JP5602777B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
従来の電力変換装置は、三相交流出力の3レベルインバータが交流リアクトルを介してn台並列接続される。そして、パルス幅制御において、三相共通の互いに同位相で、正側ピークの最大値を1、負側ピークの最小値を−1に固定し、電位1/2のバイアス分だけずらした2つの三角波を使用し、三角波の位相は、並列多重接続された各グループで360°/n(n:並列多重数)ずつずらすように構成されている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、2つの平滑コンデンサを直列接続して構成される直流部の中間電極にn段の多重変換器から流れる中性点電流は、キャリア周波数成分を含む電流となり、2つの平滑コンデンサの直流電圧はキャリア周波数でアンバランスする。このため、交流側に接続される負荷のインピーダンスがキャリア周波数帯域で共振する場合、キャリア周波数帯域の出力高調波が拡大されて許容値を超えるという問題点があった。
図1は、この発明の実施の形態1における電力変換装置の概略構成を示す図であり、図2は、図1の部分詳細図である。
図に示すように、電力変換装置は、直流回路としての平滑コンデンサ1と、複数、この場合2組の電力変換器ペア(第1の電力変換器ペア21、第2の電力変換器ペア22)をトランス31、32を介して直列接続した多重変換器2とを備えて、複数の相、例えば3相の電力系統3に連系される。平滑コンデンサ1は、設定電圧が等しい2つの平滑コンデンサC10、C11を直列接続して構成され、正負電極および中間電極1aを有し、外部からの直流電圧を平滑する。各電力変換器ペア21、22は、第1の3レベル電力変換器21a、22aと第2の3レベル電力変換器21b、22bとから成り、多重変換器2は、4台の3レベル電力変換器21a、21b、22a、22bを多重化して構成され、供給された三相の交流電圧を直流電圧に変換して直流電力を出力する。
以上、第1の電力変換器ペア21について説明したが、第2の電力変換器ペア22も同様の構成である。また、共通の直流端子61〜63は、4台の3レベル電力変換器21a、21b、22a、22bの各直流側3端子が接続されたものとなり、中間の直流端子63が多重変換器2の直流側中性点(以後、中性点63と称す)となる。
図に示すように、各電力変換器ペア21、22内では、第1の3レベル電力変換器21a、22aの動作により中性点63に流れる電流と、第2の3レベル電力変換器21b、22bの動作により中性点63に流れる電流とは極性が逆である。そして各電力変換器ペア21、22の動作により中性点63に流れる電流は、どちらもキャリア周波数成分を含んだ電流となるが、それらを合成した中性点電流は、キャリア周波数の2倍の周波数を含んだ電流となる。
電力系統3のインピーダンスがキャリア周波数帯域で共振している場合の、系統電流および系統電流高調波の波形を図4に示す。図に示すように、系統電流の高調波は、受電する需要家に求められる基準7a、7bより低いレベルとなる。なお、受電電力の契約の種別で2種の基準7a、7bが設けられている。
また、各電力変換器ペア21、22では、第1の3レベル電力変換器21a、22aに用いるキャリア波51a、52aの位相より第2の3レベル電力変換器21b、22bに用いるキャリア波51b、52bの位相を(2π/4)だけ進めるため、中性点電流がキャリア周波数の2倍の周波数成分となり、確実にキャリア周波数成分を除外でき、上記効果が得られる。
上記実施の形態1では、第1の3レベル電力変換器21a、22aに用いるキャリア波51a、52aの位相より第2の3レベル電力変換器21b、22bに用いるキャリア波51b、52bの位相を(2π/4)だけ進めたが、図6に示すように遅らせても良い。 図6は、この実施の形態2による各3レベル電力変換器21a、21b、22a、22bの動作および中性点63に流れる電流を示す波形図である。その他の構成は上記実施の形態1と同様である。
図に示すように、上記実施の形態1と同様に、各電力変換器ペア21、22の動作により中性点63に流れる電流は、どちらもキャリア周波数成分を含んだ電流となるが、それらを合成した中性点電流は、キャリア周波数の2倍の周波数を含んだ電流となり、キャリア周波数成分を含まない。このため、電力系統3のインピーダンスがキャリア周波数帯域で共振する場合でも、キャリア周波数帯域の高調波を抑制でき、電力系統3に流出する出力高調波成分を確実に低減できる。
上記実施の形態1、2では、2組の電力変換器ペア(第1の電力変換器ペア21、第2の電力変換器ペア22)をトランス31、32を介して直列接続したが、図7に示すように、2組の電力変換器ペア(第1の電力変換器ペア21、第2の電力変換器ペア22)をトランス31、32を介して並列接続して電力系統3に連系する多重変換器2aを用いても良い。この場合、多重変換器2aの制御は上記実施の形態1、2と同様で、同様の効果が得られる。
上記実施の形態1では、2組の電力変換器ペア21、22を用いたが、図8に示すように、3組以上のN組の電力変換器ペア21、22、−−23をトランス31、32、−−−33を介して直列接続して多重変換器20を構成しても良い。また、図9に示すように、3組以上のN組の電力変換器ペア21、22、−−23をトランス31、32、−−−33を介して並列接続して多重変換器20を構成しても良い。
これらの場合も、各組の電力変換器ペア21、22、−−23は、上記実施の形態1と同様の構成である。
さらに、上記各実施の形態では、供給された三相の交流電圧を直流電圧に変換して直流電力を出力する、即ちコンバータ動作を行う電力変換装置について説明したが、直流電力を三相交流電力に変換して交流側の負荷(あるいは電力系統)に出力する、即ちインバータ動作を行う電力変換装置であっても、同様に適用でき、同様の効果が得られる。
3 電力系統、4 制御装置、5a,5b 交流端子、21 第1の電力変換器ペア、
22 第2の電力変換器ペア、23 第Nの電力変換器ペア、
21a,22a,23a 第1の3レベル電力変換器、
21b,22b,23b 第2の3レベル電力変換器、
41a,41b,42a,42b 比較器、
51a〜51d,52a〜52d キャリア波、63 中性点、
C10,C11 平滑コンデンサ、V* 交流電圧指令。
Claims (4)
- 直列接続された2つのコンデンサから成る直流回路と、
複数のスイッチング素子を有して上記直流回路の直流と複数相の交流との間で電力変換する3レベル電力変換器を2N台(Nは2以上)接続して成る多重変換器と、
上記2N台の各3レベル電力変換器をPWM制御する制御装置とを備え、
上記多重変換器は、上記2N台の3レベル電力変換器として、各相の交流端子が上記交流の第1の電極側に接続される第1の3レベル電力変換器と、各相の交流端子が上記交流の第2の電極側に接続される第2の3レベル電力変換器との組をN組備え、該N組を直列あるいは並列に接続して構成され、
上記制御装置は、上記各3レベル電力変換器で(2π/2N)ずつ位相をずらせてキャリア波を発生させ、上記多重変換器の直流側中性点を流れる中性点電流における上記キャリア波の周波数成分を抑制するように、上記第1の3レベル電力変換器を交流電圧指令にてPWM制御し、上記第2の3レベル電力変換器を上記交流電圧指令の極性を反転させた電圧指令にてPWM制御することを特徴とする電力変換装置。 - 上記制御装置は、同じ組内の上記第1の3レベル電力変換器と上記第2の3レベル電力変換器とを、(2π/2N)だけ位相をずらせたキャリア波を用いてそれぞれPWM制御することを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。
- 上記制御装置は、上記多重変換器の直流側中性点を流れる中性点電流の周波数が、上記キャリア波の周波数のN倍となるように、上記第1、第2の3レベル電力変換器を制御することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電力変換装置。
- 上記多重変換器は、交流側が電力系統と接続されることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の電力変換装置。
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