(57)【要約】【課題】１つまたは複数の誘導巻線を有する誘導負荷用の新しい電力変換装置を提案する。【解決手段】電力系統用電力変換装置は、電力変換装置の第１の操作モードにおいて、回転電気機械を駆動するための電圧を供給する切り替え回路（１０２）を備える。電力変換装置は、コンタクタシステム（１１０）と、コントローラ（１０９）を備える。コントローラ（１０９）は、電力変換装置の第２の操作モードにおいて、切り替え回路および回転電気機械の少なくとも１つの巻線（１１５）を降圧直流電圧変換装置として、電力変換装置の直流電圧端子間で用いる。したがって、電力変換装置の切り替え回路を、回転電気機械を駆動することと、たとえば、電力変換装置の直流電圧端子に接続するバッテリ要素を充電することの両方に用いることができる。【選択図】  図１
2019092372.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つまたは複数の誘導巻線を有する誘導負荷用電力変換装置（１０１、２０１）であって、前記誘導負荷用電力変換装置は、
−切り替え回路（１０２、２０２）であって、直流電圧レール（１０３ａ、１０３ｂ）と、前記直流電圧レールを第１の直流電圧に接続するための第１の直流電圧端子（１０４）と、前記直流電圧レールを第２の直流電圧に接続するための第２の直流電圧端子（１０５）と、前記１つまたは複数の誘導巻線に接続するための電源電圧端子（１０６）と、前記直流電圧レールの第１の直流電圧レール（１０３ａ）と前記電源電圧端子との間の第１の制御可能なスイッチ（１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ）と、前記直流電圧レールの第２の直流電圧レール（１０３ｂ）と前記電源電圧端子との間の第２の制御可能なスイッチ（１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ）とを備える切り替え回路（１０２、２０２）と、
−前記誘導負荷用電力変換装置の第１の操作モードにおいて、前記切り替え回路を制御して、１つまたは複数の電源電圧を前記電源電圧端子で生成するコントローラ（１０９、２０９）と、
を備え、
前記誘導負荷用電力変換装置はさらにコンタクタシステム（１１０、２１０）を備え、前記コンタクタシステム（１１０、２１０）は、前記誘導負荷用電力変換装置の第２の操作モードにおいて、前記第２の直流電圧端子のポール（１０５ａ）を前記直流電圧レールの第１の直流電圧レールから切断し、前記第２の直流電圧端子の前記ポールを少なくとも１つの前記誘導巻線に接続し、前記コントローラは、前記第２の操作モードにおいて、１つまたは複数の前記第１の制御可能なスイッチが導電状態と非導電状態を繰り返すように制御し、それによって、前記切り替え回路および前記少なくとも１つの誘導巻線を降圧直流電圧変換装置として、前記第１の直流電圧端子と前記第２の直流電圧端子の間で操作するように構成され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、前記コントローラ（１０９）は、前記第２の操作モードにおいて、２つ以上の前記第１の制御可能なスイッチが導電状態と非導電状態を繰り返すように制御するように構成される、電力変換装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電力変換装置であって、前記コントローラ（１０９）は、前記第２の操作モードにおいて、２つ以上の前記第１の制御可能なスイッチが位相シフトされるように操作し、それによって、前記第２の直流電圧端子を通じて供給される直流のリップルが低減するように構成される、電力変換装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の電力変換装置であって、前記コンタクタシステムは、前記第２の操作モードにおいて、前記電源電圧端子の１つのポール（１０６ａ）を前記第２の直流電圧端子の前記ポールに接続するように構成される、電力変換装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の電力変換装置であって、前記切り替え回路（１０２）はインバータブリッジである、電力変換装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の電力変換装置であって、前記コントローラは、前記電力変換装置の第３の操作モードにおいて、１つまたは複数の前記第２の制御可能なスイッチが導電状態と非導電状態を繰り返すように制御し、それによって、電力を前記第２の直流電圧端子から前記第１の直流電圧端子に移動するために、前記切り替え回路および前記少なくとも１つの誘導巻線を昇圧直流電圧変換装置として操作するように構成される、電力変換装置。
【請求項７】
電力系統であって、
−請求項１から請求項６のいずれかに記載の電力変換装置（１０１、２０１）と、
−前記電力変換装置の前記第１の直流電圧端子に接続する直流電圧エネルギ源（１１２、２１２）と、
−前記電力変換装置の前記第２の直流電圧端子に接続する直流電圧エネルギ貯蔵装置（１１３、２１３）と、
−前記電力変換装置の前記電源電圧端子に接続する１つまたは複数の巻線（１１５、２１５）を有する回転電気機械（１１４、２１４）と、
を備える、電力系統。
【請求項８】
請求項７に記載の電力系統であって、請求項５に記載の前記電力変換装置と、前記回転電気機械の前記巻線（１１５、２１５）は、多相のステータ巻線を構成するように配置される、電力系統。
【請求項９】
請求項８に記載の電力系統であって、前記多相のステータ巻線はスター接続巻線であり、前記電力変換装置の前記コンタクタシステムは、前記電力変換装置の前記第２の操作モードにおいて、前記電力変換装置の前記第２の直流電圧端子の前記ポールを前記スター接続巻線のスターポイント（２１６）に接続するように構成される、電力系統。
【請求項１０】
請求項８に記載の電力系統であって、前記電力変換装置の前記コンタクタシステムは、前記電力変換装置の前記第２の操作モードにおいて、前記電力変換装置の前記第２の直流電圧端子の前記ポールを前記多相のステータ巻線の相導体（１１７）に接続するように構成される、電力系統。
【請求項１１】
電力系統を制御するための方法であって、前記電力系統は、
−１つまたは複数の巻線を有する回転電気機械と、
−電力変換装置であって、直流電圧レールを有する切り替え回路と、前記直流電圧レールを第１の直流電圧に接続するための第１の直流電圧端子と、前記直流電圧レールを第２の直流電圧に接続するための第２の直流電圧端子と、前記回転電気機械の前記巻線に接続する電源電圧端子と、前記直流電圧レールの第１の直流電圧レールと前記電源電圧端子との間の第１の制御可能なスイッチと、前記直流電圧レールの第２の直流電圧レールと前記電源電圧端子との間の第２の制御可能なスイッチとを備える、電力変換装置と、
を備え、
前記方法は、前記電力系統の第１の操作モードにおいて、前記電力変換装置を制御（３０１）して、前記回転電気機械を駆動することを含み、前記方法は、前記電力系統の第２の操作モードにおいて、
−コンタクタシステムを制御（３０２）して、前記第２の直流電圧端子のポールを前記直流電圧レールの前記第１の直流電圧レールから切断し、前記第２の直流電圧端子の前記ポールを前記回転電気機械の少なくとも１つの前記巻線に接続することと、
−導電状態と非導電状態を繰り返すように前記１つまたは複数の第１の制御可能なスイッチを制御（３０３）し、それによって、前記切り替え回路および前記回転電気機械の前記少なくとも１つの巻線を、前記第１と第２の直流電圧端子の間で降圧直流電圧変換装置として操作することと、
を含む、方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法であって、２つ以上の前記第１の制御可能なスイッチは、前記第２の操作モードにおいて、導電状態と非導電状態を繰り返すように制御される、方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法であって、２つ以上の前記第１の制御可能なスイッチは位相シフトされるように操作され、それによって、前記第２の直流電圧端子を通じて供給される直流のリップルを低減する、方法。
【請求項１４】
電力系統を制御するためのコンピュータプログラムであって、前記電力系統は、
−１つまたは複数の巻線を有する回転電気機械と、
−電力変換装置であって、直流電圧レールを有する切り替え回路と、前記直流電圧レールを第１の直流電圧に接続するための第１の直流電圧端子と、前記直流電圧レールを第２の直流電圧に接続するための第２の直流電圧端子と、前記回転電気機械の前記巻線に接続する電源電圧端子と、前記直流電圧レールの第１の直流電圧レールと前記電源電圧端子との間の第１の制御可能なスイッチと、前記直流電圧レールの第２の直流電圧レールと前記電源電圧端子との間の第２の制御可能なスイッチとを備える、電力変換装置と、
を備え
前記コンピュータプログラムはコンピュータ実行可能命令を備え、前記コンピュータ実行可能命令はプログラマブル処理システムを制御し、前記電力系統の第１の操作モードにおいて、前記電力変換装置を制御して前記回転電気機械を駆動し、前記コンピュータプログラムはさらに、前記電力系統の第２の操作モードにおいて、前記プログラマブル処理システムを制御するためのコンピュータ実行可能命令を備え、前記プログラマブル処理システムは、
−コンタクタシステムを制御して、前記第２の直流電圧端子のポールを前記直流電圧レールの前記第１の直流電圧レールから切断し、前記第２の直流電圧端子の前記ポールを前記回転電気機械の少なくとも１つの前記巻線に接続し、
−導電状態と非導電状態を繰り返すように１つまたは複数の前記第１の制御可能なスイッチを制御し、それによって、前記第１と第２の直流電圧端子の間で、前記切り替え回路および前記回転電気機械の前記少なくとも１つの巻線を降圧直流電圧変換装置として操作すること、
を特徴とする、コンピュータプログラム。
【請求項１５】
請求項１４に記載のコンピュータプログラムで符号化される非一時的コンピュータ可読媒体を備える、コンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、電力の制御に関する。より具体的には、本開示は、電力系統用、たとえば、車両などの電力系統用の電力変換装置に関する。さらに、本開示は、電力系統、電力系統を制御する方法、および電力系統を制御するためのコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの事例において、電力系統は、１つまたは複数の直流電圧エネルギ源と、１つまたは複数の回転電気機械と、直流電圧を電気機械に適切な形態に変換するための１つまたは複数の電力変換装置とを備える。さらに、電力系統は、エネルギを貯蔵するため、および直流電圧エネルギ源では充足できない電力需要に対応するための１つまたは複数の直流電圧エネルギ貯蔵装置を備えていてもよい。各直流電圧エネルギ源は、たとえば、燃料電池、太陽電池パネル、または別の適切な直流電圧エネルギ源であってもよい。各直流電圧エネルギ貯蔵装置は、たとえば、バッテリシステムおよび／またはコンデンサバンクを備えていてもよい。電力系統は、たとえば、船舶の電力系統であってもよく、その場合、回転電気機械は、１つまたは複数の推進用モータと、たとえば、１つまたは複数のバウスラスタモータとを備えていてもよい。モータは、有利には、交流「ＡＣ」モータであり、対応する電力変換装置は直流電圧をＡＣモータに適切な交流電圧に変換するインバータである。
【０００３】
前述の種類の電力系統の多くでは、１つまたは複数の直流電圧エネルギ貯蔵装置を、１つまたは複数の直流電圧エネルギ源で充電する必要がある。したがって、一般に、直流電圧エネルギ源の直流電圧を、直流電圧エネルギ貯蔵装置を充電するために適切な直流電圧に変換するための１つまたは複数の直流電圧変換装置が必要となる。ただし、直流電圧変換装置によって電力系統は複雑になり、費用も高くなる。
【発明の概要】
【０００４】
以下、様々な実施形態の一部の態様を基本的に理解するために、簡潔な概要を提示する。概要は、本発明の広範な概観ではない。概要は、本発明の主要または重要な要素を特定することを目的とせず、また、発明の範囲を描写することを目的とするものでもない。以下の概要は、単に、例示実施形態をさらに詳細に説明する序文として、簡潔な形態で、一部の概念を提示するものである。
【０００５】
本発明によれば、１つまたは複数の誘導巻線を有する誘導負荷用の新しい電力変換装置が提案される。誘導負荷は、たとえば、回転電気機械であってもよい。本発明による電力変換装置は、
−切り替え回路であって、直流電圧レールと、直流電圧レールを第１の直流電圧に接続するための第１の直流電圧端子と、直流電圧レールを第２の直流電圧に接続するための第２の直流電圧端子と、１つまたは複数の誘導巻線に接続するための電源電圧端子と、直流電圧レールの第１の直流電圧レールと電源電圧端子との間の第１の制御可能なスイッチと、直流電圧レールの第２の直流電圧レールと電源電圧端子との間の第２の制御可能なスイッチとを備える切り替え回路と、
−電力変換装置の第１の操作モードにおいて、切り替え回路を制御して、１つまたは複数の制御可能な電圧を電源電圧端子で生成するコントローラと、
電力変換装置の第２の操作モードにおいて、第２の直流電圧端子のポールを直流電圧レールの第１の直流電圧レールから切断し、第２の直流電圧端子のポールを少なくとも１つの誘導巻線に接続するコンタクタシステムと、
を備える。
【０００６】
前述のコントローラは、第２の操作モードにおいて、導電状態と非導電状態を繰り返すように、１つまたは複数の第１の制御可能なスイッチを制御するように構成される。したがって、前述の切り替え回路および少なくとも１つの誘導巻線は、降圧直流電圧変換装置として、つまり、バック変換装置として、電力変換装置の第１と第２の直流電圧端子間で操作可能である。したがって、直流電圧エネルギ源が第１の直流電圧端子に接続し、直流電圧エネルギ貯蔵装置が第２の直流電圧端子に接続するとき、前述の切り替え回路は、誘導負荷、たとえば、回転電気機械に電力を供給し、また、たとえば、直流電圧エネルギ源を通じて直流電圧エネルギ貯蔵装置を充電するために、直流電圧変換装置に電力を供給するために利用可能である。したがって、個別の直流電圧変換装置は必要ではなくなる。
【０００７】
本発明の例示的および非限定的な実施形態による電力変換装置では、前述のコントローラは、第３の操作モードにおいて、導電状態と非導電状態を繰り返すように１つまたは複数の第２の制御可能なスイッチを制御するように構成される。したがって、前述の切り替え回路および少なくとも１つの誘導巻線は昇圧直流電圧変換装置として、つまり、昇圧変換装置として、電力を第２の直流電圧端子から第１の直流電圧端子に移動するために操作可能である。
【０００８】
本発明によれば、たとえば、船舶または別の車両の電力系統であってもよい新しい電力系統が提供されるが、電力系統は必ずしもこれらに限定されない。本発明による電力系統は、
−本発明による電力変換装置と、
−電力変換装置の第１の直流電圧端子に接続する直流電圧エネルギ源、たとえば、燃料電池と、
−電力変換装置の第２の直流電圧端子に接続する直流電圧エネルギ貯蔵装置、たとえば、バッテリおよび／またはコンデンサシステムと、
−電力変換装置の電源電圧端子に接続する１つまたは複数の巻線を有する回転電気機械と、
を備える。
【０００９】
本発明によれば、前述の種類の電力系統を制御するための新しい方法も提供される。本発明による方法は、
−電力系統の第１の操作モードにおいて、電力変換装置を制御して、回転電気機械を駆動することと、
−電力系統の第２の操作モードにおいて、電力変換装置のコンタクタシステムを制御して、第２の直流電圧端子のポールを直流電圧レールの第１の直流電圧レールから切断し、第２の直流電圧端子のポールを回転電気機械の少なくとも１つの巻線に接続することと、
−第２の操作モードにおいて、導電状態と非導電状態を繰り返すように、１つまたは複数の第１の制御可能なスイッチを制御し、それによって、切り替え回路および回転電気機械の少なくとも１つの巻線を、第１と第２の直流電圧端子の間で降圧直流電圧変換装置として操作することと、
を含む。
【００１０】
本発明によれば、前述の種類の電力系統を制御するための新しいコンピュータプログラムも提供される。本発明によるコンピュータプログラムは、コンピュータ実行可能命令を備える。コンピュータ実行可能命令は、プログラマブル処理システムを制御し、
−電力系統の第１の操作モードにおいて、電力変換装置を制御して回転電気機械を駆動し、
−電力系統の第２の操作モードにおいて、電力変換装置のコンタクタシステムを制御して、第２の直流電圧端子のポールを直流電圧レールの第１の直流電圧レールから切断し、第２の直流電圧端子のポールを回転電気機械の少なくとも１つの巻線に接続し、
−第２の操作モードにおいて、導電状態と非導電状態を繰り返すように、電力変換装置の１つまたは複数の第１の制御可能なスイッチを制御し、それによって、電力変換装置の第１と第２の直流電圧端子の間で、電力変換装置の切り替え回路および回転電気機械の少なくとも１つの巻線を降圧直流電圧変換装置として操作する。
【００１１】
本発明によれば、新しいコンピュータプログラム製品も提供される。コンピュータプログラム製品は、本発明によるコンピュータプログラムで符号化される非一時的コンピュータ可読媒体、たとえば、コンパクトディスク「ＣＤ」を備える。
【００１２】
様々な例示的および非限定的な実施形態を添付従属請求項に記載する。
【００１３】
構造および操作方法の両方に関する、本発明の様々な例示的および非限定的な実施形態は、追加の目的およびその利点と合わせ、以下の具体的な例示的および非限定的な実施形態を参照して、添付図と合わせて読むことによって、最良に理解されるであろう。
【００１４】
「備える」および「含む」という動詞は、本書では非限定として用いられ、記載されない特徴の存在を排除もせず、必要ともしない。従属請求項に記載される特徴は、別段の明示がない限り、相互に自由に組み合わせ可能である。さらに、本書全体を通じて、「ａ」または「ａｎ」、つまり、単数形の使用は複数を排除しない。
【００１５】
例示的および非限定的な実施形態、ならびにその有利点を、以下実施例という意味で、添付図を参照して詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】例示的および非限定的な実施形態による電力変換装置を備える、電力系統の概略図を示す。
【図２】別の例示的および非限定的な実施形態による電力変換装置を備える、電力系統の概略図を示す。
【図３】電力系統を制御するための本発明の例示的および非限定的な実施形態による方法のフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下の説明に示す特定の例は、添付請求項の範囲および／または適用性を制限するものと解釈されてはならない。以下の説明に示す例の一覧および群は、別段明記ない限り、包括的ではない。
【００１８】
図１は、本発明の例示的および非限定的な実施形態による電力変換装置１０１を備える電力系統の概略図を示す。電力系統は、電力変換装置１０１の第１の直流電圧端子１０４に接続する直流電圧エネルギ源１１２を備える。直流電圧エネルギ源１１２は、たとえば、燃料電池、太陽電池パネル、または送電網の交流電圧を整流する整流器であってもよい。電力系統は、電力変換装置１０１の第２の直流電圧端子１０５に接続する直流電圧エネルギ貯蔵装置１１３を備える。直流電圧エネルギ貯蔵装置１１３は、たとえば、バッテリシステムおよび／またはコンデンサバンクを備えていてもよい。電力系統は、電力変換装置の電源電圧端子１０６に接続する、巻線１１５を有する回転電気機械１１４を備える。この例示の場合は、回転電気機械１１４は三相交流「ＡＣ」電気機械であり、たとえば、外部から励起される同期機、永久磁石機、インダクタンス機、またはリラクタンス機であってもよい。
【００１９】
電力変換装置１０１は、切り替え回路１０２を備える。切り替え回路１０２は、前述の直流電圧端子１０４および１０５と、電源電圧端子１０６とを備える。切り替え回路１０２はさらに、直流電圧レール１０３ａおよび１０３ｂと、直流電圧レール１０３ａと電源電圧端子１０６との間の第１の制御可能なスイッチ１０７ａ、１０７ｂ、および１０７ｃと、直流電圧レール１０３ｂと電源電圧端子１０６との間の第２の制御可能なスイッチ１０８ａ、１０８ｂ、および１０８ｃとを備える。制御可能なスイッチ１０７ａ〜１０７ｃおよび１０８ａ〜１０８ｃは、たとえば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ「ＩＧＢＴ」、ゲートターンオフサイリスタ「ＧＴＯ」、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ「ＭＯＳＦＥＴ」、またはバイポーラトランジスタであってもよい。電力変換装置１０１はコントローラ１０９を備える。コントローラ１０９は、電力変換装置の第１の操作モードにおいて、切り替え回路１０２を制御して、電圧を回転電気機械１１４に提供し、それによって回転電気機械は所望する方法で動作する。電力変換装置１０１はコンタクタシステム１１０を備える。コンタクタシステム１１０は、電力変換装置の第２の操作モードにおいて、直流電圧端子１０５のポール１０５ａを直流電圧レール１０３ａから切断し、直流電圧端子１０５のポール１０５ａを回転電気機械１１４の巻線１１５に接続する。本実施例では、巻線１１５は、デルタ接続された三相ステータ巻線を構成するように配置され、コンタクタシステム１１０は、直流電圧端子１０５のポール１０５ａを電源電圧端子１０６のポール１０６ａに接続するのに適切である。したがって、本実施例では、コンタクタシステム１１０は、ポール１０５ａを三相ステータ巻線の相導体１１７に接続するのに適切である。
【００２０】
コントローラ１０９は、第２の操作モードにおいて、制御可能なスイッチ１０７ｂを制御して導電状態と非導電状態を繰り返すように構成され、および／または制御可能なスイッチ１０７ｃを制御して導電状態と非導電状態とを繰り返すように構成される。したがって、切り替え回路１０２および巻線１１５を降圧直流電圧変換装置として、つまり、バック変換装置として直流電圧端子１０４と１０５との間で用いることができる。それによって、制御可能なスイッチ１０８ｂのダイオードおよび／または制御可能なスイッチ１０８ｃのダイオードは１つまたは複数の還流ダイオードとして動作することができる。したがって、ＶDC1＞ＶDC2となるように、直流電圧エネルギ貯蔵装置１１３を直流電圧エネルギ源１１２で充電することができる。制御可能なスイッチ１０７ｂおよび１０７ｃの両方が導電状態と非導電状態とを繰り返すように制御される実施例では、コントローラ１０９は、有利には、制御可能なスイッチ１０７ｂおよび１０７ｃを位相シフトされた状態で操作するように構成される。それによって、直流電圧エネルギ貯蔵装置１１３に直流電圧端子１０５を通じて供給される直流のリップルは低減される。
【００２１】
本発明の例示的および非限定的な実施形態による電力変換装置において、コントローラ１０９はさらに、第３の操作モードにおいて、制御可能なスイッチ１０８ｂを制御して導電状態と非導電状態を繰り返すように、および／または制御可能なスイッチ１０８ｃを制御して導電状態と非導電状態を繰り返すように構成される。したがって、切り替え回路１０２および巻線１１５を、昇圧直流電圧変換装置として、つまり、昇圧変換装置として、直流電圧端子１０５と１０４との間で用いることができる。それによって、制御可能なスイッチ１０７ｂのダイオードおよび／または制御可能なスイッチ１０７ｃのダイオードは、１つまたは複数の還流ダイオードとして動作する。このように、ＶDC1＞ＶDC2となるように、電力を直流電圧エネルギ貯蔵装置１１３から直流電圧エネルギ源１１２に変換することができる。
【００２２】
図１に例示する実施例の電力変換装置１０１では、切り替え回路１０２は三相交流電圧を生成し、それによって、回転電気機械１１４を駆動するインバータブリッジである。ただし、本発明の別の実施形態による電力変換装置のインバータブリッジにおいて、相の数は３ではなくてもよい。さらに、本発明の実施形態による電力変換装置の切り替え回路は直流「ＤＣ」電気機械を駆動するように構成されてもよい。本実施例では、切り替え回路は、たとえば、フルまたはハーフＨブリッジであってもよい。
【００２３】
図１に例示する実施例において、正極性を有するポール１０５ａは、直流電圧レール１０３ａから切断され、巻線１１５に接続し、制御可能なスイッチ１０７ｂおよび１０７ｃの片方または両方は、導電状態と非導電状態を繰り返すように制御され、制御可能なスイッチ１０８ｂおよび１０８ｃの片方または両方の１つまたは複数のダイオードは、１つまたは複数の還流ダイオードとして動作する。ただし、負極性を有する直流電圧端子１０５のポールが直流電圧レール１０３ｂから切断され、巻線１１５に接続し、制御可能なスイッチ１０８ｂおよび１０８ｃの片方または両方が導電状態と非導電状態を繰り返すように制御され、制御可能なスイッチ１０７ｂおよび１０７ｃの片方または両方の１つまたは複数のダイオードが、１つまたは複数の還流ダイオードとして動作してもよい。
【００２４】
図２は、本発明の例示的および非限定的な実施形態による電力系統の概略図を示す。電力系統は、電力変換装置２０１と、直流電圧エネルギ源２１２と、直流電圧エネルギ貯蔵装置２１３と、回転電気機械２１４とを備える。直流電圧エネルギ源２１２は、電力変換装置２０１の第１の直流電圧端子２０４に接続し、直流電圧エネルギ貯蔵装置２１３は、電力変換装置２０１の第２の直流電圧端子２０５に接続し、回転電気機械２１４の巻線２１５は、電力変換装置２０１の電源電圧端子２０６に接続する。本実施例では、回転電気機械２１４の巻線２１５は、スター接続三相ステータ巻線を構成するように配置される。
【００２５】
電力変換装置２０１は切り替え回路２０２を備える。切り替え回路２０２は、前述の直流電圧端子２０４および２０５と、電源電圧端子２０６とを備える。切り替え回路２０２はさらに、直流電圧レール２０３ａおよび２０３ｂと、第１の制御可能なスイッチ２０７ａ、２０７ｂ、および２０７ｃを直流電圧レール２０３ａと電源電圧端子２０６との間に備え、第２の制御可能なスイッチ２０８ａ、２０８ｂ、および２０８ｃを直流電圧レール２０３ｂと電源電圧端子２０６との間に備える。電力変換装置２０１はコントローラ２０９を備える。コントローラ２０９は、電力変換装置の第１の操作モードにおいて、切り替え回路２０２を制御して回転電気機械２１４に電圧を供給し、それによって回転電気機械２１４は所望する方法で動作する。電力変換装置２０１はコンタクタシステム２１０を備える。コンタクタシステム２１０は、電力変換装置の第２の操作モードにおいて、直流電圧端子２０５のポール２０５ａを直流電圧レール２０３ａから切断し、直流電圧端子２０５のポール２０５ａを回転電気機械２１４の巻線２１５に接続する。本実施例では、コンタクタシステム２１０は、直流電圧端子２０５のポール２０５ａを回転電気機械２１４の三相ステータ巻線のスターポイント２１６に接続するのに適している。
【００２６】
コントローラ２０９は、第２の操作モードにおいて、１つまたは複数の制御可能なスイッチ２０７ａ〜２０７ｃを制御し、導電状態と非導電状態を繰り返すように構成される。したがって、切り替え回路２０２および巻線２１５を、降圧直流電圧変換装置として、つまり、直流電圧端子２０４と２０５との間でバック変換装置として用いることができる。それによって、１つまたは複数の制御可能なスイッチ２０８ａ〜２０８ｃの１つまたは複数のダイオードは、１つまたは複数の還流ダイオードとして動作する。したがって、直流電圧エネルギ貯蔵装置２１３は、直流電圧エネルギ源２１２から、ＶDC1＞ＶDC2となるように充電可能である。制御可能なスイッチ２０７ａおよび／または２０７ｂおよび／または２０７ｃは、有利には、回転電気機械２１４の相巻線を流れる電流が正味磁束を生成するように、つまり、相巻線を流れる電流によって生成される磁束が互いを相殺しないように、操作される。これは、たとえば、制御可能なスイッチ２０７ａ、２０７ｂ、および２０７ｃのうち１または２つのみが導電状態と非導電状態を繰り返すように制御することによって、実現可能である。
【００２７】
図１に示すコントローラ１０９の実装、および図２に示すコントローラ２０９の実装は、１つまたは複数のプロセッサ回路に基づいてもよい。各プロセッサ回路は、適切なソフトウェアを備えるプログラマブルプロセッサ回路、たとえば特定用途向け集積回路「ＡＳＩＣ」などの専用ハードウェアプロセッサ、たとえばフィールドプログラマブルゲートアレイ「ＦＰＧＡ」などの構成可能なハードウェアプロセッサであってもよい。さらに、コントローラ１０９およびコントローラ２０９は、たとえば、１つまたは複数のランダムアクセスメモリ「ＲＡＭ」回路などの記憶装置を備えていてもよい。
【００２８】
図３は、本発明の例示的および非限定的な実施形態による電力系統を制御するための方法のフローチャートを示す。電力系統は、
−１つまたは複数の巻線を有する回転電気機械と、
−電力変換装置であって、直流電圧レールを有する切り替え回路と、直流電圧レールを第１の直流電圧に接続するための第１の直流電圧端子と、直流電圧レールを第２の直流電圧に接続するための第２の直流電圧端子と、回転電気機械の巻線に接続する電源電圧端子と、直流電圧レールの第１の直流電圧レールと電源電圧端子との間の第１の制御可能なスイッチと、直流電圧レールの第２の直流電圧レールと電源電圧端子との間の第２の制御可能なスイッチとを備える電力変換装置と、
を備える。
【００２９】
本方法は、電力系統の第１の操作モードにおいて、
−アクション３０１：電力変換装置を制御して、回転電気機械を駆動することを含む。
【００３０】
本方法は、電力系統の第２の操作モードにおいて、
−アクション３０２：コンタクタシステムを制御して、第２の直流電圧端子のポールを直流電圧レールの第１の直流電圧レールから切断し、第２の直流電圧端子のポールを回転電気機械の少なくとも１つの巻線に接続することと、
−アクション３０３：１つまたは複数の第１の制御可能なスイッチを、導電状態と非導電状態を繰り返すように制御し、それによって、切り替え回路および回転電気機械の少なくとも１つの巻線を降圧直流電圧変換装置として、電力変換装置の第１と第２の直流電圧端子の間で操作することと、
を含む。
【００３１】
本発明の例示的および非限定的な実施形態による方法では、第２の操作モードにおいて、少なくとも２つの第１の制御可能なスイッチは導電状態と非導電状態を繰り返すように制御される。
【００３２】
本発明の例示的および非限定的な実施形態による方法において、前述の少なくとも２つの第１の制御可能なスイッチは、位相シフトされるように操作され、それによって、第２の直流電圧端子を通じて供給される直流のリップルは低減される。
【００３３】
本発明の例示的および非限定的な実施形態によるコンピュータプログラムは、コンピュータ実行可能命令を備える。コンピュータ実行可能命令は、プログラマブル処理システムを制御して、前述の本発明の例示的および非限定的な実施形態のいずれかによる方法に関連するアクションを実施する。
【００３４】
本発明の例示的および非限定的な実施形態によるコンピュータプログラムは、前述の種類の電力系統を制御するためのソフトウェアモジュールを備える。ソフトウェアモジュールは、コンピュータ実行可能命令を備える。コンピュータ実行可能命令は、プログラマブル処理システムを制御して、
−電力系統の第１の操作モードにおいて、回転電気機械を駆動するように電力変換装置を制御し、
−電力系統の第２の操作モードにおいて、電力変換装置のコンタクタシステムを制御して、電力変換装置の直流電圧端子のポールを電力変換装置の直流電圧レールから切断し、直流電圧端子のポールを回転電気機械の少なくとも１つの巻線に接続し、
−第２の操作モードにおいて、電力変換装置の１つまたは複数の制御可能なスイッチを導電状態と非導電状態を繰り返すように制御し、それによって、電力変換装置および回転電気機械の少なくとも１つの巻線を降圧直流電圧変換装置として、電力変換装置の直流電圧端子の間で操作する。
【００３５】
ソフトウェアモジュールは、たとえば、プログラマブル処理システムに適切なプログラミングツールで実装されるサブルーチンまたは関数であってもよい。
【００３６】
本発明の例示的および非限定的な実施形態によるコンピュータプログラム製品は、本発明の例示実施形態によるコンピュータプログラムで符号化されるコンピュータ可読媒体、たとえば、コンパクトディスク「ＣＤ」を備える。
【００３７】
本発明の例示的および非限定的な実施形態による信号は、本発明の例示実施形態によるコンピュータプログラムを画定する情報を有するように符号化される。
【００３８】
本明細書に記載する特定の例は、添付請求項の適用性および／または解釈を制限するものと見なされてはならない。本明細書に前述する例の一覧および群は、別段明記がない限り包括的ではない。
【符号の説明】
【００３９】
１０１    ：電力変換装置
１０２    ：切り替え回路
１０３ａ  ：直流電圧レール
１０３ｂ  ：直流電圧レール
１０４    ：直流電圧端子
１０５    ：直流電圧端子
１０５ａ  ：ポール
１０６    ：電源電圧端子
１０６ａ  ：ポール
１０７ａ  ：スイッチ
１０７ｂ  ：スイッチ
１０７ｃ  ：スイッチ
１０８ａ  ：スイッチ
１０８ｂ  ：スイッチ
１０８ｃ  ：スイッチ
１０９    ：コントローラ
１１０    ：コンタクタシステム
１１２    ：直流電圧エネルギ源
１１３    ：直流電圧エネルギ貯蔵装置
１１４    ：回転電気機械
１１５    ：巻線
１１７    ：相導体
２０１    ：電力変換装置
２０２    ：切り替え回路
２０３ａ  ：直流電圧レール
２０３ｂ  ：直流電圧レール
２０４    ：直流電圧端子
２０５    ：直流電圧端子
２０５ａ  ：ポール
２０６    ：電源電圧端子
２０７ａ  ：スイッチ
２０７ｂ  ：スイッチ
２０７ｃ  ：スイッチ
２０８ａ  ：スイッチ
２０８ｂ  ：スイッチ
２０８ｃ  ：スイッチ
２０９    ：コントローラ
２１０    ：コンタクタシステム
２１２    ：直流電圧エネルギ源
２１３    ：直流電圧エネルギ貯蔵装置
２１４    ：回転電気機械
２１５    ：巻線
２１６    ：スターポイント
【図１】
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【図２】
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【図３】
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