特表 2024-525983 インバータの動作方法及びインバータ

(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】2024-07-12

(54)【発明の名称】インバータの動作方法及びインバータ

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20240705BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 R

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024505014

(86)(22)【出願日】2022-07-06

(85)【翻訳文提出日】2024-03-25

(86)【国際出願番号】 EP2022068782

(87)【国際公開番号】W WO2023006370

(87)【国際公開日】2023-02-02

(31)【優先権主張番号】102021119899.2

(32)【優先日】2021-07-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】515078095

【氏名又は名称】エスエムエイ ソーラー テクノロジー アクティエンゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】ＳＭＡ Ｓｏｌａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＡＧ

(74)【代理人】

【識別番号】110001302

【氏名又は名称】弁理士法人北青山インターナショナル

(72)【発明者】

【氏名】シュティッケルマン，ウーヴェ

(72)【発明者】

【氏名】アンル，アレクサンダー

【テーマコード（参考）】

5H770

【Ｆターム（参考）】

5H770BA11

5H770CA01

5H770CA04

5H770CA05

5H770CA06

5H770DA01

5H770DA03

5H770DA22

5H770DA30

5H770DA33

5H770DA34

5H770DA44

5H770JA10X

5H770JA11Y

5H770JA13Y

5H770JA17Y

5H770KA01Y

(57)【要約】

本発明は、ＤＣ入力およびＡＣ出力を備えたインバータ（１００）を動作させる方法に関する。ＤＣ入力はＤＣ電源（１０）に接続でき、ブリッジ回路（１１０）のブリッジ分岐（１２５）はパワーチョーク（Ｌ１ａｃ、Ｌ１ａｃ＿ａ、Ｌ１ａｃ＿ｂ、Ｌ２ａｃ、Ｌ２ａｃ＿ａ、Ｌ２ａｃ＿ｂ、Ｌ３ａｃ、 Ｌ３ａｃ＿ａ、Ｌ３ａｃ＿ｂ）、ＡＣ出力は、遮断スイッチ（ＧＲ）を介してＡＣグリッド（２０、３０）に接続することができ、インバータ（１００）は、ＡＣグリッド（２０、３０）に電力を供給するように設計されている。本方法は、遮断スイッチ（ＧＲ）を開くステップと、ブリッジ回路（１１０）の少なくとも２つのブリッジ分岐（１２５）の半導体スイッチ（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）を制御するステップとを有しており、前記ブリッジ分岐は、ＤＣ入力に接続されたＤＣ電源（１０）が負荷されるように、ＡＣ側で少なくとも１つのパワーチョーク（Ｌ１ａｃ、Ｌ１ａｃ＿ａ、Ｌ１ａｃ＿ｂ、Ｌ２ａｃ、Ｌ２ａｃ＿ａ、Ｌ２ａｃ＿ｂ、Ｌ３ａｃ、Ｌ３ａｃ＿ａ、Ｌ３ａｃ＿ｂ）の後方に接続されている。ＡＣ側の少なくとも２つのブリッジ分岐（１２５）のうちの少なくとも１つから流出する電流の総和は、ＡＣ側の少なくとも２つのブリッジ分岐（１２５）のうちの少なくとも１つの他のブリッジ分岐に流入する電流の総和に相当する。本発明はさらに、インバータに関する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＤＣ入力およびＡＣ出力を備えたインバータ（１００）を動作させるための方法であって、
前記ＤＣ入力はＤＣ電源（１０）に接続することができ、ブリッジ回路（１１０）のブリッジ分岐（１２５）は、パワーチョーク（Ｌ１ａｃ、Ｌ１ａｃ＿ａ、Ｌ１ａｃ＿ｂ、Ｌ２ａｃ、Ｌ２ａｃ＿ａ、Ｌ２ａｃ＿ｂ、Ｌ３ａｃ、Ｌ３ａｃ＿ａ、Ｌ３ａｃ＿ｂ）を介して前記ＤＣ電源（１０）に接続され、前記ＡＣ出力は遮断スイッチ（ＧＲ）を介してＡＣグリッド（２０、３０）に接続でき、前記インバータ（１００）は、
－前記遮断スイッチ（ＧＲ）を開くステップと、
－前記ブリッジ回路（１１０）の少なくとも２つのブリッジ分岐（１２５）の半導体スイッチ（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）を制御するステップであって、前記ブリッジ分岐は、前記ＤＣ入力に接続されたＤＣ電源（１０）が負荷されるように、前記ＡＣ側の少なくとも１つのパワーチョーク（Ｌ１ａｃ，Ｌ１ａｃ＿ａ，Ｌ１ａｃ＿ｂ，Ｌ２ａｃ，Ｌ２ａｃ＿ａ，Ｌ２ａｃ＿ｂ，Ｌ３ａｃ，Ｌ３ａｃ＿ａ，Ｌ３ａｃ＿ｂ）の後方に接続されている、ステップと、
から成るステップで、前記ＡＣグリッド（２０、３０）に電力を供給するように設計されており、
前記ＡＣ側で前記少なくとも２つのブリッジ分岐（１２５）のうちの少なくとも１つから流出する電流の総和は、前記ＡＣ側で前記少なくとも２つのブリッジ分岐（１２５）のうちの少なくとも１つの他のブリッジ分岐に流入する電流の総和に相当することを特徴とする方法。

【請求項2】

請求項１に記載の方法であって、
前記インバータ（１００）は、単相または多相のＡＣグリッド（２０、３０）に電力を供給するように設計されており、
前記インバータ（１００）は、各相に対して、少なくとも１つのパワーチョーク（Ｌ１ａｃ＿ａ、Ｌ１ａｃ＿ｂ、Ｌ２ａｃ＿ａ、Ｌ２ａｃ＿ｂ、Ｌ３ａｃ＿ａ、Ｌ３ａｃ＿ｂ）のＡＣ側下流に接続される少なくとも２つの並列のブリッジ分岐（１２５）を有し、
前記ブリッジ分岐（１２５）の半導体スイッチ（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）は、前記ＤＣ入力に接続された前記ＤＣ電源（１０）に負荷がかかるように制御され、
前記ブリッジ分岐（１２５）は、特に、インターリーブモードでの動作のために設計されていることを特徴とする方法。

【請求項3】

請求項１または２に記載の方法において、
前記少なくとも１つのパワーチョーク（Ｌ１ａｃ、Ｌ１ａｃ＿ａ、Ｌ１ａｃ＿ｂ、Ｌ２ａｃ、Ｌ２ａｃ＿ａ、Ｌ２ａｃ＿ｂ、Ｌ３ａｃ、Ｌ３ａｃ＿ａ、Ｌ３ａｃ＿ｂ）の下流にある前記ブリッジ回路（１１０）の前記少なくとも２つのブリッジ分岐（１２５）の前記ＡＣ側の接続は、リレー（Ｒ）を閉じることによって実行されることを特徴とする方法。

【請求項4】

請求項３に記載の方法において、
前記インバータ（１００）は三相ＡＣグリッド（２０）に電力を供給するように設計されており、
前記インバータ（１００）は各相に対して少なくとも１つのブリッジ分岐（１２５）を有しており、
第１相からの第１のブリッジ分岐（１２５）及び第２相からの第２のブリッジ分岐（１２５）は、前記少なくとも１つのパワーチョーク（Ｌ１ａｃ、Ｌ１ａｃ＿ａ、Ｌ１ａｃ＿ｂ、Ｌ２ａｃ、Ｌ２ａｃ＿ａ、Ｌ２ａｃ＿ｂ、Ｌ３ａｃ、Ｌ３ａｃ＿ａ、Ｌ３ａｃ＿ｂ）のＡＣ側下流で互いに接続され、
前記半導体スイッチ（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）は、前記第１のブリッジ分岐（１２５）から流出する電流が前記第２のブリッジ分岐（１２５）に流入するように制御されることを特徴とする方法。

【請求項5】

請求項３に記載の方法において、
前記インバータ（１００）は三相ＡＣグリッド（２０）に電力を供給するように設計されており、
前記インバータ（１００）は各相に対して少なくとも１つのブリッジ分岐（１２５）を有しており、
３つのブリッジ分岐（１２５）は、前記少なくとも１つのパワーチョーク（Ｌ１ａｃ、Ｌ１ａｃ＿ａ、Ｌ１ａｃ＿ｂ、Ｌ２ａｃ、Ｌ２ａｃ＿ａ、Ｌ２ａｃ＿ｂ、Ｌ３ａｃ、Ｌ３ａｃ＿ａ、Ｌ３ａｃ＿ｂ）のＡＣ側下流で互いに接続され、
前記半導体スイッチ（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）は、１つの相の少なくとも１つのブリッジ分岐（１２５）から流出する電流が分割され、他の２つの相のそれぞれの少なくとも１つのブリッジ分岐（１２５）に流入するように、又は、２つの相のそれぞれの少なくとも１つのブリッジ分岐（１２５）から流出する電流が、第３相の少なくとも１つのブリッジ分岐（１２５）に合わさって流入するように、制御されることを特徴とする方法。

【請求項6】

請求項１～３のいずれか一項に記載の方法において、前記インバータ（１００）は、単相のＡＣグリッド（３０）に電力を供給するように設計されることを特徴とする方法。

【請求項7】

請求項１～６のいずれか一項に記載の方法において、
前記ＤＣ入力に接続された前記ＤＣ電源（１０）に負荷をかけるための半導体スイッチ（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）は、前記インバータ（１００）が前記ＡＣ出力の電圧がゼロである電圧制御動作で動作するような方法で制御されることを特徴とする方法。

【請求項8】

請求項１～６のいずれか一項に記載の方法において、
前記ＤＣ入力に接続された前記ＤＣ電源（１０）の負荷の程度は、前記半導体スイッチ（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）の制御によって調整可能であることを特徴とする方法。

【請求項9】

請求項４または５に従属する、請求項４、５、７または８のいずれか一項に記載の方法において、前記ブリッジ回路（１１０）は、Ｂ６ブリッジ回路であることを特徴とする方法。

【請求項10】

請求項６に従属する、請求項６、７または８に記載の方法において、
前記ブリッジ回路（１１０）は、Ｈ４ブリッジ回路又はＨ５ブリッジ回路であることを特徴とする方法。

【請求項11】

請求項１～８のいずれか一項に記載の方法において、
前記ブリッジ分岐（１２５）はそれぞれ、ＴＮＰＣ、ＩＮＰＣ、またはＡＮＰＣトポロジを有することを特徴とする方法。

【請求項12】

ＤＣ入力およびＡＣ出力と、制御可能な半導体スイッチ（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）を備えたブリッジ回路（１１０）と、を備えたインバータ（１００）であって、 前記ＤＣ入力をＤＣ電源（１０）に接続でき、前記ブリッジ回路（１１０）のブリッジ分岐（１２５）は、パワーチョーク（Ｌ１ａｃ、Ｌ１ａｃ＿ａ、Ｌ１ａｃ＿ｂ、Ｌ２ａｃ、Ｌ２ａｃ＿ａ、Ｌ２ａｃ＿ｂ、Ｌ３ａｃ、Ｌ３ａｃ＿ａ、Ｌ３ａｃ＿ｂ）を介して前記ＡＣ出力に接続され、前記ＡＣ出力は遮断スイッチ（ＧＲ）を介してＡＣグリッド（２０、３０）に接続でき、前記インバータ（１００）は、前記ＡＣグリッド（２０、３０）に電力を供給するように設計されており、
前記インバータ（１００）は、請求項１～１１のいずれか一項に記載の方法を実行するように設計および構成された制御ユニット（１５０）を有することを特徴とするインバータ。

【請求項13】

前記ＤＣ入力に接続されたＤＣ電源（１０）を放電するための、請求項１２に記載の前記インバータ（１００）の使用。

【請求項14】

前記ＤＣ入力に接続されたＤＣ電源（１０）の電力利用可能性を決定するための、請求項１２に記載の前記インバータ（１００）の使用。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は、ＤＣ入力及びＡＣ出力を備えたインバータを動作させる方法、並びにインバータ及びその使用に関する。このインバータは、太陽光発電やその他の特定のＤＣ電圧源をＡＣグリッドに接続するために使用できる。

【背景技術】

【0002】

状況によっては、インバータを動作させるときに、インバータがＡＣグリッドに電力を供給するＤＣ電源を負荷する必要がある。ＡＣグリッドという用語は、例えば、交流電流グリッドまたは交流電圧グリッドを指すために使用される。ＤＣという用語は、直流電流または直流電圧を指すのに使用でき、それに応じて、ＤＣ電源は直流電流源または直流電圧源を指す。

【0003】

一例として、ＡＣグリッドの障害またはシステムの制御されたシャットダウンが発生した場合に、特定の時間内に、例えば水素燃料電池やＰＶ（太陽光発電）システムの入力中間回路といった、ＤＣ電源を放電する必要がある。この目的のために、放電のためにＤＣ電源の出力側に抵抗を接続できる。これらの抵抗器は、燃料電池または中間回路からの残留エネルギを熱に変換する。通常、残留エネルギが非常に高いため、抵抗器は大量のエネルギを変換できなければならず、そのため非常に大型で高価になる。特に、これらの抵抗器は追加のコンポーネントを表しており、システム全体の制御と動作がより複雑になることを意味する。

【0004】

ＰＶインバータは通常、ＰＶ発電機のＤＣ電圧が十分に高く、インバータがＡＣグリッドに接続されるとすぐに朝に起動する。ＤＣ電圧が十分に高いにもかかわらず、日射量が非常に低いため、ＡＣ側の系統接続によりＤＣ電圧がすぐに再び低下し、ＡＣ系統が即座に切断される場合には問題がある。この連続的なスイッチング動作は、通常、一定数のスイッチングサイクルのみを想定して設計されているため、系統切断ポイントの耐用年数に悪影響を及ぼす。この時点で、十分なＤＣ電圧だけでなく十分なＤＣ電力も利用できる場合にのみＡＣグリッド接続を開始するのが合理的である。十分な電力がまだ利用できない場合、同じ問題が風力発電機でも発生する可能性がある。

【0005】

インバータブリッジの上流にＤＣ／ＤＣコンバータを有する２段インバータトポロジーでは、ＤＣ電源の利用可能な電力は、ＤＣ電源を負荷し、２段インバータの中間回路を特定の電位に充電することによって決定できる。充電プロセスのエネルギ量を使用して、ＤＣ電源の電力利用可能性について直接結論を導き出すことができる。

【0006】

単段トポロジでは、ＤＣ電源のＤＣ電圧が主に指標として使用される。しかしながらこの場合、定格電流に関する情報が欠落しているため、このインジケーターは信頼できない可能性がある。

【0007】

これに基づいて、本出願の１つの目的は、インバータに接続可能なＤＣ電源を負荷するための改良された方法および改良されたインバータを提供することである。

【発明の概要】

【0008】

この目的は、独立請求項１の特徴を備えた方法によって達成される。この目的は、独立請求項１２の特徴を備えたインバータによって、また請求項１３および１４に記載のインバータの使用によってさらに達成される。この方法の有利な実施形態は、従属請求項に記載されている。

【0009】

インバータは、ＤＣ電源に接続するためのＤＣ入力と、遮断スイッチを介してＡＣグリッドに接続するためのＡＣ出力とを有し、ブリッジ回路のブリッジ分岐がパワーチョークを介してＡＣ出力に接続される。ＡＣ出力は、遮断スイッチを介してＡＣグリッドに接続され、遮断スイッチを介してＡＣグリッドから切断され得る。このインバータは、ＤＣ電源から供給される電力をＡＣグリッドに供給するように設計されている。インバータを動作させる方法は以下の手順を有する。
ａ）遮断スイッチを開くステップ、
ｂ）ブリッジ回路の少なくとも２つのブリッジ分岐の半導体スイッチを制御するステップであって、前記ブリッジ分岐は、ＤＣ入力に接続されたＤＣ電源が負荷されるように、ＡＣ側の少なくとも１つのパワーチョークの後方に接続される、ステップ。

【0010】

ＡＣ側で少なくとも２つのブリッジ分岐のうちの少なくとも１つから流出する電流の総和は、ＡＣ側で少なくとも２つのブリッジ分岐のうちの少なくとも１つの他のブリッジ分岐に流入する電流の総和に相当する。これは、ＡＣ側でブリッジ分岐から流出する電流の合計が、ＡＣ側でブリッジ分岐に流入する電流の総和に相当することを意味する。

【0011】

したがって、結果として生じる変換損失によりＤＣ側を放電するために、インバータの２つ以上のブリッジ分岐間でエネルギを変換することができる。このようなインバータおよびそのように動作するインバータは、インバータがＡＣグリッドに電力を供給できるＤＣ電源の負荷を可能にする。追加の抵抗部品を使用せずに負荷を適用できる。これにより、よりシンプルでコスト効率の高いインバータ設計が可能になる。さらに、この状況では、ＡＣグリッドに電力を供給する必要がなく、インバータがＡＣグリッドに電力を供給できるＤＣ電源を選択的に負荷することができる。ＤＣ電源は、ＤＣ電源から電力を引き出し、インバータ内で消費することで負荷がかかる。追加の部品やＡＣグリッドへの給電、および／またはＡＣ出力に接続できる他の部品によって電力を消費する必要はない。この目的のために、ブリッジ回路の効率が例えば９８％の場合にインバータの公称電力の約２％程度になるインバータのスイッチング損失が、ＡＣ側の負荷やシンクを接続することなく自己消費を実現するために使用される。しかしながら、例えばファンといったシステム内の他の既存のコンシューマを操作することは可能である。インバータの公称電力が１００ｋＷの場合、放電電力は２ｋＷになる。この値は、例えば２ｋＷの抵抗器を使用してＤＣ電圧源を放電する場合に比べて、大きな利点となる。

【0012】

これは、ＡＣグリッドに障害が発生した場合に水素燃料電池またはＰＶシステムの適用の形で、または、水素燃料電池システムまたはＰＶシステムの制御された停止の適用の形で、例えば、ＤＣ側の電荷蓄積システムの急速放電に使用することができる。

【0013】

少なくとも１つのパワーチョークの下流にあるブリッジ回路の少なくとも２つのブリッジ分岐のＡＣ側の接続は、例えば、ステップｂ）の前にリレーを閉じることによって行うことができる。少なくとも１つのパワーチョークの下流のブリッジ回路の少なくとも２つのブリッジ分岐のＡＣ側の接続がすでに存在しており、このためにリレーを設ける必要がないことも可能である。グリッドから切断された後にこの方法を実行するには、通常、リレーなどのスイッチングデバイスを介してブリッジ分岐の接続を確立する必要がある。各相に２つ以上の並列のブリッジ分岐を有し、例えばインターリーブモードで動作するインバータでは、並列ブリッジ分岐の少なくとも１つのパワーチョークの下流側のブリッジ分岐の接続がすでに存在しており、追加のリレーを使用せずにこれらの並列ブリッジ分岐を使用して本方法を実行できる。それにもかかわらず、この場合、相ごとに２つ以上の並列ブリッジ分岐の１つを、代替的にリレーを介して他の相のブリッジ分岐に接続することもできる。

【0014】

一実施形態では、例えば、各相にブリッジ分岐を有する三相インバータにおいて、一方のブリッジ分岐から流出する電流が、もう一方のブリッジ分岐に流入するように、例えば２つのブリッジ分岐を互いに接続することができる。

【0015】

しかしながら、一実施形態では、例えば三相インバータの３つのブリッジ分岐すべてを、例えば、一方のブリッジ分岐から流れ出る電流が分割されて他方のブリッジ分岐に流れるように、または、２つのブリッジ分岐から流出する電流が合わせて第３のブリッジ分岐に流入するように、相互に接続することができる。

【0016】

この方法の一実施形態では、ＤＣ入力に接続されたＤＣ電源に負荷をかけるための半導体スイッチは、インバータがＡＣ出力の電圧がゼロになる電圧制御動作で動作するように制御される。このような実施形態では、特に三相システムの三相すべてのブリッジ分岐を接続する場合、半導体スイッチの制御は通常の供給動作と同じ方法で行うことができ、インバータの調整だけが、電圧制御動作において、ブリッジ分岐の接続により存在する短絡に対応する出力電圧の公称値ゼロに調整しなければならない。３相インバータを２相接続し、出力電圧ゼロの電圧制御運転を行う場合、三相インバータの通常動作で発生する１２０°の位相シフトの代わりに、追加的に電流間の１８０°の位相シフトをこの方法において設定する必要がある。

【0017】

三相インバータ用のブリッジ回路は、例えばＢ６ブリッジ回路とすることができる。

【0018】

例えば、合計２つのブリッジ分岐を有するＨ４ブリッジ回路またはＨ５ブリッジ回路を備えた単相インバータを備えた一実施形態では、これらの２つのブリッジ分岐を互いに接続することができる。

【0019】

単相システムにおいても、インバータがＡＣ出力の電圧がゼロの電圧制御動作で動作するような方法で、ＤＣ入力に接続されたＤＣ電源を負荷するための半導体スイッチの制御を行うことができる。

【0020】

三相インバータもしくは単相インバータのブリッジ分岐を２つだけ接続する場合、あるいは１相の並列ブリッジ分岐を２つだけ接続する場合、ブリッジ分岐の半導体スイッチは、ＤＣ／ＤＣコンバータとして動作するようにそれぞれ制御できる。２つのブリッジ分岐間のＤＣ電圧差によって、ブリッジ分岐間の接続を流れる電流が決まる。

【0021】

この方法の一実施形態では、ＤＣ入力に接続できるＤＣ電源の負荷の程度は、半導体スイッチの制御によって調整できる。特に、負荷の程度は、この方法に半導体スイッチが使用されるブリッジ分岐を選択することによって調整できる。例えば、接続されたブリッジ分岐間の電圧差を介して２つのブリッジ分岐をＤＣ／ＤＣコンバータとして動作させるときに流れる電流を調整することにより、負荷の調整が可能になる。これは、例えばＶ（Ｉ，ｔ）電圧特性を記録することにより、燃料電池を監視するためにも使用できる。

【0022】

ブリッジ分岐をＤＣ／ＤＣコンバータとして制御することは、３つ以上の接続されたブリッジ分岐でも可能である。

【0023】

この方法の適用に関して、インバータブリッジのトポロジは、上述のＢ６、Ｈ４、またはＨ５回路に限定されず、少なくとも２つのブリッジ分岐を有する任意のトポロジを含み得る。ブリッジ分岐は、ハーフブリッジの代わりに、たとえば、ＩＮＰＣとしても知られるＮＰＣ、ＴＮＰＣとしても知られるＢＳＮＰＣ、またはＡＮＰＣトポロジを有し得る。

【0024】

インバータは、ＤＣ入力およびＡＣ出力と、制御可能な半導体スイッチを備えたブリッジ回路とを有する。ＤＣ入力はＤＣ電源に接続でき、ブリッジ回路はパワーチョークを介してＡＣ出力に接続される。ＡＣ出力は遮断スイッチを介してＡＣグリッドに接続でき、インバータはＤＣ電源から供給される電力をＡＣグリッドに供給するように設計されている。インバータはさらに、前述の方法を実行するように設計および構成された制御ユニットを有する。この目的のために、制御ユニットは、例えば、メモリおよびプロセッサを備えた計算ユニットとして設計され、方法ステップに対応する命令がプロセッサ上で実行され得る。

【0025】

このようなインバータは、例えば、ＤＣ入力に接続されたＤＣ電源を放電するために使用することができる。放電は、半導体スイッチの最大電力損失までの放電電力で行うことができる。

【0026】

このようなインバータは、例えば、ＤＣ入力に接続されたＤＣ電源の電力利用可能性を決定するために使用することもできる。

【0027】

ＤＣ電源のＤＣ側電力利用可能性を判定する適用の場合、例えば、インバータの最大電力損失までの短期負荷をＤＣ電源に適用することができ、判定された電流値と電圧値からＤＣ電源の負荷容量を判定できる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

本出願の発明は、図を用いて以下でより詳細に説明される。

【図1】図１は、インバータの動作方法を概略的に示す

【図2】図２は、ＤＣ電源およびＡＣグリッドを備えたインバータ、並びに相分岐の例示的な実施形態を概略的に示す

【図3】図３は、半導体スイッチを備えたブリッジ分岐の例示的な実施形態を示す。

【図4】図４は、三相ブリッジ回路の例示的な実施形態を示す。

【図5】図５は、三相ブリッジ回路の例示的な実施形態を示す。

【図6】図６は、三相ブリッジ回路の例示的な実施形態を示す。

【図7】図７は、三相ブリッジ回路の例示的な実施形態を示す。

【図8】図８は、三相ブリッジ回路の例示的な実施形態を示す。

【図9】図９は、図８の２つのブリッジ分岐の動作を概略的に示す。

【図10】図１０は、単相ブリッジ回路の例示的な実施形態を示す。

【図11】図１１は、単相ブリッジ回路の例示的な実施形態を示す。

【0029】

各図において、同一または類似の要素は同じ参照符号で示されている。

【発明を実施するための形態】

【0030】

図１は、インバータ１００を動作させる方法を示す。インバータ１００は、単相または多相、例えば二相または三相として設計することができ、単相、二相、または三相のＡＣグリッドに適宜接続できる。この方法は以下のステップを有する。
ａ）インバータをＡＣグリッドに接続する遮断スイッチが開く。
ｂ）ブリッジ回路１１０の少なくとも２つのブリッジ分岐１２５の半導体スイッチＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６は、インバータ１００のＤＣ入力に接続されたＤＣ電源１０が負荷されるように制御される。

【0031】

少なくとも２つのブリッジ分岐１２５は、少なくとも１つのパワーチョークＬ１ａｃ、Ｌ１ａｃ＿ａ、Ｌ１ａｃ＿ｂ、Ｌ２ａｃ、Ｌ２ａｃ＿ａ、Ｌ２ａｃ＿ｂ、Ｌ３ａｃ、Ｌ３ａｃ＿ａ、Ｌ３ａｃ＿ｂのＡＣ側下流に接続される。したがって、ＡＣ側の少なくとも２つのブリッジ分岐１２５のうちの少なくとも１つから流出する電流の総和が、ＡＣ側の少なくとも２つのブリッジ分岐１２５のうちの少なくとも１つの他のブリッジ分岐に流れる電流の総和に相当するように、半導体スイッチＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６を制御できる。これは、ＡＣ側のブリッジ分岐１２５から流出する電流の総和が、ＡＣ側のブリッジ分岐１２５に流入する電流の総和に相当することを意味する。

【0032】

図２は、図１の方法のために構成されたそのようなインバータ１００を示す。インバータ１００はＤＣ入力とＡＣ出力を有し、ＤＣ入力はＤＣ電源１０に接続され、ブリッジ回路１１０の３相分岐１２０、１３０はＡＣ出力に接続される。ＡＣ出力は三相ＡＣグリッド２０に接続され、インバータ１００は、ＤＣ電源１０によって供給される電力をＡＣグリッド２０に供給するように設計されている。インバータ１００は、ＡＣグリッド２０の相ごとに１つの相分岐１２０、１３０を有する。

【0033】

各相分岐１２０、１３０は、ブリッジ分岐１２５と、インダクタやコンデンサなどの受動部品とを有する。ＡＣ出力に接続するために、各相分岐１２０、１３０は、１つまたは複数のパワーチョークＬ１ａｃ、Ｌ１ａｃ＿ａ、Ｌ１ａｃ＿ｂと、ＤＣ電源１０の中心電位Ｍまたは負の電位ＤＣ－に接続するためのコンデンサＣ１ａｃとを有する。相分岐１２０、１３０は、モノリシック相分岐１２０として、またはいくつかの並列相分岐１２５、ここでは例えば２つの並列相分岐１２５を備えた相分岐１３０として設計することができる。並列相分岐１２５は、好ましくは、ブリッジ分岐１２５の半導体スイッチＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６が互いにオフセットしてクロック制御されるインターリーブ方法を使用して動作される。

【0034】

さらに、インバータ１００は、ブリッジ分岐１２５の半導体スイッチＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６を制御するための制御ユニット１５０を備える。

【0035】

インバータ１００のＤＣ側に追加のＤＣ／ＤＣコンバータを統合することが可能である。例えば、ＩＧＢＴまたはＭＯＳＦＥＴとして設計されたＳｉまたはＳｉＣ部品を、半導体スイッチＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６の電力半導体として選択することができる。この方法は、例えば、３レベルの３Ｌ、２レベルの２Ｌ、またはマルチレベルのトポロジに使用することができるが、これらに限定されない。

【0036】

一例として、図３は、ブリッジ分岐１２５の可能なトポロジを示している。図示されているのは、代替的にＢＳＮＰＣトポロジとも称されるＴＮＰＣトポロジ、代替的に（標準）ＮＰＣトポロジとも称されるＩＮＰＣトポロジ、ＡＮＰＣトポロジ、さらには、例えばＢ６、Ｈ４、またはＨ５回路で使用されるハーフブリッジＨＢの半導体スイッチＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６の配置である。

【0037】

図４は、リレーＲが相を相互に接続するモノリシック相分岐１２０を有する三相ブリッジ回路１１０を示す。インバータ１００をＡＣグリッド２０から切り離すための遮断スイッチＧＲは開いている。各相分岐１２０は、ブリッジ分岐１２５と、パワーチョークＬ１ａｃ、Ｌ２ａｃ、Ｌ３ａｃおよびコンデンサＣ１ａｃ、Ｃ２ａｃ、Ｃ３ａｃなどの受動部品とを有し、ブリッジ分岐１２５は、パワーチョークＬ１ａｃ、Ｌ２ａｃ、Ｌ３ａｃを介してＡＣ出力に接続される。ＡＣ出力の各相は、遮断スイッチＧＲを介してＡＣグリッド２０に接続され得る。

【0038】

可能なエネルギフロー１４０は、ＤＣ電源１０に負荷をかけるための損失発生の潜在的な経路を表す。負荷の流れ１４０は、リレーＲの１つを介して発生し、この例では、相１と相２の間に示されている。

【0039】

本実施形態では、インバータ１００の２相のＡＣ側短絡を適用する。この目的のために、２つのＡＣ相はパワーチョークＬ１ａｃ、Ｌ２ａｃの後方でリレーＲを介して短絡され、半導体スイッチＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６は、例えば、システムがＤＣ／ＤＣコンバータ動作で動作するように、制御される。代替的に、１８０°位相がずれた２つのＡＣ信号が生成され、ＡＣ出力の電圧がゼロに調整されるように、半導体スイッチＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６を制御することもできる。

【0040】

図５は、インターリーブトポロジにおける相分岐１３０を有する三相ブリッジ回路１１０を示す。遮断スイッチＧＲは、インバータ１００をＡＣグリッド２０から切り離すために開いている。相分岐１３０の各相は、並列するサブ相１ａ、相１ｂ、相２ａ、相２ｂ、相３ａ、相３ｂを有する。各サブ相は、パワーチョークＬ１ａｃ＿ａ、Ｌ１ａｃ＿ｂ、Ｌ２ａｃ＿ａ、Ｌ２ａｃ＿ｂ、Ｌ３ａｃ＿ａ、Ｌ３ａｃ＿ｂおよびコンデンサＣ１ａｃ、Ｃ２ａｃ、Ｃ３ａｃといった、それぞれのブリッジ分岐１２５と受動部品を備えており、ブリッジ分岐１２５はパワーチョークＬ１ａｃ＿ａ、Ｌ１ａｃ＿ｂ、Ｌ２ａｃ＿ａ、Ｌ２ａｃ＿ｂ、Ｌ３ａｃ＿ａ、Ｌ３ａｃ＿ｂを介してＡＣ出力に接続される。ＡＣ出力の各相は、遮断スイッチＧＲを介してＡＣグリッド２０に接続することができる。

【0041】

リレーＲは、図５の三相ブリッジ回路１１０において任意に使用することができる。しかしながら、この方法は、リレーＲを使用せずにここで実施することもできる。可能なエネルギフロー１４０は、ＤＣ電源１０に負荷をかけるための損失発生の潜在的な経路を表す。図示の例では、負荷の流れ１４０はリレーＲなしで発生する。負荷の流れ１４０は、例えば、サブ相１ａとサブ相１ｂの接続点を介して直接発生し得る。

【0042】

代替的に、例えば相１と相２との間の任意選択のリレーＲを介した、図４に示すような可能なエネルギフロー１４０も、図５による三相ブリッジ回路１１０において可能である。

【0043】

図６は、モノリシック相分岐１２０を有する三相ブリッジ回路１１０を備えた実施形態を示しており、３相すべてが２つのリレーＲを介して接続されている。ブリッジ分岐１２５内の半導体スイッチＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６の制御は、電力がＡＣ側短絡回路に供給され、エネルギフロー１４０が可能になるように実行される。

【0044】

本実施形態では、インバータ１００の３相のＡＣ側短絡を適用する。この目的のために、３つのＡＣ相はリレーＲを介してパワーチョークＬ１ａｃ、Ｌ２ａｃ、Ｌ３ａｃの後方で短絡され、システムが短絡に同期するように半導体スイッチが制御される。代替的に、ブリッジ分岐をＤＣ／ＤＣコンバータとして動作させることもできる。

【0045】

図７は、インターリーブ相分岐１３０を備えた三相ブリッジ回路１１０の実施形態を示しており、３相の全て、したがってサブ相も２つのリレーＲを介して接続されている。ブリッジ分岐１２５内の半導体スイッチＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６の制御は、電力がＡＣ側短絡回路に供給され、エネルギフロー１４０が可能になるように実行される。代替的に、ここでもブリッジ分岐をＤＣ／ＤＣコンバータとして動作させることができる。

【0046】

図８は、インターリーブ相分岐１３０を備えた三相ブリッジ回路１１０の実施形態を示す。三相インバータ１００は、例えばインターリーブにおけるＡＮＰＣトポロジにおいて、２つのそれぞれのサブ相を有する。ブリッジ分岐１２５は、例えばＡＮＰＣトポロジで設計され、この例示的な実施形態では相間にリレーＲは提供されない。したがって、インバータ１００は、３つの相のそれぞれに対して２つのブリッジ分岐を有し、それらはＡＣ側とＤＣ側の両方で並列に接続される。任意選択で、インバータ１００は、相当たりさらに多くのサブ相を有し得る。

【0047】

ＡＣグリッド２０は、遮断スイッチＧＲを介してインバータ１００から切断することができる。

【0048】

図８のインバータ１００を動作させる方法は、例えば以下のステップを有している。
ａ）遮断スイッチＧＲを開いてインバータ１００をＡＣグリッド２０から切り離す。その結果、サブ相１ａと１ｂ、サブ相２ａと２ｂ、サブ相３ａと３ｂが互いに並列に接続される。
ｂ）相のＡＣ側の動作方法をＡＣ電流制御からＤＣ電流制御または電圧制御に切り替える。ブリッジ分岐１２５の半導体スイッチＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６が、パワーチョークＬ１ａｃ＿ａ、Ｌ１ａｃ＿ｂ、Ｌ２ａｃ＿ａ、Ｌ２ａｃ＿ｂ、Ｌ３ａｃ＿ａ、Ｌ３ａｃ＿ｂおよびコンデンサＣ１ａｃ、Ｃ２ａｃ、Ｃ３ａｃに接続されたブリッジ分岐１２５がＤＣ／ＤＣコンバータの機能を果たす（図９）ような方法で、制御される。

【0049】

図９は、これを相１ａおよび１ｂに基づいて例示的に示している。電力損失の調整、したがって安全で信頼性の高いＡＣグリッド接続および／またはＤＣ電源の所望の放電電力のための所望のＤＣ電力の特定も、２つのＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧の公称値として設定された電圧Ｖｃ１とＶｃ２の差から生じる電流Ｉを介して実行できる。

【0050】

図１０は、単相インバータ１００のＨ４トポロジにおけるブリッジ回路１１０を示す。Ｈ４トポロジの相分岐１２０は、三相Ｂ６ブリッジ回路の相分岐１２０と同じである。ブリッジ分岐１２５は、ハーフブリッジとして設計され、パワーチョークＬ１ａｃおよびＬ２ａｃを介してＡＣ出力に接続され、ＡＣ出力は、遮断スイッチＧＲを介してＡＣグリッド３０に接続することができる。相分岐１２０は、この方法を実行するために、特に自己消費を達成するために、リレーＲを介して接続することができる。

【0051】

図１０の下部には、この方法を実行するための、特に自己消費を達成するための負荷の流れ１４０が、２つの相を接続するリレーＲを備えた単相Ｈ４トポロジの例として、示されている。遮断スイッチＧＲは開いており、リレーＲを介してハーフブリッジＴ１／Ｔ２とＴ３／Ｔ４の間で負荷の流れ１４０を実現できる。ブリッジ分岐１２５の半導体スイッチＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４の制御は、図４、図８及び図９の制御と同様に、パワーチョークＬ１ａｃおよびＬ２ａｃに関連してブリッジ分岐１２５を動作させることによって実行される。コンデンサＣ１ａｃおよびＣ２ａｃはＤＣ／ＤＣコンバータとして、あるいはブリッジ分岐１２５をインバータブリッジとして動作させることによって、その出力電圧は既存の短絡に従ってゼロに調整される。

【0052】

図１１は、２つの相を接続するためのリレーＲを備えた単相Ｈ５トポロジについて、特に自己消費を達成するための方法を実行するための負荷の流れ１４０の例を示す。遮断スイッチＧＲは開いており、リレーＲを介してハーフブリッジＴ１／Ｔ２とＴ３／Ｔ４の間で負荷の流れ１４０を実現できる。ブリッジ分岐１２５の半導体スイッチＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５の制御は、図４、図８及び図９の制御と同様に、パワーチョークＬ１ａｃおよびＬ２ａｃおよびコンデンサＣ１ａｃおよびＣ２ａｃと接続してブリッジ分岐１２５をＤＣ／ＤＣコンバータとして動作させることによって、または、ブリッジ分岐１２５を、既存の短絡に従って出力電圧がゼロに調整されるインバータブリッジとして動作させることによって、ここで実行される。

【0053】

符号の一覧
１０ ＤＣ電源
２０ ＡＣグリッド、多相
３０ ＡＣグリッド、単相
１００ インバータ
１１０ ブリッジ回路
１２０ 相分岐、モノリシック
１２５ ブリッジ分岐
１３０ 相分岐、インターリーブ
１４０ エネルギフロー
１５０ 制御ユニット
ＧＲ 遮断スイッチ
Ｒ リレー
Ｃ１ａｃ、Ｃ２ａｃ、Ｃ３ａｃ コンデンサの容量
Ｌ１ａｃ、Ｌ１ａｃ＿ａ、Ｌ１ａｃ＿ｂ、
Ｌ２ａｃ、Ｌ２ａｃ＿ａ、Ｌ２ａｃ＿ｂ、
Ｌ３ａｃ、Ｌ３ａｃ＿ａ、Ｌ３ａｃ＿ｂ パワーチョーク
ａ）、ｂ） 方法のステップ
ＤＣ＋ 正の直流電位
ＤＣ－ 負の直流電位
Ｍ 中心電位
ＡＣ 交流電圧、交流
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３ ＡＣグリッド導体
Ｎ ＡＣグリッド中性線
Ｉ 電流
ＶＣ１、ＶＣ２ 電圧
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６ 半導体スイッチ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【国際調査報告】