JP5643104B2 - 多相グリッド同期調整電流形インバータシステム - Google Patents
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Description
図9は、本発明の多相グリッド同期調整電流形インバータシステムの一例を表し、ここでは、RCSI11インバータセクション15が、グリッドに投入される前に変圧器70でY−Y変換を行う三相電力に出力する。RCSIの調整セクション12は、ステップアップDC電流調整サブセクション12a及びステップダウンDC電流調整サブセクション12bを備え、複数のDC源100から電流が供給され、三相インバータ15の入力(ポイント3及び4)に対して調整されたDC電流を出力する。このインバータのAC出力(図9に付されたA、B及びC)は、変圧器70の二次巻線70bのY構造に接続されている。変圧器70のY構造一次巻線70aは、三相電力網92に接続されている。グリッド92は、集中線インピーダンスZline及びグリッド電源Vacによって概略的に表されている。グリッドに供給される電流は負荷93を与え、これらはグリッドに接続され、集中負荷抵抗Rloadとして概略的に表されている。RCSIの投入出力電流により生成された高調波電流と逆位相の高調波電流を投入するために、1以上の任意的な能動フィルタ94が、グリッドに対して直接接続され得る。
図13は、本発明の多相グリッド同期調整電流形インバータシステム他の例を表し、ここでは、六相RCSIシステムが、分岐したY構造の二次巻線を有する変圧器72に接続されたその出力を有する。六相RCSIシステムは、2つの三相調整電流形インバータ11及び11’を備え、これらのそれぞれは、変圧器72の六相二次巻線に接続されている。第1三相RCSI11は、DC電流調整セクション12及び三相インバータセクション15を備え、入力DC電力をRCSI11へ与える複数のDC源100に接続されている。図13に示すように、インバータ15のAC出力A、B及びCは、変圧器72の二次巻線の端子A、B及びCに接続されている。同様に、第2三相RCSI11’は、DC電流調整セクション12’及び三相インバータセクション15’を備え、入力DC電力をRCSI11’へ与える複数のDC源100’に接続されている。インバータセクション15’のAC出力R、S及びTは、変圧器72の二次巻線の端子R、S及びTに接続されている。両インバータに対して安定したDC電圧入力を達成するために、DC源100及び100’の出力は、図13に示すように互いに並列に接続されている。変圧器72のY構造の一次巻線は、三相グリッド92に接続され、負荷93は、図9に関して説明したものと同様な構成で、能動線フィルタの任意的な付加を含んでいる。本発明の六相RCSIシステムに用いられた各三相RCSIは、図9に示す三相RCSIと同様とすることができる。
図17は、本発明の多相グリッド同期調整電流形インバータシステムの他の例を表し、ここでは九相RCSIシステムが分岐したY構造の二次巻線を有する変圧器に接続されたその出力を有している。九相RCSIシステムは、上述の六相RCSIシステムが達成するものよりも、より低いTHD値でより高い出力電力を提供するために用いられる。九相RCSIシステムは、3つの三相RCSI11、11’及び11’’を備え、これらのそれぞれは、変圧器74の九相二次巻線に接続されたその出力を有する。第1三相RCSI11は、DC電流調整セクション12及び三相インバータセクション15を備え、入力DC電力をRCSI11へ与える複数のDC源100に接続されている。インバータ15のAC出力A、B及びCは、図17に示す変圧器74の二次巻線の端子A、B及びCに接続されている。同様に、第2三相RCSI11’は、DC電流調整セクション12’及び三相インバータセクション15’を備え、入力DC電力をRCSI11’へ与える複数のDC源100’に接続されている。インバータセクション15’のAC出力R、S及びTは、変圧器74の二次巻線の端子R、S及びTに接続されている。同様に、第3三相RCSI11’’は、DC電流調整セクション12’’及び三相インバータセクション15’’を備え、入力DC電力をRCSI11’’へ与える複数のDC源100’’に接続されている。インバータセクション15’’のAC出力U、V及びWは、変圧器74の二次巻線の端子U、V及びWに接続されている。全てのインバータに対して安定したDC電圧入力を達成するために、DC源100、100’及び100’’の出力は、図17に示すように互いに並列に接続されている。変圧器74のY構造の一次巻線は、三相グリッド92に接続され、負荷93は、図9に関して説明したものと同様な構成で、能動線フィルタの任意的な付加を含んでいる。本発明の九相RCSIシステムに用いられた各三相RCSIは、図9に示す三相RCSIと同様とすることができる。
図21は、本発明の多相グリッド同期調整電流形インバータシステムの他の例を表し、ここでは十二相RCSIシステムが、2つのペアの電流形インバータ(ペア11a及び11b及びペア11c及び11d)を備え、変圧器76a又は76bの二次巻線に接続されたインバータの各ペアの出力(相A、B及びCと、相R、S及びT)に接続されている。変圧器76a又は76bは、分岐したY構造の二次巻線とジグザグY構造の一次巻線を有する。十二相RCSIシステムは、前述のRCSIシステムが達成するものよりも、より低いTHD値でより高い出力電力を提供するために用いられる。十二相RCSIシステムは、4つの三相調整電流形インバータ11a、11b、11c及び11dを備え、これらのそれぞれは図9に示す三相RCSIと同様とすることができる。複数のDC源100a、100b、100c及び100dが図21に示す各RCSIの入力に接続されている。全てのインバータに対して安定したDC電圧入力を達成するために、DC源100a〜100dの出力は、図21に示すように互いに並列に接続されている。インバータペア11a及び11bの出力は、第1六相変圧器76aの二次巻線に接続され、インバータペア11c及び11dの出力は、第2六相変圧器76bの二次巻線に接続されている。各変圧器の一次巻線は、ジグザグ構造に配置され、ここでは関連する主一次巻線P1、P2及びP3とは異なる位相を向く延長短巻線を有する。
図25は、本発明の多相グリッド同期調整電流形インバータシステムの他の例を表し、ここでは六相RCSIシステムが2つの三相調整電流形インバータ11及び11’を備え、デルタ構造の一次巻線を有する変圧器78のダブルデルタ多角形二次巻線を有する出力相A、B及びC、及びR、S及びTにそれぞれ接続されている。第1三相RCSI11は、DC電流調整セクション12及び三相インバータセクション15を備え、入力DC電力をRCSI11へ与える複数のDC源100に接続されている。同様に、第2三相RCSI11’は、DC電流調整セクション12’及び三相インバータセクション15’を備え、入力DC電力をRCSI11’へ与える複数のDC源100’に接続されている。両インバータに対して安定したDC電圧入力を達成するためにDC源100及び100’の出力は、図25に示すように互いに並列に接続されている。変圧器78のデルタ構造の一次巻線は三相グリッド92に接続され、負荷93は、図9に関して説明したものと同様な構成で、能動線フィルタの任意的な付加を含んでいる。本発明の六相ダブルデルタ多角形変換RCSIシステムに用いられる各三相RCSIは、図9に示す三相RCSIと同様とすることができる。
図29は、本発明の多相グリッド同期調整電流形インバータシステムの他の例を表し、ここでは、十二相RCSIシステムが2ペアの調整電流形インバータ(ペア11a及び11bと、ペア11c及び11d)を備え、ダブルデルタ多角形構造二次巻線と拡張デルタ構造の一次巻線とを有する変圧器80a又は80bの二次巻線に接続されたインバータの各ペアの出力(相A、B及びCと相R、S及びT)に接続されている。十二相RCSIシステムは、前述のRCSIシステムが達成するものよりもより低いTHD値でより高い出力電力を提供するために用いられる。十二相RCSIシステムは、4つの三相調整電流形インバータ11a、11b、11c及び11dを備え、これらのそれぞれは、図9に示す三相RCSIと同様とすることができる。複数のDC源100a、100b、100c、及び100dが図29に示す各RCSIの入力に接続されている。全てのインバータに対して安定したDC電圧入力を達成するために、DC源100a〜100dの出力は、図29に示すように互いに並列に接続されている。インバータペア11a及び11bの出力は、第1六相変圧器80aの二次巻線に接続され、インバータペア11c及び11dの出力は、第2六相変圧器80bの二次巻線に接続されている。各変圧器の一次巻線は、拡張デルタ構造内に配置され、ここでは、主一次巻線P1、P2及びP3のそれぞれが、関連する主一次巻線と同じ位相を向く延長短巻線を有する。変圧器80a及び80bの拡張デルタ構造一次巻線は三相グリッド92に接続され、負荷93は、図9に関して説明したものと同様な構成で、能動線フィルタの任意的な付加を含んでいる。
図33は、本発明の多相グリッド同期調整電流形インバータシステムの他の例を表し、ここでは、六相RCSIシステムが2つの三相調整電流形インバータ11及び11’を備え、出力相A、B及びC及びR、S及びTそれぞれがデルタ−Y構造の変圧器82に接続されている。第1三相RCSI11は、DC電流調整セクション12及び三相インバータセクション15を備え、入力DC電力をRCSI11へ与える複数のDC源100に接続されている。第1三相RCSI11は、Y構造の二次変換巻線S1、S2及びS3にそれぞれ接続されたインバータ出力相A、B及びCを有する。同様に、第2三相RCSI11’はDC電流調整セクション12’及び三相インバータセクション15’を備え、入力DC電力をRCSI11’へ与える複数のDC源100’に接続されている。両インバータに対して安定したDC電圧入力を達成するために、DC源100及び100’の出力は、図33に示すように互いに並列に接続されている。第2三相RCSI11’は、デルタ構造の二次変換巻線S’1、S’2及びS’3にそれぞれ接続されたインバータ出力相R、S及びTを有する。変圧器82のY構造の一次巻線は、三相グリッド92に接続され、負荷93は、図9に関して説明したものと同様な構成で、能動線フィルタの任意的な付加を含んでいる。各三相RCSIは、図9に示す三相RCSIと同様とすることができる。
図37は、本発明の多相グリッド同期調整電流形インバータシステムの他の例を表し、ここでは十二相RCSIシステムが2つのペアの電流形インバータ(ペア11a及び11bとペア11c及び11d)とを備え、インバータの各ペアの出力(相A、B及びCと相R、S及びT)が二次Y又はデルタ構造巻線の変圧器84a又は84bに接続されている。各変圧器の一次巻き線はジグザグYとして構成されている。十二相RCSIシステムは、4つの三相調整電流形インバータ11a、11b、11c及び11dを備え、これらのそれぞれは図9に示す三相RCSIと同様とすることができる。複数のDC源100a、100b、100c、及び100dは、図37に示す各RCSIの入力に接続されている。全てのインバータに対して安定したDC電圧入力を達成するために、複数のDC源100a〜100dの出力は、図37に示すように互いに並列に接続されている。インバータペア11a及び11bの出力は、第1六相変圧器84aの二次巻線に接続され、インバータペア11c及び11dの出力は、第2六相変圧器84bの二次巻線に接続されている。各変圧器の一次巻線は、ジグザグ構造に配置され、ここでは各主一次巻線P1、P2及びP3、が関連する主一次巻線と異なる位相を向く延長短巻線を有する。
図41は、本発明の多相グリッド同期調整電流形インバータシステムの他の例を表し、ここでは二十四相RCSIシステムが4つのペアの調整電流形インバータ(ペア11a及び11b、ペア11c及び11d、ペア11e及び11f、ペア11g及び11h)を備え、各インバータのペアの出力が、図に示すように、変圧器86a、86b、86c又は86dの二次巻線に接続されている。二十四相RCSIシステムは、前述のRCSIシステムの任意のものよりもより低いTHD値でより大きい電力を提供する。各変圧器は、分岐したYで、多角形の頂部が面取りされたデルタ形の又は上述したようなデルタ−Yとして構成される二次巻線とともに配置される。各変圧器の一次巻線は、上述した適正な位相シフトを有するジグザグY又は拡張デルタとして構成されることができる。二十四相RCSIシステムは、8つの三相調整電流形インバータ11a、11b、11c、11d、11e、11f、11g及び11hを備え、これらのそれぞれは図9に示す三相RCSIと同様とすることができる。複数のDC源100a、100b、100c、100d、100e、100f、100g及び100hが各RCSIの入力に接続されている。全てのインバータに対して安定したDC電圧入力を達成するために、DC源100a〜100hの出力は、図41に示すように互いに並列に接続されている。インバータペア11a及び11bの出力は、第1六相変圧器86aの二次巻線に接続され、インバータペア11c及び11dの出力は、第2六相変圧器86bの二次巻線に接続され、インバータペア11e及び11fの出力は、第3六相変圧器86cの二次巻線に接続され、インバータペア11g及び11hの出力は、第4六相変圧器86dの二次巻線に接続されている。
11…三相調整電流形インバータ
12…DC電流調整セクション
12a…ステップアップ電流調整器
12b…ステップダウン電流調整器
100…DC源(PVA)
14、15…インバータセクション
70…変圧器
70a…一次巻線70a
70b…二次巻線70b
92…電力網
93…負荷
Claims (18)
- 複数の不安定なDC源からのDC電力を電力網に投入するためのAC電力に変換するための電力変換システムであって、
複数の調整電流形インバータであって、前記複数の調整電流形インバータのそれぞれが、多相AC出力を生成するための複数のスイッチングデバイスを有し、前記複数の不安定なDC源が、入力電力を前記複数の調整電流形インバータのそれぞれに供給し、前記複数の調整電流形インバータのそれぞれの前記多相AC出力が、前記電力網の電圧と同調して動作し、前記複数の調整電流形インバータのそれぞれ中の前記複数のスイッチングデバイスの転流が、前記複数の調整電流形インバータのそれぞれからの多相AC出力電流を生成するために順序づけられており、
前記電力網に投入するための三相電流を生成するための前記複数の調整電流形インバータのすべてから供給される前記多相AC出力電流を位相シフトするための少なくとも1の変圧器であって、前記三相電流が複数の階段波形を有し、前記複数の調整電流形インバータの数を増やすことで前記複数の階段波形の全高調波歪みを低減する
ことを特徴とするシステム。 - 前記複数の調整電流形インバータのそれぞれが、
前記複数の調整電流形インバータのそれぞれから供給される前記多相AC出力電流を調整するためのステップアップ及びステップダウンDC電流調整器の組み合わせを更に備え、前記DC電流調整器が、各調整周期において単相又は複数相のパルス調整を備える請求項1に記載の電力変換システム。 - 各調整周期が前記電力網の周期と同期し、前記電力網の前記周期よりも短い請求項2に記載の電力変換システム。
- 前記複数の調整電流形インバータのそれぞれが、
1以上の前記複数の不安定なDC源からの瞬間電流出力レベルと独立した前記複数の調整電流形インバータのそれぞれから供給される前記多相AC出力電流を調整するためのステップアップ及びステップダウンDC電流調整器の組み合わせを更に備え、前記DC電流調整器が、各調整周期において単相又は複数相のパルス調整を備える請求項1に記載の電力変換システム。 - 前記複数の調整電流形インバータのそれぞれが、
前記複数の調整電流形インバータのそれぞれに電力を供給する前記複数の不安定なDC源のそれぞれからの瞬間電流出力レベルと独立して前記複数の調整電流形インバータのそれぞれに電力を供給する前記複数の不安定なDC源それぞれの最大電力ポイントで前記複数の調整電流形インバータのそれぞれからの前記多相AC出力電流を調整するためのステップアップ及びステップダウンDC電流調整器の組み合わせを更に備え、前記DC電流調整器が各調整周期において単相又は複数相のパルス調整を備える請求項1に記載の電力変換システム。 - 前記複数の不安定なDC源のそれぞれの最大電力ポイントで出力を維持するための前記複数の不安定なDC源のそれぞれの出力にステップアップDC電流調整器を更に備え、前記複数の調整電流形インバータのそれぞれが、前記複数の調整電流形インバータのそれぞれからの前記多相AC出力電流を調整するためのステップダウンDC電流調整器を更に備え、前記ステップダウンDC電流調整器が、各調整周期において単相又は複数相のパルス調整を備える請求項1〜5のいずれか1項に記載の電力変換システム。
- 前記複数の調整電流形インバータの数が2つであり、前記少なくとも1の変圧器が、分岐したY構造の二次巻線及びY構造の一次巻線、ダブルデルタ多角形構造二次巻線及びデルタ構造の一次巻線、及びデルタ−Y構造の二次巻線及びY構造一次巻線、からなる群から選択される単相変圧器である請求項1〜6のいずれか1項に記載の電力変換システム。
- 前記複数の調整電流形インバータの数が3つであり、前記少なくとも1の変圧器が、分岐したY構造の二次巻線及びY構造の一次巻線を有する単相変圧器である請求項1〜6のいずれか1項に記載の電力変換システム。
- 前記複数の調整電流形インバータの数が4つであり、前記少なくとも1の変圧器が変圧器のペアであり、前記変圧器のペアのそれぞれが、分岐したY構造の二次巻線及びジグザグY構造の一次巻線と、ダブルデルタ多角形構造二次巻線及び拡張デルタ構造の一次巻線と、からなる群から選択され、4つの調整電流形インバータの半分からの前記多相AC出力が、前記変圧器の1のペアの二次巻線に排他的に接続される請求項1〜6のいずれか1項に記載の電力変換システム。
- 4組の前記複数の調整電流形インバータを備え、少なくとも1の変圧器が4つの変換器を備え、4つの変換器のそれぞれが分岐したY構造の二次巻線及びジグザグY構造の一次巻線と、ダブルデルタ多角形構造の二次巻線及び拡張デルタ構造の一次巻線と、Y又はデルタ構造の二次巻線とジグザグY構造の一次巻線とからなる群から選択され、前記4組の調整電流形インバータの1つから供給される前記多相AC出力が、前記4つの変換器の1つの二次巻線に排他的に接続される請求項1〜6のいずれか1項に記載の電力変換システム。
- 複数の不安定なDC源からのDC電力を電力網に投入するために変換する方法であって、
前記複数の不安定なDC源それぞれからの出力を複数の調整電流形インバータのそれぞれの入力へ接続し、
前記複数の調整電流形インバータのそれぞれからの多相出力を生成するために、前記複数の調整電流形インバータのそれぞれ中の複数のスイッチングデバイスを順に転流することであって、前記複数の調整電流形インバータのそれぞれからの1の多相出力が、すべての他の前記複数の調整電流形インバータから供給される多相出力とは位相が異なり、
前記複数の調整電流形インバータのそれぞれからの前記多相出力を前記電力網に接続された三相出力を有する位相シフト変換ネットワークに接続し、
前記複数の不安定なDC源それぞれから前記複数の調整電流形インバータのそれぞれ中のインバータセクションへのDC電流を、前記位相シフト変換ネットワークの三相出力で実質的に一定の階段波形電流を生成するために調整する
ことを含むことを特徴とする方法。 - 前記DC電流を調整するステップが、前記複数の不安定なDC源それぞれからの前記瞬間出力と独立して前記複数の不安定なDC源それぞれの最大電力ポイントで前記複数の調整電流型インバータそれぞれからの一定の多相電流出力を維持するために、選択的に単相又は複数相のパルスステップアップ又はステップダウンDC電流調整を行うこと
を更に含む請求項11に記載の方法。 - 前記選択的に単相又は複数相のパルスステップアップ又はステップダウンDC電流調整の周期を前記電力網の周期に同期させるステップを更に備える請求項12に記載の方法。
- 前記電力網に接続された前記三相出力中の電流高調波部分を最小化するために、前記単相又は複数相のパルスステップアップ又はステップダウンDC電流調整を生じさせるステップを更に備える請求項13に記載の方法。
- 前記複数の不安定なDC源それぞれからのDC電流を調整するステップが、
ステップダウンDC電流調整を行うことを更に含み、更に、
出力を前記複数の不安定なDC源それぞれから前記複数の調整電流形インバータのそれぞれの入力にステップアップDC電流調整により接続する前に、前記複数の不安定なDC源それぞれの出力を最大電力ポイントに維持するために、前記複数の不安定なDC源それぞれからの出力を調整するステップを含む請求項11に記載の方法。 - 複数の不安定なDC源から電力網へAC電力のユニットを投入する方法であって、
出力を前記複数の不安定なDC源それぞれから複数の調整電流形インバータのそれぞれの入力へ接続し、
前記複数の調整電流形インバータのそれぞれからの多相出力を生成するために、前記複数の調整電流形インバータのそれぞれの中の複数のスイッチングデバイスを順に転流することであって、前記複数の調整電流形インバータのそれぞれからの1の多相出力が、すべての他の前記複数の調整電流形インバータの各多相出力とは位相が異なり、
前記多相出力を前記複数の調整電流形インバータのそれぞれから前記電力網に接続された三相出力を有する位相シフト変換ネットワークへ接続し、
前記複数の不安定なDC源それぞれから前記複数の調整電流形インバータのそれぞれ中のインバータセクションへのDC電流を前記位相シフト変換ネットワークの前記三相出力で実質的に一定の階段波形電流を生成するために調整すること
を含むことを特徴とする方法。 - 前記DC電流を調整するステップが、前記複数の不安定なDC源それぞれからの前記瞬間出力と独立して前記複数の不安定なDC源それぞれの最大電力ポイントで前記複数の調整電流型インバータそれぞれからの一定の多相電流出力を維持するために、選択的に単相又は複数相のパルスステップアップ又はステップダウンDC電流調整を行うこと
を更に含む請求項16に記載の方法。 - 前記複数の不安定なDC源それぞれからのDC電流を調整するステップが、
ステップダウンDC電流調整を行うことを更に含み、更に、
出力を前記複数の不安定なDC源それぞれから前記複数の調整電流形インバータのそれぞれの入力にステップアップDC電流調整により接続する前に、前記複数の不安定なDC源それぞれの出力を最大電力ポイントに維持するために、前記複数の不安定なDC源それぞれからの出力を調整するステップを含む請求項17に記載の方法。
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