JP6572150B2

JP6572150B2 - 電力変換装置

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Publication number: JP6572150B2
Application number: JP2016022354A
Authority: JP
Inventors: 卓郎新井; 大地鈴木
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Priority date: 2016-02-09
Filing date: 2016-02-09
Publication date: 2019-09-04
Anticipated expiration: 2036-02-09
Also published as: JP2017143621A; EP3416278B1; WO2017138400A1; EP3416278A4; EP3416278A1

Description

本実施形態は、交流回路と直流回路との間に介在し、交流と直流を相互に変換する電力変換装置に関する。

環境への負荷低減や、電源の多様化といった観点から、風力発電や太陽光発電などの再生可能エネルギーの普及が進んでいる。また、それら電源の大規模化が進んでおり、例えば、洋上での風力発電や、砂漠地帯での太陽光又は太陽熱発電などが実用化され始めている。洋上や砂漠は、電力需要地となる都市部から地理的に離れていることが多く、送電距離が長くなる。

このような長距離の送電には、一般的に用いられている交流送電システムに代わって、高圧直流送電(ＨＶＤＣ；high-voltage, direct current)が適用されることがある。ＨＶＤＣは、長距離大電力送電に適用した場合に、従来の交流送電システムに比べて、低コストで送電損失が少ないシステムを構築することが可能である。

交流系統同士を高電圧直流送電系統により接続する場合、電力の送電端及び受電端には、交流と直流を相互に変換する電力変換装置が介在する。電力変換装置としては、半導体スイッチにサイリスタを適用した他励式変換器が主流であるが、他励式は調相設備や低次高調波フィルタなどの付帯設備による設置面積の増大が課題であるため、自励式が注目されており、自励式の中でも階段状のマルチレベル電圧波形を出力できるために交流フィルタが不要になるモジュラーマルチレベル変換器（ＭＭＣ）が有望視されている。

モジュラーマルチレベル変換器は、コンデンサなどの直流電圧源を含んでなる単位変換器を多段接続し、電力系統、配電系統電圧と同等な高電圧を変換できる。モジュラーマルチレベル変換器は、重量及び体積が大きくシステム全体に占めるコストも比較的大きいトランスを簡略にすることができる。単位変換器は、スイッチング素子及び直流コンデンサを含み構成され、スイッチング素子のオンオフのタイミングをずらすことにより、出力電圧及び電圧波形が多レベル化でき、正弦波に近づけることができるので、高調波フィルタが不要になるメリットを享受することができる。

このような単位変換器を多段に接続した回路方式では、各単位変換器の直流コンデンサの電圧値を一定に制御するために、直流電流を還流させる還流電流を常時流すことが原理的に必要である。しかしながら、この還流電流が交流系統側に流入することは避けなければならない。交流系統側には変圧器が設けられている。変圧器は、１次側コイルと２次側コイルを鉄心に巻回することで構成され、鉄心を磁気回路として１次側コイルと２次側コイルの相互インダクタンスにより巻数比に応じた電圧を生成する。この変圧器に直流成分が流入すると、鉄心に偏った一方向の磁化を生じさせる所謂偏磁が引き起こされ、磁気飽和の虞がある。

そこで、モジュラーマルチレベル変換器において、正側直流線路側の単位変換器の並び列を正側アーム、負側直流線路側の単位変換器の並び列を負側アームと呼ぶと、この正側アームと負側アームの各々に電流センサを設け、正側アームと負側アームを流れる直流分のバランスを図るようにし、変圧器側の交流電路に直流分が流れないように制御していた（例えば特許文献１参照）。

特開２０１４−８２８０９号公報

電流センサには、その特性上、測定値と実際値との開離が測定値に比例した線形誤差となって生じる。線形誤差を含んだ測定値に基づき、正側アームと負側アームを流れる直流分のバランスを図る制御は非常に困難であり、如何しても変圧器側に直流オフセット電流が生じていた。そのため、従来は、次善策として、変圧器の飽和を防止するには鉄心を大きくする必要があった。しかしながら、鉄心を大きくすれば電力変換装置の大型化を招いてしまう。

本実施形態は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、変圧器側の直流成分を容易に抑制することのできる電力変換装置を提供することを目的とする。

本実施形態の電力変換装置は、正側直流線路と負側直流線路を有する直流回路と交流回路との間に設けられる電力変換装置であって、エネルギー蓄積要素とスイッチング素子とを含む単位変換器と、前記単位変換器をそれぞれ多数直列接続して成り、前記正側直流線路と前記負側直流線路との間で直列接続される正側アーム及び負側アームと、前記正側アームと前記負側アームとの接続点から延びる交流電路と、前記交流電路に設けられ、前記交流電路の電流を検出する交流電流センサと、前記交流電流センサの測定値に基づき、前記交流電路の直流成分を抑制するように前記単位変換器を制御する管理部と、を備えること、を特徴とする。

第１の実施形態に係る電力変換装置を示す図である。単位変換器の詳細構成を示す図である。電力変換装置が備える管理装置を示す図である。電力変換装置の管理装置に係る制御ブロック図である。第２の実施形態に係る電力変換装置を示す図である。第３の実施形態に係る電力変換装置を示す図である。

（第１の実施形態）
第１の実施形態に係る電力変換装置について図面を参照して説明する。図１に示すように、電力変換装置１は、正側直流線路８Ｐと負側直流線路８Ｎを有する直流回路と、交流回路９との間に介在する。直流回路は、直流電圧がかかって直流電流が流れる経路であり、例えば電力系統における直流系統や電池に繋がる回路である。交流回路９は、交流電圧がかかって交流電流が流れる経路であり、例えば電力系統における交流系統やモータに給電する回路である。電力変換装置１は、交直変換するモジュラーマルチレベル変換器２（以下、ＭＭＣ２という）を有する。ＭＭＣ２内には短絡電流を制限するバッファリアクトル５１が設けられている。更に、電力変換装置１は、ＭＭＣ２の制御機構として、アーム電流センサ６ａｒｍと交流電流センサ６ａｃと管理装置７による成る制御系統を備えている。

ＭＭＣ２は、多数の単位変換器４の列により構成される。各単位変換器４のスイッチングタイミングがずらされることにより、ＭＭＣ２は階段状の交流電圧等の任意の電圧を出力する。図２に示すように、単位変換器４は例えばチョッパセルである。単位変換器４は、直列接続された２個のスイッチ４２と、２個のスイッチ４２に対して並列接続されたエネルギー蓄積要素４１を有する。スイッチ４２は、ＩＥＧＴの自己消弧型のスイッチング素子と、スイッチング素子に逆並列接続された帰還ダイオード４３とにより構成される。自己消弧型素子としては、ＧＴＯ、ＧＣＴ、ＭＯＳＦＥＴ、又はＩＧＢＴ等のように、オンオフ制御可能なスイッチング素子であれば代用可能である。エネルギー蓄積要素４１は例えばコンデンサである。尚、単位変換器４はＨブリッジセルであってもよい。

交流回路９は本実施形態において三相交流系統であり、図１に示すように、単位変換器４は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相ごとに、正側直流線路８Ｐと負側直流線路８Ｎとの間に多数直列接続されている。正側直流線路８Ｐと負側直流線路８Ｎの間の単位変換器４の並びをレグ４Ｌｕ，４Ｌｖ，４Ｌｗと呼ぶ。各相のレグ４Ｌｕ，４Ｌｖ，４Ｌｗは正側直流線路８Ｐと負側直流線路８Ｎとの間に並列接続される。

以下、各相のレグ４Ｌｕ，４Ｌｖ，４Ｌｗは同一構成につき、Ｕ相のレグ４Ｌｕを代表して説明する。レグ４Ｌｕは正側アーム４Ｐｕと負側アーム４Ｎｕに分別される。正側アーム４Ｐｕは一端で正側直流線路８Ｐと接続し、負側アーム４Ｎｕは一端で負側直流線路８Ｎと接続し、正側アーム４Ｐｕと負側アーム４Ｎｕは他端同士で互いに接続される。正側直流線路８Ｐ及び負側直流線路８Ｎに接続された端部が直流端子であり、正側アーム４Ｐｕと負側アーム４Ｎｕの接続点が交流端子１１である。交流端子１１は交流回路９とのインターフェースであり、理想的には交流分のみが流れる交流電路である。

バッファリアクトル５１は、正側アーム４Ｐｕと負側アーム４Ｎｕに各々設けられる。正側アーム４Ｐｕのバッファリアクトル５１は、交流端子１７と正側アーム４Ｐｕとの間に直列接続される。負側アーム４Ｎｕのバッファリアクトル５１は、交流端子１７と負側アーム４Ｎｕとの間に直列接続される。

この電力変換装置１と交流回路９との間には変圧器３が設置される。変圧器３は各相とも交流端子１１でＭＭＣ２と接続される。変圧器３は、１次側コイルと２次側コイルを鉄心に巻回することで構成され、鉄心を磁気回路として１次側コイルと２次側コイルの相互インダクタンスにより巻数比に応じた電圧を生成する。

交流電流センサ６ａｃは、正側アーム４Ｐｕと負側アーム４Ｎｕとの接続点から延びる交流電路である交流端子１１に設置される。アーム電流センサ６ａｒｍは正側アーム４Ｐｕ又は負側アーム４Ｎｕの一方に設置される。三相交流の場合、計６個の電流センサが設置される。本実施形態では正側アーム４Ｐｕに設置されたケースを例示する。

管理装置７は、交流電流センサ６ａｃ及びアーム電流センサ６ａｒｍ等の各種計測値をパラメータとしてＭＭＣ２に出力させる電圧を演算し、演算結果に従って各単位変換器４のオンオフを制御するコンピュータである。コンピュータはＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、又はＣＰＵを搭載し、管理装置７の行う演算制御はコンピュータのソフトウェア処理等によって実現される。

この管理装置７は、図３に示すように、測定値インターフェース７１と、直流成分検出部７２と、補正電圧演算部７３と、出力電圧演算部７４と、アーム電流演算部７５と、単位変換器をオンオフする制御部７６と、ゲート信号インターフェース７７を備えている。測定値インターフェース７１は、信号線を介して交流電流センサ６ａｃとアーム電流センサ６ａｒｍに接続され、交流端子１１の電流及び正側アーム４Ｐｕの測定値を受信する。ゲート信号インターフェース７７は、制御部７６に従って単位変換器４にゲート信号を送信する。

直流成分検出部７２は、交流端子１１に流れる直流成分を検出する。この直流成分検出部７２は、交流電流センサ６ａｃの測定値から移動平均を演算する。または、直流成分検出部７２は、カットオフ周波数が設定されたローパスフィルタ等により交流成分を除去するフィルタリング処理を実行してもよい。移動平均又はフィルタリング処理により交流成分が除去され、直流成分検出部７２は交流電流センサ６ａｃの測定値から直流成分の値のみを得る。補正電圧演算部７３は、直流成分検出部７２が検出した直流成分がゼロになる補正電圧をＰＩＤ制御等によって計算する。補正電圧は、ＭＭＣ２の出力電圧を構成する一成分であり、交流端子１１に交流電流のみが流れ、交流端子１１の直流電流がゼロになる電圧である。

アーム電流演算部７５は、アーム電流センサ６ａｒｍが設置されていない負側アーム４Ｎｕのアーム電流を計算する。正側アーム４Ｐｕに設けられたアーム電流センサ６ａｒｍの電流値Ｉａｒｍから交流電流センサ６ａｃの電流値Ｉａｃを差分した結果が負側アーム４Ｎｕの電流値Ｉｎである。アーム電流演算部７５はＩｎ＝Ｉａｒｍ−Ｉａｃを演算する。

出力電圧演算部７４は、補正電圧と交流制御電圧と直流制御電圧とバランス制御電圧を加味してＭＭＣ２が出力する出力電圧を計算する。補正電圧は補正電圧演算部７３の計算結果により得る。交流制御電圧は、レグ４Ｌｕを流れる交流電流を制御する電圧であり、出力電圧演算部７４により計算される。直流制御電圧は、レグ４Ｌｕを流れる直流電流を制御する電圧であり、出力電圧演算部７４により計算される。バランス制御電圧は、各単位変換器４のエネルギー蓄積要素４１のバランスを制御する電圧であり、出力電圧演算部７４により計算される。

図４は、出力電圧演算部７４の演算を示す制御ブロックである。この制御ブロックには直流成分検出部７２と補正電圧制御部７３による補正電圧の演算を含む。交流制御電圧の計算において、まず電力変換装置１に備えられる全ての単位変換器４から電圧平均値が計算され、この電圧平均値を単位変換器４の電圧指令値から差分することで誤差信号が計算され、ＰＩＤ制御等によって誤差信号をゼロにする交流電流指令値が計算される。また、正側アーム４Ｐｕの電流から負側アーム４Ｎｕの電流を差分することで交流電流値が計算される。負側アーム４Ｎｕの電流値はアーム電流演算部７５から入力される。この交流電流値は、交流電流センサ６ａｃの測定値を代用することもできる。そして、この交流電流値を出力値、交流電流指令値を目標値として、ＰＩＤ制御等により操作量となる交流制御電圧が計算される。

直流制御電圧において、まず送電電力指令値から直流端子の電圧を除算することで直流電流指令値が計算され、また正側アーム４Ｐｕと負側アーム４Ｎｕの平均電流値が計算され、この平均電流値を出力値、直流電流指令値を目標値として、ＰＩＤ制御等により操作量となる直流制御電圧が計算される。負側アーム４Ｎｕの電流値はアーム電流演算部７５から入力される。送電電力指令値は例えば中央指令所から出力される。

バランス制御電圧において、まず正側アーム４Ｐｕと負側アーム４Ｎｕの平均電流値が計算され、この平均電流値と単位変換器４の電圧とからＰＩＤ制御等によって各単位変換器４の電圧を均一化するためのバランス制御電圧が計算される。負側アーム４Ｎｕの電流値はアーム電流演算部７５から入力される。

そして、出力電圧演算部７４は、補正電圧と交流制御電圧と直流制御電圧とバランス制御電圧を加算することで出力電圧を計算し、制御部７６に出力する。制御部７６は、出力電圧演算部７４から入力された出力電圧の値を利用して各単位変換器４のオンオフを決定し、ゲート信号インターフェース７７を介して、対応の単位変換器４にゲート信号を出力する。

この電力変換装置１では、交流電流センサ６ａｃにより交流端子１１の電流を直接検出して、その電流の直流成分をゼロにするように制御する。電流センサの測定値には、その特性上、測定値に比例した線形誤差成分が含まれている。正側アーム４Ｐｕと負側アーム４Ｎｕに流れるゼロにできない循環電流を測定値として、その測定値をゼロでない所定値にすることで、交流端子１１の直流成分をゼロにする手法は、絶えず線形誤差成分を考慮しなくてはならず、非常に高度な制御を要する。一方、この電力変換装置１では、直流成分をゼロに近づければ近づけるほど、測定値に含まれる線形誤差成分は小さくなるので、直流成分をゼロに近づける制御は容易となる。

このように、この電力変換装置１では、正側アーム４Ｐｕと負側アーム４Ｎｕとの接続点から延びる交流電路に、当該交流電路の電流を検出する交流電流センサ６ａｃを設置し、交流電流センサ６ａｃの測定値に基づき、この交流電路の直流成分を抑制するように単位変換器４を制御するようにした。本実施形態においては、正側アーム４Ｐｕと負側アーム４Ｎｕの間に２個のバッファリアクトル５を直列接続して備えており、交流電路は、２個のバッファリアクトル５の間から交流回路９へ延びる交流端子１１であり、交流電流センサ６ａｃは、交流端子１１に設けられ、交流端子１１の電流を検出する。

これにより、電流センサが有する線形誤差の特性に影響されることなく、交流電路の電流から直流成分を精度よく取り除くことができるため、変圧器３が偏磁され難い。従って、この電力変換装置１によれば、偏磁対策のために変圧器３を大型化する必要性が薄くなる。

また、正側アーム４Ｐｕ又は負側アーム４Ｎｕの何れか一方にのみアーム電流センサ６ａｒｍを設け、アーム電流センサ６ａｒｍの測定値から交流電流センサ６ａｃの測定値を差分することで、アーム電流センサ６ａｒｍが不設置の他方のアーム電流を演算するようにした。これにより、電流センサを増加させなくとも、交流電路、正側アーム４Ｐｕ及び負側アーム４Ｎｕの各電流を検出でき、電力変換装置１のコスト増を抑制できる。もちろん、正側アーム４Ｐｕと負側アーム４Ｎｕの両方にアーム電流センサ６ａｒｍを設けるようにしてもよい。

（第２の実施形態）
第２の実施形態に係る電力変換装置について図面を参照して説明する。第１の実施形態と同一構成及び同一機能については同一符号を付して詳細な説明を省略する。

図５に示す電力変換装置１は、ＭＭＣ２内にバッファリアクトル５１に代えて３巻線トランス５２を備える。Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の３巻線トランス５２はスター結線されている。３巻線トランス５２は、交流回路９と接続された交流回路側巻線と、正側アーム４Ｐｕと負側アーム４Ｎｕとの間に直列接続されている第１の直流回路側巻線と第２の直流回路側巻線を有する。第１の直流回路側巻線と第２の直流回路側巻線は、巻数が等しく、負極性が互いに接続されることで逆極性を有する。第１の直流回路側巻線と第２の直流回路側巻線との間には、中性線１２が設けられ、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の３巻線トランス５２を互いに接続している。

第１の直流回路側巻線と第２の直流回路側巻線は、巻数が等しく逆極性を有するため、互いに逆向きの直流磁束を発生させ、同一相内で直流起電力を打ち消し合う。そのため、中性線１２には、理想的には交流分のみが流れる交流電路である。各相の交流電流センサ６ａｃは、この中性線１２に設けられる。Ｕ相の交流電流センサ６ａｃは、Ｕ相の３巻線トランス５２と中性点１２ａとの間に設けられ、Ｖ相の交流電流センサ６ａｃは、Ｖ相の３巻線トランス５２と中性点１２ａとの間に設けられ、Ｗ相の交流電流センサ６ａｃは、Ｗ相の３巻線トランス５２と中性点１２ａとの間に設けられる。

管理装置７は、中性線１２の直流成分をゼロになるようにＭＭＣ２の出力電圧を制御する。すなわち、第１の実施形態と同様に、直流成分検出部７２は、中性線１２上の交流電流センサ６ａｃの測定値から直流成分を検出し、補正電圧演算部７３は、検出された中性線１２の直流成分をゼロにする補正電圧を演算し、出力電圧演算部７４は、この補正電圧が加算された出力電圧を演算し、制御部７６は、出力電圧を達成するように単位変換器４をオンオフする。出力電圧の演算において、アーム電流演算部７５は、正側アーム４Ｐｕの電流値から中性線１２の電流を差し引いて負側アーム４Ｎｕの電流を演算し、負側アーム４Ｎｕの電流の演算値をパラメータに用いる。

このように、電力変換装置１が３巻線トランス５２をスター結線にて備える場合、正側アーム４Ｐｕと負側アーム４Ｎｕとの接続点から延びる交流電路は中性線１２であり、この中性線１２に交流電流センサ６ａｃを設けることで、変圧器３への直流成分の流入を抑制することができる。すなわち、電流センサが有する線形誤差の特性に影響されることなく、交流電路の電流から直流成分を精度よく取り除くことができるため、変圧器３が偏磁され難い。この電力変換装置１によれば、偏磁対策のために変圧器３を大型化する必要性が薄くなる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態に係る電力変換装置について図面を参照して説明する。第１又は第２の実施形態と同一構成及び同一機能については同一符号を付して詳細な説明を省略する。図６に示す電力変換装置は、ＭＭＣ２内にバッファリアクトル５１に代えて３巻線トランス５２を備える。Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の３巻線トランス５２はデルタ結線されている。

Ｕ相の正側アーム４Ｐｕと負側アーム４Ｎｕとの間に、交流回路９のＲ相と接続されたＲ相第１の３巻線トランス５２ａとＴ相と接続されたＴ相第２の３巻線トランス５２ｂが接続される。Ｒ相第１の３巻線トランス５２ａとＴ相第２の３巻線トランス５２ｂは並列接続されている。

Ｖ相の正側アーム４Ｐｖと負側アーム４Ｎｖとの間に、交流回路９のＳ相と接続されたＳ相第１の３巻線トランス５２ｃとＲ相と接続されたＲ相第２の３巻線トランス５２ｄが接続される。Ｓ相第１の３巻線トランス５２ｃとＲ相第２の３巻線トランス５２ｄは並列接続されている。

Ｗ相の正側アーム４Ｐｗと負側アーム４Ｎｗとの間に、交流回路９のＴ相と接続されたＴ相第１の３巻線トランス５２ｅとＳ相と接続されたＳ相第２の３巻線トランス５２ｆが接続される。Ｔ相第１の３巻線トランス５２ｅとＳ相第２の３巻線トランス５２ｆは並列接続されている。

そして、各第２の直流回路側巻線トランス５２ａ〜ｆの交流回路側巻線の負側は共通に結線されている。Ｒ相第１の３巻線トランス５２ａの第１の直流回路側巻線と第２の直流回路側巻線の間と、Ｒ相第２の３巻線トランス５２ｄの第１の直流回路側巻線と第２の直流回路側巻線の間とが第１の結線１３ａで接続されている。Ｒ相第１の３巻線トランス５２ａの第１の直流回路側巻線と第２の直流回路側巻線は負極同士で接続され、直流起電力を打ち消し合う。また、Ｒ相第２の３巻線トランス５２ｄの第１の直流回路側巻線と第２の直流回路側巻線は正極同士で接続され、直流起電力を打ち消し合う。従って、第１の結線１３ａは理想的には交流分のみが流れる交流電路である。Ｒ相の交流電流センサ６ａｃは第１の結線１３ａに設けられる。

Ｓ相第１の３巻線トランス５２ｃの第１の直流回路側巻線と第２の直流回路側巻線の間と、Ｓ相第２の３巻線トランス５２ｆの第１の直流回路側巻線と第２の直流回路側巻線の間とが第２の結線１３ｂで接続されている。Ｓ相第１の３巻線トランス５２ｃの第１の直流回路側巻線と第２の直流回路側巻線は負極同士で接続され、直流起電力を打ち消しあう。Ｓ相第２の３巻線トランス５２ｆの第１の直流回路側巻線と第２の直流回路側巻線は正極同士で接続され、直流起電力を打ち消しあう。従って、第２の結線１３ｂは理想的には交流分のみが流れる交流電路である。Ｓ相の交流電流センサ６ａｃは第２の結線１３ｂに設けられる。

Ｔ相第１の３巻線トランス５２ｅの第１の直流回路側巻線と第２の直流回路側巻線の間と、Ｔ相第２の３巻線トランス５２ｂの第１の直流回路側巻線と第２の直流回路側巻線の間とが第３の結線１３ｃで接続されている。Ｔ相第１の３巻線トランス５２ｅの第１の直流回路側巻線と第２の直流回路側巻線は負極同士で接続され、直流起電力を打ち消しあう。Ｔ相第２の３巻線トランス５２ｂの第１の直流回路側巻線と第２の直流回路側巻線は正極同士で接続され、直流起電力を打ち消しあう。従って、第３の結線１３ｃは理想的には交流分のみが流れる交流電路である。Ｔ相の交流電流センサ６ａｃは第３の結線１３ｃに設けられる。

管理装置７は、第１の結線１３ａ〜第３の結線１３ｃの直流成分をゼロになるようにＭＭＣ２の出力電圧を制御する。すなわち、第１の実施形態と同様に、直流成分検出部７２は、第１の結線１３ａ〜第３の結線１３ｃ上の交流電流センサ６ａｃの測定値から直流成分を検出し、補正電圧演算部７３は、検出された第１の結線１３ａ〜第３の結線１３ｃの直流成分をゼロにする補正電圧を演算し、出力電圧演算部７４は、この補正電圧が加算された出力電圧を演算し、制御部７６は、出力電圧を達成するように単位変換器４をオンオフする。出力電圧の演算において、アーム電流演算部７５は、各正側アーム４Ｐｕ、４Ｐｖ、４Ｐｗの電流値から第１の結線１３ａ〜第３の結線１３ｃの電流を差し引いて負側アーム４Ｎｕ、４Ｎｖ、４Ｎｗの電流を演算し、負側アーム４Ｎｕ、４Ｎｖ、４Ｎｗの電流の演算値をパラメータに用いる。

このように、電力変換装置１が３巻線トランス５２をデルタ結線にて備える場合、正側アーム４Ｐｕと負側アーム４Ｎｕとの接続点から延びる交流電路は結線１３であり、この結線１３に交流電流センサ６ａｃを設けることで、変圧器３への直流成分の流入を抑制することができる。すなわち、電流センサが有する線形誤差の特性に影響されることなく、交流電路の電流から直流成分を精度よく取り除くことができるため、変圧器３が偏磁され難い。この電力変換装置１によれば、偏磁対策のために変圧器３を大型化する必要性が薄くなる。

（その他の実施の形態）
本明細書においては、本発明に係る複数の実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。具体的には、実施形態の全て又は一部を採用したものも包含される。以上のような実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１電力変換装置
２モジュラーマルチレベル変換器
３変圧器
４単位変換器
４１エネルギー蓄積要素
４２スイッチ
４３ダイオード
４Ｌｕ，４Ｌｖ，４Ｌｗレグ
４Ｐｕ正側アーム
４Ｎｕ負側アーム
５１バッファリアクトル
５２３巻線トランス
６ａｒｍアーム電流センサ
６ａｃ交流電流センサ
７管理装置
７１測定値インターフェース
７２直流成分検出部
７３補正電圧演算部
７４出力電圧演算部
７５アーム電流演算部
７６制御部
７７ゲート信号インターフェース
８Ｐ正側直流線路
８Ｎ負側直流線路
９交流回路
１１交流端子
１２中性線
１３結線

Claims

正側直流線路と負側直流線路を有する直流回路と交流回路との間に設けられる電力変換装置であって、
エネルギー蓄積要素とスイッチング素子とを含む単位変換器と、
前記単位変換器をそれぞれ直列接続して有し、前記正側直流線路と前記負側直流線路との間で直列接続される正側アーム及び負側アームと、
前記正側アームと前記負側アームとの接続点から延びる交流電路と、
前記正側アーム又は前記負側アームの何れか一方にのみ設けられ、当該一方のアームの電流を検出するアーム電流センサと、
前記交流電路に設けられ、前記交流電路の電流を検出する交流電流センサと、
前記単位変換器を制御する管理部と、
を備え、
前記管理部は、
前記交流電流センサの測定値から検出された直流成分の値に基づき、前記交流電路の直流成分を抑制するように前記単位変換器を制御し、
前記アーム電流センサ及び前記交流電流センサの測定値に基づき、前記エネルギー蓄積要素のバランスを制御すること、
を特徴とする電力変換装置。
前記正側アーム及び前記負側アームの間に、当該正側アーム及び負側アームのバッファリアクトルを直列接続して備え、
前記交流電路は、前記バッファリアクトルの間から前記交流回路へ延びる交流端子であり、
前記交流電流センサは、前記交流端子に設けられ、前記交流端子の電流を検出すること、
を特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
三相各相の３巻線トランスをスター結線して備え、
前記３巻線トランスは、
前記交流回路に接続される交流回路側巻線と、
前記正側アームと前記負側アームとの間に直列接続される第１の直流回路側巻線及び第２の直流回路側巻線と、
三相各相の前記第１の直流回路側巻線と前記第２の直流回路側巻線の間から延びて互いに結線された中性線と、
を有し、
前記交流電路は、前記中性線であり、
前記交流電流センサは、前記中性線に設けられ、前記中性線の電流を検出すること、
を特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
三相各相の３巻線トランスをデルタ結線して備え、
前記３巻線トランスは、
一相の交流回路に接続される互いに並列な２個の交流回路側巻線と、
異なる前記正側アームと前記負側アームとの間に直列接続され、前記２個の交流回路側巻線に対する二組の第１の直流回路側巻線及び第２の直流回路側巻線と、
前記二組の第１の直流回路側巻線と前記第２の直流回路側巻線の間を接続する結線と、
を有し、
前記交流電路は、前記結線であり、
前記交流電流センサは、前記結線に設けられ、前記結線の電流を検出すること、
を特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
前記管理部は、
前記交流電流センサの測定値から直流成分を検出する検出部と、
前記直流成分をゼロにする補正電圧を演算する演算部と、
前記補正電圧が加算された出力電圧を前記単位変換器のオンオフにより出力させる制御部と、
を有すること、
を特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の電力変換装置。
前記アーム電流センサの測定値から前記交流電流センサの測定値を差分することで、前記アーム電流センサが不設置の他方のアーム電流を演算するアーム電流演算部と、
を備えること、
を特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の電力変換装置。
前記アーム電流センサは、
前記正側アーム又は前記負側アームの何れか一方にのみ設けられることに代えて、前記正側アーム内及び前記負側アーム内の両方に設けられ、当該両方のアームの電流を検出すること、
を特徴とする請求項１又は２記載の電力変換装置。
前記交流回路との間に介在する変圧器と接続されること、
を特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の電力変換装置。