特許 7032301 電力コンバータの全負荷試験システム及びその試験方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-02-28

(45)【発行日】2022-03-08

(54)【発明の名称】電力コンバータの全負荷試験システム及びその試験方法

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20220301BHJP

   H02M 3/00 20060101ALI20220301BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 Z

H02M3/00 Z

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2018246634

(22)【出願日】2018-12-28

(65)【公開番号】P2020096501

(43)【公開日】2020-06-18

【審査請求日】2018-12-28

【審判番号】

【審判請求日】2021-06-01

(31)【優先権主張番号】107145356

(32)【優先日】2018-12-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW

(73)【特許権者】

【識別番号】513185951

【氏名又は名称】財團法人船舶▲曁▼▲海▼洋▲産▼▲業▼研發中心

(74)【代理人】

【識別番号】110002262

【氏名又は名称】ＴＲＹ国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】許 孝友

(72)【発明者】

【氏名】林 鴻熙

(72)【発明者】

【氏名】陳 聖樺

【合議体】

【審判長】田中 秀人

【審判官】篠原 功一

【審判官】山澤 宏

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１９６１０９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平１１－２９９２６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２０３０５４０９９（ＣＮ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

G01R 31/00

H02M 3/00-3/44

H02M 7/00-7/98

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

交流低圧電源と、
前記交流低圧電源と接続される試験回路と、
試験回路内に設けられ、全負荷電力が２５０キロワット（ｋＷ）であり、全負荷効率が９０％であるとき、双方向変換効率が９０％である被試験電力コンバータと、
前記被試験電力コンバータと直列接続される少なくとも１台の双方向電力コンバータと 、
を含み、
前記被試験電力コンバータは、双方向直流／直流電力コンバータ（ＤＣ／ＤＣ Ｃｏｎ ｖｅｒｔｅｒ）であり、前記試験回路が前記交流低圧電源と並列接続され、前記少なくと も１台の双方向電力コンバータが第１双方向電力コンバータと第２双方向電力コンバータ とを含み、
前記試験回路は、
前記交流低圧電源上に設けられた試験始点と、
前記試験始点と電気的に接続される第１フィルタと、
前記第１フィルタと電気的に接続される前記第１双方向電力コンバータと、
前記第１双方向電力コンバータと電気的に接続される前記被試験電力コンバータと、
前記被試験電力コンバータと電気的に接続される前記第２双方向電力コンバータと、
前記第２双方向電力コンバータと電気的に接続される第２フィルタと、
前記交流低圧電源上に設けられ、前記第２フィルタと電気的に接続される試験終点と、
を含み、所要電力の減少効率が７０．１４％に達することを特徴とする、電力コンバータの全負荷試験システム。

【請求項2】

前記第１フィルタ及び前記第２フィルタは、ＬＣＬフィルタであることを特徴とする、 請求項１に記載の電力コンバータの全負荷試験システム。

【請求項3】

交流低圧電源と、
前記交流低圧電源と接続される試験回路と、
試験回路内に設けられ、全負荷電力が２５０キロワット（ｋＷ）であり、全負荷効率が９０％であるとき、双方向変換効率が９０％である被試験電力コンバータと、
前記被試験電力コンバータと直列接続される少なくとも１台の双方向電力コンバータと 、
を含み、
前記被試験電力コンバータは、双方向交流／直流電力コンバータ（ＡＣ／ＤＣ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）であり、前記試験回路が前記交流低圧電源と並列接続され、前記少なくと も１台の双方向電力コンバータが第１双方向電力コンバータを含み、
前記試験回路は、
前記交流低圧電源上に設けられた試験始点と、
前記試験始点と電気的に接続される第１フィルタと、
前記第１フィルタと電気的に接続される前記第１双方向電力コンバータと、
前記第１双方向電力コンバータと電気的に接続される前記被試験電力コンバータと、
前記交流低圧電源上に設けられ、前記被試験電力コンバータと電気的に接続される試験終点と、
を含み、所要電力の減少効率が８０．９３％に達することを特徴とする、電力コンバータの全負荷試験システム。

【請求項4】

前記第１フィルタは、ＬＣＬフィルタであることを特徴とする、請求項３に記載の電力コンバータの全負荷試験システム。

【請求項5】

請求項１、３のいずれか一項に記載の前記被試験電力コンバータに対し全負荷試験を実施すること、
を含むことを特徴とする、電力コンバータの全負荷試験方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力コンバータの全負荷試験方法に関し、特に、全負荷試験の所要電力を大幅に低下できる電力コンバータの全負荷試験方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電気的設備において、直流及び交流間の変換は、すでに長年に渡り一般的な技術である。上記で言及した交流と直流との間の変換機能を持つ電力コンバータの範囲には、交流を直流に変換する整流器や直流を交流に変換するインバータのみならず、電圧を変更する変圧器等も含まれる。

【0003】

時代の進化にともない、電力コンバータの種類及び機能も益々多様になっている。電力コンバータには、直流／交流（ＤＣ／ＡＣ）、交流／直流（ＡＣ／ＤＣ）、直流／直流（ＤＣ／ＤＣ）、交流／交流（ＡＣ／ＡＣ）、交流／直流（ＡＣ／ＤＣ）双方向電力コンバータ、とかなりの数の種類があるが、これらはいずれも実現されている。しかしながら、従来技術において、試験の需要により、電力コンバータに対し全負荷試験を実施する時、消費する電力が非常に大きかった。

【0004】

従来技術において、仮に、直流／直流（ＤＣ／ＤＣ）電力コンバータの全負荷（Ｆｕｌｌ Ｌｏａｄ）電力が２５０キロワット（ｋＷ）で、全負荷効率が９０％である場合、必要な全負荷試験電力は２５０キロワット（ｋＷ）÷９０％となる。よって、従来技術では、全負荷試験の需要を満たすためには、電力２７８ｋＷの電源供給が必要であった。

【0005】

上記実例からも容易に分かるように、従来の電力コンバータに対し全負荷試験を実施する場合、所要電力が高すぎ、エネルギー消費が大きすぎる問題があり、測定作業の時、測定者に非常に大きな不便をもたらしていた。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

従来技術で言及されてきた問題点を解決するために、鋭意研究を重ねた結果、以下の発明を完成するに至った。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、電力コンバータの全負荷試験方法を提供し、被試験電力コンバータを用意するステップ（ａ）と、前記被試験電力コンバータを試験回路内に設けるステップ（ｂ）と、前記試験回路内において前記被試験電力コンバータを少なくとも１台の双方向電力コンバータと直列接続するステップ（ｃ）と、前記試験回路を交流低圧電源と接続するステップ（ｄ）と、前記被試験電力コンバータに対し全負荷試験を実施するステップ（ｅ）と、を含む。

【0008】

上記電力コンバータの全負荷試験方法に基づき、本発明は、交流低圧電源と試験回路と被試験電力コンバータと少なくとも１台の双方向電力コンバータと、を含む電力コンバータの全負荷試験システムを更に提供する。前記試験回路は、前記交流低圧電源と接続され、前記被試験電力コンバータが試験回路内に設けられる。前記少なくとも１台の双方向電力コンバータは、前記被試験電力コンバータと並列接続される。

【発明の効果】

【0009】

本発明で提供する電力コンバータの全負荷試験システム及び方法を通じて電力コンバータの全負荷試験時における所要電力を大幅に低下できる。

【0010】

以上の本発明に対する略述は、本発明の数種の態様と技術的特徴に関わる基本的な説明を行うことを目的とする。発明の略述は、本発明に対する詳細な記述ではない。発明の略述の目的は、特に本発明のキーとなる要素や重要な要素を挙げることではない。発明の略述は、本発明の範囲を定義づけるために用いられることはなく、単に、簡明な方式で本発明の数種の概念を開示するためだけのものである。。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施例に係る方法のフローチャートである。

【図2】本発明の一実施例に係る試験システム構成図である。

【図3】本発明の別の実施例に係る試験システム構成図である。

【図4】本発明の更なる実施例に係る試験システム構成図である。

【図5】本発明の更なる別の実施例に係る試験システム構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明の技術的特徴及び実用効果を理解し、明細書の内容に基づいて実施できるため、更に図面に示す好ましい実施例で次の通り詳細に説明する。

【0013】

まず図１を参照する。図１は、本発明の実施例に係る方法のフローチャートである。図１に示すように、本発明の実施例の主要ステップは、被試験電力コンバータを用意するステップ（ａ）と、前記被試験電力コンバータを試験回路内に設けるステップ（ｂ）と、前記試験回路内において前記被試験電力コンバータを少なくとも１台の双方向電力コンバータと直列接続するステップ（ｃ）と、前記試験回路を交流低圧電源と接続するステップ（ｄ）と、前記被試験電力コンバータに対し全負荷試験を実施するステップ（ｅ）と、を含む。

【0014】

図１内のステップ流れを各種異なる電力コンバータの全負荷試験システム１０に応用した時、具体的実施例は、図２乃至図５に記載されている内容から知り得ることができる。

【0015】

同時に図１及び図２を参照すると、図２は、本発明の一実施例に係る試験システム構成図である。図２に示すように、図２の電力コンバータの全負荷試験システム１０構成において、交流低圧電源Ｍは、電圧が２２０ボルト～６００ボルトの三相交流電源である。被試験電力コンバータ１００は、直流／直流電力コンバータ（ＤＣ／ＤＣ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）である。図２の実施例において、まず被試験電力コンバータ１００を用意するステップ（ａ）を実施する。次に、前記被試験電力コンバータを試験回路Ｔ内に設けるステップ（ｂ）を実施する。本実施例において、試験回路Ｔは、交流低圧電源Ｍと並列接続される。

【0016】

そして試験回路Ｔにおいて、前記被試験電力コンバータ１００を少なくとも１台の双方向電力コンバータと直列接続するステップ（ｃ）を実施する。本実施例内の少なくとも１台の双方向電力コンバータは、第１双方向電力コンバータ２００ａと第２双方向電力コンバータ２００ｂとを含む。よって、本実施例の試験回路Ｔは、試験始点Ｓと、第１フィルタ３００ａと、第１双方向電力コンバータ２００ａと、被試験電力コンバータ１００と、第２双方向電力コンバータ２００ｂと、第２フィルタ３００ｂと、試験終点Ｅとを含む。試験始点Ｓは、交流低圧電源Ｍ上に設けられる。第１フィルタ３００ａは試験始点Ｓと電気的に接続される。第１双方向電力コンバータ２００ａは、第１フィルタ３００ａと電気的に接続される。被試験電力コンバータ１００は、第１双方向電力コンバータ２００ａと電気的に接続される。

【0017】

第２双方向電力コンバータ２００ｂは、同様に被試験電力コンバータ１００と電気的に接続される。次に、第２フィルタ３００ｂが第２双方向電力コンバータ２００ｂと電気的に接続される。試験終点Ｅは、同様に交流低圧電源Ｍ上に設けられる。試験終点Ｅは、第２フィルタ３００ｂと電気的に接続される。本実施例において、第１フィルタ３００ａ及び第２フィルタ３００ｂは、いずれもＬＣＬフィルタとする。このため、試験回路Ｔ全体を安定的に交流低圧電源Ｍと並列接続させることができる。

【0018】

次に、前記試験回路Ｔを交流低圧電源Ｍと接続するステップ（ｄ）を実施する。前述したように、図２の実施例において、試験回路Ｔ全体は、並列接続方式により交流低圧電源Ｍと接続される。最後に、前記被試験電力コンバータ１００に対し全負荷試験を実施するステップ（ｅ）を実施する。

【0019】

図２の実施例において、被試験電力コンバータ１００は、交流低圧電源Ｍとの並列接続機能を備えた双方向直流／直流電力コンバータ（ＤＣ／ＤＣ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）である。このため、同時に矢印Ａ１及び矢印Ａ２の電流方向に沿って、全負荷試験を実施できる。本実施例において、Ａ１の方向に沿う試験は、低圧（ＬＶ）直流を高圧（ＨＶ）直流に変換する際の全負荷時の所要電力を試験するものである。矢印Ａ２の方向に沿う試験が高圧（ＨＶ）直流を低圧（ＬＶ）直流に変換する際の全負荷時の所要電力を試験するものである。

【0020】

矢印Ａ１又は矢印Ａ２の試験方向を問わず、本実施例は、全負荷電力試験を実施する時、被試験電力コンバータ１００の全負荷電力を２５０キロワット（ｋＷ）、全負荷効率を９０％と仮定する。双方向変換効率が９０％の前提下で、交流低圧電源Ｍの電力源は、下数式１で算出された８３キロワット（ｋＷ）だけで全負荷試験を完成できる。同じ条件の従来技術に比べると、本来の所要電力２７８キロワット（ｋＷ）から１９５キロワット（ｋＷ）に大幅に低下し、所要電力の減少効率は７０．１４％に達した。

【0021】

【数1】

【0022】

同時に図１、図３及び図４を参照すると、図３は、本発明の別の実施例に係る試験システム構成図であり、図４が本発明の更なる実施例に係る試験システム構成図である。図３の実施例と図４の実施例とは、電力コンバータの全負荷試験システム１０の基本的な構成は同じである。図３及び図４の実施例は、電流方向の違いにより変換効率が異なるということで、作成した実施例である。図１、図３及び図４の実施例を総合的にみて、まず被試験電力コンバータ１００を用意するステップ（ａ）を実施する。次に、前記被試験電力コンバータを試験回路Ｔ内に設けるステップ（ｂ）を実施する。本実施例において、試験回路Ｔは、同様に交流低圧電源Ｍと並列接続される。

【0023】

そして、試験回路Ｔにおいて、前記被試験電力コンバータ１００を少なくとも１台の双方向電力コンバータと直列接続するステップ（ｃ）を実施する。本実施例内の少なくとも１台の双方向電力コンバータは、第１双方向電力コンバータ２００ａを含む。よって、本実施例の試験回路Ｔは、試験始点Ｓと、第１フィルタ３００ａと、第１双方向電力コンバータ２００ａと、被試験電力コンバータ１００と、試験終点Ｅとを含む。試験始点Ｓは、交流低圧電源Ｍ上に設けられる。第１フィルタ３００ａは、試験始点Ｓと電気的に接続される。第１双方向電力コンバータ２００ａは、第１フィルタ３００ａと電気的に接続される。被試験電力コンバータ１００は、第１双方向電力コンバータ２００ａと電気的に接続される。試験終点Ｅは、同様に交流低圧電源Ｍ上に設けられる。試験終点Ｅは、被試験電力コンバータ１００と電気的に接続される。本実施例において、第１フィルタ３００ａは、ＬＣＬフィルタとする。

【0024】

次に、前記試験回路Ｔを交流低圧電源Ｍと接続するステップ（ｄ）を実施する。前述したように、図３又は図４の実施例において、試験回路Ｔ全体は、並列接続方式により交流低圧電源Ｍに接続される。最後に、前記被試験電力コンバータ１００に対し全負荷試験を実施するステップ（ｅ）を実施する。

【0025】

図３又は図４の実施例において、被試験電力コンバータ１００は、交流低圧電源Ｍとの並列接続機能を備えた双方向交流／直流電力コンバータ（ＡＣ／ＤＣ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）である。このため、矢印Ａ３（図３）及び矢印Ａ４（図４）の電流方向に沿って、全負荷試験を実施できる。

【0026】

本実施例において、図３の実施例のように、Ａ３の方向に沿って全負荷試験を実施する時、変換効率は９０％とする。図４の実施例のように、矢印Ａ４の方向に沿って試験を実施する時、変換効率は９５％とする。

【0027】

矢印Ａ３又は矢印Ａ４の試験方向を問わず、本実施例は、同じ条件で全負荷電力試験を実施する時、被試験電力コンバータ１００の全負荷電力を２５０キロワット（ｋＷ）、全負荷効率を９０％と仮定する。図３の実施例において、被試験電力コンバータ１００の変換効率は９０％である。このため、交流低圧電源Ｍの電力源は、下数式２で算出された５３キロワット（ｋＷ）だけで全負荷試験を完成できる。同じ条件の従来技術に比べると、本来の所要電力２７８キロワット（ｋＷ）から２２５キロワット（ｋＷ）に大幅に低下し、所要電力の減少効率は８０．９３％に達した。

【0028】

【数2】

【0029】

図４の実施例において、被試験電力コンバータ１００の変換効率は９５％である。このため、電力源が下数式３で算出された４２キロワット（ｋＷ）だけで全負荷試験を完成できる。同じ条件の従来技術に比べると、本来の所要電力２７８キロワット（ｋＷ）から２３６キロワット（ｋＷ）に大幅に低下し、所要電力の減少効率は８４．８９％に達した。

【0030】

【数3】

【0031】

最後に、同時に図１及び図５を参照すると、図５は本発明の更なる別の実施例の試験システム構成図である。図５に示すように、図５の電力コンバータの全負荷試験システム１０構成において、交流低圧電源Ｍは、電圧が６００ボルトを下回る三相交流電源である。図５の実施例において、まず被試験電力コンバータ１００を用意するステップ（ａ）を実施する。次に、前記被試験電力コンバータを試験回路Ｔ内に設けるステップ（ｂ）を実施する。本実施例において、試験回路Ｔは、単一試験始点を通じて交流低圧電源Ｍと接続される。

【0032】

そして、試験回路Ｔにおいて、前記被試験電力コンバータ１００を少なくとも１台の双方向電力コンバータと直列接続するステップ（ｃ）を実施する。本実施例内の少なくとも１台の双方向電力コンバータは、第１双方向電力コンバータ２００ａと第２双方向電力コンバータ２００ｂとを含む。よって、本実施例の試験回路Ｔは、試験始点Ｓと、第１フィルタ３００ａと、第１双方向電力コンバータ２００ａと、ループ回路Ｃと、被試験電力コンバータ１００と、第２双方向電力コンバータ２００ｂと、第２フィルタ３００ｂとを含む。試験始点Ｓは、交流低圧電源Ｍ上に設けられる。第１フィルタ３００ａは、試験始点Ｓと電気的に接続される。第１双方向電力コンバータ２００ａは、第１フィルタ３００ａと電気的に接続される。ループ回路Ｃは、第１双方向電力コンバータ２００ａと電気的に接続される。

【0033】

被試験電力コンバータ１００及び第２双方向電力コンバータ２００ｂは、同様にループ回路Ｃ上に設けられる。第２双方向電力コンバータ２００ｂは、被試験電力コンバータ１００と直列接続される。第２フィルタ３００ｂは、同様にループ回路Ｃ上において第２双方向電力コンバータ２００ｂと電気的に接続される。本実施例において、第１フィルタ３００ａ及び第２フィルタ３００ｂは、いずれもＬＣＬフィルタとする。このため、試験回路Ｔ全体を安定させることができる。

【0034】

次に、前記試験回路Ｔを交流低圧電源Ｍと接続するステップ（ｄ）を実施する。前述したように、図２の実施例において、試験回路Ｔは、試験始点Ｓを通じて交流低圧電源Ｍと接続される。最後に、前記被試験電力コンバータ１００に対し全負荷試験を実施するステップ（ｅ）を実施する。

【0035】

図５の実施例において、被試験電力コンバータ１００は、交流低圧電源Ｍとの並列接続機能を備えず、かつ単方向直流／直流電力コンバータ（ＤＣ／ＤＣ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）である。このため、全負荷試験を実施する時、交流低圧電源Ｍから供給される電力が矢印Ａ５の方向に沿ってループ回路Ｃ内に入り、ループ回路Ｃ内において矢印Ａ６の方向に沿って循環することで、全負荷試験を実施する。

【0036】

図５の実施例で全負荷電力試験を実施する時、被試験電力コンバータ１００の全負荷電力を３００キロワット（ｋＷ）、全負荷効率を９２％と仮定する。変換効率が９５％の前提下で、交流低圧電源Ｍの電力源は、下数式(４)で算出された４３キロワット（ｋＷ）だけで全負荷試験を完成できる。同じ条件の従来技術に比べると、本来の所要電力３２６キロワット（ｋＷ）から２８３キロワット（ｋＷ）に大幅に低下し、所要電力の減少効率は８６．８１％に達した。

【0037】

【数4】

【産業上の利用可能性】

【0038】

本発明の実施例の運用を通じて、各種被試験電力コンバータ１００の全負荷試験を実施する時の所要電力を大幅に低下でき、エネルギー消費の課題を解決できる以外に、更に試験効率を向上する効果を奏する。

【0039】

以上に説明するものは、本発明の好ましい実施例であって、本発明の実施範囲は、そのような実施例に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲及び明細書の内容に基づいて均等の範囲内で各種の変更や修飾を加えるものは、本発明にカバーされる範囲内に属する。

【符号の説明】

【0040】

１０ 電力コンバータの全負荷試験システム
１００ 被試験電力コンバータ
２００ａ 第１双方向電力コンバータ
２００ｂ 第２双方向電力コンバータ
３００ａ 第１フィルタ
３００ｂ 第２フィルタ
Ｃ ループ回路
Ｍ 交流低圧電源
Ｔ 試験回路
Ｓ 試験始点
Ｅ 試験終点
Ａ１～Ａ６ 矢印
（ａ）～（ｅ） ステップ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】