電力變換裝置及其控制裝置制造方法
【專利摘要】其目的在于提供一種能夠減少電抗器、IGBT的個(gè)數(shù)，能夠通過簡便的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)可變振幅/可變頻率的電力變換裝置及其控制裝置。為了達(dá)成上述目的，在本發(fā)明中，將電抗器、作為多個(gè)單位單元的串聯(lián)體的第1集群、以及作為多個(gè)單位單元的串聯(lián)體的第2集群串聯(lián)地連接而構(gòu)成支路，并且對(duì)3組支路進(jìn)行三角形聯(lián)結(jié)，使三角形聯(lián)結(jié)了的支路的3處的連接點(diǎn)與第1三相交流設(shè)備的各相連接，使各支路的第1及第2集群的連接點(diǎn)與第2三相交流設(shè)備的各相連接。
【專利說明】電力變換裝置及其控制裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力變換裝置及其控制裝置，特別涉及將I個(gè)三相交流電力變換為可變振幅/可變頻率的其他三相交流電力的交流-交流直接變換型的電力變換裝置及其控制
>J-U ρ?α裝直。
【背景技術(shù)】
[0002]模塊化多電平變換器(Modular Multilevel Converter:MMC)是將多個(gè)雙向斬波器電路和電抗器的串聯(lián)體(以下稱為分支)橋狀地連接的電路，是能夠輸出在各單位單元中使用的功率用半導(dǎo)體元件的耐壓以上的電壓的整流器或者逆變器的電路方式。
[0003]例如非專利文獻(xiàn)I公開了通過連接2臺(tái)MMC的直流鏈接，能夠構(gòu)成直流送電系統(tǒng)(HVDC)。
[0004]另外，通過連接2臺(tái)三相MMC的直流鏈接，能夠?qū)⒌贗三相交流電力變換為可變振幅/可變頻率的第2三相交流電力。進(jìn)而,通過對(duì)交流電動(dòng)機(jī)施加第2三相交流電力，能夠?qū)崿F(xiàn)交流電動(dòng)機(jī)的可變速運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，2臺(tái)MMC還能夠用作馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器裝置。
[0005]非專利文獻(xiàn)1:T.Westerweller, K.Friedrich, U.Armonies, A.0rini,D.Parquet, S Wehn, “Trans bay cable-world’ s first HVDC system using multilevelvoltage-sourced conve rter, ”CIGRE2010, B4_101_2010

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明要解決的技術(shù)問題
[0007]在MMC中，在各分支中需要I個(gè)電抗器。因此，在使用2臺(tái)三相MMC來構(gòu)成馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器裝置的情況下，需要總計(jì)12個(gè)電抗器。
[0008]另外，在使用MMC來構(gòu)成對(duì)例如6.6kV系統(tǒng)無變壓器地直接連接的高壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器裝置的情況下，如果使用耐壓4.5kV的IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極晶體管)，則最小需要144個(gè)IGBT等的接通(ON)/斷開(OFF)控制開關(guān)元件(以下簡稱為IGBT)。以下說明其理由。
[0009]為了對(duì)6.6kV系統(tǒng)無變壓器地連接，各分支中含有的多個(gè)雙向斬波器電路的串聯(lián)體必須能夠輸出其相電壓即6.6/^3 N 3.8kV的電壓。
[0010]如果將I個(gè)雙向斬波器電路的直流電容器電壓設(shè)為IGBT的耐壓4.5kV的50%即
2.25kV，將最大調(diào)制系數(shù)設(shè)為0.9，則I個(gè)雙向斬波器電路可輸出的最大的交流電壓有效值
是 2.25/2/V~2x0.9H0.716kV。
[0011]如果將3.8kV除以0.716kV，則求出各分支中所需的雙向斬波器電路的必需的個(gè)數(shù)。3.8/0.716 N 5.31，作為超過5.31的整數(shù)，最小需要6個(gè)雙向斬波器電路。
[0012]通過將具有6個(gè)雙向斬波器電路和I個(gè)電抗器的分支橋狀地連接6個(gè)，構(gòu)成與
6.6kV系統(tǒng)連接的三相MMC，通過將其他6個(gè)分支橋狀地連接，構(gòu)成與交流電動(dòng)機(jī)連接的三相MMC，所以需要總計(jì)12個(gè)分支。因此，雙向斬波器電路的數(shù)量最小需要6X6X2=72個(gè)。
[0013]在I個(gè)雙向斬波器電路中最小需要2個(gè)IGBT，所以在總計(jì)72個(gè)斬波器單元中需要2 X 72=144 個(gè) IGBT。
[0014]根據(jù)以上敘述，在本發(fā)明中，其目的在于能夠減少電抗器、IGBT的個(gè)數(shù)，通過簡便的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)可變振幅/可變頻率的電力變換裝置及其控制裝置。
[0015]解決問題的技術(shù)手段
[0016]為了達(dá)成上述目的，在本發(fā)明中，將電抗器、作為多個(gè)單位單元的串聯(lián)體的第I集群(cluster)、以及作為多個(gè)單位單元的串聯(lián)體的第2集群串聯(lián)地連接而構(gòu)成支路(leg)，并且對(duì)3組支路進(jìn)行三角形聯(lián)結(jié)，使三角形聯(lián)結(jié)了的支路的3處的連接點(diǎn)與第I三相交流設(shè)備的各相連接，使各支路的第I及第2集群的連接點(diǎn)與第2三相交流設(shè)備的各相連接。
[0017]另外，將第I三相交流設(shè)備或者第2三相交流設(shè)備的一個(gè)設(shè)為電力系統(tǒng)。
[0018]另外，將第I三相交流設(shè)備或者第2三相交流設(shè)備這兩個(gè)設(shè)為電力系統(tǒng)。
[0019]另外，將第I三相交流設(shè)備設(shè)為電力系統(tǒng)，將第2三相交流設(shè)備設(shè)為電動(dòng)機(jī)。
[0020]另外，單位單元設(shè)為能夠輸出任意的電壓的2端子要素。
[0021]另外，單位單元能夠輸出正、負(fù)、或者零電壓，并且具備儲(chǔ)能元件。
[0022]另外，各單位單元由全橋電路構(gòu)成。
[0023]為了達(dá)成上述目的，在本發(fā)明中，提供一種電力變換裝置的控制裝置，在該電力變換裝置中，將電抗器、作為多個(gè)單位單元的串聯(lián)體的第I集群、以及作為多個(gè)單位單元的串聯(lián)體的第2集群串聯(lián)地連接而構(gòu)成支路，并且對(duì)3組支路進(jìn)行三角形聯(lián)結(jié)，使三角形聯(lián)結(jié)了的支路的3處的連接點(diǎn)與第I三相交流設(shè)備的各相連接，使各支路的第I及第2集群的連接點(diǎn)與第2三相交流設(shè)備的各相連接，其中，該控制裝置以如下方式進(jìn)行控制:使各集群的輸出電壓的第I三相交流設(shè)備的頻率分量和各集群中流過的電流的第I三相交流設(shè)備的頻率分量所形成的有功功率、與各集群的輸出電壓的第2三相交流設(shè)備的頻率分量和各集群中流過的電流的第2三相交流設(shè)備的頻率分量所形成的有功功率之和大致為零。
[0024]為了達(dá)成上述目的，在本發(fā)明中，提供一種電力變換裝置的控制裝置，在該電力變換裝置中，將電抗器、作為多個(gè)單位單元的串聯(lián)體的第I集群、以及作為多個(gè)單位單元的串聯(lián)體的第2集群串聯(lián)地連接而構(gòu)成支路，并且對(duì)3組支路進(jìn)行三角形聯(lián)結(jié)，使三角形聯(lián)結(jié)了的支路的3處的連接點(diǎn)與第I三相交流設(shè)備的各相連接，使各支路的第I及第2集群的連接點(diǎn)與第2三相交流設(shè)備的各相連接，
[0025]其中，該控制裝置以如下方式進(jìn)行控制:使各集群的輸出電壓的第I三相交流設(shè)備的頻率分量和各集群中流過的電流的第I三相交流設(shè)備的頻率分量所形成的無功功率、與各集群的輸出電壓的第2三相交流設(shè)備的頻率分量和各集群中流過的電流的第2三相交流設(shè)備的頻率分量所形成的無功功率之和大致為零。
[0026]為了達(dá)成上述目的，在本發(fā)明中，提供一種電力變換裝置的控制裝置，在該電力變換裝置中，將電抗器、作為多個(gè)單位單元的串聯(lián)體的第I集群、以及作為多個(gè)單位單元的串聯(lián)體的第2集群串聯(lián)地連接而構(gòu)成支路，并且對(duì)3組支路進(jìn)行三角形聯(lián)結(jié)，使三角形聯(lián)結(jié)了的支路的3處的連接點(diǎn)與第I三相交流設(shè)備的各相連接，使各支路的第I及第2集群的連接點(diǎn)與第2三相交流設(shè)備的各相連接，其中，該控制裝置將第I三相交流設(shè)備的線間電流作為目標(biāo)信號(hào)而得到3組第I控制信號(hào)，將第2三相交流設(shè)備的線間電流作為目標(biāo)信號(hào)而得到3組第2控制信號(hào)，通過與該集群關(guān)聯(lián)的線間的第I控制信號(hào)和第2控制信號(hào)的和信號(hào)，控制各支路的第I及第2集群。
[0027]發(fā)明效果
[0028]本發(fā)明的電力變換裝置相比于使用2臺(tái)MMC的方式的高壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器裝置，能夠削減所需的電抗器的數(shù)量和IGBT的數(shù)量。
[0029]根據(jù)例如對(duì)6.6kV系統(tǒng)無變壓器地連接的高壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器裝置的實(shí)施例，能夠?qū)㈦娍蛊鲾?shù)從12個(gè)削減為3個(gè)、將IGBT數(shù)從144個(gè)削減為120個(gè)。關(guān)于其理由，在實(shí)施例1中說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1是示出使用了本發(fā)明的電力變換裝置的高壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器裝置的一個(gè)例子的圖。
[0031]圖2是示出單位單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的圖。
[0032]圖3是示出圖1電路各部的電流、電壓關(guān)系的矢量圖。
[0033]圖4是示出控制了集群的輸出電壓的情況下的各部電壓/電流波形例的圖。
[0034]圖5是示出對(duì)稱配置了電抗器的支路結(jié)構(gòu)的圖。
[0035]圖6是使用本發(fā)明的電力變換裝置作為電力流通裝置時(shí)的結(jié)構(gòu)圖。
[0036]圖7是示出單位單元的輸出電壓控制法的圖。
[0037]圖8是示出本發(fā)明的電力變換裝置的控制裝置的一個(gè)例子的圖。
[0038](符號(hào)說明)
[0039]101:電力系統(tǒng)；102:高壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器裝置；103:電抗器；104:支路；105:集群；106:單位單元；107:交流電動(dòng)機(jī)；20IXH:X相上側(cè)IGBT ；201XL:X相下側(cè)IGBT ；20IYH:Y相上側(cè)IGBT ；201YL:Y相下側(cè)IGBT ；202ΧΗ:Χ相上側(cè)反并聯(lián)二極管；202XL:X相下側(cè)反并聯(lián)二極管；202YH:Y相上側(cè)反并聯(lián)二極管；202YL:Y相下側(cè)反并聯(lián)二極管；203:直流電容器；103RU:RU相電抗器；104US:US相電抗器；601:電力流通裝置；602 --第2電力系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0040]以下，使用附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例。
[0041]實(shí)施例1
[0042]圖1示出本發(fā)明的第I實(shí)施例的電力變換裝置的結(jié)構(gòu)。
[0043]在圖1的實(shí)施例中，對(duì)3個(gè)支路104進(jìn)行三角形聯(lián)結(jié)，該支路104為I個(gè)電抗器103、由5個(gè)單位單元106的串聯(lián)體構(gòu)成的第I集群105、以及由5個(gè)單位單元106的串聯(lián)體構(gòu)成的第2集群105的串聯(lián)體，使對(duì)所述3個(gè)支路104進(jìn)行了三角形聯(lián)結(jié)的連接點(diǎn)與例如6.6kV的電力系統(tǒng)101連接，使各所述支路104的第I及第2集群105的3個(gè)連接點(diǎn)與交流電動(dòng)機(jī)107連接，構(gòu)成了將從6.6kV的電力系統(tǒng)101得到的電力變換為可變振幅、可變頻率而供給到所述交流電動(dòng)機(jī)107的高壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器裝置102。
[0044]相比于使用2臺(tái)MMC的現(xiàn)有技術(shù)，在實(shí)施例1中得到能夠削減電抗器的數(shù)量和IGBT的數(shù)量這樣的效果。 關(guān)于其理由、以及將各集群105中含有的單位單元106的個(gè)數(shù)設(shè)為5個(gè)的理由，在本實(shí)施例的高壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器裝置的結(jié)構(gòu)、動(dòng)作原理的說明之后敘述。[0045]以下，使用圖1，詳細(xì)說明實(shí)施例1的整體結(jié)構(gòu)。
[0046]高壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器裝置102與三相的電力系統(tǒng)101和三相的交流電動(dòng)機(jī)107連接，控制電力系統(tǒng)101與交流電動(dòng)機(jī)107之間的電力。此處，用R、S、T表示三相的電力系統(tǒng)101的各相，用U、V、W表示三相的交流電動(dòng)機(jī)的各相。另外，三相的電力系統(tǒng)101的各相電壓是VGR、VGS、VGT，三相的電力系統(tǒng)101的各線間電壓記為VGRS、VGST、VGTR。
[0047]高壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器裝置102在三相的電力系統(tǒng)101的各線間具備支路104。在三相的電力系統(tǒng)101的RS相間設(shè)置的支路是104RS，同樣地在ST相間設(shè)置的支路是104ST，在TR相間設(shè)置的支路是104TR。
[0048]各支路104由I個(gè)電抗器103、第I集群105、以及第2集群105的串聯(lián)體構(gòu)成。另夕卜，第I集群和第2集群的連接點(diǎn)與三相的交流電動(dòng)機(jī)107的各相U、V、W連接。
[0049]例如，與電力系統(tǒng)101的R相和S相連接的RS相支路104RS是電抗器103、RU相集群105RU、以及US相集群105US的串聯(lián)體。另外，將RU相集群105RU、和US相集群105US的連接點(diǎn)稱為U點(diǎn)，使U點(diǎn)與交流電動(dòng)機(jī)107的U相連接。
[0050]與電力系統(tǒng)101的S相和T相連接的ST相支路104ST是電抗器103、SV相集群105SV、以及VT相集群105VT的串聯(lián)體。另外，將SV相集群105SV、和VT相集群105VT的連接點(diǎn)稱為V點(diǎn)，使V點(diǎn)與交流電動(dòng)機(jī)107的V相連接。
[0051]與電力系統(tǒng)101的T相和R相連接的TR相支路104TR是電抗器103、TW相集群105TW、以及WR相集群105WR的串聯(lián)體。另外，將TW相集群105TW、和WR相集群105WR的連接點(diǎn)稱為W點(diǎn)，使W點(diǎn)與交流電動(dòng)機(jī)107的W相連接。
[0052]另外，各集群105RU、105US、105SV、105VT、105TW、105WR 分別是 5 個(gè)單位單元 106
的串聯(lián)體。
[0053]另外，在以上的說明中對(duì)表示設(shè)備的編號(hào)(104、105)等賦予的2個(gè)文字的英文字(R、S、T、U、V、W)表示該設(shè)備被連接的線間。另外，對(duì)電壓、電流(VG、I)等賦予的I個(gè)英文字(R、S、T和U、V、W)表示是相的電壓、電流。雖然在以下的說明中未特別說明，但對(duì)編號(hào)、英文字賦予的英文字(R、S、T、U、V、W)效仿上述表示方法，意味著相或者線間。
[0054]以下，說明單位單元106的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、和其輸出電壓控制法，接下來說明高壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器裝置102的動(dòng)作原理。首先，使用圖2來說明單位單元106的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
[0055]圖2是作為例子的集群105RU的第I單位單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。單位單元106是全橋電路，由2個(gè)支路(X相支路和Y相支路)和在支路間連接的直流電容器203構(gòu)成。其中，X相支路是IGBT201XH和反并聯(lián)二極管202XH的并聯(lián)體、以及IGBT201XL和反并聯(lián)二極管202XL的并聯(lián)體的串聯(lián)體。另外，Y相支路由IGBT201YH和反并聯(lián)二極管202YH的并聯(lián)體、以及IGBT201YL和反并聯(lián)二極管202YL的并聯(lián)體的串聯(lián)體構(gòu)成。
[0056]在上述結(jié)構(gòu)的單位單元106中，將單位單元的輸出作為X相支路的并聯(lián)體連接點(diǎn)X、與Y相支路的并聯(lián)體連接點(diǎn)Y之間的電壓差VRUl而取出。另外，直流電容器203與并聯(lián)連接了的支路201的上下端間連接。將直流電容器203的端子電壓設(shè)為VCRUl。另外，在圖2的實(shí)施例中示出了用IGBT構(gòu)成單位單元的事例，但這些是半導(dǎo)體開關(guān)元件即可，不限于 IGBT。
[0057]接下來，使用圖7，說明其輸出電壓控制法。單位單元106的輸出電壓VRUl能夠通過構(gòu)成全橋電路的4個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件IGBT (201XH、201XL、201YH、201YL)的開關(guān)進(jìn)行控制。以下，關(guān)于IGBT的接通/斷開狀態(tài)與單位單元的輸出電壓的關(guān)系，以RU相集群104RU的第I單元為例子進(jìn)行說明。
[0058]在該情況下，4個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件的有效的接通/斷開的組合如圖7所示，是以下的4個(gè)組合。
[0059]關(guān)于第I組合，是201XH為接通、201XL為斷開、201YH為接通、201YL為斷開時(shí)，輸出電壓VRUl大致為零。
[0060]關(guān)于第2組合，是201XH為接通、201XL為斷開、201YH為斷開、201YL為接通時(shí)，輸出電壓VRUl大致等于直流電容器電壓VCRUl。
[0061]關(guān)于第3組合，是201XH為斷開、201XL為接通、201YH為斷開、201YL為接通時(shí)，輸出電壓VRUl大為致零。
[0062]關(guān)于第4組合，是201XH為斷開、201XL為接通、201YH為接通、201YL為斷開時(shí)，輸出電壓VRUl大致等于直流電容器電壓的逆極性的電壓-VCRUl。
[0063]另外，組合自身還有其他的組合，作為例如使支路短路的形式的組合，如果201XH和201XL同時(shí)接通，則使直流電容器203短路，所以禁止這樣的動(dòng)作。同樣地，如果201YH和201YL同時(shí)接通，則使直流電容器203短路，所以禁止這樣的動(dòng)作。
[0064]以下，說明高壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器裝置102的動(dòng)作原理。
[0065]各集群105是將5個(gè)單位單元106的輸出端子(圖2的X點(diǎn)、和Y點(diǎn))串聯(lián)地連接而構(gòu)成的串聯(lián)體。因此，例如集群105RU的端子電壓VRU是構(gòu)成集群105RU的5個(gè)單位單元106的端子電壓之和。在圖2的例子的情況下，將第I單位單元的端子電壓設(shè)為VRU1，而在將其他單位單元電壓設(shè)為VRU2、VRU3、VRU4、VRU5時(shí)，其和為集群105RU的端子電壓VRU。
[0066]該關(guān)系在所有集群105的輸出電壓(￥冊(cè)、￥”、￥5￥、”1\￥了1、￥110中都相同，成為各個(gè)集群中含有的5個(gè)單位單元106的輸出電壓之和。因此，通過控制各單位單元106中含有的IGBT的接通斷開，能夠控制各集群的輸出電壓(￥冊(cè)、￥”、￥5￥、”1\￥了1、￥110。
[0067]另外，通過使用相位偏移PWM (Pulse Width Modulation:脈沖寬度調(diào)制)，能夠?qū)⒏骷旱妮敵鲭妷篤RU、VUS、VSV、VVT、VTW、VffR控制為具有三角波載波頻率以下的頻率分量的任意的波形。
[0068]以下，僅著眼于各集群的輸出電壓(￥冊(cè)、￥”、￥5￥、”1\￥了1、￥110中含有的各頻率分量中的、高壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器裝置102的功能所必須的電力系統(tǒng)101的頻率分量(以下稱為系統(tǒng)頻率分量)、和交流電動(dòng)機(jī)107的頻率分量(以下稱為電動(dòng)機(jī)頻率分量)而進(jìn)行說明。首先，說明高壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器裝置102的動(dòng)作原理的概要，之后，使用圖3來詳細(xì)說明動(dòng)作原理。
[0069]如圖1所示，高壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器裝置102連接于電源(電力系統(tǒng)101)與負(fù)載(交流電動(dòng)機(jī)107)之間，在其之間進(jìn)行有功/無功功率的授受。因此，在高壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器裝置102中，存在針對(duì)電力系統(tǒng)101的電路連接以及動(dòng)作、和針對(duì)交流電動(dòng)機(jī)107的電路連接以及動(dòng)作。
[0070]在高壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器裝置102中，針對(duì)電力系統(tǒng)101，RU相集群105RU和US相集群105US作為在電力系統(tǒng)101的R-S相間連接的第I組動(dòng)作。SV相集群105SV和VT相集群105VT作為在電力系統(tǒng)101的S-T相間連接的第2組動(dòng)作。TW相集群105TW和WR相集群105WR作為在電力系統(tǒng)101的T-R相間連接的第3組動(dòng)作。于是，分別與電力系統(tǒng)101授受
有功/無功功率。[0071]另一方面，針對(duì)交流電動(dòng)機(jī)107，US相集群105US和SV相集群105SV作為在交流電動(dòng)機(jī)107的U-V相間連接的第I組動(dòng)作。VT相集群105VT和TW相集群105TW作為在交流電動(dòng)機(jī)107的V-W相間連接的第2組動(dòng)作。WR相集群105WR和RU相集群105RU作為在交流電動(dòng)機(jī)107的W-R相間連接的第3組動(dòng)作。于是，分別與交流電動(dòng)機(jī)107授受有功/無功功率。
[0072]在各集群105從電力系統(tǒng)101受電的有功功率、和對(duì)交流電動(dòng)機(jī)107供給的有功功率相等的情況下，構(gòu)成各集群105的單位單元106的直流電容器202的流入能量和流出能量平衡。通過大致維持該平衡狀態(tài)，能夠避免直流電容器202的過充電、過放電，所以能夠使高壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器裝置102繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，關(guān)于直流電容器電壓的控制法，詳細(xì)后述。
[0073]接下來，使用圖3，說明高壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器裝置102的詳細(xì)的動(dòng)作原理。圖3是示出圖1電路各部的電流、電壓關(guān)系的矢量圖。
[0074]在圖3的矢量圖中，R、S、T是圖1的電源側(cè)連接點(diǎn)，VGRS、VGST、VGTR是連接點(diǎn)間電壓、即電力系統(tǒng)101的線間電壓。以下，將該電壓稱為系統(tǒng)線間電壓。
[0075]對(duì)支路104的端子(R、S、T)之間，分別施加了該系統(tǒng)線間電壓(VGRS、VGST、VGTR)，而支路104是電抗器103、第I集群、以及第2集群的串聯(lián)體。因此，在圖3中圖示這些要素的各連接點(diǎn)間電壓。
[0076]首先，關(guān)于電抗器103和第I集群的連接點(diǎn)電壓，以支路104RS的例子進(jìn)行說明。如果將電抗器103、和第I集群105RU的連接點(diǎn)設(shè)為R'，則電抗器103的端子電壓VLRS是相對(duì)系統(tǒng)線間電壓VGRS延遲90°的電壓。該關(guān)系在其他系統(tǒng)線間電壓VGST、VGTR中也同樣地成立，連接點(diǎn)分別是V，電抗器103的端子電壓是VLST、VLTR。
[0077]其結(jié)果，對(duì)第I及第2集群的兩端施加的電壓(以下稱為支路電壓)在支路104RS的例子中，是連接點(diǎn)V與連接點(diǎn)S之間的電壓VRS。同樣地，在支路104ST的例子中，是連接點(diǎn)Si與連接點(diǎn)T之間的電壓VST，在支路104TR的例子中，是連接點(diǎn)Ti與連接點(diǎn)R之間的電壓VTR。
[0078]接下來，關(guān)于第I集群與第2集群的連接點(diǎn)電壓，以支路104RS的例子進(jìn)行說明。第I集群105RU和第2集群105US的連接點(diǎn)是U點(diǎn)。另外，集群105RU的端子電壓是VRU，第2集群105US的端子電壓是VUS，VRU與VUS之和是支路電壓VRS。同樣地，在支路104ST的例子中，連接點(diǎn)是V，各集群的電壓是VSV、VVT，VSV與VVT之和是支路電壓VST。在支路104TR的例子中，連接點(diǎn)是W，各集群的電壓是VTW、VffR, VTff與VWR之和是支路電壓VTR。
[0079]另外，在圖3中雖然未圖示，但在圖1中將從連接點(diǎn)R流入到支路104RS的電流設(shè)為IRU，將從支路104RS流出到連接點(diǎn)S的電流設(shè)為IUS。以下同樣地，在圖1中，將從連接點(diǎn)S流入到支路104ST的電流設(shè)為ISV，將從支路104TR流出到連接點(diǎn)T的電流設(shè)為IVT。另外，將從連接點(diǎn)T流入到支路104TR的電流設(shè)為ITW，將從支路104TR流出到連接點(diǎn)R的電流設(shè)為IWR。
[0080]關(guān)于從連接點(diǎn)R、S、T流入或者流出的電流，雖然在圖3中未圖示，但在圖3中，關(guān)于支路104RS，將在流入電流IRU和流出電流IUS共同地包含的系統(tǒng)頻率分量記載為IGRS，關(guān)于支路104ST，將在流入電流ISV和流出電流IVT中共同地包含的系統(tǒng)頻率分量記載為IGST，關(guān)于支路104TR，將在流入電流ITW和流出電流IWR中共同地包含的系統(tǒng)頻率分量記載為IGTR。該系統(tǒng)頻率分量IGRS、IGST、IGTR與之前說明的支路電壓(VRS、VST、VTR)同相。
[0081]在圖3中，示出了以上說明的各電流、電壓處于高壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器裝置102的電力系統(tǒng)101 —側(cè)的矢量關(guān)系。相對(duì)于此，以下說明高壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器裝置102的交流電動(dòng)機(jī)107一側(cè)的矢量關(guān)系。
[0082]在該情況下，對(duì)交流電動(dòng)機(jī)107的各相施加的電壓(交流電動(dòng)機(jī)107的施加相電壓:以下稱為電動(dòng)機(jī)相電壓)是中性點(diǎn)N和連接點(diǎn)U、V、W間的電壓，將其設(shè)為VU、W、W。另外，此時(shí)的交流電動(dòng)機(jī)107的施加線間電壓(以下稱為電動(dòng)機(jī)線間電壓)如VUV、VVW、VffU所述。
[0083]另外，在圖3中，關(guān)于交流電動(dòng)機(jī)107 —側(cè)的電流，記載了各相電流IU、IV、IW、和電動(dòng)機(jī)頻率分量頂。關(guān)于電動(dòng)機(jī)頻率分量頂，在集群105中流過的電流IUS和ISV中共同地包含的電動(dòng)機(jī)頻率分量是MUV，在集群105中流過的電流IVT和ITW共同地包含的電動(dòng)機(jī)頻率分量是MVW，在集群105中流過的電流IWR和IRU共同地包含的電動(dòng)機(jī)頻率分量是IMWU0
[0084]另外，在圖3中，記述了交流電動(dòng)機(jī)107的中性點(diǎn)N、與連接點(diǎn)R'、S'、T'之間的電壓，其分別是VR、VS、VT。
[0085]另外，在圖3中，將從電力系統(tǒng)101觀察的高壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器裝置102的功率因數(shù)、和從高壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器裝置102觀察的交流電動(dòng)機(jī)107的功率因數(shù)都大致設(shè)為1，但即使在功率因數(shù)并非I的情況下，也能夠描繪同樣的矢量圖。
[0086]另外，圖3是以系統(tǒng)頻率分量(IGRS、IGST、IGTR)為基準(zhǔn)而描繪的矢量圖。因此，在系統(tǒng)頻率和電動(dòng)機(jī)頻率不同的情況下，系統(tǒng)線間電壓VGRS、VGST, VGRS的矢量構(gòu)成的三角形RST被固定，但電動(dòng)機(jī)相電壓VU、VV、VW的矢量構(gòu)成的三角形UVW以系統(tǒng)頻率和電動(dòng)機(jī)頻率的差頻旋轉(zhuǎn)。
[0087]另外，圖3還能夠解釋為以電動(dòng)機(jī)頻率分量aMUV、MVW、IMWU)為基準(zhǔn)而描繪的矢量圖。在該情況下，在系統(tǒng)頻率和電動(dòng)機(jī)頻率不同的情況下，電動(dòng)機(jī)相電壓VU、W、Vff的矢量構(gòu)成的三角形UVW被固定，但系統(tǒng)線間電壓VGRS、VGST、VGRS的矢量構(gòu)成的三角形RST以系統(tǒng)頻率和電動(dòng)機(jī)頻率的差頻旋轉(zhuǎn)。
[0088]首先，關(guān)于高壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器裝置102從電力系統(tǒng)101接受有功功率的原理，作為例子，著眼于在電力系統(tǒng)101的R-S相間連接的RU相集群105RU和US相集群105US而進(jìn)行說明。
[0089]在圖3中，相對(duì)系統(tǒng)線間電壓VGRS，使RS相支路104RS的支路電壓VRS(=VRU+VUS)的相位延遲，將矢量VRS的前端控制為例如R’點(diǎn)，從而電抗器103的兩端電壓VLRS成為與支路電壓VRS大致正交的電壓。
[0090]電抗器103中流過的電流成為從其兩端電壓VLRS相位延遲了 90°的電流，所以流過圖3所示那樣的電流IGRS。IGRS和支路電壓VRS的功率因數(shù)大致為1，有功功率從電力系統(tǒng)101流入到構(gòu)成RS相支路104RS的RU相集群105RU和US相集群105US。
[0091]另外，如上所述，IGRS是在RU相集群105RU中流過的電流IRU和在US相集群105US中流過的電流IUS中共同地含有的系統(tǒng)頻率分量。
[0092]在上述說明中，以RS相支路104RS為例子進(jìn)行了說明，但關(guān)于ST相支路104ST、TR相支路104TR，僅相位旋轉(zhuǎn)120°，而同樣地動(dòng)作。[0093]因此，在ST相支路104ST中包含的SV相集群105SV以及VT相集群105VT中流過的電流ISV和IVT中，共同地包含系統(tǒng)頻率分量的電流IGST。另外，在TR相支路104TR中包含的TW相集群105TW和WR相集群105WR中流過的電流ITW和IWR中，共同地包含系統(tǒng)頻率分量的電流IGTR。
[0094]接下來，關(guān)于高壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器裝置102對(duì)交流電動(dòng)機(jī)107供給有功功率的原理，作為例子，著眼于在交流電動(dòng)機(jī)107的U-V相間連接的US相集群105US和SV相集群105SV而進(jìn)行說明。
[0095]在圖3中，可知通過VUV=VSV+VLST+VUS表示交流電動(dòng)機(jī)107的U-V相的線間電壓VUV。因此，通過控制US相集群105RU的輸出電壓VUS和SV相集群105SV的輸出電壓VSV，能夠控制對(duì)交流電動(dòng)機(jī)107施加的線間電壓VUV。不僅是U-V相的線間電壓，而且關(guān)于V-W相的線間電壓、W-U相的線間電壓，也能夠通過控制各集群的輸出電壓來進(jìn)行控制。
[0096]使用線間電壓VUV、VVW、VWU，通過(1)式、(2)式、以及(3)式，表示對(duì)交流電動(dòng)機(jī)107施加的相電壓VU、W、W。
[0097][數(shù)1]
[0098]VU= (VUV-VffU) /3 (I)
[0099][數(shù)2]
[0100]VV= (VVff-VUV) /3(2)
[0101][數(shù)3]
[0102]Vff= (VffU-VVff) /3 (3)
[0103]如果對(duì)交流電動(dòng)機(jī)107施加電壓VU、VV、VW，則流過與交流電動(dòng)機(jī)107的等價(jià)阻抗對(duì)應(yīng)的電流IU、IV、IW。因此，只要交流電動(dòng)機(jī)107的功率因數(shù)并非零，就能夠從高壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器裝置102向交流電動(dòng)機(jī)107供給有功功率。
[0104]在交流電動(dòng)機(jī)107的U-V相間連接的US相集群105US和SV相集群105SV中分別流過的電流IUS和ISV中共同地流過電動(dòng)機(jī)頻率分量的電流IMUV。用(4)式表示電動(dòng)機(jī)頻率分量的電流IMUV。
[0105][數(shù)4]
[0106]IMUV=- (IU-1V) /3(4)
[0107]同樣地，在VT相集群105VT和TW相集群105TW中分別流過的電流IVT和ITW中共同地流過電動(dòng)機(jī)頻率分量的電流IMVW。通過(5)式表示電動(dòng)機(jī)頻率分量的電流IMVW。
[0108][數(shù)5]
[0109]IMVff=- (IV-1ff) /3(5)
[0110]同樣地，在WR相集群105WR和RU相集群105RU中分別流過的電流IWR和IRU中共同地流過電動(dòng)機(jī)頻率分量的電流IMWU。通過(6)式表示電動(dòng)機(jī)頻率分量的電流IMWU。
[0111][數(shù)6]
[0112]IMWU=- (Iff-1U) /3 (6)
[0113]以下，說明各集群的電壓矢量的控制法以及各集群中流過的電流。
[0114]如根據(jù)上述說明所判明的，為了從電力系統(tǒng)101接受有功功率，并將該有功功率供給到交流電動(dòng)機(jī)107，在各相中按以下方式進(jìn)行即可。首先，以使RU相集群105RU的電壓VRU的矢量成為從圖3的U點(diǎn)連接例如R’點(diǎn)的矢量的方式進(jìn)行控制即可。另外，RU相集群105RU中流過的電流IRU為系統(tǒng)頻率分量IGRS與電動(dòng)機(jī)頻率分量IMWU之和。
[0115]同樣地，以使US相集群105US的電壓VUS的矢量成為從圖3的S點(diǎn)連接U點(diǎn)的矢量的方式進(jìn)行控制即可。另外，此時(shí)，US相集群105US中流過的電流IUS為系統(tǒng)頻率分量IGRS與電動(dòng)機(jī)頻率分量IMUV之和。
[0116]另外同樣地，以使SV相集群105SV的電壓VSV的矢量成為從圖3的V點(diǎn)連接例如S’點(diǎn)的矢量的方式進(jìn)行控制即可。另外，此時(shí)，SV相集群105SV中流過的電流ISV為系統(tǒng)頻率分量IGST與電動(dòng)機(jī)頻率分量IMUV之和。
[0117]另外同樣地，以使VT相集群105VT的電壓VVT的矢量成為從圖3的T點(diǎn)連接V點(diǎn)的矢量的方式進(jìn)行控制即可。另外，此時(shí)，VT相集群105VT中流過的電流IVT為系統(tǒng)頻率分量IGST與電動(dòng)機(jī)頻率分量MVW之和。
[0118]另外同樣地，以使TW相集群105TW的電壓VTW的矢量成為從圖3的W點(diǎn)連接例如T’點(diǎn)的矢量的方式進(jìn)行控制即可。另外，此時(shí)，TW相集群105TW中流過的電流ITW為系統(tǒng)頻率分量IGTR與電動(dòng)機(jī)頻率分量MVW之和。
[0119]另外同樣地，以使WR相集群105WR的電壓VWR的矢量成為從圖3的R點(diǎn)連接W點(diǎn)的矢量的方式進(jìn)行控制即可。另外，此時(shí)，WR相集群105WR中流過的電流IWR為系統(tǒng)頻率分量IGTR與電動(dòng)機(jī)頻率分量IMWU之和。
[0120]如以上敘述，在2組三相交流設(shè)備之間設(shè)置了圖1的電力變換裝置時(shí)，通過如以下所述地實(shí)施，能夠?qū)崿F(xiàn)電力的授受。即，以使各集群的輸出電壓的第I三相交流設(shè)備的頻率分量和各集群中流過的電流的第I三相交流設(shè)備的頻率分量形成的有功功率、與各集群的輸出電壓的第2三相交流設(shè)備的頻率分量和各集群中流過的電流的第2三相交流設(shè)備的頻率分量形成的有功功率之和大致為零的方式進(jìn)行控制即可。此處，有功功率也可以是將無功功率控制為大致恒定。
[0121]圖4示出如上述那樣控制了各集群105的輸出電壓的情況下的各部電壓/電流波形例。在圖4中，右側(cè)示出電流的波形，左側(cè)示出電壓的波形。另外，上段示出集群105的電壓、電流波形的例子，中段示出交流系統(tǒng)101的相電壓和線間電壓、相電流的例子，下段示出交流電動(dòng)機(jī)107的相電壓和線間電壓、相電流的例子。
[0122]在該圖中，示出了將電力系統(tǒng)101的線間電壓有效值設(shè)為6.6kV、將頻率設(shè)為50Hz、將交流電動(dòng)機(jī)107的線間電壓有效值設(shè)為3.96kV、將頻率設(shè)為30Hz，有功功率為IMW的情況的電壓/電流波形例。另外，相位偏移PWM中使用的載波頻率是450Hz。
[0123]在該圖中，在各集群電壓VRU、VUS、VSV、VVT、VTW、VffR的波形中，該指令值VRU*、VUS*、VSV*、VVT*、VTW*、VffR* 也用白線重疊示出。
[0124]如圖4所不，可知在各集群105的輸出電壓、電流中，都存在系統(tǒng)頻率(50Hz)分量和電動(dòng)機(jī)頻率分量(30Hz )。
[0125]接下來，說明高壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器裝置102從電力系統(tǒng)101接受有功功率。
[0126]在圖3中，相對(duì)電力系統(tǒng)101的線間電壓VGRS、VGST、VGTR，各支路的輸出電壓VRS,VST,VTR的基波分量的相位延遲，由此，在電抗器103中流過與VRS、VST、VTR大致同相位的系統(tǒng)頻率分量的電流IGRS、IGST、IGTR。
[0127]由(7)式、(8)式以及(9)式表示IGRS、IGST、IGTR的、進(jìn)行三角形-星形變換了的電流是從電力系統(tǒng)101流入高壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器裝置102的電流IR、IS、IT。[0128][數(shù)7]
[0129]IR=IGRS-1GTR(7)
[0130][數(shù)8]
[0131]I S=IGST-1GRS(8)
[0132][數(shù)9]
[0133]IT=IGTR-1GSV(9)
[0134]可知電流IR、IS、IT的相位與電力系統(tǒng)101的相電壓VGR、VGS、VGT的相位一致，高壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器裝置102從電力系統(tǒng)101接受有功功率。
[0135]接下來，說明高壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器裝置102對(duì)交流電動(dòng)機(jī)107供給有功功率。
[0136]可知交流電動(dòng)機(jī)107的施加相電壓VU、W、Vff和流入交流電動(dòng)機(jī)107的電流IU、IV、IW的相位大致一致，高壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器裝置102對(duì)交流電動(dòng)機(jī)107供給有功功率。
[0137]以下，關(guān)于控制各單位單元106的直流電容器電壓的方法，以RU相集群105RU為例子進(jìn)行說明。
[0138]為了計(jì)算RU相集群105RU從電力系統(tǒng)101受電的有功功率，僅需要著眼于各電壓/電流的系統(tǒng)頻率分量。因此，需要使用三角形UVW的I個(gè)旋轉(zhuǎn)中的各電壓/電流的平均矢量來進(jìn)行計(jì)算。
[0139]根據(jù)圖3，矢量VRU的三角形UVW的I個(gè)旋轉(zhuǎn)中的平均等于三角形UVW的中心N點(diǎn)至R’點(diǎn)的矢量VR。
[0140]因此，在三角形UVW的I個(gè)旋轉(zhuǎn)中的平均中，RU相集群105RU從電力系統(tǒng)101受電的有功功率PGRU為矢量VR與矢量IGRS的內(nèi)積，通過(10)式表示。
[0141][數(shù)10]
[0142]PGRU=VR.IGRS(10)
[0143]另一方面，為了計(jì)算RU相集群105RU對(duì)交流電動(dòng)機(jī)107供給的有功功率，僅需要著眼于各電壓/電流的電動(dòng)機(jī)頻率分量。因此，需要使用將三角形UVW固定為基準(zhǔn)而使三角形RST旋轉(zhuǎn)了的情況下的三角形RST的I個(gè)旋轉(zhuǎn)中的各電壓/電流的平均矢量來進(jìn)行計(jì)
笪
ο
[0144]根據(jù)圖3，矢量VRU的三角形RST的I個(gè)旋轉(zhuǎn)中的平均等于U點(diǎn)至三角形UVW的中心N點(diǎn)的矢量、即矢量VU的逆矢量-VU。
[0145]因此，在三角形RST的I個(gè)旋轉(zhuǎn)平均中，RU相集群105RU對(duì)交流電動(dòng)機(jī)107供給的有功功率PMRU為矢量-VU與矢量IMWU的內(nèi)積，通過(11)式表示。
[0146][數(shù)11]
[0147]PMRU=-VU.IMWU(11)
[0148]在PGRU+PMRU〈0的情況下，RU相集群105RU中包含的各單位單元106的直流電容器電壓降低。
[0149]另外，在PGRU+PMRU>0的情況下，RU相集群105RU中包含的各單位單元106的直流電容器電壓上升。
[0150]控制作為矢量VRU的三角形UVW的I個(gè)旋轉(zhuǎn)中的平均值的矢量VR，從而控制PGRU，維持PGRU與PMRU之和大致為零的狀態(tài)，從而能夠?qū)U相集群105RU中包含的各單位單元的直流電容器電壓控制為恒定。[0151]在以上的說明中，以RU相集群105RU為例子進(jìn)行了說明，但關(guān)于其他集群，也能夠同樣地控制。
[0152]以上，說明了高壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器裝置102的動(dòng)作原理、電壓/電流波形例、直流電容器電壓的控制法。
[0153]以下，敘述相比于用2臺(tái)MMC構(gòu)成了對(duì)6.6kV系統(tǒng)無變壓器地連接的高壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器裝置的情況，能夠?qū)⒈景l(fā)明的高壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器裝置102中所需的(耐壓4.5kV的)IGBT的個(gè)數(shù)從144個(gè)削減為120個(gè)的理由。
[0154]在圖4的例子中，將交流電動(dòng)機(jī)107的線間電壓設(shè)為3.96kV，但作為高壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器裝置，期望能夠?qū)涣麟妱?dòng)機(jī)107進(jìn)行施加至與電力系統(tǒng)101相等的6.6kV。在該情況下，在圖3所示的矢量圖中，三角形UVW的大小與三角形RST的大小一致。
[0155]三角形UVW旋轉(zhuǎn)，所以在例如U點(diǎn)和T點(diǎn)一致了的等情況下，存在各集群進(jìn)行輸出至大致電力系統(tǒng)101的線間電壓即6.6kV的瞬間。因此，各集群需要能夠進(jìn)行輸出至大致電力系統(tǒng)101的線間電壓即6.6kV。
[0156]在使用4對(duì)耐壓4.5kV的IGBT和反并聯(lián)二極管來構(gòu)成圖2所示的單位單元(全橋電路)的情況下，如果將直流電容器電壓設(shè)為IGBT的耐壓的50%即2.25kV，將最大調(diào)制系
數(shù)設(shè)為0.9，則I個(gè)單位單元可輸出的電壓是2.25kV/V~2x0.9h 1.43kV。
[0157]I個(gè)集群中包含的單位單元的個(gè)數(shù)需要是超過6.6/1.43 N 4.6的最小的整數(shù)即5個(gè)以上。因此，在本實(shí)施例中，將各集群中含有的單位單元的個(gè)數(shù)設(shè)為5個(gè)而進(jìn)行說明。
[0158]如果將在I個(gè)集群中包含的單位單元的個(gè)數(shù)設(shè)為5個(gè)，則高壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器裝置102整體中包含的IGBT的個(gè)數(shù)為4X5X6=120個(gè)。
[0159]根據(jù)以上的理由，能夠?qū)⒃谑褂?臺(tái)MMC的現(xiàn)有技術(shù)中需要144個(gè)的IGBT的數(shù)量削減為120個(gè)。
[0160]另外，在I個(gè)支路104中包括I個(gè)電抗器103，所以在高壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器裝置102整體中包括3個(gè)電抗器。
[0161]根據(jù)以上的理由，能夠?qū)⒃谑褂?臺(tái)MMC的現(xiàn)有技術(shù)中需要12個(gè)的電抗器的數(shù)量削減為3個(gè)。
[0162]另外，圖1的各支路104RS、104ST、104TR的電抗器是I個(gè)，但即使代替104RS、104ST、104TR而如圖5所示地置換成連接了 2個(gè)電抗器(103RU和103US)的支路，也能夠作為高壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器裝置運(yùn)轉(zhuǎn)。在該情況下，高壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器裝置102整體中的電抗器的數(shù)量為6個(gè)，但能夠相比于在使用2臺(tái)MMC的現(xiàn)有技術(shù)中需要的12個(gè)而削減。
[0163]在本實(shí)施例中，對(duì)R點(diǎn)、S點(diǎn)、T點(diǎn)連接了電力系統(tǒng)101，對(duì)U點(diǎn)、V點(diǎn)、W點(diǎn)連接了交流電動(dòng)機(jī)107，但即使對(duì)U點(diǎn)、V點(diǎn)、W點(diǎn)連接電力系統(tǒng)101，對(duì)R點(diǎn)、S點(diǎn)、T點(diǎn)連接交流電動(dòng)機(jī)107，也能夠得到同樣的效果。
[0164]在本實(shí)施例中，以對(duì)6.6kV系統(tǒng)無變壓器地連接，并使用了耐壓4.5kV耐壓的IGBT的情況為例子進(jìn)行了說明，但關(guān)于電力系統(tǒng)101的線間電壓與6.6kV不同的情況、在電力系統(tǒng)101與高壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器裝置102之間設(shè)置了變壓器的情況、使用了不同的耐壓的IGBT(或者其他接通/斷開控制開關(guān)元件)的情況，也能夠應(yīng)用本發(fā)明。
[0165]另外，在本實(shí)施例中，將單位單元106設(shè)為全橋電路進(jìn)行了說明，但另外即使在半橋電路、3電平全橋電路等的、單位單元106能夠輸出正、負(fù)、或者零電壓并且具有電容器等儲(chǔ)能元件的情況下，也能夠代替全橋電路而用作單位單元106。
[0166]實(shí)施例2
[0167]使用圖6，來說明本發(fā)明的第2實(shí)施例。
[0168]在實(shí)施例中，使用本發(fā)明的電力變換裝置，構(gòu)成了在2個(gè)電力系統(tǒng)之間對(duì)電力進(jìn)行流通的裝置。
[0169]在本實(shí)施例中，代替實(shí)施例1的交流電動(dòng)機(jī)107，對(duì)U、V、W點(diǎn)連接第2電力系統(tǒng)602，構(gòu)成了在電力系統(tǒng)101與第2電力系統(tǒng)601之間對(duì)電力進(jìn)行流通的電力流通裝置601。在本發(fā)明的電力變換裝置中，作為起到能夠?qū)崿F(xiàn)可變振幅、可變頻率這樣的效果的實(shí)現(xiàn)裝置，其事例是在圖1的第I實(shí)施例中應(yīng)用于高壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器裝置，但在圖6的第2實(shí)施例中通過將雙方設(shè)為電源而能夠?qū)崿F(xiàn)電力流通裝置601。電力流通裝置601是例如50Hz與60Hz之間的頻率變換設(shè)備。
[0170]S卩，在本發(fā)明的電力變換裝置中，通過將與電力變換裝置連接的一個(gè)三相交流設(shè)備設(shè)為電源，將與電力變換裝置連接的另一個(gè)三相交流設(shè)備設(shè)為電源或者負(fù)載，能夠?qū)崿F(xiàn)電力流通裝置601或者高壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器裝置。
[0171]在本實(shí)施例中，將電力系統(tǒng)101稱為“第I電力系統(tǒng)101”。針對(duì)第I電力系統(tǒng)101，RU相集群105RU和US相集群105US作為在電力系統(tǒng)101的R-S相間連接的第I組動(dòng)作，SV相集群105SV和VT相集群105VT作為在電力系統(tǒng)101的S-T相間連接的第2組動(dòng)作，TW相集群105TW和WR相集群105WR作為在電力系統(tǒng)101的T-R相間連接的第3組動(dòng)作，分別與第I電力系統(tǒng)101授受有功功率。
[0172]電力流通裝置601在其與第I電力系統(tǒng)101之間授受有功功率的原理與在實(shí)施例1中說明的原理相同。
[0173]針對(duì)“第2電力系統(tǒng)602”，US相集群105US和SV相集群105SV作為在交流電動(dòng)機(jī)107的U-V相間連接的第I組動(dòng)作，VT相集群105VT和TW相集群105TW作為在交流電動(dòng)機(jī)107的V-W相間連接的第2組動(dòng)作，WR相集群105WR和RU相集群105RU作為在交流電動(dòng)機(jī)107的W-R相間連接的第3組動(dòng)作，分別與第2電力系統(tǒng)602授受有功功率。
[0174]以下，說明電力流通裝置601與第2電力系統(tǒng)602授受有功功率的原理。
[0175]通過以使US相集群105US與SV相集群105SV的輸出電壓之和VUS+VSV的相位比第2電力系統(tǒng)602的U-V相的線間電壓的VU-VV延遲的方式進(jìn)行控制，對(duì)ST相支路104ST的電抗器103的施加電壓VLST施加相位比VU-VV超前了大致90°的電壓。
[0176]其結(jié)果，在所述電抗器103中流過與VU-VV大致同相位的電流，作為US相集群105US中流過的電流IUS和SV相集群105SV中流過的電流ISV的第2電力系統(tǒng)的頻率分量而含有該電流。因此，US相集群105US和SV相集群105SV從第2電力系統(tǒng)602接受有功功率。
[0177]另外，通過以使US相集群105US與SV相集群105SV的輸出電壓之和VUS+VSV的相位比第2電力系統(tǒng)602的U-V相的線間電壓的VU-VV超前的方式進(jìn)行控制，對(duì)ST相支路104ST的電抗器103的施加電壓VLST施加相位比VU-VV延遲了大致90°的電壓。
[0178]其結(jié)果，在所述電抗器103中流過與VU-VV大致逆相位的電流，作為在US相集群105US中流過的電流IUS和SV相集群105SV中流過的電流ISV的第2電力系統(tǒng)的頻率分量而含有該電流。因此，US相集群105US和SV相集群105SV對(duì)第2電力系統(tǒng)602供給有功功率。關(guān)于其他相，僅相位旋轉(zhuǎn)120°，而同樣地動(dòng)作。
[0179]另外，即使第I電力系統(tǒng)101和第2電力系統(tǒng)602的電壓、頻率不同，電力流通裝置601也能夠在第I與第2電力系統(tǒng)之間對(duì)有功功率進(jìn)行流通。
[0180]實(shí)施例3
[0181]使用圖8，說明本發(fā)明的第3實(shí)施例。此處，說明用于控制圖1或者圖6的電力變換裝置的控制裝置。
[0182]在電力變換裝置的控制裝置中，具備針對(duì)一個(gè)三相交流設(shè)備(電力系統(tǒng)101)的控制系統(tǒng)、和針對(duì)另一個(gè)三相交流設(shè)備(交流電動(dòng)機(jī)107或者電力系統(tǒng)602)的控制系統(tǒng)。在圖3的例子中，針對(duì)一個(gè)三相交流設(shè)備(電力系統(tǒng)101)的控制系統(tǒng)是例如系統(tǒng)電流控制系統(tǒng)300，針對(duì)另一個(gè)三相交流設(shè)備(交流電動(dòng)機(jī)107)的控制系統(tǒng)是例如電動(dòng)機(jī)電流控制系統(tǒng) 400。
[0183]在這些控制系統(tǒng)300、400中，得到與各個(gè)目標(biāo)信號(hào)301、401對(duì)應(yīng)的反饋信號(hào)302、402，執(zhí)行規(guī)定的運(yùn)算303、403，得到控制信號(hào)305、405。對(duì)適宜的各線間的電量執(zhí)行這些控制。
[0184]如果更詳細(xì)地說明，則系統(tǒng)電流控制系統(tǒng)300的目標(biāo)信號(hào)301在實(shí)現(xiàn)高壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器裝置的情況下，是用于從電力系統(tǒng)引入為了將各單位單元106的直流電容器203的電壓控制為恒定而所需的電力的電流指令。該電流指令301是電力系統(tǒng)101的各線間電流。在運(yùn)算303中，對(duì)將電流偏差信號(hào)乘以規(guī)定增益而得到的信號(hào)加上電壓信號(hào)304來得到控制信號(hào)305。
[0185]系統(tǒng)電流控制系統(tǒng)400的目標(biāo)信號(hào)401是對(duì)根據(jù)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械負(fù)載的要求(轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩)確定的相電流的值IU、IV、IW應(yīng)用(4) (5) (6)式而得到的信號(hào)。該電流指令401是交流電動(dòng)機(jī)107的各線間電流。在運(yùn)算403中，將電流偏差信號(hào)乘以規(guī)定增益而得到控制信號(hào)405。
[0186]這樣，在各個(gè)的各線間準(zhǔn)備有根據(jù)三相交流設(shè)備的電力系統(tǒng)101、交流電動(dòng)機(jī)107的各自的情況計(jì)算出的控制信號(hào)305、405，另一方面，電力變換裝置的具體的操作端是6個(gè)集群，針對(duì)每個(gè)集群具備PWM控制電路5。
[0187]此處，控制信號(hào)305、405分別是電力系統(tǒng)101、交流電動(dòng)機(jī)107的各線間的控制信號(hào)，相對(duì)于此，以集群單位設(shè)置了作為操作端的PWM控制電路5。因此，以例如集群105RU的PWM控制電路5RU的例子來說的話，集群電壓VRU由從電力系統(tǒng)101得到的控制信號(hào)305中的WU相的控制信號(hào)305、和從交流電動(dòng)機(jī)107得到的控制信號(hào)405中的RS相的控制信號(hào)405來確定。關(guān)于其他集群電壓，同樣的關(guān)系也成立。
[0188]其意味著，通過利用電力系統(tǒng)101和交流電動(dòng)機(jī)107 —側(cè)的控制信號(hào)305、405控制各集群電壓，能夠?qū)崿F(xiàn)能夠滿足雙方的控制要求的集群電壓。
[0189]在為了這一目的的圖8的控制電路中，將系統(tǒng)電流控制系統(tǒng)300的3組控制信號(hào)在各相中分為2個(gè)，并且針對(duì)電動(dòng)機(jī)電流控制系統(tǒng)400的3組控制信號(hào)也在各相中分為2個(gè)。在此基礎(chǔ)上，在加法電路群306中，對(duì)與各集群對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)彼此進(jìn)行加法而作為集群控制信號(hào)。
[0190]這樣，在電力變換裝置的控制中，針對(duì)電力系統(tǒng)101，將在其線間連接的支路(例如104RS)的2個(gè)集群(例如集群105RU和集群105US)作為第I組進(jìn)行控制動(dòng)作。另一方面，針對(duì)交流電動(dòng)機(jī)107，將在其線間連接的2個(gè)集群(例如集群105RU和集群105WR)作為第2組進(jìn)行控制動(dòng)作。
[0191]產(chǎn)業(yè)上的可利用性
[0192]本發(fā)明能夠通過簡便的結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于電動(dòng)機(jī)控制、可變頻率電源等。
【權(quán)利要求】
1.一種電力變換裝置，其特征在于， 將電抗器、作為多個(gè)單位單元的串聯(lián)體的第I集群、以及作為多個(gè)單位單元的串聯(lián)體的第2集群串聯(lián)地連接而構(gòu)成支路，并且對(duì)3組支路進(jìn)行三角形聯(lián)結(jié)，使所述三角形聯(lián)結(jié)了的支路的3處的連接點(diǎn)與第I三相交流設(shè)備的各相連接，使各所述支路的第I及第2集群的連接點(diǎn)與第2三相交流設(shè)備的各相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于， 將第I三相交流設(shè)備或者第2三相交流設(shè)備的一個(gè)設(shè)為電力系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于， 將第I三相交流設(shè)備或者第2三相交流設(shè)備這兩個(gè)設(shè)為電力系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于， 將第I三相交流設(shè)備設(shè)為電力系統(tǒng)，將第2三相交流設(shè)備設(shè)為電動(dòng)機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任意一項(xiàng)所述的電力變換裝置，其特征在于， 所述單位單元是能夠輸出任意的電壓的2端子要素。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任意一項(xiàng)所述的電力變換裝置，其特征在于， 所述單位單元能夠輸出正、負(fù)、或者零電壓，并且具備儲(chǔ)能元件。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任意一項(xiàng)所述的電力變換裝置，其特征在于， 各單位單元由全橋電路構(gòu)成。`
8.一種電力變換裝置的控制裝置，在該電力變換裝置中，將電抗器、作為多個(gè)單位單元的串聯(lián)體的第I集群、以及作為多個(gè)單位單元的串聯(lián)體的第2集群串聯(lián)地連接而構(gòu)成支路，并且對(duì)3組支路進(jìn)行三角形聯(lián)結(jié)，使所述三角形聯(lián)結(jié)了的支路的3處的連接點(diǎn)與第I三相交流設(shè)備的各相連接，使各所述支路的第I及第2集群的連接點(diǎn)與第2三相交流設(shè)備的各相連接，其中， 該控制裝置具有以如下方式進(jìn)行控制的控制功能:使各所述集群的輸出電壓的所述第I三相交流設(shè)備的頻率分量和各所述集群中流過的電流的所述第I三相交流設(shè)備的頻率分量所形成的有功功率、與各所述集群的輸出電壓的所述第2三相交流設(shè)備的頻率分量和各所述集群中流過的電流的所述第2三相交流設(shè)備的頻率分量所形成的有功功率之和大致為零。
9.一種電力變換裝置的控制裝置，在該電力變換裝置中，將電抗器、作為多個(gè)單位單元的串聯(lián)體的第I集群、以及作為多個(gè)單位單元的串聯(lián)體的第2集群串聯(lián)地連接而構(gòu)成支路，并且對(duì)3組支路進(jìn)行三角形聯(lián)結(jié)，使所述三角形聯(lián)結(jié)了的支路的3處的連接點(diǎn)與第I三相交流設(shè)備的各相連接，使各所述支路的第I及第2集群的連接點(diǎn)與第2三相交流設(shè)備的各相連接，其中， 該控制裝置具有以如下方式進(jìn)行控制的控制功能:使各所述集群的輸出電壓的所述第I三相交流設(shè)備的頻率分量和各所述集群中流過的電流的所述第I三相交流設(shè)備的頻率分量所形成的無功功率、與各所述集群的輸出電壓的所述第2三相交流設(shè)備的頻率分量和各所述集群中流過的電流的所述第2三相交流設(shè)備的頻率分量所形成的無功功率之和大致為零。
10.一種電力變換裝置的控制裝置，在該電力變換裝置中，將電抗器、作為多個(gè)單位單元的串聯(lián)體的第I集群、以及作為多個(gè)單位單元的串聯(lián)體的第2集群串聯(lián)地連接而構(gòu)成支路，并且對(duì)3組支路進(jìn)行三角形聯(lián)結(jié)，使所述三角形聯(lián)結(jié)了的支路的3處的連接點(diǎn)與第I三相交流設(shè)備的各相連接，使各所述支路的第I及第2集群的連接點(diǎn)與第2三相交流設(shè)備的各相連接，其中， 該控制裝置將第I三相交流設(shè)備的線間電流作為目標(biāo)信號(hào)而得到3組第I控制信號(hào)，將第2三相交流設(shè)備的線間電流作為目標(biāo)信號(hào)而得到3組第2控制信號(hào)，通過與該集群關(guān)聯(lián)的線間的第I控制信號(hào)和 第2控制信號(hào)的和信號(hào)，控制各所述支路的第I及第2集群。
【文檔編號(hào)】H02M5/297GK103620937SQ201180071771
【公開日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2011年6月24日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月24日
【發(fā)明者】井上重德, 加藤修治 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所