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公開番号2025012668
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-24
出願番号2023115683
出願日2023-07-14
発明の名称電力変換装置
出願人株式会社日立製作所
代理人弁理士法人開知
主分類H02M 7/48 20070101AFI20250117BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】変換回路の搭載台数を任意に選択でき、かつ交流電流波形のひずみ率を抑制することができる電力変換装置を提供すること。
【解決手段】交流電源と直流バスとの間に並列接続され、交流電源と直流バスとの間で電力変換を行う複数のAC-DC変換回路と、複数のAC-DC変換回路をそれぞれ制御する複数のAC-DC制御部と、複数のAC-DC制御部を制御するメイン制御部とを備えた電力変換装置であって、メイン制御部は、交流電源の交流電力に応じて生成された交流指令値を複数のAC-DC制御部へそれぞれ送信し、複数のAC-DC制御部は、交流電源から複数のAC-DC変換回路にそれぞれ入力される交流電流が交流指令値に応じた値となるように複数のAC-DC変換回路をそれぞれ制御する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
交流電源と直流バスとの間に並列接続され、前記交流電源と前記直流バスとの間で電力変換を行う複数のＡＣ－ＤＣ変換回路と、
前記複数のＡＣ－ＤＣ変換回路をそれぞれ制御する複数のＡＣ－ＤＣ制御部と、
前記複数のＡＣ－ＤＣ制御部を制御するメイン制御部とを備えた電力変換装置であって、
前記メイン制御部は、前記交流電源の交流電力に応じて生成された交流指令値を前記複数のＡＣ－ＤＣ制御部へそれぞれ送信し、
前記複数のＡＣ－ＤＣ制御部は、前記交流電源から前記複数のＡＣ－ＤＣ変換回路にそれぞれ入力される交流電流が前記交流指令値に応じた値となるように前記複数のＡＣ－ＤＣ変換回路をそれぞれ制御することを特徴とする電力変換装置。
続きを表示（約 1,700 文字）【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記メイン制御部は、前記交流指令値として交流電流の振幅と位相とを示す指令値を前記複数のＡＣ－ＤＣ制御部へそれぞれ送信し、
前記複数のＡＣ－ＤＣ制御部は、前記交流電源から前記複数のＡＣ－ＤＣ変換回路にそれぞれ入力される交流電流の振幅と位相とが前記交流指令値に応じた値となるように前記複数のＡＣ－ＤＣ変換回路をそれぞれ制御することを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記メイン制御部は、前記交流指令値として交流電流の有効電流と無効電流とを示す指令値を前記複数のＡＣ－ＤＣ制御部へそれぞれ送信し、
前記複数のＡＣ－ＤＣ制御部は、前記交流電源から前記複数のＡＣ－ＤＣ変換回路にそれぞれ入力される交流電流の有効電流と無効電流とが前記交流指令値に応じた値となるように前記複数のＡＣ－ＤＣ変換回路をそれぞれ制御することを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記メイン制御部は、前記交流指令値として交流電流の有効電力と無効電力とを示す指令値を前記複数のＡＣ－ＤＣ制御部へそれぞれ送信し、
前記複数のＡＣ－ＤＣ制御部は、前記交流電源から前記複数のＡＣ－ＤＣ変換回路にそれぞれ入力される交流電流の有効電力と無効電力とが前記交流指令値に応じた値となるように前記複数のＡＣ－ＤＣ変換回路をそれぞれ制御することを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記メイン制御部から前記複数のＡＣ－ＤＣ制御部へそれぞれ送信される前記交流指令値は、交流電流の基本波成分と基本波周波数の整数倍の周波数成分とを含むことを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記メイン制御部は、前記交流指令値を変化させて前記直流バスの電圧を制御することを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記メイン制御部は、前記交流電源の位相と周波数とを前記複数のＡＣ－ＤＣ制御部へそれぞれ送信し、
前記複数のＡＣ－ＤＣ制御部は、前記交流電源の位相と周波数とから前記交流電源の瞬時位相を算出し、算出した瞬時位相を用いて、前記交流電源から前記複数のＡＣ－ＤＣ変換回路にそれぞれ入力される交流電流が前記交流指令値に応じた値となるように前記複数のＡＣ－ＤＣ変換回路をそれぞれ制御することを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
請求項１に記載の電力変換装置において、
複数の直流電源と前記直流バスとの間にそれぞれ接続され、前記複数の直流電源と前記直流バスとの間で電力変換を行う複数のＤＣ－ＤＣ変換回路と、
前記複数のＤＣ－ＤＣ変換回路をそれぞれ制御する複数のＤＣ－ＤＣ制御部とを備え、
前記メイン制御部は、直流指令値を前記複数のＤＣ－ＤＣ制御部へ送信し、
前記複数のＤＣ－ＤＣ制御部は、前記複数の直流電源から前記複数のＤＣ－ＤＣ変換回路にそれぞれ入力される直流電流が前記直流指令値に応じた値となるように前記ＤＣ－ＤＣ変換回路を制御することを特徴とする電力変換装置。
【請求項９】
請求項８に記載の電力変換装置において、
前記メイン制御部は、前記交流指令値と前記直流指令値とを変化させて前記直流バスの電圧を制御することを特徴とする電力変換装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の電力変換装置において、
前記メイン制御部は、前記直流指令値として直流電流の電力を示す指令値を前記ＤＣ－ＤＣ制御部へそれぞれ送信し、
前記複数のＤＣ－ＤＣ制御部は、前記複数の直流電源から前記複数のＤＣ－ＤＣ変換回路にそれぞれ入力される直流電流の電力が前記直流指令値に応じた値となるように前記複数のＤＣ－ＤＣ変換回路をそれぞれ制御することを特徴とする電力変換装置。
（【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】
本発明は、電力変換装置に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
地球上における二酸化炭素排出量を削減するため、太陽光発電や電気自動車等の導入が求められており、太陽光発電用パワーコンディショナや電気自動車用充電器等の電力変換装置のような電力変換設備の開発が進められている。一方で、太陽光発電の定格電力や、充電すべき電気自動車の台数のような望まれる設置規模は、設備の設置対象サイトによって異なる。したがって、太陽光発電や電気自動車等の導入を拡大するためには、幅広い設置規模に対応可能な電力変換設備を開発し、設置可能なサイトを増やすことが有効である。具体的には、交流電源と直流バスとの間で電力変換するＡＣ－ＤＣ変換回路の搭載台数や、太陽電池と直流バスとの間で電力変換したり、電気自動車や定置型蓄電池と直流バスとの間で電力変換したりするＤＣ－ＤＣ変換回路の搭載台数を任意に選択することができる電力変換装置の実現が望まれる。このような電力変換装置に係る従来技術としては、例えば、特許文献１及び２に記載のものが知られている。
【０００３】
特許文献１には、ＤＣ電力の供給を行う複数台のＤＣ電力供給装置と、前記ＤＣ電力供給装置に接続され、それぞれの前記ＤＣ電力供給装置から入力されたＤＣ電力を合成し、分配する電力合成／分配装置と、前記電力合成／分配装置に接続される複数台のＤＣ／ＡＣコンバータと、前記電力合成／分配装置に接続される複数台のＤＣ／ＤＣコンバータと、一方がＤＣ／ＡＣコンバータに接続され、他方がＡＣ電力を需給するＡＣ機器が接続されるＡＣ機器接続部と、一方がＤＣ／ＤＣコンバータに接続され、他方がＤＣ電力を需給するＤＣ機器が接続されるＤＣ機器接続部と、前記電力合成／分配装置、前記ＤＣ／ＡＣコンバータ、前記ＤＣ／ＤＣコンバータのいずれかを制御することで、ＤＣ電力の合成と、それぞれの前記ＡＣ機器接続部および前記ＤＣ機器接続部への電力の供給と分配と、を制御する制御装置と、を有し、電力系統と電力をやりとりする系統連系時には、前記制御装置が、複数台の前記ＤＣ／ＡＣコンバータからマスターを少なくとも１台選出し、前記マスターのＤＣ／ＡＣコンバータを直流電圧制御することによって前記電力合成／分配装置のＤＣバスのＤＣ電圧を安定化させ、残りの前記ＤＣ／ＡＣコンバータおよび複数台の前記ＤＣ／ＤＣコンバータを有効電力制御する電力需給システムが開示されている。
【０００４】
特許文献２には、太陽電池に並列接続される複数台の電力変換器を備える電力変換装置であって、前記複数台の電力変換器の内の１台の電力変換器が、前記複数台全体としての前記太陽電池の最大電力追従制御を行う一方、残余の電力変換器が電流制御を行う電力変換装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０２０－５８１６１号公報
特開２０１１－１４１７９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に記載の従来技術は、複数の電力需給設備を備え、柔軟な電力の供給と受給の実現を目的とする電力需給システムに関する技術であり、複数の電力変換器から選択したマスターが直流電圧と交流電圧を制御する。しかしながら、１台のマスターで複数の電力需給設備を制御しようとすると、負荷変動時に電圧変動が大きくなってしまう。特許文献１には、このような電圧変動を抑制するために複数のマスターを選択することは示されているももの、複数の電力変換器で共通の電圧を制御するために必要な、各電力変換器の電流をバランスさせる方法については示されていない。
【０００７】
また、特許文献２に記載の従来技術には、より大きな電力変換装置を構成するために、複数台の電力変換器を並列接続した電力変換装置が開示されており、並列接続された複数の電力変換器に電流指令値を送り、各電力変換器が電流制御を行うことで、各電力変換器の電流をバランスさせる方法が示されている。しかしながら、この方法を応用したとしても、直流バスに接続されるＡＣ－ＤＣ変換回路やＤＣ－ＤＣ変換回路の台数が多くなると、各変換回路の電流指令値の演算に要する時間が長くなり、これら各変換回路に送る電流指令値の更新時間間隔が長くなる。このため、ＡＣ－ＤＣ変換回路の時々刻々と変化する交流電流波形のひずみ率を低く抑えることが難しくなる。
【０００８】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、変換回路の搭載台数を任意に選択でき、かつ交流電流波形のひずみ率を抑制することができる電力変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、交流電源と直流バスとの間に並列接続され、前記交流電源と前記直流バスとの間で電力変換を行う複数のＡＣ－ＤＣ変換回路と、前記複数のＡＣ－ＤＣ変換回路をそれぞれ制御する複数のＡＣ－ＤＣ制御部と、前記複数のＡＣ－ＤＣ制御部を制御するメイン制御部とを備えた電力変換装置であって、前記メイン制御部は、前記交流電源の交流電力に応じて生成された交流指令値を前記複数のＡＣ－ＤＣ制御部へそれぞれ送信し、前記複数のＡＣ－ＤＣ制御部は、前記交流電源から前記複数のＡＣ－ＤＣ変換回路にそれぞれ入力される交流電流が前記交流指令値に応じた値となるように前記複数のＡＣ－ＤＣ変換回路をそれぞれ制御するものとする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、変換回路の搭載台数を任意に選択でき、かつ交流電流波形のひずみ率を抑制することができる
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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