(57)【要約】  本発明はハーフブリッジとフルブリッジが混在するモジュラーマルチレベルコンバータの起動方法を提供する。当該方法は、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールと全ての前記フルブリッジサブモジュールが初期電圧に達するために、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールと全ての前記フルブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御することと、前記フルブリッジサブモジュールの総電圧の増加速度を下げるように、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御するとともに、少なくとも一部の前記フルブリッジサブモジュールがロッキング、ハーフロッキング、又はバイパスのうちいずれか一つを含む動作状態になるように制御することと、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールの電圧が定格電圧に達するとともに全ての前記フルブリッジサブモジュールの電圧が定格電圧に達するように、各前記フルブリッジサブモジュールのバイパスまたはロッキングのうちいずれか一つを含む動作状態と各前記ハーフブリッジサブモジュールの動作状態をそれぞれに制御することと、を含む。本発明はさらにハーフブリッジとフルブリッジが混在するモジュラーマルチレベルコンバータの起動装置を提供する。上記方法及び装置によれば、システムのロック解除のタイミングで大きな突入電流が発生されることを回避でき、システムの安全性を高めることができる。
2021516946.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハーフブリッジとフルブリッジが混在するモジュラーマルチレベルコンバータの起動方法であって、
前記モジュラーマルチレベルコンバータは、複数のハーフブリッジサブモジュールと複数のフルブリッジサブモジュールを含み、
前記方法は、
全ての前記ハーフブリッジサブモジュールと全ての前記フルブリッジサブモジュールが初期電圧に達するために、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールと全ての前記フルブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御することと、
前記フルブリッジサブモジュールの総電圧の増加速度を下げるように、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御するとともに、少なくとも一部の前記フルブリッジサブモジュールがロッキング、ハーフロッキング、又はバイパスのうちいずれか一つを含む動作状態になるように制御することと、
全ての前記ハーフブリッジサブモジュールの電圧が定格電圧に達するとともに全ての前記フルブリッジサブモジュールの電圧が定格電圧に達するように、各前記フルブリッジサブモジュールのバイパスまたはロッキングのうちいずれか一つを含む動作状態と各前記ハーフブリッジサブモジュールの動作状態をそれぞれに制御することと、を含むことを特徴とする方法である。
【請求項２】
前記モジュラーマルチレベルコンバータは、直列充電抵抗を介して交流電網に接続されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記フルブリッジサブモジュールの総電圧の増加速度を下げるように、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御するとともに、少なくとも一部の前記フルブリッジサブモジュールの動作状態を制御することの前に、
前記充電抵抗の電流が予め設定された電流値よりも小さい場合に、前記充電抵抗をバイパスするように制御することを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記フルブリッジサブモジュールの総電圧の増加速度を下げるように、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御するとともに、少なくとも一部の前記フルブリッジサブモジュールの動作状態を制御することの前に、
前記充電抵抗の電圧が予め設定された電圧値よりも高い場合に、前記充電抵抗をバイパスするように制御することを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記フルブリッジサブモジュールの総電圧の増加速度を下げるように、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御するとともに、少なくとも一部の前記フルブリッジサブモジュールの動作状態を制御することは、
さらに各前記フルブリッジサブモジュールの電圧が自己電力取得電源の動作閾値に達した場合には、すべてのハーフブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御することと、
電圧が第１の閾値電圧以上である前記フルブリッジサブモジュールがバイパスするように制御することと、
電圧が前記第１の閾値電圧よりも低い第２閾値電圧と前記第１の閾値電圧の間にある前記フルブリッジサブモジュールがハーフロッキングするように制御することと、
電圧が前記第２閾値電圧未満のフルブリッジサブモジュールがロッキングするように制御することと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記フルブリッジサブモジュールの総電圧の増加速度を下げるように、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御するとともに、少なくとも一部の前記フルブリッジサブモジュールの動作状態を制御することの後に、
全ての前記ハーフブリッジサブモジュールの平均電圧と全ての前記フルブリッジサブモジュールの平均電圧との比率が予め設定された倍数より大きい場合には、全ての前記フルブリッジサブモジュールがハーフロッキングするように制御し、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールがロッキングするように制御することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記予め設定された倍数は、０．６から１．４の範囲内であることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
全ての前記ハーフブリッジサブモジュールの電圧が定格電圧に達するとともに全ての前記フルブリッジサブモジュールの電圧が定格電圧に達するように、各前記フルブリッジサブモジュールと各前記ハーフブリッジサブモジュールの動作状態をそれぞれに制御することは、
さらに、電圧が第３の閾値電圧以上である前記フルブリッジサブモジュールがバイパスするように制御し、電圧が第３の閾値電圧以上である前記ハーフブリッジサブモジュールがバイパスするように制御することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
ハーフブリッジとフルブリッジが混在するモジュラーマルチレベルコンバータの起動装置であって、
前記モジュラーマルチレベルコンバータは、複数のハーフブリッジサブモジュールと複数のフルブリッジサブモジュールを含み、前記モジュラーマルチレベルコンバータは、直列充電抵抗を介して交流電網に接続され、
前記装置は、
全ての前記ハーフブリッジサブモジュールと全ての前記フルブリッジサブモジュールが初期電圧に達するために、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールと全ての前記フルブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御する非制御起動モジュールと、
前記フルブリッジサブモジュールの総電圧の増加速度を下げるように、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御するとともに、少なくとも一部の前記フルブリッジサブモジュールがロッキング、ハーフロッキング、又はバイパスのうちいずれか一つを含む動作状態になるように制御する部分制御起動モジュールと、
全ての前記ハーフブリッジサブモジュールの電圧が定格電圧に達するとともに全ての前記フルブリッジサブモジュールの電圧が定格電圧に達するように、各前記フルブリッジサブモジュールのバイパスまたはロッキングのうちいずれか一つを含む動作状態と各前記ハーフブリッジサブモジュールの動作状態をそれぞれに制御する全制御起動モジュールと、を含むことを特徴とする装置である。
【請求項１０】
前記部分制御起動モジュールは、
各前記フルブリッジサブモジュールの電圧が自己電力取得電源の動作閾値に達した場合には、すべての前記ハーフブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御し、
電圧が第１の閾値電圧以上である前記フルブリッジサブモジュールがバイパスするように制御し、
電圧が前記第１の閾値電圧よりも低い第２閾値電圧と前記第１の閾値電圧の間にある前記フルブリッジサブモジュールがハーフロッキングするように制御し、
電圧が前記第２閾値電圧未満の前記フルブリッジサブモジュールがロッキングするように制御することを特徴とする請求項９に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力供給の技術分野に関し、特にハーフブリッジとフルブリッジが混在するモジュラーマルチレベルコンバータの起動方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モジュラーマルチレベルコンバータ（ＭＭＣ：Ｍｏｄｕｌａｒ  Ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）は、いくつのコンバータバルブのサブモジュールユニットをカスケード形式に配列するにより高電圧出力を実現する。ＭＭＣは、スイッチング素子を直接カスケードするような必要がなく、素子の同時トリガ性に対する要求が低い他、拡張性がよく、スイッチング頻度が低く、動作損失が低く、及び出力電圧波形の品質が高い等の利点が多い。
【０００３】
しかしながら、交流送電網がＭＭＣを介してフレキシブル直流送電網に給電する際に、フレキシブル直流送電網が低減衰特性を持つため、ＭＭＣが短絡故障を発生する場合に、故障初期の電流上昇率は、数千アンペア／ミリ秒というレベルである。一方、交流遮断器にも数十ミリ秒で遮断する遮断速度しか持たない。この数十ミリ秒の期間、直流送電網においてのＭＭＣなどのキーデバイスに過酷な電気応力が受けられ、送電網においてのデバイスの動作安全性が低下された。従って、ＭＭＣが短絡故障を発生する際に、電網システムの安全性が悪くなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記によると、現在のＭＭＣが短絡故障を発生する際に電網システムの安全性が悪くなるという問題に対し、ハーフブリッジとフルブリッジが混在するモジュラーマルチレベルコンバータの起動方法及び装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
ハーフブリッジとフルブリッジが混在するモジュラーマルチレベルコンバータの起動方法であって、前記モジュラーマルチレベルコンバータは、複数のハーフブリッジサブモジュールと複数のフルブリッジサブモジュールを含む。前記方法は、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールと全ての前記フルブリッジサブモジュールが初期電圧に達するために、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールと全ての前記フルブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御することと、前記フルブリッジサブモジュールの総電圧の増加速度を下げるように、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御するとともに、少なくとも一部の前記フルブリッジサブモジュールがロッキング、ハーフロッキング、又はバイパスのうちいずれか一つを含む動作状態になるように制御することと、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールの電圧が定格電圧に達するとともに全ての前記フルブリッジサブモジュールの電圧が定格電圧に達するように、各前記フルブリッジサブモジュールのバイパスまたはロッキングのうちいずれか一つを含む動作状態と各前記ハーフブリッジサブモジュールの動作状態をそれぞれに制御することと、を含む。
【０００６】
一実施例において、前記モジュラーマルチレベルコンバータは、直列充電抵抗を介して交流電網に接続される。
【０００７】
一実施例において、前記フルブリッジサブモジュールの総電圧の増加速度を下げるように、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御するとともに、少なくとも一部の前記フルブリッジサブモジュールの動作状態を制御することの前に、前記充電抵抗の電流が予め設定された電流値よりも小さい場合に、前記充電抵抗をバイパスするように制御することを含む。
【０００８】
一実施例において、前記フルブリッジサブモジュールの総電圧の増加速度を下げるように、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御するとともに、少なくとも一部の前記フルブリッジサブモジュールの動作状態を制御することの前に、前記充電抵抗の電圧が予め設定された電圧値よりも高い場合に、前記充電抵抗をバイパスするように制御することを含む。
【０００９】
一実施例において、前記フルブリッジサブモジュールの総電圧の増加速度を下げるように、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御するとともに、少なくとも一部の前記フルブリッジサブモジュールの動作状態を制御することは、さらに各前記フルブリッジサブモジュールの電圧が自己電力取得電源の動作閾値に達した場合には、すべてのハーフブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御することと、電圧が第１の閾値電圧以上である前記フルブリッジサブモジュールがバイパスするように制御することと、電圧が前記第１の閾値電圧よりも低い第２閾値電圧と前記第１の閾値電圧の間にある前記フルブリッジサブモジュールがハーフロッキングするように制御することと、電圧が前記第２閾値電圧未満のフルブリッジサブモジュールがロッキングするように制御することと、を含む。
【００１０】
一実施例において、前記フルブリッジサブモジュールの総電圧の増加速度を下げるように、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御するとともに、少なくとも一部の前記フルブリッジサブモジュールの動作状態を制御することの後に、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールの平均電圧と全ての前記フルブリッジサブモジュールの平均電圧との比率が予め設定された倍数より大きい場合には、全ての前記フルブリッジサブモジュールがハーフロッキングするように制御し、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールがロッキングするように制御することを含む。
【００１１】
一実施例において、前記予め設定された倍数は、０．６から１．４の範囲内である。
【００１２】
一実施例において、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールの電圧が定格電圧に達するとともに全ての前記フルブリッジサブモジュールの電圧が定格電圧に達するように、各前記フルブリッジサブモジュールと各前記ハーフブリッジサブモジュールの動作状態をそれぞれに制御することは、さらに、電圧が第３の閾値電圧以上である前記フルブリッジサブモジュールがバイパスするように制御し、電圧が第３の閾値電圧以上である前記ハーフブリッジサブモジュールがバイパスするように制御することを含む。
【００１３】
ハーフブリッジとフルブリッジが混在するモジュラーマルチレベルコンバータの起動装置であって、前記モジュラーマルチレベルコンバータは、複数のハーフブリッジサブモジュールと複数のフルブリッジサブモジュールを含み、前記モジュラーマルチレベルコンバータは、直列充電抵抗を介して交流電網に接続される。前記装置は、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールと全ての前記フルブリッジサブモジュールが初期電圧に達するために、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールと全ての前記フルブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御する非制御起動モジュールと、前記フルブリッジサブモジュールの総電圧の増加速度を下げるように、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御するとともに、少なくとも一部の前記フルブリッジサブモジュールがロッキング、ハーフロッキング、又はバイパスのうちいずれか一つを含む動作状態になるように制御する部分制御起動モジュールと、全ての前記ハーフブリッジサブモジュールの電圧が定格電圧に達するとともに全ての前記フルブリッジサブモジュールの電圧が定格電圧に達するように、各前記フルブリッジサブモジュールのバイパスまたはロッキングのうちいずれか一つを含む動作状態と各前記ハーフブリッジサブモジュールの動作状態をそれぞれに制御する全制御起動モジュールと、を含む。
【００１４】
一実施例において、前記部分制御起動モジュールは、各前記フルブリッジサブモジュールの電圧が自己電力取得電源の動作閾値に達した場合には、すべての前記ハーフブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御し、電圧が第１の閾値電圧以上である前記フルブリッジサブモジュールがバイパスするように制御し、電圧が前記第１の閾値電圧よりも低い第２閾値電圧と前記第１の閾値電圧の間にある前記フルブリッジサブモジュールがハーフロッキングするように制御し、電圧が前記第２閾値電圧未満の前記フルブリッジサブモジュールがロッキングするように制御する。
【００１５】
上記のハーフブリッジとフルブリッジが混在するモジュラーマルチレベルコンバータの起動方法及び装置によれば、まず、全てのハーフブリッジサブモジュールと全てのフルブリッジサブモジュールが初期電圧に達するために、全てのハーフブリッジサブモジュールと全てのフルブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御し、即ちすべてのハーフブリッジサブモジュールとすべてのフルブリッジサブモジュールが充電状態であるように制御する。次に、フルブリッジサブモジュールの総電圧の増加速度を下げるように、全てのハーフブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御するとともに、少なくとも一部のフルブリッジサブモジュールの動作状態を制御する。このように、全てのハーフブリッジサブモジュールの平均電圧が徐々に高くなり、全てのフルブリッジサブモジュールの平均電圧も徐々に高くなるとともに、両者の値は徐々に接近し、この際の全てのサブモジュールの電圧が平均化になる。その後、全てのハーフブリッジサブモジュールの電圧が定格電圧に達するとともに全てのフルブリッジサブモジュールの電圧が定格電圧に達するように、各フルブリッジサブモジュールと各ハーフブリッジサブモジュールの動作状態をそれぞれに制御する。このように、モジュラーマルチレベルコンバータが起動中に、全てのフルブリッジサブモジュールと全てのハーフブリッジサブモジュールの電圧はいずれも徐々に増加するようになり、且つ全てのサブモジュールの電圧は平均化された状態に維持される。従って、モジュラーマルチレベルコンバータの出力電圧は定格電圧まで徐々に増加する。これにより、システムのロック解除のタイミングで大きな突入電流が発生されることを回避でき、電網システムの安全性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一実施例のモジュラーマルチレベルコンバータの概略図である。
【図２】一実施例のハーフブリッジサブモジュールの概略図である。
【図３】一実施例のハーフブリッジサブモジュールがバイパスした状態の概略図である。
【図４】一実施例のフルブリッジサブモジュールの概略図である。
【図５】一実施例のフルブリッジサブモジュールがハーフロッキングした状態の概略図である。
【図６】一実施例のフルブリッジサブモジュールがバイパスした状態の概略図である。
【図７】一実施例のモジュラーマルチレベルコンバータが交流電網に接続する概略図である。
【図８】第１の実施例のハーフブリッジとフルブリッジが混在するモジュラーマルチレベルコンバータの起動方法の手順の概略図である。
【図９】第２の実施例のハーフブリッジとフルブリッジが混在するモジュラーマルチレベルコンバータの起動方法の手順の概略図である。
【図１０】第３の実施例のハーフブリッジとフルブリッジが混在するモジュラーマルチレベルコンバータの起動方法の手順の概略図である。
【図１１】一実施例のハーフブリッジとフルブリッジが混在するモジュラーマルチレベルコンバータの起動装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の上記の目的、特徴および利点をより明瞭にするために、以下、本発明の具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１８】
図１は一実施例のモジュラーマルチレベルコンバータの概略図である。図１に示すように、モジュラーマルチレベルコンバータは、複数のハーフブリッジサブモジュールと複数のフルブリッジサブモジュールとを含む。ここで、ハーフブリッジサブモジュールとフルブリッジサブモジュールを併せてサブモジュールと称する。ハーフブリッジとフルブリッジが混在するモジュラーマルチレベルコンバータ（コンバータとも略称する）は、少なくとも１つの相ユニットを含む。本実施例では、コンバータは３相ユニットを含み、それぞれがＡ相ユニット、Ｂ相ユニット、Ｃ相ユニットである。各相ユニットは、上アームと下アームとを含む。上アームと下アームの構成が同じである。上アームと下アームは、それぞれ、互いに直列に接続された少なくとも１つのハーフブリッジサブモジュールと、少なくとも１つのフルブリッジサブモジュールと、１つのリアクタンスとを含む。本実施例では、上アームと下アームは、それぞれに互いに直列に接続された１つのハーフブリッジサブモジュールと１つのフルブリッジサブモジュールと一つのリアクタンスとを含む。本実施例では、コンバータは、さらに、制御装置（図示せず）を含む。
【００１９】
以下、まずはハーフブリッジサブモジュールとフルブリッジサブモジュールについて詳細に説明する。
【００２０】
図２は一実施例のハーフブリッジサブモジュールの概略図である。ハーフブリッジサブモジュールは、コンデンサと、該コンデンサに並列に接続された第１のスイッチングユニットとを含む。本実施例において、第１のスイッチングユニットは、第１の遮断可能素子と第２の遮断可能素子とを含む。第１の遮断可能素子の負極と第２の遮断可能素子の正極が互いに直列に接続されて第１のスイッチングユニットを構成する。第１の遮断可能な素子の正極は、第１のスイッチングユニットの正極として機能し、第２の遮断可能な素子の負極は、第１のスイッチングユニットの負極として機能する。第１の遮断可能な素子と第２の遮断可能な素子とが接続されるところは、第１の端子として機能し、第１のスイッチングユニットの負極は、第２の端子として機能する。ハーフブリッジサブモジュールは、第１の端子および第２の端子を介して対応する回路に接続される。ハーフブリッジサブモジュールの動作状態は、バイパスまたはロッキングを含む。
【００２１】
ハーフブリッジサブモジュールがロッキングしたという動作状態は、図２に参照されてもよい。ハーフブリッジサブモジュールがロッキングしたこととは、ハーフブリッジサブモジュールの第１の遮断可能素子がオフになり、第２の遮断可能素子がオフになることを意味する。
【００２２】
図３は一実施例のハーフブリッジサブモジュールがバイパスした状態の概略図である。図３に示すように、ハーフブリッジサブモジュールがバイパスしたこととは、ハーフブリッジサブモジュールの第１の遮断可能な素子がオフになり、第２の遮断可能な素子がオンになることを意味する。
【００２３】
図４は一実施例のフルブリッジサブモジュールの概略図である。フルブリッジサブモジュールは、コンデンサと、該コンデンサに並列に接続された第２のスイッチングユニット及び第３のスイッチングユニットとを含む。第２のスイッチングユニットは、第３の遮断可能な素子と第４の遮断可能な素子とを含む。第３の遮断可能素子の負極は、第４の遮断可能素子の正極を互いに直列に接続される。第３の遮断可能な素子の正極は、第２のスイッチングユニットの正極として機能し、第４の遮断可能な素子の負極は、第２のスイッチングユニットの負極として機能する。第３の遮断可能な素子と第４の遮断可能な素子とが接続されるところは、第３の端子として機能する。第３のスイッチングユニットは、第５の遮断可能な素子と第６の遮断可能な素子とを含む。第５の遮断可能素子の負極は、第６の遮断可能素子の正極を直列に接続される。第５の遮断可能素子の正極は、第３のスイッチングユニットの正極として機能し、第６の遮断可能素子の負極は、第３のスイッチングユニットの負極として機能する。第５の遮断可能な素子と第６の遮断可能な素子とが接続されるところは、第４の端子として機能する。フルブリッジサブモジュールは、第３の端子及び第４の端子を介して対応する回路に接続される。フルブリッジサブモジュールの動作状態は、ロッキング、ハーフロッキング、又はバイパスのうちの１つを含む。
【００２４】
フルブリッジサブモジュールがロッキングしたこととは、フルブリッジサブモジュールの第３、第４、第５、第６の遮断可能な素子が全てオフになることを意味する。フルブリッジモジュールがロッキングした状態の概略図は、図４に参照されてもよい。
【００２５】
図５は一実施例のフルブリッジサブモジュールがハーフロッキングした状態の概略図である。図５に示すように、フルブリッジサブモジュールがハーフロッキングしたこととは、フルブリッジサブモジュールの第３の遮断可能な素子がオンになり、第４、第５、及び第６の遮断可能な素子がオフになることを意味する。他の実施形態では、第３、第４、第５の遮断可能な素子がオフになり、第６の遮断可能な素子がオンになってもよい。
【００２６】
図６は一実施例のフルブリッジサブモジュールがバイパスした状態の概略図である。図６に示すように、フルブリッジサブモジュールがバイパスしたこととは、フルブリッジサブモジュールの第３、第５の遮断可能な素子がオフになり、第４、第６の遮断可能な素子がオンになることを意味する。他の実施形態では、第３、第５の遮断可能な素子はオンになり、第４、第６の遮断可能な素子はオフになってもよい。
【００２７】
図７は一実施例のモジュラーマルチレベルコンバータが交流電網に接続する概略図である。モジュラーマルチレベルコンバータは、直列充電抵抗を介して交流電網に接続される。本実施例では、コンバータは充電抵抗ＲとそのバイパススイッチＱＡ、インレットスイッチＱＦを介して交流電網に接続される。ただし、充電抵抗Ｒは、インレットスイッチＱＦと直列に接続される。充電抵抗Ｒは、バイパススイッチＱＡと並列に接続される。
【００２８】
図８は、第１の実施例のハーフブリッジとフルブリッジが混在するモジュラーマルチレベルコンバータの起動方法の手順の概要図である。この方法は、以下の手順を含む。
【００２９】
ステップＳ１２０において、全てのハーフブリッジサブモジュールと全てのフルブリッジサブモジュールが初期電圧に達するために、全てのハーフブリッジサブモジュールと全てのフルブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御する。
【００３０】
具体的には、このステップは、非制御起動段階である。すなわち、この段階では、制御装置は、全てのサブモジュールがロッキングするように制御し、インレットスイッチＱＦをオンにして全てのサブモジュールを充電し、よって全てのサブモジュールが動作可能な初期電圧を具備させる。これにより、各サブモジュールが準備動作に移行させることができる。充電抵抗Ｒは、交流システムの充電初期に過電流が発生してシステム素子が破壊されることを回避できる。制御装置は、充電抵抗の電流が予め設定された電流値よりも小さい場合に、充電抵抗をバイパスするように制御する。または、制御装置は、充電抵抗の電圧が予め設定された電圧値よりも高い場合に、充電抵抗をバイパスするように制御する。交流電の一つの周期の間には、１つのフルブリッジサブモジュールが継続的に充電されることに対し、１つのハーフブリッジサブモジュールが当該周期の半分にのみ充電される。従って、同じ充電時間を経過しても、一つのフルブリッジサブモジュールの電圧が一つのハーフブリッジサブモジュールの電圧と比べて約２倍になるとともに、各サブモジュールの電圧はいずれも低い。このように、コンバータが次の動作段階に入るように準備が完成した。さらに、予め設定された電流値は０．１ｐｕであってもよい。予め設定された電圧値は「０」であってもよい。
【００３１】
ステップＳ１４０において、フルブリッジサブモジュールの総電圧の増加速度を下げるように、全てのハーフブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御するとともに、少なくとも一部のフルブリッジサブモジュールの動作状態を制御する。
【００３２】
具体的には、この段階は、部分制御起動段階である。すなわち、制御装置は、ハーフブリッジサブモジュールを制御することなく、フルブリッジサブモジュールを制御する。制御装置は、一部のフルブリッジサブモジュールが交流電流の周期の半分に充電されるために、これらのフルブリッジサブモジュールがハーフロッキングするように制御する。または、制御装置は、一部のフルブリッジサブモジュールが充電停止するように、これらのフルブリッジサブモジュールがバイパスするように制御する。このように、全てのフルブリッジサブモジュールの充電速度を低下させて総電圧の上昇速度を低下させることができる一方、全てのハーフブリッジサブモジュールの充電速度を増加させて電圧上昇の速度が増加させる。したがって、全てのハーフブリッジサブモジュールの平均電圧が徐々に高くなり、全てのフルブリッジサブモジュールの平均電圧も徐々に高くなるとともに、両者の値は徐々に接近し、最終的に全てのサブモジュールの電圧が平均化になる。したがって、コンバータの出力電圧がスムーズに上昇し、突入電流の発生率が低下する。
【００３３】
ステップＳ１６０において、全てのハーフブリッジサブモジュールの電圧が定格電圧に達するとともに全てのフルブリッジサブモジュールの電圧が定格電圧に達するように、各フルブリッジサブモジュールと各ハーフブリッジサブモジュールの動作状態をそれぞれに制御する。
【００３４】
具体的に、この段階は、全制御起動段階である。すなわち、制御装置は、フルブリッジサブモジュールとハーフブリッジサブモジュールを同時に制御することができる。各フルブリッジサブモジュールと各ハーフブリッジサブモジュールの動作状態を動的に制御して全てのサブモジュールの電圧を定格電圧に徐々に調整し、起動過程を完了する。
【００３５】
上記のハーフブリッジとフルブリッジが混在するモジュラーマルチレベルコンバータの起動方法によれば、まず、全てのハーフブリッジサブモジュールと全てのフルブリッジサブモジュールが初期電圧に達するために、全てのハーフブリッジサブモジュールと全てのフルブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御し、即ちすべてのハーフブリッジサブモジュールとすべてのフルブリッジサブモジュールが充電状態であるように制御する。次に、フルブリッジサブモジュールの総電圧の増加速度を下げるように、全てのハーフブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御するとともに、少なくとも一部のフルブリッジサブモジュールの動作状態を制御する。このように、全てのハーフブリッジサブモジュールの平均電圧が徐々に高くなり、全てのフルブリッジサブモジュールの平均電圧も徐々に高くなるとともに、両者の値は徐々に接近し、この際の全てのサブモジュールの電圧が平均化になる。その後、全てのハーフブリッジサブモジュールの電圧が定格電圧に達するとともに全てのフルブリッジサブモジュールの電圧が定格電圧に達するように、各フルブリッジサブモジュールと各ハーフブリッジサブモジュールの動作状態をそれぞれに制御する。このように、モジュラーマルチレベルコンバータが起動中に、全てのフルブリッジサブモジュールと全てのハーフブリッジサブモジュールの電圧はいずれも徐々に増加するようになり、且つ全てのサブモジュールの電圧は平均化された状態に維持される。従って、モジュラーマルチレベルコンバータの出力電圧は定格電圧まで徐々に増加する。これにより、システムのロック解除のタイミングで大きな突入電流が発生されることを回避でき、電網システムの安全性を高めることができる。
【００３６】
図９は、第２の実施例のハーフブリッジとフルブリッジが混在するモジュラーマルチレベルコンバータの起動方法の手順の概要図である。フルブリッジサブモジュールの総電圧の増加速度を下げるように、全てのハーフブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御するとともに、少なくとも一部のフルブリッジサブモジュールの動作状態を制御する即ちステップＳ１４０が行う前に、さらに以下の手順を含む。
【００３７】
ステップＳ１３０において、各フルブリッジサブモジュールの電圧が自己電力取得電源の動作閾値に達したか否かを検出する。各フルブリッジサブモジュールの電圧が自己電力取得電源の動作閾値に達すると、ステップＳ１４０が実行する。各フルブリッジサブモジュールの電圧が自己電力取得電源の動作閾値に達していないと、ステップＳ１３０が継続して実行する。
【００３８】
具体的には、各フルブリッジサブモジュールの電圧が自己電力取得電源の動作閾値に達している否かは、各フルブリッジサブモジュールが正常に動作できるかどうかことを意味する。各フルブリッジサブモジュールの電圧が自己電力取得電源の動作閾値に達した際に、各フルブリッジサブモジュールが自分でトリガして動作できることを意味する。そうでない場合、電圧が動作閾値に達していないフルブリッジサブモジュールに対し、継続して充電する必要がある。
【００３９】
フルブリッジサブモジュールの総電圧の増加速度を下げるように、全てのハーフブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御するとともに、少なくとも一部のフルブリッジサブモジュールの動作状態を制御する即ちステップＳ１４０が行う前に、さらに以下の手順を含む。
【００４０】
各フルブリッジサブモジュールの電圧が自己電力取得電源の動作閾値に達した場合には、ステップＳ１４１が実行し、すべてのハーフブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御する。
【００４１】
具体的に、このとき、各ハーフブリッジサブモジュールの電圧は、いずれか一つのフルブリッジサブモジュールの電圧よりも低い。このステップにおいて、ハーフブリッジサブモジュールが継続して充電するように装置を制御する。
【００４２】
ステップＳ１４２において、電圧が第１の閾値電圧以上であるフルブリッジサブモジュールがバイパスするように制御する。
【００４３】
具体的には、制御装置は、電圧が第１の閾値電圧以上であるフルブリッジサブモジュールが充電も放電もしないように、これらのフルブリッジサブモジュールがバイパスするように制御する。このように、同じ交流電網において、同時に充電するフルブリッジサブモジュールの数を減少ことができ、充電するハーフブリッジサブモジュールの数をそのままにするので、各ハーフブリッジサブモジュールの電圧の上昇速度が速くなる。すなわち、各ハーフブリッジサブモジュールの充電速度が速くなる。
【００４４】
ステップＳ１４３において、電圧が第２閾値電圧と第１の閾値電圧の間にあるフルブリッジサブモジュールがハーフロッキングするように制御する。
【００４５】
具体的には、第２の閾値電圧は、第１の閾値電圧よりも低い。制御装置は、電圧が第２の閾値電圧と第１の閾値電圧の間にあるフルブリッジサブモジュールがハーフロッキングするように制御することによって、フルブリッジサブモジュールがハーフブリッジサブモジュールを同等にさせることができる。これらのフルブリッジサブモジュールの電圧は低いから、継続して充電することができるが充電速度が低下する。一方、各ブリッジモジュールの充電速度をさらに増大させることができる。
【００４６】
ステップＳ１４４において、電圧が第２閾値電圧未満のフルブリッジサブモジュールがロッキングするように制御する。
【００４７】
具体的に、電圧が第２閾値電圧未満のフルブリッジサブモジュールの電圧が低いから、制御装置は、これらのフルブリッジサブモジュールがロッキングするように制御し、即ち、これらのフルブリッジサブモジュールが通常な速度で継続して充電するように制御する。
【００４８】
以上のステップにより、制御装置は、全てのフルブリッジサブモジュールの全体的に充電速度を低下させ、全てのハーフブリッジサブモジュールの全体的に充電速度を上昇させることができる。全てのハーフブリッジサブモジュールの平均電圧は徐々に高くなる。全てのフルブリッジサブモジュールの平均電圧も徐々に高くなる。ただし、全てのハーフブリッジサブモジュールの平均電圧の上昇速度が、全てのフルブリッジサブモジュールの平均電圧の上昇速度よりも速い。最終的にハーフブリッジサブモジュールの平均電圧とフルブリッジサブモジュールの平均電圧は一致するようになる。すなわち、ハーフブリッジサブモジュールの平均電圧とフルブリッジサブモジュールの平均電圧は、等しく又はほぼ等しくなる。このように、コンバータにおいての全てのサブモジュールの電圧が平均化される状態に徐々に達し、最終的に全てのサブモジュールの電圧が自己電力取得電源の動作閾値に達する。これによって、各サブモジュールの自己電力取得電源に係る設計の困難度が低下する。また、コンバータの電圧が緩やかに上昇することにより、突入電流を有効に回避することができる。
【００４９】
図１０は、第３の実施例のハーフブリッジとフルブリッジが混在するモジュラーマルチレベルコンバータの起動方法の手順の概要図である。本実施例において、フルブリッジサブモジュールの総電圧の増加速度を下げるように、全てのハーフブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御するとともに、少なくとも一部のフルブリッジサブモジュールの動作状態を制御する即ちステップＳ１４０の後に、さらに以下の手順を含む。
【００５０】
ステップＳ１５１において、全てのハーフブリッジサブモジュールの平均電圧と全てのフルブリッジサブモジュールの平均電圧との比率が予め設定された倍数より大きいか否かを判断する。
【００５１】
ステップＳ１５３において、全てのハーフブリッジサブモジュールの平均電圧と全てのフルブリッジサブモジュールの平均電圧との比率が予め設定された倍数より大きい場合には、全てのフルブリッジサブモジュールがハーフロッキングするように制御し、全てのハーフブリッジサブモジュールがロッキングするように制御する。
【００５２】
このように、制御装置は、すべてのフルブリッジサブモジュールがハーフブリッジサブモジュールを相当させるようにする。すなわち、コンバータ内のすべてのサブモジュールはハーフブリッジサブモジュールになる。この場合、コンバータのサブモジュールの種類を単一にすることができ、制御装置の制御が容易になる。具体的に、予め設定された倍数は、０．６から１．４の範囲内であってもよい。このように、全てのハーフブリッジサブモジュールの平均電圧と全てのフルブリッジサブモジュールの平均電圧は、略等しくなる。すなわち、コンバータの電圧がバランス状態に達し、コンバータの電圧が常にバランスよく増加する。
【００５３】
本実施例において、全てのハーフブリッジサブモジュールの電圧が定格電圧に達するとともに全てのフルブリッジサブモジュールの電圧が定格電圧に達するように、各フルブリッジサブモジュールと各ハーフブリッジサブモジュールの動作状態をそれぞれに制御する即ちステップＳ１６０は、さらに以下の手順を含む。
【００５４】
ステップＳ１６１において、電圧が第３の閾値電圧以上であるフルブリッジサブモジュールがバイパスするように制御し、電圧が第３の閾値電圧以上であるハーフブリッジサブモジュールがバイパスするように制御する。
【００５５】
具体的には、制御装置は、コンバータの電圧が定格電圧に接近した際に、電圧が高い一部のフルブリッジサブモジュールが充電を停止する、すなわちバイパス状態になるように制御する。制御装置は、電圧が高い一部のハーフブリッジサブモジュールが充電を停止する、すなわちバイパス状態になるように制御する。このように、全てのサブモジュールの電圧上昇速度がさらに低下させて、全てのサブモジュールの総電圧が徐々に定格電圧に近づく。これによって、システムのロック解除のタイミングで大きな突入電流が発生されることを回避できる。
【００５６】
図１１は一実施例のハーフブリッジとフルブリッジが混在するモジュラーマルチレベルコンバータの起動装置のブロック図である。ハーフブリッジとフルブリッジが混在するモジュラーマルチレベルコンバータの起動装置において、モジュラーマルチレベルコンバータは、複数のハーフブリッジサブモジュールと複数のフルブリッジサブモジュールを含み、該モジュラーマルチレベルコンバータは、直列充電抵抗を介して交流電網に接続される。この装置は、全てのハーフブリッジサブモジュールと全てのフルブリッジサブモジュールが初期電圧に達するために、全てのハーフブリッジサブモジュールと全てのフルブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御する非制御起動モジュール１２０と、フルブリッジサブモジュールの総電圧の増加速度を下げるように、全てのハーフブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御するとともに、少なくとも一部のフルブリッジサブモジュールがロッキング、ハーフロッキング、又はバイパスのうちいずれか一つを含む動作状態になるように制御する部分制御起動モジュール１４０と、全てのハーフブリッジサブモジュールの電圧が定格電圧に達するとともに全てのフルブリッジサブモジュールの電圧が定格電圧に達するように、各フルブリッジサブモジュールのバイパスまたはロッキングのうちいずれか一つを含む動作状態と各ハーフブリッジサブモジュールの動作状態をそれぞれに制御する全制御起動モジュール１６０と、を含む。
【００５７】
上記のハーフブリッジとフルブリッジが混在するモジュラーマルチレベルコンバータの起動装置によれば、まず、全てのハーフブリッジサブモジュールと全てのフルブリッジサブモジュールが初期電圧に達するために、全てのハーフブリッジサブモジュールと全てのフルブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御し、即ちすべてのハーフブリッジサブモジュールとすべてのフルブリッジサブモジュールが充電状態であるように制御する。次に、フルブリッジサブモジュールの総電圧の増加速度を下げるように、全てのハーフブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御するとともに、少なくとも一部のフルブリッジサブモジュールの動作状態を制御する。このように、全てのハーフブリッジサブモジュールの平均電圧が徐々に高くなり、全てのフルブリッジサブモジュールの平均電圧も徐々に高くなるとともに、両者の値は徐々に接近し、この際の全てのサブモジュールの電圧が平均化になる。その後、全てのハーフブリッジサブモジュールの電圧が定格電圧に達するとともに全てのフルブリッジサブモジュールの電圧が定格電圧に達するように、各フルブリッジサブモジュールと各ハーフブリッジサブモジュールの動作状態をそれぞれに制御する。このように、モジュラーマルチレベルコンバータが起動中に、全てのフルブリッジサブモジュールと全てのハーフブリッジサブモジュールの電圧はいずれも徐々に増加するようになり、且つ全てのサブモジュールの電圧は平均化された状態に維持される。従って、モジュラーマルチレベルコンバータの出力電圧は定格電圧まで徐々に増加する。これにより、システムのロック解除のタイミングで大きな突入電流が発生されることを回避でき、電網システムの安全性を高めることができる。
【００５８】
一実施例では、部分制御起動モジュール１４０は、各フルブリッジサブモジュールの電圧が自己電力取得電源の動作閾値に達した場合には、すべてのハーフブリッジサブモジュールがロッキングを維持するように制御する。
【００５９】
部分制御起動モジュール１４０は、さらに、電圧が第１の閾値電圧以上であるフルブリッジサブモジュールがバイパスするように制御する。
【００６０】
部分制御起動モジュール１４０は、さらに、電圧が第１の閾値電圧よりも低い第２閾値電圧と第１の閾値電圧の間にあるフルブリッジサブモジュールがハーフロッキングするように制御する。
【００６１】
部分制御起動モジュール１４０は、さらに、電圧が第２閾値電圧未満のフルブリッジサブモジュールがロッキングするように制御する。
【００６２】
上記各実施例の各技術的特徴は、任意に組み合わせることが可能であり、説明の簡潔化のため、上記各実施例においての各特徴についてあらゆる組み合わせを記載していないが、これらの特徴の組み合わせに矛盾が生じない限り、本願の範囲に入られることが当然である。
【００６３】
上記各実施例は、本発明のいくつかの実施形態を示したものに過ぎず、具体的かつ詳細的に説明したが、本願の範囲を限定するものではないと理解すべき。なお、当業者にとって、本願の要旨を逸脱しない限り、いくつかの変形、改良しても、本願の範囲に属すものである。よって、本願の範囲は、添付の請求項によるものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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