JP6690750B1 - Fc型3レベル電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
Description
ただし、Vfc:フライングキャパシタ電圧
Va:高圧側のフィルタコンデンサ電圧
Vb:低圧側のフィルタコンデンサ電圧
Vb*:低圧側のフィルタコンデンサ電圧指令値
α:所定値。
ただし、Vfc:フライングキャパシタ電圧
Va:高圧側のフィルタコンデンサ電圧
Vb:低圧側のフィルタコンデンサ電圧
Va*:高圧側のフィルタコンデンサ電圧指令値
α:所定値。
以下の(1)式〜(3)式に示す条件をすべて満たさない場合、前記第1〜第8半導体スイッチング素子をすべてOFFすることを特徴とする。
Vfc2:第2フライングキャパシタ電圧
Vdc:直流電圧源電圧
Vc:フィルタコンデンサ電圧
Vc*:フィルタコンデンサ電圧指令値
T1〜T8:第1〜第8半導体スイッチング素子。
図1に本実施形態1におけるFC型3レベル電力変換装置(FC型3レベルチョッパ回路)の回路構成を示す。直流電圧源DCには並列に高圧側のフィルタコンデンサC1が接続される。また、高圧側のフィルタコンデンサC1の正極と負極との間には、第1〜第4半導体スイッチング素子T1〜T4が順次直列接続される。第1,第2半導体スイッチング素子T1,T2の接続点と第3,第4半導体スイッチング素子T3,T4の接続点との間にフライングキャパシタFCが接続される。
図4に本実施形態2におけるFC型3レベル電力変換装置(FC型3レベルチョッパ回路)の回路構成を示す。本実施形態2では低圧側のフィルタコンデンサC2に対して直流電圧源DCが並列接続され、高圧側のフィルタコンデンサC1に並列接続された直流電圧源DCが削除されている。その他は実施形態1(図1)と同様である。本実施形態2では、直流電圧源DCからフライングキャパシタFCと高圧側のフィルタコンデンサC1を充電することを想定している。本実施形態2においても負荷は切り離された状態とする。
図6に本実施形態3の回路構成を示す。本実施形態3は高圧側のフィルタコンデンサC1,低圧側のフィルタコンデンサC2の正極側を共通電位とした構成である。半導体スイッチング素子は、正極側から順に第4半導体スイッチング素子T4,第3半導体スイッチング素子T3,第2半導体スイッチング素子T2,第1半導体スイッチング素子T1とする。その他は実施形態1、または、実施形態2と同様である。
本実施形態4では、図2,図5のフローチャートの電圧比較(S4,S7,S11,S18)において所定値α>0とする。
実施形態5〜7は、差動出力可能なLCフィルタを有するFC型3レベル電力変換装置(FC型3レベル変換器)において、「待機中」に直流電圧源DCや第1,第2フライングキャパシタFC1,FC2、フィルタコンデンサC2の充電状態に応じて、半導体スイッチング素子をオン/オフさせることにより、第1,第2フライングキャパシタFC1,FC2やフィルタコンデンサC2の充電および充電状態を維持する方法を説明する。
本実施形態6では、Vc*<0とした場合、すなわちフィルタコンデンサC2の充電方向を実施形態5の逆としたものである。本実施形態6のFC型3レベル電力変換装置(FC型3レベル変換器)の構成を図19に示す。図7の第1,第2フライングキャパシタFC1,FC2および第1〜第8半導体スイッチング素子T1〜T8を図19のように変更する。すなわち、第1,第2ユニット1,2を交換することにより、実施形態5の(1)式、(2)式、(3)式および表1、表2、表3が適用でき、実施形態5と同様の効果が得られる。
本実施形態7では、LCフィルタを有するFC型3レベル電力変換装置のユニットの直列数をN(N=3以上の整数)に拡張したものである。本実施形態7では、図20に示すように、Nを3とした構成としている。
C1,C2…フィルタコンデンサ
C3…蓄電装置
FC,FC1,FC2…フライングキャパシタ
T1〜T8…第1〜第8半導体スイッチング素子
L,L1,L2…フィルタリアクトル
Va…高圧側のフィルタコンデンサ電圧
Vb…低圧側のフィルタコンデンサ電圧
Vc…フィルタコンデンサ電圧
Vfc,Vfc1,Vfc2…フライングキャパシタ電圧
Va*,Vb*…フィルタコンデンサ電圧指令値
α…所定値
Vdc…直流電圧源電圧
1,2…第1,第2ユニット
Claims (9)
- 高圧側のフィルタコンデンサと、
前記高圧側のフィルタコンデンサの正極と負極との間に順次直列接続された第1〜第4半導体スイッチング素子と、
前記第1,第2半導体スイッチング素子の接続点と前記第3,第4半導体スイッチング素子の接続点との間に接続されたフライングキャパシタと、
前記第2,第3半導体スイッチング素子の接続点に一端が接続されたフィルタリアクトルと、
前記フィルタリアクトルの他端と前記高圧側のフィルタコンデンサの負極との間に接続された低圧側のフィルタコンデンサと、
前記高圧側のフィルタコンデンサ、または、前記低圧側のフィルタコンデンサに対して並列接続された直流電圧源と、を備えたFC型3レベル電力変換装置であって、
フライングキャパシタ電圧と高圧側のフィルタコンデンサ電圧の1/2との比較、および、前記高圧側のフィルタコンデンサ電圧と前記フライングキャパシタ電圧+低圧側のフィルタコンデンサ電圧との比較、前記フライングキャパシタ電圧と前記低圧側のフィルタコンデンサ電圧との比較、および、前記低圧側のフィルタコンデンサ電圧または前記高圧側のフィルタコンデンサ電圧とフィルタコンデンサ電圧指令値との比較、に基づいて、前記第1〜第4半導体スイッチング素子をONまたはOFFして前記フィルタリアクトルを含む経路に電流を流し、前記フライングキャパシタおよび前記低圧側のフィルタコンデンサまたは前記高圧側のフィルタコンデンサを所定の値に充電することを特徴とするFC型3レベル電力変換装置。 - 高圧側のフィルタコンデンサと、
前記高圧側のフィルタコンデンサの正極と負極との間に順次直列接続された第4〜第1半導体スイッチング素子と、
前記第4,第3半導体スイッチング素子の接続点と前記第2,第1半導体スイッチング素子の接続点との間に接続されたフライングキャパシタと、
前記第3,第2半導体スイッチング素子の接続点に一端が接続されたフィルタリアクトルと、
前記フィルタリアクトルの他端と前記高圧側のフィルタコンデンサの正極との間に接続された低圧側のフィルタコンデンサと、
前記高圧側のフィルタコンデンサ、または、前記低圧側のフィルタコンデンサに対して並列接続された直流電圧源と、を備えたFC型3レベル電力変換装置であって、
フライングキャパシタ電圧と高圧側のフィルタコンデンサ電圧の1/2との比較、および、前記高圧側のフィルタコンデンサ電圧と前記フライングキャパシタ電圧+低圧側のフィルタコンデンサ電圧との比較、前記フライングキャパシタ電圧と前記低圧側のフィルタコンデンサ電圧との比較、および、前記低圧側のフィルタコンデンサ電圧または前記高圧側のフィルタコンデンサ電圧とフィルタコンデンサ電圧指令値との比較、に基づいて、前記第1〜第4半導体スイッチング素子をONまたはOFFして前記フィルタリアクトルを含む経路に電流を流し、前記フライングキャパシタおよび前記低圧側のフィルタコンデンサまたは前記高圧側のフィルタコンデンサを所定の値に充電することを特徴とするFC型3レベル電力変換装置。 - 直流電圧源の正極と負極との間に順次直列接続された第1〜第4半導体スイッチング素子と、前記第1,第2半導体スイッチング素子の接続点と前記第3,第4半導体スイッチング素子の接続点との間に接続された第1フライングキャパシタと、を有する第1ユニットと、
前記直流電圧源の正極と負極との間に順次直列接続された第5〜第8半導体スイッチング素子と、前記第5,第6半導体スイッチング素子の接続点と前記第7,第8半導体スイッチング素子の接続点との間に接続された第2フライングキャパシタと、を有する第2ユニットと、
前記第2,第3半導体スイッチング素子の接続点に一端が接続された第1フィルタリアクトルと、
前記第6,第7半導体スイッチング素子の接続点に一端が接続された第2フィルタリアクトルと、
前記第1,第2フィルタリアクトルの他端の間に接続されたフィルタコンデンサと、を備えたFC型3レベル電力変換装置であって、
第1,第2フライングキャパシタ電圧と直流電圧源電圧の1/2との比較、および、フィルタコンデンサ電圧とフィルタコンデンサ電圧指令値との比較、および、前記直流電圧源電圧と前記第1フライングキャパシタ電圧+前記第2フライングキャパシタ電圧+前記フィルタコンデンサ電圧指令値との比較、および、前記直流電圧源電圧と前記第1フライングキャパシタ電圧+前記第2フライングキャパシタ電圧−前記フィルタコンデンサ電圧指令値との比較、および、前記第1,第2フライングキャパシタ電圧と前記フィルタコンデンサ電圧との比較、および、前記第1フライングキャパシタ電圧と前記第2フライングキャパシタ電圧との比較に基づいて、前記第1〜第8半導体スイッチング素子をONまたはOFFして前記第1,第2フィルタリアクトルを含む経路に電流を流し、前記第1,第2フライングキャパシタおよび前記フィルタコンデンサを所定の値に充電することを特徴とするFC型3レベル電力変換装置。 - 前記直流電圧源は前記高圧側のフィルタコンデンサに並列接続されており、
Vfc<Va/2、かつ、Vb<Vb*、かつ、Va>Vfc+Vb+αの場合は、前記第1半導体スイッチング素子をON、前記第2,第3,第4半導体スイッチング素子はOFFし、
Vfc<Va/2、かつ、Vb<Vb*、かつ、Va≦Vfc+Vb+αの場合は、前記第1,第2半導体スイッチング素子をON、前記第3,第4半導体スイッチング素子はOFFした後、前記第1半導体スイッチング素子をON、前記第2,第3,第4半導体スイッチング素子はOFFし、
Vfc<Va/2、かつ、Vb≧Vb*、かつ、Vb>Vfc+αの場合は、前記第4半導体スイッチング素子をON、前記第1,第2,第3半導体スイッチング素子はOFFし、
Vfc<Va/2、かつ、Vb≧Vb*、かつ、Vb≦Vfc+αの場合は、前記第3,第4半導体スイッチング素子をON、前記第1,第2半導体スイッチング素子をOFFした後、前記第4半導体スイッチング素子をON、前記第1,第2,第3半導体スイッチング素子をOFFし、
Vfc≧Va/2、かつ、Vb<Vb*、かつ、Vfc>Vb+αの場合は、前記第2半導体スイッチング素子をON、前記第1,第3,第4半導体スイッチング素子はOFFし、
Vfc≧Va/2、かつ、Vb<Vb*、かつ、Vfc≦Vb+αの場合は、前記第1,第2半導体スイッチング素子をON、前記第3,第4半導体スイッチング素子はOFFした後、前記第2半導体スイッチング素子をON、前記第1,第3,第4半導体スイッチング素子はOFFし、
Vfc≧Va/2、かつ、Vb≧Vb*の場合は、前記第1〜第4半導体スイッチング素子のOFF状態を維持することを特徴とする請求項1または2記載のFC型3レベル電力変換装置。
ただし、Vfc:フライングキャパシタ電圧
Va:高圧側のフィルタコンデンサ電圧
Vb:低圧側のフィルタコンデンサ電圧
Vb*:低圧側のフィルタコンデンサ電圧指令値
α:所定値 - 前記直流電圧源は前記低圧側のフィルタコンデンサに並列接続されており、
Vfc<Va/2、かつ、Va>Va*、かつ、Va>Vfc+Vb+αの場合は、前記第1半導体スイッチング素子をON、前記第2,第3,第4半導体スイッチング素子はOFFし、
Vfc<Va/2、かつ、Va>Va*、かつ、Va≦Vfc+Vb+αの場合は、前記第1,第2半導体スイッチング素子をON、前記第3,第4半導体スイッチング素子はOFFした後、前記第1半導体スイッチング素子をON、前記第2,第3,第4半導体スイッチング素子はOFFし、
Vfc<Va/2、かつ、Va≦Va*、かつ、Vb>Vfc+αの場合は、前記第4半導体スイッチング素子をON、前記第1,第2,第3半導体スイッチング素子はOFFし、
Vfc<Va/2、かつ、Va≦Va*、かつ、Vb≦Vfc+αの場合は、前記第3,第4半導体スイッチング素子をON、前記第1,第2半導体スイッチング素子をOFFした後、前記第4半導体スイッチング素子をON、前記第1,第2,第3半導体スイッチング素子をOFFし、
Vfc≧Va/2、かつ、Va>Va*の場合は、前記第1〜第4半導体スイッチング素子のOFF状態を維持し、
Vfc≧Va/2、かつ、Va≦Va*、かつ、Vfc+Vb>Va+αの場合は、前記第3半導体スイッチング素子をON、前記第1,第2,第4半導体スイッチング素子はOFFし、
Vfc≧Va/2、かつ、Va≦Va*、かつ、Vfc+Vb≦Va+αの場合は、前記第3,第4半導体スイッチング素子をONし、前記第1,第2半導体スイッチング素子をOFFした後、前記第3半導体スイッチング素子をON、前記第1,第2,第4半導体スイッチング素子をOFFすることを特徴とする請求項1または2記載のFC型3レベル電力変換装置。
ただし、Vfc:フライングキャパシタ電圧
Va:高圧側のフィルタコンデンサ電圧
Vb:低圧側のフィルタコンデンサ電圧
Va*:高圧側のフィルタコンデンサ電圧指令値
α:所定値 - α=0とすることを特徴とする請求項4または5記載のFC型3レベル電力変換装置。
- α>0とすることを特徴とする請求項4または5記載のFC型3レベル電力変換装置。
- 以下の(1)式に示す条件を満たす場合、以下の表1に示すスイッチングパターン、以下の(1)式に示す条件を満たさずまたは、以下の(1)式の条件および表1の選択条件の両方を同時に満たさず、かつ、以下の(2)式に示す条件を満たす場合、以下の表2に示すスイッチングパターン、以下の(1)式、(2)式に示す条件を満たさず、以下の(3)式に示す条件を満たす場合、以下の表3に示すスイッチングパターンで前記第1〜第8半導体スイッチング素子をONまたはOFFし、
以下の(1)式〜(3)式に示す条件をすべて満たさない場合、前記第1〜第8半導体スイッチング素子をすべてOFFすることを特徴とする請求項3記載のFC型3レベル電力変換装置。
Vfc2:第2フライングキャパシタ電圧
Vdc:直流電圧源電圧
Vc:フィルタコンデンサ電圧
Vc*:フィルタコンデンサ電圧指令値
T1〜T8:第1〜第8半導体スイッチング素子 - 前記直流電圧源の正極と負極との間に順次直列接続された4つの半導体スイッチング素子と、1つ目の半導体スイッチング素子と2つ目の半導体スイッチング素子の接続点と3つ目の半導体スイッチング素子と4つ目の半導体スイッチング素子の接続点との間に接続されたフライングキャパシタと、をそれぞれ備えた第1〜第Nユニット(N=3以上の整数)と、
各ユニットの2つ目の半導体スイッチング素子と3つ目の半導体スイッチング素子の接続点に一端が接続された第1〜第Nリアクトルと、
前記第1〜第Nリアクトルの他端の間にそれぞれ接続されたフィルタコンデンサと、を備え、
フライングキャパシタ電圧が最も低いユニットと、2番目に低いユニットを前記第1ユニット、前記第2ユニットとし、前記第1ユニット,第2ユニットに一端が接続されたフィルタリアクトルを第1,第2フィルタリアクトルとし、前記第1,第2フィルタリアクトルの他端の間に接続されたフィルタコンデンサのフィルタコンデンサ電圧をVcとすることを特徴とする請求項8記載のFC型3レベル電力変換装置。
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