專利名稱：電力變換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過級聯(lián)連接單位變換器而構(gòu)成的電力變換裝置，特別是涉及抑制起 因于輸出電流高次諧波的問題的電力變換裝置。
背景技術(shù)：
以往的電力變換裝置利用升降壓變壓器來實(shí)現(xiàn)輸出電壓的高電壓化，與交流系統(tǒng) 互聯(lián)。該升降壓變壓器的重量、體積較大，所以造成裝置整體的重量、體積增大。非專利文獻(xiàn) 1 J. Narushima，"Series Connection ofSnubberless IGBTs for 6. 6kV Transformerless Converter，，，IEEE/PCC Nagoya 2007.

發(fā)明內(nèi)容
以往的電力變換裝置難以實(shí)現(xiàn)高電壓輸出，為了與交流系統(tǒng)互聯(lián)而使用升降壓 變壓器，所以成為裝置整體的重量、體積增大的原因之一。特別在用于配電的情況下，由 于設(shè)置在柱子上，所以裝置的重量、體積的增大成為很大的課題。為了解決該問題，研究 開發(fā)了如非專利文獻(xiàn)1所公開那樣的電力變換裝置，該電力變換裝置通過串聯(lián)連接以 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管)為代表的元件來使輸 出電壓高電壓化，從而能夠不使用變壓器而與配電系統(tǒng)互聯(lián)。但是，在該電力變換裝置的情 況下，由于輸出電壓成為脈沖狀，所以產(chǎn)生高次諧波分量較大的輸出電流。如果電流高次諧 波較大，則在配電系統(tǒng)的電抗器等中產(chǎn)生磁通勢的變動(dòng)，與此相伴地，電抗器振動(dòng)而產(chǎn)生噪 音。另外，該電抗器由于通過電線與配電系統(tǒng)直接連接，所以上述振動(dòng)也傳播到配電線、電 柱等，它們也成為噪音源。在配電用的情況下，由于設(shè)置在住宅區(qū)，所以產(chǎn)生噪音是特別嚴(yán) 重的問題，抑制上述噪音成為重要的技術(shù)課題。為了達(dá)成上述課題，本發(fā)明提供一種電力變換裝置，具備多個(gè)通過級聯(lián)狀地連接 多個(gè)單位變換器而構(gòu)成的臂(arm)，其特征在于，具備使上述單位變換器的開關(guān)驅(qū)動(dòng)用載 波的相位在上述臂內(nèi)的單位變換器之間相互偏移規(guī)定的值的部件；以及使得在使上述單位 變換器的開關(guān)驅(qū)動(dòng)用載波的頻率大于將人的可聽頻帶的最大頻率除以上述臂內(nèi)的單位變 換器的數(shù)量而得到的值的狀態(tài)下動(dòng)作的部件。進(jìn)而，在本發(fā)明的電力變換裝置中，其特征在于，具備互聯(lián)電抗器；緩沖電抗器； 臂，級聯(lián)狀地連接多個(gè)單位變換器而構(gòu)成；控制裝置，對上述單位變換器進(jìn)行控制；以及信 號線，從上述控制裝置向上述單位變換器傳送控制信號，將上述臂分別配置在3相的各相 的正側(cè)、負(fù)側(cè)。進(jìn)而，在本發(fā)明的電力變換裝置中，其特征在于，上述單位變換器具備單元 (cell)，通過半橋狀地連接儲存電力的電容器、在過電流時(shí)切斷電流的保險(xiǎn)絲、以及多個(gè)開 關(guān)元件而構(gòu)成；單位變換器控制電路，輸出上述開關(guān)元件的控制信號；柵驅(qū)動(dòng)器，根據(jù)從上 述單位變換器控制電路輸出的控制信號，向上述開關(guān)元件施加電壓；柵電源，供給上述柵驅(qū) 動(dòng)器所需的電力；以及自給電源，供給上述柵電源與上述單位變換器控制電路所需的電力。
進(jìn)而，在本發(fā)明的電力變換裝置中，其特征在于，具備同步信號生成器，針對每個(gè)規(guī)定的時(shí)間，生成同步信號；載波生成器，將從上述同步信號生成器輸出的上述同步信號作 為輸入，生成上述單位變換器的開關(guān)驅(qū)動(dòng)用載波；以及各相電壓指令生成器，生成相互的相 位分別偏移了 1/3周期的3相各相的電壓指令。進(jìn)而，在本發(fā)明的電力變換裝置中，其特征在于，上述單位變換器控制電路具備比 較器，該比較器根據(jù)上述電壓指令與上述單位變換器的開關(guān)驅(qū)動(dòng)用載波的大小關(guān)系，將上 述開關(guān)元件的0N/0FF信號輸出到上述柵驅(qū)動(dòng)器。進(jìn)而，在本發(fā)明的電力變換裝置中，其特征在于，上述單位變換器具備單元，通過 將儲存電力的電容器、在過電流時(shí)切斷電流的保險(xiǎn)絲、以及第一支腿(leg)和第二支腿全 橋狀地連接而構(gòu)成，其中上述第一支腿和第二支腿通過串聯(lián)連接多個(gè)開關(guān)元件而構(gòu)成；單 位變換器控制電路，輸出上述開關(guān)元件的控制信號；柵驅(qū)動(dòng)器，根據(jù)從單位變換器控制電路 輸出的控制信號，向上述開關(guān)元件施加電壓；柵電源，輸出上述柵驅(qū)動(dòng)器所需的電力；以及 自給電源，供給上述柵電源與上述單位變換器控制電路所需的電力。進(jìn)而，在本發(fā)明的電力變換裝置中，其特征在于，具備同步信號生成器，針對每個(gè) 規(guī)定的時(shí)間生成同步信號；載波生成器，將從上述同步信號生成器輸出的上述同步信號作 為輸入，生成上述單位變換器的開關(guān)驅(qū)動(dòng)用載波；第一各相電壓指令生成器，生成使相互的 相位分別偏移了 1/3周期的3相各相的電壓指令；以及第二各相電壓指令生成器，輸出相對 于從上述第一各相電壓指令生成器輸出的電壓指令，使相位偏移了 1/2周期的電壓指令。進(jìn)而，在本發(fā)明的電力變換裝置中，其特征在于，上述單位變換器控制電路具備 第一比較器，根據(jù)從上述第一各相電壓指令生成器輸出的電壓指令與從上述載波生成器輸 出的上述單位變換器的開關(guān)驅(qū)動(dòng)用載波的大小關(guān)系，生成構(gòu)成上述第一支腿的上述開關(guān)元 件的0N/0FF信號；以及第二比較器，根據(jù)從上述第二各相電壓指令生成器輸出的電壓指令 與從上述載波生成器輸出的上述單位變換器的開關(guān)驅(qū)動(dòng)用載波的大小關(guān)系，生成構(gòu)成上述 第二支腿的上述開關(guān)元件的0N/0FF信號。進(jìn)而，在本發(fā)明的電力變換裝置中，其特征在于，具備同步信號生成器，針對每個(gè) 規(guī)定的時(shí)間生成同步信號；以及各相電壓指令生成器，生成使相互的相位分別偏移了 1/3 周期的3相各相的電壓指令。進(jìn)而，在本發(fā)明的電力變換裝置中，其特征在于，上述單位變換器控制電路具備 載波生成器，將從上述同步信號生成器輸出的上述同步信號作為輸入，輸出上述單位變換 器的開關(guān)驅(qū)動(dòng)用載波；以及比較器，根據(jù)從上述載波生成器輸出的上述單位變換器的開關(guān) 驅(qū)動(dòng)用載波與從上述各相電壓指令生成器輸出的電壓指令的大小關(guān)系，生成上述開關(guān)元件 的0N/0FF信號。進(jìn)而，在本發(fā)明的電力變換裝置中，其特征在于，上述控制裝置具備同步信號生 成器，針對每個(gè)規(guī)定的時(shí)間生成同步信號；第一各相電壓指令生成器，生成使相互的相位分 別偏移了 1/3周期的3相各相的電壓指令；以及第二各相電壓指令生成器，輸出相對于從上 述第一各相電壓指令生成器輸出的電壓指令，使相位偏移了 1/2周期的電壓指令。進(jìn)而，在本發(fā)明的電力變換裝置中，上述單位變換器控制電路具備載波生成器， 將從上述同步信號生成器輸出的上述同步信號作為輸入，輸出上述單位變換器的開關(guān)驅(qū)動(dòng) 用載波；第一比較器，根據(jù)從上述第一各相電壓指令生成器輸出的電壓指令與從上述載波生成器輸出的上述單位變換器的開關(guān)驅(qū)動(dòng)用載波的大小關(guān)系，生成構(gòu)成上述第一單元的上 述開關(guān)元件的ON/OFF信號；第二比較器，根據(jù)從上述第二各相電壓指令生成器輸出的電壓 指令與從上述載波生成器輸出的上述單位變換器的開關(guān)驅(qū)動(dòng)用載波的大小關(guān)系，生成構(gòu)成 上述第二單元的上述開關(guān)元件的ON/OFF信號。進(jìn)而，在本發(fā)明的電力變換裝置中，其特征在于，上述控制裝置具備各相電壓指 令生成器，生成使相互的相位分別偏移了 1/3周期的3相各相的電壓指令；同步信號生成 器，針對每個(gè)規(guī)定的時(shí)間生成同步信號；載波生成器，將從上述同步信號生成器輸出的上述 同步信號作為輸入，生成上述單位變換器的開關(guān)驅(qū)動(dòng)用載波；以及比較器，根據(jù)上述電壓指 令與上述單位變換器的開關(guān)驅(qū)動(dòng)用載波的大小關(guān)系，將上述開關(guān)元件的0N/0FF信號輸出 到上述單位變換器控制電路。 進(jìn)而，在本發(fā)明的電力變換裝置中，其特征在于，上述控制裝置具備第一各相電 壓指令生成器，生成使相互的相位分別偏移了 1/3周期的3相各相的電壓指令；第二各相 電壓指令生成器，輸出相對于從上述第一各相電壓指令生成器輸出的電壓指令，使相位偏 移了 1/2周期的電壓指令；同步信號生成器，針對每個(gè)規(guī)定的時(shí)間生成同步信號；載波生成 器，將從上述同步信號生成器輸出的上述同步信號作為輸入，生成上述單位變換器的開關(guān) 驅(qū)動(dòng)用載波；第一比較器，根據(jù)從上述第一各相電壓指令生成器輸出的電壓指令與從上述 載波生成器輸出的開關(guān)驅(qū)動(dòng)用載波的大小關(guān)系，生成構(gòu)成第一支腿的上述開關(guān)元件的ON/ OFF信號；以及第二比較器，根據(jù)從上述第二各相電壓指令生成器輸出的電壓指令與從上 述載波生成器輸出的開關(guān)驅(qū)動(dòng)用載波的大小關(guān)系，生成構(gòu)成第二支腿的上述開關(guān)元件的 0N/0FF 信號。進(jìn)而，在本發(fā)明的電力變換裝置中，其特征在于，具備變壓器；緩沖電抗器；臂， 級聯(lián)狀地連接多個(gè)單位變換器而構(gòu)成；控制裝置，對上述單位變換器進(jìn)行控制；以及信號 線，從上述控制裝置向上述單位變換器傳送控制信號，將上述臂分別配置在3相的各相中。進(jìn)而，在本發(fā)明的電力變換裝置中，其特征在于，代替信號線而利用無線方式來執(zhí) 行上述控制裝置與上述單位變換器控制電路之間的控制信號的傳送。在本發(fā)明的電力變換裝置中，為了抑制在配電系統(tǒng)的互聯(lián)電抗器等中產(chǎn)生的噪 音，將針對各相中的每一個(gè)級聯(lián)連接了多個(gè)由IGBT等構(gòu)成的單位變換器的電力變換裝置 與配電系統(tǒng)互聯(lián)，并在其間設(shè)置互聯(lián)電抗器。此時(shí)，噪音的頻率成為人的可聽域的最大頻率 以上，從而抑制從上述電力變換裝置產(chǎn)生的噪音。為此，需要使作為上述噪音源的輸出電流 高次諧波分量的頻率超過人的可聽域的最大頻率。為了使輸出電流高次諧波分量的頻率超 過人的可聽域的最大頻率，在使單位變換器的開關(guān)驅(qū)動(dòng)用載波的相位在單位變換器之間相 互偏移了規(guī)定的值的電力變換裝置中，使各單位變換器的驅(qū)動(dòng)用載波的頻率滿足下式(1) 即可。fcarrier ^ faudibility—max · N(1)其中，fcarrier 單位變換器開關(guān)驅(qū)動(dòng)用載波的頻率，faudibility—_ 人的可聽域的最大 頻率，針對各相中的每一個(gè)級聯(lián)連接的單位變換器的個(gè)數(shù)是N。根據(jù)本發(fā)明的電力變換裝置，由于成為噪音的原因的輸出電流的高次諧波分量的 頻率超過人的可聽域，所以人無法識別聲音，其結(jié)果能夠抑制噪音。


圖1是實(shí)施例1中的與配電系統(tǒng)互聯(lián)的電力變換裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖2是實(shí)施例1中的控制電力變換裝置的控制裝置的結(jié)構(gòu)概略圖。
圖3是示出控制裝置進(jìn)行的單位變換器之間的同步處理的狀況的圖。圖4是實(shí)施例1中的構(gòu)成電力變換裝置的單位變換器的結(jié)構(gòu)圖。圖5是實(shí)施例1中的構(gòu)成單位變換器的單位變換器控制電路的結(jié)構(gòu)概略圖。圖6是實(shí)施例1中的各相臂內(nèi)的單位變換器載波與電壓指令波形圖、以及單位變 換器的端子間電壓波形圖。圖7是臂的合成脈沖電壓波形的例子。圖8是電力變換裝置的輸出電流波形的例子。圖9是實(shí)施例2中的構(gòu)成電力變換裝置的單位變換器的結(jié)構(gòu)圖。圖10是實(shí)施例2中的控制電力變換裝置的控制裝置的結(jié)構(gòu)概略圖。圖11是實(shí)施例2中的構(gòu)成單位變換器的單位變換器控制電路的結(jié)構(gòu)概略圖。圖12是實(shí)施例2中的各相臂內(nèi)的單位變換器載波與電壓指令波形圖、以及單位變 換器的電壓波形圖。圖13是實(shí)施例3中的控制電力變換裝置的控制裝置的結(jié)構(gòu)概略圖。圖14是實(shí)施例3中的構(gòu)成單位變換器的單位變換器控制電路的結(jié)構(gòu)概略圖。圖15是實(shí)施例4中的控制電力變換裝置的控制裝置的結(jié)構(gòu)概略圖。圖16是實(shí)施例4中的構(gòu)成單位變換器的單位變換器控制電路的結(jié)構(gòu)概略圖。圖17是在實(shí)施例5中對單位變換器的電路結(jié)構(gòu)是半橋型的情況下的電力變換裝 置進(jìn)行控制的控制裝置的結(jié)構(gòu)概略圖。圖18是在實(shí)施例5中對單位變換器的電路結(jié)構(gòu)是全橋型的情況下的電力變換裝 置進(jìn)行控制的控制裝置的結(jié)構(gòu)概略圖。圖19是實(shí)施例6中的與配電系統(tǒng)互聯(lián)的電力變換裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖20是實(shí)施例9中的控制電力變換裝置的控制裝置的結(jié)構(gòu)概略圖。圖21是實(shí)施例9中的構(gòu)成單位變換器的單位變換器控制電路的結(jié)構(gòu)概略圖。(標(biāo)號說明)101電力變換裝置102單位變換器102_UU相正側(cè)臂102_VV相正側(cè)臂102_WW相正側(cè)臂102_u U相負(fù)側(cè)臂102_v V相負(fù)側(cè)臂102_w W相負(fù)側(cè)臂103控制裝置104信號線105緩沖電抗器106互聯(lián)電抗器
107配電系統(tǒng)
108各相電壓指令生成器
109同步信號生成器
110載波生成器
11IIGBT 元件
112直流電容器
113保險(xiǎn)絲
114單元
115單位變換器控制電路
116柵驅(qū)動(dòng)器
117自給電源
118柵電源
119比較器
120數(shù)據(jù)發(fā)送部
121數(shù)據(jù)接收部
具體實(shí)施例方式以下，根據(jù)附圖，對本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行說明。另外，以下的實(shí)施例僅表示發(fā) 明的一個(gè)方式，只要不脫離本發(fā)明的要旨，則也包括其他方式。[實(shí)施例1]圖1是作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的級聯(lián)連接了單位變換器而形成的電力變換裝 置的結(jié)構(gòu)圖，是與系統(tǒng)107互聯(lián)的狀態(tài)。電力變換裝置101包括單位變換器102、控制裝置 103、將來自控制裝置103的控制信號傳送到各單位變換器的信號線104、緩沖電抗器105、 互聯(lián)電抗器106。另外，102_U、102_V、102_W、102_u、102_v、102_w分別是將多個(gè)單位變換器 102級聯(lián)狀地連接而成的，將其定義成臂(arm)。因此，將上部臂的102_U、102_V、102_W分 別稱為U相正側(cè)臂、V相正側(cè)臂、W相正側(cè)臂，將下部臂的102_u、102_v、102_w分別稱為U相 負(fù)側(cè)臂、V相負(fù)側(cè)臂、W相負(fù)側(cè)臂。另外，單位變換器102與控制裝置103如圖1所示，通過 信號線104連成一串。圖2示出控制裝置103的結(jié)構(gòu)概略圖?？刂蒲b置103包括輸出U相、V相、W相 的各相的電壓指令的各相電壓指令生成器108 ；生成由控制裝置103實(shí)施的每個(gè)規(guī)定的時(shí) 間的中斷處理的執(zhí)行信號(以下稱為同步信號)的同步信號生成器109;以及輸出電力變 換裝置內(nèi)的所有單位變換器的開關(guān)驅(qū)動(dòng)用載波的載波生成器110。從各相電壓指令生成器 108輸出的電壓指令是U相、V相、W相的電壓指令，這三相的電壓指令的相位分別偏移1/3 周期。另外，如果將上述臂內(nèi)的單位變換器數(shù)設(shè)為N個(gè)，則從載波生成器110輸出的單位變 換器的開關(guān)驅(qū)動(dòng)用載波的數(shù)據(jù)數(shù)是6N。在控制裝置103中，為了在各臂內(nèi)的第k個(gè)(k = 1.....N)單位變換器彼此間取
得同步，針對每個(gè)規(guī)定的時(shí)間ΔΤ實(shí)施單位變換器的開關(guān)驅(qū)動(dòng)用載波的中斷處理，在同步 信號生成器109中，針對該每規(guī)定的時(shí)間ΔΤ輸出同步信號。在載波生成器110中，在輸入 了上述同步信號的瞬間，如圖3所示，輸出強(qiáng)制地修正成規(guī)定值的開關(guān)驅(qū)動(dòng)用載波。此處，在將上部臂的第k個(gè)(k = 1.....N)開關(guān)驅(qū)動(dòng)用載波修正為規(guī)定值A(chǔ)1的情況下，下部臂的
第k個(gè)(k= 1.....N)開關(guān)驅(qū)動(dòng)用載波修正為規(guī)定值-A115在利用了上述同步信號的開關(guān)
驅(qū)動(dòng)用載波的同步中，每當(dāng)向載波生成器110輸入一次同步信號，取得各臂內(nèi)的1個(gè)單位變 換器的同步。在各臂內(nèi)的第1個(gè)至第N個(gè)單位變換器中依次實(shí)施。對于上述取得單位變換 器之間的同步的一連串的作業(yè)，以下稱為同步處理。將從各相電壓指令生成器108、載波生 成器110輸出的上述電壓指令、以及開關(guān)驅(qū)動(dòng)用載波通過信號線104分別傳送到相應(yīng)的單 位變換器。接下來，圖4示出單位變換器102的結(jié)構(gòu)。單位變換器102包括由2個(gè)IGBT元 件111、直流電容器112、2個(gè)保險(xiǎn)絲113構(gòu)成的單元(cell) 114 ；單位變換器控制電路115 ； 柵驅(qū)動(dòng)器116 ；自給電源117 ；柵電源118。另外，單位變換器控制電路115、柵驅(qū)動(dòng)器116的 電力是把對直流電容器112充電的電力通過自給電源117、柵電源118而供給的。圖5示出單位變換器控制電路的結(jié)構(gòu)概略圖。在單位變換器控制電路115中，針 對從控制裝置103通過信號線104傳送的單位變換器的開關(guān)驅(qū)動(dòng)用載波與電壓指令，在比 較器119中進(jìn)行大小比較，將生成的開關(guān)的ON(接通)/0FF(斷開)信號輸出到柵驅(qū)動(dòng)器 116。在柵驅(qū)動(dòng)器116中，根據(jù)0N/0FF信息將來自柵電源118的電壓施加到2個(gè)IGBT元件 111的柵端子，從而對IGBT元件111進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。此時(shí)，2個(gè)IGBT元件的0N/0FF信息在一個(gè) 成為ON時(shí)另一個(gè)成為OFF。另外，用于使正側(cè)臂的0N/0FF信號反轉(zhuǎn)的信號成為負(fù)側(cè)臂的 0N/0FF 信號。此處，為了抑制起因于輸出電流高次諧波分量而產(chǎn)生的噪音，使各臂的第k個(gè)與
第k+Ι個(gè)(k = 1.....N-1)單位變換器的開關(guān)驅(qū)動(dòng)用載波的相位分別偏移規(guī)定值。利用
上述同步處理來實(shí)施該相位偏移。將單位變換器的開關(guān)驅(qū)動(dòng)用載波的頻率設(shè)定成滿足上式 (1)。另外，通過下式(2)來設(shè)定上述同步信號的輸出周期ΔΤ。ΔΤ= 1/(NXfcarrier)(2)圖6示出單位變換器的載波_電壓指令的大小關(guān)系與此時(shí)的單位變換器的輸出電 壓。圖6的上側(cè)的圖示出單位變換器的載波與電壓指令波形。另一方面，下側(cè)的圖示出將單 位變換器的端子間電壓設(shè)為E[V]時(shí)的各單位變換器的端子間電壓波形。在各單位變換器 中，如上所述，對電壓指令與單位變換器開關(guān)驅(qū)動(dòng)用載波的大小進(jìn)行比較，在電壓指令大的 情況下，使IGBT元件Illa的開關(guān)成為0N，使IGBT元件Illb的開關(guān)成為0FF，從而在單位 變換器上產(chǎn)生電壓E[V]。相反，在電壓指令比各單位變換器的載波小的情況下，使IGBT元 件Illa的開關(guān)成為0FF，使IGBT元件Illb的開關(guān)成為0N，從而單位變換器102上的電壓 成為0[V]。由此，各相的輸出電壓成為施加給單位變換器102的電壓的總和。如上所述，如 果使臂內(nèi)的各單位變換器開關(guān)驅(qū)動(dòng)用載波的相位偏移，則臂內(nèi)的單位變換器的0N/0FF定 時(shí)偏移。圖7示出如上所述使電力變換器運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下的臂的合成脈沖電壓波形(臂電壓 波形)。如果利用本發(fā)明，則輸出電流波形如圖8所示，輸出電流高次諧波分量的頻率 仁_16超過人的可聽域的最大頻率。因此，人無法識別起因于從互聯(lián)電抗器或配電 系統(tǒng)等產(chǎn)生的聲音，其結(jié)果能夠抑制噪音。[實(shí)施例2]
在上述實(shí)施例1中，通過圖4那樣的所謂半橋型電路來構(gòu)成了單位變換器102，但 也可以如圖9所示通過全橋型電路來構(gòu)成。圖中的111_A是指IGBT元件11 Ia與IGBT元件 111b, 111_B是指IGBT元件Illc與IGBT元件Illd,如果將111_Α、111_Β分別定義為支腿 (leg)，則本實(shí)施例中的單位變換器2包括由具有2個(gè)IGBT元件111的支腿111_A、111_B、 直流電容器112、4個(gè)保險(xiǎn)絲113構(gòu)成的單元114 ；單位變換器控制電路115 ；柵驅(qū)動(dòng)器116 ； 自給電源117 ；柵電源118。圖10示出本實(shí)施例中的控制裝置103的結(jié)構(gòu)概略圖。在本實(shí)施例那樣的全橋型 電路的情況下，上述支腿111_A、111_B根據(jù)電壓指令A(yù)、B這2種電壓指令來控制開關(guān)動(dòng)作， 所以從控制裝置103輸出2種電壓指令與單位變換器開關(guān)驅(qū)動(dòng)用載波。另外，電壓指令A(yù) 是用于控制支腿111_A的開關(guān)動(dòng)作的電壓指令，電壓指令B是用于控制支腿111_B的開關(guān) 動(dòng)作的電壓指令，電壓指令A(yù)、B的相位相互偏移了 1/2周期。另外，圖11示出單位變換器控制電路的結(jié)構(gòu)概略圖。通過比較器119對從控制裝 置103輸出的開關(guān)驅(qū)動(dòng)用載波、與同樣地從控制裝置103輸出的各相電壓指令A(yù)、B分別進(jìn) 行大小比較，輸出支腿111_A、111_B的0N/0FF信號。圖12示出本實(shí)施例中的單位變換器的載波_電壓指令的大小關(guān)系與此時(shí)的單位 變換器的輸出電壓。在本實(shí)施例的情況下，對電壓指令A(yù)與單位變換器開關(guān)驅(qū)動(dòng)用載波的 大小進(jìn)行比較，對于支腿111_A，在電壓指令A(yù)大的情況下，使IGBT元件Illa的開關(guān)成為 0N，使IGBT元件Illb的開關(guān)成為OFF。對于支腿111_B也同樣地，在電壓指令B大的情況 下，使IGBT元件Illc的開關(guān)成為0N，使IGBT元件Illd的開關(guān)成為OFF。圖12的下側(cè)的 圖是在使IGBT元件Illa的開關(guān)成為ON、使IGBT元件Illb的開關(guān)成為OFF、使IGBT元件 Illc的開關(guān)成為OFF、使IGBT元件Illd的開關(guān)成為ON時(shí)，將單位變換器的端子間電壓設(shè)為 E[V]時(shí)的單位變換器的輸出電壓波形。在使IGBT元件Illa的開關(guān)成為OFF、使IGBT元件 Illb的開關(guān)成為0N、使IGBT元件Illc的開關(guān)成為0N、使IGBT元件Illd的開關(guān)成為OFF 時(shí)，單位變換器的端子間電壓成為_E[V]，在IGBT元件Illa與111c、以及Illb與Illd的 0N/0FF相同的情況下，單位變換器的端子間電壓成為0[V]。另外，在本實(shí)施例的電力變換 裝置中，也可以使各單位變換器的驅(qū)動(dòng)用載波的頻率滿足式(3)。f carrier ^ f audibility—max 丁 2N (3)[實(shí)施例3]在實(shí)施例1、2中，控制裝置103的輸出是U相、V相、W相各相的電壓指令、以及單 位變換器的開關(guān)驅(qū)動(dòng)用載波，但也可以是各相的電壓指令與同步信號。圖13示出由半橋型電路構(gòu)成了單位變換器102的情況下的控制裝置103的結(jié)構(gòu) 概略圖，另外，圖14示出單位變換器控制電路114的結(jié)構(gòu)概略圖。在本實(shí)施例中，針對每個(gè) 規(guī)定時(shí)間ΔΤ，向相應(yīng)的單位變換器控制電路115輸出同步信號。然后，在單位變換器控制 電路115中，在比較器119中，對利用針對每周期Δ T輸入的同步信號強(qiáng)制地修正值的載波 生成器110輸出的開關(guān)驅(qū)動(dòng)用載波、與從控制裝置103輸出的電壓指令的大小進(jìn)行比較，根 據(jù)其大小關(guān)系將0N/0FF信號輸出到柵驅(qū)動(dòng)器116。[實(shí)施例4]在實(shí)施例3中，單位變換器102的結(jié)構(gòu)是圖4所示的半橋型電路，但也可以是圖9 所示的全橋型電路。
11
圖15示出該情況下的控制裝置103的結(jié)構(gòu)概略圖，圖16示出單位變換器控制裝 置14的結(jié)構(gòu)概略圖?？刂蒲b置103的輸出是從各相電壓指令生成器108_A、108_B輸出的 電壓指令A(yù)、B、與從同步信號生成器109輸出的同步信號。在單位變換器控制電路115中， 通過比較器119對將從控制裝置103輸出的同步信號作為輸入而從載波生成器110輸出的 開關(guān)驅(qū)動(dòng)用載波、與同樣地從控制裝置103輸出的電壓指令A(yù)、B的大小分別進(jìn)行比較，根據(jù) 其大小關(guān)系將0N/0FF信號輸出到柵驅(qū)動(dòng)器116。[實(shí)施例5]在實(shí)施例1 4中，從控制裝置103輸出各相電壓指令與各單位變換器的開關(guān)載 波、或者同步信號，但也可以是各單位變換器的開關(guān)0N/0FF信號。圖17示出單位變換器102的結(jié)構(gòu)是半橋型電路的情況下的控制裝置103的結(jié)構(gòu) 概略圖。另外，圖18示出單位變換器102的結(jié)構(gòu)是全橋電路的情況下的控制裝置103的結(jié) 構(gòu)概略圖。在本實(shí)施例中，通過控制裝置103來實(shí)施與電力變換裝置101內(nèi)的所有單位變 換器102的開關(guān)動(dòng)作相關(guān)的運(yùn)算。[實(shí)施例6]作為本發(fā)明的電力變換裝置的結(jié)構(gòu)，除了圖1以外還可以是圖19所示的結(jié)構(gòu)。在 本實(shí)施例的情況下，電力變換裝置101包括U相、V相、W相的各臂102_U、102_V、102_W、信 號線104、緩沖電抗器105、變壓器120，其與配電系統(tǒng)107互聯(lián)。單位變換器102與控制裝 置103如圖19所示，通過信號線104連成一串?？刂蒲b置103輸出U相、V相、W相的各相 電壓指令、以及單位變換器的開關(guān)驅(qū)動(dòng)用載波，通過信號線104傳送到各單位變換器102。 作為單位變換器102的結(jié)構(gòu)，可以是圖4所示的半橋型電路、或者圖9所示的全橋型電路中 的某一個(gè)。[實(shí)施例7]在實(shí)施例6中，控制裝置103的輸出是各相電壓指令以及單位變換器的開關(guān)驅(qū)動(dòng) 用載波，但也可以是各相電壓指令與同步信號。此時(shí)的控制裝置103、單位變換器控制電路 115的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例3或者實(shí)施例4記載的內(nèi)容相同。[實(shí)施例8]作為實(shí)施例6、7中的控制裝置103的輸出，是各相電壓指令與各單位變換器的開 關(guān)載波的相位、或者同步信號，但也可以是各相電壓指令與單位變換器的開關(guān)0N/0FF信 號。此時(shí)的控制裝置103、單位變換器控制電路115的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例5記載的內(nèi)容相同。[實(shí)施例9]在實(shí)施例1 8中，通過信號線104從控制裝置103向單位變換器控制電路115 傳送控制信號，但也可以將其通過無線方式來傳送。由此，可以沒有電力變換裝置內(nèi)的信號 線104，能夠減少裝置的維護(hù)、檢查的麻煩。圖20示出實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)的情況下的控制裝置103的結(jié)構(gòu)概略圖，圖21示出單 位變換器控制電路15的結(jié)構(gòu)概略圖。在控制裝置103中新具備進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送的數(shù)據(jù)發(fā) 送部121，在單位變換器控制電路115中新具備進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收的數(shù)據(jù)接收部122。從數(shù)據(jù) 發(fā)送部121發(fā)送U相、V相、W相的各相電壓指令與6N個(gè)單位變換器102的開關(guān)驅(qū)動(dòng)用載 波。在接收部122中，分別接收相應(yīng)的電壓指令與開關(guān)驅(qū)動(dòng)用載波。實(shí)施例2 8的情況下的控制裝置103以及單位變換器控制電路115的結(jié)構(gòu)也同
12樣。[產(chǎn)業(yè)上的可利用性]本發(fā)明除了配電用的電力變換裝置以外，還可以用于無功補(bǔ)償裝置(STATC0M，靜 止同步補(bǔ)償器)或Back-to-Back (背靠背)系統(tǒng)(頻率變換裝置等)、直流送電系統(tǒng)(HVDC， 高壓電流輸電)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器等。
權(quán)利要求
一種電力變換裝置，具備多個(gè)通過級聯(lián)狀地連接多個(gè)單位變換器而構(gòu)成的臂，其特征在于，具備使上述單位變換器的開關(guān)驅(qū)動(dòng)用載波的相位在上述臂內(nèi)的單位變換器之間相互偏移規(guī)定的值的部件；以及使得在使上述單位變換器的開關(guān)驅(qū)動(dòng)用載波的頻率大于將人的可聽頻帶的最大頻率除以上述臂內(nèi)的單位變換器的數(shù)量而得到的值的狀態(tài)下動(dòng)作的部件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于，具備 互聯(lián)電抗器；緩沖電抗器；臂，級聯(lián)狀地連接多個(gè)單位變換器而構(gòu)成； 控制裝置，對上述單位變換器進(jìn)行控制；以及 信號線，從上述控制裝置向上述單位變換器傳送控制信號， 將上述臂分別配置在3相的各相的正側(cè)、負(fù)側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于， 上述單位變換器具備單元，通過半橋狀地連接儲存電力的電容器、在過電流時(shí)切斷電流的保險(xiǎn)絲、以及多個(gè) 開關(guān)元件而構(gòu)成；單位變換器控制電路，輸出上述開關(guān)元件的控制信號；柵驅(qū)動(dòng)器，根據(jù)從上述單位變換器控制電路輸出的控制信號，向上述開關(guān)元件施加電壓；柵電源，供給上述柵驅(qū)動(dòng)器所需的電力；以及自給電源，供給上述柵電源與上述單位變換器控制電路所需的電力。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于，具備 同步信號生成器，針對每個(gè)規(guī)定的時(shí)間，生成同步信號；載波生成器，將從上述同步信號生成器輸出的上述同步信號作為輸入，生成上述單位 變換器的開關(guān)驅(qū)動(dòng)用載波；以及各相電壓指令生成器，生成相互的相位分別偏移了 1/3周期的3相各相的電壓指令。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于，上述單位變換器控制電路具備比較器，該比較器根據(jù)上述電壓指令與上述單位變換器 的開關(guān)驅(qū)動(dòng)用載波的大小關(guān)系，將上述開關(guān)元件的0N/0FF信號輸出到上述柵驅(qū)動(dòng)器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于， 上述單位變換器具備單元，通過將儲存電力的電容器、在過電流時(shí)切斷電流的保險(xiǎn)絲、以及第一支腿和第二 支腿全橋狀地連接而構(gòu)成，其中上述第一支腿和第二支腿通過串聯(lián)連接多個(gè)開關(guān)元件而構(gòu) 成；單位變換器控制電路，輸出上述開關(guān)元件的控制信號；柵驅(qū)動(dòng)器，根據(jù)從單位變換器控制電路輸出的控制信號，向上述開關(guān)元件施加電壓；柵電源，輸出上述柵驅(qū)動(dòng)器所需的電力；以及自給電源，供給上述柵電源與上述單位變換器控制電路所需的電力。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于，具備 同步信號生成器，針對每個(gè)規(guī)定的時(shí)間生成同步信號；載波生成器，將從上述同步信號生成器輸出的上述同步信號作為輸入，生成上述單位 變換器的開關(guān)驅(qū)動(dòng)用載波；第一各相電壓指令生成器，生成使相互的相位分別偏移了 1/3周期的3相各相的電壓 指令；以及第二各相電壓指令生成器，輸出相對于從上述第一各相電壓指令生成器輸出的電壓指 令，使相位偏移了 1/2周期的電壓指令。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于，上述單位變換器控制電路具備 第一比較器，根據(jù)從上述第一各相電壓指令生成器輸出的電壓指令與從上述載波生成器輸出的上述單位變換器的開關(guān)驅(qū)動(dòng)用載波的大小關(guān)系，生成構(gòu)成上述第一支腿的上述開 關(guān)元件的0N/0FF信號；以及第二比較器，根據(jù)從上述第二各相電壓指令生成器輸出的電壓指令與從上述載波生成 器輸出的上述單位變換器的開關(guān)驅(qū)動(dòng)用載波的大小關(guān)系，生成構(gòu)成上述第二支腿的上述開 關(guān)元件的0N/0FF信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于，具備 同步信號生成器，針對每個(gè)規(guī)定的時(shí)間生成同步信號；以及各相電壓指令生成器，生成使相互的相位分別偏移了 1/3周期的3相各相的電壓指令。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于， 上述單位變換器控制電路具備載波生成器，將從上述同步信號生成器輸出的上述同步信號作為輸入，輸出上述單位 變換器的開關(guān)驅(qū)動(dòng)用載波；以及比較器，根據(jù)從上述載波生成器輸出的上述單位變換器的開關(guān)驅(qū)動(dòng)用載波與從上述各 相電壓指令生成器輸出的電壓指令的大小關(guān)系，生成上述開關(guān)元件的0N/0FF信號。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于，上述控制裝置具備 同步信號生成器，針對每個(gè)規(guī)定的時(shí)間生成同步信號；第一各相電壓指令生成器，生成使相互的相位分別偏移了 1/3周期的3相各相的電壓 指令；以及第二各相電壓指令生成器，輸出相對于從上述第一各相電壓指令生成器輸出的電壓指 令，使相位偏移了 1/2周期的電壓指令。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于，上述單位變換器控制電路具備載波生成器，將從上述同步信號生成器輸出的上述同步信號作為輸入，輸出上述單位 變換器的開關(guān)驅(qū)動(dòng)用載波；第一比較器，根據(jù)從上述第一各相電壓指令生成器輸出的電壓指令與從上述載波生成 器輸出的上述單位變換器的開關(guān)驅(qū)動(dòng)用載波的大小關(guān)系，生成構(gòu)成上述第一單元的上述開 關(guān)元件的0N/0FF信號；第二比較器，根據(jù)從上述第二各相電壓指令生成器輸出的電壓指令與從上述載波生成 器輸出的上述單位變換器的開關(guān)驅(qū)動(dòng)用載波的大小關(guān)系，生成構(gòu)成上述第二單元的上述開關(guān)元件的0N/0FF信號。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于，上述控制裝置具備各相電壓指令生成器，生成使相互的相位分別偏移了 1/3周期的3相各相的電壓指令；同步信號生成器，針對每個(gè)規(guī)定的時(shí)間生成同步信號；載波生成器，將從上述同步信號生成器輸出的上述同步信號作為輸入，生成上述單位 變換器的開關(guān)驅(qū)動(dòng)用載波；以及比較器，根據(jù)上述電壓指令與上述單位變換器的開關(guān)驅(qū)動(dòng)用載波的大小關(guān)系，將上述 開關(guān)元件的0N/0FF信號輸出到上述單位變換器控制電路。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于，上述控制裝置具備第一各相電壓指令生成器，生成使相互的相位分別偏移了 1/3周期的3相各相的電壓 指令；第二各相電壓指令生成器，輸出相對于從上述第一各相電壓指令生成器輸出的電壓指 令，使相位偏移了 1/2周期的電壓指令；同步信號生成器，針對每個(gè)規(guī)定的時(shí)間生成同步信號；載波生成器，將從上述同步信號生成器輸出的上述同步信號作為輸入，生成上述單位 變換器的開關(guān)驅(qū)動(dòng)用載波；第一比較器，根據(jù)從上述第一各相電壓指令生成器輸出的電壓指令與從上述載波生成 器輸出的開關(guān)驅(qū)動(dòng)用載波的大小關(guān)系，生成構(gòu)成第一支腿的上述開關(guān)元件的0N/0FF信號； 以及第二比較器，根據(jù)從上述第二各相電壓指令生成器輸出的電壓指令與從上述載波生成 器輸出的開關(guān)驅(qū)動(dòng)用載波的大小關(guān)系，生成構(gòu)成第二支腿的上述開關(guān)元件的0N/0FF信號。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于，具備 變壓器；緩沖電抗器；臂，級聯(lián)狀地連接多個(gè)單位變換器而構(gòu)成； 控制裝置，對上述單位變換器進(jìn)行控制；以及 信號線，從上述控制裝置向上述單位變換器傳送控制信號， 將上述臂分別配置在3相的各相中。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于，代替信號線而利用無線方式來執(zhí)行上述控制裝置與上述單位變換器控制電路之間的 控制信號的傳送。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電力變換裝置，以往研究開發(fā)了通過串聯(lián)連接半導(dǎo)體元件來使輸出電壓高電壓化從而能夠不使用變壓器地與配電系統(tǒng)互聯(lián)的電力變換裝置。但是，在該電力變換裝置的情況下，輸出電壓成為脈沖狀，所以輸出電流的高次諧波分量較大，在配電系統(tǒng)的電抗器等中產(chǎn)生磁通勢的變動(dòng)，與此相伴地電抗器振動(dòng)而產(chǎn)生噪音。本發(fā)明通過使噪音的頻率成為人的可聽域的最大頻率以上，抑制從電力變換裝置產(chǎn)生的噪音。為此，提供一種電力變換裝置，為了使作為噪音源的輸出電流高次諧波分量的頻率超過人的可聽域的最大頻率，使單位變換器的開關(guān)驅(qū)動(dòng)用載波的相位在單位變換器之間相互偏移了規(guī)定的值，其中，使各單位變換器的驅(qū)動(dòng)用載波的頻率滿足下式即可fcarrier≥faudibility_max÷N。
文檔編號H02M1/44GK101964590SQ201010227920
公開日2011年2月2日 申請日期2010年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月21日
發(fā)明者井上重德, 加藤修治, 山田陽一郎 申請人:株式會(huì)社日立制作所