JP3807345B2 - 系統連系電力変換装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リアクトルまたはトランスを介して電力系統に連系し、かつＹ結線された複数台の電力変換器を有する系統連系電力変換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、この種の系統連系電力変換装置６０の従来技術を示している。図５において、１０は三相電力系統、２０は電力系統１０に接続され、かつ抵抗２１及びコンデンサ２２からなるＹ結線された高調波フィルタ、３０はトランスである。
また、４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃは何れも同一構成であって互いにＹ結線された電力変換器としての単相インバータであり、逆並列ダイオードを有する半導体スイッチング素子４１〜４４と、これらのスイッチングアーム直列回路に並列に接続された直流電源としてのコンデンサ４５とから構成され、各インバータ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの出力端子はトランス３０の負荷側に接続されている。
なお、４６，４８は単相インバータ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃのコンデンサ４５の相互間に存在する配線のインダクタンス、４７，４９は共振抑制抵抗である。
【０００３】
上記従来技術の動作を略述すると、この電力変換装置６０は、系統に連系して無効電力補償等を行っており、通常、各インバータ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃは構成部品のバラツキ等によって損失が異なっている。
各インバータ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの直流電圧を一定に維持するためには、各インバータ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの直流回路を共通接続し、各インバータ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃが電力系統１０からインバータ３台分の損失に相当する有効電力を得ることにより、直流電圧を所望の値に維持している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術において、各インバータ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃを構成する半導体スイッチング素子４１〜４４のサージ電圧を抑制するためには、コンデンサ４５をスイッチング素子４１〜４４の近傍にそれぞれ配置して配線インダクタンスを小さくする必要がある。このため、各インバータ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの合計３個のコンデンサ４５を集中して配置することができず、これらのコンデンサ４５とその相互間に存在するインダクタンス４６，４８とによって直列共振が発生するので、共振抑制抵抗４７，４９を設ける必要が生じる。
しかしながら、上記共振抑制抵抗４７，４９によって抵抗損失が発生し、電力変換装置６０の全体的な効率が低下するという問題を生じていた。
【０００５】
そこで本発明は、単相インバータ等の電力変換器のコンデンサを含む共振回路を形成させず、共振抑制抵抗を不要にして損失の低減、効率の向上を可能にした系統連系電力変換装置を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、Ｙ結線された複数台の電力変換器の非中性点側の出力端子がリアクトルを介して電力系統に連系されてなる系統連系電力変換装置において、
電力系統に接続され、かつＹ結線された高調波フィルタの中性点と、前記複数台の電力変換器相互の中性点とを接続して零相電流の経路を形成し、
前記複数台の電力変換器の動作時に、各電力変換器の損失を補償する電流の零相分を前記経路に流して各電力変換器の直流電圧を所定値に制御するものである。
【０００７】
請求項２記載の発明は、Ｙ結線された複数台の電力変換器の非中性点側の出力端子がトランスを介して電力系統に連系されてなる系統連系電力変換装置において、
前記トランスの電力変換器側Ｙ結線の中性点と、前記複数台の電力変換器相互の中性点とを接続して零相電流の経路を形成し、
前記複数台の電力変換器の動作時に、各電力変換器の損失を補償する電流の零相分を前記経路に流して各電力変換器の直流電圧を所定値に制御するものである。
【０００８】
請求項３記載の発明は、Ｙ結線された複数台の電力変換器の非中性点側の出力端子がトランスを介して電力系統に連系されてなる系統連系電力変換装置において、
電力系統に接続され、かつＹ結線された高調波フィルタの中性点と前記トランスの系統側Ｙ結線の中性点とを接続すると共に、前記トランスの電力変換器側Ｙ結線の中性点と前記複数台の電力変換器相互の中性点とを接続して零相電流の経路を形成し、
前記複数台の電力変換器の動作時に、各電力変換器の損失を補償する電流の零相分を前記経路に流して各電力変換器の直流電圧を所定値に制御するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明の第１実施形態を示す回路図であり、請求項１の発明に相当する。図１において、図５と同一の構成要素には同一の参照符号を付して説明を省略し、以下では異なる部分を中心に説明する。
【００１０】
この第１実施形態の電力変換装置６１において、電力変換器としての単相インバータ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃは中性点Ｎ１により互いに接続されてＹ結線されていると共に、各インバータ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの非中性点側の出力端子は三相リアクトル５０の各相リアクトルを介して三相電力系統１０の各相にそれぞれ接続されている。
また、前記中性点Ｎ１は、電力系統１０に接続された高調波フィルタ２０の中性点Ｎ２に接続されている。
【００１１】
本実施形態において、電力変換装置６１を構成する各インバータ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃは、構成部品のバラツキ等によって損失が異なるため、その損失を補償する電流は零相分Ｉ０を含むことになる。ここで、図４は、各インバータ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの損失補償電流Ｉ４０Ａ，Ｉ４０Ｂ，Ｉ４０Ｃ及び零相電流Ｉ０を示すベクトル図である。
【００１２】
上記零相電流Ｉ０を流すため、この実施形態では、Ｙ結線された単相インバータ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの中性点Ｎ１と高調波フィルタ２０の中性点Ｎ２とを接続することにより、零相電流Ｉ０の経路を確保している。この零相電流Ｉ０を電力系統１０側から高調波フィルタ２０の中性点Ｎ２及び単相インバータ側の中性点Ｎ１を介して供給することにより、各インバータ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの直流電圧を所望の電圧に制御することができる。
【００１３】
すなわち本実施形態によれば、各インバータ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの直流回路を共通接続しなくても中性点Ｎ１，Ｎ２を含む経路に流れる零相電流Ｉ０によって各インバータ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの直流電圧を所望の値に制御することが可能である。このため、図５の従来技術のように各インバータ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃのコンデンサ間に直列共振回路が形成されることもなく、結果的に共振抑制抵抗を設ける必要もなくなるので、損失の低減による効率の向上が達成される。
【００１４】
次に、図２は本発明の第２実施形態を示す回路図であり、請求項２の発明に相当する。
この実施形態では、各インバータ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの非中性点側の出力端子をＹ−Ｙ結線されたトランス３１のインバータ側Ｙ結線の各相端子にそれぞれ接続すると共に、このインバータ側Ｙ結線の中性点Ｎ３と単相インバータ相互の中性点Ｎ１とを接続して零相電流Ｉ０の経路を確保したものである。
【００１５】
この実施形態の電力変換装置６２を構成する各インバータ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃごとに異なる損失を補償する電流には、零相電流Ｉ０が含まれるが、この零相電流Ｉ０をトランス３１のインバータ側Ｙ結線の中性点Ｎ３及び単相インバータ相互の中性点Ｎ１を介して供給することにより、各インバータ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの直流電圧を所望の電圧に制御することができる。
また、各インバータ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ間に直列共振回路が形成されず共振抑制抵抗を設ける必要もないため、効率の向上が可能である。
なお、本実施形態において、トランス３１の系統側の結線は必ずしもＹ結線である必要はなく、△結線であっても良い。
【００１６】
次いで、図３は本発明の第３実施形態を示す回路図であり、請求項３の発明に相当する。
この実施形態の電力変換装置６３は、図２におけるトランス３１の系統側Ｙ結線の中性点Ｎ４と高調波フィルタ２０の中性点Ｎ２とを接続したものに相当する。なお、図３では、Ｙ−Ｙ結線されたトランスを便宜的に参照符号３２で示してある。
【００１７】
この実施形態においても、各インバータ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃごとに異なる損失を補償する電流には零相電流Ｉ０が含まれるが、この零相電流Ｉ０を高調波フィルタ２０の中性点Ｎ２、トランス３２の系統側Ｙ巻線の中性点Ｎ４、同インバータ側Ｙ結線の中性点Ｎ３及び単相インバータ相互の中性点Ｎ１を介して供給することにより、各インバータ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの直流電圧を所望の電圧に制御することができる。また、各インバータ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ間に直列共振回路が形成されず共振抑制抵抗を設ける必要もないため、効率の向上が可能である。
【００１８】
【発明の効果】
以上のように請求項１〜３に記載した発明によれば、Ｙ結線された複数台の電力変換器を有する系統連系電力変換装置において、無効電力補償等を行った場合にも、各電力変換器の直流電圧を所定値に維持するためにそれらの直流回路を共通接続する必要がなく、各電力変換器のコンデンサを含む直列共振回路が形成されるおそれもない。
このため、共振抑制抵抗が不要になり、損失の低減によって従来よりも電力変換装置の効率を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す回路図である。
【図２】本発明の第２実施形態を示す回路図である。
【図３】本発明の第３実施形態を示す回路図である。
【図４】本発明の実施形態における各インバータの損失補償電流及び零相電流のベクトル図である。
【図５】従来技術を示す回路図である。
【符号の説明】
１０ 三相電力系統
２０ 高調波フィルタ
２１ 抵抗
２２ コンデンサ
３１，３２ トランス
４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ 単相インバータ
４１〜４４ 半導体スイッチング素子
４５ コンデンサ
５０ 三相リアクトル
６１〜６３ 電力変換装置
Ｎ１ Ｙ結線された単相インバータの中性点
Ｎ２ Ｙ結線された高調波フィルタの中性点
Ｎ３ トランスのインバータ側Ｙ結線の中性点
Ｎ４ トランスの系統側Ｙ結線の中性点
【発明の属する技術分野】
本発明は、リアクトルまたはトランスを介して電力系統に連系し、かつＹ結線された複数台の電力変換器を有する系統連系電力変換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、この種の系統連系電力変換装置６０の従来技術を示している。図５において、１０は三相電力系統、２０は電力系統１０に接続され、かつ抵抗２１及びコンデンサ２２からなるＹ結線された高調波フィルタ、３０はトランスである。
また、４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃは何れも同一構成であって互いにＹ結線された電力変換器としての単相インバータであり、逆並列ダイオードを有する半導体スイッチング素子４１〜４４と、これらのスイッチングアーム直列回路に並列に接続された直流電源としてのコンデンサ４５とから構成され、各インバータ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの出力端子はトランス３０の負荷側に接続されている。
なお、４６，４８は単相インバータ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃのコンデンサ４５の相互間に存在する配線のインダクタンス、４７，４９は共振抑制抵抗である。
【０００３】
上記従来技術の動作を略述すると、この電力変換装置６０は、系統に連系して無効電力補償等を行っており、通常、各インバータ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃは構成部品のバラツキ等によって損失が異なっている。
各インバータ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの直流電圧を一定に維持するためには、各インバータ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの直流回路を共通接続し、各インバータ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃが電力系統１０からインバータ３台分の損失に相当する有効電力を得ることにより、直流電圧を所望の値に維持している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術において、各インバータ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃを構成する半導体スイッチング素子４１〜４４のサージ電圧を抑制するためには、コンデンサ４５をスイッチング素子４１〜４４の近傍にそれぞれ配置して配線インダクタンスを小さくする必要がある。このため、各インバータ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの合計３個のコンデンサ４５を集中して配置することができず、これらのコンデンサ４５とその相互間に存在するインダクタンス４６，４８とによって直列共振が発生するので、共振抑制抵抗４７，４９を設ける必要が生じる。
しかしながら、上記共振抑制抵抗４７，４９によって抵抗損失が発生し、電力変換装置６０の全体的な効率が低下するという問題を生じていた。
【０００５】
そこで本発明は、単相インバータ等の電力変換器のコンデンサを含む共振回路を形成させず、共振抑制抵抗を不要にして損失の低減、効率の向上を可能にした系統連系電力変換装置を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、Ｙ結線された複数台の電力変換器の非中性点側の出力端子がリアクトルを介して電力系統に連系されてなる系統連系電力変換装置において、
電力系統に接続され、かつＹ結線された高調波フィルタの中性点と、前記複数台の電力変換器相互の中性点とを接続して零相電流の経路を形成し、
前記複数台の電力変換器の動作時に、各電力変換器の損失を補償する電流の零相分を前記経路に流して各電力変換器の直流電圧を所定値に制御するものである。
【０００７】
請求項２記載の発明は、Ｙ結線された複数台の電力変換器の非中性点側の出力端子がトランスを介して電力系統に連系されてなる系統連系電力変換装置において、
前記トランスの電力変換器側Ｙ結線の中性点と、前記複数台の電力変換器相互の中性点とを接続して零相電流の経路を形成し、
前記複数台の電力変換器の動作時に、各電力変換器の損失を補償する電流の零相分を前記経路に流して各電力変換器の直流電圧を所定値に制御するものである。
【０００８】
請求項３記載の発明は、Ｙ結線された複数台の電力変換器の非中性点側の出力端子がトランスを介して電力系統に連系されてなる系統連系電力変換装置において、
電力系統に接続され、かつＹ結線された高調波フィルタの中性点と前記トランスの系統側Ｙ結線の中性点とを接続すると共に、前記トランスの電力変換器側Ｙ結線の中性点と前記複数台の電力変換器相互の中性点とを接続して零相電流の経路を形成し、
前記複数台の電力変換器の動作時に、各電力変換器の損失を補償する電流の零相分を前記経路に流して各電力変換器の直流電圧を所定値に制御するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明の第１実施形態を示す回路図であり、請求項１の発明に相当する。図１において、図５と同一の構成要素には同一の参照符号を付して説明を省略し、以下では異なる部分を中心に説明する。
【００１０】
この第１実施形態の電力変換装置６１において、電力変換器としての単相インバータ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃは中性点Ｎ１により互いに接続されてＹ結線されていると共に、各インバータ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの非中性点側の出力端子は三相リアクトル５０の各相リアクトルを介して三相電力系統１０の各相にそれぞれ接続されている。
また、前記中性点Ｎ１は、電力系統１０に接続された高調波フィルタ２０の中性点Ｎ２に接続されている。
【００１１】
本実施形態において、電力変換装置６１を構成する各インバータ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃは、構成部品のバラツキ等によって損失が異なるため、その損失を補償する電流は零相分Ｉ０を含むことになる。ここで、図４は、各インバータ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの損失補償電流Ｉ４０Ａ，Ｉ４０Ｂ，Ｉ４０Ｃ及び零相電流Ｉ０を示すベクトル図である。
【００１２】
上記零相電流Ｉ０を流すため、この実施形態では、Ｙ結線された単相インバータ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの中性点Ｎ１と高調波フィルタ２０の中性点Ｎ２とを接続することにより、零相電流Ｉ０の経路を確保している。この零相電流Ｉ０を電力系統１０側から高調波フィルタ２０の中性点Ｎ２及び単相インバータ側の中性点Ｎ１を介して供給することにより、各インバータ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの直流電圧を所望の電圧に制御することができる。
【００１３】
すなわち本実施形態によれば、各インバータ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの直流回路を共通接続しなくても中性点Ｎ１，Ｎ２を含む経路に流れる零相電流Ｉ０によって各インバータ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの直流電圧を所望の値に制御することが可能である。このため、図５の従来技術のように各インバータ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃのコンデンサ間に直列共振回路が形成されることもなく、結果的に共振抑制抵抗を設ける必要もなくなるので、損失の低減による効率の向上が達成される。
【００１４】
次に、図２は本発明の第２実施形態を示す回路図であり、請求項２の発明に相当する。
この実施形態では、各インバータ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの非中性点側の出力端子をＹ−Ｙ結線されたトランス３１のインバータ側Ｙ結線の各相端子にそれぞれ接続すると共に、このインバータ側Ｙ結線の中性点Ｎ３と単相インバータ相互の中性点Ｎ１とを接続して零相電流Ｉ０の経路を確保したものである。
【００１５】
この実施形態の電力変換装置６２を構成する各インバータ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃごとに異なる損失を補償する電流には、零相電流Ｉ０が含まれるが、この零相電流Ｉ０をトランス３１のインバータ側Ｙ結線の中性点Ｎ３及び単相インバータ相互の中性点Ｎ１を介して供給することにより、各インバータ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの直流電圧を所望の電圧に制御することができる。
また、各インバータ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ間に直列共振回路が形成されず共振抑制抵抗を設ける必要もないため、効率の向上が可能である。
なお、本実施形態において、トランス３１の系統側の結線は必ずしもＹ結線である必要はなく、△結線であっても良い。
【００１６】
次いで、図３は本発明の第３実施形態を示す回路図であり、請求項３の発明に相当する。
この実施形態の電力変換装置６３は、図２におけるトランス３１の系統側Ｙ結線の中性点Ｎ４と高調波フィルタ２０の中性点Ｎ２とを接続したものに相当する。なお、図３では、Ｙ−Ｙ結線されたトランスを便宜的に参照符号３２で示してある。
【００１７】
この実施形態においても、各インバータ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃごとに異なる損失を補償する電流には零相電流Ｉ０が含まれるが、この零相電流Ｉ０を高調波フィルタ２０の中性点Ｎ２、トランス３２の系統側Ｙ巻線の中性点Ｎ４、同インバータ側Ｙ結線の中性点Ｎ３及び単相インバータ相互の中性点Ｎ１を介して供給することにより、各インバータ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの直流電圧を所望の電圧に制御することができる。また、各インバータ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ間に直列共振回路が形成されず共振抑制抵抗を設ける必要もないため、効率の向上が可能である。
【００１８】
【発明の効果】
以上のように請求項１〜３に記載した発明によれば、Ｙ結線された複数台の電力変換器を有する系統連系電力変換装置において、無効電力補償等を行った場合にも、各電力変換器の直流電圧を所定値に維持するためにそれらの直流回路を共通接続する必要がなく、各電力変換器のコンデンサを含む直列共振回路が形成されるおそれもない。
このため、共振抑制抵抗が不要になり、損失の低減によって従来よりも電力変換装置の効率を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す回路図である。
【図２】本発明の第２実施形態を示す回路図である。
【図３】本発明の第３実施形態を示す回路図である。
【図４】本発明の実施形態における各インバータの損失補償電流及び零相電流のベクトル図である。
【図５】従来技術を示す回路図である。
【符号の説明】
１０ 三相電力系統
２０ 高調波フィルタ
２１ 抵抗
２２ コンデンサ
３１，３２ トランス
４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ 単相インバータ
４１〜４４ 半導体スイッチング素子
４５ コンデンサ
５０ 三相リアクトル
６１〜６３ 電力変換装置
Ｎ１ Ｙ結線された単相インバータの中性点
Ｎ２ Ｙ結線された高調波フィルタの中性点
Ｎ３ トランスのインバータ側Ｙ結線の中性点
Ｎ４ トランスの系統側Ｙ結線の中性点
Claims (3)
- Ｙ結線された複数台の電力変換器の非中性点側の出力端子がリアクトルを介して電力系統に連系されてなる系統連系電力変換装置において、
電力系統に接続され、かつＹ結線された高調波フィルタの中性点と、前記複数台の電力変換器相互の中性点とを接続して零相電流の経路を形成し、
前記複数台の電力変換器の動作時に、各電力変換器の損失を補償する電流の零相分を前記経路に流して各電力変換器の直流電圧を所定値に制御することを特徴とする系統連系電力変換装置。 - Ｙ結線された複数台の電力変換器の非中性点側の出力端子がトランスを介して電力系統に連系されてなる系統連系電力変換装置において、
前記トランスの電力変換器側Ｙ結線の中性点と、前記複数台の電力変換器相互の中性点とを接続して零相電流の経路を形成し、
前記複数台の電力変換器の動作時に、各電力変換器の損失を補償する電流の零相分を前記経路に流して各電力変換器の直流電圧を所定値に制御することを特徴とする系統連系電力変換装置。 - Ｙ結線された複数台の電力変換器の非中性点側の出力端子がトランスを介して電力系統に連系されてなる系統連系電力変換装置において、
電力系統に接続され、かつＹ結線された高調波フィルタの中性点と前記トランスの系統側Ｙ結線の中性点とを接続すると共に、前記トランスの電力変換器側Ｙ結線の中性点と前記複数台の電力変換器相互の中性点とを接続して零相電流の経路を形成し、
前記複数台の電力変換器の動作時に、各電力変換器の損失を補償する電流の零相分を前記経路に流して各電力変換器の直流電圧を所定値に制御することを特徴とする系統連系電力変換装置。
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