JP5680764B2 - 電力変換器 - Google Patents

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Description

本発明は、風力変換器の分野に関し、さらに詳細には、多相中電圧風力変換器に関する。
風力変換器は、通常、電圧または電流のＤＣリンクを用いたＡＣ−ＤＣ−ＡＣ変換技術を利用する。
図１は、電圧ＤＣリンクによる従来の風力変換器の理論上のトポロジーを図示する。図１にしたがうと、風力変換器１は、風力発電機１０と、風力変換器１１と、電力グリッド１２とを備える。風力変換器１１は、風力発電機１０によって発生された電力を変換して、変換した電力を電力グリッド１２に給電する。風力変換器１１は、３相２段整流器１１０と、ＤＣリンクコンデンサ１１１と、３相インバータ１１２とをさらに備える。３相２段整流器１１０は、６個のダイオードＤ１ないしＤ６を備え、ダイオードのそれぞれは、電力スイッチに逆平行に接続されている。３相インバータ１１２は、６個の電力スイッチＳ１ないしＳ６を備える。理論的には、３相２段整流器のダイオードのそれぞれの、または、３相インバータ１１２中の電力スイッチのそれぞれの、降伏電圧の値は、ＤＣリンクコンデンサ１１にかかる電圧の値を少なくとも上回るだろう。所望の電力グリッドに対する出力電圧の値が高くなればなるほど、降伏電圧の値もより高く要求される。降伏電圧が上がるのと同様に、半導体コストも大きく増加するため、これは、より高いコストを招く。
工学的な観点から、当業者は、給電電力品質とともに、降伏電圧の値と電力グリッドに対する出力電圧の値との間での妥協を考えるだろう。図２は、電圧ＤＣリンク、３段中性点クランプトポロジー（３段ＮＰＣ）による従来の風力変換器を図示する。図２にしたがうと、風力変換器２は、風力発電機２０と、風力変換器２１と、電力グリッド２２とを備える。風力変換器２１は、風力発電機２０によって発生された電力を変換して、変換した電力を電力グリッド２２に給電する。風力変換器２１は、３相３段整流器２１０と、直列に接続されている２個のＤＣリンクコンデンサ２１１と、３相３段インバータ２１２とをさらに備える。３相３段変換器２１０は、１２個のダイオードＤ１ないしＤ１２を備え、ダイオードのそれぞれは、電力スイッチに逆平行に接続されている。追加のダイオードＤａないしＤｆが、図２で示されているように結合されている。３相インバータ２１２は、１２個の電力スイッチＳ１ないしＳ１２を備え、ＤｇないしＤｌが、図２で示されているように結合されている。このような構成を有することによって、ダイオードまたは電力スイッチに関する降伏電圧の値が、ＤＣリンクコンデンサのいずれかにかかる電圧を少なくとも上回ってもよい。降伏電圧の所要値は減少するが、電力半導体の数は増加するため、前者によってもたらされるコストの削減は、後者によってもたらされるコストの増加によって、ある程度緩和される。より高い電圧に関する場合、半導体のコストの問題が同様に出てくる。加えて、トポロジーも複雑になり、風力変換器中の電力デバイス間の結合を増加させる。
発明の簡単な概要
それゆえ、コストを減少させて、同時に、給電電力品質を増加させることが本発明の目的である。
本発明の実施形態にしたがうと、風力変換器は、複数の位相電力変換器を備え、複数の位相電力変換器のそれぞれは、風力発電機の対応する位相からグリッドの対応する位相に出力される電力を変換するように適合され、位相電力変換器のそれぞれは、風力発電機の対応する位相から、第１の端子および第２の端子を通して入力された電力を整流するように適合されている全波整流器と、全波整流器によって整流された電力により充電されるように適合されているコンデンサと、コンデンサに蓄えられている電力を反転させて、第３の端子および第４の端子を通して、グリッドの対応する位相に、反転させた電力を出力するように適合されている全波アクティブインバータとを備え、第１の端子または第２の端子は、第１の仮想中性に接続され、第３の端子または第４の端子は、第２の仮想中性に接続されている。このようなトポロジーを有することによって、各位相電力変換器は、他のものとは独立した電力変換モジュールとしての役割を果たし、したがって、位相電力変換器のうちのいずれか２つの間の電気的結合が除去される。位相電力変換器の詳細を以下に説明する。
図で図示されている好ましい例示的な実施形態を参照して、以下のテキストで、発明の主題事項をさらに詳細に説明する。
図１は、電圧ＤＣリンクによる従来の風力変換器の理論上のトポロジーを図示する。 図２は、電圧ＤＣリンク、３段中性点クランプトポロジー（３段ＮＰＣ）による従来の風力変換器を図示する。 図３は、本発明の実施形態にしたがった、風力変換器のトポロジーを示す。 図４は、本発明の実施形態にしたがった、カスケードでリンクされている２つの電力変換モジュールのトポロジーを示す。 図５は、本発明の別の実施形態にしたがった、カスケードでリンクされている３つの電力変換モジュールのトポロジーを示す。 図６は、本発明の実施形態にしたがった、電力変換モジュールのトポロジーを示す。 図７は、スイッチオンの状態とスイッチオフの状態との間のクランプ回路の動作を示す。 図８は、電力を吸収する無負荷ユニットの動作を示す。 図９は、本発明の実施形態にしたがった、風力変換器のトポロジーを示す。 図１０Ａは、本発明の実施形態にしたがって、アクティブ全波整流器が動作するブーストモードの位相Ｉを示す。 図１０Ｂは、本発明の実施形態にしたがって、アクティブ全波整流器が動作するブーストモードの位相ＩＩを示す。 図１１は、図４にしたがった電力変換モジュールベースのトポロジーの、デバイスベースの実現を示す。 図１２は、図５にしたがった電力変換モジュールベースのトポロジーの、デバイスベースの実現を示す。 図１３Ａは、本発明の実施形態にしたがって、アクティブ全波整流器が動作するブーストモードの位相Ｉを示す。 図１３Ｂは、本発明の実施形態にしたがって、アクティブ全波整流器が動作するブーストモードの位相ＩＩを示す。 図１３Ｃは、本発明の実施形態にしたがった、全波アクティブインバータの動作を示す。 図１４Ａは、本発明の実施形態にしたがって、アクティブ全波整流器が動作するブーストモードの位相Ｉを示す。 図１４Ｂは、本発明の実施形態にしたがって、アクティブ全波整流器が動作するブーストモードの位相ＩＩを示す。 図１４Ｃは、本発明の実施形態にしたがった、全波アクティブインバータの動作を示す。
図で使用される参照シンボルと、それらの意味は、参照シンボルのリスト中で、概要形式で、リストアップされている。原則として、図中の同一の部分には、同じ参照シンボルが提供されている。
発明の好ましい実施形態
図３は、本発明の実施形態にしたがった、風力変換器のトポロジーを示す。ここでは、実施形態の説明のために、３相風力発電機を例としてとる。当業者は、２相ないし３相より多いような、多相風力発電機にも本発明が適用可能であることを理解するだろう。図３で示されているように、風力変換器３０は、位相Ａ電力変換器３００と、位相Ｂ電力変換器３０１と、位相Ｃ電力変換器３０２とを備える。３つの位相電力変換器３００、３０１、３０２のそれぞれは、風力発電機３１の対応する位相から出力された電力を変換するように適合されている。位相電力変換器３００、３０１、３０２のそれぞれは、２つの入力端子Ａ１、Ｃｏｍ１と、２つの出力端子Ａ２、Ｃｏｍ２とを備える。位相Ａの電力変換器３００、位相Ｂの電力変換器３０１、および位相Ｃの電力変換器３０２の入力端子Ａ１は、それぞれ、風力発電機３１の位相Ａ、位相Ｂ、および位相Ｃに結合され、３つの電力変換器３００、３０１、３０２の端子Ｃｏｍ１は、第１の仮想中性Ｎ１に接続されている。位相Ａ電力変換器３００、位相Ｂ電力変換器３０１、および位相Ｃ電力変換器３０２の出力端子Ａ２は、それぞれ、電力グリッド３２の位相Ａ、位相Ｂ、および位相Ｃに接続されており、３つの電力変換器３００、３０１、３０２の端子Ｃｏｍ２は、第２の仮想中性Ｎ２に接続されている。このようなトポロジーを有することによって、各位相電力変換器は、他のものとは独立した電力変換モジュールとしての役割を果たし、したがって、位相電力変換器のうちのいずれか２つの間の電気的結合が除去される。位相電力変換器の詳細を以下に説明する。
好ましくは、図３で示されているように、風力発電機３１と３相電力変換器との間に３相フィルタ３３がリンクされ、３相電力変換器と電力グリッド３２との間に３相フィルタ３４がリンクされる。
先述の位相電力変換器は、電力変換モジュールとみなされてもよい。位相電力変換器で使用される電力デバイスの所要の降伏電圧を低下させる目的のために、位相Ａ、位相Ｂ、および位相Ｃのそれぞれに対して、１つより多い電力変換モジュールをカスケードでリンクする。図４は、本発明の実施形態にしたがった、カスケードでリンクされている２つの電力変換モジュールのトポロジーを示す。図４で示されているように、位相電力変換器４は、２つの電力変換モジュールを含み、上述したように、電力変換モジュール４０および電力変換モジュール４１は、それぞれ、端子ＡL、ＣｏｍL、ＡR、ＣｏｍRを備える。電力変換モジュール４０の端子ＣｏｍLと、電力変換モジュール４１の端子ＡLとが接続されており、電力変換モジュール４０の端子ＣｏｍRと電力変換モジュール４１の端子ＡRとが接続されている。リンクされているこのような２つのモジュール４０、４１は、位相電力変換器４のための入力端子（Ａ１ Ｃｏｍ１)）として、電力変換モジュール４０の端子ＡLと、電力変換モジュール４１の端子ＣｏｍLとを持ち、位相電力変換器４のための出力端子（Ａ２ Ｃｏｍ２）として、電力変換モジュール４０の端子ＡRと、電力変換モジュール４１の端子ＣｏｍRとを持つ、位相電力変換器を構成する。図５は、本発明の別の実施形態にしたがった、カスケードでリンクされている３つの電力変換モジュールのトポロジーを示す。図５で示されているように、位相電力変換器５は、３つの電力変換モジュールを備え、位相電力変換器５０、５１、５２は、上述したように、それぞれ、端子ＡL、ＣｏｍL、ＡR、ＣｏｍRを備える。位相電力変換器５０の端子ＣｏｍLと、位相電力変換器５１の端子ＡLとが接続されており、位相電力変換器５１の端子ＣｏｍLと、位相電力変換器５２の端子ＡLとが接続されており、電力変換モジュール５０の端子ＣｏｍRと、電力変換モジュール５１の端子ＡRとが接続されており、電力変換モジュール５１の端子ＣｏｍRと、電力変換モジュール５２の端子ＡRとが接続されている。リンクされているこのような３つのモジュール５０、５１、５２は、位相電力変換器５のための入力端子（Ａ１ Ｃｏｍ１)）として、電力変換モジュール５０の端子ＡLと、電力変換モジュール５２の端子ＣｏｍLとを持ち、位相電力変換器５のための出力端子（Ａ２ Ｃｏｍ２）として、電力変換モジュール５０の端子ＡRと、電力変換モジュール５２の端子ＣｏｍRとを持つ、位相電力変換器５を構成する。上述したのと同様の方法で、位相電力変換器は、カスケードでリンクされているさらに多くの電力変換モジュールに拡張されてもよい。位相電力変換器で使用されるＤＣリンクコンデンサにかかる所定の電圧に対して、位相電力変換器で使用される電力デバイスのための降伏電圧の所要値は、この拡張により減少する。
図６は、本発明の実施形態にしたがった、電力変換モジュールのトポロジーを示す。以前に説明したように、電力変換モジュール、または、カスケードでリンクされている複数の電力変換モジュールは、１つの位相、位相Ａ、位相Ｂ、または、位相Ｃのための位相電力変換器を構成する。図６で示されているように、電力変換モジュール６は、２つの入力端子ＡLおよびＣｏｍLを持つ全波整流器６０と、ＤＣリンクコンデンサ６１と、出力端子ＡRおよびＣｏｍRを持つ全波アクティブインバータ６２とを備える。風力発電機は、通常、可変の大きさと可変の周波数とを持つＡＣ電気を発生させる。この可変性を抑制するために、全波整流器６０は、位相Ａ、位相Ｂ、または位相Ｃのような、風力発電機の対応する位相からの、端子ＡLおよびＣｏｍLを通して入力された電力を整流し、ＤＣリンクコンデンサ６１は、全波整流器６０によって整流された電力によって充電され、全波アクティブインバータ６２は、ＤＣリンクコンデンサ６１に蓄えられている電力を反転させ、端子ＡRおよびＣｏｍRを通して、反転させた電力を、電力グリッドの対応する位相に出力する。
好ましくは、直列の、全波整流器６０と、ＤＣリンクコンデンサ６１との間に、クランプ回路６４と、無負荷ユニット６５とを接続し、ＤＣリンクコンデンサ６１と、全波アクティブインバータ６２との間に、別のクランプ回路６６を接続する。クランプ回路は、図６で接続されているように、インダクタと、抵抗器と、ダイオードと、コンデンサとを備える。無負荷ユニット６５は、図６におけるような、電力デバイス６５０と、抵抗器６５１とを備える。クランプ回路６４、６６は、アクティブ全波整流器または全波アクティブインバータ中の電力スイッチがオフにされているときに、クランプ回路６４中に配置されているコンデンサおよび抵抗器に、電力変換モジュール中のインダクタンス電流を放出するのに役立ち、結果として、電力変換モジュール中の電力デバイスの低下（shooting down）を防ぐ。無負荷ユニット６５は、電力グリッドが一時的に下がった（dip）ときに、または、ＤＣリンクコンデンサが過電圧になったときに、電力デバイス６５０を作動させることによって、風力発電機から入力される電力を吸収するのに役立つ。図７は、スイッチオンの状態と、スイッチオフの状態との間のクランプ回路の動作を示す。図８は、電力を吸収する無負荷ユニットの動作を示す。
電力グリッドに給電される電力の電圧の大きさは、通常、風力変換器に入力される電圧の大きさよりも大きく設定されている。それゆえ、図６で示したような全波整流器６０の実現のためには、パッシブ全波整流器よりアクティブ全波整流器が好ましい。図９は、本発明の実施形態にしたがった、風力変換器のトポロジーを示す。図９にしたがったトポロジーは、図３で示したような電力変換モジュールベースのトポロジーの、デバイスベースの実現であり、ここで、図３におけるような位相電力変換器は、図６において示したような電力変換モジュールによって具現化される。風力変換器９０は、位相Ａ電力変換器９００と、位相Ｂ電力変換器９０１と、位相Ｃ電力変換器９０２とを備える。３つの位相電力変換器９００、９０１、９０２のそれぞれは、風力発電機９１の対応する位相から出力された電力を変換するように適合されている。位相電力変換器９００、９０１、９０２のそれぞれは、２つの入力端子ＡL、ＣｏｍLと、２つの出力端子ＡR、ＣｏｍRとを備える。位相Ａ電力変換器９００、位相Ｂ電力変換器９０１、および位相Ｃ電力変換器９０２の入力端子ＡLは、それぞれ、風力発電機９１の位相Ａ、位相Ｂ、および位相Ｃに接続され、３つの電力変換器９００、９０１、９０２の端子ＣｏｍLは、第１の仮想中性Ｎ１に接続されている。位相Ａ電力変換器９００と、位相Ｂ電力変換器９０１と、位相Ｃ電力変換器９０２の出力端子ＡRは、それぞれ、電力グリッド９２の位相Ａ、位相Ｂ、および位相Ｃに接続され、３つの電力変換器９００、９０１、９０２の端子ＣｏｍRは、第２の仮想中性Ｎ２に接続されている。このようなトポロジーを有することによって、各位相電力変換器は、他のものとは独立した電力変換モジュールとしての役割を果たし、したがって、位相電力変換器のうちのいずれか２つの間の電気的結合が除去される。位相電力変換器９００、９０１、９０２は、２つの入力端子ＡLおよびＣｏｍLを持つアクティブ全波整流器９０００、９０１０、９０２０と、ＤＣリンクコンデンサ９００１、９０１１、９０２１と、出力端子ＡRおよびＣｏｍRを持つ全波アクティブインバータ９００２、９０１２、９０２２とを備える。全波整流器９０００、９０１０、９０２０は、位相Ａ、位相Ｂ、または位相Ｃのような、風力発電機の対応する位相からの、端子ＡLおよびＣｏｍLを通して入力された電力を整流する。ＤＣリンクコンデンサ９１０、９１１、９１２は、全波整流器９０００、９０１０、９０２０によって整流された電力により充電される。全波アクティブインバータ９００２、９０１２、９０２２は、ＤＣリンクコンデンサ９００１、９０１１、９０２１に蓄えられている電力を反転させ、端子ＡRおよびＣｏｍRを通して、反転させた電力を、電力グリッドの対応する位相に出力する。風力変換器９０は、位相Ａ電力変換器９００、位相Ｂ電力変換器９０１、および位相Ｃ電力変換器９０２と、風力発電機９１の位相Ａ９１０、位相Ｂ９１１、および位相Ｃ９１２との間にそれぞれ接続されている、位相Ａインダクタ９０３、位相Ｂインダクタ９０４、および位相Ｃインダクタ９０５をさらに備える。図９で示されているように、全波アクティブ整流器９０００、９０１０、９０２０は、４個のダイオードＤ１ないしＤ４と、４個の電力スイッチＳ１ないしＳ４とを備え、ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４と電力スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４とは、逆平行に接続されている。ＤＣリンクコンデンサ９００１、９０１１、９０２１にかかる電圧の値を上げるために、アクティブ全波整流器９０００、９０１０、９０２０は、図１０Ａおよび図１０Ｂで示されているような、ブーストモードで動作する。ブーストモードを駆動させる主要な原理は、電流の変化に抵抗するインダクタの傾向である。充電されているときに、インダクタは、（ある程度抵抗器のように）負荷として動作して、エネルギーを吸収し、放電されているときには、インダクタは、（ある程度バッテリーのように）エネルギー源として動作する。放電段階の間にインダクタが生成させる電圧は、電流の変化のレートに関連し、本来の充電電圧には関連しないので、異なる入力電圧および出力電圧が可能になる。
図１０Ａは、本発明の実施形態にしたがって、アクティブ全波整流器が動作するブーストモードの位相Ｉを示す。ここでは、実施形態の説明のために、単相Ａ全波整流器を例としてとる。当業者は、本発明が、３相全波整流器にも適用可能であることを理解するだろう。図１０Ａで示されているように、風力発電機９１０からの電力の正のサイクルの観点では、ブーストモードの位相Ｉにおいて、電力スイッチＳ２が閉じられる一方、他の電力スイッチＳ１、Ｓ３、Ｓ４は開かれ、ダイオードＤ４はオンであり、位相Ａインダクタ９０３の電流の増加を結果として生じさせ、それにより、風力発電機９１０の対応する位相から出力された電力によって位相インダクタが充電される。風力発電機９１０からの電力の（示されていない）負のサイクルの観点では、ブーストモードの位相Ｉにおいて、電力スイッチＳ１が閉じられる一方、他の電力スイッチＳ２、Ｓ３、Ｓ４は開かれ、ダイオードＤ３はオンであり、位相インダクタを充電するのと同じ結果になる。当業者は、電力スイッチのうちの１つが閉じられ、他の電力スイッチが開かれている場合に、ブーストモードの位相Ｉのための代替的な電流パスが達成されることを、例えば、（示されていない）風力発電機９１０からの電力の正のサイクルの観点では、電力スイッチＳ３が閉じられる一方で、他の電力スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ４が開かれ、ダイオードＤ１はオンであり、風力発電機９１０からの電力の負のサイクルの観点では、電力スイッチＳ１が閉じられる一方で、他の電力スイッチＳ２、Ｓ３、Ｓ４は開かれ、ダイオードＤ３はオンであり、または、風力発電機９１０からの電力の負のサイクルの観点では、電力スイッチＳ４が閉じられる一方で、他の電力スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３は開かれ、ダイオードＤ２はオンであることを理解するだろう。
図１０Ｂは、本発明の実施形態にしたがって、アクティブ全波整流器が動作するブーストモードの位相ＩＩを示す。図１０Ｂで示されているように、風力発電機９１０からの電力の正のサイクルの観点では、ブーストモードの位相ＩＩにおいて、電力スイッチのすべてが開かれ、位相インダクタの電流に提供される唯一のパスは、ダイオードＤ１、Ｄ４、ＤＣリンクコンデンサ９００１を通る。これは、位相Ｉの間に蓄積されたエネルギーの、ＤＣリンクコンデンサ９００１への伝送を結果として生じさせる。風力発電機９１０からの電力の負のサイクルの観点では、ブーストモードの位相ＩＩにおいて、電力スイッチＳ１が開かれ、位相インダクタ電流に提供される唯一のパスは、ダイオードＤ２、Ｄ３、ＤＣリンクコンデンサ９００１を通る。これは、位相Ｉの間に蓄積されたエネルギーの、ＤＣリンクコンデンサ９００１への伝送を結果として生じさせる。風力発電機９１０からの電力の（示されていない）負のサイクルの観点では、ブーストモードの位相ＩＩにおいて、電力スイッチＳ１、Ｓ４が開かれ、位相インダクタ電流に提供される唯一のパスは、ダイオードＤ３、Ｄ２、ＤＣリンクコンデンサ９００１を通る。
先の説明から、ＤＣリンクコンデンサに対する出力電圧が、常に、風力発電機からの入力電圧より高いことが理解できる。
好ましくは、直列の、全波整流器９０００とＤＣリンクコンデンサ９００１との間に、クランプ回路が接続される。
当業者は、アクティブ全波整流器が、電力スイッチのいずれも閉じられないダイオードモードで動作してもよいことを理解すべきである。ダイオードモードでは、アクティブ全波整流器は、機能性において、パッシブ全波整流器に等しい。対応するＤＣリンクコンデンサは、風力発電機の対応する位相から出力された電力によって充電されるか（位相インダクタなし）、または、風力発電機の対応する位相から出力された電力と、対応する位相インダクタに蓄えられた電力とによって充電される（位相インダクタあり）。
図１１および図１２は、図４および図５にしたがった電力変換モジュールベースのトポロジーの、デバイスベースの実現をそれぞれ示す。
図１１で示されているように、風力変換器１１０は、位相Ａ、位相Ｂ、および位相Ｃそれぞれのための３つの位相電力変換器１１００、１１０１、１１０２を備え、これらのそれぞれは、２つの電力変換モジュールをさらに含み、第１の電力変換モジュールおよび第２の電力変換モジュールは、上述したように、それぞれ、端子ＡL、ＣｏｍL、ＡR、ＣｏｍRを備える。第１の電力変換モジュールの端子ＣｏｍLと、第２の電力変換モジュールの端子ＡLとが接続され、第１の電力変換モジュールの端子ＣｏｍRと、第２の電力変換モジュールの端子ＡRとが接続されている。リンクされているこのような２つのモジュールは、位相電力変換器１１００、１１０１、１１０２のための入力端子として、第１の電力変換モジュールの端子ＡLと、第２の電力変換モジュールの端子ＣｏｍLとを持ち、位相電力変換器１１００、１１０１、１１０２のための出力端子として、第１の電力変換モジュールの端子ＡRと、第２の電力変換モジュールの端子ＣｏｍRとを持つ、位相電力変換器を構成する。図１１で示されているように、機能性の観点から、３つの位相電力変換器１１００、１１０１、１１０２のそれぞれは、全波アクティブ整流器と、ＤＣリンクコンデンサと、全波アクティブインバータとを備える。位相Ａ電力変換器の全波アクティブ整流器は、カスケード接続されている、２つのサブ全波アクティブ整流器１１０００、１１００１をさらに備え、位相Ｂ電力変換器の全波アクティブ整流器は、カスケード接続されている２つのサブ全波アクティブ整流器１１０１０、１１０１１をさらに備え、位相Ｃ電力変換器の全波アクティブ整流器は、カスケード接続されている２つのサブ全波アクティブ整流器１１０２０、１１０２１をさらに備える。位相Ａ電力変換器のためのＤＣリンクコンデンサは、２つのサブコンデンサ１１００２、１１００３を備え、対応するサブ全波アクティブ整流器１１０００、１１００１によって整流された電力により充電され、位相Ｂ電力変換器のためのＤＣリンクコンデンサは、２つのサブコンデンサ１１０１２、１１０１３を備え、対応するサブ全波アクティブ整流器１１０１０、１１０１１によって整流された電力により充電され、位相Ｃ電力変換器のためのＤＣリンクコンデンサは、２つのサブコンデンサ１１０２２、１１０２３を備え、対応するサブ全波アクティブ整流器１１０２０、１１０２１によって整流された電力により充電される。位相Ａのための全波アクティブインバータは、２つのサブ全波アクティブインバータ１１００４、１１００５をカスケードで備え、ここで、サブ全波アクティブインバータのそれぞれは、４個のダイオードと、４個の電力スイッチとを備え、位相Ｂのための全波アクティブインバータは、２つのサブ全波アクティブインバータ１１０１４、１１０１５をカスケードで備え、ここで、サブ全波アクティブインバータのそれぞれは、４個のダイオードと、４個の電力スイッチとを備え、位相Ｃのための全波アクティブインバータは、２つのサブ全波アクティブインバータ１１０２４、１１０２５をカスケードで備え、ここで、サブ全波アクティブインバータのそれぞれは、４個のダイオードと、４個の電力スイッチとを備える。風力発電機１１１と、位相Ａ、位相Ｂ、位相Ｃの電力変換器のそれぞれとの間に、位相Ａインダクタ１１００６、位相Ｂインダクタ１１０１６、位相Ｃインダクタ１１０２６とが接続されており、これらは、ＤＣリンクコンデンサに印加される電圧を上げるために、および、フィルタリングのために、役立つ。
明確さと簡潔さのために、位相Ａを例としてとる。その理由は、位相Ａ、位相Ｂ、および位相Ｃは、類似のトポロジーを共有しているためである。サブコンデンサ１１００２、１１００３にかかる電圧の値を上げるために、サブ全波アクティブ整流器１１０００、１１００１が、図１３Ａおよび図１３Ｂで示されているようなブーストモードで動作する。
図１３Ａは、本発明の実施形態にしたがって、アクティブ全波整流器が動作するブーストモードの位相Ｉを示す。図１３Ａで示されているように、風力発電機からの電力の正のサイクルの観点では、ブーストモードの位相Ｉにおいて、サブ全波アクティブ整流器１１０００中で、電力スイッチＳ２が閉じられる一方で、他の電力スイッチＳ１、Ｓ３、Ｓ４は開かれ、ダイオードＤ４はオンであり、サブ全波アクティブ整流器１１００１中で、電力スイッチＳ３が閉じられる一方で、他の電力スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ４は開かれ、ダイオードＤ１はオンであり、結果として、位相Ａインダクタ１１００６の電流の増加を生じさせる。それにより、位相インダクタは、風力発電機１１１の対応する位相から出力された電力によって充電される。風力発電機１１１からの電力の負のサイクルの観点では、ブーストモードの位相Ｉにおいて、サブ全波アクティブ整流器１１０００中で、電力スイッチＳ１が閉じられる一方で、他の電力スイッチＳ２、Ｓ３、Ｓ４は開かれ、ダイオードＤ３はオンであり、サブ全波アクティブ整流器１１００１中で、電力スイッチＳ２が閉じられる一方で、他の電力スイッチＳ１、Ｓ３、Ｓ４が開かれ、ダイオードＤ４はオンであり、位相Ａインダクタ１１００６を充電するのと同じ結果になる。当業者は、電力スイッチのうちの１つが閉じられ、他の電力スイッチが開かれている場合に、ブーストモードの位相Ｉのための代替的な電流パスが達成されることを、例えば、（示されていない）風力発電機からの電力の正のサイクルの観点では、ブーストモードの位相Ｉにおいて、サブ全波アクティブ整流器１１０００中で、電力スイッチＳ１が閉じられる一方で、他の電力スイッチＳ２、Ｓ３、Ｓ４が開かれ、ダイオードＤ３はオンであり、サブ全波アクティブ整流器１１００１中で、電力スイッチＳ４が閉じられる一方で、他の電力スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３が開かれ、ダイオードＤ２はオンであり、風力発電機からの電力の負のサイクルの観点では、ブーストモードの位相Ｉにおいて、サブ全波アクティブ整流器１１００１中で、電力スイッチＳ３が閉じられる一方で、他の電力スイッチＳ２、Ｓ３、Ｓ４は開かれ、ダイオードＤ１はオンであり、サブ全波アクティブ整流器１１００２中で、電力スイッチＳ４が閉じられる一方で、他の電力スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３は開かれ、ダイオードＤ２はオンであり、または、風力発電機からの電力の負のサイクルの観点では、ブーストモードの位相Ｉにおいて、サブ全波アクティブ整流器１１００１中で、電力スイッチＳ２が閉じられる一方で、他の電力スイッチＳ１、Ｓ３、Ｓ４は開かれ、ダイオードＤ４はオンであり、サブ全波アクティブ整流器１１０００中で、電力スイッチＳ３が閉じられる一方で、他の電力スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ４は開かれ、ダイオードＤ１はオンであることを理解するだろう。
図１３Ｂは、本発明の実施形態にしたがって、アクティブ全波整流器が動作するブーストモードの位相ＩＩを示す。図１３Ｂで示されているように、風力発電機１１１からの電力の正のサイクルの観点では、ブーストモードの位相ＩＩにおいて、サブ全波アクティブ整流器１１０００中で、電力スイッチのすべてが閉じられ、サブ全波アクティブ整流器１１００１中の電力スイッチのすべてが開かれ、位相Ａインダクタ１１００６電流に提供される唯一のパスは、サブ全波アクティブ整流器１１０００中のダイオードＤ１、Ｄ４と、サブコンデンサ１１００２と、サブ全波アクティブ整流器１１００１中のダイオードＤ２、Ｄ３と、サブコンデンサ１１００３とを通る。これは、位相Ｉの間に蓄積されたエネルギーの、サブコンデンサ１１００２、１１００３への伝送を結果として生じさせる。風力発電機１１１からの電力の負のサイクルの観点では、ブーストモードの位相ＩＩにおいて、サブ全波アクティブ整流器１１０００中で、電力スイッチＳ１が開かれ、サブ全波アクティブ整流器１１００１中で、電力スイッチＳ２が開かれ、位相Ａインダクタ１１００３電流に提供される唯一のパスは、サブ全波アクティブ整流器１１０００中のダイオードＤ２、Ｄ３と、サブコンデンサ１１００２と、サブ全波アクティブ整流器１１００１中のダイオードＤ１、Ｄ４と、サブコンデンサ１１００３とを通る。これは、位相Ｉの間に蓄積されたエネルギーの、位相Ａ ＤＣリンクコンデンサへの伝送を結果として生じさせる。当業者は、風力発電機１１１からの電力の（示されていない）負のサイクルの観点では、ブーストモードの位相ＩＩにおいて、サブ全波アクティブ整流器１１０００中で、電力スイッチのすべてが開かれ、サブ全波アクティブ整流器１１００１中の電力スイッチのすべてが開かれ、位相Ａインダクタ１１００６電流に提供される唯一のパスは、サブ全波アクティブ整流器１１０００中のダイオードＤ２、Ｄ３と、サブコンデンサ１１００２と、サブ全波アクティブ整流器１１００１中のダイオードＤ１、Ｄ４と、サブコンデンサ１１００３とを通ることを理解するだろう。
繰り返しになるが、位相Ａ全波アクティブインバータ１１００４、１１００５を例としてとる。図１３Ｃ左は、本発明の実施形態にしたがった、全波アクティブインバータの動作を示し、最大出力を生成させる方法である。そして、他の状態に対しては、これらは、上述したような１つの電力変換モジュールに類似している。図１３Ｃ右は、スイッチオンの状態とスイッチオフの状態との間のクランプ回路の動作を示す。
上述したのと同様の方法で、位相電力変換器は、カスケードでリンクされているさらに多くの電力変換モジュールに拡張されてもよい。位相電力変換器で使用されるＤＣリンクコンデンサにかかる所定の電圧に対して、位相電力変換器で使用される電力デバイスのための降伏電圧の所要値は、この拡張により減少する。
図１２で示されているように、風力変換器１２０は、位相Ａ、位相Ｂ、および位相Ｃそれぞれのための３つの位相電力変換器１２００、１２０１、１２０２を備え、それらのそれぞれは、３つの電力変換モジュールをさらに備え、第１、第２、および第３の電力変換モジュールは、上述したように、それぞれ、端子ＡL、ＣｏｍL、ＡR、ＣｏｍRを備える。第１の電力変換モジュールの端子ＣｏｍLと、第２の電力変換モジュールの端子ＡLとが接続され、第２の電力変換モジュールの端子ＣｏｍLと、第３の電力変換モジュールの端子ＡLとが接続され、第１の電力変換モジュールの端子ＣｏｍRと、第２の電力変換モジュールの端子ＡRとが接続され、第２の電力変換モジュールの端子ＣｏｍRと、第３の電力変換モジュールの端子ＡRとが接続されている。リンクされているこのような３つのモジュールは、位相電力変換器１２００、１２０１、１２０２のための入力端子として、第１の電力変換モジュールの端子ＡLと、第３の電力変換モジュールの端子ＣｏｍLとを持ち、位相電力変換器１２００、１２０１、１２０２のための出力端子として、第１の電力変換モジュールの端子ＡRと、第３の電力変換モジュールの端子ＣｏｍRとを持つ、位相電力変換器を構成する。図１２で示されているように、機能性の観点から、３つの位相電力変換器１２００、１２０１、１２０２のそれぞれが、全波アクティブ整流器と、ＤＣリンクコンデンサと、全波アクティブインバータとを備える。位相Ａ電力変換器の全波アクティブ整流器は、カスケードで接続されている、３個のサブ全波アクティブ整流器１２０００、１２００１、１２００２をさらに備え、位相Ｂ電力変換器の全波アクティブ整流器は、カスケードで接続されている、３個のサブ全波アクティブ整流器１２０１０、１２０１１、１２０１２をさらに備え、位相Ｃ電力変換器の全波アクティブ整流器は、カスケードで接続されている、３個のサブ全波アクティブ整流器１２０２０、１２０２１、１２０２２をさらに備える。位相Ａ電力変換器のためのＤＣリンクコンデンサは、３個のサブコンデンサ１２００３、１２００４、１２００５を備え、対応するサブ全波アクティブ整流器１２０００、１２００１、１２００２によって整流された電力により充電され、位相Ｂ電力変換器のためのＤＣリンクコンデンサは、３個のサブコンデンサ１２０１３、１２０１４、１２０１５を備え、対応するサブ全波アクティブ整流器１２０１０、１２０１１、１２０１２によって整流された電力により充電され、位相Ｃ電力変換器のためのＤＣリンクコンデンサは、３個のサブコンデンサ１２０２３、１２０２４、１２０２５を備え、対応するサブ全波アクティブ整流器１２０２０、１２０２１、１２０２２によって整流された電力により充電される。位相Ａのための全波アクティブインバータは、３個のサブ全波アクティブインバータ１２００６、１２００７、１２００８をカスケードで備え、ここで、サブ全波アクティブインバータのそれぞれは、４個のダイオードと、４個の電力スイッチとを備え、位相Ｂのための全波アクティブインバータは、３個のサブ全波アクティブインバータ１２０１６、１２０１７、１２０１８をカスケードで備え、ここで、サブ全波アクティブインバータのそれぞれは、４個のダイオードと、４個の電力スイッチとを備え、位相Ｃのための全波アクティブインバータは３個のサブ全波アクティブインバータ１２０２６、１２０２７、１２０２８をカスケードで備え、ここで、サブ全波アクティブインバータのそれぞれは、４個のダイオードと、４個の電力スイッチとを備える。風力発電機１２１と、位相Ａ、位相Ｂ、位相Ｃの電力変換器のそれぞれとの間に、位相Ａインダクタ１２００９、位相Ｂインダクタ１２０１９、位相Ｃインダクタ１２０２９が接続され、これらは、ＤＣリンクコンデンサに印加される電圧を上げるために、および、フィルタリングのために、役立つ。
明確さと簡潔さのために、位相Ａを例としてとる。その理由は、位相Ａ、位相Ｂ、および位相Ｃは、類似のトポロジーを共有しているためである。サブコンデンサ１２００３、１２００４、１２００５にかかる電圧の値を上げるために、サブ全波アクティブ整流器１２０００、１２００１、１２００２は、図１４Ａおよび図１４Ｂで示されているようなブーストモードで動作する。
図１４Ａは、本発明の実施形態にしたがって、アクティブ全波整流器が動作するブーストモードの位相Ｉを示す。図１４Ａで示されているように、風力発電機からの電力の正のサイクルの観点では、ブーストモードの位相Ｉにおいて、サブ全波アクティブ整流器１２０００中で、電力スイッチＳ２が閉じられる一方で、他の電力スイッチＳ１、Ｓ３、Ｓ４は開かれ、ダイオードＤ４はオンであり、サブ全波アクティブ整流器１２００１中で、電力スイッチＳ１が閉じられる一方で、他の電力スイッチＳ２、Ｓ３、Ｓ４は開かれ、ダイオードＤ３はオンであり、サブ全波アクティブ整流器１２００２中で、電力スイッチＳ４が閉じられる一方で、他の電力スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３は開かれ、ダイオードＤ２はオンであり、結果として、位相Ａインダクタ１２００９の電流の増加を生じさせる。それにより、位相インダクタは、風力発電機１２１の対応する位相から出力された電力によって充電される。風力発電機１２１からの電力の負のサイクルの観点では、ブーストモードの位相Ｉにおいて、サブ全波アクティブ整流器１２０００中で、電力スイッチＳ１が閉じられる一方で、他の電力スイッチＳ２、Ｓ３、Ｓ４は開かれ、ダイオードＤ３はオンであり、サブ全波アクティブ整流器１２００１中で、電力スイッチＳ２が閉じられる一方で、他の電力スイッチＳ１、Ｓ３、Ｓ４が開かれ、ダイオードＤ４はオンであり、サブ全波アクティブ整流器１２００２中で、電力スイッチＳ３が閉じられる一方で、他の電力スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ４が開かれ、ダイオードＤ１はオンであり、位相Ａインダクタ１２００９を充電するのと同じ結果になる。当業者は、電力スイッチのうちの１つが閉じられ、他の電力スイッチが開かれている場合に、ブーストモードの位相Ｉに対する代替的な電流パスが達成されることを、例えば、（示されていない）風力発電機からの電力の正のサイクルの観点では、ブーストモードの位相Ｉにおいて、サブ全波アクティブ整流器１２０００中で、電力スイッチＳ３が閉じられる一方で、他の電力スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ４が開かれ、ダイオードＤ１はオンであり、サブ全波アクティブ整流器１２００１中で、電力スイッチＳ４は閉じられる一方で、他の電力スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３は開かれ、ダイオードＤ２はオンであり、サブ全波アクティブ整流器１２００２中で、電力スイッチＳ１は閉じられる一方で、他の電力スイッチＳ２、Ｓ３、Ｓ４は開かれ、ダイオードＤ３はオンであり、風力発電機からの電力の負のサイクルの観点では、ブーストモードの位相Ｉにおいて、サブ全波アクティブ整流器１２００２中で、電力スイッチＳ３は閉じられる一方で、他の電力スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ４は開かれ、ダイオードＤ１はオンであり、サブ全波アクティブ整流器１２００１中で、電力スイッチＳ２は閉じられる一方で、他の電力スイッチＳ１、Ｓ３、Ｓ４は開かれ、ダイオードＤ４はオンであり、サブ全波アクティブ整流器１２０００中で、電力スイッチＳ１は閉じられる一方で、他の電力スイッチＳ２、Ｓ３、Ｓ４は開かれ、ダイオードＤ３はオンであり、あるいは、風力発電機からの電力の負のサイクルの観点では、ブーストモードの位相Ｉにおいて、サブ全波アクティブ整流器１２００２中で、電力スイッチＳ２は閉じられる一方で、他の電力スイッチＳ１、Ｓ３、Ｓ４は開かれ、ダイオードＤ４はオンであり、サブ全波アクティブ整流器１２００１中で、電力スイッチＳ２は閉じられる一方で、他の電力スイッチＳ１、Ｓ３、Ｓ４は開かれ、ダイオードＤ４はオンであり、サブ全波アクティブ整流器１２０００中で、電力スイッチＳ１は閉じられる一方で、他の電力スイッチＳ２、Ｓ３、Ｓ４は開かれ、ダイオードＤ３はオンであることを理解するだろう。
図１４Ｂは、本発明の実施形態にしたがって、アクティブ全波整流器が動作するブーストモードの位相ＩＩを示す。図１４Ｂで示されているように、風力発電機１２１からの電力の正のサイクルの観点では、ブーストモードの位相ＩＩにおいて、サブ全波アクティブ整流器１２０００中で、電力スイッチＳ２が開かれ、サブ全波アクティブ整流器１２００１中で、電力スイッチＳ１が開かれ、サブ全波アクティブ整流器１２００２中で、電力スイッチＳ４が開かれ、位相Ａインダクタ１２００９電流に提供される唯一のパスは、サブ全波アクティブ整流器１２０００中のダイオードＤ１、Ｄ４、サブコンデンサ１２００３、サブ全波アクティブ整流器１２００１中のダイオードＤ２、Ｄ３、サブコンデンサ１２００４、サブ全波アクティブ整流器１２００２中のダイオードＤ２、Ｄ３、サブコンデンサ１２００５を通る。これは、位相Ｉの間に蓄積されたエネルギーの、サブコンデンサ１２００３、１２００４、１２００５への伝送を結果として生じさせる。風力発電機１２１からの電力の負のサイクルの観点では、ブーストモードの位相ＩＩにおいて、サブ全波アクティブ整流器１２０００中で、電力スイッチＳ１が開かれ、サブ全波アクティブ整流器１２００１中で、電力スイッチＳ２が開かれ、サブ全波アクティブ整流器１２００２中で、電力スイッチＳ３が開かれ、位相Ａインダクタ１２００９電流に提供される唯一のパスは、サブ全波アクティブ整流器１２０００中のダイオードＤ２、Ｄ３と、サブコンデンサ１２００３と、サブ全波アクティブ整流器１２００１中のダイオードＤ１、Ｄ４と、サブコンデンサ１２００４と、サブ全波アクティブ整流器１２００２中のダイオードＤ１、Ｄ４と、サブコンデンサ１２００５とを通る。これは、位相Ｉの間に蓄積されたエネルギーの、位相Ａ ＤＣリンクコンデンサへの伝送を結果として生じさせる。当業者は、風力発電機１２１からの電力の負のサイクルの観点では、ブーストモードの位相ＩＩにおいて、サブ全波アクティブ整流器１２０００中で、電力スイッチのすべてが開かれ、サブ全波アクティブ整流器１２００１中で、電力スイッチのすべてが開かれ、サブ全波アクティブ整流器１２００２中で、電力スイッチのすべてが開かれ、位相Ａインダクタ１２００９電流に提供される唯一のパスは、サブ全波アクティブ整流器１２００２中のダイオードＤ１、Ｄ４と、サブコンデンサ１２００５と、サブ全波アクティブ整流器１２００１中のダイオードＤ１、Ｄ４と、サブコンデンサ１２００４と、サブ全波アクティブ整流器１２０００中のダイオードＤ１、Ｄ４と、サブコンデンサ１２００３とを通ることを理解するだろう。
繰り返しになるが、位相Ａ全波アクティブインバータ１２００６、１２００７、１２００８を例としてとる。図１４Ｃ左は、本発明の実施形態にしたがった、全波アクティブインバータの動作を示し、最大出力を生成させる方法である。他の状態に対しては、これらは、上述したような１つの電力変換モジュールに類似している。図１４Ｃ右は、スイッチオンの状態とスイッチオフの状態との間のクランプ回路の動作を示す。
上述したのと同様の方法で、位相電力変換器は、カスケードでリンクされているさらに多くの電力変換モジュールに拡張されてもよい。位相電力変換器で使用されるＤＣリンクコンデンサにかかる所定の電圧に対して、位相電力変換器で使用される電力デバイスのための降伏電圧の所要値は、この拡張により減少する。
いくつかの好ましい実施形態に基づいて、本発明を説明してきたが、当業者は、これらの実施形態が、本発明の範囲を限定するものでは決してないことを正しく認識するはずである。本発明の精神および概念から逸脱しなければ、実施形態に対する何らかのバリエーションおよび修正は、当業者の理解の中にあるはずであり、それゆえ、添付の特許請求の範囲によって規定されている、本発明の範囲内にある。
なお、以下に、出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［Ｃ１］
風力変換器において、
複数の位相電力変換器を具備し、
前記複数の位相電力変換器のそれぞれは、風力発電機の対応する位相からグリッドの対応する位相に出力される電力を変換するように適合されており、
前記位相電力変換器のそれぞれは、
前記風力発電機の前記対応する位相から、第１の端子および第２の端子を通して入力された電力を整流するように適合されている全波整流器と、
前記全波整流器によって整流された電力により充電されるように適合されているコンデンサと、
前記コンデンサに蓄えられている電力を反転させて、第３の端子および第４の端子を通して、前記グリッドの前記対応する位相に、前記反転させた電力を出力するように適合されている全波アクティブインバータとを備え、
前記第１の端子または前記第２の端子は、第１の仮想中性に接続され、
前記第３の端子または前記第４の端子は、第２の仮想中性に接続されていることを特徴とする風力変換器。
［Ｃ２］
複数の第１のインダクタをさらに具備し、
前記複数の第１のインダクタは、前記位相電力変換器のそれぞれと、前記風力発電機の前記対応する位相との間にそれぞれ接続されるように構成されており、
前記全波整流器は、全波アクティブ整流器であり、電力スイッチをさらに備え、前記電力スイッチのそれぞれは、前記全波整流器のダイオードのそれぞれに逆平行に接続されているＣ１記載の風力変換器。
［Ｃ３］
前記全波アクティブ整流器は、前記対応するコンデンサが、前記風力発電機の前記対応する位相から出力された電力によって充電されるように、前記電力スイッチのそれぞれがオフである整流モードで動作するＣ２記載の風力変換器。
［Ｃ４］
前記全波アクティブ整流器は、４個のダイオードと、４個の電力スイッチとを備えるＣ２記載の風力変換器。
［Ｃ５］
前記全波アクティブ整流器は、前記第１のインダクタが、前記風力発電機の前記対応する位相から出力された電力によって充電されるように、前記電力スイッチのうちの１つがオンであり、他の電力スイッチがオフであるブーストモードの位相Ｉで動作し、
前記全波アクティブ整流器は、前記コンデンサが、前記風力発電機の前記対応する位相から出力された電力と、前記対応する第１のインダクタに蓄えられている電力とによって充電されるように、前記電力スイッチのそれぞれがオフであるブーストモードの位相ＩＩで動作するＣ２記載の風力変換器。
［Ｃ６］
前記全波整流器は、複数のサブ全波整流器をカスケードで備え、前記サブ全波整流器のそれぞれは４個で構成されるＣ１記載の風力変換器。
［Ｃ７］
前記全波アクティブ整流器は、複数のサブ全波アクティブ整流器をカスケードで備え、前記サブ全波アクティブ整流器のそれぞれは、４個のダイオードと、そこに逆平行に接続されている４個の電力スイッチとを備え、
前記サブ全波アクティブ整流器は、前記対応する第１のインダクタを充電するために、前記サブ全波アクティブ整流器のそれぞれにおいて、前記電力スイッチのうちの１つがオンであり、他の電力スイッチがオフであるブーストモードの位相Ｉで動作し、
前記サブ全波アクティブ整流器は、前記コンデンサが、前記風力発電機の前記対応する位相から出力された電力と、前記対応する第１のインダクタに蓄えられている電力とによって充電されるように、前記電力スイッチのそれぞれがオフであるブーストモードの位相ＩＩで動作するＣ２記載の風力変換器。
［Ｃ８］
前記全波アクティブインバータは、複数のサブ全波アクティブインバータをカスケードで備え、前記サブ全波アクティブインバータのそれぞれは、４個のダイオードと、４個の電力スイッチとを備えるＣ２記載の風力変換器。
［Ｃ９］
前記コンデンサは、前記対応するサブ全波アクティブ整流器によって整流された電力により充電されるように適合されている、複数のサブコンデンサを備え、
前記全波アクティブインバータは、前記複数のサブコンデンサに対応する複数のサブ全波アクティブインバータを備え、前記サブ全波アクティブインバータは、前記対応するサブコンデンサに蓄えられている電力を反転させるように適合されているＣ２記載の風力変換器。
［Ｃ１０］
前記サブ全波アクティブインバータと、前記対応するサブコンデンサとは、２つの端子により互いに接続されているＣ９記載の風力変換器。
［Ｃ１１］
前記位相電力変換器のそれぞれと、前記風力発電機の前記対応する位相との間にそれぞれ接続されるように構成されている１組の入力フィルタと、
前記位相電力変換器のそれぞれと、前記グリッドの対応する位相との間にそれぞれ接続されるように構成されている１組の出力フィルタとをさらに具備するＣ１記載の風力変換器。

Claims (11)

  1. 風力発電機によって供給された電力を変換するための電力変換器において、
    複数の位相電力変換器を具備し、
    前記複数の位相電力変換器のそれぞれは、前記風力発電機の対応する出力位相からＡＣ電源電力グリッドの対応する入力位相に出力される電力を変換するように適合されており、
    前記位相電力変換器のそれぞれは、
    前記風力発電機の前記対応する出力位相から、第１の端子および第２の端子を通して入力された電力を整流するように適合されている全波整流器と、
    前記全波整流器によって整流された電力により充電されるように適合されているコンデンサと、
    前記コンデンサに蓄えられている電力を反転させて、第３の端子および第４の端子を通して、前記ＡＣ電源電力グリッドの前記対応する入力位相に、前記反転させた電力を出力するように適合されている全波アクティブインバータとを備え、
    前記第１の端子または前記第２の端子は、第１の中性点に接続され、
    前記第３の端子または前記第４の端子は、第２の中性点に接続されていることを特徴とする電力変換器。
  2. 複数の第１のインダクタをさらに具備し、
    前記複数の第１のインダクタは、前記位相電力変換器のそれぞれと、前記風力発電機の前記対応する出力位相との間にそれぞれ接続されるように構成されており、
    前記全波整流器は、全波アクティブ整流器であり、電力スイッチをさらに備え、前記電力スイッチのそれぞれは、前記全波整流器のダイオードのそれぞれに逆平行に接続されている請求項１記載の電力変換器。
  3. 前記全波アクティブ整流器は、前記対応するコンデンサが、前記風力発電機の前記対応する出力位相から出力された電力によって充電されるように、前記電力スイッチのそれぞれがオフである整流モードで動作する請求項２記載の電力変換器。
  4. 前記全波アクティブ整流器は、４個のダイオードと、４個の電力スイッチとを備える請求項２記載の電力変換器。
  5. 前記全波アクティブ整流器は、前記第１のインダクタが、前記風力発電機の前記対応する出力位相から出力された電力によって充電されるように、前記電力スイッチのうちの１つがオンであり、他の電力スイッチがオフであるブーストモードの位相Ｉで動作し、
    前記全波アクティブ整流器は、前記コンデンサが、前記風力発電機の前記対応する出力位相から出力された電力と、前記対応する第１のインダクタに蓄えられている電力とによって充電されるように、前記電力スイッチのそれぞれがオフであるブーストモードの位相ＩＩで動作する請求項２記載の電力変換器。
  6. 前記全波整流器は、複数のサブ全波整流器をカスケードで備え、前記サブ全波整流器のそれぞれは４個で構成される請求項１記載の電力変換器。
  7. 前記全波アクティブ整流器は、複数のサブ全波アクティブ整流器をカスケードで備え、前記サブ全波アクティブ整流器のそれぞれは、４個のダイオードと、そこに逆平行に接続されている４個の電力スイッチとを備え、
    前記サブ全波アクティブ整流器は、前記対応する第１のインダクタを充電するために、前記サブ全波アクティブ整流器のそれぞれにおいて、前記電力スイッチのうちの１つがオンであり、他の電力スイッチがオフであるブーストモードの位相Ｉで動作し、
    前記サブ全波アクティブ整流器は、前記コンデンサが、前記風力発電機の前記対応する出力位相から出力された電力と、前記対応する第１のインダクタに蓄えられている電力とによって充電されるように、前記電力スイッチのそれぞれがオフであるブーストモードの位相ＩＩで動作する請求項２記載の電力変換器。
  8. 前記全波アクティブインバータは、複数のサブ全波アクティブインバータをカスケードで備え、前記サブ全波アクティブインバータのそれぞれは、４個のダイオードと、４個の電力スイッチとを備える請求項２記載の電力変換器。
  9. 前記コンデンサは、前記対応するサブ全波アクティブ整流器によって整流された電力により充電されるように適合されている、複数のサブコンデンサを備え、
    前記全波アクティブインバータは、前記複数のサブコンデンサに対応する複数のサブ全波アクティブインバータを備え、前記サブ全波アクティブインバータは、前記対応するサブコンデンサに蓄えられている電力を反転させるように適合されている請求項２記載の電力変換器。
  10. 前記サブ全波アクティブインバータと、前記対応するサブコンデンサとは、２つの端子により互いに接続されている請求項９記載の電力変換器。
  11. 前記位相電力変換器のそれぞれと、前記風力発電機の前記対応する出力位相との間にそれぞれ接続されるように構成されている１組の入力フィルタと、
    前記位相電力変換器のそれぞれと、前記ＡＣ電源電力グリッドの対応する入力位相との間にそれぞれ接続されるように構成されている１組の出力フィルタとをさらに具備する請求項１記載の電力変換器。
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