(57)【要約】  例示的な電力変換器システムに関連付けられるシステムおよび方法が開示される。例えば、電力変換器システムは、入力電源に結合可能であり、実質的にグリッド周波数にある出力電力を生成するように構成された電力変換器を含むことができる。電力変換器は、各々が電力変換器の出力相に関連付けられる１つまたは複数のインバータブリッジ回路を含むことができる。各インバータブリッジ回路は、互いに直列に結合された一対のスイッチング素子と、スイッチング素子の対の間に結合された出力とを有する１つまたは複数の第１のスイッチングモジュールを含むことができる。各第１のスイッチングモジュールの少なくとも１つのスイッチング素子は、逆阻止トランジスタを含む。電力変換器は、並列に結合された複数の第２のスイッチングモジュールを有する、１つまたは複数の入力ブリッジ回路をさらに含み、各第２のスイッチングモジュールは一対の炭化ケイ素トランジスタを含む。【選択図】図１
2019515618.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギー貯蔵システムであって、
入力電源（１０２、２０２）と、
前記入力電源（１０２、２０２）に結合可能であり、実質的にグリッド周波数にある出力電力を生成するように構成された電力変換器（１０５、２０５）とを備え、前記電力変換器（１０５、２０５）は、
１つまたは複数のインバータブリッジ回路（１３２、１３４、１３６、２３２、２３４、２３６）であり、各インバータブリッジ回路（１３２、１３４、１３６、２３２、２３４、２３６）は、前記電力変換器（１０５、２０５）の出力相に関連付けられ、各インバータブリッジ回路（１３２、１３４、１３６、２３２、２３４、２３６）は、１つまたは複数のインバータスイッチングモジュールを備え、各インバータスイッチングモジュールは、互いに直列に結合された一対のスイッチング素子と、前記スイッチング素子の対の間に結合された出力とを備え、各インバータスイッチングモジュールの少なくとも１つのスイッチング素子は、逆阻止トランジスタを含む、１つまたは複数のインバータブリッジ回路（１３２、１３４、１３６、２３２、２３４、２３６）と、
１つまたは複数の入力ブリッジ回路（１１２、１１４、１１６、１１８、２１２、２１４、２１６、２１８）であり、各入力ブリッジ回路（１１２、１１４、１１６、１１８、２１２、２１４、２１６、２１８）は、並列に結合された複数の入力スイッチングモジュールを備え、各入力スイッチングモジュールは、一対の炭化ケイ素トランジスタを含む、１つまたは複数の入力ブリッジ回路（１１２、１１４、１１６、１１８、２１２、２１４、２１６、２１８）とを備える、エネルギー貯蔵システム。
【請求項２】
前記逆阻止トランジスタは、逆阻止絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（２３７）であり、前記炭化ケイ素トランジスタは、炭化ケイ素金属酸化膜半導体電界効果トランジスタである、請求項１に記載のエネルギー貯蔵システム。
【請求項３】
前記１つまたは複数のインバータスイッチングモジュールは、上側スイッチング素子（２３３）および下側スイッチング素子（２３５）を含む、請求項１に記載のエネルギー貯蔵システム。
【請求項４】
各第１のスイッチング素子の前記上側スイッチング素子（２３３）は、逆並列に結合された一対の逆阻止絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（２３７）を備え、各第１のスイッチング素子の前記下側スイッチング素子（２３５）は、逆並列にダイオードに結合された絶縁ゲートバイポーラトランジスタである、請求項３に記載のエネルギー貯蔵システム。
【請求項５】
電力変換器システム（１００、２００）であって、
入力電源（１０２、２０２）に結合可能であり、実質的にグリッド周波数にある出力電力を生成するように構成された電力変換器（１０５、２０５）を備え、前記電力変換器（１０５、２０５）は、
１つまたは複数のインバータブリッジ回路（１３２、１３４、１３６、２３２、２３４、２３６）であり、各インバータブリッジ回路（１３２、１３４、１３６、２３２、２３４、２３６）は、前記電力変換器（１０５、２０５）の出力相に関連付けられ、各インバータブリッジ回路（１３２、１３４、１３６、２３２、２３４、２３６）は、１つまたは複数の第１のスイッチングモジュールを備え、各第１のスイッチングモジュールは、互いに直列に結合された一対のスイッチング素子と、前記スイッチング素子の対の間に結合された出力とを備え、各第１のスイッチングモジュールの少なくとも１つのスイッチング素子は、逆阻止トランジスタを含む、１つまたは複数のインバータブリッジ回路（１３２、１３４、１３６、２３２、２３４、２３６）を備える、電力変換器システム（１００、２００）。
【請求項６】
前記電力変換器（１０５、２０５）は、各々が並列に結合された複数の第２のスイッチングモジュールを備える、１つまたは複数の入力ブリッジ回路（１１２、１１４、１１６、１１８、２１２、２１４、２１６、２１８）をさらに備え、各第２のスイッチングモジュールは一対の炭化ケイ素トランジスタを含む、請求項５に記載の電力変換器システム（１００、２００）。
【請求項７】
前記逆阻止トランジスタは、逆阻止絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（２３７）であり、前記炭化ケイ素トランジスタは、炭化ケイ素金属酸化膜半導体電界効果トランジスタである、請求項５に記載の電力変換器システム（１００、２００）。
【請求項８】
各入力ブリッジ回路（１１２、１１４、１１６、１１８、２１２、２１４、２１６、２１８）は、前記入力電源（１０２、２０２）に結合可能であり、ＤＣリンク（１２０、２２０）への出力ＤＣ電力を生成するように構成され、前記ＤＣリンク（１２０、２２０）は、前記入力ブリッジ回路（１１２、１１４、１１６、１１８、２１２、２１４、２１６、２１８）を前記インバータブリッジ回路（１３２、１３４、１３６、２３２、２３４、２３６）に結合する、請求項５に記載の電力変換器システム（１００、２００）。
【請求項９】
各第１のスイッチングモジュールの少なくとも１つのスイッチング素子は、逆並列に結合された一対の逆阻止絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（２３７）を含む、請求項５に記載の電力変換器システム（１００、２００）。
【請求項１０】
２つの第２のスイッチングモジュールの間に結合された絶縁変圧器（２４８）をさらに備える、請求項５に記載の電力変換器システム（１００、２００）。
【請求項１１】
前記絶縁変圧器（２４８）は、高周波平面変圧器である、請求項１０に記載の電力変換器システム（１００、２００）。
【請求項１２】
前記１つまたは複数の第１のスイッチングモジュールの各スイッチング素子は、逆阻止絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（２３７）を含む、請求項５に記載の電力変換器システム（１００、２００）。
【請求項１３】
前記１つまたは複数の第１のスイッチングモジュールの各スイッチング素子は、逆並列に結合された逆阻止絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（２３７）を含む、請求項５に記載の電力変換器システム（１００、２００）。
【請求項１４】
前記電力変換器（１０５、２０５）は多相出力電力を供給することができ、前記電力変換器（１０５、２０５）は、前記多相出力電力の各出力相に関連付けられるインバータブリッジ回路（１３２、１３４、１３６、２３２、２３４、２３６）を備える、請求項５に記載の電力変換器システム（１００、２００）。
【請求項１５】
前記１つまたは複数の第１のスイッチングモジュールは、上側スイッチング素子（２３３）および下側スイッチング素子（２３５）を含む、請求項５に記載の電力変換器システム（１００、２００）。
【請求項１６】
各第１のスイッチング素子の前記上側スイッチング素子（２３３）は、逆並列に結合された一対の逆阻止絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（２３７）を含む、請求項１５に記載の電力変換器システム（１００、２００）。
【請求項１７】
各第１のスイッチング素子の前記下側スイッチング素子（２３５）は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタであり、ダイオードが、前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタに逆並列に結合される、請求項１６に記載の電力変換器システム（１００、２００）。
【請求項１８】
少なくとも単相の出力電力を送電網に提供する方法（３００）であって、
電力変換器システム（１００、２００）の第１の段に対する入力電力を受け取るステップ（３０２）であり、前記電力変換器システム（１００、２００）の前記第１の段は、１つまたは複数の入力スイッチングモジュールを含む、受け取るステップ（３０２）と、
電力変換器（１０５、２０５）のＤＣリンク（１２０、２２０）に直流電力を供給するステップ（３０４）と、
前記電力変換器システム（１００、２００）の第２の段において直流電力を受け取るステップ（３０６）であり、前記電力変換器システム（１００、２００）の前記第２の段は、１つまたは複数のインバータスイッチングモジュールを含み、前記１つまたは複数のインバータスイッチングモジュールは、少なくとも１つの逆阻止トランジスタを含む、受け取るステップ（３０６）と、
少なくとも単相の出力電力を送電網に供給するステップ（３０８）と
を含む、方法（３００）。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの逆阻止トランジスタは、逆阻止絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（２３７）であり、前記１つまたは複数の入力スイッチングモジュールは、１つまたは複数の炭化ケイ素金属酸化膜半導体電界効果トランジスタを備える、請求項１８に記載の方法（３００）。
【請求項２０】
少なくとも１つのインバータスイッチングモジュールは、逆並列に結合された一対の逆阻止絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（２３７）を含む、請求項１８に記載の方法（３００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の主題は、一般に電力変換器に関し、より詳細には、エネルギー貯蔵システムにおける電力変換器のトポロジに関する。
【背景技術】
【０００２】
エネルギー貯蔵システムは、直流（ＤＣ）電力を、発電機、モータ、送電網または他の適切な負荷のような負荷に印加するのに適した電力に変換するように構成された電力変換器を含むことが多い。例えば、エネルギー貯蔵システムは、送電網への印加に適したグリッド周波数（例えば、６０／５０Ｈｚ）で交流（ＡＣ）電力を生成するための電力変換器を含むことができる。太陽または電池エネルギーシステムでは、太陽源または電池電源は、電力変換器に直流電力を供給することができ、電力変換器は、その後、送電網の適切なＡＣ出力電力に変換することができる。
【０００３】
出力電力能力を高めるために、電力変換器は、互いに並列に結合された複数のブリッジ回路を含むことができる。各ブリッジ回路は、複数のスイッチング素子を含むことができる。例えば、従来の電力変換器は、一般的に、スイッチング素子として絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）および／または金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）を使用する。スイッチング素子のパルス幅変調（ＰＷＭ）は、所望のスイッチングパターンに従って制御されて、電力変換器の所望の出力を提供することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】中国特許出願公開第１０４２０１９０８号明細書
【発明の概要】
【０００５】
本開示の実施形態の態様および利点は、以下の説明において部分的に記載され、あるいはその説明から学習することができ、あるいは実施形態の実施を通して学習することができる。
【０００６】
本開示の一実施形態は、電力変換器システムに関する。電力変換器システムは、入力電源に結合可能であり、実質的にグリッド周波数にある出力電力を生成するように構成された電力変換器を含む。電力変換器は、電力変換器の出力相に関連付けられる１つまたは複数のインバータブリッジ回路を含む。各インバータブリッジ回路は、１つまたは複数の第１のスイッチングモジュールを含む。各第１のスイッチングモジュールは、互いに直列に結合された一対のスイッチング素子と、スイッチング素子の対の間に結合された出力とを含む。各第１のスイッチングモジュールの少なくとも１つのスイッチング素子は、逆阻止トランジスタを含む。電力変換器は、１つまたは複数の入力ブリッジ回路をさらに含む。各入力ブリッジ回路は、並列に結合された複数の第２のスイッチングモジュールを含む。各第２のスイッチングモジュールは、一対の炭化ケイ素トランジスタを含む。
【０００７】
本開示の別の例示的な態様は、エネルギー貯蔵システムに関する。エネルギー貯蔵システムは、入力電源を含む。エネルギー貯蔵システムは、入力電源に結合可能であり、実質的にグリッド周波数にある出力電力を生成するように構成された電力変換器をさらに含む。電力変換器は、１つまたは複数のインバータブリッジ回路を含む。各インバータブリッジ回路は、電力変換器の出力相に関連付けられる。各インバータブリッジ回路は、１つまたは複数のインバータスイッチングモジュールを含む。各インバータスイッチングモジュールは、互いに直列に結合された一対のスイッチング素子と、スイッチング素子の対の間に結合された出力とを含む。各インバータスイッチングモジュールの少なくとも１つのスイッチング素子は、逆阻止トランジスタを含む。電力変換器は、１つまたは複数の入力ブリッジ回路をさらに含む。各入力ブリッジ回路は、並列に結合された複数の入力スイッチングモジュールを含む。各入力スイッチングモジュールは、一対の炭化ケイ素トランジスタを含む。
【０００８】
本開示のさらに別の例示的な態様は、少なくとも単相の出力電力を送電網に提供する方法に関する。この方法は、電力変換器システムの第１の段に対する入力電力を受け取ることを含む。電力変換器システムの第１の段は、１つまたは複数の入力スイッチングモジュールを含む。１つまたは複数の入力スイッチングモジュールは、１つまたは複数の炭化ケイ素トランジスタを含む。この方法は、電力変換器のＤＣリンクに直流電力を供給することをさらに含む。この方法は、電力変換器システムの第２の段において直流電力を受け取ることをさらに含む。電力変換器システムの第２の段は、１つまたは複数のインバータスイッチングモジュールを含む。１つまたは複数のインバータスイッチングモジュールは、少なくとも１つの逆阻止トランジスタを含む。この方法は、少なくとも単相の出力電力を送電網に供給することをさらに含む。
【０００９】
本開示のこれらの例示的な態様に対して、変形および変更を行うことができる。
【００１０】
様々な実施形態のこれらの、ならびに他の特徴、態様および利点は、以下の説明および添付の特許請求の範囲を参照すれば、よりよく理解されよう。添付の図面は、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成しており、本開示の実施形態を例示し、説明と併せて、関連する原理を説明するのに役立つ。
【００１１】
当業者に向けられた実施形態の詳細な説明は、本明細書に記載されており、それは以下の添付の図面を参照している。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の例示的な実施形態による例示的な電力変換器システムを示す図である。
【図２】本発明の例示的な実施形態による例示的な電力変換器システムを示す図である。
【図３】本開示の例示的な実施形態による、少なくとも単相の出力電力をグリッドに供給する例示的な方法の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
ここで、本発明の実施形態を詳細に参照するが、その１つまたは複数の例が図面に示されている。各例は、本発明の限定としてではなく、本発明の例示として提示される。実際、本発明の範囲または趣旨を逸脱せずに、様々な修正および変更が本発明において可能であることは、当業者にとって明らかであろう。例えば、一実施形態の一部として図示または記載する特徴は、別の実施形態と共に用いて、さらに別の実施形態を得ることができる。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲内にあるそのような修正および変更を包含することが意図されている。
【００１４】
本開示の例示的な態様は、エネルギー貯蔵システムに使用するための電力変換器システムに関する。例えば、電力変換器システムは、１つまたは複数の電池装置のような入力電源に結合可能な電力変換器を含むことができる。電力変換器は、実質的にグリッド周波数にある出力電力を生成するように構成することができる。特に、電力変換器は、入力電源に結合可能な入力ブリッジ回路を含むことができる。入力ブリッジ回路は、並列に結合された複数の入力スイッチングモジュールを含むことができる。各入力スイッチングモジュールは、炭化ケイ素金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴ）などの一対のスイッチング素子を含むことができる。入力ブリッジ回路は、入力ブリッジ回路とインバータブリッジ回路との間に結合されたＤＣリンクに対する出力直流（ＤＣ）電力を生成することができる。
【００１５】
インバータブリッジ回路は、１つまたは複数のインバータスイッチングモジュールを含むことができる。インバータスイッチングモジュールは、直列に結合された一対のスイッチング素子を含むことができる。例えば、インバータスイッチングモジュールは、直列に結合された上側スイッチング素子および下側スイッチング素子を含むことができる。本開示の例示的な態様によれば、上側スイッチング素子は、少なくとも１つの逆阻止絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を含むことができる。例えば、上側スイッチング素子は、逆並列に結合された一対の逆阻止ＩＧＢＴを含むことができる。このようにして、このようなスイッチング素子は、送電網に流れる、または送電網から流れる電流を伝導するように構成された双方向スイッチング素子とすることができる。スイッチングモジュールは、スイッチング素子の対の間に結合された出力を含むことができる。出力は、単相の出力電力に関連付けることができる。いくつかの実施形態では、電力変換器は多相出力電力を供給することができ、多相出力電力の各出力相に関連付けられるインバータブリッジ回路を有することができる。
【００１６】
いくつかの実装では、電力変換器は、入力ブリッジ回路に結合された絶縁変圧器をさらに含むことができる。例えば、絶縁変圧器は、高周波平面変圧器または他の適切な変圧器とすることができる。絶縁変圧器は、入力電源およびインバータブリッジ回路および／または出力の間の電圧絶縁を可能にすることができる。いくつかの実施態様では、絶縁変圧器は、昇圧変圧器または降圧変圧器であってもよい。
【００１７】
本開示の例示的な電力変換器システムは、従来の電力変換器システムよりも効率的な動作を可能にすることができる。例えば、入力ブリッジ回路においてＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴを使用することによって、伝導および／またはスイッチング損失の低減、ピーク反復パルス／定常電流比の向上、および／またはより高いスイッチング周波数の動作を可能にすることができる。さらに、絶縁変圧器（例えば平面変圧器）を使用することによって、周波数スイッチング能力の向上、体積の低減、およびコストの低減を可能にすることができる。絶縁変圧器は、ＡＣ電源接続のアース参照に影響を与えることなく、電池設計のためのアース参照をさらに可能にすることができる。さらに、インバータブリッジ回路に逆阻止ＩＧＢＴを使用することにより、システムをＡＣ主電源から迅速に電子的に接続切断することができ、それによって、システムをＡＣ主電源から接続切断するように構成された様々な接触器およびヒューズの必要性を排除することができる。逆阻止ＩＧＢＴは、ＡＣ主電源障害の場合に「通過（ｌｅｔ  ｔｈｒｏｕｇｈ）」エネルギーをさらに最小限に抑えるか、または低減することができ、システムの様々な検知回路に関連付けられるアーク閃光事象に関連付けられる入射エネルギーを最小限に抑える、または低減することができる。例えば、逆並列に結合された逆阻止ＩＧＢＴ対は、正および負の電流を誘導するように構成された双方向スイッチング素子として作用することができる。代替的な実施態様では、各々が関連付けられる還流ダイオードを有する、一対の従来のＩＧＢＴを逆直列に接続することができる。
【００１８】
ここで図面を参照すると、本開示の例示的な態様がより詳細に説明される。例えば、図１は、本開示の例示的な実施形態によるエネルギー貯蔵システムと関連付けられる例示的な電力変換器システム１００の概要を示す。電力変換器システム１００は、入力電源１０２によって生成された電力を、ＡＣグリッドへの供給に適した実質的にグリッド周波数（例えば、５０／６０Ｈｚの約１０％以内）にあるＡＣ電力に変換するために使用することができる。本明細書において使用される場合、用語「約」は、数値基準と組み合わせて使用される場合、数値基準の４０％以内を意味することが意図される。入力電源１０２は、エネルギー貯蔵システムに関連付けることができ、１つまたは複数の電池装置を含むことができる。いくつかの実装では、入力電源１０２は、約１００ボルトから約２０００ボルトのＤＣ電圧を供給するように定格化され得る。本開示は、電池装置によって生成されるエネルギーを変換するように構成された電力変換器を参照して議論されるが、当業者は、本明細書に開示された開示を用いて、電力変換器を同様に使用して、太陽電池アレイまたは風力タービンのような他のエネルギー源から供給される電力を変換することができることを理解すべきである。
【００１９】
電力変換器システム１００は、電力変換器１０５と、電力変換器１０５の動作を制御するように構成された制御システム１５０とを含む。電力変換器１０５は、１つまたは複数の電池装置１０２によって生成されたＤＣ電力をＡＣグリッドに供給するのに適したＡＣ電力に変換するために使用される。図１に示す電力変換器１０５は、ＤＣ−ＤＣ変換器１１０とインバータ１３０とを含む２段電力変換器である。
【００２０】
ＤＣ−ＤＣ変換器１１０は、電池装置（複数可）によって供給されるＤＣ電圧を昇圧し、ＤＣリンク１２０にＤＣ電圧を供給するように構成されたブーストコンバータであってもよい。ＤＣリンク１２０は、ＤＣ−ＤＣ変換器１１０をインバータ１３０に結合する。図示のように、ＤＣ−ＤＣ変換器１１０は、ＤＣリンク１２０に供給されるＤＣ電力を生成するために使用される複数のスイッチングモジュールを含む１つまたは複数のブリッジ回路１１２，１１４，１１６，１１８を含むことができる。いくつかの実施態様では、複数の入力ブリッジ回路１１２，１１４，１１６、および１１８の各々は、ＤＣ−ＤＣ変換器１１０への入力給電ラインに関連付けることができる。以下の図２を参照して説明するように、入力ブリッジ回路１１２，１１４，１１６、および１１８の各々は、並列に結合されて、増加した電力出力を提供する、ＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴモジュールのような複数の入力スイッチングモジュールを含むことができる。ＤＣ−ＤＣ変換器１１０は、ＡＣグリッドと入力電源１０２との間の電圧絶縁を可能にするように構成された関連付けられる絶縁変圧器をさらに含むか、または有することができる。ＤＣ−ＤＣ変換器１１０は、インバータ１３０の一部であってもよく、もしくはインバータ１３０と一体であってもよく、または別個のスタンドアロン構造であってもよい。さらに、２つ以上のＤＣ−ＤＣ変換器１１０を、１つまたは複数のＤＣリンクを介して同じインバータ１３０に結合することができる。
【００２１】
インバータ１３０は、ＤＣリンク１２０に供給されるＤＣ電力を、ＡＣグリッドに給電するのに適したグリッド周波数にあるＡＣ電力に変換する。インバータ１３０は、３相出力などの多相出力をＡＣグリッドに供給するように構成することができる。インバータ１３０は、複数のインバータブリッジ回路１３２，１３４，１３６を含むことができる。複数のインバータブリッジ回路１３２、１３４、および１３６の各々は、電力変換器１０５の出力相に関連付けることができる。以下の図２を参照して説明するように、複数のインバータブリッジ回路の各々は、並列に結合されて、増加した電力出力を提供する、ＩＧＢＴモジュールのような複数のインバータスイッチングモジュールを含むことができる。上述したように、そのようなＩＧＢＴモジュールは、少なくとも１つの逆阻止ＩＧＢＴを含むことができる。いくつかの実施態様では、このようなＩＧＢＴモジュールは、逆並列に結合された一対の逆阻止ＩＧＢＴを含む双方向スイッチング素子を含むことができる。
【００２２】
制御システム１５０は、ＤＣ−ＤＣ変換器１１０およびインバータ１３０の両方を含む、電力変換器システム１００の様々な構成要素を制御するように構成された１つまたは複数のコントローラまたは他の制御デバイスを含むことができる。例えば、以下により詳細に説明するように、制御システム１５０は、ＤＣ−ＤＣ変換器１１０に使用されるスイッチング素子（例えば、ＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴ）のデューティサイクルを調整する制御方法に従ってＤＣ−ＤＣ変換器１１０の出力を調整するためのコマンドを、ＤＣ−ＤＣ変換器１１０に送信することができる。制御システム１５０はまた、インバータ１３０に提供される変調コマンドを変化させることによって、インバータ１３０の出力を調整することもできる。変調コマンドは、インバータ１３０によって所望の実出力および／または反応性出力を提供するように、スイッチングデバイス（例えば、ＩＧＢＴおよび／または逆素子ＩＧＢＴ）によって提供されるパルス幅変調を制御する。
【００２３】
制御システム１５０はまた、電力変換器システム１００の動作を制御するように、電力変換器システム１００の様々な他の構成要素、例えば、回路遮断器、断路器、および他のデバイスを制御するために使用され得る。制御システム１５０は、プロセッサ（複数可）、マイクロコントローラ（複数可）、マイクロコンピュータ（複数可）、プログラマブル論理コントローラ（複数可）、特定用途向け集積回路（複数可）または他の適切な制御デバイス（複数可）などの任意の数の制御デバイス（複数可）を含むことができる。
【００２４】
図２は、本開示の例示的な実施形態によるエネルギー貯蔵システムに関連付けられる例示的な電力変換器システム２００を示す。電力変換器システム２００は、電力変換器システム１００または他の電力変換器システムに対応することができる。電力変換器システム２００は、ＤＣ−ＤＣ変換器２１０およびインバータ２３０を含む。図示されるように、インバータ２３０は、ＤＣリンク２２０からのＤＣ電力を変換して、ＡＣグリッドに供給するためのグリッド周波数にあるＡＣ電力を出力するために使用される電力電子装置を含む複数のインバータブリッジ回路２３２，２３４，および２３６を含む。各インバータブリッジ回路２３２、２３４、および２３６は、インバータ２３０の出力相に関連付けられる。例えば、インバータブリッジ回路２３２は、インバータ２３０の出力ライン２４０に関連付けられている。インバータブリッジ回路２３４は、インバータ２３０の出力ライン２４２に関連付けられている。インバータブリッジ回路２３６は、インバータ２３０の出力ライン２４４に関連付けられている。このようにして、ブリッジ回路２３２，２３４，および２３６は、インダクタ２４６を介してＡＣグリッドにそれぞれの出力ライン上の出力を提供することができる。
【００２５】
各インバータブリッジ回路２３２，２３４および２３６は、スイッチングモジュールを含む。いくつかの実施形態では、インバータブリッジ回路は、並列に結合された複数のスイッチングモジュールを含むことができることが理解されるであろう。各スイッチングモジュールは、互いに直列に結合された一対のスイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴまたは逆阻止ＩＧＢＴ）を含む。スイッチングモジュールの出力は、スイッチング素子の対の間の位置においてスイッチングモジュールに結合される。インバータ２３０は、入力電源２０２から電力を引き出すときにバックインバータとして作用することができ、入力電源２０２に電力を取り込むときにブーストインバータとして作用することができる。
【００２６】
特に、インバータブリッジ回路２３２，２３４，および２３６ならびに対応するスイッチングモジュールは、上側スイッチング素子２３３および下側スイッチング素子２３５を含む。上側スイッチング素子２３３は各々、逆並列に結合された一対の逆阻止ＩＧＢＴ２３７を含むことができる。下側スイッチング素子２３５は、ＩＧＢＴとすることができる。ダイオードは、個々の下側スイッチング素子２３５の各々と逆並列に結合される。いくつかの実施態様では、下側スイッチング素子２３５はまた、例えば逆並列に結合された一対の逆阻止ＩＧＢＴのような１つまたは複数の逆阻止ＩＧＢＴを含むこともできることが理解されよう。
【００２７】
上に示したように、逆並列の逆阻止ＩＧＢＴは、双方向に電流を伝導するように構成することができる。例えば、インダクタ２４６への電流の遮断に対する抵抗によって生じる電流極性の反転は、逆阻止ＩＧＢＴによって効率的に行うことができる。このようにして、逆並列の逆阻止ＩＧＢＴは、システム２００の動作中常に導通するように構成することができる。
【００２８】
上述のように、ＤＣ−ＤＣ変換器２１０は、入力電源２０２によって供給されるＤＣ電力をＤＣリンク２２０に供給されるＤＣ電力に変換するために使用される。ＤＣ−ＤＣ変換器２１０は、バックコンバータ、ブーストコンバータ、またはバックブーストコンバータであってもよい。図示されるように、ＤＣ−ＤＣ変換器２１０は、入力電源からの電力を、ＤＣリンク２２０に供給されるＤＣ電力に変換するために使用される電力電子装置を含む複数の入力ブリッジ回路２１２、２１４、２１６、および２１８を含む。
【００２９】
各入力ブリッジ回路２１２，２１４、２１６および２１８は、スイッチングモジュールを含む。各スイッチングモジュールは、互いに直列に結合された一対のスイッチング素子を含む。特に、各スイッチング素子は、ＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴスイッチング素子とすることができる。個々のスイッチング素子の各々にダイオードを並列に結合することができる。
【００３０】
電力変換器システム２００は、絶縁変圧器２４８をさらに含む。絶縁変圧器２４８は、高周波平面変圧器または他の適切な変圧器とすることができる。絶縁変圧器は、入力電源２０２とＡＣグリッドとの間の電圧絶縁を可能にすることができる。様々な実施態様において、絶縁変圧器は、昇圧変圧器または降圧変圧器であってもよい。電力変換器システム２００は、入力電源２０２に結合された接触器２５０をさらに含むことができる。接触器２５０は、入力電源をシステム２００に選択的に結合するように構成することができる。例えば、接触器２５０の動作は、入力電源２０２をシステムに結合または結合解除するように制御することができる。いくつかの実装では、接触器２５０は、ロックアウト／タグアウト可能な接続切断を可能にすることができる。
【００３１】
図３は、本開示の例示的な実施形態による、電力変換器を使用して少なくとも単相の出力電力をグリッドに供給する例示的な方法（３００）の流れ図を示す。図３は、図示および説明の目的のために特定の順序で実行されるステップを示している。当業者であれば、本明細書に提示した開示を使用して、本明細書で論じたあらゆる方法の各ステップを、本開示の範囲から逸脱することなく様々なやり方で調整、再整理、拡張、省略、または変更できることを、理解できるであろう。
【００３２】
（３０２）において、方法（３００）は、電力変換器システムの第１の段において入力電力を受け取ることを含むことができる。例えば、入力電力はＤＣ電力とすることができる。電力変換器システムの第１の段は、入力電力を昇圧し、電力変換器システムのＤＣリンクに昇圧電力を供給するように構成されたＤＣ−ＤＣ変換器を含むことができる。電力変換器システムの第１の段は、並列に結合された複数の入力ブリッジ回路を含むことができる。各ブリッジ回路は、直列に結合された１つまたは複数のスイッチング素子を有する１つまたは複数のスイッチングモジュールを含むことができる。スイッチング素子は、ＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴデバイスとすることができる。
【００３３】
（３０４）において、方法（３００）は、電力変換器システムに関連付けられるＤＣリンクにＤＣ電力を供給することを含むことができる。例えば、ＤＣ電力は、電力変換器システムの第１の段に関連付けられる昇圧電力であり得る。
【００３４】
（３０６）において、方法（３００）は、電力変換器システムの第２の段においてＤＣ電力を受け取ることを含むことができる。電力変換器システムの第２の段は、少なくとも単相の出力電力をグリッドまたは他の負荷に供給するように構成されたＤＣ−ＡＣインバータであり得る。電力変換器システムの第２の段は、並列に結合された複数のインバータブリッジ回路を含むことができる。インバータブリッジ回路は、上側スイッチング素子と下側スイッチング素子とを有する１つまたは複数のスイッチングモジュールを含むことができる。いくつかの実施態様では、上側スイッチング素子は、１つまたは複数の逆阻止トランジスタ（例えば逆阻止ＩＧＢＴ）を含むことができる。例えば、上側スイッチング素子は、逆並列に結合された一対の逆阻止トランジスタを含むことができる。
【００３５】
（３０８）において、方法（３００）は、グリッドまたは他の負荷に少なくとも単相のＡＣ出力電力を供給することを含むことができる。
【００３６】
様々な実施形態の具体的な特徴がいくつかの図面には示されており、他の図面には示されていないが、これは単に便宜上のものである。本開示の原理によれば、図面の任意の特徴を、任意の他の図面の任意の特徴と組み合わせて参照かつ／または特許請求することができる。
【００３７】
本明細書は、本発明を最良の態様を含めて開示するとともに、あらゆるデバイスまたはシステムの製作および使用ならびにあらゆる関連の方法の実行を含む本発明の実施を当業者にとって可能にするために、実施例を用いている。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を含む場合、または特許請求の範囲の文言と実質的な差異を有さない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内であることを意図している。
【符号の説明】
【００３８】
１００  電力変換器システム
１０２  入力電源、電池装置
１０５  電力変換器
１１０  ＤＣ−ＤＣ変換器
１１２  入力ブリッジ回路
１１４  入力ブリッジ回路
１１６  入力ブリッジ回路
１１８  入力ブリッジ回路
１２０  ＤＣリンク
１３０  インバータ
１３２  インバータブリッジ回路
１３４  インバータブリッジ回路
１３６  インバータブリッジ回路
１５０  制御システム
２００  電力変換器システム
２０２  入力電源
２１０  ＤＣ−ＤＣ変換器
２１２  入力ブリッジ回路
２１４  入力ブリッジ回路
２１６  入力ブリッジ回路
２１８  入力ブリッジ回路
２２０  ＤＣリンク
２３０  インバータ
２３２  インバータブリッジ回路
２３３  上側スイッチング素子
２３４  インバータブリッジ回路
２３５  下側スイッチング素子
２３６  インバータブリッジ回路
２３７  逆阻止ＩＧＢＴ
２４０  出力ライン
２４２  出力ライン
２４４  出力ライン
２４６  インダクタ
２４８  絶縁変圧器
２５０  接触器
３００  方法
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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