JP7202057B2 - power converter - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、電力変換装置に関する。 TECHNICAL FIELD Embodiments of the present invention relate to power converters.
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 converts a DC voltage or an AC voltage to a DC voltage or vice versa by switching the switching element. A capacitor is provided at the DC end of each converter, and a plurality of LC resonance loops are formed by this capacitor and wiring inductance. A resonant current flows in these loops as the switching elements switch.
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）。 Various techniques for suppressing the resonance current have been proposed in such a parallel multiplex type power converter (for example, Patent Document 1, etc.).
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, in order to suppress the resonance current, complicated control and circuit elements are required, and circuit constants such as switching speed are adjusted, which reduces the performance of the entire power converter and makes the device design difficult. There is a possibility that it will be.
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。 Embodiments provide a power converter that can suppress resonance current with a simple configuration without lowering the conversion efficiency of the power converter.
実施形態に係る電力変換装置は、遮断器を介して第１直流回路に接続される第１端子と、前記遮断器を介して前記第１直流回路の低電位側に接続される第２端子と、第２直流回路の高電位側に接続される第３端子と、前記第２端子に接続され、前記第２直流回路の低電位側に接続される第４端子と、前記第１端子と前記第２端子との間で並列接続された複数の変換器と、前記第１端子と前記第２端子との間に接続された第１コンデンサと、前記第１コンデンサと前記複数の変換器との間で前記複数の変換器を前記遮断器の側で互いに並列に接続する配線群と、前記第３端子と前記複数の変換器との間にそれぞれ接続された複数のインダクタと、を備える。前記複数の変換器のそれぞれは、前記第１端子に接続された第１直流端子と、前記第２端子に接続された第２直流端子と、前記第１直流端子と前記第２直流端子との間に接続された第１スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子と前記第２直流端子との間で前記第１スイッチング素子に直列に接続された第２スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子の直列回路である変換回路に並列に接続された第２コンデンサと、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との接続ノードに接続され、前記複数のインダクタのそれぞれを介して前記第３端子に接続された交流端子と、前記第１スイッチング素子に逆並列に接続され、前記交流端子から前記第１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、前記第１直流端子と、前記第２コンデンサおよび前記変換回路の高電位側と、の間に接続された抵抗器と、を含む。
A power converter according to an embodiment includes a first terminal connected to a first DC circuit via a circuit breaker, and a second terminal connected to a low potential side of the first DC circuit via the circuit breaker. , a third terminal connected to the high potential side of the second DC circuit, a fourth terminal connected to the second terminal and connected to the low potential side of the second DC circuit, the first terminal and the a plurality of converters connected in parallel between a second terminal; a first capacitor connected between the first terminal and the second terminal; and the first capacitor and the plurality of converters. a wiring group connecting the plurality of converters in parallel with each other on the circuit breaker side therebetween; and a plurality of inductors respectively connected between the third terminal and the plurality of converters . Each of the plurality of converters has a first DC terminal connected to the first terminal, a second DC terminal connected to the second terminal, and a terminal between the first DC terminal and the second DC terminal. a first switching element connected between; a second switching element connected in series with the first switching element between the first switching element and the second DC terminal; the first switching element and the A second capacitor connected in parallel to a conversion circuit that is a series circuit of a second switching element, and a connection node between the first switching element and the second switching element, via each of the plurality of inductors. an AC terminal connected to the third terminal; a diode connected in inverse parallel to the first switching element and connected so that a current flows from the AC terminal to the first DC terminal ; 1 DC terminal and a resistor connected between the second capacitor and the high potential side of the conversion circuit .
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 converter that can suppress resonance current without lowering the conversion efficiency of the power converter is realized with a simple configuration.
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.
Note that the drawings are schematic or conceptual, and the relationship between the thickness and width of each portion, the size ratio between portions, and the like are not necessarily the same as the actual ones. Also, even when the same parts are shown, the dimensions and ratios may be different depending on the drawing.
In addition, in the present specification and each figure, the same reference numerals are given to the same elements as those described above with respect to the previous figures, 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 a power converter according to this embodiment.
As shown in FIG. 1, a
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。 In addition, the term "terminal" is not limited to the connection point when connecting using a terminal block, etc., but also when screwing to wiring members such as bus bars, fastening with bolts and nuts, direct soldering, welding, etc. It shall include connection points.
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
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
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
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
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
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
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。
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
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
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
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。
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
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。
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
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
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, a
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 manner, the
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。
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
First, formation of a resonance loop will be described.
As described above, the
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。
Terminal 21a of
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。
A circuit composed of the parasitic inductances of the
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。
Resistors 210-230 are each inserted in series with the resonant loop described above. Therefore, the
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 DC circuit 1 side will be described.
A short-circuit accident on the side of the DC circuit 1 is, specifically, assumed to be a case where the
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
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
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。
With respect to
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 shunted to the converters 21-23. The short-circuit currents shunted to converters 21-23 flow through
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 values of the
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。
Resistors 210-230 are thus connected in series with the resonant loop formed by each of the parallel-connected transducers 21-23 and act as a damping resistor.
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
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
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
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, the
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
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
（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 above embodiment, the resistor is inserted on the high potential side, but similar effects can be obtained by inserting the resistor on the low potential side.
FIG. 3 is a block diagram illustrating the power converter according to this embodiment.
As shown in FIG. 3, the
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。
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 a resonant loop formed by the converters 321-323, the
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
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
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
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
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。
Thus, in the
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
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。 Although an example in which three converters are connected in parallel has been described above, the number of converters in parallel is not limited to three, and may be two or four or more. Moreover, preferably, the output capacity of each converter connected in parallel is equal, but the converters are not necessarily limited to the same output capacity.
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。 In the above description, an example of a bidirectional DC-DC converter has been described. It also applies to composition. For example, a unidirectional DC-DC converter, an AC-DC converter, or an inverter may be used instead of a bidirectional DC-DC converter.
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 other configurations in which a current path is formed from one terminal to the other terminal. For example, a full bridge configuration, a neutral point clamp system, a flying capacitor system, or the like may be used.
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
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。
Moreover, although the
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 embodiments described above, it is possible to realize a power conversion device capable of suppressing resonance current without reducing 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 several embodiments of the invention have been described above, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be embodied in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included within the scope and spirit of the invention, and are included within the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof. Moreover, each of 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
Claims (4)
前記遮断器を介して前記第１直流回路の低電位側に接続される第２端子と、
第２直流回路の高電位側に接続される第３端子と、
前記第２端子に接続され、前記第２直流回路の低電位側に接続される第４端子と、
前記第１端子と前記第２端子との間で並列接続された複数の変換器と、
前記第１端子と前記第２端子との間に接続された第１コンデンサと、
前記第１コンデンサと前記複数の変換器との間で前記複数の変換器を前記遮断器の側で互いに並列に接続する配線群と、
前記第３端子と前記複数の変換器との間にそれぞれ接続された複数のインダクタと、
を備え、
前記複数の変換器のそれぞれは、
前記第１端子に接続された第１直流端子と、
前記第２端子に接続された第２直流端子と、
前記第１直流端子と前記第２直流端子との間に接続された第１スイッチング素子と、
前記第１スイッチング素子と前記第２直流端子との間で前記第１スイッチング素子に直列に接続された第２スイッチング素子と、
前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子の直列回路である変換回路に並列に接続された第２コンデンサと、
前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との接続ノードに接続され、前記複数のインダクタのそれぞれを介して前記第３端子に接続された交流端子と、
前記第１スイッチング素子に逆並列に接続され、前記交流端子から前記第１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、
前記第１直流端子と、前記第２コンデンサおよび前記変換回路の並列回路の高電位側と、の間に接続された抵抗器と、
を含む電力変換装置。 a first terminal connected to the high potential side of the first DC circuit via a circuit breaker;
a second terminal connected to the low potential side of the first DC circuit via the circuit breaker;
a third terminal connected to the high potential side of the second DC circuit;
a fourth terminal connected to the second terminal and connected to the low potential side of the second DC circuit;
a plurality of converters connected in parallel between the first terminal and the second terminal ;
a first capacitor connected between the first terminal and the second terminal ;
a wiring group connecting the plurality of converters in parallel with each other on the circuit breaker side between the first capacitor and the plurality of converters;
a plurality of inductors respectively connected between the third terminal and the plurality of transducers;
with
each of the plurality of transducers,
a first DC terminal connected to the first terminal;
a second DC terminal connected to the second terminal;
a first switching element connected between the first DC terminal and the second DC terminal;
a second switching element connected in series to the first switching element between the first switching element and the second DC terminal;
a second capacitor connected in parallel to a conversion circuit that is a series circuit of the first switching element and the second switching element ;
an AC terminal connected to a connection node between the first switching element and the second switching element and connected to the third terminal via each of the plurality of inductors;
a diode connected in anti-parallel to the first switching element and connected so that a current flows from the AC terminal to the first DC terminal ;
a resistor connected between the first DC terminal and a high potential side of a parallel circuit of the second capacitor and the conversion circuit ;
A power conversion device comprising:
前記遮断器を介して前記第１直流回路の低電位側に接続される第２端子と、
第２直流回路の高電位側に接続される第３端子と、
前記第２直流回路の低電位側に接続される第４端子と、
前記第１端子と前記第２端子との間で並列接続された複数の変換器と、
前記第１端子と前記第２端子との間に接続された第１コンデンサと、
前記第１コンデンサと前記複数の変換器との間で前記複数の変換器を前記遮断器の側で互いに並列に接続する配線群と、
前記第３端子と前記複数の変換器との間にそれぞれ接続された複数のインダクタと、
を備え、
前記複数の変換器のそれぞれは、
前記第１端子に接続された第１直流端子と、
前記第２端子に接続された第２直流端子と、
前記第１直流端子と前記第２直流端子との間に接続された第１スイッチング素子と、
前記第１スイッチング素子と前記第２直流端子との間で前記第１スイッチング素子に直列に接続された第２スイッチング素子と、
前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子の直列回路である変換回路に並列に接続された第２コンデンサと、
前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との接続ノードに接続され、前記複数のインダクタのそれぞれを介して第３端子に接続された第１交流端子と、
前記第４端子に接続された第２交流端子と、
前記第１スイッチング素子に逆並列に接続され、前記第１交流端子から前記第１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、
前記第２直流端子と、前記第２コンデンサおよび前記変換回路の並列回路の低電位側と、の間に接続された抵抗器と、
を含む電力変換装置。 a first terminal connected to the high potential side of the first DC circuit via a circuit breaker;
a second terminal connected to the low potential side of the first DC circuit via the circuit breaker;
a third terminal connected to the high potential side of the second DC circuit;
a fourth terminal connected to the low potential side of the second DC circuit;
a plurality of converters connected in parallel between the first terminal and the second terminal;
a first capacitor connected between the first terminal and the second terminal;
a wiring group connecting the plurality of converters in parallel with each other on the circuit breaker side between the first capacitor and the plurality of converters;
a plurality of inductors respectively connected between the third terminal and the plurality of transducers;
with
each of the plurality of transducers,
a first DC terminal connected to the first terminal;
a second DC terminal connected to the second terminal;
a first switching element connected between the first DC terminal and the second DC terminal;
a second switching element connected in series to the first switching element between the first switching element and the second DC terminal;
a second capacitor connected in parallel to a conversion circuit that is a series circuit of the first switching element and the second switching element;
a first AC terminal connected to a connection node between the first switching element and the second switching element and connected to a third terminal via each of the plurality of inductors;
a second AC terminal connected to the fourth terminal;
a diode connected in anti-parallel to the first switching element and connected so that a current flows from the first AC terminal to the first DC terminal;
a resistor connected between the second DC terminal and a low potential side of a parallel circuit of the second capacitor and the conversion circuit;
A power conversion device comprising:
前記遮断器を介して前記第１直流回路の低電位側に第２配線により接続された第２の直流端子と、
前記第１の直流端子と前記第２の直流端子との間に接続された第１スイッチング素子と、
前記第１スイッチング素子と前記第２の直流端子との間で前記第１スイッチング素子に直列に接続された第２スイッチング素子と、
前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子の直列回路である第１変換回路に並列に接続された第１のコンデンサと、
前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との接続ノードに接続された第１交流端子と、
前記第１スイッチング素子に逆並列に接続され、前記第１交流端子から前記第１の直流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の直流端子と、前記第１のコンデンサおよび前記第１変換回路の並列回路の高電位側と、の間に接続された第１抵抗器と、
を含む第１変換器と、
前記遮断器を介して前記第１直流回路に第３配線により接続された第３の直流端子と、
前記遮断器を介して前記第１直流回路に第４配線により接続された第４の直流端子と、
前記第３の直流端子と前記第４の直流端子との間に接続された第３スイッチング素子と、
前記第３スイッチング素子と前記第４の直流端子との間で前記第３スイッチング素子に直列に接続された第４スイッチング素子と、
前記第３スイッチング素子および前記第４スイッチング素子の直列回路である第２変換回路に並列に接続された第２のコンデンサと、
前記第３スイッチング素子と前記第４スイッチング素子との接続ノードに接続された第２交流端子と、
前記第３スイッチング素子に逆並列に接続され、前記第２交流端子から前記第３の直流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３の直流端子と、前記第２のコンデンサおよび前記第２変換回路の並列回路の高電位側と、の間に接続された第２抵抗器と、
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、
前記第１交流端子と第２直流回路の高電位側との間に接続された第１インダクタと、
前記第２交流端子と前記第２直流回路の高電位側との間に接続された第２インダクタと、
を備え、
前記第３のコンデンサの低電位側は、前記第２直流回路の低電位側に接続された電力変換装置。 a first DC terminal connected to the high potential side of the first DC circuit via a circuit breaker by a first wiring;
a second DC terminal connected by a second wire to the low potential side of the first DC circuit via the circuit breaker;
a first switching element connected between the first DC terminal and the second DC terminal;
a second switching element connected in series to the first switching element between the first switching element and the second DC terminal;
a first capacitor connected in parallel to a first conversion circuit that is a series circuit of the first switching element and the second switching element;
a first AC terminal connected to a connection node between the first switching element and the second switching element;
a first diode connected in anti-parallel to the first switching element and connected so that a current flows from the first AC terminal to the first DC terminal;
a first resistor connected between the first DC terminal and a high potential side of a parallel circuit of the first capacitor and the first conversion circuit;
a first transducer comprising
a third DC terminal connected to the first DC circuit by a third wire through the circuit breaker;
a fourth DC terminal connected to the first DC circuit through the circuit breaker by a fourth wiring;
a third switching element connected between the third DC terminal and the fourth DC terminal;
a fourth switching element connected in series to the third switching element between the third switching element and the fourth DC terminal;
a second capacitor connected in parallel to a second conversion circuit that is a series circuit of the third switching element and the fourth switching element;
a second AC terminal connected to a connection node between the third switching element and the fourth switching element;
a second diode connected in anti-parallel to the third switching element and connected so that a current flows from the second AC terminal to the third DC terminal;
a second resistor connected between the third DC terminal and a high potential side of a parallel circuit of the second capacitor and the second conversion circuit;
a second transducer comprising
a third capacitor connected between the first wiring and the second wiring;
a first inductor connected between the first AC terminal and the high potential side of the second DC circuit;
a second inductor connected between the second AC terminal and a high potential side of the second DC circuit;
with
The power converter, wherein the low potential side of the third capacitor is connected to the low potential side of the second DC circuit.
前記遮断器を介して前記第１直流回路の低電位側に第２配線により接続された第２の直流端子と、
前記第１の直流端子と前記第２の直流端子との間に接続された第１スイッチング素子と、
前記第１スイッチング素子と前記第２の直流端子との間で前記第１スイッチング素子に直列に接続された第２スイッチング素子と、
前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子の直列回路である第１変換回路に並列に接続された第１のコンデンサと、
前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との接続ノードに接続された第１の交流端子と、
第２直流回路の低電圧側に接続される第２の交流端子と、
前記第１スイッチング素子に逆並列に接続され、前記第１の交流端子から前記第１の直流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の直流端子と、前記第１のコンデンサおよび前記第１変換回路の並列回路の低電位側と、の間に接続された第１抵抗器と、
を含む第１変換器と、
前記遮断器を介して前記第１直流回路に第３配線により接続された第３の直流端子と、
前記遮断器を介して前記第１直流回路に第４配線により接続された第４の直流端子と、
前記第３の直流端子と前記第４の直流端子との間に接続された第３スイッチング素子と、
前記第３スイッチング素子と前記第４の直流端子との間で前記第３スイッチング素子に直列に接続された第４スイッチング素子と、
前記第３スイッチング素子および前記第４スイッチング素子の直列回路である第２変換回路に並列に接続された第２のコンデンサと、
前記第３スイッチング素子と前記第４スイッチング素子との接続ノードに接続された第３の交流端子と、
前記第２の交流端子に接続された第４の交流端子と、
前記第３スイッチング素子に逆並列に接続され、前記第３の交流端子から前記第３の直流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４の直流端子と、前記第２のコンデンサおよび前記第２変換回路の並列回路の低電位側と、の間に接続された第２抵抗器と、
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、
前記第１の交流端子と前記第２直流回路の高電位側との間に接続された第１インダクタと、
前記第３の交流端子と前記第２直流回路の高電位側との間に接続された第２インダクタと、
を備えた電力変換装置。 a first DC terminal connected to the high potential side of the first DC circuit via a circuit breaker by a first wiring;
a second DC terminal connected by a second wire to the low potential side of the first DC circuit via the circuit breaker ;
a first switching element connected between the first DC terminal and the second DC terminal;
a second switching element connected in series to the first switching element between the first switching element and the second DC terminal;
a first capacitor connected in parallel to a first conversion circuit that is a series circuit of the first switching element and the second switching element;
a first AC terminal connected to a connection node between the first switching element and the second switching element ;
a second AC terminal connected to the low voltage side of the second DC circuit ;
a first diode connected in anti-parallel to the first switching element and connected so that a current flows from the first AC terminal to the first DC terminal;
a first resistor connected between the second DC terminal and a low potential side of a parallel circuit of the first capacitor and the first conversion circuit ;
a first transducer comprising
a third DC terminal connected to the first DC circuit by a third wire through the circuit breaker ;
a fourth DC terminal connected to the first DC circuit through the circuit breaker by a fourth wiring ;
a third switching element connected between the third DC terminal and the fourth DC terminal;
a fourth switching element connected in series to the third switching element between the third switching element and the fourth DC terminal;
a second capacitor connected in parallel to a second conversion circuit that is a series circuit of the third switching element and the fourth switching element;
a third AC terminal connected to a connection node between the third switching element and the fourth switching element ;
a fourth AC terminal connected to the second AC terminal;
a second diode connected in antiparallel to the third switching element and connected so that a current flows from the third AC terminal to the third DC terminal;
a second resistor connected between the fourth DC terminal and a low potential side of a parallel circuit of the second capacitor and the second conversion circuit ;
a second transducer comprising
a third capacitor connected between the first wiring and the second wiring;
a first inductor connected between the first AC terminal and a high potential side of the second DC circuit;
a second inductor connected between the third AC terminal and a high potential side of the second DC circuit;
A power converter with
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