JP2012118070A - 電力デバイスを試験するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】全出力コンバータ・アセンブリを試験するための方法および装置を提供する。
【解決手段】
全出力コンバータ・アセンブリ（１０２）に対する試験装置（２００／３００／４００／５００）は、公共送電網電力供給装置（２０２／２０４）を備えている。試験装置はまた、公共送電網電力供給装置に結合された直流（ＤＣ）発生装置（２１０／２１４）を備えている。試験装置はさらに、ＤＣ発生装置に結合された電力送電網シミュレーション・デバイス（２１８／２２４）を備えている。試験装置はまた、電力送電網シミュレーション・デバイスに結合された全出力コンバータ・アセンブリ試験接続部（１２６／１２８）を備えている。
【選択図】図２

Description

本明細書で説明する主題は一般的に、電力デバイス試験に関し、より詳細には、全出力コンバータ・アセンブリを試験するための方法および装置に関する。

少なくとも一部の既知の全出力コンバータ・アセンブリまたは電力コンバータは、製造工場から設置場所に出荷される前に、その所定の電気定格まで電気的に試験される。このような試験の１つは通常、「全出力試験」と言われる。このような全出力試験では、各電力コンバータの性能をその定格容量において検証する。小さ目の電力コンバータ、すなわち、５００キロワット（ｋＷ）以下の電力コンバータは通常、試験装置として、全出力変圧器、全出力回路遮断器、および適切なサイズの可変試験負荷を含むものを使って試験される。可変試験負荷には、調整可能なブレーキを有するモータおよび／または可変負荷抵抗器バンクが含まれる。しかし、５００ｋＷを超える大き目の電力コンバータの場合、試験装置のサイズおよびコストは相応に増える。さらに、全出力定格が２メガワット（ＭＷ）を超える電力コンバータ（たとえば電力定格が１０ＭＷを超える電力コンバータ）の場合、試験装置が大きくなって、購入、設置、および維持に費用がかかり、大きな物理フットプリントが必要となるだけでなく、種々のサイズの電力コンバータを試験するための配置に動かしにくい場合がある。

また、少なくとも一部の既知の電力コンバータ試験装置は通常、必要な試験電力を供給するために地方の公共送電網に電気的に結合されている。しかし、このような公共送電網のすべてに、大規模な電力コンバータ試験を支えるように電力が十分に供給されているわけではない。たとえば、遠隔地域における公共送電網接続部には、必要な電圧安定性がない場合があり、また必要な持続電流供給能力がない場合がある。また、電力会社から一時的に大電力購入することは、費用がかかる場合があるとともに、関係する電力会社との調整を行なって、全出力コンバータ試験が必要としそうな大きな一時的電気負荷を支えるように電力会社が用意できるようにする必要があり得る。

さらに、多くの既知の電力コンバータ試験装置は、試験装置内に電力を送信して試験装置からの出力電力の少なくとも一部を受信する「共通結合点」を備えている。いくつかの試験手順には通常、地方の送電網の周波数に一致しないことがある電気的周波数において電力コンバータを試験することが含まれている。たとえば、５０ヘルツ（Ｈｚ）周波数（欧州では一般的である）用に設計された電力コンバータは、６０Ｈｚの北米の送電網を用いて試験することは難しい。送電網動作要求事項では通常、そこに送信される高調波周波数を制限している。

米国特許第７，４８６，０９９号明細書

したがって、高価なフィルタを備えている場合がある送電網断路機器が、電力コンバータの試験活動を支えるために必要となることがある。

一態様においては、全出力コンバータ・アセンブリ用の試験装置を組み立てる方法が提供される。本方法は、電力供給装置を電力送電網に結合することを含んでいる。本方法はまた、直流（ＤＣ）発生装置を電力供給装置に結合することを含んでいる。本方法はさらに、電力送電網シミュレーション・デバイスをＤＣ発生装置に結合することを含んでいる。本方法はまた、全出力コンバータ・アセンブリ試験接続部を電力送電網シミュレーション・デバイスに結合することを含んでいる。

別の態様においては、全出力コンバータ・アセンブリ用の試験装置が提供される。試験装置は公共送電網電力供給装置を備えている。試験装置はまた、公共送電網電力供給装置に結合された直流（ＤＣ）発生装置を備えている。試験装置はさらに、ＤＣ発生装置に結合された電力送電網シミュレーション・デバイスを備えている。試験装置はまた、電力送電網シミュレーション・デバイスに結合された全出力コンバータ・アセンブリ試験接続部を備えている。

さらに別の態様においては、全出力コンバータ・アセンブリを試験する方法が提供される。本方法は、全出力コンバータ・アセンブリを電力供給試験接続部に結合することを含んでいる。本方法はまた、全出力コンバータ・アセンブリを試験負荷に結合することを含んでいる。本方法はさらに、電力供給試験接続部を直流（ＤＣ）電源リンクに結合することを含んでいる。本方法はまた、電力を試験負荷から全出力コンバータ・アセンブリに再循環させることを含んでいる。

本発明のこれらおよび他の特徴、態様、および優位性は、以下の詳細な説明を添付図面を参照して読むことでより良好に理解される。なお図面の全体に渡って同様の文字は同様の部品を表わしている。
従来技術の全出力コンバータ・アセンブリ試験装置の概略図である。 典型的な全出力コンバータ・アセンブリ試験装置の概略図である。 代替的な全出力コンバータ・アセンブリ試験装置の概略図である。 別の代替的な全出力コンバータ・アセンブリ試験装置の概略図である。 さらに別の代替的な全出力コンバータ・アセンブリ試験装置の概略図である。 図２、３、４、および５に示す全出力コンバータ・アセンブリ試験装置を組み立てるときに用いても良い典型的な方法を例示するフロー・チャートである。 図２、３、４、および５に示す全出力コンバータ・アセンブリ試験装置を用いて全出力コンバータ・アセンブリを試験するときに用いても良い典型的な方法を例示するフロー・チャートである。

特に断りのない限り、本明細書で示す図面は、本発明の主要な発明的特徴を例示することが意図されている。これらの主要な発明的特徴は、本発明の１または複数の実施形態を備える広範囲のシステムに適用されると考えられる。したがって、図面は、本発明を実施するために必要な当業者に既知の従来の特徴をすべて備えることは意図されていない。

以下の明細書およびそれに続く請求項においていくつかの用語に言及するが、用語は、以下の意味を有するように規定されるものとする。

単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈上例外が明記されている場合を除いて、複数形への言及を含む。

「任意的な」または「任意的に」は、後に記載される事象または状況が起こる場合もあるし起こらない場合もあること、ならびに記載には事象が起こる場合および事象が起こらない場合が含まれること、を意味する。

近似用語は、明細書および請求項の全体を通して用いる場合、用語が関係する基本機能の変化を招くことなく許容範囲で変化することができる任意の定量的な表現を修飾するために適用しても良い。したがって、「約（ａｂｏｕｔ）」および「実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」などの用語によって修飾される値は、指定された正確な値に限定してはならない。少なくとも一部の場合において、近似用語は、値を測定するための機器の精度に対応していても良い。ここで、また明細書および請求項の全体を通して、範囲限定を組み合わせておよび／または置き換えても良く、このような範囲は、文脈および用語上例外が示されている場合を除いて、特定され、そこに含まれるすべてのサブ範囲を含んでいる。

本明細書で説明する典型的なシステムおよび方法によって、既知の電力コンバータ試験装置の不利点が、被試験電力コンバータに対する公共送電網電力供給をシミュレートする試験装置を提供することによって、打開される。具体的には、電力コンバータ試験装置は、直流（ＤＣ）リンクを、交流（ＡＣ）源と被試験装置への公共送電網電力供給をシミュレートするＡＣ試験供給デバイスとの間に備える。また、具体的には、電力コンバータ試験装置は、電力を、第２の公共送電網接続部を通してではなく内部ループ内で再循環させることによって、第２の公共送電網接続部をなくしている。さらに、具体的には、電力コンバータ試験装置は、単一の公共送電網接続部を用いて、単に初期の試験電力を送信し、また電力再循環ループ内で散逸された電力を補給する。したがって、単一の公共送電網接続部を単に初期および補給電源として用いることによって、本来は大きな電力伝送デバイス（たとえば、電力変圧器および公共送電網断路回路遮断器）のサイズを小さくすることが容易になる。また、単一の公共送電網接続部を用いることによって、このような電力変圧器および公共送電網断路回路遮断器の数を減らすことが容易になる。また、電力コンバータ試験装置によって、電力を再循環させて公共送電網に戻すことがなくなるため、この装置によって、公共送電網に対する誘起された電気的障害（たとえば、誘起高調波）を減らすことが容易になり、その結果、公共送電網と試験装置とを接続するフィルタリング機器のサイズおよび数を低減することが容易になる。さらに、装置は公共送電網から実質的に断路されているため、ある範囲の周波数、電圧、および力率を用いて電力コンバータを試験することが容易になる。

図１は、従来技術の全出力コンバータ・アセンブリ試験装置１００の概略図である。試験装置１００は、全出力コンバータ・アセンブリ１０２を試験するように構成されている。アセンブリ１０２は、整流器部分１０４と、高周波インバータ部分１０６とを備え、これらは、少なくとも１つの容量性デバイス１１０を備える直流（ＤＣ）リンク１０８を介して結合されている。典型的な実施形態においては、ＤＣリンク１０８は複数の容量性デバイス１１０を備えている。アセンブリ１０２はまた、インバータ部分１０６に結合される電力変圧器１１２を備えている。典型的な実施形態においては、インバータ部分１０６は３レベル・インバータであり、したがってアセンブリ１０２は３レベル・コンバータである。代替的に、インバータ１０６は、２レベル・インバータであるか、または本明細書で説明するような試験装置１００の動作を可能にする任意のマルチ・レベル・インバータである。本明細書で用いる場合、用語「インバータ」および「コンバータ」は、本明細書で説明するような試験装置１００の動作を可能にする任意のインバータおよびコンバータを記述するために用いられる。

従来技術の全出力コンバータ・アセンブリ試験装置１００は、電力変圧器１２０を備えている。電力変圧器１２０は、電力送電網１２２に回路遮断器１２４（開位置で示す）を介して結合され、全出力コンバータ・アセンブリ１０２の整流器部分１０４に第１の試験接続部１２６を介して結合されている。通常、電力変圧器１２０は降圧変圧器である。また、通常、回路遮断器１２４および電力変圧器１２０は両方とも、定格がアセンブリ１０２の全定格負荷にされている。試験装置１００はまた、変圧器１１２に結合される第２の試験接続部１２８を備えている。試験装置１００はさらに、第２の試験接続部１２８に結合される高周波誘導結合デバイス（Ｌ_hf）１３０を備えている。試験装置１００はまた、Ｌ_hf１３０に結合される可変周波数駆動装置（ＶＦＤ）１３２を備えている。ＶＦＤ１３２は、複数の容量性デバイス１４０を備えるＤＣリンク１３８を備えている。ＶＦＤ１３２はまた、Ｌ_hf１３０に結合される電力変圧器１４２を備えている。電力変圧器１４２は通常、降圧変圧器である。

試験装置１００はさらに、ＶＦＤ１３２に結合されたアクティブ・フロント・エンド（ＡＦＥ）１５０を備えている。この結合は、複数の容量性デバイス１５４を備えるＤＣリンク１５２を介してなされている。試験装置１００はまた、ＡＦＥ１５０に結合された電力変圧器１５６を備えている。電力変圧器１５６は通常、昇圧変圧器である。試験装置１００はさらに、送電網１２２を電力変圧器１５６に結合する回路遮断器１５８（開位置で示す）を備えている。また、通常、回路遮断器１５８および電力変圧器１５６は両方とも、定格がアセンブリ１０２の全定格負荷にされている。試験装置１００はまた、送電網１２２、回路遮断器１２４、および回路遮断器１５８に結合された誘導容量性フィルタリング・デバイス１６０を備えている。試験装置１００はさらに、試験装置１００の入力部分１７２と試験装置１００の出力部分１７４との結合によって規定される共通結合点（ＰＯＣＣ）１７０を備えている。

動作時には、回路遮断器１２４および１５８は閉位置であり（図１では両方とも開位置で示す）、電力送電網１２２は試験装置１００の入力部分１７２および出力部分１７４に結合されている。交流（ＡＣ）（図示せず）が、送電網１２２から、所定の送電網ＡＣ電圧および実質的に均一な周波数で電力変圧器１２０に送信される。これを電流方向矢印１８０で示す。電力変圧器１２０は、ＡＣ電流を送電網ＡＣ電圧で受信し、ＡＣ電圧を下げＡＣ電流を上げて、ＡＣ電流を所定の値および所定のＡＣ電圧で、第１の試験接続部１２６を介して、被試験全出力コンバータ・アセンブリ１０２の整流器部分１０４に送信する。整流器部分１０４は、ＡＣ電流を前記ＡＣ電圧で受信し、このような電力を整流して、所定のＤＣ電圧を有する所定のＤＣ電流にする。ＤＣ電流は、ＤＣリンク１０８を通して高周波インバータ部分１０６に送信される。容量性デバイス１１０によって、関係するＤＣ電圧の平滑化が促進される。インバータ部分１０６は、ＤＣ電圧で受信したＤＣ電流を、所定の有効対無効電力比を伴う所定のＡＣ電圧および所定のＡＣ周波数におけるＡＣ電流に変換する。変換されたＡＣ電力は、インバータ部分１０６から電力変圧器１１２へ送信される。変圧器１１２では、電圧を所定の値まで上げて、電流を所定の値まで下げる。一般的に、全出力コンバータ・アセンブリ１０２から送信される電力は、少なくとも時折、ほぼ定格または定格付近の全出力条件である。試験装置１００によって試験される間、アセンブリ１０２の運転は通常、出力電圧を、０〜６キロボルト（ｋＶ）に渡る場合がある範囲内で変えるように、また出力周波数を、０〜６００ヘルツ（Ｈｚ）に渡る場合がある範囲内で変えるように行なわれる。いくつかのアセンブリ１０２は、アセンブリ１０２の出荷先に応じた送電網定格周波数（通常５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）で具体的に試験しても良い。

また、動作時には、ＡＣ電力は、全出力コンバータ・アセンブリ１０２からＶＦＤ１３２へ、第２の試験接続部１２８およびＬ_hf１３０を介して送信される。Ｌ_hf１３０によって、電力変圧器１４２へ送信されるＡＣ電力から高周波高調波歪みをフィルタリングすることが促進される。電力変圧器１４２は、送信およびフィルタリング後のＡＣ電流を、送信およびフィルタリング後のＡＣ電圧で受信し、フィルタリング後のＡＣ電圧を下げフィルタリング後のＡＣ電流を上げて、ＡＣ電流を所定の値および所定のＡＣ電圧で高周波インバータ部分１３６へ送信する。インバータ部分１３６は、ＡＣ電流を、電力変圧器１４２から送信されたＡＣ電圧で受信して、ＡＣ電力を、所定のＤＣ電圧を有する所定のＤＣ電流に変換する一方で、アセンブリ１０２に対する所定の負荷をシミュレートする。変換後のＤＣ電力は、ＡＦＥ１５０にＤＣリンク１３８および１５２を介して送信される。容量性デバイス１４０および１５４によって、送信後のＤＣ電力の平滑化が促進される。

さらに、動作時には、ＡＦＥ１５０は、高周波インバータ部分１３６から送信されたＤＣ電力を受信して、ＤＣ電圧で受信したＤＣ電流を、所定の有効対無効電力比を伴う所定のＡＣ電圧および所定のＡＣ周波数におけるＡＣ電流に変換する。一般的に、ＡＦＥ１５０から送信される電力の周波数は、電力送電網１２２の周波数またはその付近である。ＡＣ電力は、ＡＦＥ１５０から電力変圧器１５６へ送信される。変圧器１５６では、ＡＣ電圧を上げてＡＣ電流を下げることを、ＰＯＣＣ１７０へ回路遮断器１５８および出力部分１７４を介して送信するために行なう。このようなＡＣ電力は、ほぼ定格の送電網電圧である。誘導容量性フィルタリング・デバイス１６０によって、ＰＯＣＣ１７０に送信されるＡＣ電力からの高調波歪みのフィルタリングを促進することが、高調波歪みが電力送電網１２２に送信される可能性をが小さくするために、また地方の監督機関および／または送電網１２２の所有者／運転員から課される送電網全高調波歪み（ＴＨＤ）基準を満たすために行なわれる。しかし、少なくともこのような基準を満たすのには効果的であるが、このようなフィルタリングは、すべての高調波歪みを取り除くわけではない場合がある。

また、動作時には、従来技術の全出力コンバータ・アセンブリ試験装置１００の中を電力が再循環される。これを電力再循環矢印１９０で示す。大部分の電力は試験装置１００内を再循環されるが、少なくとも一部の電力は電力送電網１２２内に再び送信されて、少なくとも多少の高調波歪みがその中に存在する。また試験装置１００内で散逸される電力の少なくとも一部が、電力送電網１２２を介して戻る。さらに、動作時には、電圧、電流、および周波数の制御が、関係する制御デバイス（図示せず）を用いたアセンブリ１０２、ＶＦＤ１３２、およびＡＦＥ１５０の少なくともある程度の手動および少なくともある程度の自動の調節によって行なわれる。試験が終了すると、アセンブリ１０２、ＶＦＤ１３２、およびＡＦＥ１５０を調節して試験装置内を再循環する電力量を減らすことが、回路遮断器１２４および１５８を開にして試験装置１００内の残存電力が熱エネルギーに散逸するまで行なわれる。

図２は、試験装置１００（図１に示す）の代わりに用いても良い典型的な全出力コンバータ・アセンブリ試験装置２００の概略図である。典型的な実施形態においては、試験装置２００は、電力送電網１２２に結合された送電網回路遮断器２０２（開位置で示す）を備えている。回路遮断器２０２の定格の電力伝送パラメータは、回路遮断器１２４のそれよりも小さい（以下でさらに説明する）。試験装置２００はまた、回路遮断器２０２に結合された電圧変調デバイス２０４を備えている。典型的な実施形態においては、電圧変調デバイス２０４はスライダック・ユニットである。このようなスライダック・ユニットは、実質的に連続的な高分解能タップ切換デバイスを備える変動率変圧器を備える。高分解能タップ切換デバイスはさらに、このデバイスに動作可能に結合された少なくとも１つの遠隔制御される駆動デバイスを備える（どれも図示せず）。

試験装置２００はさらに、電力変圧器２０６と、それが結合される任意的な電圧変調デバイス２０４とを備える。電圧変調デバイス２０４は、電力変圧器１２０と同様である。しかし変圧器２０６は、定格の電力伝送パラメータが、電力変圧器１２０のそれよりも小さい（やはり、以下でさらに説明する）。試験装置２００はまた、ＶＦＤ１３２（図１に示す）と同様の可変周波数試験駆動装置（ＶＦＴＤ）２０８を備えている。可変周波数試験駆動装置２０８は、電力変圧器２０６に結合されている。ＶＦＴＤ２０８は、整流器部分２１０と高周波インバータ部分２１２とを備え、これらは、複数の容量性デバイス２１６を備えるＤＣリンク２１４を介して結合されている。しかし、典型的な実施形態においては、電力変圧器２０６は整流器部分２１０に結合されている。

試験装置２００はまた、ＶＦＴＤ２０８のＤＣリンク２１４に結合されたＡＦＥ２１８を備えている。この結合は、ＤＣリンク２２０および複数の容量性デバイス２２２を介してなされている。ＡＦＥ２１８はＡＦＥ１５０（図１に示す）と実質的に同様である。試験装置２００はさらに、ＡＦＥ２１８に結合された任意的なロー・パス・フィルタ（ＬＰＦ）ユニット２２４を備えている。試験装置２００はまた、電力変圧器１２０、第１の試験接続部１２６、第２の試験接続部１２８、Ｌ_hf１３０、および電力変圧器１４２を備えている。また、全出力コンバータ・アセンブリ１０２は、第１の試験接続部および第２の試験接続部１２８に結合されている。

試験装置２００は、入力部分１７２を出力部分１７４と結合するＰＯＣＣ１７０を備えていない（すべて図１に示す）。典型的な実施形態においては、装置２００は、送電網回路遮断器２０２を介して電力送電網１２２とつながる単一の接続部を備えている。したがって、電力コンバータ試験装置２００は、電力を、第２の公共送電網接続部を通してではなく内部ループ内で再循環させることによって、第２の公共送電網接続部（すなわち、出力部分１７４およびＰＯＣＣ１７０）をなくしている。電力コンバータ試験装置２００は、単一の公共送電網接続部を回路遮断器２０２において用いて、単に初期の試験電力を送信し、また電力再循環ループ内で散逸された電力を補給する。

したがって、単一の公共送電網接続部を回路遮断器２０２において初期および補給電源として用いることによって、いくつかの大きな電力伝送デバイスたとえば回路遮断器１５８および電力変圧器１５６（両方とも図１に示す）をなくすこと、ならびに本来は大きな電力伝送デバイスのサイズを小さくすることが容易になる。たとえば、限定することなく、回路遮断器２０２は、定格の電力伝送パラメータが回路遮断器１２４（図１に示す）のそれより小さくても良く、電力変圧器２０６は、定格の電力伝送パラメータが電力変圧器１２０のそれより小さくても良い。また、電力コンバータ試験装置２００によって、電力を再循環させて送電網１２２に戻すことがなくなるため、試験装置２００によって、送電網１２２に対する誘起される電気的障害（たとえば、誘起高調波）を減らすことが容易になり、その結果、送電網１２２と試験装置２００とを接続するフィルタリング機器（すなわち、誘導容量性フィルタリング・デバイス１６０（図１に示す））のサイズおよび数を低減することが容易になる。このように、不要な機器をなくすこと、残りの機器のサイズを小さくすること、および試験装置２００から送電網１２２への電力伝達をなくすことによって、散逸され、そうでなければ利用されないエネルギーを減らすことが容易になり、その結果、試験装置２００の効率を試験装置１００のそれよりも高くすることが容易になる。

動作時には、送電網回路遮断器２０２は閉位置にあり（図２では開位置で示す）、電力送電網１２２は試験装置２００の電圧変調デバイス２０４に結合されている。交流（ＡＣ）（図示せず）が、送電網１２２から、所定の送電網ＡＣ電圧および実質的に均一な周波数で、電力変圧器２０６に電圧変調デバイス２０４を介して送信される。これを電力方向矢印２３０で示す。電圧変調デバイス２０４を局所的または遠隔に操作して、内部の変動率変圧器についてのタップ切換器を調整し、電力変圧器２０６に送信される入力ＡＣ電圧およびＡＣ電流を微調整する。電力変圧器２０６は、ＡＣ電流を、調整後のＡＣ電圧で受信し、ＡＣ電圧を下げてＡＣ電流を上げ、ＡＣ電流を所定の値および所定のＡＣ電圧でＶＦＴＤ２０８の整流器部分２１０へ送信する。整流器部分２１０は、ＡＣ電流を前記ＡＣ電圧で受信し、このような電力を整流して、所定のＤＣ電圧を有する所定のＤＣ電流にする。ＤＣ電流は、電力方向矢印２４０で示すように、ＤＣリンク２２０を通してＡＦＥ２１８へ送信される。容量性デバイス２２２によって、送信後のＤＣ電力の平滑化が促進される。

また、動作時には、ＡＦＥ２１８は、整流器部分２１０から送信されたＤＣ電力を受信して、ＤＣ電圧で受信したＤＣ電流を、所定の有効対無効電力比を伴う所定のＡＣ電圧および所定のＡＣ周波数におけるＡＣ電流に変換する。一般的に、ＡＦＥ２１８から送信される電力の周波数範囲は、複数のデバイス（限定することなく、風力タービン発電機（図示せず）など）からの入力周波数をシミュレートするように周波数が変化し得るものである。ＡＣ電力はＡＦＥ２１８からＬＰＦユニット２２４へ送信される。これを電力方向矢印２５０で示す。ＬＰＦユニット２２４は、送信されたＡＣ電力から高次周波数の高調波をフィルタリング（または、チョップ）する。いくつかの代替的な実施形態においては、ＬＰＦユニット２２４を用いない。なぜならば、ＡＦＥ２１８は、ＡＣ電力を、内部に含まれる高次周波数の高調波が皆無かそれに近い状態で送信するように構成されているからである。

さらに、動作時には、ＡＣ電圧および電流がフィルタリングされたＡＣ電力が、ＬＰＦユニット２２４から電力変圧器１２０へ送信される。電力変圧器１２０は、ＡＣ電流を、フィルタリングされたＡＣ電圧で受信し、ＡＣ電圧を下げてＡＣ電流を上げ、ＡＣ電流を所定の値および所定のＡＣ電圧で、第１の試験接続部１２６を介して、被試験全出力コンバータ・アセンブリ１０２の整流器部分１０４へ送信する。整流器部分１０４は、ＡＣ電流を前記ＡＣ電圧で受信し、このような電力を整流して、所定のＤＣ電圧を有する所定のＤＣ電流にする。ＤＣ電流は、ＤＣリンク１０８を通して高周波インバータ部分１０６に送信される。これを電力方向矢印２６０で示す。容量性デバイス１１０によって、関係するＤＣ電圧の平滑化が促進される。インバータ部分１０６は、ＤＣ電圧で受信したＤＣ電流を、所定の有効対無効電力比を伴う所定のＡＣ電圧および所定のＡＣ周波数におけるＡＣ電流に変換する。変換されたＡＣ電力は、インバータ部分１０６から電力変圧器１１２へ送信される。変圧器１１２では、電圧を所定の値まで上げて、電流を所定の値まで下げる。試験装置２００によって試験される間、アセンブリ１０２の運転は通常、出力電圧を、０〜６ｋＶに渡る場合がある範囲内で変えるように、また出力周波数を、０〜６００Ｈｚに渡る場合がある範囲内で変えるように行なわれる。いくつかのアセンブリ１０２は、アセンブリ１０２の出荷先に応じた送電網定格周波数（通常５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）で具体的に試験しても良い。

また、動作時には、ＡＣ電力は、全出力コンバータ・アセンブリ１０２からＶＦＴＤ２０８へ、第２の試験接続部１２８およびＬ_hf１３０を介して送信される。Ｌ_hf１３０によって、電力変圧器１４２へ送信されるＡＣ電力から高周波高調波歪みをフィルタリングすることが促進される。電力変圧器１４２は、送信およびフィルタリング後のＡＣ電流を、送信およびフィルタリング後のＡＣ電圧で受信し、フィルタリング後のＡＣ電圧を下げフィルタリング後のＡＣ電流を上げて、ＡＣ電流を所定の値および所定のＡＣ電圧で高周波インバータ部分２１２へ送信する。インバータ部分２１２は、ＡＣ電流を、電力変圧器１４２から送信されたＡＣ電圧で受信して、ＡＣ電力を、所定のＤＣ電圧を有する所定のＤＣ電流に変換する一方で、アセンブリ１０２に対する所定の負荷をシミュレートする。変換後のＤＣ電力は、再循環を介して、ＡＦＥ２１８へ、ＤＣリンク２１４および２２０を経由して送信される。容量性デバイス２１６および２２２によって、送信されたＤＣ電力の平滑化が促進される。

本明細書で用いる場合、用語「負荷」には、限定することなく、駆動した電気機械装置を用いて試験される全出力変換アセンブリの実際の負荷および／または可変周波数駆動デバイスを介したエミュレートされた電気機械負荷が含まれていても良い。両方とも本明細書で説明している。

また、動作時には、全出力コンバータ・アセンブリ試験装置２００の中を電力が再循環する。これを電力再循環矢印２７０で示す。試験装置２００が全運転負荷まで上昇されるにつれて、電力が電力送電網１２２から引き入れられる。実質的にすべての電力が試験装置２００内を再循環して、少なくとも一部の電力が熱エネルギーとして散逸される。しかし、実質的に、再循環する電力のうち電力送電網１２２に再び送信されるものは無く、補給電力が送電網１２２から試験装置２００内に送信されて、試験装置２００内で散逸される電力の少なくとも一部が電力送電網１２２を介して戻る。さらに、動作時には、電圧、電流、および周波数の制御が、関係する制御デバイス（図示せず）を用いたアセンブリ１０２、ＶＦＴＤ２０８、ＡＦＥ２１８、および電圧変調デバイス２０４の少なくともある程度の手動および少なくともある程度の自動の調節によって行なわれる。試験が終了すると、アセンブリ１０２、ＶＦＴＤ２０８、ＡＦＥ２１８、および電圧変調デバイス２０４を調節して、試験装置内を再循環する電力量を減らすとともに電力送電網１２２から試験装置２００内に送信される電力を実質的に減らすことが、回路遮断器２０２を開にして残存再循環電力が熱エネルギーに散逸するまで行なわれる。

動作時には、試験装置２００によって、被試験電力コンバータ（すなわち装置１０２）に対する公共送電網電力供給がシミュレートされる。具体的には、電力コンバータ試験装置２００は、ＤＣリンク２２０を、ＡＣ源（すなわち、インバータ部分２１２）と、電力送電網１２２をシミュレートするＡＣ試験供給デバイス（すなわち、ＡＦＥ２１８）との間に備えている。したがって、電力コンバータ試験装置２００は、電力を、第２の公共送電網接続部を通してではなく内部ループ内で再循環させることによって、第２の公共送電網接続部（すなわち、出力部分１７４およびＰＯＣＣ１７０）をなくしている。電力コンバータ試験装置２００は、単一の公共送電網接続部を回路遮断器２０２において用いて、単に初期の試験電力を試験装置２００内に送信し、またその内部で散逸された電力を補給する。また、電力コンバータ試験装置２００によって、電力を再循環させて送電網１２２に戻すことがなくなるため、装置２００によって、送電網１２２に対する誘起された電気的障害（たとえば、誘起高調波）を減らすことが容易になる。

図３は、代替的な全出力コンバータ・アセンブリ試験装置３００の概略図である。試験装置３００は、試験装置２００（図２に示す）と同様である。ただし、試験装置２００の方が高周波試験により適していることと比べて、試験装置３００の方が低周波試験により適している。具体的には、試験装置３００の方が、関係するアセンブリを、電圧範囲として０〜３ｋＶおよび周波数範囲として０〜１００Ｈｚ内で試験することに適している。試験装置２００の方が、関係するアセンブリを、電圧範囲として０〜６ｋＶおよび周波数範囲として０〜６００Ｈｚ内で試験することに適している。

この典型的な代替的な実施形態においては、試験装置３００は、電力送電網１２２に結合された送電網回路遮断器３０２（開位置で示す）を備えている。試験装置３００はまた、送電網回路遮断器３０２に結合された電力変圧器３０４を備えている。試験装置３００はさらに、電力変圧器３０４に結合された可変周波数試験駆動装置（ＶＦＴＤ）３０６を備えている。ＶＦＴＤ３０６は、ＶＦＴＤ２０８（図２に示す）と同様である。ただし、ＶＦＴＤ３０６は、高周波インバータ部分２１２（図２に示す）とは対照的に低周波インバータ部分３０８を備えている。この代替的な典型的な実施形態においては、整流器部分２１０、ＤＣリンク２１４、および容量性デバイス２１６は、試験装置２００に付随する関連デバイスと実質的に同様である。

試験装置３００はまた、ＶＦＴＤ３０６のＤＣリンク２１４にＤＣリンク２２０および複数の容量性デバイス２２２を介して結合されたＡＦＥ２１８を備えている。試験装置はさらに、ＡＦＥ２１８に結合された電力変圧器３１０を備えている。電力変圧器３１０、ＡＦＥ２１８、ＤＣリンク２２０、および容量性デバイス２２２は、試験装置２００に付随する関連デバイスと実質的に同様である。

全出力コンバータ・アセンブリ３１２が、試験装置３００内に配置され、内部で、第１の試験接続部１２６および第２の試験接続部１２８を介して結合されている。この代替的な典型的な実施形態においては、アセンブリ３１２は、アセンブリ１０２（図２に示す）と同様である。ただし、アセンブリ３１２は、高周波インバータ部分１０６（図２に示す）とは対照的に低周波インバータ部分３１４を備えている。この代替的な典型的な実施形態においては、整流器部分１０４、ＤＣリンク１０８、および容量性デバイス１１０は、試験装置２００に付随するデバイスと実質的に同様である。アセンブリ３１２は、ＶＦＴＤ３０６に、低周波誘導結合デバイスＬ_lf３１６を介して結合されている。

試験装置３００は、試験装置２００とは異なり、任意的なＬＰＦユニット２２４、電圧変調デバイス２０４、電力変圧器１１２、および電力変圧器１４２がない。試験装置３００の動作は、試験装置２００の動作と同様である。代替的に、試験装置３００のいくつかの実施形態では、ＬＰＦユニット２２４（図２に示す）と同様の任意的なＬＰＦユニットを備えていても良い。また、代替的に、試験装置３００のいくつかの実施形態では、電圧変調デバイス２０４（図２に示す）と同様の電圧変調デバイスを備えていても良い。

図４は、別の代替的な全出力コンバータ・アセンブリ試験装置４００の概略図である。装置４００は、試験装置３００（図３に示す）と実質的に同様である。ただし、装置４００は、仮想計算機４０６を規定する低周波誘導結合デバイスＬ_lf４０２および低周波インバータ部分４０４を備えている。仮想計算機４０６は、全出力コンバータ・アセンブリ３１２に対する負荷をシミュレートするように制御および調節される。代替的に、試験装置４００のいくつかの実施形態では、ＬＰＦユニット２２４（図２に示す）と同様の任意的なＬＰＦユニットを備えていても良い。また、代替的に、試験装置４００のいくつかの実施形態では、電圧変調デバイス２０４（図２に示す）と同様の電圧変調デバイスを備えていても良い。

図５は、さらに別の代替的な全出力コンバータ・アセンブリ試験装置５００の概略図である。装置５００は、装置４００（図４に示す）と実質的に同様である。ただし装置５００は、仮想計算機４０６を規定する低周波誘導結合デバイスＬ_lf４０２および低周波インバータ部分４０４を備えていない（すべて図４に示す）。むしろ、装置５００が備えているのは、この代替的な典型的な実施形態ではモータ発電機である機械５０２である。機械５０２は、発電機５０６とモータ５０４とを備え、これらはシャフト５０８を介して回転可能に結合されている。機械５０２は、全出力コンバータ・アセンブリ３１２に対する負荷を設定するように制御および調節される。代替的に、試験装置５００のいくつかの実施形態では、ＬＰＦユニット２２４（図２に示す）と同様の任意的なＬＰＦユニットを備えていても良い。また、代替的に、試験装置５００のいくつかの実施形態では、電圧変調デバイス２０４（図２に示す）と同様の電圧変調デバイスを備えていても良い。

全出力コンバータ・アセンブリ試験装置２００、３００、４００、および５００の代替的な実施形態（それぞれ図２、３、４、および５に示す）では、再生式全出力コンバータ（図示せず）を試験するように変更される。このような再生式全出力コンバータでは、ＡＦＥ２１８（図２、３、４、および５に示す）と同様のアクティブ・フロント・エンドを、整流器１０４（図２、３、４、および５に示す）の代わりに備えている。そして電力の流れ２５０、２６０、および２７０（すべて図２、３、４、および５に示す）を、両方向に送信しても良い。このような再生式全出力コンバータを用いて、再生可能なエネルギー源（たとえば、風力タービン）用に使用される工業用のドライブ・トレインおよびコンバータの制動動作を試験しても良い。

図６は、全出力コンバータ・アセンブリ試験装置２００（図２に示す）を組み立てる際に用いても良い典型的な方法６００を例示するフロー・チャートである。典型的な実施形態においては、電力供給装置、すなわち回路遮断器２０２、電圧変調デバイス２０４、および電力変圧器２０６（すべて図２に示す）を、電力送電網１２２に結合する６０２。ＤＣ発生装置、すなわち整流器部分２１０（図２に示す）を、電力供給装置、すなわち電力変圧器２０６に結合する６０４。電力送電網シミュレーション・デバイス、すなわちＡＦＥ２１８（図２に示す）を、整流器部分２１０に結合する６０６。全出力コンバータ・アセンブリ試験接続部１２６（図２に示す）を、ＡＦＥ２１８に結合する６０８。

図７は、試験装置２００（図２に示す）を用いて全出力コンバータ・アセンブリ１０２（図２に示す）を試験する際に用いても良い典型的な方法７００を例示するフロー・チャートである。典型的な実施形態においては、全出力コンバータ・アセンブリ１０２を、電力供給試験接続部１２６および１２８（両方とも図２に示す）に結合する７０２。全出力コンバータ・アセンブリ１０２を、試験負荷、すなわちＶＦＴＤ２０８（図２に示す）に結合する７０４。電力供給試験接続部１２６を、ＤＣリンク２２０（図２に示す）に結合する７０６。電力を、ＶＦＴＤ２０８から全出力コンバータ・アセンブリ１０２に再循環させる７０８。

前述した電力コンバータ試験装置によって、試験動作中の電力コンバータ試験装置の効率および性能を増加させるための費用対効果が高くて信頼性が高い方法が提供される。具体的には、電力コンバータ試験装置によって、試験動作の動作効率を増加させることが容易になり、それは、交流（ＡＣ）源と被試験装置への公共送電網電力供給をシミュレートするＡＣ試験供給デバイスとの間に直流（ＤＣ）リンクを用いることを容易にすることによってなされる。具体的には、電力コンバータ試験装置は、電力を、第２の公共送電網接続部を通してではなく内部ループ内で再循環させることによって、第２の公共送電網接続部をなくしている。さらに、具体的には、電力コンバータ試験装置は、単一の公共送電網接続部を用いて、単に初期の試験電力を送信し、また電力再循環ループ内で散逸された電力を補給する。したがって、単一の公共送電網接続部を単に初期および補給電源として用いることによって、本来は大きな電力伝送デバイス（たとえば、電力変圧器および公共送電網断路回路遮断器）のサイズ小さくすることが容易になる。また、単一の公共送電網接続部を用いることによって、このような電力変圧器および公共送電網断路回路遮断器の数を減らすことが容易になる。また、電力コンバータ試験装置によって、電力を再循環させて公共送電網に戻すことがなくなるため、この装置によって、公共送電網に対する誘起された電気的障害（たとえば、誘起高調波）を減らすことが容易になり、その結果、公共送電網と試験装置とを接続するフィルタリング機器のサイズおよび数を低減することが容易になる。さらに、装置は公共送電網から実質的に断路されているため、ある範囲の周波数、電圧、および力率を用いて電力コンバータを試験することが容易になる。

以上、全出力コンバータ・アセンブリを試験するためのシステムおよび方法の典型的な実施形態について詳細に説明している。本システムおよび方法は、本明細書で説明した特定の実施形態に限定されない。むしろ、システムの構成要素および／または方法のステップは、本明細書で説明した他の構成要素および／またはステップから独立かつ別個に用いても良い。たとえば、本システムおよび方法は、他の電気的なシステムおよび方法と組み合わせて用いても良く、また本明細書で説明した電力コンバータ試験装置のみを用いて実施することに限定されない。むしろ、典型的な実施形態は、他の多くの電気的なシステムおよび試験応用と共に実施および使用することができる。

本発明の種々の実施形態の特定の特徴を、一部の図面上で示して他では示さない場合があるが、これは単に便宜上である。また、前述の説明において「一実施形態」に言及することは、説明した特徴をやはり取り入れたさらなる実施形態の存在を除外するものと解釈することを意図するものではない。本発明の原理によれば、図面の任意の特徴部を、他の任意の図面の任意の特徴部と組み合わせて参照および／または請求しても良い。

この書面の説明では、実施例を用いて、本発明を、ベスト・モードも含めて開示するとともに、どんな当業者も本発明を実施できるように、たとえば任意のデバイスまたはシステムを作りおよび用いること、ならびに取り入れた任意の方法を実行することができるようにしている。本発明の特許可能な範囲は、請求項によって定められるとともに、当業者に想起される他の実施例を含んでいても良い。このような他の実施例は、請求項の文字通りの言葉使いと違わない構造要素を有する場合、または請求項の文字通りの言葉使いとの違いが非実質的である均等な構造要素を含む場合には、請求項の範囲内であることが意図されている。

Claims (7)

1. 全出力コンバータ・アセンブリ（１０２）に対する試験装置（２００／３００／４００／５００）であって、
   公共送電網電力供給装置（２０２／２０４）と、
   前記公共送電網電力供給装置に結合された直流（ＤＣ）発生装置（２１０／２１４）と、
   前記ＤＣ発生装置に結合された電力送電網シミュレーション・デバイス（２１８／２２４）と、
   前記電力送電網シミュレーション・デバイスに結合された全出力コンバータ・アセンブリ試験接続部（１２６／１２８）と、を備える試験装置（２００／３００／４００／５００）。
2. 前記公共送電網電力供給装置（２０２／２０４）は変動率変圧器（２０４）を備えている請求項１に記載の試験装置（２００／３００／４００／５００）。
3. 前記ＤＣ発生装置（２１０／２１４）は、整流器（２１０）に結合されたＤＣリンク（２１４）を備えている請求項１に記載の試験装置（２００／３００／４００／５００）。
4. 前記電力送電網シミュレーション・デバイス（２１８／２２４）はアクティブ・フロント・エンド周波数制御デバイス（２１８）を備えている請求項１に記載の試験装置（２００／３００／４００／５００）。
5. 前記電力送電網シミュレーション・デバイス（２１８／２２４）はロー・パス・フィルタ（２２４）を備えている請求項１に記載の試験装置（２００／３００／４００／５００）。
6. シミュレートされた機械負荷を含む可変周波数駆動デバイス（２０８／３０６）をさらに備える請求項１に記載の試験装置（２００／３００／４００／５００）。
7. 誘導型高周波結合デバイス（１３０）と、
   誘導型低周波結合デバイス（３１６／４０２）と、
   モーター発電機ユニット（５０２）と、のうちの少なくとも１つをさらに備える請求項１に記載の試験装置（２００／３００／４００／５００）。