JP2024077670A - Cell Multi-Inverter - Google Patents
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Abstract
【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、該当相にセルを投入する、該当相のみセル直流電圧を引き上げるといった必要をなくし、さらにコモンモード電流を抑制する。【解決手段】相電圧検出信号vU,vV,vWまたは電圧指令値vU*,vV*,vW*を系統周波数に同期した回転座標上の値と系統周波数と逆向きに回転する回転座標上の値に変換し直流成分を抽出する。直流成分である正相d軸成分V1d,正相q軸成分V1q,逆相d軸成分V2d,逆相q軸成分V2qに基づいて零相電圧d軸成分V0d、零相電圧q軸成分V0qを演算する。零相電圧d軸成分V0d,零相電圧q軸成分V0qに余弦波,正弦波を乗算して足し合わせ、電圧指令値vU*,vV*,vW*に加算して補正電圧指令値vU*’,vV*’,vW*’とする。【選択図】図2[Problem] In a cell-multiplexed inverter in which a plurality of cells are connected in a star connection to each phase of an AC system, even when an unbalanced AC voltage occurs or when an unbalanced AC voltage is intentionally output, it is not necessary to input a cell to the corresponding phase or to raise the cell DC voltage only for the corresponding phase, and common mode current is suppressed. [Solution] Phase voltage detection signals vU, vV, vW or voltage command values vU*, vV*, vW* are converted into values on a rotating coordinate system synchronized with the system frequency and values on a rotating coordinate system rotating in the opposite direction to the system frequency to extract DC components. Zero-phase voltage d-axis component V0d and zero-phase voltage q-axis component V0q are calculated based on the DC components, which are positive-phase d-axis component V1d, positive-phase q-axis component V1q, negative-phase d-axis component V2d, and negative-phase q-axis component V2q. The zero-phase voltage d-axis component V0d and the zero-phase voltage q-axis component V0q are multiplied by a cosine wave and a sine wave, and the results are added to the voltage command values vU*, vV*, and vW* to obtain the corrected voltage command values vU*', vV*', and vW*'. [Selected figure] Figure 2
Description
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。 The present invention relates to a cell-multiplexed inverter in which multiple cells are multiplexed and connected to each phase of an AC system using star wiring.
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。 One example of a multi-cell inverter is a modular multilevel cascade converter (MMCC) with a single-star bridge cell (SSBC) that is connected to a three-phase AC system. There is also a known configuration in which a separate power supply, DC/DC converter, etc. is connected to the DC side of the full-bridge cell of the MMCC-SSBC.
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。
A typical example of this configuration is the solid-state transformer (SST) described in
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。 High-voltage AC power is converted into DC power using cells connected in series, the DC power is converted into high-frequency AC power, and then the power is converted back into DC power by isolating and rectifying it using a transformer. Reverse power interchange is also possible. Because SST uses a high-frequency transformer, it can be made smaller than conventional commercial frequency transformers.
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。
Another application is the high-voltage multiple inverter described in
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。 When connecting to an unbalanced three-phase AC system using an SST, or when intentionally outputting an unbalanced three-phase AC voltage using a high-voltage multiple inverter, the phase voltage amplitude of a certain phase increases, and the AC voltage that the cell connected to that phase should output also increases.
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。 To address this, it is necessary to increase the DC voltage of the cells, but this also requires the components to have an increased voltage resistance, which leads to increased costs and size. Using switching devices with a high voltage resistance for the cells can also lead to increased losses.
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。 In addition, some equipment may require continued operation even if some cells fail.
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。
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。
特許文献5,6はMMCC-SSBCにおいて零相電圧を用いることで電圧不平衡に対応する技術が開示されている。この技術の目的は、各セルのコンデンサ電圧をバランスさせることである。
特許文献7はセル多重を行わない単機の3相インバータの電圧指令値に零相電圧を重畳することで、電圧指令値のピークを下げる技術である。不平衡な三相交流電圧を出力する場合にも対応でき、各相の電圧指令値ピークを等しくすることができる。特許文献7の技術は、MMCC-SSBCや高圧多重インバータに適用することができる。
しかしながら、特許文献1,2では不平衡な系統への連系や不平衡電圧の出力、セルが故障したときの対処法は特に言及されていない。
However,
特許文献3では予備セルを装置に組み込む必要があり、また予備セルを投入するためのスイッチも必要になるため、コストやサイズが増加してしまう。故障が起こらなければ予備セルは使用されず、無駄になることもあり得る。
In
特許文献4では該当相の他のセルの直流電圧を増加するため、それを踏まえたセルの設計が必要となりコストやサイズ、損失増加の問題が生じる。また、特許文献3,4ともに電圧不平衡への対応方法は記載されていない。
In
特許文献5,6では各セルの直流側にはコンデンサのみが接続され無効電力補償装置など有効電力を扱わない用途が想定されている。しかし、高圧多重インバータやSSTでは別途有効電力の通過経路を有するため、この経路を用いてセル間の電力融通を行い、コンデンサ電圧をバランスさせることができる。そのため、特許文献5,6の技術の重要性は低下する。また、特許文献5,6ともにセルの故障への対応方法は記載されていない。
In
特許文献7では、零相電圧として3の奇数倍の高調波を重畳する。しかし、重畳する零相電圧の周波数が高いほど回路の浮遊容量を通して大きなコモンモード電流が流れてしまう。これにより、部品の発熱増加、効率低下、地絡検出器の誤動作、高周波トランスの絶縁破壊、他の機器への電磁障害といった多くの問題を引き起こす恐れがある。そのため、重畳する零相電圧の周波数を下げる必要がある。また、特許文献7もセルの故障への対応方法は記載されていない。
In
以上示したようなことから、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、該当相にセルを投入する、該当相のみセルの直流電圧を引き上げるといった必要をなくし、さらにコモンモード電流を抑制することが課題となる。 As described above, in a cell-multiplexed inverter in which multiple cells are connected in a star connection to each phase of an AC system, even when an unbalanced AC voltage occurs or when an unbalanced AC voltage is intentionally output, the challenge is to eliminate the need to input a cell to the relevant phase or to increase the DC voltage of the cell only in the relevant phase, and to suppress the common-mode current.
本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、交流系統の各相にスター結線で多重に接続した複数のセルと、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セル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、各相の前記補正電圧指令値の振幅差が小さくなるように、基本波と同じ周波数の前記零相電圧を前記電圧指令値に重畳することを特徴とする。 The present invention was devised in view of the above-mentioned problems of the related art. One aspect of the present invention is a multi-cell inverter including a plurality of cells connected in a star-connected manner to each phase of an AC system, a correction voltage command value generating unit that generates a correction voltage command value by superimposing a zero-phase voltage of the same frequency as the fundamental wave on a voltage command value, and a gate signal generating unit that generates a gate signal for the cell based on the correction voltage command value, and the correction voltage command value generating unit is characterized in that it superimposes the zero-phase voltage of the same frequency as the fundamental wave on the voltage command value so as to reduce the amplitude difference of the correction voltage command value for each phase.
また、他の態様として、交流系統の各相にスター結線で多重に接続した複数のセルと、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セル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、各相の前記補正電圧指令値の振幅に各相のセル台数をかけ各相で故障せず動作しているセル台数で除した値が、三相の間で差が小さくなるように基本波と同じ周波数の前記零相電圧を重畳することを特徴とする。 In another aspect, a multiple-cell inverter includes a plurality of cells connected in multiplex with star connection to each phase of an AC system, a correction voltage command value generating unit that generates a correction voltage command value by superimposing a zero-phase voltage of the same frequency as the fundamental wave on a voltage command value, and a gate signal generating unit that generates a gate signal for the cell based on the correction voltage command value, and is characterized in that the correction voltage command value generating unit superimposes the zero-phase voltage of the same frequency as the fundamental wave so that the difference between the amplitude of the correction voltage command value for each phase multiplied by the number of cells in each phase and divided by the number of cells in each phase that are operating without failure is small among the three phases.
また、その一態様として、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、または、前記相電圧検出信号または前記電圧指令値に、各相のセル台数を各相で故障せず動作しているセル台数で除算した係数を乗算した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、または、前記相電圧検出信号または前記電圧指令値に各相のセル台数を各相で故障せず動作しているセル台数で除算した係数を乗算した値を、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またはsinωtを乗算する第1乗算器と、前記第1乗算器でcosωtを乗算した場合は前記零相電圧q軸成分にsinωtを乗算し、前記第1乗算器でsinωtを乗算した場合は前記零相電圧q軸成分にcosωtを乗算する第2乗算器と、前記第1乗算器の出力と前記第2乗算器の出力を加算する第1加算器と、前記電圧指令値に前記第1加算器の出力を加算して補正電圧指令値として出力する第2加算器と、を備えたことを特徴とする。 In one embodiment, the correction voltage command value generating unit includes a phase output unit that outputs a phase ωt synchronized with the AC voltage of the system; a first dq converter that converts a value obtained by multiplying the phase voltage detection signal or the voltage command value, or the phase voltage detection signal or the voltage command value, by a coefficient obtained by dividing the number of cells in each phase by the number of cells in each phase that are operating without failure, into a value on a rotating coordinate system synchronized with the system frequency; a second dq converter that converts a value obtained by multiplying the phase voltage detection signal or the voltage command value, or the phase voltage detection signal or the voltage command value, by a coefficient obtained by dividing the number of cells in each phase by the number of cells in each phase that are operating without failure, into a value on a rotating coordinate system that rotates in the opposite direction to the system frequency; and a positive-phase d-axis component that extracts a DC component from the output of the first dq converter. The power supply circuit is characterized by comprising: a calculator that calculates a zero-phase voltage d-axis component and a zero-phase voltage q-axis component that equalize the AC output voltage of each cell based on the positive-phase q-axis component, the negative-phase d-axis component and the negative-phase q-axis component obtained by extracting a DC component from the output of the second dq converter; a first multiplier that multiplies the zero-phase voltage d-axis component by cosωt or sinωt; a second multiplier that multiplies the zero-phase voltage q-axis component by sinωt when the first multiplier multiplies by cosωt, and multiplies the zero-phase voltage q-axis component by cosωt when the first multiplier multiplies by sinωt; a first adder that adds the output of the first multiplier and the output of the second multiplier; and a second adder that adds the output of the first adder to the voltage command value and outputs it as a correction voltage command value.
また、その一態様として、前記演算器は、(3)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。 In one aspect, the calculator calculates the d-axis component of the zero-phase voltage and the q-axis component of the zero-phase voltage based on equation (3).
V0d:零相電圧d軸成分
V0q:零相電圧q軸成分
V1d:正相電圧d軸成分
V1q:正相電圧q軸成分
V2d:逆相電圧d軸成分
V2q:逆相電圧q軸成分。
V0d : d-axis component of zero-phase-sequence voltage V0q : q-axis component of zero-phase-sequence voltage V1d : d-axis component of positive-phase-sequence voltage V1q : q-axis component of positive-phase-sequence voltage V2d : d-axis component of negative-phase-sequence voltage V2q : q-axis component of negative-phase-sequence voltage.
また、他の態様として、前記演算器は、(4)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。 In another aspect, the calculator calculates the d-axis component of the zero-phase voltage and the q-axis component of the zero-phase voltage based on equation (4).
V0d:零相電圧d軸成分
V0q:零相電圧q軸成分
V1d:正相電圧d軸成分
V1q:正相電圧q軸成分
V2d:逆相電圧d軸成分
V2q:逆相電圧q軸成分。
V0d : d-axis component of zero-phase-sequence voltage V0q : q-axis component of zero-phase-sequence voltage V1d : d-axis component of positive-phase-sequence voltage V1q : q-axis component of positive-phase-sequence voltage V2d : d-axis component of negative-phase-sequence voltage V2q : q-axis component of negative-phase-sequence voltage.
また、他の態様として、前記演算器は、(5)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。 In another aspect, the calculator calculates the d-axis component of the zero-phase voltage and the q-axis component of the zero-phase voltage based on equation (5).
V0d:零相電圧d軸成分
V0q:零相電圧q軸成分
V2d:逆相電圧d軸成分
V2q:逆相電圧q軸成分
V1:電圧正相成分。
V 0d : d-axis component of zero-phase-sequence voltage V 0q : q-axis component of zero-phase-sequence voltage V 2d : d-axis component of negative-phase-sequence voltage V 2q : q-axis component of negative-phase-sequence voltage V 1 : positive-phase voltage component.
また、その一態様として、前記補正電圧指令値生成部は、前記逆相d軸成分V2d=V1d、かつ、前記逆相q軸成分がV2q=0の場合、前記零相電圧d軸成分V0d=-V1d/2、前記零相電圧q軸成分V0q=0とし、前記逆相d軸成分V2d=-V1d/2、かつ、前記逆相q軸成分がV2q=-√3V1d/2の場合、前記零相電圧d軸成分V0d=V1d/4、前記零相電圧q軸成分V0q=√3V1d/4とし、前記逆相d軸成分V2d=-V1d/2、かつ、前記逆相q軸成分がV2q=√3V1d/2の場合、前記零相電圧d軸成分V0d=V1d/4、前記零相電圧q軸成分V0q=-√3V1d/4とすることを特徴とする。
In one aspect, the corrected voltage command value generating unit sets the zero-sequence voltage d-axis component V 0d =-V 1d /2 and the zero-sequence voltage q-axis component V 0q =0 when the negative-phase-sequence d-axis component V 2d =V 1d /2 and the negative-phase-sequence q-axis component V 2q =0, sets the zero-sequence voltage d-axis component V 0d =V 1d /4 and the zero-sequence voltage q-axis component V 0q =√3V 1d /4 when the negative-phase-sequence d-axis component V 2d =-V 1d /2 and the negative-phase-sequence q-axis component V 2q =√3V 1d /2, and sets the zero-sequence voltage d-axis component V 0d =
本発明によれば、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、該当相にセルを投入する、該当相のみセルの直流電圧を引き上げるといった必要をなくし、さらにコモンモード電流を抑制することが可能となる。 According to the present invention, in a cell-multiplexed inverter in which multiple cells are multiplexed and connected in a star connection to each phase of an AC system, even if an unbalanced AC voltage occurs or an unbalanced AC voltage is intentionally output, it is not necessary to input a cell to the relevant phase or to increase the DC voltage of the cell only in the relevant phase, and it is also possible to suppress common mode current.
以下、本願発明におけるセル多重インバータの実施形態1~3を図1~図5に基づいて詳述する。
Below,
[実施形態1]
まず、セル多重インバータの一例として、図1に示すMMCC-SSBCの主回路構成を説明する。
[Embodiment 1]
First, as an example of a multiple cell inverter, the main circuit configuration of an MMCC-SSBC shown in FIG. 1 will be described.
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cellu1,セルcellu2、セルcellu3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cellv1,セルcellv2、セルcellv3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cellw1,セルcellw2、セルcellw3が直列接続される。ここで、交流の相電圧(相電圧検出信号)をvU,vV,vWとする。 As shown in Fig. 1(a), cells cellu1, cellu2, and cellu3 are connected in series to the U-phase of the AC system AC via a reactor Lu. Similarly, cells cellv1, cellv2, and cellv3 are connected in series to the V-phase of the AC system AC via a reactor Lv, and cells cellw1, cellw2, and cellw3 are connected in series to the W-phase of the AC system AC via a reactor Lw. Here, AC phase voltages (phase voltage detection signals) are denoted as vU , vV , and vW .
セルcellu1,セルcellu2、セルcellu3,セルcellv1,セルcellv2、セルcellv3,セルcellw1,セルcellw2、セルcellw3の直流端子は並列接続される。セルcellu1~cellw3の直流電圧をVDCとする。 The DC terminals of cells cellu1, cell cellu2, cell cellu3, cell cellv1, cell cellv2, cell cellv3, cell cellw1, cell cellw2, and cell cellw3 are connected in parallel. The DC voltage of cells cellu1 to cellw3 is V DC .
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デバイス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デバイスS2,S4の一端が接続される。スイッチングデバイスS1,S2の他端は第1コンデンサC1の一端に接続される。スイッチングデバイスS3,S4の他端は第1コンデンサC1の他端に接続される。 Figure 1(b) shows the configuration of one cell. One end of switching devices S1 and S3 is connected to one AC terminal of the cell. One end of switching devices S2 and S4 is connected to the other AC terminal of the cell. The other ends of switching devices S1 and S2 are connected to one end of the first capacitor C1. The other ends of switching devices S3 and S4 are connected to the other end of the first capacitor C1.
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デバイス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デバイスS6,S8が直列接続される。 Switching devices S5 and S7 are connected in series between one end and the other end of the first capacitor C1. In addition, switching devices S6 and S8 are connected in series between one end and the other end of the first capacitor C1.
スイッチングデバイスS5,S7の接続点にはリアクトルL1の一端が接続される。スイッチングデバイスS6,S8の接続点にはリアクトルL2の一端が接続される。リアクトルL1の他端とリアクトルL2の他端との間にはトランスTrの一次巻線が接続される。 One end of reactor L1 is connected to the connection point of switching devices S5 and S7. One end of reactor L2 is connected to the connection point of switching devices S6 and S8. The primary winding of transformer Tr is connected between the other end of reactor L1 and the other end of reactor L2.
セルの一方の直流端子と他方の直流端子との間には第2コンデンサC2が接続される。第2コンデンサC2の一端と他端との間にはスイッチングデバイスS9,S11が直列接続される。また、第2コンデンサC2の一端と他端との間にはスイッチングデバイスS10,S12が直列接続される。 A second capacitor C2 is connected between one DC terminal and the other DC terminal of the cell. Switching devices S9 and S11 are connected in series between one end and the other end of the second capacitor C2. In addition, switching devices S10 and S12 are connected in series between one end and the other end of the second capacitor C2.
スイッチングデバイスS9,S11の接続点にはリアクトルL3の一端が接続される。スイッチングデバイスS10,S12の接続点にはリアクトルL4の一端が接続される。リアクトルL3の他端とリアクトルL4の他端との間にはトランスTrの二次巻線が接続される。なお、図1(b)のリアクトルL1~L4は省略してもよい。 One end of reactor L3 is connected to the connection point of switching devices S9 and S11. One end of reactor L4 is connected to the connection point of switching devices S10 and S12. The secondary winding of transformer Tr is connected between the other end of reactor L3 and the other end of reactor L4. Note that reactors L1 to L4 in FIG. 1(b) may be omitted.
図2に本実施形態1の補正電圧指令値生成部のブロック図を示す。本実施形態1は、各セルの電力責務を均等にする必要がない用途において、各セルの電圧責務を均等にする。
Figure 2 shows a block diagram of the correction voltage command value generation unit of this
位相出力部(例えば、PLL:Phase-Locked Loop)1は、交流系統ACの相電圧検出信号vU,vV,vWから系統の交流電圧に同期した位相ωtを出力する。 A phase output unit (for example, a PLL: Phase-Locked Loop) 1 outputs a phase ωt synchronized with the AC voltage of the system from phase voltage detection signals v U , v V , and v W of the AC system AC.
相電圧検出信号vU,vV,vWは線間電圧を検出し計算により相電圧に変換してもよい。また、相電圧検出信号vU,vV,vWの代わりに、後述する電圧指令値vU*,vV*,vW*を位相出力部1に入力してもよい。さらに、位相出力部1に入力する系統交流電圧は、代表の1相のみでもよい。
The phase voltage detection signals vU , vV , and vW may be converted into phase voltages by detecting line voltages and calculating them. Also, instead of the phase voltage detection signals vU , vV , and vW , voltage command values vU *, vV *, and vW *, which will be described later, may be input to the
高圧多重インバータのモータドライブ用途では、ロータリーエンコーダやレゾルバなどから位相ωtを検出してもよく、オブザーバなどで推定した位相ωtを用いてもよい。以下、位相出力部1はPLL1を示す。
In motor drive applications of high-voltage multiple inverters, the phase ωt may be detected from a rotary encoder or resolver, or the phase ωt estimated by an observer or the like may be used. In the following,
第1ローパスフィルタ2は、相電圧検出信号vU,vV,vW(電圧指令値vU*,vV*,vW*)からスイッチングノイズなどを除去する。
The first low-
第1dq変換器3は、第1ローパスフィルタ2を適用した相電圧検出信号vU,vV,vWを位相ωtに基づいて、系統周波数に同期した回転座標上の値に変換する。
The first
第2ローパスフィルタ4,5は、第1dq変換器3の出力から直流成分のみを抽出する。第2ローパスフィルタ4,5の出力のうちd軸成分が相電圧検出信号vU,vV,vWの正相d軸成分V1d、q軸成分が正相q軸成分V1qとなる。PLL1が正常に動作していれば第2ローパスフィルタ5出力の正相q軸成分V1qは零であるため、使用しない。
The second low-
第2dq変換器6は、第1ローパスフィルタ2を適用した相電圧検出信号vU,vV,vWを位相-ωtに基づいて、系統の周波数とは逆向きに回転する回転座標上の値に変換する。
The second
第3ローパスフィルタ7,8は、第2dq変換器6の出力から直流成分のみを抽出する。第3ローパスフィルタ7,8の出力は、それぞれ相電圧検出信号vU,vV,vWの逆相d軸成分V2d,逆相q軸成分V2qとなる。
The third low-
演算器9は、得られた正相d軸成分V1d,正相q軸成分V1q,逆相d軸成分V2d,逆相q軸成分V2qから後述する(3)式を用いて零相電圧d軸成分V0d,零相電圧q軸成分V0qを求める。(3)式の代わりに(4)式や(5)式を用いて零相電圧d軸成分V0dと零相電圧q軸成分V0qを求めてもよい。この演算器9では、交流電圧の正相成分と逆相成分の振幅がほぼ等しい場合にはV0d=V0q=0を出力する。
The
発振器10は、位相ωtから正弦波sinωt,余弦波cosωtを出力する。
The
第1乗算器11は、零相電圧d軸成分V0dと余弦波cosωtの積を求める。第2乗算器12は、零相電圧q軸成分V0qと正弦波sinωtの積を求める。
The
第1加算器13は、第1乗算器11が出力するV0dcosωtと第2乗算器12が出力するV0qsinωtの和を求める。
The
第2加算器14,15,16は、電圧指令値vU*,vV*,vW*それぞれに、第1加算器13で求めたV0dcosωt+V0qsinωtを加算する。電圧指令値vU*,vV*,vW*は固定の正弦波として与えられる場合、電圧や電流のフィードバック制御により得られる場合がある。第2加算器14,15,16の出力vU*’,vV*’,vW*’が補正電圧指令値である。
The
補正電圧指令値vU*’,vV*’,vW*’は、後段(ゲート信号生成部)でキャリア三角波比較などによりゲート信号(オンオフ指令信号)を生成し、各セルのスイッチングデバイスに入力される。 The corrected voltage command values vU *', vV *', and vW *' are used in the subsequent stage (gate signal generator) to generate gate signals (on/off command signals) by comparing carrier triangular waves or the like, and are input to the switching devices of each cell.
本実施形態1では、各相の補正電圧指令値vU*’,vV*’,vW*’の振幅が等しく(差が小さく)なるように、三相の電圧指令値vU*,vV*,vW*に基本波と同じ周波数の零相電圧を重畳する。そのために必要な零相電圧を計算により求める。電圧指令値vU*,vV*,vW*が交流相電圧(相電圧検出信号)vU,vV,vWにほぼ等しいと仮定し、交流相電圧(相電圧検出信号)vU,vV,vWを以下の(1)式のように定義する。 In the first embodiment, a zero-phase voltage having the same frequency as the fundamental wave is superimposed on the three-phase voltage command values vU *, vV *, and vW * so that the amplitudes of the corrected voltage command values vU *', vV *', and vW *' of the respective phases are equal (the difference is small). The zero-phase voltage required for this purpose is calculated. Assuming that the voltage command values vU *, vV *, and vW * are approximately equal to the AC phase voltages (phase voltage detection signals) vU , vV , and vW , the AC phase voltages (phase voltage detection signals) vU , vV , and vW are defined as in the following formula (1).
ここで、V1dは交流電圧の正相d軸成分、V2dは逆相d軸成分、V2qは逆相q軸成分である。V1qは正相q軸成分であるが、PLL1が正常に動作していれば零である。 Here, V1d is the positive-phase d-axis component of the AC voltage, V2d is the negative-phase d-axis component, and V2q is the negative-phase q-axis component. V1q is the positive-phase q-axis component, but is zero if the PLL1 is operating normally.
V0d,V0qは本実施形態1により重畳する零相電圧d軸成分、零相電圧q軸成分である。目的は定義した交流電圧の振幅を等しくすることであるため、(2)式を満たす零相電圧d軸成分V0d,零相電圧q軸成分V0qを求める。
V 0d and V 0q are the d-axis component and q-axis component of the zero-phase-sequence voltage to be superimposed according to the
この方程式を解くと、(3)式が得られる。 Solving this equation gives us equation (3).
正相q軸成分V1qが零に近ければ、(3)式は(4)式に近似できる。 If the positive-phase q-axis component V1q is close to zero, equation (3) can be approximated to equation (4).
正相q軸成分V1qが零に等しければ、(3)式は(5)式に簡略化できる。(5)式においてV1は交流電圧の正相成分を示す。 If the positive-sequence q-axis component V1q is equal to zero, then equation (3) can be simplified to equation (5), where V1 represents the positive-sequence component of the AC voltage.
本実施形態1は、(3)式に基づき必要な零相電圧d軸成分V0d,零相電圧q軸成分V0qを計算し電圧指令値vU*,vV*,vW*に重畳する。まず、交流の相電圧検出信号vU,vV,vWを検出し、または電圧指令値vU*,vV*,vW*を直接入力し、系統周波数に同期した回転座標上の値に変換して直流成分を取り出すことで正相d軸成分V1d,正相q軸成分V1qを得る。また、系統周波数とは逆向きに回転する回転座標上の値から直流成分を取り出すことで逆相d軸成分V2d,逆相q軸成分V2qを得られる。 In the first embodiment, the necessary zero-phase voltage d-axis component V0d and zero-phase voltage q-axis component V0q are calculated based on the formula (3) and superimposed on the voltage command values vU *, vV *, and vW *. First, the AC phase voltage detection signals vU , vV , and vW are detected, or the voltage command values vU *, vV *, and vW * are directly input, and converted into values on a rotating coordinate system synchronized with the system frequency to extract DC components, thereby obtaining the positive-phase d-axis component V1d and the positive-phase q-axis component V1q . In addition, the negative-phase d-axis component V2d and the negative-phase q-axis component V2q are obtained by extracting DC components from values on a rotating coordinate system that rotates in the opposite direction to the system frequency.
後は(3)式を用いて零相電圧d軸成分V0d,零相電圧q軸成分V0qを計算し、それぞれ余弦波cosωt,正弦波sinωtとの積から重畳すべき零相電圧を求め、電圧指令値vU*,vV*,vW*に加算する。系統連系用途では、PLLが正常に動作していれば正相q軸成分V1qは零であるため、(4)式や(5)式を用いて零相電圧d軸成分V0d,零相電圧q軸成分V0qを計算してもよい。 Then, the zero-phase-sequence voltage d-axis component V0d and the zero-phase-sequence voltage q-axis component V0q are calculated using equation (3), and the zero-phase-sequence voltages to be superimposed are obtained from the products of the cosine wave cosωt and the sine wave sinωt, respectively, and added to the voltage command values vU *, vV *, and vW *. In grid-connection applications, since the positive-sequence q-axis component V1q is zero if the PLL is operating normally, the zero-phase-sequence voltage d-axis component V0d and the zero-phase-sequence voltage q-axis component V0q may be calculated using equations (4) and (5).
(3)式,(4)式,(5)式では分母が零の場合、すなわち正相電圧と逆相電圧の振幅が等しい場合は解を持たず、各相の電圧指令値vU*,vV*,vW*の振幅を等しくすることができない。そのため、正相電圧と逆相電圧の振幅がほぼ等しい場合は零相電圧d軸成分V0d,零相電圧q軸成分V0qを零に設定する。 In equations (3), (4), and (5), when the denominators are zero, i.e., when the amplitudes of the positive-sequence voltage and the negative-sequence voltage are equal, there is no solution, and the amplitudes of the voltage command values vU *, vV *, and vW * of each phase cannot be made equal. Therefore, when the amplitudes of the positive-sequence voltage and the negative-sequence voltage are approximately equal, the zero-sequence voltage d-axis component V0d and the zero-sequence voltage q-axis component V0q are set to zero.
本実施形態1により、MMCC-SSBCを始めスター結線の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、あるいは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できる。これにより、ある相の電圧振幅が増加した場合でも該当相にセルを投入する、該当相のみセル直流電圧を引き上げる、といった必要がなくなる。また、重畳する零相電圧は基本波成分のみであるため、コモンモード電流を抑えることができる。
With this
本実施形態1では、すべてのセルの直流電圧をあらかじめ高くしておく、あるいは引き上げる必要があるが、従来技術に比べて直流電圧の増加分を大幅に抑制でき、セルの耐圧増加を最小限に抑えコスト・サイズを減少させることができる。
In this
また、本実施形態1で重畳する零相電圧はフィードフォワードにより求めるため、交流電圧に変動があった場合でも高速に追従でき、原理的に装置の安定性が高い。
In addition, the zero-phase voltage to be superimposed in this
[実施形態2]
図3に本実施形態2の補正電圧指令値生成部のブロック図を示す。本実施形態2は実施形態1に対して以下の点が異なる。
[Embodiment 2]
3 shows a block diagram of a correction voltage command value generating unit of the
係数乗算器17において、相電圧検出信号vU,vV,vW(または電圧指令値vU*,vV*,vW*)に係数N/nU,N/nV,N/nWを乗算する。係数の分子Nは、各相のセル台数である。図1の例ではN=3である。係数の分母nU,nV,nWは各相で故障せず動作しているセル台数である。そして、第1dq変換器3と第2dq変換器6で用いる相電圧検出信号vU,vV,vW(または電圧指令値vU*,vV*,vW*)はこの係数を乗算した値を用いる。
In the
本実施形態2は、実施形態1に対して故障したセルのある相の電圧責務を軽減する機能を追加した。必要な零相電圧は、本来ならば(6)式を解いて求める必要がある。 In this second embodiment, a function to reduce the voltage duty of a phase in which a faulty cell is located is added to the first embodiment. The required zero-phase voltage would normally need to be calculated by solving equation (6).
しかし、(6)式では変数が増え解の導出が困難である上に、導出した式は非常に複雑になり制御プログラムへの実装も困難になるという問題がある。 However, equation (6) has problems in that the number of variables increases, making it difficult to derive a solution, and the derived equation becomes very complicated, making it difficult to implement in the control program.
そこで、相電圧検出信号vU,vV,vWに係数をかけ、故障したセルを含む相の交流電圧を故障セル台数に応じて大きく見せかけ正相d軸成分V1d,正相q軸成分V1q,逆相d軸成分V2d,逆相q軸成分V2qを求め、(3)式に代入し近似的に必要な零相電圧d軸成分V0d,零相電圧q軸成分V0qを得る。 Therefore, the phase voltage detection signals vU , vV , and vW are multiplied by coefficients to make the AC voltage of the phase containing the faulty cell appear larger in accordance with the number of faulty cells, thereby obtaining the positive-sequence d-axis component V1d , positive-sequence q-axis component V1q , negative-sequence d-axis component V2d , and negative-sequence q-axis component V2q . These are then substituted into equation (3) to approximately obtain the required zero-sequence voltage d-axis component V0d and zero-sequence voltage q-axis component V0q .
この零相電圧d軸成分V0d,零相電圧q軸成分V0qを電圧指令値vU*,vV*,vW*を重畳することで、故障したセルのある相の電圧指令値の振幅を減少させることができる。ここでは、係数の例としてそれぞれN/nU,N/nV,N/nWを用いた。 The amplitude of the voltage command value for a phase in which a fault occurs can be reduced by superimposing the zero-phase-sequence voltage d-axis component V0d and the zero-phase-sequence voltage q-axis component V0q on the voltage command values vU *, vV*, and vW *. Here, N/ nU , N/ nV , and N/ nW are used as example coefficients, respectively.
図4を用いて本実施形態2の効果を説明する。図4(a)は各相のセル台数がN=3台、交流電圧は三相平衡で逆相電圧なし(V2d=V2q=0)としたときの電圧指令値のフェーザー図である。 The effect of the second embodiment will be described with reference to Fig. 4. Fig. 4(a) is a phasor diagram of the voltage command value when the number of cells in each phase is N = 3, the AC voltage is three-phase balanced, and there is no negative sequence voltage ( V2d = V2q = 0).
ここで、U相のセルが1台故障してnU=2となった場合を考える。図4(b)は特許文献4を適用して線間電圧を維持する場合を示したものであり、U相の残りのセル2台は1.5倍の交流電圧を出力する必要がある。これに対応するためにはU相セルの直流電圧も1.5倍にする必要がある。
Now consider the case where one U-phase cell fails, resulting in n U = 2. Figure 4(b) shows the case where the line voltage is maintained by applying
図4(c)は本実施形態2の技術を適用した場合である。電圧指令値vU*,vV*,vW*に零相電圧d軸成分V0d,零相電圧q軸成分V0qを重畳することにより、U相セルの出力電圧を減少させることができる。V相・W相のセル出力電圧は増加してしまうが、U相も含めすべてのセルの交流電圧を約1.15倍することで同じ線間電圧を維持できる。 4C shows a case where the technique of the second embodiment is applied. The output voltage of the U-phase cell can be reduced by superimposing the d-axis component V0d of the zero-phase voltage and the q-axis component V0q of the zero-phase voltage on the voltage command values vU *, vV *, and vW *. Although the cell output voltages of the V-phase and W-phase increase, the same line voltage can be maintained by multiplying the AC voltages of all cells, including the U-phase, by about 1.15 times.
すなわち、各相の補正電圧指令値vU*’,vV*’,vW*’の振幅に各相のセル台数Nをかけ各相で故障せず動作しているセル台数nU,nV,nWで除した値が、三相の間で差が小さくなるように基本波と同じ周波数の零相電圧を重畳する。 In other words, a zero-sequence voltage of the same frequency as the fundamental wave is superimposed so that the difference between the amplitudes of the corrected voltage command values vU *', vV *', vW *' for each phase is reduced by multiplying the amplitude of the corrected voltage command values vU*', vV*', vW*' for each phase by the number of cells N in each phase and dividing the result by the number of cells nU , nV , nW that are operating without failure in each phase.
なお、図3に基づいてゲート信号を生成するのは、故障をしていない健全なセルについてである。故障したセルについては、高圧交流側はスイッチングデバイスS1,S3をON、またはスイッチングデバイスS2,S4をONして零電圧を出力、または外付けスイッチで短絡処置を行う。スイッチングデバイスS5~S12はOFFする。 The gate signal is generated based on FIG. 3 for healthy cells that are not faulty. For faulty cells, the high-voltage AC side turns on switching devices S1 and S3, or turns on switching devices S2 and S4 to output zero voltage, or performs short-circuit treatment with an external switch. Switching devices S5 to S12 are turned off.
本実施形態2により、実施形態1の効果に加えてセルの一部が故障し短絡処置を行った場合でもセルの交流出力電圧を均等にできる。従来技術よりも多くのセルが故障した場合においても運転を継続することができる。
In addition to the effects of
[実施形態3]
図5に本実施形態3の補正電圧指令値生成部のブロック図を示す。演算器9よりも前の構成は実施形態1または実施形態2と同様である。本実施形態3は実施形態1や実施形態2に対して以下の点が異なる。
[Embodiment 3]
5 shows a block diagram of a correction voltage command value generating unit of the
本実施形態3は零相電圧d軸成分V0d,零相電圧q軸成分V0qを求める演算器9において、(5)式を用いることとした。
In the third embodiment, the
比較器18は、逆相d軸成分V2dが正相d軸成分V1dに等しいか否かを判定する。比較器19は、逆相d軸成分V2dが-V1d/2に等しいか否かを判定する。比較器20は、逆相q軸成分V2qが0に等しいか否かを判定する。比較器21は、逆相q軸成分V2qが-√3V1d/2に等しいか否かを判定する。比較器22は、逆相q軸成分V2qが√3V1d/2に等しいか否かを判定する。
The
なお、比較器18は、あらかじめしきい値を設定し逆相d軸成分V2dと正相d軸成分V1dの差がしきい値より小さければ等しいと見なすようにしてもよい。しきい値にはヒステリシス特性を持たせてもよい。比較器19~22についても同様である。
The
AND素子23は、逆相d軸成分V2dが-V1d/2に等しく、かつ、逆相q軸成分V2qが√3V1d/2に等しい場合1を出力し、それ以外の場合0を出力する。スイッチSW1は、AND素子23の出力が1ならば零相電圧d軸成分V0dとしてV1d/4を、0ならば(5)式の結果を出力する。スイッチSW2は、AND素子23の出力が1ならば零相電圧q軸成分V0qとして-√3V1d/4を、0ならば(5)式の結果を出力する。
The AND
AND素子24は、逆相d軸成分V2dが-V1d/2に等しく、かつ、逆相q軸成分V2qが-√3V1d/2に等しい場合1を出力し、それ以外の場合0を出力する。スイッチSW3は、AND素子24の出力が1ならば零相電圧d軸成分V0dとしてV1d/4を、0ならばスイッチSW1の結果を出力する。スイッチSW4は、AND素子24の出力が1ならば零相電圧q軸成分V0qとして√3V1d/4て、0ならばスイッチSW2の結果を出力する。
The AND
AND素子25は、逆相d軸成分V2dが正相d軸成分V1dに等しく、かつ、逆相q軸成分V2qが0に等しい場合1を出力し、それ以外の場合0を出力する。スイッチSW5は、AND素子25の出力が1ならば零相電圧d軸成分V0dとして-V1d/2を、0ならばスイッチSW3の結果を出力する。スイッチSW6は、AND素子25の出力が1ならば零相電圧q軸成分V0qとして0を、0ならばスイッチSW4の結果を出力する。
The AND
表1に、最終的にスイッチSW5が出力する零相電圧d軸成分V0d、スイッチSW6が出力する零相電圧q軸成分V0qを示す Table 1 shows the d-axis component V 0d of the zero-phase voltage finally output by the switch SW5 and the q-axis component V 0q of the zero-phase voltage finally output by the switch SW6.
実施形態1,2で使用した(3)式,(4)式,(5)式は、正相電圧と逆相電圧の振幅が等しい場合は分母が零となり解を持たない。しかし、分子も零ならば解を持つ可能性が考えられる。そこで、簡略化のため系統連系用途を想定し(5)式において分子・分母両方が零になる条件を求めると、その1つとして(7)式が得られる。 In the equations (3), (4), and (5) used in the first and second embodiments, when the amplitudes of the positive-sequence voltage and the negative-sequence voltage are equal, the denominator becomes zero and there is no solution. However, if the numerator is also zero, there is a possibility that there is a solution. Therefore, for simplification, when a grid-connected application is assumed and a condition is found in which both the numerator and denominator in equation (5) become zero, equation (7) is obtained as one of them.
(7)式を(1)式に代入し、V1q=0の条件下で改めて(2)式を満たす零相電圧を求めると、(8)式が得られる。 By substituting equation (7) into equation (1) and determining again the zero-phase voltage that satisfies equation (2) under the condition of V 1q =0, equation (8) is obtained.
この時、零相電圧q軸成分V0qは任意の値でよく、解は無限に存在することを示している。この無限の解の中で零相電圧の振幅が最小になるものは、(9)式で与えられる。 At this time, the q-axis component V0q of the zero-phase voltage may be any value, and it shows that there are an infinite number of solutions. Among these infinite solutions, the one that minimizes the amplitude of the zero-phase voltage is given by equation (9).
分子・分母両方が零になる条件は(7)式の他にも2つある。条件と解の組み合わせを(10)式、(11)式に示す。 In addition to equation (7), there are two other conditions for both the numerator and denominator to be zero. The combinations of conditions and solutions are shown in equations (10) and (11).
(7)式、(10)式、(11)式の条件の例は、線間短絡や二相地絡である。
本実施形態3は(7)式、(10)式、(11)式の電圧条件を検出し、各相の電圧指令値の振幅を等しくするための零相電圧を重畳する。系統連系では事故時運転継続(FRT)要件として短絡・地絡事故の際も運転継続が求められる用途があり、本実施形態3はこのような用途にも対応できる。
Examples of the conditions of equations (7), (10), and (11) are a line-to-line short circuit and a two-phase to ground fault.
In the third embodiment, the voltage conditions of the formulas (7), (10), and (11) are detected, and a zero-phase sequence voltage is superimposed to equalize the amplitude of the voltage command value of each phase. In the grid interconnection, there are applications where operation continuity is required even in the event of a short circuit or ground fault as a fault-return (FRT) requirement, and the third embodiment can also be used for such applications.
本実施形態3により、交流系統に線間短絡が発生した場合や二相地絡が発生した場合でも、実施形態1や実施形態2の効果を得ることができる。
With this
以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。 Although the present invention has been described in detail above only with respect to the specific examples, it will be clear to those skilled in the art that various modifications and alterations are possible within the scope of the technical concept of the present invention, and it goes without saying that such modifications and alterations fall within the scope of the claims.
AC…交流系統
1…PLL(Phase-Locked Loop)
2,4,5,7,8…第1~第3ローパスフィルタ
3…第1dq変換器
6…第2dq変換器
9…演算器
10…発振器
11,12…第1,第2乗算器
13~16…第1~第2加算器
17…係数演算器
18~22…比較器
23~25…AND素子
SW1~SW6…スイッチ
AC...
2, 4, 5, 7, 8... 1st to 3rd low-
Claims (7)
前記補正電圧指令値生成部は、
各相の前記補正電圧指令値の振幅差が小さくなるように、基本波と同じ周波数の前記零相電圧を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。 A multiple-cell inverter including a plurality of cells multiplexedly connected to each phase of an AC system by star connection, a correction voltage command value generating unit that generates a correction voltage command value by superimposing a zero-phase sequence voltage having the same frequency as a fundamental wave on a voltage command value, and a gate signal generating unit that generates a gate signal for the cell based on the correction voltage command value,
The correction voltage command value generating unit
A multi-cell inverter comprising: a zero-phase voltage having the same frequency as a fundamental wave and superimposed on the voltage command value so as to reduce an amplitude difference between the corrected voltage command values of each phase.
前記補正電圧指令値生成部は、
各相の前記補正電圧指令値の振幅に各相のセル台数をかけ各相で故障せず動作しているセル台数で除した値が、三相の間で差が小さくなるように基本波と同じ周波数の前記零相電圧を重畳することを特徴とするセル多重インバータ。 A multiple-cell inverter including a plurality of cells multiplexedly connected to each phase of an AC system by star connection, a correction voltage command value generating unit that generates a correction voltage command value by superimposing a zero-phase sequence voltage having the same frequency as a fundamental wave on a voltage command value, and a gate signal generating unit that generates a gate signal for the cell based on the correction voltage command value,
The correction voltage command value generating unit
A multi-cell inverter characterized in that the zero-sequence voltage of the same frequency as the fundamental wave is superimposed so that the difference between the amplitude of the correction voltage command value for each phase multiplied by the number of cells in each phase and divided by the number of cells in each phase that are operating without failure becomes small among the three phases.
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、または、前記相電圧検出信号または前記電圧指令値に、各相のセル台数を各相で故障せず動作しているセル台数で除算した係数を乗算した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、または、前記相電圧検出信号または前記電圧指令値に各相のセル台数を各相で故障せず動作しているセル台数で除算した係数を乗算した値を、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またはsinωtを乗算する第1乗算器と、
前記第1乗算器でcosωtを乗算した場合は前記零相電圧q軸成分にsinωtを乗算し、前記第1乗算器でsinωtを乗算した場合は前記零相電圧q軸成分にcosωtを乗算する第2乗算器と、
前記第1乗算器の出力と前記第2乗算器の出力を加算する第1加算器と、
前記電圧指令値に前記第1加算器の出力を加算して補正電圧指令値として出力する第2加算器と、
を備えたことを特徴とする請求項1または2記載のセル多重インバータ。 The correction voltage command value generating unit
A phase output unit that outputs a phase ωt synchronized with the AC voltage of the system;
a first dq converter that converts a value obtained by multiplying a phase voltage detection signal or the voltage command value, or a value obtained by multiplying the phase voltage detection signal or the voltage command value by a coefficient obtained by dividing the number of cells in each phase by the number of cells in each phase that are operating without failure, into a value on a rotating coordinate system synchronized with a system frequency;
a second dq converter that converts the phase voltage detection signal or the voltage command value, or a value obtained by multiplying the phase voltage detection signal or the voltage command value by a coefficient obtained by dividing the number of cells in each phase by the number of cells in each phase that are operating without failure, into a value on a rotating coordinate system that rotates in a direction opposite to the system frequency;
a calculator that calculates a zero-phase d-axis component and a zero-phase q-axis component that make the AC side output voltages of the cells uniform, based on a positive-phase d-axis component and a positive-phase q-axis component that are DC components extracted from the output of the first dq converter, and a negative-phase d-axis component and a negative-phase q-axis component that are DC components extracted from the output of the second dq converter;
a first multiplier that multiplies the d-axis component of the zero-phase voltage by cosωt or sinωt;
a second multiplier that multiplies the q-axis component of the zero-phase voltage by sinωt when the first multiplier multiplies cosωt, and multiplies the q-axis component of the zero-phase voltage by cosωt when the first multiplier multiplies sinωt;
a first adder that adds an output of the first multiplier and an output of the second multiplier;
a second adder that adds an output of the first adder to the voltage command value and outputs the result as a corrected voltage command value;
3. The multiple cell inverter according to claim 1, further comprising:
V0d:零相電圧d軸成分
V0q:零相電圧q軸成分
V1d:正相電圧d軸成分
V1q:正相電圧q軸成分
V2d:逆相電圧d軸成分
V2q:逆相電圧q軸成分 4. The multi-cell inverter according to claim 3, wherein the calculator calculates the d-axis component of the zero-phase-sequence voltage and the q-axis component of the zero-phase-sequence voltage based on equation (3).
V0d : d-axis component of zero-phase-sequence voltage V0q : q-axis component of zero-phase-sequence voltage V1d : d-axis component of positive-phase-sequence voltage V1q : q-axis component of positive-phase-sequence voltage V2d : d-axis component of negative-phase-sequence voltage V2q : q-axis component of negative-phase-sequence voltage
V0d:零相電圧d軸成分
V0q:零相電圧q軸成分
V1d:正相電圧d軸成分
V1q:正相電圧q軸成分
V2d:逆相電圧d軸成分
V2q:逆相電圧q軸成分 4. The multi-cell inverter according to claim 3, wherein the calculator calculates the d-axis component of the zero-phase-sequence voltage and the q-axis component of the zero-phase-sequence voltage based on equation (4).
V0d : d-axis component of zero-phase-sequence voltage V0q : q-axis component of zero-phase-sequence voltage V1d : d-axis component of positive-phase-sequence voltage V1q : q-axis component of positive-phase-sequence voltage V2d : d-axis component of negative-phase-sequence voltage V2q : q-axis component of negative-phase-sequence voltage
V0d:零相電圧d軸成分
V0q:零相電圧q軸成分
V2d:逆相電圧d軸成分
V2q:逆相電圧q軸成分
V1:電圧正相成分 4. The multi-cell inverter according to claim 3, wherein the calculator calculates the d-axis component of the zero-phase-sequence voltage and the q-axis component of the zero-phase-sequence voltage based on equation (5).
V 0d : d-axis component of zero-phase-sequence voltage V 0q : q-axis component of zero-phase-sequence voltage V 2d : d-axis component of negative-phase-sequence voltage V 2q : q-axis component of negative-phase-sequence voltage V 1 : positive-phase voltage component
前記逆相d軸成分V2d=V1d、かつ、前記逆相q軸成分がV2q=0の場合、前記零相電圧d軸成分V0d=-V1d/2、前記零相電圧q軸成分V0q=0とし、
前記逆相d軸成分V2d=-V1d/2、かつ、前記逆相q軸成分がV2q=-√3V1d/2の場合、前記零相電圧d軸成分V0d=V1d/4、前記零相電圧q軸成分V0q=√3V1d/4とし、
前記逆相d軸成分V2d=-V1d/2、かつ、前記逆相q軸成分がV2q=√3V1d/2の場合、前記零相電圧d軸成分V0d=V1d/4、前記零相電圧q軸成分V0q=-√3V1d/4とすることを特徴とする請求項6記載のセル多重インバータ。 The correction voltage command value generating unit
When the negative-phase-sequence d-axis component V 2d =V 1d and the negative-phase-sequence q-axis component V 2q =0, the zero-phase-sequence voltage d-axis component V 0d =-V 1d /2 and the zero-phase-sequence voltage q-axis component V 0q =0;
When the negative-phase-sequence d-axis component V 2d =-V 1d /2 and the negative-phase-sequence q-axis component V 2q =-√3V 1d /2, the zero-phase-sequence voltage d-axis component V 0d =V 1d /4 and the zero-phase-sequence voltage q-axis component V 0q =√3V 1d /4,
The multi-cell inverter according to claim 6, characterized in that when the negative-phase-sequence d-axis component V 2d = -V 1d /2 and the negative-phase-sequence q-axis component V 2q = √3V 1d /2, the zero-phase-sequence voltage d-axis component V 0d = V 1d /4 and the zero-phase-sequence voltage q-axis component V 0q = -√3V 1d /4.
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Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007037355A (en) * | 2005-07-29 | 2007-02-08 | Mitsubishi Electric Corp | Power converter |
| JP2013005694A (en) * | 2011-06-21 | 2013-01-07 | Central Research Institute Of Electric Power Industry | Reactive power compensation unit, reactive power compensation method and reactive power compensation program |
| WO2014125697A1 (en) * | 2013-02-15 | 2014-08-21 | 三菱電機株式会社 | Three-phase power conversion device |
| JP2017169272A (en) * | 2016-03-14 | 2017-09-21 | 東洋電機製造株式会社 | Reactive power compensation device |
| JP2019097366A (en) * | 2017-11-28 | 2019-06-20 | 株式会社明電舎 | Method for suppressing and controlling leakage current of power converter |
| JP6797333B1 (en) * | 2020-03-11 | 2020-12-09 | 三菱電機株式会社 | Power converter |
| JP2021019481A (en) * | 2019-07-24 | 2021-02-15 | 株式会社明電舎 | Modular multilevel cascade converter |
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Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007037355A (en) * | 2005-07-29 | 2007-02-08 | Mitsubishi Electric Corp | Power converter |
| JP2013005694A (en) * | 2011-06-21 | 2013-01-07 | Central Research Institute Of Electric Power Industry | Reactive power compensation unit, reactive power compensation method and reactive power compensation program |
| WO2014125697A1 (en) * | 2013-02-15 | 2014-08-21 | 三菱電機株式会社 | Three-phase power conversion device |
| JP2017169272A (en) * | 2016-03-14 | 2017-09-21 | 東洋電機製造株式会社 | Reactive power compensation device |
| JP2019097366A (en) * | 2017-11-28 | 2019-06-20 | 株式会社明電舎 | Method for suppressing and controlling leakage current of power converter |
| JP2021019481A (en) * | 2019-07-24 | 2021-02-15 | 株式会社明電舎 | Modular multilevel cascade converter |
| JP2021111987A (en) * | 2020-01-06 | 2021-08-02 | 富士電機株式会社 | Power conversion apparatus |
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