特許ウォッチ

公開番号2023010134
公報種別公開特許公報(A)
公開日2023-01-20
出願番号2021114041
出願日2021-07-09
発明の名称電力変換装置
出願人富士電機株式会社
代理人個人,個人
主分類H02M 7/49 20070101AFI20230113BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】中性点の電位変動を抑制可能な電力変換装置の提供。
【解決手段】一対の直流端子の間に直列に接続された第1コンデンサ及び第2コンデンサと、前記第1コンデンサと前記第2コンデンサの間の中性点と前記一対の直流端子とに接続された複数の3レベルインバータを有し、前記複数の3レベルインバータの出力が直列に多重接続された多重インバータ回路と、前記第1コンデンサ及び前記第2コンデンサのうち、一方のコンデンサの電圧を、前記複数の3レベルインバータのうちの第1グループの3レベルインバータから出力させ、前記一方のコンデンサの電圧に重ねる他方のコンデンサの電圧を、前記一方のコンデンサの電圧と同じ極性で前記複数の3レベルインバータのうちの第2グループの3レベルインバータから出力させる制御装置と、を備える、電力変換装置。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
一対の直流端子の間に直列に接続された第１コンデンサ及び第２コンデンサと、
前記第１コンデンサと前記第２コンデンサの間の中性点と前記一対の直流端子とに接続された複数の３レベルインバータを有し、前記複数の３レベルインバータの出力が直列に多重接続された多重インバータ回路と、
前記第１コンデンサ及び前記第２コンデンサのうち、一方のコンデンサの電圧を、前記複数の３レベルインバータのうちの第１グループの３レベルインバータから出力させ、前記一方のコンデンサの電圧に重ねる他方のコンデンサの電圧を、前記一方のコンデンサの電圧と同じ極性で前記複数の３レベルインバータのうちの第２グループの３レベルインバータから出力させる制御装置と、を備える、電力変換装置。
続きを表示（約 920 文字）【請求項２】
前記制御装置は、
前記第１コンデンサの正電圧を前記第１グループの３レベルインバータから出力させ、前記第１コンデンサの正電圧に重ねる前記第２コンデンサの正電圧を前記第２グループの３レベルインバータから出力させ、
前記第２コンデンサの正電圧を前記第１グループの３レベルインバータから出力させ、前記第２コンデンサの正電圧に重ねる前記第１コンデンサの正電圧を前記第２グループの３レベルインバータから出力させ、
前記第１コンデンサの負電圧を前記第１グループの３レベルインバータから出力させ、前記第１コンデンサの負電圧に重ねる前記第２コンデンサの負電圧を前記第２グループの３レベルインバータから出力させ、
前記第２コンデンサの負電圧を前記第１グループの３レベルインバータから出力させ、前記第２コンデンサの負電圧に重ねる前記第１コンデンサの負電圧を前記第２グループの３レベルインバータから出力させる、
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記第１グループの３レベルインバータは、前記複数の３レベルインバータのうちの奇数段目の３レベルインバータであり、
前記第２グループの３レベルインバータは、前記複数の３レベルインバータのうちの偶数段目の３レベルインバータである、
請求項１又は２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
多重数が偶数の場合、前記第１グループの３レベルインバータの数は、前記第２グループの３レベルインバータの数と等しい、請求項１から３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
多重数が奇数の場合、前記第１グループの３レベルインバータと前記第２グループの３レベルインバータとの個数差は、１である、請求項１から３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記制御装置は、前記複数の３レベルインバータの各々を、前記第１グループの３レベルインバータとするのか前記第２グループの３レベルインバータとするのかを切り替える、請求項１から５のいずれか一項に記載の電力変換装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、電力変換装置に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、再生可能エネルギーの普及が進んでおり、多くの風力発電機を備えた大規模なウィンドファームも建設されている。風力発電機は、発電した電力を一旦直流に変換するコンバータと、その直流を交流に変換するインバータとを備え、さらにインバータによって発生する高調波電流を除去する高調波フィルタを備えている。しかしながら、高調波フィルタを備えた風力発電機が電力系統に連系されると、高調波フィルタのキャパシタンスと電力系統や変圧器のインダクタンスとによる共振が発生し、出力電圧が不安定になる場合がある。
【０００３】
図１は、特許文献１に開示された共振抑制装置の構成図である。特許文献１には、高調波制御機能の一つとして共振抑制機能を備えた共振抑制装置（ＳＴＡＴＣＯＭ：Static Synchronous Compensator）が提案されている。この共振抑制装置は、系統電圧ｖ及び／又は風力発電機の出力電流ｉ１の高調波成分にゲインを乗算して電流指令値ｉ
＊
を演算し、電流指令値ｉ
＊
とインバータ出力電流ｉとの偏差を検出して電流制御部へ入力する。電流制御部は、その偏差に対応した電圧指令値ｖ
＊
を出力し、電力系統に並列に接続されたインバータは、電圧指令値ｖ
＊
に応じた補償電流ｉを電力系統に供給することで、電力系統の高調波を抑制する。
【０００４】
一方、ＳＴＡＴＣＯＭのような電力系統に接続される高電圧大容量の電力変換装置では、複数のインバータを直列または並列に接続して多重化する構成を採用することが多い。この構成によって、出力の高電圧化と大電流化を図ると共に、出力高調波の低減という利点がある。このうち、インバータを直列に多重接続する方式は、出力電圧波形のレベルの自由度が高いため、高調波電流を出力する用途に適している。また、直列数に応じて搬送波の周波数を下げることが可能で、半導体スイッチで発生するスイッチング損失を低減できる。
【０００５】
直列に多重接続するインバータに、中性点クランプ式の３レベルインバータを採用する構成が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特許第６１６４２９１号公報
特許第６１７８４３３号公報
【非特許文献】
【０００７】
嶋村他、"ＮＰＣインバータの直流入力コンデンサ電圧の平衡化制御"、電気学会半導体電力変換研究会資料ＳＰＣ－９１－３７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、３レベルインバータは、直流電源回路の中性点に電流が流れる動作モードによっては、中性点電位が変動する。中性点電位が変動すると、半導体スイッチへの過大な電圧印加を招くおそれがある。
【０００９】
本開示は、中性点の電位変動を抑制可能な電力変換装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示の一態様では、
一対の直流端子の間に直列に接続された第１コンデンサ及び第２コンデンサと、
前記第１コンデンサと前記第２コンデンサの間の中性点と前記一対の直流端子とに接続された複数の３レベルインバータを有し、前記複数の３レベルインバータの出力が直列に多重接続された多重インバータ回路と、
前記第１コンデンサ及び前記第２コンデンサのうち、一方のコンデンサの電圧を、前記複数の３レベルインバータのうちの第１グループの３レベルインバータから出力させ、前記一方のコンデンサの電圧に重ねる他方のコンデンサの電圧を、前記一方のコンデンサの電圧と同じ極性で前記複数の３レベルインバータのうちの第２グループの３レベルインバータから出力させる制御装置と、を備える、電力変換装置が提供される。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許