功率轉(zhuǎn)換裝置制造方法及圖紙

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)提供一種能夠?qū)⒅行渣c(diǎn)電位保持恒定的功率轉(zhuǎn)換裝置。在交流與直流之間進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換的功率轉(zhuǎn)換裝置具備：串聯(lián)連接的電容器(2a、2b)，與直流電源(20)并聯(lián)連接，用于對(duì)直流電源(20)的輸入直流電壓進(jìn)行分割并生成中性點(diǎn)電位；多個(gè)支路(3)，分別與多個(gè)直流電源(20)并聯(lián)連接，并包含用于將直流轉(zhuǎn)換為交流的斬波單元(C)；控制部，為了使各相支路(3)的斬波單元輸出電壓平衡，對(duì)在各相支路(3)內(nèi)流動(dòng)的循環(huán)電流進(jìn)行控制，控制部具有使用于將中性點(diǎn)電位控制為恒定的中性點(diǎn)電流疊加于在各相直流端子間流動(dòng)的直流循環(huán)電流的中性點(diǎn)電位控制部，中性點(diǎn)電位控制部使疊加了中性點(diǎn)電流的循環(huán)電流在電容器(2a、2b)的至少任一個(gè)流動(dòng)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來(lái)華專(zhuān)利技術(shù)】
本專(zhuān)利技術(shù)的實(shí)施方式涉及在直流與交流之間相互進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換的功率轉(zhuǎn)換裝置。
技術(shù)介紹
近年，風(fēng)力發(fā)電和太陽(yáng)光發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電等可再生能源的普及得以促進(jìn)，而為了通過(guò)可再生能源來(lái)維持更大電力，則開(kāi)始探討海上風(fēng)力發(fā)電和沙漠地帶的太陽(yáng)光、太陽(yáng)熱發(fā)電。在海上風(fēng)力發(fā)電中，需要通過(guò)海底電纜將所發(fā)出的電力大功率輸送至作為消耗地的城市，或者從非洲或中國(guó)內(nèi)陸的沙漠地帶至歐洲或沿海地帶的大城市，跨越較長(zhǎng)距離高效地輸送大功率。針對(duì)這樣的要求，由于與通過(guò)以往的三相交流實(shí)現(xiàn)的功率輸電相比，直流輸電更加高效，并能夠在抑制成本的同時(shí)進(jìn)行設(shè)置，因此，開(kāi)始探討直流輸電網(wǎng)的構(gòu)筑。在直流輸電中，需要將所發(fā)出的交流電力轉(zhuǎn)換為直流輸電用的直流的變換器或?qū)⒈惠斔蛠?lái)的直流轉(zhuǎn)換為城市內(nèi)的交流的逆變器等功率轉(zhuǎn)換裝置。能夠以與變換器、逆變器的切換相伴的高次諧波不流出至交流系統(tǒng)的方式，輸出接近正弦波的電壓波形并能夠減少輸出濾波器的MMC(ModularMulti-levelConverter：模塊化多電平變換器)得到實(shí)際應(yīng)用。圖10中示出用于以往的直流輸電用途的MMC的一例。如圖10(a)所示，MMC101具備分別與直流電源120并聯(lián)連接的、生成交流電壓的U相、V相以及W相支路103。各支路103與將所生成的交流電壓轉(zhuǎn)換為所希望的交流電壓的三相變壓器121連接，該三相變壓器121與電力系統(tǒng)122連接。由于各相支路103的構(gòu)成均相同，因此，若對(duì)U相支路103加以說(shuō)明，則U相支路103用于從輸入直流電壓生成交流電壓，并具有12個(gè)串聯(lián)連接的斬波單元C。即，U相支路103由6個(gè)斬波單元C串聯(lián)連接而成的正側(cè)的上臂104a和6個(gè)斬波單元C串聯(lián)連接而成的負(fù)側(cè)的下臂104b構(gòu)成。在上分路臂104a以及下分路臂104b之間設(shè)有與三相變壓器121連接的交流輸出端子139，在上分路臂104a以及端子139之間配置有電抗器lb_up，在下分路臂104b以及端子139之間配置有電抗器lb_un。如圖10(b)所示，斬波單元C由具備自關(guān)斷能力的二個(gè)開(kāi)關(guān)sw_ch1、sw_ch2串聯(lián)連接而成的支路105和與支路105并聯(lián)連接的電容器c_ch構(gòu)成。斬波單元C將電容器c_ch作為直流電壓源，在開(kāi)關(guān)sw_ch1打開(kāi)接通時(shí)輸出電容器c_ch的電壓v_ch，在開(kāi)關(guān)sw_ch2打開(kāi)接通時(shí)，斬波單元C的兩端子成為相同電位。多個(gè)斬波單元C串聯(lián)連接的U相支路103通過(guò)錯(cuò)開(kāi)向各斬波單元C的切換定時(shí)，生成多級(jí)的臺(tái)階狀交流電壓波形。對(duì)于該MMC101的動(dòng)作，若以U相支路103為例加以說(shuō)明，則從直流電源120的輸入直流電壓v_dc減去正側(cè)斬波單元ch_up1～6的合計(jì)電壓v_up，從基準(zhǔn)電位加上負(fù)側(cè)斬波單元ch_un1～6的合計(jì)電壓v_un，由此獲得交流電壓，進(jìn)而通過(guò)三相變壓器121被轉(zhuǎn)換為所希望的交流電壓。此外，通過(guò)電抗器lb_up以及l(fā)b_un，抑制由輸入直流電壓v_dc和斬波單元輸出電壓v_up+v_un的短路所引起的電流的增大。對(duì)于V相支路103以及W相支路103也是相同的。通過(guò)以上說(shuō)明的動(dòng)作，生成三相交流電壓，通過(guò)三相變壓器121轉(zhuǎn)換為所希望的交流電壓，并將三相交流電壓供給至電力系統(tǒng)122。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)1：日本特表2010－512134號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)2：日本特開(kāi)2013－198389號(hào)公報(bào)
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
專(zhuān)利技術(shù)所要解決的課題MMC中，在斬波單元的電容器中，原理上會(huì)產(chǎn)生與輸出交流頻率等同的功率脈動(dòng)。為了將該電容器電壓的變動(dòng)抑制為恒定的值，需要增大電容器的容量，裝置自身也會(huì)變大。例如，在直流電壓達(dá)到數(shù)十kV～數(shù)百kV的直流輸電的情況下，斬波單元的數(shù)量變多，與此成比例地電容器體積變大，功率轉(zhuǎn)換裝置的體積也變大。因此，開(kāi)始探討將開(kāi)關(guān)(閥)和斬波單元組合而成的中性點(diǎn)鉗位形模塊化多電平變換器(以下，稱(chēng)為NPC－MMC)，其中，該開(kāi)關(guān)(閥)由IGBT等自勵(lì)式切換元件和與其反接的二極管構(gòu)成。該NPC－MMC例如通過(guò)二個(gè)電容器將直流電源的輸入直流電壓分割成一半，在電容器間形成中性點(diǎn)電位。即，對(duì)于輸入直流電壓，將串聯(lián)連接的二個(gè)電容器并聯(lián)連接。NPC－MMC能夠在繼承MMC的優(yōu)點(diǎn)、即能夠通過(guò)錯(cuò)開(kāi)各斬波單元的動(dòng)作定時(shí)來(lái)輸出臺(tái)階狀的多電平電壓波形并能夠使輸出交流電壓大致成為正弦波的優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，減少斬波單元數(shù)量，因此，存在能夠減少功率轉(zhuǎn)換裝置的設(shè)置空間的可能性。但是，中性點(diǎn)電位會(huì)由于電容器或切換元件的泄漏電流、放電電流的不平衡而變動(dòng)。因此，恐怕會(huì)產(chǎn)生以下情況：例如，正側(cè)的電容器和負(fù)側(cè)的電容器的放電電壓的平衡被破壞，超過(guò)耐電壓的電壓施加于切換元件，切換元件發(fā)生故障，結(jié)果，導(dǎo)致功率轉(zhuǎn)換裝置自身的故障。本專(zhuān)利技術(shù)的實(shí)施方式的功率轉(zhuǎn)換裝置是為了解決上述課題而完成的，其目的在于提供一種能夠?qū)⒅行渣c(diǎn)電位保持恒定的功率轉(zhuǎn)換裝置。用于解決課題的方法為了達(dá)成上述目的，本實(shí)施方式的功率轉(zhuǎn)換裝置在交流與直流之間進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換，其特征在于，具備：串聯(lián)連接的第一及第二電容器，與直流電源并聯(lián)連接，用于對(duì)上述直流電源的輸入直流電壓進(jìn)行分割并生成中性點(diǎn)電位；多個(gè)支路，分別與上述直流電源并聯(lián)連接，并包含用于將直流轉(zhuǎn)換為交流的斬波單元；和，控制部，為了使各相支路的上述斬波單元輸出電壓平衡，對(duì)在各相支路內(nèi)流動(dòng)的循環(huán)電流進(jìn)行控制，上述控制部具有使用于將中性點(diǎn)電位控制為恒定的中性電流疊加于在各相直流端子間流動(dòng)的直流循環(huán)電流的中性點(diǎn)電位控制部，上述中性點(diǎn)電位控制部使疊加了上述中性點(diǎn)電流的循環(huán)電流在上述第一及第二電容器的至少任一個(gè)流動(dòng)。附圖說(shuō)明圖1(a)為第一實(shí)施方式的功率轉(zhuǎn)換裝置的電路圖，圖1(b)為斬波單元的電路圖。圖2為第一實(shí)施方式的功率轉(zhuǎn)換裝置的控制部的內(nèi)部構(gòu)成框圖。圖3為表示中性點(diǎn)電位控制部的控制構(gòu)成的示意圖。圖4為表示向一個(gè)周期內(nèi)的各相疊加的中性點(diǎn)電流的表。圖5為表示臂間電容器電壓平衡控制部的控制構(gòu)成的示意圖。圖6為表示斬波單元群輸出電壓指令值的生成方法的示意圖。圖7為表示斬波單元群輸出電壓指令值生成部的控制構(gòu)成的示意圖。圖8為表示單個(gè)電容器電壓平衡控制部的控制構(gòu)成的示意圖。圖9為用于說(shuō)明斬波單元的電壓輸出方法的圖。圖10(a)為用于說(shuō)明以往的MMC的圖，圖10(b)為斬波單元的電路圖。具體實(shí)施方式(1、第一實(shí)施方式)(1－1、概略構(gòu)成)以下，參照?qǐng)D1～圖9，對(duì)本實(shí)施方式的功率轉(zhuǎn)換裝置加以說(shuō)明。圖1為本實(shí)施方式的功率轉(zhuǎn)換裝置的電路圖，圖2為本實(shí)施方式的功率轉(zhuǎn)換裝置的控制部的內(nèi)部構(gòu)成框圖。如圖1(a)所示，本實(shí)施方式的功率轉(zhuǎn)換裝置1與直流電源20連接，將輸入直流電壓v_dc轉(zhuǎn)換為三相的交流電壓v_ac，經(jīng)由三相變壓器21將交流電輸出至電力系統(tǒng)22。本功率轉(zhuǎn)換裝置1具備：相互串聯(lián)連接的電容器2a、2b，與直流電源20并聯(lián)連接，用于對(duì)其輸入直流電壓v_dc進(jìn)行分割并生成中性點(diǎn)電位；U相、V相以及W相的支路3，分別與直流電源20并聯(lián)連接，并包含將直流電源20的直流轉(zhuǎn)換為交流的、作為單位轉(zhuǎn)換器的斬波單元C；和，控制部5，為了使各支路3的斬波單元C的輸出電壓平衡，對(duì)在各相的支路3內(nèi)流動(dòng)的循環(huán)電流進(jìn)行控制。另外，U相、V相、W相的功率轉(zhuǎn)換裝置的構(gòu)成是相同的，因此適當(dāng)?shù)匾訳相為代表加以說(shuō)明。此外，通過(guò)未圖示的電流檢測(cè)器以及電壓檢測(cè)器來(lái)檢測(cè)以下所示的電流、電壓，并以本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種功率轉(zhuǎn)換裝置，在交流與直流之間進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換，其特征在于，具備：串聯(lián)連接的第一及第二電容器，與直流電源并聯(lián)連接，用于對(duì)上述直流電源的輸入直流電壓進(jìn)行分割并生成中性點(diǎn)電位；多個(gè)支路，分別與上述直流電源并聯(lián)連接，包含用于將直流轉(zhuǎn)換為交流的斬波單元；以及控制部，為了使各相支路的上述斬波單元輸出電壓平衡，對(duì)在各相支路內(nèi)流動(dòng)的循環(huán)電流進(jìn)行控制，上述控制部具有中性點(diǎn)電位控制部，該中性點(diǎn)電位控制部向在各相直流端子間流動(dòng)的直流循環(huán)電流疊加用于將中性點(diǎn)電位控制為恒定的中性點(diǎn)電流，上述中性點(diǎn)電位控制部使疊加了上述中性點(diǎn)電流后的循環(huán)電流流過(guò)上述第一及第二電容器的至少任一個(gè)。

【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來(lái)華專(zhuān)利技術(shù)】2014.08.25 JP 2014-1708041.一種功率轉(zhuǎn)換裝置，在交流與直流之間進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換，其特征在于，具備：串聯(lián)連接的第一及第二電容器，與直流電源并聯(lián)連接，用于對(duì)上述直流電源的輸入直流電壓進(jìn)行分割并生成中性點(diǎn)電位；多個(gè)支路，分別與上述直流電源并聯(lián)連接，包含用于將直流轉(zhuǎn)換為交流的斬波單元；以及控制部，為了使各相支路的上述斬波單元輸出電壓平衡，對(duì)在各相支路內(nèi)流動(dòng)的循環(huán)電流進(jìn)行控制，上述控制部具有中性點(diǎn)電位控制部，該中性點(diǎn)電位控制部向在各相直流端子間流動(dòng)的直流循環(huán)電流疊加用于將中性點(diǎn)電位控制為恒定的中性點(diǎn)電流，上述中性點(diǎn)電位控制部使疊加了上述中性點(diǎn)電流后的循環(huán)電流流過(guò)上述第一及第二電容器的至少任一個(gè)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，上述中性點(diǎn)電位控制部使從上述第一及第二電容器中的高電壓的電容器放出的電充電至低電壓的電容器。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，上述中性點(diǎn)電位控制部將上述中性點(diǎn)電流分配并疊加于各相支路。4.根據(jù)權(quán)利要求...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：長(zhǎng)谷川隆太，鈴木大地，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：株式會(huì)社東芝，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：日本;JP