JP6814296B2

JP6814296B2 - サブモジュールベースのハイブリッドコンバータの充電方法

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Publication number: JP6814296B2
Application number: JP2019535315A
Authority: JP
Inventors: ディン，ジゥドン; ルー，ユ; ドン，ユンロン; リー，ハイイン; ティアン，ジェ; チウ，ドゥファン; ジァン，ティエングゥイ; リィエン，ジィエンヤン
Original assignee: NR Electric Co Ltd; NR Engineering Co Ltd
Current assignee: NR Electric Co Ltd; NR Engineering Co Ltd
Priority date: 2017-01-16
Filing date: 2018-01-12
Publication date: 2021-01-13
Anticipated expiration: 2038-01-12
Also published as: CN106712238B; JP2020516212A; MX2019007829A; US10483788B2; EP3531532A1; US20190326770A1; KR102070553B1; WO2018130203A1; KR20190089053A; EP3531532A4; CN106712238A

Description

本発明は、高電圧直流（ＨＶＤＣ）伝送および配電の分野に関し、特に、サブモジュールベースのハイブリッドコンバータのための充電方法に関する。

高電圧直流（ＨＶＤＣ）伝送は、有効電力と無効電力を独立して迅速にコントロールできる電圧源コンバータを使用し、それによってシステム安定性を改善し、システム周波数および電圧の変動を抑制し、ＡＣシステムのグリッド接続の定常性能を向上させる。ＨＶＤＣ送電は、再生可能エネルギーグリッド接続、分散型発電グリッド接続、アイランド電源、および都市分散ネットワーク電源などの分野において大きな利点を有する。ＨＶＤＣ技術のコアデバイスとして、モジュール化、低スイッチング周波数、および優れた高調波性能などの理由から、モジュラーマルチレベルコンバータ（ＭＭＣ）が現在のＨＶＤＣ伝送プロジェクトに適した解決策である。

現在運用されているＭＭＣソリューションベースのＨＶＤＣ伝送プロジェクトは、ハーフブリッジサブモジュールベースのモジュラーマルチレベルコンバータ（ＨＢ−ＭＭＣ）ソリューションを採用している。短絡障害がコンバータのＤＣ側で発生すると、ＡＣ電源、ハーフブリッジサブモジュール内の逆並列ダイオード、および短絡障害ポイントが短絡ループを形成する。高圧ＤＣ遮断器の技術と製造工程はこの段階ではまだ成熟していないため、ＡＣ遮断器を切断して故障回路を切り離す必要があり、故障電流が自然に０まで減衰した後にのみ再起動が行われる。この解決策は、電力回復のためにより長く遅延し、したがって電力供給の信頼性が低下する。

コンバータにＤＣ障害除去機能を持たせるために、国内外の学者は多くの新しいトポロジを提案した。ＭＭＣの提案者であるドイツの学者Ｒ．Ｍａｒｑｕａｒｔは、基本パワーユニットとしてサブモジュールを有する一般化されたＭＭＣの概念を提案し、フルブリッジサブモジュール（ＦＢＳＭ）のような新しいサブモジュールトポロジを提案する。しかし、フルブリッジサブモジュールベースのモジュラーマルチレベルコンバータ（ＦＢ−ＭＭＣ）は、多数のスイッチング装置を含み、スイッチング装置の利用率が低く、動作損失が大きい。これにより、特許ＷＯ２０１２１０３９３６Ａ１は、ハーフブリッジおよびフルブリッジサブモジュールベースのモジュラーマルチレベルコンバータ（ＨＢＦＢ−ＭＭＣ）ソリューションを提案し、それは、ＨＢ−ＭＭＣとＦＢ−ＭＭＣの両方の利点を有し、ＤＣ障害除去機能を持ちながら、ＦＢ−ＭＭＣソリューションと比較して約１／４のスイッチング装置を削減するため、この解決策には幅広いアプリケーションの可能性があった。

ＨＢＦＢ−ＭＭＣソリューションでは、図１が示すように、サブモジュールベースのハイブリッドコンバータは少なくとも１つフェーズユニットを含み；各フェーズユニットは、アッパーブリッジアームおよびローワーブリッジアームを含み；アッパーブリッジアームおよびローワーブリッジアームは、それぞれ直列に接続する少なくとも１つのハーフブリッジサブモジュール、少なくとも１つのフルブリッジサブモジュール、および少なくとも１つの抵抗器を含み；コンバータのＡＣ側は、充電抵抗器と同様にそのバイパススイッチおよびインカムスイッチの装置によって、ＡＣ電力網に接続する。ハーフブリッジサブモジュールは、逆並列ダイオードとエネルギー貯蔵要素とを有する、少なくとも２つのターンオフ装置を含む。第１のターンオフ装置の陰極は、第２のターンオフ装置の陽極に接続して１号ブリッジを形成し；第１のターンオフ装置の陽極は１号ブリッジの陽極として機能し、第２のターンオフ装置の陰極は１号ブリッジの陰極として機能し；第１ターンオフ装置と第２ターンオフ装置の間の接続点は、ハーフブリッジサブモジュールの第１の端子として機能し；１号ブリッジの陰極は、ハーフブリッジサブモジュールの第２端子として機能し；１号ブリッジの陽極はエネルギー貯蔵要素の陽極に接続し、１号ブリッジの陰極はエネルギー貯蔵要素の陰極に接続する。フルブリッジサブモジュールは、逆並列ダイオードとエネルギー貯蔵要素を有する少なくとも４つのターンオフ装置を含む。第１のターンオフ装置の陰極は、第２のターンオフ装置の陽極に接続して１号ブリッジを形成し；第１のターンオフ装置の陽極は、１号ブリッジの陽極として機能し；第２のターンオフ装置の陰極は、１号ブリッジの陰極として機能し；第１のターンオフ装置と第２のターンオフ装置の間の接続点は、ハーフブリッジサブモジュールの第１端子として機能する。第３のターンオフ装置の陰極は、第４のターンオフ装置の陽極に接続して２号ブリッジを形成し；第３のターンオフ装置の陽極は、２号ブリッジの陽極として機能し；第４のターンオフ装置の陰極は、２号ブリッジの陰極として機能し；第３のターンオフ装置と第４のターンオフ装置の間の接続点は、フルブリッジサブモジュールの第２端子として機能し；１号ブリッジの陽極と２号ブリッジの陽極はエネルギー貯蔵要素の陽極に接続し、１号ブリッジの陰極と２号ブリッジの陰極は、エネルギー貯蔵要素の陰極に接続する。

非コントロールの充電中、全てのハーフブリッジサブモジュールはブロックされ、全てのフルブリッジサブモジュールはブロックされる。図５は、ハーフブリッジサブモジュールの充電の非コントロールの概略図を示す。電気が第１端子の中に流れると、ハーフブリッジサブモジュールのエネルギー貯蔵要素は充電回路に直列に接続し、エネルギー貯蔵要素は充電される。電気が第１端子の外を流れると、ハーフブリッジサブモジュールのエネルギー貯蔵要素は充電回路に直列に接続されず、エネルギー貯蔵要素は充電されない。図６は、フルブリッジサブモジュールの、非コントロール充電の概略図を示す。電気が第１端子の中に流れると、フルブリッジモジュールのエネルギー貯蔵要素は充電回路に直列に接続し、エネルギー貯蔵要素は充電される。電流が第１端子の外を流れると、フルブリッジサブモジュールのエネルギー貯蔵要素も充電回路に直列に接続し、エネルギー貯蔵要素は充電される。フルブリッジサブモジュールの充電中はハーフブリッジサブモジュールの約２倍になるため、フルブリッジサブモジュールの電圧は非コントロールの充電中はハーフブリッジサブモジュールの約２倍になる。さらに、高圧力ソリューションでは、サブモジュールの機能は自己電源次第である。実際に、自己電源の起動電圧は、低くなることができない。本ケースでは、ハーフブリッジサブモジュールはＡＣ非コントロール充電段階ではコントロールされず、次の全コントロール充電プロセスは行うことができない。したがって、ハーフブリッジサブモジュールの非コントロール段階で、ハーフブリッジサブモジュールの電圧を上昇させ、それによって、サブモジュールベースのハイブリッドコンバータの充電方法を設計することが必要であり、これにより、サブモジュールベースの自己電源の起動点を増加し、サブモジュールベースの自己電源の設計上の困難性を軽減する。

本発明の目的は、ハーフブリッジとフルブリッジサブモジュールベースのハイブリッドモジュラーマルチレベルコンバータ（ＨＢＦＢ−ＭＭＣ）のＡＣ非コントロール充電の特性に従って、サブモジュールベースのハイブリッドコンバータの充電方法を提供することであり、サブモジュールベースの自己電源の起動電圧を下げずにＨＢＦＢ−ＭＭＣのスムーズな充電を実現し、起動プロセスを完了することである。

上記の目的を達成するために、本発明は以下の技術解決策を提供する：
サブモジュールベースのハイブリッドコンバータの充電方法であって、この方法が以下の具体的な充電ステップを含む方法：
ステップ（１）：コンバータによる非コントロール充電プロセスを実行し；
ステップ（２）：フルブリッジサブモジュールベースの自己電源に電力を供給し、電力供給が成功した後に、前記フルブリッジサブモジュールはハーフブロックされ、ハーフブリッジサブモジュールはブロックされ；
ステップ（３）：前記コンバータがハーフコントロール充電プロセスを実行し、前記ハーフコントロール充電プロセスが完了した後に、充電抵抗器のバイパススイッチを閉じ；
ステップ（４）：前記コンバータが全コントロール充電プロセスを実行する。

本発明のさらに好ましいソリューションでは、ステップ（４）の前記全コントロール充電プロセスは、具体的に、前記ハーフブリッジサブモジュールのいくつかをブロックし、ハーフブリッジサブモジュールのいくつかをバイパスすること；および前記フルブリッジサブモジュールのいくつかをハーフブロックし、前記フルブリッジサブモジュールのいくつかをバイパスする。

本発明のさらに好ましいソリューションとしては、前記各ハーフブリッジサブモジュールは、逆並列ダイオードとエネルギー貯蔵要素を有する少なくとも２つのターンオフ装置を含み；１号ターンオフ装置の陰極は、２号ターンオフ装置の陽極に接続して１号ブリッジを形成し；前記１号ターンオフ装置の陽極は、前記１号ブリッジの陽極として機能し；前記２号ターンオフ装置の陰極は、前記１号ブリッジの陰極として機能し；前記１号ターンオフ装置と前記２号ターンオフ装置との間の接続点は、前記ハーフブリッジサブモジュールの第１端子として機能し；前記１号ブリッジの陰極は前記ハーフブリッジサブモジュールの第２端子として機能し；前記１号ブリッジの陽極は前記エネルギー貯蔵要素の陽極に接続し、前記１号ブリッジの陰極は前記エネルギー貯蔵要素の陰極に接続することを含む。

前記フルブリッジサブモジュールは、逆並列ダイオードと、エネルギー貯蔵要素とを有する少なくとも４つのターンオフ装置を含み；第１ターンオフ装置の陰極は、第２ターンオフ装置の陽極に接続して１号ブリッジを形成し；前記第１ターンオフ装置の陽極は、前記１号ブリッジの陽極として機能し；前記第２ターンオフ装置の陰極は、前記１号ブリッジの陰極として機能し；前記第１ターンオフ装置と前記第２ターンオフ装置との間の接続点は、前記ハーフブリッジサブモジュールの第１端子として機能し；第３ターンオフ装置の陰極は、第４ターンオフ装置の陽極に接続して２号ブリッジを形成し；前記第３ターンオフ装置の陽極は、前記２号ブリッジの陽極として機能し；前記第４ターンオフ装置の陰極は、２号ブリッジの陰極として機能し；前記第３ターンオフ装置と、前記第４ターンオフ装置の間の接続点は、前記フルブリッジサブモジュールの第２端子として機能し；前記１号ブリッジの陽極および２号ブリッジの陽極は、前記エネルギー貯蔵要素の陽極に接続し、１号ブリッジの陰極および２号ブリッジの陰極は、前記エネルギー貯蔵要素の陰極に接続する。

本発明のさらに好ましいソリューションとしては、ステップ（２）の前記フルブリッジサブモジュールをハーフブロックすることは、具体的には：フルブリッジサブモジュールの前記第１ターンオフ装置をオンにして、前記第２、第３および第４のターンオフ装置をオフにすることか、または前記第１、第２および第３のターンオフ装置をオフにして、前記第４のターンオフ装置をオンにする。

本発明のさらに好ましいソリューションでは、前記ハーフブリッジサブモジュールを前記バイパスすることは、具体的に、前記ハーフブリッジサブモジュールの前記１号ターンオフ装置をオフにし、前記２号ターンオフ装置をオンにする。

本発明のさらに好ましいソリューションでは、前記フルブリッジサブモジュールをバイパスすることは、前記フルブリッジサブモジュールの前記第１および前記第３ターンオフ装置をオフにし、前記第２および前記第４ターンオフ装置をオンにするか、または第１および第３ターンオフ装置をオンにし、前記第２および前記第４ターンオフ装置をオフにする。

本発明のさらに好ましいソリューションでは、ステップ（３）の前記ハーフコントロール充電プロセス完了の基準として、充電電流が設定値Ｉｓｅｔより少くなるか、またはＤＣ電圧が設定値Ｕｓｅｔより大きいこと、ここで、Ｉｓｅｔ＜０．１ｐｕおよびＵｓｅｔ＞０．５ｐｕである。

本発明はまたサブモジュールベースのハイブリッドコンバータの充電方法を開示し、該方法は、以下の具体的な充電のステップを含む：
ステップ１：コンバータによる非コントロール充電プロセスを実行し；
ステップ２：フルブリッジサブモジュールベースの自己電源に電力を供給し、電力供給が成功した後に、すべての前記フルブリッジサブモジュールはバイパスされ、すべてのハーフブリッジサブモジュールはブロックされ、
ステップ３：前記ハーフブリッジサブモジュールの平均電圧が、全ての前記フルブリッジサブモジュールの平均電圧のＫ倍以上であって、０．６＜Ｋ＜１．４となった後に、全ての前記フルブリッジサブモジュールをハーフブロックし、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールをブロックし；および
ステップ４：前記コンバータがハーフコントロール充電プロセスを実行し、前記ハーフコントロール充電プロセスが完了した後に、充電抵抗器のバイパススイッチを閉じ、
ステップ５：前記コンバータが全コントロール充電プロセスを実行する。

本発明のさらに好ましいソリューションでは、ステップ５の前記全コントロール充電プロセスは、具体的には、前記ハーフブリッジサブモジュールのいくつかをブロックすること、前記ハーフブリッジサブモジュールのいくつかをバイパスすること；前記フルブリッジサブモジュールのいくつかをハーフブロックすること、および前記フルブリッジサブモジュールのいくつかをバイパスすることである、請求項７に記載のサブモジュールベースのハイブリッドコンバータの充電方法。

本発明のさらに好ましいソリューションでは、前記各ハーフブリッジサブモジュールは、逆並列ダイオードとエネルギー貯蔵要素とを有する少なくとも２つのターンオフ装置を含み；１号ターンオフ装置の陰極は、２号ターンオフ装置の陽極に接続して１号ブリッジを形成し；前記１号ターンオフ装置の陽極は、前記１号ブリッジの陽極として機能し；前記２号ターンオフ装置の陰極は、前記１号ブリッジの陰極として機能し；前記１号ターンオフ装置と、前記２号ターンオフ装置との間の接続点は、前記ハーフブリッジサブモジュールの第１端子として機能し；前記１号ブリッジの陰極は、前記ハーフブリッジサブモジュールの第２端子として機能し；前記１号ブリッジの陽極は、前記エネルギー貯蔵要素の陽極に接続し、前記１号ブリッジの陰極は前記エネルギー貯蔵要素の陰極に接続する。

前記フルブリッジサブモジュールは、逆並列ダイオードと、前記エネルギー貯蔵要素とを有する少なくとも４つのターンオフ装置を含み；第１ターンオフ装置の陰極は、第２ターンオフ装置の陽極に接続して１号ブリッジを形成し；前記第１ターンオフ装置の陽極は、前記１号ブリッジの陽極として機能し；前記第２ターンオフ装置の陰極は、前記１号ブリッジの陰極として機能し；前記第１ターンオフ装置と第２ターンオフ装置との間の接続点は、前記ハーフブリッジサブモジュールの第１端子として機能し；前記第３ターンオフ装置の陰極は、前記第４ターンオフ装置の陽極に接続して２号ブリッジを形成し；第３ターンオフ装置の陽極は、２号ブリッジの陽極として機能し；第４ターンオフ装置の陰極は、前記２号ブリッジの陰極として機能し；前記第３ターンオフ装置と前記第４ターンオフ装置との間の接続点は、前記フルブリッジサブモジュールの第２端子として機能し；前記１号ブリッジの陽極および前記２号ブリッジの陽極は、前記エネルギー貯蔵要素の陽極に接続し、前記１号ブリッジの陰極および前記２号ブリッジの陰極は、前記エネルギー貯蔵要素の陰極に接続する。

本発明のさらに好ましいソリューションでは、前記ステップ３の前記フルブリッジサブモジュールをハーフブロックされることは、具体的に、前記フルブリッジサブモジュールの前記第１ターンオフ装置をオンとし、前記第２、第３、および第４ターンオフ装置をオフにするか、または前記第１、第２、第３ターンオフ装置をオフとし、前記第４ターンオフ装置をオンにする。

本発明のさらに好ましいソリューションでは、前記ハーフブリッジモジュールをバイパスすることは、具体的には：前記ハーフブリッジサブモジュールの前記１号ターンオフ装置をオフにし、前記２号ターンオフ装置をオンにする。

本発明のさらに好ましいソリューションでは、前記フルブリッジサブモジュールをバイパスすることは、具体的には：前記フルブリッジサブモジュールの前記第１および前記第３ターンオフ装置をオフにして、前記第２および前記第４ターンオフ装置をオンにするか、または前記第１および前記第３ターンオフ装置をオンにして、前記第２および前記第４ターンオフ装置をオフにする。

本発明のさらに好ましいソリューションでは、前記ステップ４の前記ハーフコントロール充電プロセス完了の基準として、充電電流が設定値Ｉｓｅｔより少くなるか、またはＤＣ電圧が設定値Ｕｓｅｔより大きいこと、ここで、Ｉｓｅｔ＜０．１ｐｕおよびＵｓｅｔ＞０．５ｐｕである。

上記の解決策の使用により、本発明は以下の有益な効果を有する：
（１）本発明によって提供された充電方法は、ハーフブリッジサブモジュールの非コントロール段階で、ハーフブリッジサブモジュールの電圧を上げることができる；
（２）本発明によって提供された充電方法は、サブモジュールベースの自己電源の起動点を増やし、サブモジュールベースの自己電源の設計上の困難性を減らし、サブモジュールベースの自己電源の起動電圧を減らさずに、ＨＢＦＢ−ＭＭＣのスムーズな充電を達成し、起動プロセスを完了することができる。

図１は、ハーフブリッジおよびフルブリッジサブモジュールベースのハイブリッドモジュラーマルチレベルコンバータを示す；図２は、ＨＶＤＣコンバータステーションの単線概略図である；図３は、充電の第１フローチャートである；図４は、充電の第２フローチャートである；図５は、ハーフブリッジサブモジュールをブロックする概略図である；図６は、フルブリッジサブモジュールをブロックする概略図である；図７は、フルブリッジサブモジュールをハーフブロックする概略図である；図８は、ハーフブリッジサブモジュールをバイパスする概略図である；同様に図９は、フルブリッジサブモジュールをバイパスする概略図である。

本発明の技術的解決法を、添付の図面および特定の実施形態を参照して以下に説明する。

以下の実施形態で言及するサブモジュールベースのハイブリッドコンバータは、図１で示され、ここでは、ハーフブリッジサブモジュールの第１ターンオフ装置Ｑ１ｈおよび第２ターンオフ装置Ｑ２ｈ、同様にフルブリッジサブモジュールの第１ターンオフ装置Ｑ１ｆ、第２ターンオフ装置Ｑ２ｆ、第３ターンオフ装置Ｑ３ｆおよび第４ターンオフ装置Ｑ４ｆである。

サブモジュールベースのハイブリッドコンバータの充電方法、ここではコンバータのＡＣ側は、充電抵抗器と同様にそのバイパススイッチとインカムスイッチの装置によってＡＣ電力網に接続することが図２に示され；充電ステップは図３に示され、具体的なステップは以下に示される：

（１）コンバータバルブの充電抵抗器は非コントロール充電プロセスを実行するためにインカムスイッチＱＦを閉じ、安定したときに、フルブリッジサブモジュールの電圧はハーフブリッジサブモジュールの約２倍であり、両方の電圧は低くなる。

（２）フルブリッジサブモジュールベースの自己電源が正常に給電された後、すべての前記フルブリッジサブモジュールはハーフブロックされ、すべての前記ハーフブリッジサブモジュールはブロックされ、ＡＣ電力網は充電抵抗器により、前記ハーフブリッジサブモジュールおよびフルブリッジサブモジュールをさらに充電し、ハーフブリッジサブモジュールの電力供給を成功させる。

（３）充電電流が設定値Ｉｓｅｔより少くなるか、またはＤＣ電圧が設定値Ｕｓｅｔより大きくなった後に、ハーフコントロール充電プロセス完了、バイパススイッチＱＡを閉じ、充電抵抗器をバイパスし、ここで、Ｉｓｅｔ＜０．１ｐｕおよびＵｓｅｔ＞０。

（４）全コントロール充電プロセスを実行する。

フルブリッジサブモジュールをハーフブロックすることは、Ｑ１ｆ、Ｑ２ｆ、Ｑ３ｆをオフにしてＱ４ｆをオンにするか、またはＱ２ｆ、Ｑ３ｆ、Ｑ４ｆをオフにしてＱ１ｆをオンにすることを指し、図７に示される。

ハーフブリッジサブモジュールをバイパスすることは、Ｑ１ｈをオフにしてＱ２ｈをオンにすることを指し、図８に示される。フルブリッジサブモジュールをバイパスすることは、Ｑ１ｆとＱ３ｆをオフにしてＱ２ｆとＱ４ｆをオンにするか、またはＱ２ｆとＱ４ｆをオフにしてＱ１ｆとＱ３ｆをオンにすることを指し、図９に示される。

全コントロール充電プロセスでは、２タイプのサブモジュールの電圧の均等化は、コントロールターゲットとして行われる。ハーフブリッジサブモジュールとフルブリッジサブモジュールが集中的に分類されている場合、これらのサブモジュールは既存の文献に提供されている電圧均等化戦略とゲート方法に従って動作し；ハーフブリッジサブモジュールとフルブリッジサブモジュールがグループに分類されている場合、これらのモジュールは各ブリッジアームの総バイパス数に従って分配され、その後、既存の文献で規定されている電圧均等化戦略とゲート方法に従って動作する。

サブモジュールベースのハイブリッドコンバータの充電方法では、コンバータのＡＣ側は、充電抵抗器と同様にそのバイパススイッチとインカムスイッチの装置によってＡＣ電力網に接続し、図２に示され；充電ステップは図４に示され、具体的なステップは以下に示される：

（２）フルブリッジサブモジュールベースの自己電源が正常に給電された後、すべての前記フルブリッジサブモジュールはバイパスされ、すべての前記ハーフブリッジサブモジュールはブロックされ、ＡＣ電力網は充電抵抗器により、前記ハーフブリッジサブモジュールをさらに充電し、ハーフブリッジサブモジュールの電力供給を成功させる。

（３）ハーフブリッジサブモジュールの平均電圧が、フルブリッジサブモジュールの平均電圧のＫ倍以上、ここで、０．６＜Ｋ＜１．４になった後に、全てのフルブリッジサブモジュールをハーフブロックし、全てのハーフブリッジサブモジュールをブロックする。

（４）充電電流が設定値Ｉｓｅｔより少くなるか、またはＤＣ電圧が設定値Ｕｓｅｔより大きくなった後に、ハーフコントロール充電プロセス完了、バイパススイッチＱＡを閉じ、充電抵抗器をバイパスし、ここで、Ｉｓｅｔ＜０．１ｐｕおよびＵｓｅｔ＞０。

（５）全コントロール充電プロセスを実行する。

ハーフブリッジサブモジュールをバイパスすることは、Ｑ１ｈをオフにすること、Ｑ２ｈをオンにすることを指し、図８に示される。フルブリッジサブモジュールをバイパスすることは、Ｑ１ｆとＱ３ｆをオフにして、Ｑ２ｆとＱ４ｆをオンにするか、またはＱ２ｆとＱ４ｆをオフにして、Ｑ１ｆとＱ３ｆをオンにすることを指し、図９に示される。

全コントロール充電プロセスでは、２タイプのサブモジュールの電圧の均等化は、コントロールターゲットとして行われる。ハーフブリッジサブモジュールおよびフルブリッジサブモジュールが集中的にソートされている場合、これらのサブモジュールは既存の文献に提供されている電圧均等化ストラテジーおよびゲート方法に従って動作し；ハーフブリッジサブモジュールおよびフルブリッジサブモジュールがグループにソートされている場合、これらのモジュールは各ブリッジアームの総バイパス数に従って分配され、その後、既存の文献に提供されている電圧均等化ストラテジーおよびゲート方法に従って動作する。

前述の実施形態は、本発明の技術的思想を説明するために使用しているが、本発明の保護範囲を限定することを意図していない。本発明の技術的思想による技術的解決法に基づいてなされた、いかなる修正も、本発明の保護の範囲内にあるものとする。

Claims

サブモジュールベースのハイブリッドコンバータの充電方法であって、この方法が以下の具体的な充電ステップを含み：
ステップ（１）：コンバータによる非コントロール充電プロセスを実行し、
ステップ（２）：フルブリッジサブモジュールベースの自己電源に電力を供給し、電力供給が成功した後に、前記フルブリッジサブモジュールはハーフブロックされ、ハーフブリッジサブモジュールはブロックされ、
ステップ（３）：前記コンバータがハーフコントロール充電プロセスを実行し、前記ハーフコントロール充電プロセスが完了した後に、充電抵抗器のバイパススイッチを閉じ、
ステップ（４）：前記コンバータが全コントロール充電プロセスを実行し、
前記サブモジュールベースのハイブリッドコンバータは少なくとも１つフェーズユニットを含み、前記各フェーズユニットは、アッパーブリッジアームおよびローワーブリッジアームを含み、前記アッパーブリッジアームおよび前記ローワーブリッジアームは、それぞれ直列に接続する少なくとも１つのハーフブリッジサブモジュール、少なくとも１つのフルブリッジサブモジュール、および少なくとも１つの充電抵抗器を含み、コンバータのＡＣ側は、充電抵抗器と同様に、該充電抵抗器と並列に接続されるバイパススイッチおよび直列に接続されるインカムスイッチの装置によって、ＡＣ電力網に接続し、
前記フルブリッジサブモジュールおよび前記ハーフブリッジサブモジュールが、それぞれ、エネルギー貯蔵要素を備え、前記充電方法が、該エネルギー貯蔵要素を充電するための方法であり、
ステップ（１）の前記コンバータによる非コントロール充電プロセスは、前記充電抵抗器が、前記インカムスイッチを閉じ、Ｉｓｅｔ＜０．１ｐｕ（１．０ｐｕは充電電流の設定値に相当）、前記フルブリッジサブモジュールの電圧は前記ハーフブリッジサブモジュールの約２倍となる、プロセスであり、
ステップ（３）の前記ハーフコントロール充電プロセスは、前記充電抵抗器が、前記インカムスイッチを閉じ、充電電流が設定値Ｉｓｅｔより小さくなるか、または該充電抵抗器におけるＤＣ電圧が設定値Ｕｓｅｔより大きくなった後に、完了するプロセスであり、
ステップ（４）の前記全コントロール充電プロセスは、電圧の均等化のために、前記ハーフブリッジサブモジュールのいくつかをブロックし、ハーフブリッジサブモジュールのいくつかをバイパスすること；および前記フルブリッジサブモジュールのいくつかをハーフブロックし、前記フルブリッジサブモジュールのいくつかをバイパスする、方法。
前記各ハーフブリッジサブモジュールは、逆並列ダイオードと前記エネルギー貯蔵要素を有する少なくとも２つのターンオフ装置を含み；１号ターンオフ装置の陰極は、２号ターンオフ装置の陽極に接続して１号ブリッジを形成し；前記１号ターンオフ装置の陽極は、前記１号ブリッジの陽極として機能し；前記２号ターンオフ装置の陰極は、前記１号ブリッジの陰極として機能し；前記１号ターンオフ装置と前記２号ターンオフ装置との間の接続点は、前記ハーフブリッジサブモジュールの第１端子として機能し；前記１号ブリッジの陰極は前記ハーフブリッジサブモジュールの第２端子として機能し；前記１号ブリッジの陽極は前記エネルギー貯蔵要素の陽極に接続し、前記１号ブリッジの陰極は前記エネルギー貯蔵要素の陰極に接続し；
前記フルブリッジサブモジュールは、逆並列ダイオードと、前記エネルギー貯蔵要素とを有する少なくとも４つのターンオフ装置を含み；第１ターンオフ装置の陰極は、第２ターンオフ装置の陽極に接続して１号ブリッジを形成し；前記第１ターンオフ装置の陽極は、前記１号ブリッジの陽極として機能し；前記第２ターンオフ装置の陰極は、前記１号ブリッジの陰極として機能し；前記第１ターンオフ装置と前記第２ターンオフ装置との間の接続点は、前記フルブリッジサブモジュールの第１端子として機能し；第３ターンオフ装置の陰極は、第４ターンオフ装置の陽極に接続して２号ブリッジを形成し；前記第３ターンオフ装置の陽極は、前記２号ブリッジの陽極として機能し；前記第４ターンオフ装置の陰極は、２号ブリッジの陰極として機能し；前記第３ターンオフ装置と、前記第４ターンオフ装置の間の接続点は、前記フルブリッジサブモジュールの第２端子として機能し；前記１号ブリッジの陽極および２号ブリッジの陽極は、前記エネルギー貯蔵要素の陽極に接続し、１号ブリッジの陰極および２号ブリッジの陰極は、前記エネルギー貯蔵要素の陰極に接続する、請求項1に記載のサブモジュールベースのハイブリッドコンバータの充電方法。
ステップ（２）の前記フルブリッジサブモジュールをハーフブロックすることは、具体的には：フルブリッジサブモジュールの前記第１ターンオフ装置をオンにして、前記第２、第３および第４のターンオフ装置をオフにすることか、または前記第１、第２および第３のターンオフ装置をオフにして、前記第４のターンオフ装置をオンにする、請求項２に記載のサブモジュールベースのハイブリッドコンバータの充電方法。
前記ハーフブリッジサブモジュールを前記バイパスすることは、前記ハーフブリッジサブモジュールの１号ターンオフ装置をオフにし、２号ターンオフ装置をオンにする、請求項２に記載のサブモジュールベースのハイブリッドコンバータの充電方法。
前記フルブリッジサブモジュールをバイパスすることは、具体的には；前記フルブリッジサブモジュールの第１および第３ターンオフ装置をオフにし、第２および第４ターンオフ装置をオンにするか、または第１および第３ターンオフ装置をオンにし、第２および第４ターンオフ装置をオフにする、請求項１に記載のサブモジュールベースのハイブリッドコンバータの充電方法。
ステップ（３）の前記ハーフコントロール充電プロセス完了の基準として、充電電流が設定値Ｉｓｅｔより少くなるか、またはＤＣ電圧が設定値Ｕｓｅｔより大きいこと、ここで、Ｉｓｅｔ＜０．１ｐｕ（１．０ｐｕは充電電流の設定値に相当）およびＵｓｅｔ＞０．５ｐｕ（１．０ｐｕはＤＣ電圧の設定値に相当）である、請求項1に記載のサブモジュールベースのハイブリッドコンバータの充電方法。
ステップ１：コンバータによる非コントロール充電プロセスを実行し、
ステップ２：フルブリッジサブモジュールベースの自己電源に電力を供給し、電力供給が成功した後に、すべての前記フルブリッジサブモジュールはバイパスされ、すべてのハーフブリッジサブモジュールはブロックされ、
ステップ３：前記ハーフブリッジサブモジュールの平均電圧が、全ての前記フルブリッジサブモジュールの平均電圧のＫ倍以上であって、０．６＜Ｋ＜１．４となった後に、全ての前記フルブリッジサブモジュールをハーフブロックし、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールをブロックし、および
ステップ４：前記コンバータがハーフコントロール充電プロセスを実行し、前記ハーフコントロール充電プロセスが完了した後に、充電抵抗器のバイパススイッチを閉じ、
ステップ５：前記コンバータが全コントロール充電プロセスを実行し、
前記コンバータは少なくとも１つフェーズユニットを含み、前記各フェーズユニットは、アッパーブリッジアームおよびローワーブリッジアームを含み、前記アッパーブリッジアームおよび前記ローワーブリッジアームは、それぞれ直列に接続する少なくとも１つのハーフブリッジサブモジュール、少なくとも１つのフルブリッジサブモジュール、および少なくとも１つの充電抵抗器を含み、コンバータのＡＣ側は、充電抵抗器と同様に、該充電抵抗器と並列に接続されるバイパススイッチおよび直列に接続されるインカムスイッチの装置によって、ＡＣ電力網に接続し、
前記フルブリッジサブモジュールおよび前記ハーフブリッジサブモジュールが、それぞれ、エネルギー貯蔵要素を備え、前記充電方法が、該エネルギー貯蔵要素を充電するための方法であり、
前記ステップ１の前記コンバータによる非コントロール充電プロセスは、前記充電抵抗器が、前記インカムスイッチを閉じ、Ｉｓｅｔ＜０．１ｐｕ（１．０ｐｕは充電電流の設定値に相当）、前記フルブリッジサブモジュールの電圧は前記ハーフブリッジサブモジュールの約２倍となる、プロセスであり、
前記ステップ４の前記ハーフコントロール充電プロセスは、前記充電抵抗器が、前記インカムスイッチを閉じ、充電電流が設定値Ｉｓｅｔより小さくなるか、または該充電抵抗器におけるＤＣ電圧が設定値Ｕｓｅｔより大きくなった後に、完了するプロセスであり、
前記ステップ５の前記全コントロール充電プロセスは、電圧の均等化のために、前記ハーフブリッジサブモジュールのいくつかをブロックすること、前記ハーフブリッジサブモジュールのいくつかをバイパスすること；前記フルブリッジサブモジュールのいくつかをハーフブロックすること、および前記フルブリッジサブモジュールのいくつかをバイパスすることである、方法。
前記各ハーフブリッジサブモジュールは、逆並列ダイオードと前記エネルギー貯蔵要素とを有する少なくとも２つのターンオフ装置を含み；１号ターンオフ装置の陰極は、２号ターンオフ装置の陽極に接続して１号ブリッジを形成し；前記１号ターンオフ装置の陽極は、前記１号ブリッジの陽極として機能し；前記２号ターンオフ装置の陰極は、前記１号ブリッジの陰極として機能し；前記１号ターンオフ装置と、前記２号ターンオフ装置との間の接続点は、前記ハーフブリッジサブモジュールの第１端子として機能し；前記１号ブリッジの陰極は、前記ハーフブリッジサブモジュールの第２端子として機能し；前記１号ブリッジの陽極は、前記エネルギー貯蔵要素の陽極に接続し、前記１号ブリッジの陰極は前記エネルギー貯蔵要素の陰極に接続し；
前記フルブリッジサブモジュールは、逆並列ダイオードと、前記エネルギー貯蔵要素とを有する少なくとも４つのターンオフ装置を含み；第１ターンオフ装置の陰極は、第２ターンオフ装置の陽極に接続して１号ブリッジを形成し；前記第１ターンオフ装置の陽極は、前記１号ブリッジの陽極として機能し；前記第２ターンオフ装置の陰極は、前記１号ブリッジの陰極として機能し；前記第１ターンオフ装置と前記第２ターンオフ装置との間の接続点は、前記フルブリッジサブモジュールの第１端子として機能し；第３ターンオフ装置の陰極は、第４ターンオフ装置の陽極に接続して２号ブリッジを形成し；前記第３ターンオフ装置の陽極は、前記２号ブリッジの陽極として機能し；前記第４ターンオフ装置の陰極は、２号ブリッジの陰極として機能し；前記第３ターンオフ装置と、前記第４ターンオフ装置の間の接続点は、前記フルブリッジサブモジュールの第２端子として機能し；前記１号ブリッジの陽極および２号ブリッジの陽極は、前記エネルギー貯蔵要素の陽極に接続し、１号ブリッジの陰極および２号ブリッジの陰極は、前記エネルギー貯蔵要素の陰極に接続する、請求項７に記載のサブモジュールベースのハイブリッドコンバータの充電方法。
前記ステップ３の前記フルブリッジサブモジュールをハーフブロックされることは、具体的に、前記フルブリッジサブモジュールの前記第１ターンオフ装置をオンとし、前記第２、第３、および第４ターンオフ装置をオフにするか、または前記第１、第２、第３ターンオフ装置をオフとし、前記第４ターンオフ装置をオンにする、請求項７に記載のサブモジュールベースのハイブリッドコンバータの充電方法。
前記ハーフブリッジモジュールをバイパスすることは、具体的には、前記ハーフブリッジサブモジュールの１号ターンオフ装置をオフにし、２号ターンオフ装置をオンにすることである、請求項７に記載のサブモジュールベースのハイブリッドコンバータの充電方法。
前記フルブリッジサブモジュールをバイパスすることは、具体的には、前記フルブリッジサブモジュールの第１および第３ターンオフ装置をオフにして、第２および第４ターンオフ装置をオンにするか、または第１および第３ターンオフ装置をオンにして、第２および第４ターンオフ装置をオフにすることである、請求項７に記載のサブモジュールベースのハイブリッドコンバータの充電方法。
前記ステップ４の前記ハーフコントロール充電プロセス完了の基準として、充電電流が設定値Ｉｓｅｔより少くなるか、またはＤＣ電圧が設定値Ｕｓｅｔより大きいこと、ここで、Ｉｓｅｔ＜０．１ｐｕ（１．０ｐｕは充電電流の設定値に相当）およびＵｓｅｔ＞０．５ｐｕ（１．０ｐｕはＤＣ電圧の設定値に相当）である、請求項７に記載のサブモジュールベースのハイブリッドコンバータの充電方法。