電力變換裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明的實(shí)施方式涉及在交流與直流之間相互變換電力的電力變換裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，風(fēng)力發(fā)電、太陽能光發(fā)電、太陽能熱發(fā)電等可再生能源的普及得到了促進(jìn)，但為了通過可再生能源提供更大的電力，開始研究海上風(fēng)力發(fā)電、在沙漠地帶中的太陽能光、太陽能熱發(fā)電。在海上風(fēng)力發(fā)電中，需要將發(fā)出的電力通過海底纜線大電力輸電至作為消耗地的都市、或者將大電力長距離地從非洲、中國內(nèi)陸的沙漠地帶高效地輸電至歐洲、沿岸地帶的大都市。在這樣的要求中，相比于以往的利用三相交流的電力輸電，直流輸電更高效，能夠抑制成本地進(jìn)行設(shè)置，所以開始研究直流輸電網(wǎng)的構(gòu)筑。
[0003]在直流輸電中，需要將發(fā)出的交流電力變換為直流輸電用的直流的轉(zhuǎn)換器、將輸送來的直流變換為都市內(nèi)的交流的逆變器等電力變換裝置。當(dāng)前，能夠以使與轉(zhuǎn)換器、逆變器的開關(guān)相伴的高次諧波不流出到交流系統(tǒng)的方式，輸出接近正弦波的電壓波形，能夠削減輸出濾波器的MMC(Modular Multilevel Converter:模塊化多電平變流器)得到了實(shí)用化。
[0004]圖10示出構(gòu)成以往的MMC的單位部件的電路圖。
[0005]作為單位部件的斬波器單元C是將分支I和電容器(c_ch)2并聯(lián)地連接了的結(jié)構(gòu)。分支1是將具有自消弧能力的兩個開關(guān)元件(8￥_(:111)33、開關(guān)元件(8￥_(3112)313串聯(lián)地連接兩個而構(gòu)成的。
[0006]圖11示出在以往的直流輸電用途中使用的MMC的一個例子。在MMC50中，U相分支51、V相分支52、W相分支53與直流電源54并聯(lián)地連接。各分支與三相變壓器(tr)55連接，該三相變壓器(tr)55與電力系統(tǒng)(V_S)56連接。各分支是將上述斬波器單元C串聯(lián)地配置了 12個的結(jié)構(gòu)。另外，在U相分支51的中央部設(shè)置了電抗器(lb_up)57a以及電抗器(lb_un)57b，在V相分支52的中央部設(shè)置了電抗器(lb_vp)58a以及電抗器(lb_vn)58b，在W相分支53的中央部設(shè)置了電抗器(lb_wp)59a以及電抗器(lb_wn)59b。
[0007]當(dāng)以U相分支51為例子來說明該MMC50的動作時，從直流電源54的輸入直流電壓乂_dc減去正側(cè)斬波器單元ch_upl?6的合計(jì)電壓v_up，從基準(zhǔn)電位加上負(fù)側(cè)斬波器單元ch_uni?6的合計(jì)電壓v_un，從而得到交流電壓，進(jìn)而通過三相變壓器(tr) 55變換為期望的交流電壓。另外，通過電抗器(lb_up)57a以及電抗器(lb_un)57b，抑制由于輸入直流電Sv_dc和斬波器單元輸出電Sv_up+v_un的短路所致的電流增大。關(guān)于V相分支52以及W相分支53也是同樣的。通過以上說明的動作，生成三相交流電壓。
[0008]專利文獻(xiàn)I:日本特表2010-512134號公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]但是，在MMC50中在斬波器單元C的電容器中原則上產(chǎn)生與輸出交流頻率等同的電力脈動，所以為了將電容器電壓的變動抑制為恒定的值，需要增大電容器的電容。在直流電壓涉及幾十kV?幾百kV的直流輸電的情況下，如果斬波器單元C的數(shù)量變多，則電容器體積與其成比例地變大，而存在MMC50的體積變大這樣的課題。
[0010]另外，被輸出的交流電流如果從輸入直流電壓的角度來看是無效電流，所以為了在直流電壓與交流電壓之間交換電力，需要使與輸入輸出電力等同的直流電流流入到斬波器單元C。因此，還存在構(gòu)成斬波器單元C的開關(guān)元件(sw_ch I) 3a、開關(guān)元件(sw_ch2) 3b的流通電流變大，電力變換損耗變大這樣的課題。
[0011]本發(fā)明的實(shí)施方式的目的在于提供一種電力變換裝置，該電力變換裝置具有輸出與MMC等同的低高次諧波的交流電壓、電流的功能，同時能夠降低體積、電力變換損耗。
[0012]為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的實(shí)施方式提供一種電力變換裝置，在交流與直流之間相互變換電力，其特征在于，將具有自消弧能力的第一、第二、第三及第四開關(guān)元件按照升序與直流電源串聯(lián)連接，連接所述直流電源的直流正端子和所述第一開關(guān)元件的集電極，連接所述直流電源的直流負(fù)端子和所述第四開關(guān)元件的發(fā)射極，并且將串聯(lián)連接了的第一電容器和第二電容器與所述直流電源并聯(lián)地連接，連接用所述第一電容器以及所述第二電容器分割了的直流中性點(diǎn)和所述第二開關(guān)元件的發(fā)射極以及所述第三開關(guān)元件的集電極，具有將把具有自消弧能力的開關(guān)元件串聯(lián)地連接了2個的分支、和電容器并聯(lián)地連接而作為斬波器單元，將所述斬波器單元串聯(lián)地連接了 I個或者2個以上的第一及第二斬波器單元群電路，連接所述第二開關(guān)元件的集電極和所述第一斬波器單元群電路的正端子，連接所述第三開關(guān)元件的發(fā)射極和所述第二斬波器單元群電路的負(fù)端子，連接所述第一斬波器單元群電路的負(fù)端子和所述第二斬波器單元群電路的正端子，將其作為輸出交流端子。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的電力變換裝置的電路圖。
[0014]圖2是第一實(shí)施方式的電力變換裝置的整體控制框圖。
[0015]圖3是示出施加零相電壓的方法的中性點(diǎn)電位控制框圖。
[0016]圖4是示出計(jì)算斬波器單元群輸出電壓指令值的方法的圖形。
[0017]圖5是示出斬波器單元群輸出電壓指令值的計(jì)算方法的控制框圖。
[0018]圖6是示出電容器電壓的控制方法的控制框圖。
[0019]圖7是示出使斬波器單元ch_upl?3的電容器電壓v_ch_upl?3成為相同的方法的控制框圖。
[0020]圖8是說明斬波器單元的電壓輸出方法的圖形。
[0021]圖9是本發(fā)明的第二實(shí)施方式的電力變換裝置的電路圖。
[0022]圖10是構(gòu)成以往的MMC的單位部件的電路圖。
[0023]圖11是示出在以往的直流輸電用途中使用的MMC的一個例子的電路圖。
[0024](符號說明)
[0025]1:分支;2:電容器(c_ch) ;3&:開關(guān)元件(8￥_(:111) ;3b:開關(guān)元件(sw_ch2); 10:電力變換裝置；11:開關(guān)元件(sw_ul)(第一開關(guān)元件)；12:開關(guān)元件(sw_u2)(第二開關(guān)元件)；13:開關(guān)元件(sw_u3)(第三開關(guān)元件)；14:開關(guān)元件(sw_u4)(第四開關(guān)元件)；15:斬波器單元群電路(ch_up)(第一斬波器單元群電路)；16:斬波器單元群電路(ch_un)(第二斬波器單元群電路);17a:電抗器(lb_u) ； 17b:電抗器(lb_v) ； 17c:電抗器(lb_w) ； 18:電容器(c_p)；19:電容器(c_n); 20:直流電源；21:變壓器(tr); 22:電力系統(tǒng)電壓(v_s); 30:電力變換裝置;31:三繞組變壓器。
【具體實(shí)施方式】
[0026]以下，參照附圖，具體地說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0027][第一實(shí)施方式]
[0028](整體結(jié)構(gòu))
[0029]圖1示出本發(fā)明的第一實(shí)施方式的電力變換裝置的電路圖。
[0030]以U相為例子，說明本電力變換裝置10的結(jié)構(gòu)。U相的電力變換裝置由開關(guān)元件(sw_ul) 11、開關(guān)元件(sw_u2) 12、開關(guān)元件(sw_u3) 13以及開關(guān)元件(sw_u4) 14、斬波器單元群電路(ch_up)15以及斬波器單元群電路(ch_un)16、電抗器(lb_u)17a、電容器(c_p)18以及電容器(c_n) 19、和直流電源20構(gòu)成。
[0031]本電力變換裝置10將直流電源20的輸入直流電Sv_dc變換為三相的交流電壓^ac，經(jīng)由變壓器(tr)21對電力系統(tǒng)電壓(v_s)22輸出交流電力。另外，在本實(shí)施方式中，基準(zhǔn)電位設(shè)為輸入直流電壓^_如的負(fù)端子。
[0032](開關(guān)元件11?14)
[0033]開關(guān)元件11?14分別通過直流電源20的輸入直流電Sv_dc來決定耐受電壓。針對輸入直流電壓v_dc，考慮對v_dc/2的電壓在開關(guān)時的浪涌電壓重疊，決定使用的元件。如果直流電壓涉及幾十kV以上，則難以在I個元件上承受