JP6804326B2 - 電力変換装置、太陽光パワーコンディショナーシステム、蓄電システム、無停電電源システム、風力発電システム、及びモータ駆動システム - Google Patents
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Description
(インバータ回路)
図1は3レベルIタイプインバータ構成のインバータ回路における1アームの基本構成を示す回路図である。同図に示すように、3レベルIタイプのインバータ回路60は、DC電圧の高電位側(High side)の第1の電位端子である電位端子Pと、低電位側(Low side)の第2の電位端子である電位端子Nとを有している。
図3は2in1構成のパワー半導体モジュール101の内部構成を示す説明図である。
図26は図6で示したパワー半導体モジュール装置100を用いて4並列構成で実現した場合の従来の電力変換装置の平面構成を示す説明図である。
(発明の原理)
図7は図3〜図5で示したパワー半導体モジュール101〜103を用いて、図1で示したインバータ回路60を実現する本願発明のモジュール割り当て内容を示す回路図である。
(第1の比較技術)
図8は図6で示したパワー半導体モジュール装置100を用いて4並列構成で実現した場合の電力変換装置における第1の比較技術の平面構成を示す説明図である。
図10は図6で示したパワー半導体モジュール装置100を用いて4並列構成で実現した場合の電力変換装置における第2の比較技術の平面構成を示す説明図である。
図11は図6で示したパワー半導体モジュール装置100を用いて4並列構成で実現した場合の電力変換装置における実施の形態1の平面構成を示す説明図である。
上述したように、実施の形態1の電力変換装置は、図7に示す部分回路部20A及び20Bに、パワー半導体モジュール装置100A及び100Bを割り当てている。この際、実施の形態1の電力変換装置は、4つのパワー半導体モジュール装置100A及び100Bをそれぞれひと固まりで配置せず、モジュール装置群200AB1及び200AB2それぞれにおいて、一単位のパワー半導体モジュール装置100Aと一単位のパワー半導体モジュール装置100Bとが交互に配置されるように混合配置したことを特徴としている。
なお、図11で示す実施の形態1において、モジュール装置群200AB1及び200AB2の2列に、4つのパワー半導体モジュール装置100Aと4つのパワー半導体モジュール装置100Bとを混在配置したが、他の混合配置も考えられる。
上述した実施の形態1では、4つのパワー半導体モジュール装置100Aと、4つのパワー半導体モジュール装置100Bとを混在配置する際、モジュール装置群200AB1とモジュール装置群200AB2との2列配置を採用した。実施の形態2では、4つのパワー半導体モジュール装置100A及び4つのパワー半導体モジュール装置100Bを1列に配置する構成を採用する。
図24は実施の形態3であるアプリケーションシステムを示す説明図である。同図に示すように、アプリケーションシステム300内に電力変換装置400を有している。電力変換装置400の具体的構成として図11で示した実施の形態1の電力変換装置、あるいは図23で示した実施の形態2の電力変換装置が該当する。
アプリケーションシステム300の第1の態様として、太陽光パワーコンディショナーシステムを構成する態様がある。太陽光パワーコンディショナーシステムにおいて、電力変換装置400は太陽光パネルから得られる直流電圧を交流電圧に変換する装置として用いられ、電力変換装置400より得られた交流電圧は電力系統に供給される。
アプリケーションシステム300の第2の態様として、蓄電システムを構成する態様がある。蓄電システムにおいて、電力変換装置400は蓄電池から得られる直流電圧を交流電圧に変換する装置として用いられ、電力変換装置400より得られた交流電圧は電力系統や電力負荷に供給される。
アプリケーションシステム300の第3の態様として、無停電電源システムを構成する態様がある。無停電電源システムにおいて、電力変換装置400は無停電電源装置内の蓄電池から得られる直流電圧を交流電圧に変換する装置として用いられ、電力変換装置400より得られた交流電圧は電力系統や電力負荷に供給される。
アプリケーションシステム300の第4の態様として、風力発電システムを構成する態様がある。風力発電システムにおいて、電力変換装置400は風車発電器より生成された交流電圧を直流電圧に変換するロータコンバータ、あるいはロータコンバータと電力系統との間に設けられるグリットインバータとして用いられる。
アプリケーションシステム300の第5の態様として、モータ駆動システムを構成する態様がある。モータ駆動システムにおいて、電力変換装置400は直流電圧を交流電圧に変換する装置として用いられ、電力変換装置400より得られた交流電圧はモータに供給される。
Claims (13)
- 複数の第1の半導体モジュール及び複数の第2の半導体モジュールを有する電力変換装置であって、
前記複数の第1及び第2の半導体モジュールの組み合わせによってインバータ回路の少なくとも一部が構成され、
前記インバータ回路は、
高電位側の第1の電位端子と低電位側の第2の電位端子との間に直列に設けられる第1〜第4のスイッチング素子と、
前記第1〜第4のスイッチング素子に対応して設けられ、各々のアノードが前記第2の電位端子側になるように逆接続される第1〜第4のダイオードと、
中間電位端子と第1の中間接続端子との間にアノードが前記中間電位端子側になるように接続される第5のダイオードと、
中間電位端子と第2の中間接続端子との間にカソードが前記中間電位端子側になるように接続される第6のダイオードとを含み、
前記第1及び第2のスイッチング素子間の接続点が前記第1の中間接続端子となり、前記第3及び第4のスイッチング素子間の接続点が前記第2の中間接続端子となり、前記第2及び第3のスイッチング素子間の接続点が出力電位端子に規定される、3レベルIタイプ構成を呈し、
前記複数の第1の半導体モジュールはそれぞれ第1の回路素子群を有し、複数の第1の回路素子群は互いに並列に接続され、
前記複数の第2の半導体モジュールはそれぞれ第2の回路素子群を有し、複数の第2の回路素子群は互いに並列に接続され、
前記第1及び第2の回路素子群はそれぞれ、
第1の外部端子と第2の外部端子との間に、アノードが前記第2の外部端子側になるように直列に接続される第1及び第2のモジュール内ダイオードと、
第1及び第2のモジュール内ダイオードのうち少なくとも一つに並列に接続される、少なくとも一つのモジュール内スイッチング素子とを含み、
前記複数の第1の回路素子群それぞれに対し、前記インバータ回路における前記第1のスイッチング素子、前記第1のダイオード及び前記第5のダイオードが割り当てられ、
前記複数の第2の回路素子群それぞれに対し、前記インバータ回路における前記第4のスイッチング素子、前記第4のダイオード及び前記第6のダイオードが割り当てられ、
前記複数の第1及び第2の半導体モジュール間において、一単位の第1の半導体モジュールと一単位の第2の半導体モジュールとが交互に配置されるように混合配置したことを特徴とする、
電力変換装置。 - 請求項1記載の電力変換装置であって、
各々が第3の回路素子群を有する複数の第3の半導体モジュールをさらに備え、複数の第3の回路素子群は互いに並列に接続され、
前記第3の回路素子群は、
前記第1及び第2のモジュール内ダイオードと、
前記少なくとも一つのモジュール内スイッチング素子とを含み、
前記第1〜第3の回路素子群それぞれにおいて前記第1及び第2のモジュール内ダイオード間の接続点が第3の外部端子となり、
前記複数の第1及び第2の半導体モジュールと前記複数の第3の半導体モジュールと組み合わせによって前記インバータ回路が構成され、
前記複数の第3の回路素子群それぞれに対し、前記インバータ回路における前記第2のスイッチング素子、前記第3のスイッチング素子、前記第2のダイオード及び前記第3のダイオードが割り当てられる、
電力変換装置。 - 請求項2項に記載の電力変換装置であって、
前記複数の第1及び第2の半導体モジュール間の前記混合配置は第1及び第2の列に分離する分離混合配置を含む、
電力変換装置。 - 請求項3記載の電力変換装置であって、
前記複数の第1及び第2の半導体モジュールそれぞれにおいて、
前記第1及び第2の外部端子が第1の側面に設けられ、前記第3の外部端子が前記第1の側面に対向する第2の側面に設けられ、
前記分離混合配置は、前記第1及び第2の列との間の列間領域に、前記複数の第1及び第2の半導体モジュールの前記第3の外部端子が位置する配置を含む、
電力変換装置。 - 請求項2記載の電力変換装置であって、
前記複数の第1及び第2の半導体モジュール間の前記混合配置は分離することなく一列に配置する一列混合配置を含む、
電力変換装置。 - 請求項2から請求項5のうち、いずれか1項に記載の電力変換装置であって、
前記複数の第3の半導体モジュールを、前記複数の第1及び第2の半導体モジュールと混在させることなく、非混在配置したことを特徴とする、
電力変換装置。 - 請求項2から請求項6のうち、いずれか1項に記載の電力変換装置であって
前記複数の第1〜第3の半導体モジュールはそれぞれ前記第3の外部端子として、一方の第3の外部端子と他方の第3の外部端子を有することを特徴とする、
電力変換装置。 - 請求項1記載の電力変換装置であって、
前記複数の第1及び第2の半導体モジュールの組み合わせによって前記インバータ回路が構成され、
前記複数の第1の回路素子群それぞれに対し、前記インバータ回路における前記第2のスイッチング素子及び前記第2のダイオードがさらに割り当てられ、
前記複数の第2の回路素子群それぞれに対し、前記インバータ回路における前記第3のスイッチング素子及び前記第3のダイオードがさらに割り当てられる、
電力変換装置。 - 請求項1から請求項8のうちいずれか1項に記載の電力変換装置を内部に有する、
太陽光パワーコンディショナーシステム。 - 請求項1から請求項8のうちいずれか1項に記載の電力変換装置を内部に有する、
蓄電システム。 - 請求項1から請求項8のうちいずれか1項に記載の電力変換装置を内部に有する、
無停電電源システム。 - 請求項1から請求項8のうちいずれか1項に記載の電力変換装置を内部に有する、
風力発電システム。 - 請求項1から請求項8のうちいずれか1項に記載の電力変換装置を内部に有する、
モータ駆動システム。
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