(57)【要約】【課題】  ＰＷＭスイッチングに伴う共振電流による平滑コンデンサの加熱を防止すると共に、単純な構成で装置の大型化を抑制可能な並列多重電力変換装置を提供する。【解決手段】  交流を直流に変換するコンバータ部６Ａ，６Ｂと、このコンバータ部の出力側に設けられた第１の平滑コンデンサ８Ａ、８Ｂと、前記コンバータ部の直流出力を交流に変換するインバータ部７Ａ、７Ｂと、このインバータ部の入力側に設けられた第２の平滑コンデンサ１１Ａ、１１Ｂとを備えた複数台の多レベル電力変換装置３Ａ、３Ｂにより、同一負荷に並列に電力を供給するようにした並列多重電力変換装置において、各々の前記電力変換装置は、前記第１の平滑コンデンサ８Ａ、８Ｂの同一電位の端子同士、または前記第２の平滑コンデンサ１１Ａ、１１Ｂの同一電位の端子同士を接続する。【選択図】  図１
2005341772.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流を直流に変換するコンバータ部と、
このコンバータ部の出力側に設けられた第１の平滑コンデンサと、
前記コンバータ部の直流出力を交流に変換するインバータ部と、
このインバータ部の入力側に設けられた第２の平滑コンデンサと
を備えた複数台の多レベル電力変換装置により、同一負荷に並列に電力を供給するようにした並列多重電力変換装置において、
各々の前記電力変換装置は、前記第１の平滑コンデンサの同一電位の端子同士、または前記第２の平滑コンデンサの同一電位の端子同士を接続するようにしたことを特徴とする並列多重電力変換装置。
【請求項２】
各々の前記電力変換装置は、前記コンバータ部または前記インバータ部が互いに隣り合うように配置したことを特徴とする請求項１に記載の並列多重電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数台の電力変換装置を並列に接続した並列多重電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、大容量の負荷に対し交流電力を供給するために、コンバータ部とインバータ部から成る電力変換装置を並列に接続することが行われていた。電力変換装置を並列に接続する場合、電力変換装置同士の横流が生じないようにすることが重要であり、例えば結合リアクトルを電力変換装置の出力と負荷の間に挿入する。またインバータ部が所謂ＰＷＭインバータで構成されている場合には、横流を抑制する制御を行うのが普通であった。このような、横流抑制制御を効果的に行う為には、電力変換装置の直流部同士を接続するようにしていた。
【０００３】
一方、電力変換装置の盤配列を考えると、コンバータ部とインバータ部を隣り合うように配置して１つの電力変換装置盤とし、並列多重電力変換装置を構成するには、複数台の電力変換装置盤を横方向に列盤していくのが普通の考え方である。この場合、直流部は盤を横方向に貫く直流母線により接続される。
【０００４】
上記の構成において、電力変換装置間を接続する直流母線には、基本的には電力変換装置同士の電力の融通がない為、電流は流れない。しかしながら、各々の電力変換装置がＰＷＭスイッチングを行う為、ＰＷＭスイッチングに伴う脈動電流が生じ、この周波数が平滑コンデンサと直流母線インダクタンス間の共振条件に合致すると、平滑コンデンサに大電流が流れ、平滑コンデンサが加熱するという問題点があった。そこで本発明者は、その問題点を解決する為に、電力変換装置間の直流母線のプラス電位側とマイナス電位側夫々にダンピング抵抗を挿入し、共振電流による平滑コンデンサの過熱を防止する技術を提案した（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平１１−４６４８１号公報（第２−４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の並列多重電力変換装置は上述のような構成となっているが、ダンピング抵抗を追加することにより電力変換装置の構成が複雑になり、また装置が大型化するという問題点があった。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決する為になされたものであり、ＰＷＭスイッチングに伴う共振電流による平滑コンデンサの加熱を防止すると共に、単純な構成で装置の大型化を抑制可能な並列多重電力変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の並列多重電力変換装置は、交流を直流に変換するコンバータ部と、このコンバータ部の出力側に設けられた第１の平滑コンデンサと、前記コンバータ部の直流出力を交流に変換するインバータ部と、このインバータ部の入力側に設けられた第２の平滑コンデンサとを備えた複数台の多レベル電力変換装置により、同一負荷に並列に電力を供給するようにした並列多重電力変換装置において、各々の前記電力変換装置は、前記第１の平滑コンデンサの同一電位の端子同士、または前記第２の平滑コンデンサの同一電位の端子同士を接続するようにしたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ＰＷＭスイッチングに伴う共振電流による平滑コンデンサの加熱を防止すると共に、単純な構成で装置の大型化を抑制可能な並列多重電力変換装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は本発明の実施例１に係る並列多重電力変換装置の回路構成図である。
【００１１】
商用電源１の交流入力を分岐リアクトル２で分岐し、電力変換装置３Ａ及び３Ｂに供給し、この電力変換装置３Ａ及び３Ｂから得られる交流出力を結合リアクトル４を介して負荷である交流電動機５に供給している。電力変換装置３Ａ及び３Ｂは、交流入力を直流に変換するコンバータ部６Ａ、６Ｂとこのコンバータ部６Ａ、６Ｂの直流出力を再び交流に変換するインバータ部７Ａ，７Ｂを有し、コンバータ部６Ａ、６Ｂの直近の出力側に設けられた平滑コンデンサ８Ａ、８Ｂによって平滑された直流は、インダクタンスを有する正（Ｐ）側直流母線９Ａ、９Ｂと負（Ｎ）側直流母線１０Ａ、１０Ｂを介して、インバータ部７Ａ，７Ｂの直近の入力側に設けられた平滑コンデンサ１１Ａ、１１Ｂに夫々電力を供給している。更に、平滑コンデンサ１１Ａ及び平滑コンデンサ１１Ｂは、インダクタンスを有する正（Ｐ）電位の直流母線１２と負（Ｎ）電位の直流母線１３によって並列に接続されている。
【００１２】
ここでコンバータ部６Ａ、６Ｂ及びインバータ部７Ａ，７Ｂは２レベルのＰＷＭ変換器であり、図示しないパワーデバイスをブリッジ接続して構成し、これらのパワーデバイスには図示しない制御回路からＰＷＭ制御パルスが供給されている。
【００１３】
次に上記構成における動作について説明する。コンバータ部６Ａとコンバータ部６Ｂは夫々商用電源１から得られる商用周波数（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）の交流を一旦直流に変換し、その直流をインバータ部７Ａとインバータ部７Ｂより可変周波数の交流に変換し、夫々の出力を加え合わせて、交流電動機５に供給している。コンバータ部６Ａとコンバータ部６Ｂは同一周波数且つ同一タイミングのＰＷＭスイッチングを行い、またインバータ部７Ａとインバータ部７Ｂも、コンバータ部とは異なる同一周波数且つ同一タイミングのＰＷＭスイッチングを行うことにより、夫々の電力変換装置３Ａ、３Ｂの入出力端子間の循環電流（横流）を防止して、交流電動機５に電力を供給している。
【００１４】
図１は回路構成だけでなく、各主回路盤の配置も表しており、コンバータ部６Ａ、インバータ部７Ａ、インバータ部７Ｂ及びコンバータ部６Ｂという順序で主回路盤配置がなされている。即ちインバータ部７Ａとインバータ部７Ｂは互いに隣り合って配置されている。インバータ部７Ａとインバータ部７Ｂは同一電力融通方向であり同一ＰＷＭスイッチングを行っているため、平滑コンデンサ１１Ａの両端の電圧と平滑コンデンサ１１Ｂの両端の電圧は、同一波形となる。従って平滑コンデンサ１１Ａと平滑コンデンサ１１Ｂの同一電位の端子同士を接続した直流母線１２、１３には脈動電流が流れず、平滑コンデンサ１１Ａ、１１Ｂと直流母線１２、１３の間には共振現象が発生しない。このため、平滑コンデンサ１１Ａ、１１Ｂの温度加熱は生じず、直流母線にダンピング抵抗を挿入する必要はない。
【実施例２】
【００１５】
図２は本発明の実施例２に係る並列多重電力変換装置の回路構成図である。この実施例２の各部について、図１の実施例１に係る並列多重電力変換装置の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。この実施例２が実施例１と異なる点は、電力変換装置３Ａと電力変換装置３Ｂの位置関係を、コンバータ部７Ａとコンバータ部７Ｂが隣り合うような配置に変更し、直流母線１２、１３はコンバータ側の平滑コンデンサ８Ａと平滑コンデンサ８Ｂの正（Ｐ）側及び負（Ｎ）側端子を夫々接続するように構成した点である。
【００１６】
前述したように、インバータ部７Ａ、７Ｂが互いに同一のＰＷＭスイッチングを行っているのと同様コンバータ部６Ａ、６Ｂも互いに同一のＰＷＭスイッチングを行っている。したがって、平滑コンデンサ７Ａと平滑コンデンサ７Ｂの同一電位の端子同士を接続した直流母線１２、１３には脈動電流が流れず、平滑コンデンサ７Ａ、７Ｂと直流母線１２、１３の間には共振現象が発生しない。
【００１７】
以上のようにコンバータ部が互いに隣り合うように配置しても実施例１と同様の効果が得られる。
【実施例３】
【００１８】
図３は本発明の実施例３に係る並列多重電力変換装置の回路構成図である。この実施例３の各部について、図１の実施例１に係る並列多重電力変換装置の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。この実施例３が実施例１と異なる点は、電力変換装置３Ａ、３Ｂを３レベルの構成とし、コンバータ部６Ａ、６Ｂの直近に負（Ｎ）側の電位対応の平滑コンデンサ１４Ａ、１４Ｂを夫々設け、負（Ｎ）側に夫々設けた直流母線１５Ａ、１５Ｂを介してコンバータ部と同様にインバータ部７Ａ、７Ｂの直近に設けられた負（Ｎ）側の電位対応の平滑コンデンサ１６Ａ、１６Ｂに直流を供給し、この負（Ｎ）側の電位対応の平滑コンデンサ１６Ａ、１６Ｂの負側端子間を直流母線１７で接続するようにした点である。
【００１９】
この実施例３におけるコンバータ部６Ａ、６Ｂ及びインバータ部７Ａ，７Ｂは３レベルのＰＷＭ変換器であり、図示しないパワーデバイスを各アームが２直列となるようにブリッジ接続し、夫々の直列アームの中点を共通（Ｃ）電位にクランプするように構成している。また、これらのパワーデバイスには図示しない制御回路からＰＷＭ制御パルスが供給されている。
【００２０】
実施例１の場合と同様、コンバータ部６Ａとコンバータ部６Ｂは同一周波数且つ同一タイミングのＰＷＭスイッチングを行い、またインバータ部７Ａとインバータ部７Ｂもコンバータ部とは異なる同一周波数且つ同一タイミングのＰＷＭスイッチングを行うことにより、夫々の電力変換装置３Ａ、３Ｂの入出力端子間の循環電流（横流）を防止して、交流電動機５に電力を供給している。
【００２１】
図３は実施例１の場合と同様、回路構成だけでなく、各主回路盤の配置も表しており、コンバータ部６Ａ、インバータ部７Ａ、インバータ部７Ｂ及びコンバータ部６Ｂという順序で主回路盤配置がなされている。即ちインバータ部７Ａとインバータ部７Ｂを互いに隣り合って配置する。インバータ部７Ａとインバータ部７Ｂは同一電力融通方向であり同一ＰＷＭスイッチングを行っているため、平滑コンデンサ１１Ａ及び１６Ａの両端の電圧と平滑コンデンサ１１Ｂ及び１６Ｂの両端の電圧は、夫々同一波形となる。従って平滑コンデンサ１１Ａ、１６Ａと平滑コンデンサ１１Ｂ、１６Ｂの同一電位の端子同士を接続した直流母線１２、１３及び１７には脈動電流が流れず、平滑コンデンサ１１Ａ、１１Ｂと直流母線１２、１３の間及び平滑コンデンサ１６Ａ、１６Ｂと直流母線１３、１７の間には共振現象が発生しない。このため、平滑コンデンサ１１Ａ、１１Ｂ及び平滑コンデンサ１６Ａ、１６Ｂの温度加熱は生じず、直流母線にダンピング抵抗を挿入する必要はない。
【００２２】
以上説明したように、電力変換装置が３レベルの場合でもインバータ部を互いに隣り合う様に配置すれば電力変換装置が２レベルの場合と同様の効果が得られる。更に４レベル以上の電力変換装置の場合でも同様である。
【００２３】
また、実施例２で説明した構成と同様、コンバータ部が互いに隣り合う様に配置しても上記と同様の効果が得られることは言うまでもない。
【実施例４】
【００２４】
図４は本発明の実施例４に係る並列多重電力変換装置の回路構成図である。この実施例４の各部について、図１の実施例１に係る並列多重電力変換装置の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。この実施例４が実施例１と異なる点は、コンバータ部６Ｃ、コンバータ部用の平滑コンデンサ８Ｃ、直流母線９Ｃ、１０Ｃ、インバータ部用平滑コンデンサ１１Ｃ、及びインバータ部７Ｃから構成される電力変換装置３Ｃを追加して、電力変換装置３Ａ、３Ｂ及び３Ｃの３台で交流電動機５を並列駆動するように構成し、またコンバータ６Ｂの直近の平滑コンデンサ８Ｂとコンバータ部６Ｃの直近の平滑コンデンサ８Ｃの正及び負の端子同士を直流母線１８及び１９で夫々接続した点である。また、このように電力変換装置３Ｃが追加されるため、分岐リアクトル２及び結合リアクトル４は夫々出力及び入力が１回路分追加されている。
【００２５】
図４において、電力変換装置３Ａと電力変換装置３Ｂの配置関係及び接続関係は、実施例１における電力変換装置３Ａと電力変換装置３Ｂとの配置関係及び接続関係と同一となる。従って直流母線１２、１３には脈動電流が流れず、平滑コンデンサ１１Ａ、１１Ｂと直流母線１２、１３の間には共振現象が発生しない。このため、平滑コンデンサ１１Ａ、１１Ｂの温度加熱は生じず、直流母線にダンピング抵抗を挿入する必要はない。
【００２６】
同様に、図４において電力変換装置３Ｂと電力変換装置３Ｃの配置関係及び接続関係は、実施例２における電力変換装置３Ａと電力変換装置３Ｂとの配置関係及び接続関係と同一となる。従って直流母線１８、１９には脈動電流が流れず、平滑コンデンサ８Ｂ、８Ｃと直流母線１８、１９の間には共振現象が発生しない。このため、平滑コンデンサ８Ｂ、８Ｃの温度加熱は生じず、直流母線にダンピング抵抗を挿入する必要はない。
【００２７】
以上述べたように、電力変換装置３台で並列多重電力変換装置を構成する場合、各々の電力変換装置を、インバータ部またはコンバータ部を有する主回路盤が互いに隣り合うように配置し、その直近に配置された平滑コンデンサの同一電位の端子同士を直流母線で接続すれば、並列多重電力変換装置全体として前記直流母線に流れる脈動電流の抑制が可能となる。これは、電力変換装置の台数が更に増えた場合も同様で、例えば、インバータ部を有する主回路盤と、コンバータ部を有する主回路盤が隣り合う様に交互に配置した列盤構成とすれば良い。
【００２８】
また、実施例４は２レベルの電力変換装置が３台の場合を示してあるが、実施例３で示した３レベルの電力変換装置３台の電力変換装置であっても、またそれ以上電力変換装置の並列接続数が増えても、同様にインバータ部またはコンバータ部を有する主回路盤が互いに隣り合うように配置し、その直近に配置された平滑コンデンサの同一電位の、即ち正側、中性点及び負側の端子同士を直流母線で接続すれば、並列多重電力変換装置全体として前記直流母線に流れる脈動電流の抑制が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施例１に係る並列多重電力変換装置の回路構成図。
【図２】本発明の実施例２に係る並列多重電力変換装置の回路構成図。
【図３】本発明の実施例３に係る並列多重電力変換装置の回路構成図。
【図４】本発明の実施例４に係る並列多重電力変換装置の回路構成図。
【符号の説明】
【００３０】
１  商用電源
２  分岐リアクトル
３Ａ、３Ｂ、３Ｃ  電力変換装置
４  結合リアクトル
５  交流電動機
６Ａ、６Ｂ、６Ｃ  コンバータ部
７Ａ、７Ｂ、７Ｃ  インバータ部
８Ａ、８Ｂ、８Ｃ  平滑コンデンサ
９Ａ、９Ｂ、９Ｃ  直流母線
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ  直流母線
１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ  平滑コンデンサ
１２、１３  直流母線
１４Ａ、１４Ｂ  平滑コンデンサ
１５Ａ、１５Ｂ  直流母線
１６Ａ、１６Ｂ  平滑コンデンサ
１７  直流母線
１８、１９  直流母線
【図１】
2005341772.tif 000003
【図２】
2005341772.tif 000004
【図３】
2005341772.tif 000005
【図４】
2005341772.tif 000006