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公開番号2024156366
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-06
出願番号2023070766
出願日2023-04-24
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
代理人弁理士法人鈴榮特許綜合事務所
主分類H02M 3/155 20060101AFI20241029BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】チョッパ装置の小型化と冗長性を両立した電力変換装置を提供する。
【解決手段】電力変換装置は、それぞれ主回路のプラス側およびマイナス側に接続された一対のスイッチング素子を備える相を複数有し、蓄電池と接続される三相チョッパ回路と、チョッパ回路の各相の一対のスイッチング素子の間で接続され、且つ、三相チョッパ回路と、蓄電池との間に接続され、複数の相それぞれを蓄電池との電気的接続を投入するまたは開放する相接触器と、三相チョッパ回路と相接触器との間に接続され、複数の相それぞれの電流値を認識するチョッパ相電流センサと、チョッパ相電流センサにより認識された電流値を取得し、電流値に基づいて三相チョッパ回路の複数の相それぞれについて故障したかを判定し、複数の相のいずれかが故障したと判定した場合、故障した相に対して、故障した相を開放する相開放指令を出力する制御装置と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
それぞれ主回路のプラス側およびマイナス側に接続された一対のスイッチング素子を備える相を複数有し、蓄電池と接続されるチョッパ回路と、
前記チョッパ回路の各相の前記一対のスイッチング素子の間で接続され、且つ前記チョッパ回路と、前記蓄電池との間に接続され、前記複数の相それぞれを前記蓄電池との電気的接続を投入するまたは開放する相接触器と、
前記チョッパ回路と前記相接触器との間に接続され、前記複数の相それぞれの電流値を認識するチョッパ相電流センサと、
前記チョッパ相電流センサにより認識された電流値を取得し、前記電流値に基づいて前記チョッパ回路の複数の相それぞれについて故障したかを判定し、前記複数の相のいずれかが故障したと判定した場合、前記故障した相に対して、前記故障した相を開放する相開放指令を出力する制御装置と、
を備える、電力変換装置。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記電力変換装置は、前記チョッパ回路と、前記チョッパ回路に接続可能な集電装置との間に電気的に接続される遮断器をさらに備え、
前記制御装置は、相指令を出力する前に、前記遮断器を開放する遮断器開放指令を出力する遮断器投入・開放指令部と、前記相接触器を開放する相開放指令を出力する相接触器投入・開放指令部とをさらに備える、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記相接触器投入・開放指令部は、故障した相を開放した後、故障した相に対応する前記相接触器を開放したままにし、正常な相に対応する前記相接触器を投入する投入指令を前記相接触器に出力する、請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記故障した相の開放状態をリセットする開放リセット指令を出力する相開放リセット指令部をさらに備える、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記制御装置は、少なくとも蓄電池充放電電流指令値および正常に動作している相の数に基づいて、前記複数の相それぞれに流す電流値を示す電流指令値を決定するゲート制御部をさらに備える、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記制御装置は、前記電流指令値および前記正常に動作している相の数に基づいて、前記複数の相のうち正常に動作している相それぞれに出力するゲート信号をずらして出力するゲート指令演算部をさらに備える、請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記ゲート指令演算部は、３６０度／（チョッパ回路に配置された相の数－故障している相の数）ずつ位相をずらして、前記複数の相のうち正常に動作している相に前記ゲート信号を出力する、請求項６に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記制御装置は、前記複数の相のうちいずれの相を待機させるかを示したカレンダーを記憶するメモリと、前記カレンダーに基づいて、いずれの相を待機させるかを決定する相選択部と、をさらに備え、
前記制御装置は、前記決定した相を開放する相開放指令を出力する、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記複数の相のうち動作している相のいずれかが故障したと判定した場合、前記制御装置は、開放されている相に対して開放状態をリセットする相開放リセット指令を出力する相開放リセット指令部と、前記故障した相に対して前記相開放指令を出力する相開放指令部と、をさらに備える、請求項８に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記電力変換装置は、前記蓄電池から放電されたまたは前記蓄電池に給電される電流値を認識する蓄電池充放電電流センサと、前記蓄電池の電圧を検出する電圧検出器と、をさらに備え、
前記制御装置は、前記蓄電池充放電電流センサにより認識された蓄電池充放電電流センサ認識値と、前記電圧検出器により検出された電圧値とに基づいて蓄電池充放電負荷を算出し、前記蓄電池充放電負荷に基づいて前記チョッパ回路の複数の相のいずれかを開放するかどうか判定する演算部をさらに備える、請求項１に記載の電力変換装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
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 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、架線停電時等の非常給電や回生負荷吸収による省エネルギー化を目的として、蓄電池を搭載する鉄道車両が増えてきている。蓄電池の充放電にはチョッパ装置が必要となる。しかしながら、チョッパ装置は、ＶＶＶＦインバータ装置または補助電源装置と比べ付加機能的な役割を持つ装置であり、ぎ装スペースが十分確保できない場合もある。そのため、チョッパ装置の小型化が要求される。
【０００３】
例えば、特許文献１では、複数の並列に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ回路のうち、保護対象となった回路の個別開放に関することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１６－０７７１３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方、非常時の給電に使用するため冗長性確保も重要である。冗長性向上するためにはチョッパ回路を多重系にする方法がある。しかしながら、チョッパ回路を構成する機器数が増加し、チョッパ装置が大型化してしまうという問題がある。
【０００６】
この発明は、上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、チョッパ装置の小型化と冗長性を両立した電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態に係る、電力変換装置は、それぞれ主回路のプラス側およびマイナス側に接続された一対のスイッチング素子を備える相を複数有し、蓄電池と接続されるチョッパ回路と、前記チョッパ回路の各相の前記一対のスイッチング素子の間で接続され、且つ前記チョッパ回路と、前記蓄電池との間に接続され、前記複数の相それぞれを前記蓄電池との電気的接続を投入するまたは開放する相接触器と、前記チョッパ回路と前記相接触器との間に接続され、前記複数の相それぞれの電流値を認識するチョッパ相電流センサと、前記チョッパ相電流センサにより認識された電流値を取得し、前記電流値に基づいて前記チョッパ回路の複数の相それぞれについて故障したかを判定し、前記複数の相のいずれかが故障したと判定した場合、前記故障した相に対して、前記故障した相を開放する相開放指令を出力する制御装置と、を備えるものである。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
図１は、第１の実施形態に係る蓄電池システムに含まれる電力変換装置１の回路図の一例を示した図である。
図２は、機器投入・開放指令部のソフトウェア構成およびシーケンス制御回路１２の回路構成の一例を示した図である。
図３は、Ｕ相故障時における動作のタイムチャートの一例を示した図である。
図４は、ゲート制御部およびゲート指令演算部の動作の一例を示した図である。
図５は、第２の実施形態に係る蓄電池システムに含まれる電力変換装置の回路図の一例を示した図である。
図６は、機器投入・開放指令部のソフトウェア構成、シーケンス制御回路の回路構成、および相選択部の構成の一例を示した図である。
図７は、カレンダーに基づいた動作のタイムチャートの一例を示した図である。
図８は、第３の実施形態に係る蓄電池システムに含まれる電力変換装置の回路図の一例を示した図である。
図９は、機器投入・開放指令部のソフトウェア構成、シーケンス制御回路の回路構成、および演算部の構成の一例を示した図である。
図１０は、蓄電池充放電負荷に基づいた動作のタイムチャートの一例を示した図である。
図１１は、第４の実施形態に係る蓄電池システムに含まれる電力変換装置の回路図の一例を示した図である。
図１２は、ゲート制御部およびゲート指令演算部の動作の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら電源システムについて詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、同一の番号を付した部分については同様の動作を行うものとして、重ねての説明を省略する。
【００１０】
［第１の実施形態］
実施形態に係る蓄電池システムは、蓄電池の充放電を制御する。蓄電池システムは、蓄電池の充電率（ＳＯＣ（State Of Charge））が所定の閾値を下回ると或いは回生吸収条件が成立すると、蓄電池を充電する。また、蓄電池システムは、蓄電池を負荷に接続して蓄電池から、或いは電力変換装置を介して負荷に電力を供給する。
（【００１１】以降は省略されています）

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