JP2018107980A - Power converter and wind power generation system using the same - Google Patents

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智行 畠山
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徹 吉原
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守 木村
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power converter and wind power generation system for enabling power supply at the time of occurrence of abnormality and maintenance of a power transmission cable.SOLUTION: A power converter comprises: a first converter module group obtained by connecting output terminals of a plurality of converter modules in series; a second converter module group obtained by connecting output terminals of a plurality of converter modules in series; a central controller for controlling the plurality of converter modules; a parallel connection unit for connecting respective input terminals of the plurality of converter modules in parallel; a first output terminal connected to one end of an output terminal of the first module group; a neutral point terminal connected to the other end of the output terminal of the first module group and one end of an output terminal of the second module group; and a second output terminal connected to the other end of the output terminal of the second module group.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、直流電力の電圧を昇圧する電力変換器、およびこれを用いた風力発電システムに関するものである。   The present invention relates to a power converter that boosts the voltage of DC power and a wind power generation system using the same.

近年、太陽光発電や風力発電をはじめする再生可能エネルギーの大量導入が期待されている。風力発電においては、複数の風力発電装置を備え、総発電電力が数100MWに達するような風力発電システム(ウインドファーム)の開発が検討されている。風力発電システムの総発電電力が大きいほど、その集電系統も大きくなる傾向にある。また、このような大規模風力発電システムは海岸や洋上に設置されることが多く、送電距離が長くなる傾向がある。そして、このような遠隔地に設置された大規模風力発電システムにおいては、集電系統、送電系統における送電損失が大きいという問題がある。   In recent years, mass introduction of renewable energy such as solar power generation and wind power generation is expected. In wind power generation, development of a wind power generation system (wind farm) that includes a plurality of wind power generation devices and has a total generated power reaching several hundred MW is under consideration. The larger the total generated power of the wind power generation system, the larger the current collection system. In addition, such a large-scale wind power generation system is often installed on the coast or on the ocean, and the transmission distance tends to be long. And in such a large-scale wind power generation system installed in a remote place, there exists a problem that the transmission loss in a current collection system and a power transmission system is large.

交流送電に比べて、直流送電は送電損失が小さいことが知られている。直流送電を風力発電システムの集電および送電系統に適用するためには、風車の回転エネルギーによって得られた交流電力を直流電力に変換し、さらに所定の電圧に昇圧する必要がある。   It is known that DC transmission has a smaller transmission loss than AC transmission. In order to apply direct current power transmission to a current collection and transmission system of a wind power generation system, it is necessary to convert alternating current power obtained by the rotational energy of the windmill into direct current power and further boost it to a predetermined voltage.

これに関する技術として、特許文献1では、複数ある変換器モジュールの入力端子が各々並列に接続され、出力端子各々が直列に接続された電力変換器の構成とその制御方法が記載されている。   As a technique related to this, Patent Document 1 describes a configuration of a power converter in which input terminals of a plurality of converter modules are connected in parallel and output terminals are connected in series, and a control method thereof.

特開2015−6066号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-6066

特許文献1に記載された電力変換器は、同文献の図2等から明らかなように、モノポーラ出力であり、出力先の送電ケーブルに異常が発生した場合やメンテナンス時に電力変換器を停止させなければならない。すなわち、このような場合には風力発電システムで発電された電力の全てを送電することができなくなるという問題がある。   The power converter described in Patent Document 1 is a monopolar output, as is clear from FIG. 2 and the like of the same document, and the power converter must be stopped when an abnormality occurs in the output power transmission cable or during maintenance. I must. That is, in such a case, there is a problem that it is impossible to transmit all of the electric power generated by the wind power generation system.

また、一般的に、電力変換器を構成する変換器モジュールは変圧器を搭載している。変圧器には油浸絶縁紙や高分子を用いた複合誘電体が用いられる。このような誘電体に直流電界が印加されると、その界面で空間電荷が蓄積する。空間電荷は局所的な電界の歪みを生むため、絶縁破壊の一因となる。   Moreover, generally the converter module which comprises a power converter carries the transformer. For the transformer, a composite dielectric using oil-impregnated insulating paper or polymer is used. When a DC electric field is applied to such a dielectric, space charges accumulate at the interface. The space charge causes local electric field distortion, which contributes to dielectric breakdown.

特許文献1に記載された電力変換器は、複数の変換器モジュールの出力端子を各々直列に接続することにより、高電圧出力を実現している。最上段の変換器モジュールに搭載された変圧器には長時間にわたって直流高電圧が印加されるため、上述の絶縁破壊が懸念され、機器の長期信頼性を保つことが難しいという問題がある。   The power converter described in Patent Document 1 achieves high voltage output by connecting output terminals of a plurality of converter modules in series. Since a DC high voltage is applied to the transformer mounted in the uppermost converter module for a long time, there is a concern that the above-mentioned insulation breakdown is a concern and it is difficult to maintain the long-term reliability of the device.

そこで本発明は、機器の長期信頼性を保ちつつ、出力先の送電ケーブルに異常が発生した場合やメンテナンス時にも出力を停止する必要がない電力変換器、およびこれを用いた風力発電システムを提供することを目的とする。   Therefore, the present invention provides a power converter that does not require the output to be stopped when an abnormality occurs in the output power transmission cable or during maintenance while maintaining the long-term reliability of the device, and a wind power generation system using the power converter The purpose is to do.

前記課題を解決するために、本発明の電力変換器は、複数の変換器モジュールの出力端子を直列接続した第一の変換器モジュール群と、複数の変換器モジュールの出力端子を直列接続した第二の変換器モジュール群と、複数の前記変換器モジュールを制御する中央制御装置と、複数の前記変換器モジュールの入力端子をそれぞれ並列に接続する並列接続部と、前記第一のモジュール群の出力端子の一端と接続した第一の出力端子と、前記第一のモジュール群の出力端子の他端と前記第二のモジュール群の出力端子の一端を接続した中性点端子と、前記第二のモジュール群の出力端子の他端と接続した第二の出力端子と、を備えた。   In order to solve the above problems, a power converter according to the present invention includes a first converter module group in which output terminals of a plurality of converter modules are connected in series, and a first converter module group in which output terminals of a plurality of converter modules are connected in series. Two converter module groups, a central control device that controls the plurality of converter modules, a parallel connection unit that connects in parallel the input terminals of the plurality of converter modules, and an output of the first module group A first output terminal connected to one end of the terminal; a neutral point terminal connecting the other end of the output terminal of the first module group; and an end of the output terminal of the second module group; And a second output terminal connected to the other end of the output terminal of the module group.

本発明によれば、出力先の送電ケーブルに異常が発生した場合やメンテナンス時にも停止する必要のない電力変換器を提供できる。   According to the present invention, it is possible to provide a power converter that does not need to be stopped even when an abnormality occurs in an output destination power transmission cable or during maintenance.

実施例1に係る電力変換器を示す図である。1 is a diagram illustrating a power converter according to a first embodiment. 実施例1に係る変換器モジュール10の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the converter module 10 which concerns on Example 1. FIG. 実施例1に係る第一の変換器ユニット12、第二の変換器ユニット13の構成例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of a first converter unit 12 and a second converter unit 13 according to the first embodiment. 実施例1に係る第二の変換器ユニット13の別の構成例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating another configuration example of the second converter unit 13 according to the first embodiment. 時間を横軸にとり、各々の変換器モジュール10に搭載されている変圧器14の二次巻線の接地点からの電圧とその発生時間との積(電圧時間積)を縦軸にとった関係図である。The time is plotted on the horizontal axis, and the product of the voltage from the ground point of the secondary winding of the transformer 14 mounted on each converter module 10 and the generation time (voltage time product) is plotted on the vertical axis. FIG. 実施例1に係る中央制御装置40における、変換器モジュール10の入替手段に関するフローチャートである。4 is a flowchart relating to replacement means for the converter module 10 in the central control device 40 according to the first embodiment. 実施例1に係る第一の出力モードおける電力変換器11内の複数の変換器モジュール10の構成図である。It is a block diagram of the several converter module 10 in the power converter 11 in the 1st output mode which concerns on Example 1. FIG. 実施例1に係る第二の出力モードおける電力変換器11内の複数の変換器モジュール10の構成図である。3 is a configuration diagram of a plurality of converter modules 10 in the power converter 11 in the second output mode according to Embodiment 1. FIG. 実施例2に係る電力変換器を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a power converter according to a second embodiment. 実施例3に係る風力発電システムを示す図である。It is a figure which shows the wind power generation system which concerns on Example 3. FIG. 実施例4に係る風力発電システムを示す図である。It is a figure which shows the wind power generation system which concerns on Example 4. FIG. 実施例5に係る中央制御装置40、ファーム制御装置68における、変換器モジュール10の入替手段に関するフローチャートである。FIG. 10 is a flowchart relating to replacement means for a converter module 10 in a central control device 40 and a farm control device 68 according to a fifth embodiment.

以下、本発明の実施例を、図面を用いて詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、実施例1に係る電力変換器11を示している。この電力変換器11は、複数の変換器モジュール10と、入力端子30と、出力端子31と、中央制御装置40を含む。入力端子30と変換器モジュール10の入力側の間には並列接続部20が設けられており、並列接続部20を介して、各々の変換器モジュール10の入力側が並列に接続されている。また、出力端子31と変換器モジュール10の出力側の間には直列接続部21が設けられており、直列接続部21を介して、各々の変換器モジュール10の出力側が直列に接続されている。   FIG. 1 shows a power converter 11 according to the first embodiment. The power converter 11 includes a plurality of converter modules 10, an input terminal 30, an output terminal 31, and a central controller 40. A parallel connection 20 is provided between the input terminal 30 and the input side of the converter module 10, and the input side of each converter module 10 is connected in parallel via the parallel connection 20. Further, a series connection unit 21 is provided between the output terminal 31 and the output side of the converter module 10, and the output side of each converter module 10 is connected in series via the series connection unit 21. .

複数の変換器モジュール10は、正側の変換器モジュール群33と、負側の変換器モジュール群34とに分類される。正側の変換器モジュール群33、負側の変換器モジュール群34は、例えば、それぞれn個の変換器モジュール10を含む。以下では、説明上の区別のため、正側の変換器モジュール群33を構成する各々の変換器モジュール10を、出力電圧が接地電圧に近い順に変換器モジュールP1、P2、・・・、Pnと呼称する。同様に、負側の変換器モジュール群34を構成する各々の変換器モジュール10を、出力電圧が接地電圧に近い順に変換器モジュールN1、N2、・・・、Nnと呼称する。   The plurality of converter modules 10 are classified into a positive converter module group 33 and a negative converter module group 34. The positive-side converter module group 33 and the negative-side converter module group 34 each include, for example, n converter modules 10. In the following, for the sake of explanation, each of the converter modules 10 constituting the converter module group 33 on the positive side is referred to as converter modules P1, P2,..., Pn in order of the output voltage close to the ground voltage. Call it. Similarly, each converter module 10 constituting the negative-side converter module group 34 is referred to as converter modules N1, N2,..., Nn in order of the output voltage being close to the ground voltage.

電力変換器11の出力端子31は、正電圧出力端子311、負電圧出力端子312、中性点電圧端子313とで構成される。正電圧出力端子311は、変換器モジュールPnの出力端子のうち電圧が高い側と接続される。負電圧出力端子312は、変換器モジュールNnの出力端子のうち電圧が低い側と接続される。中性点電圧端子313は、変換器モジュールP1の出力端子のうち電圧が低い側、および、変換器モジュールN1の出力端子のうち電圧が高い側と接続される。   The output terminal 31 of the power converter 11 includes a positive voltage output terminal 311, a negative voltage output terminal 312, and a neutral point voltage terminal 313. The positive voltage output terminal 311 is connected to the higher voltage side of the output terminals of the converter module Pn. The negative voltage output terminal 312 is connected to the low voltage side of the output terminals of the converter module Nn. The neutral point voltage terminal 313 is connected to the low voltage side of the output terminals of the converter module P1 and the high voltage side of the output terminals of the converter module N1.

中央制御装置40は、各々の変換器モジュール10内に搭載される、後述のモジュール制御装置41と有線または無線で接続され、電力変換器11の動作を制御するために必要な計算処理およびモジュール制御装置41とのデータ授受を実施する。   The central control device 40 is connected to a later-described module control device 41 mounted in each converter module 10 in a wired or wireless manner, and performs calculation processing and module control necessary for controlling the operation of the power converter 11. Data exchange with the device 41 is performed.

通常、中央制御装置40は、変換器モジュール10が入力電圧よりも高い電圧を出力するように、変換器モジュール10内のモジュール制御装置41に指令を与える。各々の変換器モジュール10の出力は、それぞれ直列に接続されているため、電力変換器11の出力電圧、すなわち出力端子31の正電圧出力端子311と負電圧出力端子312との間の電圧は、各々の変換器モジュール10の出力電圧の総和になる。   Normally, the central controller 40 gives a command to the module controller 41 in the converter module 10 so that the converter module 10 outputs a voltage higher than the input voltage. Since the output of each converter module 10 is connected in series, the output voltage of the power converter 11, that is, the voltage between the positive voltage output terminal 311 and the negative voltage output terminal 312 of the output terminal 31, is This is the sum of the output voltages of each converter module 10.

さらに、電力変換器11は中性点電圧端子313を備えており、これを接地電圧とすることで、電力変換器11は正電圧と負電圧の双極電圧を出力することが可能である。例えば、電力変換器11が10個の変換器モジュール10を有し、このうち5個が正側の変換器モジュール群33に属し、残る5個が負側の変換器モジュール群34に属するとする。すなわち、一方の変換器モジュール群に含まれる変換器の個数n=5であるとする。この場合、例えば、中央制御装置40が各々の変換器モジュール10にそれぞれ40kVを出力するよう指令すると、電力変換器11の出力電圧は、正電圧出力端子311と中性点電圧端子313間がプラス200kVとなり、負電圧出力端子312と中性点電圧端子313間がマイナス200kVになる。   Further, the power converter 11 includes a neutral point voltage terminal 313. By using this as a ground voltage, the power converter 11 can output a bipolar voltage of a positive voltage and a negative voltage. For example, the power converter 11 has ten converter modules 10, of which five belong to the positive converter module group 33 and the remaining five belong to the negative converter module group 34. . That is, the number n of converters included in one converter module group is assumed to be 5. In this case, for example, if the central controller 40 instructs each converter module 10 to output 40 kV, the output voltage of the power converter 11 is positive between the positive voltage output terminal 311 and the neutral point voltage terminal 313. 200 kV, and the voltage between the negative voltage output terminal 312 and the neutral point voltage terminal 313 is minus 200 kV.

また、中央制御装置40が正側の変換器モジュール群33、負側の変換器モジュール群34のそれぞれに属する変換器モジュール10に異なる指令値を与えることにより、電力変換器11は、絶対値の異なる正負電圧を出力することもできる。例えば、n=5とし、中央制御装置40が、正側の変換器モジュール群33に属する変換器モジュール10に対しては40kV、負側の変換器モジュール群34に属する変換器モジュール10に対しては20kVを指令値して与えた場合、電力変換器11はプラス200kVとマイナス100kVを出力する。   Further, when the central controller 40 gives different command values to the converter modules 10 belonging to the positive-side converter module group 33 and the negative-side converter module group 34, the power converter 11 has an absolute value. Different positive and negative voltages can be output. For example, when n = 5, the central controller 40 is 40 kV for the converter module 10 belonging to the positive-side converter module group 33, and for the converter module 10 belonging to the negative-side converter module group 34. Is given as a command value of 20 kV, the power converter 11 outputs plus 200 kV and minus 100 kV.

さらに、中央制御装置40が、負側の変換器モジュール群34に属する変換器モジュール10に0Vを出力するように指令した場合には、電力変換器11の出力はプラス200kVのみとなり、マイナス側の出力は0Vであるので、マイナス側の出力を停止したとみなせる。   Further, when the central controller 40 instructs the converter modules 10 belonging to the negative converter module group 34 to output 0 V, the output of the power converter 11 is only plus 200 kV, and the minus side is output. Since the output is 0 V, it can be considered that the output on the minus side is stopped.

また、中央制御装置40が、すべての変換器モジュール10に0Vの指令値を与えた場合には、電力変換器11の出力はプラス側、マイナス側ともに0Vとなる。この場合、電力変換器11の出力は停止したとみなせる。   When the central control device 40 gives a command value of 0V to all the converter modules 10, the output of the power converter 11 is 0V on both the plus side and the minus side. In this case, the output of the power converter 11 can be regarded as stopped.

このように本実施例の電力変換器11は双極電圧を出力し、しかもプラス側、マイナス側の出力を任意に制御できるので、出力端子31に接続される送電ケーブルの何れかに異常が発生した場合や、送電ケーブルの何れかをメンテナンスする時であっても、異常が発生した送電ケーブル、または、メンテナンス対象の送電ケーブルのみ送電を停止するとともに、それ以外の送電ケーブルを利用することで送電を継続できる冗長性を得ることができる。   As described above, the power converter 11 according to the present embodiment outputs a bipolar voltage and can arbitrarily control the output on the plus side and the minus side. Therefore, an abnormality has occurred in any of the power transmission cables connected to the output terminal 31. Even if it is time to maintain any of the transmission cables, the transmission of only the transmission cable in which an abnormality has occurred or the maintenance target transmission cable is stopped, and power transmission is performed by using other transmission cables. Redundancy that can be continued can be obtained.

なお、ケーブルコスト低減の観点から、中性点電圧端子313に接続される送電ケーブルは省略しても良い。この場合、中性点電圧端子313を適切に地中または海水と接触させることにより、地中または海水を帰路回路とする大地(海水)帰路方式とみなすことができる。   Note that the power transmission cable connected to the neutral point voltage terminal 313 may be omitted from the viewpoint of reducing the cable cost. In this case, the neutral point voltage terminal 313 is appropriately brought into contact with the ground or seawater, so that it can be regarded as a ground (seawater) return system using the ground or seawater as a return circuit.

次に、図2を用いて、実施例1に係る変換器モジュール10の構成例を説明する。図1と同一部分には同一符号を付し、その説明を省略する。変換器モジュール10は、第一の変換器ユニット12、第二の変換器ユニット13、変圧器14、モジュール制御装置41、入力部遮断装置51、出力部遮断装置52、モジュール短絡装置53とで構成される。第一の変換器ユニット12は、入力端子30間に印加された直流電圧を交流電圧に変換して出力するものである。また、変圧器14は、第一の変換器ユニット12が出力する交流電圧を、巻数比に応じて昇圧するものである。さらに、第二の変換器ユニット13は、変圧器14が昇圧した交流電圧を整流して直流電圧を出力するものである。   Next, a configuration example of the converter module 10 according to the first embodiment will be described with reference to FIG. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. The converter module 10 includes a first converter unit 12, a second converter unit 13, a transformer 14, a module control device 41, an input section cutoff device 51, an output section cutoff device 52, and a module short circuit device 53. Is done. The first converter unit 12 converts the DC voltage applied between the input terminals 30 into an AC voltage and outputs the AC voltage. The transformer 14 boosts the AC voltage output from the first converter unit 12 in accordance with the turn ratio. Further, the second converter unit 13 rectifies the AC voltage boosted by the transformer 14 and outputs a DC voltage.

ここで、変換器モジュール10内の各構成の接続を説明する。第一の変換器ユニット12の入力端子は、入力部遮断装置51を介して並列接続部20と接続される。第二の変換器ユニット13の出力端子は、出力部遮断装置52を介して直列接続部21と接続される。変圧器14の一次巻線は第一の変換器ユニット12の出力端子と接続され、二次巻線は第二の変換器ユニット13の入力端子と接続される。また、モジュール短絡装置53は、変換器モジュール10の出力端子間に接続される。   Here, the connection of each component in the converter module 10 is demonstrated. The input terminal of the first converter unit 12 is connected to the parallel connection unit 20 via the input unit cutoff device 51. The output terminal of the second converter unit 13 is connected to the series connection unit 21 via the output unit cutoff device 52. The primary winding of the transformer 14 is connected to the output terminal of the first converter unit 12, and the secondary winding is connected to the input terminal of the second converter unit 13. The module short-circuit device 53 is connected between the output terminals of the converter module 10.

また、モジュール制御装置41は、変換器モジュール10の動作を制御するために必要な計算処理を実施するとともに、中央制御装置40、第一の変換器ユニット12、第二の変換器ユニット13とのデータ授受を実施する。第一の変換器ユニット12、第二の変換器ユニット13からモジュール制御装置41へ送られるデータは、例えば、電圧や電流の瞬時値である。モジュール制御装置41から第一の変換器ユニット12、第二の変換器ユニット13へ送られるデータは、例えば、半導体スイッチング素子を駆動するためのゲート信号である。さらに、モジュール制御装置41は、異常が発生したときなどに、入力部遮断装置51、出力部遮断装置52、モジュール短絡装置53に指令を送ることができる。入力部遮断装置51は、モジュール制御装置41の指令を受けて並列接続部20を接続したり切断したりする。出力部遮断装置52は、モジュール制御装置41の指令を受けて直列接続部21を接続したり切断したりする。モジュール短絡装置53は、モジュール制御装置41の指令を受けて変換器モジュール10の出力端子を開放したり短絡したりする。   In addition, the module control device 41 performs calculation processing necessary for controlling the operation of the converter module 10, and is connected to the central control device 40, the first converter unit 12, and the second converter unit 13. Implement data exchange. The data sent from the first converter unit 12 and the second converter unit 13 to the module control device 41 are, for example, instantaneous values of voltage and current. The data sent from the module control device 41 to the first converter unit 12 and the second converter unit 13 is, for example, a gate signal for driving the semiconductor switching element. Further, the module control device 41 can send a command to the input unit shut-off device 51, the output unit shut-off device 52, and the module short-circuit device 53 when an abnormality occurs. The input unit blocking device 51 connects or disconnects the parallel connection unit 20 in response to a command from the module control device 41. The output unit shut-off device 52 connects or disconnects the serial connection unit 21 in response to a command from the module control device 41. The module short-circuit device 53 opens or short-circuits the output terminal of the converter module 10 in response to a command from the module control device 41.

図3は、図2の第一の変換器ユニット12、第二の変換器ユニット13の構成例を示している。ここに示すように、第一の変換器ユニット12は、4つのIGBT等の半導体スイッチング素子15と4つのダイオード16で構成されたブリッジ回路とコンデンサ17で構成される2レベルフルブリッジ型インバータ回路である。ここに含まれるブリッジ回路は、具体的には、直列接続した二つの半導体スイッチング素子15のそれぞれにダイオードを逆並列に接続した直列接続回路を、並列に設置し、両回路の出力端子を変圧器14の一次巻線の両端に接続したものである。このような構成とすることで、第一の変換器ユニット12を位相シフト方式で駆動することが可能となり、半導体スイッチング素子15のスイッチング損失を大幅に低減できる。   FIG. 3 shows a configuration example of the first converter unit 12 and the second converter unit 13 of FIG. As shown here, the first converter unit 12 is a two-level full-bridge inverter circuit composed of a bridge circuit composed of four semiconductor switching elements 15 such as IGBTs and four diodes 16 and a capacitor 17. is there. Specifically, the bridge circuit included here includes a series connection circuit in which a diode is connected in antiparallel to each of two semiconductor switching elements 15 connected in series, and the output terminal of both circuits is a transformer. 14 is connected to both ends of the primary winding. With such a configuration, the first converter unit 12 can be driven by the phase shift method, and the switching loss of the semiconductor switching element 15 can be greatly reduced.

一方、第二の変換器ユニット13は、例えば4つのダイオード16で構成されたブリッジ回路とコンデンサ17で構成される。このブリッジ回路は、具体的には、二つのダイオード16の直列接続回路を並列に設置し、両回路の入力端子を変圧器14の二次巻線の両端に接続したものである。ダイオード16は半導体スイッチング素子15に比べて低コストであり、また受動部品であることから駆動回路を不要とできるので、低コストで第二の変換器ユニット13を構成することができる。   On the other hand, the second converter unit 13 is composed of a bridge circuit composed of, for example, four diodes 16 and a capacitor 17. Specifically, in this bridge circuit, a series connection circuit of two diodes 16 is installed in parallel, and input terminals of both circuits are connected to both ends of the secondary winding of the transformer 14. Since the diode 16 is lower in cost than the semiconductor switching element 15 and is a passive component, a driving circuit can be omitted, so that the second converter unit 13 can be configured at low cost.

また、図4は、図2の第二の変換器ユニット13の別の構成例を示している。なお、ここに示す第一の変換器ユニット12は図3と同等であるので重複説明は省略する。第二の変換器ユニット13は、例えば4つのIGBT等の半導体スイッチング素子15と4つのダイオード16で構成されたブリッジ回路とコンデンサ17で構成される2レベルフルブリッジ型コンバータ回路である。ここに含まれるブリッジ回路は、具体的には、直列接続した2つの半導体スイッチング素子15のそれぞれにダイオードを逆並列に接続した直列接続回路を、並列に設置し、両回路の入力端子を変圧器14の二次巻線の両端に接続したものである。このようにすることで、電力変換器11は双方向に電力を融通することが可能となる。また、第二の変換器ユニット13を同期整流方式で駆動することにより、図3で示した、4つのダイオードで構成されたブリッジ回路で整流する場合に比べて導通損失を低減できる。   FIG. 4 shows another configuration example of the second converter unit 13 of FIG. The first converter unit 12 shown here is the same as that shown in FIG. The second converter unit 13 is a two-level full-bridge converter circuit including a bridge circuit including a semiconductor switching element 15 such as four IGBTs and four diodes 16 and a capacitor 17. Specifically, the bridge circuit included here includes a series connection circuit in which diodes are connected in antiparallel to each of two semiconductor switching elements 15 connected in series, and the input terminals of both circuits are transformers. 14 are connected to both ends of the secondary winding. By doing in this way, the power converter 11 can interchange electric power bidirectionally. Further, by driving the second converter unit 13 by the synchronous rectification method, the conduction loss can be reduced as compared with the case where rectification is performed by the bridge circuit composed of four diodes shown in FIG.

以上、本実施例の第一の変換器ユニット12と第二の変換器ユニット13の具体例を図3および図4に示したが、変換器ユニットの組み合わせはこれらに限定するものではない。例えば、3レベルハーフブリッジ型、3レベルフルブリッジ型のインバータ回路、コンバータ回路、整流回路の任意の組み合わせによっても、本実施例と同様の効果を得ることができる。   Specific examples of the first converter unit 12 and the second converter unit 13 of the present embodiment have been shown in FIGS. 3 and 4, but the combination of the converter units is not limited to these. For example, the same effect as that of the present embodiment can be obtained by any combination of a three-level half-bridge type, three-level full-bridge type inverter circuit, converter circuit, and rectifier circuit.

次に、図2の変圧器14に関して、空間電荷の発生を抑制し絶縁劣化を防ぐ方法を説明する。図1でも示したように、電力変換器11は、複数の変換器モジュール10の出力端子を直列接続することにより、高電圧出力を実現している。そのため、例えば最上段の変換器モジュール10である変換器モジュールPnに搭載された変圧器14の二次巻線には、変換器モジュールPn自身が出力する電圧に加えて、下段の複数の変換器モジュール10の出力電圧が重畳されている。ここで、空間電荷の発生量は、直流電圧の大きさとその印加時間との積に依存するため、各々の変圧器14の二次巻線の接地点からの電圧と、その発生時間との積(電圧時間積)がゼロ近傍で推移するように、各々の変換器モジュール10の構成を入れ替えることで、空間電荷の発生を抑制し絶縁劣化を防ぐことができる。   Next, with respect to the transformer 14 of FIG. 2, a method of suppressing the generation of space charge and preventing insulation deterioration will be described. As shown in FIG. 1, the power converter 11 realizes a high voltage output by connecting output terminals of a plurality of converter modules 10 in series. Therefore, for example, the secondary winding of the transformer 14 mounted on the converter module Pn which is the uppermost converter module 10 includes a plurality of lower converters in addition to the voltage output by the converter module Pn itself. The output voltage of the module 10 is superimposed. Here, since the generation amount of space charge depends on the product of the magnitude of the DC voltage and the application time thereof, the product of the voltage from the ground point of the secondary winding of each transformer 14 and the generation time thereof. By exchanging the configuration of each converter module 10 so that (voltage time product) changes in the vicinity of zero, generation of space charge can be suppressed and insulation deterioration can be prevented.

この具体的な方法を、図5を用いて説明する。図5は、時間を横軸にとり、各々の変換器モジュール10に搭載されている変圧器14の二次巻線の接地点からの電圧とその発生時間との積(電圧時間積)を縦軸にとった関係図である。変換器モジュール10の電気的な接続を入れ替える前を第一の出力モード、入れ替えた後を第二の出力モードと呼称する。   This specific method will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows the time on the horizontal axis, and the product of the voltage from the ground point of the secondary winding of the transformer 14 mounted on each converter module 10 and the generation time (voltage time product) on the vertical axis. FIG. Before the electrical connection of the converter module 10 is replaced, the first output mode is referred to, and after the replacement is referred to as the second output mode.

第一の出力モードでは、正側の変換器モジュール群33に属する変換器モジュールP1〜Pnにおける各々の電圧時間積(実線)は、時間に比例して増加し、負側の変換器モジュール群34に属する変換器モジュールN1〜Nnにおける各々の電圧時間積(破線)は、時間に比例して減少する。一方、第二の出力モードでも、正側の変換器モジュール群33に属する変換器モジュールP1〜Pnにおける各々の電圧時間積(実線)が時間に比例して増加し、負側の変換器モジュール群34に属する変換器モジュールN1〜Nnにおける各々の電圧時間積(破線)が時間に比例して減少する点は第一の出力モードと共通するが、第二の出力モードの開始後に各々の電圧時間積がゼロに向かって変化している。   In the first output mode, each voltage time product (solid line) in the converter modules P1 to Pn belonging to the positive-side converter module group 33 increases in proportion to the time, and the negative-side converter module group 34 Each of the voltage time products (broken lines) in the converter modules N1 to Nn belonging to 1 decreases in proportion to time. On the other hand, also in the second output mode, each voltage-time product (solid line) in the converter modules P1 to Pn belonging to the positive-side converter module group 33 increases in proportion to the time, and the negative-side converter module group. 34. The point that each voltage time product (broken line) in the converter modules N1 to Nn belonging to 34 decreases in proportion to the time is common to the first output mode, but each voltage time after the start of the second output mode. The product is changing towards zero.

出力モードの入替は、例えば、変換器モジュールPnの電圧時間積が閾値VTthに到達したタイミングで行われ、このタイミングで、変換器モジュール10の電気的接続の切り替えを実施し、正側の変換器モジュール群33と負側の変換器モジュール群34が置き換わる。   The switching of the output mode is performed, for example, at a timing when the voltage-time product of the converter module Pn reaches the threshold value VTth. At this timing, the electrical connection of the converter module 10 is switched, and the converter on the positive side is switched. The module group 33 and the negative converter module group 34 are replaced.

変換器モジュール10の電気的接続の入替は、複数の変換器モジュール10のうち、絶対値が等しく正負が逆の変換器モジュール10同士を入れ替えることで行われる。すなわち、変換器モジュールP1とN1、変換器モジュールP2とN2とを相互に入れ替えるように接続を切り替える。これを一般化すると、変換器モジュールPnとNnを相互に入れ替えるように接続を切り替える。このようなモジュール入替を繰り返すことで、各々の変換器モジュール10の電圧時間積がゼロ近傍(−VTth〜+VTthの範囲)で推移するように調整されるので、空間電荷の発生を抑制することができる。また、変圧器14が油浸変圧器である場合には、油が流動することにより油及び絶縁物が帯電する現象が知られている。このような帯電状態が継続すると部分放電が発生し、変圧器の故障の一因となるが、図5のように制御することで、このような流動帯電現象も抑制できる。   Replacement of the electrical connection of the converter module 10 is performed by replacing, among the plurality of converter modules 10, the converter modules 10 having the same absolute value and opposite signs. That is, the connection is switched so that the converter modules P1 and N1 and the converter modules P2 and N2 are interchanged. When this is generalized, the connection is switched so that the converter modules Pn and Nn are interchanged with each other. By repeating such module replacement, the voltage-time product of each converter module 10 is adjusted so as to shift in the vicinity of zero (in the range of −VTth to + VTth), so that generation of space charge can be suppressed. it can. In addition, when the transformer 14 is an oil immersion transformer, a phenomenon is known in which oil and an insulator are charged by the flow of oil. If such a charged state continues, partial discharge occurs and contributes to the failure of the transformer. However, such a flow charging phenomenon can be suppressed by controlling as shown in FIG.

図6は、図1の中央制御装置40が、図5の出力モード入替を判定する際に用いるフローチャートである。電力変換器11が起動すると、中央制御装置40は、変換器モジュール10の入替判定処理を開始し、先ず第一の出力モードを実行する(ステップS01)。次に、中央制御装置40は、異常発生などが原因の停止の要否を判定する(ステップS31)。電力変換器11の停止が必要と判断したらならば(Yes)、本入替判定処理のフローチャートを終了するとともに、電力変換器11を停止させる。一方、電力変換器11を停止する必要はないと判断したらならば(No)、ステップS10に移行する。   FIG. 6 is a flowchart used when the central controller 40 in FIG. 1 determines the output mode change in FIG. When the power converter 11 is activated, the central controller 40 starts a replacement determination process for the converter module 10 and first executes the first output mode (step S01). Next, the central controller 40 determines whether or not it is necessary to stop due to the occurrence of an abnormality (step S31). If it is determined that the power converter 11 needs to be stopped (Yes), the flowchart of the replacement determination process is ended and the power converter 11 is stopped. On the other hand, if it is determined that it is not necessary to stop the power converter 11 (No), the process proceeds to step S10.

ステップS10では、中央制御装置40は、変換器モジュールPnの電圧時間積を計算する。ステップS11では、中央制御装置40は、第一の閾値判定処理を実施し、変換器モジュールPnの電圧時間積が閾値VTthより大きくなったと判断したならば(Yes)、ステップS12で第二の出力モードに入替えた後、ステップS32に移行する。一方、電圧時間積が閾値VTth以下であると判断したならば(No)、第一の出力モードを継続する(ステップS13)とともにステップS31に戻る。   In step S10, the central controller 40 calculates the voltage-time product of the converter module Pn. In step S11, the central controller 40 performs the first threshold determination process, and if it is determined that the voltage-time product of the converter module Pn has become larger than the threshold VTth (Yes), the second output is performed in step S12. After switching to the mode, the process proceeds to step S32. On the other hand, if it is determined that the voltage-time product is equal to or less than the threshold value VTth (No), the first output mode is continued (step S13) and the process returns to step S31.

ステップS12で第二の出力モードに入替えられたときは、ステップ32で停止の要否を判定する。なお、ステップS32はステップS31と同様であるので説明を省略する。異常が発生しなかったときは、中央制御装置40は、ステップS10と同様に変換器モジュールPnの電圧時間積を計算する(ステップS20)。ステップS21では、中央制御装置40は、第二の閾値判定処理を実施し、変換器モジュールNnの電圧時間積が閾値−VTthより小さくなったと判断したならば(Yes)、ステップS22で第一の出力モードに入替えた後、ステップS31に戻る。一方、電圧時間積が閾値−VTth以上であると判断したならば(No)、第二の出力モードを継続する(ステップS23)とともにステップS32に戻る。   When the second output mode is switched in step S12, it is determined in step 32 whether or not it is necessary to stop. Since step S32 is the same as step S31, description thereof is omitted. If no abnormality has occurred, the central controller 40 calculates the voltage-time product of the converter module Pn as in step S10 (step S20). In step S21, if the central controller 40 performs the second threshold value determination process and determines that the voltage-time product of the converter module Nn has become smaller than the threshold value -VTth (Yes), the first control is performed in step S22. After switching to the output mode, the process returns to step S31. On the other hand, if it is determined that the voltage-time product is equal to or greater than the threshold −VTth (No), the second output mode is continued (step S23) and the process returns to step S32.

なお、図6のフローチャートでは、ステップS01において、最初に第一の出力モードを実行したが、最初に第二の出力モードを実行しても良い。その場合、ステップS01以降のステップにおいて、第一、第二の出力モードは相互に入れ替える必要がある。また、ステップS10、S20では、変換器モジュールPnの電圧時間積を計算する例を説明したが、他の1つの変換器モジュール10の電圧時間積を計算しても良いし、複数の変換器モジュール10の電圧時間積を計算しても良い。また、電圧が既知である場合などは、出力時間のみを計算してもよい。その場合、ステップS10以降の閾値判定は電圧時間積ではなく出力時間に対して実行される。複数の変換器モジュール10の電圧時間積を計算する場合は、ステップS11、S12において、複数の閾値判定を実行しても良いし、複数の変換器モジュール10の電圧時間積を用いて計算された総合的な電圧時間積に対して、閾値判定を実行しても良い。   In the flowchart of FIG. 6, the first output mode is first executed in step S01, but the second output mode may be executed first. In that case, in the steps after step S01, the first and second output modes need to be interchanged. Moreover, although the example which calculates the voltage time product of the converter module Pn was demonstrated in step S10, S20, the voltage time product of the other one converter module 10 may be calculated, and several converter module Ten voltage-time products may be calculated. Further, when the voltage is known, only the output time may be calculated. In that case, the threshold determination after step S10 is performed not on the voltage time product but on the output time. When calculating the voltage / time product of the plurality of converter modules 10, a plurality of threshold determinations may be executed in steps S11 and S12, or the voltage / time product of the plurality of converter modules 10 may be calculated. You may perform threshold determination with respect to a comprehensive voltage time product.

次に、図7Aおよび図7Bを用いて、変換器モジュール10を入れ替える具体的構成を説明する。図7A、図7Bは、それぞれ第一の出力モード、第二の出力モードにおける電力変換器11内の複数の変換器モジュール10の構成を示している。上述した変換器モジュール10の入れ替えには、直列接続部21内部に設けられる複数の開閉装置22を用いる。各々の開閉装置22は、中央制御装置40からの指令を受けて、開閉装置22の両端子を開放・短絡する。これにより、正側の変換器モジュール群33と負側の変換器モジュール群34の出力端子と出力端子31を構成する正電圧出力端子311、負電圧出力端子312、中性点電圧端子313の接続を切り替えることができるようになっている。   Next, a specific configuration for replacing the converter module 10 will be described with reference to FIGS. 7A and 7B. 7A and 7B show the configurations of the plurality of converter modules 10 in the power converter 11 in the first output mode and the second output mode, respectively. In order to replace the converter module 10 described above, a plurality of switchgears 22 provided in the series connection unit 21 are used. Each switchgear 22 opens and shorts both terminals of the switchgear 22 in response to a command from the central controller 40. Thereby, the positive voltage output terminal 311, the negative voltage output terminal 312, and the neutral point voltage terminal 313 constituting the output terminal 31 and the output terminals of the positive converter module group 33 and the negative converter module group 34 are connected. Can be switched.

例えば、第一の出力モードでは、各々の開閉装置22が図7Aのように接続されることで、上段の変換器モジュール群が正電圧を出力する正側の変換器モジュール群33となり、下段の変換器モジュール群が負電圧を出力する負側の変換器モジュール群34となる。一方、第二の出力モードでは、各々の開閉装置22が図7Bのように接続されることで、上段の変換器モジュール群が負電圧を出力する負側の変換器モジュール群34となり、下段の変換器モジュール群が正電圧を出力する正側の変換器モジュール群33となる。   For example, in the first output mode, each switching device 22 is connected as shown in FIG. 7A, so that the upper converter module group becomes a positive converter module group 33 that outputs a positive voltage, and the lower converter module group The converter module group becomes a negative-side converter module group 34 that outputs a negative voltage. On the other hand, in the second output mode, each switching device 22 is connected as shown in FIG. 7B, so that the upper converter module group becomes the negative converter module group 34 that outputs a negative voltage, and the lower converter module group 34 The converter module group becomes a positive-side converter module group 33 that outputs a positive voltage.

以上で説明したように、本実施例の電力変換器11では、図7A、図7Bに示す複数の開閉装置22を切り替えることで、各々の変換器モジュール10の位置を変更せずとも、正側のモジュール群33と負側のモジュール群34の電気的な接続を切替可能とし、しかもその切替は中央制御装置40を用いて自動化できる。これにより、上述した空間電荷発生の抑制、および、流動帯電現象の抑制を実現できる。   As described above, in the power converter 11 of the present embodiment, by switching the plurality of switching devices 22 shown in FIGS. 7A and 7B, the position of each converter module 10 is not changed, and the positive side The electrical connection between the module group 33 and the negative module group 34 can be switched, and the switching can be automated using the central controller 40. As a result, the above-described suppression of space charge generation and the suppression of fluid charging phenomenon can be realized.

さらに、図7A、図7Bに示したように、各々の変換器モジュール10の正側出力端子(+)を、隣接する変換器モジュール10の負側出力端子(−)の隣に配置したので、変換器モジュール群内の電気配線が直線的となり、配線構造を簡素化できる。   Furthermore, as shown in FIGS. 7A and 7B, the positive output terminal (+) of each converter module 10 is arranged next to the negative output terminal (−) of the adjacent converter module 10, so that The electrical wiring in the converter module group becomes linear, and the wiring structure can be simplified.

なお、図7A、図7Bは電気的な接続構造を示したものであり、実際の配線構成を示しているわけではない。実際には、配線を3次元的に構成することができる。例えば、図7A、図7Bでは、正電圧出力端子311、負電圧出力端子312が左側に、中性点電圧端子313が右側に配置されているが、三次元的な配線によれば、これらを一箇所にまとめることも可能である。このような配線は、電力変換器11を、風力発電装置のタワー内のような狭いスペースに収納する場合に有効である。   7A and 7B show an electrical connection structure and do not show an actual wiring configuration. Actually, the wiring can be configured three-dimensionally. For example, in FIG. 7A and FIG. 7B, the positive voltage output terminal 311 and the negative voltage output terminal 312 are arranged on the left side, and the neutral point voltage terminal 313 is arranged on the right side. It is also possible to combine them in one place. Such wiring is effective when the power converter 11 is housed in a narrow space such as in a tower of a wind turbine generator.

次に、図8を用いて、実施例2の電力変換器11を説明する。なお、実施例1ですでに説明した部分には同一符号を付し、その説明を省略する。   Next, the power converter 11 of Example 2 is demonstrated using FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part already demonstrated in Example 1, and the description is abbreviate | omitted.

図2等で説明したように、実施例1では、変換器モジュール10内の変圧器14の二次側に一つの変換器ユニット(第二の変換器ユニット13)を設けたが、本実施例の変換器モジュール10では、変圧器14に代えて設けた多巻線変圧器18の二次側に複数の変換器ユニットを設けるとともに、それらを直列接続することで、各々の変換器モジュール10からより高い電圧を出力できるようにしたものである。以下、本実施例の変換器モジュール10の構成を詳細に説明する。   As described with reference to FIG. 2 and the like, in the first embodiment, one converter unit (second converter unit 13) is provided on the secondary side of the transformer 14 in the converter module 10. In the converter module 10, a plurality of converter units are provided on the secondary side of the multi-winding transformer 18 provided in place of the transformer 14, and they are connected in series so that each converter module 10 A higher voltage can be output. Hereinafter, the structure of the converter module 10 of a present Example is demonstrated in detail.

上述のように、本実施例の多巻線変圧器18は、複数に分割された二次巻線を有するものであり、図8では、一例として2つに分割された二次巻線の例を示している。多巻線変圧器18の2つの二次巻線は、それぞれ、第二の変換器ユニット13、第三の変換器ユニット19が接続されている。第二の変換器ユニット13の出力端子、第三の変換器ユニット19の出力端子は、それぞれ出力部遮断装置52を介してそれぞれ電力変換器11の直列接続部21と接続されており、第二の変換器ユニット13の負側出力端子(−)と第三の変換器ユニット19の正側出力端子(+)を接続することで、第二の変換器ユニット13と第三の変換器ユニット19の直列回路を構成している。また、2つのモジュール短絡装置53は、それぞれ第二の変換器ユニット13、第三の変換器ユニット19の出力端子を短絡できるように接続されている。   As described above, the multi-winding transformer 18 of the present embodiment has a secondary winding divided into a plurality of parts, and in FIG. 8, an example of a secondary winding divided into two as an example. Is shown. The two secondary windings of the multi-winding transformer 18 are connected to the second converter unit 13 and the third converter unit 19, respectively. The output terminal of the second converter unit 13 and the output terminal of the third converter unit 19 are respectively connected to the series connection part 21 of the power converter 11 via the output part cutoff device 52, respectively. By connecting the negative output terminal (−) of the converter unit 13 and the positive output terminal (+) of the third converter unit 19, the second converter unit 13 and the third converter unit 19 are connected. This constitutes a series circuit. The two module short-circuit devices 53 are connected so that the output terminals of the second converter unit 13 and the third converter unit 19 can be short-circuited, respectively.

このように、実施例2に係る変換器モジュール10は、多巻線変圧器18の二次巻線に複数の変換器ユニットを設けたので、実施例1の変換器モジュール10に比べて、高電圧を出力できる。あるいは、電力変換器11の出力電圧が実施例1と同等で良い場合は、実施例2は、実施例1に比べて少ない個数の変換器モジュール10で同等の電圧を出力することができ、電力変換器11のコスト低減、体積縮小に寄与する。このとき、第二の変換器ユニット13、第三の変換器ユニット19を構成する半導体スイッチング素子15、ダイオード16、コンデンサ17などに求められる耐圧性は小さくなるので、それぞれ安価な汎用製品を適用でき、コスト低減に寄与する。また、これらの部品に求められる耐圧によっては、複数の素子を直列に接続して耐圧性を向上させる場合がある。このような構成にすると、素子特性のばらつきを起因として信頼性の低下を招く。信頼性を向上させるためにさらなる部品や機能、制御手段を用いる場合もあるが、その場合は電力変換器11のコストが大きくなる。実施例2に係る多巻線変圧器18を用いれば、第二の変換器ユニット13、第三の変換器ユニット19において、素子を直列接続した部品を用いる必要はない。これにより変換器モジュール10、ひいては電力変換器11の信頼性が向上する。   As described above, the converter module 10 according to the second embodiment is provided with a plurality of converter units in the secondary winding of the multi-winding transformer 18, so that the converter module 10 according to the second embodiment is higher than the converter module 10 according to the first embodiment. Can output voltage. Alternatively, when the output voltage of the power converter 11 may be equal to that of the first embodiment, the second embodiment can output the same voltage with a smaller number of converter modules 10 than the first embodiment. This contributes to cost reduction and volume reduction of the converter 11. At this time, since the withstand voltage required for the semiconductor switching element 15, the diode 16, the capacitor 17 and the like constituting the second converter unit 13 and the third converter unit 19 is reduced, inexpensive general-purpose products can be applied. Contributes to cost reduction. Further, depending on the breakdown voltage required for these parts, a plurality of elements may be connected in series to improve the breakdown voltage. Such a configuration causes a decrease in reliability due to variations in element characteristics. In some cases, additional components, functions, or control means are used to improve the reliability. In this case, the cost of the power converter 11 increases. If the multi-winding transformer 18 according to the second embodiment is used, in the second converter unit 13 and the third converter unit 19, it is not necessary to use components in which elements are connected in series. Thereby, the reliability of the converter module 10 and by extension, the power converter 11 improves.

多巻線変圧器18の存在により、変換器モジュール10は複数の出力端子を有するが、このような場合であっても、実施例1の図7A、図7Bで説明した変換器モジュール10を入れ替える方法を適用でき、同様の効果を得ることができる。具体的な方法は実施例1の説明から容易に類推できるので重複説明は省略する。   Due to the presence of the multi-winding transformer 18, the converter module 10 has a plurality of output terminals. Even in such a case, the converter module 10 described in FIGS. 7A and 7B of the first embodiment is replaced. The method can be applied and the same effect can be obtained. Since a specific method can be easily inferred from the description of the first embodiment, duplicate description is omitted.

なお、第一の変換器ユニット12が出力する交流電圧は、商用周波数以上の高周波、例えば1kHzとするのがよい。このようにすることで、多巻線変圧器18は高周波で励磁され、体積を小さくできる。さらに多巻線変圧器18の鉄心に薄帯状の磁性材料を複数枚巻回して構成される巻鉄心とすることで、高周波領域で顕著となる渦電流損の発生を抑制でき、多巻線変圧器18の体積を更に小さくできる。このような巻鉄心として、鉄を主成分とするアモルファス構造や微細な結晶構造を有する薄帯状合金が好適であるが、この限りではない。これらの施策は、電力変換器11を風力発電装置のタワー内のような狭いスペースに収納する場合に特に有効である。   Note that the AC voltage output from the first converter unit 12 is preferably a high frequency equal to or higher than the commercial frequency, for example, 1 kHz. By doing so, the multi-winding transformer 18 is excited at a high frequency, and the volume can be reduced. Further, by forming a wound core formed by winding a plurality of thin strip-shaped magnetic materials around the iron core of the multi-winding transformer 18, it is possible to suppress the occurrence of eddy current loss that is prominent in a high-frequency region. The volume of the vessel 18 can be further reduced. As such a wound iron core, a ribbon-like alloy having an amorphous structure or a fine crystal structure mainly composed of iron is preferable, but not limited thereto. These measures are particularly effective when the power converter 11 is housed in a narrow space such as in a tower of a wind power generator.

図9は、電力変換器11を適用した風力発電システム66の一形態を示している。ここでは、洋上プラットフォームに設置した大規模な風力発電システム66を例に説明を行うが、風力発電システム66は海岸などの陸地に設置したものであっても良い。図9に示すように、風力発電システム66は、複数の風力発電装置65、それらを制御するファーム制御装置68、百kV以上の高電圧に対応した送電ケーブルである高圧直流ケーブル72(HVDC)などで構成されている。また、風力発電装置65は、発電設備と電力変換設備に大別して把握することが可能である。このうち発電設備は、風車61、ギア62、交流電力を発電する発電機63などである。電力変換設備は、発電された交流電力を直流電力に変換するパワーコンディショナ64、電力変換器11などである。パワーコンディショナ64、電力変換器11は、タワー67内に収納される。このようにすることで、風力発電装置65の製造が容易になるほか、風力発電装置65の重心が低くなりタワー67の機械的強度に余裕を持たせることができる。   FIG. 9 shows an embodiment of a wind power generation system 66 to which the power converter 11 is applied. Here, a large-scale wind power generation system 66 installed on an offshore platform will be described as an example, but the wind power generation system 66 may be installed on land such as a coast. As shown in FIG. 9, the wind power generation system 66 includes a plurality of wind power generation devices 65, a farm control device 68 that controls them, a high-voltage DC cable 72 (HVDC) that is a power transmission cable corresponding to a high voltage of 100 kV or higher, and the like. It consists of The wind power generator 65 can be roughly classified into power generation facilities and power conversion facilities. Among these, the power generation facilities include a windmill 61, a gear 62, a generator 63 that generates AC power, and the like. The power conversion equipment includes a power conditioner 64 that converts generated AC power into DC power, a power converter 11, and the like. The power conditioner 64 and the power converter 11 are accommodated in the tower 67. By doing in this way, manufacture of the wind power generator 65 becomes easy, and the gravity center of the wind power generator 65 becomes low, and it can give allowance for the mechanical strength of the tower 67.

電力変換器11は、実施例1または実施例2で説明したものであり、パワーコンディショナ64が出力する直流電力を昇圧し、正負の電圧および中性点電圧を出力する。複数の風力発電装置65は、高圧直流ケーブル72を介して、並列に接続される。このような構成とすることで、風力発電システム66は、複数の風力発電装置65の出力電力を集め、陸上へと送電することができる。さらに風力発電システム66は、各風力発電装置65や電力変換器11などを統括的に制御するファーム制御装置68を備えることで、発電量の向上、集電損失の低減といった効果や、風力発電装置65や電力変換器11の保護協調といった拡張機能を有することができる。   The power converter 11 has been described in the first or second embodiment, boosts the DC power output from the power conditioner 64, and outputs positive and negative voltages and a neutral point voltage. The plurality of wind turbine generators 65 are connected in parallel via the high-voltage DC cable 72. By setting it as such a structure, the wind power generation system 66 can collect the output electric power of the several wind power generator 65, and can transmit to the land. Further, the wind power generation system 66 includes a farm control device 68 that comprehensively controls each wind power generation device 65, the power converter 11, and the like, thereby improving the power generation amount and reducing the current collection loss. 65 and an extended function such as protection coordination of the power converter 11 can be provided.

遠隔地となる陸上では、電力系統74と連系するための交直変換器73が設置されており、これにより風力発電システム66から送電された直流電圧を交流に変換して電力系統74に供給することができる。   On the remote land, an AC / DC converter 73 for connecting to the power system 74 is installed, whereby the DC voltage transmitted from the wind power generation system 66 is converted into AC and supplied to the power system 74. be able to.

本実施例の電力変換器11を用いれば、高圧直流ケーブル72の何れかや交直変換器73の一部に異常が発生した場合や、メンテナンス時にも、正常に使用できる高圧直流ケーブル72を用いた送電を継続することができるため、出力を止める必要のない、風力発電システムを提供できる。   If the power converter 11 of the present embodiment is used, the high-voltage DC cable 72 that can be normally used is used even when an abnormality occurs in any of the high-voltage DC cables 72 or a part of the AC / DC converter 73 or during maintenance. Since power transmission can be continued, it is possible to provide a wind power generation system that does not require the output to be stopped.

また、洋上に設置される風力発電システムでは、送電ケーブルは海底に敷設されるため、交流で送電する場合にはケーブル寄生容量の充放電に伴う損失が発生する。電力変換器11を適用すれば、直流で送電することができるため、このような損失が発生することはなく、高効率である。   In addition, in a wind power generation system installed on the ocean, a power transmission cable is laid on the seabed. Therefore, when AC power is transmitted, loss due to charging and discharging of the cable parasitic capacitance occurs. If the power converter 11 is applied, since direct current can be transmitted, such loss does not occur and high efficiency is achieved.

なお、複数の風力発電システム66を設置して風力発電システム群を構成することも可能である。そのような場合であっても本実施例の電力変換器11は好適である。また、本実施例では一例として、風力発電システム66が洋上に設置されることを想定したが、陸上に設置されても良い。風力発電システム66が陸上に設置される場合は、特に風力発電システム66が大規模である場合に、本実施例の電力変換器11は好適である。   It is also possible to configure a wind power generation system group by installing a plurality of wind power generation systems 66. Even in such a case, the power converter 11 of the present embodiment is suitable. Further, in the present embodiment, as an example, it is assumed that the wind power generation system 66 is installed on the ocean, but it may be installed on land. When the wind power generation system 66 is installed on land, the power converter 11 of the present embodiment is suitable particularly when the wind power generation system 66 is large-scale.

図10は、電力変換器11を適用した風力発電システム66の別の一形態を示している。すでに説明した部分には同一符号を付し、その説明を省略する。本実施例の風力発電システム66は、複数の風力発電装置65、中圧直流ケーブル71(MVDC)、高圧直流ケーブル72、中圧直流−高圧直流変換器75などで構成されている。複数の風力発電装置65は、中圧直流ケーブル71を介して並列に接続されて、洋上プラットフォームに設置された中圧直流−高圧直流変換器75と接続される。   FIG. 10 shows another embodiment of the wind power generation system 66 to which the power converter 11 is applied. The parts already described are given the same reference numerals, and the description thereof is omitted. The wind power generation system 66 of the present embodiment includes a plurality of wind power generation devices 65, a medium voltage DC cable 71 (MVDC), a high voltage DC cable 72, a medium voltage DC-high voltage DC converter 75, and the like. The plurality of wind power generators 65 are connected in parallel via a medium-voltage DC cable 71 and connected to a medium-voltage DC-high-voltage DC converter 75 installed on the offshore platform.

中圧直流−高圧直流変換器75は、複数の風力発電装置65の出力電圧を更に昇圧し、高圧直流ケーブル72を介して陸上の交直変換器73と接続される。ここで中圧直流、高圧直流は、例えば、それぞれ数十kVから百kV、百kV以上である。   The medium-voltage DC-high-voltage DC converter 75 further boosts the output voltage of the plurality of wind power generators 65 and is connected to a land-based AC / DC converter 73 via a high-voltage DC cable 72. Here, the medium-voltage direct current and the high-voltage direct current are, for example, from several tens kV to one hundred kV and one hundred kV or more.

このような構成とすることで、各風力発電装置に収納される電力変換器11は比較的低い絶縁性を有すればよいので、電力変換器11の小型化と低コスト化を見込むことができる。本実施例の電力変換器11を用いれば、中圧直流ケーブル71、高圧直流ケーブル72、中圧直流−高圧直流変換器75などに異常が発生した場合やメンテナンス時でも出力を止める必要のない、風力発電システムを提供できる。   By adopting such a configuration, the power converter 11 housed in each wind turbine generator only needs to have a relatively low insulating property, and therefore the power converter 11 can be expected to be reduced in size and cost. . If the power converter 11 of the present embodiment is used, it is not necessary to stop the output even when an abnormality occurs in the medium voltage DC cable 71, the high voltage DC cable 72, the medium voltage DC-high voltage DC converter 75, or during maintenance. A wind power generation system can be provided.

次に図11を用いて実施例5の風力発電システム66を説明する。実施例5は、実施例3または実施例4の風力発電システム66が有するファーム制御装置68と中央制御装置40が共同して実行する変換器モジュール10の入替方法を説明するものであり、図6のフローチャート等で既に説明した点は説明を省略し、図6等との相違部を中心に説明を行う。   Next, the wind power generation system 66 of Example 5 is demonstrated using FIG. In the fifth embodiment, a method for replacing the converter module 10 executed jointly by the farm controller 68 and the central controller 40 included in the wind power generation system 66 of the third or fourth embodiment will be described. The points already described in the flowchart etc. will be omitted, and the description will focus on the differences from FIG.

図11のフローチャートに示すステップS11では、各々の電力変換器11の中央制御装置40は、第一の閾値判定処理を実施し、電圧時間積が閾値VTthより大きくなったと判断したならば(Yes)、風力発電システム66を統括するファーム制御装置68はステップS51の処理を行う。一方、ステップS11にて、電圧時間積が閾値VTth以下であると判断したならば(No)、中央制御装置40はステップS13の処理を行う。   In step S11 shown in the flowchart of FIG. 11, if the central controller 40 of each power converter 11 performs the first threshold value determination process and determines that the voltage-time product has become larger than the threshold value VTth (Yes). The farm control device 68 that controls the wind power generation system 66 performs the process of step S51. On the other hand, if it is determined in step S11 that the voltage-time product is equal to or less than the threshold value VTth (No), the central controller 40 performs the process of step S13.

ステップS51において、ファーム制御装置68は、第一の発電電力判定処理を実施し、風力発電システム66の総発電電力が所定値以下であると判断したならば(Yes)、中央制御装置40はステップS12の処理を行う。一方、ステップS51にて、総発電電力が所定値よりも大きいと判断したならば(No)、中央制御装置40はステップS13の処理を行う。   In step S51, if the farm controller 68 performs the first generated power determination process and determines that the total generated power of the wind power generation system 66 is equal to or less than a predetermined value (Yes), the central controller 40 performs step. The process of S12 is performed. On the other hand, if it is determined in step S51 that the total generated power is larger than the predetermined value (No), the central controller 40 performs the process of step S13.

同様に、ステップS21では、中央制御装置40は、第二の閾値判定処理を実施し、電圧時間積が閾値−VTthより小さくなったと判断したならば(Yes)、ファーム制御装置68はステップS52の処理を行う。一方、ステップS21にて、電圧時間積が閾値−VTth以上であると判断したならば(No)、中央制御装置40はステップS23の処理を行う。   Similarly, in step S21, if the central controller 40 performs the second threshold value determination process and determines that the voltage-time product has become smaller than the threshold value -VTth (Yes), the firmware controller 68 determines in step S52. Process. On the other hand, if it is determined in step S21 that the voltage-time product is equal to or greater than the threshold value −VTth (No), the central controller 40 performs the process of step S23.

ステップS52において、ファーム制御装置68は、ステップS51と同様にして第二の発電電力判定処理を実施し、風力発電システム66の総発電電力が所定値以下であると判断したならば(Yes)、中央制御装置40はステップS22の処理を行う。一方、ステップS52にて、総発電電力が所定値よりも大きいと判断したならば(No)、中央制御装置40はステップS23の処理を行う。   In step S52, the farm control device 68 performs the second generated power determination process in the same manner as in step S51, and determines that the total generated power of the wind power generation system 66 is equal to or less than a predetermined value (Yes). The central controller 40 performs the process of step S22. On the other hand, if it is determined in step S52 that the total generated power is larger than the predetermined value (No), the central controller 40 performs the process of step S23.

このようにすることで風力発電システム66は総発電量の少ない期間でのみ変換器モジュール10の入替を実施し、総発電量の多い期間では変換器モジュール10の入替を禁止することができる。変換器モジュール10を入れ替えて電力変換器11の正負の出力を反転させるためには、各電力変換器11は出力を停止する必要がある。風力発電システム66の総発電量が多い期間に各電力変換器11の出力を停止すると、多くの発電機会を失うことになるが、実施例5によれば、発電機会の損失を最小限にとどめ、かつ電力変換器11の長期信頼性をも確保した風力発電システム66を提供できる。   In this way, the wind power generation system 66 can replace the converter module 10 only during a period when the total power generation amount is small, and prohibit the replacement of the converter module 10 during a period when the total power generation amount is large. In order to reverse the positive and negative outputs of the power converter 11 by replacing the converter module 10, each power converter 11 needs to stop the output. If the output of each power converter 11 is stopped during a period when the total power generation amount of the wind power generation system 66 is large, many power generation opportunities are lost. According to the fifth embodiment, the loss of power generation opportunities is minimized. And the wind power generation system 66 which also ensured the long-term reliability of the power converter 11 can be provided.

なお、ステップS51、S52の第一、第二の発電電力判定処理において、総発電電力量や総発電電力の予測値、総発電電力量の予測値などを使用しても良い。これらの要素を複合的に用い判定することにより、風力発電システム66の発電機会の損失を小さくできる。   In the first and second generated power determination processes in steps S51 and S52, a total generated power amount, a predicted value of the total generated power, a predicted value of the total generated power amount, or the like may be used. By using these factors in combination, it is possible to reduce the loss of power generation opportunities of the wind power generation system 66.

また、風力発電システム66が長期にわたって安定的に発電することが予想される場合などに、しばらくの間変換器モジュール10を入れ替えるタイミングを逸し、電圧時間積がゼロ近傍から大きく乖離する場合が想定される。このような場合には、第一、第二の閾値判定で用いる閾値や、第一、第二の発電電力判定で用いる閾値を適宜変更することにより対処できる。   Further, when the wind power generation system 66 is expected to generate power stably over a long period of time, it is assumed that the timing for replacing the converter module 10 is lost for a while and the voltage-time product deviates greatly from the vicinity of zero. The Such a case can be dealt with by appropriately changing the threshold values used in the first and second threshold determinations and the threshold values used in the first and second generated power determinations.

本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば上記した実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. A part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Moreover, it is also possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.

例えば図3で示した半導体スイッチング素子15は、複数の半導体スイッチング素子を直列、並列に接続して構成した半導体スイッチング素子群を含む。その他の構成部品についても同様である。   For example, the semiconductor switching element 15 shown in FIG. 3 includes a semiconductor switching element group configured by connecting a plurality of semiconductor switching elements in series and in parallel. The same applies to other components.

なお、各実施例において、制御線や情報線は、説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。   In each embodiment, control lines and information lines indicate what is considered necessary for the explanation, and not all control lines and information lines on the product are necessarily shown. Actually, it may be considered that almost all the components are connected to each other.

10:変換器モジュール
11:電力変換器
12:第一の変換器ユニット
13:第二の変換器ユニット
14:変圧器
15:半導体スイッチング素子
16:ダイオード
17:コンデンサ
18:多巻線変圧器
19:第三の変換器ユニット
20:並列接続部
21:直列接続部
22:開閉装置
30:入力端子
31:出力端子
311:正電圧出力端子
312:負電圧出力端子
313:中性点電圧端子
32:接地点
33:正側の変換器モジュール群
34:負側の変換器モジュール群
40:中央制御装置
41:モジュール制御装置
51:入力部遮断装置
52:出力部遮断装置
53:モジュール短絡装置
61:風車
62:ギア
63:発電機
64:パワーコンディショナ
65:風力発電装置
66:風力発電システム
67:タワー
68:ファーム制御装置
71:中圧直流ケーブル
72:高圧直流ケーブル
73:交直変換器
74:電力系統
75:中圧直流−高圧直流変換器
10: Converter module 11: Power converter 12: First converter unit 13: Second converter unit 14: Transformer 15: Semiconductor switching element 16: Diode 17: Capacitor 18: Multi-winding transformer 19: Third converter unit 20: parallel connection unit 21: series connection unit 22: switchgear 30: input terminal 31: output terminal 311: positive voltage output terminal 312: negative voltage output terminal 313: neutral point voltage terminal 32: contact Point 33: Positive converter module group 34: Negative converter module group 40: Central controller 41: Module controller 51: Input blocker 52: Output blocker 53: Module short circuit 61: Windmill 62 : Gear 63: Generator 64: Power conditioner 65: Wind power generator 66: Wind power generator system 67: Tower 68: Farm controller 71: Medium pressure Flow Cable 72: high-voltage direct current cable 73: AC-DC converter 74: power system 75: Medium 圧直 flow - high voltage direct current converter

Claims (13)

複数の変換器モジュールの出力端子を直列接続した第一の変換器モジュール群と、
複数の変換器モジュールの出力端子を直列接続した第二の変換器モジュール群と、
複数の前記変換器モジュールを制御する中央制御装置と、
複数の前記変換器モジュールの入力端子をそれぞれ並列に接続する並列接続部と、
前記第一のモジュール群の出力端子の一端と接続した第一の出力端子と、
前記第一のモジュール群の出力端子の他端と前記第二のモジュール群の出力端子の一端を接続した中性点端子と、
前記第二のモジュール群の出力端子の他端と接続した第二の出力端子と、
を備えたことを特徴とする電力変換器。
A first converter module group in which output terminals of a plurality of converter modules are connected in series;
A second converter module group in which output terminals of a plurality of converter modules are connected in series;
A central controller for controlling a plurality of said converter modules;
A parallel connection part for connecting the input terminals of the plurality of converter modules in parallel;
A first output terminal connected to one end of the output terminal of the first module group;
A neutral point terminal connecting the other end of the output terminal of the first module group and one end of the output terminal of the second module group;
A second output terminal connected to the other end of the output terminal of the second module group;
A power converter comprising:
請求項1に記載の電力変換器において、
前記中央制御装置の指令により、
前記第一の出力端子と前記第二の出力端子の両方またはいずれかの出力を停止することを特徴とする電力変換器。
The power converter according to claim 1, wherein
By the command of the central controller,
The power converter characterized by stopping output of both or any one of the first output terminal and the second output terminal.
請求項1または請求項2に記載の電力変換器において、
前記中央制御装置は、
前記第一の変換器モジュール群が正電圧を出力し、前記第二の変換器モジュール群が負電圧を出力する第一の出力モードと、
前記第一の変換器モジュール群が負電圧を出力し、前記第二の変換器モジュール群が正電圧を出力する第二の出力モードと、を切り替えることを特徴とする電力変換器。
The power converter according to claim 1 or 2,
The central controller is
A first output mode in which the first converter module group outputs a positive voltage and the second converter module group outputs a negative voltage;
The power converter, wherein the first converter module group outputs a negative voltage, and the second converter module group switches between a second output mode in which a positive voltage is output.
請求項3に記載の電力変換器において、
複数の前記変換器モジュールの出力端子は、それぞれ開閉装置を介して直列に接続されており、
前記第一の出力モードを実行するとき、複数の前記開閉装置を短絡または開放させて前記第一、第二の変換器モジュール群にそれぞれ正電圧、負電圧を出力させ、
前記第二の出力モードを実行するとき、複数の前記開閉装置を開放または短絡させて前記第一、第二の変換器モジュール群にそれぞれ負電圧、正電圧を出力させる
ことを特徴とする電力変換器。
The power converter according to claim 3, wherein
The output terminals of the plurality of converter modules are respectively connected in series via a switching device,
When executing the first output mode, the plurality of switchgears are short-circuited or opened to output positive voltage and negative voltage to the first and second converter module groups, respectively.
When executing the second output mode, the plurality of switchgears are opened or shorted to output negative voltage and positive voltage to the first and second converter module groups, respectively. vessel.
請求項4に記載の電力変換器において、
前記中央制御装置は、
前記変換器モジュールの出力電圧と出力時間との電圧時間積を逐次計算し、
前記電圧時間積が正符号の第一の閾値よりも大きくなった場合に、前記第一の出力モードから前記第二の出力モードへと切り替え、
前記電圧時間積が負符号の第二の閾値よりも小さくなった場合に、前記第二の出力モードから前記第一の出力モードへと切り替えることを特徴とする電力変換器。
The power converter according to claim 4, wherein
The central controller is
Sequentially calculating the voltage-time product of the output voltage and output time of the converter module;
When the voltage time product is greater than the positive first threshold, switching from the first output mode to the second output mode,
A power converter that switches from the second output mode to the first output mode when the voltage-time product becomes smaller than a second threshold with a negative sign.
請求項1から請求項5の何れか一項に記載の電力変換器において、
前記変換器モジュールは、
直流電圧を交流電圧に変換するDC/AC変換手段と、
前記DC/AC変換手段の交流出力電圧を昇圧する変圧器と、
前記変圧器によって昇圧された交流出力電圧を直流電圧に変換するAC/DC変換手段と、で構成されており、
前記変圧器は、油浸変圧器であることを特徴とする電力変換器。
The power converter according to any one of claims 1 to 5,
The converter module is
DC / AC conversion means for converting a DC voltage into an AC voltage;
A transformer for boosting the AC output voltage of the DC / AC conversion means;
AC / DC conversion means for converting the AC output voltage boosted by the transformer into a DC voltage, and
The power converter is an oil immersion transformer.
請求項1から請求項5の何れか一項に記載の電力変換器において、
前記変換器モジュールは、
直流電圧を交流電圧に変換するDC/AC変換手段と、
前記DC/AC変換手段の交流出力電圧を昇圧する変圧器と、
前記変圧器によって昇圧された交流出力電圧を直流電圧に変換するAC/DC変換手段と、で構成されており、
前記変圧器は、複数の二次巻線を備え、前記AC/DC変換手段は、前記二次巻線と同数設けられていることを特徴とする電力変換器。
The power converter according to any one of claims 1 to 5,
The converter module is
DC / AC conversion means for converting a DC voltage into an AC voltage;
A transformer for boosting the AC output voltage of the DC / AC conversion means;
AC / DC conversion means for converting the AC output voltage boosted by the transformer into a DC voltage, and
The transformer includes a plurality of secondary windings, and the AC / DC conversion means is provided in the same number as the secondary windings.
請求項1から請求項5の何れか一項に記載の電力変換器において、
前記変換器モジュールは、
直流電圧を交流電圧に変換するDC/AC変換手段と、
前記DC/AC変換手段の交流出力電圧を昇圧する変圧器と、
前記変圧器によって昇圧された交流出力電圧を直流電圧に変換するAC/DC変換手段と、で構成されており、
前記変圧器は、商用周波数以上の周波数で励磁され、
前記変圧器の鉄心は、薄帯状の磁性材料を複数枚巻回して構成される巻鉄心であって、
鉄を主成分とするアモルファス構造、または微細な結晶構造を有する薄帯状合金で構成されていることを特徴とする、電力変換器。
The power converter according to any one of claims 1 to 5,
The converter module is
DC / AC conversion means for converting a DC voltage into an AC voltage;
A transformer for boosting the AC output voltage of the DC / AC conversion means;
AC / DC conversion means for converting the AC output voltage boosted by the transformer into a DC voltage, and
The transformer is excited at a frequency higher than the commercial frequency,
The iron core of the transformer is a wound iron core configured by winding a plurality of thin strip-shaped magnetic materials,
A power converter comprising an amorphous structure containing iron as a main component or a ribbon-shaped alloy having a fine crystal structure.
請求項1から請求項5の何れか一項に記載の電力変換器において、
前記変換器モジュールは、
直流電圧を交流電圧に変換するDC/AC変換手段と、
前記DC/AC変換手段の交流出力電圧を昇圧する変圧器と、
前記変圧器によって昇圧された交流出力電圧を直流電圧に変換するAC/DC変換手段と、で構成されており、
前記DC/AC変換手段は、IGBT等のスイッチング素子とダイオードからなる2レベルフルブリッジ型インバータ回路、または、3レベルフルブリッジ型インバータ回路、または3レベルハーフブリッジ型インバータ回路、のいずれかで構成されていることを特徴とする。電力変換器。
The power converter according to any one of claims 1 to 5,
The converter module is
DC / AC conversion means for converting a DC voltage into an AC voltage;
A transformer for boosting the AC output voltage of the DC / AC conversion means;
AC / DC conversion means for converting the AC output voltage boosted by the transformer into a DC voltage, and
The DC / AC conversion means is composed of either a two-level full bridge inverter circuit comprising a switching element such as an IGBT and a diode, a three level full bridge inverter circuit, or a three level half bridge inverter circuit. It is characterized by. Power converter.
請求項1から請求項5の何れか一項に記載の電力変換器において、
前記変換器モジュールは、
直流電圧を交流電圧に変換するDC/AC変換手段と、
前記DC/AC変換手段の交流出力電圧を昇圧する変圧器と、
前記変圧器によって昇圧された交流出力電圧を直流電圧に変換するAC/DC変換手段と、で構成されており、
前記AC/DC変換手段は、IGBT等のスイッチング素子とダイオードからなる2レベルフルブリッジ型コンバータ回路、または3レベルハーフブリッジ型コンバータ回路、または3レベルフルブリッジ型コンバータ回路、または、ダイオードからなる整流回路、のいずれかで構成されていることを特徴とする、電力変換器。
The power converter according to any one of claims 1 to 5,
The converter module is
DC / AC conversion means for converting a DC voltage into an AC voltage;
A transformer for boosting the AC output voltage of the DC / AC conversion means;
AC / DC conversion means for converting the AC output voltage boosted by the transformer into a DC voltage, and
The AC / DC conversion means is a two-level full bridge converter circuit comprising a switching element such as an IGBT and a diode, a three level half bridge converter circuit, a three level full bridge converter circuit, or a rectifier circuit comprising a diode. A power converter, comprising:
複数の風力発電装置と、
該複数の風力発電装置が並列に接続され、発電電力を遠隔地へ送電する高圧直流ケーブルと、
前記複数の風力発電装置を制御するファーム制御装置と、
を具備する風力発電システムであって、
前記風力発電装置の各々は、
風車の回転によって交流電力を発電する発電機と、
前記交流電力を直流電力に変換するパワーコンディショナと、
前記直流電力を昇圧する、請求項1から請求項10の何れか一項に記載の電力変換器と、
前記パワーコンディショナと前記電力変換器を収納したタワーと、
を具備することを特徴とする風力発電システム。
A plurality of wind power generators;
A plurality of wind power generators connected in parallel, and a high-voltage DC cable for transmitting generated power to a remote location;
A farm control device for controlling the plurality of wind turbine generators;
A wind power generation system comprising:
Each of the wind power generators
A generator that generates AC power by rotating a windmill;
A power conditioner that converts the AC power into DC power;
The power converter according to any one of claims 1 to 10, wherein the DC power is boosted.
A tower housing the power conditioner and the power converter;
A wind power generation system comprising:
複数の風力発電装置と、
該複数の風力発電装置が並列に接続され、発電電力を送電する中圧直流ケーブルと、
該中圧直流ケーブルから供給された電力を昇圧して出力する中圧直流−高圧直流変換器と、
該中圧直流−高圧直流変換器が出力した電力を遠隔地へ送電する高圧直流ケーブルと、
前記複数の風力発電装置および前記中圧直流−高圧直流変換器を制御するファーム制御装置と、
を具備する風力発電システムであって、
前記風力発電装置の各々は、
風車の回転によって交流電力を発電する発電機と、
前記交流電力を直流電力に変換するパワーコンディショナと、
前記直流電力を昇圧する、請求項1から請求項10の何れか一項に記載の電力変換器と、
前記パワーコンディショナと前記電力変換器を収納したタワーと、
を具備することを特徴とする風力発電システム。
A plurality of wind power generators;
A plurality of wind turbine generators connected in parallel, medium voltage DC cable for transmitting generated power;
A medium voltage DC-high voltage DC converter that boosts and outputs the power supplied from the medium voltage DC cable;
A high-voltage DC cable for transmitting the power output by the medium-voltage DC-high-voltage DC converter to a remote location;
A farm control device for controlling the plurality of wind power generators and the medium-voltage DC-high-voltage DC converter;
A wind power generation system comprising:
Each of the wind power generators
A generator that generates AC power by rotating a windmill;
A power conditioner that converts the AC power into DC power;
The power converter according to any one of claims 1 to 10, wherein the DC power is boosted.
A tower housing the power conditioner and the power converter;
A wind power generation system comprising:
複数の風力発電装置と、
該複数の風力発電装置の発電電力を遠隔地へ送電する高圧直流ケーブルと、
前記複数の風力発電装置を制御するファーム制御装置と、
を具備する風力発電システムであって、
前記風力発電装置の各々は、
風車の回転によって交流電力を発電する発電機と、
前記交流電力を直流電力に変換するパワーコンディショナと、
前記直流電力を昇圧する、請求項3から請求項5の何れか一項に記載の電力変換器と、
前記パワーコンディショナと前記電力変換器を収納したタワーと、
を具備しており、
前記ファーム制御装置は、
前記複数の風力発電装置の合計発電電力が所定値以下である場合に、
各電力変換器に対し、前記第一の出力モードと前記第二の出力モードの切り替えを許可することを特徴とする、風力発電システム。
A plurality of wind power generators;
A high-voltage DC cable for transmitting the power generated by the plurality of wind turbine generators to a remote location;
A farm control device for controlling the plurality of wind turbine generators;
A wind power generation system comprising:
Each of the wind power generators
A generator that generates AC power by rotating a windmill;
A power conditioner that converts the AC power into DC power;
The power converter according to any one of claims 3 to 5, wherein the DC power is boosted.
A tower housing the power conditioner and the power converter;
It has
The farm control device
When the total generated power of the plurality of wind turbine generators is a predetermined value or less,
A wind power generation system, wherein each power converter is allowed to switch between the first output mode and the second output mode.
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