功率转换装置制造方法及图纸

本发明专利技术的目的在于提供一种功率转换装置。功率转换装置(100)包括：逆变器(4)，该逆变器(4)将直流电转换为交流电来提供给负载；整流器(3)，该整流器(3)将来自交流电源(1)的交流电转换为直流电来提供给逆变器(4)；以及直流电压转换器(7)，该直流电压转换器(7)在由交流电源(1)的供电异常的情况下，转换存储在蓄电池(8)中的功率的电压值，向逆变器(4)提供来自蓄电池(8)的直流电。整流器(3)包括多电平电路即第一三电平电路。同样地，直流电压转换器(7)包含第二三电平电路。控制装置(10)通过控制第一及第二多电平电路来抑制第一及第二电容器(15、16)的中性点(21)的电位变动。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及不间断供电电源装置、太阳能发电系统、燃料电池发电系统、或充电电 池储能系统等的从直流电输出交流电的功率转换装置。
技术介绍
作为用于向计算机系统等重要负载稳定地提供交流电的电源装置，广泛使用不间 断供电电源装置。例如日本专利特开2006-109603号公报(专利文献1)所揭示的那样， 不间断供电电源装置一般包括整流器，该整流器将交流电转换为直流电；逆变器，该逆变 器将直流电转换为交流电；及电容器，该电容器用于对输入到逆变器的直流电源进行滤波。 平时整流器将来自商用交流电源的交流电转换为直流电，一边对蓄电池等蓄电装置进行充 电，一边向逆变器提供直流电。逆变器将直流电转换为交流电来提供给负载。在商用交流 电源停电的情况下，将来自蓄电装置的功率提供给逆变器，从而逆变器继续向负载提供交 流电。专利文献1日本专利特开2006-109603号公报
技术实现思路
上述滤波器包含电抗器及电容器。在高次谐波较大的情况下，需要使用例如具有 较大的电感量的电抗器。为了增大电抗器的电感量，考虑例如增加线圈的匝数，但电抗器的 体积及重量也增大。因此，若增大电抗器的电感量，则产生不间断供电电源装置的体积及重 量增大的问题。然而，在日本专利特开2006-109603号公报中，未表示对于上述不间断供电 电源装置的大型化的问题的具体的解决方法。另外，例如日本专利特开2006-109603号公报所揭示的那样，在双电平的逆变器 电路中，不一定需要采用在逆变器的直流侧串联连接多个电容器的结构，但是若逆变器使 用多电平电路，则需要在逆变器的直流侧的正负端子间串联连接多个电容器。例如在用三 电平电路构成逆变器的情况下，在逆变器的直流侧的正负极端子间串联连接两个电容器。 另外，需要从多电平电路向两个电容器的连接点(中性点)进行布线。在这种情况下，由于 因流入中性点的电流而使流过两个电容器的电流不同，因此，两个电容器的直流电压可能 会不平衡。若两个电容器的直流电压不平衡，则会产生例如向一个电容器施加过电压的可 能性。因而，在中性点有布线的情况下，需要抑制中性点电位变动，以使得两个电容器的直 流电压相等。以下，将使得两个电容器的直流电压相互相等的控制称为“平衡控制”。本专利技术的目的在于提供一种功率转换装置，该功率转换装置除了具有适于小型化 及轻量化的结构，还能不追加特别电路就实现对直流电容器的平衡控制。根据本专利技术的某一方面，是一种功率转换装置，包含第一、第二、第三转换器、及滤 波器。第一转换器包括第一多电平电路，将直流电转换为交流电来提供给负载，该第一多电 平电路可以将直流电压和至少在三个电压值之间变化的交流电压进行相互转换。第二转换 器将来自交流电源的交流电转换为直流电，来提供给第一转换器。第三转换器在由交流电源的供电异常的情况下，转换存储在蓄电装置中的功率的电压值，向第一转换器提供来自 蓄电装置的直流电。滤波器包含电抗器及电容器，去除由第一转换器产生的高次谐波。根据本专利技术的其他一方面，是一种功率转换装置，包含第一、第二电容器、第二多 电平电路、直流电提供源、第三多电平电路、及控制装置。第一及第二电容器串联连接在直 流正母线及直流负母线之间。第二多电平电路与直流正母线、直流负母线、第一及第二电容 器的中性点相连接，将从交流电源提供给输入端的交流电转换为直流电，来输出到直流正 母线及直流负母线间。第三多电平电路在直流正母线、直流负母线、及中性点与第二多电平 电路并联连接，对从直流电提供源提供给输入端的直流电的电压进行转换，来向直流正母 线及直流负母线间输出直流电。控制装置通过控制第二及第三多电平电路的动作来抑制中 性点的电位变动。根据本专利技术，能够实现功率转换装置的小型化及轻量化，并能够不追加特别电路 就实现直流电容器的平衡控制。附图说明图1是表示本专利技术的实施方式的不间断供电电源装置100的主电路结构的简要框 图。图2是详细说明图1所示的整流器3、逆变器4的结构的电路图。图3是详细说明图1所示的直流电压转换器7的结构的图。图4是说明控制装置10所包含的、整流器3及直流电压转换器7的控制部的框图。图5是图4所示的电压指令生成电路61的功能框图。图6是图4所示的电压指令生成电路71的功能框图。图7是表示由双电平(two-level circuit)电路构成的单相逆变器的图。图8是图7所示的逆变器41的等效电路。图9是表示逆变器41的线电压的图。图10是图2所示的逆变器4的U相桥臂4U及V相桥臂4V的等效电路图。图11是表示图10所示的单相三电平逆变器的线电压的图。图12是表示在将设置于双电平逆变器的输出侧的滤波电抗器设定为5%、使逆变 器以IOkHz的频率进行开关的情况下对电抗器电流进行仿真后的结果的图。图13是表示在将设置于双电平逆变器的输出侧的滤波电抗器设定为10%、使逆 变器以IOkHz的频率进行开关的情况下对电抗器电流进行仿真后的结果的图。图14是表示在将设置于三电平逆变器的输出侧的滤波电抗器设定为5%、使逆变 器以IOkHz的频率进行开关的情况下对电抗器电流进行仿真后的结果的图。图15是表示由双电平逆变器产生的高次谐波电流(图12)的频谱的图。图16是表示由三电平逆变器产生的高次谐波电流(图14)的频谱的图。图17是表示双电平逆变器的对地电位变动及三电平逆变器的对地电位变动的仿 真结果的图。图18是表示双电平逆变器及三电平逆变器的损耗的仿真结果的图。图19是说明双电平逆变器及三电平逆变器的损耗的细目分类的图。图20是表示现有的直流电压转换器中所包含的半导体开关的结构的图。图21是表示图3的IGBT元件QlD Q4D的开关模式和施加到电抗器22的电压 的图。图22是表示图2所示的整流器3的两相的结构的等效电路图。图23是用于说明图4所示的整流器控制部53对整流器3 (三电平PWM整流器) 的一相进行PWM控制的信号波形图。图M是对于每种模式表示整流器的各相桥臂中所包含的四个IGBT元件的开关模 式的图。图25是表示图M所示的各模式的一个相的电路和其电流路径的图。图沈是用于说明利用整流器3而使Ep < En的情况下的平衡控制的信号波形图。图27是用于说明利用整流器3而使Ep > En的情况下的平衡控制的信号波形图。图观是用于说明由图4所示的半导体开关控制部M对半导体开关23进行PWM 控制的信号波形图。图四是表示半导体开关23中所包含的IGBT元件QlD Q4D的开关模式的图。图30是表示图四所示的各模式的电路和其电流路径的图。图31是用于说明利用半导体开关23而使Ep < En的情况下的平衡控制的信号波 形图。图32是用于说明利用半导体开关23而使Ep > En的情况下的平衡控制的信号波 形图。图33是表示将本专利技术的功率转换装置应用到三相四线制的状态的图。标号说明1商用交流电源2输入滤波器3整流器3R R相桥臂3S S相桥臂3T T相桥臂4逆变器4U U相桥臂4V V相桥臂4ff W相桥臂5输出滤波器6 负载7直流电压转换器8蓄电池10控制装置11、11R、11S、11T、15、16、19、19U、19V、19W 电容器12、12R、12S、12T、18、18U、18V、18W、22、22N、22P、4本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．功率转换装置，其特征在于，包括：第一及第二电容器（１５、１６），该第一及第二电容器（１５、１６）串联连接在直流正母线（１３）及直流负母线（１４）之间；第一转换器（４），该第一转换器（４）包含第一多电平电路（４Ｕ），将直流电转换为交流电来提供给负载（６），该第一多电平电路（４Ｕ）采用可以将直流电压和至少在三个电压值之间变化的交流电压进行相互转换的结构，且与所述直流正母线（１３）、所述直流负母线（１４）、所述第一及第二电容器（１５、１６）的中性点（２１）相连接；第二转换器（３），该第二转换器（３）包含第二多电平电路（３Ｒ），将来自交流电源的交流电转换为直流电来提供给所述第一转换器（４），所述第二多电平电路（３Ｒ）采用与所述第一多电平电路（４Ｕ）相同的结构，且在所述直流正母线（１３）、所述直流负母线（１４）、及所述中性点（２１）与第一多电平电路（４Ｕ）并联连接；直流电提供源（８），该直流电提供源（８）将直流电提供给所述第一转换器（４）；滤波器（５），该滤波器（５）包含电抗器（１８）及电容器（１９），去除由所述第一转换器（４）产生的高次谐波；以及控制装置（１０），该控制装置（１０）通过控制所述第二多电平电路（３Ｒ）的动作，来抑制所述中性点（２１）的电位变动。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.功率转换装置，其特征在于，包括第一及第二电容器(15、16)，该第一及第二电容器(15、16)串联连接在直流正母线 (13)及直流负母线(14)之间；第一转换器G)，该第一转换器(4)包含第一多电平电路(4U)，将直流电转换为交流电 来提供给负载(6)，该第一多电平电路GU)采用可以将直流电压和至少在三个电压值之间 变化的交流电压进行相互转换的结构，且与所述直流正母线(13)、所述直流负母线(14)、 所述第一及第二电容器(15、16)的中性点相连接；第二转换器(3)，该第二转换器(3)包含第二多电平电路(3R)，将来自交流电源的交流 电转换为直流电来提供给所述第一转换器G)，所述第二多电平电路(3R)采用与所述第一 多电平电路GU)相同的结构，且在所述直流正母线(13)、所述直流负母线(14)、及所述中 性点与第一多电平电路GU)并联连接；直流电提供源(8)，该直流电提供源(8)将直流电提供给所述第一转换器(4)； 滤波器(5)，该滤波器(5)包含电抗器(18)及电容器(19)，去除由所述第一转换器(4) 产生的高次谐波；以及控制装置(10)，该控制装置(10)通过控制所述第二多电平电路(3R)的动作，来抑制所 述中性点的电位变动。2.—种功率转换装置，其特征在于，包括第一及第二电容器(15、16)，该第一及第二电容器(15、16)串联连接在直流正母线 (13)及直流负母线(14)之间；第一转换器，该第一转换器(4)包含第一多电平电路(4U)，将直流电转换为交流电 来提供给负载(6)，该第一多电平电路GU)采用可以将直流电压和至少在三个电压值之间 变化的交流电压进行相互转换的结构，且与所述直流正母线(13)、所述直流负母线(14)、 所述第一及第二电容器(15、16)的中性点相连接；第二转换器(3)，该第二转换器(3)包含第二多电平电路(3R)，将来自交流电源的交流 电转换为直流电来提供给所述第一转换器G)，所述第二多电平电路(3R)采用与所述第一 多电平电路GU)相同的结构，且在所述直流正母线(13)、所述直流负母线(14)、及所述中 性点与第一多电平电路GU)并联连接；第三转换器(7)，该第三转换器(7)包含第三多电平电路(23)，对来自直流电提供源 (8)的直流电的电压值进行转换，向所述第一转换器(4)提供来自所述直流电提供源(8)的 直流电，所述第三多电平电路采用可以将直流电压和至少在三个电压值之间变化的 直流电压进行相互转换的结构，且在所述直流正母线(13)、所述直流负母线(14)、及所述 中性点与所述第一及第二多电平电路并联连接；滤波器(5)，该滤波器(5)包含电抗器(18)及电容器(19)，去除由所述第一转换器(4) 产生的高次谐波；以及控制装置(10)，该控制装置(10)通过控制所述第三多电平电路的动作，来抑制所 述中性点的电位变动。3.—种功率转换装置，其特征在于，包括第一及第二电容器(15、16)，该第一及第二电容器(15、16)串联连接在直流正母线 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐藤爱德华多和秀，木下雅博，山本融真，安保达明，
申请(专利权)人：东芝三菱电机产业系统株式会社，
类型：发明
国别省市：JP