報告書番号

R10014

タイトル（和文）

直流電源が不要な複数電圧カスケード変換器による6.6 kVトランスレスSTATCOM

タイトル（英文）

A 6.6-kV Transformerless STATCOM Based on a Multi-Voltage Cascade Converter Requiring No DC Sources

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

本報告書では，低損失コンパクトな6.6 kV配電系統用トランスレスSTATCOMの開発を目的とし，新型半導体デバイスを適用した新たなシステム方式の検討と，その制御法の提案を行う。システム方式には，近年量産化されつつある，高速スイッチングが可能な1.2 kV SiC-FETを用いた低圧セルと，高耐圧化で先行する6.5 kV Si-IGBTを用いた高圧セルを組み合わせた，複数電圧カスケード変換器を採用した。これは，高調波の低減によりフィルタ回路を小型化し，変換器の出力電圧を高めて6.6 kV配電系統へのトランスレス連系を可能とする。この回路方式は，直流電圧制御に実用化上の技術課題があったが，本研究では，直流コンデンサに蓄積されたエネルギーをセル間で相互に授受可能とする制御法を開発し，全てのセルの直流電圧制御を可能とした。電圧200 V，容量10 kVAのミニモデルを製作し，直流電圧制御法の有効性を実験により確認した。

概要 （英文）

In recent years, installed capacity of distributed generation is increasing. As a result, voltage management may become difficult in the existing power distribution system in the future. STATCOMs (static synchronous compensators) are one of the solutions to maintain line voltages in the power grids by compensating reactive power. However, the conventional STATCOMs are too large to put into practical use.

This report focuses on a small and efficient 6.6-kV transformerless STATCOM based on a cascaded multilevel converter which has multiple dc voltage values (multi-voltage cascade converter). A control method is proposed to realize dc voltage regulation of each cell in the STATCOM operation, making it possible to remove dc sources from all modules. The simplified configuration without the dc sources makes the STATCOM smaller and lighter. A downscaled STATCOM model rated at 220 V and 10 kVA is built and a series of verification tests is executed. Theoretical analysis and experimental results prove the stable operating performance of the proposed method.

In the proposed system configuration, low voltage modules consist of existing 1.2 kV SiC-FET devices and realize high control performance, downsizing the filter inductors, low switching loss, and low acoustic noise. High voltage modules consist of 6.5 kV Si-IGBT devices and realize high power conversion with low conduction loss. The configuration reduces its volume by a factor of four, and its power loss by a factor of three comparing to a conventional converter based on a two-level inverter and a transformer.

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