[发明专利]电力变换装置

说明书

提供一种电力变换装置，具有输出低高次谐波的交流电压、电流的功能，同时能够降低体积、电力变换损耗。将直流电源(20)的直流正端子和开关元件(11)连接，将直流电源(20)的直流负端子和开关元件(14)连接。将串联连接的电容器(18)和电容器(19)与直流电源(20)并联地连接，将用电容器(18)以及电容器(19)分割出的直流中性点和开关元件(12)以及开关元件(13)连接。将开关元件(12)和斩波器单元群电路(15)的正端子连接，将开关元件(13)和斩波器单元群电路(16)的负端子连接，将斩波器单元群电路(15)的负端子和斩波器单元群电路(16)的正端子连接，将其作为输出交流端子。

本申请是申请号为201580002227.2、申请日为2015年1月29日、发明名称为“电力变换装置”的分案申请。

技术领域

本发明的实施方式涉及在交流与直流之间相互变换电力的电力变换装置。

背景技术

近年来，风力发电、太阳能光发电、太阳能热发电等可再生能源的普及得到了促进，但为了通过可再生能源提供更大的电力，开始研究海上风力发电、在沙漠地带中的太阳能光、太阳能热发电。在海上风力发电中，需要将发出的电力通过海底缆线大电力输电至作为消耗地的都市、或者将大电力长距离地从非洲、中国内陆的沙漠地带高效地输电至欧洲、沿岸地带的大都市。在这样的要求中，相比于以往的利用三相交流的电力输电，直流输电更高效，能够抑制成本地进行设置，所以开始研究直流输电网的构筑。

在直流输电中，需要将发出的交流电力变换为直流输电用的直流的转换器、将输送来的直流变换为都市内的交流的逆变器等电力变换装置。当前，能够以使与转换器、逆变器的开关相伴的高次谐波不流出到交流系统的方式，输出接近正弦波的电压波形，能够削减输出滤波器的MMC(Modular Multilevel Converter：模块化多电平变流器)得到了实用化。

图10示出构成以往的MMC的单位部件的电路图。

作为单位部件的斩波器单元C是将分支1和电容器(c_ch)2并联地连接了的结构。分支1是将具有自消弧能力的两个开关元件(sw_ch1)3a、开关元件(sw_ch2)3b串联地连接两个而构成的。

图11示出在以往的直流输电用途中使用的MMC的一个例子。在MMC50中，U相分支51、V相分支52、W相分支53与直流电源54并联地连接。各分支与三相变压器(tr)55连接，该三相变压器(tr)55与电力系统(V_S)56连接。各分支是将上述斩波器单元C串联地配置了12个的结构。另外，在U相分支51的中央部设置了电抗器(lb_up)57a以及电抗器(lb_un)57b，在V相分支52的中央部设置了电抗器(lb_vp)58a以及电抗器(lb_vn)58b，在W相分支53的中央部设置了电抗器(lb_wp)59a以及电抗器(lb_wn)59b。

当以U相分支51为例子来说明该MMC50的动作时，从直流电源54的输入直流电压v_dc减去正侧斩波器单元ch_up1～6的合计电压v_up，从基准电位加上负侧斩波器单元ch_un1～6的合计电压v_un，从而得到交流电压，进而通过三相变压器(tr)55变换为期望的交流电压。另外，通过电抗器(lb_up)57a以及电抗器(lb_un)57b，抑制由于输入直流电压v_dc和斩波器单元输出电压v_up+v_un的短路所致的电流增大。关于V相分支52以及W相分支53也是同样的。通过以上说明的动作，生成三相交流电压。

专利文献1：日本特表2010-512134号公报

发明内容

但是，在MMC50中在斩波器单元C的电容器中原则上产生与输出交流频率等同的电力脉动，所以为了将电容器电压的变动抑制为恒定的值，需要增大电容器的电容。在直流电压涉及几十kV～几百kV的直流输电的情况下，如果斩波器单元C的数量变多，则电容器体积与其成比例地变大，而存在MMC50的体积变大这样的课题。