JP2016226224A - Modular multilevel converter - Google Patents

Modular multilevel converter Download PDF

Info

Publication number
JP2016226224A
JP2016226224A JP2015112728A JP2015112728A JP2016226224A JP 2016226224 A JP2016226224 A JP 2016226224A JP 2015112728 A JP2015112728 A JP 2015112728A JP 2015112728 A JP2015112728 A JP 2015112728A JP 2016226224 A JP2016226224 A JP 2016226224A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
terminal
electrode side
multilevel converter
cells
bridge circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2015112728A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
フィー チャン
Hwi Chang
フィー チャン
貴志 小玉
Takashi Kodama
貴志 小玉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Meidensha Corp, Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd filed Critical Meidensha Corp
Priority to JP2015112728A priority Critical patent/JP2016226224A/en
Publication of JP2016226224A publication Critical patent/JP2016226224A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the number of cells or to increase the number of levels of an output voltage in a module multilevel converter.SOLUTION: The modular multilevel converter comprises: DC voltage sources VDCH and VDCL that are connected between DC terminals P and N and common to each phase; (k) (k≥1) pieces of positive electrode side cells ce1-cek for each of phases being connected in series to the DC terminal P; (k) (k≥1) pieces of negative electrode side cells ce2k-cek+1 for each of phases being connected in series to the DC terminal N; two inductors Land L, for each of phases, connecting one-side ends to the k-th positive electrode side cell cek and the k-th negative electrode side cells cek+1; an H bridge circuit 1 for each of phases connecting a DC side to other-side ends of the two inductors Land L; and a high frequency transformer HFT for each of phases connecting one end of a primary coil and one end of a secondary coil to an AC side of the H bridge circuit 1 and defining a common connection point of the other end of the primary coil and the other end of the secondary coil as an output terminal O.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、モジュラーマルチレベル変換器に係り、特に、出力電圧のレベル数を増加させるために高周波トランスを設けたものに関する。   The present invention relates to a modular multilevel converter, and more particularly to a high-frequency transformer provided to increase the number of levels of output voltage.

図7は、非特許文献1で開示されたモジュラーマルチレベル変換器(MMC)を示す回路図である。モジュラーマルチレベル変換器は、複数個並列接続された相ユニット102,103,104を備える。   FIG. 7 is a circuit diagram showing a modular multilevel converter (MMC) disclosed in Non-Patent Document 1. The modular multilevel converter includes a plurality of phase units 102, 103, and 104 connected in parallel.

図7,図8に示すように、相ユニット102は上アームと下アームに複数のセル107,108が直列接続される。相ユニット103,104も同様である。   As shown in FIGS. 7 and 8, in the phase unit 102, a plurality of cells 107 and 108 are connected in series to the upper arm and the lower arm. The same applies to the phase units 103 and 104.

各相ユニット102,103,104は直流電圧源202に接続されており、図9に示すように、各相ユニット102,103,104の各セル107〜112には直流コンデンサVdcが設けられている。   Each phase unit 102, 103, 104 is connected to a DC voltage source 202. As shown in FIG. 9, each cell 107-112 of each phase unit 102, 103, 104 is provided with a DC capacitor Vdc. .

モジュラーマルチレベル変換器は、相ユニット102,103,104のセル107〜112を制御する制御部101を備え、直流入力電圧105を少なくとも1つの相ユニット102,103,104のセル107〜112の直流コンデンサVdcに充電し、直流電圧源202から出力された直流入力電圧105を交流出力電圧に変換する。   The modular multilevel converter includes a control unit 101 that controls the cells 107 to 112 of the phase units 102, 103, and 104, and the DC input voltage 105 is supplied to the DC of the cells 107 to 112 of the at least one phase unit 102, 103, 104. The capacitor Vdc is charged, and the DC input voltage 105 output from the DC voltage source 202 is converted into an AC output voltage.

Das Anandarup,Nademi Hamed,Norum Lars,‘Modular multilevel converter’,2013.12.25,EP2677653A1Das Andararup, Nadem Hamed, Norum Lars, 'Modular multilevel converter', 2013. 12.25, EP 2677653 A1.

モジュラーマルチレベル変換器は出力電圧のレベル数を増加させることが可能であるが、出力電圧のレベル数を増加させるためには、各相において多くのセルが必要となる。一般的には、出力電圧のレベル数を2倍にするためには、セル数も2倍にする必要がある。その結果、制御が複雑化すると共に、コストが増大する。また、セルを増やすことにより、装置の大型化、信頼性の低下を招いていた。   The modular multilevel converter can increase the number of levels of the output voltage, but in order to increase the number of levels of the output voltage, many cells are required in each phase. Generally, in order to double the number of levels of the output voltage, the number of cells needs to be doubled. As a result, the control becomes complicated and the cost increases. In addition, increasing the number of cells has led to an increase in the size of the apparatus and a decrease in reliability.

以上示したようなことから、モジュラーマルチレベル変換器において、セル数を削減、または、出力電圧のレベル数を増加させることが課題となる。   As described above, in the modular multilevel converter, it is a problem to reduce the number of cells or increase the number of levels of the output voltage.

本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、正極側の直流端子と負極側の直流端子との間に接続された各相共通の直流電圧源と、正極側の直流端子に対して、k個(k≧1)直列接続された各相の正極側セルと、負極側の直流端子に対して、k個(k≧1)直列接続された各相の負極側セルと、正極側の直流端子からk番目の正極側セルと、負極側の直流端子からk番目の負極側セルに、それぞれ一端が接続された各相2つのインダクタと、2つのインダクタの他端に直流側が接続された各相のHブリッジ回路と、Hブリッジ回路の交流側に1次巻線の一端と2次巻線の一端とが接続され、1次巻線の他端と2次巻線の他端との共通接続点を出力端子とする各相の高周波トランスと、を備え、前記正極側セル、前記負極側セル、前記インダクタ、前記Hブリッジ回路、前記高周波トランスの相数が1以上であることを特徴とする。   The present invention has been devised in view of the above-described conventional problems, and one aspect thereof is a DC voltage source common to each phase connected between a DC terminal on the positive electrode side and a DC terminal on the negative electrode side, Each of positive phase side cells connected in series with k (k ≧ 1) in series with respect to the DC terminal on the positive side and each phase connected in series with k units (k ≧ 1) with respect to the DC terminal on the negative side. Negative-phase cell, two inductors each having one end connected to the k-th positive-side cell from the positive-side DC terminal, and the k-th negative-side cell from the negative-side DC terminal, and two inductors And the other end of the primary winding, and one end of the primary winding and one end of the secondary winding are connected to the AC side of the H bridge circuit. A high-frequency transformer of each phase having a common connection point with the other end of the secondary winding as an output terminal, the positive-side cell, Pole cell, the inductor, the H-bridge circuit, the number of phases of the high frequency transformer, characterized in that 1 or more.

また、その一態様として、前記正極側セルと負極側セルは、コンデンサと、コンデンサの一端と他端との間に直列接続された2つのスイッチング素子と、を有し、2つスイッチング素子の共通接続点と一方のスイッチング素子とコンデンサとの共通接続点を接続端子とすることを特徴とする。   Further, as one aspect thereof, the positive electrode side cell and the negative electrode side cell have a capacitor and two switching elements connected in series between one end and the other end of the capacitor, and are common to the two switching elements. A common connection point between the connection point and one of the switching elements and the capacitor is a connection terminal.

本発明によれば、モジュラーマルチレベル変換器において、セル数を削減、または、出力電圧のレベル数を増加させることが可能となる。   According to the present invention, it is possible to reduce the number of cells or increase the number of levels of output voltage in a modular multilevel converter.

実施形態1,2に用いる高周波トランスを示す図。The figure which shows the high frequency transformer used for Embodiment 1,2. 実施形態1における1相分のモジュラーマルチレベル変換器を示す回路図。FIG. 3 is a circuit diagram showing a modular multilevel converter for one phase in the first embodiment. 実施形態1におけるセルを示す回路図。FIG. 3 is a circuit diagram showing a cell in the first embodiment. 従来のモジュラーマルチレベル変換器において、K=4の場合の出力電圧波形を示すタイムチャート。The time chart which shows the output voltage waveform in the case of K = 4 in the conventional modular multilevel converter. 実施形態1のモジュラーマルチレベル変換器において、K=4の場合の出力電圧波形を示すタイムチャート。4 is a time chart showing an output voltage waveform when K = 4 in the modular multilevel converter of Embodiment 1. FIG. 実施形態2における3相のモジュラーマルチレベル変換器を示す回路図。FIG. 4 is a circuit diagram illustrating a three-phase modular multilevel converter according to a second embodiment. 従来のモジュラーマルチレベル変換器を示す概略図。Schematic which shows the conventional modular multilevel converter. 従来の相ユニットを示す概略図。Schematic which shows the conventional phase unit. 従来のセルを示す概略図。Schematic which shows the conventional cell.

本願発明のモジュラーマルチレベル変換器は、図1に示すような高周波トランスHFTが用いられる。図1に示すように、高周波トランスHFTにおける1次巻線の一方の接続端子(●有側)は端子Aに接続され、高周波トランスHFTにおける2次巻線の一方の接続端子(●無側)は端子Bに接続されている。高周波トランスHFTにおける1次巻線の他方の接続端子(●無側)と2次巻線の他方の接続端子(●有側)との共通接続点がモジュラーマルチレベル変換器の出力端子Oとなる。   The modular multilevel converter of the present invention uses a high frequency transformer HFT as shown in FIG. As shown in FIG. 1, one connection terminal (● side) of the primary winding in the high-frequency transformer HFT is connected to the terminal A, and one connection terminal (● non-side) of the secondary winding in the high-frequency transformer HFT. Is connected to terminal B. The common connection point between the other connection terminal (● less side) of the primary winding and the other connection terminal (● side) of the secondary winding in the high-frequency transformer HFT is the output terminal O of the modular multilevel converter. .

高周波トランスHFTの巻数比は1:1である。したがって、以下の(1)式,(2)式を満たすことができる。   The turn ratio of the high frequency transformer HFT is 1: 1. Therefore, the following expressions (1) and (2) can be satisfied.

Figure 2016226224
Figure 2016226224

ここで、VAOはO点を基準点としたA点とO点との電位差、VOBはB点を基準点としたO点とB点との電位差、VABはB点を基準点としたA点とB点との電位差、iAO,iBOは図1に示す経路を流れる電流、 iOは出力電流を示す。 Here, V AO is the potential difference between point A and point O with reference point O, V OB is the potential difference between point O and point B with point B as the reference point, and V AB is point B with the reference point. The potential difference between the points A and B, i AO and i BO are currents flowing through the path shown in FIG. 1, and i O is an output current.

高周波トランスHFTの1次巻線(VAO側の巻線)の巻数と2次巻線(VBO側の巻線)の巻数を等しくするこ とによって、(1)式が成り立つ。また(1)式が成り立つことによって、1次巻線の電流iAOと 2次巻線の電流iBOが等しくなり、(2)式が成り立つ。 By equalizing the number of turns of the primary winding (V AO side winding) of the high-frequency transformer HFT and the number of turns of the secondary winding (V BO side winding), Equation (1) is established. Further, by satisfying the expression (1), the current i AO of the primary winding becomes equal to the current i BO of the secondary winding, and the expression (2) is satisfied.

モジュラーマルチレベル変換器に高周波トランスHFTを用いると以下の2つの利点がある。
1.高周波トランスHFTといくつかの構成要素だけで容易に電圧レベル数を2倍にすることができる。
2.(2)式のように、電流分担制御なしで負荷電流を等分割することができる。
The use of the high frequency transformer HFT in the modular multilevel converter has the following two advantages.
1. The number of voltage levels can be easily doubled with only the high-frequency transformer HFT and some components.
2. As shown in equation (2), the load current can be equally divided without current sharing control.

[実施形態1]
図2は、本実施形態1におけるモジュラーマルチレベル変換器を示す回路図である。図2に示すように、正極側の直流端子Pと負極側の直流端子Nとの間には各相共通の直流電圧源VDCH,VDCLが直列接続される。直流電圧源VDCH,VDCLの共通接続点を中性点NPとする。図2に示すように、正極側の直流電圧源VDCHおよび負極側の直流電圧源VDCL の電圧はそれぞれE/2とする。
[Embodiment 1]
FIG. 2 is a circuit diagram illustrating the modular multilevel converter according to the first embodiment. As shown in FIG. 2, DC voltage sources VDCH and VDCL that are common to the respective phases are connected in series between a DC terminal P on the positive electrode side and a DC terminal N on the negative electrode side. A common connection point of the DC voltage sources VDCH and VDCL is a neutral point NP. As shown in FIG. 2, the voltages of the positive side DC voltage source VDCH and the negative side DC voltage source VDCL are each E / 2.

また、正極側の直流端子Pにはk個の正極側セルce1〜cekが順次直列接続され、負極側の直流端子Nにはk個の負極側セルce2k〜cek+1が順次直列接続される。そして、k番目の正極側セルcekとk番目の負極側セルcek+1との間にはインダクタLP,LNの一端が接続される。 Further, k positive cells ce1 to cek are sequentially connected in series to the positive DC terminal P, and k negative cells ce2k to cek + 1 are sequentially connected in series to the negative DC terminal N. One ends of inductors L P and L N are connected between the kth positive electrode side cell cek and the kth negative electrode side cell cek + 1.

2つのインダクタLP,LNの他端にはHブリッジ回路1の直流側が接続される。Hブリッジ回路1は、インダクタLP,LNとの間に接続されたフライングキャパシタCと、フライングキャパシタCに対して並列に接続されたスイッチングデバイスS1,S2の直列回路と、フライングキャパシタCに対して並列に接続されたスイッチングデバイスS3,S4の直列回路と、を有する。このスイッチングデバイスS1,S2の共通接続点が交流側の端子Aとなり、スイッチングデバイスS3,S4の共通接続点が交流側の端子Bとなる。 The DC side of the H bridge circuit 1 is connected to the other ends of the two inductors L P and L N. The H bridge circuit 1 includes a flying capacitor C connected between the inductors L P and L N , a series circuit of switching devices S1 and S2 connected in parallel to the flying capacitor C, and a flying capacitor C. And a series circuit of switching devices S3 and S4 connected in parallel. The common connection point of the switching devices S1 and S2 becomes the AC side terminal A, and the common connection point of the switching devices S3 and S4 becomes the AC side terminal B.

端子Aには高周波トランスHFTの1次巻線の一端が接続され、端子Bには高周波トランスHFTの2次巻線の一端が接続される。高周波トランスHFTの1次巻線の他端と2次巻線の他端との共通接続点が出力端子Oとなる。   One end of the primary winding of the high frequency transformer HFT is connected to the terminal A, and one end of the secondary winding of the high frequency transformer HFT is connected to the terminal B. A common connection point between the other end of the primary winding of the high-frequency transformer HFT and the other end of the secondary winding is an output terminal O.

各正極側セルce1〜cek,負極側セルcek+1〜ce2kの構造を、図3に基づいて説明する。 図3では、代表して正極側セルcekについて説明する。図3に示すように、コンデンサC,kと、コンデンサC,kの一端と他端との間に直列接続されたスイッチング素子Sk,1、Sk,2とを有する。スイッチング素子Sk,1、Sk,2の共通接続点とスイッチング素子Sk,2とコンデンサC,kの共通接続点を接続端子とする。コンデンサC,kの定格電圧をVC,kとし、接続端子間の電圧をVkとする。 The structure of each positive electrode side cell ce1 to cek and negative electrode side cell cek + 1 to ce2k will be described with reference to FIG. In FIG. 3, the positive electrode side cell cek will be described as a representative. As shown in FIG. 3, capacitors C and k and switching elements S k, 1 and S k, 2 connected in series between one end and the other end of the capacitors C and k are included. A common connection point of the switching elements S k, 1 and S k, 2 and a common connection point of the switching elements S k, 2 and the capacitors C, k are used as connection terminals. The rated voltage of the capacitors C and k is V C, k and the voltage between the connection terminals is V k .

[動作原理]
図2における正極側セルcekのコンデンサC,kの定格電圧VC、Kは以下の(3)式となる。他の正極側セル,負極側セルについても同様である。なお、2Kはセル数である。例えば、セル数=4の場合は、2K=4、すなわち、K=2となる。
[Operating principle]
The rated voltages V C and K of the capacitors C and k of the positive electrode side cell cek in FIG. 2 are expressed by the following equation (3). The same applies to other positive side cells and negative side cells. Note that 2K is the number of cells. For example, when the number of cells = 4, 2K = 4, that is, K = 2.

Figure 2016226224
Figure 2016226224

図2におけるHブリッジ回路1のフライングキャパシタCの定格電圧VCは以下の(4)式となる。フライングキャパシタCの定格電圧VCは正極側セルcekのコンデンサC,kにおける定格電圧VC,kの半分である。 The rated voltage V C of the flying capacitor C of the H-bridge circuit 1 in FIG. 2 is expressed by the following equation (4). Rated voltage V C of the flying capacitor C is half the rated voltage V C, k in the capacitor C, k a positive side cell cek.

Figure 2016226224
Figure 2016226224

各セルce1〜ce2kのコンデンサC,1〜C,2kの定格電圧VC,1〜VC,2k、フライングキャパシタCの定格電圧Vcは、各スイッチングデバイスのオンオフ動作によって、(3),(4)式の値に制御する。 The rated voltages V C, 1 to V C, 2k of the capacitors C , 1 to C, 2k of the cells ce1 to ce2k and the rated voltage Vc of the flying capacitor C are set to (3), (4 ) Control to the value of the expression.

図2から、以下の(5)〜(8)式を得ることができる。   The following formulas (5) to (8) can be obtained from FIG.

Figure 2016226224
Figure 2016226224

ここで、VDOはO点を基準点としたD点とO点との電位差、VOEはE点を基準点としたO点とE点との電位差である。iP,iN,iOは、図2に示す経路に流れる電流である。 Here, V DO is a potential difference between the D point and the O point with the O point as a reference point, and V OE is a potential difference between the O point and the E point with the E point as a reference point. i P , i N , and i O are currents flowing through the path shown in FIG.

2つのインダクタLP,LNが同じインダクタンス値(LP=LN)であると仮定すると、出力電圧VOは(5)式〜(8)式から(9)式とすることができる。 Assuming that the two inductors L P and L N have the same inductance value (L P = L N ), the output voltage V O can be expressed by the equations (5) to (8) to (9).

Figure 2016226224
Figure 2016226224

(9)式の出力電圧VOは、図2の出力端子Oと中性点NPとの電位差である。すなわち、図2のモジュラーマルチレベル変換器の出力電圧である。 The output voltage V O in the equation (9) is a potential difference between the output terminal O and the neutral point NP in FIG. That is, the output voltage of the modular multilevel converter of FIG.

Hブリッジ回路1のスイッチングデバイスS1〜S4の状態によって、VDO−VOEは以下の(10)式のように制御することができる。 Depending on the state of the switching devices S1 to S4 of the H-bridge circuit 1, V DO -V OE can be controlled as in the following equation (10).

Figure 2016226224
Figure 2016226224

(10)式について説明する。   The expression (10) will be described.

[スイッチングパターン1]
Hブリッジ回路1のスイッチングデバイスS2,S4をターンオン,スイッチングデバイスS1,S3をターンオフとすると、VDO−VOEは以下の(11)式となる。
[Switching pattern 1]
When the switching devices S2 and S4 of the H-bridge circuit 1 are turned on and the switching devices S1 and S3 are turned off, V DO −V OE is expressed by the following equation (11).

Figure 2016226224
Figure 2016226224

[スイッチングパターン2]
Hブリッジ回路1のスイッチングデバイスS1,S3をターンオン,スイッチングデバイスS2,S4をターンオフとすると、VDO−VOEは以下の(12)式となる。
[Switching pattern 2]
When the switching devices S1 and S3 of the H-bridge circuit 1 are turned on and the switching devices S2 and S4 are turned off, V DO −V OE is expressed by the following equation (12).

Figure 2016226224
Figure 2016226224

[スイッチングパターン3]
Hブリッジ回路1のスイッチングデバイスS1,S4をターンオン,スイッチングデバイスS2,S3をターンオフとすると、VDO−VOEは以下の(13)式となる。
[Switching pattern 3]
When the switching devices S1 and S4 of the H-bridge circuit 1 are turned on and the switching devices S2 and S3 are turned off, V DO −V OE is expressed by the following equation (13).

Figure 2016226224
Figure 2016226224

[スイッチングパターン4]
Hブリッジ回路1のスイッチングデバイスS2,S3をターンオン,スイッチングデバイスS1,S4をターンオフとすると、VDO−VOEは以下の(14)式となる。
[Switching pattern 4]
When the switching devices S2 and S3 of the H-bridge circuit 1 are turned on and the switching devices S1 and S4 are turned off, V DO −V OE is expressed by the following equation (14).

Figure 2016226224
Figure 2016226224

(9)式の第1項と第2項(Σ2K k=K+1Vk−ΣK k=1k)−1/2(VDO−VOE)は、第1項(Σ2K k=K+1Vk−ΣK k=1k)が示す従来のモジュラーマルチレベル変換器に基づく電圧に、第2項1/2(VDO−VOE)が示す高周波トランスHFTに基づく電圧を減算したものである。 (9) the first term and the second term (Σ 2K k = K + 1 Vk-Σ K k = 1 V k) -1/2 (V DO -V OE) of formula, the first term (sigma 2K k a = K + 1 Vk-Σ K k = 1 V k) is a voltage based on a conventional modular multi-level converter shown, the second term 1/2 (V DO -V OE) is voltage based on the high-frequency transformer HFT shown Subtracted.

(9)式の第3項LP/2・d/dt・iOによって波形の段差の傾斜が低減された出力電圧VOが作られる。通常、インダクタLPは図2のLを含む負荷インダクタンスよりもはるかに小さいため、(9)式の第3項は、出力電圧VOに影響を与えるほど大きくはない。よって、(9)式の第3頂=0とみなすことができる。 The output voltage V O in which the slope of the step of the waveform is reduced is created by the third term L P / 2 · d / dt · i O in the equation (9). Normally, the inductor L P is much smaller than the load inductance including L in FIG. 2, so the third term in equation (9) is not large enough to affect the output voltage V O. Therefore, it can be considered that the third vertex = 0 in the equation (9).

図2に示す本実施形態1におけるモジュラーマルチレベル変換器は、4K+3の電圧レベルを出力することができる。従来のモジュラーマルチレベル変換器は、(9)式の第2項を含んでいないため、2K+1の電圧レベルを出力することができる。   The modular multilevel converter according to the first embodiment shown in FIG. 2 can output a voltage level of 4K + 3. Since the conventional modular multilevel converter does not include the second term of the equation (9), it can output a voltage level of 2K + 1.

(9)式の第2項に(10)式を代入することにより出力電圧Voが算出される。   The output voltage Vo is calculated by substituting the equation (10) into the second term of the equation (9).

これらの電圧レベルのいくつかの例は以下のように証明できる。出力電圧VOの値と、その時の各正極側,負極側セルce1〜ce2kの接続端子間の電圧V1,…,V2Kの値と、スイッチングデバイスS1〜S4のスイッチング状態を示す。 Some examples of these voltage levels can be demonstrated as follows. The values of the output voltage V O, the values of the voltages V 1 ,..., V 2K between the connection terminals of the positive and negative cells ce1 to ce2k at that time, and the switching states of the switching devices S1 to S4 are shown.

Figure 2016226224
Figure 2016226224

K= 4(セル数=8)の場合の出力電圧VOの波形のシミュレーション結果を図4,図5に示す。 FIG. 4 and FIG. 5 show the simulation results of the waveform of the output voltage V O when K = 4 (number of cells = 8).

図4は、従来のモジュラーマルチレベル変換器において、K=4の場合の出力電圧VOの波形である。図4に示すように、9レベルの出力電圧VOの波形を出力することができる。 FIG. 4 shows a waveform of the output voltage V O when K = 4 in the conventional modular multilevel converter. As shown in FIG. 4, the waveform of the 9-level output voltage V O can be output.

図5は、本実施形態1におけるモジュラーマルチレベル変換器において、K=4の場合の出力電圧波形である。図5に示すように、19レベルの出力電圧VOの波形を出力することができる。 FIG. 5 is an output voltage waveform when K = 4 in the modular multilevel converter according to the first embodiment. As shown in FIG. 5, the waveform of the 19-level output voltage V O can be output.

このように、本実施形態1(図5)の方が、従来方式(図4)よりも出力電圧のレベル数が多いため、出力電圧VOの波形がより高調波成分の少ない正弦波状の波形になっていることがわかる。 Thus, since the first embodiment (FIG. 5) has more output voltage levels than the conventional method (FIG. 4), the waveform of the output voltage V O is a sinusoidal waveform with less harmonic components. You can see that

[実施形態2]
図6は本実施形態2におけるモジュラーマルチレベル変換器を示す概略図である。本実施形態2は実施形態1のモジュラーマルチレベル変換器の正極側セルce1〜cek,負極側セルcek+1〜ce2k,インダクタLP,LN,Hブリッジ回路1,高周波トランスHFTを三相に渡って設け、三相の電圧を出力できるようにしたものである。図2に示すように、正極側セルce1〜cek,負極側セルcek+1〜ce2kは実施形態1と同様の構造を有する。
[Embodiment 2]
FIG. 6 is a schematic diagram showing a modular multilevel converter according to the second embodiment. In the second embodiment, the positive side cells ce1 to cek, the negative side cells cek + 1 to ce2k, the inductors L P and L N , the H bridge circuit 1, and the high frequency transformer HFT of the modular multilevel converter of the first embodiment are spread over three phases. It is provided so that a three-phase voltage can be output. As shown in FIG. 2, the positive electrode side cells ce1 to cek and the negative electrode side cells cek + 1 to ce2k have the same structure as that of the first embodiment.

[効果]
実施形態1,2におけるモジュラーマルチレベル変換器の 効果を以下に示す。
[effect]
The effects of the modular multilevel converter in Embodiments 1 and 2 are shown below.

実施形態1,2は図7に示す従来方式と比べて、同じセル数において出力電圧のレベル数を増やすことができる。1相あたりのセル数=8の場合の比較を表1に示す。   The first and second embodiments can increase the number of levels of the output voltage in the same number of cells as compared with the conventional method shown in FIG. Table 1 shows a comparison when the number of cells per phase = 8.

Figure 2016226224
Figure 2016226224

したがって、セル数を増加させることなく、出力電圧VOの波形をより高調波成分の少ない正弦波に近い波形にすることができる。その結果、図2に示すモジュラーマルチレベル変換器と負荷Loadとの間に接続される高調波電流抑制用フィルタLを小型化させることができる。 Therefore, the waveform of the output voltage V O can be made a waveform close to a sine wave with less harmonic components without increasing the number of cells. As a result, the harmonic current suppressing filter L connected between the modular multilevel converter and the load Load shown in FIG. 2 can be reduced in size.

また、本実施形態1,2は図7に示す従来方式と比べて、同じ出力電圧のレベル数においてセル数を減少させることができる。出力電圧VOのレベル数=19の場合のセル数,コンデンサ数,スイッチングデバイスおよびスイッチング素子(IGBT)数の比較を表2に示す。 Further, the first and second embodiments can reduce the number of cells at the same number of output voltage levels as compared with the conventional method shown in FIG. Table 2 shows a comparison of the number of cells, the number of capacitors, the number of switching devices and the number of switching elements (IGBTs) when the number of levels of the output voltage V O = 19.

Figure 2016226224
Figure 2016226224

なお、表2のコンデンサ数は、各セルのコンデンサとHブリッジ回路1のフライングキャパシタを含むものとする。また、表2のIGBT数は各セルのスイッチング素子とHブリッジ回路1のスイッチングデバイスを含むものとする。   Note that the number of capacitors in Table 2 includes the capacitors of each cell and the flying capacitors of the H bridge circuit 1. The number of IGBTs in Table 2 includes the switching elements of each cell and the switching devices of the H bridge circuit 1.

本実施形態1,2では、セル数だけではなく、コンデンサ数とIGBT数も低減できることがわかる。また、IGBT数の低減は、IGBTのオンオフを駆動するゲートドライブ回路数の低減へもつながる。セル数とコンデンサ数とIGBT数の低減をもたらす本実施形態1,2は、装置全体の低コスト化と小型化と部品数低減による高信頼性につながる。   In Embodiments 1 and 2, it can be seen that not only the number of cells but also the number of capacitors and the number of IGBTs can be reduced. The reduction in the number of IGBTs also leads to a reduction in the number of gate drive circuits that drive the on / off of the IGBTs. The first and second embodiments that reduce the number of cells, the number of capacitors, and the number of IGBTs lead to high reliability by reducing the cost and size of the entire apparatus and reducing the number of components.

以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。   Although the present invention has been described in detail only for the specific examples described above, it is obvious to those skilled in the art that various changes and modifications are possible within the scope of the technical idea of the present invention. Such variations and modifications are naturally within the scope of the claims.

また、実施形態1,2では、各スイッチングデバイスが1つずつのみ場合を示しているが、各スイッチングデバイスの一部または全てを直列数もしくは並列数の少なくとも一方を複数にしてもよい。   In the first and second embodiments, only one switching device is shown. However, a part or all of each switching device may include at least one of a series number or a parallel number.

P,N…直流端子
VDCH,VDCL…直流電圧源
ce1〜cek…正極側セル
cek+1〜ce2k…負極側セル
P,LN…インダクタ
HFT…高周波トランス
1…Hブリッジ回路
P, N ... DC terminals VDCH, VDCL ... DC voltage source Ce1~cek ... positive-electrode cell cek + 1~ce2k ... negative electrode cell L P, L N ... inductor HFT ... high frequency transformer 1 ... H-bridge circuit

Claims (4)

正極側の直流端子と負極側の直流端子との間に接続された各相共通の直流電圧源と、
正極側の直流端子に対して、k個(k≧1)直列接続された各相の正極側セルと、
負極側の直流端子に対して、k個(k≧1)直列接続された各相の負極側セルと、
正極側の直流端子からk番目の正極側セルと、負極側の直流端子からk番目の負極側セルに、それぞれ一端が接続された各相2つのインダクタと、
2つのインダクタの他端に直流側が接続された各相のHブリッジ回路と、
Hブリッジ回路の交流側に1次巻線の一端と2次巻線の一端とが接続され、1次巻線の他端と2次巻線の他端との共通接続点を出力端子とする各相の高周波トランスと、
を備え、
前記正極側セル、前記負極側セル、前記インダクタ、前記Hブリッジ回路、前記高周波トランスの相数が1以上であることを特徴とするモジュラーマルチレベル変換器。
DC voltage source common to each phase connected between the DC terminal on the positive electrode side and the DC terminal on the negative electrode side;
The positive electrode side cell of each phase connected in series with k (k ≧ 1) with respect to the DC terminal on the positive electrode side,
A negative electrode side cell of each phase connected in series with k (k ≧ 1) with respect to the DC terminal on the negative electrode side;
Two inductors each having one end connected to the kth positive side cell from the positive side DC terminal and from the negative side DC terminal to the kth negative side cell;
An H-bridge circuit for each phase in which the DC side is connected to the other ends of the two inductors;
One end of the primary winding and one end of the secondary winding are connected to the AC side of the H-bridge circuit, and the common connection point between the other end of the primary winding and the other end of the secondary winding is used as an output terminal. A high-frequency transformer for each phase;
With
The modular multilevel converter characterized in that the positive electrode side cell, the negative electrode side cell, the inductor, the H bridge circuit, and the high frequency transformer have one or more phases.
前記正極側セルと前記負極側セルは、
コンデンサと、コンデンサの一端と他端との間に直列接続された2つのスイッチング素子と、を有し、2つスイッチング素子の共通接続点と一方のスイッチング素子とコンデンサとの共通接続点を接続端子とすることを特徴とする請求項1記載のモジュラーマルチレベル変換器。
The positive electrode side cell and the negative electrode side cell are:
A capacitor, and two switching elements connected in series between one end and the other end of the capacitor, and a connection terminal between the common connection point of the two switching elements and the common connection point of the one switching element and the capacitor The modular multilevel converter according to claim 1, wherein:
正極側セルと、負極側セルと、インダクタと、Hブリッジ回路と、高周波トランスと、を三相に渡って設け、三相の電圧を出力することを特徴とする請求項1または2記載のモジュラーマルチレベル変換器。   3. The modular according to claim 1, wherein a positive side cell, a negative side cell, an inductor, an H-bridge circuit, and a high-frequency transformer are provided over three phases to output a three-phase voltage. Multi-level converter. 前記Hブリッジ回路に設けられた各スイッチングデバイスの一部または全てを、直列数および並列数のうち少なくとも一方を複数としたことを特徴とする請求項1または2記載のモジュラーマルチレベル変換器。   The modular multilevel converter according to claim 1 or 2, wherein a part or all of each switching device provided in the H-bridge circuit includes at least one of a series number and a parallel number.
JP2015112728A 2015-06-03 2015-06-03 Modular multilevel converter Pending JP2016226224A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015112728A JP2016226224A (en) 2015-06-03 2015-06-03 Modular multilevel converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015112728A JP2016226224A (en) 2015-06-03 2015-06-03 Modular multilevel converter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2016226224A true JP2016226224A (en) 2016-12-28

Family

ID=57748767

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015112728A Pending JP2016226224A (en) 2015-06-03 2015-06-03 Modular multilevel converter

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2016226224A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109149980A (en) * 2017-06-19 2019-01-04 华北电力大学 A kind of change submodule output voltage polar circuit
CN109672354A (en) * 2019-01-31 2019-04-23 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 MMC circulation inhibition method

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109149980A (en) * 2017-06-19 2019-01-04 华北电力大学 A kind of change submodule output voltage polar circuit
CN109672354A (en) * 2019-01-31 2019-04-23 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 MMC circulation inhibition method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11088632B2 (en) Multi-channel inverter systems including coupled inductors
Zygmanowski et al. Capacitance and inductance selection of the modular multilevel converter
Lei et al. A 2 kW, single-phase, 7-level, GaN inverter with an active energy buffer achieving 216 W/in3 power density and 97.6% peak efficiency
Norrga et al. The polyphase cascaded-cell DC/DC converter
US10917019B2 (en) Quasi-single stage power converter topology
JP5634102B2 (en) Grid interconnection inverter
CN112771777A (en) Apparatus for conversion between AC power and DC power
WO2002089285A1 (en) 18-pulse rectification system using a wye-connected autotransformer
Lazzarin et al. Split‐phase switched‐capacitor ac–ac converter
KR20160013176A (en) Converter assembly having multi-step converters connected in parallel and method for controlling said multi-step converters
CN102823122B (en) Have second and the 3rd order harmonics reduce the modular multistage power converter of filter
Chattopadhyay et al. Modular isolated DC-DC converter with multi-limb transformer for interfacing of renewable energy sources
US20140204614A1 (en) Rectified high frequency power supply with low total harmonic distortion (thd)
Siddique et al. A new seven‐level ANPC inverter structure with semiconductor device reduction
Zhang et al. A single-stage three-phase isolated AC-DC converter for medium voltage solid state transformer applications
JP2016226224A (en) Modular multilevel converter
CN204538957U (en) For filter apparatus and the DC-to-AC converter of the inverter of three-phase
US9438132B2 (en) Multilevel AC/DC power converting method and converter device thereof
US20190341858A1 (en) SYNDEM Converter - A Power Electronic Converter with All Voltage and Current Sensors Connected to a Common Reference Point
Pirouz et al. Extended modular multilevel converters suitable for medium-voltage and large-current STATCOM applications
JP6045664B1 (en) Power converter
Quan et al. Suppression of common mode circulating current for modular paralleled three-phase converters based on interleaved carrier phase-shift PWM
Mortazavi et al. A Direct AC-AC Switched-Capacitor Converter with Input-Series Output-Parallel and In-Phase/Out-of-Phase Capabilities
Zhuang et al. Control strategy to achieve input voltage sharing and output current sharing for input-series-output-parallel inverter
Wang et al. Performance evaluation of a two-terminal active Inductor in the DC-link filter of a three-phase diode bridge rectifier