JP3598308B2 - 自励式電力変換装置用ｐｗｍ制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自己消弧形素子を用いた自励式電力変換装置のＰＷＭ制御装置に関し、特に目的に応じた最適なＰＷＭパルス波形を発生させることができるものに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気学会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」第６章に一般的な三角波キャリア信号比較によるＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｎ） 制御方式が記載されている。この内容に基づいて、単相ブリッジでの三角波キャリア信号比較による電圧パルスの生成方法を図９を用いて簡単に説明する。
【０００３】
図９（ａ）に示す制御整流素子１０２からなる単相ブリッジの出力端子Ｔ１，Ｔ２間に発生する電圧は、各パルスの極性，幅，及び位置が図９（ｃ）に示すように変化するパルス列からなるＰＷＭパルス波形（１０６）となる。この例では、半サイクル中に３パルスを有する波形を示している。このようなＰＷＭパルス波形は、図９（ｂ） に示すように、電圧指令値（電圧指令信号：変調信号）の１サイクル中に３周期を有する三角波キャリア信号（上段用１０４，下段用１０５）を考え、これと出力したい正弦波状の電圧指令値１０３とを比較し、両者の交点にて制御整流素子１０２のスイッチングを行わせることにより、生成することができる。
【０００４】
この三角波キャリア信号比較によるＰＷＭ制御方式を用いた従来の自励式電力変換装置の構成及び制御方法を図８を用いて説明する。
図において、１は自励式電力変換装置であり、自己消弧形の制御整流素子を用いた３相ブリッジ等で構成され、該制御整流素子にゲートパルスが入力されると該入力されるゲートパルスに応じて、直流電圧から矩形のパルス列からなる交流電圧を発生する。２は自励式電力変換装置１の交流側と３相交流系統との間に配設された変換装置用変圧器、３は自励式電力変換装置１の直流側の電圧を安定化するための直流コンデンサである。４は変換装置用変圧器２の交流系統側の３相の交流電流を検出してこれを交流電流検出信号として出力する交流電流検出器、５は変換装置用変圧器２の交流系統側の３相の交流電圧を検出してこれを交流電圧検出信号として出力する交流電圧検出器である。６は交流電圧検出器５から出力される３相の交流電圧検出信号のうちのいずれか１相の交流電圧検出信号の位相を同期検出してこれを交流電圧位相検出信号として出力するＰＬＬ装置、７はＰＬＬ装置６から出力される交流電圧位相検出信号を用いて、交流電流検出器から出力される交流電流検出信号を有効電流成分と無効電流成分の２成分に変換する３相／２相変換器、８，９は、それぞれ、外部から入力される有効電流指令，及び無効電流指令に対する３相／２相変換器から出力される交流電流検出信号の有効電流成分，及び無効電流成分の差分を算出する減算器、１０は減算器８の出力を増幅する有効電流制御器、１１は減算器９の出力を増幅する無効電流制御器である。１２は有効電流制御器１０の出力と無効電流制御器１１の出力とを、自励式電力変換装置１が実際に発生すべき交流電圧を表す電圧指令値に変換する２相／３相変換器である。１３はＰＬＬ装置６から出力される交流電圧位相検出信号に同期した三角波キャリア信号を３相分出力するキャリア発生器、１４，１５，１６は２相／３相変換器１３から出力される電圧指令値とキャリア発生器１４〜１６から出力される三角波キャリア信号とを比較して、自励式電力変換装置１の制御整流素子を制御するためのゲートパルスを発生するＰＷＭ制御器である。ここで、交流電流検出器４、交流電圧検出器５、ＰＬＬ装置６、３相／２相変換器７、減算器８，９、有効電流制御器１０、無効電流制御器１１、２相／３相変換器１２、キャリア発生器１３、ＰＷＭ制御器１４〜１６がＰＷＭ制御装置１０１を構成する。
【０００５】
次に、以上のように構成された自励式電力変換装置及びＰＷＭ制御装置の動作を説明する。
自励式電力変換装置１は、直流電圧から図９（ｃ） に示すようなＰＷＭパルス波形の交流電圧を３相の各相について発生する。この発生した３相の交流電圧は変換装置用変圧器２を介して交流系統の交流電圧と平衡する。
【０００６】
この交流電圧によって流れる交流電流は交流電流検出器４で検出され、この検出された交流電流検出信号（３相分）は、３相／２相変換器７で、ＰＬＬ装置６から出力される交流電圧位相検出信号を用いて、該交流電圧位相検出信号と同期して回転する座標系（ｄ−ｑ座標系）に変換され、有効電流成分と無効電流成分との２成分に分解される。
【０００７】
次いで、減算器８，９で、この分解された交流電流検出信号の有効電流成分，及び無効電流成分と、上位の制御系から指令される有効電流指令値，及び無効電流指令値との差分がそれぞれ算出され、それぞれ、有効電流制御器１０，及び無効電流制御器１１で増幅される。
【０００８】
この増幅された各差分は、２相／３相変換器１２で、再びＰＬＬ装置６から出力される交流電圧位相検出値を用いて、自励式電力変換装置１が実際に出力すべき３相交流電圧を表す３相の電圧指令値に変換される。この変換された各相の電圧指令値は、ＰＷＭ制御器１４，１５，１６で、キャリア発生器１３から出力される三角波キャリア信号とそれぞれ比較され、それによりゲートパルスが発生される。そして、この発生したゲートパルスが自励式電力変換装置１の制御整流素子に入力され、それにより、直流側の直流電圧から、該入力されたゲートパルスに応じたＰＷＭパルス波形の交流電圧が発生する。このＰＷＭパルス波形生成の詳細は、図９で説明した通りである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような電圧指令値と三角波キャリア信号との比較によるＰＷＭ制御方式の場合、以下のような問題点がある。
図１０は、自励式電力変換装置の出力電圧波形の一例として、半サイクル中に３パルスを有するＰＷＭパルス波形を一般的な形で表したものである。
図１０に示すように、本来、３パルスのＰＷＭパルス波形には中央のパルスのパルス幅θ１と、両サイドのパルスのパルス幅θ２と、その位置の位相±γとの３つの自由度（パラメータ）がある。この３つのパラメータをうまく選ぶことにより、目的に応じた最適な電圧を発生できるはずである。例えば、５次、７次の高調波を完全に消去して発生しないようにし、しかも任意の基本波電圧（振幅値Ｖｏ）を発生させたければ、周波数解析の結果から下記の式が成立するような３つのパラメータとすればよい。
【００１０】
（４Ｅｄ ／ π ）｛ｓｉｎ（θ１ ／ ２） ＋２ｓｉｎ（θ２ ／ ２）ｃｏｓγ｝＝Ｖｏ （１）式
ｓｉｎ（５θ１ ／ ２）＋２ｓｉｎ（５θ２ ／ ２）ｃｏｓ ５γ＝０ （２）式
ｓｉｎ（７θ１ ／ ２）＋２ｓｉｎ（７θ２ ／ ２）ｃｏｓ ７γ＝０ （３）式
これらの式からもわかるように、基本波振幅Ｖｏからパルスの位相や幅が決定されるわけである。
【００１１】
このような関係を持ったパルスを三角波キャリア信号比較によるＰＷＭ制御方式で作り出すことは不可能である。三角波キャリア信号比較によるＰＷＭ制御方式では、ＰＷＭパルス波形は三角波キャリア信号の波形によって制約されるため、θ１、θ２、γの３つのパラメータは独立のパラメータではなく、従って、基本波振幅Ｖｏに関連してパルスを作り出すことはできないからである。
【００１２】
このように、目的に応じて、パルス波形が本来持つ自由度をうまく使って最適な電圧を発生させようとしても、従来の三角波キャリア信号を利用したＰＷＭ制御方式では不可能である。一方、ＰＷＭパルス波形の電圧をうまく発生させることにより、高調波低減、変換器損失低減、電圧利用率向上による自励式電力変換装置のコンパクト化、電圧時間積低減による変換装置用変圧器のコンパクト化など、多くの実用的なメリットが生まれる。
【００１３】
このように従来の三角波キャリア信号比較によるＰＷＭ制御方式では、ＰＷＭパルス波形の電圧パルスが本来持っている自由度を生かし切れないので、高調波特性改善、電圧利用率向上、電圧時間積低減、自励式電力変換装置の損失低減、制御性能向上などといった目的に応じた最適なＰＷＭパルス波形の電圧を出力することができないという問題があった。
【００１４】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、目的に応じた最適なＰＷＭパルス波形の電圧を出力することができる自励式電力変換装置用ＰＷＭ制御装置を提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明（請求項１）に係る自励式電力変換装置用ＰＷＭ制御装置は、制御信号に応じてＯＮ／ＯＦＦして、直流電圧からパルス波形の交流電圧を発生する自励式電力変換装置に用いられ、上記発生する交流電圧の位相と該交流電圧に基づいて流れる交流電流の値とを検出し、該検出した交流電圧の位相及び交流電流の値から該交流電圧の位相と同期した２軸の回転座標系での交流電流の有効分及び無効分を算出し、該算出した交流電流の有効分及び無効分と外部から入力される上記交流電流の有効分及び無効分に対する指令値とに基づいて上記制御信号を出力することにより、上記自励式電力変換装置にＰＷＭパルス波形の交流電圧を発生させて、上記交流電流の有効分及び無効分を制御するＰＷＭ制御装置において、上記算出した交流電流の有効分及び無効分と上記外部から入力される交流電流の有効分及び無効分に対する指令値とに基づいて、上記発生させるＰＷＭパルス波形の交流電圧の変調信号たる電圧指令信号の有効分と無効分とを算出し、該算出した電圧指令信号の有効分と無効分とから、該電圧指令信号の振幅値と位相とを算出し、該算出した振幅値に基づいて所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相を求め、該求めた所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相と上記算出した電圧指令信号の位相とに基づいて、上記制御信号を出力するようにしたものである。
【００１６】
本発明（請求項２）に係る自励式電力変換装置用ＰＷＭ制御装置は、上記自励式電力変換装置用ＰＷＭ制御装置（請求項１）が、上記算出した振幅値から所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相を演算するパルス発生／終了位相演算器と、該求めた所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相と上記算出した電圧指令信号の位相とに基づいて、上記制御信号を出力するＰＷＭ制御器とを有するものとしたものである。
【００１７】
本発明（請求項３）に係る自励式電力変換装置用ＰＷＭ制御装置は、上記自励式電力変換装置用ＰＷＭ制御装置（請求項１）において、上記電圧指令信号の振幅値に対する所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相を表すテーブルを予め記憶し、上記算出した電圧指令信号の振幅値を該記憶しているテーブルと対比して所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相を求め、該求めた所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相と上記算出した電圧指令信号の位相とに基づいて、上記制御信号を出力するようにしたものである。
【００１８】
本発明（請求項４）に係る自励式電力変換装置用ＰＷＭ制御装置は、上記自励式電力変換装置用ＰＷＭ制御装置（請求項１）において、上記自励式電力変換装置は３相の制御信号に応じて３相交流電圧を発生するものであり、上記算出した電圧指令信号の有効分及び無効分を、検出した３相交流電圧の位相を用いて３相交流の電圧指令信号の有効分及び無効分に変換し、該変換した３相交流の電圧指令信号の有効分及び無効分から各相ごとの振幅値と位相とを算出し、該算出した各相ごとの振幅値に基づいて、各相ごとに所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相を求め、該求めた所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相と上記算出した電圧指令信号の各相ごとの位相とに基づいて、上記３相の制御信号を出力するようにしたものである。
【００１９】
本発明（請求項５）に係る自励式電力変換装置用ＰＷＭ制御装置は、上記自励式電力変換装置用ＰＷＭ制御装置（請求項１）において、上記自励式電力変換装置を２以上多重化して有し、上記算出された電圧指令信号の位相を上記自励式電力変換装置の多重化の段数に応じて各段ごとに補正し、上記求めた所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相と該各段ごとに補正された電圧指令信号の位相とに基づいて、各段の自励式電力変換装置に上記制御信号を出力するようにしたものである。
【００２０】
本発明（請求項６）に係る自励式電力変換装置用ＰＷＭ制御装置は、上記自励式電力変換装置用ＰＷＭ制御装置（請求項５）において、上記算出した振幅値から所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相を演算により求め、該求めた所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相と上記各段ごとに補正された電圧指令信号の位相とに基づいて、各段の自励式電力変換装置に上記制御信号を出力するようにしたものである。
【００２１】
本発明（請求項７）に係る自励式電力変換装置用ＰＷＭ制御装置は、上記自励式電力変換装置用ＰＷＭ制御装置（請求項５）において、上記電圧指令信号の振幅値に対する所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相を表すテーブルを予め記憶し、上記算出した電圧指令信号の振幅値を該記憶しているテーブルと対比して所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相を求め、該求めた所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相と上記各段ごとに補正された電圧指令信号の位相とに基づいて、各段の自励式電力変換装置に上記制御信号を出力するようにしたものである。
【００２２】
本発明（請求項８）に係る自励式電力変換装置用ＰＷＭ制御装置は、上記自励式電力変換装置用ＰＷＭ制御装置（請求項５）において、上記多重化された自励式電力変換装置は３相の制御信号に応じて３相交流電圧を発生するものであり、上記算出した電圧指令信号の有効分及び無効分を、検出した３相交流電圧の位相を用いて３相交流の電圧指令信号の有効分及び無効分に変換し、該変換した３相交流の電圧指令信号の有効分及び無効分から各相ごとの振幅値と位相とを算出するとともに、該算出された電圧指令信号の位相を上記自励式電力変換装置の多重化の段数に応じて各段ごとに補正し、上記算出した各相ごとの振幅値に基づいて、各相ごとに所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相を求め、該求めた所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相と上記各段ごとに補正された電圧指令信号の各相ごとの位相とに基づいて、各段の自励式電力変換装置に上記３相の制御信号を出力するようにしたものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１によるＰＭＷ制御装置を用いた自励式電力変換装置の構成を示すブロック図である。
図において、１は自励式電力変換装置であり、自己消弧形の制御整流素子を用いた３相ブリッジ等で構成され、該制御整流素子にゲートパルスが入力されると該入力されるゲートパルスに応じて、直流電圧から矩形のパルス列からなる交流電圧を発生する。２は自励式電力変換装置１の交流側と３相交流系統との間に配設された変換装置用変圧器、３は自励式電力変換装置１の直流側の電圧を安定化するための直流コンデンサである。４は変換装置用変圧器２の交流系統側の３相の交流電流を検出してこれを交流電流検出信号として出力する交流電流検出器、５は変換装置用変圧器２の交流系統側の３相の交流電圧を検出してこれを交流電圧検出信号として出力する交流電圧検出器である。６は交流電圧検出器５から出力される３相の交流電圧検出信号のうちのいずれか１相の交流電圧検出信号の位相を同期検出してこれを交流電圧位相検出信号として出力するＰＬＬ装置、７はＰＬＬ装置６から出力される交流電圧位相検出信号を用いて、交流電流検出器４から出力される交流電流検出信号を有効電流成分（有効分）と無効電流成分（無効分）との２成分に変換する３相／２相変換器、８，９は、それぞれ、外部から入力される有効電流指令，及び無効電流指令に対する３相／２相変換器７から出力される交流電流検出信号の有効電流成分，及び無効電流成分の差分を算出する減算器、１０は減算器８の出力を増幅する有効電流制御器、１１は減算器９の出力を増幅する無効電流制御器である。１７は有効電流制御器１０の出力と無効電流制御器１１の出力とから、自励式電力変換装置１が実際に発生すべき交流電圧を表す電圧指令値（電圧指令信号）の振幅を算出する電圧指令値振幅演算器、１８は有効電流制御器１０の出力と、無効電流制御器１１の出力と、ＰＬＬ装置６の出力とから交流電圧検出信号に対する交流電流検出信号の位相差（以下、交流電圧位相との位相ずれという）を算出する電圧指令値位相ずれ演算器である。１９は電圧指令値位相ずれ演算器１８で算出された位相ずれをＰＬＬ装置６から出力される交流電圧位相検出信号に加算して電圧指令値の絶対位相を算出する加算器、２０は加算器１９から出力される電圧指令値の絶対位相から３相の各相の電圧指令値の位相を算出して出力する位相３相配分器、２１は電圧指令値振幅演算器１７から出力される電圧指令値の振幅から従来の技術で述べた３つのパラメータ、すなわち、中央のパルスのパルス幅θ１、両サイドのパルスのパルス幅θ２、及びその位置の位相±γを算出し、これをパルスの発生（始端）／終了（終端）位相で表すようにして出力するパルス発生／終了位相演算器である。２２，２３，２４は、パルス発生／終了位相演算器２１から出力されるパルス発生／終了位相と位相３相配分器２０から出力される各相の電圧指令値の位相とに基づいてゲートパルスを生成し、これを自励式電力変換器１の各相の制御整流素子のゲートに出力するＰＷＭ制御器である。ここで、交流電流検出器４、交流電圧検出器５、ＰＬＬ装置６、３相／２相変換器７、減算器８，９、有効電流制御器１０、無効電流制御器１１、電圧指令値振幅演算器１７、電圧指令値位相ずれ演算器１８、加算器１９、位相３相配分器、パルス発生／終了位相演算器２１、ＰＷＭ制御器２２〜２４がＰＷＭ制御装置１０１を構成する。
【００２４】
次に、以上のように構成された自励式電力変換装置１及びＰＷＭ制御装置１０１の動作を図１，図２を用いて説明する。
図２はＰＷＭパルス波形を示す図であって、図２（ａ） は従来例によるＰＷＭパルス波形を示す図、図２（ｂ） は本実施の形態１によるＰＷＭパルス波形を示す図である。
【００２５】
図１において、自励式電力変換装置１は、直流系統の直流電圧からＰＷＭパルス波形の交流電圧を３相の各相について発生する。この発生した３相の交流電圧は変換装置用変圧器２を介して交流系統の交流電圧と平衡する。
【００２６】
この３相の交流電圧を交流電圧検出器５が検出して、これを３相の交流電圧検出信号として出力する一方、該交流電圧によって流れる交流電流を交流電流検出器４が検出して、これを３相の交流電流検出信号として出力する。
【００２７】
上記出力される３相の交流電圧検出信号を受け、ＰＬＬ装置６が３相の交流電圧検出信号のうちのいずれか１相についての交流電圧位相検出信号を出力する。
【００２８】
この出力された交流電圧検出信号と上記出力された交流電流検出信号とを受け、３相／２相変換器７が、交流電流検出信号（３相分）を、交流電圧位相検出信号を用いて該交流電圧位相検出信号と同期して回転するｄ−ｑ座標系に変換し、有効電流成分と無効電流成分との２成分に分解して、これらを出力する。
【００２９】
これらの出力を受け、減算器８，９が、交流電流検出信号の有効電流成分，及び無効電流成分と、上位の制御系から指令される有効電流指令値，及び無効電流指令値との差分をそれぞれ算出し、これら算出された各差分を、それぞれ、有効電流制御器１０，及び無効電流制御器１１が増幅して出力する。
【００３０】
これらの出力を受け、電圧指令値振幅演算器１７が次の演算を行う。すなわち、有効電流制御器１０の出力をＶｄ、無効電流制御器１１の出力をＶｑとした場合において、√（Ｖｄ２ ＋Ｖｑ２ ）＝Ｖｏを演算する。そして、この演算結果Ｖｏを電圧指令値の振幅として出力する。
一方、上記出力を受け、電圧指令値位相ずれ演算器１８が、ｔａｎ−１（Ｖｑ／Ｖｄ）＝△αを演算し、この演算結果△αを交流電圧の位相との位相ずれとして出力する。ここで、位相ずれ△αはＰＬＬ装置６から出力されている交流電圧位相検出信号の位相θとの位相ずれを表す。
上記出力と上記ＰＬＬ装置６の出力とを受け、加算器１９が、交流電圧の位相θと△αとを加算し、これを電圧指令値の絶対位相として出力する。
【００３１】
この出力を受け、位相３相配分器２０が以下の演算を行う。すなわち、加算器１９の出力である電圧指令値の絶対位相は３相のうちのいずれか１相のものであるので、該電圧指令値の絶対位相と同じ位相のものと、これを１２０度進めた位相のものと、これを１２０度遅らせた位相のものとを生成し、該生成したものを３相の各相の電圧指令値の位相として出力する。
【００３２】
一方、上記電圧指令値振幅演算器１７の出力を受け、パルス発生／終了位相演算器２１は、電圧指令値の振幅Ｖｏを用いて、例えば、従来の技術で述べた（１），（２），（３）式を演算し、図２（ｂ） に示すように、中央のパルスのパルス幅θ１、両サイドのパルスのパルス幅θ２、及びその位置の位相±γを算出し、パルス発生位相として、−γ−（θ２ ／ ２）、−θ１ ／ ２、γ−（θ２ ／ ２）を出力し、また、パルス終了位相として、−γ＋（θ２ ／ ２）、θ１ ／ ２、γ＋（θ２ ／ ２）を出力する。
【００３３】
この出力と、上記位相３相配分器２０の出力とを受け、ＰＷＭ制御器２２，２３，２４は、それぞれ、パルス発生／終了位相と、電圧指令値の位相とを比較し、それぞれの電圧指令値の位相においてパルスを発生／終了すべき位相に至るとゲートパルスを出力する。
この出力されたゲートパルスを受け、自励式電力変換装置１の各相の制御整流素子がＯＮ／ＯＦＦし、それにより、直流側の直流電圧から、図２（ｂ） に示すようなＰＷＭパルス波形の交流電圧が各相ごとに生成され、交流側に３相のＰＷＭパルス波形からなる交流電圧が発生する。また、ゲートパルスの出力タイミングは、交流電流の有効分及び無効分について、外部から入力される指令値に対する出力値の偏差に基づいて決定されるので、交流電流の有効分及び無効分は、指令値に応じてフィードバック制御される。
【００３４】
次に、本実施の形態１による効果を図２を用いて説明する。図２において、従来の三角波キャリア信号比較ＰＷＭ制御方式による３パルス電圧波形では、各パルスのパルス幅，及び位置の位相は、図２（ａ） に示すようなものとなり、５次、及び７次の高調波を含んだものとなっている。一方、本実施の形態１による３パルス電圧波形では、各パルスのパルス幅，及び位置の位相は、図２（ｂ） に示すようなものとなり、５次、及び７次の高調波を含まないものとなっている。また、従来の三角波キャリア信号比較ＰＷＭ制御方式による３パルス電圧波形では電圧時間積が１．０ｐｕであるのに対し、本実施の形態１による３パルス電圧波形では、電圧時間積が０．９３ｐｕとなっている。従って、従来の三角波キャリア信号比較ＰＷＭ制御方式よりも、本実施の形態１によるＰＷＭ制御方式の方が、高調波特性、電圧時間積特性ともに優れていることが分かる。
【００３５】
なお、上記の説明では、５次、及び７次の高調波を含まないようなＰＷＭパルス波形を発生させるようにしたが、目的に応じて他のＰＷＭパルス波形を発生させるようにしても構わない。
【００３６】
以上のように、本実施の形態１においては、電圧指令値の有効分と無効分とから電圧指令値の振幅値と位相とを算出し、その算出した振幅値と位相とに基づいて交流電圧のＰＷＭパルス波形の各パルスの発生／終了位相を制御するようにしたので、パルス波形が本来持つ自由度を生かして目的に応じた最適なＰＷＭパルス波形を発生させることができるため、高調波特性改善、電圧利用率向上、電圧時間積低減、変換器損失低減、制御性能向上などを図ることができ、その結果、自励式電力変換装置のコンパクト化、電圧時間積低減による変換装置用変圧器のコンパクト化等を実現することができる。
【００３７】
実施の形態２．
図３は本発明の実施の形態２によるＰＷＭ制御装置を用いた自励式電力変換装置の構成を示すブロック図である。
図において、図１と同一符号は同一又は相当する部分を示し、本実施の形態２は、図１のパルス発生／終了位相演算器２１を省略し、図１のゲートパルスを生成するだけのＰＷＭ制御器２２〜２４に代えて、図１のパルス発生／終了位相演算器２１の演算内容を予め計算したテーブルを記憶する記憶手段（図示せず）を備えたＰＷＭ制御器２５〜２７を有する点が実施の形態１と異なるものである。
【００３８】
すなわち、ＰＷＭ制御器２５〜２７は、それぞれ、記憶手段を備え、該記憶手段に、電圧指令値の振幅値Ｖｏに対する３パルス電圧波形の各パルスの発生位相及び終了位相を表すテーブルを予め記憶しており、電圧指令値振幅演算器１７から電圧指令値の振幅値が入力され、位相３相配分器２０から電圧指令値の位相が入力されると、該入力された電圧指令値の振幅値Ｖｏを、該記憶しているテーブルと対比して、該算出した電圧指令値の振幅値Ｖｏに対応する３パルス電圧波形の各パルスの発生位相及び終了位相を求め、その求めた各パルスの発生位相及び終了位相と、上記入力された電圧指令値の位相とを比較し、それぞれの電圧指令値の位相においてパルスを発生／終了すべき位相に至るとゲートパルスを出力するように構成されている。
【００３９】
このように、本実施の形態２においては、電圧指令値の振幅値Ｖｏに対する３パルス電圧波形の各パルスの発生位相及び終了位相を表すテーブルを予め記憶するようにしたので、ＰＷＭパルス波形の制御信号の生成処理の高速化を図ることができる。
【００４０】
実施の形態３．
図４は本発明の実施の形態３によるＰＷＭ制御装置を用いた自励式電力変換装置の構成を示すブロック図である。
図において、図１と同一符号は同一又は相当する部分を示し、本実施の形態３は、図１の電圧指令値振幅演算器１７、電圧指令値位相ずれ演算器１８、加算器１９、位相３相配分器２０、パルス発生／終了位相演算器２１、及びＰＷＭ制御器２２〜２４に代えて、２相／３相変換器１２、各相電圧指令値振幅演算器２８〜３０、各相パルス発生／終了位相演算器３１〜３３、及びＰＷＭ制御器３４〜３６を有する点が実施の形態１と異なるものである。
【００４１】
２相／３相変換器１２は、有効電流制御器１０の出力と無効電流制御器１１の出力とを、自励式電力変換装置１が実際に発生すべき交流電圧を表す電圧指令値に変換する。
【００４２】
各相電圧指令値振幅位相演算器２８〜３０は、２相／３相変換器１２によって変換された各相ごとの電圧指令値から、各相ごとの振幅値と位相とを算出する。
【００４３】
例えば、電圧指令値を正弦波と仮定すれば、２点のサンプリングデータから振幅値や位相を計算できる。
【００４４】
各相パルス発生／終了位相演算器３１〜３３は、各相電圧指令値振幅位相演算器２８〜３０で各相ごとに計算された振幅値から、例えば、従来の技術で述べた（１），（２），（３）式のような計算をして、パルスの発生／終了位相を算出する。
【００４５】
ＰＷＭ制御器３４〜３６は、各相電圧指令値振幅位相演算器２８〜３０で算出された各相ごとの電圧指令位相値と、各相パルス発生／終了位相演算器３１〜３３で算出された各相ごとのパルス発生／終了位相との比較により、各相ごとにゲートパルスを生成して、これを自励式電力変換装置１の制御整流素子に出力する。
【００４６】
以上のように、本実施の形態３においては、各相ごとに独立にＰＷＭパルス波形を計算／制御するので、各相ごとに独立にＰＷＭパルス波形を制御することができるため、例えば、交流系統の事故で３相不平衡状態になっても、最適に対応することができる。
【００４７】
実施の形態４．
図５は本発明の実施の形態４によるＰＷＭ制御装置を用いた自励式電力変換装置の構成を示すブロック図である。
図において、図１と同一符号は同一又は相当する部分を示し、本実施の形態４は、図１の単独の自励式電力変換装置１に代えて、多重化された自励式電力変換装置３７，３８を備えるようにした点が実施の形態１と異なるものである。
【００４８】
すなわち、第１段の自励式電力変換装置３７と、第２段の自励式電力変換装置３８とが、その交流側を変換装置用多重変圧器３９を介して並列に交流系統に接続されるとともに、その直流側を直接直流系統に接続され、それにより、多重化されている。
【００４９】
４０，４１，４２は、位相３相配分器２０から出力される各相の電圧指令値の位相を、多重化の段数（本実施の形態４では２段）に応じて、段ごとに電圧指令値の位相をシフトさせる多重化用段間位相シフト器である。
【００５０】
４３，４４，４５，４６，４７，４８は、パルス発生／終了位相演算器２１から出力されるパルス発生／終了位相と多重化用段間位相シフト器４０〜４２から出力される段ごとの電圧指令値の位相とを比較して、段ごとに各相のゲートパルスを生成して出力するＰＷＭ制御器である。
【００５１】
自励式電力変換装置を多重化して、高調波低減などを図るために、段間の位相をずらすことは従来のＰＷＭ制御方式でもキャリア信号の位相をシフトさせるなどして行われているが、本実施の形態４においても、上記多重化用段間位相シフト器４０〜４２により、各段への電圧指令値の位相をずらすことにより、高調波低減や制御応答の高速化等の多重化メリットを出そうとするものである。
【００５２】
なお、上記の説明では、多重化の段数を２段として説明したが、３段、４段と段数が増えればそれに応じて、各段に多重化用段間位相シフト器を設け、段ごとにＰＷＭ制御器を追加していけばよく、それにより、上記した２段の場合と同じ効果が得られることは明らかである。
【００５３】
以上のように、本実施の形態４においては、自励式電力変換装置を多重化したので、高調波低減や制御応答の高速化などの多重化によるメリット得ることができる。
【００５４】
実施の形態５．
図６は本発明の実施の形態５によるＰＷＭ制御装置を用いた自励式電力変換装置の構成を示すブロック図である。
図において、図５と同一符号は同一又は相当する部分を示し、本実施の形態５は、図５のパルス発生／終了位相演算器２１を省略し、図５のゲートパルスを生成するだけのＰＷＭ制御器４３〜４８に代えて、図５のパルス発生／終了位相演算器２１の演算内容を予め計算したテーブルを記憶する記憶手段（図示せず）を備えたＰＷＭ制御器４９〜５４を有する点が実施の形態４と異なるものである。また、ＰＷＭ制御器４９〜５４の動作は、テーブルの利用に関しては実施の形態２のＰＷＭ制御器２５〜２７と同様であり、ゲートパルスの生成に関しては実施の形態４のＰＷＭ制御器４３〜４８と同様であるので、その説明を省略する。
【００５５】
以上のように、本実施の形態５においては、多重化された自励式電力変換装置において、電圧指令値の振幅値Ｖｏに対する３パルス電圧波形の各パルスの発生位相及び終了位相を表すテーブルを予め記憶するようにしたので、多重化によるメリットを得ると同時に、ＰＷＭパルス波形の制御信号の生成処理の高速化を図ることができる。
【００５６】
実施の形態６．
図７は本発明の実施の形態６によるＰＷＭ制御装置を用いた自励式電力変換装置の構成を示すブロック図である。
図において、図４と同一符号は同一又は相当する部分を示し、本実施の形態６は、図４の単独の自励式電力変換装置１に代えて、多重化された自励式電力変換装置３７，３８を備えるようにした点が実施の形態３と異なるものである。
【００５７】
すなわち、第１段の自励式電力変換装置３７と、第２段の自励式電力変換装置３８とが、その交流側を変換装置用多重変圧器３９を介して並列に交流系統に接続されるとともに、その直流側を直接直流系統に接続され、それにより、多重化されている。
【００５８】
５５，５６，５７は、各相電圧指令値振幅位相演算器２８〜３０から出力される各相の電圧指令値の位相を、多重化の段数（本実施の形態６では２段）に応じて、段ごとに電圧指令値の位相をシフトさせる多重化用段間位相シフト器である。
【００５９】
５８、５９は、Ｕ相用の各相パルス発生／終了位相演算器３１から出力されるＵ相用のパルス発生／終了位相と、Ｕ相用の多重化用段間位相シフト器５５から出力される段ごとの電圧指令値の位相との比較によって、段ごとのゲートパルスを生成するＰＷＭ制御器である。
【００６０】
６０、６１は、Ｖ相用の各相パルス発生／終了位相演算器３２から出力されるＶ相用のパルス発生／終了位相と、Ｖ相用の多重化用段間位相シフト器５６から出力される段ごとの電圧指令値の位相との比較によって、段ごとのゲートパルスを生成するＰＷＭ制御器である。
【００６１】
６２、６３は、Ｗ相用の各相パルス発生／終了位相演算器３３から出力されるＷ相用のパルス発生／終了位相と、Ｗ相用の多重化用段間位相シフト器５７から出力される段ごとの電圧指令値の位相との比較によって、段ごとのゲートパルスを生成するＰＷＭ制御器である。
【００６２】
以上のように、本発明の実施の形態６においては、多重化された自励式電力変換装置において、各相ごとに独立にＰＷＭパルス波形を計算／制御するようにしたので、多重化によるメリットを得ると同時に、交流系統の事故で３相不平衡状態になっても、最適に対応することができる。
【００６３】
なお、上記実施の形態５〜７では、多重化の段数を２段として説明したが、３段、４段と段数が増えればそれに応じて、各段に多重化用段間位相シフト器を設け、段ごとにＰＷＭ制御器を追加していけばよく、それにより、上記実施の形態５〜７で２段にした場合と同じ効果が得られることは明らかである。
【００６４】
また、上記実施の形態１〜７では、自励式電力変換装置の交流側が３相である場合を説明したが、３相以外であってもよく、例えば、単相の場合には３相の場合と同様にして本発明を適用することができる。
【００６５】
【発明の効果】
以上のように、請求項１に係る発明によれば、ＰＷＭパルス波形の変調信号たる電圧指令信号の有効分と無効分とから、電圧指令信号の振幅値と位相とを算出し、その算出した振幅値に基づいて所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相を求め、その求めた所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相と上記算出した電圧指令信号の位相とに基づいて、自励式電力変換装置におけるＰＷＭパルス波形の交流電圧を発生させるようにしたので、パルス波形が本来持つ自由度を生かして目的に応じた最適なＰＷＭパルス波形を発生させることができるため、高調波特性改善、電圧利用率向上、電圧時間積低減、変換器損失低減、制御性能向上などを図ることができる。
【００６６】
また、請求項２に係る発明によれば、請求項１の自励式電力変換装置用ＰＷＭ制御装置が、算出した振幅値から所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相を演算するパルス発生／終了位相演算器と、該求めた所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相と上記算出した電圧指令信号の位相とに基づいて、制御信号を出力するＰＷＭ制御器とを有するものとしたので、構成を簡素化することができる。
【００６７】
また、請求項３に係る発明によれば、請求項１の発明において、電圧指令信号の振幅値に対する所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相を表すテーブルを予め記憶し、算出した電圧指令信号の振幅値をその記憶しているテーブルと対比して所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相を求め、その求めた所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相と算出した電圧指令信号の位相とに基づいて、自励式電力変換装置におけるＰＷＭパルス波形の交流電圧を発生させるようにしたので、ＰＷＭパルス波形の制御信号の生成処理の高速化を図ることができる。
【００６８】
また、請求項４に係る発明によれば、請求項１の発明において、交流電力が３相交流電力であり、算出した電圧指令信号の有効分及び無効分を、検出した３相交流電圧の位相を用いて３相交流の電圧指令信号の有効分及び無効分に変換し、その変換した３相交流の電圧指令信号の有効分及び無効分から各相ごとの振幅値と位相とを算出し、その算出した各相ごとの振幅値に基づいて、各相ごとに所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相を求め、その求めた所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相と算出した電圧指令信号の各相ごとの位相とに基づいて、自励式電力変換装置におけるＰＷＭパルス波形の３相の交流電圧を発生させるようにしたので、各相ごとに独立にＰＷＭパルス波形を制御することができるため、例えば交流系統の事故で３相不平衡状態になっても、最適に対応することができる。
【００６９】
また、請求項５に係る発明によれば、請求項１の発明において、多重化された自励式電力変換装置を有し、算出された電圧指令信号の位相を自励式電力変換装置の多重化の段数に応じて各段ごとに補正し、求めた所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相と該各段ごとに補正された電圧指令信号の位相とに基づいて、各段の自励式電力変換装置におけるＰＷＭパルス波形の交流電圧を発生させるようにしたので、高調波の低減や制御応答の高速化等を図ることができる。
【００７０】
また、請求項６に係る発明によれば、請求項５の発明において、電圧指令信号の振幅値から所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相を演算により求め、その求めた所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相と上記各段ごとに補正された電圧指令信号の位相とに基づいて、各段の自励式電力変換装置におけるＰＷＭパルス波形の交流電圧を発生させるようにしたので、高調波の低減や制御応答の高速化等を図ることができるとともに、構成を簡素化することができる。
【００７１】
また、請求項７に係る発明によれば、請求項５の発明において、電圧指令信号の振幅値に対する所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相を表すテーブルを予め記憶し、算出した電圧指令信号の振幅値をその記憶しているテーブルと対比して所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相を求め、その求めた所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相と各段ごとに補正された電圧指令信号の位相とに基づいて、各段の自励式電力変換装置におけるＰＷＭパルス波形の交流電圧を発生させるようにしたので、高調波の低減や制御応答の高速化等を図ることができるとともに、ＰＷＭパルス波形の制御信号の生成処理の高速化を図ることができる。
【００７２】
また、請求項８に係る発明によれば、請求項５の発明において、多重化された自励式電力変換装置の交流電力が３相交流電力であり、算出した電圧指令信号の有効分及び無効分を、検出した３相交流電圧の位相を用いて３相交流の電圧指令信号の有効分及び無効分に変換し、その変換した３相交流の電圧指令信号の有効分及び無効分から各相ごとの振幅値と位相とを算出するとともに、その算出された電圧指令信号の位相を自励式電力変換装置の多重化の段数に応じて各段ごとに補正し、算出した各相ごとの振幅値に基づいて、各相ごとに所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相を求め、その求めた所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相と上記各段ごとに補正された電圧指令信号の各相ごとの位相とに基づいて、各段の自励式電力変換装置におけるＰＷＭパルス波形の３相の交流電圧を発生させるようにしたので、高調波の低減や制御応答の高速化等を図ることができるとともに、交流系統の事故で３相不平衡状態になっても、最適に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１によるＰＷＭ制御装置を用いた自励式電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【図２】ＰＷＭパルス波形を示す図であって、従来例によるＰＷＭパルス波形を示す図（ａ） 、及び本実施の形態１によるＰＷＭパルス波形を示す図（ｂ） である。
【図３】本発明の実施の形態２によるＰＷＭ制御装置を用いた自励式電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態３によるＰＷＭ制御装置を用いた自励式電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態４によるＰＷＭ制御装置を用いた自励式電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態５によるＰＷＭ制御装置を用いた自励式電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態６によるＰＷＭ制御装置を用いた自励式電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【図８】従来の自励式電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【図９】従来の三角波キャリア信号比較ＰＷＭ制御方式を示す図であって、制御整流素子からなる単相ブリッジを示す回路図（ａ）、三角波キャリア信号及び電圧指令値を示すグラフ図（ｂ） 、及びＰＷＭパルス波形を示すグラフ図（ｃ）である。
【図１０】半サイクル中に３パルスを有するＰＷＭパルス波形を一般的な形で表したグラフ図である。
【符号の説明】
１ 自励式電力変換装置、２ 変換装置用変圧器、３ 直流コンデンサ、
４ 交流電流検出器、５ 交流電圧検出器、６ ＰＬＬ装置、７ ３相／２相変換器、８，９ 減算器、１０ 有効電流制御器、１１ 無効電流制御器、
１２ ２相／３相変換器、１３ キャリア発生器、１４〜１６ ＰＷＭ制御器、
１７ 電圧指令値振幅演算器、１８ 電圧指令値位相ずれ演算器、１９ 加算器、２０ 位相３相配分器、２１ パルス発生／終了位相演算器、２２〜２７ ＰＷＭ制御器、２８〜３０ 各相電圧指令値振幅位相演算器、３１〜３３ 各相パルス発生／終了位相演算器、３４〜３６ ＰＷＭ制御器、３７ 第１段の自励式電力変換装置、３８ 第２段の自励式電力変換装置、３９ 変換装置用多重変圧器、４０〜４２ 多重化用段間位相シフト器、４３〜５４ ＰＷＭ制御器、
５５〜５７ 多重化用段間位相シフト器、５８〜６３ ＰＷＭ制御器、
１０１ ＰＷＭ制御装置、１０２ 制御整流素子、１０３ 電圧指令値、
１０４ 上段用３パルスキャリア信号、１０５ 下段用３パルスキャリア信号、
１０６ ＰＷＭパルス波形の交流電圧、Ｔ１，Ｔ２ 出力端子。
【発明の属する技術分野】
本発明は、自己消弧形素子を用いた自励式電力変換装置のＰＷＭ制御装置に関し、特に目的に応じた最適なＰＷＭパルス波形を発生させることができるものに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気学会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」第６章に一般的な三角波キャリア信号比較によるＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｎ） 制御方式が記載されている。この内容に基づいて、単相ブリッジでの三角波キャリア信号比較による電圧パルスの生成方法を図９を用いて簡単に説明する。
【０００３】
図９（ａ）に示す制御整流素子１０２からなる単相ブリッジの出力端子Ｔ１，Ｔ２間に発生する電圧は、各パルスの極性，幅，及び位置が図９（ｃ）に示すように変化するパルス列からなるＰＷＭパルス波形（１０６）となる。この例では、半サイクル中に３パルスを有する波形を示している。このようなＰＷＭパルス波形は、図９（ｂ） に示すように、電圧指令値（電圧指令信号：変調信号）の１サイクル中に３周期を有する三角波キャリア信号（上段用１０４，下段用１０５）を考え、これと出力したい正弦波状の電圧指令値１０３とを比較し、両者の交点にて制御整流素子１０２のスイッチングを行わせることにより、生成することができる。
【０００４】
この三角波キャリア信号比較によるＰＷＭ制御方式を用いた従来の自励式電力変換装置の構成及び制御方法を図８を用いて説明する。
図において、１は自励式電力変換装置であり、自己消弧形の制御整流素子を用いた３相ブリッジ等で構成され、該制御整流素子にゲートパルスが入力されると該入力されるゲートパルスに応じて、直流電圧から矩形のパルス列からなる交流電圧を発生する。２は自励式電力変換装置１の交流側と３相交流系統との間に配設された変換装置用変圧器、３は自励式電力変換装置１の直流側の電圧を安定化するための直流コンデンサである。４は変換装置用変圧器２の交流系統側の３相の交流電流を検出してこれを交流電流検出信号として出力する交流電流検出器、５は変換装置用変圧器２の交流系統側の３相の交流電圧を検出してこれを交流電圧検出信号として出力する交流電圧検出器である。６は交流電圧検出器５から出力される３相の交流電圧検出信号のうちのいずれか１相の交流電圧検出信号の位相を同期検出してこれを交流電圧位相検出信号として出力するＰＬＬ装置、７はＰＬＬ装置６から出力される交流電圧位相検出信号を用いて、交流電流検出器から出力される交流電流検出信号を有効電流成分と無効電流成分の２成分に変換する３相／２相変換器、８，９は、それぞれ、外部から入力される有効電流指令，及び無効電流指令に対する３相／２相変換器から出力される交流電流検出信号の有効電流成分，及び無効電流成分の差分を算出する減算器、１０は減算器８の出力を増幅する有効電流制御器、１１は減算器９の出力を増幅する無効電流制御器である。１２は有効電流制御器１０の出力と無効電流制御器１１の出力とを、自励式電力変換装置１が実際に発生すべき交流電圧を表す電圧指令値に変換する２相／３相変換器である。１３はＰＬＬ装置６から出力される交流電圧位相検出信号に同期した三角波キャリア信号を３相分出力するキャリア発生器、１４，１５，１６は２相／３相変換器１３から出力される電圧指令値とキャリア発生器１４〜１６から出力される三角波キャリア信号とを比較して、自励式電力変換装置１の制御整流素子を制御するためのゲートパルスを発生するＰＷＭ制御器である。ここで、交流電流検出器４、交流電圧検出器５、ＰＬＬ装置６、３相／２相変換器７、減算器８，９、有効電流制御器１０、無効電流制御器１１、２相／３相変換器１２、キャリア発生器１３、ＰＷＭ制御器１４〜１６がＰＷＭ制御装置１０１を構成する。
【０００５】
次に、以上のように構成された自励式電力変換装置及びＰＷＭ制御装置の動作を説明する。
自励式電力変換装置１は、直流電圧から図９（ｃ） に示すようなＰＷＭパルス波形の交流電圧を３相の各相について発生する。この発生した３相の交流電圧は変換装置用変圧器２を介して交流系統の交流電圧と平衡する。
【０００６】
この交流電圧によって流れる交流電流は交流電流検出器４で検出され、この検出された交流電流検出信号（３相分）は、３相／２相変換器７で、ＰＬＬ装置６から出力される交流電圧位相検出信号を用いて、該交流電圧位相検出信号と同期して回転する座標系（ｄ−ｑ座標系）に変換され、有効電流成分と無効電流成分との２成分に分解される。
【０００７】
次いで、減算器８，９で、この分解された交流電流検出信号の有効電流成分，及び無効電流成分と、上位の制御系から指令される有効電流指令値，及び無効電流指令値との差分がそれぞれ算出され、それぞれ、有効電流制御器１０，及び無効電流制御器１１で増幅される。
【０００８】
この増幅された各差分は、２相／３相変換器１２で、再びＰＬＬ装置６から出力される交流電圧位相検出値を用いて、自励式電力変換装置１が実際に出力すべき３相交流電圧を表す３相の電圧指令値に変換される。この変換された各相の電圧指令値は、ＰＷＭ制御器１４，１５，１６で、キャリア発生器１３から出力される三角波キャリア信号とそれぞれ比較され、それによりゲートパルスが発生される。そして、この発生したゲートパルスが自励式電力変換装置１の制御整流素子に入力され、それにより、直流側の直流電圧から、該入力されたゲートパルスに応じたＰＷＭパルス波形の交流電圧が発生する。このＰＷＭパルス波形生成の詳細は、図９で説明した通りである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような電圧指令値と三角波キャリア信号との比較によるＰＷＭ制御方式の場合、以下のような問題点がある。
図１０は、自励式電力変換装置の出力電圧波形の一例として、半サイクル中に３パルスを有するＰＷＭパルス波形を一般的な形で表したものである。
図１０に示すように、本来、３パルスのＰＷＭパルス波形には中央のパルスのパルス幅θ１と、両サイドのパルスのパルス幅θ２と、その位置の位相±γとの３つの自由度（パラメータ）がある。この３つのパラメータをうまく選ぶことにより、目的に応じた最適な電圧を発生できるはずである。例えば、５次、７次の高調波を完全に消去して発生しないようにし、しかも任意の基本波電圧（振幅値Ｖｏ）を発生させたければ、周波数解析の結果から下記の式が成立するような３つのパラメータとすればよい。
【００１０】
（４Ｅｄ ／ π ）｛ｓｉｎ（θ１ ／ ２） ＋２ｓｉｎ（θ２ ／ ２）ｃｏｓγ｝＝Ｖｏ （１）式
ｓｉｎ（５θ１ ／ ２）＋２ｓｉｎ（５θ２ ／ ２）ｃｏｓ ５γ＝０ （２）式
ｓｉｎ（７θ１ ／ ２）＋２ｓｉｎ（７θ２ ／ ２）ｃｏｓ ７γ＝０ （３）式
これらの式からもわかるように、基本波振幅Ｖｏからパルスの位相や幅が決定されるわけである。
【００１１】
このような関係を持ったパルスを三角波キャリア信号比較によるＰＷＭ制御方式で作り出すことは不可能である。三角波キャリア信号比較によるＰＷＭ制御方式では、ＰＷＭパルス波形は三角波キャリア信号の波形によって制約されるため、θ１、θ２、γの３つのパラメータは独立のパラメータではなく、従って、基本波振幅Ｖｏに関連してパルスを作り出すことはできないからである。
【００１２】
このように、目的に応じて、パルス波形が本来持つ自由度をうまく使って最適な電圧を発生させようとしても、従来の三角波キャリア信号を利用したＰＷＭ制御方式では不可能である。一方、ＰＷＭパルス波形の電圧をうまく発生させることにより、高調波低減、変換器損失低減、電圧利用率向上による自励式電力変換装置のコンパクト化、電圧時間積低減による変換装置用変圧器のコンパクト化など、多くの実用的なメリットが生まれる。
【００１３】
このように従来の三角波キャリア信号比較によるＰＷＭ制御方式では、ＰＷＭパルス波形の電圧パルスが本来持っている自由度を生かし切れないので、高調波特性改善、電圧利用率向上、電圧時間積低減、自励式電力変換装置の損失低減、制御性能向上などといった目的に応じた最適なＰＷＭパルス波形の電圧を出力することができないという問題があった。
【００１４】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、目的に応じた最適なＰＷＭパルス波形の電圧を出力することができる自励式電力変換装置用ＰＷＭ制御装置を提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明（請求項１）に係る自励式電力変換装置用ＰＷＭ制御装置は、制御信号に応じてＯＮ／ＯＦＦして、直流電圧からパルス波形の交流電圧を発生する自励式電力変換装置に用いられ、上記発生する交流電圧の位相と該交流電圧に基づいて流れる交流電流の値とを検出し、該検出した交流電圧の位相及び交流電流の値から該交流電圧の位相と同期した２軸の回転座標系での交流電流の有効分及び無効分を算出し、該算出した交流電流の有効分及び無効分と外部から入力される上記交流電流の有効分及び無効分に対する指令値とに基づいて上記制御信号を出力することにより、上記自励式電力変換装置にＰＷＭパルス波形の交流電圧を発生させて、上記交流電流の有効分及び無効分を制御するＰＷＭ制御装置において、上記算出した交流電流の有効分及び無効分と上記外部から入力される交流電流の有効分及び無効分に対する指令値とに基づいて、上記発生させるＰＷＭパルス波形の交流電圧の変調信号たる電圧指令信号の有効分と無効分とを算出し、該算出した電圧指令信号の有効分と無効分とから、該電圧指令信号の振幅値と位相とを算出し、該算出した振幅値に基づいて所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相を求め、該求めた所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相と上記算出した電圧指令信号の位相とに基づいて、上記制御信号を出力するようにしたものである。
【００１６】
本発明（請求項２）に係る自励式電力変換装置用ＰＷＭ制御装置は、上記自励式電力変換装置用ＰＷＭ制御装置（請求項１）が、上記算出した振幅値から所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相を演算するパルス発生／終了位相演算器と、該求めた所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相と上記算出した電圧指令信号の位相とに基づいて、上記制御信号を出力するＰＷＭ制御器とを有するものとしたものである。
【００１７】
本発明（請求項３）に係る自励式電力変換装置用ＰＷＭ制御装置は、上記自励式電力変換装置用ＰＷＭ制御装置（請求項１）において、上記電圧指令信号の振幅値に対する所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相を表すテーブルを予め記憶し、上記算出した電圧指令信号の振幅値を該記憶しているテーブルと対比して所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相を求め、該求めた所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相と上記算出した電圧指令信号の位相とに基づいて、上記制御信号を出力するようにしたものである。
【００１８】
本発明（請求項４）に係る自励式電力変換装置用ＰＷＭ制御装置は、上記自励式電力変換装置用ＰＷＭ制御装置（請求項１）において、上記自励式電力変換装置は３相の制御信号に応じて３相交流電圧を発生するものであり、上記算出した電圧指令信号の有効分及び無効分を、検出した３相交流電圧の位相を用いて３相交流の電圧指令信号の有効分及び無効分に変換し、該変換した３相交流の電圧指令信号の有効分及び無効分から各相ごとの振幅値と位相とを算出し、該算出した各相ごとの振幅値に基づいて、各相ごとに所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相を求め、該求めた所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相と上記算出した電圧指令信号の各相ごとの位相とに基づいて、上記３相の制御信号を出力するようにしたものである。
【００１９】
本発明（請求項５）に係る自励式電力変換装置用ＰＷＭ制御装置は、上記自励式電力変換装置用ＰＷＭ制御装置（請求項１）において、上記自励式電力変換装置を２以上多重化して有し、上記算出された電圧指令信号の位相を上記自励式電力変換装置の多重化の段数に応じて各段ごとに補正し、上記求めた所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相と該各段ごとに補正された電圧指令信号の位相とに基づいて、各段の自励式電力変換装置に上記制御信号を出力するようにしたものである。
【００２０】
本発明（請求項６）に係る自励式電力変換装置用ＰＷＭ制御装置は、上記自励式電力変換装置用ＰＷＭ制御装置（請求項５）において、上記算出した振幅値から所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相を演算により求め、該求めた所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相と上記各段ごとに補正された電圧指令信号の位相とに基づいて、各段の自励式電力変換装置に上記制御信号を出力するようにしたものである。
【００２１】
本発明（請求項７）に係る自励式電力変換装置用ＰＷＭ制御装置は、上記自励式電力変換装置用ＰＷＭ制御装置（請求項５）において、上記電圧指令信号の振幅値に対する所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相を表すテーブルを予め記憶し、上記算出した電圧指令信号の振幅値を該記憶しているテーブルと対比して所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相を求め、該求めた所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相と上記各段ごとに補正された電圧指令信号の位相とに基づいて、各段の自励式電力変換装置に上記制御信号を出力するようにしたものである。
【００２２】
本発明（請求項８）に係る自励式電力変換装置用ＰＷＭ制御装置は、上記自励式電力変換装置用ＰＷＭ制御装置（請求項５）において、上記多重化された自励式電力変換装置は３相の制御信号に応じて３相交流電圧を発生するものであり、上記算出した電圧指令信号の有効分及び無効分を、検出した３相交流電圧の位相を用いて３相交流の電圧指令信号の有効分及び無効分に変換し、該変換した３相交流の電圧指令信号の有効分及び無効分から各相ごとの振幅値と位相とを算出するとともに、該算出された電圧指令信号の位相を上記自励式電力変換装置の多重化の段数に応じて各段ごとに補正し、上記算出した各相ごとの振幅値に基づいて、各相ごとに所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相を求め、該求めた所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相と上記各段ごとに補正された電圧指令信号の各相ごとの位相とに基づいて、各段の自励式電力変換装置に上記３相の制御信号を出力するようにしたものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１によるＰＭＷ制御装置を用いた自励式電力変換装置の構成を示すブロック図である。
図において、１は自励式電力変換装置であり、自己消弧形の制御整流素子を用いた３相ブリッジ等で構成され、該制御整流素子にゲートパルスが入力されると該入力されるゲートパルスに応じて、直流電圧から矩形のパルス列からなる交流電圧を発生する。２は自励式電力変換装置１の交流側と３相交流系統との間に配設された変換装置用変圧器、３は自励式電力変換装置１の直流側の電圧を安定化するための直流コンデンサである。４は変換装置用変圧器２の交流系統側の３相の交流電流を検出してこれを交流電流検出信号として出力する交流電流検出器、５は変換装置用変圧器２の交流系統側の３相の交流電圧を検出してこれを交流電圧検出信号として出力する交流電圧検出器である。６は交流電圧検出器５から出力される３相の交流電圧検出信号のうちのいずれか１相の交流電圧検出信号の位相を同期検出してこれを交流電圧位相検出信号として出力するＰＬＬ装置、７はＰＬＬ装置６から出力される交流電圧位相検出信号を用いて、交流電流検出器４から出力される交流電流検出信号を有効電流成分（有効分）と無効電流成分（無効分）との２成分に変換する３相／２相変換器、８，９は、それぞれ、外部から入力される有効電流指令，及び無効電流指令に対する３相／２相変換器７から出力される交流電流検出信号の有効電流成分，及び無効電流成分の差分を算出する減算器、１０は減算器８の出力を増幅する有効電流制御器、１１は減算器９の出力を増幅する無効電流制御器である。１７は有効電流制御器１０の出力と無効電流制御器１１の出力とから、自励式電力変換装置１が実際に発生すべき交流電圧を表す電圧指令値（電圧指令信号）の振幅を算出する電圧指令値振幅演算器、１８は有効電流制御器１０の出力と、無効電流制御器１１の出力と、ＰＬＬ装置６の出力とから交流電圧検出信号に対する交流電流検出信号の位相差（以下、交流電圧位相との位相ずれという）を算出する電圧指令値位相ずれ演算器である。１９は電圧指令値位相ずれ演算器１８で算出された位相ずれをＰＬＬ装置６から出力される交流電圧位相検出信号に加算して電圧指令値の絶対位相を算出する加算器、２０は加算器１９から出力される電圧指令値の絶対位相から３相の各相の電圧指令値の位相を算出して出力する位相３相配分器、２１は電圧指令値振幅演算器１７から出力される電圧指令値の振幅から従来の技術で述べた３つのパラメータ、すなわち、中央のパルスのパルス幅θ１、両サイドのパルスのパルス幅θ２、及びその位置の位相±γを算出し、これをパルスの発生（始端）／終了（終端）位相で表すようにして出力するパルス発生／終了位相演算器である。２２，２３，２４は、パルス発生／終了位相演算器２１から出力されるパルス発生／終了位相と位相３相配分器２０から出力される各相の電圧指令値の位相とに基づいてゲートパルスを生成し、これを自励式電力変換器１の各相の制御整流素子のゲートに出力するＰＷＭ制御器である。ここで、交流電流検出器４、交流電圧検出器５、ＰＬＬ装置６、３相／２相変換器７、減算器８，９、有効電流制御器１０、無効電流制御器１１、電圧指令値振幅演算器１７、電圧指令値位相ずれ演算器１８、加算器１９、位相３相配分器、パルス発生／終了位相演算器２１、ＰＷＭ制御器２２〜２４がＰＷＭ制御装置１０１を構成する。
【００２４】
次に、以上のように構成された自励式電力変換装置１及びＰＷＭ制御装置１０１の動作を図１，図２を用いて説明する。
図２はＰＷＭパルス波形を示す図であって、図２（ａ） は従来例によるＰＷＭパルス波形を示す図、図２（ｂ） は本実施の形態１によるＰＷＭパルス波形を示す図である。
【００２５】
図１において、自励式電力変換装置１は、直流系統の直流電圧からＰＷＭパルス波形の交流電圧を３相の各相について発生する。この発生した３相の交流電圧は変換装置用変圧器２を介して交流系統の交流電圧と平衡する。
【００２６】
この３相の交流電圧を交流電圧検出器５が検出して、これを３相の交流電圧検出信号として出力する一方、該交流電圧によって流れる交流電流を交流電流検出器４が検出して、これを３相の交流電流検出信号として出力する。
【００２７】
上記出力される３相の交流電圧検出信号を受け、ＰＬＬ装置６が３相の交流電圧検出信号のうちのいずれか１相についての交流電圧位相検出信号を出力する。
【００２８】
この出力された交流電圧検出信号と上記出力された交流電流検出信号とを受け、３相／２相変換器７が、交流電流検出信号（３相分）を、交流電圧位相検出信号を用いて該交流電圧位相検出信号と同期して回転するｄ−ｑ座標系に変換し、有効電流成分と無効電流成分との２成分に分解して、これらを出力する。
【００２９】
これらの出力を受け、減算器８，９が、交流電流検出信号の有効電流成分，及び無効電流成分と、上位の制御系から指令される有効電流指令値，及び無効電流指令値との差分をそれぞれ算出し、これら算出された各差分を、それぞれ、有効電流制御器１０，及び無効電流制御器１１が増幅して出力する。
【００３０】
これらの出力を受け、電圧指令値振幅演算器１７が次の演算を行う。すなわち、有効電流制御器１０の出力をＶｄ、無効電流制御器１１の出力をＶｑとした場合において、√（Ｖｄ２ ＋Ｖｑ２ ）＝Ｖｏを演算する。そして、この演算結果Ｖｏを電圧指令値の振幅として出力する。
一方、上記出力を受け、電圧指令値位相ずれ演算器１８が、ｔａｎ−１（Ｖｑ／Ｖｄ）＝△αを演算し、この演算結果△αを交流電圧の位相との位相ずれとして出力する。ここで、位相ずれ△αはＰＬＬ装置６から出力されている交流電圧位相検出信号の位相θとの位相ずれを表す。
上記出力と上記ＰＬＬ装置６の出力とを受け、加算器１９が、交流電圧の位相θと△αとを加算し、これを電圧指令値の絶対位相として出力する。
【００３１】
この出力を受け、位相３相配分器２０が以下の演算を行う。すなわち、加算器１９の出力である電圧指令値の絶対位相は３相のうちのいずれか１相のものであるので、該電圧指令値の絶対位相と同じ位相のものと、これを１２０度進めた位相のものと、これを１２０度遅らせた位相のものとを生成し、該生成したものを３相の各相の電圧指令値の位相として出力する。
【００３２】
一方、上記電圧指令値振幅演算器１７の出力を受け、パルス発生／終了位相演算器２１は、電圧指令値の振幅Ｖｏを用いて、例えば、従来の技術で述べた（１），（２），（３）式を演算し、図２（ｂ） に示すように、中央のパルスのパルス幅θ１、両サイドのパルスのパルス幅θ２、及びその位置の位相±γを算出し、パルス発生位相として、−γ−（θ２ ／ ２）、−θ１ ／ ２、γ−（θ２ ／ ２）を出力し、また、パルス終了位相として、−γ＋（θ２ ／ ２）、θ１ ／ ２、γ＋（θ２ ／ ２）を出力する。
【００３３】
この出力と、上記位相３相配分器２０の出力とを受け、ＰＷＭ制御器２２，２３，２４は、それぞれ、パルス発生／終了位相と、電圧指令値の位相とを比較し、それぞれの電圧指令値の位相においてパルスを発生／終了すべき位相に至るとゲートパルスを出力する。
この出力されたゲートパルスを受け、自励式電力変換装置１の各相の制御整流素子がＯＮ／ＯＦＦし、それにより、直流側の直流電圧から、図２（ｂ） に示すようなＰＷＭパルス波形の交流電圧が各相ごとに生成され、交流側に３相のＰＷＭパルス波形からなる交流電圧が発生する。また、ゲートパルスの出力タイミングは、交流電流の有効分及び無効分について、外部から入力される指令値に対する出力値の偏差に基づいて決定されるので、交流電流の有効分及び無効分は、指令値に応じてフィードバック制御される。
【００３４】
次に、本実施の形態１による効果を図２を用いて説明する。図２において、従来の三角波キャリア信号比較ＰＷＭ制御方式による３パルス電圧波形では、各パルスのパルス幅，及び位置の位相は、図２（ａ） に示すようなものとなり、５次、及び７次の高調波を含んだものとなっている。一方、本実施の形態１による３パルス電圧波形では、各パルスのパルス幅，及び位置の位相は、図２（ｂ） に示すようなものとなり、５次、及び７次の高調波を含まないものとなっている。また、従来の三角波キャリア信号比較ＰＷＭ制御方式による３パルス電圧波形では電圧時間積が１．０ｐｕであるのに対し、本実施の形態１による３パルス電圧波形では、電圧時間積が０．９３ｐｕとなっている。従って、従来の三角波キャリア信号比較ＰＷＭ制御方式よりも、本実施の形態１によるＰＷＭ制御方式の方が、高調波特性、電圧時間積特性ともに優れていることが分かる。
【００３５】
なお、上記の説明では、５次、及び７次の高調波を含まないようなＰＷＭパルス波形を発生させるようにしたが、目的に応じて他のＰＷＭパルス波形を発生させるようにしても構わない。
【００３６】
以上のように、本実施の形態１においては、電圧指令値の有効分と無効分とから電圧指令値の振幅値と位相とを算出し、その算出した振幅値と位相とに基づいて交流電圧のＰＷＭパルス波形の各パルスの発生／終了位相を制御するようにしたので、パルス波形が本来持つ自由度を生かして目的に応じた最適なＰＷＭパルス波形を発生させることができるため、高調波特性改善、電圧利用率向上、電圧時間積低減、変換器損失低減、制御性能向上などを図ることができ、その結果、自励式電力変換装置のコンパクト化、電圧時間積低減による変換装置用変圧器のコンパクト化等を実現することができる。
【００３７】
実施の形態２．
図３は本発明の実施の形態２によるＰＷＭ制御装置を用いた自励式電力変換装置の構成を示すブロック図である。
図において、図１と同一符号は同一又は相当する部分を示し、本実施の形態２は、図１のパルス発生／終了位相演算器２１を省略し、図１のゲートパルスを生成するだけのＰＷＭ制御器２２〜２４に代えて、図１のパルス発生／終了位相演算器２１の演算内容を予め計算したテーブルを記憶する記憶手段（図示せず）を備えたＰＷＭ制御器２５〜２７を有する点が実施の形態１と異なるものである。
【００３８】
すなわち、ＰＷＭ制御器２５〜２７は、それぞれ、記憶手段を備え、該記憶手段に、電圧指令値の振幅値Ｖｏに対する３パルス電圧波形の各パルスの発生位相及び終了位相を表すテーブルを予め記憶しており、電圧指令値振幅演算器１７から電圧指令値の振幅値が入力され、位相３相配分器２０から電圧指令値の位相が入力されると、該入力された電圧指令値の振幅値Ｖｏを、該記憶しているテーブルと対比して、該算出した電圧指令値の振幅値Ｖｏに対応する３パルス電圧波形の各パルスの発生位相及び終了位相を求め、その求めた各パルスの発生位相及び終了位相と、上記入力された電圧指令値の位相とを比較し、それぞれの電圧指令値の位相においてパルスを発生／終了すべき位相に至るとゲートパルスを出力するように構成されている。
【００３９】
このように、本実施の形態２においては、電圧指令値の振幅値Ｖｏに対する３パルス電圧波形の各パルスの発生位相及び終了位相を表すテーブルを予め記憶するようにしたので、ＰＷＭパルス波形の制御信号の生成処理の高速化を図ることができる。
【００４０】
実施の形態３．
図４は本発明の実施の形態３によるＰＷＭ制御装置を用いた自励式電力変換装置の構成を示すブロック図である。
図において、図１と同一符号は同一又は相当する部分を示し、本実施の形態３は、図１の電圧指令値振幅演算器１７、電圧指令値位相ずれ演算器１８、加算器１９、位相３相配分器２０、パルス発生／終了位相演算器２１、及びＰＷＭ制御器２２〜２４に代えて、２相／３相変換器１２、各相電圧指令値振幅演算器２８〜３０、各相パルス発生／終了位相演算器３１〜３３、及びＰＷＭ制御器３４〜３６を有する点が実施の形態１と異なるものである。
【００４１】
２相／３相変換器１２は、有効電流制御器１０の出力と無効電流制御器１１の出力とを、自励式電力変換装置１が実際に発生すべき交流電圧を表す電圧指令値に変換する。
【００４２】
各相電圧指令値振幅位相演算器２８〜３０は、２相／３相変換器１２によって変換された各相ごとの電圧指令値から、各相ごとの振幅値と位相とを算出する。
【００４３】
例えば、電圧指令値を正弦波と仮定すれば、２点のサンプリングデータから振幅値や位相を計算できる。
【００４４】
各相パルス発生／終了位相演算器３１〜３３は、各相電圧指令値振幅位相演算器２８〜３０で各相ごとに計算された振幅値から、例えば、従来の技術で述べた（１），（２），（３）式のような計算をして、パルスの発生／終了位相を算出する。
【００４５】
ＰＷＭ制御器３４〜３６は、各相電圧指令値振幅位相演算器２８〜３０で算出された各相ごとの電圧指令位相値と、各相パルス発生／終了位相演算器３１〜３３で算出された各相ごとのパルス発生／終了位相との比較により、各相ごとにゲートパルスを生成して、これを自励式電力変換装置１の制御整流素子に出力する。
【００４６】
以上のように、本実施の形態３においては、各相ごとに独立にＰＷＭパルス波形を計算／制御するので、各相ごとに独立にＰＷＭパルス波形を制御することができるため、例えば、交流系統の事故で３相不平衡状態になっても、最適に対応することができる。
【００４７】
実施の形態４．
図５は本発明の実施の形態４によるＰＷＭ制御装置を用いた自励式電力変換装置の構成を示すブロック図である。
図において、図１と同一符号は同一又は相当する部分を示し、本実施の形態４は、図１の単独の自励式電力変換装置１に代えて、多重化された自励式電力変換装置３７，３８を備えるようにした点が実施の形態１と異なるものである。
【００４８】
すなわち、第１段の自励式電力変換装置３７と、第２段の自励式電力変換装置３８とが、その交流側を変換装置用多重変圧器３９を介して並列に交流系統に接続されるとともに、その直流側を直接直流系統に接続され、それにより、多重化されている。
【００４９】
４０，４１，４２は、位相３相配分器２０から出力される各相の電圧指令値の位相を、多重化の段数（本実施の形態４では２段）に応じて、段ごとに電圧指令値の位相をシフトさせる多重化用段間位相シフト器である。
【００５０】
４３，４４，４５，４６，４７，４８は、パルス発生／終了位相演算器２１から出力されるパルス発生／終了位相と多重化用段間位相シフト器４０〜４２から出力される段ごとの電圧指令値の位相とを比較して、段ごとに各相のゲートパルスを生成して出力するＰＷＭ制御器である。
【００５１】
自励式電力変換装置を多重化して、高調波低減などを図るために、段間の位相をずらすことは従来のＰＷＭ制御方式でもキャリア信号の位相をシフトさせるなどして行われているが、本実施の形態４においても、上記多重化用段間位相シフト器４０〜４２により、各段への電圧指令値の位相をずらすことにより、高調波低減や制御応答の高速化等の多重化メリットを出そうとするものである。
【００５２】
なお、上記の説明では、多重化の段数を２段として説明したが、３段、４段と段数が増えればそれに応じて、各段に多重化用段間位相シフト器を設け、段ごとにＰＷＭ制御器を追加していけばよく、それにより、上記した２段の場合と同じ効果が得られることは明らかである。
【００５３】
以上のように、本実施の形態４においては、自励式電力変換装置を多重化したので、高調波低減や制御応答の高速化などの多重化によるメリット得ることができる。
【００５４】
実施の形態５．
図６は本発明の実施の形態５によるＰＷＭ制御装置を用いた自励式電力変換装置の構成を示すブロック図である。
図において、図５と同一符号は同一又は相当する部分を示し、本実施の形態５は、図５のパルス発生／終了位相演算器２１を省略し、図５のゲートパルスを生成するだけのＰＷＭ制御器４３〜４８に代えて、図５のパルス発生／終了位相演算器２１の演算内容を予め計算したテーブルを記憶する記憶手段（図示せず）を備えたＰＷＭ制御器４９〜５４を有する点が実施の形態４と異なるものである。また、ＰＷＭ制御器４９〜５４の動作は、テーブルの利用に関しては実施の形態２のＰＷＭ制御器２５〜２７と同様であり、ゲートパルスの生成に関しては実施の形態４のＰＷＭ制御器４３〜４８と同様であるので、その説明を省略する。
【００５５】
以上のように、本実施の形態５においては、多重化された自励式電力変換装置において、電圧指令値の振幅値Ｖｏに対する３パルス電圧波形の各パルスの発生位相及び終了位相を表すテーブルを予め記憶するようにしたので、多重化によるメリットを得ると同時に、ＰＷＭパルス波形の制御信号の生成処理の高速化を図ることができる。
【００５６】
実施の形態６．
図７は本発明の実施の形態６によるＰＷＭ制御装置を用いた自励式電力変換装置の構成を示すブロック図である。
図において、図４と同一符号は同一又は相当する部分を示し、本実施の形態６は、図４の単独の自励式電力変換装置１に代えて、多重化された自励式電力変換装置３７，３８を備えるようにした点が実施の形態３と異なるものである。
【００５７】
すなわち、第１段の自励式電力変換装置３７と、第２段の自励式電力変換装置３８とが、その交流側を変換装置用多重変圧器３９を介して並列に交流系統に接続されるとともに、その直流側を直接直流系統に接続され、それにより、多重化されている。
【００５８】
５５，５６，５７は、各相電圧指令値振幅位相演算器２８〜３０から出力される各相の電圧指令値の位相を、多重化の段数（本実施の形態６では２段）に応じて、段ごとに電圧指令値の位相をシフトさせる多重化用段間位相シフト器である。
【００５９】
５８、５９は、Ｕ相用の各相パルス発生／終了位相演算器３１から出力されるＵ相用のパルス発生／終了位相と、Ｕ相用の多重化用段間位相シフト器５５から出力される段ごとの電圧指令値の位相との比較によって、段ごとのゲートパルスを生成するＰＷＭ制御器である。
【００６０】
６０、６１は、Ｖ相用の各相パルス発生／終了位相演算器３２から出力されるＶ相用のパルス発生／終了位相と、Ｖ相用の多重化用段間位相シフト器５６から出力される段ごとの電圧指令値の位相との比較によって、段ごとのゲートパルスを生成するＰＷＭ制御器である。
【００６１】
６２、６３は、Ｗ相用の各相パルス発生／終了位相演算器３３から出力されるＷ相用のパルス発生／終了位相と、Ｗ相用の多重化用段間位相シフト器５７から出力される段ごとの電圧指令値の位相との比較によって、段ごとのゲートパルスを生成するＰＷＭ制御器である。
【００６２】
以上のように、本発明の実施の形態６においては、多重化された自励式電力変換装置において、各相ごとに独立にＰＷＭパルス波形を計算／制御するようにしたので、多重化によるメリットを得ると同時に、交流系統の事故で３相不平衡状態になっても、最適に対応することができる。
【００６３】
なお、上記実施の形態５〜７では、多重化の段数を２段として説明したが、３段、４段と段数が増えればそれに応じて、各段に多重化用段間位相シフト器を設け、段ごとにＰＷＭ制御器を追加していけばよく、それにより、上記実施の形態５〜７で２段にした場合と同じ効果が得られることは明らかである。
【００６４】
また、上記実施の形態１〜７では、自励式電力変換装置の交流側が３相である場合を説明したが、３相以外であってもよく、例えば、単相の場合には３相の場合と同様にして本発明を適用することができる。
【００６５】
【発明の効果】
以上のように、請求項１に係る発明によれば、ＰＷＭパルス波形の変調信号たる電圧指令信号の有効分と無効分とから、電圧指令信号の振幅値と位相とを算出し、その算出した振幅値に基づいて所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相を求め、その求めた所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相と上記算出した電圧指令信号の位相とに基づいて、自励式電力変換装置におけるＰＷＭパルス波形の交流電圧を発生させるようにしたので、パルス波形が本来持つ自由度を生かして目的に応じた最適なＰＷＭパルス波形を発生させることができるため、高調波特性改善、電圧利用率向上、電圧時間積低減、変換器損失低減、制御性能向上などを図ることができる。
【００６６】
また、請求項２に係る発明によれば、請求項１の自励式電力変換装置用ＰＷＭ制御装置が、算出した振幅値から所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相を演算するパルス発生／終了位相演算器と、該求めた所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相と上記算出した電圧指令信号の位相とに基づいて、制御信号を出力するＰＷＭ制御器とを有するものとしたので、構成を簡素化することができる。
【００６７】
また、請求項３に係る発明によれば、請求項１の発明において、電圧指令信号の振幅値に対する所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相を表すテーブルを予め記憶し、算出した電圧指令信号の振幅値をその記憶しているテーブルと対比して所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相を求め、その求めた所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相と算出した電圧指令信号の位相とに基づいて、自励式電力変換装置におけるＰＷＭパルス波形の交流電圧を発生させるようにしたので、ＰＷＭパルス波形の制御信号の生成処理の高速化を図ることができる。
【００６８】
また、請求項４に係る発明によれば、請求項１の発明において、交流電力が３相交流電力であり、算出した電圧指令信号の有効分及び無効分を、検出した３相交流電圧の位相を用いて３相交流の電圧指令信号の有効分及び無効分に変換し、その変換した３相交流の電圧指令信号の有効分及び無効分から各相ごとの振幅値と位相とを算出し、その算出した各相ごとの振幅値に基づいて、各相ごとに所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相を求め、その求めた所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相と算出した電圧指令信号の各相ごとの位相とに基づいて、自励式電力変換装置におけるＰＷＭパルス波形の３相の交流電圧を発生させるようにしたので、各相ごとに独立にＰＷＭパルス波形を制御することができるため、例えば交流系統の事故で３相不平衡状態になっても、最適に対応することができる。
【００６９】
また、請求項５に係る発明によれば、請求項１の発明において、多重化された自励式電力変換装置を有し、算出された電圧指令信号の位相を自励式電力変換装置の多重化の段数に応じて各段ごとに補正し、求めた所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相と該各段ごとに補正された電圧指令信号の位相とに基づいて、各段の自励式電力変換装置におけるＰＷＭパルス波形の交流電圧を発生させるようにしたので、高調波の低減や制御応答の高速化等を図ることができる。
【００７０】
また、請求項６に係る発明によれば、請求項５の発明において、電圧指令信号の振幅値から所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相を演算により求め、その求めた所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相と上記各段ごとに補正された電圧指令信号の位相とに基づいて、各段の自励式電力変換装置におけるＰＷＭパルス波形の交流電圧を発生させるようにしたので、高調波の低減や制御応答の高速化等を図ることができるとともに、構成を簡素化することができる。
【００７１】
また、請求項７に係る発明によれば、請求項５の発明において、電圧指令信号の振幅値に対する所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相を表すテーブルを予め記憶し、算出した電圧指令信号の振幅値をその記憶しているテーブルと対比して所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相を求め、その求めた所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相と各段ごとに補正された電圧指令信号の位相とに基づいて、各段の自励式電力変換装置におけるＰＷＭパルス波形の交流電圧を発生させるようにしたので、高調波の低減や制御応答の高速化等を図ることができるとともに、ＰＷＭパルス波形の制御信号の生成処理の高速化を図ることができる。
【００７２】
また、請求項８に係る発明によれば、請求項５の発明において、多重化された自励式電力変換装置の交流電力が３相交流電力であり、算出した電圧指令信号の有効分及び無効分を、検出した３相交流電圧の位相を用いて３相交流の電圧指令信号の有効分及び無効分に変換し、その変換した３相交流の電圧指令信号の有効分及び無効分から各相ごとの振幅値と位相とを算出するとともに、その算出された電圧指令信号の位相を自励式電力変換装置の多重化の段数に応じて各段ごとに補正し、算出した各相ごとの振幅値に基づいて、各相ごとに所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相を求め、その求めた所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相と上記各段ごとに補正された電圧指令信号の各相ごとの位相とに基づいて、各段の自励式電力変換装置におけるＰＷＭパルス波形の３相の交流電圧を発生させるようにしたので、高調波の低減や制御応答の高速化等を図ることができるとともに、交流系統の事故で３相不平衡状態になっても、最適に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１によるＰＷＭ制御装置を用いた自励式電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【図２】ＰＷＭパルス波形を示す図であって、従来例によるＰＷＭパルス波形を示す図（ａ） 、及び本実施の形態１によるＰＷＭパルス波形を示す図（ｂ） である。
【図３】本発明の実施の形態２によるＰＷＭ制御装置を用いた自励式電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態３によるＰＷＭ制御装置を用いた自励式電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態４によるＰＷＭ制御装置を用いた自励式電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態５によるＰＷＭ制御装置を用いた自励式電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態６によるＰＷＭ制御装置を用いた自励式電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【図８】従来の自励式電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【図９】従来の三角波キャリア信号比較ＰＷＭ制御方式を示す図であって、制御整流素子からなる単相ブリッジを示す回路図（ａ）、三角波キャリア信号及び電圧指令値を示すグラフ図（ｂ） 、及びＰＷＭパルス波形を示すグラフ図（ｃ）である。
【図１０】半サイクル中に３パルスを有するＰＷＭパルス波形を一般的な形で表したグラフ図である。
【符号の説明】
１ 自励式電力変換装置、２ 変換装置用変圧器、３ 直流コンデンサ、
４ 交流電流検出器、５ 交流電圧検出器、６ ＰＬＬ装置、７ ３相／２相変換器、８，９ 減算器、１０ 有効電流制御器、１１ 無効電流制御器、
１２ ２相／３相変換器、１３ キャリア発生器、１４〜１６ ＰＷＭ制御器、
１７ 電圧指令値振幅演算器、１８ 電圧指令値位相ずれ演算器、１９ 加算器、２０ 位相３相配分器、２１ パルス発生／終了位相演算器、２２〜２７ ＰＷＭ制御器、２８〜３０ 各相電圧指令値振幅位相演算器、３１〜３３ 各相パルス発生／終了位相演算器、３４〜３６ ＰＷＭ制御器、３７ 第１段の自励式電力変換装置、３８ 第２段の自励式電力変換装置、３９ 変換装置用多重変圧器、４０〜４２ 多重化用段間位相シフト器、４３〜５４ ＰＷＭ制御器、
５５〜５７ 多重化用段間位相シフト器、５８〜６３ ＰＷＭ制御器、
１０１ ＰＷＭ制御装置、１０２ 制御整流素子、１０３ 電圧指令値、
１０４ 上段用３パルスキャリア信号、１０５ 下段用３パルスキャリア信号、
１０６ ＰＷＭパルス波形の交流電圧、Ｔ１，Ｔ２ 出力端子。
Claims (8)
- 制御信号に応じてＯＮ／ＯＦＦして、直流電圧からパルス波形の交流電圧を発生する自励式電力変換装置に用いられ、
上記発生する交流電圧の位相と該交流電圧に基づいて流れる交流電流の値とを検出し、該検出した交流電圧の位相及び交流電流の値から該交流電圧の位相と同期した２軸の回転座標系での交流電流の有効分及び無効分を算出し、該算出した交流電流の有効分及び無効分と外部から入力される上記交流電流の有効分及び無効分に対する指令値とに基づいて上記制御信号を出力することにより、上記自励式電力変換装置にＰＷＭパルス波形の交流電圧を発生させて、上記交流電流の有効分及び無効分を制御するＰＷＭ制御装置において、
上記算出した交流電流の有効分及び無効分と上記外部から入力される交流電流の有効分及び無効分に対する指令値とに基づいて、上記発生させるＰＷＭパルス波形の交流電圧の変調信号たる電圧指令信号の有効分と無効分とを算出し、該算出した電圧指令信号の有効分と無効分とから、該電圧指令信号の振幅値と位相とを算出し、該算出した振幅値に基づいて所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相を求め、該求めた所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相と上記算出した電圧指令信号の位相とに基づいて、上記制御信号を出力するようにしたことを特徴とする自励式電力変換装置用ＰＷＭ制御装置。 - 請求項１に記載の自励式電力変換装置用ＰＷＭ制御装置は、
上記算出した振幅値から所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相を演算するパルス発生／終了位相演算器と、該求めた所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相と上記算出した電圧指令信号の位相とに基づいて、上記制御信号を出力するＰＷＭ制御器とを有するものであることを特徴とする自励式電力変換装置用ＰＷＭ制御装置。 - 請求項１に記載の自励式電力変換装置用ＰＷＭ制御装置において、
上記電圧指令信号の振幅値に対する所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相を表すテーブルを予め記憶し、上記算出した電圧指令信号の振幅値を該記憶したテーブルと対比して所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相を求め、該求めた所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相と上記算出した電圧指令信号の位相とに基づいて、上記制御信号を出力するようにしたことを特徴とする自励式電力変換装置用ＰＷＭ制御装置。 - 請求項１に記載の自励式電力変換装置用ＰＷＭ制御装置において、
上記自励式電力変換装置は３相の制御信号に応じて３相交流電圧を発生するものであり、
上記算出した電圧指令信号の有効分及び無効分を、検出した３相交流電圧の位相を用いて３相交流の電圧指令信号の有効分及び無効分に変換し、
該変換した３相交流の電圧指令信号の有効分及び無効分から各相ごとの振幅値と位相とを算出し、該算出した各相ごとの振幅値に基づいて、各相ごとに所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相を求め、該求めた所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相と上記算出した電圧指令信号の各相ごとの位相とに基づいて、上記３相の制御信号を出力するようにしたことを特徴とする自励式電力変換装置用ＰＷＭ制御装置。 - 請求項１に記載の自励式電力変換装置用ＰＷＭ制御装置において、
上記自励式電力変換装置を２以上多重化して有し、
上記算出された電圧指令信号の位相を上記自励式電力変換装置の多重化の段数に応じて各段ごとに補正し、上記求めた所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相と該各段ごとに補正された電圧指令信号の位相とに基づいて、各段の自励式電力変換装置に上記制御信号を出力するようにしたことを特徴とする自励式電力変換装置用ＰＷＭ制御装置。 - 請求項５に記載の自励式電力変換装置用ＰＷＭ制御装置において、
上記算出した振幅値から所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相を演算により求め、該求めた所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相と上記各段ごとに補正された電圧指令信号の位相とに基づいて、各段の自励式電力変換装置に上記制御信号を出力するようにしたことを特徴とする自励式電力変換装置用ＰＷＭ制御装置。 - 請求項５に記載の自励式電力変換装置用ＰＷＭ制御装置において、
上記電圧指令信号の振幅値に対する所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相を表すテーブルを予め記憶し、上記算出した電圧指令信号の振幅値を該記憶しているテーブルと対比して所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相を求め、該求めた所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相と上記各段ごとに補正された電圧指令信号の位相とに基づいて、各段の自励式電力変換装置に上記制御信号を出力するようにしたことを特徴とする自励式電力変換装置用ＰＷＭ制御装置。 - 請求項５に記載の自励式電力変換装置用ＰＷＭ制御装置において、
上記多重化された自励式電力変換装置は３相の制御信号に応じて３相交流電圧を発生するものであり、
上記算出した電圧指令信号の有効分及び無効分を、検出した３相交流電圧の位相を用いて３相交流の電圧指令信号の有効分及び無効分に変換し、
該変換した３相交流の電圧指令信号の有効分及び無効分から各相ごとの振幅値と位相とを算出するとともに、該算出された電圧指令信号の位相を上記自励式電力変換装置の多重化の段数に応じて各段ごとに補正し、上記算出した各相ごとの振幅値に基づいて、各相ごとに所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相を求め、該求めた所定のＰＷＭパルス波形の各パルスの始端及び終端の位相と上記各段ごとに補正された電圧指令信号の各相ごとの位相とに基づいて、各段の自励式電力変換装置に上記３相の制御信号を出力するようにしたことを特徴とする自励式電力変換装置用ＰＷＭ制御装置。
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