JP4959707B2 - 分散配置されたエネルギー蓄積を有する多相電力変換器の故障時における冗長性利用のための制御方法 - Google Patents

分散配置されたエネルギー蓄積を有する多相電力変換器の故障時における冗長性利用のための制御方法 Download PDF

Info

Publication number
JP4959707B2
JP4959707B2 JP2008530444A JP2008530444A JP4959707B2 JP 4959707 B2 JP4959707 B2 JP 4959707B2 JP 2008530444 A JP2008530444 A JP 2008530444A JP 2008530444 A JP2008530444 A JP 2008530444A JP 4959707 B2 JP4959707 B2 JP 4959707B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
subsystem
power converter
rectifier
voltage
phase module
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2008530444A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2009509483A (ja
Inventor
ゾマー、ライナー
ヒラー、マルク
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of JP2009509483A publication Critical patent/JP2009509483A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4959707B2 publication Critical patent/JP4959707B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/49Combination of the output voltage waveforms of a plurality of converters
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/003Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to inverters
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0092Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption with use of redundant elements for safety purposes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/04Cutting off the power supply under fault conditions
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/4835Converters with outputs that each can have more than two voltages levels comprising two or more cells, each including a switchable capacitor, the capacitors having a nominal charge voltage which corresponds to a given fraction of the input voltage, and the capacitors being selectively connected in series to determine the instantaneous output voltage
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40Drive Train control parameters
    • B60L2240/52Drive Train control parameters related to converters
    • B60L2240/527Voltage
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/325Means for protecting converters other than automatic disconnection with means for allowing continuous operation despite a fault, i.e. fault tolerant converters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Description

本発明は、少なくとも2つの相モジュールを備え、相モジュールがそれぞれ1つの上側および1つの下側の整流器アームを有し、整流器アームがそれぞれ少なくとも3つの直列接続された2極(2端子)のサブシステムを有してなる電力変換器の1つの整流器アームの少なくとも1つのサブシステムの故障時における制御のための方法に関する。
この種の電力変換回路は独国特許出願公開第10103031号明細書から公知であり、この種の電力変換回路の等価回路図が図1に詳細に示されている。この等価回路図によれば、この公知の電力変換回路は、それぞれ100にて示された3つの相モジュールを有する。これらの相モジュール100の直流電圧側はそれぞれ正および負の直流電圧母線P0およびN0に導電接続されている。これらの両直流電圧母線P0およびN0の間には詳しくは示されていない直流電圧が存在する。多相電力変換器の1つのブリッジアームをなす各相モジュール100は、1つの上側および1つの下側のブリッジアームを有する。これらの部分ブリッジアームが、分散配置されたエネルギー蓄積器を有する多相電力変換器におけるそれぞれ1つの変換整流器であることから、これらの上側および下側のブリッジアームは、以下において整流器アームT1もしくはT3もしくはT5およびT2もしくはT4もしくはT6と呼ばれる。これら整流器アームT1〜T6のそれぞれは、電気的に直列接続された多数の2極のサブシステム10を有する。この等価回路図ではこれらのサブシステム10が4つ示されている。1つの相モジュール100の2つの整流器アームT1およびT2もしくはT3およびT4もしくはT5およびT6の各接続点は、この相モジュール100の交流電圧側端子L1もしくはL2もしくはL3をなす。この図では電力変換回路が3つの相モジュール100を有することから、負荷接続端子とも呼ばれる交流電圧側端子L1,L2およびL3には3相負荷、例えば3相交流電動機が接続可能である。
図2には2極のサブシステム10の公知の実施形態が詳細に示されている。図3による回路装置は機能的に全く等価な変形であり、これは同様に独国特許出願公開第10103031号明細書から公知である。この公知の2極のサブシステム10は、それぞれ2つのターンオフ制御可能な半導体スイッチ1,3と、2つのダイオード2および4と、単極性の蓄積コンデンサ9とを有する。両ターンオフ制御可能な半導体スイッチ1および3は電気的に直列に接続されていて、これらの直列接続回路は蓄積コンデンサ9に対して電気的に並列に接続されている。各ターンオフ制御可能な半導体スイッチ1および3には両ダイオード2および4の1つが次のように電気的に並列に接続されている。すなわち、当該ダイオードが、対応するターンオフ制御可能な半導体スイッチ1または3に逆並列に接続されている。サブシステム10の単極性の蓄積コンデンサ9は、1つのコンデンサから構成されているか、あるいは多数のこのようなコンデンサからなるコンデンサバッテリから構成されていて、結果として生じる静電容量C0を有する。ターンオフ制御可能な半導体スイッチ1のエミッタとダイオード2のアノードとの接続点は、サブシステム10の接続端子X1をなす。両ターンオフ制御可能な半導体スイッチ1および3と両ダイオード2および4との接続点は、サブシステム10の第2の接続端子X2をなす。
図3によるサブシステム10の実施形態においては、この接続点が第1の接続端子X1をなす。ターンオフ制御可能な半導体スイッチ1のコレクタとダイオード2のカソードとの接続点がサブシステム10の第2の接続端子X2をなす。
サブシステム10の2つの実施形態の両図において、ターンオフ制御可能な半導体スイッチ1および3として、図2および図3に示されているように、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)が使用される。同様に、MOSFETとも呼ばれるMOS電界効果トランジスタも使用することができる。更に、GTOサイリスタとも呼ばれるゲートターンオフサイリスタまたは集積ゲート転流サイリスタ(IGCT)が使用可能である。
独国特許出願公開第10103031号明細書によれば、図1による電力変換回路の各相モジュール100のサブシステム10がスイッチング状態I,IIおよびIIIにおいて制御される。スイッチング状態Iにおいては、ターンオフ制御可能な半導体スイッチ1がオンされていて、ターンオフ制御可能な半導体スイッチ3がオフされている。それによって、サブシステム10の接続端子X1およびX2に生じる端子電圧UX21は0に等しい。スイッチング状態IIにおいては、ターンオフ制御可能な半導体スイッチ1がオフされていて、ターンオフ制御可能な半導体スイッチ3がオンされている。このスイッチング状態IIでは、生じる端子電圧UX21が蓄積コンデンサ9に生じるコンデンサ電圧UCに等しい。スイッチング状態IIIにおいては、ターンオフ制御可能な半導体スイッチ1および3がオフされていて、蓄積コンデンサ9もしくは10に現れるコンデンサ電圧UCは変化しない。
図1による分散配置されたエネルギー蓄積器を有するこの電力変換器が冗長動作をすることができるためには、故障したサブシステム10がそれの端子X1およびX2において持続的に短絡されていること、すなわち故障したサブシステム10の端子電圧UX21が端子X1およびX2における電流方向に関係なく0であることが保証されなければならない。
サブシステム10内に存在するターンオフ可能な半導体スイッチ1または3の故障または付属の制御回路の故障によって、このサブシステム10は規則にかなった動作を乱される。すなわち、サブシステム10は、もはや可能なスイッチング状態の1つI,IIまたはIIIに制御することができなくなる。サブシステム10の端子X1およびX2における短絡によってこのサブシステム10にエネルギーがもはや供給されない。それによって、コンバータの運転継続時に過熱および火災のような二次損害が確実に回避される。故障したサブシステム10の接続端子X1およびX2の間におけるこの種の短絡的導電接続は、少なくとも、故障したサブシステム10を含んだ相モジュール100の変換整流器T1,…,T6の動作電流を安全に過熱なしに導かなければならない。2005P12105DEなる庁整理番号を有する以前の独国特許出願には、分散配置されたエネルギー蓄積器を有するこの公知の電力変換器を冗長的に継続運転することを可能にするために、故障したサブシステム10をどのようにして確実に短絡することができるかが示されている。
以下における説明のために、全てのサブシステム10の蓄積コンデンサ9がそれぞれ等しい電圧UCを有するものと仮定する。この状態の初期形成および運転中におけるそれの維持は同様に独国特許出願公開第10103031号明細書から公知である。図4には、時間tに関するタイムチャートにて、選ばれた基準電位Nに対する相モジュール100の端子Lの電位差ULNの経過が示されている。図5には、時間tに関するタイムチャートにて、負荷接続端子Lに対する端子Pの電位差UPLの経過が示されている。これらの両電位差ULNおよびUPLは、サブシステム10の蓄積コンデンサ9の電圧UCに対して基準化されている。これらの基準化された電位差ULN/UC(t)およびUPL/UC(t)によれば、時点t2,t3,t4,t5もしくはt7,t8,t9,t10で、整流器アームT2もしくはT1の4つのサブシステム10のうちその都度1つのサブシステム10が投入および遮断もしくは遮断および投入される。この場合に、投入はスイッチング状態Iからスイッチング状態IIへの移行に相当する。遮断はスイッチング状態IIからスイッチング状態Iへの移行に相当する。これらの両タイムチャートには、それぞれ、基準化された電位経過ULN/UC(t)およびUPL/UC(t)の周期Tpが示されている。分散配置されたエネルギー蓄積器9を有する多相電力変換器の相モジュール100の出力電圧ULNにおける相応の高調波成分または直流電圧成分は、対称3相電圧系のケースでは、その都度2つの位相のずらされた出力電圧UL1N,UL2NまたはUL3Nの差電圧において消去される。これらの両基準化された電位経過ULN/UC(t)およびUPL/UC(t)は、同様に、各時点での基準化された電位の和が4であることを察知すべきである。すなわち、直流電圧母線P0およびN0の間における直流電圧は、常に、スイッチング状態IIにあるサブシステム10の一定の個数とコンデンサ9に現れるコンデンサ電圧UCとの積に相当する。模範的に示された事例において、この個数は、図1による電力変換器における整流器アームT1,…,T6内に存在するサブシステム10の個数に相当する。時点t0およびt1では、例えば整流器アームT1の4つのサブシステム10の全てがスイッチング状態II(UX21=UC)にあり、対応する整流器アームT2の4つのサブシステム10の全てがスイッチング状態I(UX21=0)にある。時点t2,t3,t4およびt5において、整流器アームT1ではその都度1つのサブシステム10がスイッチング状態をIIからIへ切り換えられ、これに対して整流器アームT2ではその都度1つのサブシステム10がスイッチング状態をIからIIへ切り換えられる。ここで、図1による多相電力変換器の1つの相モジュール100の整流器アームT1,T2もしくはT3,T4もしくはT5,T6における1つのサブシステム10が何らかの障害のために故障したとすると、分散配置されたエネルギー蓄積器9を有するこの多相電力変換器の3つの出力電圧UL1N,UL2NまたはUL3Nの少なくとも1つは、場合によっては図1による電力変換器の遮断をもたらし得る高調波成分および/または直流電圧成分を有する。
本発明の課題は、分散配置されたエネルギー蓄積器を有する電力変換器の相モジュールの少なくとも1つのサブシステムの故障時にも対称条件を維持するを可能にする制御方法を提供することにある。
この課題は本発明によれば請求項1の特徴により解決される。
本発明にしたがって、分散配置されたエネルギー蓄積器を有する電力変換器の健全な相モジュールにおいて、故障サブシステムを有する整流器アームに対応する整流器アームのそれぞれ1つのサブシステムが、これらの端子電圧が故障発生中に0であるように制御されることによって、分散配置されたエネルギー蓄積器を有する電力変換器の全ての出力電圧が再び等しくなるので、それらの差電圧は3で割り切れる高調波および/または直流電圧成分をもはや発生しない。
有利な方法では、故障のある整流器アームに対応する故障のある相モジュールにおける整流器アームの1つのサブシステムが、これの端子電圧が当該サブシステムのコンデンサ電圧に等しいように制御される。それによって、この故障のある相モジュールの出力電圧が再びこの階段状出力電圧の平均値に対して対称となる。健全な相モジュールにおいて対応した方法がとられるので、分散配置されたエネルギー蓄積器を有する3相電力変換器の3つの出力電圧は対称3相電圧系を成す。更に、中間回路電圧の値は故障のない場合における中間回路電圧の値に相当し、それによってサブシステムのターンオフ制御可能な半導体スイッチの電圧負担が同様に故障のない場合における電圧負担に相当する。
他の有利な方法では、分散配置されたエネルギー蓄積器を有する多相電力変換器の相モジュールの整流器アームのサブシステムのための制御信号のスイッチング時点が時間的にずらされる。各相モジュールのサブシステムのための制御信号のこの時間的なずらしによって、故障時における1つの相出力電圧の基本波の健全な振幅経過がおおよそ維持されることが達成される。
この本発明による制御方法により、分散配置されたエネルギー蓄積器を有する多相電力変換器の相モジュールの出力電圧が故障時にも維持可能である。それによって、この電力変換器は冗長運転可能である。分散配置されたエネルギー蓄積器を有するこの多相電力変換器に接続された負荷は、この多相電力変換器も相モジュールの整流器アームにおけるどのサブシステムが、そして何個のサブシステムが故障しているのか気づかない。唯一注意をひくことは、この多相の出力電圧系が変化不能の動作点において低下された振幅を有することであり、他の点では健全な動作点に対して相違が存在しない。
本発明の更なる説明のために、分散配置されたエネルギー蓄積器を有する多相電力変換器の制御のための本発明による方法の多数の実施形態が概略的に示されている図面を参照する。
図1は分散配置されたエネルギー蓄積器を有する公知の電力変換回路の等価回路図を示し、図2には公知のサブシステムの第1の実施形態の等価回路図を示され、図3は公知のサブシステムの第2の実施形態の等価回路図を示し、図4および図5には図1による電力変換器の1つの相モジュールの両整流器アームにおける基準化された電位経過が時間tに関するタイムチャートにて示され、図6および図7には図1による電力変換器の下側の整流器アームの1つのサブシステムの故障時における図4および図5による電位経過がそれぞれ時間tに関するタイムチャートにて示され、図8および図9には図1による電力変換器の上側の整流器アームの1つのサブシステムの故障時における図4および図5による電位経過がそれぞれ時間tに関するタイムチャートにて示され、図10および図11には付加的に制御信号のスイッチング時点が時間的にずらされている場合について図6および図7による電位経過がそれぞれ時間tに関するタイムチャートにて示され、図12および図13には付加的に制御信号のスイッチング時点が時間的にずらされている場合について図8および図9による電位経過がそれぞれ時間tに関するタイムチャートにて示されている。
ここでは、図1にしたがって分散配置されたエネルギー蓄積器9を有する電力変換器の相モジュール100の整流器アームT2の1つのサブシステム10が何らかの故障のために確実に短絡されているものと仮定する。この故障したサブシステム10は、図1による等価回路図において、ハッチングにより直ぐに分かるように示されている。それによって、基準化された出力電位の時間的経過UL1N/UC(t)の発生のためには、3つのサブシステム10しか使用することができない。しかしながら、これに対して、基準化された出力電位UPL1の時間的経過の発生のためには、相変わらず4つのサブシステム10が使用される。これは、図4に対応する電位経過UL1N/UC(t)が少ない電位段を有することを意味する。すなわち、この電位経過UL1N/UC(t)は図6のタイムチャートによる電位経過UL1N/UC(t)に相当する。電位経過UPL1/UC(t)において、それ自体、整流器アームT2の故障したサブシステム10によって変わらないので、この電位経過UPL1/UC(t)は相変わらず図5のタイムチャートによる電位経過UPL1/UC(t)にしたがって経過する。それによって、2つの時間単位t6−t5およびt7−t6について、直流電圧母線P0およびN0の間に現れる直流電圧は、故障のある相モジュール100においては3・UCに等しく、これに対して健全な相モジュール100においては4・UCに等しい。直流電圧母線P0およびN0の間に現れる直流電圧が印加されるために、故障のある相モジュール100において大きな整流器電流が流れ、この大きな整流器電流はこの故障のある相モジュール100の各サブシステム10の構成部品に付加的な負担をかける。この整流器電流がこの相モジュール100のサブシステム10の構成要素の許容電流値を上回ると、分散配置されたエネルギー蓄積器9を有する多相電力変換器が過電流のために遮断される。
これを避けるために、分散配置されたエネルギー蓄積器9を有する多相電力変換器が本発明にしたがって制御される。このためには、先ず、1つの相モジュール100の整流器アームT1,T2もしくはT3,T4もしくはT5,T6のどれが故障サブシステム10を有するかを確定しなければならない。この種のサブシステム10は、整流器アームT2もしくはT4もしくはT6において、または整流器アームT1もしくはT3もしくはT5において発生する。故障サブシステム10が整流器アームT2もしくはT4もしくはT6において発生した場合には、付属の電位経過UL1N/UC(t)もしくはUL2N/UC(t)もしくはUL3N/UC(t)が図6によるタイムチャートにおける経過に対応して経過する。故障サブシステム10が、整流器アームT1もしくはT3もしくはT5において発生した場合には、電位経過UPL1/UC(t)もしくはUPL2/UC(t)もしくはUPL3/UC(t)が図9によるタイムチャートにおける経過に対応して経過する。
どの整流器アームT1,…,T6においてサブシステム10が故障したかが確定した後に、例えばこの故障のある整流器アームT2もしくはT1に対応する整流器アームT4およびT6もしくはT3およびT5において、同様に、整流器アームT2もしくはT1において発生した故障サブシステム10のその都度の対応個数がUX21=0なる端子電圧となるように制御される。それによって、直流電圧母線P0およびN0の間に現れる印加直流電圧が、分散配置されたエネルギー蓄積器9を有する多相電力変換器の全ての相モジュール100において等しい個数のサブシステム10に分配される。分散配置されたエネルギー蓄積器9を有する多相電力変換器のこの本発明による制御によって対称条件が故障時にも維持されるので、負荷接続端子L1,L2およびL3の間における差電圧は3で割り切れる高調波成分および直流電圧成分を持たない。すなわち、接続されている負荷にとっては、分散配置されたエネルギー蓄積器9を有する多相電力変換器が故障状態での運転動作をしているのか、それとも健全状態での運転動作しているのか認識できない。したがって、分散配置されたエネルギー蓄積器9を有する多相電力変換器が冗長運転される。
直流電圧母線P0およびN0の間における正常な直流電圧と、エネルギー蓄積器9を有する多相電力変換器の相モジュール100のサブシステム10のターンオフ制御可能な半導体スイッチ1および3の電圧負担とを故障時にも維持しようとする場合、故障のある相モジュール100では、故障のある整流器アームT2もしくはT4もしくはT6またはT1もしくはT3もしくはT5に対応する整流器アームT1もしくはT3もしくはT5またはT2もしくはT4もしくはT6において、故障サブシステム10の個数に応じて相応の個数のサブシステムが、端子電圧に関してUX21=UCが当てはまるように制御される。エネルギー蓄積器9を有する多相電力変換器の故障のない相モジュール100においては、対応する方法がとられる。本発明による方法におけるこの付加的な方法ステップによって、エネルギー蓄積器9を有するこの多相電力変換器の相モジュール100の故障のある場合と故障のない場合とで使用されるサブシステム10の個数がまたもや等しい。それによって、電位経過UL1N/UC(t)もしくはUL2N/UC(t)もしくはUL3N/UC(t)およびUPL1/UC(t)もしくはUPL2/UC(t)もしくはUPL3/UC(t)が図6および図7のタイムチャートにおける経過に対応して経過する。整流器アームT1もしくはT3もしくはT5における1つのサブシステム10が故障し、エネルギー蓄積器9を有する多相電力変換器が有利な本発明による制御方法によって運転されるならば、電位経過UL1N/UC(t)およびUPL1/UC(t)もしくはUL2N/UC(t)およびUPL2/UC(t)もしくはUL3N/UC(t)およびUPL3/UC(t)が図8および図9のタイムチャートにおける経過に対応して経過する。したがって、図6,図8および図7,図9のタイムチャートにおける電位経過は、例えば故障運転時に電位経過を発生させるために1つ少ないサブシステム10が使用されるという相違をもって、図4および図5のタイムチャートにおける電位経過に対応する。すなわち、エネルギー蓄積器9を有する多相電力変換器の出力電圧UL1N,UL2NおよびUL3Nが、故障運転時には振幅的に僅かに小さくなる。故障のない運転に対する差は1つのサブシステム10コンデンサ電圧UCに相当する。エネルギー蓄積器9を有する多相電力変換器の出力電圧UL1N,UL2NおよびUL3Nの発生のために正規運転時において使用されるサブシステム10が多いほど、故障運転時における振幅の減少が少なくなる。
しかしながら、エネルギー蓄積器9を有する多相電力変換器の各発生出力電圧UL1N,UL2NおよびUL3Nの基本波の乱されない振幅をおおよそ維持しようとするならば、有利な本発明による制御方法が次のように変更される。すなわち、付加的に、整流器アームT1,…,T6のサブシステム10のターンオフ制御可能な半導体スイッチ1および3のための制御信号のスイッチング時点が時間的にずらされる。図10および図11もしくは図12および図13のタイムチャートには、それにともなって発生させられる電位経過が示されている。
この本発明による制御方法は、模範的に説明したように分散配置されたエネルギー蓄積器9を有する多相電力変換器の整流器アームT1,…,T6における1つのみのサブシステムが故障することに限定されない。この制御方法により、1つの整流器アームT1もしくはT2もしくはT3もしくはT4もしくはT5もしくはT6の複数のサブシステム10が故障した場合にもなおも、既に述べたように、出力電圧UL1N,UL2NおよびUL3Nが発生させられる。出力電圧UL1N,UL2NおよびUL3Nにおける高調波が振幅的に少なくとどまるように、1つの整流器アームT1,…,T6のサブシステム10の残っている個数が3よりも小さくならないことに注意を払うべきである。
特に有利であるのは、この本発明による制御方法が、分散配置されたエネルギー蓄積器9を有するエネルギー供給系統のための多相電力変換器において効果を現すことである。この種の電力変換器には、エネルギー供給系統における系統結合用、無効電力補償用および電圧安定化用の電力変換器が属する。通常のエネルギー供給系統における高電圧のために、分散配置されたエネルギー蓄積器9を有する多相電力変換器は、整流器アームT1,…,T6当たり、非常に多い個数、例えば10から100超までの個数のサブシステム10を有する。
分散配置されたエネルギー蓄積器を有する公知の電力変換回路の等価回路図 公知のサブシステムの第1の実施形態の等価回路図 公知のサブシステムの第2の実施形態の等価回路図 図1による電力変換器の1つの相モジュールの下側の整流器アームにおける基準化された電位経過を示すタイムチャート 図1による電力変換器の1つの相モジュールの上側の整流器アームにおける基準化された電位経過を示すタイムチャート 図1による電力変換器の下側の整流器アームの1つのサブシステムの故障時における図4による電位経過を示すタイムチャート 図1による電力変換器の下側の整流器アームの1つのサブシステムの故障時における図5による電位経過を示すタイムチャート 図1による電力変換器の上側の整流器アームの1つのサブシステムの故障時における図4による電位経過を示すタイムチャート 図1による電力変換器の上側の整流器アームの1つのサブシステムの故障時における図5による電位経過を示すタイムチャート 付加的に制御信号のスイッチング時点が時間的にずらされている場合について図6による電位経過を示すタイムチャート 付加的に制御信号のスイッチング時点が時間的にずらされている場合について図7による電位経過を示すタイムチャート 付加的に制御信号のスイッチング時点が時間的にずらされている場合について図8による電位経過を示すタイムチャート 付加的に制御信号のスイッチング時点が時間的にずらされている場合について図9による電位経過を示すタイムチャート
符号の説明
10 サブシステム
100 相モジュール
T1,…,T6 整流器アーム
C コンデンサ電圧
X21 サブシステムの端子電圧

Claims (2)

  1. 少なくとも2つの相モジュール(100)を備え、相モジュール(100)がそれぞれ1つの上側および1つの下側の整流器アーム(T1,…,T6)を有し、整流器アーム(T1,…,T6)がそれぞれ少なくとも3つの直列接続された2端子のサブシステム(10)を有してなる電力変換器の1つの整流器アーム(T1,…,T6)の少なくとも1つのサブシステム(10)の故障時における制御のための方法において、故障サブシステム(10)を有する整流器アーム(T1,…,T6)が検出され、故障のある整流器アーム(T1,…,T6)に対応する各健全な相モジュール(100)の整流器アーム(T1,…,T6)のそれぞれ1つのサブシステム(10)が、これらの端子電圧(UX21)がそれぞれ0であるように制御され、その際、故障のある整流器アーム(T1,…,T6)に対応する故障のある相モジュール(100)における整流器アーム(T1,…,T6)の1つのサブシステム(10)が、これの端子電圧(U X21 )が当該サブシステム(10)のコンデンサ電圧(U C )に等しいように制御され、かつこの整流器アーム(T1,…,T6)に対応する各健全な相モジュール(100)の整流器アーム(T1,…,T6)のそれぞれ1つのサブシステム(10)が、これらの端子電圧(U X21 )がそれぞれ当該サブシステム(10)のコンデンサ電圧(U C )に等しいように制御されることを特徴とする制御方法。
  2. 電力変換回路の相モジュール(100)の整流器アーム(T1,…,T6)のサブシステム(10)の制御信号のスイッチング時点が時間的にずらされることを特徴とする請求項1記載の方法。
JP2008530444A 2005-09-21 2006-08-02 分散配置されたエネルギー蓄積を有する多相電力変換器の故障時における冗長性利用のための制御方法 Active JP4959707B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102005045091.1 2005-09-21
DE102005045091A DE102005045091B4 (de) 2005-09-21 2005-09-21 Steuerverfahren zur Redundanznutzung im Störungsfall eines mehrphasigen Stromrichters mit verteilten Energiespeichern
PCT/EP2006/064943 WO2007033850A1 (de) 2005-09-21 2006-08-02 Steuerverfahren zur redundanznutzung im störungsfall eines mehrphasigen stromrichters mit verteilten energiespeichern

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009509483A JP2009509483A (ja) 2009-03-05
JP4959707B2 true JP4959707B2 (ja) 2012-06-27

Family

ID=37198900

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008530444A Active JP4959707B2 (ja) 2005-09-21 2006-08-02 分散配置されたエネルギー蓄積を有する多相電力変換器の故障時における冗長性利用のための制御方法

Country Status (9)

Country Link
US (1) US8138632B2 (ja)
EP (1) EP1927182B1 (ja)
JP (1) JP4959707B2 (ja)
CN (1) CN101268606B (ja)
CA (1) CA2623155A1 (ja)
DE (1) DE102005045091B4 (ja)
DK (1) DK1927182T3 (ja)
ES (1) ES2704010T3 (ja)
WO (1) WO2007033850A1 (ja)

Families Citing this family (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008007659A1 (de) * 2008-02-06 2009-02-19 Siemens Aktiengesellschaft Umrichter
WO2009135523A1 (en) * 2008-05-06 2009-11-12 Abb Technology Ag An arrangement for voltage conversion
DE102008022617A1 (de) * 2008-05-07 2009-11-19 Siemens Aktiengesellschaft Windenergiepark mit einer Vielzahl von Windenergieanlagen
DE102008036811B4 (de) 2008-08-07 2019-10-10 Siemens Aktiengesellschaft Redundanzsteuerverfahren eines mehrphasigen Stromrichters mit verteilten Energiespeichern
DE102008036809A1 (de) 2008-08-07 2010-02-18 Siemens Aktiengesellschaft Redundanzsteuerverfahren eines mehrphasigen Stromrichters mit verteilten Energiespeichern
DE102008036810A1 (de) * 2008-08-07 2010-02-18 Siemens Aktiengesellschaft Steuerverfahren zur Redundanznutzung im Störungsfall eines mehrphasigen Stromrichters mit verteilten Energiespeichern
DE102009005089A1 (de) * 2009-01-19 2010-07-22 Siemens Aktiengesellschaft Stromrichterschaltung mit verteilten Energiespeichern
EP2486645B1 (en) * 2009-10-06 2018-01-10 ABB Research Ltd. Modified voltage source converter structure
CN101699732B (zh) * 2009-10-30 2012-08-22 艾默生网络能源有限公司 一种变流器的故障控制方法
DE102010030078A1 (de) * 2010-06-15 2011-12-15 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Sperren eines Stromrichters mit verteilten Energiespeichern
CN102013691A (zh) * 2010-07-22 2011-04-13 荣信电力电子股份有限公司 一种基于mmc模块化多电平逆变器的无变压器电池储能拓扑结构
CN102013823A (zh) * 2010-07-22 2011-04-13 荣信电力电子股份有限公司 一种基于mmc的无变压器太阳能逆变器拓扑结构
CN103119531B (zh) 2010-08-04 2015-08-05 柯蒂斯-赖特机电公司 耦联到电流源电源上的m2lc系统
WO2012033958A1 (en) 2010-09-09 2012-03-15 Curtiss-Wright Electro-Mechanical Corporation System and method for controlling a m2lc system
US8649187B2 (en) 2010-09-21 2014-02-11 Curtiss-Wright Electro-Mechanical Corporation Two-terminal M2LC subsystem and M2LC system including same
DE102011003810A1 (de) * 2011-02-08 2012-08-09 Robert Bosch Gmbh Steuerbarer Energiespeicher und Verfahren zum Betreiben eines steuerbaren Energiespeichers
DE102011006987A1 (de) 2011-04-07 2012-10-11 Siemens Aktiengesellschaft Modulares Stromrichterschranksystem
JP5360125B2 (ja) * 2011-04-26 2013-12-04 株式会社安川電機 直列多重電力変換装置
DE102011076199A1 (de) * 2011-05-20 2012-11-22 Siemens Aktiengesellschaft Spannungseinstellvorrichtung
EP2590314A1 (de) * 2011-11-03 2013-05-08 ABB Technology AG Umrichtersystem sowie leistungselektronisches System mit solchen Umrichtersystemen
MX345133B (es) * 2012-03-09 2017-01-18 Benshaw Inc Sistema m2lc y metodo para controlar el mismo.
JP6091781B2 (ja) * 2012-07-11 2017-03-08 株式会社東芝 半導体電力変換装置
JP2014042396A (ja) * 2012-08-22 2014-03-06 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp 自励式電力変換装置
JP6012387B2 (ja) * 2012-10-12 2016-10-25 株式会社日立製作所 電力変換装置及び電力変換方法
JP6017272B2 (ja) * 2012-11-12 2016-10-26 株式会社日立製作所 電力変換装置及び電力変換方法
EP2762347A1 (de) 2013-01-31 2014-08-06 Siemens Aktiengesellschaft Modularer Hochfrequenz-Umrichter und Verfahren zum Betrieb desselben
WO2014141436A1 (ja) * 2013-03-14 2014-09-18 株式会社日立製作所 電力変換システム及びその制御方法
CN104079153B (zh) * 2013-03-29 2016-08-24 南京南瑞继保电气有限公司 一种提高串联链式变流设备动态响应的方法
JP6155144B2 (ja) * 2013-09-02 2017-06-28 東芝三菱電機産業システム株式会社 電力変換装置の制御装置
EP3117511B1 (de) * 2014-04-25 2020-12-16 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur erkennung eines zusammenbruchs einer spannung
EP2978092A1 (en) * 2014-07-24 2016-01-27 Siemens Aktiengesellschaft Fault tolerant control of modular multilevel converters by reference modification
GB2534348A (en) * 2014-11-21 2016-07-27 Reinhausen Maschf Scheubeck Active Snubber
KR101711947B1 (ko) * 2014-12-29 2017-03-03 주식회사 효성 모듈러 멀티레벨 컨버터
EP3062413A1 (en) * 2015-02-27 2016-08-31 Alstom Technology Ltd Voltage source converter and control thereof
EP3131377A1 (de) 2015-08-14 2017-02-15 Siemens Aktiengesellschaft Phasenmodul für einen stromrichter
CN105811794B (zh) * 2016-05-06 2018-03-30 上海海事大学 多电平逆变器的参考电压信号重构的容错控制方法
JP6203353B2 (ja) * 2016-09-20 2017-09-27 株式会社日立製作所 電力変換装置及び電力変換方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5986909A (en) 1998-05-21 1999-11-16 Robicon Corporation Multiphase power supply with plural series connected cells and failed cell bypass
DE20122923U1 (de) * 2001-01-24 2010-02-25 Siemens Aktiengesellschaft Stromrichterschaltungen mit verteilten Energiespeichern
DE10217889A1 (de) * 2002-04-22 2003-11-13 Siemens Ag Stromversorgung mit einem Direktumrichter
US7088073B2 (en) * 2003-01-24 2006-08-08 Toshiba Internationl Corporation Inverter drive system
DE102005040549A1 (de) 2005-08-26 2007-03-15 Siemens Ag Pulswiderstand
DE102005040543A1 (de) * 2005-08-26 2007-03-01 Siemens Ag Stromrichterschaltung mit verteilten Energiespeichern
DE102005041087A1 (de) 2005-08-30 2007-03-01 Siemens Ag Stromrichterschaltung mit verteilten Energiespeichern
DE102005045090B4 (de) 2005-09-21 2007-08-30 Siemens Ag Verfahren zur Steuerung eines mehrphasigen Stromrichters mit verteilten Energiespeichern
DE102008014898B4 (de) 2008-03-19 2018-09-27 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Steuerung eines mehrphasigen Stromrichters mit verteilten Energiespeichern bei niedrigen Ausgangsfrequenzen
DE102008022618A1 (de) 2008-05-07 2009-12-31 Siemens Aktiengesellschaft Stromversorgungseinrichtung
DE102008022617A1 (de) 2008-05-07 2009-11-19 Siemens Aktiengesellschaft Windenergiepark mit einer Vielzahl von Windenergieanlagen
DE102008036811B4 (de) 2008-08-07 2019-10-10 Siemens Aktiengesellschaft Redundanzsteuerverfahren eines mehrphasigen Stromrichters mit verteilten Energiespeichern
DE102008036810A1 (de) 2008-08-07 2010-02-18 Siemens Aktiengesellschaft Steuerverfahren zur Redundanznutzung im Störungsfall eines mehrphasigen Stromrichters mit verteilten Energiespeichern

Also Published As

Publication number Publication date
DE102005045091B4 (de) 2007-08-30
DK1927182T3 (en) 2019-01-14
US20080259661A1 (en) 2008-10-23
CN101268606B (zh) 2011-12-14
US8138632B2 (en) 2012-03-20
CN101268606A (zh) 2008-09-17
ES2704010T3 (es) 2019-03-13
DE102005045091A1 (de) 2007-03-22
CA2623155A1 (en) 2007-03-29
JP2009509483A (ja) 2009-03-05
EP1927182B1 (de) 2018-10-03
WO2007033850A1 (de) 2007-03-29
EP1927182A1 (de) 2008-06-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4959707B2 (ja) 分散配置されたエネルギー蓄積を有する多相電力変換器の故障時における冗長性利用のための制御方法
JP5085742B2 (ja) 電力変換装置
Ceballos et al. Three-level converter topologies with switch breakdown fault-tolerance capability
US9106155B2 (en) Three-level power conversion circuit system
JP5248611B2 (ja) 電力変換装置
US8537578B2 (en) Redundant control method for a polyphase converter with distributed energy stores
US10998830B2 (en) Power conversion device and three-phase power conversion device
JP5930567B1 (ja) 機械式バイパススイッチ装置、コンバータアーム、及び電力変換装置
US8314602B2 (en) Converter cell module, voltage source converter system comprising such a module and a method for controlling such a system
KR20070116280A (ko) 전력 변환기 시스템 및 출력 전압 공급 방법
JP2014533487A (ja) Hブリッジに基づく電力変換器
US10530270B2 (en) Modular isolated half-bridge based capacitor-tapped multi-module converter with inherent DC fault segregation capability
Li et al. Reliability comparison for 3L-NPC and 3L-ANPC converters for drives application
US8611114B2 (en) Redundant control method for a polyphase converter with distributed energy stores
Cordeiro et al. Fault-tolerant design for a three-level neutral-point-clamped multilevel inverter topology
EP4135184A1 (en) Bi-directional line-interphase transformer-based converter
KR20230019957A (ko) 전원 장치
Saketi et al. A new fault tolerant single phase 5-level inverter topology with capacitor voltage balancing for solid state transformer
Pribadi et al. Reconfiguration of Four-Level Active Neutral-Point-Clamped Inverters for Fault-Tolerant Operation
JP6512710B2 (ja) 電力変換装置
Ajaykumar et al. Fault tolerant control of Z-source neutral point clamped inverter
JP7547737B2 (ja) 電力変換装置
JP2017195682A (ja) 電力変換装置
JP2022077405A (ja) 電力変換装置
JP2022077393A (ja) 電力変換装置

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110524

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110811

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20110811

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120221

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120321

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150330

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Ref document number: 4959707

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250