專利名稱：電力變換裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及通過級聯(lián)連接單位變換器而構成的電力變換裝置，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：
以往的電力變換裝置利用升降壓變壓器來實現(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 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，與此相伴地，電抗器振動而產(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，由于設置在住宅區(qū)，所以產(chǎn)生噪音是特別嚴 重的問題，抑制上述噪音成為重要的技術課題。為了達成上述課題，本發(fā)明提供一種電力變換裝置，具備多個通過級聯(lián)狀地連接 多個單位變換器而構成的臂(arm)，其特征在于，具備使上述單位變換器的開關驅(qū)動用載 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 變換器的開關驅(qū)動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)下動作的部件。進而，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)狀地連接多個單位變換器而構成；控制裝置，對上述單位變換器進行控制；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)、負側(cè)。進而，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、在過電流時切斷電流的保險絲、以及多個開 關元件而構成；單位變換器控制電路，輸出上述開關元件的控制信號；柵驅(qū)動器，根據(jù)從上 述單位變換器控制電路輸出的控制信號，向上述開關元件施加電壓；柵電源，供給上述柵驅(qū) 動器所需的電力；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，針對每個規(guī)定的時間，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驅(qū)動用載波；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驅(qū)動用載波的大小關系，將上 述開關元件的0N/0FF信號輸出到上述柵驅(qū)動器。進而，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、在過電流時切斷電流的保險絲、以及第一支腿(leg)和第二支腿全 橋狀地連接而構成，其中上述第一支腿和第二支腿通過串聯(lián)連接多個開關元件而構成；單 位變換器控制電路，輸出上述開關元件的控制信號；柵驅(qū)動器，根據(jù)從單位變換器控制電路 輸出的控制信號，向上述開關元件施加電壓；柵電源，輸出上述柵驅(qū)動器所需的電力；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 規(guī)定的時間生成同步信號；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驅(qū)動用載波；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驅(qū)動用載波的大小關系，生成構成上述第一支腿的上述開關元 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驅(qū)動用載波的大小關系，生成構成上述 第二支腿的上述開關元件的0N/0FF信號。進而，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 規(guī)定的時間生成同步信號；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 器的開關驅(qū)動用載波；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 驅(qū)動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系，生成上述開關元件 的0N/0FF信號。進而，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，針對每個規(guī)定的時間生成同步信號；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驅(qū)動 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驅(qū)動用載波的大小關系，生成構成上述第一單元的上 述開關元件的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驅(qū)動用載波的大小關系，生成構成 上述第二單元的上述開關元件的ON/OFF信號。進而，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，針對每個規(guī)定的時間生成同步信號；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驅(qū)動用載波；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驅(qū)動用載波的大小關系，將上述開關元件的0N/0FF信號輸出 到上述單位變換器控制電路。 進而，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，針對每個規(guī)定的時間生成同步信號；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 驅(qū)動用載波；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驅(qū)動用載波的大小關系，生成構成第一支腿的上述開關元件的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驅(qū)動用載波的大小關系，生成構成第二支腿的上述開關元件的 0N/0FF 信號。進而，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)狀地連接多個單位變換器而構成；控制裝置，對上述單位變換器進行控制；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級聯(lián)連接了多個由IGBT等構成的單位變換器的電力變換裝置 與配電系統(tǒng)互聯(lián)，并在其間設置互聯(lián)電抗器。此時，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驅(qū)動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 單位變換器開關驅(qū)動用載波的頻率，faudibility—_ 人的可聽域的最大 頻率，針對各相中的每一個級聯(lián)連接的單位變換器的個數(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，其結果能夠抑制噪音。


圖1是實施例1中的與配電系統(tǒng)互聯(lián)的電力變換裝置的結構圖。圖2是實施例1中的控制電力變換裝置的控制裝置的結構概略圖。
圖3是示出控制裝置進行的單位變換器之間的同步處理的狀況的圖。圖4是實施例1中的構成電力變換裝置的單位變換器的結構圖。圖5是實施例1中的構成單位變換器的單位變換器控制電路的結構概略圖。圖6是實施例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是實施例2中的構成電力變換裝置的單位變換器的結構圖。圖10是實施例2中的控制電力變換裝置的控制裝置的結構概略圖。圖11是實施例2中的構成單位變換器的單位變換器控制電路的結構概略圖。圖12是實施例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是實施例3中的控制電力變換裝置的控制裝置的結構概略圖。圖14是實施例3中的構成單位變換器的單位變換器控制電路的結構概略圖。圖15是實施例4中的控制電力變換裝置的控制裝置的結構概略圖。圖16是實施例4中的構成單位變換器的單位變換器控制電路的結構概略圖。圖17是在實施例5中對單位變換器的電路結構是半橋型的情況下的電力變換裝 置進行控制的控制裝置的結構概略圖。圖18是在實施例5中對單位變換器的電路結構是全橋型的情況下的電力變換裝 置進行控制的控制裝置的結構概略圖。圖19是實施例6中的與配電系統(tǒng)互聯(lián)的電力變換裝置的結構圖。圖20是實施例9中的控制電力變換裝置的控制裝置的結構概略圖。圖21是實施例9中的構成單位變換器的單位變換器控制電路的結構概略圖。(標號說明)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相負側(cè)臂102_v V相負側(cè)臂102_w W相負側(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保險絲
114單元
115單位變換器控制電路
116柵驅(qū)動器
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
具體實施例方式以下，根據(jù)附圖，對本發(fā)明的一個實施例進行說明。另外，以下的實施例僅表示發(fā) 明的一個方式，只要不脫離本發(fā)明的要旨，則也包括其他方式。[實施例1]圖1是作為本發(fā)明的一個實施例的級聯(lián)連接了單位變換器而形成的電力變換裝 置的結構圖，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 負側(cè)臂、V相負側(cè)臂、W相負側(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的結構概略圖?？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實施的每個規(guī)定的時 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驅(qū)動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)設為N個，則從載波生成器110輸出的單位變 換器的開關驅(qū)動用載波的數(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(k = 1.....N)單位變換器彼此間取
得同步，針對每個規(guī)定的時間ΔΤ實施單位變換器的開關驅(qū)動用載波的中斷處理，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，輸出強制地修正成規(guī)定值的開關驅(qū)動用載波。此處，在將上部臂的第k個(k = 1.....N)開關驅(qū)動用載波修正為規(guī)定值A1的情況下，下部臂的
第k個(k= 1.....N)開關驅(qū)動用載波修正為規(guī)定值-A115在利用了上述同步信號的開關
驅(qū)動用載波的同步中，每當向載波生成器110輸入一次同步信號，取得各臂內(nèi)的1個單位變 換器的同步。在各臂內(nèi)的第1個至第N個單位變換器中依次實施。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、以及開關驅(qū)動用載波通過信號線104分別傳送到相應的單 位變換器。接下來，圖4示出單位變換器102的結構。單位變換器102包括由2個IGBT元 件111、直流電容器112、2個保險絲113構成的單元(cell) 114 ；單位變換器控制電路115 ； 柵驅(qū)動器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構概略圖。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驅(qū)動用載波與電壓指令，在比 較器119中進行大小比較，將生成的開關的ON(接通)/0FF(斷開)信號輸出到柵驅(qū)動器 116。在柵驅(qū)動器116中，根據(jù)0N/0FF信息將來自柵電源118的電壓施加到2個IGBT元件 111的柵端子，從而對IGBT元件111進行驅(qū)動。此時，2個IGBT元件的0N/0FF信息在一個 成為ON時另一個成為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個與
第k+Ι個(k = 1.....N-1)單位變換器的開關驅(qū)動用載波的相位分別偏移規(guī)定值。利用
上述同步處理來實施該相位偏移。將單位變換器的開關驅(qū)動用載波的頻率設定成滿足上式 (1)。另外，通過下式(2)來設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_電壓指令的大小關系與此時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為E[V]時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驅(qū)動用載波的大小進行比較，在電壓指令大的 情況下，使IGBT元件Illa的開關成為0N，使IGBT元件Illb的開關成為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的開關成為0FF，使IGBT元件Illb的開關成為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驅(qū)動用載波的相位偏移，則臂內(nèi)的單位變換器的0N/0FF定 時偏移。圖7示出如上所述使電力變換器運轉(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，其結果能夠抑制噪音。[實施例2]
在上述實施例1中，通過圖4那樣的所謂半橋型電路來構成了單位變換器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)，則本實施例中的單位變換器2包括由具有2個IGBT元件111的支腿111_A、111_B、 直流電容器112、4個保險絲113構成的單元114 ；單位變換器控制電路115 ；柵驅(qū)動器116 ； 自給電源117 ；柵電源118。圖10示出本實施例中的控制裝置103的結構概略圖。在本實施例那樣的全橋型 電路的情況下，上述支腿111_A、111_B根據(jù)電壓指令A、B這2種電壓指令來控制開關動作， 所以從控制裝置103輸出2種電壓指令與單位變換器開關驅(qū)動用載波。另外，電壓指令A 是用于控制支腿111_A的開關動作的電壓指令，電壓指令B是用于控制支腿111_B的開關 動作的電壓指令，電壓指令A、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構概略圖。通過比較器119對從控制裝 置103輸出的開關驅(qū)動用載波、與同樣地從控制裝置103輸出的各相電壓指令A、B分別進 行大小比較，輸出支腿111_A、111_B的0N/0FF信號。圖12示出本實施例中的單位變換器的載波_電壓指令的大小關系與此時的單位 變換器的輸出電壓。在本實施例的情況下，對電壓指令A與單位變換器開關驅(qū)動用載波的 大小進行比較，對于支腿111_A，在電壓指令A大的情況下，使IGBT元件Illa的開關成為 0N，使IGBT元件Illb的開關成為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的開關成為0N，使IGBT元件Illd的開關成為OFF。圖12的下側(cè)的 圖是在使IGBT元件Illa的開關成為ON、使IGBT元件Illb的開關成為OFF、使IGBT元件 Illc的開關成為OFF、使IGBT元件Illd的開關成為ON時，將單位變換器的端子間電壓設為 E[V]時的單位變換器的輸出電壓波形。在使IGBT元件Illa的開關成為OFF、使IGBT元件 Illb的開關成為0N、使IGBT元件Illc的開關成為0N、使IGBT元件Illd的開關成為OFF 時，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，在本實施例的電力變換 裝置中，也可以使各單位變換器的驅(qū)動用載波的頻率滿足式(3)。f carrier ^ f audibility—max 丁 2N (3)[實施例3]在實施例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 位變換器的開關驅(qū)動用載波，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成了單位變換器102的情況下的控制裝置103的結構 概略圖，另外，圖14示出單位變換器控制電路114的結構概略圖。在本實施例中，針對每個 規(guī)定時間ΔΤ，向相應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輸入的同步信號強制地修正值的載波 生成器110輸出的開關驅(qū)動用載波、與從控制裝置103輸出的電壓指令的大小進行比較，根 據(jù)其大小關系將0N/0FF信號輸出到柵驅(qū)動器116。[實施例4]在實施例3中，單位變換器102的結構是圖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的結構概略圖，圖16示出單位變換器控制裝 置14的結構概略圖?？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、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 開關驅(qū)動用載波、與同樣地從控制裝置103輸出的電壓指令A、B的大小分別進行比較，根據(jù) 其大小關系將0N/0FF信號輸出到柵驅(qū)動器116。[實施例5]在實施例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載 波、或者同步信號，但也可以是各單位變換器的開關0N/0FF信號。圖17示出單位變換器102的結構是半橋型電路的情況下的控制裝置103的結構 概略圖。另外，圖18示出單位變換器102的結構是全橋電路的情況下的控制裝置103的結 構概略圖。在本實施例中，通過控制裝置103來實施與電力變換裝置101內(nèi)的所有單位變 換器102的開關動作相關的運算。[實施例6]作為本發(fā)明的電力變換裝置的結構，除了圖1以外還可以是圖19所示的結構。在 本實施例的情況下，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驅(qū)動用載波，通過信號線104傳送到各單位變換器102。 作為單位變換器102的結構，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。[實施例7]在實施例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驅(qū)動 用載波，但也可以是各相電壓指令與同步信號。此時的控制裝置103、單位變換器控制電路 115的結構與實施例3或者實施例4記載的內(nèi)容相同。[實施例8]作為實施例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0N/0FF信 號。此時的控制裝置103、單位變換器控制電路115的結構與實施例5記載的內(nèi)容相同。[實施例9]在實施例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、檢查的麻煩。圖20示出實施例1的結構的情況下的控制裝置103的結構概略圖，圖21示出單 位變換器控制電路15的結構概略圖。在控制裝置103中新具備進行數(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個單位變換器102的開關驅(qū)動用載 波。在接收部122中，分別接收相應的電壓指令與開關驅(qū)動用載波。實施例2 8的情況下的控制裝置103以及單位變換器控制電路115的結構也同
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，還可以用于無功補償裝置(STATC0M，靜 止同步補償器)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)、電機驅(qū)動器等。
權利要求
一種電力變換裝置，具備多個通過級聯(lián)狀地連接多個單位變換器而構成的臂，其特征在于，具備使上述單位變換器的開關驅(qū)動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驅(qū)動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)下動作的部件。
2.根據(jù)權利要求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)狀地連接多個單位變換器而構成； 控制裝置，對上述單位變換器進行控制；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)、負側(cè)。
3.根據(jù)權利要求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、在過電流時切斷電流的保險絲、以及多個 開關元件而構成；單位變換器控制電路，輸出上述開關元件的控制信號；柵驅(qū)動器，根據(jù)從上述單位變換器控制電路輸出的控制信號，向上述開關元件施加電壓；柵電源，供給上述柵驅(qū)動器所需的電力；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，針對每個規(guī)定的時間，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 變換器的開關驅(qū)動用載波；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 的開關驅(qū)動用載波的大小關系，將上述開關元件的0N/0FF信號輸出到上述柵驅(qū)動器。
6.根據(jù)權利要求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、在過電流時切斷電流的保險絲、以及第一支腿和第二 支腿全橋狀地連接而構成，其中上述第一支腿和第二支腿通過串聯(lián)連接多個開關元件而構 成；單位變換器控制電路，輸出上述開關元件的控制信號；柵驅(qū)動器，根據(jù)從單位變換器控制電路輸出的控制信號，向上述開關元件施加電壓；柵電源，輸出上述柵驅(qū)動器所需的電力；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，針對每個規(guī)定的時間生成同步信號；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 變換器的開關驅(qū)動用載波；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驅(qū)動用載波的大小關系，生成構成上述第一支腿的上述開 關元件的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驅(qū)動用載波的大小關系，生成構成上述第二支腿的上述開 關元件的0N/0FF信號。
9.根據(jù)權利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于，具備 同步信號生成器，針對每個規(guī)定的時間生成同步信號；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 變換器的開關驅(qū)動用載波；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驅(qū)動用載波與從上述各 相電壓指令生成器輸出的電壓指令的大小關系，生成上述開關元件的0N/0FF信號。
11.根據(jù)權利要求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，針對每個規(guī)定的時間生成同步信號；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 變換器的開關驅(qū)動用載波；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驅(qū)動用載波的大小關系，生成構成上述第一單元的上述開 關元件的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驅(qū)動用載波的大小關系，生成構成上述第二單元的上述開關元件的0N/0FF信號。
13.根據(jù)權利要求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，針對每個規(guī)定的時間生成同步信號；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 變換器的開關驅(qū)動用載波；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驅(qū)動用載波的大小關系，將上述 開關元件的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，針對每個規(guī)定的時間生成同步信號；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 變換器的開關驅(qū)動用載波；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 器輸出的開關驅(qū)動用載波的大小關系，生成構成第一支腿的上述開關元件的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 器輸出的開關驅(qū)動用載波的大小關系，生成構成第二支腿的上述開關元件的0N/0FF信號。
15.根據(jù)權利要求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)狀地連接多個單位變換器而構成； 控制裝置，對上述單位變換器進行控制；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，與此相伴地電抗器振動而產(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驅(qū)動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:株式會社日立制作所