JP2009219265A - Series multiplex converter and power converter - Google Patents
Series multiplex converter and power converter Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009219265A JP2009219265A JP2008061134A JP2008061134A JP2009219265A JP 2009219265 A JP2009219265 A JP 2009219265A JP 2008061134 A JP2008061134 A JP 2008061134A JP 2008061134 A JP2008061134 A JP 2008061134A JP 2009219265 A JP2009219265 A JP 2009219265A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- phase
- converter
- voltage
- voltages
- output
- 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.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
本発明は直流を三相交流に変換する三相変換器を多重接続した直列多重変換器及び電力変換装置に関する。 The present invention relates to a serial multiple converter and a power conversion device in which three-phase converters that convert direct current into three-phase alternating current are connected in multiple.
直流を交流に変換するには、インバータを構成するパワー半導体スイッチ素子(例えば、IGBT)をオンオフ制御して直流を切り刻み擬似的な正弦波交流を発生させる。これにより、発生した交流は高調波歪みを多量に含んでいるため、この高調波電圧歪みをいかにして低減させるかについて、パワーエレクトロニクス技術分野においては様々な対策が提案されている。 In order to convert direct current into alternating current, a power semiconductor switch element (for example, IGBT) constituting the inverter is controlled to be turned on and off to cut the direct current to generate a pseudo sine wave alternating current. As a result, since the generated alternating current contains a large amount of harmonic distortion, various countermeasures have been proposed in the field of power electronics regarding how to reduce this harmonic voltage distortion.
高調波を低減する対策の一つとしてPWM制御を行うことがあるが、PWM制御の場合には、スイッチング周波数が増加するにつれて変換器の損失が増大する。そこで、複数のインバータの出力を組み合わせて、より正弦波に近づける多重化方式が大容量インバータの高調波の低減に用いられている。さらには、また、多重インバータとPWM制御とを併用し、インバータおよび出力変圧器を同一容量、同一仕様にすることができるようにしたものがある(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、インバータを多重化しても出力電圧のレベル数には限界がある。図16は従来の三相変換器の一例を示す構成図である。三相変換器11は、直流電圧Eを三相交流に変換するものであり、出力変圧器12を介して電力系統15に接続されている。三相変換器11は、U相、V相、W相の三相に対して、それぞれ各相の上下アーム(各相のレグ)にスイッチ素子Sを有している。すなわち、U相に対して一対のスイッチ素子Su1、Su2、V相に対して一対のスイッチ素子Sv1、Sv2、W相に対して一対のスイッチ素子Sw1、Sw2をそれぞれ有する。
However, even if the inverters are multiplexed, the number of output voltage levels is limited. FIG. 16 is a block diagram showing an example of a conventional three-phase converter. The three-
これら6個のスイッチ素子Su1〜Sw2のオンオフパターンは、表1に示すように8通りとなる。表1において、スイッチ素子Sのオンを「1」、オフを「0」で表している。
いま、三相変換器11の出力変圧器12の出力電圧をVu、Vv、Vwとして(1)式に示す電圧ベクトルVを考える。ただし、α=εj(2π/3)である。
V=Vu+αVv+α2Vw …(1)
図17は三相変換器11のスイッチ素子Su1〜Sw2の各々のオンオフパターンの電圧ベクトルv0〜v7を示している。すなわち、電圧ベクトルvi(a,b,c){i=0〜7、a、b、cは1または0}の(a,b,c)は上アームのスイッチ素子Su1、Sv1、Sw1のオンオフ状態を示しており、そのときの下アームのスイッチ素子Su2、Sv2、Sw2のオンオフ状態は上アームのスイッチ素子Su1、Sv1、Sw1のオンオフ状態の逆となる。
Now, consider the voltage vector V shown in the equation (1), where Vu, Vv, and Vw are the output voltages of the
V = Vu + αVv + α 2 Vw (1)
FIG. 17 shows voltage vectors v0 to v7 of on / off patterns of the switch elements Su1 to Sw2 of the three-
例えば、電圧ベクトルv0(0,0,0)は、各相の上アームのスイッチ素子Su1、Sv1、Sw1がオフで下アームのスイッチ素子Su2、Sv2、Sw2がオンの場合の電圧ベクトル、また、v1(1,0,0)は各相の上アームのスイッチ素子Su1がオン、スイッチ素子Sv1、Sw1がオフ、下アームのスイッチ素子Su2がオフ、スイッチ素子Sv2、Sw2がオンの場合の電圧ベクトルである。 For example, the voltage vector v0 (0, 0, 0) is a voltage vector when the upper arm switch elements Su1, Sv1, Sw1 of each phase are off and the lower arm switch elements Su2, Sv2, Sw2 are on, v1 (1, 0, 0) is a voltage vector when the upper arm switching element Su1 of each phase is on, the switching elements Sv1 and Sw1 are off, the lower arm switching element Su2 is off, and the switching elements Sv2 and Sw2 are on. It is.
電圧ベクトルv0(0,0,0)及び電圧ベクトルv7(1,1,1)は、大きさが零の零ベクトルであり、電圧ベクトルv1(1,0,0)〜v6(1,0,1)は大きさが同じで、それぞれπ/3だけ位相がずれた電圧ベクトルである。 The voltage vector v0 (0, 0, 0) and the voltage vector v7 (1, 1, 1) are zero vectors having a magnitude of zero, and the voltage vectors v1 (1, 0, 0) to v6 (1, 0, 1) is a voltage vector having the same magnitude and having a phase shifted by π / 3.
図18は、電圧ベクトルv0(0,0,0)〜(1,1,1)の瞬時空間ベクトルを表した瞬時空間ベクトル図である。電圧ベクトルv0(0,0,0)及び電圧ベクトルv7(1,1,1)は、瞬時空間ベクトル図の原点に位置し、電圧ベクトルv1(1,0,0)〜v6(1,0,1)は正六角形A1の頂点に位置する。図18から分かるように、図16に示した三相変換器11が出力し得る出力電圧は正六角形A1の頂点に位置する6個の電圧及び原点に位置する1個の電圧の7種類の電圧である。
FIG. 18 is an instantaneous space vector diagram showing the instantaneous space vectors of the voltage vectors v0 (0, 0, 0) to (1, 1, 1). The voltage vector v0 (0, 0, 0) and the voltage vector v7 (1, 1, 1) are located at the origin of the instantaneous space vector diagram, and the voltage vectors v1 (1, 0, 0) to v6 (1, 0, 1) is located at the apex of the regular hexagon A1. As can be seen from FIG. 18, the output voltages that can be output by the three-
図19は従来の2重化三相変換器の一例を示す構成図である。2個の三相変換器11a、11bは同一構成で、共通の直流電圧Eを三相交流に変換するものであり、U相、V相、W相の三相に対して、それぞれ各相の上下アーム(各相のレグ)にスイッチ素子Sを有している。すなわち、三相変換器11aは、U相に対して一対のスイッチ素子Su11、Su12、V相に対して一対のスイッチ素子Sv11、Sv12、W相に対して一対のスイッチ素子Sw11、Sw12をそれぞれ有する。同様に、三相変換器11bは、U相に対して一対のスイッチ素子Su21、Su22、V相に対して一対のスイッチ素子Sv21、Sv22、W相に対して一対のスイッチ素子Sw21、Sw22をそれぞれ有する。
FIG. 19 is a block diagram showing an example of a conventional duplexed three-phase converter. The two three-
図20は図19に示した従来の2重化三相変換器の瞬時空間ベクトルを表した瞬時空間ベクトル図である。この従来の2重化三相変換器が出力し得る出力電圧は、図16に示した単独の三相変換器11の出力電圧に加え、正六角形A2の線上に位置する12個の電圧である。
FIG. 20 is an instantaneous space vector diagram showing the instantaneous space vector of the conventional dual three-phase converter shown in FIG. The output voltage that can be output by the conventional dual three-phase converter is 12 voltages located on the line of the regular hexagon A2 in addition to the output voltage of the single three-
すなわち、2個の三相変換器11a、11bのいずれか一方の三相変換器11のみの運転の場合は、1個の三相変換器11の場合と同様に、正六角形A1の頂点に位置する6個の電圧及び原点に位置する1個の電圧の7種類の電圧となる。2個の三相変換器11a、11bの双方を運転したときは、それに加えて
正六角形A2の線上に位置する12個の電圧が出力可能となる。これにより、三相変換器11を2重化することにより、12個の電圧の出力レベルを増加させることができる。
That is, in the case of the operation of only one of the two three-
図21は従来の3重化三相変換器の一例を示す構成図である。3個の三相変換器11a、11b、11cは同一構成で、共通の直流電圧Eを三相交流に変換するものであり、U相、V相、W相の三相に対して、それぞれ各相の上下アーム(各相のレグ)にスイッチ素子Sを有している。すなわち、三相変換器11aは、U相に対して一対のスイッチ素子Su11、Su12、V相に対して一対のスイッチ素子Sv11、Sv12、W相に対して一対のスイッチ素子Sw11、Sw12をそれぞれ有する。三相変換器11bは、U相に対して一対のスイッチ素子Su21、Su22、V相に対して一対のスイッチ素子Sv21、Sv22、W相に対して一対のスイッチ素子Sw21、Sw22をそれぞれ有する。同様に、三相変換器11cは、U相に対して一対のスイッチ素子Su31、Su32、V相に対して一対のスイッチ素子Sv31、Sv32、W相に対して一対のスイッチ素子Sw31、Sw32をそれぞれ有する。
FIG. 21 is a block diagram showing an example of a conventional triplex three-phase converter. The three three-
図22は図21に示した従来の3重化三相変換器の瞬時空間ベクトルを表した瞬時空間ベクトル図である。この従来の3重化三相変換器が出力し得る出力電圧は、図19に示した2重化三相変換器の出力電圧に加え、正六角形A3の線上に位置する18個の電圧である。 FIG. 22 is an instantaneous space vector diagram showing the instantaneous space vector of the conventional triple three-phase converter shown in FIG. The output voltage that can be output by the conventional triple three-phase converter is 18 voltages located on the line of the regular hexagon A3 in addition to the output voltage of the double three phase converter shown in FIG. .
すなわち、2個の三相変換器11a、11b、11cのいずれかの三相変換器11のみの運転の場合は、1個の三相変換器11の場合と同様に、正六角形A1の頂点に位置する6個の電圧及び原点に位置する1個の電圧の7種類の電圧となる。3個の三相変換器11a、11b、11cのうちのいずれか2個の三相変換器を運転したときは、それに加えて正六角形A2の線上に位置する12個の電圧が出力可能となる。さらに、3個の三相変換器11a、11b、11cを運転したときはそれに加えて正六角形A3の線上に位置する18個の電圧が出力可能となる。これにより、三相変換器11を3重化することにより、2重化三相変換器に比較し18個の電圧の出力レベルを増加させることができる。
That is, in the case of the operation of only one of the two three-
このように、三相変換器11を多重化すると出力電圧のレベル数は増加するが、正弦波に近似した出力電圧にするには、瞬時空間ベクトル図で円形の軌跡を辿った電圧ベクトルの組み合わせとする必要があるので、円形の軌跡を辿って電圧を出力するには出力電圧のレベル数はまだ不足している。
As described above, when the three-
一方、PWM制御によりスイッチ素子のスイッチング周波数を高くすると高調波を低減できるが、そうすると、スイッチング周波数が増加するにつれて三相変換器の損失が増大する。 On the other hand, when the switching frequency of the switch element is increased by PWM control, harmonics can be reduced. However, as the switching frequency increases, the loss of the three-phase converter increases.
本発明の目的は、多重化の三相変換器の数を増やすことなく高調波の低減を図ることができ、しかも電力損失が少なく平衡三相電圧を出力できる直列多重変換器及び電力変換装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a serial multiple converter and a power conversion device that can reduce harmonics without increasing the number of multiplexed three-phase converters and that can output a balanced three-phase voltage with little power loss. Is to provide.
本発明の請求項1に係る直列多重変換器は、ハーフブリッジインバータ3台と、3台のハーフブリッジインバータに接続され電圧値が完全には一致しないそれぞれの直流電圧の中性点同士を接続する接続線と、3台のハーフブリッジインバータのそれぞれの上下アームの接続点から引き出した3相の出力端子とを備えた三相変換器を形成し、前記三相変換器を直列多重化して平衡三相電圧を出力することを特徴とする。
The serial multiple converter according to
本発明の請求項2に係る直列多重変換器は、請求項1の発明において、前記三相変換器を直列3重化して平衡三相電圧を出力することを特徴とする。
The serial multiple converter according to claim 2 of the present invention is characterized in that, in the invention of
本発明の請求項3に係る直列多重変換器は、請求項1の発明において、前記三相変換器を直列2重化して平衡三相電圧を出力することを特徴とする。
A serial multiple converter according to
本発明の請求項4に係る電力変換装置は、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の直列多重変換器を三相交流の電力系統に対し並列接続したことを特徴とする。
A power converter according to claim 4 of the present invention is characterized in that the serial multiple converter according to any one of
本発明の請求項5に係る電力変換装置は、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の直列多重変換器を三相交流の電力系統に対し直列接続したことを特徴とする。
A power converter according to
本発明の請求項6に係る電力変換装置は、請求項1の三相変換器により、不平衡三相電圧を出力することを特徴とする。
A power converter according to claim 6 of the present invention is characterized in that the three-phase converter according to
本発明の請求項7に係る電力変換装置は、請求項6の三相変換器を直列多重化して、不平衡電圧を出力することを特徴とする。 A power converter according to claim 7 of the present invention is characterized in that the three-phase converter of claim 6 is serially multiplexed to output an unbalanced voltage.
本発明によれば、直流電圧がそれぞれ異なる3台のハーフブリッジインバータのそれぞれの直流電圧の中性点同士を接続線で接続し、3台のハーフブリッジインバータのそれぞれの上下アームの接続点から3相の出力端子を引き出した三相変換器を多重化して直列多重変換器を形成するので、従来の多重化三相変換器と比較して構成部品はほぼ同程度で、出力レベル数を大幅に増やすことができる。出力レベル数が多くなったことから、正弦波に近い出力電圧波形を得るための電圧ベクトルの選択が容易に行える。従って、正弦波に近い出力電圧波形を得ることができるため著しく高調波を低減できる。 According to the present invention, the neutral points of the DC voltages of the three half-bridge inverters having different DC voltages are connected to each other by the connection line, and the three points from the connection point of the upper and lower arms of the three half-bridge inverters. Since a three-phase converter with a phase output terminal is multiplexed to form a serial multiple converter, the number of components is almost the same as that of a conventional multiplexed three-phase converter and the number of output levels is greatly increased. Can be increased. Since the number of output levels is increased, it is possible to easily select a voltage vector for obtaining an output voltage waveform close to a sine wave. Therefore, since an output voltage waveform close to a sine wave can be obtained, harmonics can be significantly reduced.
また、直列多重変換器を構成する1個の三相変換器の出力電圧は不平衡三相電圧であるが、出力レベル数を増やすことができるので、少なくとも2個以上の三相変換器を多重化することにより近似した平衡三相電圧を得ることができる。また、出力レベル数を増やすことができるので、きめ細やかな電圧制御が可能となる。従って、直列多重変換器を三相交流の電力系統に対して、並列接続だけでなく直列接続して、直流送電用の電力変換装置や無効電力調整用の電力変換装置として適用できる。 Moreover, the output voltage of one three-phase converter constituting the serial multiple converter is an unbalanced three-phase voltage, but since the number of output levels can be increased, at least two or more three-phase converters can be multiplexed. Thus, an approximated balanced three-phase voltage can be obtained. In addition, since the number of output levels can be increased, fine voltage control is possible. Therefore, the serial multiple converter can be applied not only in parallel but also in series to the three-phase AC power system, and can be applied as a power converter for DC power transmission or a power converter for reactive power adjustment.
図1は本発明の実施の形態に係る直列多重変換器の一例を示す構成図である。本発明の実施の形態に係る直列多重変換器10は、3個の三相変換器11a、11b、11cを出力変圧器12で直列接続して3重化されて構成されている。3個の三相変換器11a、11b、11cは、出力変圧器12を介して電力系統15に接続されている。3個の三相変換器11a、11b、11cの回路構成は、U相、V相、W相の三相に対して、それぞれ各相の上下アーム(各相のレグ)にスイッチ素子Sを有しておりそれぞれ同一構成であるが、直流電圧Eがそれぞれ異なる。また、三相変換器11a、11b、11cを構成する3個のハーフブリッジインバータ14の直流電圧Eの中性点は接続線13a、13b、13cで互いに接続されている。また、三相変換器11a、11b、11cの各々のスイッチ素子Sは、図示省略の制御装置によりオンオフ制御される。
FIG. 1 is a block diagram showing an example of a serial multiple converter according to an embodiment of the present invention. The serial
図1に示した3重化の直列多重変換器10の上段の三相変換器11aにおけるU相のハーフブリッジインバータ14u1は、一対のスイッチ素子Su11、Su12を有し、直流電圧Eは中性点で直流電圧Eu11、Eu12に分割され、接続線13aが引き出されている。これにより、スイッチ素子Su11にはアーム電圧として直流電圧Eu11が印加され、
スイッチ素子Su12にはアーム電圧として直流電圧Eu12が印加される。また、一対のスイッチ素子Su11、Su12の接続点からU相の出力端子U1が引き出されている。
The U-phase half-bridge inverter 14u1 in the upper three-
A DC voltage Eu12 is applied as an arm voltage to the switch element Su12. In addition, a U-phase output terminal U1 is drawn from a connection point between the pair of switch elements Su11 and Su12.
同様に、三相変換器11aのV相のハーフブリッジインバータ14v1は、一対のスイッチ素子Sv11、Sv12、直流電圧Ev11、Ev12を有し、直流電圧Ev11、Ev12の中性点から接続線13aが引き出され、一対のスイッチ素子Sv11、Sv12の接続点からV相の出力端子V1が引き出されている。三相変換器11aのW相のハーフブリッジインバータ14w1は、一対のスイッチ素子Sw11、Sw12、直流電圧Ew11、Ew12を有し、直流電圧Ew11、Ew12の中性点から接続線13aが引き出され、一対のスイッチ素子Sw11、Sw12の接続点からW相の出力端子W1が引き出されている。
Similarly, the V-phase half-bridge inverter 14v1 of the three-
図1に示した3重化の直列多重変換器10の中段の三相変換器11bにおけるU相のハーフブリッジインバータ14u2は、一対のスイッチ素子Su21、Su22、直流電圧Eu21、Eu22を有し、直流電圧Eu21、Eu22の中性点から接続線13bが引き出され、一対のスイッチ素子Su21、Su22の接続点からU相の出力端子U2が引き出されている。三相変換器11bのV相のハーフブリッジインバータ14v2は、一対のスイッチ素子Sv21、Sv22、直流電圧Ev21、Ev22を有し、直流電圧Ev21、Ev22の中性点から接続線13bが引き出され、一対のスイッチ素子Sv21、Sv22の接続点からV相の出力端子V2が引き出されている。三相変換器11bのW相のハーフブリッジインバータ14w2は、一対のスイッチ素子Sw21、Sw22、直流電圧Ew21、Ew22を有し、直流電圧Ew21、Ew22の中性点から接続線13bが引き出され、一対のスイッチ素子Sw21、Sw22の接続点からW相の出力端子W2が引き出されている。
The U-phase half-bridge inverter 14u2 in the three-
図1に示した3重化の直列多重変換器10の下段の三相変換器11cにおけるU相のハーフブリッジインバータ14u3は、一対のスイッチ素子Su31、Su32、直流電圧Eu31、Eu32を有し、直流電圧Eu31、Eu32の中性点から接続線13cが引き出され、一対のスイッチ素子Su31、Su32の接続点からU相の出力端子U3が引き出されている。三相変換器11cのV相のハーフブリッジインバータ14v3は、一対のスイッチ素子Sv31、Sv32、直流電圧Ev31、Ev32を有し、直流電圧Ev31、Ev32の中性点から接続線13cが引き出され、一対のスイッチ素子Sv31、Sv32の接続点からV相の出力端子V3が引き出されている。三相変換器11cのW相のハーフブリッジインバータ14w3は、一対のスイッチ素子Sw31、Sw32、直流電圧Ew31、Ew32を有し、直流電圧Ew31、Ew32の中性点から接続線13cが引き出され、一対のスイッチ素子Sw31、Sw32の接続点からW相の出力端子W3が引き出されている。
The U-phase half-bridge inverter 14u3 in the lower three-
図2は、図1に示した3重化の多重化三相変換器10の上段の三相変換器11aのみを運転した場合の瞬時空間ベクトルの一例である。この一例では、三相変換器11aの各相のハーフブリッジインバータ14u1、14v1、14w1の直流電圧Eu11〜Ew12が、Eu11=100V、Eu12=200V、Ev11=200V、Ev12=300V、Ew11=300V、Ew12=100Vである場合を示している。
FIG. 2 is an example of an instantaneous space vector when only the upper three-
三相変換器11aを構成するハーフブリッジインバータ14u1、14v1、14w1の合計6個のスイッチ素子Su11〜Sw12のオンオフパターンは、前述したように8通りとなる。図16に示した従来の三相変換器11の場合には直流電圧Eが共通であるので、図18に示すように、瞬時空間ベクトルは2個の零ベクトルと正六角形の頂点に位置する6個の電圧ベクトルとなる。
As described above, there are eight on / off patterns of a total of six switch elements Su11 to Sw12 of the half-bridge inverters 14u1, 14v1, and 14w1 constituting the three-
一方、本発明の実施の形態では、三相変換器11aを構成するハーフブリッジインバータ14u1、14v1、14w1の直流電圧Eu11〜Ew12が上述のような異なる値であるので、図2に示すように、原点を中心に全体的に左下方にシフトし非対称でばらついた8個の電圧ベクトルとなる。
On the other hand, in the embodiment of the present invention, since the DC voltages Eu11 to Ew12 of the half-bridge inverters 14u1, 14v1, and 14w1 constituting the three-
図3は、図1に示した3重化の多重化三相変換器10の中段の三相変換器11bのみを運転した場合の瞬時空間ベクトルの一例である。この一例では、三相変換器11bの各相のハーフブリッジインバータ14u2、14v2、14w2の直流電圧Eu21〜Ew22が、Eu21=300V、Eu22=100V、Ev21=100V、Ev22=200V、Ew21=200V、Ew22=300Vである場合を示している。
FIG. 3 is an example of an instantaneous space vector when only the middle three-
この場合も、三相変換器11bを構成するハーフブリッジインバータ14u2、14v2、14w2の直流電圧Eu21〜Ew22が上述のように異なる値であるので、図3に示すように、原点を中心に全体的に右上方にシフトし非対称でばらついた8個の電圧ベクトルとなる。
Also in this case, since the DC voltages Eu21 to Ew22 of the half bridge inverters 14u2, 14v2, and 14w2 constituting the three-
図4は、図1に示した3重化の多重化三相変換器10の下段の三相変換器11cのみを運転した場合の瞬時空間ベクトルの一例である。この一例では、三相変換器11cの各相のハーフブリッジインバータ14u3、14v3、14w3の直流電圧Eu31〜Ew32が、Eu31=200V、Eu32=300V、Ev31=300V、Ev32=100V、Ew31=100V、Ew32=200Vである場合を示している。
FIG. 4 is an example of an instantaneous space vector when only the lower three-
この場合も、三相変換器11cを構成するハーフブリッジインバータ14u3、14v3、14w3の直流電圧Eu31〜Ew32が上述のように異なる値であるので、図4に示すように、原点を中心に全体的に左上方にシフトし非対称でばらついた8個の電圧ベクトルとなる。
Also in this case, since the DC voltages Eu311 to Ew32 of the half-bridge inverters 14u3, 14v3, and 14w3 constituting the three-
前述したように、正弦波に近似した出力電圧にするには、瞬時空間ベクトル図で円形の軌跡を辿った電圧ベクトルの組み合わせとする必要がある。図2、図3、図4に示すように、多重化三相変換器10の三相変換器11a、11b、11cの単独運転の場合には、原点を中心に非対称でばらついた8個の電圧ベクトルとなるので、平衡三相電圧を得ることができない。そこで、3個の三相変換器11a、11b、11cを同時に運転する。
As described above, in order to obtain an output voltage that approximates a sine wave, it is necessary to combine voltage vectors that follow a circular locus in the instantaneous space vector diagram. As shown in FIGS. 2, 3, and 4, when the three-
図5は、図1に示した3重化の多重化三相変換器10の3個の三相変換器11a、11b、11cを同時に運転した場合の瞬時空間ベクトルの一例である。この一例では、三相変換器11aの各相のハーフブリッジインバータ14u1、14v1、14w1の直流電圧Eu11〜Ew12が、Eu11=100V、Eu12=200V、Ev11=200V、Ev12=300V、Ew11=300V、Ew12=100Vであり、三相変換器11bの各相のハーフブリッジインバータ14u2、14v2、14w2の直流電圧Eu21〜Ew22が、Eu21=300V、Eu22=100V、Ev21=100V、Ev22=200V、Ew21=200V、Ew22=300Vであり、三相変換器11cの各相のハーフブリッジインバータ14u3、14v3、14w3の直流電圧Eu31〜Ew32が、Eu31=200V、Eu32=300V、Ev31=300V、Ev32=100V、Ew31=100V、Ew32=200Vである場合を示している。
FIG. 5 is an example of an instantaneous space vector when the three three-
1個の三相変換器11のみを運転した場合には、8個の電圧ベクトルであるが、3個の三相変換器11を同時に運転すると、83個=512個の電圧ベクトルとなる。なお、前述したように、直流電圧Eu11〜Ew32は、100V、200V、300Vの組み合わせであるので、重複する電圧ベクトルが存在するので、実際には512個より少ない電圧ベクトルとなるが、図21に示した従来の3重化三相変換器の場合の図22に示す瞬時空間ベクトルより大幅に出力レベル数が増加した瞬時空間ベクトルとなっている。
When operating only one of the three-
図6は、図5に示した瞬時空間ベクトルから出力電圧を決めるために電圧ベクトルを選択するための円形を描いた瞬時空間ベクトル図である。図6に示すように、瞬時空間ベクトル図に円形S1を描き、その円形S1の軌跡を辿った電圧ベクトルの組み合わせを選択する。図7は、図6の瞬時空間ベクトル図から円形S1の軌跡を辿った電圧ベクトルを抽出した瞬時空間ベクトル図である。図7に示すような円形の軌跡を辿った電圧ベクトルの組み合わせが得られるように、3個の三相変換器11a、11b、11cのスイッチ素子Su11〜Sw32を図示省略の制御装置でオンオフ制御することになる。この場合の円形S1の半径の大きさが多重化三相変換器10の出力電圧の大きさに比例した値となる。従って、出力電圧の大きさを制御する場合には、円形S1の半径を調整し、その円形の近傍に位置する電圧ベクトルを抽出していくことになる。図8は、図7の場合の多重化三相変換器10の三相出力電圧の一例を示す波形図である。
FIG. 6 is an instantaneous space vector diagram depicting a circle for selecting a voltage vector in order to determine an output voltage from the instantaneous space vector shown in FIG. As shown in FIG. 6, a circle S1 is drawn on the instantaneous space vector diagram, and a combination of voltage vectors following the locus of the circle S1 is selected. FIG. 7 is an instantaneous space vector diagram obtained by extracting a voltage vector that follows the locus of the circle S1 from the instantaneous space vector diagram of FIG. On / off control of the switch elements Su11 to Sw32 of the three three-
以上の説明では、直流電圧Eu11〜Ew32は、100V、200V、300Vの組み合わせとしたが、電圧ベクトルが重複しないように直流電圧Eu11〜Ew32の電圧値を設定することも可能である。図9は直流電圧Eu11〜Ew32の電圧値を100V〜1000Vの範囲内でランダムに選択した場合の瞬時空間ベクトルの一例である。この一例では、三相変換器11aの各相のハーフブリッジインバータ14u1、14v1、14w1の直流電圧Eu11〜Ew12が、Eu11=100V、Eu12=200V、Ev11=200V、Ev12=300V、Ew11=300V、Ew12=400Vであり、三相変換器11bの各相のハーフブリッジインバータ14u2、14v2、14w2の直流電圧Eu21〜Ew22が、Eu21=600V、Eu22=700V、Ev21=500V、Ev22=600V、Ew21=400V、Ew22=500Vであり、三相変換器11cの各相のハーフブリッジインバータ14u3、14v3、14w3の直流電圧Eu31〜Ew32が、Eu31=700V、Eu32=800V、Ev31=800V、Ev32=900V、Ew31=900V、Ew32=1000Vである場合を示している。
In the above description, the DC voltages Eu11 to Ew32 are combinations of 100V, 200V, and 300V, but the voltage values of the DC voltages Eu11 to Ew32 can be set so that the voltage vectors do not overlap. FIG. 9 is an example of an instantaneous space vector when the voltage values of the DC voltages Eu11 to Ew32 are randomly selected within the range of 100V to 1000V. In this example, the DC voltages Eu11 to Ew12 of the half-bridge inverters 14u1, 14v1, and 14w1 of each phase of the three-
上限値を1000Vとしたことから、正六角形上の外縁の電圧値は図5に示した場合の300Vより大きな1000Vの電圧ベクトルの分布となるが、原点に近づくにつれて電圧ベクトルがランダムに分布することが分かる。 Since the upper limit value is set to 1000 V, the voltage value of the outer edge on the regular hexagon is a distribution of a voltage vector of 1000 V larger than 300 V in the case shown in FIG. 5, but the voltage vector is randomly distributed as it approaches the origin. I understand.
図10は本発明の実施の形態に係る直列多重変換器の他の一例を示す構成図である。この一例は2個の三相変換器11a、11bを2重化して直列多重化変換器10を構成したものである。前述したように、1個の三相変換器11の場合には、瞬時空間ベクトルは、原点を中心に非対称でばらついた8個の電圧ベクトルとなるので、平衡三相電圧を得ることができないが、3個の三相変換器11a、11b、11cでなくとも、2個の三相変換器11a、11bによる瞬時空間ベクトルでは、最大で64個の電圧ベクトルが得られるので、瞬時空間ベクトル図から円形の軌跡を辿った電圧ベクトルの抽出が可能となる。
FIG. 10 is a block diagram showing another example of the serial multiple converter according to the embodiment of the present invention. In this example, a
図11は、三相変換器11aの各相のハーフブリッジインバータ14u1、14v1、14w1の直流電圧Eu11〜Ew12が、Eu11=100V、Eu12=200V、Ev11=200V、Ev12=300V、Ew11=300V、Ew12=100Vであり、三相変換器11bの各相のハーフブリッジインバータ14u2、14v2、14w2の直流電圧Eu21〜Ew22が、Eu21=300V、Eu22=100V、Ev21=100V、Ev22=200V、Ew21=200V、Ew22=300Vである場合の瞬時空間ベクトルの一例である。
FIG. 11 shows that the DC voltages Eu11 to Ew12 of the half-bridge inverters 14u1, 14v1, and 14w1 of each phase of the three-
図11に示すように、瞬時空間ベクトルは、原点を中心に全体的にやや右下方にシフトし非対称でばらついた64個の電圧ベクトルである。64個の電圧ベクトルから円形に近似した電圧ベクトルを抽出することで、正弦波に近似した出力電圧を得ることになる。なお、64個の電圧ベクトルから円形に近似した電圧ベクトルを抽出することが難しい場合には、PWM制御を併用して正弦波に近似させることになる。 As shown in FIG. 11, the instantaneous space vectors are 64 voltage vectors that are shifted slightly to the lower right as a whole and centered on the origin and vary asymmetrically. By extracting a voltage vector approximating a circle from 64 voltage vectors, an output voltage approximating a sine wave is obtained. If it is difficult to extract a voltage vector that approximates a circle from 64 voltage vectors, the PWM control is used together to approximate a sine wave.
図12は、三相変換器11aの各相のハーフブリッジインバータ14u1、14v1、14w1の直流電圧Eu11〜Ew12が、Eu11=100V、Eu12=200V、Ev11=200V、Ev12=300V、Ew11=300V、Ew12=100Vであり、三相変換器11bの各相のハーフブリッジインバータ14u2、14v2、14w2の直流電圧Eu21〜Ew22が、Eu21=200V、Eu22=300V、Ev21=300V、Ev22=100V、Ew21=100V、Ew22=200Vである場合の瞬時空間ベクトルの一例である。
FIG. 12 shows that the DC voltages Eu11 to Ew12 of the half-bridge inverters 14u1, 14v1, and 14w1 of each phase of the three-
図12に示すように、瞬時空間ベクトルは、原点を中心に全体的にやや左方にシフトし非対称でばらついた64個の電圧ベクトルである。この場合も、64個の電圧ベクトルから円形に近似した電圧ベクトルを抽出することで、正弦波に近似した出力電圧を得ることになる。なお、64個の電圧ベクトルから円形に近似した電圧ベクトルを抽出することが難しい場合には、PWM制御を併用して正弦波に近似させることになる。 As shown in FIG. 12, the instantaneous space vectors are 64 voltage vectors that are shifted slightly to the left as a whole around the origin and vary asymmetrically. Also in this case, an output voltage approximating a sine wave is obtained by extracting a voltage vector approximating a circle from 64 voltage vectors. If it is difficult to extract a voltage vector that approximates a circle from 64 voltage vectors, the PWM control is used together to approximate a sine wave.
図13は、三相変換器11aの各相のハーフブリッジインバータ14u1、14v1、14w1の直流電圧Eu11〜Ew12が、Eu11=300V、Eu12=100V、Ev11=100V、Ev12=200V、Ew11=200V、Ew12=300Vであり、三相変換器11bの各相のハーフブリッジインバータ14u2、14v2、14w2の直流電圧Eu21〜Ew22が、Eu21=200V、Eu22=300V、Ev21=300V、Ev22=100V、Ew21=100V、Ew22=200Vである場合の瞬時空間ベクトルの一例である。
FIG. 13 shows that the DC voltages Eu11 to Ew12 of the half-bridge inverters 14u1, 14v1, and 14w1 of each phase of the three-
図13に示すように、瞬時空間ベクトルは、原点を中心に全体的にやや右上方にシフトし非対称でばらついた64個の電圧ベクトルである。この場合も、64個の電圧ベクトルから円形に近似した電圧ベクトルを抽出することで、正弦波に近似した出力電圧を得ることになる。なお、64個の電圧ベクトルから円形に近似した電圧ベクトルを抽出することが難しい場合には、PWM制御を併用して正弦波に近似させることになる。 As shown in FIG. 13, the instantaneous space vectors are 64 voltage vectors that are shifted a little to the upper right around the origin and varied asymmetrically. Also in this case, an output voltage approximating a sine wave is obtained by extracting a voltage vector approximating a circle from 64 voltage vectors. If it is difficult to extract a voltage vector that approximates a circle from 64 voltage vectors, the PWM control is used together to approximate a sine wave.
一般に電力系統は末端になるほど、負荷の影響を受けて三相間の電圧に不平衡が発生している。このため、図11、図12、図13に示すような瞬時空間ベクトルを正弦波化せずに出力し、電力系統の電圧不平衡を是正するような不平衡電圧を発生するようにしてもよい。また、三相変換器を多重化せず不平衡電圧を発生させて電力系統に出力したり、三相変換器を多重化しても不平衡電圧を発生させるようにしてもよい。直流電圧が一致している従来の三相変換器で不平衡電圧を発生させる場合には、不平衡が増加するにつれパワーデバイスの利用率が低下するが、本件発明のように、予め不平衡電圧を考慮した直流電圧を設計しておけば、パワーデバイスの利用率低下を抑えることができる。 In general, the more the power system is at the end, the more imbalance occurs in the voltage between the three phases due to the influence of the load. Therefore, an instantaneous space vector as shown in FIGS. 11, 12, and 13 may be output without being converted into a sine wave, and an unbalanced voltage that corrects the voltage unbalance of the power system may be generated. . Further, an unbalanced voltage may be generated and output to the power system without multiplexing the three-phase converter, or the unbalanced voltage may be generated even when the three-phase converter is multiplexed. When an unbalanced voltage is generated by a conventional three-phase converter with a matching DC voltage, the utilization rate of the power device decreases as the unbalance increases. If the DC voltage is designed in consideration of the above, it is possible to suppress a decrease in the utilization factor of the power device.
2多重の場合でも、図14に示すように、瞬時空間ベクトルが、原点を中心に分布させることもできる。この一例では、三相変換器11aの各相のハーフブリッジインバータ14u1、14v1、14w1の直流電圧Eu11〜Ew12が、Eu11=300V、Eu12=0V、Ev11=300V、Ev12=100V、Ew11=300V、Ew12=200Vであり、三相変換器11bの各相のハーフブリッジインバータ14u2、14v2、14w2の直流電圧Eu21〜Ew22が、Eu21=300V、Eu22=200V、Ev21=300V、Ev22=100V、Ew21=300V、Ew22=0Vである場合の瞬時空間ベクトルの一例である。この瞬時空間ベクトルは、図20示す従来手法による瞬時空間ベクトルと比較して、空間ベクトルの数が明らかに増加している。
Even in the case of double multiplexing, as shown in FIG. 14, the instantaneous space vector can be distributed around the origin. In this example, the DC voltages Eu11 to Ew12 of the half-bridge inverters 14u1, 14v1, 14w1 of each phase of the three-
次に、図15は本発明の実施の形態に係る直列多重変換器10を電力系統15に出力変圧器12を介して接続した電力変換装置の構成図である。本発明の実施の形態に係る直列多重変換器10は、きめ細やかな電圧制御が可能であるので、直流送電用の電力変換装置や無効電力調整用の電力変換装置として三相交流の電力系統15に接続することが可能である。図15(a)に示すように、直列多重変換器10を三相交流の電力系統15に対し並列接続することも可能であるし、図15(b)に示すように、直列多重変換器10を三相交流の電力系統15に対し直列接続することも可能である。ここで、図1、図10、図16、図21は並列機器として、電力系統に接続された三線結線図を示したが、直列機器として結線を変更することにより、図15(b)に示す回路構成を実現することも可能である。
Next, FIG. 15 is a configuration diagram of a power conversion device in which the serial
本発明の実施の形態によれば、直流電圧がそれぞれ異なる3台のハーフブリッジインバータ14のそれぞれの直流電圧の中性点同士を接続線13で接続し、3台のハーフブリッジインバータ14のそれぞれの上下アームの接続点から3相の出力端子を引き出して三相変換器を形成するので、従来の三相変換器と比較して構成部品はほぼ同程度で、三相変換器11の出力レベル数を大幅に増やすことができる。なお、三相変換器11の出力電圧は出力レベル数は多いが不平衡三相電圧であるので、少なくとも2個以上の三相変換器11を出力変圧器12により直列多重化することにより平衡三相電圧とすることができる。
According to the embodiment of the present invention, the neutral points of the three half-bridge inverters 14 having different direct-current voltages are connected by the connection line 13, and each of the three half-bridge inverters 14 is connected. Since a three-phase converter is formed by pulling out three-phase output terminals from the connection point of the upper and lower arms, the number of components is almost the same as that of the conventional three-phase converter, and the number of output levels of the three-
さらに、3個の三相変換器11の直列多重化により、精度よく平衡三相電圧することができる。また、出力レベル数が多いことから正弦波に近い出力電圧波形を得ることができ、PWM制御を併用しなくても著しく高調波を低減できる。これにより、スイッチング損失の増大を伴うことなく、きめ細やかな電圧制御が可能となり、直列多重変換器10を三相交流の電力系統15に対して、並列接続だけでなく直列接続して、直流送電用の電力変換装置や無効電力調整用の電力変換装置として適用できる。
Furthermore, a balanced three-phase voltage can be accurately obtained by serial multiplexing of the three three-
11…三相変換器、12…出力変圧器、13…接続線、14…ハーフブリッジインバータ、15…電力系統
DESCRIPTION OF
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008061134A JP2009219265A (en) | 2008-03-11 | 2008-03-11 | Series multiplex converter and power converter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008061134A JP2009219265A (en) | 2008-03-11 | 2008-03-11 | Series multiplex converter and power converter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009219265A true JP2009219265A (en) | 2009-09-24 |
Family
ID=41190583
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008061134A Pending JP2009219265A (en) | 2008-03-11 | 2008-03-11 | Series multiplex converter and power converter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2009219265A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012253927A (en) * | 2011-06-03 | 2012-12-20 | Toshiba Corp | Power converter |
JP2016010240A (en) * | 2014-06-25 | 2016-01-18 | 株式会社日立製作所 | Power conversion device |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06245532A (en) * | 1993-02-22 | 1994-09-02 | Meidensha Corp | Pwm waveform control system of multiple inverter |
JPH07135779A (en) * | 1993-11-09 | 1995-05-23 | Hitachi Ltd | Power regulator |
JP2001339959A (en) * | 2000-05-30 | 2001-12-07 | Mitsubishi Electric Corp | Power converter and power conversion method |
JP2006238630A (en) * | 2005-02-25 | 2006-09-07 | Mitsubishi Electric Corp | Power conversion device |
-
2008
- 2008-03-11 JP JP2008061134A patent/JP2009219265A/en active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06245532A (en) * | 1993-02-22 | 1994-09-02 | Meidensha Corp | Pwm waveform control system of multiple inverter |
JPH07135779A (en) * | 1993-11-09 | 1995-05-23 | Hitachi Ltd | Power regulator |
JP2001339959A (en) * | 2000-05-30 | 2001-12-07 | Mitsubishi Electric Corp | Power converter and power conversion method |
JP2006238630A (en) * | 2005-02-25 | 2006-09-07 | Mitsubishi Electric Corp | Power conversion device |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012253927A (en) * | 2011-06-03 | 2012-12-20 | Toshiba Corp | Power converter |
JP2016010240A (en) * | 2014-06-25 | 2016-01-18 | 株式会社日立製作所 | Power conversion device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104779813B (en) | Multilevel converter systems and methods with reduced common mode voltage | |
US7430132B2 (en) | Medium voltage inverter system | |
JP5824111B2 (en) | Multi-level inverter | |
JP6415539B2 (en) | Power converter | |
Rabinovici et al. | Series space vector modulation for multi-level cascaded H-bridge inverters | |
US9007789B2 (en) | Electric circuit for high voltage power conversion | |
JP2010246267A (en) | Five-level inverter | |
JP2008228498A (en) | Method of modulating spatial vector of ac-ac direct converter | |
Chowdhury et al. | A dual inverter for an open end winding induction motor drive without an isolation transformer | |
JP6615012B2 (en) | Reactive power compensator | |
JP2008295149A (en) | Multiple power conversion device and multiple transformer | |
WO2019098999A1 (en) | Pulse width modulation control for a multilevel converter | |
Sanjeevikumar et al. | Three-phase multilevel inverter configuration for open-winding high power application | |
Jones et al. | A simple multi-level space vector modulation algorithm for five-phase open-end winding drives | |
JP2017093077A (en) | Controller and control method of open winding system | |
JP2009219265A (en) | Series multiplex converter and power converter | |
Zhang et al. | A novel modulation strategy providing loss balancing and neutral point potential balancing for three-level active neutral-point-clamped converter | |
Tekwani et al. | Five-level inverter scheme for an induction motor drive with simultaneous elimination of common-mode voltage and DC-link capacitor voltage imbalance | |
JP2005073380A (en) | Controller for power converter | |
JP2004120968A (en) | Power converter | |
Saha et al. | A novel three-phase multilevel diode-clamped inverter topology with reduced device count | |
Mademlis et al. | Dc link voltage balancing technique utilizing space vector control in sic-based five-level back-to-back-connected npc converters | |
Darijevic et al. | Performance comparison of two four-level five-phase open-end winding drives | |
Ji et al. | A simplified virtual space vector modulation strategy for four-level t-type nnpc converter | |
Kant et al. | Twenty pulse AC-DC converter fed 3-level inverter based vector controlled induction motor drive |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20110107 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20120905 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120918 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20130129 |