JP5904883B2 - Transformer multiple power converter - Google Patents
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Description
この発明は、変圧器で多重化された電力変換装置に関し、特に電力系統に連系される変圧器多重電力変換装置に関するものである。 The present invention relates to a power conversion device multiplexed with a transformer, and more particularly to a transformer multiple power conversion device linked to a power system.
大容量電力変換装置は、変換器出力が高電圧または大電流となるため、複数の変換器を直列または並列に多重化することで構成されていることが多い。変換器を多重化することは、変換器容量を大きくするのみでなく、出力を合成することにより、出力電圧波形に含まれる高調波を低減し、その結果系統に流出する高調波電流を低減することができることが知られている。
変換器を多重化する方法は様々存在し、リアクトル多重や変圧器多重などがあり、変圧器で多重化すると、交流側は変圧器で絶縁されるため各変換器の直流側を共通化できるという利点がある。しかし、大容量装置で変換器の多重数が増加する場合は、直流回路の配線インダクタンスと各変換器が持つ平滑コンデンサとの間で共振が発生することがあり、対策が必要となる。
Large-capacity power converters are often configured by multiplexing a plurality of converters in series or in parallel because the converter output becomes a high voltage or a large current. Multiplexing converters not only increases the converter capacity, but also reduces the harmonics contained in the output voltage waveform by combining the output, resulting in a reduction in the harmonic current flowing into the system. It is known that it can be.
There are various ways to multiplex converters, including reactor multiplex and transformer multiplex. When multiplexed with a transformer, the AC side is insulated by the transformer, so the DC side of each converter can be shared. There are advantages. However, when the multiplex number of converters increases in a large-capacity device, resonance may occur between the wiring inductance of the DC circuit and the smoothing capacitor of each converter, and countermeasures are required.
直流回路は共通で、交流側が変圧器で直列多重接続されている多重インバータ装置では、直流回路の配線インダクタンスおよびヒューズ溶断用リアクトルと各変換器が持つ平滑コンデンサとの間で共振が発生するため、この直流回路の共振を抑制するための手段について開示されている(例えば、特許文献1)。特許文献1では、インバータ入力電流に含まれる高調波成分のある成分が相殺し合って小さくなるようにインバータキャリア位相をずらし、直流回路の共振周波数を高調波成分の周波数にほぼ一致させることで共振を抑制している。また、従来技術として、配線に抵抗を挿入するなどの共振抑制対策が知られている。
In a multiple inverter device in which the DC circuit is common and the AC side is connected in series with a transformer, resonance occurs between the wiring inductance of the DC circuit and the fuse melting reactor and the smoothing capacitor of each converter. Means for suppressing the resonance of the DC circuit is disclosed (for example, Patent Document 1). In
直流回路を共通とする変圧器多重電力変換装置における直流回路の共振の問題を解決するために、特許文献1開示発明の方法では、変換器数の増加により複数の共振周波数が存在すると、その周波数を避けられない場合がある。またダンピング抵抗を挿入すると、ダンピング抵抗により損失が増加するという問題がある。
さらに、直流回路を共通とする変圧器多重電力変換装置の問題点として、無効電力補償装置のように直流回路に負荷および電源を持たない場合は有効電力が殆ど流れないため、平均的な直流電流はほぼ零となるが、各段の高調波成分の大きさ、位相のずれによる横流が生じる。変換器多重数が増加すると直流回路の共振特性によりその変換器間の横流電流が増加し、直流回路のケーブルやブスバーなどの配線の電流責務が増大するという問題点がある。また直流回路の平滑コンデンサ容量にばらつきがあり配線インピーダンスがある場合、過渡変動時にコンデンサ電圧にばらつきが発生し、コンデンサ電圧が高い変換器から低い変換器へと直流の横流が生じる。
In order to solve the problem of resonance of a DC circuit in a transformer multiple power conversion device having a common DC circuit, in the method of the invention disclosed in
Furthermore, as a problem of the transformer multiple power conversion device that shares the DC circuit, since the active power hardly flows when the DC circuit does not have a load and a power source like the reactive power compensator, the average DC current Becomes almost zero, but a cross current occurs due to the magnitude and phase shift of the harmonic components of each stage. When the number of multiplexed converters increases, the cross current between the converters increases due to the resonance characteristics of the DC circuit, and there is a problem that the current duty of wiring such as cables and bus bars of the DC circuit increases. Also, if the smoothing capacitor capacity of the DC circuit varies and there is wiring impedance, the capacitor voltage varies during transient fluctuations, and a direct current of DC flows from a converter having a high capacitor voltage to a converter having a low capacitor voltage.
またBTB(Back to Back)(非同期連系装置)または電力融通装置のように、直流回路に有効電力が通過して直流回路に大きな直流電流が流れる場合は、変換器多重数が増加すると、直流回路を通過する電流が増加し、電流責務が増大する。このため、直流回路のケーブルやブスバーが占める体積が増加し、構造設計が困難になるという問題が生じる。 When active power passes through the DC circuit and a large DC current flows through the DC circuit, such as BTB (Back to Back) (asynchronous interconnection device) or power interchange device, when the number of multiplexed converters increases, The current through the circuit increases and the current duty increases. For this reason, the volume which the cable and bus bar of a DC circuit occupy increases, and the problem that structural design becomes difficult arises.
この発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、直流回路の共振による系統に流出する高調波を抑制するとともに、直流回路電流責務を減少させて、直流回路の小型化、簡素化を図ることができる変圧器多重電力変換装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and suppresses harmonics flowing into the system due to resonance of the DC circuit and reduces the duty of the DC circuit current, thereby reducing the size of the DC circuit. An object of the present invention is to provide a transformer multiple power conversion device that can be simplified.
この発明に係る変圧器多重電力変換装置は、多相交流電力と直流電力を相互に変換する複数台の相互に独立した変換器ユニットと、複数台の変圧器と、変換器制御部から構成され、各変換器ユニットの交流電圧端子は各変圧器を介して直列接続されて電力系統に連系され、各変換器ユニットの直流電圧端子は相互に独立し、変換器制御部は各変換器ユニットの直流電圧が所定の値になるように各変換器ユニットを制御するものである。 A transformer multiple power conversion device according to the present invention is composed of a plurality of mutually independent converter units that mutually convert multiphase AC power and DC power, a plurality of transformers, and a converter control unit. , the AC voltage terminals of the converter unit is interconnection to the power system is connected in series via a respective transformer, a DC voltage terminals of the converter unit is independent of each other, the converter control unit in each converter unit Each converter unit is controlled so that the direct current voltage becomes a predetermined value.
この発明に係る変圧器多重電力変換装置は、多相交流電力と直流電力を相互に変換する複数台の相互に独立した変換器ユニットと、複数台の変圧器と、変換器制御部から構成され、各変換器ユニットの交流電圧端子は各変圧器を介して直列接続されて電力系統に連系され、各変換器ユニットの直流電圧端子は相互に独立し、変換器制御部は各変換器ユニットの直流電圧が所定の値になるように各変換器ユニットを制御するものであるため、直流回路の共振による系統に流出する高調波を抑制するとともに、直流回路電流責務を減少させて、直流回路の小型化、簡素化を図り、装置容量を増加させることができる変圧器多重電力変換装置を提供することができる。 A transformer multiple power conversion device according to the present invention is composed of a plurality of mutually independent converter units that mutually convert multiphase AC power and DC power, a plurality of transformers, and a converter control unit. , the AC voltage terminals of the converter unit is interconnection to the power system is connected in series via a respective transformer, a DC voltage terminals of the converter unit is independent of each other, the converter control unit in each converter unit Since each converter unit is controlled so that the DC voltage of the DC circuit becomes a predetermined value, the harmonics flowing into the system due to resonance of the DC circuit are suppressed, and the duty of the DC circuit current is reduced. Therefore, it is possible to provide a transformer multiple power conversion device that can reduce the size and simplify the device and increase the device capacity.
実施の形態1.
実施の形態1は、多重化する変換器ユニット毎に直流回路を設けて分離するとともに、各変換器ユニットの直流電圧を制御する手段を設ける構成とした変圧器多重電力変換装置に関するものである。
以下、本願発明の実施の形態1の構成、動作について、変圧器多重電力変換装置のシステム構成図である図1、電力変換器の構成図である図2、変換器ユニットの回路図例である図3、4に基づいて説明する。
The first embodiment relates to a transformer multiple power conversion apparatus configured to provide a DC circuit for each converter unit to be multiplexed and to separate them, and to provide means for controlling the DC voltage of each converter unit.
FIG. 1 is a system configuration diagram of a transformer multiple power conversion device, FIG. 2 is a configuration diagram of a power converter, and a circuit diagram example of a converter unit for the configuration and operation of the first embodiment of the present invention. This will be described with reference to FIGS.
図1は、本発明の実施の形態1の変圧器多重電力変換装置1に関するシステム構成を示す。
図1の変圧器多重電力変換装置1は、電力系統2に接続されており、電力変換器10、変換器制御部11、交流電圧検出器12、電流検出器13、および直流電圧検出器14で構成される。
以下、順次電力変換器10、さらに電力変換器10の構成機器である変換器ユニット25〜28および変換器制御部11の構成、機能について説明する。
FIG. 1 shows a system configuration related to a transformer multiple
1 is connected to a power system 2, and includes a
Hereinafter, the configurations and functions of the
まず、電力変換器10の構成、機能について、図2に基づき説明する。
図2は、電力変換器を単独で変圧器多重電力変換装置を構成した場合の構成図である。説明の都合上、図1の変圧器多重電力変換装置1と区別するため、変圧器多重電力変換装置101としている。
First, the configuration and function of the
FIG. 2 is a configuration diagram in the case where a transformer multiple power conversion device is configured with a single power converter. For convenience of explanation, a transformer multiple power conversion device 101 is used to distinguish from the transformer multiple
図2の構成図に示すように、変圧器多重電力変換装置101は、複数の相を有する電力系統2に接続され、変圧器21〜24、変換器ユニット25〜28、平滑コンデンサ29〜32で構成される電力変換器10を含む。
各変換器ユニット25〜28は、GCT(Gate Commutated Turn−Off thyristor)やIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などの自己消弧形素子を使用した電力変換機器で構成されている。直流電圧を保持する平滑コンデンサ29〜32は、変換器ユニット25〜28の直流電圧端子に接続されている。平滑コンデンサ29〜32が保持する直流電圧を、所望の交流電圧に変換する各変換器ユニット25〜28の交流電圧端子は、各変圧器21〜24の二次巻線に接続されている。各変圧器21〜24の一次巻線は、電力系統2に接続される。
各変圧器21〜24の電力系統2側の一次巻線は、各相直列接続されて星型結線され、各変換器ユニット25〜28の交流電圧が、各相直列合成された電圧が電力系統2に出力される。
各変換器ユニット25〜28の直流電圧端子に接続された各平滑コンデンサ29〜32は、それぞれ独立しており、相互に接続されていない。
As shown in the configuration diagram of FIG. 2, the transformer multiple power conversion device 101 is connected to a power system 2 having a plurality of phases, and includes
Each of the
The primary windings of the
The
変圧器21〜24の二次巻線各相の一端には、平滑コンデンサ29〜32の直流電圧を所望の交流電圧に変換する変換器ユニット25〜28の各相電力変換回路交流出力端子が接続される。変圧器21〜24の二次巻線のもう一端には、平滑コンデンサ29〜32に接続された別の電力変換回路の各相交流出力端子が接続されて、多相フルブリッジ回路を構成している。
例えば、後で具体的に説明するように、変圧器21の二次巻線各相の一端33には、平滑コンデンサ29の直流電圧を交流に変換する電力変換回路が接続され、二次巻線のもう一端34には、平滑コンデンサ29の直流電圧を交流に変換する電力変換回路が接続される。変圧器二次巻線に接続される二つの電力変換回路の直流回路は共通である。
Connected to one end of each phase of the secondary windings of the
For example, as will be described in detail later, one
次に、三相の場合について、変換器ユニット25〜28の具体的回路例を、図3、図4に基づいて説明する。
まず、図3に基づいて、変換器ユニット25の具体例を説明する。
変換器ユニット25は、スイッチング素子S11〜S22と、ダイオードD11〜D22から構成される。スイッチング素子S11〜S22は、例えばGCTであるが、自己消弧型のスイッチング素子であればこれに限定されるものではない。ダイオードD11〜D22はスイッチング素子S11〜S22にそれぞれ逆並列接続される。
図3の例では、平滑コンデンサ29は、直流回路にコンデンサC1を1個直列に接続することで構成されており、直流電圧を平滑化する。
三相の場合、平滑コンデンサ29には6つの電力変換回路(例えば、S11、S12、D11、D12で一つの電力変換回路を構成する)が並列に接続されて、そのうち3つの交流出力端子が変圧器21の各相二次巻線の一端33に接続され、残りの3つの交流出力端子が各相二次巻き線のもう一端34に接続される。すなわち、各相二次巻線の両端それぞれに電力変換回路の交流出力端子が接続されて、2つの電力変換回路により二次巻線に交流電圧が出力される。ここで、図3の変換器ユニット25〜28の出力相電圧は、2レベルである。
Next, in the case of three phases, a specific circuit example of the
First, a specific example of the
The
In the example of FIG. 3, the smoothing
In the case of a three-phase circuit, six power conversion circuits (for example, one power conversion circuit is configured by S11, S12, D11, and D12) are connected in parallel to the smoothing
次に、図4に基づいて、変換器ユニット25の他の具体例を説明する。
図4において、変換器ユニット25は、スイッチング素子S31〜S54と、ダイオードD31〜D54とD60〜D71から構成される。スイッチング素子S31〜S54は、例えばGCTであるが自己消弧型のスイッチング素子であればこれに限定されるものではない。ダイオードD31〜D54はスイッチング素子S31〜S54にそれぞれ逆並列接続される。D60〜D71は中性点クランプダイオードである。
図4の例では平滑コンデンサ29(C3、C4)は、直流回路にコンデンサC3、C4を2個直列に接続することで構成されており、直流電圧を平滑化する。
図3と同様に、変圧器21の各相二次巻線の両端には、それぞれ一つの電力変換回路(例えば、S31、S32、S33、S34、D31、D32、D33、D34、D60、D61で一つの電力変換回路を構成する)の交流出力端子が接続されて、三相の場合6つの電力変換回路が平滑コンデンサ29に並列に接続される。ここで、図4の変換器ユニット25〜28の出力相電圧は、3レベルである。
Next, another specific example of the
In FIG. 4, the
In the example of FIG. 4, the smoothing capacitor 29 (C3, C4) is configured by connecting two capacitors C3, C4 in series to a DC circuit, and smoothes the DC voltage.
Similarly to FIG. 3, at each end of each phase secondary winding of the
図3、図4に示すように、変換器ユニット25〜28の出力相電圧は、2レベル、マルチレベルのいずれの方式でも適用可能である。
As shown in FIGS. 3 and 4, the output phase voltages of the
図3、図4に具体的回路例として示したように、変換器ユニット25〜28は、各平滑コンデンサ29〜32の直流電圧から所望の交流電圧を出力するが、その変換過程で各変圧器21〜24の二次巻線に流れる交流電流が直流電流に変換されて、各平滑コンデンサ29〜32に流れる。このとき、変換器ユニット25の直流電流は平滑コンデンサ29のみに流れる構成であり、それ以外の平滑コンデンサに直接流れ込む横流は発生しない。他の変換器ユニット26〜28も同様で、各直流電流はそれぞれに接続された平滑コンデンサ30〜32のみに流れる構成である。
As shown in FIG. 3 and FIG. 4 as specific circuit examples, the
次に、図1に基づき、変換器制御部11の構成、機能について説明する。
変換器制御部11は、電圧位相検出部41、有効無効電流検出部42、直流電圧制御部43、ユニット個別直流電圧制御部44、無効電流制御部45、有効電流制御部46、電圧基準値生成部47、およびゲートパルス信号生成部48〜51とから構成される。
変換器制御部11の機能概要は、次の通りである。変換器制御部11は、電力系統2への接続線に設けられた交流電圧検出器12、電流検出器13によって検出された交流電圧、電流および各変換器ユニット25〜28の直流電圧端子の直流電圧を直流電圧検出器14によって検出された直流電圧に基づいて、電力変換器10における各変換器ユニット25〜28内のスイッチング素子をスイッチングさせることにより、各変換器ユニット25〜28の直流電圧を同一になるように制御するとともに、電力変換器10から電力系統2へ出力される電流を制御する。
Next, the configuration and function of the
The
The functional outline of the
以下順次、変換器制御部11を構成する各部の構成、機能を説明する。
電圧位相検出部41は、交流電圧検出器12により検出された電圧Vu、Vv、Vwから電圧位相を検出する。検出した電圧位相を電圧位相基準として、変換器制御部11は以下に説明するように制御を行う。
有効無効電流検出部42は、電流検出器13により検出された電流Iu、Iv、Iwと電圧位相検出部41から出力される電圧位相基準に基づいて、電力変換器10から電力系統2へ出力される有効無効電流Iq、Idを検出する。
Hereinafter, the configuration and function of each unit constituting the
The
The effective reactive
直流電圧制御部43は、直流電圧検出器14により検出された変換器ユニット25〜28の直流電圧Vdcと直流電圧指令値Vdc*から、直流電圧代表値Vdc_sと有効電流指令値Iq*を演算する。
ユニット個別直流電圧制御部44は、直流電圧検出器14により検出された変換器ユニット25〜28の直流電圧Vdcと、有効無効電流検出部42で検出される有効電流Iq、無効電流Idと、直流電圧制御部43で演算された直流電圧代表値Vdc_sとから、各変換器ユニット25〜28の直流電圧が同一となるように各変換器ユニット25〜28の電圧補正値ΔVdc1d〜ΔVdc4d、ΔVdc1q〜ΔVdc4qを求める。
The DC
The unit individual DC
無効電流制御部45は、有効無効電流検出部42により検出される無効電流Idが指令値Id*と一致するように、電力変換器10から出力される電圧のうち無効電流と同位相成分である無効電圧基準値Vd*を演算する。つまり無効電流制御部45では、電力変換器10から出力される交流電圧のうち無効電流にかかわる成分の制御を行なう。
有効電流制御部46は、有効無効電流検出部42により検出される有効電流Iqが指令値Iq*と一致するように、電力変換器10から出力される電圧のうち有効電流と同位相成分である有効電圧基準値Vq*を演算する。つまり有効電流制御部46は、電力変換器10から出力される交流電圧のうち有効電流にかかわる成分の制御を行なう。
The reactive
The active
電圧基準値生成部47は、無効電流制御部45にて算出される無効電圧基準値Vd*と、有効電圧基準値Vq*と、ユニット個別直流電圧制御部44にて算出される電圧補正値ΔVdc1d〜ΔVdc4d、ΔVdc1q〜ΔVdc4qと、電圧位相検出部41から出力される電圧位相基準とから、各変換器ユニット25〜28より出力される電圧である出力交流電圧基準値V1u*〜V4u*、V1v*〜V4v*、V1w*〜V4w*を演算する。
The voltage reference
変換器ユニット25への出力を例として、電圧基準値生成部47の機能をさらに詳しく説明する。
電圧基準値生成部47にて、無効電流制御部45で算出された無効電圧基準値Vd*と、有効電流制御部46で算出された有効電圧基準値Vq*に、ユニット個別直流電圧制御部44で算出された変換器ユニット25の電圧補正値ΔVd1、ΔVq1を加算し、系統電圧と同位相であるV1d*とV1d*から位相が90度異なる成分であるV1q*を、静止座標系の三相(ある相に対し、他の相が120度進んだ成分および120度遅れた成分)に変換することで、変換器ユニット25から出力される出力交流電圧基準値V1u*、V1v*、V1w*を演算する。
The function of the voltage reference
In the voltage reference
ゲートパルス信号生成部48〜51は、例えばPWM(Pulse Width Modulation)制御によって、電力変換器10が出力交流電圧基準値V1u*〜V4u*、V1v*〜V4v*、V1w*〜V4w*に相当する電圧を出力するために、ゲートパルス信号を変換器ユニット25〜28の電力変換回路を構成するスイッチング素子に出力する。
In the gate pulse signal generation units 48 to 51, the
実施の形態1の変圧器多重電力変換装置1に係る電力変換器10は、同じ構成である変換器ユニット25〜28を変圧器21〜24で直列多重接続し、系統2に連系している。 直列接続であるため出力電流は共通であり、さらにすべての変換器ユニット25〜28は同じ構成でかつ各変換器ユニット25〜28に接続されている変圧器21〜24の変圧比は同じであるため、各変換器ユニット25〜28の出力電流はほぼ同じ値となる。さらに各変換器ユニット25〜28の出力電圧に関して、各変換器ユニット25〜28の電圧基準値は共通の信号Vd*、Vq*であるため、各変換器ユニット25〜28の出力電圧もほぼ同じ値となる。したがって、すべての変換器ユニット25〜28で出力電圧、出力電流がほぼ同じ値となるので、変換器ユニット25〜28の出力有効電力はほぼ同じ値となる。
The
次に、実施の形態1の重要構成部である直流電圧制御部43とユニット個別直流電圧制御部44について、さらに説明する。
まず直流電圧制御部43について説明する。一般的に、コンデンサの充放電により直流電圧を制御するには、コンデンサに流入流出する直流電流を変化させる。直流電流が変化することは有効電力が変化することとなるので、実施の形態1の変換器制御部11においては、有効電流指令値を変化させる。したがって、直流電圧制御部43では、直流電圧指令値Vdc*と、各変換器ユニット25〜28の直流電圧から算出される直流電圧代表値Vdc_sの偏差を小さくするような有効電流指令値Iq*を求める。
Next, the DC
First, the DC
先に説明したとおり、各変換器ユニット25〜28の出力電力はほぼ同じ値であるので、直流電圧もほぼ同じ値である。したがって直流電圧指令値Vdc*と比較する直流電圧代表値Vdc_sは、各変換器ユニット25〜28の直流電圧の合計値でもよいし、直流電圧の平均値でもよい。また各変換器ユニット25〜28の内から選択した任意の変換器ユニットの直流電圧でもよい。
As described above, since the output power of each
次に、ユニット個別直流電圧制御部44について説明する。各変換器ユニット25〜28に接続されている平滑コンデンサ29〜32の電圧はほぼ同じ値であるが、変換器の損失や電圧検出器、電流検出器の検出誤差、PWMによるスイッチングタイミングのばらつき等の要因により、実際には同じ値ではない。したがって、変換器ユニット25〜28毎に各々の変換器ユニット25〜28の直流電圧と電圧代表値Vdc_sとの偏差を補正する。
Next, the unit individual DC
直流電圧の制御を行うには、先に説明したとおり有効電力を変化させる。有効電力を変化させるには電圧を変化させる方法、電流を変化させる方法の2つの方法が考えられるが、実施の形態1の電力変換器10は直列多重構成であり、変換器ユニット25〜28毎に出力電流を変化させることはできないため、出力電圧を変化させる。つまり変換器ユニット25〜28共通の出力電圧Vd*、Vq*に変換器ユニット個別の電圧補正値ΔVdc1d〜ΔVdc4d、ΔVdc1q〜ΔVdc4qを加算し、出力電圧基準値を調整し、出力電圧を変化させる。
In order to control the DC voltage, the active power is changed as described above. In order to change the active power, two methods, a method of changing the voltage and a method of changing the current, are conceivable, but the
実施の形態1では、変換器ユニット25〜28は4直列多重となっているが、多重数はこれに限定されるものではない。また、各変圧器21〜24の二次巻線の一端を接続して星型結線とし、二次巻線のもう一端には電力変換回路の交流出力端子を接続して相数と同じ数の電力変換回路で構成しても良い。
さらに、三相の場合、各変圧器21〜24の二次巻線をデルタ結線して、三相の電力変換回路で変換器ユニット25〜28を構成することもできる。
In the first embodiment,
Furthermore, in the case of the three-phase, the secondary windings of the
実施の形態1では、以上のように構成しているので、変圧器多重電力変換装置1の各変換器ユニット25〜28の直流電圧に接続された平滑コンデンサ29〜32の電圧のばらつきを抑えつつ、所望の交流出力電流を出力することができる。さらに各変換器ユニット25〜28の直流電流は、自らが接続されている平滑コンデンサ29〜32にのみ流れる構成のため、直流回路では他の変換器ユニットへの横流が流れない。よって直流回路を簡素にすることができ、多重数を変えても直流回路設計への影響が無く、容易に容量を増加できる。
Since the first embodiment is configured as described above, it is possible to suppress variations in the voltages of the smoothing
以上説明したように、実施の形態1に係る変圧器多重電力変換装置は、多重化する変換器ユニット毎に直流回路を設けて分離するとともに、各変換器ユニットの直流電圧を制御する手段を設ける構成としたので、直流回路の共振による系統に流出する高調波を抑制するとともに、直流回路電流責務を減少させて、直流回路の小型化、簡素化を図り、装置容量を増加させることができる。 As described above, the transformer multiple power conversion device according to the first embodiment provides a DC circuit for each converter unit to be multiplexed and separates it, and also provides means for controlling the DC voltage of each converter unit. Since the configuration is adopted, it is possible to suppress harmonics flowing out to the system due to resonance of the DC circuit, reduce the duty of the DC circuit current, downsize and simplify the DC circuit, and increase the device capacity.
実施の形態2.
実施の形態2は、実施の形態1の変圧器多重電力変換装置1の変換器制御部11の直流電圧制御部43とユニット個別直流電圧制御部44について、さらに具体的回路に展開したものである。
実施の形態2の変圧器多重電力変換装置の構成は、実施の形態1の図1と同じであり、図5は図1の中の直流電圧制御部43とユニット個別直流電圧制御部44について詳細を示したものである。
以下、実施の形態2の直流電圧制御部243とユニット個別直流電圧制御部244の構成、動作について、主要部の詳細構成図である図5に基づいて説明する。
図5において、図1と同一あるいは相当部分には、同一の符号を付している。
Embodiment 2. FIG.
In the second embodiment, the DC
The configuration of the transformer multiple power conversion device of the second embodiment is the same as that of FIG. 1 of the first embodiment, and FIG. 5 shows details of the DC
Hereinafter, the configuration and operation of the DC
In FIG. 5, the same or corresponding parts as in FIG.
実施の形態2では、例として、直流電圧代表値を各変換器ユニットの直流電圧の平均値とした場合について説明する。なお、直流電圧代表値を各変換器ユニットの直流電圧の平均値とするため、実施の形態1で説明した直流電圧制御部43の出力Vdc_sは、Vdc_aveとなる。
In the second embodiment, as an example, a case where the DC voltage representative value is an average value of the DC voltages of the converter units will be described. Since the DC voltage representative value is the average value of the DC voltage of each converter unit, the output Vdc_s of the DC
まず、直流電圧制御部243について説明する。
直流電圧制御部243は、加算器251、演算器252、加減算器253、制御器254から構成される。
次に、直流電圧制御部243の機能について説明する。
直流電圧制御部243は、直流電圧指令値Vdc*と平滑コンデンサ29〜32の直流電圧から加算器251と演算器252で算出した直流電圧の平均値Vdc_aveとの偏差を加減算器253で算出し、この偏差を零にするように制御器254で制御を行い有効電流指令値Iq*を算出する。
これにより、変換器ユニット25〜28毎に接続されている平滑コンデンサ29〜32の直流電圧平均値Vdc_aveを直流電圧指令値Vdc*に制御することが可能となる。
First, the DC
The DC
Next, the function of the DC
The DC
As a result, the DC voltage average value Vdc_ave of the smoothing
次に、各変換器ユニット25〜28で個別に直流電圧を制御するユニット個別直流電圧制御部244について説明する。
ユニット個別直流電圧制御部244は、加減算器261〜264、制御器265〜268、乗算器269〜276、演算器277、割算器278、279、符号変換器280、281から構成される。
ユニット個別直流電圧制御部244の機能について説明する。
前述のように各変換器ユニット25〜28に接続されている平滑コンデンサ29〜32の電圧は、変換器の損失や各検出器、制御のばらつき等の要因により、実際にはアンバランスが生じる。よってユニット個別直流電圧制御部244では、各変換器ユニット25〜28の直流電圧のばらつきを補正する。
Next, the unit individual DC
The unit individual DC
The function of the unit individual DC
As described above, the voltages of the smoothing
前述のように直流電圧制御部243により、平滑コンデンサ29〜32の直流電圧平均値は電圧指令値となるよう制御されるので、ユニット個別直流電圧制御部244では、ユニット毎に平均直流電圧Vdc_aveと各変換器ユニット25〜28の直流電圧との偏差に基づき、この偏差を零にするように制御する。このため、各変換器ユニット25〜28への電圧補正値ΔVdc1d〜ΔVdc4d、ΔVdc1q〜ΔVdc4qを算出する。
As described above, since the DC voltage average value of the smoothing
前述のとおり平滑コンデンサ29〜32の直流電圧を制御するためには、有効電力を制御しなくてはならない。つまり、変換器ユニット25〜28の出力電流と同じ位相の電圧を指令値に重畳する。
以下に、詳細を説明する。変換器ユニット25〜28はすべて同じであり、ここでは例として変換器ユニット25について説明する。
As described above, in order to control the DC voltage of the smoothing
Details will be described below. The
平均直流電圧Vdc_aveと変換器ユニット25の検出した直流電圧Vdc1の偏差を零とするように制御器265で制御する。平均直流電圧Vdc_aveと直流電圧Vdc1の偏差を零とするよう制御された制御器265の出力ΔVdc1は、有効電力に関わる電圧指令値の補正値である。つまり電圧補正値ΔVdc1は、出力電流と同じ位相の成分となる。そこで、この電圧補正値ΔVdc1を無効電流にかかる成分と有効電流にかかる成分に配分する。
無効電流にかかる配分係数(以降、無効配分係数という)と有効電流にかかる配分係数(以降、有効配分係数という)は、無効配分係数の二乗と有効配分係数の二乗の和の平方根で計算される大きさが1となるように設定し、電圧補正値ΔVdc1にそれぞれ乗算(乗算器269〜276)して、変換器ユニット25の無効電圧補正値ΔVd1と有効電圧補正値ΔVq1を算出する。
具体的には、無効配分係数は検出された無効電流IdをIdの二乗とIqの二乗和の平方根で計算される(演算器277)出力電流の大きさで除算(割算器278)して算出する。有効配分係数は、有効電流IqをIdの二乗とIqの二乗和の平方根で計算される(演算器277)出力電流の大きさで除算(割算器279)して演算する。
The
The distribution coefficient related to the reactive current (hereinafter referred to as the reactive distribution coefficient) and the distribution coefficient related to the active current (hereinafter referred to as the effective distribution coefficient) are calculated by the square root of the sum of the square of the reactive distribution coefficient and the square of the effective distribution coefficient. The magnitude is set to 1, and the voltage correction value ΔVdc1 is multiplied (
Specifically, the reactive allocation coefficient is calculated by dividing the detected reactive current Id by the square root of the square of Id and the square of Iq (calculator 277) and dividing by the magnitude of the output current (divider 278). calculate. The effective distribution coefficient is calculated by dividing the effective current Iq by the square root of the square of Id and the square sum of Iq (calculator 277) and dividing (divider 279) by the magnitude of the output current.
電流検出器13は、電力変換器10から系統2へ出力する方向を正に検出している。したがって、電圧補正値が正の場合、平滑コンデンサ29が放電し、電圧補正値が負の場合、平滑コンデンサ29が充電される方向である。しかし、平均直流電圧Vdc_aveと直流電圧Vdc1の偏差を零とするよう制御する制御器265は、平均直流電圧Vdc_aveから直流電圧Vdc1を減じた偏差に正のゲインを乗じて電圧補正値ΔVdc1を演算する。したがって、直流電圧を充電したい場合には、電圧補正値ΔVdc1が正、放電したい場合にはΔVdc1が負となる。つまり充放電方向が異なるため、Id、Iqをそれぞれ出力電流の絶対値で除算後、符号変換器280、281で−1を乗算して充放電方向を合わせている。
The
変換器ユニット26〜28についても同様であり、変換器ユニット26は平均直流電圧Vdc_aveと変換器ユニット26の直流電圧Vdc2より電圧基準値V2u*、V2v*、V2w*を算出する。
変換器ユニット27は平均直流電圧Vdc_aveと変換器ユニット27の直流電圧Vdc3より電圧基準値V3u*、V3v*、V3w*を算出する。
変換器ユニット28は平均直流電圧Vdc_aveと変換器ユニット28の直流電圧Vdc4より電圧基準値V4u*、V4v*、V4w*を算出する。
The same applies to the
The
The
実施の形態2では、例として直流電圧代表値を各変換器ユニットの直流電圧平均値としたが、直流電圧代表値は、例えば各変換器ユニットの直流電圧の合計値でもよい。また各変換器ユニット25〜28の内から選択した任意の変換器ユニットの直流電圧を直流電圧代表値としてもよく、これに限るものではない。
In Embodiment 2, the DC voltage representative value is used as the DC voltage average value of each converter unit as an example, but the DC voltage representative value may be, for example, the total value of DC voltages of each converter unit. Further, the DC voltage of an arbitrary converter unit selected from the
実施の形態2に係る変圧器多重電力変換装置は、以上のように構成しているので、各変換器ユニット25〜28の直流電圧に接続された平滑コンデンサ29〜32の電圧のばらつきを抑えつつ、所望の交流出力電流を出力することができる。さらに、各変換器ユニット25〜28の直流電流は自らが接続されている平滑コンデンサ29〜32にのみ流れる構成のため、他の変換器ユニット25〜28への横流が流れず、直流回路を簡素にすることができ、多重数を変えても直流回路設計への影響が無く、容易に容量を増加することができる。
Since the transformer multiple power conversion device according to the second embodiment is configured as described above, it is possible to suppress variations in the voltages of the smoothing
以上説明したように、実施の形態2に係る変圧器多重電力変換装置は、実施の形態1の変圧器多重電力変換装置の変換器制御部の直流電圧制御部とユニット個別直流電圧制御部について、さらに具体的回路に展開したものであるため、直流回路の共振による系統に流出する高調波を抑制するとともに、直流回路電流責務を減少させて、直流回路の小型化、簡素化を図り、装置容量を増加させることができる。
As described above, the transformer multiple power conversion device according to Embodiment 2 includes the DC voltage control unit and the unit individual DC voltage control unit of the converter control unit of the transformer multiple power conversion device of
実施の形態3.
実施の形態3の変圧器多重電力変換装置は、実施の形態1の変圧器多重電力変換装置(以下、第1の変圧器多重電力変換装置)の変換器ユニットの直流電圧端子に接続された電源または負荷が、実施の形態1の変圧器多重電力変換装置と同一構成の第2の変圧器多重電力変換装置の場合である。具体的には、第1の変圧器多重電力変換装置の各変換器ユニットの直流電圧端子と第2の変圧器多重電力変換装置の各変換器ユニットの直流電圧端子とを接続した構成としたものである。
Embodiment 3 FIG.
The transformer multiple power conversion device according to the third embodiment is a power source connected to the DC voltage terminal of the converter unit of the transformer multiple power conversion device (hereinafter referred to as the first transformer multiple power conversion device) according to the first embodiment. Alternatively, the load is a second transformer multiple power conversion device having the same configuration as that of the transformer multiple power conversion device of the first embodiment. Specifically, the DC voltage terminal of each converter unit of the first transformer multiple power converter is connected to the DC voltage terminal of each converter unit of the second transformer multiple power converter. It is.
以下、実施の形態3の構成、動作について、変圧器多重電力変換装置301のシステム構成図である図6に基づいて説明する。
図6において、図1と同一あるいは相当部分には、同一の符号を付している。
なお、図6において、第1の変圧器多重電力変換装置および第2の変圧器多重電力変換装置の基本的な構成、機能は実施の形態1と同じであるため、説明は省略し、差異部を中心に説明する。
Hereinafter, the configuration and operation of the third embodiment will be described based on FIG. 6, which is a system configuration diagram of the transformer multiple
In FIG. 6, the same or corresponding parts as in FIG.
In FIG. 6, the basic configuration and function of the first transformer multiple power conversion device and the second transformer multiple power conversion device are the same as those in the first embodiment. The explanation will be focused on.
第1の変圧器多重電力変換装置は、変圧器21〜24、変換器ユニット25〜28、平滑コンデンサ29〜32、変換器制御部11、交流電圧検出器12、電流検出器13、および直流電圧検出器14から構成される。また、第2の変圧器多重電力変換装置は、変圧器59〜62、変換器ユニット55〜58、平滑コンデンサ29〜32、変換器制御部311、交流電圧検出器312、電流検出器313、および直流電圧検出器14で構成される。ただし、平滑コンデンサ29〜32および直流電圧検出器14は共通である。
The first transformer multiple power conversion device includes
図6では、システム全体としての変圧器多重電力変換装置301は、電力系統2に変圧器21〜24を介して連系され、もう一方の電力系統302に変圧器59〜62を介して連系されている。電力系統2から供給された交流電圧を所望の直流電圧に変換する各変換器ユニット25〜28と、平滑コンデンサ29〜32により保持された直流電圧を所望の交流電圧に変換するもう一方の変換器ユニット55〜58と、変換された交流電圧を電力系統302に供給するための変圧器59〜62とから構成される。
すなわち、2つの変圧器多重電力変換装置である第1の変圧器多重電力変換装置と第2の変圧器多重電力変換装置を、各変換器ユニットの直流部を接続した構成となっている。
変圧器多重電力変換装置301は、1方の系統から他の系統へと電力を融通する回路構成であり、直流回路には融通電力による大きな直流電流が流れる。
In FIG. 6, the transformer multiple
That is, the first transformer multiplex power conversion device and the second transformer multiplex power conversion device, which are two transformer multiplex power conversion devices, are connected to the DC section of each converter unit.
The transformer multiple
変換器ユニット25〜28の直流回路に接続されている変換器ユニット55〜58は、それぞれ個別であり、各変換器ユニット55〜58の通過電力はほぼ同じであり、各変換器ユニット55〜58の変換器容量はほぼ同容量でよい。
The
なお、本実施の形態3は各変換器ユニット25〜28の直流回路通過電力がほぼ同じであればよいので、直流回路にほぼ同じ電力の負荷および電源が接続されていてもよく、直流回路に接続されている変換器ユニット55〜58および変圧器59〜62および電力系統63の構成は、これに限るものではない。
In the third embodiment, since the DC circuit passing power of each
さらに、実施の形態3では、直流電圧検出器14によって検出された直流電圧を第2の変圧器多重電力変換装置の変換器制御部311にも入力し、各変換器ユニット55〜58の直流出力電圧の制御に使用する構成とした。しかし、必ずしもその必要はなく、第1の変圧器多重電力変換装置の変換器ユニット25〜28の直流出力電圧を制御するのみで、直流出力電圧のアンバランスを解消することができる。このため、直流電圧検出器14によって検出された直流電圧を変換器制御部に入力せず、構成を簡素化することができる。
Further, in the third embodiment, the DC voltage detected by the
実施の形態3に係る変圧器多重電力変換装置は、直流回路に負荷および電源が連系されて、直流回路に大きな直流電流が流れる場合においても、変圧器多重電力変換装置の直流回路、具体的には、第1の変圧器多重電力変換装置の直流回路、および第2の変圧器多重電力変換装置の直流回路には横流が流れず、直流回路に流れる直流電流は融通電流のみとなる。
これにより、変圧器多重電力変換装置の直流回路の横流が流れず、直流回路を簡素にすることができ、多重数を増加することができる。
The transformer multiple power conversion device according to Embodiment 3 is a DC circuit of a transformer multiple power conversion device, even when a load and a power source are connected to the DC circuit and a large DC current flows through the DC circuit. No cross current flows in the DC circuit of the first transformer multiple power conversion device and the DC circuit of the second transformer multiple power conversion device, and the direct current flowing in the DC circuit is only the interchange current.
Thereby, the cross current of the DC circuit of the transformer multiple power converter does not flow, the DC circuit can be simplified, and the number of multiplexing can be increased.
以上説明したように、実施の形態3に係る変圧器多重電力変換装置は、実施の形態1の変圧器多重電力変換装置の各変換器ユニットの直流電圧端子に、第2の変圧器多重電力変換装置の各変換器ユニットの直流電圧端子を接続した構成としたものであるため、直流回路の共振による系統に流出する高調波を抑制するとともに、直流回路電流責務を減少させて、直流回路の小型化、簡素化を図り、装置容量を増加させることができる。 As described above, the transformer multiple power conversion device according to the third embodiment has the second transformer multiple power conversion at the DC voltage terminal of each converter unit of the transformer multiple power conversion device according to the first embodiment. Since the DC voltage terminal of each converter unit of the device is connected, the harmonics flowing out to the system due to the resonance of the DC circuit are suppressed, and the DC circuit current duty is reduced, thereby reducing the size of the DC circuit. Device capacity can be increased.
実施の形態4.
実施の形態4の変圧器多重電力変換装置は、実施の形態1の変圧器多重電力変換装置の各変換器ユニットの直流電圧端子を高インピーダンス機器で相互接続した構成であり、具体的には、各変換器ユニットの直流電圧端子に接続された各平滑コンデンサを、共通のコンデンサで相互に接続した構成としたものである。
以下、本願発明の実施の形態4の構成、動作について、変圧器多重電力変換装置401のシステム構成図である図7に基づいて、実施の形態1との差異部を中心に説明する。
図7において、図1と同一あるいは相当部分には、同一の符号を付している。
The transformer multiple power conversion device according to the fourth embodiment has a configuration in which the DC voltage terminals of the converter units of the transformer multiple power conversion device according to the first embodiment are interconnected with a high impedance device. Specifically, Each smoothing capacitor connected to the DC voltage terminal of each converter unit is connected to each other with a common capacitor.
Hereinafter, the configuration and operation of the fourth embodiment of the present invention will be described based on FIG. 7, which is a system configuration diagram of the transformer multiple
In FIG. 7, the same or corresponding parts as those in FIG.
図7に示す変圧器多重電力変換装置401は、電力系統2に接続された電力変換器410と変換器制御部411、交流電圧検出器12、電流検出器13から構成される。電力変換器410は、変圧器21〜24、変換器ユニット25〜28、平滑コンデンサ70〜73、共通のコンデンサ74および直流電圧検出器14から構成されている。
A transformer multiple
変換器制御部411は、図1と同様であり、図1と異なるのは電力変換器410の以下に示す点である。
変換器ユニット25〜28にて変換された直流電圧を保持する平滑コンデンサは、各変換器ユニット25〜28の直流電圧端子に接続された各平滑コンデンサ70〜73と各変換器ユニット共通のコンデンサ74とで構成されている。つまり実施の形態4では、各変換器ユニットの直流部はコンデンサ74で相互に接続されているという特徴を持つ。
さらに、平滑コンデンサ70〜73とコンデンサ74の間にはインピーダンスが存在し、直流回路の共振は発生しない。このインピーダンスの例としては、装置が大型で直流回路が長くなることにより抵抗が大きくなる場合や、回路に挿入されたダンピング抵抗がある。
Converter control unit 411 is the same as in FIG. 1, and is different from FIG. 1 in the following points of
The smoothing capacitors that hold the DC voltages converted by the
Furthermore, impedance exists between the smoothing
図7に示す変圧器多重電力変換装置401は、各変換器ユニット25〜28の直流電圧端子部はコンデンサ74で共通となっているが、変換器制御部411は実施の形態1と同様であり直流電圧制御部43とユニット個別直流電圧制御部44が設けられている。変換ユニット個別に平均値制御を行わない場合は、直流回路の平滑コンデンサ容量にばらつきがあるため配線インピーダンスがあると、過渡変動時にコンデンサ電圧にばらつきが発生し、コンデンサ電圧が高い変換器ユニットから低い変換器ユニットへと直流の横流が生じる。
In the transformer multiple
しかし、実施の形態4のように変換器ユニット個別に平均値制御を行う場合、各変換器ユニット25〜28の平滑コンデンサ電圧が平均値となるように制御されるため、各ユニット間の横流電流を小さくすることが可能となり、直流回路の負担が小さくなり直流回路を簡素にすることができ、多重数を増加することができる。
また、各変換器ユニット25〜28の平滑コンデンサ70〜73を相互に接続することで、平滑コンデンサ70〜73の対地電圧がほぼ同電位となる。直流回路がほぼ同電位となることにより、変換器の絶縁設計の簡素化、および直流回路に設けられている地絡保護検出を共通化が可能となる。
However, when the average value control is performed individually for each converter unit as in the fourth embodiment, since the smoothing capacitor voltage of each
Further, by connecting the smoothing
実施の形態4に係る変圧器多重電力変換装置は、以上のように構成しているので、各変換器ユニット25〜28の直流電圧端子に接続された平滑コンデンサ29〜32の電圧のばらつきを抑えつつ、所望の交流出力電流を出力することができる。さらに各変換器ユニット25〜28の直流電流は自らが接続されている平滑コンデンサ29〜32にのみ流れる構成のため、他の変換器ユニット25〜28への横流が流れず、直流回路を簡素にすることができ、多重数を変えても直流回路設計への影響が無く、容易に容量を増加することができる。
さらに、各変換器ユニット25〜28の各平滑コンデンサ29〜32を相互に接続することで、各平滑コンデンサ29〜32の対地電圧がほぼ同電位、すなわち直流回路がほぼ同電位となることにより、変換器ユニットの絶縁設計の簡素化、および直流回路に設けられている地絡保護検出を共通化が可能となる。
Since the transformer multiple power conversion device according to the fourth embodiment is configured as described above, it suppresses variations in the voltages of the smoothing
Further, by connecting the smoothing
以上説明したように、実施の形態4に係る変圧器多重電力変換装置は、各変換器ユニットの直流電圧端子を高インピーダンス機器で相互接続した構成、具体的には、各変換器ユニットの直流電圧端子に接続された各平滑コンデンサを、共通のコンデンサで相互に接続した構成としたものであるため、直流回路の共振による系統に流出する高調波を抑制するとともに、直流回路電流責務を減少させて、直流回路の小型化、簡素化を図り、装置容量を増加させることができる。
As described above, the transformer multiple power conversion device according to
実施の形態5.
実施の形態5の変圧器多重電力変換装置は、実施の形態1の変圧器多重電力変換装置1の変換器制御部11のユニット個別直流電圧制御部44について、別の具体的回路に展開したものである。
実施の形態5の変圧器多重電力変換装置の構成は、実施の形態1の図1と同じであり、図8は図1の中の直流電圧制御部43とユニット個別直流電圧制御部44について詳細を示したものであり、実施の形態2の図5とはユニット個別直流電圧制御部が異なる。
以下、実施の形態5の直流電圧制御部243とユニット個別直流電圧制御部544の構成、動作について、主要部の詳細構成図である図8に基づいて説明する。実施の形態2と同一の構成要素の説明は省略する。
図8において、図1あるいは図5と同一あるいは相当部分には、同一の符号を付している。
Embodiment 5 FIG.
The transformer multiple power conversion device according to the fifth embodiment is an expansion of the unit individual DC
The configuration of the transformer multiple power conversion device of the fifth embodiment is the same as that of FIG. 1 of the first embodiment, and FIG. 8 shows details of the DC
Hereinafter, the configuration and operation of the DC
In FIG. 8, the same or corresponding parts as those in FIG. 1 or FIG.
ユニット個別直流電圧制御部544の構成および機能について、順次説明する。
ユニット個別直流電圧制御部544は、加減算器561〜564、制御器565〜568、乗算器569〜576、演算器577、割算器578、579、符号変換器580、581から構成される。
ユニット個別直流電圧制御部544の機能について説明する。
ユニット個別直流電圧制御部544は、直流電圧検出器14により検出された変換器ユニット25〜28の直流電圧と有効無効電流検出部42で検出される有効電流Iqと無効電流Idとから、各変換器ユニット25〜28の電圧補正値ΔVdc1d〜ΔVdc4d、ΔVdc1q〜ΔVdc4qを求める。
変換器ユニット25〜28はすべて同じであり、ここでは、例えば変換器ユニット25について説明する。また例として、直流電圧代表値Vdc_sを、各変換器ユニット25〜28の直流電圧の平均値Vdc_aveとした場合を説明する。
The configuration and function of the unit individual DC
The unit individual DC
The function of the unit individual DC
The unit individual DC
The
ユニット個別直流電圧制御部544では、平均直流電圧Vdc_aveと直流電圧検出器14により検出される変換器ユニット25の直流電圧Vdc1との偏差を零とするよう制御器565で制御する。この制御器565の出力を有効電力偏差ΔP1とする。
電圧は電力を電流で除すことで計算できるので、有効電力偏差ΔP1を有効電流で除算し、電圧偏差ΔVdc1を求める。電圧偏差ΔVdc1から無効電圧補正値ΔVd1と有効電圧補正値ΔVq1の演算方法は、実施の形態2と同様のため詳細な説明は省略する。
上記より有効電力偏差ΔP1をIdの二乗とIqの二乗の和(演算器577)で除算(割算器578、579)し、検出された無効電流Idと有効電流Iqをそれぞれ乗算(乗算器569、579)することで、無効電圧補正値ΔVd1および有効電圧補正値ΔVq1が演算できる。
In the unit individual DC
Since the voltage can be calculated by dividing the power by the current, the active power deviation ΔP1 is divided by the active current to obtain the voltage deviation ΔVdc1. Since the calculation method of the reactive voltage correction value ΔVd1 and the effective voltage correction value ΔVq1 from the voltage deviation ΔVdc1 is the same as that of the second embodiment, detailed description thereof is omitted.
From the above, the active power deviation ΔP1 is divided (
本実施の形態5では、直流電圧偏差(有効電力偏差ΔP)を出力電流の振幅で除算しているため、変換器が出力する有効電力が小さい場合は、直流電圧偏差のゲインが大きくなる。つまり出力有効電力量により制御ゲインが可変となる構成となっている。 In the fifth embodiment, since the DC voltage deviation (active power deviation ΔP) is divided by the amplitude of the output current, the gain of the DC voltage deviation increases when the active power output by the converter is small. That is, the control gain is variable depending on the output active power amount.
変換器ユニット26〜28についても同様であり、変換器ユニット26は平均直流電圧Vdc_aveと変換器ユニット26の直流電圧Vdc2とVd*、Vq*、Id*、Iq*より、電圧基準値V2u*、V2v*、V2w*を算出する。
変換器ユニット27は平均直流電圧Vdc_aveと変換器ユニット27の直流電圧Vdc3とVd*、Vq*、Id*、Iq*より、電圧基準値V3u*、V3v*、V3w*を算出する。
変換器ユニット28は平均直流電圧Vdc_aveと変換器ユニット28の直流電圧Vdc4とVd*、Vq*、Id*、Iq*より、電圧基準値V4u*、V4v*、V4w*を算出する。
The same applies to the
The
The
本実施の形態5に係る変圧器多重電力変換装置は、以上のように構成しているので、各変換器ユニット25〜28の直流電圧に接続された平滑コンデンサ29〜32の電圧のばらつきを抑えつつ、所望の交流出力電流を出力することができる。平滑コンデンサ29〜32の電圧のばらつきはユニット個別直流電圧制御部により抑制されるが、ユニット個別直流電圧制御のゲインは出力有効電力に反比例するため、出力有効電力が小さい時にはゲインが大きくなり直流電圧の制御性が良くなる。さらに各変換器ユニット25〜28の直流電流は自らが接続されている平滑コンデンサ29〜32にのみ流れる構成のため、他の変換器ユニット25〜28への横流が流れず、直流回路を簡素にすることができ、多重数を変えても直流回路設計への影響が無く、容易に容量を増加することができる。
Since the transformer multiple power conversion device according to the fifth embodiment is configured as described above, it suppresses variations in the voltages of the smoothing
図8では、実施の形態2の図5における変換器制御部211のユニット個別直流電圧制御部244に替えて、変換器制御部511のユニット個別直流電圧制御部544としたが、実施の形態3の図6および実施の形態4の図7における変換器制御部を変換器制御部511とすることも可能である。
In FIG. 8, the unit individual DC
ここでは例として、直流電圧代表値を各変換器ユニットの直流電圧平均値としたが、直流電圧代表値は、例えば各変換器ユニットの直流電圧の合計値でもよい。また各変換器ユニット25〜28の内から選択した任意の変換器ユニットの直流電圧でもよい。 Here, as an example, the DC voltage representative value is the DC voltage average value of each converter unit. However, the DC voltage representative value may be, for example, the total DC voltage of each converter unit. Moreover, the DC voltage of the arbitrary converter units selected from each converter unit 25-28 may be sufficient.
以上説明したように、実施の形態5に係る変圧器多重電力変換装置は、実施の形態1の変圧器多重電力変換装置の変換器制御部の直流電圧制御部とユニット個別直流電圧制御部について、さらに具体的回路に展開したものであるため、直流回路の共振による系統に流出する高調波を抑制するとともに、直流回路電流責務を減少させて、直流回路の小型化、簡素化を図り、装置容量を増加させることができる。
As described above, the transformer multiple power conversion device according to Embodiment 5 includes the DC voltage control unit and the unit individual DC voltage control unit of the converter control unit of the transformer multiple power conversion device of
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
なお、変圧器多重電力変換装置に係る本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。 In the present invention relating to the transformer multiple power conversion device, the embodiments can be appropriately modified and omitted within the scope of the invention.
1,101,301,401 変圧器多重電力変換装置、2,302 電力系統、
10,310,410 電力変換器、
11,211,311,411,511 変換器制御部、12,312 交流電圧検出器、13,313 電流検出器、14 直流電圧検出器、
21,22,23,24,59,60,61,62 変圧器、
25,26,27,28,55,56,57,58 変換器ユニット、
29,30,31,32 平滑コンデンサ、41 電圧位相検出部、
42 有効無効電流検出部、43,243 直流電圧制御部
44,244,544 ユニット個別直流電圧制御部、45 無効電流制御部、
46 有効電流制御部、47 電圧基準値生成部、
48,49,50,51 ゲートパルス信号生成部、74 コンデンサ、
254,265,266,267,268,565,566,567,568 制御器。
1, 101, 301, 401 Transformer multiple power converter, 2,302 power system,
10, 310, 410 power converter,
11, 211, 311, 411, 511 Converter control unit, 12, 312 AC voltage detector, 13, 313 Current detector, 14 DC voltage detector,
21, 22, 23, 24, 59, 60, 61, 62 transformer,
25, 26, 27, 28, 55, 56, 57, 58 converter unit,
29, 30, 31, 32 smoothing capacitor, 41 voltage phase detector,
42 Effective reactive current detection unit, 43, 243 DC
46 active current control unit, 47 voltage reference value generation unit,
48, 49, 50, 51 Gate pulse signal generator, 74 capacitor,
254, 265, 266, 267, 268, 565, 566, 567, 568 controller.
Claims (6)
複数台の変圧器と、
変換器制御部から構成され、
前記各変換器ユニットの交流電圧端子は前記各変圧器を介して直列接続されて電力系統に連系され、
前記各変換器ユニットの直流電圧端子は相互に独立し、
前記変換器制御部は、前記各変換器ユニットの直流電圧が所定の値になるように、前記各変換器ユニットを制御する変圧器多重電力変換装置。 A plurality of mutually independent converter units that convert polyphase AC power and DC power to each other;
Multiple transformers,
Consists of a converter controller,
The AC voltage terminals of the converter units are connected in series via the transformers and connected to the power system,
The DC voltage terminals of each converter unit are independent of each other,
The converter control unit is a transformer multiple power converter that controls each converter unit so that a DC voltage of each converter unit becomes a predetermined value.
前記電力系統への連系線に設置した交流電圧検出器で検出した交流電圧から電圧位相基準を検出する電圧位相検出部と、
前記電力系統への連系線に設置した電流検出器で検出した交流電流から前記電圧位相基準に基づき前記電力系統へ出力される交流電流の有効電流および無効電流を検出する有効無効電流検出部と、
直流電圧検出値と直流電圧指令値に基づいて、有効電流指令値を演算する直流電圧制御部と、
前記有効電流と前記無効電流と前記直流電圧検出値に基づいて、前記各変換器ユニットの前記直流電圧が同一となるように前記直流電圧の直流電圧補正値を演算するユニット個別直流電圧制御部と、
前記無効電流が無効電流指令値に一致するように、無効電流に関する無効電圧基準値を演算する無効電流制御部と、
前記有効電流が有効電流指令値に一致するように、前記有効電流に関する有効電圧基準値を演算する有効電流制御部と、
前記無効電圧基準値と前記有効電圧基準値と前記直流電圧補正値と前記電圧位相基準に基づいて、前記各変換器ユニットの出力交流電圧基準値を演算する電圧基準値生成部と、
前記出力交流電圧基準値に基づいて、前記各変換器ユニットのスイッチング素子を駆動するためのゲートパルス信号を生成するゲートパルス信号生成部と、
から構成される請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の変圧器多重電力変換装置。 The converter control unit includes a DC voltage detector that detects a DC voltage of each converter unit;
A voltage phase detection unit for detecting a voltage phase reference from an AC voltage detected by an AC voltage detector installed on a connection line to the power system;
An effective reactive current detector for detecting an active current and a reactive current of an alternating current output to the power system based on the voltage phase reference from an alternating current detected by a current detector installed on a connection line to the power system; ,
A DC voltage controller that calculates an effective current command value based on the DC voltage detection value and the DC voltage command value;
A unit individual DC voltage controller that calculates a DC voltage correction value of the DC voltage based on the effective current, the reactive current, and the DC voltage detection value so that the DC voltages of the converter units are the same; ,
A reactive current control unit that calculates a reactive voltage reference value related to the reactive current so that the reactive current matches the reactive current command value;
An active current control unit that calculates an effective voltage reference value related to the active current so that the active current matches an active current command value;
Before on the basis of the voltage phase reference quinic effective voltage reference value and the effective voltage reference value and the DC voltage correction value, said voltage reference value generator for calculating the output AC voltage reference value of each converter unit,
Based on the output AC voltage reference value, a gate pulse signal generation unit that generates a gate pulse signal for driving the switching element of each converter unit;
The transformer multiple power conversion device according to any one of claims 1 to 3 , comprising:
前記ユニット個別直流電圧制御部は、前記直流電圧代表値と前記直流電圧検出値との偏差を零に制御する制御器を備え、前記制御器の出力である有効電力に関わる電圧補正値から前記有効電流に関する有効電圧補正値と前記無効電流に関する無効電圧補正値を演算する構成とした請求項4に記載の変圧器多重電力変換装置。 The DC voltage control unit calculates a DC voltage representative value from the DC voltage detection value, calculates the effective current command value so that the DC voltage representative value matches the DC voltage command value,
The unit individual DC voltage control unit includes a controller that controls a deviation between the DC voltage representative value and the DC voltage detection value to be zero, and the effective DC voltage is determined based on a voltage correction value related to active power that is an output of the controller. The transformer multiple power conversion device according to claim 4 , wherein an effective voltage correction value related to a current and a reactive voltage correction value related to the reactive current are calculated.
前記ユニット個別直流電圧制御部は、前記直流電圧代表値と前記直流電圧検出値の偏差を零に制御する制御器を備え、前記制御器の出力である有効電力偏差から、前記有効電流に関する有効電圧補正値と前記無効電流に関する無効電圧補正値を演算する構成とした請求項4に記載の変圧器多重電力変換装置。 The DC voltage control unit calculates a DC voltage representative value from the DC voltage detection value, calculates the effective current command value so that the DC voltage representative value matches the DC voltage command value,
The unit individual DC voltage control unit includes a controller that controls a deviation between the DC voltage representative value and the DC voltage detection value to zero, and an effective voltage related to the active current from an active power deviation that is an output of the controller. The transformer multiple power conversion device according to claim 4 , which is configured to calculate a correction value and a reactive voltage correction value related to the reactive current.
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