 电流控制型转换器中，直流电压指令值从初始值开始逐渐变大时的仿真 结果。
如此，在现有的方法中整流器动作作为限幅器进行工作，因此，
通过对电流控制系统的积分器进行初始设定，强制地成为积分饱和状态， 通过解除积分饱和状态之前的积分时间常数，减轻指令值的急剧变化。 但是，在解除电流控制系统的积分饱和状态之前的期间中，电压控制系 统中也同样由于积分饱和而累积了误差，因此在积分饱和状态被解除的 瞬间发生直流电压的过冲。

发明内容
在此，本发明的课题是提供一种能够防止启动时直流电压发生过冲 的电流控制型转换器。
为了解决上述课题，第一发明的电流控制型转换器具有将三相交流 电压转换为直流电压的转换部和控制所述转换部的控制部，该电流控制
型转换器的特征在于，所述控制部具有电压控制器，其通过对从所述 转换部输出的直流电压值与直流电压指令值之间的偏差进行比例积分的 比例积分控制，运算并输出有功电流指令值；有功电流控制器，其通过
对来自所述电压控制器的所述有功电流指令值与输入所述转换部的有功 电流值之间的偏差进行比例积分的比例积分控制，运算并输出有功电压
校正值；以及无功电流控制器，其通过对无功电流指令值与输入所述转 换部的无功电流值之间的偏差进行比例积分的比例积分控制，运算并输 出无功电压校正值，根据来自所述有功电流控制器的所述有功电压校正 值和来自所述无功电流控制器的所述无功电压校正值，所述控制部输出
10控制所述转换部的控制信号，并且，在从所述转换部启动开始至启动完 成的期间，所述控制部令从所述电压控制器输出的所述有功电流指令值 为0或负，且设所述有功电流控制器的动作为比例控制，或者，在从所 述转换部启动开始至启动完成的期间，所述控制部设所述电压控制器的 动作为比例控制，且令从所述有功电流控制器输出的所述有功电压校正 值为O或负。
根据上述结构，通过对从转换部输出的直流电压值与直流电压指令 值之间的偏差进行比例积分的比例积分控制，所述控制部的电压控制器 运算并输出有功电流指令值。此外，通过对来自电压控制器的有功电流 指令值与输入转换部的有功电流值之间的偏差进行比例积分的比例积分 控制，所述控制部的有功电流控制器运算并输出有功电压校正值，并且， 通过对无功电流指令值与输入转换部的无功电流值之间的偏差进行比例 积分的比例积分控制，控制部的无功电流控制器运算并输出无功电压校 正值。并且，根据来自所述有功电流控制器的有功电压校正值和来自无 功电流控制器的无功电压校正值，控制部将控制信号输出给转换部。在 此，通过设所述无功电流指令值为O，能够进行功率因数为1的运转。于 是，在启动所述转换部时，在从转换部启动开始至启动完成的期间，控
制部令从电压控制器输出的有功电流指令值为o或负，同时设有功电流
控制器的动作为比例控制，由此在启动时有功电流控制器不处于积分饱 和的状态，抑制了电压控制系统的电压控制器和电流控制系统的有功电 流控制器的积分项的干扰，所以能够防止直流电压的过冲。由此，能够 实现高可靠性的控制的同时，能够减少元件的耐压。
或者，在启动所述转换部时，在从转换部启动开始至启动完成的期 间，控制部设电压控制器的动作为比例控制，同时令从有功电流控制器
输出的有功电压校正值为o或负，由此在启动时电压控制器不处于积分
饱和的状态，抑制了电压控制系统的电压控制器和电流控制系统的有功 电流控制器的积分项的干扰，所以能够防止直流电压的过冲。由此，能 够实现高可靠性的控制的同时，能够减少元件的耐压。
此外，在一个实施方式的电流控制型转换器中，在从所述转换部启动开始至启动完成的期间，令从上述电压控制器输出的所述有功电流指 令值为0或负，且设所述有功电流控制器的动作为比例控制，所述控制 部具有初始设定部，其在所述转换部启动开始时，设定所述电压控制 器的初始值；启动完成信号输出部，其输出表示所述转换部启动完成的 启动完成信号；以及控制切换部，在所述转换部启动开始时，所述控制
切换部将所述电压控制器的动作从比例积分控制切换为比例控制之后， 当所述启动完成信号输出部输出所述启动完成信号时，所述控制切换部 将所述电压控制器的动作从比例控制切换为比例积分控制。
根据上述实施方式，在转换部启动开始时，通过初始设定部设定电 压控制器的初始值，减轻积分时间常数引起的有功电流指令值的急剧变 化，同时能够通过控制切换部将电压控制器的动作从比例积分控制切换 为比例控制。并且，当所述启动完成信号输出部输出启动完成信号时， 通过控制切换部将有功电流控制器的动作从比例控制返回至比例积分控 制。由此，在转换部启动时，因为通过电压控制系统的电压控制器的积 分项的时间常数提供有功电流指令值，所以能够进行直流电压不发生过 冲的稳定的启动。
此外，在一个实施方式的电流控制型转换器中，在从所述转换部启 动开始至启动完成的期间，令从所述电压控制器输出的所述有功电流指
令值为o或负，且设所述有功电流控制器的动作为比例控制，所述控制
部具有直流电压指令部，在所述转换部启动开始时，所述直流电压指 令部令所述直流电压指令值为负的初始值，在经过规定时间之后，令所
述直流电压指令值为正的规定值；启动完成信号输出部，其输出表示所 述转换部启动完成的启动完成信号；以及控制切换部，在所述转换部启 动开始时，所述控制切换部将所述有功电流控制器的动作由比例积分控 制切换为比例控制之后，当所述启动完成信号输出部输出所述启动完成 信号时，所述控制切换部将所述有功电流控制器的动作从比例控制切换 为比例积分控制。
根据上述实施方式，在转换部启动开始时，通过直流电压指令部令 直流电压指令值为负的初始值，在经过规定时间之后，令所述直流电压指令值为正的规定值，同时通过控制切换部将有功电流控制器的动作从 比例积分控制切换为比例控制，并且，当启动完成信号输出部输出启动 完成信号时，通过控制切换部将有功电流控制器的动作从比例控制返回 至比例积分控制。由此，通过在启动开始时令直流电压指令值为负的初 始值，令从转换部输出的直流电压值和直流电压指令值之间的偏差为负， 能够进行直流电压不发生过冲的稳定的启动。
此外，在一个实施方式的电流控制型转换器中，在从所述转换部启 动开始至启动完成的期间，令从所述电压控制器输出的所述有功电流指 令值为O或负，且设所述有功电流控制器的动作为比例控制，所述控制 部具有直流电压指令部，在所述转换部启动开始时，所述直流电压指 令部令所述直流电压指令值为负的初始值之后，使所述直流电压指令值 从该初始值逐渐地变化为正的规定值；启动完成信号输出部，其输出表
示所述转换部启动完成的启动完成信号；以及控制切换部，在所述转换
部启动开始时，所述控制切换部将所述有功电流控制器的动作由比例积 分控制切换为比例控制之后，当所述启动完成信号输出部输出所述启动 完成信号时，所述控制切换部将所述有功电流控制器的动作从比例控制 切换为比例积分控制。
根据上述实施方式，在转换部启动开始时，通过直流电压指令部令 直流电压指令值为负的初始值之后，使其从该初始值逐渐地变化为正的 规定值。并且，在转换部启动开始时，能够通过控制切换部将有功电流 控制器的动作从比例积分控制切换至比例控制。并且，当所述启动完成 信号输出部输出启动完成信号时，通过控制切换部将有功电流控制器的 动作从比例控制返回至比例积分控制。由此，在启动开始时令直流电压 指令值为负的初始值之后，使直流电压指令值按任意的时间函数上升， 能够与负载对应进行电压上升率的控制，而不会发生直流电压的过冲。
此外，在一个实施方式的电流控制型转换器中，在从所述转换部启 动开始至启动完成的期间，令所述电压控制器的动作为比例控制，且令
从所述有功电流控制器输出的所述有功电压校正值为o或负，所述控制
部具有初始设定部，其在所述转换部启动开始时，设定所述有功电流
13控制器的初始值；启动完成信号输出部，其输出表示所述转换部启动完 成的启动完成信号；以及控制切换部，在所述转换部启动开始时，所述 控制切换部将所述电压控制器的动作由比例积分控制切换为比例控制之 后，当所述启动完成信号输出部输出所述启动完成信号时，所述控制切 换部将所述电压控制器的动作从比例控制切换为比例积分控制。
根据上述实施方式，在转换部启动开始时，通过初始设定部设定有 功电流控制器的初始值，减轻由于积分时间常数引起的有功电压校正值 的急剧变化，同时通过控制切换部将电压控制器的动作从比例积分控制 切换为比例控制。并且，当所述启动完成信号输出部输出启动完成信号 时，通过控制切换部将电压控制器的动作从比例控制返回至比例积分控 制。由此，在转换部启动时，因为电压控制系统的电压控制器的积分项 中不累积误差，所以能够进行直流电压不发生过冲的稳定的启动。
此外，在一个实施方式的电流控制型转换器中，所述控制部的所述 启动完成信号输出部根据从所述转换部输出的直流电压值和所述直流电 压指令值之间的偏差输出所述启动完成信号。
根据上述实施方式，所述启动完成信号输出部根据从转换部输出的 直流电压值和直流电压指令值之间的偏差输出启动完成信号，由此，例 如当直流电压值和直流电压指令值之间的偏差小于规定值时认为是启动 完成状态，由此，能够准确地检测启动完成。
此外，在一个实施方式的电流控制型转换器中，在从所述转换部启 动开始经过规定的启动时间后，所述控制部的所述启动完成信号输出部 输出所述启动完成信号。
根据上述实施方式，在从转换部启动开始经过规定的启动时间后， 作为启动完成状态，所述启动完成信号输出部输出启动完成信号，能够 以简单的结构得到启动完成信号。
根据以上可以明了，根据第一发明的电流控制型转换器，能够防止 启动时直流电压的过冲，能够实现高可靠性的控制和降低元件的耐压。
此外，根据一个实施方式的电流控制型转换器，在电流控制型转换 器中，在从所述转换部启动开始至启动完成的期间，令从上述电压控制器输出的所述有功电流指令值为0或负，且设所述有功电流控制器的动 作为比例控制，在转换部启动开始时，通过初始设定部设定电压控制器 的初始值，同时通过控制切换部将有功电流控制器的动作从比例积分控 制切换为比例控制后，当启动完成信号输出部输出启动完成信号时，通 过控制切换部将有功电流控制器的动作从比例控制切换为比例积分控 制。由此，通过电压控制系统的电压控制器的积分项的时间常数提供有 功电流指令值，所以能够进行直流电压不发生过冲的稳定的启动。
此外，根据一个实施方式的电流控制型转换器，在所述电流控制型 转换器中，在从所述转换部启动开始至启动完成的期间，令从上述电压 控制器输出的所述有功电流指令值为0或负，且设所述有功电流控制器 的动作为比例控制，在转换部启动开始时，直流电压指令部设直流电压 指令值为负的初始值，经过规定的时间之后，设所述直流电压指令值为 正的规定值，同时由控制切换部将有功电流控制器的动作由比例积分控 制切换为比例控制之后，当启动完成信号输出部输出启动完成信号时， 通过控制切换部将有功电流控制器的动作由比例控制切换为比例积分控 制，由此，使得从转换部输出的直流电压值与直流电压指令值之间的偏 差为负，电压控制器不会处于积分饱和状态，所以能够进行直流电压不 发生过冲的稳定的启动。
此外，根据一个实施方式的电流控制型转换器，在所述电流控制型 转换器中，在从所述转换部启动开始至启动完成期间，令从上述电压控 制器输出的所述有功电流指令值为0或负，且设所述有功电流控制器的 动作为比例控制，在转换部启动开始时，通过直流电压指令部设直流电 压指令值为负的初始值之后，使其从该初始值逐渐变化为正的规定值， 同时在转换部启动开始时，由控制切换部将有功电流控制器的动作由比 例积分控制切换为比例控制之后，当启动完成信号输出部输出启动完成 信号时，通过控制切换部将有功电流控制器的动作由比例控制切换为比 例积分控制，在启动开始时令直流电压指令值为负的初始值之后，使直 流电压指令值按任意的时间函数上升，所以能够实现与负载对应的电压 上升率的控制，而不发生直流电压的过冲。
15此外，根据一个实施方式的电流控制型转换器，在所述的电流控制 型转换器中，在从所述转换部启动开始至启动完成的期间，设所述电压 控制器的动作为比例控制，且令从上述有功电流控制器输出的所述有功 电压校正值为0或负，在所述转换部启动开始时，通过初始设定部设定 有功电流控制器的初始值，并且通过控制切换部将电压控制器的动作由 比例积分控制切换为比例控制之后，当启动完成信号输出部输出启动完 成信号时，通过控制切换部将电压控制器的动作由比例控制切换为比例 积分控制，由此，因为电压控制系统的电压控制器的积分项不累积误差， 所以能够进行直流电压不发生过冲的稳定的启动。
此外，根据一个实施方式的电流控制型转换器，启动完成信号输出 部根据从所述转换部输出的直流电压值和直流电压指令值之间的偏差， 输出启动完成信号，由此，能够准确地检测启动完成。
此外，根据一个实施方式的电流控制型转换器，在从所述转换器启 动时间开始经过了规定的启动时间时，作为启动完成状态，启动完成信 号输出部输出启动完成信号，由此，能够通过简单的结构得到启动完成 信号。


图1是示出本发明的电流控制型转换器的基本结构的图。
图2是示出本发明的第一实施方式的电流控制型转换器的控制系统
的主要部分的结构的图。
图3是示出进行上述电流控制型转换器仿真的结果的图。
图4是示出本发明的第二实施方式的电流控制型转换器的控制系统
的主要部分的结构的图。
图5是示出进行上述电流控制型转换器仿真的结果的图。
图6是示出本发明的第三实施方式的电流控制型转换器的控制系统
的主要部分的结构的图。
图7是示出进行上述电流控制型转换器仿真的结果的图。
图8是示出本发明的第四实施方式的电流控制型转换器的控制系统的主要部分的结构的图。
图9是示出进行上述电流控制型转换器仿真的结果的图。
图IO是现有的第1电流控制型转换器的控制系统的主要部分的图。
图11是现有的第2电流控制型转换器的控制系统的主要部分的图。
图12是现有的第3电流控制型转换器的控制系统的主要部分的图。 图13示出图IO所示结构的电流控制型转换器启动时的仿真结果。 图14示出图11所示结构的电流控制型转换器启动时的仿真结果。 图15示出图12所示结构的电流控制型转换器启动时的仿真结果。 图16是示出在图12所示的电流控制型转换器中，直流电压指令值 从初始值开始逐渐变大时的仿真结果的图。
具体实施例方式
下面，通过图示的实施方式详细地说明本发明的电流控制型转换器。
图1示出本发明的电流控制型转换器的基本结构。如图1所示，该
电流控制型转换器具有 一端与来自三相交流电源501的三相交流电压
连接的电抗器502;输入端与上述电抗器502的另一端连接，将三相交流
电压转换为直流电压的脉冲宽度调制方式的转换部503;连接于上述转换
部503的输出端和接地之间的平滑用电容器504、连接于上述转换部503
的输出端和接地之间的负载505;以及检测从上述转换部503输出的直流 电压的值^的电压检测器506。上述电抗器502由在三相交流电源501
和转换部503之间各相设置的三个电抗器构成。
此外，上述电流控制型转换器具有电流检测器611，其检测从三相
交流电源501流入转换部503的三相输入电流；相位检测器612，其检测
来自三相交流电源501的三相交流电压的相位；坐标变换器613，其根据
相位检测器612检测出的三相交流电压的相位，将电流检测器611检测 出的三相输入电流进行三相/二相转换，输出有功电流厶和无功电流^ ;
加减法器601，其从直流电压指令部(未图示)的直流电压指令值《,中
减去由电压检测器506检测出的直流电压值^ ;电压控制器602，其根
据加减法器601的输出，输出有功电流指令值/;;加减法器603，其从
17电压控制器602的有功电流指令值/;中减去有功电流/《；有功电流控制
器604，其用于根据加减法器603的输出对有功电流进行控制；非干扰项 部605，其进行干扰项的运算；加减法器606，其从电源电压值《中减去
有功电流控制器604的输出和非干扰项部605的干扰项，输出无功电压 指令值《；加减法器607，其从无功电流指令值/: =0中减去无功电流4 ;
无功电流控制器608，其用于根据加减法器606的输出对无功电流进行控
制；加减法器609，其从非干扰项部605的干扰项中减去无功电流控制器 608的输出，输出有功电压指令值K ;以及坐标变换器614，其将来自加
减法器606、 609的无功电压指令值《和有功电压指令值&'进行二相/三 相转换，将电压指令值K 、《、《作为控制信号输出至转换部503。
控制部由上述加减法器601、电压控制器602、加减法器603、有功 电流控制器604、非干扰项部605、加减法器606、加减法器607、无功 电流控制器608、加减法器609、相位检测器612、坐标变换器613以及 坐标变换器614构成。
下面，说明第一 第四实施方式中上述电流控制型转换器的控制系 统的具体结构。
第一实施方式
图2是示出本发明的第一实施方式的电流控制型转换器的控制系统 的主要部分的框图。
如图2所示，电流控制型转换器具有直流电压指令部101，其输 出直流电压指令值《；加减法器102，其从来自直流电压指令部101的
直流电压指令值《中减去直流电压值^ ;作为电压控制器的一个例子的 PI控制器103，其通过对从加减法器102输出的直流电压指令值《和直 流电压值^之间的偏差进行比例积分的比例积分控制，运算并输出有功 电流指令值/:;加减法器104，其从来自PI控制器103的有功电流指令
值/:中减去有功电流/,;作为有功电流控制器的一个例子的PI控制器 105，其通过对来自加减法器104的有功电流指令值《与有功电流々之
间的偏差进行比例积分的比例积分控制，运算并输出有功电压校正值； 乘法器112，其将无效电流^与阻抗^相乘，输出q轴干扰项即/,Z加减法器106，其从电源电压值R'中减去PI控制器105的有功电压校正值 和乘法器112的q轴干扰项；加减法器107，其从无功电流指令值/:中 减去无功电流^ ;作为无功电流控制器的一个例子的PI控制器108，其 通过对从加减法器107输出的无功电流指令值/:和无功电流^之间的偏
差进行比例积分的比例积分控制，运算并输出无功电压校正值；乘法器 111，其将有功电流^与阻抗wZ相乘，输出d轴干扰项即/,Z;加减法
器109，其从来自乘法器111的d轴干扰项中减去PI控制器108的无功 电压校正值。在此，w是三相电压电源501 (图l示出)输出的三相电压 的角频率，L是电抗器502 (图l示出)的阻抗。
上述的PI控制器103相当于图1的电压控制器602， PI控制器105 相当于图1的电压控制器604， PI控制器108相当于图1的电压控制器 608。此外，乘法器lll、 112相当于图1的非干扰项部605。
此外，上述电流控制型转换器具有启动指令部121，其输出启动
信号；初始设定部122，其根据来自启动指令部121的启动信号，设定
PI控制器103的初始值；控制切换部123，其根据来自初始设定部122
的启动信号，将PI控制器103的积分项除外，使PI控制器103在比例控
制下进行动作；作为启动完成信号输出部的一个例子的偏差检测部124， 其检测直流电压指令值《和直流电压值^之间的偏差值，如果偏差值的
绝对值小于规定值就输出启动完成信号。
在上述结构的电流控制型转换器中，如果从启动指令部121输出启动信号，则初始设定部122设定PI控制器103的初始值。此外，同时，
如果从初始设定部122输出启动信号，则上述控制切换部123将电流控
制系统的PI控制器105的动作由PI控制切换为比例控制。
并且，启动后如果直流电压值^达到直流电压指令值《，S卩，如
果直流电压指令值《和直流电压值^.之间的偏差值的绝对值小于规定
值，则偏差检测部124输出启动完成信号。根据来自该偏差检测部124 的启动完成信号，控制切换部123将电流控制系统的PI控制器105的动 作由比例控制切换为PI控制。
在上述结构的电流控制型转换器中，在直到解除电流控制系统的积分饱和状态为止的时间内，由于电压控制系统的积分项蓄积了误差，所以
启动时排除电流控制系统的积分项，使得不发生解除积分饱和用的时间。 図3壬.屮,甜目.夂図，！^^的坊法il玄絲的由裕;fe法il开!J接旌哭^W千^T首
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的结果。其中，该仿真条件与图10 图12的电流控制型转换器仿真时的
条件相同。在图3中，横轴表示时间(秒)，纵轴从上侧开始分别表示直
流电压指令(V)、直流电压(V)、电压控制系统积分器输出、q轴电流
控制系统积分器输出、q轴电压指令(V)。
在该第一实施方式的电流控制型转换器中，启动时作为对电流控制
系统的PI控制器105进行比例控制而排除积分项，通过电压控制系统的 积分项的时间常数对PI控制器105赋予有功电流指令值/:，因此如图3
所示，能够进行不发生直流电压的过冲的稳定的启动。此外，在直流电 压指令值《和直流电压值^的偏差较小的状态下，将积分项插入电流控
制系统的PI控制器105，所以能够避免切换带来的外部干扰。第二实施方式
图4是示出本发明的第二实施方式的电流控制型转换器的控制系统 的主要部分的方框图。
如图4所示，电流控制型转换器具有直流电压指令部201，其输 出直流电压指令值《；加减法器202，其从来自直流电压指令部201的
直流电压指令值《中减去直流电压值^ ;作为电压控制器的一个例子的
PI控制器203，其通过对从加减法器202输出的直流电压指令值《和直
流电压值^之间的偏差进行比例积分的比例积分控制，运算并输出有功
电流指令值/:;加减法器204，其从来自PI控制器203的有功电流指令
值/:中减去有功电流/,;作为有功电流控制器的一个例子的PI控制器
205，其通过对来自加减法器204的有功电流指令值/:和有功电流/《之
间的偏差进行比例积分的比例积分控制，运算并输出有功电压校正值； 乘法器212，其将无功电流^与阻抗W相乘，输出q轴干扰项即V^;
加减法器206，其从电源电压值F、'中减去PI控制器205的有功电压校正
值和乘法器212的q轴干扰项；加减法器207，其从无功电流指令值/〗中
减去无功电流^ ;作为无功电流控制器的一个例子的PI控制器208，其通过对从加减法器207输出的无功电流指令值/;;和无功电流^之间的偏
差进行比例积分的比例积分控制，运算并输出无功电压校正值；乘法器 211，其将有功电流/￥与阻抗W相乘，输出d轴干扰项即/一丄；以及加
减法器209，其从来自乘法器211的d轴干扰项中减去PI控制器208的 无功电压校正值。在此，w是来自三相电压电源501 (图l示出)的三相 电压的角频率，L是电抗器502 (图l示出)的阻抗。
上述的PI控制器203相当于图1的电压控制器602， PI控制器205 相当于图1的电压控制器604， PI控制器208相当于图1的电压控制器 608。此外，乘法器211、 212相当于图1的非干扰项部605。
同时，上述电流控制型转换器具有启动指令部221，其输出启动
信号；控制切换部222，其根据来自初始设定部222的启动信号，将PI
控制器205的积分项除外，使PI控制器205在比例控制下进行动作；作
为启动完成信号输出部的一个例子的偏差检测部223，其检测直流电压指 令值G和直流电压值^之间的偏差值，如果偏差值的绝对值小于规定值
则输出启动完成信号。
在上述结构的电流控制型转换器中，当从启动指令部221输出启动 信号时，直流电压指令部201将直流电压指令值《从负的初始值切换为
正的规定值。同时，当从启动指令部221输出启动信号时，控制切换部 222将电流控制系统的PI控制器205的动作由PI控制切换为比例控制。
然后，当从上述偏差检测部223输出启动完成信号时，控制切换部 222将电流控制系统的PI控制器205的动作由比例控制切换为PI控制。
图5示出对具备图4所示的控制系统的电流控制型转换器进行仿真 的结果。此外，该仿真条件与第一实施方式的电流控制型转换器仿真时 的条件相同。在图5中，横轴表示时间(秒)，纵轴从上侧开始分别表示 直流电压指令(V)、直流电压(V)、电压控制系统积分器输出、q轴电 流控制系统积分器输出和q轴电压指令(V)。
在该第二实施方式的电流控制型转换器中，在启动时作为对电流控 制系统的PI控制器105进行比例控制而排除积分项，通过直流电压指令 值使电压偏差为负，能够以电压指令值进行启动控制，如图5所示，能
21够进行不发生直流电压过冲的稳定的启动。此外，在直流电压指令值^ 和直流电压值^之间的偏差很小的状态下，将积分项插入电流控制系统
的PI控制器105，所以能够避免伴隨切换产生的外部千扰。第三实施方式
图6是示出本发明的第三实施方式的电流控制型转换器的控制系统 的主要部分的方框图。
如图6所示，电流控制型转换器具有直流电压指令部301，其输
出直流电压指令值《；加减法器302，其从来自直流电压指令部301的 直流电压指令值《中减去直流电压值^ ;作为电压控制器的一个例子的 PI控制器303，其通过对从加减法器302输出的直流电压指令值G和直 流电压值巳,之间的偏差进行比例积分的比例积分控制，运算并输出有功 电流指令值/:;加减法器304，其从来自PI控制器303的有功电流指令
值/:中减去有功电流/,;作为有功电流控制器的一个例子的PI控制器 305，其通过对来自加减法器304的有功电流指令值/;和有功电流/,之
间的偏差进行比例积分的比例积分控制，运算并输出有功电压校正值； 乘法器312，其将无功电流^与阻抗W相乘，输出q轴干扰项即/,Z加
减法器306，其从电源电压值《中减去PI控制器305的有功电压校正值
和乘法器312的q轴干扰项；加减法器307，其从无功电流指令值/;;中
减去无功电流^ ;作为无功电流控制器的一个例子的PI控制器308，其
通过对从加减法器307输出的无功电流指令值/:和无功电流^之间的偏
差进行比例积分的比例积分控制，运算并输出无功电压校正值；乘法器 311，其将有功电流々与阻抗W相乘，输出d轴干扰项即V^;以及加
减法器309，其从来自乘法器311的d轴干扰项中减去PI控制器308的 无功电压校正值。在此，w是来自三相电压电源501 (图l示出)的三相 电压的角频率，L是电抗器502 (图l示出)的阻抗。
上述的PI控制器303相当于图1的电压控制器602， PI控制器305 相当于图1的电压控制器604， PI控制器308相当于图1的电压控制器 608。此外，乘法器311、 312相当于图1的非干扰项部605。
此外，上述电流控制型转换器具有启动指令部321，其输出启动
22信号；控制切换部222，其根据初始设定部322输出的启动信号，将PI
控制器305的积分项除外，使PI控制器305在比例控制下进行动作；以
及作为启动完成信号输出部的一个例子的偏差检测部323，其检测直流电 压指令值《和直流电压值^之间的偏差值，当偏差值的绝对值小于规定
值时输出启动完成信号。
在上述结构的电流控制型转换器中，当从启动指令部321输出启动 信号时，直流电压指令部301将直流电压指令值《从负的初始值以逐渐
变化的形式切换为正的规定值。同时，当从启动指令部321输出启动信 号时，控制切换部322将电流控制系统的PI控制器305的动作由PI控制 切换为比例控制。
然后，当从上述偏差检测部323输出启动完成信号时，控制切换部 322将电流控制系统的PI控制器305的动作由比例控制切换为PI控帝ij。
图7示出对具备图6所示的控制系统的电流控制型转换器进行仿真 的结果。此外，该仿真条件与第一实施方式的电流控制型转换器仿真时 的条件相同。在图7中，横轴表示时间(秒)，纵轴从上侧开始分别表示 直流电压指令(V)、直流电压(V)、电压控制系统积分器输出、q轴电 流控制系统积分器输出和q轴电压指令(V)。
在该第三实施方式的电流控制型转换器中，在启动时作为对电流控
制系统的PI控制器105进行比例控制而排除积分项，从启动开始到启动 完成的期间中使直流电压指令值《以任意的时间函数上升，从而如图7
所示，能够进行不发生直流电压过冲的稳定的启动，同时还能够与负载 对应进行电压上升率的控制。此外，在直流电压指令值《和直流电压值
^之间的偏差较小的状态下，将积分项插入电流控制系统的PI控制器
105，所以能够避免伴随切换产生的外部干扰。第四实施方式
图8是示出本发明的第四实施方式的电流控制型转换器的控制系统 的主要部分的方框图。
如图8所示，电流控制型转换器具有直流电压指令部401，其输 出直流电压指令值《；加减法器402，其从来自直流电压指令部401的直流电压指令值《中减去直流电压值^ ;作为电压控制器的一个例子的
PI控制器403，其通过对从加减法器402输出的直流电压指令值《和直
流电压值4之间的偏差进行比例积分的比例积分控制，运算并输出有功
电流指令值/:;加减法器404，其从来自PI控制器403的有功电流指令 值/;中减去有功电流/,;作为有功电流控制器的一个例子的PI控制器 405，其通过对来自加减法器404的有功电流指令值/:和有功电流/(,之
间的偏差进行比例积分的比例积分控制，运算并输出有功电压校正值； 乘法器412，其将无功电流/,与阻抗W相乘，输出q轴干扰项即/,i:加
减法器406，其从电源电压值《中减去PI控制器405的有功电压校正值
和乘法器412的q轴干扰项；加减法器407，其从无功电流指令值/:中
减去无功电流/,;作为无功电流控制器的一个例子的PI控制器408，其
通过对从加减法器407输出的无功电流指令值/:和无功电流^之间的偏
差进行比例积分的比例积分控制，运算并输出无功电压校正值；乘法器 411，其将有功电流/《与阻抗d相乘，输出d轴干扰项即/A丄；以及加
减法器409，其从来自乘法器411的d轴干扰项中减去PI控制器408的 无功电压校正值。在此，^是来自三相电压电源501 (图l示出)的三相 电压的角频率，L是电抗器502 (图l示出)的阻抗。
上述的PI控制器403相当于图1的电压控制器602， PI控制器405 相当于图1的电压控制器604， PI控制器408相当于图1的电压控制器 608。此外，乘法器411、 412相当于图1的非干扰项部605。
此外，上述电流控制型转换器具有启动指令部421，其输出启动
信号；控制切换部422，其根据来自启动指令部421的启动信号，将PI
控制器405的积分项除外，使PI控制器403在比例控制下进行动作；初
始设定部423，其根据来自控制切换部422的启动信号，设定PI控制器
405的初始值；以及作为启动完成信号输出部的一个例子的偏差检测部 424，其检测直流电压指令值《和直流电压值^之间的偏差值，当偏差
值的绝对值小于规定值时，输出启动完成信号。
在上述结构的电流控制型转换器中，当从启动指令部421输出启动 信号时，控制切换部422将电压控制器403的动作从PI控制切换为比例控制，同时，当从控制切换部422输出启动信号时，初始设定部423设 定电流控制系统的PI控制器405的初始值。
然后，根据来自上述偏差检测部424的启动完成信号，控制切换部 422将电流控制系统的PI控制器405的动作由比例控制切换为PI控制。
图9示出对具备图8所示的控制系统的电流控制型转换器进行仿真 的结果。该仿真条件与第一实施方式的电流控制型转换器仿真时的条件 相同。在图9中，横轴表示时间(秒)，纵轴从上侧开始分别表示直流电 压指令(V)、直流电压(V)、电压控制系统积分器输出、q轴电流控制 系统积分器输出和q轴电压指令(V)。
在该第四实施方式的电流控制型转换器中，在启动时排除电压控制 系统的PI控制器403的积分项而设为比例控制，从而如图9所示，能够 进行不发生直流电压过冲的稳定的启动。此外，在直流电压指令值《和
直流电压值^之间的偏差较小的状态下，将积分项插入电压控制系统的
PI控制器403，所以能够避免伴随切换而产生的外部干扰。
此外，由于d轴和q轴两者的电流控制系统是基于双方的PI控制， 因此电流控制系统为一次延迟稳定。可以假设启动时d轴和q轴的控制 运算处理结构相同。
此外，在上述第一 第四实施方式中，在启动完成的时候，预先切 换为PI控制，在偏差较小的状态下插入积分项，因此可以避免伴随切换 而产生的外部干扰。
另外，上述第一 第四实施方式的PI控制器的积分项内置有限幅器， 但是在单个补偿器中实施了积分饱和对策。
另外，在上述第一 第四实施方式中，说明了使用脉冲宽度调制方 式的转换部的电流控制型转换器，但是转换部的控制方式不限于此，本 发明也适用于具有载波调制方式等的转换部的电流控制型转换器。
在上述第一 第四实施方式中，通过偏差检测部检测出了启动完成， 但是，也可以将使用计时器从启动开始经过规定时间后设为启动完成， 也可使用检测启动完成的其它方法。
2权利要求
1、一种电流控制型转换器，其具有将三相交流电压转换为直流电压的转换部(503)和控制所述转换部(503)的控制部，该电流控制型转换器的特征在于，所述控制部具有电压控制器(602、103、203、303、403)，其通过对从所述转换部(503)输出的直流电压值与直流电压指令值之间的偏差进行比例积分的比例积分控制，运算并输出有功电流指令值；有功电流控制器(604、105、205、305、405)，其通过对来自所述电压控制器(602、103、203、303、403)的所述有功电流指令值与输入所述转换部(503)的有功电流值之间的偏差进行比例积分的比例积分控制，运算并输出有功电压校正值；以及无功电流控制器(608、108、208、308)，其通过对无功电流指令值与输入所述转换部(503)的无功电流值之间的偏差进行比例积分的比例积分控制，运算并输出无功电压校正值，所述控制部根据来自所述有功电流控制器(604、105、205、305、405)的所述有功电压校正值和来自所述无功电流控制器(608、108、208、308)的所述无功电压校正值，输出控制所述转换部(503)的控制信号，并且，在从所述转换部(503)启动开始至启动完成的期间，所述控制部令从所述电压控制器(602、103、203、303)输出的所述有功电流指令值为0或负，且设所述有功电流控制器(604、105、205、305)的动作为比例控制，或者，在从所述转换部(503)启动开始至启动完成的期间，所述控制部设所述电压控制器(602、403)的动作为比例控制，且令从所述有功电流控制器(604、405)输出的所述有功电压校正值为0或负。
2、 根据权利要求l所述的电流控制型转换器，其特征在于， 在从所述转换部(503)启动开始至启动完成的期间，令从所述电压控制器(602、 103、 203、 303)输出的所述有功电流指令值为0或负，且设所述有功电流控制器(604、 105、 205、 305)的动作为比例控制，所述控制部具有初始设定部(122)，其在所述转换部(503)启动开始时，设定所述 电压控制器(103)的初始值；启动完成信号输出部(124)，其输出表示所述转换部(503)启动完 成的启动完成信号；以及控制切换部(123)，在所述转换部(503)启动开始时，所述控制切 换部(123)将所述有功电流控制器(205)的动作从比例积分控制切换 为比例控制之后，当所述启动完成信号输出部(124)输出所述启动完成 信号时，所述控制切换部(123)将所述有功电流控制器(205)的动作 从比例控制切换为比例积分控制。
3、 根据权利要求l所述的电流控制型转换器，其特征在于， 在从所述转换部(503)启动开始至启动完成的期间，令从所述电压控制器(602、 103、 203、 303)输出的所述有功电流指令值为0或负， 且设所述有功电流控制器(604、 105、 205、 305)的动作为比例控制， 所述控制部具有直流电压指令部(201)，在所述转换部(503)启动开始时，所述直 流电压指令部(201)令所述直流电压指令值为负的初始值，在经过规定 时间之后，令所述直流电压指令值为正的规定值；启动完成信号输出部(223)，其输出表示所述转换部启动完成的启 动完成信号；以及控制切换部(222)，在所述转换部(503)启动开始时，所述控制切 换部(222)将所述有功电流控制器(205)的动作由比例积分控制切换 为比例控制之后，当所述启动完成信号输出部(223)输出所述启动完成 信号时，所述控制切换部(222)将所述有功电流控制器(205)的动作 从比例控制切换为比例积分控制。
4、 根据权利要求l所述的电流控制型转换器，其特征在于， 在从所述转换部(503)启动开始至启动完成的期间，令从所述电压控制器(602、 103、 203、 303)输出的所述有功电流指令值为0或负，且设所述有功电流控制器(604、 105、 205、 305)的动作为比例控制，所述控制部具有直流电压指令部(301)，在所述转换部(503)启动开始时，所述直 流电压指令部(301)令所述直流电压指令值为负的初始值之后，使所述 直流电压指令值从该初始值起逐渐地变化为正的规定值；启动完成信号输出部(323)，其输出表示所述转换部(503)启动完 成的启动完成信号；以及控制切换部(322)，在所述转换部(503)启动开始时，所述控制切 换部(322)将所述有功电流控制器(305)的动作由比例积分控制切换 为比例控制之后，当所述启动完成信号输出部(323)输出所述启动完成 信号时，所述控制切换部(322)将所述有功电流控制器(305)的动作 从比例控制切换为比例积分控制。
5、 根据权利要求l所述的电流控制型转换器，其特征在于， 在从所述转换部(503)启动开始至启动完成的期间，令所述电压控制器(602、 403)的动作为比例控制，且令从所述有功电流控制器(604、 405)输出的所述有功电压校正值为O或负， 所述控制部具有初始设定部(423)，其在所述转换部(503)启动开始时，设定所述 有功电流控制器(405)的初始值；启动完成信号输出部(424)，其输出表示所述转换部(503)启动完 成的启动完成信号；以及控制切换部(422)，在所述转换部(503)启动开始时，所述控制切 换部(422)将所述电压控制器(403)的动作由比例积分控制切换为比 例控制之后，当所述启动完成信号输出部(424)输出所述启动完成信号 时，所述控制切换部(422)将所述电压控制器(403)的动作从比例控 制切换为比例积分控制。
6、 根据权利要求2至5中任一项所述的电流控制型转换器，其特征在于，所述控制部的所述启动完成信号输出部(124、 223、 323、 424)根据从所述转换部(503)输出的直流电压值与所述直流电压指令值之间的 偏差，输出所述启动完成信号。
7、根据权利要求2至5中任一项所述的电流控制型转换器，其特征在于，当从所述转换部启动开始经过了规定启动时间时，所述控制部的所 述启动完成信号输出部输出所述启动完成信号。
全文摘要
控制部具有PI控制器(103)，其通过对从转换部输出的直流电压值V_dc与直流电压指令值V_dc^*之间的偏差进行比例积分的比例积分控制，运算并输出有功电流指令值I_q^*；PI控制器(105)，其通过对来自PI控制器(103)的有功电流指令值I_q^*与输入转换部的有功电流值I_q之间的偏差进行比例积分的比例积分控制，运算并输出有功电压校正值；以及PI控制器(108)，其通过对输入转换部的无功电流值I_d与无功电流指令值I_d^*之间的偏差进行比例积分的比例积分控制，运算并输出无功电压校正值。在从转换部启动开始至启动完成的期间，控制部令从PI控制器(103)输出的有功电流指令值I_q^*为0或负，且设PI控制器(105)的动作为比例控制。
文档编号H02M7/219GK101496271SQ20078002832
公开日2009年7月29日 申请日期2007年8月27日 优先权日2006年8月28日
发明者榊原宪一 申请人:大金工业株式会社