(57)【要約】  エレクトロニクス電力システムは、複数の実質的に同一のパワーエレクトロニクスモジュールを備える。各パワーエレクトロニクスモジュールは、出力側を有する単相ＤＣ／ＡＣインバータを備える。各パワーエレクトロニクスモジュールは、入力側を有する中／高周波絶縁型ＤＣ／ＤＣ電流電圧コンバータをさらに備える。前記中／高周波絶縁型ＤＣ／ＤＣ電流電圧コンバータは、前記単相ＤＣ／ＡＣインバータを駆動する。各ＤＣ／ＤＣコンバータおよびその対応するＤＣ／ＡＣインバータは、連続接続され、共通のＤＣリンクを共有する。前記複数のパワーエレクトロニクスのモジュールは、前記入力側で直列におよび前記出力側で並列または直列／並列に互いに積み重ねられる。【選択図】図２
2015527032.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の実質的に同一のパワーエレクトロニクスモジュールを備えたエレクトロニクス電力システムであって、各パワーエレクトロニクスモジュールが、
出力側を備えている単相ＤＣ／ＡＣインバータと、
入力側を備えている中／高周波絶縁型ＤＣ／ＤＣ電流電圧コンバータであって、前記単相ＤＣ／ＡＣインバータを駆動する中／高周波絶縁型ＤＣ／ＤＣ電流電圧コンバータとを備え、各ＤＣ／ＤＣコンバータおよびその対応するＤＣ／ＡＣインバータが、連続接続され、共通のＤＣリンクを共有するものであり、さらに、前記複数のパワーエレクトロニクスのモジュールが、前記入力側で直列におよび前記出力側で並列または直列／並列に互いに積み重ねられるエレクトロニクス電力システム。
【請求項２】
前記入力側に給電するＤＣ電流源をさらに備える、請求項１記載のエレクトロニクス電力システム。
【請求項３】
前記出力側が、ｎ相ＤＣ電圧出力側またはＡＣ電圧出力側を備える、請求項１記載のエレクトロニクス電力システム。
【請求項４】
前記中／高周波絶縁型ＤＣ／ＤＣ電流電圧コンバータにおいて前記ＤＣ／ＤＣ絶縁を与えるように構成された中／高周波変圧器をさらに備える、請求項１記載のエレクトロニクス電力システム。
【請求項５】
前記中／高周波絶縁型ＤＣ／ＤＣ電流電圧コンバータが、ソフトスイッチング共振ベースのＤＣ／ＤＣコンバータを備える、請求項１に記載のエレクトロニクス電力システム。
【請求項６】
前記共振ベースのＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング周波数に同調させるようにプログラムされたコントローラをさらに備える、請求項５記載のエレクトロニクス電力システム。
【請求項７】
前記並列な共振ベースのＤＣ／ＤＣコンバータのパルス幅およびスイッチング周波数を制御するようにプログラムされたコントローラをさらに備える、請求項５記載のエレクトロニクス電力システム。
【請求項８】
前記複数の実質的に同一のパワーエレクトロニクスモジュールの入力、出力、および入力と出力両方のうちの少なくとも１つをインターリーブするようにプログラムされたコントローラをさらに備える、請求項５記載のエレクトロニクス電力システム。
【請求項９】
複数の実質的に同一のパワーエレクトロニクスモジュールを備えたエレクトロニクス電力システムであって、各パワーエレクトロニクスのモジュールが、
出力側を備えた単相ＤＣ／ＡＣインバータと、
入力側を備えた中／高周波変圧器絶縁型電流電圧コンバータであって、前記単相ＤＣ／ＡＣインバータを駆動する前記中／高周波変圧器絶縁型電流電圧コンバータとを備え、前記複数の実質的に同一のパワーエレクトロニクスモジュールが、前記入力側で直列におよび前記出力側で並列または直列／並列に互いに積み重ねられ、拡張可能な出力電圧を供給するようになっているエレクトロニクス電力システム。
【請求項１０】
前記入力側に給電するＤＣ電流源をさらに備える、請求項９記載のエレクトロニクス電力システム。
【請求項１１】
前記出力側が、ｎ相ＤＣ電圧出力側またはＡＣ電圧出力側を備える、請求項９記載のエレクトロニクス電力システム。
【請求項１２】
前記中／高周波絶縁型ＤＣ／ＤＣ電流電圧コンバータが、ソフトスイッチング共振ベースのＤＣ／ＤＣコンバータを備える、請求項９記載のエレクトロニクス電力システム。
【請求項１３】
前記共振ベースのＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング周波数に同調させるようにプログラムされたコントローラをさらに備える、請求項１２記載のエレクトロニクス電力システム。
【請求項１４】
前記並列な共振ベースのＤＣ／ＤＣコンバータのパルス幅およびスイッチング周波数を制御するようにプログラムされたコントローラをさらに備える、請求項１２記載のエレクトロニクス電力システム。
【請求項１５】
前記複数の実質的に同一のパワーエレクトロニクスモジュールの入力、出力、および入力と出力両方のうちの少なくとも１つをインターリーブするようにプログラムされたコントローラをさらに備える、請求項１２に記載のエレクトロニクス電力システム。
【請求項１６】
複数の実質的に同一のパワーエレクトロニクスモジュールを備えたエレクトロニクス電力システムであって、各パワーエレクトロニクスのモジュールが、
出力側を備えるＤＣ／ＡＣインバータと、
入力側、中間出力側、および中／高周波数絶縁型ソフトスイッチ式共振ベースのＤＣ／ＤＣ電流電圧コンバータを備えた複数の実質的に同一のＤＣ／ＤＣ電流電圧サブモジュールを備えている中／高周波絶縁ベースのＤＣ／ＤＣ電流電圧コンバータとを備え、各サブモジュールは、それ自体入力側および出力側を備え、前記入力側で直列に接続されてＤＣ／ＤＣ電流電圧コンバータの前記入力側を形成し、前記出力側で並列に接続されてＤＣ／ＤＣ電流電圧コンバータの前記中間出力側を形成し、ＤＣ／ＤＣコンバータの前記中間出力側が、前記ＤＣ／ＡＣインバータを駆動し、さらに、前記ＤＣ／ＤＣコンバータおよびその対応するＤＣ／ＡＣインバータの各中間出力側が、連続接続され、共通のＤＣリンクを共有し、さらに、前記複数のパワーエレクトロニクスモジュールが、前記入力側で直列におよび前記出力側で並列または直列／並列に互いに積み重ねられるエレクトロニクス電力システム。
【請求項１７】
前記入力側に給電するＤＣ電流源をさらに備える、請求項１６記載のエレクトロニクス電力システム。
【請求項１８】
前記出力側が、ｎ相ＤＣ電圧出力側またはＡＣ電圧出力側を備える、請求項１６記載のエレクトロニクス電力システム。
【請求項１９】
前記中／高周波絶縁型共振ベースのＤＣ／ＤＣ電流電圧コンバータにおいて前記ＤＣ／ＤＣ絶縁を与えるように構成された中／高周波変圧器をさらに備える、請求項１６記載のエレクトロニクス電力システム。
【請求項２０】
前記並列共振ベースのＤＣ／ＤＣ電流電圧コンバータのスイッチング周波数に同調させるようにプログラムされたコントローラをさらに備える、請求項１６記載のエレクトロニクス電力システム。
【請求項２１】
前記並列共振ベースのＤＣ／ＤＣ電流電圧コンバータのパルス幅およびスイッチング周波数を制御するようにプログラムされたコントローラをさらに備える、請求項１６記載のエレクトロニクス電力システム。
【請求項２２】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータ内のサブモジュール、ならびに前記複数の実質的に同一のパワーエレクトロニクスモジュールの入力、出力、および入力と出力両方のうちの少なくとも１つをインターリーブするようにプログラムされたコントローラをさらに備える、請求項１６記載のエレクトロニクス電力システム。
【請求項２３】
複数の実質的に同一のパワーエレクトロニクスモジュールを備えたエレクトロニクス電力システムであって、各パワーエレクトロニクスモジュールが、
出力側を備えた単相ＤＣ／ＡＣフォルダ／アンフォルダインバータと、
入力側を備えた中／高周波絶縁型ＤＣ／ＤＣ電流電圧コンバータであって、前記単相ＤＣ／ＡＣフォルダ／アンフォルダインバータを駆動する前記中／高周波絶縁型ＤＣ／ＤＣ電流電圧コンバータとを備え、各ＤＣ／ＤＣコンバータおよびその対応するＤＣ／ＡＣインバータが、連続接続され、共通の脈動するＤＣリンクを共有し、前記ＤＣリンクにスナバキャパシタを必要とするものであり、さらに、前記複数のパワーエレクトロニクスのモジュールが、前記入力側で直列におよび前記出力側で並列または直列／並列に互いに積み重ねられるエレクトロニクス電力システム。
【請求項２４】
前記入力側に給電するＤＣ電流源をさらに備える、請求項２３記載のエレクトロニクス電力システム。
【請求項２５】
前記出力側が、ｎ相ＤＣ電圧出力側またはＡＣ電圧出力側を備える、請求項２３記載のエレクトロニクス電力システム。
【請求項２６】
前記中／高周波絶縁型ＤＣ／ＤＣ電流電圧コンバータにおいて前記ＤＣ／ＤＣ絶縁を与えるように構成された中／高周波変圧器をさらに備える、請求項２３記載のエレクトロニクス電力システム。
【請求項２７】
前記中／高周波絶縁型ＤＣ／ＤＣ電流電圧コンバータが、ソフトスイッチング共振ベースのＤＣ／ＤＣコンバータを備える、請求項２３記載のエレクトロニクス電力システム。
【請求項２８】
前記共振ベースのＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング周波数に同調させるようにプログラムされたコントローラをさらに備えた、請求項２７記載のエレクトロニクス電力システム。
【請求項２９】
前記並列な共振ベースのＤＣ／ＤＣコンバータのパルス幅およびスイッチング周波数を制御するようにプログラムされたコントローラをさらに備える、請求項２７記載のエレクトロニクス電力システム。
【請求項３０】
前記複数の実質的に同一のパワーエレクトロニクスモジュールの入力、出力、および入力と出力両方のうちの少なくとも１つをインターリーブするようにプログラムされたコントローラをさらに備える、請求項２７記載のエレクトロニクス電力システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の主題は、一般に、パワーエレクトロニクスシステムに関し、より詳細には、石油およびガス用の海上プラットフォームに位置する高電圧メガワット駆動装置、電流リンクベースの高電圧ＤＣ（ＨＶＤＣ）タップ、海底石油および海底ガス用のメガワット駆動装置、およびＨＶＤＣ送配電（ＨＶＴＤ）に用いるのに適した拡張可能な電圧電流リンクパワーエレクトロニクスシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電源（三相６０Ｈｚのグリッド）と負荷（例えば、多くの圧縮機駆動装置、それぞれＰ＞１０ＭＷ）の間の距離は、例示的な電流リンクシステムの場合、１００ｋｍより長くなり得る。電源側における三相グリッド電圧は、能動的に整流され定電流源に変換される。負荷側における電流形インバータ（ＣＳＩ）は、負荷端子における三相電圧を生成するために使用することができる。したがって、電力は、ＨＶＤＣの典型例と同様の電流リンクベースのＤＣ送電系統を通じて供給される。電流源の値は、１）送電線の定格電流能力、および２）送電線の損失といった２つの要因により限定される。マルチメガワット送配電システムについての典型的な値は４００Ａである。
【０００３】
上記の電流型システム（ｃｕｒｒｅｎｔ−ｆｅｄ  ｓｙｓｔｅｍ）の最新技術を用いた三相圧縮機駆動装置１０の一例が、図１に示されている。ＤＣ電流源１２は、３レベルＤＣ−ＤＣ電流電圧コンバータ１４を用いてＤＣ定電圧源に変換される。次いで、コンバータ１４と連続接続された３レベルＤＣ／ＡＣインバータ１６は、機械端子において所望の大きさおよび周波数の三相電圧を発生させる。
【０００４】
Ｓｉデバイス（例えば、６．６ｋＶまでのＩＧＣＴ）の阻止電圧の制限により、ＤＣリンク電圧は５．４ｋＶに制限される。１２ＭＷの電力を圧縮機に供給するためには、（４００Ａの電流源を仮定すると）駆動システムの入力における反射ＤＣ電圧は、少なくとも３０ｋＶであることが必要とされる。したがって、図１に示されるような６つの５．４ｋＶの駆動モジュールが必要とされる。各駆動モジュールは、入力端子（電流源側）において直列に接続されている。モジュールの出力は、低周波トランス１８の力を借りて直列／並列に接続される。トランスは、各５．４ｋＶのモジュールの出力電圧を合わせると共に、機械絶縁電圧を低い値で維持することが必要とされる。
【０００５】
図１に示した最新のシステムは、５．５ｋＶのデバイスのスイッチング周波数（典型的には４００〜６００Ｈｚ）が熱管理の要件により制限を受けるという点で不利である。したがって、それは以下のことをもたらす：ａ）制御ループが低帯域幅となる、ｂ）選択高調波除去（ＳＨＭ）を適用する、すなわち、ＰＷＭ周波数が低いので、空間ベクトルＰＷＭは不可能である、およびｃ）低品位の入出力波形となる。
【０００６】
さらに、６つの低周波トランス１８が、絶縁をもたらすと共に各５．４ｋＶの駆動モジュールからの出力電圧を合わせるために必要とされる。トランス１８が存在することにより、とても低い周波数の三相出力電圧を生成することが大きな課題となる。三相ＰＭＡＣを開始するためにしばしば必要とされるＤＣ電流の生成は不可能である。
【０００７】
最新技術の拡張性は、より高い定格電圧で機械を駆動することが可能である。しかし、上記の低周波トランスの個数の増加に関するコストの点で、これは、例えば、出力密度が海底石油および海底ガスの応用についてのプレミアム要件である場合、実現可能であり得ない。
【０００８】
したがって、電流型パワーエレクトロニクスシステム用の最新技術の欠点を避ける多相ＡＣまたはＤＣ負荷用の拡張可能な電圧電流型パワーエレクトロニクスシステムが必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】欧州特許出願公開第２２９０７９９号公報
【発明の概要】
【００１０】
本開示の一態様は、複数の実質的に同一のパワーエレクトロニクスモジュールを備えたエレクトロニクス電力システムに向けられている。各パワーエレクトロニクスモジュールは、単相ＤＣ／ＡＣインバータを駆動する中／高周波絶縁型ＤＣ／ＤＣ電流電圧コンバータを備える。各ＤＣ／ＤＣコンバータおよびその対応するＤＣ／ＡＣインバータは、連続接続され、共通のＤＣリンクを共有する。複数のパワーエレクトロニクスのモジュールは、入力側で直列におよび出力側で並列または直列／並列に互いに積み重ねられる。
【００１１】
本開示の別の態様は、複数の実質的に同一のパワーエレクトロニクスモジュールを備えたエレクトロニクス電力システムに向けられている。各パワーエレクトロニクスのモジュールは、単相ＤＣ／ＡＣインバータを駆動する中／高周波変圧器絶縁型電流電圧コンバータを備える。複数の実質的に同一のパワーエレクトロニクスモジュールは、入力側で直列におよび出力側で並列または直列／並列に互いに積み重ねられ、これにより拡張可能な出力電圧を提供する。
【００１２】
本開示のさらに別の態様によれば、エレクトロニクス電力システムは、複数の実質的に同一のパワーエレクトロニクスモジュールを備える。各パワーエレクトロニクスのモジュールは、ＤＣ／ＡＣインバータを駆動する中／高周波数絶縁型ソフトスイッチング共振ベースのＤＣ／ＤＣ電流電圧コンバータを備える。各ＤＣ／ＤＣコンバータおよびその対応するＤＣ／ＡＣインバータは、連続接続され共通のＤＣリンクを共有する。複数のパワーエレクトロニクスモジュールは、入力側で直列におよび出力側で並列または直列／並列に互いに積み重ねられる。
【００１３】
本開示のさらなる一態様によれば、エレクトロニクス電力システムは、複数の実質的に同一のパワーエレクトロニクスモジュールを備える。各パワーエレクトロニクスのモジュールは、ＤＣ／ＡＣアンフォルダインバータを駆動する中／高周波数絶縁型ソフトスイッチング共振ベースのＤＣ／ＤＣ電流電圧フォルダコンバータを備える。ＤＣ／ＤＣ電流電圧フォルダコンバータは、一定のＤＣ電流を２パルスまたは多パルスＤＣ電圧に変換し、この２パルスまたは多パルスＤＣ電圧は、ＤＣ／ＡＣアンフォルダインバータによって正弦波のＡＣ電圧に展開される。各ＤＣ／ＤＣフォルダコンバータおよびその対応するＤＣ／ＡＣアンフォルダインバータは、連続接続され、共通の脈動するＤＣリンクを共有する。複数のパワーエレクトロニクスモジュールは、入力側で直列におよび出力側で並列または直列／並列に互いに積み重ねられる。
【００１４】
本開示のもうひとつの態様によれば、エレクトロニクス電力システムは、複数の実質的に同一のパワーエレクトロニクスモジュールを備える。各パワーエレクトロニクスのモジュールは、ＤＣ／ＡＣアンフォルダインバータを駆動する複数の中／高周波数絶縁型ソフトスイッチング共振ベースのＤＣ／ＤＣ電流電圧フォルダコンバータを備える。インターリーブされた方式で制御される複数のＤＣ／ＤＣ電流電圧フォルダコンバータは、一定のＤＣ電流を一定のＤＣ電圧に変換し（ＤＣリンク内の超小型のスナバキャパシタを必要とする）、ＤＣ／ＡＣインバータを駆動する。複数のＤＣ／ＤＣコンバータおよび対応するＤＣ／ＡＣインバータを備えた複数のパワーエレクトロニクスのモジュールは、連続接続され、共通のＤＣリンクを共有する（超小型のスナバキャパシタを必要とする）。複数のパワーエレクトロニクスモジュールは、入力側で直列におよび出力側で並列または直列／並列に互いに積み重ねられる。
【００１５】
本実施形態のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、以下の説明および添付の特許請求の範囲を参照してより良く理解されよう。本明細書に組み込まれると共に本明細書の一部を構成する添付図面は、本発明の実施形態を示す、明細書と共に本発明の原理を説明する働きをする。
【００１６】
本発明の以上および他の特徴、態様、および利点は、添付図面を参照して以下の詳細な説明から明らかであり、この添付図面では、同じ符号は、図面全部を通じて同じ部分を表している。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】最新技術を用いた例示的なマルチメガワット駆動装置を示す図である。
【図２】一実施形態によるモジュール式三相駆動装置を示す図である。
【図３】一実施形態によるモジュール式の６．６ｋＶ、１２ＭＷの駆動装置を示す図である。
【図４】一実施形態によるパワーエレクトロニクスモジュールを示す簡略化された概略図である。
【図５】一実施形態による共振タンク回路を備えたモジュール式パワーエレクトロニクスモジュールを示す図である。
【図６】別の実施形態による共振タンク回路を備えたモジュール式パワーエレクトロニクスモジュールを示す図である。
【図７】さらに別の実施形態による共振タンク回路を備えたモジュール式パワーエレクトロニクスモジュールを示す図である。
【図８】複数のＤＣ／ＤＣコンバータがインターリーブされて超小型のスナバキャパシタを備えたＤＣ電圧リンクを形成している一実施形態による１ＭＷ、３セルスタックのパワーエレクトロニクスシステムを示す図である。
【図９】一実施形態による多相ＡＣ／ＤＣ負荷を分散させるように構成された複数のモジュール式パワーエレクトロニクスモジュールを示す図である。
【図１０】一実施形態による複数のモジュール式パワーエレクトロニクスモジュールを用いた拡張可能な電圧パワーエレクトロニクスシステムを示す図である。
【図１１】一実施形態による複数のモジュール式パワーエレクトロニクスモジュールを用いた電流リンクベースのＨＶＤＣ電力送配電システムを示す図である。
【図１２】一実施形態による複数のモジュール式パワーエレクトロニクスモジュールを用いた双方向電力潮流のための電流リンクベースのＨＶＤＣ電力送配電システムを示す図である。
【図１３】一実施形態によるＤＣ／ＤＣフォルダコンバータとそれに続くＤＣ／ＡＣアンフォルダインバータを含む複数のパワーエレクトロニクスのモジュールを用いた電流リンクベースの駆動システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
上記の図面は代替の実施形態を記載しているが、説明に示したように本発明の他の実施形態も企図される。いずれの場合でも、本開示は、典型例により本発明の例示実施形態を提示し、限定するものではない。本発明の原理の範囲および精神内に含まれる多数の他の修正形態および実施形態が、当業者により考え出され得る。
【００１９】
図２を参照すると、最新技術を用いた例示的なマルチメガワットモジュール式三相駆動システム２０が示されている。同一のパワーエレクトロニクスモジュール２２が、機械端子２４におけるＡＣ電圧を生成するために使用されている。しかし、本明細書に記載されるように、ｎ相ＤＣまたはＡＣ出力を、複数のモジュール２２を用いて生成することもできる。モジュール２２は、中／高周波絶縁型ＤＣ／ＤＣ電流電圧コンバータ２６と、単相ＤＣ／ＡＣコンバータ２８とを備える。ＤＣ／ＤＣおよびＤＣ／ＡＣコンバータ２６、２８は、連続接続され、同じＤＣリンク２９を共有する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２６およびＤＣ／ＡＣコンバータ２８のより詳細な説明は、図４〜図１１を参照して本明細書に提示される。
【００２０】
トランス技術の当業者は、トランスの励起周波数がより高いことにより、特定の用途のためにそのサイズおよび重量を減少させることが可能であることを理解されよう。したがって、各モジュール２２は、高出力密度を有することが期待されている。続けて図２を参照すると、出力位相ごとに１つのモジュール２２が使用される。しかし、本明細書において述べたように、位相ごとの多くのモジュールを使用することができ、これはメガワット駆動装置に適しており、機械端子におけるマルチレベル電圧が望ましいである。
【００２１】
図３は、４００Ａ  ＤＣ電流源用のモジュール式６．６ｋＶ、１２ＭＷの駆動システム３０を示す。駆動システム３０は、位相ごとに４つのモジュール２２を使用する。出力位相電圧３２は、９つのレベルを有する。駆動システム３０のモジュール式の性質は、位相ごとに多くのモジュールを使用して拡張可能な出力電圧を有利に供給することを可能にする。さらに、有利には、モジュール２２が、高品位の入出力波形を生成するために（入力と出力の両方において）インターリーブされてもよい。
【００２２】
図４は、一実施形態による駆動システム２０と共に使用するのに適したパワーエレクトロニクスモジュール４０のより詳細な図を示す概略図である。パワーエレクトロニクスモジュール４０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ段４２と、それに続く単相ＤＣ／ＡＣインバータ段４４とを備える。図４に示されたモジュール４０は、説明のために、ＤＣ／ＡＣインバータ段４４を抵抗器負荷ＲＬとして示すことで簡略化されている。電流電圧変換は、一実施形態によるソフトスイッチング共振ベースのＤＣ／ＤＣコンバータ４２により実現される。図４に示した電流型並列共振コンバータ４２は、従来の電圧が供給される直列の共振コンバータの双数形としてみなすことができる。この共振コンバータ４２は、比較的平らな効率曲線対負荷をもたらし、スイッチング周波数を適切に調整して、共振コンバータ４２は、ブリッジ装置４６のためのソフトスイッチングを行うことができる。さらに、さらなる制御柔軟性は、複数の制御変数（パルス幅および周波数）の使用によって与えることができる。
【００２３】
図４を続けて参照すると、プログラマブルコントローラ４８が、スイッチング周波数、パルス幅、および周波数変調、すなわち、タイミングおよびインターリービングを制限なく制御するために用いられる。より具体的には、プログラマブルコントローラ４８は、ブリッジ装置４６に関連したスイッチング周波数を制御することができる。ブリッジ装置４６により生成されるパルス幅は、プログラマブルコントローラ４８を介して制御することもできる。さらに、有利には、本明細書において述べたように、複数のモジュール２２、４２が、高品位の入出力波形を生成するために（入力と出力の両方において）インターリーブされてもよい。
【００２４】
異なる負荷値のために出力電圧を調整するようにパルス幅と周波数変調の組み合わせを使用することにより両変数の変化範囲を減少させるのを助け、これにより軽い負荷条件で非常に狭いパルス幅を加えることを防ぐ、このことは固定周波数の手法の使用と比べてより幅広い負荷範囲にわたってソフトスイッチング動作を維持するのを助けることができる。周波数変化の範囲は、やはり狭く（共振周波数の１〜１．５倍）、このためフィルタ設計を複雑にしない。
【００２５】
異なる動的特性および電圧／電流調整能力を与えるために、本明細書に記載の原理に従って、図５〜図７に示されたものなど（これらに限定されない）の多数の共振技術の変形例を使用することもできる。図５は、一実施形態による共振タンク回路８２を備えた別のモジュール式パワーエレクトロニクスモジュール８０を示す。図６は、別の実施形態による共振タンク回路９２を備えたモジュール式パワーエレクトロニクスモジュール９０を示す。図７は、さらに別の実施形態による共振タンク回路１０２を備えたモジュール式パワーエレクトロニクスモジュール１００を示す。
【００２６】
図８に示したものなどの高電圧応用のために、柔軟なモジュール式の手法を使用して整流器段１１２の出力が直列に接続されるようにコンバータを積み重ねることができる。さらに、各コンバータの電流間に位相シフトを与えることで、出力リップルを低くし、したがってより小さいＤＣリンクのフィルタの要件をもたらす。図８は、一実施形態による、例示的な１ＭＷ、３セルが積み重なったパワーエレクトロニクスシステム１１０を示す。次に、抵抗器の負荷ＲＬは、ＤＣ／ＡＣインバータ（Ｈブリッジ）段１１４に置き換えられる。
【００２７】
図９は、一実施形態による多相ＡＣ／ＤＣ負荷１２０を分散させるように構成された複数のモジュール式パワーエレクトロニクスモジュール２２を示す。分配システム１２０は、様々な電圧レベルで動作するｎ相ＡＣ負荷１２２、１２４、１２８、およびＤＣ負荷１２６で構成することができる。各パワーエレクトロニクスモジュール２２は、単相ＡＣ／ＤＣ電圧波形を生成することができる。したがって、図９に示されるように複数のモジュールを入力側で直列に接続することにより、ｎ相出力波形を生成することができる。様々な単相、ｎ相ＡＣまたはＤＣ負荷を、多くのモジュール２２を入力で直列に簡単に接続することにより駆動することができることを図９に見ることができる。
【００２８】
本明細書に記載した原理は、相ごとの用途に拡張することができる。例えば、各モジュールからの出力電圧の大きさを単位当たり（ｐ．ｕ．）１と仮定できる場合、出力端子は図４に示した共振回路技術に用いられる中／高周波トランスによってもたらされる絶縁がなされているので、ｎ個のモジュール４０の出力は、直列に接続されて、図１０に示されるように出力位相ごとにｎ単位電圧を生成することができる。図１０は、一実施形態による複数のモジュール式パワーエレクトロニクスモジュール２２を用いた拡張可能な電圧パワーエレクトロニクスシステム１３０を示す。
【００２９】
次に図２を続けて参照すると、具体化されたシステム２０への入力は、ＤＣ電流源２１である。出力は、調節可能な大きさおよび周波数のｎ相の電圧波形である。しかし、双対性の原理の結果、システム２０への入力はｎ相電圧源であり得、出力は一定のＤＣ電流負荷であり得る。図１１に示されるように、デュアルパワーエレクトロニクス技術は、グリッド側（送信端）で使用されて、三相６０Ｈｚのグリッド電圧を一定のＤＣ電流に変換する。ＤＣ電流への変換が達成されると、本明細書に記載の原理は、高電圧ＤＣ（ＨＶＤＣ）電力送配電（Ｔ／Ｄ）システムの受信端で多相ＡＤ／ＤＣ負荷を駆動するために適用される。図１１は、一実施形態による複数のモジュール式パワーエレクトロニクスモジュール２２を用いた電流リンクベースのＨＶＤＣ電力送配電システム１４０を示す。
【００３０】
パワーエレクトロニクスモジュールの直列接続されたモジュール式構造は、図１２に示されるように、何れかの故障モジュールを、高速バイパススイッチ１５０を用いてバイパスする能力をもたらす一方、残りのモジュールは動作したままとなり、したがって、一実施形態によるシステムの信頼性および利用度を増加させる。
【００３１】
図１２に示されるように複数のモジュールが直列に接続されているＨＶＤＣ送電応用では、各モジュールが一定の負荷条件で動作しつつ、ＤＣ送電電圧全体は、モジュールを係合またはバイパスすることで制御することができる。
【００３２】
別の実施形態では、図１３に示されるように、複数のパワーエレクトロニクスモジュールは、各々がＡＣ／ＤＣまたはＤＣ／ＡＣフォルダ／アンフォルダコンバータに連続接続されるＤＣ／ＤＣ電流電圧フォルダ／アンフォルダコンバータを含んでおり、高電圧ＡＣ／ＤＣまたはＤＣ／ＡＣ電力変換システム１６０を実現するように構成されている。整流器／インバータ１６２は、ＤＣリンク電圧１６６が調整された正弦波形であるようにただ１つの小型スナバキャパシタ１６４を必要とすることが有利である。スナバキャパシタは、典型的にはＤＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＡＣコンバータの間の瞬間のアンバランスなエネルギーを蓄えるＤＣリンクのキャパシタに概して関連したものなどのアンバランスなエネルギーに対処するために使用されるのではないことに留意されたい。スナバキャパシタは、アンバランスなエネルギーではなくスイッチング過電圧からデバイスを保護するために使用されるものであるので、ＤＣリンクのキャパシタと比べて小さい。
【００３３】
本発明のいくつかの特徴だけを本明細書中に図示および説明したが、多くの修正形態および変更形態を、当業者なら思い浮かべよう。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の真正の趣旨の範囲内に含まれるそのような修正形態および変更形態の全てを包含するものであることを理解されたい。
【符号の説明】
【００３４】
２０  マルチメガワットモジュール式三相駆動システム、具体化されたシステム、ＤＣ電流源、システム
２２  パワーエレクトロニクスモジュール、モジュール、モジュール式パワーエレクトロニクスモジュール、モジュール
２４  機械端子におけるＡＣ電圧
２６  中／高周波絶縁型ＤＣ／ＤＣ電流電圧コンバータ、ＤＣ／ＤＣコンバータ
２８  単相ＤＣ／ＡＣコンバータ、ＤＣ／ＡＣコンバータ
２９  ＤＣリンク
３０  駆動システム
３２  出力位相電圧
４０  パワーエレクトロニクスモジュール、モジュール
４２  ＤＣ／ＤＣコンバータ段、ソフトスイッチング共振ベースのＤＣ／ＤＣコンバータ、電流型並列共振コンバータ、共振コンバータ、モジュール
４４  単相ＤＣ／ＡＣインバータ段、ＤＣ／ＡＣインバータ段
４６  ブリッジ装置
４８  プログラマブルコントローラ
８０  別のモジュール式パワーエレクトロニクスモジュール
８２  共振タンク回路
９０  モジュール式パワーエレクトロニクスモジュール
９２  共振タンク回路
１００  モジュール式パワーエレクトロニクスモジュール
１０２  共振タンク回路
１１０  エレクトロニクスシステム
１１２  整流器段
１１４  ＤＣ／ＡＣインバータ（Ｈブリッジ）段
１２０  多相ＡＣ／ＤＣ負荷、分配システム
１２２  ｎ相ＡＣ負荷
１２４  ｎ相ＡＣ負荷
１２６  ＤＣ負荷
１２８  ｎ相ＡＣ負荷
１３０  拡張可能な電圧パワーエレクトロニクスシステム
１４０  電流リンクベースのＨＶＤＣ電力送配電システム
１５０  高速バイパススイッチ
１６０  高電圧ＡＣ／ＤＣまたはＤＣ／ＡＣ電力変換システム
１６２  整流器／インバータ
１６４  小型スナバキャパシタ
１６６  ＤＣリンク電圧
【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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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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