JP2022511891A - 直流系統の遮断装置およびその制御方法 - Google Patents
直流系統の遮断装置およびその制御方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2022511891A JP2022511891A JP2021532431A JP2021532431A JP2022511891A JP 2022511891 A JP2022511891 A JP 2022511891A JP 2021532431 A JP2021532431 A JP 2021532431A JP 2021532431 A JP2021532431 A JP 2021532431A JP 2022511891 A JP2022511891 A JP 2022511891A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor element
- power semiconductor
- current
- measuring instrument
- electrical characteristic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
- G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
- G01R19/25—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using digital measurement techniques
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
- G01R31/52—Testing for short-circuits, leakage current or ground faults
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
- H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
- H02H3/087—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current for dc applications
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
- Protection Of Static Devices (AREA)
- Direct Current Feeding And Distribution (AREA)
- Power Conversion In General (AREA)
Abstract
本開示は、第1電力用半導体素子および第1電力用半導体素子の電気的特性値を測定する第1測定器を含む第1半導体切替回路と、第1電力用半導体素子の駆動電圧または駆動電流を調節し、第1電力用半導体素子の導通(on)および遮断(off)を制御するゲートコントロールと、制御部とを含む直流系統の遮断装置を提供することができる。本開示による制御部は、第1測定器で測定した第1電力用半導体素子の電気的特性値に基づいて、過負荷電流、短絡電流、地絡電流、およびフラッシュオーバー(flash over)の少なくともいずれか一つを検出し、検出結果に基づいてゲートコントロールを制御することにより、第1電力用半導体素子を遮断することができる。
Description
本開示は、直流系統の遮断装置およびその制御方法を提供する。
太陽光発電、燃料電池発電などの環境に優しい新・再生可能エネルギーを用いる直流発電源の増加、電気自動車(EV)の充電設備、バッテリーエネルギー貯蔵装置(BESS)などの直流負荷の増加、長距離送配電時に交流に比べて電力損失が少なく、系統連系が容易な直流送配電設備の実装など、直流の使用は、日々増加するであろう。
50[Hz]または60[Hz]の周波数の交流は、1秒間に100回または120回の電圧“0”点が存在し、回路の導通/遮断(On/Off)に容易である。一方、直流電源は、周波数が無い(すなわち、電圧“0”)ので、回路遮断(Off)の際に発生するアーク(Arc)を消弧することが交流に比べて非常に難しい。
現在、機械式直流遮断器の開発および研究が活発に進んでいるが、回路遮断(Off)の際に発生するアーク(Arc)による接点の磨耗により、接触抵抗の増加から起因する火災を防止できる方案が構築されていない実情である。
これにより、上記のような問題点を改善するために、アーク(Arc)を発生させることなく、直流を安全にOn/Offすることができる直流系統の遮断装置が要求されている実情である。
本開示は、直流系統の遮断装置およびその制御方法を提供するためのものである。本実施例が解決しようとする技術的課題は、上述した技術的課題に限定されず、以下の実施例からまた他の技術的課題が類推され得る。
上述した技術的課題を解決するための技術的手段として、本開示の第1側面は、直流系統の遮断装置であって、第1電力用半導体素子と、前記第1電力用半導体素子の電気的特性値を測定する第1測定器とを含む第1半導体切替回路と、前記第1電力用半導体素子の駆動電圧または駆動電流を調節し、前記第1電力用半導体素子の導通(on)および遮断(off)を制御するゲートコントロール(Gate Control)と、制御部とを含み、前記制御部は、前記第1測定器で測定した前記第1電力用半導体素子の電気的特性値に基づいて、過負荷電流、短絡電流、およびフラッシュオーバー(flash over)の少なくともいずれか一つを検出し、前記検出結果に基づいて前記ゲートコントロールを制御することにより、前記第1電力用半導体素子を遮断する、直流系統の遮断装置を提供することができる。
本開示の第2側面は、直流系統の遮断装置の動作方法であって、第1測定器で測定した第1電力用半導体素子の電気的特性値を受信するステップと、前記受信した電気的特性値に基づいて、過負荷電流、短絡電流、およびフラッシュオーバーの少なくともいずれか一つを検出するステップと、前記検出結果に基づいて、前記第1電力用半導体素子の駆動電圧または駆動電流を調節することにより、前記第1電力用半導体素子を遮断するステップと、を含む方法を提供することができる。
本開示の第3側面は、第2側面の方法をコンピュータで実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することができる。
本発明によると、電力用半導体素子の特性のうち素子が必然的に有する導通抵抗(On抵抗)の特性を利用し、電流の大きさ、電流の時間的変化率、電流の波形などを測定することができる。
本発明では、測定した電流の大きさ、電流の時間的変化率、電流の波形と閾値を比較して直流系統の線路の過負荷電流、短絡電流、地絡電流、および電源(バッテリーなど)の内部で発生するフラッシュオーバー(Flash Over)を検出し、アーク(Arc)を発生することなく、安全に回路を遮断することができる。これにより、人体への感電、直流電気設備の過熱、焼損、火災などを未然に防止することができる。
また、電力用半導体素子のOn抵抗特性を利用し、電流の大きさ、電流の時間的変化率、電流の波形を測定することにより、直流電流を測定するために使用するホールCT(Hall-CT)、シャント(Shunt)(分路抵抗)などのセンサーを使用しておらず、コストおよび体積を減らすことができる。
本開示は、第1電力用半導体素子および第1電力用半導体素子の電気的特性値を測定する第1測定器を含む第1半導体切替回路と、第1電力用半導体素子の駆動電圧または駆動電流を調節し、第1電力用半導体素子の導通(on)および遮断(off)を制御するゲートコントロールと、制御部とを含む直流系統の遮断装置を提供することができる。
本開示に係る制御部は、第1測定器で測定した第1電力用半導体素子の電気的特性値に基づいて、過負荷電流、短絡電流、地絡電流、およびフラッシュオーバー(flash over)の少なくともいずれか一つを検出し、検出結果に基づいてゲートコントロールを制御することにより、第1電力用半導体素子を遮断することができる。
本明細書で数多く記載される「いくつかの実施形態において」または「一実施例において」などは、必ずしも全部同一の実施例を指しているわけではない。
本開示のいくつかの実施例は、機能的なブロック構成および様々な処理ステップで表され得る。 これらの機能ブロックの一部または全部は、特定の機能を実行する様々なハードウェアおよび/またはソフトウェアの構成で実装されることができる。例えば、本開示の機能ブロックは、1つ以上のマイクロプロセッサによって実装されるか、または所定の機能のための回路構成によって実装されることができる。また、例えば、本開示の機能ブロックは、様々なプログラミングまたはスクリプト言語で実装されることができる。機能ブロックは、1つ以上のプロセッサで実行されるアルゴリズムによってされることができる。また、本開示は、電子的な環境の設定、信号処理、および/またはデータ処理などのために、従来の技術を採用してもよい。「メカニズム」、「要素」、「手段」、および「構成」などの用語は、広く使用されてもよく、機械的、物理的な構成に限定されるものではない。また、明細書に記載された「部」、「モジュール」などの用語は、少なくとも1つの機能や動作を処理する単位を意味し、これはハードウェアまたはソフトウェアで実装されるか、またはハードウェアとソフトウェアとの組み合わせで実装されることができる。
また、図面に示された構成要素間の接続線または接続部材は、機能的なおよび/または物理的或いは回路的な接続を例示的に示すものである。実際の装置では、代替可能であるかまたは追加された様々な機能的な接続、物理的な接続、または回路接続によって構成要素間の接続を示してもよい。
以下では、図面を参照し、本発明の実施例を詳細に説明する。
図1Aおよび図1Bは、一実施例に係る電力用半導体素子を説明するための例示的な図である。
電力用半導体素子は、電力の変換や制御に最適化された素子であり、半導体切替用途に使用される。
電力用半導体素子は、整流ダイオード、パワーMOSFET、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、またはGTO(Gate Turn-Off thyristor)であってもよいが、これらに限定されない。
図1Aを参照すると、電力用半導体素子の例としてIGBT1が示される。図1Aは、IGBT1の例示的な回路図であり、IGBT1の回路図が多様に変形され得ることは、当該技術分野の通常の技術者であれば分かるであろう。
IGBT1は、MOSFET2およびトランジスタ3(例えば、PNPトランジスタ)を組み合わせて作製した電力用半導体素子である。IGBT1は、MOSFET素子の速い切替速度およびGTO素子の大電流通電特性を有する。
IGBT1は、ゲートGと、コレクタCと、エミッタEとで構成される。IGBT1の通電時に、コレクタCとエミッタEとの間に発生する電圧VCEの関係式は、以下の数式1で表される。
数式1のVBEは、トランジスタ3のベースBとエミッタEとの間の電圧[V]、IMOSは、MOSFET2のドレイン(drain)電流[A]、RSは、N-領域の伝導度調節による抵抗、またRCHは、MOSFET2の導通抵抗(または、On抵抗)を示す。
数式2のRONは、IGBT1の導通抵抗を示す。一方、IGBT1の導通抵抗は、温度の影響を受けるので、温度補正値を使用してもよい。
上記の数式1および数式2に対するIGBTメーカーの定格電流が70であるIGBT素子のデータシート(data sheet)は、図1Bと同様である。
図1Bのグラフ4を通して、IGBTのゲートGおよびエミッタEに駆動電圧VGE15Vを印加し、IGBTの導通(On)時、コレクタCからエミッタEへ流れる電流ICの値に対するコレクタCとエミッタEとの間の電圧VCEの値を確認することができる。言い換えれば、グラフ4を通して直流電圧VCEと直流電流ICとの相関関係が分かる。
本開示では、IGBT1を導通(on)させた後、IGBT1の電圧VCE(または、電流ICE)と既に設定された閾値とを比較し、直流回路の過負荷電流、短絡電流、地絡電流、および電源(バッテリー)の内部で発生するフラッシュオーバー(Flash over)を検出し、直流回路を遮断する方法および装置が提供される。
図2は、一実施例に係る直流系統の遮断装置を含む回路図の例示的な図である。
図2を参照すると、電源10は、直流電源であり、電源10側から負荷20側に直流電源が供給されてもよい。電源10側および負荷20は、直流系統の線路によって接続され、電源10側と負荷20側との間に直流系統の遮断装置が位置してもよい。
直流系統の遮断装置は、半導体切替回路100を含んでもよい。半導体切替回路100は、電力用半導体素子101および測定器102を含んでもよい。
電力用半導体素子101は、整流ダイオード、パワーMOSFET、IGBT、またはGTOであってもよいが、これらに限定されない。図2において、電力用半導体素子101は、IGBTであることを前提にした。
測定器102は、電力用半導体素子101の電気的特性値を測定してもよい。一実施例において、測定器102は、電圧測定器であり、電力用半導体素子101の両端にかかる電圧を測定してもよい。例えば、測定器102は、電力用半導体素子101の導通抵抗によりコレクタCとエミッタEとの間に発生する電圧VCEを測定してもよい。他の実施例において、測定器102は、電流測定器であり、電力用半導体素子101に流れる電流を測定してもよい。他の実施例において、別の測定器102を使用せずに、電力用半導体素子101の電気的特性値を直接に制御部300に入力してもよい。図2では、測定器102が電圧測定器であることを前提にした。
一方、半導体切替回路100は、例示的な回路図であり、半導体切替回路100に、様々な素子がさらに含まれてもよいことを、当該技術分野の通常の技術者であれば分かるであろう。
直流系統の遮断装置は、ゲートコントロール(Gate Control)200をさらに含んでもよい。ゲートコントロール200は、電力用半導体素子101の駆動電圧または駆動電流を調節し、電力用半導体素子101の導通(on)および遮断(off)を制御してもよい。
直流系統の遮断装置は、制御部300をさらに含んでもよい。制御部300は、直流系統の遮断装置を駆動するための全体的な機能を制御する役割を果たす。
制御部300は、測定器102で測定した電力用半導体素子101の電気的特性値に基づいて、過負荷電流、短絡電流、地絡電流、およびフラッシュオーバーの少なくともいずれか一つを検出してもよい。
一実施例において、測定器102で測定した電力用半導体素子101の電気的特性値(例えば、両端にかかる電圧値)が第1閾値以上である場合、制御部300は、直流系統の線路に過負荷電流が流れると判断し、ゲートコントロール200を制御することにより、電力用半導体素子101を遮断してもよい。
閾値は、IEC標準による過電流遮断器(産業用、63A以下)を基準にすると、第1閾値は、定格電流の1.3倍である場合、60分以内に遮断する電流値であり、第2閾値は、定格電流の10倍である場合、0.2秒以内に遮断する電流値であり、第3閾値は、対地電圧120[V]に換算された絶対値である場合、0.1秒以内に遮断する電流値である。このような閾値は、一例に過ぎず、閾値はKS C IEC標準および認証基準などによって変更され得る。
また、測定器102で測定した電力用半導体素子101の電気的特性値(例えば、両端にかかる電圧値)が第2閾値以上である場合、制御部300は、直流系統の線路に短絡電流が流れると判断し、ゲートコントロール200を制御することにより、電力用半導体素子101を遮断してもよい。
また、制御部300は、測定器102で電力用半導体素子101の電気的特性に対する波形を検出し、検出した波形に基づいて、電源10側および負荷20側にフラッシュオーバーが発生したと判断してもよい。電源10側および負荷20側にフラッシュオーバーが発生した場合、制御部300は、ゲートコントロール200を制御することにより、電力用半導体素子101を遮断してもよい。
具体的には、制御部300は、測定器102によって測定された電力用半導体素子101の通電時のコレクタCとエミッタEとの間に発生する電圧VCEの波形を測定してもよい。制御部300は、測定された波形が既に記憶されたフラッシュオーバー検出波形に対応する場合、制御部300は、ゲートコントロール200を制御することにより、電力用半導体素子101を遮断してもよい。例えば、既に記憶されたフラッシュオーバー検出波形は、パルス波の形態であることができるが、これらに限定されない。
一方、制御部300およびゲートコントロール200は、別のハードウェアで動作するか、またはゲートコントロール200が制御部300に含まれて1つのハードウェアとして動作してもよい。
直流系統の遮断装置は、機械式開閉接点401および402をさらに含んでもよい。電力用半導体素子101の特性により、電力用半導体素子101が遮断(off)された状態でも、電力用半導体素子101のコレクタCからエミッタEへリーク電流(Leakage Current)が流れることができる。本開示では、機械式開閉接点401および402を利用し、リーク電流を遮断することができる。
一実施例において、制御部300が、電源10側から電力の供給を受けた場合、機械式開閉接点401および402が導通状態であるか否かを判断することができる。機械式開閉接点401および402が導通状態である場合、制御部300は、ゲートコントロール200を制御することにより、電力用半導体素子101を導通してもよい。言い換えれば、電源10側から負荷20側に直流電源が供給される場合、機械式開閉接点401および402が導通された後、電力用半導体素子101が導通されてもよい。これにより、機械式開閉接点401および402におけるアーク(Arc)の発生を防止することができる。
一方、制御部300が過負荷電流、短絡電流、地絡電流、およびフラッシュオーバーのいずれか一つを検出した場合、制御部300が、ゲートコントロール200を制御することにより、電力用半導体素子101を遮断した後、機械式開閉接点401および402が遮断されてもよい。 言い換えれば、制御部300が過負荷電流、短絡電流、およびフラッシュオーバーのいずれか一つを検出した場合、電力用半導体素子101が遮断された後、機械式開閉接点401および402が遮断されてもよい。これにより、機械式開閉接点401および402におけるアーク(Arc)の発生を防止することができる。
直流系統の遮断装置は、C-power500をさらに含んでもよい。C-power500は、太陽光発電のストリング電圧やバッテリーの充放電電圧など、変動する直流電圧および公共直流配電系統より供給される公称電圧から制御部300に安定した直流定格電圧を供給してもよい。
図3は、一実施例に係る半導体切替回路の例示的な図である。
図3を参照すると、半導体切替回路100は、電力用半導体素子101および測定器102を含んでもよい。
電力用半導体素子101は、整流ダイオード、パワーMOSFET、IGBT、またはGTOであってもよいが、これらに限定されない。図3において、電力用半導体素子101は、IGBTであることを前提にした。
測定器102は、電力用半導体素子101の電気的特性値を測定してもよい。一実施例において、測定器102は、電圧測定器であり、電力用半導体素子101の両端にかかる電圧を測定してもよい。例えば、測定器102は、電力用半導体素子101の導通抵抗によりコレクタCとエミッタEとの間に発生する電圧VCEを測定してもよい。他の実施例において、測定器102は、電流測定器であり、電力用半導体素子101に流れる電流を測定してもよい。図3では、測定器102が電圧測定器であることを前提にした。
半導体切替回路100は、サージ保護装置(SPD(Surge Protective Device))103をさらに含んでもよい。
サージ保護装置103は、電力用半導体素子101が遮断され、電源10から負荷20への直流電源の供給が中断される場合、負荷20側のインダクタンスによって発生する可能性のある過電圧(逆起電圧)から、電力用半導体素子101を保護するために、過電圧を一定電圧以下に制限する装置である。
半導体切替回路100は、スナバ回路(Snubber Circuit)104をさらに含んでもよい。
スナバ回路104は、電源10が停電(Interruption)後、復電(Re-supply)されるとき、突入電流(Inrush Current)から電力用半導体素子101を保護するための回路である。
一方、図3に示された半導体切替回路100は、例示的な回路図であり、半導体切替回路100のいくつかの素子が省略されるか、または別の素子がさらに含まれ得ることを、当該技術分野の通常の技術者であれば分かるであろう。
図4は、一実施例に係る直流系統の遮断装置を含む回路図の例示的な図である。
図4を参照すると、電源10は、直流電源であり、電源10側から負荷20側へ直流電源が供給されてもよい。電源10側および負荷20は、直流系統の線路によって接続され、電源10側と負荷20側との間に直流系統の遮断装置が位置してもよい。
直流系統の遮断装置は、第1半導体切替回路100と第2半導体切替回路600を含んでもよい。第1半導体切替回路100は、第1電力用半導体素子101および第1測定器102を含んでもよい。また、第2半導体切替回路600は、第2電力用半導体素子601および第2測定器602を含んでもよい。
第1電力用半導体素子101および第2電力用半導体素子601は、整流ダイオード、パワーMOSFET、IGBT、またはGTOであってもよいが、これらに限定されない。図4において、第1電力用半導体素子101および第2電力用半導体素子601は、IGBTであることを前提にした。
第1測定器102および第2測定器602のそれぞれは、第1電力用半導体素子101および第2電力用半導体素子601の電気的特性値を測定することができる。
一実施例において、第1測定器102および第2測定器602は、電圧測定器であり、それぞれ第1電力用半導体素子101および第2電力用半導体素子601の両端にかかる電圧を測定してもよい。例えば、第1測定器102は、第1電力用半導体素子101の導通抵抗によりコレクタCとエミッタEとの間に発生する電圧VCEを測定してもよい。同様に、第2測定器602は、第2電力用半導体素子601の導通抵抗によりコレクタCとエミッタEとの間に発生する電圧VCEを測定してもよい。
他の実施例において、第1測定器102は、電流測定器であり、第1電力用半導体素子101に流れる電流を測定してもよい。第2測定器602は、電流測定器であり、第2電力用半導体素子601に流れる電流を測定してもよい。または、第1測定器102および第2測定器602のいずれか一つは、電圧測定器であってもよく、他の一つは、電流測定器であってもよい。
図4では、第1測定器102および第2測定器602が電圧測定器であることを前提にした。
一方、第1半導体切替回路100および第2半導体切替回路600は、例示的な回路図であり、第1半導体切替回路100および第2半導体切替回路600に、様々な素子がさらに含まれてもよいことを、当該技術分野の通常の技術者であれば分かるであろう。
直流系統の遮断装置は、ゲートコントロール200をさらに含んでもよい。ゲートコントロール200は、第1電力用半導体素子101および第2電力用半導体素子601の駆動電圧または駆動電流を調節し、第1電力用半導体素子101および第2電力用半導体素子601の導通(on)および遮断(off)を制御してもよい。
直流系統の遮断装置は、制御部300をさらに含んでもよい。制御部300は、第1測定器102で測定した第1電力用半導体素子101の電気的特性値と、第2測定器602で測定した第2電力用半導体素子601の電気的特性値に基づいて、過負荷電流、短絡電流、地絡電流、およびフラッシュオーバーの少なくともいずれか一つを検出してもよい。
一実施例において、制御部300は、第1測定器102および第2測定器602のいずれか一つの測定器で測定した電力用半導体素子の電気的特性値に基づいて、過負荷電流、短絡電流、地絡電流、およびフラッシュオーバーの少なくともいずれか一つを検出してもよい。以下では、第2測定器602で測定した第2電力用半導体素子601の電気的特性値に基づいて、過負荷電流、短絡電流、地絡電流、およびフラッシュオーバーの少なくともいずれか一つを検出する方法に対して説明する。
第2測定器602で測定した第2電力用半導体素子601の電気的特性値(例えば、両端にかかる電圧値)が第1閾値以上である場合、制御部300は、直流系統の線路に過負荷電流が流れると判断し、ゲートコントロール200を制御することにより、第2電力用半導体素子601を遮断してもよい。
また、第2測定器602で測定した第2電力用半導体素子601の電気的特性値(例えば、両端にかかる電圧値)が第2閾値以上である場合、制御部300は、直流系統の線路に短絡電流が流れると判断し、ゲートコントロール200を制御することにより、第2電力用半導体素子601を遮断してもよい。
また、制御部300は、第2測定器602で第2電力用半導体素子601の電気的特性に対する波形を検出し、検出した波形に基づいて、電源10側および/または負荷20側にフラッシュオーバーが発生したと判断してもよい。電源10側および/または負荷20側にフラッシュオーバーが発生した場合、制御部300は、ゲートコントロール200を制御することにより、第2電力用半導体素子601を遮断してもよい。
一実施例において、制御部300は、第1測定器102および第2測定器602のそれぞれによって測定した第1電力用半導体素子101の電気的特性値と、第2測定器602で測定した第2電力用半導体素子601の電気的特性値に基づいて、地絡電流を検出してもよい。
例えば、制御部300は、第1測定器102で測定した第1電力用半導体素子101の第1電圧値と、第2測定器602で測定した第2電力用半導体素子601の第2電圧値と間の差(subtraction)の絶対値を算出することができる。
算出した絶対値が第3閾値以上である場合、制御部300は、直流系統の線路に地絡電流が流れると判断し、ゲートコントロール200を制御することにより、第1電力用半導体素子101および第2電力用半導体素子601を遮断してもよい。
直流系統の遮断装置は、第1機械式開閉接点401および第2機械式開閉接点402をさらに含んでもよい。第1電力用半導体素子101および第2電力用半導体素子601の特性により、第1電力用半導体素子101または第2電力用半導体素子601が遮断(off)された状態でも、第1電力用半導体素子101または第2電力用半導体素子601のコレクタCからエミッタEへリーク電流(Leakage Current)が流れることができる。本開示では、第1機械式開閉接点401および第2機械式開閉接点402を利用し、リーク電流を遮断することができる。
一実施例において、制御部300が、電源10側から電力の供給を受けた場合、第1機械式開閉接点401および第2機械式開閉接点402が導通状態であるか否かを判断することができる。 第1機械式開閉接点401および第2機械式開閉接点402が導通状態である場合、制御部300は、ゲートコントロール200を制御することにより、第1電力用半導体素子101または第2電力用半導体素子601を導通してもよい。言い換えれば、電源10側から負荷20側に直流電源が供給される場合、第1機械式開閉接点401および第2機械式開閉接点402が導通された後、第1電力用半導体素子101または第2電力用半導体素子601が導通されてもよい。 これにより、機械式開閉接点401および402におけるアーク(Arc)の発生を防止することができる。
一方、制御部300が過負荷電流、短絡電流、フラッシュオーバー、および地絡電流のいずれか一つを検出した場合、制御部300が、ゲートコントロール200を制御することにより、第1電力用半導体素子101または第2電力用半導体素子601を遮断した後、第1機械式開閉接点401および第2機械式開閉接点402が遮断されてもよい。言い換えれば、制御部300が過負荷電流、短絡電流、地絡電流、およびフラッシュオーバーのいずれか一つを検出した場合、第1電力用半導体素子101または第2電力用半導体素子601が遮断された後、第1機械式開閉接点401および第2機械式開閉接点402が遮断されてもよい。これにより、機械式開閉接点401および402におけるアーク(Arc)の発生を防止することができる。
直流系統の遮断装置は、メモリ(図示せず)をさらに含んでもよい。制御部300は、過負荷、地絡事故、フラッシュオーバーなどが発生したとき、事件(event)の種類および事件の発生時刻(年、月、日、時、分、秒)をメモリ(図示せず)に記録することができる。
制御部300は、電源供給がなくても、長時間安定して記憶することができるEEPROM、Flash Memoryなどのメモリ(図示せず)に事件の種類および事件の発生時刻を記録し、その後、メモリ(図示せず)に格納されたデータを利用して、事故原因を分析することができる。
図5は、一実施例に係る直流系統の遮断装置の動作方法を示すフローチャートである。
図5を参照すると、ステップ510で直流系統の遮断装置は、第1測定器で測定した第1電力用半導体素子の電気的特性値を受信することができる。
第1電力用半導体素子101は、整流ダイオード、パワーMOSFET、IGBT、またはGTOであってもよいが、これらに限定されない。
第1測定器は、第1電力用半導体素子の電気的特性値を測定してもよい。一実施例において、第1測定器は、電圧測定器であり、第1電力用半導体素子の両端にかかる電圧を測定してもよい。 例えば、第1測定器は、第1電力用半導体素子の導通抵抗によりコレクタCとエミッタEとの間に発生する電圧VCEを測定してもよい。他の実施例において、第1測定器は、電流測定器であり、第1電力用半導体素子に流れる電流を測定してもよい。
ステップ520において、直流系統の遮断装置は、受信した電気的特性値に基づいて、過負荷電流、短絡電流、地絡電流、およびフラッシュオーバーの少なくともいずれか一つを検出してもよい。
第1測定器で測定した上記の第1電力用半導体素子の電気的特性値が第1閾値以上である場合、直流系統の遮断装置は、直流系統の線路に過負荷電流が流れると判断してもよい。
また、第1測定器で測定した第1電力用半導体素子の電気的特性値が第2閾値以上である場合、直流系統の遮断装置は、直流系統の線路に短絡電流が流れると判断してもよい。
また、直流系統の遮断装置は、第1測定器から第1電力用半導体素子の電気的特性に対する波形を検出し、検出した波形に基づいて、電源側にフラッシュオーバーが発生したと判断してもよい。
ステップ530において、直流系統の遮断装置は、検出結果に基づいて、第1電力用半導体素子の駆動電圧または駆動電流を調節することにより、第1電力用半導体素子を遮断してもよい。
直流系統の遮断装置は、ゲートコントロールを用いてもよい。直流系統の遮断装置は、ゲートコントロールを用いて、第1電力用半導体素子の駆動電圧または駆動電流を調節することにより、第1電力用半導体素子を遮断してもよい。
一方、過負荷電流、短絡電流、およびフラッシュオーバーのいずれか一つを検出した場合、直流系統の遮断装置が第1電力用半導体素子を遮断した後、第1機械式開閉接点が遮断されてもよい。
一実施例において、直流系統の遮断装置は、第2測定器で測定した第2電力用半導体素子の電気的特性値を受信してもよい。第2測定器および第2電力用半導体素子に対する説明は、第1測定器および第1電力用半導体素子に対する説明と同様であるので省略する。
直流系統の遮断装置は、第1電力用半導体素子の電気的特性値および第2電力用半導体素子の電気的特性値に基づいて地絡電流を検出してもよい。
例えば、直流系統の遮断装置は、第1測定器で測定した第1電力用半導体素子の第1電圧値と、第2測定器で測定した第2電力用半導体素子の第2電圧値との差の絶対値を算出することができる。
算出した絶対値が第3閾値以上である場合、直流系統の遮断装置は、直流系統の線路に地絡電流が流れると判断し、第1電力用半導体素子および第2電力用半導体素子を遮断してもよい。
一方、地絡電流を検出した場合、直流系統の遮断装置が第1電力用半導体素子および第2電力用半導体素子を遮断した後、第1機械式開閉接点および第2機械式開閉接点が遮断されてもよい。
上述した方法は、コンピュータで実行し得るプログラムで作成可能であり、コンピュータで読み取り可能な記録媒体を用いて上記のプログラムを動作させる汎用デジタルコンピュータで実装することができる。また、上述した方法で使用されたデータの構造は、様々な手段を通して、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され得る。上記のコンピュータで読み取り可能な記録媒体は、磁気記憶媒体(例えば、ROM、RAM、USB、フロッピーディスク(登録商標)、ハードディスクなど)、光学的読取媒体(例えば、CD-ROM、DVDなど)などの記憶媒体を含む。
前述した本明細書の説明は、例示のためのものであり、本明細書の内容が属する技術分野で通常の知識を有する者は、本発明がその技術的思想や必須の特徴を変更せず、他の具体的な形に用意に変形可能であることを理解するであろう。したがって、前述した実施例は、全ての面で例示的なものであり、限定するものではないことを理解するべきである。例えば、単一形で説明されている各構成要素は、分散されて実施されることができ、同様に、分散されたものと説明されている構成要素も、組み合わせた形態で実施されることができる。
本実施例の範囲は、上記の詳細な説明より、後述する特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の意味および範囲、またその均等概念から導き出される全ての変更または変形された形態を含むものとして解釈されるべきである。
Claims (14)
- 直流系統の遮断装置であって、
第1電力用半導体素子と、前記第1電力用半導体素子の電気的特性値を測定する第1測定器とを含む第1半導体切替回路と、
前記第1電力用半導体素子の駆動電圧または駆動電流を調節し、前記第1電力用半導体素子の導通(on)および遮断(off)を制御するゲートコントロール(Gate Control)と、
制御部と、を含み、
前記制御部は、前記第1測定器で測定した前記第1電力用半導体素子の電気的特性値に基づいて、過負荷電流、短絡電流、およびフラッシュオーバー(flash over)の少なくともいずれか一つを検出し、前記検出結果に基づいて前記ゲートコントロールを制御することにより、前記第1電力用半導体素子を遮断する、直流系統の遮断装置。 - 前記制御部は、前記第1測定器で測定した前記第1電力用半導体素子の電気的特性値が第1閾値以上である場合、直流系統の線路に過負荷電流が流れると判断し、前記ゲートコントロールを制御することにより、前記第1電力用半導体素子を遮断する、請求項1に記載の直流系統の遮断装置。
- 前記制御部は、前記第1測定器で測定した前記第1電力用半導体素子の電気的特性値が第2閾値以上である場合、直流系統の線路に短絡電流が流れると判断し、前記ゲートコントロールを制御することにより、前記第1電力用半導体素子を遮断する、請求項1に記載の直流系統の遮断装置。
- 前記制御部は、前記第1測定器から前記第1電力用半導体素子の電気的特性に対する波形を検出し、前記検出した波形に基づいて電源側および/または負荷側にフラッシュオーバーが発生したと判断し、前記ゲートコントロールを制御することにより、前記第1電力用半導体素子を遮断する、請求項1に記載の直流系統の遮断装置。
- 第2電力用半導体素子と、前記第2電力用半導体素子の電気的特性値を測定する第2測定器とを含む第2半導体切替回路をさらに含み、前記制御部は、前記第1測定器で測定した前記第1電力用半導体素子の電気的特性値と、前記第2測定器で測定した前記第2電力用半導体素子の電気的特性値との差の絶対値が第3閾値以上である場合、直流系統の線路に地絡電流が流れると判断し、前記ゲートコントロールを制御することにより、前記第1電力用半導体素子および前記第2電力用半導体素子を遮断する、請求項1に記載の直流系統の遮断装置。
- 前記直流系統の遮断装置は、機械式開閉接点をさらに含み、前記第1電力用半導体素子および前記第2電力用半導体素子の少なくともいずれか一つが遮断された後、前記機械式開閉接点が遮断される、請求項2~請求項5のいずれか1項に記載の直流系統の遮断装置。
- 前記第1測定器は、前記第1電力用半導体素子の両端にかかる電圧を測定する電圧測定器または前記第1電力用半導体に流れる電流を測定する電流測定器のいずれか一つである、請求項1に記載の直流系統の遮断装置。
- 前記第2測定器は、前記第2電力用半導体素子の両端にかかる電圧を測定する電圧測定器または前記第2電力用半導体に流れる電流を測定する電流測定器のいずれか一つである、請求項5に記載の直流系統の遮断装置。
- 前記直流系統の遮断装置は、機械式開閉接点をさらに含み、前記制御部は、電源側から電力の供給を受けた場合、前記機械式開閉接点が導通状態であるか否かを判断し、前記機械式開閉接点が導通状態である場合、前記ゲートコントロールを制御することにより、前記第1電力用半導体素子を導通する、請求項1に記載の直流系統の遮断装置。
- 前記第1半導体切替回路は、サージ保護装置(SPD(Surge Protective Device))と、スナバ回路(Snubber Circuit)とをさらに含む、請求項1に記載の直流系統の遮断装置。
- 前記直流系統の遮断装置は、メモリをさらに含み、前記制御部は、過負荷電流、短絡電流、フラッシュオーバー、および地絡電流のいずれか一つが検出されたとき、事件(event)の種類および事件の発生時刻を前記メモリに記録する、請求項2~請求項5のいずれか1項に記載の直流系統の遮断装置。
- 直流系統の遮断装置の動作方法であって、
第1測定器で測定した第1電力用半導体素子の電気的特性値を受信するステップと、
前記受信した電気的特性値に基づいて、過負荷電流、短絡電流、およびフラッシュオーバーの少なくともいずれか一つを検出するステップと、
前記検出結果に基づいて、前記第1電力用半導体素子の駆動電圧または駆動電流を調節することにより、前記第1電力用半導体素子を遮断するステップと、を含む方法。 - 前記の方法は、第2測定器で測定した第2電力用半導体素子の電気的特性値を受信するステップと、前記第1電力用半導体素子の電気的特性値および前記第2電力用半導体素子の電気的特性値に基づいて地絡電流を検出するステップと、をさらに含み、
前記遮断するステップは、前記検出結果に基づいて、前記第1電力用半導体素子および前記第2電力用半導体素子の駆動電圧または駆動電流を調節することにより、前記第1電力用半導体素子および前記第2電力用半導体素子を遮断するステップを含む、請求項12に記載の方法。 - 請求項12に記載の方法をコンピュータで実行するためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020190068239 | 2019-06-10 | ||
KR10-2019-0068239 | 2019-06-10 | ||
PCT/KR2020/007485 WO2020251246A1 (ko) | 2019-06-10 | 2020-06-10 | 직류계통의 차단 장치 및 이의 제어 방법 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2022511891A true JP2022511891A (ja) | 2022-02-01 |
Family
ID=73781470
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021532431A Pending JP2022511891A (ja) | 2019-06-10 | 2020-06-10 | 直流系統の遮断装置およびその制御方法 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2022511891A (ja) |
WO (1) | WO2020251246A1 (ja) |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09294327A (ja) * | 1996-04-24 | 1997-11-11 | Hioki Ee Corp | 異常検出装置およびこれを用いた定電流電源装置 |
JPH11234894A (ja) * | 1998-02-12 | 1999-08-27 | Hitachi Ltd | 半導体素子併用遮断器 |
JP2002125311A (ja) * | 2000-10-13 | 2002-04-26 | Canon Inc | 異常記録装置およびそれを備える電力変換装置ならびに太陽光発電システム |
KR20060067202A (ko) * | 2004-12-14 | 2006-06-19 | 한국철도기술연구원 | 대용량 반도체를 이용한 전원 차단 시스템 |
US20110317321A1 (en) * | 2009-02-06 | 2011-12-29 | Siemens Aktiengesellschaft | Short circuit protection device and switchgear assembly having such protection devices |
JP2012199393A (ja) * | 2011-03-22 | 2012-10-18 | Hitachi Cable Ltd | 太陽電池モジュール用配線ケーブル及びこれを用いた大規模太陽発電システム並びに太陽発電装置 |
JP2017114373A (ja) * | 2015-12-25 | 2017-06-29 | 矢崎総業株式会社 | ジャンクションボックス |
JP2018011482A (ja) * | 2016-07-15 | 2018-01-18 | 矢崎総業株式会社 | 半導体スイッチ制御装置 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101074663B1 (ko) * | 2010-09-17 | 2011-10-19 | 주식회사 그라운드 | 쌍방향 서지보호기 |
KR101976849B1 (ko) * | 2012-12-05 | 2019-05-09 | 현대자동차주식회사 | 배터리 과충전 및 과방전 방지 장치 |
KR101996514B1 (ko) * | 2017-02-22 | 2019-10-01 | 한양대학교 에리카산학협력단 | Dc 그리드용 고장 전류 제한기 및 그 제어방법 |
-
2020
- 2020-06-10 JP JP2021532431A patent/JP2022511891A/ja active Pending
- 2020-06-10 WO PCT/KR2020/007485 patent/WO2020251246A1/ko active Application Filing
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09294327A (ja) * | 1996-04-24 | 1997-11-11 | Hioki Ee Corp | 異常検出装置およびこれを用いた定電流電源装置 |
JPH11234894A (ja) * | 1998-02-12 | 1999-08-27 | Hitachi Ltd | 半導体素子併用遮断器 |
JP2002125311A (ja) * | 2000-10-13 | 2002-04-26 | Canon Inc | 異常記録装置およびそれを備える電力変換装置ならびに太陽光発電システム |
KR20060067202A (ko) * | 2004-12-14 | 2006-06-19 | 한국철도기술연구원 | 대용량 반도체를 이용한 전원 차단 시스템 |
US20110317321A1 (en) * | 2009-02-06 | 2011-12-29 | Siemens Aktiengesellschaft | Short circuit protection device and switchgear assembly having such protection devices |
JP2012199393A (ja) * | 2011-03-22 | 2012-10-18 | Hitachi Cable Ltd | 太陽電池モジュール用配線ケーブル及びこれを用いた大規模太陽発電システム並びに太陽発電装置 |
JP2017114373A (ja) * | 2015-12-25 | 2017-06-29 | 矢崎総業株式会社 | ジャンクションボックス |
JP2018011482A (ja) * | 2016-07-15 | 2018-01-18 | 矢崎総業株式会社 | 半導体スイッチ制御装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2020251246A1 (ko) | 2020-12-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108318797B (zh) | 用于去饱和检测的系统和方法 | |
CN107887895B (zh) | 检测装置、检测方法和检测系统 | |
US8570017B2 (en) | Voltage limiter and protection of a photovoltaic module | |
CN103475271B (zh) | 一种光伏发电系统及其控制方法 | |
US20140029152A1 (en) | Solid-state circuit breakers | |
JP5542942B2 (ja) | 接地装置 | |
JPH05505301A (ja) | 故障に耐える固体遮断システム | |
US20140168830A1 (en) | Three-phase ground fault circuit interrupter | |
Karthikeyan et al. | Simulation and analysis of faults in high voltage DC (HVDC) power transmission | |
CN102656763A (zh) | 功率半导体开关元件的保护装置以及保护方法 | |
Choudhary et al. | Protection coordination of over current relays in distribution system with DG and superconducting fault current limiter | |
CN113725810B (zh) | 一种保护电路及电路保护装置 | |
KR102059096B1 (ko) | 직류계통의 차단 장치 및 이의 제어 방법 | |
Mejia-Ruiz et al. | A novel GaN-based solid-state circuit breaker with voltage overshoot suppression | |
Chavan et al. | Coordination of solid-state circuit breakers for dc grids under high-fault-di/dt conditions | |
KR101622187B1 (ko) | 한류기 | |
CN112840517A (zh) | 用于低压直流(lvdc)电网的电气保护装置 | |
CN112886533A (zh) | 超快速固态断路器 | |
JP2022511891A (ja) | 直流系統の遮断装置およびその制御方法 | |
Leterme et al. | Fast breaker failure backup protection for HVDC grids | |
JP2021034124A (ja) | 直流電流開閉装置 | |
KR101372823B1 (ko) | 초전도 한류기 적용을 고려한 과전류 계전기 및 그 설정 방법 | |
Kheirollahi et al. | Optimal coordination of ultrafast solid-state circuit breakers in DC microgrids | |
Anurag et al. | Protection scheme for a medium voltage mobile utility support equipment based solid state transformer (MUSE-SST) | |
Ma | Evaluation of DC supply protection for efficient energy delivery in low voltage applications |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20210604 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20220420 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220510 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20221129 |