CN1557044A - 功率变换装置 - Google Patents

功率变换装置 Download PDF

Info

Publication number
CN1557044A
CN1557044A CNA038010429A CN03801042A CN1557044A CN 1557044 A CN1557044 A CN 1557044A CN A038010429 A CNA038010429 A CN A038010429A CN 03801042 A CN03801042 A CN 03801042A CN 1557044 A CN1557044 A CN 1557044A
Authority
CN
China
Prior art keywords
series
reactor
series circuit
power
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA038010429A
Other languages
English (en)
Other versions
CN100403642C (zh
Inventor
大熊康浩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Publication of CN1557044A publication Critical patent/CN1557044A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100403642C publication Critical patent/CN100403642C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/12—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load
    • H02J3/16—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load by adjustment of reactive power
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • H02J3/1807—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using series compensators
    • H02J3/1814—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using series compensators wherein al least one reactive element is actively controlled by a bridge converter, e.g. unified power flow controllers [UPFC]
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/40—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
    • H02M5/42—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/44—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
    • H02M5/453—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/458—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M5/4585—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having a rectifier with controlled elements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0083—Converters characterised by their input or output configuration
    • H02M1/0093—Converters characterised by their input or output configuration wherein the output is created by adding a regulated voltage to or subtracting it from an unregulated input
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/10—Flexible AC transmission systems [FACTS]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/30—Reactive power compensation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Rectifiers (AREA)
  • Ac-Ac Conversion (AREA)

Abstract

包含：在交流电源(1)和负载(6)之间串联连接、而且由作为变换器电源的电容器(30、31)、开关元件(12、13)、二极管(16、17)等形成的串联变换器；和对交流电源(1)并联连接，而且由电容器(30、31)，开关元件(10、11)，二极管(14、15)等形成的并联变换器；在串联变换器补偿交流电源(1)的电压变动部分，使供给负载的电压保持恒定的同时，通过由并联变换器的充放电动作补偿串联变换器的补偿动作产生的电容器(30、31)的电压变动部分，其结果，既可在高效率下抑制运行费，又可抑制交流电源的电压变动，可以供给负载恒定的电压。

Description

功率变换装置
技术领域
本发明涉及用于从交流电源供给负载稳定电压的主电路构成中具有特征的功率变换装置。
背景技术
图10显示出暂时将交流功率变换为直流功率，接着再变换为交流功率的现有功率变换装置的电路图。
在图10，在交流电源1的一端经电抗器40连接半导体开关元件10、11的串联电路，在这些开关元件10、11上分别反向并联连接二极管14、15。
PWM(脉宽调节)控制的开关元件10、11与二极管14、15一起作为整流电路动作，边在串联连接的电容器30、31上蓄能，边进行控制、变换动作，以便使电容器30、31的电压成为直流电压。
此外，在电容器30、31的串联电路上并联连接开关元件12、13的串联电路，在这些开关元件12、13上分别反向并联连接二极管16、17。在这里，通过由PWM控制使开关元件12、13作为逆变器动作，从平滑的直流电压产生稳定的任意的交流电压，将该交流电压供给负载6。
与交流电源1两端连接的电容器32构成滤波电容器，与负载6的输入侧连接的电抗器41以及电容器33构成LC滤波器。
与图10所示的现有技术实质上相同的功率变换装置在下述专利文献1记述。
[专利文献1]：专利第3203464号公报(图1，段落[0003]、[0004]等)。
图10所示的现有技术在暂时将交流电源变换为直流后，再次变换为交流，成为所谓的双变换器结构的电路。
图11是用于说明图10的电路动作原理的图。在图10的电路，由于由交流电源1侧的开关元件10、11以及二极管14、15构成的变换器作为整流电路动作，所以，该整流电路，如图11所示，可以看作负载6中必要的全部能量通过的并联电流源5。
其次，由图10的负载6侧的开关元件12、13以及二极管16、17构成的变换器作为所谓的逆变器动作，由于将规定的电压供给负载6，所以如图11所示，可以看作通过负载6所必要的全部能量的并联电压源3。
这样一来，由于在图10所示的现有技术或专利文献1记述的双变换器方式的功率变换装置供给负载的全部能量也通过交流电源1侧以及负载6侧任一侧的变换器，所以各变换器产生的损耗变大。因此，存在所谓变换效率降低、运行费也增加的问题。
因此，本发明通过改变对双变换器的交流电源1以及对负载6的连接方法，构成所谓串并联变换器件，使得负载6侧的变换器作为串联变换器动作，在交流电源1的电压变动时，串联变换器只补偿其电压变动部分，交流电源1侧的并联变换器只对该补偿必要的能量部分进行补偿。
即：本发明的目的是提供在高变换效率下可抑制运行费的功率变换装置。
本发明的其他目的是提供边抑制交流电源1的电压变动，边可对负载供给恒定电压的功率变换装置。
发明内容
为了解决上述课题，根据权利要求1所述的发明涉及包含在交流电源和负载之间串联连接、而且作为变换器电源具有电容器的串联变换器，和对前述交流电源并联连接的并联变换器的功率变换装置。而且，作为其特征的构成，直流交换器补偿交流电源的电压变动部分，使供给负载的电压保持恒定的同时，通过并联变换器产生的与交流电源之间的充放电动作补偿由串联变换器的补偿动作产生的前述电容器的电压变动部分。
以下的各发明使权利要求1的发明更加具体化。
即：权利要求2所述的发明，是在权利要求1中包含：
对分别反向并联连接有二极管的第一以及第二半导体开关元件进行串联连接构成的第一开关元件串联电路，和
对分别反向并联连接有二极管的第三以及第四半导体开关元件进行串联连接构成的第二开关元件串联电路，和
串联连接第一以及第二电容器构成的电容器串联电路，和
与交流电源并联连接的第三电容器，和
与负载并联连接的第四电容器，和
在与负载一端连接的交流电源一端和与第一开关元件串联电路内部的串联连接点之间连接的第一电抗器，和
在负载另一端和第二开关元件串联电路内部的串联连接点之间连接的第二电抗器，
并联连接第一开关元件串联电路和第二开关元件串联电路和前述电容器串联电路，构成第一并联连接电路，同时，
使交流电源另一端与前述电容器串联电路内部的串联连接点连接，
通过前述电容器串联电路和第二开关元件串联电路构成串联变换器，通过前述电容器串联电路和第一开关元件串联电路构成并联变换器。
权利要求3所述的发明，是在权利要求2上包含：
检测装置输出输入电压和第一并联连接电路的电压的电压检测装置，和
检测流过第一电抗器的电流的电流检测装置，和
用来自这些检测装置的检测值控制装置输出电压以及流过第一电抗器的电流的装置。
权利要求4所述的发明，是在权利要求2或3上包含：
设置公共端子和具有第一以及第二转换接点的转换开关，而且切断负载的另一端和第二电抗器的一端连接，同时，
使第一转换点与前述电容器串联电路内部的串联连接点连接，
在装置正常时，使负载另一端经前述公共端子和第二转换接点与第二电抗器一端连接，
在装置异常时，使前述公共端子与第一转换点侧连接，从交流电源供给负载电压。
权利要求5所述的发明，是在权利要求2或3上包含：
蓄能元件，和与该蓄能元件连接的充放电装置；
在电源电压异常时，用前述蓄能元件的蓄能，供给负载电压。
根据权利要求6所述的发明，是在权利要求4上包含：
蓄能元件，和与该蓄能元件连接的充放电装置；
在电源电压异常时，用前述蓄能元件的蓄能，供给负载电压。
权利要求7所述的发明，是在权利要求2或3上，包含：
以带抽头的第三电抗器取代第二电抗器；
使前述电容器串联电路内部的串联连接点与第三电抗器一端连接的同时，使第二开关元件串联电路内部的串联连接点经第三电抗器另一端与负载另一端连接，
使交流电源另一端从前述电容器串联电路内部的串联连接点切离，与第三电抗器的抽头端子连接。
权利要求8所述的发明，是在权利要求4上，包含：
以带抽头的第三电抗器取代第二电抗器；
使前述电容器串联电路内部的串联连接点与第三电抗器的一端连接的同时，使第二开关元件串联电路内部的串联连接点经第三电抗器的另一端与负载的另一端连接，
使交流电源的另一端从前述电容器串联电路内部的串联连接点切离，与第三电抗器的抽头端子连接。
权利要求9所述的发明，是在权利要求5上，包含：
以带抽头的第三电抗器取代第二电抗器；
使前述电容器串联电路内部的串联连接点与第三电抗器的一端连接的同时，使第二开关元件串联电路内部的串联连接点经第三电抗器的另一端与负载的另一端连接，
使交流电源的另一端从前述电容器串联电路内部的串联连接点切离，与第三电抗器的抽头端子连接。
权利要求10所述的发明，是变更权利要求2的第四电容器连接位置。
即：根据权利要求10所述的发明，是在权利要求1上，包含：
对分别反向并联连接有二极管的第一以及第二半导体开关元件串联连接构成的第一开关元件串联电路，和
对分别反向并联连接有二极管的第三以及第四半导体开关元件串联连接构成的第二开关元件串联电路，和
对第一以及第二电容器串联连接构成的电容器串联电路，和
与交流电源并联连接的第三电容器，和
在与负载一端连接的交流电源的一端和第一开关元件串联电路内部的串联连接点之间连接的第一电抗器，和
在负载的另一端和第二开关元件串联电路内部的串联连接点之间连接的第二电抗器，和
在负载的另一端和交流电源的另一端之间连接的第四电容器：
对第一开关元件串联电路和第二开关元件串联电路和前述电容器串联电路并联连接，构成第一并联连接电路，同时，
使交流电源的另一端与前述电容器串联电路内部的串联连接点连接，
通过前述电容器串联电路和第二开关元件串联电路构成串联变换器，通过前述电容器串联电路和第一开关元件串联电路构成并联变换器。
权利要求11所述的发明，是在权利要求10上，包含：
检测装置输出输入电压和第一并联连接电路的电压的电压检测装置，和
检测流过第一电抗器的电流的电流检测装置，和
用由前述电压检测装置以及电流检测装置检测的值，控制装置的输出电压以及流过第一电抗器电流的装置。
权利要求12所述的发明，是在权利要求10或11上，包含：
蓄能元件和与该蓄能元件连接的充放电装置；
在电源电压异常时，用前述蓄能元件的蓄能，供给负载电压。
根据权利要求13所述的发明，是在权利要求10或11上，包含：
以带抽头的第三电抗器取代第二电抗器；
使前述电容器串联电路内部的串联连接点与第三电抗器的一端连接的同时，使第二开关元件串联电路内部的串联连接点经第三电抗器的另一端与负载的另一端连接，
使交流电源的另一端从前述电容器串联电路内部的串联连接点切离，与第三电抗器的抽头端子连接。
权利要求14所述的发明，是在权利要求12上，包含；
以带抽头的第三电抗器取代第二电抗器；
使前述电容器串联电路内部的串联连接点与第三电抗器的一端连接的同时，使第二开关元件串联电路内部的串联连接点经第三电抗器的另一端与负载的另一端连接，
使交流电源的另一端从前述电容器串联电路内部的串联连接点切离，与第三电抗器抽头端子连接。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式1的电路图。
图2是用于说明图1的实施方式1动作原理的原理图。
图3是用于说明图1的串联变换器动作的波形图。
图4是示出本发明的实施方式2的电路图。
图5是示出本发明的实施方式3的电路图。
图6是示出本发明的实施方式4的电路图。
图7是示出本发明的实施方式5的电路图。
图8是示出本发明的实施方式6的电路图。
图9是示出本发明的实施方式7的电路图。
图10是示出现有技术的电路图。
图11是用于说明现有技术的动作原理的原理图。
具体实施方式
以下，按照附图说明本发明的实施方式。
首先，图1是示出本发明的实施方式1的电路图，与权利要求1，权利要求2所述的发明相当。
在图1，分别并联连接下述电路，即：第一、第二二极管14、15反向并联连接的IGBT(绝缘栅双极晶体管)等的第一、第二半导体开关元件10、11的串联电路(称为第一开关元件串联电路)，和第三、第四二极管16、17反向并联连接的第三、第四半导体开关元件12、13的串联电路(称为第二开关元件串联电路)，和第一、第二电容器30、31的串联电路(称为电容器串联电路)。第三电容器32与交流电源1并联连接，第四电容器33与负载6并联连接。
而且，交流电源1的一端与负载6一端连接，交流电源1的另一端与电容器30、31的串联连接点连接。此外，交流电源1和负载6之间的连接点经第一电抗器40与开关元件10、11的串联连接点连接，负载6的另一端经第二电抗器41与开关元件12、13的串联连接点连接。
在上述的电路构成中，考虑电容器30、31为由开关元件构成的变换器电源时，电容器30、31、开关元件12、13以及二极管16、17串联连接在交流电源1和负载6之间。以下称此为串联变换器。
电容器30、31，开关元件10、11以及二极管14、15对交流电源1并联连接。以下，称此为并联变换器。
其次，图2是用于说明图1的实施方式动作原理的图。
图2的并联补偿电流源4表示前述并联变换器，串联补偿电压源2表示前述串联变换器。这时通过串联补偿电压源2产生任意的电压，在负载6上应当加上交流电源1(交流电压源)和串联补偿电压源2两个电压源产生的电压相加。其结果，即使如果交流电源1的电压变动，其电压降低的情况下，通过加上由串联补偿电源2产生的可变电压，加在负载6上而补偿电源电压的降低，可供给负载6恒定的电压。
用图3对图1的串联变换器的动作进一步加以说明。
图1所述的P点、M点、N点的电位，如图3所示，在M点的电位(交流电源1的电压Vin)上叠加电容器30的电压V30后的电压的电位成为P点电位，叠加电容器31的电位V31的电位成为N点电位。如果通过开关元件12、13的削波(chopping)控制该叠加的电压(图3的阴影线部分的电压)，则可以在M点的电位上叠加任意的电压，可使负载6的两端电压Vout保持恒定。
在这里，通过开关元件12、13的通断控制产生的削波进行PWM控制，以便使负载6的两端电压Vout为指定值，以对M点电位加、减的电压作为指令值，通过PWM控制进行。
构成PWM控制的电源装置的情况下，通常使供给负载6的电压波形作成正弦波，此外，当然根据需要可以控制电压波形为任意的波形。
如以上所示的一连串的动作中，由于并联电容器(并联补偿电流源4)通过串联变换器(串联补偿电压源2)的动作补偿电容器30、31的电压变化部分(下降，上升)，在与交流电源1之间进行充放电动作。
其结果，供给负载6的能量只通过串联变换器，在并联变换器内只通过用于由串联变换器产生的电压补偿中使用的能量。因此，与现有的双变换器方式比较，可以降低并联变换器的损耗，可以实现功率变换装置整体的高效率化。
其次，图4是示出本发明实施方式2的电路图，与权利要求3所述的发明相当。
图4的主电路构成实质上是与图1相同的，与图1不同点仅在于：设置电压检测装置70，用于检测交流电源1的两端电压Vin，和以N点作基准的M点电压VM(VMN)，和以N点作基准的P点电压VP(VPN)，和电压Vout，同时，设置电流检测装置71，用于检测电抗器40内流过的电流，和设置电压控制/电抗器电流控制装置72，用于控制输出电压以及电抗器40的电流。
在这样的电路构成，以由电压检测装置70检测的交流电源1的电压Vin作为基准正弦波，使由电流检测装置71检测的电抗器40内流过的电流通过电压控制/电抗器电流控制装置72控制而为正弦波。据此，图1所示的电路供给负载6正弦波状电压Vout之际，应当遵循该电压，流过正弦波电流。
其次，图5是示出本发明实施方式3的电路图，与权利要求4的发明相当。
与图1的不同点在于：设置公共端子51和具有第一、第二转换接点52、53的转换开关50，使负载6的一端与公共端子51连接的同时，使电容器30、31的串联连接点与第一转换接点52连接，使电抗器41和电容器33之间的连接点与第二转换接点53连接。
在这样的电路构成，使转换开关50的公共端子51与第二转换接点53侧连接的状态(实质上与图1相同的状态)下，使图4所示的功率变换装置运转时，在该功率变换装置内由故障等产生异常时，使公共端子51的连接头从第二转换接点53侧(功率变换装置侧)转换到第一转换接点52侧(交流电源1侧)，维持向负载6的供给电压。当然通过从装置的控制电路来的信号或接点信号的组合提供用于转换开关50的转换所必要的条件是公知的方法。
图6是示出本发明实施方式4的电路图，与权利要求6的发明相当。
该实施方式是经P点和N点之间的充放电装置61连接并联蓄能元件60的。
图6是在图5的构成上以附加充放电装置61以及蓄能元件60形式示出的，然而，也可以在图1或图4的构成上附加它们。
在图1或图4的构成上附加充放电装置61以及蓄能元件60的电路与权利要求5的发明相当。
在这里，充放电装置61通过半导体开关以及电抗器等磁性部件构成，作为蓄能元件60可以使用蓄电池等的二次电池或储能轮等。
在这样的电路构成，在交流电源1正常时，经充放电装置61对蓄能元件60蓄能。而且，由于交流电源1异常，而不是能充分供给负载6功率的状态时，经充放电装置61，使蓄能元件60连接在P点和N点之间。
据此，交流电源1正常时，经充放电装置61对蓄能元件60蓄能，在交流电源1异常时，例如发生停电时，经充放电装置61，从蓄能元件60放出能量，供给电容器30、31能量。据此，即使在交流电源1异常时，继续利用并联变换器以及串联变换器，可继续稳定地供给负载6所希望的电压。
图7是示出本发明实施方式5的电路图，与实施方式4的同样地，与权利要求6的发明相当。
该实施方式5将图6的充放电装置61分割而在使充电装置62与交流电源1的两端连接的同时，在P点和N点之间连接放电装置63，使蓄能元件60与这些充电装置62，放电装置63并联。充电装置62，放电装置63、蓄能元件60也可以附加在图1或图4的构成上，这时构成了权利要求5的发明。
在这样的电路构成，在交流电源1正常时，通过充电装置62对蓄能元件60充电。其次，在交流电源1异常时，例如发生停电时，用放电装置63，将蓄能元件60的能量供给电容器30、31，利用该能量，边使并联变换器以及串联变换器动作，边将电压供给负载6。
充电装置62以及放电装置63通过半导体开关或磁性部件的组合构成，蓄能元件60也可使用与图6的实施方式同样的元件。
图8是示出本发明实施方式6的电路图，与权利要求7的发明相当。
例如在图1所示的电路构成，将电抗器41变更为带抽头的电抗器42，使该电抗器42的一端与电容器30、31的串联连接点连接的同时，电抗器42的另一端与负载6的未连接交流电源1侧的一端和开关元件12、13的串联连接点连接，使交流电源1的未与负载6连接侧的一端与电抗器42的抽头端子连接的。
根据这样的电路构成，由于可以降低由电容器30、31，开关元件12、13以及二极管构成的串联变换器的通过电流，所以可降低开关损耗，进一步改善效率。
因为并联变换器动作没有变化，所以省略。
如图8所示使用带抽头电抗器42的构成，如权利要求8、9所述，也可能在图4～图7的各实施方式中使用。
其次，图9是示出本发明实施方式7的电路图，与权利要求10的发明相当。
本实施方式的电路构成是改变图1的第四电容器33的连接位置的，该第四电容器33连接在负载6和第二电抗器41的连接点与第一、第二电容器30、31的串联连接点之间。
由于其它的构成是与图1同样，所以省略详述。
在上述电路构成，与图1同样，电容器30、31，开关元件12、13以及二极管16、17构成了串联连接在交流电源1和负载6之间的串联变换器。电容器30、31、开关元件10、11以及二极管14、15构成了相对交流电源1并联连接的并联变换器。
此外，第一电抗器40以及第三电容器32构成抑制并联变换器的开关脉动的交流滤波器，第二电抗器41以及第四电容器33构成抑制串联变换器开关脉动的交流滤波器。
该实施方式的动作原理是与图1的实施方式同样，在图2的串联补偿电压源2(串联变换器)产生任意电压，在负载6上加上由交流电源1(交流电压源)和串联补偿电压源2的两个电压源电压相加产生的电压。其结果，即使在交流电源1的电压降低时，也通过加上由串联补偿电压源2产生的可变电压，补偿电源电压的降低，可以供给负载6恒定的电压。
串联补偿电压源2对交流电源1的电压加减可通过以电容器30、31作为电源的串联变换器的PWM控制而实现。在实施电压的加减之际，通过电容器30、31的充放电变化的能量对并联补偿电流源4(并联变换器)进行PWM控制，如果对电容器30、31充放电，则可予以补偿，作为整体取得能量的收支平衡。
这时，因为由串联变换器以及并联变换器的PWM动作产生的开关脉动(高频脉动)通过由前述的电抗器41以及电容器33构成的交流滤波器或由电抗器40以及电容器32构成的交流滤波器除去，所以不在电源侧或负载侧流出。
因此，即使在本实施方式，因为供给负载6的能量也只通过串联变换器，在并联变换器内只通过由串联变换器产生的电压补偿所使用的能量，所以与现有的双变换器方式比较，可以降低并联变换器的损耗，可以实现高效率化。
在图9的构成，也可以附加图4的电压检测装置70、电流检测装置71、电压控制/电抗器电流控制装置72，这种情况下的构成与权利要求11的发明相当。
同样地，在图9的构成，也可以附加图6的充放电装置61以及蓄能元件60或者图7的充电装置62、放电装置63以及蓄能元件60，这种情况下的构成与权利要求12的发明相当。
此外，在图9的构成，在用图8的带抽头的电抗器42取代电抗器41的同时，与图8同样也可以使带抽头的电抗器42的两端分别与电容器30、31的串联连接点和开关元件12、13的串联连接点连接，也可以使电抗器42的抽头端子与交流电源1的一端连接，这种情况下的构成与权利要求13的发明相当。
如上述所示，在用图8的带抽头的电抗器42取代图9的电抗器41的同时，也可以附加图6的充放电装置61以及蓄能元件60，或者图7的充电装置62、放电装置63以及蓄能元件60，这种情况下的构成与权利要求14的发明相当。
产业上的可利用性
如上述所示，本发明通过串联变换器以及并联变换器的动作，可用作以电流输出形式从交流电源供给负载任意的交流功率的双变换器方式的功率变换装置。这时，可以抑制一方的变换器产生的损耗，提高变换效率，可以压低运行费用。此外，也不要电解电容器等的低寿命部件，可以实现器件长寿命化或提高可靠性。

Claims (14)

1、一种功率变换装置，包含：在交流电源和负载之间串联连接、而且具有作为变换器电源的电容器的串联变换器；和对所述交流电源并联连接的并联变换器，其特征为：
所述串联变换器补偿交流电源的电压变动部分，使供给负载的电压保持恒定的同时，通过由所述并联变换器产生的与交流电源之间的充放电动作补偿由所述串联变换器的补偿动作产生的所述电容器的电压变动部分。
2、根据权利要求1所述的功率变换装置，其特征为，包含：
将分别反向并联连接有二极管的第一以及第二半导体开关元件串联连接形成的第一开关元件串联电路；
将分别反向并联连接有二极管的第三以及第四半导体开关元件串联连接形成的第二开关元件串联电路；
将第一以及第二电容器串联连接形成的电容器串联电路；
与交流电源并联连接的第三电容器；
与负载并联连接的第四电容器；
在与负载一端连接的交流电源的一端和第一开关元件串联电路内部的串联连接点之间连接的第一电抗器；和
在负载的另一端和第二开关元件串联电路内部的串联连接点之间连接的第二电抗器，
将第一开关元件串联电路和第二开关元件串联电路和所述电容器串联电路并联连接，构成第一并联连接电路，同时，
使交流电源的另一端与所述电容器串联电路内部的串联连接点连接，
通过所述电容器串联电路和第二开关元件串联电路构成串联变换器，通过所述电容器串联电路和第一开关元件串联电路构成并联变换器。
3、根据权利要求2所述的功率变换装置，其特征为，包含：
检测装置输出输入电压和第一并联连接电路的电压的电压检测装置；
检测第一电抗器流过的电流的电流检测装置；和
使用由所述电压检测装置和电流检测装置的检测值，控制装置的输出电压以及流过第一电抗器的电流的装置。
4、根据权利要求2或3所述的功率变换装置，其特征为，
设置公共端子和具有第一以及第二转换接点的转换开关，而且将负载的另一端和第二电抗器的一端的连接切离，同时，
使第一转换接点与所述电容器串联电路内部的串联连接点连接，
在装置正常时，使负载另一端经所述公共端子和第二转换接点与第二电抗器的一端连接，
在装置异常时，使所述公共端子与第一转换接点侧连接，从交流电源供给负载电压。
5、根据权得要求2或3所述的功率变换装置，其特征为，
包含蓄能元件，和与该蓄能元件连接的充放电装置，
在电源电压异常时，用所述蓄能元件所蓄积的能量，供给负载电压。
6、根据权利要求4所述的功率变换装置，其特征为，
包含蓄能元件、和与该蓄能元件连接的充放电装置，
在电源电压异常时，用所述蓄能元件所蓄积的能量，供给负载电压。
7、根据权利要求2或3所述的功率变换装置，其特征为，
取代第二电抗器而具有带抽头的第三电抗器，
在使所述电容器串联电路内部的串联连接点与第三电抗器的一端连接的同时，使第二开关元件串联电路内部的串联连接点经第三电抗器的另一端与负载的另一端连接，
使交流电源的另一端从所述电容器串联电路内部的串联连接点切离，与第三电抗器的抽头端子连接。
8、根据权利要求4所述的功率变换装置，其特征为，
取代第二电抗器而具有带抽头的第三电抗器，
在使所述电容器串联电路内部的串联连接点与第三电抗器的一端连接的同时，使第二开关元件串联电路内部的串联连接点经第三电抗器的另一端与负载的另一端连接。
使交流电源的另一端从所述电容器串联电路内部的串联连接点切离，与第三电抗器的抽头端子连接。
9、根据权利要求5所述的功率变换装置，其特征为，
取代第二电抗器而具有带抽头的第三电抗器，
在使所述电容器串联电路内部的串联连接点与第三电抗器的一端连接的同时，使第二开关元件串联电路内部的串联连接点经第三电抗器的另一端与负载的另一端连接。
使交流电源的另一端从所述电容器串联电路内部的串联连接点切离，与第三电抗器的抽头端子连接。
10、根据权利要求1所述的功率变换装置，其特征为，包含：
将分别反向并联连接有二极管的第一以及第二半导体开关元件串联连接形成的第一开关元件串联电路；
将分别反向并联连接有二极管的第三以及第四半导体开关元件串联连接形成的第二开关元件串联电路；
将第一以及第二电容器串联连接形成的电容器串联电路；
与交流电源并联连接的第三电容器；
在与负载的一端连接的交流电源的一端和第一开关元件串联电路内部的串联连接点之间连接的第一电抗器；
在负载的另一端和第二开关元件串联电路内部的串联连接点之间连接的第二电抗器；和
在负载的另一端和交流电源的另一端之间连接的第四电容器，
将第一开关元件串联电路和第二开关元件串联电路和所述电容器串联电路并联连接，构成第一并联连接电路，同时，
使交流电源的另一端与所述电容器串联电路内部的串联连接点连接，
通过所述电容器串联电路和第二开关元件串联电路构成串联变换器，通过所述电容器串联电路和第一开关元件串联电路构成并联变换器。
11、根据权利要求10所述的功率变换装置，其特征为，包含：
检测装置输出输入电压和第一并联连接电路的电压的电压检测装置；
检测第一电抗器流过的电流的电流检测装置；和
使用由所述电压检测装置以及电流检测装置的检测值，控制装置的输出电压以及第一电抗器流过的电流的装置。
12、根据权利要求10或11所述的功率变换装置，其特征为，
包含蓄能元件，和与该蓄能元件连接的充放电装置，
在电源电压异常时，用所述蓄能元件所蓄积的能量，供给负载电压。
13、根据权利要求10或11所述的功率变换装置，其特征为，
取代第二电抗器而具有带抽头的第三电抗器，
在使所述电容器串联电路内部的串联连接点与第三电抗器的一端连接的同时，使第二开关元件串联电路内部的串联连接点经第三电抗器的另一端与负载的另一端连接。
使交流电源的另一端从所述电容器串联电路内部的串联连接点切离，与第三电抗器的抽头端子连接。
14、根据权利要求12所述的功率变换装置，其特征为，
取代第二电抗器而具有带抽头的第三电抗器，
在使所述电容器串联电路内部的串联连接点与第三电抗器的一端连接的同时，使第二开关元件串联电路内部的串联连接点经第三电抗器的另一端与负载的另一端连接。
使交流电源的另一端从所述电容器串联电路内部的串联连接点切离，与第三电抗器的抽头端子连接。
CNB038010429A 2002-06-03 2003-05-28 功率变换装置 Expired - Lifetime CN100403642C (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP161313/2002 2002-06-03
JP2002161313 2002-06-03
JP018713/2003 2003-01-28
JP2003018713 2003-01-28

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1557044A true CN1557044A (zh) 2004-12-22
CN100403642C CN100403642C (zh) 2008-07-16

Family

ID=29714328

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB038010429A Expired - Lifetime CN100403642C (zh) 2002-06-03 2003-05-28 功率变换装置

Country Status (8)

Country Link
US (1) US6940734B2 (zh)
EP (1) EP1511166B1 (zh)
JP (1) JP4329692B2 (zh)
CN (1) CN100403642C (zh)
AU (1) AU2003241856A1 (zh)
DE (1) DE60334690D1 (zh)
TW (1) TWI291282B (zh)
WO (1) WO2003103126A1 (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101803139A (zh) * 2007-09-14 2010-08-11 Abb技术有限公司 用于向电力网提供无功和/或有功功率的statcom系统
CN102377349A (zh) * 2010-08-23 2012-03-14 富士电机株式会社 电力转换器
CN103718447A (zh) * 2012-04-10 2014-04-09 富士电机株式会社 功率转换设备
CN105098784A (zh) * 2014-05-16 2015-11-25 株式会社东芝 电压调整装置

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4001060B2 (ja) 2003-02-18 2007-10-31 富士電機システムズ株式会社 電力変換装置
JP4556516B2 (ja) * 2004-07-08 2010-10-06 富士電機システムズ株式会社 電力変換装置
KR101158928B1 (ko) * 2005-07-09 2012-06-21 엘지전자 주식회사 단상 인버터
JP4264906B2 (ja) * 2006-06-22 2009-05-20 株式会社日立製作所 誘導電動機駆動装置
JP5527386B2 (ja) * 2012-11-08 2014-06-18 株式会社安川電機 電流形電力変換装置
JP6026049B2 (ja) * 2014-11-11 2016-11-16 三菱電機株式会社 電力変換装置
JP2020167747A (ja) * 2017-07-31 2020-10-08 日本電産株式会社 電源装置、駆動装置、制御方法、及びプログラム
GB2573318B (en) * 2018-05-03 2020-06-10 Zhong Qingchang SYNDEM converter
US10530267B1 (en) * 2019-01-15 2020-01-07 Cotek Electronic Ind. Co., Ltd. Power converter
GB2586343B (en) * 2020-07-07 2024-03-13 Zhong Qingchang Power electronic converter with a ground fault detection unit that shares a common ground with both DC ports and AC ports

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4651265A (en) * 1985-07-29 1987-03-17 Westinghouse Electric Corp. Active power conditioner system
EP0358191B1 (en) * 1988-09-06 1995-04-05 Kabushiki Kaisha Toshiba PWM-controlled power supply capable of eliminating modulation-frequency signal components from ground potentials
JP2677409B2 (ja) * 1988-09-19 1997-11-17 勲 高橋 インバータ装置
US5017800A (en) * 1989-09-29 1991-05-21 Wisconsin Alumni Research Foundation AC to DC to AC power conversion apparatus with few active switches and input and output control
JPH03230764A (ja) * 1990-02-01 1991-10-14 Toshiba Corp Ｐｗｍ制御による電源装置
US5099410A (en) * 1990-11-13 1992-03-24 Wisconsin Alumni Research Foundation Single phase ac power conversion apparatus
ES2070051B1 (es) * 1992-11-27 1997-02-16 Ingenieria De Sistemas De Cont Regulador estatico de energia para redes de alumbrado con control sobre la magnitud de la intensidad y/o voltaje, contenido de armonicos y energia reactiva suministrada a la carga.
JP2918430B2 (ja) * 1993-04-02 1999-07-12 三菱電機株式会社 電力変換装置
FR2713030B1 (fr) * 1993-11-24 1996-01-12 Merlin Gerin Alimentation sans coupure à neutre traversant, comportant un hacheur-élévateur double.
JP3203464B2 (ja) 1994-06-11 2001-08-27 サンケン電気株式会社 交流電力変換装置
US6084785A (en) * 1997-03-19 2000-07-04 Hitachi, Ltd. Electric power converter
US6118676A (en) * 1998-11-06 2000-09-12 Soft Switching Technologies Corp. Dynamic voltage sag correction
JP3296425B2 (ja) * 1999-03-10 2002-07-02 サンケン電気株式会社 電力変換装置
TW513850B (en) * 2000-04-03 2002-12-11 Shan Ken Oenki Kabushiki Kaish Electric power converting apparatus
US6671191B2 (en) * 2001-03-22 2003-12-30 Sanyo Denki Co., Ltd. Electric power conversion apparatus
TW546897B (en) * 2001-08-31 2003-08-11 Delta Electronics Inc Electronic circuit apparatus having suppression of harmonics and voltage stabilization function and control method

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101803139A (zh) * 2007-09-14 2010-08-11 Abb技术有限公司 用于向电力网提供无功和/或有功功率的statcom系统
CN101803139B (zh) * 2007-09-14 2013-03-27 Abb技术有限公司 用于向电力网提供无功和/或有功功率的statcom系统
CN102377349A (zh) * 2010-08-23 2012-03-14 富士电机株式会社 电力转换器
CN103718447A (zh) * 2012-04-10 2014-04-09 富士电机株式会社 功率转换设备
CN105098784A (zh) * 2014-05-16 2015-11-25 株式会社东芝 电压调整装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP1511166A1 (en) 2005-03-02
WO2003103126A1 (ja) 2003-12-11
JPWO2003103126A1 (ja) 2005-10-06
EP1511166A4 (en) 2006-04-26
JP4329692B2 (ja) 2009-09-09
DE60334690D1 (de) 2010-12-09
TWI291282B (en) 2007-12-11
US20040233688A1 (en) 2004-11-25
EP1511166B1 (en) 2010-10-27
AU2003241856A1 (en) 2003-12-19
TW200402928A (en) 2004-02-16
US6940734B2 (en) 2005-09-06
CN100403642C (zh) 2008-07-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1241317C (zh) 开关电源装置
CN1059055C (zh) 带有简化电路的电源装置
CN1906837A (zh) 直流－直流转换器
CN100345364C (zh) 电源单元及具有该单元的电源系统
CN1040272C (zh) 逆变装置
CN101039099A (zh) 电机驱动装置
CN1246954C (zh) 开关式电源
CN1885704A (zh) 开关电源装置
CN1182648C (zh) 开关电源电路
CN1557044A (zh) 功率变换装置
CN1264271C (zh) 开关电源
CN1272897C (zh) 开关电源装置
CN1079589A (zh) 对可充电蓄电池进行充电的装置
CN1864319A (zh) 单周控制的无桥路升压(blb)功率因数校正电路结构
CN1596502A (zh) 开关电源装置
CN1906839A (zh) 功率因数改善电路
CN1271207A (zh) 具有并联连接的逆变器的供电系统的操作方法和功率转换系统
CN101060285A (zh) 一种实现隔离高频开关dc－dc变换的系统及方法
CN1595759A (zh) 电池充电控制电路、电池充电设备和电池充电控制方法
CN101044669A (zh) 电力转换装置
CN1753294A (zh) 直流电源装置、控制方法以及压缩机驱动装置
CN1525633A (zh) 功率变换装置
CN1059295C (zh) 电源装置
CN1934765A (zh) 不间断电源装置及停电补偿系统
CN1742424A (zh) 开关电源设备

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CX01 Expiry of patent term

Granted publication date: 20080716

CX01 Expiry of patent term