电力转换装置、其控制装置及控制方法_2

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源 2经由输入端子Tr、Ts、Tt而供给的三相交流电转换成任意的电压及频率的三相交流电并 从输出端子Tu、Tv、Tw向负载3输出。
[0058] 在再生运转模式的情况下,控制部20如下控制电力转换部10,将从负载3经由输 出端子Tu、Tv、Tw而供给的再生电力转换为交流电源2的频率及电压的三相交流电并从输 入端子Tr、Ts、Tt向交流电源2供给。
[0059] 该控制部20具备指令生成部31、振动分量获取部32、调整部33、以及开关驱动部 35 (驱动部的一例)。
[0060] 指令生成部31生成作为电力转换部10的输入电流、^的指令的输入电流指令 IQ_ret'输入电流指令IdJ包括向电力转换部10输入的交流电源2的R相、S相、T相的电 流IQ-r、IQ-s、IQ-t的指令IQ-/、IQ-s*、I。-t*。
[0061] 振动分量获取部32基于电容器电压VCret,获取流过LC滤波器11的电容器Crs、 Cst、Ctr的电流(以下,有时记载为电容器电流Ic_ret)的振动分量AI。。该振动分量AIC 包括LC滤波器11的谐振频率分量。
[0062] 调整部33基于由振动分量获取部32获取的振动分量AI。,通过调整输入电流指 令来生成输入电流指令I'bJ。开关驱动部35基于从调整部33输出的输入电流指 令I'Q 控制构成电力转换部10的双向开关Sw。输入电流指令I'Q 包括向电力转换 部10输入的交流电源2的R相、S相、T相的电流的指令I'I'I'Qt'
[0063] 如此,控制部20基于流过电容器Crs、Cst、Ctr的电流的振动分量AI。,调整输入 电流指令并基于调整后的输入电流指令来控制电力转换部10,从而能够进行 谐振抑制。
[0064] [1. 2?谐振抑制]
[0065] 在这里,参照【附图说明】谐振抑制。图4是表示关于LC滤波器11的一相部分的输 入输出关系的图。此外,图4所示的各附图标记表示如下。
[0066]VgHd:交流电源2的输出电压 [0067] IgHd:交流电源2的输出电流
[0068] Lg:交流电源2和电力转换装置1之间的布线的电感
[0069]L:电抗器Lr、Ls、Lt的电感
[0070]R:电阻Rr、Rs、Rt的电阻值
[0071]C:电容器Crs、Cst、Ctr的电容
[0072] Iy流过电抗器Lr、Ls、Lt的电流
[0073] ^:流过电阻Rr、Rs、Rt的电流
[0074] 1。:流过电容器(^、(^、(^的电流(电容器电流)
[0075]Vc:电容器Crs、Cst、Ctr的两端电压(电容器电压)
[0076]IQ:从交流电源2经由LC滤波器11向电力转换部10流动的电流
[0077] 根据图4所示的电路,关于R相、S相及T相,以下的式⑴~(5)成立。此外,在 这些式中,下标"rst"表示R相、S相及T相的要素为配置成三列的三行一列的矩阵。
[0078][数1]
[0084] 根据上式(3)、(5),能够将关于电抗器Lr、Ls、Lt和电阻Rr、Rs、Rt的并联连接部 分的状态方程式表示成下式(6)。
[0085][数2]
[0086]
[0087] 上式(6)能够表示成下式(7)。
[0088][数 3]
[0089]
[0090] 下面,根据上式(1)、(2),能够将关于电容器CrS、CSt、Ctr的状态方程式表示成下 式⑶。
[0091] 「数41
[0092]
[0093] 另外,根据上式(4),能够将关于交流电源2的状态方程式表示成下式(9)。
[0094][数 5]
[0095]
[0096] 根据上式(7)~(9),如果将三相的状态方程式表示成行列式则能够表示成下式 (10)。此外,在下式(10)中,〇33表示三次方阵的零矩阵,133是三次单位矩阵。
[0097] [数 6]
[0098]
[0099] 在这里,假设下式(11)成立。
[0100][数 7]
[0101]
[0102] 在该情况下,根据上式(10)、(11),能够将三相的状态方程式表示成下式(12)。
[0103] [数 8]
[0105] 因而,三相的状态方程式能够表示成下式(13)。
[0106] [数 9]
[0108] 上式(13)表示的状态方程式的特性方程式能够表示成下式(14)。
[0109] [数 10]
[0110] |sI33_A| = 0…(14)
[0111] 在上式(14)中,矩阵A表示成下式(15)。
[0112] [数 11]
[0113]
[0114] 因而,上式(14)能够表示成下式(16)。
[0115] [数 12]
[0116] s3I33+s2R(L:+Lg:)I33+sLg:C1I33+RL:Lg:C1I33= 〇*** (16)
[0117] 图5A~图5C是根据基于上式(16)的模拟使交流电源2和电力转换装置1之间 的阻抗(以下,记载为电源侧阻抗)增加的情况下的极、谐振角速度、以及衰减系数的变化 的图。
[0118] 如图5A所示,在电源侧阻抗增加的情况下,极向右侧移动,不稳定。另外,如图5C 所示可知,在电源侧阻抗增加的情况下,衰减系数变小,很难进行衰减。此外,由作为阻尼电 阻的电阻Rr、Rs、Rt来产生该谐振抑制效果。
[0119] 下面,讨论用于利用电阻Rr、Rs、Rt以外的方法来获得谐振抑制效果的方法。相对 于上式(13)所示的三相的状态方程式,如下式(17)所示,使电容器电压Vcret具有"A"的 项。由此,三相的状态方程式具有相对于电容器电压%^的变化而使电容器电压 敛的项。
[0120] [数 13]
[0121]
[0122]根据上式(17),能够将电容器电压Vc"t表示成下式(18)。此外,A#=CXA。
[0123] [数 14]
[0124]
[0125] 例如如果假设A#= 1/R,则上式
(18)中的"A#Vc"t "与和LC滤波器11的电容器 Crs、Cst、Ctr并联连接电阻的状态相同。图6A~图6C是表示如此具有谐振抑制项的情况 下的模拟结果的图。图6A表示使电源侧阻抗增加的情况下的极的变化,图6B表示使电源 侧阻抗保持恒定、并使A#发生改变的情况下的谐振角速度的变化,图6C表示使电源侧阻抗 保持恒定、并使A#发生改变的情况下的衰减系数的变化。
[0126] 如图6A所示,在电源侧阻抗增加的情况下,极向左侧移动,并变得稳定。另外,如 图6C所示,通过增大A%从而衰减系数变大,容易进行衰减。因而可知,如上式(17)所示, 通过具有"A"项,能够获得谐振抑制效果,另外,与作为阻尼电阻的电阻Rr、Rs、Rt的情况相 比,在电源侧阻抗大的情况下谐振抑制效果更高。
[0127] 上式(18)能够表示成下式(19)。因而,通过将电容器电压V@t乘以"A#"的值加 到输入电流指令IbSt#中,能够获得谐振抑制效果。
[0128][数 15]
[0129]
[0130] 另外,如果通过谐振在电容器电压&^中产生振动分量,则电容器电流Ic 中也 产生振动分量。于是,本发明人尝试了对输入电流指令IbSt#加上电容器电流I 的振动 分量AI。的模拟,其结果,得到了如下见解,与具有"A"项的情况同样地能够获得谐振抑制 效果。
[0131] 推测根据如下情况而产生该谐振抑制效果,通过对输入电流指令1〇#加上电容 器电流的振动分量AI从而输入电流I_t以消除电容器电流Icret的振动分量AIc 的方式流动。
[0132] 在本实施方式涉及的电力转换装置1的控制部20中,基于对输入电流指令 加上电容器电流的振动分量AI。的新的输入电流指令I'bst%控制电力转换部10。 由此,电力转换部10的输入电流I〇ret的相位根据振动分量△I。产生变化,并且振动分量 AIc减少。因此,即使是在电源侧阻抗较大、由电阻Rr、Rs、Rt产生的谐振抑制效果较差的 情况下,也能够抑制LC滤波器11的谐振。以下,具体说明控制部20的结构。此外、通过设 置电阻Rr、Rs、Rt,谐振抑制效果提高,但是也可以不设置电阻Rr、Rs、Rt。
[0133] [1. 3.控制部20的结构]
[0134] 图7是表示控制部20的结构例的图。在图7所示的例子中,控制部20对三相进 行dq坐标转换而进行运算处理。dq坐标是根据输入电压相位0而旋转的正交两轴的坐 标。
[0135] 如图7所示,控制部20具备相位检测部30、指令生成部31、振动分量获取部32、调 整部33、电流控制部34、以及开关驱动部35。
[0136] 相位检测部30例如通过将输入电压V,st转换成固定坐标上的正交的两轴的a0 分量,求出a轴方向的电压值Va和0轴方向的电压值Vf3。相位检测部30例如在将电 压值Va、V0转换成dq轴正交坐标系的dq分量的情况下,以d轴分量变成零的方式对dq 轴正交坐标系的相位进行运算。相位检测部30将如此运算的dq轴正交坐标系的相位作为 输入电压相位9而进行输出。
[0137] 指令生成部31生成作为电力转换部10的输入电流的指令的输入电流指令IuJ。 输入电流指令IbSt#包括d轴输入电流指令I和q轴输入电流指令I。该输入电流指 令IJ、是将R相、S相、T相的电流指令I^ I<J、L/转换成dq坐标的指令。
[0138]振动分量获取部32获取流过LC滤波器11的电容器Crs、Cst、Ctr的电流的振动 分量△I。。该振动分量获取部32具备dq坐标转换部41、电流推断部42、以及振动分量抽 出部43。
[0139]dq坐标转换部41在将电容器电压Vc,st转换成固定坐标上的正交的两轴的a0 分量之后,基于输入电压相位9,转换成根据输入电压相位0而旋转的正交两轴的dq分 量。由此,电容器电压V。^被转换成d轴电容器电压Vc,和q轴电容器电压Vcq。
[0140] 电流推断部42基于d轴电容器电压V。,和q轴电容器电压VCq,推断作为电容器 电流的dq轴分量的d轴电容器电流I。,和q轴电容器电流ICq。该电流推断部42例 如是根据电容器电压V。d、V。q推断电容器电流Icd、I。q的观测器。
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