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JP2003180085A - 電力変換装置 - Google Patents

電力変換装置

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Publication number
JP2003180085A
JP2003180085A JP2001375149A JP2001375149A JP2003180085A JP 2003180085 A JP2003180085 A JP 2003180085A JP 2001375149 A JP2001375149 A JP 2001375149A JP 2001375149 A JP2001375149 A JP 2001375149A JP 2003180085 A JP2003180085 A JP 2003180085A
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JP
Japan
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power
source
control circuit
generation source
conversion device
Prior art date
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Pending
Application number
JP2001375149A
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English (en)
Inventor
Chihiro Shimada
千裕 島田
Noriko Kawakami
紀子 川上
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】直流電力発電源が停止または起動中である場合
でも、直流電源発電源を保護し、かつ安全に起動して交
流電力を得ることのできる電力変換装置を提供する。 【解決手段】直流電力発電源9と交流系統10のあいだに
接続される電力変換装置1aにおいて、自己消弧形半導
体素子を備え前記直流電力発電源9の電力を交流に変換
する直交変換器5と、前記直交変換器5を制御する制御
回路8と、前記交流系統10から受電する交流側受電手段
14,15と、前記直流電力発電源9から受電する直流側受
電手段12と、前記交流側受電手段の出力電圧と前記直流
側受電手段の出力電圧のいずれか高い方を優先して前記
制御回路の電源として供給する高値優先給電手段13a,
13bとを備えた構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、自己消弧形半導体
素子を用いた電力変換装置に係り、燃料電池等の直流電
力発電源と交流系統のあいだに設けられる電力変換装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】燃料電池等の直流電力発電源と交流系統
のあいだに設けられる従来の電力変換装置は図5に示す
ような回路構成になっている。すなわち、電力変換装置
1は、ダイオード2と、コンデンサ3a,3bと、直流
電圧変換器4と、直交変換器5と、フィルタ6と、系統
遮断器7と、制御回路8とを備え、燃料電池に代表され
る直流電力発電源9と交流系統10の間に接続される。
【0003】ダイオード2は直流電力発電源9に対し
て、逆充電を防止する役割を担う。コンデンサ3a,3
bは直流電圧を安定させる役割を担う。直流電圧変換器
4は自己消弧形素子、例えばIGBT(Insulated Gate
Bipolar Transistor)と、リアクトルと、ダイオードに
より構成され、IGBTをオン/オフ制御することで、
直流電力発電源9の電圧を直交変換器5に適した電圧に
昇圧させる役割を担う。
【0004】直交変換器5は自己消弧形素子、例えばI
GBTにより構成され、IGBTをオン/オフ制御する
ことで、直流電力を交流電力に変換する。フィルタ6は
直交変換器5の交流出力に含まれるリプルを低減するた
めに用いられている。一般にリアクトルと、コンデンサ
からなる2次のローパスフィルタで構成される。系統遮
断器7は電力変換装置1と交流系統10を切り離す役割を
担う。
【0005】制御回路8は、直流電圧変換器4と直交変
換器5の自己消弧形素子のオン/オフを制御する。直流
電圧変換器4は直交変換器5の入力直流電圧が一定とな
るように、また、直交変換器5は交流系統10の位相に同
期した交流電流を出力するように制御される。このと
き、直流電力発電源9の発電した電力が、電力変換装置
1内で消費される電力と交流系統10へ出力される電力の
和に一致するように制御される。制御回路8の電源は直
流電力発電源9から得る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】燃料電池は化学反応を
起こす電解質セルに、燃料である水素と酸素が十分行き
渡っていない停止時や起動時に給電を行うと、電解質や
電極が破損する。したがって、図5に示した従来の電力
変換装置では、直流電力発電源9が停止または起動中で
ある場合は、直流電力発電源9の電解質セルおよび電極
を破損させるため、電解質セル内に十分な水素と酸素が
供給されるまで、制御回路8に給電することができな
い。制御回路8に電源が供給されない場合、自己消弧形
素子のゲート電位を固定することができないため、ノイ
ズなどによる誤動作により、直交変換器5の上下アーム
が短絡し、短絡電流により素子を破壊することがある。
【0007】よって、本発明は直流電力発電源が停止ま
たは起動中である場合でも、直流電力発電源を保護し、
かつ安全に起動して交流電力を得ることのできる電力変
換装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項1に係る電力変換装置は、直流電力発電源と交
流系統のあいだに接続される電力変換装置において、自
己消弧形半導体素子を備え前記直流電力発電源の電力を
交流に変換する直交変換器と、前記直交変換器を制御す
る制御回路と、前記交流系統から受電する交流側受電手
段と、前記直流電力発電源から受電する直流側受電手段
と、前記交流側受電手段の出力電圧と前記直流側受電手
段の出力電圧のいずれか高い方を優先して前記制御回路
の電源として供給する高値優先給電手段とを備えた構成
とする。
【0009】請求項1の発明によれば、直流電力発電源
が停止中、または起動中の場合、直流電力発電源を給電
による破損を防ぐとともに、制御回路の電源は交流系統
より得ることができる。そして、直流電力発電源が電力
を安定供給できる状態になったときは制御回路の電源を
直流電力発電源より供給することができる。
【0010】請求項2の発明は、請求項1の発明におい
て、高値優先給電手段と並列に補助直流源を設けた構成
とする。請求項2の発明によれば、請求項1の発明の効
果に加え、直流電力発電源が停止中または起動中で、か
つ交流電源がない場合でも、制御回路の電源を供給する
ことができる。
【0011】請求項3の発明は、請求項2の発明におい
て、直流電力発電源からの入力をオンオフするスイッチ
を設けた構成とする。請求項3の発明によれば、直流電
力発電源が停止中または起動中で、かつ交流電源がない
場合でも、制御回路に制御回路の電源を供給することが
できる。
【0012】請求項4の発明は、請求項1の発明におい
て、直流電力発電源からの入力と並列に補助直流源をオ
ンオフ可能に設けた構成とする。請求項4の発明によれ
ば、直流電力発電源が停止中または起動中で、かつ交流
電源がない場合でも、制御回路に制御回路の電源を供給
することができる。さらに、補助直流源から直流電力を
供給することで、直流電力発電源が動作していないとき
でも、独立電源としてより安定した電源供給が可能とな
る。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。図1は本発明の第1
の実施の形態の電力変換装置の構成を示す回路図であ
る。図5と同一の要素については同一の符号を付してそ
の説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べ
る。すなわち、電力変換装置1aは、直流電力発電源9
から給電する制御回路8の電源に継電器12とダイオード
13aを設け、交流系統10より給電する制御回路8の電源
に変圧器15と整流ブリッジ14とダイオード13bを設け、
ダイオード13aと13bのカソード側を突き合わせて、電
圧の高い方から電力が給電される高値優先電源とした構
成である。
【0014】直流電力発電源9が停止中または起動中
は、継電器12をオフする。この場合、交流系統10から変
圧器15、整流ブリッジ14により、直流に変換された電力
が制御回路8の電源として供給される。この交流系統10
から作られる直流電圧は、直流電力発電源9が安定して
給電できる状態になったときの直流電圧より低くなるよ
うに、変圧器15を設定する。直流電力発電源9が安定し
て給電できる状態になったとき継電器12をオンすると、
制御回路8の電源は電圧の高い方が優先されるため、制
御回路8の電源は自動的に直流電力発電源9より給電さ
れるようになる。
【0015】この第1の実施の形態の電力変換装置によ
れば、直流電力発電源9が停止中、または起動中の場
合、直流電力発電源9からの給電をオフすることによ
り、制御回路8の電源は交流系統10より得ることができ
る。直流電力発電源9が電力を安定供給できる状態にな
ったときは直流電力発電源9からの給電をオンすること
で、制御回路8の電源は直流側より供給することができ
る。
【0016】つぎに、図2は本発明の第2の実施の形態
の電力変換装置1bの構成を示す回路である。図1、図
5と同一の要素については同一の符号を付してその説明
を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。す
なわち、ダイオード13a,13bのカソード側を突き合わ
せた制御回路8の入力端に、蓄電池21を接続した構成で
ある。
【0017】継電器12の動作は、前記第1の実施の形態
と同じである。直流電力発電源9が停止中または起動
中、かつ交流系統10がない場合、蓄電池21より制御回路
8の電源が供給される。これにより、同期する交流電源
がなくても、直流電力発電源9は独立電源として動作で
きる。
【0018】この第2の実施の形態の電力変換装置によ
れば、直流電力発電源9が停止中または起動中の場合
で、さらに交流系統10がない場合でも、制御回路8を動
作させる電力はダイオード13a,13bの出力と並列に接
続された蓄電池21から得ることができる。そして、直流
電力発電源9が電力を安定供給できる状態になったとき
は、直流電力発電源9からの給電をオンすることで、制
御回路8の電源は直流電力発電源9より供給することが
できる。
【0019】つぎに、図3は本発明の第3の実施の形態
の電力変換装置1cの構成を示す回路図である。図1、
図2、図5と同一の要素については同一の符号を付して
その説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述
べる。すなわち、主回路を短絡/開放する継電器22と、
充電電流を抑制する充電抵抗23と、この充電抵抗23を短
絡する継電器24とを設け、直流電力発電源9から給電す
る制御回路8の電源にダイオード13aを設ける。また、
交流系統10より給電する制御回路8の電源に変圧器15、
整流ブリッジ14、ダイオード13bを設ける。そして、ダ
イオード13a,13bのカソード側を突き合わせて、制御
回路8への入力端に、蓄電池21を接続し、電圧の高い方
から制御回路8へ電力が給電される高値優先電源とした
構成である。
【0020】直流電力発電源9が停止中または起動中
は、継電器22,24をオフする。この場合、交流系統10か
ら変圧器15、整流ブリッジ14により、直流に変換された
電力が制御回路8の電源として供給される。この交流系
統10から作られる直流電圧は、直流電力発電源9が安定
して給電できる状態になったときの直流電圧より低くな
るように、変圧器15を設定する。
【0021】直流電力発電源9が安定して給電できる状
態になったとき継電器22をオンすると、充電抵抗23で抑
制された電流が主回路に流れ、直流電圧変換器4の直流
電圧は上昇し、交流系統10から作られる直流電圧より高
くなったとき、自動的に直流電力発電源9から給電され
る。充電抵抗23はコンデンサ3aへの充電電流を抑制
し、コンデンサ充電時の直流電力発電源9の電圧降下を
抑える。そのため、ダイオード2の順電流定格値を下げ
ることができる。
【0022】充電電流が安定したところで継電器24をオ
ンすると、直流電力発電源9の運転中は充電抵抗23によ
る損失はゼロになる。直流電力発電源9が停止中または
起動中、かつ交流系統10がない場合は蓄電池21より制御
回路8の電源が供給される。これにより、同期する交流
電源がなくても、直流電力発電源9は独立電源として動
作することができる。
【0023】この第3の実施の形態の電力変換装置によ
れば、直流電力発電源9が停止中または起動中の場合、
主回路の短絡/開放を行う継電器22をオフすることによ
り、制御回路8の電源は交流側より得ることができる。
さらに交流電源がない場合でも、制御回路8を動作させ
る電力は直流電力発電源9の出力と並列に接続された蓄
電池21から得ることができる。直流電力発電源9が電力
を安定供給できる状態になったときは、主回路の短絡/
開放を行う継電器22をオンし、充電電流が安定したとこ
ろで、継電器24をオンして充電抵抗23を短絡すること
で、制御回路8の電源を直流電力発電源9より供給する
ことができる。
【0024】つぎに、図4は本発明の第4の実施の形態
の電力変換装置1dの構成を示す回路図である。図1、
図2、図3、図5と同一の要素については同一の符号を
付してその説明を省略し、ここでは異なる部分について
のみ述べる。すなわち、直流電力発電源9からの入力と
並列に、蓄電池25と直流電圧変換器26を接続し、主回路
を短絡/開放する継電器22を設け、直流電力発電源9か
ら給電する制御回路8の電源にダイオード13aを設け、
交流系統10より給電する制御回路8の電源に変圧器15、
整流ブリッジ14、ダイオード13bを設ける。そして、ダ
イオード13a,13bのカソード側を突き合わせて、電圧
の高い方から電力が給電される高値優先電源とした構成
である。
【0025】直流電力発電源9が停止中または起動中
で、交流系統10からの電源がある場合は、継電器22の動
作は、前記第3の実施の形態と同じである。直流電力発
電源9が停止中または起動中かつ交流系統10からの電源
がない場合は、直流電圧変換器26を制御して、蓄電池25
から制御回路8の電源を供給する。これにより、同期す
る交流電源がなくても、直流電力発電源9は独立電源と
して動作することができる。
【0026】この第4の実施の形態の電力変換装置によ
れば、直流電力発電源9が停止中または起動中の場合
で、さらに交流系統10からの電源がない場合は、制御回
路8を動作させる電力は、直流電力発電源9からの入力
と並列に接続された蓄電池25から得ることができる。直
流電力発電源9が電力を安定供給できる状態になったと
きは、直流電力発電源9からの給電をオンすることで、
制御回路8の電源を直流電力発電源9より供給すること
ができる。
【0027】なお、上記4つの実施の形態は、直流電力
発電源9と電力変換装置1a〜1d一組ずつの構成例に
ついて述べたが、本発明は、これらの組み合わせに限定
することはなく、直流電力発電源9の直並列、電力変換
装置の多直列接続、多並列接続の場合でも、同様な効果
を得ることができる。また、交流系統10の相数によらず
適用が可能である。
【0028】
【発明の効果】本発明によれば、直流電力発電源が停止
または起動中である場合でも、直流電源発電源を保護
し、かつ安全に起動して交流電力を得ることのできる電
力変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の電力変換装置を示
す回路図。
【図2】本発明の第2の実施の形態の電力変換装置を示
す回路図。
【図3】本発明の第3の実施の形態の電力変換装置を示
す回路図。
【図4】本発明の第4の実施の形態の電力変換装置を示
す回路図。
【図5】従来の電力変換装置を示す回路図。
【符号の説明】
1,1a,1b,1c,1d…電力変換装置、2…ダイ
オード、3a,3b…コンデンサ、4…直流電圧変換
器、5…直交変換器、6…フィルタ、7…系統遮断器、
8…制御回路、9…直流電力発電源、10…交流系統、12
…継電器、13a,13b…整流器、14…整流ブリッジ、15
…変圧器、21…蓄電池、22…継電器、23…充電抵抗、24
…継電器、25…蓄電池、26…直流電圧変換器。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直流電力発電源と交流系統のあいだに接
    続される電力変換装置において、自己消弧形半導体素子
    を備え前記直流電力発電源の電力を交流に変換する直交
    変換器と、前記直交変換器を制御する制御回路と、前記
    交流系統から受電する交流側受電手段と、前記直流電力
    発電源から受電する直流側受電手段と、前記交流側受電
    手段の出力電圧と前記直流側受電手段の出力電圧のいず
    れか高い方を優先して前記制御回路の電源として供給す
    る高値優先給電手段とを備えたことを特徴とする電力変
    換装置。
  2. 【請求項2】 高値優先給電手段と並列に補助直流源を
    設けたことを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。
  3. 【請求項3】 直流電力発電源からの入力をオンオフす
    るスイッチを設けたことを特徴とする請求項2記載の電
    力変換装置。
  4. 【請求項4】 直流電力発電源からの入力と並列に補助
    直流源をオンオフ可能に設けたことを特徴とする請求項
    1記載の電力変換装置。
JP2001375149A 2001-12-10 2001-12-10 電力変換装置 Pending JP2003180085A (ja)

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