电力变换装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ]本发明的实施方式涉及在交流与直流之间相互变换电力的电力变换装置。
【背景技术】
[0002]近年来，风力发电、太阳能光发电、太阳能热发电等可再生能源的普及得到了促进，但为了通过可再生能源提供更大的电力，开始研究海上风力发电、在沙漠地带中的太阳能光、太阳能热发电。在海上风力发电中，需要将发出的电力通过海底缆线大电力输电至作为消耗地的都市、或者将大电力长距离地从非洲、中国内陆的沙漠地带高效地输电至欧洲、沿岸地带的大都市。在这样的要求中，相比于以往的利用三相交流的电力输电，直流输电更高效，能够抑制成本地进行设置，所以开始研究直流输电网的构筑。
[0003]在直流输电中，需要将发出的交流电力变换为直流输电用的直流的转换器、将输送来的直流变换为都市内的交流的逆变器等电力变换装置。当前，能够以使与转换器、逆变器的开关相伴的高次谐波不流出到交流系统的方式，输出接近正弦波的电压波形，能够削减输出滤波器的MMC(Modular Multilevel Converter:模块化多电平变流器)得到了实用化。
[0004]图10示出构成以往的MMC的单位部件的电路图。
[0005]作为单位部件的斩波器单元C是将分支I和电容器(c_ch)2并联地连接了的结构。分支1是将具有自消弧能力的两个开关元件(8￥_(:111)33、开关元件(8￥_(3112)313串联地连接两个而构成的。
[0006]图11示出在以往的直流输电用途中使用的MMC的一个例子。在MMC50中，U相分支51、V相分支52、W相分支53与直流电源54并联地连接。各分支与三相变压器(tr)55连接，该三相变压器(tr)55与电力系统(V_S)56连接。各分支是将上述斩波器单元C串联地配置了 12个的结构。另外，在U相分支51的中央部设置了电抗器(lb_up)57a以及电抗器(lb_un)57b，在V相分支52的中央部设置了电抗器(lb_vp)58a以及电抗器(lb_vn)58b，在W相分支53的中央部设置了电抗器(lb_wp)59a以及电抗器(lb_wn)59b。
[0007]当以U相分支51为例子来说明该MMC50的动作时，从直流电源54的输入直流电压乂_dc减去正侧斩波器单元ch_upl?6的合计电压v_up，从基准电位加上负侧斩波器单元ch_uni?6的合计电压v_un，从而得到交流电压，进而通过三相变压器(tr) 55变换为期望的交流电压。另外，通过电抗器(lb_up)57a以及电抗器(lb_un)57b，抑制由于输入直流电Sv_dc和斩波器单元输出电Sv_up+v_un的短路所致的电流增大。关于V相分支52以及W相分支53也是同样的。通过以上说明的动作，生成三相交流电压。
[0008]专利文献I:日本特表2010-512134号公报
【发明内容】
[0009]但是，在MMC50中在斩波器单元C的电容器中原则上产生与输出交流频率等同的电力脉动，所以为了将电容器电压的变动抑制为恒定的值，需要增大电容器的电容。在直流电压涉及几十kV?几百kV的直流输电的情况下，如果斩波器单元C的数量变多，则电容器体积与其成比例地变大，而存在MMC50的体积变大这样的课题。
[0010]另外，被输出的交流电流如果从输入直流电压的角度来看是无效电流，所以为了在直流电压与交流电压之间交换电力，需要使与输入输出电力等同的直流电流流入到斩波器单元C。因此，还存在构成斩波器单元C的开关元件(sw_ch I) 3a、开关元件(sw_ch2) 3b的流通电流变大，电力变换损耗变大这样的课题。
[0011]本发明的实施方式的目的在于提供一种电力变换装置，该电力变换装置具有输出与MMC等同的低高次谐波的交流电压、电流的功能，同时能够降低体积、电力变换损耗。
[0012]为了达成上述目的，本发明的实施方式提供一种电力变换装置，在交流与直流之间相互变换电力，其特征在于，将具有自消弧能力的第一、第二、第三及第四开关元件按照升序与直流电源串联连接，连接所述直流电源的直流正端子和所述第一开关元件的集电极，连接所述直流电源的直流负端子和所述第四开关元件的发射极，并且将串联连接了的第一电容器和第二电容器与所述直流电源并联地连接，连接用所述第一电容器以及所述第二电容器分割了的直流中性点和所述第二开关元件的发射极以及所述第三开关元件的集电极，具有将把具有自消弧能力的开关元件串联地连接了2个的分支、和电容器并联地连接而作为斩波器单元，将所述斩波器单元串联地连接了 I个或者2个以上的第一及第二斩波器单元群电路，连接所述第二开关元件的集电极和所述第一斩波器单元群电路的正端子，连接所述第三开关元件的发射极和所述第二斩波器单元群电路的负端子，连接所述第一斩波器单元群电路的负端子和所述第二斩波器单元群电路的正端子，将其作为输出交流端子。
【附图说明】
[0013]图1是本发明的第一实施方式的电力变换装置的电路图。
[0014]图2是第一实施方式的电力变换装置的整体控制框图。
[0015]图3是示出施加零相电压的方法的中性点电位控制框图。
[0016]图4是示出计算斩波器单元群输出电压指令值的方法的图形。
[0017]图5是示出斩波器单元群输出电压指令值的计算方法的控制框图。
[0018]图6是示出电容器电压的控制方法的控制框图。
[0019]图7是示出使斩波器单元ch_upl?3的电容器电压v_ch_upl?3成为相同的方法的控制框图。
[0020]图8是说明斩波器单元的电压输出方法的图形。
[0021]图9是本发明的第二实施方式的电力变换装置的电路图。
[0022]图10是构成以往的MMC的单位部件的电路图。
[0023]图11是示出在以往的直流输电用途中使用的MMC的一个例子的电路图。
[0024](符号说明)
[0025]1:分支;2:电容器(c_ch) ;3&:开关元件(8￥_(:111) ;3b:开关元件(sw_ch2); 10:电力变换装置；11:开关元件(sw_ul)(第一开关元件)；12:开关元件(sw_u2)(第二开关元件)；13:开关元件(sw_u3)(第三开关元件)；14:开关元件(sw_u4)(第四开关元件)；15:斩波器单元群电路(ch_up)(第一斩波器单元群电路)；16:斩波器单元群电路(ch_un)(第二斩波器单元群电路);17a:电抗器(lb_u) ； 17b:电抗器(lb_v) ； 17c:电抗器(lb_w) ； 18:电容器(c_p)；19:电容器(c_n); 20:直流电源；21:变压器(tr); 22:电力系统电压(v_s); 30:电力变换装置;31:三绕组变压器。
【具体实施方式】
[0026]以下，参照附图，具体地说明本发明的实施方式。
[0027][第一实施方式]
[0028](整体结构)
[0029]图1示出本发明的第一实施方式的电力变换装置的电路图。
[0030]以U相为例子，说明本电力变换装置10的结构。U相的电力变换装置由开关元件(sw_ul) 11、开关元件(sw_u2) 12、开关元件(sw_u3) 13以及开关元件(sw_u4) 14、斩波器单元群电路(ch_up)15以及斩波器单元群电路(ch_un)16、电抗器(lb_u)17a、电容器(c_p)18以及电容器(c_n) 19、和直流电源20构成。
[0031]本电力变换装置10将直流电源20的输入直流电Sv_dc变换为三相的交流电压^ac，经由变压器(tr)21对电力系统电压(v_s)22输出交流电力。另外，在本实施方式中，基准电位设为输入直流电压^_如的负端子。
[0032](开关元件11?14)
[0033]开关元件11?14分别通过直流电源20的输入直流电Sv_dc来决定耐受电压。针对输入直流电压v_dc，考虑对v_dc/2的电压在开关时的浪涌电压重叠，决定使用的元件。如果直流电压涉及几十kV以上，则难以在I个元件上承受