JP7168645B2 - 交流部に電力を管理するためのモジュールを備える変換器 - Google Patents

交流部に電力を管理するためのモジュールを備える変換器 Download PDF

Info

Publication number
JP7168645B2
JP7168645B2 JP2020500128A JP2020500128A JP7168645B2 JP 7168645 B2 JP7168645 B2 JP 7168645B2 JP 2020500128 A JP2020500128 A JP 2020500128A JP 2020500128 A JP2020500128 A JP 2020500128A JP 7168645 B2 JP7168645 B2 JP 7168645B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power
voltage converter
power supply
supply network
voltage
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
JP2020500128A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2020527010A (ja
Inventor
康生 篠田
ダイ，ジン
ベンチャイブ，アブデルクリム
ギヨー，グザヴィエ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CentraleSupelec
Original Assignee
CentraleSupelec
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 CentraleSupelec filed Critical CentraleSupelec
Publication of JP2020527010A publication Critical patent/JP2020527010A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7168645B2 publication Critical patent/JP7168645B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS 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
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H02M1/081—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters wherein the phase of the control voltage is adjustable with reference to the AC source
    • H02M1/082—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters wherein the phase of the control voltage is adjustable with reference to the AC source with digital control
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS 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
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/10—Arrangements incorporating converting means for enabling loads to be operated at will from different kinds of power supplies, e.g. from ac or dc
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS 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
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/42—Circuits or arrangements for compensating for or adjusting power factor in converters or inverters
    • H02M1/4208—Arrangements for improving power factor of AC input
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS 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
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M7/2173—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in a biphase or polyphase circuit arrangement
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS 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
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion 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
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/4835—Converters 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
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/60—Arrangements for transfer of electric power between AC networks or generators via a high voltage DC link [HVCD]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Rectifiers (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Description

本発明は、ステーションがモジュラーマルチレベル変換器（ＭＭＣ）を統合する多端子高電圧直流（ＨＶＤＣ）の送電設備の技術分野に関する。
図１は、従来技術に係るモジュラーマルチレベル変換器１０のサブモジュールの組１２を概略的に示す。三相入力／出力電流（三相φａ、φｂ及びφｃを含む）に関して、この変換器１０は、図１の様々な構成要素上で指標ａ、ｂ及びｃで参照される三つの変換レッグを含む。
各変換レッグは、上側アーム及び下側アーム（上側は指標「ｕ」で、下側は指標「ｌ」で示す）を含み、当該アームの各々は、直流電源供給網（ＤＣ）の端子ＤＣ＋又はＤＣ－を交流電源供給網（ＡＣ）の端子に接続する。特に、上記レッグの各々は、上記交流電源供給網の上記三相ラインφａ、φｂ及びφｃのうちの一つに接続される。「ｂｒａｓ」と「ｄｅｍｉ－ｂｒａｓ」という用語は、それぞれ「ｌｅｇ」と「ａｒｍ」という英語に翻訳されていることに留意してください。図１は、サブモジュールの組１２を示し、各アームは電流ｉｘｉが通過する（ｘは上記アームが上側であるか下側であるかを示し、指標ｉは上記レッグを示す）。また、各アームは、好適なシーケンスに従って制御されることができる複数のサブモジュールＳＭｘｉｊを含む（ｘは上記アームが上側であるか下側であるかを示し、指標ｉは上記アームが接続される上記位相ラインを示し、ｊは上記アームにおいて直列の上記サブモジュール間の上記サブモジュールの番号である）。ここでは、サブモジュールが三つだけアームによって示されている。実際には、各下側又は上側アームは、数十個から数百個に及ぶＮ個のサブモジュールを含むことができる。
各サブモジュールＳＭｘｉｊは、少なくとも一つのキャパシタなどのエネルギー貯蔵システム、及び選択的にこのキャパシタを上記サブモジュールの端子間で直列に接続するか、これらをバイパスするための制御部を含む。上記サブモジュールは、選択されたシーケンスに従って制御されて、いくつかのレベルの電圧を供給するために上記変換器１０の一つのアームにおいて直列接続されるエネルギー貯蔵要素の数を漸進的に変化させる。また、図１では、ｖｄｃは、上記直流電源供給網への上記変換器の接続点における電圧を示し、ｉｄｃは、上記直流電源供給網の電流を示し、電流ｉｇａ、ｉｇｂ及びｉｇｃは、上記三相ラインφａ、φｂ及びφｃを通過する。また、各アームは、インダクタンスＬａｒｍを有し、各位相ラインはインダクタンスＬｆ及び抵抗Ｒｆを含む。
図２は、図１の上記変換器１０に属するサブモジュールＳＭｘｉｊを示す。このサブモジュールＳＭｘｉｊはその端子に電圧ｖＳＭを有する。このサブモジュールにおいて、各制御部は、エネルギー貯蔵要素、ここではキャパシタＣＳＭに直列接続される絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、などの第一の電子スイッチ要素Ｔ１を含む。この第一のスイッチ要素Ｔ１及びこのキャパシタＣＳＭは、同様に絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）である第二の電子スイッチ要素Ｔ２に並列に取り付けられる。この第二の電子スイッチ要素Ｔ２は、上記サブモジュールＳＭｘｉｊの入力端子と出力端子の間に結合されている。上記第一及び第二のスイッチ要素Ｔ１及びＴ２は、両方とも図２に示す逆並列ダイオードに接続される。
動作時、上記サブモジュールは、二つの制御状態で制御されることができる。
第一の状態、すなわち、いわゆる「オン」すなわち制御状態では、上記第一のスイッチ要素Ｔ１及び上記第二のスイッチ要素Ｔ２は、上記エネルギー貯蔵要素ＣＳＭをその他のサブモジュールと直列接続するように構成されている。第二の状態、すなわち、いわゆる「オフ」すなわち非制御状態では、上記第一のスイッチ要素Ｔ１及び上記第二のスイッチ要素Ｔ２は、上記エネルギー貯蔵要素ＣＳＭを短絡するように構成されている。
その端子に電圧ｖｍを有する各アームは、その端子に電圧ｖｍを有し、そのデューティサイクルが被制御サブモジュールの数によって決まるモデル化電圧源によって、及び当該電圧源に接続されるモデル化キャパシタＣｔｏｔによってモデル化することができることが知られている。このモデル化は図３に示されており、一つのアームを、当該アームを通過する電流ｉ及びその結果として生じるモデル化とともに示している。Ｃｔｏｔは、一つのアームにおける等価のキャパシタンスであり、当該アームのこの等価のキャパシタンスＣｔｏｔの逆数が、次式に従って、このアームにおいて制御される上記サブモジュールのキャパシタンスの逆数の合計に等しくなるようになっている。
Figure 0007168645000001
 Ｃ１、Ｃ２、…、Ｃｊ、…、ＣＮは、上記アームにおけるｊ番目のキャパシタの容量である。
したがって、上記モデル化キャパシタＣｔｏｔの端子間における電圧ｖｃΣは、上記アームにおける上記サブモジュールの上記キャパシタの端子間における電圧ｖｃｊの合計に等しい（ｊは１からＮに及び、上記キャパシタの番号、したがって上記サブモジュールの番号を示す）。また、電流ｉｍは、各モデル化キャパシタＣｔｏｔを通過する。本出願において、Ｃｔｏｔは、上記モデル化キャパシタとそのキャパシタンスの値の両方を大まかに示す。直列接続されるエネルギー貯蔵要素の数を漸進的に変化させるために、上記サブモジュールの上記制御シーケンスを制御することによって、上記モデル化キャパシタＣｔｏｔのエネルギー、したがって各モデル化電圧源の上記端子における上記電圧は降下又は上昇させることができる。
従来技術は、したがって、図４に示す上記変換器ＭＭＣ１０の上記サブモジュールの上記組の等価構成を開示している。この図では、上記変換器は、図１を参照して説明したものと類似の変換器であり、各アームは、そのモデル化によって置き換えられている。また、上記交流電源供給網の各位相ラインは、電流ｉｇｉ及び電圧ｖｇｉに接続される（指数ｉは上記レッグの番号を示す）。
ここで、上記モデル化電圧源の各々は、その端子に電圧ｖｍｘｉを含み、各モデル化キャパシタＣｔｏｔは電流ｉｍｘｉが通過し、その端子に電圧ｖｃΣｘｉを含む（ｘは上記アームが上側か下側かを示し、ｉは上記レッグの番号を示す）。上記変換器ＭＭＣを想像上の交流部及び想像上の直流部（上記変換器が交流エネルギーを直流エネルギーに変換するように構成されているか又はその逆かによって、入力又は出力にある）に分割することができることも分かり、上記サブモジュールの上記キャパシタに貯蔵されるトータルエネルギーの放出は、上記変換器に入ってくる電力と出ていく電力の間の差に等しい。
「電圧源変換器」タイプの変換器（当業者には「ＶＳＣ」の頭字語でよく知られている）が既知であり、上記直流電源供給網と並列に接続されるステーションキャパシタを有する。このような並列のキャパシタの欠点は、当該キャパシタにより、上記変換器が上記直流電源供給網の上記電圧から切断されることができないことである。また、このタイプの変換器は、適した変換信号を得るために多くのフィルタを使用する必要がある。
また、上記直流電源供給網の慣性はそのキャパシタンスによって決まり、大きなキャパシタンスは、上記直流電源供給網の上記慣性を増大させるようになっている。したがって、上記網の大きなキャパシタンス、したがって大きな慣性により、それは、どのような中断にも最も良好に抵抗することが可能になる。逆に、低い網キャパシタンス、したがって低い慣性により、上記直流電源供給網への上記変換器の上記接続点における上記電圧がより容易にかつより精密に調整される。
電圧源変換器タイプの変換器とは対照的に、ＭＭＣ変換器は、並列接続されかつ上記直流電源供給網の安定性に影響を及ぼす可能性のあるステーションキャパシタを含まない。モジュラーマルチレベル変換器は、したがって、上記サブモジュールの上記キャパシタの上記合計電圧と上記直流電源供給網の上記電圧の間の切断を提供するという利点を有する。しかし、電力の単純な変化は、上記直流電源供給網の電圧の相当な変化を引き起こす可能性がある。
ＭＭＣ変換器は既知であり、その制御はエネルギーに基づかない（非エネルギーベースの制御）。これらの変換器では、上記アームの上記キャパシタの上記電圧と上記直流電源供給網の上記電圧の間で電圧の偏移が生じるとき、入ってくる直流電源供給網の電力が自動的に変化して、上記電圧の偏移を補正する。この制御は、上記アームの上記キャパシタとのエネルギー交換が、上記直流電源供給網上の電圧の変化に続いて生じるため、さらなる調整器を用いずに行われる。
しかしながら、このタイプの変換器の全ての変数は制御されず、これは、上記変換器のロバスト性の欠如が原因で現れる。
その制御がエネルギーに基づく変換器も知られている。特に、「Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ＤＣ ｂｕｓ ｖｏｌｔａｇｅ ｗｉｔｈ ａ Ｍｏｄｕｌａｒ Ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ」（Ｓａｍｉｍｉ ｅｔ ａｌ．、ＰｏｗｅｒＴｅｃｈ ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、 ２０１５）と題する文書が知られており、当該文書は、上記交流部の領域における電力伝送、上記直流部の領域における電力伝送、及び上記変換器の内部エネルギーの制御システムを含むモジュラーマルチレベル変換器を提示している。このタイプの変換器は、エネルギーに基づく制御（「エネルギーベースの制御」）を使用し、直流電源供給網及び交流電源供給網の電流における変数の制御によって、これら二つのそれぞれの網の電力を制御する。直流電源供給網及び交流電源供給網の上記電力間の差により、上記サブモジュールの上記キャパシタに貯蔵されるエネルギーの低減又は増大が生じる。しかしながら、このタイプの変換器は、上記サブモジュールの上記キャパシタの上記端子間における電圧と上記直流電源供給網の電圧の間の切断に支障をきたす。また、このタイプの変換器は、上記直流電源供給網上の電圧の変動に効果的かつリアルタイムで適応しない。
これらの既知の変換器は、特に上記直流電源供給網の上記安定性に対する寄与に関しては、十分なロバスト性がない。これらの既存の課題解決法は、上記ＤＣ網の上記安定性の制御とともに上記変換器の上記内部エネルギーの制御に関して、ＭＭＣ変換器の容量を十分に利用しない。
仏国特許発明第１５５７５０１号明細書にて説明されるような変換器も知られている。このタイプのモジュラーマルチレベル変換器の挙動は、上記直流電源供給網と並列配置される仮想キャパシタの挙動と等価である。この変換器の内部エネルギーを調整することにより、上記仮想キャパシタの上記キャパシタンスを実質的に変化させることができるようになる。その利点は、上記直流電源供給網に作用することができ、かつ上記サブモジュールの上記キャパシタの上記合計電圧と上記網の上記電圧の間の切断を維持しながら上記直流電源供給網の安定性に寄与することができることである。
仏国特許発明第１５５７５０１号明細書の上記課題解決法の欠点は、このタイプの変換器が、多数の中間媒介変数を使用する多くの計算ステップを伴うことである。また、上記内部エネルギーの調整は、実現するには長くかつ複雑であり、資源に関してコストがかかることが分かっている。また、上記直流電源供給網上で中断がある場合、従来技術に係るこのような変換器の上記内部エネルギーを制御することは特に困難になり、さらには不可能になる。
仏国特許発明第１５５７５０１号明細書
Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ＤＣ ｂｕｓ ｖｏｌｔａｇｅ ｗｉｔｈ ａ Ｍｏｄｕｌａｒ Ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ（Ｓａｍｉｍｉ ｅｔ ａｌ．、ＰｏｗｅｒＴｅｃｈ ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、 ２０１５）
本発明の目的は、モジュラーマルチレベル変換器（ＭＭＣ）であって、当該変換器の内部エネルギーの容易な調整を可能にする当該変換器の制御モジュールを備えるモジュラーマルチレベル変換器を提案することである。別の目的は、よりロバスト性のある変換器であって、上記直流電源供給網上に中断があっても当該変換器の内部エネルギーを効果的に調整するための変換器を提供することである。
これを達成するため、本発明は、直流電源供給網に接続されるように意図されるいわゆる直流部及び交流電源供給網に接続されるように意図されるいわゆる交流部を含む、交流電圧を直流電圧に変換、及び、その逆に変換するためのモジュラーマルチレベル電圧変換器に関し、前記変換器は、複数のレッグを含み、各レッグは、上側アーム及び下側アームを含み、各アームは、複数のサブモジュールであって、各サブモジュールに固有の制御部によって個別に制御可能な複数のサブモジュールを含み、各サブモジュールは、当該サブモジュールの前記制御部が被制御状態にあるときに前記アームにおいて直列接続可能なキャパシタを含み、各アームは、当該アームにおいて直列に置かれるキャパシタの数によって決まるデューティサイクルに関係付けられるモデル化電圧源によってモデル化することができ、各モデル化電圧源は、前記アームの合計キャパシタンスに対応するモデル化キャパシタに並列接続される。
前記変換器は、調節可能な入力パラメータを有する関数の適用による前記変換器の内部コマンド設定値のためのコンピュータを含む前記変換器の制御モジュールを含む。
上記変換器の一般的な特徴によれば、前記変換器の前記制御モジュールは、各モデル化キャパシタの端子間における電圧に応じて動作電力設定値を与えるように構成されているエネルギー管理モジュールをさらに含み、前記動作電力設定値は、前記交流電源供給網に伝達すべき電力設定値を決定するために使用され、前記制御モジュールは、前記内部コマンド設定値及び前記交流電源供給網に伝達すべき前記電力設定値に応じて、前記直流電源供給網への前記変換器の接続点における電圧及び各モデル化キャパシタの前記端子間における前記電圧を調整するように構成されている。
上記コンピュータの上記調節可能な入力パラメータは、上記内部エネルギーの調整動作中はいつでも設定することができ、ユーザによって容易に行われることができる。上記内部コマンド設定値は、様々な種類の大きさに関係付けることができる。非制限的に、上記内部コマンド設定値は、内部電力設定値であることができ、又は電流設定値であることもできる。上記コンピュータによって計算される上記内部コマンド設定値は、上記入力パラメータによって決まる。また、上記ユーザは、上記変換器の上記内部コマンド設定値に直接作用することができ、したがって、上記直流電源供給網への上記変換器の上記接続点における上記電圧及び各モデル化キャパシタの上記端子における上記電圧を調整することができる。
上記ユーザは、上記直流電源供給網上の中断に応じて上記入力パラメータをさらに調節して上記直流電源供給網を安定させることができる。
非制限的に、上記モジュラーマルチレベル変換器は、その上記制御モジュールが上記のようなコンピュータを備え、上記直流電源供給網と並列配置される仮想キャパシタの挙動と同じように挙動する。上記コンピュータの上記調節可能な入力パラメータを調整することにより、上記仮想キャパシタの上記キャパシタンスを実質的に変化させる。その利点は、上記サブモジュールの上記キャパシタの合計電圧と上記直流電源供給網の電圧の間の切断を維持しながら上記直流電源供給網に作用することができることである。
上記直流電源供給網と実際に並列に設置されるキャパシタとは対照的に、上記仮想キャパシタはコストがかからず、劣化することがない。特に、本発明に係る上記調節可能な仮想キャパシタは、実在のキャパシタに関しては物質的に不可能である非常に高いキャパシタンス値を持つことができる。
上記サブモジュールは、好ましくは、上記サブモジュールが上記被制御「オン」状態で制御されるべきか上記非制御「オフ」状態で制御されるべきかによって直列に上記関連するアームの上記サブモジュールの上記キャパシタを置く又は置かないための二つの絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を用いて制御される。
各アームは、キャパシタンスＣｔｏｔのモデル化キャパシタに並列接続されるモデル化電圧源によってモデル化することができる。一つのアームの上記サブモジュールの上記キャパシタの上記電圧の合計はｖｃΣとして表され、上記モデル化電圧源と並列の上記関連するモデル化キャパシタの上記端子における上記電圧がｖｃΣであるようにする。
上記モデル化電圧源に接続される上記デューティサイクルαは、好ましくは、次式によって計算される。
Figure 0007168645000002
 ｎは、上記関連するアームにおいて上記「オン」状態に接続されるサブモジュールの数であり、Ｎは、上記アームにおけるサブモジュールの数である。
また、本発明により、上記エネルギー管理モジュールは、上記交流電源供給網に伝達すべき電力設定値Ｐ＊ ａｃを提供し、したがって、この設定値から、各モデル化キャパシタの上記端子における上記電圧をリンクする。また、このモジュールは、上記変換器の上記交流部に存在することによって上記変換器の上記内部エネルギーの調整に寄与する。上記エネルギー管理モジュールの一つの利点は、上記直流電源供給網上又は上記変換器の上記直流部内において中断がなくて済むことである。実際、上記エネルギー管理モジュールは、上記直流部における中断とは関係なく、上記変換器の上記交流部における電力の調整を可能にする。したがって上記変換器のロバスト性が向上する。
上記直流電源供給網への上記変換器の上記接続点における上記電圧と各モデル化キャパシタの上記端子における上記電圧の両方の調整は、上記直流電源供給網の安定性にさらに作用することができる。これは、上記直流電源供給網上に突然現れかつ当該網上で電圧の著しい変化を生じる可能性のある電力のどのような中断も抑制する。
有利には、前記コンピュータは、導関数及びフィルタリング関数の適用によって前記内部コマンド設定値を計算するように構成されている。一つの利点は、このようなフィルタリング関数の適用が計算資源をほとんど消費しないことである。また、フィルタリングは、被制御時の上記変換器を損傷しかねない測定ノイズがなくて済む。
上記フィルタリング関数は、好ましくは最上位のフィルタであり、測定ノイズが一層効果的に除去されることを可能にする。
有利には、前記調節可能な入力パラメータは、調節可能な仮想慣性係数ｋＶＣである。また、このパラメータｋＶＣを修正することは、上記仮想キャパシタの上記キャパシタンスを修正すること、したがって、上記直流電源供給網の上記安定性に寄与することに実質的に等しい。一つの利点は、上記変換器ＭＭＣの上記内部エネルギーの上記制御におけるさらなる自由度を提案することである。上記仮想キャパシタの上記キャパシタンスは、特に、さらなる材料規制がなく非常に高い値を持つことができる。
第一の変形によれば、前記内部コマンド設定値は、内部電力設定値Ｐ＊ Ｗである。この構成では、上記変換器は電力に関して制御される。一つの利点は、上記コンピュータが電力設定値を直接提供し、特に、従来技術の上記文書における場合のような上記変換器の内部エネルギーの設定値の中間計算ステップがなくて済むことである。したがって、この内部電力設定値を決定することは、上記内部エネルギーを調整することと同様に容易である。
特に有利には、前記コンピュータが、次の関数に従って前記変換器の前記内部電力設定値Ｐ＊ Ｗを計算するように構成されている。
Figure 0007168645000003
 Ｃｅｑ＝６Ｃｔｏｔであり、Ｃｔｏｔは前記モデル化キャパシタの一つのアームにおける合計キャパシタンスであり、ｖｄｃは、前記直流電源供給網への前記変換器の前記接続点における前記電圧であり、τは時定数である。分子におけるｓは導関数を表し、フィルタリング関数は
Figure 0007168645000004
 から構成される。
前記仮想キャパシタの上記ＣＶＣは、次のように表されることが分かる。
Figure 0007168645000005
前記内部電力設定値Ｐ＊ Ｗは、好ましくは、前記直流電源供給網に伝達すべき電力設定値Ｐ＊ ｄｃを決定するために使用される。Ｐ＊ ｄｃで表されるこの電力の決定を通して、上記コンピュータが、上記変換器の上記直流部上に存在することによって、上記内部電力の調整、したがって上記変換器の上記内部エネルギーの調整に寄与することが分かる。一つの利点は、上記交流電源供給網上又は上記変換器の上記交流部内における中断の場合に、上記コンピュータが、上記変換器の上記直流部において上記内部電力設定値を供給することによって、上記直流電源供給網への上記変換器の上記接続点における上記電圧及び各モデル化キャパシタの上記端子における上記電圧を常に調整することである。その結果、上記直流供給網を安定させる上述の仮想キャパシタンスの効果が保持される。したがって上記変換器の上記ロバスト性が向上する。
第二の変形によれば、前記内部コマンド設定値は、内部電流設定値Ｉ＊ Ｗである。この構成では、上記変換器は電流に関して制御される。
有利には、前記コンピュータは、次の関数に従って前記内部電流設定値Ｉ＊ Ｗを計算するように構成されている。
Figure 0007168645000006
 Ｃｅｑ＝６Ｃｔｏｔであり、Ｃｔｏｔは前記モデル化キャパシタの一つのアームにおける合計キャパシタンスであり、ｖｄｃは、前記直流電源供給網への前記変換器の前記接続点における前記電圧であり、τは時定数である。
好ましくは、前記内部電流設定値Ｉ＊ Ｗは、前記直流電源供給網に伝達すべき電流設定値Ｉ＊ ｄｃを決定するために使用される。この電流設定値Ｉ＊ ｄｃの決定を通して、上記コンピュータが、上記変換器の上記直流部上に存在することによって、上記電流の調整、したがって上記変換器の上記内部エネルギーの調整に寄与することが分かる。
その結果、上記直流供給網を安定させるための上述の仮想キャパシタンスの効果は、上記交流電源供給網上又は上記変換器の上記交流部内にどのような中断があっても、保持される。したがって上記変換器の上記ロバスト性が向上する。
特定の一実施形態において、前記エネルギー管理モジュールは、二乗した各モデル化キャパシタの前記端子間における電圧設定値と、前記モデル化キャパシタの前記端子間における前記電圧の二乗の平均との比較結果を入力として受け取る。上記エネルギー管理モジュールは、したがって、二乗した各モデル化キャパシタの上記端子における上記電圧を、この電圧の設定値から、リンクする。特に、各モデル化キャパシタの上記端子における上記電圧設定値ｖ＊ ｃΣは次のように表される。
Figure 0007168645000007
 Ｗ＊ Σは、任意に選択される内部エネルギーの設定値である。
前記制御モジュールは、好ましくは、電流ｉｄｉｆｆ及びｉｇｄ並びに電圧ｖｄｉｆｆ及びｖｇｄにおける中間媒介変数を制御するように変数に変化を起こすように構成され、ｉｄｉｆｆ及びｖｄｉｆｆは、前記直流電源供給網に接続されており、ｉｇｄ及びｖｇｄは、前記交流電源供給網に接続されている。
非制限的に、交流エネルギーへの直流エネルギーの変換器の場合、これらの変数は、次の形で上記変換器の内部エネルギーの変化を表す。
Figure 0007168645000008
この式は、特に、上記直流網に接続されかつ上記直流部の電力に対応する
Figure 0007168645000009
 という項に関連する入力における想像上の直流部、及び上記交流網に接続されかつ上記交流部の上記電力に対応する
Figure 0007168645000010
 という項に関連する出力における想像上の交流部への上記変換器ＭＭＣの分解を反映している。
有利には、前記制御モジュールは、前記電流ｉｇｄに対応する設定値ｉ＊ ｇｄを入力として有する前記電流ｉｇｄの調整器を含む。当該調整器は、上記電流ｉｇｄをその設定値ｉ＊ ｇｄに向かわせることによって上記ｉｇｄをリンクする。上記変数ｉｇｄを調整することは、上記変換器の上記構成に従って入力又は出力において交流電力の伝送を調整することに等しい。
有利には、前記制御モジュールは、前記電流ｉｄｉｆｆに対応する設定値ｉ＊ ｄｉｆｆを入力として有する前記電流ｉｄｉｆｆの調整器を含む。当該調整器は、上記電流ｉｄｉｆｆをその設定値ｉ＊ ｄｉｆｆに向かわせることによって上記ｉｄｉｆｆをリンクする。上記変数ｉｄｉｆｆを調整することは、上記変換器の上記構成に従って入力又は出力において直流電力の伝送を調整することに等しい。
非制限的に、上記変数ｉｇｄ及びｉｄｉｆｆは別々に制御されることができる。ｉｄｉｆｆ及びｉｇｄを調整することにより、それぞれ入ってくる電力及び出ていく電力の伝送が調整され、したがって、上記サブモジュールの上記キャパシタに貯蔵される上記変換器の上記内部エネルギーが制御される。
好ましくは、前記制御モジュールは、前記直流電源供給網への前記変換器の前記接続点における電圧設定値、及び、前記直流電源供給網上で集められる前記直流電源供給網への前記変換器の前記接続点における電圧値に応じて、前記変換器の前記直流電圧の調整のための電力設定値を決定するように構成されている前記直流電源供給網への前記変換器の前記接続点における前記電圧の調整器を含む。この調整器の一つの利点は、当該調整器が、上記直流電源供給網への上記変換器の上記接続点における上記電圧ｖｄｃを、その値を上記直流電源供給網への上記変換器の上記接続点における上記電圧設定値ｖ＊ ｄｃに向かわせることによって、リンクすることができることである。
本発明は、モジュラーマルチレベル電圧変換器の制御プロセスにも関し、前記変換器は、交流電圧を直流電圧に変換、及び、その逆に変換し、かつ、直流電源供給網に接続されるように意図されるいわゆる直流部及び交流電源供給網に接続されるように意図されるいわゆる交流部を含み、
前記変換器は、複数のレッグを含み、各レッグは、上側アーム及び下側アームを含み、各アームは、複数のサブモジュールであって、各サブモジュールの制御部によって個別に制御可能な複数のサブモジュールを含み、該サブモジュールの前記制御部が被制御状態であるときに前記アームにおいて直列接続されるキャパシタを含み、各アームは、当該アームにおいて直列に置かれるキャパシタの数によって決まるデューティサイクルに関係付けられるモデル化電圧源によってモデル化することができ、各モデル化電圧源は、前記アームの合計キャパシタンスに対応するモデル化キャパシタに並列接続され、前記プロセスは、調節可能な入力パラメータを有する関数の適用による前記変換器の内部コマンド設定値の計算をさらに含む、変換器の制御プロセスにおいて、
各モデル化キャパシタの端子間における電圧に応じて動作電力設定値を決定するステップ、
前記動作電力設定値から前記交流電源供給網に伝達すべき電力設定値を決定するステップ、及び、
前記内部コマンド設定値及び前記交流電源供給網に伝達すべき前記電力設定値に応じて、前記直流電源供給網への前記変換器の接続点における電圧及び各モデル化キャパシタの前記端子間における前記電圧を調整するステップ
を含む。
有利には、前記調節可能な入力パラメータは、調節可能な仮想慣性係数ｋＶＣである。
本発明は、上記に定義されたようなモジュラーマルチレベル変換器の制御モジュールにも関し、調節可能な入力パラメータを有する関数の適用による前記変換器の内部コマンド設定値のためのコンピュータを含み、当該制御モジュールは、各モデル化キャパシタの前記端子間における前記電圧に応じて動作電力設定値を与えるように構成されているエネルギー管理モジュールをさらに含み、前記動作電力設定値は、前記交流電源供給網に伝達すべき電力設定値を決定するために使用され、当該制御モジュールは、前記内部コマンド設定値及び前記交流電源供給網に伝達すべき前記電力設定値に応じて、前記直流電源供給網への前記変換器の前記接続点における前記電圧及び各モデル化キャパシタの前記端子間における前記電圧を調整するように構成されている。
本発明は、添付の図面を参照して非制限的な例として与えられる本発明の実施形態の下記の説明からよりはっきりと理解されるだろう。
図１は、既に説明されているが、従来技術に係る三相モジュラーマルチレベル変換器を示す。 図２は、既に説明されているが、従来技術に係るモジュラーマルチレベル変換器のサブモジュールを示す。 図３は、既に説明されているが、従来技術に係るＭＭＣ変換器のアームと等価の回路を示す。 図４は、既に説明されているが、従来技術に係るモジュラーマルチレベル変換器の等価構成を示す。 図５は、本発明に係るモジュラーマルチレベル変換器の等価かつ概略的な図を示す。 図６は、本発明に係る制御モジュールを備えるモジュラーマルチレベル変換器の第一の実施形態を示す。 図７は、図６の上記変換器のためのコンピュータを示す。 図８は、従来技術の変換器に関する、中断に応じた直流電源供給網及び交流電源供給網の電力の放出を示す。 図９は、本発明の変換器に関する、中断に応じた直流電源供給網及び交流電源供給網の電力の放出を示す。 図１０は、従来技術の変換器に関する、上記中断に応じた内部エネルギーの放出を示す。 図１１は、本発明の変換器に係る、上記中断に応じた内部エネルギーの放出を示す。 図１２は、本発明に係る制御モジュールを備えるモジュラーマルチレベル変換器の第二の実施形態を示す。 図１３は、図１２の上記変換器のためのコンピュータを示す。
本発明は、制御モジュールを備えるモジュラーマルチレベル変換器に関し、その等価挙動の回路が図５に示されている。非制限的に、この図は、交流電力への直流電力のＭＭＣ変換器１０を示す。この例では、この変換器１０が、当該図面の左側部で交流電源供給網１１０に接続される交流部１０Ａを含むことがはっきりと分かる。当該図面の右側部は、上記変換器１０が直流電源供給網１２０に接続される直流部１０Ｃを含むことを示す。
調節可能なキャパシタンスを有する仮想キャパシタＣＶＩ（大まかに言って、また分かり易さを理由として、同じ記号を使用して上記キャパシタ及びそのキャパシタンスを示す）は、上記直流電源供給網１２０に並列接続されることが分かる。仮想とは、このキャパシタが、上記変換器１０に物理的に植込まれていないことを意味し、上記変換器１０は、サブモジュールのキャパシタのみを含む。むしろ、本発明に係る上記制御モジュールは、この仮想キャパシタを備える変換器の変換器動作と類似の変換器動作を達成する、すなわち、図５には記載されず、かつ調節可能なパラメータである仮想慣性係数ｋＶＣを調整することにより、上記直流電源供給網１２０の安定性を向上させ、上記変換器の上記挙動は、調節可能なキャパシタンスの仮想キャパシタＣＶＩが上記直流電源供給網１２０と並列に設置されている変換器の挙動と類似である。
図５の上記図面は、上記変換器１０と上記直流及び交流の電源供給網１２０及び１１０の間の電力の伝送も示す。このように、Ｐｌは、上記直流電源供給網の他のステーションから来る電力であり、上記直流網上での電力の突然の中断を記号化しており、Ｐｄｃは、上記直流電源供給網１２０から取り出される電力であり、Ｐａｃは、上記交流電源供給網１１０に伝達される電力であり、ＰＣは、上記直流電源供給網１２０の上記キャパシタンスＣｄｃによって吸収される電力であり、ＰＷは、上記仮想キャパシタＣＶＩによって吸収される上記電力とみなすことができる。また、ｖｄｃは、上記直流電源供給網への上記変換器の接続点における電圧である。ｉｇは、上記交流電源供給網の電流であり、ｉｄｃは、上記直流電源供給網の電流である。
本発明に係る上記変換器ＭＭＣ１０では、従来技術の変換器ＭＭＣとは対照的に、ＰＷで表す上記直流電源供給網１２０の余剰電力は、上記仮想キャパシタＣＶＩによって吸収され、上記変換器が上記サブモジュールの上記キャパシタに内部エネルギーＷΣを貯蔵することを可能にする。
図６の例は、本発明に係る制御モジュール２０を備えるモジュラーマルチレベル変換器１０の第一の実施形態を示す。この例では、当該変換器は電力に関して制御される。閉ループでリンクすることによって、上記変換器ＭＭＣ１０は、上記直流電源供給網１２０への上記変換器の上記接続点における上記電圧ｖｄｃ、及び各モデル化キャパシタの上記端子における上記電圧ｖｃΣを調整するように構成されている。
上記制御モジュール２０は、上記アームの上記サブモジュールの上記キャパシタに関する内部電力設定値Ｐ＊ Ｗを計算するように構成されているコンピュータ２２を含む。この内部電力設定値Ｐ＊ Ｗは、上記コンピュータ２２の入力における調節可能な仮想慣性係数ｋＶＣから、及び二乗した上記直流電源供給網１２０への上記変換器の上記接続点における上記電圧ｖｄｃの公称値から計算される。
電力設定値Ｐ＊ Ｗのためのコンピュータ２２の一例を図７に示す。この図は、上記内部電力設定値Ｐ＊ Ｗが次式に従って決定されることを示す。
Figure 0007168645000011
 Ｃｅｑ＝６Ｃｔｏｔであり、Ｃｔｏｔは、上記モデル化キャパシタの一つのアームにおける合計キャパシタンスであり、ｖｄｃは、上記直流電源供給網への上記変換器の上記接続点における上記電圧であり、τは時定数である。分子のｓは導関数を表し、フィルタリング関数は
Figure 0007168645000012
 から構成される。
特に、本発明に係る上記制御モジュール２０は、従来技術で実行される内部エネルギーの設定値を決定するための中間ステップがなくて済む。
上記内部電力設定値Ｐ＊ Ｗは、上記直流電源供給網に伝達すべき電力設定値Ｐ＊ ｄｃを決定するために使用される。上記コンピュータ２２は、上記変換器の上記直流部１０Ｃ上に存在することによって、上記内部電力の調整に寄与し、したがって上記変換器１０の上記内部エネルギーの調整に寄与することが分かる。一つの利点は、上記交流電源供給網１１０上又は上記変換器の上記交流部１０Ａ内での中断の場合に、上記コンピュータ２２が、上記変換器の上記直流部において上記直流電源供給網に伝達すべき上記電力設定値Ｐ＊ ｄｃを提供することによって、上記直流電源供給網への上記変換器の上記接続点における上記電圧ｖｄｃ、及び各モデル化キャパシタの上記端子における上記電圧ｖｃΣを常に調整することである。
また、上記変換器１０の上記制御モジュール２０は、動作電力設定値Ｐ＊ ｆを与えるように構成されているエネルギー管理モジュール２４も含む。当該エネルギー管理モジュール２４は、二乗した各モデル化キャパシタの上記端子間における電圧設定値ｖ＊ ｃΣと、同様に二乗した上記モデル化キャパシタの上記端子における上記電圧の二乗の平均との間の比較を入力として受け取る。本発明の範囲から逸脱することなく、当該平均は様々な方法で計算されることができる。図６に示す上記非制限的な例では、当該平均は、６で割った（上記変換器が六つのアームを含んでいる）各アームにおける上記モデル化キャパシタの上記電圧の二乗の合計として計算される。
各モデル化キャパシタの上記端子における上記電圧設定値ｖ＊ ｃΣは、次のように表される。
Figure 0007168645000013
各モデル化キャパシタの上記端子における上記電圧設定値ｖ＊ ｃΣは、したがって、任意に定められた上記変換器の内部エネルギーの設定値Ｗ＊ Σから得られる。
上記動作電力設定値Ｐ＊ ｆは、上記交流電源供給網１１０に伝達すべき電力設定値Ｐ＊ ａｃを決定するために使用される。上記モジュール２４は、上記変換器の上記交流部１０Ａに存在することによって上記変換器１０の上記内部エネルギーの管理を可能にすることが分かる。一つの利点は、上記直流電源供給網１２０上又は上記変換器１０の上記直流部１０Ｃ内に中断が存在していても、上記エネルギー管理モジュール２４が、上記変換器１０の上記交流部において上記交流電源供給網に伝達すべき上記電力設定値Ｐ＊ ａｃを提供することによって、上記直流電源供給網１２０への上記変換器の上記接続点における上記電圧ｖｄｃ、及び各モデル化キャパシタの上記端子における上記電圧ｖｃΣを効果的に調整することである。
図６は、上記制御モジュール２０が、二乗した上記直流電源供給網１２０への上記変換器１０の上記接続点における電圧設定値ｖ＊ ａｃと、同様に二乗した上記直流電源供給網上で集められる値ｖｄｃとの間の比較結果を入力として有する、上記直流電源供給網１２０への上記変換器の上記接続点における電圧調整器２６を含むことを示す。上記直流電源供給網１２０への上記変換器の上記接続点における上記電圧調整器２６は、上記変換器１０の直流電圧の調整のための電力設定値Ｐ＊ ｍを与える。上記変換器の上記直流電圧の調整のための上記電力設定値Ｐ＊ ｍは、次に、上記交流電源供給網１１０に伝達すべき上記電力設定値Ｐ＊ ａｃを決定するために上記動作電力設定値Ｐ＊ ｆと比較される。
同様に、上記内部電力設定値Ｐ＊ Ｗは、上記直流電源供給網に伝達すべき上記電力設定値Ｐ＊ ｄｃを決定するために上記変換器の上記直流電圧の調整のための上記電力設定値Ｐ＊ ｍと比較される。
また、上記制御モジュール２０は、入力にて設定値ｉ＊ ｇｄを有する交流電流ｉｇｄの調整器２８、及び入力にて設定値ｉ＊ ｄｉｆｆを有する電流ｉｄｉｆｆの調整器３０を含む。
図３によれば、モデル化電圧源がそれらの端子に電圧ｖｍｘｉ（ｘは上記アームが上側であるか下側であるかを示し、ｉは上記レッグを示す）を含むようにモデル化キャパシタに並列接続される当該モデル化電圧源によって一つのアームの上記サブモジュールをモデル化することができることが知られている。上記電流調整器２８及び３０は、上記モデル化電圧源の上記端子間における電圧ｖｍｘｉを調整するために制御アルゴリズム（「ＢＣＡ：Ｂａｌａｎｃｉｎｇ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ」）を使用して変調部材３２及び二つの平衡部材３４ａ及び３４ｂによって変数の変化に続いて使用される電圧設定値ｖ＊ ｄｉｆｆ及びｖ＊ ｖを与える。これにより、上記アームのサブモジュールが制御される、又は制御されない。したがって、上記モデル化キャパシタの上記端子間における電圧ｖｃΣｘｉは、上記直流電源供給網への上記変換器の上記接続点における上記電圧ｖｄｃとともに制御される。
したがって、上記仮想慣性係数ｋＶＣを上記コンピュータの入力にて変化させることにより、上記直流電源供給網の上記電圧ｖｄｃ及びこの直流電源供給網の上記慣性に直接影響を及ぼすことができる。
図６の図面は、上記変換器の制御のための有効電力の制御を示す。非制限的に、無効電力の制御は、「仮想キャパシタ」の効果とは関係なく、有効電力の制御と平行して提供することができる。
図８から図１１は、本発明に係る制御モジュール２０を備えるモジュラーマルチレベル変換器１０の挙動のシミュレーション、特に電力の制御によるシミュレーションの結果を示す。このシミュレーションでは、テストシステムが作り出されており、上記変換器の上記直流部が、直流電源供給網１２０をシミュレーションする理想的な直流電力源に接続され、上記変換器の上記交流部が、交流電源供給網１１０をシミュレーションする交流電力源に接続される。上記シミュレーションした直流網に電力段階を強制し、上記直流電源供給網上での中断をシミュレーションする。
図８は、従来技術の変換器に関して、上記強制中断に応じての上記交流電源供給網の上記電力Ｐａｃの放出を点線で示し、上記直流電源供給網の上記電力Ｐｄｃの放出を実線で示す。上記直流電源供給網の上記電力Ｐｄｃのこの放出は、「仮想キャパシタンス」の効果を反映し、上記変換器は、上記直流電源供給網と並列配置される仮想キャパシタの挙動と等価の挙動を有する。図９は、本発明に係る変換器に関して、同じ大きさを示す。
図８及び図９は、上記直流電源供給網上に中断がある場合、上記直流電源供給網の上記電力Ｐｄｃの上記放出が、従来技術の上記変換器と本発明に係る上記変換器とで同一であることを開示している。本発明に係る上記変換器は、したがって、「仮想キャパシタンス」効果を生み、上記直流電源供給網と並列配置される仮想キャパシタと解される。
図１０は、強制中断に応じての、従来技術の変換器の上記サブモジュールの上記キャパシタに貯蔵される上記内部エネルギーの放出を示す。
図１１は、強制中断に応じての、本発明に係る変換器の上記サブモジュールの上記キャパシタに貯蔵される上記内部エネルギーの放出を示す。
本発明に係る上記変換器により、上記エネルギーが最も良好に調整されること、及び上記エネルギーが、従来技術におけるように、突然かつ不意に増大することがないことが明らかである。特に、本発明により、上記変換器の上記内部エネルギーは、より急速にその公称値に向かう。上記変換器の上記内部エネルギーは、したがって、本発明に係る上記制御モジュールにより、特に上記エネルギー管理モジュールにより、最も良好に制御される。実際、後者は、上記変換器の上記交流部に存在し、上記直流電源供給網上に中断があっても上記変換器の上記内部エネルギーを効果的に制御する。
図１２は、本発明に係る制御モジュール２０′を備える本発明に係る変換器１０′の第二の実施形態を示す。この例では、当該変換器は電流に関して制御される。図６の上記例におけるように、上記制御モジュールは、動作電力設定値Ｐ＊ ｆを与えるように構成されているエネルギー管理モジュール２４′を含む。上記制御モジュールは、上記交流電流ｉｇｄの調整器２８′、変調部材３２′、及び二つの平衡部材３４ａ′及び３４ｂ′も含む。
この実施形態では、上記制御モジュール２０′は、上記アームの上記サブモジュールの上記キャパシタに関する内部電流設定値Ｉ＊ Ｗを計算するように構成されているコンピュータ２２′を含む。
このようなコンピュータが図１３に示されている。この図から明らかなように、上記内部電流設定値Ｉ＊ Ｗは、上記コンピュータ２２′の入力における調節可能な仮想慣性係数ｋＶＣ、及び上記直流電源供給網１２０への上記変換器の上記接続点における上記電圧ｖｄｃの公称値から計算される。このためのコンピュータ２２′は、導関数及び最上位のフィルタも実行する。
上記制御モジュール２０′は、上記直流電源供給網１２０への上記変換器１０の上記接続点における電圧設定値ｖ＊ ｄｃと、上記直流電源供給網上で集められる値ｖｄｃとの間の比較結果を入力として受け取る上記直流電源供給網１２０への上記変換器の上記接続点における上記電圧の調整器２６′をさらに含む。上記調整器２６′は、上記変換器１０の上記直流電圧を調整するための電力設定値Ｐ＊ ｍを与える。
上記制御モジュール２０′は、電流動作設定値Ｉ＊ ｍを決定するために、上記直流電源供給網１２０への上記変換器の上記接続点における上記電圧ｖｄｃの公称値で上記電力Ｐ＊ ｍを割るためのディバイダモジュール３６をさらに含む。上記電流動作設定値Ｉ＊ ｍは、次に、上記直流電源供給網に伝達すべき電流設定値Ｉ＊ ｄｃを決定するために上記内部電流設定値Ｉ＊ Ｗと比較される。

Claims (15)

  1. 直流電源供給網（１２０）に接続されるように意図されるいわゆる直流部（１０Ｃ）及び交流電源供給網（１１０）に接続されるように意図されるいわゆる交流部（１０Ａ）を含む、交流電圧を直流電圧に変換、及び、その逆に変換するためのモジュラーマルチレベル電圧変換器（１０、１０′）であって、
    前記モジュラーマルチレベル電圧変換器は、複数のレッグを含み、
    各レッグは、上側アーム及び下側アームを含み、
    各アームは、複数のサブモジュールであって、各サブモジュールに固有の制御部によって個別に制御可能な複数のサブモジュールを含み、
    各サブモジュールは、当該サブモジュールの前記制御部が被制御状態にあるときに前記アームにおいて直列接続可能なキャパシタを含み、
    各アームは、当該アームにおいて直列に置かれるキャパシタの数によって決まるデューティサイクルに関係付けられるモデル化電圧源によってモデル化することができ、
    各モデル化電圧源は、前記アームの合計キャパシタンスに対応するモデル化キャパシタに並列接続され、
    前記モジュラーマルチレベル電圧変換器は、調節可能な入力パラメータを有する関数の適用による前記モジュラーマルチレベル電圧変換器の内部コマンド設定値（Ｐ＊ Ｗ、Ｉ＊ Ｗ）のためのコンピュータ（２２、２２′）を含む前記モジュラーマルチレベル電圧変換器の制御モジュール（２０、２０′）を含み、
    前記調節可能な入力パラメータは、調節可能な仮想慣性係数ｋ ＶＣ であり、
    前記モジュラーマルチレベル電圧変換器の前記制御モジュールは、各モデル化キャパシタの端子間における電圧に応じて動作電力設定値（Ｐ＊ ｆ）を与えるように構成されているエネルギー管理モジュール（２４、２４′）をさらに含み、
    前記動作電力設定値は、前記交流電源供給網に伝達すべき電力設定値（Ｐ＊ ａｃ）を決定するために使用され、
    前記制御モジュールは、前記内部コマンド設定値及び前記交流電源供給網に伝達すべき前記電力設定値に応じて、前記直流電源供給網への前記モジュラーマルチレベル電圧変換器の接続点における電圧及び各モデル化キャパシタの前記端子間における前記電圧を調整するように構成されていることを特徴とするモジュラーマルチレベル電圧変換器。
  2. 前記コンピュータ（２２）は、導関数及びフィルタリング関数の適用によって前記内部コマンド設定値（Ｐ＊ Ｗ、Ｉ＊ Ｗ）を計算するように構成されている、請求項１に記載のモジュラーマルチレベル電圧変換器。
  3. 前記内部コマンド設定値は、内部電力設定値Ｐ＊ Ｗである、請求項１又は２に記載のモジュラーマルチレベル電圧変換器。
  4. 前記コンピュータ（２２）が、次の関数に従って前記モジュラーマルチレベル電圧変換器の前記内部電力設定値Ｐ＊ Ｗを計算するように構成されている、請求項３に記載のモジュラーマルチレベル電圧変換器。
    Figure 0007168645000014
    Ｃｅｑ＝６Ｃｔｏｔであり、Ｃｔｏｔは前記モデル化キャパシタの一つのアームにおける合計キャパシタンスであり、ｖｄｃは、前記直流電源供給網への前記モジュラーマルチレベル電圧変換器の前記接続点における前記電圧であり、τは時定数である。
  5. 前記内部電力設定値Ｐ＊ Ｗは、前記直流電源供給網（１２０）に伝達すべき電力設定値Ｐ＊ ｄｃを決定するために使用される、請求項３又は４に記載のモジュラーマルチレベル電圧変換器。
  6. 前記内部コマンド設定値は、内部電流設定値Ｉ＊ Ｗである、請求項１又は２に記載のモジュラーマルチレベル電圧変換器。
  7. 前記コンピュータ（２２′）は、次の関数に従って前記内部電流設定値Ｉ＊ Ｗを計算するように構成されている、請求項６に記載のモジュラーマルチレベル電圧変換器。
    Figure 0007168645000015
    Ｃｅｑ＝６Ｃｔｏｔであり、Ｃｔｏｔは前記モデル化キャパシタの一つのアームにおける合計キャパシタンスであり、ｖｄｃは、前記直流電源供給網への前記モジュラーマルチレベル電圧変換器の前記接続点における前記電圧であり、τは時定数である。
  8. 前記内部電流設定値Ｉ＊ Ｗは、前記直流電源供給網（１２０）に伝達すべき電流設定値Ｉ＊ ｄｃを決定するために使用される、請求項６又は７に記載のモジュラーマルチレベル電圧変換器。
  9. 前記エネルギー管理モジュール（２４、２４’）は、二乗した各モデル化キャパシタの前記端子間における電圧設定値と、前記モデル化キャパシタの前記端子間における前記電圧の二乗の平均との比較結果を入力として受け取る、請求項１から８のいずれか一項に記載のモジュラーマルチレベル電圧変換器。
  10. 前記制御モジュール（２０、２０′）は、電流ｉｄｉｆｆ及びｉｇｄ並びに電圧ｖｄｉｆｆ及びｖｇｄにおける中間媒介変数を制御するように変数に変化を起こすように構成され、
    ｉｄｉｆｆ及びｖｄｉｆｆは、前記直流電源供給網（１２０）に接続されており、
    ｉｇｄ及びｖｇｄは、前記交流電源供給網（１１０）に接続されている、請求項１から９のいずれか一項に記載のモジュラーマルチレベル電圧変換器。
  11. 前記制御モジュールは、前記電流ｉｇｄに対応する設定値ｉ＊ ｇｄを入力として有する前記電流ｉｇｄの調整器（２８、２８′）を含む、請求項１０に記載のモジュラーマルチレベル電圧変換器。
  12. 前記制御モジュールは、前記電流ｉｄｉｆｆに対応する設定値ｉ＊ ｄｉｆｆを入力として有する前記電流ｉｄｉｆｆの調整器（３０、３０′）を含む、請求項１０又は１１に記載のモジュラーマルチレベル電圧変換器。
  13. 前記制御モジュールは、前記直流電源供給網への前記モジュラーマルチレベル電圧変換器の前記接続点における電圧設定値、及び、前記直流電源供給網上で集められる前記直流電源供給網への前記モジュラーマルチレベル電圧変換器の前記接続点における電圧値に応じて、前記モジュラーマルチレベル電圧変換器の前記直流電圧の調整のための電力設定値（Ｐ＊ ｍ）を決定するように構成されている前記直流電源供給網（１２０）への前記モジュラーマルチレベル電圧変換器（１０、１０′）の前記接続点における前記電圧の調整器（２６、２６′）を含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載のモジュラーマルチレベル電圧変換器。
  14. モジュラーマルチレベル電圧変換器（１０、１０′）の制御プロセスであって、
    前記モジュラーマルチレベル電圧変換器は、交流電圧を直流電圧に変換、及び、その逆に変換し、かつ、直流電源供給網（１２０）に接続されるように意図されるいわゆる直流部（１０Ｃ）及び交流電源供給網（１１０）に接続されるように意図されるいわゆる交流部（１０Ａ）を含み、
    前記モジュラーマルチレベル電圧変換器は、複数のレッグを含み、
    各レッグは、上側アーム及び下側アームを含み、
    各アームは、複数のサブモジュールであって、各サブモジュールの制御部によって個別に制御可能な複数のサブモジュールを含み、
    当該サブモジュールの前記制御部が被制御状態であるときに前記アームにおいて直列接続されるキャパシタを含み、
    各アームは、当該アームにおいて直列に置かれるキャパシタの数によって決まるデューティサイクルに関係付けられるモデル化電圧源によってモデル化することができ、
    各モデル化電圧源は、前記アームの合計キャパシタンスに対応するモデル化キャパシタに並列接続され、
    前記制御プロセスは、調節可能な入力パラメータを有する関数の適用による前記モジュラーマルチレベル電圧変換器の内部コマンド設定値の計算をさらに含み、
    前記調節可能な入力パラメータは、調節可能な仮想慣性係数ｋ ＶＣ であり、
    各モデル化キャパシタの端子間における電圧に応じて動作電力設定値を決定するステップ、
    前記動作電力設定値から前記交流電源供給網に伝達すべき電力設定値を決定するステップ、及び、
    前記内部コマンド設定値及び前記交流電源供給網に伝達すべき前記電力設定値に応じて、前記直流電源供給網への前記モジュラーマルチレベル電圧変換器の接続点における電圧及び各モデル化キャパシタの前記端子間における前記電圧を調整するステップを含むことを特徴とする、モジュラーマルチレベル電圧変換器の制御プロセス。
  15. 請求項１から１３のいずれか一項に記載のモジュラーマルチレベル電圧変換器（１０、１０′）の制御モジュール（２０、２０′）であって、
    調節可能な入力パラメータを有する関数の適用による前記モジュラーマルチレベル電圧変換器の内部コマンド設定値のためのコンピュータ（２２、２２′）を含み、
    前記調節可能な入力パラメータは、調節可能な仮想慣性係数ｋ ＶＣ であり、
    当該制御モジュールは、各モデル化キャパシタの前記端子間における前記電圧に応じて動作電力設定値を与えるように構成されているエネルギー管理モジュール（２４、２４′）をさらに含み、
    前記動作電力設定値は、前記交流電源供給網（１１０）に伝達すべき電力設定値を決定するために使用され、
    当該制御モジュールは、前記内部コマンド設定値及び前記交流電源供給網に伝達すべき前記電力設定値に応じて、前記直流電源供給網（１２０）への前記モジュラーマルチレベル電圧変換器の前記接続点における前記電圧及び各モデル化キャパシタの前記端子間における前記電圧を調整するように構成されているモジュラーマルチレベル電圧変換器の制御モジュール。
JP2020500128A 2017-07-07 2018-07-04 交流部に電力を管理するためのモジュールを備える変換器 Active JP7168645B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1756433A FR3068842B1 (fr) 2017-07-07 2017-07-07 Convertisseur muni d'un module de gestion de l'energie en partie alternative
FR1756433 2017-07-07
PCT/FR2018/051664 WO2019008275A1 (fr) 2017-07-07 2018-07-04 Convertisseur muni d'un module de gestion de l'energie en partie alternative

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020527010A JP2020527010A (ja) 2020-08-31
JP7168645B2 true JP7168645B2 (ja) 2022-11-09

Family

ID=61027793

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020500128A Active JP7168645B2 (ja) 2017-07-07 2018-07-04 交流部に電力を管理するためのモジュールを備える変換器

Country Status (10)

Country Link
US (1) US11070144B2 (ja)
EP (1) EP3649728A1 (ja)
JP (1) JP7168645B2 (ja)
KR (1) KR20200027991A (ja)
CN (1) CN110999052A (ja)
BR (1) BR112020000235A2 (ja)
CA (1) CA3068415A1 (ja)
FR (1) FR3068842B1 (ja)
RU (1) RU2020105666A (ja)
WO (1) WO2019008275A1 (ja)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107994599B (zh) * 2017-12-07 2020-10-16 南京南瑞继保电气有限公司 一种串联式电压源换流阀组的协调控制方法及装置
EP3614552B1 (en) * 2018-08-24 2021-05-19 General Electric Technology GmbH Voltage source converter
EP3844865A1 (en) * 2018-08-31 2021-07-07 Aalborg Universitet Flexible and efficient switched string converter
FR3138019A1 (fr) * 2022-07-12 2024-01-19 Supergrid Institute Convertisseur DC/DC comprenant deux modules de conversion électrique

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010512133A (ja) 2006-12-08 2010-04-15 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト エネルギー蓄積器が配分されたモジュール式コンバータ
JP2011114920A (ja) 2009-11-26 2011-06-09 Hitachi Ltd 電力変換装置
WO2015178376A1 (ja) 2014-05-21 2015-11-26 三菱電機株式会社 直流送電電力変換装置および直流送電電力変換方法
US20160299195A1 (en) 2015-04-08 2016-10-13 Nec Laboratories America, Inc. Semiconductor Device for Hybrid Energy Storage Systems
WO2017010388A1 (ja) 2015-07-14 2017-01-19 三菱電機株式会社 電力変換装置

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1220084A (en) 1967-03-30 1971-01-20 Metalastik Ltd Conductor spacers for multi-conductor electrical overhead transmission lines
WO2011026927A1 (en) * 2009-09-04 2011-03-10 Abb Technology Ag A method and apparatus for calculating insertion indeces for a modular multilevel converter
CN102215004B (zh) * 2011-03-16 2014-07-30 中国电力科学研究院 一种基于模块化多电平换流器的阀电流控制方法
WO2012140008A2 (en) * 2011-04-15 2012-10-18 Siemens Aktiengesellschaft Multilevel converter and method of starting up a multilevel converter
GB201120640D0 (en) * 2011-11-30 2012-01-11 Univ Birmingham Power converter
JP5894777B2 (ja) * 2011-12-07 2016-03-30 株式会社日立製作所 電力変換装置
EP2882089B1 (en) * 2013-12-05 2020-09-09 General Electric Technology GmbH Observer based monitoring and control of submodules in modular multilevel converter
EP3142236A1 (en) * 2015-09-11 2017-03-15 ABB Technology AG Optimized pulse patterns for mmc control
CN106602885B (zh) * 2017-03-03 2019-01-04 哈尔滨工业大学 模块化多电平换流器四象限变频器

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010512133A (ja) 2006-12-08 2010-04-15 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト エネルギー蓄積器が配分されたモジュール式コンバータ
JP2011114920A (ja) 2009-11-26 2011-06-09 Hitachi Ltd 電力変換装置
WO2015178376A1 (ja) 2014-05-21 2015-11-26 三菱電機株式会社 直流送電電力変換装置および直流送電電力変換方法
US20160299195A1 (en) 2015-04-08 2016-10-13 Nec Laboratories America, Inc. Semiconductor Device for Hybrid Energy Storage Systems
WO2017010388A1 (ja) 2015-07-14 2017-01-19 三菱電機株式会社 電力変換装置

Also Published As

Publication number Publication date
FR3068842A1 (fr) 2019-01-11
US11070144B2 (en) 2021-07-20
WO2019008275A1 (fr) 2019-01-10
FR3068842B1 (fr) 2022-03-04
JP2020527010A (ja) 2020-08-31
CA3068415A1 (en) 2019-01-10
US20200195165A1 (en) 2020-06-18
KR20200027991A (ko) 2020-03-13
EP3649728A1 (fr) 2020-05-13
BR112020000235A2 (pt) 2020-07-07
RU2020105666A (ru) 2021-08-10
WO2019008275A8 (fr) 2020-01-09
CN110999052A (zh) 2020-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7168645B2 (ja) 交流部に電力を管理するためのモジュールを備える変換器
Delghavi et al. Sliding-mode control of AC voltages and currents of dispatchable distributed energy resources in master-slave-organized inverter-based microgrids
Golsorkhi et al. Distributed voltage control and power management of networked microgrids
RU2709027C2 (ru) Виртуальная емкость
Sarkar et al. Improved design of high-performance controller for voltage control of islanded microgrid
Beza et al. Analytical derivation of the ac-side input admittance of a modular multilevel converter with open-and closed-loop control strategies
Dehkordi et al. A backstepping high-order sliding mode voltage control strategy for an islanded microgrid with harmonic/interharmonic loads
Baeckeland et al. Stationary-frame grid-forming inverter control architectures for unbalanced fault-current limiting
Göthner et al. Harmonic virtual impedance design for optimal management of power quality in microgrids
Patjoshi et al. Resistive optimization with enhanced PLL based nonlinear variable gain fuzzy hysteresis control strategy for unified power quality conditioner
Ayalew et al. Enhanced DC voltage regulation and transient response for multi-terminal VSC-HVDC system using direct power control
Pugliese et al. Voltage balancing of modular smart transformers based on dual active bridges
RU2521428C2 (ru) Фильтро-компенсирующее устройство высоковольтной передачи энергии постояннным током
Leon et al. Modeling, control, and reduced-order representation of modular multilevel converters
Shewarega et al. Simplified modeling of VSC-HVDC in power system stability studies
Jung et al. A cell capacitor energy balancing control of Modular Multilevel Converter considering the unbalanced AC grid conditions
RU2730279C2 (ru) Модуль управления внутренней энергией преобразователя
De Persis et al. A power consensus algorithm for DC microgrids
Maulik et al. Synchronization Stability of 3-phase Grid Connected Inverters in Weak Grids
Beerten Power flow modeling of hybrid AC/DC systems
Janaki et al. Design of robust controller for VSC based HVDC using Genetic Algorithm
Hendrickx et al. Virtual circuit control for multi-converter smart grid applications
Sahu et al. Nonlinear-variable-gain fuzzy control with finite control set model predictive-based DSTATCOM system to improve power quality in distribution system
Lakshminarayanan et al. HIL Validation of Power Plant Controller Model
Bandaru et al. Capacitor voltage regulation of modular multi-level converter using variable DC off-set for the arm voltages

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210512

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220517

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20220518

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220812

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: 20221004

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20221027

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7168645

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150