特開 2024-158329 電力変換システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024158329

(43)【公開日】2024-11-08

(54)【発明の名称】電力変換システム

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/06 20060101AFI20241031BHJP

【ＦＩ】

H02M7/06 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023073450

(22)【出願日】2023-04-27

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】横山 拓也

(72)【発明者】

【氏名】高橋 哲也

(72)【発明者】

【氏名】戸田 颯

(72)【発明者】

【氏名】大前 秀樹

(72)【発明者】

【氏名】福野 研一

(72)【発明者】

【氏名】砂田 将平

【テーマコード（参考）】

5H006

【Ｆターム（参考）】

5H006BB05

5H006CA07

5H006CB01

5H006CC08

5H006DA04

5H006FA02

(57)【要約】

【課題】保護協調が可能な電力変換システムを提供する。
【解決手段】電力変換システム１００は、ＡＣ／ＤＣ変換を行う。電力変換システム１００は、ＡＣ電源１１０、ＡＣ変圧器１３０、ダイオード１４０、および蓄電装置１６０を備える。ＡＣ電源１１０、ＡＣ変圧器１３０、およびダイオード１４０が、この順に直列接続される。ダイオード１４０のＡＣ変圧器１３０側と反対側に直流ライン５が設けられる。直流ライン５に、複数の負荷および蓄電装置１６０が接続される。各負荷と直流ライン５の間にブレーカ１７０が配置される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＡＣ／ＤＣ変換を行う電力変換システムであって、
ＡＣ電源、ＡＣ変圧器、ダイオード、および蓄電装置を備え、
前記ＡＣ電源、前記ＡＣ変圧器、および前記ダイオードが、この順に直列接続され、
前記ダイオードの前記ＡＣ変圧器側と反対側に直流ラインが設けられ、
前記直流ラインに、複数の負荷および前記蓄電装置が接続され、
各負荷と前記直流ラインの間にブレーカが配置される
電力変換システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電力変換システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、交流配電系統および直流電源系統を含む電力変換装置に関する技術が開示されている。直流母線には複数のＤＣ／ＤＣ変換器が接続されている。複数のＤＣ／ＤＣ変換器には、複数の直流分散電源がそれぞれ接続されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第６４１９３９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

短絡事故が発生した場合、数１０ミリ秒程度でブレーカが動作し、事故が発生した電路が分離される。一方、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式で電力を変換するＤＣ／ＤＣ変換器が、短絡電流に耐えられる時間は数ミリ秒程度である。したがって、保護協調を取ることができず、電力変換器の停止による波及停電が生じる可能性があった。

【0005】

本開示は、このような問題を解決するためになされたものであり、保護協調が可能な電力変換システム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】

【0006】

本実施の形態における電力変換システムは、
ＡＣ／ＤＣ変換を行う電力変換システムであって、
ＡＣ電源、ＡＣ変圧器、ダイオード、および蓄電装置を備え、
前記ＡＣ電源、前記ＡＣ変圧器、および前記ダイオードが、この順に直列接続され、
前記ダイオードの前記ＡＣ変圧器側とは反対側に直流ラインが設けられ、
前記直流ラインに、複数の負荷および前記蓄電装置が接続され、
各負荷と前記直流ラインの間にブレーカが配置される。

【発明の効果】

【0007】

本開示により、保護協調が可能な電力変換システムを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態１にかかる電力変換システムの構成を説明する図である。

【図2】実施形態１にかかる電力変換システムの動作の一例を説明する図である。

【図3】実施形態１にかかる電力変換システムの動作の流れを説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、特許請求の範囲に係る発明を以下の実施形態に限定するものではない。また、実施形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。

【0010】

実施形態１
以下、図面を参照して実施形態１にかかる電力変換システムについて説明する。図１は、実施形態１にかかる電力変換システム１００の構成を説明する図である。以下の図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略される。

【0011】

電力変換システム１００は、ＡＣ電源１１０、高圧盤１２０、ＡＣ変圧器１３０、ダイオード１４０、ＤＣ／ＤＣ変換器１５１、ＤＣ／ＤＣ双方向変換器１５２、およびＤＣ／ＡＣ変換器１５３、蓄電装置１６０、およびブレーカ１７０を備えている。ＡＣ電源１１０、高圧盤１２０、ＡＣ変圧器１３０、およびダイオード１４０は、この順に直列接続されている。

【0012】

ＡＣ変圧器１３０は、ＡＣ電源１１０から高圧盤１２０を介して供給された高電圧のＡＣ電力を、低電圧のＡＣ電力に変換する。ＡＣ変圧器１３０は、具体的には三巻線の変圧器である。ＡＣ変圧器１３０は、Ｂ種接地されている。ＡＣ変圧器１３０は、混触防止板を含んでいる。

【0013】

ダイオード１４０は、ＡＣ変圧器１３０から供給されたＡＣ電力をＤＣ電力に変換する。ダイオード１４０は、具体的には、ダイオードを含む１２相整流装置である。

【0014】

ダイオード１４０のＡＣ変圧器１３０側とは反対側には、直流ライン５が設けられている。直流ライン５には、複数の負荷および蓄電装置１６０が接続される。なお、負荷とは、ＡＣ電源１１０から見て電力を消費する側の設備や装置を意味しており、モータ等の動力負荷には限定されず、発電設備や蓄電設備であってもよい。また、負荷は回生電源として動作してもよい。

【0015】

各負荷の初段には、電力変換器（例：ＤＣ／ＤＣ変換器１５１、ＤＣ／ＤＣ双方向変換器１５２、ＤＣ／ＡＣ変換器１５３）が備えられる。ＤＣ／ＤＣ変換器１５１やＤＣ／ＤＣ双方向変換器１５２には、直流設備が接続される。ＤＣ／ＡＣ変換器１５３には、交流設備が接続される。

【0016】

各負荷からの電力が逆潮流される場合、直流ライン５の電圧値が上昇する。蓄電装置１６０は、直流ライン５の電圧値の上昇分を吸収する。蓄電装置１６０は、電力変換器を備えていてもよい。

【0017】

ブレーカ１７０は、各負荷（例：ＤＣ／ＤＣ変換器１５１、ＤＣ／ＤＣ双方向変換器１５２、ＤＣ／ＡＣ変換器１５３）と直流ライン５の間に配置されている。ＤＣ／ＤＣ変換器１５１に接続されたブレーカ１７０は、ブレーカ１とも言われる。ＤＣ／ＤＣ双方向変換器１５２に接続されたブレーカ１７０は、ブレーカ２とも言われる。ＤＣ／ＡＣ変換器１５３に接続されたブレーカ１７０は、ブレーカ３とも言われる。

【0018】

従来技術にかかる電力変換システムでは、ダイオード１４０の代わりにＰＷＭ方式の電力変換器が備えられる。いずれかの負荷（例：ＤＣ／ＤＣ変換器１５１、ＤＣ／ＤＣ双方向変換器１５２、ＤＣ／ＡＣ変換器１５３）で短絡が発生した場合、ＰＷＭ方式の電力変換器に短絡電流が流れる。ＰＷＭ方式の電力変換器に短絡電流が流れることを許容できる時間（例：数ミリ秒）は、ブレーカ１７０の遮断速度と比べて短い。したがって、短絡が発生すると電力変換器が停止し、波及停電が生じる可能性がある。

【0019】

一方、ダイオード１４０に短絡電流が流れることを許容できる時間は、ブレーカ１７０の遮断速度と比べて長い。したがって、ダイオード１４０の動作が停止する前に、短絡が発生した負荷に対応するブレーカ１７０を動作させることができる。したがって、実施形態１にかかる電力変換システムは、波及停電が発生することを防止できる。

【0020】

また、交流送電ではなく直流送電を行うため、各負荷で交流を直流に変換する必要がない。したがって、変換ロスを低減できるという利点がある。

【0021】

次に、図２を参照して、電力変換システム１００の動作の一例を説明する。ＤＣ／ＡＣ変換器１５３の周辺で短絡が発生したものとする。従来の電力変換システムでは、ＤＣ／ＡＣ変換器１５３に接続されたブレーカ１７０（ブレーカ３）を遮断状態にする前に、ダイオード１４０の代わりに設けられたＰＷＭ方式の電力変換器が動作を停止する。したがって、ＤＣ／ＤＣ変換器１５１やＤＣ／ＤＣ双方向変換器１５２への電力供給も停止していた。

【0022】

一方、電力変換システム１００では、ＤＣ／ＡＣ変換器１５３の周辺で短絡が発生すると、ダイオード１４０の動作を停止する前に、ＤＣ／ＡＣ変換器１５３に接続されたブレーカ１７０（ブレーカ３）を動作させ、ＤＣ／ＡＣ変換器１５３への電力供給を停止する。これにより、波及停電の発生を防止できる。

【0023】

図３は、実施形態１にかかる電力変換システムの動作の具体例を説明する図である。まず、ＤＣ／ＡＣ変換器１５３の周辺で短絡が発生する（ステップＳ１０１）。次に、ＤＣ／ＡＣ変換器１５３に接続されたブレーカ１７０（ブレーカ３）が動作する（ステップＳ１０２）。そして、ダイオード１４０は、動作を継続する（ステップＳ１０３）。ＤＣ／ＤＣ変換器１５１に接続されたブレーカ１７０（ブレーカ１）は動作しないため、ＤＣ／ＤＣ変換器１５１への電力供給（送電）は継続する（ステップＳ１０４）。ＤＣ／ＤＣ双方向変換器１５２に接続されたブレーカ１７０（ブレーカ２）は動作しないため、ＤＣ／ＤＣ双方向変換器１５２への電力供給（送電）は継続する（ステップＳ１０５）。

【0024】

実施形態１にかかる電力変換システム１００は、波及停電の発生を防止できる。つまり、電力変換システム１００は、保護協調を成立させることができる。

【0025】

なお、本発明は上記実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

【符号の説明】

【0026】

１００ 電力変換システム
１１０ ＡＣ電源
１２０ 高圧盤
１３０ ＡＣ変圧器
１４０ ダイオード
１５１ ＤＣ／ＤＣ変換器
１５２ ＤＣ／ＤＣ双方向変換器
１５３ ＤＣ／ＡＣ変換器
１６０ 蓄電装置
１７０ ブレーカ
５ 直流ライン

【図1】

【図2】

【図3】