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公開番号2024117233
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-08-29
出願番号2023023217
出願日2023-02-17
発明の名称発電システムおよび制御装置
出願人株式会社東芝,東芝エネルギーシステムズ株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H02M 7/487 20070101AFI20240822BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】中性点クランプ型の三相電力変換器に設けられた複数の半導体スイッチング素子の損失集中の回避と中性点の電位変動の抑制を両立し、安全性の高い運転を実現することが可能な発電システムを提供する。
【解決手段】一実施形態に係る発電システムは、複数の半導体スイッチング素子が配置された中性点クランプ型の三相電力変換器と、複数の半導体スイッチング素子を制御する基準電圧指令値に、正数の零相電圧および負数の零相電圧を周期的に重畳する重畳処理を行う制御装置と、を備える。正数の零相電圧および負数の零相電圧を重畳する周期は、基準電圧指令値の周期よりも短い。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
複数の半導体スイッチング素子が配置された中性点クランプ型の三相電力変換器と、
前記複数の半導体スイッチング素子を制御する基準電圧指令値に、正数の零相電圧および負数の零相電圧を周期的に重畳する重畳処理を行う制御装置と、を備え、
前記正数の零相電圧および前記負数の零相電圧を重畳する周期は、前記基準電圧指令値の周期よりも短い、発電システム。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記制御装置は、前記正数の零相電圧と前記負数の零相電圧とを交互に連続して重畳する、請求項１に記載の発電システム。
【請求項３】
前記制御装置は、前記正数の零相電圧を重畳する第１重畳期間と、前記負数の零相電圧を重畳する第２重畳期間との間に、前記正数および前記負数の零相電圧を重畳しない非重畳期間を設定する、請求項１に記載の発電システム。
【請求項４】
前記制御装置は、前記三相電力変換器の運転条件に応じて、前記周期に対する第１重畳期間および前記第２重畳期間の長さの割合を示すデューティを変化させる、請求項３に記載の発電システム。
【請求項５】
前記制御装置は、前記基準電圧指令値の変調率または周波数に応じて前記デューティを変化させる、請求項４に記載の発電システム。
【請求項６】
前記制御装置は、前記変調率または前記周波数が高くなるにつれて前記デューティを低減し、前記変調率または前記周波数が低くなるにつれて前記デューティを増加させる、請求項５に記載の発電システム。
【請求項７】
前記制御装置は、前記基準電圧指令値に、前記正数の零相電圧および前記負数の零相電圧とは異なる零相電圧を重畳することによって、前記三相電力変換器の中性点の電位変動を抑制する、請求項１から６のいずれかに記載の発電システム。
【請求項８】
前記正数の零相電圧を前記基準電圧指令値に重畳した電圧指令値は、中性点を基準電位としたときの正の最大値に一定期間維持され、
前記負数の零相電圧を前記基準電圧指令値に重畳した電圧指令値は、前記中性点を基準電位としたときの負の最大値に一定期間維持される、請求項１から６のいずれかに記載の発電システム。
【請求項９】
前記制御装置は、前記基準電圧指令値に前記正数の零相電圧および前記負数の零相電圧を重畳した電圧指令値と、三角波状のキャリア波信号と比較してＰＷＭ（Pulse Wide Modulation）信号を生成し、
前記周期は、前記キャリア波信号の周期よりも長い、請求項１から６のいずれかに記載の発電システム。
【請求項１０】
前記基準電圧指令値の変調率が所定値よりも低い場合に、前記制御装置は、前記重畳処理を行う、請求項１から６のいずれかに記載の発電システム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、発電システムおよび制御装置に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
直流電力を交流電力に変換する三相電力変換器には、３つの電圧レベルを出力することができる中性点クランプ型（ＮＰＣ：Neutral Point Clamped）の電力変換器がある。中性点クランプ型の三相電力変換器は、出力の高調波が小さい利点を有するため、広く世の中で用いられている。
【０００３】
中性点クランプ型の三相電力変換器には、複数の半導体スイッチング素子が配置されている。各半導体スイッチング素子は、電力変換器の出力電圧のレベルに応じて設定される電圧指令値に従ってスイッチング動作を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特許第７０６８０１５号公報
特開昭５９－２１６４７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば、中性点クランプ型の三相電力変換器では、出力電圧の周波数が低い場合、各半導体スイッチング素子を駆動する電圧指令値の変調率も低くなる。この場合、半導体スイッチング素子群の中で内側に配置された内側素子のスイッチング回数が増加する。これにより、損失が内側素子に集中するため、素子温度が上昇して最終的に破壊してしまうおそれがある。
【０００６】
また、中性点クランプ型の三相電力変換器には、直流電圧を分圧する２つのコンデンサが設けられる。そのため、２つのコンデンサ間における中性点の電位が変動する場合がある。この場合、半導体スイッチング素子に定格を超える電圧が印加されると、半導体スイッチング素子が破壊するおそれがある。半導体スイッチング素子が破壊すると、中性点クランプ型の三相電力変換器を備える発電システムの安全性が損なわれてしまう。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、中性点クランプ型の三相電力変換器に設けられた複数の半導体スイッチング素子の損失集中の回避と中性点の電位変動の抑制を両立し、安全性の高い運転を実現することが可能な発電システムおよび制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一実施形態に係る発電システムは、複数の半導体スイッチング素子が配置された中性点クランプ型の三相電力変換器と、複数の半導体スイッチング素子を制御する基準電圧指令値に、正数の零相電圧および負数の零相電圧を周期的に重畳する重畳処理を行う制御装置と、を備える。正数の零相電圧および負数の零相電圧を重畳する周期は、基準電圧指令値の周期よりも短い。
【発明の効果】
【０００９】
本実施形態によれば、中性点クランプ型の三相電力変換器に設けられた複数の半導体スイッチング素子の損失集中の回避と中性点の電位変動の抑制を両立し、安全性の高い運転を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
第１実施形態に係る発電システムの構成の一例を示すブロック図である。
二次励磁変換器の回路構成の一例を示す図である。
インバータを駆動するための変調方式の一例を示す。
（ａ）は出力電圧レベルが＋Ｖである場合の電流経路を示す図であり、（ｂ）は出力電圧レベルが０である場合の電流経路を示す図であり、（ｃ）は出力電圧レベルが－Ｖである場合の電流経路を示す図である。
（ａ）は変調率が高い場合の基準電圧指令値およびＰＷＭ信号の一例を示す図であり、（ｂ）は変調率が低い場合の基準電圧指令値およびＰＷＭ信号の一例を示す図である。
中性点ＮＰの電位変動を説明するための図である。
第１実施形態に係る電圧指令値と中性点ＮＰの電位変動の波形図の一例である。
変形例に係る演算処理の電圧指令値に基づいてインバータ１１を駆動した場合の回析波形の一例を示す図である。
第２実施形態に係る電圧指令値と中性点ＮＰの電位変動の波形図の一例である。
（ａ）は期間Ｔ
Ｕ
、期間Ｔ
Ｌ
、および期間Ｔ
Ｎ
の長さの設定方法を説明するためのグラフであり、（ｂ）は２種類のデューティｄ１、ｄ２でそれぞれ設定される期間Ｔ
Ｕ
、期間Ｔ
Ｌ
、および期間Ｔ
Ｎ
の長さの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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