JPH0442780A - Ｐｗｍ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） この発明は、系統連系用の自励変換器をオン、オフ制御
するＰＷＭ制御装置に関する。

（従来の技術） この種のＰＷＭ制御装置は、第３図に示したように、Ｐ
ＷＭ基準波信号としての正弦波と、ＰＷＭ搬送波信号と
しての三角波とを比較し、ＰＷＭ基準波信号レベルがＰ
ＷＭ搬送波信号レベルより大きくなる期間にｒＨＪ　レ
ベルとなり、それ以外の期間にｒＬＪレヘルとなる疑似
正弦波信号を生成し、この疑似正弦波信号のレベルに対
応して自励変換器をオン、オフ制御している。

この場合、ＰＷＭ基準波信号の零クロス点と、ＰＷＭ搬
送波信号の零クロス点とを一致させることにより疑似正
弦波信号の正側の波形と、負側の波形とが一致し、かつ
、電気角の１８０度区間で見た波形の左右対称性も確保
される。

このように、ＰＷＭ基準波信号の位相の変化に応じてＰ
ＷＭ搬送波信号の位相をずらす制御方法を同期式ＰＷＭ
と称する。同期式ＰＷＭを実現するために、従来は系統
に供給する有効電力Ｐ１無効電力Ｑおよび系統電圧ｖｓ
ｄとに基づいて変換器出力電圧と系統電圧との位相差φ
を検出し、この位相差φだけＰＷＭ搬送波信号の位相を
ずらす方法がある。

・すなわち、系統電圧を■ｓｄ、連系する系統に供給す
る有効電力をＰ１無効電力をＱ１連系リアクタンスをＸ
１変換器駆動電圧をＶ。とすると、有効電力Ｐおよび無
効電力Ｑは次式で表される。

この（１）　、　（２）式よりφを次式で求める。

ただし ｖｏｘｖｓｄＸｃＯ８φ このφの値によりＰＷＭ基準波とＰＷＭ搬送波の位相を
ずらすものである。なお、（４）式によってＰＷＭ基準
波の変調率が求められる。

（発明が解決しようとする課題） 上述した同期式ＰＷＭは（３）式に従って、逆正接の値
で変換器出力電圧と系統電圧との位相差φを求めている
。しかし、この手法では容量の比較的大きいテーブルを
用いなければ、演算精度および演算速度が上がらないと
いう問題があった。

また、ＰＷＭ搬送波の位相をずらすことは一般的には難
しく、このためにＰＷＭ搬送波をＰＷＭ基準波に位相合
わせしないこともあるがそうすると、無効電力制御や、
交直変換動作において系統に悪影響を及はす高調波を発
生するという問題があった。

この発明は上記の問題点を解決するためになされたもの
で、ＰＷＭ基準波とＰＷＭ搬送波の位相を恒常的に合わ
せることができ、これによって、変換器電力の高調波の
発生量を抑制することのできるＰＷＭ制御装置を得るこ
とを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） この発明は、ＰＷＭ基準波信号とＰＷＭ搬送波信号とを
比較して疑似正弦波信号を生成し、この疑似正弦波信号
によって系統連系用の変換器をオン、オフ制御するＰＷ
Ｍ制御装置において、検出された系統電圧および前記変
換器の出力電流と設定された前記変換器の有効電力出力
基準および無効電力出力基準とに基づいて前記ＰＷＭ基
準波信号を生成する基準波信号生成手段と、前記系統の
電圧に同期した位相信号を発生する同期信号生成手段と
、前記位相信号を入力し、前記ＰＷＭ基準波信号に同期
するように補正すると共に、補正された位相信号と零ク
ロス点が一致するＰＷＭ搬送波信号を生成する搬送波信
号生成手段とを備えたものである。

（作　用） この発明においては、系統電圧、変換器の出力電流、有
効電力出力基準および無効電力出力基準とに基づいてＰ
ＷＭ基準波信号を生成する一方、系統の電圧に同期した
位相信号を発生させ、ＰＷＭ基準波信号に同期するよう
にこの位相信号を補正した信号を作り、補正した位相信
号と零クロス点が一致するＰＷＭ搬送波信号を生成する
ようにしたので、ＰＷＭ基準波とＰＷＭ搬送波の位相を
恒常的に合わせることができ、これによって、変換器電
力の高調波の発生量を抑制することができる。

（実施例） 第１図はこの発明の一実施例の構成を示すブロック図で
ある。同図において、自励変換器４１の交流端が出カド
ランス４２の一次側に接続され、この出カドランス４２
の二次側が遮断器４Ｂを介して交流系統５０に接続され
ている。また、自励変換器４１の直流端が直流系統５１
に接続されている。このように連系された出カドランス
４２および遮断器４６との間に、計器用変流器４４およ
び計器用変圧器４５が設けられ、これらの出力信号に基
づいて有効電力検出回路２２が有効電力Ｐｄを、無効電
力検出回路２３が無効電力Ｑ、をそれぞれ検出している
。また、計器用変流器４４の出力に基づいて出力電流検
出回路２４が自励変換器４１の出力電流’ｓｄを検出し
、計器用変圧器４５の出力に基づいて系統電圧検出回路
２５が交流系統電圧ＶＳｄ＋検出している。

一方、計器用変圧器４５の出力信号は３相／２相変換回
路１０に加えられる。３相／２相変換回路１０は３相の
系統電圧を２相の信号に変換して位相差検出回路１１の
一方入力として加えている。この位相差検出回路１１の
他方入力としては、帰還信号発生回路】６から読み出さ
れ、Ｄ／Ａ変換器１７でアナログ量に変換された２相位
号が加えられる。この位相差検出回路１１の出力は、ル
ープフィルタ１２を介して、ディジタル電圧制御発振器
１３に加えられ、このディジタル電圧制御発振器１３か
ら位相差検出回路１１の出力に対応した周波数のパルス
が出力される。そして、ディジタル電圧制御発振器１３
の出力パルスは位相カウンタ１４で計数され、この位相
カウンタ１４からディジタルの位相信号θが出力される
。この位相カウンタ１４の出力回路にはカウンタリセッ
ト回路１５が接続されている。そして、位相カウンタ１
４の計数値が交流の１周期に相当する値に到達してオー
バーフローすると、カウンタリセット回路１５はこれを
検出して位相カウンタ１４をクリアする。なお、帰還信
号発生回路１６は位相信号θの変化に応じた２相データ
が読出されるテーブルを備えている。

ここに述べた３相／２相変換回路１０、位相差検出回路
１１．ループフィルタ】２、ディジタル電圧制御発振器
１３、位相カウンタ１４、カウンタリセット回路１５、
帰還信号発生回路１６およびＤ／Ａ変換器１７が本発明
の同期信号生成手段に対応する商用同期回路を構成して
いる。

また、位相信号θを読み込むためにバッファ１８が設け
られ、このバッファ１８に一次記憶された位相信号θが
高速演算回路２６に取込まれる。高速演算回路２６には
図示省略の設定器で設定された有効電力出力基準Ｐ５無
効電力出力基準Ｑ、有効電力検出回路２２で検出された
有効電力出力値”　ｓｄ’無効電力検出回路２３で検出
された無効電力出力値Ｑｓｄ、出力電流検出回路２４で
検出された変換器出力電流工Ｓｄ、および、系統電圧検
出回路２５で検出された系統電圧Ｖｓｄが、それぞれＡ
／Ｄ変換器２７を介して取込まれる。

この高速演算回路２６は第２図にその詳細を示すように
、減算手段６１Ａ　、　６１Ｂ　、電力／電流基準変換
手段６２．３相／２相変換手段６３、ｄ／ｑ軸変換手段
６４、正弦波信号発生手段６５、減算手段６６Ａ。

６６Ｂ、電流／電圧変換手段６７．２相交流変換手段６
８．２相／３相変換手段６９によって構成されている。

ここに述べた、バッファ１８、高速演算回路２６および
Ａ／Ｄ変換器２７が本発明の基準波信号生成手段を構成
している。

一方、高速演算回路２６から出力されるＰＷＭ基準波信
号はＰＷＭ制御回路４０に入力され、ここでＰＷＭ搬送
波信号と比較される。このとき、ＰＷＭ基準波信号は正
弦波発生回路３０によって３相／２相変換され、さらに
、Ｄ／Ａ変換器３１てアナログ信号に変換された後、位
相差検出口路３２の一方入力として加えられる。なお、
位相差検出回路３２の出力は、ループフィルタ３３を介
して、Ａ７′Ｄ変換器３４てディジタル信号に変換され
、このディジタルデータが高速演算回路２６に入力され
る。

そして、高速演算回路２６は変換されたディジタルデー
タを位相設定回路３５にセットする。加算器３Ｂがこの
Δθを前述の位相信号θに加算して位相基準θ１を出力
する。正弦波発生回路３７はこの位相基準θ１に基づき
、前述の帰還信号発生回路１６と同様に、２相の正弦波
信号を生成し、Ｄ／Ａ変換器３８を介して、位相差検出
回路３２の他方入力として加える。また、ＰＷＭ搬送波
生成回路３９は位相基準θ１に基づき、ＰＷＭ搬送波信
号を生成してＰＷＭ制御回路４０に加える。

これらの要素、すなわち、正弦波発生回路３０、Ｄ／Ａ
変換器３１、位相差検出回路３２、ループフィルタ３３
、Ａ／Ｄ変換器３４、位相設定回路３５、加算器３Ｂ、
正弦波発生回路３７、Ｄ／Ａ変換器３８およびＰＷＭ搬
送波生成回路３９が本発明の搬送波信号生成手段を構成
している。

上記の如く構成された本実施例の動作を以下に説明する
。

先ず、ＰＷＭ制御回路４０が疑似正弦波信号を生成し、
自励変換器４１を構成するスイッチング素子をオン、オ
フ制御する。これにより、直流系統５１から有効電電力
および無効電力が交流系統５０に供給される。有効電力
検出回路２２はこの有効電力出力値Ｐｄを、無効電力検
出回路２３は無効電力出力値Ｐ　をそれぞれ検出する。

また、出力電流検出回路２４はこのときの変換器出力電
流■ｓｄを、系統電圧検出回路２５はこのときの系統電
圧ｖ８ｄをそれぞれ検出する。

次に、３相／２相変換回路１０は３相電圧信号５１００
を２相の電圧信号、すなわち、５ｉｎ（ωを十φ）と、
ｃｏｓ　（ωを十φ）を発生して位相差検出回路Ｈに加
える。一方、帰還信号発生回路１６が５ｉｎ（ωｔ＋θ
）と、ｃｏｓ　（ωｔ＋θ）の帰還信号５１０３を発生
し、Ｄ／Ａ変換器１７を介して、位相差検出回路１１に
加える。位相差検出回路１１はこれらの信号に基づいて
次の演算を行い、２相変換信号と帰還信号との位相差を
求める。

５ｉｎ（ωｔ＋φ）・Ｃ０５（ωを十〇）ｃｏｓ（ωｔ
＋φ）　　−５ｉｎ（ωを十〇）−５ｉｎ（φ−θ）　
　　　　　　　　　　・・・（５）続いて、この位相差
信号５ｉｎ（φ−θ）中の高調波成分がループフィルタ
１２によって除去され、ディジタル電圧制御発振器１３
に加えられる。このディジタル電圧制御発振器１Ｂは帰
還作用により、位相差信号５ｉｎ（φ−θ）を零にする
ようなパルス信号８１０４を発生する。このパルス信号
５１０４は位相カウンタＩ４によって計数される。この
場合、位相カウンタ１４の計数量が規定値、すなわち、
交流の１周期に相当する値に到達すると、オーバーフロ
ーするようになっており、このとき、カウンタリセット
回路】５がクリア信号８１０Ｂを生成し、位相カウンタ
１４に加える。

なお、位相カウンタ１４の計数量と帰還信号発生回路１
６の出力信号位相とは連動しており、位相カウンタＩ４
をクリアしたタイミングてｓｉｎθ−０゜ｅＯｓθ＝１
となるようにテーブルが設定されている。

この結果、位相カウンター４から系統電圧に同期したデ
ィジタルの位相信号θが出力される。

次に、高速演算回路２６は上記の有効電力検出回路２２
、無効電力検出回路２３、出力電流検出回路２４、系統
電圧検出回路２５の各出力と、図示省略の電力基準設定
器の出力とを、Ａ／Ｄ変換器２７を介して、入力すると
共に、バッファ１８を介して、位相信号θを入力し、周
知の回転座標軸上のｃｉ−ｑ制御法を用いて３相のＰＷ
Ｍ基準信号５ｉｌｏを生成する。

この場合、第２図に示すように、減算手段６１Ａによっ
て有効電力出力基準Ｐから有効電力出力値Ｐ　を減算し
て有効電力基準値Ｐ＊を求め、同様に無効電力出力基準
Ｑから無効電力出力値Ｑ、を減算して無効電力基準値Ｑ
＊を求める。電力／電流基準変換手段６２はこの有効電
力基準値Ｐ＊、無効電力基準値Ｑ＊と、系統電圧検出検
出値Ｖ　をｄ 入力し、次式の演算により変換器電流基準Ｉ　。

一方、３相／２相変換手段６３は変換器出力電流ＩＳｄ
を入力し、これを２相位号に変換して出力する。ｄ／ｑ
軸変換手段６４は、正弦波信号発生手段６５によって生
成された回転座標信号のｓｉｎ成分、ｅＯｓ成分に基づ
き、２相位号を静止座標軸上から系統周波数と共に回転
するｄ−ｑ軸上の値に変換しフィードバック信号として
加える。減算手段８６Ａ　、　６６Ｂは変換器電流基準
Ｉ１．Ｉｄと、このフィードバック信号との偏差を取り
出して電流／電圧変換手段６７に加える。電流／電圧変
換手段６７はこの偏差分を電圧信号Ｖ９．Ｖｄに変換す
る。

２相交流変換手段６８は、正弦波信号発生手段６５の回
転座標信号に基づき、電圧信号■１．■、を静止座標軸
上の交流信号のｓｉｎ成分およびｅＯ９成分を出力する
。２相／３相変換手段６９はこのｓｉｎ成分およびＣＯ
Ｓ成分からＰＷＭ基準波信号５１１０を出力する。

次に、このＰＷＭ基準波信号５１１０の位相に、ＰＷＭ
搬送波生成回路３９が出力するＰＷＭ搬送信号の位相を
合わせるために、ここでは、ＰＬＬループを用いて追従
させる。ここで、（１）　、　（２）　、　（３）式で
示した如く、系統に有効電力および無効電力を供給する
連系制御にあっては、有効電力および無効電力は系統電
圧に対して所定の位相ずれを伴ったベクトル量、すなわ
ち、ｓｉｎ成分、ＣＯＳ成分を持った量として与えられ
る。

このベクトル量にＰＷＭ搬送波（ベクトル量）を一致さ
せるのであるから、位相カウンタ１４の位相信号に基づ
いてＰＷＭ搬送波用のｓｉｎ成分、ＣＯＳ成分を生成さ
せ、２ベクトルの内積が０になるように制御をする。

そのため、正弦波発生回路３０が基準波信号５１１０を
入力し、この基準波信号５１１０を生成する過程て得ら
れたと同様の２相交流、すなわち、ｓｉｎ成分およびＣ
ＯＳ成分を出力する。Ｄ／Ａ変換器３１はこれをアナロ
グ量に変換して位相差検出回路３２に与える。一方、加
算器３６が位相カウンタ１４から出力される位相信号と
、位相設定回路３５て設定される位相差信号Δθとを加
算して、位相基準θ１を出力する。正弦波発生回路３７
はこの位相基準θ１を用いてｓｉｎ成分およびｅＯ９成
分を生成出力する。

Ｄ／Ａ変換器３８はこれをアナログ信号に変換して位相
差検出回路３２に与える。位相差検出回路３２は（５）
式の演算を行って位相差信号を出力する。この位相差信
号はループフィルタ３３で平滑化され、さらに、Ａ／Ｄ
変換器３４でディジタル信号に変換されて位相差データ
５１３０が出力される。そして、この位相差データか位
相設定回路３５に設定され、実際にはこの位相差データ
を零にする制御か行われる。

この結果、加算器３６が出力する位相基準θ＊は、ＰＷ
Ｍ基準波信号５１１０に同期した信号となり、ＰＷＭ搬
送波生成回路３９から出力されるＰＷＭ搬送波信号５１
２０はＰＷＭ基準波信号５１１Ｏに同期せしめられ、両
者の零クロス点は一致する。

しかして、この実施例においては、高調波発生量の少な
い自励変換を系統に連系させることかできる。

また、この実施例においては、二つのベクトルの内積を
零にする制御をしているため、両ベクトルの大きさには
依存せず、従って、ＰＷＭ基準波の振幅の大小に拘らず
ＰＷＭ基準波とＰＷＭ搬送波との位相合わせができると
いう効果がある。

さらにまた、この実施例においては、高速演算回路２６
がＰＷＭ基準波とＰＷＭ搬送波との位相差データ５１３
０を読取るため、この高速演算回路２６によって制御状
態の監視、すなわち、制御の正常、異常を確認すること
かできる。

なお、上記各実施例においては、ＰＬＬ回路を用いてＰ
ＷＭ基準波とＰＷＭ搬送波との位相合ゎせをしているか
、これをソフトウェアで処理することもてきる。すなわ
ち、第１図中の正弦波発生回路３０〜Ｄ／Ａ変換器３８
をソフトウェアで処理し、その結果に基づいてＰＷＭ搬
送波生成回路３９によりＰＷＭ搬送波を生成してもよい
。

また、ΔθはＰＬＬ処理によるのではなく、高速演算回
路２６における制御演算上の値を用いてもよい。すなわ
ち、ＰＷＭ基準技信号は元々、ベクトル量であり、回転
座標軸上のｄ−ｑ制御においテ次の２成分Ｖ１、Ｖｄか
得られる。この二つの量より系統電圧Ｖ８ｄの位相との
すれ φ−ｊａｎ””’　（Ｖ　　／　Ｖ　　）　　・（８）
Ｖｄ として求められる。この場合、ｔａｎφの値からφを所
望の精度で得るテーブルを用意しておけばよい。

これらの各方法では、電流マイナーループ制御が行われ
るので、迅速な位相合わせがてきる。

〔発明の効果〕

以上の説明によって明らかなようにこの発明によれば、
ＰＷＭ基準波信号と零クロス点か一致するＰＷＭ搬送汲
信号を生成するようにしたので、変換器電力の高調波の
発生量を確実に抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の構成を示すブロック図、
第２図は同実施例の主要素の詳細な構成を示すブロック
図、第３図はＰＷＭ制御信号の生成原理を示した図であ
る。 ＩＯ・・・３相／２相変換回路、１１．３２・・・位相
差検出回路、１２・・・ループフィルタ、１３・・・デ
ィジタル電圧制御発振器、１３・・・位相カウンタ、１
５・・・カウンタリセット回路、ｔｅ・・・帰還信号発
生回路、１７．３１．３８・・・Ｄ／Ａ変換器、２６・
・・高速演算回路、２７．３４・・・Ａ／Ｄ変換器、３
０．３７・・・正弦波発生回路、３３・・・ルプフィル
タ、３５・・・位相設定回路、３６・・・加算器、３９
・・・ＰＷＭ搬送波生成回路、４０・・・ＰＷＭ制御回
路、４１・・・自励変換器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ＰＷＭ基準波信号とＰＷＭ搬送波信号とを比較して疑似
   正弦波信号を生成し、この疑似正弦波信号によって系統
   連系用の変換器をオン、オフ制御するＰＷＭ制御装置に
   おいて、検出された系統電圧および前記変換器の出力電
   流と設定された前記変換器の有効電力出力基準および無
   効電力出力基準とに基づいて前記ＰＷＭ基準波信号を生
   成する基準波信号生成手段と、前記系統の電圧に同期し
   た位相信号を発生する同期信号生成手段と、前記位相信
   号を入力し、前記ＰＷＭ基準波信号に同期するように補
   正すると共に、補正された位相信号と零クロス点が一致
   するＰＷＭ搬送波信号を生成する搬送波信号生成手段と
   を備えたことを特徴とするＰＷＭ制御装置。