JP6425855B1 - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、電力変換装置の概略構成図である。図1を参照して、電力変換装置1は、互いに直列接続された複数のサブモジュール(sub module)(図1中の「SM」に対応)7を含むモジュラーマルチレベル変換器によって構成されている。なお、「サブモジュール」は、「変換器セル」あるいは「単位変換器」とも呼ばれる。電力変換装置1は、直流回路14と交流回路12との間で電力変換を行なう。具体的には、電力変換装置1は、電力変換回路部2と、指令生成部3とを含む。
図2は、指令生成部の構成を示すブロック図である。図2を参照して、指令生成部3は、制御機器30と、中継装置70とを含む。中継装置70は、制御機器30と複数のサブモジュール7との間の通信を中継する。具体的には、中継装置70は、中継基板31と、複数の中継機器32_1〜32_Nとを含む。図2では、図1の電力変換回路部2のうちU相用のレグ回路4uのみが代表的に示されているが、他のレグ回路4v,4wについても同様である。例えば、中継基板31は、相ごとに設けられている。中継機器32_1〜32_Nについて、総称する場合または不特定のものを示す場合、中継機器32と記載する。
図3は、制御機器30の構成例を示すブロック図である。図3を参照して、制御機器30は、直流電圧指令生成部60と、交流電圧指令生成部61と、循環電流指令生成部62と、コンデンサ電圧指令生成部63と、アーム電圧指令生成部64とを含む。
直流電圧指令生成部60は、直流電圧検出器11A,11Bで検出された直流電圧値Vdcp,Vdcnと、算出した直流電流値Idcとに基づいて、直流電圧指令値を生成する。直流電圧指令生成部60は、例えば、PID制御器(Proportional-Integral-Differential Controller)などのフィードバック制御器によって構成される。
式(2)の第1項はレグ回路4uの上アーム5および下アーム6に共通に流れる電流を表す。式(2)の第2項は、直流電流値Idcが各レグ回路に均等に流れると仮定したときのU相レグ回路4uの分担分を表す。循環電流Iccv,Iccwについても同様に計算することができる。
図4は、中継装置70の具体的な構成および動作を説明するための図である。図4では、U相用のレグ回路4uに含まれるサブモジュール7のみが代表的に示されているが、他のレグ回路4v,4wのサブモジュール7についても同様である。
(全体構成)
図7は、図1の各レグ回路を構成するサブモジュールの一例を示す回路図である。図7に示すサブモジュール7は、ハーフブリッジ型の変換回路20HBと、PWM制御部21と、エネルギー蓄積器としての直流コンデンサ24と、電圧検出部27と、情報通信部28とを含む。PWM制御部21、電圧検出部27、情報通信部28の一連の処理は、制御機器30の演算周期である周期Ts1よりも非常に短い周期Ts2(例えば、数μs)ごとに実行される。
図8は、PWM制御部の具体的な構成を説明するためのブロック図である。PWM制御部21は、識別情報生成部102と、位相生成部104と、信号生成部106と、PWM信号生成部108と、ゲートドライバ110とを含む。
図9を参照して、サブモジュール7_1において生成されたキャリア信号は、同期パルス信号(すなわち、基準位相)から、キャリア位相T1だけシフトした三角波信号である。ここで、式(3)に基づくと、キャリア位相T1は、「共通位相オフセットOS」に対応する。
図10は、電力変換装置1の初期設定期間における処理手順を示すフローチャートである。図10に示す処理は、初期設定期間において繰り返し実行される。
本実施の形態によると、制御機器30から各サブモジュール7までの経路情報Rを用いて、各サブモジュール7が識別情報を自律的に生成することができる。そのため、系統運用者が各サブモジュール7の識別情報を設定する手間を省くことができるとともに、設定ミス等のヒューマンエラーを防ぐこともできる。
(1)上述した実施の形態では、電力変換装置1が複数の中継機器32を含む構成について説明したが、当該構成に限られない。例えば、電力変換装置1が1つの中継機器32を含む構成であってもよい。この場合、中継基板31と中継機器32とは、ポイントツーポイント型のネットワークを介して接続される。
Claims (9)
- 直流回路と交流回路との間で電力変換を行なう電力変換装置であって、
互いに直列接続された複数のサブモジュールを含む電力変換回路部と、
前記複数のサブモジュールを運転制御するための制御指令を生成する制御機器と、
前記制御機器と前記複数のサブモジュールとの間の通信を中継する中継装置とを備え、
前記中継装置は、前記複数のサブモジュールの各々について、前記制御機器から当該サブモジュールまでの通信経路を示す経路情報を生成し、当該生成した経路情報を当該サブモジュールに出力し、
前記複数のサブモジュールの各々は、
当該サブモジュールに対応する経路情報に基づいて、当該サブモジュールの識別情報を生成する識別情報生成部と、
前記識別情報と、前記複数のサブモジュールのうち制御対象となるサブモジュールの数とに基づいて、キャリア位相を生成する位相生成部と、
前記制御指令および前記キャリア位相に従って、スイッチング素子をPWM制御するPWM制御部とを含む、電力変換装置。 - 前記中継装置は、
前記制御機器に接続された中継基板と、
前記中継基板に接続された少なくとも1つの中継機器とを含み、
前記中継機器は、前記複数のサブモジュールのうちの予め定められた数のサブモジュールと通信するための通信基板を有し、
前記経路情報は、前記中継機器を識別するための第1の情報と、前記通信基板を識別するための第2の情報とを含む、請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記通信基板は、スター型のネットワークを介して、前記予め定められた数のサブモジュールと接続されており、
前記経路情報は、前記予め定められた数のサブモジュールの各々に接続される前記通信基板のチャネルを識別するための第3の情報をさらに含む、請求項2に記載の電力変換装置。 - 前記通信基板は、リング型のネットワークを介して、前記予め定められた数のサブモジュールと接続されており、
前記経路情報は、前記通信基板のチャネルを識別するための第3の情報をさらに含み、
前記複数のサブモジュールの各々の前記識別情報生成部は、経路情報に基づいて、他のサブモジュールとは異なる識別情報を生成する、請求項2に記載の電力変換装置。 - 前記経路情報は、前記中継基板を識別するための第4の情報をさらに含む、請求項3または請求項4に記載の電力変換装置。
- 前記中継基板は、リング型のネットワークを介して、複数の前記中継機器に接続されている、請求項2〜請求項5のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 前記複数のサブモジュールの各々は、前記中継装置を介して、当該サブモジュールの異常の有無を示す異常判定情報を前記制御機器に送信する情報通信部をさらに含み、
前記制御機器は、各前記サブモジュールの異常判定情報に基づいて、前記複数のサブモジュールのうち正常なサブモジュールの数を算出し、当該正常なサブモジュールの数を前記中継装置を介して各前記サブモジュールに送信し、
前記制御対象となるサブモジュールの数は、前記正常なサブモジュールの数である、請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記情報通信部は、各前記サブモジュールの初期設定期間において前記経路情報を含む通信フレームを受信し、各前記サブモジュールの運転制御期間において前記制御指令を含む通信フレームを受信する、請求項7に記載の電力変換装置。
- 前記電力変換回路部は、
前記直流回路と接続された高電位側直流端子および低電位側直流端子と、
前記交流回路の相にそれぞれ対応し、前記高電位側直流端子と前記低電位側直流端子との間に互いに並列に接続された複数のレグ回路とを含み、
各前記レグ回路は、
前記交流回路の対応する相と電気的に接続された接続部と、
前記接続部と前記高電位側直流端子との間に直列に接続された複数の前記サブモジュールを含む上アームと、
前記接続部と前記低電位側直流端子との間に直列に接続された複数の前記サブモジュールを含む下アームとを含み、
前記制御指令は、前記上アームの出力電圧指令値および前記下アームの出力電圧指令値を含む、請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載の電力変換装置。
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