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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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