CN102315789A - 三电平逆变器、功率调节器以及发电*** - Google Patents

三电平逆变器、功率调节器以及发电*** Download PDF

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Abstract

本发明提供三电平逆变器、功率调节器以及发电***，三电平逆变器具有：电容器串联连接体，其与直流电源并联连接；第1臂和第2臂，它们彼此并联地连接在直流电源的输出的正极侧与负极侧之间，且分别具有交流输出端子；以及控制部，在该控制部中，设有根据中性点的电压和直流电源的电压求出三相电压校正指令的中性点电压控制器、以及将三相电压校正指令转换为d-q轴上的电压校正指令的坐标转换器，控制部根据d-q轴上的电压校正指令对d-q轴上的电压指令进行校正，抑制中性点的电压的变动，中性点与有一相接地的三相电力***的接地相连接，交流输出端子分别与三相电力***的非接地相连接。此外，所述功率调节器具有该三电平逆变器，所述发电***具有该功率调节器。

Description

三电平逆变器、功率调节器以及发电***
本发明主张于2010年6月30日提交的日本专利申请第2010-149707号的优先权，并以引证的方式将该申请的全部内容结合于此。
技术领域
本发明涉及输出中的一相接地的三电平逆变器、功率调节器以及发电***。
背景技术
在日本特开2002-176784号公报中，公开了三电平逆变器中使用的中性点电压控制装置。该文献所记载的中性点电压控制装置对串联连接在三电平逆变器的正母线与负母线之间的2个电容器的连接点(中性点)与负母线之间的电压(中性点电压)进行控制。当中性点电压变动时，在输出电流中叠加直流分量。
具有该文献所记载的中性点电压控制装置的三电平逆变器的U相、V相和W相均不接地，且具有输出各相电压的U相臂、V相臂和W相臂这3个臂。因此，该三电平逆变器所具有的计算单元利用固定坐标系直接生成中性点电压控制指令，根据所生成的中性点电压控制指令，对输出中性点电压的臂进行控制，抑制中性点电压的变动。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种三电平逆变器，该三电平逆变器具有：电容器串联连接体，其具有一个端子与直流电源的正极侧连接的第1电容器、以及一个端子与所述直流电源的负极侧连接的第2电容器，在该电容器串联连接体中，所述第1电容器的另一个端子与第2电容器的另一个端子彼此连接，将该第1电容器和第2电容器的连接点作为中性点；第1臂和第2臂，它们彼此并联地连接在所述直流电源的输出的正极侧与负极侧之间，且所述第1臂和第2臂分别具有交流输出端子，这些交流输出端子输出所述直流电源的正极侧的电压、负极侧的电压以及所述中性点的电压这三种电平的电压；以及控制部，在该控制部中，设有根据所述中性点的电压和所述直流电源的电压求出三相电压校正指令的中性点电压控制器、以及将该三相电压校正指令转换为d-q轴上的电压校正指令的坐标转换器，所述控制部根据该d-q轴上的该电压校正指令对该d-q轴上的电压指令进行校正，抑制所述中性点的电压的变动，所述中性点与有一相接地的三相电力***的接地相连接，所述第1臂和第2臂的所述交流输出端子分别与所述三相电力***的非接地相连接。
根据本发明的另一方面，提供一种功率调节器，该功率调节器具有：对直流电压进行升压的升压器(step-up converter)；以及与所述升压器连接的三电平逆变器，所述三电平逆变器具有：1)电容器串联连接体(series-connected capacitor)，其具有一个端子与所述升压器的输出的正极侧连接的第1电容器、以及一个端子与所述升压器的所述输出的负极侧连接的第2电容器，并且在该电容器串联连接体中，所述第1电容器的另一个端子与第2电容器的另一个端子彼此连接，将该第1电容器和第2电容器的连接点作为中性点；2)第1臂和第2臂，它们彼此并联地连接在所述升压器的输出的正极侧与负极侧之间，且所述第1臂和第2臂分别具有交流输出端子，这些交流输出端子输出该输出的正极侧的电压、负极侧的电压以及所述中性点的电压这三种电平的电压；以及3)控制部，在该控制部中，设有根据所述中性点的电压的偏差量求出三相电压校正指令的中性点电压控制器、以及将该三相电压校正指令转换为d-q轴上的电压校正指令的坐标转换器，所述控制部根据该d-q轴上的该电压校正指令对该d-q轴上的电压指令进行校正，抑制所述中性点的电压的变动，所述中性点与有一相接地的三相电力***的接地相连接，所述第1臂和第2臂的所述交流输出端子分别与所述三相电力***的非接地相连接。
根据本发明的另一方面，提供一种发电***，该发电***具有：输出直流电压的发电装置；对所述直流电压进行升压的升压器；以及与所述升压器连接的三电平逆变器，所述三电平逆变器具有：1)电容器串联连接体，其具有一个端子与所述升压器的输出的正极侧连接的第1电容器、以及一个端子与所述升压器的所述输出的负极侧连接的第2电容器，并且在该电容器串联连接体中，所述第1电容器的另一个端子与第2电容器的另一个端子彼此连接，将该第1电容器和第2电容器的连接点作为中性点；2)第1臂和第2臂，它们彼此并联地连接在所述升压器的输出的正极侧与负极侧之间，且该第1臂和第2臂分别具有交流输出端子，这些交流输出端子输出该输出的正极侧的电压、负极侧的电压以及所述中性点的电压这三种电平的电压；以及3)控制部，在该控制部中，设有根据所述中性点的电压的偏差量求出三相电压校正指令的中性点电压控制器、以及将该三相电压校正指令转换为d-q轴上的电压校正指令的坐标转换器，所述控制部根据该d-q轴上的该电压校正指令对该d-q轴上的电压指令进行校正，抑制所述中性点的电压的变动，所述中性点与有一相接地的三相电力***的接地相连接，所述第1臂和第2臂的所述交流输出端子分别与所述三相电力***的非接地相连接。
附图说明
通过结合附图并参照以下详细的说明，能够得到本发明的更全面的理解并且得到许多附加的优点。
图1是本发明的一个实施方式的三电平逆变器的说明图。
图2是该三电平逆变器的控制部的框图。
图3是该三电平逆变器的中性点电压控制器的框图。
图4是示出该三电平逆变器的各个臂的开关状态与电压指令矢量之间的关系的矢量图。
具体实施方式
下面，参照附图对实施方式进行说明，其中，针对各个附图中相同或相应的要素标注相同的标号。
如图1所示，本发明的一个实施方式的三电平逆变器10具有：电容器串联连接体12，其串联连接有第1平滑电容器35和第2平滑电容器36；以及电力转换部50，其输出3种不同的电平。另外，图1所示的三电平逆变器10仅示出了其一部分的结构。
在图1中，升压斩波器(step-up chopper)11与太阳能电池面板(发电装置的一例)15连接。太阳能电池面板15接收太阳光，例如输出100～600V的直流电压。
升压斩波器(升压器的一例)11对太阳能电池面板15输出的直流电压进行升压。升压后的输出电压例如为700V。升压斩波器11至少由电抗器20和半导体开关元件21、22构成。并且，太阳能电池面板15输出的直流电压经由滤波器25和布线用切断机MCCB被输入到升压斩波器11。在应用本实施方式的三电平逆变器的用途中，可根据需要设置滤波器25和布线用切断机MCCB，本实施方式与有无这些部件无关。这里，太阳能电池面板、滤波器25、MCCB以及升压斩波器11构成直流电源的一例。
三电平逆变器10将升压斩波器11输出的直流电力转换为U相、V相和W相的三相交流电力。该三相交流电力被提供给电力***。另外，在图1中，示出了三电平逆变器10的输出的U相、V相和W相分别与电力***侧的R相、S相和T相连接的一例。
在三电平逆变器10的输入侧，设有串联连接着第1平滑电容器35和第2平滑电容器36的电容器串联连接体12。第1平滑电容器35与升压斩波器11输出的直流电压Vdc的正极侧(图1所示的点p)连接，第2平滑电容器36与升压斩波器11输出的直流电压Vdc的负极侧(图1所示的点n)连接。关于输入到三电平逆变器10的直流电压Vdc，通过第1平滑电容器35和第2平滑电容器36，在中性点c(第1平滑电容器35与第2平滑电容器36的连接点)，将直流电压Vdc分压为该直流电压Vdc的实质一半大小的中性点电压Vc。
在三电平逆变器10的输出侧，设有输出U相电压的U相臂(第1臂)37和输出W相电压的W相臂(第2臂)38这2个臂。各个臂37、38分别具有第1半导体开关元件40、第2半导体开关元件41、第3半导体开关元件42以及第4半导体开关元件43，这4个半导体开关元件串联连接。第1二极管45连接在第1半导体开关元件和第2半导体开关元件的连接点e与中性点c之间。第1二极管45的阴极侧与连接点e连接，阳极侧与中性点c连接。第2二极管46连接在第3半导体开关元件和第4半导体开关元件的连接点f与中性点c之间。第2二极管46的阳极侧与连接点f连接，阴极侧与中性点c连接。所述第2半导体开关元件41和所述第3半导体开关元件42的连接点g为交流输出端子。另外，与第1～4半导体开关元件40～43分别反向并联连接有第3二极管47。
第1～4半导体开关元件40～43的接通、断开定时由后述的控制部55(参照图2)来控制。其结果，从U相臂和W相臂的交流输出端子分别输出升压斩波器输出的正极侧的电压、负极侧的电压以及中性点的电压这三种电平的电压。
在三电平逆变器10的电力转换部50中未设置输出V相电压的V相臂。即，三电平逆变器10的臂仅为U相臂37和W相臂38这2个臂。V相与中性点c连接。并且，V相在电力***侧作为S相而接地。
由三电平逆变器10输出的三相交流电力经由输出滤波器30、滤波器31以及布线用切断机MCCB，被提供给S相接地的三相电力***(例如电压200V、50/60Hz)。
接着，对三电平逆变器10进行详细说明。
如图2所示，三电平逆变器10除了所述电容器串联连接体12和电力转换部50以外，还具有第1A/D转换部51、第2A/D转换部52、控制部55以及PWM信号生成部56。
电力转换部50根据PWM信号生成部56输出的PWM信号，对各开关元件40(参照图1)进行开闭，由此，将从升压斩波器11输出的直流电力转换为三相交流电力。第1A/D转换部51对由电流检测传感器59检测到的三相电流值Iu、Iw进行A/D转换。
第2A/D转换部52对直流电压Vpn和中性点电压Vcn进行A/D转换，该直流电压Vpn和中性点电压Vcn是通过例如由电阻构成的分压电路(未图示)对直流电压Vdc和中性点电压Vc分别进行分压而得到的。
第1A/D转换部51和第2A/D转换部52例如由A/D转换IC构成。
控制部55从q轴电流指令值Iqref和d轴电流指令值Idref中，分别减去由第1A/D转换部51输出的电流值Iud、Iwd。并且，控制部55根据由第2A/D转换部52输出的直流电压Vpnd、中性点电压Vcnd，如后所述地对q轴电压指令值Vq和d轴电压指令值Vd进行校正。控制部55通过对q轴电压指令值Vq和d轴电压指令值Vd进行校正，由此生成PWM指令，以输出抑制了叠加在V相中的直流分量的三相交流电力。控制部55例如通过搭载于三电平逆变器10中的CPU(未图示)所执行的软件来实现。控制部55的详细情况将在后面叙述。
PWM信号生成部56根据控制部55输出的PWM指令，生成PWM信号，对设置在电力转换部50中的半导体开关元件40～43进行驱动。PWM信号生成部56例如由PWM IC构成。
接着，对控制部55进行详细说明。控制部55具有：坐标转换器60、中性点电压控制器61、坐标转换器62、q轴电流控制器63、d轴电流控制器64、限幅器65、66、以及指令运算器67。
坐标转换器60具有α-β转换器60a和d-q转换器60b。α-β转换器60a根据由第1A/D转换部51输出的电流值Iud、Iwd，通过运算求出电流值Ivd。也可以构成为，也针对V相设置电流检测传感器59，通过第1A/D转换部51输出电流值Ivd。进而，α-β转换器60a进行将三相电流值Iud、Ivd、Iwd转换为二相电流值的α-β转换。通过α-β转换，电流值Iud、Ivd、Iwd被转换为电流值Iα、Iβ而输出。
d-q转换器60b根据相位检测器70输出的电源的相位θ，对α-β转换器60a输出的电流值Iα、Iβ进行d-q转换。通过d-q转换，电流值Iα、Iβ被转换为反馈电流值Id、Iq而输出。
直流电压Vpnd和中性点电压Vcnd被分别输入中性点电压控制器61。中性点电压控制器61根据这些电压值求出V相电压校正指令值ΔVv。具体而言，中性点电压控制器61根据直流电压Vpnd和中性点电压Vcnd，求出中性电压的偏差ΔVcnd，将对该偏差ΔVcnd乘以调节增益K1后的值作为接地相即V相的电压校正指令值ΔVv。更具体而言，如图3所示，中性点电压控制器61从中性点电压Vcnd中减去直流电压Vpnd的一半电压，求出中性点电压的偏差ΔVcnd，将对该偏差ΔVcnd乘以调节增益K1后的值作为V相电压校正指令值ΔVv。另外，也可以构成为，对偏差ΔVcnd进行PI(比例积分)放大，作为V相电压校正指令值ΔVv。
关于中性点电压控制器61，还将作为非接地相的U相的电压校正指令值ΔVu和同样作为非接地相的W相的电压校正指令值ΔVw视为0，将三相电压校正指令(ΔVu、ΔVv、ΔVw)设为三相电压校正指令(0、ΔVv、0)而输出。
坐标转换器62在对中性点电压控制器61输出的三相电压校正指令(0、ΔVv、0)进行α-β转换后，进而根据相位检测器70输出的电源的相位θ进行d-q转换。其结果，三相电压校正指令(0、ΔVv、0)被转换为d-q轴上的电压校正指令(ΔVd、ΔVq)。
q轴电流控制器(ACRq)63被输入q轴电流指令值Iqref与坐标转换器60输出的反馈电流值Iq之间的偏差，q轴电流控制器63通过PI控制对q轴电压进行控制。q轴电流控制器63的输出经由限幅器65，作为q轴电压指令值Vq输出。q轴电压指令值Vq通过与电压校正指令ΔVq相加而得到校正，成为校正后的q轴电压指令值Vq1。
d轴电流控制器(ACRd)64被输入d轴电流指令值Idref与坐标转换器60输出的反馈电流值Id之间的偏差，d轴电流控制器64通过PI控制对d轴电压进行控制。d轴电流控制器64的输出经由限幅器66，作为d轴电压指令值Vd输出。d轴电压指令值Vd通过与电压校正指令ΔVd相加而得到校正，成为校正后的d轴电压指令值Vd1。
这里，关于q轴电流指令值和d轴电流指令值，根据应用本实施方式的三电平逆变器10的用途，存在各种确定方法。例如，如本实施方式所示，在将三电平逆变器10应用于向***提供从太阳能电池面板15输出的电力的功率调节器的情况下，可根据直流电压Vpnd来确定q轴电流指令值和d轴电流指令值。具体而言，使用未图示的设定器等，针对控制部55设定直流电压Vdc的值(例如100～600V)，将所设定的值转换为这样的设定值，该设定值是将直流电压Vpnd与尺度(scale)相结合后的设定值。例如，如果Vpnd是使600V成为10000这一数字值的尺度数值，则通过比例计算对数值进行转换，使得在设定了600V时，10000成为设定值。该Vdc的设定值与作为反馈值的直流电压Vpnd之间的偏差被输入PI放大器(Proportional-Integralamplifier)，设PI放大器的输出为q轴电流指令值Iqref，设d轴电流指令值Idref为零。其结果，以直流电压Vdc的变动不会过大的程度，抑制了针对电力***的供电的过大或不足。另外，如上所述，q轴电流指令值和d轴电流指令值的确定方法不限于本方法。
指令运算器67根据1)校正后的q轴电压指令值Vq1、2)校正后的d轴电压指令值Vd1、以及3)电压指令的相位θ1，生成并输出针对PWM信号生成部56的PWM指令。这里，电压指令的相位θ1是如下得到的：从相位检测器70检测到的三相电力***的相位θ中减去对输出电压的相位进行调整的相位调整器71的输出，然后加上d-q坐标轴上的相位，由此得到所述电压指令的相位θ1。关于相位调整器71，作为一例，在三相电力***的R相的电压为正的最大值的情况下，以使减法结果为包括0°在内的360°的整数倍的方式，确定从三相电力***的相位θ减去的值(相位调整器71的输出值)，对输出电压的相位进行调整。
指令运算器67具有第1运算部67a、第2运算部67b以及第3运算部67c。
第1运算部67a根据校正后的q轴电压指令值Vq1和校正后的d轴电压指令值Vd1，运算出电压指令的大小。第2运算部67b根据校正后的q轴电压指令值Vq1和校正后的d轴电压指令值Vd1，运算出电压指令在d-q坐标轴上的相位(以d轴为基准的相位)。第3运算部67c根据由电压指令的大小和电压指令的相位θ1决定的电压指令矢量Vref，生成电力转换部50的第1～4半导体开关元件40～43的接通、断开模式即PWM信号。作为PWM信号的生成方法的一例，存在如下方法：以在PWM的载波的一个周期T的期间内平均地施加电压指令矢量的方式，确定第1～4半导体开关元件40～43接通的时间。使用图4说明其具体方法。
在图4中，电压矢量U+、U-、V+、V-、W+、W-分别具有彼此相差60°的相位差。如果第1平滑电容器35和第2平滑电容器36中不存在电压变动，则电压矢量U+、U-、V+、V-、W+、W-的大小与升压斩波器11的输出电压的二分之一相等。矢量O是原点上的大小为零的零电压矢量。这些矢量是由第1～4半导体开关元件40～43输出的7个电压矢量。与表示各个矢量的记号一起示出的例如(P，0)这样的标记，表示第1～4半导体开关元件40～43的开关状态，这里，称为开关状态标记。关于开关状态标记，由逗号隔开的2个记号中前侧(逗号左侧)的记号表示U相臂37的第1～4半导体开关元件40～43的开关状态，后侧(逗号右侧)的记号表示W相臂38的第1～4半导体开关元件40～43的开关状态。记号P对应于从臂输出正电压的状态，表示第1和第2半导体开关元件40、41接通、第3和第4半导体开关元件42、43断开的状态。记号0对应于从臂输出零电压的状态，表示第2和第3半导体开关元件41、42接通、第1和第4半导体开关元件40、43断开的状态。记号N对应于从臂输出负电压的状态，表示第3和第4半导体开关元件42、43接通、第1和第2半导体开关元件40、41断开的状态。图4所示的7个矢量通过开关状态来实现，所述开关状态是由与各矢量的记号一起示出的开关状态标记指定的。并且，图4所示的矢量平面按照6个矢量U+、U-、V+、V-、W+、W-而划分为6个区域A1、B1、C1、D1、E1、F1。
如之前例示的那样，在三相电力***的R相的电压为正的最大值的情况下，相位调整器71将相位检测器70检测到的三相电力***的相位θ调整为包括0°在内的360°的整数倍的值，此时，电压指令的相位θ1(参照图2)为向与R相连接的U相输出正的最大电压的矢量U+与电压指令矢量Vref所成的角。因此，根据相位θ1的值，容易判定电压指令矢量Vref位于6个区域Al、B1、C1、D1、E1、F1中的哪个区域。在第3运算部67c中设有环形计数器(ring counter)(未图示)，该环形计数器每当计数值成为360°时复位为0°。电压指令的相位θ1被输入该环形计数器，从该环形计数器输出θ1a。并且，如果相位θ1a大于等于0°且小于60°，则判定为电压指令矢量Vref位于区域A1中，如果相位θ1a大于等于60°且小于120°，则判定为电压指令矢量Vref位于区域B1中，如果相位θ1a大于等于120°且小于180°，则判定为电压指令矢量Vref位于区域C1中，如果相位θ1a大于等于180°且小于240°，则判定为电压指令矢量Vref位于区域D1中，如果相位θ1a大于等于240°且小于300°，则判定为电压指令矢量Vref位于区域E1中，如果相位θ1a大于等于300°且小于360°，则判定为电压指令矢量Vref位于区域F1中。
各区域A1～F1为三角形状的区域，但是，关于位于各个区域A1～F1中的矢量，在PWM载波的一个周期T的期间内，以一定的时间宽度，依次输出终点位于该区域的三个顶点的3个矢量，由此，能够作为PWM载波的一个周期T的期间的时间平均而生成位于各个区域A1～F1中的矢量。在图4中示出了电压指令矢量Vref位于区域B1中的瞬间。在图4所示的状态中，使用了矢量O、W-、V+这3个矢量。设输出矢量O的时间为T1、输出矢量W-的时间为T2、输出矢量V+的时间为T3，这样，设作为PWM载波的一个周期T的期间的时间平均而生成的电压矢量为Vmean，根据电压矢量Vmean与电压指令矢量Vref一致的条件，求出T1、T2、T3。电压矢量Vmean中的与电压指令矢量Vref平行的分量为电压指令矢量的大小|Vref·T|，电压矢量Vmean中的与电压指令矢量Vref垂直的分量为零，所以，下式(1)～(3)成立。
(Vpnd/2)T2cosθref+(Vpnd/2)T3cos(60°-θref)＝|Vref·T|…式(1)
-(Vpnd/2)T2sinθref+(Vpnd/2)T3sin(60°-θref)＝0…式(2)
T1+T2+T3＝T…式(3)
这里，θref在区域B1中被求取为θ1a-60°(参照图4)。同样，θref在区域A1中被求取为θ1a-0°、在区域C1中被求取为θ1a-120°、在区域D1中被求取为θ1a-180°、在区域E1中被求取为θ1a-240°、在区域F1中被求取为θ1a-300°。
对上式(1)～式(3)进行求解，求出T1、T2、T3，由此，第3运算部67c运算出PWM信号的脉宽，针对PWM信号生成部56输出PWM指令。
接着，对控制本实施方式的三电平逆变器10的中性点电压Vc的方法进行说明。
直流电压Vpnd和中性点电压Vcnd被分别输入到中性点电压控制器61，中性点电压控制器61根据这些电压值，基于下式(4)～(6)，求出三相电压校正指令(ΔVu、ΔVv、ΔVw)。
ΔVu＝0…(式4)
ΔVv＝K1(Vcnd-1/2*Vpnd)…(式5)
ΔVw＝0…(式6)
这里，如上所述，K1是调节增益。
中性点电压控制器61运算出的三相电压校正指令(ΔVu、ΔVv、ΔVw)被坐标转换器62进行坐标转换(α-β转换和d-q转换)，被转换为d-q轴上的电压校正指令(ΔVd、ΔVq)。
转换得到的电压校正指令(ΔVd、ΔVq)分别与d轴电压指令值Vd和q轴电压指令值Vq相加，发挥抑制中性点电压Vc的变动的作用。其结果，抑制了叠加到输出电流中的直流分量。
在上述实施方式中，q轴电压指令值Vq和d轴电压指令值Vd分别在限幅器65、66的后级通过电压校正指令ΔVq、ΔVd进行了校正。但是，q轴电压指令值Vq也可以在q轴电流控制器63与限幅器65之间通过电压校正指令ΔVq进行校正。d轴电压指令值Vd也可以在d轴电流控制器64与限幅器66之间通过电压校正指令ΔVd进行校正。
此外，也可以采用输出直流电力的其他任意的发电装置、或者发电装置与整流装置的组合，来代替太阳能电池面板15。作为发电装置的例子，可举出风力发电装置、燃料电池发电装置。
并且，升压斩波器11也可以组装在发电装置内。
另外，表示三相中的各个相的U相、V相、W相、R相、S相和T相的名称只不过是按照惯例进行的记载，不限于这些名称。
通过发电装置、升压器和三电平逆变器10，构成具有这些部件的发电***。并且，通过升压器和三电平逆变器，构成具有这些部件的功率调节器。
显然，基于上述教示，可对本发明进行各种变形和变更。因此，本发明可以在不脱离所附权利要求的范围内，以这里记载的方式以外的各种方式来实施。

Claims (8)

1.一种三电平逆变器，该三电平逆变器包括：
第1电容器，其一个端子与直流电源的正极侧连接；
第2电容器，其一个端子与所述直流电源的负极侧连接；
电容器串联连接体，在该电容器串联连接体中，所述第1电容器的另一个端子与第2电容器的另一个端子彼此连接，将该第1电容器与第2电容器的连接点作为中性点，该中性点与有一相接地的三相电力***的接地相连接；
第1臂和第2臂，它们彼此并联地连接在所述直流电源的输出的正极侧与负极侧之间，而且所述第1臂和第2臂分别具有交流输出端子，这些交流输出端子分别与所述三相电力***的非接地相连接，输出所述直流电源的正极侧的电压、负极侧的电压以及所述中性点的电压这三种电平的电压；以及
控制部，在该控制器中设有：根据所述中性点的电压和所述直流电源的电压求出三相电压校正指令的中性点电压控制器、以及将该三相电压校正指令转换为d-q轴上的电压校正指令的坐标转换器，并且，该控制部根据该d-q轴上的该电压校正指令对该d-q轴上的电压指令进行校正，抑制所述中性点的电压的变动。
2.根据权利要求1所述的三电平逆变器，其中，
所述第1臂和所述第2臂分别具有：
串联连接的第1半导体开关元件、第2半导体开关元件、第3半导体开关元件和第4半导体开关元件；
第1二极管，其连接在所述第1半导体开关元件和所述第2半导体开关元件的连接点与所述中性点之间；以及
第2二极管，其连接在所述第3半导体开关元件和所述第4半导体开关元件的连接点与所述中性点之间，
将所述第2半导体开关元件和所述第3半导体开关元件的连接点作为所述交流输出端子。
3.根据权利要求1所述的三电平逆变器，其中，
设所述三相电压校正指令的所述非接地相的分量为0，根据所述中性点的电压和所述直流电源的电压来确定所述接地相的分量。
4.根据权利要求3所述的三电平逆变器，其中，
根据所述直流电源输出的直流电压和所述中性点的电压求出中性点的电压的偏差，对该偏差乘以调节增益K1，由此来确定所述三相电压校正指令的所述接地相的分量。
5.根据权利要求3所述的三电平逆变器，其中，
根据所述直流电源输出的直流电压和所述中性点的电压求出中性点的电压的偏差，对该偏差进行PI放大，由此来确定所述三相电压校正指令的所述接地相的分量。
6.根据权利要求3所述的三电平逆变器，其中，
根据所述直流电源输出的直流电压的二分之一与所述中性点的电压之间的偏差，确定所述三相电压校正指令的所述接地相的分量。
7.一种功率调节器，该功率调节器包括：对直流电压进行升压的升压器；以及三电平逆变器，
所述三电平逆变器具有：
1)电容器串联连接体，其具有一个端子与所述升压器的输出的正极侧连接的第1电容器、以及一个端子与所述升压器的所述输出的负极侧连接的第2电容器，并且在该电容器串联连接体中，所述第1电容器的另一个端子与第2电容器的另一个端子彼此连接，将该第1电容器和第2电容器的连接点作为中性点，该中性点与有一相接地的三相电力***的接地相连接；
2)第1臂和第2臂，它们彼此并联地连接在所述升压器的输出的正极侧与负极侧之间，而且所述第1臂和第2臂分别具有交流输出端子，这些交流输出端子分别与所述三相电力***的非接地相连接，输出该输出的正极侧的电压、负极侧的电压以及所述中性点的电压这三种电平的电压；以及
3)控制部，在该控制部中，设有根据所述中性点的电压的偏差量求出三相电压校正指令的中性点电压控制器、以及将该三相电压校正指令转换为d-q轴上的电压校正指令的坐标转换器，并且，所述控制部根据该d-q轴上的该电压校正指令对该d-q轴上的电压指令进行校正，抑制所述中性点的电压的变动。
8.一种发电***，该发电***包括：输出直流电压的发电装置；对所述直流电压进行升压的升压器；以及三电平逆变器，
所述三电平逆变器具有：
1)电容器串联连接体，其具有一个端子与所述升压器的输出的正极侧连接的第1电容器、以及一个端子与所述升压器的所述输出的负极侧连接的第2电容器，并且在该电容器串联连接体中，所述第1电容器的另一个端子与第2电容器的另一个端子彼此连接，将该第1电容器和第2电容器的连接点作为中性点，该中性点与有一相接地的三相电力***的接地相连接；
2)第1臂和第2臂，它们彼此并联地连接在所述升压器的输出的正极侧与负极侧之间，而且所述第1臂和第2臂分别具有交流输出端子，这些交流输出端子分别与所述三相电力***的非接地相连接，输出该输出的正极侧的电压、负极侧的电压以及所述中性点的电压这三种电平的电压；以及
3)控制部，在该控制部中，设有根据所述中性点的电压的偏差量求出三相电压校正指令的中性点电压控制器、以及将该三相电压校正指令转换为d-q轴上的电压校正指令的坐标转换器，并且，所述控制部根据该d-q轴上的该电压校正指令对该d-q轴上的电压指令进行校正，抑制所述中性点的电压的变动。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110266243A (zh) * 2015-02-25 2019-09-20 日立三菱水力株式会社 可变速发电电动***
CN112005482A (zh) * 2018-04-27 2020-11-27 东芝三菱电机产业***株式会社 三电平电力变换装置、三电平电力变换装置的控制方法及存储介质

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103620352B (zh) 2011-08-09 2016-06-01 旭硝子株式会社 液位检测装置、玻璃制造装置、液位检测方法及玻璃制造方法
DE102011085559A1 (de) * 2011-11-02 2013-05-02 Robert Bosch Gmbh Spannungswandler mit einer ersten Parallelschaltung
JP6087531B2 (ja) * 2012-08-06 2017-03-01 三菱電機株式会社 電力変換装置
JP5872984B2 (ja) * 2012-08-30 2016-03-01 山洋電気株式会社 電力変換装置
JP6087238B2 (ja) * 2013-07-26 2017-03-01 株式会社日立情報通信エンジニアリング 電源装置とその運転方法
JP6176121B2 (ja) * 2014-01-10 2017-08-09 住友電気工業株式会社 電力変換装置及び三相交流電源装置
TWI485968B (zh) * 2014-01-29 2015-05-21 Delta Electronics Inc 電源轉換系統及其操作方法
JP6295782B2 (ja) 2014-03-31 2018-03-20 株式会社安川電機 電力変換装置、発電システム、制御装置および電力変換方法
JP6365012B2 (ja) * 2014-06-30 2018-08-01 アイシン精機株式会社 分散型電源システム
TWI547088B (zh) * 2015-01-29 2016-08-21 台達電子工業股份有限公司 直流交流轉換裝置及其操作方法
PT109109B (pt) * 2016-01-25 2020-08-07 Instituto Superior Técnico Processo e sistema de regulação descentralizada de microgeradores para mitigação de sobretensões permanentes em redes elétricas de baixa tensão
GB2547716B (en) * 2016-02-29 2018-06-06 General Electric Technology Gmbh An electrical assembly
TWI614982B (zh) * 2016-08-25 2018-02-11 台達電子工業股份有限公司 電源轉換系統及其操作方法
JP6711250B2 (ja) * 2016-11-29 2020-06-17 オムロン株式会社 電力変換装置
WO2019065754A1 (ja) * 2017-09-27 2019-04-04 Ntn株式会社 回転機型発電機の出力電力制御回路
JP6921727B2 (ja) * 2017-12-13 2021-08-18 パナソニック株式会社 電力変換装置及びランキンサイクルシステム
US11680474B2 (en) 2019-06-13 2023-06-20 Yantai Jereh Petroleum Equipment & Technologies Co., Ltd. Fracturing apparatus and control method thereof, fracturing system
US11746636B2 (en) 2019-10-30 2023-09-05 Yantai Jereh Petroleum Equipment & Technologies Co., Ltd. Fracturing apparatus and control method thereof, fracturing system
CN110118127A (zh) 2019-06-13 2019-08-13 烟台杰瑞石油装备技术有限公司 一种电驱压裂设备的供电半挂车
CN111064396B (zh) * 2019-12-24 2022-09-02 西北工业大学 基于虚拟中性点电压的无刷直流电机功率因数校正方法
DE112020006987T5 (de) * 2020-03-27 2023-01-12 Mitsubishi Electric Corporation Drei-Stufen-Leistungswandler und Verfahren zum Steuern eines Zwischenpotentials einer Gleichstromleistungszufuhreinheit
TWI746097B (zh) * 2020-07-31 2021-11-11 台達電子工業股份有限公司 具有雙模式控制之電力變換裝置
CN113315111B (zh) 2021-04-26 2023-01-24 烟台杰瑞石油装备技术有限公司 一种供电方法及供电***
CN215870792U (zh) 2021-10-12 2022-02-18 烟台杰瑞石油装备技术有限公司 用于井场电驱设备的供电***

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07298631A (ja) * 1994-04-21 1995-11-10 Toshiba Corp ３相ｐｗｍ電圧発生回路
US20020141212A1 (en) * 2001-02-13 2002-10-03 Seiji Ishida Control apparatus for power converter
CN101295935A (zh) * 2007-12-10 2008-10-29 西北工业大学 一种可抑制谐波的优化pwm调制方法
JP2009201248A (ja) * 2008-02-21 2009-09-03 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp クランプ式電力変換装置
JP2010093978A (ja) * 2008-10-09 2010-04-22 Toshiba Corp 電力変換装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0937592A (ja) * 1995-07-21 1997-02-07 Toyo Electric Mfg Co Ltd ３レベルインバータのｐｗｍ制御方法および制御装置
JP3539455B2 (ja) * 1995-08-24 2004-07-07 株式会社安川電機 太陽光発電用電力変換装置
CN100492856C (zh) * 1999-08-12 2009-05-27 株式会社安川电机 三相中性点钳位式pwm逆变器装置
JP3695522B2 (ja) 2000-12-07 2005-09-14 株式会社安川電機 ３レベルインバータ装置
CN100334801C (zh) 2000-12-07 2007-08-29 株式会社安川电机 中性点钳位式脉宽调制逆变器装置
JP4483749B2 (ja) * 2005-09-12 2010-06-16 株式会社デンソー 電力変換回路の制御装置
CN101636897B (zh) * 2007-02-22 2012-05-23 三菱电机株式会社 电力变换装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07298631A (ja) * 1994-04-21 1995-11-10 Toshiba Corp ３相ｐｗｍ電圧発生回路
US20020141212A1 (en) * 2001-02-13 2002-10-03 Seiji Ishida Control apparatus for power converter
CN101295935A (zh) * 2007-12-10 2008-10-29 西北工业大学 一种可抑制谐波的优化pwm调制方法
JP2009201248A (ja) * 2008-02-21 2009-09-03 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp クランプ式電力変換装置
JP2010093978A (ja) * 2008-10-09 2010-04-22 Toshiba Corp 電力変換装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110266243A (zh) * 2015-02-25 2019-09-20 日立三菱水力株式会社 可变速发电电动***
CN110266243B (zh) * 2015-02-25 2023-04-07 日立三菱水力株式会社 可变速发电电动***
CN112005482A (zh) * 2018-04-27 2020-11-27 东芝三菱电机产业***株式会社 三电平电力变换装置、三电平电力变换装置的控制方法及存储介质
CN112005482B (zh) * 2018-04-27 2023-12-12 东芝三菱电机产业***株式会社 三电平电力变换装置、三电平电力变换装置的控制方法及存储介质

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