JP2016220431A - Power conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device.
電力変換装置は、特に、UPS(Uninterruptible Power−supply System、無停電電源装置)は、データセンタ向けに、地価の高い都市近郊に敷設されるため、設置面積の小さいことが望まれている。同様に、電力変換器効率に起因するランニングコストや、部品交換等のメンテナンスコストを低く抑えた製品が渇望されている。加えて、停止が大きな損失を生むシステム(例データセンタ)では、メンテナンス中の稼働継続の要求がある。 In particular, a power conversion device is desired to have a small installation area because a UPS (Uninterruptable Power-supplement System, uninterruptible power supply) is laid in the vicinity of a city with a high land price for a data center. Similarly, there is a craving for products that keep running costs due to power converter efficiency and maintenance costs such as replacement of parts low. In addition, there is a demand for continuous operation during maintenance in a system (for example, a data center) in which a stop causes a large loss.
この課題に対し、必要電力容量からN並列必要なシステムに対し、UPS本体をN+1並列化したシステムにより、N+1の冗長運転をするシステムが提案されている。UPS本体を多並列化したシステムでは、少なくとも一つの第一のUPSが稼働中であるとき、他の第二のUPSにおいて、ACスイッチをオフし、電力系統から切り離すことで、第一のUPSを稼働した状態で、第二のUPSにおける部品交換等のメンテナンスが可能となる。一方、UPS本体をN+1並列化することで、ACフィルタ等もN+1倍化するため、接地面積、部品数の増大が課題となる。 In response to this problem, a system has been proposed in which N + 1 redundant operation is performed by a system in which the UPS main body is made N + 1 parallel to a system that requires N parallel power from the required power capacity. In a system with multiple UPS units in parallel, when at least one first UPS is in operation, the other UPS is turned off and disconnected from the power system in the other second UPS. Maintenance such as parts replacement in the second UPS can be performed in the operating state. On the other hand, by arranging N + 1 parallel UPS main units, the AC filter and the like are also multiplied by N + 1, which increases the ground contact area and the number of components.
少ない部品数で、冗長運転を実現する手段として、必要電力容量からN並列必要なシステムに対し、UPS本体内部で、インバータユニット・コンバータユニット・チョッパユニットをそれぞれN+1並列化する構成が考えられる。ただし、一部のユニットが稼働中の状態で、他のユニットを交換・追加するとき、電力系統・稼働中ユニットから追加ユニット内コンデンサへの突入電流を抑制する必要がある。 As a means for realizing redundant operation with a small number of parts, an N + 1 parallel configuration of an inverter unit, a converter unit, and a chopper unit in the UPS main body can be considered for a system that requires N parallel power from the required power capacity. However, when replacing or adding another unit while some units are operating, it is necessary to suppress inrush current from the power system / operating unit to the capacitor in the additional unit.
特許文献1では、複数の電力変換ユニットを具備したコンデンサの充電方法として、例えば、一つの充電回路を用いて、前記電力変換ユニットに含まれるある一つの第一のインバータユニットを充電し、他のインバータユニットの平滑コンデンサは、初期充電したインバータユニットのインバータ回路出力から負荷を経由して充電する手法が提案されている。
In
特許文献1に記載された方法によると、複数のインバータユニットの初期充電における発明であり、充電開始前においてはいずれのインバータユニットも充電されていない状態である。いずれのまた、一つの充電回路で、多並列ユニットの充電に対応できるが、充電回路に冗長性を確保するには、充電回路の多並列化が必要となる。
According to the method described in
そこで、本発明は、少ない部品数でコンデンサ充電回路を構成し、少なくとも一つの電力変換ユニットのインバータ、コンバータが稼働中の状態で、他の少なくとも一つの電力変換ユニットのコンデンサを充電、接続可能とするホットスワップに対応した電力変換装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention configures a capacitor charging circuit with a small number of parts, and can charge and connect a capacitor of at least one other power conversion unit while the inverter and converter of the at least one power conversion unit are operating. An object of the present invention is to provide a power conversion device that supports hot swapping.
上記課題を解決するために、例えば、コンバータ、インバータ、チョッパからなる電力変換ユニットを複数有する電力変換装置であって、複数の電力変換ユニットのうち一の第一の電力変換ユニットに内蔵されたチョッパ回路入力端子と直流電源に接続される直流リアクトルとの間に設けられる第一開閉器と、第一の電力変換ユニットとは異なる他の第二の電力変換ユニットの正極端子と直流電源および前記直流リアクトルの間とを接続するための第二開閉器と、を有し、第一の電力変換ユニットが稼働中に第二の電力変換ユニットを並列接続する場合に、第一開閉器および第二開閉器を閉じることにより、チョッパ回路入力端子および前記正極端子が前記リアクトルを介して接続されることを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, for example, a power conversion device including a plurality of power conversion units including a converter, an inverter, and a chopper, the chopper built into one first power conversion unit among the plurality of power conversion units. A first switch provided between a circuit input terminal and a DC reactor connected to a DC power supply; a positive terminal of a second power conversion unit different from the first power conversion unit; a DC power supply; and the DC A second switch for connecting between the reactors, and when the second power conversion unit is connected in parallel while the first power conversion unit is in operation, the first switch and the second switch The chopper circuit input terminal and the positive electrode terminal are connected via the reactor by closing the device.
少ない部品数でコンデンサ充電回路を構成し、少なくとも一つの電力変換ユニットのインバータ、コンバータが稼働中の状態で、他の少なくとも一つの電力変換ユニットのコンデンサを充電、接続可能とするホットスワップに対応した電力変換装置を提供する。 Capacitor charging circuit is configured with a small number of parts, and it supports hot swapping that enables charging and connection of capacitors of at least one other power conversion unit while the inverter and converter of at least one power conversion unit are operating. A power converter is provided.
以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。なお、本実施例においては、その代表例として、UPS(Uninterruptible Power−supply System、無停電電源装置)について説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. In this embodiment, a UPS (Uninterruptable Power-supplement System) will be described as a representative example.
図1は、無停電電源装置(以下「UPS」と記述する)100のシステム図である。商用交流電源106から入力される三相交流電力は、コンバータ側ACリアクトル406を経由して、コンバータ102に入力される。コンバータ102では三相交流電力を直流電力に変換し、インバータ103により再び交流電力に変換して、インバータ側ACフィルタ408を経由して負荷108に供給する。また、コンバータ102により直流に変換された電力は、チョッパ104及びDCリアクトル407により最適な電圧に昇圧あるいは降圧するにより、蓄電池107に蓄えられる。コンバータ、インバータ、チョッパそれぞれの動作は、上位制御回路105によって制御される。
FIG. 1 is a system diagram of an uninterruptible power supply (hereinafter referred to as “UPS”) 100. Three-phase AC power input from the commercial
商用電源106が何らかの理由で停電した場合、蓄電池107に蓄えられた電力がインバータ103へ与えられ、交流電力に変換して負荷108に供給することで、負荷108へは途切れることなく給電することができる。
When the
図2は、コンバータ102を構成する主な電気回路を示す図である。コンバータ102は、3相交流の商用電源106からの三相交流電力を、正極負極間(PN間)の直流電力に変換させるものである。入力となる3相交流電力106を、三相コンバータ102の各相変換器201、202、203の交流端子R、S、Tに供給し、各相に備えられた上アームのスイッチング素子21及び整流素子23と、下アームのスイッチング素子22及び整流素子24とにおいて、コンバータ制御回路204でスイッチングタイミングを制御することにより整流させる。本実施例においては、スイッチング素子としてIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、整流素子としてダイオード、を用いているが、これらに限らず、他の種類の素子を適用することも可能である。
FIG. 2 is a diagram showing main electric
図3は、インバータ回路の構成を示す回路図である。コンバータ102により変換された直流電圧を、各相に備えられた上アームのスイッチング素子21及び整流素子23と、下アームのスイッチング素子22及び整流素子24とにおいて、インバータ制御回路304でスイッチングタイミングを制御することにより交流電力に変換させ、各相変換器301、302、303の交流端子U、V、Wに出力する。
FIG. 3 is a circuit diagram showing the configuration of the inverter circuit. The
図4は、チョッパ回路の構成を示す回路図である。昇圧チョッパ104は、蓄電池107による低圧の直流電圧をPN間の高圧直流電圧に変換させるものである。下アームのスイッチング素子22がONしている間に、蓄電池107と交流端子Cとの間に接続されたDCリアクトル407にエネルギーが蓄積される。次に、下アームのスイッチング素子22がOFFした際に、リアクトル407が発する逆起電圧により上アームの整流素子23がONする。これより、昇圧チョッパ104の出力端には、蓄電池107の直流電圧とリアクトル407の逆起電圧の加算電圧が現れるため、結果的に昇圧される。またチョッパ制御回路405により、スイッチングタイミングを制御することにより、昇圧比を任意に設定可能としている。
FIG. 4 is a circuit diagram showing the configuration of the chopper circuit. The step-
以上より、本実施例のUPS100に搭載されるコンバータ102、インバータ103、昇圧チョッパ104は、いずれも、上アームのスイッチング素子21及び整流素子23と、下アームのスイッチング素子22及び整流素子24と、が直列に接続された2レベルハーフブリッジ回路20を基本構成としているが、3レベルを基本構成としたインバータ、コンバータ、昇圧回路を適用することも可能である。
From the above, the
図5は、コンバータ102、インバータ103、チョッパ104からなる電力変換ユニット200を2並列接続した、本実施例における、UPS100の構成図を示す。
FIG. 5 shows a configuration diagram of the UPS 100 in the present embodiment in which two
各電力変換ユニット200a、200bのコンバータ入力端子501a、501bは、それぞれ開閉器SW_ac11、SW_ac21を経由して、共通リアクトル406へと接続される。同様に、インバータ出力端子502a、502bは、それぞれ開閉器SW_ac12、SW_ac22を経由して共通リアクトル408へと接続される。チョッパ入力端子503a、503bは、開閉器SW_dc11、SW_dc21を経由して、DCリアクトル407へと接続される。また第一の電力変換ユニット200aと、第二の電力変換ユニット200bの各P極端子、および各N極端子は、開閉器SW_p12、SW_p22、SW_n11、SW_n21を経由して接続される。また、各電力変換ユニットのP極端子は、各開閉器SW_p11、SW_p21を経由して、DCリアクトル407とDC入力開閉器SW_dcとの間に接続される。この各開閉器SW_p11、SW_p21を閉にすることにより、コンデンサ25aおよび25bの充電を行うことが可能である。すなわち、電力変換ユニット200aが稼働中のとき、電力変換ユニット200aのチョッパ入力端子503aと、電力変換ユニット200bのP極端子とを、開閉器SW_dc11,リアクトル407,及び開閉器SW_p21を介して接続することで、電力変換ユニット200aから電力変換ユニット200bへコンデンサ25bの充電電流を供給することが可能となる。
各電力変換ユニットを制御する上位制御回路109は、各電力変換ユニットのP極N極間電圧をモニタし、チョッパ動作を制御する機構を備える。
The
なお本実施例では、コンデンサ25a,25bとして電解コンデンサ等の極性のあるコンデンサを想定しているが、同様の構成で、フィルムコンデンサ等の極性のないコンデンサの充電も可能である。
In this embodiment, polar capacitors such as electrolytic capacitors are assumed as the
図6は、初期充電のフローチャートを示している。以下、第一の電力変換ユニット200aのインバータ・コンバータが稼働中である条件下において、第二の電力変換ユニット200bを追加するときの初期充電動作を示す。
FIG. 6 shows a flowchart of initial charging. Hereinafter, an initial charging operation when the second
まず、図5の第一の電力変換ユニット200aが駆動しているとき、入出力系統をつなぐ開閉器SW_ac11、SW_ac12、SW_dc11、SW_p12、SW_n11、SW_dcは閉の状態であり、第一の電力変換ユニット内のコンデンサ25aの充電経路にある開閉器SW_p11は開の状態である。
First, when the first
そして、追加ユニットである第二の電力変換ユニット200bに接続される開閉器SW_ac21、 SW_ac22、 SW_dc21、 SW_p22、 SW_n21、 SW_p21は開の状態である。
The switches SW_ac21, SW_ac22, SW_dc21, SW_p22, SW_n21, and SW_p21 connected to the second
第二の電力変換ユニット内のコンデンサ25bの充電動作をフローチャートを用いながら説明する。
The charging operation of the
まず、SW_n21を閉じ、第一の電力変換ユニットのN電位と第二の電力変換ユニットのN電位とを同電位とする。更に、SW_dcを開とし、DCリアクトル407と蓄電池107を切り離した状態で、SW_p21を閉じ、第二の電力変換ユニットのP極端子と、第一の電力変換ユニットのチョッパ端子503aとを、DCリアクトル407を経由して接続する(ステップ601)。なお、SW_n21を閉じるタイミングとSW_dcを開くタイミングとは、どちらが先であってもよく、これらの動作の後にSW_p21を閉じる。また、第一の電力変換ユニットのチョッパ回路の上アームスイッチング素子21は、初期状態としてオフに制御されている。
First, SW_n21 is closed, and the N potential of the first power conversion unit and the N potential of the second power conversion unit are set to the same potential. Further, with SW_dc opened and the
第一の電力変換ユニットのチョッパ回路を特定のデューティー比で動作させる。このとき、第二の電力変換ユニットのコンデンサ25bには、第一の電力変換ユニットのチョッパ端子503a、開閉器SW_dc11、DCリアクトル407、開閉器SW_p21を経由して、充電電流が流れる(ステップ602)。上位制御回路109では、第二の電力変換ユニットのP極N極間電圧をモニタし、所定の設定値に達した時(ステップ603のYes)、第一の電力変換ユニットのチョッパ回路をオフし(ステップ604)、充電電流を遮断する。ステップ604では、具体的には、開閉器SW_p21を開とし、第一の電力変換ユニットのチョッパから、第二の電力変換ユニットへの充電電流経路を遮断し、開閉器SW_ac21、SW_ac22、SW_p22、SW_dc21を閉じ、第一の電力変換ユニットと、第二の電力変換ユニットとにおけるコンバータ入力端子501a、501bと、インバータ出力端子502a、502bと、チョッパ入力端子503a、503bと、P極N極端子をそれぞれ接続する。また、開閉器SW_dcを閉じ、DCリアクトル407と蓄電池107を接続し、第二の電力変換ユニットは、第一の電力変換ユニットに同期したインバータ・コンバータ稼働を開始する。
The chopper circuit of the first power conversion unit is operated at a specific duty ratio. At this time, a charging current flows through the
本実施の形態によれば、第一の電力変換ユニットがインバータ・コンバータ動作で稼働中であっても、第二の電力変換ユニットの追加(初充電)が可能となる。すなわち、第二の電力変換ユニットの充電電流は、第一の電力変換ユニットのチョッパ回路を経由するため、チョッパ制御により、充電電流の制御が可能となる。また、各電力変換ユニットに内蔵されるチョッパを充電回路として利用し、かつ各ユニットでDCリアクトルを共用(リアクトルから各ユニットのチョッパにつながる接続部を有している。)することで、少ない追加部品でホットスワップに対応している。また、第二の電力変換ユニットから、第一の電力変換ユニットへの充電も可能であり、多並列ユニットと同様に、充電回路の冗長性が確保できる。 According to the present embodiment, even when the first power conversion unit is operating in the inverter / converter operation, the second power conversion unit can be added (initial charge). That is, since the charging current of the second power conversion unit passes through the chopper circuit of the first power conversion unit, the charging current can be controlled by chopper control. In addition, by using the chopper built in each power conversion unit as a charging circuit and sharing the DC reactor in each unit (having a connection part connected from the reactor to the chopper of each unit), few additions Supports hot swapping with parts. Further, charging from the second power conversion unit to the first power conversion unit is also possible, and the redundancy of the charging circuit can be ensured similarly to the multi-parallel unit.
一方メンテナンス時、例えば第二の電力変換ユニットの取り外しが必要な場合、第二の電力変換ユニットのインバータ、コンバータ、チョッパの全SW素子をオフ状態に制御し、電力系統、および蓄電池から第二の電力変換ユニットに流れる電流が遮断した状態で、開閉器SW_ac21、SW_dc21、SW_p21、SW_ac22、SW_p22、SW_n21を開とすることで、電力系統、および第一の電力変換ユニットから、第二の電力変換ユニットを切り離すことが可能となる。 On the other hand, for example, when the second power conversion unit needs to be removed during maintenance, all the SW elements of the inverter, converter, and chopper of the second power conversion unit are controlled to be turned off, and the second power conversion unit is removed from the power system and the storage battery. With the current flowing through the power conversion unit cut off, the switches SW_ac21, SW_dc21, SW_p21, SW_ac22, SW_p22, and SW_n21 are opened, so that the power system and the first power conversion unit can be switched to the second power conversion unit Can be separated.
図7は、第2の実施例の電力変換装置の構成図である。 FIG. 7 is a configuration diagram of the power conversion device according to the second embodiment.
以下では、第一の電力変換ユニットのインバータ、コンバータが稼働中であり、第二の電力変換ユニットが追加され初充電されるユニットとしての動作について示す。 In the following, an operation as a unit in which the inverter and converter of the first power conversion unit are in operation and the second power conversion unit is added and initially charged will be described.
上位制御回路109では、第二の電力変換ユニットのP極N極間電圧に加え、ACフィルタリアクトル408の出力電流をモニタする点が、実施例1とは異なる点である。
The
上位制御回路109では、第二の電力変換ユニットの充電電流を制御する、第一の電力変換ユニットのチョッパ導通率を、前記出力電流信号により切り替える。
The
図8は、第一の電力変換ユニットのチョッパ部等価回路を示す。 FIG. 8 shows a chopper part equivalent circuit of the first power conversion unit.
図9は、上位制御回路109のチョッパ制御信号S1に対するチョッパ制御電圧および充電電流を示している。横軸は時間、縦軸にチョッパ制御電圧および充電電流を示している。
FIG. 9 shows the chopper control voltage and the charging current for the chopper control signal S1 of the
図9に示すように、上位制御回路では、ACフィルタリアクトル408の出力電流に従い、チョッパ制御信号S1のパルス信号デューティー比を切り替える。
As shown in FIG. 9, the host control circuit switches the pulse signal duty ratio of the chopper control signal S <b> 1 according to the output current of the
出力電流が小さい場合には、第一の電力変換ユニットのインバータ、及びコンバータの損失が小さいので、チョッパ制御信号S1として、パルス信号デューティー比の増分が大きいS1a信号が選択される。このようにパルス幅の変化分(増分)が大きいと、充電電流は大きくすることができる。 When the output current is small, since the loss of the inverter and converter of the first power conversion unit is small, the S1a signal having a large pulse signal duty ratio increment is selected as the chopper control signal S1. Thus, when the change (increment) of the pulse width is large, the charging current can be increased.
一方、出力電流が大きい場合には、第一の電力変換ユニットのインバータ、及びコンバータの損失が大きいので、チョッパ制御信号S1として、パルス信号デューティー比の増分が小さいS1b信号が選択される。インバータ・コンバータの出力電流が大きいときに、充電電流を大きくしてしまうと、変換器の発熱が大きくなり、故障につながるので、このように出力電流をモニタしながら、充電電流を制限することで、過大な発熱・故障を回避することができる。 On the other hand, when the output current is large, since the loss of the inverter and converter of the first power conversion unit is large, the S1b signal having a small increment of the pulse signal duty ratio is selected as the chopper control signal S1. If the charging current is increased when the output current of the inverter / converter is large, the converter will generate more heat, leading to malfunctions. By limiting the charging current while monitoring the output current in this way, Excessive heat generation / failure can be avoided.
なお、チョッパ制御信号S1bに対し、チョッパ制御信号S1aでは、充電電流は小さくなり、また充電時間も長くなる。 In addition, with respect to the chopper control signal S1b, in the chopper control signal S1a, the charging current becomes smaller and the charging time becomes longer.
本実施の形態によれば、インバータ及びコンバータが稼働している第一の電力変換ユニットにおいて、第二の電力変換ユニットへの充電電流増大による損失増大、及び発熱増大の影響を低減できる。すなわち、第一の電力変換ユニットのインバータ及びコンバータが高負荷で動作しているとき、つまり、インバータ及びコンバータの損失、発熱が大きいときは、チョッパ制御信号S1bを適用することにより、充電電流を制限し、インバータ、及びコンバータの温度上昇を抑制できる。 According to the present embodiment, in the first power conversion unit in which the inverter and the converter are operating, it is possible to reduce the influence of an increase in loss due to an increase in charging current to the second power conversion unit and an increase in heat generation. That is, when the inverter and converter of the first power conversion unit are operating at a high load, that is, when the loss and heat generation of the inverter and converter are large, the charging current is limited by applying the chopper control signal S1b. And the temperature rise of an inverter and a converter can be suppressed.
また本実施の形態では、充電電流を供給する電力変換ユニットのインバータ及びコンバータの動作状態を、ACフィルタリアクトル408の出力電流で判定し、チョッパ制御信号S1を制御している。一方、インバータ及びコンバータの動作状態を判定する情報として、ACリアクトル406の入力電流、コンバータ入力電流、インバータ出力電流、またはインバータ、及びコンバータユニットの温度情報を用いた場合も、同様な制御が可能である。
In the present embodiment, the operation state of the inverter and converter of the power conversion unit that supplies the charging current is determined by the output current of the
図10は、第3の実施例の電力変換装置の構成図である。 FIG. 10 is a configuration diagram of the power conversion device according to the third embodiment.
実施例1および実施例2と異なる点は、開閉器SW_dc1および開閉器SW_dc2の構成位置である。チョッパ入力端子503a、503bは、開閉器SW_dc1を経由して、相互に接続される。さらに、チョッパ入力端子503a、503bは、DCリアクトル407と、開閉器SW_dc2を経由して相互に接続される。このように構成することで、実施例1および実施例2の電力変換装置の構成と比較してスイッチ数を低減することができる。
The difference from the first and second embodiments is the configuration positions of the switch SW_dc1 and the switch SW_dc2. The
図11は、本実施例における、初期充電のフローチャートを示している。以下、図10中の第一の電力変換ユニット200aのインバータ・コンバータが稼働中である条件下において、第二の電力変換ユニット200bを追加するときの初期充電動作を示す。
FIG. 11 shows a flowchart of initial charging in the present embodiment. Hereinafter, an initial charging operation when the second
第一の電力変換ユニット200aが駆動しているとき、入出力系統をつなぐ開閉器SW_ac11、 SW_ac12、SW_p12、 SW_n11、 SW_dcは閉の状態であり、第一の電力変換ユニットのチョッパ入力端子503aと、第二の電力変換ユニットのチョッパ入力端子503bとをつなぐ開閉器SW_dc1、SW_dc2はいずれも開の状態である。また、追加ユニットである第二の電力変換ユニット200bに接続される開閉器SW_ac21、SW_ac22、SW_dc1、SW_p22、SW_n21は開の状態である。
When the first
第二の電力変換ユニット内のコンデンサ25bの充電動作として、SW_n21を閉じ、第一の電力変換ユニットのN電位と、第二の電力変換ユニットのN電位とを、同電位とする。更に、SW_dcを開とし、DCリアクトル407と蓄電池107を切り離した状態で、SW_dc2を閉じ、第二の電力変換ユニットのチョッパ端子503bと、第一の電力変換ユニットのチョッパ端子503aとを、DCリアクトル407を経由して接続する(ステップ1001)。このとき、SW_dc、SW_dc1を開くタイミングと、SW_n21を閉じるタイミングは順不同であるが、SW_dc2はこれらのスイッチの動作をしたのちに閉じるように制御する。なお、第一の電力変換ユニットのチョッパ回路の上アームスイッチング素子21と、第二の電力変換ユニットのチョッパ回路の上アームスイッチング素子21と下アームスイッチング素子22は、いずれも初期状態としてオフに制御されている。
As charging operation of the
次に、第一の電力変換ユニットのチョッパ回路を特定のデューティー比で動作させる(ステップ1002)。このとき、第二の電力変換ユニットのコンデンサ25bには、第一の電力変換ユニットのチョッパ端子503a、DCリアクトル407、開閉器SW_dc2、第二の電力変換ユニットのチョッパ端子503b、および第二の電力変換ユニットのチョッパ回路の上アーム整流素子23を経由して、充電電流が流れる。上位制御回路109では、第二の電力変換ユニットのP極N極間電圧をモニタし、所定の設定値に達した時(ステップ1003のYes)、第一の電力変換ユニットのチョッパ回路をオフし、充電電流を遮断する。一方、所定値に達しない場合は、同判定を繰り返す(ステップ1003のNop)。
Next, the chopper circuit of the first power conversion unit is operated at a specific duty ratio (step 1002). At this time, the
次に、開閉器SW_dc2を開とし、第一の電力変換ユニットのチョッパから、第二の電力変換ユニットへの充電電流経路を遮断し、開閉器SW_ac21、SW_ac22、SW_p22、SW_dc1を閉じ、第一の電力変換ユニットと、第二の電力変換ユニットとにおけるコンバータ入力端子503a、503bと、インバータ出力端子502a、502bと、チョッパ入力端子503a、503bと、P極N極端子をそれぞれ接続する。また、開閉器SW_dcを閉じ、DCリアクトル407と蓄電池107を接続し、第二の電力変換ユニットは、第一の電力変換ユニットに同期したインバータ・コンバータ稼働を開始する。
Next, the switch SW_dc2 is opened, the charging current path from the chopper of the first power conversion unit to the second power conversion unit is interrupted, the switches SW_ac21, SW_ac22, SW_p22, SW_dc1 are closed,
本実施の形態によれば、第一の電力変換ユニットがインバータ・コンバータ動作で稼働中であっても、第二の電力変換ユニットの追加(初充電)が可能となる。第二の電力変換ユニットの充電電流は、第一の電力変換ユニットのチョッパ回路を経由するため、チョッパ制御により、充電電流の制御が可能となる。また、各電力変換ユニットに内蔵されるチョッパを充電回路として利用し、かつ各ユニットでDCリアクトルを共用することで、少ない追加部品でホットスワップに対応している。 According to the present embodiment, even when the first power conversion unit is operating in the inverter / converter operation, the second power conversion unit can be added (initial charge). Since the charging current of the second power conversion unit passes through the chopper circuit of the first power conversion unit, the charging current can be controlled by chopper control. Further, by using a chopper built in each power conversion unit as a charging circuit and sharing a DC reactor in each unit, hot swapping is supported with a small number of additional parts.
メンテナンス時、例えば第二の電力変換ユニットの取り外しが必要な場合、第二の電力変換ユニットのインバータ、コンバータ、チョッパの全SW素子をオフ状態に制御し、電力系統、および蓄電池から第二の電力変換ユニットに流れる電流が遮断した状態で、開閉器SW_ac21、SW_dc1、SW_ac22、SW_p22、SW_n21を開とすることで、電力系統、および第一の電力変換ユニットから、第二の電力変換ユニットを切り離すことが可能となる。 During maintenance, for example, when it is necessary to remove the second power conversion unit, all the SW elements of the inverter, converter, and chopper of the second power conversion unit are controlled to be turned off, and the second power is supplied from the power system and the storage battery. The second power conversion unit is disconnected from the power system and the first power conversion unit by opening the switches SW_ac21, SW_dc1, SW_ac22, SW_p22, SW_n21 while the current flowing through the conversion unit is interrupted. Is possible.
図12は、第4の実施例の電力変換装置の構成図である。本実施では電力変換ユニット200を3並列接続したUPS100の構成を有している。
FIG. 12 is a configuration diagram of the power conversion device according to the fourth embodiment. In this embodiment, the
第一の電力変換ユニット200aのチョッパ入力端子503aと、第二の電力変換ユニットのチョッパ入力端子503bは、開閉器SW_dc1に接続される。さらに、第一の電力変換ユニット200aのチョッパ入力端子503aと、第二の電力変換ユニットのチョッパ入力端子503bは、DCリアクトル407と、開閉器SW_dc2を経由して接続される。一方、第二の電力変換ユニットのチョッパ入力端子503bと、第三の電力変換ユニットのチョッパ入力端子503cは、開閉器SW_dc3を経由して接続される。
The
第三の電力変換ユニット200cを充電するとき、充電電流は、第一の電力変換ユニット内のチョッパから、DCリアクトル407と、開閉器SW_dc2と開閉器SW_dc3を経由して、第三の電力変換ユニットのチョッパ入力端子503cへと供給される。なお同一の電流経路で、第三の電力変換ユニットから、第一の電力変換ユニットへ充電電流を供給することも可能である。
When charging the third
本実施の形態によれば、第二の電力変換ユニットと、第三の電力変換ユニットのチョッパ入力端子間の開閉器を一つで構成でき、部品数を削減できる。 According to this Embodiment, the switch between the chopper input terminals of the 2nd power conversion unit and the 3rd power conversion unit can be constituted by one, and the number of parts can be reduced.
以上説明した実施の形態では、UPSについて言及しているが、異なる電力変換器(例えばPCS等)への適用も可能であり、上記実施形態の構成に限定されるものではない。また、開閉器を例に説明したが、電気的な接続状態を入切するものであれば他の手段であってもよい。 Although the embodiment described above refers to UPS, it can be applied to different power converters (for example, PCS) and is not limited to the configuration of the above embodiment. Moreover, although the switch was described as an example, other means may be used as long as the electrical connection state is turned on and off.
20…2レベルハーフブリッジ回路
21、22…スイッチング素子(IGBT)
23、24…整流素子(ダイオード)
25…コンデンサ素子
27、28…ヒューズ素子
100…電力変換装置(UPS)
102…コンバータ
103…インバータ
104…チョッパ
105、109…上位制御部
106…商用交流電源
107…蓄電池
108…負荷
200…電力変換ユニット
201…コンバータR相電力変換ユニット
202…コンバータS相電力変換ユニット
203…コンバータT相電力変換ユニット
204…コンバータ制御回路
301…インバータU相電力変換ユニット
302…インバータV相電力変換ユニット
303…インバータW相電力変換ユニット
304…インバータ制御回路
401…チョッパ電力変換ユニット
405…チョッパ制御回路
406、407、408…リアクトル
501…コンバータ入力端子
502…インバータ出力端子
503…チョッパ入力端子
20... 2 level
23, 24 ... Rectifier element (diode)
25 ...
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記複数の電力変換ユニットのうち一の第一の電力変換ユニットに内蔵されたチョッパ回路入力端子と直流電源に接続される直流リアクトルとの間に設けられる第一開閉器と、
前記第一の電力変換ユニットとは異なる他の第二の電力変換ユニットの正極端子と前記直流電源および前記直流リアクトルの間とを接続するための第二開閉器と、を有し、
前記第一の電力変換ユニットが稼働中に前記第二の電力変換ユニットを並列接続する場合に、前記第一開閉器および前記第二開閉器を閉じることにより、前記チョッパ回路入力端子および前記正極端子が前記リアクトルを介して接続される電力変換装置。 A power conversion device having a plurality of power conversion units including a converter, an inverter, and a chopper,
A first switch provided between a chopper circuit input terminal built in one first power conversion unit among the plurality of power conversion units and a DC reactor connected to a DC power supply;
A second switch for connecting a positive terminal of another second power conversion unit different from the first power conversion unit and the DC power source and the DC reactor;
When the second power conversion unit is connected in parallel while the first power conversion unit is in operation, the chopper circuit input terminal and the positive terminal are closed by closing the first switch and the second switch. Is a power conversion device connected via the reactor.
前記第一開閉器および第二開閉器を閉状態にすることによって、前記第一の電力変換ユニットに内蔵されたチョッパ回路から、前記リアクトルを経由して、前記第二の電力変換ユニットの正極端子に電流が流れ、前記第二の電力変換ユニットに設けられたコンデンサが充電される電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1,
By closing the first switch and the second switch, from the chopper circuit built in the first power conversion unit, via the reactor, the positive terminal of the second power conversion unit A power conversion device in which a current flows through the capacitor and a capacitor provided in the second power conversion unit is charged.
前記第二の電力変換ユニットを充電する場合に、前記第一の電力変換ユニットに内蔵されたコンバータ回路入力端子と、前記第二の電力変換ユニットに内蔵されたコンバータ回路入力端子とは、電気的に絶縁され、
前記第一の電力変換ユニットに内蔵されたインバータ回路出力端子と、前記第二の電力変換ユニットに内蔵されたインバータ回路出力端子とは、電気的に絶縁されていることを特徴とする電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1,
When charging the second power conversion unit, the converter circuit input terminal built in the first power conversion unit and the converter circuit input terminal built in the second power conversion unit are electrically Insulated and
The inverter circuit output terminal incorporated in the first power conversion unit and the inverter circuit output terminal incorporated in the second power conversion unit are electrically insulated from each other. .
前記第一の電力変換ユニットに内蔵されたコンバータ回路入力端子と、前記第二の電力変換ユニットに内蔵されたコンバータ回路入力端子とは、開閉器を介して接続され、
前記第一の電力変換ユニットに内蔵されたインバータ回路出力端子と、前記第二の電力変換ユニットに内蔵されたインバータ回路出力端子とは、開閉器を介して接続されたことを特徴とする電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1,
The converter circuit input terminal built in the first power conversion unit and the converter circuit input terminal built in the second power conversion unit are connected via a switch,
The inverter circuit output terminal built in the first power conversion unit and the inverter circuit output terminal built in the second power conversion unit are connected via a switch. apparatus.
前記電力変換装置は、
前記第一の電力変換ユニットに含まれる、チョッパ回路に制御信号を供給する前記制御回路を有し、
前記制御回路には、前記第二の電力変換ユニットの正極負極間電圧情報が入力され、前記制御回路は、前記正極負極間電圧が定格電圧となるまで、前記第一の電力変換ユニットのチョッパ回路から、前記第二の電力変換ユニットの正極端子に、前記充電電流が流れるように制御する電力変換装置。 The power conversion device according to claim 2,
The power converter is
The control circuit included in the first power conversion unit, the control circuit for supplying a control signal to a chopper circuit,
Voltage information between the positive and negative electrodes of the second power conversion unit is input to the control circuit, and the control circuit performs chopper circuit of the first power conversion unit until the voltage between the positive and negative electrodes reaches a rated voltage. The power conversion device that controls the charging current to flow through the positive terminal of the second power conversion unit.
前記制御回路には、前記第一の電力変換ユニットに含まれる、インバータ回路の出力電流情報が入力され、前記インバータ回路出力電流の大きさに基づいて前記第一の電力変換ユニットに内蔵されたチョッパ回路の導通率を変化させることを特徴とする電力変換装置。 The power conversion device according to claim 5,
Output current information of the inverter circuit included in the first power conversion unit is input to the control circuit, and a chopper built in the first power conversion unit based on the magnitude of the inverter circuit output current A power conversion device characterized by changing a conductivity of a circuit.
前記インバータ回路出力電流が大きいほど前記導通率の増加率を小さくする電力変換装置。 The power conversion device according to claim 6, wherein
The power converter which makes the increase rate of the said continuity rate small, so that the said inverter circuit output current is large.
前記複数の電力変換ユニットのうち一の第一の電力変換ユニットに内蔵されたチョッパ回路入力端子と、前記第一の電力変換ユニットとは異なる他の第二の電力変換ユニットに内蔵されたチョッパ回路入力端子とは、開閉器とを介して接続され、
前記第一の電力変換ユニットが稼働中に前記第二の電力変換ユニットを並列接続する場合に、前記開閉器を閉じることにより、前記チョッパ回路入力端子および前記正極端子が前記リアクトルを介して接続される電力変換装置。 A power conversion device having a plurality of power conversion units including a converter, an inverter, and a chopper,
A chopper circuit input terminal built in one first power conversion unit among the plurality of power conversion units, and a chopper circuit built in another second power conversion unit different from the first power conversion unit The input terminal is connected via a switch,
When the second power conversion unit is connected in parallel while the first power conversion unit is in operation, the chopper circuit input terminal and the positive terminal are connected via the reactor by closing the switch. Power converter.
前記第二の電力変換ユニットに内蔵されたチョッパ回路入力端子と、前記電力変換装置のうち前記第一の電力変換装置および前記第二の電力変換装置とは異なる第三の電力変換ユニットに内蔵されたチョッパ回路入力端子とは、1つの開閉器とを介して接続される電力変換装置 The power conversion device according to claim 8, wherein
A chopper circuit input terminal built in the second power conversion unit, and a third power conversion unit different from the first power conversion device and the second power conversion device among the power conversion devices. The chopper circuit input terminal is a power converter connected via one switch
第二の電力変換ユニットの正極端子と前記直流電源および前記直流リアクトルの間とを接続するための第二開閉器を更に備える電力変換装置。 The power conversion device according to claim 8, wherein
The power converter device further provided with the 2nd switch for connecting between the positive electrode terminal of a 2nd power conversion unit, and the said DC power supply and the said DC reactor.
前記チョッパ回路は、チョッパ回路入力端子と、正極端子間に整流素子を備え、
前記第二の電力変換ユニットのチョッパ回路入力端子は、前記整流素子を介して、前記第二の電力変換ユニットの正極端子に接続されることを特徴とする電力変換装置。 The power conversion device according to claim 8, wherein
The chopper circuit includes a rectifier element between a chopper circuit input terminal and a positive terminal,
The chopper circuit input terminal of the second power conversion unit is connected to the positive terminal of the second power conversion unit through the rectifying element.
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CN114038714A (en) * | 2021-11-18 | 2022-02-11 | 山东志全电气技术有限公司 | Hot-plug type breaker capable of being electrified |
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2015
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CN114038714A (en) * | 2021-11-18 | 2022-02-11 | 山东志全电气技术有限公司 | Hot-plug type breaker capable of being electrified |
CN114038714B (en) * | 2021-11-18 | 2022-05-10 | 山东志全电气技术有限公司 | Live hot-plug type circuit breaking device |
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