JP2008086197A - ３レベルｐｗｍ電力変換設備におけるｄｃリンクをバランスさせるシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】３レベルＰＷＭ電力変換システムにおける電圧バランスの維持。
【解決手段】通常の三相負荷回路１０５の中性点に第４の電力接続ワイヤを追加する電力変換装置および方法。これにより、ＤＣリンク電圧の中心から負荷へ結合電流を送出することが可能になる。制御の強化により、第３高調波注入を流すことが可能になり、変換システムによって処理されるピークアンペアに従って電力定格が上昇することが考慮される。障害がＤＣシステムの正の半分または負の半分に限定されることにより、それらの障害状況が発生したときの動作がよりロバストになることが考慮される。
【選択図】 図１

Description

本出願は、主として、電力変換システムに関し、特に、追加電力線の使用によって強化された電圧バランス維持に関する。

先行技術の電力変換システムでは、ＤＣバランスを再センタリングするために、コモンモード電圧の挿入が行われていた。電力変換システムの一例として、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙの３３００ボルトＩＧＣＴ変換器システムがある。電力レベルが低い場合など、特定の設定において、信号に対する雑音の比率が高くなる可能性があるため、システムの性能および定格の向上が望まれている。３レベルのパルス幅変調（「ＰＷＭ」）システムにおける正の半分および負の半分のＤＣリンクキャパシタンスから抽出される電力の配電は、負荷を流れる正電力または負電力を瞬時に変化させる外乱に対しては、一貫したバランス動作を提供しない。３レベルＰＷＭ電力変換システムにおける電圧バランスの維持は、通常の三相負荷回路に、電力を搬送する第４のワイヤを追加接続することによって強化されることが示されている。

特定レベルの電力を変換するために必要なピーク電流のレベルは、変換システムの適用に対する制限として作用する。この変換効率の変化は、電力変換器の適用に必ず影響を及ぼす。この第４の接続を用いることのさらなる利点は、第３高調波注入電流の追加によって、変換器が処理しなければならない電流のピークレベルを上げることなく、出力電力のレベルを高めることが可能な点である。

過剰なシステム電圧がシステムの一部分に達するのを抑えるためには、障害処理反応の形で保護を強化するのが一般的である。このタイプの障害処理は、ここで提案されたソリューションによって提供される分離強化によって合理化されることが可能である。その結果、特定の障害状況に対して変換設備を保護するために使用されなければならない障害処理イベントは、電力変換構成の正の半分または負の半分のみに限定され、それによって、システム電圧のダイバージョンを必要とせずにそのような障害を許容する変換器を設計することが可能になるため、システムのロバスト性が高められる。

したがって、安定したバランス動作をもたらしながら、電力潮流が低い場合、電圧が高い場合、または電力の変化率が高い場合の信号対雑音比を高める、改良された電力変換システムが必要とされる。

したがって、本出願は、通常の三相負荷回路の中性点に第４の電力接続ワイヤを追加することを提供する。これは、ＤＣリンク電圧の中心から負荷へ結合電流を送出することを可能にする。制御の強化により、第３高調波注入が流れることが可能になり、変換システムによって処理されるピークアンペアに従って電力定格が上昇することが考慮される。さらに、障害がＤＣシステムの正の半分または負の半分に限定されることにより、それらの障害状況が発生したときの動作がよりロバストになる。

本発明の実施形態による電力変換装置は、インバータを含むことが可能である。このインバータは、交流電圧を、３つの電位を有する直流相電圧に変換することが可能であってよい。その直流相電圧の電位は、正電位、中性電位、および負電位を含む。インバータは、ＩＧＣＴタイプのインバータであってよい。代替として、インバータは、ＩＧＢＴタイプのインバータであってよい。

本電力変換装置はさらに、三相負荷回路に接続された複数の交流電源を含むことが可能である。本装置の典型的な構成は、そのような電源を３つ含む。

本電力変換装置は、直流波形が交流波形を近似するように、複数の電力負荷を有して、インバータから出力された直流波形を合成することが可能である。

本電力変換装置は、直流電力を搬送するワイヤを含むことが可能である。この電力搬送ワイヤは、合成された波形により、三相負荷回路の中性点接続に電力を供給する。

本電力変換装置は、障害イベント処理手順を考慮することが可能である。本発明の特定の実施形態では、障害イベントは、装置構成の正の半分に限定されることが可能である。代替として、障害イベントは、装置構成の負の半分に限定されることが可能である。結果として、本電力変換装置は、装置電圧のダイバージョン（diversion）なしで障害イベント（fault events）を処理することが可能である。

本出願はさらに、電力変換装置の動作によって電力を変換する方法を提供する。本方法は、交流電圧を、正電位、中性電位、および負電位を含む３つの電位を有する直流相電圧に変換することが可能である。本方法はさらに、複数の交流電源を三相負荷回路に接続することが可能である。

さらに、本方法は、直流波形が交流波形を近似するように、複数の電力負荷を用いて、出力の直流波形を合成することを考慮することが可能である。三相負荷回路の中性点に搬送ワイヤを接続して、合成された波形を搬送ワイヤで搬送することが可能である。

本出願のこれらの特徴および他の特徴は、当業者であれば、以下の詳細説明を、図面および添付の特許請求項と併せて参照することにより、明らかになるであろう。

ここで図面を参照する。図面内では、類似の参照符号は、図面全体として類似の要素を示す。図１は、インバータ１０１を示している。図に示すように、インバータ１０１は、交流（「ＡＣ」）入力負荷を、使用に適した直流（「ＤＣ」）出力に変換するよう動作する。インバータ１０１は、ＩＧＣＴ型インバータやＩＧＢＴ型インバータのようなＰＷＭインバータであることが好ましい。インバータ１０１は、ＡＣ電源１０３からのＡＣ入力負荷を受けることが可能である。これらのＡＣ電源は、ＡＣ電力を、インダクタ１０７を介して送り出し、インバータ１０１に到達させることが可能である。具体的には、インダクタ１０７は、インダクタンスを電気回路に導入するために用いられる導体として動作する。本発明には、様々なタイプおよびモデルのインバータ１０１を用いることが可能である。

図に示すように、ＡＣ電源１０３は、三相負荷回路１０５を使用する中で接続されることが可能である。負荷回路１０５から結果として得られるＡＣ電力出力は、インバータ１０１に入力される。これにより、インバータ１０１は３レベルモードで動作することが可能になる。結果として、インバータは、３つのＤＣ出力を提供する。まず、電力線１１３は、正に帯電した出力を搬送することが可能である。これに応じて、電力線１１５は、負に帯電した出力を搬送することが可能である。さらに、電力線１１７が、中性出力線として動作することが可能である。

インバータ１０１の出力は、ＤＣ定電力負荷１０９に電力を供給する。これらの電力負荷１０９は、ＤＣ波形がＡＣ波形を近似するように、出力ＤＣ波形を合成するよう動作することが可能である。これらの出力は、電力線１１９を介して搬送されることが可能である。結果として得られるＤＣ電力負荷は、三相負荷回路１０５の中性点に戻される。この電力搬送ワイヤ１１９の三相負荷回路１０５への接続は、３レベルのパルス幅変調の電力変換システムにおける電圧バランスを維持するよう動作する。

さらに、電力線１１９を三相負荷回路１０５に戻す接続により、第３高調波注入電流が追加され、それによって、インバータ１０１が処理しなければならない電流のピークレベルを上げることなく、出力電力のレベルを高めることが可能になる。

さらに、電力線１１９を三相負荷回路１０５に戻す接続は、電力変換システム全体のロバスト性を高めるよう動作する。このようにロバスト性が向上するのは、特定の障害状況において変換設備の保護に用いられる障害処理イベントが簡略化されるためである。三相負荷回路１０５への電力線１１９の追加は、クローバイベントが、電力変換構成全体の正の半分または負の半分のみに限定されることを可能にする。これにより、システム電圧のダイバージョンを必要とせずにそれらの障害イベントを許容するシステムを設計することが可能になる
先述の内容が本出願の好ましい実施形態にのみ関連すること、ならびに、添付の特許請求項およびその等価物で定義される、本発明の全般的な趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な変更および修正を先述の内容に施すことが当業者によって可能であることを理解されたい。

本明細書に記載の、本発明の特定の実施形態による電力変換装置の例を示す図である。

符号の説明

１０１ インバータ
１０３ 電源
１０５ 負荷回路
１０７ インダクタ
１０９ 電力負荷
１１３ 電力線（１）
１１５ 電力線（２）
１１７ 電力線（３）
１１９ 電力線（４）

Claims (7)

1. 交流電圧を、正電位、中性電位、および負電位を含む３つの電位を有する直流相電圧に変換するパルス幅変調インバータ（１０１）と、
   三相負荷回路（１０５）に接続された複数の交流電源（１０３）と、
   前記インバータ（１０１）の出力の直流波形を、前記直流波形が交流波形を近似するように合成する、複数の電力負荷と、
   前記三相負荷回路（１０５）の前記中性点に接続されて、前記合成された波形を搬送する搬送ワイヤと、を備える電力変換装置。
2. 前記インバータ（１０１）がＩＧＣＴ型インバータである、請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記インバータ（１０１）がＩＧＢＴ型インバータである、請求項１に記載の電力変換装置。
4. 障害イベントが電力変換装置の正の半分に限定される、請求項１に記載の電力変換装置。
5. 障害イベントが電力変換装置の負の半分に限定される、請求項１に記載の電力変換装置。
6. 装置電圧のダイバージョンなしで障害イベントが処理される、請求項１に記載の電力変換装置。
7. 電力変換装置の動作によって電力を変換する方法であって、
   複数の交流電源を三相負荷回路（１０５）に接続するステップと、
   前記交流電源（１０３）からの交流電圧を、正電位、中性電位、および負電位を含む３つの電位を有する直流相電圧波形に変換するステップと、
   前記直流波形が交流波形を近似するように、複数の電力負荷（１０９）を用いて前記直流波形を合成するステップと、
   前記中性電位と前記三相負荷回路（１０５）の中性点との間に、前記合成された波形を搬送する搬送ワイヤを提供するステップと、を含む方法。

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