[发明专利]电力变换装置

说明书

技术领域

本发明涉及电力变换装置，尤其涉及由3个集群(cluster)构成的三相电力变换装置，其中集群由1个或多个单位单元的串联体组成。

背景技术

级联多级变换器(以下称为CMC)采取以下电路方式：使用能够进行绝缘栅极双极性晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，以下称为IGBT)等的导通/截止控制的开关元件，从而可以输出所述开关元件的耐压以上的电压。根据非专利文献1，CMC是将集群和电抗器的3个串联体进行星型接线而构成的，其中集群是多个单位单元的串联体。

根据非专利文献1，各单位单元是单相全桥电路，其具备多个开关元件和直流电容器。单位单元通过对开关元件的导通/截止进行控制，从而输出直流电容器的两端电压(以下称为直流电压)、直流电压的相反极性的电压、或零电压。

由于各集群是1个或多个单位单元的串联体，故各集群的输出电压(以下称为集群电压)就成为该集群所包含的1个或多个单位单元的输出电压之和。在各集群包括多个单位单元的情况下，通过使该集群内的各单位单元的切换定时适当地发生偏移，从而可以将集群电压设为多级波形。因此，通过增加各集群所包含的单位单元的个数，从而可以降低集群电压的高次谐波成分。

非专利文献1将CMC与电力系统进行互联，示出基于CMC的自激式无功功率补偿装置(以下称为CMC-STATCOM)的实验结果。再有，非专利文献1还公开了：即便在电力系统中产生了瞬时电压下降(以下称为瞬低)的情况下也能够持续运行CMC-STATCOM。

在先技术文献

非专利文献

非专利文献1：吉井/井上/赤木：「无变压器·级联PWM STATCOM的直流电压控制方法的研究」，电学学会半导体电力变换/工业电力电机应用研究会资料，SPC-07-115/IEA-07-38，pp.32-36。

发明内容

【发明所要解决的技术问题】

非专利文献1公开了使CMC所包含的多个单位单元的直流电压平衡的直流电压平衡控制(以下称为平衡控制)。

所述平衡控制分为集群平衡控制和级间平衡控制。

集群平衡控制指的是：使各集群所包含的单位单元的直流电压的平均值(以下称为集群平均直流电压)和所有的单位单元的直流电压的平均值(以下称为全部平均直流电压)一致的控制。

集群平衡控制通过将根据全部平均直流电压与集群平均直流电压之差运算出的零相电压指令值叠加到各集群的集群电压指令值中，从而对流入各集群的有功功率进行调节。由此，按照使全部平均直流电压与集群平均直流电压之差成为零的方式进行反馈控制。

级间平衡控制使1个集群内的多个单位单元的直流电压平衡。

根据非专利文献1，即便在电力系统中产生了瞬低的情况下也能够使CMC-STATCOM持续运行。但是，即便进行了上述平衡控制，在瞬低时集群平均直流电压也会产生不平衡。即，直流电压自额定值开始上升、或下降。

因此，在非专利文献1的CMC中，需要在瞬低时的直流电压上升过程中将直流电容器的耐压设计得较高，导致直流电容器的大型化。

【用于解决问题的技术方案】

首先，对在非专利文献1记载的CMC-STATCOM中瞬低时集群平均直流电压产生不平衡的原因进行说明。然后，对防止集群平均直流电压不平衡的产生的解决对策进行说明。

瞬低时的电力系统的电压(以下称为系统电压)含有反相成分。在瞬低过程中，各集群输出与系统电压所包含的反相成分基本相等的反相电压，以防止反相电流流动。

由于各集群输出的反相电压和各集群中流动的正相无功电流会形成不平衡电力，故各集群的流入有功功率产生不平衡，结果导致集群平均直流电压产生不平衡。

非专利文献1的集群平衡控制虽然在检测出集群平均直流电压的不平衡之后，对使集群平均直流电压平衡的零相电压指令值进行运算，但由于各单位单元的直流电压检测是借助于低通滤波器(LPF)的，故平衡控制的响应速度由所述LPF大致决定。因此，无法追踪瞬低等的几十ms～几百ms的现象。因而，不能防止直流电压的上升或下降。

另外，在单位单元为单相变换器的CMC中，由于直流电压以电力系统的2倍频率产生变动，故所述LPF必须除去该变动后对直流电压进行检测/控制。

为了解决上述课题，本发明提供以下的解决对策。