JP6940370B2 - 電力変換装置及びランキンサイクルシステム - Google Patents
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Description
圧を生成すると同時に、脈動を含んだ中間電圧はインバータ回路の入力電圧として平滑回路を介して供給され、インバータ回路の負荷に対して所望の安定した交流電圧を出力することができる。
特許文献1に示す従来の電力変換装置では、主機に相当するマルチレベルインバータ出力のコモンモード成分のみが低減される。すなわち、主機に相当する部分に接続された負荷における漏れ電流のみが低減される。しかし、この従来の電力変換装置では、コンバータ回路は適宜スイッチングして中間電圧を一定に保持するように制御され、一定に保持された中間電圧に基づいて、マルチレベルインバータの出力電圧を生成することから、中間電圧をスイッチングする必要があるという課題があることを、本発明者は発見した。さらに、同時に電力変換装置内部の補機側に接続された負荷に対しては、漏れ電流の低減効果を有さないという課題があることを、本発明者は発見した。これに関して本発明者は、コンバータ回路で生成した中間電圧が、主機に相当するマルチレベルインバータ回路の中間電圧、及び、補機に相当するインバータ回路の入力電圧、の両方の電圧として併用され、マルチレベルインバータ回路の出力電圧を生成する際に、中間電圧をスイッチングすることに着目した。すなわち、マルチレベルインバータ回路に接続された負荷はレベル数に応じて電圧変化率が抑制されるが、同時に、インバータ回路に接続された負荷はマルチレベルインバータ回路の最大電圧よりも低い中間電圧で駆動することとなるため、インバータ回路に接続された負荷も電圧変化率が抑制される。また、マルチレベルインバータ回路の出力周波数成分を含む脈動電圧をコンバータ回路の指令電圧に重畳した所望の設定電圧となるように制御して、マルチレベルインバータ回路の中間電圧のスイッチング回数を低減することができる。したがって、マルチレベルインバータ回路による入出力電力及びインバータ回路による入出力電力の影響を受けて変動する中間電圧を、マルチレベルインバータ回路の出力周波数成分を含む脈動電圧を指令電圧に重畳した所望の設定電圧となるように制御することができれば、これら両方の負荷は、同時に電圧変化率が抑制されると同時に、スイッチング回数が低減されることで漏れ電流を抑制することができる。
Vmax未満の電圧のことを指す。典型的な例としては、中間電圧を0からVmax/2の範囲でマルチレベルインバータ回路の出力周波数成分(例えば商用電源の2倍周波数である100Hz、あるいは120Hz)の脈動電圧を指令電圧に重畳した電圧とすることができる。
直流電源から供給される直流電圧を用いて中間電圧を生成するコンバータ回路と、
前記直流電源および前記コンバータ回路に接続され、前記直流電圧及び前記中間電圧を入力して駆動し、少なくとも3つのレベルで制御されるマルチレベルインバータ回路と、
前記コンバータ回路に接続され、前記中間電圧を平滑して出力する平滑回路と、
前記平滑回路によって平滑された電圧を入力して駆動するインバータ回路と、
前記マルチレベルインバータ回路が所定の第1交流電圧を出力し且つ前記インバータ回路が所定の第2交流電圧を出力するように制御するとともに、前記コンバータ回路で生成される前記中間電圧が前記コンバータ回路の指令電圧に前記マルチレベルインバータ回路の出力周波数成分を含む脈動電圧を重畳した設定電圧となるように前記コンバータ回路を制御する制御装置と、
を備える電力変換装置を提供する。
前記制御装置は、
前記インバータ回路の入力電圧の検出値、前記直流電圧の検出値、及び、前記コンバータ回路の出力電流の検出値に基づいて、前記中間電圧が前記設定電圧となるように制御する、
電力変換装置を提供する。
前記コンバータ回路は、
複数の前記中間電圧を生成し、
前記インバータ回路は、
前記複数の中間電圧のうちいずれかの電圧を入力して駆動する、
電力変換装置を提供する。
第1態様から第3態様のいずれか一つの電力変換装置と、
作動流体を圧送するポンプ、前記作動流体を加熱する蒸発器、前記作動流体を膨張させる膨張機、及び前記作動流体を凝縮させる凝縮器がこの順に環状に接続されたランキンサイクル流路と、前記ポンプに接続されたモータと、前記膨張機に接続されて第3交流電圧を生成し出力する発電機と、を備えるランキンサイクル装置と、
前記発電機から出力された前記第3交流電圧を入力して直流電圧に変換し、前記直流電圧を出力する電力供給装置と、
を有し、
前記電力供給装置は、
前記コンバータ回路及び前記マルチレベルインバータ回路に対して前記直流電圧を供給する前記直流電源として動作し、
前記インバータ回路は、
入力される前記中間電圧を前記第2交流電圧に変換し、前記第2交流電圧を前記モータに供給する、
ランキンサイクルシステムを提供する。
前記制御装置は、
前記モータの回転数の検出値、モータ電流の検出値、及び前記インバータ回路の入力電圧の検出値に基づいて、前記モータの回転数が予め設定された回転数で維持されるようにインバータ回路を制御する、
ランキンサイクルシステムを提供する。
図1は、本開示の実施の形態1における電力変換装置1の構成図である。図1において、電力変換装置1は、マルチレベルインバータ回路2、中間電圧を生成するコンバータ回路3、中間電圧を入力して駆動するように接続したインバータ回路4、およびマルチレベルインバータ回路2とコンバータ回路3とインバータ回路4とを制御する制御装置5を備えている。電力変換装置1には直流電源が接続されている。直流電源は、コンバータ回路3及びマルチレベルインバータ回路2に対して直流電圧を供給する。なお、図1では、直流電源は、電力変換装置1の外部に配置されているが、電力変換装置1の内部に配置されていてもよい。
されている。
路(Dri)に入力する。各ドライバ回路は、判定信号に基づいて、対応するスイッチング素子それぞれに対してスイッチングを指示する駆動信号を出力する。
に対する出力は、同時に電圧変化率が抑制され、それぞれの負荷における漏れ電流を抑制することができる。
図4は、本開示の実施の形態2におけるランキンサイクルシステム22の構成図である。ランキンサイクルシステム22は、電力変換装置1とランキンサイクル装置12とを用いて構成される。なお、図4において、図1〜図3と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。図4は、一例として、工場において例えば燃焼ガスにより排出される排熱をランキンサイクル装置12に用いて発電を行う発電装置として動作するランキンサイクルシステム22を示す。
る。制御装置5は、実施の形態1と同様に、インバータ回路4を制御する第1制御部51と、マルチレベルインバータ回路2を制御する第2制御部52と、コンバータ回路3を制御する第3制御部53と、を備えるとともに、本実施の形態においては、三相コンバータ回路20を制御する第4制御部54及びブレーキ回路21を制御する第5制御部55も有する。
スイッチングした電圧変化が発生していない。(e)の波形では、ポンプ13、発電機16の回転数の上昇を示しており、発電機16の回転数の上昇に伴って、前述した発電電力が増加している。(f)の波形は、ポンプ13を駆動するモータ10の相電流を示しており、コンデンサ8dを電力源として安定した電流波形となっている。(g)の波形は、発電機16の相電流を示している。
2 マルチレベルインバータ回路
3 コンバータ回路
4 インバータ回路
5 制御装置
6a スイッチング素子
6b スイッチング素子
6c スイッチング素子
6d スイッチング素子
6e スイッチング素子
6f スイッチング素子
6g スイッチング素子
6h スイッチング素子
6i スイッチング素子
6j スイッチング素子
6k スイッチング素子
6l スイッチング素子
6m スイッチング素子
6n スイッチング素子
6o スイッチング素子
6p スイッチング素子
7a ダイオード
7b ダイオード
7c ダイオード
7d ダイオード
7e ダイオード
8a コンデンサ
8b コンデンサ
8c コンデンサ
8d コンデンサ
9a インダクタ
9b インダクタ
9c インダクタ
10 モータ
11 平滑回路
12 ランキンサイクル装置
13 ポンプ
14 蒸発器
15 膨張機
16 発電機
17 凝縮器
18 バイパス弁
19 温度センサ
20 三相コンバータ回路
21 ブレーキ回路
22 ランキンサイクルシステム
51 第1制御部
52 第2制御部
53 第3制御部
54 第4制御部
55 第5制御部
101 正側母線コンデンサ
102 負側母線コンデンサ
103 スイッチ素子
104 スイッチ素子
105 中性点
106 リアクトル
107 バランス回路
108 インバータ
Claims (5)
- 直流電源から供給される直流電圧を用いて中間電圧を生成するコンバータ回路と、
前記直流電源および前記コンバータ回路に接続され、前記直流電圧及び前記中間電圧を入力して駆動し、少なくとも3つのレベルで制御されるマルチレベルインバータ回路と、
前記コンバータ回路に接続され、前記中間電圧を平滑して出力する平滑回路と、
前記平滑回路によって平滑された電圧を入力して駆動するインバータ回路と、
前記マルチレベルインバータ回路が所定の第1交流電圧を出力し且つ前記インバータ回路が所定の第2交流電圧を出力するように制御するとともに、前記コンバータ回路で生成される前記中間電圧が前記コンバータ回路の指令電圧に前記マルチレベルインバータ回路の出力周波数成分を含む脈動電圧を重畳した設定電圧となるように前記コンバータ回路を制御する制御装置と、
を備える電力変換装置。 - 前記制御装置は、
前記インバータ回路の入力電圧の検出値、前記直流電圧の検出値、及び、前記コンバータ回路の出力電流の検出値に基づいて、前記中間電圧が前記設定電圧となるように制御する、
請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記コンバータ回路は、
複数の前記中間電圧を生成し、
前記インバータ回路は、
前記複数の中間電圧のうちいずれかの電圧を入力して駆動する、
請求項1または2に記載の電力変換装置。 - 請求項1から3のいずれか一項に記載の電力変換装置と、
作動流体を圧送するポンプ、前記作動流体を加熱する蒸発器、前記作動流体を膨張させる膨張機、及び前記作動流体を凝縮させる凝縮器がこの順に環状に接続されたランキンサイクル流路と、前記ポンプに接続されたモータと、前記膨張機に接続されて第3交流電圧を生成し出力する発電機と、を備えるランキンサイクル装置と、
前記発電機から出力された前記第3交流電圧を入力して直流電圧に変換し、前記直流電圧を出力する電力供給装置と、
を有し、
前記電力供給装置は、
前記コンバータ回路及び前記マルチレベルインバータ回路に対して前記直流電圧を供給する前記直流電源として動作し、
前記インバータ回路は、
入力される前記中間電圧を前記第2交流電圧に変換し、前記第2交流電圧を前記モータに供給する、
ランキンサイクルシステム。 - 前記制御装置は、
前記モータの回転数の検出値、モータ電流の検出値、及び前記インバータ回路の入力電圧の検出値に基づいて、前記モータの回転数が予め設定された回転数で維持されるように前記インバータ回路を制御する、
請求項4に記載のランキンサイクルシステム。
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JP2017202275A JP6940370B2 (ja) | 2017-10-19 | 2017-10-19 | 電力変換装置及びランキンサイクルシステム |
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JP2017202275A Active JP6940370B2 (ja) | 2017-10-19 | 2017-10-19 | 電力変換装置及びランキンサイクルシステム |
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