JP2016214066A - 電力供給システム及び電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】グリッド接続稼動とグリッド切断稼動出力の要求が一致しない場合に電流を制御する。【解決手段】本開示は、電力供給システム及び電力変換装置を提供する。当該電力変換装置は、給電モジュールから出力された電気エネルギーを変換するためのものであり、電気エネルギー変換モジュール及びスイッチ切換モジュールを備える。前記電気エネルギー変換モジュールは、前記給電モジュールから出力された電気エネルギーを単相２線出力または単相３線出力に変換するためのものであり、ハーフブリッジ、ブリッジ変換回路及び中心線を有する。前記スイッチ切換モジュールは、前記電気エネルギー変換モジュールに接続されており、前記電気エネルギー変換モジュールが前記単相２線出力または単相３線出力を供給するように制御するためのものである。【選択図】図２

Description

本開示は、電源管理技術分野に関し、特に、電力変換装置及び当該電力変換装置を含む電力供給システムに関する。

再生可能なエネルギーは、貯蔵量の無限性、存在の普遍性、開発利用の清潔性及びだんだん現れている経済性などの優位を有する。現在では、再生可能なエネルギーを利用する発電、例えば、光起発電（太陽光発電）、風カエネルギー発電、燃料電池発電などは、大量生産及び規模応用へ発展しており、最初の小電力電源から現在の公共電力としてのグリッド接続発電まで発展した上、応用範囲も多くの電力使用分野で普及している。

再生可能なエネルギー発電の普及に伴って、グリッド接続されたコンバータも継続的にアップグレードしている。光起発電システムを例として、その中のグリッド接続されたコンバータは、最初の低周波絶縁トランス付きのものから高周波絶縁トランス付きのものまで発展し、最後にトランスレスとなった。

光起板のグランドに対する等価容量が大きいため、システム回路のリーク電流の課題を考慮して、若し、入力端を光起入力とすれば、低リーク電流の回路トポロジーまたは制御方式を選択する必要がある。これによって、Ｈ４、Ｈ５、Ｈ６（４路スイッチ、５路スイッチ、６路スイッチ）などの多種のコンバータ回路トポロジーが生まれたが、これらのコンバータ回路トポロジーは何れも、グリッド接続稼動における出力ポートとグリッド切断稼動における出力ポートとの電気出力が一致する状況のみを考慮した。グリッド接続稼動とグリッド切断稼動との要求が一致しない場合、適用されない。

例えば、光起グリッド接続分野で応用される低リーク電流Ｈ６トポロジーコンバータを例として、図１に示すように、グリッド接続稼動の場合、当該コンバータの出力ポートが供給するのは、単相２線出力であるが、グリッド切断稼動の場合、単相２線出力しか供給できない。明らかなように、グリッド切断稼動で単相３線出力を要求するシーンに適用され得ない。従来技術では、他の種類のコンバータ回路トポロジーは同様に前記課題がある。
したがって、上記課題に対する電力変換装置を提供することは、至急のことである。

本開示の目的は、グリッド接続稼動とグリッド切断稼動との要求が一致しないシーンを満足するように、少なくともある程度で関連技術の制限及び欠陥による１つまたは複数の課題を解決するために、電力変換装置及び当該電力変換装置を含む電力供給システムを提供することにある。

本開示の他の特性及びメリットが以下の詳細な記述によって明瞭となり、または、一部が本開示の実践によって得られる。

本開示の第１の態様によれば、第１、第２のバスキャパシタンスに直列に接続されている給電モジュールから出力された電気エネルギーを変換するための電力変換装置を供給する。前記電力変換装置は、
前記給電モジュールから出力された電気エネルギーを単相２線出力または単相３線出力に変換するための電気エネルギー変換モジュールと、

前記電気エネルギー変換モジュールに接続されており、前記電気エネルギー変換モジュールが前記単相２線出力または単相３線出力を供給するように制御するためのスイッチ切換モジュールと、を備え、
前記電気エネルギー変換モジュールは、
アーム中点が前記第１、第２のバスキャパシタンスの第１の端に接続される均圧ハーフブリッジと、
それぞれ前記第１、第２のバスキャパシタンスの第２の端に接続された第１、第２の入力端と、前記単相２線出力を供給するための第１、第２の出力端とを有するブリッジ変換回路と、
第１の端が前記均圧ハーフブリッジのアーム中点に接続され、第２の端が前記ブリッジ変換回路の第１、第２の出力端と共に前記単相３線出力を供給する中心線と、を有し、
前記第１、第２のバスキャパシタンスの第１の端同士が接続し合う。

本開示の第２の態様によれば、電力供給システム提供する。前記電力供給システムは、第１の給電ユニット及び第２の給電ユニットを備え、前記第１の給電ユニット及び前記第２の給電ユニットと負荷との間は少なくとも２本の線を介して接続されており、
前記第１の給電ユニットは、前記電力変換装置、第１のポート及び第２のポートを有し、前記第１のポートが前記第２の給電ユニットに電気的に結合され、前記負荷が選択スイッチを介して前記第１のポートまたは前記第２のポートに選択的で電気的に結合され、
前記電力変換装置は、出力スイッチ及びグリッド接続スイッチを介して前記第１のポートに電気的に結合され、前記出力スイッチを介して前記第２のポートに電気的に結合され、
前記電力供給システムは、前記出力スイッチ、前記グリッド接続スイッチ及び前記選択スイッチのオン／オフにより、前記第１の給電ユニットおよび／または前記第２の給電ユニットを用いて前記負荷に電力を供給する。

本開示の例示的な実施形態で供給される電力変換装置及び電力供給システムでは、前記給電モジュールから出力された電気エネルギーを単相２線出力及び単相３線出力に変換可能な電気エネルギー変換モジュールと、電気エネルギー変換モジュールに接続されたスイッチ切換モジュールとを設けることにより、グリッド接続稼動の場合、単相２線出力を供給し、グリッド切断稼動の場合、単相３線出力を供給することができ、これによって、グリッド接続稼動とグリッド切断稼動との出力要求が一致しないシーンを満足できる。

図面を参照しながら、例示的な実施形態を詳細に説明する。本開示の前記特徴及び他のメリットは、より明瞭となる。

従来技術におけるＨ６トポロジーの電力変換装置の回路模式図である。 本開示の例示的な実施例による電力変換装置の回路模式図である。 本開示の例示的な実施例による別の電力変換装置の回路模式図である。 図３における電力変換装置のグリッド接続稼動場合の回路模式図である。 図３における電力変換装置のグリッド切断稼動場合の第１インバータの動作回路模式図である。 図５における第１インバータの動作回路を簡素化した回路模式図である。 均圧ハーフブリッジを無視して継続して簡素化した第１インバータの動作回路模式図である。 図３における電力変換装置のグリッド切断稼動場合の第２のインバータの動作回路模式図である。 図８における第２のインバータの動作回路を簡素化した回路模式図である。 電力変換装置のグリッド切断稼動場合に第１インバータと第２のインバータとのインバータ出力電圧を直列に接続した簡素化回路模式図である。 図３における均圧ハーフブリッジを簡素化した回路模式図である。 均圧ハーフブリッジのアーム中点の電位バランスの制御ブロック図である。 均圧ハーフブリッジのインダクタンス電流のサンプリング電流のインターリング制御を用いた均圧ハーフブリッジのアーム中点の電位バランスの制御ブロック図である。 第２のバスキャパシタンスの電流フィードフォワード電圧のアウターリング制御を用いた均圧ハーフブリッジのアーム中点の電位バランスの制御ブロック図である。 本開示の例示的な実施例によるさらに別の電力変換装置の回路模式図である。 本開示の例示的な実施例によるさらに別の電力変換装置の回路模式図である。 本開示の例示的な実施例による電力供給システムの回路模式図である。

次に、図面を参照しながら、例示的な実施形態をより全面的に説明する。ただし、例示的な実施形態は複数種類の形態で実施することができ、ここに記述する実施形態に限定されない。逆に、これら実施形態の提供によれば、本開示を全面で完全に、かつ、例示的な実施形態の思想を全面で当業者に伝達する。図面における同じ図面符号は、同じまたは類似する要素を示すため、それらの詳細な記述が省略される。

本願で使用される「結合」及び「接続」は、２つまたは複数の素子を互いに直接に実体でもしくは電気的に接触すること、または、互いに間接に実体でもしくは電気的に接触することを指してもよい。本願で使用される「第１」、「第２」、……などは、特に順次または順序を指すものではなく、単に同じ技術用語で表す素子または操作を区別するためのものに過ぎない。本願で使用される「含む」、 「備える」、 「有する」などは、何れも開放的な用語であり、すなわち、「……を含むが、これらに限定されない」を意味する。本願で使用される方向用語、例えば、上、下、左、右、前または後ろなどは、単に図面を参照する方向に過ぎない。よって、使用される方向用語は、本願を説明するためのものであり、本願を限定するものではない。

また、記載されている特徴、構造または特性を、何れの適切な様態で１つまたはより多くの実施例に組み合わせても良い。以下の記述では、本開示の実施例を充分に理解するために、多くの詳細を提供する。ただし、当業者は、本開示の技術案を実践することができるが、詳細における１つまたはより多くのものを特定しておらず、または、他の構造、部材、ステップ、方法などを用いても良いと理解されるべきである。他の場合に、本開示の各様態を混同するのを回避するために、公知構造、部材または操作を詳しく示し又は説明しない。

図２は、本例示的な実施例で提供される電力変換装置の回路模式図であり、それは、給電モジュールから出力された電気エネルギーを変換するためのものである。当該電力変換装置は、電気エネルギー変換モジュールとスイッチ切換モジュールとを備える。

本例示的な実施例では、前記給電モジュールが直流再生可能なエネルギー発電装置、例えば、光起発電装置または燃料電池発電装置などであることを例として説明するが、本例示的な実施例では、これを特に限定しない。前記給電モジュールが、バスキャパシタンスモジュール１０に直列に接続されている。本例示的な実施例では、前記バスキャパシタンスモジュール１０は、互いに直列に接続されている第１のバスキャパシタンスＣ１と第２のバスキャパシタンスＣ２を有しても良い。電気エネルギー変換モジュールは、給電モジュールから出力された電気エネルギーを第１種の出力または第２種の出力に変換するためのものである。直流再生可能なエネルギー発電装置と対応的に、当該電気エネルギー変換モジュールは、直流−交流コンバータ（ＤＣ／ＡＣ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）である。本例示的な実施例では、前記第１種の出力が単相２線出力、前記第２種の出力が単相３線出力であることを例として説明するが、本開示の他の例示的な実施例では、前記第１種の出力と前記第２種の出力は、他の種類であっても良い。スイッチ切換モジュールは、電気エネルギー変換モジュールに接続されており、電気エネルギー変換モジュールが第１種の出力または第２種の出力を供給するように制御するためのものである。

引き続き図２を参照すると、本例示的な実施例では、前記電気エネルギー変換モジュールは、均圧ハーフブリッジ２０とブリッジ変換回路３０と中心線とを有しても良い。具体的な実施例では、当該電気エネルギー変換モジュールは、さらに、ブリッジ出力フィルタ回路４０、リレー保護装置５０、関連スイッチユニット及び制御手段などを有しても良い。

具体的に言うと、均圧ハーフブリッジ２０のアーム中点は、第１のバスキャパシタンスＣ１の第１の端及び第２のバスキャパシタンスＣ２の第１の端に結合され、すなわち、第１のバスキャパシタンスＣ１と第２のバスキャパシタンスＣ２との直列接続ノードに結合される。均圧ハーフブリッジ２０は、第１のバスキャパシタンスＣ１の電圧と第２のバスキャパシタンスＣ２の電圧をバランスさせるためのものである。本例示的な実施例では、均圧ハーフブリッジ２０は、第１スイッチングトランジスタＱＢ１及び第２のスイッチングトランジスタＱＢ２を有し、第１スイッチングトランジスタＱＢ１及び第２のスイッチングトランジスタＱＢ２は、ＭＯＳＦＥＴスイッチングトランジスタ、ＩＧＢＴスイッチングトランジスタまたはＢＪＴスイッチングトランジスタであっても良く、スイッチング素子の材質は、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＮまたは他のワイドギャップ半導体材料などを含んでもよいが、本例示的な実施例では、これを特に限定しない。

ブリッジ変換回路３０は、第１、第２の入力端及び第１、第２の出力端を有する。ブリッジ変換回路３０の第１、第２の入力端はそれぞれ、第１のバスキャパシタンスＣ１の第２の端及び第２のバスキャパシタンスＣ２の第２の端に接続され、ブリッジ変換回路３０の第１、第２の出力端は、第１種の出力（例えば、単相２線出力）を供給するためのものである。ここでは、ブリッジ変換回路３０は、ハーフブリッジインバータ回路またはフルブリッジインバータ回路などであっても良い。フルブリッジインバータ回路を例として、それは４路スイッチ付きのフルブリッジインバータ回路（以下、Ｈ４トポロジーと称する）、５路スイッチ付きのフルブリッジインバータ回路（以下、Ｈ５トポロジーと称する）、６路スイッチ付きのフルブリッジインバータ回路（以下、Ｈ６トポロジーと称する）または７路スイッチ付きのフルブリッジインバータ回路（以下、Ｈ７トポロジーと称する）などであっても良い。本例示的な実施例では、Ｈ４トポロジー、Ｈ５トポロジー、Ｈ６トポロジー、Ｈ７トポロジーまたは他のトポロジーにおけるスイッチングトランジスタは、ＭＯＳＦＥＴスイッチングトランジスタ、ＩＧＢＴスイッチングトランジスタまたはＢＪＴスイッチングトランジスタなどからなっても良く、材質は、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＮまたは他のワイドギャップ半導体材料などであってもよいが、本例示的な実施例では、これを特に限定しない。

中心線の第１の端は、第１のバスキャパシタンスＣ１、第２のバスキャパシタンスＣ２の直列接続ノードに接続され、中心線の第２の端は、ブリッジ変換回路３０の第１、第２の出力端と共に第２種の出力（例えば、単相３線出力）を供給する。本例示的な実施例では、スイッチ切換モジュールは、中心線の第１の端と第２の端の間に設けられた制御型スイッチＳ_Ｎを有しても良い。本例示的な実施例では、制御型スイッチＳ_Ｎは、ＭＯＳＦＥＴスイッチングトランジスタ、ＩＧＢＴスイッチングトランジスタ、ＢＪＴスイッチングトランジスタ、サイリスタまたはリレーなどの双向制御型スイッチであってもよいが、本例示的な実施例では、これを特に限定しない。

以下、Ｈ６トポロジーを用いて前記電力変換装置の動作原理及びより多くの詳細を詳しく説明する。

図３に示すように、図２におけるブリッジ変換回路３０は、第１のスイッチング素子Ｑ１乃至第７のスイッチング素子Ｑ７を有する。第１のスイッチング素子Ｑ１は、第１の端、第２の端及び制御端を有し、第１の端が第１のバスキャパシタンスＣ１の第２の端に接続される。第２のスイッチング素子Ｑ２は、第１の端、第２の端及び制御端を有し、第１の端が第１のスイッチング素子Ｑ１の第１の端に接続される。第３のスイッチング素子Ｑ３は、第１の端、第２の端及び制御端を有し、第２の端が第２のバスキャパシタンスＣ２の第２の端に接続される。第４のスイッチング素子Ｑ４は、第１の端、第２の端及び制御端を有し、第２の端が第３のスイッチング素子Ｑ３の第２の端に接続される。第５のスイッチング素子Ｑ５は、第１の端、第２の端及び制御端を有し、第１の端が第１のスイッチング素子Ｑ１の第２の端及び第６のスイッチング素子Ｑ６の第１の端に接続される。第６のスイッチング素子Ｑ６は第１の端、第２の端及び制御端を有し、第１の端が第１のスイッチング素子Ｑ１の第２の端及び第５のスイッチング素子Ｑ５の第１の端に接続され、第２の端が前記第３のスイッチング素子Ｑ３の第１の端に結合される。また、トポロジー変形の需要を考慮するため、さらに、第７のスイッチング素子Ｑ７を追加しても良く、図３におけるブリッジ変換回路をＨ６トポロジーからＨ７トポロジーにする。第７のスイッチング素子Ｑ７は、第１の端、第２の端及び制御端を有し、第１の端が第５のスイッチング素子Ｑ５の第２端に接続され、第２の端が第２のスイッチング素子Ｑ２の第２の端及び第４のスイッチング素子Ｑ４の第１の端に結合される。第７のスイッチング素子Ｑ７と第５のスイッチング素子Ｑ５とは共同で、２つのアームを電気的に隔離する働きをする。本開示の例示的な実施例では、前記第７のスイッチング素子Ｑ７は、ＭＯＳＦＥＴスイッチングトランジスタ、ＩＧＢＴスイッチングトランジスタ、ＢＪＴスイッチングトランジスタまたはリレーといった電気的隔離の機能を実現可能なスイッチを含んでもよいが、本例示的な実施例では、これを特に限定しない。

図４に示すように、正常なグリッド接続稼動の場合、前記制御型スイッチＳ_Ｎがオフされ、かつ、均圧ハーフブリッジ２０のスイッチング素子である第１スイッチングトランジスタＱＢ１及び第２のスイッチングトランジスタＱＢ２が何れも動作せず、第７のスイッチング素子Ｑ７がノーマリオンされる。ブリッジ変換回路のインバータ出力は、ブリッジ出力フィルタ回路４０によってフィルタ処理された後、リレー保護装置５０を介してグリッドに接続される。例えば、ブリッジ出力フィルタ回路４０は、インダクタンスＬ１とキャパシタンスＣ_ａｃ１とインダクタンスＬ２とキャパシタンスＣ_ａｃ２とを有し、ここで、インダクタンスＬ１とキャパシタンスＣ_ａｃ１とがＬＣフィルタを構成し、インダクタンスＬ２とキャパシタンスＣ_ａｃ２とがＬＣフィルタを構成する。

グリッドに故障がある場合、再生可能なエネルギー発電装置がグリッド切断稼動の場合、第５のスイッチング素子Ｑ５及び第７のスイッチング素子Ｑ７がオフされ、制御型スイッチＳ_Ｎがオンされ、ブリッジ変換回路は、２つの直列に接続されたハーフブリッジインバータトポロジーに変形されており、以下、第１インバータ及び第２のインバータと称される。

第１インバータは、図５に示すように、第１のバスキャパシタンスＣ１、第２のバスキャパシタンスＣ２、第２のスイッチング素子Ｑ２、第４のスイッチング素子Ｑ４、第１出力インダクタンスＬ１及び第１出力キャパシタンスＣ_ａｃ１からなる。第１インバータを簡素化したトポロジーは、図６に示されている。仮に、均圧ハーフブリッジ２０は、第１のバスキャパシタンスＣ１と第２のバスキャパシタンスＣ２との均圧を理想的に制御することができれば、第１インバータを継続して簡素化したトポロジーは、図７に示されている。第１インバータの変調方式は、伝統的なハーフブリッジ制御方式であっても良く、変調波がキャリアとハンドオーバーした後で生成した波形は、第２のスイッチング素子Ｑ２に出力され、第４のスイッチング素子Ｑ４と第２のスイッチング素子Ｑ２とが相補されることを参照されたい。

第２のインバータは、図８に示すように、第１のバスキャパシタンスＣ１、第２のバスキャパシタンスＣ２、第１のスイッチング素子Ｑ１、第３のスイッチング素子Ｑ３、第６のスイッチング素子Ｑ６、第２の出力インダクタンスＬ２及び第２の出力バスキャパシタンスＣ_ａｃ２からなる。上述と同様に簡素化したトポロジーは、図９に示されている。第２のインバータの変調方式は、伝統的なハーフブリッジ制御方式であっても良く、変調波がキャリアとハンドオーバーした後で生成した波形は、第１のスイッチング素子Ｑ１に出力され、第３のスイッチング素子Ｑ３と第１のスイッチング素子Ｑ１とが相補され、第６のスイッチング素子Ｑ６がノーマリオンされることを参照されたい。

第１インバータと第２のインバータという２つのインバータ出力電圧が同時に動作するとき、等価回路が図１０に示されている。ＡＮ相出力電圧とＢＮ相出力電圧とは変調波が１８０°の位相差を確保し、２相のインバータ出力電圧を直列に接続した電圧振幅がその２倍であり、周波数が一致する。

また、インバータがグリッド切断で出力するとき、２つのロードがアンバランスである場合、第１のバスキャパシタンスＣ１と第２のバスキャパシタンスＣ２との電圧がアンバランスであるため、均圧ハーフブリッジ２０によって第１のバスキャパシタンスＣ１と第２のバスキャパシタンスＣ２とを制御して均圧させる。均圧ハーフブリッジ２０を簡素化したトポロジーは、図１１に示されており、均圧ハーフブリッジ２０の中点電流の変動を無視し（インバータが自分で２つの電流差を出力する）、均圧ハーフブリッジ２０の数学モデルを確立し、第１スイッチングトランジスタＱＢ１がオンされた回路方程、第１スイッチングトランジスタＱＢ１がオフされた回路方程をそれぞれ書いて、推定された第１のバスキャパシタンスＣ１と第２のバスキャパシタンスＣ２との圧差

と第１スイッチングトランジスタＱＢ１の駆動デューティ比

との関係は、数（１）に示されており、Ｃsが第１のバスキャパシタンスＣ１（第２のバスキャパシタンスＣ２）の容量値であり、Ｌsが図１１におけるインダクタンスの値であり、rがインダクタンス等価抵抗であり、

が給電モジュールから供給された電圧値であり、

が第２のバスキャパシタンスＣ２の電圧である。

第２のバスキャパシタンスＣ２電圧の変動を無視すると、下記のものが得られる。

数（２）によれば、図１２に示すＰＩ（比例積分）制御ブロック図が得られており、遅延プロセスには、サンプリング遅延と制御遅延とが含まれている。中点電流の変動がとても大きい場合、ＰＩ制御リンクによって中点電圧のバランスを良好に抑制することができず、変動を快速に抑制し、第１のバスキャパシタンスＣ１、第２のバスキャパシタンスＣ２の接続点電圧を再度バランスさせることを満足する必要があるのは、中点電流の変動が大きい場合、第２のバスキャパシタンスＣ２電圧の極大変動を招くためである。本例示的な実施例では、２つの解決案を例示的に提供する。１つは、均圧ハーフブリッジ２０のインダクタンス電流サンプリングのインターリング制御を用いることであり、もう１つは、第２のバスキャパシタンスＣ２の電圧フィードフォワードを用いることであり、具体的には、図１３及び図１４に示すように、両方とも変動に対して良好な抑制効果を有する。

均圧制御線路は、単にロードがアンバランスである場合に第１のバスキャパシタンスＣ１と第２のバスキャパシタンスＣ２との電圧アンバランスを抑制するためのものに過ぎないため、ロードが対称かつ何れも軽いロードである場合に、均圧ハーフブリッジ２０は動作しなくても良く、ロードが対称ではないまたは重いロードである場合に、バースト（Ｂｕｒｓｔ）制御モードを用いて、圧差が大きい場合に圧差を抑制し、圧差が小さい場合に第１スイッチングトランジスタＱＢ１と第２のスイッチングトランジスタＱＢ２とをオフして、損失を低減する。

直流バス電圧制御値は、インバータ出力電圧ピーク電圧のｋ倍に基づいて値取りされ、ｋは通常、１.０５倍乃至１.３５倍であり、仮に第１のバスキャパシタンスＣ１、第２のバスキャパシタンスＣ２が均圧されば、第１のバスキャパシタンスＣ１と第２のバスキャパシタンスＣ２との電圧値はそれぞれ、直流バス電圧制御値の半分である。

ここで、Ｖ_ｒｍｓがインバータ出力線電圧の有効値であり、ｋがインバータアーム電圧降下及び動態許容量を考慮して設けられた係数である。Ｖ_{ｂｕｓ＿ｕｐ}が第１のバスキャパシタンスＣ１の電圧であり、Ｖ_{ｂｕｓ＿ｄｗ}が第２のバスキャパシタンスＣ２の電圧である。

出力電圧の均圧ハーフブリッジ２０に対する変動が正弦信号であることを考慮するため、インバータアーム出力電圧の０.４%〜１０%を均圧ハーフブリッジ２０の調節用のため予め取っておく。第１のバスキャパシタンスＣ１電圧を例とすると、半バス電圧最小値が以下の条件を満たす必要がある：

よって、下記のことを仮定する。

インバータアーム出力電圧が２００Ｖ、ピークが２００Ｖ×１.４１４であることを例とすると、前記方法によれば、直流バス電圧の設計動作範囲が２９７Ｖ〜３８２Ｖ（２００Ｖ×１.４１４×[１.０５、１.３５]）であり、仮にバス電圧が３３０Ｖとされば、予め取っておいた電圧差値

が３３Ｖ（３３０Ｖ-２９７Ｖ）とされても良く、実際圧差が１６.５Ｖよりも小さい場合、均圧ハーフブリッジ２０が動作しておらず、実際圧差が１６.５Ｖ以上である場合、動作する。

前記例示的な実施例では、Ｈ６トポロジーを例として説明したが、本開示の他の例示的な実施例では、ブリッジ変換回路３０はＨ４トポロジー、Ｈ５トポロジーといった回路トポロジーであっても良い。

図１５を参照すると、ブリッジ変換回路３０が伝統的なＨ４トポロジーであり、グリッド接続稼動の場合、制御型スイッチＳ_Ｎをオフし、その制御方法がユニポーラであっても良いし、バイポーラであっても良く、これによって、単相２線電圧源を正常に出力する。グリッド切断稼動の場合、制御型スイッチＳ_Ｎをオンすれば、２つの独立する電圧源ハーフブリッジインバータ出力回路トポロジーを形成し、出力側で直列に接続して、同様に電圧ｕ_ＡＮ＝ｕ_ＢＮが確保され、グリッド切断の場合に、単相３線電圧源を出力できる。

図１６を参照すると、ブリッジ変換回路３０は、低リーク電流Ｈ５トポロジーであり、本例示的な実施例における電力変換装置と組み合わせた後、グリッド接続稼動の場合における単相２線電圧源の出力、グリッド切断稼動の場合における単相３線電圧源出力の出力も図られる。例えば、グリッド接続稼動の場合に、制御型スイッチＳ_Ｎがオフされ、第５のスイッチング素子Ｑ５が単相電流源変調法によって稼動し、グリッド切断稼動の場合に、制御型スイッチＳ_Ｎがオンされ、第５のスイッチング素子Ｑ５がノーマルオンされる。

前記電力変換装置におけるブリッジ出力フィルタ回路、リレー保護装置、関連スイッチユニット及び制御手段は、関連従来技術を参照しても良く、例えば、第１出力キャパシタンスＣ_ａｃ１、第２の出力バスキャパシタンスＣ_ａｃ２、第１出力インダクタンスＬ１、第２の出力インダクタンスＬ２、プレロードスイッチＳｐｒｅｌｏａｄ、リレースイッチング素子Ｓ１、リレースイッチング素子Ｓ２、リレースイッチング素子Ｓ３、抵抗Ｒ、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２及び双方向サイリスタＳＣＲなどを含んでも良い。本例示的な実施形態では、これを詳しく説明しない。

本例示的な実施形態では、電力供給システムをさらに提供する。図１７を参照すると、当該電力供給システムは、第１の給電ユニット（例えば、グリッド）及び第２の給電ユニット（例えば、光起発電装置または燃料電池発電装置）を備え、第１の給電ユニット及び第２の給電ユニットと負荷との間は少なくとも２本の線を介して接続される。第１の給電ユニットは、前記例示的な実施例における何れかの電力変換装置を有し、第１のポート０及び第２のポート１をさらに有し、第１のポート０が第２の給電ユニット電気的に結合され、負荷が選択スイッチを介して第１のポート０または第２のポート１と選択的で電気的に結合される。電力変換装置は、出力スイッチＳ１０及びグリッド接続スイッチＳ１１、Ｓ１２を介して第１のポート０に電気的に結合され、出力スイッチＳ１０を介して第２のポート１に電気的に結合される。電力供給システムは、出力スイッチＳ１０、グリッド接続スイッチＳ１１、Ｓ１２及び選択スイッチのオン／オフにより、第１の給電ユニットおよび／または第２の給電ユニットを用いて負荷に電力を供給する。例を挙げると、第１の給電ユニットと第２の給電ユニットとが何れも正常に動作する場合、選択スイッチが第１のポート０または第２のポート１に電気的に結合され、出力スイッチＳ１０及びグリッド接続スイッチＳ１１、Ｓ１２が何れもオンされ、第１の給電ユニット及び第２の給電ユニットが同時に負荷に電力を供給する。第２の給電ユニットに故障がある場合、選択スイッチが第２のポート１に電気的に結合され、出力スイッチＳ１０がオンされ、グリッド接続スイッチＳ１１、Ｓ１２がオフされ、第１の給電ユニットは単独で負荷に電力を供給する。第２の給電ユニットが正常に動作する場合、選択スイッチが第１のポート０に電気的に結合され、出力スイッチＳ１０がオフされ、グリッド接続スイッチＳ１１、Ｓ１２がオフされ、第２の給電ユニットは単独で負荷に電力を供給する。または、第２の給電ユニットが正常に動作する場合、選択スイッチが第２のポート１に電気的に結合され、出力スイッチＳ１０がオフされ、グリッド接続スイッチＳ１１、Ｓ１２がオンされ、第２の給電ユニットは単独で負荷に電力を供給する。

引き続き図１７を参照すると、電力変換装置は、ＰＣＳ（エネルギー変換モジュール）コンバータ部分に用いられ、図におけるＢＡＴ（直流電池）入力ポートは、インバータ入力ポートに直接接続されても良く、コンバータを介してインバータ入力バスポートに接続されても良い。図における配線案によれば、ユーザの元配電案が影響されておらず、グリッド接続稼動の場合に単相２線とグリッドとが交互にエネルギーを供給できるだけではなく、グリッド切断の場合にＰＣＳコンバータがユーザに対して、元配電案のグリッドからの給電出力と一致する単相３線電圧源出力をも供給できる。主なメリットは、ユーザの元配電構造を調整する必要がないことにある。

家庭への応用を例として（図に示すのが単相３線システムであり、他のシステムも類似する）、図に示す家庭配線接続方式によれば、グリッドは家庭用電流計を介して室内に入った後、電力会社の容量限定ブレーカＫ１に接続され、さらに、家中のリーク保護ブレーカＫ２に接続され、最後に、家中の電力使用負荷に接続される。なお、電力会社の容量限定ブレーカＫ１は、ずっとユーザの室内に接続されるものではなく、室外に接続されても良く、このような２種類の接続方式は、ユーザ室内での配線接続にとっては別に実質的な差異がなく、何れも３本の電力線（Ｌ１、Ｌ２、Ｎ）のみを室内に接続すれば良く、室内配電接続システムの構造での変更に係らない。ユーザの給電確実性及び給電品質を向上し、ユーザの電気エネルギー使用の経済効果利益を向上し、エネルギーを節約して環境を保護するために、別の独立電源（ＰＣＳ）を、図１７の配線接線方式により家庭ユーザに接続し、家庭内部の既存配電接続システムに対して構造を変更する必要がない、すなわち、ただ断線枠内の部分を電力会社の容量限定ブレーカＫ１とリーク保護ブレーカＫ２との間に挿入すれば良いが、室内部分を変更する必要がない。依然としてただ３本の線を家庭の室内に接続し（本実施例では、単相３線システムであるが、他のシステも類似する）、既存家庭給電の配電システムをアップグレードすることが容易となる。別の独立電源（ＰＣＳ）の接続のため、グリッド側のエネルギーが双方向で流れることができるので、電流計を双方向電流計とする必要があり、図１７に示すように、電流計を第１の電流計Ｍｅｔｅｒ１および第２の電流計Ｍｅｔｅｒ２としても良く、かつ、第１の電流計Ｍｅｔｅｒ１および第２の電流計Ｍｅｔｅｒ２の課金方向は逆である。グリッドが正常である場合に、システムがグリッド接続で稼動し、グリッドに故障がある場合に、システムがグリッド切断で稼動し、グリッド切断稼動期間に、若し、グリッドが正常に回復すれば、シームレスでグリッド接続稼動モードに切り替わる。

以上により、本願の例示的な実施例で供給される電力変換装置は、グリッド接続稼動の場合及びグリッド切断稼動の場合における機能を兼ねて、かつ、グリッド切断稼動場合に単相３線出力を供給することができる。グリッド接続稼動とグリッド切断稼動との要求が一致しないシーンについて、本願の例示的な実施例では、既存の低リーク電流Ｈ４、Ｈ５、Ｈ６トポロジー及び類似するインバータを設計改良し、グリッド接続稼動の場合に、インバータ入力端の再生可能なエネルギーエネルギー入力電力をコンバータ出力ポートへ変換し、単相線電圧へグリッド接続し、グリッド切断稼動の場合に、少しの部材を追加することにより、単相３線電圧源出力を実現する。

前記関連実施例を用いて本開示を説明したが、前記実施例は、本開示を実施する例示的なものに過ぎない。開示されている実施例は、本開示の範囲を限定しない。逆に、本開示の要旨を逸脱しない範囲で行われる補正や変更は何れも、本開示の保護範囲に属する。

Ｓ１０ 出力スイッチ
Ｓ１１ グリッド接続スイッチ
１０ バスキャパシタンスモジュール
２０ 均圧ハーフブリッジ
３０ ブリッジ変換回路
４０ ブリッジ出力フィルタ回路
５０ リレー保護装置

Claims (12)

1. 第１、第２のバスキャパシタンスに直列に接続されている給電モジュールから出力された電気エネルギーを変換するための電力変換装置であって、
   前記給電モジュールから出力された電気エネルギーを単相２線出力または単相３線出力に変換するための電気エネルギー変換モジュールと、
   前記電気エネルギー変換モジュールに接続されており、前記電気エネルギー変換モジュールが前記単相２線出力または単相３線出力を供給するように制御するためのスイッチ切換モジュールと、を備え、
   前記電気エネルギー変換モジュールは、
   アーム中点が前記第１、第２のバスキャパシタンスの第１の端に接続される均圧ハーフブリッジと、
   それぞれ前記第１、第２のバスキャパシタンスの第２の端に接続された第１、第２の入力端と、前記単相２線出力を供給するための第１、第２の出力端とを有するブリッジ変換回路と、
   第１の端が前記均圧ハーフブリッジのアーム中点に接続され、第２の端が前記ブリッジ変換回路の第１、第２の出力端と共に前記単相３線出力を供給する中心線と、を有し、
   前記第１、第２のバスキャパシタンスの第１の端同士が接続し合うことを特徴とする電力変換装置。
2. 前記給電モジュールは、光起発電装置または燃料電池発電装置であり、前記電気エネルギー変換モジュールは、直流−交流コンバータであることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記スイッチ切換モジュールは、前記中心線の第１の端と第２の端との間に設けられた制御型スイッチを有することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
4. 前記ブリッジ変換回路は、ハーフブリッジインバータまたはフルブリッジインバータを含むことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
5. 前記フルブリッジインバータは、
   第１の端、第２の端及び制御端を有し、第１の端が前記第１のバスキャパシタンスの第２の端に接続される第１のスイッチング素子と、
   第１の端、第２の端及び制御端を有し、第１の端が前記第１のスイッチング素子の第１の端に接続される第２のスイッチング素子と、
   第１の端、第２の端及び制御端を有し、第２の端が前記第２のバスキャパシタンスの第２の端に接続される第３のスイッチング素子と、
   第１の端、第２の端及び制御端を有し、第２の端が前記第３のスイッチング素子の第２の端に接続される第４のスイッチング素子と、
   第１の端、第２の端及び制御端を有し、第１の端が前記第１のスイッチング素子の第２の端に接続される第５のスイッチング素子と、
   第１の端、第２の端及び制御端を有し、第１の端が前記第１のスイッチング素子の第２の端及び前記第５のスイッチング素子の第１の端に接続され、第２の端が前記第３のスイッチング素子の第１の端に結合される第６のスイッチング素子と、
   第１の端、第２の端及び制御端を有し、第１の端が前記第５のスイッチング素子の第２の端に接続され、第２の端が前記第２のスイッチング素子の第２の端及び第４のスイッチング素子の第１の端に接続される第７のスイッチング素子と、を有することを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
6. 前記均圧ハーフブリッジの制御方式は、ＰＩリング制御であり、
   前記ＰＩリング制御には、さらに、
   前記均圧ハーフブリッジのインダクタンス電流のサンプリング電流のインターリング制御、または、
   前記第２のバスキャパシタンスの電流フィードフォワード電圧のアウターリング制御が用いられることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
7. 前記第１のバスキャパシタンスと第２のバスキャパシタンス電圧との圧差が所定の圧差以上である場合、前記均圧ハーフブリッジを起動し、前記第１のバスキャパシタンスと第２のバスキャパシタンス電圧との圧差が所定の圧差よりも小さい場合、前記均圧ハーフブリッジを遮断することを特徴とする請求項６に記載の電力変換装置。
8. 前記単相２線出力及び前記単相３線出力をフィルタ処理するためのブリッジ出力フィルタをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
9. 電力供給システムであって、
   前記電力供給システムは、第１の給電ユニット及び第２の給電ユニットを備え、前記第１の給電ユニット及び前記第２の給電ユニットと負荷との間は少なくとも２本の線を介して接続されており、
   前記第１の給電ユニットは、請求項１に記載の電力変換装置、第１のポート及び第２のポートを有し、前記第１のポートが前記第２の給電ユニットに電気的に結合され、前記負荷が選択スイッチを介して前記第１のポートまたは前記第２のポートに選択的で電気的に結合され、
   前記電力変換装置は、出力スイッチ及びグリッド接続スイッチを介して前記第１のポートに電気的に結合され、前記出力スイッチを介して前記第２のポートに電気的に結合され、
   前記電力供給システムは、前記出力スイッチ、前記グリッド接続スイッチ及び前記選択スイッチのオン／オフにより、前記第１の給電ユニットおよび／または前記第２の給電ユニットを用いて前記負荷に電力を供給することを特徴とする電力供給システム。
10. 前記第１の給電ユニットと前記第２の給電ユニットとが何れも正常に動作する場合、前記選択スイッチが前記第１のポートまたは前記第２のポートに電気的に結合され、前記出力スイッチ及び前記グリッド接続スイッチが何れもオンされ、前記第１の給電ユニット及び前記第２の給電ユニットが同時に前記負荷に電力を供給することを特徴とする請求項９に記載の電力供給システム。
11. 前記第２の給電ユニットは、順で直列に接続された第１の電流計と第２の電流計と容量限定ブレーカとを有し、前記第１の電流計と前記第２の電流計とは、課金方向が逆であり、前記第１の給電ユニットと前記第２の給電ユニットとの間では、エネルギーが双方向で伝達され得ることを特徴とする請求項１０に記載の電力供給システム。
12. 前記第２の給電ユニットが正常に動作する場合、前記選択スイッチが前記第１のポートまたは前記第２のポートに電気的に結合され、前記出力スイッチ及び前記グリッド接続スイッチのオン／オフにより、前記第２の給電ユニットが単独で前記負荷に電力を供給することを特徴とする請求項９に記載の電力供給システム。