JP2013051798A - Converter, and control method and control program therefor - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To perform DC control between Y-connection sections.SOLUTION: Voltages and currents in individual phases of a dual Y-connection circuit 23 of a power converter section 20 are detected. A switching element 25 of a power converter section 20 is controlled so that at least one of the voltage and current in a DC circuit derived from the detection result is constant, based on relevant information showing relationship between voltages and currents in individual phases of the dual Y-connection circuit 23 of the power converter section 20 and voltages and currents in the DC circuit. The DC circuit is that contained in an equivalent circuit of the dual Y-connection circuit.

Description

本発明は、変換器、変換器の制御方法および変換器の制御プログラムに関する。   The present invention relates to a converter, a converter control method, and a converter control program.

近年、自励式素子の性能向上が急速に進み、自励式のスイッチング素子を用いた自励式の変換器が提案されている。この自励式の変換器は、連携する交流系統に依存することなく任意の有効・無効電力を供給できるなど、サイリスタ等の他励式のスイッチング素子を用いた他励式の変換器にはない多数のメリットを有する。   In recent years, performance of self-excited elements has been rapidly improved, and self-excited converters using self-excited switching elements have been proposed. This self-excited converter is capable of supplying any active / reactive power without depending on the AC system to be linked, and has many advantages over other-excited converters using other-excited switching elements such as thyristors. Have

自励式の変換器には、チョッパもしくは単相インバータのセル(cell)と呼ばれる回路モジュールを電力系統の各相に多段接続した、所謂、MMC(Modular Multilevel Converter)方式の回路構成のものが実用化されている。MMC方式の変換器は、セルの段数分の合成電圧が交流電圧として出力されるので、スイッチング素子の直列接続数を減らしつつ、高い交流電圧を出力できる。MMC方式の中でも有効電力を扱える回路方式として、セルを多段接続した各相の回路をY結線したY結線回路を2重に設けた2重Y結線MMC方式がある。非特許文献1には、2重Y結線MMCの2つのY結線部分に直流電源を接続してモータドライブ回路において、2重Y結線MMCの各相の回路に流れる電流を循環電流と交流電流に分解し取り扱う技術が記載されている。   As a self-excited converter, a so-called MMC (Modular Multilevel Converter) circuit configuration in which a circuit module called a chopper or a single-phase inverter cell is connected to each phase of the electric power system in multiple stages is put into practical use. Has been. The MMC converter can output a high AC voltage while reducing the number of switching elements connected in series because the combined voltage for the number of cell stages is output as an AC voltage. Among the MMC systems, there is a double Y-connection MMC system in which Y-connection circuits in which Y-connections are made for circuits of each phase in which cells are connected in multiple stages are provided as circuit systems capable of handling active power. In Non-Patent Document 1, a DC power source is connected to two Y connection portions of a double Y connection MMC, and in a motor drive circuit, a current flowing through each phase circuit of the double Y connection MMC is converted into a circulating current and an AC current. Describes the technology to disassemble and handle.

藤田 英明ら、“MMCC−DSCCの直流コンデンサ電圧の解析と制御”、平成22年電気学会産業応用部門大会講演論文集、2010年8月、P259−264Hideaki Fujita et al., “Analysis and Control of DC Capacitor Voltage of MMCC-DSCC”, Proceedings of 2010 IEEJ Industrial Applications Conference, August 2010, P259-264

しかしながら、上記の従来技術は、2重Y結線MMCのY結線部分の間に直流電源を設けており、Y結線部分の間の直流を制御していない。このため、直流電圧を安定化させる装置(直流電源やコンデンサなど)なしにBTB(Back To Back)システムや直流送電などの直流システムに用いることができなかった。   However, in the above-described prior art, a direct current power source is provided between the Y connection portions of the double Y connection MMC, and the direct current between the Y connection portions is not controlled. For this reason, it could not be used for a DC system such as a BTB (Back To Back) system or a DC power transmission without a device (DC power supply, capacitor, etc.) for stabilizing the DC voltage.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、直流線路の電圧、又は電流の制御を行うことができる変換器、変換器の制御方法および変換器の制御プログラムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide a converter, a converter control method, and a converter control program capable of controlling the voltage or current of a DC line. To do.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の変換器は、自励式のスイッチング素子および当該スイッチング素子のオン、オフに応じて電力を蓄積、放出するコンデンサを含み3相交流の電力系統の各相毎に設けられた回路をY結線したY結線回路が2重に設けられ、電力変換を行う電力変換部と、前記電力変換部の2重のY結線回路の各相の電圧および電流を検出する検出部と、前記電力変換部の2重のY結線回路の各相の電圧および電流と、当該2重のY結線回路を、直流回路を含む等価回路で示した場合の当該直流回路の電圧および電流との関係を示す関係情報を記憶した記憶部と、前記記憶部に記憶された関係情報に基づいて前記検出部による検出結果から導出される前記直流回路の電圧および電流の少なくとも一方が一定となるように前記電力変換部の前記スイッチング素子を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, a converter according to the present invention includes a self-excited switching element and a capacitor that stores and discharges electric power according to on and off of the switching element. A Y-connection circuit that Y-connects the circuits provided for each phase of the power system is provided in duplicate, and a power conversion unit that performs power conversion, and a voltage of each phase of the double Y-connection circuit of the power conversion unit And the detection unit for detecting current, the voltage and current of each phase of the double Y connection circuit of the power conversion unit, and the double Y connection circuit when the double Y connection circuit is represented by an equivalent circuit including a DC circuit A storage unit storing relationship information indicating a relationship between the voltage and current of the DC circuit, and the voltage and current of the DC circuit derived from the detection result of the detection unit based on the relationship information stored in the storage unit. At least one is one And having a control means for controlling the switching elements of the power conversion unit such that.

本発明によれば、電力変換部の2重のY結線回路を等価回路として示した直流回路の電圧および電流の少なくとも一方が一定となるように電力変換部のスイッチング素子を制御することにより、直流線路の電圧、又は電流の制御を行うことができる。   According to the present invention, the switching element of the power conversion unit is controlled so that at least one of the voltage and current of the DC circuit in which the double Y-connection circuit of the power conversion unit is shown as an equivalent circuit is constant. The voltage or current of the line can be controlled.

図1は、本実施例にかかる変換器を含む電力系統の概念的な構成の一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a conceptual configuration of a power system including a converter according to the present embodiment. 図2は、搬送波と変調波の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a carrier wave and a modulated wave. 図3は、変換器を含む電力系統の等価回路の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of an equivalent circuit of a power system including a converter. 図4は、等価回路の各アームの各アーム電流、アーム電圧を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating each arm current and arm voltage of each arm of the equivalent circuit. 図5Aは、交流回路の電流、電圧を示す図である。FIG. 5A is a diagram illustrating current and voltage of an AC circuit. 図5Bは、相間循環回路の電流、電圧を示す図である。FIG. 5B is a diagram showing the current and voltage of the interphase circulation circuit. 図5Cは、直流回路の電流、電圧を示す図である。FIG. 5C is a diagram showing the current and voltage of the DC circuit. 図5Dは、循環回路の電流、電圧を示す図である。FIG. 5D is a diagram illustrating a current and a voltage of the circulation circuit. 図6は、交流回路の経路(A)、(B)を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating paths (A) and (B) of the AC circuit. 図7は、循環回路の経路(C)、(D)を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating paths (C) and (D) of the circulation circuit. 図8は、直流回路の経路(E)、(F)、(G)を示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating paths (E), (F), and (G) of the DC circuit. 図9Aは、交流回路を示す図である。FIG. 9A is a diagram illustrating an AC circuit. 図9Bは、循環回路を示す図である。FIG. 9B is a diagram illustrating a circulation circuit. 図9Cは、直流回路を示す図である。FIG. 9C is a diagram illustrating a DC circuit. 図10は、変換器を制御する制御系の概略的な構成の一例を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a schematic configuration of a control system that controls the converter. 図11は、制御処理の手順を示すフローチャートである。FIG. 11 is a flowchart showing the procedure of the control process. 図12は、シミュレーションに使用したBTBシステムの概略的な構成を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a schematic configuration of the BTB system used for the simulation. 図13は、シミュレーションを行ったBTBシステムの主な仕様を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing main specifications of a BTB system for which simulation has been performed. 図14Aは、R相の上側アームと下側アームの電流波形を示す図である。FIG. 14A is a diagram showing current waveforms of the upper and lower arms of the R phase. 図14Bは、3相の交流電流の電流波形を示す図である。FIG. 14B is a diagram illustrating a current waveform of a three-phase alternating current. 図14Cは、上側アームと下側アームの回路モジュールでの電圧波形を示す図である。FIG. 14C is a diagram illustrating voltage waveforms in the circuit modules of the upper arm and the lower arm. 図14Dは、変換器の各相の電圧波形を示す図である。FIG. 14D is a diagram illustrating a voltage waveform of each phase of the converter. 図14Eは、直流電流の電流波形を示す図である。FIG. 14E is a diagram showing a current waveform of a direct current. 図14Fは、3相の循環電流の電流波形を示す図である。FIG. 14F is a diagram illustrating a current waveform of a three-phase circulating current. 図15は、制御プログラムを実行するコンピュータを示す図である。FIG. 15 is a diagram illustrating a computer that executes a control program.

以下に、本発明にかかる変換器の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of a converter according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本実施例にかかる変換器を含む電力系統の概念的な構成の一例を示す図である。図1に示す例では、電力系統12の末端に変換器10が接続されている。なお、本実施例では、変換器10がY−Δ変圧器13を介して電力系統12と接続されているものとする。変換器10は、電力系統12の何れかに設けられていればよく、必ずしも末端に設ける必要はない。   FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a conceptual configuration of a power system including a converter according to the present embodiment. In the example shown in FIG. 1, the converter 10 is connected to the end of the power system 12. In this embodiment, it is assumed that the converter 10 is connected to the power system 12 via the Y-Δ transformer 13. The converter 10 should just be provided in either of the electric power grid | systems 12, and does not necessarily need to be provided in the terminal.

電力系統12には、上位系統から3相交流の電力が供給される。変換器10は、自励式半導体素子を使って電力系統12との間で高速かつ連続的に有効電力、無効電力の授受が可能な機器である。   The power system 12 is supplied with three-phase AC power from the host system. The converter 10 is a device that can exchange active power and reactive power at high speed and continuously with the power system 12 using a self-excited semiconductor element.

変換器10は、電力変換部20を有する。電力変換部20は、電力系統12との間で電力の授受を行う。電力変換部20は、電力系統12の各相毎にセル(Cell)と呼ばれる回路モジュール21を直列に3段接続した直列回路22をY結線したY結線回路23を2重に設けた、所謂、2重Y結線MMCの回路構成とされている。以下では、Y結線回路23の各相の直列回路22をアームとも言う。また、以下では、図1の上側のY結線回路23のアームを上側アームとも言い、図1の下側のY結線回路23のアームを下側アームとも言う。回路モジュール21は、例えば、コンデンサ24に対して、2つのスイッチング素子25を直列接続した2つの直列回路26がそれぞれ並列に接続された所謂、インバータセルタイプの回路構成としてもよい。また、例えば、コンデンサ24に対して、2つのスイッチング素子25を直列接続した、所謂、チョッパセルタイプの回路構成としてもよい。回路モジュール21の各スイッチング素子25には両端を接続するダイオード27が設けられている。   The converter 10 includes a power conversion unit 20. The power conversion unit 20 exchanges power with the power system 12. The power conversion unit 20 is provided with a double Y-connection circuit 23 in which Y circuits are connected to a series circuit 22 in which circuit modules 21 called cells are connected in series in three stages for each phase of the power system 12. The circuit configuration is a double Y-connection MMC. Hereinafter, the series circuit 22 of each phase of the Y connection circuit 23 is also referred to as an arm. Hereinafter, the arm of the upper Y connection circuit 23 in FIG. 1 is also referred to as an upper arm, and the arm of the lower Y connection circuit 23 in FIG. 1 is also referred to as a lower arm. For example, the circuit module 21 may have a so-called inverter cell type circuit configuration in which two series circuits 26 in which two switching elements 25 are connected in series are connected in parallel to the capacitor 24. Further, for example, a so-called chopper cell type circuit configuration in which two switching elements 25 are connected in series to the capacitor 24 may be employed. Each switching element 25 of the circuit module 21 is provided with a diode 27 that connects both ends.

各回路モジュール21は、入力される搬送波と変調波を比較してスイッチング素子25のオン、オフするPWM(pulse width modulation)制御を行っている。図2は、搬送波と変調波の一例を示す図である。素子を有効利用するため、通常、変調波は、ピークが1付近になるように波形が定められる。しかし、電力変換部20は、ピークが1付近になるように変調波の波形を定めた場合、後述するように変調波全体の電圧レベルを上げたことにより変調波の大きさが1を上回るようになった場合、正常なPWM制御が行えなくなる。このため、本実施例にかかる変調波は、ある程度の大きさに抑えられている。   Each circuit module 21 performs PWM (pulse width modulation) control for turning on and off the switching element 25 by comparing an input carrier wave and a modulated wave. FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a carrier wave and a modulated wave. In order to effectively use the element, the waveform of the modulated wave is usually determined so that the peak is around 1. However, when the power conversion unit 20 determines the waveform of the modulated wave so that the peak is near 1, the magnitude of the modulated wave exceeds 1 by increasing the voltage level of the entire modulated wave as will be described later. When this happens, normal PWM control cannot be performed. For this reason, the modulated wave according to the present embodiment is suppressed to a certain level.

ここで、本実施例に係る変換器10の制御について説明する。2重Y結線MMCの回路構成は、理想的には図3に示すような等価回路で置き換えることができる。図3に示す等価回路では、2重Y結線MMCの各アームの3つの回路モジュール21を交流電圧源30として示している。各アームは、それぞれインピーダンスLを有する。2重Y結線MMCの各アームは、Y−Δ変圧器13の漏れインピーダンスLTFを介して、電力系統12を模擬的に示した電圧源31と接続される。図3に示す等価回路では、2重Y結線MMCの2つのY結線部分を結ぶ直流回路側に直流電圧Vdcの直流電圧源が存在するものとして示している。この直流電圧Vdcは、BTBシステムや直流送電などの直流システムにおいて、出力する直流電圧を表している。 Here, control of the converter 10 according to the present embodiment will be described. The circuit configuration of the double Y connection MMC can be ideally replaced with an equivalent circuit as shown in FIG. In the equivalent circuit shown in FIG. 3, three circuit modules 21 of each arm of the double Y connection MMC are shown as the AC voltage source 30. Each arm has an impedance L. Each arm of the double Y connection MMC is connected to a voltage source 31 simulating the electric power system 12 via the leakage impedance L TF of the Y-Δ transformer 13. In the equivalent circuit shown in FIG. 3, the DC voltage source of the DC voltage Vdc is shown to exist on the DC circuit side connecting the two Y connection portions of the double Y connection MMC. This DC voltage Vdc represents a DC voltage to be output in a DC system such as a BTB system or DC power transmission.

この図3に示す等価回路を用いて2重Y結線MMCの電圧、電流を解析する。図3に示す等価回路では、Y−Δ変圧器13のΔ結線を等価回路上でY結線に置き換えている。図3に示す等価回路において、以下の式(1)を満たす点を仮想中性点32とする。
+e+e=0 (1)
The voltage and current of the double Y connection MMC are analyzed using the equivalent circuit shown in FIG. In the equivalent circuit shown in FIG. 3, the Δ connection of the Y-Δ transformer 13 is replaced with a Y connection on the equivalent circuit. In the equivalent circuit shown in FIG. 3, a point that satisfies the following expression (1) is defined as a virtual neutral point 32.
e r + e S + e t = 0 (1)

また、図4に示すように、RST相の各上側アームを流れる電流をipr、ips、iptと表し、RST相の各上側アームの電圧をvpr、vps、vptと表す。また、RST相の各下側アームを流れる電流をinr、ins、intと表し、RST相の各下側アームの電圧をvnr、vns、vntと表し、それぞれアーム電流、アーム電圧と呼ぶ。 Also, as shown in FIG. 4, currents flowing through the upper arms of the RST phase are represented as i pr , i ps , and i pt, and voltages of the upper arms of the RST phase are represented as v pr , v ps , and v pt . Further, currents flowing through the lower arms of the RST phase are represented as i nr , i ns , i nt, and voltages of the lower arms of the RST phase are represented as v nr , v ns , and v nt , respectively. Called voltage.

ここで、変換器10の状態をあらわす電流状態量として、以下の式(2−1)〜(2−6)に示す各変数を定義する。
=ipr−inr (2−1)
=ips−ins (2−2)
=ipt−int (2−3)
=1/2×(ipr+ips+ipt+inrr+ins+int) (2−4)
Crs=1/3×(ipr+inr)−1/6
×(ips+ipt+ins+int) (2−5)
Cst=−1/3×(ipt+int)−1/6
×(ipr+ips+inr+ins) (2−6)
Here, each variable shown in the following formulas (2-1) to (2-6) is defined as a current state quantity representing the state of the converter 10.
i r = i pr −i nr (2-1)
i s = i ps −i ns (2-2)
i t = i pt −i nt (2-3)
i d = 1/2 × (i pr + i ps + i pt + i nrr + i ns + i nt ) (2-4)
i Crs = 1/3 × ( i pr + i nr) -1/6
X (i ps + i pt + i ns + i nt ) (2-5)
i Cst = −1 / 3 × (i pt + i nt ) −1/6
X (i pr + i ps + i nr + i ns ) (2-6)

そして、図5Aに示すように、式(2−1)〜(2−3)に示したi、i、iを交流回路に出力されるRST相の各交流電流と定義する。また、図5Bに示すように、式(2−5)、(2−6)に示したiCrs、iCstをRS相、ST相の間の相間循環回路を流れる相間循環電流と定義する。また、図5Cに示すように、式(2−4)に示したiを直流回路に出力される直流電流として定義する。ここで、本実施例では、交流側を非接地としているため、以下の式(3)に示す関係が成り立つ。iは、実際に直流線路を流れる電流と一致する。
+i+i=0 (3)
Then, as shown in FIG. 5A, defined i r shown in equation (2-1) ~ (2-3), i s, and the AC current RST phase output a i t to the AC circuit. Further, as shown in FIG. 5B, the formula (2-5), is defined as i Crs, RS phase i Cst, phase circulating current flowing phase circulation circuit between the ST phase shown in (2-6). Further, as shown in FIG. 5C, defined as DC current output a i d shown in Formula (2-4) to a DC circuit. Here, in this embodiment, since the AC side is not grounded, the relationship shown in the following formula (3) is established. i d is consistent with the current flowing in the actual direct current line.
i r + i s + i t = 0 (3)

電流と同様にして、変換器10の状態をあらわす電圧状態量として、以下の式(4−1)〜(4−6)に示す各変数を定義する。
=1/2×(−vpr+vnr) (4−1)
=1/2×(−vps+vns) (4−2)
=1/2×(−vpt+vnt) (4−3)
=1/3×(vpr+vps+vpt+vnr+vns+vnt) (4−4)
Crs=2/3×(vpr+vnr)−1/3
×(vps+vpt+vns+vnt) (4−5)
Cst=−2/3×(vpt+vnt)+1/3
×(vpr+vps+vnr+vns) (4−6)
Similarly to the current, each variable shown in the following equations (4-1) to (4-6) is defined as a voltage state quantity representing the state of the converter 10.
v r = 1/2 × (−v pr + v nr ) (4-1)
v s = 1/2 × (−v ps + v ns ) (4-2)
v t = 1/2 × (−v pt + v nt ) (4-3)
v d = 1/3 × (v pr + v ps + v pt + v nr + v ns + v nt ) (4-4)
v Crs = 2/3 × ( v pr + v nr) -1/3
× (v ps + v pt + v ns + v nt ) (4-5)
v Cst = −2 / 3 × (v pt + v nt ) +1/3
× (v pr + v ps + v nr + v ns ) (4-6)

そして、図5Aに示すように、式(4−1)〜(4−3)に示したv、v、vを交流回路に出力されるRST相の各交流電圧と定義する。また、図5Bに示すように、式(4−5)、(4−6)に示したvCrs、vCstをRS相、ST相の間の相間循環回路の相間循環電圧と定義する。また、図5Cに示すように、式(4−4)に示したvを直流回路に出力される直流電流として定義する。 Then, as shown in FIG. 5A, v r , v s , and v t shown in equations (4-1) to (4-3) are defined as AC voltages of the RST phase that are output to the AC circuit. Further, as shown in FIG. 5B, v Crs and v Cst shown in equations (4-5) and (4-6) are defined as interphase circulation voltages of the interphase circuit between the RS phase and the ST phase. Further, as shown in FIG. 5C, v d shown in Expression (4-4) is defined as a DC current output to the DC circuit.

上述の定義では、相間循環電流iCrs、iCst、相間循環電圧vCrs、vCstは、3相対称になっていない。対称性を持たせるため、iCrs、iCst、vCrs、vCstの4つの変数を用いて、図5Dに示すiLr、iLs、iLt、vLr、vLs、vLtを以下の式(5)〜(10)のように定める。
Lr=iCrs
=1/3×(ipr+inr)−1/6
×(ips+ipt+ins+int) (5)
Ls=−iCrs+iCst
=1/3×(ips+ins)−1/6
×(ipt+ipr+int+inr) (6)
Lt=−iCst
=1/3×(ipt+int)−1/6
×(ipr+ips+inr+ins) (7)
Lr=2/3×(vpr+vnr)−1/3
×(vps+vpt+vns+vnt) (8)
Ls=2/3×(vps+vns)−1/3
×(vpt+vpr+vnt+vnr) (9)
Lt=2/3×(vpt+vnt)−1/3
×(vpr+vps+vnr+vns) (10)
In the above definition, the interphase circulating currents i Crs and i Cst and the interphase circulating voltages v Crs and v Cst are not three-phase symmetrical. In order to provide symmetry, i Lr , i Ls , i Lt , v Lr , v Ls , and v Lt shown in FIG. 5D are expressed as follows using four variables i Crs , i Cst , v Crs , and v Cst . It is defined as equations (5) to (10).
i Lr = i Crs
= 1/3 x (i pr + i nr ) -1/6
X (i ps + i pt + i ns + i nt ) (5)
i Ls = −i Crs + i Cst
= 1/3 x (i ps + i ns ) -1/6
X (i pt + i pr + i nt + i nr ) (6)
i Lt = −i Cst
= 1/3 × (i pt + i nt ) −1/6
X (i pr + i ps + i nr + i ns ) (7)
vLr = 2/3 * ( vpr + vnr ) -1/3
× (v ps + v pt + v ns + v nt ) (8)
v Ls = 2/3 × (v ps + v ns ) −1/3
× (v pt + v pr + v nt + v nr ) (9)
v Lt = 2/3 × (v pt + v nt ) −1/3
× (v pr + v ps + v nr + v ns ) (10)

そして、式(5)〜(7)に示したiLr、iLs、iLtを循環電流と定義する。また、式(8)〜(10)に示したvLr、vLs、vLtを循環電圧と定義する。この循環電流および相間循環電圧には、以下の式(11)(12)に示す関係が成り立つ。
Lr+iLs+iLt=0 (11)
Lr+vLs+vLt=0 (12)
Then, i Lr , i Ls , and i Lt shown in the equations (5) to (7) are defined as circulating current. Further, v Lr , v Ls , and v Lt shown in equations (8) to (10) are defined as circulating voltages. The relationship shown in the following formulas (11) and (12) holds for this circulating current and interphase circulating voltage.
iLr + iLs + iLt = 0 (11)
vLr + vLs + vLt = 0 (12)

以上より、各変数を導出するための式は、変換行列を用いて、以下の式(13)(14)のように表現できる。

Figure 2013051798
From the above, the equations for deriving each variable can be expressed as the following equations (13) and (14) using the transformation matrix.
Figure 2013051798

よって、交流回路、循環回路、直流回路の各状態量は、以下の式(15)(16)に示すように、上側アームの各アーム電流ipr、ips、ipt、各アーム電圧vpr、vps、vpt、および下側アームの各アーム電流inr、ins、int、各アーム電圧vnr、vns、vntに復元することができる。

Figure 2013051798
Therefore, the state quantities of the AC circuit, the circulation circuit, and the DC circuit are expressed by the respective arm currents i pr , i ps , i pt , and the arm voltages v pr of the upper arm as shown in the following equations (15) and (16). , V ps , v pt , and arm currents i nr , i ns , i nt , and arm voltages v nr , v ns , v nt of the lower arm.
Figure 2013051798

ここで、式(13)は、6×7の行列を用いて6個の変数を7個に変換しており、変換の前後で次数が上昇している。これは3相の対称性を保つために、相間循環電流iCrs、iCstの2つの変数を式(11)の拘束条件のもとに循環電流iLr、iLs、iLtの3変数に展開したことによるものである。循環電流iLr、iLs、iLtに関して3相2相変換を行い、以下の式(17)のように表現することも可能である。

Figure 2013051798
Here, in Expression (13), six variables are converted into seven using a 6 × 7 matrix, and the order increases before and after the conversion. In order to maintain the symmetry of the three phases, the two variables of the interphase circulating currents i Crs and i Cst are changed to the three variables of the circulating currents i Lr , i Ls and i Lt under the constraint condition of the equation (11). This is due to the development. The circulating currents i Lr , i Ls , and i Lt can be expressed by the following equation (17) by performing three-phase to two-phase conversion.
Figure 2013051798

この式(17)の場合、変換の前後で次数は上がらないが、行列が3相対称とならない。式(14)に示す行列についても同様に3相2相変換を行って表現することが可能である。   In the case of this equation (17), the order does not increase before and after conversion, but the matrix is not three-phase symmetric. Similarly, the matrix shown in Expression (14) can be expressed by performing three-phase to two-phase conversion.

次に、交流回路の状態方程式について説明する。図6に示すように等価回路において、交流回路を構成する(A)、(B)の経路にそれぞれキルヒホッフの法則を適用すると、以下の式(18)(19)に示す関係が成り立つ。

Figure 2013051798
Next, the state equation of the AC circuit will be described. As shown in FIG. 6, in the equivalent circuit, when Kirchhoff's law is applied to the paths (A) and (B) constituting the AC circuit, the relationships shown in the following equations (18) and (19) are established.
Figure 2013051798

式(18)から式(19)の差分を求めた場合、以下の式(20)のように表される。

Figure 2013051798
When the difference between Expression (18) and Expression (19) is obtained, it is expressed as the following Expression (20).
Figure 2013051798

また、式(20)から3相の対称性により以下の式(21)(22)が求まる。

Figure 2013051798
Further, the following formulas (21) and (22) are obtained from the formula (20) by the symmetry of the three phases.
Figure 2013051798

そして、式(1)、(3)、(20)、(22)から以下の式(23)も求まる。

Figure 2013051798
And the following formula | equation (23) is also calculated | required from Formula (1), (3), (20), (22).
Figure 2013051798

ここで、Lac=L/2+LTFとし、v+v+v=3Vとすると、以下の式(24)のように表される。

Figure 2013051798
Here, when L ac = L / 2 + L TF and v r + v s + v t = 3V 0 , the following expression (24) is obtained.
Figure 2013051798

また、式(24)から3相の対称性により以下の式(25)(26)も求まる。

Figure 2013051798
Further, the following formulas (25) and (26) are also obtained from the formula (24) by the symmetry of the three phases.
Figure 2013051798

この式(24)〜(26)は、非接地系統における3相インバータの一般式であり、2重Y結線MMCでもDQ変換による非干渉制御が行えることを示している。なお、上記は、図1に示すように変換器10が系統にY-Δ変圧器13で連系されており、非接地であるものとした場合である。接地されている場合は、接地による影響を加味することにより、同様に扱うことができる。   These formulas (24) to (26) are general formulas for a three-phase inverter in a non-grounded system, and show that non-interference control by DQ conversion can be performed even with a double Y-connection MMC. In addition, the above is a case where the converter 10 is connected to the system by the Y-Δ transformer 13 as shown in FIG. 1 and is not grounded. When grounded, it can be handled in the same manner by taking into account the influence of grounding.

次に、循環回路の状態方程式について説明する。図7に示すように等価回路において、循環回路を構成する(C)、(D)の経路にそれぞれキルヒホッフの法則を適用すると、以下の式(27)(28)に示す関係が成り立つ。

Figure 2013051798
Next, the state equation of the circulation circuit will be described. As shown in FIG. 7, in the equivalent circuit, when Kirchhoff's law is applied to the paths (C) and (D) constituting the circulation circuit, the relationships shown in the following equations (27) and (28) are established.
Figure 2013051798

式(27)から式(28)の差分を求めた場合、以下の式(29)のように表される。

Figure 2013051798
When the difference between Expression (27) and Expression (28) is obtained, it is expressed as the following Expression (29).
Figure 2013051798

ここで、2・L=Lとすると、以下の式(30)のように表される。

Figure 2013051798
Here, when a 2 · L = L L, is represented by the following formula (30).
Figure 2013051798

また、式(30)から3相の対称性により、S相、T相についても以下の式(31)(32)のように求まる。

Figure 2013051798
Further, from the equation (30), the S phase and the T phase can be obtained as in the following equations (31) and (32) due to the symmetry of the three phases.
Figure 2013051798

次に、直流回路の状態方程式について説明する。図8に示すように等価回路において、直流回路を構成する(E)、(F)、(G)の経路にそれぞれキルヒホッフの法則を適用すると、以下の式(33)に示す関係が成り立つ。

Figure 2013051798
Next, a state equation of the DC circuit will be described. As shown in FIG. 8, when Kirchhoff's law is applied to the paths (E), (F), and (G) constituting the DC circuit in the equivalent circuit, the relationship shown in the following equation (33) is established.
Figure 2013051798

式(33)に示した3つの式を足して整理すると以下の式(34)のように表される。

Figure 2013051798
When the three equations shown in equation (33) are added and arranged, the following equation (34) is obtained.
Figure 2013051798

ここで、L=2/3×Lとすると、以下の式(35)のように表される。

Figure 2013051798
Here, when L d = 2/3 × L, the following expression (35) is obtained.
Figure 2013051798

このように、二重Y結線MMCの状態方程式は、式(24)〜(26)、(30)〜(32)、(35)で表すことができる。このことは、2重Y結線MMCの回路構成は、式(13)、(14)の変数変換を行うことにより、回路の状態方程式を、図9A〜図9Cに示すように、1つの直流回路と、3つの循環回路と、3つの交流回路の合計7つの回路に分けて考えることができ、また直流回路、循環回路、交流回路が独立に制御できることを示している。交流回路、循環回路、直流回路は、独立であるので、交流回路や循環回路の制御が直流回路に影響を与えることはない。直流送電やBTBシステムなどの直流システムを行う場合、変換器10は、直流回路の電流、電圧を一定に保つ必要があるが、交流回路や循環回路の様々な制御を行いつつ直流電流、電圧を一定に保つことが可能である。   Thus, the state equation of the double Y-connection MMC can be expressed by the equations (24) to (26), (30) to (32), and (35). This is because the circuit configuration of the double Y-connection MMC is obtained by performing the variable conversion of the equations (13) and (14), so that the state equation of the circuit is changed to one DC circuit as shown in FIGS. 9A to 9C. It can be divided into a total of seven circuits of three circulation circuits and three AC circuits, and shows that the DC circuit, the circulation circuit, and the AC circuit can be controlled independently. Since the AC circuit, the circulation circuit, and the DC circuit are independent, the control of the AC circuit and the circulation circuit does not affect the DC circuit. When performing a DC system such as a DC power transmission or a BTB system, the converter 10 needs to keep the current and voltage of the DC circuit constant, but the DC current and voltage are controlled while performing various controls of the AC circuit and the circulation circuit. It is possible to keep it constant.

次に、本実施例に係る変換器10を制御する制御系の構成ついて説明する。図10は、変換器を制御する制御系の概略的な構成の一例を示す図である。図10に示す例では、変換器10は、検出部41と、記憶部42と、制御部43と、信号生成部44とを有する。   Next, the configuration of the control system that controls the converter 10 according to the present embodiment will be described. FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a schematic configuration of a control system that controls the converter. In the example illustrated in FIG. 10, the converter 10 includes a detection unit 41, a storage unit 42, a control unit 43, and a signal generation unit 44.

検出部41は、電力変換部20の各相の電流および各相毎に接続された回路モジュール21全体でのコンデンサ電圧を検出する。   The detection unit 41 detects the current of each phase of the power conversion unit 20 and the capacitor voltage across the circuit module 21 connected for each phase.

記憶部42は、電力変換部20の回路構成を直流回路、循環回路、交流回路に分けて等価回路で示した場合の当該直流回路、循環回路、交流回路の電圧および電流と、電力変換部20の2重のY結線回路23の各相の電圧および電流との関係を示す関係情報を記憶している。例えば、記憶部42は、関係情報として、式(13)(14)に示す情報、および式(15)(16)に示す情報を記憶する。   The storage unit 42, when the circuit configuration of the power conversion unit 20 is divided into a DC circuit, a circulation circuit, and an AC circuit and shown as an equivalent circuit, the voltage and current of the DC circuit, the circulation circuit, and the AC circuit, and the power conversion unit 20. The relationship information indicating the relationship between the voltage and current of each phase of the double Y connection circuit 23 is stored. For example, the storage unit 42 stores information represented by the equations (13) and (14) and information represented by the equations (15) and (16) as the relationship information.

制御部43は、検出部41による検出結果から記憶部42に記憶された関係情報に基づいて、直流回路、循環回路、交流回路の電圧および電流がそれぞれ所定の条件を満たすように、電力変換部20の各回路モジュール21のスイッチング素子を制御する。具体的には、制御部43は、検出部41による検出結果から電力変換部20の各相のアーム毎に、アーム電流およびアーム電圧を求め、式(13)(14)を用いて相毎の交流電流および交流電圧、相毎の循環電流および循環電圧、直流電圧および直流電流を導出する。制御部43は、導出された相毎の交流電流および交流電圧、相毎の循環電流および循環電圧、直流電圧、直流電流がそれぞれ所定の条件を満たすか判定する。制御部43は、条件を満たさない電圧、電流がある場合、式(15)(16)を用いて、条件を満たさない電圧、電流に影響を与えるアーム電圧を特定し、条件を満たすように特定したアーム電圧の変更を指示する。例えば、制御部43は、直流電圧が所定の条件とされた電圧より低い場合、全てのアーム電圧あるいはいずれかのアーム電圧を所定量だけ上昇させる指示を行い、直流電圧が所定の条件とされた電圧より高い場合、全てのアーム電圧あるいはいずれかのアーム電圧を所定量だけ低下させる指示を行う。なお、制御部43は、相毎の交流電流および交流電圧、相毎の循環電流および循環電圧、直流電圧、直流電流の何れかが条件を満たしている場合、条件を満たした電圧、電流が極力変動しないようにアーム電圧を変更する。例えば、いずれかの相で交流電流や交流電圧が所定の条件を満たしており、直流電圧を上昇させる場合、式(15)(16)を用いて、交流電流や交流電圧が条件を満たす相に影響を与えるアーム電圧と影響を与えないアーム電圧を特定し、影響を与えないアーム電圧を上昇させる指示を行う。また、例えば、いずれかの相で循環電流や循環電圧が所定の条件を満たしており、直流電圧を上昇させる場合、式(15)(16)を用いて、各アーム電圧の変化による循環電流や循環電圧の変化度合いと直流電圧の上昇度合いを求め、循環電流や循環電圧の変化が相殺され、直流電圧が上昇するようにアーム電圧を変化させる指示を行う。また、例えば、直流電圧が条件を満たしており、交流電流や交流電圧、循環電流や循環電圧を変化させる場合、直流電圧の変化が相殺され、交流電流や交流電圧、循環電流や循環電圧が変化するようにアーム電圧を変化させる指示を行う。   Based on the relationship information stored in the storage unit 42 based on the detection result of the detection unit 41, the control unit 43 converts the power conversion unit so that the voltage and current of the DC circuit, the circulation circuit, and the AC circuit satisfy predetermined conditions. The switching elements of the 20 circuit modules 21 are controlled. Specifically, the control unit 43 obtains an arm current and an arm voltage for each arm of each phase of the power conversion unit 20 from the detection result of the detection unit 41, and uses equations (13) and (14) for each phase. AC current and AC voltage, phase-by-phase circulating current and circulating voltage, DC voltage and DC current are derived. The control unit 43 determines whether the derived AC current and AC voltage for each phase, circulating current and voltage for each phase, DC voltage, and DC current satisfy predetermined conditions. When there is a voltage or current that does not satisfy the condition, the control unit 43 uses the equations (15) and (16) to specify the arm voltage that does not satisfy the condition and affects the current, and specifies that the condition is satisfied. Instructed to change the arm voltage. For example, when the DC voltage is lower than the voltage set as the predetermined condition, the control unit 43 gives an instruction to increase all arm voltages or one of the arm voltages by a predetermined amount, and the DC voltage is set as the predetermined condition. If it is higher than the voltage, an instruction is given to reduce all arm voltages or any of the arm voltages by a predetermined amount. In addition, when any one of the alternating current and the alternating voltage for each phase, the circulating current and the circulating voltage for each phase, the direct current voltage, and the direct current satisfy the condition, the control unit 43 generates the voltage and current that satisfy the condition as much as possible. Change the arm voltage so that it does not fluctuate. For example, when an alternating current or an alternating voltage satisfies a predetermined condition in any phase and the direct current voltage is increased, the alternating current or the alternating voltage is changed to a phase that satisfies the condition using Equations (15) and (16). An arm voltage that has an effect and an arm voltage that has no effect are specified, and an instruction to increase the arm voltage that has no effect is given. In addition, for example, when the circulating current or the circulating voltage satisfies a predetermined condition in any phase and the DC voltage is increased, the circulating current or the current due to the change in each arm voltage is calculated using the equations (15) and (16). The degree of change of the circulating voltage and the degree of increase of the DC voltage are obtained, and an instruction to change the arm voltage so that the change of the circulating current and the circulating voltage is canceled and the DC voltage rises is issued. In addition, for example, when the DC voltage satisfies the condition and the AC current, AC voltage, circulating current, or circulating voltage is changed, the change in DC voltage is canceled, and the AC current, AC voltage, circulating current, or circulating voltage changes. To change the arm voltage.

信号生成部44は、電力変換部20の各相の各アームの回路モジュール21に対して搬送波と変調波を供給しており、制御部43からの指示に応じて、供給する変調波に重畳させる定電圧の電圧レベルを変更して変調波全体の電圧レベルを上下させる。これにより、電力変換部20では、各相のアーム毎に、回路モジュール21のスイッチング素子25のオン、オフの期間を変更することにより、各相のアーム毎にアーム電圧が変化する。   The signal generator 44 supplies a carrier wave and a modulated wave to the circuit module 21 of each arm of each phase of the power converter 20 and superimposes it on the supplied modulated wave according to an instruction from the controller 43. Change the voltage level of the constant voltage to raise or lower the voltage level of the entire modulated wave. Thereby, in the power converter 20, the arm voltage changes for each arm of each phase by changing the ON / OFF period of the switching element 25 of the circuit module 21 for each arm of each phase.

制御部43は、例えば、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)やFPGA(Field Programmable Gate Array)などの集積回路を用いた回路構成により制御を実現してもよい。また、CPU(Central Processing Unit)やMPU(Micro Processing Unit)などの電子回路とプログラムを記憶した記憶部を設け、電子回路によりプログラムの処理を実行することにより制御を実現してもよい。   For example, the control unit 43 may realize control by a circuit configuration using an integrated circuit such as an application specific integrated circuit (ASIC) or a field programmable gate array (FPGA). Further, an electronic circuit such as a CPU (Central Processing Unit) or an MPU (Micro Processing Unit) and a storage unit that stores the program may be provided, and control may be realized by executing processing of the program by the electronic circuit.

次に、本実施例に係る制御部43による制御処理の流れを説明する。図11は、制御処理の手順を示すフローチャートである。この制御処理は、制御部43が起動した後、常時実行される。   Next, the flow of control processing by the control unit 43 according to the present embodiment will be described. FIG. 11 is a flowchart showing the procedure of the control process. This control process is always executed after the control unit 43 is activated.

図11に示すように、制御部43は、検出部41による検出結果から電力変換部20の各相のアーム毎に、アーム電流およびアーム電圧を求め、相毎の交流電流および交流電圧、相毎の循環電流および循環電圧、直流電圧および直流電流を導出する(ステップS100)。制御部43は、導出された相毎の交流電流および交流電圧、相毎の循環電流および循環電圧、直流電圧、直流電流がそれぞれ所定の条件を満たすように、アーム電圧を変化させる指示を行う(ステップS101)。例えば、制御部43は、所定の条件を満たさない電圧、電流が存在する場合、条件を満たす電圧、電流を極力変動させず、条件を満たさない電圧、電流が所定の条件を満たすように、アーム電圧を変化させる指示を行う。   As shown in FIG. 11, the control unit 43 obtains an arm current and an arm voltage for each arm of each phase of the power conversion unit 20 from the detection result by the detection unit 41, and obtains an AC current and AC voltage for each phase, The circulating current, circulating voltage, direct current voltage and direct current are derived (step S100). The control unit 43 instructs to change the arm voltage so that the derived AC current and AC voltage for each phase, circulating current and voltage for each phase, DC voltage, and DC current satisfy predetermined conditions ( Step S101). For example, when there is a voltage or current that does not satisfy a predetermined condition, the control unit 43 does not fluctuate the voltage or current that satisfies the condition as much as possible, and the voltage or current that does not satisfy the condition satisfies the predetermined condition. Gives instructions to change the voltage.

これにより、信号生成部44は、制御部43からの指示に応じて、変調波に重畳させる定電圧の電圧レベルを変更して電力変換部20の各相のアームの回路モジュール21に搬送波と変調波を供給する。これにより、電力変換部20では、各相のアーム毎にアーム電圧が変化する。   As a result, the signal generation unit 44 changes the voltage level of the constant voltage to be superimposed on the modulated wave in accordance with an instruction from the control unit 43, and modulates the carrier wave and the modulation to the circuit module 21 of each phase arm of the power conversion unit 20. Supply waves. Thereby, in power converter 20, arm voltage changes for every arm of each phase.

制御部43は、変換器10全体を制御する他の制御部などから動作停止が指示されたか否かを判定する(ステップS102)。制御部43は、動作停止が指示された場合(ステップS102肯定)、処理を終了する。一方、制御部43は、動作停止が指示されていない場合(ステップS102否定)、ステップS100へ移行する。   The control unit 43 determines whether or not an operation stop is instructed by another control unit that controls the entire converter 10 (step S102). When the operation stop is instructed (Yes at Step S102), the control unit 43 ends the process. On the other hand, when the operation stop is not instructed (No at Step S102), the control unit 43 proceeds to Step S100.

次に、本実施例にかかる変換器10を用いてBTBシステム50を構築した場合の動作をシミュレーションした結果について説明する。図12は、シミュレーションに使用したBTBシステムの概略的な構成を示す図である。図13は、シミュレーションを行ったBTBシステムの主な仕様を示している。   Next, the result of simulating the operation when the BTB system 50 is constructed using the converter 10 according to the present embodiment will be described. FIG. 12 is a diagram showing a schematic configuration of the BTB system used for the simulation. FIG. 13 shows the main specifications of the BTB system on which the simulation was performed.

図12に示すBTBシステム50は、送電側と受電側が同じ回路構成とされており、受電端と送電端にそれぞれ変換器10が設けられている。変換器10は、それぞれY−Δ変圧器13によりそれぞれ別の交流系統と接続されている。変換器10は、1つのアームあたりの回路モジュール21の段数を3つとし、インバータセルタイプの回路モジュール21を採用したものとする。   The BTB system 50 shown in FIG. 12 has the same circuit configuration on the power transmission side and the power reception side, and the converter 10 is provided at each of the power reception end and the power transmission end. The converters 10 are respectively connected to different AC systems by Y-Δ transformers 13. It is assumed that the converter 10 has three circuit modules 21 per arm and employs an inverter cell type circuit module 21.

2つの変換器10の間の直流回路は、一方が直接接地されており、電源やコンデンサなど直流電圧を固定するような回路素子は入っていないものとする。   One of the DC circuits between the two converters 10 is directly grounded, and it is assumed that there are no circuit elements such as a power supply and a capacitor that fix the DC voltage.

シミュレーションでは、受電側の変換器10が直流電圧vの一定制御を行い、送電側の変換器10が直流電流iの一定制御を行う。図14A〜図14Fには、送電側の変換器の各波形を示す。 In the simulation, the converter 10 of the power receiving side performs a certain control of the DC voltage v d, converter 10 of the power transmission performs constant control of the DC current i d. 14A to 14F show waveforms of the converter on the power transmission side.

図14Aは、R相の上側アームと下側アームの電流波形を示しており、図14Bは、3相の交流電流の電流波形を示している。また、図14Cは、上側アームと下側アームの回路モジュール21での電圧波形を示しており、図14Dは、変換器の各相の電圧波形を示している。シミュレーションの結果、BTBシステム50は、安定的な運転を可能であることが示されている。   FIG. 14A shows the current waveform of the upper and lower arms of the R phase, and FIG. 14B shows the current waveform of the AC current of the three phases. Moreover, FIG. 14C has shown the voltage waveform in the circuit module 21 of an upper arm and a lower arm, and FIG. 14D has shown the voltage waveform of each phase of a converter. Simulation results show that the BTB system 50 can operate stably.

図14Eは、直流電流の電流波形を示しており、図14Fは、3相の循環電流の電流波形を示している。シミュレーションの結果、BTBシステム50は、定常状態において直流電圧、直流電流は1.0p.uになっており正常に電力が送電されている。定常状態では、循環電流を0に設定しており、循環電流は流れない。   FIG. 14E shows a current waveform of a direct current, and FIG. 14F shows a current waveform of a three-phase circulating current. As a result of the simulation, the BTB system 50 has a DC voltage and a DC current of 1.0 p. It is u and power is transmitted normally. In the steady state, the circulating current is set to 0, and the circulating current does not flow.

[実施例1の効果]
上述してきたように、本実施例に係る変換器10は、自励式のスイッチング素子23および当該スイッチング素子23のオン、オフに応じて電力を蓄積、放出するコンデンサ24を含み3相交流の電力系統の各相毎に設けられた回路をY結線したY結線回路23が電力変換部20に2重に設けられており、電力変換部20により電力変換を行う。また、変換器10は、検出部41により、電力変換部20の2重のY結線回路23の各相の電圧および電流を検出する。変換器10は、電力変換部20の2重のY結線回路23の各相の電圧および電流と、当該2重のY結線回路を、直流回路を含む等価回路で示した場合の当該直流回路の電圧および電流との関係を示す関係情報を記憶部42に記憶する。そして、変換器10は、制御部43により、記憶部42に記憶された関係情報に基づいて検出部41による検出結果から導出される直流回路の電圧および電流の少なくとも一方が一定となるように電力変換部20のスイッチング素子25を制御する。これにより、本実施例に係る変換器10は、Y結線部分の間の直流の制御を行うことができる。これにより、本実施例に係る変換器10は、BTBシステムや直流送電などの直流システムに用いて、直流制御を行うことができる。
[Effect of Example 1]
As described above, the converter 10 according to the present embodiment includes the self-excited switching element 23 and the capacitor 24 that stores and discharges power according to the on / off of the switching element 23. The Y connection circuit 23 obtained by Y-connecting the circuits provided for each phase is provided in the power conversion unit 20 in a double manner, and the power conversion unit 20 performs power conversion. Moreover, the converter 10 detects the voltage and current of each phase of the double Y connection circuit 23 of the power conversion unit 20 by the detection unit 41. The converter 10 includes the voltage and current of each phase of the double Y connection circuit 23 of the power converter 20 and the DC circuit when the double Y connection circuit is represented by an equivalent circuit including a DC circuit. Relation information indicating the relation between the voltage and the current is stored in the storage unit 42. Then, the converter 10 uses the power so that at least one of the voltage and current of the DC circuit derived from the detection result by the detection unit 41 based on the relationship information stored in the storage unit 42 is constant by the control unit 43. The switching element 25 of the conversion unit 20 is controlled. Thereby, the converter 10 which concerns on a present Example can perform direct current | flow control between Y connection parts. Thereby, the converter 10 which concerns on a present Example can perform direct current | flow control using for direct current systems, such as a BTB system and direct current power transmission.

また、本実施例では、2重Y結線MMCの各アームの電流、電圧を交流分と直流分と循環分に分解して取り扱う理論を開示した。この理論によれば、交流回路と直流回路と循環回路がそれぞれ独立に制御できる。これにより、本実施例に係る変換器10は、各回路が独立に制御できるため、交流電流や循環電流を制御しつつも直流電圧、直流電流を一定に保つことができ、2重Y結線MMCによる直流送電やBTBシステムの制御が容易に行える。例えば、本実施例に係る変換器10では、関係情報が、電力変換部20の2重のY結線回路23の各相の電圧および電流と、当該2重のY結線回路23を等価回路として交流回路および循環回路で示した場合の当該交流回路の電圧および電流、当該循環回路の電圧および電流との関係を示す情報をさらに含んでいる。そして、変換器10は、制御手段により、記憶部42に記憶された関係情報に基づいて、直流回路の電圧および電流の少なくとも一方を一定に維持しつつ、交流回路および循環回路の電圧および電流がそれぞれ所定の条件を満たすように、電力変換部20のスイッチング素子25を制御する。これにより、本実施例に係る変換器10は、交流電圧や交流電流、循環電圧、循環電流の制御を行いつつ、Y結線部分の間の直流の制御を行うことができる。   In this embodiment, the theory of handling the current and voltage of each arm of the double Y-connection MMC by breaking it into an AC component, a DC component, and a circulation component is disclosed. According to this theory, the AC circuit, the DC circuit, and the circulation circuit can be controlled independently. Thereby, in the converter 10 according to the present embodiment, each circuit can be controlled independently, so that the DC voltage and the DC current can be kept constant while controlling the AC current and the circulating current, and the double Y-connection MMC. DC power transmission and BTB system control can be easily performed. For example, in the converter 10 according to the present embodiment, the relationship information includes AC and voltage of each phase of the double Y connection circuit 23 of the power conversion unit 20, and alternating current using the double Y connection circuit 23 as an equivalent circuit. It further includes information indicating the relationship between the voltage and current of the AC circuit and the voltage and current of the circulation circuit in the case of the circuit and the circulation circuit. Then, the converter 10 allows the control means to maintain the voltage and current of the AC circuit and the circulation circuit while maintaining at least one of the voltage and current of the DC circuit constant based on the relationship information stored in the storage unit 42. The switching elements 25 of the power converter 20 are controlled so as to satisfy predetermined conditions. Thereby, the converter 10 which concerns on a present Example can perform direct current | flow control between Y connection parts, controlling alternating voltage, alternating current, circulating voltage, and circulating current.

さて、これまで開示の装置に関する実施例について説明したが、本発明は上述した実施例以外にも、種々の異なる形態にて実施されてよいものである。そこで、以下では、本発明に含まれる他の実施例を説明する。   Although the embodiments related to the disclosed apparatus have been described above, the present invention may be implemented in various different forms other than the above-described embodiments. Therefore, another embodiment included in the present invention will be described below.

また、上記の実施例では、電力変換部20を、図1に示すように、電力系統12の各相毎に回路モジュール21を直列に3段接続した回路構成とした場合について例示したが開示の装置はこれに限定されない。例えば、各相毎に回路モジュール21を1つ設けた回路構成としてもよい。また、各相毎に回路モジュール21を直列に2段または4段以上接続した回路構成としてもよい。また、変換器10がY−Δ変圧器13を介して電力系統12と接続されているものとして例示したが、開示の装置はこれに限定されない。例えば、Y−Y変圧器を介して電力系統12と接続されたり、電力系統12と直接接続されたりすることも適切な制御を行うことで可能である。   In the above embodiment, the power converter 20 is illustrated as having a circuit configuration in which the circuit modules 21 are connected in three stages in series for each phase of the power system 12, as shown in FIG. The apparatus is not limited to this. For example, a circuit configuration in which one circuit module 21 is provided for each phase may be employed. Moreover, it is good also as a circuit structure which connected the circuit module 21 for each phase 2 steps | paragraphs or 4 steps | paragraphs or more in series. Moreover, although the converter 10 was illustrated as what is connected with the electric power grid | system 12 via the Y-delta transformer 13, the apparatus of an indication is not limited to this. For example, it is possible to connect to the power system 12 via a YY transformer or to connect directly to the power system 12 by performing appropriate control.

また、各種の負荷や使用状況などに応じて、実施例において説明した各処理の各ステップでの処理を任意に細かく分けたり、あるいはまとめたり、処理順序を入れ替えてもよい。   Further, depending on various loads, usage conditions, and the like, the processing in each step of each processing described in the embodiment may be arbitrarily finely divided or combined, or the processing order may be changed.

また、図示した各装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的状態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。例えば、図10に示す制御部43をさらに細かい処理部に分けてもよい。   Further, each component of each illustrated apparatus is functionally conceptual, and does not necessarily need to be physically configured as illustrated. In other words, the specific state of distribution / integration of each device is not limited to the one shown in the figure, and all or a part thereof may be functionally or physically distributed or arbitrarily distributed in arbitrary units according to various loads or usage conditions. Can be integrated and configured. For example, the control unit 43 shown in FIG. 10 may be divided into finer processing units.

[制御プログラム]
また、上記の実施例で説明した制御部43の各種の処理は、あらかじめ用意されたプログラムをコンピュータシステムで実行することによって実現することもできる。そこで、以下では、図15を用いて、上記の実施例で説明した制御部43と同様の機能を有する制御プログラムを実行するコンピュータの一例を説明する。図15は、制御プログラムを実行するコンピュータを示す図である。
[Control program]
Various processes of the control unit 43 described in the above embodiment can also be realized by executing a program prepared in advance by a computer system. Therefore, in the following, an example of a computer that executes a control program having the same function as the control unit 43 described in the above embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 15 is a diagram illustrating a computer that executes a control program.

図15に示すように、コンピュータ300は、CPU(Central Processing Unit)310、ROM(Read Only Memory)320、RAM(Random Access Memory)340を有する。これら300〜340の各部は、バス400を介して接続される。   As shown in FIG. 15, the computer 300 includes a CPU (Central Processing Unit) 310, a ROM (Read Only Memory) 320, and a RAM (Random Access Memory) 340. These units 300 to 340 are connected via a bus 400.

ROM320には、上記の実施例1に示す制御部43と同様の機能を発揮する制御プログラム320aが予め記憶される。すなわち、ROM320には、図15に示すように、制御プログラム320aが記憶される。なお、制御プログラム320aについては、適宜分離しても良い。   The ROM 320 stores in advance a control program 320a that exhibits the same function as the control unit 43 shown in the first embodiment. That is, the ROM 320 stores a control program 320a as shown in FIG. Note that the control program 320a may be separated as appropriate.

HDD330には、各種の関係情報が記憶される。関係情報は、図10に示した記憶部42に記憶された関係情報に対応する。   Various related information is stored in the HDD 330. The relationship information corresponds to the relationship information stored in the storage unit 42 illustrated in FIG.

そして、CPU310は、関係情報を読み出してRAM340に格納する。CPU310は、RAM340に格納された関係情報を用いて、制御プログラム320aを実行する。なお、RAM340に格納される各データは、常に全てのデータがRAM340に格納される必要はなく、処理に必要なデータのみがRAM340に格納されれば良い。   Then, the CPU 310 reads the related information and stores it in the RAM 340. The CPU 310 executes the control program 320a using the relationship information stored in the RAM 340. Each data stored in the RAM 340 does not always need to be stored in the RAM 340, and only the data necessary for the process may be stored in the RAM 340.

なお、上記した制御プログラム320aについては、必ずしも最初からROM320に記憶させておく必要はない。   Note that the above-described control program 320a is not necessarily stored in the ROM 320 from the beginning.

例えば、コンピュータ300に挿入されるフレキシブルディスク(FD)、CD−ROM、DVDディスク、光磁気ディスク、ICカードなどの「可搬用の物理媒体」にプログラムを記憶させておく。そして、コンピュータ300がこれらからプログラムを読み出して実行するようにしてもよい。   For example, the program is stored in a “portable physical medium” such as a flexible disk (FD), a CD-ROM, a DVD disk, a magneto-optical disk, or an IC card inserted into the computer 300. Then, the computer 300 may read and execute the program from these.

さらには、公衆回線、インターネット、LAN、WANなどを介してコンピュータ300に接続される「他のコンピュータ(またはサーバ)」などにプログラムを記憶させておく。そして、コンピュータ300がこれらからプログラムを読み出して実行するようにしてもよい。   Furthermore, the program is stored in “another computer (or server)” connected to the computer 300 via a public line, the Internet, a LAN, a WAN, or the like. Then, the computer 300 may read and execute the program from these.

10 変換器
12 電力系統
20 電力変換部
21 回路モジュール
23 Y結線回路
24 コンデンサ
25 スイッチング素子
41 検出部
42 記憶部
43 制御部
44 信号生成部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Converter 12 Power system 20 Power conversion part 21 Circuit module 23 Y connection circuit 24 Capacitor 25 Switching element 41 Detection part 42 Storage part 43 Control part 44 Signal generation part

Claims (4)

自励式のスイッチング素子および当該スイッチング素子のオン、オフに応じて電力を蓄積、放出するコンデンサを含み3相交流の電力系統の各相毎に設けられた回路をY結線したY結線回路が2重に設けられ、電力変換を行う電力変換部と、
前記電力変換部の2重のY結線回路の各相の電圧および電流を検出する検出部と、
前記電力変換部の2重のY結線回路の各相の電圧および電流と、当該2重のY結線回路を、直流回路を含む等価回路で示した場合の当該直流回路の電圧および電流との関係を示す関係情報を記憶した記憶部と、
前記記憶部に記憶された関係情報に基づいて前記検出部による検出結果から導出される前記直流回路の電圧および電流の少なくとも一方が一定となるように前記電力変換部の前記スイッチング素子を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする変換器。
Double Y-connection circuit that Y-connects a circuit provided for each phase of a three-phase AC power system, including a self-excited switching element and a capacitor that stores and discharges power according to ON / OFF of the switching element. A power conversion unit that performs power conversion, and
A detection unit for detecting a voltage and a current of each phase of the double Y-connection circuit of the power conversion unit;
The relationship between the voltage and current of each phase of the double Y-connection circuit of the power converter and the voltage and current of the DC circuit when the double Y-connection circuit is represented by an equivalent circuit including a DC circuit A storage unit storing relationship information indicating
Control for controlling the switching element of the power converter so that at least one of the voltage and current of the DC circuit derived from the detection result by the detector based on the relation information stored in the storage is constant Means,
A converter characterized by comprising:
前記関係情報は、前記電力変換部の2重のY結線回路の各相の電圧および電流と、当該2重のY結線回路を前記等価回路として交流回路および循環回路で示した場合の当該交流回路の電圧および電流、当該循環回路の電圧および電流との関係を示す情報をさらに含み、
前記制御手段は、前記記憶部に記憶された関係情報に基づいて、前記直流回路の電圧および電流の少なくとも一方を一定に維持しつつ、交流回路および循環回路の電圧および電流がそれぞれ所定の条件を満たすように、前記電力変換部の前記スイッチング素子を制御する
ことを特徴とする請求項1記載の変換器。
The relation information includes the voltage and current of each phase of the double Y-connection circuit of the power converter, and the AC circuit when the double Y-connection circuit is represented as an equivalent circuit by an AC circuit and a circulation circuit. And information indicating the relationship between the voltage and current of the circuit and the voltage and current of the circulation circuit,
Based on the relation information stored in the storage unit, the control means maintains at least one of the voltage and current of the DC circuit constant, and the voltage and current of the AC circuit and the circulation circuit satisfy predetermined conditions, respectively. The converter according to claim 1, wherein the switching element of the power conversion unit is controlled so as to satisfy the condition.
自励式のスイッチング素子および当該スイッチング素子のオン、オフに応じて電力を蓄積、放出するコンデンサを含み3相交流の電力系統の各相毎に設けられた回路をY結線したY結線回路が2重に設けられ、電力変換を行う電力変換部を有する変換器の制御方法であって、
前記電力変換部の2重のY結線回路の各相の電圧および電流を検出し、
前記電力変換部の2重のY結線回路の各相の電圧および電流と、当該2重のY結線回路を、直流回路を含む等価回路で示した場合の当該直流回路の電圧および電流との関係を示す関係情報を記憶した記憶部に記憶された関係情報に基づいて、検出結果から導出される前記直流回路の電圧および電流の少なくとも一方が一定となるように前記電力変換部の前記スイッチング素子を制御する
ことを特徴とする変換器の制御方法。
Double Y-connection circuit that Y-connects a circuit provided for each phase of a three-phase AC power system, including a self-excited switching element and a capacitor that stores and discharges power according to ON / OFF of the switching element. A method of controlling a converter having a power conversion unit that performs power conversion,
Detecting the voltage and current of each phase of the double Y-connection circuit of the power converter,
The relationship between the voltage and current of each phase of the double Y-connection circuit of the power converter and the voltage and current of the DC circuit when the double Y-connection circuit is represented by an equivalent circuit including a DC circuit The switching element of the power conversion unit is set so that at least one of the voltage and current of the DC circuit derived from the detection result is constant based on the relationship information stored in the storage unit that stores the relationship information indicating A control method of a converter characterized by controlling.
自励式のスイッチング素子および当該スイッチング素子のオン、オフに応じて電力を蓄積、放出するコンデンサを含み3相交流の電力系統の各相毎に設けられた回路をY結線したY結線回路が2重に設けられ、電力変換を行う電力変換部を有する変換器の制御プログラムであって、
前記電力変換部の2重のY結線回路の各相の電圧および電流を検出する検出部により、各相の電圧および電流を検出し、
前記電力変換部の2重のY結線回路の各相の電圧および電流と、当該2重のY結線回路を、直流回路を含む等価回路で示した場合の当該直流回路の電圧および電流との関係を示す関係情報を記憶した記憶部に記憶された関係情報に基づいて前記検出部による検出結果から導出される前記直流回路の電圧および電流の少なくとも一方が一定となるように前記電力変換部の前記スイッチング素子を制御する
各処理を実行させることを特徴とする変換器の制御プログラム。
Double Y-connection circuit that Y-connects a circuit provided for each phase of a three-phase AC power system, including a self-excited switching element and a capacitor that stores and discharges power according to ON / OFF of the switching element. A control program for a converter having a power conversion unit for performing power conversion,
By detecting the voltage and current of each phase of the double Y-connection circuit of the power converter, the voltage and current of each phase are detected,
The relationship between the voltage and current of each phase of the double Y-connection circuit of the power converter and the voltage and current of the DC circuit when the double Y-connection circuit is represented by an equivalent circuit including a DC circuit The power conversion unit is configured so that at least one of the voltage and current of the DC circuit derived from the detection result of the detection unit is constant based on the relationship information stored in the storage unit that stores the relationship information indicating A control program for a converter, characterized by causing each process to control a switching element.
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