2014 Fiscal Year Annual Research Report
六角形モジュラーマルチレベルコンバータ構成の新しい三相交流電力変換システムの研究
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26709016
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| Research Institution | Nagasaki University |
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Principal Investigator |
浜崎 真一 長崎大学, 工学研究科, 准教授 (80363472)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | パワーエレクトロニクス / マルチレベルコンバータ / インバータ / 系統連系 / 電力制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
太陽発電システム等の分散型電源の普及やこれらを接続したスマートグリッドシステムの実用化を想定した場合に電力系統の電圧変動抑制や電力流量の制御が重要となる。このような電力系統の中継点に接続して，電力流量を制御するための三相／三相電力変換システムが重要となってくる。モジュラーマルチレベルコンバータ(MMC)は，変圧器を利用せず小型・軽量，マルチレベル出力による電圧の低歪み化および高電圧出力化などの利点があり，電力系統接続用の電力変換器に適している。
本研究では，電力系統接続向けの三相／三相電力変換システムとして，六角形型MMC(H-MMC)による新しい回路構成とその制御方式について提案し，その有効性の検証を行う。H-MMCは単相変換器（セル）を直列に多段接続してモジュール化し，これらを環状接続した回路構成である。環状接続を6分割して六角形としたときの3端子を三相入力側，他の3端子を三相出力側として接続して三相／三相電力変換器として利用する。すべてのセルにはキャパシタが接続されており，この電圧を一定に保ちながら入力側と出力側との電力の授受を中継するように動作させる。これにより，入力側（電力系統上位側）と出力（電力系統上位側）の相互の電力変動を抑制・吸収しながら，電力流量を制御することができる。
最初に本システムの回路と電力系統接続時のモデル化及び理論解析を行い，電力流量に関する基本動作を明らかにした。この動作原理に基づいて電力流量制御の制御方式を提案し，その動作解析を回路シミュレーションにより検証した。検証により，提案する方式が適正に動作することを明らかにした。
次に動作検証のための実験システムの構築を行った。システムはH-MMCの主回路及びディジタル制御装置(DSP,FPGA)で構成し，主回路の作製および制御プログラムの作成を行い，目的とする基本動作が可能であることを確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究計画に従って，提案するH-MMCの回路構成と電力系統接続時のモデル化及び理論解析を行い，H-MMCに適した制御方式の提案を行った。提案する制御は，セルの電圧制御，入力側有効・無効電力制御，出力側有効・無効電力制御及び環状回路を循環させる電力の制御を統合して制御する方式で，この方式の動作を回路シミュレーションにより検証した。検証の結果，提案する制御が目的とする動作に有効であることを明らかにした。
さらに，実験による動作検証を行うために実験システムの構築を行った。システムに必要な主回路の作製と制御に必要なプログラムの作成を行った。主回路はセルの半導体デバイスとその駆動回路，入出力には三相電源，リアクトル・抵抗負荷を準備して回路を構成した。制御プログラムはDSP,FPGA用の制御プログラム(C言語プログラム，VHDLプログラム)を作成した。作成した実験システムの基本動作を確認できたことにより，今後，提案する制御の有効性を検証するための本格的な実験に進めることができる。
以上のことから，本研究は計画に沿って，おおむね順調に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
提案したシステムの制御方式の有効性を示すために実験による検証を進める。提案する制御である，セルの電圧制御，入力側有効・無効電力制御，出力側有効・無効電力制御及び環状回路を循環させる電力の制御の制御性能の確認と調整を行い，動作確認後，各種条件による性能評価試験を行う。評価試験として入力側の電圧変動，出力側の負荷変動の試験，系統連系接続による周波数変換試験などを行い、提案方式の有効性を明らかにしていく。
さらに，H-MMCの入出力電力授受のバランス調整と変換器内部を循環する電力の調整を適切に行うための電力貯蔵装置を組み合わせたシステムの回路方式とその制御方式の検討を行う。この制御方式について理論的な動作解析，回路シミュレーションにより有効性の検証を進める。また，回路シミュレーション結果に基づいて実験システムへ組み込むための回路と制御プログラムの準備を進めていく。
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| Causes of Carryover |
実験装置を構成する部品で未購入の部品があるため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
実験回路を作製する際の電子部品を購入し使用する。
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Research Products
(5 results)
