JP2015220783A - Self-excited power conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自励式電力変換装置に関する。 The present invention relates to a self-excited power conversion device.
一般に、自励式電力変換装置として、MMC(modular multilevel converter)が知られている。MMCは、複数のセル(単位変換器)で構成された電力変換装置である。MMCは、各セルに入力されるゲートパルス(ゲート信号)により制御される。ゲートパルスの伝送には、光ファイバケーブルが用いられる。この光ファイバケーブルを短縮するために、各セルを光ファイバケーブルでデイジーチェーン接続して、各セルに光シリアル信号を伝送することが開示されている(例えば、特許文献1参照)。 In general, an MMC (modular multilevel converter) is known as a self-excited power converter. The MMC is a power conversion device configured with a plurality of cells (unit converters). The MMC is controlled by a gate pulse (gate signal) input to each cell. An optical fiber cable is used for transmission of the gate pulse. In order to shorten the optical fiber cable, it is disclosed that each cell is daisy chain connected with an optical fiber cable and an optical serial signal is transmitted to each cell (for example, see Patent Document 1).
しかしながら、複数のセルにゲート信号をシリアル通信すると、伝送する回線に異常が生じた場合、自励式電力変換装置の運転継続に対する支障が大きくなる。例えば、全てのセルに1回線でゲート信号をシリアル通信していた場合、この1回線が異常になると、全てのセルと通信できなくなる。従って、自励式電力変換装置の運転が継続できなくなる。 However, when the gate signal is serially communicated to a plurality of cells, if an abnormality occurs in the transmission line, the trouble of continued operation of the self-excited power conversion device increases. For example, when the gate signal is serially communicated to all the cells with one line, if this one line becomes abnormal, it becomes impossible to communicate with all the cells. Therefore, the operation of the self-excited power converter cannot be continued.
そこで、本発明の目的は、複数の単位変換器がシリアル通信し、シリアル通信するための回線の異常に対する運転継続性の高い自励式電力変換装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a self-excited power conversion device having a high continuity of operation for an abnormality in a line for serial communication with a plurality of unit converters.
本発明の観点に従った自励式電力変換装置は、直列に接続された複数の単位変換器と、前記複数の単位変換器を複数のグループに分け、前記グループ毎に前記単位変換器がシリアル通信するための複数の伝送路と、前記複数の単位変換器をそれぞれ制御する信号を含む合成されたデータを出力する制御手段と、前記制御手段から出力された前記合成されたデータを、前記複数のグループに分配する分配手段とを備える。 A self-excited power conversion device according to an aspect of the present invention includes a plurality of unit converters connected in series and the plurality of unit converters divided into a plurality of groups, and the unit converters perform serial communication for each group. A plurality of transmission lines, a control unit that outputs combined data including signals for controlling the plurality of unit converters, and the combined data output from the control unit. Distribution means for distributing to groups.
本発明によれば、複数の単位変換器がシリアル通信し、シリアル通信するための回線の異常に対する運転継続性の高い自励式電力変換装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the self-excited power converter device with a high driving | operation continuity with respect to the abnormality of the line | wire for the serial communication of a several unit converter and serial communication can be provided.
以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る自励式電力変換装置1の構成を示す構成図である。なお、図面における同一部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略し、異なる部分について主に述べる。
(First embodiment)
FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of a self-excited
自励式電力変換装置1は、直流電源2、制御装置3、6つのアーム4up,4um,4vp,4vm,4wp,4wm、三相分のリアクトル5u,5v,5w、三相分の連系リアクトル6u,6v,6w、及び分配器7up,7um,7vp,7vm,7wp,7wmを備えている。自励式電力変換装置1は、交流電源及び交流負荷を備える交流系統8u,8v,8wに三相交流電力を供給する。
The self-
直流電源2は、発電した直流電力を6つのアーム4up〜4wmで構成される電力変換回路に供給する。直流電源2は、自ら発電する装置に限らず、交流電力を直流電力に変換するコンバータ又は二次電池等でもよい。
The
制御装置3は、伝送路L1,L2,L3,L4,L5,L6を介して、各アーム4up〜4wmに対応して設けられた分配器7up〜7wmと通信をする。伝送路L1〜L6は、光ファイバケーブル及び中継器などにより構成される。制御装置3は、伝送路L1〜L6及び分配器7up〜7wmを介して、各アーム4up〜4wmを構成する各セル(単位変換器)C1,C2,C3,C4,C5,C6,C7,C8と通信をすることで、電力変換回路を制御する。
The
6つのアーム4up〜4wmで構成される電力変換回路は、直流電力を三相交流電力に変換する。各アーム4up〜4wmは、8つの直列に接続されたセルC1〜C8で構成されている。各アーム4up〜4wmは、同様に構成されている。電力変換回路のU相は、U相の上(正極側)アーム4upとU相の下(負極側)アーム4umで構成される。電力変換回路のV相は、V相の上(正極側)アーム4vpとV相の下(負極側)アーム4vmで構成される。電力変換回路のW相は、W相の上(正極側)アーム4wpとW相の下(負極側)アーム4wmで構成される。 A power conversion circuit including six arms 4up to 4wm converts DC power into three-phase AC power. Each arm 4up-4wm is comprised of eight cells C1-C8 connected in series. Each arm 4up-4wm is configured similarly. The U phase of the power conversion circuit includes an upper (positive side) arm 4up of the U phase and a lower (negative side) arm 4um of the U phase. The V phase of the power conversion circuit is configured by an upper (positive side) arm 4vp of the V phase and a lower (negative side) arm 4vm of the V phase. The W phase of the power conversion circuit includes an upper (positive side) arm 4wp of the W phase and a lower (negative side) arm 4wm of the W phase.
図2は、本実施形態に係るセルCLの回路について示す回路図である。全てのセルC1〜C8の構成は、図2に示すセルCLと同一である。 FIG. 2 is a circuit diagram showing a circuit of the cell CL according to the present embodiment. The configuration of all the cells C1 to C8 is the same as the cell CL shown in FIG.
セルCLは、二重スターチョッパである。セルCLは、2つのスイッチング素子SW1,SW2、2つの逆並列ダイオードD1,D2、及びコンデンサCDにより構成された回路である。セルCLは、制御装置3から送信されるゲート信号で、2つのスイッチング素子SW1,SW2がスイッチングすることにより駆動する。
Cell CL is a double star chopper. The cell CL is a circuit composed of two switching elements SW1 and SW2, two antiparallel diodes D1 and D2, and a capacitor CD. The cell CL is a gate signal transmitted from the
2つのスイッチング素子SW1,SW2は、直列に接続されている。2つのスイッチング素子SW1,SW2には、それぞれ逆並列ダイオードD1,D2が接続されている。コンデンサCDは、2つの直列に接続されたスイッチング素子SW1,SW2と並列に接続されている。2つのスイッチング素子SW1,SW2の接続点は、セルCLの正極端子となる。負極側に位置するスイッチング素子SW2の負極側の端子(エミッタ)は、セルCLの負極端子となる。 The two switching elements SW1 and SW2 are connected in series. Antiparallel diodes D1 and D2 are connected to the two switching elements SW1 and SW2, respectively. The capacitor CD is connected in parallel with the two switching elements SW1 and SW2 connected in series. A connection point between the two switching elements SW1 and SW2 is a positive terminal of the cell CL. A terminal (emitter) on the negative electrode side of the switching element SW2 located on the negative electrode side becomes a negative electrode terminal of the cell CL.
各アーム4up〜4wmを構成するセルC1〜C8は、4つのグループG1,G2,G3,G4に分けられている。各グループG1〜G4は、通常の電圧を出力できる最低限の個数のセルC1〜C8で構成されている。通常の電圧とは、例えば、自励式電力変換装置1の定格電圧、又は交流系統8u,8v,8wから要求されている電圧などである。ここでは、この最低限の個数を2つとしている。各アーム4up〜4wmは、4つのグループG1〜G4のうち1つでも正常であれば、正常に機能する。各グループG1〜G4を構成する各セルC1〜C8は、ループ状の伝送路LP1〜LP4で、デイジーチェーン接続されている。各アーム4up〜4wmの各グループG1〜G4の伝送路LP1〜LP4は、各アーム4up〜4wmに対応して設けられた分配器7up〜7wmと接続されている。各グループG1〜G4のセルC1〜C8は、それぞれでシリアル通信を行う。
The cells C1 to C8 constituting each arm 4up to 4wm are divided into four groups G1, G2, G3 and G4. Each group G1 to G4 includes a minimum number of cells C1 to C8 that can output a normal voltage. The normal voltage is, for example, a rated voltage of the self-excited
U相のリアクトル5uは、U相の正極側のアーム4upとU相の負極側のアーム4umとの間に設けられている。リアクトル5uの中間点は、交流電力のU相の出力点となる。リアクトル5uの中間点は、連系リアクトル6uを介して、交流系統8uのU相に接続される。リアクトル5uは、U相の正極側のアーム4up及びU相の負極側のアーム4umに流れる循環電流の直流成分を抑制するために設けられている。
The
V相のリアクトル5vは、V相の正極側のアーム4vpとV相の負極側のアーム4vmとの間に設けられている。リアクトル5vの中間点は、交流電力のV相の出力点となる。リアクトル5vの中間点は、連系リアクトル6vを介して、交流系統8vのV相に接続される。リアクトル5vは、V相の正極側のアーム4vp及びV相の負極側のアーム4vmに流れる循環電流の直流成分を抑制するために設けられている。
The V-
W相のリアクトル5wは、W相の正極側のアーム4wpとW相の負極側のアーム4wmとの間に設けられている。リアクトル5wの中間点は、交流電力のW相の出力点となる。リアクトル5wの中間点は、連系リアクトル6wを介して、交流系統8wのW相に接続される。リアクトル5wは、W相の正極側のアーム4wp及びW相の負極側のアーム4wmに流れる循環電流の直流成分を抑制するために設けられている。
The W-
連系リアクトル6u,6v,6wは、交流系統8u,8v,8wと系統連系するために設けられたリアクトルである。U相の連系リアクトル6uは、U相の交流系統8uとU相のリアクトル5uの中間点との間に設けられている。V相の連系リアクトル6vは、V相の交流系統8vとV相のリアクトル5vの中間点との間に設けられている。W相の連系リアクトル6wは、W相の交流系統8wとW相のリアクトル5wの中間点との間に設けられている。なお、三相分の連系リアクトル6u,6v,6wの代わりに、三相分の連系変圧器を設けてもよい。
図3は、本実施形態に係る制御装置3から各分配器7up〜7wmに送信するデータDTの構造を簡易的に示した構造図である。データDTには、各分配器7up〜7wmに接続された8つのセルC1〜C8に対応した8つのデータDT1〜DT8が合成されて格納されている。
FIG. 3 is a structural diagram simply showing the structure of data DT transmitted from the
制御装置3は、それぞれの伝送路L1〜L6にデータDTを送信する。各分配器7up〜7wmは、制御装置3から伝送路L1〜L6を介して受信したデータDTを、各グループG1〜G4の伝送路LP1〜LP4にそれぞれ送信して、各グループG1〜G4でシリアル通信を行う。各グループG1〜G4を構成する各セルC1〜C8は、伝送路LP1〜LP4から受信した合成されたデータDTの中から自己に対応するデータDT1〜DT8を取り出す。各セルC1〜C8が取り出したデータDT1〜DT8には、ゲート信号が含まれている。各セルC1〜C8は、取り出した自己のゲート信号により駆動する。
The
次に、自励式電力変換装置1の回線異常に対する運転継続性について説明する。ここで、回線とは、シリアル通信をするために必要なハードウェア(例えば、伝送路LP1〜LP4又はセルC1〜C8など)及びあらゆるソフトウェアを含むものとする。
Next, the operation continuity with respect to the line abnormality of the self-excited
各アーム4up〜4wmを構成するセルC1〜C8は、グループG1〜G4毎に分けられている。各グループG1〜G4は、それぞれが単独でアーム4up〜4wmとして運転継続に必要最低限の個数のセルC1〜C8を備える。セルC1〜C8は、グループG1〜G4毎にシリアル通信を行う。従って、各アーム4up〜4wmは、少なくとも1つのグループG1〜G4の回線が正常であれば、正常に動作する。 The cells C1 to C8 constituting each arm 4up to 4wm are divided into groups G1 to G4. Each of the groups G1 to G4 includes a minimum number of cells C1 to C8 necessary for continued operation as arms 4up to 4wm, respectively. The cells C1 to C8 perform serial communication for each of the groups G1 to G4. Therefore, each arm 4up-4wm operates normally if the line of at least one group G1-G4 is normal.
本実施形態によれば、各アーム4up〜4wmを構成するセルC1〜C8を運転継続に必要最低限の個数を備えるグループG1〜G4に分け、分けられたグループG1〜G4毎にシリアル通信をすることで、各アーム4up〜4wmで、少なくとも1つのグループG1〜G4の回線が正常であれば、自励式電力変換装置1は、運転を継続することができる。従って、制御装置3が全てのセルC1〜C8とシリアル通信を行う場合と比べて、冗長性を高めることができる。
According to this embodiment, the cells C1 to C8 constituting the arms 4up to 4wm are divided into groups G1 to G4 having the minimum number necessary for continued operation, and serial communication is performed for each of the divided groups G1 to G4. Thus, if the lines of at least one group G1 to G4 are normal in each arm 4up to 4wm, the self-excited
また、各アーム4up〜4wmに対応して分配器7up〜7wmを設けることで、制御装置3からセルC1〜C8までの長い距離を接続する全ての光ファイバケーブルの総和の長さを短くして、各アーム4up〜4wmの冗長性を確保することができる。例えば、制御装置3と各セルC1〜C8を1対1で配線する場合に比べて、全ての光ファイバケーブルの総和の長さを短くすることができる。
Further, by providing distributors 7up to 7wm corresponding to the arms 4up to 4wm, the total length of all the optical fiber cables connecting the long distance from the
(第2の実施形態)
図4は、本発明の第2の実施形態に係る自励式電力変換装置1Aの構成を示す構成図である。
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a configuration diagram showing a configuration of a self-excited
自励式電力変換装置1Aは、図1に示す第1の実施形態に係る自励式電力変換装置1において、各アーム4up〜4wmに対応して設けた分配器7up,7um,7vp,7vm,7wp,7wmを、各アーム4up〜4wmの各グループG1〜G4に対応して設けた分配器7up1〜7up4,7um1〜7um4,7vp1〜7vp4,7vm1〜7vm4,7wp1〜7wp4,7wm1〜7wm4に代え、制御装置3を制御装置3Aに代え、伝送路L1,L2,L3,L4,L5,L6を伝送路L11〜L14,L21〜L24,L31〜L34,L41〜L44,L51〜L54,L61〜L64に代えたものである。その他の点は、第1の実施形態と同様である。
A self-excited
ここで、各アーム4up〜4wmは、同様に構成されているため、主にU相の上アーム4upについて説明し、他のアーム4um〜4wmについては説明を適宜省略する。 Here, since each arm 4up-4wm is comprised similarly, it mainly demonstrates the upper arm 4up of U phase, and abbreviate | omits description suitably about the other arms 4um-4wm.
U相の上アーム4upには、4つのグループG1〜G4毎に4つの分配器7up1〜7up4が設けられている。各分配器7up1〜7up4は、それぞれ伝送路L11〜L14を介して制御装置3Aと接続されている。伝送路L11〜L14は、光ファイバケーブル及び中継器などにより構成される。
The U-phase upper arm 4up is provided with four distributors 7up1 to 7up4 for each of the four groups G1 to G4. Each of the distributors 7up1 to 7up4 is connected to the
制御装置3Aは、伝送路L11〜L14及び分配器7up1〜7up4を介して、U相の上アーム4upを構成する各セルC1,C2,C3,C4,C5,C6,C7,C8と通信をする。その他の点は、制御装置3Aは、第1の実施形態に係る制御装置3と同様である。
3 A of control apparatuses communicate with each cell C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8 which comprises the upper arm 4up of U phase via the transmission lines L11-L14 and the divider | distributors 7up1-7up4. . In other respects, the
制御装置3Aは、それぞれの伝送路L11〜L14にデータDTを送信する。各分配器7up1〜7up4は、制御装置3Aから伝送路L11〜L14を介して受信したデータDTを、それぞれ自己に対応するグループG1〜G4の伝送路LP1〜LP4にそれぞれ送信して、各グループG1〜G4でシリアル通信を行う。その他の点については、第1の実施形態と同様にして、各グループG1〜G4のセルC1〜C8が制御装置3Aから受信したゲート信号により駆動する。
3 A of control apparatuses transmit data DT to each transmission line L11-L14. The distributors 7up1 to 7up4 transmit the data DT received from the
次に、自励式電力変換装置1Aの回線異常に対する運転継続性について説明する。
Next, the continuity of operation for the line abnormality of the self-excited
各アーム4up〜4wmを構成するセルC1〜C8は、第1の実施形態と同様に、グループG1〜G4毎に分けられているため、少なくとも1つのグループG1〜G4の回線が正常であれば、正常に動作する。また、分配器7up1〜7wm4もグループG1〜G4毎に設けられているため、分配器7up1〜7wm4についてもいずれか1つが正常であれば、各アーム4up〜4wmは、正常に動作する。 Since the cells C1 to C8 constituting each arm 4up to 4wm are divided into groups G1 to G4 as in the first embodiment, if the lines of at least one group G1 to G4 are normal, Works normally. Further, since the distributors 7up1 to 7wm4 are also provided for the groups G1 to G4, if any one of the distributors 7up1 to 7wm4 is normal, the arms 4up to 4wm operate normally.
本実施形態によれば、第1の実施形態による作用効果に加え、分配器7up1〜7wm4を各アーム4up〜4wmの各グループG1〜G4に設けたため、分配器7up1〜7wm4の冗長性を高めることができる。 According to the present embodiment, in addition to the operational effects of the first embodiment, the distributors 7up1 to 7wm4 are provided in the groups G1 to G4 of the arms 4up to 4wm, so the redundancy of the distributors 7up1 to 7wm4 is increased. Can do.
なお、セルCLの構成は、図2に示したものに限らない。スイッチング素子を含む変換器であり、自励式電力変換装置の構成として機能するのであれば、どのような回路でもよい。例えば、セルCLは、双方向チョッパ又はフルブリッジ変換器でもよい。 The configuration of the cell CL is not limited to that shown in FIG. Any circuit may be used as long as it is a converter including a switching element and functions as a configuration of a self-excited power converter. For example, the cell CL may be a bidirectional chopper or a full bridge converter.
各実施形態において、各アーム4up〜4wmは、いくつのセルCLで構成されていてもよいし、いくつのグループG1〜G4に分けられていてもよい。例えば、各アーム4up〜4wmは、構成の冗長性を確保するために、正常時でも出力電圧の1周期の間で使用しないセルCLが含まれていてもよい。 In each embodiment, each arm 4up-4wm may be composed of any number of cells CL, or may be divided into any number of groups G1-G4. For example, each of the arms 4up to 4wm may include cells CL that are not used during one cycle of the output voltage even in a normal state in order to ensure configuration redundancy.
各実施形態において、自励式電力変換装置1,1Aは、説明した構成に限らず、複数のセルCLが直列に接続された構成があれば、どのような構成でもよい。例えば、自励式電力変換装置1,1Aは、6つのアーム4up〜4wmで構成されたものに限らず、いくつのアームで構成されていてもよい。例えば、自励式電力変換装置1,1Aを直流電力から三相交流電力に変換する構成として説明したが、直流電力から単相交流電力に変換する構成でもよい。この場合、4つのアームで直流電力を単相交流電力に変換する自励式電力変換装置を構成することができる。
In each embodiment, the self-excited
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Moreover, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
1…自励式電力変換装置、2…直流電源、3…制御装置、4up,4um,4vp,4vm,4wp,4wm…アーム、5u,5v,5w…リアクトル、6u,6v,6w…連系リアクトル、7up,7um,7vp,7vm,7wp,7wm…分配器、8u,8v,8w…交流系統、C1〜C8…セル、G1〜G4…グループ、L1〜L6,LP1〜LP4…伝送路
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記複数の単位変換器を複数のグループに分け、前記グループ毎に前記単位変換器がシリアル通信するための複数の伝送路と、
前記複数の単位変換器をそれぞれ制御する信号を含む合成されたデータを出力する制御手段と、
前記制御手段から出力された前記合成されたデータを、前記複数のグループに分配する分配手段と
を備えることを特徴とする自励式電力変換装置。 A plurality of unit converters connected in series;
Dividing the plurality of unit converters into a plurality of groups, a plurality of transmission paths for serial communication of the unit converter for each group;
Control means for outputting synthesized data including a signal for controlling each of the plurality of unit converters;
A self-excited power conversion device comprising: distribution means for distributing the combined data output from the control means to the plurality of groups.
を特徴とする請求項1に記載の自励式電力変換装置。 The self-excited power conversion device according to claim 1, wherein the distribution unit is provided for each group.
を備えることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の自励式電力変換装置。 The self-excited power conversion device according to claim 1, further comprising a plurality of arms each configured by the plurality of unit converters.
を特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の自励式電力変換装置。 The self-excited power converter according to any one of claims 1 to 3, wherein the plurality of unit converters are divided into the plurality of groups by a minimum number necessary for continued operation.
前記複数の単位変換器を複数のグループに分け、前記グループ毎に前記単位変換器がシリアル通信し、
前記複数の単位変換器をそれぞれ制御する信号を含む合成されたデータを制御装置から出力し、
前記制御装置から出力された前記合成されたデータを、前記複数のグループに分配すること
を含むことを特徴とする自励式電力変換装置の制御方法。 A control method of a self-excited power converter that controls a self-excited power converter comprising a plurality of unit converters connected in series,
Dividing the plurality of unit converters into a plurality of groups, the unit converter for each group serial communication,
Outputting synthesized data including a signal for controlling each of the plurality of unit converters from the control device;
A control method for a self-excited power conversion device, comprising: distributing the combined data output from the control device to the plurality of groups.
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