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公開番号2025143817
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-02
出願番号2024043260
出願日2024-03-19
発明の名称電力変換装置および電力変換装置のゲート指令生成方法
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 7/48 20070101AFI20250925BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】双方向絶縁型DC/DCコンバータを、商用周波数駆動セルに設け、高周波駆動セルに設けない電力変換装置において、高周波駆動セルの直流電圧を一定に制御できるようにする。
【解決手段】相電圧指令値(Vu^*)と閾値(Cth1,2,3)の偏差に基づいて商用周波数駆動セル(U1～U3)のゲート指令を生成し、複数の商用周波数駆動セルの合計出力電圧と前記Vu^*の差分により出力電圧指令値を求め(減算器5)、その指令値とキャリア信号の比較によって高周波駆動セル(U4)のゲート指令を生成するゲート指令生成部であって、前記閾値を、高周波駆動セルの直流電圧と複数のセルが出力する有効電力に応じて変化させるための閾値補正値C^*を生成し、前記Vu^*を、高周波駆動セルの直流電圧と複数のセルの出力電流の符号に応じて変化させるため電圧指令補正値VC^*を生成する。
【選択図】図6
特許請求の範囲【請求項１】
商用周波数で駆動される商用周波数駆動セルと、商用周波数駆動セルよりも高い周波数で駆動される高周波駆動セルを、交流系統の各相にスター結線で多重に接続したモジュラー・マルチレベル・カスケード変換器と、
前記商用周波数駆動セルの直流側に接続された双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記複数のセルのスイッチング素子のゲート指令を生成するゲート指令生成部と、を備え、
前記ゲート指令生成部は、相電圧指令値と閾値との比較結果に基づいて商用周波数駆動セルのゲート指令を生成し、前記商用周波数駆動セルのゲート指令に基づいて求めた複数の商用周波数駆動セルの合計出力電圧と前記相電圧指令値との差分により高周波駆動セルの出力電圧指令値を求め、前記高周波駆動セルの出力電圧指令値とキャリア信号の比較によって高周波駆動セルのゲート指令を生成するゲート指令生成部であって、
前記商用周波数駆動セルのゲート指令生成に用いる閾値を、高周波駆動セルの直流電圧と前記複数のセルが出力する有効電力に応じて変化させるための閾値補正値を生成する閾値補正部を備えたことを特徴とする電力変換装置。
続きを表示（約 2,300 文字）【請求項２】
商用周波数で駆動される商用周波数駆動セルと、商用周波数駆動セルよりも高い周波数で駆動される高周波駆動セルを、交流系統の各相にスター結線で多重に接続したモジュラー・マルチレベル・カスケード変換器と、
前記商用周波数駆動セルの直流側に接続された双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記複数のセルのスイッチング素子のゲート指令を生成するゲート指令生成部と、を備え、
前記ゲート指令生成部は、相電圧指令値と閾値との比較結果に基づいて商用周波数駆動セルのゲート指令を生成し、前記商用周波数駆動セルのゲート指令に基づいて求めた複数の商用周波数駆動セルの合計出力電圧と前記相電圧指令値との差分により高周波駆動セルの出力電圧指令値を求め、前記高周波駆動セルの出力電圧指令値とキャリア信号の比較によって高周波駆動セルのゲート指令を生成するゲート指令生成部であって、
前記相電圧指令値を、高周波駆動セルの直流電圧と、前記複数のセルの出力電流の符号に応じて変化させるための電圧指令補正値を生成する電圧指令補正部を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
商用周波数で駆動される商用周波数駆動セルと、商用周波数駆動セルよりも高い周波数で駆動される高周波駆動セルを、交流系統の各相にスター結線で多重に接続したモジュラー・マルチレベル・カスケード変換器と、
前記商用周波数駆動セルの直流側に接続された双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記複数のセルのスイッチング素子のゲート指令を生成するゲート指令生成部と、を備え、
前記ゲート指令生成部は、相電圧指令値と閾値との比較結果に基づいて商用周波数駆動セルのゲート指令を生成し、前記商用周波数駆動セルのゲート指令に基づいて求めた複数の商用周波数駆動セルの合計出力電圧と前記相電圧指令値との差分により高周波駆動セルの出力電圧指令値を求め、前記高周波駆動セルの出力電圧指令値とキャリア信号の比較によって高周波駆動セルのゲート指令を生成するゲート指令生成部であって、
前記商用周波数駆動セルのゲート指令生成に用いる閾値を、高周波駆動セルの直流電圧と前記複数のセルが出力する有効電力に応じて変化させるための閾値補正値を生成する閾値補正部と、
前記相電圧指令値を、高周波駆動セルの直流電圧と、前記複数のセルの出力電流の符号に応じて変化させるための電圧指令補正値を生成する電圧指令補正部と、
を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
前記閾値補正部は、前記閾値補正値に４次以上の偶数次高調波を重畳することを特徴とする請求項１又は３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記電圧指令補正部は、前記電圧指令補正値に奇数次高調波を重畳することを特徴とする請求項２又は３に記載の電力変換装置。
【請求項６】
商用周波数で駆動される商用周波数駆動セルと、商用周波数駆動セルよりも高い周波数で駆動される高周波駆動セルを、交流系統の各相にスター結線で多重に接続したモジュラー・マルチレベル・カスケード変換器と、
前記商用周波数駆動セルの直流側に接続された双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記複数のセルのスイッチング素子のゲート指令を生成するゲート指令生成部と、を備えた電力変換装置のゲート指令生成方法であって、
前記ゲート指令生成部が、相電圧指令値と閾値との比較結果に基づいて商用周波数駆動セルのゲート指令を生成し、前記商用周波数駆動セルのゲート指令に基づいて求めた複数の商用周波数駆動セルの合計出力電圧と前記相電圧指令値との差分により高周波駆動セルの出力電圧指令値を求め、前記高周波駆動セルの出力電圧指令値とキャリア信号の比較によって高周波駆動セルのゲート指令を生成するステップと、
前記ゲート指令生成部の閾値補正部が、前記商用周波数駆動セルのゲート指令生成に用いる閾値を、高周波駆動セルの直流電圧と前記複数のセルが出力する有効電力に応じて変化させるための閾値補正値を生成するステップと、を備えたことを特徴とする電力変換装置のゲート指令生成方法。
【請求項７】
商用周波数で駆動される商用周波数駆動セルと、商用周波数駆動セルよりも高い周波数で駆動される高周波駆動セルを、交流系統の各相にスター結線で多重に接続したモジュラー・マルチレベル・カスケード変換器と、
前記商用周波数駆動セルの直流側に接続された双方向絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記複数のセルのスイッチング素子のゲート指令を生成するゲート指令生成部と、を備えた電力変換装置のゲート指令生成方法であって、
前記ゲート指令生成部が、相電圧指令値と閾値との比較結果に基づいて商用周波数駆動セルのゲート指令を生成し、前記商用周波数駆動セルのゲート指令に基づいて求めた複数の商用周波数駆動セルの合計出力電圧と前記相電圧指令値との差分により高周波駆動セルの出力電圧指令値を求め、前記高周波駆動セルの出力電圧指令値とキャリア信号の比較によって高周波駆動セルのゲート指令を生成するステップと、
前記ゲート指令生成部の電圧指令補正部が、前記相電圧指令値を、高周波駆動セルの直流電圧と、前記複数のセルの出力電流の符号に応じて変化させるための電圧指令補正値を生成するステップと、備えたことを特徴とする電力変換装置のゲート指令生成方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、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（以下、ＳＳＢＣと称することもある）のモジュラー・マルチレベル・カスケード変換器（以下、ＭＭＣＣと称することもある）において、変換器を構成する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に適用する技術に関する。
続きを表示（約 1,000 文字）【背景技術】
【０００２】
モジュラー・マルチレベル・カスケード変換器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（以下、ＳＳＴと称することもある）がある。
【０００３】
図１にＭＭＣＣ－ＳＳＢＣと共振コンバータ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４台からなるＳＳＴを示す。
【０００４】
図１は、１相あたりのセル台数Ｎ≧２、そのうち高周波駆動セルの台数Ｍ≧１で適用可能であるが、図１ではＮ＝４、Ｍ＝１の例を示している。
【０００５】
図１（ａ）に示すように、交流系統ＡＣのＵ相には、リアクトルＬｕを介してセルＵ１、セルＵ２、セルＵ３、セルＵ４が直列接続される。同様に、交流系統ＡＣのＶ相には、リアクトルＬｖを介してセルＶ１、セルＶ２、セルＶ３、セルＶ４が直列接続され、交流系統ＡＣのＷ相には、リアクトルＬｗを介してセルＷ１、セルＷ２、セルＷ３、セルＷ４が直列接続される。
【０００６】
前記各相の直列接続終端は共通に接続されている（スター結線）。ここでセルＵ１、セルＵ２、セルＵ３、セルＵ４の交流の相電圧（相電圧検出信号）をｖ
ｕ１
,ｖ
ｕ2
,ｖ
ｕ3
,ｖ
ｕ4
とする。
【０００７】
セルＵ１、セルＵ２、セルＵ３、セルＵ４、セルＶ１、セルＶ２、セルＶ３、セルＶ４、セルＷ１、セルＷ２、セルＷ３、セルＷ４の直流端子は並列接続されている。
【０００８】
セルＵ１～セルＷ４の直流電圧をＶ
ＤＣ
とし、交流系統ＡＣの出力電圧をｖｓとし、ＳＳＴの入力電流をｉｓとしている。
【０００９】
図１（ｂ）にセル１台当たりの構成を示す。セルの一方の交流端子にはスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３の一端が接続される。また、セルの他方の交流端子にはスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４の一端が接続される。スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の他端は第１コンデンサＣ１の一端に接続される。スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４の他端は第１コンデンサＣ１の他端に接続される。
【００１０】
第１コンデンサＣ１の一端と他端との間にはスイッチング素子Ｓ５，Ｓ７が直列接続される。また、第１コンデンサＣ１の一端と他端との間にはスイッチング素子Ｓ６，Ｓ８が直列接続される。
（【００１１】以降は省略されています）

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