AC-DC-AC変換が直接AC-AC変換より優れている理由とタイミング

現在、風力発電とそれに使用されるパワーエレクトロニクスを研究しています。風力発電では、発電機は風力で駆動されるため、結果として得られる電力は周波数と振幅が大きく変動します。次に、電力グリッドには、周波数、位相シフト、および正弦波の形で入力電力に対する厳しい要件があります。このため、今日、風力発電では電力変換器が日常的に使用されています。

グリッドに電力を供給する主な方法は、AC-DCコンバーターを使用し、その後にDC-DCコンバーターとDC-ACコンバーターを使用することです。これは、単一の直接AC-ACコンバーターを使用する代わりに、かなり複雑に見えます。DCの「中間」ルートを介した間接変換が望ましいのはなぜですか？

（これは実際にはEngineeringからの再投稿です。私が後で見つけたのは、よりアクティブでテーマに適合した、非ベータの電気工学があることです。）

これを行うことができるコンバーターのタイプがあります：マトリックスコンバーター。

理論的には、非常に広範囲の周波数で多くのフェーズを取り込み、多くのフェーズを作り出すことができます。また、（理論的には）受動的な電力を必要としない、または大きなコンデンサーや大きなインダクターを必要としないという追加の利点もあります。

ただし、マトリックスコンバーターには2つの重要なルールがあります。

1. あなたは供給を短絡させてはならない
2. あなたは負荷を開路してはならない

単純な電力損失によりインバーターが溶断するため、トポロジーが実用的ではないのはポイント2です。

サイリスターを使用するサイクロコンバーターと呼ばれるマトリックスコンバーターのバリアントがあり、フルマトリックスコンバーターと同じ問題が発生しません。ただし、入力周波数の約1/10の出力周波数しか合成できないという制限があります。この制限は、通常400Hzの電源を使用する船舶には問題ないため、40Hzを生成しても推進力が制限されません。

なぜ直接AC-ACではなくAC-DC-ACなのか...複雑さと制限。6スイッチインバーターは非常に用途が広いです。

2つのルートが可能である場合、なぜ特定のルートが1つ選択されたのかについて、良い答えはほとんどありません。多くの場合、これは歴史の偶然であり、地域の産業や一般的なコンポーネントに応じて、どちらか一方が有利になります。

ある周波数での3相ACから別の周波数への直接のすべての電子経路があり、これはマトリックスコンバーターと呼ばれます。3x3マトリックスに9つのスイッチがあり、任意のフェーズを他のフェーズに接続します。スイッチインスタントの適切なタイミング、および適切な入力および出力フィルターにより、入力と同様の出力電圧を生成できます。それらはモータードライブにますます使用されるようになっています。

ただし、中間DCリンクを使用することには多くの利点があると思います。

AC-DCコンバーターとDC-ACコンバーターは、長距離伝送が重要な要因となるDCリンク用に、大きなサイズで多数製造されています。これは規模の経済につながります。それらはマトリックスコンバーターよりも成熟しているため、電気インフラストラクチャに関連する長い計画では、選択される可能性が高くなります。風力タービンは、単一の遠距離送電線に接続される前に（オフショアの場合は非常に長い）、ハブに短いホップで接続される傾向があります。公称DC中間電圧で電力をプールする方が簡単で、制御が簡素化されます。長い伝送のためにDCを維持する方が簡単です。

直接AC-AC変換を行う理由は、DCチョークコイル（またはコンデンサアレイ）のサイズと質量です。たとえば、ゴム輪の地下鉄車や飛行機などでは、そうしたくありません。鉄輪の列車では、質量が大きいほど摩擦がよくなるため、状況によって異なります。

それは建物には当てはまりません。

バルブ（トランジスタまたはサイリスタ）を節約することはできません。逆に、AC-ACコンバーターは、AC-DC-ACコンバーターよりも（小さいバルブですが）より多くのバルブを持つ傾向があります。制御の概念もはるかに複雑です。

AC-DC-AC変換は、単一のAC出力に組み合わせる複数の異なるACソースがある場合（またはその逆の場合）に有効です。

各非同期ジェネレータは、整流されてDCバス電圧に昇圧されるAC電源を生成します。バス電圧は、グリッド接続インバータに供給されます。

AC-DC-AC変換の利点の1つは、ACの周波数を変換できることです。ミリタリーの400 Hz電力もあり、大幅なサイズの削減につながります。私の特定のケースでは、真空チャンバー内で動作するモーターへのアクセスが必要でした。NASAと軍事用の機器が要件を満たしていたため、400 Hzの電力を使用することにしました。私はそれがかなり専門的であることを認識しているので、おそらくあなたには適用されません。