CN110063005A - 电力变换装置 - Google Patents

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Abstract

实施方式的电力变换装置具有第1多个电力变换部、第2多个电力变换部、以及绝缘电路。第1多个电力变换部各自能够与第1电源串联地连接。第2多个电力变换部各自能够与和所述第1电源不同的第2电源并联地连接。绝缘电路连接所述第1多个电力变换部与所述第2多个电力变换部之间。

Description

电力变换装置
技术领域
本发明的实施方式涉及电力变换装置。
背景技术
在以往的馈电系统中,为了吸收架线电压的降低、剩余再生电力而设置有蓄电装置。蓄电装置具备用于将蓄电池电压变换为任意的电压而输出的变压器。然而,在架线侧的电压大幅高于蓄电池侧的电压的情况下,无法在与架线侧连接的一次侧的电路以及从变压器被输出电力的二次侧的电路中适用相同的额定电压的半导体元件,与架线侧连接的一次侧的元件额定电压必然地变高。在这样的情况下,由于半导体元件的开关损耗增加,所以因为冷却困难而降低开关频率或者强化变换器的冷却能力。在降低开关频率的情况下,高频变压器的变压器与频率的降低成比例地大型化,导致变换器的体格增加。另一方面,关于强化冷却的情况,由于冷却器具的体积必然地增加,所以也有时导致变换器的体格增加。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2015-177559号公报
发明内容
本发明想要解决的课题在于提供一种能够实现小型化的电力变换装置。
实施方式的电力变换装置具有第1多个电力变换部、第2多个电力变换部、以及绝缘电路。第1多个电力变换部各自能够与第1电源串联地连接。第2多个电力变换部各自能够与和所述第1电源不同的第2电源并联地连接。绝缘电路连接所述第1多个电力变换部与所述第2多个电力变换部之间。
附图说明
图1是示出第1实施方式的电力变换装置的一个例子的图。
图2是示出电力变换部12-1~12-4的结构例的图。
图3是示出具备缓冲电容器的电力变换部的一个例子的图。
图4是示出具备宽带隙半导体的电力变换部的一个例子的图。
图5A是用于说明相对于变压器14-1以及14-2的一次侧以及二次侧的电压的图。
图5B是示出二次侧的电压Vtr2的相位比一次侧的电压Vtr1的相位滞后的例子的图。
图5C是示出二次侧的电压Vtr2的相位比一次侧的电压Vtr1的相位超前的例子的图。
图6是示出控制部20的功能结构的一个例子的图。
图7是示出电压运算部21的功能结构的一个例子的图。
图8是示出第2实施方式的电力变换装置的一个例子的图。
图9是示出第3实施方式的电力变换装置的一个例子的图。
图10是示出第4实施方式的电力变换装置的一个例子的图。
图11是示出第5实施方式的变压器14-1以及14-2的结构例的图。
具体实施方式
以下,参照附图说明实施方式的电力变换装置。此外,在本申请中所称的“连接”还包括意味着电连接的情况。
(第1实施方式)
图1是示出第1实施方式的电力变换装置的一个例子的图。电力变换装置1例如被用于铁路用定置型系统。电力变换装置1例如是能够在第1直流电源(直流电源30)与第2直流电源(直流电源32)之间进行双向的电力供给的转换器装置。
图1所示的电力变换装置1具备高频绝缘电路10-1以及10-2、和控制部20。高频绝缘电路10-1具备电力变换部12-1以及12-3、和变压器14-1。电力变换部12-1和12-3经由变压器14-1串联地连接。高频绝缘电路10-2具备电力变换部12-2以及12-4、和变压器14-2。电力变换部12-2和12-4经由变压器14-2串联地连接。电力变换部12-1以及12-2是“第1多个电力变换部”的一个例子。电力变换部12-3以及12-4是“第2多个电力变换部”的一个例子。电力变换部12-1是“第1电力变换部”的一个例子。电力变换部12-2是“第2电力变换部”的一个例子。电力变换部12-3是“第3电力变换部”的一个例子。电力变换部12-4是“第4电力变换部”的一个例子。变压器14-1以及变压器14-2分别形成“绝缘电路”的一个例子。在第1实施方式中,能够通过使用图1所示的高频绝缘电路10-1以及10-2的双有源桥电路,进行双向的电力融通。
电力变换部12-1以及12-2相互串联地连接,并且各自能够与直流电源30串联地连接。直流电源30例如是架线。直流电源30的电压例如是约1500V。直流电源30是“第1电源”的一个例子。
电力变换部12-3以及12-4相互并联地连接,并且各自能够与直流电源32并联地连接。直流电源32例如是蓄电池等能量积蓄元件。直流电源32的电压例如是约750V。直流电源32是“第2电源”的一个例子。
变压器14-1以及14-2是高频变压器(transformer)。变压器14-1以及14-2的绕组比是例如1:1。电力变换部12-1串联地连接于变压器14-1的一次侧。另外,电力变换部12-3串联地连接于变压器14-1的二次侧。换言之,电力变换部12-1和电力变换部12-3经由变压器14-1连接。另一方面,电力变换部12-2串联地连接于变压器14-2的一次侧。另外,电力变换部12-4串联地连接于变压器14-2的二次侧。换言之,电力变换部12-2和电力变换部12-4经由变压器14-2连接。在第1实施方式中,例如,通过使电力变换部12-1~12-4的至少1个进行高频开关,从直流电源30向直流电源32或者从直流电源32向直流电源30供给电力。此外,变压器14-1以及14-2在直流电源30的电压和直流电源32的电压被平衡的情况下,使一次侧的电路和二次侧的电路绝缘。另外,变压器14-1以及14-2在直流电源30的电压和直流电源32的电压未被平衡的情况下,从电压高的一方的电路向电压低的一方的电路供给电压。
电力变换部12-1与电力变换部12-2串联地连接。在该情况下,通过相对于直流电源30,电力变换部12-1和电力变换部12-2的电压分担成为一半,能够降低用于电力变换部12-1和电力变换部12-2的元件的额定电压。通过使用额定电压低的元件,能够降低在开关时发生的损耗。由于开关损耗能够降低,所以能够使电力变换装置1内的冷却充裕。由此,能够提高变压器14-1以及14-2的频率,能够降低变压器14-1以及14-2的体格。另外,以其他观点来看时,能够实现用于冷却电力变换部12-1~12-4的冷却器具的小型化。
另一方面,经由并联地连接的变压器14-1以及14-2连接到直流电源32侧的电力变换部12-3以及12-4满足与直流电源32的电压相应的绝缘额定即可。例如,即使在将直流电源32的电压设为1100V,直流电源30的电压达到900V的情况下,也能够控制直流电源30与直流电源32之间的电力潮流。
控制部20控制电力变换装置1的整体或者一部分。控制部20通过例如执行程序的CPU(Central Processing Unit,中央处理单元)等处理器、LSI(Large ScaleIntegration,大规模集成电路)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit,专用集成电路)、FPGA(Field-Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)等硬件、或者他们的组合实现。对于控制部20的功能的详情后述。
接下来,具体地说明电力变换部12-1~12-4。图2是示出电力变换部12-1~12-4的结构例的图。图2所示的各电力变换部12-1~12-4是同样的结构,所以在以下的说明中使用电力变换部12-1具体地说明。
电力变换部12-1例如具备4个半导体开关元件12-1a~12-1d和电容器12-1e。4个半导体开关元件12-1a~12-1d是全桥的单相逆变器。半导体开关元件12-1a~12-1d例如是如IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极晶体管)那样能够对电流进行开/关控制的元件。半导体开关元件12-1a和12-1b串联地连接。变压器14-1与半导体开关元件12-1a和12-1b之间连接。半导体开关元件12-1c和12-1d串联地连接。变压器14-1与半导体开关元件12-1c和12-1d之间连接。半导体开关元件12-1a以及12-1b和半导体开关元件12-1c以及12-1d并联地连接。
电容器12-1e比由4个半导体开关元件12-1a~12-1d构成的逆变器电路设置于直流电源30侧。电容器12-1e对电进行充电或者放电。另外,电容器12-1e也可以进行使电压稳定或者去除噪声的处理。通过设置电容器12-1e,半导体开关元件12-1a~12-1d的损耗减少,所以能够抑制发热量。
此外,也可以在电力变换部12-1中具备检测电容器12-1e的电压的电压检测部12-1f。由电压检测部12-1f检测出的电压值被输出到控制部20。电力变换部12-1的电容器12-1e和电力变换部12-2的电容器12-2e串联地连接。电力变换部12-3的电容器12-3e和电力变换部12-4的电容器12-4e并联地连接。
在此,半导体开关元件12-1a~12-1d也可以不是IGBT而是MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,金属氧化物半导体场效应晶体管)。另外,电力变换部12-1~12-4也可以针对设置于各个电力变换部的半导体开关元件具备缓冲电容器。图3是示出具备缓冲电容器的电力变换部的一个例子的图。此外,在图3的例子中,概略地示出与电力变换部12-1对应的电力变换部12-1’的部分。在图3的例子中,针对各半导体开关元件12-1a~12-1d的各个,并联地连接缓冲电容器41a~41d。通过具备缓冲电容器41a~41d,能够抑制元件的开关损耗。
进而,在第1实施方式中,也可以将SiC(Silicon Carbide,碳化硅)等宽带隙半导体用于半导体开关元件。图4是示出具备宽带隙半导体的电力变换部的一个例子的图。在图4的例子中,概略地示出与电力变换部12-1对应的电力变换部12-1”的部分。宽带隙半导体是指带隙大的半导体。例如,宽带隙具有约2.2[eV]程度以上的带隙。在宽带隙半导体中,例如包含III-V族半导体。
在图4的例子中,以与上述IGBT的半导体开关元件12-1a~12-1d同样的配置,设置有宽带隙半导体42-1a~42-1d。通过具备宽带隙半导体42-1a~42-1d,能够实现进一步的低损耗化、高频化所实现的装置的小型化。此外,在第1实施方式中,也可以针对电力变换部12-1~12-4的每个使用不同的半导体开关元件。例如,在直流电源30是比直流电源32高的电压的情况下,关于一次侧的电力变换部12-1以及12-2的半导体开关元件,使用绝缘性比二次侧的电力变换部12-1以及12-2的半导体开关元件高的元件。另外,也可以在电力变换部12-1~12-4的各个中包含的多个半导体开关元件中具备不同的元件。
接下来,说明直流电源30和直流电源32中的电力供给的情况。图5A是用于说明相对于变压器14-1以及14-2的一次侧以及二次侧的电压的图。如图5A所示,将变压器14-1以及14-2的各个的一次侧的电压设为Vtr1,将二次侧的电压设为Vtr2。电压Vtr1以及Vtr2的各个如图5B以及图5C所示,相对于时刻T输出交流脉冲电压。
图5B是示出二次侧的电压Vtr2的相位比一次侧的电压Vtr1的相位滞后的例子的图。在图5B的例子中,相对于变压器14-1以及14-2的一次侧的电压Vtr1,二次侧的电压Vtr2的相位滞后δ[rad]量。在该情况下,电力变换装置1根据该相位差,从直流电源30向直流电源32进行电力供给。
图5C是示出二次侧的电压Vtr2的相位比一次侧的电压Vtr1的相位超前的例子的图。在图5C的例子中,相对于变压器14-1以及14-2的一次侧的电压Vtr1,二次侧的电压Vtr2的相位超前δ[rad]量。在该情况下,电力变换装置1根据该相位差,从直流电源32向直流电源30进行电力供给。在此,用“PDC=(E1×E2/ωL)×(δ-δ2/π)”表示从第1电源30向第2电源32输出的供给电力PDC
在上述供给电力PDC的式中,E1例如是与直流电源30连接的电力变换部12-1的电容器12-1e或者电力变换部12-2的电容器12-2e的电压。E2是与直流电源32连接的电力变换部12-3的电容器12-3e或者电力变换部12-4的电容器12-4e的电压。ω是角频率,用ω=2πf表示。在该情况下,f是控制部20对变压器14-1以及14-2施加的频率。另外,L是将变压器14-1以及14-2的漏电感和从电力变换部12至变压器14的导体电感相加而得到的值。δ是将与直流电源30连接的电力变换部12-1以及12-2输出到变压器14-1以及14-2的交流作为基准的、与直流电源32连接的电力变换部12-3以及12-4输出的电压的相位差[rad]。
例如,在与直流电源30侧连接的电力变换部12-1以及12-2的电压分担偏倚时,元件耐压不足,有可能导致元件故障。因此,在第1实施方式中,管理与直流电源30连接的电力变换部12-1的电容器电压Vdc1和电力变换部12-2的电容器电压Vdc2中的电压分担。
控制部20进行控制使得上述的电压分担成为大致均等。例如,控制部20根据电力变换部12-1的电容器12-1e的电压和电力变换部12-2的电容器12-2e的电压,控制电力变换部12-1以及电力变换部12-2的至少一方,使得各个电压的差变小。
在此,使用附图说明控制部20的功能的详情。图6是示出控制部20的功能结构的一个例子的图。在图6的例子中,控制部20具备电压运算部21、判定部22、以及电力平衡控制部23。电压运算部21输入电力变换部12-1以及12-2的电容器电压Vdc1以及Vdc2,根据输入的电容器电压Vdc1以及Vdc2进行电压运算。图7是示出电压运算部21的功能结构的一个例子的图。图7所示的电压运算部21例如具备运算部21a、21c、以及21e和放大部21b、21d、以及21f。
在图7的例子中,电容器电压Vdc1是由电力变换部12-1的电压检测部12-1f或者电力变换部12-2的电压检测部12-2f中的、至少一方检测出的电压值。另外,电容器电压Vdc2是由电力变换部12-3的电压检测部12-3f或者电力变换部12-4的电压检测部12-4f中的、至少一方检测出的电压值。运算部21a将电容器电压Vdc1和Vdc2相加。放大部21b对由运算部21a得到的值乘以1/2。通过运算部21a以及放大部21b的处理,计算平均电容器电压。
接下来,运算部21c计算从放大部21b输出的平均电容器电压和电容器电压Vdc1的差分。放大部21d对由运算部21c计算出的差分值乘以预定的控制增益Kp而输出差分电压值δadd1。另外,运算部21e计算从放大部21b输出的平均电容器电压和电容器电压Vdc2的差分。放大部21f对由运算部21e计算出的值乘以预定的控制增益Kp而输出差分电压值δadd2。
此外,电压运算部21也可以在图7的结构例中,进而在运算部21c与放大部21d之间以及运算部21e与放大部21f之间分别设置一次延迟电路。通过设置一次延迟电路,能够缓和电力平衡控制的响应。
判定部22将由电压运算部21计算出的差分电压值δadd1加到由高频绝缘电路10-1以及10-2控制的各个相位控制值δ,成为通过相加得到的值(δ+δadd1、δ+δadd2)。判定部22根据该结果,例如判定电容器电压Vdc1高于还是低于平均值。
并且,判定部22在电容器电压Vdc1高于平均值的情况下,判定为在电容器电压Vdc1减少的方向、即从直流电源30向直流电源32的电力供给增加的方向进行平衡控制。另外,判定部22在电容器电压Vdc1低于平均值的情况下,判定为在减少第2电容器电压的方向、即从直流电源32向直流电源30供给电力的方向进行平衡控制。
电力平衡控制部23进行基于由判定部22判定的结果的电力平衡控制。例如,电力平衡控制部23根据由判定部22判定的结果,进行针对电力变换部12-1~12-4的至少1个的电压控制。由此,能够进行调整使得串联地连接的高频绝缘电路10-1以及10-2的电压变得均等。
如上所述,根据第1实施方式,通过进行电压分担,能够抑制元件的开关损耗。因此,元件的发热量被降低,能够使冷却器具等设备小型化。另外,以往的变压器与频率的降低成比例地大型化,但在第1实施方式中,通过使用开关损耗小的元件,能够使冷却器具等设备的冷却性能充裕。因此,电力变换部12能够提高输出频率,并且能够使变压器14的体格小型化。因此,能够使与任意的输入电压、输出电压的电源连接而控制电力潮流的电力变换装置1小型化。此外,根据第1实施方式,能够实现高频绝缘所达成的低噪音化。
(第2实施方式)
接下来,说明第2实施方式。此外,在以下的说明中,对与上述第1实施方式同样的结构部分附上同样的名称以及符号,此处的具体的说明省略。
图8是示出第2实施方式的电力变换装置的一个例子的图。图8所示的电力变换装置2具备高频绝缘电路10-1以及10-2、控制部20、和电抗器50。第2实施方式相比于上述第1实施方式,具备电抗器50。因此,在以下的说明中说明电抗器50。
电抗器50连接于直流电源30的正极侧与电力变换部12-2之间。因此,在电力变换装置2中,由电抗器50和电力变换部12具备的电容器12-1e~12-4e构成LC滤波器。由此,能够抑制高次谐波电流分量向直流电源30的流出。
如上所述,根据第2实施方式,能够通过电抗器50和电容器12-1e~12-4e吸收高次谐波,减轻对电力变换装置2中的其他结构的不良影响。
(第3实施方式)
接下来,说明第3实施方式。此外,在以下的说明中,对与上述第1实施方式同样的结构部分附上同样的名称以及符号,此处的具体的说明省略。
图9是示出第3实施方式的电力变换装置的一个例子的图。图9所示的电力变换装置3具备高频绝缘电路10-1以及10-2、控制部20、和共模芯60以及61。第3实施方式相比于上述第1实施方式,电力变换装置3具备2个共模芯60以及61。因此,在以下的说明中说明2个共模芯60以及61。
共模芯60在直流电源30与电力变换部12-1以及电力变换部12-2之间并联地连接。共模芯62在直流电源32与电力变换部12-3以及电力变换部12-4之间并联地连接。共模芯60以及61例如是共模扼流圈。
共模芯60抑制相对于直流电源30流出的共模电流。另外,共模芯61抑制相对于直流电源32流出的共模电流。
如上所述,根据第3实施方式,直流电源30以及直流电源32能够不受到共模电流所致的影响而进行稳定的电源供给。因此,在电力变换装置3中,电压分担也能够适当地进行。另外,通过进行针对共模电流的对策,能够使用SiC等高速的开关元件。因此,能够抑制开关损耗,元件的发热量被降低,所以能够使冷却器具等设备小型化。
(第4实施方式)
接下来,说明第4实施方式。此外,在以下的说明中,对与上述第3实施方式同样的结构部分附上同样的名称以及符号,此处的具体的说明省略。
图10是示出第4实施方式的电力变换装置的一个例子的图。图10所示的电力变换装置4相比于上述第3实施方式,共模芯的连接位置不同。图10所示的电力变换装置4具备高频绝缘电路10-1以及10-2、控制部20、和共模芯62~65。在图10的例子中,在变压器14-1的一次侧设置共模芯62,在二次侧设置共模芯63。另外,在变压器14-2的一次侧设置共模芯64,在二次侧设置共模芯65。
如上所述,根据第4实施方式,通过设为如图10所示的结构,能够与第3实施方式同样地抑制共模电流。此外,在第4实施方式中,电力变换装置4在4处设置有共模芯62~65,但例如使如在图10所示的路线R所示的电流路径上的共模电流衰减即可,所以设置共模芯62~65中的至少1个即可。
(第5实施方式)
接下来,说明第5实施方式。在第5实施方式中,上述第1~第4实施方式中的变压器14-1以及14-2以外的部分是与这些实施方式同样的结构,所以以下主要说明变压器14-1以及14-2的部分的结构。
图11是示出第5实施方式的变压器14-1以及14-2的结构例的图。在图11的例子中,在变压器14-1以及变压器14-2与第1~第4实施方式中的电力变换装置1~4的框体70之间具备绝缘体72。换言之,变压器14-1以及14-2夹着绝缘体72而设置于框体70。此外,在图11的例子中,为便于说明,示出第1~第4实施方式中的电力变换装置1~4的框体的一部分。框体70与接地74连接,变压器14-1以及14-2经由电感器76与接地74连接。
如上所述,根据第5实施方式,通过用绝缘体72使变压器14-1以及14-2和框体70绝缘,能够抑制共模电流流出到电力变换装置1~4的框体(接地)侧。由此,能够降低电力变换装置内的电磁感应障碍,使装置稳定地工作。
此外,电力变换装置的实施方式不限定于上述第1~第5实施方式,例如也可以组合第1~第5实施方式中的一部分或者全部。另外,在上述各实施方式中,说明了针对2个高频绝缘电路10-1以及10-2的电压分担的控制等,但不限于此,例如也可以根据直流电源30以及直流电源32的电压值而设置3个以上的高频绝缘电路,控制部20进行各个的电压分担的控制。例如,在直流电源30是约3000V的情况下,也可以具备4个高频绝缘电路。
根据以上说明的至少一个实施方式,电力变换装置1(2~4)具有:第1多个电力变换部(电力变换部12-1以及12-2),各自能够与第1电源30串联地连接;第2多个电力变换部(电力变换部12-3以及12-4),各自能够与和所述第1电源30不同的第2电源32并联地连接;以及绝缘电路(变压器14),连接所述第1多个电力变换部与所述第2多个电力变换部之间,从而能够实现电力变换装置的小型化。
虽然说明了本发明的几个实施方式,但这些实施方式作为例子出示,未意图限定发明的范围。这些实施方式能够以其他各种方式实施,能够在不脱离发明的要旨的范围内进行各种省略、置换、变更。这些实施方式、其变形包含于发明的范围、要旨,同样地包含于在权利要求书记载的发明和其均等的范围。

Claims (12)

1.一种电力变换装置,具备:
第1多个电力变换部,各自能够与第1电源串联地连接;
第2多个电力变换部,各自能够与和所述第1电源不同的第2电源并联地连接;以及
绝缘电路,连接所述第1多个电力变换部与所述第2多个电力变换部之间。
2.根据权利要求1所述的电力变换装置,其中,
所述第1多个电力变换部具备第1电力变换部以及第2电力变换部,
所述第2多个电力变换部具备第3电力变换部以及第4电力变换部,
所述第1电力变换部经由所述绝缘电路与所述第3电力变换部连接,所述第2电力变换部经由所述绝缘电路与所述第4电力变换部连接。
3.根据权利要求2所述的电力变换装置,其中,
还具备控制部,该控制部控制所述第1电力变换部和所述第3电力变换部输出的电压以及所述第2电力变换部和所述第4电力变换部输出的电压的相位,控制所述第1电源与所述第2电源之间的电力的供给状态。
4.根据权利要求1~3中的任意一项所述的电力变换装置,其中,
在所述第1电源与所述第1多个电力变换部中的至少一个电力变换部之间连接电抗器。
5.根据权利要求2或者3所述的电力变换装置,其中,
所述第1电力变换部、所述第2电力变换部、所述第3电力变换部以及所述第4电力变换部中的至少一个包括宽带隙半导体。
6.根据权利要求2或者3所述的电力变换装置,其中,
所述第1电力变换部、所述第2电力变换部、所述第3电力变换部以及所述第4电力变换部中的至少一个包括IGBT元件,
缓冲电容器并联地连接于所述IGBT元件。
7.根据权利要求3所述的电力变换装置,其中,
所述第1电力变换部以及所述第2电力变换部各自具备电容器,
所述控制部根据所述第1电力变换部的电容器的电压和所述第2电力变换部的电容器的电压,控制所述第1电力变换部以及所述第2电力变换部的至少一方,使得所述第1电力变换部的电容器的电压和所述第2电力变换部的电容器的电压的差变小。
8.根据权利要求7所述的电力变换装置,其中,
所述第1电力变换部的电容器和所述第2电力变换部的电容器相互串联地连接,
所述控制部根据所述第1电力变换部的电容器以及所述第2电力变换部的电容器的电压的平均值与所述第1电力变换部的电容器的电压以及所述第2电力变换部的电容器的电压的至少一方的比较,控制所述第1电力变换部以及所述第2电力变换部的至少一方,使得所述第1电力变换部的电容器的电压和所述第2电力变换部的电容器的电压的差变小。
9.根据权利要求8所述的电力变换装置,其中,
所述控制部比较所述第1电力变换部的电容器以及所述第2电力变换部的电容器的电压的平均值与所述第1电力变换部的电容器的电压,在所述第1电力变换部的电容器的电压低于所述平均值的情况下,进行控制使得减少经由所述第1电力变换部的从所述第1电源向所述第2电源的电力供给,在所述第1电力变换部的电容器的电压高于所述平均值的情况下,进行控制使得增加经由所述第1电力变换部的从所述第1电源向所述第2电源的电力供给。
10.根据权利要求1至9中的任意一项所述的电力变换装置,其中,
还具备共模芯,该共模芯设置于所述第1电源与所述串联地连接的多个电力变换部之间、所述第2电源与所述并联地连接的多个电力变换部之间、所述绝缘电路与所述串联地连接的多个电力变换部之间、所述绝缘电路与所述并联地连接的多个电力变换部之间的至少一方。
11.根据权利要求1至10中的任意一项所述的电力变换装置,其中,
所述绝缘电路与所述电力变换装置的框体夹着绝缘体而设置,
所述绝缘电路的框体侧的接地经由电感器与接地连接。
12.根据权利要求1至11中的任意一项所述的电力变换装置,其中,
所述第1多个电力变换部以及所述第2多个电力变换部分别是单相逆变器。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115589169A (zh) * 2022-12-13 2023-01-10 麦田能源有限公司 基于瞬时特性的逆变器的控制方法、装置及逆变器系统

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3793078A4 (en) 2018-05-10 2022-01-19 Kabushiki Kaisha Toshiba DC CONVERSION SYSTEM
CN112909949A (zh) * 2019-12-04 2021-06-04 中车株洲电力机车研究所有限公司 一种多流制试验电源系统及其控制方法
US11881788B2 (en) * 2019-12-16 2024-01-23 Mitsubishi Electric Corporation DC/DC converter and power conversion device
JP7433924B2 (ja) 2020-01-20 2024-02-20 株式会社東芝 電力変換装置および変電所用電源装置
EP4170853A1 (en) 2020-06-17 2023-04-26 Kabushiki Kaisha Toshiba Power conversion device, power supply device for transformer substation, and regenerative power storage device

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101743684A (zh) * 2007-07-18 2010-06-16 株式会社村田制作所 绝缘型dc-dc变换器
CN102655346A (zh) * 2012-04-25 2012-09-05 浙江大学 具有自动平衡能力的智能电池模块及电池组
CN103856063A (zh) * 2014-03-27 2014-06-11 扬州大学 一种串-并型双有源桥电路
EP2978118A1 (en) * 2013-03-18 2016-01-27 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Power converter and power conditioner
US20160065077A1 (en) * 2014-08-26 2016-03-03 Fuji Electric Co., Ltd. Dc power supply equipment
JP2016127680A (ja) * 2014-12-26 2016-07-11 株式会社東芝 電力変換装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6157388B2 (ja) 2014-03-13 2017-07-05 三菱電機株式会社 双方向dcdcコンバータ

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101743684A (zh) * 2007-07-18 2010-06-16 株式会社村田制作所 绝缘型dc-dc变换器
CN102655346A (zh) * 2012-04-25 2012-09-05 浙江大学 具有自动平衡能力的智能电池模块及电池组
EP2978118A1 (en) * 2013-03-18 2016-01-27 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Power converter and power conditioner
CN103856063A (zh) * 2014-03-27 2014-06-11 扬州大学 一种串-并型双有源桥电路
US20160065077A1 (en) * 2014-08-26 2016-03-03 Fuji Electric Co., Ltd. Dc power supply equipment
JP2016127680A (ja) * 2014-12-26 2016-07-11 株式会社東芝 電力変換装置

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
P. ZUMEL ET AL.: "Analysis and modeling of a modular ISOP Full Bridge based converter with input filter", 《2016 IEEE APPLIED POWER ELECTRONICS CONFERENCE AND EXPOSITION (APEC)》 *
P. ZUMEL ET AL.: "Control strategy for modular Dual Active Bridge input series output parallel", 《2013 IEEE 14TH WORKSHOP ON CONTROL AND MODELING FOR POWER ELECTRONICS (COMPEL)》 *
PHILIPPE BARRADE ET AL.: "Control of a modular DC-DC converter dedicated to energy storage", 《2015 17TH EUROPEAN CONFERENCE ON POWER ELECTRONICS AND APPLICATIONS (EPE"15 ECCE-EUROPE)》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115589169A (zh) * 2022-12-13 2023-01-10 麦田能源有限公司 基于瞬时特性的逆变器的控制方法、装置及逆变器系统

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Publication number Publication date
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