JP2014522230A - 電力変換システム - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
入力および出力をそれぞれ有する複数のモジュールであって、任意のモジュールの出力が後続のモジュールの入力に接続されるように直列に接続され、各モジュールが、モジュールに電力を供給する少なくとも1つの直流電源にそれぞれ接続された複数のモジュール;
入力および出力の間に最大モジュール電圧および最小モジュール電圧の間で供給される電圧を変えるために、モジュールの各々の内部に提供された電圧制御回路;
モジュールの各々の電圧制御回路と通信状態にある制御ユニット;
を備え、直列接続されたモジュールの両端の全電圧が、交流信号または整流された形の交流信号を形成するように、制御ユニットが、モジュールの各々の入力および出力の両端に供給される電圧を変える
電力変換システムが提供される。
入力および出力の間に並列に接続された第1のラインおよび第2のライン;ならびに
第1のライン内の第1および第2のスイッチングデバイス、ならびに第2のライン内の第3および第4のスイッチングデバイスであって、電源および蓄電デバイスは、第1および第2のラインの両端に、第1および第2のスイッチングデバイスの間、ならびに第3および第4のスイッチングデバイスの間に接続されたスイッチングデバイス;
を備え、第1および第4のスイッチングデバイスをオンに切り換え、第2および第3のスイッチングデバイスをオフに切り換えることにより、蓄電デバイスは入力および出力の両端に第1の極性で接続されるようになり、第1および第4のスイッチングデバイスをオフに切り換え、第2および第3のスイッチングデバイスをオンに切り換えることにより、蓄電デバイスは入力および出力の両端に第2の逆極性で接続されるようになり、第1および第2のスイッチングデバイスをオンに切り換え、第3および第4のスイッチングデバイスをオフに切り換えることにより、入力および出力の間が直接接続されるようになる。
入力および出力をそれぞれ有する複数のモジュールを提供するステップであって、任意のモジュールの出力が、後続のモジュールの入力に接続されるように、直列に接続され、各モジュールが、モジュールに電力を供給する少なくとも1つの電源に接続された複数のモジュールを制御するステップ;および
中央制御装置からモジュールの各々の入力および出力の両端に印加される電圧を、前記電圧が最大モジュール電圧および最小モジュール電圧の間で変えられるように制御するステップ;
を備え、直列接続されたモジュールの両端の全電圧が、交流信号または整流された形の交流信号を形成するように、モジュールの各々の入力および出力の両端の電圧が制御される
方法が提供される。
Claims (40)
- 電力変換システムであって:
入力および出力をそれぞれ有する複数のモジュールであって、任意のモジュールの前記出力が後続のモジュールの前記入力に接続されるように直列に接続され、各モジュールが、前記モジュールに電力を供給する少なくとも1つの直流電源に接続された複数のモジュール;
最大モジュール電圧および最小モジュール電圧の間で、前記入力および前記出力の間に供給される電圧を変えるために、前記モジュールの各々の内部に提供された電圧制御回路;
前記モジュールの各々の前記電圧制御回路と通信状態にある制御ユニット;
を備え、前記直列接続されたモジュールの両端の全電圧が、交流信号または整流された形の交流信号を形成するように、前記制御ユニットが、前記モジュールの各々の前記入力および前記出力の両端に供給される前記電圧を変える電力変換システム。 - 前記制御ユニットは、幹線信号の相に関する情報を受信するために幹線電源と通信状態にあり、前記制御ユニットは、前記交流信号または前記整流された交流信号が前記幹線電源と同相になるように前記モジュールを制御する、請求項1に記載の電力変換システム。
- 前記モジュールの各々は、前記モジュールが前記システムに電力を供給していないときに、前記電源が蓄電デバイスを充電するよう前記電源に接続された1つまたは複数の前記蓄電デバイスを含む、請求項1または2に記載の電力変換システム。
- 前記最小モジュール電圧は逆極性の前記最大モジュール電圧であり、前記制御ユニットは、前記モジュールにより供給される電圧を変えて、交流信号を形成する、請求項3に記載の電力変換システム。
- 前記電圧制御回路は、スイッチングデバイスが、前記蓄電デバイスを前記入力および前記出力の間に、第1の方向に接続して前記最大モジュール電圧を提供し、第2の逆方向に接続して前記最小モジュール電圧を提供するように動作可能であり、かつ前記蓄電デバイスをバイパスするように動作可能であるように接続された前記スイッチングデバイスを備える、請求項4に記載の電力変換システム。
- 前記最小モジュール電圧は、前記蓄電デバイスがバイパスされたときの、前記モジュール両端の前記電圧であり、前記制御ユニットは、前記モジュールにより供給される前記電圧を変えて、整流された交流信号を形成する、請求項3に記載の電力変換システム。
- 前記電圧制御回路は、スイッチングデバイスが、前記蓄電デバイスを前記入力および前記出力の間に第1の方向に接続して、前記最大モジュール電圧を提供するように動作可能であり、かつ前記蓄電デバイスをバイパスして、前記入力および前記出力の間にゼロ電圧を提供するように動作可能であるように接続された前記スイッチングデバイスを備える、請求項6に記載の電力変換システム。
- 前記制御ユニットは、好ましくは、得られる電圧が交流信号を形成するように、前記直列接続されたモジュールからの電圧を半サイクル毎に反転させる回路を含む、請求項6または7に記載の電力変換システム。
- 前記蓄電デバイスにより前記入力および前記出力の両端に提供される電圧を制御するために、印加される前記電圧を増加または減少させて、前記幹線信号をより厳密に近似するように、1つまたは複数の前記モジュール内にスイッチングレギュレータが前記蓄電デバイスに接続されて提供される、請求項1〜8のうちいずれか一項に記載の電力変換システム。
- 前記スイッチングレギュレータは、フィルタに提供される前記蓄電デバイスの電圧から、パルス幅変調された信号を生成するために提供されたスイッチングデバイスを備え、オンからオフへの時間は、前記出力信号を増加させるために増大させられ、前記出力信号を減少させるために低減される、請求項9に記載の電力変換システム。
- 前記入力および前記出力の両端に印加される前記電圧が前記モジュールに対する前記最大電圧に近いとき、前記スイッチングレギュレータがバイパスされる、請求項9または10に記載の電力変換システム。
- 前記入力および前記出力の両端に印加される前記電圧がゼロ電圧に近いとき、前記スイッチングレギュレータはバイパスされる、請求項11に記載の電力変換システム。
- 1つまたは複数のモジュールが、直列に接続された第1および第2の蓄電デバイスを含んでもよく、前記モジュールが倍電圧機能を提供するように、前記電源は、前記第1および前記第2の蓄電デバイスの両端で交互に切り換えられる、請求項3〜12のうちいずれか一項に記載の電力変換システム。
- 電圧平滑化機能を提供するために、前記電源の電圧以下の電圧に充電された蓄電デバイスを有する1つまたは複数の他のモジュールが提供されてもよい、請求項13に記載の電力変換システム。
- 他のモジュールそれぞれの前記蓄電デバイスが、先行する他のモジュールより低いレベルに充電される、請求項14に記載の電力変換システム。
- 前記モジュールの1つが:
入力および出力の間に並列に接続された第1のラインおよび第2のライン;ならびに
前記第1のライン内の第1および第2のスイッチングデバイス、ならびに前記第2のライン内の第3および第4のスイッチングデバイスであって、前記電源および前記蓄電デバイスは、前記第1および前記第2のラインの両端に、前記第1および前記第2のスイッチングデバイスの間、ならびに前記第3および前記第4のスイッチングデバイスの間に接続されたスイッチングデバイス;
を備え、前記第1および前記第4のスイッチングデバイスをオンに切り換え、前記第2および前記第3のスイッチングデバイスをオフに切り換えることにより、前記蓄電デバイスは前記入力および前記出力の両端に第1の極性で接続されるようになり、前記第1および前記第4のスイッチングデバイスをオフに切り換え、前記第2および前記第3のスイッチングデバイスをオンに切り換えることにより、前記蓄電デバイスは前記入力および前記出力の両端に第2の逆極性で接続されるようになり、前記第1および前記第2のスイッチングデバイスをオンに切り換え、前記第3および前記第4のスイッチングデバイスをオフに切り換えることにより、前記入力および前記出力の間が直接接続されるようになる、
請求項4または5に記載の電力変換システム。 - 前記スイッチングデバイスはそれぞれMOSFETを備えてもよい、請求項5〜16のうちいずれか一項に記載の電力変換システム。
- 各レギュレータデバイスを提供して、前記電源の電圧を前記蓄電デバイスの電圧に調和させるように、電源のうち1つまたは複数および前記関連する蓄電デバイスの間に前記レギュレータデバイスが提供される、請求項3〜17のうちいずれか一項に記載の電力変換システム。
- 前記電源は、エネルギーを蓄積することができるデバイスを備え、前記システムは、前記電源内の充電レベルを検出し、かつ電荷を再分配して電源間の前記充電レベルを均衡させるように構成される、請求項1〜18のうちいずれか一項に記載の電力変換システム。
- 過剰な電荷を有するモジュールを順方向に切り換え、かつ充電レベルが不十分なモジュールを逆方向に切り換えることにより、前記充電レベルを均衡させる、請求項19に記載の電力変換システム。
- 前記システムは、EMIを低減するために、エンクロージャにより遮蔽され、前記エンクロージャの出力端子にコモンフィルタリングが提供される、請求項1〜20のうちいずれか一項に記載の電力変換システム。
- 電力を変換する方法であって:
複数のモジュールを提供するステップであって、前記複数のモジュールは、入力および出力をそれぞれ有し、任意のモジュールの前記出力が、後続のモジュールの前記入力に接続されるように直列に接続され、各モジュールが、前記モジュールに電力を供給する少なくとも1つの電源に接続されるステップ;および
中央制御装置から前記モジュールの各々の前記入力および前記出力の両端に印加される電圧を、前記電圧が最大モジュール電圧および最小モジュール電圧の間で変えられるように制御するステップ;
を備え、前記直列接続されたモジュールの両端の全電圧が、交流信号または整流された形の交流信号を形成するように、前記モジュールの各々の前記入力および前記出力の両端の前記電圧が制御される方法。 - 前記制御ユニットは、幹線信号の相に関する情報を受信するために幹線電源と通信状態にあり、前記交流信号または前記整流された交流信号が前記幹線電源と同相になるように前記モジュールを制御する、請求項22に記載の方法。
- 各電源は、前記モジュール内の少なくとも1つの蓄電デバイスに接続され、前記モジュールが前記システムに電力を供給していないときに、前記電源は前記蓄電デバイスを充電する、請求項22または23に記載の方法。
- 前記最小モジュール電圧は逆極性の前記最大モジュール電圧であり、前記制御ユニットは、前記モジュールにより供給される電圧を変えて、交流信号を形成する、請求項24に記載の方法。
- 前記電圧制御回路は、スイッチングデバイスを備え、前記制御ユニットは、前記スイッチングデバイスを動作させて、前記蓄電デバイスを前記入力および前記出力の間に、第1の方向に接続して前記最大モジュール電圧を提供し、第2の逆方向に接続して前記最小モジュール電圧を提供し、前記蓄電デバイスをバイパスして、前記入力および前記出力の間にゼロ電圧を提供する、請求項25に記載の方法。
- 前記最小モジュール電圧は、前記蓄電デバイスがバイパスされたときの、前記モジュール両端の前記電圧であり、前記制御ユニットは、前記モジュールにより供給される前記電圧を変えて、整流された交流信号を形成する、請求項24に記載の方法。
- 前記電圧制御回路は、スイッチングデバイスを備え、前記制御ユニットは、前記スイッチングデバイスを動作させて、前記蓄電デバイスを前記入力および前記出力の間に、第1の方向に接続して前記最大モジュール電圧を提供し、前記蓄電デバイスをバイパスして前記入力および前記出力の間にゼロ電圧を提供する、請求項27に記載の方法。
- 前記制御ユニットは、得られる電圧が交流信号を形成するように、前記直列接続されたモジュールからの電圧を半サイクル毎に反転させる、請求項27または28に記載の方法。
- 1つまたは複数のモジュール内にスイッチングレギュレータが前記蓄電デバイスに接続されて提供され、前記スイッチングレギュレータは、前記蓄電デバイスにより前記モジュールの前記入力および前記出力の両端に提供される電圧を、印加される前記電圧を増加または減少させて、前記幹線信号をより厳密に近似するように制御する、請求項22〜29のうちいずれか一項に記載の方法。
- 前記スイッチングレギュレータは、好ましくは、フィルタに提供される前記蓄電デバイスの電圧から、パルス幅変調された信号を生成し、オンからオフへの時間比を増大させて前記出力信号を増加させるか、または前記オンからオフへの時間比を低減して前記出力信号を減少させる、請求項30に記載の方法。
- 前記入力および前記出力の両端に印加される前記電圧が前記モジュールに対する前記最大電圧に近いとき、前記スイッチングレギュレータはバイパスされる、請求項30または31に記載の方法。
- 前記入力および前記出力の両端に印加される前記電圧がゼロ電圧に近いとき、前記スイッチングレギュレータはバイパスされる、請求項32に記載の方法。
- 1つまたは複数のモジュールが、直列に接続された第1および第2の蓄電デバイスを含み、前記モジュールが倍電圧機能を提供するように、前記電源は、前記第1および前記第2の蓄電デバイスの両端で交互に切り換えられる、請求項22〜33のうちいずれか一項に記載の方法。
- 蓄電デバイスを有する1つまたは複数の他のモジュールが提供されてもよく、制御ユニットは前記他のモジュールを動作させて、電圧平滑化機能を提供する電圧以下の電圧まで前記蓄電デバイスを充電する、請求項34に記載の方法。
- 前記制御ユニットは、他のモジュールそれぞれの前記蓄電デバイスを、先行する他のモジュールのレベルより低いレベルに充電する、請求項35に記載の方法。
- 前記電源のうち1つまたは複数および前記関連する蓄電デバイスの間に提供されたレギュレータデバイスが、前記電源の電圧を前記蓄電デバイス内の電圧に調和させる、請求項24〜36のいずれか一項に記載の方法。
- 前記電源は、エネルギーを蓄積することができるデバイスを備え、前記システムは、前記電源内の充電レベルを検出し、電荷を再分配して電源間の前記充電レベルを均衡させる、請求項22〜37のうちいずれか一項に記載の方法。
- 過剰な電荷を有するモジュールを順方向に切り換え、かつ充電レベルが不十分なモジュールを逆方向に切り換えることにより、前記充電レベルを均衡させる、請求項38に記載の方法。
- EMIを低減するために、エンクロージャで前記システムを遮蔽するステップ、および前記エンクロージャの出力端子にコモンフィルタリングを提供するステップを含む、請求項22〜39のうちいずれか一項に記載の方法。
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