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CONTROL METHOD AND CONTROL APPARATUS OF POWER CONVERTER commons

Patent code P150012157
File No. DP1565
Posted date Jul 29, 2015
Application number P2013-033065
Publication number P2014-164387A
Patent number P6115989
Date of filing Feb 22, 2013
Date of publication of application Sep 8, 2014
Date of registration Mar 31, 2017
Inventor
  • (In Japanese)加藤 利次
  • (In Japanese)井上 馨
Applicant
  • (In Japanese)学校法人同志社
Title CONTROL METHOD AND CONTROL APPARATUS OF POWER CONVERTER commons
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a control method and control apparatus of a power converter, capable of easily generating a reference waveform.
SOLUTION: The control method of the present invention comprises: a step S1-7 of determining a deviation input variable u^ at a time i so as to satisfy a convergence condition of Lyapunov function represented by an expression (11) and an expression (10); a step S1-8 of acquiring an input variable u at the time i by an expression (6); and a step S1-9 of controlling the duty of a switching element on the basis of the input variable u.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

電力変換器の制御では、通常、補償器および状態フィードバックを考慮して構築した制御系を使用する。そして、この制御系の制御ゲインは、最適制御等の線形手法により決定するのが一般的である。

ところで、相互干渉する電力変換器、例えば、グリッド連系インバータのような電力変換器を複数個同時に制御するためには、相互干渉の影響を考慮するべく、同時に使用される全ての電力変換器を含むシステム全体の制御系を、その安定性を解析により検討しながら構築する必要がある。この制御系の構築は、極めて煩雑であり、実用的ではない。

そこで、従来から、相互干渉の影響を考慮することなく個々の電力変換器を制御する手法として、エネルギー関数であるリアプノフ関数を利用した制御方法が検討されている(例えば、非特許文献1参照)。この制御方法によれば、リアプノフ関数を利用して安定性を確保しつつ複数の電力変換器を個別に制御することにより、結果的にシステム全体の安定性をも確保することができる。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、エネルギー関数であるリアプノフ関数を利用した電力変換器の制御方法および制御装置に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
離散化状態方程式が(1-1)式で表されるシステムを構成する、少なくとも1つのスイッチ素子を含む電力変換器をリアプノフ関数および制御装置を利用して制御する制御方法であって、
【数1】
 
(省略)
(ただし、xは状態変数ベクトル、uは入力変数、yは出力変数、Aはシステム行列、bは入力係数ベクトル、cは出力係数ベクトル)
ある時刻における基準状態変数ベクトルxr、補償器の補助変数ベクトルwおよび基準出力変数yrに基づいて、該時刻における基準入力変数urと、次の時刻における基準状態変数ベクトルxrおよび補助変数ベクトルwとを求めることが可能な制御則を決定しておく第1ステップと、
全時刻における基準出力変数yrを参照可能にしておく第2ステップと、
最初の時刻における基準状態変数ベクトルxrおよび補助変数ベクトルwを決定する第3ステップと、
を予め実行しておき、その後、
時刻iにおいて前記システムの状態変数ベクトルxを構成する各要素を測定し、これにより時刻iにける状態変数ベクトルxを求める第4ステップと、
前記制御則と、時刻iにおける基準出力変数yr、基準状態変数ベクトルxrおよび補助変数ベクトルwとに基づいて、該時刻における基準入力変数urと、時刻i+1における基準状態変数ベクトルxrおよび補助変数ベクトルwとを数値的に求める第5ステップと、
(1-2)式を用いて、時刻iにおける偏差状態変数ベクトルx~を求める第6ステップと、
【数2】
 
(省略)
時刻iにおける偏差入力変数u~を(1-3)式および(1-4)式で表される前記リアプノフ関数の収束条件を満足するように決定する第7ステップと、
【数3】
 
(省略)
(ただし、Qは正定行列)
(1-5)式を用いて、時刻iにおける入力変数uを求める第8ステップと、
【数4】
 
(省略)
第8ステップで求めた時刻iにおける入力変数uに基づいて、時刻i~i+1における前記スイッチ素子のデューティを制御する第9ステップと、
前記制御装置に繰り返し実行させることを特徴とする制御方法。

【請求項2】
 
離散化状態方程式が(2-1)式で表されるシステムを構成する、少なくとも1つのスイッチ素子を含む電力変換器をリアプノフ関数および制御装置を利用して制御する制御方法であって、
【数5】
 
(省略)
(ただし、xは状態変数ベクトル、uは入力変数、dは外乱変数ベクトル、yは出力変数、Aはシステム行列、bは入力係数ベクトル、Hは外乱係数行列またはベクトル、cは出力係数ベクトル)
ある時刻における基準状態変数ベクトルxr、補償器の補助変数ベクトルw、外乱変数ベクトルdおよび基準出力変数yrに基づいて、該時刻における基準入力変数urと、次の時刻における基準状態変数ベクトルxrおよび補助変数ベクトルwとを求めることが可能な制御則を決定しておく第1ステップと、
全時刻における基準出力変数yrを参照可能にしておく第2ステップと、
最初の時刻における基準状態変数ベクトルxrおよび補助変数ベクトルwを決定する第3ステップと、
を予め実行しておき、その後、
時刻iにおいて前記システムの状態変数ベクトルxおよび外乱変数ベクトルdを構成する各要素を測定し、これにより時刻iにける状態変数ベクトルxおよび外乱変数ベクトルdを求める第4ステップと、
前記制御則と、時刻iにおける基準出力変数yr、基準状態変数ベクトルxrおよび補助変数ベクトルwと、第4ステップで求めた時刻iにおける外乱変数ベクトルdとに基づいて、該時刻における基準入力変数urと、時刻i+1における基準状態変数ベクトルxrおよび補助変数ベクトルwとを数値的に求める第5ステップと、
(2-2)式を用いて、時刻iにおける偏差状態変数ベクトルx~を求める第6ステップと、
【数6】
 
(省略)
時刻iにおける偏差入力変数u~を(2-3)式および(2-4)式で表される前記リアプノフ関数の収束条件を満足するように決定する第7ステップと、
【数7】
 
(省略)
(ただし、Qは正定行列)
(2-5)式を用いて、時刻iにおける入力変数uを求める第8ステップと、
【数8】
 
(省略)
第8ステップで求めた時刻iにおける入力変数uに基づいて、時刻i~i+1における前記スイッチ素子のデューティを制御する第9ステップと、
前記制御装置に繰り返し実行させることを特徴とする制御方法。

【請求項3】
 
離散化状態方程式が(3-1)式で表されるシステムを構成する、少なくとも1つのスイッチ素子を含む電力変換器をリアプノフ関数および制御装置を利用して制御する制御方法であって、
【数9】
 
(省略)
(ただし、xは状態変数ベクトル、uは入力変数、yは出力変数、Aはシステム行列、bは入力係数ベクトル、cは出力係数ベクトル)
ある時刻における基準状態変数ベクトルxr、補償器の補助変数ベクトルwおよび基準出力変数yrに基づいて、該時刻における基準入力変数urと、次の時刻における基準状態変数ベクトルxrおよび補助変数ベクトルwとを求めることが可能な制御則を決定しておく第1ステップと、
全時刻における基準出力変数yrを参照可能にしておく第2ステップと、
最初の時刻における基準状態変数ベクトルxrおよび補助変数ベクトルwを決定する第3ステップと、
を予め実行しておき、その後、
時刻iにおいて前記システムの状態変数ベクトルxを構成する各要素を測定し、これにより時刻iにける状態変数ベクトルxを求める第4ステップと、
前記制御則と、時刻iにおける基準出力変数yr、基準状態変数ベクトルxrおよび補助変数ベクトルwとに基づいて、該時刻における基準入力変数urと、時刻i+1における基準状態変数ベクトルxrおよび補助変数ベクトルwとを数値的に求める第5ステップと、
(3-2)式を用いて、時刻iにおける偏差状態変数ベクトルx~を求める第6ステップと、
【数10】
 
(省略)
(3-3)式を用いて、時刻iにおける偏差入力変数u~を求める第7ステップと、
【数11】
 
(省略)
(ただし、αは(3-4)式で表される前記リアプノフ関数の収束条件を満足するように決定された制御パラメータ、Qは正定行列)
【数12】
 
(省略)
(3-5)式を用いて、時刻iにおける入力変数uを求める第8ステップと、
【数13】
 
(省略)
第8ステップで求めた時刻iにおける入力変数uに基づいて、時刻i~i+1における前記スイッチ素子のデューティを制御する第9ステップと、
前記制御装置に繰り返し実行させることを特徴とする制御方法。

【請求項4】
 
離散化状態方程式が(4-1)式で表されるシステムを構成する、少なくとも1つのスイッチ素子を含む電力変換器をリアプノフ関数および制御装置を利用して制御する制御方法であって、
【数14】
 
(省略)
(ただし、xは状態変数ベクトル、uは入力変数、dは外乱変数ベクトル、yは出力変数、Aはシステム行列、bは入力係数ベクトル、Hは外乱係数行列またはベクトル、cは出力係数ベクトル)
ある時刻における基準状態変数ベクトルxr、補償器の補助変数ベクトルw、外乱変数ベクトルdおよび基準出力変数yrに基づいて、該時刻における基準入力変数urと、次の時刻における基準状態変数ベクトルxrおよび補助変数ベクトルwとを求めることが可能な制御則を決定しておく第1ステップと、
全時刻における基準出力変数yrを参照可能にしておく第2ステップと、
最初の時刻における基準状態変数ベクトルxrおよび補助変数ベクトルwを決定する第3ステップと、
を予め実行しておき、その後、
時刻iにおいて前記システムの状態変数ベクトルxおよび外乱変数ベクトルdを構成する各要素を測定し、これにより時刻iにける状態変数ベクトルxおよび外乱変数ベクトルdを求める第4ステップと、
前記制御則と、時刻iにおける基準出力変数yr、基準状態変数ベクトルxrおよび補助変数ベクトルwと、第4ステップで求めた時刻iにおける外乱変数ベクトルdとに基づいて、該時刻における基準入力変数urと、時刻i+1における基準状態変数ベクトルxrおよび補助変数ベクトルwとを数値的に求める第5ステップと、
(4-2)式を用いて、時刻iにおける偏差状態変数ベクトルx~を求める第6ステップと、
【数15】
 
(省略)
(4-3)式を用いて、時刻iにおける偏差入力変数u~を求める第7ステップと、
【数16】
 
(省略)
(ただし、αは(4-4)式で表される前記リアプノフ関数の収束条件を満足するように決定された制御パラメータ、Qは正定行列)
【数17】
 
(省略)
(4-5)式を用いて、時刻iにおける入力変数uを求める第8ステップと、
【数18】
 
(省略)
第8ステップで求めた時刻iにおける入力変数uに基づいて、時刻i~i+1における前記スイッチ素子のデューティを制御する第9ステップと、
前記制御装置に繰り返し実行させることを特徴とする制御方法。

【請求項5】
 
請求項1または3に記載の制御方法を用いて少なくとも1つのスイッチ素子を含む電力変換器を制御する制御装置であって、
前記第1ステップで決定した制御則と、(1-1)~(1-5)式または(3-1)~(3-5)で使用するベクトルおよび変数とを少なくとも一時的に格納する記憶部と、
前記第5ステップにおける前記状態変数ベクトルxを構成する各要素の測定を行う測定部と、
前記記憶部に格納された前記制御則、前記ベクトルおよび前記変数と、前記測定部で測定された前記状態変数ベクトルxを構成する各要素を参照しつつ、前記第5~第8ステップを実行する演算部と、
前記演算部が前記第8ステップを実行することにより求められた前記入力変数uに基づいて、前記スイッチ素子のデューティを制御するスイッチ素子駆動部と、
を備えたことを特徴とする制御装置。

【請求項6】
 
請求項2または4に記載の制御方法を用いて少なくとも1つのスイッチ素子を含む電力変換器を制御する制御装置であって、
前記第1ステップで決定した制御則と、(2-1)~(2-5)式または(4-1)~(4-5)式で使用するベクトルおよび変数とを少なくとも一時的に格納する記憶部と、
前記第5ステップにおける前記状態変数ベクトルxおよび前記外乱変数ベクトルdを構成する各要素の測定を行う測定部と、
前記記憶部に格納された前記制御則、前記ベクトルおよび前記変数と、前記測定部で測定された前記状態変数ベクトルxおよび前記外乱変数ベクトルdを構成する各要素を参照しつつ、前記第5~第8ステップを実行する演算部と、
前記演算部が前記第8ステップを実行することにより求められた前記入力変数uに基づいて、前記スイッチ素子のデューティを制御するスイッチ素子駆動部と、
を備えたことを特徴とする制御装置。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2013033065thum.jpg
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