(57)【要約】【課題】交流電源より供給を受けて、任意の電圧、周波数の交流電力に変換するインバータ装置において、出力設定電圧、出力電流、あるいは交流電源電圧に応じて内部の電力変換損失を最小化することを目的とする。【解決手段】交流電源１を最適な直流電圧に変換する交流−直流変換手段２と、交流−直流変換手段２により変換した直流電力を交流電力に変換する直流−交流変換手段３と、電力変換損失を最小化するように直流−交流変換手段３を制御する直流電圧最適化手段４を備えることで、任意の電圧、周波数の交流電力を出力できると同時に、電力変換損失を最小化することができる効果が得られる。【選択図】図１
2006121816.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源を最適な直流電圧に変換する交流−直流変換手段と、前記交流−直流変換手段により変換した直流電力を交流電力に変換する直流−交流変換手段と、電力変換損失を最小化するように交流−直流変換手段を制御する直流電圧最適化手段を備えたことを特徴とするインバータ装置。
【請求項２】
直流電圧最適化手段は、交流−直流変換手段の電力変換損失を最小化するように制御することを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
【請求項３】
直流電圧最適化手段は、直流−交流変換手段の電力変換損失を最小化するように制御することを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
【請求項４】
直流電圧最適化手段は、交流−直流変換手段と直流−交流変換手段の電力変換損失の総和を最小化するように制御することを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
【請求項５】
直流電圧最適化手段は、出力する交流指令電圧に応じて電力変換損失を最小化するように直流−交流変換手段の入力電圧を上下変更することを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
【請求項６】
直流電圧最適化手段は、直流−交流変換手段に接続した負荷電流に応じて電力変換損失を最小化するように直流−交流変換手段の入力電圧を上下変更することを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
【請求項７】
直流電圧最適化手段は、直流−交流変換手段の入力電流に応じて電力変換損失を最小化するように直流−交流変換手段の入力電圧を上下変更することを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
【請求項８】
直流電圧最適化手段は、直流−交流変換手段の入力電力に応じて電力変換損失を最小化するように直流−交流変換手段の入力電圧を上下変更することを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換技術を利用した高効率インバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、一般家庭の負荷の増加による化石燃料の枯渇、地球温暖化問題などが生じており、節電装置などの省エネルギー装置によるエネルギーの有効利用、あるいは各種電気機器の待機電力の削減などが求められている。
【０００３】
従来、この種の省エネルギー技術や装置としては、交流電圧の過剰な電圧を下げ、消費電力を少なくする機能を有する、家庭用あるいは業務用のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
以下、その節電装置について図９を参照しながら説明する。
【０００５】
図に示すように、節電装置１０１は、交流電源１０２および負荷１０３の間に配された直列変圧器１０４と、出力側が直列変圧器１０４の２次巻線に接続された回生形インバータ１０５を備えることにより、負荷１０３に印加される電圧を制御する。また、この構成により、回生形インバータ１０５の出力を連続的に制御することにより負荷１０３に印加される電圧を連続的に制御し、負荷１０３側へ安定した節電電力を供給することができる。
【０００６】
また従来、汎用インバータにおける消費電力を少なくする高効率化技術を搭載したものも知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
また、インバータ技術を利用した系統連系インバータでは、発電装置の発電電力を系統側に連系する系統連系電力変換装置として、直流電源の電圧変動を検知し、検知した電圧変動量により直流電源の最大電力点で動作させるものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
以下、その系統連系インバータについて図１０を参照しながら説明する。
【０００９】
図１０に示すように、直流電源１０６の電圧は入力コンデンサ１０７で平滑された後、昇圧コンバータ１０８で系統電圧より高い電圧に昇圧される。昇圧コンバータ１０８の出力は中間コンデンサ１０９で平滑され、インバータ１１０に入力される。インバータ１１０は昇圧コンバータ１０８の出力を交流電力に変換し、系統１１１に同期した交流電流を注入する。また、系統１１１の１／２周期内における直流電源１０６の電圧変動は入力電圧変動検知手段１１２で検出され、制御回路１１３に出力される。制御回路１１３は直流電源１０６から引き出す電力が最大となるように昇圧コンバータ１０８とインバータ１１０を構成するスイッチング素子のオン時間を決定している。
【特許文献１】特開２００２−２７０８８４号公報（第１図）
【特許文献２】特開２００４−１３５４０９号公報（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このような従来のインバータ技術を利用した節電装置では、負荷に供給する電源電圧を低下させ、その結果照明などに代表される純抵抗に近い負荷に対しては、節電効果を得ることができるが、省エネルギーを推進するための装置として、節電装置の内部消費が発生するため、負荷電力が小さい場合は、装置内部の損失が負荷の節約電力より大きくなり、結果として消費電力を多くするという課題があり、省エネルギーを推進するための装置自体の消費電力を抑えることが要求されている。
【００１１】
また、従来のインバータ技術を利用した系統連系インバータでは、直流電源例えば太陽電池からの発電電力が特に少ない場合などは、発電電力の最大電力追従のための最適制御となるため、系統連系インバータにおける電力損失比率が大きくなり、発電電力の有効利用率が下がるという課題があり、発電電力を最大とするのみでなく、系統連系インバータの内部損失を最小とすることが要求されている。
【００１２】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、インバータ装置での電力変換時の電力損失を最小化し、変換効率を最大化することができるインバータ装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のインバータ装置は上記目的を達成するために、交流電源を最適な直流電圧に変換する交流−直流変換手段と、前記交流−直流変換手段により変換した直流電力を交流電力に変換する直流−交流変換手段と、電力変換損失を最小化するように交流−直流変換手段を制御する直流電圧最適化手段を備える構成としたものである。
【００１４】
この手段により、任意の負荷に供給する汎用インバータ装置において、任意の電圧、周波数の出力をする際に、出力条件に合わせて最適な変換を行ない、装置内部の損失の最小化を図ることができるインバータ装置が得られる。
【００１５】
また、直流電圧最適化手段は、交流−直流変換手段の電力変換損失を最小化するように制御する構成としたものである。
【００１６】
この手段により、任意の負荷に供給する汎用インバータ装置において、任意の電圧、周波数の出力をする際に、出力条件に合わせて最適な変換を行ない、装置内部の損失の最小化を図ることができるインバータ装置が得られる。
【００１７】
さらに、直流電圧最適化手段は、直流−交流変換手段の電力変換損失を最小化するように制御する構成としたものである。
【００１８】
この手段により、任意の負荷に供給する汎用インバータ装置において、任意の電圧、周波数の出力をする際に、出力条件に合わせて最適な変換を行ない、装置内部の損失の最小化を図ることができるインバータ装置が得られる。
【００１９】
また、直流電圧最適化手段は、交流−直流変換手段と直流−交流変換手段の電力変換損失の総和を最小化するように制御する構成としたものである。
【００２０】
この手段により、任意の負荷に供給する汎用インバータ装置において、任意の電圧、周波数の出力をする際に、出力条件に合わせて最適な変換を行ない、装置内部の損失の最小化を図ることができるインバータ装置が得られる。
【００２１】
さらに、直流電圧最適化手段は、出力する交流指令電圧に応じて電力変換損失を最小化するように直流−交流変換手段の入力電圧を上下変更する構成としたものである。
【００２２】
この手段により、任意の負荷に供給する汎用インバータ装置において、任意の電圧、周波数の出力をする際に、出力条件に合わせて最適な変換を行ない、装置内部の損失の最小化を図ることができるインバータ装置が得られる。
【００２３】
また、直流電圧最適化手段は、直流−交流変換手段に接続した負荷電流に応じて電力変換損失を最小化するように直流−交流変換手段の入力電圧を上下変更する構成としたものである。
【００２４】
この手段により、任意の負荷に供給する汎用インバータ装置において、任意の電圧、周波数の出力をする際に、出力条件に合わせて最適な変換を行ない、装置内部の損失の最小化を図ることができるインバータ装置が得られる。
【００２５】
さらに、直流電圧最適化手段は、直流−交流変換手段の入力電流に応じて電力変換損失を最小化するように直流−交流変換手段の入力電圧を上下変更する構成としたものである。
【００２６】
この手段により、任意の負荷に供給する汎用インバータ装置において、任意の電圧、周波数の出力をする際に、出力条件に合わせて最適な変換を行ない、装置内部の損失の最小化を図ることができるインバータ装置が得られる。
【００２７】
また、直流電圧最適化手段は、直流−交流変換手段の入力電力に応じて電力変換損失を最小化するように直流−交流変換手段の入力電圧を上下変更する構成としたものである。
【００２８】
この手段により、任意の負荷に供給する汎用インバータ装置において、任意の電圧、周波数の出力をする際に、出力条件に合わせて最適な変換を行ない、装置内部の損失の最小化を図ることができるインバータ装置が得られる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、交流電源を最適な直流電圧に変換する交流−直流変換手段と、前記交流−直流変換手段により変換した直流電力を交流電力に変換する直流−交流変換手段と、電力変換損失を最小化するように交流−直流変換手段を制御する直流電圧最適化手段を備える構成とすることで、任意の負荷に供給する汎用インバータ装置において、任意の電圧、周波数の出力をする際に、出力条件に合わせて最適な変換を行ない、装置内部の損失の最小化を図ることができるインバータ装置を提供できる。
【００３０】
また、直流電圧最適化手段は、交流−直流変換手段の電力変換損失を最小化するように制御する構成とすることで、任意の負荷に供給する汎用インバータ装置において、任意の電圧、周波数の出力をする際に、出力条件に合わせて最適な変換を行ない、装置内部の損失の最小化を図ることができるインバータ装置を提供できる。
【００３１】
さらに、直流電圧最適化手段は、直流−交流変換手段の電力変換損失を最小化するように制御する構成とすることで、任意の負荷に供給する汎用インバータ装置において、任意の電圧、周波数の出力をする際に、出力条件に合わせて最適な変換を行ない、装置内部の損失の最小化を図ることができるインバータ装置を提供できる。
【００３２】
また、直流電圧最適化手段は、交流−直流変換手段と直流−交流変換手段の電力変換損失の総和を最小化するように制御する構成とすることで、任意の負荷に供給する汎用インバータ装置において、任意の電圧、周波数の出力をする際に、出力条件に合わせて最適な変換を行ない、装置内部の損失の最小化を図ることができるインバータ装置を提供できる。
【００３３】
さらに、直流電圧最適化手段は、出力する交流指令電圧に応じて電力変換損失を最小化するように直流−交流変換手段の入力電圧を上下変更する構成とすることで、任意の負荷に供給する汎用インバータ装置において、任意の電圧、周波数の出力をする際に、出力条件に合わせて最適な変換を行ない、装置内部の損失の最小化を図ることができるインバータ装置を提供できる。
【００３４】
また、直流電圧最適化手段は、直流−交流変換手段に接続した負荷電流に応じて電力変換損失を最小化するように直流−交流変換手段の入力電圧を上下変更する構成とすることで、任意の負荷に供給する汎用インバータ装置において、任意の電圧、周波数の出力をする際に、出力条件に合わせて最適な変換を行ない、装置内部の損失の最小化を図ることができるインバータ装置を提供できる。
【００３５】
さらに、直流電圧最適化手段は、直流−交流変換手段の入力電流に応じて電力変換損失を最小化するように直流−交流変換手段の入力電圧を上下変更する構成とすることで、任意の負荷に供給する汎用インバータ装置において、任意の電圧、周波数の出力をする際に、出力条件に合わせて最適な変換を行ない、装置内部の損失の最小化を図ることができるインバータ装置を提供できる。
【００３６】
また、直流電圧最適化手段は、直流−交流変換手段の入力電力に応じて電力変換損失を最小化するように直流−交流変換手段の入力電圧を上下変更する構成とすることで、任意の負荷に供給する汎用インバータ装置において、任意の電圧、周波数の出力をする際に、出力条件に合わせて最適な変換を行ない、装置内部の損失の最小化を図ることができるインバータ装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
本発明の請求項１記載の発明は、交流電源を最適な直流電圧に変換する交流−直流変換手段と、前記交流−直流変換手段により変換した直流電力を交流電力に変換する直流−交流変換手段と、電力変換損失を最小化するように交流−直流変換手段を制御する直流電圧最適化手段を備える構成としたものであり、任意の負荷に供給する汎用インバータ装置において、任意の電圧、周波数の出力をする際に、出力条件に合わせて最適な変換を行ない、装置内部の損失の最小化を図ることができるという作用を有する。
【００３８】
また、直流電圧最適化手段は、交流−直流変換手段の電力変換損失を最小化するように制御する構成としたものであり、任意の負荷に供給する汎用インバータ装置において、任意の電圧、周波数の出力をする際に、出力条件に合わせて最適な変換を行ない、装置内部の損失の最小化を図ることができるという作用を有する。
【００３９】
さらに、直流電圧最適化手段は、直流−交流変換手段の電力変換損失を最小化するように制御する構成としたものであり、任意の負荷に供給する汎用インバータ装置において、任意の電圧、周波数の出力をする際に、出力条件に合わせて最適な変換を行ない、装置内部の損失の最小化を図ることができるという作用を有する。
【００４０】
また、直流電圧最適化手段は、交流−直流変換手段と直流−交流変換手段の電力変換損失の総和を最小化するように制御する構成としたものであり、任意の負荷に供給する汎用インバータ装置において、任意の電圧、周波数の出力をする際に、出力条件に合わせて最適な変換を行ない、装置内部の損失の最小化を図ることができるという作用を有する。
【００４１】
さらに、直流電圧最適化手段は、出力する交流指令電圧に応じて電力変換損失を最小化するように直流−交流変換手段の入力電圧を上下変更する構成としたものであり、任意の負荷に供給する汎用インバータ装置において、任意の電圧、周波数の出力をする際に、出力条件に合わせて最適な変換を行ない、装置内部の損失の最小化を図ることができるという作用を有する。
【００４２】
また、直流電圧最適化手段は、直流−交流変換手段に接続した負荷電流に応じて電力変換損失を最小化するように直流−交流変換手段の入力電圧を上下変更する構成としたものであり、任意の負荷に供給する汎用インバータ装置において、任意の電圧、周波数の出力をする際に、出力条件に合わせて最適な変換を行ない、装置内部の損失の最小化を図ることができるという作用を有する。
【００４３】
さらに、直流電圧最適化手段は、直流−交流変換手段の入力電流に応じて電力変換損失を最小化するように直流−交流変換手段の入力電圧を上下変更する構成としたものであり、任意の負荷に供給する汎用インバータ装置において、任意の電圧、周波数の出力をする際に、出力条件に合わせて最適な変換を行ない、装置内部の損失の最小化を図ることができるという作用を有する。
【００４４】
また、直流電圧最適化手段は、直流−交流変換手段の入力電力に応じて電力変換損失を最小化するように直流−交流変換手段の入力電圧を上下変更する構成としたものであり、任意の負荷に供給する汎用インバータ装置において、任意の電圧、周波数の出力をする際に、出力条件に合わせて最適な変換を行ない、装置内部の損失の最小化を図ることができるという作用を有する。
【００４５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００４６】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１におけるインバータ装置の構成図を示す。
【００４７】
図に示すように、インバータ装置は、交流電源１を最適な直流電圧に変換する交流−直流変換手段２と、交流−直流変換手段２により変換した直流電力を交流電力に変換する直流−交流変換手段３と、電力変換損失を最小化するように直流−交流変換手段３を制御する直流電圧最適化手段４を備えている。交流−直流変換手段２は、スイッチング素子２ａから２ｄと逆並列されたダイオード２ｅから２ｈと、リアクトル２ｉ及び２ｊと、フィルタ回路２ｋと、平滑用コンデンサ２Ｌと、スイッチング素子２ａから２ｄのスイッチングを制御するチョッパ制御部２ｍを備えており、フルブリッジ型の昇圧チョッパ回路を構成している。また、直流−交流変換手段３は、交流−直流変換手段２により昇圧し、かつ直流に変換された電力を交流に変換すべく、スイッチング素子３ａから３ｄと、逆並列されたダイオード３ｅから３ｈと、出力用リプル電圧低減フィルタ３ｉと、スイッチング素子３ａから３ｄのスイッチングを制御するインバータ制御部３ｊを備えており、フルブリッジ型のインバータ回路を構成している。ここで、フルブリッジ型昇圧チョッパ回路と、フルブリッジ型インバータの基本動作は公知の技術であるため、詳細な説明は省略する。
【００４８】
次に、直流電圧最適化手段４を図２に示す。直流電圧最適化手段４の制御フローチャートについて図２を参照しながら説明する。図に示すように、直流電圧最適化手段４は、交流−直流変換手段２の電力変換損失を演算する。演算方法は数式１に示すように、スイッチング素子２ａから２ｄの静損失（交直ＳＷ（静損失）とスイッチング素子２ａから２ｄのオン時の動損失（交直ＳＷ（動損失：ＯＮ時））、及びオフ時の動損失（交直ＳＷ（動損失：ＯＦＦ時））、及び逆並列したダイオード２ｅから２ｈの損失（交直Ｄ（損失））を演算する。
【００４９】
【数１】
2006121816.tif 000003
【００５０】
数式１の中の静損失において、Ｉｐｅａｋはスイッチングの際の瞬時電流のピーク値を示し、Ｖｃｅはスイッチング素子１ｂのオン時のコレクタ〜エミッタ間の電圧を示す。また、数式１の中の動損失において、Ｅｓｗ（ＯＮ）はオン時の損失を示し、Ｅｓｗ（ＯＦＦ）はオフ時の損失を示し、ｆｓｗはスイッチング周波数を示し、ｄｕｔｙはスイッチング素子２ａから２ｄのオン時間をスイッチング周期で除算した値を示す。また、逆流防止のためのダイオード２ｅから２ｈの損失において、ＤＶｅｃはダイオード２ｅから２ｈの順方向の電圧を示し、Ｉｄｃ＿ｉｎはダイオード２ｅから２ｈに通流する電流を示す。
【００５１】
次に直流電圧最適化手段４は、直流−交流変換手段３の電力変換損失を演算する。演算方法は数式２に示すように、スイッチング素子３ａから３ｄの静損失（直交ＳＷ（静損失））とスイッチング素子３ａから３ｄのオン時の動損失（直交ＳＷ（動損失：ＯＮ時））、オフ時の動損失（直交ＳＷ（動損失：ＯＦＦ時））、ダイオード２ｅから２ｈの損失（直交Ｄ（損失））、及び出力用リプル電圧低減フィルタ３ｉの損失（出力フィルタ（損失））を演算する。
【００５２】
【数２】
2006121816.tif 000004
【００５３】
数式２の中の静損失において、Ｉｐｅａｋはスイッチングの際の瞬時電流のピーク値を示し、Ｖｃｅはスイッチング素子３ａから３ｄのオン時のコレクタ〜エミッタ間の電圧を示す。また、数式２の中の動損失において、Ｅｓｗ（ＯＮ）はオン時の損失を示し、Ｅｓｗ（ＯＦＦ）はオフ時の損失を示し、ｆｓｗはスイッチング周波数を示し、ｄｕｔｙはスイッチング素子３ａから３ｄのオン時間をスイッチング周期で除算した値を示す。また、逆並列されたダイオード３ｅから３ｈの損失において、ＤＶｅｃはダイオード３ｅから３ｈの順方向の電圧を示し、Ｉｄｃ＿ｉｎはダイオード３ｅから３ｈに通流する電流を示す。また、出力用リプル電圧低減フィルタ３ｉの損失は、一律出力容量ＰｏｕｔのＡ％として近似している。
【００５４】
また、交流電源１の電源電圧の瞬時電圧をＶａｃ（ｔ）、中間直流電圧をＶｄｃ、インバータ出力電圧の瞬時値をＶｏｕｔ（ｔ）、スイッチング素子３ａから３ｄのオン時間をスイッチング周期Ｔで除算した値をｄｕｔｙ、オフ時間をＴｏｆｆ、ダイオード３ｅから３ｈの順方向電圧をＤＶｅｃ、出力用リプル電圧低減フィルタ３ｉのインダクタンスをＬ、出力用リプル電圧低減フィルタ３ｉを通流する電流の微分値をｄｉ／ｄｔとすると、相互の関係式は数式３に示すようになる。
【００５５】
【数３】
2006121816.tif 000005
【００５６】
ここで、各回路の損失の総和、すなわち装置の電力変換時の全損失は、前記の交流−直流変換手段２の損失（Σ（交直損失））及び直流−交流変換手段３の損失（Σ（直交損失））の総和であり、数式４に示すようになる。
【００５７】
【数４】
2006121816.tif 000006
【００５８】
この時、数式４が最小となるＶｄｃは、Ｖｄｃについて微分し、各部品により決定される値、及び一時刻前の各値を入力することで演算することができる。ここで演算したＶｄｃを目標値として、実際の中間直流電圧Ｖｄｃ（ｔ）との偏差を演算し、比例積分制御を行なうことで、直流−交流変換手段３の出力指令電流を演算する。演算した出力指令電流を直流−交流変換手段３に出力することで直流電圧Ｖｄｃ（ｔ）を指令電圧すなわち目標電圧Ｖｄｃに制御できることとなる。
【００５９】
以上のように、本実施の形態１によれば、交流電源１を最適な直流電圧に変換する交流−直流変換手段２と、前記交流−直流変換手段２により変換した直流電力を交流電力に変換する直流−交流変換手段３と、電力変換損失を最小化するように交流−直流変換手段２を制御する直流電圧最適化手段４を備える構成としたものであり、任意の負荷に供給する汎用インバータ装置において、任意の電圧、周波数の出力をする際に、出力条件に合わせて最適な変換を行ない、装置内部の損失の最小化を図ることができることとなる。
【００６０】
（実施の形態２）
直流電圧最適化手段４を図３に示す。直流電圧最適化手段４の制御フローチャートについて図３を参照しながら説明する。
【００６１】
図に示すように、直流電圧最適化手段４は、一時刻前の交流電源１の電源電圧を入力する。次に、直流電圧最適化手段４は、交流−直流変換手段２の電力変換損失を演算する。演算方法は数式１に示す通りである。本電力変換損失が最小となる直流電圧Ｖｄｃを算出し、Ｖｄｃの指令電圧とする。この指令電圧Ｖｄｃと実際の中間直流電圧Ｖｄｃ（ｔ）との偏差を演算し、比例積分制御を行なうことで、交流−直流変換手段２の制御を行なうこととなる。
【００６２】
以上のように、本実施の形態２によれば、直流電圧最適化手段４を、交流電源１の電源電圧に応じて電力変換損失が最小となるように直流−交流変換手段３の入力電圧を上下変更する構成とすることで、交流電源１の電源電圧を昇圧する交流−直流変換手段２が任意の電圧、周波数の出力をする際に、出力条件に合わせて最適な変換を行ない、装置内部の損失の最小化を図ることができることとなる。
【００６３】
（実施の形態３）
直流電圧最適化手段４を図４に示す。直流電圧最適化手段４の制御フローチャートについて図４を参照しながら説明する。
【００６４】
図に示すように、直流電圧最適化手段４は、インバータの出力電圧を入力する。入力したインバータの出力電圧から直流−交流変換手段３の変換損失を最小とする最適な直流電圧Ｖｄｃを演算する。最適な直流電圧Ｖｄｃの演算方法は、数式５に示す通りである。
【００６５】
【数５】
2006121816.tif 000007
【００６６】
ここで、Ｖｅｃはスイッチング素子３ａから３ｄのオン時のコレクタ〜エミッタ間の電圧を示し、ωは角速度、Ｌは出力用リプル電圧低減フィルタ３ｉのインダクタンス、Ｉｐｅａｋはスイッチングの際の瞬時電流のピーク値を示し、Ｖｋは電流出力のための余裕電圧を示す。この数式５により計算したＶｄｃを目標電圧として、実際の中間直流電圧Ｖｄｃ（ｔ）との偏差を演算し、比例積分制御を行なうことで、交流−直流変換手段２の制御を行なうこととなる。
【００６７】
以上のように、本実施の形態３によれば、直流電圧最適化手段４を、インバータの出力指令電圧の高低に応じて電力変換損失が最小となるように直流−交流変換手段３の入力電圧を上下変更する構成とすることで、直流−交流変換手段３の変換効率を向上、すなわち電力変換損失の最小化と交流電源１の電力の有効利用率の向上を両立することができることとなる。
【００６８】
（実施の形態４）
直流電圧最適化手段４を図５に示す。直流電圧最適化手段４の制御フローチャートについて図５を参照しながら説明する。
【００６９】
図に示すように、直流電圧最適化手段４は、インバータの出力指令電圧を入力する。入力したインバータの出力指令電圧から直流−交流変換手段３の変換損失を最小とする最適な直流電圧Ｖｄｃを演算する。最適な直流電圧Ｖｄｃの演算方法は、数式６に示す通りである。
【００７０】
【数６】
2006121816.tif 000008
【００７１】
数式６により計算したＶｄｃを目標電圧として、実際の中間直流電圧Ｖｄｃ（ｔ）との偏差を演算し、比例積分制御を行なうことで、交流−直流変換手段２の制御を行なうこととなる。ここで、Ｖｅｃはスイッチング素子３ａから３ｄのオン時のコレクタ〜エミッタ間の電圧を示し、ωは角速度、Ｌは出力用リプル電圧低減フィルタ３ｉのインダクタンス、Ｉｐｅａｋはスイッチングの際の瞬時電流のピーク値を示し、Ｖｋは電流出力のための余裕電圧を示す。
【００７２】
以上のように、本実施の形態４によれば、直流電圧最適化手段４を、インバータの出力指令電圧の高低に応じて直流−交流変換手段３の入力電圧を上下変更する構成とすることで、直流−交流変換手段３の変換効率を向上、すなわち電力変換損失の最小化と交流電源１の電力の有効利用率の向上を両立することができることとなる。
【００７３】
（実施の形態５）
直流電圧最適化手段４を図６に示す。直流電圧最適化手段４の制御フローチャートについて図６を参照しながら説明する。
【００７４】
図に示すように、直流電圧最適化手段４は、一時刻前のインバータ出力する電流指令値を入力する。次に、一時刻前の交流電源１の入力電力を入力し、入力した交流電源１の入力電力とインバータ出力する電流指令値により中間直流電圧の目標電圧Ｖｄｃを演算する。中間直流電圧の目標電圧Ｖｄｃの演算方法は数式７の通りである。
【００７５】
【数７】
2006121816.tif 000009
【００７６】
この目標電圧Ｖｄｃと実際の中間直流電圧Ｖｄｃ（ｔ）との偏差を演算し、比例積分制御を行なうことで、交流−直流変換手段２の制御を行なうこととなる。
【００７７】
以上のように、本実施の形態５によれば、直流電圧最適化手段４を、連系する直流−交流変換手段３の出力電流指令値に応じて中間直流電圧を上下変更する構成とすることで、電力変換損失の最小化と交流電源１の入力電力の有効利用率の向上を両立することができることとなる。
【００７８】
（実施の形態６）
直流電圧最適化手段４を図７に示す。直流電圧最適化手段４の制御フローチャートについて図７を参照しながら説明する。
【００７９】
図に示すように、直流電圧最適化手段４は、一時刻前の直流−交流変換手段３の入力電流を入力する。次に、入力した入力電流により、交流−直流変換手段２の電力損失は数式１で演算することができる。さらに、直流−交流変換手段３の電力変換損失を数式２により演算することができ、交流−直流変換手段２と直流−交流変換手段３の電力損失の総和は、数式１と数式２の総和となる。数式１と数式２の総和を直流電圧で微分し、電力損失の最小点を演算することで、Ｖｄｃの最適動作点を算出することができる。
【００８０】
以上のように、本実施の形態６によれば、直流電圧最適化手段４を、直流−交流変換手段３の入力電流に応じて直流−交流変換手段３の入力電圧を上下変更することができ、電力変換損失の最小化と交流電源１の入力電力の有効利用率の向上を両立することができることとなる。
【００８１】
（実施の形態７）
直流電圧最適化手段４を図８に示す。直流電圧最適化手段４の制御フローチャートについて図８を参照しながら説明する。
【００８２】
図に示すように、直流電圧最適化手段４は、一時刻前の直流−交流変換手段３の入力電流を入力する。次に、入力した入力電流と一時刻前の直流電圧から入力する直流電力を演算する。演算した直流電力をインバータの出力指令電圧にて除算することで出力指令電流を演算し、さらに直流−交流変換手段３の電力損失を数式２により演算することができる。交流−直流変換手段２の電力変換損失は、数式１により演算することができるため、電力変換損失の総和は数式１、数式２の総和となる。数式１と数式２の総和を直流電圧で微分し、電力損失の最小点を演算することで、Ｖｄｃの最適動作点を算出することができる。
【００８３】
以上のように、本実施の形態７によれば、直流電圧最適化手段４を、直流−交流変換手段３の入力電力に応じて直流−交流変換手段３の入力電圧を上下変更することができ、電力変換損失の最小化と交流電源１の入力電力の有効利用率の向上を両立することができることとなる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
交流−直流変換、直流−交流変換技術を利用したインバータの効率向上のための最適制御技術であり、モータ制御などに使用する任意の周波数、電圧を出力可能とする汎用インバータ装置へも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の実施の形態１の系統連系インバータの構成図
【図２】同直流電圧最適化手段４の制御フローチャート
【図３】本発明の実施の形態２の直流電圧最適化手段４の制御フローチャート
【図４】本発明の実施の形態３の直流電圧最適化手段４の制御フローチャート
【図５】本発明の実施の形態４の直流電圧最適化手段４の制御フローチャート
【図６】本発明の実施の形態５の直流電圧最適化手段４の制御フローチャート
【図７】本発明の実施の形態６の直流電圧最適化手段４の制御フローチャート
【図８】本発明の実施の形態７の直流電圧最適化手段４の制御フローチャート
【図９】従来のインバータ技術を利用した節電装置の構成図
【図１０】従来のインバータ技術を利用した系統連系インバータの構成図
【符号の説明】
【００８６】
１  交流電源
２  交流−直流変換手段
２ａ〜２ｄ  スイッチング素子
２ｅ〜２ｈ  ダイオード
２ｉ〜２ｊ  昇圧用リアクトル
２ｋ  フィルタ回路
２Ｌ  平滑用コンデンサ
２ｍ  昇圧チョッパ制御部
３  直流−交流変換手段
３ａ〜３ｄ  スイッチング素子
３ｅ〜３ｈ  ダイオード
３ｉ  出力用リプル電圧低減フィルタ
３ｊ  インバータ制御部
４  直流電圧最適化手段
１０１  節電装置
１０２  交流電源
１０３  負荷
１０４  直列変圧器
１０５  回生形インバータ
１０６  直流電源
１０７  入力コンデンサ
１０８  昇圧コンバータ
１０９  中間コンデンサ
１１０  インバータ
１１１  系統
１１２  入力電圧変動検知手段
１１３  制御回路
【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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