JP6212361B2 - 自励式無効電力補償装置および電力変換装置 - Google Patents
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Description
特許文献1の明細書の段落0003には、「各単位セルは単相フルブリッジ回路であり、スイッチング素子と直流コンデンサを備えている。単位セルはスイッチング素子のオン・オフを制御することによって、直流コンデンサ電圧,直流コンデンサ電圧の逆極性の電圧、または零電圧を出力する。」と記載されている。
デルタ結線MMCは、3つのクラスタが各々単位セルの出力電圧の和を印加する三相電圧源と見做すことができる。デルタ結線MMCを電力系統に連系する場合、電力系統の系統電圧とデルタ結線MMCの出力電圧の差電圧が、電力系統とデルタ結線MMCとの間のインピーダンスに印加され、電流が流れる。これにより、電力系統とデルタ結線MMCの間で、有効電力や無効電力を授受できる。
特許文献1の図4、または、本願の図3に示されるように、単位セルのスイッチングによって生成されるマルチレベル波形は、3つのクラスタ電圧の和が零にならない成分を含んでいる。以下、3つのクラスタ電圧の和を、零相電圧という。
すなわち、請求項1に記載の自励式無効電力補償装置は、3相の電力系統の各相に接続された一次巻線がデルタ結線、スター結線、千鳥結線のいずれかで3本の脚に巻回され、前記3本の脚にそれぞれ二次巻線が巻回されて前記一次巻線と磁気結合した三相変圧器と、前記電力系統の各相の線間電圧を計測する電圧計と、各前記二次巻線の両端に、1または複数の単位セルが直列に接続されて閉回路を構成するクラスタと、各前記クラスタの電圧を計測する電圧計測手段と、前記単位セルを制御する制御部と、を備えている。前記単位セルは、少なくとも4個のスイッチング素子が接続されているフルブリッジ回路と、前記フルブリッジ回路の直流側に接続されたコンデンサと、前記フルブリッジ回路の交流側に接続された正側端子および負側端子とを備えることを特徴とする。
その他の手段については、発明を実施するための形態のなかで説明する。
(第1の実施形態)
第1の実施形態では、特許文献1の発明から単相リアクトルを不要とし、電力変換装置1の部品点数を削減している。
電力変換装置1は、電力系統2に接続されており、この電力系統2と連系している。
電力変換装置1は、変圧器11と、uv相のクラスタ12uvと、vw相のクラスタ12vwと、wu相のクラスタ12wuと、制御部13と、電圧計14uv,14vw,14wuとを備えている。電力変換装置1は、三相のMMCである。
以下、変圧器11の接続に於いて、電力系統2などが接続されている方を「一次側」とし、各クラスタ12uv,12vw,12wuが接続されている方を「二次側」として説明する。
変圧器11のuv相の二次巻線112uvの両端は、uv相のクラスタ12uvの両端と接続されている。変圧器11のvw相の二次巻線112vwの両端は、vw相のクラスタ12vwの両端と接続されている。変圧器11のwu相の二次巻線112wuの両端は、wu相のクラスタ12wuの両端と接続されている。
電圧計14uvは、電力系統2のu相とv相との間に接続されて、その線間電圧Vsuvを計測するものである。電圧計14vwは、電力系統2のv相とw相との間に接続されて、その線間電圧Vsvwを計測するものである。電圧計14wuは、電力系統2のw相とu相との間に接続されて、その線間電圧Vswuを計測するものである。各電圧計14uv,14vw,14wuは更に、光ファイバ(不図示)によって制御部13に接続され、計測した電圧情報を送信する。
制御部13は、光ファイバ(不図示)によって電圧計14uv,14vw,14wuおよび各クラスタ12uv,12vw,12wuを構成する単位セル121に接続されている。制御部13は、各電圧計14uv,14vw,14wuが計測した各線間電圧Vsuv,Vsvw,Vswuに基づいて、各クラスタ電圧Vuv,Vvw,Vwuを制御するものである。
uv相のクラスタ12uvの両端の電圧は、クラスタ電圧Vuvである。vw相のクラスタ12vwの両端の電圧は、クラスタ電圧Vvwである。wu相のクラスタ12wuの両端の電圧は、クラスタ電圧Vwuである。
変圧器11のvw相の二次巻線112vwの両端には、二次側電圧Vvw2が印加される。二次側電圧Vvw2と、クラスタ電圧Vvwとは同一である。
変圧器11のwu相の二次巻線112wuの両端には、二次側電圧Vwu2が印加される。二次側電圧Vwu2と、クラスタ電圧Vwuとは同一である。
変圧器11のuv相の一次巻線111uvの両端の電圧は、一次側電圧Vuv1である。変圧器11のvw相の一次巻線111vwの両端の電圧は、一次側電圧Vvw1である。変圧器11のwu相の一次巻線111wuの両端の電圧は、一次側電圧Vwu1である。
変圧器11のvw相の一次巻線111vwには、一次側電流Ivw1が流れる。一次側電流Ivw1が流れる方向と、一次側電圧Vvw1の正方向とは同一である。
変圧器11のwu相の一次巻線111wuには、一次側電流Iwu1が流れる。一次側電流Iwu1が流れる方向と、一次側電圧Vwu1の正方向とは同一である。
電力系統2のu相とv相との間の電圧は、線間電圧Vsuvである。線間電圧Vsuvは、電圧計14uvによって計測される。
電力系統2のv相とw相との間の電圧は、線間電圧Vsvwである。線間電圧Vsvwは、電圧計14vwによって計測される。
電力系統2のw相とu相との間の電圧は、線間電圧Vswuである。線間電圧Vswuは、電圧計14wuによって計測される。
図2(a)は、第1の実施形態に於ける単位セル121を示す概略の構成図である。
単位セル121は、x相のハイサイド側のスイッチング素子1211と、x相のローサイド側のスイッチング素子1212と、y相のハイサイド側のスイッチング素子1213と、y相のローサイド側のスイッチング素子1214と、直流コンデンサ1215と、電圧計1216と、ゲートドライバ1217とを備えている。スイッチング素子1211〜1214は、IGBTやGTO(Gate Turn-Off thyristor)などに代表される自己消弧素子であり、更にダイオードが逆方向に接続されている。
y相は、この単位セル121の負側端子1219に接続され、更にスイッチング素子1213のエミッタと、スイッチング素子1214のコレクタに接続されている。
スイッチング素子1211のコレクタと、スイッチング素子1213のコレクタとは、直流コンデンサ1215の一端に接続されている。スイッチング素子1212のエミッタと、スイッチング素子1214のエミッタとは、電圧印加手段である直流コンデンサ1215の他端に接続されている。
すなわち、スイッチング素子1211〜1214は、フルブリッジ回路を構成している。このフルブリッジ回路の直流側には、電圧印加手段である直流コンデンサ1215が接続されている。直流コンデンサ1215は、その両端に電圧vckjを印加する電圧印加手段である。ここでkはuv相、vw相、wu相のいずれかを示し、jは単位セル121の番号を示す。
このフルブリッジ回路の交流側は、x相およびy相である。x相は、正側端子1218に接続されている。y相は、負側端子1219に接続されている。正側端子1218と負側端子1219との間の電圧は、単位セル電圧vkjである。
各スイッチング素子1211〜1214のゲートは、それぞれゲートドライバ1217に接続されている。ゲートドライバ1217は、光ファイバ(不図示)を介して制御部13(図1参照)に接続されている。制御部13は、光ファイバ(不図示)を介して、制御信号をゲートドライバ1217に送信することにより、各スイッチング素子1211〜1214のオン・オフ制御を行う。
電圧計1216は、直流コンデンサ1215の両端に接続されて電圧vckjを計測し、光ファイバ(不図示)を介して、計測した電圧vckjの情報を制御部13に出力するものである。
図2(b)に示す場合は、x相のハイサイド側のスイッチング素子1211がオン、x相のローサイド側のスイッチング素子1212がオフ、y相のハイサイド側のスイッチング素子1213がオフ、y相のローサイド側のスイッチング素子1214がオンである。このとき、単位セル電圧vkjは、この単位セル121に流れる電流に関係なく、ほぼ、直流コンデンサ1215が印加する電圧vckjと等しくなる。ここでは、直流コンデンサ1215が印加する電圧vckjを、正電圧という。
図2(c)に示す場合は、x相のハイサイド側のスイッチング素子1211がオン、x相のローサイド側のスイッチング素子1212がオフ、y相のハイサイド側のスイッチング素子1213がオン、y相のローサイド側のスイッチング素子1214がオフである。このとき、単位セル電圧vkjは、この単位セル121に流れる電流に関係なく、ほぼ0[V]となる。
同様に、x相のハイサイド側のスイッチング素子1211がオフ、x相のローサイド側のスイッチング素子1212がオン、y相のハイサイド側のスイッチング素子1213がオフ、y相のローサイド側スイッチング素子1214がオンの場合にも、単位セル電圧vkjは、各単位セル121に流れる電流に関係なく、ほぼ0[V]となる。
図2(d)に示す場合は、x相のハイサイド側のスイッチング素子1211がオフ、x相のローサイド側のスイッチング素子1212がオン、y相のハイサイド側のスイッチング素子1213がオン、y相のローサイド側のスイッチング素子1214がオフである。このとき、単位セル電圧vkjは、この単位セル121に流れる電流に関係なく、ほぼ、直流コンデンサ1215が印加する電圧の逆である負電圧(−vckj)と等しくなる。
よって、各単位セル121は、この単位セル121に流れる電流に関係なく、正電圧vckj、零電圧(0)、または、負電圧(−vckj)を印加する電圧源と見做すことができる。
第1の実施形態の電力変換装置1の制御部13は、キャリア位相シフトPWM(Pulse-Width Modulation)により、各単位セル121に含まれる各スイッチング素子1211〜1214のオン・オフ制御を行う。
第1の実施形態の電力変換装置1は、各クラスタ12uv,12vw,12wuのそれぞれが6個の単位セル121を含み、各単位セル121の三角波キャリア信号の周波数は、基本波周波数の9倍である。しかし、これに限られず、単位セル121の個数や、キャリア信号の周波数は、他の値であってもよい。
図3(a)は、クラスタ電圧Vuvの波形を示している。図の縦軸は、クラスタ電圧Vuvを任意の単位[a.u.](Arbitrary Unit)で表わしている。
図3(b)は、クラスタ電圧Vvwの波形を示している。図の縦軸は、クラスタ電圧Vvwを任意の単位[a.u.]で表わしている。
図3(c)は、クラスタ電圧Vwuの波形を示している。図の縦軸は、クラスタ電圧Vwuを任意の単位[a.u.]で表わしている。
図3(d)は、和電圧Vuv+Vvw+Vwuの波形を示している。図の縦軸は、和電圧Vuv+Vvw+Vwuを任意の単位[a.u.]で表わしている。
図3(a)〜(d)の横軸は、πを単位として位相角をラジアン[rad]で表わしている。
第1の実施形態の電力変換装置1は、クラスタ電圧Vuv,Vvw,Vwuの基本波成分の振幅を等しく設定し、基本波成分の位相を互いに(2π/3)[rad]ずつシフトさせている。
図3(a)〜(c)に示すように、各クラスタ電圧Vuv,Vvw,Vwuは、正負2レベル×単位セル121の個数(6)+1(零電圧のレベル)=13レベルの波形となる。
ここで、1または複数の単位セル121が直列接続されている各クラスタ12uv,12vw,12wuは、これらに流れる二次側電流Iuv2,Ivw2,Iwu2に関係なく、1または複数の単位セル121の出力電圧の和を印加する電圧源と見做すことができる。
各クラスタ電圧Vuv,Vvw,Vwuは、基本波成分と高調波成分とを含んでいる。
uv相のクラスタ12uvの零相電圧V0は、変圧器11の二次巻線112uvに印加され、この零相成分の時間積分に比例して、零相電流I0が流れる。uv相の零相電流I0は、クラスタ12uvと、変圧器11の二次巻線112uvとが作る閉回路を流れるので、二次巻線112uvのインダクタンスによって限流される。
同様にvw相のクラスタ12vwの零相電圧V0は、変圧器11の二次巻線112vwに印加され、この零相成分の時間積分に比例して、零相電流I0が流れる。vw相の零相電流I0は、クラスタ12vwと、変圧器11の二次巻線112vwとが作る閉回路を流れるので、二次巻線112vwのインダクタンスによって限流される。
同様にwu相のクラスタ12wuの零相電圧V0は、変圧器11の二次巻線112wuに印加され、この零相成分の時間積分に比例して、零相電流I0が流れる。wu相の零相電流I0は、クラスタ12wuと、変圧器11の二次巻線112wuとが作る閉回路を流れるので、二次巻線112wuのインダクタンスによって限流される。
このようにすることで、第1の実施形態の電力変換装置1は、変圧器11の二次巻線112uv,112vw,112wuのインダクタンスによって零相電流I0を限流することができる。これにより、電力変換装置1は、単層リアクトルを削減することができ、装置の小型化と低コスト化を実現することができる。
電力変換装置1の制御部13は、各クラスタ12uv,12vw,12wuの各単位セル121の直流コンデンサ1215の電圧、および、単位セル121に含まれる各スイッチング素子1211〜1214のオン・オフ制御によって、各クラスタ電圧Vuv,Vvw,Vwuを決定する。すなわち、制御部13は、各クラスタ12uv,12vw,12wuの各単位セル121の直流コンデンサ1215の電圧を検出し、所望の電圧値になるように、単位セル121に含まれるスイッチング素子1211〜1214をオン・オフさせて、各クラスタ電圧Vuv,Vvw,Vwuを制御する。
電力変換装置1の制御部13は、線間電圧Vsuv,Vsvw,Vswuを検出し、各クラスタ電圧Vuv,Vvw,Vwuの基本波成分の周波数と位相を各線間電圧Vsuv,Vsvw,Vswuの周波数と位相に一致させ、かつ、各クラスタ電圧Vuv,Vvw,Vwuの基本波成分の振幅が各線間電圧Vsuv,Vsvw,Vswuの振幅よりも小さくなるように制御する。
この場合、一次側電流Iuv1,Ivw1,Iwu1の位相は、線間電圧Vsuv,Vsvw,Vswuの位相に対して90度進んでいる。よって、電力変換装置1は、電力系統2に対して進相無効電力を供給することができる。
電力変換装置1の制御部13は、線間電圧Vsuv,Vsvw,Vswuを検出し、各クラスタ電圧Vuv,Vvw,Vwuの基本波成分の周波数と位相とを各線間電圧Vsuv,Vsvw,Vswuの周波数と位相に一致させ、かつ、各クラスタ電圧Vuv,Vvw,Vwuの基本波成分の振幅が各線間電圧Vsuv,Vsvw,Vswuの振幅よりも大きくなるように制御する。
この場合、一次側電流Iuv1,Ivw1,Iwu1の位相は、線間電圧Vsuv,Vsvw,Vswuの位相に対して90度遅れている。よって、電力変換装置1は、電力系統2に対して遅相無効電力を供給することができる。
以上、電力変換装置1が自励式無効電力補償装置として、電力系統2に進相または遅相無効電力を供給する場合の制御方法について説明した。
電力変換装置1は、一次側電流Iuv1,Ivw1,Iwu1の基本波電流に代えて、逆相電流や高調波電流を制御してもよい。
以上説明した第1の実施形態では、次の(A)〜(D)のような効果がある。
第2の実施形態の電力変換装置1Aは、図1に示す第1の実施形態の電力変換装置1とは異なり、各クラスタ12uv,12vw,12wuに含まれる6個の単位セル121を、それぞれ単位セル121Aに置換した構成としている。第2の実施形態の電力変換装置1は、電力系統2との間で有効電力の継続的な授受を可能としている。
図6(a)は、第2の実施形態に於ける単位セル121Aの構成を示す図である。
第2の実施形態の単位セル121Aは、第1の実施形態の単位セル121(図2参照)とは異なり、直流コンデンサ1215(図2参照)の代わりに、二次電池1215Aを備えている。二次電池1215Aは、その両端に電圧vckjを印加する電圧印加手段であり、かつ、有効な電力を供給する有効電力供給手段である。ここでkはuv相、vw相、wu相のいずれかを示し、jは単位セル121Aの番号を示す。
図6(b)は、単位セル121Aに正電圧を印加させる方法を説明した図である。
図2(b)に示す方法と同様に、単位セル121Aは、各スイッチング素子1211〜1214をオン・オフ制御している。このとき、単位セル電圧vkjは、この単位セル121Aに流れる電流に関係なく、ほぼ、二次電池1215Aが印加する電圧vckjと等しくなる。
図6(c)は、単位セル121Aに零電圧を印加させる方法を説明した図である。
図2(c)に示す方法と同様に、単位セル121Aは、各スイッチング素子1211〜1214をオン・オフ制御している。このとき、単位セル電圧vkjは、この単位セル121Aに流れる電流に関係なく、ほぼ0[V]となる。
図6(d)は、単位セル121Aに負電圧を印加させる方法を説明した図である。
図2(d)に示す方法と同様に、各スイッチング素子1211〜1214をオン・オフ制御している。このとき、単位セル電圧vkjは、この単位セル121Aに流れる電流に関係なく、ほぼ、二次電池1215Aが印加する電圧の逆である負電圧(−vckj)と等しくなる。
よって、各単位セル121Aは、この単位セル121Aに流れる電流に関係なく、正電圧vckj、零電圧(0)、または、負電圧(−vckj)を印加する電圧源と見做すことができる。
電力変換装置1Aの制御部13は、線間電圧Vsuv,Vsvw,Vswuを検出し、各クラスタ電圧Vuv,Vvw,Vwuの基本波成分の周波数と振幅を各線間電圧Vsuv,Vsvw,Vswuの周波数と振幅に一致させ、かつ、各クラスタ電圧Vuv,Vvw,Vwuの基本波成分の位相を各線間電圧Vsuv,Vsvw,Vswuの位相よりも遅らせる。
この場合、一次側電流Iuv1,Ivw1,Iwu1には、線間電圧Vsuv,Vsvw,Vswuより位相が遅れた電流が流れる。よって、電力変換装置1Aは、電力系統2から有効電力を受電することができる。
電力変換装置1Aは、線間電圧Vsuv,Vsvw,Vswuを検出し、各クラスタ電圧Vuv,Vvw,Vwuの基本波成分の周波数と振幅とを各線間電圧Vsuv,Vsvw,Vswuの周波数と振幅に一致させ、かつ、各クラスタ電圧Vuv,Vvw,Vwuの基本波成分の位相を各線間電圧Vsuv,Vsvw,Vswuの位相よりも進ませる。
この場合、一次側電流Iuv1,Ivw1,Iwu1には、線間電圧Vsuv,Vsvw,Vswuより位相が進んだ電流が流れる。よって、電力変換装置1Aは、電力系統2に対して有効電力を送電(供給)することができる。
以上説明した第2の実施形態では、次の(E)のような効果がある。
第3の実施形態の電力変換装置1Bは、図5に示すような有効電力供給手段である二次電池1215Aを接続した単位セル121Aを使用し、電動機3や、その他の交流負荷などに電力を供給するものである。これにより、第3の実施形態の電力変換装置1Bは、任意の振幅、かつ、任意の周波数の交流電圧を、電動機3や、その他の交流負荷などに印加することができる。
図7に於いて、第3の実施形態の電力変換装置1Bは、第2の実施形態とは異なり、電動機3に接続されている。それ以外の構成は、第2の実施形態の電力変換装置1Aと同様である。
第3の実施形態の電力変換装置1Bは、電動機3と直接に接続されている。しかし、これに限られず、電力変換装置1Bは、他の変圧器、リアクトル、またはフィルタなどを介して、電動機3に接続されてもよい。
第1の実施形態で述べたように、各クラスタ12uv,12vw,12wuに含まれる単位セル121Aのスイッチング素子1211〜1214をオン・オフ制御することで、各クラスタ12uv,12vw,12wuの両端電圧であるクラスタ電圧Vuv,Vvw,Vwuを制御できる。
クラスタ電圧Vuv,Vvw,Vwuの振幅は、各クラスタ12uv,12vw,12wuに含まれる単位セル121Aの台数をMとし、各単位セル121Aの二次電池1215Aが印加する電圧を、電圧vckjとすれば、(−vckj×M)[V]から(vckj×M)[V]の範囲で、0[V]を含むvckj[V]ごとの任意の値に制御可能である。
また、クラスタ電圧Vuv,Vvw,Vwuの周波数は、スイッチング周波数よりも低い範囲で、任意の値に制御可能である。クラスタ電圧Vuv,Vvw,Vwuを介して、電動機3に流れる電流Iu,Iv,Iwを直接、または座標変換を施した電流信号を介してフィードバック制御することによって、電動機3のトルク、回転速度、回転位置を制御可能である。
以上のように、第3の実施形態の電力変換装置1Bは、任意振幅、任意周波数の交流電圧を印加する装置として動作させることで、電動機3のトルク、回転速度、回転位置の制御が可能となる。
以上説明した第3の実施形態では、次の(G),(H)のような効果がある。
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば上記した実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
本発明の変形例として、例えば、次の(a)〜(e)のようなものがある。
2 電力系統
3 電動機
11 変圧器
112uv,112vw,112wu 二次巻線
111uv,111vw,111wu 一次巻線
113uv,113vw,113wu 脚
12uv,12vw,12wu クラスタ
121,121A 単位セル
1211〜1214 スイッチング素子
1215 直流コンデンサ (電圧印加手段)
1215A 二次電池 (有効電力供給手段:電圧印加手段)
13 制御部
14uv,14vw,14wu 電圧計
I0 零相電流
V0 零相電圧
Iuv1,Ivw1,Iwu1 一次側電流
Vuv1,Vvw1,Vwu1 一次側電圧
Iuv2,Ivw2,Iwu2 二次側電流
Vuv2,Vvw2,Vwu2 二次側電圧
Isu,Isv,Isw 系統電流
Vuv,Vvw,Vwu クラスタ電圧
Vsuv,Vsvw,Vswu 線間電圧
vkj 単位セル電圧
Claims (13)
- 3相の電力系統の各相に接続された一次巻線がデルタ結線、スター結線、千鳥結線のいずれかで3本の脚に巻回され、前記3本の脚にそれぞれ二次巻線が巻回されて前記一次巻線と磁気結合した三相変圧器と、
前記電力系統の各相の線間電圧を計測する電圧計と、
各前記二次巻線の両端に、1または複数の単位セルが直列に接続されて閉回路を構成するクラスタと、
各前記クラスタの電圧を計測する電圧計測手段と、
前記単位セルを制御する制御部と、
を備えており、
前記単位セルは、
少なくとも4個のスイッチング素子が接続されているフルブリッジ回路と、
前記フルブリッジ回路の直流側に接続されたコンデンサと、
前記フルブリッジ回路の交流側に接続された正側端子および負側端子と、
を備えることを特徴とする自励式無効電力補償装置。 - 前記電力系統に、進相無効電力または遅相無効電力を供給する、
ことを特徴とする請求項1に記載の自励式無効電力補償装置。 - 前記制御部は、各前記クラスタの電圧の基本波成分の周波数と位相とを各前記線間電圧の周波数と位相に一致させ、かつ、各前記クラスタの電圧の基本波成分の振幅が各前記線間電圧の振幅よりも小さくなるように制御することで、前記電力系統に進相無効電力を供給する、
ことを特徴とする請求項1に記載の自励式無効電力補償装置。 - 前記制御部は、各前記クラスタの電圧の基本波成分の周波数と位相とを各前記線間電圧の周波数と位相に一致させ、かつ、各前記クラスタの電圧の基本波成分の振幅が各前記線間電圧の振幅よりも大きくなるように制御することで、前記電力系統に遅相無効電力を供給する、
ことを特徴とする請求項1に記載の自励式無効電力補償装置。 - 前記制御部は、各前記クラスタの電圧が零相電圧を含むように制御する、
ことを特徴とする請求項1に記載の自励式無効電力補償装置。 - 3相の電力系統の各相に接続された一次巻線がデルタ結線、スター結線、千鳥結線のいずれかで3本の脚に巻回され、前記3本の脚にそれぞれ二次巻線が巻回されて前記一次巻線と磁気結合した三相変圧器と、
前記電力系統の各相の電流を計測する電流計と、
各前記二次巻線の両端に、1または複数の単位セルが直列に接続されて閉回路を構成するクラスタと、
各前記クラスタに流れる電流を計測する電流計と、
前記単位セルを制御する制御部と、
を備えており、
前記単位セルは、
少なくとも4個のスイッチング素子が接続されているフルブリッジ回路と、
前記フルブリッジ回路の直流側に接続されたコンデンサと、
前記フルブリッジ回路の交流側に接続された正側端子および負側端子と、
を備えることを特徴とする自励式無効電力補償装置。 - 3相の電力系統の各相に接続された一次巻線がデルタ結線、スター結線、千鳥結線のいずれかで3本の脚に巻回され、前記3本の脚にそれぞれ二次巻線が巻回されて前記一次巻線と磁気結合した三相変圧器と、
前記電力系統の各相の線間電圧を計測する電圧計と、
各前記二次巻線の両端に、1または複数の単位セルが直列に接続されて閉回路を構成するクラスタと、
各前記クラスタの電圧を計測する電圧計測手段と、
前記単位セルを制御する制御部と、
を備えており、
前記単位セルは、
少なくとも4個のスイッチング素子が接続されているフルブリッジ回路と、
前記フルブリッジ回路の直流側に接続され、前記フルブリッジ回路を介して有効電力を供給する有効電力供給手段と、
前記フルブリッジ回路の交流側に接続された正側端子および負側端子と、
を備えることを特徴とする電力変換装置。 - 前記有効電力供給手段は、二次電池である、
ことを特徴とする請求項7に記載の電力変換装置。 - 前記有効電力供給手段は、太陽電池または燃料電池であり、
前記制御部は、前記電力系統との間で有効電力を継続的に授受させるように各前記単位セルを制御する、
ことを特徴とする請求項7に記載の電力変換装置。 - 前記制御部は、各前記クラスタの電圧の基本波成分の周波数と振幅とを各前記線間電圧の周波数と振幅に一致させ、かつ、各前記クラスタの電圧の基本波成分の位相を各前記線間電圧の位相よりも進ませることで、前記電力系統に対して有効電力を供給する、
ことを特徴とする請求項8または9に記載の電力変換装置。 - 前記制御部は、各前記クラスタの電圧の基本波成分の周波数と振幅とを各前記線間電圧の周波数と振幅に一致させ、かつ、各前記クラスタの電圧の基本波成分の位相を各前記線間電圧の位相よりも遅らせることで、前記電力系統から有効電力を受電する、
ことを特徴とする請求項8に記載の電力変換装置。 - 3相の交流負荷の各相に接続された一次巻線がデルタ結線、スター結線、千鳥結線のいずれかで3本の脚に巻回され、前記3本の脚にそれぞれ二次巻線が巻回されて前記一次巻線と磁気結合した三相変圧器と、
前記交流負荷の各相の線間電圧を計測する電圧計と、
各前記二次巻線の両端に、1または複数の単位セルが直列に接続されて閉回路を構成するクラスタと、
前記単位セルを制御して、前記交流負荷に任意の振幅かつ任意の周波数の電力を供給させる制御部と、
を備えており、
前記単位セルは、
少なくとも4個のスイッチング素子が接続されているフルブリッジ回路と、
前記フルブリッジ回路の直流側に接続され、前記フルブリッジ回路を介して有効電力を供給する有効電力供給手段と、
前記フルブリッジ回路の交流側に接続された正側端子および負側端子と、
を備えることを特徴とする電力変換装置。 - 前記交流負荷は、電動機であり、
前記電動機に任意の振幅かつ任意の周波数の電力を供給して、当該電動機のトルク、回転速度、位置を制御する、
ことを特徴とする請求項12に記載の電力変換装置。
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