中性点箝位型电力转换装置以及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及中性点箝位型电力转换装置的控制装置及其控制方法。该控制装置具有：3相2相转换单元，将由中性点箝位型的电力转换装置驱动的3相负载中流动的3相电流转换成旋转坐标系的d轴电流及q轴电流，中性点箝位型的电力转换装置与具有3个电位的直流电源连接而能进行3个等级的电压输出；2相3相电流转换单元，将使d轴电流及q轴电流经过比3相电流的基波频率的倒数大的时间常数的滤波器后的d轴滤波电流及q轴滤波电流转换成3相电流；运算单元，基于由2相3相电流转换单元转换后的3相电流，运算作为向针对电力转换装置的3相电压指令值叠加的指令值的、对将直流输入电压以电力转换装置的中性点分割后的电压进行控制的零相电压指令值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的实施方式涉及中性点箝位型电力转换装置以及其控制方法。
技术介绍
中性点箝位型(NPC(Neutral-Point-Clamped))电力转换装置通过将至少4个切换(switching)元件串联连接而构成，能够输出几kV～几十kV的高电压。另外，由于中性点箝位型电力转换装置输出3个等级的相电压，所以高次谐波较小。因此，能够向负载供给波形的波动(ripple)小、并且波形顺畅的电流。另外，由于上述的4个切换元件中的以相同的定时进行切换的元件为2个，剩余2个不进行切换，所以可使装置整体的切换损失小。因此，中性点箝位型电力转换装置大多被用于铁道车辆、工业用驱动装置、电力系统电压稳定化装置等。在使用具有上述那样的特征的中性点箝位型电力转换装置的情况下，需要通过高电位侧以及低电位侧的电容器将直流输入电压均等地分割为两份，并均等地保持高电位侧直流电压和低电位侧直流电压的中性点电位控制。在将中性点箝位型电力转换装置应用于2相或者3相输出的情况下，存在对各相施加根据各相的电压指令值和负载电流运算出的同一电压(零相电压)来实施中性点电位控制的方案。作为这样的方案，有日本国的公开专利公报、特开2011－239564号公报(以下称为专利文献1)、以及同样是日本国的公开专利公报、特开2013－255317号公报(以下称为专利文献2)。然而，由于在负载电流小、例如是接近于零的值时与基波电流相比高次谐波电流相对较大，所以存在有助于中性点电位变动的基波电流的符号与检测出的负载电流的符号不同的情况。结果，有时运算出的零相电压的符号与本来应该施加的符号相反，存在高电位侧直流电压与低电位侧直流电压不平衡的问题。
技术实现思路
本专利技术想要解决的课题在于，提供一种能够在负载电流从零到最大电流为止的区域中使中性点电位稳定的中性点箝位型电力转换装置以及其控制方法。实施方式中的中性点箝位型电力转换装置的控制装置具有：3相2相转换单元，将由中性点箝位型的电力转换装置驱动的3相负载中流动的3相电流转换成旋转坐标系的d轴电流以及q轴电流，所述中性点箝位型的电力转换装置与具有3个电位的直流电源连接而能够进行3个等级的电压输出；2相3相电流转换单元，将使所述d轴电流以及所述q轴电流经过比所述3相电流的基波频率的倒数大的时间常数的滤波器后的d轴滤波电流以及q轴滤波电流转换成3相电流；以及运算单元，基于由所述2相3相电流转换单元转换后的3相电流，来运算作为向针对所述电力转换装置的3相电压指令值叠加的指令值的零相电压指令值，该零相电压指令值对将直流输入电压以所述电力转换装置的中性点分割后的电压进行控制。另外，实施方式中的中性点箝位型电力转换装置的控制装置具有：3相2相转换单元，将由中性点箝位型的电力转换装置驱动的3相负载中流动的3相电流转换成旋转坐标系的d轴电流以及q轴电流，所述中性点箝位型的电力转换装置与具有3个电位的直流电源连接而能够通过使切换元件按输出交流电压的1个周期进行切换的单脉冲控制而输出3个等级的电压；2相3相电流转换单元，将使所述d轴电流以及所述q轴电流经过比所述3相电流的基波频率的倒数大的时间常数的滤波器后的d轴滤波电流以及q轴滤波电流转换成3相电流；以及运算单元，基于由所述2相3相电流转换单元转换后的3相电流的符号、和将直流输入电压以所述电力转换装置的中性点分割后的高电位侧的电压与低电位侧的电压的差值的符号，来对决定基于针对所述电力转换装置的3相电压指令值的单脉冲控制的切换模式的符号进行运算。专利技术的效果：根据本专利技术，能够使中性点箝位型电力转换装置的中性点电位在负载电流从零到最大电流为止的区域中稳定。附图说明图1是表示第1实施方式中的中性点箝位型电力转换装置的构成例的图。图2是表示第1实施方式中的中性点箝位型电力转换装置的控制装置的功能构成例的图。图3是表示第1实施方式中的中性点箝位型电力转换装置的控制装置的中性点电位控制部的功能构成例的框图。图4是表示第2实施方式中的中性点箝位型电力转换装置的构成例的图。图5是表示第2实施方式中的中性点箝位型电力转换装置的NPC管脚(leg)的构成例的图。图6是表示第2实施方式中的中性点箝位型电力转换装置的控制装置的功能构成例的图。图7是表示第2实施方式中的中性点箝位型电力转换装置的单脉冲控制部的按照电流方向和输出电压的切换模式的选择例的图。图8是表示第2实施方式中的中性点箝位型电力转换装置的控制装置的中性点电位控制部的功能构成例的框图。图9是表示第2实施方式中的中性点箝位型电力转换装置的构成的变形例的图。图10是表示第2实施方式中的中性点箝位型电力转换装置的控制装置的中性点电位控制部的功能构成的变形例的框图。【附图标记说明】11…直流电源，20…控制装置，21、31…3相/DQ转换部，22、23…恒流控制部，24、34、37…DQ/3相转换部，25、25c…PWM控制部，30、30b、30c…中性点电位控制部，32、33、35、36…低通滤波器，38…运算部，40、89…PI运算部，41、61～63、65、81～86…符号器，51…单脉冲控制部。具体实施方式以下，使用附图对实施方式进行说明。(第1实施方式)首先，对第1实施方式进行说明。图1是表示第1实施方式中的中性点箝位型电力转换装置的构成例的图。在第1实施方式中，如图1所示，作为逆变器(inverter)，在对U相、V相、W相这3相负载进行驱动的中性点箝位型电力转换装置中，与各相对应的3个NPC(Neytral-Point-Clamped)管脚(leg)并联连接。在直流电源11的高电位侧的端子与低电位侧的端子之间，高电位侧的电容器c_p与低电位侧的电容器c_n串联连接，这些电容器的连接点形成中性点。即，直流电源11的直流输入电压v_dc被高电位侧的电容器c_p和低电位侧的电容器c_n分割成直流电压v_dc_p和直流电压v_dc_n，在电容器c_p与电容器c_n之间产生中性点电位。以下，以U相为例来对NPC管脚的构成进行说明。对U相的NPC管脚而言，4个自消弧型切换元件sw_u1～sw_u4从高电位侧到低电位侧串联连接，续流二极管d_u1～d_u4与各个切换元件一对一逆并联连接。并且，在切换元件sw_u1的发射极与中性点之间连接有箝位二极管d_u5，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种中性点箝位型电力转换装置的控制装置，其特征在于，具备：3相2相转换单元，将由中性点箝位型的电力转换装置驱动的3相负载中流动的3相电流转换成旋转坐标系的d轴电流以及q轴电流，所述中性点箝位型的电力转换装置与具有3个电位的直流电源连接而能够进行3个等级的电压输出；2相3相电流转换单元，将使所述d轴电流以及所述q轴电流经过比所述3相电流的基波频率的倒数大的时间常数的滤波器后的d轴滤波电流以及q轴滤波电流转换成3相电流；以及运算单元，基于由所述2相3相电流转换单元转换后的3相电流，来运算作为向针对所述电力转换装置的3相电压指令值叠加的指令值的零相电压指令值，该零相电压指令值对将直流输入电压以所述电力转换装置的中性点分割后的电压进行控制。

【技术特征摘要】
2014.10.20 JP 2014-2140041.一种中性点箝位型电力转换装置的控制装置，其特征在于，具备：
3相2相转换单元，将由中性点箝位型的电力转换装置驱动的3相负
载中流动的3相电流转换成旋转坐标系的d轴电流以及q轴电流，所述中
性点箝位型的电力转换装置与具有3个电位的直流电源连接而能够进行3
个等级的电压输出；
2相3相电流转换单元，将使所述d轴电流以及所述q轴电流经过比
所述3相电流的基波频率的倒数大的时间常数的滤波器后的d轴滤波电流
以及q轴滤波电流转换成3相电流；以及
运算单元，基于由所述2相3相电流转换单元转换后的3相电流，来
运算作为向针对所述电力转换装置的3相电压指令值叠加的指令值的零相
电压指令值，该零相电压指令值对将直流输入电压以所述电力转换装置的
中性点分割后的电压进行控制。
2.根据权利要求1所述的中性点箝位型电力转换装置的控制装置，
其特征在于，
还具备2相3相电压转换单元，该2相3相电压转换单元将使所述旋
转坐标系的d轴电压指令值以及q轴电压指令值经过比所述3相电压指令
值的基波频率的倒数大的时间常数的滤波器后的d轴滤波电压指令值以及
q轴电压指令值转换成3相电压指令值，
所述运算单元基于由所述2相3相电流转换单元转换后的3相电流以
及由所述2相3相电压转换单元转换后的3相电压指令值，运算对将所述
直流输入电压以所述中性点分割后的电压进行控制的零相电压前馈指令
值，从而运算所述零相电压指令值。
3.根据权利要求2所述的中性点箝位型电力转换装置的控制装置，
其特征在于，
所述运算单元基于以所述中性点分割后的高电位侧的电压与低电位
侧的电压的差值以及所述零相电压前馈指令值的符号来运算零相电压反
馈指令值，并基于所述零相电压反馈指令值以及所述零相电压前馈指令值
来运算所述零相电压指令值。
4.根据权利要求1所述的中性点箝位型电力转换装置的控制装置，
其特征在于，
还具备2相3相电压转换单元，该2相3相电压转换单元将使所述旋...

【专利技术属性】
技术研发人员：长谷川隆太，石月照之，藤田崇，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：日本;JP