可变速发电电动装置制造方法及图纸

一种可变速发电电动装置，由可变频率功率变换器、由自励式电压型变换器构成的直流电压装置、自动电压调整器、控制单位变换器的变换器电流调整器构成，其中，在直流电压装置与交流系统之间设置第一3相分支电路，在可变频率功率变换器与3相交流同步电机之间设置第二3相分支电路，在第一3相分支电路与第二3相分支电路之间设置第一负载开闭器，在3相交流同步电机与第二3相分支电路之间设置仪表用变流器，在从通过可变频率功率变换器驱动3相交流同步电机发电的变换器模式切换为旁路模式时，使第一负载开闭器闭路，停止针对单位变换器的栅极指令，在从旁路模式切换为变换器模式时，根据仪表用变流器的电流值运算变换器电流调整器的电流指令值，开始针对单位变换器的栅极指令，并使第一负载开闭器开路。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】可变速发电电动装置
本专利技术涉及连接了PWM功率变换器和交流旋转电机机械的可变速发电电动装置。
技术介绍
将背后连接了自励式电压型变换器(以下，在本专利技术中称为“VSC变换器”。)的直流端的频率变换器连接于交流系统与交流旋转电气机械之间而得的可变速发电电动装置(以下，在本专利技术中称为“FPC方式”。)通过改善频率变换器的性价比，扩大了对风力等的再生能源发电系统的应用，其中，自励式电压型变换器对具备自消弧功能的功率用半导体开关元件(以下，在本专利技术中称为“开关元件”。)进行PWM调制来进行交流直流间的功率变换。另外，由于作为VSC变换器之一的模块化多电平PWM变换器(以下，在本专利技术中称为“MMC变换器”。)的进步，能够不经由变压器而直接连接大容量高压的发电电动机和频率变换器，预想FPC方式的应用扩大。图16表示构成MMC变换器的臂变换器的电路。臂变换器由串联连接了k个单位变换器而得的2端子变换器构成。单位变换器通过控制以电容器为电压源的PWM变换器的调制率来产生期望的电压。电容器的电压通过由交流频率决定的周期的充放电而变动。在专利文献1中公开了如下方式：设置2组将3台臂变换器进行星型接线而得的3相半波电路，将星型接线设为直流2端子，在各相的臂的另一端子与交流电源端子之间设置循环电流抑制电抗器(以下，在本专利技术中称为“DSMMC变换器”)。在非专利文献1中公开了如下方法：将2台DSMMC变换器的直流端子进行背后连接来作为可变频率电源，将一个交流端子与交流系统连接，将另一个交流端子与交流旋转电气机械连接而形成可变速电动装置。在专利文献2中公开了如下方法：设置2组将3台臂变换器进行星型接线而得的3相半波电路，将星型接线设为直流2端子，将各相的臂的另一端子与具备进行了双星型接线的第二次和第三次绕组的变压器连接，将第二次和第三次绕组的漏电抗作为电流抑制元件，同时抵消由循环电流引起的变压器铁芯的直流磁动势(以下，在本专利技术中称为“DIMMC变换器”)。在专利文献3中公开了如下方法：设置将3台臂变换器进行星型接线而得的3相半波电路，将该星型接线部作为直流的第一端子，设置具备第二次和第三次绕组的变压器，将星型交错接线部作为直流的第二端子，将交错接线第二次和第三次绕组的漏电抗作为电流抑制电路元件，同时抵消由循环电流引起的变压器铁芯的直流磁动势(以下，在本专利技术中称为“ZCMMC变换器”)。在专利文献4中公开了在图17A、图17B、图17C所示的结构中使用了上述3种MMC变换器的FPC方式。公开了如下内容：在DIMMC变换器的情况下，需要构成2组60度相位带的3相交流绕组，在ZCMMC变换器的情况下，需要设为120度相位带的3相交流绕组。另外，在专利文献4中公开了考虑作为MMC变换器的缺点的“低频区域中的输出降低”的同步发电电动机的启动方法。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利第5189105号公报专利文献2：国际公开第2009/135523号专利文献3：日本专利第5268739号公报专利文献4：日本专利第6243083号公报专利文献5：日本特开2003-88190号公报专利文献6：日本专利第6246753号公报专利文献7：日本专利第5537095号公报专利文献8：日本专利第5045053号公报专利文献9：日本特开昭57-88881号公报专利文献10：日本特开昭62-247776号公报非专利文献非专利文献1：萩原诚、西村和敬、赤城泰文，《使用了模块化多电平PWM逆变器的高压电机驱动器：第1报、400V、15kW微模型的实验验证》，电气学会论文杂志D，2010年4月，130卷，4号，pp.544-551非专利文献2：长谷川勇、滨田镇教、小堀贤司、庄司丰，“无变压器多电平高压逆变器的开发”，明电时报，2016年，No.3，pp.34～39非专利文献3：“在抽水发电站对功率均衡化作出贡献的高压逆变器”、安川新闻、No.289、pp.9
技术实现思路
专利技术要解决的课题作为可变速发电电动装置的实现方法，已知在交流系统与绕组型感应机的电枢绕组之间设置分支点，在该分支点与绕组型感应机的励磁绕组之间连接频率变换器的二次励磁方式(以下，在本专利技术中称为“DFS方式”。)。在DFS方式的情况下，由于频率变换器的容量由以同步速度为中心的可变速幅度决定，因此具有比发电电动机小的优点。另外，作为功率变换装置，除了VSC变换器以外，还有使用了不具有自消弧功能的晶闸管等开关元件的他励式电流型变换器(以下，在本专利技术中称为“LCC变换器”。)。LCC变换器存在消耗无效功率的缺点，另一方面，开关元件的短时间过电流耐量比由切断电流的瞬时值制约的自消弧型元件大，因此具有能够经济地实现系统事故波及时的继续运转的优点。在DFS方式的情况下，为了补偿在LCC变换器中消耗的无效功率，发电电动机容量增加，但该容量增加在可变速幅度为±10％以下的情况下为允许范围的意见也很强烈。例如，在可变速幅度为±8％的情况下，LCC变换器的容量为发电机容量的15％。并且，与应用VSC变换器的情况相比，发电电动机容量增加了5％。另一方面，由LCC变换器和励磁用变压器的合计产生损耗引起的作为发电电动装置的效率降低能够实现0.2％以下。LCC变换器的产生损耗能够抑制成作为发电电动机的惯用杂散负载损耗的0.1％以下。在FPC方式的情况下，如果将包含高次谐波滤波器装置的VSC变换器效率设为98％，则由于VSC变换器容量与发电电动机容量相等，因此VSC变换器与发电电动机的综合效率降低成为2％。该效率降低成为DFS方式的10倍。在将升压变压器连接在发电电动机和VSC变换器之间的情况下，效率降低进一步变大。在将FPC方式应用于水力发电领域的情况下，因频率变换器损耗而失去额定输出时的水轮机最高效率的年功率量抵消了通过频率变换器降低速度所带来的水轮机效率上升量的大部分的例子很多。在专利文献5中公开了在频率变换器中设置旁路开关，具备经由频率变换器以原动机的最佳速度运转的模式(以下，在本专利技术中称为“变换器运转”)、以及对频率变换器进行旁路而与交流系统直接连结并将电气设备侧的产生损耗抑制为最小的运转模式(以下，在本专利技术中称为“旁路运转”)的方式。在专利文献6中公开了一种可变速运转控制装置，其在与专利文献5相同的结构中，将具备使用了“2台断路器”或“1台断路器和1台半导体开关”的旁路开关的频率变换器应用于水力发电系统，在切换时设置发电机的无流通期间，在通常时设为旁路运转，在低于最低流量、最低落差、最低输出的情况下设为变换器运转，在变换器运转中使旋转速度降低而有助于发电效率的提高。由此，主张“能够利用容量比发电机小的频率变换器来实现可变速发电电动装置。”。在专利文献9和专利文献10中，公开了在旁路运转和变换器运转的切换时设置换流期间，确保带励磁绕组的同步电机电流的连续性的方法。在专利文献8中公开了本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可变速发电电动装置，其由可变频率功率变换器、直流电压装置、自动电压调整器以及变换器电流调整器构成，/n所述可变频率功率变换器将m个单元变换器用直流侧2端子和交流侧3端子并联连接而成，m是1以上的自然数，该单元变换器对6个臂变换器进行3相全波桥式连接并设置直流侧2端子和交流侧3端子而成，该臂变换器是将k个单位变换器、1个限流电抗器、1个直流电流互感器串联连接而成的2端子的臂变换器，k是1以上的自然数，该单位变换器是能够经由电压源特性的能量储存元件输出任意电压的2端子的单位变换器，/n所述直流电压装置由与该可变频率功率变换器的直流侧2端子进行背后连接的自励式电压型变换器构成，/n所述自动电压调整器将该直流电压装置的交流3端子与交流系统连接，将所述可变频率功率变换器的交流3端子与具备励磁绕组的3相交流同步电机的交流3端子连接，并将该3相交流同步电机的励磁绕组2端子与励磁装置连接，调整针对所述励磁装置的操作量，以使该3相交流同步电机的交流电压与指令值一致，/n所述变换器电流调整器控制所述单位变换器，以使来自所述直流电流互感器的电流值与变换器电流指令值一致，/n其特征在于，/n所述可变速发电电动装置在所述直流电压装置的交流3端子与所述交流系统之间设置第一3相分支电路，在所述可变频率功率变换器的所述交流3端子与所述3相交流同步电机的交流3端子之间设置第二3相分支电路，在该第一3相分支电路与第二3相分支电路之间设置旁路电路用的第一负载开闭器，在所述3相交流同步电机的3相交流端子与所述第二3相分支电路之间设置仪表用变流器，设置使用该仪表用变流器的电流值输出针对所述可变频率功率变换器的变换器电流指令值的功率调整器，/n所述可变速发电电动装置设置有：第一模式切换装置，其在从利用所述可变频率功率变换器驱动所述3相交流同步电机进行发电的变换器模式切换为使所述第一负载开闭器闭路来驱动所述3相交流同步电机进行发电的旁路模式时，使所述第一负载开闭器从开路切换为闭路，接着停止针对所述单位变换器的栅极指令；以及第二模式切换装置，其在从所述旁路模式切换为变换器模式时，保持切换时的所述仪表用变流器的电流值，根据该电流值运算并输出所述变换器电流调整器的电流指令值，接着开始针对所述单位变换器的栅极指令，接着对所述第一负载开闭器进行开路操作。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180607 JP 2018-1098061.一种可变速发电电动装置，其由可变频率功率变换器、直流电压装置、自动电压调整器以及变换器电流调整器构成，
所述可变频率功率变换器将m个单元变换器用直流侧2端子和交流侧3端子并联连接而成，m是1以上的自然数，该单元变换器对6个臂变换器进行3相全波桥式连接并设置直流侧2端子和交流侧3端子而成，该臂变换器是将k个单位变换器、1个限流电抗器、1个直流电流互感器串联连接而成的2端子的臂变换器，k是1以上的自然数，该单位变换器是能够经由电压源特性的能量储存元件输出任意电压的2端子的单位变换器，
所述直流电压装置由与该可变频率功率变换器的直流侧2端子进行背后连接的自励式电压型变换器构成，
所述自动电压调整器将该直流电压装置的交流3端子与交流系统连接，将所述可变频率功率变换器的交流3端子与具备励磁绕组的3相交流同步电机的交流3端子连接，并将该3相交流同步电机的励磁绕组2端子与励磁装置连接，调整针对所述励磁装置的操作量，以使该3相交流同步电机的交流电压与指令值一致，
所述变换器电流调整器控制所述单位变换器，以使来自所述直流电流互感器的电流值与变换器电流指令值一致，
其特征在于，
所述可变速发电电动装置在所述直流电压装置的交流3端子与所述交流系统之间设置第一3相分支电路，在所述可变频率功率变换器的所述交流3端子与所述3相交流同步电机的交流3端子之间设置第二3相分支电路，在该第一3相分支电路与第二3相分支电路之间设置旁路电路用的第一负载开闭器，在所述3相交流同步电机的3相交流端子与所述第二3相分支电路之间设置仪表用变流器，设置使用该仪表用变流器的电流值输出针对所述可变频率功率变换器的变换器电流指令值的功率调整器，
所述可变速发电电动装置设置有：第一模式切换装置，其在从利用所述可变频率功率变换器驱动所述3相交流同步电机进行发电的变换器模式切换为使所述第一负载开闭器闭路来驱动所述3相交流同步电机进行发电的旁路模式时，使所述第一负载开闭器从开路切换为闭路，接着停止针对所述单位变换器的栅极指令；以及第二模式切换装置，其在从所述旁路模式切换为变换器模式时，保持切换时的所述仪表用变流器的电流值，根据该电流值运算并输出所述变换器电流调整器的电流指令值，接着开始针对所述单位变换器的栅极指令，接着对所述第一负载开闭器进行开路操作。


2.一种可变速发电电动装置，其由可变频率功率变换器、直流电压装置、自动电压调整器以及变换器电流调整器构成，
所述可变频率功率变换器由2电平、3电平或5电平的电压型变换器构成，该电压型变换器将m个单元变换器用直流侧2端子并联连接，在直流侧2端子之间设置n个电压源特性的能源储存元件，按各相将m个限流电抗器的第一端子与该单元变换器的3个中间端子连接，对该m个限流电抗器的第二端子进行星型连接并作为交流端子，m是1以上的自然数，n是1以上的自然数，该单元变换器对6个臂变换器进行3相全波桥式连接并设置直流侧2端子与交流侧的所述3个中间端子，该臂变换器具备k个PWM调制的自消弧型开关元件，k为1以上的自然数，
所述直流电压装置由与该可变频率功率变换器的直流侧2端子进行背后连接的自励式电压型变换器构成，
所述自动电压调整器将该直流电压装置的交流3端子与交流系统连接，将所述可变频率功率变换器的交流3端子与具备励磁绕组的3相交流同步电机的交流3端子连接，将该3相交流同步电机的励磁绕组2端子与励磁装置连接，调整针对所述励磁装置的操作量，以使该3相交流同步电机的交流电压与指令值一致，
所述变换器电流调整...

【专利技术属性】
技术研发人员：阪东明，小宅孝，一濑雅哉，
申请(专利权)人：日立三菱水力株式会社，株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：日本;JP