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转换装置和电力转换装置的连接方法

阅读:447发布:2020-05-08

专利汇可以提供转换装置和电力转换装置的连接方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 实现能够小型且廉价地构成的电 力 转换装置。为此,电力转换装置(100)包括第一~第三电力转换单元(20-1~20-6),其连接在一次侧系统(60)与作为N相(N是3以上的自然数)的交流系统的二次侧系统(70)之间,各自具有一对一次侧 端子 (25、26)和一对二次侧端子(27、28),第一~第三电力转换单元(20-1~20-6)的一次侧端子 串联 连接且与一次侧系统(60)连接,第一电力转换单元(20-1、20-2)的二次侧端子连接至与二次侧第一相(二次侧V相)相关的部位,第二电力转换单元(20-3、20-4)的二次侧端子连接至与二次侧第二相(二次侧U相)相关的部位,第三电力转换单元(20-5、20-6)的二次侧端子连接至与二次侧第三相(二次侧W相)相关的部位。,下面是转换装置和电力转换装置的连接方法专利的具体信息内容。

1.一种电转换装置,其特征在于:
包括第一电力转换单元~第三电力转换单元,其连接在一次侧系统与作为N相(N是3以上的自然数)的交流系统的二次侧系统之间,各自具有一对一次侧端子和一对二次侧端子,所述第一电力转换单元~第三电力转换单元的所述一次侧端子串联连接且与所述一次侧系统连接,
所述第一电力转换单元的所述二次侧端子连接至与二次侧第一相相关的部位,所述第二电力转换单元的所述二次侧端子连接至与二次侧第二相相关的部位,所述第三电力转换单元的所述二次侧端子连接至与二次侧第三相相关的部位。
2.如权利要求1所述的电力转换装置,其特征在于:
所述第一电力转换单元~第三电力转换单元各自具有变压器,该变压器具有一次绕组和与所述一次绕组绝缘的二次绕组。
3.如权利要求1所述的电力转换装置,其特征在于:
所述一次侧系统是M相(M是3以上的自然数)的交流系统,
所述电力转换装置还包括第四电力转换单元~第九电力转换单元,其各自具有一对所述一次侧端子和一对所述二次侧端子,
所述第一电力转换单元~第三电力转换单元的所述一次侧端子串联连接并且连接至与一次侧第一相相关的部位,
所述第四电力转换单元~第六电力转换单元的所述一次侧端子串联连接并且连接至与一次侧第二相相关的部位,
所述第七电力转换单元~第九电力转换单元的所述一次侧端子串联连接并且连接至与一次侧第三相相关的部位,
所述第一电力转换单元、所述第六电力转换单元和所述第八电力转换单元的所述二次侧端子串联连接,并且连接至与所述二次侧第一相相关的部位,
所述第二电力转换单元、所述第四电力转换单元和所述第九电力转换单元的所述二次侧端子串联连接,并且连接至与所述二次侧第二相相关的部位,
所述第三电力转换单元、所述第五电力转换单元和所述第七电力转换单元的所述二次侧端子串联连接,并且连接至与所述二次侧第三相相关的部位。
4.如权利要求2所述的电力转换装置,其特征在于:
所述变压器能够在所述一次绕组与所述二次绕组之间以100Hz以上的频率传输电力,所述第一电力转换单元~第三电力转换单元各自还具有:
用于在所述一次侧端子与所述一次绕组之间传输电力的一次侧电路;和
用于在所述二次侧端子与所述二次绕组之间传输电力的二次侧电路。
5.如权利要求4所述的电力转换装置,其特征在于:
所述一次侧电路具有用于在一对所述一次侧端子与一次侧直流电压之间传输电力的第一交直流转换器和用于在所述一次侧直流电压与所述一次绕组之间传输电力的第二交直流转换器,
所述二次侧电路具有用于在二次侧直流电压与所述二次绕组之间传输电力的第三交直流转换器和用于在一对所述二次侧端子与所述二次侧直流电压之间传输电力的第四交直流转换器。
6.如权利要求4所述的电力转换装置,其特征在于:
所述一次侧电路具有用于在一对所述一次侧端子与所述一次绕组之间传输电力的第二交直流转换器,
所述二次侧电路具有用于在二次侧直流电压与所述二次绕组之间传输电力的第三交直流转换器和用于在一对所述二次侧端子与所述二次侧直流电压之间传输电力的第四交直流转换器。
7.如权利要求3所述的电力转换装置,其特征在于:
在所述第一~第三电力转换单元中,所述一次侧端子中的对地电位的绝对值最高的电力转换单元与所述二次侧端子中的对地电位的绝对值最高的电力转换单元是不同的电力转换单元。
8.一种电力转换装置的连接方法,用于将包括各自具有一对一次侧端子和一对二次侧端子的第一电力转换单元~第九电力转换单元的电力转换装置,连接在M相(M是3以上的自然数)的一次侧系统与N相(N是3以上的自然数)的二次侧系统之间,所述电力转换装置的连接方法的特征在于:
将所述第一电力转换单元~第三电力转换单元的所述一次侧端子串联连接并且连接至与一次侧第一相相关的部位,
将所述第四电力转换单元~第六电力转换单元的所述一次侧端子串联连接并且连接至与一次侧第二相相关的部位,
将所述第七电力转换单元~第九电力转换单元的所述一次侧端子串联连接并且连接至与一次侧第三相相关的部位,
将所述第一电力转换单元、所述第六电力转换单元和所述第八电力转换单元的所述二次侧端子串联连接,并且连接至与二次侧第一相相关的部位,
将所述第二电力转换单元、所述第四电力转换单元和所述第九电力转换单元的所述二次侧端子串联连接,并且连接至与二次侧第二相相关的部位,
将所述第三电力转换单元、所述第五电力转换单元和所述第七电力转换单元的所述二次侧端子串联连接,并且连接至与二次侧第三相相关的部位,并且
将各个所述二次侧端子连接至所述二次侧系统,使得所述第一电力转换单元~第三电力转换单元中,所述一次侧端子中的对地电位的绝对值最高的电力转换单元与所述二次侧端子中的对地电位的绝对值最高的电力转换单元不同,且所述第四电力转换单元~第六电力转换单元中,所述一次侧端子中的对地电位的绝对值最高的电力转换单元与所述二次侧端子中的对地电位的绝对值最高的电力转换单元不同,且所述第七电力转换单元~第九电力转换单元中,所述一次侧端子中的对地电位的绝对值最高的电力转换单元与所述二次侧端子中的对地电位的绝对值最高的电力转换单元不同。

说明书全文

转换装置和电力转换装置的连接方法

技术领域

[0001] 本发明涉及电力转换装置和电力转换装置的连接方法。

背景技术

[0002] 作为本技术领域的背景技术,在以下专利文献1中,记载了:“如图所示,在本发明的第一方式中,具有多个转换器单元20-1、20-2、……20-N(其中N是2以上的自然数)的电力转换装置1中,多个转换器单元20-1、20-2、……、20-N的各第一交直流转换器11的交流侧之间串联连接,且该多个转换器单元的各第四交直流转换器14的交流侧之间串联连接。串联连接的转换器单元的级数越增加,交流电压越被多电平(多电平)化。”(参考说明书的段落0019)。
[0003] 现有技术文献
[0004] 专利文献
[0005] 专利文献1:日本特开2005-73362号公报

发明内容

[0006] 发明要解决的课题
[0007] 专利文献1中记载的转换器单元,例如将一次侧或二次侧中一者的交流电压转换为直流电压,将该直流电压转换为另一者的交流电压。此处,以一次侧或二次侧频率变动的脉动电流成分与直流电压叠加。如果该脉动电流成分较大,则发生一次侧或二次侧的电压变动较大的问题。于是,要抑制脉动电流成分时,不得不使转换器单元中包括的电容器等部件大型化,结果存在电力转换装置和转换器单元大型化且变得昂贵的问题。
[0008] 本发明是鉴于上述情况得出的,目的在于提供一种能够小型且廉价地构成的电力转换装置和电力转换装置的连接方法。
[0009] 用于解决课题的技术方案
[0010] 为了解决上述课题,本发明的电力转换装置的特征在于:包括第一电力转换单元~第三电力转换单元,其连接在一次侧系统与作为N相(N是3以上的自然数)的交流系统的二次侧系统之间,各自具有一对一次侧端子和一对二次侧端子,所述第一电力转换单元~第三电力转换单元的所述一次侧端子串联连接且与所述一次侧系统连接,所述第一电力转换单元的所述二次侧端子连接至与二次侧第一相相关的部位,所述第二电力转换单元的所述二次侧端子连接至与二次侧第二相相关的部位,所述第三电力转换单元的所述二次侧端子连接至与二次侧第三相相关的部位。
[0011] 发明效果
[0012] 根据本发明,能够小型且廉价地构成电力转换装置。附图说明
[0013] 图1是本发明的第一实施方式的电力转换装置的接线图。
[0014] 图2是转换器单元的框图
[0015] 图3是比较例的电力转换装置的接线图。
[0016] 图4是本发明的第二实施方式的电力转换装置的接线图。
[0017] 图5是本发明的第三实施方式的电力转换装置的接线图。
[0018] 图6是本发明的第四实施方式的电力转换装置的接线图。
[0019] 图7是转换器单元的变形例的框图。
[0020] 图8A是其他变形例中应用的高频变压器周边的电路图。
[0021] 图8B是另一个其他变形例中应用的高频变压器周边的电路图。
[0022] 图8C是另一个其他变形例中应用的高频变压器周边的电路图。

具体实施方式

[0023] [第一实施方式]
[0024] <第一实施方式的结构>
[0025] 首先,对于本发明的第一实施方式的电力转换装置100的结构进行说明。
[0026] 图1是电力转换装置100的接线图。如图所示,电力转换装置100具有18台转换器单元20-1~20-18。转换器单元20-1具有一次侧电路21、二次侧电路22和高频变压器15。转换器单元20-2~20-18的结构也与转换器单元20-1的相同。以下,有时将转换器单元20-1~20-18总称地记作“转换器单元20”。
[0027] 电力转换装置10都是在作为三相交流系统的一次侧系统60与二次侧系统70之间进行双向或单向的电力转换。此处,一次侧系统60具有中性线60N和显现R相、S相、T相电压的R相线60R、S相线60S、T相线60T。另外,二次侧系统70具有中性线70N和显现U相、V相、W相电压的U相线70U、V相线70V、W相线70W。
[0028] 另外,一次侧系统60与二次侧系统70中,电压振幅、频率和相位彼此独立。而且,R相、S相、T相电压在一次侧频率中相互具有“2π/3”的相位差,U相、V相、W相电压在二次侧频率中相互具有“2π/3”的相位差。作为一次侧、二次侧系统60、70,例如能够采用工频电源系统、太阳光发电系统、电动机等各种各样的发电设备和受电设备。
[0029] 图2是转换器单元20的框图。
[0030] 上述一次侧电路21具有交直流转换器11、12和电容器17。另外二次侧电路22具有交直流转换器13、14和电容器18。交直流转换器11~14分别具有H电桥状地连接的4个开关元件和与这些开关元件逆并联地连接的FWD(Free Wheeling Diode)(均无附图标记)。另外,本实施方式中,这些开关元件例如是MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)。将在电容器17的两端之间显现的电压称为一次侧DC链路电压Vdc1(一次侧直流电压)。另外,将在一次侧端子25、26之间显现的电压称为一次侧AC端子间电压V1。交直流转换器11对一次侧AC端子间电压V1和一次侧DC链路电压Vdc1双向或单向地进行转换并传输电力。
[0031] 高频变压器15具有一次绕组15a和二次绕组15b,在一次绕组15a与二次绕组15b之间以规定频率传输电力。交直流转换器12和13与高频变压器15之间输入输出的电流是高频的。此处,高频例如是100Hz以上的频率,但优选采用1kHz以上的频率,更优选采用10kHz以上的频率。交直流转换器12对一次侧DC链路电压Vdc1和1次绕组15a中显现的电压双向或单向地进行转换并传输电力。
[0032] 另外,将在电容器18的两端之间显现的电压称为二次侧DC链路电压Vdc2(二次侧直流电压)。交直流转换器13对二次侧DC链路电压Vdc2和二次绕组15b中显现的电压双向或单向地进行转换并传输电力。另外,将二次侧端子27、28之间显现的电压称为二次侧AC端子间电压V2。交直流转换器14对二次侧AC端子间电压V2和二次侧DC链路电压Vdc2双向或单向地进行转换并传输电力。
[0033] 返回图1,图示了转换器单元20-1的一次侧端子25、26和二次侧端子27、28,但对于其他转换器单元20-2~20-18的省略了图示。转换器单元20-1~20-6的一次侧25、26在R相线60R与中性线60N之间顺次串联地连接。同样地,转换器单元20-7~20-12的一次侧端子25、26在T相线60T与中性线60N之间顺次串联地连接。同样地,转换器单元20-13~20-18的一次侧端子25、26在S相线60S与中性线60N之间顺次串联地连接。
[0034] 图1中,对于二次侧电路22中的、在U相线70U与中性线70N之间连接的部件附加了网点。即,在U相线70U与中性线70N之间,串联地连接了转换器单元20-17、20-18(第九电力转换单元)、20-3、20-4(第二电力转换单元)、20-7、20-8(第四电力转换单元)。
[0035] 另外,对于二次侧电路22中的、在V相线70V与中性线70N之间连接的部件附加了影线。即,在V相线70V与中性线70N之间,串联地连接了转换器单元20-11、20-12(第六电力转换单元)、20-15、20-16(第八电力转换单元)、20-1、20-2(第一电力转换单元)。
[0036] 另外,二次侧电路22中、在W相线70W与中性线70N之间连接的是空白的。即,在W相线70W与中性线70N之间,串联地连接了转换器单元20-5、20-6(第三电力转换单元)、20-9、20-10(第五电力转换单元)、转换器单元20-13、20-14(第七电力转换单元)。这样,电力转换装置100以星形-星形接线将一次侧系统60与二次侧系统70连接。
[0037] <第一实施方式的动作>
[0038] 接着,再次参考图2,对转换器单元20-1的动作进行说明。
[0039] 图2所示的转换器单元20是图1中的转换器20-1的情况下,一次侧AC端子间电压V1是对一次侧的R相电压分压得到的电压,二次侧AC端子间电压V2是对二次侧的V相电压分压得到的电压。假设电力潮流从一次侧向二次侧流动时,一次侧AC端子间电压V1被交直流转换器11整流,被电容器17平滑化。即,在电容器17的两端,显现平滑化后的一次侧DC链路电压Vdc1。
[0040] 但是,一次侧DC链路电压Vdc1并不是完全的直流,具有一次侧频率的脉动电流成分、即与R相电压同步的脉动电流成分。交直流转换器12对一次侧DC链路电压Vdc1高频地进行调制,调制波经由高频变压器15被交直流转换器13整流。电容器18被整流后的电力充电,在其两端显现二次侧DC链路电压Vdc2。该二次侧DC链路电压Vdc2也具有一次侧频率的脉动电流成分、即与R相电压同步的脉动电流成分。交直流转换器14对包括脉动电流成分的二次侧DC链路电压Vdc2进行开关,输出以二次侧频率交变的二次侧AC端子间电压V2。
[0041] 由此,二次侧AC端子间电压V2包括以一次侧频率脉动的变动成分。电容器17、18的电容越小,该变动成分越大。增大电容器17、18的电容时,能够抑制该变动成分,但因此产生转换器单元20大型化、变得昂贵的问题。
[0042] 返回图1,与V相相关的转换器单元、即对二次侧电路22附加了影线的转换器单元20-1、20-2、20-11、20-12、20-15、20-16的各二次侧端子27、28中显现的二次侧电压,都包括以一次侧频率脉动的变动成分。此处,转换器单元20-1、20-2的二次侧电压中显现的变动成分与一次侧R相电压同步。另外,转换器单元20-11、20-12的二次侧电压中显现的变动成分与一次侧T相电压同步。另外,转换器单元20-15、20-16的二次侧电压中显现的变动成分与一次侧S相电压同步。
[0043] 这些与R相电压、S相电压、T相电压同步的各个变动成分,是大致同一形状的波形,相互具有“2π/3”的相位差。这些与V相相关的6台转换器单元串联连接时,V相电压中与R相电压、S相电压、T相电压同步的各个变动成分被抵消,其平受到抑制。由此,与各个转换器单元中的二次侧电压的电压变动率相比,能够降低V相电压的电压变动率。以上对于V相电压进行了说明,但对于U相电压和W相电压也同样地,与各个转换器单元相比能够降低电压变动率。另外,对于一次侧的R相电压、S相电压和T相电压也同样地能够降低电压变动率。
[0044] 这样,根据本实施方式,在电容器17、18的电容较小的情况下,也能够抑制一次侧电压和二次侧电压的电压变动率,所以能够应用电容较小的电容器作为电容器17、18,能够实现小型且廉价的电力转换装置100。
[0045] 此处,对于各转换器单元20的一次侧和二次侧电位进行研究。首先,将中性线60N的电位称为一次侧基准电位,将中性线70N的电位称为二次侧基准电位。一次侧和二次侧基准电位例如是接地电位,但也可以不是接地电位。以下,对于各转换器单元20的一次侧和二次侧电位进行研究,但它们都是以一次侧和二次侧基准电位为基准的电位。
[0046] 图1中,将各转换器单元20的、相对于一次侧基准电位(中性线60N的电位)的一次侧电路21的电位(绝对值)称为“一次侧电位”。另外,将相对于二次侧基准电位(中性线70N的电位)的二次侧电路22的电位(绝对值)称为“二次侧电位”。一次侧电位越远离中性线60N(越靠近R相线60R、S相线60S、T相线60T)则越高。同样地,二次侧电位越远离中性线70N(越接近U相线70U、V相线70V、W相线70W)则越高。
[0047] 例如,对于对二次侧电路22附加了影线的与V相相关的转换器单元进行研究时,它们的一次侧电位按20-12、20-11、20-16、20-15、20-2、20-1的顺序升高。另外,它们的二次侧电位按20-1、20-2、20-16、20-15、20-11、20-12的顺序升高。这样,具有一次侧电位越高的转换器单元20则二次侧电压越低的倾向。这对于与U相和W相相关的转换器单元20也是同样的。
[0048] 将高频变压器15(参考图2)的一次绕组15a与二次绕组15b之间的电压称为“变压器电位差”。根据本实施方式,能够使各转换器单元20的变压器电位差均等化,能够使变压器电位差的最大值比较低。由此,能够降低高频变压器15的耐压,能够应用小型且廉价的变压器作为高频变压器15,能够进一步小型且廉价地构成电力转换装置100。
[0049] <比较例>
[0050] 接着,为了说明本实施方式的效果,对比较例的结构进行说明。
[0051] 图3是比较例中的电力转换装置的接线图。本比较例的电力转换装置101具有P台转换器单元20-1~20-P。各转换器单元20的结构与第一实施方式的(参考图2)相同。本比较例中,转换器单元20-1~20-P的一次侧端子25、26(参考图2)在一次侧的R相线60R与中性线60N之间顺次串联地连接。另外,二次侧端子27、28(参考图2)在二次侧的U相线70U与中性线
70N之间顺次串联地连接。对于一次侧S相、T相和二次侧V相、W相省略图示,但与一次侧R相同样地连接电力转换装置101。
[0052] 本比较例中,与一次侧的R相相关的转换器单元20-1~20-P,全部是与二次侧的U相相关的转换器单元。与第一实施方式同样地,在转换器单元20内的电容器17的两端显现的一次侧DC链路电压Vdc1中,产生与R相电压同步的脉动电流成分。从而,各个转换器单元中的二次侧电压的电压变动率与U相电压的电压变动率是相等的值。对于V相电压和W相电压也是同样的。从而,本比较例为了抑制二次侧电压的电压变动率,不得不增大电容器17、18(参考图2)的电容,与第一实施方式相比,电力转换装置101大型化、变得昂贵。
[0053] 另外,本比较例中,一次侧电压E1达到正的峰值、二次侧电压E2达到负的峰值的情况,或者一次侧电压E1达到负的峰值、二次侧电压E2达到正的峰值的情况下,转换器单元20-1的变压器电位差达到最大。即,转换器单元20-1的变压器电位差与一次侧电压E1和二次侧电压E2的振幅值的合计大致相等,与第一实施方式的相比更高。反之,转换器单元20-P的变压器电位差与一次侧电压E1和二次侧电压E2的振幅值的合计的“1/P”大致相等,与第一实施方式的相比能够降低。
[0054] 但是,要应用同一规格的转换器单元作为转换器单元20-1~20-P时,必须与变压器电位差最高的相应地决定规格。由此,本比较例的变压器单元20与第一实施方式的相比,不得不应用耐压高的变压器作为高频变压器15,因此高频变压器15和电力转换装置101进一步大型化、变得昂贵。
[0055] <第一实施方式的效果>
[0056] 如上所述,根据本实施方式,包括第一~第三电力转换单元(20-1~20-6),其连接在一次侧系统(60)与作为N相(N是3以上的自然数)的交流系统的二次侧系统(70)之间,分别具有一对一次侧端子(25、26)和一对二次侧端子(27、28),第一~第三电力转换单元(20-1~20-6)的一次侧端子串联连接,并且与一次侧系统(60)连接,第一电力转换单元(20-1、
20-2)的二次侧端子连接至与二次侧第一相(二次侧V相)相关的部位,第二电力转换单元(20-3、20-4)的二次侧端子连接至与二次侧第二相(二次侧U相)相关的部位;第三电力转换单元(20-5、20-6)的二次侧端子连接至与二次侧第三相(二次侧W相)相关的部位。由此,能够用小型的部件抑制基于一次侧电压产生的二次侧电压的变动成分或基于二次侧电压产生的一次侧电压的变动成分,能够小型且廉价地构成电力转换装置(100)。
[0057] 另外,第一~第三电力转换单元(20-1~20-6)各自具有变压器(15),其具有一次绕组(15a)和与一次绕组(15a)绝缘的二次绕组(15b)的。由此,能够使一次侧与二次侧适当地绝缘。
[0058] 另外,根据本实施方式,一次侧系统(60)是M相(M是3以上的自然数)的交流系统,电力转换装置(100)还包括第四~第九电力转换单元(20-7~20-18),其各自具有一对一次侧端子(25、26)和一对二次侧端子(27、28);第一~第三电力转换单元(20-1~20-6)的一次侧端子串联连接,并且连接至与一次侧第一相(一次侧R相)相关的部位;第四~第六电力转换单元(20-7~20-12)的一次侧端子串联连接,并且连接至与一次侧第二相(一次侧T相)的部位,第七~第九电力转换单元(20-13~20-18)的一次侧端子串联连接,并且连接至与一次侧第三相(一次侧S相)相关的部位,第一电力转换单元(20-1、20-2)、第六电力转换单元(20-11、20-12)和第八电力转换单元(20-15、20-16)的二次侧端子串联连接,并且连接至与二次侧第一相(二次侧V相)相关的部位,第二电力转换单元(20-3、20-4)、第四电力转换单元(20-7、20-8)和第九电力转换单元(20-17、20-18)的二次侧端子串联连接,并且连接至与二次侧第二相(二次侧U相)相关的部位,第三电力转换单元(20-5、20-6)、第五电力转换单元(20-9、20-10)和第七电力转换单元(20-13、20-14)的二次侧端子串联连接,并且连接至与二次侧第三相(二次侧W相)相关的部位。
[0059] 由此,在多相交流之间进行转换的情况下,也能够用小型的部件抑制基于一次侧电压产生的二次侧电压的变动成分或基于二次侧电压产生的一次侧电压的变动成分,能够小型且廉价地构成电力转换装置(100)。
[0060] 另外,变压器(15)在一次绕组(15a)与二次绕组(15b)之间以100Hz以上的频率传输电力,第一~第三电力转换单元(20-1~20-6)各自还包括:一次侧电路(21),其在一次侧端子(25、26)与一次绕组(15a)之间传输电力;和二次侧电路(22),其在二次侧端子(27、28)与二次绕组(15b)之间传输电力。由此,在一次侧电路(21)和二次侧电路(22)中,能够对电力适当地进行转换。
[0061] 另外,一次侧电路(21)具有在一对一次侧端子(25、26)与一次侧直流电压(Vdc1)之间传输电力的第一交直流转换器(11)和在一次侧直流电压(Vdc1)与一次绕组(15a)之间传输电力的第二交直流转换器(12),二次侧电路(22)具有在二次侧直流电压(Vdc2)与二次绕组(15b)之间传输电力的第三交直流转换器(13)和在一对二次侧端子(27、28)与二次侧直流电压(Vdc2)之间传输电力的第四交直流转换器(14)。由此,能够经由直流电压稳定地对电力进行转换。
[0062] 另外,本实施方式中,第一~第三电力转换单元(20-1~20-6)中,一次侧端子(25、26)中的对地电位的绝对值最高的电力转换单元(20-1)与二次侧端子(27-28)中的对地电位的绝对值最高的电力转换单元(20-6)不同,第四~第六电力转换单元(20-7~20-12)中,一次侧端子(25、26)中的对地电位的绝对值最高的电力转换单元(20-7)与二次侧端子(27、
28)中的对地电位的绝对值最高的电力转换单元(20-12)不同,第七~第九电力转换单元(20-13~20-18)中,一次侧端子(25、26)中的对地电位的绝对值最高的电力转换单元(20-
13)与二次侧端子(27、28)中的对地电位的绝对值最高的电力转换单元(20-18)不同的方式,将各个二次侧端子连接至二次侧系统(70)。
[0063] 由此,能够减小电力转换单元的变压器电位差的不均,能够应用耐压较低的变压器(15)。由此,能够进一步小型且廉价地构成电力转换装置(100)。
[0064] [第二实施方式]
[0065] 接着,对于本发明的第二实施方式的电力转换装置120的结构进行说明。另外,以下说明中,对于与图1~图3的各部对应的部分附加同一附图标记,有时省略其说明。
[0066] 图4是电力转换装置120的接线图。电力转换装置120与第一实施方式的(参考图1)同样地,具有18台转换器单元20-1~20-18。各转换器单元20的结构与第一实施方式的(参考图2)相同。电力转换装置120在作为三相交流系统的一次侧系统62与二次侧系统70之间进行双向或单向的电力转换。
[0067] 此处,一次侧系统62具有显现R相、S相、T相电压的R相线62R、S相线62S和T相线62T。另外,二次侧系统70的结构与第一实施方式的相同。转换器单元20-1~20-6的一次侧端子25、26(参考图2)在R相线62R与T相线62T之间顺次串联地连接。同样地,转换器单元20-
7~20-12的一次侧端子25、26在T相线62T与S相线62S之间顺次串联地连接。同样地,转换器单元20-13~20-18的一次侧端子25、26在S相线62S与R相线62R之间顺次串联地连接。
[0068] 另外,各转换器单元20的二次侧端子27、28与二次侧系统70的连接关系与第一实施方式的相同。这样,电力转换装置120以三形-星形接线将一次侧系统62与二次侧系统70连接。根据本实施方式,能够发挥与第一实施方式同样的效果,并且也能够应用于不存在中性线的、三相三线式的一次侧系统62,在这一点上能够扩大适用范围。
[0069] 另外,上述例子中,使一次侧成为星形接线、二次侧成为三角形接线,但也可以使一次侧成为三角形接线、二次侧成为星形接线。
[0070] [第三实施方式]
[0071] 接着,对于本发明的第三实施方式的电力转换装置130的结构进行说明。另外,以下说明中,对于与图1~图4的各部对应的部分附加同一附图标记,有时省略其说明。
[0072] 图5是电力转换装置130的接线图。电力转换装置130与第二实施方式的(参考图4)同样地,具有18台转换器单元20-1~20-18。各转换器单元20的结构与第一实施方式的(参考图2)相同。电力转换装置130在作为三相交流系统的一次侧系统62与二次侧系统72之间进行双向或单向的电力转换。
[0073] 此处,一次侧系统62的结构与第二实施方式(参考图4)的相同。另外,转换器单元20-1~20-18的一次侧端子25、26与一次侧系统62的连接关系也与第二实施方式的相同。另一方面,二次侧系统72具有显现U相、V相、W相电压的U相线72U、V相线72V和W相线72W。
[0074] 此处,对二次侧电路22附加了影线的转换器单元20-1、20-2、20-16、20-15、20-11、20-12的各二次侧端子27、28在U相线72U与V相线72V之间顺次串联地连接。另外,二次侧电路22是空白的转换器单元20-13、20-14、20-10、20-9、20-5、20-6的各二次侧端子27、28在V相线72V与W相线72W之间顺次直线地连接。另外,对二次侧电路22附加了网点的转换器单元
20-7、20-8、20-4、20-3、20-17、20-18的各二次侧端子27、28在W相线72W与U相线72U之间顺次串联地连接。
[0075] 这样,电力转换装置130以三角形-三角形接线将一次侧系统62与二次侧系统72连接。根据本实施方式,能够发挥与第一实施方式同样的效果,并且即使一次侧系统62和二次侧系统72都是不存在中性线的、三相三线式的系统也能够应用,在这一点上能够进一步扩大适用范围。
[0076] [第四实施方式]
[0077] 接着,对于本发明的第四实施方式的电力转换装置140的结构进行说明。另外,以下说明中,对于与图1~图5的各部对应的部分附加同一附图标记,有时省略其说明。
[0078] 图6是电力转换装置140的接线图。电力转换装置140具有3台转换器单元20-101~20-103(第一~第三电力转换单元)。各转换器单元20的结构与第一实施方式的(参考图2)相同。电力转换装置140在作为单相交流系统的一次侧系统64与作为三相交流系统的二次侧系统74之间进行双向或单向的电力转换。
[0079] 此处,一次侧系统64具有一对线路64P、64N。另外,二次侧系统74具有中性线74N和显现U相、V相、W相电压的U相线74U、V相线74V、W相线74W。转换器单元20-101~20-103的一次侧端子25、26在线路64P、64N之间顺次串联地连接。
[0080] 另外,转换器单元20-101的二次侧端子27、28分别连接至V相线74V和中性线74N。同样地,转换器单元20-102的二次侧端子27、28分别连接至U相线74U和中性线74N。同样地,转换器单元20-103的二次侧端子27、28分别连接至W相线74W和中性线74N。
[0081] 图6中,电力潮流从二次侧向一次侧流动时,转换器单元20-101中包括的电容器17、18(参考图2)的端子电压中,具有与V相电压同步的脉动电流成分。由此,在转换器单元
20-101的一次侧电压中显现的变动成分与二次侧V相电压同步。同样地,在转换器单元20-
102的一次侧电压中显现的变动成分与二次侧U相电压同步。同样地,在转换器单元20-103的一次侧电压中显现的变动成分与二次侧W相电压同步。
[0082] 这些与V相电压、U相电压、W相电压同步的各个变动成分是大致同一形状的波形,彼此具有“2π/3”的相位差。这些转换器单元20-101~20-103的一次侧端子25、26串联连接时,一次侧电压中与V相电压、U相电压、W相电压同步的各个变动成分被抵消,其水平受到抑制。
[0083] 这样,本实施方式包括第一~第三电力转换单元(20-101~20-103),其连接在一次侧系统(64)与N相(N是3以上的自然数)的二次侧系统(74)之间,分别具有一对一次侧端子(25、26)和一对二次侧端子(27、28),第一~第三电力转换单元(20-101~20-103)的一次侧端子串联连接,并且与一次侧系统(64)连接;第一电力转换单元(20-101)的二次侧端子连接至与二次侧第一相(二次侧V相)相关的部位,第二电力转换单元(20-102)的二次侧端子连接至与二次侧第二相(二次侧U相)相关的部位,第三电力转换单元(20-103)的二次侧端子连接至与二次侧第三相(二次侧W相)相关的部位,在这些方面与第一~第三实施方式是同样的。
[0084] 从而,本实施方式与第一~第三实施方式同样地,即使在电容器17、18(参考图2)的电容较小的情况下也能够抑制电压变动率,所以能够应用电容较小的电容器作为电容器17、18,发挥能够实现小型且廉价的电力转换装置140的效果。
[0085] [变形例]
[0086] 本发明不限定于上述实施方式,能够进行各种变形。上述实施方式是为了易于理解地说明本发明而举例示出的,并不限定于必须具备说明的全部结构。另外,能够将某个实施方式的结构的一部分置换为其他实施方式的结构,也能够在某个实施方式的结构上添加其他实施方式的结构。另外,对于各实施方式的结构的一部分,能够删除,或者追加、置换其他结构。另外,图中示出的控制线和信息线示出了认为说明上必要的,并不一定示出了产品上必要的全部控制线和信息线。实际上也可以认为几乎全部结构都相互连接。对于上述实施方式能够进行的变形,例如有如下所述的。
[0087] (1)上述各实施方式中,说明了应用MOSFET作为开关元件的例子,但作为开关元件,也可以应用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、双极型晶体管、晶闸管、GTO(Gate Turn-Off Thyristor)、IEGT(Injection Enhanced Gate Transistor)或者闸流管真空管式的元件。另外,应用半导体的情况下,其材质能够应用Si、SiC、GaN等任意的材质。
[0088] (2)图7是转换器单元20的变形例的框图。图2所示的交直流转换器11~14为了能够对电力双向地进行转换而应用了使用开关元件的H电桥,但仅能够对电力单向地进行转换即可的情况下,在交直流转换器11~14的一部分中,也可以应用使用整流元件的H电桥。图7所示的结构是作为其一例、将图2中的交直流转换器13置换为应用了4个整流元件(无附图标记)的交直流转换器13a。本变形例中,高频变压器15的变压器电位差也与上述各实施方式是同样的,所以能够小型且廉价地构成电力转换装置。交直流转换器13a中的4个整流元件可以是半导体二极管,也可以是真空管式的水整流器等。另外,应用半导体的情况下,其材质能够应用Si、SiC、GaN等任意的材质。
[0089] (3)上述第一实施方式中,将各转换器单元20-1~20-18连接,使得具有一次侧电位越高的转换器单元20则二次侧电压越低的倾向。更详细而言,将各转换器单元20-1~20-18连接,使得一次侧端子25、26中的对地电位的绝对值最高的转换器单元20与二次侧端子
27、28中的对地电位的绝对值最高的转换器单元20不同。
[0090] 但是,高频变压器15能够应对较高的变压器电位差的情况下,也可以不采用这样的连接方法。即,一次侧端子25、26中的对地电位的绝对值最高的转换器单元20与二次侧端子27、28中的对地电位的绝对值最高的转换器单元20也可以相同。
[0091] 另外,图1中,对转换器单元20-1~20-6按一次侧电位从高到低的顺序列举时,是转换器单元20-1、20-2(V相)、转换器单元20-3、20-4(U相)、转换器单元20-5、20-6(W相)的顺序。但是,关于该顺序,只要高频变压器15能够应对,就可以是(U,V,W)、(U,W,V)、(V,U,W)、(V,W,U)、(W,U,V)、(W,V,U)这6种顺序中的任一种。
[0092] (4)另外,上述各实施方式中,也可以在图2所示的交直流转换器12、13与高频变压器15之间插入电容器。图8(a)表示在交直流转换器12与一次绕组15a之间插入电容器51、并且在交直流转换器13与二次绕组15b之间插入电容器52的例子。另外,图8(b)是在交直流转换器12与一次绕组15a之间插入电容器51的例子,图8(c)是在交直流转换器13与二次绕组15b之间插入电容器52的例子。另外,上述各实施方式中应用的高频变压器15可以使用设计为有意发生漏电感。
[0093] (5)上述第四实施方式中,一次侧系统64是单相交流系统,二次侧系统74是三相交流系统,但也可以使一次侧成为三相交流系统、二次侧成为单相交流系统。另外,三相交流系统一方也可以是三角形接线。
[0094] 进而,一次侧系统64也可以是直流系统。该情况下,删除转换器单元20中的交直流转换器11(参考图2),将电容器17的两端连接至一次侧端子25、26即可。换言之,本变形例中,一次侧电路(21)具有在一对一次侧端子(25、26)与一次绕组(15a)之间传输电力的第二交直流转换器(12),二次侧电路(22)具有在二次侧直流电压(Vdc2)与二次绕组(15b)之间传输电力的第三交直流转换器(13)和在一对二次侧端子(27、28)与二次侧直流电压(Vdc2)之间传输电力的第四交直流转换器(14)。
[0095] (6)另外,上述各实施方式中,转换器单元20的结构能够应用图2和图7所示的以外的各种各样的结构。即,只要是与一次侧AC端子间电压V1对应的变动成分表现在二次侧AC端子间电压V2中、或者与二次侧AC端子间电压V2对应的变动成分表现在一次侧AC端子间电压V1中的转换器单元,无论其结构如何,都能够发挥与上述各实施方式同样的效果。
[0096] (7)上述第一~第三实施方式对于一次侧系统的相数M和二次侧系统的相数N都是“3”的例子进行了说明,但相数M、N也可以是“4”以上,相数M也可以是与相数N不同的值。另外,上述各实施方式中,转换器单元20的数量是“18”个,但转换器单元20的数量是任意的。但是,为了使各转换器单元20的规格相同,转换器单元20的数量优选设为“N×M”的自然数倍。
[0097] 附图标记说明
[0098] 11              交直流转换器(第一交直流转换器)
[0099] 12          交直流转换器(第二交直流转换器)
[0100] 13          交直流转换器(第三交直流转换器)
[0101] 14          交直流转换器(第四交直流转换器)
[0102] 15          高频变压器(变压器)
[0103] 15a      一次绕组
[0104] 15b      二次绕组
[0105] 20         转换器单元(电力转换单元)
[0106] 20-1、20-2         转换器单元(第一电力转换单元)
[0107] 20-3、20-4         转换器单元(第二电力转换单元)
[0108] 20-5、20-6         转换器单元(第三电力转换单元)
[0109] 20-7、20-8         转换器单元(第四电力转换单元)
[0110] 20-9、20-10        转换器单元(第五电力转换单元)
[0111] 20-11、20-12       转换器单元(第六电力转换单元)
[0112] 20-13、20-14       转换器单元(第七电力转换单元)
[0113] 20-15、20-16       转换器单元(第八电力转换单元)
[0114] 20-17、20-18      转换器单元(第九电力转换单元)
[0115] 20-101    转换器单元(第一电力转换单元)
[0116] 20-102     转换器单元(第二电力转换单元)
[0117] 20-103    转换器单元(第三电力转换单元)
[0118] 21         一次侧电路
[0119] 22         二次侧电路
[0120] 25、26     一次侧端子
[0121] 27、28     二次侧端子
[0122] 60、62、64    一次侧系统
[0123] 70、72、74    二次侧系统
[0124] 100、120、130、140   电力转换装置
[0125] Vdc1    (一次侧直流电压)
[0126] Vdc2       (二次侧直流电压)。
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