JP7263103B2 - Device - Google Patents

Device Download PDF

Info

Publication number
JP7263103B2
JP7263103B2 JP2019086374A JP2019086374A JP7263103B2 JP 7263103 B2 JP7263103 B2 JP 7263103B2 JP 2019086374 A JP2019086374 A JP 2019086374A JP 2019086374 A JP2019086374 A JP 2019086374A JP 7263103 B2 JP7263103 B2 JP 7263103B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
switching element
balance
circuit
capacitor
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
JP2019086374A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2020182366A (en
Inventor
卓郎 新井
宏 餅川
洋一 森島
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.)
Toshiba Corp
Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
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 Toshiba Corp, Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2019086374A priority Critical patent/JP7263103B2/en
Publication of JP2020182366A publication Critical patent/JP2020182366A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7263103B2 publication Critical patent/JP7263103B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Inverter Devices (AREA)

Description

本発明の実施形態は、多直列単位変換器クラスタ、電力変換装置および無効電力補償装置に関する。 Embodiments of the present invention relate to multi-series unit converter clusters, power converters and reactive power compensators.

交流電力を直流電力、または、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置として、例えば3相2レベル変換器が用いられている。3相2レベル変換器は、6つの半導体スイッチング素子を用いて構成することができ、小型化および低コスト化を図ることが出来る。 A three-phase two-level converter, for example, is used as a power converter that converts AC power to DC power or DC power to AC power. A 3-phase 2-level converter can be configured using six semiconductor switching elements, and can be miniaturized and reduced in cost.

一方、3相2レベル変換器の出力電圧波形は、入力直流電圧をVdcとしたとき、相ごとに、PWM(パルス幅変調)により+Vdc/2と-Vdc/2との2値を切替えた擬似的な交流波形となる。このため、3相2レベル変換器の出力電圧波形は、半導体スイッチング素子のスイッチングに起因する高調波電圧を含んでいる。 On the other hand, when the input DC voltage is Vdc, the output voltage waveform of the 3-phase 2-level converter is a pseudo voltage waveform that switches between +Vdc/2 and -Vdc/2 by PWM (Pulse Width Modulation) for each phase. AC waveform. Therefore, the output voltage waveform of the 3-phase 2-level converter contains harmonic voltages caused by the switching of the semiconductor switching elements.

3相2レベル変換器の出力端にリアクトルやコンデンサで構成されるフィルタを挿入することにより、スイッチングに起因する高調波成分を低減する方法が提案されている。しかしながら、電力系統に流れ出す高調波成分を、他の機器に悪影響を及ぼさないレベルまで低減させるためには、大きな容量のフィルタを用いる必要があり、電力変換装置のコスト上昇と、重量増加を招いていた。 A method has been proposed for reducing harmonic components caused by switching by inserting a filter composed of a reactor and a capacitor at the output end of a three-phase two-level converter. However, in order to reduce the harmonic components that flow into the power system to a level that does not adversely affect other devices, it is necessary to use a large-capacity filter, which increases the cost and weight of the power converter. rice field.

また、上記フィルタを小型化することを目的に、半導体スイッチング素子のスイッチングを高周波化することが検討されている。しかしながら、半導体スイッチング素子のスイッチング周波数を高くすると、スイッチングに伴うエネルギー損失が増大し、電力ロスが大きくなるのみならず、電力変換器の冷却性能を上げる必要が生じる。例えば屋外等で冷却ファンの設置が困難な環境で電力変換器を使用するときには、冷却部が大型化することとなる。 Also, in order to reduce the size of the filter, it is being studied to increase the switching frequency of the semiconductor switching element. However, if the switching frequency of the semiconductor switching element is increased, energy loss due to switching increases, power loss increases, and it becomes necessary to improve the cooling performance of the power converter. For example, when the power converter is used in an environment where it is difficult to install a cooling fan, such as outdoors, the size of the cooling unit is increased.

これに対し、モジュラー・マルチレベル変換器のように、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電力変換器の研究開発も進められている。モジュラー・マルチレベル変換器が実用化されると、多レベル化することにより出力電圧・電流波形がより正弦波に近づくため、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。さらに、各単位変換器のスイッチングタイミングをずらすことにより、同程度の高調波成分を含む出力電圧・電流を、より低周波のスイッチング周波数で実現することができ、スイッチング損失を低減することも可能になる。 On the other hand, like a modular multi-level converter, research and development of a power converter capable of converting a high voltage equivalent to the power system and distribution system voltage by connecting unit converters in multiple stages is also underway. When modular multi-level converters are put to practical use, the output voltage and current waveforms become closer to sinusoidal waves due to the multi-level conversion, and the advantage of eliminating the need for harmonic filters can be enjoyed. Furthermore, by staggering the switching timing of each unit converter, it is possible to achieve an output voltage and current containing similar harmonic components at a lower switching frequency, thus reducing switching loss. Become.

特開2017-212828号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2017-212828

モジュラー・マルチレベル変換器を構成する単位変換器は、それぞれコンデンサを有し、すべてのコンデンサ電圧を適切な電圧に制御する必要がある。そのため、単位変換器ごとに設けられた電圧検出器によってコンデンサ電圧を検出し、その検出信号をフィードバックして各単位変換器のゲート信号を微調整するよう制御していた。したがって、制御回路は、単位変換器の数だけフィードバック制御を実行する必要があり、高調波を低減するために単位変換器の数を増やすと、電圧検出器の増大や制御回路の複雑化、演算量増大による演算周期の低下を招いていた。さらに、コンデンサ電圧を制御するためにゲート信号を微調整した結果、高調波の増大も招いていた。 Each unit converter that constitutes a modular multi-level converter has a capacitor, and it is necessary to control all capacitor voltages to appropriate voltages. Therefore, the capacitor voltage is detected by a voltage detector provided for each unit converter, and the detection signal is fed back to control to finely adjust the gate signal of each unit converter. Therefore, the control circuit needs to perform feedback control for as many unit converters as there are unit converters. An increase in the amount of data causes a reduction in the calculation cycle. In addition, fine tuning of the gate signal to control the capacitor voltage has also resulted in increased harmonics.

本発明の実施形態は、上記事情を鑑みて成されたものであって、低コストで高調波の少ない小型な多直列単位変換器クラスタ、電力変換装置および無効電力補償装置を提供することを目的とする。 The embodiments of the present invention have been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide a compact multi-series unit converter cluster, a power converter, and a reactive power compensator that are low in cost and have few harmonics. and

実施形態による装置は、複数のゲート信号を出力する制御部と、それぞれ、第1スイッチング素子と、前記第1スイッチング素子のソースにドレインが接続された第2スイッチング素子と、前記第1スイッチング素子のドレインと前記第2スイッチング素子のソースとの間に接続されたコンデンサと、を備え、直列接続された第1乃至第Nの単位変換器と、nを1から(N-1)のいずれかの整数としたとき、第nの単位変換器の前記第1スイッチング素子のドレインと前記コンデンサとの間と、第(n+1)の単位変換器の前記第1スイッチング素子のドレインと前記コンデンサとの間と、を接続する経路に設けられたバランススイッチング素子を備えた第1乃至第(N-1)のバランス回路と、前記第1乃至第Nの単位変換器のうちの少なくとも1つに対して設けられ、前記コンデンサの電圧を検出する電圧検出器と、を備え、前記第nの単位変換器は、前記第(n+1)の単位変換器の前記第1スイッチング素子のソースと前記第2スイッチング素子のドレインとの間において前記第(n+1)の単位変換器と電気的に接続され、前記制御部は、出力する複数のゲート信号のうち、前記第(n+1)の単位変換器の前記第2スイッチング素子のゲート信号と前記第nのバランス回路の前記バランススイッチング素子のゲート信号とを共通の信号とする。 A device according to an embodiment includes a control unit that outputs a plurality of gate signals, a first switching element, a second switching element whose drain is connected to the source of the first switching element, and a a capacitor connected between the drain and the source of the second switching element, and first to N-th unit converters connected in series, and n is any one from 1 to (N-1) and between the drain of the first switching element of the n-th unit converter and the capacitor, and between the drain of the first switching element and the capacitor of the (n+1)-th unit converter, when taken as integers. , and provided for at least one of the first to N-th unit converters, and the first to (N-1)th balance circuits provided with balance switching elements provided in the paths connecting the and a voltage detector for detecting the voltage of the capacitor, wherein the n-th unit converter comprises the source of the first switching element and the drain of the second switching element of the (n+1)-th unit converter. is electrically connected to the (n+1)-th unit converter between and the control unit selects, among a plurality of output gate signals, the second switching element of the (n+1)-th unit converter A gate signal and a gate signal of the balance switching element of the n-th balance circuit are used as a common signal.

図1は、第1実施形態の電力変換装置の一構成例を概略的に示す図である。FIG. 1 is a diagram schematically showing one configuration example of a power converter according to a first embodiment. 図2は、図1に示す電力変換装置のアームの一構成例を概略的に示す図である。FIG. 2 is a diagram schematically showing one configuration example of an arm of the power converter shown in FIG. 図3は、図2に示すアームの動作の一例について説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining an example of the motion of the arm shown in FIG. 2; 図4は、一実施形態の電力変換装置のバランス回路のバランススイッチがオンする期間と時定数との関係の例を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining an example of the relationship between the time constant and the period during which the balance switch of the balance circuit of the power converter according to the embodiment is turned on. 図5は、図1に示す電力変換装置の制御回路の一構成例を説明するためのブロック図である。FIG. 5 is a block diagram for explaining a configuration example of a control circuit of the power converter shown in FIG. 1. As shown in FIG. 図6は、第1実施形態の電力変換装置の変形例を概略的に示す図である。FIG. 6 is a diagram schematically showing a modification of the power conversion device of the first embodiment. 図7は、第1実施形態の電力変換装置の変形例を概略的に示す図である。FIG. 7 is a diagram schematically showing a modification of the power converter of the first embodiment. 図8は、第2実施形態の電力変換装置のアームの一構成例を概略的に示す図である。FIG. 8 is a diagram schematically showing one configuration example of an arm of the power converter of the second embodiment. 図9は、図6に示すアームの動作の一例について説明するための図である。FIG. 9 is a diagram for explaining an example of the motion of the arm shown in FIG. 6; 図10は、第3実施形態の電力変換装置の一構成例を概略的に示す図である。FIG. 10 is a diagram schematically showing one configuration example of the power converter of the third embodiment. 図11は、第3実施形態の電力変換装置の制御回路の一構成例を概略的に示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram schematically showing one configuration example of the control circuit of the power converter of the third embodiment. 図12は、第4実施形態の無効電力補償装置の一構成例を概略的に示す図である。FIG. 12 is a diagram schematically showing one configuration example of a reactive power compensator according to the fourth embodiment. 図13は、図12に示す無効電力補償装置の各相アームの一構成例を概略的に示す図である。13 is a diagram schematically showing a configuration example of each phase arm of the reactive power compensator shown in FIG. 12. FIG. 図14は、図13に示すアームの動作の一例について説明するための図である。14 is a diagram for explaining an example of the motion of the arm shown in FIG. 13; FIG. 図15は、図12に示す無効電力補償装置の制御回路の一構成例を説明するためのブロック図である。15 is a block diagram for explaining a configuration example of a control circuit of the reactive power compensator shown in FIG. 12. FIG. 図16は、図15に示す無効電力補償装置の制御回路の遅延回路の一構成例を説明するためのブロック図である。16 is a block diagram for explaining a configuration example of a delay circuit of a control circuit of the reactive power compensator shown in FIG. 15. FIG. 図17は、図15および図16に示す無効電力補償装置の制御回路の動作の一例を説明するための図である。17 is a diagram for explaining an example of the operation of the control circuit of the reactive power compensator shown in FIGS. 15 and 16. FIG. 図18は、図12に示す無効電力補償装置の制御回路の他の構成例を説明するためのブロック図である。18 is a block diagram for explaining another configuration example of the control circuit of the reactive power compensator shown in FIG. 12. FIG. 図19は、図18に示す無効電力補償装置の制御回路の動作の一例を説明するための図である。19 is a diagram for explaining an example of the operation of the control circuit of the reactive power compensator shown in FIG. 18. FIG. 図20は、第5実施形態の無効電力補償装置のアームの一構成例を概略的に示す図である。FIG. 20 is a diagram schematically showing one configuration example of an arm of the reactive power compensator of the fifth embodiment. 図21は、図20に示すアームの動作の一例について説明するための図である。21 is a diagram for explaining an example of the motion of the arm shown in FIG. 20; FIG. 図22は、実施形態の無効電力補償装置の他の構成例を概略的に示す図である。FIG. 22 is a diagram schematically showing another configuration example of the reactive power compensator of the embodiment; 図23は、図1に示す電力変換装置のアームの他の構成例を概略的に示す図である。23 is a diagram schematically showing another configuration example of the arm of the power converter shown in FIG. 1. FIG.

以下、実施形態の電力変換装置について、図面を参照して詳細に説明する。
図1は、第1実施形態の電力変換装置の一構成例を概略的に示す図である。
本実施形態の電力変換装置20は、三相の交流電源(若しくは交流負荷)10と図示しない直流電源(若しくは直流負荷)との間に接続されている。交流電源10は例えば商用電源である。直流電源は、例えば、太陽光発電システムや、UPS(Uninterruptible Power Supply:無停電電源装置)のような直流電源や、バッテリや、他の電力変換装置等である。
Hereinafter, power converters according to embodiments will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram schematically showing one configuration example of a power converter according to a first embodiment.
The power converter 20 of the present embodiment is connected between a three-phase AC power supply (or AC load) 10 and a DC power supply (or DC load) (not shown). The AC power supply 10 is, for example, a commercial power supply. The DC power supply includes, for example, a photovoltaic power generation system, a DC power supply such as a UPS (Uninterruptible Power Supply), a battery, and other power converters.

電力変換装置20は、交流端子UT、VT、WTと、直流正端子PTと、直流負端子MTと、制御回路CTRと、U相正側アーム30Uと、U相負側アーム30Xと、V相正側アーム30Vと、V相負側アーム30Yと、W相正側アーム30Wと、W相負側アーム30Zと、リアクトルLU~LZと、を備えている。 The power converter 20 includes AC terminals UT, VT, WT, a DC positive terminal PT, a DC negative terminal MT, a control circuit CTR, a U-phase positive arm 30U, a U-phase negative arm 30X, a V-phase It has a positive arm 30V, a V-phase negative arm 30Y, a W-phase positive arm 30W, a W-phase negative arm 30Z, and reactors LU to LZ.

交流端子UT、VT、WTは、3相交流電源10と電気的に接続される。直流正端子PTと直流負端子MTとは、図示しない直流電源と電気的に接続される。 AC terminals UT, VT, and WT are electrically connected to a three-phase AC power supply 10 . DC positive terminal PT and DC negative terminal MT are electrically connected to a DC power supply (not shown).

U相正側アーム30Uの一端(低電位側端)は、リアクトルLUを介して交流端子UTと電気的に接続されている。U相正側アーム30Uの他端(高電位側端)は、直流正端子PTと電気的に接続されている。
U相負側アーム30Xの一端(高電位側端)は、リアクトルLXを介して交流端子UTと電気的に接続されている。U相負側アーム30Xの他端(低電位側端)は、直流負端子MTと電気的に接続されている。
One end (low potential side end) of U-phase positive arm 30U is electrically connected to AC terminal UT via reactor LU. The other end (high potential side end) of U-phase positive arm 30U is electrically connected to DC positive terminal PT.
One end (high potential side end) of the U-phase negative arm 30X is electrically connected to an AC terminal UT via a reactor LX. The other end (low potential side end) of U-phase negative arm 30X is electrically connected to DC negative terminal MT.

V相正側アーム30Vの一端(低電位側端)は、リアクトルLVを介して交流端子VTと電気的に接続されている。V相正側アーム30Vの他端(高電位側端)は、直流正端子PTと電気的に接続されている。
V相負側アーム30Yの一端(高電位側端)は、リアクトルLYを介して交流端子VTと電気的に接続されている。V相負側アーム30Yの他端(低電位側端)は、直流負端子MTと電気的に接続されている。
One end (low potential side end) of the V-phase positive arm 30V is electrically connected to the AC terminal VT via a reactor LV. The other end (high potential side end) of the V-phase positive arm 30V is electrically connected to the DC positive terminal PT.
One end (high potential side end) of the V-phase negative arm 30Y is electrically connected to the AC terminal VT via the reactor LY. The other end (low potential side end) of the V-phase negative arm 30Y is electrically connected to the DC negative terminal MT.

W相正側アーム30Wの一端(低電位側端)は、リアクトルLWを介して交流端子WTと電気的に接続されている。W相正側アーム30Wの他端(高電位側端)は、直流正端子PTと電気的に接続されている。
W相負側アーム30Zの一端(高電位側端)は、リアクトルLXZを介して交流端子WTと電気的に接続されている。W相負側アーム30Zの他端(低電位側端)は、直流負端子MTと電気的に接続されている。
One end (low potential side end) of the W-phase positive arm 30W is electrically connected to an AC terminal WT via a reactor LW. The other end (high potential side end) of the W-phase positive arm 30W is electrically connected to the DC positive terminal PT.
One end (high potential side end) of the W-phase negative arm 30Z is electrically connected to an AC terminal WT via a reactor LXZ. The other end (low potential side end) of the W-phase negative arm 30Z is electrically connected to the DC negative terminal MT.

制御回路CTRは、外部から供給された指令値および電力変換装置20にて検出された各種検出値に基づいて、電力変換装置20の動作を制御する。制御回路CTRは、例えば、FPGA(Field Programmable Gate Array)であってもよく、CPU(central processing unit)やMPU(micro processing unit)などのプロセッサを少なくとも1つと、プロセッサにより実行されるプログラムが格納されたメモリと、を備えた演算装置であってもよい。 The control circuit CTR controls the operation of the power conversion device 20 based on command values supplied from the outside and various detection values detected by the power conversion device 20 . The control circuit CTR may be, for example, an FPGA (Field Programmable Gate Array), and stores at least one processor such as a CPU (central processing unit) or MPU (micro processing unit) and a program executed by the processor. and a memory.

図2は、図1に示す電力変換装置のアームの一構成例を概略的に示す図である。
ここでは、一例として、UVW各相の1つの正側アーム若しくは1つの負側アームの構成を示し、アーム(多直列単位変換器クラスタ)30としてその構成を説明する。
FIG. 2 is a diagram schematically showing one configuration example of an arm of the power converter shown in FIG.
Here, as an example, a configuration of one positive side arm or one negative side arm for each UVW phase is shown, and the configuration will be described as an arm (multi-series unit converter cluster) 30 .

アーム30は、3つの単位変換器31-33と、バランス回路B12、B23と、を備えている。
Nが正の整数であるとき、第N単位変換器は、第1スイッチング素子Q1pと、第1スイッチング素子Q1pのソース(S)にドレイン(D)が接続した第2スイッチング素子Q1nと、第1スイッチング素子Q1pのドレイン(D)と第2スイッチング素子Q1nのソース(S)との間に接続した第NコンデンサCと、を備えている。
Nがnであるとき、第n単位変換器は、第1nスイッチング素子Q1pのソースと前記第2nスイッチング素子Q1nのドレインとの間において第(n+1)単位変換器と電気的に接続されている。
図2では、N≦3であるときの単位変換器クラスタの構成の一例を示し、単位変換器33が第1単位変換器、単位変換器32が第2単位変換器、単位変換器31が第3単位変換器に相当する。
単位変換器31-33は、直流正端子PT若しくは直流負端子MTと、交流端子UT、VT、WTとの間において直列に接続されている。正アームにおいて、単位変換器31の一端(高電位側端)は、直流正端子PTと電気的に接続され、他端(低電位側端)は単位変換器32の一端(高電位側端)と電気的に接続される。単位変換器33の一端(高電位側端)は単位変換器32の他端(低電位側端)と電気的に接続され、単位変換器33の他端(低電位側端)はリアクトルLU、LX、LZのいずれかを介して交流端子UT、VT、WTのいずれかと電気的に接続される。
負アームにおいて、単位変換器31の一端(高電位側端)は、リアクトルLX、LY、LZのいずれかを介して、交流端子UT、VT、WTのいずれかと電気的に接続され、他端(低電位側端)は単位変換器32の一端(高電位側端)と電気的に接続される。単位変換器33の一端(高電位側端)は単位変換器32の他端(低電位側端)と電気的に接続され、単位変換器33の他端(低電位側端)は直流負端子MTと電気的に接続される。
Arm 30 comprises three unit converters 31-33 and balance circuits B12, B23.
When N is a positive integer, the N-th unit converter includes a first N- switching element Q1p and a second N- switching element Q1n whose drain (D) is connected to the source (S) of the first N- switching element Q1p. , and an Nth capacitor C connected between the drain (D) of the first N switching element Q1p and the source (S) of the second N switching element Q1n.
When N is n, the nth unit converter is electrically connected to the (n+1)th unit converter between the source of the 1n switching element Q1p and the drain of the 2nth switching element Q1n.
FIG. 2 shows an example of the configuration of the unit converter cluster when N≦3, where the unit converter 33 is the first unit converter, the unit converter 32 is the second unit converter, and the unit converter 31 is the second unit converter. Equivalent to a 3-unit converter.
The unit converters 31-33 are connected in series between the DC positive terminal PT or the DC negative terminal MT and the AC terminals UT, VT, WT. In the positive arm, one end (high potential side end) of the unit converter 31 is electrically connected to the DC positive terminal PT, and the other end (low potential side end) is one end (high potential side end) of the unit converter 32. is electrically connected to One end (high potential side end) of the unit converter 33 is electrically connected to the other end (low potential side end) of the unit converter 32, and the other end (low potential side end) of the unit converter 33 is connected to the reactor LU, It is electrically connected to one of the AC terminals UT, VT, WT via one of LX and LZ.
In the negative arm, one end (high potential side end) of the unit converter 31 is electrically connected to any one of the AC terminals UT, VT, and WT via any one of the reactors LX, LY, and LZ, and the other end ( low potential side end) is electrically connected to one end (high potential side end) of the unit converter 32 . One end (high potential side end) of the unit converter 33 is electrically connected to the other end (low potential side end) of the unit converter 32, and the other end (low potential side end) of the unit converter 33 is a DC negative terminal. It is electrically connected with MT.

単位変換器31は、スイッチング素子(第1スイッチング素子)Q1pと、スイッチング素子(第2スイッチング素子)Q1nと、コンデンサC1と、コンデンサC1の電圧を検出する電圧検出器SVと、駆動回路(第1駆動回路)DV1pと、駆動回路(第2駆動回路)DV1nと、絶縁回路(第1絶縁回路)311と、電源回路331と、を備えている。 The unit converter 31 includes a switching element (first switching element) Q1p, a switching element (second switching element) Q1n, a capacitor C1, a voltage detector SV for detecting the voltage of the capacitor C1, and a drive circuit (first A drive circuit) DV1p, a drive circuit (second drive circuit) DV1n, an isolation circuit (first isolation circuit) 311, and a power supply circuit 331 are provided.

スイッチング素子Q1pとスイッチング素子Q1nとは直列に接続し、スイッチング素子Q1pとスイッチング素子Q1nとの間において、直流正端子PT若しくは直流負端子MTと電気的に接続され、スイッチング素子Q1nのソースにて単位変換器32と電気的に接続されている。 The switching element Q1p and the switching element Q1n are connected in series, and are electrically connected to the DC positive terminal PT or the DC negative terminal MT between the switching element Q1p and the switching element Q1n. It is electrically connected with the converter 32 .

スイッチング素子Q1p、Q1nは、例えばMOSFET(metal-oxide semiconductor field-effect transistor)等の自己消弧型のスイッチング素子を備えている。自己消弧型のスイッチング素子は、例えば、IEGT(injection Enhanced Gate transistor)、GTO(gate turn-off thyristor)、GCT(gate communicated turn-off thyristor)、又はIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等、素子のオン(導通状態)とオフ(非導通状態)とを電気的に制御可能なスイッチング素子を採用することが可能である。スイッチング素子Q1p,Q1nは、必要に応じて、スイッチング素子に逆並列接続された還流ダイオードを備えてもよい。スイッチング素子Q1p、Q1nは、駆動回路DV1p、DV1nからの駆動信号によりその動作を制御される。
なお、スイッチング素子Q1p、Q1nとして、IGBTやIEGTを採用する場合には、スイッチング素子Q1p、Q1nのソースをエミッタと読み替え、スイッチング素子Q1p、Q1nのドレインをコレクタとして読み替える。
The switching elements Q1p and Q1n are provided with self-extinguishing switching elements such as MOSFETs (metal-oxide semiconductor field-effect transistors). Self-arc-extinguishing switching elements are, for example, IEGT (injection enhanced gate transistor), GTO (gate turn-off thyristor), GCT (gate communicated turn-off thyristor), or IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). It is possible to employ a switching element that can be electrically controlled to be on (conducting state) and off (non-conducting state). The switching elements Q1p and Q1n may include free wheel diodes connected in anti-parallel to the switching elements, if necessary. The switching elements Q1p and Q1n are controlled in operation by drive signals from drive circuits DV1p and DV1n.
When IGBTs or IEGTs are used as the switching elements Q1p and Q1n, the sources of the switching elements Q1p and Q1n are read as emitters, and the drains of the switching elements Q1p and Q1n are read as collectors.

コンデンサC1の一端(高電位側端)はスイッチング素子Q1pのドレインと電気的に接続し、コンデンサC1の他端(低電位側端)はスイッチング素子Q1nのソースと電気的に接続している。なお、スイッチング素子Q1pのソース(低電位側端)はスイッチング素子Q1nのドレインと電気的に接続している。 One end (high potential side end) of the capacitor C1 is electrically connected to the drain of the switching element Q1p, and the other end (low potential side end) of the capacitor C1 is electrically connected to the source of the switching element Q1n. The source (low potential side end) of the switching element Q1p is electrically connected to the drain of the switching element Q1n.

電圧検出器SVは、コンデンサC1の電圧を検出し、検出した電圧の値(若しくは電圧に相当する値)を制御回路CTRへ出力する。
電源回路331は、コンデンサC1の電圧を用いて電源を生成する。電源回路331は、絶縁回路311、駆動回路DVn、および、バランス回路B12へ電源を供給している。なお、本実施形態では、電源回路331はコンデンサC1の電圧を用いて電源を生成しているが、例えば外部から電源回路331に電源が供給されてもよく、電源回路自体が外部に設けられてもよい。
The voltage detector SV detects the voltage of the capacitor C1 and outputs the detected voltage value (or the value corresponding to the voltage) to the control circuit CTR.
The power supply circuit 331 generates power using the voltage of the capacitor C1. The power supply circuit 331 supplies power to the isolation circuit 311, the drive circuit DVn, and the balance circuit B12. In this embodiment, the power supply circuit 331 generates power using the voltage of the capacitor C1. good too.

絶縁回路311は、電源回路331と駆動回路DV1pとを絶縁している。電源回路331と駆動回路DV1pとは異なる基準電位にて動作する。絶縁回路311は、たとえば、ブートストラップ回路である。
駆動回路DV1pは、絶縁回路311を介して電源電圧が供給されることにより動作し、制御回路CTRから供給されるゲート信号に基づいて、スイッチング素子Q1pを駆動する。
駆動回路DV1nは、電源回路331から電源電圧が供給されることにより動作し、制御回路CTRから供給されるゲート信号に基づいて、スイッチング素子Q1nを駆動する。
The isolation circuit 311 isolates the power supply circuit 331 and the drive circuit DV1p. The power supply circuit 331 and the drive circuit DV1p operate at different reference potentials. Isolation circuit 311 is, for example, a bootstrap circuit.
The drive circuit DV1p operates by being supplied with the power supply voltage through the isolation circuit 311, and drives the switching element Q1p based on the gate signal supplied from the control circuit CTR.
The drive circuit DV1n operates by being supplied with a power supply voltage from the power supply circuit 331, and drives the switching element Q1n based on the gate signal supplied from the control circuit CTR.

単位変換器32および単位変換器33は、電圧検出器SVを備えない点以外は上述の単位変換器31と同様の構成である。
すなわち、単位変換器32は、スイッチング素子(第1スイッチング素子)Q2pと、スイッチング素子(第2スイッチング素子)Q2nと、コンデンサC2と、駆動回路(第1駆動回路)DV2pと、駆動回路(第2駆動回路)DV2nと、絶縁回路(第1絶縁回路)312と、電源回路332と、を備えている。
なお、単位変換器31-33それぞれは、電圧検出器SVとは別に、コンデンサC1-C3の電圧と閾値とを比較して過電圧を検出する回路(図示せず)を備えるため、単位変換器32-33にて電圧検出器を省略しても安全性は担保される。
The unit converters 32 and 33 have the same configuration as the above-described unit converter 31 except that they do not have the voltage detector SV.
That is, the unit converter 32 includes a switching element (first switching element) Q2p, a switching element (second switching element) Q2n, a capacitor C2, a driving circuit (first driving circuit) DV2p, and a driving circuit (second drive circuit) DV2n, an isolation circuit (first isolation circuit) 312, and a power supply circuit 332.
In addition to the voltage detector SV, each of the unit converters 31-33 includes a circuit (not shown) that compares the voltage of the capacitors C1-C3 with a threshold value to detect overvoltage. Safety is ensured even if the voltage detector is omitted in -33.

スイッチング素子Q2pとスイッチング素子Q2nとは直列に接続し、単位変換器(第1単位変換器)32のスイッチング素子Q2pとスイッチング素子Q2nとの間において、単位変換器(第2単位変換器)31のスイッチング素子Q1nのドレインおよびコンデンサC1のソースと電気的に接続されている。スイッチング素子Q2nのソースは単位変換器33と電気的に接続されている。 The switching element Q2p and the switching element Q2n are connected in series, and between the switching element Q2p and the switching element Q2n of the unit converter (first unit converter) 32, the It is electrically connected to the drain of switching element Q1n and the source of capacitor C1. The source of switching element Q2n is electrically connected to unit converter 33 .

スイッチング素子Q2p、Q2nは、例えばMOSFET(metal-oxide semiconductor field-effect transistor)等の自己消弧型のスイッチング素子を備えている。自己消弧型のスイッチング素子は、例えば、IEGT(injection Enhanced Gate transistor)、GTO(gate turn-off thyristor)、GCT(gate communicated turn-off thyristor)、又はIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等、素子のオン(導通状態)とオフ(非導通状態)とを電気的に制御可能なスイッチング素子を採用することが可能である。スイッチング素子Q2p、Q2nは、必要に応じて、スイッチング素子に逆並列接続された還流ダイオードを備えてもよい。スイッチング素子Q2p、Q2nは、駆動回路DV1p、DV1nからの駆動信号によりその動作を制御される。
なお、スイッチング素子Q2p、Q2nとして、IGBTやIEGTを採用する場合には、スイッチング素子Q2p、Q2nのソースをエミッタと読み替え、スイッチング素子Q2p、Q2nのドレインをコレクタとして読み替える。
The switching elements Q2p and Q2n are provided with self-extinguishing switching elements such as MOSFETs (metal-oxide semiconductor field-effect transistors). Self-arc-extinguishing switching elements are, for example, IEGT (injection enhanced gate transistor), GTO (gate turn-off thyristor), GCT (gate communicated turn-off thyristor), or IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). It is possible to employ a switching element that can be electrically controlled to be on (conducting state) and off (non-conducting state). The switching elements Q2p and Q2n may include free wheel diodes connected in anti-parallel to the switching elements, if necessary. The switching elements Q2p and Q2n are controlled in operation by drive signals from drive circuits DV1p and DV1n.
When IGBTs or IEGTs are used as the switching elements Q2p and Q2n, the sources of the switching elements Q2p and Q2n are read as emitters, and the drains of the switching elements Q2p and Q2n are read as collectors.

コンデンサC2の一端(高電位側端)はスイッチング素子Q2pのドレインと電気的に接続し、コンデンサC2の他端(低電位側端)はスイッチング素子Q2nのソースと電気的に接続している。なお、スイッチング素子Q2pのソースはスイッチング素子Q2nのドレインと電気的に接続している。 One end (high potential side end) of the capacitor C2 is electrically connected to the drain of the switching element Q2p, and the other end (low potential side end) of the capacitor C2 is electrically connected to the source of the switching element Q2n. The source of switching element Q2p is electrically connected to the drain of switching element Q2n.

電源回路332は、コンデンサC2の電圧を用いて電源を生成する。電源回路332は、絶縁回路312、駆動回路DV2n、および、バランス回路B23へ電源を供給している。なお、本実施形態では、電源回路332はコンデンサC2の電圧を用いて電源を生成しているが、例えば外部から電源回路332に電源が供給されてもよく、電源回路自体が外部に設けられてもよい。 The power supply circuit 332 generates power using the voltage of the capacitor C2. The power supply circuit 332 supplies power to the isolation circuit 312, the drive circuit DV2n, and the balance circuit B23. In this embodiment, the power supply circuit 332 generates power using the voltage of the capacitor C2. good too.

絶縁回路312は、電源回路332と駆動回路DV2pとを絶縁している。電源回路332と駆動回路DV2pとは異なる基準電位にて動作する。絶縁回路312は、たとえば、ブートストラップ回路である。
駆動回路DV2pは、絶縁回路312を介して電源電圧が供給されることにより動作し、制御回路CTRから供給されるゲート信号に基づいて、スイッチング素子Q2pを駆動する。
駆動回路DV2nは、電源回路332から電源電圧が供給されることにより動作し、制御回路CTRから供給されるゲート信号に基づいて、スイッチング素子Q2nを駆動する。
The isolation circuit 312 isolates the power supply circuit 332 and the drive circuit DV2p. The power supply circuit 332 and the drive circuit DV2p operate at different reference potentials. Isolation circuit 312 is, for example, a bootstrap circuit.
The drive circuit DV2p operates by being supplied with the power supply voltage through the isolation circuit 312, and drives the switching element Q2p based on the gate signal supplied from the control circuit CTR.
The drive circuit DV2n operates by being supplied with the power supply voltage from the power supply circuit 332, and drives the switching element Q2n based on the gate signal supplied from the control circuit CTR.

単位変換器33は、スイッチング素子(第1スイッチング素子)Q3pと、スイッチング素子(第2スイッチング素子)Q3nと、コンデンサC3と、駆動回路(第1駆動回路)DV3pと、駆動回路(第2駆動回路)DV3nと、絶縁回路(第1絶縁回路)313と、電源回路333と、を備えている。
スイッチング素子Q3pとスイッチング素子Q3nとは直列に接続し、単位変換器(第1単位変換器)33のスイッチング素子Q3pとスイッチング素子Q3nとの間において、単位変換器(第2単位変換器)32のスイッチング素子Q2nのソースおよびコンデンサC2の他端(低電位側端)と電気的に接続されている。スイッチング素子Q3nのソースは、交流端子UT、VT、WTのいずれかと電気的に接続されている。
The unit converter 33 includes a switching element (first switching element) Q3p, a switching element (second switching element) Q3n, a capacitor C3, a driving circuit (first driving circuit) DV3p, a driving circuit (second driving circuit ) DV 3 n , an isolation circuit (first isolation circuit) 313 , and a power supply circuit 333 .
The switching element Q3p and the switching element Q3n are connected in series, and between the switching element Q3p and the switching element Q3n of the unit converter (first unit converter) 33, the It is electrically connected to the source of switching element Q2n and the other end (low potential side end) of capacitor C2. The source of switching element Q3n is electrically connected to one of AC terminals UT, VT, and WT.

スイッチング素子Q3p、Q3nは、例えばMOSFET(metal-oxide semiconductor field-effect transistor)等の自己消弧型のスイッチング素子を備えている。自己消弧型のスイッチング素子は、例えば、IEGT(injection Enhanced Gate transistor)、GTO(gate turn-off thyristor)、GCT(gate communicated turn-off thyristor)、又はIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等、素子のオン(導通状態)とオフ(非導通状態)とを電気的に制御可能なスイッチング素子を採用することが可能である。スイッチング素子Q3p、Q3nは、必要に応じて、スイッチング素子に逆並列接続された還流ダイオードを備えてもよい。スイッチング素子Q3p、Q3nは、駆動回路DV1p、DV1nからの駆動信号によりその動作を制御される。
なお、スイッチング素子Q3p、Q3nとして、IGBTやIEGTを採用する場合には、スイッチング素子Q3p、Q3nのソースをエミッタと読み替え、スイッチング素子Q3p、Q3nのドレインをコレクタとして読み替える。
The switching elements Q3p and Q3n are provided with self-extinguishing switching elements such as MOSFETs (metal-oxide semiconductor field-effect transistors). Self-arc-extinguishing switching elements are, for example, IEGT (injection enhanced gate transistor), GTO (gate turn-off thyristor), GCT (gate communicated turn-off thyristor), or IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). It is possible to employ a switching element that can be electrically controlled to be on (conducting state) and off (non-conducting state). The switching elements Q3p and Q3n may include free wheel diodes connected in anti-parallel to the switching elements, if necessary. The switching elements Q3p and Q3n have their operations controlled by drive signals from the drive circuits DV1p and DV1n.
When IGBTs or IEGTs are used as the switching elements Q3p and Q3n, the sources of the switching elements Q3p and Q3n are read as emitters, and the drains of the switching elements Q3p and Q3n are read as collectors.

コンデンサC3の一端(高電位側端)はスイッチング素子Q3pのドレインと電気的に接続し、コンデンサC3の他端(低電位側端)はスイッチング素子Q3nのソースと電気的に接続している。なお、スイッチング素子Q3pのソースはスイッチング素子Q3nのドレインと電気的に接続している。 One end (high potential side end) of the capacitor C3 is electrically connected to the drain of the switching element Q3p, and the other end (low potential side end) of the capacitor C3 is electrically connected to the source of the switching element Q3n. The source of switching element Q3p is electrically connected to the drain of switching element Q3n.

電源回路333は、コンデンサC3の電圧を用いて電源を生成する。電源回路333は、絶縁回路313および駆動回路DV3nへ電源を供給している。なお、本実施形態では、電源回路333はコンデンサC3の電圧を用いて電源を生成しているが、例えば外部から電源回路333に電源が供給されてもよく、電源回路自体が外部に設けられてもよい。 The power supply circuit 333 generates power using the voltage of the capacitor C3. The power supply circuit 333 supplies power to the isolation circuit 313 and the drive circuit DV3n. In this embodiment, the power supply circuit 333 generates power using the voltage of the capacitor C3, but power may be supplied to the power supply circuit 333 from the outside. good too.

絶縁回路313は、電源回路333と駆動回路DV3pとを絶縁している。電源回路333と駆動回路DV3pとは異なる基準電位にて動作する。絶縁回路313は、たとえば、ブートストラップ回路である。
駆動回路DV3pは、絶縁回路313を介して電源電圧が供給されることにより動作し、制御回路CTRから供給されるゲート信号に基づいて、スイッチング素子Q3pを駆動する。
駆動回路DV3nは、電源回路333から電源電圧が供給されることにより動作し、制御回路CTRから供給されるゲート信号に基づいて、スイッチング素子Q3nを駆動する。
The isolation circuit 313 isolates the power supply circuit 333 and the drive circuit DV3p. The power supply circuit 333 and the drive circuit DV3p operate at different reference potentials. Isolation circuit 313 is, for example, a bootstrap circuit.
The drive circuit DV3p operates by being supplied with the power supply voltage through the isolation circuit 313, and drives the switching element Q3p based on the gate signal supplied from the control circuit CTR.
The drive circuit DV3n operates by being supplied with the power supply voltage from the power supply circuit 333, and drives the switching element Q3n based on the gate signal supplied from the control circuit CTR.

バランス回路B12は、バランススイッチング素子Q12bと、駆動回路(バランススイッチ駆動回路)DV12bと、絶縁回路(第2絶縁回路)321と、を備えている。
バランススイッチング素子Q12bは、例えばMOSFET(metal-oxide semiconductor field-effect transistor)等の自己消弧型のスイッチング素子を備えている。自己消弧型のスイッチング素子は、例えば、IEGT(injection Enhanced Gate transistor)、GTO(gate turn-off thyristor)、GCT(gate communicated turn-off thyristor)、MOSFET(metal-oxide semiconductor field-effect transistor)、又はIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等、素子のオン(導通状態)とオフ(非導通状態)とを電気的に制御可能なスイッチング素子を採用することが可能である。バランススイッチング素子Q12bは、必要に応じて、スイッチング素子に逆並列接続された還流ダイオードを備えてもよい。
なお、バランススイッチング素子Q12bとして、IGBTやIEGTを採用する場合には、バランススイッチング素子Q12bのソースをエミッタと読み替え、バランススイッチング素子Q12bのドレインをコレクタとして読み替える。
The balance circuit B12 includes a balance switching element Q12b, a drive circuit (balance switch drive circuit) DV12b, and an insulation circuit (second insulation circuit) 321.
The balance switching element Q12b includes a self-arc-extinguishing switching element such as a MOSFET (metal-oxide semiconductor field-effect transistor). Examples of self arc-extinguishing switching elements include IEGT (injection enhanced gate transistor), GTO (gate turn-off thyristor), GCT (gate communicated turn-off thyristor), MOSFET (metal-oxide semiconductor field-effect transistor), Alternatively, a switching element such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) capable of electrically controlling ON (conducting state) and OFF (non-conducting state) of the element can be employed. The balance switching element Q12b may include a freewheeling diode connected in anti-parallel to the switching element, if necessary.
When an IGBT or an IEGT is used as the balance switching element Q12b, the source of the balance switching element Q12b is read as the emitter, and the drain of the balance switching element Q12b is read as the collector.

バランススイッチング素子Q12bのドレインは、単位変換器31のコンデンサC1の一端(高電位側端)および第1スイッチング素子Q1pのドレインと電気的に接続している。バランススイッチング素子Q12bのソースは、単位変換器32のコンデンサC2の一端(高電位側端)および第1スイッチング素子Q1pのドレインと電気的に接続している。
すなわち、バランススイッチング素子Q12bは、コンデンサと第1スイッチング素子のドレインとの間にて、単位変換器(第1単位変換器)32と単位変換器(第2単位変換器)31とを電気的に接続する経路に設けられている。
したがって、バランススイッチング素子Q12bがオンされる(導通する)と、コンデンサC1の一端(高電位側端)とコンデンサC2の一端(高電位側端)とが電気的に接続される。
The drain of the balance switching element Q12b is electrically connected to one end (high potential side end) of the capacitor C1 of the unit converter 31 and the drain of the first switching element Q1p. The source of the balance switching element Q12b is electrically connected to one end (high potential side end) of the capacitor C2 of the unit converter 32 and the drain of the first switching element Q1p.
That is, the balance switching element Q12b electrically connects the unit converter (first unit converter) 32 and the unit converter (second unit converter) 31 between the capacitor and the drain of the first switching element. It is provided on the connecting route.
Therefore, when the balance switching element Q12b is turned on (conducted), one end (high potential side end) of the capacitor C1 and one end (high potential side end) of the capacitor C2 are electrically connected.

絶縁回路321は、電源回路331と駆動回路DV12bとを絶縁している。電源回路331と駆動回路DV12bとは異なる基準電位にて動作する。絶縁回路321は、たとえば、ブートストラップ回路である。 駆動回路DV12bは、絶縁回路321を介して電源電圧が供給されることにより動作し、制御回路CTRから供給されるゲート信号に基づいて、バランススイッチング素子Q12bを駆動する。 The isolation circuit 321 isolates the power supply circuit 331 and the drive circuit DV12b. The power supply circuit 331 and the drive circuit DV12b operate at different reference potentials. Isolation circuit 321 is, for example, a bootstrap circuit. The drive circuit DV12b operates by being supplied with the power supply voltage through the isolation circuit 321, and drives the balance switching element Q12b based on the gate signal supplied from the control circuit CTR.

本実施形態では、バランススイッチング素子Q12bのゲート信号は、単位変換器32のスイッチング素子Q2nと共通である。すなわち駆動回路DV12bに入力されるゲート信号と、駆動回路DV2nに入力されるゲート信号とは共通である。したがって、スイッチング素子Q2nとバランススイッチング素子Q12bとは同じタイミングで導通し(オンとなり)、コンデンサC1とコンデンサC2とが並列に接続される。このことにより、コンデンサC1とコンデンサC2との電圧が略等しくなる。 In this embodiment, the gate signal of the balance switching element Q12b is common to the switching element Q2n of the unit converter 32. FIG. That is, the gate signal input to the drive circuit DV12b and the gate signal input to the drive circuit DV2n are common. Therefore, the switching element Q2n and the balance switching element Q12b are conducted (turned on) at the same timing, and the capacitors C1 and C2 are connected in parallel. As a result, the voltages of the capacitors C1 and C2 become substantially equal.

バランス回路B23は、バランススイッチング素子Q23bと、駆動回路(バランススイッチ駆動回路)DV23bと、絶縁回路(第2絶縁回路)322と、を備えている。
バランススイッチング素子Q23bは、例えばMOSFET(metal-oxide semiconductor field-effect transistor)等の自己消弧型のスイッチング素子を備えている。自己消弧型のスイッチング素子は、例えば、IEGT(injection Enhanced Gate transistor)、GTO(gate turn-off thyristor)、GCT(gate communicated turn-off thyristor)、又はIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等、素子のオン(導通状態)とオフ(非導通状態)とを電気的に制御可能なスイッチング素子を採用することが可能である。バランススイッチング素子Q23bは、必要に応じて、スイッチング素子に逆並列接続された還流ダイオードを備えてもよい。
なお、バランススイッチング素子Q23bとして、IGBTやIEGTを採用する場合には、バランススイッチング素子Q23bのソースをエミッタと読み替え、バランススイッチング素子Q23bのドレインをコレクタとして読み替える。
The balance circuit B23 includes a balance switching element Q23b, a drive circuit (balance switch drive circuit) DV23b, and an insulation circuit (second insulation circuit) 322.
The balance switching element Q23b includes a self arc-extinguishing switching element such as a MOSFET (metal-oxide semiconductor field-effect transistor). Self-arc-extinguishing switching elements are, for example, IEGT (injection enhanced gate transistor), GTO (gate turn-off thyristor), GCT (gate communicated turn-off thyristor), or IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). It is possible to employ a switching element that can be electrically controlled to be on (conducting state) and off (non-conducting state). The balance switching element Q23b may include a free wheel diode connected in anti-parallel to the switching element, if necessary.
When an IGBT or IEGT is used as the balance switching element Q23b, the source of the balance switching element Q23b is read as the emitter, and the drain of the balance switching element Q23b is read as the collector.

バランススイッチング素子Q23bのドレインは、単位変換器32のコンデンサC2の一端(高電位側端)および第1スイッチング素子Q2pのドレインと電気的に接続している。バランススイッチング素子Q23bのソースは、単位変換器33のコンデンサC3の一端(高電位側端)および第1スイッチング素子Q3pのドレインと電気的に接続している。
すなわち、バランススイッチング素子Q23bは、コンデンサと第1スイッチング素子のドレインとの間にて、単位変換器(第1単位変換器)33と単位変換器(第2単位変換器)32とを電気的に接続する経路に設けられている。
したがって、バランススイッチング素子Q23bがオンされる(導通する)と、コンデンサC2の一端(高電位側端)とコンデンサC3の一端(高電位側端)とが電気的に接続される。
The drain of the balance switching element Q23b is electrically connected to one end (high potential side end) of the capacitor C2 of the unit converter 32 and the drain of the first switching element Q2p. The source of the balance switching element Q23b is electrically connected to one end (high potential side end) of the capacitor C3 of the unit converter 33 and the drain of the first switching element Q3p.
That is, the balance switching element Q23b electrically connects the unit converter (first unit converter) 33 and the unit converter (second unit converter) 32 between the capacitor and the drain of the first switching element. It is provided on the connecting route.
Therefore, when the balance switching element Q23b is turned on (conducted), one end (high potential side end) of the capacitor C2 and one end (high potential side end) of the capacitor C3 are electrically connected.

絶縁回路322は、電源回路332と駆動回路DV23bとを絶縁している。電源回路332と駆動回路DV23bとは異なる基準電位にて動作する。絶縁回路322は、たとえば、ブートストラップ回路である。
駆動回路DV23bは、絶縁回路322を介して電源電圧が供給されることにより動作し、制御回路CTRから供給されるゲート信号に基づいて、バランススイッチング素子Q23bを駆動する。
The isolation circuit 322 isolates the power supply circuit 332 and the drive circuit DV23b. The power supply circuit 332 and the drive circuit DV23b operate at different reference potentials. Isolation circuit 322 is, for example, a bootstrap circuit.
The drive circuit DV23b operates by being supplied with the power supply voltage through the isolation circuit 322, and drives the balance switching element Q23b based on the gate signal supplied from the control circuit CTR.

本実施形態では、バランススイッチング素子Q23bのゲート信号は、単位変換器33のスイッチング素子Q3nと共通である。すなわち駆動回路DV23bに入力されるゲート信号と、駆動回路DV3nに入力されるゲート信号とは共通である。したがって、スイッチング素子Q3nとバランススイッチング素子Q23bとは同じタイミングで導通し(オンとなり)、コンデンサC2とコンデンサC3とが並列に接続される。このことにより、コンデンサC2とコンデンサC3との電圧が略等しくなる。 In this embodiment, the gate signal of the balance switching element Q23b is common to the switching element Q3n of the unit converter 33. FIG. That is, the gate signal input to the drive circuit DV23b and the gate signal input to the drive circuit DV3n are common. Therefore, the switching element Q3n and the balance switching element Q23b are conducted (turned on) at the same timing, and the capacitors C2 and C3 are connected in parallel. As a result, the voltages of the capacitors C2 and C3 become substantially equal.

図3は、図2に示すアームの動作の一例について説明するための図である。
ここでは、例えばコンデンサC1-C3の電圧をVcとしたときに、交流端子UT、VT、WTの出力電圧Voutが電圧Vcの3倍、2倍、1倍およびゼロとなるときの、単位変換器31-33のスイッチング素子Q1p-Q3nおよびバランス回路B12、B23のスイッチング素子Q12b、Q23bの導通状態を示している。図3において、「1」はスイッチング素子が導通している状態(オン状態)を示し、「0」はスイッチング素子が導通していない状態(オフ状態)を示している。
FIG. 3 is a diagram for explaining an example of the motion of the arm shown in FIG. 2;
Here, for example, when the voltage of the capacitors C1-C3 is Vc, the output voltage Vout of the AC terminals UT, VT, WT is 3 times, 2 times, 1 time and zero of the voltage Vc. 31-33 of switching elements Q1p-Q3n and switching elements Q12b and Q23b of balance circuits B12 and B23 are shown in the conducting state. In FIG. 3, "1" indicates the state in which the switching element is conducting (ON state), and "0" indicates the state in which the switching element is not conducting (OFF state).

例えば、出力電圧が電圧Vcの3倍となるときには、スイッチング素子Q1pがオン、スイッチング素子Q1nがオフ、スイッチング素子Q2pがオン、スイッチング素子Q2nがオフ、スイッチング素子Q3pがオン、スイッチング素子Q3nがオフとなる。このとき、スイッチング素子Q12bはオフ、バランススイッチング素子Q23bはオフとなり、コンデンサC1-C3は互いに接続されていない状態である。 For example, when the output voltage is three times the voltage Vc, the switching element Q1p is on, the switching element Q1n is off, the switching element Q2p is on, the switching element Q2n is off, the switching element Q3p is on, and the switching element Q3n is off. Become. At this time, the switching element Q12b is turned off, the balance switching element Q23b is turned off, and the capacitors C1 to C3 are not connected to each other.

例えば、出力電圧が電圧Vcの2倍となるときには、スイッチング素子Q1pがオフ、スイッチング素子Q1nがオン、スイッチング素子Q2pがオン、スイッチング素子Q2nがオフ、スイッチング素子Q3pがオン、スイッチング素子Q3nがオフとなる。このとき、スイッチング素子Q12bはオフ、バランススイッチング素子Q23bはオフとなり、コンデンサC1-C3は互いに接続されていない状態である。 For example, when the output voltage is double the voltage Vc, the switching element Q1p is turned off, the switching element Q1n is turned on, the switching element Q2p is turned on, the switching element Q2n is turned off, the switching element Q3p is turned on, and the switching element Q3n is turned off. Become. At this time, the switching element Q12b is turned off, the balance switching element Q23b is turned off, and the capacitors C1 to C3 are not connected to each other.

例えば、出力電圧が電圧Vcの1倍となるときには、スイッチング素子Q1pがオフ、スイッチング素子Q1nがオン、スイッチング素子Q2pがオフ、スイッチング素子Q2nがオン、スイッチング素子Q3pがオン、スイッチング素子Q3nがオフとなる。このとき、スイッチング素子Q12bはオン、バランススイッチング素子Q23bはオフとなり、コンデンサC1とコンデンサC2とが並列に接続された状態となり、コンデンサC3は他のコンデンサC1、C2と互いに接続されていない状態である。 For example, when the output voltage is 1 times the voltage Vc, the switching element Q1p is turned off, the switching element Q1n is turned on, the switching element Q2p is turned off, the switching element Q2n is turned on, the switching element Q3p is turned on, and the switching element Q3n is turned off. Become. At this time, the switching element Q12b is turned on, the balance switching element Q23b is turned off, the capacitors C1 and C2 are connected in parallel, and the capacitor C3 is not connected to the other capacitors C1 and C2. .

例えば、出力電圧がゼロとなるときには、スイッチング素子Q1pがオフ、スイッチング素子Q1nがオン、スイッチング素子Q2pがオフ、スイッチング素子Q2nがオン、スイッチング素子Q3pがオフ、スイッチング素子Q3nがオンとなる。このとき、スイッチング素子Q12bはオン、バランススイッチング素子Q23bはオンとなり、コンデンサC1とコンデンサC2とコンデンサC3とが並列に接続された状態となる。 For example, when the output voltage becomes zero, the switching element Q1p is turned off, the switching element Q1n is turned on, the switching element Q2p is turned off, the switching element Q2n is turned on, the switching element Q3p is turned off, and the switching element Q3n is turned on. At this time, the switching element Q12b is turned on, the balance switching element Q23b is turned on, and the capacitor C1, the capacitor C2, and the capacitor C3 are connected in parallel.

上記のように、アーム30の出力が切り替わると、コンデンサC1-C3の接続状態も切り替わるため、電力変換装置が通常の動作を行うと同時にコンデンサC1-C3の電圧を均等化することができる。したがって、コンデンサC1-C3のいずれかの電圧を取得することによりコンデンサC1-C3の電圧値の制御を行うことができ、コンデンサC1-C3それぞれの電圧を検出する電圧検出器を設けて、コンデンサC1-C3の電圧を等しくするための特別な制御を行う必要がなくなる。 As described above, when the output of the arm 30 is switched, the connection state of the capacitors C1-C3 is also switched, so that the voltages of the capacitors C1-C3 can be equalized at the same time that the power converter performs normal operation. Therefore, by obtaining the voltage of any one of the capacitors C1 to C3, the voltage value of the capacitors C1 to C3 can be controlled. - Eliminates the need for special control to equalize the voltages of C3.

図4は、一実施形態の電力変換装置のバランス回路のバランススイッチがオンする期間と時定数との関係の例を説明するための図である。
ここでは、例えばバランススイッチング素子Q12bがオンする期間(オン期間)をTonとし、オン期間Tonと、単位変換器のコンデンサが並列接続された回路内の総抵抗と、単位変換器のコンデンサの総容量とに起因する時定数τとの関係によるバランス電流の変化の例を示している。
FIG. 4 is a diagram for explaining an example of the relationship between the time constant and the period during which the balance switch of the balance circuit of the power converter according to the embodiment is turned on.
Here, for example, the period during which the balance switching element Q12b is turned on (on period) is Ton, the on period Ton, the total resistance in the circuit in which the capacitors of the unit converters are connected in parallel, and the total capacity of the capacitors of the unit converters 4 shows an example of changes in the balance current due to the relationship with the time constant τ caused by .

例えば、オン期間Tonよりも時定数τが小さいときには、バランススイッチング素子Q12bがオンしたときに大きなバランス電流(並列に接続されたコンデンサ間に流れる電流)が流れることとなり、オン期間Tonよりも時定数τが大きくなるとバランススイッチング素子Q12bがオンしているときのバランス電流の変化が小さくなる。 For example, when the time constant τ is smaller than the ON period Ton, a large balance current (current flowing between capacitors connected in parallel) flows when the balance switching element Q12b is turned ON, and the time constant τ is smaller than the ON period Ton. As τ becomes larger, the balance current changes less when the balance switching element Q12b is on.

例えば、回路に大きな電流が流れ、過大な損失が発生するなど、回路を構成する素子の不具合の原因となるため、バランススイッチング素子Q12b、Q23bがオンされる期間Tonは時定数τよりも小さいこと(Ton<τ)が望ましい。これにより、単位変換器31-33の故障を回避することができる。 For example, a large current flows through the circuit, causing an excessive loss, which causes malfunction of the elements that make up the circuit. Therefore, the period Ton during which the balance switching elements Q12b and Q23b are turned on must be smaller than the time constant τ. (Ton<τ) is desirable. This makes it possible to avoid failure of the unit converters 31-33.

図5は、図1に示す電力変換装置の制御回路の一構成例を説明するためのブロック図である。ここでは、各相の正側アームと負側アームとが、それぞれN段の単位変換器を備えているときの制御回路CTRの一構成例を概略的に示している。 FIG. 5 is a block diagram for explaining a configuration example of a control circuit of the power converter shown in FIG. 1. As shown in FIG. Here, a configuration example of the control circuit CTR when each of the positive side arm and the negative side arm of each phase is provided with N stages of unit converters is schematically shown.

制御回路CTRは、コンデンサ電圧平均値制御部41と、コンデンサ電圧バランス制御部42と、電流制御部43と、減算器44U~44Wと、加算器45X~45Zと、PWM処理部46U~46W、46X~46Zと、を備えている。 The control circuit CTR includes a capacitor voltage average value control unit 41, a capacitor voltage balance control unit 42, a current control unit 43, subtractors 44U to 44W, adders 45X to 45Z, and PWM processing units 46U to 46W, 46X. ~46Z, and

コンデンサ電圧平均値制御部41は、外部から供給されたセルコンデンサ電圧指令値と、各相アーム30の単位変換器31-33の少なくともいずれか1つにて検出されたコンデンサ電圧値(若しくは電圧相当値)と、を受信する。コンデンサ電圧平均値制御部41は、受信したコンデンサ電圧値の平均値を算出し、算出した平均値とセルコンデンサ電圧指令値との差がゼロとなる制御量を出力する。なお、コンデンサ電圧平均値制御部41は、例えば比例制御回路又は比例積分制御回路を備えていてもよい。 The capacitor voltage average value control unit 41 uses the externally supplied cell capacitor voltage command value and the capacitor voltage value (or voltage equivalent) detected by at least one of the unit converters 31 to 33 of each phase arm 30. value) and The capacitor voltage average value control unit 41 calculates the average value of the received capacitor voltage values and outputs a control amount that makes the difference between the calculated average value and the cell capacitor voltage command value zero. Note that the capacitor voltage average value control section 41 may include, for example, a proportional control circuit or a proportional integral control circuit.

コンデンサ電圧バランス制御部42は、各相アーム30の単位変換器31-33の少なくともいずれか1つにて検出されたコンデンサ電圧値(若しくは電圧相当値)を受信し、受信した6つのコンデンサ電圧値が略等しくなるように制御量を出力する。例えば、受信した6つのコンデンサ電圧値の平均値を算出し、平均値とそれぞれのコンデンサ電圧値との差がゼロとなるように制御量を算出してもよい。また、6つのコンデンサ電圧値のいずれかの値と他のコンデンサ電圧値との差がゼロとなるように制御量を算出してもよい。なお、コンデンサ電圧バランス制御部42は、例えば比例制御回路又は比例積分制御回路を備えていてもよい。 The capacitor voltage balance control unit 42 receives the capacitor voltage value (or voltage equivalent value) detected by at least one of the unit converters 31 to 33 of each phase arm 30, and calculates the received six capacitor voltage values. are substantially equal to each other. For example, the average value of the received six capacitor voltage values may be calculated, and the control amount may be calculated so that the difference between the average value and each capacitor voltage value becomes zero. Alternatively, the control amount may be calculated so that the difference between any one of the six capacitor voltage values and the other capacitor voltage values becomes zero. Note that the capacitor voltage balance control unit 42 may include, for example, a proportional control circuit or a proportional integral control circuit.

電流制御部43は、例えば、系統電圧値と、無効電力指令値と、有効電力指令値とを外部から受信し、コンデンサ電圧平均値制御部41から出力された制御量と、を受信する。電流制御部43は、系統電圧値およびコンデンサ電圧平均値制御部41からの制御量を用いて、入力された無効電力指令値と有効電力指令値とを実現するように各相の制御量を演算して出力する。 The current control unit 43 receives, for example, the system voltage value, the reactive power command value, and the active power command value from the outside, and receives the control amount output from the capacitor voltage average value control unit 41 . The current control unit 43 uses the system voltage value and the control amount from the capacitor voltage average value control unit 41 to calculate the control amount of each phase so as to realize the input reactive power command value and active power command value. and output.

減算器44Uは、コンデンサ電圧バランス制御部42から出力された制御量から、電流制御部43から出力されたU相の制御量を引いた差を演算して、演算結果をU相正側アームの電圧指令値として出力する。
減算器44Vは、コンデンサ電圧バランス制御部42から出力された制御量から、電流制御部43から出力されたV相の制御量を引いた差を演算して、演算結果をV相正側アームの電圧指令値として出力する。
減算器44Wは、コンデンサ電圧バランス制御部42から出力された制御量から、電流制御部43から出力されたW相の制御量を引いた差を演算して、演算結果をW相正側アームの電圧指令値として出力する。
Subtractor 44U calculates the difference obtained by subtracting the U-phase control amount output from current control unit 43 from the control amount output from capacitor voltage balance control unit 42, and applies the calculation result to the U-phase positive arm. Output as a voltage command value.
The subtractor 44V calculates the difference obtained by subtracting the V-phase control amount output from the current control unit 43 from the control amount output from the capacitor voltage balance control unit 42, and applies the calculation result to the V-phase positive arm. Output as a voltage command value.
The subtractor 44W calculates the difference obtained by subtracting the W-phase control amount output from the current control unit 43 from the control amount output from the capacitor voltage balance control unit 42, and applies the calculation result to the W-phase positive arm. Output as a voltage command value.

加算器45Xは、コンデンサ電圧バランス制御部42から出力された制御量と、電流制御部43から出力されたU相の制御量とを足した和を演算して、演算結果をU相負側アームの電圧指令値として出力する。
加算器45Yは、コンデンサ電圧バランス制御部42から出力された制御量と、電流制御部43から出力されたV相の制御量とを足した和を演算して、演算結果をV相負側アームの電圧指令値として出力する。
加算器45Zは、コンデンサ電圧バランス制御部42から出力された制御量と、電流制御部43から出力されたW相の制御量とを足した和を演算して、演算結果をW相負側アームの電圧指令値として出力する。
The adder 45X calculates the sum of the control amount output from the capacitor voltage balance control section 42 and the U-phase control amount output from the current control section 43, and outputs the calculation result to the U-phase negative side arm. output as the voltage command value of
The adder 45Y calculates the sum of the control amount output from the capacitor voltage balance control section 42 and the V-phase control amount output from the current control section 43, and outputs the calculation result to the V-phase negative side arm. output as the voltage command value of
The adder 45Z calculates the sum of the control amount output from the capacitor voltage balance control section 42 and the W-phase control amount output from the current control section 43, and outputs the calculation result to the W-phase negative side arm. output as the voltage command value of

PWM処理部46Uは、減算器44UからU相正側アームの電圧指令値を受信し、U相正側アームのN段の単位変換器それぞれのスイッチング素子のゲート信号を生成して出力する。PWM処理部46Uは、例えばN段の単位変換器のそれぞれに対応するキャリア波を用いて、電圧指令値とキャリア波の値とを比較することによりゲート信号を生成することができる。たとえば、位相シフトPWMを適用すればよい。 PWM processing unit 46U receives the voltage command value for the U-phase positive arm from subtractor 44U, and generates and outputs gate signals for the switching elements of the N-stage unit converters of the U-phase positive arm. The PWM processing unit 46U can generate a gate signal by comparing the voltage command value and the value of the carrier wave, for example, using the carrier wave corresponding to each of the N-stage unit converters. For example, phase-shifted PWM may be applied.

PWM処理部46Vは、減算器44VからV相正側アームの電圧指令値を受信し、V相正側アームのN段の単位変換器それぞれのスイッチング素子のゲート信号を生成して出力する。PWM処理部46Vは、例えばN段の単位変換器のそれぞれに対応するキャリア波を用いて、電圧指令値とキャリア波の値とを比較することによりゲート信号を生成することができる。 The PWM processing unit 46V receives the voltage command value of the V-phase positive arm from the subtractor 44V, and generates and outputs gate signals for switching elements of the N-stage unit converters of the V-phase positive arm. The PWM processing unit 46V can generate a gate signal by comparing a voltage command value and a carrier wave value, for example, using a carrier wave corresponding to each of the N-stage unit converters.

PWM処理部46Wは、減算器44WからW相正側アームの電圧指令値を受信し、W相正側アームのN段の単位変換器それぞれのスイッチング素子のゲート信号を生成して出力する。PWM処理部46Wは、例えばN段の単位変換器のそれぞれに対応するキャリア波を用いて、電圧指令値とキャリア波の値とを比較することによりゲート信号を生成することができる。 The PWM processing unit 46W receives the voltage command value for the W-phase positive arm from the subtractor 44W, and generates and outputs gate signals for the switching elements of the N-stage unit converters of the W-phase positive arm. The PWM processing unit 46W can generate a gate signal by comparing a voltage command value and a carrier wave value, for example, using a carrier wave corresponding to each of the N-stage unit converters.

PWM処理部46Xは、加算器45XからU相負側アームの電圧指令値を受信し、U相負側アームのN段の単位変換器それぞれのスイッチング素子のゲート信号を生成して出力する。PWM処理部46Xは、例えばN段の単位変換器のそれぞれに対応するキャリア波を用いて、電圧指令値とキャリア波の値とを比較することによりゲート信号を生成することができる。 The PWM processing unit 46X receives the voltage command value for the U-phase negative arm from the adder 45X, and generates and outputs gate signals for the switching elements of the N-stage unit converters of the U-phase negative arm. The PWM processing unit 46X can generate a gate signal by comparing the voltage command value and the carrier wave value, for example, using the carrier wave corresponding to each of the N-stage unit converters.

PWM処理部46Yは、加算器45YからV相負側アームの電圧指令値を受信し、V相負側アームのN段の単位変換器それぞれのスイッチング素子のゲート信号を生成して出力する。PWM処理部46Yは、例えばN段の単位変換器のそれぞれに対応するキャリア波を用いて、電圧指令値とキャリア波の値とを比較することによりゲート信号を生成することができる。 The PWM processing unit 46Y receives the voltage command value of the V-phase negative arm from the adder 45Y, and generates and outputs gate signals for the switching elements of the N-stage unit converters of the V-phase negative arm. The PWM processing unit 46Y can generate a gate signal by comparing a voltage command value and a carrier wave value, for example, using a carrier wave corresponding to each of the N-stage unit converters.

PWM処理部46Zは、加算器45ZからW相負側アームの電圧指令値を受信し、W相負側アームのN段の単位変換器それぞれのスイッチング素子のゲート信号を生成して出力する。PWM処理部46Zは、例えばN段の単位変換器のそれぞれに対応するキャリア波を用いて、電圧指令値とキャリア波の値とを比較することによりゲート信号を生成することができる。
制御回路CTRから出力されたゲート信号は、対応する単位変換器のスイッチング素子およびバランススイッチング素子を駆動する駆動回路に入力される。
The PWM processing unit 46Z receives the voltage command value of the W-phase negative arm from the adder 45Z, and generates and outputs gate signals for the switching elements of the N-stage unit converters of the W-phase negative arm. The PWM processing unit 46Z can generate a gate signal by comparing the voltage command value and the value of the carrier wave, for example, using the carrier wave corresponding to each of the N-stage unit converters.
A gate signal output from the control circuit CTR is input to a drive circuit that drives the switching element and the balance switching element of the corresponding unit converter.

上記本実施形態の電力変換装置20によれば、各アーム30がバランス回路B12、B23を備え、各アーム30においてバランス回路B12、B23のバランススイッチング素子を単位変換器のスイッチング素子と同期して動作させることにより、アーム30にて単位変換器のコンデンサの容量を均等化させることが可能である。この構成により、電力変換装置20に含まれる単位変換器のコンデンサの電圧をすべて検出し、個々の電圧を制御する必要がなくなり、単位変換器ごとにコンデンサの電圧を検出する検出器が不要となるとともに、制御回路CTRでの演算量を軽減することができる。すなわち、本実施形態によれば、低コストで高調波の少ない小型な多直列単位変換器クラスタおよび電力変換装置を提供することができる。 According to the power converter 20 of the present embodiment, each arm 30 includes the balance circuits B12 and B23, and the balance switching elements of the balance circuits B12 and B23 in each arm 30 operate in synchronization with the switching elements of the unit converters. , it is possible to equalize the capacities of the unit converter capacitors in the arm 30 . This configuration eliminates the need to detect all the voltages of the capacitors of the unit converters included in the power converter 20 and control the individual voltages, and eliminates the need for detectors for detecting the voltages of the capacitors for each unit converter. At the same time, the amount of calculation in the control circuit CTR can be reduced. That is, according to the present embodiment, it is possible to provide a compact multi-serial unit converter cluster and a power converter that are low in cost and have few harmonics.

図6は、第1実施形態の電力変換装置の変形例を概略的に示す図である。
この例では、バランス回路B12、B23がバランススイッチング素子Q12b、Q23bと直列に接続された抵抗器R12、R23を備えている。
FIG. 6 is a diagram schematically showing a modification of the power conversion device of the first embodiment.
In this example, balance circuits B12, B23 comprise resistors R12, R23 connected in series with balance switching elements Q12b, Q23b.

バランススイッチング素子Q12bとスイッチング素子Q2nとが導通すると、コンデンサC1とコンデンサC2とが抵抗器R12を介して並列に接続される。
バランススイッチング素子Q23bとスイッチング素子Q3nとが導通すると、コンデンサC2とコンデンサC3とが抵抗器R23を介して並列に接続される。
When balance switching element Q12b and switching element Q2n become conductive, capacitor C1 and capacitor C2 are connected in parallel via resistor R12.
When balance switching element Q23b and switching element Q3n become conductive, capacitor C2 and capacitor C3 are connected in parallel via resistor R23.

上記のようにバランス回路B12、B23が抵抗器R12、R23を備える場合であっても、上述の第1実施形態と同様の効果を得ることができる。 Even when the balance circuits B12 and B23 include the resistors R12 and R23 as described above, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.

図7は、第1実施形態の電力変換装置の変形例を概略的に示す図である。
この例では、バランス回路B12、B23がバランススイッチング素子Q12b、Q23bと直列に接続されたリアクトルL12、L23を備えている。
FIG. 7 is a diagram schematically showing a modification of the power converter of the first embodiment.
In this example, balance circuits B12 and B23 have reactors L12 and L23 connected in series with balance switching elements Q12b and Q23b.

バランススイッチング素子Q12bとスイッチング素子Q2nとが導通すると、コンデンサC1とコンデンサC2とがリアクトルL12を介して並列に接続される。
バランススイッチング素子Q23bとスイッチング素子Q3nとが導通すると、コンデンサC2とコンデンサC3とがリアクトルL23を介して並列に接続される。
When balance switching element Q12b and switching element Q2n become conductive, capacitor C1 and capacitor C2 are connected in parallel via reactor L12.
When balance switching element Q23b and switching element Q3n become conductive, capacitor C2 and capacitor C3 are connected in parallel via reactor L23.

上記のようにバランス回路B12、B23がリアクトルL12、L23を備える場合であっても、上述の第1実施形態と同様の効果を得ることができる。 Even if the balance circuits B12 and B23 are provided with the reactors L12 and L23 as described above, the same effects as those of the above-described first embodiment can be obtained.

次に、第2実施形態の電力変換装置について図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明において、上述の第1実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
Next, the power conversion device of the second embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
In addition, in the following description, the same reference numerals are given to the same configurations as in the above-described first embodiment, and the description thereof will be omitted.

図8は、第2実施形態の電力変換装置のアームの一構成例を概略的に示す図である。
本実施形態の電力変換装置20は、単位変換器31-33およびバランス回路B12、B23の構成が上述の第1実施形態と異なっている。
図8では、N≦3であるときの単位変換器クラスタの構成の一例を示し、単位変換器31が第1単位変換器、単位変換器32が第2単位変換器、単位変換器33が第3単位変換器に相当する。
FIG. 8 is a diagram schematically showing one configuration example of an arm of the power converter of the second embodiment.
The power conversion device 20 of this embodiment differs from that of the above-described first embodiment in the configuration of unit converters 31-33 and balance circuits B12 and B23.
FIG. 8 shows an example of the configuration of the unit converter cluster when N≦3, where the unit converter 31 is the first unit converter, the unit converter 32 is the second unit converter, and the unit converter 33 is the second unit converter. Equivalent to a 3-unit converter.

単位変換器31-33は、直流正端子PT若しくは直流負端子MTと、交流端子UT、VT、WTとの間において直列に接続されている。単位変換器31の一端(高電位側端)は、直流正端子PT若しくは直流負端子MTと電気的に接続され、単位変換器31の他端(低電位側端)は単位変換器32の一端(高電位側端)と電気的に接続される。単位変換器33の一端(高電位側端)は単位変換器32の他端(低電位側端)と電気的に接続され、単位変換器33の他端(低電位側端)は交流端子のいずれかと電気的に接続される。 The unit converters 31-33 are connected in series between the DC positive terminal PT or the DC negative terminal MT and the AC terminals UT, VT, WT. One end (high potential side end) of the unit converter 31 is electrically connected to the DC positive terminal PT or the DC negative terminal MT, and the other end (low potential side end) of the unit converter 31 is one end of the unit converter 32. (high potential side end). One end (high potential side end) of the unit converter 33 is electrically connected to the other end (low potential side end) of the unit converter 32, and the other end (low potential side end) of the unit converter 33 is connected to the AC terminal. It is electrically connected with either.

単位変換器31は、スイッチング素子Q1p、Q1nと、コンデンサC1と、コンデンサC1の電圧を検出する電圧検出器SVと、駆動回路DV1p、DV1nと、絶縁回路311と、電源回路331と、を備えている。 The unit converter 31 includes switching elements Q1p and Q1n, a capacitor C1, a voltage detector SV that detects the voltage of the capacitor C1, drive circuits DV1p and DV1n, an isolation circuit 311, and a power supply circuit 331. there is

スイッチング素子Q1pとスイッチング素子Q1nとは直列に接続し、単位変換器(第1単位変換器)31のスイッチング素子Q1pとスイッチング素子Q1nとの間において、単位変換器(第2単位変換器)32と電気的に接続され、スイッチング素子Q1pのドレインにて直流正端子PT又は直流負端子MTと電気的に接続されている。スイッチング素子Q1p、Q1nは、駆動回路DV1p、DV1nからの駆動信号によりその動作を制御される。 The switching element Q1p and the switching element Q1n are connected in series, and between the switching element Q1p and the switching element Q1n of the unit converter (first unit converter) 31, the unit converter (second unit converter) 32 and The drain of the switching element Q1p is electrically connected to the DC positive terminal PT or the DC negative terminal MT. The switching elements Q1p and Q1n are controlled in operation by drive signals from drive circuits DV1p and DV1n.

コンデンサC1の一端(高電位側端)はスイッチング素子Q1pのドレインと電気的に接続し、コンデンサC1の他端(低電位側端)はスイッチング素子Q1nのソースと電気的に接続している。なお、スイッチング素子Q1pのソースはスイッチング素子Q1nのドレインと電気的に接続している。 One end (high potential side end) of the capacitor C1 is electrically connected to the drain of the switching element Q1p, and the other end (low potential side end) of the capacitor C1 is electrically connected to the source of the switching element Q1n. The source of switching element Q1p is electrically connected to the drain of switching element Q1n.

電圧検出器SVは、コンデンサC1の電圧を検出し、検出した電圧の値(若しくは電圧に相当する値)を制御回路CTRへ出力する。
電源回路331は、コンデンサC1の電圧を用いて電源を生成する。電源回路331は、絶縁回路311および駆動回路DVnへ電源を供給する。
The voltage detector SV detects the voltage of the capacitor C1 and outputs the detected voltage value (or the value corresponding to the voltage) to the control circuit CTR.
The power supply circuit 331 generates power using the voltage of the capacitor C1. Power supply circuit 331 supplies power to isolation circuit 311 and drive circuit DVn.

絶縁回路311は、電源回路331と駆動回路DV1pとを絶縁している。電源回路331と駆動回路DV1pとは異なる基準電位にて動作する。絶縁回路311は、たとえば、ブートストラップ回路である。
駆動回路DV1pは、絶縁回路311を介して電源電圧が供給されることにより動作し、制御回路CTRから供給されるゲート信号に基づいて、スイッチング素子Q1pを駆動する。
駆動回路DV1nは、電源回路331から電源電圧が供給されることにより動作し、制御回路CTRから供給されるゲート信号に基づいて、スイッチング素子Q1nを駆動する。
The isolation circuit 311 isolates the power supply circuit 331 and the drive circuit DV1p. The power supply circuit 331 and the drive circuit DV1p operate at different reference potentials. Isolation circuit 311 is, for example, a bootstrap circuit.
The drive circuit DV1p operates by being supplied with the power supply voltage through the isolation circuit 311, and drives the switching element Q1p based on the gate signal supplied from the control circuit CTR.
The drive circuit DV1n operates by being supplied with a power supply voltage from the power supply circuit 331, and drives the switching element Q1n based on the gate signal supplied from the control circuit CTR.

単位変換器32は、スイッチング素子Q2p、Q2nと、コンデンサC2と、駆動回路DV2p、DV2nと、絶縁回路312と、電源回路332と、を備えている。
スイッチング素子Q2pとスイッチング素子Q2nとは直列に接続している。スイッチング素子Q2pのドレインは、単位変換器31のスイッチング素子Q1pのソースとスイッチング素子Q1nのドレインとに電気的に接続している。スイッチング素子Q2pのソースとスイッチング素子Q2nのドレインとにおいて、単位変換器33のスイッチング素子Q3のドレインおよびコンデンサC3の一端(高電位側端)と電気的に接続されている。スイッチング素子Q2p、Q2nは、駆動回路DV2p、DV2nからの駆動信号によりその動作を制御される。
The unit converter 32 includes switching elements Q2p and Q2n, a capacitor C2, drive circuits DV2p and DV2n, an isolation circuit 312, and a power supply circuit 332.
The switching element Q2p and the switching element Q2n are connected in series. The drain of the switching element Q2p is electrically connected to the source of the switching element Q1p of the unit converter 31 and the drain of the switching element Q1n. The source of switching element Q2p and the drain of switching element Q2n are electrically connected to the drain of switching element Q3 of unit converter 33 and one end (high potential side end) of capacitor C3. The switching elements Q2p and Q2n are controlled in operation by drive signals from drive circuits DV2p and DV2n.

コンデンサC2の一端(高電位側端)はスイッチング素子Q2pのドレインと電気的に接続し、コンデンサC2の他端(低電位側端)はスイッチング素子Q2nのソースと電気的に接続している。なお、スイッチング素子Q2pのソースはスイッチング素子Q2nのドレインと電気的に接続している。 One end (high potential side end) of the capacitor C2 is electrically connected to the drain of the switching element Q2p, and the other end (low potential side end) of the capacitor C2 is electrically connected to the source of the switching element Q2n. The source of switching element Q2p is electrically connected to the drain of switching element Q2n.

電源回路332は、コンデンサC2の電圧を用いて電源を生成する。電源回路332は、絶縁回路312、駆動回路DV2n、および、バランス回路B12へ電源を供給する。
絶縁回路312は、電源回路332と駆動回路DV2pとを絶縁している。電源回路332と駆動回路DV2pとは異なる基準電位にて動作する。絶縁回路312は、たとえば、ブートストラップ回路である。
The power supply circuit 332 generates power using the voltage of the capacitor C2. The power supply circuit 332 supplies power to the isolation circuit 312, the drive circuit DV2n, and the balance circuit B12.
The isolation circuit 312 isolates the power supply circuit 332 and the drive circuit DV2p. The power supply circuit 332 and the drive circuit DV2p operate at different reference potentials. Isolation circuit 312 is, for example, a bootstrap circuit.

駆動回路DV2pは、絶縁回路312を介して電源電圧が供給されることにより動作し、制御回路CTRから供給されるゲート信号に基づいて、スイッチング素子Q2pを駆動する。
駆動回路DV2nは、電源回路332から電源電圧が供給されることにより動作し、制御回路CTRから供給されるゲート信号に基づいて、スイッチング素子Q2nを駆動する。
The drive circuit DV2p operates by being supplied with the power supply voltage through the isolation circuit 312, and drives the switching element Q2p based on the gate signal supplied from the control circuit CTR.
The drive circuit DV2n operates by being supplied with the power supply voltage from the power supply circuit 332, and drives the switching element Q2n based on the gate signal supplied from the control circuit CTR.

単位変換器33は、スイッチング素子Q3p、Q3nと、コンデンサC3と、駆動回路DV3p、DV3nと、絶縁回路313と、電源回路333と、を備えている。
スイッチング素子Q3pとスイッチング素子Q3nとは直列に接続し、スイッチング素子Q3pのソースとスイッチング素子Q3nのドレインとにおいて、交流端子UT、VT、WTのいずれかと電気的に接続されている。スイッチング素子Q3pのドレインは、単位変換器32と電気的に接続されている。スイッチング素子Q3p、Q3nは、駆動回路DV3p、DV3nからの駆動信号によりその動作を制御される。
The unit converter 33 includes switching elements Q3p and Q3n, a capacitor C3, drive circuits DV3p and DV3n, an isolation circuit 313, and a power supply circuit 333.
The switching element Q3p and the switching element Q3n are connected in series, and the source of the switching element Q3p and the drain of the switching element Q3n are electrically connected to one of AC terminals UT, VT, and WT. A drain of the switching element Q3p is electrically connected to the unit converter 32 . The switching elements Q3p and Q3n have their operations controlled by drive signals from drive circuits DV3p and DV3n.

コンデンサC3の一端(高電位側端)はスイッチング素子Q3pのドレインと電気的に接続し、コンデンサC3の他端(低電位側端)はスイッチング素子Q3nのソースと電気的に接続している。なお、スイッチング素子Q3pのソースはスイッチング素子Q3nのドレインと電気的に接続している。 One end (high potential side end) of the capacitor C3 is electrically connected to the drain of the switching element Q3p, and the other end (low potential side end) of the capacitor C3 is electrically connected to the source of the switching element Q3n. The source of switching element Q3p is electrically connected to the drain of switching element Q3n.

電源回路333は、コンデンサC3の電圧を用いて電源を生成する。電源回路333は、絶縁回路313、駆動回路DV3n、および、バランス回路B23へ電源を供給する。
絶縁回路313は、電源回路333と駆動回路DV3pとを絶縁している。電源回路333と駆動回路DV3pとは異なる基準電位にて動作する。絶縁回路313は、たとえば、ブートストラップ回路である。
The power supply circuit 333 generates power using the voltage of the capacitor C3. The power supply circuit 333 supplies power to the isolation circuit 313, the drive circuit DV3n, and the balance circuit B23.
The isolation circuit 313 isolates the power supply circuit 333 and the drive circuit DV3p. The power supply circuit 333 and the drive circuit DV3p operate at different reference potentials. Isolation circuit 313 is, for example, a bootstrap circuit.

駆動回路DV3pは、絶縁回路313を介して電源電圧が供給されることにより動作し、制御回路CTRから供給されるゲート信号に基づいて、スイッチング素子Q3pを駆動する。
駆動回路DV3nは、電源回路333から電源電圧が供給されることにより動作し、制御回路CTRから供給されるゲート信号に基づいて、スイッチング素子Q3nを駆動する。
The drive circuit DV3p operates by being supplied with the power supply voltage through the isolation circuit 313, and drives the switching element Q3p based on the gate signal supplied from the control circuit CTR.
The drive circuit DV3n operates by being supplied with the power supply voltage from the power supply circuit 333, and drives the switching element Q3n based on the gate signal supplied from the control circuit CTR.

バランス回路B12は、バランススイッチング素子Q12bと、駆動回路DV12bと、を備えている。
バランススイッチング素子Q12bのドレインは、単位変換器31のコンデンサC1の他端(低電位側端)および第2スイッチング素子Q1nのソースと電気的に接続している。バランススイッチング素子Q12bのソースは、単位変換器32のコンデンサC2の他端(低電位側端)および第2スイッチング素子Q2nのソースと電気的に接続している。
すなわち、バランススイッチング素子Q23bは、コンデンサと第2スイッチング素子のソースとの間にて、単位変換器(第1単位変換器)31と単位変換器(第2単位変換器)32とを電気的に接続する経路に設けられている。
The balance circuit B12 includes a balance switching element Q12b and a drive circuit DV12b.
The drain of the balance switching element Q12b is electrically connected to the other end (low potential side end) of the capacitor C1 of the unit converter 31 and the source of the second switching element Q1n. The source of the balance switching element Q12b is electrically connected to the other end (low potential side end) of the capacitor C2 of the unit converter 32 and the source of the second switching element Q2n.
That is, the balance switching element Q23b electrically connects the unit converter (first unit converter) 31 and the unit converter (second unit converter) 32 between the capacitor and the source of the second switching element. It is provided on the connecting route.

駆動回路DV12bは、電源回路332から電源電圧が供給されることにより動作し、制御回路CTRから供給されるゲート信号に基づいて、バランススイッチング素子Q12bを駆動する。なお、本実施形態では、バランススイッチング素子Q12bは、電源回路332と基準とする電圧が同じである。すなわち、スイッチング素子Q12bのソース(IGBTの場合はエミッタ)と電源回路332との基準電位は、それぞれコンデンサC2のN側(低電位側)電位に接続されている。したがって、電源回路332から駆動回路DV12bへ電源を供給する際に、駆動回路DV12bの前段に絶縁回路を介在させる必要がない。 The drive circuit DV12b operates by being supplied with power supply voltage from the power supply circuit 332, and drives the balance switching element Q12b based on the gate signal supplied from the control circuit CTR. In this embodiment, the balance switching element Q12b has the same voltage as that of the power supply circuit 332 as a reference. That is, the reference potentials of the source (emitter in the case of IGBT) of the switching element Q12b and the power supply circuit 332 are each connected to the N side (low potential side) potential of the capacitor C2. Therefore, when power is supplied from the power supply circuit 332 to the driving circuit DV12b, it is not necessary to interpose an insulating circuit in the preceding stage of the driving circuit DV12b.

本実施形態では、バランススイッチング素子Q12bのゲート信号は、単位変換器31のスイッチング素子Q1pと共通である。すなわち駆動回路DV12bに入力されるゲート信号と、駆動回路DV1pに入力されるゲート信号とは共通である。したがって、スイッチング素子Q1pとバランススイッチング素子Q12bとは同じタイミングで導通し(オンとなり)し、コンデンサC1とコンデンサC2とが並列に接続される。このことにより、コンデンサC1とコンデンサC2との電圧が略等しくなる。 In this embodiment, the gate signal of the balance switching element Q12b is common to the switching element Q1p of the unit converter 31. FIG. That is, the gate signal input to the drive circuit DV12b and the gate signal input to the drive circuit DV1p are common. Therefore, the switching element Q1p and the balance switching element Q12b become conductive (turned on) at the same timing, and the capacitors C1 and C2 are connected in parallel. As a result, the voltages of the capacitors C1 and C2 become substantially equal.

バランス回路B23は、バランススイッチング素子Q23bと、駆動回路DV23bと、を備えている。
バランススイッチング素子Q23bのドレインは、単位変換器32のコンデンサC2の他端(低電位側端)および第2スイッチング素子Q2nのソースと電気的に接続している。バランススイッチング素子Q23bのソースは、単位変換器33のコンデンサC3の他端(低電位側端)および第2スイッチング素子Q3nのソースと電気的に接続している。
すなわち、バランススイッチング素子Q23bは、コンデンサと第2スイッチング素子のソースとの間にて、単位変換器(第1単位変換器)32と単位変換器(第2単位変換器)33とを電気的に接続する経路に設けられている。
The balance circuit B23 includes a balance switching element Q23b and a drive circuit DV23b.
The drain of the balance switching element Q23b is electrically connected to the other end (low potential side end) of the capacitor C2 of the unit converter 32 and the source of the second switching element Q2n. The source of the balance switching element Q23b is electrically connected to the other end (low potential side end) of the capacitor C3 of the unit converter 33 and the source of the second switching element Q3n.
That is, the balance switching element Q23b electrically connects the unit converter (first unit converter) 32 and the unit converter (second unit converter) 33 between the capacitor and the source of the second switching element. It is provided on the connecting route.

駆動回路DV23bは、電源回路333から電源電圧が供給されることにより動作し、制御回路CTRから供給されるゲート信号に基づいて、バランススイッチング素子Q23bを駆動する。なお、本実施形態では、バランススイッチング素子Q23bは、電源回路333と基準とする電圧が同じである。したがって、電源回路333から駆動回路DV23bへ電源を供給する際に、駆動回路DV23bの前段に絶縁回路を介在させる必要がない。 The drive circuit DV23b operates by being supplied with power supply voltage from the power supply circuit 333, and drives the balance switching element Q23b based on the gate signal supplied from the control circuit CTR. In this embodiment, the balance switching element Q23b has the same reference voltage as that of the power supply circuit 333. FIG. Therefore, when power is supplied from the power supply circuit 333 to the driving circuit DV23b, it is not necessary to interpose an insulating circuit in the preceding stage of the driving circuit DV23b.

本実施形態では、バランススイッチング素子Q23bのゲート信号は、単位変換器32のスイッチング素子Q2pと共通である。すなわち駆動回路DV23bに入力されるゲート信号と、駆動回路DV2pに入力されるゲート信号とは共通である。したがって、スイッチング素子Q2pとバランススイッチング素子Q23bとは同じタイミングで導通し(オンとなり)、コンデンサC2とコンデンサC3とが並列に接続される。このことにより、コンデンサC2の電圧とコンデンサC3の電圧とが略等しくなる。 In this embodiment, the gate signal of the balance switching element Q23b is common to the switching element Q2p of the unit converter 32. FIG. That is, the gate signal input to the drive circuit DV23b and the gate signal input to the drive circuit DV2p are common. Therefore, the switching element Q2p and the balance switching element Q23b are conducted (turned on) at the same timing, and the capacitors C2 and C3 are connected in parallel. As a result, the voltage of the capacitor C2 and the voltage of the capacitor C3 become substantially equal.

図9は、図8に示すアームの動作の一例について説明するための図である。
ここでは、例えばコンデンサC1-C3の電圧をVcとしたときに、交流端子UT、VT、WTの出力電圧Voutが電圧Vcの3倍、2倍、1倍およびゼロとなるときの、単位変換器31-33のスイッチング素子Q1p-Q3nおよびバランス回路B12、B23のスイッチング素子Q12b、Q23bの導通状態を示している。図8において、「1」はスイッチング素子が導通している状態(オン状態)を示し、「0」はスイッチング素子が導通していない状態(オフ状態)を示している。
9 is a diagram for explaining an example of the motion of the arm shown in FIG. 8. FIG.
Here, for example, when the voltage of the capacitors C1-C3 is Vc, the output voltage Vout of the AC terminals UT, VT, WT is 3 times, 2 times, 1 time and zero of the voltage Vc. 31-33 of switching elements Q1p-Q3n and switching elements Q12b and Q23b of balance circuits B12 and B23 are shown in the conducting state. In FIG. 8, "1" indicates the state in which the switching element is conducting (ON state), and "0" indicates the state in which the switching element is not conducting (OFF state).

例えば、出力電圧が電圧Vcの3倍となるときには、スイッチング素子Q1pがオフ、スイッチング素子Q1nがオン、スイッチング素子Q2pがオフ、スイッチング素子Q2nがオン、スイッチング素子Q3pがオフ、スイッチング素子Q3nがオンとなる。このとき、スイッチング素子Q12bはオフ、バランススイッチング素子Q23bはオフとなり、コンデンサC1-C3は互いに接続されていない状態である。 For example, when the output voltage is three times the voltage Vc, the switching element Q1p is turned off, the switching element Q1n is turned on, the switching element Q2p is turned off, the switching element Q2n is turned on, the switching element Q3p is turned off, and the switching element Q3n is turned on. Become. At this time, the switching element Q12b is turned off, the balance switching element Q23b is turned off, and the capacitors C1 to C3 are not connected to each other.

例えば、出力電圧が電圧Vcの2倍となるときには、スイッチング素子Q1pがオン、スイッチング素子Q1nがオフ、スイッチング素子Q2pがオフ、スイッチング素子Q2nがオン、スイッチング素子Q3pがオフ、スイッチング素子Q3nがオンとなる。このとき、スイッチング素子Q12bはオン、バランススイッチング素子Q23bはオフとなり、コンデンサC1とコンデンサC2とが並列に接続され、コンデンサC3は他のコンデンサC1、C2と互いに接続されていない状態である。 For example, when the output voltage is double the voltage Vc, the switching element Q1p is on, the switching element Q1n is off, the switching element Q2p is off, the switching element Q2n is on, the switching element Q3p is off, and the switching element Q3n is on. Become. At this time, the switching element Q12b is turned on, the balance switching element Q23b is turned off, the capacitors C1 and C2 are connected in parallel, and the capacitor C3 is not connected to the other capacitors C1 and C2.

例えば、出力電圧が電圧Vcの1倍となるときには、スイッチング素子Q1pがオン、スイッチング素子Q1nがオフ、スイッチング素子Q2pがオン、スイッチング素子Q2nがオフ、スイッチング素子Q3pがオフ、スイッチング素子Q3nがオンとなる。このとき、スイッチング素子Q12bはオン、バランススイッチング素子Q23bはオンとなり、コンデンサC1-C3が並列に接続された状態である。 For example, when the output voltage is 1 times the voltage Vc, the switching element Q1p is on, the switching element Q1n is off, the switching element Q2p is on, the switching element Q2n is off, the switching element Q3p is off, and the switching element Q3n is on. Become. At this time, the switching element Q12b is turned on, the balance switching element Q23b is turned on, and the capacitors C1 to C3 are connected in parallel.

例えば、出力電圧がゼロとなるときには、スイッチング素子Q1pがオン、スイッチング素子Q1nがオフ、スイッチング素子Q2pがオン、スイッチング素子Q2nがオフ、スイッチング素子Q3pがオン、スイッチング素子Q3nがオフとなる。このとき、スイッチング素子Q12bはオン、バランススイッチング素子Q23bはオンとなり、コンデンサC1-C3が並列に接続された状態となる。 For example, when the output voltage becomes zero, the switching element Q1p is on, the switching element Q1n is off, the switching element Q2p is on, the switching element Q2n is off, the switching element Q3p is on, and the switching element Q3n is off. At this time, the switching element Q12b is turned on, the balance switching element Q23b is turned on, and the capacitors C1 to C3 are connected in parallel.

上記のように、アーム30の出力が切り替わると、コンデンサC1-C3の接続状態も切り替わるため、電力変換装置が通常の動作を行うと同時にコンデンサC1-C3の電圧を均等化することができる。したがって、コンデンサC1-C3のいずれかの電圧を取得することによりコンデンサC1-C3の電圧値の制御を行うことができ、コンデンサC1-C3それぞれの電圧を検出する電圧検出器を設けて、コンデンサC1-C3の電圧を等しくするための特別な制御を行う必要がなくなる。 As described above, when the output of the arm 30 is switched, the connection state of the capacitors C1-C3 is also switched, so that the voltages of the capacitors C1-C3 can be equalized at the same time that the power converter performs normal operation. Therefore, by obtaining the voltage of any one of the capacitors C1 to C3, the voltage value of the capacitors C1 to C3 can be controlled. - Eliminates the need for special control to equalize the voltages of C3.

上述の構成以外は本実施形態の電力変換装置20は上述の第1実施形態と同様である。すなわち、本実施形態の電力変換装置20によれば、各アーム30がバランス回路B12、B23を備え、各アーム30においてバランス回路B12、B23のバランススイッチング素子を単位変換器のスイッチング素子と同期して動作させることにより、アーム30にて単位変換器のコンデンサの容量を均等化させることが可能である。この構成により、電力変換装置20に含まれる単位変換器のコンデンサの電圧をすべて検出し、個々の電圧を制御する必要がなくなり、単位変換器ごとにコンデンサの電圧を検出する検出器が不要となるとともに、制御回路CTRでの演算量を軽減することができる。 The power conversion device 20 of this embodiment is the same as that of the above-described first embodiment except for the configuration described above. That is, according to the power conversion device 20 of the present embodiment, each arm 30 includes the balance circuits B12 and B23, and the balance switching elements of the balance circuits B12 and B23 are synchronized with the switching elements of the unit converters in each arm 30. By operation, it is possible to equalize the capacities of the unit converter capacitors in arm 30 . This configuration eliminates the need to detect all the voltages of the capacitors of the unit converters included in the power converter 20 and control the individual voltages, and eliminates the need for detectors for detecting the voltages of the capacitors for each unit converter. At the same time, the amount of calculation in the control circuit CTR can be reduced.

さらに本実施形態の電力変換装置20は、バランス回路B12、B23の絶縁回路が不要となり、上述の第1実施形態よりもさらに少ない構成要素にて実現することが可能である。
すなわち、本実施形態によれば、低コストで高調波の少ない小型な多直列単位変換器クラスタおよび電力変換装置を提供することができる。
Furthermore, the power conversion device 20 of the present embodiment does not require the insulating circuits of the balance circuits B12 and B23, and can be realized with fewer components than the above-described first embodiment.
That is, according to the present embodiment, it is possible to provide a compact multi-serial unit converter cluster and a power converter that are low in cost and have few harmonics.

次に、第3実施形態の電力変換装置について図面を参照して詳細に説明する。
図10は、第3実施形態の電力変換装置の一構成例を概略的に示す図である。
本実施形態の電力変換装置20は、中性点クランプ形モジュラー・マルチレベル変換器(以下、NPC-MMC(Neutral Point Clamped Modular Multilevel Converter)という。)である。
Next, the power conversion device of the third embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 10 is a diagram schematically showing one configuration example of the power converter of the third embodiment.
The power converter 20 of the present embodiment is a neutral point clamped modular multilevel converter (hereinafter referred to as NPC-MMC (Neutral Point Clamped Modular Multilevel Converter)).

本実施形態の電力変換装置20は、直流正端子PTと、直流負端子MTと、交流端子UT、VT、WTと、を備え、交流電源10(又は交流負荷)と直流電源(又は直流負荷)との間に接続可能である。 The power conversion device 20 of the present embodiment includes a DC positive terminal PT, a DC negative terminal MT, and AC terminals UT, VT, and WT. can be connected between

電力変換装置20は、第1コンデンサCAと、第2コンデンサCBと、第1スイッチングレグL1U、L1V、L1Wと、第2スイッチングレグL2U、L2V、L2Wと、正側アーム30U、30V、30Wと、負側アーム30X、30Y、30Zと、バッファリアクトルLU、LV、LW、LX、LY、LZと、計器用変圧器22と、制御装置CTRと、を備えている。 The power conversion device 20 includes a first capacitor CA, a second capacitor CB, first switching legs L1U, L1V, L1W, second switching legs L2U, L2V, L2W, positive arms 30U, 30V, 30W, It includes negative arms 30X, 30Y, 30Z, buffer reactors LU, LV, LW, LX, LY, LZ, a potential transformer 22, and a control device CTR.

第1コンデンサCAと第2コンデンサCBとは、直流正端子PTと直流負端子MTとの間において、直列に接続されている。第1コンデンサCAは、直流正端子PTと一端(高電位側端)にて電気的に接続している。第2コンデンサCBは、第1コンデンサCAの他端(低電位側端)と直流負端子MTとの間に電気的に接続している。第1コンデンサCAと第2コンデンサとの間は中性点電位となる。 The first capacitor CA and the second capacitor CB are connected in series between the DC positive terminal PT and the DC negative terminal MT. The first capacitor CA is electrically connected to the DC positive terminal PT at one end (high potential side end). The second capacitor CB is electrically connected between the other end (low potential side end) of the first capacitor CA and the DC negative terminal MT. A neutral point potential is applied between the first capacitor CA and the second capacitor.

第1スイッチングレグL1U、L1V、L1Wは、第1コンデンサCAと並列に接続している。第2スイッチングレグL2U、L2V、L2Wは、第2コンデンサCBと並列に接続している。 The first switching legs L1U, L1V, L1W are connected in parallel with the first capacitor CA. The second switching legs L2U, L2V, L2W are connected in parallel with the second capacitor CB.

なお、本実施形態の電力変換装置20では、第1コンデンサCAと第2コンデンサCBとは、三相に共有されているが、三相それぞれに2つのコンデンサが並列接続されていてもよい。 In the power converter 20 of the present embodiment, the first capacitor CA and the second capacitor CB are shared by the three phases, but two capacitors may be connected in parallel to each of the three phases.

第1スイッチングレグL1U、L1V、L1Wのそれぞれは、第1スイッチング素子S1U、S1V、S1Wと、第2スイッチング素子S2U、S2V、S2Wと、第1出力端子O1U、O1V、O1Wと、を備えている。 Each of the first switching legs L1U, L1V, L1W includes a first switching element S1U, S1V, S1W, a second switching element S2U, S2V, S2W, and a first output terminal O1U, O1V, O1W. .

なお、以下の説明において、第1スイッチング素子S1U、S1V、S1Wおよび第2スイッチング素子S2U、S2V、S2Wは、MOSFET(metal-oxide semiconductor field-effect transistor)であるものとして説明する。第1スイッチング素子S1U、S1V、S1Wおよび第2スイッチング素子S2U、S2V、S2Wは、例えばIEGT(injection Enhanced Gate transistor)の自己消弧型のスイッチング素子と、IEGTに逆並列接続された還流ダイオードとを備えていてもよい。自己消弧型のスイッチング素子は、例えば、GTO(gate turn-off thyristor)、GCT(gate communicated turn-off thyristor)又はIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等、素子のオン(導通状態)とオフ(非導通状態)とを電気的に制御可能なスイッチング素子を採用することが可能である。例えば、第1スイッチング素子S1U、S1V、S1Wおよび第2スイッチング素子S2U、S2V、S2WとしてIGBTを採用する場合には、以下の説明におけるドレインはコレクタであり、ソースはエミッタであるものとして読み替えることができる。 In the following description, it is assumed that the first switching elements S1U, S1V, S1W and the second switching elements S2U, S2V, S2W are MOSFETs (metal-oxide semiconductor field-effect transistors). The first switching elements S1U, S1V, S1W and the second switching elements S2U, S2V, S2W include, for example, a self arc-extinguishing switching element such as an IEGT (injection enhanced gate transistor) and a free wheel diode connected in anti-parallel to the IEGT. may be provided. A self-arc-extinguishing switching element, such as a GTO (gate turn-off thyristor), a GCT (gate communicated turn-off thyristor), or an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), can be turned on (conducting state) or off (non-conducting state). It is possible to adopt a switching element that can electrically control the conduction state). For example, when IGBTs are employed as the first switching elements S1U, S1V, S1W and the second switching elements S2U, S2V, S2W, the drain in the following description can be read as the collector and the source as the emitter. can.

第1スイッチング素子S1U、S1V、S1Wは、直流正端子PTとドレインにて電気的に接続する。第2スイッチング素子S2U、S2V、S2Wは、第1スイッチング素子S1U、S1V、S1Wのソースとドレインにて電気的に接続し、第1コンデンサCAと第2コンデンサCBとの間に電気的に接続した中性点とソースにて電気的に接続する。第1出力端子O1U、O1V、O1Wは、第1スイッチング素子S1U、S1V、S1Wと第2スイッチング素子S2U、S2V、S2Wとの間に設けられる。 The first switching elements S1U, S1V, and S1W are electrically connected to the DC positive terminal PT at drains. The second switching elements S2U, S2V, S2W are electrically connected at the source and drain of the first switching elements S1U, S1V, S1W, and electrically connected between the first capacitor CA and the second capacitor CB. Make an electrical connection at the neutral point and the source. The first output terminals O1U, O1V, O1W are provided between the first switching elements S1U, S1V, S1W and the second switching elements S2U, S2V, S2W.

第2スイッチングレグL2U、L2V、L2Wのそれぞれは、第3スイッチング素子S3U、S3V、S3Wと、第4スイッチング素子S4U、S4V、S4Wと、第2出力端子O2U、O2V、O2Wと、を備えている。 Each of the second switching legs L2U, L2V, L2W comprises a third switching element S3U, S3V, S3W, a fourth switching element S4U, S4V, S4W, and a second output terminal O2U, O2V, O2W. .

なお、以下の説明において、第3スイッチング素子S3U、S3V、S3Wおよび第4スイッチング素子S4U、S4V、S4Wは、MOSFET(metal-oxide semiconductor field-effect transistor)であるものとして説明する。第3スイッチング素子S3U、S3V、S3Wおよび第4スイッチング素子S4U、S4V、S4Wは、例えばIEGT(injection Enhanced Gate transistor)の自己消弧型のスイッチング素子と、IEGTに逆並列接続された還流ダイオードとを備えていてもよい。自己消弧型のスイッチング素子は、例えば、GTO(gate turn-off thyristor)、GCT(gate communicated turn-off thyristor)又はIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等、素子のオン(導通状態)とオフ(非導通状態)とを電気的に制御可能なスイッチング素子を採用することが可能である。例えば、第3スイッチング素子S3U、S3V、S3Wおよび第4スイッチング素子S4U、S4V、S4WとしてIGBTを採用する場合には、以下の説明におけるドレインはコレクタであり、ソースはエミッタであるものとして読み替えることができる。 In the following description, it is assumed that the third switching elements S3U, S3V, S3W and the fourth switching elements S4U, S4V, S4W are MOSFETs (metal-oxide semiconductor field-effect transistors). The third switching elements S3U, S3V, S3W and the fourth switching elements S4U, S4V, S4W include, for example, a self arc-extinguishing switching element such as an IEGT (injection enhanced gate transistor) and a free wheel diode connected in anti-parallel to the IEGT. may be provided. A self-arc-extinguishing switching element, such as a GTO (gate turn-off thyristor), a GCT (gate communicated turn-off thyristor), or an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), can be turned on (conducting state) or off (non-conducting state). It is possible to adopt a switching element that can electrically control the conduction state). For example, when IGBTs are employed as the third switching elements S3U, S3V, S3W and the fourth switching elements S4U, S4V, S4W, the drain in the following description can be read as the collector and the source as the emitter. can.

第3スイッチング素子S3U、S3V、S3Wは、中性点とドレインにて電気的に接続する。第4スイッチング素子S4U、S4V、S4Wは、第3スイッチング素子S3U、S3V、S3Wのソースとドレインにて電気的に接続し、直流負端子MTとソースにて電気的に接続する。第2出力端子O2U、O2V、O2Wは、第3スイッチング素子S3U、S3V、S3Wと第4スイッチング素子S4U、S4V、S4Wとの間に設けられる。 The third switching elements S3U, S3V, and S3W are electrically connected to the neutral point and the drain. The fourth switching elements S4U, S4V, S4W are electrically connected to the sources and drains of the third switching elements S3U, S3V, S3W, and electrically connected to the DC negative terminal MT at the sources. The second output terminals O2U, O2V, O2W are provided between the third switching elements S3U, S3V, S3W and the fourth switching elements S4U, S4V, S4W.

第1スイッチング素子S1U、S1V、S1Wと、第2スイッチング素子S2U、S2V、S2Wとは、直流正端子PTと中性点電位との間において、直列に接続されている。すなわち、第1スイッチング素子S1U、S1V、S1Wと、第2スイッチング素子S2U、S2V、S2Wとは第1コンデンサCAと並列に接続されている。 The first switching elements S1U, S1V, S1W and the second switching elements S2U, S2V, S2W are connected in series between the DC positive terminal PT and the neutral point potential. That is, the first switching elements S1U, S1V, S1W and the second switching elements S2U, S2V, S2W are connected in parallel with the first capacitor CA.

第3スイッチング素子S3U、S3V、S3Wと、第4スイッチング素子S4U、S4V、S4Wとは、直流負端子MTと中性点電位との間において、直列に接続されている。すなわち、第3スイッチング素子S3U、S3V、S3Wと、第4スイッチング素子S4U、S4V、S4Wとは第2コンデンサCBと並列に接続されている。 The third switching elements S3U, S3V, S3W and the fourth switching elements S4U, S4V, S4W are connected in series between the DC negative terminal MT and the neutral point potential. That is, the third switching elements S3U, S3V, S3W and the fourth switching elements S4U, S4V, S4W are connected in parallel with the second capacitor CB.

第1スイッチング素子S1U、S1V、S1Wと、第2スイッチング素子S2U、S2V、S2Wと、第3スイッチング素子S3U、S3V、S3Wと、第4スイッチング素子S4U、S4V、S4Wとは、例えば、GTO(gate turn-off thyristor)、GCT(gate communicated turn-off thyristor)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)又はMOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)等、素子のオン(導通状態)とオフ(非導通状態)とを電気的に制御可能なスイッチング素子等の自己消弧型素子である。 The first switching elements S1U, S1V, S1W, the second switching elements S2U, S2V, S2W, the third switching elements S3U, S3V, S3W, and the fourth switching elements S4U, S4V, S4W are, for example, GTO (gate turn-off thyristor), GCT (gate communicated turn-off thyristor), IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or MOSFET (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor), etc. A self arc-extinguishing element such as a switching element that can electrically control the state).

正側アーム30U、30V、30Wと負側アーム30X、30Y、30Zとのそれぞれは、直列に接続された複数の単位変換器と、バランス回路と、を備えている。本実施形態では、正側アーム30U、30V、30Wと負側アーム30X、30Y、30Zとの構成を、上述の第1および第2実施形態の電力変換装置20におけるアーム30の構成とすることにより構成される。なお、上述の第1実施形態および第2実施形態では、アーム30は、直流端子PT、MTと交流端子UT、VT、WTとの間に接続されていたが、本実施形態ではアーム30は、出力端子O1U、O1V、O1W、O2U、O2V、O2Wと交流端子TU、TV、TWとの間に接続される。 Each of the positive side arms 30U, 30V, 30W and the negative side arms 30X, 30Y, 30Z includes a plurality of unit converters connected in series and a balance circuit. In this embodiment, the configuration of the positive side arms 30U, 30V, 30W and the negative side arms 30X, 30Y, 30Z is the configuration of the arms 30 in the power conversion device 20 of the above-described first and second embodiments. Configured. In the first and second embodiments described above, the arm 30 is connected between the DC terminals PT, MT and the AC terminals UT, VT, WT. They are connected between the output terminals O1U, O1V, O1W, O2U, O2V, O2W and the AC terminals TU, TV, TW.

例えば、正側アーム30U、30V、30Wは、交流電源10と接続される交流端子TU、TV、TWと第1出力端子O1U、O1V、O1Wとの間に直列に接続した複数の単位変換器31-33と、バランス回路B12、B23と、を含む。負側アーム30X、30Y、30Zは、交流端子TU、TV、TWと第2出力端子O2U、O2V、O2Wとの間に直列に接続した複数の単位変換器31-33と、バランス回路B12、B23と、を含む。 For example, the positive arms 30U, 30V, 30W are connected in series between the AC terminals TU, TV, TW connected to the AC power supply 10 and the first output terminals O1U, O1V, O1W. -33, and balance circuits B12, B23. The negative arms 30X, 30Y, 30Z include a plurality of unit converters 31-33 connected in series between the AC terminals TU, TV, TW and the second output terminals O2U, O2V, O2W, and balance circuits B12, B23. and including.

なお、図10に示す電力変換装置20の例では、正側アーム30U、30V、30Wと負側アーム30X、30Y、30Zとは、バッファリアクトルLU、LV、LW、LX、LY、LZを介して交流端子UT、VT、WTと電気的に接続しているが、例えば、結合リアクトルや変圧器を介して接続してもよく、直接接続してもよい。 In the example of the power converter 20 shown in FIG. 10, the positive arms 30U, 30V, 30W and the negative arms 30X, 30Y, 30Z are connected via buffer reactors LU, LV, LW, LX, LY, LZ. Although they are electrically connected to the AC terminals UT, VT, and WT, they may be connected via, for example, a coupling reactor or a transformer, or they may be directly connected.

計器用変圧器22は、交流負荷10と電力変換装置20との間を接続する交流ラインの交流電圧を制御回路CTRで利用可能な電圧に変換して、制御回路CTRへ出力する。 The potential transformer 22 converts the AC voltage of the AC line connecting between the AC load 10 and the power converter 20 into a voltage that can be used by the control circuit CTR, and outputs the voltage to the control circuit CTR.

制御回路CTRは、外部から供給される指令値にしたがって、電力変換装置20の出力電力が所定の値となるように、第1スイッチング素子S1U、S1V、S1Wと、第2スイッチング素子S2U、S2V、S2Wと、第3スイッチング素子S3U、S3V、S3Wと、第4スイッチング素子S4U、S4V、S4Wと、正側アーム30U、30V、30Wと、負側アーム30X、30Y、30Zと、の動作を制御する。 The control circuit CTR controls the first switching elements S1U, S1V, S1W, the second switching elements S2U, S2V, Controls the operations of S2W, the third switching elements S3U, S3V, S3W, the fourth switching elements S4U, S4V, S4W, the positive side arms 30U, 30V, 30W, and the negative side arms 30X, 30Y, 30Z. .

制御回路CTRは、例えば、CPU(central processing unit)やMPU(micro processing unit)などのプロセッサを少なくとも1つと、プロセッサにより実行されるプログラムが記録されるメモリと、を備え、ソフトウエアにより動作するように構成されてもよい。 The control circuit CTR includes, for example, at least one processor such as a CPU (central processing unit) or MPU (micro processing unit), and a memory in which a program executed by the processor is recorded, and is operated by software. may be configured to

図11は、第3実施形態の電力変換装置の制御回路の一構成例を概略的に示すブロック図である。
ここでは、説明のために、1つの相(例えばU相)の正側アームと負側アームとのゲート信号およびスイッチング素子S1~S4のゲート信号を生成するブロックのみを示している。
FIG. 11 is a block diagram schematically showing one configuration example of the control circuit of the power converter of the third embodiment.
Here, for the sake of explanation, only blocks that generate gate signals for the positive and negative arms of one phase (eg, U phase) and gate signals for the switching elements S1 to S4 are shown.

制御回路CTRは、コンデンサ電圧平均値制御部41と、コンデンサ電圧バランス制御部42と、電流制御部43と、コンパレータCOMと、乗算器M1と、加算器AD1、AD2と、切替器SP、SNと、PWM処理部46U、46Xと、を備えている。また、制御回路CTRは、第1コンデンサC1および第2コンデンサC2の電圧を検出する検出器を備えていてもよい。また、制御回路CTRは、外部の検出器にて検出された第1コンデンサC1、第2コンデンサC2の電圧値(又は電圧相当値)を取得するよう構成されてもよい。 The control circuit CTR includes a capacitor voltage average value control section 41, a capacitor voltage balance control section 42, a current control section 43, a comparator COM, a multiplier M1, adders AD1 and AD2, and switches SP and SN. , PWM processing units 46U and 46X. The control circuit CTR may also include a detector that detects the voltages of the first capacitor C1 and the second capacitor C2. Also, the control circuit CTR may be configured to acquire the voltage values (or voltage equivalent values) of the first capacitor C1 and the second capacitor C2 detected by an external detector.

コンデンサ電圧平均値制御部41は、例えば、セルコンデンサ電圧指令値と、セルコンデンサ電圧平均値との差がゼロとなるように制御する比例制御回路又は比例積分制御回路である。 The capacitor voltage average value control unit 41 is, for example, a proportional control circuit or a proportional integral control circuit that performs control so that the difference between the cell capacitor voltage command value and the cell capacitor voltage average value becomes zero.

コンデンサ電圧バランス制御部42は、すべてのセルコンデンサCAの電圧Vcを一致させる、つまりバランスさせる操作量を出力する。コンデンサ電圧バランス制御部42は、例えば、アーム30から供給されたコンデンサ電圧のそれぞれと、コンデンサ電圧平均値との差がゼロとなるように制御量を出力する比例制御回路又は比例積分制御回路である。また、コンデンサ電圧バランス制御部42は、例えば、正側アーム30Uの1つのコンデンサと、負側アーム30Xの1つのコンデンサとの差をゼロとする制御量を出力する比例制御回路又は比例積分制御回路であってもよい。 The capacitor voltage balance control unit 42 outputs an operation amount for matching, that is, balancing the voltages Vc of all the cell capacitors CA. The capacitor voltage balance control unit 42 is, for example, a proportional control circuit or a proportional integral control circuit that outputs a control amount so that the difference between each of the capacitor voltages supplied from the arm 30 and the capacitor voltage average value becomes zero. . Also, the capacitor voltage balance control unit 42 is, for example, a proportional control circuit or a proportional integral control circuit that outputs a control amount that makes the difference between one capacitor of the positive side arm 30U and one capacitor of the negative side arm 30X zero. may be

電流制御部43は、例えば、系統電圧値と、無効電力指令値と、有効電力指令値とを外部から受信し、コンデンサ電圧平均値制御部41から出力された制御量を受信し、これらの値に基づいて、無効電力指令値と有効電力指令値とを実現する制御量(電圧指令値)を演算して出力する。 The current control unit 43 receives, for example, the system voltage value, the reactive power command value, and the active power command value from the outside, receives the control amount output from the capacitor voltage average value control unit 41, and controls these values Based on, the control amount (voltage command value) that realizes the reactive power command value and the active power command value is calculated and output.

電流制御部43の出力値は、コンパレータCOMと、乗算器M1と、切替器SNの一方の入力端と、加算器AD2とに入力される。 The output value of the current control unit 43 is input to the comparator COM, the multiplier M1, one input terminal of the switch SN, and the adder AD2.

コンパレータCOMは、電流制御部43から出力された制御量と基準電位とを比較して、第1スイッチング素子S1U、S1V、S1Wと、第2スイッチング素子S2U、S2V、S2Wと、第3スイッチング素子S3U、S3V、S3Wと、第4スイッチング素子S4U、S4V、S4Wとのゲート信号を出力する。 The comparator COM compares the control amount output from the current control unit 43 with the reference potential, and selects the first switching elements S1U, S1V, S1W, the second switching elements S2U, S2V, S2W, and the third switching element S3U. , S3V, S3W and the fourth switching elements S4U, S4V, S4W.

すなわち、コンパレータCOMは、電流制御部43から出力された制御量が正である(基準電圧より大きい)ときに第1スイッチング素子S1U、S1V、S1Wおよび第3スイッチング素子S3U、S3V、S3Wをオンし、電流制御部43から出力された制御量が負である(基準電圧より小さい)ときに第1スイッチング素子S1U、S1V、S1Wおよび第3スイッチング素子S3U、S3V、S3Wをオフするゲート信号を出力する。 That is, the comparator COM turns on the first switching elements S1U, S1V, S1W and the third switching elements S3U, S3V, S3W when the control amount output from the current control unit 43 is positive (larger than the reference voltage). , to output gate signals for turning off the first switching elements S1U, S1V, S1W and the third switching elements S3U, S3V, S3W when the control amount output from the current control unit 43 is negative (smaller than the reference voltage). .

また、コンパレータCOMは、電流制御部43から出力された制御量が負である(基準電圧より小さい)ときに第2スイッチング素子S2U、S2V、S2Wおよび第4スイッチング素子S4U、S4V、S4Wをオンし、電流制御部43から出力された制御量が正である(基準電圧より大きい)ときに第2スイッチング素子S2U、S2V、S2Wおよび第4スイッチング素子S4U、S4V、S4Wをオフするゲート信号を出力する。 Further, the comparator COM turns on the second switching elements S2U, S2V, S2W and the fourth switching elements S4U, S4V, S4W when the control amount output from the current control unit 43 is negative (smaller than the reference voltage). , output gate signals for turning off the second switching elements S2U, S2V, S2W and the fourth switching elements S4U, S4V, S4W when the control amount output from the current control unit 43 is positive (larger than the reference voltage). .

乗算器M1は、電流制御部43から入力された制御量に-1を乗じた値を、加算器AD1および切替器SPの一方の入力端へ出力する。
加算器AD1は、乗算器M1から入力された値とコンデンサ電圧バランス制御部42から入力された値とを加算して切替器SPの他方の入力端へ出力する。
加算器AD2は、電流制御部43から入力された値と、コンデンサ電圧バランス制御部42から入力された値とを加算して、切替器SNの他方の入力端へ出力する。
Multiplier M1 multiplies the control amount input from current control unit 43 by -1 and outputs the result to one input terminal of adder AD1 and switch SP.
The adder AD1 adds the value input from the multiplier M1 and the value input from the capacitor voltage balance control section 42, and outputs the result to the other input terminal of the switch SP.
The adder AD2 adds the value input from the current control section 43 and the value input from the capacitor voltage balance control section 42, and outputs the result to the other input terminal of the switch SN.

切替器SP、SNは、コンパレータCOMの出力値が切り替わるタイミングと同期して、出力値が切り替わるように構成されている。 The switches SP and SN are configured to switch their output values in synchronization with the timing at which the output value of the comparator COM switches.

例えば、切替器SPは、電流制御部43から出力された制御量が正である(基準電圧より大きい)とき、出力値(正側アームの電圧指令値)が、加算器AD1の出力値となり、電流制御部43から出力された制御量が負である(基準電圧より小さい)とき、出力値(正側アームの電圧指令値)が、乗算器M1の出力値となるように切り替わる。 For example, when the control amount output from the current control unit 43 is positive (larger than the reference voltage), the output value (voltage command value of the positive side arm) of the switch SP becomes the output value of the adder AD1. When the control amount output from the current control unit 43 is negative (smaller than the reference voltage), the output value (voltage command value for the positive side arm) is switched to the output value of the multiplier M1.

また、切替器SNは、電流制御部43から出力された制御量が正である(基準電圧より大きい)とき、出力値(負側アームの電圧指令値)が、電流制御部43の出力値となり、電流制御部43から出力された制御量が負である(基準電圧より小さい)とき、出力値(負側アームの電圧指令値)が、加算器AD2の出力値となるように切り替わる。 In addition, when the control amount output from the current control unit 43 is positive (larger than the reference voltage), the output value (voltage command value of the negative side arm) of the switch SN becomes the output value of the current control unit 43. , when the control amount output from the current control unit 43 is negative (smaller than the reference voltage), the output value (voltage command value for the negative arm) is switched to the output value of the adder AD2.

PWM処理部46Uは、切替器SPから入力された値を電圧指令値として、電圧指令値とキャリア波とを比較して、U相正側アーム30Uの単位変換器31-33のスイッチング素子のゲート信号を生成し、出力する。 The PWM processing unit 46U uses the value input from the switch SP as a voltage command value, compares the voltage command value with the carrier wave, and determines the gate of the switching element of the unit converters 31 to 33 of the U-phase positive arm 30U. Generate and output a signal.

PWM処理部46Xは、切替器SNから入力された値を電圧指令値として、電圧指令値とキャリア波とを比較して、負側アーム30Xの単位変換器31-33のスイッチング素子のゲート信号を生成し、出力する。 The PWM processing unit 46X uses the value input from the switch SN as a voltage command value, compares the voltage command value with the carrier wave, and outputs the gate signal of the switching element of the unit converters 31 to 33 of the negative arm 30X. Generate and output.

なお、PWM処理部46U、46Xのぞれぞれは、複数の単位変換器31-33のそれぞれに対応するキャリア波を用いて、単位変換器31-33のそれぞれに対応するゲート信号を生成することができる。 Each of the PWM processing units 46U and 46X generates a gate signal corresponding to each of the unit converters 31-33 using a carrier wave corresponding to each of the plurality of unit converters 31-33. be able to.

上記本実施形態の電力変換装置20において、上述の第1実施形態および第2実施形態と同様に、各アーム30がバランス回路B12、B23を備え、各アーム30においてバランス回路B12、B23のバランススイッチング素子を単位変換器のスイッチング素子と同期して動作させることにより、アーム30にて単位変換器のコンデンサの容量を均等化させることが可能である。この構成により、電力変換装置20に含まれる単位変換器のコンデンサの電圧をすべて検出し、個々の電圧を制御する必要がなくなり、単位変換器ごとにコンデンサの電圧を検出する検出器が不要となるとともに、制御回路CTRでの演算量を軽減することができる。
すなわち、本実施形態によれば、低コストで高調波の少ない小型な多直列単位変換器クラスタおよび電力変換装置を提供することができる。
In the power conversion device 20 of the present embodiment, each arm 30 includes balance circuits B12 and B23 in the same manner as in the above-described first and second embodiments, and balance switching of the balance circuits B12 and B23 is performed in each arm 30. By synchronizing the operation of the elements with the switching elements of the unit converters, it is possible to equalize the capacities of the unit converter capacitors in arm 30 . This configuration eliminates the need to detect all the voltages of the capacitors of the unit converters included in the power converter 20 and control the individual voltages, and eliminates the need for detectors for detecting the voltages of the capacitors for each unit converter. At the same time, the amount of calculation in the control circuit CTR can be reduced.
That is, according to the present embodiment, it is possible to provide a compact multi-serial unit converter cluster and a power converter that are low in cost and have few harmonics.

次に、第4実施形態の無効電力補償装置について図面を参照して詳細に説明する。
図12は、第4実施形態の無効電力補償装置の一構成例を概略的に示す図である。
本実施形態の無効電力補償装置22は、交流端子UT、VT、WTと、U相アーム50Uと、V相アーム50Vと、W相アーム50Wと、制御回路CTRと、バッファリアクトルLU、LV、LWと、を備えている。
Next, the reactive power compensator of the fourth embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 12 is a diagram schematically showing one configuration example of a reactive power compensator according to the fourth embodiment.
The reactive power compensator 22 of the present embodiment includes AC terminals UT, VT, WT, a U-phase arm 50U, a V-phase arm 50V, a W-phase arm 50W, a control circuit CTR, and buffer reactors LU, LV, LW. and have.

U相アーム50Uは、一端がバッファリアクトルLUを介して交流端子UTと電気的に接続している。V相アーム50Vは、一端がバッファリアクトルLVを介して交流端子VTと電気的に接続している。W相アーム50Wは、一端がバッファリアクトルLWを介して交流端子WTと電気的に接続している。U相アーム50U、V相アーム50V、および、W相アーム50Wの他端は互いに電気的に接続されている。 One end of U-phase arm 50U is electrically connected to AC terminal UT via buffer reactor LU. One end of the V-phase arm 50V is electrically connected to the AC terminal VT via a buffer reactor LV. One end of the W-phase arm 50W is electrically connected to the AC terminal WT via the buffer reactor LW. The other ends of U-phase arm 50U, V-phase arm 50V, and W-phase arm 50W are electrically connected to each other.

U相アーム50U、V相アーム50V、および、W相アーム50Wは、それぞれ、単位変換器51-53と、バランス回路B12、B23と、を備えている。 U-phase arm 50U, V-phase arm 50V, and W-phase arm 50W each include unit converters 51-53 and balance circuits B12 and B23.

図13は、図12に示す無効電力補償装置の各相アームの一構成例を概略的に示す図である。
ここでは、U相アーム50UとV相アーム50VとW相アーム50Wとの共通の構成をアーム50として説明する。アーム50は、単位変換器51-53と、バランス回路B12、B23と、を備えている。
Nが正の整数であるとき、第N単位変換器は、第1スイッチング素子のドレインにドレインが接続した第3スイッチング素子と、第3スイッチング素子のソースにドレインが接続し第2スイッチング素子のソースにソースが接続した第4スイッチング素子と、を更に備えている。
図13では、N≦3であるときの単位変換器クラスタの構成の一例を示し、例えば、単位変換器53が第1単位変換器、単位変換器52が第2単位変換器、単位変換器51が第3単位変換器に相当する。
13 is a diagram schematically showing a configuration example of each phase arm of the reactive power compensator shown in FIG. 12. FIG.
Here, the common configuration of the U-phase arm 50U, the V-phase arm 50V, and the W-phase arm 50W will be described as an arm 50. FIG. Arm 50 includes unit converters 51-53 and balance circuits B12 and B23.
When N is a positive integer, the Nth unit converter includes 3N switching elements whose drains are connected to the drains of the 1N switching elements and 2N switching elements whose drains are connected to the sources of the 3N switching elements . and a 4N switching element having a source connected to the source of the switching element.
FIG. 13 shows an example of the configuration of the unit converter cluster when N≦3. For example, the unit converter 53 is the first unit converter, the unit converter 52 is the second unit converter, and the unit converter 51 corresponds to the third unit converter.

単位変換器51は、スイッチング素子(第1スイッチング素子)Q11pと、スイッチング素子(第2スイッチング素子)Q11nと、スイッチング素子(第3スイッチング素子)Q12pと、スイッチング素子(第4スイッチング素子)Q12nと、コンデンサC1と、電圧検出器SVと、絶縁回路(第1絶縁回路)511と、電源回路531と、駆動回路(第1駆動回路)DV1pと、駆動回路(第2駆動回路)DV1nと、を備えている。 The unit converter 51 includes a switching element (first switching element) Q11p, a switching element (second switching element) Q11n, a switching element (third switching element) Q12p, a switching element (fourth switching element) Q12n, A capacitor C1, a voltage detector SV, an isolation circuit (first isolation circuit) 511, a power supply circuit 531, a drive circuit (first drive circuit) DV1p, and a drive circuit (second drive circuit) DV1n. ing.

スイッチング素子Q11p、Q11n、Q12p、Q12nは、例えばMOSFET(metal-oxide semiconductor field-effect transistor)等の自己消弧型のスイッチング素子を備えている。自己消弧型のスイッチング素子は、例えば、IEGT(injection Enhanced Gate transistor)、GTO(gate turn-off thyristor)、GTO(gate turn-off thyristor)、GCT(gate communicated turn-off thyristor)、又はIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等、素子のオン(導通状態)とオフ(非導通状態)とを電気的に制御可能なスイッチング素子を採用することが可能である。スイッチング素子Q11p、Q11n、Q12p、Q12nは、必要に応じて、スイッチング素子に逆並列接続された還流ダイオードを備えてもよい。
なお、スイッチング素子Q11p、Q11n、Q12p、Q12nとして、IGBTやIEGTを採用する場合には、スイッチング素子Q11p、Q11n、Q12p、Q12nのソースをエミッタと読み替え、スイッチング素子Q11p、Q11n、Q12p、Q12nのドレインをコレクタとして読み替える。
The switching elements Q11p, Q11n, Q12p, and Q12n are provided with self-arc-extinguishing switching elements such as MOSFETs (metal-oxide semiconductor field-effect transistors). Self arc-extinguishing switching elements are, for example, IEGT (injection enhanced gate transistor), GTO (gate turn-off thyristor), GTO (gate turn-off thyristor), GCT (gate communicated turn-off thyristor), or IGBT ( Insulated Gate Bipolar Transistor), etc., can be employed that can electrically control ON (conducting state) and OFF (non-conducting state) of the element. The switching elements Q11p, Q11n, Q12p, and Q12n may include freewheeling diodes connected in anti-parallel to the switching elements, if necessary.
When IGBTs or IEGTs are used as the switching elements Q11p, Q11n, Q12p, and Q12n, the sources of the switching elements Q11p, Q11n, Q12p, and Q12n are replaced with the emitters, and the drains of the switching elements Q11p, Q11n, Q12p, and Q12n are replaced with emitters. is read as a collector.

スイッチング素子Q11pとスイッチング素子Q11nとは直列に接続し、スイッチング素子Q11pとスイッチング素子Q11nとの間において交流端子UT、VT、WTのいずれかと電気的に接続されている。 The switching element Q11p and the switching element Q11n are connected in series, and are electrically connected to one of AC terminals UT, VT, and WT between the switching element Q11p and the switching element Q11n.

スイッチング素子Q12pとスイッチング素子Q12nとは直列に接続し、スイッチング素子Q12pとスイッチング素子Q12nとの間において単位変換器52と電気的に接続されている。 Switching element Q12p and switching element Q12n are connected in series, and are electrically connected to unit converter 52 between switching element Q12p and switching element Q12n.

コンデンサC1の一端は、スイッチング素子Q11pのドレインおよびスイッチング素子Q12pのドレインと電気的に接続し、コンデンサC1の他端はスイッチング素子Q11nのソースおよびスイッチング素子Q12nのソースと電気的に接続している。なお、スイッチング素子Q11pのソースはスイッチング素子Q11nのドレインと電気的に接続し、スイッチング素子Q12pのソースはスイッチング素子Q12nのドレインと電気的に接続している。 One end of capacitor C1 is electrically connected to the drain of switching element Q11p and the drain of switching element Q12p, and the other end of capacitor C1 is electrically connected to the source of switching element Q11n and the source of switching element Q12n. The source of switching element Q11p is electrically connected to the drain of switching element Q11n, and the source of switching element Q12p is electrically connected to the drain of switching element Q12n.

電圧検出器SVは、コンデンサC1の電圧を検出し、検出した電圧の値(若しくは電圧に相当する値)を制御回路CTRへ出力する。
電源回路531は、コンデンサC1の電圧を用いて電源を生成する。電源回路531は、絶縁回路511および駆動回路DV1nへ電源を供給している。
The voltage detector SV detects the voltage of the capacitor C1 and outputs the detected voltage value (or the value corresponding to the voltage) to the control circuit CTR.
The power supply circuit 531 generates power using the voltage of the capacitor C1. The power supply circuit 531 supplies power to the isolation circuit 511 and the drive circuit DV1n.

絶縁回路511は、電源回路531と駆動回路DV1pとを絶縁している。電源回路531と駆動回路DV1pとは異なる基準電位にて動作する。絶縁回路531は、たとえば、ブートストラップ回路である。
駆動回路DV1pは、絶縁回路511を介して電源電圧が供給されることにより動作し、制御回路CTRから供給されるゲート信号に基づいて、スイッチング素子Q11p、Q12pを駆動する。
駆動回路DV1nは、電源回路531から電源電圧が供給されることにより動作し、制御回路CTRから供給されるゲート信号に基づいて、スイッチング素子Q11n、Q12nを駆動する。
The isolation circuit 511 isolates the power supply circuit 531 and the drive circuit DV1p. The power supply circuit 531 and the drive circuit DV1p operate at different reference potentials. Isolation circuit 531 is, for example, a bootstrap circuit.
The drive circuit DV1p operates by being supplied with the power supply voltage through the isolation circuit 511, and drives the switching elements Q11p and Q12p based on the gate signal supplied from the control circuit CTR.
The drive circuit DV1n operates by being supplied with a power supply voltage from the power supply circuit 531, and drives the switching elements Q11n and Q12n based on the gate signal supplied from the control circuit CTR.

単位変換器52、53は、電圧検出器SVを備えない点以外は単位変換器51と同様の構成である。
単位変換器52は、スイッチング素子(第1スイッチング素子)Q21pと、スイッチング素子(第2スイッチング素子)Q21nと、スイッチング素子(第3スイッチング素子)Q22pと、スイッチング素子(第4スイッチング素子)Q22nと、コンデンサC2と、絶縁回路(第1絶縁回路)512と、電源回路532と、駆動回路(第1駆動回路)DV2pと、駆動回路(第2駆動回路)DV2nと、を備えている。
The unit converters 52 and 53 have the same configuration as the unit converter 51 except that they do not have the voltage detector SV.
The unit converter 52 includes a switching element (first switching element) Q21p, a switching element (second switching element) Q21n, a switching element (third switching element) Q22p, a switching element (fourth switching element) Q22n, It includes a capacitor C2, an isolation circuit (first isolation circuit) 512, a power supply circuit 532, a drive circuit (first drive circuit) DV2p, and a drive circuit (second drive circuit) DV2n.

スイッチング素子Q21pとスイッチング素子Q21nとは直列に接続し、単位変換器(第1単位変換器)52のスイッチング素子Q21pとスイッチング素子Q21nとの間において、単位変換器(第2単位変換器)51のスイッチング素子Q12pとスイッチング素子Q12nとの間に電気的に接続されている。 The switching element Q21p and the switching element Q21n are connected in series, and between the switching element Q21p and the switching element Q21n of the unit converter (first unit converter) 52, the It is electrically connected between switching element Q12p and switching element Q12n.

スイッチング素子Q22pとスイッチング素子Q22nとは直列に接続し、単位変換器(第2単位変換器)52のスイッチング素子Q22pとスイッチング素子Q22nとの間において単位変換器(第1単位変換器)53のスイッチング素子Q31pとスイッチング素子Q31nとの間にと電気的に接続されている。 The switching element Q22p and the switching element Q22n are connected in series, and switching of the unit converter (first unit converter) 53 is performed between the switching element Q22p and the switching element Q22n of the unit converter (second unit converter) 52. It is electrically connected between the element Q31p and the switching element Q31n.

コンデンサC2の一端は、スイッチング素子Q21pのドレインおよびスイッチング素子Q22pのドレインと電気的に接続し、コンデンサC2の他端はスイッチング素子Q21nのソースおよびスイッチング素子Q22nのソースと電気的に接続している。なお、スイッチング素子Q21pのソースはスイッチング素子Q21nのドレインと電気的に接続し、スイッチング素子Q22pのソースはスイッチング素子Q22nのドレインと電気的に接続している。 One end of capacitor C2 is electrically connected to the drain of switching element Q21p and the drain of switching element Q22p, and the other end of capacitor C2 is electrically connected to the source of switching element Q21n and the source of switching element Q22n. The source of switching element Q21p is electrically connected to the drain of switching element Q21n, and the source of switching element Q22p is electrically connected to the drain of switching element Q22n.

電源回路532は、コンデンサC2の電圧を用いて電源を生成する。電源回路532は、絶縁回路512および駆動回路DV2nへ電源を供給している。
絶縁回路512は、電源回路532と駆動回路DV2pとを絶縁している。電源回路532と駆動回路DV2pとは異なる基準電位にて動作する。絶縁回路512は、たとえば、ブートストラップ回路である。
The power supply circuit 532 generates power using the voltage of the capacitor C2. The power supply circuit 532 supplies power to the isolation circuit 512 and the drive circuit DV2n.
The isolation circuit 512 isolates the power supply circuit 532 and the drive circuit DV2p. The power supply circuit 532 and the drive circuit DV2p operate at different reference potentials. Isolation circuit 512 is, for example, a bootstrap circuit.

駆動回路DV2pは、絶縁回路512を介して電源電圧が供給されることにより動作し、制御回路CTRから供給されるゲート信号に基づいて、スイッチング素子Q21p、Q22pを駆動する。
駆動回路DV2nは、電源回路532から電源電圧が供給されることにより動作し、制御回路CTRから供給されるゲート信号に基づいて、スイッチング素子Q21n、Q22nを駆動する。
The drive circuit DV2p operates by being supplied with the power supply voltage through the isolation circuit 512, and drives the switching elements Q21p and Q22p based on the gate signal supplied from the control circuit CTR.
The drive circuit DV2n operates by being supplied with a power supply voltage from the power supply circuit 532, and drives the switching elements Q21n and Q22n based on the gate signal supplied from the control circuit CTR.

単位変換器53は、スイッチング素子(第1スイッチング素子)Q31pと、スイッチング素子(第2スイッチング素子)Q31nと、スイッチング素子(第3スイッチング素子)Q32pと、スイッチング素子(第4スイッチング素子)Q32nと、コンデンサC3と、絶縁回路(第1絶縁回路)513と、電源回路533と、駆動回路(第1駆動回路)DV3pと、駆動回路(第2駆動回路)DV3nと、を備えている。 The unit converter 53 includes a switching element (first switching element) Q31p, a switching element (second switching element) Q31n, a switching element (third switching element) Q32p, a switching element (fourth switching element) Q32n, It includes a capacitor C3, an isolation circuit (first isolation circuit) 513, a power supply circuit 533, a drive circuit (first drive circuit) DV3p, and a drive circuit (second drive circuit) DV3n.

スイッチング素子Q31pとスイッチング素子Q31nとは直列に接続し、スイッチング素子Q31pとスイッチング素子Q31nとの間において、単位変換器52のスイッチング素子Q22pとスイッチング素子Q22nとの間に電気的に接続されている。 Switching element Q31p and switching element Q31n are connected in series, and are electrically connected between switching element Q22p and switching element Q22n of unit converter 52 between switching element Q31p and switching element Q31n.

スイッチング素子Q32pとスイッチング素子Q32nとは直列に接続し、スイッチング素子Q32pとスイッチング素子Q32nとの間において、他のアームの単位変換器53と電気的に接続されている。 The switching element Q32p and the switching element Q32n are connected in series, and are electrically connected to the unit converter 53 of the other arm between the switching element Q32p and the switching element Q32n.

コンデンサC3の一端は、スイッチング素子Q31pのドレインおよびスイッチング素子Q32pのドレインと電気的に接続し、コンデンサC3の他端はスイッチング素子Q31nのソースおよびスイッチング素子Q32nのソースと電気的に接続している。なお、スイッチング素子Q31pのソースはスイッチング素子Q31nのドレインと電気的に接続し、スイッチング素子Q32pのソースはスイッチング素子Q32nのドレインと電気的に接続している。 One end of capacitor C3 is electrically connected to the drain of switching element Q31p and the drain of switching element Q32p, and the other end of capacitor C3 is electrically connected to the source of switching element Q31n and the source of switching element Q32n. The source of switching element Q31p is electrically connected to the drain of switching element Q31n, and the source of switching element Q32p is electrically connected to the drain of switching element Q32n.

電源回路533は、コンデンサC3の電圧を用いて電源を生成する。電源回路533は、絶縁回路513および駆動回路DV3nへ電源を供給している。
絶縁回路513は、電源回路533と駆動回路DV3pとを絶縁している。電源回路533と駆動回路DV3pとは異なる基準電位にて動作する。絶縁回路513は、たとえば、ブートストラップ回路である。
The power supply circuit 533 generates power using the voltage of the capacitor C3. The power supply circuit 533 supplies power to the isolation circuit 513 and the drive circuit DV3n.
The isolation circuit 513 isolates the power supply circuit 533 and the drive circuit DV3p. The power supply circuit 533 and the drive circuit DV3p operate at different reference potentials. Isolation circuit 513 is, for example, a bootstrap circuit.

駆動回路DV3pは、絶縁回路513を介して電源電圧が供給されることにより動作し、制御回路CTRから供給されるゲート信号に基づいて、スイッチング素子Q31p、Q32pを駆動する。
駆動回路DV3nは、電源回路533から電源電圧が供給されることにより動作し、制御回路CTRから供給されるゲート信号に基づいて、スイッチング素子Q23n、Q23nを駆動する。
The drive circuit DV3p operates by being supplied with the power supply voltage through the isolation circuit 513, and drives the switching elements Q31p and Q32p based on the gate signal supplied from the control circuit CTR.
The drive circuit DV3n operates by being supplied with the power supply voltage from the power supply circuit 533, and drives the switching elements Q23n and Q23n based on the gate signal supplied from the control circuit CTR.

バランス回路B12は、バランススイッチング素子Q121bと、バランススイッチング素子(第2バランススイッチング素子)Q122bと、駆動回路(バランススイッチ駆動回路)DV121b、DV122bと、絶縁回路(第3絶縁回路)5211、5212と、を備えている。
バランススイッチング素子Q121b、Q122bは、例えばMOSFET(metal-oxide semiconductor field-effect transistor)等の自己消弧型のスイッチング素子を備えている。自己消弧型のスイッチング素子は、例えば、IEGT(injection Enhanced Gate transistor)、GTO(gate turn-off thyristor)、GTO(gate turn-off thyristor)、GCT(gate communicated turn-off thyristor)又はIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等、素子のオン(導通状態)とオフ(非導通状態)とを電気的に制御可能なスイッチング素子を採用することが可能である。バランススイッチング素子Q121b、Q122bは、必要に応じて、スイッチング素子に逆並列接続された還流ダイオードを備えてもよい。
なお、バランススイッチング素子Q121b、Q122bとして、IGBTやIEGTを採用する場合には、バランススイッチング素子Q121b、Q122bのソースをエミッタと読み替え、バランススイッチング素子Q121b、Q122bのドレインをコレクタとして読み替える。
The balance circuit B12 includes a balance switching element Q121b, a balance switching element (second balance switching element) Q122b, drive circuits (balance switch drive circuits) DV121b and DV122b, insulation circuits (third insulation circuits) 5211 and 5212, It has
The balance switching elements Q121b and Q122b are provided with self-arc-extinguishing switching elements such as MOSFETs (metal-oxide semiconductor field-effect transistors). The self arc-extinguishing switching element is, for example, an IEGT (injection enhanced gate transistor), a GTO (gate turn-off thyristor), a GTO (gate turn-off thyristor), a GCT (gate communicated turn-off thyristor), or an IGBT (Insulated It is possible to employ a switching element such as a Gate Bipolar Transistor, which can be electrically controlled to be turned on (conducting state) and off (non-conducting state). The balance switching elements Q121b and Q122b may include free wheel diodes connected in anti-parallel to the switching elements, if necessary.
When IGBTs or IEGTs are used as the balance switching elements Q121b and Q122b, the sources of the balance switching elements Q121b and Q122b are read as emitters, and the drains of the balance switching elements Q121b and Q122b are read as collectors.

バランススイッチング素子Q121bとバランススイッチング素子Q122bとは、ソースとドレインとの位置が互いに逆になるように配置され、例えばドレイン同士が電気的に接続されている。
バランススイッチング素子Q121bの一端(ソース)は、単位変換器51のコンデンサC1の一端およびスイッチング素子Q11p、Q12pのドレインと電気的に接続している。バランススイッチング素子Q121bの他端(ドレイン)は、バランススイッチング素子Q122bの一端(ドレイン)と電気的に接続されている。バランススイッチング素子Q122bの他端(ソース)は、単位変換器52のコンデンサC2の一端およびスイッチング素子Q21p、Q22pのドレインと電気的に接続している。
すなわち、バランススイッチング素子Q121b、Q122bは、第1スイッチング素子のドレインおよび第3スイッチング素子のドレインとコンデンサとの間にて、単位変換器(第1単位変換器)52と単位変換器(第2単位変換器)51とを電気的に接続する経路に設けられている。
したがって、バランススイッチング素子Q121b、Q122bがオンされる(導通する)と、コンデンサC1の一端とコンデンサC2の一端とが電気的に接続される。
The balance switching element Q121b and the balance switching element Q122b are arranged such that the positions of the source and the drain are opposite to each other, and the drains are electrically connected to each other, for example.
One end (source) of the balance switching element Q121b is electrically connected to one end of the capacitor C1 of the unit converter 51 and the drains of the switching elements Q11p and Q12p. The other end (drain) of the balance switching element Q121b is electrically connected to one end (drain) of the balance switching element Q122b. The other end (source) of the balance switching element Q122b is electrically connected to one end of the capacitor C2 of the unit converter 52 and the drains of the switching elements Q21p and Q22p.
That is, the balance switching elements Q121b and Q122b are connected between the drain of the first switching element, the drain of the third switching element, and the capacitor, between the unit converter (first unit converter) 52 and the unit converter (second unit converter). converter) 51 is provided on a path electrically connecting to the converter) 51 .
Therefore, when the balance switching elements Q121b and Q122b are turned on (conducted), one end of the capacitor C1 and one end of the capacitor C2 are electrically connected.

なお、バランススイッチング素子Q121bは、ソースが単位変換器51のコンデンサC1の一端側、ドレインが単位変換器52のコンデンサC2の一端側となる向きに配置されていればよい。バランススイッチング素子Q122bは、ソースが単位変換器52のコンデンサC2の一端側、ドレインが単位変換器51のコンデンサC1の一端側となる向きに配置されていればよい。すなわち、バランススイッチング素子Q121bは、ソースとドレインとの配置がバランススイッチング素子Q122bと逆となるように配置されていればよく、コンデンサC1とコンデンサC2との間において、バランススイッチング素子Q121bとバランススイッチング素子Q122bとが配置される順序は図13と逆であっても構わない。 The balance switching element Q121b may be arranged so that the source is on one end side of the capacitor C1 of the unit converter 51 and the drain is on one end side of the capacitor C2 of the unit converter 52. FIG. The balance switching element Q122b may be arranged so that the source is on one end side of the capacitor C2 of the unit converter 52 and the drain is on the one end side of the capacitor C1 of the unit converter 51 . That is, the balance switching element Q121b may be arranged so that the arrangement of the source and the drain is opposite to that of the balance switching element Q122b. The order in which Q122b and Q122b are arranged may be reversed from that in FIG.

絶縁回路5211は、電源回路531と駆動回路DV121bとを絶縁している。電源回路531と駆動回路DV121bとは異なる基準電位にて動作する。絶縁回路5211は、たとえば、ブートストラップ回路である。
駆動回路DV121bは、絶縁回路5211を介して電源電圧が供給されることにより動作し、制御回路CTRから供給されるゲート信号に基づいて、バランススイッチング素子Q121bを駆動する。
The isolation circuit 5211 isolates the power supply circuit 531 and the drive circuit DV121b. The power supply circuit 531 and the drive circuit DV121b operate at different reference potentials. Isolation circuit 5211 is, for example, a bootstrap circuit.
The drive circuit DV121b operates by being supplied with the power supply voltage through the isolation circuit 5211, and drives the balance switching element Q121b based on the gate signal supplied from the control circuit CTR.

絶縁回路5212は、電源回路532と駆動回路DV122bとを絶縁している。電源回路532と駆動回路DV122bとは異なる基準電位にて動作する。絶縁回路5212は、たとえば、ブートストラップ回路である。
駆動回路DV122bは、絶縁回路5212を介して電源電圧が供給されることにより動作し、制御回路CTRから供給されるゲート信号に基づいて、バランススイッチング素子Q122bを駆動する。
The isolation circuit 5212 isolates the power supply circuit 532 and the drive circuit DV122b. The power supply circuit 532 and the drive circuit DV122b operate at different reference potentials. Isolation circuit 5212 is, for example, a bootstrap circuit.
The drive circuit DV122b operates by being supplied with the power supply voltage through the isolation circuit 5212, and drives the balance switching element Q122b based on the gate signal supplied from the control circuit CTR.

本実施形態では、バランススイッチング素子Q121bのゲート信号は、単位変換器51のスイッチング素子Q12nのゲート信号と共通である。バランススイッチング素子Q122bのゲート信号は、単位変換器52のスイッチング素子Q21nのゲート信号と共通である。したがって、スイッチング素子Q12nとバランススイッチング素子Q121bとは同じタイミングで導通し(オンとなり)、スイッチング素子Q21nとバランススイッチング素子Q122bとは同じタイミングで導通し(オンとなり)、スイッチング素子Q12nとスイッチング素子Q21nとの両方が導通するタイミングでコンデンサC1とコンデンサC2とが並列に接続される。このことにより、コンデンサC1の電圧とコンデンサC2の電圧とが略等しくなる。 In this embodiment, the gate signal of the balance switching element Q121b is common to the gate signal of the switching element Q12n of the unit converter 51. FIG. The gate signal of the balance switching element Q122b is common to the gate signal of the switching element Q21n of the unit converter 52. Therefore, the switching element Q12n and the balance switching element Q121b are conducted (turned on) at the same timing, the switching element Q21n and the balance switching element Q122b are conducted (turned on) at the same timing, and the switching element Q12n and the switching element Q21n are connected (turned on) at the same timing. The capacitor C1 and the capacitor C2 are connected in parallel at the timing when both of are turned on. As a result, the voltage of the capacitor C1 and the voltage of the capacitor C2 become substantially equal.

バランス回路B23は、バランススイッチング素子Q231bと、バランススイッチング素子(第2バランススイッチング素子)Q232bと、駆動回路(バランススイッチ駆動回路)DV231b、DV232bと、絶縁回路(第3絶縁回路)5221、5222と、を備えている。
バランススイッチング素子Q231b、Q232bは、例えばMOSFET(metal-oxide semiconductor field-effect transistor)等の自己消弧型のスイッチング素子を備えている。自己消弧型のスイッチング素子は、例えば、IEGT(injection Enhanced Gate transistor)、GTO(gate turn-off thyristor)、GTO(gate turn-off thyristor)、GCT(gate communicated turn-off thyristor)又はIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等、素子のオン(導通状態)とオフ(非導通状態)とを電気的に制御可能なスイッチング素子を採用することが可能である。バランススイッチング素子Q231b、Q232bは、必要に応じて、スイッチング素子に逆並列接続された還流ダイオードを備えてもよい。
なお、バランススイッチング素子Q231b、Q232bとして、IGBTやIEGTを採用する場合には、バランススイッチング素子Q231b、Q232bのソースをエミッタと読み替え、バランススイッチング素子Q231b、Q232bのドレインをコレクタとして読み替える。
The balance circuit B23 includes a balance switching element Q231b, a balance switching element (second balance switching element) Q232b, drive circuits (balance switch drive circuits) DV231b and DV232b, insulation circuits (third insulation circuits) 5221 and 5222, It has
The balance switching elements Q231b and Q232b are provided with self-arc-extinguishing switching elements such as MOSFETs (metal-oxide semiconductor field-effect transistors). The self arc-extinguishing switching element is, for example, an IEGT (injection enhanced gate transistor), a GTO (gate turn-off thyristor), a GTO (gate turn-off thyristor), a GCT (gate communicated turn-off thyristor), or an IGBT (Insulated It is possible to employ a switching element such as a Gate Bipolar Transistor, which can be electrically controlled to be turned on (conducting state) and off (non-conducting state). The balance switching elements Q231b and Q232b may include free wheel diodes connected in anti-parallel to the switching elements, if necessary.
When IGBTs or IEGTs are used as the balance switching elements Q231b and Q232b, the sources of the balance switching elements Q231b and Q232b are read as emitters, and the drains of the balance switching elements Q231b and Q232b are read as collectors.

バランススイッチング素子Q231bとバランススイッチング素子Q232bとは、ソースとドレインとの位置が互いに逆となるように配置され、例えばドレイン同士が接続されている。
バランススイッチング素子Q231bの一端(ソース)は、単位変換器52のコンデンサC2の一端およびスイッチング素子Q21p、Q22pのドレインと電気的に接続している。バランススイッチング素子Q231bの他端(ドレイン)は、バランススイッチング素子Q232bの一端(ドレイン)と電気的に接続されている。バランススイッチング素子Q232bの他端(ソース)は、単位変換器53のコンデンサC3の一端およびスイッチング素子Q31p、Q32Pのドレインと電気的に接続している。
すなわち、バランススイッチング素子Q231b、Q232bは、第1スイッチング素子のドレインおよび第3スイッチング素子のドレインとコンデンサとの間にて、単位変換器(第1単位変換器)53と単位変換器(第2単位変換器)52とを電気的に接続する経路に設けられている。
The balance switching element Q231b and the balance switching element Q232b are arranged such that the positions of the source and the drain are opposite to each other, and the drains are connected to each other, for example.
One end (source) of the balance switching element Q231b is electrically connected to one end of the capacitor C2 of the unit converter 52 and the drains of the switching elements Q21p and Q22p. The other end (drain) of the balance switching element Q231b is electrically connected to one end (drain) of the balance switching element Q232b. The other end (source) of the balance switching element Q232b is electrically connected to one end of the capacitor C3 of the unit converter 53 and the drains of the switching elements Q31p and Q32P.
That is, the balance switching elements Q231b and Q232b are arranged between the drain of the first switching element and the drain of the third switching element and the capacitor, between the unit converter (first unit converter) 53 and the unit converter (second unit converter). converter) 52.

したがって、バランススイッチング素子Q231b、Q232bがオンされる(導通する)と、コンデンサC2の一端とコンデンサC2の一端とが電気的に接続される。 Therefore, when the balance switching elements Q231b and Q232b are turned on (conducted), one end of the capacitor C2 is electrically connected to one end of the capacitor C2.

なお、バランススイッチング素子Q231bは、ソースが単位変換器52のコンデンサC2の一端側、ドレインが単位変換器53のコンデンサC3の一端側となる向きに配置されていればよい。バランススイッチング素子Q232bは、ソースが単位変換器53のコンデンサC3の一端側、ドレインが単位変換器52のコンデンサC2の一端側となる向きに配置されていればよい。すなわち、バランススイッチング素子Q231bは、ソースとドレインとの配置がバランススイッチング素子Q232bと逆となるように配置されていればよく、コンデンサC2とコンデンサC3との間において、バランススイッチング素子Q231bとバランススイッチング素子Q232bとが配置される順序は図13と逆であっても構わない。 The balance switching element Q231b may be arranged so that the source is on one end side of the capacitor C2 of the unit converter 52 and the drain is on the one end side of the capacitor C3 of the unit converter 53. The balance switching element Q232b may be arranged such that the source is on one end side of the capacitor C3 of the unit converter 53 and the drain is on one end side of the capacitor C2 of the unit converter 52. FIG. That is, the balance switching element Q231b may be arranged such that the arrangement of the source and the drain is opposite to that of the balance switching element Q232b. The order in which Q232b is arranged may be reversed from that in FIG.

絶縁回路5221は、電源回路532と駆動回路DV231bとを絶縁している。電源回路532と駆動回路DV231bとは異なる基準電位にて動作する。絶縁回路5221は、たとえば、ブートストラップ回路である。
駆動回路DV231bは、絶縁回路5221を介して電源電圧が供給されることにより動作し、制御回路CTRから供給されるゲート信号に基づいて、バランススイッチング素子Q231bを駆動する。
The isolation circuit 5221 isolates the power supply circuit 532 and the drive circuit DV231b. The power supply circuit 532 and the drive circuit DV231b operate at different reference potentials. Isolation circuit 5221 is, for example, a bootstrap circuit.
The drive circuit DV231b operates by being supplied with the power supply voltage through the isolation circuit 5221, and drives the balance switching element Q231b based on the gate signal supplied from the control circuit CTR.

絶縁回路5222は、電源回路533と駆動回路DV232bとを絶縁している。電源回路533と駆動回路DV232bとは異なる基準電位にて動作する。絶縁回路5222は、たとえば、ブートストラップ回路である。
駆動回路DV232bは、絶縁回路5222を介して電源電圧が供給されることにより動作し、制御回路CTRから供給されるゲート信号に基づいて、バランススイッチング素子Q232bを駆動する。
The isolation circuit 5222 isolates the power supply circuit 533 and the drive circuit DV232b. The power supply circuit 533 and the drive circuit DV232b operate at different reference potentials. Isolation circuit 5222 is, for example, a bootstrap circuit.
The drive circuit DV232b operates by being supplied with the power supply voltage through the isolation circuit 5222, and drives the balance switching element Q232b based on the gate signal supplied from the control circuit CTR.

本実施形態では、バランススイッチング素子Q231bのゲート信号は、単位変換器52のスイッチング素子Q22nのゲート信号と共通である。バランススイッチング素子Q232bのゲート信号は、単位変換器53のスイッチング素子Q31nのゲート信号と共通である。したがって、スイッチング素子Q22nとバランススイッチング素子Q231bとは同じタイミングで導通し(オンとなり)、スイッチング素子Q31nとバランススイッチング素子Q232bとは同じタイミングで導通し(オンとなり)、スイッチング素子Q22nとスイッチング素子Q31nとの両方が導通するタイミングでコンデンサC2とコンデンサC3とが並列に接続される。このことにより、コンデンサC2とコンデンサC3との電圧が略等しくなる。 In this embodiment, the gate signal of the balance switching element Q231b is common to the gate signal of the switching element Q22n of the unit converter 52. FIG. The gate signal of the balance switching element Q232b is common to the gate signal of the switching element Q31n of the unit converter 53. Therefore, the switching element Q22n and the balance switching element Q231b are conducted (turned on) at the same timing, the switching element Q31n and the balance switching element Q232b are conducted (turned on) at the same timing, and the switching element Q22n and the switching element Q31n are conducted (turned on) at the same timing. are connected in parallel with the capacitor C2 and the capacitor C3. As a result, the voltages of the capacitors C2 and C3 become substantially equal.

図14は、図13に示すアームの動作の一例について説明するための図である。
ここでは、例えばコンデンサC1-C3の電圧をVcとしたときに、交流端子UT、VT、WTの出力電圧Voutが電圧Vcの3倍、2倍、1倍、-1倍、-2倍、-3倍、およびゼロとなるときの、単位変換器51-53のスイッチング素子Q11p-Q32nおよびバランス回路B12、B23のバランススイッチング素子Q121b、Q122b、Q231b、Q232bの導通状態を示している。図13において、「1」はスイッチング素子が導通している状態(オン状態)を示し、「0」はスイッチング素子が導通していない状態(オフ状態)を示している。
14 is a diagram for explaining an example of the motion of the arm shown in FIG. 13; FIG.
Here, for example, when the voltage of the capacitors C1 to C3 is Vc, the output voltage Vout of the AC terminals UT, VT, and WT is 3 times, 2 times, 1 time, -1 times, -2 times, - It shows the conduction states of the switching elements Q11p-Q32n of the unit converters 51-53 and the balance switching elements Q121b, Q122b, Q231b, Q232b of the balance circuits B12, B23 when tripled and zero. In FIG. 13, "1" indicates the state in which the switching element is conducting (ON state), and "0" indicates the state in which the switching element is not conducting (OFF state).

例えば、出力電圧が電圧Vcの3倍となるときには、スイッチング素子Q11pがオン、スイッチング素子Q11nがオフ、スイッチング素子Q12pがオフ、スイッチング素子Q12nがオン、スイッチング素子Q21pがオン、スイッチング素子Q21nがオフ、スイッチング素子Q22pがオフ、スイッチング素子Q22nがオン、スイッチング素子Q31pがオン、スイッチング素子Q31nがオフ、スイッチング素子Q32pがオフ、スイッチング素子Q32nがオン、となる。このとき、バランススイッチング素子Q121bはオン、スイッチング素子Q122bはオフ、スイッチング素子Q231bはオン、バランススイッチング素子Q232bはオフとなり、コンデンサC1-C3は互いに接続されていない状態となる。 For example, when the output voltage is three times the voltage Vc, the switching element Q11p is on, the switching element Q11n is off, the switching element Q12p is off, the switching element Q12n is on, the switching element Q21p is on, the switching element Q21n is off, The switching element Q22p is turned off, the switching element Q22n is turned on, the switching element Q31p is turned on, the switching element Q31n is turned off, the switching element Q32p is turned off, and the switching element Q32n is turned on. At this time, the balance switching element Q121b is on, the switching element Q122b is off, the switching element Q231b is on, the balance switching element Q232b is off, and the capacitors C1 to C3 are not connected to each other.

例えば、出力電圧が電圧Vcの2倍となるときには、スイッチング素子Q11pがオフ、スイッチング素子Q11nがオン、スイッチング素子Q12pがオフ、スイッチング素子Q12nがオン、スイッチング素子Q21pがオン、スイッチング素子Q21nがオフ、スイッチング素子Q22pがオフ、スイッチング素子Q22nがオン、スイッチング素子Q31pがオン、スイッチング素子Q31nがオフ、スイッチング素子Q32pがオフ、スイッチング素子Q32nがオン、となる。このとき、バランススイッチング素子Q121bはオン、スイッチング素子Q122bはオフ、スイッチング素子Q231bはオン、バランススイッチング素子Q232bはオフとなり、コンデンサC1-C3は互いに並列に接続されていない状態となる。 For example, when the output voltage is double the voltage Vc, the switching element Q11p is off, the switching element Q11n is on, the switching element Q12p is off, the switching element Q12n is on, the switching element Q21p is on, the switching element Q21n is off, The switching element Q22p is turned off, the switching element Q22n is turned on, the switching element Q31p is turned on, the switching element Q31n is turned off, the switching element Q32p is turned off, and the switching element Q32n is turned on. At this time, the balance switching element Q121b is on, the switching element Q122b is off, the switching element Q231b is on, the balance switching element Q232b is off, and the capacitors C1 to C3 are not connected in parallel with each other.

例えば、出力電圧が電圧Vcの1倍となるときには、スイッチング素子Q11pがオフ、スイッチング素子Q11nがオン、スイッチング素子Q12pがオフ、スイッチング素子Q12nがオン、スイッチング素子Q21pがオフ、スイッチング素子Q21nがオン、スイッチング素子Q22pがオフ、スイッチング素子Q22nがオン、スイッチング素子Q31pがオン、スイッチング素子Q31nがオフ、スイッチング素子Q32pがオフ、スイッチング素子Q32nがオン、となる。このとき、バランススイッチング素子Q121bはオン、スイッチング素子Q122bはオン、スイッチング素子Q231bはオン、バランススイッチング素子Q232bはオフとなり、コンデンサC1とコンデンサC2とが並列に接続され、コンデンサC3は他のコンデンサと並列に接続されていない状態となる。 For example, when the output voltage is 1 times the voltage Vc, the switching element Q11p is off, the switching element Q11n is on, the switching element Q12p is off, the switching element Q12n is on, the switching element Q21p is off, the switching element Q21n is on, The switching element Q22p is turned off, the switching element Q22n is turned on, the switching element Q31p is turned on, the switching element Q31n is turned off, the switching element Q32p is turned off, and the switching element Q32n is turned on. At this time, the balance switching element Q121b is turned on, the switching element Q122b is turned on, the switching element Q231b is turned on, and the balance switching element Q232b is turned off. is not connected to

例えば、出力電圧がゼロとなるときには、スイッチング素子Q11pがオフ、スイッチング素子Q11nがオン、スイッチング素子Q12pがオフ、スイッチング素子Q12nがオン、スイッチング素子Q21pがオフ、スイッチング素子Q21nがオン、スイッチング素子Q22pがオフ、スイッチング素子Q22nがオン、スイッチング素子Q31pがオフ、スイッチング素子Q31nがオン、スイッチング素子Q32pがオフ、スイッチング素子Q32nがオン、となる。このとき、バランススイッチング素子Q121bはオン、スイッチング素子Q122bはオン、スイッチング素子Q231bはオン、バランススイッチング素子Q232bはオンとなり、コンデンサC1-C3が互いに並列に接続された状態となる。 For example, when the output voltage becomes zero, the switching element Q11p is turned off, the switching element Q11n is turned on, the switching element Q12p is turned off, the switching element Q12n is turned on, the switching element Q21p is turned off, the switching element Q21n is turned on, and the switching element Q22p is turned on. OFF, the switching element Q22n is ON, the switching element Q31p is OFF, the switching element Q31n is ON, the switching element Q32p is OFF, and the switching element Q32n is ON. At this time, the balance switching element Q121b is turned on, the switching element Q122b is turned on, the switching element Q231b is turned on, the balance switching element Q232b is turned on, and the capacitors C1 to C3 are connected in parallel with each other.

例えば、出力電圧が電圧Vcの-1倍となるときには、スイッチング素子Q11pがオフ、スイッチング素子Q11nがオン、スイッチング素子Q12pがオフ、スイッチング素子Q12nがオン、スイッチング素子Q21pがオフ、スイッチング素子Q21nがオン、スイッチング素子Q22pがオフ、スイッチング素子Q22nがオン、スイッチング素子Q31pがオフ、スイッチング素子Q31nがオン、スイッチング素子Q32pがオン、スイッチング素子Q32nがオフ、となる。このとき、バランススイッチング素子Q121bはオン、スイッチング素子Q122bはオン、スイッチング素子Q231bはオン、バランススイッチング素子Q232bはオンとなり、コンデンサC1-C3が互いに並列に接続された状態となる。 For example, when the output voltage is -1 times the voltage Vc, the switching element Q11p is turned off, the switching element Q11n is turned on, the switching element Q12p is turned off, the switching element Q12n is turned on, the switching element Q21p is turned off, and the switching element Q21n is turned on. , the switching element Q22p is off, the switching element Q22n is on, the switching element Q31p is off, the switching element Q31n is on, the switching element Q32p is on, and the switching element Q32n is off. At this time, the balance switching element Q121b is turned on, the switching element Q122b is turned on, the switching element Q231b is turned on, the balance switching element Q232b is turned on, and the capacitors C1 to C3 are connected in parallel with each other.

例えば、出力電圧が電圧Vcの-2倍となるときには、スイッチング素子Q11pがオフ、スイッチング素子Q11nがオン、スイッチング素子Q12pがオフ、スイッチング素子Q12nがオン、スイッチング素子Q21pがオフ、スイッチング素子Q21nがオン、スイッチング素子Q22pがオン、スイッチング素子Q22nがオフ、スイッチング素子Q31pがオフ、スイッチング素子Q31nがオン、スイッチング素子Q32pがオン、スイッチング素子Q32nがオフ、となる。このとき、バランススイッチング素子Q121bはオン、スイッチング素子Q122bはオン、スイッチング素子Q231bはオフ、バランススイッチング素子Q232bはオンとなり、コンデンサC1とコンデンサC2とが並列に接続され、コンデンサC3は他のコンデンサと並列に接続されていない状態となる。 For example, when the output voltage is -2 times the voltage Vc, the switching element Q11p is turned off, the switching element Q11n is turned on, the switching element Q12p is turned off, the switching element Q12n is turned on, the switching element Q21p is turned off, and the switching element Q21n is turned on. , the switching element Q22p is on, the switching element Q22n is off, the switching element Q31p is off, the switching element Q31n is on, the switching element Q32p is on, and the switching element Q32n is off. At this time, the balance switching element Q121b is on, the switching element Q122b is on, the switching element Q231b is off, the balance switching element Q232b is on, the capacitor C1 and the capacitor C2 are connected in parallel, and the capacitor C3 is in parallel with another capacitor. is not connected to

例えば、出力電圧が電圧Vcの-3倍となるときには、スイッチング素子Q11pがオフ、スイッチング素子Q11nがオン、スイッチング素子Q12pがオン、スイッチング素子Q12nがオフ、スイッチング素子Q21pがオフ、スイッチング素子Q21nがオン、スイッチング素子Q22pがオン、スイッチング素子Q22nがオフ、スイッチング素子Q31pがオフ、スイッチング素子Q31nがオン、スイッチング素子Q32pがオン、スイッチング素子Q32nがオフ、となる。このとき、バランススイッチング素子Q121bはオフ、スイッチング素子Q122bはオン、スイッチング素子Q231bはオフ、バランススイッチング素子Q232bはオンとなり、コンデンサC1-C3は互いに並列に接続されていない状態となる。 For example, when the output voltage is -3 times the voltage Vc, the switching element Q11p is turned off, the switching element Q11n is turned on, the switching element Q12p is turned on, the switching element Q12n is turned off, the switching element Q21p is turned off, and the switching element Q21n is turned on. , the switching element Q22p is on, the switching element Q22n is off, the switching element Q31p is off, the switching element Q31n is on, the switching element Q32p is on, and the switching element Q32n is off. At this time, the balance switching element Q121b is turned off, the switching element Q122b is turned on, the switching element Q231b is turned off, the balance switching element Q232b is turned on, and the capacitors C1 to C3 are not connected in parallel with each other.

上記のように、アーム50の出力が切り替わると、コンデンサC1-C3の接続状態も切り替わるため、電力変換装置が通常の動作を行うと同時にコンデンサC1-C3の電圧を均等化することができる。したがって、コンデンサC1-C3のいずれかの電圧を取得することによりコンデンサC1-C3の電圧値の制御を行うことができ、コンデンサC1-C3それぞれの電圧を検出する電圧検出器を設けて、コンデンサC1-C3の電圧を等しくするための特別な制御を行う必要がなくなる。 As described above, when the output of the arm 50 is switched, the connection state of the capacitors C1-C3 is also switched, so that the voltages of the capacitors C1-C3 can be equalized at the same time that the power converter performs normal operation. Therefore, by obtaining the voltage of any one of the capacitors C1 to C3, the voltage value of the capacitors C1 to C3 can be controlled. - Eliminates the need for special control to equalize the voltages of C3.

図15は、図12に示す無効電力補償装置の制御回路の一構成例を説明するためのブロック図である。
図16は、図15に示す無効電力補償装置の制御回路の遅延回路の一構成例を説明するためのブロック図である。
15 is a block diagram for explaining a configuration example of a control circuit of the reactive power compensator shown in FIG. 12. FIG.
16 is a block diagram for explaining a configuration example of a delay circuit of a control circuit of the reactive power compensator shown in FIG. 15. FIG.

ここでは、各相のアームがN段の単位変換器を備えている例について、各単位変換器の1つのスイッチング素子のゲート信号を生成する回路の構成例を示している。
制御回路CTRは、コンデンサ電圧平均値制御部41と、コンデンサ電圧バランス制御部42と、電流制御部43と、加算器45U~45Wと、PWM処理部46U~46Wと、遅延回路47U~47Wと、を備えている。
Here, for an example in which each phase arm includes N stages of unit converters, a configuration example of a circuit for generating a gate signal for one switching element of each unit converter is shown.
The control circuit CTR includes a capacitor voltage average value control unit 41, a capacitor voltage balance control unit 42, a current control unit 43, adders 45U to 45W, PWM processing units 46U to 46W, delay circuits 47U to 47W, It has

コンデンサ電圧平均値制御部41は、外部から供給されたセルコンデンサ電圧指令値と、各相アーム50の単位変換器51-53の少なくともいずれか1つにて検出されたコンデンサ電圧値(若しくは電圧相当値)と、を受信する。コンデンサ電圧平均値制御部41は、受信したコンデンサ電圧値の平均値を算出し、算出した平均値とセルコンデンサ電圧指令値との差がゼロとなる制御量を出力する。なお、コンデンサ電圧平均値制御部41は、例えば比例制御回路又は比例積分制御回路を備えていてもよい。 The capacitor voltage average value control unit 41 uses the externally supplied cell capacitor voltage command value and the capacitor voltage value (or voltage equivalent) detected by at least one of the unit converters 51 to 53 of each phase arm 50. value) and The capacitor voltage average value control unit 41 calculates the average value of the received capacitor voltage values and outputs a control amount that makes the difference between the calculated average value and the cell capacitor voltage command value zero. Note that the capacitor voltage average value control section 41 may include, for example, a proportional control circuit or a proportional integral control circuit.

コンデンサ電圧バランス制御部42は、各相アーム50の単位変換器51-53の少なくともいずれか1つにて検出されたコンデンサ電圧値(若しくは電圧相当値)を受信し、受信した3つのコンデンサ電圧値が略等しくなるように制御量を出力する。例えば、受信した3つのコンデンサ電圧値の平均値を算出し、平均値とそれぞれのコンデンサ電圧値との差がゼロとなるように制御量を算出してもよい。また、3つのコンデンサ電圧値のいずれかの値と他のコンデンサ電圧値との差がゼロとなるように制御量を算出してもよい。なお、コンデンサ電圧バランス制御部42は、例えば比例制御回路又は比例積分制御回路を備えていてもよい。 The capacitor voltage balance control unit 42 receives the capacitor voltage value (or voltage equivalent value) detected by at least one of the unit converters 51 to 53 of each phase arm 50, and compares the received three capacitor voltage values. are substantially equal to each other. For example, the average value of the three received capacitor voltage values may be calculated, and the control amount may be calculated so that the difference between the average value and each capacitor voltage value becomes zero. Also, the control amount may be calculated so that the difference between any one of the three capacitor voltage values and the other capacitor voltage value is zero. Note that the capacitor voltage balance control unit 42 may include, for example, a proportional control circuit or a proportional integral control circuit.

電流制御部43は、例えば、系統電圧値と、無効電力指令値とを外部から受信し、コンデンサ電圧平均値制御部41から出力された制御量と、を受信する。電流制御部43は、系統電圧値およびコンデンサ電圧平均値制御部41からの制御量を用いて、入力された無効電力指令値を実現するように各相の制御量を演算して出力する。 The current control unit 43 receives, for example, the system voltage value and the reactive power command value from the outside, and receives the control amount output from the capacitor voltage average value control unit 41 . The current control unit 43 uses the system voltage value and the control amount from the capacitor voltage average value control unit 41 to calculate and output the control amount of each phase so as to realize the input reactive power command value.

加算器45Uは、コンデンサ電圧バランス制御部42から出力された制御量と、電流制御部43から出力されたU相の制御量とを足した和を演算して、演算結果をU相アームの電圧指令値として出力する。
加算器45Vは、コンデンサ電圧バランス制御部42から出力された制御量と、電流制御部43から出力されたV相の制御量とを足した和を演算して、演算結果をV相アームの電圧指令値として出力する。
加算器45Wは、コンデンサ電圧バランス制御部42から出力された制御量と、電流制御部43から出力されたW相の制御量とを足した和を演算して、演算結果をW相アームの電圧指令値として出力する。
Adder 45U calculates the sum of the control amount output from capacitor voltage balance control section 42 and the U-phase control amount output from current control section 43, and uses the calculation result as the voltage of the U-phase arm. Output as a command value.
The adder 45V calculates the sum of the control amount output from the capacitor voltage balance control section 42 and the V-phase control amount output from the current control section 43, and converts the calculation result into the voltage of the V-phase arm. Output as a command value.
The adder 45W calculates the sum of the control amount output from the capacitor voltage balance control section 42 and the W-phase control amount output from the current control section 43, and converts the calculation result into the voltage of the W-phase arm. Output as a command value.

PWM処理部46Uは、加算器45UからU相アームの電圧指令値を受信し、例えばキャリア波と電圧指令値とを比較して、U相アームの一つの単位変換器のスイッチング素子のゲート信号を生成して出力する。
PWM処理部46Vは、加算器45VからV相アームの電圧指令値を受信し、例えばキャリア波と電圧指令値とを比較して、V相アームの一つの単位変換器のスイッチング素子のゲート信号を生成して出力する。
PWM処理部46Wは、加算器45WからW相アームの電圧指令値を受信し、例えばキャリア波と電圧指令値とを比較して、W相アームの一つの単位変換器のスイッチング素子のゲート信号を生成して出力する。
PWM processing unit 46U receives the voltage command value of the U-phase arm from adder 45U, compares the carrier wave and the voltage command value, for example, and outputs the gate signal of the switching element of one unit converter of the U-phase arm. Generate and output.
The PWM processing unit 46V receives the voltage command value of the V-phase arm from the adder 45V, for example, compares the carrier wave and the voltage command value, and outputs the gate signal of the switching element of one unit converter of the V-phase arm. Generate and output.
The PWM processing unit 46W receives the voltage command value of the W-phase arm from the adder 45W, compares, for example, the carrier wave and the voltage command value, and outputs the gate signal of the switching element of one unit converter of the W-phase arm. Generate and output.

遅延回路47Uは、PWM処理部46Uから出力された一つの単位変換器のスイッチング素子へのゲート信号を遅延させて、U相アームの他の単位変換器のスイッチング素子へのゲート信号を生成し、U相アームのすべての単位変換器のスイッチング素子に対応するゲート信号を出力する。遅延回路47Uは、(N-1)の遅延回路DLYを備え、(N-1)の遅延回路DLYによる遅延時間は互いに異なっている。 The delay circuit 47U delays the gate signal to the switching element of one unit converter output from the PWM processing unit 46U to generate a gate signal to the switching element of the other unit converter of the U-phase arm, It outputs gate signals corresponding to the switching elements of all the unit converters of the U-phase arm. The delay circuit 47U includes (N-1) delay circuits DLY, and the delay times of the (N-1) delay circuits DLY are different from each other.

遅延回路47Vは、PWM処理部46Vから出力された一つの単位変換器のスイッチング素子へのゲート信号を遅延させて、V相アームの他の単位変換器のスイッチング素子へのゲート信号を生成し、V相アームのすべての単位変換器のスイッチング素子に対応するゲート信号を出力する。遅延回路47Vは、(N-1)の遅延回路DLYを備え、(N-1)の遅延回路DLYによる遅延時間は互いに異なっている。 The delay circuit 47V delays the gate signal to the switching element of one unit converter output from the PWM processing section 46V to generate a gate signal to the switching element of the other unit converter of the V-phase arm, It outputs gate signals corresponding to the switching elements of all the unit converters of the V-phase arm. The delay circuit 47V includes (N-1) delay circuits DLY, and the delay times of the (N-1) delay circuits DLY are different from each other.

遅延回路47Wは、PWM処理部46Wから出力された一つの単位変換器のスイッチング素子へのゲート信号を遅延させて、W相アームの他の単位変換器のスイッチング素子へのゲート信号を生成し、W相アームのすべての単位変換器のスイッチング素子に対応するゲート信号を出力する。遅延回路47Wは、(N-1)の遅延回路DLYを備え、(N-1)の遅延回路DLYによる遅延時間は互いに異なっている。 The delay circuit 47W delays the gate signal to the switching element of one unit converter output from the PWM processing unit 46W to generate a gate signal to the switching element of the other unit converter of the W-phase arm, It outputs gate signals corresponding to the switching elements of all the unit converters of the W-phase arm. The delay circuit 47W includes (N−1) delay circuits DLY, and the delay times of the (N−1) delay circuits DLY are different from each other.

図17は、図15および図16に示す無効電力補償装置の制御回路の動作の一例を説明するための図である。
例えば、PWM処理部46Uは、キャリア波と電圧指令値とを比較して、第1ゲート信号を生成して出力する。第1ゲート信号は、例えばスイッチング素子Q11pのゲート信号である。
17 is a diagram for explaining an example of the operation of the control circuit of the reactive power compensator shown in FIGS. 15 and 16. FIG.
For example, the PWM processing unit 46U compares the carrier wave and the voltage command value to generate and output the first gate signal. The first gate signal is, for example, the gate signal of the switching element Q11p.

遅延回路47Uは、PWM処理部46Uから第1ゲート信号を受信する。遅延回路47Uは遅延時間の異なる2つの遅延回路DLYを備え、入力された第1ゲート信号を用いて2つの遅延回路DLYにより第2ゲート信号と第3ゲート信号とを生成する。第2ゲート信号は、例えばスイッチング素子Q21pのゲート信号である。第3ゲート信号は、例えばスイッチング素子Q31pのゲート信号である。 Delay circuit 47U receives the first gate signal from PWM processor 46U. The delay circuit 47U includes two delay circuits DLY with different delay times, and the two delay circuits DLY generate a second gate signal and a third gate signal using the input first gate signal. The second gate signal is, for example, the gate signal of the switching element Q21p. The third gate signal is, for example, the gate signal of the switching element Q31p.

遅延回路47Uは、第1ゲート信号と第2ゲート信号と第3ゲート信号とをU相アームの単位変換器51-53に供給する。
なお、スイッチング素子Q11nのゲート信号は、第1ゲート信号を反転させた信号である。スイッチング素子Q12pのゲート信号は、電圧指令値を反転させてキャリア波と比較することにより生成することができる。スイッチング素子Q12nのゲート信号は、スイッチング素子Q12pのゲート信号を反転させた信号である。
Delay circuit 47U supplies the first gate signal, the second gate signal and the third gate signal to unit converters 51-53 of the U-phase arm.
The gate signal of the switching element Q11n is a signal obtained by inverting the first gate signal. The gate signal for the switching element Q12p can be generated by inverting the voltage command value and comparing it with the carrier wave. The gate signal of the switching element Q12n is a signal obtained by inverting the gate signal of the switching element Q12p.

他の単位変換器52、53についても、上記と同様にすべてのスイッチング素子のゲート信号を生成することが可能である。制御回路CTRから出力されたゲート信号は、対応する単位変換器のスイッチング素子およびバランススイッチング素子を駆動する駆動回路に入力される。 Other unit converters 52 and 53 can also generate gate signals for all switching elements in the same manner as described above. A gate signal output from the control circuit CTR is input to a drive circuit that drives the switching element and the balance switching element of the corresponding unit converter.

上記のように、各アーム50の複数の単位変換器のスイッチング素子がスイッチングするタイミングをずらすことにより、スイッチング周波数を低くすることができ、出力電圧における高調波の含有量を低く抑えることができる。 As described above, by shifting the switching timing of the switching elements of the plurality of unit converters of each arm 50, the switching frequency can be lowered, and the content of harmonics in the output voltage can be suppressed.

上記本実施形態の無効電力補償装置21によれば、各アーム50がバランス回路B12、B23を備え、各アーム50においてバランス回路B12、B23のバランススイッチング素子を単位変換器のスイッチング素子と同期して動作させることにより、アーム50にて単位変換器のコンデンサの容量を均等化させることが可能である。この構成により、無効電力補償装置21に含まれる単位変換器のコンデンサの電圧をすべて検出し、個々の電圧を制御する必要がなくなり、単位変換器ごとにコンデンサの電圧を検出する検出器が不要となるとともに、制御回路CTRでの演算量を軽減することができる。すなわち、本実施形態によれば、低コストで高調波の少ない小型な多直列単位変換器クラスタおよび無効電力補償装置を提供することができる。 According to the reactive power compensator 21 of the present embodiment, each arm 50 includes the balance circuits B12 and B23, and the balance switching elements of the balance circuits B12 and B23 are synchronized with the switching elements of the unit converters in each arm 50. By operation, it is possible to equalize the capacities of the unit converter capacitors in arm 50 . This configuration eliminates the need to detect all the voltages of the capacitors of the unit converters included in the reactive power compensator 21 and control the individual voltages. In addition, the amount of calculation in the control circuit CTR can be reduced. That is, according to this embodiment, it is possible to provide a compact multi-serial unit converter cluster and a reactive power compensator that are low in cost and have few harmonics.

次に、上述の第4実施形態の無効電力補償装置の変形例について説明する。
図18は、図12に示す無効電力補償装置の制御回路の他の構成例を説明するためのブロック図である。
ここでは、各相のアームがN段の単位変換器を備えている例について、各単位変換器の1つのスイッチング素子のゲート信号を生成する回路の構成例を示している。
Next, a modification of the reactive power compensator of the fourth embodiment described above will be described.
18 is a block diagram for explaining another configuration example of the control circuit of the reactive power compensator shown in FIG. 12. FIG.
Here, for an example in which each phase arm includes N stages of unit converters, a configuration example of a circuit for generating a gate signal for one switching element of each unit converter is shown.

この例では、制御回路CTRは遅延回路47U、47V、47Wを備えず、PWM処理部46U、46V、46WがNのキャリア波を用いて各相アーム50のN段の単位変換器51-53へのゲート信号を生成する点以外は上述の第4実施形態と同様の構成である。 In this example, the control circuit CTR does not include the delay circuits 47U, 47V, and 47W, and the PWM processing units 46U, 46V, and 46W use N carrier waves to transmit the N-stage unit converters 51-53 of each phase arm 50. The configuration is the same as that of the above-described fourth embodiment except that it generates a gate signal of .

図19は、図18に示す無効電力補償装置の制御回路の動作の一例を説明するための図である。
例えば、PWM処理部46Uは、第1キャリア波、第2キャリア波、および、第3キャリア波それぞれと電圧指令値とを比較して、第1ゲート信号と第2ゲート信号と、第3ゲート信号とを生成して出力する。第1キャリア波、第2キャリア波、および、第3キャリア波は、例えば互いに120°位相がずれた波形である。
19 is a diagram for explaining an example of the operation of the control circuit of the reactive power compensator shown in FIG. 18. FIG.
For example, the PWM processing unit 46U compares each of the first carrier wave, the second carrier wave, and the third carrier wave with the voltage command value to obtain the first gate signal, the second gate signal, and the third gate signal. is generated and output. The first carrier wave, the second carrier wave, and the third carrier wave are waveforms that are 120 degrees out of phase with each other, for example.

第1ゲート信号は、第1キャリア波と電圧指令値とを比較することにより生成され、例えばスイッチング素子Q11pのゲート信号である。第2ゲート信号は、第2キャリア波と電圧指令値とを比較することにより生成され、例えばスイッチング素子Q21pのゲート信号である。第3ゲート信号は、第3キャリア波と電圧指令値とを比較することにより生成され、例えばスイッチング素子Q31pのゲート信号である。 The first gate signal is generated by comparing the first carrier wave and the voltage command value, and is the gate signal for the switching element Q11p, for example. The second gate signal is generated by comparing the second carrier wave and the voltage command value, and is the gate signal for the switching element Q21p, for example. The third gate signal is generated by comparing the third carrier wave and the voltage command value, and is a gate signal for switching element Q31p, for example.

PWM処理部46Uは、第1ゲート信号と第2ゲート信号と第3ゲート信号とをU相アームの単位変換器51-53に供給する。
なお、スイッチング素子Q11nのゲート信号は、第1ゲート信号を反転させた信号である。スイッチング素子Q12pのゲート信号は、電圧指令値を反転させて第1キャリア波と比較することにより生成することができる。スイッチング素子Q12nのゲート信号は、スイッチング素子Q12pのゲート信号を反転させた信号である。
他の単位変換器52、53についても、上記と同様にすべてのスイッチング素子のゲート信号を生成することが可能である。
The PWM processing unit 46U supplies the first gate signal, the second gate signal and the third gate signal to the U-phase arm unit converters 51-53.
The gate signal of the switching element Q11n is a signal obtained by inverting the first gate signal. The gate signal for the switching element Q12p can be generated by inverting the voltage command value and comparing it with the first carrier wave. The gate signal of the switching element Q12n is a signal obtained by inverting the gate signal of the switching element Q12p.
Other unit converters 52 and 53 can also generate gate signals for all switching elements in the same manner as described above.

制御回路CTRから出力されたゲート信号は、対応する単位変換器のスイッチング素子およびバランススイッチング素子を駆動する駆動回路に入力される。
制御回路CTRが上記のように遅延回路47U、47V、47Wを備えない構成であっても、上述の第4実施形態と同様の効果を得ることができる。
A gate signal output from the control circuit CTR is input to a drive circuit that drives the switching element and the balance switching element of the corresponding unit converter.
Even if the control circuit CTR does not include the delay circuits 47U, 47V, and 47W as described above, the same effects as those of the fourth embodiment can be obtained.

図20は、第5実施形態の無効電力補償装置のアームの一構成例を概略的に示す図である。図20では、N≦3であるときの単位変換器クラスタの構成の一例を示し、例えば、単位変換器53が第1単位変換器、単位変換器52が第2単位変換器、単位変換器51が第3単位変換器に相当する。
本実施形態の無効電力補償装置は、各相アーム50U、50V、50Wのバランス回路B12、B23の構成が上述の第4実施形態と異なっている。ここでは、U相アーム50UとV相アーム50VとW相アーム50Wとの共通の構成をアーム50として説明する。
また、以下の説明において、上述の第4実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
FIG. 20 is a diagram schematically showing one configuration example of an arm of the reactive power compensator of the fifth embodiment. FIG. 20 shows an example of the configuration of the unit converter cluster when N≦3. For example, the unit converter 53 is the first unit converter, the unit converter 52 is the second unit converter, and the unit converter 51 corresponds to the third unit converter.
The reactive power compensator of this embodiment differs from the above-described fourth embodiment in the configuration of the balance circuits B12 and B23 of the phase arms 50U, 50V and 50W. Here, the common configuration of the U-phase arm 50U, the V-phase arm 50V, and the W-phase arm 50W will be described as an arm 50. FIG.
Moreover, in the following description, the same reference numerals are given to the same configurations as in the above-described fourth embodiment, and the description thereof will be omitted.

バランス回路B12は、バランススイッチング素子Q121b、Q122bと、駆動回路DV121b、DV122bと、を備えている。
バランススイッチング素子Q121bの一端(ソース)は、単位変換器51のコンデンサC1の他端およびスイッチング素子Q11n、Q12nのソースと電気的に接続している。バランススイッチング素子Q121bの他端(ドレイン)は、バランススイッチング素子Q122bの一端(ドレイン)と電気的に接続されている。バランススイッチング素子Q122bの他端(ソース)は、単位変換器52のコンデンサC2の他端およびスイッチング素子Q21n、Q22nのソースと電気的に接続している。
バランススイッチング素子Q121b、Q122bは、第2スイッチング素子のソースおよび第4スイッチング素子のソースとコンデンサとの間にて、単位変換器52と単位変換器51とを電気的に接続する経路に設けられている。
したがって、バランススイッチング素子Q121b、Q122bがオンされる(導通する)と、コンデンサC1の他端とコンデンサC2の他端とが電気的に接続される。
The balance circuit B12 includes balance switching elements Q121b and Q122b and drive circuits DV121b and DV122b.
One end (source) of the balance switching element Q121b is electrically connected to the other end of the capacitor C1 of the unit converter 51 and the sources of the switching elements Q11n and Q12n. The other end (drain) of the balance switching element Q121b is electrically connected to one end (drain) of the balance switching element Q122b. The other end (source) of the balance switching element Q122b is electrically connected to the other end of the capacitor C2 of the unit converter 52 and the sources of the switching elements Q21n and Q22n.
The balance switching elements Q121b and Q122b are provided in the path electrically connecting the unit converters 52 and 51 between the source of the second switching element and the source of the fourth switching element and the capacitor. there is
Therefore, when the balance switching elements Q121b and Q122b are turned on (conducted), the other end of the capacitor C1 and the other end of the capacitor C2 are electrically connected.

なお、バランススイッチング素子Q121bは、ソースが単位変換器51のコンデンサC1の他端側、ドレインが単位変換器52のコンデンサC2の他端側となる向きに配置されていればよい。バランススイッチング素子Q122bは、ソースが単位変換器52のコンデンサC2の他端側、ドレインが単位変換器51のコンデンサC1の他端側となる向きに配置されていればよい。すなわち、バランススイッチング素子Q121bは、ソースとドレインとの配置がバランススイッチング素子Q122bと逆となるように配置されていればよく、コンデンサC1とコンデンサC2との間において、バランススイッチング素子Q121bとバランススイッチング素子Q122bとが配置される順序は図20と逆であっても構わない。 The balance switching element Q121b may be arranged so that the source is on the other end side of the capacitor C1 of the unit converter 51 and the drain is on the other end side of the capacitor C2 of the unit converter 52. The balance switching element Q122b may be arranged so that the source is on the other end side of the capacitor C2 of the unit converter 52 and the drain is on the other end side of the capacitor C1 of the unit converter 51. That is, the balance switching element Q121b may be arranged so that the arrangement of the source and the drain is opposite to that of the balance switching element Q122b. The order in which Q122b and Q122b are arranged may be reversed from that in FIG.

駆動回路DV121bは、電源回路531から電源電圧が供給されることにより動作し、制御回路CTRから供給されるゲート信号に基づいて、バランススイッチング素子Q121bを駆動する。なお、本実施形態では、バランススイッチング素子Q121bは、電源回路531と基準とする電圧が同じである。したがって、電源回路531から駆動回路DV121bへ電源を供給する際に、駆動回路DV121bの前段に絶縁回路を介在させる必要がない。 The drive circuit DV121b operates by being supplied with power supply voltage from the power supply circuit 531, and drives the balance switching element Q121b based on the gate signal supplied from the control circuit CTR. In this embodiment, the balance switching element Q121b has the same reference voltage as that of the power supply circuit 531. FIG. Therefore, when power is supplied from the power supply circuit 531 to the driving circuit DV121b, it is not necessary to interpose an insulating circuit in the preceding stage of the driving circuit DV121b.

駆動回路DV122bは、電源回路532から電源電圧が供給されることにより動作し、制御回路CTRから供給されるゲート信号に基づいて、バランススイッチング素子Q122bを駆動する。なお、本実施形態では、バランススイッチング素子Q122bは、電源回路532と基準とする電圧が同じである。したがって、電源回路532から駆動回路DV122bへ電源を供給する際に、駆動回路DV122bの前段に絶縁回路を介在させる必要がない。 The drive circuit DV122b operates by being supplied with power supply voltage from the power supply circuit 532, and drives the balance switching element Q122b based on the gate signal supplied from the control circuit CTR. In this embodiment, the balance switching element Q122b has the same voltage as that of the power supply circuit 532 as a reference. Therefore, when power is supplied from the power supply circuit 532 to the driving circuit DV122b, it is not necessary to interpose an insulating circuit in the preceding stage of the driving circuit DV122b.

本実施形態では、バランススイッチング素子Q121bのゲート信号は、単位変換器52のスイッチング素子Q21pのゲート信号と共通である。バランススイッチング素子Q122bのゲート信号は、単位変換器52のスイッチング素子Q12pのゲート信号と共通である。したがって、スイッチング素子Q21pとバランススイッチング素子Q121bとは同じタイミングで導通し(オンとなり)、スイッチング素子Q12pとバランススイッチング素子Q122bとは同じタイミングで導通し(オンとなり)、スイッチング素子Q21pとスイッチング素子Q12pとの両方が導通するタイミングでコンデンサC1とコンデンサC2とが並列に接続される。このことにより、コンデンサC1とコンデンサC2との電圧が略等しくなる。 In this embodiment, the gate signal of the balance switching element Q121b is common to the gate signal of the switching element Q21p of the unit converter 52. FIG. The gate signal of the balance switching element Q122b is common to the gate signal of the switching element Q12p of the unit converter 52. Therefore, the switching element Q21p and the balance switching element Q121b are conducted (turned on) at the same timing, the switching element Q12p and the balance switching element Q122b are conducted (turned on) at the same timing, and the switching element Q21p and the switching element Q12p are conducted (turned on) at the same timing. The capacitor C1 and the capacitor C2 are connected in parallel at the timing when both of are turned on. As a result, the voltages of the capacitors C1 and C2 become substantially equal.

バランス回路B23は、バランススイッチング素子Q231b、Q232bと、駆動回路DV231b、DV232bと、を備えている。
バランススイッチング素子Q231bの一端(ソース)は、単位変換器52のコンデンサC2の他端およびスイッチング素子Q21n、Q22nのソースと電気的に接続している。バランススイッチング素子Q231bの他端(ドレイン)は、バランススイッチング素子Q232bの一端(ドレイン)と電気的に接続されている。バランススイッチング素子Q232bの他端(ソース)は、単位変換器53のコンデンサC3の他端およびスイッチング素子Q31n、Q32nのソースと電気的に接続している。
バランススイッチング素子Q231b、Q232bは、第2スイッチング素子のソースおよび第4スイッチング素子のソースとコンデンサとの間にて、単位変換器(第1単位変換器)53と単位変換器(第2単位変換器)52とを電気的に接続する経路に設けられている。
したがって、バランススイッチング素子Q231b、Q232bがオンされる(導通する)と、コンデンサC2の他端とコンデンサC3の他端とが電気的に接続される。
The balance circuit B23 includes balance switching elements Q231b and Q232b and drive circuits DV231b and DV232b.
One end (source) of the balance switching element Q231b is electrically connected to the other end of the capacitor C2 of the unit converter 52 and the sources of the switching elements Q21n and Q22n. The other end (drain) of the balance switching element Q231b is electrically connected to one end (drain) of the balance switching element Q232b. The other end (source) of the balance switching element Q232b is electrically connected to the other end of the capacitor C3 of the unit converter 53 and the sources of the switching elements Q31n and Q32n.
The balance switching elements Q231b and Q232b are connected between the unit converter (first unit converter) 53 and the unit converter (second unit converter) between the source of the second switching element and the source of the fourth switching element and the capacitor. ) 52.
Therefore, when the balance switching elements Q231b and Q232b are turned on (conducted), the other end of the capacitor C2 and the other end of the capacitor C3 are electrically connected.

なお、バランススイッチング素子Q231bは、ソースが単位変換器52のコンデンサC2の他端側、ドレインが単位変換器53のコンデンサC3の他端側となる向きに配置されていればよい。バランススイッチング素子Q232bは、ソースが単位変換器53のコンデンサC3の他端側、ドレインが単位変換器52のコンデンサC2の他端側となる向きに配置されていればよい。すなわち、バランススイッチング素子Q231bは、ソースとドレインとの配置がバランススイッチング素子Q232bと逆となるように配置されていればよく、コンデンサC2とコンデンサC3との間において、バランススイッチング素子Q231bとバランススイッチング素子Q232bとが配置される順序は図20と逆であっても構わない。 The balance switching element Q231b may be arranged so that the source is on the other end side of the capacitor C2 of the unit converter 52 and the drain is on the other end side of the capacitor C3 of the unit converter 53. The balance switching element Q232b may be arranged so that the source is on the other end side of the capacitor C3 of the unit converter 53 and the drain is on the other end side of the capacitor C2 of the unit converter 52. That is, the balance switching element Q231b may be arranged such that the arrangement of the source and the drain is opposite to that of the balance switching element Q232b. The order in which Q232b is arranged may be reversed from that in FIG.

駆動回路DV231bは、電源回路532から電源電圧が供給されることにより動作し、制御回路CTRから供給されるゲート信号に基づいて、バランススイッチング素子Q231bを駆動する。なお、本実施形態では、バランススイッチング素子Q231bは、電源回路532と基準とする電圧が同じである。したがって、電源回路532から駆動回路DV231bへ電源を供給する際に、駆動回路DV231bの前段に絶縁回路を介在させる必要がない。 The drive circuit DV231b operates by being supplied with the power supply voltage from the power supply circuit 532, and drives the balance switching element Q231b based on the gate signal supplied from the control circuit CTR. In this embodiment, the balance switching element Q231b has the same reference voltage as that of the power supply circuit 532. FIG. Therefore, when power is supplied from the power supply circuit 532 to the driving circuit DV231b, it is not necessary to interpose an insulating circuit in the preceding stage of the driving circuit DV231b.

駆動回路DV232bは、電源回路533から電源電圧が供給されることにより動作し、制御回路CTRから供給されるゲート信号に基づいて、バランススイッチング素子Q232bを駆動する。なお、本実施形態では、バランススイッチング素子Q232bは、電源回路533と基準とする電圧が同じである。したがって、電源回路533から駆動回路DV232bへ電源を供給する際に、駆動回路DV232bの前段に絶縁回路を介在させる必要がない。 The drive circuit DV232b operates by being supplied with power supply voltage from the power supply circuit 533, and drives the balance switching element Q232b based on the gate signal supplied from the control circuit CTR. In this embodiment, the balance switching element Q232b has the same reference voltage as that of the power supply circuit 533. FIG. Therefore, when power is supplied from the power supply circuit 533 to the driving circuit DV232b, it is not necessary to interpose an insulating circuit in the preceding stage of the driving circuit DV232b.

本実施形態では、バランススイッチング素子Q231bのゲート信号は、単位変換器53のスイッチング素子Q31pのゲート信号と共通である。バランススイッチング素子Q232bのゲート信号は、単位変換器52のスイッチング素子Q22pのゲート信号と共通である。したがって、スイッチング素子Q31pとバランススイッチング素子Q231bとは同じタイミングで導通し(オンとなり)、スイッチング素子Q22pとバランススイッチング素子Q232bとは同じタイミングで導通し(オンとなり)、スイッチング素子Q31pとスイッチング素子Q22pと両方が導通するタイミングでコンデンサC2とコンデンサC3とが並列に接続される。このことにより、コンデンサC2とコンデンサC3との電圧が略等しくなる。 In this embodiment, the gate signal of the balance switching element Q231b is common to the gate signal of the switching element Q31p of the unit converter 53. The gate signal of the balance switching element Q232b is common to the gate signal of the switching element Q22p of the unit converter 52. Therefore, the switching element Q31p and the balance switching element Q231b are conducted (turned on) at the same timing, the switching element Q22p and the balance switching element Q232b are conducted (turned on) at the same timing, and the switching element Q31p and the switching element Q22p are conducted (turned on) at the same timing. Capacitor C2 and capacitor C3 are connected in parallel at the timing when both are conductive. As a result, the voltages of the capacitors C2 and C3 become substantially equal.

図21は、図20に示すアームの動作の一例について説明するための図である。
ここでは、例えばコンデンサC1-C3の電圧をVcとしたときに、交流端子UT、VT、WTの出力電圧Voutが電圧Vcの3倍、2倍、1倍、-1倍、-2倍、-3倍、およびゼロとなるときの、単位変換器51-53のスイッチング素子Q11p-Q32nおよびバランス回路B12、B23のバランススイッチング素子Q121b、Q122b、Q231b、Q232bの導通状態を示している。図13において、「1」はスイッチング素子が導通している状態(オン状態)を示し、「0」はスイッチング素子が導通していない状態(オフ状態)を示している。
21 is a diagram for explaining an example of the motion of the arm shown in FIG. 20; FIG.
Here, for example, when the voltage of the capacitors C1 to C3 is Vc, the output voltage Vout of the AC terminals UT, VT, and WT is 3 times, 2 times, 1 time, -1 times, -2 times, - It shows the conduction states of the switching elements Q11p-Q32n of the unit converters 51-53 and the balance switching elements Q121b, Q122b, Q231b, Q232b of the balance circuits B12, B23 when tripled and zero. In FIG. 13, "1" indicates the state in which the switching element is conducting (ON state), and "0" indicates the state in which the switching element is not conducting (OFF state).

例えば、出力電圧が電圧Vcの3倍となるときには、スイッチング素子Q11pがオン、スイッチング素子Q11nがオフ、スイッチング素子Q12pがオフ、スイッチング素子Q12nがオン、スイッチング素子Q21pがオン、スイッチング素子Q21nがオフ、スイッチング素子Q22pがオフ、スイッチング素子Q22nがオン、スイッチング素子Q31pがオン、スイッチング素子Q31nがオフ、スイッチング素子Q32pがオフ、スイッチング素子Q32nがオン、となる。このとき、バランススイッチング素子Q121bはオン、スイッチング素子Q122bはオフ、スイッチング素子Q231bはオン、バランススイッチング素子Q232bはオフとなり、コンデンサC1-C3は互いに並列に接続されていない状態となる。 For example, when the output voltage is three times the voltage Vc, the switching element Q11p is on, the switching element Q11n is off, the switching element Q12p is off, the switching element Q12n is on, the switching element Q21p is on, the switching element Q21n is off, The switching element Q22p is turned off, the switching element Q22n is turned on, the switching element Q31p is turned on, the switching element Q31n is turned off, the switching element Q32p is turned off, and the switching element Q32n is turned on. At this time, the balance switching element Q121b is on, the switching element Q122b is off, the switching element Q231b is on, the balance switching element Q232b is off, and the capacitors C1 to C3 are not connected in parallel with each other.

例えば、出力電圧が電圧Vcの2倍となるときには、スイッチング素子Q11pがオン、スイッチング素子Q11nがオフ、スイッチング素子Q12pがオン、スイッチング素子Q12nがオフ、スイッチング素子Q21pがオン、スイッチング素子Q21nがオフ、スイッチング素子Q22pがオフ、スイッチング素子Q22nがオン、スイッチング素子Q31pがオン、スイッチング素子Q31nがオフ、スイッチング素子Q32pがオフ、スイッチング素子Q32nがオン、となる。このとき、バランススイッチング素子Q121bはオン、スイッチング素子Q122bはオン、スイッチング素子Q231bはオン、バランススイッチング素子Q232bはオフとなり、コンデンサC1とコンデンサC2とが並列に接続され、コンデンサC3は他のコンデンサと並列に接続されていない状態となる。 For example, when the output voltage is double the voltage Vc, the switching element Q11p is on, the switching element Q11n is off, the switching element Q12p is on, the switching element Q12n is off, the switching element Q21p is on, the switching element Q21n is off, The switching element Q22p is turned off, the switching element Q22n is turned on, the switching element Q31p is turned on, the switching element Q31n is turned off, the switching element Q32p is turned off, and the switching element Q32n is turned on. At this time, the balance switching element Q121b is turned on, the switching element Q122b is turned on, the switching element Q231b is turned on, and the balance switching element Q232b is turned off. is not connected to

例えば、出力電圧が電圧Vcの1倍となるときには、スイッチング素子Q11pがオン、スイッチング素子Q11nがオフ、スイッチング素子Q12pがオン、スイッチング素子Q12nがオフ、スイッチング素子Q21pがオン、スイッチング素子Q21nがオフ、スイッチング素子Q22pがオン、スイッチング素子Q22nがオフ、スイッチング素子Q31pがオン、スイッチング素子Q31nがオフ、スイッチング素子Q32pがオフ、スイッチング素子Q32nがオン、となる。このとき、バランススイッチング素子Q121bはオン、スイッチング素子Q122bはオン、スイッチング素子Q231bはオン、バランススイッチング素子Q232bはオンとなり、コンデンサC1-C3が互いに並列に接続された状態となる。 For example, when the output voltage is 1 times the voltage Vc, the switching element Q11p is on, the switching element Q11n is off, the switching element Q12p is on, the switching element Q12n is off, the switching element Q21p is on, the switching element Q21n is off, The switching element Q22p is on, the switching element Q22n is off, the switching element Q31p is on, the switching element Q31n is off, the switching element Q32p is off, and the switching element Q32n is on. At this time, the balance switching element Q121b is turned on, the switching element Q122b is turned on, the switching element Q231b is turned on, the balance switching element Q232b is turned on, and the capacitors C1 to C3 are connected in parallel with each other.

例えば、出力電圧がゼロとなるときには、スイッチング素子Q11pがオン、スイッチング素子Q11nがオフ、スイッチング素子Q12pがオン、スイッチング素子Q12nがオフ、スイッチング素子Q21pがオン、スイッチング素子Q21nがオフ、スイッチング素子Q22pがオン、スイッチング素子Q22nがオフ、スイッチング素子Q31pがオン、スイッチング素子Q31nがオフ、スイッチング素子Q32pがオン、スイッチング素子Q32nがオフ、となる。このとき、バランススイッチング素子Q121bはオン、スイッチング素子Q122bはオン、スイッチング素子Q231bはオン、バランススイッチング素子Q232bはオンとなり、コンデンサC1-C3が互いに並列に接続された状態となる。 For example, when the output voltage becomes zero, the switching element Q11p is on, the switching element Q11n is off, the switching element Q12p is on, the switching element Q12n is off, the switching element Q21p is on, the switching element Q21n is off, and the switching element Q22p is ON, the switching element Q22n is OFF, the switching element Q31p is ON, the switching element Q31n is OFF, the switching element Q32p is ON, and the switching element Q32n is OFF. At this time, the balance switching element Q121b is turned on, the switching element Q122b is turned on, the switching element Q231b is turned on, the balance switching element Q232b is turned on, and the capacitors C1 to C3 are connected in parallel with each other.

例えば、出力電圧が電圧Vcの-1倍となるときには、スイッチング素子Q11pがオン、スイッチング素子Q11nがオフ、スイッチング素子Q12pがオン、スイッチング素子Q12nがオフ、スイッチング素子Q21pがオン、スイッチング素子Q21nがオフ、スイッチング素子Q22pがオン、スイッチング素子Q22nがオフ、スイッチング素子Q31pがオフ、スイッチング素子Q31nがオン、スイッチング素子Q32pがオン、スイッチング素子Q32nがオフ、となる。このとき、バランススイッチング素子Q121bはオン、スイッチング素子Q122bはオン、スイッチング素子Q231bはオフ、バランススイッチング素子Q232bはオンとなり、コンデンサC1とコンデンサC2とが並列に接続され、コンデンサC3は他のコンデンサと並列に接続されていない状態となる。 For example, when the output voltage is -1 times the voltage Vc, the switching element Q11p is on, the switching element Q11n is off, the switching element Q12p is on, the switching element Q12n is off, the switching element Q21p is on, and the switching element Q21n is off. , the switching element Q22p is on, the switching element Q22n is off, the switching element Q31p is off, the switching element Q31n is on, the switching element Q32p is on, and the switching element Q32n is off. At this time, the balance switching element Q121b is on, the switching element Q122b is on, the switching element Q231b is off, the balance switching element Q232b is on, the capacitor C1 and the capacitor C2 are connected in parallel, and the capacitor C3 is in parallel with another capacitor. is not connected to

例えば、出力電圧が電圧Vcの-2倍となるときには、スイッチング素子Q11pがオン、スイッチング素子Q11nがオフ、スイッチング素子Q12pがオン、スイッチング素子Q12nがオフ、スイッチング素子Q21pがオフ、スイッチング素子Q21nがオン、スイッチング素子Q22pがオン、スイッチング素子Q22nがオフ、スイッチング素子Q31pがオフ、スイッチング素子Q31nがオン、スイッチング素子Q32pがオン、スイッチング素子Q32nがオフ、となる。このとき、バランススイッチング素子Q121bはオフ、スイッチング素子Q122bはオン、スイッチング素子Q231bはオフ、バランススイッチング素子Q232bはオンとなり、コンデンサC1-C3は互いに並列に接続されていない状態となる。 For example, when the output voltage is -2 times the voltage Vc, the switching element Q11p is on, the switching element Q11n is off, the switching element Q12p is on, the switching element Q12n is off, the switching element Q21p is off, and the switching element Q21n is on. , the switching element Q22p is on, the switching element Q22n is off, the switching element Q31p is off, the switching element Q31n is on, the switching element Q32p is on, and the switching element Q32n is off. At this time, the balance switching element Q121b is turned off, the switching element Q122b is turned on, the switching element Q231b is turned off, the balance switching element Q232b is turned on, and the capacitors C1 to C3 are not connected in parallel with each other.

例えば、出力電圧が電圧Vcの-3倍となるときには、スイッチング素子Q11pがオフ、スイッチング素子Q11nがオン、スイッチング素子Q12pがオン、スイッチング素子Q12nがオフ、スイッチング素子Q21pがオフ、スイッチング素子Q21nがオン、スイッチング素子Q22pがオン、スイッチング素子Q22nがオフ、スイッチング素子Q31pがオフ、スイッチング素子Q31nがオン、スイッチング素子Q32pがオン、スイッチング素子Q32nがオフ、となる。このとき、バランススイッチング素子Q121bはオフ、スイッチング素子Q122bはオン、スイッチング素子Q231bはオフ、バランススイッチング素子Q232bはオンとなり、コンデンサC1-C3は互いに並列に接続されていない状態となる。 For example, when the output voltage is -3 times the voltage Vc, the switching element Q11p is turned off, the switching element Q11n is turned on, the switching element Q12p is turned on, the switching element Q12n is turned off, the switching element Q21p is turned off, and the switching element Q21n is turned on. , the switching element Q22p is on, the switching element Q22n is off, the switching element Q31p is off, the switching element Q31n is on, the switching element Q32p is on, and the switching element Q32n is off. At this time, the balance switching element Q121b is turned off, the switching element Q122b is turned on, the switching element Q231b is turned off, the balance switching element Q232b is turned on, and the capacitors C1 to C3 are not connected in parallel with each other.

上記のように、アーム50の出力が切り替わると、コンデンサC1-C3の接続状態も切り替わるため、電力変換装置が通常の動作を行うと同時にコンデンサC1-C3の電圧を均等化することができる。したがって、コンデンサC1-C3のいずれかの電圧を取得することによりコンデンサC1-C3の電圧値の制御を行うことができ、コンデンサC1-C3それぞれの電圧を検出する電圧検出器を設けて、コンデンサC1-C3の電圧を等しくするための特別な制御を行う必要がなくなる。 As described above, when the output of the arm 50 is switched, the connection state of the capacitors C1-C3 is also switched, so that the voltages of the capacitors C1-C3 can be equalized at the same time that the power converter performs normal operation. Therefore, by obtaining the voltage of any one of the capacitors C1 to C3, the voltage value of the capacitors C1 to C3 can be controlled. - Eliminates the need for special control to equalize the voltages of C3.

すなわち、上記本実施形態の無効電力補償装置21によれば、各アーム50がバランス回路B12、B23を備え、各アーム50においてバランス回路B12、B23のバランススイッチング素子を単位変換器のスイッチング素子と同期して動作させることにより、アーム50にて単位変換器のコンデンサの容量を均等化させることが可能である。この構成により、無効電力補償装置21に含まれる単位変換器のコンデンサの電圧をすべて検出し、個々の電圧を制御する必要がなくなり、単位変換器ごとにコンデンサの電圧を検出する検出器が不要となるとともに、制御回路CTRでの演算量を軽減することができる。 That is, according to the reactive power compensator 21 of the present embodiment, each arm 50 includes the balance circuits B12 and B23, and in each arm 50, the balance switching elements of the balance circuits B12 and B23 are synchronized with the switching elements of the unit converters. It is possible to equalize the capacities of the capacitors of the unit converters in the arm 50 by operating as . This configuration eliminates the need to detect all the voltages of the capacitors of the unit converters included in the reactive power compensator 21 and control the individual voltages. In addition, the amount of calculation in the control circuit CTR can be reduced.

さらに本実施形態の無効電力補償装置21は、バランス回路B12、B23の絶縁回路が不要となり、上述の第4実施形態よりもさらに少ない構成要素にて実現することが可能である。
すなわち、本実施形態によれば、低コストで高調波の少ない小型な多直列単位変換器クラスタおよび無効電力補償装置を提供することができる。
Furthermore, the reactive power compensator 21 of this embodiment does not require the insulating circuits of the balance circuits B12 and B23, and can be realized with fewer components than the above-described fourth embodiment.
That is, according to this embodiment, it is possible to provide a compact multi-serial unit converter cluster and a reactive power compensator that are low in cost and have few harmonics.

図22は、実施形態の無効電力補償装置の他の構成例を概略的に示す図である。
上記第4および第5実施形態では、U相アーム50UとV相アーム50VとW相アーム50Wとが、それぞれ、単位変換器53にて互いに電気的に接続されている無効電力補償装置の構成について説明したが、無効電力補償装置の構成は上記に限定されるものではない。
FIG. 22 is a diagram schematically showing another configuration example of the reactive power compensator of the embodiment;
In the fourth and fifth embodiments, the configuration of the reactive power compensator in which the U-phase arm 50U, the V-phase arm 50V, and the W-phase arm 50W are electrically connected to each other through the unit converter 53. Although described, the configuration of the reactive power compensator is not limited to the above.

図22に示す例では、U相アーム50Uの単位変換器53は、バッファリアクトルLVを介してV相アーム50Vの単位変換器51と電気的に接続されている。V相アーム50Vの単位変換器53は、バッファリアクトルLWを介してW相アーム50Wの単位変換器51と電気的に接続されている。W相アーム50Wの単位変換器53は、バッファリアクトルLUを介してU相アーム50Uの単位変換器51と電気的に接続されている。 In the example shown in FIG. 22, unit converter 53 of U-phase arm 50U is electrically connected to unit converter 51 of V-phase arm 50V via buffer reactor LV. Unit converter 53 of V-phase arm 50V is electrically connected to unit converter 51 of W-phase arm 50W via buffer reactor LW. Unit converter 53 of W-phase arm 50W is electrically connected to unit converter 51 of U-phase arm 50U via buffer reactor LU.

上記構成の無効電力補償装置21であっても、上述の第4および第5実施形態のアーム50と同様の構成を備えることにより、第4および第5実施形態の無効電力補償装置と同様の効果を得ることができる。 Even the reactive power compensator 21 having the above configuration has the same configuration as the arm 50 of the fourth and fifth embodiments described above, so that the same effect as the reactive power compensator of the fourth and fifth embodiments can be obtained. can be obtained.

図23は、図1に示す電力変換装置のアームの他の構成例を概略的に示す図である。
上述の複数の実施形態では、アーム30(若しくはアーム50)に含まれる全ての単位変換器のコンデンサの電圧を略等しくする構成について説明したが、アーム30(若しくはアーム50)は、例えば図23に示すように、少なくとも2つの単位変換器のコンデンサの電圧を等しくする構成を備えていれば良い。
図23では、単位変換器31-34と、バランス回路B12、B34と、電圧検出器(図示せず)と、を備えたアーム30の一構成例を示している。
複数の単位変換器31-34のそれぞれは、電圧検出器SV以外は図2に示す単位変換器31-33のそれぞれと同様の構成である。また、バランス回路B12は、図2に示すバランス回路B12と同様の構成である。
23 is a diagram schematically showing another configuration example of the arm of the power converter shown in FIG. 1. FIG.
In the above-described embodiments, the configuration in which the voltages of the capacitors of all the unit converters included in the arm 30 (or arm 50) are substantially equal has been described. As shown, it is sufficient to have a configuration that equalizes the voltages of the capacitors of at least two unit converters.
FIG. 23 shows a configuration example of arm 30 including unit converters 31-34, balance circuits B12 and B34, and a voltage detector (not shown).
Each of the plurality of unit converters 31-34 has the same configuration as each of the unit converters 31-33 shown in FIG. 2 except for the voltage detector SV. The balance circuit B12 has the same configuration as the balance circuit B12 shown in FIG.

バランス回路B34は、バランススイッチング素子Q34bと、駆動回路(バランススイッチ駆動回路)DV34bと、絶縁回路(第2絶縁回路)323と、を備えている。
バランススイッチング素子Q34bは、例えばMOSFET(metal-oxide semiconductor field-effect transistor)等の自己消弧型のスイッチング素子を備えている。自己消弧型のスイッチング素子は、例えば、IEGT(injection Enhanced Gate transistor)、GTO(gate turn-off thyristor)、GTO(gate turn-off thyristor)、GCT(gate communicated turn-off thyristor)又はIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等、素子のオン(導通状態)とオフ(非導通状態)とを電気的に制御可能なスイッチング素子を採用することが可能である。バランススイッチング素子Q34bは、必要に応じて、スイッチング素子に逆並列接続された還流ダイオードを備えてもよい。
なお、バランススイッチング素子Q34bとして、IGBTやIEGTを採用する場合には、バランススイッチング素子Q34bのソースをエミッタと読み替え、バランススイッチング素子Q34bのドレインをコレクタとして読み替える。
The balance circuit B34 includes a balance switching element Q34b, a drive circuit (balance switch drive circuit) DV34b, and an insulation circuit (second insulation circuit) 323.
The balance switching element Q34b includes a self-extinguishing switching element such as a MOSFET (metal-oxide semiconductor field-effect transistor). The self arc-extinguishing switching element is, for example, an IEGT (injection enhanced gate transistor), a GTO (gate turn-off thyristor), a GTO (gate turn-off thyristor), a GCT (gate communicated turn-off thyristor), or an IGBT (Insulated It is possible to employ a switching element such as a Gate Bipolar Transistor, which can be electrically controlled to be turned on (conducting state) and off (non-conducting state). The balance switching element Q34b may include a freewheeling diode connected in anti-parallel to the switching element, if necessary.
When an IGBT or IEGT is used as the balance switching element Q34b, the source of the balance switching element Q34b is read as the emitter, and the drain of the balance switching element Q34b is read as the collector.

バランススイッチング素子Q34bの一端(ドレイン)は、単位変換器33のコンデンサC3の一端と電気的に接続している。バランススイッチング素子Q34bの他端(ソース)は、単位変換器34のコンデンサC4の一端と電気的に接続している。したがって、バランススイッチング素子Q34bがオンされる(導通する)と、コンデンサC3の一端とコンデンサC4の一端とが電気的に接続される。 One end (drain) of the balance switching element Q34b is electrically connected to one end of the capacitor C3 of the unit converter 33 . The other end (source) of the balance switching element Q34b is electrically connected to one end of the capacitor C4 of the unit converter . Therefore, when the balance switching element Q34b is turned on (conducted), one end of the capacitor C3 and one end of the capacitor C4 are electrically connected.

絶縁回路323は、電源回路333と駆動回路DV34bとを絶縁している。電源回路333と駆動回路DV34bとは異なる基準電位にて動作する。絶縁回路323は、たとえば、ブートストラップ回路である。
駆動回路DV34bは、絶縁回路323を介して電源電圧が供給されることにより動作し、制御回路CTRから供給されるゲート信号に基づいて、バランススイッチング素子Q34bを駆動する。
The isolation circuit 323 isolates the power supply circuit 333 and the drive circuit DV34b. The power supply circuit 333 and the drive circuit DV34b operate at different reference potentials. Isolation circuit 323 is, for example, a bootstrap circuit.
The drive circuit DV34b operates by being supplied with the power supply voltage through the isolation circuit 323, and drives the balance switching element Q34b based on the gate signal supplied from the control circuit CTR.

本実施形態では、バランススイッチング素子Q34bのゲート信号は、単位変換器34のスイッチング素子Q4nと共通である。すなわち駆動回路DV34bに入力されるゲート信号と、駆動回路DV4nに入力されるゲート信号とは共通である。したがって、スイッチング素子Q4nとバランススイッチング素子Q34bとは同じタイミングで導通し(オンとなり)、コンデンサC3とコンデンサC4とが並列に接続される。このことにより、コンデンサC3の電圧とコンデンサC4の電圧とが略等しくなる。 In this embodiment, the gate signal of the balance switching element Q34b is common to the switching element Q4n of the unit converter 34. FIG. That is, the gate signal input to the drive circuit DV34b and the gate signal input to the drive circuit DV4n are common. Therefore, the switching element Q4n and the balance switching element Q34b are conducted (turned on) at the same timing, and the capacitors C3 and C4 are connected in parallel. As a result, the voltage of the capacitor C3 and the voltage of the capacitor C4 become substantially equal.

上記のように、図23に示す例では、単位変換器31のコンデンサC1の電圧と単位変換器32のコンデンサC2の電圧とは、バランス回路B12により略等しくなる。単位変換器33のコンデンサC3の電圧と単位変換器34のコンデンサC4の電圧とは、バランス回路B34により略等しくなる。
電圧検出器は、コンデンサC1とコンデンサC2とのいずれか一方の電圧と、コンデンサC3とコンデンサC4とのいずれか一方の電圧とを検出するように設けられ、検出した値を制御回路CTRへ供給する。
As described above, in the example shown in FIG. 23, the voltage of the capacitor C1 of the unit converter 31 and the voltage of the capacitor C2 of the unit converter 32 are substantially equalized by the balance circuit B12. The voltage of the capacitor C3 of the unit converter 33 and the voltage of the capacitor C4 of the unit converter 34 are made substantially equal by the balance circuit B34.
The voltage detector is provided to detect the voltage of one of the capacitors C1 and C2 and the voltage of one of the capacitors C3 and C4, and supplies the detected values to the control circuit CTR. .

なお、この例では、バランス回路B12、B34により接続された複数の単位変換器は同期して動作させる。すなわち、単位変換器31のスイッチング素子Q1pと、単位変換器32のスイッチング素子Q2pとは、同じゲート信号により駆動される。同様に、単位変換器31のスイッチング素子Q1nと、単位変換器32のスイッチング素子Q2nとは、同じゲート信号により駆動される。単位変換器33のスイッチング素子Q3pと、単位変換器34のスイッチング素子Q4pとは、同じゲート信号により駆動される。同様に、単位変換器33のスイッチング素子Q3nと、単位変換器34のスイッチング素子Q4nとは、同じゲート信号により駆動される。上記のように複数の単位変換器31-34を駆動することにより、例えば図23に示すアームにより、0V、2Vc、4Vcの出力電圧を出力することができる。 In this example, the unit converters connected by the balance circuits B12 and B34 are synchronously operated. That is, the switching element Q1p of the unit converter 31 and the switching element Q2p of the unit converter 32 are driven by the same gate signal. Similarly, the switching element Q1n of the unit converter 31 and the switching element Q2n of the unit converter 32 are driven by the same gate signal. The switching element Q3p of the unit converter 33 and the switching element Q4p of the unit converter 34 are driven by the same gate signal. Similarly, the switching element Q3n of the unit converter 33 and the switching element Q4n of the unit converter 34 are driven by the same gate signal. By driving a plurality of unit converters 31-34 as described above, output voltages of 0V, 2Vc, and 4Vc can be output by the arm shown in FIG. 23, for example.

同じゲート信号で複数の単位変換器31、32を駆動すると、微妙なバラツキにより、コンデンサC1の電圧とコンデンサC2の電圧とのアンバランスが発生するが、バランス回路B12により解消することができる。複数の単位変換器33、34についても同様に、バランス回路B34によりコンデンサC3、C4の電圧のアンバランスを解消することができる。 When a plurality of unit converters 31 and 32 are driven by the same gate signal, an imbalance occurs between the voltage of the capacitor C1 and the voltage of the capacitor C2 due to slight variations, which can be eliminated by the balance circuit B12. Similarly, for the plurality of unit converters 33 and 34, the voltage imbalance of the capacitors C3 and C4 can be eliminated by the balance circuit B34.

これにより、たとえば、1つのアームに含まれる単位変換器の数が増えた場合に、ゲート信号が増えることを防ぎ、制御回路CTRおよび周辺の構成を簡素化することが可能となる。
制御回路CTRは、複数のアーム30U-30Zそれぞれから、少なくとも2つのコンデンサの電圧値(若しくは電圧相当値)を受信し、受信した12の電圧値(若しくは電圧相当値)に基づいて、複数のアーム30U-30Zに含まれるコンデンサの値が等しくなるように制御量を演算することができる。したがって、図23に示すアームを備えた電力変換装置又は無効電力補償装置によれば、上述の複数の実施形態と同様の効果を得ることができる。
As a result, for example, when the number of unit converters included in one arm increases, it is possible to prevent the number of gate signals from increasing and to simplify the configuration of the control circuit CTR and its peripherals.
The control circuit CTR receives voltage values (or voltage equivalent values) of at least two capacitors from each of the plurality of arms 30U to 30Z, and based on the received 12 voltage values (or voltage equivalent values), the plurality of arms The control amount can be calculated so that the values of the capacitors included in 30U-30Z are equal. Therefore, according to the power converter or reactive power compensator having the arm shown in FIG. 23, the same effects as those of the above-described embodiments can be obtained.

本発明のいくつか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り、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。 While several embodiments of the invention have been described, these embodiments have been presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof.

10…交流電源(又は交流負荷)、20…電力変換装置、21…無効電力補償装置、22…計器用変圧器、30…アーム、30U…U相正側アーム、30U…正側アーム、30V…V相正側アーム、30W…W相正側アーム、30X…U相負側アーム、30Y…V相負側アーム、30Z…W相負側アーム、31-33…単位変換器、41…コンデンサ電圧平均値制御部、42…コンデンサ電圧バランス制御部、43…電流制御部、44U~44W…減算器、45U~45W…加算器、45X~45Z…加算器、46U~46W…PWM処理部、46X~46Z…PWM処理部、47U~47W…遅延回路、50…アーム、50U…U相アーム、50V…V相アーム、50W…W相アーム、51-53…単位変換器、311-313、321、322、511-513、521、522…絶縁回路、331-333、531-533…電源回路、AD1、AD2…加算器、B12、B23…バランス回路、C1-C3…コンデンサ、DV12b、DV1n、DV1p、DV23b、DV2n、DV2p、DV3n、DV3p…駆動回路、M1…乗算器、Q1p-Q4n、Q11p-Q32n…スイッチング素子、Q12b、Q23b、Q121b、Q122b、Q231b、Q232b…バランススイッチング素子。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10...AC power supply (or AC load), 20...Power converter, 21...Var compensator, 22...Voltage transformer, 30...Arm, 30U...U-phase positive arm, 30U...Positive arm, 30V... V-phase positive arm 30W W-phase positive arm 30X U-phase negative arm 30Y V-phase negative arm 30Z W-phase negative arm 31-33 Unit converter 41 Capacitor voltage Average value control unit 42 Capacitor voltage balance control unit 43 Current control unit 44U to 44W Subtractor 45U to 45W Adder 45X to 45Z Adder 46U to 46W PWM processing unit 46X to 46Z... PWM processing section, 47U to 47W... delay circuit, 50... arm, 50U... U-phase arm, 50V... V-phase arm, 50W... W-phase arm, 51-53... unit converter, 311-313, 321, 322 , 511-513, 521, 522... isolation circuit, 331-333, 531-533... power supply circuit, AD1, AD2... adder, B12, B23... balance circuit, C1-C3... capacitor, DV12b, DV1n, DV1p, DV23b , DV2n, DV2p, DV3n, DV3p... drive circuit, M1... multiplier, Q1p-Q4n, Q11p-Q32n... switching element, Q12b, Q23b, Q121b, Q122b, Q231b, Q232b... balance switching element.

Claims (10)

複数のゲート信号を出力する制御部と、 a control unit that outputs a plurality of gate signals;
それぞれ、第1スイッチング素子と、前記第1スイッチング素子のソースにドレインが接続された第2スイッチング素子と、前記第1スイッチング素子のドレインと前記第2スイッチング素子のソースとの間に接続されたコンデンサと、を備え、直列接続された第1乃至第Nの単位変換器と、 a first switching element, a second switching element having a drain connected to the source of the first switching element, and a capacitor connected between the drain of the first switching element and the source of the second switching element, respectively and, first to N-th unit converters connected in series;
nを1から(N-1)のいずれかの整数としたとき、第nの単位変換器の前記第1スイッチング素子のドレインと前記コンデンサとの間と、第(n+1)の単位変換器の前記第1スイッチング素子のドレインと前記第nの単位変換器の前記コンデンサとの間と、を接続する経路に設けられたバランススイッチング素子を備えた第1乃至第(N-1)のバランス回路と、 When n is any integer from 1 to (N−1), between the drain of the first switching element of the n-th unit converter and the capacitor, and the (n+1)-th unit converter 1st to (N-1)th balance circuits each including a balance switching element provided on a path connecting between the drain of the first switching element and the capacitor of the nth unit converter;
前記第1乃至第Nの単位変換器のうちの少なくとも1つに対して設けられ、前記コンデンサの電圧を検出する電圧検出器と、 a voltage detector provided for at least one of the first to Nth unit converters and detecting the voltage of the capacitor;
を備え、with
前記第(n+1)の単位変換器の前記第1スイッチング素子のソースと前記第2スイッチング素子のドレインとの間と、前記第nの単位変換器の前記第2スイッチング素子のソースとが電気的に接続され、 Between the source of the first switching element and the drain of the second switching element of the (n+1)th unit converter and the source of the second switching element of the nth unit converter are electrically connected connected and
前記制御部は、出力する複数のゲート信号のうち、前記第(n+1)の単位変換器の前記第2スイッチング素子のゲート信号と前記第nのバランス回路の前記バランススイッチング素子のゲート信号とを共通の信号とする The control unit shares the gate signal of the second switching element of the (n+1)-th unit converter and the gate signal of the balance switching element of the n-th balance circuit among a plurality of output gate signals. be the signal of
装置。Device.
複数のゲート信号を出力する制御部と、 a control unit that outputs a plurality of gate signals;
それぞれ、第1スイッチング素子と、前記第1スイッチング素子のソースにドレインが接続された第2スイッチング素子と、前記第1スイッチング素子のドレインと前記第2スイッチング素子のソースとの間に接続されたコンデンサと、を備え、直列接続された第1乃至第Nの単位変換器と、 a first switching element, a second switching element having a drain connected to the source of the first switching element, and a capacitor connected between the drain of the first switching element and the source of the second switching element, respectively and, first to N-th unit converters connected in series;
nを1から(N-1)のいずれかの整数としたとき、第nの単位変換器の前記第2スイッチング素子のソースと前記コンデンサとの間と、第(n+1)の単位変換器の前記第2スイッチング素子のソースと前記コンデンサとの間と、を接続する経路に設けられたバランススイッチング素子を備えた第1乃至第(N-1)のバランス回路と、 When n is any integer from 1 to (N−1), between the source of the second switching element of the n-th unit converter and the capacitor, and the (n+1)-th unit converter first to (N−1)th balance circuits each including a balance switching element provided on a path connecting between the source of the second switching element and the capacitor;
前記第1乃至第Nの単位変換器のうちの少なくとも1つに対して設けられ、前記コンデンサの電圧を検出する電圧検出器と、 a voltage detector provided for at least one of the first to Nth unit converters and detecting the voltage of the capacitor;
を備え、with
前記第nの単位変換器の前記第1スイッチング素子のソースと前記第2スイッチング素子のドレインとの間と、前記第(n+1)の単位変換器の前記第1スイッチング素子のドレインとが電気的に接続され、 between the source of the first switching element of the n-th unit converter and the drain of the second switching element and the drain of the first switching element of the (n+1)-th unit converter are electrically connected connected and
前記制御部は、出力する複数のゲート信号のうち、前記第nの単位変換器の前記第1スイッチング素子のゲート信号と前記第nのバランス回路の前記バランススイッチング素子のゲート信号とを共通の信号とする The control section outputs a gate signal of the first switching element of the n-th unit converter and a gate signal of the balance switching element of the n-th balance circuit as a common signal. to be
装置。Device.
複数のゲート信号を出力する制御部と、
それぞれ、第1スイッチング素子と、前記第1スイッチング素子のソースにドレインが接続された第2スイッチング素子と、前記第1スイッチング素子のドレインにドレインが接続された第3スイッチング素子と、前記第3スイッチング素子のソースにドレインが接続され且つ前記第2スイッチング素子のソースにソースが接続された第4スイッチング素子と、記第3スイッチング素子のドレインと前記第4スイッチング素子のソースとの間に接続されたコンデンサと、を備え、直列接続された第1乃至第Nの単位変換器と、
nを1から(N-1)のいずれかの整数としたとき、第nの単位変換器の前記第3スイッチング素子のドレインと前記コンデンサとの間と、第(n+1)の単位変換器の前記第3スイッチング素子のドレインと前記コンデンサとの間と、を接続する経路に設けられた第1バランススイッチング素子および前記第1バランススイッチング素子のドレインとドレインが接続された第2バランススイッチング素子を備えた第1乃至第(N-1)のバランス回路と、
前記第1乃至第Nの単位変換器のうちの少なくとも1つに対して設けられ、前記コンデンサの電圧を検出する電圧検出器と、
を備え、
前記第(n+1)の単位変換器の前記第1スイッチング素子のソースと前記第2スイッチング素子のドレインとの間と、前記第nの単位変換器の前記第3スイッチング素子のソースと前記第4スイッチング素子のドレインとの間とが電気的に接続され、
前記制御部は、出力する複数のゲート信号のうち、前記第nの単位変換器の前記第4スイッチング素子のゲート信号と前記第nのバランス回路の前記第1バランススイッチング素子のゲート信号とを共通の信号とし、前記第(n+1)の単位変換器の前記第2スイッチング素子のゲート信号と前記第nのバランス回路の前記第2バランススイッチング素子のゲート信号とを共通の信号とする
装置
a control unit that outputs a plurality of gate signals;
a first switching element, a second switching element whose drain is connected to the source of the first switching element, a third switching element whose drain is connected to the drain of the first switching element, and the third switching element, respectively a fourth switching element having a drain connected to the source of the element and a source connected to the source of the second switching element; and a fourth switching element connected between the drain of the third switching element and the source of the fourth switching element. 1st to N-th unit converters connected in series, comprising a capacitor;
When n is any integer from 1 to (N−1), between the drain of the third switching element of the nth unit converter and the capacitor, and the (n+1)th unit converter a first balance switching element provided in a path connecting between the drain of the third switching element and the capacitor; and a second balance switching element to which the drain and the drain of the first balance switching element are connected. first to (N−1)th balance circuits;
a voltage detector provided for at least one of the first to Nth unit converters and detecting the voltage of the capacitor;
with
Between the source of the first switching element and the drain of the second switching element of the (n+1)-th unit converter, and between the source of the third switching element of the n-th unit converter and the fourth switching element is electrically connected to the drain of the element,
The control unit shares a gate signal of the fourth switching element of the n-th unit converter and a gate signal of the first balance switching element of the n-th balance circuit among a plurality of output gate signals. and the gate signal of the second switching element of the (n+1)th unit converter and the gate signal of the second balance switching element of the nth balance circuit are used as a common signal
device .
複数のゲート信号を出力する制御部と、
それぞれ、第1スイッチング素子と、前記第1スイッチング素子のソースにドレインが接続された第2スイッチング素子と、前記第1スイッチング素子のドレインにドレインが接続された第3スイッチング素子と、前記第3スイッチング素子のソースにドレインが接続され且つ前記第2スイッチング素子のソースにソースが接続された第4スイッチング素子と、記第3スイッチング素子のドレインと前記第4スイッチング素子のソースとの間に接続されたコンデンサと、を備え、直列接続された第1乃至第Nの単位変換器と、
nを1から(N-1)のいずれかの整数としたとき、第nの単位変換器の前記第4スイッチング素子のソースと前記コンデンサとの間と、第(n+1)の単位変換器の前記第4スイッチング素子のソースと前記コンデンサとの間と、を接続する経路に設けられた第1バランススイッチング素子および前記第1バランススイッチング素子のドレインとドレインが接続された第2バランススイッチング素子を備えた第1乃至第(N-1)のバランス回路と、
前記第1乃至第Nの単位変換器のうちの少なくとも1つに対して設けられ、前記コンデンサの電圧を検出する電圧検出器と、
を備え、
前記第(n+1)の単位変換器の前記第1スイッチング素子のソースと前記第2スイッチング素子のドレインとの間と、前記第nの単位変換器の前記第3スイッチング素子のソースと前記第4スイッチング素子のドレインとの間とが電気的に接続され、
前記制御部は、出力する複数のゲート信号のうち、前記第(n+1)の単位変換器の前記第1スイッチング素子のゲート信号と前記第nのバランス回路の前記第1バランススイッチング素子のゲート信号とを共通の信号とし、前記第nの単位変換器の前記第3スイッチング素子のゲート信号と前記第nのバランス回路の前記第2バランススイッチング素子のゲート信号とを共通の信号とする
装置
a control unit that outputs a plurality of gate signals;
a first switching element, a second switching element whose drain is connected to the source of the first switching element, a third switching element whose drain is connected to the drain of the first switching element, and the third switching element, respectively a fourth switching element having a drain connected to the source of the element and a source connected to the source of the second switching element; and a fourth switching element connected between the drain of the third switching element and the source of the fourth switching element. 1st to N-th unit converters connected in series, comprising a capacitor;
When n is any integer from 1 to (N-1), between the source of the fourth switching element of the n-th unit converter and the capacitor, and the above-mentioned a first balance switching element provided on a path connecting between the source of a fourth switching element and the capacitor; and a second balance switching element to which the drain and the drain of the first balance switching element are connected. first to (N−1)th balance circuits;
a voltage detector provided for at least one of the first to Nth unit converters and detecting the voltage of the capacitor;
with
Between the source of the first switching element and the drain of the second switching element of the (n+1)-th unit converter, and between the source of the third switching element of the n-th unit converter and the fourth switching element is electrically connected to the drain of the element,
The control unit outputs a gate signal of the first switching element of the (n+1)-th unit converter and a gate signal of the first balance switching element of the n-th balance circuit among a plurality of output gate signals. is a common signal, and the gate signal of the third switching element of the n-th unit converter and the gate signal of the second balance switching element of the n-th balance circuit are common signals
device .
前記第1乃至第Nの単位変換器は、それぞれ、前記コンデンサの電圧を用いて電源電圧を生成する電源回路と、絶縁回路を介して前記電源回路と接続され前記第1スイッチング素子を駆動する第1駆動回路と、前記電源回路と電気的に接続され前記第2スイッチング素子を駆動する第2駆動回路と、を備え、
前記第nのバランス回路は、前記第nの単位変換器の前記電源回路と、第2絶縁回路を介して接続され前記バランススイッチング素子を駆動するバランススイッチ駆動回路を備える
請求項1記載の装置
Each of the first to Nth unit converters includes a power supply circuit that generates a power supply voltage using the voltage of the capacitor, and a power supply circuit that is connected to the power supply circuit via an isolation circuit to drive the first switching element. 1 drive circuit, and a second drive circuit electrically connected to the power supply circuit and driving the second switching element,
The n-th balance circuit includes a balance switch drive circuit connected to the power supply circuit of the n-th unit converter via a second insulating circuit and driving the balance switching element.
Apparatus according to claim 1 .
前記第1乃至第Nの単位変換器は、それぞれ、前記コンデンサの電圧を用いて電源電圧を生成する電源回路と、絶縁回路を介して前記電源回路と接続され前記第1スイッチング素子を駆動する第1駆動回路と、前記電源回路と電気的に接続され前記第2スイッチング素子を駆動する第2駆動回路と、を備え、
前記第nのバランス回路は、前記第(n+1)の単位変換器の前記電源回路と電気的に接続され前記バランススイッチング素子を駆動するバランススイッチ駆動回路を備える
請求項2記載の装置
Each of the first to Nth unit converters includes a power supply circuit that generates a power supply voltage using the voltage of the capacitor, and a power supply circuit that is connected to the power supply circuit via an isolation circuit to drive the first switching element. 1 drive circuit, and a second drive circuit electrically connected to the power supply circuit and driving the second switching element,
The nth balance circuit includes a balance switch drive circuit electrically connected to the power supply circuit of the (n+1)th unit converter and driving the balance switching element.
3. Apparatus according to claim 2 .
前記第1乃至第Nの単位変換器は、それぞれ、前記コンデンサの電圧を用いて電源電圧を生成する電源回路と、第1絶縁回路を介して前記電源回路と接続され前記第1スイッチング素子および前記第3スイッチング素子を駆動する第1駆動回路と、前記電源回路と電気的に接続され前記第2スイッチング素子および前記第4スイッチング素子を駆動する第2駆動回路と、を備え、 Each of the first to Nth unit converters includes a power supply circuit that generates a power supply voltage using the voltage of the capacitor, and a first insulating circuit that is connected to the power supply circuit through the first switching element and the a first drive circuit that drives a third switching element; and a second drive circuit that is electrically connected to the power supply circuit and drives the second switching element and the fourth switching element,
前記第nのバランス回路は、第2絶縁回路を介して前記第nの単位変換器の前記電源回路と接続され前記第1バランススイッチング素子を駆動する第1バランススイッチ駆動回路と、第3絶縁回路を介して前記第(n+1)の単位変換器の前記電源回路と接続され前記第2バランススイッチング素子を駆動する第2バランススイッチ駆動回路と、を備える The n-th balance circuit includes a first balance switch drive circuit connected to the power supply circuit of the n-th unit converter via a second isolation circuit to drive the first balance switching element, and a third isolation circuit. a second balance switch drive circuit connected to the power supply circuit of the (n+1)th unit converter via and driving the second balance switching element;
請求項3記載の装置。4. Apparatus according to claim 3.
前記第1乃至第Nの単位変換器は、それぞれ、前記コンデンサの電圧を用いて電源電圧を生成する電源回路と、第1絶縁回路を介して前記電源回路と接続され前記第1スイッチング素子および前記第3スイッチング素子を駆動する第1駆動回路と、前記電源回路と電気的に接続され前記第2スイッチング素子および前記第4スイッチング素子を駆動する第2駆動回路と、を備え、 Each of the first to Nth unit converters includes a power supply circuit that generates a power supply voltage using the voltage of the capacitor, and a first insulating circuit that is connected to the power supply circuit through the first switching element and the a first drive circuit that drives a third switching element; and a second drive circuit that is electrically connected to the power supply circuit and drives the second switching element and the fourth switching element,
前記第nのバランス回路は、前記第nの単位変換器の前記電源回路と電気的に接続され前記第1バランススイッチング素子を駆動する第1バランススイッチ駆動回路と、前記第(n+1)の単位変換器の前記電源回路と電気的に接続され前記第2バランススイッチング素子を駆動する第2バランススイッチ駆動回路を備える The n-th balance circuit includes a first balance switch drive circuit electrically connected to the power supply circuit of the n-th unit converter and driving the first balance switching element, and the (n+1)-th unit converter. a second balance switch drive circuit electrically connected to the power supply circuit of the device and driving the second balance switching element
請求項4記載の装置。5. Apparatus according to claim 4.
前記第1スイッチング素子、前記第2スイッチング素子、および、前記バランススイッチング素子がIGBT又はIEGTであるとき、前記ソースはエミッタと読み替え、前記ドレインはコレクタと読み替える When the first switching element, the second switching element, and the balance switching element are IGBTs or IEGTs, the source should be read as emitter, and the drain should be read as collector.
請求項1又は請求項2記載の装置。3. Apparatus according to claim 1 or claim 2.
前記第1スイッチング素子、前記第2スイッチング素子、前記第3スイッチング素子、前記第4スイッチング素子、前記第1バランススイッチング素子、および、前記第2バランススイッチング素子がIGBT又はIEGTであるとき、前記ソースはエミッタと読み替え、前記ドレインはコレクタと読み替える When the first switching element, the second switching element, the third switching element, the fourth switching element, the first balanced switching element, and the second balanced switching element are IGBTs or IEGTs, the source is Replace with emitter, and replace drain with collector
請求項3又は請求項4記載の装置。5. Apparatus according to claim 3 or claim 4.
JP2019086374A 2019-04-26 2019-04-26 Device Active JP7263103B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019086374A JP7263103B2 (en) 2019-04-26 2019-04-26 Device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019086374A JP7263103B2 (en) 2019-04-26 2019-04-26 Device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020182366A JP2020182366A (en) 2020-11-05
JP7263103B2 true JP7263103B2 (en) 2023-04-24

Family

ID=73024567

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019086374A Active JP7263103B2 (en) 2019-04-26 2019-04-26 Device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7263103B2 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000152664A (en) 1998-11-13 2000-05-30 Hitachi Ltd Power converter with overvoltage-preventing device
JP2019030106A (en) 2017-07-28 2019-02-21 株式会社東芝 Power converter

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0583948A (en) * 1991-09-13 1993-04-02 East Japan Railway Co Vehicle driving

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000152664A (en) 1998-11-13 2000-05-30 Hitachi Ltd Power converter with overvoltage-preventing device
JP2019030106A (en) 2017-07-28 2019-02-21 株式会社東芝 Power converter

Also Published As

Publication number Publication date
JP2020182366A (en) 2020-11-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Nami et al. Five level cross connected cell for cascaded converters
RU2307442C1 (en) Transforming circuit for commutation of a set of levels of commutated voltage
US10447173B2 (en) Single-phase five-level active clamping converter unit and converter
JP5803683B2 (en) Multi-level power conversion circuit
US9142956B2 (en) Multilevel power converter
EP2372893B1 (en) Multilevel inverter
US20160218637A1 (en) A new four-level converter cell topology for cascaded modular multilevel converters
WO2014162620A1 (en) Power conversion device
US10224834B2 (en) Power inverter and power inverting method
EP2688190A2 (en) Multi-level voltage converter
EP3046246B1 (en) Multilevel active rectifiers
Li et al. Derivation of multilevel voltage source converter topologies for medium voltage drives
Uddin et al. Implementation of cascaded multilevel inverter with reduced number of components
Jyothi et al. Performance analysis of 3-level 5-phase multilevel inverter topologies
JP7263103B2 (en) Device
Siddique et al. Switched-capacitor based seven-level triple voltage gain boost inverter (7L-TVG-BI)
EP3462594B1 (en) Five-level converter
Shravani et al. Reduction of harmonic content for power electronic applications using diode-clamped-multi level inverters
Shahane et al. A hybrid MMC with SiC-based full-bridge and Si-based half-bridge sub-modules with novel voltage sorting scheme
JP7374734B2 (en) power converter
Pribadi et al. Suppression of common-mode voltage based on space-vector modulation for four-level hybrid inverters
Yamarthi et al. ” neutral point clamped and cascaded H-bridge multilevel inverter topologies–a comparison
Wilson et al. Comparative evaluation of three-level converters using 4.5 kV, 1.2 kA IGBT modules
CN113922682B (en) Direct cascade type modular multilevel converter of three-phase bridge circuit
Dewangan et al. A New Multilevel Inverter with Fault-Tolerant Capability

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220117

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20221117

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20221122

RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

Effective date: 20230105

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230123

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: 20230314

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230412

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7263103

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150