特表 2023-545235 電力網

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-10-27

(54)【発明の名称】電力網

(51)【国際特許分類】

   H02J 3/32 20060101AFI20231020BHJP

   H02J 3/38 20060101ALI20231020BHJP

   H02M 3/28 20060101ALI20231020BHJP

【ＦＩ】

H02J3/32

H02J3/38 110

H02M3/28 H

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023514936

(86)(22)【出願日】2021-10-15

(85)【翻訳文提出日】2023-04-24

(86)【国際出願番号】 EP2021078692

(87)【国際公開番号】W WO2022079288

(87)【国際公開日】2022-04-21

(31)【優先権主張番号】202011108646.3

(32)【優先日】2020-10-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(31)【優先権主張番号】20203159.7

(32)【優先日】2020-10-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】519431812

【氏名又は名称】ヒタチ・エナジー・スウィツァーランド・アクチェンゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】ＨＩＴＡＣＨＩ ＥＮＥＲＧＹ ＳＷＩＴＺＥＲＬＡＮＤ ＡＧ

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ユアン，チュンミン

(72)【発明者】

【氏名】シュタイマー，ペーター

(72)【発明者】

【氏名】ティムブス，アドリアン

(72)【発明者】

【氏名】マイバッハ，フィリップ

(72)【発明者】

【氏名】シュタインク，ユルゲン

(72)【発明者】

【氏名】イスラー，ステファーヌ

(72)【発明者】

【氏名】ブルカルト，ラルフ

【テーマコード（参考）】

5G066

5H730

【Ｆターム（参考）】

5G066HB02

5G066HB06

5G066HB09

5G066HB11

5G066JA01

5G066JB03

5H730AS01

5H730BB26

5H730BB62

5H730BB81

5H730BB88

5H730CC01

5H730DD04

5H730EE02

5H730EE07

5H730EE13

5H730EE72

5H730FG01

(57)【要約】

本開示は、複数のＤＣ／ＤＣ変換器を備える変換段を備える電力網に関する。ＤＣ／ＤＣ変換器の少なくとも１つは、それぞれのＤＣ／ＤＣ変換器の電圧を制御するように構成された電圧制御部を備える単段絶縁ＤＣ／ＤＣ変換器である。ＤＣ／ＤＣ変換器は直列に接続され、変換段の複数の変換器の少なくとも１つは、それぞれの所定の出力電圧を負荷に供給するように構成される。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のＤＣ／ＤＣ変換器を備える変換段を備え、
前記ＤＣ／ＤＣ変換器の少なくとも１つが、それぞれの前記ＤＣ／ＤＣ変換器の電圧を制御するように構成された電圧制御部を備える単段絶縁ＤＣ／ＤＣ変換器であり、
前記ＤＣ／ＤＣ変換器が直列に接続され、
前記変換段の前記複数の変換器の少なくとも１つが、それぞれの所定の出力電圧を負荷に提供するように構成され、
前記複数のＤＣ／ＤＣ変換器の各々が、複数のＤＣ／ＡＣ変換器と、複数のＡＣ／ＤＣ変換器とを備え、前記少なくとも１つのＤＣ／ＡＣ変換器および前記少なくとも１つのＡＣ／ＤＣ変換器が、変圧器ユニットに接続されるように構成され、前記変圧器ユニットが、前記複数のＤＣ／ＡＣ変換器を前記複数のＡＣ／ＤＣ変換器に結合する複数の変圧器を備え、
前記複数の変圧器の少なくとも２つが、インピーダンス回路によって接続されている、電力網。

【請求項2】

前記複数のＤＣ／ＤＣ変換器の各々が、少なくとも１つのＤＣ／ＡＣ変換器と、複数のＡＣ／ＤＣ変換器とを備え、前記少なくとも１つのＤＣ／ＡＣ変換器および前記少なくとも１つのＡＣ／ＤＣ変換器が、変圧器ユニットに接続されるように構成され、前記変圧器ユニットが、前記少なくとも１つのＤＣ／ＡＣ変換器を前記複数のＡＣ／ＤＣ変換器に結合する少なくとも１つの変圧器を備え、
前記変圧器ユニットが、ＤＣ／ＡＣ変換器ごとに１つの巻線およびＡＣ／ＤＣ変換器ごとに１つの巻線を備え、前記変圧器ユニットの前記巻線が共通のコアを共有する、請求項１に記載の電力網。

【請求項3】

前記複数のＤＣ／ＤＣ変換器の上流に別の変換段をさらに備え、
特に、他方の変換段が、制御された電圧出力を有するＤＣ／ＤＣ変換器を備える、または
特に、他方の変換段が、制御された電圧出力を有するＡＣ／ＤＣ変換器を備える、請求項１に記載の電力網。

【請求項4】

前記インピーダンス回路が、前記複数のＡＣ／ＤＣ変換器の少なくとも２つのための巻線およびインピーダンスを備え、
前記巻線および前記インピーダンスが相互接続される、請求項１～３のいずれか１項に記載の電力網。

【請求項5】

前記複数のＤＣ／ＤＣ変換器の各々が、複数のＤＣ／ＡＣ変換器と、複数のＡＣ／ＤＣ変換器とを備え、前記少なくとも１つのＤＣ／ＡＣ変換器および前記少なくとも１つのＡＣ／ＤＣ変換器が、変圧器ユニットに接続されるように構成され、前記変圧器ユニットが、前記複数のＤＣ／ＡＣ変換器を前記複数のＡＣ／ＤＣ変換器に結合する変圧器を備え、
前記電力網が、前記複数のＤＣ／ＡＣ変換器の各々の上流に接続された複数の第２のＤＣ／ＤＣ変換器をさらに備え、
前記第２のＤＣ／ＤＣ変換器が直列に接続され、
特に、前記複数の第２のＤＣ／ＤＣ変換器のうちの２つの間にインピーダンスが接続され、
特に、前記複数の第２のＤＣ／ＤＣ変換器にコンデンサが並列に接続される、請求項１～４のいずれか１項に記載の電力網。

【請求項6】

前記電力を少なくとも１つの消費者負荷に分配するように構成された配電ユニットをさらに備え、
前記配電ユニットが、特に、第２の変換段の少なくとも２つの変換器の出力を接続または切断するように構成された、前記第２の変換段の変換器ごとの少なくとも１つのスイッチを備える、先行する請求項のいずれか１項に記載の電力網。

【請求項7】

前記配電ユニットが、前記第２の変換段の出力を接続または切断するように構成された変換器ごとの複数のスイッチを備え、スイッチの数が負荷の数に対応する、請求項６に記載の電力網。

【請求項8】

前記配電ユニットが、前記電力網に接続された負荷および／または電源に従って電力を分配するように前記少なくとも１つのスイッチを制御するように構成された制御ユニットをさらに備え、および／または
前記制御ユニットが、前記電力網に接続された負荷および／または電源に従って前記第２の変換段の前記複数の変換器の前記出力電圧の割り当てを管理するように構成される、請求項６または７に記載の電力網。

【請求項9】

前記電力網が、ＤＣ電流制限および／または遮断ユニットをさらに備える、先行する請求項のいずれか１項に記載の電力網。

【請求項10】

前記電力網が中電圧直流ＭＶＤＣに接続され、特に前記ＭＶＤＣが可変である、先行する請求項のいずれか１項に記載の電力網。

【請求項11】

前記電力網が、可変速ヒートポンプシステム、ハイパースケールデータセンタ、分散バッテリエネルギー貯蔵、物理的に分散または併設されたＤＣ充電器、および再生可能エネルギー源のうちの少なくとも１つに接続可能である、先行する請求項のいずれか１項に記載の電力網。

【請求項12】

先行する請求項のいずれか１項に記載の電力網を制御する方法であって、前記方法が、
複数のＤＣ／ＤＣ変換器を備える変換段によって、入力電圧を出力電圧に変換するステップと、
前記複数のＤＣ／ＤＣ変換器を直列に接続するステップであって、前記ＤＣ／ＤＣ変換器の各々が、単段絶縁ＤＣ／ＤＣ変換器である、ステップと、
電圧制御によって、前記それぞれのＤＣ／ＤＣ変換器の前記電圧を制御するステップと
を含み、
前記方法がさらに、前記変換段の前記複数の変換器の各々において、それぞれの所定の出力電圧を負荷に供給するステップを含む、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電力網に関する。特に、本開示は、直列接続変換器に基づく電力再分配または配電・集電網を提案する。接続された負荷の個別の電圧制御を達成するために、ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴ（炭化ケイ素金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）に基づくエネルギー貯蔵素子およびエネルギー源変換器が好ましく使用される。個別の負荷のための配電ユニットは、インフラストラクチャの効率的な使用および可用性の向上を可能にする。革新的な配電・集電網の全体的なエネルギー管理は、電気エネルギーコストの最高の効率および制御を可能にする。

【背景技術】

【0002】

エネルギー源および負荷は近年変化しており、電力網の様々な要件につながっている。配電網における典型的な新しい負荷および電源は、例えば、ヒートポンプ、主にＡＣ（交流）接続、データセンタおよび通信インフラストラクチャ、グリッドエッジのバッテリエネルギーシステムおよび電気自動車（ＥＶ）用の電気自動車ＤＣ（直流）充電器、Ｅバス、ＥトラックおよびＥトレイン、ならびに太陽光発電（ＰＶ）および風力のような再生可能エネルギーである。

【0003】

ガルバニック絶縁を有する最先端の配電中電圧または高電圧ＤＣ－低電圧ＤＣ（ＭＶＤＣ／ＬＶＤＣまたはＨＶＤＣ／ＬＶＤＣ）変換器は、多くの場合、ＩＳＯＰトポロジー（入力直列、出力並列）に基づいている。

【0004】

ＩＳＯＰトポロジーを利用し、直列共振変換器（ＳＲＣ）に基づく、典型的なＭＶＤＣ／ＬＶＤＣ変換器を図１ａ～図１ｃに示す。通常、直列共振変換器トポロジーが必要な出力電圧を制御するためには、調整後段または事前調整段が必要である。図１は、ＭＶＤＣ入力と、直列に接続された複数のＤＣ／ＡＣ変換器とを有する基本構成を示している。ＤＣ／ＡＣ変換器は、変圧器を介してそれぞれのＡＣ／ＤＣ変換器に結合される。ＡＣ／ＤＣ変換器の低電圧ＤＣ出力は、並列に接続され、すなわちＩＳＯＰトポロジーを形成し、データセンタ、バッテリエネルギー貯蔵システム（ＢＥＳＳ）、ＤＣ充電器、光起電力または風力発電所に接続することができる。

【0005】

図２の構成は、図１に基づいており、並列出力に接続された調整後のＤＣ／ＤＣ変換器をさらに備える。一方、図３は、図１の構成にも基づくが、ＤＣ／ＡＣ変換器の各々の上流にそれぞれ直列に接続された事前調整のＤＣ／ＤＣ変換器を備える。

【0006】

デュアルアクティブブリッジ（ＤＡＢ）変換器に基づく従来技術によるＩＳＯＰを用いたＭＶＤＣ／ＬＶＤＣ変換器を図４に示す。これは、直列に接続され、かつＤＣ／ＡＣ、ＡＣ／ＤＣ対ごとに変圧器を介してそれぞれのＡＣ／ＤＣ変換器に結合された、複数のＤＣ／ＡＣ変換器を備える。ＬＶＤＣ出力は並列に接続される。ＤＡＢは、明らかに低い電力変換効率を犠牲にして、出力電圧を制御することができる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

したがって、本開示の目的は、柔軟で高効率な電力網を提供することである。電力網は、電力再分配網または配電・集電網とも呼ばれる。電力網は、可変ヒートポンプシステム、ハイパースケールデータセンタ、分散バッテリエネルギー貯蔵、および物理的に分散または併設されたＤＣ充電器などの様々な用途に特に役立つことができる。ＤＣ／ＤＣ変換器の個々の直列出力は、残りのＤＣ／ＤＣ変換器に影響を与えることなく提供することができる。さらに、再生可能エネルギー源の統合が達成される。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示は、独立請求項に定義される。従属請求項は、好ましい実施形態を記載する。
本開示は、複数のＤＣ／ＤＣ変換器を備える変換段を備える電力網に関する。ＤＣ／ＤＣ変換器の少なくとも１つは、それぞれのＤＣ／ＤＣ変換器の電圧を制御するように構成された電圧制御部を備える単段絶縁ＤＣ／ＤＣ変換器である。ＤＣ／ＤＣ変換器は直列に接続され、変換段の複数の変換器の少なくとも１つは、それぞれの所定の出力電圧を負荷に供給するように構成される。

【0009】

様々な実施形態は、好ましくは、以下の特徴を実装することができる。
好ましくは、複数のＤＣ／ＤＣ変換器の各々は、少なくとも１つのＤＣ／ＡＣ変換器および複数のＡＣ／ＤＣ変換器を備え得る。少なくとも１つのＤＣ／ＡＣ変換器および少なくとも１つのＡＣ／ＤＣ変換器は、変圧器ユニットに接続されるように構成され得ることが好ましく、変圧器ユニットは、少なくとも１つのＤＣ／ＡＣ変換器を複数のＡＣ／ＤＣ変換器に結合する少なくとも１つの変圧器を備える。変圧器ユニットは、好ましくはＤＣ／ＡＣ変換器ごとに１つの巻線およびＡＣ／ＤＣ変換器ごとに１つの巻線を備えることができ、変圧器ユニットの巻線は共通のコアを共有することができる。

【0010】

好ましくは、電力網は、複数のＤＣ／ＤＣ変換器の上流に別の変換段を備える。好ましくは、他方の変換段は、制御された電圧出力を有するＤＣ／ＤＣ変換器を備える。好ましくは、他方の変換段は、制御された電圧出力を有するＡＣ／ＤＣ変換器を備える。

【0011】

好ましくは、複数のＤＣ／ＤＣ変換器の各々は、複数のＤＣ／ＡＣ変換器および複数のＡＣ／ＤＣ変換器を備える。少なくとも１つのＤＣ／ＡＣ変換器および少なくとも１つのＡＣ／ＤＣ変換器は、変圧器ユニットに接続されるように構成され得、変圧器ユニットは、複数のＤＣ／ＡＣ変換器を複数のＡＣ／ＤＣ変換器に結合する複数の変圧器を備える。複数の変圧器のうちの少なくとも２つは、インピーダンス回路によって接続されてもよい。

【0012】

好ましくは、インピーダンス回路は、複数のＡＣ／ＤＣ変換器の少なくとも２つのための巻線およびインピーダンスを備え、巻線およびインピーダンスは相互接続される。

【0013】

好ましくは、複数のＤＣ／ＤＣ変換器の各々は、複数のＤＣ／ＡＣ変換器および複数のＡＣ／ＤＣ変換器を備え、少なくとも１つのＤＣ／ＡＣ変換器および少なくとも１つのＡＣ／ＤＣ変換器は、変圧器ユニットに接続されるように構成され、変圧器ユニットは、複数のＤＣ／ＡＣ変換器を複数のＡＣ／ＤＣ変換器に結合する変圧器を備える。電力網は、好ましくは、複数のＤＣ／ＡＣ変換器の各々の上流に接続された複数の第２のＤＣ／ＤＣ変換器をさらに備える。第２のＤＣ／ＤＣ変換器は、直列に接続されてもよく、好ましくは、インピーダンスは、複数の第２のＤＣ／ＤＣ変換器のうちの２つの間に接続され、好ましくは、コンデンサは、複数の第２のＤＣ／ＤＣ変換器と並列に接続される。

【0014】

電力網は、好ましくは、少なくとも１つの消費者負荷に電力を分配するように構成された配電ユニットをさらに備える。配電ユニットは、好ましくは、第２の変換段の少なくとも２つの変換器の出力を接続または切断するように構成された、第２の変換段の変換器ごとの少なくとも１つのスイッチを備える。

【0015】

好ましくは、配電ユニットは、第２の変換段の出力を接続または切断するように構成された、変換器ごとの複数のスイッチを備え、スイッチの数は負荷の数に対応する。

【0016】

好ましくは、配電ユニットは、電力網に接続された負荷および／または電源に従って電力を分配するように少なくとも１つのスイッチを制御するように構成された制御ユニットをさらに備え、および／または制御ユニットは、電力網に接続された負荷および／または電源に従って第２の変換段の複数の変換器の出力電圧の割り当てを管理するように構成される。

【0017】

好ましくは、電力網は、ＤＣ電流制限および／または遮断ユニットをさらに備える。
好ましくは、電力網は中電圧直流ＭＶＤＣに接続され、好ましくは、ＭＶＤＣは可変である。

【0018】

好ましくは、電力網は、可変速ヒートポンプシステム、ハイパースケールデータセンタ、分散バッテリエネルギー貯蔵、物理的に分散または併設されたＤＣ充電器、および再生可能エネルギー源のうちの少なくとも１つに接続可能である。

【0019】

本開示はさらに、好ましくは上述したように、電力網を制御するための方法に関する。本方法は、複数のＤＣ／ＤＣ変換器を備える変換段によって、入力電圧を出力電圧に変換するステップと、複数のＤＣ／ＤＣ変換器を直列に接続するステップであって、ＤＣ／ＤＣ変換器の各々が、単段絶縁ＤＣ／ＤＣ変換器である、ステップと、電圧制御によって、それぞれのＤＣ／ＤＣ変換器の電圧を制御するステップと、変換段の複数の変換器の各々において、それぞれの所定の出力電圧を負荷に供給するステップとを含む。

【0020】

本開示は、以下の項目によってさらに定義される。
１．複数のＤＣ／ＤＣ変換器を備える変換段を備え、
ＤＣ／ＤＣ変換器の少なくとも１つが、それぞれのＤＣ／ＤＣ変換器の電圧を制御するように構成された電圧制御部を備える単段絶縁ＤＣ／ＤＣ変換器であり、
ＤＣ／ＤＣ変換器が直列に接続され、
変換段の複数の変換器の少なくとも１つが、それぞれの所定の出力電圧を負荷に供給するように構成される、電力網。

【0021】

様々な実施形態は、好ましくは、以下の特徴を実装することができる。
２．複数のＤＣ／ＤＣ変換器の各々が、少なくとも１つのＤＣ／ＡＣ変換器と、複数のＡＣ／ＤＣ変換器とを備え、少なくとも１つのＤＣ／ＡＣ変換器および少なくとも１つのＡＣ／ＤＣ変換器が、変圧器ユニットに接続されるように構成され、変圧器ユニットが、少なくとも１つのＤＣ／ＡＣ変換器を複数のＡＣ／ＤＣ変換器に結合する少なくとも１つの変圧器を備え、
変圧器ユニットが、ＤＣ／ＡＣ変換器ごとに１つの巻線およびＡＣ／ＤＣ変換器ごとに１つの巻線を備え、変圧器ユニットの巻線が共通のコアを共有する、項目１に記載の電力網。

【0022】

３．複数のＤＣ／ＤＣ変換器の上流に別の変換段をさらに備え、
好ましくは、他方の変換段が、制御された電圧出力を有するＤＣ／ＤＣ変換器を備える、または
好ましくは、他方の変換段が、制御された電圧出力を有するＡＣ／ＤＣ変換器を備える、項目１に記載の電力網。

【0023】

４．好ましくは、複数のＤＣ／ＤＣ変換器の各々が、複数のＤＣ／ＡＣ変換器および複数のＡＣ／ＤＣ変換器を備え、少なくとも１つのＤＣ／ＡＣ変換器および少なくとも１つのＡＣ／ＤＣ変換器が、変圧器ユニットに接続されるように構成され、変圧器ユニットが、複数のＤＣ／ＡＣ変換器を複数のＡＣ／ＤＣ変換器に結合する複数の変圧器を備え、
複数の変圧器のうちの少なくとも２つが、インピーダンス回路によって接続されている、項目１に記載の電力網。

【0024】

５．インピーダンス回路が、複数のＡＣ／ＤＣ変換器の少なくとも２つのための巻線およびインピーダンスを備え、
巻線およびインピーダンスが相互接続される。項目４に記載の電力網。

【0025】

６．複数のＤＣ／ＤＣ変換器の各々が、複数のＤＣ／ＡＣ変換器と、複数のＡＣ／ＤＣ変換器とを備え、少なくとも１つのＤＣ／ＡＣ変換器および少なくとも１つのＡＣ／ＤＣ変換器が、変圧器ユニットに接続されるように構成され、変圧器ユニットが、複数のＤＣ／ＡＣ変換器を複数のＡＣ／ＤＣ変換器に結合する変圧器を備え、
電力網が、複数のＤＣ／ＡＣ変換器の各々の上流に接続された複数の第２のＤＣ／ＤＣ変換器をさらに備え、
第２のＤＣ／ＤＣ変換器が直列に接続され、
複数の第２のＤＣ／ＤＣ変換器のうちの２つの間にインピーダンスが接続されることが好ましく、
複数の第２のＤＣ／ＤＣ変換器にコンデンサが並列に接続されることが好ましい、項目１に記載の電力網。

【0026】

７．電力を少なくとも１つの消費者負荷に分配するように構成された配電ユニットをさらに備え、
配電ユニットが、好ましくは、第２の変換段の少なくとも２つの変換器の出力を接続または切断するように構成された、第２の変換段の変換器ごとの少なくとも１つのスイッチを備える、先行する項目のいずれか１項に記載の電力網。

【0027】

８．配電ユニットが、第２の変換段の出力を接続または切断するように構成された変換器ごとの複数のスイッチを備え、スイッチの数が負荷の数に対応する、項目７に記載の電力網。

【0028】

９．配電ユニットが、電力網に接続された負荷および／または電源に従って電力を分配するように少なくとも１つのスイッチを制御するように構成された制御ユニットをさらに備え、および／または
制御ユニットが、電力網に接続された負荷および／または電源に従って第２の変換段の複数の変換器の出力電圧の割り当てを管理するように構成される、項目７または８に記載の電力網。

【0029】

１０．電力網が、ＤＣ電流制限および／または遮断ユニットをさらに備える、先行する項目のいずれか１項に記載の電力網。

【0030】

１１．電力網が中電圧直流ＭＶＤＣに接続され、好ましくはＭＶＤＣが可変である、先行する項目のいずれか１項に記載の電力網。

【0031】

１２．電力網が、可変速ヒートポンプシステム、ハイパースケールデータセンタ、分散バッテリエネルギー貯蔵、物理的に分散または併設されたＤＣ充電器、および再生可能エネルギー源のうちの少なくとも１つに接続可能である、先行する項目のいずれか１項に記載の電力網。

【0032】

１３．好ましくは先行する項目のいずれか１項に記載の電力網を制御する方法であって、方法は、
複数のＤＣ／ＤＣ変換器を備える変換段によって、入力電圧を出力電圧に変換するステップと、
複数のＤＣ／ＤＣ変換器を直列に接続するステップであって、ＤＣ／ＤＣ変換器の各々が、単段絶縁ＤＣ／ＤＣ変換器である、ステップと、
電圧制御によって、それぞれのＤＣ／ＤＣ変換器の電圧を制御するステップと
を含み、
方法はさらに、変換段の複数の変換器の各々において、それぞれの所定の出力電圧を負荷に供給するステップを含む。

【0033】

本開示は、添付の図面を参照してさらに説明される。

【図面の簡単な説明】

【0034】

【図1】技術の現状による構成を示す。

【図2】技術の現状による構成を示す。

【図3】技術の現状による構成を示す。

【図4】技術の現状による構成を示す。

【図5a】本開示による目標機能を示す。

【図5b】本開示による目標機能を示す。

【図6】本開示による例を示す。

【図7】本開示による例を示す。

【図8】本開示による例を示す。

【図9】本開示による例を示す。

【図10】本開示による例を示す。

【図11】本開示による例を示す。

【図12】本開示による例を示す。

【図13】本開示による例を示す。

【図14】本開示による配電ユニットの例を示す。

【図15】本開示による配電ユニットの例を示す。

【図16】本開示による配電ユニットの例を示す。

【図17】制御ユニットの例示的なフローチャートを示す。

【図18】制御ユニットの例示的なフローチャートを示す。

【図19】本開示によるさらなる例を示す。

【発明を実施するための形態】

【0035】

他に示されていない場合、同じ参照符号または記号を有する要素は、それぞれの図において同じまたは類似の要素を示す。

【0036】

増大する電力需要をサポートし、物理的に分散されたシステムを達成するために、共通ＤＣバス電圧は、一実施形態によれば中電圧直流（ＭＶＤＣ）タイプである。いくつかのより低い電力負荷および電源に役立つ必要がある複数の用途のコストを最小限に抑えるためには、直列接続されたＤＣ／ＤＣ変換器が異なるように負荷される場合が有益である。技術の現状に関連して、ＤＣ／ＤＣ変換器の異なる負荷は、ＭＶＤＣ側の入力電圧に変化をもたらす。本開示は、直列入力および並列出力トポロジーを有する技術の現状とは対照的に、個々の並列ＤＣ出力を提供することができる。

【0037】

図５ａは、本開示によるシステムの目標機能を示す。特に、複数の低電圧直流（ＬＶＤＣｘ）出力を提供するために複数のＤＣ／ＤＣ変換器１に役立つＭＶＤＣ入力が提供される。ＤＣ／ＤＣ変換器１は、変換段を形成してもよく、または変換段と呼ばれてもよい。ＤＣ／ＤＣ変換器の詳細な構成については後述する。ＤＣ／ＤＣ変換器の各々は、ＭＶＤＣ入力を受け取る少なくとも１つのＤＣ／ＡＣ変換器１１（以下に示す第１の変換段）と、出力を提供する少なくとも１つのＡＣ／ＤＣ変換器１３（以下に示す第２の変換段）とを備えることができる。実施形態によれば、ＡＣ／ＤＣ変換器１３は、ＤＣ／ＡＣ変換器１１に対応し、複数のＬＶＤＣ出力を負荷に供給する。以下に示す変圧器ユニット１２は、ＤＣ／ＡＣ変換器１１をＡＣ／ＤＣ変換１３に結合することができる。ＤＣ／ＡＣ変換器１１は、直列に接続された複数の単一変換器として構成され、ＡＣ／ＤＣ変換器１３は並列に接続されている。したがって、本提案のシステムは、並列出力を提供する複数の絶縁ＤＣ／ＤＣ変換器１を備える。ＤＣ／ＤＣ変換器１の各々は、電圧制御機能をさらに備えてもよい。これにより、グリッドの安定性に影響を与えることなく、個々の負荷を接続することができる。つまり、全ての絶縁ＤＣ／ＤＣ変換器１が所定の出力電圧を提供し、出力電圧は異なっていてもよい。さらに、グリッドは、エネルギー源に接続され、入力エネルギーを異なる負荷に再分配することができる。言い換えれば、以下に説明する例によるシステムは、双方向型であってもよい。

【0038】

システムは、図５ｂに示すように、配電ユニットによってさらに強化することができる。したがって、図５ａおよび図５ｂは、複数の負荷または電源に役立つ直列接続された絶縁ＤＣ／ＤＣ変換器１を有するＭＶＤＣ／ＬＶＤＣコンバータを示す。出力は、任意選択的に、異なる電力レベルを提供するように構成されてもよい。この構造は、出力を独立して構成するか、または負荷に応じて接続してより高い電力出力を提供することができるため、配電・集電網の柔軟性および効率を高める。

【0039】

一実施形態によれば、変換段の少なくとも１つは、ソリッドステート変圧器（ＳＳＴ）を備える。ＤＣ／ＤＣ変換器１は、特に、それぞれのＤＣ／ＤＣ変換器１の電圧を制御するように構成された電圧制御部を備える単段絶縁ＤＣ／ＤＣ変換器１として設計されている。

【0040】

様々な例を参照して本開示をさらに説明する。図６に示す第１の例によれば、可変ＭＶＤＣ入力がシステムに使用される。ＭＶＤＣバスを可変にし、必要な電力レベルに適応させることによって、複数の異なる負荷のＬＶＤＣ接続に対応することが可能である。可変ＭＶＤＣバスは、可変ＤＣリンク動作をサポートするグリッド変換器、すなわちいくつかのフルブリッジセルを有するＭＭＣ変換器によって、または一定のＭＶＤＣリンクに接続された（非絶縁）ＤＣ／ＤＣ変換器３によって供給することができる。このＤＣ／ＤＣ変換段は、単離された絶縁ＤＣ／ＤＣセルに分散させることもでき、よりモジュール式の実装を可能にする。ＤＣ／ＤＣ変換段は、事前調整として機能し、安定したシステムを可能にする。一例によれば、ＤＣ／ＤＣ変換段は制御された電圧出力を有する。一例によれば、ＤＣ／ＤＣ変換段は、制御された電圧出力を有するＡＣ／ＤＣ変換器またはＡＣ／ＤＣ変換段によって置き換えられてもよい。ＡＣ／ＤＣ変換段は、事前調整として機能することもできる。図６による例は、多巻線変圧器を備えてもよい。配電ユニットの可能な実装形態を以下に説明する。

【0041】

図７～図１０は、本開示によるＤＣ／ＤＣ変換器のさらなる実施形態を示す。
特に、図７によれば、直列ＤＣ／ＤＣ変換器１と多巻線変圧器１２とを有するＭＶＤＣ－ＬＶＤＣ変換器が提供される。この例によれば、変圧器１２は、１次巻線と２次巻線との間で共有される単一のコアを有する。ＤＣ／ＤＣ変換は、デュアルアクティブブリッジ（ＤＡＢ）または直列共振変換器（ＳＲＣ）タイプのものであってもよい。より詳細には、図７は、４つのＤＣ／ＡＣ変換器１１を備える第１の変換段と、４つのそれぞれのＡＣ／ＤＣ変換器１３を備える第２の変換段とを示す。第１および第２の変換段は、変圧器ユニット１２、この場合は共通コアを有する多巻線変圧器１２によって結合される。第２の変換段の各ＡＣ／ＤＣ変換器１３は、負荷に接続されるＬＶＤＣ出力を提供する。変換器は、同じまたは異なる電力定格を提供するように構成されてもよく、車両の急速充電などのより高い負荷に対してより高い電力を提供するために相互接続可能であってもよい。この機能は、後述する配電ユニットによって達成され得る。

【0042】

ＭＶＤＣおよび各ＬＶＤＣポートへの電力の流れおよびＭＶＤＣおよび各ＬＶＤＣポートからの電力の流れは、別々に制御することができる。これは、電圧比制御機能または代替的に事前調整段または調整後段によってサポートされる固定電圧比を有する絶縁ＤＣ／ＤＣ変換器１（すなわち、ＤＡＢまたはＳＲＣタイプ）を必要とする。変圧器巻線の数は柔軟であり、ＭＶＤＣおよびＬＶＤＣ側で異なる数を有することができる。

【0043】

図８に示す好ましい例によれば、各々がＤＣ／ＡＣ変換器１１を形成する複数のＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴセルが直列に接続されて設けられる。この場合はダイオードを使用する変圧器ユニット１２およびＡＣ／ＤＣ変換器１３が、他の実施形態に従って示されている。この例の利点は、多巻線変圧器の電力定格がＮ倍高いことである（Ｎ＝等しい電力を有するセルの数）。これは、（０．７５＾Ｎ）／Ｎに等しい、より低いコストをもたらす。

【0044】

図９は、直列ＤＣ／ＤＣ変換器１に基づくＭＶＤＣ／ＬＶＤＣ変換器と、上記の例に対して異なる数のＭＶＤＣ巻線を有する多巻線変圧器１２との代替構成を示す。特に、ＤＣ／ＤＣ変換器１は、単一のＤＣ／ＡＣ変換器１１と、出力電圧を提供するための複数のＡＣ／ＤＣ変換器１３と、ＤＣ／ＡＣ変換器１１用の１次巻線および各ＡＣ／ＤＣ変換器１３用の２次巻線を有する変圧器ユニット１２とを備える。変圧器ユニット１２も共通のコアを有し、したがって図７による構成と同様である。ＤＣ／ＤＣ変換器１は、ＤＡＢ型であってもよいし、ＳＲＣ型であってもよい。

【0045】

さらなる例示的な構成を示す図１０において、第１の変換段、すなわちＤＣ／ＡＣ変換器１１は、直列に接続されたＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴを備える。任意選択的に、それぞれのＭＯＳＦＥＴと並列にコンデンサが設けられてもよい。変圧器ユニット１２を介して第１の変換段１１に接続された第２の変換段、すなわちＡＣ／ＤＣ変換器１３も、受け取ったＡＣ電力をＬＶＤＣ出力に変換するためにＭＯＳＦＥＴを備える。図示の例の機能は、本明細書に記載の他の例と同様である。

【0046】

図１１の例には、直列ＤＣ／ＤＣ変換器１を有するＭＶＤＣ／ＬＶＤＣ変換器が示されている。さらに、複数の多巻線変圧器１２が設けられている。一実施形態によれば、ＤＣ／ＡＣ／ＡＣ／ＤＣ変換器対（１，１１，１２，１３）ごとに１つの多巻線変圧器１２がある。インピーダンスＺは、インピーダンス調整のために、またはエネルギー交換を制御するために必要とされ得る。特に、インピーダンス回路１４は、変圧器１２の一部または全部を相互接続することができる。インピーダンス回路１４は、バランサとして機能してもよい。図７～図１０を参照して説明した例の場合と同様の結果を得ることができる。

【0047】

さらなる例によれば、ＭＶＤＣ側でのセル電力交換、すなわち第１の変換段のそれぞれの変換器間の交換のための事前調整段を設けることができる。これを図１２に示す。事前調整段は、モジュール式マルチレベル変換器（ＭＭＣ）段に基づくことができる。特に、電力再分配グリッドは、複数のＤＣ／ＡＣ変換器１１の各々の上流に接続された複数の第２のＤＣ／ＤＣ変換器をさらに備えることができる（絶縁ＤＣ／ＤＣ変換器１の一部を形成する）。第２のＤＣ／ＤＣ変換器は直列に接続され、例示的に、複数の第２のＤＣ／ＤＣ変換器のうちの２つの間にインピーダンスが接続される。また、複数の第２のＤＣ／ＤＣ変換器と並列にコンデンサが接続される。これにより、全てのＤＣ／ＤＣ段を通る循環電流が可能になり、パワーバランサとして機能する。

【0048】

図１３は、ソリッドステート変圧器（ＳＳＴ）として形成された直列ＤＣ／ＤＣ変換器１を使用する、本開示による電力網の概要を示す。グリッドは、グリッドの動作を制御するように構成されたエネルギー管理ユニットと、配電ユニットとを備える。図示の例によれば、ＤＣ負荷に対して複数の出力１からＬを設けることができ（ＤＣ負荷＿１＿から＿Ｌ）、出力は配電ユニットによって制御または接続することができる。さらに、ＤＣ電力貯蔵ＤＣ用の少なくとも１つの出力（貯蔵＿１＿Ｍ）およびＤＣ電源用の少なくとも１つの入力（ＤＣ電源＿１＿から＿Ｎ）が設けられてもよい。少なくとも１つのＡＣ負荷または電源に対してさらなる接続が設けられてもよい（ＡＣ負荷または電源＿１＿から＿Ｐ）。これは明らかに、図に示すようなＤＣ／ＡＣ変換器を必要とする。

【0049】

図６～図１３を参照して説明した各例は、負荷に対するＤＣ出力を接続または切断するように構成された配電ユニット２と組み合わされてもよい。

【0050】

充電されるべき車両に接続することができる負荷２２として充電ポールを使用する例示的な車両充電システムを参照してこれを説明する。各充電ポール２２がそれ自体のバスを得て、これらのバスの各々に各ＤＣ変換器１を接続することができる場合、３本のポールおよび３つの出力に必要なスイッチ９個（３×３）、ならびに１０個の出力および１０本のポールに必要なスイッチ１００個が存在する。すなわち、出力数に関連してスイッチ数の２次増大がある。スイッチを節約するための代替的な解決策は、各ＤＣ出力が断路器またはスイッチ２１によって２つの隣接する出力に接続可能であり、かつ各充電ポール２２が断路器２１を介して一方のＤＣ出力に直接接続可能なリング構造であり得る。これは図１４に示されており、符号１はＤＣ／ＤＣ変換器およびそれぞれのＤＣ出力を示し、符号２２は上記の例による負荷または充電ポールを示している。この配置は、２×ｎ個のスイッチ２１のみを使用することを可能にし、ｎは出力数である。利用可能な電力を最も効率的に使用するために、フリーポール２２に車両を接続するシーケンスのスマート管理を使用することができる。この管理の目標は、少なくとも１つのポール２２を二重電力での急速充電に利用可能にする高い確率を常に提供することであり、これは隣接するＤＣ出力をスイッチ２１を介して接続することによって達成することができ、一方で全てのＤＣ出力を等しく負荷することができる。

【0051】

図１５は、配電ユニット２を含む、または配電ユニット２に接続される配電・集電網のさらなる構成例を示している。この例では、スイッチ２１はリング型構成も形成する。

【0052】

図１６は、行列構成と呼ばれ得る代替構成を示す。各ＤＣ／ＤＣ変換器１の各々の出力端子には、Ｎ個のＤＣ負荷にそれぞれ接続されるＮ個のスイッチ２１がある。スイッチの総数はＮ＊ｎであり、Ｎは負荷２２の数、この場合は充電ポールであり、ｎはＤＣ／ＤＣ変換器１の数である。行列型スイッチング群は、短絡電流を開放する必要がない用途に使用することができる。スイッチが通常動作の電流を開放するだけでよい場合、行列型のスイッチング電流は、リング型による電流の単なる（１／Ｎ）である。

【0053】

言い換えれば、上述の例を参照すると、システムは、ＳＳＴトポロジーに基づくことができ、トポロジー内の主要な構成要素は、いくつかの絶縁ＤＣ／ＤＣ変換器１およびスイッチング群である。絶縁ＤＣ／ＤＣ変換器１は、直列に接続された入力端子である。直列入力端子の最も外側の２つの端子は、ＭＶ ＤＣバスに接続される。各絶縁ＤＣ／ＤＣ変換器１の出力端子は、スイッチング群を介して全ての電気自動車（ＥＶ）の充電器を接続する。スイッチング群は、それらのＤＣ／ＤＣ変換器１を制御して、１つの指定されたＥＶ充電器に結合する。ＭＶ ＤＣバスは、制御可能なＤＣ電源によってサポートされる。

【0054】

任意選択的に、グリッドは、制御ユニット２２および／またはバイパスブレーカ回路２３をさらに備えてもよい。制御ユニット２４は、（協調）制御ユニットと称されてもよい。このコントローラ２４は、本提案のＳＳＴトポロジーの動作を平滑化するために提案される。コントローラ２４は、ＤＣ電源の電流基準Ｉ_{ｄｃｒｅｆ}、ＤＣ／ＤＣ変換器１の電圧基準Ｕ_{ＰＭｊｒｅｆ}、およびスイッチング群の制御順序Ｓ_{ＰＭｊ＿ＥＶｉ}を含む、システム動作基準およびスイッチング順序を生成する。

【0055】

したがって、図１６は、例示的な実施形態による電力網および配電ユニットの概略図であり、制御ユニット２４、バイパスブレーカ回路２３、およびスイッチ２１の行列型構成などの任意選択の特徴と共に、その原理構造を示す。

【0056】

フローチャートを図１７に示す。１つの制御期間において、コントローラ２４は、まず、全ての充電器電力の最近傍平均値および最小電圧差の原理に従って、各ＥＶ充電器２２に適した数の電力モジュール（ＤＣ／ＤＣ変換器１）を計算する。この原理は、ｉ^ｓｔ充電器に切り替わる電力モジュールの数が、ｉ^ｓｔ充電器の電力要件の分割結果の丸め数および全ての充電器の平均電力で計算されることとして説明することができる。算出は、例示的に、以下の式（Ｆ１）を用いて行えばよい。

【0057】

【数1】

【0058】

その結果、選択された電力モジュールおよびそれらの電圧基準は、例えば、以下に示す式（Ｆ２）および（Ｆ３）を利用して計算することができる。特に、（Ｆ２）は、電力モジュールｊ、すなわちそれぞれのＤＣ／ＤＣ変換器１の電力基準Ｐ_ＰＭｊを計算するために使用される。（Ｆ３）を使用して、電力モジュールｊ、すなわちそれぞれのＤＣ／ＤＣ変換器１の電圧基準Ｕ_ＰＭｊが計算され、Ｎは負荷の数であり、Ｕ_{ＰＭ＿ｎｏｍ}は公称電圧を示す。また、スイッチング群の動作を確認することができる。ＭＶＤＣバス電流基準も計算することができる。算出は、例示的に、以下に示す式（Ｆ４）を用いて行えばよい。

【0059】

【数2】

【0060】

【数3】

【0061】

【数4】

【0062】

上述したように、システムはまた、任意選択のバイパスブレーカ回路２３を備えてもよい。バイパスブレーカ回路２３は、例示的に、図１６に示すように各絶縁ＤＣ／ＤＣ変換器１の入力端子にレイアウトされている。各絶縁ＤＣ／ＤＣ変換器１のバイパスブレーカ２３は、変換器を一時的に停止させ、低すぎる入力ＤＣ電圧を回避して高効率での動作を保証するために使用される。場合によっては、絶縁ＤＣ／ＤＣ変換器１の電力差が非常に大きい。したがって、いくつかの変換器は低い入力ＤＣ電圧で動作し、その結果、低い動作効率を有する。この状況を回避するために、ＤＣ／ＤＣ変換器１のいくつかは、それらのバイパスブレーカ２３を閉じることによって停止される。動作しているＤＣ／ＤＣ変換器１は、より均一な電力要件および入力ＤＣ電圧を得る。しかしながら、バイパスブレーカ２３は、トポロジーにおいてオプションである。バイパスブレーカ２３はまた、協調コントローラ２４によって制御されてもよい。

【0063】

図１８は、バイパスブレーカ２３の機能を有するそれぞれのフローチャートを示す。それぞれの式（Ｆ１）～（Ｆ４）については上記で説明した。最大電力モジュール電圧と最小電力モジュール電圧との差ｍａｘ（Ｕ_ＰＭｊ）－ｍｉｎ（Ｕ_ＰＭｊ）が閾値電圧Ｕ_ｔｒｉｇを超えない限り、図１７による通常動作が行われる。しかしながら、Ｕ_ｔｒｉｇを超える場合、バイパスブレーカ回路２３は、それぞれの電力モジュール、すなわちＤＣ／ＤＣ変換器をバイパスするように作動され、負荷の数Ｎが低減される。

【0064】

さらに、コントローラ２４、またはステーション制御部は、（電気自動車用のＤＣ充電器の場合）充電ポール２２などの負荷の割り当てを処理するために設けられてもよい。４本のポール（図１５のポール２２を参照）を有する例を考えると、ステーション制御部２４は、２つの隣接するＤＣ給電装置（ＤＣ／ＤＣ変換器１）を使用されていない状態に保とうとする。すなわち、ポール１がＤＣ１出力に接続された後、次の車両はポール２または４のいずれかに接続される（例えば、信号光を介し、ポール３上の赤色光はポール３が占有されているかまたは接続されないことを示し、ポール２および４上の緑色光はそれらが利用可能であることを示す）。このようにすると、第２の車両を接続した後、２つの隣接するＤＣ給電装置が急速充電に利用可能になる。１つのＤＣ出力で無負荷である必要はない。全ての充電器が使用されていない状況では、タイスイッチを隣接するＤＣ出力に接続することができ、負荷を共有することができる。上記のような４ポールシステムでは、充電ポール１および２が動作しているとき、ＤＣ１からＤＣ４へのタイスイッチを閉じることができ、ＤＣ２とＤＣ３との間のタイスイッチを閉じることができる。これにより、全てのＤＣ出力が負荷される。ポール１および３が作動していて新しい車両が入ってきた状況になったとしても（それは１つのＤＣ出力の電力でのみ充電することができる）、関連するタイスイッチを閉じることによって、１または３のより高い負荷のポールの負荷を空いている残りのＤＣ出力と共有することができる。

【0065】

配電ユニットはまた、本明細書の例に提示されるように、他の配電網および他の負荷または電源と組み合わせることができる。

【0066】

図１９は、本開示によるさらなる例を示す。そこでは、高電圧ＡＣ（ＨＶＡＣ）入力が提供され、ＡＣ／ＤＣ変換器に供給される中電圧ＡＣ（ＭＶＡＣ）に変換される。続いて、直列に接続された複数のＤＣ／ＤＣ変換器１が設けられる。例では、ｎはＤＣ／ＤＣ変換器１の数を示し、ｎは整数である。複数のＤＣ／ＤＣ変換器１の各々は、ＤＣ電圧（ＶＤＣ）－中周波ＡＣ（ＭＦＡＣ）変換器１１と、ＭＦＡＣ－ＶＤＣ変換器１３と、両方の変換器１１、１３を結合する変圧器１２とを備える。ＤＣ／ＤＣ変換器は、絶縁単段変換器として設けられてもよい。また、図１９による例においては、上述した例のいずれを用いてもよいため、詳細な説明は省略する。複数のＤＣ／ＤＣ変換器１は、ソリッドステートトランス（ＳＳＴ）トポロジーを採用してもよい。ＤＣ／ＤＣ変換器１のＤＣ出力電圧の各々は、低電圧ＤＣ（ＬＶＤＣ）バスおよびコネクタシステムの一部を形成する複数のスイッチ２１に提供されてもよい。ＬＶＤＣバスおよびコネクタシステムは、配電ユニット２に対応することができる。ＬＶＤＣバスおよびコネクタシステムは、複数の負荷１からｎ、この例では充電ポール２２に接続される。図１９の例では、上述したリング型スイッチ構成を示している。しかしながら、スイッチ２１の数は、負荷の数ｎに対応してもよく、またはその任意の偶数倍であってもよい。図１９による例の機能は、上述した例と同等である。

【0067】

本開示によれば、複数の入力および出力を最適な効率で扱うことができる改良された電力再分配網が提供される。

【0068】

本開示は、対応する方法も包含する。
他の態様、特徴、および利点は、上記の概要、ならびに図面および特許請求の範囲を含む以下の説明から明らかになるであろう。

【0069】

本開示は、図面および前述の説明において詳細に例示および説明されているが、そのような例示および説明は、説明的または例示的であり、限定的ではないと考えられるべきである。以下の特許請求の範囲の範囲内で当業者によって変更および修正が行われ得ることが理解されよう。特に、本開示は、上記および下記の異なる実施形態からの特徴の任意の組み合わせを有するさらなる実施形態を包含する。

【0070】

さらに、特許請求の範囲において、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という語は他の要素またはステップを排除せず、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」は複数を排除しない。単一のユニットは、特許請求の範囲に記載されたいくつかの特徴の機能を果たすことができる。属性または値に関連する「本質的に」、「約」、「およそ」などの用語はまた、特に、正確にその属性または正確にその値をそれぞれ定義する。特許請求の範囲におけるいかなる参照符号も、範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5a】

【図5b】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【手続補正書】

【提出日】2023-04-24

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のＤＣ／ＤＣ変換器を備える変換段を備え、
前記ＤＣ／ＤＣ変換器の少なくとも１つが、それぞれの前記ＤＣ／ＤＣ変換器の電圧を制御するように構成された電圧制御部を備える単段絶縁ＤＣ／ＤＣ変換器であり、
前記ＤＣ／ＤＣ変換器が直列に接続され、
前記変換段の前記複数の変換器の少なくとも１つが、それぞれの所定の出力電圧を負荷に提供するように構成され、
前記複数のＤＣ／ＤＣ変換器の各々が、複数のＤＣ／ＡＣ変換器と、複数のＡＣ／ＤＣ変換器とを備え、前記少なくとも１つのＤＣ／ＡＣ変換器および前記少なくとも１つのＡＣ／ＤＣ変換器が、変圧器ユニットに接続されるように構成され、前記変圧器ユニットが、前記複数のＤＣ／ＡＣ変換器を前記複数のＡＣ／ＤＣ変換器に結合する複数の変圧器を備え、
前記複数の変圧器の少なくとも２つが、インピーダンス回路によって接続されている、電力網。

【請求項2】

前記複数のＤＣ／ＤＣ変換器の各々が、少なくとも１つのＤＣ／ＡＣ変換器と、複数のＡＣ／ＤＣ変換器とを備え、前記少なくとも１つのＤＣ／ＡＣ変換器および前記少なくとも１つのＡＣ／ＤＣ変換器が、変圧器ユニットに接続されるように構成され、前記変圧器ユニットが、前記少なくとも１つのＤＣ／ＡＣ変換器を前記複数のＡＣ／ＤＣ変換器に結合する少なくとも１つの変圧器を備え、
前記変圧器ユニットが、ＤＣ／ＡＣ変換器ごとに１つの巻線およびＡＣ／ＤＣ変換器ごとに１つの巻線を備え、前記変圧器ユニットの前記巻線が共通のコアを共有する、請求項１に記載の電力網。

【請求項3】

前記複数のＤＣ／ＤＣ変換器の上流に別の変換段をさらに備え、
特に、他方の変換段が、制御された電圧出力を有するＤＣ／ＤＣ変換器を備える、または
特に、他方の変換段が、制御された電圧出力を有するＡＣ／ＤＣ変換器を備える、請求項１に記載の電力網。

【請求項4】

前記インピーダンス回路が、前記複数のＡＣ／ＤＣ変換器の少なくとも２つのための巻線およびインピーダンスを備え、
前記巻線および前記インピーダンスが相互接続される、請求項１～３のいずれか１項に記載の電力網。

【請求項5】

前記複数のＤＣ／ＤＣ変換器の各々が、複数のＤＣ／ＡＣ変換器と、複数のＡＣ／ＤＣ変換器とを備え、前記少なくとも１つのＤＣ／ＡＣ変換器および前記少なくとも１つのＡＣ／ＤＣ変換器が、変圧器ユニットに接続されるように構成され、前記変圧器ユニットが、前記複数のＤＣ／ＡＣ変換器を前記複数のＡＣ／ＤＣ変換器に結合する変圧器を備え、
前記電力網が、前記複数のＤＣ／ＡＣ変換器の各々の上流に接続された複数の第２のＤＣ／ＤＣ変換器をさらに備え、
前記第２のＤＣ／ＤＣ変換器が直列に接続され、
特に、前記複数の第２のＤＣ／ＤＣ変換器のうちの２つの間にインピーダンスが接続され、
特に、前記複数の第２のＤＣ／ＤＣ変換器にコンデンサが並列に接続される、請求項１～４のいずれか１項に記載の電力網。

【請求項6】

前記電力を少なくとも１つの消費者負荷に分配するように構成された配電ユニットをさらに備え、
前記配電ユニットが、特に、第２の変換段の少なくとも２つの変換器の出力を接続または切断するように構成された、前記第２の変換段の変換器ごとの少なくとも１つのスイッチを備える、請求項１～５のいずれか１項に記載の電力網。

【請求項7】

前記配電ユニットが、前記第２の変換段の出力を接続または切断するように構成された変換器ごとの複数のスイッチを備え、スイッチの数が負荷の数に対応する、請求項６に記載の電力網。

【請求項8】

前記配電ユニットが、前記電力網に接続された負荷および／または電源に従って電力を分配するように前記少なくとも１つのスイッチを制御するように構成された制御ユニットをさらに備え、および／または
前記制御ユニットが、前記電力網に接続された負荷および／または電源に従って前記第２の変換段の前記複数の変換器の前記出力電圧の割り当てを管理するように構成される、請求項６または７に記載の電力網。

【請求項9】

前記電力網が、ＤＣ電流制限および／または遮断ユニットをさらに備える、請求項１～８のいずれか１項に記載の電力網。

【請求項10】

前記電力網が中電圧直流ＭＶＤＣに接続され、特に前記ＭＶＤＣが可変である、請求項１～９のいずれか１項に記載の電力網。

【請求項11】

前記電力網が、可変速ヒートポンプシステム、ハイパースケールデータセンタ、分散バッテリエネルギー貯蔵、物理的に分散または併設されたＤＣ充電器、および再生可能エネルギー源のうちの少なくとも１つに接続可能である、請求項１～１０のいずれか１項に記載の電力網。

【請求項12】

請求項１～１１のいずれか１項に記載の電力網を制御する方法であって、前記方法が、
複数のＤＣ／ＤＣ変換器を備える変換段によって、入力電圧を出力電圧に変換するステップと、
前記複数のＤＣ／ＤＣ変換器を直列に接続するステップであって、前記ＤＣ／ＤＣ変換器の各々が、単段絶縁ＤＣ／ＤＣ変換器である、ステップと、
電圧制御によって、前記それぞれのＤＣ／ＤＣ変換器の前記電圧を制御するステップと
を含み、
前記方法がさらに、前記変換段の前記複数の変換器の各々において、それぞれの所定の出力電圧を負荷に供給するステップを含む、方法。

【国際調査報告】