JP2007300783A - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】瞬時大電力供給装置1のコンバータ4は、制御電極による制御によってユニポーラ半導体素子として動作させるかバイポーラ半導体素子として動作させるかが選択される複合機能を有するワイドギャップ複合機能半導体素子を備える。コンバータ4は、ワイドギャップ複合機能半導体素子をスイッチング素子として用いて、通常時は、変圧器5から交流を直流に変換して二次電池2出力して充電する一方、瞬時大電力を必要とするときは、二次電池2からの直流電力を交流電力に変換して変圧器5に出力する。
【選択図】図1
Description
制御電極による制御によってユニポーラ半導体素子として動作させるかバイポーラ半導体素子として動作させるかが選択される複合機能を有するワイドギャップ複合機能半導体素子を備え、
前記ワイドギャップ複合機能半導体素子をスイッチング素子として用いて、交流を直流に変換して出力する動作、または、直流を交流に変換して出力する動作の少なくとも一方を行うことを特徴とする。
図1は、本発明の第1実施例の電力変換装置を用いたピ−クカット用の瞬時大電力供給装置1、及びこの瞬時大電力供給装置1が接続された、変電所130から重要負荷104、105及び一瞬負荷110に至る電力供給系統のブロック図である。「ピークカット」とは、電力需要の急増により、消費電力が変電所130の供給可能な電力を超過するとき、変電所130以外の電源から超過分を供給することをいい、この状態にあるときを「ピークカット時」という。またピークカット時以外の状態のときを「定常時」という。図において、変電所130の電力系統100にトランス120を経て系統母線102が連結されている。系統母線102には、特に重要な重要負荷104及び105がそれぞれの開閉器114及び115を介して接続されている。また、系統母線102には開閉器109及び111を介して重要負荷104、105より重要度の低い一般負荷110が接続されている。開閉器109は系統母線102に異常が発生したとき、まず一般負荷110を切り離して、重要負荷104、105への電力供給を優先して維持するためのものである。系統母線102には、本発明の瞬時大電力供給装置1が開閉器6を介して接続されている。開閉器6、109、111、114及び115を動作させる制御装置については、当分野では周知であるので図示を省略している。
図6は、本発明の第2実施例の電力変換装置を用いた負荷平準化用の瞬時大電力供給装置21のブロック図である。瞬時大電力供給装置21は定格電圧1.5KV、定格電力1.5MWのナトリウム硫黄電池を用いた二次電池22、双方向のチョッパー回路23、電力変換装置の一例としてのコンバータ24及び変圧器25を有しており、前記図1の瞬時大電力供給装置1と同様に、開閉器6を介して、電圧6.6KVの系統母線102に接続されている。その他の構成は瞬時大電力供給装置1と同じである。本実施例において、瞬時大電力供給装置21は負荷平準化用の電力安定供給装置として働く。
本発明の第3実施例の電力変換装置を図8を参照して説明する。
本発明の第4実施例の電力変換装置を図9を参照して説明する。図9は本発明の瞬時大電力供給装置を定格出力60kWの電気自動車の走行用モータ404に適用した例のブロック図である。走行用モータ404に印加する交流の定格周波数は例えば18kHzである。
前記二次電池に接続され、二次電池の充電電圧を降圧し、二次電池の放電電圧を昇圧する双方向のチョッパー回路、及び
前記チョッパー回路と電力送電電源の系統母線との間に接続され、前記系統母線から入力される交流を直流に変換してチョッパー回路に出力し、前記チョッパー回路から入力される直流を交流に変換して前記系統母線へ出力するスイッチング素子がワイドギャップ複合機能半導体素子で構成された電力変換装置であるコンバータを有する。
前記二次電池に接続され、二次電池の充電電圧を降圧し、二次電池の放電電圧を昇圧する双方向のチョッパー回路、
前記チョッパー回路と電力送電電源の系統母線との間に接続され、前記系統母線から入力される交流を直流に変換してチョッパー回路に出力し、前記チョッパー回路から入力される直流を交流に変換して前記系統母線へ出力するスイッチング素子がワイドギャップ複合機能半導体素子で構成された電力変換装置であるコンバータ、
前記系統母線の電圧を検出し、検出した電圧に基づいて電力の需給状態を検出する検出装置、及び前記検出装置の検出出力に基づいて、前記系統母線に接続された負荷と電力送電電源との電力の需給が均衡しているとき、前記二次電池を充電し、需要が供給を上回ったとき、前記二次電池を放電して電力を系統母線へ供給するよう前記コンバータを制御する制御回路を有する。
前記二次電池に接続され、二次電池の充電電圧を降圧し、二次電池の放電電圧を昇圧する双方向のチョッパー回路、
前記チョッパー回路と電力送電電源の系統母線との間に接続され、前記系統母線から入力される交流を直流に変換してチョッパー回路に出力し、前記チョッパー回路から入力される直流を交流に変換して前記系統母線へ出力するスイッチング素子がワイドギャップ複合機能半導体素子で構成された電力変換装置であるコンバータ、
前記系統母線の電圧及び電流を検出し、検出した電圧及び電流に基づいて前記負荷の電力の需給状態を検出する検出装置、及び
前記検出装置の検出出力に基づいて、前記系統母線に接続された負荷と電力送電電源との電力の需給が均衡しているとき、前記二次電池を充電し、需要が供給を上回ったとき、前記二次電池を放電して電力を系統母線へ供給するよう前記コンバータを制御する制御回路を有する。
前記二次電池に接続され、前記二次電池の充電電圧を降圧し、前記二次電池の放電電圧を昇圧する双方向のチョッパー回路、
前記チョッパー回路と電力送電電源の系統母線との間に接続され、前記系統母線から入力される交流を直流に変換してチョッパー回路に出力し、前記チョッパー回路から入力される直流を交流に変換して前記系統母線へ出力するスイッチング素子がワイドギャップ複合機能半導体素子で構成された電力変換装置であるコンバータ、
前記系統母線の周波数を検出し、検出した周波数に基づいて、電力の需給状態を検出する検出装置、及び
前記検出装置の検出出力に基づいて、前記系統母線に接続された負荷と、電力送電電源との電力の需給が均衡しているとき、前記二次電池を充電し、需要が供給を上回ったとき、前記二次電池を放電して電力を系統母線へ供給するよう前記コンバータを制御する制御回路を有する。
100 電力系統
4、24 コンバータ
5、120 変圧器
6、109、111、114、115 開閉器
10 電圧検出器
11 電流検出器
131〜139 SiC−CIJFETチップ
50、150 基板
55、160 ドレイン電極
56、161 ソース電極
57 ゲート電極
667、668 MOSゲート電極
661、662 p型ゲート電極
311〜314、421〜426 駆動回路
331〜334、431〜436 スイッチング素子
303、403 インバータ
Claims (7)
- 制御電極による制御によってユニポーラ半導体素子として動作させるかバイポーラ半導体素子として動作させるかが選択される複合機能を有するワイドギャップ複合機能半導体素子を備え、
前記ワイドギャップ複合機能半導体素子をスイッチング素子として用いて、交流を直流に変換して出力する動作、または、直流を交流に変換して出力する動作の少なくとも一方を行うことを特徴とする電力変換装置。 - 前記ワイドギャップ複合機能半導体素子は、通常時には前記ユニポーラ半導体素子として動作し、瞬時大電力を必要とするときは前記バイポーラ半導体素子として動作することを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。
- 前記ワイドギャップ複合機能半導体素子が、シリコンカーバイド(SiC)を母材とする電荷注入型接合電界効果トランジスタ(CIJFET)であることを特徴とする請求項1または2に記載の電力変換装置。
- 前記ワイドギャップ複合機能半導体素子が、前記シリコンカーバイド(SiC)を母材とする電荷注入型接合電界効果トランジスタ(CIJFET)の少なくとも1つのチップ又は複数のチップを並列に接続して形成されていることを特徴とする請求項3に記載の電力変換装置。
- 前記ワイドギャップ複合機能半導体素子が、シリコンカーバイド(SiC)を母材とする電荷注入型MOS電界効果トランジスタ(CIMOSFET)であることを特徴とする請求項1または2に記載の電力変換装置。
- 前記ワイドギャップ複合機能半導体素子が、前記シリコンカーバイド(SiC)を母材とする電荷注入型MOS電界効果トランジスタ(CIMOSFET)の少なくとも1つのチップ又は複数のチップを並列に接続して形成されていることを特徴とする請求項5に記載の電力変換装置。
- 前記ワイドギャップ複合機能半導体素子が、窒化ガリウムを母材とする半導体素子であることを特徴とする請求項1または2に記載の電力変換装置。
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