(57)【要約】  直流ネットワークの２つのコア（１１、１２）間での電力伝達を制御するための装置を提供する。該装置において、コアは、電源充電相互接続ノードであり、前記コアは、直流ネットワークが設置される電力配分システムの異なった領域に置かれた、保護及び接触部材を含み、当該装置は、インダクタンス２０によって相互に相互接続される２つのスイッチング・セル（１３、１４）から成る電子的電力変換器（１９）と、ここに、各スイッチング・セルは２つのスイッチから成り、制御可能な直流電力伝達及び直流電圧の安定化の双方を確実にする、前記変換器を制御するためのモジュール（２１）と、を含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流ネットワークの２つのコア（１１、１２）間での電力伝達を制御するための装置であって、前記コアは、電源充電相互接続ノードであり、前記コアは、直流ネットワークが設置される電力配分システムの異なった領域に置かれた、保護及び接触部材を含み、当該装置は、
−  インダクタンス（２０）によって相互に相互接続される２つのスイッチング・セル（１３、１４）から成る電子的電力変換器（１９）と、ここに、各スイッチング・セルは２つのスイッチから成り、
−  制御可能な直流電力伝達及び直流電圧の安定化の双方を確実にする、前記変換器を制御するためのモジュール（２１）と、
を含むことを特徴とする装置。
【請求項２】
各スイッチング・セル（１３、１４）は、電圧において単一方向で電流において双方向である２つのスイッチから成る請求項１に記載の装置。
【請求項３】
各スイッチは、逆並列構造におけるダイオードと関連したトランジスタを含む請求項２に記載の装置。
【請求項４】
インダクタンス（２０）は、物理的構成要素を含む請求項１に記載の装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の装置を備えた航空機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流ネットワーク（回路網）の２つのコア間での電力伝達（ｐｏｗｅｒ  ｔｒａｎｓｆｅｒ）を制御するための装置に関する。
【０００２】
本発明の分野は、特に、航空機機内の直流ネットワーク（回路網）のものである。しかしながら、本発明の装置は、任意の型の機内ネットワーク（船の、自動車、等）と共に用いられることができ、そして、例えば、固定ネットワーク（直流ローカル・ネットワーク、鉄道、等）に対応する固定応用の分野において機内でないネットワークと共にさえ用いられることができる。
【０００３】
説明を簡単にするために、本発明の説明を機内の航空分野に制限する。
【０００４】
以下の説明において、用語「連続ネットワーク」及び「直流ネットワーク」は、同じ意味を有し、従って、互いに交換可能に使用され得る。
【背景技術】
【０００５】
機上のネットワーク（回路網）において直流接続によりエネルギを伝達することの有益性は、主に、パワーエレクトロニクスの開発に起因しており、特に、航空機上の機上電気機械アクチュエータの数における増加に起因している。静的変換器と共に制御されかつ作動されるこれらのほとんどのアクチュエータは、実際、直流電圧段の存在を必要とする。しかしながら、このような直流電圧段は、交流・直流変換を用いて従来の交流ネットワークから得られる。
【０００６】
このように用いられる変換ユニットのすべてを、集中化された直流電圧の電力配分で置き換えることが可能であり、この配分は、全直流配分（高電圧直流またはＨＶＤＣネットワーク）であっても良く、または、部分直流配分（混合された交流・直流ネットワーク）であっても良い。
【０００７】
しかしながら、このような直流ネットワークの履行は、供給される充電の型にかかわらずこれらのネットワークの安定性を確実にするための必要性を特に考慮することにおいて、新たな技術的課題を提起する。
【０００８】
このような直流ネットワークに接続される各設備アイテムに対して充分な電圧の品質を得るために、かつ、この設備によって発生される高調波をフィルタリングするために、設備の入力に置かれるＬＣ型のフィルタ（Ｌ：インダクタンス；Ｃ：容量）のようなフィルタを用いることが可能である。現在の直流ネットワークにおいては、接続される充電はしばしば電力及び制御電子機器によって制御され、それらは、フィルタのカットオフ周波数の規模において、ほぼ一定の電力を吸収する。このような現象は、接続される設備の調整が動的に効率的である限りにおいて、尚一層著しい。しかしながら、直流電源と調整された静的変換器との間に置かれた入力フィルタは、次に、強力な衝撃に基づいて振動し始め得る。特に設備が長いケーブル長さに渡って接続される場合である、Ｌ／Ｃ比が高ければ高いほど、フィルタ容量の端子における電圧揺動もそれだけ大きくなる。
【０００９】
この明細書の終りに参照されている文献［１］は、フィルタの動特性（ダイナミックス）のスケールで一定電力を吸収する静的変換器によって充電されるフィルタからなる任意のシステムは、潜在的に不安定なシステムであるということを示す。
【００１０】
現在の交流ネットワーク構造は、単一の中央化された「コア」に、非常に長くあり得て従って相当のインピーダンスを有し得るラインを介して、設備のすべてを接続することから成る。
【００１１】
「コア」は、保護及び接触部材を含む電源充電（ｓｏｕｒｃｅ−ｃｈａｒｇｅ）の相互接続ノードであり、その電圧（この場合、直流）は、外部素子によって安定化される。コアは、エネルギ源：交流電源＋整流器のグループ、に接続され得る（「接続されたコア」）。それは、また、電源（蓄電部材）にだけ、または、１つ以上の他のコア（「接続されないコア」）に非常に簡単に接続されることもできる。
【００１２】
上述の潜在的な不安定現象、すなわち、非常に長いケーブルを用いてこの現象を増加する場合の傾向、を考慮すると、直流ネットワークの構造を、交流ネットワークの構造にモデル化することは、従って、充分でもなければ、賢明でもない。
【００１３】
本明細書の終りに参照された文献［２］及び［３］は、不安定性の危険を減少するよう意図された従来技術の２つの解決法を記載している。
【００１４】
これらの２つの文献の第１のものは、ＭＥＡ（“Ｍｏｒｅ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ａｉｒｃｒａｆｔ”）イニシアティブの文脈において、航空機の機上の電力配分システムを記載している。アクチュエータ（作動機）を含む充電のほとんどは、直流バスに基づいて電力を制御して条件付ける、双方向電力変換器を用いることによって調整される。相当の妨害の場合における安定性の損失がこの文献では分析されており、非線形安定性分析方法の有用さを示している。この文献は、与えられた動作点の回りの小さい変動に対して高い振幅変動を考慮して安定性規準を創設することを試みている。この文献は、直流電圧エネルギの配分構造の文脈において、システムの構成成分（相互接続された素子のインピーダンス、帯域幅、及び制御構成要素の制限）のパラメータの選択を通してシステムの安定性を確実にすることが困難であることを示している。
【００１５】
これらの２つの文献の第２のものは、直流バス上の高調波及び無効電流を補償して、直流電力システムにおける振動を能動的に減衰する、配分された電力システムのための能動直流バス条件付け器を記載している。この文献は、また、直流電圧電力配分にも関しており、エネルギ源が供給しなければならない電流の揺動を減衰することにより、単一バスに渡って配分される電圧の品質を改善するよう意図された設備の履行を提案している。
【００１６】
これら２つの文献の文脈は、直流電圧バスによるエネルギの配分である。システムの安定性を確実にするためのネットワーク及びその設備の設計は、困難であり、その制御は常に制限される。
【００１７】
本発明は、ネットワークが設置されるシステムの異なった領域に置かれて相当の距離で離されている２つのコア間に、通常モード並びに劣化モード（電源の損失、コア上の過度の電力、等）においてこの電力の品質及び利用可能性を確実にしつつ、これらのコア間での電力伝達を制御することができる電力及び制御電子機器、を介在させることにより、これらの不安定性の危険性を減少することが意図されている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、直流ネットワークの２つのコア間での電力伝達を制御するための装置であって、前記コアは、電源充電相互接続ノードであり、前記コアは、直流ネットワークが設置される電力配分システムの異なった領域に置かれた、保護及び接触部材を含み、当該装置は、
−  インダクタンスによって相互に相互接続される２つのスイッチング・セルから成る電子的電力変換器と、ここに、各スイッチング・セルは２つのスイッチから成り、
−  制御可能な直流電力伝達及び直流電圧の安定化の双方を確実にする、前記変換器を制御するためのモジュールと、
を含むことを特徴とする装置に関する。
【００１９】
長所的には、各スイッチング・セルは、電圧において単一方向で電流において双方向である２つのスイッチから成る。各スイッチは、逆並列構造におけるダイオードと関連したトランジスタを含むことができる。インダクタンスは、コアに繋がるケーブルに特定のインダクタンスが不充分な場合には、物理的構成要素を含むことができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の装置は以下の長所を有する。
−  本発明の装置は、集中化されないコアを有する網目状のネットワーク構造を設計することを可能とし、かつ、ほぼ一定の電力を吸収する不安定化する充電がある場合でさえ、安定化された電圧ノード（コア）と設備との間のケーブル長さを最小とすることにより、これらのネットワークの安定性を確実にすることを可能とする。
−  通常モードにおいては、本発明の装置は、２つのコア間の制御可能な電力伝達を行って、ネットワークの電力の流れ（フラックス）を配分して平衡させることを可能とする。電流の安定性は、コア間のケーブル長さが長くて、振動し得る網目状が存在する場合でさえ、電流制御された接続によって確実にされる。従って、コア接続／切断モードは、安定かつ円滑である。
−  通常モードにおいては、本発明の装置は、直流ネットワークに接続されないコアの“電圧安定器”として作用し得る。
−  劣化モード（例えば、電源が喪失したとき）においては、本発明の装置は、前記電源からコアを切断した後、デフォルト電源に接続されたコアの“電圧安定器”として作用し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は、直流ネットワーク（回路網）の２つのコア（ｃｏｒｅｓ）、すなわちノード、１１及び１２間に位置する本発明の装置１０の図式的表示を示し、該装置１０は：
−  値が充分な場合にはライン・インダクタンスから成るもので良くまたは物理的構成要素によるものでも良いインダクタンス２０によって相互に相互接続される２つのスイッチング・セル１３及び１４から成る電子的電力変換器１９を含み、各々のスイッチング・セルは、コアに接続され、例えば、逆並列構造におけるダイオードと関連したトランジスタである、電圧において単一方向で電流においては双方向である、２つのスイッチ（１５、１６；１７、１８）から成り、
−  制御可能な直流電力伝達、並びにコア１１及び１２の直流電圧の安定化の双方を確実にするように前記変換器を制御するためのモジュール２１、
を含む。
【００２２】
２つのスイッチング・セル１３及び１４の制御は、発明の装置における関連したセルの幾つかのスイッチング期間（代表的には、数ミリ秒）の程度の応答時間で、２つのコア１１及び１２を接続するライン上の電流のほぼ即時的な制御を可能とする。この制御は：
−  正常動作モードで、並びにコアの一方と関連した発生器上の故障の場合に２つのコア間での電力伝達の調整を創設するのを可能とし、それにおいてこの電力伝達は、２つのコアの一方から他方に無関係に（ｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｙ）生じ得、
−  コアを付勢する発生器によって供給される電力を調整して平衡させるのを可能とし、
−  コア６２及び６３（図４）を接続するケーブル上に図４におけるように置かれた接触器をターン・オフする前に、２つのスイッチング・セルの制御が本発明の装置の誘導ブランチにおける電流をキャンセルすることを可能とするので、コアの電気的不接続を容易にするのを可能とし、
−  本発明の装置の２つのスイッチング・セルの適切な制御で、コアのレベルにおいて供給される電圧の安定性を確実にするのを助けることを可能とする。
【００２３】
図１は、また、インダクタンス２０によって電流電圧接続１４に接続された電圧電流接続１３を含む、本発明の装置の図式的表示をも示す。第１のモジュール１３は、電力伝達（すなわち、与えられた電圧における直流）を調整する。第２のモジュール１４は、接続されていないコアのまたは接続されたコアの直流電圧を安定化し、その電源（ソース）は、今故障したばかりであろう（劣化モード）。
【００２４】
本発明の装置は、従って、２つの機能を行う。それは、同時に、
−  調節可能な直流電力伝達、及び
−  直流電圧の制御及び安定化、
を可能とする。
【００２５】
本発明の装置は、一層特定的には、基本的な“電圧源”特性（少なくとも即時的に）を有する２つの集中化されないコア間でのエネルギ交換の管理及び制御に向けられており、一組のコンデンサによっていずれが確認され得るかが必要である。
【００２６】
図２は、従って、集中化されないコア３０、３１、３２及び３３を有する航空機３４の機上の構造を示し、それにおいて、本発明による複数の装置３５、３６、３７、３８及び３９がそれぞれ２つの隣接するコア間に配列されている。
【００２７】
さて、本発明の装置の２つの機能の各々について考察する。
【００２８】
＜調節可能な電力伝達＞
本発明の装置は、ネットワーク・ユーザによって消費される電力を交流電源に渡って等しく配分するのを可能とする。
【００２９】
従って、図３は、２つの交流電源４０及び４１間で消費される電力の配分を示す。
【００３０】
第１の交流電源４０は、第１の安定化された交流・直流整流器モジュール４３を介して第１のバス・バー（第１のコア）６２に接続される。第１の充電器（ｃｈａｒｇｅ）６０は、この第１のバス・バー６２に接続される。
【００３１】
第２の交流電源４１は、第２の安定化された交流・直流整流器モジュール４７を介して第２のバス・バー（第２のコア）６３に接続される。第２の充電器６１は、この第２のバス・バー６３に接続される。
【００３２】
２つのバス・バー６２及び６３間に配列される本発明の装置１０は、２つの交流電源４０及び４１によって供給される電力を平衡させるのを可能とする。コア６２、６３の一方に充電変動が生じると、最も低い充電を有する交流電源は、本発明の装置１０を介して、充電器６０及び６１を付勢するために必要な電力の部分を供給する。
【００３３】
通常動作において、交流電源４０及び４１に渡って配分されるべき電力は、従って、単一の隔離された交流電源に接続された消費要素の合計ではもはや無く、消費要素の全合計に従って計算され得る。これらの交流電源４０及び４１の動作の点は、このように課されて制御され得る。本発明の装置１０は、それを付勢する直流源の電圧における変動の存在においてさえ、電力伝達を調整することができる電子“弁”として作用する。
【００３４】
また、交流電源４０及び４１の構造をそれらが供給する電圧の調整を抑制することによって簡単にすることも可能である。
【００３５】
＜電圧の制御及び安定化＞
本発明の装置１０は、接続されたコアから接続されないコアを付勢すること、または１つ以上の電源の故障の場合にネットワークの再構成を管理することを可能とする。
【００３６】
交流電源の一方の故障の場合に、本発明の装置は、故障している交流電源の側に位置しているネットワークの部分に電力を伝達して、生じ得る過渡及び振動現象を制御することを可能とする。
【００３７】
本発明の装置の利点を示すために、従来技術の解決法（図４）を考察し、その後に、交流電源の一方の故障の場合における本発明の解決法（図５）を考察する。
【００３８】
図４は、接触器５１によって接続される従来技術の構造上の第２の交流電源４１の故障の場合を示す。参照番号５６、５７及び５８は、それぞれライン及び配線インダクタンスを示す。接触器５１による電源供給の回復は、振動し得るインダクタンス（ライン・インダクタンス）及び容量（例えば、ＰＷＭ（パルス幅変調）整流器）を含むメッシュにステップ電圧が印加されるようにする。接触器５１における電流は、次に、全く自由に発展し、制御が可能でない。充電器６０及び６１に供給される電圧の品質は、ネットワークによって確実にされることができない。従って、新しい制約が設備の設計において考慮されなければならない。
【００３９】
交流電源４０または４１、ＡＣ／ＤＣ電圧発生変換器４３または４７、並びに該変換器の出力（ＤＣ側）に置かれたコンデンサ６４及び６５の組み合わせから成る組立体６２及び６３は、“ネットワーク・コア”の概念、すなわち電圧が制御されるネットワークの点に対応する。
【００４０】
このようなエネルギ供給の解決法は、単に１つの例であり、この電力供給は、また、直流発生設備（直流機械、光起電力パネル、等）を用いて直流で直接に得られ得る。
【００４１】
設備６０及び６１は、充電器を構成するネットワーク・コア６２及び６３に接続される。従来技術におけるコアは、ネットワーク構造において配分される。コアと設備との間の距離は、必然的に配線インダクタンスの存在に帰結する。各設備アイテム６０及び６１には、通常は、少なくとも１つのインダクタンス・容量セルから成る図４には示されない入力フィルタが装備される。このフィルタは、装置によって吸収される電流における高調波妨害を制限し、その接続点において利用可能な電圧における何等かの変動から設備の入力段を保護する要件を満足することを可能とする。
【００４２】
幾つかの設備は、“定電力充電”動作を有する静的変換器を備える。この変換器及びその入力フィルタの組み合わせは、不安定性をもたらし、これは、適合された制御によって、または付加的な受動要素の追加によって解決され得る。しかしながら、このようにして得られる安定化は、配線インダクタンス５６、５７及び５８の存在に起因して不確かなものであり得る。
【００４３】
動作の“通常”モードにおいて、各コアは、それに接続される設備を独立的に付勢し、そして２つのコアは、電力を交換しない。接触器５１は、“オフ”位置にある。
【００４４】
交流電源の一方の故障の場合においては、それに接続される設備への電力供給の継続を確実にするために、欠陥コアが隔離され、次に、接触器５１は、“オン”位置に置かれる。目的は、従って、かなりのインダクタンス５６を有するラインを通して大きい距離（例えば、１２メートルの数倍）に渡って電力６６を伝達することである。接触器５１のオン状態への変化に対応する過渡モードにおいて、無効素子のすべて（コンデンサ６４及び６５、配線インダクタンス５７及び５８、ライン・インダクタンス５６、及び設備の入力フィルタ）は、振動の部位であり、この部位は、制御するのが非常に困難であり、かつ接続された設備の入力段を損傷し得る。
【００４５】
図５は、本発明の装置によって接続された構造上の第２の交流電源４１の故障の同じ場合を示す。電力供給の取除かれた（ｄｅｐｒｉｖｅｄ）充電器へのエネルギの伝達が、次に、制御される。上述した振動現象のすべてを阻止することが可能である。本発明の装置を介する電流の制御は、また、故障の分離及び隔離の可能性を確実にするためにおそらく履行される接触器のサイズの制約を制御することを可能とする。このような接触器（本発明の装置のインダクタンス上に直列に置かれる）の取り扱いは、ゼロ電流（開）またはゼロ充電（閉）の下で行われ得る。
【００４６】
コア６２、６３の各々の充電を形成する設備６０、６１は、図５にはもはや示されていない配線インダクタンスを最小とするようこれらのコアに直接接続されている。
【００４７】
＜例示的な実施形態＞
図６Ｂに示されるように、図５の２つのコア６２及び６３は異なって充電され、そして本発明の装置１０に割り当てられて役割は、２つの交流電源４０及び４１によって出力される電流を平衡させることである。
【００４８】
コア６２は、図６Ｂに示される２つの成分：パルス化された成分（Ｉｃｈ１１）及び一定成分（Ｉｃｈ１２）、を含む電流を吸収する充電器６０によって充電される。コア６３は、２つの成分：ゆっくり増加する成分（Ｉｃｈ２１）及びパルス化された成分（Ｉｃｈ２２）、を含む電流を吸収する充電器６１によって充電される。
【００４９】
図６Ａに示されるように、タイムチャートは、各コア（Ｉｄｃ１及びＩｄｃ２）によって出力される電流のレベルにおいて得られる完全な平衡にアクセスすることを可能とする；また、本発明の装置のインダクタンスにおいて循環する電流（ＩＤＣＰＦＣ）を観察することも可能である。
【００５０】
これらの図６Ａ及び図６Ｂにおいて、模擬されたシナリオの期間は１００ｍｓである。種々の事象及びそれらの共存の期間は、必ずしも現実的ではない。該シナリオは、このシナリオによって提起される種々の状況を取り扱うために、提案された構造の能力を質的に創設するよう意図されている。
【００５１】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の装置を図式的に示す図である。
【図２】本発明による集中化されないコアを有する機上構造を示す図である。
【図３】本発明の装置の例示的な実施形態を示す図である。
【図４】接触器によって接続された従来技術の構造における交流電源の故障を示す図である。
【図５】本発明の装置によって接続される構造における交流電源の故障を示す図である。
【図６Ａ】図５の例示的な実施形態で得られるタイムチャートを示す図である。
【図６Ｂ】図５の例示的な実施形態で得られるタイムチャートを示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０      本発明の装置
１１、１２      ２つのコア
１３、１４      ２つのスイッチング・セル
１５、１６；１７、１８      ２つのスイッチ
１９      電子的変換器
２０      インダクタンス
２１      変換器を制御するためのモジュール
３０、３１、３２、３３      集中化されないコア
３４      航空機
３５、３６、３７、３８及び３９      本発明による装置
４０      第１の交流電源
４１      第２の交流電源
４３      第１の安定化された交流・直流整流器モジュール
４７      第２の安定化された交流・直流整流器モジュール
６０      第１の充電器（ｃｈａｒｇｅ）
６１      第２の充電器
６２      第１のバス・バー（第１のコア）
６３      第２のバス・バー（第２のコア）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【国際調査報告】
2009514493.tif 000011
2009514493.tif 000012
2009514493.tif 000013
2009514493.tif 000014
2009514493.tif 000015
2009514493.tif 000016