JP6326235B2 - Power conversion conversion and power conversion method - Google Patents

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本発明は、電力変換換装置及び電力変換方法に関し、特に、変圧器の耐偏磁の対応に好適な電力変換換装及び電力変換方法に関する。
The present invention relates to a power conversion device and a power conversion method, and more particularly to a power conversion device and a power conversion method suitable for dealing with anti-bias resistance of a transformer.

近年多くの技術分野で電力変換装置が利用されている。この電力変換装置について、特に高電圧を取り扱う分野において知られるモジュラー・マルチレベル・カスケード変換器(MMCC)を例にとって説明する。   In recent years, power converters are used in many technical fields. This power converter will be described by taking as an example a modular multilevel cascade converter (MMCC) known in the field of handling high voltages.

MMCCは、双方向チョッパ回路またはフルブリッジ回路を単位変換器とし,複数の単位変換器を直列接続して構成した「アーム」(以下,1つまたは複数の単位変換器の直列回路を「アーム」と称する)を用いて構成した変換器で、正弦波に近く,かつ,単位変換器の内部で使用している半導体スイッチング素子の耐圧以上の高電圧を直接出力できる電圧形電力変換回路(以下,単に変換回路と称する)である。
An MMCC is an “arm” configured by connecting a plurality of unit converters in series with a bidirectional chopper circuit or full bridge circuit as a unit converter (hereinafter referred to as an “arm” as a series circuit of one or more unit converters). A voltage-type power conversion circuit (hereinafter referred to as a voltage-type power conversion circuit) that can directly output a high voltage that is close to a sine wave and that exceeds the breakdown voltage of the semiconductor switching element used inside the unit converter. Simply referred to as a conversion circuit).

非特許文献1は,MMCCの4つの方式を分類し,それぞれの方式の特徴と応用可能性について開示している。   Non-Patent Document 1 classifies the four methods of MMCC and discloses the features and applicability of each method.

例えば,非特許文献1は,前記4つの方式のうち2つ,すなわち,MMCC−SSBC(single-star bridge cells)とMMCC−SDBC(single-delta bridge cells)を,STATCOMに好適な方式として記載している。   For example, Non-Patent Document 1 describes two of the four methods, namely, MMCC-SSBC (single-star bridge cells) and MMCC-SDBC (single-delta bridge cells) as methods suitable for STATCOM. ing.

なお,MMCC−SSBCは,単位変換器としてフルブリッジ回路を直列接続して構成したアーム3つを,Y結線して構成した方式である。   The MMCC-SSBC is a system in which three arms configured by connecting a full bridge circuit in series as a unit converter are Y-connected.

一方,MMCC−SDBCは,前記のアームとリアクトルとを直列接続した回路3つをΔ結線して構成した方式である。
On the other hand, the MMCC-SDBC is a system in which three circuits in which the arm and the reactor are connected in series are Δ-connected.

H. Akagi, “Classification, terminology, and application of the modular multilevel cascade converter (MMCC),” IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 26, no. 11, Nov. 2011, pp. 3119-3129.H. Akagi, “Classification, terminology, and application of the modular multilevel cascade converter (MMCC),” IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 26, no. 11, Nov. 2011, pp. 3119-3129.

電力変換装置に用いられる変圧器の偏磁を説明するに、例えば、MMCC等の変換回路をとって、その応用として、STATCOMとして送配電系統(以下,交流系統と称する)に連系する場合,交流系統と変換回路の間に変圧器を設置することが一般的であり、変圧器を設置することによって,電圧の昇降圧や,電気的絶縁の確保が可能となる。   In order to explain the bias of the transformer used in the power converter, for example, when taking a conversion circuit such as MMCC and connecting it to a power transmission / distribution system (hereinafter referred to as an AC system) as STATCOM, Generally, a transformer is installed between the AC system and the conversion circuit. By installing the transformer, it is possible to ensure voltage step-up / step-down and electrical insulation.

この場合,変換回路の出力電圧は変圧器の巻線に印加されるが,その電圧は交流成分のみを含有し,直流成分を含有していないことが望ましい。   In this case, the output voltage of the conversion circuit is applied to the winding of the transformer, but it is preferable that the voltage contains only an AC component and no DC component.

このように,MMCC技術を用いたSTATCOMに限らず、広く変圧器を用いた電力変換装置においては、変圧器の巻線に直流電圧が印加された場合,その直流電圧の時間積分に比例した電流が巻線に流れ,変圧器鉄心の磁束密度に直流成分を発生させてしまう。   Thus, not only in STATCOM using the MMCC technology, in a power converter using a wide transformer, when a DC voltage is applied to the winding of the transformer, a current proportional to the time integral of the DC voltage is applied. Flows into the windings and generates a DC component in the magnetic flux density of the transformer core.

本明細書では,変圧器鉄心の磁束密度に直流成分が発生することを,直流偏磁(DC magnetization)と称することにする。   In this specification, the generation of a DC component in the magnetic flux density of the transformer core is referred to as DC magnetization.

過度な直流偏磁が発生すると,変圧器鉄心の磁束密度が,鉄心材料の飽和磁束密度に近付く,あるいはこれを超えてしまうため,変圧器としての正常な動作が阻害されてしまう。   If excessive DC bias is generated, the magnetic flux density of the transformer core approaches or exceeds the saturation magnetic flux density of the iron core material, which hinders normal operation as a transformer.

本明細書では,変圧器の巻線に流れる電流の直流成分の許容値を,偏磁耐量と称することにする。   In this specification, the permissible value of the direct current component of the current flowing through the winding of the transformer is referred to as a biased magnetic resistance.

過度な直流偏磁を防止するため,変換回路の出力電圧や,変換回路と変圧器の間を流れる電流をセンサ等で検出し,前記の電圧や電流が交流成分のみを含有し,直流成分を含有しないようにフィードバック制御を行う方法も考えられるが、前記のセンサの検出値や,前記フィードバック制御を実施する手段にオフセット誤差が存在する場合,やはり,過度な直流偏磁を発生させてしまう恐れがある。   In order to prevent excessive DC bias, the output voltage of the converter circuit and the current flowing between the converter circuit and the transformer are detected by a sensor, etc., and the voltage and current contain only AC components, Although a method of performing feedback control so that it does not contain is also conceivable, if there is an offset error in the detection value of the sensor or the means for performing the feedback control, there is still a possibility that excessive DC bias is generated. There is.

したがって,交流系統と変換回路の間に設置する変圧器に関しては,前記のオフセット誤差等の存在を想定し,鉄心断面積を大きくすることで偏磁耐量を高めた変圧器を用いることが一般的であった。   Therefore, for transformers installed between the AC system and the converter circuit, it is common to use transformers with increased demagnetization resistance by enlarging the cross-sectional area of the core, assuming the existence of the aforementioned offset errors, etc. Met.

このように偏磁耐量を高めた変圧器は,その鉄心断面積が大きいため,電力変換装置全体の体積・重量・設置面積を増大させる要因となっていた。   Thus, the transformer with increased magnetic resistance has a large iron core cross-sectional area, which increases the volume, weight, and installation area of the entire power converter.

本発明の目的は、体積・重量・設置面積を増大させることなく、変圧器の耐偏磁が可能な電力変換換装及び電力変換方法を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a power conversion device and a power conversion method capable of withstanding anti-magnetization of a transformer without increasing volume, weight, and installation area.

上記目的を達成するために,本発明は,変圧器の巻線を通る回路に、第1のコンデンサと、第2のコンデンサと、第1のコンデンサの電圧を出力可能とする第1のスイッチング素子と、第2のコンデンサの電圧を出力可能とする第2のスイッチング素子とを配置し、変圧器の巻線を通る回路に直流成分の電流が流れた場合に、直流成分を減衰させるように第1のスイッチング素子と第2のスイッチング素子を動作させるように構成した。   To achieve the above object, the present invention provides a first capacitor, a second capacitor, and a first switching element capable of outputting the voltage of the first capacitor to a circuit passing through a winding of a transformer. And a second switching element capable of outputting the voltage of the second capacitor, and when a DC component current flows in a circuit passing through the winding of the transformer, the second switching element is attenuated. The first switching element and the second switching element are configured to operate.

あるいは、コンデンサとスイッチング素子を備えた少なくとも2端子の単位変換器を1つまたは複数直列接続して構成したアームとリアクトルとの直列回路3つをΔ結線して構成し,Δ結線した点を変圧器に接続し,電力変換動作を行っているときに、アームに流れる電流が単位変換器のコンデンサのいずれかを必ず流れるように構成した。   Alternatively, three series circuits of an arm and a reactor constituted by connecting one or more unit converters of at least two terminals each including a capacitor and a switching element in series are Δ-connected, and the Δ-connected points are transformed. When the power conversion operation is performed by connecting to the converter, the current flowing in the arm must flow through one of the capacitors of the unit converter.

あるいは、コンデンサとスイッチング素子を備えた少なくとも2端子の単位変換器を1つまたは複数直列接続して構成したアーム3つをY結線して構成し,Y結線した点を変圧器に接続し,電力変換動作を行っているときに、アームに流れる電流が単位変換器のンデンサのいずれかを必ず流れるように構成した。   Alternatively, three arms composed of one or more unit converters each having at least two terminals including a capacitor and a switching element are connected in series, and the Y-connected points are connected to a transformer. During the conversion operation, the current flowing through the arm is sure to flow through one of the unit converter capacitors.

あるいは、エネルギー貯蔵素子とスイッチング素子を備えた少なくとも2端子の単位変換器を1つまたは複数直列接続して構成したアームとリアクトルとの直列回路2つを直列接続して構成したレグを複数並列接続し,直列回路2つの直列接続した点と変圧器との間の経路に追加単位変換器を配置し、追加単位変換器は、変圧器に流れる電流が,コンデンサのいずれかを必ず流れるように構成した。   Alternatively, a plurality of legs connected in parallel with two series circuits of an arm and a reactor configured by connecting in series one or more unit converters of at least two terminals each having an energy storage element and a switching element. The additional unit converter is arranged in the path between the two series-connected points in the series circuit and the transformer, and the additional unit converter is configured so that the current flowing through the transformer always flows through one of the capacitors. did.

あるいは、コンデンサとスイッチング素子を備えた少なくとも2端子の単位変換器を1つまたは複数直列接続して構成したアームとリアクトルとの直列回路3つをΔ結線して構成し,Δ結線した点を変圧器に接続し,単位変換器の少なくも1は、スイッチング素子のオンオフ状態にかかわらず、アームに流れる電流が単位変換器のコンデンサを流れるように構成されるように構成した。   Alternatively, three series circuits of an arm and a reactor constituted by connecting one or more unit converters of at least two terminals each including a capacitor and a switching element in series are Δ-connected, and the Δ-connected points are transformed. At least one of the unit converters is configured to be configured such that the current flowing through the arm flows through the capacitor of the unit converter regardless of the on / off state of the switching element.

あるいは、コンデンサとスイッチング素子を備えた少なくとも2端子の単位変換器を1つまたは複数直列接続して構成したアーム3つをY結線して構成し,Y結線した点を変圧器に接続し,単位変換器の少なくも1は、スイッチング素子のオンオフ状態にかかわらず、アームに流れる電流が単位変換器のコンデンサを流れるように構成した。   Alternatively, at least two terminal converters each having a capacitor and a switching element are connected in series with one or more three arms, and Y-connected, and the Y-connected point is connected to a transformer. At least one of the converters is configured such that the current flowing through the arm flows through the capacitor of the unit converter regardless of the on / off state of the switching element.

あるいは、エネルギー貯蔵素子とスイッチング素子を備えた少なくとも2端子の単位変換器を1つまたは複数直列接続して構成したアームとリアクトルとの直列回路2つを直列接続して構成したレグを複数並列接続した電力変換装置において,直列回路2つの直列接続した点と変圧器との間の経路に追加単位変換器を配置し、単位変換器は、スイッチング素子のオンオフ状態にかかわらず、アームに流れる電流が単位変換器のコンデンサを流れるように構成した。
Alternatively, a plurality of legs connected in parallel with two series circuits of an arm and a reactor configured by connecting in series one or more unit converters of at least two terminals each having an energy storage element and a switching element. In the power converter, an additional unit converter is arranged in a path between two series-connected points of the series circuit and the transformer, and the unit converter has a current flowing through the arm regardless of the on / off state of the switching element. The unit converter was configured to flow.

本発明による電力変換装置の第1の形態1st form of the power converter device by this invention ハーフブリッジ形単位変換器Half-bridge type unit converter フルブリッジ形単位変換器Full-bridge type unit converter 本発明による電力変換装置の第2の形態2nd form of the power converter device by this invention 本発明による電力変換装置の第3の形態3rd form of the power converter device by this invention ダブルハーフブリッジ形単位変換器Double half bridge type unit converter 本発明による電力変換装置の第4の形態4th form of the power converter device by this invention 本発明による電力変換装置の第5の形態5th form of the power converter device by this invention 双方向チョッパ形単位変換器Bidirectional chopper type unit converter ハーフブリッジ形単位変換器の概略波形その1Schematic waveform of half-bridge type unit converter 1 ハーフブリッジ形単位変換器の概略波形その2Schematic waveform of half-bridge unit converter 2 ハーフブリッジ形単位変換器の概略波形その3Schematic waveform of half-bridge unit converter 3 コンデンサ電圧に基づいて出力電圧指令値を補正する制御ブロック図Control block diagram for correcting the output voltage command value based on the capacitor voltage コンデンサ電圧に基づいて電流検出値を補正する制御ブロック図Control block diagram for correcting the current detection value based on the capacitor voltage コンデンサ電圧に基づいて電流指令値を補正する制御ブロック図Control block diagram for correcting the current command value based on the capacitor voltage

本発明の第1の実施例について説明する。   A first embodiment of the present invention will be described.

実施例1は,1つまたは複数の単位変換器を直列接続して構成したアームとリアクトルとの直列回路3つをΔ結線し,変圧器を介して交流系統と連系する電力変換装置であって,STATCOMとして交流系統に連系している。   The first embodiment is a power conversion device in which three series circuits of an arm and a reactor configured by connecting one or a plurality of unit converters in series are Δ-connected and linked to an AC system via a transformer. STATCOM is connected to the AC system.

実施例1の特徴は,各アームに含まれる前記の単位変換器のうち,少なくとも1つが,ハーフブリッジ回路である点である。   The feature of the first embodiment is that at least one of the unit converters included in each arm is a half-bridge circuit.

言い換えれば,非特許文献1に記載されているMMCC−SDBCに用いられている単位変換器のうち,各アームに含まれる前記の単位変換器の少なくとも1つを,フルブリッジ回路からハーフブリッジ回路に置き換えた構成である。   In other words, among the unit converters used in the MMCC-SDBC described in Non-Patent Document 1, at least one of the unit converters included in each arm is changed from a full bridge circuit to a half bridge circuit. This is a replacement configuration.

本実施例によれば,簡便な回路構成で,前記の変圧器の過度な直流偏磁を防止できるという効果を得られる。   According to the present embodiment, it is possible to obtain an effect that it is possible to prevent excessive DC bias of the transformer with a simple circuit configuration.

以下,実施例1の全体構成を説明した後,単位変換器の構成,単位変換器の出力電圧と電流経路について説明し,アームとしての出力電圧を合成するための制御手段の動作について説明する。加えて,本発明の電力変換装置がSTATCOMとして機能することを説明し,最後に,本発明によって変圧器の直流偏磁を防止できる原理を説明する。   Hereinafter, after describing the overall configuration of the first embodiment, the configuration of the unit converter, the output voltage and current path of the unit converter will be described, and the operation of the control means for synthesizing the output voltage as the arm will be described. In addition, it will be explained that the power conversion device of the present invention functions as STATCOM, and finally, the principle by which the present invention can prevent DC bias of the transformer.

まず,図1を参照して,実施例1の全体構成を説明する。   First, the overall configuration of the first embodiment will be described with reference to FIG.

電力変換装置104は,変圧器105を介して連系母線103に連系している。また,連系母線103と交流系統101の間に,系統インピーダンス102が存在している。   The power conversion device 104 is connected to the interconnection bus 103 via the transformer 105. A system impedance 102 exists between the interconnection bus 103 and the AC system 101.

以下,電力変換装置104の内部構成を説明する。   Hereinafter, the internal configuration of the power conversion device 104 will be described.

電力変換装置104は,リアクトル106とアーム107uvの直列回路,リアクトル106とアーム107vwの直列回路,リアクトル106とアーム107wuの直列回路の3つが,図1に示すU点,V点,W点でΔ結線されている構成である。   The power converter 104 includes a reactor 106 and an arm 107 uv series circuit, a reactor 106 and an arm 107 vw series circuit, and a reactor 106 and an arm 107 wu series circuit at Δ points U, V, and W shown in FIG. This is a connected configuration.

なお,本明細書では,特に区別する必要が無い場合,アーム107uv,vw,wuを総称して「アーム107」と称することとする。   In the present specification, the arms 107uv, vw, and wu are collectively referred to as “arm 107” unless it is necessary to distinguish between them.

また,各アーム107は,ハーフブリッジ形単位変換器108と,フルブリッジ形単位変換器109の直列回路である。ハーフブリッジ形単位変換器108とフルブリッジ形単位変換器109の内部構成については後述する。   Each arm 107 is a series circuit of a half bridge type unit converter 108 and a full bridge type unit converter 109. The internal configuration of the half bridge type unit converter 108 and the full bridge type unit converter 109 will be described later.

本発明の特徴は,各アーム107にハーフブリッジ形単位変換器を用いた点にある。   A feature of the present invention is that a half-bridge type unit converter is used for each arm 107.

なお,以下では,一例として図1に描いたように,各アーム107が,1つのハーフブリッジ形変換器108と複数のフルブリッジ形単位変換器109を含んでいる場合について説明する。   In the following, a case will be described in which each arm 107 includes one half-bridge type converter 108 and a plurality of full-bridge type unit converters 109 as illustrated in FIG. 1 as an example.

しかし,各アーム107が含んでいるハーフブリッジ形単位変換器108の数は必ずしも1つである必要はなく,複数であっても本発明の効果を得ることができる。さらに,各アーム107がハーフブリッジ形単位変換器108のみを含んでおり,フルブリッジ形単位変換器109を含んでいない場合にも,本発明の効果を得ることができる。   However, the number of half-bridge type unit converters 108 included in each arm 107 is not necessarily one, and the effect of the present invention can be obtained even if there are a plurality of half-bridge type unit converters 108. Furthermore, even when each arm 107 includes only the half-bridge type unit converter 108 and does not include the full-bridge type unit converter 109, the effect of the present invention can be obtained.

また,本実施例では,ハーフブリッジ形単位変換器108の個数と,フルブリッジ形単位変換器109の個数の合計をNと表記する。   In this embodiment, the total of the number of half-bridge type unit converters 108 and the number of full-bridge type unit converters 109 is expressed as N.

本明細書では,特に区別する必要が無い場合,ハーフブリッジ形単位変換器108とフルブリッジ形単位変換器109,および図6,図9を参照して後述するダブルハーフブリッジ形単位変換器503,双方向チョッパ形単位変換器804を,総称して単に「単位変換器」と称する。   In this specification, when it is not necessary to distinguish between them, the half-bridge unit converter 108 and the full-bridge unit converter 109, and a double half-bridge unit converter 503, which will be described later with reference to FIGS. The bidirectional chopper type unit converter 804 is simply referred to as a “unit converter”.

なお,電力変換装置104の動作原理,および,中央制御手段110,送信用通信線111,受信用通信線112については,単位変換器108,109の内部構成を説明した後に説明する。   The operation principle of the power conversion device 104 and the central control unit 110, the transmission communication line 111, and the reception communication line 112 will be described after the internal configuration of the unit converters 108 and 109 is described.

以下,図1に描いた各部の電圧・電流を定義する。   Hereinafter, the voltage and current of each part depicted in FIG. 1 are defined.

交流系統101と連系母線103の各相をA相,B相,C相と称し,交流系統101の線間電圧をVSab,VSbc,VScaと表記し,連系母線103の線間電圧をVRab,VRbc,VRcaと表記する。   The phases of AC system 101 and interconnection bus 103 are referred to as A phase, B phase, and C phase, the line voltage of AC system 101 is represented as VSab, VSbc, and VSca, and the line voltage of interconnection bus 103 is represented by VRab. , VRbc, VRca.

また,連系母線から電力変換装置104に流れる電流をIa,Ib,Icと表記する。   Further, currents flowing from the interconnection bus to the power converter 104 are denoted as Ia, Ib, and Ic.

変圧器105のアーム107側の各相をU相,V相,W相と称し,変圧器105からU点,V点,W点に流れる電流をIU,IV,IWと表記する。   The phases on the arm 107 side of the transformer 105 are referred to as U phase, V phase, and W phase, and currents flowing from the transformer 105 to the U point, V point, and W point are denoted as IU, IV, and IW.

さらに,各アーム107uv,vw,wuの出力電圧をそれぞれVuv,Vvw,Vwuと表記し,各アーム107uv,vw,wuを流れる電流をそれぞれIuv,Ivw,Iwuと表記する。   Furthermore, the output voltages of the arms 107uv, vw, and wu are denoted as Vuv, Vvw, and Vwu, respectively, and the currents flowing through the arms 107uv, vw, and wu are denoted as Iuv, Ivw, and Iwu, respectively.

以下,図2を参照して,ハーフブリッジ形単位変換器108の内部構成を説明する。   Hereinafter, the internal configuration of the half-bridge unit converter 108 will be described with reference to FIG.

X相上側スイッチング素子201XPとX相上側環流ダイオード202XPの逆並列回路と,X相下側スイッチング素子201XNとX相下側環流ダイオード202XNの逆並列回路は,x点で直列接続されている。これを,第1の直列回路と称することとする。   The anti-parallel circuit of the X-phase upper switching element 201XP and the X-phase upper free-wheeling diode 202XP and the anti-parallel circuit of the X-phase lower switching element 201XN and the X-phase lower free-wheeling diode 202XN are connected in series at the point x. This is referred to as a first series circuit.

また,ハーフブリッジ形単位変換器108は,エネルギー貯蔵素子として,上側コンデンサ203Pと下側コンデンサ203Nの2つのコンデンサを備えている。   The half-bridge unit converter 108 includes two capacitors, an upper capacitor 203P and a lower capacitor 203N, as energy storage elements.

上側コンデンサ203Pと下側コンデンサ203Nはm点で直列接続されている。これを,第2の直列回路と称することとする。   The upper capacitor 203P and the lower capacitor 203N are connected in series at m points. This is referred to as a second series circuit.

ハーフブリッジ形単位変換器108は,前記の第1,第2の直列回路をp点とn点で並列接続した構成である。   The half-bridge type unit converter 108 has a configuration in which the first and second series circuits are connected in parallel at the p point and the n point.

以下,ハーフブリッジ形単位変換器108における電圧・電流を定義する。   Hereinafter, the voltage / current in the half-bridge type unit converter 108 is defined.

m点を基準としたx点の電圧をハーフブリッジ形単位変換器108の出力電圧と称し,Vjkと表記する。   The voltage at the point x with respect to the point m is referred to as the output voltage of the half-bridge unit converter 108 and is denoted as Vjk.

ただし,jは該ハーフブリッジ形単位変換器108の属するアーム107を表わし,j=uv,vw,wuである。また,kは該ハーフブリッジ形単位変換器108のアーム107における番号を表わし,k=1,2,…,Nである。以下,本明細書において,単位変換器の各部電圧に付記されたj,kは同様の意味を表わす。   Here, j represents the arm 107 to which the half bridge unit converter 108 belongs, and j = uv, vw, wu. K represents a number in the arm 107 of the half bridge unit converter 108, and k = 1, 2,. Hereinafter, in this specification, j and k added to each voltage of the unit converter have the same meaning.

上側コンデンサ203Pの電圧をVCPjk,下側コンデンサ203Nの電圧をVCNjkと表記する。   The voltage of the upper capacitor 203P is expressed as VCPjk, and the voltage of the lower capacitor 203N is expressed as VCNjk.

本明細書では,特に区別する必要が無い場合,図2のX相上側スイッチング素子201XP,X相下側スイッチング素子201XN,および,後述する他の単位変換器(図3,図6,図9を参照)に用いられているスイッチング素子201XP,XN,YP,YNについても,総称して単に「スイッチング素子201」と称する。   In the present specification, unless it is particularly necessary to distinguish, the X-phase upper switching element 201XP, the X-phase lower switching element 201XN in FIG. 2 and other unit converters described later (see FIGS. 3, 6, and 9). The switching elements 201XP, XN, YP, and YN used for reference) are also simply referred to as “switching element 201”.

また,本明細書では,特に区別する必要が無い場合,図2のX相上側環流ダイオード202XP,X相下側環流ダイオード202XN,および,後述する他の単位変換器(図3,図6,図9を参照)に用いられている環流ダイオード202XP,XN,YP,YNについても,総称して単に「環流ダイオード202」と称する。   Further, in the present specification, when there is no need to distinguish between them, the X-phase upper freewheeling diode 202XP, the X-phase lower freewheeling diode 202XN in FIG. 2 and other unit converters described later (FIGS. 3, 6 and 6). 9), the free-wheeling diodes 202XP, XN, YP, and YN used in FIG.

また,図2,図3,図6,図9では,スイッチング素子としてIGBT(insulated-gate bipolar transistor)の記号を描いているが,本発明はこれに限るものではなく,オン・オフ制御形スイッチング素子であれば,BJT(bipolar junction transistor),MOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor),GTO(gate turn-off)サイリスタ,IGCT(integrated gate-commutated thyristor)等,他の方式のスイッチング素子を用いた場合にも,本発明の効果を得ることができる。   2, FIG. 3, FIG. 6 and FIG. 9, the IGBT (insulated-gate bipolar transistor) symbol is drawn as the switching element. However, the present invention is not limited to this, and the on / off control type switching is performed. If it is an element, other types of switching elements such as BJT (bipolar junction transistor), MOSFET (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor), GTO (gate turn-off) thyristor, IGCT (integrated gate-commutated thyristor), etc. The effect of the present invention can also be obtained when using.

以下,スイッチング素子のオン・オフ状態と,出力電圧Vjkの関係を説明する。また,電流Ijの流れる経路についても説明する。   Hereinafter, the relationship between the on / off state of the switching element and the output voltage Vjk will be described. A path through which the current Ij flows will also be described.

X相上側スイッチング素子201XPがオン,X相下側スイッチング素子201XNがオフである場合,m点を基準としたx点の電圧は,上側コンデンサ203Pの電圧VCPjkと概ね等しくなる。すなわち,Vjk=VCPjkである。この場合,該単位変換器に流れる電流Ijは,上側コンデンサ203Pを通って流れる。   When the X-phase upper switching element 201XP is on and the X-phase lower switching element 201XN is off, the voltage at the point x with respect to the point m is substantially equal to the voltage VCPjk of the upper capacitor 203P. That is, Vjk = VCPjk. In this case, the current Ij flowing through the unit converter flows through the upper capacitor 203P.

X相上側スイッチング素子201XPがオフ,X相下側スイッチング素子201XNがオンである場合,m点を基準としたx点の電圧は,下側コンデンサ203Pの電圧VCNjkと大きさが概ね等しく,かつ,逆極性の電圧となる。すなわち,Vjk=−VCNjkである。この場合,該単位変換器に流れる電流Ijは,下側コンデンサ203Nを通って流れる。   When the X-phase upper switching element 201XP is off and the X-phase lower switching element 201XN is on, the voltage at the x point with respect to the m point is approximately equal to the voltage VCNjk of the lower capacitor 203P, and The voltage has a reverse polarity. That is, Vjk = −VCNjk. In this case, the current Ij flowing through the unit converter flows through the lower capacitor 203N.

以上より,スイッチング素子のオン・オフを制御することにより,ハーフブリッジ形単位変換器108の出力電圧Vjkを制御できることが分かる。   From the above, it can be seen that the output voltage Vjk of the half-bridge unit converter 108 can be controlled by controlling on / off of the switching element.

また,ハーフブリッジ形単位変換器108においては,スイッチング素子のオン・オフ状態に関わらず,電流Ijはコンデンサ203P,Nのいずれかを通ることが分かる。   In the half-bridge unit converter 108, it can be seen that the current Ij passes through one of the capacitors 203P and N regardless of the on / off state of the switching element.

なお,ハーフブリッジ形単位変換器108は,ハーフブリッジ形単位変換器制御手段204を備えているが,その動作については,後述する。   The half-bridge type unit converter 108 includes half-bridge type unit converter control means 204, the operation of which will be described later.

以下,図3を参照して,フルブリッジ形単位変換器109の内部構成を説明する。   Hereinafter, the internal configuration of the full-bridge unit converter 109 will be described with reference to FIG.

X相上側スイッチング素子201XPとX相上側環流ダイオード202XPの逆並列回路と,X相下側スイッチング素子201XNとX相下側環流ダイオード202XNの逆並列回路は,x点で直列接続されている。これを,第1の直列回路と称することとする。   The anti-parallel circuit of the X-phase upper switching element 201XP and the X-phase upper free-wheeling diode 202XP and the anti-parallel circuit of the X-phase lower switching element 201XN and the X-phase lower free-wheeling diode 202XN are connected in series at the point x. This is referred to as a first series circuit.

Y相上側スイッチング素子201YPとY相上側環流ダイオード202YPの逆並列回路と,Y相下側スイッチング素子201YNとY相下側環流ダイオード202XNの逆並列回路は,y点で直列接続されている。これを,第2の直列回路と称することとする。また,フルブリッジ形単位変換器109は,エネルギー貯蔵素子として,コンデンサ203を備えている。   The anti-parallel circuit of the Y-phase upper switching element 201YP and the Y-phase upper circulating diode 202YP and the anti-parallel circuit of the Y-phase lower switching element 201YN and the Y-phase lower circulating diode 202XN are connected in series at the y point. This is referred to as a second series circuit. The full bridge type unit converter 109 includes a capacitor 203 as an energy storage element.

フルブリッジ形単位変換器109は,前記第1,第2の直列回路とコンデンサ203がp点とn点で並列接続した構成である。   The full-bridge unit converter 109 has a configuration in which the first and second series circuits and the capacitor 203 are connected in parallel at the p point and the n point.

以下,フルブリッジ形単位変換器109における電圧・電流を定義する。   Hereinafter, the voltage / current in the full-bridge unit converter 109 is defined.

y点を基準としたx点の電圧をフルブリッジ形単位変換器109の出力電圧と称し,Vjkと表記する。   The voltage at point x with respect to point y is referred to as the output voltage of full-bridge unit converter 109 and is denoted as Vjk.

また,コンデンサ203の電圧をVCjkと表記する。   In addition, the voltage of the capacitor 203 is expressed as VCjk.

以下,スイッチング素子のオン・オフ状態と,出力電圧Vjkの関係を説明する。また,電流Ijの流れる経路についても説明する。   Hereinafter, the relationship between the on / off state of the switching element and the output voltage Vjk will be described. A path through which the current Ij flows will also be described.

X相上側スイッチング素子201XPがオン,X相下側スイッチング素子201XNがオフ,Y相上側スイッチング素子201YPがオン,Y相下側スイッチング素子201YNがオフである場合,y点を基準としたx点の電圧は,概ね零となる。すなわち,Vjk=0である。この場合,該単位変換器に流れる電流Ijは,コンデンサ203を通らない。   When the X-phase upper switching element 201XP is on, the X-phase lower switching element 201XN is off, the Y-phase upper switching element 201YP is on, and the Y-phase lower switching element 201YN is off, The voltage is almost zero. That is, Vjk = 0. In this case, the current Ij flowing through the unit converter does not pass through the capacitor 203.

X相上側スイッチング素子201XPがオン,X相下側スイッチング素子201XNがオフ,Y相上側スイッチング素子201YPがオフ,Y相下側スイッチング素子201YNがオンである場合,y点を基準としたx点の電圧は,コンデンサ203の電圧VCjkと概ね等しくなる。すなわち,Vjk=VCjkである。この場合,該単位変換器に流れる電流Ijは,コンデンサ203を通る。   When the X-phase upper switching element 201XP is on, the X-phase lower switching element 201XN is off, the Y-phase upper switching element 201YP is off, and the Y-phase lower switching element 201YN is on, The voltage is approximately equal to the voltage VCjk of the capacitor 203. That is, Vjk = VCjk. In this case, the current Ij flowing through the unit converter passes through the capacitor 203.

X相上側スイッチング素子201XPがオフ,X相下側スイッチング素子201XNがオン,Y相上側スイッチング素子201YPがオン,Y相下側スイッチング素子201YNがオフである場合,y点を基準としたx点の電圧は,コンデンサ203の電圧VCjkと大きさが概ね等しく,逆極性の電圧となる。すなわち,Vjk=−VCjkである。この場合,該単位変換器に流れる電流Ijは,コンデンサ203を通る。   When the X-phase upper switching element 201XP is off, the X-phase lower switching element 201XN is on, the Y-phase upper switching element 201YP is on, and the Y-phase lower switching element 201YN is off, The voltage is approximately equal in magnitude to the voltage VCjk of the capacitor 203 and has a reverse polarity. That is, Vjk = −VCjk. In this case, the current Ij flowing through the unit converter passes through the capacitor 203.

X相上側スイッチング素子201XPがオフ,X相下側スイッチング素子201XNがオン,Y相上側スイッチング素子201YPがオフ,Y相下側スイッチング素子201YNがオンである場合,y点を基準としたx点の電圧は,概ね零となる。すなわち,Vjk=0である。この場合,該単位変換器に流れる電流Ijは,コンデンサ203を通る。   When the X-phase upper switching element 201XP is off, the X-phase lower switching element 201XN is on, the Y-phase upper switching element 201YP is off, and the Y-phase lower switching element 201YN is on, The voltage is almost zero. That is, Vjk = 0. In this case, the current Ij flowing through the unit converter passes through the capacitor 203.

以上より,スイッチング素子のオン・オフを制御することにより,フルブリッジ形単位変換器109の出力電圧Vjkを制御できることが分かる。   From the above, it can be seen that the output voltage Vjk of the full-bridge unit converter 109 can be controlled by controlling on / off of the switching element.

また,フルブリッジ形単位変換器109においては,スイッチング素子のオン・オフ状態に依存して,電流Ijがコンデンサ203を通る場合と通らない場合とが存在する。   Further, in the full-bridge unit converter 109, there are cases where the current Ij passes through the capacitor 203 and does not pass depending on the on / off state of the switching element.

一方で,前述の通り,ハーフブリッジ形単位変換器108では,電流Ijがコンデンサ203P,Nのいずれかを必ず通る。   On the other hand, as described above, in the half-bridge unit converter 108, the current Ij always passes through one of the capacitors 203P and N.

これは,ハーフブリッジ形単位変換器108とフルブリッジ形単位変換器109の相違点の1つである。   This is one of the differences between the half bridge type unit converter 108 and the full bridge type unit converter 109.

アーム107の電流Ijに着目して言い換えれば,アーム107を流れる電流Ijは,アーム107に含まれる少なくとも1つのコンデンサを必ず通ることになる。   In other words, focusing on the current Ij of the arm 107, the current Ij flowing through the arm 107 always passes through at least one capacitor included in the arm 107.

本実施例,および図1では,ハーフブリッジ形単位変換器108を用いた場合について記述しているが,本発明はこれに限るものではなく,各アームに流れる電流が少なくとも1つのコンデンサ等の電力貯蔵素子を必ず通る場合には,本実施例と同様の効果が得られる。   In the present embodiment and FIG. 1, the case where the half-bridge unit converter 108 is used is described, but the present invention is not limited to this, and the current flowing through each arm is at least one power of a capacitor or the like. If the storage element always passes, the same effect as in this embodiment can be obtained.

以下,電力変換装置104の制御手段について説明する。また,該制御手段によって,アーム107uv,vw,wuの出力電圧Vuv,Vvw,Vwuを合成する方法について説明する。   Hereinafter, the control means of the power converter 104 will be described. A method of synthesizing the output voltages Vuv, Vvw, Vwu of the arms 107uv, vw, wu by the control means will be described.

中央制御手段110は,各単位変換器108,109に対して,送信用通信路111を介して,例えばゲート信号gjk(j=uv,vw,wu,k=1,2,…,N)を送信する。   The central control means 110 sends, for example, gate signals gjk (j = uv, vw, wu, k = 1, 2,..., N) to the unit converters 108 and 109 via the transmission communication path 111. Send.

各単位変換器108,109は,中央制御手段110から受診したgjkに基づいて各スイッチング素子のオン・オフを制御し,出力電圧Vjkを制御する。   Each of the unit converters 108 and 109 controls on / off of each switching element based on gjk received from the central control unit 110, and controls the output voltage Vjk.

また,中央制御手段110は,各単位変換器108,109から,受信用通信路112を介して,例えば電圧検出手段205P,Nを介して検出したコンデンサ電圧VCjk(j=uv,vw,wu,k=1,2,…,N)の検出値を受信する。   Further, the central control means 110 receives the capacitor voltage VCjk (j = uv, vw, wu, detected from the unit converters 108 and 109 via the reception communication path 112, for example, via the voltage detection means 205P and N, for example. The detection value of k = 1, 2,..., N) is received.

送信用通信路111と受信用通信路112は,例えば電線,光ファイバ,あるいは無線等の通信路である。   The transmission communication path 111 and the reception communication path 112 are, for example, communication paths such as electric wires, optical fibers, or radio.

各アーム107の出力電圧Vuv,Vvw,Vwuは,各アーム107を構成する単位変換器108,109の出力電圧Vjkの和である。したがって,前述の制御手段の動作によってVjkを制御することによって,アーム107としての出力電圧Vuv,Vvw,Vwuを合成できる。   The output voltages Vuv, Vvw, and Vwu of each arm 107 are the sum of the output voltages Vjk of the unit converters 108 and 109 that constitute each arm 107. Therefore, the output voltages Vuv, Vvw, Vwu as the arm 107 can be synthesized by controlling Vjk by the operation of the control means described above.

例えば,非特許文献1にて開示されているような位相シフトPWM(pulse-width modulation)を適用することにより,Vuv,Vvw,Vwuを,正弦波に近いマルチレベル電圧波形とすることができる。   For example, by applying phase shift PWM (pulse-width modulation) as disclosed in Non-Patent Document 1, Vuv, Vvw, and Vwu can be made into multilevel voltage waveforms that are close to sine waves.

以下,電力変換装置104がSTATCOMとして機能する原理を説明する。なお,説明を簡単にするため,変圧器105の巻数比を1:1とし,かつ,連系母線103側とアーム107側で,移相がないものと仮定して説明する。   Hereinafter, the principle that the power converter 104 functions as STATCOM will be described. For the sake of simplicity, description will be made assuming that the turns ratio of the transformer 105 is 1: 1 and that there is no phase shift between the interconnecting bus 103 side and the arm 107 side.

また,以下では,各アームの出力電圧Vuv,Vvw,Vwuの基本波成分のみに着目して説明し,高調波成分については説明を簡単にするため無視する。   In the following, only the fundamental wave components of the output voltages Vuv, Vvw, and Vwu of each arm will be described, and the harmonic components will be ignored for the sake of simplicity.

まず,電力変換装置104が容量性(capacitive)の無効電力を出力する原理について説明する。   First, the principle by which the power converter 104 outputs capacitive reactive power will be described.

前述の制御手段の動作によって,各アーム107の出力電圧Vuv,Vvw,Vwuが,連系母線103の線間電圧VRab,VRbc,VRcaと同位相で,かつ,より大きな振幅をもつように制御する。   By the operation of the control means described above, the output voltages Vuv, Vvw, Vwu of each arm 107 are controlled to have the same phase as the line voltages VRab, VRbc, VRca of the interconnection bus 103 and a larger amplitude. .

この場合,リアクトル106と変圧器105の漏れインダクタンスに印加される電圧は,連系母線103の線間電圧VRab,VRbc,VRcaと逆位相の電圧となる。   In this case, the voltage applied to the leakage inductance of the reactor 106 and the transformer 105 is a voltage having a phase opposite to the line voltages VRab, VRbc, VRca of the interconnection bus 103.

正弦波定常状態を仮定した場合,リアクトル105と変圧器105の漏れインダクタンスに流れる電流は,その印加電圧より90°だけ遅れる。   When a sinusoidal steady state is assumed, the current flowing through the leakage inductance of the reactor 105 and the transformer 105 is delayed by 90 ° from the applied voltage.

この場合,各アーム107uv,vw,wuに流れる電流Iuv,Ivw,Iwuは,VRab,VRbc,VRcaと逆位相の電圧から90°だけ遅れた電圧,言い換えれば,VRab,VRbc,VRcaから90°だけ位相の進んだ電流となる。   In this case, the currents Iuv, Ivw, and Iwu flowing through the arms 107uv, vw, and wu are voltages that are delayed by 90 ° from the voltages that are in reverse phase with VRab, VRbc, and VRca, in other words, only 90 ° from VRab, VRbc, and VRca. The current is advanced in phase.

また,連系母線103から電力変換装置104に流れる電流Ia,Ib,Icは,連系母線103の相電圧VRa,VRb,VRcから90°だけ位相の進んだ電流となる。   Further, the currents Ia, Ib, Ic flowing from the interconnection bus 103 to the power converter 104 become currents whose phases are advanced by 90 ° from the phase voltages VRa, VRb, VRc of the interconnection bus 103.

さらに,連系母線103の線間電圧VRab,VRbc,VRcaと,各アーム107の出力電圧Vuv,Vvw,Vwuの振幅の差を制御することにより,電流Iuv,Ivw,IwuおよびIa,Ib,Icの振幅を制御できる。言い換えれば,容量性の無効電力の大きさを制御できる。   Further, the currents Iuv, Ivw, Iwu and Ia, Ib, Ic are controlled by controlling the difference in amplitude between the line voltages VRab, VRbc, VRca of the interconnection bus 103 and the output voltages Vuv, Vvw, Vwu of each arm 107. Can be controlled. In other words, the amount of capacitive reactive power can be controlled.

次に,電力変換装置104が誘導性(inductive)の無効電力を出力する原理について説明する。   Next, the principle that the power conversion device 104 outputs inductive reactive power will be described.

前述の制御手段の動作によって,各アーム107の出力電圧Vuv,Vvw,Vwuが,連系母線103の線間電圧VRab,VRbc,VRcaと同位相で,かつ,より小さな振幅となるように制御する。   By the operation of the aforementioned control means, the output voltages Vuv, Vvw, Vwu of each arm 107 are controlled to have the same phase as the line voltages VRab, VRbc, VRca of the interconnection bus 103 and a smaller amplitude. .

この場合,リアクトル106と変圧器105の漏れインダクタンスに印加される電圧は,連系母線103の線間電圧VRab,VRbc,VRcaと同位相の電圧となる。   In this case, the voltage applied to the leakage inductance of the reactor 106 and the transformer 105 is a voltage having the same phase as the line voltages VRab, VRbc, VRca of the interconnection bus 103.

正弦波定常状態を仮定した場合,リアクトル105と変圧器105の漏れインダクタンスに流れる電流は,その印加電圧より90°だけ遅れる。   When a sinusoidal steady state is assumed, the current flowing through the leakage inductance of the reactor 105 and the transformer 105 is delayed by 90 ° from the applied voltage.

この場合,各アーム107uv,vw,wuに流れる電流Iuv,Ivw,Iwuは,VRab,VRbc,VRcaから90°だけ位相の遅れた電流となる。   In this case, the currents Iuv, Ivw, and Iwu flowing through the arms 107uv, vw, and wu are currents that are delayed in phase by 90 ° from VRab, VRbc, and VRca.

また,連系母線103から電力変換装置104に流れる電流Ia,Ib,Icは,連系母線103の相電圧VRa,VRb,VRcから90°だけ位相の遅れた電流となる。   In addition, currents Ia, Ib, and Ic that flow from interconnection bus 103 to power conversion device 104 are currents that are delayed in phase by 90 ° from phase voltages VRa, VRb, and VRc of interconnection bus 103.

以上より,電力変換装置104が誘導性の無効電力を出力できることが分かる。   From the above, it can be seen that the power converter 104 can output inductive reactive power.

また,連系母線103の線間電圧VRab,VRbc,VRcaと,各アーム107の出力電圧Vuv,Vvw,Vwuの振幅の差を制御することにより,電流Iuv,Ivw,IwuおよびIa,Ib,Icの振幅を制御できる。言い換えれば,容量性の無効電力の大きさを制御できる。   Further, the currents Iuv, Ivw, Iwu and Ia, Ib, Ic are controlled by controlling the difference in amplitude between the line voltages VRab, VRbc, VRca of the interconnection bus 103 and the output voltages Vuv, Vvw, Vwu of each arm 107. Can be controlled. In other words, the amount of capacitive reactive power can be controlled.

以上より,連系母線103の線間電圧VRab,VRbc,VRcaと,各アーム107の出力電圧Vuv,Vvw,Vwuの振幅の大小関係を制御することにより,電力変換装置104は,容量性もしくは誘導性の無効電力を任意に出力でき,かつ,その大きさを任意に制御できることが分かる。言い換えれば,電力変換装置104は,STATCOMとして機能する。   From the above, by controlling the magnitude relationship between the line voltages VRab, VRbc, VRca of the interconnection bus 103 and the amplitudes of the output voltages Vuv, Vvw, Vwu of each arm 107, the power converter 104 is capacitive or inductive. It can be seen that the reactive power can be output arbitrarily and the magnitude can be controlled arbitrarily. In other words, the power conversion device 104 functions as STATCOM.

なお,以上の説明では,3つのアーム107uv,vw,wuが同じ大きさの無効電力を出力する場合について説明したが,VRabとVuvの振幅の大小関係,VRbcとVvwの振幅の大小関係,VRcaとVRwuの振幅の大小関係を個別に制御することにより,3つのアーム107uv,vw,wuがそれぞれ異なる無効電力を出力することも可能である。   In the above description, the case where the three arms 107uv, vw, and wu output reactive power having the same magnitude has been described. However, the magnitude relationship between the amplitudes of VRab and Vuv, the magnitude relationship between the amplitudes of VRbc and Vvw, and VRca. It is also possible for the three arms 107uv, vw, and wu to output different reactive powers by individually controlling the magnitude relationship between the amplitudes of VRw and VRwu.

次に,本発明の特徴であるアーム107にハーフブリッジ形単位変換器108を備えることによって,変圧器105の過度な直流偏磁を防止できる原理を説明する。   Next, a principle that can prevent excessive DC bias of the transformer 105 by providing the half-bridge type unit converter 108 in the arm 107, which is a feature of the present invention, will be described.

まず,図10を参照して,上側コンデンサ203Pの電圧VCPjkと,下側コンデンサ203Nの電圧VCNjkが等しい場合(VCPjk=VCNjk)における,ハーフブリッジ形単位変換器108の出力電圧Vjkの概略波形について説明する。   First, a schematic waveform of the output voltage Vjk of the half-bridge type unit converter 108 when the voltage VCPjk of the upper capacitor 203P is equal to the voltage VCNjk of the lower capacitor 203N (VCPjk = VCNjk) will be described with reference to FIG. To do.

図10は,例えばPWMによって,その基本波成分がVjkfundとなるようにVjkのパルス列を生成した場合である。   FIG. 10 shows a case where a pulse train of Vjk is generated by PWM, for example, so that the fundamental wave component becomes Vjkfund.

図10のようにVCPjk=VCNjkである場合,Vjkは基本波成分Vjkfundを含有するが,直流成分を含有しない。   When VCPjk = VCNjk as shown in FIG. 10, Vjk contains the fundamental wave component Vjkfund but no DC component.

さて,前述のように,ハーフブリッジ形単位変換器108では,アーム電流Ij(j=uv,vw,wu)が上側コンデンサ203P,下側コンデンサ203Nのいずれかを必ず通る。   As described above, in the half-bridge unit converter 108, the arm current Ij (j = uv, vw, wu) always passes through either the upper capacitor 203P or the lower capacitor 203N.

ところで変圧器105が直流偏磁している場合,アーム電流Ijに直流成分が含有されている。したがって,Ijに含有されている直流成分を減衰できれば,過度な直流偏磁を防止できる。   By the way, when the transformer 105 is DC-magnetized, the arm current Ij contains a DC component. Therefore, if the DC component contained in Ij can be attenuated, excessive DC bias can be prevented.

電流Ij(j=uv,vw,wu)が直流成分Ijdcを含有し,かつ,Ijdc>0である場合,スイッチング素子のオン・オフ状態に依存して,Ijdcは上側コンデンサ203Pを充電するか,または下側コンデンサ203Nを放電するかのいずれかの経路を通る。   If the current Ij (j = uv, vw, wu) contains the DC component Ijdc and Ijdc> 0, Ijdc charges the upper capacitor 203P depending on the on / off state of the switching element, Alternatively, it takes either path of discharging the lower capacitor 203N.

言い換えれば,正の直流成分Ijdcによって,VCPjkは上昇し,VCNjkは低下する。したがって,VCPjk>VCNjkとなる。これについては図11を参照して後述する。   In other words, VCPjk rises and VCNjk falls due to the positive DC component Ijdc. Therefore, VCPjk> VCNjk. This will be described later with reference to FIG.

また,電流Ijが直流成分Ijdcを含有し,かつ,Ijdc<0である場合,スイッチング素子のオン・オフ状態に依存して,Ijkdcは上側コンデンサ203Pを放電するか,または下側コンデンサ203Nを充電するかのいずれかの経路を通る。   Further, when the current Ij contains the DC component Ijdc and Ijdc <0, Ijkdc discharges the upper capacitor 203P or charges the lower capacitor 203N depending on the on / off state of the switching element. Take either route.

言い換えれば,負の直流成分Ijdcによって,VCPjkは低下し,VCNjkは上昇する。したがって,VCPjk<VCNjkとなる。これについては図12を参照して後述する。   In other words, VCPjk decreases and VCNjk increases due to the negative DC component Ijdc. Therefore, VCPjk <VCNjk. This will be described later with reference to FIG.

正のIjkdcによってVCPjk>VCNjkとなった場合,図10に示した概略波形は図11のように変化する。   When VCPjk> VCNjk is satisfied by positive Ijkdc, the schematic waveform shown in FIG. 10 changes as shown in FIG.

VCPjk>VCNjkとなったため,Vjkの正の電圧パルスは,負の電圧パルスよりもその大きさが大きくなる。したがって,Vjkは基本波成分Vjkfundに加えて正の直流成分Vjkdcを含有する。   Since VCPjk> VCNjk, the magnitude of the positive voltage pulse of Vjk is larger than that of the negative voltage pulse. Therefore, Vjk contains a positive DC component Vjkdc in addition to the fundamental wave component Vjkfund.

単位変換器108の出力電圧の直流成分Vjkdcが正である場合(Vjkdc>0)は,アーム電流Ijの正の直流成分(Ijdc>0)を妨げる極性の電圧となる。 When the DC component Vjkdc of the output voltage of the unit converter 108 is positive (Vjkdc> 0), the voltage has a polarity that hinders the positive DC component (Ijdc> 0) of the arm current Ij.

以上を要約すれば,Ijの正の直流成分Ijdcによって,正のVjkdcが発生し,発生した正のVjkdcは正のIjdcを減衰させる。 In summary, a positive Vjkdc is generated by the positive DC component Ijdc of Ij, and the generated positive Vjkdc attenuates the positive Ijdc.

また,負のIjdcによってVCPjk<VCNjkとなった場合,図10に示した概略波形は図12のように変化する。   Further, when VCPjk <VCNjk due to negative Ijdc, the schematic waveform shown in FIG. 10 changes as shown in FIG.

VCPjk<VCNjkとなったため,Vjkの正の電圧パルスは,負の電圧パルスよりもその大きさが小さくなる。したがって,Vjkは基本波成分Vjkfundに加えて負の直流成分Vjkdcを含有する。   Since VCPjk <VCNjk, the magnitude of the positive voltage pulse of Vjk is smaller than that of the negative voltage pulse. Therefore, Vjk contains a negative DC component Vjkdc in addition to the fundamental wave component Vjkfund.

単位変換器108の出力電圧の直流成分Vjkdcが負である場合(Vjkdc<0)は,アーム電流Ijの負の直流成分(Ijdc<0)を妨げる極性の電圧となる。 When the DC component Vjkdc of the output voltage of the unit converter 108 is negative (Vjkdc <0), the voltage has a polarity that hinders the negative DC component (Ijdc <0) of the arm current Ij.

以上を要約すれば,Ijの負の直流成分Ijdcによって,負のVjkdcが発生し,発生した負のVjkdcは負のIjdcを減衰させる。 In summary, a negative Vjkdc is generated by the negative DC component Ijdc of Ij, and the generated negative Vjkdc attenuates the negative Ijdc.

以上より,ハーフブリッジ形単位変換器108に含まれるコンデンサ203P,Nは,その充放電によって,アーム電流Ijの正負いずれの直流成分Ijkdcをも減衰できることがわかる。 From the above, it can be seen that the capacitors 203P, N included in the half-bridge type unit converter 108 can attenuate either the positive or negative DC component Ijkdc of the arm current Ij by charging / discharging thereof.

したがって,変圧器105の過度な直流偏磁を防止できる。 Therefore, excessive direct current bias of the transformer 105 can be prevented.

以上で説明したように,ハーフブリッジ形単位変換器108の特長によって,アーム107を流れる電流が少なくとも1つのコンデンサを必ず通ることによって,変圧器105の過度な直流偏磁を防止できるという効果を得られる。   As described above, the advantage of the half-bridge type unit converter 108 is that the current flowing through the arm 107 always passes through at least one capacitor, thereby preventing an excessive DC bias of the transformer 105. It is done.

なお,以上では,3つのアーム107とリアクトル106との直列回路がΔ結線されている場合(図1)を例として説明した。   In the above description, the case where the series circuit of the three arms 107 and the reactor 106 is Δ-connected (FIG. 1) has been described as an example.

本発明は,図4に示すように,3つのアームがY結線されている場合にも適用でき,同様の効果を得られる。   As shown in FIG. 4, the present invention can be applied to a case where three arms are Y-connected, and similar effects can be obtained.

なお,図4では,アーム107u,v,wと変圧器105を直接接続している回路図を描いているが,アーム107u,v,wと変圧器105との間にリアクトルを備えていても同様の効果を得られる。   4 shows a circuit diagram in which the arms 107u, v, w and the transformer 105 are directly connected, but a reactor may be provided between the arms 107u, v, w and the transformer 105. Similar effects can be obtained.

本発明の第2の実施例について説明する。   A second embodiment of the present invention will be described.

実施例2は,実施例1と同様に,1つまたは複数の単位変換器を直列接続して構成したアームとリアクトルとの直列回路3つをΔ結線し,変圧器を介して交流系統と連系する電力変換装置であって,STATCOMとして交流系統に連系している。   In the second embodiment, as in the first embodiment, three series circuits of an arm and a reactor configured by connecting one or more unit converters in series are connected by Δ and connected to an AC system via a transformer. It is a power conversion device to be connected, and is connected to an AC system as STATCOM.

実施例2の特徴は,各アームに含まれる前記の単位変換器のうち,少なくとも1つが,2つのハーフブリッジ回路を逆直列接続したダブルハーフブリッジ回路である点である。   A feature of the second embodiment is that at least one of the unit converters included in each arm is a double half bridge circuit in which two half bridge circuits are connected in reverse series.

言い換えれば,非特許文献1に記載されているMMCC−SDBCに用いられている単位変換器のうち,各アームに含まれる前記の単位変換器の少なくとも1つを,ダブルハーフブリッジ回路に置き換えた構成である。   In other words, among the unit converters used in the MMCC-SDBC described in Non-Patent Document 1, at least one of the unit converters included in each arm is replaced with a double half bridge circuit. It is.

本実施例によれば,実施例1と同様に,簡便な回路構成で,前記の変圧器の過度な直流偏磁を防止できるという効果を得られる。   According to the present embodiment, as in the first embodiment, it is possible to obtain an effect that it is possible to prevent excessive DC bias of the transformer with a simple circuit configuration.

さらに,ダブルハーフブリッジ回路を用いた単位変換器(以下,ダブルハーフブリッジ形単位変換器と称する)では,ハーフブリッジ形単位変化器108の概ね2倍(フルブリッジ形単位変換器109と概ね同じ)の電圧を出力できるという効果を得られる。   Further, in a unit converter using a double half bridge circuit (hereinafter referred to as a double half bridge type unit converter), it is approximately twice as large as the half bridge type unit converter 108 (substantially the same as the full bridge type unit converter 109). The effect of being able to output the voltage of

以下,実施例1の全体構成を説明した後,単位変換器の構成,単位変換器の出力電圧と電流経路について説明し,アームとしての出力電圧を合成するための制御手段の動作について説明する。加えて,本発明の電力変換装置がSTATCOMとして機能することを説明し,最後に,本発明によって変圧器の直流偏磁を防止できる原理を説明する。   Hereinafter, after describing the overall configuration of the first embodiment, the configuration of the unit converter, the output voltage and current path of the unit converter will be described, and the operation of the control means for synthesizing the output voltage as the arm will be described. In addition, it will be explained that the power conversion device of the present invention functions as STATCOM, and finally, the principle by which the present invention can prevent DC bias of the transformer.

まず,図5を参照して,実施例1の全体構成を説明するが,実施例1の図1との相違点についてのみ説明する。   First, the overall configuration of the first embodiment will be described with reference to FIG. 5, but only the differences of the first embodiment from FIG. 1 will be described.

本実施例の図5に示す電力変換装置501では,図1とは異なり,各アーム502uv,vw,wuが少なくとも1つのダブルハーフブリッジ形単位変換器503を備えている点を特徴とする。   The power converter 501 shown in FIG. 5 of the present embodiment is characterized in that each arm 502 uv, vw, wu includes at least one double half bridge unit converter 503, unlike FIG. 1.

ダブルハーフブリッジ形単位変換器503は,2つのハーフブリッジ回路を逆直列接続した回路であり,詳細は図6を用いて後述する。   The double half bridge type unit converter 503 is a circuit in which two half bridge circuits are connected in reverse series, and details will be described later with reference to FIG.

本実施例における電力変換装置501がSTATCOMとして機能する原理,および,アーム電流Ijの直流成分Ijdcを減衰させ,変圧器105の偏磁を防止できる原理については,実施例1と概ね同様である。   The principle that the power converter 501 in this embodiment functions as STATCOM and the principle that the DC component Ijdc of the arm current Ij can be attenuated to prevent the transformer 105 from being demagnetized are substantially the same as in the first embodiment.

以下,図6を参照して,ダブルハーフブリッジ形単位変換器503の内部構成を説明する。   Hereinafter, the internal configuration of the double half bridge type unit converter 503 will be described with reference to FIG.

ダブルハーフブリッジ形単位変換器503は,X相ハーフブリッジ601XとY相ハーフブリッジ601Yをm点で逆直列に接続した構成である。また,X相ハーフブリッジ601XとY相ハーフブリッジ601Yを制御するダブルハーフブリッジ形単位変換器制御手段602を備えている。   The double half-bridge type unit converter 503 has a configuration in which an X-phase half bridge 601X and a Y-phase half bridge 601Y are connected in reverse series at m points. Further, a double half bridge type unit converter control means 602 for controlling the X phase half bridge 601X and the Y phase half bridge 601Y is provided.

本明細書では特に区別する必要が無い場合,X相ハーフブリッジ601XとY相ハーフブリッジ601Yを総称して単に「ハーフブリッジ601」と称することにする。   In the present specification, when it is not necessary to distinguish between them, the X-phase half bridge 601X and the Y-phase half bridge 601Y are collectively referred to as “half bridge 601”.

以下,ハーフブリッジ601Xの内部構成を説明する。   Hereinafter, the internal configuration of the half bridge 601X will be described.

X相上側スイッチング素子201XPとX相上側環流ダイオード202XPの逆並列回路と,X相下側スイッチング素子201XNとX相下側環流ダイオード202XNの逆並列回路は,x点で直列接続されている。これを,第1の直列回路と称することとする。   The anti-parallel circuit of the X-phase upper switching element 201XP and the X-phase upper free-wheeling diode 202XP and the anti-parallel circuit of the X-phase lower switching element 201XN and the X-phase lower free-wheeling diode 202XN are connected in series at the point x. This is referred to as a first series circuit.

また,ハーフブリッジ601Xは,エネルギー貯蔵素子として,X相上側コンデンサ203XPとX相下側コンデンサ203XNの2つのコンデンサを備えている。   The half bridge 601X includes two capacitors, an X-phase upper capacitor 203XP and an X-phase lower capacitor 203XN, as energy storage elements.

X相上側コンデンサ203YPとX相下側コンデンサ203YNはm点で直列接続されている。これを,第2の直列回路と称することとする。   The X-phase upper capacitor 203YP and the X-phase lower capacitor 203YN are connected in series at m points. This is referred to as a second series circuit.

ハーフブリッジ601Xは,前記の第1,第2の直列回路をpx点とnx点で並列接続した構成である。   The half bridge 601X has a configuration in which the first and second series circuits are connected in parallel at the px point and the nx point.

次に,ハーフブリッジ601Yの内部構成を説明する。   Next, the internal configuration of the half bridge 601Y will be described.

Y相上側スイッチング素子201YPとY相上側環流ダイオード202YPの逆並列回路と,Y相下側スイッチング素子201YNとY相下側環流ダイオード202YNの逆並列回路は,y点で直列接続されている。これを,第1の直列回路と称することとする。   The antiparallel circuit of the Y phase upper switching element 201YP and the Y phase upper freewheeling diode 202YP and the antiparallel circuit of the Y phase lower switching element 201YN and the Y phase lower freewheeling diode 202YN are connected in series at the point y. This is referred to as a first series circuit.

また,ハーフブリッジ601Yは,エネルギー貯蔵素子として,Y相上側コンデンサ203YPとY相下側コンデンサ203YNの2つのコンデンサを備えている。   The half bridge 601Y includes two capacitors, an Y-phase upper capacitor 203YP and a Y-phase lower capacitor 203YN, as energy storage elements.

Y相上側コンデンサ203YPとX相下側コンデンサ203YNはm点で直列接続されている。これを,第2の直列回路と称することとする。このm点は,X相ハーフブリッジ601のm点と共通である。   Y-phase upper capacitor 203YP and X-phase lower capacitor 203YN are connected in series at m points. This is referred to as a second series circuit. The m point is common with the m point of the X-phase half bridge 601.

ハーフブリッジ601Yは,前記の第1,第2の直列回路をpy点とny点で並列接続した構成である。   The half bridge 601Y has a configuration in which the first and second series circuits are connected in parallel at the py point and the ny point.

以上で説明したように,X相ハーフブリッジ601XとY相ハーフブリッジ601Yのm点は接続されている。   As described above, the m points of the X-phase half bridge 601X and the Y-phase half bridge 601Y are connected.

以下,ダブルハーフブリッジ形単位変換器503における電圧・電流を定義する。   Hereinafter, the voltage / current in the double half bridge type unit converter 503 is defined.

y点を基準としたx点の電圧をダブルハーフブリッジ形単位変換器503の出力電圧と称し,Vjkと表記する。   The voltage at the point x with respect to the point y is referred to as the output voltage of the double half bridge unit converter 503 and is denoted as Vjk.

ただし,jは該ダブルハーフブリッジ形単位変換器503の属するアーム502を表わし,j=uv,vw,wuである。また,kは該ダブルハーフブリッジ形単位変換器504のアーム502における番号を表わし,k=1,2,…,Nである。以下,本明細書において,単位変換器の各部電圧に付記されたj,kは同様の意味を表わす。   Here, j represents the arm 502 to which the double half bridge unit converter 503 belongs, and j = uv, vw, wu. K represents a number in the arm 502 of the double half bridge type unit converter 504, and k = 1, 2,. Hereinafter, in this specification, j and k added to each voltage of the unit converter have the same meaning.

X相上側コンデンサ203XPの電圧をVCXPjk,X相下側コンデンサ203XNの電圧をVCXNjkと表記する。   The voltage of the X-phase upper capacitor 203XP is expressed as VCXPjk, and the voltage of the X-phase lower capacitor 203XN is expressed as VCXNjk.

同様に,Y相上側コンデンサ203YPの電圧をVCYPjk,X相下側コンデンサ203YNの電圧をVCYNjkと表記する。   Similarly, the voltage of the Y-phase upper capacitor 203YP is expressed as VCYPjk, and the voltage of the X-phase lower capacitor 203YN is expressed as VCYNjk.

以下,スイッチング素子のオン・オフ状態と,出力電圧Vjkの関係を説明する。また,電流Ijの流れる経路についても説明する。   Hereinafter, the relationship between the on / off state of the switching element and the output voltage Vjk will be described. A path through which the current Ij flows will also be described.

ただし,以下の説明では,4つのコンデンサ203の電圧が概ね等しい場合を仮定し,VCXPjk=VCXNjk=VCYPjk=VCYNjk=VCjkと近似して説明する。   However, in the following description, it is assumed that the voltages of the four capacitors 203 are substantially equal, and the description will be made by approximating VCXPjk = VCXNjk = VCYPjk = VCYNjk = VCjk.

X相上側スイッチング素子201XPがオン,X相下側スイッチング素子201XNがオフ,Y相上側スイッチング素子201YPがオン,Y相下側スイッチング素子201YNがオフである場合,y点を基準としたx点の電圧は,X相上側コンデンサ203XPの電圧とY相上側コンデンサ203YPの電圧の差,すなわち概ねVjk=0となる。この場合,該単位変換器に流れる電流Ijは,X相上側コンデンサ203XPとY相上側コンデンサ203YPを通る。   When the X-phase upper switching element 201XP is on, the X-phase lower switching element 201XN is off, the Y-phase upper switching element 201YP is on, and the Y-phase lower switching element 201YN is off, The voltage is the difference between the voltage of the X-phase upper capacitor 203XP and the voltage of the Y-phase upper capacitor 203YP, that is, approximately Vjk = 0. In this case, the current Ij flowing through the unit converter passes through the X-phase upper capacitor 203XP and the Y-phase upper capacitor 203YP.

X相上側スイッチング素子201XPがオン,X相下側スイッチング素子201XNがオフ,Y相上側スイッチング素子201YPがオフ,Y相下側スイッチング素子201YNがオンである場合,y点を基準としたx点の電圧は,X相上側コンデンサ203XPの電圧とY相下側コンデンサ203YNの電圧の和,すなわち概ねVjk=2VCjkである。この場合,該単位変換器に流れる電流Ijは,X相上側コンデンサ203XPとY相下側コンデンサ203YNを通る。   When the X-phase upper switching element 201XP is on, the X-phase lower switching element 201XN is off, the Y-phase upper switching element 201YP is off, and the Y-phase lower switching element 201YN is on, The voltage is the sum of the voltage of the X-phase upper capacitor 203XP and the voltage of the Y-phase lower capacitor 203YN, that is, approximately Vjk = 2VCjk. In this case, the current Ij flowing through the unit converter passes through the X-phase upper capacitor 203XP and the Y-phase lower capacitor 203YN.

X相上側スイッチング素子201XPがオフ,X相下側スイッチング素子201XNがオン,Y相上側スイッチング素子201YPがオン,Y相下側スイッチング素子201YNがオフである場合,y点を基準としたx点の電圧は,X相下側コンデンサ203XNの電圧とY相上側コンデンサ203YPの電圧の和の逆極性の電圧,すなわち概ねVjk=−2VCjkである。この場合,該単位変換器に流れる電流Ijは,X相下側コンデンサ203XNとY相上側コンデンサ203YPを通る。   When the X-phase upper switching element 201XP is off, the X-phase lower switching element 201XN is on, the Y-phase upper switching element 201YP is on, and the Y-phase lower switching element 201YN is off, The voltage is a voltage having a polarity opposite to the sum of the voltage of the X-phase lower capacitor 203XN and the voltage of the Y-phase upper capacitor 203YP, that is, approximately Vjk = −2VCjk. In this case, the current Ij flowing through the unit converter passes through the X-phase lower capacitor 203XN and the Y-phase upper capacitor 203YP.

X相上側スイッチング素子201XPがオフ,X相下側スイッチング素子201XNがオン,Y相上側スイッチング素子201YPがオフ,Y相下側スイッチング素子201YNがオンである場合,y点を基準としたx点の電圧は,X相下側コンデンサ203XPの電圧とY相下側コンデンサ203YNの電圧の差,すなわち概ねVjk=0となる。この場合,該単位変換器に流れる電流Ijは,X相下側コンデンサ203XNとY相下側コンデンサ203YNを通る。   When the X-phase upper switching element 201XP is off, the X-phase lower switching element 201XN is on, the Y-phase upper switching element 201YP is off, and the Y-phase lower switching element 201YN is on, The voltage is the difference between the voltage of the X-phase lower capacitor 203XP and the voltage of the Y-phase lower capacitor 203YN, that is, approximately Vjk = 0. In this case, the current Ij flowing through the unit converter passes through the X-phase lower capacitor 203XN and the Y-phase lower capacitor 203YN.

以上より,スイッチング素子のオン・オフを制御することにより,ダブルハーフブリッジ形単位変換器503の出力電圧Vjkを制御できることが分かる。   From the above, it can be seen that the output voltage Vjk of the double half bridge type unit converter 503 can be controlled by controlling on / off of the switching element.

また,ダブルブリッジ形単位変換器109においては,スイッチング素子のオン・オフ状態に関わらず,電流Ijがいずれか2つのコンデンサ203を通ることが分かる。   In the double-bridge unit converter 109, it can be seen that the current Ij passes through any two capacitors 203 regardless of the on / off state of the switching element.

ダブルハーフブリッジ形単位変換器503の特長によって,アーム107を流れる電流は少なくとも2つのコンデンサを必ず通る。これによって,実施例1の図10〜12を用いて説明した原理に従って,変圧器105の過度な直流偏磁を防止できるという効果を得られる。   Due to the features of the double half bridge type unit converter 503, the current flowing through the arm 107 always passes through at least two capacitors. Thereby, according to the principle demonstrated using FIGS. 10-12 of Example 1, the effect that the excessive direct current | flow magnetism of the transformer 105 can be prevented is acquired.

以下,図6を参照して,ダブルハーフブリッジ形単位変換器503において,2つのハーフブリッジ601X,Yのm点を接続することにより得られるもう1つの効果を説明する。   Hereinafter, another effect obtained by connecting the m points of the two half bridges 601X and Y in the double half bridge type unit converter 503 will be described with reference to FIG.

図6に示すように,ダブルハーフブリッジ形単位変換器503は,2つのハーフブリッジ601X,Yを制御するダブルハーフブリッジ形単位変換器制御手段602を備えている。   As shown in FIG. 6, the double half bridge type unit converter 503 includes double half bridge type unit converter control means 602 for controlling two half bridges 601X and Y.

ダブルハーフブリッジ形単位変換器制御手段602は,4つのスイッチング素子201XP,XN,YP,YNを制御する。   The double half bridge type unit converter control means 602 controls the four switching elements 201XP, XN, YP, and YN.

ここで,図6に示すようにダブルハーフブリッジ形単位変換器制御手段602の基準電位と,m点の電位を等電位Gcとした場合,ダブルハーフブリッジ形単位変換器制御手段602と,各スイッチング素子201XP,XN,YP,YNとの電位差は,それぞれ最大でコンデンサ203XP,XN,YP,YNの電圧と概ね等しくなる。   Here, as shown in FIG. 6, when the reference potential of the double half bridge type unit converter control means 602 and the potential at the point m are set to the equipotential Gc, the double half bridge type unit converter control means 602 and each switching The potential differences from the elements 201XP, XN, YP, and YN are approximately equal to the voltages of the capacitors 203XP, XN, YP, and YN, respectively, at maximum.

すなわち,ダブルハーフブリッジ形単位変換器制御手段602と各スイッチング素子201との間の電気的絶縁は,1つのコンデンサ203の電圧に耐えればよく,しかも,1つの制御手段で,4つのスイッチング素子のオン・オフを制御できるという効果を得られる。   That is, the electrical insulation between the double half bridge type unit converter control means 602 and each switching element 201 only needs to withstand the voltage of one capacitor 203, and the four control elements can be controlled by one control means. The effect of being able to control on / off is obtained.

一方,実施例1における図2に示したハーフブリッジ形単位変換器108を2つ用いた場合,1つの制御手段で2つのスイッチング素子を制御することになり,制御手段1つあたり制御できるスイッチング素子の個数が少ない。   On the other hand, when two half-bridge unit converters 108 shown in FIG. 2 in the first embodiment are used, two switching elements are controlled by one control means, and switching elements that can be controlled per control means. The number of is small.

さらに,図2に示すハーフブリッジ形単位変換器108を2つ直列接続し,該2つハーフブリッジ形単位変換器に含まれる4つのスイッチング素子を1つの制御手段で制御しようとした場合,該制御手段と4つのスイッチング素子との間の電気的絶縁は,2つのコンデンサ203の電圧の和に耐える必要がある。   Further, when two half-bridge unit converters 108 shown in FIG. 2 are connected in series and four switching elements included in the two half-bridge unit converters are to be controlled by one control means, the control is performed. The electrical insulation between the means and the four switching elements needs to withstand the sum of the voltages of the two capacitors 203.

以上で説明したように,ハーフブリッジ形単位変換器108を単に2台用いることに比較して,ダブルハーフブリッジ形単位変換器503では,制御手段1つあたり制御できるスイッチング素子の数が2倍にでき,かつ,制御手段と各スイッチング素子との間の絶縁耐力をコンデンサ1つ分の電圧にすることができるという効果を得られる。   As described above, the double half bridge type unit converter 503 doubles the number of switching elements that can be controlled per control means as compared to using only two half bridge type unit converters 108. In addition, it is possible to obtain an effect that the dielectric strength between the control means and each switching element can be set to a voltage equivalent to one capacitor.

なお,以上では,3つのアーム502とリアクトル106との直列回路がΔ結線されている場合(図5)を例として説明した。   In the above description, the case where the series circuit of the three arms 502 and the reactor 106 is Δ-connected (FIG. 5) has been described as an example.

本発明は,図7に示すように,3つのアームがY結線されている場合にも適用でき,同様の効果を得られる。   The present invention can be applied to the case where three arms are Y-connected as shown in FIG. 7, and the same effect can be obtained.

なお,図7では,アーム502u,v,wと変圧器105を直接接続している回路図を描いているが,アーム502u,v,wと変圧器105との間にリアクトルを備えていても同様の効果を得られる。   In FIG. 7, a circuit diagram in which the arms 502u, v, and w are directly connected to the transformer 105 is illustrated. However, a reactor may be provided between the arms 502u, v, and w and the transformer 105. Similar effects can be obtained.

本発明の第3の実施例について説明する。   A third embodiment of the present invention will be described.

実施例1は,1つまたは複数の単位変換器を直列接続して構成したアームとリアクトルとの直列回路2つから構成されるレグを3つ並列接続し,さらに前記直列回路2つの接続点を前記レグの交流端子として変圧器を介して交流系統と連系する電力変換装置であって,前記レグの交流端子と前記変圧器との間に,各相に少なくとも1つのハーフブリッジ形単位変換器を接続した構成である。   In the first embodiment, three legs composed of two series circuits of an arm and a reactor configured by connecting one or a plurality of unit converters in series are connected in parallel, and the connection points of the two series circuits are further connected. A power converter connected to an AC system via a transformer as an AC terminal of the leg, wherein at least one half-bridge unit converter is provided for each phase between the AC terminal of the leg and the transformer. Is connected.

本実施例の電力変換装置は,例えば直流送電(HVDC)システムとして交流系統に連系している。   The power converter of the present embodiment is linked to an AC system as, for example, a direct current power transmission (HVDC) system.

言い換えれば,実施例3の特徴は,非特許文献1に記載されているMMCC−DSCC(double-star chopper cells)の交流出力端子と変圧器との間に,ハーフブリッジ形単位変換器を直列接続した点である。   In other words, the feature of the third embodiment is that a half-bridge unit converter is connected in series between the AC output terminal of MMCC-DSCC (double-star chopper cells) described in Non-Patent Document 1 and the transformer. This is the point.

本実施例によれば,実施例1と同様に簡便な回路構成で,前記の変圧器の過度な直流偏磁を防止できるという効果を得られる他,交直電力変換が可能となるという効果を得られる。   According to the present embodiment, the simple circuit configuration as in the first embodiment can provide the effect of preventing excessive DC bias of the transformer, and also the effect of enabling AC / DC power conversion. It is done.

以下,図8を参照して,本実施例の全体構成を説明する。   Hereinafter, the overall configuration of the present embodiment will be described with reference to FIG.

電力変換装置801は,変圧器105,ハーフブリッジ形単位変換器108,レグ802u,v,wを備えている。   The power converter 801 includes a transformer 105, a half-bridge unit converter 108, and legs 802u, v, and w.

U相について説明すると,レグ802uは,アーム803up,2つのリアクトル803,アーム803unの直列回路であり,図8に示すように,前記2つのリアクトル803の接続点をU’点と称することにする。   The U phase will be described. A leg 802u is a series circuit of an arm 803up, two reactors 803, and an arm 803un. As shown in FIG. 8, a connection point between the two reactors 803 is referred to as a U 'point. .

変圧器105のU点とレグ802uのU’点との間にハーフブリッジ形単位変換器108を直列接続する。   A half-bridge type unit converter 108 is connected in series between the U point of the transformer 105 and the U 'point of the leg 802u.

同様に,レグ802vは,アーム803vp,2つのリアクトル803,アーム803vnの直列回路であり,図8に示すように,前記2つのリアクトル803の接続点をV’点と称することにする。   Similarly, the leg 802v is a series circuit of an arm 803vp, two reactors 803, and an arm 803vn. As shown in FIG. 8, a connection point between the two reactors 803 is referred to as a V 'point.

変圧器105のV点とレグ802vのV’点との間にハーフブリッジ形単位変換器108を直列接続する。   A half-bridge unit converter 108 is connected in series between the V point of the transformer 105 and the V ′ point of the leg 802v.

また,レグ802wは,アーム803wp,2つのリアクトル803,アーム803wnの直列回路であり,図8に示すように,前記2つのリアクトル803の接続点をW’点と称することにする。   The leg 802w is a series circuit of an arm 803wp, two reactors 803, and an arm 803wn. As shown in FIG. 8, the connection point of the two reactors 803 is referred to as a W 'point.

変圧器105のW点とレグ802wのW’点との間にハーフブリッジ形単位変換器108を直列接続する。   A half-bridge type unit converter 108 is connected in series between the W point of the transformer 105 and the W ′ point of the leg 802w.

また,レグ802u,v,wを,図8に示すようにP点とN点で並列接続する。   Legs 802u, v, and w are connected in parallel at point P and point N as shown in FIG.

P点とN点の間には,直流装置805が接続されている。直流装置805は,例えば直流負荷,直流電源,他の交直変換装置等である。例えば,直流送電線を介して他の交直変換装置を接続すれば,電力変換装置801と直流装置805はHVDCシステムを構成する。   A DC device 805 is connected between the P point and the N point. The DC device 805 is, for example, a DC load, a DC power source, another AC / DC converter, or the like. For example, if another AC / DC converter is connected via a DC power transmission line, the power converter 801 and the DC device 805 constitute an HVDC system.

本明細書では特に区別する必要が無い場合,レグ802u,v,wを総称して単に「レグ802」と称することにする。同様に,アーム803up,un,vp,vn,wp,wnを総称して単に「アーム803」と称することにする。   In the present specification, when there is no need to distinguish between them, the legs 802u, v, and w are collectively referred to as “legs 802”. Similarly, the arms 803up, un, vp, vn, wp, wn are collectively referred to simply as “arm 803”.

以下,図9を参照して,双方向チョッパ形単位変換器805の内部構成について説明する。   Hereinafter, the internal configuration of the bidirectional chopper type unit converter 805 will be described with reference to FIG.

X相上側スイッチング素子201XPとX相上側環流ダイオード202XPの逆並列回路と,X相下側スイッチング素子201XNとX相下側環流ダイオード202XNの逆並列回路は,x点で直列接続されている。   The anti-parallel circuit of the X-phase upper switching element 201XP and the X-phase upper free-wheeling diode 202XP and the anti-parallel circuit of the X-phase lower switching element 201XN and the X-phase lower free-wheeling diode 202XN are connected in series at the point x.

また,双方向チョッパ形単位変換器805は,エネルギー貯蔵素子としてコンデンサ203を備えている。   In addition, the bidirectional chopper type unit converter 805 includes a capacitor 203 as an energy storage element.

双方向チョッパ形単位変換器805は,前記の直列回路とコンデンサ203をp点とn点で並列接続した構成である。   The bidirectional chopper type unit converter 805 has a configuration in which the series circuit and the capacitor 203 are connected in parallel at the p point and the n point.

n点を基準としたx点の電圧を双方向チョッパ形単位変換器805の出力電圧と称し,Vjkと表記する。   The voltage at the point x with respect to the point n is referred to as the output voltage of the bidirectional chopper type unit converter 805 and is expressed as Vjk.

また,コンデンサ203の電圧をVCjkと表記する。   In addition, the voltage of the capacitor 203 is expressed as VCjk.

以下,スイッチング素子のオン・オフ状態と,出力電圧Vjkの関係を説明する。また,電流Ijの流れる経路についても説明する。   Hereinafter, the relationship between the on / off state of the switching element and the output voltage Vjk will be described. A path through which the current Ij flows will also be described.

X相上側スイッチング素子201XPがオン,X相下側スイッチング素子201XNがオフである場合,n点を基準としたx点の電圧は,コンデンサ203の電圧VCjkと概ね等しくなる。すなわち,Vjk=VCjkである。   When the X-phase upper switching element 201XP is on and the X-phase lower switching element 201XN is off, the voltage at the x point with respect to the n point is substantially equal to the voltage VCjk of the capacitor 203. That is, Vjk = VCjk.

X相上側スイッチング素子201XPがオフ,X相下側スイッチング素子201XNがオンである場合,n点を基準としたx点の電圧は概ね零となる。すなわち,Vjk=0である。   When the X-phase upper switching element 201XP is off and the X-phase lower switching element 201XN is on, the voltage at the x point with respect to the n point is substantially zero. That is, Vjk = 0.

以上より,スイッチング素子のオン・オフを制御することにより,双方向チョッパ形単位変換器805の出力電圧Vjkを制御できることが分かる。   From the above, it can be seen that the output voltage Vjk of the bidirectional chopper type unit converter 805 can be controlled by controlling on / off of the switching element.

なお,ハーフブリッジ形単位変換器108の内部構成と動作については,実施例1において説明した通りである。   The internal configuration and operation of the half-bridge unit converter 108 are as described in the first embodiment.

以下の説明では,変圧器105のU点,V点,W点に流れる電流を図8に示す通り,Iu,Iv,Iwと称することにする。   In the following description, currents flowing through the U point, V point, and W point of the transformer 105 are referred to as Iu, Iv, and Iw as shown in FIG.

電流Iu,Iv,Iwに直流成分が含まれている場合,変圧器105に直流偏磁が発生する。また,Iu,Iv,Iwに含まれている直流成分を減衰させることができれば,変圧器105の偏磁を防止できる。   When the currents Iu, Iv, and Iw contain a direct current component, direct current magnetization is generated in the transformer 105. Moreover, if the DC component contained in Iu, Iv, and Iw can be attenuated, the magnetism of the transformer 105 can be prevented.

さて,Iu,Iv,Iwはハーフブリッジ形単位変換器108を通る。すなわち,Iu,Iv,Iwは,ハーフブリッジ形単位変換器108の内部のコンデンサ203Pまたは203Nのいずれかを必ず通る。   Now, Iu, Iv, and Iw pass through the half-bridge type unit converter 108. That is, Iu, Iv, and Iw always pass through either the capacitor 203P or 203N inside the half-bridge unit converter 108.

言い換えれば,変圧器105を流れる電流Iu,Iv,Iwは,ハーフブリッジ形単位変換器108を必ず通る。   In other words, the currents Iu, Iv, Iw flowing through the transformer 105 always pass through the half-bridge unit converter 108.

したがって,実施例1において,図10〜12を用いて説明した原理と同様の原理によって,Iu,Iv,Iwに含まれる直流成分を減衰させることができる。   Therefore, in the first embodiment, the DC component included in Iu, Iv, and Iw can be attenuated by the same principle as that described with reference to FIGS.

すなわち,ハーフブリッジ形単位変換器108をU点-U’点,V点-V’点,W点-W’点の間に直列接続することによって,変圧器105の直流偏磁を防止できるという効果を得られる。   That is, by connecting the half-bridge unit converter 108 in series between the point U-U ', the point V-V', and the point W-W ', it is possible to prevent the DC bias of the transformer 105. The effect can be obtained.

なお,図8において,U,V,W各相のハーフブリッジ形単位変換器108の直列接続の個数を1つとして描いているが,複数個を直列接続しても同様の効果を得られる。   In FIG. 8, the number of U, V, and W half-bridge unit converters 108 connected in series is depicted as one, but the same effect can be obtained by connecting a plurality of U, V, and W phase converters 108 in series.

また,図8において,U,V,W各相のハーフブリッジ形単位変換器108に代えて,ダブルハーフブリッジ形単位変換器(図6)を用いても,同様の効果を得られる。   In FIG. 8, the same effect can be obtained by using a double half bridge type unit converter (FIG. 6) instead of the half bridge type unit converter 108 of each phase of U, V, and W.

本発明の第4の実施例について説明する。   A fourth embodiment of the present invention will be described.

実施例1では,図10〜13に示す概略波形を参照して,ハーフブリッジ形単位変換器のコンデンサの充放電の働きによって,変圧器の巻線を流れる直流電流を減衰できる原理を説明した。   In the first embodiment, the principle that the direct current flowing through the winding of the transformer can be attenuated by the action of charging and discharging the capacitor of the half-bridge type unit converter has been described with reference to the schematic waveforms shown in FIGS.

本実施例ではこれに加えて,ハーフブリッジ形単位変換器の2つのコンデンサの電圧を計測し,これをバランスするように制御する手段を追加したことに特長がある。   In addition to this, the present embodiment is characterized in that a means for measuring the voltages of the two capacitors of the half-bridge type unit converter and controlling it so as to balance it is added.

これによって,変圧器の巻線を流れる電流の直流成分を直接センシングすることなく,かつ,積極的に直流電流を減衰できるという効果を得られる。   As a result, the direct current can be positively attenuated without directly sensing the direct current component of the current flowing through the transformer winding.

以下,実施例1で説明した図1の電力変換装置104に,ハーフブリッジ形単位変換器108の2つのコンデンサ203P,Nのバランス制御を追加した本実施例の中央制御手段110の構成を述べる。   Hereinafter, the configuration of the central control unit 110 of this embodiment in which the balance control of the two capacitors 203P and 203 of the half-bridge type unit converter 108 is added to the power conversion device 104 of FIG. 1 described in the first embodiment will be described.

以下,図13を参照して,本実施例における中央制御手段110の内部構成と動作を説明する。   Hereinafter, the internal configuration and operation of the central control means 110 in this embodiment will be described with reference to FIG.

図13に,図1に中央制御手段110の内部構成の一例を示す。以下,後述する図14との区別のために,図13を「中央制御手段110a」と称することにする。   FIG. 13 shows an example of the internal configuration of the central control means 110 in FIG. Hereinafter, FIG. 13 will be referred to as “central control means 110a” for distinction from FIG. 14 described later.

図13は,ハーフブリッジ形単位変換器108が備えている2つのコンデンサ203P,Nの電圧に基づいて,各アーム107uv,vw,wuの電圧指令値を補正する機能を有する。   FIG. 13 has a function of correcting the voltage command values of the arms 107uv, vw, wu based on the voltages of the two capacitors 203P, 203 provided in the half-bridge type unit converter 108.

中央制御手段110aは,全コンデンサ電圧制御手段1301,電力制御手段1302,電流制御手段1303,コンデンサ電圧バランス制御手段1304,ゲートパルス生成手段1305とから構成されている。   The central control unit 110a includes an all-capacitor voltage control unit 1301, a power control unit 1302, a current control unit 1303, a capacitor voltage balance control unit 1304, and a gate pulse generation unit 1305.

本発明の特徴は,中央制御手段110aが,コンデンサ電圧バランス制御手段1304を備えている点である。   A feature of the present invention is that the central control means 110 a includes a capacitor voltage balance control means 1304.

以下,各部の機能を説明する。   The function of each part will be described below.

全コンデンサ電圧制御手段1301は,各単位変換器108,109のコンデンサ電圧VCjkの平均値あるいは合計値VCをその指令値VC*に極力一致させるため,例えば有効電力指令値P*を生成する。   The total capacitor voltage control means 1301 generates, for example, an active power command value P * in order to make the average value or the total value VC of the capacitor voltages VCjk of the unit converters 108 and 109 coincide with the command value VC * as much as possible.

また,中央制御手段110aは無効電力指令値Q*を図示されていない外部の制御システムから受信する。あるいは,中央制御手段110aの内部でQ*を生成しても,本実施例の効果を得られる。   The central control means 110a receives the reactive power command value Q * from an external control system not shown. Alternatively, the effect of this embodiment can be obtained even if Q * is generated inside the central control means 110a.

電力制御手段1302は,P*とQ*とを実現するため,例えばアーム電流指令値Iuv*,Ivw*,Iwu*を生成する。   The power control unit 1302 generates, for example, arm current command values Iuv *, Ivw *, and Iwu * in order to realize P * and Q *.

電流制御手段1303は,例えばアーム電流Iuv,Ivw,Iwuの計測値,連系点の線間電圧VRab,VRbc,VRcaと,アーム電流指令値Iuv*,Ivw*,Iwu*から,アーム電圧指令値Vuv*,Vvw*,Vwu*を生成する。   For example, the current control means 1303 calculates the arm voltage command value from the measured values of the arm currents Iuv, Ivw, Iwu, the line voltages VRab, VRbc, VRca at the connection point, and the arm current command values Iuv *, Ivw *, Iwu * Vuv *, Vvw *, and Vwu * are generated.

以下,本発明の特徴である,コンデンサ電圧バランス制御手段1304について説明する。ただし,以下では,各アーム107がハーフブリッジ形単位変換器108を1つだけ備えており,その番号が1(すなわち,k=1)の場合を例にして説明する。   The capacitor voltage balance control means 1304, which is a feature of the present invention, will be described below. However, in the following, each arm 107 is provided with only one half-bridge type unit converter 108 and the number is 1 (that is, k = 1).

アーム107uvに含まれるハーフブリッジ形単位変換器108ついて,上側コンデンサ203Pの電圧VCPuv1と,下側コンデンサ203Nの電圧VCNuv1の差を減算器1305によって求める。   For the half-bridge type unit converter 108 included in the arm 107uv, a subtractor 1305 obtains the difference between the voltage VCPuv1 of the upper capacitor 203P and the voltage VCNuv1 of the lower capacitor 203N.

同様に,アーム107vwに含まれるハーフブリッジ形単位変換器108ついて,上側コンデンサ203Pの電圧VCPvw1と,下側コンデンサ203Nの電圧VCNvw1の差を減算器1305によって求める。   Similarly, with respect to the half bridge type unit converter 108 included in the arm 107vw, a subtractor 1305 obtains a difference between the voltage VCPvw1 of the upper capacitor 203P and the voltage VCNvw1 of the lower capacitor 203N.

また,アーム107wuに含まれるハーフブリッジ形単位変換器108ついて,上側コンデンサ203Pの電圧VCPwu1と,下側コンデンサ203Nの電圧VCNwu1の差を減算器1305によって求める。   Further, for the half-bridge unit converter 108 included in the arm 107 wu, a difference between the voltage VCPwu1 of the upper capacitor 203P and the voltage VCNwu1 of the lower capacitor 203N is obtained by a subtractor 1305.

以上で求めた3つの差,すなわち補正電圧VDCCuv,VDCCvw,VDCCwuにそれぞれゲイン1306を乗算し,加算器1307によって,その結果をそれぞれアーム電圧指令値Vuv*,Vvw*,Vwu*に加算し,Vuv’*,Vvw’*,Vwu’*を演算する。   The three differences obtained above, that is, the correction voltages VDCCuv, VDCCvw, and VDCCwu are each multiplied by a gain 1306, and the adder 1307 adds the result to the arm voltage command values Vuv *, Vvw *, and Vwu *, respectively, and Vuv. Calculate '*, Vvw' *, Vwu '*.

なお,図13では,ゲイン1306として比例ゲインKDCCbを描いているが,ゲイン1306としては,比例(P)ゲインだけでなく,比例・積分(PI)ゲイン,比例・積分・微分(PID)ゲインやその組み合わせであっても,本発明の効果を得られる。   In FIG. 13, the proportional gain KDCCb is drawn as the gain 1306. However, the gain 1306 is not limited to the proportional (P) gain, but is also proportional / integral (PI) gain, proportional / integral / derivative (PID) gain, Even in such a combination, the effects of the present invention can be obtained.

ゲートパルス生成手段は,例えばVuv’*,Vvw’*,Vwu’*と,各コンデンサの電圧VCjkから,各単位変換器108,109へのゲートパルスguvk,gvwk,gwukを演算する。   The gate pulse generation means calculates gate pulses uvk, gvwk, and gwuk to the unit converters 108 and 109 from, for example, Vuv ′ *, Vvw ′ *, and Vwu ′ * and the voltage VCjk of each capacitor.

中央制御手段110は,演算したゲートパルスguvk,gvwk,gwukを,図1に示した送信用通信路111を介して,各単位変換器108,109の単位変換器制御手段204,301に送信する。   The central control means 110 transmits the calculated gate pulses guvk, gvwk, gwuk to the unit converter control means 204, 301 of the unit converters 108, 109 via the transmission communication path 111 shown in FIG. .

本実施例では,図13に示したコンデンサ電圧バランス制御手段1304の働きにより,アーム電圧指令値に補正電圧VDCCuv,VDCCvw,VDCCwuが重畳される。この補正電圧とアーム電流の直流成分とが形成する有効電力によって,ハーフブリッジ形単位変換器108の内部の2つのコンデンサ203P,Nの電圧バランスが保持されるように制御できる。   In this embodiment, the correction voltages VDCCuv, VDCCvw, and VDCCwu are superimposed on the arm voltage command value by the action of the capacitor voltage balance control means 1304 shown in FIG. The effective power generated by the correction voltage and the direct current component of the arm current can be controlled so that the voltage balance of the two capacitors 203P and 203 inside the half-bridge type unit converter 108 is maintained.

一方で,2つのコンデンサ203P,Nの電圧バランスを保持できれば,結果として,アーム電流Iuv,Iwu,Iwuに含有される直流成分を概ね零にできる。すなわち,変圧器105の偏磁を防止できるという効果を得られる。   On the other hand, if the voltage balance between the two capacitors 203P and N can be maintained, as a result, the DC components contained in the arm currents Iuv, Iwu, and Iwu can be made substantially zero. That is, it is possible to prevent the transformer 105 from being demagnetized.

この理由は,Iuv,Iwu,Iwuに含有される直流成分が零出ない場合,ハーフブリッジ形単位変換器108の内部の2つのコンデンサ203P,Nの電圧バランスが崩れるためである。言い換えれば,2つのコンデンサ203P,Nの電圧バランスを保持することと,アーム電流Iuv,Ivw,Iwuの直流成分を零にすることは,概ね等価である。   This is because the voltage balance between the two capacitors 203P and 203 in the half-bridge type unit converter 108 is lost when the DC component contained in Iuv, Iwu, and Iwu does not reach zero. In other words, maintaining the voltage balance of the two capacitors 203P, N and making the DC components of the arm currents Iuv, Ivw, Iwu zero are generally equivalent.

以上で,図13に示す中央制御手段110aの内部構成と動作を説明した。   This completes the description of the internal configuration and operation of the central control means 110a shown in FIG.

以下,図14を参照して,コンデンサ電圧バランス制御のもう1つの例について説明する。ただし,図13との相違点についてのみ説明する。   Hereinafter, another example of the capacitor voltage balance control will be described with reference to FIG. However, only differences from FIG. 13 will be described.

図14は,ハーフブリッジ形単位変換器108が備えている2つのコンデンサ203P,Nの電圧に基づいて,各アーム107uv,vw,wuの電流検出値を補正する機能を有する。   FIG. 14 has a function of correcting the current detection values of the arms 107uv, vw, and wu based on the voltages of the two capacitors 203P and N provided in the half-bridge type unit converter 108.

図14の中央制御手段110bにおいては,コンデンサ電圧バランス制御手段1401は,図13とは異なり,補正電流検出値IDCCuv,IDCCvw,IDCCwuを演算する。   In the central control means 110b of FIG. 14, the capacitor voltage balance control means 1401 calculates the corrected current detection values IDCCuv, IDCCvw, IDCCwu, unlike FIG.

得られたIDCCuv,IDCCvw,IDCCwuは,加算器1307によって,アーム電流検出値Iuv,Ivw,Iwuにそれぞれ加算され,Iuv’,Ivw’,Iwu’を得る。   The obtained IDCCuv, IDCCvw, and IDCCwu are respectively added to the arm current detection values Iuv, Ivw, and Iwu by the adder 1307 to obtain Iuv ′, Ivw ′, and Iwu ′.

得られたIuv’,Ivw’,Iwu’は,電流制御手段1303に入力される。図13と同様に,電流制御手段1303は補正されたアーム電流検出値Iuv’,Ivw’,Iwu’がそれぞれ指令値Iuv*,Ivw*,Iwu*に一致するように制御する。   The obtained Iuv ′, Ivw ′, and Iwu ′ are input to the current control unit 1303. Similarly to FIG. 13, the current control unit 1303 controls the corrected arm current detection values Iuv ′, Ivw ′, and Iwu ′ to match the command values Iuv *, Ivw *, and Iwu *, respectively.

以上のように,コンデンサ電圧バランス制御手段1401の出力信号を,アーム電流検出値の補正値とすることによっても,ハーフブリッジ形単位変換器108の内部の2つのコンデンサ203P,Nの電圧バランスを保持することができ,結果として,アーム電流Iuv,Iwu,Iwuに含有される直流成分を概ね零にできる。すなわち,変圧器105の偏磁を防止できるという効果を得られる。   As described above, the voltage balance of the two capacitors 203P and 203 inside the half-bridge type unit converter 108 is also maintained by using the output signal of the capacitor voltage balance control means 1401 as a correction value of the arm current detection value. As a result, the direct current components contained in the arm currents Iuv, Iwu, and Iwu can be made substantially zero. That is, it is possible to prevent the transformer 105 from being demagnetized.

また,図15に示す中央制御手段110cのように,アーム電流検出値Iuv,Ivw,IwuにIDCCuv,IDCCvw,IDCCwuをそれぞれ加算する場合代えて,アーム電流指令値Iuv*,Ivw*,Iwu*からIDCCuv,IDCCvw,IDCCwuをそれぞれ減算する場合にも,同様の効果を得られる。   Further, instead of adding the IDCCuv, IDCCvw, IDCCwu to the arm current detection values Iuv, Ivw, Iwu, respectively, as in the central control means 110c shown in FIG. The same effect can be obtained when subtracting IDCCuv, IDCCvw, and IDCCwu, respectively.

言い換えれば,図15は,ハーフブリッジ形単位変換器108が備えている2つのコンデンサ203P,Nの電圧に基づいて,各アーム107uv,vw,wuの電流指令値を補正する機能を有する。   In other words, FIG. 15 has a function of correcting the current command values of the arms 107uv, vw, wu based on the voltages of the two capacitors 203P, 203 provided in the half-bridge type unit converter 108.

この他,数学的に等価であれば,同様の効果を得られる。   In addition, similar effects can be obtained if they are mathematically equivalent.

以上で説明した図13,図14,図15は,図1の中央制御手段110,図4の中央制御手段402,図5の中央制御手段504,図7の中央制御手段702,図8の中央制御手段807にも適用でき,以上で説明した通り,いずれの場合においても,変圧器105の偏磁を防止できるという効果を得られる。   13, FIG. 14, and FIG. 15 described above are the central control means 110 in FIG. 1, the central control means 402 in FIG. 4, the central control means 504 in FIG. 5, the central control means 702 in FIG. 7, and the central control means in FIG. The present invention can also be applied to the control means 807, and as described above, in any case, it is possible to prevent the transformer 105 from being demagnetized.

101・・・交流系統
102・・・系統インピーダンス
103・・・連系母線
104・・・電力変換装置
105・・・変圧器
106・・・リアクトル
107・・・アーム
108・・・ハーフブリッジ形単位変換器
109・・・フルブリッジ形単位変換器
110・・・中央制御手段
111・・・送信用通信路
112・・・受信用通信路
201・・・スイッチング素子
202・・・環流ダイオード
203・・・コンデンサ
204・・・ハーフブリッジ形単位変換器制御手段
205・・・電圧検出手段
301・・・フルブリッジ形単位変換器制御手段
401・・・電力変換装置
402・・・中央制御手段
501・・・電力変換装置
502・・・アーム
503・・・ダブルハーフブリッジ形単位変換器
504・・・中央制御手段
601・・・ハーフブリッジ
602・・・ダブルハーフブリッジ形単位変換器制御手段
701・・・電力変換装置
702・・・中央制御手段
801・・・電力変換装置
802・・・レグ
803・・・アーム
804・・・リアクトル
805・・・双方向チョッパ形単位変換器
806・・・直流装置
807・・・中央制御手段
901・・・コンデンサ
902・・・双方向チョッパ形単位変換器制御手段
1301・・・全コンデンサ電圧制御手段
1302・・・電力制御手段
1303・・・電流制御手段
1304・・・コンデンサ電圧バランス制御手段
1305・・・ゲートパルス生成手段
1306・・・ゲイン
1307・・・減算器
1308・・・加算器
1401・・・コンデンサ電圧バランス制御手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... AC system 102 ... System impedance 103 ... Interconnection bus 104 ... Power converter 105 ... Transformer 106 ... Reactor 107 ... Arm 108 ... Half bridge type unit Converter 109 ... Full bridge unit converter 110 ... Central control means 111 ... Transmission communication path 112 ... Reception communication path 201 ... Switching element 202 ... Free-wheeling diode 203 ... · Capacitor 204 ··· Half-bridge unit converter control means 205 ··· Voltage detection means 301 ··· Full bridge type unit converter control means 401 ··· Power converter 402 ··· Central control means 501 ··· Power converter 502 ... Arm 503 ... Double half bridge type unit converter 504 ... Central control means 60 ... half bridge 602 ... double half bridge type unit converter control means 701 ... power converter 702 ... central control means 801 ... power converter 802 ... leg 803 ... arm 804 ... Reactor 805 ... Bidirectional chopper type unit converter 806 ... DC device 807 ... Central control means 901 ... Capacitor 902 ... Bidirectional chopper type unit converter control means 1301 ... Total capacitor voltage control means 1302 ... Power control means 1303 ... Current control means 1304 ... Capacitor voltage balance control means 1305 ... Gate pulse generation means 1306 ... Gain 1307 ... Subtractor 1308 ... .Adder 1401 .. capacitor voltage balance control means

Claims (11)

複数の単位変換器直列に接続された複数の単位変換器群変圧器に接続された電力変換装置であって
前記変圧器の複数の巻線を通る各々の回路、前記単位変換器として、あるいは、前記単位変換器とは別に、第1のコンデンサと、前記第1のコンデンサと直列に接続された第2のコンデンサと、前記第1のコンデンサ前記回路に接続可能とする第1のスイッチング素子と、前記第2のコンデンサ前記回路に接続可能とする第2のスイッチング素子と備える単位変換器を有しており
前記回路に直流電流が流れた場合に、前記直流電流とは逆方向電流が流れるように前記第1のスイッチング素子および前記第2のスイッチング素子動作する電力変換装置。
A plurality of unit converters power conversion device in which a plurality of unit converters group connected in series is connected to the transformer,
Each circuit passing through the plurality of windings of the transformer includes a first capacitor and a second capacitor connected in series with the first capacitor as the unit converter or separately from the unit converter. and the capacitor, a first switching element and the first capacitor connectable to said circuit, a second switching element and the second capacitor connectable to said circuit, a unit converter comprising Have
When the DC current flows in the circuit, the power conversion device wherein such current flows in a direction opposite to the said direct current first switching element and the second switching elements operate.
前記回路に直流電流が流れた場合に、異なる電圧で蓄電されるように前記第1のコンデンサと前記第2のコンデンサ配置されている請求項1に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1 , wherein the first capacitor and the second capacitor are arranged so as to be stored at different voltages when a direct current flows through the circuit . 前記回路に直流電流が流れた場合に、前記第1のコンデンサと前記第2のコンデンサのうち、当該電流の下流のコンデンサのほうが上流のコンデンサよりも高い電圧になるように前記第1のコンデンサと前記第2のコンデンサが配置された請求項2に記載の電力変換装置。 When a direct current flows through the circuit, of the first capacitor and the second capacitor , the capacitor on the downstream side of the current has a higher voltage than the capacitor on the upstream side. The power conversion device according to claim 2, wherein the second capacitor is disposed . 前記第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子は直列に接続されており
前記第1のスイッチング素子及び前記第2のスイッチング素子と、前記第1のコンデンサ及び第2のコンデンサとは並列に接続され、
前記第1のコンデンサと前記第2のコンデンサの接続点、前記第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子の接続点と、が端子として構成されてい請求項1に記載の電力変換装置。
Wherein the first switching element and the second switching element are connected in series,
The first switching element and the second switching element, and the first capacitor and the second capacitor are connected in parallel,
The first capacitor and the connection point of said second capacitor, said connection point of the first switching element and the second switching element, but the power conversion apparatus according to claim 1 Ru Tei is configured as a terminal .
前記第1のコンデンサと前記第2のコンデンサの電圧に基づいて,前記第1のスイッチング素子或いは第2のスイッチング素子を制御する請求項1に記載の電力変換装置。 The first on the basis of the capacitor and the voltage of the second capacitor, the power converter according to claim 1 for controlling the first switching element or the second switching element. 前記第1のスイッチング素子或いは第2のスイッチング素子は、前記回路に流れる電流を制御するように制御される請求項5に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to claim 5, wherein the first switching element or the second switching element is controlled to control a current flowing through the circuit. 前記単位変換器群とリアクトルとの直列回路がΔ結線され、Δ結線の接続点が前記変圧器に接続されている請求項1に記載の電力変換装置。 The power converter according to claim 1, wherein a series circuit of the unit converter group and the reactor is Δ-connected, and a connection point of the Δ-connection is connected to the transformer . 前記単位変換器群がY結線され、Y結線の接続点が前記変圧器に接続されている請求項1に記載の電力変換装置。 The power converter according to claim 1, wherein the unit converter group is Y-connected, and a connection point of the Y connection is connected to the transformer . Y結線された前記単位変換器群と前記変圧器との間にリアクトルを備えた請求項8に記載の電力変換装置。 The power converter according to claim 8, further comprising a reactor between the unit converter group Y-connected and the transformer. それぞれの前記複数の単位変換器群を構成する前記複数の単位変換器の間に2つのリアクトル接続されており、
前記2つのリアクトルの接続点が前記単位変換器を介して前記変圧器に並列接続されている請求項1に記載の電力変換装置。
Two reactors are connected between the plurality of unit converters constituting each of the plurality of unit converter groups ,
The power converter according to claim 1, wherein a connection point between the two reactors is connected in parallel to the transformer via the unit converter .
変圧器の巻線を通る回路にスイッチング素子、第1のコンデンサと、第2のコンデンサと、前記第1のコンデンサを前記回路に接続可能とする第1のスイッチング素子と、第2のコンデンサを前記回路に接続可能とする第2のスイッチング素子とが配置された電力変換装置の電力変換方法において、
前記スイッチング素子を動作されることで電力変換を行い、
前記回路に直流電流が流れた場合に、前記直流電流を減衰させるように前記第1のスイッチング素子と第2のスイッチング素子を動作させる電力変換方法。
A switching element , a first capacitor, a second capacitor, a first switching element that allows the first capacitor to be connected to the circuit, and a second capacitor in a circuit that passes through the winding of the transformer In the power conversion method of the power conversion device in which the second switching element that can be connected to the circuit is arranged,
Power conversion is performed by operating the switching element,
A power conversion method of operating the first switching element and the second switching element so as to attenuate the direct current when a direct current flows in the circuit.
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