制御応答の高速化による直流コンデンサ容量の最小 ... - 長岡技術科学大学

本 節 では 3 章 において 導 出 したサンプリング 周 波 数 の 妥
当 性 を 示 す。ここでシミュレーション 条 件 は, 入 力 電 圧 V in =
1p.u., 出 力 電 圧 V out = 2p.u., 入 力 電 流 振 幅 I m = 1p.u.,リアク
トル L = 0.16msec である。また,それぞれの 制 御 系 のサンプ
リング 周 波 数 を 目 標 の 応 答 周 波 数 f s = 3.15f ref とする。なお,
それぞれのパラメータは 入 力 電 圧 V in =25V,および 定 格 電 流
I n =4A で 基 準 化 した 値 である。
図 6 にシミュレーションにおける 入 力 電 流 I L1 の 周 波 数 応
答 を 示 す。 結 果 より, 指 令 値 周 波 数 f ref が 所 望 応 答 周 波 数 f d
に 近 づくことでゲイン 特 性 が 低 下 していることがわかる。
また,P 制 御 ,PI 制 御 ,IP 制 御 のすべての 制 御 系 において,
f ref = f d で 設 定 したゲイン 低 下 許 容 3dB とほぼ 一 致 している
ことが 確 認 できる。 以 上 より, 制 御 系 の 形 によらず,ゼロ
点 を 含 まないデッドビート 制 御 系 では f s を f d の 3.15 倍 程 度
に 設 定 すればよいことがわかる。
〈4・2〉 出 力 電 圧 応 答 特 性
本 節 では 3 章 において 検 討 した 出 力 電 圧 変 動 量 V out とコ
ンデンサ 容 量 および 固 有 角 周 波 数 との 関 係 性 について 検 討
する。ここでシミュレーション 条 件 は, 入 力 電 圧 V in = 1p.u.,
リアクトル L = 0.32msec,コンデンサ 容 量 C = 11.3msec, 電
圧 制 御 固 有 角 周 波 数 nv = 100rad/sec, 電 流 制 御 固 有 角 周 波 数
d = 2πf d = 20000rad/sec,サンプリング 周 波 数 f s = 3.15f d =
10kHz とした。
図 7 に 出 力 電 圧 指 令 値 V out *を 2p.u.から 2.4p.u.へ 変 動 させ
たときの 出 力 電 圧 応 答 および 電 流 応 答 の 結 果 を 示 す。ここ
で,V out_ideal は 理 想 モデルの 制 御 ブロック 図 より 取 得 した 出
力 電 圧 である。その 結 果 ,V out は V out_ideal とほぼ 一 致 するこ
とから 制 御 系 は 設 計 通 りの 応 答 を 得 られていることを 確 認
した。
図 8 に 負 荷 電 流 I out を 0p.u.から 0.5 p.u.へステップ 変 化 さ
せたときの 電 圧 応 答 および 電 流 応 答 の 結 果 を 示 す。これよ
り, 負 荷 電 流 ステップによる 電 圧 変 動 量 V out は 0.199p.u.,
V out_ideal = 0.203p.u.であり, 電 圧 変 動 誤 差 は 1.97%であるこ
とを 確 認 した。
図 9 に 負 荷 ステップ 応 答 において 電 圧 制 御 固 有 角 周 波 数
nv を 変 化 させたときの 電 圧 変 動 を 示 す。これより,(11) 式
より 算 出 したV out_cal は 理 想 モデル 電 圧 変 動 とほぼ 一 致 する
ことが 確 認 できる。また, 計 算 式 同 様 にV out_cal は nv に 反 比
例 することを 確 認 した。したがって 算 出 した 出 力 電 圧 変 動
式 の 妥 当 性 を 確 認 した。ここで,シミュレーションモデル
が 理 想 モデルや 計 算 結 果 と 誤 差 が 発 生 している 原 因 は 本 来
入 力 電 流 指 令 I L1 *は I L2 *に 対 し 変 調 率 で 補 償 するところを
本 制 御 では 定 常 状 態 における 変 調 率 = 1/で 補 償 している
ためである。
図 10 に 電 圧 変 動 V out を 0.2p.u.と 設 定 したとき 負 荷 電 流 ス
テップによる 電 圧 変 動 をグラフ 化 した 結 果 を 示 す。ここで
コンデンサ 容 量 は(12) 式 から 設 計 を 行 った。また,このとき
の 電 圧 制 御 固 有 角 周 波 数 nv は 50rad/sec , 100rad/sec ,
200rad/sec とする。シミュレーションと 計 算 結 果 に 若 干 誤 差
が 発 生 しているのは 上 記 の 補 償 法 が 影 響 しているためであ
図 6 入 力 電 流 ゲイン 特 性
Fig. 6. Gain characteristic of the input current.
る。これより,(12) 式 を 用 いることで 電 圧 変 動 と 電 圧 固 有 角
周 波 数 からコンデンサ 容 量 を 設 計 することが 可 能 であるこ
とを 確 認 した。
図 7 電 圧 ステップ 応 答
Fig. 7. Voltage step response.
図 8 負 荷 電 流 ステップ 応 答
Fig. 8. Load current step response.
図 9 負 荷 電 流 ステップ 変 化 による 電 圧 変 動 量
Fig. 9. The output voltage fluctuation by load current step
(C =1800F).
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