JP6733818B1 - Power converter - Google Patents
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Abstract
電力変換装置は、第一直流電流を受け入れ可能に構築された第一直流入力部と、第一直流入力部から入力された第一直流電流を変換することで交流電流を出力する電力変換回路と、第一直流入力部に設けられた第一電流検出器と、第一直流入力部を通じて第一直流電流と逆方向へと流れる第一逆電流の大きさが第一判定値を超えたことが第一電流検出器の出力に基づいて検出された場合に、第一短絡検出信号を出力するように構築された短絡検出部と、を備える。電力変換装置は、第二直流電流を受け入れ可能な第二直流入力部と、第二直流入力部に設けられた第二電流検出器と、をさらに備えてもよい。短絡検出部は、第二直流入力部を通じて第二直流電流と逆方向へと流れる第二逆電流の大きさが予め定められた第二判定値を超えたことが第二電流検出器の出力に基づいて検出された場合に、第二短絡検出信号を出力するように構築されてもよい。The power conversion device is a power conversion device that outputs an alternating current by converting a first direct current input from the first direct current input part and a first direct current input part constructed to accept the first direct current. The circuit, the first current detector provided in the first DC input unit, and the magnitude of the first reverse current flowing in the direction opposite to the first DC current through the first DC input unit is the first determination value. And a short-circuit detector configured to output a first short-circuit detection signal when the exceeding is detected based on the output of the first current detector. The power conversion device may further include a second DC input unit capable of receiving the second DC current, and a second current detector provided in the second DC input unit. The short-circuit detection unit outputs to the output of the second current detector that the magnitude of the second reverse current flowing in the opposite direction to the second DC current through the second DC input unit exceeds the predetermined second determination value. It may be configured to output a second short circuit detection signal when detected based on the above.
Description
本発明は、電力変換装置に関するものである。 The present invention relates to a power conversion device.
従来、例えば日本特開2013−80731号公報に開示されているように、太陽電池ストリングに電流計が設けられた電力変換システムが知られている。特に、上記公報の図9では、複数の太陽電池ストリングスが設けられており、太陽電池ストリングそれぞれに電流計を設ける構成が記載されている。 Conventionally, as disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2013-80731, there is known a power conversion system in which a solar cell string is provided with an ammeter. In particular, FIG. 9 of the above publication describes a configuration in which a plurality of solar cell strings is provided and an ammeter is provided for each solar cell string.
一般的に、電力システムにおいて正極負極間に短絡が起きると、その短絡箇所を通じて大電流が流れる。この大電流は、一般にヒューズ等の保護素子によって遮断される。 Generally, when a short circuit occurs between a positive electrode and a negative electrode in a power system, a large current flows through the short-circuited portion. This large current is generally blocked by a protective element such as a fuse.
しかしながら、太陽電池あるいは他の定電流電源を持つ電力システムにおいては、他の一般的な電力システムと比べて、回路内で正極負極間に短絡が起きた場合に流れる電流が、定格運用時の電流から大きく増加しない。このため、短絡の検出が難しいという問題があった。短絡時に流れる電流が大きく変化しないこの種の電力システムにおいては、正極負極間短絡に対する保護を万全にする観点から、いまだ改良の余地があった。 However, in a power system that has a solar cell or other constant current power supply, the current that flows when a short circuit occurs between the positive and negative electrodes in the circuit is the current during rated operation compared to other general power systems. Does not increase significantly. Therefore, there is a problem that it is difficult to detect a short circuit. In this type of power system in which the current flowing at the time of short circuit does not change significantly, there is still room for improvement from the viewpoint of ensuring complete protection against short circuits between the positive and negative electrodes.
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、正極負極間の短絡を検出する機能を備えた電力変換装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a power conversion device having a function of detecting a short circuit between a positive electrode and a negative electrode.
本出願にかかる第一の電力変換装置は、
第一直流電流を受け入れ可能に構築された第一直流入力部と、
前記第一直流入力部から入力された前記第一直流電流を変換することで交流電流を出力する電力変換回路と、
前記第一直流入力部に設けられた第一電流検出器と、
前記第一直流入力部を通じて前記第一直流電流と逆方向へと流れる第一逆電流の大きさが第一判定値を超えたことが前記第一電流検出器の出力に基づいて検出された場合に、第一短絡検出信号をスイッチオン信号として出力するように構築された短絡検出部と、
を備え、
前記電力変換回路は、
前記第一直流入力部の正極に接続された正極入力端と、
前記第一直流入力部の負極に接続された負極入力端と、
を有し、
一端が前記正極入力端に接続され他端が前記負極入力端に接続され、前記短絡検出部が出力した前記スイッチオン信号に応答して前記正極入力端と前記負極入力端とを導通させるスイッチを、
さらに備える。
The first power conversion device according to the present application is
A first direct current input part constructed to accept a first direct current,
A power conversion circuit that outputs an AC current by converting the first DC current input from the first DC input unit,
A first current detector provided in the first DC input section,
It was detected based on the output of the first current detector that the magnitude of the first reverse current flowing in the opposite direction to the first DC current through the first DC input unit exceeded the first determination value. In this case, a short-circuit detector configured to output the first short-circuit detection signal as a switch-on signal ,
Equipped with
The power conversion circuit,
A positive electrode input terminal connected to the positive electrode of the first DC input section,
A negative electrode input end connected to the negative electrode of the first DC input section,
Have
One end is connected to the positive electrode input end and the other end is connected to the negative electrode input end, and a switch for electrically connecting the positive electrode input end and the negative electrode input end in response to the switch-on signal output by the short circuit detection unit. ,
Further prepare.
本出願にかかる第二の電力変換装置は、
第一直流電流を受け入れ可能に構築された第一直流入力部と、
第二直流電流を受け入れ可能に構築された第二直流入力部と、
前記第一直流入力部および前記第二直流入力部のそれぞれの正極に接続された正極入力端と、前記第一直流入力部および前記第二直流入力部のそれぞれの負極に接続された負極入力端と、を有する電力変換回路と、
前記第一直流入力部に設けられた第一電流検出器と、
前記第二直流入力部に設けられた第二電流検出器と、
前記第一電流検出器で検出した電流値と前記第二電流検出器で検出した電流値とを合計した合計電流値が判定値を超えた場合には、短絡検出信号を出力するように構築された短絡検出部と、
を備える。The second power conversion device according to the present application,
A first direct current input part constructed to accept a first direct current,
A second DC input section constructed to accept a second DC current,
A positive electrode input terminal connected to each positive electrode of the first DC input section and the second DC input section, and a negative electrode connected to each negative electrode of the first DC input section and the second DC input section A power conversion circuit having an input end;
A first current detector provided in the first DC input section,
A second current detector provided in the second DC input section,
When the total current value obtained by summing the current value detected by the first current detector and the current value detected by the second current detector exceeds the judgment value, it is constructed to output a short circuit detection signal. Short circuit detector,
Equipped with.
上記第一の電力変換装置によれば、次の効果が得られる。第一直流入力部を介して第一太陽電池ストリングからの第一直流電流を受け入れたときに、この第一直流電流が正しく順方向に流れているかどうかを短絡検出部が検出することができる。もし、逆方向へと流れる第一逆電流が発生しており、しかもその第一逆電流の大きさが基準となる大きさを超えている場合には、通常想定範囲を超える大きさの逆電流が第一太陽電池ストリングスの側へと流れている。この場合には、第一太陽電池ストリングの側での短絡である第一正極負極間短絡が発生している可能性が高い。そこで、短絡検出部はそのような第一正極負極間短絡が発生したことを示す短絡検出信号を出力することができる。 According to the first power conversion device, the following effects can be obtained. When receiving the first DC current from the first solar cell string via the first DC input unit, the short-circuit detection unit can detect whether or not the first DC current is correctly flowing in the forward direction. .. If the first reverse current flowing in the reverse direction is generated and the magnitude of the first reverse current exceeds the reference value, the reverse current with a magnitude exceeding the normal range is usually assumed. Is flowing to the side of the first solar cell strings. In this case, there is a high possibility that a short circuit between the first positive electrode and the negative electrode, which is a short circuit on the side of the first solar cell string, has occurred. Therefore, the short circuit detection unit can output a short circuit detection signal indicating that such a short circuit between the first positive electrode and the negative electrode has occurred.
上記第二の電力変換装置によれば、次の効果が得られる。第一直流入力部と第二直流入力部とを介して第一太陽電池ストリングおよび第二太陽電池ストリングそれぞれからの電流を受け入れたときに、それらの合計電流の大きさが適正であるかを短絡検出部が判定することができる。もし、合計電流の大きさが基準となる大きさを超えている場合には、通常想定範囲を超える大きさの電流が電力変換回路の側へと流れている。この場合には、電力変換回路の正極と負極とが短絡した第二正極負極間短絡が発生している可能性が高い。そこで、短絡検出部はそのような第二正極負極間短絡が発生したことを示す短絡検出信号を出力することができる。 According to the second power converter, the following effects can be obtained. When the current from each of the first solar cell string and the second solar cell string is received via the first DC input section and the second DC input section, whether the magnitude of the total current is appropriate is determined. It can be determined by the short-circuit detector. If the magnitude of the total current exceeds the reference magnitude, the magnitude of the current that normally exceeds the expected range is flowing to the power conversion circuit side. In this case, there is a high possibility that a short circuit between the second positive electrode and the negative electrode in which the positive electrode and the negative electrode of the power conversion circuit are short-circuited has occurred. Therefore, the short circuit detection unit can output a short circuit detection signal indicating that such a short circuit between the second positive electrode and the negative electrode has occurred.
実施の形態では、2つの異なる短絡モードが検出される。「第一短絡モード」は、図1に示す第一正極負極間短絡X1が発生したモードである。「第二短絡モード」は、図3に示す第二正極負極間短絡X2が発生したモードである。 In the embodiment, two different short circuit modes are detected. The “first short-circuit mode” is a mode in which the first positive-negative electrode short-circuit X1 shown in FIG. 1 has occurred. The “second short-circuit mode” is a mode in which the second positive-negative electrode short-circuit X2 shown in FIG. 3 has occurred.
[実施の形態のシステム構成および第一短絡モード]
図1は、実施の形態にかかる電力変換装置6の構成および第一短絡モードを示す回路図である。図1には、電力変換装置6を含む太陽光発電システム1も図示されている。[System Configuration of Embodiment and First Short-Circuit Mode]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration and a first short-circuit mode of a
まず、図1を参照して太陽光発電システム1および電力変換装置6の構成を説明する。太陽光発電システム1は、第一太陽電池ストリング#1と、第二太陽電池ストリング#2と、第三太陽電池ストリング#3と、第一接続箱4aと、第二接続箱4bと、第三接続箱4cと、電力変換装置6と、変圧器16と、を備えている。
First, the configurations of the solar
第一太陽電池ストリング#1は、複数の太陽電池パネル2aを含んでいる。複数の太陽電池パネル2aそれぞれが出力する第一直流電流は、第一接続箱4aの内部で合流する。
The first solar
第二太陽電池ストリング#2は、複数の太陽電池パネル2bを含んでいる。複数の太陽電池パネル2bそれぞれが出力する第二直流電流は、第二接続箱4bの内部で合流する。
The second solar
第三太陽電池ストリング#3は、複数の太陽電池パネル2cを含んでいる。複数の太陽電池パネル2cそれぞれが出力する第三直流電流は、第三接続箱4cの内部で合流する。
The third solar
以下、第一太陽電池ストリング#1と第二太陽電池ストリング#2と第三太陽電池ストリング#3とをまとめて「太陽電池ストリングス#1〜#3」と称することもある。
Hereinafter, the first solar
太陽光発電システム1は、太陽電池ストリングス#1〜#3で発電された直流電力を電力変換装置6で交流電力に変換する。太陽光発電システム1は電力系統17と系統連系運転されている。電力変換装置6で変換された交流電力は、電力系統17に供給される。
In the solar
図1に示すように、電力変換装置6は、第一直流入力部91と、第二直流入力部92と、第三直流入力部93と、第一電流検出器10aと、第二電流検出器10bと、第三電流検出器10cと、直流側遮断器11と、電力変換回路12と、直流平滑コンデンサ13と、スイッチSWと、交流フィルタ回路14と、交流側遮断器15と、制御部20と、を備える。
As illustrated in FIG. 1, the
第一直流入力部91と第二直流入力部92と第三直流入力部93それぞれは、正極端子9aと負極端子9bとを備えている。第一直流入力部91と第二直流入力部92と第三直流入力部93それぞれの内部には、ヒューズ7が設けられている。第一接続箱4aと第二接続箱4bと第三接続箱4cの内部にも、ヒューズ7が設けられている。
The first
第一直流入力部91の正極端子9aと第一接続箱4aの正極とが接続され、第一直流入力部91の負極端子9bと第一接続箱4aの負極とが接続されている。第一直流入力部91は、第一太陽電池ストリング#1から供給される第一直流電流を受け入れ可能に構築されている。
The
第二直流入力部92の正極端子9aと第二接続箱4bの正極とが接続され、第二直流入力部92の負極端子9bと第二接続箱4bの負極とが接続されている。第二直流入力部92は、第二太陽電池ストリング#2から供給される第二直流電流を受け入れ可能に構築されている。
The
第三直流入力部93の正極端子9aと第三接続箱4cの正極とが接続され、第三直流入力部93の負極端子9bと第三接続箱4cの負極とが接続されている。第三直流入力部93は、第三太陽電池ストリング#3から供給される第三直流電流を受け入れ可能に構築されている。
The
第一電流検出器10aは、第一直流入力部91におけるヒューズ7の後段に設けられている。第一電流検出器10aは、第一直流入力部91を経由して流れる電流を検出する。第一電流検出器10aは、検出した電流値である第一検出電流値Ist1を制御部20に出力する。The first
第二電流検出器10bは、第二直流入力部92におけるヒューズ7の後段に設けられている。第二電流検出器10bは、第二直流入力部92を経由して流れる電流を検出する。第二電流検出器10bは、検出した電流値である第二検出電流値Ist2を制御部20に出力する。The second
第三電流検出器10cは、第三直流入力部93におけるヒューズ7の後段に設けられている。第三電流検出器10cは、第三直流入力部93を経由して流れる電流を検出する。第三電流検出器10cは、検出した電流値である第三検出電流値Ist3を制御部20に出力する。The third
実施の形態では、電力変換回路12の入力側へと流れ込む電流の向きを、「順方向」とする。実施の形態では、電力変換回路12の入力側から流れ出る電流の向きを、「逆方向」とする。第一電流検出器10aと第二電流検出器10bと第三電流検出器10cは、電力変換回路12の側へと流れ込む順電流をプラスの値として計測し、この順電流とは逆方向の逆電流をマイナスの値として計測することができる。
In the embodiment, the direction of the current flowing into the input side of the
直流側遮断器11は、電力変換回路12の入力側に設けられている。直流側遮断器11と電力変換回路12との間に、直流平滑コンデンサ13が設けられている。交流側遮断器15は、電力変換回路12の出力側に設けられている。電力変換回路12と交流側遮断器15との間に、交流フィルタ回路14が設けられている。
The
電力変換回路12は、直流電力を三相交流電力に変換するインバータ回路である。電力変換回路12は、図示しない複数の半導体スイッチング素子などによって構築されている。電力変換回路12は、正極入力端12aと負極入力端12bとを備える。
The
正極入力端12aは、電力変換装置6内の正極直流配線61aと接続している。正極直流配線61aには、第一直流入力部91の正極端子9a、第二直流入力部92の正極端子9a、および第三直流入力部93の正極端子9aが接続されている。
The positive
負極入力端12bは、電力変換装置6内の負極直流配線61bと接続している。負極直流配線61bには、第一直流入力部91の負極端子9b、第二直流入力部92の負極端子9b、および第三直流入力部93の負極端子9bが接続されている。
The negative
電力変換回路12は、第一直流入力部91、第二直流入力部92、および第三直流入力部93を介して入力された第一直流電流〜第三直流電流を変換することで、交流電流を出力する。
The
制御部20は、第一短絡検出部21と、第二短絡検出部22とを備える。第一短絡検出部21は、図1に示す第一正極負極間短絡X1を検出すると、スイッチオン信号S1、遮断器トリップ信号S2、S3、およびアラーム信号S4aを出力する。
The
より詳細には、第一短絡検出部21は、第一ブロック21aと、第二ブロック21bと、第三ブロック21cと、を含んでいる。アラーム信号S4aには、第一ブロック21aで出力されるアラーム信号S41と、第二ブロック21bで出力されるアラーム信号S42と、第三ブロック21cで出力されるアラーム信号S43とが含まれる。
More specifically, the first short
第一正極負極間短絡X1は、第一電流検出器10a、第二電流検出器10bおよび第三電流検出器10cを基準位置として、この基準位置よりも太陽電池ストリングス#1〜#3の側に発生する正極負極間短絡である。具体的には、第一接続箱4aと第一直流入力部91との間、第二接続箱4bと第二直流入力部92との間、第三接続箱4cと第三直流入力部93との間の少なくとも1つに、第一正極負極間短絡X1が発生する。第一接続箱4a〜第三接続箱4cよりもさらに太陽電池ストリングス#1〜#3の側に、第一正極負極間短絡X1が発生することもある。
The short circuit X1 between the first positive electrode and the negative electrode has the first
図1では、一例として、第一接続箱4aと第一直流入力部91との間に第一正極負極間短絡X1が発生した場合を示している。図1のように第一正極負極間短絡X1が発生すると、第一正極負極間短絡X1の短絡箇所へと電流Ix1が流れる。電流Ix1は、第二直流入力部92および第三直流入力部93から入力される直流電流の合計である。
In FIG. 1, as an example, a case where a first positive-negative electrode short circuit X1 occurs between the
第一短絡検出部21の構成および動作の詳細は、後ほど図2を用いて説明する。
Details of the configuration and operation of the first short-
第二短絡検出部22は、第二正極負極間短絡X2(後述の図3参照)を検出すると、スイッチオン信号S1、遮断器トリップ信号S2、S3、およびアラーム信号S4bを出力する。第二短絡検出部22の構成及び動作は、図3および図4を用いて後ほど説明する。
When the second short-circuit between the positive and negative electrodes X2 (see FIG. 3, which will be described later) is detected, the second short-
図1に示すように、スイッチSWの一端は、正極直流配線61aを介して正極入力端12aに接続されている。スイッチSWの他端は、負極直流配線61bを介して負極入力端12bに接続されている。スイッチSWは、第一短絡検出部21が出力したスイッチオン信号S1に応答してターンオンされる。スイッチSWがターンオンされると、正極入力端12aと負極入力端12bとが導通する。
As shown in FIG. 1, one end of the switch SW is connected to the positive
第一短絡モードの第一正極負極間短絡X1が発生した時にスイッチSWがオンされることで、短絡経路を避けて意図的に電流を流すための「他の電流経路」を作り出すことができる。仮にスイッチSWがオフのままだと、電流Ix1が第一正極負極間短絡X1へと向かうことで短絡電流Ix2が流れてしまう。この点、実施の形態ではスイッチSWを経由して図1の電流Ix3の流れを作り出すように、電流Ix1を流すことができる。その結果、第一正極負極間短絡X1で生じた短絡経路に短絡電流Ix2が流れることを抑制することができる。 When the short circuit X1 between the first positive electrode and the negative electrode in the first short-circuit mode occurs, the switch SW is turned on, so that the "other current path" for intentionally flowing the current can be created while avoiding the short-circuit path. If the switch SW remains off, the short circuit current Ix2 flows due to the current Ix1 heading for the first positive electrode negative electrode short circuit X1. In this respect, in the embodiment, the current Ix1 can be made to flow so as to generate the flow of the current Ix3 of FIG. 1 via the switch SW. As a result, it is possible to prevent the short-circuit current Ix2 from flowing in the short-circuit path generated by the first positive-negative electrode short-circuit X1.
遮断器トリップ信号S2に応答して、直流側遮断器11がトリップされる。遮断器トリップ信号S3に応答して、交流側遮断器15がトリップされる。これにより、短絡発生時に保護動作を実施することができる。
The DC
アラーム信号S4aおよびアラーム信号S4bは、電力変換装置6の外部に設けられた監視装置(図示せず)に伝達されてもよい。アラーム信号S4aおよびアラーム信号S4bに応答して、電力変換装置6の筐体あるいは周囲に設けられた警報機器(図示せず)にアラーム表示が行われても良い。
The alarm signal S4a and the alarm signal S4b may be transmitted to a monitoring device (not shown) provided outside the
[実施の形態の第一短絡検出部の構成]
図2は、実施の形態にかかる第一短絡検出部21を示すブロック図である。第一ブロック21aと第二ブロック21bと第三ブロック21cは、それぞれ判定値取得ブロック33と、第一比較ブロック34と、を備えている。[Configuration of First Short Circuit Detection Unit of Embodiment]
FIG. 2 is a block diagram showing the first short
第一ブロック21aと第二ブロック21bと第三ブロック21cそれぞれにおいて、判定値取得ブロック33は、予め定めた判定基準値Istrに負の係数であるマイナス1を乗じることで、第一逆電流判定値Iref1aと第二逆電流判定値Iref1bと第三逆電流判定値Iref1cとを算出する。In each of the
第一逆電流判定値Iref1aと第二逆電流判定値Iref1bと第三逆電流判定値Iref1cは、予め定められた判定基準値Istrから決まる値である。第一逆電流判定値Iref1aと第二逆電流判定値Iref1bと第三逆電流判定値Iref1cは、共通の値とされてもよく互いに異なる値とされてもよい。The first reverse current determination value I ref1a , the second reverse current determination value I ref1b, and the third reverse current determination value I ref1c are values determined from a predetermined determination reference value I str . The first reverse current determination value I ref1a , the second reverse current determination value I ref1b, and the third reverse current determination value I ref1c may be common values or different values.
第一逆電流判定値Iref1aと第二逆電流判定値Iref1bと第三逆電流判定値Iref1cは、第一太陽電池ストリング#1と第二太陽電池ストリング#2と第三太陽電池ストリング#3とのそれぞれの発電容量に応じた定格電流に基づいて設定されることが好ましい。具体的には、第一太陽電池ストリング#1の定格電流が100Aである場合、この定格電流以下の大きさであれば逆電流を許容することができる。つまり、マイナス100Aまで許容することができる。The first reverse current determination value I ref1a , the second reverse current determination value I ref1b, and the third reverse current determination value I ref1c are the first solar
一例として、第一逆電流判定値Iref1aは、第一太陽電池ストリング#1の定格電流の1倍〜2倍の範囲内の任意の値に定めてもよい。第二逆電流判定値Iref1bと第三逆電流判定値Iref1cも、第一逆電流判定値Iref1aと同様の方針で定めることができる。As an example, the first reverse current determination value I ref1a may be set to any value within the range of 1 to 2 times the rated current of the first solar
「第一逆電流」は、第一直流入力部91を通じて、第一太陽電池ストリング#1が出力する第一直流電流とは逆方向へと流れる電流である。第一逆電流は、第一電流検出器10aにおいてマイナスの電流として計測される。第一逆電流の大きさが第一逆電流判定値Iref1aを超えたことが第一電流検出器10aの第一検出電流値Ist1に基づいて検出された場合に、第一ブロック21aが第一短絡検出信号SX1aを出力する。The “first reverse current” is a current that flows through the first
実施の形態では、電流の流れる方向すなわち検出電流値の正負が考慮されることで、上記第一ブロック21aの検出動作が下記の具体的ロジックによって実現されている。第一ブロック21aにおいて、第一比較ブロック34は、第一逆電流判定値Iref1aと第一検出電流値Ist1とを比較する。第一逆電流判定値Iref1aよりも第一検出電流値Ist1が小さくなった場合には、第一比較ブロック34の出力がハイとなる。In the embodiment, the detection operation of the
例えば、判定基準値Istrが200Aに設定されることで、第一逆電流判定値Iref1aがマイナス200Aに設定されているとする。第一正極負極間短絡X1が発生したときに、第一検出電流値Ist1が例えばマイナス300Aなどとなる。このとき、第一検出電流値Ist1が、第一逆電流判定値Iref1aであるマイナス200Aを超えてマイナス側へ大きな値となっている。つまり、逆電流が流れており、且つその逆電流を計測した値の絶対値が判定基準値を超えているという事態が発生している。この場合は、第一逆電流の大きさが許容範囲を超えているので、第一比較ブロック34の出力がハイとなる。第一比較ブロック34のハイ出力が、すなわち第一短絡検出信号SX1aである。For example, it is assumed that the first reference value I ref1a of the reverse current is set to −200 A by setting the determination reference value I str to 200 A. When the short circuit X1 between the first positive electrode and the negative electrode occurs, the first detected current value I st1 becomes, for example, −300 A. At this time, the first detected current value I st1 exceeds the negative reverse current determination value I ref1a of −200 A and becomes a large value toward the negative side. That is, a situation occurs in which a reverse current is flowing and the absolute value of the measured value of the reverse current exceeds the determination reference value. In this case, since the magnitude of the first reverse current exceeds the allowable range, the output of the
一方、第一検出電流値Ist1が第一逆電流判定値Iref1a以上である場合には、第一比較ブロック34の出力はローとなる。例えば、第一逆電流判定値Iref1aがマイナス200Aに設定されており、計測された第一検出電流値Ist1がマイナス100Aであったとする。この場合、逆電流は流れているものの、第一直流入力部91における「マイナス方向つまり逆方向に流れる電流の大きさ」は100Aであり、許容範囲内であると判断される。つまり、第一検出電流値Ist1が第一逆電流判定値Iref1aを超えるほどに大きく逆方向に流れる事態は、発生していない。この場合、第一比較ブロック34の出力はローのままとなる。On the other hand, when the first detected current value I st1 is greater than or equal to the first reverse current determination value I ref1a , the output of the
第一短絡検出信号SX1aは、第一ブロック21aの出力インターフェースを通じて、スイッチオン信号S1、遮断器トリップ信号S2、S3、およびアラーム信号S41の形態で制御部20の外部に出力される。アラーム信号S41は、アラーム信号S4aの一種であり、第一直流入力部91の側で正極負極間短絡があったことを示す。
The first short-circuit detection signal SX1a is output to the outside of the
第二逆電流の大きさが第二逆電流判定値Iref1bを超えたことが第二電流検出器10bの第二検出電流値Ist2に基づいて検出された場合に、第二ブロック21bが第二短絡検出信号SX1bを出力する。第二逆電流は、第二直流入力部92を通じて、第二太陽電池ストリング#2が出力する第二直流電流とは逆方向へと流れる電流である。第二ブロック21bにおいても、上述した第一ブロック21aと同様の仕組みで、電流値の正負を考慮した検出動作が構築されている。When it is detected based on the second detected current value I st2 of the second
第二短絡検出信号SX1bは、第二ブロック21bの出力インターフェースを通じて、スイッチオン信号S1、遮断器トリップ信号S2、S3、およびアラーム信号S42の形態で制御部20の外部に出力される。アラーム信号S42は、アラーム信号S4aの一種であり、第二直流入力部92の側で第一正極負極間短絡X1があったことを示す。
The second short circuit detection signal SX1b is output to the outside of the
第三逆電流の大きさが第三逆電流判定値Iref1cを超えたことが第三電流検出器10cの第三検出電流値Ist3に基づいて検出された場合に、第三ブロック21cが第三短絡検出信号SX1cを出力する。第三逆電流は、第三直流入力部93を通じて、第三太陽電池ストリング#3が出力する第三直流電流とは逆方向へと流れる電流である。第三ブロック21cにおいても、上述した第一ブロック21aと同様の仕組みで、電流値の正負を考慮した検出動作が構築されている。When it is detected that the magnitude of the third reverse current exceeds the third reverse current determination value I ref1c based on the third detected current value I st3 of the third
第三短絡検出信号SX1cは、第三ブロック21cの出力インターフェースを通じて、スイッチオン信号S1、遮断器トリップ信号S2、S3、およびアラーム信号S43の形態で制御部20の外部に出力される。アラーム信号S43は、アラーム信号S4aの一種であり、第三直流入力部93の側で第一正極負極間短絡X1があったことを示す。
The third short circuit detection signal SX1c is output to the outside of the
以上説明した実施の形態によれば、第一直流入力部91を介して第一太陽電池ストリング#1からの電流を受け入れたときに、この第一太陽電池ストリング#1の電流である第一直流電流が正しく順方向に流れているかどうかを第一短絡検出部21が検出することができる。もし、逆方向へと流れる第一逆電流が発生しており、しかもその第一逆電流の大きさが予め定めた基準を超えている場合には、通常想定範囲を超える大きさの逆電流が第一太陽電池ストリング#1の側へと流れている。この場合には、第一太陽電池ストリング#1の側において第一短絡モードの第一正極負極間短絡X1が発生している可能性が高い。このような短絡検出原理は、第二直流入力部92および第三直流入力部93を経由して流れる電流についても同様に適用することができる。
According to the embodiment described above, when the current from the first solar
第一短絡検出部21は、そのような第一短絡モードの第一正極負極間短絡X1が発生したことを示す第一短絡検出信号SX1aを出力することができる。同様に、第一短絡検出部21は、第二直流入力部92および第三直流入力部93について第一短絡モードの第一正極負極間短絡X1が発生していることを示す第二短絡検出信号SX1bおよび第三短絡検出信号SX1cを出力することができる。
The first short-
第一短絡検出信号SX1aと第二短絡検出信号SX1bと第三短絡検出信号SX1cとが区別的に出力されるので、第一直流入力部91と第二直流入力部92と第三直流入力部93のいずれで短絡が発生したのかを区別的に検出することもできる。
Since the first short-circuit detection signal SX1a, the second short-circuit detection signal SX1b, and the third short-circuit detection signal SX1c are separately output, the first
[実施の形態の第二短絡モードおよび第二短絡検出部の構成]
図3は、実施の形態にかかる電力変換装置6の構成および第二短絡モードを示す回路図である。電力変換装置6の構成および太陽光発電システム1の構成は図1と図3とで同様であるから、構成の説明は省略する。[Configuration of Second Short Circuit Mode and Second Short Circuit Detection Unit of Embodiment]
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration and a second short-circuit mode of the
図3のように、第二短絡モードすなわち第二正極負極間短絡X2は、正極直流配線61aと負極直流配線61bとの間に発生する短絡である。第二正極負極間短絡X2が発生すると、第二正極負極間短絡X2の短絡箇所へと短絡電流Ix4が流れる。短絡電流Ix4は、第一直流入力部91から入力される電流と、第二直流入力部92および第三直流入力部93から入力される電流の総和(つまり電流Ix1)と、を合計した電流である。
As shown in FIG. 3, the second short-circuit mode, that is, the second short circuit X2 between positive and negative electrodes is a short circuit that occurs between the positive
図4は、実施の形態にかかる第二短絡検出部22を示すブロック図である。第二短絡検出部22は、合計値算出ブロック41と、ローパスフィルタブロック42と、ゲインブロック43と、第二比較ブロック44と、を備えている。
FIG. 4 is a block diagram showing the second short
合計値算出ブロック41は、第一検出電流値Ist1と第二検出電流値Ist2と第三検出電流値Ist3とを加算することで、合計電流値Istsumを算出する。合計電流値Istsumは、第二比較ブロック44およびローパスフィルタブロック42に入力される。Total
ローパスフィルタブロック42は、入力された値が予め定めた速度よりも急峻に変化した場合には、その変化をせき止めて後段の回路へ伝えないようにすることができる。ローパスフィルタブロック42の時定数は、日射変動による緩やかな電流変化を通過させる程度の値に設定され、且つ短絡時における電流の急変を遮断できる程度の適切な値に設定される。
The low-
ゲインブロック43は、入力された値に予め定められたゲイン係数Kを乗じる。第二短絡検出部22では、合計電流値Istsumに対してローパスフィルタブロック42によるフィルタリングが施される。次に、ローパスフィルタブロック42を通過した値に対して、ゲインブロック43においてゲイン係数Kが乗算される。The
ゲイン係数は、一例として1.1〜1.5の範囲内の任意の値に設定されてもよい。ゲインブロック43は、事後的にゲイン係数Kを可変設定できるように構築されることが好ましい。ゲイン係数Kが乗算された算出値が、合計判定値Isumrefとして、第二比較ブロック44に入力される。As an example, the gain coefficient may be set to any value within the range of 1.1 to 1.5. The
図5は、実施の形態にかかる第二短絡検出部22の動作を説明するための図である。図5には、合計電流値Istsumの模式的なグラフが実線で図示され、これに応じた合計判定値Isumrefが破線で図示されている。FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the second short
合計電流値Istsumの緩やかな変動は、日射変動を模式的に表したものである。ローパスフィルタブロック42は日射変動による電流変化を通すので、合計電流値Istsumと合計判定値Isumrefとが同じ傾向で緩やかに変化している。The gradual fluctuation of the total current value I stsum is a schematic representation of solar radiation fluctuation. Since the low-
図5の時刻txにおいて第二正極負極間短絡X2が発生すると、第二正極負極間短絡X2に短絡電流が流れる。この短絡電流に起因して太陽電池ストリングス#1〜#3の側から流れ込む電流が増加するので、第一電流検出器10a〜第三電流検出器10cそれぞれで計測される電流値が増加する。結果的に、図5に示すように、時刻txにおいて合計電流値Istsumが急峻に増加する。When a short circuit X2 between the second positive and negative electrodes occurs at time tx in FIG. 5, a short circuit current flows through the short circuit X2 between the second positive and negative electrodes. Since the current flowing from the solar
ローパスフィルタブロック42は、時刻txにおける合計電流値Istsumの急峻な変化をせき止める。したがって、時刻txにおいても、合計判定値Isumrefは短絡発生直前の値を保持する。合計判定値Isumrefが一定であるのに対して合計電流値Istsumが急峻に増加するので、符号Qに示したポイントで合計電流値Istsumが合計判定値Isumrefを超えて増加する。The low-
第二比較ブロック44は、合計電流値Istsumと合計判定値Isumrefとを比較する。時刻txよりも手前の合計電流値Istsumが合計判定値Isumref以下である期間には、第一比較ブロック34の出力はローとなる。しかしながら、上記図5のポイントQにおいて合計電流値Istsumが合計判定値Isumrefよりも大きくなった場合には、第二比較ブロック44の出力がハイとなる。つまり、合計電流値Istsumが、合計判定値Isumrefをプラス側に超えている。第二比較ブロック44のハイ出力が、すなわち短絡検出信号SX2である。The
以上説明した実施の形態によれば、第一直流入力部91〜第三直流入力部93を介して太陽電池ストリングス#1〜#3それぞれからの電流を受け入れたときに、合計電流値Istsumの大きさが適正であるかを第二短絡検出部22が判定することができる。もし、合計電流の大きさが予め定めた基準を超えている場合には、本来の電流よりも大きな電流が電力変換回路12の側へと流れている。この場合には、電力変換回路12の前段において第二短絡モードの第二正極負極間短絡X2が発生している可能性が高い。そこで、第二短絡検出部22はそのような第二短絡モードの第二正極負極間短絡X2が発生したことを示す短絡検出信号SX2を出力することができる。According to the embodiment described above, when the currents from the respective solar
また、ローパスフィルタブロック42およびゲインブロック43を備えることで、下記の利点もある。電力システムごとに太陽電池ストリングス#1〜#3の数および太陽電池ストリングスごとの電流値が異なる。その結果、電力システムが異なれば、合計電流を判定するための適切な合計判定値Isumrefも異なる。この点、実施の形態によれば、合計電流値Istsumに対してローパスフィルタブロック42およびゲインブロック43による演算が施されることで、適切な合計判定値Isumrefが算出される。その結果、システムごとに、合計判定値Isumrefを個別に設定し直さなくともよい利点がある。In addition, the provision of the low-
また、実施の形態によれば、ゲイン係数Kが1.1〜1.5なので、実際に入力される合計電流値Istsumの1.1〜1.5倍の値を合計判定値Isumrefに設定することができる。その結果、正極負極間短絡時に流れる電流が小さくとも、第二正極負極間短絡X2を迅速かつ高精度に検出することができる。ゲイン係数Kは1よりも大きな任意の値に設定することができる。Further, according to the embodiment, since the gain coefficient K is 1.1 to 1.5, a value 1.1 to 1.5 times the actually input total current value I stsum is set as the total determination value I sumref . Can be set. As a result, the second positive-negative electrode short-circuit X2 can be detected quickly and with high accuracy even if the current flowing when the positive-negative electrode short-circuits is small. The gain coefficient K can be set to any value larger than 1.
また、実施の形態では、スイッチSWが、第二短絡検出部22の出力するスイッチオン信号S1に応答して導通する。第二短絡モードの第二正極負極間短絡X2の発生時に意図的に短絡電流を流すための経路を作り出すことができるので、発生した短絡箇所に流れる電流を低減することができる。よって、第一短絡モードと第二短絡モードの両方に対して保護機能が万全となる。
In addition, in the embodiment, the switch SW becomes conductive in response to the switch-on signal S1 output by the second short-
また、実施の形態では、制御部20が、第一短絡検出部21と第二短絡検出部22の少なくとも一方が短絡を検出したときに直流側遮断器11と交流側遮断器15の少なくとも一方をトリップするように構築されている。したがって、さらに保護機能を万全にすることができる。
In the embodiment, the
実施の形態にかかる制御部20は、第一短絡検出部21と第二短絡検出部22の両方を備えている。したがって、第一短絡モードの第一正極負極間短絡X1と第二短絡モードの第二正極負極間短絡X2とを区別的に検出することができる。実施の形態では、第一正極負極間短絡X1に応じてアラーム信号S4a(より詳細にはS41、S42、S43)が出力され、第二正極負極間短絡X2に応じてアラーム信号S4bが出力される。これにより、単なる短絡検出だけではなく短絡の具体的な場所を外部に報知することもできる。
The
[実施の形態の変形例]
なお、図4のローパスフィルタブロック42に代えて、バンドパスフィルタブロックが用いられてもよい。このバンドパスフィルタブロックに、このローパスフィルタブロック42と同様に高周波数域の信号をせき止めるフィルタ機能を持たせればよい。[Modification of Embodiment]
A bandpass filter block may be used instead of the
なお、ローパスフィルタブロック42とゲインブロック43の順番は、図4とは逆の順番つまりゲインブロック43が前段であっても良い。
Note that the order of the low-
図6は、実施の形態の変形例にかかる第二短絡検出部22を示すブロック図である。判定値設定部143は、合計判定値Isumrefを書き換え可能に記憶している。図6の変形例では、合計判定値Isumrefが合計電流値Istsumとは独立に定められた固定値または可変設定値とされる。FIG. 6 is a block diagram showing the second short
第一短絡検出部21と第二短絡検出部22のうち片方のみを備えた電力変換装置6が提供されても良い。
The
なお、実施の形態では、3つの太陽電池ストリング#1〜#3を備えた太陽光発電システム1が提供されている。しかしながら、太陽電池ストリングの個数は3つに限られない。太陽電池ストリングの個数は1つでもよく、2つでもよく、4つ以上でもよい。接続される太陽電池ストリングの個数に応じて、上述した各種判定値を調整すれば良い。
In addition, in embodiment, the solar
図7は、実施の形態にかかる制御部20の構成例である。図7はこの発明の実施の形態における制御部20に適用可能なハードウェア構成図である。図7に示されるように、制御部20の各機能は、処理回路50により実現し得る。処理回路50は、プロセッサ51とメモリ52とを備える。
FIG. 7 is a configuration example of the
例えば、プロセッサ51は、中央処理装置、処理装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ又はDSPなどのCPU(Central Processing Unit)である。例えば、メモリ52は、RAM、ROM、フラッシュメモリ、EPROM、EEPROM等の不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、DVDである。処理回路50において、メモリ52に格納されたプログラムがプロセッサ51によって実行される。
For example, the
なお、実施の形態では太陽光発電システム1が提供されているが、電力変換装置6は太陽光発電用途のみに限られるものではない。電力変換装置6に対して太陽電池以外の定電流電源が接続されても良い。
Although the solar
1 太陽光発電システム、#1 第一太陽電池ストリング、#2 第二太陽電池ストリング、#3 第三太陽電池ストリング、2a、2b、2c 太陽電池パネル、4a 第一接続箱、4b 第二接続箱、4c 第三接続箱、6 電力変換装置、7 ヒューズ、9a 正極端子、9b 負極端子、10a 第一電流検出器、10b 第二電流検出器、10c 第三電流検出器、11 直流側遮断器、12 電力変換回路、12a 正極入力端、12b 負極入力端、13 直流平滑コンデンサ、14 交流フィルタ回路、15 交流側遮断器、16 変圧器、17 電力系統、20 制御部、21 第一短絡検出部、21a 第一ブロック、21b 第二ブロック、21c 第三ブロック、22 第二短絡検出部、33 判定値取得ブロック、34 第一比較ブロック、41 合計値算出ブロック、42 ローパスフィルタブロック、43 ゲインブロック、44 第二比較ブロック、50 処理回路、51 プロセッサ、52 メモリ、61a 正極直流配線、61b 負極直流配線、91 第一直流入力部、92 第二直流入力部、93 第三直流入力部、143 判定値設定部、Iref1a 第一逆電流判定値、Iref1b 第二逆電流判定値、Iref1c 第三逆電流判定値、Ist1 第一検出電流値、Ist2 第二検出電流値、Ist3 第三検出電流値、Istr 判定基準値、Istsum 合計電流値、Isumref 合計判定値、S1 スイッチオン信号、S2、S3 遮断器トリップ信号、S41、S42、S43、S4a アラーム信号、S4b アラーム信号、SW スイッチ、SX1a 第一短絡検出信号、SX1b 第二短絡検出信号、SX1c 第三短絡検出信号、SX2 短絡検出信号、X1 第一正極負極間短絡、X2 第二正極負極間短絡1 solar power generation system, #1 first solar cell string, #2 second solar cell string, #3 third solar cell string, 2a, 2b, 2c solar cell panel, 4a first connection box, 4b second connection box 4c Third connection box, 6 Power converter, 7 Fuse, 9a Positive terminal, 9b Negative terminal, 10a First current detector, 10b Second current detector, 10c Third current detector, 11 DC breaker, 12 power conversion circuit, 12a positive electrode input terminal, 12b negative electrode input terminal, 13 DC smoothing capacitor, 14 AC filter circuit, 15 AC side circuit breaker, 16 transformer, 17 power system, 20 control unit, 21 first short-circuit detection unit, 21a 1st block, 21b 2nd block, 21c 3rd block, 22 2nd short circuit detection part, 33 judgment value acquisition block, 34 1st comparison block, 41 total value calculation block, 42 low-pass filter block, 43 gain block, 44 Second comparison block, 50 processing circuit, 51 processor, 52 memory, 61a positive DC wiring, 61b negative DC wiring, 91 first DC input section, 92 second DC input section, 93 third DC input section, 143 judgment value Setting unit, I ref1a first reverse current determination value, I ref1b second reverse current determination value, I ref1c third reverse current determination value, I st1 first detection current value, I st2 second detection current value, I st3 third Detection current value, I str determination reference value, I stsum total current value, I sumref total determination value, S1 switch on signal, S2, S3 circuit breaker trip signal, S41, S42, S43, S4a alarm signal, S4b alarm signal, SW Switch, SX1a first short circuit detection signal, SX1b second short circuit detection signal, SX1c third short circuit detection signal, SX2 short circuit detection signal, X1 first short circuit between positive and negative electrodes, X2 second short circuit between positive and negative electrodes
Claims (6)
前記第一直流入力部から入力された前記第一直流電流を変換することで交流電流を出力する電力変換回路と、
前記第一直流入力部に設けられた第一電流検出器と、
前記第一直流入力部を通じて前記第一直流電流と逆方向へと流れる第一逆電流の大きさが第一判定値を超えたことが前記第一電流検出器の出力に基づいて検出された場合に、第一短絡検出信号をスイッチオン信号として出力するように構築された短絡検出部と、
を備え、
前記電力変換回路は、
前記第一直流入力部の正極に接続された正極入力端と、
前記第一直流入力部の負極に接続された負極入力端と、
を有し、
一端が前記正極入力端に接続され他端が前記負極入力端に接続され、前記短絡検出部が出力した前記スイッチオン信号に応答して前記正極入力端と前記負極入力端とを導通させるスイッチを、
さらに備える電力変換装置。 A first direct current input part constructed to accept a first direct current,
A power conversion circuit that outputs an AC current by converting the first DC current input from the first DC input unit,
A first current detector provided in the first DC input section,
It was detected based on the output of the first current detector that the magnitude of the first reverse current flowing in the opposite direction to the first DC current through the first DC input unit exceeded the first determination value. In this case, a short-circuit detector configured to output the first short-circuit detection signal as a switch-on signal ,
Equipped with
The power conversion circuit,
A positive electrode input terminal connected to the positive electrode of the first DC input section,
A negative electrode input end connected to the negative electrode of the first DC input section,
Have
One end is connected to the positive electrode input end and the other end is connected to the negative electrode input end, and a switch for electrically connecting the positive electrode input end and the negative electrode input end in response to the switch-on signal output by the short circuit detection unit. ,
A power converter further provided .
前記第二直流入力部に設けられた第二電流検出器と、
をさらに備え、
前記短絡検出部は、前記第二直流入力部を通じて前記第二直流電流と逆方向へと流れる第二逆電流の大きさが第二判定値を超えたことが前記第二電流検出器の出力に基づいて検出された場合に、第二短絡検出信号を前記スイッチオン信号として出力するように構築され、
前記スイッチは、前記短絡検出部が前記スイッチオン信号として出力した前記第一短絡検出信号に応答して前記正極入力端と前記負極入力端とを導通させるとともに、前記短絡検出部が前記スイッチオン信号として出力した前記第二短絡検出信号にも応答して前記正極入力端と前記負極入力端とを導通させるように構築された請求項1に記載の電力変換装置。 A second DC input section capable of accepting a second DC current,
A second current detector provided in the second DC input section,
Further equipped with,
The short-circuit detection unit outputs to the output of the second current detector that the magnitude of the second reverse current flowing in the opposite direction to the second DC current through the second DC input unit exceeds a second determination value. When detected based on, is configured to output a second short circuit detection signal as the switch-on signal ,
The switch makes the positive electrode input end and the negative electrode input end electrically conductive in response to the first short-circuit detection signal output by the short-circuit detection unit as the switch-on signal, and the short-circuit detection unit outputs the switch-on signal. The power conversion device according to claim 1, wherein the power conversion device is constructed so as to conduct the positive electrode input end and the negative electrode input end in response to the second short circuit detection signal output as .
第二直流電流を受け入れ可能に構築された第二直流入力部と、
前記第一直流入力部および前記第二直流入力部のそれぞれの正極に接続された正極入力端と、前記第一直流入力部および前記第二直流入力部のそれぞれの負極に接続された負極入力端と、を有する電力変換回路と、
前記第一直流入力部に設けられた第一電流検出器と、
前記第二直流入力部に設けられた第二電流検出器と、
前記第一電流検出器で検出した電流値と前記第二電流検出器で検出した電流値とを合計した合計電流値が判定値を超えた場合には、短絡検出信号を出力するように構築された短絡検出部と、
を備える電力変換装置。 A first direct current input part constructed to accept a first direct current,
A second DC input section constructed to accept a second DC current,
A positive electrode input terminal connected to each positive electrode of the first DC input section and the second DC input section, and a negative electrode connected to each negative electrode of the first DC input section and the second DC input section A power conversion circuit having an input end;
A first current detector provided in the first DC input section,
A second current detector provided in the second DC input section,
When the total current value obtained by summing the current value detected by the first current detector and the current value detected by the second current detector exceeds the judgment value, it is constructed to output a short circuit detection signal. Short circuit detector,
A power conversion device including.
予め定めた速度よりも急峻に変化する信号をせき止めるフィルタ部と、
入力された値に予め定められたゲイン係数を乗じるゲイン部と、
を含み、
前記短絡検出部は、前記フィルタ部によるフィルタリングおよび前記ゲイン部による前記ゲイン係数の乗算を前記合計電流値に対して施した値を前記判定値とするように構築された請求項3に記載の電力変換装置。 The short circuit detection unit,
A filter unit that damps a signal that changes more rapidly than a predetermined speed,
A gain unit that multiplies the input value by a predetermined gain coefficient,
Including
The electric power according to claim 3 , wherein the short-circuit detection unit is constructed so that a value obtained by applying filtering by the filter unit and multiplication of the gain coefficient by the gain unit to the total current value is the determination value. Converter.
前記第一電流検出器で検出した電流値と前記第二電流検出器で検出した電流値とを合計する演算処理を実施することで、前記合計電流値を出力する合計値算出ブロックと、 By performing an arithmetic process for summing the current value detected by the first current detector and the current value detected by the second current detector, a total value calculation block that outputs the total current value,
合計判定値と前記合計値算出ブロックで出力された前記合計電流値とを比較した結果を前記短絡検出信号として出力する比較ブロックと、 A comparison block that outputs the result of comparing the total determination value and the total current value output by the total value calculation block as the short circuit detection signal,
を含む請求項3に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to claim 3, comprising:
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