JP2020178503A - Power conversion device - Google Patents

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Abstract

To provide a power conversion device that can prevent a resonance current with a simple configuration without reducing the conversion efficiency of the power conversion device.SOLUTION: A power conversion device according to an embodiment comprises: a plurality of converters that may be applied with a DC voltage via a circuit breaker and are connected in parallel; and a first capacitor that is applied with the DC voltage at both ends. Each of the plurality of converters includes a pair of DC terminals that are applied with the DC voltage, an AC terminal that outputs and then receives an AC voltage, a conversion circuit that is connected between the pair of DC terminals and the AC terminal, a second capacitor that is connected between the pair of DC terminals and the conversion circuit, a diode that is connected such that a current flows from the AC terminal toward the DC terminal on a high potential side of the pair of DC terminals, and a resistor that is connected between any one of the pair of DC terminals and the second capacitor.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の実施形態は、電力変換装置に関する。 Embodiments of the present invention relate to a power converter.

複数の変換器を並列に接続した並列多重型の電力変換装置がある。各変換器は、スイッチング素子を有し、スイッチング素子のスイッチングにより、直流電圧もしくは交流電圧を直流電圧に変換し、またはその逆変換を行う。各変換器の直流端には、コンデンサが設けられており、このコンデンサと配線インダクタンスとによって複数のLC共振ループが形成される。スイッチング素子のスイッチングにともなって、これらのループ内に共振電流が流れる。 There is a parallel multiplex type power converter in which a plurality of converters are connected in parallel. Each converter has a switching element, and by switching the switching element, a DC voltage or an AC voltage is converted into a DC voltage, or vice versa. A capacitor is provided at the DC end of each converter, and a plurality of LC resonance loops are formed by the capacitor and the wiring inductance. Resonant current flows in these loops as the switching elements are switched.

このような並列多重型の電力変換装置において、共振電流を抑制する手法が種々提案されている(たとえば特許文献1等)。 In such a parallel multiplexing type power conversion device, various methods for suppressing the resonance current have been proposed (for example, Patent Document 1 and the like).

しかしながら、共振電流を抑制するために、複雑な制御や回路要素が必要となったり、スイッチング速度等の回路定数を調整したりしたのでは、電力変換装置全体の性能が低下し、装置設計が困難となるおそれがある。 However, if complicated control and circuit elements are required to suppress the resonance current, or if circuit constants such as switching speed are adjusted, the performance of the entire power converter will deteriorate and it will be difficult to design the device. There is a risk of becoming.

特開2003−70263号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-70263

実施形態は、簡単な構成で、電力変換装置の変換効率を低下させずに共振電流を抑制できる電力変換装置を提供する。 The embodiment provides a power conversion device having a simple configuration and capable of suppressing a resonance current without lowering the conversion efficiency of the power conversion device.

実施形態に係る電力変換装置は、遮断器を介して直流電圧が印加され得る、並列接続された複数の変換器と、前記直流電圧を両端に印加される第1コンデンサと、を備える。前記複数の変換器のそれぞれは、前記直流電圧が印加される一対の直流端子と、交流電圧を出力し、また入力する交流端子と、前記一対の直流端子と前記交流端子との間に接続された変換回路と、前記一対の直流端子と前記変換回路との間に接続された第2コンデンサと、前記交流端子から前記一対の直流端子の高電位側の直流端子に向かって電流が流れるように接続されたダイオードと、前記一対の直流端子のうちのいずれか1つの直流端子と前記第2コンデンサとの間に接続された抵抗器と、を含む。 The power converter according to the embodiment includes a plurality of converters connected in parallel to which a DC voltage can be applied via a circuit breaker, and a first capacitor to which the DC voltage is applied to both ends. Each of the plurality of converters is connected between a pair of DC terminals to which the DC voltage is applied, an AC terminal that outputs and inputs an AC voltage, and the pair of DC terminals and the AC terminal. The conversion circuit, the second capacitor connected between the pair of DC terminals and the conversion circuit, and the current flow from the AC terminal to the DC terminal on the high potential side of the pair of DC terminals. It includes a connected diode and a resistor connected between the DC terminal of any one of the pair of DC terminals and the second capacitor.

本実施形態では、簡単な構成で、電力変換装置の変換効率を低下させずに共振電流を抑制できる電力変換装置が実現される。 In the present embodiment, a power conversion device capable of suppressing the resonance current without lowering the conversion efficiency of the power conversion device is realized with a simple configuration.

第1の実施形態に係る電力変換装置を例示するブロック図である。It is a block diagram which illustrates the power conversion apparatus which concerns on 1st Embodiment. 比較例の電力変換装置を例示するブロック図である。It is a block diagram which illustrates the power conversion apparatus of the comparative example. 第2の実施形態に係る電力変換装置を例示するブロック図である。It is a block diagram which illustrates the power conversion apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 比較例の電力変換装置を例示するブロック図である。It is a block diagram which illustrates the power conversion apparatus of the comparative example.

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
The drawings are schematic or conceptual, and the relationship between the thickness and width of each part, the ratio of the sizes between the parts, and the like are not necessarily the same as the actual ones. Further, even when the same parts are represented, the dimensions and ratios may be different from each other depending on the drawings.
In addition, in the present specification and each figure, the same elements as those described above with respect to the above-mentioned figures are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted as appropriate.

(第1の実施形態)
図1は、本実施形態に係る電力変換装置を例示するブロック図である。
図1に示すように、実施形態の電力変換装置10は、端子11a,11bを介して直流回路1に接続される。直流回路1は、遮断装置50を介して電力変換装置10に接続される。直流回路1は、たとえば直流電源を含む。直流電源は、交流電圧を整流等して直流電圧に変換されたものであってもよいし、他の直流電源、たとえば太陽光発電パネル等によって発電された電力源や電池等を含む蓄電装置等であってもよい。
(First Embodiment)
FIG. 1 is a block diagram illustrating an electric power conversion device according to the present embodiment.
As shown in FIG. 1, the power conversion device 10 of the embodiment is connected to the DC circuit 1 via terminals 11a and 11b. The DC circuit 1 is connected to the power conversion device 10 via the cutoff device 50. The DC circuit 1 includes, for example, a DC power supply. The DC power supply may be one that is converted into a DC voltage by rectifying an AC voltage or the like, or another DC power supply, for example, a power storage device including a power source or a battery generated by a solar power generation panel or the like. It may be.

なお、「端子」という場合には、端子台等を用いて接続する場合の接続箇所に限らず、バスバー等の配線部材にねじ止めする場合や、ボルトナットによる締結、直接はんだ付けや溶接等による接続箇所を含むものとする。 The term "terminal" is not limited to the connection point when connecting using a terminal block, etc., but is also used when screwing to a wiring member such as a bus bar, fastening with bolts and nuts, direct soldering, welding, etc. It shall include the connection point.

電力変換装置10は、端子11c,11dを介して、直流回路2に接続される。直流回路2は、図示しないが平滑コンデンサを含んでいる。直流回路2は、たとえば直流電源を含む。直流電源は蓄電池であり、その場合には、蓄電池が平滑コンデンサを兼ねてもよい。端子11c,11dは接続されている。 The power conversion device 10 is connected to the DC circuit 2 via the terminals 11c and 11d. The DC circuit 2 includes a smoothing capacitor (not shown). The DC circuit 2 includes, for example, a DC power supply. The DC power source is a storage battery, in which case the storage battery may also serve as a smoothing capacitor. The terminals 11c and 11d are connected.

電力変換装置10は、直流回路1から入力される直流電圧V1を直流電圧V2に変換して直流回路2に出力するDC−DCコンバータである。この例では、直流電圧V1の大きさは直流電圧V2の大きさよりも大きく、電力変換装置10は降圧DC−DCコンバータとして動作する。 The power converter 10 is a DC-DC converter that converts a DC voltage V1 input from the DC circuit 1 into a DC voltage V2 and outputs the DC voltage V1 to the DC circuit 2. In this example, the magnitude of the DC voltage V1 is larger than the magnitude of the DC voltage V2, and the power converter 10 operates as a step-down DC-DC converter.

電力変換装置10は、直流回路2から入力される直流電圧V2を入力して、直流電圧V1に変換して直流回路1に出力することもできる。この場合には、電力変換装置10は、昇圧DC−DCコンバータとして動作する。 The power conversion device 10 can also input the DC voltage V2 input from the DC circuit 2, convert it to the DC voltage V1, and output it to the DC circuit 1. In this case, the power converter 10 operates as a step-up DC-DC converter.

電力変換装置10が降圧DC−DCコンバータとして動作するか、昇圧DC−DCコンバータとして動作するかは、図示しない制御装置によって適切に制御される。 Whether the power converter 10 operates as a step-down DC-DC converter or a step-up DC-DC converter is appropriately controlled by a control device (not shown).

遮断装置50は、端子51a,51bを介して直流回路1に接続される。遮断装置50は、端子51c,51dを介して電力変換装置10に接続される。遮断装置50は、この例では、端子51a,51cの間に直列に遮断器52が接続されている。遮断器52は、たとえば直流高速度真空遮断器である。遮断器52は、設定された電流値を超える電流が所定期間継続すると、回路を開いて電流を遮断する。たとえば、直流電源側が短絡し、つまり、端子51a,51bが短絡した場合に、遮断器52に設定された電流値を超える電流が流れると、遮断器52は、回路を開いて、遮断器52に流れていた電流とともに、電力変換装置10に流れていた電流を遮断する。 The cutoff device 50 is connected to the DC circuit 1 via terminals 51a and 51b. The cutoff device 50 is connected to the power conversion device 10 via the terminals 51c and 51d. In this example, the circuit breaker 50 has a circuit breaker 52 connected in series between the terminals 51a and 51c. The circuit breaker 52 is, for example, a DC high-speed vacuum circuit breaker. The circuit breaker 52 opens the circuit and cuts off the current when the current exceeding the set current value continues for a predetermined period. For example, when the DC power supply side is short-circuited, that is, when the terminals 51a and 51b are short-circuited and a current exceeding the current value set in the circuit breaker 52 flows, the circuit breaker 52 opens the circuit and causes the circuit breaker 52. Along with the flowing current, the current flowing through the power converter 10 is cut off.

電力変換装置10は、変換器21〜23を備える。3台の変換器21〜23は、一対の端子(一対の直流端子)21a〜23a,21b〜23bによって並列に接続されている。具体的には、変換器21〜23の直流回路1に接続される端子(直流端子)21a〜23aは互いに接続されており、端子(直流端子)21b〜23bも互いに接続されている。変換器21〜23の直流回路2に接続される端子21c〜23cは互いに接続されている。 The power converter 10 includes converters 21 to 23. The three converters 21 to 23 are connected in parallel by a pair of terminals (a pair of DC terminals) 21a to 23a and 21b to 23b. Specifically, the terminals (DC terminals) 21a to 23a connected to the DC circuit 1 of the converters 21 to 23 are connected to each other, and the terminals (DC terminals) 21b to 23b are also connected to each other. The terminals 21c to 23c connected to the DC circuit 2 of the converters 21 to 23 are connected to each other.

変換器21〜23は、端子21a〜23aを介して電力変換装置10の端子11aに接続されており、端子21b〜23bを介して、電力変換装置10の端子11bに接続されている。 The converters 21 to 23 are connected to the terminals 11a of the power converter 10 via the terminals 21a to 23a, and are connected to the terminals 11b of the power converter 10 via the terminals 21b to 23b.

端子11aと端子21a〜23aとの間には、インダクタ12が直列に接続されている。端子21a〜23aと端子21b〜23bとの間には、コンデンサ(第1コンデンサ)13が並列に接続されている。インダクタ12およびコンデンサ13は、L型のフィルタを形成している。インダクタ12およびコンデンサ13からなるフィルタは、端子11a,11b間の直流電圧から不要なノイズを除去する。このうち、インダクタ12については、後述する直流回路1側における短絡事故が発生した場合に、短絡電流を限流する役割もある。 An inductor 12 is connected in series between the terminals 11a and the terminals 21a to 23a. A capacitor (first capacitor) 13 is connected in parallel between the terminals 21a to 23a and the terminals 21b to 23b. The inductor 12 and the capacitor 13 form an L-shaped filter. The filter including the inductor 12 and the capacitor 13 removes unnecessary noise from the DC voltage between the terminals 11a and 11b. Of these, the inductor 12 also has a role of limiting the short-circuit current when a short-circuit accident occurs on the DC circuit 1 side, which will be described later.

電力変換装置10では、変換器21〜23の出力と端子11c,11dとの間に直列にインダクタ41〜43がそれぞれ接続されている。インダクタ41〜43の一端は、変換器21〜23の端子21c〜23cにそれぞれ接続されている。インダクタ41〜43の他端は、互いに接続され、端子11cに接続されている。インダクタ41〜43は、端子21c,11c間の電圧に応じて電流を流す。 In the power converter 10, inductors 41 to 43 are connected in series between the outputs of the converters 21 to 23 and the terminals 11c and 11d, respectively. One ends of the inductors 41 to 43 are connected to terminals 21c to 23c of the converters 21 to 23, respectively. The other ends of the inductors 41 to 43 are connected to each other and connected to the terminal 11c. The inductors 41 to 43 pass a current according to the voltage between the terminals 21c and 11c.

インダクタ41〜43の接続端と端子11cとの間には、遮断器44が直列に接続されている。遮断器44は、電力変換装置10の端子11c,11dに流れる電流が所定の値を超えたときに回路を開いて過大な電流を遮断する。 A circuit breaker 44 is connected in series between the connection ends of the inductors 41 to 43 and the terminal 11c. The circuit breaker 44 opens a circuit to cut off an excessive current when the current flowing through the terminals 11c and 11d of the power conversion device 10 exceeds a predetermined value.

変換器21は、抵抗器210と、スイッチング素子211,212と、ダイオード213,214と、コンデンサ215と、を含む。変換器22は、抵抗器220と、スイッチング素子221,222と、ダイオード223,224と、コンデンサ225と、を含む。変換器23は、抵抗器230と、スイッチング素子231,232と、ダイオード233,234と、コンデンサ235と、を含む。変換器21〜23は、それらの符号を変えてあるが、構成要素はすべて同じである。変換器21〜23の構成を説明する際には、そのうちの1つである変換器21について説明し、他の変換器22,23の構成についての説明は適宜省略する。なお、後述する他の実施形態や比較例についても同様である。 The converter 21 includes a resistor 210, switching elements 211 and 212, diodes 213 and 214, and a capacitor 215. The converter 22 includes a resistor 220, switching elements 221 and 222, diodes 223 and 224, and a capacitor 225. The converter 23 includes a resistor 230, switching elements 231 and 232, diodes 233 and 234, and a capacitor 235. The converters 21 to 23 have different codes, but all the components are the same. When explaining the configurations of the converters 21 to 23, one of them, the converter 21, will be described, and the description of the configurations of the other converters 22 and 23 will be omitted as appropriate. The same applies to other embodiments and comparative examples described later.

変換器21のスイッチング素子211,212は、直列に接続されている。ダイオード213,214は、スイッチング素子211,212に逆並列にそれぞれ接続されている。コンデンサ(第2コンデンサ)215は、スイッチング素子211,212の直列回路(変換回路)に並列に接続されている。スイッチング素子211,212およびコンデンサ215の並列回路は、端子21aと端子21bとの間に接続されている。スイッチング素子211,212の接続ノードには、端子21cが接続されている。 The switching elements 211 and 212 of the converter 21 are connected in series. The diodes 213 and 214 are connected to the switching elements 211 and 212 in antiparallel, respectively. The capacitor (second capacitor) 215 is connected in parallel to the series circuit (conversion circuit) of the switching elements 211 and 212. The parallel circuit of the switching elements 211 and 212 and the capacitor 215 is connected between the terminals 21a and the terminals 21b. Terminals 21c are connected to the connection nodes of the switching elements 211 and 212.

抵抗器210は、端子21aと端子21cとの間に直列に接続されており、より具体的には端子21aと、スイッチング素子211,212およびコンデンサ215の並列回路と、の間に接続されている。 The resistor 210 is connected in series between the terminal 21a and the terminal 21c, and more specifically, is connected between the terminal 21a and the parallel circuit of the switching elements 211 and 212 and the capacitor 215. ..

電力変換装置10が降圧DC−DCコンバータとして動作するときには、スイッチング素子211がオン、スイッチング素子212がオフして、直流回路1およびスイッチング素子211からインダクタ41を介して、直流回路2に電流を供給する。スイッチング素子がオフするのに続いて、スイッチング素子212がオンして、インダクタ41に蓄積されたエネルギーを放出するように、直流回路2に電流を供給する。 When the power converter 10 operates as a step-down DC-DC converter, the switching element 211 is turned on and the switching element 212 is turned off to supply a current from the DC circuit 1 and the switching element 211 to the DC circuit 2 via the inductor 41. To do. Following the switching element turning off, the switching element 212 turns on and supplies a current to the DC circuit 2 so as to release the energy stored in the inductor 41.

電力変換装置10が昇圧DC−DCコンバータとして動作するときには、スイッチング素子212がオン、スイッチング素子211がオフして、インダクタ41に直流回路2からエネルギーを蓄積する。スイッチング素子212がオフするのに続いて、スイッチング素子211がオンして、インダクタ41に蓄積されたエネルギーを放出するように直流回路1に電流を供給する。 When the power converter 10 operates as a step-up DC-DC converter, the switching element 212 is turned on and the switching element 211 is turned off, and energy is stored in the inductor 41 from the DC circuit 2. Following the switching element 212 turning off, the switching element 211 turns on and supplies a current to the DC circuit 1 so as to release the energy stored in the inductor 41.

ここで、スイッチング素子211に逆並列に接続されたダイオード213は、昇圧動作時にインダクタ41から直流回路1に電流を供給するために設けられている。なお、スイッチング素子212に逆並列に接続されたダイオード214は、降圧動作時にインダクタ41から直流回路2に電流を供給するために設けられている。 Here, the diode 213 connected in antiparallel to the switching element 211 is provided to supply a current from the inductor 41 to the DC circuit 1 during the boosting operation. The diode 214 connected in antiparallel to the switching element 212 is provided to supply a current from the inductor 41 to the DC circuit 2 during the step-down operation.

このようにして、変換器21は、直流回路1から供給される直流電圧V1を直流電圧V2に変換して、直流回路2に供給する。また、変換器21は、直流回路2から供給される直流電圧V2を直流電圧V1に変換して、直流回路1に供給する。 In this way, the converter 21 converts the DC voltage V1 supplied from the DC circuit 1 into the DC voltage V2 and supplies it to the DC circuit 2. Further, the converter 21 converts the DC voltage V2 supplied from the DC circuit 2 into the DC voltage V1 and supplies it to the DC circuit 1.

変換器21〜23は、図示しない制御装置からのゲート信号にしたがって、たとえばPWM制御によって、直流電圧を制御する。各変換器21〜23のゲート信号の位相は、たとえばそれぞれ120°ずれており、多重化されている。 The converters 21 to 23 control the DC voltage according to a gate signal from a control device (not shown), for example, by PWM control. The phases of the gate signals of the converters 21 to 23 are, for example, 120 ° out of phase and are multiplexed.

本実施形態の電力変換装置10の動作について説明する。
まず、共振ループの形成について説明する。
上述したとおり、変換器21〜23は並列に接続されており、直流回路1の側および直流回路2の側では、バスバーや配線等によってそれぞれ互いに接続されている。変換器21〜23の配置によって、変換器ごとに接続のための配線長が相違する。
The operation of the power conversion device 10 of the present embodiment will be described.
First, the formation of the resonance loop will be described.
As described above, the converters 21 to 23 are connected in parallel, and the DC circuit 1 side and the DC circuit 2 side are connected to each other by a bus bar, wiring, or the like. Depending on the arrangement of the converters 21 to 23, the wiring length for connection differs for each converter.

変換器21の端子21a、変換器22の端子22aおよび変換器23の端子23aは、それぞれ配線31a,32a,33aによって、たとえばコンデンサ13の一方の端子に接続される。変換器21の端子21b、変換器22の端子22bおよび変換器23の端子23bは、それぞれ配線31b,32b,33bによって、たとえばコンデンサ13の他方の端子に接続される。これら配線31a〜33bは、それぞれ異なる長さを有しており、したがって異なる寄生インダクタンスを有している。 The terminal 21a of the converter 21, the terminal 22a of the converter 22, and the terminal 23a of the converter 23 are connected to, for example, one terminal of the capacitor 13 by wirings 31a, 32a, 33a, respectively. The terminal 21b of the converter 21, the terminal 22b of the converter 22, and the terminal 23b of the converter 23 are connected to, for example, the other terminal of the capacitor 13 by wirings 31b, 32b, 33b, respectively. These wirings 31a to 33b each have a different length and therefore have different parasitic inductances.

配線31a,31bの寄生インダクタンスおよびコンデンサ215,13からなる回路は、共振ループを形成し、インダクタンス値および静電容量値にもとづく共振電流が流れ得る。配線32a,32bの寄生インダクタンスおよびコンデンサ225,13からなる回路は、別の共振ループを形成し、インダクタンス値および静電容量値にもとづく共振電流が流れ得る。配線33a,33bおよびコンデンサ235,13からなる回路についても、別の共振ループを形成し、インダクタンス値および静電容量値にもとづいて共振電流が流れ得る。これらの共振ループは、コンデンサ13を介してすべて電気的に接続されているだけでなく、配線の配置によっては磁気的に結合するため、複雑な挙動を示し得る。過大な共振電流がこれらの共振ループ中を流れた場合には、外部回路や、電力変換装置10の制御回路等に悪影響を及ぼし得る。また、過大な共振電流は、共振ループ上に存在する各種回路要素や配線の過熱等を起こし得る。 The circuit composed of the parasitic inductance of the wirings 31a and 31b and the capacitors 215 and 13 forms a resonance loop, and a resonance current based on the inductance value and the capacitance value can flow. The circuit composed of the parasitic inductance of the wirings 32a and 32b and the capacitors 225 and 13 forms another resonance loop, and a resonance current based on the inductance value and the capacitance value can flow. Another resonance loop may be formed in the circuit including the wirings 33a and 33b and the capacitors 235 and 13, and the resonance current may flow based on the inductance value and the capacitance value. Not only are all these resonance loops electrically connected via the capacitor 13, but they are also magnetically coupled depending on the arrangement of the wiring, so that they may exhibit complicated behavior. When an excessive resonance current flows through these resonance loops, it may adversely affect the external circuit, the control circuit of the power conversion device 10, and the like. Further, an excessive resonance current may cause overheating of various circuit elements and wiring existing on the resonance loop.

抵抗器210〜230は、上述の共振ループにそれぞれ直列に挿入されている。したがって、抵抗器210〜230は、共振ループに共振電流が流れた場合に、ダンピング抵抗として機能するので、共振電流による影響を抑制することができる。 The resistors 210 to 230 are each inserted in series in the above-mentioned resonance loop. Therefore, the resistors 210 to 230 function as a damping resistor when a resonance current flows through the resonance loop, so that the influence of the resonance current can be suppressed.

次に、直流回路1の側に短絡事故が発生した場合の動作について説明する。
直流回路1の側の短絡事故とは、具体的には、遮断装置50の端子51a,51b間が短絡した場合が想定される。直流回路1の出力が短絡、すなわち遮断装置50の端子51a,51b間が短絡した場合であって、電力変換装置10の端子11c,11d間には直流電圧V2の直流電源が接続されているときには、以下のような電流経路が形成される。ただし、電力変換装置10は停止しており、すべてのスイッチング素子はオフ状態にあるものとする。
Next, the operation when a short-circuit accident occurs on the side of the DC circuit 1 will be described.
Specifically, the short-circuit accident on the side of the DC circuit 1 is assumed to be a case where the terminals 51a and 51b of the breaking device 50 are short-circuited. When the output of the DC circuit 1 is short-circuited, that is, when the terminals 51a and 51b of the breaking device 50 are short-circuited and the DC power supply of the DC voltage V2 is connected between the terminals 11c and 11d of the power conversion device 10. , The following current path is formed. However, it is assumed that the power conversion device 10 is stopped and all the switching elements are in the off state.

変換器21に関しては、端子11c、遮断器44、インダクタ41、端子21c、ダイオード213、抵抗器210、端子21a、端子11a、端子51c、遮断器52、端子51a、端子51b、端子51d、端子11b、および端子11dの経路で短絡電流が流れる。 Regarding the converter 21, the terminal 11c, the circuit breaker 44, the inductor 41, the terminal 21c, the diode 213, the resistor 210, the terminal 21a, the terminal 11a, the terminal 51c, the circuit breaker 52, the terminal 51a, the terminal 51b, the terminal 51d, and the terminal 11b. , And a short-circuit current flows along the path of the terminal 11d.

変換器22に関しては、端子11c、遮断器44、インダクタ42、端子22c、ダイオード223、抵抗器220、端子22a、端子11a、端子51c、遮断器52、端子51a、端子51b、端子51d、端子11b、および端子11dの経路で短絡電流が流れる。 Regarding the converter 22, the terminal 11c, the circuit breaker 44, the inductor 42, the terminal 22c, the diode 223, the resistor 220, the terminal 22a, the terminal 11a, the terminal 51c, the circuit breaker 52, the terminal 51a, the terminal 51b, the terminal 51d, and the terminal 11b. , And a short-circuit current flows along the path of the terminal 11d.

変換器23に関しては、端子11c、遮断器44、インダクタ43、端子23c、ダイオード233、抵抗器230、端子23a、端子11a、端子51c、遮断器52、端子51a、端子51b、端子51d、端子11b、および端子11dの経路で短絡電流が流れる。 Regarding the converter 23, the terminal 11c, the circuit breaker 44, the inductor 43, the terminal 23c, the diode 233, the resistor 230, the terminal 23a, the terminal 11a, the terminal 51c, the circuit breaker 52, the terminal 51a, the terminal 51b, the terminal 51d, the terminal 11b. , And a short-circuit current flows along the path of the terminal 11d.

つまり、短絡電流は、変換器21〜23に分流して流れる。変換器21〜23に分流して流れる短絡電流は、ダイオード213,223,233を流れた後、抵抗器210〜230を介して直流回路1側にそれぞれ流れ、直流回路2の側へ流れる。 That is, the short-circuit current is diverted to the converters 21 to 23 and flows. The short-circuit current that flows separately from the converters 21 to 23 flows through the diodes 213, 223, and 233, then flows to the DC circuit 1 side via the resistors 210 to 230, and flows to the DC circuit 2 side.

抵抗器210〜230の抵抗値は、短絡電流が分流して流れる電流に応じて決定されている。より具体的には、遮断器52または遮断器44が動作を開始し、短絡電流を遮断するまでの間に、各変換器21〜23に分流して流れる電流を制限する値に設定される。つまり、各変換器21〜23に分流する電流がほぼ等しいとすることによって、短絡電流を制限するのに必要な抵抗値の3倍、すなわち並列数倍の抵抗値を有する抵抗器が設けられる。 The resistance value of the resistors 210 to 230 is determined according to the current in which the short-circuit current is divided and flows. More specifically, it is set to a value that limits the current that flows through the converters 21 to 23 before the circuit breaker 52 or the circuit breaker 44 starts operating and cuts off the short-circuit current. That is, by assuming that the currents diverted to each of the converters 21 to 23 are substantially equal, a resistor having a resistance value three times the resistance value required for limiting the short-circuit current, that is, a resistance value several times in parallel is provided.

このように、抵抗器210〜230は、並列接続された変換器21〜23ごとに形成される共振ループに直列に接続されており、ダンピング抵抗として機能する。それとともに抵抗器210〜230は、短絡事故時の短絡電流制限抵抗としても機能する。 In this way, the resistors 210 to 230 are connected in series to the resonance loops formed for each of the converters 21 to 23 connected in parallel, and function as a damping resistor. At the same time, the resistors 210 to 230 also function as a short-circuit current limiting resistor in the event of a short-circuit accident.

本実施形態の電力変換装置10の効果について、比較例を参照しつつ説明する。
比較例の電力変換装置について説明する。
図2は、比較例の電力変換装置を例示するブロック図である。
図2に示すように、比較例の電力変換装置110は、端子111a,111bを介して遮断装置150に接続されており、遮断装置150は、直流回路1に接続されている。遮断装置150は、遮断器52と抵抗器500とを含む。遮断器52および抵抗器500は直列に接続されている。直列に接続された遮断器52および抵抗器500は、直流回路1に接続された端子150aと電力変換装置110に接続された端子150cとの間に直列に接続されている。
The effect of the power conversion device 10 of the present embodiment will be described with reference to a comparative example.
A power conversion device of a comparative example will be described.
FIG. 2 is a block diagram illustrating a power conversion device of a comparative example.
As shown in FIG. 2, the power conversion device 110 of the comparative example is connected to the breaking device 150 via the terminals 111a and 111b, and the breaking device 150 is connected to the DC circuit 1. The circuit breaker 150 includes a circuit breaker 52 and a resistor 500. The circuit breaker 52 and the resistor 500 are connected in series. The circuit breaker 52 and the resistor 500 connected in series are connected in series between the terminal 150a connected to the DC circuit 1 and the terminal 150c connected to the power conversion device 110.

比較例の電力変換装置110は、変換器121〜123を有する。変換器121〜123は、端子121a〜123a,121b〜123bで互いに接続され、端子121c〜123cで互いに接続されている。変換器121〜123は、上述の実施形態の場合と抵抗器210〜230を含まない点で相違し、他の点では上述の実施形態の場合と同一の回路構成を有する。 The power converter 110 of the comparative example has converters 121 to 123. The converters 121 to 123 are connected to each other at terminals 121a to 123a and 121b to 123b, and are connected to each other at terminals 121c to 123c. The converters 121 to 123 are different from the above-described embodiment in that they do not include resistors 210 to 230, and have the same circuit configuration as the above-described embodiment in other respects.

この比較例の場合には、遮断装置150は、抵抗器500が電力変換装置110に直列に挿入された抵抗器500を有するので、直流回路1の短絡時の短絡電流を制限することができる。一方、変換器121の端子121a,121c間、変換器122の端子122a,122c間、および変換器123の端子123a,123c間にさらに抵抗器を挿入することによって共振電流をそれぞれダンピングすることができるが、抵抗器500を含めたすべての抵抗器によって損失が生ずるため、電力変換装置110および遮断装置150を含めた全体の変換効率が低下する。 In the case of this comparative example, since the resistor 500 has the resistor 500 in which the resistor 500 is inserted in series with the power converter 110, the short-circuit current at the time of short-circuiting of the DC circuit 1 can be limited. On the other hand, the resonance current can be damped by further inserting a resistor between the terminals 121a and 121c of the converter 121, between the terminals 122a and 122c of the converter 122, and between the terminals 123a and 123c of the converter 123, respectively. However, since the loss is generated by all the resistors including the resistor 500, the conversion efficiency of the whole including the power converter 110 and the breaking device 150 is lowered.

これに対して、本実施形態の電力変換装置10では、変換器21〜23が共振ループ内に抵抗器210〜230はダンピング抵抗として機能するとともに短絡事故時の電流制限抵抗としても機能する。 On the other hand, in the power converter 10 of the present embodiment, the converters 21 to 23 function as a damping resistor in the resonance loop, and the resistors 210 to 230 also function as a current limiting resistor in the event of a short circuit accident.

したがって、本実施形態の電力変換装置10では、遮断装置50を含めた全体の変換効率を低下させることなく、共振電流を抑制することができるとともに、短絡事故時の短絡電流を制限することができる。 Therefore, in the power conversion device 10 of the present embodiment, the resonance current can be suppressed and the short-circuit current at the time of a short-circuit accident can be limited without lowering the overall conversion efficiency including the breaking device 50. ..

(第2の実施形態)
上述の実施形態の場合には、抵抗器を高電位側に挿入したが、抵抗器を低電位側に挿入しても同様の効果を得ることができる。
図3は、本実施形態に係る電力変換装置を例示するブロック図である。
図3に示すように、本実施形態の電力変換装置310は、端子311a,311bを介して遮断装置50に接続され、端子311c,311dを介して直流回路2に接続される。電力変換装置310は、変換器321〜323を備える。本実施形態では、変換器321〜323の構成が上述の他の実施形態の場合と相違し、その他の点では上述の他の実施形態の場合と同一である。同一の構成要素には同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略する。
(Second Embodiment)
In the case of the above-described embodiment, the resistor is inserted on the high potential side, but the same effect can be obtained by inserting the resistor on the low potential side.
FIG. 3 is a block diagram illustrating an electric power conversion device according to the present embodiment.
As shown in FIG. 3, the power conversion device 310 of the present embodiment is connected to the cutoff device 50 via the terminals 311a and 311b, and is connected to the DC circuit 2 via the terminals 311c and 311d. The power converter 310 includes converters 321 to 323. In the present embodiment, the configurations of the converters 321 to 323 are different from those of the other embodiments described above, and are otherwise the same as those of the other embodiments described above. The same components are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted as appropriate.

変換器321は、抵抗器210と、スイッチング素子211,212と、ダイオード213,214と、コンデンサ215と、を含む。本実施形態の場合には、抵抗器210は、低電位側に接続されている。抵抗器210は、端子321b,321d間に接続されている。また、端子321d,322d,323dは相互に接続されるとともに、端子311dに接続されている。 The converter 321 includes a resistor 210, switching elements 211 and 212, diodes 213 and 214, and a capacitor 215. In the case of this embodiment, the resistor 210 is connected to the low potential side. The resistor 210 is connected between the terminals 321b and 321d. Further, the terminals 321d, 322d, and 323d are connected to each other and are connected to the terminal 311d.

本実施形態においても、抵抗器210〜230は、変換器321〜323、コンデンサ13、およびこれらを接続する配線による共振ループ内で、ダンピング抵抗として機能する。そして、直流回路1が短絡し、直流回路2が直流電圧V2を供給する場合であっても、抵抗器210〜230は、短絡電流が分流された電流を制限することができる。 Also in this embodiment, the resistors 210-230 function as damping resistors in the resonant loop of the transducers 321-23, the capacitors 13, and the wiring connecting them. Then, even when the DC circuit 1 is short-circuited and the DC circuit 2 supplies the DC voltage V2, the resistors 210 to 230 can limit the current obtained by dividing the short-circuit current.

図4は、比較例の電力変換装置を例示するブロック図である。
図4に示すように、この比較例の電力変換装置410では、変換器121〜123の構成は、上述した図2のものと同一である。この電力変換装置410は、端子411dの接続が図2のものと相違している。端子411dは、各変換器121,122,123の端子121d、122d、123dに接続されている。
FIG. 4 is a block diagram illustrating a power conversion device of a comparative example.
As shown in FIG. 4, in the power converter 410 of this comparative example, the configurations of the converters 121 to 123 are the same as those of FIG. 2 described above. In this power conversion device 410, the connection of the terminal 411d is different from that of FIG. The terminal 411d is connected to the terminals 121d, 122d, 123d of the converters 121, 122, 123.

電力変換装置410は、端子411a,411bを介して、遮断装置450に接続され、端子411c,411dを介して、直流回路2に接続されている。 The power conversion device 410 is connected to the breaking device 450 via terminals 411a and 411b, and is connected to the DC circuit 2 via terminals 411c and 411d.

遮断装置450は、遮断器52と抵抗器500とを有する。遮断器52は、端子451a,451c間に接続されている。抵抗器500は、端子451b,451d間に接続されている。 The circuit breaker 450 has a circuit breaker 52 and a resistor 500. The circuit breaker 52 is connected between the terminals 451a and 451c. The resistor 500 is connected between the terminals 451b and 451d.

直流回路1が短絡し、直流回路2から直流電圧V2が供給されると、短絡電流は、各変換器121〜123に分流して流れ、各変換器121〜123を経由した後、端子121a〜123a,121b〜123bに接続された配線で合流して、遮断装置450に流入する。遮断装置450の遮断器52または遮断器44が回路を開くまで、抵抗器500が短絡電流を制限する。 When the DC circuit 1 is short-circuited and the DC voltage V2 is supplied from the DC circuit 2, the short-circuit current is diverted to each of the converters 121 to 123, passes through the respective converters 121 to 123, and then the terminals 121a to It merges with the wiring connected to 123a, 121b to 123b and flows into the breaking device 450. The resistor 500 limits the short circuit current until the circuit breaker 52 or circuit breaker 44 of the circuit breaker 450 opens the circuit.

このように、比較例の電力変換装置410では、上述した比較例の場合と同様に、抵抗器500によって短絡電流を制限することはできる。しかしながら、変換器121〜123のコンデンサ215,225,235、配線およびコンデンサ13による共振ループが形成され、共振電流を低減させることは困難である。各共振ループ内に抵抗器を挿入することによって、共振電流をダンピングすることは可能になるが、遮断装置450を含めた全体の変換効率は、低下することとなる。 As described above, in the power conversion device 410 of the comparative example, the short-circuit current can be limited by the resistor 500 as in the case of the comparative example described above. However, it is difficult to reduce the resonance current because a resonance loop is formed by the capacitors 215, 225, 235, the wiring, and the capacitor 13 of the converters 121 to 123. By inserting a resistor in each resonance loop, it is possible to dampen the resonance current, but the overall conversion efficiency including the breaking device 450 will decrease.

これに対して、本実施形態の電力変換装置310では、各変換器321〜323は、共振ループ内に抵抗器210〜230を挿入されている。抵抗器210〜230は、共振電流に対するダンピング抵抗として機能するほかに、直流回路1が短絡した場合であっても、短絡電流が変換器に分流されて、それぞれ制限することができる。 On the other hand, in the power conversion device 310 of the present embodiment, the resistors 210 to 230 are inserted in the resonance loops of the converters 321 to 323. The resistors 210 to 230 function as a damping resistance against the resonance current, and even when the DC circuit 1 is short-circuited, the short-circuit current is diverted to the converter to limit the short-circuit current.

上述では、3台の変換器が並列に接続された場合の例について説明したが、変換器の並列数は、3台に限らず、2台でもよいし、4台以上であってもよい。また、好ましくは、並列接続される各変換器の出力容量は等しいが、必ずしも同一出力容量の変換器に限定されるものではない。 In the above description, an example in which three converters are connected in parallel has been described, but the number of converters in parallel is not limited to three, and may be two or four or more. Further, preferably, the output capacities of the converters connected in parallel are equal, but the output capacities are not necessarily limited to the same output capacities.

また、上述では、双方向のDC−DCコンバータの場合の例について説明したが、電力変換装置の一方の側が短絡事故を生じ、他方の側に印加されている電圧によって、短絡電流が流れる他の構成にも適用される。たとえば、双方向のDC−DCコンバータに限らず、単一方向のDC−DCコンバータやAC−DCコンバータ、インバータであってもよい。 Further, in the above description, an example in the case of a bidirectional DC-DC converter has been described, but another side in which one side of the power conversion device causes a short circuit accident and a short circuit current flows due to the voltage applied to the other side. It also applies to the configuration. For example, the present invention is not limited to a bidirectional DC-DC converter, and may be a unidirectional DC-DC converter, an AC-DC converter, or an inverter.

変換器の回路構成も、一方の端子から他方の端子への電流経路が形成される他の構成であってもよい。たとえば、フルブリッジ構成であってもよいし、中性点クランプ方式やフライングキャパシタ方式等であってもよい。 The circuit configuration of the converter may also be another configuration in which a current path is formed from one terminal to the other terminal. For example, it may have a full bridge configuration, a neutral point clamp method, a flying capacitor method, or the like.

一方の端子から他方の端子への電流経路を形成するダイオード213は、IGBTであるスイッチング素子211に接続される場合に限らず、スイッチング素子をMOSFETにした場合のMOSFETの寄生ダイオード等であってもよい。 The diode 213 forming the current path from one terminal to the other terminal is not limited to the case where it is connected to the switching element 211 which is an IGBT, and may be a parasitic diode or the like of a MOSFET when the switching element is a MOSFET. Good.

また、上述では、遮断器52は、電力変換装置10,310の外部に設けられているが、電力変換装置内に設けられていてもよい。 Further, in the above description, the circuit breaker 52 is provided outside the power conversion devices 10 and 310, but may be provided inside the power conversion device.

以上説明した実施形態によれば、電力変換装置の変換効率を低下させずに共振電流を抑制できる電力変換装置を実現することができる。 According to the embodiment described above, it is possible to realize a power conversion device capable of suppressing the resonance current without lowering the conversion efficiency of the power conversion device.

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明およびその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。 Although some embodiments of the present invention have been described above, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the scope of the invention and its equivalents described in the claims. In addition, the above-described embodiments can be implemented in combination with each other.

1,2 直流回路、10 電力変換装置、12 インダクタ、13 コンデンサ、21〜23,321〜323 変換器、 21a〜23a,21b〜23b,21c〜23c,21d〜23d,321a〜323a,321b〜323b,321c〜323c,321d〜323d 端子、31a〜33a,31b〜33b 配線、41〜43 インダクタ、44 遮断器、50 遮断装置、52 遮断器、210,220,230 抵抗器、211,212,221,222,231,232 スイッチング素子、213,214,223,224,233,234 ダイオード 1,2 DC circuit, 10 Power converter, 12 Inductor, 13 Capacitor, 21-23, 321-23 23 Converter, 21a-23a, 21b-23b, 21c-23c, 21d-23d, 321a-323a, 321b-323b , 321c to 323c, 321d to 323d terminals, 31a to 33a, 31b to 33b wiring, 41 to 43 inductors, 44 circuit breakers, 50 circuit breakers, 52 circuit breakers, 210, 220, 230 resistors, 211,212,221 222,231,232 switching elements, 213,214,223,224,233,234 diodes

Claims (5)

遮断器を介して直流電圧が印加され得る、並列接続された複数の変換器と、
前記直流電圧を両端に印加される第1コンデンサと、
を備え、
前記複数の変換器のそれぞれは、
前記直流電圧が印加される一対の直流端子と、
交流電圧を出力し、また入力する交流端子と、
前記一対の直流端子と前記交流端子との間に接続された変換回路と、
前記一対の直流端子と前記変換回路との間に接続された第2コンデンサと、
前記交流端子から前記一対の直流端子の高電位側の直流端子に向かって電流が流れるように接続されたダイオードと、
前記一対の直流端子のうちのいずれか1つの直流端子と前記第2コンデンサとの間に接続された抵抗器と、
を含む電力変換装置。
Multiple converters connected in parallel, to which a DC voltage can be applied through a circuit breaker,
The first capacitor to which the DC voltage is applied to both ends and
With
Each of the plurality of converters
The pair of DC terminals to which the DC voltage is applied and
With an AC terminal that outputs and inputs AC voltage,
A conversion circuit connected between the pair of DC terminals and the AC terminal,
A second capacitor connected between the pair of DC terminals and the conversion circuit,
A diode connected so that a current flows from the AC terminal to the DC terminal on the high potential side of the pair of DC terminals.
A resistor connected between the DC terminal of any one of the pair of DC terminals and the second capacitor, and
Power converter including.
前記抵抗器は、前記一対の直流端子のうちの高電位側の直流端子と前記第2コンデンサとの間に接続された請求項1記載の電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1, wherein the resistor is connected between the DC terminal on the high potential side of the pair of DC terminals and the second capacitor. 前記抵抗器は、前記一対の直流端子のうちの低電位側の直流端子と前記第2コンデンサとの間に接続された請求項1記載の電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1, wherein the resistor is connected between the DC terminal on the low potential side of the pair of DC terminals and the second capacitor. 遮断器を介して直流電圧の高電位側が印加され得る第1端子と、
前記直流電圧の低電位側が印加され得る第2端子と、
第1交流電圧が出力され、または入力される第3端子と、
前記第1端子と前記第3端子との間で、前記第3端子から前記第1端子に向かって電流が流れるように接続された第1ダイオードと、
前記第1端子と前記第1ダイオードとの間に接続された第1抵抗器と、
前記第1端子と前記第2端子との間に接続された第1のコンデンサと、
を含む第1変換器と、
第1配線を介して前記第1端子に接続された第5端子と、
第2配線を介して前記第2端子に接続された第6端子と、
前記第1交流電圧と異なる位相を有する第2交流電圧が出力され、または入力される第7端子と、
前記第4端子に接続された第8端子と、
前記第5端子と前記第7端子との間で、前記第7端子から前記第5端子に向かって電流が流れるように接続された第2ダイオードと、
前記第7端子と前記第2ダイオードとの間に接続された第2抵抗器と、
前記第5端子と前記第6端子との間に接続された第2のコンデンサと、
を含む第2変換器と、
前記第1配線と前記第2配線との間に接続された第3のコンデンサと、
を備えた電力変換装置。
The first terminal to which the high potential side of the DC voltage can be applied via the circuit breaker,
A second terminal to which the low potential side of the DC voltage can be applied, and
The third terminal to which the first AC voltage is output or input, and
A first diode connected between the first terminal and the third terminal so that a current flows from the third terminal toward the first terminal.
A first resistor connected between the first terminal and the first diode,
A first capacitor connected between the first terminal and the second terminal,
1st converter including
The fifth terminal connected to the first terminal via the first wiring and
With the sixth terminal connected to the second terminal via the second wiring,
A seventh terminal to which a second AC voltage having a phase different from that of the first AC voltage is output or input, and
The eighth terminal connected to the fourth terminal and
A second diode connected between the fifth terminal and the seventh terminal so that a current flows from the seventh terminal toward the fifth terminal.
A second resistor connected between the seventh terminal and the second diode,
A second capacitor connected between the fifth terminal and the sixth terminal,
2nd converter including
A third capacitor connected between the first wiring and the second wiring,
Power converter equipped with.
遮断器を介して直流電圧の高電位側が印加され得る第1端子と、
前記直流電圧の低電位側が印加され得る第2端子と、
第1交流電圧が出力され、または入力される第3端子と、
第4端子と、
前記第1端子と前記第3端子との間で、前記第3端子から前記第1端子に向かって電流が流れるように接続された第1ダイオードと、
前記第2端子と前記第4端子との間に接続された第1抵抗器と、
前記第1端子と前記第2端子との間に接続された第1のコンデンサと、
を含む第1変換器と、
第1配線を介して前記第1端子に接続された第5端子と、
第2配線を介して前記第2端子に接続された第6端子と、
前記第1交流電圧と異なる位相を有する第2交流電圧が出力され、または入力される第7端子と、
前記第4端子に接続された第8端子と、
前記第5端子と前記第7端子との間で、前記第7端子から前記第5端子に向かって電流が流れるように接続された第2ダイオードと、
前記第7端子と前記第8端子との間に接続された第2抵抗器と、
前記第5端子と前記第6端子との間に接続された第2のコンデンサと、
を含む第2変換器と、
前記第1配線と前記第2配線との間に接続された第3のコンデンサと、
を備えた電力変換装置。
The first terminal to which the high potential side of the DC voltage can be applied via the circuit breaker,
A second terminal to which the low potential side of the DC voltage can be applied, and
The third terminal to which the first AC voltage is output or input, and
With the 4th terminal
A first diode connected between the first terminal and the third terminal so that a current flows from the third terminal toward the first terminal.
A first resistor connected between the second terminal and the fourth terminal,
A first capacitor connected between the first terminal and the second terminal,
1st converter including
The fifth terminal connected to the first terminal via the first wiring and
With the sixth terminal connected to the second terminal via the second wiring,
A seventh terminal to which a second AC voltage having a phase different from that of the first AC voltage is output or input, and
The eighth terminal connected to the fourth terminal and
A second diode connected between the fifth terminal and the seventh terminal so that a current flows from the seventh terminal toward the fifth terminal.
A second resistor connected between the 7th terminal and the 8th terminal,
A second capacitor connected between the fifth terminal and the sixth terminal,
2nd converter including
A third capacitor connected between the first wiring and the second wiring,
Power converter equipped with.
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