ES2875038T3 - Dispositivo de conversión de electricidad - Google Patents

Dispositivo de conversión de electricidad

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ES2875038T3
ES2875038T3 ES10856387T ES10856387T ES2875038T3 ES 2875038 T3 ES2875038 T3 ES 2875038T3 ES 10856387 T ES10856387 T ES 10856387T ES 10856387 T ES10856387 T ES 10856387T ES 2875038 T3 ES2875038 T3 ES 2875038T3
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Yosuke Fujii
Eiichi Ikawa
Tatsuaki Amboh
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Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
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Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
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Abstract

Un aparato de conversión de potencia que comprende: las primera y segunda fuentes de alimentación de corriente continua conectadas en serie; y un convertidor de potencia (2) configurado para convertir la potencia de corriente continua de cada una de las fuentes de alimentación en potencia de corriente alterna y para suministrar la potencia de corriente alterna a un sistema de potencia de corriente alterna (7), el convertidor de potencia (2) se configura de modo que al menos dos primeros dispositivos de válvula (Sw1, Sw4) constituidos por elementos semiconductores se conecten en serie para constituir un brazo, al menos tres unidades de este brazo se conectan en paralelo, un conmutador de corriente alterna constituido por una conexión en serie de al menos dos segundos dispositivos de válvula (Sw3, Sw2), cada uno de los segundos dispositivos de válvula (Sw3, Sw2) se constituye por un elemento semiconductor y un diodo conectado en paralelo inverso con el elemento semiconductor, y cada uno de los conmutadores de corriente alterna se enciende o apaga, lo que permite que el convertidor de potencia realice un funcionamiento de tres niveles o un funcionamiento de dos niveles, un circuito de comparación (9) configurado para comparar un elemento de determinación relacionado con una pérdida en el convertidor de potencia con un valor de referencia de conmutación y para emitir una instrucción de determinación cuando se produce una diferencia entre el elemento de determinación y el valor de referencia de conmutación, la referencia de conmutación que es un valor para conmutar el convertidor de potencia para que funcione con una mayor eficiencia de conversión del funcionamiento de tres niveles y el funcionamiento de dos niveles en base al elemento de determinación; un circuito de determinación (11) configurado para determinar si el elemento de determinación es mayor o menor que el valor de referencia de conmutación cuando se recibe una instrucción de determinación del circuito de comparación (9); y caracterizado porque: el conmutador de corriente alterna se conecta entre un punto de conexión de los primeros dispositivos de válvula y un punto de conexión de las fuentes de alimentación de corriente continua en cada brazo; y el aparato de conversión de potencia comprende además: un circuito de conmutación (12) configurado para apagarse, cuando se recibe una instrucción de conmutación de funcionamiento de dos niveles del circuito de determinación, el conmutador de corriente alterna y para encender los primeros dispositivos de válvula en el brazo secuencialmente, y llevar así el convertidor de potencia a un estado de funcionamiento de dos niveles, en el que el circuito de determinación se configura para emitir una instrucción de conmutación de funcionamiento de dos niveles cuando el elemento de determinación es mayor o igual que el valor de referencia de conmutación y el elemento de determinación relacionado con una pérdida en el convertidor de potencia es al menos uno de entrada de corriente continua al convertidor de potencia (2), potencia de corriente continua de las fuentes de alimentación de corriente continua, corriente continua de las células fotovoltaicas (1) y potencia de corriente continua de las células fotovoltaicas (1).

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo de conversión de electricidad
Campo técnico
La presente invención se refiere a un aparato de conversión de potencia que produce potencia de corriente alterna a partir de potencia de corriente continua y a un aparato de conversión de potencia que produce potencia de corriente continua a partir de potencia de corriente alterna, tal como un sistema de generación de potencia fotovoltaica, un sistema de generación de potencia de célula de combustible, o un sistema de almacenamiento de potencia de célula secundaria.
Técnica anterior
En un sistema de generación de potencia fotovoltaica, un aparato de conversión de potencia generalmente convierte la potencia de corriente continua generada por células fotovoltaicas en potencia de corriente alterna y suministra la potencia de corriente alterna a un sistema vinculado, como un sistema de potencia, un sistema de distribución y una carga. Dado que las características de las células fotovoltaicas varían, en función de las condiciones de insolación o temperatura, se emplea un procedimiento de seguimiento del punto de máxima potencia para obtener constantemente la máxima potencia. Por ejemplo, como se divulga en el documento de patente 5, la tensión o la corriente de una célula fotovoltaica se controla hasta el punto óptimo en el que varía la tensión o la corriente, en función de las condiciones de insolación o temperatura.
En cuanto a la configuración de un circuito de un aparato de conversión de potencia, el uso de un circuito de conversión multinivel, como un inversor de tres niveles como se muestra en los documentos de patente 1, 3 y 4, suprime las corrientes armónicas en una entrada y una salida y realiza la miniaturización de filtros proporcionados en la entrada y salida y una mejora en la eficiencia del aparato.
Además, el documento de patente 2 describe la comparación entre pérdidas de conducción y pérdidas de conmutación (SW) en un inversor de tres niveles y un inversor de dos niveles.
Documento de la técnica anterior
Documento de Patente
Documento de Patente 1: Solicitud de patente japonesa Publicación KOKAI Núm. 2002-218762
Documento de Patente 2: WO2010/013322A1
Documento de Patente 3: Solicitud de patente japonesa Publicación KOKAI Núm. 2002-247862
Documento de Patente 4: Solicitud de patente japonesa Publicación KOKAI Núm. 2006-304530
Documento de Patente 5: Solicitud de patente japonesa Publicación KOKAI Núm. 8-13756:
Documento de Patente 6: EP 2107672 A1
Documento de Patente 7: EP 0512531 A2
Sumario de la invención
Problema técnico a resolver en la invención
En los documentos de patente 1, 3, 4, aunque el uso de un circuito inversor de tres niveles (abrazadera neutra, conmutador de CA) logra la miniaturización de los filtros y la reducción de la pérdida total, se presume que el circuito inversor debe diseñarse de manera óptima en condiciones en las que la tensión de corriente continua es constante y la salida es constante. No se hace referencia particular a la tensión de corriente continua variable ni a la potencia variable. La configuración de un inversor de tres niveles (que incluye otros niveles) conduce aun aumento en el número de elementos utilizados y a un aumento de la pérdida de conducción, lo que provoca deméritos en el momento de una tensión de corriente continua baja (o una salida alta) cuando el efecto de una onda de pérdida de SW es pequeño. No se proporciona una solución concreta a los deméritos.
Es un objeto de la presente invención proporcionar un aparato de conversión de potencia que se opera en condiciones en las que una tensión de corriente continua es variable, una salida de corriente alterna es variable, o tanto una tensión de corriente continua como una salida de corriente alterna son variables y logran una pérdida menor y una eficiencia mejorada incluso si varía la tensión de corriente continua o la salida de corriente alterna.
Solución al problema
El problema técnico objetivo se resuelve mediante la invención tal como se define en la reivindicación 1. Las realizaciones preferentes adicionales de la invención se han definido por las reivindicaciones dependientes.
Un ejemplo para comprender la invención proporciona un aparato de conversión de potencia que comprende: una primera y una segunda fuentes de alimentación de corriente continua a las que se introduce potencia de corriente continua de las células fotovoltaicas y que se conectan en serie; y un convertidor de potencia que convierte la potencia de corriente continua de cada una de las fuentes de alimentación en potencia de corriente alterna y suministra la potencia de corriente alterna a un sistema de potencia de corriente alterna, el convertidor de potencia se configura de modo que al menos dos dispositivos de válvula constituidos por los elementos semiconductores se conectan en serie para constituir un brazo, al menos tres unidades de este brazo se conectan en paralelo, un conmutador de corriente alterna constituido por una conexión en serie de al menos dos dispositivos de válvula cada uno constituido por un elemento semiconductor y un diodo conectado en paralelo inverso con el elemento semiconductor se conecta entre un punto de conexión de los dispositivos de válvula y un punto de conexión de las fuentes de alimentación de corriente continua en cada brazo, y cada uno de los conmutadores de corriente alterna se enciende o apaga, y habilita así el convertidor de potencia para realizar un funcionamiento de tres niveles o un funcionamiento de dos niveles, el aparato de conversión de potencia comprende además: un circuito de comparación que compara la corriente continua de las células fotovoltaicas en base a la cantidad de insolación con la corriente nominal y emite una salida de determinación de funcionamiento cuando se produce una diferencia entre la corriente continua y la corriente nominal; un circuito de determinación que, al recibir una instrucción de determinación, emite una instrucción de conmutación de funcionamiento de dos niveles si la corriente continua de las células fotovoltaicas es mayor o igual al 50 % de la corriente nominal; y un circuito de conmutación que, al recibir una instrucción de conmutación de funcionamiento de dos niveles del circuito de determinación, apaga el conmutador de corriente alterna y enciende los dispositivos de válvula en el brazo secuencialmente, y lleva así al convertidor de potencia a un estado de funcionamiento de dos niveles.
Efectos ventajosos de la invención
De acuerdo con la presente invención, es posible proporcionar un aparato de conversión de potencia que funcione en condiciones en las que una tensión de corriente continua sea variable, una salida de corriente alterna sea variable o tanto una tensión de corriente continua como una salida de corriente alterna sean variables y que selecciona un procedimiento de funcionamiento más adecuado (dos niveles/tres niveles), y logren así una pérdida menor y una eficiencia mejorada incluso si varía la tensión de corriente continua o la salida de corriente alterna.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 muestra esquemáticamente un circuito principal de un aparato de conversión de potencia de acuerdo con la invención;
La Figura 2 es un diagrama para explicar un primer ejemplo de un circuito de conmutación PWM de la Figura 1; La Figura 3 es un diagrama para explicar un funcionamiento de la Figura 2;
La Figura 4 es un diagrama de flujo para explicar un primer ejemplo de un circuito de determinación de la Figura 2;
La Figura 5A es un diagrama para explicar un primer ejemplo de un circuito de comparación de la Figura 2; La Figura 5B es un diagrama para explicar un segundo ejemplo del circuito de comparación de la Figura 2; La Figura 5C es un diagrama para explicar un tercer ejemplo del circuito de comparación de la Figura 2;
La Figura 6 es un diagrama de flujo para explicar un ejemplo no reivindicado del circuito de determinación de la Figura 2;
La Figura 7 es un diagrama de flujo para explicar un tercer ejemplo de un circuito de determinación de la Figura 2; La Figura 8A es un diagrama para explicar un segundo ejemplo del circuito de conmutación PWM de la Figura 1; La Figura 8B es un diagrama para explicar un tercer ejemplo del circuito de conmutación PWM de la Figura 1; La Figura 9A es un diagrama para explicar un segundo ejemplo de un conmutador de CA neutral de la Figura 1; La Figura 9B es un diagrama para explicar un tercer ejemplo del conmutador de CA neutral de la Figura 1; y La Figura 9C es un diagrama para explicar un cuarto ejemplo del conmutador de CA neutral de la Figura 1. Modo de llevar a la práctica la invención
La Figura 1 es un diagrama de circuito principal de un aparato de conversión de potencia de la invención. El aparato de conversión de potencia se configura de manera que la potencia de corriente continua de una fuente de alimentación de corriente continua, como las células fotovoltaicas 1, se convierte en potencia de corriente alterna mediante un convertidor de potencia, como un inversor trifásico 2, y la potencia de corriente alterna convertida se incrementa mediante un transformador 3 y se suministra a un sistema de potencia de corriente alterna 7 a través de un condensador 4, un reactor 5 y un conmutador 6.
El inversor 2 se configura de modo que seis unidades de un dispositivo de válvula SW constituido por un elemento semiconductor, como un elemento IGBT, y un diodo conectado en paralelo inverso con el elemento se conecten en puente de tal manera que SW1-SW4, SW5-SW8 y SW9-SW12 constituyen cada uno un brazo trifásico y que un circuito de una conexión en serie de condensadores Vd/2, Vd/2 se conecta en paralelo con el lado de las células fotovoltaicas 1, el lado de entrada de los brazos trifásico, y que seis unidades de un dispositivo de válvula SW constituido, por ejemplo, por un elemento IGBT y un diodo conectados en paralelo inverso con el elemento se conectan al punto medio de los condensadores de tal manera que los grupos de dispositivos de válvula conectados en serie SW2-SW3, SW6-SW7, SW10-SW11 cada uno se conecta al punto medio. Los grupos de dispositivos de válvulas constituyen un sistema de conmutación de CA neutral.
En la Figura 1, por ejemplo, los dispositivos de válvula SW2 y SW3, SW6 y SW7, y SW10 y SW11 se encuentran apagados, lo que hace que el inversor sea equivalente a un inversor general de dos niveles. Además, cambiar entre SW1 a SW4, SW5 a SW8 y SW9 a SW12 permite que el inversor funcione arbitrariamente como un inversor de tres niveles.
De acuerdo con la presente invención, un circuito de comparación 9, un circuito de determinación 11 y un circuito de conmutación PMW 12 descritos más adelante se añaden nuevamente a la configuración anterior.
En un primer ejemplo del circuito de comparación 9, un detector de corriente continua 10 detecta la corriente continua que fluye desde las células fotovoltaicas 1 al inversor 2 como elemento de determinación. La corriente detectada se introduce en un terminal de entrada del circuito de comparación 9. El circuito de comparación 9 compara la corriente detectada con una entrada de valor de referencia de conmutación al otro terminal de entrada del circuito de comparación 9.
Aquí, puede encontrarse un valor de referencia de conmutación al almacenar datos anteriores en una base de datos o similar y cambiar otro elemento con algún elemento fijo, o al usar resultados de cálculo o simulaciones.
El circuito de determinación 11 toma el resultado de comparación del circuito de comparación 9, realiza una determinación de S1 como se muestra en la Figura 4 como primer ejemplo, es decir, determina en un elemento de determinación relacionado con una pérdida en el convertidor de potencia, por ejemplo, determina si la corriente continua detectada por el detector de corriente continua 10 es mayor o igual al valor de referencia de conmutación (o la corriente continua es menor que el valor de referencia de conmutación) y, si se determina que la corriente continua es mayor o igual que el valor de referencia de conmutación, determina el funcionamiento de dos niveles en S2 y, si la corriente continua es menor que el valor de referencia de conmutación, se determina en el funcionamiento de tres niveles en S3.
En un primer ejemplo como se muestra en la Figura 2, el circuito de conmutación de PMW 12 comprende dos comparadores 13, 14 y una puerta AND 15 de entrada de tres terminales, e inversores 16, 17. Se introduce una onda sinusoidal (onda de señal) en los terminales de entrada positivos de los comparadores 13, 14 y se introduce una onda portadora (onda de modulación) en los terminales de entrada negativos de los comparadores 13, 14. Dos terminales de entrada de la puerta AND 15 se conectan a través de los inversores 16, 17 a los terminales de salida de los comparadores 13, 14. Se introduce una señal de conmutación en un terminal de entrada de la puerta AND 15. Se suministra una señal desde el terminal de salida de la puerta AND 15 a los dispositivos de válvula SW2 y SW3. La salida del comparador 13 se suministra al dispositivo de válvula SW1. La salida del comparador 14 se suministra al dispositivo de válvula SW4.
La Figura 3 muestra las señales de conmutación de la Figura 2 y las señales de salida de la Figura 2.
El circuito de conmutación PMW 12 mencionado anteriormente corresponde a un brazo (una fase) del circuito principal. Los otros dos brazos (dos fases) del circuito principal se configuran de la misma manera.
Se explicarán las ventajas operativas de la realización mencionada anteriormente. La corriente continua, la corriente de salida de las células fotovoltaicas 1, se detecta por el detector de corriente 10. La corriente detectada se introduce en el circuito de comparación 9, que compara la corriente detectada con el valor de referencia. Si hay una diferencia entre ellos, el circuito de determinación 11 determina si un elemento de determinación mostrado en S1 es menor o mayor que el valor de referencia de conmutación y luego determina en un punto de cruce en la Figura 5A si debe activarse el funcionamiento de dos niveles o el funcionamiento de tres niveles. El resultado de la determinación del circuito de determinación 11 se introduce en el circuito de conmutación 12 de PWM. El circuito de conmutación 12 de PWM suministra encendido "1" o apagado "0" a los dispositivos de válvula SW1 a SW12 como se muestra en la Figura 3. Cuando los grupos de dispositivos de válvula SW2-SW3, SW6-SW7, SW10-SW11 que constituyen el conmutador de CA neutral se encuentran encendidos, se activa el funcionamiento de tres niveles. Cuando los grupos de dispositivos de válvula SW2-SW3, SW6-SW7, SW10-SW11 se encuentran apagados, se activa el funcionamiento de dos niveles.
Como resultado, cuando la corriente continua es menor o igual que el valor de referencia de conmutación, se activa el funcionamiento de tres niveles. Cuando la corriente continua es mayor que el valor de referencia de conmutación, se activa el funcionamiento de dos niveles. Por lo tanto, del funcionamiento de tres niveles y el funcionamiento de dos niveles, se selecciona y activa el que tiene una mayor eficiencia de conversión para la conversión de potencia.
Aquí, se explicará una pérdida en el convertidor de potencia en funcionamiento de dos niveles y funcionamiento de tres niveles, específicamente, una pérdida de conducción y una pérdida de conmutación (pérdida de SW). Una pérdida de conducción es una pérdida causada mientras el convertidor de potencia enciende (o provoca) un dispositivo de válvula (para conducir). La pérdida de conducción depende de la magnitud de la corriente conductora (corriente continua) en el mismo dispositivo de válvula. Cuando se compara el funcionamiento de dos niveles con el funcionamiento de tres niveles, se prefiere el funcionamiento de dos niveles con un número menor de dispositivos de válvula en un brazo que el funcionamiento de tres niveles en términos de pérdida de conducción.
Una pérdida de conmutación (pérdida de SW) es una pérdida causada cuando el convertidor de potencia enciende y apaga un dispositivo de válvula. La pérdida de conmutación depende de la magnitud de la tensión (tensión de corriente continua) aplicado al mismo dispositivo de válvula. Cuando se compara el funcionamiento de dos niveles con el funcionamiento de tres niveles, se prefiere el funcionamiento de tres niveles, en el que el número de veces que cada dispositivo de válvula realiza la conmutación es menor que el funcionamiento de dos niveles.
Con la realización anterior, puede proporcionarse un aparato de conversión de potencia con una pérdida menor y una eficiencia mejorada al seleccionar un mejor sistema de funcionamiento (dos niveles/tres niveles) incluso si una tensión de corriente continua o una salida de corriente alterna varía en un convertidor de potencia que funciona en condiciones en las que la corriente continua es variable, la potencia de corriente alterna es variable o tanto la salida de corriente continua como la de corriente alterna son variables.
A continuación, se explicará una segunda realización de la invención. Aunque en la realización anterior, la corriente continua detectada por el detector de corriente continua 10 se utiliza como elemento de determinación de la Figura 4, se usa potencia de corriente continua en lugar de esto, como se muestra en la Figura 5B. Este es un caso en el que la potencia de corriente continua obtenida sobre la base de la tensión de corriente continua detectado por un detector de tensión de corriente continua (no mostrado) y la corriente continua detectada por el detector de corriente continua 10 de la Figura 1 se utiliza como elemento de determinación.
Se explicará una tercera realización de la invención. Aunque en la realización anterior, la corriente continua detectada por el detector de corriente continua 10 se utiliza como elemento de determinación de la Figura 4, la tensión la tensión de corriente continua detectado por un detector de tensión de corriente continua (no mostrado) se usa en lugar de este como se muestra en la Figura 5C.
Además, se explicará un ejemplo para comprender la invención. Aunque en la realización anterior, la corriente continua detectada por el detector de corriente continua 10 se utiliza como elemento de determinación de la Figura 4, se utiliza una potencia de corriente alterna en lugar de esto. En este caso, la detección se realiza mediante un detector de corriente (no mostrado) que detecta una corriente alterna en un inversor, un detector de tensión (no mostrado) que detecta una tensión de corriente alterna del condensador 4, un detector de corriente (ahora mostrado) que detecta la entrada de corriente al sistema de potencia 7, y similares. La potencia de corriente alterna se calcula a partir de estos valores detectados. Lo que corresponde a una pérdida obtenida al restar la potencia de corriente alterna calculada de la potencia de corriente continua en el lado de entrada del inversor se utiliza como elemento de determinación. También en este caso, el circuito de determinación 11 realiza el procesamiento de acuerdo con un diagrama de flujo como se muestra en la Figura 4 como en la realización anterior.
La Figura 5B muestra la relación entre la potencia de corriente continua y una pérdida total en un estado de funcionamiento de dos niveles y en un estado de funcionamiento de tres niveles. La Figura 5C muestra la relación entre la tensión de corriente continua y una pérdida total en un estado de funcionamiento de dos niveles y en un estado de funcionamiento de tres niveles.
Además, se explicará un ejemplo para comprender la invención. Aunque en la realización anterior, la corriente continua detectada por el detector de corriente continua 10 se utiliza como elemento de determinación de la Figura 4, en lugar de esto, la corriente continua se usa como elemento de determinación 1 y la tensión de corriente continua se usa como elemento de determinación 2. El circuito de determinación 11 se configura para realizar el procesamiento de acuerdo con un diagrama de flujo en la Figura 6. En S1 de la Figura 6, si se satisface el elemento de determinación 1 > valor de referencia de conmutación, el control pasa a S4. En S4, si se satisface el elemento de determinación 2 > valor de referencia de conmutación, se activa el funcionamiento de dos niveles (S2). En S4, si el elemento de determinación 2 > valor de referencia de conmutación no se satisface, se activa el funcionamiento de tres niveles (S3). En S1, si el elemento de determinación 1 > valor de referencia de conmutación no se satisface, el control pasa a S5. En S5, si se satisface el elemento de determinación 2 > valor de referencia de conmutación, se activa el funcionamiento de dos niveles (S6). En S5, elemento de determinación 2 > valor de referencia de conmutación no se satisface, se activa el funcionamiento de tres niveles (S7). Aquí, la razón por la cual (o elemento de determinación 1 < valor de referencia de conmutación) se escribe en S1 es que, si se satisface esta expresión, el control pasa a S5 y, si no se satisface la expresión, el control pasa a S4. La razón por la que (o elemento de determinación 2 < valor de referencia de conmutación) se escribe en S4 es que, si se satisface esta expresión, el control pasa a S3 y, si no se satisface la expresión, el control pasa a S2. La razón por la cual (o elemento de determinación 2 < valor de referencia de conmutación) se escribe en S5 es que, si se satisface esta expresión, el control pasa a S7 y, si no se satisface la expresión, el control pasa a S6.
Además, pueden seleccionarse dos arbitrarios de corriente continua, tensión de corriente continua, potencia de corriente continua y potencia de corriente alterna como elemento de determinación 1 y elemento de determinación 2.
A continuación, se explicará una cuarta realización de la invención con referencia a un diagrama de flujo para un circuito de determinación 11 de la Figura 7. La Figura 7 muestra un caso de un convertidor de potencia (acondicionador de potencia) en un sistema de células fotovoltaicas mostrado en la Figura 1. En S11, se determina si la corriente continua de las células fotovoltaicas 1 en base a la cantidad de insolación es mayor o igual al 50 % de la corriente nominal. En S11, si se determina que la corriente continua es mayor o igual al 50 % de la corriente nominal, se determina que se activa el funcionamiento de dos niveles. Además, si se determina que la corriente continua es inferior al 50 % de la corriente nominal, se determina que se activa el funcionamiento de tres niveles.
También en este caso, se calcula una pérdida de conducción y una pérdida de conmutación en un dispositivo de válvula, al conmutar así entre el funcionamiento de dos niveles y el funcionamiento de tres niveles. Aparte de esto, si se determina que la potencia de entrada del convertidor de potencia (acondicionador de potencia) es mayor o igual al 50 % de la potencia nominal, puede activarse el funcionamiento de dos niveles. Además, si se determina que la potencia de entrada es inferior al 50 % de la potencia nominal, puede activarse el funcionamiento de tres niveles.
Las Figuras 8A y 8B muestran cada uno un circuito de conmutación PWM que se diferencia del de la Figura 2. La Figura 8A muestra un ejemplo de un circuito de conmutación PWM de dos niveles, que se constituye por un comparador 19 y un inversor 20. La Figura 8B muestra un ejemplo de un circuito de conmutación PWM de tres niveles, que se constituye por comparadores 13, 14, inversores 16, 17 y una puerta AND 18. Las funciones de estos son las mismas que en la Figura 2.
Aunque se explica el grupo de dispositivos de válvula que constituye el conmutador de CA neutro mencionado anteriormente, al tomar como ejemplo un sistema común de emisor de elemento IGBT, puede usarse lo siguiente. La Figura 9A muestra un sistema común de colectores donde los colectores de dos elementos IGBT Q3x, Q4x se conectan entre sí. Los diodos D3x, D4x pueden conectarse en paralelo inverso con los elementos IGBT Q3x, Q4x, respectivamente. Además, el terminal X1 al que se conectan el emisor de Q3x y el ánodo de D3x puede conectarse, por ejemplo, al punto neutro de la Figura 1. Entonces, el terminal X2 al que se conectan el emisor de Q4x y el ánodo de D4x puede conectarse, por ejemplo, al punto de conexión de Sw1 y Sw4 de la Figura 1.
La Figura 9B muestra un sistema de bloqueo inverso donde el emisor del elemento IGBT Q3x se conecta al colector del elemento IGB Q4x y el emisor del elemento IGBT Q4x se conecta al colector del IGBT Q3x, en el cual el diodo D3x se conecta adicionalmente al punto de conexión del emisor del elemento IGBT Q3x y el colector del elemento IGBT Q4x, y el diodo D4x se conecta además al punto de conexión del emisor del elemento IGBT Q4x y el colector de IGBT Q3x, y forman así un sistema de bloqueo inverso modificado. Además, el terminal N1 al que se conectan el emisor de Q3x y el ánodo de D3x puede conectarse, por ejemplo, al punto neutro de la Figura 1. Entonces, el terminal X2 al que se conectan el emisor de Q4x y el ánodo de D4x puede conectarse, por ejemplo, al punto de conexión de Sw1 y Sw4 de la Figura 1.
En la Figura 9C, pueden utilizarse dos elementos IGBT Q5x, Q6x. Entonces, el terminal N1 al que se conectan el colector de Q5x y el emisor de Q6x puede conectarse, por ejemplo, al punto neutro de la Figura 1 y el terminal N2 al que se conectan el emisor de Q5x y el colector de Q6x pueden conectarse, por ejemplo, al punto de conexión de Sw1 y Sw4 en la Figura 1.
Mientras que, en la realización anterior, se explica el convertidor de potencia, al tomar un inversor como ejemplo, el convertidor de potencia no se limita a un inversor. Por ejemplo, puede utilizarse un convertidor como convertidor de potencia. También en este caso, la invención puede realizarse de manera similar.
Lista de números de referencia
1... Células fotovoltaicas, 2... Inversor trifásico, 3... Transformador, 4 ... Condensador, 5... Reactor, 6 ... Conmutador, 7 ... Sistema de potencia de corriente alterna, 9... Comparador, 10 ... Detector de corriente continua, 11 ... Circuito de determinación, 12 ... Circuito de conmutación PMW, 13 ... Comparador, 14 ... Comparador, 15 ... Puerta AND, 16, 17 ... Inversores, 18 ... Puerta AND, 19 ... Comparador, 20 ... Inversor.

Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES
    Un aparato de conversión de potencia que comprende:
    las primera y segunda fuentes de alimentación de corriente continua conectadas en serie; y
    un convertidor de potencia (2) configurado para convertir la potencia de corriente continua de cada una de las fuentes de alimentación en potencia de corriente alterna y para suministrar la potencia de corriente alterna a un sistema de potencia de corriente alterna (7),
    el convertidor de potencia (2) se configura de modo que al menos dos primeros dispositivos de válvula (Sw1, Sw4) constituidos por elementos semiconductores se conecten en serie para constituir un brazo, al menos tres unidades de este brazo se conectan en paralelo, un conmutador de corriente alterna constituido por una conexión en serie de al menos dos segundos dispositivos de válvula (Sw3, Sw2), cada uno de los segundos dispositivos de válvula (Sw3, Sw2) se constituye por un elemento semiconductor y un diodo conectado en paralelo inverso con el elemento semiconductor, y cada uno de los conmutadores de corriente alterna se enciende o apaga, lo que permite que el convertidor de potencia realice un funcionamiento de tres niveles o un funcionamiento de dos niveles,
    un circuito de comparación (9) configurado para comparar un elemento de determinación relacionado con una pérdida en el convertidor de potencia con un valor de referencia de conmutación y para emitir una instrucción de determinación cuando se produce una diferencia entre el elemento de determinación y el valor de referencia de conmutación, la referencia de conmutación que es un valor para conmutar el convertidor de potencia para que funcione con una mayor eficiencia de conversión del funcionamiento de tres niveles y el funcionamiento de dos niveles en base al elemento de determinación;
    un circuito de determinación (11) configurado para determinar si el elemento de determinación es mayor o menor que el valor de referencia de conmutación cuando se recibe una instrucción de determinación del circuito de comparación (9); y
    caracterizado porque:
    el conmutador de corriente alterna se conecta entre un punto de conexión de los primeros dispositivos de válvula y un punto de conexión de las fuentes de alimentación de corriente continua en cada brazo; y
    el aparato de conversión de potencia comprende además:
    un circuito de conmutación (12) configurado para apagarse, cuando se recibe una instrucción de conmutación de funcionamiento de dos niveles del circuito de determinación, el conmutador de corriente alterna y para encender los primeros dispositivos de válvula en el brazo secuencialmente, y llevar así el convertidor de potencia a un estado de funcionamiento de dos niveles, en el que
    el circuito de determinación se configura para emitir una instrucción de conmutación de funcionamiento de dos niveles cuando el elemento de determinación es mayor o igual que el valor de referencia de conmutación y el elemento de determinación relacionado con una pérdida en el convertidor de potencia es al menos uno de entrada de corriente continua al convertidor de potencia (2), potencia de corriente continua de las fuentes de alimentación de corriente continua, corriente continua de las células fotovoltaicas (1) y potencia de corriente continua de las células fotovoltaicas (1).
    El aparato de conversión de potencia de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el elemento de determinación relacionado con una pérdida en el convertidor de potencia es la corriente continua de las células fotovoltaicas (1), y en el que
    la primera y la segunda fuentes de alimentación de corriente continua se alimentan con potencia de corriente continua procedente de las células fotovoltaicas (1),
    la corriente continua de las células fotovoltaicas (1) se basa en la cantidad de insolación y el valor de referencia de conmutación es la corriente nominal, y
    el circuito de determinación (11), al recibir una instrucción de determinación, emite una instrucción de conmutación de funcionamiento de dos niveles si la corriente continua de las células fotovoltaicas es mayor o igual al 50 % de la corriente nominal.
    El aparato de conversión de potencia de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el elemento de determinación relacionado con una pérdida en el convertidor de potencia es la potencia de corriente continua de las células fotovoltaicas (1), y en el que
    la primera y la segunda fuentes de alimentación de corriente continua se alimentan con potencia de corriente continua procedente de las células fotovoltaicas (1),
    la potencia de corriente continua de las células fotovoltaicas se basa en la cantidad de insolación y el valor de referencia de conmutación es la potencia de corriente continua nominal, y el circuito de determinación (11), al recibir una instrucción de determinación emite una instrucción de conmutación de funcionamiento de dos niveles si la potencia de corriente continua de las células fotovoltaicas es mayor o igual al 50 % de la potencia nominal.
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Families Citing this family (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011051548A1 (de) * 2011-07-04 2013-01-10 Sma Solar Technology Ag Betriebsverfahren für einen Wechselrichter und netzfehlertoleranter Wechselrichter
AT512611A1 (de) * 2012-03-06 2013-09-15 Fronius Int Gmbh Verfahren und Wechselrichter zum Einspeisen von Energie von Photovoltaikmodulen in ein Versorgungsnetz
KR101351650B1 (ko) * 2012-10-09 2014-01-24 (재) 기초전력연구원 독립적인 mppt 구동을 위한 dc링크 전압 비대칭 제어기법을 갖는 3레벨 태양광 인버터
JP2014107931A (ja) * 2012-11-27 2014-06-09 Fuji Electric Co Ltd インバータ装置の運転方法およびインバータ装置
DE102013202649A1 (de) * 2013-02-19 2014-08-21 Robert Bosch Gmbh Wechselrichteranordnung und Ansteuerverfahren für eine Wechselrichteranordnung
US9071150B2 (en) * 2013-05-07 2015-06-30 University Of Central Florida Research Foundation, Inc. Variable frequency iteration MPPT for resonant power converters
KR101791288B1 (ko) * 2013-06-05 2017-10-27 엘에스산전 주식회사 멀티 레벨 인버터
TWI509975B (zh) * 2013-12-18 2015-11-21 Ind Tech Res Inst 單相三階轉換器之調變方法
US9680376B2 (en) * 2014-02-28 2017-06-13 Cree, Inc. Power conversion electronics having conversion and inverter circuitry
KR101421017B1 (ko) 2014-04-15 2014-07-21 주식회사 에코스 멀티레벨 인버터의 전류 제어 방법
DE102014210647A1 (de) * 2014-06-04 2015-12-17 Robert Bosch Gmbh Wechselrichterschaltung und Verfahren zum Betreiben einer Wechselrichterschaltung
DE102014018666B4 (de) * 2014-12-13 2019-02-21 Baumüller Nürnberg GmbH Umrichter
CN104410307B (zh) * 2014-12-18 2017-01-18 阳光电源股份有限公司 五电平逆变器的工作模式切换方法和装置
KR102009510B1 (ko) * 2015-04-09 2019-08-13 엘에스산전 주식회사 멀티 레벨 인버터
JP6586349B2 (ja) * 2015-11-04 2019-10-02 株式会社日立製作所 電力変換装置および制御方法
JP6699265B2 (ja) * 2016-03-17 2020-05-27 富士電機株式会社 Ｐｗｍ制御装置及び該ｐｗｍ制御装置を用いた３レベル電力変換装置
WO2017183102A1 (ja) * 2016-04-19 2017-10-26 株式会社日立産機システム 電力変換装置
CN106230291B (zh) * 2016-07-25 2018-10-02 阳光电源股份有限公司 一种逆变器运行控制方法及装置
US10211672B2 (en) * 2016-10-13 2019-02-19 Schneider Electric It Corporation DC-link bus balancer
CN106505894A (zh) * 2016-11-01 2017-03-15 中国矿业大学 一种改进型三电平变流器拓扑结构及其调制方法
JP6827881B2 (ja) * 2017-05-11 2021-02-10 田淵電機株式会社 電力変換装置
US11070143B2 (en) 2018-08-01 2021-07-20 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki Power conversion device with selective voltage control
CN109256786B (zh) * 2018-09-21 2023-08-11 国网青海省电力公司 一种光储电站有功协调控制方法和系统
TWI728503B (zh) * 2019-10-14 2021-05-21 台達電子工業股份有限公司 電力系統
EP3820041A1 (en) * 2019-11-05 2021-05-12 Carrier Corporation Drive having multilevel inverter modules
JP7390881B2 (ja) * 2019-12-11 2023-12-04 富士フイルムヘルスケア株式会社 電力変換装置及びｘ線画像撮影装置、モータードライブ装置
CN111130369B (zh) * 2019-12-31 2021-06-15 华为技术有限公司 一种逆变电路控制方法及相关装置
WO2021144885A1 (ja) * 2020-01-15 2021-07-22 三菱電機株式会社 電力変換装置およびモータシステム
JP7158608B2 (ja) 2020-01-21 2022-10-21 三菱電機株式会社 電力変換装置
WO2021161412A1 (ja) * 2020-02-12 2021-08-19 株式会社デンソー インバータ
US11218086B2 (en) * 2020-03-23 2022-01-04 Hamilton Sundstrand Corporation Power conversion systems and methods
CN111900764B (zh) * 2020-08-07 2021-09-28 中国矿业大学 模块化三相五电平电流型并网逆变器调制均流方法
CN114825317A (zh) * 2021-01-22 2022-07-29 台达电子企业管理（上海）有限公司 光伏储能系统及其控制方法
WO2023032194A1 (ja) * 2021-09-06 2023-03-09 三菱電機株式会社 電力変換装置
WO2024023872A1 (ja) * 2022-07-25 2024-02-01 三菱電機株式会社 電力変換装置

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2577738B2 (ja) * 1987-05-20 1997-02-05 三菱電機株式会社 Ｐｗｍインバ−タ装置
JPH04334976A (ja) * 1991-05-09 1992-11-24 Hitachi Ltd インバータ装置と交流電動機駆動システム
JP3028912B2 (ja) 1994-11-09 2000-04-04 株式会社東芝 電力変換器の制御装置
JP3766277B2 (ja) 2001-01-18 2006-04-12 東芝三菱電機産業システム株式会社 インバータ制御装置
JP2002247862A (ja) 2001-02-20 2002-08-30 Hitachi Ltd 電力変換装置
JP2006304530A (ja) * 2005-04-22 2006-11-02 Hitachi Ltd 電力変換装置の運転方法
CN101197547B (zh) * 2006-12-06 2011-02-16 台达电子工业股份有限公司 三相并网交流产生电路及其控制方法
JP2008193779A (ja) 2007-02-02 2008-08-21 Fuji Electric Systems Co Ltd 半導体モジュール
EP2107672A1 (de) * 2008-03-31 2009-10-07 SMA Solar Technology AG Dreiphasiger Wechselrichter ohne Verbindung zwischen dem Neutralleiter des Netzes und dem Mittelpunkt des Zwischenkreises
WO2010013322A1 (ja) * 2008-07-30 2010-02-04 東芝三菱電機産業システム株式会社 電力変換装置
MX2011002969A (es) * 2008-10-16 2011-04-11 Toshiba Mitsubishi Elec Inc Dispositivo de conversion de energia.
US8144490B2 (en) * 2009-11-10 2012-03-27 General Electric Company Operation of a three level converter

Also Published As

Publication number Publication date
EP2611021A1 (en) 2013-07-03
CN103081333A (zh) 2013-05-01
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WO2012025978A1 (ja) 2012-03-01
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US8750005B2 (en) 2014-06-10
US20130163301A1 (en) 2013-06-27
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EP2611021B1 (en) 2021-04-28
JP5386640B2 (ja) 2014-01-15

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