(57)【要約】      （修正有）【課題】太陽光発電サイト内に設置するに好適な電力変換装置筐体を含む電力変換装置を提供する。【解決手段】入力が直流である高周波共振型コンバータの２次側に単相インバータを備え、高周波トランスとその一次巻線及び二次巻線側に接続される部品により構成された電力変換ユニットの出力を直列接続した３組の電力変換ユニット群を構成し、電力変換装置筐体内に収納し交流３相を形成する。複数の電力変換ユニットは、筐体の長手方向に配置し、３組の電力変換ユニット群は筐体の高さ方向の上段、中段、下段に配置する。複数の電力変換ユニットは、部品の発生熱を放熱部に伝達する。放熱部は、筐体の長手方向に沿い開口部を有する背面側に形成の熱交換用空間内に配置され、熱交換用空間に連通する筐体の長手方向左右に設けられたファンを介し、開口部から導入の過熱空気を排出する。【選択図】図３
2018042337.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力が直流である高周波共振型コンバータの２次側に単相インバータを備え、高周波トランスとその一次巻線及び二次巻線側に接続される部品により構成された電力変換ユニットについて、複数の電力変換ユニットの前記単相インバータの出力を直列接続して電力変換ユニット群を構成し、電力変換装置筐体内に収納した３組の前記電力変換ユニット群により交流３相の各相を形成し、
前記電力変換ユニット群を構成する複数の前記電力変換ユニットは、前記電力変換装置筐体の長手方向に沿って配置され、かつ３組の前記電力変換ユニット群は、前記電力変換装置筐体の高さ方向の上段、中段、下段にそれぞれ配置され、
前記電力変換装置筐体の長手方向の一方端側が、３組の前記電力変換ユニット群の出力端子とされ、前記電力変換装置筐体の長手方向の他方端側で３組の前記電力変換ユニット群の端子が共通接続されているとともに、
複数の前記電力変換ユニットの夫々は、高周波トランスとその一次巻線及び二次巻線側に接続される部品が発生する熱を夫々の放熱部に伝達し、
複数の前記電力変換ユニットの放熱部は、前記電力変換装置筐体の長手方向に沿い、かつ開口部を有する一方の面である背面側に形成された熱交換用空間内に整列配置され、前記熱交換用空間に連通する前記電力変換装置筐体の長手方向左右質に設けられたファンを介して前記開口部から導入された過熱空気を排出することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記電力変換ユニットの直流入力側に直流遮断器を有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記電力変換ユニット群の出力端子側に高圧気中負荷開閉器を有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記高周波共振型コンバータは、共振トランスを備えており、２組の共振トランスの１次側を直列接続していることを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項４に記載の電力変換装置であって、
２組の前記共振トランスの２次側にそれぞれ単相インバータを備え、２段分の階調接続としたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
請求項４に記載の電力変換装置であって、
前記共振トランスの２次側をそれぞれダイオード整流した後段を直列接続とし、その後段に３レベルインバータを備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
請求項４に記載の電力変換装置であって、
前記共振トランス２次側をそれぞれダイオード整流した後段を並列接続したことを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記電力変換装置筐体は、太陽光発電サイトに設置され、架台に支持された太陽光パネルの日陰に配置可能な低背型構造としたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項９】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記電力変換ユニットは、前記高周波トランスと、該高周波トランスの一次巻線側に接続される部品を搭載する第１の基板と、前記高周波トランスの二次巻線側に接続される部品を搭載する第２の基板と、前記放熱部を含むことを特徴とする電力変換装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記電力変換ユニットは、高周波トランスの一方端側の上下に前記第１の基板と、前記第２の基板を夫々配置し、前記高周波トランスの他方端側に前記放熱部を配置していることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記電力変換ユニットの放熱部は、ヒートパイプと連結したフィン構造を備えたヒートパイプフィンであることを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電や風力発電といった自然エネルギー利用の発電設備による電力を電力系統に連系するためには、電力系統の電圧及び周波数に変換する電力変換装置が使用される。電力変換装置は、直流電力と交流電力の間で電力変換を行う複数の電力変換装置により構成されており、電力変換装置は絶縁トランスおよびＤＣ／ＤＣコンバータやインバータといった電力変換器を備えて構成されている。
【０００３】
一般に、例えば、大規模向け太陽光ＰＣＳの場合は太陽光発電設備からの直流が入力となり、４００Ｖ程度の三相電力を出力する。太陽光ＰＣＳから高圧系統（６．６ｋＶ，２２ｋＶ等）への昇圧出力には高圧絶縁トランスを使用しており、系統の周波数と同じ数十Ｈｚの低周波で駆動せざるを得ないため大型化する。また、大容量向けＰＣＳの屋外設置を実現するためにコンテナ内への太陽光ＰＣＳ格納や太陽光ＰＣＳ自体を屋外盤仕様にする必要があり、設備が大型化する。
【０００４】
また、直流配線や低圧交流配線の長さを短縮することで更なる低損失化が実現できるが、前述のように屋外仕様の太陽光ＰＣＳや連系トランスの体積・重量が大きく、太陽光パネル直近への配置は太陽光パネルへの日陰の影響から難しいため、太陽光パネルから離して配置することが一般的であった。
【０００５】
なお電力変換装置を盤構成するに際し、変圧器盤と関連付けて配置した事例として特許文献１が知られている。
【０００６】
特許文献１には、「複数個の２次巻線を有する入力変圧器１と、この入力変圧器１を収納する変圧器盤１０と、前記２次巻線に１対１で接続され、所望の周波数の単相交流電圧を出力する単位インバータ２を複数台直列接続した各相をＹ接続して構成した３相インバータと、前記３相インバータを構成する単位インバータ２を収納する変換器盤２０とを備え、前記変換器盤２０は、絶縁物からなる複数本の支柱２２と、この複数本の支柱２２の隣り合う支柱間を横方向に締結する複数個の金属製の棚板２３を有し、前記棚板２３上に前記単位インバータ２を夫々載置固定するように構成する。」ことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３５７４３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、変換器盤２０は、入出力共に高圧であるので、中性点をとる場合絶縁距離を取る必要があり、電力変換装置の小型化を実現するのは困難である。
【０００９】
以上のことから本発明においては、小型化を実現可能な電力変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以上のことから本発明においては、入力が直流である高周波共振型コンバータの２次側に単相インバータを備え、高周波トランスとその一次巻線及び二次巻線側に接続される部品により構成された電力変換ユニットについて、複数の電力変換ユニットの単相インバータ出力を直列接続して電力変換ユニット群を構成し、電力変換装置筐体内に収納した３組の電力変換ユニット群により交流３相の各相を形成し、電力変換ユニット群を構成する複数の電力変換ユニットは、電力変換装置筐体の長手方向に沿って配置され、かつ３組の電力変換ユニット群は、電力変換装置筐体の高さ方向の上段、中段、下段にそれぞれ配置され、電力変換装置筐体の長手方向の一方端側が、３組の電力変換ユニット群の出力端子とされ、電力変換装置筐体の長手方向の他方端側で３組の電力変換ユニット群の端子が共通接続されているとともに、複数の電力変換ユニットの夫々は、高周波トランスとその一次巻線及び二次巻線側に接続される部品が発生する熱を夫々の放熱部に伝達し、複数の電力変換ユニットの放熱部は、電力変換装置筐体の長手方向に沿い、かつ開口部を有する一方の面である背面側に形成された熱交換用空間内に整列配置され、熱交換用空間に連通する電力変換装置筐体の長手方向左右質に設けられたファンを介して開口部から導入された過熱空気を排出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、小型化を実現可能な電力変換装置を提供することを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る電力変換装置の筐体と配置位置関係の一例として前面を示す図。
【図２】本発明の電力変換装置が適用される太陽光発電サイトの一例を示す図。
【図３】電力変換装置筐体１００内における複数の電力変換ユニットＵの接続例を示す図。
【図４】電力変換装置筐体１００内における複数の電力変換ユニットＵの他の接続例を示す図。
【図５】図３あるいは図４のように構成された電力変換装置筐体１００内の接続により実現される電力変換装置の電気回路の構成を示す図。
【図６】本発明に係る電力変換装置の筐体と配置位置関係の一例として後面を示す図。
【図７】電力変換装置筐体１００と内部の三相電力変換ユニット群１Ａの実装関係を示す図。
【図８】電力変換装置筐体１００の上部から俯瞰した図。
【図９】電力変換ユニットＵの斜視図。
【図１０】図９の電力変換ユニットＵＷ５の配置を熱交換部７３側から見た図。
【図１１】電力変換ユニットＵ内の回路構成について、入力電流が小さい場合を想定した２ｉｎ１ユニットの回路構成を示す図。
【図１２】電力変換ユニットＵ内の回路構成について、単相インバータ２段分を３レベルインバータとした構成を示す図。
【図１３】電力変換ユニットＵ内の回路構成について、ＩＧＢＴで構成した例を示す図。
【図１４】実施例３を採用する場合の電力変換装置筐体１００内における複数の電力変換ユニットＵの接続例を示す図。
【図１５】実施例４に係る電力変換ユニットＵ内の回路構成例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の電力変換装置について、図を用いて説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は、本発明に係る電力変換装置の筐体と配置位置関係を示した図である。本発明の電力変換装置筐体１００は、太陽光パネルＰＬと、太陽光パネルＰＬを搭載、支持するための架台ＢＢの間に形成される空間を利用して設置される。このため直射日光を受けず、かつ風通しのよい位置に配置される。箱型の筐体は長手方向に延伸する箱型の形状とされている。因みに筐体は、長手方向の長さは例えば２．５（ｍ）、短手方向の長さは例えば０．９（ｍ）、高さが例えば０．７（ｍ）といった大きさであり、太陽光パネルＰＬと架台ＢＢにより形成される日陰空間に配置可能である。
【００１５】
図１の電力変換装置筐体１００は、その前面の形状を、また図６はその後面の形状を示している。ここでの特徴点は、前面及び側面に冷却部を備えていることであるがこの点について詳細に後述する。
【００１６】
図２は、本発明の電力変換装置が適用される太陽光発電サイトの一例を示している。
【００１７】
図２の太陽光発電サイトは、架台Ｂ上に搭載、支持された複数の太陽光パネルＰＬにより形成されており、各太陽光パネルＰＬの直流出力は端子ＴＤ１、ＴＤ２間に得られている。またこの太陽光発電サイトには、架台ＢＢの下部空間を利用して太陽光パネルＰＬの直流出力を電力系統の三相交流に変換する図１の電力変換装置筐体１００が設置されている。後述するが、箱型形状の電力変換装置筐体１００は複数の電力変換ユニットＵ（図示ではＵ１、Ｕ２）を収納しており、各電力変換ユニットＵは、各太陽光パネルＰＬの直流出力端子ＴＬ１、ＴＬ２に接続される直流入力端子ＴＤ１、ＴＤ２と、交流出力端子ＴＡ１、ＴＡ２を備えている。なお、太陽光パネルＰＬ１の直流出力端子ＴＬ１、ＴＬ２は、例えば電力変換ユニットＵ１の直流入力端子ＴＤ１、ＴＤ２と対応付けて接続され、太陽光パネルＰＬ２の直流出力端子ＴＬ１、ＴＬ２は例えば電力変換ユニットＵ２の直流入力端子ＴＤ１、ＴＤ２と対応付けて接続される。あるいは複数の太陽光パネルＰＬの直流出力端子ＴＬ１、ＴＬ２がそれぞれ共通接続されて電力変換ユニットＵの直流入力端子ＴＤ１、ＴＤ２と接続される。
【００１８】
図３は、電力変換装置筐体１００内における複数の電力変換ユニットＵの接続例を示している。
【００１９】
電力変換装置筐体１００についての対外部接続は、複数の太陽光パネルＰＬの直流出力端子ＴＬ１、ＴＬ２に接続された直流入力端子ＴＤ１、ＴＤ２と、高圧三相の電力系統の各相に接続される三相交流出力端子ＴＵ、ＴＶ、ＴＷで行われる。直流入力端子ＴＤ１、ＴＤ２には、低圧直流入力が印加され、三相交流出力端子ＴＵ、ＴＶ、ＴＷからは高圧三相出力が与えられる。
【００２０】
また三相交流出力は、中性点Ｎにおいてアース接続されるＹ結線とされ、箱型形状の電力変換装置筐体１００の長手方向の一方端側に三相交流出力端子ＴＵ、ＴＶ、ＴＷが集約配置され、立方体状の電力変換装置筐体１００の長手方向の他方端側に中性点Ｎが配置されている。なお直流入力端子ＴＤ１、ＴＤ２の配置位置について、特に限定をしないが、図示の例では箱型形状の電力変換装置筐体１００の長手方向の他方端の中性点Ｎ側に配置した例を示している。また図示の例では、直流入力端子ＴＤ１、ＴＤ２に直流遮断器ＭＣＣＢを設置した例を示している。また図示の例では、複数の太陽光パネルＰＬの直流出力端子ＴＬ１、ＴＬ２がそれぞれ共通接続されて、電力変換ユニットＵの共通に設けられた直流入力端子ＴＤ１、ＴＤ２と接続されている。
【００２１】
電力変換装置筐体１００内では、三相交流出力端子ＴＵ、ＴＶ、ＴＷと中性点Ｎの間の各相をそれぞれ複数の電力変換ユニットＵで構成している。図の例では各相は８台の電力変換ユニットＵで構成されており、Ｗ相で例示すると、中性点Ｎ側から順次ＵWI、ＵＷ２、ＵＷ３、ＵＷ４、ＵＷ５、ＵＷ６、ＵＷ７、ＵＷ８を配置している。この配置は他の相も同じである。
【００２２】
また電力変換装置筐体１００内では、各相が８台の電力変換ユニットＵで構成された電力変換ユニット群が、電力変換装置筐体１００の高さ方向に多段配置されている。図示の例では、Ｕ、Ｖ、Ｗの各相の電力変換ユニット群について、Ｕ相を下段、Ｖ相を中間段、Ｗ相を上段に配置した３段重ね構造を採用している。
【００２３】
図３では、電力変換ユニットＵの具体的な回路構成としてＵＷ５の構成例を例示している。他の電力変換ユニットＵも同じ構成であるので、ここではＵＷ５の構成のみ説明する。電力変換ユニットＵＷ５は、ＬＬＣ共振コンバータＬＬＣと、インバータＩＮにより構成されている。
【００２４】
このうちＬＬＣ共振コンバータＬＬＣは、入力側コンデンサＣｉと、半導体素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４で構成されたフルブリッジ構成のインバータ回路１１と、励磁インダクタンス１とリーケージインダクタンス２と共振コンデンサ３が直列接続された絶縁トランス１２と、ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４で構成されたフルブリッジ構成の整流回路１３とで構成され、太陽光パネルＰＬからの直流入力を高周波数の交流に変換した後に再度直流に変換している。
【００２５】
インバータＩＮは、コンデンサＣと半導体素子Ｑ５、Ｑ６、Ｑ７、Ｑ８で構成されたフルブリッジ構成のインバータ回路１４とで構成されている。これによりＬＬＣ共振コンバータＬＬＣが与える直流電圧Ｖｄ１を電源として交流電圧を発生する。このように、電力変換ユニットＵＷ５は、その入力が太陽光パネルＰＬからの直流に接続され、その出力が高圧系統側に接続される構成である。
【００２６】
また電力変換ユニットＵＷ５は、その交流出力端子ＴＡ１、ＴＡ２のうち高圧側の端子ＴＡ１を隣接する高圧側の電力変換ユニットＵＷ６の交流出力端子ＴＡ２に接続し、低圧側の端子ＴＡ２を隣接する低圧側の電力変換ユニットＵＷ４の交流出力端子ＴＡ１に接続する。かくして、各相を形成する複数の電力変換ユニットＵは、その入力側は並列接続され、出力側は直列接続されることで電力系統の高電圧を分担負担している。
【００２７】
電力変換装置筐体１００内には、図３に例示したような構成の電力変換ユニットＵが複数、相毎に３段重ね構造を採用して配置されている。図４もまた、電力変換装置筐体１００内における電力変換ユニットＵの配置例を示しているが、電力変換装置の出力側の各相に交流遮断器を設けている点でのみ図３と相違している。
【００２８】
図５は、図３あるいは図４のように構成された電力変換装置筐体１００内の複数ユニットの接続により実現される電力変換装置の電気回路の構成を示している。この構成によれば、各電力変換ユニットＵの直流入力端子ＴＤ１、ＴＤ２は並列に接続され、各電力変換ユニットＵの交流出力端子ＴＡ１、ＴＡ２は直列に接続されることで、電力系統の電圧として例えば線間電圧の６．６（ｋＶ）を達成している。この例では、各相は８台の電力変換ユニットＵにより線間電圧の６．６（ｋＶ）を分担しているので、各電力変換ユニットＵは８００（Ｖ）程度の電圧を出力していることになる。なお、制御装置１００は、各相の複数の電力変換ユニットＵ内の半導体素子に対する点弧タイミングを制御している。図２に図示した電力変換装置筐体１００内には、複数の電力変換ユニットＵとともに、制御装置１００も収納することができる。
【００２９】
図１の電力変換装置筐体１００内には、複数の電力変換ユニットを収納するが、小スペースでの配置を実現するために以下の対策が有効である。
【００３０】
まず電力変換ユニットＵ自体を小型化することに関して、電力変換ユニットＵは図３などに示したようにＬＬＣ共振コンバータＬＬＣと単相インバータＩＮを主要な部品としている。このことからこれらの部品を配置するに際して、ＬＬＣトランス１２と絶縁材を介し、下側にＬＬＣトランス１２の１次側回路を構成する部品を搭載した下側基板、上側に２次側回路を構成する部品を搭載した上側基板とすることで低圧側と高圧側を分離し、電力変換ユニットＵの高さ方向を短縮して低背型の電力変換装置筐体１００に適した構造とするのがよい。この構成では、１次側基板と２次側基板の間は支持部材により支持し、ＬＬＣトランス１２は１次側基板と２次側基板の間に適宜固定御配置されることで、これらの部品により発生した熱は、上下の１次側基板と２次側基板の間に形成された空間を利用して外部排出することが可能である。
【００３１】
また、図３において、各相を形成する複数の電力変換ユニットＵについて電力変換装置筐体１００の水平方向に配置し、かつ相毎に３段に高さ方向に配置し、単相インバータ側を左右で電気的に接続することで階調構成を実現する。８ユニットを１相とし、電力変換装置筐体１００の縦方向にＵ、Ｖ、Ｗ相を構成する。各相の電力変換ユニットＵ群の片側が系統への高圧三相出力、逆側がＹ接続における中性点となる。中性点は高抵抗を介して接地し、低圧の電位となる。中性点側に太陽光からの直流入力とブレーカ（ＭＣＣＢ）を配置することで絶縁距離の短縮が可能となる。図４に示すように高圧三相出力側には高圧気中負荷開閉器（ＬＢＳ）を配置することが可能であるが、図３のように高圧気中負荷開閉器（ＬＢＳ）を電力変換装置筐体１００内に備えず別構造としても良い。
【００３２】
以上の構成を採用することにより、図１に示すように太陽光パネルＰＬの下に設置可能な低背型の筐体構造を実現することができる。図１の構成を採用する本発明に係るパワーコンディショニングシステムＰＣＳによれば、高圧への昇圧と連系を可能とするトランスの機能を備えたパワーコンディショニングシステムＰＣＳが太陽光パネルＰＬ近傍に設置可能となるため、従来と比較して太陽光パネルからの直流配線の短縮による配線の損失低減が実現できる。高圧出力配線は従来よりも長くなるが、高圧三相出力であるため高圧配線損失の上昇は直流配線損失の低減効果と比較して十分に小さく抑えることができる。
【００３３】
図１に示す本発明の電力変換装置筐体１００は、太陽光パネルの下に設置可能であるため、従来の屋外筐体やコンテナで考慮が必要であった日射に対する冷却は緩和可能となる。
【００３４】
本発明では屋外設置であることからさらに、高圧端子が存在する電力変換装置筐体１００内の汚損を防ぐために筐体内（筐体内）と筐体外（筐体外）との熱交換器を設け、筐体内の外気との密閉を実現することで筐体内の絶縁距離の短縮を実現する。
【００３５】
図７は、電力変換装置筐体１００と内部の三相電力変換ユニット群１Ａの実装関係を示した図である。電力変換装置筐体１００の内部に配置される三相電力変換ユニット群１Ａは、各相の電力変換ユニット群１ＡＵ、１ＡＶ、１ＡＷを高さ方向に配置した３段重ね構造のものである。三相電力変換ユニット群１Ａは、電力変換装置筐体１００内に収納された時に、外殻である電力変換装置筐体１００との間で、前後左右に空間を形成するように配置されている。この時に形成される空間は長手方向に対して右側空間ＳＰＲ、左側空間ＳＰＬ、前側空間ＳＰＦ、後側空間ＳＰＢである。なお上側空間、下側空間を形成することは適宜行われてよい。
【００３６】
図８は、これらの空間を電力変換装置筐体１００の上部から俯瞰した図である。電力変換装置筐体１００の中央部には、高さ方向に３段に配置した例えば上段の電力変換ユニット群１ＡＷを配置している。電力変換装置筐体１００の長手方向左右の空間である右側空間ＳＰＲ、左側空間ＳＰＬには放熱ファン２１が配置されており、過熱された電力変換装置筐体１００内の内気を放出する。手前の前側空間ＳＰＦは例えばメンテナンス空間として利用される。図６の手前側に示す扉であり、かつ図８の下側に設置される前側扉を開いたときに多段積みされた各相の電力変換ユニットＵを確認することができ、取り外し、取り付けが可能である。後側空間ＳＰＢは、電力変換ユニットＵからの熱を熱交換するユニット熱交換部とされている。
【００３７】
図示するように電力変換ユニット群１ＡＷは、電力変換装置筐体１００の長手方向に沿って配置されているが、個々の電力変換ユニットＵの長手方向は、電力変換ユニット群１ＡＷの長手方向とは交差する方向に８台が配列されている。図示の左から順次、ＵWI、ＵＷ２、ＵＷ３、ＵＷ４、ＵＷ５、ＵＷ６、ＵＷ７、ＵＷ８とされている。
【００３８】
図９は、電力変換ユニットＵの斜視図を示している。ここでは電力変換ユニットＵＷ５を例示しているが、手前の前側空間ＳＰＦ側から、順次基板部７１、変圧器部７２で構成されており、さらに変圧器部７２側に熱交換部７３を順次配列しており、熱交換部７３が後側空間ＳＰＢ内に収納されている。
【００３９】
図９の電力変換ユニットＵＷ５の配置を、図３の電力変換ユニットＵＷ５の回路と対比すると、図９の変圧器部７２が図３の絶縁トランス１２を構成する一次、二次巻線などを収納し、基板部７１のうち上側基板部７１Ｕは絶縁トランス１２の一次回路に相当する電子部品（コンデンサＣｉ、半導体素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４など）を搭載する基筐体であり、基板部７１のうち下側基板部７１Ｌは絶縁トランス１２の二次回路に相当する電子部品（ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、コンデンサＣ、半導体素子Ｑ５、Ｑ６、Ｑ７、Ｑ８など）を搭載する基筐体である。
【００４０】
図１０は、図９の電力変換ユニットＵＷ５の配置を熱交換部７３側から見た図である。熱交換部７３は、図１０に例示するようなヒートパイプフィンであり、ヒートパイプ２４とフィン２１で構成された箱型形状のヒートパイプフィンが電力変換装置筐体１００の長手方向に沿って配置されている。なお図１０は３段積された構成を示している。
【００４１】
図８、図９、図１０の配置関係において、基板部７１および変圧器部７２は、熱交換部７３とアルミ板などを介して熱的に接続されている。また図１０の手前側は、図１の手前側に対応しており、従ってヒートパイプフィンは外気に曝されている。このため、基板部７１および変圧器部７２で発生した熱は熱的接続により熱交換部７３に伝熱され、ヒートパイプフィンの部分で外気に曝され、過熱された導入外気は図８の後側空間ＳＰＢに形成されたユニット熱交換部を介して左側空間ＳＰＬ、または左側空間ＳＰＲに至り、左側空間ＳＰＬ、または左側空間ＳＰＲに設けられたファン２１により外部に強制排出される。なお変圧器部７２は、熱交換部７３からの外気が基板部７１側に通風できるように、適宜の空間が設けられていてもよい。
【００４２】
このように本発明では太陽光パネル下に設置可能であるため、従来の屋外筐体やコンテナで考慮が必要であった日射に対する冷却は緩和可能となる。屋外設置である点は従来同様であるため、前述のように高圧端子も存在する筐体内の汚損を防ぐために筐体内と筐体外との熱交換部を設け、筐体内の外気との密閉を実現することで筐体内の絶縁距離の短縮を実現する。
【００４３】
上記の筐体内冷却構造と筐体内の風の流れを有する本発明は、電力変換ユニットと熱的に連結した熱交換部を筐体背面に配置する構造とし、低背型に適した筐体内冷却構造である。筐体背面から外気を取り入れて、電力変換ユニットの熱交換部７３に入気される。熱交換部を通過した後の排気は筐体の左右からファンによって排気される構成となる。熱交換部７３とファンが実装された風洞には外気が流入するが、それ以外は外気と仕切られた密閉構造とされるのがよい。
【００４４】
各電力変換ユニットに使用するヒートパイプ式の熱交換部は、熱源である各半導体素子からヒートパイプで熱的に連結されたフィンで冷却する構造である。変圧器の１次側と２次側のそれぞれでヒートパイプフィンを持つことを想定しているが、いずれか片方のフィンのフィン間隔を別フィンよりも狭いピッチとしても良いし、圧損に問題ないならば同ピッチでもよい。
【００４５】
また、いずれのファンも軸流ファンを使用する構成を想定しているが、より圧損を大きく許容できる遠心ファンを使用してもよいし、同様の機能を有するものであればよい。また、図示したファンの個数についても、前述したファンの種類や実際の用途に応じて増減させても構わない。
【００４６】
なお、本構造ではユニット冷却後の温度上昇した空気が筐体左右のヒートパイプフィンに向かう構造であるため、筐体背面および筐体側面も筐体外との熱交換の機能を有することで筐体内冷却を実現することができる。
【実施例２】
【００４７】
実施例１では、本発明の電力変換装置構成について基本的な事項を代表事例として説明した。実施例２では、電力変換装置の構成や仕様についてのさらなる変形事例について説明する。
【００４８】
本発明に係る電力変換装置は、電力変換装置筐体１００内に収納されて図３、図４のような構成例とされるのがよいが、さらに以下のように変更され、使用されるものであってもよい。
【００４９】
まず図３、図４に図示の例は、入力が並列接続となるフルブリッジ型ＬＬＣ共振コンバータＬＬＣの後段に単相インバータＩＮを適用し、単相インバータＩＮを階調構成として高圧出力する構成である。階調構成としてはＹ接続型を想定しており、階調段数は８段を想定しているがそれに限るものではない。Ｙ接続の中性点Ｎは接地または高抵抗接地しても良いし、これに限るものではない。また、８段階調構成による高圧出力は６．６ｋＶ出力を想定しているが、構成数を変更する等その他の電圧にしてもよい。
【００５０】
フルブリッジ型のＬＬＣ共振コンバータＬＬＣが与える直流電圧Ｖｄ１は１５００Ｖ以下の直流電圧であるため、半導体素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４としては高周波駆動に適したＭＯＳ  ＦＥＴを適用することを想定している。スイッチング周波数は数十ｋＨｚから数百ｋＨｚを想定している。使用するＭＯＳ  ＦＥＴには高耐圧・高周波スイッチングに適したＳｉＣ  ＭＯＳ  ＦＥＴを適用してもよいし、その他同様の機能を有するものであってもよい。ＬＬＣ共振コンバータＬＬＣの２次側は、ダイオードによる整流、平滑回路を想定している。Ｓｉダイオードの他に、導通損失を低減させるためにＳｉ型のショットキーバリアダイオードやＳｉＣ  ショットキーバリアダイオードを適用してもよいし、ＳｉＣ  ＭＯＳ  ＦＥＴを同期させて使用することで損失低減させてもよいし、その他同様の機能を有するものであればよい。
【００５１】
ＬＬＣ共振型の絶縁トランス１２は系統電圧との絶縁機能を有し、ＬＬＣ共振とするために高周波トランスの励磁インダクタンス１に共振対応させたリーケージインダクタンス２と共振コンデンサ３とが直列接続される構成である。リーケージインダクタンス２は高周波トランス内の漏れ磁束の定数の調整が可能となる構造として高周波トランス内で一体化した構成を想定しているがそれに限るものではない。共振コンデンサ３はフィルムコンデンサやセラミックコンデンサを使用することを想定しているが、同様の機能を有するものであればよい。
【００５２】
ＬＬＣ共振コンバータＬＬＣの後段の単相インバータＩＮは、ＬＬＣ共振コンバータＬＬＣとは異なり、スイッチング周波数は低いがハードスイッチングであるため、半導体素子Ｑ５、Ｑ６、Ｑ７、Ｑ８としてスイッチング損失の小さいＭＯＳ  ＦＥＴの適用を想定している。使用するＭＯＳ  ＦＥＴは高耐圧・高周波スイッチングに適したＳｉＣ  ＭＯＳ  ＦＥＴを適用してもよいし、高周波駆動用のＩＧＢＴやその他同様の機能を有するものであってもよい。
【実施例３】
【００５３】
さらに実施例３として、電力変換ユニットＵ内の回路構成については、図１１から図１３に例示する各種の回路構成を採用することが可能である。
【００５４】
まず図１１の電力変換ユニットＵ内の回路構成について、この回路構成は入力電圧が１５００Ｖ定格時のように入力電流が小さい場合を想定した２ｉｎ１ユニットの回路構成である。
【００５５】
ここでは、入力が並列接続となるフルブリッジ型のＬＬＣ共振コンバータＬＬＣの１次側絶縁トランス１２を２直列とし、２つの絶縁トランス１２の二次側を並列２系統の整流回路１３及びインバータ回路ＩＮとしたものである。具体的には、それぞれの絶縁トランスの出力を受ける整流回路の後段にそれぞれ単相インバータを適用し、単相インバータ２段分を１つのユニットとした構成である。この回路構成によれば、構造部材の共通化が可能となり、ユニット構造の小型・軽量化が可能となる。また、２つの絶縁トランスの１次側電流が同一となるため、２段分の電力バランスのばらつきも小さく抑えられる。
【００５６】
図１２の電力変換ユニットＵ内の回路構成について、この回路構成は単相インバータ２段分を３レベルインバータとした構成であり、図１１と同様の効果を奏することが可能となる。また、インバータの駆動周波数はＬＬＣ共振コンバータＬＬＣと比較して１／１０以下であるため、ＳｉＣ  ＭＯＳ  ＦＥＴではなく、図１３に示すように３レベルインバータのＭＯＳ  ＦＥＴの部分（図１０のＱ５ａ、Ｑ６ａ、Ｑ７ａ、Ｑ８ａ、Ｑ５ｂ、Ｑ６ｂ、Ｑ７ｂ、Ｑ８ｂ）にＩＧＢＴ（図１３のＨ５ａ、Ｈ６ａ、Ｈ７ａ、Ｈ８ａ、Ｈ５ｂ、Ｈ６ｂ、Ｈ７ｂ、Ｈ８ｂ）を使用することができる。また、半導体素子が２倍の耐圧に耐えられるならば新３レベルインバータ構成を使用してもよい。
【００５７】
実施例３を採用する場合の電力変換装置筐体１００内における複数の電力変換ユニットＵの接続例について、図１４を用いて説明する。この場合には、各相の電力変換ユニットを筐体水平方向に配置し、単相インバータ側を左右で電気的に接続することで階調構成を実現する。このため２ｉｎ１ユニットを適用する実施例３では、実施例１とは異なり、電力変換ユニット４直列を１相とし、電力変換装置筐体１００の高さ方向にＵ、Ｖ、Ｗ相を構成する。ユニットセル間のパワー線の接続数や信号線等のユニットの外の接続数を低減可能な構成である。
【実施例４】
【００５８】
さらに実施例４として、電力変換ユニットＵ内の回路構成例を図１５に示す。図１５の回路構成は、入力電圧が１５００Ｖ定格時のように入力電流が小さい場合を想定したユニットの回路構成である。
【００５９】
図１５では、整流回路１３を二重化しているが、インバータＩＮは共通としている。この場合には、入力が並列接続となるフルブリッジ型ＬＬＣ共振コンバータＬＬＣのトランス１２をその一次側で２直列とし、それぞれのＬＬＣトランス１２後段の整流回路１３を並列構成とし、インバータＩＮは共通とることで、１ユニットでトランス２つ分の電力出力を可能とした構成である。この構成によれば、大容量化が可能となり、大容量化の効果として容量当たりの小型・軽量化が可能となる。また、２つのトランスの１次側電流が同一となるため、２段分の電力バランスのばらつきも小さく抑えられる。
【００６０】
なおＬＬＣ共振コンバータＬＬＣの後段の単相のインバータＩＮは、ＬＬＣ共振コンバータＬＬＣとは異なり、スイッチング周波数は低いがハードスイッチングであるため、スイッチング損失の小さいＭＯＳ  ＦＥＴの適用を想定している。使用するＭＯＳ  ＦＥＴには高耐圧・高周波スイッチングに適したＳｉＣ  ＭＯＳ  ＦＥＴを適用してもよいし、高周波駆動用のＩＧＢＴやその他同様の機能を有するものであれば適用可能である。
【００６１】
電力変換装置筐体１００の筐体構造は、実施例１と同様の８ユニット構成を想定しているが、これに限るものではない。以上、多くの実施例を挙げて説明したが、用途に応じて前記実施例に記述した内容を組み合わせて使用してもよい。
【符号の説明】
【００６２】
１：励磁インダクタンス
２：リーケージインダクタンス
３：共振コンデンサ
１１：インバータ回路
１２：絶縁トランス
１３：整流回路
１４：インバータ回路
２１：放熱ファン
７１：基板部
７２；変圧器部
７３：熱交換部
１００：電力変換装置筐体
Ｂ、ＢＢ：架台
Ｃ：コンデンサ
Ｃｉ：入力側コンデンサ
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４：ダイオード
ＩＮ：インバータ
ＬＬＣ：ＬＬＣ共振コンバータ
ＰＬ：太陽光パネル
Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６、Ｑ７、Ｑ８：半導体素子
ＳＰＲ、ＳＰＬ、ＳＰＦ、ＳＰＢ：空間
ＴＤ１、ＴＤ２：直流入力端子
ＴＬ１、ＴＬ２：直流出力端子
ＴＡ１、ＴＡ２：交流出力端子
ＴＵ、ＴＶ、ＴＷ：三相交流出力端子
Ｕ：電力変換ユニット
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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