DE112021002212T5

DE112021002212T5 - Gleichstromleistungsverteilungssystem

Info

Publication number: DE112021002212T5
Application number: DE112021002212.1T
Authority: DE
Inventors: Kenichi Fukuno; Hayato Takeuchi; Takaharu ISHIBASHI; Takushi Jimichi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-04-08
Filing date: 2021-03-09
Publication date: 2023-01-19
Also published as: JP7271788B2; CN115461951A; JPWO2021205801A1; WO2021205801A1; US20230352930A1

Abstract

Die vorliegende Offenbarung unterdrückt den Anstieg der Gerätekosten in einem Gleichstromleistungsverteilungssystem, das eine Verteilungsleitung, auf der ein Erdschluss aufgetreten ist, von einem Ausgangspfad abtrennen kann. Dieses Gleichstromleistungsverteilungssystem umfasst: eine Vielzahl von Leistungsumwandlungsvorrichtungen (41, 42); eine Gleichstromsammelschiene (60); eine Vielzahl von Verteilungsleitungen; eine Vielzahl von ersten Stromunterbrechungsabschnitten (11, 12), die jeweils mit Eingangsseiten der Leistungsumwandlungsvorrichtungen verbunden sind; eine Vielzahl von zweiten Stromunterbrechungsabschnitten (21, 22), die zwischen den Leistungsumwandlungsvorrichtungen und der Gleichstromsammelschiene angeschlossen sind; und eine Vielzahl von dritten Stromunterbrechungsabschnitten (31, 32, 33), die jeweils an den Verteilungsleitungen vorgesehen sind. Die Unterbrechungsstromwerte der dritten Stromunterbrechungsabschnitte sind auf kleinere Werte als ein maximal zulässiger Stromwert der Leistungsumwandlungsvorrichtung eingestellt, in der Kurzschlussstrom den maximal zulässigen Stromwert in einer kürzesten Zeit erreicht.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Gleichstromleistungsverteilungssystem.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Es ist ein Gleichstromleistungsverteilungssystem bekannt, das Leistung, die von einer Vielzahl von Stromnetzen geliefert wird, auf eine Vielzahl von Gleichstromlasten verteilt. Das Gleichstromleistungsverteilungssystem wandelt Leistung, die von Wechselstrom- oder Gleichstromnetzen auf der Eingangsseite geliefert wird, unter Verwendung von Leistungsumwandlungsvorrichtungen mit Wechselstrom-Gleichstrom-Umwandlungsfunktion oder Gleichstrom-Gleichstrom-Umwandlungsfunktion in Gleichstromleistung um, und verteilt die Gleichstromleistung auf Verteilungsleitungen, an die die Gleichstromlasten angeschlossen sind. Wenn in einem solchen Gleichstromleistungsverteilungssystem ein Erdschluss in einer Verteilungsleitung aufgetreten ist, muss die Verteilungsleitung elektrisch von einem Ausgangspfad getrennt werden.
In einem solchen herkömmlichen Gleichstromleistungsverteilungssystem sind Trennschalter an den Verteilungsleitungen und Stromresonanzkreise an den Leistungsumwandlungsvorrichtungen vorgesehen. Wenn in dem Gleichstromleistungsverteilungssystem ein Erdschluss auf einer Verteilungsleitung aufgetreten ist, wird ein Stromnullpunkt durch den Stromresonanzkreis der Leistungsumwandlungsvorrichtung erzeugt, und dann wird der auf der Verteilungsleitung vorgesehene Trennschalter betätigt, um die Verteilungsleitung elektrisch von dem Ausgangspfad zu trennen (siehe z. B. Patentdokument 1).
ZITATLISTE
PATENTDOKUMENT
Patentdokument 1: Japanische offengelegte Patentveröffentlichung Nr. 2008-29044
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
PROBLEME, DIE DURCH DIE ERFINDUNG GELÖST WERDEN SOLLEN
In herkömmlichen Gleichstromleistungsverteilungssystemen muss der Stromresonanzkreis der Leistungsumwandlungsvorrichtung jedoch eine ausreichende Kapazität haben, die die Leitung selbst großer Kurzschlussströme ermöglicht, die durch den Erdschluss verursacht werden, was zu einem Problem der Größenzunahme des Stromresonanzkreises führt. Die Größenzunahme des Stromschwingkreises führt zu einer Gerätekostenerhöhung für die Leistungsumwandlungsvorrichtung.
Die vorliegende Offenbarung wurde gemacht, um das obige Problem zu lösen, und ein Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, eine Gerätekostenerhöhung in einem Gleichstromleistungsverteilungssystem, das eine Verteilungsleitung elektrisch von einem Ausgangspfad trennen kann, wenn ein Erdschluss auf der Verteilungsleitung aufgetreten ist, zu unterdrücken.
LÖSUNG DER PROBLEME
Ein Gleichstromleistungsverteilungssystem gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst: Eine Vielzahl von Leistungsumwandlungsvorrichtungen, die jeweils von einer Vielzahl von Stromnetzen gelieferte Leistungen in Gleichstromleistungen umwandeln und die Gleichstromleistungen ausgeben; eine Gleichstromsammelschiene, durch die die von der Vielzahl der Leistungsumwandlungsvorrichtungen ausgegebenen Gleichstromleistungen fließen; eine Vielzahl von Verteilungsleitungen, die von der Gleichstromsammelschiene abzweigen; eine Vielzahl von ersten Stromunterbrechungsabschnitten, die jeweils zwischen der Vielzahl von Stromnetzen und der Vielzahl von Leistungsumwandlungsvorrichtungen angeschlossen sind; eine Vielzahl von zweiten Stromunterbrechungsabschnitten, die jeweils zwischen der Vielzahl von Leistungsumwandlungsvorrichtungen und der Gleichstromsammelschiene angeschlossen sind; und eine Vielzahl von dritten Stromunterbrechungs-abschnitten, die jeweils an der Vielzahl von Verteilungsleitungen vorgesehen sind. Unterbrechungsstromwerte der Vielzahl von dritten Stromunterbrechungsabschnitte auf kleinere Werte als ein maximal zulässiger Stromwert der Leistungsumwandlungsvorrichtung, in der Kurzschlussstrom den maximal zulässigen Stromwert der Leistungsumwandlungsvorrichtung in einer kürzesten Zeit unter der Vielzahl von Leistungsumwandlungsvorrichtungen erreicht, eingestellt sind.
EFFEKT DER ERFINDUNG
In dem Gleichstromleistungsverteilungssystem gemäß der vorliegenden Offenbarung sind die Unterbrechungsstromwerte der Vielzahl von dritten Stromunterbrechungsabschnitten auf kleinere Werte als der maximal zulässige Stromwert der Leistungsumwandlungsvorrichtung eingestellt, in der Kurzschlussstrom den maximal zulässigen Stromwert der Leistungsumwandlungsvorrichtung in der kürzesten Zeit unter der Vielzahl von Leistungsumwandlungsvorrichtungen erreicht. Wenn also ein Erdschluss in einer Verteilungsleitung aufgetreten ist, kann die Verteilungsleitung elektrisch von dem Ausgangspfad getrennt werden, und auch eine Gerätekostenerhöhung kann unterdrückt werden.
Figurenliste

[1] 1 ist ein Konfigurationsschaubild eines Gleichstromleistungsverteilungssystems gemäß Ausführungsform 1.
[2] 2 zeigt einen Kurzschlussdefekt in dem Gleichstromleistungsverteilungssystem gemäß Ausführungsform 1.
[3] 3 zeigt einen Kurzschlussdefekt in einem Gleichstromleistungsverteilungssystem gemäß Ausführungsform 2.
[4] 4 ist ein Konfigurationsschaubild einer Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 3.
[5] 5 ist ein Konfigurationsschaubild einer Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 3.
[6] 6 ist ein Konfigurationsschaubild einer Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 4.
[7] 7 ist ein Konfigurationsschaubild einer Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 5.
[8] 8 ist ein Konfigurationsschaubild einer Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 6.
[9] 9 ist ein Konfigurationsschaubild einer Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 7.
[10] 10 ist ein Konfigurationsschaubild einer Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 7.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ein Gleichstromleistungsverteilungssystem gemäß Ausführungsformen zur Ausführung der vorliegenden Offenbarung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail beschrieben. In den Zeichnungen bezeichnen die gleichen Bezugszeichen die gleichen oder entsprechende Teile.
Ausführungsform 1
1 ist ein Konfigurationsschaubild eines Gleichstromleistungsverteilungssystems gemäß Ausführungsform 1. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Gleichstromleistungsverteilungssystem, das Leistung von zwei Stromnetzen erhält und Strom an drei Gleichstromlasten verteilt, als ein Beispiel beschrieben. Wie in 1 gezeigt, erhält ein Gleichstromleistungsverteilungssystem 10 der vorliegenden Ausführungsform Leistung, die von einer Vielzahl von Stromnetzen 1, 2 durch entsprechende Leistungsumwandlungsvorrichtungen 41, 42 eingegeben wird, und verteilt Leistungen an eine Vielzahl von Gleichstromlasten 51, 52, 53. In dem Gleichstromleistungsverteilungssystem der vorliegenden Ausführungsform kann es drei oder mehr Stromnetze und vier oder mehr Gleichstromlasten geben.
Ein erster Stromunterbrechungsabschnitt 11 ist mit der Eingangsseite der Leistungsumwandlungsvorrichtung 41 verbunden, und ein zweiter Stromunterbrechungsabschnitt 21 ist mit der Ausgangsseite der Leistungsumwandlungsvorrichtung 41 verbunden. Ein erster Stromunterbrechungsabschnitt 12 ist mit der Eingangsseite der Leistungsumwandlungsvorrichtung 42 verbunden, und ein zweiter Stromunterbrechungsabschnitt 22 ist mit der Ausgangsseite der Leistungsumwandlungsvorrichtung 42 verbunden. Der Ausgang der Leistungsumwandlungsvorrichtung 41 ist über den zweiten Stromunterbrechungsabschnitt 21 mit einer Gleichstromsammelschiene 60 verbunden. Der Ausgang der Leistungsumwandlungsvorrichtung 42 ist über den zweiten Stromunterbrechungsabschnitt 22 mit der Gleichstromsammelschiene 60 verbunden. Gleichstromlasten 51, 52, 53 sind über die dritten Stromunterbrechungsabschnitte 31, 32 bzw. 33 mit der Gleichstromsammelschiene 60 verbunden.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 41 erhält über den ersten Stromunterbrechungsabschnitt 11 Leistung aus dem Stromnetz 1. Dann wandelt die Leistungsumwandlungsvorrichtung 41 die von dem Stromnetz 1 erhaltene Leistung in Gleichstromleistung mit einem anderen Spannungsniveau um und gibt die Gleichstromleistung über den zweiten Stromunterbrechungsabschnitt 21 an die Gleichstromsammelschiene 60 aus. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 42 erhält über den ersten Stromunterbrechungsabschnitt 12 Leistung aus dem Stromnetz 2. Dann wandelt die Leistungsumwandlungsvorrichtung 42 die von dem Stromnetz 2 empfangene Leistung in Gleichstromleistung mit einem anderen Spannungsniveau um und gibt die Gleichstromleistung über den zweiten Stromunterbrechungsabschnitt 22 an die Gleichstromsammelschiene 60 aus. Die in die Gleichstromsammelschiene 60 eingespeiste Leistung wird über die dritten Stromunterbrechungsabschnitte 31, 32, 33 an die Gleichstromlasten 51, 52, 53 verteilt.
In der vorliegenden Ausführungsform ist jede der Leistungsumwandlungsvorrichtungen 41, 42 eine Gleichstrom-Gleichstrom-Leistungsumwandlungsvorrichtung oder eine Wechselstrom-Gleichstrom-Leistungsumwandlungsvorrichtung. Wenn beispielsweise das Stromnetz 1 ein Gleichstromnetz ist, ist die Leistungsumwandlungsvorrichtung 41 eine Gleichstrom-Gleichstrom-Leistungsumwandlungsvorrichtung. Wenn das Stromnetz 2 ein Wechselstromnetz ist, ist die Leistungsumwandlungsvorrichtung 42 eine Wechselstrom-Gleichstrom-Leistungsumwandlungsvorrichtung. Die Leistungsumwandlungsvorrichtungen 41, 42 sind Leistungsumwandlungsvorrichtungen, die aus Halbleiterelementen aufgebaut sind.
In der vorliegenden Ausführungsform können die ersten Stromunterbrechungsabschnitte 11, 12, die zweiten Stromunterbrechungsabschnitte 21, 22 und die dritten Stromunterbrechungsabschnitte 31, 32, 33 Stromschutzschalter sein, wie z.B. ein Halbleiterschutzschalter mit einem Halbleiterelement, ein Schutzschalter ohne Sicherung (no-fuse breaker), der einen Strompfad durch Schalten eines mechanischen Kontakts unterbricht, oder eine Sicherung, die einen Strompfad durch Schmelzen eines Leiters mit Joulescher Wärme unterbricht, wenn ein großer Strom fließt. Geeignete Schutzschalter werden unter Berücksichtigung der für das Gleichstromleistungsverteilungssystem 10 erforderlichen Stromunterbrechungszeit, des Wertes des zu unterbrechenden Stroms, Kosten und dergleichen ausgewählt.
Das Gleichstromleistungsverteilungssystem 10, das wie oben beschrieben ausgestaltet ist, erhält Leistungen von der Vielzahl von Stromnetzen 1, 2, wandelt die erhaltenen Leistungen durch die Leistungsumwandlungsvorrichtungen 41, 42 in Gleichstromleistung um und verteilt dann die Gleichstromleistung an die Gleichstromlasten 51, 52, 53. Somit kann das Gleichstromleistungsverteilungssystem 10 selbst in einem Fall, in dem eines der Stromnetze 1, 2 ausfällt, die Verteilung von Leistung an die Gleichstromlasten fortsetzen, indem es Leistung von dem anderen Stromnetz erhält.
Als nächstes wird ein Betrieb in einem Fall beschrieben, in dem ein Kurzschlussdefekt in dem Gleichstromleistungsverteilungssystem 10 der vorliegenden Ausführungsform aufgetreten ist.
2 zeigt einen Fall, in dem ein Kurzschlussdefekt in der Verteilungsleitung aufgetreten ist, an die die Gleichstromlast in dem Gleichstromleistungsverteilungssystem 10 der vorliegenden Ausführungsform angeschlossen ist. In 2 zeigt ein Pfeil mit durchgezogener Linie einen Teil an, in dem ein Kurzschlussdefekt 70 aufgetreten ist. Zudem zeigen zwei gestrichelte Pfeile einen Kurzschlussstrom 71 an, der von dem Stromnetz 1 zu dem Teil fließt, an dem der Kurzschlussdefekt 70 aufgetreten ist, und den Kurzschlussstrom 72, der von dem Stromnetz 2 zu dem Teil fließt, an dem der Kurzschlussdefekt aufgetreten ist.
Wie in 2 gezeigt, wird angenommen, dass der Kurzschlussdefekt 70 in der Verteilungsleitung, an die die Gleichstromlast 51 angeschlossen ist, in dem Gleichstromleistungsverteilungssystem 10 aufgetreten ist. Zu diesem Zeitpunkt fließt der Kurzschlussstrom 71, der aus dem Stromnetz 1 fließt, durch den ersten Stromunterbrechungsabschnitt 11, die Leistungsumwandlungsvorrichtung 41, den zweiten Stromunterbrechungsabschnitt 21, die Gleichstromsammelschiene 60 und den dritten Stromunterbrechungsabschnitt 31 und fließt dann in den Teil, in dem der Kurzschlussdefekt 70 auftritt. In ähnlicher Weise fließt der Kurzschlussstrom 72, der aus dem Stromnetz 2 fließt, durch den ersten Stromunterbrechungsabschnitt 12, die Leistungsumwandlungsvorrichtung 42, den zweiten Stromunterbrechungsabschnitt 22, die Gleichstromsammelschiene 60 und den dritten Stromunterbrechungsabschnitt 31 und fließt dann in den Teil, in dem der Kurzschlussdefekt 70 auftritt. Somit fließen die Kurzschlussströme 71, 72 durch die jeweiligen Leistungsumwandlungsvorrichtungen 41, 42 und den dritten Stromunterbrechungsabschnitt 31.
Der Kurzschlussstrom 71 fließt, bis einer des ersten Stromunterbrechungsabschnitts 11, des zweiten Stromunterbrechungsabschnitts 21 und des dritten Stromunterbrechungsabschnitts 31 auslöst. In ähnlicher Weise fließt der Kurzschlussstrom 72, bis einer des ersten Stromunterbrechungsabschnitts 12, des zweiten Stromunterbrechungsabschnitts 22 und des dritten Stromunterbrechungsabschnitts 31 auslöst. Somit fließt der Kurzschlussstrom 71 während eines Zeitraums vom Auftreten des Kurzschlussdefekts bis zur Unterbrechung des Kurzschlussstroms 71 durch die Leistungsumwandlungsvorrichtung 41. In ähnlicher Weise fließt während eines Zeitraums vom Auftreten des Kurzschlussdefekts bis zur Unterbrechung des Kurzschlussstroms 72 der Kurzschlussstrom 72 durch die Leistungsumwandlungsvorrichtung 42.
Die Kurzschlussströme 71, 72 hängen in hohem Maße von parasitären Impedanzen wie einer parasitären Induktivität und einem parasitären Widerstand, die auf den Strompfaden vorhanden sind, sowie von den Arten der Leistungsumwandlungsvorrichtungen 41, 42 ab. In einem allgemeinen Gleichstromleistungsverteilungssystem sind jedoch parasitäre Impedanzen von Strompfaden, die Verluste verursachen, so ausgelegt, dass sie klein sind, um Leistung effizient an Gleichstromlasten zu verteilen. Daher ist der Einfluss der parasitären Impedanzen der Strompfade auf die Kurzschlussströme nahezu vernachlässigbar. Zudem gibt es verschiedene Arten von Leistungsumwandlungsvorrichtungen, und im Falle der Verwendung einer solchen Art, die eine Induktivität innerhalb der Leistungsumwandlungsvorrichtung umfasst, wird die Größe des Kurzschlussstroms reduziert. Ferner unterscheidet sich die Größe der Induktivität der Leistungsumwandlungsvorrichtung auch durch die Art der Leistungsumwandlungsvorrichtung. Daher sind der Induktivitätswert der Leistungsumwandlungsvorrichtung 41 und der Induktivitätswert der Leistungsumwandlungsvorrichtung 42 voneinander verschieden. Daher sind der Stromwert des Kurzschlussstroms 71 und der Stromwert des Kurzschlussstroms 72 voneinander verschieden.
In den Halbleiterelementen, aus denen die Leistungsumwandlungsvorrichtungen aufgebaut sind, gibt es einen maximal zulässigen Wert für angelegten Strom. Im Allgemeinen ist es sehr wahrscheinlich, dass das Halbleiterelement ausfällt, wenn ein Strom fließt, der den maximal zulässigen Wert für angelegten Strom überschreitet. Im Folgenden wird der maximal zulässige Wert für angelegten Strom der Leistungsumwandlungsvorrichtung als ein maximal zulässiger Stromwert bezeichnet. Jeder Kurzschlussstrom 71, 72 nimmt mit der Zeit ab Auftreten des Kurzschlussdefekts zu, bis einer des ersten Stromunterbrechungsabschnitts 11, 12, des zweiten Stromunterbrechungsabschnitts 21, 22 und des dritten Stromunterbrechungsabschnitts 31 anspricht.
Hier wird davon ausgegangen, dass die Induktivität in der Leistungsumwandlungsvorrichtung 41 größer ist als die Induktivität in der Leistungsumwandlungsvorrichtung 42. In diesem Fall steigt der Kurzschlussstrom 72, der durch die Leistungsumwandlungsvorrichtung 42 fließt, schneller an als der Kurzschlussstrom 71, der durch die Leistungsumwandlungsvorrichtung 41 fließt. Daher erreicht der Kurzschlussstrom 72, der durch die Leistungsumwandlungsvorrichtung 42 fließt, den maximal zulässigen Stromwert in einer kürzeren Zeit als der Kurzschlussstrom 71. Somit hat die Leistungsumwandlungsvorrichtung 42 eine geringere Widerstandsfähigkeit gegen einen Kurzschlussdefekt als die Leistungsumwandlungsvorrichtung 41.
Um die Zuverlässigkeit des Gleichstromleistungsverteilungssystems zu gewährleisten, muss die Verteilungsleitung, auf der der Kurzschlussdefekt aufgetreten ist, bei einem kleineren Stromwert als dem maximal zulässigen Stromwert der Leistungsumwandlungsvorrichtung, deren Widerstandsfähigkeit gegen einen Kurzschlussdefekt unter den in dem Gleichstromleistungsverteilungssystem umfassten Leistungsumwandlungsvorrichtungen am kleinsten ist, elektrisch getrennt werden. Das heißt, Unterbrechungsstromwerte der Vielzahl von dritten Stromunterbrechungsabschnitte 31, 32, 33 sind auf kleinere Werte als der maximal zulässige Stromwert der Leistungsumwandlungsvorrichtung, bei der der Kurzschlussstrom den maximal zulässigen Stromwert der Leistungsumwandlungsvorrichtung in der kürzesten Zeit unter der Vielzahl von Leistungsumwandlungsvorrichtung en 41, 42 erreicht, eingestellt.
In dem Gleichstromleistungsverteilungssystem 10, das wie oben beschrieben ausgestaltet ist, fallen die Leistungsumwandlungsvorrichtungen 41, 42 selbst in einem Fall, in dem ein Kurzschlussdefekt aufgetreten ist, nicht aus, und nur die Verteilungsleitung, auf der der Kurzschlussdefekt aufgetreten ist, wird durch den dritten Stromunterbrechungsabschnitt von dem Ausgangspfad getrennt, wodurch es möglich ist, die Leistungsverteilung an die anderen normalen Verteilungsleitungen fortzusetzen. Zudem müssen die Leistungsumwandlungsvorrichtungen 41, 42 nicht mit einem Stromresonanzkreis versehen sein, so dass eine Gerätekostenerhöhung unterdrückt werden kann.
Ausführungsform 2
In Ausführungsform 1 wurde das Einstellen der Unterbrechungsstromwerte für die dritten Stromunterbrechungsabschnitte beschrieben. In Ausführungsform 2 wird das Einstellen der Unterbrechungsstromwerte für die zweiten Stromunterbrechungsabschnitte beschrieben. Die Ausgestaltung des Gleichstromleistungsverteilungssystems in der vorliegenden Ausführungsform ist die gleiche wie die Ausgestaltung des Gleichstromleistungsverteilungssystems in Ausführungsform 1.
3 zeigt einen Fall, in dem ein Kurzschlussdefekt auf der Gleichstromsammelschiene 60 in dem Gleichstromleistungsverteilungssystem 10 der vorliegenden Ausführungsform aufgetreten ist. Zu diesem Zeitpunkt fließt der Kurzschlussstrom 71, der aus dem Stromnetz 1 fließt, durch den ersten Stromunterbrechungsabschnitt 11, die Leistungsumwandlungsvorrichtung 41, den zweiten Stromunterbrechungsabschnitt 21 und die Gleichstromsammelschiene 60 und fließt dann in den Teil, in dem der Kurzschlussdefekt 70 auftritt. In ähnlicher Weise fließt der Kurzschlussstrom 72, der aus dem Stromnetz 2 fließt, durch den ersten Stromunterbrechungsabschnitt 12, die Leistungsumwandlungsvorrichtung 42, den zweiten Stromunterbrechungsabschnitt 22 und die Gleichstromsammelschiene 60 und fließt dann in den Teil, in dem der Kurzschlussdefekt 70 auftritt. Die Kurzschlussströme 71, 72 fließen also durch die jeweiligen Leistungsumwandlungsvorrichtungen 41, 42.
Der Kurzschlussstrom 71 fließt, bis entweder der erste Stromunterbrechungsabschnitt 11 oder der zweite Stromunterbrechungsabschnitt 21 anspricht. In ähnlicher Weise fließt der Kurzschlussstrom 72, bis entweder der erste Stromunterbrechungsabschnitt 12 oder der zweite Stromunterbrechungsabschnitt 22 anspricht. Somit fließt der Kurzschlussstrom 71 während eines Zeitraums vom Auftreten des Kurzschlussdefekts bis zur Unterbrechung des Kurzschlussstroms 71 durch die Leistungsumwandlungsvorrichtung 41. In ähnlicher Weise fließt während eines Zeitraums vom Auftreten des Kurzschlussdefekts bis zur Unterbrechung des Kurzschlussstroms 72 der Kurzschlussstrom 72 durch die Leistungsumwandlungsvorrichtung 42.
Um die Kurzschlussströme 71, 72 durch die zweiten Stromunterbrechungsabschnitte 21, 22 zu unterbrechen und die Leistungsumwandlungsvorrichtungen 41, 42 zu schützen, muss ein Unterbrechungsstromwert des zweiten Stromunterbrechungsabschnitts 21 auf einen kleineren Wert als den maximal zulässigen Stromwert der Leistungsumwandlungsvorrichtung 41 eingestellt werden. In ähnlicher Weise muss ein Unterbrechungsstromwert des zweiten Stromunterbrechungsabschnitts 22 auf einen kleineren Wert als den maximal zulässigen Stromwert der Leistungsumwandlungsvorrichtung 42 eingestellt werden. Das heißt, die Unterbrechungsstromwerte der zweiten Stromunterbrechungsabschnitte 21, 22 müssen unter Berücksichtigung der Widerstandsfähigkeit der Leistungsumwandlungsvorrichtungen 41, 42 gegenüber einem Kurzschlussdefekt individuell eingestellt werden. Das Einstellen unterschiedlicher Unterbrechungsstromwerte für die Vielzahl von zweiten Stromunterbrechungsabschnitten erhöht jedoch die Anzahl der Art von Vorrichtungen, aus denen das Gleichstromleistungsverteilungssystem aufgebaut ist, was zu einer Kostenerhöhung für das Gleichstromleistungsverteilungssystem führt.
In dem Gleichstromleistungsverteilungssystem 10 der vorliegenden Ausführungsform sind die Widerstandsfähigkeiten der Leistungsumwandlungsvorrichtungen 41, 42 gegen einen Kurzschlussdefekt gleich eingestellt, wodurch es möglich wird, einen gleichen Unterbrechungsstromwert für die zweiten Stromunterbrechungsabschnitte 21, 22 einzustellen. Infolgedessen können dieselben Vorrichtungen gemeinsam für die zweiten Stromunterbrechungsabschnitte 21, 22 verwendet werden, und daher wird es möglich, eine Kostenerhöhung für das Gleichstromleistungsverteilungssystem 10 zu unterdrücken.
Beispiele für Verfahren zum Einstellen der Widerstandsfähigkeiten der Leistungsumwandlungsvorrichtungen 41, 42 gegen einen Kurzschlussdefekt auf einen gleichen Wert sind wie folgt: Erhöhen des internen Induktivitätswerts der Leistungsumwandlungsvorrichtung mit der geringeren Widerstandsfähigkeit der Leistungsumwandlungsvorrichtungen 41, 42 oder Verwenden von Halbleiterelementen mit einem großen maximal zulässigen Stromwert für die Halbleiterelemente, aus denen die Leistungsumwandlungsvorrichtungen 41, 42 aufgebaut sind. Es wird darauf hingewiesen, dass, wenn die Werte in der vorliegenden Ausführungsform „gleich“ sind, die Werte als gleich angesehen werden, auch wenn es Fehler aufgrund individueller Unterschiede zwischen den Vorrichtungen gibt, aus denen die Leistungsumwandlungsvorrichtungen 41, 42 aufgebaut sind.
In dem Gleichstromleistungsverteilungssystem, das wie oben beschrieben ausgebildet ist, können die gleichen Vorrichtungen gemeinsam für die zweiten Stromunterbrechungsabschnitte verwendet werden, und daher kann eine Kostenerhöhung unterdrückt werden. Da die Widerstandsfähigkeiten der Leistungsumwandlungsvorrichtungen 41, 42 gegen einen Kurzschlussdefekt gleich eingestellt sind, können die gleichen Vorrichtungen, die für die zweiten Stromunterbrechungsabschnitte verwendet werden, auch gemeinsam für die dritten Stromunterbrechungsabschnitte verwendet werden, wodurch eine weitere Kostenerhöhung unterdrückt werden kann.
Ausführungsform 3
In Ausführungsform 3 wird ein Fall beschrieben, in dem ein Stromnetz ein dreiphasiges Wechselstromnetz und ein anderes Stromnetz ein einphasiges Wechselstromnetz in dem Gleichstromleistungsverteilungssystem von Ausführungsform 1 ist. Die Ausgestaltung des Gleichstromleistungsverteilungssystems in der vorliegenden Ausführungsform ist die gleiche wie die Ausgestaltung des Gleichstromleistungsverteilungssystems in Ausführungsform 1. Es wird angenommen, dass das Stromnetz 1 ein dreiphasiges Wechselstromnetz und das Stromnetz 2 ein einphasiges Wechselstromnetz ist.
4 ist ein Konfigurationsschaubild der Leistungsumwandlungsvorrichtung 41 in dem Gleichstromleistungsverteilungssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 41 ist eine Wechselstrom-Gleichstrom-Leistungsumwandlungsvorrichtung, die dreiphasige Wechselstromleistung aus dem Stromnetz 1 erhält und die Wechselstromleistung in Gleichstromleistung umwandelt. Wie in 4 gezeigt, umfasst die Leistungsumwandlungsvorrichtung 41 der vorliegenden Ausführungsform einen Wechselstrom-Eingangsanschluss 410, über den dreiphasige Wechselstromleistung aus dem Stromnetz 1 eingespeist wird, einen Transformator 411, eine Filterschaltung 412, einen Gleichrichter 413 und einen Gleichstrom-Ausgangsanschluss 414, über den Gleichstromleistung ausgegeben wird.
Der Transformator 411 umfasst eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung. Das Wicklungsverhältnis der Primärwicklung und der Sekundärwicklung wird aus dem Verhältnis zwischen einer Gleichspannung des Gleichstromleistungsverteilungssystems, einer Wechselspannung der Primärwicklung und einer Wechselspannung der Sekundärwicklung bestimmt. Die Primärwicklung des Transformators 411 hat Anzapfungen, um eine Spannung der Sekundärwicklung konstant zu halten, wenn eine Spannung des Stromnetzes 1 schwankt. Der Gleichrichter 413 hat keine Ausgangsspannungssteuerungsfunktion. Wenn also eine Spannung des Stromnetzes 1 und damit auch eine Spannung der Sekundärwicklung schwankt, schwankt daher auch eine Spannung des Gleichstromleistungsverteilungssystems. Wenn eine Gleichspannung des Gleichstromleistungsverteilungssystems so schwankt, dass sie außerhalb des Betriebsspannungsbereichs der Gleichstromlast liegt, kann die Gleichstromlast nicht arbeiten. In der Leistungsumwandlungsvorrichtung 41 der vorliegenden Ausführungsform wird eine Spannung der Sekundärwicklung konstant gehalten, da die Primärwicklung Anzapfungen hat. Daher wird der Ausgang des Gleichstromleistungsverteilungssystems 10 nicht durch Spannungsschwankungen in dem Stromnetz 1 beeinflusst, und die Zuverlässigkeit des Gleichstromleistungsverteilungssystems wird verbessert.
Die Filterschaltung 412 ist angeschlossen, um zu verhindern, dass eine von dem Gleichrichter 413 erzeugte Oberschwingung in das Stromnetz 1 einfließt, und wird nach Bedarf angeschlossen.
Der Gleichrichter 413 umfasst sechs Dioden D11 bis D16, die Halbleiterelemente sind. Im Allgemeinen wird der in 4 gezeigte Gleichrichter 413 als 6-Puls-Gleichrichter oder einfach als Diodengleichrichter bezeichnet. Um die Welligkeit der an dem Gleichstrom-Ausgangsanschluss 414 ausgegebenen Spannung zu verringern, kann ferner eine Gleichstromdrossel oder ein Kondensator zwischen den Gleichrichter 413 und den Gleichstrom-Ausgangsanschluss 414 geschaltet werden. Es ist möglich, die Stromkapazität der Leistungsumwandlungsvorrichtung 41 zu erhöhen, indem eine Vielzahl von Gleichrichtern 413 parallel geschaltet werden, und es ist auch möglich, die Stromkapazität zu erhöhen, indem eine Vielzahl von Dioden D11 bis D16 wie notwendig parallel geschaltet werden.
Zudem hat der Transformator 411 eine Kurzschlussimpedanz, und wenn ein Kurzschlussdefekt aufgetreten ist, kann der Transformator 411 den Kurzschlussstrom reduzieren. Ferner ist es durch Einstellen dieser Kurzschlussimpedanz auf einen geeigneten Wert auch möglich, den Kurzschlussstrom auf den maximal zulässigen Stromwert des Halbleiterelements oder darunter zu reduzieren.
5 ist ein Konfigurationsschaubild der Leistungsumwandlungsvorrichtung 42 in dem Gleichstromleistungsverteilungssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 42 ist eine Wechselstrom-Gleichstrom-Leistungsumwandlungsvorrichtung, die einphasige Wechselstromleistung aus dem Stromnetz 2 erhält und die Wechselstromleistung in Gleichstromleistung umwandelt. Wie in 5 gezeigt, umfasst die Leistungsumwandlungsvorrichtung 42 der vorliegenden Ausführungsform einen Wechselstrom-Eingangsanschluss 420, über den einphasige Wechselstromleistung aus dem Stromnetz 2 eingespeist wird, einen Transformator 421, eine Filterschaltung 422, einen Gleichrichter 423 und einen Gleichstrom-Ausgangsanschluss 424, über den Gleichstromleistung ausgegeben wird.
Der Transformator 421 umfasst eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung. Das Wicklungsverhältnis der Primärwicklung und der Sekundärwicklung wird aus dem Verhältnis zwischen einer Gleichspannung des Gleichstromleistungsverteilungssystems, einer Wechselspannung der Primärwicklung und einer Wechselspannung der Sekundärwicklung bestimmt. Die Primärwicklung des Transformators 421 hat Anzapfungen, um eine Spannung der Sekundärwicklung konstant zu halten, wenn eine Spannung des Stromnetzes 2 schwankt. Der Gleichrichter 423 hat keine Ausgangsspannungssteuerungsfunktion. Wenn also eine Spannung des Stromnetzes 2 und damit auch eine Spannung der Sekundärwicklung schwankt, schwankt daher auch eine Spannung des Gleichstromleistungsverteilungssystems. Wenn eine Gleichspannung des Gleichstromleistungsverteilungssystems so schwankt, dass sie außerhalb des Betriebsspannungsbereichs der Gleichstromlast liegt, kann die Gleichstromlast nicht arbeiten. In der Leistungsumwandlungsvorrichtung 42 der vorliegenden Ausführungsform wird eine Spannung der Sekundärwicklung konstant gehalten, da die Primärwicklung Anzapfungen hat. Daher wird der Ausgang des Gleichstromleistungsverteilungssystems 10 nicht durch Spannungsschwankungen in dem Stromnetz 2 beeinflusst, und die Zuverlässigkeit des Gleichstromleistungsverteilungssystems wird verbessert.
Die Filterschaltung 422 ist angeschlossen, um zu verhindern, dass eine von dem Gleichrichter 423 erzeugte Oberschwingung in das Stromnetz 2 fließt, und wird nach Bedarf angeschlossen.
Der Gleichrichter 423 umfasst vier Dioden D21 bis D24, die Halbleiterelemente sind. Im Allgemeinen wird der in 5 gezeigte Gleichrichter 423 als ein einphasiger Gleichrichter oder einfach als ein Diodengleichrichter bezeichnet. Um die Welligkeit einer von dem Gleichstrom-Ausgangsanschluss 424 ausgegebenen Spannung zu verringern, kann ferner eine Gleichstromdrossel oder ein Kondensator zwischen den Gleichrichter 423 und den Gleichstrom-Ausgangsanschluss 424 geschaltet werden. Es ist möglich, die Stromkapazität der Leistungsumwandlungsvorrichtung 42 zu erhöhen, indem eine Vielzahl von Gleichrichtern 423 parallel geschaltet werden, und es ist auch möglich, die Stromkapazität zu erhöhen, indem eine Vielzahl von Dioden D21 bis D24 nach Bedarf parallel geschaltet werden.
Zudem hat der Transformator 421 eine Kurzschlussimpedanz, und wenn ein Kurzschlussdefekt aufgetreten ist, kann der Transformator 421 den Kurzschlussstrom reduzieren. Durch Einstellen dieser Kurzschlussimpedanz auf einen geeigneten Wert ist es außerdem möglich, den Kurzschlussstrom auf den maximal zulässigen Stromwert des Halbleiterelements oder darunter zu reduzieren.
In dem Gleichstromleistungsverteilungssystem 10, das wie oben beschrieben ausgestaltet ist, ist es in einem Fall, in dem ein Stromnetz ein dreiphasiges Wechselstromnetz und ein anderes Stromnetz ein einphasiges Wechselstromnetz ist, möglich, die jeweils erhaltenen Wechselstromleistungen in Gleichstromleistungen umzuwandeln und die Gleichstromleistungen an die Gleichstromlasten zu verteilen.
Ausführungsform 4
In Ausführungsform 3 wurde ein Fall beschrieben, in dem der Gleichrichter der Leistungsumwandlungsvorrichtung 42 ein einphasiger Gleichrichter ist. Im Allgemeinen gibt ein einphasiger Gleichrichter jedoch mehr Oberwellenkomponenten ab als ein 6-Puls-Gleichrichter. Daher muss die Filterschaltung 422 der Leistungsumwandlungsvorrichtung 42 größer als die Filterschaltung 412 der Leistungsumwandlungsvorrichtung 41 sein, was zu einer Kostenerhöhung für das Gleichstromleistungsverteilungssystem führt. Da die Welligkeit der Ausgangsspannung eines einphasigen Gleichrichters größer ist als die Welligkeit der Ausgangsspannung eines 6-Puls-Gleichrichters, muss zudem die Kapazität eines Kondensators zur Reduzierung der Welligkeit der Ausgangsspannung erhöht werden. Dies führt auch zu einer Kostenerhöhung für das Gleichstromleistungsverteilungssystem. Ein Gleichstromleistungsverteilungssystem der Ausführungsform 4 ist so ausgestaltet, dass der Gleichrichter der Leistungsumwandlungsvorrichtung 42, in die in dem Gleichstromleistungsverteilungssystem der Ausführungsform 3 einphasige Wechselstromleistung eingespeist wird, durch einen einphasigen Pulsbreitenmodulationsgleichrichter (einphasiger PWM-Gleichrichter) ersetzt wird. Die Ausgestaltung des Gleichstromleistungsverteilungssystems in der vorliegenden Ausführungsform ist die gleiche wie die Ausgestaltung des Gleichstromleistungsverteilungssystems in Ausführungsform 1. Das Stromnetz 1 wird als ein dreiphasiges Wechselstromnetz und das Stromnetz 2 als ein einphasiges Wechselstromnetz angenommen.
6 ist ein Konfigurationsschaubild der Leistungsumwandlungsvorrichtung 42 in dem Gleichstromleistungsverteilungssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 42 ist eine Wechselstrom-Gleichstrom-Leistungsumwandlungsvorrichtung, die einphasige Wechselstromleistung aus dem Stromnetz 2 erhält und die Wechselstromleistung in Gleichstromleistung umwandelt. Wie in 6 gezeigt, umfasst die Leistungsumwandlungsvorrichtung 42 der vorliegenden Ausführungsform einen Wechselstrom-Eingangsanschluss 420, über den einphasige Wechselstromleistung aus dem Stromnetz 2 eingespeist wird, einen Transformator 421, eine Filterschaltung 422, einen Gleichrichter 423 und einen Gleichstrom-Ausgangsanschluss 424, über den Gleichstromleistung ausgegeben wird. Ferner ist in der Leistungsumwandlungsvorrichtung 42 der vorliegenden Ausführungsform ein Kondensator 425 zur Verringerung der Welligkeit der Ausgangsspannung parallel zu dem Gleichstrom-Ausgangsanschluss 424 angeschlossen. Der Transformator 421 ist der gleiche wie der der Leistungsumwandlungsvorrichtung 42 in Ausführungsform 3, und die Filterschaltung 422 ist auch in der gleichen Weise nach Bedarf angeschlossen.
Der Gleichrichter 423 der vorliegenden Ausführungsform ist so ausgestaltet, dass die vier Dioden D21 bis D24 des Gleichrichters 423 der Leistungsumwandlungsvorrichtung 42 in Ausführungsform 3 jeweils durch vier Halbleiterschaltelemente Q21 bis Q24 ersetzt werden. Im Allgemeinen wird der in 6 gezeigte Gleichrichter 423 als einphasiger PWM-Gleichrichter bezeichnet. Die Halbleiterschaltelemente Q21 bis Q24 können Halbleiterschaltelemente mit einer Selbstabschaltungsfunktion sein, wie z. B. ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) oder ein Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET), dem eine Diode antiparallel geschaltet ist. Es ist auch möglich, die Stromkapazität zu erhöhen, indem eine Vielzahl von Halbleiterschaltelementen nach Bedarf parallel geschaltet werden. Die Halbleiterschaltelemente Q21 bis Q24 werden durch eine Gate-Treiberschaltung (nicht gezeigt) zwischen EIN und AUS geschaltet, und Schaltvorgänge zwischen EIN und AUS (Schaltvorgänge) werden durch ein von einer Steuereinheit (nicht gezeigt) übertragenes Steuersignal gesteuert.
Da der Gleichrichter 423 der vorliegenden Ausführungsform als ein einphasiger PWM-Gleichrichter ausgestaltet ist, kann eine Oberwellenkomponente, die durch Schaltvorgänge der Halbleiterschaltelemente Q21 bis Q24 ausgegeben wird, reduziert werden, und daher kann die Filterschaltung 422 verkleinert werden. Zudem kann die Filterschaltung 422 verkleinert werden, wenn Schaltvorgänge der Halbleiterschaltelemente Q21 bis Q24 mit einer höheren Frequenz durchgeführt werden. Da eine Welligkeit einer Gleichspannung, die durch Schaltvorgänge der Halbleiterschaltelemente Q21 bis Q24 ausgegeben wird, reduziert werden kann, kann der Kondensator 425 verkleinert werden.
In einem Fall, in dem Anforderungen an die Netzqualität des einphasigen Wechselstromnetzes des Stromnetzes 2 hoch sind und ein zulässiger Oberschwingungspegel gering ist, muss ein einphasiger PWM-Gleichrichter auf die Leistungsumwandlungsvorrichtung 42, die Leistung aus dem Stromnetz 2 erhält, angewendet werden.
Da in dem Gleichstromleistungsverteilungssystem der vorliegenden Ausführungsform ein einphasiger PWM-Gleichrichter auf die Leistungsumwandlungsvorrichtung, die einphasige Wechselstromleistung erhält, angewendet wird, können die Filterschaltung und der Kondensator dieser Leistungsumwandlungsvorrichtung verkleinert werden. Infolgedessen können die Kosten für das Gleichstromleistungsverteilungssystem reduziert werden.
Ausführungsform 5
In Ausführungsform 4 wurde ein Verfahren zur Reduzierung einer Oberschwingungskomponente in einer Leistungsumwandlungsvorrichtung, die an ein einphasiges Wechselstromnetz angeschlossenen ist, beschrieben. In Ausführungsform 5 wird ein Verfahren zur Reduzierung einer Oberschwingungskomponente in einer Leistungsumwandlungsvorrichtung, die an ein dreiphasiges Wechselstromnetz angeschlossenen ist, beschrieben.
7 ist ein Konfigurationsschaubild der Leistungsumwandlungsvorrichtung 41 in dem Gleichstromleistungsverteilungssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 41 ist eine Wechselstrom-Gleichstrom-Leistungsumwandlungsvorrichtung, die dreiphasige Wechselstromleistung aus dem Stromnetz 1 erhält und die Wechselstromleistung in Gleichstromleistung umwandelt. Wie in 7 gezeigt, umfasst die Leistungsumwandlungsvorrichtung 41 der vorliegenden Ausführungsform einen Wechselstrom-Eingangsanschluss 410, über den dreiphasige Wechselstromleistung aus dem Stromnetz 1 eingespeist wird, einen Transformator 411, eine Filterschaltung 412, einen Gleichrichter 413 und einen Gleichstrom-Ausgangsanschluss 414, über den Gleichstromleistung ausgegeben wird. Die Ausgestaltung des Gleichstromleistungsverteilungssystems in der vorliegenden Ausführungsform ist die gleiche wie die Ausgestaltung des Gleichstromleistungsverteilungssystems in Ausführungsform 1.
Der Transformator 411 umfasst eine Primärwicklung, eine Sekundärwicklung und eine Tertiärwicklung. Der Transformator 411 führt eine Spannungsumwandlung von dreiphasiger Wechselstromleistung durch, der in die Primärwicklung, in die Sekundärwicklung und in die Tertiärwicklung eingespeist wird, und gibt die resultierenden Leistungen aus.
Die Filterschaltung 412 ist angeschlossen, um zu verhindern, dass eine von dem Gleichrichter 413 erzeugte Oberschwingung in das Stromnetz 1 fließt, und wird nach Bedarf angeschlossen.
Der Gleichrichter 413 umfasst zwölf Dioden D11 bis D22, die Halbleiterelemente sind. Im Allgemeinen wird der in 7 gezeigte Gleichrichter 413 als ein 12-Puls-Gleichrichter oder einfach als ein Diodengleichrichter bezeichnet. Der Gleichrichter 413 ist so ausgestaltet, dass die in 4 gezeigten 6-Puls-Gleichrichter in Reihe geschaltet sind. Wie in 7 gezeigt, werden die Ausgänge der Sekundär- und der Tertiärwicklung des Transformators 411 jeweils in zwei 6-Puls-Gleichrichter eingespeist, die in Reihe geschaltet sind.
Eine Oberschwingung, die von dem 12-Puls-Gleichrichter ausgegeben wird, ist kleiner als die des 6-Puls-Gleichrichters. Daher ist in dem Gleichstromleistungsverteilungssystem der vorliegenden Ausführungsform eine Oberschwingung kleiner als in dem Gleichstromleistungsverteilungssystem der Ausführungsform 3. Daher kann in dem Gleichstromleistungsverteilungssystem der vorliegenden Ausführungsform die Filterschaltung 412 verkleinert oder entfernt werden. In einem Fall, in dem die Anforderungen an die Netzqualität des dreiphasigen Wechselstromnetzes des Stromnetzes 1 hoch sind und ein zulässiger Oberschwingungspegel gering ist, muss ein 12-Puls-Gleichrichter auf die Leistungsumwandlungsvorrichtung 41 angewendet werden, die Leistung aus dem Stromnetz 1 erhält.
Ferner wird in dem Gleichstromleistungsverteilungssystem der vorliegenden Ausführungsform ein Kurzschlussstrom bei einem Kurzschlussdefekt aufgrund einer abfallenden Charakteristik, die auf einer magnetischen Kopplung zwischen der Sekundärwicklung und der Tertiärwicklung des Transformators 411 basiert, verringert. Somit kann die Widerstandsfähigkeit gegen einen Kurzschlussdefekt verbessert werden. Es ist möglich, die Stromkapazität der Leistungsumwandlungsvorrichtung 41 zu erhöhen, indem eine Vielzahl von Gleichrichtern 413 parallel geschaltet werden, und es ist auch möglich, die Stromkapazität zu erhöhen, indem eine Vielzahl von Dioden D11 bis D22 nach Bedarf parallel geschaltet werden.
Ausführungsform 6
8 ist ein Konfigurationsschaubild der Leistungsumwandlungsvorrichtung 41 in dem Gleichstromleistungsverteilungssystem gemäß Ausführungsform 6. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 41 ist eine Wechselstrom-Gleichstrom-Leistungsumwandlungsvorrichtung, die dreiphasige Wechselstromleistung aus dem Stromnetz 1 erhält und die Wechselstromleistung in Gleichstromleistung umwandelt. Wie in 8 gezeigt, umfasst die Leistungsumwandlungsvorrichtung 41 der vorliegenden Ausführungsform einen Wechselstrom-Eingangsanschluss 410, über den dreiphasige Wechselstromleistung aus dem Stromnetz 1 eingespeist wird, einen Transformator 411, eine Filterschaltung 412, einen Gleichrichter 413 und einen Gleichstrom-Ausgangsanschluss 414, über den Gleichstromleistung ausgegeben wird. Ferner ist in der Leistungsumwandlungsvorrichtung 41 der vorliegenden Ausführungsform ein Kondensator 415 zur Verringerung einer Welligkeit einer Ausgangsspannung parallel zu dem Gleichstrom-Ausgangsanschluss 414 angeschlossen. Der Transformator 411 und die Filterschaltung 412 sind die gleichen wie bei der Leistungsumwandlungsvorrichtung 41 in Ausführungsform 3. Die Ausgestaltung des Gleichstromleistungsverteilungssystems in der vorliegenden Ausführungsform ist die gleiche wie die Ausgestaltung des Gleichstromleistungsverteilungssystems in Ausführungsform 1.
Der Gleichrichter 413 der vorliegenden Ausführungsform ist so ausgestaltet, dass die sechs Dioden D11 bis D16 des Gleichrichters 413 der Leistungsumwandlungsvorrichtung 41 in Ausführungsform 3 durch sechs Halbleiterschaltelemente Q11 bis Q16 ersetzt werden. Im Allgemeinen wird der in 8 gezeigte Gleichrichter 413 als dreiphasiger PWM-Gleichrichter bezeichnet. Die Halbleiterschaltelemente Q11 bis Q16 können Halbleiterschaltelemente mit Selbstabschaltungsfunktion sein, wie z. B. einen IGBT oder einen MOSFET, dem eine Diode antiparallel geschaltet ist. Es ist auch möglich, die Stromkapazität zu erhöhen, indem eine Vielzahl von Halbleiterschaltelementen nach Bedarf parallel geschaltet werden. Schaltvorgänge der Halbleiterschaltelemente Q11 bis Q16 werden durch ein von einer Steuereinheit (nicht gezeigt) übertragenes Steuersignal gesteuert.
Da der Gleichrichter 413 der vorliegenden Ausführungsform als ein dreiphasiger PWM-Gleichrichter ausgestaltet ist, kann eine Oberwellenkomponente, die durch Schaltvorgänge der Halbleiterschaltelemente Q11 bis Q16 ausgegeben wird, reduziert werden, und daher kann die Filterschaltung 412 verkleinert werden. Zudem kann die Filterschaltung 412 verkleinert werden, wenn Schaltvorgänge der Halbleiterschaltelemente Q11 bis Q16 mit einer höheren Frequenz durchgeführt werden. Da eine Welligkeit einer Gleichspannung, die durch Schaltvorgänge der Halbleiterschaltelemente Q11 bis Q16 ausgegeben wird, reduziert werden kann, kann auch der Kondensator 415 verkleinert werden.
In einem Fall, in dem die Anforderungen an die Netzqualität des dreiphasigen Wechselstromnetzes des Stromnetzes 1 hoch sind und ein zulässiger Oberschwingungspegel gering ist, muss ein dreiphasiger PWM-Gleichrichter auf die Leistungsumwandlungsvorrichtung 41, die Leistung aus dem Stromnetz 1 erhält, angewendet werden.
Da in dem Gleichstromleistungsverteilungssystem der vorliegenden Ausführungsform ein dreiphasiger PWM-Gleichrichter auf die Leistungsumwandlungsvorrichtung, die dreiphasige Wechselstromleistung erhält, angewendet wird, können die Filterschaltung und der Kondensator der Leistungsumwandlungsvorrichtung verkleinert werden. Infolgedessen können die Kosten für das Gleichstromleistungsverteilungssystem reduziert werden. Es ist möglich, die Stromkapazität der Leistungsumwandlungsvorrichtung 41 zu erhöhen, indem eine Vielzahl von Gleichrichtern 413 parallel geschaltet werden.
Ausführungsform 7
In dem Gleichstromleistungsverteilungssystem gemäß jeder der Ausführungsformen 3 bis 6 wurde die Wechselstrom-Gleichstrom-Leistungsumwandlungsvorrichtung beschrieben. In einem Gleichstromleistungsverteilungssystem von Ausführungsform 7 wird eine Gleichstrom-Gleichstrom-Leistungsumwandlungsvorrichtung beschrieben. Die Ausgestaltung des Gleichstromleistungsverteilungssystems in der vorliegenden Ausführungsform ist die gleiche wie die Ausgestaltung des Gleichstromleistungsverteilungssystems in Ausführungsform 1.
9 ist ein Konfigurationsschaubild der Leistungsumwandlungsvorrichtung 41 in dem Gleichstromleistungsverteilungssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 41 ist eine Gleichstrom-Gleichstrom-Leistungsumwandlungsvorrichtung, die Gleichstromleistung aus dem Stromnetz 1 empfängt und die Gleichstromleistung in Gleichstromleistung mit anderer Spannung umwandelt. Wie in 9 gezeigt, umfasst die Leistungsumwandlungsvorrichtung 41 der vorliegenden Ausführungsform einen Gleichstrom-Eingangsanschluss 416, über den Gleichstromleistung aus dem Stromnetz 1 eingespeist wird, einen Kondensator 417, der parallel zu dem Gleichstrom-Eingangsanschluss 416 geschaltet ist, zwei Halbleiterschaltelemente 418, die parallel zum Kondensator 417 geschaltet sind, und einen Gleichstrom-Ausgangsanschluss 414, über den Gleichstromleistung ausgegeben wird. Ferner umfasst die Leistungsumwandlungsvorrichtung 41 eine Gleichstromdrossel 419, die zwischen dem Gleichstrom-Ausgangsanschluss und einem Zwischenpunkt zwischen den beiden Halbleiterschaltelementen 418 angeschlossen ist, und einen Kondensator 415, der parallel zu dem Gleichstrom-Ausgangsanschluss 414 angeschlossen ist. Die in 9 gezeigte Leistungsumwandlungsvorrichtung 41 wird als bidirektionaler Chopper bezeichnet und ist eine Leistungsumwandlungsvorrichtung, die in der Lage ist, Leistung in beiden Richtungen zwischen dem Gleichstrom-Eingangsanschluss 416 und dem Gleichstrom-Ausgangsanschluss 414 zu übertragen.
Schaltvorgänge der beiden Halbleiterschaltelemente 418 werden durch ein von einer Steuereinheit (nicht gezeigt) übertragenes Steuersignal gesteuert. In der Leistungsumwandlungsvorrichtung 41 der vorliegenden Ausführungsform kann die von dem Gleichstrom-Ausgangsanschluss 414 ausgegebene Gleichstromspannung durch Steuerung der Schaltvorgänge der Halbleiterschaltelemente 418 mit hoher Genauigkeit gesteuert werden, konstant zu sein. Somit kann die Leistungsqualität des Gleichstromleistungsverteilungssystems 10 verbessert werden. Zudem wird in einem Fall, in dem ein Kurzschlussdefekt aufgetreten ist, ein Kurzschlussstrom durch die Gleichstromdrossel 419 reduziert. Durch geeignete Einstellung des Reaktanzwerts der Gleichstromdrossel 419 kann daher die Widerstandsfähigkeit der Leistungsumwandlungsvorrichtung 41 gegen Kurzschluss verbessert werden. Es ist möglich, die Stromkapazität der Leistungsumwandlungsvorrichtung 41 zu erhöhen, indem eine Vielzahl von Reihenschaltungseinheiten, die jeweils aus zwei Halbleiterschaltelementen 418 aufgebaut sind, parallel geschaltet werden.
10 ist ein Konfigurationsschaubild einer weiteren Leistungsumwandlungsvorrichtung 41 in dem Gleichstromleistungsverteilungssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 41 ist eine Gleichstrom-Gleichstrom-Leistungsumwandlungsvorrichtung, die Gleichstromleistung aus dem Stromnetz 1 erhält und die Gleichstromleistung in Gleichstromleistung mit anderer Spannung umwandelt.
Wie in 10 zeigt, umfasst die Leistungsumwandlungsvorrichtung 41 der vorliegenden Ausführungsform einen Gleichstrom-Eingangsanschluss 416, über den Gleichstrom des Stromnetzes 1 eingespeist wird, einen Kondensator 417, der parallel zu dem Gleichstrom-Eingangsanschluss 416 geschaltet ist, eine primärseitige Brückenschaltung 413a, die aus vier Halbleiter-Schaltelementen Q11 bis Q14 aufgebaut ist, einen Transformator 411, eine sekundärseitige Brückenschaltung 413b, die aus vier Halbleiter-Schaltelementen Q15 bis Q18 aufgebaut ist, einen Gleichstrom-Ausgangsanschluss 414, über den Gleichstromleistung ausgegeben wird, und einen Kondensator 415, der parallel zu dem Gleichstrom-Ausgangsanschluss 414 geschaltet ist. Die in 10 gezeigte Leistungsumwandlungsvorrichtung 41 wird als bidirektionale isolierte Gleichstrom-Gleichstrom-Leistungsumwandlungsvorrichtung bezeichnet und ist eine Leistungsumwandlungsvorrichtung, die in der Lage ist, Leistung in beiden Richtungen zwischen dem Gleichstrom-Eingangsanschluss 416 und dem Gleichstrom-Ausgangsanschluss 414 zu übertragen.
Schaltvorgänge der Halbleiterschaltelemente Q11 bis Q14 der primärseitigen Brückenschaltung 413a und Schaltvorgänge der Halbleiterschaltelemente Q15 bis Q18 der sekundärseitigen Brückenschaltung 413b werden durch ein von einer Steuereinheit (nicht gezeigt) übertragenes Steuersignal gesteuert. In der Leistungsumwandlungsvorrichtung 41 der vorliegenden Ausführungsform kann die von dem Gleichstrom-Ausgangsanschluss 414 ausgegebene Gleichstromspannung durch Steuerung der Schaltvorgänge der Halbleiterschaltelemente Q11 bis Q18 mit hoher Genauigkeit gesteuert werden, konstant zu sein. Somit kann die Leistungsqualität des Gleichstromleistungsverteilungssystems 10 verbessert werden. Wenn Schaltvorgänge der Halbleiterschaltelemente Q11 bis Q18 mit einer höheren Frequenz durchgeführt werden, kann der Transformator 411 zudem verkleinert werden. Ferner hat der Transformator 411 eine Kurzschlussimpedanz, und wenn ein Kurzschlussdefekt aufgetreten ist, kann der Transformator 411 den Kurzschlussstrom reduzieren. Durch Einstellen dieser Kurzschlussimpedanz auf einen geeigneten Wert ist es außerdem möglich, den Kurzschlussstrom auf den maximal zulässigen Stromwert des Halbleiterelements oder darunter zu reduzieren. Es ist möglich, die Stromkapazität der Leistungsumwandlungsvorrichtung 41 zu erhöhen, indem eine Vielzahl von primärseitigen Brückenschaltungen 413a parallel geschaltet werden und eine Vielzahl von sekundärseitigen Brückenschaltungen 413b parallel geschaltet werden, und es ist auch möglich, die Stromkapazität zu erhöhen, indem eine Vielzahl von Halbleiterschaltelementen Q11 bis Q18 nach Bedarf parallel geschaltet werden.
Obwohl die Offenbarung oben in Bezug auf verschiedene beispielhafte Ausführungsformen und Implementierungen beschrieben ist, sollte verstanden werden, dass die verschiedenen Merkmale, Aspekte und Funktionen, die in einer oder mehreren der einzelnen Ausführungsformen beschrieben sind, in ihrer Anwendbarkeit auf die spezielle Ausführungsform, mit der sie beschrieben werden, nicht beschränkt sind, sondern stattdessen alleine oder in verschiedenen Kombinationen auf eine oder mehrere der Ausführungsformen der Offenbarung anwendbar sind.
Es versteht sich daher, dass zahlreiche Modifikationen, die nicht beispielhaft gezeigt sind, entwickelt werden können, ohne den Rahmen der vorliegenden Offenbarung zu verlassen. Zum Beispiel kann mindestens einer der Bestandteile geändert, hinzugefügt oder weggelassen werden. Mindestens einer der in mindestens einer der bevorzugten Ausführungsformen genannten Bestandteile kann ausgewählt und mit den in einer anderen bevorzugten Ausführungsform genannten Bestandteilen kombiniert werden.
Bezugszeichenliste

1, 2: Stromnetz
10: Gleichstromleistungsverteilungssystem
11, 12: erster Stromunterbrechungsabschnitt
21, 22: zweiter Stromunterbrechungsabschnitt
31, 32, 33: dritter Stromunterbrechungsabschnitt
41, 42: Leistungsumwandlungsvorrichtung
51, 52, 53: Gleichstromlast
60: Gleichstromsammelschiene
70: Kurzschlussdefekt
71, 72: Kurzschlussstrom
410, 420: Gleichstrom-Eingangsanschluss
411, 421: Transformator
412, 422: Filterschaltung
413, 423: Gleichrichter
414, 424: Gleichstrom-Ausgangsanschluss
417, 415, 425: Kondensator
413a: Primärseitige Brückenschaltung
413b: Sekundärseitige Brückenschaltung
416: Gleichstrom-Eingangsanschluss
418: Halbleiter-Schaltelement
419: Gleichstrom-Drossel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 200829044 [0004]

Claims

Ein Gleichstromleistungsverteilungssystem aufweisend: eine Vielzahl von Leistungsumwandlungsvorrichtungen, die jeweils von einer Vielzahl von Stromnetzen gelieferte Leistungen in Gleichstromleistungen umwandeln und die Gleichstromleistungen ausgeben; eine Gleichstromsammelschiene, durch die die von der Vielzahl der Leistungsumwandlungsvorrichtungen ausgegebenen Gleichstromleistungen fließen; eine Vielzahl von Verteilungsleitungen, die von der Gleichstromsammelschiene abzweigen; eine Vielzahl von ersten Stromunterbrechungsabschnitten, die jeweils zwischen der Vielzahl von Stromnetzen und der Vielzahl von Leistungsumwandlungsvorrichtungen angeschlossen sind; eine Vielzahl von zweiten Stromunterbrechungsabschnitten, die jeweils zwischen der Vielzahl von Leistungsumwandlungsvorrichtungen und der Gleichstromsammelschiene angeschlossen sind; und eine Vielzahl von dritten Stromunterbrechungsabschnitten, die jeweils an der Vielzahl von Verteilungsleitungen vorgesehen sind, wobei Unterbrechungsstromwerte der Vielzahl von dritten Stromunterbrechungsabschnitte auf kleinere Werte als ein maximal zulässiger Stromwert der Leistungsumwandlungsvorrichtung, in der Kurzschlussstrom den maximal zulässigen Stromwert der Leistungsumwandlungsvorrichtung in einer kürzesten Zeit unter der Vielzahl von Leistungsumwandlungsvorrichtungen erreicht, eingestellt sind.
Gleichstromleistungsverteilungssystem nach Anspruch 1, wobei ein Unterbrechungsstromwert jedes zweiten Stromunterbrechungsabschnitts kleiner ist als der maximal zulässige Stromwert der Leistungsumwandlungsvorrichtung, an die der zweite Stromunterbrechungsabschnitt angeschlossen ist.
Gleichstromleistungsverteilungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die maximal zulässigen Stromwerte der Vielzahl von Leistungsumwandlungsvorrichtungen gleich sind.
Gleichstromleistungsverteilungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Oberschwingung, die von jeder der Vielzahl von Leistungsumwandlungsvorrichtungen ausgegeben wird, innerhalb eines zulässigen Oberschwingungsbereichs liegt, der für das Stromnetz vorgeschrieben ist, das die Leistung an die Leistungsumwandlungsvorrichtung liefert.
Gleichstromleistungsverteilungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei mindestens eine der Vielzahl von Leistungsumwandlungsvorrichtungen eine Wechselstrom-Gleichstrom-Leistungsumwandlungsvorrichtung ist, die einen Wechselstrom-Eingangsanschluss, einen Transformator, dessen Eingangsseite mit dem Wechselstrom-Eingangsanschluss verbunden ist, eine Filterschaltung, die mit einer Ausgangsseite des Transformators verbunden ist, einen Diodengleichrichter, dessen Eingangsseite mit der Filterschaltung verbunden ist, und einen Gleichstrom-Ausgangsanschluss, der mit einer Ausgangsseite des Diodengleichrichters verbunden ist, umfasst.
Gleichstromleistungsverteilungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei mindestens eine der Vielzahl von Leistungsumwandlungsvorrichtungen eine Wechselstrom-Gleichstrom-Leistungsumwandlungsvorrichtung ist, die einen Wechselstrom-Eingangsanschluss, einen Transformator, dessen Eingangsseite mit dem Wechselstrom-Eingangsanschluss verbunden ist, eine Filterschaltung, die mit einer Ausgangsseite des Transformators verbunden ist, einen PWM-Gleichrichter, dessen Eingangsseite mit der Filterschaltung verbunden ist, und einen Gleichstrom-Ausgangsanschluss, der mit einer Ausgangsseite des PWM-Gleichrichters verbunden ist, umfasst.
Gleichstromleistungsverteilungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei mindestens eine der Vielzahl von Leistungsumwandlungsvorrichtungen eine Gleichstrom-Gleichstrom-Leistungsumwandlungsvorrichtung ist, die einen Gleichstrom-Eingangsanschluss, einen ersten Kondensator, der parallel zu dem Gleichstrom-Eingangsanschluss geschaltet ist, zwei Halbleiter-Schaltelemente, die parallel zu dem ersten Kondensator geschaltet sind, einen Gleichstrom-Ausgangsanschluss, der mit einem Zwischenpunkt zwischen den beiden Halbleiter-Schaltelementen verbunden ist, eine Gleichstromdrossel, die zwischen dem Gleichstrom-Ausgangsanschluss und den Zwischenpunkt zwischen den beiden Halbleiter-Schaltelementen geschaltet ist, und einen zweiten Kondensator, der parallel zu dem Gleichstrom-Ausgangsanschluss geschaltet ist, umfasst.
Gleichstromleistungsverteilungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei mindestens eine der Vielzahl von Leistungsumwandlungsvorrichtungen eine Gleichstrom-Gleichstrom-Leistungsumwandlungsvorrichtung ist, die einen Gleichstrom-Eingangsanschluss, einen ersten Kondensator, der parallel zu dem Gleichstrom-Eingangsanschluss geschaltet ist, eine primärseitige Brückenschaltung, die parallel zu dem ersten Kondensator geschaltet ist, einen Gleichstrom-Ausgangsanschluss, einen zweiten Kondensator, der parallel zu dem Gleichstrom-Ausgangsanschluss geschaltet ist, eine sekundärseitige Brückenschaltung, die parallel zu dem zweiten Kondensator geschaltet ist, und einen Transformator, der zwischen der primärseitigen Brückenschaltung und der sekundärseitigen Brückenschaltung geschaltet ist, umfasst.