JP6890305B2 - 電力変換装置、電力送信装置、電力受信装置、及び電力伝送システム - Google Patents

電力変換装置、電力送信装置、電力受信装置、及び電力伝送システム Download PDF

Info

Publication number
JP6890305B2
JP6890305B2 JP2017082089A JP2017082089A JP6890305B2 JP 6890305 B2 JP6890305 B2 JP 6890305B2 JP 2017082089 A JP2017082089 A JP 2017082089A JP 2017082089 A JP2017082089 A JP 2017082089A JP 6890305 B2 JP6890305 B2 JP 6890305B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power
switches
node
state
switch
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2017082089A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2017225330A (ja
Inventor
翔一 原
翔一 原
山本　温
山本　　温
太樹 西本
太樹 西本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd filed Critical Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Publication of JP2017225330A publication Critical patent/JP2017225330A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6890305B2 publication Critical patent/JP6890305B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/40—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
    • H02M5/42—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/44—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
    • H02M5/453—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/458—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02J13/0017—
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1582—Buck-boost converters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Ac-Ac Conversion (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Description

本開示は、電力を直流から交流へ、交流から直流へ、又はある周波数の交流から他の周波数の交流へ変換する電力変換回路に関する。本開示はまた、そのような電力変換回路を備える電力送信装置及び電力受信装置と、そのような電力送信装置及び電力受信装置を備える電力伝送システムとに関する。
近年、電力会社が提供する火力発電、水力発電あるいは原子力発電等の従来からの電力供給に加え、太陽光発電、風力発電、バイオ燃料発電などに代表される再生可能エネルギー電源の導入が加速している。また、現在敷設されている大規模な商用電力網とは別に、遠距離送電による損失を軽減させ、電力の地産地消を実現する局所的な小規模電力網の導入が世界的に広がりつつある。
こうした局所的な小規模電力網に接続される再生可能エネルギー電源は、従来の大規模な商用電力網の基幹電源に比べて発電能力が乏しいことが多く、またその発電能力の変動が大きい。このため、小規模電力網を安定的に、かつ効率的に運用するためには、高い利用効率で送受電でき、かつ送電する電力量を容易に調整することが必要となる。
例えば特許文献１〜３は、電力線を介して電源から負荷に電力を伝送する電力伝送システムを開示している。
特許第５６１２７１８号公報 特許第５６１２９２０号公報 特開２０１１−０９１９５４号公報
本開示は、従来技術に比較して簡単な構成で、電圧を容易に調整することができる電力変換回路を提供する。本開示はまた、その電力変換回路を備える電力送信装置及び電力受信装置と、その電力送信装置及び電力受信装置を備える電力伝送システムとを提供する。
本開示の一態様に係る電力変換回路は、互いに直列接続された第１のスイッチ及び第３のスイッチを含む第１のレグと、互いに直列接続された第２のスイッチ及び第４のスイッチを含み、かつ、前記第１のレグに並列接続された第２のレグと、互いに直列接続された第５のスイッチ及び第７のスイッチを含む第３のレグと、互いに直列接続された第６のスイッチ及び第８のスイッチを含み、かつ、前記第３のレグに並列接続された第４のレグと、前記第１及び第２のレグが接続された第１のノードと、前記第３及び第４のレグが接続された第５のノードとの間に接続された第１のリアクトルと、前記第１及び第２のレグが接続された第２のノードと、前記第３及び第４のレグが接続された第６のノードとの間に接続された第２のリアクトルと、前記第１のノードに接続された第１のポート端子と、前記第６のノードに接続された第２のポート端子と、前記第１及び第３のスイッチの間の第３のノードと、前記第５及び第７のスイッチの間の第７のノードとに接続される第３のポート端子と、前記第２及び第４のスイッチの間の第４のノードと、前記第６及び第８のスイッチの間の第８のノードとに接続される第４のポート端子と、を備える。
本開示に係る電力変換回路によれば、従来技術に比較して簡単な構成でありながら、電圧を容易に調整することができる。
図１は、実施形態に係る電力伝送システムの構成例を示すブロック図である。 図２は、実施形態に係る電力送信装置の構成例を示すブロック図である。 図３は、実施形態に係る電力受信装置の構成例を示すブロック図である。 図４は、実施形態に係る電力変換回路の構成例を示す回路図である。 図５は、実施形態に係るスイッチを流れる電流の向きの一例を説明するための図である。 図６は、実施形態に係るスイッチの第１の例を示す図である。 図７は、実施形態に係るスイッチの第２の例を示す図である。 図８は、実施形態に係る電力変換回路を流れる電流経路の一例を示す図である。 図９は、実施形態に係る電力変換回路を流れる電流経路の一例を示す図である。 図１０は、実施形態に係る電力変換回路を流れる電流経路の一例を示す図である。 図１１は、実施形態に係る電力変換回路を流れる電流経路の一例を示す図である。 図１２は、実施形態に係る電力変換回路を流れる電流経路の一例を示す図である。 図１３は、実施形態に係る電力変換回路を流れる電流経路の一例を示す図である。 図１４は、実施形態に係る電力変換回路を流れる電流経路の一例を示す図である。 図１５は、実施形態に係る電力変換回路を流れる電流経路の一例を示す図である。 図１６は、実施形態に係る電力変換回路を流れる電流経路の一例を示す図である。 図１７は、実施形態に係る電力変換回路を流れる電流経路の一例を示す図である。 図１８は、実施形態に係る電力変換回路を流れる電流経路の一例を示す図である。 図１９は、実施形態に係る電力変換回路を流れる電流経路の一例を示す図である。 図２０は、実施形態に係る電力変換回路を流れる電流経路の一例を示す図である。 図２１は、実施形態に係る電力変換回路を流れる電流経路の一例を示す図である。 図２２は、実施形態に係る電力変換回路を流れる電流経路の一例を示す図である。 図２３は、実施形態に係る電力変換回路を流れる電流経路の一例を示す図である。 図２４は、実施形態に係る電力送信装置の動作のシミュレーション結果を示すグラフである。 図２５は、実施形態に係る電力受信装置の動作のシミュレーション結果を示すグラフである。
＜本開示に至った経緯＞
まず、本発明者が本開示に至った経緯を説明する。
上述した特許文献１及び２によれば、電力ネットワークシステムは、基本的には、電力を融通する電力系統のペアごとに個別の電力伝送路（連携電線路）を備える必要があり、電力伝送路の材料費及び敷設コストが増加する。特許文献１及び２は、連携装置の構成により電力伝送路の個数を減らす例も記載しているが、いずれにしても多数の電力伝送路が必要になる。また、特許文献１及び２によれば、各連携装置は、電力を融通する電力系統のペアごとに一対の電力変換器を備える必要がある。これらより、電力伝送路のコストの増加に加え、連携装置の規模の増大によるコストの増加が課題となる。
また、特許文献３は、複数の電力送信装置及び複数の電力受信装置の間において時分割で電力を融通することが可能であり、電力伝送路の本数が少なくてすむという利点がある。しかしながら、時分割で送電することにより、複数組の電力系統間で同時に電力を融通することができない。すなわち、負荷の電力要求が生じたときに、要求された電力を即座に伝送できない。さらに、多数の電力融通を実施する場合には、１つあたりの電力融通に割り振られる時間が短くなるので、パルス的に大きな電力が電力伝送路に送電される。このため、電力伝送路の耐電力性が求められ、コストの増加に繋がる。また、電力を受電できない時間帯が生じるので、電力受信装置に大電力のバッファ機能が必要となる。さらには、時分割での電力融通を実現するためには、複数の電力送信装置及び複数の電力受信送置の間で時間的な同期が必要であり、これを実現するためには非常に精度の高い機器間制御が求められる。このため、システム全体としてコストの増加に繋がる。
上述のように、特許文献１及び２の発明はいずれも、電力を送受信する電力系統のペアごとに個別の電力伝送路を用いるので、多数の電力伝送路が必要になる。さらに、連携装置においては、電力を送受信する電力系統のペアごとに一対の電力変換器が必要になるので、連携装置の規模を小さくすることができない。このため、多くの電力系統間での電力融通は困難である。一方、特許文献３の発明は、１つの電力伝送路上で複数の電力伝送を時分割で行うことにより電力伝送路の省線化が図れるが、複数の電力伝送を同時に行うことができない。従って、電力送信装置及び電力受信装置の小型化及び／又は薄型化を図りつつ、電力伝送路の省線化を実現する電力伝送システムが望まれる。また、複数の電力送信装置から複数の電力受信装置への電力融通を同時に、より確実に行い、かつ、電力の降圧及び昇圧が可能である電力伝送システムが望まれる。
以上の知見及び考察により、本発明者らは、以下の本開示の各態様を想到するに至った。
以下、本開示に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態において、同様の構成要素については同一の符号を付している。
＜実施形態＞
図１は、実施形態に係る電力伝送システムの構成を示すブロック図である。図１の電力伝送システムは、発電機１、電力送信装置２、電力伝送路３、電力受信装置４、負荷５、及びコントローラ１０を備える。
電力送信装置２は、発電機１及び電力伝送路３に接続され、発電機１から入力された電力の周波数を変換して電力伝送路３に出力する。電力受信装置４は、電力伝送路３及び負荷５に接続され、電力伝送路３から入力された電力の周波数を変換して負荷５に出力する。
図１の電力伝送システムにおいて、発電機１で発電された直流電力を電力送信装置２により交流の変調符号の符号系列を用いて符号変調し、符号変調された符号変調波を電力伝送路３に送電する。電力伝送路３は例えば有線伝送路である。電力伝送路３を介して送電された、符号変調された符号変調波は、電力受信装置４により交流の復調符号の符号系列を用いて直流電力に符号復調されて負荷５に供給される。なお、本実施形態では、発電電流及び復調電流を用いて説明しているが、本開示はこれに限らず、それぞれ発電電圧及び復調電圧であってもよい。
コントローラ１０は、システム同期信号、変調符号又は復調符号の符号系列、電力伝送（すなわち変調及び復調）の開始時刻及び終了時刻などを含む制御信号を、電力送信装置２及び電力受信装置４に送信する。システム同期信号は、電力送信装置２及び電力受信装置４を互いに時間的に同期させるために使用される。
変調符号の符号系列及び復調符号の符号系列は、コントローラ１０から電力送信装置２及び電力受信装置４にそれぞれ送信されてもよい。また、符号系列自体を送信するのではなく、符号系列を生成するための元データをコントローラ１０から電力送信装置２及び電力受信装置４に送信し、この元データに基づいて電力送信装置２及び電力受信装置４により変調符号の符号系列及び復調符号の符号系列をそれぞれ生成してもよい。また、変調符号の符号系列及び復調符号の符号系列は、電力送信装置２及び電力受信装置４にそれぞれ予め設定されていてもよい。
電力伝送システムが複数の発電機１及び複数の電力送信装置２と複数の負荷５及び複数の電力受信装置４とを備える場合、コントローラ１０から電力送信装置２及び電力受信装置４に送信される符号系列（又はその元データ）により、電力伝送する電力送信装置２及び電力受信装置４の組み合わせを指定することができる。コントローラ１０は、電力を送信すべき電力送信装置２に変調符号の符号系列を送信する一方、電力を受信すべき電力受信装置４に復調符号の符号系列を送信する。これにより、当該指定した電力送信装置２に接続された発電機１から当該指定した電力受信装置４に接続された負荷５へ電力が伝送される。
発電機１は電力測定器１ｍを備え、電力測定器１ｍは、発電機１の発電量であり、発電機１から電力送信装置２への直流電力の電力量を測定してコントローラ１０に送る。負荷５は電力測定器５ｍを備え、電力測定器５ｍは、負荷５における電力使用量である、電力受信装置４から負荷５への直流電力の電力量を測定してコントローラ１０に送る。コントローラ１０は、受信した各電力量に基づいて電力送信装置２と電力受信装置４の動作を制御する。例えば、発電機１の発電量が負荷５の電力使用量よりも少ない場合、コントローラ１０は電力伝送を停止してもよい。また、複数の発電機１が存在し、かつ、負荷５の電力使用量よりも大きな発電量を有する発電機１が存在する場合、コントローラ１０は、その発電機１に接続された電力送信装置２から電力を送信させてもよい。
なお、電力測定器１ｍは、発電機１に代えて、電力送信装置２の前段に設けられてもよい。また、電力測定器５ｍは、負荷５に代えて、電力受信装置４の後段に設けられてもよい。
なお、発電機１は、電池、コンデンサ等の蓄電装置などを含む他の電源であってもよい。負荷５は、電池、コンデンサ等の蓄電装置などを含む他の電気設備であってもよい。本実施形態の電力伝送システムに蓄電装置を組み込むことにより、電力消費の少ない、あるいは電力消費のない時間帯に発電された電力を有効に活用することができるようになり、全体での電力効率を向上できる。
図２は、図１の電力送信装置２の構成を示すブロック図である。図２の電力送信装置２は、制御回路２０、通信回路２１、符号生成回路２２、及び電力変換回路２３を備える。図２の電力送信装置２は、発電機１に接続されたポート端子Ｔ１、Ｔ２と、電力伝送路３に接続されたポート端子Ｔ３、Ｔ４とを有する。
通信回路２１は、コントローラ１０からシステム同期信号、変調符号の符号系列（又はその元データ）、電力伝送の開始時刻及び終了時刻などを含む制御信号を受信して制御回路２０に送る。この通信回路２１は、無線通信回路であっても有線通信回路であってもよい。制御回路２０は、コントローラ１０から受信された制御信号に基づいて、符号生成回路２２により変調符号の符号系列を生成させて電力変換回路２３に出力させるとともに、電力変換回路２３の動作開始及び動作終了を制御する。電力変換回路２３は、ポート端子Ｔ１、Ｔ２を介して発電機１から入力された電力を変調し、変調された電力を、ポート端子Ｔ３、Ｔ４を介して電力伝送路３に出力する。
図３は、図１の電力受信装置４の構成を示すブロック図である。図３の電力受信装置４は、制御回路３０、通信回路３１、符号生成回路３２、及び電力変換回路３３を備える。図３の電力受信装置４は、電力伝送路３に接続されたポート端子Ｔ１１、Ｔ１２と、負荷５に接続されたポート端子Ｔ１３、Ｔ１４とを有する。
通信回路３１は、コントローラ１０からシステム同期信号、復調符号の符号系列（又はその元データ）、電力伝送の開始時刻及び終了時刻などを含む制御信号を受信して制御回路３０に送る。この通信回路３１は、無線通信回路であっても有線通信回路であってもよい。制御回路３０は、コントローラ１０から受信された制御信号に基づいて、符号生成回路３２により復調符号の符号系列を生成させて電力変換回路３３に出力させるとともに、電力変換回路３３の動作開始及び動作終了を制御する。電力変換回路３３は、ポート端子Ｔ１１、Ｔ１２を介して電力伝送路３から入力された電力を復調し、復調された電力を、ポート端子Ｔ１３、Ｔ１４を介して負荷５に出力する。
なお、図１の電力伝送システムにおいて、コントローラ１０から電力送信装置２及び電力受信装置４への制御信号は、無線で、又は電力伝送路３とは異なる制御信号回線で伝送されてもよい。また、上記制御信号は、電力伝送路３を用いて符号変調波と所定の多重化方式で多重化して伝送されてもよい。後者の場合は、コントローラ１０から電力送信装置２及び電力受信装置４への通信に使用する通信回路２１、３１を削減し、コストを低減することができる。
図４は、図２の電力変換回路２３の構成を示す回路図である。図４の電力変換回路２３は、ポート端子Ｔ１〜Ｔ４、スイッチＳ１〜Ｓ８、及びリアクトルＬ１、Ｌ２を備える。ポート端子Ｔ１、Ｔ２を「第１及び第２のポート端子」ともいい、ポート端子Ｔ３、Ｔ４を「第３及び第４のポート端子」ともいう。ポート端子Ｔ１、Ｔ２のペアとポート端子Ｔ３、Ｔ４のペアとのうちの一方が電力の入力ポートであり、他方が電力の出力ポートである。スイッチＳ１〜Ｓ８を「第１〜第８のスイッチ」ともいう。リアクトルＬ１、Ｌ２を「第１及び第２のリアクトル」ともいう。
スイッチＳ１〜Ｓ４は第１のフルブリッジ回路を構成する。第１のフルブリッジ回路は、スイッチＳ１、Ｓ２の間の第１のノードＮ１と、スイッチＳ３、Ｓ４の間の第２のノードＮ２と、スイッチＳ１、Ｓ３の間の第３のノードＮ３と、スイッチＳ２、Ｓ４の間の第４のノードＮ４とを備える。
スイッチＳ５〜Ｓ８は第２のフルブリッジ回路を構成する。第２のフルブリッジ回路は、スイッチＳ５、Ｓ６の間の第５のノードＮ５と、スイッチＳ７、Ｓ８の間の第６のノードＮ６と、スイッチＳ５、Ｓ７の間の第７のノードＮ７と、スイッチＳ６、Ｓ８の間の第８のノードＮ８とを備える。
スイッチＳ１、Ｓ３は直列に接続されて、第１のレグを構成する。スイッチＳ２、Ｓ４は直列に接続されて、第２のレグを構成する。スイッチＳ５、Ｓ７は直列に接続されて、第３のレグを構成する。スイッチＳ６、Ｓ８は直列に接続されて、第４のレグを構成する。第１のレグと第２のレグは並列に接続され、第３のレグと第４のレグは並列に接続される。
ノードＮ１、Ｎ５はリアクトルＬ１を介して互いに接続され、ノードＮ２、Ｎ６はリアクトルＬ２を介して互いに接続される。ノードＮ１はポート端子Ｔ１に接続され、ノードＮ６はポート端子Ｔ２に接続され、ノードＮ３、Ｎ７はポート端子Ｔ３に接続され、ノードＮ４、Ｎ８はポート端子Ｔ４に接続される。
スイッチＳ１〜Ｓ８は、図２の制御回路２０及び符号生成回路２２の制御下で動作する。スイッチＳ１〜Ｓ８は、オンしたとき、一方向にのみ電流を流す半導体スイッチである。図５は、図４のスイッチＳ１〜Ｓ８に電流が流れる向きを説明するための図である。図５のスイッチは、仮想的な端子ａ、ｂと仮想的な可動接点ｃとを備える。可動接点ｃは、端子ａに対して開閉され、端子ｂに対して常に接続される。この表記法を用いると、図５のスイッチは、オンしたとき、端子ａから端子ｂへの方向にのみ電流を流す。図４のスイッチＳ１〜Ｓ８もまた、図５のスイッチと同様に、オンしたとき、一方向にのみ電流を流す。
制御回路２０及び符号生成回路２２から構成される回路は、請求項に記載の「制御回路」の一例である。この制御回路は、例えば、制御ＩＣ及びゲートドライバで構成されていてもよい。制御ＩＣは例えばマイコンである。ゲートドライバは、例えば、制御ＩＣからの指示に基づいて、スイッチＳ１〜Ｓ８のそれぞれのゲートにゲート信号を印加する。制御ＩＣは、例えば、メモリとプロセッサを含んでもよい。メモリは、電力変換回路を複数のモードで動作させるためのプログラムを記憶していてもよい。プロセッサはこのプログラムを実行することにより、電力変換回路を動作させてもよい。
図６は、図４のスイッチＳ１〜Ｓ８の第１の例を示す図である。図７は、図４のスイッチＳ１〜Ｓ８の第２の例を示す図である。図６に示すように、スイッチＳ１〜Ｓ８は、ＭＯＳＦＥＴであるスイッチＱ１と、逆流阻止のためのダイオードＤ１との組み合わせであってもよい。また、図７に示すように、スイッチＳ１〜Ｓ８は、一方向にのみ電流を流すＩＧＢＴであるスイッチＱ２であってもよい。
スイッチＳ１は、オンしたとき、ノードＮ３からノードＮ１にのみ電流を流すように構成される。スイッチＳ２は、オンしたとき、ノードＮ４からノードＮ１にのみ電流を流すように構成される。スイッチＳ３は、オンしたとき、ノードＮ２からノードＮ３にのみ電流を流すように構成される。スイッチＳ４は、オンしたとき、ノードＮ２からノードＮ４にのみ電流を流すように構成される。スイッチＳ５は、オンしたとき、ノードＮ５からノードＮ７にのみ電流を流すように構成される。スイッチＳ６は、オンしたとき、ノードＮ５からノードＮ８にのみ電流を流すように構成される。スイッチＳ７は、オンしたとき、ノードＮ７からノードＮ６にのみ電流を流すように構成される。スイッチＳ８は、オンしたとき、ノードＮ８からノードＮ６にのみ電流を流すように構成される。
図３の電力変換回路３３もまた、図４の電力変換回路と同様に構成される。
以下に説明するように、図４の電力変換回路は、入力された電力を降圧して出力すること（降圧モード）が可能であり、さらに、入力された電力を昇圧して出力すること（昇圧モード）も可能である。図８〜図２３を参照して、これらの動作について説明する。
以下の説明では、図４の電力変換回路のポート端子Ｔ１、Ｔ２に交流電源１Ａが接続され、ポート端子Ｔ３、Ｔ４に負荷５Ａが接続されるものとする。すなわち、ポート端子Ｔ１、Ｔ２のペアが電力の入力ポートであり、ポート端子Ｔ３、Ｔ４のペアが電力の出力ポートであり、電力変換回路はポート端子Ｔ１、Ｔ２から入力された電力を変換してポート端子Ｔ３、Ｔ４から出力する。
また、以下の説明では、ポート端子Ｔ２の電位よりもポート端子Ｔ１の電位の方が高いとき、端子Ｔ１、Ｔ２に正の電圧が印加され、ポート端子Ｔ１の電位よりもポート端子Ｔ２の電位の方が高いとき、端子Ｔ１、Ｔ２に負の電圧が印加されると定義する。同様に、ポート端子Ｔ４の電位よりもポート端子Ｔ３の電位の方が高いとき、端子Ｔ３、Ｔ４から正の電圧が出力され、ポート端子Ｔ３の電位よりもポート端子Ｔ４の電位の方が高いとき、端子Ｔ３、Ｔ４から負の電圧が出力されると定義する。
まず、図８〜図１５を参照して、図４の電力変換回路を降圧モードで動作させるときの動作について説明する。
電力変換回路が降圧モードで動作するとき、スイッチＳ１〜Ｓ８は、以下の２つの状態を交互に切り換えるように制御される。
（１）電流が入力ポート（交流電源１Ａ）からリアクトルＬ１又はＬ２及び出力ポート（負荷５Ａ）を介して入力ポートに戻る状態。
（２）電流が入力ポートを経由せずリアクトルＬ１又はＬ２から出力ポートを介してリアクトルＬ１又はＬ２に戻る状態。
上記（１）は、本開示における「前記入力ポートに印加された入力電圧が、前記第１又は第２のリアクトルを充電するための充電電圧と、前記出力ポートに印加される電圧とに分圧される充電状態」の一例である。上記（２）は、本開示における「前記第１又は第２のリアクトルからの放電電圧が、前記出力ポートに印加される放電状態」の一例である。
図８は、図４の電力変換回路を降圧モードで動作させる場合、端子Ｔ１、Ｔ２に正の電圧を印加して端子Ｔ３、Ｔ４から正の電圧を出力するときの第１の期間における電流を示す図である。図９は、図４の電力変換回路を降圧モードで動作させる場合、端子Ｔ１、Ｔ２に正の電圧を印加して端子Ｔ３、Ｔ４から正の電圧を出力するときの第２の期間における電流を示す図である。この場合、入力電圧と所望の出力電圧との比に応じた時間比で、下記の２つのスイッチング状態を交互に切り換える。
状態１：スイッチＳ５及びＳ８がオンされ、スイッチＳ１〜Ｓ４、Ｓ６、Ｓ７がオフされる（図８）。
状態２：スイッチＳ２及びＳ５がオンされ、スイッチＳ１、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ６〜Ｓ８がオフされる（図９）。
状態１では、電力変換回路は、交流電源１Ａから入力された電力を負荷５Ａに出力し、同時に、この電力のエネルギーをリアクトルＬ１に蓄える。状態２では、電力変換回路は、交流電源１Ａを負荷５Ａから切断し、リアクトルＬ１に蓄積されたエネルギーを電力として放出して負荷５Ａに出力する。入力電圧と所望の出力電圧との比に応じた時間比で状態１と状態２とを交互に切り換えることで、ポート端子Ｔ３、Ｔ４から所望の電圧が出力される。
図１０は、図４の電力変換回路を降圧モードで動作させる場合、端子Ｔ１、Ｔ２に正の電圧を印加して端子Ｔ３、Ｔ４から負の電圧を出力するときの第１の期間における電流を示す図である。図１１は、図４の電力変換回路を降圧モードで動作させる場合、端子Ｔ１、Ｔ２に正の電圧を印加して端子Ｔ３、Ｔ４から負の電圧を出力するときの第２の期間における電流を示す図である。この場合、入力電圧と所望の出力電圧との比に応じた時間比で、下記の２つのスイッチング状態を交互に切り換える。
状態３：スイッチＳ６及びＳ７がオンされ、スイッチＳ１〜Ｓ５、Ｓ８がオフされる（図１０）。
状態４：スイッチＳ１及びＳ６がオンされ、スイッチＳ２〜Ｓ５、Ｓ７、Ｓ８がオフされる（図１１）。
状態３では、電力変換回路は、交流電源１Ａから入力された電力を負荷５Ａに出力し、同時に、この電力のエネルギーをリアクトルＬ１に蓄える。状態４では、電力変換回路は、交流電源１Ａを負荷５Ａから切断し、リアクトルＬ１に蓄積されたエネルギーを電力として放出して負荷５Ａに出力する。入力電圧と所望の出力電圧との比に応じた時間比で状態３と状態４とを交互に切り換えることで、ポート端子Ｔ３、Ｔ４から所望の電圧が出力される。
図１２は、図４の電力変換回路を降圧モードで動作させる場合、端子Ｔ１、Ｔ２に負の電圧を印加して端子Ｔ３、Ｔ４から正の電圧を出力するときの第１の期間における電流を示す図である。図１３は、図４の電力変換回路を降圧モードで動作させる場合、端子Ｔ１、Ｔ２に負の電圧を印加して端子Ｔ３、Ｔ４から正の電圧を出力するときの第２の期間における電流を示す図である。この場合、入力電圧と所望の出力電圧との比に応じた時間比で、下記の２つのスイッチング状態を交互に切り換える。
状態５：スイッチＳ２及びＳ３がオンされ、スイッチＳ１、Ｓ４〜Ｓ８がオフされる（図１２）。
状態６：スイッチＳ３及びＳ８がオンされ、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ４〜Ｓ７がオフされる（図１３）。
状態５では、電力変換回路は、交流電源１Ａから入力された電力を負荷５Ａに出力し、同時に、この電力のエネルギーをリアクトルＬ２に蓄える。状態６では、電力変換回路は、交流電源１Ａを負荷５Ａから切断し、リアクトルＬ２に蓄積されたエネルギーを電力として放出して負荷５Ａに出力する。入力電圧と所望の出力電圧との比に応じた時間比で状態５と状態６とを交互に切り換えることで、ポート端子Ｔ３、Ｔ４から所望の電圧が出力される。
図１４は、図４の電力変換回路を降圧モードで動作させる場合、端子Ｔ１、Ｔ２に負の電圧を印加して端子Ｔ３、Ｔ４から負の電圧を出力するときの第１の期間における電流を示す図である。図１５は、図４の電力変換回路を降圧モードで動作させる場合、端子Ｔ１、Ｔ２に負の電圧を印加して端子Ｔ３、Ｔ４から負の電圧を出力するときの第２の期間における電流を示す図である。この場合、入力電圧と所望の出力電圧との比に応じた時間比で、下記の２つのスイッチング状態を交互に切り換える。
状態７：スイッチＳ１及びＳ４がオンされ、スイッチＳ２、Ｓ３、Ｓ５〜Ｓ８がオフされる（図１４）。
状態８：スイッチＳ４及びＳ７がオンされ、スイッチＳ１〜Ｓ３、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ８がオフされる（図１５）。
状態７では、電力変換回路は、交流電源１Ａから入力された電力を負荷５Ａに出力し、同時に、この電力のエネルギーをリアクトルＬ２に蓄える。状態８では、電力変換回路は、交流電源１Ａを負荷５Ａから切断し、リアクトルＬ２に蓄積されたエネルギーを電力として放出して負荷５Ａに出力する。入力電圧と所望の出力電圧との比に応じた時間比で状態７と状態８とを交互に切り換えることで、ポート端子Ｔ３、Ｔ４から所望の電圧が出力される。
状態１、３、５、及び７は、それぞれ、本開示における「第１〜第４の充電状態」の一例である。状態２、４、６、及び８は、それぞれ、本開示における「第１〜第４の放電状態」の一例である。
次に、図１６〜図２３を参照して、図４の電力変換回路を昇圧モードで動作させるときの動作について説明する。
電力変換回路が昇圧モードで動作するとき、スイッチＳ１〜Ｓ８は、以下の２つの状態を交互に切り換えるように制御される。
（３）電流が出力ポート（負荷５Ａ）を経由せず入力ポート（交流電源１Ａ）からリアクトルＬ１又はＬ２を介して入力ポートに戻る状態。
（４）電流が入力ポートからリアクトルＬ１又はＬ２及び出力ポートを介して入力ポートに戻る状態。
上記（３）は、本開示における「前記入力ポートに印加された入力電圧が、前記第１又は第２のリアクトルに充電電圧として印加される充電状態」の一例である。上記（４）は、本開示における「前記第１又は第２のリアクトルからの放電電圧と前記入力ポートからの前記入力電圧との合成電圧が、前記出力ポートに印加される放電状態」の一例である。
図１６は、図４の電力変換回路を昇圧モードで動作させる場合、端子Ｔ１、Ｔ２に正の電圧を印加して端子Ｔ３、Ｔ４から正の電圧を出力するときの第１の期間における電流を示す図である。図１７は、図４の電力変換回路を昇圧モードで動作させる場合、端子Ｔ１、Ｔ２に正の電圧を印加して端子Ｔ３、Ｔ４から正の電圧を出力するときの第２の期間における電流を示す図である。この場合、入力電圧と所望の出力電圧との比に応じた時間比で、下記の２つのスイッチング状態を交互に切り換える。
状態９：スイッチＳ５及びＳ７がオンされ、スイッチＳ１〜Ｓ４、Ｓ６、Ｓ８がオフされる（図１６）。
状態１０：スイッチＳ５及びＳ８がオンされ、スイッチＳ１〜Ｓ４、Ｓ６、Ｓ７がオフされる（図１７）。
状態９では、電力変換回路は、負荷５Ａを交流電源１Ａから切断し、交流電源１Ａから入力された電力のエネルギーをリアクトルＬ１に蓄える。状態１０では、電力変換回路は、交流電源１Ａから入力された電力に、リアクトルＬ１に蓄積されたエネルギーを重畳し、負荷５Ａに出力する。入力電圧と所望の出力電圧との比に応じた時間比で状態９と状態１０とを交互に切り換えることで、ポート端子Ｔ３、Ｔ４から所望の電圧が出力される。
図１８は、図４の電力変換回路を昇圧モードで動作させる場合、端子Ｔ１、Ｔ２に正の電圧を印加して端子Ｔ３、Ｔ４から負の電圧を出力するときの第１の期間における電流を示す図である。図１９は、図４の電力変換回路を昇圧モードで動作させる場合、端子Ｔ１、Ｔ２に正の電圧を印加して端子Ｔ３、Ｔ４から負の電圧を出力するときの第２の期間における電流を示す図である。この場合、入力電圧と所望の出力電圧との比に応じた時間比で、下記の２つのスイッチング状態を交互に切り換える。
状態１１：スイッチＳ６及びＳ８がオンされ、スイッチＳ１〜Ｓ５、Ｓ７がオフされる（図１８）。
状態１２：スイッチＳ６及びＳ７がオンされ、スイッチＳ１〜Ｓ５、Ｓ８がオフされる（図１９）。
状態１１では、電力変換回路は、負荷５Ａを交流電源１Ａから切断し、交流電源１Ａから入力された電力のエネルギーをリアクトルＬ１に蓄える。状態１２では、電力変換回路は、交流電源１Ａから入力された電力に、リアクトルＬ１に蓄積されたエネルギーを重畳し、負荷５Ａに出力する。入力電圧と所望の出力電圧との比に応じた時間比で状態１１と状態１２とを交互に切り換えることで、ポート端子Ｔ３、Ｔ４から所望の電圧が出力される。
図２０は、図４の電力変換回路を昇圧モードで動作させる場合、端子Ｔ１、Ｔ２に負の電圧を印加して端子Ｔ３、Ｔ４から正の電圧を出力するときの第１の期間における電流を示す図である。図２１は、図４の電力変換回路を昇圧モードで動作させる場合、端子Ｔ１、Ｔ２に負の電圧を印加して端子Ｔ３、Ｔ４から正の電圧を出力するときの第２の期間における電流を示す図である。この場合、入力電圧と所望の出力電圧との比に応じた時間比で、下記の２つのスイッチング状態を交互に切り換える。
状態１３：スイッチＳ１及びＳ３がオンされ、スイッチＳ２、Ｓ４〜Ｓ８がオフされる（図２０）。
状態１４：スイッチＳ２及びＳ３がオンされ、スイッチＳ１、Ｓ４〜Ｓ８がオフされる（図２１）。
状態１３では、電力変換回路は、負荷５Ａを交流電源１Ａから切断し、交流電源１Ａから入力された電力のエネルギーをリアクトルＬ２に蓄える。状態１４では、電力変換回路は、交流電源１Ａから入力された電力に、リアクトルＬ２に蓄積されたエネルギーを重畳し、負荷５Ａに出力する。入力電圧と所望の出力電圧との比に応じた時間比で状態１３と状態１４とを交互に切り換えることで、ポート端子Ｔ３、Ｔ４から所望の電圧が出力される。
図２２は、図４の電力変換回路を昇圧モードで動作させる場合、端子Ｔ１、Ｔ２に負の電圧を印加して端子Ｔ３、Ｔ４から負の電圧を出力するときの第１の期間における電流を示す図である。図２３は、図４の電力変換回路を昇圧モードで動作させる場合、端子Ｔ１、Ｔ２に負の電圧を印加して端子Ｔ３、Ｔ４から負の電圧を出力するときの第２の期間における電流を示す図である。この場合、入力電圧と所望の出力電圧との比に応じた時間比で、下記の２つのスイッチング状態を交互に切り換える。
状態１５：スイッチＳ２及びＳ４がオンされ、スイッチＳ１、Ｓ３、Ｓ５〜Ｓ８がオフされる（図２２）。
状態１６：スイッチＳ１及びＳ４がオンされ、スイッチＳ２、Ｓ３、Ｓ５〜Ｓ８がオフされる（図２３）。
状態１５では、電力変換回路は、負荷５Ａを交流電源１Ａから切断し、交流電源１Ａから入力された電力のエネルギーをリアクトルＬ２に蓄える。状態１６では、電力変換回路は、交流電源１Ａから入力された電力に、リアクトルＬ２に蓄積されたエネルギーを重畳し、負荷５Ａに出力する。入力電圧と所望の出力電圧との比に応じた時間比で状態１５と状態１６とを交互に切り換えることで、ポート端子Ｔ３、Ｔ４から所望の電圧が出力される。
状態９、１１、１３、及び１５は、それぞれ、本開示における「第１〜第４の充電状態」の一例である。状態１０、１２、１４、及び１６は、それぞれ、本開示における「第１〜第４の放電状態」の一例である。
図８〜図２３の説明とは逆に、図４の電力変換回路のポート端子Ｔ３、Ｔ４に電源が接続され、ポート端子Ｔ１、Ｔ２に負荷が接続されてもよい。すなわち、ポート端子Ｔ３、Ｔ４のペアが電力の入力ポートであり、ポート端子Ｔ１、Ｔ２のペアが電力の出力ポートであり、電力変換回路はポート端子Ｔ３、Ｔ４から入力された電力を変換してポート端子Ｔ１、Ｔ２から出力してもよい。
この場合、電力変換回路が降圧モードで動作するとき、スイッチＳ１〜Ｓ８は、以下の２つの状態を交互に切り換えるように制御される。
（１）電流が入力ポートからリアクトルＬ１又はＬ２及び出力ポートを介して入力ポートに戻る状態。
（２）電流が入力ポートを経由せずリアクトルＬ１又はＬ２から出力ポートを介してリアクトルＬ１又はＬ２に戻る状態。
従って、端子Ｔ４、Ｔ３に正の電圧を印加して端子Ｔ１、Ｔ２から正の電圧を出力するとき、状態１５（図２２）及び状態１６（図２３）を交互に切り換える。端子Ｔ４、Ｔ３に正の電圧を印加して端子Ｔ１、Ｔ２から負の電圧を出力するとき、状態１１（図１８）及び状態１２（図１９）を交互に切り換える。端子Ｔ４、Ｔ３に負の電圧を印加して端子Ｔ１、Ｔ２から正の電圧を出力するとき、状態１３（図２０）及び状態１４（図２１）を交互に切り換える。端子Ｔ４、Ｔ３に負の電圧を印加して端子Ｔ１、Ｔ２から負の電圧を出力するとき、状態９（図１６）及び状態１０（図１７）を交互に切り換える。
同様に、電力変換回路が昇圧モードで動作するとき、スイッチＳ１〜Ｓ８は、以下の２つの状態を交互に切り換えるように制御される。
（３）電流が出力ポートを経由せず入力ポートからリアクトルＬ１又はＬ２を介して入力ポートに戻る状態。
（４）電流が入力ポートからリアクトルＬ１又はＬ２及び出力ポートを介して入力ポートに戻る状態。
従って、端子Ｔ４、Ｔ３に正の電圧を印加して端子Ｔ１、Ｔ２から正の電圧を出力するとき、状態７（図１４）及び状態８（図１５）を交互に切り換える。端子Ｔ４、Ｔ３に正の電圧を印加して端子Ｔ１、Ｔ２から負の電圧を出力するとき、状態３（図１０）及び状態４（図１１）を交互に切り換える。端子Ｔ４、Ｔ３に負の電圧を印加して端子Ｔ１、Ｔ２から正の電圧を出力するとき、状態５（図１２）及び状態６（図１３）を交互に切り換える。端子Ｔ４、Ｔ３に負の電圧を印加して端子Ｔ１、Ｔ２から負の電圧を出力するとき、状態１（図８）及び状態２（図９）を交互に切り換える。
図４の電力変換回路は、状態２、４、６、８、１０、１２、１４、及び１６を使用せず、状態１、３、５、及び７のみ（又は状態９、１１、１３、及び１５のみ）を使用することで、降圧及び昇圧なしで電力変換することもできる。
図２４は、図１の電力送信装置２の昇降圧動作のシミュレーション結果を示すグラフである。図２４によれば、図４の端子Ｔ１、Ｔ２に正の１００Ｖの電圧を印加して端子Ｔ３、Ｔ４から降圧／昇圧した正／負の電圧を出力できることがわかる。
図２５は、図１の電力受信装置４の動作のシミュレーション結果を示すグラフである。図２５は、１００Ｖかつ１００ｋＨｚの矩形波の入力電力が与えられたとき、降圧及び昇圧なしで、＋１００Ｖ又は−１００Ｖの直流の出力電力に変換する場合を示す。図２５によれば、電力変換を開始してから約０．３ミリ秒の過渡状態が経過した後では、所望の出力電力を発生していることがわかる。
以上に説明したように、図４の電力変換回路は、従来技術に比較して簡単な構成でありながら、電圧を容易に調整することができる。
図４の電力変換回路は、ポート端子Ｔ１、Ｔ２からポート端子Ｔ３、Ｔ４に向かって、及びその逆に、双方向に電力を変換するように動作可能である。
本実施形態に係る電力伝送システムは、電力送信装置２と同様に構成された少なくとも１つの電力送信装置群と、電力受信装置４と同様に構成された少なくとも１つの電力受信装置群とを備えてもよい。１つの電力送信装置２の電力変換回路と、１つの電力受信装置４の電力変換回路とに、互いに対応する符号系列を与える。電力送信装置２の電力変換回路は、符号系列に従って、発電機１から入力された電力を符号変調して電力伝送路３に出力し、電力受信装置４の電力変換回路は、与えられた符号系列に従って、電力伝送路３から入力された電力を符号復調して負荷５に出力する。これにより、特定の発電機１から特定の負荷５に電力を伝送することができる。従って、電力伝送システムに用いる電力変換回路の個数を削減し、低コストで電力伝送システムを導入することができる。
符号変調及び符号復調を用い、かつ、電力送信装置２及び電力受信装置４の少なくとも一方で降圧又は昇圧を行う場合には、符号変調及び符号復調のための符号系列は、降圧又は昇圧のために変更される。例えば、符号系列のうちのある区間に状態１（図８）が割り当てられている場合、電力変換回路が降圧モードで動作するとき、この区間において、スイッチＳ１〜Ｓ８は状態１（図８）及び状態２（図９）を交互に切り換えるように制御される。同様に、符号系列のうちのある区間に状態１０（図１７）が割り当てられている場合、電力変換回路が昇圧モードで動作するとき、この区間において、スイッチＳ１〜Ｓ８は状態９（図１６）及び状態１０（図１７）を交互に切り換えるように制御される。他の状態が割り当てられた符号系列の区間においても、スイッチＳ１〜Ｓ８は同様に制御される。
なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム、または記録媒体で実現されてもよく、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム、及び記録媒体の任意の組み合わせで実現されてもよい。
本開示の態様に係る電力変換回路、電力送信装置、電力受信装置、及び電力伝送システムは、以下の構成を備える。
本開示の第１の態様に係る電力変換回路は、第１〜第４のポート端子と、第１〜第４のスイッチからなる第１のフルブリッジ回路と、第５〜第８のスイッチからなる第２のフルブリッジ回路と第１及び第２のリアクトルとを備え、前記第１のフルブリッジ回路は、前記第１及び第２のスイッチの間の第１のノードと、前記第３及び第４のスイッチの間の第２のノードと、前記第１及び第３のスイッチの間の第３のノードと、前記第２及び第４のスイッチの間の第４のノードとを備え、前記第２のフルブリッジ回路は、前記第５及び第６のスイッチの間の第５のノードと、前記第７及び第８のスイッチの間の第６のノードと、前記第５及び第７のスイッチの間の第７のノードと、前記第６及び第８のスイッチの間の第８のノードとを備え、前記第１及び第５のノードは前記第１のリアクトルを介して互いに接続され、前記第２及び第６のノードは前記第２のリアクトルを介して互いに接続され、前記第１のノードは前記第１のポート端子に接続され、前記第６のノードは前記第２のポート端子に接続され、前記第３及び第７のノードは前記第３のポート端子に接続され、前記第４及び第８のノードは前記第４のポート端子に接続される。
本開示の第２の態様に係る電力変換回路は、第１の態様に係る電力変換回路において、前記第１のスイッチは、オンしたとき、前記第３のノードから前記第１のノードにのみ電流を流すように構成され、前記第２のスイッチは、オンしたとき、前記第４のノードから前記第１のノードにのみ電流を流すように構成され、前記第３のスイッチは、オンしたとき、前記第２のノードから前記第３のノードにのみ電流を流すように構成され、前記第４のスイッチは、オンしたとき、前記第２のノードから前記第４のノードにのみ電流を流すように構成され、前記第５のスイッチは、オンしたとき、前記第５のノードから前記第７のノードにのみ電流を流すように構成され、前記第６のスイッチは、オンしたとき、前記第５のノードから前記第８のノードにのみ電流を流すように構成され、前記第７のスイッチは、オンしたとき、前記第７のノードから前記第６のノードにのみ電流を流すように構成され、前記第８のスイッチは、オンしたとき、前記第８のノードから前記第６のノードにのみ電流を流すように構成される。
本開示の第３の態様に係る電力変換回路は、第２の態様に係る電力変換回路において、前記第１〜第８のスイッチのそれぞれは、互いに直列に接続されたＭＯＳＦＥＴとダイオードとを備える。
本開示の第４の態様に係る電力変換回路は、第２の態様に係る電力変換回路において、前記第１〜第８のスイッチのそれぞれは、バイポーラトランジスタである。
本開示の第５の態様に係る電力変換回路は、第１〜第４のうちの１つの態様に係る電力変換回路において、前記第１及び第２のポート端子のペアと前記第３及び第４のポート端子のペアとのうちの一方が電力の入力ポートであり、他方が電力の出力ポートであり、前記電力変換回路が降圧モードで動作するとき、前記第１〜第８のスイッチは、電流が前記入力ポートから前記第１又は第２のリアクトル及び前記出力ポートを介して前記入力ポートに戻る第１の状態と、電流が前記入力ポートを経由せず前記第１又は第２のリアクトルから前記出力ポートを介して前記第１又は第２のリアクトルに戻る第２の状態とを交互に切り換えるように制御される。
本開示の第６の態様に係る電力変換回路は、第１〜第５のうちの１つの態様に係る電力変換回路において、前記第１及び第２のポート端子のペアと前記第３及び第４のポート端子のペアとのうちの一方が電力の入力ポートであり、他方が電力の出力ポートであり、前記電力変換回路が昇圧モードで動作するとき、前記第１〜第８のスイッチは、電流が前記出力ポートを経由せず前記入力ポートから前記第１又は第２のリアクトルを介して前記入力ポートに戻る第３の状態と、電流が前記入力ポートから前記第１又は第２のリアクトル及び前記出力ポートを介して前記入力ポートに戻る第４の状態とを交互に切り換えるように制御される。
本開示の第７の態様に係る電力送信装置は、電源及び電力伝送路に接続され、前記電源から入力された電力の周波数を変換して前記電力伝送路に出力する電力送信装置において、第１〜第６のうちのいずれか１つの態様に係る電力変換回路を備える。
本開示の第８の態様に係る電力送信装置は、第７の態様に係る電力送信装置において、前記電力変換回路は、入力された電力を所定の変調符号に従って変調して出力する。
本開示の第９の態様に係る電力受信装置は、電力伝送路及び負荷に接続され、前記電力伝送路から入力された電力の周波数を変換して前記負荷に出力する電力受信装置において、第１〜第６のうちのいずれか１つの態様に係る電力変換回路を備える。
本開示の第１０の態様に係る電力受信装置は、第９の態様に係る電力受信装置において、前記電力変換回路は、入力された電力を所定の復調符号に従って復調して出力する。
本開示の第１１の態様に係る電力伝送システムは、第７又は第８の態様に係る電力送信装置を少なくとも１つ備えた電力送信装置群と、第９又は第１０の態様に係る電力受信装置を少なくとも１つ備えた電力受信装置群とを備える。
本開示に係る電力変換回路は、交流の電力系統において、あるいは直流及び交流が混在する電力系統において、電力を変換することに有用である。また、本開示に係る電力伝送システムは、太陽光発電、風力発電、水力発電等の発電機から鉄道、ＥＶ車両等へ電力を伝送することに有用である。
１ 発電機
１Ａ 交流電源
１ｍ、５ｍ 電力測定器
２ 電力送信装置
３ 電力伝送路
４ 電力受信装置
５、５Ａ 負荷
１０ コントローラ
２０ 制御回路
２１ 通信回路
２２ 符号生成回路
２３ 電力変換回路
３０ 制御回路
３１ 通信回路
３２ 符号生成回路
３３ 電力変換回路
Ｄ１ ダイオード
Ｌ１、Ｌ２ リアクトル
Ｎ１〜Ｎ８ ノード
Ｑ１、Ｑ２ スイッチ
Ｓ１〜Ｓ８ スイッチ
Ｔ１〜Ｔ４、Ｔ１１〜Ｔ１４ 端子

Claims (12)

  1. 互いに直列接続された第１のスイッチ及び第３のスイッチを含む第１のレグと、
    互いに直列接続された第２のスイッチ及び第４のスイッチを含み、かつ、前記第１のレグに並列接続された第２のレグと、
    互いに直列接続された第５のスイッチ及び第７のスイッチを含む第３のレグと、
    互いに直列接続された第６のスイッチ及び第８のスイッチを含み、かつ、前記第３のレグに並列接続された第４のレグと、
    前記第１及び第２のレグが接続された第１のノードと、前記第３及び第４のレグが接続された第５のノードとの間に接続された第１のリアクトルと、
    前記第１及び第２のレグが接続された第２のノードと、前記第３及び第４のレグが接続された第６のノードとの間に接続された第２のリアクトルと、
    前記第１のノードに接続された第１のポート端子と、
    前記第６のノードに接続された第２のポート端子と、
    前記第１及び第３のスイッチの間の第３のノードと、前記第５及び第７のスイッチの間の第７のノードとに接続される第３のポート端子と、
    前記第２及び第４のスイッチの間の第４のノードと、前記第６及び第８のスイッチの間の第８のノードとに接続される第４のポート端子と、
    前記第１から第８のスイッチを制御する制御回路とを備え、
    前記第１及び第２のポート端子の第１のペアと前記第３及び第４のポート端子の第２のペアとのうちの一方が入力ポートであり、前記第１及び第２のペアのうちの他方が出力ポートであり、
    前記制御回路は、
    （Ａ）前記入力ポートに印加された入力電圧が、前記第１又は第２のリアクトルを充電するための充電電圧と、前記出力ポートに印加される電圧とに分圧される充電状態と、
    （Ｂ）前記第１又は第２のリアクトルからの放電電圧が、前記出力ポートに印加される放電状態と、
    を交互に切り替える、
    電力変換装置。
  2. 前記第１及び第２のスイッチは、前記第１のノードに接続され、
    前記第３及び第４のスイッチは、前記第２のノードに接続され、
    前記第５及び第６のスイッチは、前記第５のノードに接続され、
    前記第７及び第８のスイッチは、前記第６のノードに接続され、
    前記制御回路は、
    前記充電状態において、
    （ａ１）前記第５及び第８のスイッチがオン状態であり、かつ、前記第１から第４、第６、及び第７のスイッチがオフ状態である第１の充電状態と、
    （ａ２）前記第６及び第７のスイッチがオン状態であり、かつ、前記第１から第５、及び第８のスイッチがオフ状態である第２の充電状態と、
    （ａ３）前記第２及び第３のスイッチがオン状態であり、かつ、前記第１、及び、第４から第８のスイッチがオフ状態である第３の充電状態と、
    （ａ４）前記第１及び第４のスイッチがオン状態であり、かつ、前記第２、第３、及び第５から第８のスイッチがオフ状態である第４の充電状態とから１つを選択し、
    前記放電状態において、
    （ｂ１）前記第２及び第５のスイッチがオン状態であり、かつ、前記第１、第３、第４、及び第６から第８のスイッチがオフ状態である第１の放電状態と、
    （ｂ２）前記第１及び第６のスイッチがオン状態であり、かつ、前記第２から第５、第７、及び第８のスイッチがオフ状態である第２の放電状態と、
    （ｂ３）前記第３及び第８のスイッチがオン状態であり、かつ、前記第１、及び、第２から第７のスイッチがオフ状態である第３の放電状態と、
    （ｂ４）前記第４及び第７のスイッチがオン状態であり、かつ、前記第１から第３、第５、第６、及び第８のスイッチがオフ状態である第４の放電状態とから１つを選択する、
    請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 互いに直列接続された第１のスイッチ及び第３のスイッチを含む第１のレグと、
    互いに直列接続された第２のスイッチ及び第４のスイッチを含み、かつ、前記第１のレグに並列接続された第２のレグと、
    互いに直列接続された第５のスイッチ及び第７のスイッチを含む第３のレグと、
    互いに直列接続された第６のスイッチ及び第８のスイッチを含み、かつ、前記第３のレグに並列接続された第４のレグと、
    前記第１及び第２のレグが接続された第１のノードと、前記第３及び第４のレグが接続された第５のノードとの間に接続された第１のリアクトルと、
    前記第１及び第２のレグが接続された第２のノードと、前記第３及び第４のレグが接続された第６のノードとの間に接続された第２のリアクトルと、
    前記第１のノードに接続された第１のポート端子と、
    前記第６のノードに接続された第２のポート端子と、
    前記第１及び第３のスイッチの間の第３のノードと、前記第５及び第７のスイッチの間の第７のノードとに接続される第３のポート端子と、
    前記第２及び第４のスイッチの間の第４のノードと、前記第６及び第８のスイッチの間の第８のノードとに接続される第４のポート端子と、
    前記第１から第８のスイッチを制御する制御回路とを備え、
    前記第１及び第２のポート端子の第１のペアと前記第３及び第４のポート端子の第２のペアとのうちの一方が入力ポートであり、前記第１及び第２のペアのうちの他方が出力ポートであり、
    前記制御回路は、
    （Ｃ）前記入力ポートに印加された入力電圧が、前記第１又は第２のリアクトルに充電電圧として印加される充電状態と、
    （Ｄ）前記第１又は第２のリアクトルからの放電電圧と前記入力ポートからの前記入力電圧との合成電圧が、前記出力ポートに印加される放電状態と、
    を交互に切り替える、
    電力変換装置。
  4. 前記第１及び第２のスイッチは、前記第１のノードに接続され、
    前記第３及び第４のスイッチは、前記第２のノードに接続され、
    前記第５及び第６のスイッチは、前記第５のノードに接続され、
    前記第７及び第８のスイッチは、前記第６のノードに接続され、
    前記制御回路は、
    前記充電状態において、
    （ｃ１）前記第５及び第７のスイッチがオン状態であり、かつ、前記第１から第４、第６、及び第８のスイッチがオフ状態である第１の充電状態と、
    （ｃ２）前記第６及び第８のスイッチがオン状態であり、かつ、前記第１から第５、及び第７のスイッチがオフ状態である第２の充電状態と、
    （ｃ３）前記第１及び第３のスイッチがオン状態であり、かつ、前記第２、及び第４から第８のスイッチがオフ状態である第３の充電状態と、
    （ｃ４）前記第２及び第４のスイッチがオン状態であり、かつ、前記第１、第３、及び第５から第８のスイッチがオフ状態である第４の充電状態とから１つを選択し、
    前記放電状態において、
    （ｄ１）前記第５及び第８のスイッチがオン状態であり、かつ、前記第１から第４、第６、及び第７のスイッチがオフ状態である第１の放電状態と、
    （ｄ２）前記第６及び第７のスイッチがオン状態であり、かつ、前記第１から第５、及び第８のスイッチがオフ状態である第２の放電状態と、
    （ｄ３）前記第２及び第３のスイッチがオン状態であり、かつ、前記第１、及び第４から第８のスイッチがオフ状態である第３の放電状態と、
    （ｄ４）前記第１及び第４のスイッチがオン状態であり、かつ、前記第２、第３、及び第５から第８のスイッチがオフ状態である第４の放電状態とから１つを選択する、
    請求項３に記載の電力変換装置。
  5. 前記第１のスイッチは、オン状態において、前記第３のノードから前記第１のノードに向かう第１の方向にのみ電流を流し、
    前記第２のスイッチは、オン状態において、前記第４のノードから前記第１のノードに向かう第２の方向にのみ電流を流し、
    前記第３のスイッチは、オン状態において、前記第２のノードから前記第３のノードに向かう第３の方向にのみ電流を流し、
    前記第４のスイッチは、オン状態において、前記第２のノードから前記第４のノードに向かう第４の方向にのみ電流を流し、
    前記第５のスイッチは、オン状態において、前記第５のノードから前記第７のノードに向かう第５の方向にのみ電流を流し、
    前記第６のスイッチは、オン状態において、前記第５のノードから前記第８のノードに向かう第６の方向にのみ電流を流し、
    前記第７のスイッチは、オン状態において、前記第７のノードから前記第６のノードに向かう第７の方向にのみ電流を流し、
    前記第８のスイッチは、オン状態において、前記第８のノードから前記第６のノードに向かう第８の方向にのみ電流を流す、
    請求項１から３のうちのいずれか１項に記載の電力変換装置。
  6. 前記第１から第８のスイッチのそれぞれは、互いに直列に接続されたＭＯＳＦＥＴとダイオードとを含む、
    請求項５に記載の電力変換装置。
  7. 前記第１から第８のスイッチのそれぞれは、バイポーラトランジスタである、
    請求項５に記載の電力変換装置。
  8. 電源及び電力伝送路に接続され、前記電源から入力された電力の周波数を変換して前記電力伝送路に出力する電力送信装置において、
    請求項１から７のうちのいずれか１項に記載の電力変換装置を備える、
    電力送信装置。
  9. 前記電力変換装置は、前記入力された電力を所定の変調符号に従って変調して出力する、
    請求項８記載の電力送信装置。
  10. 電力伝送路及び負荷に接続され、前記電力伝送路から入力された電力の周波数を変換して前記負荷に出力する電力受信装置において、
    請求項１から７のうちのいずれか１項に記載の電力変換装置を備える、
    電力受信装置。
  11. 前記電力変換装置は、前記入力された電力を所定の復調符号に従って復調して出力する、
    請求項１０記載の電力受信装置。
  12. 電源に接続された電力送信装置と、負荷に接続された電力受信装置と、前記電力送信装置及び前記電力受信装置をつなぐ電力伝送路とを備える電力伝送システムであって、
    前記電力送信装置と前記電力受信装置のそれぞれは、請求項１から７のうちのいずれか１項に記載の電力変換装置を備え、
    前記電力送信装置は、前記電源の電力を所定の変調符号に従って変調して、前記電力伝送路に送信し、
    前記電力受信装置は、変調された電力を前記電力伝送路から受信して、所定の復調符号に従って復調する、
    電力伝送システム。
JP2017082089A 2016-06-14 2017-04-18 電力変換装置、電力送信装置、電力受信装置、及び電力伝送システム Active JP6890305B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016118195 2016-06-14
JP2016118195 2016-06-14

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017225330A JP2017225330A (ja) 2017-12-21
JP6890305B2 true JP6890305B2 (ja) 2021-06-18

Family

ID=60573278

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017082089A Active JP6890305B2 (ja) 2016-06-14 2017-04-18 電力変換装置、電力送信装置、電力受信装置、及び電力伝送システム

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10027248B2 (ja)
JP (1) JP6890305B2 (ja)
CN (1) CN107508471B (ja)

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3877679T2 (de) * 1987-09-30 1993-08-05 Hitachi Ltd Leistungsumwandlungseinrichtung.
DE3826283C2 (de) * 1988-07-30 1996-12-19 Licentia Gmbh Netzstromrichter für einen Mehrsystem-Triebzug
JPH0998567A (ja) 1995-07-27 1997-04-08 Toshiyasu Suzuki 絶縁給電手段と変圧手段
US6330170B1 (en) * 1999-08-27 2001-12-11 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Soft-switched quasi-single-stage (QSS) bi-directional inverter/charger
JP4556516B2 (ja) * 2004-07-08 2010-10-06 富士電機システムズ株式会社 電力変換装置
JP2006074954A (ja) 2004-09-06 2006-03-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電源装置
US7659700B2 (en) * 2005-02-04 2010-02-09 Princeton Power Systems, Inc. Charge-transfer apparatus and method
JP5612920B2 (ja) 2010-06-27 2014-10-22 国立大学法人 東京大学 多端子型電力変換装置と電力システムならびにその制御プログラム
JP4783453B2 (ja) 2009-09-10 2011-09-28 力也 阿部 多端子型非同期連系装置、電力機器制御端末装置と電力ネットワークシステムおよびその制御方法
JP2011091954A (ja) 2009-10-23 2011-05-06 Sony Corp 電力供給装置、電力受電装置、電力供給システム及び電力供給方法
US8259426B2 (en) * 2010-05-28 2012-09-04 Rockwell Automation Technologies, Inc. Variable frequency drive and methods for filter capacitor fault detection
JP5732857B2 (ja) * 2011-01-07 2015-06-10 富士電機株式会社 交流電源装置
JP5329587B2 (ja) * 2011-03-07 2013-10-30 株式会社安川電機 電力変換装置
JP5612718B2 (ja) 2011-05-18 2014-10-22 国立大学法人 東京大学 多端子型非同期連系装置、電力機器制御端末装置と電力ネットワークシステムおよびその制御方法
JP5858217B2 (ja) * 2011-08-23 2016-02-10 富士電機株式会社 交流−交流変換回路
JP2013099188A (ja) 2011-11-04 2013-05-20 Sharp Corp 電力変換装置、蓄電システムおよびその制御方法
JP5843624B2 (ja) 2012-01-17 2016-01-13 三菱電機株式会社 系統連系用電力変換システム
CN202696477U (zh) * 2012-07-02 2013-01-23 天津电气传动设计研究所 基于自关断器件整流/回馈电源的h桥级联四象限变频器
JP5527386B2 (ja) * 2012-11-08 2014-06-18 株式会社安川電機 電流形電力変換装置
US9356554B2 (en) * 2014-07-12 2016-05-31 Texas Instruments Incorporated Relaxation oscillator with current and voltage offset cancellation
JP2016101030A (ja) * 2014-11-25 2016-05-30 株式会社東芝 送電システムとその制御方法
CN104578725B (zh) * 2014-12-29 2017-06-13 南京航空航天大学 可输出交流电压和直流电压的双级式矩阵变换器拓扑结构
JP6660626B2 (ja) * 2015-10-23 2020-03-11 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電力ルータ装置及び電力伝送システム
CN105262339B (zh) * 2015-11-20 2017-12-19 天津大学 一种宽增益同步整流h桥双向直流变换器
CN107069978B (zh) * 2015-12-03 2022-06-28 松下知识产权经营株式会社 转换器以及控制器
CN205304268U (zh) * 2016-01-14 2016-06-08 吴萌 一种交错并联型光伏并网逆变器
CN107437891B (zh) * 2016-05-26 2020-10-23 松下知识产权经营株式会社 电力变换电路及电力传输***
JP6848255B2 (ja) * 2016-08-10 2021-03-24 Tdk株式会社 スイッチング電源装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN107508471A (zh) 2017-12-22
US20170358998A1 (en) 2017-12-14
US10027248B2 (en) 2018-07-17
JP2017225330A (ja) 2017-12-21
CN107508471B (zh) 2020-11-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9866144B2 (en) Three port converter with dual independent maximum power point tracking and dual operating modes
CN105680471A (zh) 用于来自可再生能源的功率的转换和优化消耗管理的装置
Ryu et al. Test bed implementation of 380V DC distribution system using isolated bidirectional power converters
CN103066677A (zh) 一种自适应性混合供电***
KR20130003409A (ko) 신재생에너지 출력 안정화 시스템
CN107437823B (zh) 电力传送***
WO2016111080A1 (ja) 電力制御システム
WO2021217291A1 (en) Power supply and distribution system
WO2016000221A1 (en) A system for charging battery of at least one electrical vehicle
JP6890305B2 (ja) 電力変換装置、電力送信装置、電力受信装置、及び電力伝送システム
EP3136536A1 (en) Power control device, power control method, and power control system
JP6722295B2 (ja) 電力変換システム、電力供給システムおよび電力変換装置
Sakagami et al. Simulation to optimize a DC microgrid in Okinawa
US20180083453A1 (en) Power converting module, power generating system, and control method thereof
Gunawardena et al. Networked DC nano-grid based on multi-port power converters
Hu et al. Application of power electronic technology to energy Internet
JP2018174679A (ja) 電力変換装置、電力変換システム、及び直流電源装置
KR102389302B1 (ko) 에너지 저장 시스템
KR101216703B1 (ko) 친환경 전기자동차 충전시스템
KR20210109795A (ko) 신재생 에너지와 에너지 저장장치를 위한 전력계통 연계형 통합 컨버터
Wang et al. Design of a novel power/information integrated energy router for E-LAN
JP2017515454A (ja) 設定可能なインバータ装置、該インバータ装置を備える太陽光発電システム
KR20200053144A (ko) 다출력 컨버터
CN108712071A (zh) 一种dc/dc电源电路、包含该电路的电源及其应用
Baek et al. A study on the DC distribution system for small scale residential buildings

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200304

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20201215

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20201216

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210201

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210427

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210511

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6890305

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151