[發明專利]電力變換裝置

有效

• 申請號: 201580002227.2
• 申請日: 2015-01-29
• 公開（公告）號: CN105637755B
• 公開（公告）日: 2018-09-04
• 發明（設計）人: 長谷川隆太;中沢洋介;鈴木大地
• 申請（專利權）人: 株式會社東芝
• 主分類號: H02M7/487
• 分類號: H02M7/487
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 孫蕾

提供一種電力變換裝置，具有輸出低高次諧波的交流電壓、電流的功能，同時能夠降低體積、電力變換損耗。將直流電源(20)的直流正端子和開關元件(11)連接，將直流電源(20)的直流負端子和開關元件(14)連接。將串聯連接的電容器(18)和電容器(19)與直流電源(20)并聯地連接，將用電容器(18)以及電容器(19)分割出的直流中性點和開關元件(12)以及開關元件(13)連接。將開關元件(12)和斬波器單元群電路(15)的正端子連接，將開關元件(13)和斬波器單元群電路(16)的負端子連接，將斬波器單元群電路(15)的負端子和斬波器單元群電路(16)的正端子連接，將其作為輸出交流端子。

技術領域

本發明的實施方式涉及在交流與直流之間相互變換電力的電力變換裝置。

背景技術

近年來，風力發電、太陽能光發電、太陽能熱發電等可再生能源的普及得到了促進，但為了通過可再生能源提供更大的電力，開始研究海上風力發電、在沙漠地帶中的太陽能光、太陽能熱發電。在海上風力發電中，需要將發出的電力通過海底纜線大電力輸電至作為消耗地的都市、或者將大電力長距離地從非洲、中國內陸的沙漠地帶高效地輸電至歐洲、沿岸地帶的大都市。在這樣的要求中，相比于以往的利用三相交流的電力輸電，直流輸電更高效，能夠抑制成本地進行設置，所以開始研究直流輸電網的構筑。

在直流輸電中，需要將發出的交流電力變換為直流輸電用的直流的轉換器、將輸送來的直流變換為都市內的交流的逆變器等電力變換裝置。當前，能夠以使與轉換器、逆變器的開關相伴的高次諧波不流出到交流系統的方式，輸出接近正弦波的電壓波形，能夠削減輸出濾波器的MMC(Modular Multilevel Converter：模塊化多電平變流器)得到了實用化。

圖10示出構成以往的MMC的單位部件的電路圖。

作為單位部件的斬波器單元C是將分支1和電容器(c_ch)2并聯地連接了的結構。分支1是將具有自消弧能力的兩個開關元件(sw_ch1)3a、開關元件(sw_ch2)3b串聯地連接兩個而構成的。

圖11示出在以往的直流輸電用途中使用的MMC的一個例子。在MMC50中，U相分支51、V相分支52、W相分支53與直流電源54并聯地連接。各分支與三相變壓器(tr)55連接，該三相變壓器(tr)55與電力系統(V_S)56連接。各分支是將上述斬波器單元C串聯地配置了12個的結構。另外，在U相分支51的中央部設置了電抗器(lb_up)57a以及電抗器(lb_un)57b，在V相分支52的中央部設置了電抗器(lb_vp)58a以及電抗器(lb_vn)58b，在W相分支53的中央部設置了電抗器(lb_wp)59a以及電抗器(lb_wn)59b。

當以U相分支51為例子來說明該MMC50的動作時，從直流電源54的輸入直流電壓v_dc減去正側斬波器單元ch_up1～6的合計電壓v_up，從基準電位加上負側斬波器單元ch_un1～6的合計電壓v_un，從而得到交流電壓，進而通過三相變壓器(tr)55變換為期望的交流電壓。另外，通過電抗器(lb_up)57a以及電抗器(lb_un)57b，抑制由于輸入直流電壓v_dc和斬波器單元輸出電壓v_up+v_un的短路所致的電流增大。關于V相分支52以及W相分支53也是同樣的。通過以上說明的動作，生成三相交流電壓。

專利文獻1：日本特表2010-512134號公報

發明內容

但是，在MMC50中在斬波器單元C的電容器中原則上產生與輸出交流頻率等同的電力脈動，所以為了將電容器電壓的變動抑制為恒定的值，需要增大電容器的電容。在直流電壓涉及幾十kV～幾百kV的直流輸電的情況下，如果斬波器單元C的數量變多，則電容器體積與其成比例地變大，而存在MMC50的體積變大這樣的課題。