CN107508471B - 电力转换电路、电力转换装置、电力发送装置、电力接收装置以及电力传送系统 - Google Patents

电力转换电路、电力转换装置、电力发送装置、电力接收装置以及电力传送系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供能够通过简单构成容易地调整电压的电力转换电路、电力转换装置、电力发送装置、电力接收装置以及电力传送系统。电力转换电路具备：包括第一以及第三开关的第一支线；包括第二以及第四开关的第二支线；包括第五以及第七开关的第三支线；包括第六以及第八开关的第四支线；连接在供第一以及第二支线连接的第一节点与供第三以及第四支线连接的第五节点之间的第一电抗器；连接在供第一以及第二支线连接的第二节点与供第三以及第四支线连接的第六节点之间的第二电抗器；与第一节点连接的第一端口端子；与第六节点连接的第二端口端子；与第一以及第三支线的各中间点连接的第三端口端子；以及与第二以及第四支线的各中间点连接的第四端口端子。

Description

电力转换电路、电力转换装置、电力发送装置、电力接收装置 以及电力传送系统
技术领域
本发明涉及将电力从直流向交流、从交流向直流或者从某个频率的交流向其他频率的交流进行转换的电力转换电路。本发明还涉及具备这样的电力转换电路的电力发送装置以及电力接收装置、以及具备这样的电力发送装置以及电力接收装置的电力传送系统。
背景技术
近年来，除了电力公司提供的火力发电、水力发电或者原子能发电等一直以来的电力供给以外，以太阳能发电、风力发电、生物燃料发电等为代表的可再生能量电源的导入正在加速。此外，在当前铺设的大规模的工业电力网之外，使远距离输电的损失减少、实现电力的地产地消的局部的小规模电力网的导入在世界上逐渐普及。
与这样的局部的小规模电力网连接的可再生能量电源，与以往的大规模的工业电力网的主干电源相比发电能力较低的情况较多，并且其发电能力的变动较大。因此，为了使小规模电力网稳定、且高效地运用，需要能够以较高的利用效率进行输电受电，并且容易地调整所输电的电力量。
例如，专利文献1～3公开了经由电力线从电源向负载传送电力的电力传送系统。
专利文献1：日本专利第5612718号公报
专利文献2：日本专利第5612920号公报
专利文献3：日本特开2011-091954号公报
发明内容
本发明提供一种电力转换电路，能够通过与现有技术相比更简单的构成，容易地调整电压。本发明还提供具备该电力转换电路的电力发送装置以及电力接收装置、以及具备该电力发送装置以及电力接收装置的电力传送系统。
本发明的一个方式的电力转换电路具备：第一支线，包括相互串联连接的第一开关以及第三开关；第二支线，包括相互串联连接的第二开关以及第四开关，并且，上述第二支线与上述第一支线并联连接；第三支线，包括相互串联连接的第五开关以及第七开关；第四支线，包括相互串联连接的第六开关以及第八开关，并且，上述第四支线与上述第三支线并联连接；第一电抗器，连接在供上述第一以及第二支线连接的第一节点与供上述第三以及第四支线连接的第五节点之间；第二电抗器，连接在供上述第一以及第二支线连接的第二节点与供上述第三以及第四支线连接的第六节点之间；与上述第一节点连接的第一端口端子；与上述第六节点连接的第二端口端子；第三端口端子，与位于上述第一以及第三开关之间的第三节点、以及位于上述第五以及第七开关之间的第七节点连接；以及第四端口端子，与位于上述第二以及第四开关之间的第四节点、以及位于上述第六以及第八开关之间的第八节点连接。
发明的效果
根据本发明的电力转换电路，通过与现有技术相比更简单的构成，并且能够容易地调整电压。
附图说明
图1是表示实施方式的电力传送系统的构成例的框图。
图2是表示实施方式的电力传送系统的构成例的框图。
图3是表示实施方式的电力接收装置的构成例的框图。
图4是表示实施方式的电力转换电路的构成例的电路图。
图5是用于说明在实施方式的开关中流动的电流的朝向的一个例子的图。
图6是表示实施方式的开关的第一例的图。
图7是表示实施方式的开关的第二例的图。
图8是表示在实施方式的电力转换电路中流动的电流路径的一个例子的图。
图9是表示在实施方式的电力转换电路中流动的电流路径的一个例子的图。
图10是表示在实施方式的电力转换电路中流动的电流路径的一个例子的图。
图11是表示在实施方式的电力转换电路中流动的电流路径的一个例子的图。
图12是表示在实施方式的电力转换电路中流动的电流路径的一个例子的图。
图13是表示在实施方式的电力转换电路中流动的电流路径的一个例子的图。
图14是表示在实施方式的电力转换电路中流动的电流路径的一个例子的图。
图15是表示在实施方式的电力转换电路中流动的电流路径的一个例子的图。
图16是表示在实施方式的电力转换电路中流动的电流路径的一个例子的图。
图17是表示在实施方式的电力转换电路中流动的电流路径的一个例子的图。
图18是表示在实施方式的电力转换电路中流动的电流路径的一个例子的图。
图19是表示在实施方式的电力转换电路中流动的电流路径的一个例子的图。
图20是表示在实施方式的电力转换电路中流动的电流路径的一个例子的图。
图21是表示在实施方式的电力转换电路中流动的电流路径的一个例子的图。
图22是表示在实施方式的电力转换电路中流动的电流路径的一个例子的图。
图23是表示在实施方式的电力转换电路中流动的电流路径的一个例子的图。
图24是表示实施方式的电力发送装置的动作的模拟结果的图表。
图25是表示实施方式的电力接收装置的动作的模拟结果的图表。
符号的说明
1 发电机
1A 交流电源
1m、5m 电力测定器
2 电力发送装置
3 电力传送线路
4 电力接收装置
5、5A 负载
10 控制器
20 控制电路
21 通信电路
22 编码生成电路
23 电力转换电路
30 控制电路
31 通信电路
32 编码生成电路
33 电力转换电路
D1 二极管
L1、L2 电抗器
N1～N8 节点
Q1、Q2 开关
S1～S8 开关
T1～T4、T11～T14 端子
具体实施方式
＜实现本发明的经过＞
首先，对本发明人实现本发明的经过进行说明。
根据上述专利文献1以及专利文献2，电力网络系统基本上需要按照对电力进行交换(日语：“融通”)的电力系统的每个对具备单独的电力传送线路(协作电线路)，电力传送线路的材料费以及铺设成本增加。专利文献1以及2还记载了通过协作装置的构成使电力传送线路的个数减少的例子，但均需要大量的电力传送线路。此外，根据专利文献1以及2，各协作装置需要按照对电力进行交换的电力系统的每个对具备一对电力转换器。由于这些，除了电力传送线路的成本增加以外，由协作装置的规模增大导致的成本增加成为课题。
此外，专利文献3具有的优点为，能够在多个电力发送装置以及多个电力接收装置之间按照分时对电力进行交换，电力传送线路的条数较少即可。然而，按照分时进行输电，不能在多组电力系统之间同时对电力进行交换。即，在发生了负载的电力请求时，不能立即传送所请求的电力。并且，在实施大量电力交换的情况下，对每一个电力交换分配的时间变短，因此大电力脉冲式地向电力传送线路输电。因此，要求电力传送线路的电力耐性，其导致成本的增加。此外，由于产生不能对电力进行受电的时间段，因此电力接收装置需要缓冲大功率的功能。并且，为了实现按照分时的电力交换，在多个电力发送装置以及多个受电送置之间需要时间上的同步，为了实现该同步而要求精度非常高的设备间控制。因此，作为系统整体导致成本的增加。
如上述那样，专利文献1以及专利文献2的发明均是按照对电力进行收发的电力系统的每个对使用单独的电力传送线路，因此需要大量的电力传送线路。并且，在协作装置中，按照对电力进行收发的电力系统的每个对需要一对电力转换器，因此不能减小协作装置的规模。因此，难以实现较多电力系统间的电力交换。另一方面，专利文献3的发明为，通过在一个电力传送线路上按照分时进行多个电力传送，由此能够实现电力传送线路的线路节省化，但不能同时进行多个电力传送。因此，希望电力传送系统能够在实现电力发送装置以及电力接收装置的小型化以及薄型化的同时，实现电力传送线路的线路节省化。此外，希望电力传送系统能够同时、更可靠地进行从多个电力发送装置向多个电力接收装置的电力交换，并且能够进行电力的降压以及升压。
根据以上的见解以及考察，本发明人想到了以下的本发明的各方式。
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。此外，在以下的各实施方式中，对于同样的构成要素赋予相同的符号。
＜实施方式＞
图1是表示实施方式的电力传送系统的构成的框图。图1的电力传送系统具备发电机1、电力发送装置2、电力传送线路3、电力接收装置4、负载5以及控制器10。
电力发送装置2与发电机1以及电力传送线路3连接，对从发电机1输入的电力的频率进行转换并向电力传送线路3输出。电力接收装置4与电力传送线路3以及负载5连接，对从电力传送线路3输入的电力的频率进行转换并向负载5输出。
在图1的电力传送系统中，通过电力发送装置2使用交流的调制编码的编码序列，对由发电机1发电的直流电力进行编码调制，并将编码调制后的编码调制波向电力传送线路3输电。电力传送线路3例如为有线传送线路。经由电力传送线路3输电的编码调制后的编码调制波，通过电力接收装置4使用交流的解调编码的编码序列而编码解调为直流电力并向负载5供给。此外，在本实施方式中，使用发电电流以及解调电流进行说明，但本发明并不局限于此，也可以分别为发电电压以及解调电压。
控制器10将包含系统同步信号、调制编码或者解调编码的编码序列、电力传送(即调制以及解调)的开始时刻以及结束时刻等的控制信号，向电力发送装置2以及电力接收装置4发送。系统同步信号被用于使电力发送装置2以及电力接收装置4相互在时间上同步。
调制编码的编码序列以及解调编码的编码序列，也可以从控制器10分别向电力发送装置2以及电力接收装置4发送。此外，也可以不发送编码序列本身，而将用于生成编码序列的元数据从控制器10向电力发送装置2以及电力接收装置4发送，通过电力发送装置2以及电力接收装置4基于该元数据分别生成调制编码的编码序列以及解调编码的编码序列。此外，调制编码的编码序列以及解调编码的编码序列也可以分别预先设定在电力发送装置2以及电力接收装置4中。
在电力传送系统具备多个发电机1、多个电力发送装置2、多个负载5以及多个电力接收装置4的情况下，能够根据从控制器10向电力发送装置2以及电力接收装置4发送的编码序列(或者其元数据)，对进行电力传送的电力发送装置2以及电力接收装置4的组合进行指定。控制器10向应当发送电力的电力发送装置2发送调制编码的编码序列，而向应当接收电力的电力接收装置4发送解调编码的编码序列。由此，从与该指定的电力发送装置2连接的发电机1向与该指定的电力接收装置4连接的负载5传送电力。
发电机1具备电力测定器1m，电力测定器1m对发电机1的发电量、且是从发电机1向电力发送装置2的直流电力的电力量进行测定，并向控制器10发送。负载5具备电力测定器5m，电力测定器5m对负载5的电力使用量、即从电力接收装置4向负载5的直流电力的电力量进行测定，并向控制器10发送。控制器10基于所接收的各电力量，对电力发送装置2和电力接收装置4的动作进行控制。例如，在发电机1的发电量比负载5的电力使用量少的情况下，控制器10也可以停止电力传送。此外，在存在多个发电机1、并且存在具有大于负载5的电力使用量的发电量的发电机1的情况下，控制器10也可以从与该发电机1连接的电力发送装置2发送电力。
此外，电力测定器1m也可以代替发电机1而设置在电力发送装置2的前级。此外，电力测定器5m也可以代替负载5而设置在电力接收装置4的后级。
此外，发电机1也可以是包括电池、电容器等蓄电装置等在内的其他电源。负载5也可以是包括电池、电容器等蓄电装置等在内的其他电气设备。通过将蓄电装置组装到本实施方式的电力传送系统中，能够有效地利用在电力消耗较少、或者没有电力消耗的时间段所发电的电力，能够提高整体的电力效率。
图2是表示图1的电力发送装置2的构成的框图。图2的电力发送装置2具备控制电路20、通信电路21、编码生成电路22以及电力转换电路23。
图2的电力发送装置2具有与发电机1连接的端口端子T1、T2、以及与电力传送线路3连接的端口端子T3、T4。
通信电路21从控制器10接收包括系统同步信号、调制编码的编码序列(或者其元数据)、电力传送的开始时刻以及结束时刻等在内的控制信号，并向控制电路20发送。该通信电路21可以是无线通信电路、也可以是有线通信电路。控制电路20基于从控制器10接收的控制信号，通过编码生成电路22生成调制编码的编码序列并向电力转换电路23输出，并且对电力转换电路23的动作开始以及动作结束进行控制。电力转换电路23对经由端口端子T1、T2从发电机1输入的电力进行调制，并将调制后的电力经由端口端子T3、T4向电力传送线路3输出。
图3是表示图1的电力接收装置4的构成的框图。图3的电力接收装置4具备控制电路30、通信电路31、编码生成电路32以及电力转换电路33。图3的电力接收装置4具有与电力传送线路3连接的端口端子T11、T12、以及与负载5连接的端口端子T13、T14。
通信电路31从控制器10接收包括系统同步信号、解调编码的编码序列(或者其元数据)、电力传送的开始时刻以及结束时刻等在内的控制信号，并向控制电路30发送。该通信电路31可以是无线通信电路、也可以是有线通信电路。控制电路30基于从控制器10接收的控制信号，通过编码生成电路32生成解调编码的编码序列并向电力转换电路33输出，并且对电力转换电路33的动作开始以及动作结束进行控制。电力转换电路33对经由端口端子T11、T12从电力传送线路3输入的电力进行解调，将解调后的电力经由端口端子T13、T14向负载5输出。
此外，在图1的电力传送系统中，从控制器10向电力发送装置2以及电力接收装置4的控制信号，也可以通过无线、或者与电力传送线路3不同的控制信号线路传送。此外，上述控制信号也可以使用电力传送线路3与编码调制波以规定的复用方式进行复用而传送。在后者的情况下，能够使从控制器10向电力发送装置2以及电力接收装置4的通信所使用的通信电路21、31减少，能够使成本降低。
图4是表示图2的电力转换电路23的构成的电路图。图4的电力转换电路具备端口端子T1～T4、开关S1～S8以及电抗器L1、L2。将端口端子T1、T2也称为“第一以及第二端口端子”，将端口端子T3、T4也称为“第三以及第四端口端子”。端口端子T1、T2的对与端口端子T3、T4的对中的一方为电力的输入端口，另一方为电力的输出端口。还将开关S1～S8称为“第一～第八开关”。还将电抗器L1、L2称为“第一以及第二电抗器”。
开关S1～S4构成第一全桥电路。第一全桥电路具备开关S1、S2之间的第一节点N1、开关S3、S4之间的第二节点N2、开关S1、S3之间的第三节点N3、以及开关S2、S4之间的第四节点N4。
开关S5～S8构成第二全桥电路。第二全桥电路具备开关S5、S6之间的第五节点N5、开关S7、S8之间的第六节点N6、开关S5、S7之间的第七节点N7、以及开关S6、S8之间的第八节点N8。
开关S1、S3串联连接，构成第一支线(leg)。开关S2、S4串联连接，构成第二支线。开关S5、S7串联连接，构成第三支线。开关S6、S8串联连接，构成第四支线。第一支线与第二支线并联连接，第三支线与第四支线并联连接。
节点N1、N5经由电抗器L1相互连接，节点N2、N6经由电抗器L2相互连接。节点N1与端口端子T1连接，节点N6与端口端子T2连接，节点N3、N7与端口端子T3连接，节点N4、N8与端口端子T4连接。
开关S1～S8在图2的控制电路20以及编码生成电路22的控制下进行动作。开关S1～S8是在接通时、仅在一个方向上流动电流的半导体开关。图5是用于对在图4的开关S1～S8中电流流动的朝向进行说明的图。图5的开关具备虚拟的端子a、b和虚拟的可动触点c。可动触点c相对于端子a开闭，相对于端子b常时连接。当使用该表述方法时，图5的开关在接通时，仅在从端子a向端子b的方向上流动电流。图4的开关S1～S8也与图5的开关同样，在接通时，仅在一个方向上流动电流。
由控制电路20以及编码生成电路22构成的电路，是技术方案所记载的“控制电路”的一个例子。该控制电路例如也可以由控制IC以及栅极驱动器构成。控制IC例如为微型计算机。栅极驱动器例如基于来自控制IC的指示，向开关S1～S8各自的栅极施加栅极信号。控制IC例如也可以包括存储器和处理器。存储器也可以存储用于使电力转换电路以多个模式进行动作的程序。处理器也可以通过执行该程序，来使电力转换电路进行动作。
图6是表示图4的开关S1～S8的第一例的图。图7是表示图4的开关S1～S8的第二例的图。如图6所示那样，开关S1～S8也可以是作为MOSFET的开关Q1、与用于阻止逆流的二极管D1的组合。此外，如图7所示那样，开关S1～S8也可以是仅在一个方向上流动电流的作为IGBT的开关Q1。
开关S1构成为，在接通时，仅从节点N3向节点N1流动电流。开关S2构成为，在接通时，仅从节点N4向节点N1流动电流。开关S3构成为，在接通时，仅从节点N2向节点N3流动电流。开关S4构成为，在接通时，仅从节点N2向节点N4流动电流。开关S5构成为，在接通时，仅从节点N5向节点N7流动电流。开关S6构成为，在接通时，仅从节点N5向节点N8流动电流。开关S7构成为，在接通时，仅从节点N7向节点N6流动电流。开关S8构成为，在接通时，仅从节点N8向节点N6流动电流。
图3的电力转换电路33也与图4的电力转换电路同样地构成。
如以下说明的那样，图4的电力转换电路能够将所输入的电力降压而输出(降压模式)，并且，能够将所输入的电力升压而输出(升压模式)。参照图8～图23对这些动作进行说明。
在以下的说明中，图4的电力转换电路的端口端子T1、T2与交流电源1A连接，端口端子T3、T4与负载5A连接。即，端口端子T1、T2的对是电力的输入端口，端口端子T3、T4的对是电力的输出端口，电力转换电路对从端口端子T1、T2输入的电力进行转换而从端口端子T3、T4输出。
此外，在以下的说明中定义为，在与端口端子T2的电位相比端口端子T1的电位更高时，对端子T1、T2施加正电压，在与端口端子T1的电位相比端口端子T2的电位更高时，对端子T1、T2施加负电压。同样，在与端口端子T4的电位相比端口端子T3的电位更高时，从端子T3、T4输出正电压，在与端口端子T3的电位相比端口端子T4的电位更高时，从端子T3、T4输出负电压。
首先，参照图8～图15，对使图4的电力转换电路以降压模式动作时的动作进行说明。
在电力转换电路以降压模式进行动作时，开关S1～S8被控制为交替地切换以下的2个状态。
(1)电流从输入端口(交流电源1A)经由电抗器L1或者L2以及输出端口(负载5A)向输入端口返回的状态。
(2)电流不经由输入端口地从电抗器L1或者L2经由输出端口向电抗器L1或者L2返回的状态。
上述(1)是本发明中的“向上述输入端口施加的输入电压，被分压为用于对上述第一或者第二电抗器进行充电的充电电压、以及向上述输出端口施加的电压的充电状态”的一个例子。上述(2)是本发明中的“来自上述第一或者第二电抗器的放电电压，施加到上述输出端口的放电状态”的一个例子。
图8是表示在使图4的电力转换电路以降压模式动作的情况下，对端子T1、T2施加正电压而从端子T3、T4输出正电压时的第一期间中的电流的图。图9是表示在使图4的电力转换电路以降压模式动作的情况下，对端子T1、T2施加正电压而从端子T3、T4输出正电压时的第二期间中的电流的图。在该情况下，按照对应于输入电压与所希望的输出电压之比的时间比，交替地切换下述2个开关状态。
状态1：开关S5以及S8接通，开关S1～S4、S6、S7关断(图8)。
状态2：开关S2以及S5接通，开关S1、S3、S4、S6～S8关断(图9)。
在状态1下，电力转换电路将从交流电源1A输入的电力向负载5A输出，同时，将该电力的能量蓄积于电抗器L1。在状态2下，电力转换电路将交流电源1A从负载5A切断，将电抗器L1所积蓄的能量作为电力而放出并向负载5A输出。通过按照对应于输入电压与所希望的输出电压之比的时间比，交替地切换状态1和状态2，由此从端口端子T3、T4输出所希望的电压。
图10是表示在使图4的电力转换电路以降压模式动作的情况下，对端子T1、T2施加正电压而从端子T3、T4输出负电压时的第一期间中的电流的图。图11是表示在使图4的电力转换电路以降压模式动作的情况下，对端子T1、T2施加正电压而从端子T3、T4输出负电压时的第二期间中的电流的图。在该情况下，按照对应于输入电压与所希望的输出电压之比的时间比，交替地切换下述2个开关状态。
状态3：开关S6以及S7接通，开关S1～S5、S8关断(图10)。
状态4：开关S1以及S6接通，开关S2～S5、S7、S8关断(图11)。
在状态3下，电力转换电路将从交流电源1A输入的电力向负载5A输出，同时，将该电力的能量蓄积于电抗器L1。在状态4下，电力转换电路将交流电源1A从负载5A切断，将电抗器L1所积蓄的能量作为电力而放出并向负载5A输出。通过按照对应于输入电压与所希望的输出电压之比的时间比，交替地切换状态3与状态4，由此从端口端子T3、T4输出所希望的电压。
图12是表示在使图4的电力转换电路以降压模式动作的情况下，对端子T1、T2施加负电压而从端子T3、T4输出正电压时的第一期间中的电流的图。图13是表示在使图4的电力转换电路以降压模式动作的情况下，对端子T1、T2施加负电压而从端子T3、T4输出正电压时的第二期间中的电流的图。在该情况下，按照对应于输入电压与所希望的输出电压之比的时间比，交替地切换下述两个开关状态。
状态5：开关S2以及S3接通，开关S1、S4～S8关断(图12)。
状态6：开关S3以及S8接通，开关S1、S2、S4～S7关断(图13)。
在状态5下，电力转换电路将从交流电源1A输入的电力向负载5A输出，同时，将该电力的能量蓄积于电抗器L2。在状态6下，电力转换电路将交流电源1A从负载5A切断，将电抗器L2所积蓄的能量作为电力放出并向负载5A输出。通过按照对应于输入电压与所希望的输出电压之比的时间比，交替地切换状态5与状态6，由此从端口端子T3、T4输出所希望的电压。
图14是表示在使图4的电力转换电路以降压模式动作的情况下，对端子T1、T2施加负电压而从端子T3、T4输出负电压时的第一期间中的电流的图。图15是表示在使图4的电力转换电路以降压模式动作的情况下，对端子T1、T2施加负电压而从端子T3、T4输出负电压时的第二期间中的电流的图。在该情况下，通过按照对应于输入电压与所希望的输出电压之比的时间比，交替地切换下述两个开关状态。
状态7：开关S1以及S4接通，开关S2、S3、S5～S8关断(图14)。
状态8：开关S4以及S7接通，开关S1～S3、S5、S6、S8关断(图15)。
在状态7下，电力转换电路将从交流电源1A输入的电力向负载5A输出，同时，将该电力的能量蓄积于电抗器L2。在状态8下，电力转换电路将交流电源1A从负载5A切断，将电抗器L2所积蓄的能量作为电力而放出并向负载5A输出。通过按照对应于输入电压与所希望的输出电压之比的时间比，交替地切换状态7与状态8，由此从端口端子T3、T4输出所希望的电压。
状态1、3、5以及7分别是本发明中的“第一～第四充电状态”的一个例子。状态2、4、6以及8分别是本发明中的“第一～第四放电状态”的一个例子。
接下来，参照图16～图23，对使图4的电力转换电路以升压模式动作时的动作进行说明。
在电力转换电路以升压模式进行动作时，开关S1～S8被控制为交替地切换以下两个状态。
(3)电流不经由输出端口(负载5A)而从输入端口(交流电源1A)经由电抗器L1或者L2向输入端口返回的状态。
(4)电流从输入端口经由电抗器L1或者L2以及输出端口向输入端口返回的状态。
上述(3)是本发明中的“对上述输入端口施加的输入电压，作为充电电压对上述第一或者第二电抗器施加的充电状态”的一个例子。上述(4)是本发明中的“来自上述第一或者第二电抗器的放电电压与来自上述输入端口的上述输入电压的合成电压，施加到上述输出端口的放电状态”的一个例子。
图16是表示在使图4的电力转换电路以升压模式动作的情况下，对端子T1、T2施加正电压而从端子T3、T4输出正电压时的第一期间中的电流的图。图17是表示在使图4的电力转换电路以升压模式动作的情况下，对端子T1、T2施加正电压而从端子T3、T4输出正电压时的第二期间中的电流的图。在该情况下，按照对应于输入电压与所希望的输出电压之比的时间比，交替地切换下述两个开关状态。
状态9：开关S5以及S7接通，开关S1～S4、S6、S8关断(图16)。
状态10：开关S5以及S8接通，开关S1～S4、S6、S7关断(图17)。
在状态9下，电力转换电路将负载5A从交流电源1A切断，将从交流电源1A输入的电力的能量蓄积于电抗器L1。在状态10下，电力转换电路将电抗器L1所积蓄的能量与从交流电源1A输入的电力叠加，向负载5A输出。通过按照对应于输入电压与所希望的输出电压之比的时间比，交替地切换状态9与状态10，由此从端口端子T3、T4输出所希望的电压。
图18是表示在使图4的电力转换电路以升压模式动作的情况下，对端子T1、T2施加正电压而从端子T3、T4输出负电压时的第一期间中的电流的图。图19是表示在使图4的电力转换电路以升压模式动作的情况下，对端子T1、T2施加正电压而从端子T3、T4输出负电压时的第二期间中的电流的图。在该情况下，按照对应于输入电压与所希望的输出电压之比的时间比，交替地切换下述两个开关状态。
状态11：开关S6以及S8接通，开关S1～S5、S7关断(图18)。
状态12：开关S6以及S7接通，开关S1～S5、S8关断(图19)。
在状态11下，电力转换电路将负载5A从交流电源1A切断，将从交流电源1A输入的电力的能量蓄积于电抗器L1。在状态12下，电力转换电路将电抗器L1所积蓄的能量与从交流电源1A输入的电力叠加，并向负载5A输出。通过按照对应于输入电压与所希望的输出电压之比的时间比，交替地切换状态11与状态12，由此从端口端子T3、T4输出所希望的电压。
图20是表示在使图4的电力转换电路以升压模式动作的情况下，对端子T1、T2施加负电压而从端子T3、T4输出正电压时的第一期间中的电流的图。图21是表示在使图4的电力转换电路以升压模式动作的情况下，对端子T1、T2施加负电压而从端子T3、T4输出正电压时的第二期间中的电流的图。在该情况下，按照对应于输入电压与所希望的输出电压之比的时间比，交替地切换下述两个开关状态。
状态13：开关S1以及S3接通，开关S2、S4～S8关断(图20)。
状态14：开关S2以及S3接通，开关S1、S4～S8关断(图21)。
在状态13下，电力转换电路将负载5A从交流电源1A切断，将从交流电源1A输入的电力的能量蓄积于电抗器L2。在状态14下，电力转换电路将电抗器L2所积蓄的能量与从交流电源1A输入的电力叠加，并向负载5A输出。通过按照对应于输入电压与所希望的输出电压之比的时间比，交替地切换状态13与状态14，由此从端口端子T3、T4输出所希望的电压。
图22是表示在使图4的电力转换电路以升压模式动作的情况下，对端子T1、T2施加负电压而从端子T3、T4输出负电压时的第一期间中的电流的图。图23是表示在使图4的电力转换电路以升压模式动作的情况下，对端子T1、T2施加负电压而从端子T3、T4输出负电压时的第二期间中的电流的图。在该情况下，按照对应于输入电压与所希望的输出电压之比的时间比，交替地切换下述两个开关状态。
状态15：开关S2以及S4接通，开关S1、S3、S5～S8关断(图22)。
状态16：开关S1以及S4接通，开关S2、S3、S5～S8关断(图23)。
在状态15下，电力转换电路将负载5A从交流电源1A切断，并将从交流电源1A输入的电力的能量蓄积于电抗器L2。在状态16下，电力转换电路将电抗器L2所积蓄的能量与从交流电源1A输入的电力叠加，并向负载5A输出。通过按照对应于输入电压与所希望的输出电压之比的时间比，交替地切换状态15与状态16，由此从端口端子T3、T4输出所希望的电压。
状态9、11、13以及15分别是本发明中的“第一～第四充电状态”的一个例子。状态10、12、14以及16分别是本发明中的“第一～第四放电状态”的一个例子。
也可以与图8～图23的说明相反，使电源与图4的电力转换电路的端口端子T3、T4连接，使负载与端口端子T1、T2连接。即，也可以为，端口端子T3、T4的对是电力的输入端口，端口端子T1、T2的对是电力的输出端口，电力转换电路将从端口端子T3、T4输入的电力进行转换并从端口端子T1、T2输出。
在该情况下，在电力转换电路以降压模式进行动作时，开关S1～S8被控制为交替地切换以下两个状态。
(1)电流从输入端口经由电抗器L1或者L2以及输出端口向输入端口返回的状态。
(2)电流不经由输入端口而从电抗器L1或者L2经由输出端口向电抗器L1或者L2返回的状态。
因此，在对端子T4、T3施加正电压而从端子T1、T2输出正电压时，交替地切换状态15(图22)以及状态16(图23)。在对端子T4、T3施加正电压而从端子T1、T2输出负电压时，交替地切换状态11(图18)以及状态12(图19)。在对端子T4、T3施加负电压而从端子T1、T2输出正电压时，交替地切换状态13(图20)以及状态14(图21)。在对端子T4、T3施加负电压而从端子T1、T2输出负电压时，交替地切换状态9(图16)以及状态10(图17)。
同样，在电力转换电路以升压模式进行动作时，开关S1～S8被控制为交替地切换以下两个状态。
(3)电流不经由输出端口而从输入端口经由电抗器L1或者L2向输入端口返回的状态。
(4)电流从输入端口经由电抗器L1或者L2以及输出端口向输入端口返回的状态。
因此，在对端子T4、T3施加正电压而从端子T1、T2输出正电压时，交替地切换状态7(图14)以及状态8(图15)。在对端子T4、T3施加正电压而从端子T1、T2输出负电压时，交替地切换状态3(图10)以及状态4(图11)。在对端子T4、T3施加负电压而从端子T1、T2输出正电压时，交替地切换状态5(图12)以及状态6(图13)。在对端子T4、T3施加负电压而从端子T1、T2输出负电压时，交替地切换状态1(图8)以及状态2(图9)。
图4的电力转换电路也能够不使用状态2、4、6、8、10、12、14以及16、而仅使用状态1、3、5以及7(或者状态9、11、13以及15)，由此不进行降压以及升压地进行电力转换。
图24是表示图1的电力发送装置2的升降压动作的模拟结果的图表。根据图24可知，能够对图4的端子T1、T2施加正100V的电压而从端子T3、T4输出降压/升压后的正/负电压。
图25是表示图1的电力接收装置4的动作的模拟结果的图表。图25表示在赋予100V且100kHz的矩形波的输入电力时，不进行降压以及升压地转换为+100V或者－100V的直流的输出电力的情况。根据图25可知，在从开始电力转换起经过了大约0.3毫秒的过渡状态之后，产生所希望的输出电力。
如以上说明的那样，图4的电力转换电路是与现有技术相比更简单的构成，但能够容易地调整电压。
图4的电力转换电路能够以将电力向从端口端子T1、T2朝向端口端子T3、T4的方向以及其相反方向的双方向进行转换的方式进行动作。
本实施方式的电力传送系统也可以具备与电力发送装置2同样地构成的至少一个电力发送装置组、以及与电力接收装置4同样地构成的至少一个电力接收装置组。对一个电力发送装置2的电力转换电路、以及一个电力接收装置4的电力转换电路，赋予相互对应的编码序列。电力发送装置2的电力转换电路根据编码序列，对从发电机1输入的电力进行编码调制而向电力传送线路3输出，电力接收装置4的电力转换电路根据被赋予的编码序列，对从电力传送线路3输入的电力进行编码解调而向电力负载2输出。由此，能够从确定的发电机1向特定的负载2传送电力。因此，能够减少电力传送系统所使用的电力转换电路的个数，并能够以低成本导入电力传送系统。
在使用编码调制以及编码解调并且在电力发送装置2以及电力接收装置4的至少一方进行降压或者升压的情况下，为了进行降压或者升压而变更用于编码调制以及编码解调的编码序列。例如，在状态1(图8)被分配到编码序列中的某个区间的情况下，在电力转换电路以降压模式进行动作时，在该区间中，开关S1～S8被控制为交替地切换状态1(图8)以及状态2(图9)。同样，在状态10(图17)被分配到编码序列中的某个区间的情况下，在电力转换电路以升压模式进行动作时，在该区间中，开关S1～S8被控制为交替地切换状态9(图16)以及状态10(图17)。在被分配了其他状态的编码序列的区间中，开关S1～S8也被同样地控制。
此外，这些概况的或者具体的方式，既可以通过系统、方法、集成电路、计算机程序、或者记录介质来实现，也可以通过系统、装置、方法、集成电路、计算机程序、以及记录介质的任意组合来实现。
本发明的方式所涉及的电力转换电路、电力发送装置、电力接收装置、以及电力传送系统具备以下的构成。
本发明的第一个方式的电力转换电路具备第一～第四端口端子、由第一～第四开关构成的第一全桥电路、由第五～第八开关构成的第二全桥电路、以及第一及第二电抗器，上述第一全桥电路具备位于上述第一以及第二开关之间的第一节点、位于上述第三以及第四开关之间的第二节点、位于上述第一以及第三开关之间的第三节点、以及位于上述第二以及第四开关之间的第四节点，上述第二全桥电路具备位于上述第五以及第六开关之间的第五节点、位于上述第七以及第八开关之间的第六节点、位于上述第五以及第七开关之间的第七节点、以及位于上述第六以及第八开关之间的第八节点，上述第一以及第五节点经由上述第一电抗器相互连接，上述第二以及第六节点经由上述第二电抗器相互连接，上述第一节点与上述第一端口端子连接，上述第六节点与上述第二端口端子连接，上述第三以及第七节点与上述第三端口端子连接，上述第四以及第八节点与上述第四端口端子连接。
本发明的第二方式的电力转换电路为，在第一个方式的电力转换电路中，上述第一开关构成为，在接通时，仅从上述第三节点向上述第一节点流动电流，上述第二开关构成为，在接通时，仅从上述第四节点向上述第一节点流动电流，上述第三开关构成为，在接通时，仅从上述第二节点向上述第三节点流动电流，上述第四开关构成为，在接通时，仅从上述第二节点向上述第四节点流动电流，上述第五开关构成为，在接通时，仅从上述第五节点向上述第七节点流动电流，上述第六开关构成为，在接通时，仅从上述第五节点向上述第八节点流动电流，上述第七开关构成为，在接通时，仅从上述第七节点向上述第六节点流动电流，上述第八开关构成为，在接通时，仅从上述第八节点向上述第六节点流动电流。
本发明的第三方式的电力转换电路为，在第二方式的电力转换电路中，上述第一～第八开关分别具备相互串联连接的MOSFET和二极管。
本发明的第四方式的电力转换电路为，在第二方式的电力转换电路中，上述第一～第八开关分别为双极晶体管。
本发明的第五方式的电力转换电路为，在第一～第四中的一个方式的电力转换电路中，上述第一以及第二端口端子的对和上述第三以及第四端口端子的对中的一方为电力的输入端口，另一方为电力的输出端口，在上述电力转换电路以降压模式进行动作时，上述第一～第八开关被控制为，交替地切换如下状态：电流从上述输入端口经由上述第一或者第二电抗器以及上述输出端口向上述输入端口返回的第一状态、与电流不经由上述输入端口而从上述第一或者第二电抗器经由上述输出端口向上述第一或者第二电抗器返回的第二状态。
本发明的第六方式的电力转换电路为，在第一～第五中一个方式的电力转换电路中，上述第一以及第二端口端子的对和上述第三以及第四端口端子的对中的一方为电力的输入端口，另一方为电力的输出端口，在上述电力转换电路以升压模式进行动作时，上述第一～第八开关被控制为，交替地切换如下状态：电流不经由上述输出端口而从上述输入端口经由上述第一或者第二电抗器向上述输入端口返回的第三状态、与电流从上述输入端口经由上述第一或者第二电抗器以及上述输出端口向上述输入端口返回的第四状态。
本发明的第七方式的电力发送装置为，与电源以及电力传送线路连接，对从上述电源输入的电力的频率进行转换而向上述电力传送线路输出，该电力发送装置具备第一～第六中任一个方式的电力转换电路。
本发明的第八方式的电力发送装置为，在第七方式的电力发送装置中，上述电力转换电路对所输入的电力根据规定的调制编码进行调制而输出。
本发明的第九方式的电力接收装置为，与电力传送线路以及负载连接，对从上述电力传送线路输入的电力的频率进行转换而向上述负载输出，该电力接收装置具备第一～第六中任一个方式的电力转换电路。
本发明的第十方式的电力接收装置为，在第九方式的电力接收装置中，上述电力转换电路对所输入的电力根据规定的调制编码进行解调而输出。
本发明的第十一方式的电力传送系统为，具备：电力发送装置组，具备至少一个第七或者第八方式的电力发送装置；以及电力接收装置组，具备至少一个第九或者第十方式的电力接收装置。
工业实用性
本发明的电力转换电路，可被利用于在交流的电力系统中或者在直流以及交流混合存在的电力系统中对电力进行转换。此外，本发明的电力传送系统，可被利用于从太阳光发电、风力发电、水力发电等的发电机向铁道、EV车辆等传送电力。

Claims (13)

1.一种电力转换电路，具备：
第一支线，包括相互串联连接的第一开关以及第三开关；
第二支线，包括相互串联连接的第二开关以及第四开关，并且，上述第二支线与上述第一支线并联连接；
第三支线，包括相互串联连接的第五开关以及第七开关；
第四支线，包括相互串联连接的第六开关以及第八开关，并且，上述第四支线与上述第三支线并联连接；
第一电抗器，连接在供上述第一以及第二支线连接的第一节点与供上述第三以及第四支线连接的第五节点之间；
第二电抗器，连接在供上述第一以及第二支线连接的第二节点与供上述第三以及第四支线连接的第六节点之间；
与上述第一节点连接的第一端口端子；
与上述第六节点连接的第二端口端子；
第三端口端子，与位于上述第一以及第三开关之间的第三节点、以及位于上述第五以及第七开关之间的第七节点连接；以及
第四端口端子，与位于上述第二以及第四开关之间的第四节点、以及位于上述第六以及第八开关之间的第八节点连接，
上述第一以及第二端口端子的第一对与上述第三以及第四端口端子的第二对中的一方为输入端口，上述第一以及第二对中的另一方为输出端口。
2.如权利要求1所述的电力转换电路，其中，
上述第一开关在接通状态下，仅在从上述第三节点朝向上述第一节点的第一方向上流动电流，
上述第二开关在接通状态下，仅在从上述第四节点朝向上述第一节点的第二方向上流动电流，
上述第三开关在接通状态下，仅在从上述第二节点朝向上述第三节点的第三方向上流动电流，
上述第四开关在接通状态下，仅在从上述第二节点朝向上述第四节点的第四方向上流动电流，
上述第五开关在接通状态下，仅在从上述第五节点朝向上述第七节点的第五方向上流动电流，
上述第六开关在接通状态下，仅在从上述第五节点朝向上述第八节点的第六方向上流动电流，
上述第七开关在接通状态下，仅在从上述第七节点朝向上述第六节点的第七方向上流动电流，
上述第八开关在接通状态下，仅在从上述第八节点朝向上述第六节点的第八方向上流动电流。
3.如权利要求2所述的电力转换电路，其中，
上述第一至第八开关分别包括相互串联连接的MOSFET金属-氧化物半导体场效应晶体管和二极管。
4.如权利要求2所述的电力转换电路，其中，
上述第一至第八开关分别为双极晶体管。
5.一种电力转换装置，具备权利要求1至4中任一项所述的电力转换电路、以及对上述第一至第八开关进行控制的控制电路，其中，
上述控制电路交替地切换：
(A)对上述输入端口施加的输入电压被分压为用于对上述第一或者第二电抗器进行充电的充电电压、以及对上述输出端口施加的电压的充电状态；以及
(B)来自上述第一或者第二电抗器的放电电压被施加到上述输出端口的放电状态。
6.如权利要求5所述的电力转换装置，其中，
上述第一以及第二开关与上述第一节点连接，
上述第三以及第四开关与上述第二节点连接，
上述第五以及第六开关与上述第五节点连接，
上述第七以及第八开关与上述第六节点连接，
上述控制电路为，
在上述充电状态下，从以下充电状态中选择一个：
(a1)上述第五以及第八开关为接通状态，并且上述第一至第四、第六以及第七开关为关断状态的第一充电状态；
(a2)上述第六以及第七开关为接通状态，并且上述第一至第五以及第八开关为关断状态的第二充电状态；
(a3)上述第二以及第三开关为接通状态，并且上述第一以及第四至第八开关为关断状态的第三充电状态；以及
(a4)上述第一以及第四开关为接通状态，并且上述第二、第三以及第五至第八开关为关断状态的第四充电状态，
在上述放电状态下，从以下放电状态中选择一个：
(b1)上述第二以及第五开关为接通状态，并且上述第一、第三、第四以及第六至第八开关为关断状态的第一放电状态；以及
(b2)上述第一以及第六开关为接通状态，并且上述第二至第五、第七以及第八开关为关断状态的第二放电状态，
并从以下放电状态中选择一个：
(b3)上述第三以及第八开关为接通状态，并且上述第一以及第二至第七开关为关断状态的第三放电状态；以及
(b2)上述第四以及第七开关为接通状态，并且上述第一至第三、第五、第六以及第八开关为关断状态的第四放电状态。
7.一种电力转换装置，具备权利要求1至4中任一项所述的电力转换电路、以及对上述第一至第八开关进行控制的控制电路，其中，
上述控制电路交替地切换：
(C)对上述输入端口施加的输入电压，作为充电电压对上述第一或者第二电抗器施加的充电状态；以及
(D)来自上述第一或者第二电抗器的放电电压与来自上述输入端口的上述输入电压的合成电压，被施加到上述输出端口的放电状态。
8.如权利要求7所述的电力转换装置，其中，
上述第一以及第二开关与上述第一节点连接，
上述第三以及第四开关与上述第二节点连接，
上述第五以及第六开关与上述第五节点连接，
上述第七以及第八开关与上述第六节点连接，
上述控制电路为，
在上述充电状态下，从以下充电状态中选择一个：
(c1)上述第五以及第七开关为接通状态，并且上述第一至第四、第六以及第八开关为关断状态的第一充电状态；
(c2)上述第六以及第八开关为接通状态，并且上述第一至第五以及第七开关为关断状态的第二充电状态；
(c3)上述第一以及第三开关为接通状态，并且上述第二以及第四至第八开关为关断状态的第三充电状态；以及
(c4)上述第二以及第四开关为接通状态，并且上述第一、第三以及第五至第八开关为关断状态的第四充电状态，
在上述放电状态下，从以下放电状态中选择一个：
(d1)上述第五以及第八开关为接通状态，并且上述第一至第四、第六以及第七开关为关断状态的第一放电状态；以及
(d2)上述第六以及第七开关为接通状态，并且上述第一至第五以及第八开关为关断状态的第二放电状态，
并从以下放电状态中选择一个：
(d3)上述第二以及第三开关为接通状态，并且上述第一以及第四至第八开关为关断状态的第三放电状态；以及
(d2)上述第一以及第四开关为接通状态，并且上述第二、第三以及第五至第八开关为关断状态的第四放电状态。
9.一种电力发送装置，与电源以及电力传送线路连接，对从上述电源输入的电力的频率进行转换并向上述电力传送线路输出，其中，
具备权利要求5至8中任一项所述的电力转换装置。
10.如权利要求9所述的电力发送装置，其中，
上述电力转换装置将上述输入的电力根据规定的调制编码进行调制并输出。
11.一种电力接收装置，与电力传送线路以及负载连接，对从上述电力传送线路输入的电力的频率进行转换而向上述负载输出，其中，
具备权利要求5至8中任一项所述的电力转换装置。
12.如权利要求11所述的电力接收装置，其中，
上述电力转换装置将上述输入的电力根据规定的调制编码进行解调并输出。
13.一种电力传送系统，具备与电源连接的电力发送装置、与负载连接的电力接收装置、以及将上述电力发送装置以及上述电力接收装置连接的电力传送线路，其中，
上述电力发送装置以及上述电力接收装置分别具备权利要求5至8中任一项所述的电力转换装置，
上述电力发送装置将上述电源的电力根据规定的调制编码进行调制，并向上述电力传送线路发送，
上述电力接收装置从上述电力传送线路接收调制后的电力，并根据规定的解调编码进行解调。
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