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JP7679708B2 - Power Conversion Equipment - Google Patents
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Description

本開示は、電力変換装置に関する。 This disclosure relates to a power conversion device.

大容量・高圧用途に適した次世代トランスレス電力変換器として、モジュラーマルチレベルコンバータ(MMC)がある。MMCは、例えば、無効電力補償装置(STATCOM)や直流送電システム(HVDC)に適用可能である。特に、デルタ結線MMCは、デルタ結線部に循環電流を流して逆相無効電流を出力できることから注目されている。デルタ結線MMCは、内部にデルタ結線部を備え、デルタ結線部の各相上には、一又は直列接続された複数のコンバータセルが設けられている(例えば、特許文献1参照)。 The modular multilevel converter (MMC) is a next-generation transformerless power converter suitable for large-capacity, high-voltage applications. The MMC can be applied to, for example, static synchronous compensators (STATCOM) and high-voltage direct current (HVDC) systems. In particular, the delta-connected MMC has attracted attention because it can output a negative-phase reactive current by passing a circulating current through the delta connection. The delta-connected MMC has a delta connection inside, and one or multiple converter cells connected in series are provided on each phase of the delta connection (see, for example, Patent Document 1).

一方、電力系統の電圧変動を抑制する無効電力補償装置において、その出力電流の瞬時値を所定値に制限するための電流制限回路が知られている(例えば、特許文献2参照)。無効電力補償装置は、逆相電流分を出力して三相不平衡運転すると、三相の各相電流のピーク値は、不揃いになる。また、三相平衡運転が行われると、相殺されていた3次高調波が出力され、電流実際値のピーク値は、電流指令値のピーク値に一致しなくなる。そのため、装置保護の観点から、無効電力補償装置の出力電流実際値を監視し、各相電流の何れか一つが制限設定値を越えたときには速やかに電流指令値を絞り込む必要がある。 On the other hand, in a reactive power compensation device that suppresses voltage fluctuations in a power system, a current limiting circuit is known that limits the instantaneous value of the output current to a predetermined value (see, for example, Patent Document 2). When a reactive power compensation device outputs a negative-phase current and performs three-phase unbalanced operation, the peak values of the currents of the three phases become uneven. Furthermore, when three-phase balanced operation is performed, the offset third harmonic is output, and the peak value of the actual current value no longer matches the peak value of the current command value. Therefore, from the viewpoint of device protection, it is necessary to monitor the actual output current value of the reactive power compensation device, and quickly narrow down the current command value when any one of the phase currents exceeds the limit setting value.

特許文献2に開示された電流制限回路は、この電流制限を行うため、無効電力補償装置の出力電流の三相全波整流信号から、無効電力補償装置の電流指令値に乗じる制限信号を生成する回路である。電流制限回路は、出力電流の三相全波整流信号が電流制限設定値を超えた場合、無効電力補償装置の電流指令値に乗じる制限信号を小さくすることにより、電流指令値を制限する。 The current limiting circuit disclosed in Patent Document 2 is a circuit that generates a limiting signal to be multiplied with the current command value of the reactive power compensation device from the three-phase full-wave rectified signal of the output current of the reactive power compensation device in order to perform this current limiting. When the three-phase full-wave rectified signal of the output current exceeds the current limit setting value, the current limiting circuit reduces the limiting signal to be multiplied with the current command value of the reactive power compensation device, thereby limiting the current command value.

国際公開第2012/099176号International Publication No. 2012/099176 特許第3334005号公報Patent No. 3334005

ところが、MMCでは、デルタ結線部に循環電流が流れるため、特許文献2のように電力系統への交流出力電流を制限しても、循環電流を含むコンバータセル電流(コンバータセルに流れる電流)に高調波が生じる場合がある。 However, in an MMC, a circulating current flows through the delta connection, so even if the AC output current to the power grid is limited as in Patent Document 2, harmonics may occur in the converter cell current (current flowing through the converter cell), which includes the circulating current.

本開示は、コンバータセルに流れる高調波電流を軽減可能な電力変換装置を提供する。 This disclosure provides a power conversion device that can reduce harmonic currents flowing through a converter cell.

本開示の一態様では、
一又は直列接続された複数のコンバータセルがデルタ接続されたデルタ結線部と、
前記デルタ結線部に流れる循環電流を前記デルタ結線部に含まれる複数のコンバータセルによって制御する制御装置と、を備え、
前記コンバータセルは、直列接続された複数の半導体スイッチをそれぞれ含む複数の半導体スイッチ群と、前記複数の半導体スイッチ群に並列に接続されたコンデンサとを有し、
前記制御装置は、正相と逆相の各直交2軸電流指令と前記循環電流の指令である循環電流指令とを用いて、前記デルタ結線部に含まれる複数のコンバータセルの電流指令を制限する、電力変換装置が提供される。
In one aspect of the present disclosure,
a delta connection portion in which one or a plurality of converter cells connected in series are delta-connected;
a control device that controls a circulating current flowing through the delta connection by a plurality of converter cells included in the delta connection ,
The converter cell includes a plurality of semiconductor switch groups each including a plurality of semiconductor switches connected in series, and a capacitor connected in parallel to the plurality of semiconductor switch groups,
The control device limits the current commands of a plurality of converter cells included in the delta connection portion by using positive and negative phase orthogonal two-axis current commands and a circulating current command that is a command for the circulating current.

本開示の一態様によれば、コンバータセルに流れる高調波電流を軽減できる。 According to one aspect of the present disclosure, it is possible to reduce harmonic currents flowing through a converter cell.

一実施形態における電力変換装置の構成例を示す図である。1 is a diagram illustrating a configuration example of a power conversion device according to an embodiment; 制御装置の構成例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the configuration of a control device. 電流指令部の構成例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the configuration of a current command unit. 電流指令部の動作波形例を示す図である。5A and 5B are diagrams illustrating examples of operational waveforms of a current command unit. 従来の電流制限回路を示す図である。FIG. 1 illustrates a conventional current limiting circuit. デルタ結線MMCに適用した従来の電流制限回路の動作波形例を示す図である。1 is a diagram showing an example of operational waveforms of a conventional current limiting circuit applied to a delta-connected MMC;

以下、本開示に係る実施形態について図面を参照して説明する。 Embodiments of the present disclosure will be described below with reference to the drawings.

図1は、一実施形態における電力変換装置の構成例を示す図であり、デルタ結線MMCの回路構成の一例を示す。MMCは、例えば、無効電力補償装置(STATCOM)や直流送電システム(HVDC)に適用可能である。図1に示す電力変換装置400は、デルタ結線部402及び制御装置401を備える。 Figure 1 is a diagram showing an example of the configuration of a power conversion device in one embodiment, and shows an example of the circuit configuration of a delta-connected MMC. The MMC can be applied to, for example, a static var compensator (STATCOM) or a high-voltage direct current (HVDC) transmission system. The power conversion device 400 shown in Figure 1 includes a delta connection section 402 and a control device 401.

デルタ結線部402は、一又は直列接続された複数のコンバータセルがデルタ接続された回路である。デルタ結線部402は、複数のクラスタ50(50UV,50VW,50WU)及び複数のリアクトル51(51UV,51VW,51WU)を備える。 The delta connection unit 402 is a circuit in which one or more converter cells connected in series are delta-connected. The delta connection unit 402 includes a plurality of clusters 50 (50UV, 50VW, 50WU) and a plurality of reactors 51 (51UV, 51VW, 51WU).

UV相のクラスタ50UVは、一対の交流出力端子a,bを介して直列に接続される複数のコンバータセル52UV,52UV,・・・52UVを有する。図1には、3つのコンバータセル52UV,52UV,52UVが例示されている。VW相のクラスタ50VWは、一対の交流出力端子a,bを介して直列に接続される複数のコンバータセル52VW,52VW,・・・52VWを有する。図1には、3つのコンバータセル52VW,52VW,52VWが例示されている。WU相のクラスタ50WUは、一対の交流出力端子a,bを介して直列に接続される複数のコンバータセル52WU,52WU,・・・52WUを有する。図1には、3つのコンバータセル52WU,52WU,52WUが例示されている。xは、各クラスタにおいてコンバータセルが直列に接続される個数を表し、1以上の整数である。つまり、一のクラスタ内のコンバータセルの数は、一つでもよい。 The UV-phase cluster 50UV has a plurality of converter cells 52UV1 , 52UV2, ... 52UVx connected in series via a pair of AC output terminals a, b. Three converter cells 52UV1, 52UV2 , 52UV3 are illustrated in Fig. 1. The VW-phase cluster 50VW has a plurality of converter cells 52VW1 , 52VW2 , ... 52VWx connected in series via a pair of AC output terminals a, b. Three converter cells 52VW1 , 52VW2 , 52VW3 are illustrated in Fig. 1. The WU-phase cluster 50WU has a plurality of converter cells 52WU1 , 52WU2 , ... 52WUx connected in series via a pair of AC output terminals a, b . 1 illustrates three converter cells 52WU 1 , 52WU 2 , and 52WU 3. x represents the number of converter cells connected in series in each cluster, and is an integer equal to or greater than 1. In other words, the number of converter cells in one cluster may be as small as one.

複数のコンバータセル52(52UV~52UV,52VW~52VW,52WU~52WU)は、それぞれ、一対の交流出力端子a,bをそれぞれ有し、一対の交流出力端子a,bを介して直列に接続される。複数のコンバータセル52は、それぞれ、自身の第1の交流出力端子aが、自身に隣接する一方のコンバータセルの第2の交流出力端子bに接続され、自身の第2の交流出力端子bが、自身に隣接する他方のコンバータセルの第1の交流出力端子aに接続される。 Each of the converter cells 52 (52UV 1 to 52UV x , 52VW 1 to 52VW x , 52WU 1 to 52WU x ) has a pair of AC output terminals a, b, and is connected in series via the pair of AC output terminals a, b. Each of the converter cells 52 has its first AC output terminal a connected to the second AC output terminal b of an adjacent converter cell, and its second AC output terminal b connected to the first AC output terminal a of the other adjacent converter cell.

クラスタ50UV、クラスタ50VW、クラスタ50WUは、リアクトル51UV,51VW,51WUを介してデルタ結線されており、系統300に連系している。系統300への連系は、図示しない変圧器を介してもよい。デルタ結線は、デルタ結線内に循環電流が流れる。制御装置401は、デルタ結線部402に流れる循環電流を複数のコンバータセル52のスイッチングによって制御することにより、逆相無効電流を調整できる。 Cluster 50UV, cluster 50VW, and cluster 50WU are delta-connected via reactors 51UV, 51VW, and 51WU, and are connected to grid 300. Connection to grid 300 may be via a transformer (not shown). In the delta connection, a circulating current flows within the delta connection. The control device 401 can adjust the negative-phase reactive current by controlling the circulating current flowing through the delta connection 402 by switching multiple converter cells 52.

複数のコンバータセル52は、それぞれ、複数のスイッチング素子を有する電力変換回路と、その電力変換回路を動作させる駆動回路部とを有する。複数のコンバータセル52は、互いに同一の構成を有する。スイッチング素子は、例えば、トランジスタと、そのトランジスタに逆並列に接続されるダイオードとを有する半導体スイッチである。トランジスタの具体例として、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)などが挙げられる。 Each of the converter cells 52 has a power conversion circuit having multiple switching elements and a drive circuit that operates the power conversion circuit. The converter cells 52 have the same configuration. The switching element is, for example, a semiconductor switch having a transistor and a diode connected in anti-parallel to the transistor. Specific examples of transistors include an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) and a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor).

各コンバータセル52は、コンデンサ54における直流電力を交流電力に変換して一対の交流出力端子a,bに出力する機能と、一対の交流出力端子a,bから入力される交流電力を直流電力に変換してコンデンサ54に供給する機能とを有する。 Each converter cell 52 has the function of converting the DC power in the capacitor 54 into AC power and outputting it to a pair of AC output terminals a, b, and the function of converting the AC power input from the pair of AC output terminals a, b into DC power and supplying it to the capacitor 54.

各コンバータセル52は、一対の交流出力端子a,b、コンデンサ54、電力変換回路53及び不図示の駆動回路部(例えば、GDU(Gate Drive Unit)及び給電回路など)を備える。 Each converter cell 52 has a pair of AC output terminals a, b, a capacitor 54, a power conversion circuit 53, and a drive circuit section (not shown) (e.g., a GDU (Gate Drive Unit) and a power supply circuit, etc.).

コンデンサ54は、一対の交流出力端子a,bに電力変換回路53を介して接続される容量素子である。 Capacitor 54 is a capacitive element connected to a pair of AC output terminals a, b via power conversion circuit 53.

電力変換回路53は、コンデンサ54と一対の交流出力端子a,bとの間に接続され、直流と交流との間で双方向に電力を変換するインバータ回路である。電力変換回路53は、コンデンサ54に並列に接続されている。図1には、複数のスイッチング素子56を有するフルブリッジ回路が例示されている。 The power conversion circuit 53 is an inverter circuit that is connected between the capacitor 54 and a pair of AC output terminals a, b and converts power in both directions between DC and AC. The power conversion circuit 53 is connected in parallel to the capacitor 54. FIG. 1 illustrates a full bridge circuit having multiple switching elements 56.

電力変換回路53は、直列接続された複数の半導体スイッチをそれぞれ含む複数の半導体スイッチ群55を有する。複数の半導体スイッチ群55は、コンデンサ54に並列に接続されている。図1に示す電力変換回路53は、直列に接続された複数のスイッチング素子56を含む第1半導体スイッチ群と、直列に接続された複数のスイッチング素子56を含む第2半導体スイッチ群とが並列に接続されたフルブリッジ構成を有する。第1上アームのスイッチング素子56と第1下アームのスイッチング素子56との間の接続点に、第1の交流出力端子aが接続されている。第2上アームのスイッチング素子56と第2下アームのスイッチング素子56との間の接続点に、第2の交流出力端子bが接続されている。 The power conversion circuit 53 has a plurality of semiconductor switch groups 55 each including a plurality of semiconductor switches connected in series. The plurality of semiconductor switch groups 55 are connected in parallel to the capacitor 54. The power conversion circuit 53 shown in FIG. 1 has a full-bridge configuration in which a first semiconductor switch group including a plurality of switching elements 56 connected in series and a second semiconductor switch group including a plurality of switching elements 56 connected in series are connected in parallel. A first AC output terminal a is connected to a connection point between the switching element 56 of the first upper arm and the switching element 56 of the first lower arm. A second AC output terminal b is connected to a connection point between the switching element 56 of the second upper arm and the switching element 56 of the second lower arm.

図1に例示する複数のスイッチング素子56は、ダイオードが逆並列に接続されたIGBTであるが、MOSFETやサイリスタ等のスイッチング機能を有するスイッチング素子でもよい。 The multiple switching elements 56 illustrated in FIG. 1 are IGBTs with diodes connected in inverse parallel, but they may also be switching elements with switching functions such as MOSFETs or thyristors.

スイッチング素子と逆並列ダイオードとのうち少なくとも一方は、SiC(炭化ケイ素)やGaN(窒化ガリウム)やGa(酸化ガリウム)やダイヤモンドなどのワイドバンドギャップ半導体を含む素子であることが好ましい。ワイドバンドギャップ半導体をスイッチング素子に適用することにより、スイッチング素子の損失低減の効果が高まる。なお、スイッチング素子は、Si(シリコン)などの半導体を含む素子でもよい。同様に、ワイドバンドギャップ半導体を含む素子をダイオードに適用することにより、ダイオードの損失低減の効果が高まる。なお、ダイオードは、Si(シリコン)などの半導体を含む素子でもよい。 At least one of the switching element and the anti-parallel diode is preferably an element including a wide band gap semiconductor such as SiC (silicon carbide), GaN (gallium nitride), Ga 2 O 3 (gallium oxide), or diamond. By applying a wide band gap semiconductor to the switching element, the effect of reducing loss in the switching element is enhanced. The switching element may be an element including a semiconductor such as Si (silicon). Similarly, by applying an element including a wide band gap semiconductor to a diode, the effect of reducing loss in the diode is enhanced. The diode may be an element including a semiconductor such as Si (silicon).

各コンバータセル52は、GDU及び給電回路などの不図示の駆動回路部を備える。 Each converter cell 52 is equipped with a drive circuit section (not shown), such as a GDU and a power supply circuit.

GDUは、電力変換回路53を駆動する駆動回路であり、具体的には、電力変換回路53に構成される複数のスイッチング素子56のゲートを駆動するゲート駆動回路である。GDUは、コンデンサ54から給電回路を介して供給される電力に基づいて、電力変換回路53に構成される複数のスイッチング素子56を駆動する。 The GDU is a drive circuit that drives the power conversion circuit 53, and more specifically, is a gate drive circuit that drives the gates of multiple switching elements 56 configured in the power conversion circuit 53. The GDU drives multiple switching elements 56 configured in the power conversion circuit 53 based on the power supplied from the capacitor 54 via the power supply circuit.

GDUは、制御装置401からの制御信号に従って、複数のスイッチング素子56のうち対応するスイッチング素子のゲート-エミッタ間に電圧を印加することで、当該対応するスイッチング素子をオン又はオフにする。このような動作によって、コンバータセル52の一対の交流出力端子a,b間に矩形波状の電圧が発生する。 The GDU applies a voltage between the gate and emitter of a corresponding one of the multiple switching elements 56 in accordance with a control signal from the control device 401, thereby turning the corresponding switching element on or off. This operation generates a square-wave voltage between a pair of AC output terminals a, b of the converter cell 52.

制御装置401は、複数のコンバータセル52に共通のキャリア周期Tc(キャリア周波数の逆数)に従って、複数のスイッチング素子56をオン又はオフにする制御信号(例えば、PWM信号(パルス幅変調された信号))を生成するコントローラである。制御装置401は、メモリとプロセッサ(例えば、CPU(Central Processing Unit))を有する。制御装置401の各機能は、メモリに記憶されたプログラムによって、プロセッサが動作することにより実現される。制御装置401の機能は、FPGA(Field Programmable Gate Array)又はASIC(Application Specific Integrated Circuit)によって実現されてもよい。 The control device 401 is a controller that generates control signals (e.g., PWM signals (pulse width modulated signals)) that turn on or off the multiple switching elements 56 according to a carrier period Tc (the inverse of the carrier frequency) common to the multiple converter cells 52. The control device 401 has a memory and a processor (e.g., a CPU (Central Processing Unit)). Each function of the control device 401 is realized by the processor operating according to a program stored in the memory. The functions of the control device 401 may be realized by an FPGA (Field Programmable Gate Array) or an ASIC (Application Specific Integrated Circuit).

電力変換装置400は、制御装置401が複数のコンバータセル52のそれぞれに互いに異なる位相で電圧波形を出力させることで、スイッチング素子の耐圧以上の電圧を有し、且つ、高調波が低減されたマルチレベル電圧波形を出力できる。そのため、電力変換装置400は、例えば、特別高圧系統に直接連系する無効電力補償装置や直流送電システムなどに適用可能である。 The power conversion device 400 can output a multilevel voltage waveform with reduced harmonics and a voltage equal to or higher than the withstand voltage of the switching element by causing each of the multiple converter cells 52 to output voltage waveforms with different phases from each other using the control device 401. Therefore, the power conversion device 400 can be applied to, for example, a reactive power compensation device or a DC transmission system that is directly connected to an extra-high voltage system.

また、MMCでは、逆相電流の補償時に、定常的に零でない有効電力が各相に流入し、コンデンサ54の電圧の変動を引き起こすことがある。その対策として、電力変換装置400の制御装置401は、デルタ結線部402に流す循環電流(零相電流)を制御することで、各相の交流電圧と交流電流の直交関係を保ち、コンデンサ54の電圧のバランスを維持する。 In addition, in an MMC, when compensating for the negative-phase-sequence current, a steadily non-zero active power flows into each phase, which can cause fluctuations in the voltage of capacitor 54. As a countermeasure, the control device 401 of the power conversion device 400 controls the circulating current (zero-phase-sequence current) flowing through the delta connection 402 to maintain the orthogonal relationship between the AC voltage and AC current of each phase and maintain the voltage balance of capacitor 54.

図2は、制御装置の構成例を示す図である。図2に示す制御装置401は、電流指令部420及びコンバータ制御部410を有する。 Figure 2 is a diagram showing an example of the configuration of a control device. The control device 401 shown in Figure 2 has a current command unit 420 and a converter control unit 410.

電流指令部420は、正相と逆相の各直交2軸電流指令(I,I,Ind,Inq)から、コンバータセル電流指令(iuv,ivw,iwu)を生成する。コンバータセル電流指令は、各相の一又は複数のコンバータセル52に流れる電流(コンバータセル電流)の指令値である。 The current command unit 420 generates converter cell current commands (iuv * , ivw * , iwu * ) from the positive and negative phase orthogonal two-axis current commands ( Id , Iq , Ind , Inq ). The converter cell current commands are command values for the currents (converter cell currents) flowing through one or more converter cells 52 of each phase.

コンバータ制御部410は、各相のコンバータセル電流指令と各相のコンバータセル電流の検出値との各偏差を演算し、各偏差が零になるような各相の電圧指令値を生成する。コンバータ制御部410は、各相の電圧指令値に従って、各コンバータセル52内の複数のスイッチング素子56をオンまたはオフにする制御信号(例えば、PWM信号)を各コンバータセル52に供給する。 The converter control unit 410 calculates the deviation between the converter cell current command for each phase and the detected value of the converter cell current for each phase, and generates a voltage command value for each phase that makes each deviation zero. The converter control unit 410 supplies each converter cell 52 with a control signal (e.g., a PWM signal) that turns on or off the multiple switching elements 56 in each converter cell 52 according to the voltage command value for each phase.

図3は、電流指令部の構成例を示す図である。図3に示す電流指令部420は、dq逆変換部37,38、循環電流指令演算部39、2軸瞬時値演算部40、加算器47,48、乗算器41、最大値検知部45、非対称フィルタ46、除算器43及び上下限リミッタ42を有する。 Figure 3 is a diagram showing an example of the configuration of the current command unit. The current command unit 420 shown in Figure 3 has dq inverse transform units 37 and 38, a circulating current command calculation unit 39, a two-axis instantaneous value calculation unit 40, adders 47 and 48, a multiplier 41, a maximum value detection unit 45, an asymmetric filter 46, a divider 43, and an upper and lower limiter 42.

電流指令部420は、外部の電流指令設定部により設定された正相と逆相の各直交2軸電流指令(I,I,Ind,Inq)を取得する。電流指令部420は、正相電流指令(I,I)をdq逆変換部37によりdq逆変換して正相交流電流指令と、逆相電流指令(Ind,Inq)をdq逆変換部38によりdq逆変換して得られた逆相交流電流指令と、循環電流指令演算部39により演算された循環電流指令(i)とを加算器47,48により加算する。電流指令部420は、これらを加算することで、制限前のコンバータセル電流指令(iuv,ivw,iwu)を導出する。電流指令部420は、制限前のコンバータセル電流指令(iuv,ivw,iwu)に制限信号Kを乗算器41により乗算することで、制限後のコンバータセル電流指令(iuv,ivw,iwu)を導出する。次に、各信号の導出方法について説明する。 The current command unit 420 acquires the positive-phase and negative-phase orthogonal two-axis current commands ( Id , Iq , Ind , Inq ) set by an external current command setting unit. The current command unit 420 adds together a positive-phase AC current command obtained by performing a dq inverse transformation on the positive-phase current commands ( Id , Iq ) by the dq inverse transformation unit 37, a negative-phase AC current command obtained by performing a dq inverse transformation on the negative-phase current commands ( Ind , Inq ) by the dq inverse transformation unit 38, and a circulating current command ( iz ) calculated by the circulating current command calculation unit 39, by using adders 47 and 48. The current command unit 420 adds these together to derive converter cell current commands (iuv, ivw, iwu) before limitation. The current command unit 420 derives the post-limiting converter cell current commands (iuv * , ivw * , iwu * ) by multiplying the pre-limiting converter cell current commands (iuv, ivw, iwu) by the limiting signal K using the multiplier 41. Next, a method for deriving each signal will be described.

デルタ結線部402の線間電圧vuv,vvw,vwuを、 The line voltages v uv , v vw , and v wu of the delta connection 402 are defined as follows:

Figure 0007679708000001

とする。Vは線間電圧の振幅、ωは角周波数、tは時間を表す。
Figure 0007679708000001

V represents the amplitude of the line voltage, ω represents the angular frequency, and t represents the time.

デルタ結線部402の各相に流入する電流iuv,ivw,iwuを、 The currents i uv , i vw , and i wu flowing into each phase of the delta connection 402 are expressed as follows:

Figure 0007679708000002

とする。Iは線間電流の振幅、φは位相を表す。
Figure 0007679708000002

Here, I represents the amplitude of the line current, and φ represents the phase.

デルタ結線部402に流すべき循環電流の指令である循環電流指令iを、 A circulating current command i z , which is a command for a circulating current to be passed through the delta connection 402, is expressed as follows:

Figure 0007679708000003

とする。Iz0は循環電流の振幅、φz0は位相を表す。
Figure 0007679708000003

Here, I z0 represents the amplitude of the circulating current, and φ z0 represents the phase.

このとき、デルタ結線部402に循環電流を流すことにより、各相の有効電力は零になることから、この場合のIz0及びφz0は、 At this time, by passing a circulating current through the delta connection 402, the effective power of each phase becomes zero. In this case, I z0 and φ z0 are expressed as follows:

Figure 0007679708000004

となる。
Figure 0007679708000004

It becomes.

よって、循環電流指令iは、 Therefore, the circulating current command i z is

Figure 0007679708000005

と表される。
Figure 0007679708000005

This is expressed as:

次に、式(2)で表される電流iuv,ivw,iwuをdq逆変換(3相/2相変換を含む)すると、 Next, when the currents i uv , i vw , and i wu expressed by the equation (2) are subjected to a dq inverse transformation (including a three-phase/two-phase transformation),

Figure 0007679708000006

が得られる。
Figure 0007679708000006

is obtained.

そして、 and,

Figure 0007679708000007

とすると、式(8)から、
Figure 0007679708000007

Then, from equation (8),

Figure 0007679708000008

が得られる。
Figure 0007679708000008

is obtained.

式(10)は、式(6)と等しいことから、
Since equation (10) is equal to equation (6),

Figure 0007679708000009

が得られる。
Figure 0007679708000009

is obtained.

よって、循環電流指令iは、 Therefore, the circulating current command i z is

Figure 0007679708000010

と導出される。循環電流指令演算部39は、各直交2軸電流指令(I,I,Ind,Inq)のうち逆相電流指令(Ind,Inq)に基づき、式(12)に従って、循環電流指令iを導出する。
Figure 0007679708000010

The circulating current command calculation unit 39 derives the circulating current command i z in accordance with the equation (12) based on the negative-phase current commands (I nd , I nq ) among the orthogonal two-axis current commands (I d , I q , I nd , I nq ) .

したがって、制限前のコンバータセル電流指令(iuv,ivw,iwu)は、 Therefore, the converter cell current command (iuv, ivw, iwu) before limiting is:

Figure 0007679708000011

と導出される。
Figure 0007679708000011

It is derived as follows.

2軸瞬時値演算部40は、以上の式(13)の結果より、下記の式(14)に従って、 The two-axis instantaneous value calculation unit 40 calculates the result of the above formula (13) according to the following formula (14):

Figure 0007679708000012

指令制限前の交流電流指令の波高値Iuv,Ivw,Iwuを導出する。このように、2軸瞬時値演算部40は、各直交2軸電流指令(I,I,Ind,Inq)と循環電流指令iとを用いて、交流電流指令の波高値Iuv,Ivw,Iwuを導出する。波高値Iuv,Ivw,Iwuは、各直交2軸電流指令の波高値(瞬時値)に相当する。
Figure 0007679708000012

The peak values Iuv, Ivw, Iwu of the AC current commands before command limiting are derived. In this way, the two-axis instantaneous value calculation unit 40 derives the peak values Iuv, Ivw, Iwu of the AC current commands using each of the orthogonal two-axis current commands ( Id , Iq , Ind , Inq ) and the circulating current command iZ . The peak values Iuv, Ivw, Iwu correspond to the peak values (instantaneous values) of each of the orthogonal two-axis current commands.

最大値検知部45は、交流電流指令波高値Iuv,Ivw,Iwuの最大値Iaを検知し、検知された最大値Iaは、非対称フィルタ46に入力され、非対称フィルタ46を通して除算器43に入力される。 The maximum value detection unit 45 detects the maximum value Ia of the AC current command peak values Iuv, Ivw, and Iwu, and the detected maximum value Ia is input to the asymmetric filter 46 and input to the divider 43 through the asymmetric filter 46.

非対称フィルタ46は、最大値Iaが増加傾向にあるときには小さな時定数で出力信号Iafを増加させ、最大値Iaが減少傾向にあるときには大きな時定数で出力信号Iafを減少させる。非対称フィルタ46の出力信号Iafは、所定の電流指令制限値44(例えば、100%)と比較される。 The asymmetric filter 46 increases the output signal Iaf with a small time constant when the maximum value Ia is increasing, and decreases the output signal Iaf with a large time constant when the maximum value Ia is decreasing. The output signal Iaf of the asymmetric filter 46 is compared with a predetermined current command limit value 44 (e.g., 100%).

除算器43は、所定の電流指令制限値44を出力信号Iafで除算して得られた値(除算値s)を出力する。除算値sは、上下限リミッタ42により100〔%〕~0〔%〕に制限され、その出力である制限信号Kは、乗算器41に入力される。上下限リミッタ42は、入力信号(この場合、除算値s)をその上限100〔%〕~下限0〔%〕の範囲に制限するものである。 The divider 43 outputs a value (divided value s) obtained by dividing a predetermined current command limit value 44 by the output signal Iaf. The divided value s is limited to 100% to 0% by the upper and lower limiter 42, and the limit signal K that is the output is input to the multiplier 41. The upper and lower limiter 42 limits the input signal (in this case, the divided value s) to a range between an upper limit of 100% and a lower limit of 0%.

乗算器41には、制限前のコンバータセル電流指令(iuv,ivw,iwu)が入力される。乗算器41は、コンバータセル電流指令(iuv,ivw,iwu)に制限信号Kを乗算することで(K倍することで)、制限後のコンバータセル電流指令(iuv,ivw,iwu)を出力する。 The converter cell current commands (iuv, ivw, iwu) before the limit are input to the multiplier 41. The multiplier 41 multiplies the converter cell current commands (iuv, ivw, iwu) by the limit signal K (by multiplying by K) and outputs the converter cell current commands (iuv * , ivw * , iwu * ) after the limit.

出力信号Iafが電流指令制限値44よりも小さい場合、除算器43の出力は1以上となるが、上下限リミッタ42によって100〔%〕に制限される。そのため、乗算器41への制限信号Kは100〔%〕となり、乗算器41の出力は、制限前のコンバータセル電流指令(iuv,ivw,iwu)と等しくなる。つまり、電流指令の制限は、行われない。 When the output signal Iaf is smaller than the current command limit value 44, the output of the divider 43 is 1 or more, but is limited to 100% by the upper and lower limiter 42. Therefore, the limit signal K to the multiplier 41 becomes 100% and the output of the multiplier 41 becomes equal to the converter cell current command (iuv, ivw, iwu) before the limit. In other words, no limit is applied to the current command.

一方、出力信号Iafが電流指令制限値44よりも大きくなった場合、除算器43の出力は、出力信号Iafの大きさに応じて1よりも小さな値となり、上下限リミッタ42では制限されずに、1よりも小さい制限信号Kとしてそのまま乗算器41に入力される。乗算器41は、制限前のコンバータセル電流指令(iuv,ivw,iwu)を制限信号K倍して出力する。よって、制限後のコンバータセル電流指令(iuv,ivw,iwu)は、制限前のコンバータセル電流指令(iuv,ivw,iwu)よりも小さな値に制限される。 On the other hand, when the output signal Iaf becomes larger than the current command limit value 44, the output of the divider 43 becomes a value smaller than 1 according to the magnitude of the output signal Iaf, and is not limited by the upper and lower limiter 42, but is input as is to the multiplier 41 as a limit signal K smaller than 1. The multiplier 41 multiplies the converter cell current command (iuv, ivw, iwu) before limiting by the limit signal K and outputs it. Therefore, the converter cell current command (iuv * , ivw * , iwu * ) after limiting is limited to a value smaller than the converter cell current command (iuv, ivw, iwu) before limiting.

制限後のコンバータセル電流指令(iuv,ivw,iwu)によりコンバータセル電流が制御されるので、コンバータセルに流れる高調波電流を軽減できる。 Since the converter cell currents are controlled by the converter cell current commands (iuv * , ivw * , iwu * ) after limitation, it is possible to reduce the harmonic currents flowing through the converter cells.

図4は、電流指令部420の動作波形例を示す図である。これに対し、図6は、図5に示す従来の電流制限回路10の動作波形例を示す図であり、特許文献2に開示された電流制限回路10をデルタ結線MMCに適用した場合の電流指令制限結果を示す(Iqが100%から150%に変化)。 Figure 4 shows an example of the operating waveform of the current command unit 420. In contrast, Figure 6 shows an example of the operating waveform of the conventional current limiting circuit 10 shown in Figure 5, and shows the current command limiting result when the current limiting circuit 10 disclosed in Patent Document 2 is applied to a delta-connected MMC (Iq changes from 100% to 150%).

図6に示す通り、電流指令が急峻に変化して定格電流100%を超過したとき、制限後の電流指令に歪み(高調波)が生じる。なお、定格電流超過時は、装置保護のため,瞬時に電流指令を制限する必要がある。そのため、図6では、整流信号Xnが増加したときの非対称フィルタ106の時定数は、0ms(フィルタなし)に設定され、減少したときの非対称フィルタ106の時定数は、10msに設定されている。 As shown in FIG. 6, when the current command changes suddenly and exceeds 100% of the rated current, distortion (harmonics) occurs in the current command after limiting. When the rated current is exceeded, it is necessary to limit the current command instantly to protect the device. Therefore, in FIG. 6, the time constant of the asymmetric filter 106 when the rectified signal Xn increases is set to 0 ms (no filter), and the time constant of the asymmetric filter 106 when it decreases is set to 10 ms.

一方、図4は、正相と逆相の各直交2軸電流指令と循環電流指令とによる電流指令制限波形を示す(Iqが100%から150%に変化)。非対称フィルタ46の時定数は、図6と同様である。図4より、コンバータセル電流指令が急峻に変化して定格電流100%を超過したとき、制限後のコンバータセル電流指令に生ずる歪み(高調波)が軽減されている。 On the other hand, Figure 4 shows the current command limit waveforms due to the positive and negative phase orthogonal two-axis current commands and the circulating current command (Iq changes from 100% to 150%). The time constant of the asymmetric filter 46 is the same as that in Figure 6. Figure 4 shows that when the converter cell current command changes abruptly and exceeds the rated current of 100%, the distortion (harmonics) that occurs in the converter cell current command after limiting is reduced.

なお、本実施形態の方式は、波高値の瞬時値から電流指令を制限するため、非対称フィルタ46を無くして制御を簡素化することも可能である。 In addition, since the method of this embodiment limits the current command from the instantaneous value of the peak value, it is possible to simplify the control by eliminating the asymmetric filter 46.

以上、実施形態を説明したが、本開示の技術は上記の実施形態に限定されない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が可能である。 Although the embodiments have been described above, the technology of the present disclosure is not limited to the above-described embodiments. Various modifications and improvements are possible, such as combinations or substitutions with part or all of other embodiments.

50,50UV,50VW,50WU クラスタ
51,51UV,51VW,51WU リアクトル
52UV,52UV,52UV コンバータセル
52VW,52VW,52VW コンバータセル
52WU,52WU,52WU コンバータセル
53 電力変換回路
54 コンデンサ
55 半導体スイッチ群
56 スイッチング素子
300 系統
400 電力変換装置
401 制御装置
402 デルタ結線部
410 コンバータ制御部
420 電流指令部
a,b 交流出力端子
50, 50UV, 50VW, 50WU cluster 51, 51UV, 51VW, 51WU reactor 52UV1 , 52UV2 , 52UV x converter cell 52VW1 , 52VW2 , 52VW x converter cell 52WU1 , 52WU2 , 52WU x converter cell 53 power conversion circuit 54 capacitor 55 semiconductor switch group 56 switching element 300 system 400 power conversion device 401 control device 402 delta connection section 410 converter control section 420 current command section a, b AC output terminal

Claims (4)

一又は直列接続された複数のコンバータセルがデルタ接続されたデルタ結線部と、
前記デルタ結線部に流れる循環電流を前記デルタ結線部に含まれる複数のコンバータセルによって制御する制御装置と、を備え、
前記コンバータセルは、直列接続された複数の半導体スイッチをそれぞれ含む複数の半導体スイッチ群と、前記複数の半導体スイッチ群に並列に接続されたコンデンサとを有し、
前記制御装置は、正相と逆相の各直交2軸電流指令と前記循環電流の指令である循環電流指令とを用いて、前記デルタ結線部に含まれる複数のコンバータセルの電流指令を制限する、電力変換装置。
a delta connection portion in which one or a plurality of converter cells connected in series are delta-connected;
a control device that controls a circulating current flowing through the delta connection by a plurality of converter cells included in the delta connection ,
The converter cell includes a plurality of semiconductor switch groups each including a plurality of semiconductor switches connected in series, and a capacitor connected in parallel to the plurality of semiconductor switch groups,
The control device limits current commands of a plurality of converter cells included in the delta connection portion by using each of orthogonal two-axis current commands of positive phase and negative phase and a circulating current command that is a command for the circulating current.
前記制御装置は、前記各直交2軸電流指令と前記循環電流指令に基づいて前記各直交2軸電流指令の波高値を導出し、前記波高値を用いて、前記デルタ結線部に含まれる複数のコンバータセルの電流指令を制限する、請求項1に記載の電力変換装置。 2. The power conversion device according to claim 1, wherein the control device derives peak values of the orthogonal two-axis current commands based on the orthogonal two-axis current commands and the circulating current command, and limits current commands of a plurality of converter cells included in the delta connection portion by using the peak values. 前記制御装置は、前記各直交2軸電流指令と前記循環電流指令を用いて、前記デルタ結線部に含まれる複数のコンバータセルの電流指令を制限するための制限信号を生成する、請求項1又は2に記載の電力変換装置。 3. The power conversion device according to claim 1, wherein the control device generates a limiting signal for limiting current commands of a plurality of converter cells included in the delta connection portion , using the orthogonal two-axis current commands and the circulating current command. 前記制御装置は、前記各直交2軸電流指令のうち逆相電流指令に基づいて、前記循環電流指令を導出する、請求項1から3のいずれか一項に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to any one of claims 1 to 3, wherein the control device derives the circulating current command based on a negative-phase current command among the two orthogonal axes current commands.
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