JP6930322B2

JP6930322B2 - Power converter and Rankine cycle system

Info

Publication number: JP6930322B2
Application number: JP2017176771A
Authority: JP
Inventors: 篤史森本
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2017-09-14
Filing date: 2017-09-14
Publication date: 2021-09-01
Anticipated expiration: 2037-09-14
Also published as: JP2019054625A

Description

本開示は、回転機の駆動制御、電源装置などに用いられるマルチレベルインバータを用いた電力変換装置及びランキンサイクルシステムに関する。 The present disclosure relates to a power conversion device and a Rankine cycle system using a multi-level inverter used for drive control of a rotating machine, a power supply device, and the like.

従来のこの種の電力変換装置としては、１対の直列接続されたコンデンサで中性点を生成し、３レベルをスイッチングして出力する３レベルインバータが提案されていた（例えば、特許文献１参照）。図６は、特許文献１に記載された従来の電力変換装置の構成を示すものである。 As a conventional power conversion device of this type, a three-level inverter that generates a neutral point with a pair of capacitors connected in series and switches and outputs three levels has been proposed (see, for example, Patent Document 1). ). FIG. 6 shows the configuration of the conventional power conversion device described in Patent Document 1.

図６に示すように、従来の電力変換装置は、正負の直流母線間に直列接続され中性点が第二線に接続される正側母線コンデンサ１０１、負側母線コンデンサ１０２および、正負の直流母線間に直列接続されるスイッチ素子１０３、１０４ならびに、スイッチ素子１０３、１０４の接続点と中性点との間に接続されるリアクトル１０５を有するバランス回路１０６などを備える。この電力変換装置は、正側母線コンデンサ１０１と負側母線コンデンサ１０２との間の電圧差に応じてスイッチ素子１０３あるいは１０４のうちの何れか一方を動作させることで、電圧をバランスさせながらインバータ１０７を３レベル出力するように構成されている。 As shown in FIG. 6, in the conventional power conversion device, the positive and negative DC buses are connected in series and the neutral point is connected to the second wire, and the positive and negative DCs are connected to the positive and negative bus capacitors 102. It includes switch elements 103 and 104 connected in series between the buses, and a balance circuit 106 having a reactor 105 connected between the connection point and the neutral point of the switch elements 103 and 104. This power conversion device operates either the switch element 103 or 104 according to the voltage difference between the positive bus capacitor 101 and the negative bus capacitor 102, thereby balancing the voltage of the inverter 107. Is configured to output 3 levels.

特開２０１４−３３５６５号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-335565

しかしながら、特許文献１に示された従来の構成では、電力変換装置内部の主機に相当するマルチレベルインバータに接続された負荷における漏れ電流のみが低減され、電力変換装置内部の補機に接続された負荷においては漏れ電流が低減されないという課題がある。 However, in the conventional configuration shown in Patent Document 1, only the leakage current in the load connected to the multi-level inverter corresponding to the main engine inside the power converter is reduced, and the current is connected to the auxiliary machine inside the power converter. There is a problem that the leakage current is not reduced in the load.

従来の課題を解決するために、本開示は、直流電源から供給される直流電圧を用いて中間電圧を生成するコンバータ回路と、前記コンバータ回路に接続され、前記直流電圧及び前記中間電圧を入力して駆動し、少なくとも３つのレベルで制御されるマルチレベルインバータ回路と、前記コンバータ回路に接続され、前記中間電圧を入力して駆動するインバータ回路と、前記マルチレベルインバータ回路及び前記インバータ回路を制御するとともに、前記コンバータ回路で生成される前記中間電圧が予め設定された電圧で維持されるように前記コンバータ回路を制御する制御装置と、を備える電力変換装置を提供する。 In order to solve the conventional problems, the present disclosure discloses a converter circuit that generates an intermediate voltage using a DC voltage supplied from a DC power supply, and is connected to the converter circuit to input the DC voltage and the intermediate voltage. Controls a multi-level inverter circuit that is driven by and controlled at at least three levels, an inverter circuit that is connected to the converter circuit and is driven by inputting the intermediate voltage, and the multi-level inverter circuit and the inverter circuit. At the same time, the present invention provides a power conversion device including a control device for controlling the converter circuit so that the intermediate voltage generated by the converter circuit is maintained at a preset voltage.

本開示に係る技術によれば、マルチレベルインバータ回路に接続された負荷及びインバータ回路に接続された負荷の両方の負荷において、同時に電圧変化率が抑制されるとともに漏れ電流を抑制することができる。 According to the technique according to the present disclosure, the voltage change rate can be suppressed and the leakage current can be suppressed at the same time in both the load connected to the multi-level inverter circuit and the load connected to the inverter circuit.

本開示の実施の形態１における電力変換装置の構成図Configuration diagram of the power conversion device according to the first embodiment of the present disclosure. 本開示の実施の形態１における制御装置の第１制御部の制御ブロック図The control block diagram of the first control unit of the control device according to the first embodiment of the present disclosure. 本開示の実施の形態１における制御装置の第２制御部の制御ブロック図A control block diagram of a second control unit of the control device according to the first embodiment of the present disclosure. 本開示の実施の形態１における制御装置の第３制御部の制御ブロック図A control block diagram of a third control unit of the control device according to the first embodiment of the present disclosure. 本開示の実施の形態１における電力変換装置の各部の動作波形を示す図The figure which shows the operation waveform of each part of the power conversion apparatus in Embodiment 1 of this disclosure. 本開示の実施の形態２におけるランキンサイクルシステムの構成図Configuration diagram of the Rankine cycle system according to the second embodiment of the present disclosure. 本開示の実施の形態２における電力変換装置の各部の動作波形を示す図The figure which shows the operation waveform of each part of the power conversion apparatus in Embodiment 2 of this disclosure. 特許文献１における従来の電力変換装置の構成図Configuration diagram of the conventional power conversion device in Patent Document 1

＜本発明者の検討に基づく知見＞
特許文献１に示す従来の電力変換装置では、主機に相当するマルチレベルインバータ出力のコモンモード成分のみが低減される。すなわち、主機に相当する部分に接続された負荷における漏れ電流のみが低減される。しかし、この従来の電力変換装置内部の補機側に接続された負荷に対しては、漏れ電流の低減効果を有さないという課題があることを、本発明者は発見した。これに関して本発明者は、コンバータ回路で生成した中間電圧が、主機に相当するマルチレベルインバータ回路の中間電圧、及び、補機に相当するインバータ回路の入力電圧、の両方の電圧として併用されることに着目した。すなわち、マルチレベルインバータ回路に接続された負荷はレベル数に応じて電圧変化率が抑制されるが、同時に、インバータ回路に接続された負荷はマルチレベルインバータ回路の最大電圧よりも低い中間電圧で駆動することとなるため、インバータ回路に接続された負荷も電圧変化率が抑制される。したがって、マルチレベルインバータ回路による入出力電力及びインバータ回路による入出力電力の影響を受けて変動する中間電圧を、所望の設定電圧となるように制御することができれば、これら両方の負荷は、同時に電圧変化率が抑制され、漏れ電流を抑制することができる。 <Knowledge based on the study of the present inventor>
In the conventional power conversion device shown in Patent Document 1, only the common mode component of the multi-level inverter output corresponding to the main engine is reduced. That is, only the leakage current in the load connected to the portion corresponding to the main engine is reduced. However, the present inventor has discovered that there is a problem that the load connected to the auxiliary machine side inside the conventional power conversion device does not have the effect of reducing the leakage current. In this regard, the present inventor uses the intermediate voltage generated by the converter circuit as both the intermediate voltage of the multi-level inverter circuit corresponding to the main engine and the input voltage of the inverter circuit corresponding to the auxiliary machine. I paid attention to. That is, the voltage change rate of the load connected to the multi-level inverter circuit is suppressed according to the number of levels, but at the same time, the load connected to the inverter circuit is driven by an intermediate voltage lower than the maximum voltage of the multi-level inverter circuit. Therefore, the voltage change rate of the load connected to the inverter circuit is also suppressed. Therefore, if the intermediate voltage that fluctuates under the influence of the input / output power of the multi-level inverter circuit and the input / output power of the inverter circuit can be controlled to be the desired set voltage, both of these loads are simultaneously voltageed. The rate of change is suppressed, and the leakage current can be suppressed.

なお、本明細書における中間電圧とは、絶対値でみたときに、最大電圧よりも小さい任意の電圧のことを示す。例えば、最大電圧をＶmaxとすると、中間電圧は０よりも大きくＶmax 未満の電圧のことを指す。典型的な例としては、中間電圧をＶmax／２とすることができる。 The intermediate voltage in the present specification means an arbitrary voltage smaller than the maximum voltage when viewed in absolute value. For example, if the maximum voltage is Vmax, the intermediate voltage is a voltage greater than 0 and less than Vmax. As a typical example, the intermediate voltage can be Vmax / 2.

以上を踏まえ、本発明者は、主機に接続された負荷に対してだけでなく、補機に接続された負荷に対しても、漏れ電流を低減することができる電力変換装置を検討した。 Based on the above, the present inventor has studied a power conversion device capable of reducing leakage current not only for a load connected to a main engine but also for a load connected to an auxiliary engine.

本開示の第１態様は、
直流電源から供給される直流電圧を用いて中間電圧を生成するコンバータ回路と、
前記コンバータ回路に接続され、前記直流電圧及び前記中間電圧を入力して駆動し、少なくとも３つのレベルで制御されるマルチレベルインバータ回路と、
前記コンバータ回路に接続され、前記中間電圧を入力して駆動するインバータ回路と、
前記マルチレベルインバータ回路及び前記インバータ回路を制御するとともに、前記コンバータ回路で生成される前記中間電圧が予め設定された電圧で維持されるように前記コンバータ回路を制御する制御装置と、
を備える電力変換装置を提供する。 The first aspect of the present disclosure is
A converter circuit that generates an intermediate voltage using the DC voltage supplied from the DC power supply,
A multi-level inverter circuit connected to the converter circuit, driven by inputting the DC voltage and the intermediate voltage, and controlled at at least three levels.
An inverter circuit connected to the converter circuit and driven by inputting the intermediate voltage,
A control device that controls the multi-level inverter circuit and the inverter circuit, and controls the converter circuit so that the intermediate voltage generated by the converter circuit is maintained at a preset voltage.
Provide a power conversion device comprising.

第１態様によれば、コンバータ回路で生成した中間電圧は、マルチレベルインバータ回路の中間電圧、及びインバータ回路の入力電圧の両方の電圧として併用される。そして、マルチレベルインバータ回路に接続された負荷はレベル数に応じて電圧変化率が抑制され、同時に、インバータ回路に接続された負荷はマルチレベルインバータ回路の最大電圧よりも低い中間電圧で駆動することとなるため、これら両方の負荷は同時に電圧変化率が抑制され、漏れ電流を抑制することができる。 According to the first aspect, the intermediate voltage generated by the converter circuit is used together as both the intermediate voltage of the multi-level inverter circuit and the input voltage of the inverter circuit. The voltage change rate of the load connected to the multi-level inverter circuit is suppressed according to the number of levels, and at the same time, the load connected to the inverter circuit is driven by an intermediate voltage lower than the maximum voltage of the multi-level inverter circuit. Therefore, the voltage change rate of both of these loads is suppressed at the same time, and the leakage current can be suppressed.

本開示の第２態様は、第１態様に加え、
前記制御装置は、
前記インバータ回路の入力電圧の検出値、前記直流電圧の検出値、及び、前記コンバータ回路の出力電流の検出値に基づいて、前記中間電圧が予め設定された電圧で維持されるように制御する、
電力変換装置を提供する。 The second aspect of the present disclosure is in addition to the first aspect.
The control device is
Based on the detected value of the input voltage of the inverter circuit, the detected value of the DC voltage, and the detected value of the output current of the converter circuit, the intermediate voltage is controlled to be maintained at a preset voltage.
Provide a power converter.

第２態様によれば、コンバータ回路で生成される中間電圧を、より安定的に、予め設定された電圧で維持することができる。 According to the second aspect, the intermediate voltage generated by the converter circuit can be more stably maintained at a preset voltage.

本開示の第３態様は、第１態様または第２態様に加え、
前記コンバータ回路は、
複数の前記中間電圧を生成し、
前記インバータ回路は、
前記複数の中間電圧のうちいずれかの電圧を入力して駆動する、
電力変換装置を提供する。 A third aspect of the present disclosure is in addition to the first or second aspect.
The converter circuit
Generate multiple said intermediate voltages
The inverter circuit
It is driven by inputting any one of the plurality of intermediate voltages.
Provide a power converter.

第３態様によれば、複数の中間電圧の中から、インバータ回路に接続された負荷に応じて適切な電圧を選択することができる。 According to the third aspect, an appropriate voltage can be selected from a plurality of intermediate voltages according to the load connected to the inverter circuit.

本開示の第４態様は、
作動流体を圧送するポンプ、前記作動流体を加熱する蒸発器、前記作動流体を膨張させる膨張機、及び前記作動流体を凝縮させる凝縮器がこの順に環状に接続されたランキンサイクル流路と、前記ポンプに接続されたモータと、前記膨張機に接続されて第１の交流電圧を生成し出力する発電機と、を備えるランキンサイクル装置と、
前記発電機から出力された前記第１の交流電圧を入力して直流電圧に変換し、前記直流電圧を出力する電力供給装置と、
第１態様から第３態様のいずれか一つの電力変換装置と、
を有し、
前記電力供給装置は、
前記コンバータ回路及び前記マルチレベルインバータ回路に対して前記直流電圧を供給する前記直流電源として動作し、
前記インバータ回路は、
入力される前記中間電圧を第２の交流電圧に変換し、前記第２の交流電圧を前記モータに供給する、
ランキンサイクルシステムを提供する。 A fourth aspect of the present disclosure is
A Rankine cycle flow path in which a pump for pumping the working fluid, an evaporator for heating the working fluid, an expander for expanding the working fluid, and a condenser for condensing the working fluid are connected in this order in an annular shape, and the pump. A Rankine cycle apparatus including a motor connected to the above and a generator connected to the expander to generate and output a first AC voltage.
A power supply device that inputs the first AC voltage output from the generator, converts it into a DC voltage, and outputs the DC voltage.
With the power conversion device of any one of the first to third aspects,
Have,
The power supply device is
It operates as the DC power supply that supplies the DC voltage to the converter circuit and the multi-level inverter circuit.
The inverter circuit
The input intermediate voltage is converted into a second AC voltage, and the second AC voltage is supplied to the motor.
Provides the Rankine cycle system.

第４態様によれば、コンバータ回路で生成した中間電圧は、マルチレベルインバータ回路の中間電圧、及びインバータ回路の入力電圧の両方の電圧として併用される。そして、マルチレベルインバータ回路に接続された、例えば商用電源などの負荷はレベル数に応じて電圧変化率が抑制され、同時に、インバータ回路に接続された負荷であるモータはマルチレベルインバータ回路の最大電圧よりも低い中間電圧で駆動することとなるため、これら両方の負荷は同時に電圧変化率が抑制され、漏れ電流を抑制することができる。 According to the fourth aspect, the intermediate voltage generated by the converter circuit is used together as both the intermediate voltage of the multi-level inverter circuit and the input voltage of the inverter circuit. The voltage change rate of the load connected to the multi-level inverter circuit, such as a commercial power supply, is suppressed according to the number of levels, and at the same time, the motor, which is the load connected to the inverter circuit, has the maximum voltage of the multi-level inverter circuit. Since it is driven by a lower intermediate voltage, both of these loads can suppress the voltage change rate at the same time and suppress the leakage current.

本開示の第５態様は、第４態様に加え、
前記制御装置は、
前記モータの回転数の検出値、モータ電流の検出値、及び前記インバータ回路の入力電圧の検出値に基づいて、前記モータの回転数が予め設定された回転数で維持されるようにインバータ回路を制御する、
ランキンサイクルシステムを提供する。 A fifth aspect of the present disclosure is in addition to the fourth aspect.
The control device is
The inverter circuit is set so that the rotation speed of the motor is maintained at a preset rotation speed based on the detection value of the rotation speed of the motor, the detection value of the motor current, and the detection value of the input voltage of the inverter circuit. Control,
Provides the Rankine cycle system.

第５態様によれば、モータの回転数を、より安定的に、予め設定された回転数で維持することができる。 According to the fifth aspect, the rotation speed of the motor can be more stably maintained at a preset rotation speed.

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の説明は本開示の技術を例示的に示すものであり、本発明は以下の実施形態に限定されない。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. The following description illustrates the techniques of the present disclosure, and the present invention is not limited to the following embodiments.

（実施の形態１）
図１は、本開示の実施の形態１における電力変換装置１の構成図である。図１において、電力変換装置１は、マルチレベルインバータ回路２、中間電圧を生成するコンバータ回路３、中間電圧を入力して駆動するように接続したインバータ回路４、およびマルチレベルインバータ回路２とコンバータ回路３とインバータ回路４とを制御する制御装置５を備えている。電力変換装置１には直流電源が接続されている。直流電源は、コンバータ回路３及びマルチレベルインバータ回路２に対して直流電圧を供給する。なお、図１では、直流電源は、電力変換装置１の外部に配置されているが、電力変換装置１の内部に配置されていてもよい。 (Embodiment 1)
FIG. 1 is a configuration diagram of the power conversion device 1 according to the first embodiment of the present disclosure. In FIG. 1, the power conversion device 1 includes a multi-level inverter circuit 2, a converter circuit 3 that generates an intermediate voltage, an inverter circuit 4 that is connected so as to input and drive an intermediate voltage, and a multi-level inverter circuit 2 and a converter circuit. A control device 5 for controlling the 3 and the inverter circuit 4 is provided. A DC power supply is connected to the power converter 1. The DC power supply supplies a DC voltage to the converter circuit 3 and the multi-level inverter circuit 2. Although the DC power supply is arranged outside the power conversion device 1 in FIG. 1, it may be arranged inside the power conversion device 1.

マルチレベルインバータ回路２は、３レベルとなっており、スイッチング素子６ａ〜６ｈ（例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、あるいはＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor））、ダイオード７ａ〜７ｄで構成されている。 The multi-level inverter circuit 2 has three levels, and is composed of switching elements 6a to 6h (for example, IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or MOSFET (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)) and diodes 7a to 7d. Has been done.

コンデンサ８ａは直流電圧の平滑用として配置され、コンデンサ８ｂは交流出力の波形整形用として配置され、さらに、コンデンサ８ｃは中間電圧の平滑用として配置されている。インダクタ９ａおよび９ｂは、コンデンサ８ｂと共に交流出力の波形整形用として配置されている。 The capacitor 8a is arranged for smoothing the DC voltage, the capacitor 8b is arranged for waveform shaping of the AC output, and the capacitor 8c is arranged for smoothing the intermediate voltage. The inductors 9a and 9b are arranged together with the capacitor 8b for waveform shaping of the AC output.

ここで、マルチレベルインバータ回路２の出力は、一般負荷に供給される。コンバータ回路３は、スイッチング素子６ｉおよび６ｊと、インダクタ９ｃとによって構成されている。インバータ回路４は、スイッチング素子６ｋ〜６ｐで構成されており、負荷としてモータ１０を接続している。 Here, the output of the multi-level inverter circuit 2 is supplied to a general load. The converter circuit 3 is composed of switching elements 6i and 6j and an inductor 9c. The inverter circuit 4 is composed of switching elements 6k to 6p, and connects the motor 10 as a load.

また、図１で制御装置５から伸びている矢印は、各回路に対する駆動信号とその信号数量とを示している。 Further, the arrows extending from the control device 5 in FIG. 1 indicate the drive signal for each circuit and the signal quantity thereof.

図２Ａ〜図２Ｃは、制御装置５に含まれる、第１制御部５１、第２制御部５２、及び第３制御部５３のそれぞれの制御ブロックの一例を示す図である。制御装置５は、インバータ回路４による入出力電力とマルチレベルインバータ回路２による入出力電力の影響を受けて変動する中間電圧が予め設定された電圧で維持されるように、コンバータ回路３を制御する。制御装置５は、図２Ａに示す、インバータ回路４を制御する制御ブロックである第１制御部５１と、図２Ｂに示す、マルチレベルインバータ回路２を制御する制御ブロックである第２制御部５２と、図２Ｃに示す、コンバータ回路３を制御する制御ブロックである第３制御部５３と、を有するように構成されている。 2A to 2C are diagrams showing an example of each control block of the first control unit 51, the second control unit 52, and the third control unit 53 included in the control device 5. The control device 5 controls the converter circuit 3 so that the intermediate voltage that fluctuates under the influence of the input / output power of the inverter circuit 4 and the input / output power of the multi-level inverter circuit 2 is maintained at a preset voltage. .. The control device 5 includes a first control unit 51, which is a control block for controlling the inverter circuit 4 shown in FIG. 2A, and a second control unit 52, which is a control block for controlling the multi-level inverter circuit 2 shown in FIG. 2B. , A third control unit 53, which is a control block for controlling the converter circuit 3, shown in FIG. 2C.

図２Ａの第１制御部５１は、以下のように動作する。モータ１０の指令回転数（rpm_ref）と実際の回転数（rpm_t）との偏差が比例積分制御器に入力され、ｑ軸電流指令（Iq_ref）が演算される。演算されたｑ軸電流指令と実際のｑ軸電流（Iq_t）との偏差を演算して、演算した偏差に基づいてｑ軸電圧指令（Vq_ref）が演算される。演算されたｑ軸電圧指令は、２相／３相変換部にて３相変換され、変調信号生成部にてインバータ回路４の入力電圧である中間電圧の検出値（Vd_ref）によって除算され、変調率が演算される。演算された変調率と搬送波（例えば、モータ１０の回転周波数よりも充分に早い周期で動作す
る三角波）とを搬送波比較部にて比較することにより駆動信号を生成し、スイッチング素子６ｋ〜６ｐをスイッチングする。 The first control unit 51 of FIG. 2A operates as follows. The deviation between the command rotation speed (rpm_ref) of the motor 10 and the actual rotation speed (rpm_t) is input to the proportional integration controller, and the q-axis current command (Iq_ref) is calculated. The deviation between the calculated q-axis current command and the actual q-axis current (Iq_t) is calculated, and the q-axis voltage command (Vq_ref) is calculated based on the calculated deviation. The calculated q-axis voltage command is converted into three phases by the two-phase / three-phase conversion unit, divided by the detection value (Vd_ref) of the intermediate voltage which is the input voltage of the inverter circuit 4 at the modulation signal generation unit, and modulated. The rate is calculated. A drive signal is generated by comparing the calculated modulation rate and the carrier wave (for example, a triangular wave that operates at a period sufficiently faster than the rotation frequency of the motor 10) in the carrier wave comparison unit, and the switching elements 6k to 6p are switched. do.

図２Ｂの第２制御部５２は、以下のように動作する。出力の変調率指令（出力電圧指令をコンデンサ８ａの電圧検出値で除算した結果）（m_ref）が入力される。入力された変調率指令と搬送波（ｃａｒｒｙ１、ｃａｒｒｙ２）との各比較結果によってスイッチング素子６ａ〜６ｄをそれぞれオン／オフ制御するように、判定信号をそれぞれドライバ回路（Ｄｒｉ）に入力する。入力された変調率指令を正負反転した信号と搬送波（ｃａｒｒｙ１、ｃａｒｒｙ２）との各比較結果によってスイッチング素子６ｅ〜６ｈをそれぞれオン／オフ制御するように、判定信号をそれぞれドライバ回路（Ｄｒｉ）に入力する。各ドライバ回路は、判定信号に基づいて、対応するスイッチング素子それぞれに対してスイッチングを指示する駆動信号を出力する。 The second control unit 52 of FIG. 2B operates as follows. The output modulation factor command (result of dividing the output voltage command by the voltage detection value of the capacitor 8a) (m_ref) is input. The determination signal is input to the driver circuit (Dri) so as to control the switching elements 6a to 6d on / off according to the comparison result between the input modulation factor command and the carrier wave (carry1, carry2). The determination signal is input to the driver circuit (Dri) so that the switching elements 6e to 6h are controlled on / off according to the comparison result between the input modulation factor command and the carrier wave (carry1, carry2). do. Each driver circuit outputs a drive signal instructing switching to each of the corresponding switching elements based on the determination signal.

図２Ｃの第３制御部５３は、以下のように動作する。コンデンサ８ｃの電圧目標値（Vc_ref）と実際の電圧検出値（Vc_t）との偏差が比例積分制御器に入力され、電流指令（Ic_ref）が演算される。演算された電流指令と実際の電流検出値（Ic_t）との偏差が比例積分制御器に入力され、充電側のスイッチング素子６ｉの変調率指令（Vc_ref）が演算される。得られた変調率指令をコンデンサ８ａの電圧検出値（Vpn_t）で除算する。除算した結果と搬送波（ｃａｒｒｙ３）との比較結果によって、スイッチング素子６ｉを制御するように、判定信号をドライバ回路（Ｄｒｉ）に入力する。また、スイッチング素子６ｊは、コンデンサ８ｃの実際の電圧検出値（Vc_t）が指令電圧（Vc_ref）に対して高い場合にスイッチング素子６ｉの反転信号によってスイッチングするように、判定信号をドライバ回路（Ｄｒｉ）に入力する。各ドライバ回路は、判定信号に基づいて、対応するスイッチング素子それぞれに対してスイッチングを指示する駆動信号を出力する。このようにして、コンデンサ８ｃに対して充電を制御するスイッチング素子６ｉ及びコンデンサ８ｃに対して放電を制御するスイッチング素子６ｊが、それぞれスイッチング制御され、コンバータ回路３で生成される中間電圧を、より安定的に、予め設定された電圧で維持することができる。 The third control unit 53 of FIG. 2C operates as follows. The deviation between the voltage target value (Vc_ref) of the capacitor 8c and the actual voltage detection value (Vc_t) is input to the proportional integration controller, and the current command (Ic_ref) is calculated. The deviation between the calculated current command and the actual current detection value (Ic_t) is input to the proportional integration controller, and the modulation factor command (Vc_ref) of the switching element 6i on the charging side is calculated. The obtained modulation factor command is divided by the voltage detection value (Vpn_t) of the capacitor 8a. A determination signal is input to the driver circuit (Dri) so as to control the switching element 6i based on the result of division and the comparison result of the carrier wave (carry3). Further, the switching element 6j sets a determination signal in the driver circuit (Dri) so that when the actual voltage detection value (Vc_t) of the capacitor 8c is higher than the command voltage (Vc_ref), the switching element 6j switches by the inverting signal of the switching element 6i. Enter in. Each driver circuit outputs a drive signal instructing switching to each of the corresponding switching elements based on the determination signal. In this way, the switching element 6i that controls charging with respect to the capacitor 8c and the switching element 6j that controls discharge with respect to the capacitor 8c are each switched and controlled, and the intermediate voltage generated by the converter circuit 3 is made more stable. Therefore, it can be maintained at a preset voltage.

上記構成により、動作させた場合の各部の波形について図３に示す。（ａ）はコンデンサ８ｂの電圧（すなわちマルチレベルインバータ回路２の出力電圧）およびマルチレベルインバータ回路２の出力電流の波形、（ｂ）はコンデンサ８ａおよび８ｃの電圧の波形、（ｃ）はマルチレベルインバータ回路２の出力線間電圧の波形、（ｄ）はモータ１０の回転数変化の波形、（ｅ）はモータ１０の相電流の波形をそれぞれ示している。 FIG. 3 shows the waveforms of each part when operated according to the above configuration. (A) is the waveform of the voltage of the capacitor 8b (that is, the output voltage of the multi-level inverter circuit 2) and the output current of the multi-level inverter circuit 2, (b) is the waveform of the voltage of the capacitors 8a and 8c, and (c) is the waveform of the voltage of the multi-level inverter circuit 2. The waveform of the output line voltage of the inverter circuit 2, (d) is the waveform of the change in the rotation speed of the motor 10, and (e) is the waveform of the phase current of the motor 10.

モータ１０は、（ｂ）に示すコンデンサ８ｃの電圧にて駆動されている。各部の波形より、マルチレベルインバータ回路２の出力線間電圧は３レベルで動作しており、その中間電圧であるコンデンサ８ｃの電圧は、モータ１０への駆動電力を供給しつつも安定していることがわかる。 The motor 10 is driven by the voltage of the capacitor 8c shown in (b). From the waveforms of each part, the output line voltage of the multi-level inverter circuit 2 operates at three levels, and the voltage of the capacitor 8c, which is the intermediate voltage thereof, is stable while supplying the driving power to the motor 10. You can see that.

かかる構成によれば、コンバータ回路３で生成した電圧はマルチレベルインバータ回路２の中間電圧として供給され、複数のレベルをスイッチングして出力電圧を生成する。同時に、コンデンサ８ａの電圧よりも低い電圧であるこの中間電圧がインバータ回路４の入力電圧として供給され、インバータ回路４の負荷に対して所望の交流電圧を出力することができる。 According to such a configuration, the voltage generated by the converter circuit 3 is supplied as an intermediate voltage of the multi-level inverter circuit 2, and a plurality of levels are switched to generate an output voltage. At the same time, this intermediate voltage, which is lower than the voltage of the capacitor 8a, is supplied as the input voltage of the inverter circuit 4, and a desired AC voltage can be output to the load of the inverter circuit 4.

したがって、マルチレベルインバータ回路２に接続された負荷はレベル数に応じて電圧変化率が抑制される。同時に、インバータ回路４に接続された負荷（本実施の形態の場合、モータ１０が該当）は、マルチレベルインバータ回路２に接続されたコンデンサ８ａの電圧よりも低い中間電圧（コンデンサ８ｃの電圧）で駆動することとなる。このため、こ
の電力変換装置に接続された２つの負荷に対する出力は、同時に電圧変化率が抑制され、それぞれの負荷における漏れ電流を抑制することができる。 Therefore, the voltage change rate of the load connected to the multi-level inverter circuit 2 is suppressed according to the number of levels. At the same time, the load connected to the inverter circuit 4 (corresponding to the motor 10 in the case of this embodiment) has an intermediate voltage (voltage of the capacitor 8c) lower than the voltage of the capacitor 8a connected to the multi-level inverter circuit 2. It will be driven. Therefore, the voltage change rate of the outputs for the two loads connected to the power conversion device is suppressed at the same time, and the leakage current in each load can be suppressed.

なお、本実施の形態において、マルチレベルインバータ回路２は、３レベル構成としたが、その他のレベル数（例えば５レベルなど）であってもよい。 In the present embodiment, the multi-level inverter circuit 2 has a three-level configuration, but may have other levels (for example, five levels).

また、マルチレベルインバータ回路２は、ダイオードクランプ方式の３レベルインバータ構成としたが、その他の構成（例えばＲＢＩＧＢＴ（Reverse Blocking Insurated Gate Bipolar Transistor）を用いたＮＰＣ（Neutral Point Clamped）構成）としてもよい。 Further, although the multi-level inverter circuit 2 has a diode clamp type three-level inverter configuration, another configuration (for example, an NPC (Neutral Point Clamped) configuration using an IGBT (Reverse Blocking Insurated Gate Bipolar Transistor)) may be used.

また、本実施の形態では、コンバータ回路３が図１のように１つの中間電圧を生成する例を示したが、図１記載のコンバータ回路３の構成を有する回路を複数設置し、制御装置５によってそれぞれ所望の中間電圧を生成するように適切に制御することにより、複数の中間電圧を生成することもできる。この場合、インバータ回路４は、複数の中間電圧のうちいずれかの電圧を入力して駆動し、マルチレベルインバータ回路２は、中間電圧の生成数に応じてスイッチング素子６を直列に多段接続して駆動する。これにより、複数の中間電圧の中から、インバータ回路に接続された負荷に応じて適切な電圧を選択することができるとともに、マルチレベルインバータ回路２は、中間電圧の生成数に応じて多レベル化することができる。 Further, in the present embodiment, an example in which the converter circuit 3 generates one intermediate voltage as shown in FIG. 1 is shown, but a plurality of circuits having the configuration of the converter circuit 3 shown in FIG. 1 are installed and the control device 5 is installed. It is also possible to generate a plurality of intermediate voltages by appropriately controlling each of them to generate a desired intermediate voltage. In this case, the inverter circuit 4 is driven by inputting one of a plurality of intermediate voltages, and the multi-level inverter circuit 2 is connected in multiple stages of switching elements 6 in series according to the number of intermediate voltages generated. Drive. As a result, an appropriate voltage can be selected from a plurality of intermediate voltages according to the load connected to the inverter circuit, and the multi-level inverter circuit 2 has multiple levels according to the number of intermediate voltages generated. can do.

さらに、図２Ａ〜図２Ｃに、制御装置５の内部の各部の具体的な制御ブロックを示したが、本開示における一例であり、これに限定されるものではない。 Further, FIGS. 2A to 2C show specific control blocks of each part inside the control device 5, but this is an example in the present disclosure, and the present invention is not limited thereto.

また、マルチレベルインバータ回路２とコンバータ回路３とはＭＯＳＦＥＴを使用したが、その他のパワーデバイス（例えばＩＧＢＴ等）であってもよい。同様に、インバータ回路４はＩＧＢＴを使用したが、その他のパワーデバイス（例えばＭＯＳＦＥＴ等）であってもよい。いずれもこれに限定されるものではない。 Further, although the multi-level inverter circuit 2 and the converter circuit 3 use MOSFETs, they may be other power devices (for example, IGBTs). Similarly, although the inverter circuit 4 uses an IGBT, it may be another power device (for example, MOSFET or the like). Neither is limited to this.

（実施の形態２）
図４は、本開示の実施の形態２におけるランキンサイクルシステム３０の構成図である。ランキンサイクルシステム３０は、電力変換装置１とランキンサイクル装置１１とを用いて構成される。なお、図４において、図１〜図３と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。図４は、一例として、工場において例えば燃焼ガスにより排出される排熱をランキンサイクル装置１１に用いて発電を行う発電装置として動作するランキンサイクルシステム３０を示す。 (Embodiment 2)
FIG. 4 is a configuration diagram of the Rankine cycle system 30 according to the second embodiment of the present disclosure. The Rankine cycle system 30 is configured by using the power conversion device 1 and the Rankine cycle device 11. In FIG. 4, the same reference numerals are used for the same components as those in FIGS. 1 to 3, and the description thereof will be omitted. FIG. 4 shows, as an example, a Rankine cycle system 30 that operates as a power generation device that generates electricity by using the exhaust heat discharged from, for example, combustion gas in a Rankine cycle device 11 in a factory.

ランキンサイクル装置１１は、ポンプ１２と、ポンプ１２を駆動する動力源としてのモータ１０と、燃焼ガスの熱エネルギーを吸収する熱交換器としての蒸発器１３と、作動流体を膨張させることによって作動流体の膨張エネルギーを回転動力に変換する膨張機１４と、膨張機１４に接続された発電機１５と、膨張機１４から吐出された作動流体を冷却水等と熱交換させることによって作動流体を冷却する凝縮器１６と、開度の適宜変更を可能とし作動流体の流量を調整できるバイパス弁１７と、膨張機１４の入口温度を計測する温度センサ１８と、で構成される。ポンプ１２、蒸発器１３、膨張機１４、凝縮器１６は複数の配管によってこの順に環状に接続されて、ランキンサイクル流路を構成している。バイパス弁１７は膨張機１４をバイパスする流路上に配置されている。また、電力変換装置１は、発電機１５で発電された交流電力を直流電力に変換する三相コンバータ回路１９を備える。三相コンバータ回路１９は、この直流電力をコンデンサ８ａに供給するように接続される。さらに、電力変換装置１は、三相コンバータ回路１９からの直流電力出力に余剰分が発生した場合に、電力消費させるブレーキ回路２０を備えている。また、ランキン
サイクル装置１１のモータ１０は、電力変換装置１のインバータ回路４によって駆動される。制御装置５は、実施の形態１と同様に、インバータ回路４を制御する第１制御部５１と、マルチレベルインバータ回路２を制御する第２制御部５２と、コンバータ回路３を制御する第３制御部５３と、を備えるとともに、本実施の形態においては、三相コンバータ回路１９を制御する第４制御部及びブレーキ回路２０を制御する第５制御部も有する（図示せず）。 The Rankine cycle device 11 includes a pump 12, a motor 10 as a power source for driving the pump 12, an evaporator 13 as a heat exchanger that absorbs heat energy of combustion gas, and a working fluid by expanding the working fluid. The working fluid is cooled by exchanging heat between the expander 14 that converts the expansion energy of the above into rotational power, the generator 15 connected to the expander 14, and the working fluid discharged from the expander 14 with cooling water or the like. It is composed of a condenser 16, a bypass valve 17 that can adjust the flow rate of the working fluid by appropriately changing the opening degree, and a temperature sensor 18 that measures the inlet temperature of the expander 14. The pump 12, the evaporator 13, the expander 14, and the condenser 16 are connected in an annular shape in this order by a plurality of pipes to form a Rankine cycle flow path. The bypass valve 17 is arranged on a flow path that bypasses the expander 14. Further, the power conversion device 1 includes a three-phase converter circuit 19 that converts AC power generated by the generator 15 into DC power. The three-phase converter circuit 19 is connected so as to supply this DC power to the capacitor 8a. Further, the power conversion device 1 includes a brake circuit 20 that consumes power when a surplus is generated in the DC power output from the three-phase converter circuit 19. Further, the motor 10 of the Rankine cycle device 11 is driven by the inverter circuit 4 of the power conversion device 1. Similar to the first embodiment, the control device 5 has a first control unit 51 that controls the inverter circuit 4, a second control unit 52 that controls the multi-level inverter circuit 2, and a third control that controls the converter circuit 3. In addition to the unit 53, in the present embodiment, it also has a fourth control unit that controls the three-phase converter circuit 19 and a fifth control unit that controls the brake circuit 20 (not shown).

実施の形態１では、電力変換装置１に直流電源を接続したが、本実施の形態２では、三相コンバータ回路１９が、電力供給装置である直流電源として、コンバータ回路３及びマルチレベルインバータ回路２に対して直流電圧を供給する。なお、図４では、電力供給装置として動作する三相コンバータ回路１９は、電力変換装置１の内部に配置されているが、電力変換装置１の外部に配置されていてもよい。同様に、図４では、ブレーキ回路２０は、電力変換装置１の内部に配置されているが、電力変換装置１の外部に配置されていてもよい。 In the first embodiment, a DC power supply is connected to the power converter 1, but in the second embodiment, the three-phase converter circuit 19 is a DC power supply that is a power supply device, and is a converter circuit 3 and a multi-level inverter circuit 2. DC voltage is supplied to. In FIG. 4, the three-phase converter circuit 19 that operates as a power supply device is arranged inside the power conversion device 1, but may be arranged outside the power conversion device 1. Similarly, in FIG. 4, the brake circuit 20 is arranged inside the power conversion device 1, but may be arranged outside the power conversion device 1.

以下、上記構成における動作について説明する。始動時、マルチレベルインバータ回路２はコンバータ動作を行い、商用電源２１から電力を受電する。その受電電力によってコンバータ回路３が中間電圧を生成するように動作し、モータ１０を駆動するように制御する。 The operation in the above configuration will be described below. At start-up, the multi-level inverter circuit 2 operates as a converter and receives electric power from the commercial power supply 21. The received power causes the converter circuit 3 to operate so as to generate an intermediate voltage, and controls the motor 10 to be driven.

一方、膨張機１４は、温度センサ１８の指示値が所定の温度を超えるまで、停止を保持するように制御する。バイパス弁１７は、温度センサ１８の温度に基づいて、開度を制御する。これによって、バイパス弁１７の経路の作動流体の流量が調整される。 On the other hand, the expander 14 controls to hold the stop until the indicated value of the temperature sensor 18 exceeds a predetermined temperature. The bypass valve 17 controls the opening degree based on the temperature of the temperature sensor 18. As a result, the flow rate of the working fluid in the path of the bypass valve 17 is adjusted.

始動後、蒸発器１３による熱エネルギー吸収によって作動流体の温度が所定の温度条件となった場合に膨張機１４の停止制御を解除し、始動すなわち発電を開始するように制御する。膨張機１４の停止の保持は、三相コンバータ回路１９にて制御される。三相コンバータ回路１９の動作は、制御装置５によって制御される。 After the start, when the temperature of the working fluid becomes a predetermined temperature condition due to the absorption of heat energy by the evaporator 13, the stop control of the expander 14 is released, and the start, that is, the start of power generation is controlled. The holding of the inflator 14 stopped is controlled by the three-phase converter circuit 19. The operation of the three-phase converter circuit 19 is controlled by the control device 5.

その後、発電電力が上昇し、インバータ回路４の必要電力を超えることで、コンデンサ８ａの電圧が上昇する。これに対して、マルチレベルインバータ回路２がコンデンサ８ａの電圧が概ね一定となるように動作することで、商用電源２１に電力を出力する。 After that, the generated power rises and exceeds the required power of the inverter circuit 4, so that the voltage of the capacitor 8a rises. On the other hand, the multi-level inverter circuit 2 operates so that the voltage of the capacitor 8a is substantially constant, thereby outputting electric power to the commercial power supply 21.

また、商用電源２１の電圧が上昇して、マルチレベルインバータ回路２が出力抑制状態となった場合には、ブレーキ回路２０がスイッチングを開始し、内部で消費するように動作する。ブレーキ回路２０の動作は、制御装置５によって制御される。 Further, when the voltage of the commercial power supply 21 rises and the multi-level inverter circuit 2 is in the output suppression state, the brake circuit 20 starts switching and operates so as to be consumed internally. The operation of the brake circuit 20 is controlled by the control device 5.

上記構成により動作させた場合の各部の波形について図５に示す。（ａ）は商用電源２１（系統電源）の電圧およびマルチレベルインバータ回路２からの出力電流の波形、（ｂ）は発電機１５からの発電電力の波形、（ｃ）はコンデンサ８ａおよび８ｃの電圧の波形、（ｄ）はマルチレベルインバータ回路２の出力線間電圧の波形、（ｅ）は発電機１５のロータおよびポンプ１２を駆動するモータ１０の回転数変化の波形、（ｆ）はモータ１０の相電流の波形、（ｇ）は発電機１５の相電流の波形をそれぞれ示している。 FIG. 5 shows the waveforms of each part when operated according to the above configuration. (A) is the voltage of the commercial power supply 21 (system power supply) and the waveform of the output current from the multi-level inverter circuit 2, (b) is the waveform of the generated power from the generator 15, and (c) is the voltage of the capacitors 8a and 8c. (D) is the waveform of the output line voltage of the multi-level inverter circuit 2, (e) is the waveform of the rotation speed change of the motor 10 for driving the rotor and the pump 12 of the generator 15, and (f) is the waveform of the rotation speed of the motor 10. (G) shows the waveform of the phase current of the generator 15, and (g) shows the waveform of the phase current of the generator 15, respectively.

モータ１０は、（ｃ）に示すコンデンサ８ｃの電圧にて駆動されている。各部の波形より、マルチレベルインバータ回路２の出力線間電圧は３レベルで動作しており、その中間電圧であるコンデンサ８ｃの電圧は、モータ１０への駆動電力を供給しつつも安定していることがわかる。 The motor 10 is driven by the voltage of the capacitor 8c shown in (c). From the waveforms of each part, the output line voltage of the multi-level inverter circuit 2 operates at three levels, and the voltage of the capacitor 8c, which is the intermediate voltage thereof, is stable while supplying the driving power to the motor 10. You can see that.

かかる構成によれば、コンバータ回路３で生成した電圧はマルチレベルインバータ回路
２の中間電圧として供給され、複数のレベルをスイッチングして出力電圧を生成する。同時に、コンデンサ８ａの電圧よりも低い電圧である中間電圧がインバータ回路４の入力電圧として供給され、インバータ回路４に接続した、ポンプ１２を駆動するモータ１０に対して所望の交流電圧を出力することができる。 According to such a configuration, the voltage generated by the converter circuit 3 is supplied as an intermediate voltage of the multi-level inverter circuit 2, and a plurality of levels are switched to generate an output voltage. At the same time, an intermediate voltage, which is lower than the voltage of the capacitor 8a, is supplied as an input voltage of the inverter circuit 4, and a desired AC voltage is output to the motor 10 for driving the pump 12 connected to the inverter circuit 4. Can be done.

したがって、マルチレベルインバータ回路２に接続された商用電源２１に対しては、レベル数に応じて電圧変化率が抑制される。同時に、インバータ回路４に接続された、ポンプ１２を駆動するモータ１０は、マルチレベルインバータ回路２に接続されたコンデンサ８ａの電圧よりも低い中間電圧（コンデンサ８ｃの電圧）で駆動することとなる。このため、この電力変換装置に接続された、負荷に相当するモータ１０及び商用電源２１に対する出力は、同時に電圧変化率が抑制され、それぞれの負荷における漏れ電流を抑制することができる。 Therefore, for the commercial power supply 21 connected to the multi-level inverter circuit 2, the voltage change rate is suppressed according to the number of levels. At the same time, the motor 10 for driving the pump 12 connected to the inverter circuit 4 is driven by an intermediate voltage (voltage of the capacitor 8c) lower than the voltage of the capacitor 8a connected to the multi-level inverter circuit 2. Therefore, the voltage change rate of the output to the motor 10 and the commercial power supply 21 connected to the power conversion device, which correspond to the load, is suppressed at the same time, and the leakage current in each load can be suppressed.

特に、本実施の形態２のように、ポンプ１２によって作動流体が液冷媒としてランキンサイクル流路を循環する場合であって、駆動するモータ１０がポンプ１２の内部に配置されている場合、液冷媒の充填量によってはモータ１０の巻線は液冷媒に浸漬された状態となり得るため、液冷媒の誘電率によって寄生容量が大きくなり、漏れ電流が増大することがある。 In particular, as in the second embodiment, when the working fluid is circulated in the Rankin cycle flow path as the liquid refrigerant by the pump 12, and the driving motor 10 is arranged inside the pump 12, the liquid refrigerant is used. Since the winding of the motor 10 may be immersed in the liquid refrigerant depending on the filling amount of the liquid refrigerant, the parasitic capacity may increase due to the dielectric constant of the liquid refrigerant, and the leakage current may increase.

本実施の形態によれば、この漏れ電流の増大を抑制するべく、ポンプ１２を駆動するモータ１０を低電圧で駆動することになるため、漏れ電流を抑制することができる。また、同時に、この低電圧をマルチレベルインバータ回路２の中間電圧として供給することで、商用電源２１への出力時の電圧変化率を低減することが可能となり、漏れ電流を低減することができる。 According to the present embodiment, in order to suppress the increase in the leakage current, the motor 10 for driving the pump 12 is driven at a low voltage, so that the leakage current can be suppressed. At the same time, by supplying this low voltage as an intermediate voltage of the multi-level inverter circuit 2, it is possible to reduce the voltage change rate at the time of output to the commercial power supply 21, and it is possible to reduce the leakage current.

なお、本実施の形態のランキンサイクル装置１１は、工場の燃焼ガスから排熱を回収するとしたが、これに限るものではない。ランキンサイクルにより熱を回収できる媒体であれば、工場の燃焼ガスでなくてもよい。 The Rankine cycle device 11 of the present embodiment recovers exhaust heat from the combustion gas of the factory, but the present invention is not limited to this. As long as the medium can recover heat by the Rankine cycle, it does not have to be the combustion gas of the factory.

また、図４においては、ポンプ１２の外部にモータ１０を配置する状態を示したが、ポンプ１２の筐体の内部にモータ１０を配置してもよい。ポンプ機構とモータ機構とをあわせてポンプと称することもある。 Further, although FIG. 4 shows a state in which the motor 10 is arranged outside the pump 12, the motor 10 may be arranged inside the housing of the pump 12. The pump mechanism and the motor mechanism may be collectively referred to as a pump.

また、図４においては、膨張機１４の外部に発電機１５を配置する状態を示したが、膨張機１４の筐体の内部に発電機１５を配置してもよい。膨張機構と発電機構とをあわせて膨張機と称することもある。 Further, although FIG. 4 shows a state in which the generator 15 is arranged outside the expander 14, the generator 15 may be arranged inside the housing of the expander 14. The expansion mechanism and the power generation mechanism may be collectively referred to as an expander.

なお、本明細書において、所望の設定電圧とは、予め設定された電圧のことを意味する。この予め設定された電圧とは、特定の電圧値のみを指すだけでなく、予め設定された所定の範囲に含まれる任意の電圧（すなわち、予め設定された範囲の電圧）のことを意味することも含む。 In this specification, the desired set voltage means a preset voltage. This preset voltage means not only a specific voltage value but also an arbitrary voltage (that is, a voltage in a preset range) included in a preset predetermined range. Also includes.

以上のように、本開示にかかる電力変換装置は、マルチレベルインバータ回路に接続された負荷はレベル数に応じて電圧変化率が抑制され、同時にインバータ回路に接続された負荷はマルチレベルインバータ回路の最大電圧よりも低い中間電圧で駆動することとなるため、電力変換装置に接続された２つの負荷への出力は、同時に電圧変化率が抑制され、それぞれの負荷における漏れ電流を抑制することができる。 As described above, in the power conversion device according to the present disclosure, the voltage change rate of the load connected to the multi-level inverter circuit is suppressed according to the number of levels, and at the same time, the load connected to the inverter circuit is the load of the multi-level inverter circuit. Since it is driven by an intermediate voltage lower than the maximum voltage, the voltage change rate of the output to the two loads connected to the power converter is suppressed at the same time, and the leakage current in each load can be suppressed. ..

本開示にかかる電力変換装置は、マルチレベルインバータ回路を主機用電力変換器（例
えば、大型送風機用のインバータ、あるいは電力系統に発電電力を出力するような系統連系インバータ）として使用し、インバータ回路を補機用としての負荷（例えば、ロータ部が冷媒等に浸漬するようなモータ）に接続するような用途に対して適用できる。 The power converter according to the present disclosure uses a multi-level inverter circuit as a main engine power converter (for example, an inverter for a large blower or a grid-connected inverter that outputs generated power to a power system), and is an inverter circuit. Can be applied to applications such as connecting to a load for auxiliary equipment (for example, a motor in which the rotor portion is immersed in a refrigerant or the like).

１電力変換装置
２マルチレベルインバータ回路
３コンバータ回路
４インバータ回路
５制御装置
６ａスイッチング素子
６ｂスイッチング素子
６ｃスイッチング素子
６ｄスイッチング素子
６ｅスイッチング素子
６ｆスイッチング素子
６ｇスイッチング素子
６ｈスイッチング素子
６ｉスイッチング素子
６ｊスイッチング素子
６ｋスイッチング素子
６ｌスイッチング素子
６ｍスイッチング素子
６ｎスイッチング素子
６ｏスイッチング素子
６ｐスイッチング素子
７ａダイオード
７ｂダイオード
７ｃダイオード
７ｄダイオード
８ａコンデンサ
８ｂコンデンサ
８ｃコンデンサ
９ａインダクタ
９ｂインダクタ
９ｃインダクタ
１０モータ
１１ランキンサイクル装置
１２ポンプ
１３蒸発器
１４膨張機
１５発電機
１６凝縮器
１７バイパス弁
１８温度センサ
１９三相コンバータ回路
２０ブレーキ回路
２１商用電源
３０ランキンサイクルシステム
５１第１制御部
５２第２制御部
５３第３制御部
１０１正側母線コンデンサ
１０２負側母線コンデンサ
１０３スイッチ素子
１０４スイッチ素子
１０５リアクトル
１０６バランス回路
１０７インバータ 1 Power converter 2 Multi-level inverter circuit 3 Converter circuit 4 Inverter circuit 5 Control device 6a Switching element 6b Switching element 6c Switching element 6d Switching element 6e Switching element 6f Switching element 6g Switching element 6h Switching element 6i Switching element 6j Switching element 6k Switching Element 6l Switching element 6m Switching element 6n Switching element 6o Switching element 6p Switching element 7a Diode 7b Diode 7c Diode 7d Diode 8a Capacitor 8b Capacitor 8c Capacitor 9a Inverter 9b Inverter 9c Inverter 10 Motor 11 Rankin Cycle device 15 Generator 16 Condenser 17 Bypass valve 18 Temperature sensor 19 Three-phase converter circuit 20 Brake circuit 21 Commercial power supply 30 Rankin cycle system 51 First control unit 52 Second control unit 53 Third control unit 101 Positive side bus capacitor 102 Negative side Bus Capacitor 103 Switch Element 104 Switch Element 105 Reactor 106 Balance Circuit 107 Inverter

Claims

A converter circuit that generates an intermediate voltage using the DC voltage supplied from the DC power supply,
A multi-level inverter circuit connected to the converter circuit, driven by inputting the DC voltage and the intermediate voltage, and controlled at at least three levels.
An inverter circuit connected to the converter circuit and driven by inputting the intermediate voltage,
A control device that controls the multi-level inverter circuit and the inverter circuit, and controls the converter circuit so that the intermediate voltage generated by the converter circuit is maintained at a preset voltage.
A power converter equipped with.

The control device is
Based on the detected value of the input voltage of the inverter circuit, the detected value of the DC voltage, and the detected value of the output current of the converter circuit, the intermediate voltage is controlled to be maintained at a preset voltage.
The power conversion device according to claim 1.

The converter circuit
Generate multiple said intermediate voltages
The inverter circuit
It is driven by inputting any one of the plurality of intermediate voltages.
The power conversion device according to claim 1 or 2.

A Rankine cycle flow path in which a pump for pumping the working fluid, an evaporator for heating the working fluid, an expander for expanding the working fluid, and a condenser for condensing the working fluid are connected in this order in an annular shape, and the pump. A Rankine cycle apparatus including a motor connected to the above and a generator connected to the expander to generate and output a first AC voltage.
A power supply device that inputs the first AC voltage output from the generator, converts it into a DC voltage, and outputs the DC voltage.
The power conversion device according to any one of claims 1 to 3 and
Have,
The power supply device is
Operates as the DC power supply that supplies the DC voltage to the converter circuit and the multi-level inverter circuit.
The inverter circuit
The input intermediate voltage is converted into a second AC voltage, and the second AC voltage is supplied to the motor.
Rankine cycle system.

The control device is
The inverter circuit is set so that the rotation speed of the motor is maintained at a preset rotation speed based on the detection value of the rotation speed of the motor, the detection value of the motor current, and the detection value of the input voltage of the inverter circuit. Control,
The Rankine cycle system according to claim 4.