2016 Fiscal Year Research-status Report
階層型制御系をもつモジュラーマトリックスコンバータの制御に関する研究
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15K05939
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
三浦 友史 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (90354646)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | モジュラーマルチレベルマトリックスコンバータ / 階層制御 / MMC |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，可変速風力発電，電動機駆動などに適用が期待されるモジュラーマルチレベルマトリックスコンバータ（MMMxC）に階層構造をもつ制御系を適用し，制御装置の簡素化及び改造の容易化を図ることを目的としている．
周波数変換（交流／交流変換）を行うMMMxCは単相ブリッジをセルとして直列に複数接続し9本のアームを構成することによって高圧用途に適用可能で大容量化が容易であるが，セル数の増加に伴い計算負荷や信号線数が増大する課題があった．そこで制御系をコンバータ全体，アーム，セルに分かれた階層構造にし，計算機で分散制御することで，各計算機の負荷を軽減し階層間でやりとりする信号数を低減している．
平成28年度は，各アーム3セルを直列接続した7レベルMMMxCの3 kVAの階層型制御系をもつ小型装置を製作し，電源と系統とを連系して定格電力において実験することによって電力制御運転を実証した．また，通信による時間遅れによる出力電流の波形ひずみが想定される範囲であることを確認しシミュレーションの妥当性を確認した．また，セルの故障，アームの故障時にも運転を継続するための手法を検討し，シミュレーションによってそれぞれ所望の動作をすることを確認した．
さらに，これまでMMMxCを9本のアームのうち5本のアームのみを導通させる方法で運転していたが，9本のアームをすべて導通させる方法を新たに検討し，異周波数変換，低周波数変換，同一周波数変換において，これまで問題となっていた電圧スパイクを除去し所望の電力制御ができることを実験によって実証した．
これらの成果は，米国電気学会IEEEの国際会議Energy Conversion Congress & Expo, ECCE2016をはじめとし，電気学会産業応用部門大会，半導体電力変換・モータドライブ合同研究会，電気関係学会関西連合大会などにおいて発表した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
平成28年度は，各アーム3セルを直列接続した7レベルMMMxCの3 kVAの階層型制御系をもつ小型装置を製作し，電源と系統とを連系して定格電力において実験することによって電力制御運転を実証した．また電源を使用して瞬時電圧低下（瞬低）を模擬し，瞬低時においても過電流を抑制し運転を継続することなど，これまでシミュレーションによって確認してきた提案制御手法を，それぞれ確認することができた．
また，セルの故障およびアームの故障時の運転継続手法についてもシミュレーションによって提案手法の妥当性を確認している．
さらに，これまでMMMxCを9本のアームのうち5本のアームのみを導通させる制御方法を用いていたが，9本のアームをすべて導通させる方法をあらたに検討し，異周波数変換，低周波数変換，同一周波数変換において，実験によって実証しており，当初予定していた以上の成果をあげていると考えている．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度は，モジュラーマルチレベルマトリックスコンバータについて以下の項目の検討を行う予定である．
１）シミュレーションによって検討してきた単相ブリッジセルの故障時の運転継続手法の実証，２）アームの故障時（一本および複数本）の運転継続手法の実証，３）故障時運転における運転領域の制限の検討，４）電圧・電流不平衡時の運転手法の検討，５）零相電流抑制制御の検討と実証，６）低周波送電システムにおけるMMMxCの適用検討，など
以上のような項目をシミュレーションおよび実験によって検討することによって，大容量周波数変換器へのモジュラーマルチレベルマトリックスコンバータの適用の可能性を示す予定である．
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| Causes of Carryover |
平成28年度には，3 kVAの7レベルモジュラーマルチレベルマトリックスコンバータを製作したが，階層構造をもつ制御系を構築したために，安価なマイクロコンピュータを用いることができ，当初予定していた高額なDSPなどが不要となったため，次年度繰越金が発生した．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成28年度は階層構造をもつ制御系における課題である通信遅延が制御に及ぼす影響を評価したが，この制御遅れを改善するように装置の制御系を改造することを予定しており，この改造に予算を用いる予定である．また，研究成果を広く発表するため，論文投稿，国際会議への参加費に使用する予定である．
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