(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に接続された第１コンデンサおよび第２コンデンサを有し、直流電源と並列に接続されるとともに、前記第１コンデンサと前記第２コンデンサとの第１接続点の電位が中性電位を示すコンデンサ群と、
直列に接続された第１スイッチおよび第２スイッチを有し、前記コンデンサ群と並列に接続された第１スイッチ群と、
前記第１スイッチと前記第２スイッチとの第２接続点に一端が接続された第３コンデンサと、
前記第３コンデンサに接続され、前記第１コンデンサおよび前記第２コンデンサに充電された直流電圧を、前記第１スイッチ群とともにチョッピングすることにより、正弦波電圧を出力する正弦波電圧生成手段と
を備え、
正弦波電圧生成手段は、
直列に接続された第３スイッチおよび第４スイッチを有し、前記第３コンデンサと並列に接続された第２スイッチ群と、
直列に接続された第５スイッチおよび第６スイッチを有し、前記第３スイッチと前記第４スイッチとの第３接続点に前記第５スイッチと前記第６スイッチとの第４接続点が接続された第３スイッチ群と、
前記第３スイッチ群と並列に接続された第４コンデンサと、
直列に接続された第７スイッチおよび第８スイッチを有し、前記第４コンデンサと並列に接続された第４スイッチ群と、
前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、前記第３スイッチ、前記第４スイッチ、前記第５スイッチ、前記第６スイッチ、前記第７スイッチ、および前記第８スイッチをオンオフ制御することで、前記直流電源からの直流電圧を交流電圧に変換して、前記第７スイッチと前記第８スイッチとの第５接続点から前記交流電圧を出力させるスイッチ制御部と、
前記交流電圧のパルス波形を平滑化する平滑回路と
を有し、
前記スイッチ制御部は、
前記第１スイッチをオン、前記第２スイッチをオフ、前記第３スイッチをオフ、前記第４スイッチをオン、前記第５スイッチをオフ、および前記第６スイッチをオンした状態で、前記第７スイッチおよび前記第８スイッチを交互にオンオフさせた後、前記第１スイッチをオン、前記第２スイッチをオフ、前記第３スイッチをオン、前記第４スイッチをオフ、前記第５スイッチをオン、および前記第６スイッチをオフした状態で、前記第７スイッチおよび前記第８スイッチを交互にオンオフさせる、インバータ装置。
【請求項２】
前記スイッチ制御部は、
前記第１スイッチをオン、前記第２スイッチをオフ、前記第３スイッチをオン、前記第４スイッチをオフ、前記第５スイッチをオン、および前記第６スイッチをオフした状態で、前記第７スイッチおよび前記第８スイッチを交互にオンオフさせた後、前記第１スイッチをオン、前記第２スイッチをオフ、前記第３スイッチをオン、前記第４スイッチをオフ、前記第５スイッチをオフ、および前記第６スイッチをオンした状態で、前記第７スイッチおよび前記第８スイッチを交互にオンオフさせる請求項１に記載のインバータ装置。
【請求項３】
前記スイッチ制御部は、
前記第１スイッチをオン、前記第２スイッチをオフ、前記第３スイッチをオン、前記第４スイッチをオフ、前記第５スイッチをオフ、および前記第６スイッチをオンした状態で、前記第７スイッチおよび前記第８スイッチを交互にオンオフさせた後、前記第１スイッチをオン、前記第２スイッチをオフ、前記第３スイッチをオン、前記第４スイッチをオフ、前記第５スイッチをオン、および前記第６スイッチをオフした状態で、前記第７スイッチおよび前記第８スイッチを交互にオンオフさせる請求項２に記載のインバータ装置。
【請求項４】
前記スイッチ制御部は、
前記第１スイッチをオン、前記第２スイッチをオフ、前記第３スイッチをオン、前記第４スイッチをオフ、前記第５スイッチをオン、および前記第６スイッチをオフした状態で、前記第７スイッチおよび前記第８スイッチを交互にオンオフさせた後、前記第１スイッチをオン、前記第２スイッチをオフ、前記第３スイッチをオフ、前記第４スイッチをオン、前記第５スイッチをオフ、および前記第６スイッチをオンした状態で、前記第７スイッチおよび前記第８スイッチを交互にオンオフさせる請求項３に記載のインバータ装置。
【請求項５】
前記スイッチ制御部は、
前記第１スイッチをオン、前記第２スイッチをオフ、前記第３スイッチをオフ、前記第４スイッチをオン、前記第５スイッチをオフ、および前記第６スイッチをオンした状態で、前記第７スイッチおよび前記第８スイッチを交互にオンオフさせた後、前記第１スイッチをオン、前記第２スイッチをオフ、前記第３スイッチをオフ、前記第４スイッチをオン、前記第５スイッチをオン、前記第６スイッチをオフした状態で、前記第７スイッチおよび前記第８スイッチを交互にオンオフさせる請求項４に記載のインバータ装置。
【請求項６】
前記スイッチ制御部は、
前記第１スイッチをオン、前記第２スイッチをオフ、前記第３スイッチをオフ、前記第４スイッチをオン、前記第５スイッチをオン、前記第６スイッチをオフした状態で、前記第７スイッチおよび前記第８スイッチを交互にオンオフさせた後、前記第１スイッチをオフ、前記第２スイッチをオン、前記第３スイッチをオン、前記第４スイッチをオフ、前記第５スイッチをオフ、および前記第６スイッチをオンした状態で、前記第７スイッチおよび前記第８スイッチを交互にオンオフさせる請求項５に記載のインバータ装置。
【請求項７】
前記スイッチ制御部は、
前記第１スイッチをオフ、前記第２スイッチをオン、前記第３スイッチをオン、前記第４スイッチをオフ、前記第５スイッチをオフ、および前記第６スイッチをオンした状態で、前記第７スイッチおよび前記第８スイッチを交互にオンオフさせた後、前記第１スイッチをオフ、前記第２スイッチをオン、前記第３スイッチをオン、前記第４スイッチをオフ、前記第５スイッチをオン、および前記第６スイッチをオフした状態で、前記第７スイッチおよび前記第８スイッチを交互にオンオフさせる請求項６に記載のインバータ装置。
【請求項８】
前記スイッチ制御部は、
前記第１スイッチをオフ、前記第２スイッチをオン、前記第３スイッチをオン、前記第４スイッチをオフ、前記第５スイッチをオン、および前記第６スイッチをオフした状態で、前記第７スイッチおよび前記第８スイッチを交互にオンオフさせた後、前記第１スイッチをオフ、前記第２スイッチをオン、前記第３スイッチをオン、前記第４スイッチをオフ、前記第５スイッチをオフ、および前記第６スイッチをオンした状態で、前記第７スイッチおよび前記第８スイッチを交互にオンオフさせる請求項７に記載のインバータ装置。
【請求項９】
前記スイッチ制御部は、
前記第１スイッチをオフ、前記第２スイッチをオン、前記第３スイッチをオン、前記第４スイッチをオフ、前記第５スイッチをオフ、および前記第６スイッチをオンした状態で、前記第７スイッチおよび前記第８スイッチを交互にオンオフさせた後、前記第１スイッチをオン、前記第２スイッチをオフ、前記第３スイッチをオフ、前記第４スイッチをオン、前記第５スイッチをオン、および前記第６スイッチをオフした状態で、前記第７スイッチおよび前記第８スイッチを交互にオンオフさせる請求項８に記載のインバータ装置。
【請求項１０】
前記直流電源の電圧を測定する第１電圧測定部と、
系統電源の交流電圧を測定する第２電圧測定部とをさらに備え、
前記スイッチ制御部は、
前記直流電源の前記電圧および前記系統電源の前記交流電圧に基づいて、前記第２スイッチおよび前記第３スイッチがオンする期間を決定する請求項１から請求項９のいずれか１つに記載のインバータ装置。
【請求項１１】
前記第３コンデンサの電圧を測定する第３電圧測定部をさらに備え、
前記スイッチ制御部は、
前記第３スイッチをオフからオン、前記第４スイッチをオンからオフさせてから、前記第３スイッチをオンからオフ、前記第４スイッチをオフからオンさせるまでの期間を前記第３コンデンサの前記電圧に基づいて決定する請求項１０に記載のインバータ装置。
【請求項１２】
前記第４コンデンサの電圧を測定する第４電圧測定部をさらに備え、
前記スイッチ制御部は、
前記第１スイッチおよび前記第４スイッチをオンからオフ、前記第２スイッチおよび前記第３スイッチをオフからオンさせてから、前記第１スイッチおよび前記第４スイッチをオフからオン、前記第２スイッチおよび前記第３スイッチをオンからオフさせるまでの期間を前記第４コンデンサの前記電圧に基づいて決定する請求項１１に記載のインバータ装置。
【請求項１３】
前記第１接続点は、基準電位である請求項１から請求項１２のいずれか１つに記載のインバータ装置。
【請求項１４】
請求項１から請求項１３のいずれか１つに記載のインバータ装置である第１インバータ装置と、
前記第１コンデンサの正側と前記第２コンデンサの負側に対して並列に接続され、前記第１コンデンサおよび前記第２コンデンサに充電された直流電圧をチョッピングすることにより正弦波電圧を出力する第２インバータ装置および第３インバータ装置とを備え、
前記第１インバータ装置、前記第２インバータ装置および前記第３インバータ装置のそれぞれの出力をスター結線により接続して、三相交流を出力するインバータシステム。
【請求項１５】
請求項１から請求項１３のいずれか１つに記載のインバータ装置である第１インバータ装置と、
前記第１コンデンサの正側と前記第２コンデンサの負側に対して並列に接続され、前記第１コンデンサおよび前記第２コンデンサに充電された直流電圧をチョッピングすることにより正弦波電圧を出力する第２インバータ装置とを備え、
前記第１インバータ装置および前記第２インバータ装置のそれぞれの出力をＶ結線により接続し、前記Ｖ結線の接続点と前記第１インバータ装置の前記第１接続点とを接続し、かつ前記Ｖ結線の接続点を基準電位とすることで、三相交流を出力するインバータシステム。
【請求項１６】
太陽電池と、
前記太陽電池からの直流電圧を交流電圧に変換する請求項１から請求項１３のいずれか１つに記載のインバータ装置と
を備える太陽光発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータ装置、インバータシステムおよび太陽光発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
パワーコンディショナは、インバータ回路を構成する複数のスイッチをオンオフすることで、太陽電池からの直流電力を交流電力に変換する装置である。特許文献１および特許文献２には、インバータ回路のスイッチによるスイッチング損失を低減することで、直流電力から交流電力への変換の効率を向上させるパワーコンディショナが提案されている。
特許文献１  特開２０１０−２２０３２０号公報
特許文献２  特開２０１０−２２０３２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このようなパワーコンディショナにおいて、インバータ回路を構成するスイッチのスイッチング動作により発生するリプル電流が大きくなり、インバータ回路を構成するコンデンサにおける電気エネルギー損失が大きくなることがある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一態様に係るインバータ装置は、直列に接続された第１コンデンサおよび第２コンデンサを有し、直流電源と並列に接続されるとともに、第１コンデンサと第２コンデンサとの第１接続点の電位が中性電位を示すコンデンサ群と、直列に接続された第１スイッチおよび第２スイッチを有し、コンデンサ群と並列に接続された第１スイッチ群と、第１スイッチと第２スイッチとの第２接続点に一端が接続された第３コンデンサと、第３コンデンサに接続され、第１コンデンサおよび第２コンデンサに充電された直流電圧を、第１スイッチ群とともにチョッピングすることにより、正弦波電圧を出力する正弦波電圧生成手段とを備える。
【０００５】
正弦波電圧生成手段は、直列に接続された第３スイッチおよび第４スイッチを有し、第３コンデンサと並列に接続された第２スイッチ群と、直列に接続された第５スイッチおよび第６スイッチを有し、第３スイッチと第４スイッチとの第３接続点に第５スイッチと第６スイッチとの第４接続点が接続された第３スイッチ群と、第３スイッチ群と並列に接続された第４コンデンサと、直列に接続された第７スイッチおよび第８スイッチを有し、第４コンデンサと並列に接続された第４スイッチ群と、第１スイッチ、第２スイッチ、第３スイッチ、第４スイッチ、第５スイッチ、第６スイッチ、第７スイッチ、および第８スイッチをオンオフ制御することで、直流電源からの直流電圧を交流電圧に変換して、第７スイッチと第８スイッチとの第５接続点から交流電圧を出力させるスイッチ制御部と、交流電圧のパルス波形を平滑化する平滑回路とを備える。
【０００６】
上記インバータ装置において、スイッチ制御部は、第１スイッチをオン、第２スイッチをオフ、第３スイッチをオフ、第４スイッチをオン、第５スイッチをオフ、および第６スイッチをオンした状態で、第７スイッチおよび第８スイッチを交互にオンオフさせた後、第１スイッチをオン、第２スイッチをオフ、第３スイッチをオン、第４スイッチをオフ、第５スイッチをオン、および第６スイッチをオフした状態で、第７スイッチおよび第８スイッチを交互にオンオフさせてもよい。
【０００７】
上記インバータ装置において、スイッチ制御部は、第１スイッチをオン、第２スイッチをオフ、第３スイッチをオン、第４スイッチをオフ、第５スイッチをオン、および第６スイッチをオフした状態で、第７スイッチおよび第８スイッチを交互にオンオフさせた後、第１スイッチをオン、第２スイッチをオフ、第３スイッチをオン、第４スイッチをオフ、第５スイッチをオフ、および第６スイッチをオンした状態で、第７スイッチおよび第８スイッチを交互にオンオフさせてもよい。
【０００８】
上記インバータ装置において、スイッチ制御部は、第１スイッチをオン、第２スイッチをオフ、第３スイッチをオン、第４スイッチをオフ、第５スイッチをオフ、および第６スイッチをオンした状態で、第７スイッチおよび第８スイッチを交互にオンオフさせた後、第１スイッチをオン、第２スイッチをオフ、第３スイッチをオン、第４スイッチをオフ、第５スイッチをオン、および第６スイッチをオフした状態で、第７スイッチおよび第８スイッチを交互にオンオフさせてもよい。
【０００９】
上記インバータ装置において、スイッチ制御部は、第１スイッチをオン、第２スイッチをオフ、第３スイッチをオン、第４スイッチをオフ、第５スイッチをオン、および第６スイッチをオフした状態で、第７スイッチおよび第８スイッチを交互にオンオフさせた後、第１スイッチをオン、第２スイッチをオフ、第３スイッチをオフ、第４スイッチをオン、第５スイッチをオフ、および第６スイッチをオンした状態で、第７スイッチおよび第８スイッチを交互にオンオフさせてもよい。
【００１０】
上記インバータ装置において、スイッチ制御部は、第１スイッチをオン、第２スイッチをオフ、第３スイッチをオフ、第４スイッチをオン、第５スイッチをオフ、および第６スイッチをオンした状態で、第７スイッチおよび第８スイッチを交互にオンオフさせた後、第１スイッチをオン、第２スイッチをオフ、第３スイッチをオフ、第４スイッチをオン、第５スイッチをオン、第６スイッチをオフした状態で、第７スイッチおよび第８スイッチを交互にオンオフさせてもよい。
【００１１】
上記インバータ装置において、スイッチ制御部は、第１スイッチをオン、第２スイッチをオフ、第３スイッチをオフ、第４スイッチをオン、第５スイッチをオン、第６スイッチをオフした状態で、第７スイッチおよび第８スイッチを交互にオンオフさせた後、第１スイッチをオフ、第２スイッチをオン、第３スイッチをオン、第４スイッチをオフ、第５スイッチをオフ、および第６スイッチをオンした状態で、第７スイッチおよび第８スイッチを交互にオンオフさせてもよい。
【００１２】
上記インバータ装置において、スイッチ制御部は、第１スイッチをオフ、第２スイッチをオン、第３スイッチをオン、第４スイッチをオフ、第５スイッチをオフ、および第６スイッチをオンした状態で、第７スイッチおよび第８スイッチを交互にオンオフさせた後、第１スイッチをオフ、第２スイッチをオン、第３スイッチをオン、第４スイッチをオフ、第５スイッチをオン、および第６スイッチをオフした状態で、第７スイッチおよび第８スイッチを交互にオンオフさせてもよい。
【００１３】
上記インバータ装置において、スイッチ制御部は、第１スイッチをオフ、第２スイッチをオン、第３スイッチをオン、第４スイッチをオフ、第５スイッチをオン、および第６スイッチをオフした状態で、第７スイッチおよび第８スイッチを交互にオンオフさせた後、第１スイッチをオフ、第２スイッチをオン、第３スイッチをオン、第４スイッチをオフ、第５スイッチをオフ、および第６スイッチをオンした状態で、第７スイッチおよび第８スイッチを交互にオンオフさせてもよい。
【００１４】
上記インバータ装置において、スイッチ制御部は、第１スイッチをオフ、第２スイッチをオン、第３スイッチをオン、第４スイッチをオフ、第５スイッチをオフ、および第６スイッチをオンした状態で、第７スイッチおよび第８スイッチを交互にオンオフさせた後、第１スイッチをオン、第２スイッチをオフ、第３スイッチをオフ、第４スイッチをオン、第５スイッチをオン、および第６スイッチをオフした状態で、第７スイッチおよび第８スイッチを交互にオンオフさせてもよい。
【００１５】
上記インバータ装置は、直流電源の電圧を測定する電圧測定部と、系統電源の交流電圧を測定する第２電圧測定部とをさらに備え、スイッチ制御部は、直流電源の前記電圧および系統電源の交流電圧に基づいて、第２スイッチおよび第３スイッチがオンする期間を決定してもよい。
【００１６】
上記インバータ装置において、第３コンデンサの電圧を測定する第３電圧測定部をさらに備え、スイッチ制御部は、第３スイッチをオフからオン、第４スイッチをオンからオフさせてから、第３スイッチをオンからオフ、第４スイッチをオフからオンさせるまでの期間を第３コンデンサの電圧に基づいて決定してもよい。
【００１７】
上記インバータ装置において、第４コンデンサの電圧を測定する第４電圧測定部をさらに備え、スイッチ制御部は、第１スイッチおよび第４スイッチをオンからオフ、第２スイッチおよび第３スイッチをオフからオンさせてから、第１スイッチおよび第４スイッチをオフからオン、第２スイッチおよび第３スイッチをオンからオフさせるまでの期間を第４コンデンサの電圧に基づいて決定してもよい。
【００１８】
上記インバータ装置において、前記第１接続点は、基準電位でもよい。
【００１９】
本発明の一態様に係るインバータシステムは、上記インバータ装置である第１インバータ装置と、第１コンデンサの正側と第２コンデンサの負側に対して並列に接続され、第１コンデンサおよび第２コンデンサに充電された直流電圧をチョッピングすることにより正弦波電圧を出力する第２インバータ装置および第３インバータ装置とを備え、第１インバータ装置、第２インバータ装置および第３インバータ装置のそれぞれの出力をスター結線により接続して、三相交流を出力する。
【００２０】
本発明の一態様に係るインバータシステムは、上記インバータ装置である第１インバータ装置と、第１コンデンサの正側と第２コンデンサの負側に対して並列に接続され、第１コンデンサおよび第２コンデンサに充電された直流電圧をチョッピングすることにより正弦波電圧を出力する第２インバータ装置とを備え、第１インバータ装置および第２インバータ装置のそれぞれの出力をＶ結線により接続し、Ｖ結線の接続点と第１インバータ装置の第１接続点とを接続し、かつＶ結線の接続点を基準電位とすることで、三相交流を出力する。
【００２１】
本発明の一態様に係る太陽光発電システムは、太陽電池と、太陽電池からの直流電圧を交流電圧に変換する上記のインバータ装置とを備える。
【００２２】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本実施形態に係るパワーコンディショナの回路構成を示す図である。
【図２】各スイッチのオンオフの状態を示すタイムチャートおよびパワーコンディショナを構成する回路上の電圧の変化の様子を示す図である。
【図３】各期間における各スイッチのオンオフの条件および各期間における第５接続点の電圧を示す図である。
【図４】直流電源の電圧と第３コンデンサに入力される電流実効値との関係を示す図である。
【図５】本実施形態に係るパワーコンディショナを、三相４線式の電源に適用した場合のインバータシステムの一例を示す。
【図６】本実施形態に係るパワーコンディショナを、三相３線式の電源に適用した場合のインバータシステムの一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００２５】
図１は、本実施形態に係るパワーコンディショナ１００の回路構成を示す図である。パワーコンディショナ１００は、例えば、太陽光発電システムに用いられる。パワーコンディショナ１００は、インバータ装置の一例である。パワーコンディショナ１００は、直流電源１１０と系統電源１２０とに接続される。直流電源１１０は、例えば、太陽電池である。パワーコンディショナ１００は、直流電源１１０からの直流電圧を交流電圧に変換し、系統電源１２０と連系運転する。なお、本実施形態では、パワーコンディショナ１００を単相２線式の電源に適用して説明する。しかし、パワーコンディショナ１００は、単相３線式、三相３線式、あるいは三相４線式の電源にも適用できる。
【００２６】
パワーコンディショナ１００は、コンデンサ群１０、第１スイッチ群２０、第３コンデンサ３０、第２スイッチ群４０、第３スイッチ群５０、第４コンデンサ６０、第４スイッチ群７０、および平滑回路８０を備える。コンデンサ群１０は、直列に接続された第１コンデンサ１２および第２コンデンサ１４を有する。コンデンサ群１０は、直流電源１１０と並列に接続され、直流電源１１０からの直流電圧を平滑化する。第１コンデンサ１２の一端は、直流電源１１０の正極に接続され、第１コンデンサ１２の他端は、第２コンデンサ１４の一端に接続されている。第２コンデンサ１４の他端は、直流電源１１０の負極に接続されている。さらに、第１コンデンサ１２と第２コンデンサ１４との第１接続点１６の電位は、中性電位を示す。第１コンデンサ１２と第２コンデンサ１４との第１接続点１６は、基準電位であるグランドに接続されている。なお、コンデンサ群１０は、３つ以上のコンデンサを直列に接続することで構成してもよい。この場合、コンデンサ群１０は、パワーコンディショナ１００に入力される電圧の中間電位を示す接続点を有し、その接続点にグランドが接続されることが好ましい。なお、第２スイッチ群４０、第３スイッチ群５０、第４コンデンサ６０、第４スイッチ群７０、および平滑回路８０を含む回路が第１コンデンサ１２および第２コンデンサ１４に充電された直流電圧を、第１スイッチ群２０とともにチョッピングすることにより、正弦波電圧を出力する正弦波電圧生成手段の一例である。また、第１スイッチ群２０、第３コンデンサ３０、第２スイッチ群４０、第３スイッチ群５０、第４コンデンサ６０、第４スイッチ群７０、および平滑回路８０を含むインバータ回路３００は、第１コンデンサおよび第２コンデンサに充電された直流電圧をチョッピングすることにより正弦波電圧を出力するインバータ装置の一例である。
【００２７】
本実施形態にかかるパワーコンディショナ１００は、第１接続点１６がグランドに接続されている点で、直流電源１１０の負極に接続されているコンデンサの一端がグランドに接続されている特許文献１および特許文献２に記載のパワーコンディショナと異なる。また、第１スイッチ群２０および第２スイッチ群４０のスイッチ条件が、特許文献１および特許文献２に記載のパワーコンディショナと異なる。これにより、本実施形態によれば、第３コンデンサ３０に入力されるリプル電流を、特許文献１および特許文献２に記載のパワーコンディショナに比べて少なくできる。よって、例えば特許文献１および特許文献２に記載のパワーコンディショナに比べて、第３コンデンサ３０の容量を小さくできる。これにより、パワーコンディショナ１００の小型化または低コスト化を図ることができる。さらに、第３コンデンサ３０における電気エネルギー損失を抑制できるので、第３コンデンサ３０における発熱を抑えることができる。なお、本実施形態は、パワーコンディショナ１００が単相２線式の電源に接続される例なので、第１接続点１６が基準電位であるグランドに接続されている。しかし、パワーコンディショナ１００が三相３線式、あるいは三相４線式の電源に接続される場合には、第１接続点１６が基準電位であるグランドに接続されなくてもよい。
【００２８】
第１スイッチ群２０は、直列に接続された第１スイッチ２２および第２スイッチ２４を有する。第１スイッチ群２０は、コンデンサ群１０と並列に接続されている。第１スイッチ２２および第２スイッチ２４は、例えば、ＭＯＳ型電界効果トランジスタ、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）などのスイッチ素子を含む。また、第１スイッチ２２および第２スイッチ２４は、スイッチ素子に対して逆並列に接続されているダイオードを含む。第１スイッチ２２の一端は、第１コンデンサ１２の一端に接続され、第１スイッチ２２の他端は、第２スイッチ２４の一端に接続されている。第２スイッチ２４の他端は、第２コンデンサ１４の他端に接続されている。
【００２９】
第３コンデンサ３０は、第１スイッチ２２と第２スイッチ２４との第２接続点２６に一端が接続されている。第２スイッチ群４０は、直列に接続された第３スイッチ４２および第４スイッチ４４を有する。第２スイッチ群４０は、第３コンデンサ３０と並列に接続されている。第３スイッチ４２および第４スイッチ４４は、例えば、ＭＯＳ型電界効果トランジスタ、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）などのスイッチ素子を含む。また、第３スイッチ４２および第４スイッチ４４は、スイッチ素子に対して逆並列に接続されているダイオードを含む。
【００３０】
第３スイッチ群５０は、第５スイッチ５２および第６スイッチ５４を有する。第５スイッチ５２と第６スイッチ５４との第４接続点５６は、第３スイッチ４２と第４スイッチ４４との第３接続点４６に接続されている。第５スイッチ５２および第６スイッチ５４は、例えば、ＭＯＳ型電界効果トランジスタ、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）などのスイッチ素子を含む。また、第５スイッチ５２および第６スイッチ５４は、スイッチ素子に対して逆並列に接続されているダイオードを含む。
【００３１】
第４コンデンサ６０は、第３スイッチ群５０と並列に接続されている。また、第４スイッチ群７０は、第４コンデンサ６０と並列に接続されている。第４スイッチ群７０は、直列に接続された第７スイッチ７２および第８スイッチ７４を有する。第７スイッチ７２および第８スイッチ７４は、例えば、ＭＯＳ型電界効果トランジスタ、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）などのスイッチ素子を含む。また、第７スイッチ７２および第８スイッチ７４は、スイッチ素子に対して逆並列に接続されているダイオードを含む。
【００３２】
スイッチ制御部９０は、第１スイッチ２２、第２スイッチ２４、第３スイッチ４２、第４スイッチ４４、第５スイッチ５２、第６スイッチ５４、第７スイッチ７２、および第８スイッチ７４をオンオフ制御することで、直流電源１１０からの直流電圧を交流電圧に変換して、第７スイッチ７２と第８スイッチ７４との第５接続点７６から交流電圧を出力させる。平滑回路８０は、コイル８２および第５コンデンサ８４を備える。コイル８２の一端は第５接続点７６に接続され、コイル８２の他端は、第５コンデンサ８４の一端に接続されている。第５コンデンサ８４の一端は、系統電源１２０の正極に接続されている。第５コンデンサ８４の他端は、グランドに接続されている。
【００３３】
第１電圧センサ３２は、パワーコンディショナ１００に入力される入力電圧、つまり直流電源１１０の電圧Ｖｄ１を測定している。第２電圧センサ３４は、パワーコンディショナ１００から出力される交流電圧を測定している。第３電圧センサ３６は、第３コンデンサ３０の電圧Ｖｄ２を測定している。第４電圧センサ３８は、第４コンデンサ６０の電圧Ｖｄ３を測定している。スイッチ制御部９０は、第１電圧センサ３２および第２電圧センサ３４から取得する電圧情報に基づいて、第１スイッチ２２、第２スイッチ２４、第３スイッチ４２、第４スイッチ４４、第５スイッチ５２、第６スイッチ５４、第７スイッチ７２、および第８スイッチ７４のオンオフを制御することで、直流電源１１０からの直流電圧を、系統電源１２０が出力する基準交流電圧の位相に同期した交流電圧に変換させる。
【００３４】
図２は、各スイッチのオンオフの状態を示すタイムチャートおよびパワーコンディショナを構成する回路上の複数の点における各電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３ａ，Ｖ３ｂ，Ｖ４の変化の様子を示すである。図２において、符号２００および符号２０２で示す曲線は、パワーコンディショナ１００が出力すべき基準交流電圧の電圧波形を示す。図３は、各期間における各スイッチのオンオフの条件および各期間における第５接続点７６の電圧Ｖ４を示す図である。
【００３５】
スイッチ制御部９０は、図２に示すような期間Ｔ１〜期間Ｔ１０のそれぞれにおいて、図３に示すようなオンオフ条件により、第１スイッチ２２、第２スイッチ２４、第３スイッチ４２、第４スイッチ４４、第５スイッチ５２、第６スイッチ５４、第７スイッチ７２、および第８スイッチ７４をオンオフ制御することで、直流電源１１０からの直流電圧を交流電圧に変換させる。
【００３６】
スイッチ制御部９０は、期間Ｔ１において、第１スイッチ２２をオン、第２スイッチ２４をオフ、第３スイッチ４２をオフ、第４スイッチ４４をオン、第５スイッチ５２をオフ、および第６スイッチ５４をオンした状態で、第７スイッチ７２および第８スイッチ７４を交互にオンオフさせる。ここで、第１スイッチ２２をオン、第２スイッチ２４をオフ、第３スイッチ４２をオフ、第４スイッチ４４をオン、第５スイッチ５２をオフ、および第６スイッチ５４をオンした状態で、第７スイッチ７２がオン、第８スイッチ７４がオフの場合、第５接続点７６の電位は、第４コンデンサ６０の電圧Ｖｄ３となる。一方、第１スイッチ２２をオン、第２スイッチ２４をオフ、第３スイッチ４２をオフ、第４スイッチ４４をオン、第５スイッチ５２をオフ、および第６スイッチ５４をオンした状態で、第７スイッチ７２がオフ、第８スイッチ７４がオンの場合、第５接続点７６の電位は、グランドの電圧ＧＮＤとなる。よって、期間Ｔ１において、第４コンデンサ６０の電圧Ｖｄ３と、グランドの電圧ＧＮＤとを交互に繰り返すパルス波形の電圧が第５接続点７６から出力される。
【００３７】
続いて、スイッチ制御部９０は、期間Ｔ１において、第１スイッチ２２をオン、第２スイッチ２４をオフ、第３スイッチ４２をオフ、第４スイッチ４４をオン、第５スイッチ５２をオフ、および第６スイッチ５４をオンした状態で、第７スイッチ７２および第８スイッチ７４を交互にオンオフさせた後、期間Ｔ２において、第１スイッチ２２をオン、第２スイッチ２４をオフ、第３スイッチ４２をオン、第４スイッチ４４をオフ、第５スイッチ５２をオン、および第６スイッチ５４をオフした状態で、第７スイッチ７２および第８スイッチ７４を交互にオンオフさせる。第１スイッチ２２をオン、第２スイッチ２４をオフ、第３スイッチ４２をオン、第４スイッチ４４をオフ、第５スイッチ５２をオン、および第６スイッチ５４をオフした状態で、第７スイッチ７２がオン、第８スイッチ７４がオフの場合、第５接続点７６の電位は、直流電源１１０の正極に接続された第１コンデンサ１２の一端側の電位、つまり直流電源１１０の電圧Ｖｄ１の半分の電圧Ｖｄ１／２となる。一方、第１スイッチ２２をオン、第２スイッチ２４をオフ、第３スイッチ４２をオン、第４スイッチ４４をオフ、第５スイッチ５２をオン、および第６スイッチ５４をオフした状態で、第７スイッチ７２がオフ、第８スイッチ７４がオンの場合、第５接続点７６の電位は、電圧Ｖｄ１／２から第４コンデンサ６０の電圧Ｖｂ３を減算した電圧Ｖｂ１／２−Ｖｂ３となる。よって、期間Ｔ２において、電圧Ｖｄ１／２と電圧Ｖｂ１／２−Ｖｂ３とを交互に繰り返すパルス波形の電圧が第５接続点７６から出力される。
【００３８】
また、スイッチ制御部は、期間Ｔ２において、第１スイッチ２２をオン、第２スイッチ２４をオフ、第３スイッチ４２をオン、第４スイッチ４４をオフ、第５スイッチ５２をオン、および第６スイッチ５４をオフした状態で、第７スイッチ７２および第８スイッチ７４を交互にオンオフさせた後、期間Ｔ３において、第１スイッチ２２をオン、第２スイッチ２４をオフ、第３スイッチ４２をオン、第４スイッチ４４をオフ、第５スイッチ５２をオフ、および第６スイッチ５４をオンした状態で、第７スイッチ７２および第８スイッチ７４を交互にオンオフさせる。第１スイッチ２２をオン、第２スイッチ２４をオフ、第３スイッチ４２をオン、第４スイッチ４４をオフ、第５スイッチ５２をオフ、および第６スイッチ５４をオンした状態で、第７スイッチ７２がオン、第８スイッチ７４がオフの場合、第５接続点７６の電位は、電圧Ｖｄ１／２に第４コンデンサ６０の電圧Ｖｂ３を加算した電圧Ｖｂ１／２＋Ｖｄ３となる。一方、第１スイッチ２２をオン、第２スイッチ２４をオフ、第３スイッチ４２をオン、第４スイッチ４４をオフ、第５スイッチ５２をオフ、および第６スイッチ５４をオンした状態で、第７スイッチ７２がオフ、第８スイッチ７４がオンの場合、第５接続点７６の電位は、電圧Ｖｄ１／２となる。よって、期間Ｔ３において、電圧Ｖｂ１／２＋Ｖｄ３と電圧Ｖｄ１／２とを交互に繰り返すパルス波形の電圧が第５接続点７６から出力される。
【００３９】
さらに、スイッチ制御部９０は、期間Ｔ３において、第１スイッチ２２をオン、第２スイッチ２４をオフ、第３スイッチ４２をオン、第４スイッチ４４をオフ、第５スイッチ５２をオフ、および第６スイッチ５４をオンした状態で、第７スイッチ７２および第８スイッチ７４を交互にオンオフさせた後、期間Ｔ４において、第１スイッチ２２をオン、第２スイッチ２４をオフ、第３スイッチ４２をオン、第４スイッチ４４をオフ、第５スイッチ５２をオン、および第６スイッチ５４をオフした状態で、第７スイッチ７２および第８スイッチ７４を交互にオンオフさせる。第１スイッチ２２をオン、第２スイッチ２４をオフ、第３スイッチ４２をオン、第４スイッチ４４をオフ、第５スイッチ５２をオン、および第６スイッチ５４をオフした状態で、第７スイッチ７２をオン、第８スイッチ７４をオフした場合、第５接続点７６の電位は、電圧Ｖｄ１／２となる。一方、第１スイッチ２２をオン、第２スイッチ２４をオフ、第３スイッチ４２をオン、第４スイッチ４４をオフ、第５スイッチ５２をオン、および第６スイッチ５４をオフした状態で、第７スイッチ７２をオフ、第８スイッチ７４をオンした場合、第５接続点７６の電位は、電圧Ｖｄ１／２から第４コンデンサ６０の電圧Ｖｂ３を減算した電圧Ｖｂ１／２−Ｖｂ３となる。よって、期間Ｔ４において、電圧Ｖｄ１／２と電圧Ｖｂ１／２−Ｖｂ３とを交互に繰り返すパルス波形の電圧が第５接続点７６から出力される。
【００４０】
また、スイッチ制御部９０は、期間Ｔ４において、第１スイッチ２２をオン、第２スイッチ２４をオフ、第３スイッチ４２をオン、第４スイッチ４４をオフ、第５スイッチ５２をオン、および第６スイッチ５４をオフした状態で、第７スイッチ７２および第８スイッチ７４を交互にオンオフさせた後、期間Ｔ５において、第１スイッチ２２をオン、第２スイッチ２４をオフ、第３スイッチ４２をオフ、第４スイッチ４４をオン、第５スイッチ５２をオフ、および第６スイッチ５４をオンした状態で、第７スイッチ７２および第８スイッチ７４を交互にオンオフさせる。第１スイッチ２２をオン、第２スイッチ２４をオフ、第３スイッチ４２をオフ、第４スイッチ４４をオン、第５スイッチ５２をオフ、および第６スイッチ５４をオンした状態で、第７スイッチ７２をオン、第８スイッチ７４をオフした場合、第５接続点７６の電位は、電圧Ｖｂ３となる。一方、第１スイッチ２２をオン、第２スイッチ２４をオフ、第３スイッチ４２をオフ、第４スイッチ４４をオン、第５スイッチ５２をオフ、および第６スイッチ５４をオンした状態で、第７スイッチ７２をオフ、第８スイッチ７４をオンした場合、第５接続点７６の電位は、グランドの電圧ＧＮＤとなる。よって、期間Ｔ５において、電圧Ｖｂ３と電圧ＧＮＤとを交互に繰り返すパルス波形の電圧が第５接続点７６から出力される。
【００４１】
スイッチ制御部９０は、期間Ｔ５において、第１スイッチ２２をオン、第２スイッチ２４をオフ、第３スイッチ４２をオフ、第４スイッチ４４をオン、第５スイッチ５２をオフ、および第６スイッチ５４をオンした状態で、第７スイッチ７２および第８スイッチ７４を交互にオンオフさせた後、期間Ｔ６において、第１スイッチ２２をオン、第２スイッチ２４をオフ、第３スイッチ４２をオフ、第４スイッチ４４をオン、第５スイッチ５２をオン、第６スイッチ５４をオフした状態で、第７スイッチ７２および第８スイッチ７４を交互にオンオフさせる。第１スイッチ２２をオン、第２スイッチ２４をオフ、第３スイッチ４２をオフ、第４スイッチ４４をオン、第５スイッチ５２をオン、第６スイッチ５４をオフした状態で、第７スイッチ７２をオン、第８スイッチ７４をオフした場合、第５接続点７６の電位は、グランドの電圧ＧＮＤとなる。一方、第１スイッチ２２をオン、第２スイッチ２４をオフ、第３スイッチ４２をオフ、第４スイッチ４４をオン、第５スイッチ５２をオン、第６スイッチ５４をオフした状態で、第７スイッチ７２をオフ、第８スイッチ７４をオンした場合、第５接続点７６の電位は、第４コンデンサ６０の他端の電位を示す電圧−Ｖｄ３となる。よって、期間Ｔ６において、電圧ＧＮＤと電圧−Ｖｄ３とを交互に繰り返すパルス波形の電圧が第５接続点７６から出力される。
【００４２】
スイッチ制御部９０は、期間Ｔ６において、第１スイッチ２２をオン、第２スイッチ２４をオフ、第３スイッチ４２をオフ、第４スイッチ４４をオン、第５スイッチ５２をオン、第６スイッチ５４をオフした状態で、第７スイッチ７２および第８スイッチ７４を交互にオンオフさせた後、期間Ｔ７において、第１スイッチ２２をオフ、第２スイッチ２４をオン、第３スイッチ４２をオン、第４スイッチ４４をオフ、第５スイッチ５２をオフ、および第６スイッチ５４をオンした状態で、第７スイッチ７２および第８スイッチ７４を交互にオンオフさせる。第１スイッチ２２をオフ、第２スイッチ２４をオン、第３スイッチ４２をオン、第４スイッチ４４をオフ、第５スイッチ５２をオフ、および第６スイッチ５４をオンした状態で、第７スイッチ７２をオン、第８スイッチ７４をオフした場合、第５接続点７６の電位は、第２コンデンサ１４の他端側の電位を示す電圧−Ｖｄ１／２に第４コンデンサ６０の電圧Ｖｄ３を加算した電圧−Ｖｄ１／２＋Ｖｄ３となる。一方、第１スイッチ２２をオフ、第２スイッチ２４をオン、第３スイッチ４２をオン、第４スイッチ４４をオフ、第５スイッチ５２をオフ、および第６スイッチ５４をオンした状態で、第７スイッチ７２をオフ、第８スイッチ７４をオンした場合、第５接続点７６の電位は、第２コンデンサ１４の他端側の電位を示す電圧−Ｖｄ１／２となる。よって、期間Ｔ７において、電圧−Ｖｄ１／２＋Ｖｄ３と電圧−Ｖｄ１／２とを交互に繰り返すパルス波形の電圧が第５接続点７６から出力される。
【００４３】
スイッチ制御部９０は、期間Ｔ７において、第１スイッチ２２をオフ、第２スイッチ２４をオン、第３スイッチ４２をオン、第４スイッチ４４をオフ、第５スイッチ５２をオフ、および第６スイッチ５４をオンした状態で、第７スイッチ７２および第８スイッチ７４を交互にオンオフさせた後、期間Ｔ８において、第１スイッチ２２をオフ、第２スイッチ２４をオン、第３スイッチ４２をオン、第４スイッチ４４をオフ、第５スイッチ５２をオン、および第６スイッチ５４をオフした状態で、第７スイッチ７２および第８スイッチ７４を交互にオンオフさせる。第１スイッチ２２をオフ、第２スイッチ２４をオン、第３スイッチ４２をオン、第４スイッチ４４をオフ、第５スイッチ５２をオン、および第６スイッチ５４をオフした状態で、第７スイッチ７２をオン、第８スイッチ７４をオフした場合、第５接続点７６の電位は、電圧−Ｖｄ１／２となる。一方、第１スイッチ２２をオフ、第２スイッチ２４をオン、第３スイッチ４２をオン、第４スイッチ４４をオフ、第５スイッチ５２をオン、および第６スイッチ５４をオフした状態で、第７スイッチ７２をオフ、第８スイッチ７４をオンした場合、第５接続点７６の電位は、電圧−Ｖｄ１／２から第４コンデンサ６０の他端の電位を示す電圧−Ｖｄ３を減算した電圧−Ｖｄ１／２−Ｖｄ３となる。よって、期間Ｔ８において、電圧−Ｖｄ１／２と電圧−Ｖｄ１／２−Ｖｄ３とを交互に繰り返すパルス波形の電圧が第５接続点７６から出力される。
【００４４】
スイッチ制御部９０は、期間Ｔ８において、第１スイッチ２２をオフ、第２スイッチ２４をオン、第３スイッチ４２をオン、第４スイッチ４４をオフ、第５スイッチ５２をオン、および第６スイッチ５４をオフした状態で、第７スイッチ７２および第８スイッチ７４を交互にオンオフさせた後、期間Ｔ９において、第１スイッチ２２をオフ、第２スイッチ２４をオン、第３スイッチ４２をオン、第４スイッチ４４をオフ、第５スイッチ５２をオフ、および第６スイッチ５４をオンした状態で、第７スイッチ７２および第８スイッチ７４を交互にオンオフさせる。第１スイッチ２２をオフ、第２スイッチ２４をオン、第３スイッチ４２をオン、第４スイッチ４４をオフ、第５スイッチ５２をオフ、および第６スイッチ５４をオンした状態で、第７スイッチ７２をオン、第８スイッチ７４をオフした場合、第５接続点７６の電位は、電圧−Ｖｄ１／２に電圧Ｖｄ３を加算した電圧−Ｖｄ１／２＋Ｖｄ３となる。一方、第１スイッチ２２をオフ、第２スイッチ２４をオン、第３スイッチ４２をオン、第４スイッチ４４をオフ、第５スイッチ５２をオフ、および第６スイッチ５４をオンした状態で、第７スイッチ７２をオフ、第８スイッチ７４をオンした場合、第５接続点７６の電位は、電圧−Ｖｄ１／２となる。よって、期間Ｔ９において、電圧−Ｖｄ１／２＋Ｖｄ３と電圧−Ｖｄ１／２とを交互に繰り返すパルス波形の電圧が第５接続点７６から出力される。
【００４５】
スイッチ制御部９０は、期間Ｔ９において、第１スイッチ２２をオフ、第２スイッチ２４をオン、第３スイッチ４２をオン、第４スイッチ４４をオフ、第５スイッチ５２をオフ、および第６スイッチ５４をオンした状態で、第７スイッチ７２および第８スイッチ７４を交互にオンオフさせた後、期間Ｔ１０において、第１スイッチ２２をオン、第２スイッチ２４をオフ、第３スイッチ４２をオフ、第４スイッチ４４をオン、第５スイッチ５２をオン、および第６スイッチ５４をオフした状態で、第７スイッチ７２および第８スイッチ７４を交互にオンオフさせる。第１スイッチ２２をオン、第２スイッチ２４をオフ、第３スイッチ４２をオフ、第４スイッチ４４をオン、第５スイッチ５２をオン、および第６スイッチ５４をオフした状態で、第７スイッチ７２をオン、第８スイッチ７４をオフした場合、第５接続点７６の電位は、グランドの電圧ＧＮＤとなる。一方、第１スイッチ２２をオン、第２スイッチ２４をオフ、第３スイッチ４２をオフ、第４スイッチ４４をオン、第５スイッチ５２をオン、および第６スイッチ５４をオフした状態で、第７スイッチ７２をオフ、第８スイッチ７４をオンした場合、第５接続点７６の電位は、電圧−Ｖｄ３となる。よって、期間Ｔ１０において、電圧ＧＮＤと電圧−Ｖｄ３とを交互に繰り返すパルス波形の電圧が第５接続点７６から出力される。
【００４６】
以上の通り、スイッチ制御部９０が、それぞれの期間において、それぞれのスイッチのオンオフの条件で各スイッチをオンオフさせることにより、図２の符号２０４で示すような、段階的に電位が変化する電圧Ｖ４を第５接続点７６から出力させる。そして、平滑回路８０は、段階的に電位が変化する電圧Ｖ４を平滑化する。
【００４７】
特許文献１および特許文献２に記載のパワーコンディショナは、期間Ｔ２、期間Ｔ３、期間Ｔ４、期間Ｔ７、期間Ｔ８、および期間Ｔ９の計６期間において、第３コンデンサ３０にリプル電流を入力する。一方、本実施形態に係るパワーコンディショナ１００は、期間Ｔ１、期間Ｔ５、期間Ｔ６、および期間Ｔ１０の計４期間において、第３コンデンサ３０にリプル電流を入力する。つまり、本実施形態によれば、第３コンデンサ３０に入力されるリプル電流を、特許文献１および特許文献２に記載のパワーコンディショナに比べて少なくできる。よって、第３コンデンサ３０に入力されるリプル電流を低減できるので、第３コンデンサ３０の容量を小さくでき、かつパワーコンディショナ１００全体として電気エネルギー損失を低減できる。また、本実施形態によれば、第３コンデンサ３０を小型化できるので、パワーコンディショナ１００を小型化できる。
【００４８】
ここで、スイッチ制御部９０は、それぞれの期間の切り替えのタイミングを、第１電圧センサ３２で測定された直流電源１１０の電圧Ｖｄ１、第３電圧センサ３６で測定された第３コンデンサ３０の電圧Ｖｄ２、および第４電圧センサ３８で測定された第４コンデンサ６０の電圧Ｖｄ３に基づいて決定する。スイッチ制御部９０は、第３スイッチ４２をオフからオン、第４スイッチ４４をオンからオフさせてから、第３スイッチ４２をオンからオフ、第４スイッチ４４をオフからオンさせるまでの期間σ１を直流電源１１０の電圧Ｖｄ１に基づいて決定する。期間σ１は、期間Ｔ２、期間Ｔ３、および期間Ｔ４の合計の期間、また、期間Ｔ７、期間Ｔ８、および期間Ｔ９の合計の期間を示す。同様に、スイッチ制御部９０は、第１スイッチ２２をオンからオフ、第２スイッチ２４をオフからオンさせてから、第１スイッチ２２をオフからオン、第２スイッチ２４をオンからオフさせるまでの期間σ２を直流電源１１０の電圧Ｖｄ１に基づいて決定する。ここで、期間σ２は、期間Ｔ７、期間Ｔ８、および期間Ｔ９の合計期間を示し、期間σ１と同一の長さを有する。そして、期間σ１および期間σ２は、式（１）で算出される。
【数１】
0005950614.tif 000002
【００４９】
式（１）において、Ｖｓは、パワーコンディショナ１００が出力すべき基準交流電圧、つまり系統電源１２０の交流電圧の実効値を示す。
【００５０】
本実施形態において、第１スイッチ２２の第１オフ期間（期間Ｔ７、期間Ｔ８、および期間Ｔ９の合計期間）は、基準交流電圧の一周期のうち、基準交流電圧の負側のピーク電圧の点を中心に、期間σ２の半分の期間を時間的に前後方向に割当てた期間に相当する。また、第３スイッチの第２オン期間（期間Ｔ２、期間Ｔ３、および期間Ｔ４の合計期間）は、基準交流電圧の一周期のうち、基準交流電圧の正側のピーク電圧の点を中心に、期間σ１の半分の期間を時間的に前後方向に割当てた期間に相当する。さらに、第３スイッチの第３オン期間（期間Ｔ７、期間Ｔ８、および期間Ｔ９の合計期間）は、基準交流電圧の一周期のうち、基準交流電圧の負側のピーク電圧の点を中心に、期間σ１の半分の期間を時間的に前後方向に割当てた期間に相当する。
【００５１】
スイッチ制御部９０は、直流電源１１０の電圧Ｖｄ１と系統電源１２０の交流電圧実効値に基づいて期間σ１および期間σ２を算出する。そして、スイッチ制御部９０は、第２電圧センサ３４を介して測定された系統電源１２０の交流電圧に基づいてパワーコンディショナ１００が出力すべき基準交流電圧の電圧波形を示す電圧指令値を作成する。さらに、スイッチ制御部９０は、作成された電圧指令値を参照して、基準交流電圧の一周期のうち基準交流電圧の正側のピーク電圧に対応する時点に期間σ１の中間点が合致し、基準交流電圧の負側のピーク電圧に対応する時点に期間σ１および期間σ２の中間点が合致するように期間σ１および期間σ２を割当てる。これにより、スイッチ制御部９０は、それぞれの期間の切り替えのタイミングを決定できる。例えば、スイッチ制御部９０は、基準交流電圧の一周期中に期間σ１および期間σ２を割当てることで、期間Ｔ１から期間Ｔ２への切り替えタイミングを電圧Ｖｄ１および系統電源１２０の交流電圧実効値に基づいて決定できる。言い換えれば、スイッチ制御部９０は、直流電源１１０の電圧Ｖｄ１および系統電源１２０の交流電圧実効値に基づいて、第３スイッチ４２がオン、第４スイッチがオフした状態である期間Ｔ２、期間Ｔ３および期間Ｔ４の合計期間である期間σ１と、第１スイッチ２２がオフ、第２スイッチ２４がオンしている期間Ｔ７、期間Ｔ８、および期間Ｔ９の合計期間である期間σ２とを式（１）を用いて決定できる。なお、スイッチ制御部９０は、スイッチ制御部９０は、第３スイッチ４２をオフからオン、第４スイッチ４４をオンからオフさせてから、第３スイッチ４２をオンからオフ、第４スイッチ４４をオフからオンさせるまでの期間σ１および期間σ２を第３コンデンサ３０の電圧Ｖｄ２に基づいて決定してもよい。スイッチ制御部９０は、第１スイッチ４２および第４スイッチ４４をオンからオフ、第２スイッチ２４および第３スイッチ４２をオフからオンさせてから、第１スイッチ２２および第４スイッチ４４をオフからオン、第２スイッチ２４および第３スイッチ４２をオンからオフさせるまでの期間σ２を第４コンデンサの電圧Ｖｄ３に基づいて決定してもよい。なお、スイッチ制御部９０は、基準交流電圧に基づいて、第３コンデンサ３０および第４コンデンサ６０に印加すべき目標電圧を決定する。よって、スイッチ制御部９０は、第３コンデンサ３０の電圧Ｖｄ２および第４コンデンサ６０の電圧Ｖｄ３がそれぞれの目標電圧になるように、の期間σ１および期間σ２をフィードバック制御してもよい。
【００５２】
図４は、直流電源１１０の電圧Ｖｄ１と第３コンデンサ３０に入力される電流実効値との関係を示す図である。曲線２１０は、本実施形態に係るパワーコンディショナ１００における電圧Ｖｄ１と実効電流値との関係を示す。一方、曲線２１２は、直流電源１１０の負極に接続されているコンデンサの一端がグランドに接続されている特許文献１および特許文献２に記載のパワーコンディショナにおける電圧Ｖｄ１と実効電流値との関係を示す。本実施形態によれば、直流電源１１０の電圧Ｖｄ１（パワーコンディショナ１００への入力電圧）が、例えば８００Ｖの場合、第３コンデンサ３０に入力される電流実効値は、特許文献１および特許文献２に記載のパワーコンディショナの場合の電流実効値の１／２の値になる。また、６４０Ｖの場合には、第３コンデンサ３０に入力される電流実効値は、特許文献１および特許文献２に記載のパワーコンディショナの場合の電流実効値の１／３の値になる。コンデンサの等価直列抵抗（ＥＳＲ）損失は、電流の二乗に比例して大きくなる。したがって、直流電源１１０の電圧Ｖｄ１が、例えば６４０Ｖの場合には、第３コンデンサ３０で生じるＥＳＲ損失を、特許文献１および特許文献２に記載のパワーコンディショナの場合に比べて、１／９に低減できる。
【００５３】
図５は、パワーコンディショナ１００を、三相４線式の電源に適用した場合のインバータシステム５００の一例を示す。インバータシステム５００は、三相電源１２０Ｒ、１２０Ｓおよび１２０Ｔにスター結線により接続された第１インバータ装置１０１、第２インバータ装置１０２、第３インバータ装置１０３を備える。第１インバータ１０１は、直列に接続された第１コンデンサ１２および第２コンデンサ１４からなるコンデンサ群１０と、コンデンサ群１０の両端に接続されたインバータ回路３００とを有する。インバータ回路３００は、図１に示す第１スイッチ群２０、第３コンデンサ３０、第２スイッチ群４０、第３スイッチ群５０、第４コンデンサ６０、第４スイッチ群７０、および平滑回路８０を含む回路と同一でよい。つまり、第１インバータ１０１は、パワーコンディショナ１００と同一でよい。第２インバータ装置１０２および第３インバータ装置１０３は、インバータ回路３００と同一の回路を有する。第２インバータ装置１０２および第３インバータ装置１０３は、第１コンデンサ１２の正側と第２コンデンサ１４の負側に対して並列に接続され、第１コンデンサ１２および第２コンデンサ１４に充電された直流電圧をチョッピングすることにより正弦波電圧を出力する。インバータシステム５００は、第１インバータ装置１０１、第２インバータ装置１０２および第３インバータ装置１０３のそれぞれの出力をスター結線により接続して、三相交流を出力する。このような構成によれば、スター結線の接続点１２２と第１インバータ装置の第１接続点１６とを接続しなくても、各スイッチを図３に示すようなオンオフ条件で制御して第１コンデンサ１２および第２コンデンサ１４に充電された直流電圧をチョッピングすることにより、スター結線の接続点１２２の電位と第１インバータ装置の第１接続点１６の電位とは同電位（グランド電位）となる。したがって、第１接続点１６をグランドに接続しなくてよい。
【００５４】
図６は、パワーコンディショナ１００を、三相３線式の電源にも適用した場合のインバータシステム６００の一例を示す。インバータシステム６００は、三相電源１２０Ｒおよび１２０ＳにＶ結線により接続された第１インバータ装置１０１および第２インバータ装置１０２を備える。第１インバータ装置１０１および第２インバータ装置１０２は、第１コンデンサ１２および第２コンデンサ１４に充電された直流電圧をチョッピングすることにより正弦波電圧を出力する。インバータシステム６００は、第１インバータ装置１０１および第２インバータ装置１０２のそれぞれの出力をＶ結線により接続し、Ｖ結線の接続点１２４と第１インバータ装置１０１の第１接続点１６とを接続し、かつＶ結線の接続点１２４を基準電位にすることで、三相交流を出力する。
【００５５】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００５６】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００５７】
１０  コンデンサ群
１２  第１コンデンサ
１４  第２コンデンサ
１６  第１接続点
２０  第１スイッチ群
２２  第１スイッチ
２４  第２スイッチ
２６  第２接続点
３０  第３コンデンサ
３２  第１電圧センサ
３４  第２電圧センサ
３６  第３電圧センサ
３８  第４電圧センサ
４０  第２スイッチ群
４２  第３スイッチ
４４  第４スイッチ
４６  第３接続点
５０  第３スイッチ群
５２  第５スイッチ
５４  第６スイッチ
５６  第４接続点
６０  第４コンデンサ
７０  第４スイッチ群
７２  第７スイッチ
７４  第８スイッチ
７６  第５接続点
８０  平滑回路
９０  スイッチ制御部
１００  パワーコンディショナ
１１０  直流電源
１２０  系統電源
【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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