JP7475980B2 - 電力変換装置、変電所用電源装置および回生電力貯蔵装置 - Google Patents
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Description
図1は、第1実施形態の電力変換装置および電源装置の一構成例を概略的に示す図である。
第1直流電源1は、例えば蓄電池を備えた直流電源である。なお、第1直流電源1は、交流電力を直流電力に変換して出力する電力変換器を備えていてもよい。
ここでは、図2(A)に示すように変圧器15の一次側の電圧をVtr1とし、二次側の電圧をVtr2とする。電圧Vtr1および電圧Vtr2は、図2(B)および図2(C)に示すように、時刻Tに対して、交流パルス電圧となる。
制御回路CTRは、第2コンデンサ12の電圧と第3コンデンサ7の電圧とが所定の値となるように蓄電池装置および電力変換装置制御する。
インバータ制御部C1は、減算器C11と、PI制御器C12と、を備えている。
インバータ制御部C1には、目標電圧値V*ref1と第2コンデンサ12の電圧値VC2とを取得する。目標電圧値V*ref1は、制御回路CTR内にて予め設定されていてもよく、制御回路CTRの外部から供給されてもよい。第2コンデンサ12の電圧値VC2は、電圧検出器25により検出されて制御回路CTRに供給される。
本実施形態の蓄電池装置および電力変換装置では、例えば、図4に示すように、第1直流電源1のSOC(state of charge)に対して、充電時の目標電圧が放電時の目標電圧よりも大きくなるように、目標電圧V*ref2の値がテーブルTBL格納されている。なお、図4に示す目標電圧V*ref2の数値は一例であって、これに限定されるものではない。
チョッパ制御部C2は、減算器C21、C23と、PI制御器C22、C24と、減算器C26と、PI制御器C27と、PWM制御器C28と、遅延器DLYと、否定回路C29と、を備えている。
なお、電池管理部16は、制御回路CTRに含まれていても構わない。電池管理部16は、第1直流電源1の電圧、電流、および温度を少なくとも検出することが可能であり、検出値に基づいて第1直流電源1のSOCを算出することが可能である。
PI制御器C22は比例積分制御器であって、減算器C21から入力された値がゼロとなるよう、リアクトル8に流れる電流の目標値を演算して出力する。なお、PI制御器C22は、第1直流電源1を充電する電流を負の値として、出力値を最小値Imin以上ゼロ以下となるように出力する。
PI制御器C24は比例積分制御器であって、減算器C23から入力された値がゼロとなるように、リアクトル8に流れる電流の目標値を演算して出力する。なお、PI制御器C24は、第1直流電源1を放電する電流を正の値として、出力値をゼロ以上最大値Imax以下となるように出力する。
PI制御器C27は比例積分制御器であって、減算器C26から入力された値がゼロとなるように、チョッパ回路5の電圧指令値を演算して出力する。
否定回路C29は、PWM制御器C28から出力されたゲート信号の値を反転した信号を、チョッパ回路5の下側のスイッチング素子9のゲート信号として出力する。
すなわち、本実施形態によれば、蓄電池とき電回路との間を絶縁しつつ、小型な電力変換装置、変電所用電源装置および回生電力貯蔵装置を実現することができる。
なお、以下の説明において上述の第1実施形態と重複する構成については同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態の電力変換装置3は、複数の電力変換ユニット4を備えている。なお、図6に示した例では、電力変換装置3は3つの電力変換ユニット4を備えているが、電力変換ユニット4の数はこれに限定されるものではない。
コンデンサ7は、第2直流電源2の正極端子と負極端子との間において、リアクトル6と直列に接続される。リアクトル6とコンデンサ7とは、LCフィルタを構成し、第2直流電源2に対して高調波電流が流れることを抑制する。
制御回路CTRは、上述の第1実施形態と同様に、電力変換ユニット4それぞれのチョッパ回路5、第1インバータINV1および第2インバータINV2の動作を制御することが出来る。制御回路CTRは、電力変換ユニット4が複数段カスケード接続される場合は、き電電圧に対する変換器の電圧分担を等分にするため、n段であれば、制御目標の電圧値V*ref1がき電電圧/nよりも大きくなるように第2コンデンサ12の電圧を制御する。
本実施形態の電力変換装置および電源装置では、電力変換ユニット4のチョッパ回路5のスイッチング位相を互いにずらすことにより、変換器としての等価スイッチング周波数を高くすることが可能であり、リアクトル6やリアクトル8を小型化することが出来る。 また、上記のように接続された複数の電力変換ユニット4を含む電力変換装置および電源装置によれば、高電圧の出力が可能になるほか、第1直流電源1が蓄電池の場合に、対地電位を下げ絶縁設計時の電圧が低くなり装置を小型化することが可能になる。
Claims (13)
- 第1直流電源と第2直流電源との間に電気的に接続される装置であって、
前記第2直流電源の正極端子に、リアクトルを介して、降圧出力端子が電気的に接続されたチョッパ回路と、
前記第1直流電源の正極端子と負極端子との間に第1直流主回路が電気的に接続された第1インバータと、
前記チョッパ回路の高圧回路側に第2直流主回路が電気的に接続された第2インバータと、
前記第1インバータの交流端と前記第2インバータの交流端との間に電気的に接続された変圧器と、
前記第1直流電源に対して並列に接続された第1コンデンサと、
前記第2インバータと前記チョッパ回路との間において前記第2直流主回路間に接続された第2コンデンサと、
双方向に電力融通するように前記第1インバータと前記第2インバータとの出力電圧位相を制御する制御回路と、
を備えた電力変換装置。 - 前記制御回路は、前記第1インバータと前記第2インバータとの出力電圧の位相を変化させることにより、前記第2コンデンサの電圧値が目標値となるように制御する、請求項1記載の電力変換装置。
- 前記第2直流電源に対して並列に接続された第3コンデンサを備えた、請求項1又は請求項2記載の電力変換装置。
- 前記チョッパ回路と、前記第1インバータと、前記第2インバータと、前記変圧器と、前記第1コンデンサと、前記第2コンデンサと、を含む電力変換ユニットを複数備え、
前記制御回路は、前記チョッパ回路を制御することにより前記第3コンデンサの電圧を目標電圧に制御する、請求項3記載の電力変換装置。 - 前記第2直流電源の正極端子と前記第3コンデンサの高電位側端との間に接続された第2リアクトルを備える、請求項3又は請求項4記載の電力変換装置。
- 前記チョッパ回路と、前記第1インバータと、前記第2インバータと、前記変圧器と、前記第1コンデンサと、前記第2コンデンサと、を含む電力変換ユニットを複数備え、
複数の前記電力変換ユニットの前記チョッパ回路はカスケード接続されている、請求項1記載の電力変換装置。 - 複数の前記電力変換ユニットの前記第1コンデンサは、前記第1直流主回路間において直列に接続されている、請求項6記載の電力変換装置。
- 前記第1直流電源は中性点接地されている、請求項1乃至請求項7のいずれか1項記載の電力変換装置。
- 前記第1直流電源は蓄電池であって、前記第2直流電源は直流き電回路である、請求項1乃至請求項8のいずれか1項記載の電力変換装置。
- 前記第2直流電源の電圧変動幅は、最大電圧値が最低電圧値の少なくとも1.5倍以上である、請求項1乃至請求項9のいずれか1項記載の電力変換装置。
- 前記変圧器と前記第1インバータとの間、又は、前記変圧器と前記第2インバータとの間の少なくとも一方に配置された第3リアクトルを有している、請求項1乃至請求項10のいずれか1項記載の電力変換装置。
- 請求項1乃至請求項11のいずれか1項記載の電力変換装置と、
前記第1直流電源と、を備えた変電所用電源装置。 - 請求項1乃至請求項11のいずれか1項記載の電力変換装置と、
前記第1直流電源と、を備えた回生電力貯蔵装置。
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