JP7252878B2 - 電源装置 - Google Patents

電源装置 Download PDF

Info

Publication number
JP7252878B2
JP7252878B2 JP2019191826A JP2019191826A JP7252878B2 JP 7252878 B2 JP7252878 B2 JP 7252878B2 JP 2019191826 A JP2019191826 A JP 2019191826A JP 2019191826 A JP2019191826 A JP 2019191826A JP 7252878 B2 JP7252878 B2 JP 7252878B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power
load
power supply
supply device
converter
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.)
Active
Application number
JP2019191826A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2021069168A (ja
Inventor
明磊 顧
玲彦 叶田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP2019191826A priority Critical patent/JP7252878B2/ja
Priority to US17/766,295 priority patent/US20240055973A1/en
Priority to EP20879815.7A priority patent/EP4050784A4/en
Priority to PCT/JP2020/030947 priority patent/WO2021079593A1/ja
Priority to CN202080073323.7A priority patent/CN114556759A/zh
Publication of JP2021069168A publication Critical patent/JP2021069168A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7252878B2 publication Critical patent/JP7252878B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0067—Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
    • H02M1/008—Plural converter units for generating at two or more independent and non-parallel outputs, e.g. systems with plural point of load switching regulators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/42—Circuits or arrangements for compensating for or adjusting power factor in converters or inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0016—Control circuits providing compensation of output voltage deviations using feedforward of disturbance parameters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0067—Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
    • H02M1/0074—Plural converter units whose inputs are connected in series
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/42—Circuits or arrangements for compensating for or adjusting power factor in converters or inverters
    • H02M1/4208—Arrangements for improving power factor of AC input
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/145—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
    • H02M7/155—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only
    • H02M7/162—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only in a bridge configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M7/219—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in a bridge configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0067—Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
    • H02M1/007—Plural converter units in cascade
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/42—Circuits or arrangements for compensating for or adjusting power factor in converters or inverters
    • H02M1/4208—Arrangements for improving power factor of AC input
    • H02M1/4233—Arrangements for improving power factor of AC input using a bridge converter comprising active switches
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M7/23—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only arranged for operation in parallel
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/49—Combination of the output voltage waveforms of a plurality of converters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Description

本発明は、複数の単位電力変換器が直列に交流系統に接続され各単位電力変換器から各負荷装置に電力供給する電源装置に係り、特に負荷装置が異なる場合、単位電力変換器の出力電圧を安定に制御することができる電源装置に関する。
近年、再エネやＥＶの増加、蓄電池価格の低下に伴いエネマネニーズが高まっている。これに伴い、急速ＥＶ充電器をはじめ、ビル向けの電力フローをフレキシブルに制御可能な機能を有する電源装置が求められている。
係る電源装置の一例として非特許文献１が知られている。非特許文献１によれば、複数の単位電力変換器が直列に交流系統に接続され、各単位電力変換器から各負荷装置に電力供給する。係る構成によれば、電源装置の小型軽量化のために、商用変圧器を使用せずに高圧交流から低圧直流電力をダイレクトに出力可能となる。その場合に、低耐圧である単位電力変換器（ＡＣ／ＤＣ変換器）を複数直列接続して、高圧を分圧する。
Ｍ．Ｍｏｏｓａｖｉ、Ｇ．Ｆａｒｉｖａｒ、Ｈ．Ｉｍａｎ－Ｅｉｎｉ ａｎｄ Ｓ． Ｍ．Ｓｈｅｋａｒａｂｉ、"Ａ ｖｏｌｔａｇｅ ｂａｌａｎｃｉｎｇ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｗｉｔｈ ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｒｅｇｉｏｎ ｆｏｒ ｃａｓｃａｄｅｄ Ｈ－ｂｒｉｄｇｅ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ、" ｉｎ ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、ｖｏｌ．２９、ｎｏ．９、ｐｐ．５０４４－５０５３、Ｓｅｐｔ．２０１４．
再生可能エネルギー発電設備の導入、蓄電設備の利用、各種電気負荷の増加という背景の下、上記した従来技術のように、複数直列接続された整流器（単位電力変換器）の負荷が異なりアンバランスとなる場合、整流器の出力電圧を安定に制御することが困難である。
然るに、各単位電力変換器の出力がアンバランスとなる際、各単位電力変換器の直流電圧も出力に比例してアンバランスとなり、過電圧が起こる。そのため、複数の単位電力変換器の直流電圧を安定化させる制御技術が必要になる。
以上のことから本発明の目的は、前記の課題を解決し、各単位電力変換器の負荷が異なる場合にも単位電力変換器の出力電圧を略一定に制御できる電源装置を提供することにある。
複数の単位電力変換器が直列に交流系統に接続され、単位電力変換器から負荷装置に電力供給する電源装置であって、複数の負荷装置における負荷電力の負荷不平衡度を求め、負荷不平衡度が大きくなった場合に交流系統における力率を下げて運用すべく単位電力変換器の交流系統側電圧を制御する制御装置を備えることを特徴とする電源装置。
本発明によれば、例えば急速ＥＶ充電器における出力ポートを切り替えるような負荷が不平衡となる過渡時に、電源装置における各ＤＣ負荷が不平衡となる過渡時において、各単位電力変換器の出力電圧を安定に制御することが可能となる。
本発明の実施例１に係る電源装置の構成例を示す図。 単位電力変換器ＰＣの具体的な回路構成例を示す図。 電源装置の制御装置における処理内容を示す図。 本発明採用時の各部波形を示す図。 本発明不採用時の各部波形を示す図。 本発明の実施例２に係る電源装置の構成例を示す図。 本発明の実施例３に係る電源装置の構成例を示す図。
以下本発明の実施例について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施例１に係る電源装置の構成例を示す図である。図１の上部に示す電源装置主回路構成によれば、複数の単位電力変換器ＰＣ（図示の例ではＰＣ１からＰＣ４の４台構成）の交流側端子が直列接続され、リアクトル１０１を介して交流電源１００に接続されている。また各単位電力変換器ＰＣ１、ＰＣ２、ＰＣ３、ＰＣ４の直流端子側には負荷Ｌｄ１、Ｌｄ２、Ｌｄ３、Ｌｄ４が夫々接続されている。また負荷Ｌｄ１、Ｌｄ２、Ｌｄ３、Ｌｄ４に並列にコンデンサＣ（Ｃ１からＣ４）が設けられている。この場合の負荷は、例えば急速ＥＶ充電器であり、その一部は稼働中であるが他は停止中であり、あるいは稼働中であっても負荷の大きさが異なるといった多様な負荷状態での運用とされている。
図１の上部において、Ｖｓは交流電源１００の端子電圧、ｉＬは電流、Ｖａｃ１からＶａｃ４は単位電力変換器ＰＣ１からＰＣ４の交流端子側電圧、Ｖｄｃ１からＶｄｃ４は単位電力変換器ＰＣ１からＰＣ４の直流端子側電圧であり、Ｐ１からＰ４は負荷Ｌｄ１からＬｄ４の負荷電力を夫々表している。
図１の下部に示す電源装置の制御装置２００は、交流電源１００の端子電圧Ｖｓ、電流ｉＬ、単位電力変換器ＰＣ１からＰＣ４の直流端子側電圧Ｖｄｃ１からＶｄｃ４、負荷電力Ｐ１からＰ４を入力とし、単位電力変換器ＰＣ１からＰＣ４の交流端子側電圧Ｖａｃ１からＶａｃ４を所定電圧とすべく、単位電力変換器ＰＣ１からＰＣ４のＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御を実施している。
なお単位電力変換器ＰＣは、交流と直流の間で電力変換を行ういわゆるＡＣ／ＤＣ変換器であるが、図１の電源装置の通常の使用状態では交流を直流に変換する整流器として機能している。また単位電力変換器ＰＣの具体的な回路構成としては、種々のものが採用可能であるが、例えば図２に例示するように半導体スイッチ回路ＳＷを２組直列接続してレグを構成し、２組のレグを並列接続してレグの両端を直流出力端子とする。そのうえで、各レグの直列接続した２組の半導体スイッチ回路ＳＷの接続点間をそれぞれ単相交流の各交流端子に接続するものが採用可能である。本発明ではＡＣ／ＤＣ変換器が実現できればよく、その実現回路構成はどのようなものであってもよい。
図３は、電源装置の制御装置２００における処理内容を示す図であり、これにより複数の単位電力変換器の直流電圧を安定化させる。電源装置の制御装置２００は一般的にはＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）により実現されることが多いので、ここではＣＰＵにおける処理内容を意図して説明する。
図３の処理ステップＳ１とＳ２は、外部入力の取り込み処理であり、処理ステップＳ１では単位電力変換器ＰＣ１からＰＣ４の直流端子側電圧Ｖｄｃ１からＶｄｃ４を検知して入力する。処理ステップＳ２では負荷Ｌｄ１からＬｄ４の負荷電力Ｐ１からＰ４を検知して入力する。なおこれらの複数の入力について特に区別しない場合には一般的にＶｄｃｎ、Ｐｎと略記することがある。
図３の処理ステップＳ３とＳ４は、負荷不平衡度算出処理を行う。ここで行う負荷不平衡度について、負荷不平衡度を意味する指標の算出式は複数のものが考えられるが、ここではその一例を説明する。ここでは、その一例として処理ステップＳ３において複数の負荷電力Ｐｎ（Ｐ１からＰ４）の中から最大値となる負荷を選定する。これをＰｍａｘとする。
次に処理ステップＳ４においてＰｍａｘとＰｎの差ΔＰｎを求める。従って、負荷電力として４組が検知される図１の例の場合には、ΔＰｎは４個が形成され、そのうちの１つはゼロである。さらに処理ステップＳ４では、（１）式により、負荷不平衡度を算出する。これは、各負荷差ΔＰｎを最大負荷Ｐｍａｘと除算して、その総和ΣΔＰｎ／Ｐｍａｘを負荷不平衡度と定義したものである。なお、これ以外にも負荷の不平衡度を示す指標はいくつか存在する。これらは、平均値で求めること、二乗和とすることなどである。
［数１］
負荷不平衡度＝ΣΔＰｎ／Ｐｍａｘ （１）
ここで、（１）式から明らかなように、平衡状態として、例えばすべての負荷電力Ｐｎ（Ｐ１からＰ４）が同じ値である場合（例えば全て１００％）に負荷不平衡度は「０」であるが、負荷電力が不平衡になると有意の数値を示し、不平衡の度合いが大きいほど大きな数値を示すことがわかる。前記した（１）式以外の負荷の不平衡度を示す指標は、係る傾向を示すものであれば採用しうるということである。
処理ステップＳ５は、負荷不平衡度を力率に変換する処理である。この場合に、予め負荷不平衡度の限界値ｌｉｍｉｔを適宜に設定しておく。ここでは、限界値ｌｉｍｉｔ以下の負荷不平衡度の状態（安定状態を含む）では、力率ｃｏｓφを１とし、限界値ｌｉｍｉｔ以上の負荷不平衡度の状態では、負荷不平衡度が大きいほど力率ｃｏｓφを低減する。つまり限界値ｌｉｍｉｔ以下の負荷不平衡度の状態では、交流電源１００の端子電圧Ｖｓと電流ｉＬを同相とするが、限界値ｌｉｍｉｔ以上の負荷不平衡度の状態では、電流ｉＬを電圧Ｖｓに対して遅れ位相とし、かつ遅れ位相の度合いを負荷不平衡度の大きさに応じて増大させる。
処理ステップＳ６、Ｓ７は、力率制御処理に関する。まず処理ステップＳ６では、力率ｃｏｓφを調節すべく、単位電力変換器ＰＣ１からＰＣ４に対して、充放電モードを設定する。通常状態として、負荷不平衡度は電源装置の固有限界値ｌｉｍｉｔ以下の場合、従来の制御法である力率ｃｏｓφ＝１で電源装置を制御するが、電源装置の固有限界値ｌｉｍｉｔを超過すると、力率ｃｏｓφを下げることにより、線電流ｉＬの有効値を増加させ、充放電モードの充放電電流を大きくする。
ここで、充電モードとは、線電流ｉＬが正（或いは負）の時、単位電力変換器ＰＣの交流側に＋Ｖｄｃ（或いは－Ｖｄｃ）を発生すると同時に、線電流ｉＬがコンデンサＣ（Ｃ１からＣ４）に流入し、コンデンサ電圧が増加するモードである。一方、放電モードとは、線電流ｉＬが正（或いは負）の時、交流側に－Ｖｄｃ（或いは＋Ｖｄｃ）を発生すると同時に、線電流ｉＬがコンデンサに流出し、コンデンサ電圧が減少するモードである。
充放電モードの充放電電流は大きくなると、コンデンサＣ（Ｃ１からＣ４）を充放電する能力は強化でき、出力電圧であるコンデンサ電圧の制御応答を加速させて、負荷不平衡時においても整流器出力電圧を安定に制御することが可能になる。
処理ステップＳ７では、単位電力変換器ＰＣ１からＰＣ４に対して、処理ステップＳ６で設定された充放電モードに従って、単位電力変換器ＰＣ１からＰＣ４の交流端子側電圧Ｖａｃ１からＶａｃ４を決定し、この電圧となるように単位電力変換器ＰＣ１からＰＣ４のＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御を実施する。
図４は、本発明採用時の各部波形を示している。この図には上部から交流電源１００の端子電圧Ｖｓ、電流ｉＬ、負荷電力Ｐ１からＰ４、（１）式の不平衡度ΣΔＰｎ／Ｐｍａｘ、力率ｃｏｓφ、直流端子側電圧Ｖｄｃ１からＶｄｃ４の時系列的変化を示している。
この原理波形によれば、図４の時刻ｔの前では、各負荷Ｐ１からＰ４は同じで、負荷不平衡度ΣΔＰｎ／Ｐｍａｘはゼロであり、力率ｃｏｓφは１で、入力電圧ｖｓ、線電流ｉＬは同じ位相である。時刻ｔの後、各負荷Ｐ１からＰ４は不平衡になり、負荷不平衡度ΣΔＰｎ／Ｐｍａｘは大きいため、力率ｃｏｓφを下げて、入力電圧ｖｓに対する、線電流ｉＬに位相が発生し、線電流ｉＬの有効値を増加させることにより、コンデンサの充放電能力を強化し、負荷不平衡時においても整流器出力電圧を安定に制御することが可能になる。図４には、その後負荷不平衡度ΣΔＰｎ／Ｐｍａｘの解消により、時刻ｔ以前の状態に復帰するところまでを記述している。
本発明の制御によれば、負荷不平衡度が低下している状態において、各整流器出力電圧Ｖｄｃを同一値に制御することになる。
なお参考として本発明を適用しない場合には図５のようになる。時刻ｔにおいて不平衡になるまでの状態は図４と同じである。時刻ｔ以降、各負荷Ｐ１からＰ４は不平衡になるが、力率は調整されていない。この場合、直流端子側電圧Ｖｄｃ１からＶｄｃ４を安定に制御できない。負荷が大きいほど電圧は低くなり、負荷が軽いほうが電圧は高くなる。負荷ＰがＰ１＞Ｐ２＞Ｐ３＞Ｐ４であるとすると、直流端子側電圧ＶｄｃはＶｄｃ４＞Ｖｄｃ３＞Ｖｄｃ２＞Ｖｄｃ１となる。なお負荷不平衡度ΣΔＰｎ／Ｐｍａｘが解消されれば、時刻ｔ以前の状態に復帰することになる。
実施例２では、本発明の電源装置における単位電力変換器が採用可能な他の構成例について、図６を用いて説明する。
図６の単位電力変換器ＰＣ（ＰＣ１からＰＣ４）は、交流入力側から順次交流―直流変換器（整流器）ＲＥＣ１、並列コンデンサ、直流―交流変換器ＩＮＶ、変圧器Ｔｒ、交流―直流変換器ＲＥＣ２（整流器）、並列コンデンサＣを配置して構成される。またこのうち、直流―交流変換器ＩＮＶ、変圧器Ｔｒ、交流―直流変換器ＲＥＣ２で構成される部分は、絶縁型直流―直流変換器を構成したものである。なお、制御装置２００の構成は、実施例１と同じでよい。
図６によれば、負荷部において、整流器ＲＥＣ１と負荷Ｌｄの間に、絶縁型直流―直流変換器を插入した構成としており、この出力によりＥＶを充電すると、ＥＶ充電器を構成することができる。ここで、整流器ＲＥＣ１と絶縁型直流―直流変換器のセットをユニットと呼ぶものとする。
上記構成、使用法によれば、各ＥＶ充電器を充電する時、充電電力が異なるのは当然である。例えば一つのユニットの負荷はゼロになり、負荷不平衡度は高くなっても、本発明に係る制御法を用いて、整流器ＲＥＣ１の出力電圧Ｖｄｃを安定に制御することが可能である。
実施例３では、実施例２の単位電力変換器を用いたさらなる変形構成例について、図７を用いて説明する。
実施例３の単位電力変換器ＰＣ（ユニット）の構成は、実施例２と同じであるが、単位電力変換器ＰＣ（ユニット）の電源側結線、及び負荷側結線が実施例２とは相違している。
図７の中段に結線関係を示したように、交流電源側に設置点ＧＮＤを設け、ユニットＰＣ１には正電位を、またユニットＰＣ３には負電位を印加して直流変換を行う。また負荷側では、奇数番号の複数のユニット出力により負荷Ｐ１を並列給電し、偶数番号の複数のユニット出力により負荷Ｐ２を並列給電して電源装置を構成したものである。なお、制御装置２００の構成は、実施例１、実施例２と同じでよい。
この構成によれば、ユニットＰＣ１とユニットＰＣ２で負荷が異なる場合、負荷不平衡度は高くなっても、本発明に係る制御法を用いて、整流器の出力電圧を安定に制御することが可能である。
負荷不平衡度はさらに高くなる場合、蓄電システムを動作させ、配電系統のバランサーとして、負荷Ｐ１と負荷Ｐ２の差を解消することができる。
ＰＣ１、ＰＣ２、ＰＣ３、ＰＣ４：単位電力変換器（ユニット）
Ｌｄ１、Ｌｄ２、Ｌｄ３、Ｌｄ４：負荷
１００：交流電源
１０１：リアクトル
２００：制御装置

Claims (7)

  1. 複数の単位電力変換器が直列に交流系統に接続され、単位電力変換器から負荷装置に電力供給する電源装置であって、
    複数の負荷装置における負荷電力の負荷不平衡度を求め、前記負荷不平衡度が大きくなった場合に前記交流系統における力率を下げて運用すべく前記単位電力変換器の交流系統側電圧を制御する制御装置を備えることを特徴とする電源装置。
  2. 請求項１に記載の電源装置であって、
    前記制御装置は、前記負荷不平衡度が制限値より小さい場合に前記力率を１．０とし、前記負荷不平衡度が制限値より大きい場合に前記力率を低減することを特徴とする電源装置。
  3. 請求項２に記載の電源装置であって、
    前記制御装置は、前記交流系統における力率を下げて運用しているときに、複数の単位電力変換器の直流電圧を同一値に制御していることを特徴とする電源装置。
  4. 請求項３に記載の電源装置であって、
    前記単位電力変換器は、半導体スイッチ回路を２組直列接続してレグを構成し、２組のレグを並列接続してレグの両端を直流出力端子とし、各レグの直列接続した２組の半導体スイッチ回路の接続点間をそれぞれ単相交流の各交流端子に接続するものであることを特徴とする電源装置。
  5. 請求項３に記載の電源装置であって、
    前記単位電力変換器は、交流入力側から順次交流―直流変換器、並列コンデンサ、直流―交流変換器、変圧器、交流―直流変換器を配置して構成されていることを特徴とする電源装置。
  6. 請求項３に記載の電源装置であって、
    前記単位電力変換器は、第１の単位電力変換器と第２の単位電力変換器により構成されて、第１の負荷に並列給電し、前記交流系統側に設置点を設け、第１の単位電力変換器には正電位を、第２の単位電力変換器には負電位を印可して構成され、
    複数の前記単位電力変換器により複数の負荷に給電されるとともに、
    複数の前記単位電力変換器を構成する複数の第１の単位電力変換器と複数の第２の単位電力変換器は、直列に前記交流系統に接続されていることを特徴とする電源装置。
  7. 請求項６に記載の電源装置であって、
    前記負荷不平衡度は、複数の負荷電力の最大値を分母とし、最大値と各負荷電力の差の和を分子とする演算により求めることを特徴とする電源装置。
JP2019191826A 2019-10-21 2019-10-21 電源装置 Active JP7252878B2 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019191826A JP7252878B2 (ja) 2019-10-21 2019-10-21 電源装置
US17/766,295 US20240055973A1 (en) 2019-10-21 2020-08-17 Power Supply Device
EP20879815.7A EP4050784A4 (en) 2019-10-21 2020-08-17 POWER SUPPLY DEVICE
PCT/JP2020/030947 WO2021079593A1 (ja) 2019-10-21 2020-08-17 電源装置
CN202080073323.7A CN114556759A (zh) 2019-10-21 2020-08-17 电源装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019191826A JP7252878B2 (ja) 2019-10-21 2019-10-21 電源装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021069168A JP2021069168A (ja) 2021-04-30
JP7252878B2 true JP7252878B2 (ja) 2023-04-05

Family

ID=75620455

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019191826A Active JP7252878B2 (ja) 2019-10-21 2019-10-21 電源装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20240055973A1 (ja)
EP (1) EP4050784A4 (ja)
JP (1) JP7252878B2 (ja)
CN (1) CN114556759A (ja)
WO (1) WO2021079593A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022185478A (ja) * 2021-06-02 2022-12-14 株式会社日立製作所 電力変換装置、電力変換システム、および、電力変換装置の制御方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018046601A (ja) 2016-09-12 2018-03-22 新電元工業株式会社 力率改善コンバータの制御装置
WO2019071331A1 (en) 2017-10-13 2019-04-18 Ossiaco Inc. BATTERY CHARGER FOR ELECTRIC VEHICLE

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6775160B2 (en) * 2002-09-27 2004-08-10 The Aerospace Corporation Dynamic DC source and load energy recycling power system
JP6559106B2 (ja) * 2016-09-02 2019-08-14 東芝三菱電機産業システム株式会社 電力変換システム

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018046601A (ja) 2016-09-12 2018-03-22 新電元工業株式会社 力率改善コンバータの制御装置
WO2019071331A1 (en) 2017-10-13 2019-04-18 Ossiaco Inc. BATTERY CHARGER FOR ELECTRIC VEHICLE

Also Published As

Publication number Publication date
JP2021069168A (ja) 2021-04-30
US20240055973A1 (en) 2024-02-15
EP4050784A4 (en) 2023-11-15
EP4050784A1 (en) 2022-08-31
CN114556759A (zh) 2022-05-27
WO2021079593A1 (ja) 2021-04-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106549486B (zh) 用于操作不间断电源的系统和方法
EP3148067B1 (en) Direct-current power transmission power conversion device and direct-current power transmission power conversion method
EP2833531B1 (en) Bi-directional battery converter and balancer for an electric energy storage of a power supply system
US11539303B2 (en) Uninterruptible power supply and method of operation
CN106030955B (zh) 包括模块化多电平转换器的能量存储系统
US10998824B2 (en) Electric power conversion device
Branco et al. Proposal of three-phase high-frequency transformer isolation UPS topologies for distributed generation applications
EP3273586A1 (en) Power conversion device
CN104685771A (zh) 电力变换装置
JP6526924B1 (ja) 電力変換装置
EP3661037B1 (en) Pulsed rectifier architecture
WO2012041544A1 (en) Modular converter with reduced protection requirements that prevent damage to components by extinguishing fault currents
EP3682523A1 (en) Sub-station transformer load balancing system
JP7252878B2 (ja) 電源装置
Mhiesan et al. High step-up/down ratio isolated modular multilevel dc-dc converter for battery energy storage systems on microgrids
Ahmadi et al. Mitigation of voltage unbalances in bipolar DC microgrids using three-port multidirectional DC-DC converters
JP6642014B2 (ja) 電源システム
CN113497562A (zh) 功率转换装置及其控制方法
EP3961847A1 (en) Power supply device
RU2481691C1 (ru) Статический преобразователь
CN111987919A (zh) 电力转换器
US20240128764A1 (en) Power supply system for independent system
Alexandre et al. Energy storage system for grid connection and island operation
CN107947316A (zh) 一种船舶电力系统整流发电机与蓄电池并联供电控制方法
JP6941185B2 (ja) 電力変換システム

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220620

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230228

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230324

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7252878

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150