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公開番号2025099192
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-03
出願番号2023215646
出願日2023-12-21
発明の名称セル多重インバータ
出願人株式会社明電舎
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H02M 7/49 20070101AFI20250626BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】交流系統の各相にスター結線で複数のセルを多重に接続したセル多重インバータにおいて、交流電圧に不平衡が生じた場合や意図的に不平衡な交流電圧を出力する場合でもセルの交流出力電圧を均等にする。
【解決手段】補正電圧指令値生成部は、ある相の電圧指令値の振幅が他の相の電圧指令値の振幅よりも大きければ、ある相とは逆位相の正弦波を零相電圧として電圧指令値に重畳し、ある相の電圧指令値の振幅が他の相の電圧指令値の振幅よりも小さければ、ある相と同位相の正弦波を零相電圧として電圧指令値に重畳する。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
交流系統の各相にスター結線で多重に接続され前記交流系統側にフルブリッジ回路を有する複数のセルと、基本波と同じ周波数の零相電圧を電圧指令値に重畳して補正電圧指令値を生成する補正電圧指令値生成部と、前記補正電圧指令値に基づいて前記フルブリッジ回路のゲート信号を生成するゲート信号生成部と、を備えたセル多重インバータであって、
前記補正電圧指令値生成部は、
ある相の前記電圧指令値の振幅が他の相の前記電圧指令値の振幅よりも大きければ、ある相とは逆位相の正弦波を前記零相電圧として前記電圧指令値に重畳し、ある相の前記電圧指令値の振幅が他の相の前記電圧指令値の振幅よりも小さければ、ある相と同位相の正弦波を前記零相電圧として前記電圧指令値に重畳することを特徴とするセル多重インバータ。
続きを表示（約 2,100 文字）【請求項２】
前記補正電圧指令値生成部は、
前記電圧指令値に前記零相電圧を加算して前記補正電圧指令値を出力する第１加算器と、
各相の前記補正電圧指令値の振幅を出力する振幅検出器と、
前記補正電圧指令値の前記振幅の三相平均値と前記補正電圧指令値の前記振幅との偏差を算出する第１減算器と、
前記三相平均値と前記振幅との偏差を増幅するアンプと、
前記アンプの出力と前記電圧指令値と同位相の正弦波を乗算する第３乗算器と、
三相の前記第３乗算器の出力を足し合わせて前記零相電圧として出力する第４加算器と、
を備えたことを特徴とする請求項１記載のセル多重インバータ。
【請求項３】
前記第１減算器で用いる前記振幅は、前記電圧指令値の前記振幅に故障したセル台数に基づいた係数を乗算した値とし、前記三相平均値は前記係数乗算後の前記振幅の三相平均値とすることを特徴とする請求項２記載のセル多重インバータ。
【請求項４】
前記電圧指令値の前記振幅は、前記電圧指令値の実効値とすることを特徴とする請求項１記載のセル多重インバータ。
【請求項５】
前記電圧指令値の前記振幅は、前記電圧指令値の基本波成分の振幅を抽出した値とすることを特徴とする請求項１記載のセル多重インバータ。
【請求項６】
前記電圧指令値の前記振幅は、前記電圧指令値の１周期あたりのピーク値とすることを特徴とする請求項１記載のセル多重インバータ。
【請求項７】
前記電圧指令値と同位相の正弦波は、三相のうち一相はＰＬＬまたはロータリーエンコーダまたはレゾルバにより得られた位相、または、オブザーバで推定された位相とし、他の相は当該三相のうち一相の位相に固定値を加算した位相とすることを特徴とする請求項２記載のセル多重インバータ。
【請求項８】
前記補正電圧指令値生成部は、
系統の交流電圧に同期した位相ωｔを出力する位相出力部と、
前記補正電圧指令値とｃｏｓωｔを乗算する第４乗算器と、
前記第４乗算器の出力を２倍する第５乗算器と、
前記第５乗算器の出力から直流成分を抽出し、前記補正電圧指令値のうちｃｏｓωｔに同期した同相成分を出力する第２ローパスフィルタと、
前記補正電圧指令値とｓｉｎωｔを乗算する第６乗算器と、
前記第６乗算器の出力を２倍する第７乗算器と、
前記第７乗算器の出力から直流成分を抽出し、前記補正電圧指令値のうちｓｉｎωｔに同期した直交成分を出力する第３ローパスフィルタと、
前記同相成分にｃｏｓωｔを乗算する第８乗算器と、
前記直交成分にｓｉｎωｔを乗算する第９乗算器と、
前記第８乗算器の出力と前記第９乗算器の出力を加算する第５加算器と、
を備え、前記第５加算器の出力を前記電圧指令値と同位相の正弦波とすることを特徴とする請求項２記載のセル多重インバータ。
【請求項９】
前記補正電圧指令値生成部は、
系統の交流電圧に同期した位相ωｔを出力する位相出力部と、
相電圧検出信号または前記電圧指令値を系統周波数に同期した回転座標上の値に変換する第１ｄｑ変換器と、
前記相電圧検出信号または前記電圧指令値を前記系統周波数と逆向きに回転する回転座標上の値に変換する第２ｄｑ変換器と、
前記第１ｄｑ変換器の出力から直流成分を抽出した正相ｄ軸成分，正相ｑ軸成分と、前記第２ｄｑ変換器の出力から直流成分を抽出した逆相ｄ軸成分，逆相ｑ軸成分に基づいて、各前記セルの交流側出力電圧を均一にする零相電圧ｄ軸成分、零相電圧ｑ軸成分を演算する演算器と、
前記零相電圧ｄ軸成分にｃｏｓωｔを乗算する第１０乗算器と、
前記零相電圧ｑ軸成分にｓｉｎωｔを乗算する第１１乗算器と、
前記第１０乗算器の出力と前記第１１乗算器の出力を加算する第７加算器と、
前記電圧指令値に前記第７加算器の出力を加算する第８加算器と、
を備え、
前記第１加算器は、前記第８加算器で前記第７加算器の出力が加算された前記電圧指令値を用いることを特徴とする請求項２記載のセル多重インバータ。
【請求項１０】
前記演算器は、（１）式に基づいて、前記零相電圧ｄ軸成分と前記零相電圧ｑ軸成分を算出することを特徴とする請求項９記載のセル多重インバータ。
TIFF
2025099192000008.tif
39
166
Ｖ
０ｄ
：零相電圧ｄ軸成分
Ｖ
０ｑ
：零相電圧ｑ軸成分
Ｖ
１ｄ
：正相電圧ｄ軸成分
Ｖ
１ｑ
：正相電圧ｑ軸成分
Ｖ
２ｄ
：逆相電圧ｄ軸成分
Ｖ
２ｑ
：逆相電圧ｑ軸成分
（【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】
本発明は、交流系統の各相にスター結線で複数のセルを多重に接続したセル多重インバータに関する。
続きを表示（約 1,000 文字）【背景技術】
【０００２】
セル多重インバータの一例として、三相交流の系統に連系するシングルスター・ブリッジセル（ＳＳＢＣ）のモジュラー・マルチレベル・カスケード変換器（ＭＭＣＣ）が知られている。また、ＭＭＣＣ－ＳＳＢＣのフルブリッジセルの直流側に別途電源やＤＣ／ＤＣコンバータなどが接続された構成も知られている。
【０００３】
この構成の主な例としては、例えば特許文献１にあるようなソリッドステート・トランスフォーマー（ＳＳＴ）がある。図１にＭＭＣＣ－ＳＳＢＣとデュアルアクティブブリッジ（ＤＡＢ）方式の双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータを組み合わせた１相あたりセル３台からなるＳＳＴを示す。
【０００４】
高圧の交流電力を直列接続したセルで直流電力に変換し、直流電力を高周波の交流電力に変換し、トランスで絶縁、整流することで直流電力に変換できる。逆向きの電力融通も可能である。ＳＳＴは高周波トランスを用いるため、従来の商用周波数トランスよりも小型にできる。
【０００５】
また、別の用途としては特許文献２の高圧多重インバータも該当する。
【０００６】
ＳＳＴで不平衡な三相交流系統に連系する場合、あるいは高圧多重インバータで意図的に不平衡な三相交流電圧を出力する場合では、ある相の相電圧振幅が増加し該当相に接続されるセルが出力すべき交流電圧も増加する。
【０００７】
これに対応するためには、セルの直流電圧を増加する必要があるが、部品に要求される耐圧も増加する必要が生じてしまいコストやサイズ増加の原因となる。セルに耐圧の大きなスイッチングデバイスを使用すれば損失が増加する原因にもなる。
【０００８】
また、装置によっては一部のセルが故障しても運転継続を求められる場合がある。
【０００９】
特許文献１はＳＳＴの主回路構成が、特許文献２は高圧多重インバータの構成が開示されている。
【００１０】
特許文献３，４はセルが故障した際に運転を継続するための方法が開示されている。両方の文献にて最初に故障したセルの短絡を行う。ただし、これだけでは故障セルのある相の出力できる交流電圧振幅が低下してしまう。そこで、特許文献３では該当相にあらかじめ用意した予備セルを投入する。特許文献４では該当相の故障していないセルの直流電圧を増加する。
（【００１１】以降は省略されています）

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