JP7286887B2 - 複数のｌｖｄｃ出力を有するｓｓｔシステム - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、少なくとも２つの独立した低電圧直流（ＬＶＤＣ）バスを有する固体変圧器（ＳＳＴ）システムのための電気相互接続回路に関する。本発明はまた、複数のＭＶＤＣ－ＬＶＤＣ ＤＣ／ＤＣコンバータが同じ負荷を共有することを確実にするように構成されている、少なくとも１つの独立した低電圧直流（ＬＶＤＣ）バス及び少なくとも１つの相互接続ＤＣ／ＤＣコンバータを有する固体変圧器（ＳＳＴ）システムのための電気相互接続回路に関する。本発明はまた、中電圧交流（ＭＶＡＣ）を低電圧直流（ＬＶＤＣ）に変換するための固体変圧器（ＳＳＴ）システムに関する。

背景技術
欧州特許出願公開第３ ３３９ ０８４号は、変圧器を備える電気自動車充電ステーションに関する。変圧器は、１つの一次巻線と複数の二次巻線とを備える多巻線変圧器である。二次巻線は、互いに電気的に絶縁されている。電気自動車充電ステーションは、二次巻線が接続されたＡＣ／ＤＣコンバータをさらに備える。

豪州特許出願公開第２０１６／２００８２７号は、固体変圧器（ＳＳＴ）を介したＡＣ－ＡＣ及びＡＣ－ＤＣ電力伝送のための一連の回路トポロジ及びそれらの制御方法に関する。受動フィルタ及び無効電力補償器を有することにより、そのようなＳＳＴは、数百キロヘルツに近いさらに高い高周波数で動作することができる。ＳＳＴを、そこから電力が供給又は交換される高電圧ＡＣグリッドとインタフェースするために、多段ＡＣ／ＤＣコンバータが採用される。開発されたＳＳＴに基づく第１のシステムが、２つのＡＣグリッド間で電力を伝送するために採用される。開発されたＳＳＴに基づく第２のシステムが、ＡＣグリッドからバッテリ又はＤＣ負荷又はＤＣマイクログリッドを充電するために使用される。開発されたＳＳＴに基づく第３のシステムが、ＡＣグリッド、ＤＣ負荷、バッテリの充電、及びＤＣマイクログリッドへの給電を含む複数の負荷に電力を供給するために使用される。さらに、当該文献は、開発されたＳＳＴに基づく双方向ＡＣ／ＤＣ又はＡＣ／ＡＣシステムに関する。

Ａｃｈａｎｔａ，Ｐ．他「Ｃａｓｃａｄｅｄ ｑｕａｄｒｕｐｌｅ ａｃｔｉｖｅ ｂｒｉｄｇｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｆｏｒ ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ ＤＣ ｔｏ ｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅ ＡＣ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ」（ＩＥＥＥ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｘｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＡＰＥＣ），Ｓａｎ Ａｎｔｏｎｉｏ，ＴＸ，ＵＳＡ，４－８ Ｍａｒｃｈ ２０１８）は、相互接続されたｄｃ－三相ａｃコンバータユニットから構成されるマルチレベルアーキテクチャに関する。直列接続動作を可能にするために、各コンバータユニットは、ｄｃ側と３つのａｃ側の各々との間に絶縁を提供する４倍アクティブブリッジ（ＱＡＢ）コンバータを含む。各コンバータユニットは、ＤＣ側電力をａｃ側で一定の平衡三相電力として伝送するため、これは瞬時入出力電力バランスを意味し、かさばる容量性エネルギー貯蔵の排除を可能にする。必要な静電容量を最小化することに加えて、提案された手法は、非集中的実装に適した単純化されたＤＣリンクコントローラを同時に可能にし、双方向電力伝送をサポートし、スケーラビリティを向上させるためのモジュール式構造を呈する。ＱＡＢによって提供される絶縁は、様々なｄｃ－ａｃ，ａｃ－ｄｃ又はａｃ－ａｃ用途における複数のユニット間の広範囲の電気的構成を可能にする。この論文では、マルチレベル動作を強調するためにａｃ側の直列接続に焦点を当てており、この手法は、２つのカスケード接続されたコンバータユニットを含むｄｃ－ａｃシステムにおいて実験的に検証されている。

「Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｙｂｒｉｄ ＡＣ／ＤＣ Ｐｏｗｅｒ Ｇｒｉｄｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ」（２０１９ ＩＥＥＥ ＩＮＮＯＶＡＴＩＶＥ ＳＭＡＲＴ ＧＲＩＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ－ＡＳＩＡ（ＩＳＧＴ ＡＳＩＡ），ＩＥＥＥ，ｐａｇｅｓ ２１９６－２２００ Ｃｈａｐｔｅｒｓ ＩＩ．ａｎｄ ＩＩＩ）は、ＳＳＴシステムのための電気相互接続回路を図３（ｂ）に示しており、セクションＢにおいて説明している。相互接続回路は、複数のＭＶＡＣ／ＬＶＤＣ ＡＣ／ＤＣコンバータを備える。直流バスは各々、ＤＣ／ＤＣコンバータ及びＤＣ回路遮断器によって接続される。

米国特許出願公開第２００８／０１７４１７７号は、航空機に搭載されたアクチュエータに電力を供給するためのシステム及び方法を記載している。航空機の場合、安全上の理由から、冗長構成要素が提供されなければならない。

発明の概要
したがって、本発明の目的は、改善されたＳＳＴシステムを提供することである。特に、本発明の目的は、各ＭＶＤＣ－ＬＶＤＣ接続ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧均等化を維持しながら、ＳＳＴの変換段の数を減らすことである。

この目的は、独立請求項の特徴によって達成される。好ましい実施形態は、従属請求項に詳述されている。

したがって、この目的は、固体変圧器（ＳＳＴ）システムのための電気相互接続回路によって解決される。相互接続回路は、複数の中電圧直流（ＭＶＤＣ）－低電圧直流（ＬＶＤＣ）直流－直流（ＤＣ／ＤＣ）コンバータと、少なくとも２つの独立した低電圧直流（ＬＶＤＣ）バスと、少なくとも２つの独立したＬＶＤＣバスを接続する少なくとも１つの相互接続ＤＣ／ＤＣコンバータとを備える。

具体的には、この目的は、固体変圧器（ＳＳＴ）システムのための電気相互接続回路であって、
複数の中電圧直流（ＭＶＤＣ）－低電圧直流（ＬＶＤＣ）直流－直流（ＤＣ／ＤＣ）コンバータと、
少なくとも２つの独立した低電圧直流（ＬＶＤＣ）バスと、
少なくとも２つの独立したＬＶＤＣバスを接続する少なくとも１つの相互接続ＤＣ／ＤＣコンバータと
を備え、
少なくとも１つの相互接続ＤＣ／ＤＣコンバータは、少なくとも２つの独立したＬＶＤＣバスの間で電力を再ルーティングするように構成されており、
少なくとも１つの相互接続ＤＣ／ＤＣコンバータの電力定格は、少なくとも１つの相互接続ＤＣ／ＤＣコンバータを介して他のＬＶＤＣバスから再ルーティングされるべき電力に従って設定される、電気相互接続回路によって解決される。

さらに、相互接続回路は、好ましい実施形態のいずれかによる特徴を備えてもよい。
この目的はまた、中電圧交流（ＭＶＡＣ）を低電圧直流（ＬＶＤＣ）に変換するための固体変圧器（ＳＳＴ）システムによって解決される。ＳＳＴシステムは、ＭＶＡＣをＭＶＤＣに変換するように構成されたＭＶＡＣ変換手段と、少なくとも１つの相互接続回路とを備える。相互接続回路は、好ましい実施形態のいずれかに従って構成されてもよい。

固体変圧器は、中電圧入力、低電圧出力、及び統合された中周波絶縁を有するパワーエレクトロニクスコンバータである。このような変圧器は、中電圧グリッドから低電圧グリッドへの電力伝送に適している。電力の流れの反転、すなわち双方向電力伝送が考えられる。さらに、動作はＡＣネットワークに限定されず、入力側及び／又は出力側にＤＣ接続があってもよく、又は、ＡＣ又はＤＣ中電圧ネットワークの両側に動作があってもよいことに留意されたい。したがって、ＳＳＴは、整流器（ＡＣ／ＤＣ）、インバータ（ＤＣ／ＡＣ）、及びポテンシャル分離ＤＣ／ＤＣコンバータ回路及びコンバータ構造を、多段エネルギー変換又はマトリクスコンバータと組み合わせ、最終的に中電圧を制御するためにマルチレベルトポロジー又はマルチセル構造において設計される。固体変圧器は、「スマート変圧器」又は「パワーエレクトロニクス変圧器」とも呼ばれる。

ＳＳＴの変換段の数を減らすために、ＬＶＤＣバスに対応する複数のＬＶＤＣ出力が形成される解決策を提案することが本発明のキーポイントである。例えば、電気自動車（ＥＶ）を充電する事例では、これらのＬＶＤＣ出力の各々は、例えば、充電ポールに対応する。バッテリエネルギー貯蔵システム（ＢＥＳＳ）の場合、又はソーラー用途の場合、それらは、例えば、それぞれバッテリパックのグループ又はソーラーパネルのクラスタに対応する。

各ＬＶＤＣ出力がそれらのそれぞれのＬＶＤＣバスから不均等な量の電力を要求する場合に、各ＭＶＤＣ－ＬＶＤＣ接続ＤＣ／ＤＣコンバータに必要な入力電圧均等化を保証するために、相互接続ＤＣ／ＤＣコンバータが独立したＬＶＤＣバスの間に設けられる。このコンバータは、各ＭＶＤＣ－ＬＶＤＣ ＤＣ／ＤＣコンバータからの電力需要が等しくなることを保証するために、ＬＶＤＣバス間で電力を再ルーティングすることができる。ＥＶ充電の場合、この概念は、従来知られている自動車間絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータが、電力量が低減された単一のＤＣ／ＤＣ絶縁コンバータに置き換えられるという結果をもたらす。したがって、変換段の総量が実効的に低減される。同様に、ＢＥＳＳの場合、この概念は、システムの総設置電力量の減少をもたらす。

好ましい実施形態によれば、１つの単一の相互接続ＤＣ／ＤＣコンバータが、少なくとも２つの独立したＬＶＤＣバスのうちの２つを複数のＭＶＤＣ－ＬＶＤＣ ＤＣ／ＤＣコンバータに接続する。ＤＣ／ＤＣコンバータを介して２つのＬＶＤＣバスを対にして接続することによって、電気回路を設計するときにＤＣ／ＤＣコンバータの電力定格を低減することができる。また、このようにして、より複雑でない回路を提供することができる。したがって、用途に応じて、これは、より費用効果の高い製造概念である。

好ましい実施形態によれば、少なくとも１つの相互接続ＤＣ／ＤＣコンバータは、複数のＭＶＤＣ－ＬＶＤＣ ＤＣ／ＤＣコンバータの各々が同じ負荷下にあるように構成される。ＤＣ／ＤＣコンバータのこのような構成は、例えば、独立したＬＶＤＣ出力において非常に異なる電力を供給しなければならない場合に有利である。

好ましい実施形態によれば、少なくとも１つの相互接続ＤＣ／ＤＣコンバータの電力は、少なくとも１つの相互接続ＤＣ／ＤＣコンバータを介して他のＬＶＤＣバスから再ルーティングされるべき電力に従って設定される。言い換えれば、相互接続ＤＣ／ＤＣコンバータの電力は、他のＤＣ／ＤＣコンバータの電力を伝送するように意図的に設計されている。したがって、構成要素の均一な負荷が有利に保証される。この好ましい実施形態の文脈では、２つのシナリオが説明される。

電気自動車を充電する事例においては、２つのＬＶＤＣバスを有する、それに応じて単純化された相互接続回路を有する単純化されたＳＳＴシステムが考えられるべきである。そのような場合、ＬＶＤＣバスの１つに対応する充電ポールの１つが総電力Ｐ１を要求し、ＬＶＤＣバスのうちのもう１つに対応する第２のポールが電力を要求しないことが起こり得る。この場合、ＭＶＤＣ接続セルの各々に対して入力電圧が等しくなることを保証するために、各ＭＶＤＣからＬＶＤＣ ＤＣ／ＤＣコンバータへの電力はＰ１／２に等しくなければならない。この最悪の場合のシナリオでは、相互接続ＤＣ／ＤＣコンバータは、Ｐ１／２の総電力を負荷のないＬＶＤＣバスから全負荷を負うＬＶＤＣバスに再ルーティングしなければならない。したがって、このＤＣ／ＤＣコンバータの定格は、各充電ポールの定格電力の半分に等しい。

ＢＥＳＳ／ソーラーの事例においても、２つのＬＶＤＣバスを有する、それに応じて単純化された相互接続回路を有する単純化されたＳＳＴシステムが考えられるべきである。このような場合、ＬＶＤＣ出力当たりの出力電力の差は、ＥＶ充電の場合よりもかなり小さくなると予測される。このため、相互接続ＤＣ／ＤＣコンバータの寸法決定のためのより一般的な定式化が考慮される。この場合、相互接続ＤＣ／ＤＣコンバータの電力定格は（Ｐ１－Ｐ２）／２に等しく、一方、Ｐ１－Ｐ２は、２つのＬＶＤＣ出力間の電力の最悪の場合の差を表し、常に単一のＬＶＤＣ出力の総電力以下である。この意味で、ＢＥＳＳの事例における独立したバッテリパックの充電状態又はソーラーの事例におけるＰＶパネルのクラスタによって供給される電力の間に予測される比較的小さな差を考慮すると、この相互接続ＤＣ／ＤＣコンバータの定格は、ＬＶＤＣ出力当たりの総電力のわずかな部分である。

好ましい実施形態によれば、少なくとも１つの相互接続ＤＣ／ＤＣコンバータの電力は、全負荷を負っている少なくとも２つのＬＶＤＣバスのうちの１つの出力電力に従って設定される。好ましい実施形態によれば、電力は他のＬＶＤＣバスによっては供給されない。相互接続回路がこの最悪のシナリオ向けに設計されている場合、この回路は、いくつかのＬＶＤＣバスが負荷を受けて電力を送達しなければならない、他のあまり極端でないシナリオに有利に使用することができる。

好ましい実施形態によれば、接続されたＬＶＤＣバスの各対について、少なくとも１つの相互接続ＤＣ／ＤＣコンバータの電力は、（Ｐ１－Ｐ２）／２に設定され、Ｐ１は、２つのＬＶＤＣバスのうちの一方の負荷に対応する電力であり、Ｐ２は、２つのＬＶＤＣバスのうちのもう一方の負荷に対応する電力である。この規則は、異なる負荷がＬＶＤＣバスに印加されるＤＣ／ＤＣコンバータの電力定格を設定するためにも使用することができる。上述の実施形態は、対を成して接続された任意の数のＬＶＤＣバスに拡張することができる。したがって、相互接続回路の単純な設計が可能である。

好ましい実施形態によれば、ＬＶＤＣバスの各々は、１つの相互接続ＤＣ／ＤＣコンバータを介してＬＶＤＣバスの各々に接続され、相互接続ＤＣ／ＤＣコンバータの各々の電力定格はＰ／ｎであり、ｎは相互接続回路のＬＶＤＣバスの数である。これは、特に、２つ又は３つのＬＶＤＣバスの場合に有利な回路の単純な設計を可能にする。

好ましい実施形態によれば、ＬＶＤＣバスと相互接続ＤＣ／ＤＣコンバータとの間の各接続部において、別のＤＣ／ＤＣコンバータが直列に接続される。電気自動車充電の場合、各々がＬＶＤＣバスに接続されている個々の車両間の絶縁の要件を満たすことができる。

好ましい実施形態によれば、相互接続ＤＣ／ＤＣコンバータは、双方向コンバータ、又は双方向バックブーストコンバータ、又はデュアルアクティブブリッジ（ＤＡＢ）、又は調整共振コンバータのうちの１つである。これらは、低コストで製造することができ、容易に入手可能な構成要素であり、これにより、相互接続回路を低コストで製造することが可能になる。

好ましい実施形態によれば、ＭＶＤＣ－ＬＶＤＣ ＤＣ／ＤＣコンバータは、非調整共振コンバータ、又はＤＡＢ、又は調整共振コンバータのうちの１つである。これらは、低コストで製造することができ、容易に入手可能な構成要素であり、これにより、相互接続回路を低コストで製造することが可能になる。

本方法のさらなる実施形態及び利点は、前述のシステムから当業者によって直接的かつ明確に導出される。

図面の簡単な説明
本発明のこれらの態様及び他の態様は、以下に記載される実施形態を参照して諒解され、明らかになるであろう。

一実施形態による固体変圧器システムを概略的に示す図である。 別の実施形態による固体変圧器システムを概略的に示す図である。 固体変圧器システムのための、一実施形態による３つのＬＶＤＣ出力のための絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータ及び相互接続コンバータの電力定格スキームを概略的に示す図である。 固体変圧器システムのための、一実施形態による４つのＬＶＤＣ出力のための絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータ及び相互接続コンバータの電力定格スキームを概略的に示す図である。 固体変圧器システムのための、別の実施形態による４つのＬＶＤＣ出力のための絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータ及び相互接続コンバータの電力定格スキームを概略的に示す図である。 固体変圧器システムのための、一実施形態による共通のＬＶＤＣバスを有する絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータ及び相互接続コンバータの電力定格スキームを概略的に示す図である。 固体変圧器システムのための、一実施形態による磁気結合を介した相互接続を有する絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータ及び相互接続コンバータの電力定格スキームを概略的に示す図である。

実施形態の説明
図１は、一実施形態による固体変圧器（ＳＳＴ）システム１を概略的に示す。ＳＳＴシステム１は、非常に単純化されたバージョンで示されている。ＳＳＴシステム１は、電気自動車（ＥＶ）充電用途に適している。このシステムでは、中電圧交流（ＭＶＡＣ）から各充電ポール４ａ、４ｂへの電力は、実効的に合計３段階で処理される。この場合、すべての絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータは、非調整／直列共振型とすることができ、それによって最終的なバッテリ充電器は非絶縁バックコンバータである。

ＳＳＴシステム１は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２を介して中電圧交流（ＭＶＡＣ）グリッドに接続されている。ＳＳＴシステム１は、中電圧直流（ＭＶＤＣ）モードにおいて動作するように構成されているＡＣ／ＤＣコンバータ２を備える。ＳＳＴシステム１は、２対のＤＣ／ＤＣコンバータ３，３ａをさらに備え、各対は、直列に接続された２つのＤＣ／ＤＣコンバータ３，３ａを備える。直列接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ３，３ａは、充電ポール４ａ，４ｂに接続されている。充電ポール４ａ、４ｂの各々は、車両（図示せず）を充電するために使用することができる。ＤＣ／ＤＣコンバータ３，３ａの対は、電力量が低減された単一のＤＣ／ＤＣ絶縁コンバータ５を介して並列に接続されている。ＤＣ／ＤＣ絶縁コンバータ５は、相互接続コンバータである。ＳＳＴシステム１は、対応するＬＶＤＣ出力を有する２つの独立した低電圧直流（ＬＶＤＣ）バス６を備える。これらのＬＶＤＣ出力の各々は、２つの充電ポール４ａ、４ｂのうちの１つに対応する。ＤＣ／ＤＣコンバータ３ａは、ＭＶＤＣをＬＶＤＣに変換するように構成されているＭＶＤＣ／ＬＶＤＣ ＤＣ／ＤＣコンバータである。ＤＣ／ＤＣ絶縁コンバータ５は、他のＤＣ／ＤＣコンバータ３に起因して絶縁されている。直列の他のＤＣ／ＤＣコンバータ３は、電気自動車充電のための絶縁要件のために必要とされる。言い換えれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、２つの充電ポール４の間を絶縁する機能を有する。

単一のＤＣ／ＤＣ絶縁コンバータ５の低減された電力量は、このＳＳＴシステム１について以下のように推定される。

本実施形態では、第１の充電ポール４ａが占有されており、電力Ｐ１が必要であるというシナリオが仮定される。第２の充電ポール４ｂは充電に使用されない。その結果、この充電ポール４ｂにおいて電力Ｐ２＝０が必要となる。ＭＶＤＣ接続セルの各々に対して入力電圧が等しくなることを保証するために、コンバータ３ａの各々からの電力はＰ１／２に等しい。この最悪の場合のシナリオでは、相互接続ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、Ｐ１／２の総電力を負荷のないＬＶＤＣバス６から全負荷を負うＬＶＤＣバス６に再ルーティングしなければならない。したがって、このＤＣ／ＤＣコンバータ３ａの定格は、各充電ポール４ａ，４ｂの定格電力Ｐ１，Ｐ２の半分に等しい。

さらに、相互接続ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、双方向の電力の流れが予測され、各ＭＶＤＣ－ＬＶＤＣ ＤＣ／ＤＣコンバータ３ａによって等しい電力が提供されることを保証することを考慮すると、完全双方向調整型である。

図２は、別の実施形態による固体変圧器システム１を概略的に示す。ＳＳＴシステム１は、バッテリエネルギー貯蔵システム（ＢＥＳＳ）又はソーラーエネルギーシステムに適している。前述のシステムでは、ＭＶＡＣからバッテリへの電力は３つの段によって処理される。

ＳＳＴシステム１は、ＭＶＤＣモードにおいて動作するように構成されているＡＣ／ＤＣコンバータ２を備える。ＳＳＴシステム１は、２つのＤＣ／ＤＣコンバータ３ｂをさらに備える。ＤＣ／ＤＣコンバータ３ｂは、充電ポール４ａ，４ｂに接続されている。充電ポール４ａ、４ｂの各々は、バッテリパックのグループを充電するために使用することができ、又はソーラーパネルのクラスタによって給電することができる。ＤＣ／ＤＣコンバータ３ｂの対は、電力量が低減された単一のＤＣ／ＤＣ絶縁コンバータ５を介して並列に接続されている。ＤＣ／ＤＣ絶縁コンバータ５は、相互接続コンバータである。ＳＳＴシステム１は、対応するＬＶＤＣ出力を有する２つの独立した低電圧直流（ＬＶＤＣ）バス６を備える。これらのＬＶＤＣ出力の各々は、２つの充電ポール４ａ、４ｂのうちの１つに対応し、各々がバッテリパックのグループに給電するか、又はソーラーパネルのクラスタによってそれぞれ給電される。ＤＣ／ＤＣコンバータ３ｂは、ＭＶＤＣをＬＶＤＣに変換するように構成されている。

単一のＤＣ／ＤＣ絶縁コンバータ５の低減された電力量は、このＳＳＴシステム１について以下のように推定される。

ＢＥＳＳ／ソーラーの場合、ＬＶＤＣ出力当たりの出力電力の差は、ＥＶ充電の場合よりも小さい。このため、相互接続ＤＣ／ＤＣコンバータの寸法決定のためのより一般的な定式化が考慮される。この場合、相互接続ＤＣ／ＤＣコンバータ５の電力定格は（Ｐ１－Ｐ２）／２に等しく、一方、Ｐ１－Ｐ２は、２つのＬＶＤＣ出力間の電力の最悪の場合の差を表す。電力の最悪の場合の差は、単一のＬＶＤＣ出力の総電力以下である。この意味で、ＢＥＳＳの事例における独立したバッテリパックの充電状態又はソーラーの事例におけるＰＶパネルのクラスタによって供給される電力の間に予測される比較的小さな差を考慮すると、この相互接続ＤＣ／ＤＣコンバータ５の定格は、ＬＶＤＣ出力当たりの総電力のわずかな部分でしかない。

ＢＥＳＳ／ソーラー用途の場合、非調整共振コンバータ（第１の実施形態におけるＤＣ／ＤＣコンバータ３ａとして使用される）は、ＢＥＳＳの事例における適切な充電又は放電のため、又はソーラーの事例における各光起電力（ＰＶ）パネルクラスタの最大電力点追跡（ＭＰＰＴ）の実施のために、各ＬＶＤＣ出力がその独立したバッテリパック又はソーラーパネルに調整を提供しなければならないことを考慮して、調整共振コンバータ又はデュアルアクティブブリッジ（ＤＡＢ）と交換されなければならない。さらに、相互接続ＤＣ／ＤＣコンバータは、すべての可能な事例をカバーするために、双方向バックブースト型でなければならない。

図３は、固体変圧器システム１のための、一実施形態による３つのＬＶＤＣ出力のための絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータ３及び相互接続コンバータ５の電力定格を概略的に示す。図３は、３つの相互接続ＤＣ／ＤＣコンバータ５及び３つの絶縁ＤＣコンバータ３を有するリング構成に対応する。図のスキームは、電力定格の概念を３つのＬＶＤＣ出力に拡張し、負荷非対称性の最悪の場合、すなわち１つのＬＶＤＣ出力のみに全負荷がかかり、他のすべての出力の負荷がゼロであることを考慮した場合に必要な電力定格を単純化して示している。したがって、相互接続ＤＣ／ＤＣコンバータ５の電力は各々、１つのＬＶＤＣ出力の電力Ｐの３分の１によって定格される。

図４は、固体変圧器システム１のための、一実施形態による４つのＬＶＤＣ出力のための絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータ３及び相互接続コンバータ５の電力定格を概略的に示す。図４は、４つの相互接続ＤＣ／ＤＣコンバータ５及び４つの絶縁ＤＣコンバータ３を有するリング構成に対応する。図のスキームは、電力定格の概念を４つのＬＶＤＣ出力に拡張し、１つのＬＶＤＣ出力のみに全負荷がかかり、他のすべての出力の負荷がゼロである負荷非対称性の最悪の場合を考慮した場合に必要な電力定格を単純化して示している。したがって、相互接続ＤＣ／ＤＣコンバータ５の電力は各々、１つのＬＶＤＣ出力の電力Ｐの３／８によって定格される。

図５は、固体変圧器システム１のための、一実施形態による４つのＬＶＤＣ出力のための絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータ３及び相互接続コンバータ５の電力定格を概略的に示す。図５は、６つの相互接続ＤＣ／ＤＣコンバータ５及び４つの絶縁ＤＣコンバータ３を有する構成に対応する。ＬＶＤＣバス６（図示せず）にさらに接続されているすべての絶縁ＤＣコンバータ３は、互いに相互接続されている。図のスキームは、電力定格の概念を４つのＬＶＤＣ出力に拡張し、１つのＬＶＤＣ出力のみに全負荷がかかり、他のすべての出力の負荷がゼロである負荷非対称性の最悪の場合を考慮した場合に必要な電力定格を単純化して示している。したがって、相互接続ＤＣ／ＤＣコンバータ５の電力は各々、１つのＬＶＤＣ出力の電力Ｐの４分の１によって定格される。

相互接続ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、システムの特定の機能性を高める他の方法で組み合わせることができる。

図６は、例えば、固体変圧器システム１のための、一実施形態による１つのＬＶＤＣバス６のための絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータ３及び相互接続コンバータ５の電力定格を概略的に示す。図６は、３つの相互接続ＤＣ／ＤＣコンバータ５及び３つの絶縁ＤＣコンバータ３を有する構成である。図のスキームは、電力定格の概念を４つのＬＶＤＣ出力に拡張し、１つのＬＶＤＣ出力のみに全負荷がかかる負荷非対称性の最悪の場合を考慮した場合に必要な電力定格を単純化して示している。したがって、相互接続ＤＣ／ＤＣコンバータ５の電力は各々、１つのＬＶＤＣ出力の電力Ｐの３分の２によって定格される。前述の実施形態は、例えば、再生可能資源を統合するために、及び／又は共通のバッテリ貯蔵ユニットに接続するために使用することができる。

図７は、図６による実施形態と同様の構成のための同様の電力定格概念を示す。この構成は、１つの相互接続磁気結合７を介したＤＣ／ＤＣコンバータ３と相互接続コンバータ５との間の１つの共通の相互接続を備える。言い換えれば、ＤＣ相互接続は、個々のＭＦＴに代わる多巻線中周波変圧器によって実現される中周波ＡＣ相互接続に置き換えられる。各巻線は、それぞれのパワーエレクトロニクスブリッジに接続され、したがって二次ＡＣ／ＤＣ段を回避する。この構成の利点は、各相互接続コンバータが必要とするパワー半導体デバイスの数が半分だけであることである。

本発明は、図面及び前述の説明において詳細に図示及び説明されてきたが、そのような図示及び説明は、図示的又は例示的であって限定的ではないと考えられるべきであり、本発明は開示された実施形態に限定されない。開示された実施形態に対する他の変更は、図面、開示、及び添付の特許請求の範囲の研究から、特許請求される発明の実践において当業者によって理解され、実施され得る。特許請求の範囲において、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という単語は他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は複数を除外しない。特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙されているというだけの事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用できないことを示すものではない。特許請求の範囲内のいかなる参照符号も、範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

参照符号のリスト
１ 固体変圧器（ＳＳＴ）システム
２ ＡＣ／ＤＣコンバータ
３ 絶縁のためのＤＣ／ＤＣコンバータ
３ａ ＭＶＤＣをＬＶＤＣに変換するように構成されたＤＣ／ＤＣコンバータ
３ｂ 第２の実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータ
４ａ 第１の充電ポール
４ｂ 第２の充電ポール
５ ＤＣ／ＤＣ絶縁コンバータ
６ ＬＶＤＣバス
７ 相互接続磁気結合
Ｐ１ 第１の充電ポールからの電力
Ｐ２ 第２の充電ポールからの電力

Claims (10)

1. 固体変圧器（ＳＳＴ）システム（１）のための電気相互接続回路であって、
   複数の中電圧直流（ＭＶＤＣ）－低電圧直流（ＬＶＤＣ）直流－直流（ＤＣ／ＤＣ）コンバータ（３ａ、３ｂ）と、
   前記ＭＶＤＣ－ＬＶＤＣ ＤＣ／ＤＣコンバータ（３ａ、３ｂ）のうちの１つにそれぞれ接続される少なくとも２つの独立した低電圧直流（ＬＶＤＣ）バス（６）と、
   前記少なくとも２つの独立したＬＶＤＣバス（６）を接続する少なくとも１つの相互接続ＤＣ／ＤＣコンバータ（５）と
   を備え、
   前記少なくとも１つの相互接続ＤＣ／ＤＣコンバータ（５）は、各々のＭＶＤＣ－ＬＶＤＣ ＤＣ／ＤＣコンバータ（３ａ、３ｂ）からの等しい電力の要求を保証するために、前記少なくとも２つの独立したＬＶＤＣバス（６）の間で電力を再ルーティングするように構成されており、
   前記少なくとも１つの相互接続ＤＣ／ＤＣコンバータ（５）の電力定格は、前記少なくとも１つの相互接続ＤＣ／ＤＣコンバータ（５）を介して他のＬＶＤＣバス（６）から再ルーティングされるべき電力に従って設定される、電気相互接続回路。
2. １つの単一の相互接続ＤＣ／ＤＣコンバータ（５）が、前記少なくとも２つの独立したＬＶＤＣバス（６）のうちの２つを前記複数のＭＶＤＣ－ＬＶＤＣ ＤＣ／ＤＣコンバータ（３ａ、３ｂ）に接続する、請求項１に記載の相互接続回路。
3. 前記少なくとも１つの相互接続ＤＣ／ＤＣコンバータ（５）の電力は、全負荷を負っている前記少なくとも２つのＬＶＤＣバス（６）のうちの１つの出力電力に従って設定される、請求項１または請求項２に記載の相互接続回路。
4. 他のＬＶＤＣバス（６）によって電力が供給されない、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の相互接続回路。
5. 接続されたＬＶＤＣバス（６）の各対について、前記少なくとも１つの相互接続ＤＣ／ＤＣコンバータ（５）の電力は、（Ｐ１－Ｐ２）／２に設定され、Ｐ１は、前記２つのＬＶＤＣバス（６）のうちの一方の負荷に対応する電力であり、Ｐ２は、前記２つのＬＶＤＣバス（６）のうちのもう一方の負荷に対応する電力である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の相互接続回路。
6. 前記ＬＶＤＣバス（６）の各々は、１つの相互接続ＤＣ／ＤＣコンバータ（５）を介して前記ＬＶＤＣバス（６）の各々に接続され、前記相互接続ＤＣ／ＤＣコンバータ（５）の各々の電力定格はＰ／ｎであり、ｎは前記相互接続回路のＬＶＤＣバス（６）の数である、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の相互接続回路。
7. 前記ＬＶＤＣバス（６）と前記相互接続ＤＣ／ＤＣコンバータ（５）との間の各接続部において、別のＤＣ／ＤＣコンバータが直列に接続されている、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の相互接続回路。
8. 前記相互接続ＤＣ／ＤＣコンバータ（５）は、双方向コンバータ、又は双方向バックブーストコンバータ、又はデュアルアクティブブリッジＤＡＢ、又は調整共振コンバータのうちの１つである、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の相互接続回路。
9. 前記ＭＶＤＣ－ＬＶＤＣ ＤＣ／ＤＣコンバータ（３ａ、３ｂ）は、非調整共振コンバータ、又はＤＡＢ、又は調整共振コンバータのうちの１つである、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の相互接続回路。
10. 中電圧交流（ＭＶＡＣ）を低電圧直流（ＬＶＤＣ）に変換するための固体変圧器（ＳＳＴ）システム（１）であって、
    ＭＶＡＣをＭＶＤＣに変換するように構成されているＭＶＡＣ変換手段と、
    請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の少なくとも１つの相互接続回路と、
    を備える、固体変圧器（ＳＳＴ）システム（１）。

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