JP2019088056A - Power converter and power conversion apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、電力変換器および電力変換装置に関する。 Embodiments of the present invention relate to a power converter and a power converter.
従来、例えば、交流を直流または直流を交流に変換する電力変換器には、３相２レベル変換器が採用されてきた。３相２レベル変換器は、直流から３相交流を出力する電力変換器を構成する上で必要最小限の半導体スイッチング素子６個で構成されるため、小型低コスト化を図ることが出来る。 Conventionally, for example, a three-phase two-level converter has been adopted as a power converter that converts alternating current into direct current or direct current into alternating current. The three-phase to two-level converter is configured with six semiconductor switching elements that are minimally required when configuring a power converter that outputs a direct current to a three-phase alternating current, so downsizing and cost reduction can be achieved.
一方、その出力電圧波形は、入力直流電圧をＶｄｃとしたとき、相ごとに、＋Ｖｄｃ／２と、−Ｖｄｃ／２との２値の切替（スイッチング）をＰＷＭ（パルス幅変調）で行い、擬似的に交流波形が生成された波形となっており、多分にスイッチングに起因する高調波電圧を含んでいる。このため、スイッチング高調波を低減するために、３相交流出力にリアクトルやコンデンサで構成されるフィルタを挿入する対策が取られる。しかしながら、電力系統に流れ出す高調波成分が他の機器に悪影響を及ぼさないレベルまで十分低減するためには、このフィルタ容量を大きくする必要があり、コスト上昇と、重量増加を招いていた。 On the other hand, when the input DC voltage is Vdc, the output voltage waveform is PWM (pulse width modulation) switched between binary switching of + Vdc / 2 and -Vdc / 2 for each phase. The alternating current waveform is a generated waveform, and includes harmonic voltages resulting from switching. For this reason, in order to reduce switching harmonics, a measure is taken to insert a filter composed of a reactor and a capacitor in the three-phase AC output. However, in order to sufficiently reduce the level of harmonic components flowing into the power system to a level that does not adversely affect other devices, it is necessary to increase the filter capacity, resulting in cost increase and weight increase.
また、上記フィルタを小型化することを目的に、スイッチングを高周波化することもあるが、スイッチングに伴う損失が増大し、電力ロスが大きくなるのみならず、電力変換器の冷却性能を上げる必要が生じる。屋外等で冷却ファンの設置が困難な環境で使われる場合には、その冷却部が大型化する。 In addition, switching may be performed at a higher frequency to reduce the size of the filter, but the loss associated with switching may increase and not only the power loss increases, but it is necessary to improve the cooling performance of the power converter. It occurs. When used in an environment where the installation of a cooling fan is difficult outdoors or the like, the cooling unit becomes larger.
これに対し、モジュラー・マルチレベル変換器（ＭＭＣ）のように、単位変換器を多段接続し、電力系統、配電系統電圧と同等な高電圧を変換できる電力変換器の研究開発も進められている。モジュラー・マルチレベル変換器によれば、多レベル化により出力電圧・電流波形が正弦波に近づけることができるため、高調波フィルタが不要となる。さらに、各単位変換器のスイッチングタイミングをずらすことにより、より低周波のスイッチングで同じ高調波含有量となるため、スイッチング損失を低減することも可能になる。 On the other hand, research and development of power converters capable of converting high voltages equivalent to power system and distribution system voltages, such as modular multi-level converters (MMC), in which unit converters are connected in multiple stages, is also in progress . According to the modular multi-level converter, the output voltage / current waveform can be made close to a sine wave by multilevel conversion, so that the harmonic filter is not necessary. Furthermore, by shifting the switching timing of each unit converter, the same harmonic content can be obtained at lower frequency switching, so it is also possible to reduce the switching loss.
モジュラー・マルチレベル変換器を構成する単位変換器は、多レベルの電圧を出力するために、それぞれがコンデンサを有する必要がある。そのため、複数の単位変換器のコンデンサ電圧を適切な電圧に制御するために、１つの単位変換器ごとにフィードバック制御など、複雑な制御を多数実装する必要があった。 The unit converters that make up the modular multilevel converter must each have a capacitor in order to output multiple levels of voltage. Therefore, in order to control the capacitor voltage of a plurality of unit converters to an appropriate voltage, it was necessary to implement many complicated controls such as feedback control for each unit converter.
さらに、単位変換器が出力する電圧および流れる電流によって、コンデンサには主に交流周波数の成分をもつ電圧脈動が発生し、単位変換器の半導体素子の耐圧を超えてしまう恐れがあり、半導体素子の耐圧を考慮して十分な容量のコンデンサを搭載すると、機器を小型化することが困難であった。 Furthermore, voltage pulsation with a component of AC frequency mainly occurs in the capacitor due to the voltage and the flowing current output from the unit converter, which may exceed the withstand voltage of the semiconductor element of the unit converter. When a capacitor with a sufficient capacity is mounted in consideration of the withstand voltage, it is difficult to miniaturize the device.
本発明の実施形態は、上記事情を鑑みて成されたものであって、複雑な制御を行う必要がなく、かつ、小型な電力変換器および電力変換装置を提供することを目的とする。 An embodiment of the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a compact power converter and power converter without the need for complicated control.
実施形態に電力変換器は、高電位側の主回路配線と、低電位側の主回路配線と、複数相の交流端子と、前記高電位側の主回路配線と前記低電位側の主回路配線との間に直列に接続された正側アームおよび負側アームをそれぞれ備えた複数相のアームユニットと、を備え、前記正側アームと前記負側アームとの接続部は対応する前記交流端子と電気的に接続し、前記正側アームと前記負側アームとのそれぞれは、直列に接続された一対のスイッチング素子と、一対の前記スイッチング素子と並列に接続した蓄電部と、をそれぞれ備えた複数の単位変換器と、直列に接続された複数の前記単位変換器の隣接した前記蓄電部を並列に接続する経路に設けられた少なくとも１つの補助スイッチング素子と、を備え、前記高電位側の主回路配線と接続した前記単位変換器の前記蓄電部は、他相のアームユニットの、前記高電位側の主回路配線と接続した前記単位変換器の前記蓄電部と並列に接続され、前記低電位側の主回路配線と接続した前記単位変換器の前記蓄電部は、他相のアームユニットの、前記低電位側の主回路配線と接続した前記単位変換器の前記蓄電部と並列に接続されている。 In the embodiment, the power converter includes a main circuit wiring on the high potential side, a main circuit wiring on the low potential side, AC terminals of a plurality of phases, a main circuit wiring on the high potential side, and a main circuit wiring on the low potential side. And a plurality of phase arm units each having a positive side arm and a negative side arm connected in series between them, and a connection portion between the positive side arm and the negative side arm corresponds to the corresponding AC terminal A plurality of electrical connections are provided, and each of the positive side arm and the negative side arm includes a pair of switching elements connected in series and a storage unit connected in parallel to the pair of switching elements And at least one auxiliary switching element provided in a path connecting in parallel the power storage units adjacent to each other of the plurality of unit converters connected in series; Connect with circuit wiring The storage unit of the unit converter is connected in parallel with the storage unit of the unit converter connected to the main circuit wiring on the high potential side of the arm unit of the other phase, and the main circuit wiring on the low potential side The storage unit of the unit converter connected thereto is connected in parallel with the storage unit of the unit converter connected to the main circuit wiring on the low potential side of the arm unit of the other phase.
以下、一実施形態の電力変換装置について、図面を参照して説明する。
図１は、第１実施形態の電力変換器および電力変換装置の構成を概略的に示す図である。
Hereinafter, a power conversion device according to an embodiment will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of the power converter and the power converter of the first embodiment.
本実施形態の電力変換装置ＣＶは、電力変換器１００とコントローラ２００とを備えている。電力変換器１００は、正側直流端子Ｐと負側直流端子Ｎに接続される直流側と３相交流端子Ｕ、Ｖ、Ｗに接続される交流側との間に接続される。 The power converter CV of the present embodiment includes a power converter 100 and a controller 200. Power converter 100 is connected between the DC side connected to positive side DC terminal P and negative side DC terminal N and the AC side connected to three-phase AC terminals U, V, W.
電力変換器１００は、複数のアームユニットＵＮＴを備えている。複数のアームユニットＵＮＴのそれぞれは、正側アーム１０と負側アーム２０とを備えている。以下では、一例としてＵ相のアームユニットＵＮＴの構成について説明するが、他の相のアームユニットＵＮＴも同様の構成である。 Power converter 100 includes a plurality of arm units UNT. Each of the plurality of arm units UNT includes a positive arm 10 and a negative arm 20. Hereinafter, the configuration of the U-phase arm unit UNT will be described as an example, but the arm units UNT of other phases have the same configuration.
正側アーム１０は、一端で正側直流端子Ｐと電気的に接続し、負側アーム２０は一端で負側直流端子Ｎと電気的に接続している。正側アーム１０と負側アーム２０とは、他端同士で互いに電気的に接続される。正側直流端子Ｐ及び負側直流端子Ｎに接続された、正側アーム１０と負側アーム２０との端部が直流端子であり、正側アーム１０と負側アーム２０との接続点が各相の交流端子である。 The positive arm 10 is electrically connected to the positive DC terminal P at one end, and the negative arm 20 is electrically connected to the negative DC terminal N at one end. The positive arm 10 and the negative arm 20 are electrically connected to each other at the other ends. The end of the positive arm 10 and the negative arm 20 connected to the positive DC terminal P and the negative DC terminal N is a DC terminal, and the connection point of the positive arm 10 and the negative arm 20 is each It is a phase AC terminal.
正側アーム１０および負側アーム２０のそれぞれは複数の単位変換器１１−１３、２１−２３を備えている。正側アーム１０の複数の単位変換器１１−１３は直列に接続している。負側アーム２０の単位変換器２１−２３は直列に接続している。本実施形態の電力変換器１００は、正側アーム１０および負側アーム２０のそれぞれにおいて、複数の単位変換器１１−１３、２１−２３のスイッチングタイミングが互いにずれることにより、階段状の交流電圧等の任意の電圧を出力することができる。 Each of the positive side arm 10 and the negative side arm 20 includes a plurality of unit converters 11-13 and 21-23. The plurality of unit converters 11-13 of the positive side arm 10 are connected in series. The unit converters 21-23 of the negative side arm 20 are connected in series. In the power converter 100 according to the present embodiment, in each of the positive side arm 10 and the negative side arm 20, the switching timings of the plurality of unit converters 11-13 and 21-23 are shifted from each other, whereby a stepped AC voltage etc. Can output any voltage.
正側アーム１０は、３つの単位変換器１１−１３を備えている。単位変換器１１は、直列接続された２つの（一対の）スイッチング素子ＳＰ１、ＳＮ１と、２つのスイッチング素子ＳＰ１、ＳＮ１に対して並列接続された蓄電部（例えばコンデンサ）Ｃ１と、を備えている。単位変換器１２は、直列接続された２つの（一対の）スイッチング素子ＳＰ２、ＳＮ２と、２つのスイッチング素子ＳＰ２、ＳＮ２に対して並列接続された蓄電部（例えばコンデンサ）Ｃ２と、を備えている。単位変換器１３は、直列接続された２つの（一対の）スイッチング素子ＳＰ３、ＳＮ３と、２つのスイッチング素子ＳＰ３、ＳＮ３に対して並列接続された蓄電部（例えばコンデンサ）Ｃ３と、を備えている。 The positive arm 10 is provided with three unit converters 11-13. Unit converter 11 includes two (a pair of) switching elements S P1 and S N1 connected in series, and a storage unit (for example, a capacitor) C1 connected in parallel to two switching elements S P1 and S N1 . Is equipped. Unit converter 12 includes two (a pair of) switching elements S P2 and S N2 connected in series, and a storage unit (for example, a capacitor) C 2 connected in parallel to two switching elements S P2 and S N2 , Is equipped. Unit converter 13 includes two (a pair of) switching elements S P3 and S N3 connected in series, and a storage unit (for example, a capacitor) C 3 connected in parallel to two switching elements S P3 and S N3 . Is equipped.
正側アーム１０は２つの補助スイッチング素子ＳＣ１、ＳＣ２を更に備えている。例えば、隣り合う単位変換器１１、１２、１３の蓄電部Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３同士は、補助スイッチング素子ＳＣ１、ＳＣ２を介して、電気的に並列に接続可能である。補助スイッチング素子ＣＳ１、ＣＳ２は、コントローラ２００からの制御信号Ｇｕｃ１、Ｇｕｃ２により動作を制御される。 The positive arm 10 further includes two auxiliary switching elements SC1 and SC2. For example, storage units C1, C2, C3 of adjacent unit converters 11, 12, 13 can be electrically connected in parallel via auxiliary switching elements SC1, SC2. The operations of the auxiliary switching elements CS1 and CS2 are controlled by control signals Guc1 and Guc2 from the controller 200.
補助スイッチング素子ＳＣ１は、蓄電部Ｃ１の負側端子と蓄電部Ｃ２の負側端子とを電気的に接続する経路に設けられ、蓄電部Ｃ１と蓄電部Ｃ２とを並列に接続する経路の電気的接続状態を切り替え可能である。 Auxiliary switching element SC1 is provided in a path electrically connecting the negative side terminal of power storage unit C1 and the negative side terminal of power storage unit C2, and electrically connected in parallel between power storage unit C1 and power storage unit C2. The connection state can be switched.
補助スイッチング素子ＳＣ２は、蓄電部Ｃ２の負側端子と蓄電部Ｃ３の負側端子とを電気的に接続する経路に設けられ、蓄電部Ｃ２と蓄電部Ｃ３とを並列に接続する経路の電気的接続状態を切り替え可能である。 Auxiliary switching element SC2 is provided in a path electrically connecting the negative side terminal of power storage unit C2 to the negative side terminal of power storage unit C3, and electrically connected in parallel between power storage unit C2 and power storage unit C3. The connection state can be switched.
正側アーム１０の最も高電位側にある単位変換器１１の蓄電部Ｃ１は、正側端子が、高電位側の主回路を介して他相の高電位側の単位変換器の蓄電部の正側端子と電気的に接続し、負側端子が、他相の高電位側の単位変換器の蓄電部の負側端子と電気的に接続している。すなわち、複数相の正側アーム１０の最も高電位側に配置された単位変換器１１の蓄電部Ｃ１は、互いに電気的に接続している。 The storage unit C1 of the unit converter 11 located on the highest potential side of the positive arm 10 has a positive terminal connected to the positive side of the storage unit of the unit converter on the high potential side of the other phase through the high potential side main circuit. The negative terminal is electrically connected to the side terminal, and the negative terminal is electrically connected to the negative terminal of the power storage unit of the unit converter on the high potential side of the other phase. That is, power storage units C <b> 1 of unit converters 11 disposed on the highest potential side of multi-phase positive side arms 10 are electrically connected to each other.
負側アーム２０も同様に、３つの単位変換器２１−２３を備えている。単位変換器２１は、直列接続された２つの（一対の）スイッチング素子ＳＰ４、ＳＮ４と、２つのスイッチング素子ＳＰ４、ＳＮ４に対して並列接続された蓄電部（例えばコンデンサ）Ｃ４と、を備えている。単位変換器２２は、直列接続された２つの（一対の）スイッチング素子ＳＰ５、ＳＮ５と、２つのスイッチング素子ＳＰ５、ＳＮ５に対して並列接続された蓄電部（例えばコンデンサ）Ｃ５と、を備えている。単位変換器２３は、直列接続された２つの（一対の）スイッチング素子ＳＰ６、ＳＮ６と、２つのスイッチング素子ＳＰ６、ＳＮ６に対して並列接続された蓄電部（例えばコンデンサ）Ｃ６と、を備えている。 Similarly, the negative arm 20 is provided with three unit converters 21-23. Unit converter 21 includes two (a pair of) switching elements S P4 and S N4 connected in series, and a storage unit (for example, a capacitor) C 4 connected in parallel to two switching elements S P4 and S N4 . Is equipped. Unit converter 22, two series-connected and (a pair of) switching elements S P5, S N5, parallel-connected power storage unit to the two switching elements S P5, S N5 (e.g. capacitors) C5, Is equipped. Unit converter 23 includes two (a pair of) switching elements S P6 , S N6 connected in series, and a storage unit (for example, a capacitor) C 6 connected in parallel to two switching elements S P6 , S N6 , Is equipped.
負側アーム２０は２つの補助スイッチング素子ＳＣ３、ＳＣ４を更に備えている。例えば、隣り合う単位変換器２１、２２、２３の蓄電部Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６同士は、補助スイッチング素子ＳＣ３、ＳＣ４を介して、その一端が電気的に並列に接続可能である。補助スイッチング素子ＣＳ３、ＣＳ４は、コントローラ２００からの制御信号Ｇｕｃ３、Ｇｕｃ４により動作を制御される。 The negative arm 20 further comprises two auxiliary switching elements SC3 and SC4. For example, storage units C4, C5, C6 of adjacent unit converters 21, 22, 23 can be electrically connected in parallel at one end via auxiliary switching elements SC3, SC4. The operations of the auxiliary switching elements CS3 and CS4 are controlled by control signals Guc3 and Guc4 from the controller 200.
補助スイッチング素子ＳＣ３は、蓄電部Ｃ４の正側端子と蓄電部Ｃ５の正側端子とを電気的に接続する経路に設けられ、蓄電部Ｃ４と蓄電部Ｃ５とを並列に接続する経路の電気的接続状態を切り替え可能である。 Auxiliary switching element SC3 is provided in a path electrically connecting the positive side terminal of storage portion C4 and the positive side terminal of storage portion C5, and the electrical path of the path connecting storage portion C4 and storage portion C5 in parallel. The connection state can be switched.
補助スイッチング素子ＳＣ４は、蓄電部Ｃ５の正側端子と蓄電部Ｃ６の正側端子とを電気的に接続する経路に設けられ、蓄電部Ｃ５と蓄電部Ｃ６とを並列に接続する経路の電気的接続状態を切り替え可能である。 Auxiliary switching element SC4 is provided in a path electrically connecting the positive side terminal of storage portion C5 and the positive side terminal of storage portion C6, and electrically connected in parallel between storage portion C5 and storage portion C6. The connection state can be switched.
負側アーム２０の最も低電位側にある単位変換器２１の蓄電部Ｃ４は、負側端子が、低電位側の主回路を介して他相の低電位側の単位変換器の蓄電部の負側端子と電気的に接続し、正側端子が、他相の低電位側の単位変換器の蓄電部の正側端子と電気的に接続している。すなわち、複数相の負側アーム２０の最も低電位側に配置された単位変換器２１の蓄電部Ｃ４は、互いに電気的に接続している。 The storage unit C4 of the unit converter 21 on the lowest potential side of the negative arm 20 has a negative terminal connected to the negative side of the storage unit of the unit converter on the low potential side of the other phase through the low potential side main circuit. The positive side terminal is electrically connected to the side terminal, and the positive side terminal is electrically connected to the positive side terminal of the power storage unit of the unit converter on the low potential side of the other phase. That is, power storage units C <b> 4 of unit converters 21 disposed on the lowest potential side of the plurality of phases of negative side arms 20 are electrically connected to each other.
単位変換器１１−１３、２１−２３のスイッチング素子ＳＰ１−ＳＰ６、ＳＮ１−ＳＮ６は、例えばＩＥＧＴ（injection Enhanced Gate transistor）の自己消弧型のスイッチング素子と、ＩＥＧＴに逆並列接続された帰還ダイオードとを備えている。自己消弧型のスイッチング素子は、例えば、ＧＴＯ（gate turn-off thyristor）、ＧＣＴ（gate communicated turn-off thyristor）、ＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide semiconductor field-effect transistor）、又はＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等、素子のオン（導通状態）とオフ（非導通状態）とを電気的に制御可能なスイッチング素子を採用することが可能である。スイッチング素子ＳＰ１−ＳＰ６、ＳＮ１−ＳＮ６は、コントローラ２００からの制御信号Ｇｕｐ１−Ｇｕｐ６、Ｇｕｎ１−Ｇｕｎ６によりその動作を制御される。 Switching element S P1 -S P6, S N1 -S N6 of unit converters 11-13,21-23, for example a switching element of the self-extinguishing type of IEGT (injection Enhanced Gate transistor), connected in antiparallel to the IEGT And a feedback diode. The self-arcing switching element is, for example, a gate turn-off thyristor (GTO), a gate communicated turn-off thyristor (GCT), a metal-oxide semiconductor field-effect transistor (MOSFET), or an insulated gate bipolar transistor (IGBT). It is possible to employ a switching element capable of electrically controlling the on (conductive state) and the off (non-conductive state) of the element. The switching elements S P1 -S P6 and S N1 -S N6 are controlled in operation by control signals G up1 -G up6 and G un1 -G un6 from the controller 200.
各相の正側アーム１０は、リアクトルＬ１を更に備え、リアクトルＬ１を介して対応する３相交流端子Ｕ、Ｖ、Ｗと電気的に接続している。各相の負側アーム２０は、リアクトルＬ２を更に備え、リアクトルＬ２を介して対応する３相交流端子Ｕ、Ｖ、Ｗと電気的に接続している。 The positive side arm 10 of each phase further includes a reactor L1, and is electrically connected to the corresponding three-phase AC terminals U, V, W via the reactor L1. The negative side arm 20 of each phase further includes a reactor L2, and is electrically connected to the corresponding 3-phase AC terminals U, V, W via the reactor L2.
コントローラ２００は、例えば外部から供給されたデューティ信号（出力指令）に基づいて、所望の出力が得られるように各相の正側アーム１０および負側アーム２０の動作を制御する。コントローラ２００は、各相のアームユニットＵＮＴへ、スイッチング素子ＳＰ１−ＳＰ６、ＳＮ１−ＳＮ６の制御信号Ｇｕｐ＃、Ｇｕｎ＃、Ｇｖｐ＃、Ｇｖｎ＃、Ｇｗｐ＃、Ｇｗｎ＃（＃：１〜６）と、補助スイッチング素子ＳＣ１−ＳＣ４の制御信号Ｇｕｃ＃、Ｇｖｃ＃、Ｇｗｃ＃（＃：１〜４）を出力する。 The controller 200 controls the operation of the positive side arm 10 and the negative side arm 20 of each phase so as to obtain a desired output, based on, for example, a duty signal (output command) supplied from the outside. Controller 200, each phase arm unit UNT, the control signal G Stay up-# switching element S P1 -S P6, S N1 -S N6, G un #, G vp #, G vn #, G wp #, G wn # (#: 1 to 6) and control signals G uc # , G vc # , and G wc # (#: 1 to 4) of the auxiliary switching elements SC 1 to SC 4 are output.
コントローラ２００は、直列に接続された複数の単位変換器１１−１３、２１−２３の隣接した蓄電部Ｃ１−Ｃ６を並列に接続する経路に介在するスイッチング素子ＳＰ１−ＳＰ２、ＳＮ４−ＳＮ５がオンであるときに、対応する補助スイッチング素子ＳＣ１−ＳＣ４をオンとし、スイッチング素子ＳＰ１−ＳＰ２、ＳＮ４−ＳＮ５がオフであるときに、対応する補助スイッチング素子ＳＣ１−ＳＣ４をオフとする。 Controller 200, the switching element S P1 -S P2 intervening path connecting power storage units C1-C6 in which adjacent of the plurality of unit converters 11-13,21-23 connected in series to parallel, S N4 -S when N5 is on, the corresponding auxiliary switching element SC1-SC4 is turned on, when the switching element S P1 -S P2, S N4 -S N5 is off, the corresponding auxiliary switching element SC1-SC4 off I assume.
コントローラ２００は、例えば、ＣＰＵ（central processing unit）やＭＰＵ（micro processing unit）などのプロセッサを少なくとも１つと、プロセッサにより実行されるプログラムが格納されたメモリと、を備えた演算装置である。 The controller 200 is, for example, an arithmetic device provided with at least one processor such as a central processing unit (CPU) or a micro processing unit (MPU), and a memory in which a program executed by the processor is stored.
図２Ａ乃至図２Ｃは、図１に示す電力変換装置の補助スイッチング素子の動作の一例を説明するための図である。
ここでは、たとえば、負側アーム２０の２つの隣接する単位変換器２２、２３の蓄電部Ｃ５、Ｃ６の電圧をバランスさせる方法を説明する。コントローラ２００は、隣接する単位変換器２２、２３の蓄電部Ｃ５、Ｃ６の正側端子同士および負側端子同士が接続されるように、補助スイッチング素子ＳＣ４を動作させる。これにより、負側アーム２０の隣接する蓄電部Ｃ５、Ｃ６の電圧を一致させることができる。
2A to 2C are diagrams for explaining an example of the operation of the auxiliary switching element of the power conversion device shown in FIG.
Here, for example, a method of balancing the voltages of the power storage units C5 and C6 of two adjacent unit converters 22 and 23 of the negative side arm 20 will be described. Controller 200 operates auxiliary switching element SC4 such that positive terminals and negative terminals of power storage units C5 and C6 of adjacent unit converters 22 and 23 are connected. Thereby, the voltages of the adjacent power storage units C5 and C6 of the negative side arm 20 can be made to match.
単位変換器２２、２３のスイッチング素子ＳＰ５、ＳＮ５、ＳＰ６、ＳＮ６は、所望の電力変換が行えるように制御されており、それぞれ独立に制御されている。ただし、基本的にはスイッチング素子ＳＰ５とスイッチング素子ＳＮ５とは相補動作となり、スイッチング素子ＳＰ６とスイッチング素子ＳＮ６とは相補動作となる。 The switching elements S P5 , S N5 , S P6 , and S N6 of the unit converters 22 and 23 are controlled so as to perform desired power conversion, and are controlled independently of each other. However, basically, the switching element SP5 and the switching element SN5 are complementary to each other, and the switching element SP6 and the switching element SN6 are complementary to each other.
図２Ａでは、スイッチング素子ＳＰ６がオフ（自己消弧型のスイッチング素子の非導通状態）、スイッチング素子ＳＮ６がオン（自己消弧型のスイッチング素子の導通状態）、スイッチング素子ＳＰ５がオン、スイッチング素子ＳＮ５がオフとなっている状態を示している。このとき、コントローラ２００は、補助スイッチング素子ＳＣ４をオフに制御する。 In FIG. 2A, the switching element SP6 is turned off (non-conduction state of the self arc extinguishing switching element), the switching element SN6 is turned on (conduction state of the self arc extinguishing switching element), the switching element SP5 is turned on, A state in which the switching element SN5 is off is shown. At this time, the controller 200 controls the auxiliary switching element SC4 to turn off.
仮に、このときに、コントローラ２００が補助スイッチング素子ＳＣ４をオンとすると、蓄電部Ｃ６が補助スイッチング素子ＳＣ４およびスイッチング素子ＳＰ５によって短絡されてしまう。そのため、コントローラ２００は、スイッチング素子ＳＰ５と、補助スイッチング素子ＳＣ４との両方が、オンである期間が生じないように制御を行う。 If, at this time, the controller 200 when to turn on the auxiliary switching element SC4, power storage unit C6 from being short-circuited by the auxiliary switching element SC4 and the switching element S P5. Therefore, the controller 200 performs the switching element S P5, both the auxiliary switching element SC4 is, a control so as not to cause duration is on.
図２Ｂでは、スイッチング素子ＳＰ６がオフ、スイッチング素子ＳＮ６がオン、スイッチング素子ＳＰ５がオフ、スイッチング素子ＳＮ５がオンとなっている状態を示している。このとき、コントローラ２００は、補助スイッチング素子ＳＣ４をオンに制御する。 FIG. 2B shows a state in which the switching element SP6 is off, the switching element SN6 is on, the switching element SP5 is off, and the switching element SN5 is on. At this time, the controller 200 controls the auxiliary switching element SC4 to be on.
この状態では、蓄電部Ｃ５と蓄電部Ｃ６とは、補助スイッチング素子ＳＣ４とスイッチング素子ＳＮ５とによって並列に接続され、蓄電部Ｃ５の電圧ＶＣ５と蓄電部Ｃ６の電圧ＶＣ６とが等しくなる。 In this state, a power storage unit C5 and power storage unit C6 is connected in parallel by the auxiliary switching element SC4 and the switching element S N5, a voltage V C5 of power storage unit C5 and the voltage V C6 of power storage unit C6 are equal.
図２Ｃでは、スイッチング素子ＳＰ６がオン、スイッチング素子ＳＮ６がオフ、スイッチング素子ＳＰ５がオフ、スイッチング素子ＳＮ５がオンとなっている状態を示している。このとき、コントローラ２００は、図２Ｂに示した場合と同様に、補助スイッチング素子ＳＣ４をオンに制御する。 FIG. 2C shows a state in which the switching element SP6 is on, the switching element SN6 is off, the switching element SP5 is off, and the switching element SN5 is on. At this time, the controller 200 controls the auxiliary switching element SC4 to be on as in the case shown in FIG. 2B.
この状態では、蓄電部Ｃ５と蓄電部Ｃ６とは、補助スイッチング素子ＳＣ４とスイッチング素子ＳＮ５とによって並列に接続され、蓄電部Ｃ５の電圧ＶＣ５と蓄電部Ｃ６の電圧ＶＣ６とが等しくなる。 In this state, a power storage unit C5 and power storage unit C6 is connected in parallel by the auxiliary switching element SC4 and the switching element S N5, a voltage V C5 of power storage unit C5 and the voltage V C6 of power storage unit C6 are equal.
すなわち、負側アーム２０は、第３単位変換器（例えば単位変換器２２）と、単位変換器２２の正側に隣接した第４単位変換器（例えば単位変換器２３）と、を備え、第３単位変換器の蓄電部（例えば蓄電部Ｃ５）と第４単位変換器の蓄電部（例えは蓄電部Ｃ６）とは、補助スイッチング素子（例えば補助スイッチング素子ＳＣ４）と、第３単位変換器の負側のスイッチング素子（例えばスイッチング素子ＳＮ５）とを介して並列に接続可能である。 That is, the negative side arm 20 includes a third unit converter (for example, unit converter 22) and a fourth unit converter (for example, unit converter 23) adjacent to the positive side of the unit converter 22. The storage unit (for example, storage unit C5) of the 3-unit converter and the storage unit (for example, storage unit C6) of the fourth unit converter include an auxiliary switching element (for example, auxiliary switching element SC4) and a third unit converter It can be connected in parallel via the negative side switching element (for example, switching element S N5 ).
以上のことより、コントローラ２００は、補助スイッチング素子ＳＣ４を制御することにより、電力変換器１００の通常の電力変換動作に影響を与えることなく、単位変換器２２の蓄電部Ｃ５の電圧ＶＣ５と、単位変換器２３の蓄電部Ｃ６の電圧ＶＣ６とをバランス（等しく）させることが出来る。 From the above, controller 200 controls auxiliary switching element SC4, thereby affecting voltage V C5 of power storage unit C5 of unit converter 22 without affecting the normal power conversion operation of power converter 100; the voltage V C6 of power storage unit C6 of the unit converters 23 balance (equal) to cause it can be.
また、例えば、単位変換器２１の蓄電部Ｃ４と単位変換器２２の蓄電部Ｃ５との電圧をバランスさせるときには、コントローラ２００は、スイッチング素子ＳＰ４がオンされている状態にて、補助スイッチング素子ＳＣ３をオフするように制御を行う。これは、スイッチング素子ＳＰ４と補助スイッチング素子ＳＣ３との両方がオンとなると、補助スイッチング素子ＳＣ３とスイッチング素子ＳＰ４とにより蓄電部Ｃ５が短絡されてしまうためである。 Further, for example, is to balance the voltage of the power storage unit C5 of power storage unit C4 and the unit converters 22 of the unit converter 21, controller 200, in a state where the switching element S P4 is turned on, the auxiliary switching element SC3 Control to turn off. This is because both the switching element S P4 and the auxiliary switching element SC3 is the turned on, the power storage unit C5 from being short-circuited by the auxiliary switching element SC3 and the switching element S P4.
また、コントローラ２００は、スイッチング素子ＳＮ４がオンされている状態にて、補助スイッチング素子ＳＣ３をオンするように制御を行う。この状態では、蓄電部Ｃ４と蓄電部Ｃ５とは、補助スイッチング素子ＳＣ３とスイッチング素子ＳＮ４とによって並列に接続され、蓄電部Ｃ４の電圧と蓄電部Ｃ５の電圧とが等しくなる。 Further, the controller 200 performs in a state where the switching element S N4 is turned on, the control to turn on the auxiliary switching element SC3. In this state, a power storage unit C4 and the power storage unit C5 is connected in parallel by the auxiliary switching element SC3 and the switching element S N4, the voltage of the power storage unit C4 and the voltage of the power storage unit C5 are equal.
他の、単位変換器１１−１３についても、同様に補助スイッチング素子ＳＣ１、ＳＣ２の動作を制御することにより隣接した蓄電部Ｃ１−Ｃ３の電圧をバランスさせることが出来る。たとえば、正側アーム１０の２つの隣接する単位変換器１２、１３の蓄電部Ｃ２、Ｃ３の電圧をバランスさせるときには、コントローラ２００は、隣接する単位変換器１２、１３の蓄電部Ｃ２、Ｃ３の正側端子同士および負側端子同士が接続されるように、補助スイッチング素子ＳＣ２とスイッチング素子ＳＰ２とが同じタイミングでオンおよびオフするように動作させる。これにより、正側アーム１０の隣接する蓄電部Ｃ２、Ｃ３の電圧をバランスさせることができる。 The voltage of adjacent power storage units C1-C3 can be balanced by similarly controlling the operation of auxiliary switching elements SC1 and SC2 for the other unit converters 11-13. For example, when the voltages of power storage units C2 and C3 of two adjacent unit converters 12 and 13 of positive side arm 10 are to be balanced, controller 200 controls the positive values of power storage units C2 and C3 of adjacent unit converters 12 and 13. as side terminals and between each other the negative terminal is connected to an auxiliary switching element SC2 and the switching element S P2 is operated to turn on and off at the same timing. Thereby, the voltages of the adjacent power storage units C2 and C3 of the positive side arm 10 can be balanced.
単位変換器１２、１３のスイッチング素子ＳＰ２、ＳＮ２、ＳＰ３、ＳＮ３は、所望の電力変換が行えるように制御されており、それぞれ独立に制御されている。ただし、基本的にはスイッチング素子ＳＰ２とスイッチング素子ＳＮ２とは相補動作となり、スイッチング素子ＳＰ３とスイッチング素子ＳＮ３とは相補動作となる。 The switching elements S P2 , S N2 , S P3 and S N3 of the unit converters 12 and 13 are controlled so as to perform desired power conversion, and are controlled independently of each other. However, basically, the switching element SP2 and the switching element SN2 are complementary to each other, and the switching element SP3 and the switching element SN3 are complementary to each other.
例えば、コントローラ２００は、スイッチング素子ＳＮ２がオンとなっているときに、補助スイッチング素子ＳＣ２をオフとするように制御を行う。仮に、このときに、コントローラ２００が、補助スイッチング素子ＳＣ２をオンとすると、蓄電部Ｃ３が補助スイッチング素子ＳＣ２およびスイッチング素子ＳＮ２によって短絡されてしまう。そのため、コントローラ２００は、スイッチング素子ＳＮ２と、補助スイッチング素子ＳＣ４とが同時にオンとならないように制御を行う。 For example, the controller 200, when the switching element S N2 is on, performs control so as to turn off the auxiliary switching element SC2. If, at this time, the controller 200 and to turn on the auxiliary switching element SC2, the power storage unit C3 from being short-circuited by the auxiliary switching element SC2 and the switching element S N2. Therefore, the controller 200 performs the switching element S N2, a control so that the auxiliary switching element SC4 is not turned ON simultaneously.
コントローラ２００は、スイッチング素子ＳＰ２がオンとなっているときに、補助スイッチング素子ＳＣ２をオンとするように制御を行う。この状態では、蓄電部Ｃ２と蓄電部Ｃ３とは、補助スイッチング素子ＳＣ２とスイッチング素子ＳＰ２とによって並列に接続され、蓄電部Ｃ２の電圧と蓄電部Ｃ３の電圧とが等しくなる。 The controller 200 performs the switching element S P2 is when it is turned on, the control so as to turn on the auxiliary switching element SC2. In this state, a power storage unit C2 and the power storage unit C3 is connected in parallel by the auxiliary switching element SC2 and the switching element S P2, the voltage of the power storage unit C2 and the voltage of the power storage unit C3 are equal.
すなわち、正側アーム１０は、第１単位変換器（例えば単位変換器１２）と、第１単位変換器の負側に隣接した第２単位変換器（例えば単位変換器１３）と、を備え、第１単位変換器の蓄電部（例えば蓄電部Ｃ２）と第２単位変換器の蓄電部（例えば蓄電部Ｃ３）とは、補助スイッチング素子（例えば補助スイッチング素子ＳＣ２）と、第１単位変換器の正側のスイッチング素子ＳＰ２（例えばスイッチング素子ＳＰ２）とを介して並列に接続可能である。 That is, the positive side arm 10 includes a first unit converter (for example, unit converter 12) and a second unit converter (for example, unit converter 13) adjacent to the negative side of the first unit converter, The storage unit (for example, storage unit C2) of the first unit converter and the storage unit (for example, storage unit C3) of the second unit converter include an auxiliary switching element (for example, auxiliary switching element SC2) and a first unit converter It can be connected in parallel via the positive side switching element S P2 (for example, switching element S P2 ).
以上のことより、コントローラ２００は、補助スイッチング素子ＳＣ２を制御することにより、電力変換器１００の通常の電力変換動作に影響を与えることなく、単位変換器１２の蓄電部Ｃ２の電圧と、単位変換器１３の蓄電部Ｃ３の電圧とをバランスさせることが出来る。 From the above, controller 200 controls auxiliary switching element SC2, thereby affecting the normal power conversion operation of power converter 100 without affecting the voltage of power storage unit C2 of unit converter 12 and unit conversion. The voltage of the storage unit C3 of the unit 13 can be balanced.
また、例えば、単位変換器１１、１２の蓄電部Ｃ１、Ｃ２をバランスさせるときには、コントローラ２００は、スイッチング素子ＳＮ１がオンされている状態にて、補助スイッチング素子ＳＣ１をオフするように制御を行う。スイッチング素子ＳＮ１と補助スイッチング素子ＳＣ１との両方がオンとなると、補助スイッチング素子ＳＣ１とスイッチング素子ＳＮ１とにより蓄電部Ｃ２が短絡されてしまう。 Further, for example, is to balance the power storage unit C1, C2 of the unit converters 11 and 12, the controller 200 performs in a state where the switching element S N1 is turned on, the control so as to turn off the auxiliary switching element SC1 . When both the switching element S N1 and the auxiliary switching element SC1 is turned on, the power storage unit C2 from being short-circuited by the auxiliary switching element SC1 and the switching element S N1.
また、コントローラ２００は、スイッチング素子ＳＰ１がオンされている状態にて、補助スイッチング素子ＳＣ１をオンするように制御を行う。この状態では、蓄電部Ｃ１と蓄電部Ｃ２とは、補助スイッチング素子ＳＣ１とスイッチング素子ＳＰ１とによって並列に接続され、蓄電部Ｃ１の電圧と蓄電部Ｃ２の電圧とが等しくなる。 Further, the controller 200 performs in a state where the switching element S P1 is on, the control to turn on the auxiliary switching element SC1. In this state, a power storage portion C1 and the storage section C2 are connected in parallel by the auxiliary switching element SC1 and the switching element S P1, the voltage of the power storage unit C1 and the voltage of the power storage unit C2 are equal.
上記のように、本実施形態の電力変換器および電力変換装置では、複数の正側アーム１０のそれぞれにおいて、蓄電部Ｃ１−Ｃ３の電圧をバランスさせることができ、複数の負側アーム２０のそれぞれにおいて、蓄電部Ｃ４−Ｃ６の電圧をバランスさせることが出来る。 As described above, in the power converter and the power converter of the present embodiment, the voltage of power storage unit C1-C3 can be balanced in each of the plurality of positive side arms 10, and each of the plurality of negative side arms 20 , The voltages of the power storage units C4 to C6 can be balanced.
なお、補助スイッチング素子ＳＣ１−ＳＣ４をオンして、隣り合う蓄電部を並列に接続した際に、電位差に伴う突入電流が流れ、スイッチング素子の耐電流を超え、スイッチング素子が故障する恐れがあった。突入電流を制限してスイッチング素子を保護するために、スイッチング素子と直列に接続するように抵抗器（図示せず）を挿入しもよい。また、スイッチング素子のオン抵抗などを利用して、スイッチング素子に流れる電流の変化を緩やかにしてもよい。 When the auxiliary switching elements SC1 to SC4 are turned on to connect adjacent power storage units in parallel, an inrush current due to the potential difference flows, the withstand current of the switching element may be exceeded, and the switching element may fail. . A resistor (not shown) may be inserted in series with the switching element to limit inrush current and protect the switching element. In addition, the change in current flowing through the switching element may be moderated by using the on resistance of the switching element or the like.
次に、アームの端部に接続された単位変換器の動作について説明する。
例えば、負側アーム２０の端部（低電位側の主回路）と電気的に接続された単位変換器２１の蓄電部Ｃ４は、他相において端部と接続された単位変換器の蓄電部と並列接続されている。これにより、複数相において負側アーム２０の端部と接続された、複数の単位変換器２１の蓄電部Ｃ４同士は、電圧が等しくなる。
Next, the operation of the unit converter connected to the end of the arm will be described.
For example, the storage unit C4 of the unit converter 21 electrically connected to the end of the negative arm 20 (main circuit on the low potential side) is connected to the storage unit of the unit converter connected to the end in the other phase. It is connected in parallel. As a result, the voltages of the power storage units C4 of the plurality of unit converters 21 connected to the end of the negative arm 20 in the plurality of phases become equal.
正側アーム１０についても同様に、例えば、正側アーム１０の端部（高電位側の主回路）と電気的に接続された単位変換器１１の蓄電部Ｃ１は、他相において端部と接続された単位変換器の蓄電部と並列接続されている。これにより、複数相において正側アーム１０の端部と接続された、複数の単位変換器１１の蓄電部Ｃ１同士は、電圧が等しくなる。 Similarly, for positive side arm 10, storage unit C1 of unit converter 11 electrically connected to the end (the main circuit on the high potential side) of positive side arm 10 is connected to the end in the other phase, for example. It is connected in parallel with the storage unit of the unit converter. Thereby, voltages are equalized in power storage units C1 of the plurality of unit converters 11 connected to the end of the positive side arm 10 in the plurality of phases.
図３は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相で発生する交流周波数の成分を含むコンデンサ電圧の一例を示す図である。
図３のように、各相で発生する交流周波数の成分をもつ電圧脈動は、Ｕ相とＶ相とＷ相とで位相が１２０度ずつずれている。各相のコンデンサを並列に接続すると、この電圧脈動がそれぞれ打ち消し合うことになるため、複数相にて正側アーム１０および負側アーム２０の端部と接続された単位変換器１１、２１の蓄電部Ｃ１、Ｃ４の電圧脈動は相殺される。
FIG. 3 is a diagram showing an example of a capacitor voltage including an AC frequency component generated in the U phase, the V phase, and the W phase.
As shown in FIG. 3, in the voltage pulsations having the components of the AC frequency generated in each phase, the phases of the U phase, the V phase and the W phase are shifted by 120 degrees. When the capacitors of each phase are connected in parallel, these voltage pulsations cancel each other out, so storage of the unit converters 11, 21 connected to the ends of the positive side arm 10 and the negative side arm 20 in multiple phases Voltage pulsations in parts C1 and C4 are canceled out.
また、各相において、正側アーム１０の複数の単位変換器１１−１３の蓄電部Ｃ１―Ｃ３および負側アーム２０の複数の単位変換器２１−２３の蓄電部Ｃ４−Ｃ６についても、各アーム内にて、補助スイッチング素子ＳＣ１−ＳＣ４を介して、上述の通り電圧を等しくさせることができる。したがって、複数の正側アーム１０内の蓄電部の電圧脈動を相殺することができ、複数の負側アーム２０内の蓄電部の電圧脈動を相殺することができる。 In each phase, storage units C1 to C3 of the plurality of unit converters 11-13 of the positive side arm 10 and storage units C4 to C6 of the plurality of unit converters 21 to 23 of the negative side arm 20 also have respective arms. The voltages can be equalized as described above via the auxiliary switching elements SC1-SC4. Therefore, voltage pulsations of the storage units in the plurality of positive arms 10 can be offset, and voltage pulsations of the storage units in the plurality of negative arms 20 can be offset.
上記のように、本実施形態の電力変換器および電力変換装置によれば、複数の単位変換器の蓄電部の電圧を制御するために、複雑な制御を行う必要がなくなる。また、本実施形態の電力変換器および電力変換装置によれば、蓄電部の電圧脈動が相殺されるため、必要な蓄電部の容量を低減することができ、電力変換器および電力変換装置の小型化を実現することができる。 As described above, according to the power converter and the power converter of the present embodiment, it is not necessary to perform complicated control in order to control the voltage of the storage unit of the plurality of unit converters. Further, according to the power converter and the power converter of the present embodiment, since the voltage pulsation of the power storage unit is offset, the necessary capacity of the power storage unit can be reduced, and the power converter and the power converter can be miniaturized. Can be realized.
次に、第２実施形態の電力変換器および電力変換装置について図面を参照して説明する。
図４は、第２実施形態の電力変換器および電力変換装置の一構成例を概略的に示す図である。
Next, a power converter and a power converter according to a second embodiment will be described with reference to the drawings.
FIG. 4 is a diagram schematically showing a configuration example of the power converter and the power converter of the second embodiment.
本実施形態の電力変換器１００は、複数のアームユニットＵＮＴのそれぞれにおいて、補助スイッチング素子ＳＣ１−ＳＣ４と直列接続された補助リアクトル（限流素子）ＬＣ１−ＬＣ４を更に備えている。 The power converter 100 of the present embodiment further includes auxiliary reactors (current limiting elements) LC1 to LC4 connected in series to the auxiliary switching elements SC1 to SC4 in each of the plurality of arm units UNT.
補助リアクトルＬＣ１は、補助スイッチング素子ＳＣ１と直列接続されている。蓄電部Ｃ１の負側端子と蓄電部Ｃ２の負側端子とは、補助スイッチング素子ＳＣ１および補助リアクトルＬＣ１を介して電気的に接続可能である。 The auxiliary reactor LC1 is connected in series to the auxiliary switching element SC1. The negative side terminal of power storage unit C1 and the negative side terminal of power storage unit C2 are electrically connectable via auxiliary switching element SC1 and auxiliary reactor LC1.
補助リアクトルＬＣ２は、補助スイッチング素子ＳＣ２と直列接続されている。蓄電部Ｃ２の負側端子と蓄電部Ｃ２の負側端子とは、補助スイッチング素子ＳＣ１および補助リアクトルＬＣ２を介して電気的に接続可能である。 The auxiliary reactor LC2 is connected in series to the auxiliary switching element SC2. The negative side terminal of power storage unit C2 and the negative side terminal of power storage unit C2 are electrically connectable via auxiliary switching element SC1 and auxiliary reactor LC2.
補助リアクトルＬＣ３は、補助スイッチング素子ＳＣ３と直列接続されている。蓄電部Ｃ４の正側端子と蓄電部Ｃ５の正側端子とは、補助スイッチング素子ＳＣ３および補助リアクトルＬＣ３を介して電気的に接続可能である。 The auxiliary reactor LC3 is connected in series to the auxiliary switching element SC3. The positive terminal of power storage unit C4 and the positive terminal of power storage unit C5 are electrically connectable via auxiliary switching element SC3 and auxiliary reactor LC3.
補助リアクトルＬＣ４は、補助スイッチング素子ＳＣ４と直列接続されている。蓄電部Ｃ５の正側端子と蓄電部Ｃ６の正側端子とは、補助スイッチング素子ＳＣ４および補助リアクトルＬＣ４を介して電気的に接続可能である。 The auxiliary reactor LC4 is connected in series to the auxiliary switching element SC4. The positive terminal of power storage unit C5 and the positive terminal of power storage unit C6 can be electrically connected via auxiliary switching element SC4 and auxiliary reactor LC4.
本実施形態の電力変換器１００および電力変換装置ＣＶは、上述の構成以外は第１実施形態と同様である。 The power converter 100 and the power converter CV of the present embodiment are the same as the first embodiment except for the above-described configuration.
例えば、隣り合う単位変換器１１−１３、２１−２２の蓄電部Ｃ１−Ｃ６を並列に接続すると、原理的に電力損失が発生することとなる。そこで、本実施形態の電力変換器および電力変換装置では、補助リアクトルＬＣ１−ＬＣ４を介して隣接した蓄電部Ｃ１−Ｃ６を並列接続することにより、単位変換器１１−１３、２１−２３の蓄電部Ｃ１−Ｃ６と共振回路を構成している。 For example, when power storage units C1-C6 of adjacent unit converters 11-13 and 21-22 are connected in parallel, a power loss will occur in principle. Therefore, in the power converter and the power converter of the present embodiment, the power storage units of unit converters 11-13 and 21-23 are connected in parallel by connecting power storage units C1-C6 adjacent to each other via auxiliary reactors LC1-LC4. A resonant circuit is configured with C1-C6.
図５は、第２実施形態の電力変換器および電力変換装置の隣接した単位変換器の動作の一例を説明するための図である。
図６は、第２実施形態の電力変換器および電力変換装置の隣接した単位変換器の動作の一例を説明するためのタイミングチャートである。
ここでは、隣接した単位変換器２２、２３、および、補助スイッチング素子ＳＣ４の動作について、一例として説明する。
FIG. 5 is a diagram for explaining an example of the operation of the power converter and the adjacent unit converter of the power converter of the second embodiment.
FIG. 6 is a timing chart for explaining an example of the operation of the power converter and the adjacent unit converter of the power converter according to the second embodiment.
Here, the operation of the adjacent unit converters 22 and 23 and the auxiliary switching element SC4 will be described as an example.
上述の第１実施形態と同様に、コントローラ２００は、外部から供給されるデューティ信号に基づいて、所望の電力出力が得られるように、必要なタイミングでスイッチング素子ＳＰ５、ＳＮ５、ＳＰ６、ＳＮ６をオンおよびオフするように制御を行う。 As in the first embodiment described above, the controller 200 controls the switching elements S P5 , S N5 , S P6 , and the like at necessary timing so as to obtain a desired power output based on a duty signal supplied from the outside. Control to turn SN6 on and off.
また、コントローラ２００は、スイッチング素子ＳＮ５がオンされているときに補助スイッチング素子ＳＣ４をオンし、スイッチング素子ＳＮ５がオフされているときに補助スイッチング素子ＳＣ４をオフするように制御を行う。 Further, the controller 200 turns on the auxiliary switching element SC4 when the switching element S N5 is on, performs control so as to turn off the auxiliary switching element SC4 when the switching element S N5 is turned off.
補助スイッチング素子ＳＣ４およびスイッチング素子ＳＮ５がオンされているときに、蓄電部Ｃ５と蓄電部Ｃ６とが２つの単位変換器のコンデンサがリアクトルを介して並列接続される。 When auxiliary switching element SC4 and switching element SN5 are turned on, capacitors of two unit converters of power storage unit C5 and power storage unit C6 are connected in parallel via a reactor.
補助スイッチング素子ＳＣ４がオンしている期間は、蓄電部Ｃ５と蓄電部Ｃ６との電圧差がリアクトルに印加され、共振電流が流れる。ここで、補助スイッチング素子ＳＣ４がオン状態である期間を共振回路の共振周期Ｔｒの１／２とすると、蓄電部Ｃ５の電圧ＶＣ５と蓄電部Ｃ６の電圧ＶＣ６とが入れ替わった状態となり、蓄電部Ｃ５と蓄電部Ｃ６との電圧をバランスさせることができる。さらに、蓄電部Ｃ５と蓄電部Ｃ６との電圧をバランスさせる前後で電力損失はなく、効率よく蓄電部Ｃ５と蓄電部Ｃ６と電圧をバランスさせることが可能となる。 While the auxiliary switching element SC4 is on, a voltage difference between the storage unit C5 and the storage unit C6 is applied to the reactor, and a resonance current flows. Here, assuming that the period in which the auxiliary switching element SC4 is in the on state is 1/2 of the resonance period Tr of the resonance circuit, the voltage V C5 of the storage portion C5 and the voltage V C6 of the storage portion C6 are switched, The voltages of part C5 and storage part C6 can be balanced. Furthermore, there is no power loss before and after balancing the voltages of storage unit C5 and storage unit C6, and it becomes possible to efficiently balance voltages between storage unit C5 and storage unit C6.
図７は、第２実施形態の電力変換装置におけるキャリア信号の周波数の一例について説明するための図である。
図７は、上段にデューティ信号（信号波）と、キャリア信号（変調波）とを示し、中段に補助スイッチング素子のゲート信号を示し、下段にキャリア信号の周波数（スイッチング周波数）を示している。
FIG. 7 is a diagram for explaining an example of the frequency of the carrier signal in the power conversion device of the second embodiment.
FIG. 7 shows the duty signal (signal wave) and the carrier signal (modulated wave) in the upper stage, the gate signal of the auxiliary switching element in the middle stage, and the frequency (switching frequency) of the carrier signal in the lower stage.
本実施形態では、スイッチング素子ＳＮ５と補助スイッチング素子ＳＣ４とがオンとなっている期間を、一定（蓄電部Ｃ１−Ｃ６と補助リアクトルＬＣ１−ＬＣ４とにより構成される共振回路の共振周期Ｔｒの１／２）とするために、デューティ信号の値に応じてキャリア信号の周波数を変更している。例えば、デューティ信号の値が大きくなると、キャリア信号の周波数は小さくなり、デューティ信号の値が小さくなるとキャリア信号の周波数は大きくなる。 In the present embodiment, the first resonance period Tr of the resonance circuit constituted by switching elements S N5 how long the auxiliary switching element SC4 is turned ON, constant (power storage unit C1-C6 and the auxiliary reactor LC1-LC4 In order to set it as / 2), the frequency of the carrier signal is changed according to the value of the duty signal. For example, when the value of the duty signal increases, the frequency of the carrier signal decreases, and when the value of the duty signal decreases, the frequency of the carrier signal increases.
コントローラ２００は、デューティ信号の値に応じたキャリア信号の周波数を対応付けたテーブルを備えていてもよく、受信したデューティ信号の値に基づいてキャリア信号の周波数を演算するように構成されてもよい。コントローラ２００は、テーブルや演算式により得られるキャリア信号の周波数に基づいて、キャリア波を生成し、生成したキャリア波とデューティ信号とを比較して、各相のスイッチング素子ＳＰ１−ＳＰ６、ＳＮ１−ＳＮ６と補助スイッチング素子ＳＣ１−ＳＣ４とのゲート信号を生成し、各相のアームユニットＵＮＴに供給する。 The controller 200 may include a table in which the frequency of the carrier signal according to the value of the duty signal is associated, and may be configured to calculate the frequency of the carrier signal based on the value of the received duty signal. . The controller 200, based on the frequency of the carrier signal obtained by the table or an arithmetic expression to generate a carrier wave, by comparing the generated carrier wave and the duty signal, the phases of the switching element S P1 -S P6, S The gate signal of N1 -SN6 and auxiliary switching element SC1-SC4 is generated, and it supplies to arm unit UNT of each phase.
上記のように、本実施形態の電力変換器および電力変換装置では、直列に接続された複数の単位変換器１１−１３、２１−２３の隣接した蓄電部Ｃ１−Ｃ６が並列に接続される期間を一定とすることができる。 As described above, in the power converter and the power converter according to this embodiment, a period in which the adjacent power storage units C1-C6 of the plurality of unit converters 11-13 and 21-23 connected in series are connected in parallel. Can be fixed.
したがって、本実施形態の電力変換器および電力変換装置によれば、上述の第１実施形態と同様の効果が得られるとともに、電力損失を低減し、効率よく電圧をバランスさせることが可能となる。 Therefore, according to the power converter and the power converter of the present embodiment, it is possible to obtain the same effect as that of the first embodiment described above, reduce the power loss, and efficiently balance the voltage.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 While certain embodiments of the present invention have been described, these embodiments have been presented by way of example only, and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and the gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
１０…正側アーム、１１−１３…単位変換器、２０…負側アーム、２１−２３…単位変換器、１００…電力変換器、２００…コントローラ、ＣＶ…電力変換装置、Ｃ１−Ｃ６…蓄電部、ＳＣ１−ＳＣ４…補助スイッチング素子、ＬＣ１−ＬＣ４…補助リアクトル（限流素子）、ＳＰ１−ＳＰ６、ＳＮ１−ＳＮ６…スイッチング素子。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Positive side arm, 11-13 ... Unit converter, 20 ... Negative side arm, 21-23 ... Unit converter, 100 ... Power converter, 200 ... Controller, CV ... Power converter, C1-C6 ... Storage part , SC1-SC4 ... auxiliary switching element, LC1-LC4 ... auxiliary reactor (limiting device), S P1 -S P6, S N1 -S N6 ... switching device.
Claims (6)
低電位側の主回路配線と、
複数相の交流端子と、
前記高電位側の主回路配線と前記低電位側の主回路配線との間に直列に接続された正側アームおよび負側アームをそれぞれ備えた複数相のアームユニットと、を備え、
前記正側アームと前記負側アームとの接続部は対応する前記交流端子と電気的に接続し、
前記正側アームと前記負側アームとのそれぞれは、直列に接続された一対のスイッチング素子と、一対の前記スイッチング素子と並列に接続した蓄電部と、をそれぞれ備えた複数の単位変換器と、直列に接続された複数の前記単位変換器の隣接した前記蓄電部を並列に接続する経路に設けられた少なくとも１つの補助スイッチング素子と、を備え、
前記高電位側の主回路配線と接続した前記単位変換器の前記蓄電部は、他相のアームユニットの、前記高電位側の主回路配線と接続した前記単位変換器の前記蓄電部と並列に接続され、
前記低電位側の主回路配線と接続した前記単位変換器の前記蓄電部は、他相のアームユニットの、前記低電位側の主回路配線と接続した前記単位変換器の前記蓄電部と並列に接続されている、ことを特徴とする電力変換器。 Main circuit wiring on the high potential side,
Main circuit wiring on the low potential side,
With multiple phase AC terminals,
A plurality of phase arm units each having a positive side arm and a negative side arm connected in series between the high potential side main circuit wiring and the low potential side main circuit wiring;
The connection portion between the positive arm and the negative arm is electrically connected to the corresponding AC terminal,
Each of the positive side arm and the negative side arm includes a plurality of unit converters each including a pair of switching elements connected in series and a storage unit connected in parallel to the pair of switching elements. At least one auxiliary switching element provided in a path connecting in parallel the adjacent power storage units of the plurality of unit converters connected in series;
The storage unit of the unit converter connected to the main circuit wiring on the high potential side is in parallel with the storage unit of the unit converter connected to the main circuit wiring on the high potential side of the arm unit of the other phase. Connected and
The storage unit of the unit converter connected to the main circuit wiring on the low potential side is in parallel with the storage unit of the unit converter connected to the main circuit wiring on the low potential side of the arm unit of another phase. A power converter characterized in that it is connected.
前記第１単位変換器の前記蓄電部と前記第２単位変換器の前記蓄電部とは、前記補助スイッチング素子と、前記第１単位変換器の正側の前記スイッチング素子とを介して並列に接続可能であり、
前記負側アームは、第３単位変換器と、前記第３単位変換器の正側に隣接した第４単位変換器と、を備え、
前記第３単位変換器の前記蓄電部と前記第４単位変換器の前記蓄電部とは、前記補助スイッチング素子と、前記第３単位変換器の負側の前記スイッチング素子とを介して並列に接続可能である、ことを特徴とする請求項１記載の電力変換器。 The positive side arm includes a first unit converter, and a second unit converter adjacent to the negative side of the first unit converter.
The storage unit of the first unit converter and the storage unit of the second unit converter are connected in parallel via the auxiliary switching element and the switching element on the positive side of the first unit converter. Is possible,
The negative arm includes a third unit converter and a fourth unit converter adjacent to the positive side of the third unit converter.
The storage unit of the third unit converter and the storage unit of the fourth unit converter are connected in parallel via the auxiliary switching element and the switching element on the negative side of the third unit converter. A power converter according to claim 1, characterized in that it is possible.
外部から供給された前記電力変換器のデューティ信号に基づいて、複数相の前記アームユニットの前記スイッチング素子および前記補助スイッチング素子のゲート信号を生成して出力するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、直列に接続された複数の前記単位変換器の隣接した前記蓄電部を並列に接続する経路に介在する前記スイッチング素子がオンであるときに、前記補助スイッチング素子をオンとし、直列に接続された複数の前記単位変換器の隣接した前記蓄電部を並列に接続する経路に介在する前記スイッチング素子がオフであるときに、前記補助スイッチング素子をオフとする、ことを特徴とする電力変換装置。 A power converter according to any one of claims 1 to 3;
A controller that generates and outputs gate signals of the switching elements and the auxiliary switching elements of the arm units of a plurality of phases based on a duty signal of the power converter supplied from the outside;
The controller turns on the auxiliary switching element when the switching element in the path connecting in parallel the adjacent power storage units of the plurality of unit converters connected in series is ON, and the controller is in series. The auxiliary switching element is turned off when the switching element interposed in a path connecting in parallel the power storage units adjacent to the plurality of unit converters connected is off. apparatus.
外部から供給された前記電力変換器のデューティ信号に基づいて、複数相の前記アームユニットの前記スイッチング素子および前記補助スイッチング素子のゲート信号を生成して出力するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、直列に接続された複数の前記単位変換器の隣接した前記蓄電部を並列に接続する経路に介在する前記スイッチング素子がオンであるときに、前記補助スイッチング素子をオンとし、直列に接続された複数の前記単位変換器の隣接した前記蓄電部を並列に接続する経路に介在する前記スイッチング素子がオフであるときに、前記補助スイッチング素子をオフとし、直列に接続された複数の前記単位変換器の隣接した前記蓄電部が並列に接続される期間を一定とする、ことを特徴とする電力変換装置。 A power converter according to claim 3;
A controller that generates and outputs gate signals of the switching elements and the auxiliary switching elements of the arm units of a plurality of phases based on a duty signal of the power converter supplied from the outside;
The controller turns on the auxiliary switching element when the switching element in the path connecting in parallel the adjacent power storage units of the plurality of unit converters connected in series is ON, and the controller is in series. When the switching element interposed in the path connecting in parallel the adjacent power storage units of the plurality of unit converters connected is off, the auxiliary switching element is turned off, and the plurality of series connected are connected in series. A period during which the power storage units adjacent to each other in the unit converter are connected in parallel is constant.
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