JP6529676B2 - モジュラーマルチレベルコンバータの能動的放電 - Google Patents

モジュラーマルチレベルコンバータの能動的放電 Download PDF

Info

Publication number
JP6529676B2
JP6529676B2 JP2018531324A JP2018531324A JP6529676B2 JP 6529676 B2 JP6529676 B2 JP 6529676B2 JP 2018531324 A JP2018531324 A JP 2018531324A JP 2018531324 A JP2018531324 A JP 2018531324A JP 6529676 B2 JP6529676 B2 JP 6529676B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
submodule
voltage
state
mmc
energy storage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2018531324A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2018537945A (ja
Inventor
ビート ブーフマン,
ビート ブーフマン,
ジェローム フィッシャー,
ジェローム フィッシャー,
Original Assignee
アーベーベー シュヴァイツ アクツィエンゲゼルシャフト
アーベーベー シュヴァイツ アクツィエンゲゼルシャフト
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by アーベーベー シュヴァイツ アクツィエンゲゼルシャフト, アーベーベー シュヴァイツ アクツィエンゲゼルシャフト filed Critical アーベーベー シュヴァイツ アクツィエンゲゼルシャフト
Publication of JP2018537945A publication Critical patent/JP2018537945A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6529676B2 publication Critical patent/JP6529676B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/18Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • H02J3/1821Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators
    • H02J3/1835Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control
    • H02J3/1842Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control wherein at least one reactive element is actively controlled by a bridge converter, e.g. active filters
    • H02J3/1857Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control wherein at least one reactive element is actively controlled by a bridge converter, e.g. active filters wherein such bridge converter is a multilevel converter
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/322Means for rapidly discharging a capacitor of the converter for protecting electrical components or for preventing electrical shock
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/4833Capacitor voltage balancing
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/4835Converters with outputs that each can have more than two voltages levels comprising two or more cells, each including a switchable capacitor, the capacitors having a nominal charge voltage which corresponds to a given fraction of the input voltage, and the capacitors being selectively connected in series to determine the instantaneous output voltage
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/4837Flying capacitor converters
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/20Active power filtering [APF]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Description

本開示は、デルタ構成で接続された複数の位相レグを備える、モジュラーマルチレベルコンバータ(MMC)を放電させる方法に関する。各位相レグは複数の直列接続されたサブモジュールを備え、各サブモジュールはエネルギー貯蔵装置を備える。
チェーンリンクコンバータ(CLC)とも称されるMMCは、各々が、直列接続された複数の例えば10から40のコンバータセル、又はコンバータサブモジュールを有するコンバータブランチを備え、コンバータブランチは、Y字形/星形、デルタ、及び/又は間接的コンバータトポロジーに配置されうる。コンバータセルは、フルブリッジ(Hブリッジ)回路を有するバイポーラセル又はハーフブリッジ回路を有するユニポーラセルのいずれかであり、エネルギーを貯蔵するためのコンデンサと、コンデンサを一極又は二極でコンバータブランチに接続させるために、例えば絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)デバイス、集積化ゲート転流型サイリスタ(IGCT)デバイス、ゲートターンオフサイリスタ(GTO)デバイス、又はMOSFET等の電力半導体スイッチとを備える。コンバータセルのコンデンサ当たりの電圧は、1kVと6kVの間であってよく、コンバータブランチの電圧は、10kVから数百kVの範囲であってよい。プロセッサ及び対応するソフトウェア、及び/又はフィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)を有するMMCコントローラは、専用の(パルス幅)変調(PWM)スキームを使用することによって、コンバータセルの制御、及び電力半導体スイッチの操作を行う。
MMCは、送電システムにおいて、交流(AC)専用自励式無効電力補償装置(Statcom)及び/又は静的力率補正のためのフレキシブルAC伝達システム(FACT)デバイス、及び/又はレールインタータイ(Rail Interties)(周波数コンバータ、例:「50Hzから16 2/3Hzへ)として、また電圧の品質及び安定性の目的にも使用されうる。Statcomは、無効電力を生成する又は吸収することによって、Statcomが接続された送電ネットワーク又は送電網へ無効電力サポートを提供する。
動作中のMMCは、コンバータを配電網へ接続する前にコンバータへ供給されるべき一定量のエネルギーを必要とする。そのために、受動的充電を手段として、又は外部充電制御に戻すことによって、コンバータセルのコンデンサの充電又は予備充電が実施される。
受動的充電は、充電されていないコンバータをブロック化吐出パルスで、充電レジスタを介して主要配電網へ接続することによって実行される。充電レジスタは、メインブレーカーが閉鎖され、コンバータの還流ダイオードを通る配電網の電圧整流によってセルのコンデンサがおおよそ公称電圧まで充電されたときに、突入電流を制限する。コンデンサの受動的充電はゆっくり行われるため、完了するまでに10秒から数分かかる。セルの直流(DC)コンデンサのインピーダンスが優勢であるため、電圧を平衡化する必要はなく、したがって、この時間範囲での電圧ドリフトは小さい。
一方で、外部充電制御には、追加の制御ハードウェアと補助電源が必要である。充電されていないコンバータは、主要配電網のグリッド電圧に匹敵する充電電圧を受けるために、ブロック化吐出パルスで補助電源に接続される。外部充電には好ましくは、補助電源の低電圧を充電電圧に変換する専用の昇圧充電変圧器に接続された低電圧補助電源が含まれる。この場合、充電変圧器のインピーダンスにより突入電流が制限されるため、充電レジスタは必要ではない。
本発明によれば、配電網ブレーカが開放されたときに、MMCのサブモジュールの電圧を平衡化する方法が提示される。コンバータは、MMCの3つの位相レグの各位相レグ内のサブモジュールの電圧が幾つかの基準を満たす場合にのみ、配電網に再接続されうる。2つの可能な場合がある。各サブモジュール(セルとも称される)の電圧の合計のいずれかが、グリッド電圧と一致する。そうすると、コンバータはただちに配電網に再接続されうる。これが完全に満たされない場合、次に、循環電流による放電が開始される。各サブモジュールのエネルギー貯蔵装置(コンデンサ)内の電圧は、ソートアルゴリズムを使用して平衡化される。ソートアルゴリズムは、電流の配向とサブモジュールの状態(過充電あるいは充電不足)によって、(通常)Hブリッジサブモジュール(「+」、「0」、「−」ベクトル)を切り替える。この結果、サブモジュールのエネルギー貯蔵装置が放電、あるいは充電されることになる。これにより、サブモジュールのエネルギー貯蔵装置は、全てのサブモジュールにわたる平均エネルギーが放電される/低下するように、放電される。測定された電圧が特定範囲内(電圧基準からのサブモジュールの電圧偏差が小さい)にあり、どのサブモジュールもそれ自体の電源を失っていない場合(サブモジュールのエネルギー貯蔵装置が最低限必要な電圧レベル未満に放電されると、その特定のサブモジュールの電源はスイッチがオフになる)、コンバータが次に再充電され、その後再び配電網に再接続されうる。この方法の利点は、短期間の充電及び平衡化の後に、コンバータが配電網に再接続されうることである。この方法を使用しない場合、コンバータは、エネルギー貯蔵装置が成分を損失することによって完全に放電されるまで利用することができず、これには約20分かかる。
エネルギー貯蔵装置を完全に放電させずに、コンバータを配電網に再接続するには、本発明の方法を使用してサブモジュール電圧を平衡化し、各サブモジュール電圧を、配電網ブレーカが閉鎖され、コンバータがグリッドに再接続されうる事前に定義された範囲内にする。必要に応じた十分な抵抗再充電の後に、配電網ブレーカを再び閉鎖することができるようにするには、満たすべき2つの主な基準がある。
1.全てのサブモジュールに電圧を印加する必要がある。(サブモジュールのエネルギー貯蔵装置の電圧が特定の電圧レベル未満である場合、電源のスイッチがオフになり、これ以上サブモジュールへ供給することができない。)幾つかのセルに電圧が印加されない場合、配電網ブレーカを閉鎖する前にそれらが充電回路で充電される必要がある。
2.位相レグ内のサブモジュール電圧が所定範囲を超えて逸脱している場合、半導体(例:IGCT)の安全動作領域を離れることなく配電網ブレーカを再び閉鎖することは不可能である。充電プロセス中の過電圧のために、サブモジュールが迂回されることになる。迂回により最終的に、コンバータが配電網から接続解除されることになる。
本発明の一態様によれば、デルタ構成で接続された複数の位相レグを備えるMMCを放電させる方法が提供される。各レグは、複数の直列接続されたサブモジュールを備え、各サブモジュールはエネルギー貯蔵装置を備える。本方法は、配電網からMMCを接続解除することと、循環電流によってエネルギー貯蔵装置を放電させることと、MMCを配電網に再接続することとを含む。放電させることは、各位相レグに対し、電圧基準を設定することと、ソートアルゴリズムを用いてゼロ状態にあるサブモジュールを連続的に選択することであって、これにより位相レグ内の各サブモジュールのエネルギー貯蔵装置の設定された電圧基準からの電圧偏差が事前に定義された範囲内になるまで、選択されたサブモジュールの各サブモジュールをプラス又はマイナス状態に切り替える、連続的に選択することとを含む。
本発明の別の態様によれば、デルタ構成で接続された複数の位相レグを備えるMMCが提供される。各レグは、複数の直列接続されたサブモジュールを備え、各サブモジュールは、エネルギー貯蔵装置を含む。MMCはまた、閉鎖位置においてMMCを配電網に接続し、開放位置においてMMCを配電網から接続解除するためのブレーカも備える。MMCはまた、ブレーカが開放位置にあるときに、各位相レグに対し、電圧基準を設定し、ソートアルゴリズムを用いてゼロ状態にあるサブモジュールを連続的に選択して、位相レグ内の各サブモジュールのエネルギー貯蔵装置の設定された電圧基準からの電圧偏差が事前に定義された範囲内になるまで、選択されたサブモジュールの各サブモジュールをプラス又はマイナス状態に切り替えるように構成された制御装置も備える。
コンバータが能動的に放電されていない、すなわちそれ自体の損失のみによって放電されている場合、放電プロセスは例えば最大20分等、長時間かかりうる。この時点ではコンバータは配電網に再接続されず、完全に放電されるまで待たなければならない場合がある。これは、同じバスに接続されたいずれかのシステム内のいずれかの障害のために何らかの理由でブレーカが開放されるため、通常の動作において起こる可能性がある。良くある状況は、ブレーカが数秒から最大1分のみ開放され、その後再び閉鎖されることである。この最中に、コンバータは再接続される準備ができていなければならない。本発明の方法が使用される場合、エネルギー貯蔵装置の電圧は、放電シーケンスを開始することによって能動的に平衡化される。電圧がわずかな範囲内でのみ逸脱しており、電圧が低すぎるためにサブモジュールの電源のスイッチがオフとなっていない場合、コンバータは、補助充電ユニットを介して再充電されることによって、あるいは直接ブレーカを閉鎖することによって、接続されうる。連続的に充電された場合、コンバータは配電網に再接続されうる。このプロセスは、何秒かしかかからない可能性がある。
いずれかの態様のいずれかの特徴を、適切なものがあれば他のいずれかの態様に適用することが可能であることに留意すべきである。同様に、いずれかの態様のいずれかの利点を、他のいずれかの態様に適用することができる。開示の実施形態の他の目的、特徴及び利点は、以下の詳細の開示内容から、添付の従属請求項から、及び図面から明らかとなろう。
全体として、特許請求項で使用されるすべての用語は、本書に明示的に別段の定めをしない限り、当技術分野における通常の意味に従って解釈されるものである。本書に明示的に別段の定めをしない限り、「1つの/この(素子、装置、構成要素、手段、ステップなど)」の呼称は、当該素子、装置、構成要素、手段、ステップなどのうちの少なくとも1つの例を指すものとして広義に解釈される。本書に開示されるいかなる方法におけるステップも、明示的に規定されない限り、開示の順序通りに実施される必要はない。本開示の異なる特徴/構成要素における「第1の」、「第2の」等の使用は、特徴/構成要素を他の同様の特徴/構成要素から区別することを意図したのみであり、特徴/構成要素にいかなる順序も又は階層をも付与するものではない。
下記の添付図面を参照しながら、実施形態を例示的に説明する。
本発明に係るデルタ接続されたMMCの一実施形態の概略図である。 本発明に係るMMCのサブモジュールの一実施形態の概略図である。 本開示の方法の一実施形態の概略フロー図である。 本発明の方法の例示的実施形態の更に詳しい概略的フロー図である。
以下に、特定の実施形態が示された添付図面を参照しつつ、実施形態がより完全に記載される。しかしながら、多数の異なる形態の他の実施形態も、本開示の範囲内で可能である。むしろ、以下の実施形態は、この開示内容が綿密で完全なものとなるように、また本開示の範囲が当業者に完全に伝わるように、単なる例として提供される。類似の番号は、記載全体を通して類似の要素を指す。
図1は、三相のMMC1の一実施形態を示す概略図である。MMC1は、デルタ構成で接続された、1位相当たりに1つの、3つの位相レグ2を備える。MMC1は、少なくとも1つのブレーカ(図示せず)を介して配電網(図示せず)に接続可能である。ブレーカは、各位相に対してサブブレーカを備えうる。各位相は、図面に示すように、それぞれの電圧(V)と電流(i)とを有する。各位相レグ2は、本書ではサブモジュール3と称される、複数の直列接続されたセル3を備える。
図2は、バイポーラサブモジュール3の一実施形態を示す概略図である。サブモジュールは、エネルギー貯蔵装置4、通常はコンデンサと、フルブリッジサブモジュールの2つの平行するレグを形成する複数の半導体スイッチS1〜S4(例:IGCT)とを備える。サブモジュールの充電又はDC電圧等について本書に記載される場合、これは意図されるエネルギー貯蔵装置4の状態である。
各サブモジュール3は基本的に4つの状態:パルスブロック、プラス、マイナス及びゼロの状態を有しうる。
・パルスブロックの状態とは、(サブモジュール内に流入あるいはサブモジュールから流出している)符号とは無関係の電流でサブモジュールが充電されることを意味する(この状態は本発明においては使用されない)。
・ゼロの状態とは、サブモジュールのDC電圧が、サブモジュールを制御するためにエネルギーが費やされるためコンデンサがゆっくり放電することによる以外には変化しないことを意味する。この状態は、従来の方法によるゆっくりとした放電に使用される。
・電流がサブモジュール内に流入しているプラスの状態とは、サブモジュールのDC電圧が上昇していることを意味する。
・電流がサブモジュールから流出しているプラスの状態とは、サブモジュールのDC電圧が低下していることを意味する。
・電流がサブモジュール内に流入しているマイナスの状態とは、サブモジュールのDC電圧が低下していることを意味する。
・電流がサブモジュールから流出しているマイナスの状態とは、サブモジュールのDC電圧が上昇していることを意味する。
本発明によれば、通常全てのサブモジュールはプラス、マイナス又はゼロの状態であり、パルスブロックの状態ではない。ゼロの状態にあるセルの数は、正弦波基準電圧によって変化する(ゼロの交差において、全てのモジュールはゼロの状態である。ピーク電圧において、ほとんどのセルは正の半波においてプラスの状態であり、負の半波においてそれぞれマイナスの状態である)。本開示のソートアルゴリズムはしたがって、サブモジュールのDC電圧が上昇する場合に、最低DC電圧がプラス又はマイナスの状態(電流がサブモジュール内に流入しているプラスの状態、あるいは電流がサブモジュールから流出しているマイナスの状態)に切り替えられるべきゼロの状態にあるサブモジュールを選択する。同様に、サブモジュールのDC電圧が低下する場合に、最高DC電圧がプラス又はマイナスの状態(電流がサブモジュールから流出しているプラスの状態、あるいは電流がサブモジュール内に流入しているマイナスの状態)に切り替えられるように選択されるゼロの状態にあるサブモジュールが選択される。ゼロの状態のサブモジュールがプラス又はマイナスの状態に切り替えられるか否かは、電圧基準がそれ自体の正のあるいは負の半波にあるか否かによって決まる。
本方法によれば、MMC1は比較的速い方法で能動的に放電される。位相レグ内の全てのサブモジュールの平均DC電圧は、(上述したように)個々のサブモジュールのDC電圧が上昇しうる場合でも低下する。
上述したように、主要ブレーカが開放された場合、ブレーカを再び閉鎖することができ、コンバータが動作し続けることを可能にするためには、各位相レグ2の電圧が特定範囲内になければならない。少なくとも1つの位相レグ内のエネルギー貯蔵装置4の電圧偏差が高すぎる場合、各位相レグ内の各サブモジュール3の電圧の平衡化は個別に実施される。これは、各位相レグ2に対する電圧基準を用いて行われる。ブレーカが閉鎖されている場合、直列接続されたサブモジュール3には同じ充電電流が流れる。すると、それらの安全動作範囲の上限近くまですでに充電されたエネルギー貯蔵装置(コンデンサ)4が、安全動作範囲を超えたレベルまで充電されうる。何の措置も取らなかった場合、コンデンサ4の過電圧はバイパスサイリスタの始動につながりうる。迂回されたサブモジュール3はこれ以降、次の動作においては利用できない。このコンデンサの過充電は、電圧レベルを予め定義された範囲内に平衡化することにより防止される。平衡化は、測定された全てのサブモジュールの電圧が基準からわずかに逸脱するか、あるいはサブモジュールの電源が、それ自体のエネルギー貯蔵装置4の電圧レベルが低すぎるためにスイッチオフになるまで、行われる。このサブモジュールの電源のスイッチがオフになる動作は、サブモジュールの電源がエネルギー貯蔵装置(コンデンサ)4に接続され、これらの電源がスイッチオン/オフになる所定の電圧レベルを有するトポロジーのために、使用可能である。
本書に記載されるサブモジュール3内で電圧を平衡化する方法は、各位相レグに対する例えば開ループ制御(閉ループ制御は実行されない)における電圧基準を使用する。サブモジュールを平衡化するのに使用されるソートアルゴリズムは、電流の配向によって、プラス、ゼロ又はマイナス状態のいずれかを設定するためにサブモジュール3を選択する。したがって、高充電のエネルギー貯蔵装置4は放電され、低充電のエネルギー貯蔵装置は充電される。これが数サイクルにわたって行われた場合、サブモジュールは、電圧基準に従って同じ電圧レベル(わずかな偏差は許容可能)に平衡化される。
本書に開示される各サブモジュールの電圧を平衡化する方法を用いることによって、ブレーカは、例えば周囲のシステムにおける障害のために開放された後に、短時間で(例えば、ほとんどすぐに)閉鎖されうる。ブレーカを再閉鎖するための基準は、全てのサブモジュールの電圧が、電圧基準から事前に定義された特定の偏差を超えて広がっていないことでありうる。第2の条件は、全てのサブモジュールの電源がまだ動いていることでありうる。
エネルギー貯蔵装置4の測定された電圧が十分高い場合は、ブレーカは即座に閉鎖されうる。そうでなければ、レジスタを介した予備充電が最初に実施され得、次にコンバータ1がエネルギー貯蔵装置4の電圧を最大公称電圧まで充電し始めうる。公称電圧が得られたら、ブレーカが閉鎖され、コンバータはほんの数秒で再び動作しうる。本書に開示の方法が使われない場合、コンバータは、各サブモジュール内のデバイスの損失によってエネルギー貯蔵装置が放電されるまで遮断されることになる。
能動的放電は、各位相レグ2に対して電圧基準と周波数を設定することによって実施される。デルタトポロジーに起因して、円電流により各サブモジュール3内のエネルギー貯蔵装置4が能動的に放電される。加えて、平衡化を改善する、又はより速くするために、位相レグ2間で電力が交換されうる。それと同時に、本書に記載のソートアルゴリズムを使用して、各位相レグ2内のサブモジュール3の電圧が平衡化されうる。この方法は、コンバータ1の制御装置内のアプリケーションの制御ソフトウェアにおいて実行されうる。制御装置は、位相レグ2と同じ場所に位置していてよい、あるいは例えば外部の制御室等の外部にあってもよい。制御装置は、本発明の方法を実施するために、例えば制御ソフトウェア等によってコンバータ1を制御するように構成される。通常この方法が使用される可能性のある用途は、自励式無効電力補償装置(STATCOM)、中間電圧コンバータ(MVC)、及び可能であればわずかに適応させた形態のレールグリッド結合コンバータ又はポンプ貯蔵プラント用コンバータ、例えばレールインタータイ(Rail Interties)(周波数コンバータ、例:50Hzから16 2/3Hzへ)を含む。
図3は、本開示の方法の一実施形態を示す概略図である。本方法は、デルタ構成で接続された複数の位相レグ2を備えるMMC1を放電するためのものであって、各レグは、複数の直列接続されたサブモジュール3を備え、各サブモジュールはエネルギー貯蔵装置4を備える。通常、本方法はMMC1の制御装置によって実施される。
本方法は、例えばブレーカを開放すること等によってMMC1を配電網から接続解除することS1を含む。更に、本方法は、循環電流によってエネルギー貯蔵装置4を放電させることS2と、例えばブレーカを閉鎖すること等によってMMC1を配電網に再接続することS3とを含む。
放電させることS2は、各位相レグ2に対し、電圧基準を設定することS2aと、ソートアルゴリズムを用いてゼロ状態にあるサブモジュール3を連続的に選択することであって、これにより位相レグ内の各サブモジュールのエネルギー貯蔵装置4の設定された電圧基準からの電圧偏差が予め定義された範囲内になるまで、選択されたサブモジュールの各サブモジュールをプラス又はマイナス状態に切り替える、連続的に選択することS2bとを含む。
図4は、本発明の方法の例示的実施形態の更に詳しい概略的フロー図である。
ステップS1:
ブレーカの開放によって、MMCが配電網から接続解除されるS1。
ステップ41:
はいの場合:エネルギー貯蔵装置4の測定された電圧の合計が配電網の電圧よりも高い場合、ブレーカは再び直接閉鎖され、コンバータが再接続されうるS3。
ステップ42:
サブモジュール電圧が測定され、同じ位相レグ2内の他のサブモジュールの電圧と比較される。
いいえの場合:1つの位相のサブモジュール間の偏差が大きすぎる場合、能動的放電が開始される。
はいの場合:全てのサブモジュールの電圧が安全な範囲内にある場合、能動的放電は必要なく、コンバータは再充電される準備ができている47。
ステップ43:
はいの場合:全てのサブモジュール3が電圧印加され、アクティブである場合、円電流で放電させることが可能である。
いいえの場合:全てのサブモジュール3がアクティブではない場合、電力損失による従来の放電によって放電が行われる。
ステップS2:
放電は、本開示に従って円電流を流して高い損失を出すことによって行われる。これは、サブモジュール3が、エネルギー貯蔵装置4の電圧が低すぎるために、あるいは、位相レグ2内の各サブモジュールの電圧偏差が事前に定義された範囲内にあるために、これ以上電圧を印加することができなくなるまで行われる。
ステップ44:
放電は、エネルギー貯蔵装置4の測定された電圧が事前に定義された範囲内になるまで、続けられる。
ステップ45:
その後、放電は、サブモジュールを放電しすぎないように即座に停止される。全てのサブモジュールはこの時点で、おおよそ同じ電圧まで放電され、平衡化されている。
ステップ48&46:
円電流による放電が可能でない場合、エネルギー貯蔵装置4は電力損失により放電される48。その後、測定されたサブモジュールの電圧が事前に定義された範囲内にあるか否かが確認される。
はいの場合:充電47が許可される。
いいえの場合:従来の放電48が続けられる。
ステップ47:
抵抗による再充電が行われる。
ステップS3:
配電網ブレーカが閉鎖され、コンバータが配電網に再接続される。
本開示を、主として幾つかの実施形態を参照して上述した。しかしながら、当業者によって容易に理解されるように、上記で開示された実施形態以外の他の実施形態も同様に、添付の特許請求の範囲で定義される本開示の範囲内において可能である。

Claims (7)

  1. デルタ構成で接続された複数の位相レグ(2)を備えるモジュラーマルチレベルコンバータ(MMC)(1)を放電させる方法であって、各レグは複数の直列接続されたサブモジュール(3)を備え、各サブモジュールはエネルギー貯蔵装置(4)を備え、前記方法は、
    配電網から前記MMC(1)を接続解除すること(S1)と、
    循環電流によって前記エネルギー貯蔵装置(4)を放電させること(S2)と、
    前記MMC(1)を前記配電網に再接続すること(S3)とを含み、
    前記放電させることは、各位相レグ(2)に対し、
    電圧基準を設定すること(S2a)と、
    ソートアルゴリズムを用いてゼロ状態にあるサブモジュール(3)を連続的に選択することであって、これにより前記位相レグ内の各サブモジュールの前記エネルギー貯蔵装置(4)の設定された電圧基準からの電圧偏差が事前に定義された範囲内になるまで、選択されたサブモジュールの各サブモジュールをプラス状態又はマイナス状態に切り替える、連続的に選択すること(S2b)と
    を含み、
    前記ゼロ状態とは、前記サブモジュールのDC電圧が、前記サブモジュール(3)を制御するためにエネルギーが費やされるため前記エネルギー貯蔵装置(4)がゆっくり放電することによる以外には変化しない状態であり、
    前記プラス状態とは、電流が前記サブモジュール内に流入している場合には、前記サブモジュールのDC電圧が上昇している状態であり、電流が前記サブモジュールから流出している場合には、前記サブモジュールのDC電圧が低下している状態であり、
    前記マイナス状態とは、電流が前記サブモジュール内に流入している場合には、前記サブモジュールのDC電圧が低下している状態であり、電流が前記サブモジュールから流出している場合には、前記サブモジュールのDC電圧が上昇している状態である、
    方法。
  2. 前記電圧基準は予め定められた周波数を有する、請求項1に記載の方法。
  3. 前記電圧基準は正弦波である、請求項1又は2に記載の方法。
  4. 前記電圧基準は、前記位相レグ(2)に対して開ループ制御において使用される、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記放電させること(S2)は前記位相レグ(2)間で電力を交換することを含む、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
  6. モジュラーマルチレベルコンバータ(MMC)(1)であって、
    デルタ構成で接続された複数の位相レグ(2)であって、各レグは複数の直列接続されたサブモジュール(3)を備え、各サブモジュールはエネルギー貯蔵装置(4)を備える、複数の位相レグ(2)と、
    閉鎖位置において前記MMCを配電網に接続し、開放位置において前記MMCを前記配電網から接続解除するためのブレーカと、
    前記ブレーカが前記開放位置にあるときに、各位相レグ(2)に対し、
    電圧基準を設定し、
    ソートアルゴリズムを用いてゼロ状態にあるサブモジュール(3)を連続的に選択して、前記位相レグ内の各サブモジュールの前記エネルギー貯蔵装置(4)の設定された電圧基準からの電圧偏差が事前に定義された範囲内になるまで、選択されたサブモジュールの各サブモジュールをプラス状態又はマイナス状態に切り替えるように構成された制御装置と
    を備え
    前記ゼロ状態とは、前記サブモジュールのDC電圧が、前記サブモジュール(3)を制御するためにエネルギーが費やされるため前記エネルギー貯蔵装置(4)がゆっくり放電することによる以外には変化しない状態であり、
    前記プラス状態とは、電流が前記サブモジュール内に流入している場合には、前記サブモジュールのDC電圧が上昇している状態であり、電流が前記サブモジュールから流出している場合には、前記サブモジュールのDC電圧が低下している状態であり、
    前記マイナス状態とは、電流が前記サブモジュール内に流入している場合には、前記サブモジュールのDC電圧が低下している状態であり、電流が前記サブモジュールから流出している場合には、前記サブモジュールのDC電圧が上昇している状態である、
    MMC。
  7. 前記MMCはSTATCOM又はレールインタータイ(rail intertie)である、請求項6に記載のMMC。
JP2018531324A 2015-12-18 2015-12-18 モジュラーマルチレベルコンバータの能動的放電 Active JP6529676B2 (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2015/080633 WO2017102033A1 (en) 2015-12-18 2015-12-18 Voltage balancing in a modular multilevel converter having delta configuration

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018537945A JP2018537945A (ja) 2018-12-20
JP6529676B2 true JP6529676B2 (ja) 2019-06-12

Family

ID=55072625

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018531324A Active JP6529676B2 (ja) 2015-12-18 2015-12-18 モジュラーマルチレベルコンバータの能動的放電

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10855199B2 (ja)
EP (1) EP3391522B1 (ja)
JP (1) JP6529676B2 (ja)
KR (1) KR101983524B1 (ja)
CN (1) CN108432108B (ja)
WO (1) WO2017102033A1 (ja)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6706384B2 (ja) * 2017-03-29 2020-06-03 東芝三菱電機産業システム株式会社 電力変換装置およびそのテスト方法
JP6261842B1 (ja) * 2017-05-18 2018-01-17 三菱電機株式会社 無効電力補償装置およびその制御方法
EP3642947B1 (en) * 2017-06-21 2023-10-11 Hitachi Energy Switzerland AG Control of mmc during fault
KR102501186B1 (ko) * 2018-04-03 2023-02-20 엘에스일렉트릭(주) 무효전력보상장치, 방전시스템 및 방전시스템의 방전 동작 방법
CN109687477B (zh) * 2019-02-20 2021-07-02 山东大学 应用于链式statcom的基本单元、链式statcom及方法
CN115428319A (zh) * 2019-09-18 2022-12-02 西门子股份公司 模块化多电平变流器及其放电方法
US11901809B2 (en) 2019-09-19 2024-02-13 Vestas Wind Systems A/S Modular multilevel converter pre-charging
CN114731117A (zh) * 2019-09-19 2022-07-08 维斯塔斯风力系统集团公司 模块化多电平变流器中的同步电网侧谐波滤波器和预充电电池电容器
CN113541516A (zh) * 2020-04-09 2021-10-22 中国长江三峡集团有限公司 基于igct的单向全桥模块化多电平换流器及控制方法
KR102524800B1 (ko) * 2020-12-10 2023-04-24 엘에스일렉트릭(주) 모듈형 멀티레벨 컨버터 및 그의 동작 방법
US20240162828A1 (en) * 2021-03-04 2024-05-16 Hitachi Energy Ltd Method for operating a converter, converter and computer program product

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2285523B (en) 1994-01-08 1997-10-15 Gec Alsthom Ltd Improvements in or relating to multilevel convertors
JP3424398B2 (ja) * 1995-07-26 2003-07-07 松下電工株式会社 電力変換装置
US7230837B1 (en) * 2006-03-27 2007-06-12 North Carolina State University Method and circuit for cascaded pulse width modulation
ES2664868T3 (es) * 2007-01-17 2018-04-23 Siemens Aktiengesellschaft Control de un ramal de módulo de fase de un convertidor multinivel
EP2118993B1 (de) * 2007-03-13 2018-08-01 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur schadenbegrenzung eines leistungshalbleiter aufweisenden stromrichters bei einem kurzschluss im gleichspannungszwischenkreis
CA2743319C (en) 2008-11-07 2016-05-10 Abb Technology Ag Chain-link converter, method for starting chain-link converter and static compensator system
CA2754960C (en) * 2009-03-11 2016-08-23 Abb Technology Ag A modular voltage source converter
MX2011013519A (es) * 2009-06-18 2012-02-22 Abb Technology Ag Un arreglo para intercambiar potencia.
CN102130619B (zh) * 2011-03-21 2014-07-02 中国电力科学研究院 一种模块化多电平变流器的均压控制方法
WO2012167833A1 (en) 2011-06-10 2012-12-13 Abb Technology Ag Methods for de-energizing a chain-link converter, controller, computer programs and computer program products
CN102231526B (zh) 2011-06-28 2013-11-06 辽宁荣信众腾科技有限公司 一种配电网电压低频振荡抑制方法
IN2014CN03517A (ja) 2011-10-14 2015-10-09 Abb Technology Ag
CN102739071B (zh) 2012-06-20 2014-07-02 西安交通大学 基于环流解耦的模块化多电平变流器直流电容电压控制方法
CN104662431B (zh) * 2012-08-07 2017-06-23 Abb股份有限公司 用于控制多级转换器的方法和装置
CN103259432B (zh) * 2013-04-11 2015-05-13 国家电网公司 一种三相全桥模块化多电平换流器桥臂电容平衡控制方法
JP6253258B2 (ja) * 2013-05-24 2017-12-27 株式会社東芝 電力変換装置
WO2015003737A1 (de) * 2013-07-08 2015-01-15 Siemens Aktiengesellschaft Mehrstufiger stromrichter zur blindleistungskompensation und zugehöriges betriebsverfahren
CN103545878B (zh) * 2013-09-22 2015-10-14 上海交通大学 一种mmc电池储能系统相间soc均衡方法
CN103795080B (zh) 2014-01-23 2015-10-14 湖南大学 一种mmc型轻型直流输电系统的并网方法
WO2015141680A1 (ja) * 2014-03-19 2015-09-24 国立大学法人東京工業大学 電力変換器
CN104201709B (zh) * 2014-08-15 2016-04-06 浙江大学 一种混合型直流输电系统的停运控制方法
CN104201910A (zh) * 2014-09-12 2014-12-10 东南大学 适用于vsc-hvdc的三相模块化多电平换流器的子模块电容电压平衡控制方法
US9906057B2 (en) * 2014-10-09 2018-02-27 Nec Corporation Modular multilvel converter and control framework for hybrid energy storage
CN104659807B (zh) 2014-11-21 2017-05-17 深圳供电局有限公司 一种mmc型柔性直流换流器在线无缝并网的方法
CN104682751B (zh) * 2015-03-02 2017-07-25 上海交通大学 基于pam与pwm混合调制的模块化级联多电平换流器

Also Published As

Publication number Publication date
KR101983524B1 (ko) 2019-05-28
EP3391522B1 (en) 2019-10-16
KR20180077283A (ko) 2018-07-06
EP3391522A1 (en) 2018-10-24
CN108432108B (zh) 2020-09-08
US20190288509A1 (en) 2019-09-19
WO2017102033A1 (en) 2017-06-22
JP2018537945A (ja) 2018-12-20
CN108432108A (zh) 2018-08-21
US10855199B2 (en) 2020-12-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6529676B2 (ja) モジュラーマルチレベルコンバータの能動的放電
US10651755B2 (en) Standby and charging of modular multilevel converters
CN106030955B (zh) 包括模块化多电平转换器的能量存储系统
EP2891223B1 (en) Apparatus and methods for restoring power cell functionality in multi-cell power supplies
EP2755315A1 (en) Hybrid modular converter
EP2988404A1 (en) Modular multilevel converter precharge
EP3285380B1 (en) Voltage balancing of voltage source converters
JP2016123159A (ja) 電力変換装置
US11777401B2 (en) Fault tolerant AC-DC chain-link converter
CN106489222B (zh) 控制电路
US20180233916A1 (en) Voltage source converter
CN108604797B (zh) 多电平功率变流器及用于控制多电平功率变流器的方法
US20090262469A1 (en) Circuit for protecting a dc network with dc loads against overvoltage
EP3142239A1 (en) Precharging of a modular multilevel converter
EP3829047A1 (en) Converter
EP2998752A1 (en) Synthetic test circuit
CN112514225A (zh) 电压源转换器
WO2023036446A1 (en) Charging of a modular multilevel converter
WO2019141686A1 (en) Voltage source converter

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180831

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20180831

A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20181030

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190108

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190405

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190423

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190514

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6529676

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350