JP2021516946A - How to start a modular multi-level converter with a mixture of half bridges and full bridges - Google Patents

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Abstract

本発明はハーフブリッジとフルブリッジが混在するモジュラーマルチレベルコンバータの起動方法を提供する。当該方法は、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールと全ての前記フルブリッジサブモジュールが初期電圧に達するために、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールと全ての前記フルブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御することと、前記フルブリッジサブモジュールの総電圧の増加速度を下げるように、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御するとともに、少なくとも一部の前記フルブリッジサブモジュールがロッキング、ハーフロッキング、又はバイパスのうちいずれか一つを含む動作状態になるように制御することと、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールの電圧が定格電圧に達するとともに全ての前記フルブリッジサブモジュールの電圧が定格電圧に達するように、各前記フルブリッジサブモジュールのバイパスまたはロッキングのうちいずれか一つを含む動作状態と各前記ハーフブリッジサブモジュールの動作状態をそれぞれに制御することと、を含む。本発明はさらにハーフブリッジとフルブリッジが混在するモジュラーマルチレベルコンバータの起動装置を提供する。上記方法及び装置によれば、システムのロック解除のタイミングで大きな突入電流が発生されることを回避でき、システムの安全性を高めることができる。The present invention provides a method for activating a modular multi-level converter in which half-bridges and full-bridges coexist. The method controls all the half-bridge submodules and all the full-bridge submodules to maintain locking so that all the half-bridge submodules and all the full-bridge submodules reach the initial voltage. And all the half-bridge submodules are controlled to maintain locking so as to reduce the rate of increase of the total voltage of the full-bridge submodules, and at least some of the fullbridge submodules are locked. Controlling the operating state to include either half locking or bypass, and the voltage of all the half bridge submodules reaches the rated voltage and the voltage of all the full bridge submodules is rated. It includes controlling the operating state including any one of bypassing or locking of each full bridge submodule and the operating state of each half bridge submodule so as to reach a voltage. The present invention further provides a starter for a modular multi-level converter in which half-bridges and full-bridges coexist. According to the above method and device, it is possible to avoid a large inrush current being generated at the timing of unlocking the system, and it is possible to improve the safety of the system.

Description

本発明は、電力供給の技術分野に関し、特にハーフブリッジとフルブリッジが混在するモジュラーマルチレベルコンバータの起動方法及び装置に関するものである。 The present invention relates to the technical field of power supply, and particularly to a method and apparatus for starting a modular multi-level converter in which half-bridges and full-bridges coexist.

モジュラーマルチレベルコンバータ(MMC:Modular Multilevel Converter)は、いくつのコンバータバルブのサブモジュールユニットをカスケード形式に配列するにより高電圧出力を実現する。MMCは、スイッチング素子を直接カスケードするような必要がなく、素子の同時トリガ性に対する要求が低い他、拡張性がよく、スイッチング頻度が低く、動作損失が低く、及び出力電圧波形の品質が高い等の利点が多い。 Modular multi-level converters (MMCs) provide high voltage output by cascading the submodule units of several converter valves. MMC does not require direct cascade of switching elements, has low requirements for simultaneous triggering of elements, has good expandability, low switching frequency, low operating loss, high quality of output voltage waveform, etc. There are many advantages of.

しかしながら、交流送電網がMMCを介してフレキシブル直流送電網に給電する際に、フレキシブル直流送電網が低減衰特性を持つため、MMCが短絡故障を発生する場合に、故障初期の電流上昇率は、数千アンペア/ミリ秒というレベルである。一方、交流遮断器にも数十ミリ秒で遮断する遮断速度しか持たない。この数十ミリ秒の期間、直流送電網においてのMMCなどのキーデバイスに過酷な電気応力が受けられ、送電網においてのデバイスの動作安全性が低下された。従って、MMCが短絡故障を発生する際に、電網システムの安全性が悪くなる。 However, when the AC transmission network supplies power to the flexible DC transmission network via the MMC, the flexible DC transmission network has low attenuation characteristics. Therefore, when the MMC causes a short-circuit failure, the current increase rate at the initial stage of the failure is It is a level of several thousand amps / millisecond. On the other hand, the AC circuit breaker also has a breaking speed that cuts off in tens of milliseconds. During this period of several tens of milliseconds, key devices such as MMCs in the DC power grid were subjected to severe electrical stress, which reduced the operational safety of the devices in the power grid. Therefore, when the MMC causes a short-circuit failure, the safety of the electric grid system deteriorates.

上記によると、現在のMMCが短絡故障を発生する際に電網システムの安全性が悪くなるという問題に対し、ハーフブリッジとフルブリッジが混在するモジュラーマルチレベルコンバータの起動方法及び装置を提供する。 According to the above, to solve the problem that the safety of the electric network system is deteriorated when the current MMC causes a short circuit failure, a method and an apparatus for starting a modular multi-level converter in which a half bridge and a full bridge are mixed are provided.

ハーフブリッジとフルブリッジが混在するモジュラーマルチレベルコンバータの起動方法であって、前記モジュラーマルチレベルコンバータは、複数のハーフブリッジサブモジュールと複数のフルブリッジサブモジュールを含む。前記方法は、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールと全ての前記フルブリッジサブモジュールが初期電圧に達するために、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールと全ての前記フルブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御することと、前記フルブリッジサブモジュールの総電圧の増加速度を下げるように、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御するとともに、少なくとも一部の前記フルブリッジサブモジュールがロッキング、ハーフロッキング、又はバイパスのうちいずれか一つを含む動作状態になるように制御することと、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールの電圧が定格電圧に達するとともに全ての前記フルブリッジサブモジュールの電圧が定格電圧に達するように、各前記フルブリッジサブモジュールのバイパスまたはロッキングのうちいずれか一つを含む動作状態と各前記ハーフブリッジサブモジュールの動作状態をそれぞれに制御することと、を含む。 A method of activating a modular multi-level converter in which half-bridge and full-bridge are mixed, the modular multi-level converter includes a plurality of half-bridge submodules and a plurality of full-bridge submodules. The method controls all the half-bridge submodules and all the full-bridge submodules to maintain locking so that all the half-bridge submodules and all the full-bridge submodules reach the initial voltage. And all the half-bridge submodules are controlled to maintain locking so as to reduce the rate of increase of the total voltage of the full-bridge submodules, and at least some of the fullbridge submodules are locked. Controlling the operating state to include either half locking or bypass, and the voltage of all the half bridge submodules reaches the rated voltage and the voltage of all the full bridge submodules is rated. It includes controlling the operating state including any one of bypassing or locking of the full bridge submodule and the operating state of each half bridge submodule so as to reach the voltage.

一実施例において、前記モジュラーマルチレベルコンバータは、直列充電抵抗を介して交流電網に接続される。 In one embodiment, the modular multi-level converter is connected to an AC network via a series charging resistor.

一実施例において、前記フルブリッジサブモジュールの総電圧の増加速度を下げるように、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御するとともに、少なくとも一部の前記フルブリッジサブモジュールの動作状態を制御することの前に、前記充電抵抗の電流が予め設定された電流値よりも小さい場合に、前記充電抵抗をバイパスするように制御することを含む。 In one embodiment, all the half-bridge submodules are controlled to maintain locking so as to reduce the rate of increase in the total voltage of the full-bridge submodule, and at least some of the full-bridge submodules operate. Prior to controlling the state, it includes controlling to bypass the charging resistance when the current of the charging resistance is smaller than a preset current value.

一実施例において、前記フルブリッジサブモジュールの総電圧の増加速度を下げるように、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御するとともに、少なくとも一部の前記フルブリッジサブモジュールの動作状態を制御することの前に、前記充電抵抗の電圧が予め設定された電圧値よりも高い場合に、前記充電抵抗をバイパスするように制御することを含む。 In one embodiment, all the half-bridge submodules are controlled to maintain locking so as to reduce the rate of increase in the total voltage of the full-bridge submodule, and at least some of the full-bridge submodules operate. Prior to controlling the state, it includes controlling to bypass the charging resistance when the voltage of the charging resistance is higher than a preset voltage value.

一実施例において、前記フルブリッジサブモジュールの総電圧の増加速度を下げるように、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御するとともに、少なくとも一部の前記フルブリッジサブモジュールの動作状態を制御することは、さらに各前記フルブリッジサブモジュールの電圧が自己電力取得電源の動作閾値に達した場合には、すべてのハーフブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御することと、電圧が第1の閾値電圧以上である前記フルブリッジサブモジュールがバイパスするように制御することと、電圧が前記第1の閾値電圧よりも低い第2閾値電圧と前記第1の閾値電圧の間にある前記フルブリッジサブモジュールがハーフロッキングするように制御することと、電圧が前記第2閾値電圧未満のフルブリッジサブモジュールがロッキングするように制御することと、を含む。 In one embodiment, all the half-bridge submodules are controlled to maintain locking so as to reduce the rate of increase in the total voltage of the full-bridge submodule, and at least some of the full-bridge submodules operate. Controlling the state further controls all half-bridge submodules to maintain locking when the voltage of each full-bridge submodule reaches the operating threshold of the self-powered acquisition power supply, and the voltage. Is controlled so that the full bridge submodule having a voltage equal to or higher than the first threshold voltage is bypassed, and the voltage is between the second threshold voltage lower than the first threshold voltage and the first threshold voltage. The full bridge submodule is controlled to be half-locked, and the full bridge submodule whose voltage is less than the second threshold voltage is controlled to be locked.

一実施例において、前記フルブリッジサブモジュールの総電圧の増加速度を下げるように、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御するとともに、少なくとも一部の前記フルブリッジサブモジュールの動作状態を制御することの後に、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールの平均電圧と全ての前記フルブリッジサブモジュールの平均電圧との比率が予め設定された倍数より大きい場合には、全ての前記フルブリッジサブモジュールがハーフロッキングするように制御し、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールがロッキングするように制御することを含む。 In one embodiment, all the half-bridge submodules are controlled to maintain locking so as to reduce the rate of increase in the total voltage of the full-bridge submodule, and at least some of the full-bridge submodules operate. After controlling the state, if the ratio of the average voltage of all the half-bridge submodules to the average voltage of all the full-bridge submodules is greater than a preset multiple, then all the full-bridge submodules. It includes controlling the module to be half-locked and controlling all the half-bridge submodules to be locked.

一実施例において、前記予め設定された倍数は、0.6から1.4の範囲内である。 In one embodiment, the preset multiple is in the range of 0.6 to 1.4.

一実施例において、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールの電圧が定格電圧に達するとともに全ての前記フルブリッジサブモジュールの電圧が定格電圧に達するように、各前記フルブリッジサブモジュールと各前記ハーフブリッジサブモジュールの動作状態をそれぞれに制御することは、さらに、電圧が第3の閾値電圧以上である前記フルブリッジサブモジュールがバイパスするように制御し、電圧が第3の閾値電圧以上である前記ハーフブリッジサブモジュールがバイパスするように制御することを含む。 In one embodiment, each full-bridge submodule and each half-bridge submodule so that the voltages of all the half-bridge submodules reach the rated voltage and the voltages of all the full-bridge submodules reach the rated voltage. To control each of the operating states of the above is further controlled so that the full bridge submodule whose voltage is equal to or higher than the third threshold voltage is bypassed, and the half bridge sub module whose voltage is equal to or higher than the third threshold voltage. Includes controlling the module to bypass.

ハーフブリッジとフルブリッジが混在するモジュラーマルチレベルコンバータの起動装置であって、前記モジュラーマルチレベルコンバータは、複数のハーフブリッジサブモジュールと複数のフルブリッジサブモジュールを含み、前記モジュラーマルチレベルコンバータは、直列充電抵抗を介して交流電網に接続される。前記装置は、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールと全ての前記フルブリッジサブモジュールが初期電圧に達するために、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールと全ての前記フルブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御する非制御起動モジュールと、前記フルブリッジサブモジュールの総電圧の増加速度を下げるように、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御するとともに、少なくとも一部の前記フルブリッジサブモジュールがロッキング、ハーフロッキング、又はバイパスのうちいずれか一つを含む動作状態になるように制御する部分制御起動モジュールと、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールの電圧が定格電圧に達するとともに全ての前記フルブリッジサブモジュールの電圧が定格電圧に達するように、各前記フルブリッジサブモジュールのバイパスまたはロッキングのうちいずれか一つを含む動作状態と各前記ハーフブリッジサブモジュールの動作状態をそれぞれに制御する全制御起動モジュールと、を含む。 A starter for a modular multi-level converter in which half-bridge and full-bridge are mixed, the modular multi-level converter includes a plurality of half-bridge submodules and a plurality of full-bridge submodules, and the modular multi-level converter is in series. It is connected to the AC network via a charging resistor. The device controls all the half-bridge submodules and all the full-bridge submodules to maintain locking so that all the half-bridge submodules and all the full-bridge submodules reach the initial voltage. All the half-bridge submodules are controlled to maintain locking, and at least some of the full-bridge submodules are controlled so as to reduce the rate of increase of the total voltage of the uncontrolled start module and the full bridge submodule. A partial control start module that controls the module so that it is in an operating state that includes any one of locking, half-locking, or bypass, and all the full bridges as the voltage of all the half-bridge submodules reaches the rated voltage. All control activation that controls the operating state including any one of bypassing or locking of each full bridge submodule and the operating state of each half bridge submodule so that the voltage of the submodule reaches the rated voltage. Includes modules and.

一実施例において、前記部分制御起動モジュールは、各前記フルブリッジサブモジュールの電圧が自己電力取得電源の動作閾値に達した場合には、すべての前記ハーフブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御し、電圧が第1の閾値電圧以上である前記フルブリッジサブモジュールがバイパスするように制御し、電圧が前記第1の閾値電圧よりも低い第2閾値電圧と前記第1の閾値電圧の間にある前記フルブリッジサブモジュールがハーフロッキングするように制御し、電圧が前記第2閾値電圧未満の前記フルブリッジサブモジュールがロッキングするように制御する。 In one embodiment, the partial control activation module controls all the half bridge submodules to maintain locking when the voltage of each full bridge submodule reaches the operating threshold of the self-powered acquisition power supply. Then, the full bridge submodule whose voltage is equal to or higher than the first threshold voltage is controlled to bypass, and the voltage is between the second threshold voltage lower than the first threshold voltage and the first threshold voltage. The full bridge submodule is controlled to be half-locked, and the full bridge submodule whose voltage is less than the second threshold voltage is controlled to be locked.

上記のハーフブリッジとフルブリッジが混在するモジュラーマルチレベルコンバータの起動方法及び装置によれば、まず、全てのハーフブリッジサブモジュールと全てのフルブリッジサブモジュールが初期電圧に達するために、全てのハーフブリッジサブモジュールと全てのフルブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御し、即ちすべてのハーフブリッジサブモジュールとすべてのフルブリッジサブモジュールが充電状態であるように制御する。次に、フルブリッジサブモジュールの総電圧の増加速度を下げるように、全てのハーフブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御するとともに、少なくとも一部のフルブリッジサブモジュールの動作状態を制御する。このように、全てのハーフブリッジサブモジュールの平均電圧が徐々に高くなり、全てのフルブリッジサブモジュールの平均電圧も徐々に高くなるとともに、両者の値は徐々に接近し、この際の全てのサブモジュールの電圧が平均化になる。その後、全てのハーフブリッジサブモジュールの電圧が定格電圧に達するとともに全てのフルブリッジサブモジュールの電圧が定格電圧に達するように、各フルブリッジサブモジュールと各ハーフブリッジサブモジュールの動作状態をそれぞれに制御する。このように、モジュラーマルチレベルコンバータが起動中に、全てのフルブリッジサブモジュールと全てのハーフブリッジサブモジュールの電圧はいずれも徐々に増加するようになり、且つ全てのサブモジュールの電圧は平均化された状態に維持される。従って、モジュラーマルチレベルコンバータの出力電圧は定格電圧まで徐々に増加する。これにより、システムのロック解除のタイミングで大きな突入電流が発生されることを回避でき、電網システムの安全性を高めることができる。 According to the above-mentioned method and device for starting a modular multi-level converter in which half-bridge and full-bridge are mixed, first, all half-bridge submodules and all full-bridge submodules must reach the initial voltage in order to reach the initial voltage. Control the submodule and all full bridge submodules to maintain locking, i.e. control all half bridge submodules and all full bridge submodules to be charged. Next, all half-bridge submodules are controlled to maintain locking, and at least some full-bridge submodules are controlled to operate so as to reduce the rate of increase in the total voltage of the full-bridge submodules. In this way, the average voltage of all half-bridge submodules gradually increases, the average voltage of all full-bridge submodules also gradually increases, and the values of both gradually approach each other. The voltage of the module is averaged. After that, the operating state of each full-bridge submodule and each half-bridge submodule is controlled so that the voltage of all half-bridge submodules reaches the rated voltage and the voltage of all full-bridge submodules reaches the rated voltage. To do. Thus, while the modular multi-level converter is booting, the voltages of all full-bridge submodules and all half-bridge submodules will gradually increase, and the voltages of all submodules will be averaged. It is maintained in a state of being. Therefore, the output voltage of the modular multi-level converter gradually increases to the rated voltage. As a result, it is possible to prevent a large inrush current from being generated at the timing of unlocking the system, and it is possible to improve the safety of the electric network system.

一実施例のモジュラーマルチレベルコンバータの概略図である。It is the schematic of the modular multi-level converter of one Example. 一実施例のハーフブリッジサブモジュールの概略図である。It is the schematic of the half bridge submodule of one Example. 一実施例のハーフブリッジサブモジュールがバイパスした状態の概略図である。It is the schematic of the state which the half bridge submodule of one Example was bypassed. 一実施例のフルブリッジサブモジュールの概略図である。It is the schematic of the full bridge submodule of one Example. 一実施例のフルブリッジサブモジュールがハーフロッキングした状態の概略図である。It is the schematic of the state which the full bridge submodule of one Example is half-locked. 一実施例のフルブリッジサブモジュールがバイパスした状態の概略図である。It is the schematic of the state which the full bridge submodule of one Example was bypassed. 一実施例のモジュラーマルチレベルコンバータが交流電網に接続する概略図である。It is the schematic which connects the modular multi-level converter of one Example to an AC electric network. 第1の実施例のハーフブリッジとフルブリッジが混在するモジュラーマルチレベルコンバータの起動方法の手順の概略図である。It is the schematic of the procedure of the activation method of the modular multi-level converter in which the half bridge and the full bridge of the first embodiment are mixed. 第2の実施例のハーフブリッジとフルブリッジが混在するモジュラーマルチレベルコンバータの起動方法の手順の概略図である。It is the schematic of the procedure of the activation method of the modular multi-level converter in which the half bridge and the full bridge of the second embodiment are mixed. 第3の実施例のハーフブリッジとフルブリッジが混在するモジュラーマルチレベルコンバータの起動方法の手順の概略図である。It is the schematic of the procedure of the activation method of the modular multi-level converter in which the half bridge and the full bridge of the third embodiment are mixed. 一実施例のハーフブリッジとフルブリッジが混在するモジュラーマルチレベルコンバータの起動装置のブロック図である。It is a block diagram of the activation device of the modular multi-level converter in which the half bridge and the full bridge of one embodiment are mixed.

本発明の上記の目的、特徴および利点をより明瞭にするために、以下、本発明の具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 In order to clarify the above object, feature and advantage of the present invention, specific embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

図1は一実施例のモジュラーマルチレベルコンバータの概略図である。図1に示すように、モジュラーマルチレベルコンバータは、複数のハーフブリッジサブモジュールと複数のフルブリッジサブモジュールとを含む。ここで、ハーフブリッジサブモジュールとフルブリッジサブモジュールを併せてサブモジュールと称する。ハーフブリッジとフルブリッジが混在するモジュラーマルチレベルコンバータ(コンバータとも略称する)は、少なくとも1つの相ユニットを含む。本実施例では、コンバータは3相ユニットを含み、それぞれがA相ユニット、B相ユニット、C相ユニットである。各相ユニットは、上アームと下アームとを含む。上アームと下アームの構成が同じである。上アームと下アームは、それぞれ、互いに直列に接続された少なくとも1つのハーフブリッジサブモジュールと、少なくとも1つのフルブリッジサブモジュールと、1つのリアクタンスとを含む。本実施例では、上アームと下アームは、それぞれに互いに直列に接続された1つのハーフブリッジサブモジュールと1つのフルブリッジサブモジュールと一つのリアクタンスとを含む。本実施例では、コンバータは、さらに、制御装置(図示せず)を含む。 FIG. 1 is a schematic view of a modular multi-level converter of one embodiment. As shown in FIG. 1, the modular multi-level converter includes a plurality of half-bridge submodules and a plurality of full-bridge submodules. Here, the half-bridge submodule and the full-bridge submodule are collectively referred to as a submodule. Modular multi-level converters (also abbreviated as converters) with a mixture of half-bridges and full-bridges include at least one phase unit. In this embodiment, the converter includes a three-phase unit, which is an A-phase unit, a B-phase unit, and a C-phase unit, respectively. Each phase unit includes an upper arm and a lower arm. The configuration of the upper arm and the lower arm is the same. The upper arm and the lower arm each include at least one half-bridge submodule connected in series with each other, at least one full-bridge submodule, and one reactance. In this embodiment, the upper arm and the lower arm each include one half-bridge submodule, one full-bridge submodule, and one reactance connected in series with each other. In this embodiment, the converter further includes a control device (not shown).

以下、まずはハーフブリッジサブモジュールとフルブリッジサブモジュールについて詳細に説明する。 First, the half-bridge submodule and the full-bridge submodule will be described in detail below.

図2は一実施例のハーフブリッジサブモジュールの概略図である。ハーフブリッジサブモジュールは、コンデンサと、該コンデンサに並列に接続された第1のスイッチングユニットとを含む。本実施例において、第1のスイッチングユニットは、第1の遮断可能素子と第2の遮断可能素子とを含む。第1の遮断可能素子の負極と第2の遮断可能素子の正極が互いに直列に接続されて第1のスイッチングユニットを構成する。第1の遮断可能な素子の正極は、第1のスイッチングユニットの正極として機能し、第2の遮断可能な素子の負極は、第1のスイッチングユニットの負極として機能する。第1の遮断可能な素子と第2の遮断可能な素子とが接続されるところは、第1の端子として機能し、第1のスイッチングユニットの負極は、第2の端子として機能する。ハーフブリッジサブモジュールは、第1の端子および第2の端子を介して対応する回路に接続される。ハーフブリッジサブモジュールの動作状態は、バイパスまたはロッキングを含む。 FIG. 2 is a schematic view of a half-bridge submodule of one embodiment. The half-bridge submodule includes a capacitor and a first switching unit connected in parallel to the capacitor. In this embodiment, the first switching unit includes a first breakable element and a second breakable element. The negative electrode of the first breakable element and the positive electrode of the second breakable element are connected in series with each other to form the first switching unit. The positive electrode of the first cuttable element functions as the positive electrode of the first switching unit, and the negative electrode of the second cuttable element functions as the negative electrode of the first switching unit. The place where the first breakable element and the second breakable element are connected functions as a first terminal, and the negative electrode of the first switching unit functions as a second terminal. The half-bridge submodule is connected to the corresponding circuit via a first terminal and a second terminal. The operating state of the half-bridge submodule includes bypassing or locking.

ハーフブリッジサブモジュールがロッキングしたという動作状態は、図2に参照されてもよい。ハーフブリッジサブモジュールがロッキングしたこととは、ハーフブリッジサブモジュールの第1の遮断可能素子がオフになり、第2の遮断可能素子がオフになることを意味する。 The operating state in which the half-bridge submodule is locked may be referred to in FIG. Locking the half-bridge submodule means that the first breakable element of the half-bridge submodule is turned off and the second breakable element is turned off.

図3は一実施例のハーフブリッジサブモジュールがバイパスした状態の概略図である。図3に示すように、ハーフブリッジサブモジュールがバイパスしたこととは、ハーフブリッジサブモジュールの第1の遮断可能な素子がオフになり、第2の遮断可能な素子がオンになることを意味する。 FIG. 3 is a schematic view of a state in which the half bridge submodule of one embodiment is bypassed. As shown in FIG. 3, bypassing the half-bridge submodule means that the first breakable element of the half-bridge submodule is turned off and the second breakable element is turned on. ..

図4は一実施例のフルブリッジサブモジュールの概略図である。フルブリッジサブモジュールは、コンデンサと、該コンデンサに並列に接続された第2のスイッチングユニット及び第3のスイッチングユニットとを含む。第2のスイッチングユニットは、第3の遮断可能な素子と第4の遮断可能な素子とを含む。第3の遮断可能素子の負極は、第4の遮断可能素子の正極を互いに直列に接続される。第3の遮断可能な素子の正極は、第2のスイッチングユニットの正極として機能し、第4の遮断可能な素子の負極は、第2のスイッチングユニットの負極として機能する。第3の遮断可能な素子と第4の遮断可能な素子とが接続されるところは、第3の端子として機能する。第3のスイッチングユニットは、第5の遮断可能な素子と第6の遮断可能な素子とを含む。第5の遮断可能素子の負極は、第6の遮断可能素子の正極を直列に接続される。第5の遮断可能素子の正極は、第3のスイッチングユニットの正極として機能し、第6の遮断可能素子の負極は、第3のスイッチングユニットの負極として機能する。第5の遮断可能な素子と第6の遮断可能な素子とが接続されるところは、第4の端子として機能する。フルブリッジサブモジュールは、第3の端子及び第4の端子を介して対応する回路に接続される。フルブリッジサブモジュールの動作状態は、ロッキング、ハーフロッキング、又はバイパスのうちの1つを含む。 FIG. 4 is a schematic view of a full bridge submodule of one embodiment. The full bridge submodule includes a capacitor and a second switching unit and a third switching unit connected in parallel to the capacitor. The second switching unit includes a third breakable element and a fourth breakable element. The negative electrode of the third breakable element is connected in series with the positive electrode of the fourth breakable element. The positive electrode of the third cuttable element functions as the positive electrode of the second switching unit, and the negative electrode of the fourth cuttable element functions as the negative electrode of the second switching unit. The place where the third breakable element and the fourth breakable element are connected functions as a third terminal. The third switching unit includes a fifth breakable element and a sixth breakable element. The negative electrode of the fifth breakable element is connected in series with the positive electrode of the sixth breakable element. The positive electrode of the fifth breakable element functions as the positive electrode of the third switching unit, and the negative electrode of the sixth cuttable element functions as the negative electrode of the third switching unit. The place where the fifth breakable element and the sixth breakable element are connected functions as a fourth terminal. The full bridge submodule is connected to the corresponding circuit via a third terminal and a fourth terminal. The operating state of the full bridge submodule includes one of locking, half locking, or bypass.

フルブリッジサブモジュールがロッキングしたこととは、フルブリッジサブモジュールの第3、第4、第5、第6の遮断可能な素子が全てオフになることを意味する。フルブリッジモジュールがロッキングした状態の概略図は、図4に参照されてもよい。 Locking the full bridge submodule means that all the third, fourth, fifth, and sixth interruptable elements of the full bridge submodule are turned off. A schematic diagram of the locked state of the full bridge module may be referred to in FIG.

図5は一実施例のフルブリッジサブモジュールがハーフロッキングした状態の概略図である。図5に示すように、フルブリッジサブモジュールがハーフロッキングしたこととは、フルブリッジサブモジュールの第3の遮断可能な素子がオンになり、第4、第5、及び第6の遮断可能な素子がオフになることを意味する。他の実施形態では、第3、第4、第5の遮断可能な素子がオフになり、第6の遮断可能な素子がオンになってもよい。 FIG. 5 is a schematic view of a state in which the full bridge submodule of one embodiment is half-locked. As shown in FIG. 5, the fact that the full bridge submodule is half-locked means that the third breakable element of the full bridge submodule is turned on and the fourth, fifth, and sixth breakable elements are turned on. Means that is turned off. In other embodiments, the third, fourth, and fifth destructible elements may be turned off and the sixth destructible element may be turned on.

図6は一実施例のフルブリッジサブモジュールがバイパスした状態の概略図である。図6に示すように、フルブリッジサブモジュールがバイパスしたこととは、フルブリッジサブモジュールの第3、第5の遮断可能な素子がオフになり、第4、第6の遮断可能な素子がオンになることを意味する。他の実施形態では、第3、第5の遮断可能な素子はオンになり、第4、第6の遮断可能な素子はオフになってもよい。 FIG. 6 is a schematic view of a state in which the full bridge submodule of one embodiment is bypassed. As shown in FIG. 6, the bypass of the full bridge submodule means that the third and fifth breakable elements of the full bridge submodule are turned off and the fourth and sixth breakable elements are turned on. Means to become. In other embodiments, the third and fifth breakable elements may be turned on and the fourth and sixth breakable elements may be turned off.

図7は一実施例のモジュラーマルチレベルコンバータが交流電網に接続する概略図である。モジュラーマルチレベルコンバータは、直列充電抵抗を介して交流電網に接続される。本実施例では、コンバータは充電抵抗RとそのバイパススイッチQA、インレットスイッチQFを介して交流電網に接続される。ただし、充電抵抗Rは、インレットスイッチQFと直列に接続される。充電抵抗Rは、バイパススイッチQAと並列に接続される。 FIG. 7 is a schematic view of the modular multi-level converter of one embodiment connected to an AC network. The modular multi-level converter is connected to the AC network via a series charging resistor. In this embodiment, the converter is connected to the AC network via the charging resistor R, its bypass switch QA, and the inlet switch QF. However, the charging resistor R is connected in series with the inlet switch QF. The charging resistor R is connected in parallel with the bypass switch QA.

図8は、第1の実施例のハーフブリッジとフルブリッジが混在するモジュラーマルチレベルコンバータの起動方法の手順の概要図である。この方法は、以下の手順を含む。 FIG. 8 is a schematic diagram of a procedure of a method of starting a modular multi-level converter in which a half bridge and a full bridge of the first embodiment are mixed. This method includes the following procedure.

ステップS120において、全てのハーフブリッジサブモジュールと全てのフルブリッジサブモジュールが初期電圧に達するために、全てのハーフブリッジサブモジュールと全てのフルブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御する。 In step S120, all half-bridge submodules and all full-bridge submodules are controlled to maintain locking so that all half-bridge submodules and all full-bridge submodules reach the initial voltage.

具体的には、このステップは、非制御起動段階である。すなわち、この段階では、制御装置は、全てのサブモジュールがロッキングするように制御し、インレットスイッチQFをオンにして全てのサブモジュールを充電し、よって全てのサブモジュールが動作可能な初期電圧を具備させる。これにより、各サブモジュールが準備動作に移行させることができる。充電抵抗Rは、交流システムの充電初期に過電流が発生してシステム素子が破壊されることを回避できる。制御装置は、充電抵抗の電流が予め設定された電流値よりも小さい場合に、充電抵抗をバイパスするように制御する。または、制御装置は、充電抵抗の電圧が予め設定された電圧値よりも高い場合に、充電抵抗をバイパスするように制御する。交流電の一つの周期の間には、1つのフルブリッジサブモジュールが継続的に充電されることに対し、1つのハーフブリッジサブモジュールが当該周期の半分にのみ充電される。従って、同じ充電時間を経過しても、一つのフルブリッジサブモジュールの電圧が一つのハーフブリッジサブモジュールの電圧と比べて約2倍になるとともに、各サブモジュールの電圧はいずれも低い。このように、コンバータが次の動作段階に入るように準備が完成した。さらに、予め設定された電流値は0.1puであってもよい。予め設定された電圧値は「0」であってもよい。 Specifically, this step is an uncontrolled activation stage. That is, at this stage, the controller controls all submodules to lock, turns on the inlet switch QF to charge all submodules, and thus has an initial voltage at which all submodules can operate. Let me. As a result, each submodule can be moved to the preparatory operation. The charging resistor R can prevent the system element from being destroyed due to an overcurrent generated at the initial stage of charging the AC system. The control device controls to bypass the charging resistance when the current of the charging resistance is smaller than a preset current value. Alternatively, the control device controls to bypass the charging resistor when the voltage of the charging resistor is higher than a preset voltage value. During one cycle of alternating current, one full-bridge submodule is continuously charged, whereas one half-bridge submodule is charged only in half of that cycle. Therefore, even after the same charging time has passed, the voltage of one full-bridge submodule is about twice as high as the voltage of one half-bridge submodule, and the voltage of each submodule is low. In this way, the converter is ready for the next stage of operation. Further, the preset current value may be 0.1 pu. The preset voltage value may be "0".

ステップS140において、フルブリッジサブモジュールの総電圧の増加速度を下げるように、全てのハーフブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御するとともに、少なくとも一部のフルブリッジサブモジュールの動作状態を制御する。 In step S140, all half-bridge submodules are controlled to maintain locking and at least some full-bridge submodules are controlled to operate so as to reduce the rate of increase in the total voltage of the full-bridge submodules. ..

具体的には、この段階は、部分制御起動段階である。すなわち、制御装置は、ハーフブリッジサブモジュールを制御することなく、フルブリッジサブモジュールを制御する。制御装置は、一部のフルブリッジサブモジュールが交流電流の周期の半分に充電されるために、これらのフルブリッジサブモジュールがハーフロッキングするように制御する。または、制御装置は、一部のフルブリッジサブモジュールが充電停止するように、これらのフルブリッジサブモジュールがバイパスするように制御する。このように、全てのフルブリッジサブモジュールの充電速度を低下させて総電圧の上昇速度を低下させることができる一方、全てのハーフブリッジサブモジュールの充電速度を増加させて電圧上昇の速度が増加させる。したがって、全てのハーフブリッジサブモジュールの平均電圧が徐々に高くなり、全てのフルブリッジサブモジュールの平均電圧も徐々に高くなるとともに、両者の値は徐々に接近し、最終的に全てのサブモジュールの電圧が平均化になる。したがって、コンバータの出力電圧がスムーズに上昇し、突入電流の発生率が低下する。 Specifically, this stage is a partial control activation stage. That is, the control device controls the full bridge submodule without controlling the half bridge submodule. The controller controls these full-bridge submodules to be half-locked because some full-bridge submodules are charged in half the cycle of the alternating current. Alternatively, the control device controls these full-bridge submodules to bypass so that some full-bridge submodules stop charging. In this way, the charging speed of all full-bridge submodules can be reduced to reduce the rate of increase in total voltage, while the charging rate of all half-bridge submodules can be increased to increase the rate of voltage increase. .. Therefore, the average voltage of all half-bridge submodules gradually increases, the average voltage of all full-bridge submodules also gradually increases, and the values of both gradually approach each other, and finally all the submodules. The voltage is averaged. Therefore, the output voltage of the converter rises smoothly, and the inrush current generation rate decreases.

ステップS160において、全てのハーフブリッジサブモジュールの電圧が定格電圧に達するとともに全てのフルブリッジサブモジュールの電圧が定格電圧に達するように、各フルブリッジサブモジュールと各ハーフブリッジサブモジュールの動作状態をそれぞれに制御する。 In step S160, the operating states of each full-bridge submodule and each half-bridge submodule are set so that the voltages of all half-bridge submodules reach the rated voltage and the voltages of all full-bridge submodules reach the rated voltage. To control.

具体的に、この段階は、全制御起動段階である。すなわち、制御装置は、フルブリッジサブモジュールとハーフブリッジサブモジュールを同時に制御することができる。各フルブリッジサブモジュールと各ハーフブリッジサブモジュールの動作状態を動的に制御して全てのサブモジュールの電圧を定格電圧に徐々に調整し、起動過程を完了する。 Specifically, this stage is the full control activation stage. That is, the control device can control the full bridge submodule and the half bridge submodule at the same time. The operating state of each full-bridge submodule and each half-bridge submodule is dynamically controlled to gradually adjust the voltage of all submodules to the rated voltage to complete the startup process.

上記のハーフブリッジとフルブリッジが混在するモジュラーマルチレベルコンバータの起動方法によれば、まず、全てのハーフブリッジサブモジュールと全てのフルブリッジサブモジュールが初期電圧に達するために、全てのハーフブリッジサブモジュールと全てのフルブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御し、即ちすべてのハーフブリッジサブモジュールとすべてのフルブリッジサブモジュールが充電状態であるように制御する。次に、フルブリッジサブモジュールの総電圧の増加速度を下げるように、全てのハーフブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御するとともに、少なくとも一部のフルブリッジサブモジュールの動作状態を制御する。このように、全てのハーフブリッジサブモジュールの平均電圧が徐々に高くなり、全てのフルブリッジサブモジュールの平均電圧も徐々に高くなるとともに、両者の値は徐々に接近し、この際の全てのサブモジュールの電圧が平均化になる。その後、全てのハーフブリッジサブモジュールの電圧が定格電圧に達するとともに全てのフルブリッジサブモジュールの電圧が定格電圧に達するように、各フルブリッジサブモジュールと各ハーフブリッジサブモジュールの動作状態をそれぞれに制御する。このように、モジュラーマルチレベルコンバータが起動中に、全てのフルブリッジサブモジュールと全てのハーフブリッジサブモジュールの電圧はいずれも徐々に増加するようになり、且つ全てのサブモジュールの電圧は平均化された状態に維持される。従って、モジュラーマルチレベルコンバータの出力電圧は定格電圧まで徐々に増加する。これにより、システムのロック解除のタイミングで大きな突入電流が発生されることを回避でき、電網システムの安全性を高めることができる。 According to the above method of starting a modular multi-level converter with a mixture of half-bridge and full-bridge, first, all half-bridge submodules and all full-bridge submodules must reach the initial voltage in order for all half-bridge submodules to reach the initial voltage. And all full bridge submodules are controlled to maintain locking, i.e. all half bridge submodules and all full bridge submodules are controlled to be in a charged state. Next, all half-bridge submodules are controlled to maintain locking, and at least some full-bridge submodules are controlled to operate so as to reduce the rate of increase in the total voltage of the full-bridge submodules. In this way, the average voltage of all half-bridge submodules gradually increases, the average voltage of all full-bridge submodules also gradually increases, and the values of both gradually approach each other. The voltage of the module is averaged. After that, the operating state of each full-bridge submodule and each half-bridge submodule is controlled so that the voltage of all half-bridge submodules reaches the rated voltage and the voltage of all full-bridge submodules reaches the rated voltage. To do. Thus, while the modular multi-level converter is booting, the voltages of all full-bridge submodules and all half-bridge submodules will gradually increase, and the voltages of all submodules will be averaged. It is maintained in a state of being. Therefore, the output voltage of the modular multi-level converter gradually increases to the rated voltage. As a result, it is possible to prevent a large inrush current from being generated at the timing of unlocking the system, and it is possible to improve the safety of the electric network system.

図9は、第2の実施例のハーフブリッジとフルブリッジが混在するモジュラーマルチレベルコンバータの起動方法の手順の概要図である。フルブリッジサブモジュールの総電圧の増加速度を下げるように、全てのハーフブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御するとともに、少なくとも一部のフルブリッジサブモジュールの動作状態を制御する即ちステップS140が行う前に、さらに以下の手順を含む。 FIG. 9 is a schematic diagram of the procedure of how to start the modular multi-level converter in which the half bridge and the full bridge of the second embodiment are mixed. All half-bridge submodules are controlled to maintain locking so as to reduce the rate of increase in the total voltage of the full-bridge submodules, and at least some of the full-bridge submodules are controlled to operate. That is, step S140. Before doing so, it further includes the following steps:

ステップS130において、各フルブリッジサブモジュールの電圧が自己電力取得電源の動作閾値に達したか否かを検出する。各フルブリッジサブモジュールの電圧が自己電力取得電源の動作閾値に達すると、ステップS140が実行する。各フルブリッジサブモジュールの電圧が自己電力取得電源の動作閾値に達していないと、ステップS130が継続して実行する。 In step S130, it is detected whether or not the voltage of each full bridge submodule has reached the operating threshold value of the self-power acquisition power supply. When the voltage of each full bridge submodule reaches the operating threshold of the self-power acquisition power supply, step S140 is executed. If the voltage of each full bridge submodule has not reached the operating threshold of the self-power acquisition power supply, step S130 is continuously executed.

具体的には、各フルブリッジサブモジュールの電圧が自己電力取得電源の動作閾値に達している否かは、各フルブリッジサブモジュールが正常に動作できるかどうかことを意味する。各フルブリッジサブモジュールの電圧が自己電力取得電源の動作閾値に達した際に、各フルブリッジサブモジュールが自分でトリガして動作できることを意味する。そうでない場合、電圧が動作閾値に達していないフルブリッジサブモジュールに対し、継続して充電する必要がある。 Specifically, whether or not the voltage of each full-bridge submodule reaches the operating threshold value of the self-power acquisition power supply means whether or not each full-bridge submodule can operate normally. This means that each full-bridge submodule can trigger and operate by itself when the voltage of each full-bridge submodule reaches the operating threshold of the self-power acquisition power supply. Otherwise, the full bridge submodule whose voltage has not reached the operating threshold needs to be continuously charged.

フルブリッジサブモジュールの総電圧の増加速度を下げるように、全てのハーフブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御するとともに、少なくとも一部のフルブリッジサブモジュールの動作状態を制御する即ちステップS140が行う前に、さらに以下の手順を含む。 All half-bridge submodules are controlled to maintain locking so as to reduce the rate of increase in the total voltage of the full-bridge submodules, and at least some of the full-bridge submodules are controlled to operate. That is, step S140. Before doing so, it further includes the following steps:

各フルブリッジサブモジュールの電圧が自己電力取得電源の動作閾値に達した場合には、ステップS141が実行し、すべてのハーフブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御する。 When the voltage of each full-bridge submodule reaches the operating threshold of the self-power acquisition power supply, step S141 is executed to control all half-bridge submodules to maintain locking.

具体的に、このとき、各ハーフブリッジサブモジュールの電圧は、いずれか一つのフルブリッジサブモジュールの電圧よりも低い。このステップにおいて、ハーフブリッジサブモジュールが継続して充電するように装置を制御する。 Specifically, at this time, the voltage of each half-bridge submodule is lower than the voltage of any one full-bridge submodule. In this step, the device is controlled so that the half-bridge submodule is continuously charged.

ステップS142において、電圧が第1の閾値電圧以上であるフルブリッジサブモジュールがバイパスするように制御する。 In step S142, the full bridge submodule whose voltage is equal to or higher than the first threshold voltage is controlled to bypass.

具体的には、制御装置は、電圧が第1の閾値電圧以上であるフルブリッジサブモジュールが充電も放電もしないように、これらのフルブリッジサブモジュールがバイパスするように制御する。このように、同じ交流電網において、同時に充電するフルブリッジサブモジュールの数を減少ことができ、充電するハーフブリッジサブモジュールの数をそのままにするので、各ハーフブリッジサブモジュールの電圧の上昇速度が速くなる。すなわち、各ハーフブリッジサブモジュールの充電速度が速くなる。 Specifically, the control device controls the full-bridge submodules whose voltage is equal to or higher than the first threshold voltage so that they are bypassed so that they are neither charged nor discharged. In this way, in the same AC network, the number of full-bridge submodules to be charged at the same time can be reduced, and the number of half-bridge submodules to be charged remains the same, so that the voltage rise rate of each half-bridge submodule is fast. Become. That is, the charging speed of each half-bridge submodule is increased.

ステップS143において、電圧が第2閾値電圧と第1の閾値電圧の間にあるフルブリッジサブモジュールがハーフロッキングするように制御する。 In step S143, the full bridge submodule whose voltage is between the second threshold voltage and the first threshold voltage is controlled to be half-locked.

具体的には、第2の閾値電圧は、第1の閾値電圧よりも低い。制御装置は、電圧が第2の閾値電圧と第1の閾値電圧の間にあるフルブリッジサブモジュールがハーフロッキングするように制御することによって、フルブリッジサブモジュールがハーフブリッジサブモジュールを同等にさせることができる。これらのフルブリッジサブモジュールの電圧は低いから、継続して充電することができるが充電速度が低下する。一方、各ブリッジモジュールの充電速度をさらに増大させることができる。 Specifically, the second threshold voltage is lower than the first threshold voltage. The controller makes the full-bridge submodule equivalent by controlling the full-bridge submodule whose voltage is between the second threshold voltage and the first threshold voltage so that it is half-locked. Can be done. Since the voltage of these full bridge submodules is low, they can be continuously charged, but the charging speed is reduced. On the other hand, the charging speed of each bridge module can be further increased.

ステップS144において、電圧が第2閾値電圧未満のフルブリッジサブモジュールがロッキングするように制御する。 In step S144, the full bridge submodule whose voltage is less than the second threshold voltage is controlled to lock.

具体的に、電圧が第2閾値電圧未満のフルブリッジサブモジュールの電圧が低いから、制御装置は、これらのフルブリッジサブモジュールがロッキングするように制御し、即ち、これらのフルブリッジサブモジュールが通常な速度で継続して充電するように制御する。 Specifically, because the voltage of the full bridge submodule whose voltage is less than the second threshold voltage is low, the controller controls these full bridge submodules to lock, i.e., these full bridge submodules are usually Control to continuously charge at a high speed.

以上のステップにより、制御装置は、全てのフルブリッジサブモジュールの全体的に充電速度を低下させ、全てのハーフブリッジサブモジュールの全体的に充電速度を上昇させることができる。全てのハーフブリッジサブモジュールの平均電圧は徐々に高くなる。全てのフルブリッジサブモジュールの平均電圧も徐々に高くなる。ただし、全てのハーフブリッジサブモジュールの平均電圧の上昇速度が、全てのフルブリッジサブモジュールの平均電圧の上昇速度よりも速い。最終的にハーフブリッジサブモジュールの平均電圧とフルブリッジサブモジュールの平均電圧は一致するようになる。すなわち、ハーフブリッジサブモジュールの平均電圧とフルブリッジサブモジュールの平均電圧は、等しく又はほぼ等しくなる。このように、コンバータにおいての全てのサブモジュールの電圧が平均化される状態に徐々に達し、最終的に全てのサブモジュールの電圧が自己電力取得電源の動作閾値に達する。これによって、各サブモジュールの自己電力取得電源に係る設計の困難度が低下する。また、コンバータの電圧が緩やかに上昇することにより、突入電流を有効に回避することができる。 Through the above steps, the controller can reduce the overall charging rate of all full-bridge submodules and increase the overall charging rate of all half-bridge submodules. The average voltage of all half-bridge submodules gradually increases. The average voltage of all full bridge submodules also gradually increases. However, the rate of increase in the average voltage of all half-bridge submodules is faster than the rate of increase in the average voltage of all full-bridge submodules. Eventually, the average voltage of the half-bridge submodule and the average voltage of the full-bridge submodule will match. That is, the average voltage of the half-bridge submodule and the average voltage of the full-bridge submodule are equal or almost equal. In this way, the voltages of all the submodules in the converter gradually reach a state of being averaged, and finally the voltages of all the submodules reach the operating threshold of the self-power acquisition power supply. This reduces the difficulty of designing the self-powered power source of each submodule. Further, the inrush current can be effectively avoided by gradually increasing the voltage of the converter.

図10は、第3の実施例のハーフブリッジとフルブリッジが混在するモジュラーマルチレベルコンバータの起動方法の手順の概要図である。本実施例において、フルブリッジサブモジュールの総電圧の増加速度を下げるように、全てのハーフブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御するとともに、少なくとも一部のフルブリッジサブモジュールの動作状態を制御する即ちステップS140の後に、さらに以下の手順を含む。 FIG. 10 is a schematic diagram of a procedure of a method of starting a modular multi-level converter in which a half bridge and a full bridge of the third embodiment are mixed. In this embodiment, all half-bridge submodules are controlled to maintain locking and at least some full-bridge submodules are controlled to operate so as to reduce the rate of increase in the total voltage of the full-bridge submodules. That is, after step S140, the following procedure is further included.

ステップS151において、全てのハーフブリッジサブモジュールの平均電圧と全てのフルブリッジサブモジュールの平均電圧との比率が予め設定された倍数より大きいか否かを判断する。 In step S151, it is determined whether or not the ratio of the average voltage of all half-bridge submodules to the average voltage of all full-bridge submodules is greater than a preset multiple.

ステップS153において、全てのハーフブリッジサブモジュールの平均電圧と全てのフルブリッジサブモジュールの平均電圧との比率が予め設定された倍数より大きい場合には、全てのフルブリッジサブモジュールがハーフロッキングするように制御し、全てのハーフブリッジサブモジュールがロッキングするように制御する。 In step S153, if the ratio of the average voltage of all half-bridge submodules to the average voltage of all full-bridge submodules is greater than a preset multiple, all full-bridge submodules are half-locked. Control and control all half-bridge submodules to lock.

このように、制御装置は、すべてのフルブリッジサブモジュールがハーフブリッジサブモジュールを相当させるようにする。すなわち、コンバータ内のすべてのサブモジュールはハーフブリッジサブモジュールになる。この場合、コンバータのサブモジュールの種類を単一にすることができ、制御装置の制御が容易になる。具体的に、予め設定された倍数は、0.6から1.4の範囲内であってもよい。このように、全てのハーフブリッジサブモジュールの平均電圧と全てのフルブリッジサブモジュールの平均電圧は、略等しくなる。すなわち、コンバータの電圧がバランス状態に達し、コンバータの電圧が常にバランスよく増加する。 In this way, the controller ensures that all full bridge submodules correspond to half bridge submodules. That is, all submodules in the converter are half-bridge submodules. In this case, the type of submodule of the converter can be made single, and the control device can be easily controlled. Specifically, the preset multiple may be in the range of 0.6 to 1.4. Thus, the average voltage of all half-bridge submodules and the average voltage of all full-bridge submodules are approximately equal. That is, the voltage of the converter reaches the balanced state, and the voltage of the converter always increases in a well-balanced manner.

本実施例において、全てのハーフブリッジサブモジュールの電圧が定格電圧に達するとともに全てのフルブリッジサブモジュールの電圧が定格電圧に達するように、各フルブリッジサブモジュールと各ハーフブリッジサブモジュールの動作状態をそれぞれに制御する即ちステップS160は、さらに以下の手順を含む。 In this embodiment, the operating state of each full bridge submodule and each half bridge submodule is set so that the voltage of all half bridge submodules reaches the rated voltage and the voltage of all full bridge submodules reaches the rated voltage. Controlling each, i.e., step S160 further includes the following procedure.

ステップS161において、電圧が第3の閾値電圧以上であるフルブリッジサブモジュールがバイパスするように制御し、電圧が第3の閾値電圧以上であるハーフブリッジサブモジュールがバイパスするように制御する。 In step S161, the full bridge submodule whose voltage is equal to or higher than the third threshold voltage is controlled to bypass, and the half bridge submodule whose voltage is equal to or higher than the third threshold voltage is controlled to bypass.

具体的には、制御装置は、コンバータの電圧が定格電圧に接近した際に、電圧が高い一部のフルブリッジサブモジュールが充電を停止する、すなわちバイパス状態になるように制御する。制御装置は、電圧が高い一部のハーフブリッジサブモジュールが充電を停止する、すなわちバイパス状態になるように制御する。このように、全てのサブモジュールの電圧上昇速度がさらに低下させて、全てのサブモジュールの総電圧が徐々に定格電圧に近づく。これによって、システムのロック解除のタイミングで大きな突入電流が発生されることを回避できる。 Specifically, the control device controls so that when the voltage of the converter approaches the rated voltage, some of the full bridge submodules having a high voltage stop charging, that is, they are in a bypass state. The control device controls some of the high voltage half-bridge submodules to stop charging, that is, to be in a bypass state. In this way, the voltage rise rate of all submodules is further reduced, and the total voltage of all submodules gradually approaches the rated voltage. As a result, it is possible to prevent a large inrush current from being generated at the timing of unlocking the system.

図11は一実施例のハーフブリッジとフルブリッジが混在するモジュラーマルチレベルコンバータの起動装置のブロック図である。ハーフブリッジとフルブリッジが混在するモジュラーマルチレベルコンバータの起動装置において、モジュラーマルチレベルコンバータは、複数のハーフブリッジサブモジュールと複数のフルブリッジサブモジュールを含み、該モジュラーマルチレベルコンバータは、直列充電抵抗を介して交流電網に接続される。この装置は、全てのハーフブリッジサブモジュールと全てのフルブリッジサブモジュールが初期電圧に達するために、全てのハーフブリッジサブモジュールと全てのフルブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御する非制御起動モジュール120と、フルブリッジサブモジュールの総電圧の増加速度を下げるように、全てのハーフブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御するとともに、少なくとも一部のフルブリッジサブモジュールがロッキング、ハーフロッキング、又はバイパスのうちいずれか一つを含む動作状態になるように制御する部分制御起動モジュール140と、全てのハーフブリッジサブモジュールの電圧が定格電圧に達するとともに全てのフルブリッジサブモジュールの電圧が定格電圧に達するように、各フルブリッジサブモジュールのバイパスまたはロッキングのうちいずれか一つを含む動作状態と各ハーフブリッジサブモジュールの動作状態をそれぞれに制御する全制御起動モジュール160と、を含む。 FIG. 11 is a block diagram of a starter device of a modular multi-level converter in which a half bridge and a full bridge of one embodiment are mixed. In a modular multi-level converter activation device in which half-bridge and full-bridge are mixed, the modular multi-level converter includes a plurality of half-bridge submodules and a plurality of full-bridge submodules, and the modular multi-level converter provides a series charging resistor. It is connected to the AC network via. This device controls all half-bridge submodules and all full-bridge submodules to maintain locking so that all half-bridge submodules and all full-bridge submodules reach the initial voltage. All half-bridge submodules are controlled to maintain locking, and at least some full-bridge submodules are locked, half-locking, to reduce the rate of increase in the total voltage of module 120 and the full-bridge submodule. Alternatively, the partial control start module 140 that controls the operation state including any one of the bypasses and the voltage of all the half bridge submodules reaches the rated voltage, and the voltage of all the full bridge submodules reaches the rated voltage. Includes an operating state that includes any one of bypassing or locking of each full bridge submodule and a full control activation module 160 that controls the operating state of each halfbridge submodule, respectively.

上記のハーフブリッジとフルブリッジが混在するモジュラーマルチレベルコンバータの起動装置によれば、まず、全てのハーフブリッジサブモジュールと全てのフルブリッジサブモジュールが初期電圧に達するために、全てのハーフブリッジサブモジュールと全てのフルブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御し、即ちすべてのハーフブリッジサブモジュールとすべてのフルブリッジサブモジュールが充電状態であるように制御する。次に、フルブリッジサブモジュールの総電圧の増加速度を下げるように、全てのハーフブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御するとともに、少なくとも一部のフルブリッジサブモジュールの動作状態を制御する。このように、全てのハーフブリッジサブモジュールの平均電圧が徐々に高くなり、全てのフルブリッジサブモジュールの平均電圧も徐々に高くなるとともに、両者の値は徐々に接近し、この際の全てのサブモジュールの電圧が平均化になる。その後、全てのハーフブリッジサブモジュールの電圧が定格電圧に達するとともに全てのフルブリッジサブモジュールの電圧が定格電圧に達するように、各フルブリッジサブモジュールと各ハーフブリッジサブモジュールの動作状態をそれぞれに制御する。このように、モジュラーマルチレベルコンバータが起動中に、全てのフルブリッジサブモジュールと全てのハーフブリッジサブモジュールの電圧はいずれも徐々に増加するようになり、且つ全てのサブモジュールの電圧は平均化された状態に維持される。従って、モジュラーマルチレベルコンバータの出力電圧は定格電圧まで徐々に増加する。これにより、システムのロック解除のタイミングで大きな突入電流が発生されることを回避でき、電網システムの安全性を高めることができる。 According to the above half-bridge and full-bridge mixed modular multi-level converter starter, first all half-bridge submodules and all full-bridge submodules have to reach the initial voltage in order for all half-bridge submodules to reach the initial voltage. And all full bridge submodules are controlled to maintain locking, i.e. all half bridge submodules and all full bridge submodules are controlled to be in a charged state. Next, all half-bridge submodules are controlled to maintain locking, and at least some full-bridge submodules are controlled to operate so as to reduce the rate of increase in the total voltage of the full-bridge submodules. In this way, the average voltage of all half-bridge submodules gradually increases, the average voltage of all full-bridge submodules also gradually increases, and the values of both gradually approach each other. The voltage of the module is averaged. After that, the operating state of each full-bridge submodule and each half-bridge submodule is controlled so that the voltage of all half-bridge submodules reaches the rated voltage and the voltage of all full-bridge submodules reaches the rated voltage. To do. Thus, while the modular multi-level converter is booting, the voltages of all full-bridge submodules and all half-bridge submodules will gradually increase, and the voltages of all submodules will be averaged. It is maintained in a state of being. Therefore, the output voltage of the modular multi-level converter gradually increases to the rated voltage. As a result, it is possible to prevent a large inrush current from being generated at the timing of unlocking the system, and it is possible to improve the safety of the electric network system.

一実施例では、部分制御起動モジュール140は、各フルブリッジサブモジュールの電圧が自己電力取得電源の動作閾値に達した場合には、すべてのハーフブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御する。 In one embodiment, the partial control activation module 140 controls all halfbridge submodules to maintain locking when the voltage of each full bridge submodule reaches the operating threshold of the self-powered acquisition power supply.

部分制御起動モジュール140は、さらに、電圧が第1の閾値電圧以上であるフルブリッジサブモジュールがバイパスするように制御する。 The partial control activation module 140 further controls the full bridge submodule whose voltage is equal to or higher than the first threshold voltage so as to bypass.

部分制御起動モジュール140は、さらに、電圧が第1の閾値電圧よりも低い第2閾値電圧と第1の閾値電圧の間にあるフルブリッジサブモジュールがハーフロッキングするように制御する。 The partial control activation module 140 further controls the full bridge submodule between the second threshold voltage and the first threshold voltage whose voltage is lower than the first threshold voltage so as to be half-locked.

部分制御起動モジュール140は、さらに、電圧が第2閾値電圧未満のフルブリッジサブモジュールがロッキングするように制御する。 The partial control activation module 140 further controls the full bridge submodule whose voltage is less than the second threshold voltage to lock.

上記各実施例の各技術的特徴は、任意に組み合わせることが可能であり、説明の簡潔化のため、上記各実施例においての各特徴についてあらゆる組み合わせを記載していないが、これらの特徴の組み合わせに矛盾が生じない限り、本願の範囲に入られることが当然である。 The technical features of each of the above embodiments can be arbitrarily combined, and for the sake of brevity, all combinations of the features of each of the above embodiments are not described, but combinations of these features are not described. As long as there is no contradiction, it is natural that it falls within the scope of the present application.

上記各実施例は、本発明のいくつかの実施形態を示したものに過ぎず、具体的かつ詳細的に説明したが、本願の範囲を限定するものではないと理解すべき。なお、当業者にとって、本願の要旨を逸脱しない限り、いくつかの変形、改良しても、本願の範囲に属すものである。よって、本願の範囲は、添付の請求項によるものである。
Each of the above examples merely shows some embodiments of the present invention and has been described in detail and in detail, but it should be understood that the scope of the present application is not limited. For those skilled in the art, even if some modifications and improvements are made, they belong to the scope of the present application as long as they do not deviate from the gist of the present application. Therefore, the scope of the present application is based on the attached claims.

Claims (10)

ハーフブリッジとフルブリッジが混在するモジュラーマルチレベルコンバータの起動方法であって、
前記モジュラーマルチレベルコンバータは、複数のハーフブリッジサブモジュールと複数のフルブリッジサブモジュールを含み、
前記方法は、
全ての前記ハーフブリッジサブモジュールと全ての前記フルブリッジサブモジュールが初期電圧に達するために、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールと全ての前記フルブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御することと、
前記フルブリッジサブモジュールの総電圧の増加速度を下げるように、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御するとともに、少なくとも一部の前記フルブリッジサブモジュールがロッキング、ハーフロッキング、又はバイパスのうちいずれか一つを含む動作状態になるように制御することと、
全ての前記ハーフブリッジサブモジュールの電圧が定格電圧に達するとともに全ての前記フルブリッジサブモジュールの電圧が定格電圧に達するように、各前記フルブリッジサブモジュールのバイパスまたはロッキングのうちいずれか一つを含む動作状態と各前記ハーフブリッジサブモジュールの動作状態をそれぞれに制御することと、を含むことを特徴とする方法である。
How to start a modular multi-level converter with a mixture of half-bridges and full-bridges
The modular multi-level converter includes a plurality of half-bridge submodules and a plurality of full-bridge submodules.
The method is
To control all the half-bridge submodules and all the full-bridge submodules to maintain locking so that all the half-bridge submodules and all the full-bridge submodules reach the initial voltage.
All the half-bridge submodules are controlled to maintain locking so as to reduce the rate of increase in the total voltage of the full-bridge submodules, and at least some of the fullbridge submodules are locked, half-locked, or Controlling to include one of the bypasses and
Includes any one of bypassing or locking of each full bridge submodule so that the voltage of all the half bridge submodules reaches the rated voltage and the voltage of all the full bridge submodules reaches the rated voltage. The method is characterized by including controlling the operating state and the operating state of each of the half-bridge submodules.
前記モジュラーマルチレベルコンバータは、直列充電抵抗を介して交流電網に接続されることを特徴とする請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the modular multi-level converter is connected to an AC network via a series charging resistor. 前記フルブリッジサブモジュールの総電圧の増加速度を下げるように、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御するとともに、少なくとも一部の前記フルブリッジサブモジュールの動作状態を制御することの前に、
前記充電抵抗の電流が予め設定された電流値よりも小さい場合に、前記充電抵抗をバイパスするように制御することを含むことを特徴とする請求項2に記載の方法。
Control all the half-bridge submodules to maintain locking and control the operating state of at least some of the full-bridge submodules so as to reduce the rate of increase in the total voltage of the full bridge submodules. In front of,
The method according to claim 2, wherein when the current of the charging resistor is smaller than a preset current value, control is performed so as to bypass the charging resistor.
前記フルブリッジサブモジュールの総電圧の増加速度を下げるように、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御するとともに、少なくとも一部の前記フルブリッジサブモジュールの動作状態を制御することの前に、
前記充電抵抗の電圧が予め設定された電圧値よりも高い場合に、前記充電抵抗をバイパスするように制御することを含むことを特徴とする請求項2に記載の方法。
Control all the half-bridge submodules to maintain locking and control the operating state of at least some of the full-bridge submodules so as to reduce the rate of increase in the total voltage of the full bridge submodules. In front of,
The method according to claim 2, wherein when the voltage of the charging resistor is higher than a preset voltage value, control is performed so as to bypass the charging resistor.
前記フルブリッジサブモジュールの総電圧の増加速度を下げるように、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御するとともに、少なくとも一部の前記フルブリッジサブモジュールの動作状態を制御することは、
さらに各前記フルブリッジサブモジュールの電圧が自己電力取得電源の動作閾値に達した場合には、すべてのハーフブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御することと、
電圧が第1の閾値電圧以上である前記フルブリッジサブモジュールがバイパスするように制御することと、
電圧が前記第1の閾値電圧よりも低い第2閾値電圧と前記第1の閾値電圧の間にある前記フルブリッジサブモジュールがハーフロッキングするように制御することと、
電圧が前記第2閾値電圧未満のフルブリッジサブモジュールがロッキングするように制御することと、を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
Control all the half-bridge submodules to maintain locking and control the operating state of at least some of the full-bridge submodules so as to reduce the rate of increase in the total voltage of the full bridge submodules. Is
Furthermore, when the voltage of each full bridge submodule reaches the operating threshold of the self-power acquisition power supply, all half bridge submodules are controlled to maintain locking.
Control so that the full bridge submodule whose voltage is equal to or higher than the first threshold voltage is bypassed.
Controlling the full bridge submodule between the second threshold voltage whose voltage is lower than the first threshold voltage and the first threshold voltage so as to be half-locked.
The method according to claim 1, wherein the full bridge submodule whose voltage is less than the second threshold voltage is controlled to lock.
前記フルブリッジサブモジュールの総電圧の増加速度を下げるように、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御するとともに、少なくとも一部の前記フルブリッジサブモジュールの動作状態を制御することの後に、
全ての前記ハーフブリッジサブモジュールの平均電圧と全ての前記フルブリッジサブモジュールの平均電圧との比率が予め設定された倍数より大きい場合には、全ての前記フルブリッジサブモジュールがハーフロッキングするように制御し、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールがロッキングするように制御することを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
Control all the half-bridge submodules to maintain locking and control the operating state of at least some of the full-bridge submodules so as to reduce the rate of increase in the total voltage of the full bridge submodules. After the,
If the ratio of the average voltage of all the half-bridge submodules to the average voltage of all the full-bridge submodules is greater than a preset multiple, control so that all the full-bridge submodules are half-locked. The method of claim 1, wherein all the half-bridge submodules are controlled to lock.
前記予め設定された倍数は、0.6から1.4の範囲内であることを特徴とする請求項6に記載の方法。 The method according to claim 6, wherein the preset multiple is in the range of 0.6 to 1.4. 全ての前記ハーフブリッジサブモジュールの電圧が定格電圧に達するとともに全ての前記フルブリッジサブモジュールの電圧が定格電圧に達するように、各前記フルブリッジサブモジュールと各前記ハーフブリッジサブモジュールの動作状態をそれぞれに制御することは、
さらに、電圧が第3の閾値電圧以上である前記フルブリッジサブモジュールがバイパスするように制御し、電圧が第3の閾値電圧以上である前記ハーフブリッジサブモジュールがバイパスするように制御することを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
The operating states of each full-bridge submodule and each half-bridge submodule are set so that the voltages of all the half-bridge submodules reach the rated voltage and the voltages of all the full-bridge submodules reach the rated voltage. To control
Further, the present invention includes controlling the full bridge submodule having a voltage equal to or higher than the third threshold voltage to bypass, and controlling the half bridge submodule having a voltage equal to or higher than the third threshold voltage so as to bypass. The method according to claim 1, wherein the method is characterized by the above.
ハーフブリッジとフルブリッジが混在するモジュラーマルチレベルコンバータの起動装置であって、
前記モジュラーマルチレベルコンバータは、複数のハーフブリッジサブモジュールと複数のフルブリッジサブモジュールを含み、前記モジュラーマルチレベルコンバータは、直列充電抵抗を介して交流電網に接続され、
前記装置は、
全ての前記ハーフブリッジサブモジュールと全ての前記フルブリッジサブモジュールが初期電圧に達するために、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールと全ての前記フルブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御する非制御起動モジュールと、
前記フルブリッジサブモジュールの総電圧の増加速度を下げるように、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御するとともに、少なくとも一部の前記フルブリッジサブモジュールがロッキング、ハーフロッキング、又はバイパスのうちいずれか一つを含む動作状態になるように制御する部分制御起動モジュールと、
全ての前記ハーフブリッジサブモジュールの電圧が定格電圧に達するとともに全ての前記フルブリッジサブモジュールの電圧が定格電圧に達するように、各前記フルブリッジサブモジュールのバイパスまたはロッキングのうちいずれか一つを含む動作状態と各前記ハーフブリッジサブモジュールの動作状態をそれぞれに制御する全制御起動モジュールと、を含むことを特徴とする装置である。
A modular multi-level converter starter with a mix of half-bridges and full-bridges.
The modular multi-level converter includes a plurality of half-bridge submodules and a plurality of full-bridge submodules, and the modular multi-level converter is connected to an AC network via a series charging resistor.
The device is
An uncontrolled activation that controls all the half-bridge submodules and all the full-bridge submodules to maintain locking so that all the half-bridge submodules and all the full-bridge submodules reach the initial voltage. Module and
All the half-bridge submodules are controlled to maintain locking so as to reduce the rate of increase in the total voltage of the full-bridge submodules, and at least some of the fullbridge submodules are locked, half-locked, or A partial control activation module that controls the operating state including any one of the bypasses,
Includes any one of bypassing or locking of each full bridge submodule so that the voltage of all the half bridge submodules reaches the rated voltage and the voltage of all the full bridge submodules reaches the rated voltage. The device is characterized by including an operating state and an all-control activation module that controls the operating state of each of the half-bridge submodules.
前記部分制御起動モジュールは、
各前記フルブリッジサブモジュールの電圧が自己電力取得電源の動作閾値に達した場合には、すべての前記ハーフブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御し、
電圧が第1の閾値電圧以上である前記フルブリッジサブモジュールがバイパスするように制御し、
電圧が前記第1の閾値電圧よりも低い第2閾値電圧と前記第1の閾値電圧の間にある前記フルブリッジサブモジュールがハーフロッキングするように制御し、
電圧が前記第2閾値電圧未満の前記フルブリッジサブモジュールがロッキングするように制御することを特徴とする請求項9に記載の装置。
The partial control activation module is
When the voltage of each full bridge submodule reaches the operating threshold of the self-powered acquisition power supply, all the half bridge submodules are controlled to maintain locking.
The full bridge submodule whose voltage is equal to or higher than the first threshold voltage is controlled so as to be bypassed.
The full bridge submodule located between the second threshold voltage whose voltage is lower than the first threshold voltage and the first threshold voltage is controlled to be half-locked.
The device according to claim 9, wherein the full bridge submodule whose voltage is less than the second threshold voltage is controlled to lock.
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