JP2023534120A - 抵抗素子を有するクローバ分岐を含むセル - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、パワーコンバータ、特に電圧源コンバータ(VSC)の分野に関する。本願は、より具体的には、モジュラーマルチレベルコンバータ(MMC)において使用することができるセルに関する。
MMC等のVSCは、スイッチを含む。これらのスイッチは、セルが、DCバスバーを介してコンデンサに接続された2つのスイッチの直列接続を含み得る、いわゆるハーフブリッジまたはフルブリッジセルとして構成され得る。スイッチとして、半導体、特にIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)のようなトランジスタが使用される。MMCは、モジュール性、スケーラビリティが高く、高調波性能に優れ、損失が少ないため、グリッド接続コンバータに対して広く用いられる選択肢となっている。
本発明の第1の局面は、電圧源コンバータのためのセルであって、セルは、第1のセル接続端子と、第2のセル接続端子と、中点が第1のセル接続端子を形成する、2つのスイッチの第1の直列接続と、コンデンサを含むエネルギ蓄積分岐と、エネルギ蓄積分岐と並列接続されたクローバ分岐とを含み、クローバ分岐は、短絡故障の検出に基づいてエネルギ蓄積分岐のコンデンサを短絡させるように作動されるように適合された第1のスイッチング素子と、第1のスイッチング素子と直列接続されるとともにクローバ分岐の減衰を改善するように設定された抵抗素子とを含む、セルを開示し得る。
抵抗Rは、所望の減衰ζにセルのインダクタンスLとセルの静電容量Cとに依存する定数を掛けた値に設定されてもよい。定数は、より具体的には、セル静電容量をセルインダクタンスで割ったものとして形成される式の平方根に依存し得る。定数は、より具体的には、2をこの式の平方根で割ったものとして設定されてもよい。
代替案として、線形抵抗は、長手方向軸に沿って延びるクローバ分岐の導体片を用いて実現され、導体片は、長手方向軸に沿って両側に交互に形成された窪みを含むことにより、その端部で相互接続されるとともにスロットによって分離されたバーを有する蛇行構造を形成してもよい。
以下、説明のための実施形態を参照して、本開示の原理および精神を説明する。これらの実施形態はすべて、当業者が本開示をより良く理解してさらに実施できるように与えられているに過ぎず、本開示の範囲を限定するために与えられているのではないことを理解されたい。たとえば、一実施形態の一部として図示または記載されている特徴を別の実施形態とともに使用することで、さらに他の実施形態を得ることができる。明確にするために、実際の実装形態のすべての特徴が本明細書に記載されているわけではない。当然のことながら、いずれかのこのような実際の実施形態の開発時に、実装形態によって異なるであろうシステム関連およびビジネス関連の制約の遵守などの開発者の特定の目標を達成するために、多数の実装形態特有の決定が下されるはずであることが理解されるであろう。さらに、このような開発努力は複雑で時間がかかり得るが、それでもやはり、本開示の利益を受ける当業者にとっては日常的な取り組みであることが、理解されるであろう。
コンバータ10は電圧源コンバータ(VSC)であり、モジュラーマルチレベルコンバータ(MMC)として実現されてもよい。図1に示される例では、コンバータ10はMMCである。この場合、MMCはいくつか(ここでは3つ)の平行な相脚で構成されており、各相脚はいくつかのカスケード式セル12を含む。そして相脚の中点は、コンバータ10のAC出力を形成してもよい。3つの相脚があるので、コンバータは3相ACシステムに接続されてもよい。そして次にセル12は、フルブリッジセルであってもよく、またはハーフブリッジセルであってもよい。したがって、セルは、エネルギ蓄積素子と、最大2つの異なる極性のうちの一方を有するエネルギ蓄積素子を相脚に挿入するようにまたはエネルギ蓄積素子をバイパスするように構成されたスイッチとを含む。有利には、エネルギ蓄積素子はコンデンサであってもよい。これにより、各セルはセル電圧も有する。したがってこのセル電圧は、波形を形成するために、相脚に挿入されるかまたはバイパスされる。
本発明の第1の局面は、クローバ分岐において第1のタイプの抵抗素子を使用することによって上述の問題に対処し、この第1の素子は非線形抵抗を有する。この第1のタイプの抵抗素子RDAは図7に見ることができる。図7において、セルはバイパススイッチBPSも含む。素子RDAは、DCクローバSCB1がトリガされると余分な非線形抵抗を導入する効果があるサージアレスタであってもよい。この非線形抵抗は、この非線形抵抗の両端の電圧をクランプ電圧にクランプする効果がある。クローバ素子SCB1は通常動作時はDC電圧を阻止するので、アレスタの定格電圧はセルコンデンサの定格電圧よりも低くてもよい。アレスタはまた、高いエネルギレベルを処理することが可能であり得る。したがって、クランプ電圧はコンデンサCCの定格電圧よりも低く、有利には、コンデンサCCの定格電圧よりも10~20倍低い範囲である。言い換えれば、コンデンサCCの定格電圧は典型的に、サージアレスタRDAのクランプ電圧よりも10~20倍高い。サージアレスタはまた、コンデンサCCのエネルギを短い期間で消散することができるように寸法決めされている。クランプ電圧をVclamp、セル静電容量をC、コンデンサCCの両端の電圧をVとすると、V=n*Vclampであり、10≦n≦20であり、サージアレスタは、クローバSCB1の作動から10~200μs以内に0.5*C*V2のエネルギを消散できる必要があり得る。
加えて、導体片が第2の導体セクションをさらに含み、2つの導体セクションまたは導電板は互いに積み重ねられること、すなわち絶縁体によって分離された状態で重なり合うことが可能である。そして、2つの板は長手方向軸AXに沿って延在してもよい。そして、電流は、上部セクションを流れて底部セクションを経由して戻ってくるか、またはその逆である。つまり、電流は、板同士が絶縁されている軸AXに沿った構造の第1の端で構造に出入りすることになる。そして、2枚の板は、戻り経路を形成するために、軸AXに沿った構造の反対端で互いに電気的に接合されることになる。こうして、板はこの反対端で互いにガルバニック接触することになる。こうして、導電体の2つのセクションは、構造の長手方向軸に沿った順方向電流輸送経路と反対方向の戻り電流経路とを形成するために、互いに積み重ねられた状態で互いに接合されてもよい。
Claims (16)
- 電圧源コンバータ(10)のためのセル(12)であって、前記セル(12)は、
第1のセル接続端子(CC1)と、
第2のセル接続端子(CC2)と、
中点が前記第1のセル接続端子(CC1)を形成する、2つのスイッチ(T1,T2)の第1の直列接続と、
コンデンサ(CC)を含むエネルギ蓄積分岐(ESB)と、
前記エネルギ蓄積分岐(ESB)と並列接続されたクローバ分岐とを備え、前記クローバ分岐は、
短絡故障の検出に基づいて前記エネルギ蓄積分岐(ESB)の前記コンデンサ(CC)を短絡させるように作動されるように適合された第1のスイッチング素子(SCB1)と、
前記第1のスイッチング素子と直列接続されるとともに前記クローバ分岐の減衰を改善するように設定された抵抗素子(RD)とを含む、セル(12)。 - 前記抵抗素子は、前記第1のスイッチング素子の作動から10~200μs以内などの短い期間で前記コンデンサのエネルギを消散させるように構成されている、請求項1に記載のセル(12)。
- 前記セル接続端子(CC1,CC2)の間に接続されたバイパススイッチ(BPS)をさらに備える、先行する請求項のいずれか1項に記載のセル(12)。
- 前記素子は、非線形抵抗を有する素子である、先行する請求項のいずれか1項に記載のセル(12)。
- 前記非線形抵抗を有する素子はサージアレスタ(RDA)である、請求項4に記載のセル(12)。
- 前記サージアレスタ(RDA)は、前記コンデンサ(CC)の定格電圧よりも低いクランプ電圧(Vclamp)を有し、有利には、前記コンデンサ(CC)の前記定格電圧は前記抵抗素子の前記クランプ電圧よりも10~20倍高い範囲である、請求項5に記載のセル(12)。
- 前記抵抗素子は、線形抵抗を有する素子(RDB)である、請求項1~3のいずれか1項に記載のセル(12)。
- 前記抵抗素子はディスク抵抗器(RDB1)である、請求項7に記載のセル(12)。
- 前記抵抗素子(RDB2)は、長手方向軸(AX)に沿って延びる前記クローバ分岐の導体片を含み、前記導体片は、前記長手方向軸(AX)に沿って両側に交互に形成された窪みを含むことにより、その端部で相互接続されるとともにスロットによって分離されたバーを有する蛇行構造を形成する、請求項7に記載のセル(12)。
- 前記導体片は第1および第2のセクションを含み、一方のセクションが他方のセクションに積み重ねられ、前記セクションは前記窪みを含む、請求項9に記載のセル。
- 前記導体片は、ニクロム等の高抵抗材料で形成される、請求項9または10に記載のセル(12)。
- 前記導体片は、前記第1のスイッチング素子を機械的にクランプするために使用されるクランプ素子の一部である、請求項9~11のいずれか1項に記載のセル(12)。
- 前記クローバ分岐は第2のスイッチング素子(SCB2)をさらに含み、前記第1のスイッチング素子(SCB1)は前記クローバ分岐の上部に配置され、前記第2のスイッチング素子(SCB2)は前記クローバ分岐の下部に配置され、前記上部とスイッチング素子(SCB2;SCB3)を有する隣接部との間の接合部は、2つのスイッチ(T1,T2)の前記第1の直列接続の中点に接続され、2つのスイッチ(T1,T2)の前記直列接続の第1の端は前記第2のセル接続端子(CC2)を形成し、前記抵抗素子(RD)は前記クローバ分岐の前記下部において接続される、先行する請求項のいずれか1項に記載のセル(12)。
- 前記クローバ分岐は第2のスイッチング素子(SCB2)をさらに含み、前記第1のスイッチング素子(SCB1)は前記クローバ分岐の上部に配置され、前記第2のスイッチング素子(SCB2)は前記クローバ分岐の下部に配置され、前記上部とスイッチング素子(SCB2;SCB3)を有する隣接部との間の接合部は、2つのスイッチ(T1,T2)の前記第1の直列接続の中点に接続され、2つのスイッチ(T1,T2)の前記直列接続の第2の端は前記第2のセル接続端子(CC2)を形成し、前記抵抗素子(RD)は前記クローバ分岐の前記上部において接続される、請求項1~12のいずれか1項に記載のセル(12)。
- 前記エネルギ蓄積分岐(ESB)と並列接続された2つのスイッチ(T3,T4)の第2の直列接続をさらに備え、2つのスイッチ(T3,T4)の前記第2の直列接続の中点は前記第2のセル接続端子(CC2)を形成する、請求項1~14のいずれか1項に記載のセル(12)。
- セルを備えるモジュラーマルチレベルコンバータ(10)であって、少なくとも1つのセルは先行する請求項のいずれか1項に記載のセル(12)である、モジュラーマルチレベルコンバータ(10)。
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