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公開番号2025078933
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-21
出願番号2023191251
出願日2023-11-09
発明の名称ACDC電源およびACDC電源の制御方法
出願人株式会社明電舎
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H02M 7/49 20070101AFI20250514BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】ACDC電源において、追加のバランス回路や多巻線の商用トランスを用いずに電力アンバランス時における各DCバスの電圧バランスを達成する。
【解決手段】ACDC電源は、交流直流変換器ACDCと、1次側直流コンデンサC1と、絶縁型直流直流変換器DCDCと、2次側直流コンデンサC2と、を備える。セルは1相当たりm(m:2以上の整数)台有する。複数の2次側直流コンデンサC2が直列もしくは並列に接続されたDCバスV_dc21、V_dc22を複数有する。複数のDCバスV_dc21、V_dc22の電圧を負荷もしくは電源へ供給する。負荷または電源の状況により発生した電力アンバランス時に、2次側直流電圧、各セルの1次側直流電圧の電圧バランスを維持しながら電圧を出力する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
交流直流変換器と、前記交流直流変換器の直流側に接続された１次側直流コンデンサと、前記１次側直流コンデンサに一方の直流側が接続された絶縁型直流直流変換器と、前記絶縁型直流直流変換器の他方の直流側に接続された２次側直流コンデンサと、を備えたセルを１相当たりｍ（ｍ：２以上の整数）台有し、複数の前記２次側直流コンデンサが直列もしくは並列に接続されたＤＣバスを複数有し、複数の前記ＤＣバスの電圧を負荷もしくは電源へ供給するＡＣＤＣ電源であって、
前記負荷または前記電源の状況により発生した電力アンバランス時に、前記ＤＣバスの電圧である２次側ＤＣ電圧、各セルの前記１次側直流コンデンサの電圧である１次側ＤＣ電圧の電圧バランスを維持しながら電圧を出力することを特徴とするＡＣＤＣ電源。
続きを表示（約 3,200 文字）【請求項２】
前記交流直流変換器の制御部は、
１次側ＤＣ電圧平均値指令値と１次側ＤＣ電圧全セル平均値に基づいて、系統電流有効成分指令値を生成する１次側ＤＣ電圧平均値制御部と、
前記系統電流有効成分指令値と系統電流無効成分指令値に基づいて、系統電圧有効成分指令値と系統電圧無効成分指令値を生成する系統電流制御部と、
各相の１次側ＤＣ電圧相内平均値と各セルの前記１次側ＤＣ電圧に基づいて、１次側ＤＣ電圧相内バランス制御値を生成する１次側ＤＣ電圧相内バランス制御部と、を備え、
前記系統電圧有効成分指令値と前記系統電圧無効成分指令値を固定座標上の値に変換し前記１次側ＤＣ電圧全セル平均値を乗算した値から前記１次側ＤＣ電圧相内バランス制御値を減算して各相の電圧指令値を生成し、この電圧指令値に基づいて前記交流直流変換器のゲート信号を生成し、
前記絶縁型直流直流変換器の制御部は、
前記１次側ＤＣ電圧に基づいて１次側ＤＣ電圧個別バランス制御値を生成する１次側ＤＣ電圧個別バランス制御部と、
２次側ＤＣ電圧に基づいて２次側ＤＣ電圧個別制御値を生成する２次側ＤＣ電圧個別制御部と、
を備え、
前記２次側ＤＣ電圧個別制御値から前記１次側ＤＣ電圧個別バランス制御値を減算した値と前記１次側ＤＣ電圧に基づいて電流制御を行い、前記電流制御の結果に基づいて前記絶縁型直流直流変換器のゲート信号を生成することを特徴とする請求項１記載のＡＣＤＣ電源。
【請求項３】
前記交流直流変換器の制御部は、
１次側ＤＣ電圧平均値指令値と１次側ＤＣ電圧全セル平均値に基づいて、系統電流有効成分指令値を生成する１次側ＤＣ電圧平均値制御部と、
前記系統電流有効成分指令値と系統電流無効成分指令値に基づいて、系統電圧有効成分指令値と系統電圧無効成分指令値を生成する系統電流制御部と、
各相の１次側ＤＣ電圧相内平均値と各セルの前記１次側ＤＣ電圧に基づいて、１次側ＤＣ電圧相内バランス制御値を生成する１次側ＤＣ電圧相内バランス制御部と、を備え、
前記系統電圧有効成分指令値と前記系統電圧無効成分指令値を固定座標上の値に変換し前記１次側ＤＣ電圧全セル平均値を乗算した値から前記１次側ＤＣ電圧相内バランス制御値を減算して各相の電圧指令値を生成し、この電圧指令値に基づいて前記交流直流変換器のゲート信号を生成し、
前記絶縁型直流直流変換器の制御部は、
前記１次側ＤＣ電圧に基づいて１次側ＤＣ電圧個別バランス制御値を生成する１次側ＤＣ電圧個別バランス制御部と、
２次側ＤＣ電圧に基づいて２次側ＤＣ電圧バランス制御値を生成する２次側ＤＣ電圧バランス制御部と、
２次側ＤＣ電圧合計値指令値と２次側ＤＣ電圧合計値に基づいて２次側ＤＣ電圧合計値制御値を生成する２次側ＤＣ電圧合計値制御部と、
を備え、
前記２次側ＤＣ電圧合計値制御値から前記１次側ＤＣ電圧個別バランス制御値に前記２次側ＤＣ電圧バランス制御値を加算した値を減算した値と前記１次側ＤＣ電圧に基づいて電流制御を行い、前記電流制御の結果に基づいて前記絶縁型直流直流変換器のゲート信号を生成することを特徴とする請求項１記載のＡＣＤＣ電源。
【請求項４】
前記１次側ＤＣ電圧平均値制御部は、
全セルの前記１次側ＤＣ電圧の合計値を算出して１次側ＤＣ電圧全セル合計値として出力する第１合計値算出部と、
前記１次側ＤＣ電圧全セル合計値と全セル数の逆数との積から前記１次側ＤＣ電圧全セル平均値を算出する全セル平均値算出部と、
前記１次側ＤＣ電圧平均値指令値と前記１次側ＤＣ電圧全セル平均値の偏差を算出する第１減算器と、
前記第１減算器の出力を増幅して前記系統電流有効成分指令値として出力する第１アンプと、
を備えたことを特徴とする請求項２または３記載のＡＣＤＣ電源。
【請求項５】
前記系統電流制御部は、
前記系統電流有効成分指令値から系統電流有効成分を減算する第２減算器と、
前記第２減算器の出力を増幅して前記系統電圧有効成分指令値として出力する第２アンプと、
前記系統電流無効成分指令値から系統電流無効成分を減算する第３減算器と、
前記第３減算器の出力を増幅して前記系統電圧無効成分指令値として出力する第３アンプと、
を備えたことを特徴とする請求項２または３記載のＡＣＤＣ電源。
【請求項６】
前記１次側ＤＣ電圧相内バランス制御部は、
相内の前記１次側ＤＣ電圧の合計値を計算して１次側ＤＣ電圧相内合計値として出力する第２合計値算出部と、
前記１次側ＤＣ電圧相内合計値と相内のセル数の逆数との積から各相の前記１次側ＤＣ電圧相内平均値を算出する相内平均値計算部と
各相の前記１次側ＤＣ電圧相内平均値と相内各セルの前記１次側ＤＣ電圧との偏差を算出する第４減算器と、
前記第４減算器の出力を増幅する第４アンプと、
前記第４アンプの出力に各相の系統電流値の符号を乗算して前記１次側ＤＣ電圧相内バランス制御値として出力する第１乗算器と、
を備えたことを特徴とする請求項２または３記載のＡＣＤＣ電源。
【請求項７】
前記１次側ＤＣ電圧個別バランス制御部は、
各ＤＣバスに接続されているセルの前記１次側ＤＣ電圧の合計値を算出する第３合計値算出部と、
前記第３合計値算出部の出力と各ＤＣバスに接続されたセル数の逆数との積を求め、各ＤＣバスに接続されているセルのＤＣバス１次側ＤＣ電圧平均値を算出する第３平均値算出部と、
各ＤＣバスに接続されたセルの前記１次側ＤＣ電圧の系統周波数２倍成分を除去する帯域除去フィルタと、
前記ＤＣバス１次側ＤＣ電圧平均値と前記帯域除去フィルタの出力の差を出力する第５減算器と、
前記第５減算器の出力を増幅する第５アンプと、
前記第５アンプの出力に前記交流直流変換器のトランスと前記絶縁型直流直流変換器のトランスの巻数比を乗算して前記１次側ＤＣ電圧個別バランス制御値として出力する第２乗算器と、
を備えたことを特徴とする請求項２または３記載のＡＣＤＣ電源。
【請求項８】
前記２次側ＤＣ電圧個別制御部は、
各前記ＤＣバスの２次側ＤＣ電圧指令値と２次側ＤＣ電圧の差を算出する第６減算器と、
前記第６減算器の出力を増幅する第６アンプと、
前記第６アンプの出力と前記ＤＣバスに接続されたセル数の逆数との積を求め、前記２次側ＤＣ電圧個別制御値として出力する第３乗算器と、
を備えたことを特徴とする請求項２記載のＡＣＤＣ電源。
【請求項９】
前記２次側ＤＣ電圧バランス制御部は、
２次側ＤＣ電圧平均値と各ＤＣバスの２次側ＤＣ電圧との偏差を算出する第８減算器と、
前記第８減算器の出力を増幅して前記２次側ＤＣ電圧バランス制御値として出力する第７アンプと、
を備えたことを特徴とする請求項３記載のＡＣＤＣ電源。
【請求項１０】
前記２次側ＤＣ電圧合計値制御部は、
前記２次側ＤＣ電圧合計値指令値と全ＤＣバスの前記２次側ＤＣ電圧合計値の差を算出する第９減算器と、
前記第９減算器の出力を増幅する第８アンプと、
前記第８アンプの出力と全セル数の逆数の積を算出して前記２次側ＤＣ電圧合計値制御値として出力する第４乗算器と、
を備えたことを特徴とする請求項３記載のＡＣＤＣ電源。
（【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、交流入力－複数のＤＣバス出力の用途において、複数の電力変換器（交流直流変換器＋絶縁型直流直流変換器）を直列接続もしくは並列接続したＳＳＴ（ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＴｒａｎｓｆｏｍｅｒ）方式に係り、各ＤＣ電圧のバランスを達成するための技術に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
非特許文献１では、各ＤＣバスの電力アンバランス時における回路方式や制御方式を紹介している。回路方式として、バランス回路を接続することで電力アンバランス時におけるＤＣバスの電圧バランスを達成する方式が開示されている。また、商用周波数の多巻線トランスと電力変換器を用いることで、バランス回路無しで電力アンバランス時の各ＤＣバスの電圧バランスを達成する方式が開示されている。
【０００３】
非特許文献２では、複数ＤＣバスを生成する回路に高周波の多巻線トランスを用いたＳＳＴ方式を採用している。本方式において、多巻線トランスを高周波化することで商用周波数のトランスより小型にできる。
【０００４】
特許文献１では、高圧交流から２つのＤＣバスを生成するためのＳＳＴ方式を開示している。また、２つのＤＣバス間に絶縁型ＤＣＤＣコンバータを接続して電圧バランスを達成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特表２０２３－５１００３５号公報
特開２０２２－５０７３９号公報
【非特許文献】
【０００６】
S.Rivera,R.Lizana F,S.Kouro,T.Dragicevic and B.Wu,「Bipolar DC Power Conversion: State-of-the-Art and Emerging Technologies」in IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics,vol.9,no.2,pp.1192-1204,April 2021
H. Kim, J. Baek, M. Kim, H. Yun, D. Jeong and J. Cho, 「A 13.2kV / 150kVA Solid State Transformer for a Bipolar LVDC Distribution System」 2019 IEEE Third International Conference on DC Microgrids (ICDCM), Matsue, Japan, 2019, pp. 1-4
木下勇輝、芳賀仁、「６スイッチブリッジを用いた広範囲電圧利得を有するＰＥＶ充電器用ＬＬＣコンバータ」、電気学会論文誌Ｄ、１４０巻、１号、Ｐ．３６－４４
比嘉隼、宅間春介、日下佳佑、伊東淳一「広い電圧駆動範囲に対して動作モード切り替え法を適用したＴ－ｔｙｐｅＤｕａｌＡｃｔｉｖｅＢｒｉｄｇｅＤＣ－ＤＣコンバータの開発」，電気学会論文誌Ｄ，Ｖｏｌ．１３９，Ｎｏ．４，ｐｐ．３８８－４００（２０１９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
複数ＤＣバスの電力アンバランス時において、各ＤＣバス電圧にアンバランスが発生する。これに対応する場合、ＤＣバスの耐圧およびＤＣバスに接続される負荷側に要求される耐圧も増加するため、コストやサイズ増加の原因となる。
【０００８】
非特許文献１、特許文献１で開示されている方式では、多巻線の商用トランスもしくはバランス回路が必要となり、サイズ、コストが増加する。
【０００９】
非特許文献２で開示されている方式では、各ＤＣバスの電力アンバランス時におけるＤＣバス電圧のバランスについて言及されていない。
【００１０】
以上示したようなことから、ＡＣＤＣ電源において、追加のバランス回路や多巻線の商用トランスを用いずに電力アンバランス時における各ＤＣバスの電圧バランスを達成することが課題となる。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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