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公開番号2024134870
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-04
出願番号2023045295
出願日2023-03-22
発明の名称電力変換装置
出願人株式会社東芝,東芝インフラシステムズ株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H02M 7/12 20060101AFI20240927BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】循環電流の発生を抑制することができる電力変換装置を提供する。
【解決手段】本実施形態に係る電力変換装置は、N個(Nは2以上の整数)の交流直流変換回路と、N個のダイオードを有する第1ダイオード群と、N個のダイオードを有する第2ダイオード群とを備える。前記N個の交流直流変換回路は、交流端が交流電源に並列に接続され、前記交流電源から出力された交流電流を直流電流に変換する。前記第1ダイオード群の各ダイオードのアノードは、前記N個の交流直流変換回路の高電位側の直流端にそれぞれ接続され、前記第1ダイオード群の前記各ダイオードのカソードは、補助負荷の高電位端に並列にそれぞれ接続される。前記第2ダイオード群の各ダイオードのカソードは、前記N個の交流直流変換回路の低電位側の直流端にそれぞれ接続され、前記第2ダイオード群の前記各ダイオードのアノードは、前記補助負荷の低電位端に並列にそれぞれ接続される。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項1】
交流端が交流電源に並列に接続され、前記交流電源から出力された交流電流を直流電流に変換するN個(Nは2以上の整数)の交流直流変換回路と、
N個のダイオードを有する第1ダイオード群であって、前記第1ダイオード群の各ダイオードのアノードが前記N個の交流直流変換回路の高電位側の直流端にそれぞれ接続され、前記第1ダイオード群の前記各ダイオードのカソードが補助負荷の高電位端に並列にそれぞれ接続される、第1ダイオード群と、
N個のダイオードを有する第2ダイオード群であって、前記第2ダイオード群の各ダイオードのカソードが前記N個の交流直流変換回路の低電位側の直流端にそれぞれ接続され、前記第2ダイオード群の前記各ダイオードのアノードが前記補助負荷の低電位端に並列にそれぞれ接続される、第2ダイオード群と、
を備える、電力変換装置。
続きを表示(約 950 文字)【請求項2】
前記第1ダイオード群の前記各ダイオードのカソード、または前記第2ダイオード群の前記各ダイオードのアノードが接地されている、請求項1に記載の電力変換装置。
【請求項3】
一端が前記第1ダイオード群の前記各ダイオードのカソードに接続され、他端が前記第2ダイオード群の前記各ダイオードのアノードに接続された容量性回路をさらに備える、請求項1に記載の電力変換装置。
【請求項4】
前記容量性回路は、
一端が前記第1ダイオード群の前記各ダイオードのカソードに接続され、他端が接地された、第1接地コンデンサと、
一端が前記第2ダイオード群の前記各ダイオードのアノードに接続され、他端が接地された、第2接地コンデンサと、
を備える、請求項3に記載の電力変換装置。
【請求項5】
前記第1ダイオード群の前記各ダイオードのアノードは、直流電流を交流電流に変換するN個の直流交流変換回路の高電位側の直流端にそれぞれ接続され、
前記第2ダイオード群の前記各ダイオードのカソードは、前記N個の直流交流変換回路の低電位側の直流端にそれぞれ接続され、
前記補助負荷は、前記N個の直流交流変換回路を制御する制御回路である、請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項6】
前記N個の直流交流変換回路は、電圧形インバータであり、
各直流交流変換回路の高電位側の直流端と前記各直流交流変換回路の低電位側の直流端に渡ってそれぞれ設けられたN個の平滑化コンデンサをさらに備える、請求項5に記載の電力変換装置。
【請求項7】
前記N個の交流直流変換回路は、ダイオード整流器またはPWMコンバータである、請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項8】
各交流直流変換回路の高電位側の直流端と、前記第1ダイオード群の前記各ダイオードのアノードとの間、および前記各交流直流変換回路の低電位側の直流端と、前記第2ダイオード群の前記各ダイオードのカソードとの間は、いずれも接地されていない、請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の電力変換装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、電力変換装置に関する。
続きを表示(約 2,100 文字)【背景技術】
【0002】
従来、1つの系統に故障が発生しても運転を継続できるようにするため、複数系統の整流器を備える電力変換装置が用いられている。例えば、2系統の整流器を備える電力変換装置として、1つの交流電源に並列に接続される2つのダイオード整流器を備える電力変換装置が存在する。ここで、それぞれの整流器は、アースからの電位を確定させるため、例えば、各整流器の低電位側の直流端、高電位側の直流端、または直流コンデンサの2分圧中性点において、低抵抗で接地される。
【0003】
しかし、上述のように接地された電力変換装置の場合、2系統のダイオード整流器間のI-V特性の差、例えば、各ダイオード整流器に含まれるダイオードの電圧降下Vfや導通抵抗Ron等の特性のばらつきにより、アースを介した循環電流が流れる。現象としては、主電流の増減による差分電流として発生する。これにより、ダイオード整流器の負荷が偏り、片系統の損失が増加、温度上昇によりさらに電圧降下Vfが減少し、さらに負荷が偏る、といった正帰還によって負荷の偏りが増大される。最終的に特性のばらつきが存在しない場合と比較して、片系統の損失が大幅に増大し、最悪の場合、熱破壊することも考えられる。
【0004】
また、例えば2系統のダイオード整流器の低電位側の直流端をそれぞれ接地した状態で、一方の系統のダイオードの下アームが開放破壊した場合、2系統の合計電流が、健全な他方の系統の下アームのダイオードに集中する。このため、このような故障を検出するための検出器が必要となり、コストアップの要因となる。さらに、大きな電流が流れることで整流器の損失が増加し、熱的に破壊する場合も考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
特開2009-232599号公報
特開2022-87330号公報
特許第5362139号公報
特許第6999480号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明の実施形態は、循環電流の発生を抑制することができる電力変換装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本実施形態に係る電力変換装置は、N個(Nは2以上の整数)の交流直流変換回路と、N個のダイオードを有する第1ダイオード群と、N個のダイオードを有する第2ダイオード群とを備える。前記N個の交流直流変換回路は、交流端が交流電源に並列に接続され、前記交流電源から出力された交流電流を直流電流に変換する。前記第1ダイオード群の各ダイオードのアノードは、前記N個の交流直流変換回路の高電位側の直流端にそれぞれ接続され、前記第1ダイオード群の前記各ダイオードのカソードは、補助負荷の高電位端に並列にそれぞれ接続される。前記第2ダイオード群の各ダイオードのカソードは、前記N個の交流直流変換回路の低電位側の直流端にそれぞれ接続され、前記第2ダイオード群の前記各ダイオードのアノードは、前記補助負荷の低電位端に並列にそれぞれ接続される。
【図面の簡単な説明】
【0008】
第1実施形態に係る電力変換装置の回路構成を表す図。
第1実施形態に係る電力変換装置において、第1接地位置で接地し、1つの接地コンデンサを設けた場合の回路構成を表す図。
第1実施形態に係る電力変換装置において、第2接地位置で接地し、1つの接地コンデンサを設けた場合の回路構成を表す図。
第2実施形態に係る電力変換装置の回路構成を表す図。
第3実施形態に係る電力変換装置の回路構成を表す図。
第4実施形態に係る電力変換装置の回路構成を表す図。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。実施形態は、本発明を限定するものではない。図面は模式的または概念的なものであり、各部分の比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。明細書と図面において、既出の図面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は適宜省略する。
【0010】
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る電力変換装置1の回路構成を表す図である。本実施形態に係る電力変換装置1は、1つの交流電源に対して並列に接続される複数の電力変換器を備える。すなわち、本実施形態に係る電力変換装置1は、複数の電力変換器を備え、図1に示すように、ダイオード整流器DR1,DR2と、直流リアクトルL1,L2と、平滑化コンデンサC1,C2と、ダイオードD11,D12,D21,D22と、接地コンデンサGC1,GC2とを備える。なお、電力変換装置1が備えるダイオード整流器の数は、2つに限られず、3つ、4つなど、任意の数でよい。また、複数の電力変換器のダイオード整流器の数は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
(【0011】以降は省略されています)

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