(57)【要約】  双方向に電気エネルギーをやりとりする電力変換装置に使用され、電気エネルギーの移動方向に関わらず、伝導ノイズ及び高調波を低減するフィルタ回路を提供する。直列接続した２つの第１コンデンサ（Ｃ１）と、それぞれの一端に接続した２つの単相交流リアクトル（Ｌ２）と、２つの第１コンデンサ（Ｃ１）における中性点に一端を接続した第２コンデンサ（Ｃ２）と、２つの単相交流リアクトル（Ｌ２）の他端間に接続した第３コンデンサ（Ｃ３）とを有した第１フィルタ（４）と、２つのコモンモードチョーク（Ｌ３）と、その一端間に直列接続した２つの第４コンデンサ（Ｃ４）と、を有した第２フィルタ（２）とを備える。
2012063573.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列接続した２つの第１コンデンサと、該２つの第１コンデンサのそれぞれの一端に接続した２つの単相交流リアクトルと、前記２つの第１コンデンサにおける中性点に一端を接続した第２コンデンサと、前記２つの単相交流リアクトルの他端間に接続した第３コンデンサと、を有した第１フィルタと、
２つのコモンモードチョークと、該２つのコモンモードチョークの一端間に直列接続した２つの第４コンデンサと、を有した第２フィルタと、を備え、
前記第２コンデンサの他端を前記２つの第４コンデンサにおける中性点に接続したことを特徴とするフィルタ回路。
【請求項２】
請求項１に記載のフィルタ回路と、直流電圧入出力端子及び交流電圧入出力端子を有した双方向電力変換部と、を備えた双方向電力変換装置であって、
前記双方向電力変換部は、前記第１コンデンサを平滑用コンデンサとして使用する双方向に電力変換可能な電流形インバータであり、
前記第１フィルタは、前記交流電圧入出力端子と、商用電源若しくは負荷の間に配置され、
前記第２フィルタは、前記直流電圧入出力端子と直流電圧源の間に配置されていることを特徴とする双方向電力変換装置。
【請求項３】
前記双方向電力変換装置は、更に、電圧指令信号に基づいて前記双方向電力変換部をＰＷＭ制御する制御部と、前記第１フィルタを前記商用電源若しくは前記負荷のいずれかに選択接続を可能とした第１スイッチと、を備え、
前記第１スイッチは、上記選択接続の状態信号を前記制御部に出力することを特徴とする請求項２に記載の双方向電力変換装置。
【請求項４】
前記双方向電力変換装置は、更に、前記直流電圧源の直流電圧を検出して直流電圧信号を前記制御部に出力する直流電圧検出器と、単相交流電圧信号を前記制御部に出力する交流電圧検出器と、を備え、
前記制御部は、前記第１スイッチが前記第１フィルタを前記商用電源に接続の場合には、前記電圧指令信号と前記直流電圧信号とが一致するように前記双方向電力変換部をＰＷＭ制御し、
前記第１スイッチが前記第１フィルタを前記負荷に接続の場合には、前記電圧指令信号と前記単相交流電圧信号とが一致するように前記双方向電力変換部をＰＷＭ制御することを特徴とする請求項３に記載の双方向電力変換装置。
【請求項５】
前記双方向電力変換部は、直流リアクトルと、マトリクスコンバータ回路と、を備え、
前記直流リアクトルは、前記直流電圧入出力端子の正極側に一端を接続され、
前記マトリクスコンバータ回路は、前記直流リアクトルの他端に一端を接続した第１，４双方向スイッチと、前記直流電圧入出力端子の正極側に一端を接続した第２，５双方向スイッチと、前記直流電圧入出力端子の負極側に一端を接続した第３，６双方向スイッチと、を有し、
前記第１乃至３双方向スイッチの他端は、前記交流電圧入出力端子のＵ端子側に接続され、
前記第４乃至６双方向スイッチの他端は、前記交流電圧入出力端子のＶ端子側に接続されていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の双方向電力変換装置。
【請求項６】
前記双方向電力変換部は、直流リアクトルと、マトリクスコンバータ回路と、を備え、
前記直流リアクトルは、前記直流電圧入出力端子の正極側に一端を接続され、
前記マトリクスコンバータ回路は、前記直流リアクトルの他端に一端を接続した第１，３双方向スイッチと、前記直流電圧入出力端子の負極側に一端を接続した第２，４双方向スイッチと、を有し、
前記第１，２双方向スイッチの他端は、前記交流電圧入出力端子のＵ端子側に接続され、
前記第３，４双方向スイッチの他端は、前記交流電圧入出力端子のＶ端子側に接続されていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の双方向電力変換装置。
【請求項７】
前記直流電圧源の極性選択をして第２フィルタに接続する第２スイッチを備え、
前記双方向電力変換部は、直流リアクトルと、マトリクスコンバータ回路と、を備え、
前記直流リアクトルは、前記直流電圧入出力端子の正極側に一端を接続され、
前記第２スイッチは、上記極性選択した状態信号を前記制御部に出力し、
前記マトリクスコンバータ回路は、前記直流リアクトルの他端に一端を接続され、前記直流電圧入出力端子側から前記交流電圧入出力端子側へ電力変換する第１，３片方向スイッチと、前記直流電圧入出力端子の負極側に一端を接続され、前記交流電圧入出力端子側から前記直流電圧入出力端子側へ電力変換する第２，４片方向スイッチと、を有し、
前記第１，２片方向スイッチの他端は、前記交流電圧入出力端子のＵ端子側に接続され、
前記第３，４片方向スイッチの他端は、前記交流電圧入出力端子のＶ端子側に接続されていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の双方向電力変換装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記第２スイッチが前記直流電圧源を正極性で前記第２フィルタに接続し、かつ前記負荷が接続の場合には、
前記交流電圧入出力端子のＵ端子の電位がＶ端子の電位以上では、前記第１，２片方向スイッチをオンとし、次に前記第４片方向スイッチをオンとし、次に前記第２片方向スイッチをオフとし、前記直流電圧源の電気エネルギーを前記負荷へ供給し、
前記交流電圧入出力端子のＵ端子の電位がＶ端子の電位未満では、前記第３，４片方向スイッチをオンとし、次に前記第２片方向スイッチをオンとし、次に前記第４片方向スイッチをオフとし、前記直流電圧源の電気エネルギーを前記負荷へ供給するように前記双方向電力変換部をＰＷＭ制御し、
前記第２スイッチが前記直流電圧源を逆極性で前記第２フィルタに接続し、かつ前記商用電源が接続の場合には、
前記交流電圧入出力端子のＵ端子の電位がＶ端子の電位以上では、前記第２，３片方向スイッチをオンとし、次に前記第１片方向スイッチをオンとし、次に前記第３片方向スイッチをオフとし、前記商用電源の電気エネルギーを前記直流電圧源へ供給し、前記交流電圧入出力端子のＵ端子の電位がＶ端子の電位未満では、前記第１，４片方向スイッチをオンとし、次に前記第３片方向スイッチをオンとし、次に前記第１片方向スイッチをオフとし、前記商用電源の電気エネルギーを前記直流電圧源へ供給するように前記双方向電力変換部をＰＷＭ制御することを特徴とする請求項７に記載の双方向電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィルタ回路及びそれを備える双方向電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
双方向に電気エネルギーをやりとりする電力変換装置には、供給される電源を直流電力に変換するコンバータと直流電力を交流電力に変換するインバータを備えた電力変換装置や、２個逆並列に接続され片方向ずつ独立にオンオフ可能な双方向半導体スイッチを用いて構成されるマトリクスコンバータ装置などがある。
その電力変換装置の一例として、特許文献１に記載の電流形インバータが挙げられる。この特許文献１の電流形インバータは、交流を直流に変換すると同時に直流電流の大きさの制御を行うコンバータと、コンバータの直流出力側に接続され直流電流のリップルを平滑する直流リアクトルと、直流リアクトルに接続され直流を可変電圧、可変周波数の交流電圧に変換するインバータと、インバータの出力側に接続される負荷とより構成され、入力側に高調波を吸収するフィルタ交流リアクトル及びフィルタ・コンデンサを、出力側に高調波を吸収するフィルタ・コンデンサを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許２７５５６０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記電流形インバータは、入力側に入力フィルタ、出力側に出力フィルタといったように入力側と出力側に個別にフィルタ回路を付加している。
そこで、本発明は、力行動作と回生動作、あるいは放電動作と充電動作といった双方向に電気エネルギーをやりとりする電力変換装置に使用され、電気エネルギーの移動方向に関わらず、伝導ノイズ及び高調波を低減するフィルタ回路及びそれを備える双方向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】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、直列接続した２つの第１コンデンサと、該２つの第１コンデンサのそれぞれの一端に接続した２つの単相交流リアクトルと、前記２つの第１コンデンサにおける中性点に一端を接続した第２コンデンサと、前記２つの単相交流リアクトルの他端間に接続した第３コンデンサと、を有した第１フィルタと、２つのコモンモードチョークと、該２つのコモンモードチョークの一端間に直列接続した２つの第４コンデンサと、を有した第２フィルタとを備え、前記第２コンデンサの他端を前記２つの第４コンデンサにおける中性点に接続したことを特徴とするフィルタ回路が適用される。【０００６】
また、前記フィルタ回路と、直流電圧入出力端子及び交流電圧入出力端子を有した双方向電力変換部と、を備えた双方向電力変換装置であって、前記双方向電力変換部は、前記第１コンデンサを平滑用コンデンサとして使用する双方向に電力変換可能な電流形インバータであり、前記第１フィルタは、前記交流電圧入出力端子と、商用電源若しくは負荷の間に配置され、前記第２フィルタは、前記直流電圧入出力端子と直流電圧源の間に配置された双方向電力変換装置が適用される。【０００７】
また、前記双方向電力変換装置は、更に、電圧指令信号に基づいて前記双方向電力変換部をＰＷＭ制御する制御部と、前記第１フィルタを前記商用電源若しくは前記負荷のいずれかに選択接続を可能とした第１スイッチと、を備え、前記第１スイッチは、上記選択接続の状態信号を前記制御部に出力する双方向電力変換装置が適用される。【０００８】
また、前記双方向電力変換装置は、更に、前記直流電圧源の直流電圧を検出して直流電圧信号を前記制御部に出力する直流電圧検出器と、単相交流電圧信号を前記制御部に出力する交流電圧検出器と、を備え、前記制御部は、前記第１スイッチが前記第１フィルタを前記商用電源に接続の場合には、前記電圧指令信号と前記直流電圧信号とが一致するように前記双方向電力変換部をＰＷＭ制御し、前記第１スイッチが前記第１フィルタを前記負荷に接続の場合には、前記電圧指令信号と前記単相交流電圧信号とが一致するように前記双方向電力変換部をＰＷＭ制御する双方向電力変換装置が適用される。【０００９】
また、前記双方向電力変換部は、直流リアクトルと、マトリクスコンバータ回路と、を備え、前記直流リアクトルは、前記直流電圧入出力端子の正極側に一端を接続され、前記マトリクスコンバータ回路は、前記直流リアクトルの他端に一端を接続した第１，４双方向スイッチと、前記直流電圧入出力端子の正極側に一端を接続した第２，５双方向スイッチと、前記直流電圧入出力端子の負極側に一端を接続した第３，６双方向スイッチと、を有し、前記第１乃至３双方向スイッチの他端は、前記交流電圧入出力端子のＵ端子側に接続され、前記第４乃至６双方向スイッチの他端は、前記交流電圧入出力端子のＶ端子側に接続されている双方向電力変換装置が適用される。【００１０】
また、前記双方向電力変換部は、直流リアクトルと、マトリクスコンバータ回路と、を備え、前記直流リアクトルは、前記直流電圧入出力端子の正極側に一端を接続され、前記マトリクスコンバータ回路は、前記直流リアクトルの他端に一端を接続した第１，３双方向スイッチと、前記直流電圧入出力端子の負極側に一端を接続した第２，４双方向スイッチと、を有し、前記第１，２双方向スイッチの他端は、前記交流電圧入出力端子のＵ端子側に接続され、前記第３，４双方向スイッチの他端は、前記交流電圧入出力端子のＶ端子側に接続されている双方向電力変換装置が適用されても良い。【００１１】
また、前記双方向電力変換装置は、更に、前記直流電圧源の極性選択をして第２フィルタに接続する第２スイッチを備え、前記双方向電力変換部は、直流リアクトルと、マトリクスコンバータ回路と、を備え、前記直流リアクトルは、前記直流電圧入出力端子の正極側に一端を接続され、前記第２スイッチは、上記極性選択した状態信号を前記制御部に出力し、前記マトリクスコンバータ回路は、前記直流リアクトルの他端に一端を接続され、前記直流電圧入出力端子側から前記交流電圧入出力端子側へ電力変換する第１，３片方向スイッチと、前記直流電圧入出力端子の負極側に一端を接続され、前記交流電圧入出力端子側から前記直流電圧入出力端子側へ電力変換する第２，４片方向スイッチと、を有し、前記第１，２片方向スイッチの他端は、前記交流電圧入出力端子のＵ端子側に接続され、前記第３，４片方向スイッチの他端は、前記交流電圧入出力端子のＶ端子側に接続されている双方向電力変換装置が適用されても良い。【００１２】
また、前記制御部は、前記第２スイッチが前記直流電圧源を正極性で前記第２フィルタに接続し、かつ前記負荷が接続の場合には、前記交流電圧入出力端子のＵ端子の電位がＶ端子の電位以上では、前記第１，２片方向スイッチをオンとし、次に前記第４片方向スイッチをオンとし、次に前記第２片方向スイッチをオフとし、前記直流電圧源の電気エネルギーを前記負荷へ供給し、前記交流電圧入出力端子のＵ端子の電位がＶ端子の電位未満では、前記第３，４片方向スイッチをオンとし、次に前記第２片方向スイッチをオンとし、次に前記第４片方向スイッチをオフとし、前記直流電圧源の電気エネルギーを前記負荷へ供給するように前記双方向電力変換部をＰＷＭ制御し、前記第２スイッチが前記直流電圧源を逆極性で前記第２フィルタに接続し、かつ前記商用電源が接続の場合には、前記交流電圧入出力端子のＵ端子の電位がＶ端子の電位以上では、前記第２，３片方向スイッチをオンとし、次に前記第１片方向スイッチをオンとし、次に前記第３片方向スイッチをオフとし、前記商用電源の電気エネルギーを前記直流電圧源へ供給し、前記交流電圧入出力端子のＵ端子の電位がＶ端子の電位未満では、前記第１，４片方向スイッチをオンとし、次に前記第３片方向スイッチをオンとし、次に前記第１片方向スイッチをオフとし、前記商用電源の電気エネルギーを前記直流電圧源へ供給するように前記双方向電力変換部をＰＷＭ制御する双方向電力変換装置が適用される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、フィルタ回路は入力フィルタと出力フィルタの両方の機能を有するので、このフィルタ回路を備えた双方向電力変換装置は、電源側への伝導ノイズや高調波、及び負荷側の伝導ノイズを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る双方向電力変換装置の構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る双方向電力変換装置の構成図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る双方向電力変換装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。なお、同一の構成については同一符号を付することにより、重複説明を適宜省略する。
【００１６】
＜第１実施形態＞
まず、図１を参照しつつ、本発明の第１実施形態に係る双方向電力変換装置１００の構成について説明する。
【００１７】
図１に示すように、本発明の第１実施形態に係る双方向電力変換装置１００は、直流電圧源１と、入力フィルタ２（第２フィルタ）と、双方向電力変換部３と、出力フィルタ４（第１フィルタ）と、直流電圧検出器５と、交流電圧検出器６と、スイッチ７（第１スイッチ）と、制御部８と、商用電源９と、負荷１０を備える。なお、便宜上、直流電圧源１から負荷１０へ電気エネルギーが移動しているときを基準とし、双方向電力変換部３の直流電圧源１側を入力側、スイッチ７を介して接続される商用電源９、負荷１０側を出力側として説明する。
【００１８】
直流電圧源１は、直流電圧源としての機能を有するバッテリが用いられる。入力フィルタ２は、第２フィルタであり、コモンモードチョークＬ３と、直列接続された複数のコンデンサＣ４を備える。コモンモードチョークＬ３は、直流電圧源１の各端子に同極性に接続されている。直列接続された複数のコンデンサＣ４は、直流電圧源１の端子間に接続されている。さらに、コンデンサＣ４の中性点ｎは、後述する直列接続された複数のコンデンサＣ１の接続点（中性点ｎ’）に、コンデンサＣ２を介して接続されている。
【００１９】
双方向電力変換部３は、マトリクスコンバータ回路３１と、直流リアクトルＬ１を有し、入力側にＰ，Ｎ端子、出力側にＵ，Ｖ端子を備える。さらに、マトリクスコンバータ回路３１は入力側にＲ，Ｓ，Ｔ端子を備え、Ｐ端子とＳ端子、Ｎ端子とＴ端子は接続されている。
マトリクスコンバータ回路３１は、半導体スイッチング素子であるＩＧＢＴ（Insulated Gate
Bipolar Transistor）（Ｓ１乃至Ｓ１２）とダイオード（Ｄ１乃至Ｄ１２）を備え、片方向スイッチとして作用する各ＩＧＢＴを２つ逆並列に接続して６つの双方向スイッチ（以下、６つのそれぞれを第１乃至６の双方向スイッチとも言う）として作用させていて、第１，４双方向スイッチの一端は、Ｒ端子で直流リアクトルＬ１に接続され、第２，５双方向スイッチの一端は、Ｓ端子で直流電圧入出力端子（Ｐ，Ｎ）の正極側（Ｐ）に接続され、第３，６双方向スイッチの一端は、Ｔ端子で直流電圧入出力端子（Ｐ，Ｎ）の負極側（Ｎ）に接続されている。また、第１乃至３双方向スイッチの他端は、交流電圧入出力端子（Ｕ,Ｖ）のＵ端子に接続され、第４乃至６双方向スイッチの他端は、交流電圧入出力端子（Ｕ,Ｖ）のＶ端子に接続されている。
【００２０】
直流リアクトルＬ１は、一端はコモンモードチョークＬ３の１つのコイルを介して直流電圧源１の正極側とＳ端子、他端はＲ端子で第１，４双方向スイッチの一端に接続されている。
マトリクスコンバータ回路３１は、制御部８からのゲート信号に基づきスイッチングし、入力側に接続された直流電圧源１と出力側に接続された商用電源９若しくは負荷１０との間で双方向に電気エネルギーをやりとり（電力変換）する。
【００２１】
双方向電力変換部３はこのように構成され、昇圧機能を持つ電力回生可能な電流形インバータと等価な動作をする。
【００２２】
出力フィルタ４は、第１フィルタであり、直列接続された複数のコンデンサＣ１と、コンデンサＣ２と、コンデンサＣ３と、２つのノーマルモード機器である単相交流リアクトルＬ２を備えている。なお、出力フィルタ４は、直列接続された複数のコンデンサＣ１の両端はそれぞれ、端子Ｕ，Ｖに接続され、コンデンサＣ３の両端はそれぞれ、スイッチ７の端子Ａ，Ｂに接続されている。
単相交流リアクトルＬ２の１つは、双方向電力変換部３のＵ端子とコンデンサＣ３の一端に、他の１つはＶ端子とコンデンサＣ３の他端に接続されている。換言すると、単相交流リアクトルＬ２の両端子を入出力端子とし、一端側にコンデンサＣ１とマトリクスコンバータ回路３１を並列接続した構成になっている。
【００２３】
ノーマルモード機器である２つの単相交流リアクトルＬ２をそれぞれＵ端子、Ｖ端子へ配置することにより、コモンモード経路に対しては、単相交流リアクトルＬ２のインダクタンスの半分のインダクタンスとして作用するため、コモンモードチョークＬ３のインダクタンスを小さくでき、伝導ノイズの低減効果も得ることができる。
直列接続された複数のコンデンサＣ１は、双方向電力変換部３の出力Ｕ、Ｖ端子間に並列に接続されている。コンデンサＣ１の接続点（中性点ｎ’）は、コンデンサＣ２を介してコンデンサＣ４の中性点ｎに接続されているので、コンデンサＣ１により双方向電力変換部３の平滑用コンデンサとしての作用と、伝導ノイズ及び高調波を低減させる効果を得ている。
【００２４】
直流電圧検出器５は、直流電圧源１の電圧を検出し、直流電圧信号Ｖdcとして制御部８へ出力する。
交流電圧検出器６は、コンデンサＣ３の両端の電圧を検出し、単相交流電圧信号Ｖuvとして制御部８へ出力する。
スイッチ７は、端子Ａ，Ｂ、Ｓ１乃至Ｓ４を備え、商用電源９と負荷１０を選択して接続し、その選択している状態情報を切替信号ＳＷ１（状態信号）として制御部８へ出力する機能を有する。スイッチ７は、商用電源９を選択する場合はＡ端子をＳ１、Ｂ端子をＳ３に、負荷１０を選択する場合はＡ端子をＳ２、Ｂ端子をＳ４に切替える。このスイッチ７への切替指令は、図示していない上位装置によって与えられる。
【００２５】
制御部８は、電圧指令信号Ｖref、直流電圧信号Ｖdc、単相交流電圧信号Ｖuv、切替信号ＳＷ１を用い、ＰＷＭ制御して、双方向電力変換部３へゲート信号を出力する。電圧指令信号Ｖrefは、切替信号ＳＷ１に連動して、図示していない上位装置によって直流電圧指令又は単相交流電圧指令が制御部８に与えられる。
このような構成で、上位装置からの指令により、スイッチ７が切替えられ、その状態情報が切替信号ＳＷ１として制御部８へ入力される。制御部８は、切替信号ＳＷ１によりスイッチ７の端子Ｓ１−Ｓ３間に接続された商用電源９が選択されていると判断すると、電圧指令信号Ｖrefと直流電圧信号Ｖdcが一致するように、直流電圧源１が充電される方向に電力変換制御し、スイッチ７の端子Ｓ２−Ｓ４間に接続された負荷１０が選択されていると判断すると、電圧指令信号Ｖrefと単相交流電圧信号Ｖuvが一致するように、直流電圧源１が放電される方向に電力変換制御する。
【００２６】
また、第１実施形態に係る双方向電力変換装置１００において、図１では直列接続された複数のコンデンサＣ４はコモンモードチョークＬ３の正極側に接続しているが、負極側に接続してもよいし、さらには、コモンモードチョークＬ３を除いた構成としてもよい。
この場合、直流電圧源１に形成される浮遊容量やコモンモード経路のインダクタンスによって共振周波数に影響があるが、伝導ノイズや高調波の低減に対して同様な効果がある。
【００２７】
以上説明したように、本実施形態に係る双方向電力変換装置１００の出力フィルタ４は、コンデンサＣ１を、平滑用と伝導ノイズ及び高調波の低減用の両方に兼用して使用することで部品の共有化を図るとともに、中性点ｎとｎ’をコンデンサＣ２を介して接続することにより、伝導ノイズをバイパスする経路のインピーダンスを小さくしている。
このようにして出力フィルタ４は、電気エネルギーが商用電源９から直流電圧源１へ移動する充電の際には商用電源９側へ流出する伝導ノイズ及び高調波を低減させ、電気エネルギーが直流電圧源１から負荷１０へ移動する放電の際には負荷１０への伝導ノイズを低減させることができる。
【００２８】
＜第２実施形態＞
以上、本発明の第１実施形態に係る双方向電力変換装置１００について説明した。次に、図２を参照しつつ、本発明の第２実施形態に係る双方向電力変換装置２００について説明する。
【００２９】
この第２実施形態に係る双方向電力変換装置２００は、双方向電力変換部３の代わりに双方向電力変換部３’を有する点で、第１実施形態に係る双方向電力変換装置１００と異なり、他は同様に構成される。従って、以下では、説明の便宜上、重複説明を適宜省略し、第１実施形態と異なる点を中心に説明することとする。
【００３０】
双方向電力変換部３’は、マトリクスコンバータ回路３２と、直流リアクトルＬ１を有し、入力側にＰ，Ｎ端子、出力側にＵ，Ｖ端子を備える。さらに、マトリクスコンバータ回路３２は入力側にＲ，Ｓ端子を備え、Ｐ端子とＲ端子は直流リアクトルＬ１を介し接続され、Ｎ端子とＳ端子は直接接続されている。
マトリクスコンバータ回路３２は、半導体スイッチング素子であるＩＧＢＴ（Ｓ１乃至Ｓ８）とダイオード（Ｄ１乃至Ｄ８）を備え、片方向スイッチとして作用する各ＩＧＢＴを２つ逆並列に接続して４つの双方向スイッチ（以下、４つのそれぞれを第１乃至４の双方向スイッチとも言う）として作用させていて、第１，３双方向スイッチの一端は、Ｒ端子で直流リアクトルＬ１に接続され、第２，４双方向スイッチの一端は、Ｓ端子で直流電圧入出力端子（Ｐ，Ｎ）の負極側（Ｎ）に接続されている。また、第１，２双方向スイッチの他端は、交流電圧入出力端子（Ｕ,Ｖ）のＵ端子に接続され、第３，４双方向スイッチの他端は、交流電圧入出力端子（Ｕ,Ｖ）のＶ端子に接続されている。
【００３１】
直流リアクトルＬ１は、一端はコモンモードチョークＬ３の１つのコイルを介して直流電圧源１の正極側とＳ端子、他端はＲ端子で第１，３双方向スイッチの一端に接続されている。
マトリクスコンバータ回路３２は、制御部８からのゲート信号に基づきスイッチングし、入力側に接続された直流電圧源１と出力側に接続された商用電源９若しくは負荷１０との間で双方向に電気エネルギーをやりとり（電力変換）する。
【００３２】
本実施形態に係る双方向電力変換装置２００は上述の点で異なるものの、第１実施形態に係る双方向電力変換装置１００と同様に昇圧機能を持つ電力回生可能な電流形インバータと等価に動作し同様の効果を奏する。
【００３３】
＜第３実施形態＞
次に、図３を参照しつつ、本発明の第３実施形態に係る双方向電力変換装置３００について説明する。
【００３４】
この第３実施形態に係る双方向電力変換装置３００は、双方向電力変換部３の代わりに双方向電力変換部３’’を有する点で、第１実施形態に係る双方向電力変換装置１００と異なり、これに伴い、スイッチ１１（第２スイッチ）を追加で備える構成となっているが、他は同様に構成される。従って、以下では、説明の便宜上、重複説明を適宜省略し、第１実施形態と異なる点を中心に説明することとする。
【００３５】
双方向電力変換部３’’は、マトリクスコンバータ回路３３と、直流リアクトルＬ１を有し、入力側にＰ，Ｎ端子、出力側にＵ，Ｖ端子を備える。さらに、マトリクスコンバータ回路３３は入力側にＲ，Ｓ端子を備え、Ｐ端子とＲ端子は直流リアクトルＬ１を介し接続され、Ｎ端子とＳ端子は直接接続されている。
マトリクスコンバータ回路３３はＩＧＢＴ（Ｓ１乃至Ｓ４）とダイオード（Ｄ１乃至Ｄ４）を備えた４つの片方向スイッチ（以下、４つのそれぞれを第１乃至４の片方向スイッチとも言う）をブリッジ接続して構成されていて、第１，３片方向スイッチの一端は、Ｒ端子で直流リアクトルＬ１に接続され、第２，４片方向スイッチの一端は、Ｓ端子で直流電圧入出力端子（Ｐ，Ｎ）の負極側（Ｎ）に接続されている。また、第１，２片方向スイッチの他端は、交流電圧入出力端子（Ｕ,Ｖ）のＵ端子に接続され、第３，４片方向スイッチの他端は、交流電圧入出力端子（Ｕ,Ｖ）のＶ端子に接続されている。
【００３６】
直流リアクトルＬ１は、一端はＰ端子でコモンモードチョークＬ３の１つのコイルに、他端はＲ端子で第１，３片方向スイッチの一端に接続されている。
【００３７】
スイッチ１１は、端子Ａ，Ｂ、Ｓ１乃至Ｓ４を備え、直流電圧源１と入力フィルタ２の間に設けられ、直流電圧源１を逆極性にして入力フィルタ２に極性選択して接続し、その極性選択している状態情報を切替信号ＳＷ２（状態信号）として制御部８へ出力する機能を有する。  スイッチ１１は、端子Ａを直流電圧源１の正極側に、端子Ｂを負極側に接続されていて、直流電圧源１を正極性で入力フィルタ２へ接続する場合はＡ端子をＳ１、Ｂ端子をＳ３に、逆極性で接続する場合はＡ端子をＳ２、Ｂ端子をＳ４に切替える。このスイッチ１１への切替指令は、図示していない上位装置によって与えられる。
【００３８】
制御部８は、電圧指令信号Ｖref、直流電圧信号Ｖdc、単相交流電圧信号Ｖuv、切替信号ＳＷ１及びＳＷ２を用い、ＰＷＭ制御して、双方向電力変換部３’’へゲート信号を出力する。電圧指令信号Ｖrefは、切替信号ＳＷ１及びＳＷ２に連動して、図示していない上位装置によって直流電圧指令又は単相交流電圧指令が制御部８に与えられる。
【００３９】
次に、制御部８で行われるゲート信号の演算について簡単に説明する。
制御部８は、切替信号ＳＷ１及びＳＷ２、及び単相交流電圧信号Ｖuvにより、負荷１０、直流電圧源１は正極性に接続され、（Ｕ端子の電位ＶU≧Ｖ端子の電位ＶV）と判断される場合、下記の動作により、直流電圧源１の電気エネルギーを負荷１０へ供給する。
つまり、制御部８は、第１，２片方向スイッチをオンとし、直流電圧源１の正極側→直流リアクトルＬ１→ダイオード（Ｄ１）→ＩＧＢＴ（Ｓ１）→ダイオード（Ｄ２）→ＩＧＢＴ（Ｓ２）→直流電圧源１の負極側という経路で電流を流し、直流リアクトルＬ１にエネルギーを蓄積させる。
【００４０】
次に、制御部８は、第４片方向スイッチをオンとする。ここではダイオード（Ｄ４）は逆バイアス状態であるため導通せず電流経路も変わらない。
次に、制御部８は、第２片方向スイッチをオフしてダイオード（Ｄ４）をオンとし、直流リアクトルＬ１を電流源として、直流電圧源１の正極側→直流リアクトルＬ１→ダイオード（Ｄ１）→ＩＧＢＴ（Ｓ１）→コンデンサＣ１及び負荷１０→ダイオード（Ｄ４）→ＩＧＢＴ（Ｓ４）→直流電圧源１の負極側の経路で電流を流し、直流リアクトルＬ１の電気エネルギーはコンデンサＣ１及び負荷１０に放出される。
このようにして、直流電圧源１の電気エネルギーは負荷１０へ供給される。
【００４１】
（Ｕ端子の電位ＶU＜Ｖ端子の電位ＶV）の場合は、第３，４片方向スイッチをオン、次に、第２片方向スイッチをオン、次に、第４片方向スイッチをオフとし、直流電圧源１の電気エネルギーを負荷１０へ供給する。
【００４２】
また、制御部８は、切替信号ＳＷ１及びＳＷ２、及び単相交流電圧信号Ｖuvにより、商用電源９、直流電圧源１は逆極性に接続され、（Ｕ端子の電位ＶU≧Ｖ端子の電位ＶV）と判断される場合、第２，３片方向スイッチをオン、次に、第１片方向スイッチをオン、次に、第３片方向スイッチをオフとし、商用電源９の電気エネルギーを直流電圧源１へ供給する。
【００４３】
さらに、（Ｕ端子の電位ＶU＜Ｖ端子の電位ＶV）の場合、第１，４片方向スイッチをオン、次に、第３片方向スイッチをオン、次に、第１片方向スイッチをオフとし、商用電源９の電気エネルギーを直流電圧源１へ供給する。
【００４４】
従って、双方向電力変換部３’’は、ブリッジ接続して構成された４つの片方向スイッチを備えたものであっても、制御部８をスイッチ７、スイッチ１１と同期を取って制御することで直流電圧源１の電圧を昇圧して電力変換した単相交流電圧を負荷１０に、あるいは、商用電源９の電圧を降圧して電力変換した直流電圧を直流電圧源１へと、双方向に電気エネルギーを制御することができる。
【００４５】
本実施形態に係る双方向電力変換装置３００は、上述の点で異なるものの、第１実施形態に係る双方向電力変換装置１００と同様に昇圧機能を持つ電力回生可能な電流形インバータと等価に動作し同様の効果を奏する。
【００４６】
以上、本発明の実施形態について説明した。ただし、いわゆる当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、上記実施形態から適宜変更が可能であり、また、上記実施形態と変更例による手法を適宜組み合わせて利用することも可能である。すなわち、このような変更等が施された技術であっても、本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでもない。
【００４７】
例えば、片方向スイッチ素子としてＩＧＢＴとダイオードを直列接続したものを用いて説明したが、片方向スイッチ素子として逆導通阻止形のＩＧＢＴ（ＲＢ-ＩＧＢＴ:Reverse Blocking-Insulated Gate
Bipolar Transistor）を用いダイオードを省略しても良い。なお、ＲＢ-ＩＧＢＴを双方向性スイッチに適用すると、ＩＧＢＴでは必要とした逆耐圧保護用のダイオードを用いずに双方向のモジュールを構成できる。
【符号の説明】
【００４８】
１  直流電圧源
２  入力フィルタ（第２フィルタ）
３，３’，３’’  双方向電力変換部
４  出力フィルタ（第１フィルタ）
５  直流電圧検出器
６  交流電圧検出器
７，１１  スイッチ
８  制御部
９  商用電源
１０  負荷
３１，３２，３３  マトリクスコンバータ回路
１００，２００，３００  双方向電力変換装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
2012063573.tif 000006
2012063573.tif 000007