(57)【要約】【課題】直流電圧を昇圧して交流電圧に変換する電力変換装置において、スイッチング損失をさらに低減する。【解決手段】電力変換装置は、直流電源からの直流電圧を三相交流電圧に変換して、電力系統に連系する。電力変換装置は、直流電源からの直流電圧を昇圧する昇圧回路と、直流電源からの直流電圧を昇圧回路を介さず第１相交流電圧に変換する第１インバータと、直流電源からの直流電圧を昇圧回路を介さず第２相交流電圧に変換する第２インバータと、昇圧回路から出力される直流電圧を第３相交流電圧に変換する第３インバータとを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源からの直流電圧を三相交流電圧に変換して、電力系統に連系する電力変換装置であって、
前記直流電源からの直流電圧を昇圧する昇圧回路と、
前記直流電源からの直流電圧を前記昇圧回路を介さず第１相交流電圧に変換する第１インバータと、
前記直流電源からの直流電圧を前記昇圧回路を介さず第２相交流電圧に変換する第２インバータと、
前記昇圧回路から出力される直流電圧を第３相交流電圧に変換する第３インバータと
を備える電力変換装置。
【請求項２】
前記第３相交流電圧のピーク電圧は、前記第１相交流電圧および前記第２相交流電圧のピーク電圧より高い、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記第３インバータが、前記昇圧回路により昇圧された前記直流電源からの直流電圧を前記第３相交流電圧に変換している間、前記第１インバータおよび前記第２インバータは、前記昇圧回路により昇圧されていない前記直流電源からの直流電圧を前記第１相交流電圧および前記第２相交流電圧に変換する、請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記昇圧回路は、前記直流電源からの直流電圧を昇圧せずに、前記第３インバータが前記第３インバータから出力すべき第３相基準交流信号に対応する交流電圧を出力できる場合には、前記直流電源からの直流電圧を昇圧しない、請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記昇圧回路は、前記第３相基準交流信号に基づき定められる第１期間、前記直流電源からの直流電圧を昇圧し、前記第３相基準交流信号に基づき定められる第２期間、前記直流電源からの直流電圧を昇圧しない、請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記昇圧回路は、前記直流電源からの直流電圧が前記第３相基準交流信号に対応する電圧より小さい前記第１期間、前記直流電源からの直流電圧を昇圧し、前記直流電源からの直流電圧が前記第３相基準交流信号に対応する電圧より大きい前記第２期間、前記直流電源からの直流電圧を昇圧しない、請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記昇圧回路は、前記第３相基準交流信号の位相が予め定められた第１位相範囲である前記第１期間、前記直流電源からの直流電圧を昇圧し、前記第３相基準交流信号の位相が予め定められた第２位相範囲である前記第２期間、前記直流電源からの直流電圧を昇圧しない、請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記昇圧回路は、前記第３相基準交流信号に対応する電圧が予め定められた基準電圧より小さい前記第１期間、前記直流電源からの直流電圧を昇圧し、前記第３相基準交流信号の位相に対応する電圧が前記基準電圧より大きい前記第２期間、前記直流電源からの直流電圧を昇圧しない、請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記昇圧回路からの直流電圧を前記第３インバータに入力するか、前記直流電源からの直流電圧を前記昇圧回路を介さず前記第３インバータに入力するかを切り替える第１切り替え手段をさらに備え、
前記第３インバータは、前記直流電源からの直流電圧が前記第３インバータから出力すべき第３相基準交流信号のピーク電圧より高い場合、前記第１切り替え手段により前記昇圧回路を介さずに入力される前記直流電源からの直流電圧を前記第３相基準交流信号に対応する前記第３相交流電圧に変換する、請求項１から請求項８のいずれか１つに記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記直流電源から出力される直流電圧を前記昇圧回路を介さず前記第１インバータおよび前記第２インバータに入力するか、前記昇圧回路から出力される直流電圧を前記第１インバータおよび前記第２インバータに入力するかを切り替える第２切り替え手段をさらに備え、
前記直流電源からの直流電圧が、前記第１インバータから出力すべき第１相基準交流信号のピーク電圧および前記第２インバータから出力すべき第２相基準交流信号のピーク電圧より低い場合、前記第１インバータは、前記第２切り替え手段により前記昇圧回路を介して入力される直流電圧を前記第１相基準交流信号に対応する前記第１相交流電圧に変換し、前記第２インバータは、前記第２切り替え手段により前記昇圧回路を介して入力される直流電圧を前記第２相基準交流信号に対応する前記第２相交流電圧に変換する、請求項１から請求項９のいずれか１つに記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記昇圧回路は、前記直流電源の一方の出力端に一方の入力端が接続され、前記直流電源の他方の出力端に他方の入力端が接続され、
前記第１インバータは、前記直流電源の前記一方の出力端に一端が接続された第１相用の第１スイッチと、前記第１相用の前記第１スイッチの他端に一端が接続され、前記直流電源の前記他方の出力端に他端が接続された第１相用の第２スイッチとを含む第１ハーフブリッジ回路を有し、
前記第２インバータは、前記直流電源の前記一方の出力端に一端が接続された第２相用の第１スイッチと、前記第２相用の前記第１スイッチの他端に一端が接続され、前記直流電源の前記他方の出力端に他端が接続された第２相用の第２スイッチとを含む第２ハーフブリッジ回路を有し、
前記第３インバータは、前記昇圧回路の一方の出力端に一端が接続された第３相用の第１スイッチと、前記第３相用の前記第１スイッチの他端に一端が接続され、前記昇圧回路の他方の出力端に他端が接続された第３相用の第２スイッチとを含む第３ハーフブリッジ回路を有する、請求項１から請求項１０のいずれか１つに記載の電力変換装置。
【請求項１２】
前記昇圧回路は、前記直流電源の一方の出力端に一方の入力端が接続され、前記直流電源の他方の出力端に他方の入力端が接続され、
前記第３インバータは、前記昇圧回路の一方の出力端に一端が接続された第３相用の第１スイッチと、前記第３相用の前記第１スイッチの他端に一端が接続され、前記昇圧回路の他方の出力端に他端が接続された第３相用の第２スイッチとを含む第３ハーフブリッジ回路を有し、
前記第１インバータは、前記直流電源の一方の出力端に一端が接続された第１相用の第１スイッチと、前記第１相用の前記第１スイッチの他端に一端が接続され、前記第３相用の前記第２スイッチの前記他端に他端が接続された第１相用の第２スイッチとを含む第１ハーフブリッジ回路を有し、
前記第２インバータは、前記直流電源の一方の出力端に一端が接続された第２相用の第１スイッチと、前記第２相用の前記第１スイッチの他端に一端が接続され、前記第３相用の前記第２スイッチの前記他端に他端が接続された第２相用の第２スイッチとを含む第２ハーフブリッジ回路を有する、請求項１から請求項１１のいずれか１つに記載の電力変換装置。
【請求項１３】
前記電力変換装置は、異容量Ｖ結線方式の前記電力系統に連系し、
前記第２相交流電圧の位相は、前記第１相交流電圧の位相に対して１８０度ずれ、
前記第３相交流電圧の位相は、前記第１相交流電圧および前記第２相交流電圧のそれぞれの位相に対して９０度ずれている、請求項１から請求項１２のいずれか１つに記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、Ｖ結線またデルタ結線されたトランス巻線の１つを巻線中点で接地している三相系統に連系され、直流電力を交流電力に変換して三相系統に供給する電力変換器が開示されている。
【０００３】
特許文献１  特開２００２−２３８２６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
直流電圧を昇圧して交流電圧に変換する電力変換装置において、スイッチング損失をさらに低減する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本実施形態に係る電力変換装置は、直流電源からの直流電圧を三相交流電圧に変換して、電力系統に連系する電力変換装置であって、直流電源からの直流電圧を昇圧する昇圧回路と、直流電源からの直流電圧を昇圧回路を介さず第１相交流電圧に変換する第１インバータと、直流電源からの直流電圧を昇圧回路を介さず第２相交流電圧に変換する第２インバータと、昇圧回路から出力される直流電圧を第３相交流電圧に変換する第３インバータとを備える。
【０００６】
上記電力変換装置において、第３交流電圧のピーク電圧は、第１相交流電圧および第２相交流電圧のピーク電圧より高い。
【０００７】
上記電力変換装置において、上記昇圧回路は、直流電源からの直流電圧を昇圧せずに、第３インバータが第３インバータから出力すべき第３相基準交流信号に対応する電圧を出力できる場合には、直流電源からの直流電圧を昇圧しなくてよい。
【０００８】
上記電力変換装置において、第３インバータが、昇圧回路により昇圧された直流電源からの直流電圧を第３相交流電圧に変換している間、第１インバータおよび第２インバータは、昇圧回路により昇圧されていない直流電源からの直流電圧を第１相交流電圧および第２相交流電圧に変換してよい。
【０００９】
上記電力変換装置において、昇圧回路は、第３インバータから出力すべき第３相基準交流信号に基づき定められる第１期間、直流電源からの直流電圧を昇圧し、第３相基準交流信号に基づき定められる第２期間、直流電源からの直流電圧を昇圧しなくてよい。
【００１０】
上記電力変換装置において、昇圧回路は、直流電源からの直流電圧が第３相基準交流信号に対応する電圧より小さい期間、直流電源からの直流電圧を昇圧し、直流電源からの直流電圧が第３相基準交流信号に対応する電圧より大きい期間、直流電源からの直流電圧を昇圧しなくてよい。
【００１１】
上記電力変換装置において、昇圧回路は、第３相基準交流信号の位相が予め定められた第１位相範囲である第１期間、直流電源からの直流電圧を昇圧し、第３相基準交流信号の位相が予め定められた第２位相範囲である第２期間、直流電源からの直流電圧を昇圧しなくてよい。
【００１２】
上記電力変換装置において、昇圧回路は、第３相基準交流信号に対応する電圧が予め定められた基準電圧より小さい第１期間、直流電源からの直流電圧を昇圧し、第３相基準交流信号の位相に対応する電圧が基準交流電圧より大きい第２期間、直流電源からの直流電圧を昇圧しなくてよい。
【００１３】
上記電力変換装置において、昇圧回路からの直流電圧を第３インバータに入力するか、直流電源からの直流電圧を昇圧回路を介さず第３インバータに入力するかを切り替える第１切り替え手段をさらに備え、第３インバータは、直流電源からの直流電圧が第３インバータから出力すべき第３相基準交流信号のピーク電圧より高い場合、第１切り替え手段により昇圧回路を介さずに入力される直流電源からの直流電圧を第３相基準交流信号に対応する第３相交流電圧に変換してよい。
【００１４】
上記電力変換装置は、直流電源から出力される直流電圧を昇圧回路を介さず第１インバータおよび第２インバータに入力するか、昇圧回路から出力される直流電圧を第１インバータおよび第２インバータに入力するかを切り替える第２切り替え手段をさらに備え、直流電源からの直流電圧が、第１インバータから出力すべき第１相基準交流信号のピーク電圧および第２インバータから出力すべき第２相基準交流信号のピーク電圧より低い場合、第１インバータは、第２切り替え手段により昇圧回路を介して入力される直流電圧を第１相基準交流信号に対応する第１相交流電圧に変換し、第２インバータは、第２切り替え手段により昇圧回路を介して入力される直流電圧を第２相基準交流信号に対応する第２相交流電圧に変換してよい。
【００１５】
上記電力変換装置において、昇圧回路は、直流電源の一方の出力端に一方の入力端が接続され、直流電源の他方の出力端に他方の入力端が接続され、第１インバータは、直流電源の一方の出力端に一端が接続された第１相用の第１スイッチと、第１相用の第１スイッチの他端に一端が接続され、直流電源の他方の出力端に他端が接続された第１相用の第２スイッチとを含む第１ハーフブリッジ回路を有し、第２インバータは、直流電源の一方の出力端に一端が接続された第２相用の第１スイッチと、第２相用の第１スイッチの他端に一端が接続され、直流電源の他方の出力端に他端が接続された第２相用の第２スイッチとを含む第２ハーフブリッジ回路を有し、第３インバータは、昇圧回路の一方の出力端に一端が接続された第３相用の第１スイッチと、第３相用の第１スイッチの他端に一端が接続され、昇圧回路の他方の出力端に他端が接続された第３相用の第２スイッチとを含む第３ハーフブリッジ回路を有してよい。
【００１６】
上記電力変換装置において、昇圧回路は、直流電源の一方の出力端に一方の入力端が接続され、直流電源の他方の出力端に他方の入力端が接続され、第３インバータは、昇圧回路の一方の出力端に一端が接続された第３相用の第１スイッチと、第３相用の第１スイッチの他端に一端が接続され、昇圧回路の他方の出力端に他端が接続された第３相用の第２スイッチとを含む第３ハーフブリッジ回路を有し、第１インバータは、直流電源の一方の出力端に一端が接続された第１相用の第１スイッチと、第１相用の第１スイッチの他端に一端が接続され、第３相用の第２スイッチの他端に他端が接続された第１相用の第２スイッチとを含む第１ハーフブリッジ回路を有し、第２インバータは、直流電源の一方の出力端に一端が接続された第２相用の第１スイッチと、第２相用の第１スイッチの他端に一端が接続され、第３相用の第２スイッチの他端に他端が接続された第２相用の第２スイッチとを含む第２ハーフブリッジ回路を有してよい。
【００１７】
上記電力変換装置、異容量Ｖ結線方式の電力系統に連系し、第２相交流電圧の位相は、第１相交流電圧の位相に対して１８０度ずれ、第３相交流電圧の位相は、第１相交流電圧および第２相交流電圧のそれぞれの位相に対して９０度ずれている。
【００１８】
なお、上記の発明の概要は、本発明の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】
【００１９】
【図１】本実施形態に係る電力変換装置を含む電力変換システムの全体構成の一例を示す図である。
【図２】図１に示す電位Ｅ１、電位Ｅ２、および電位Ｅ３の変化の様子の一例を示す図である。
【図３】図１に示す電位Ｅ１、電位Ｅ２、および電位Ｅ３の変化の様子の一例を示す図である。
【図４】他の実施形態に係る電力変換装置を含む電力変換システムの全体構成の一例を示す図である。
【図５】図４に示す電位Ｅ１、電位Ｅ２、電位Ｅ３、電位Ｅ４の変化の様子の一例を示す図である。
【図６】他の実施形態に係る電力変換装置を含む電力変換システムの全体構成の一例を示す図である。
【図７】他の実施形態に係る電力変換装置を含む電力変換システムの全体構成の一例を示す図である。
【図８】他の実施形態に係る電力変換装置を含む電力変換システムの全体構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
図１は、本実施形態に係る電力変換装置を含む電力変換システムの全体構成の一例を示す図である。電力変換装置３００は、直流電源２００からの直流電圧を３相交流電圧に変換して、異容量Ｖ結線方式の系統電源４００に連系する。
【００２２】
系統電源４００は、容量の異なる単相トランス４０２および単相トランス４０４を有する。単相トランス４０４の中点４０６は、接地されている。単相トランス４０４には、Ｕ相交流電圧およびＶ相交流電圧が印加される。単相トランス４０２には、Ｗ相交流電圧が印加される。
【００２３】
Ｕ相交流電圧は、第１相交流電圧の一例である。Ｖ相交流電圧は、第２相交流電圧の一例である。Ｗ相交流電圧は、第３相交流電圧の一例である。Ｖ相交流電圧の位相は、Ｕ相交流電圧の位相に対して１８０度ずれている。Ｗ相交流電圧の位相は、Ｕ相交流電圧およびＶ相交流電圧のそれぞれの位相に対して９０度ずれている。また、Ｗ相交流電圧のピーク電圧は、Ｕ相交流電圧およびＶ相交流電圧のピーク電圧より高い。
【００２４】
直流電源２００は、太陽電池アレイ、ガスエンジン、ガスタービン、マイクロガスタービン、燃料電池、風力発電装置、電気自動車、または蓄電システムなどの直流電圧を出力する分散型電源でよい。
【００２５】
電力変換装置３００は、昇圧回路１０、インバータ２０Ｕ、インバータ２０Ｖ、インバータ２０Ｗ、コンデンサＣ、コイルＬＵ、コイルＬＶ、およびコイルＬＷを備える。
【００２６】
昇圧回路１０は、直流電源２００からの直流電圧を昇圧する。コンデンサＣは、昇圧回路１０に並列に接続され、昇圧回路１０から出力される直流電圧を平滑化する。インバータ２０Ｕは、直流電源２００からの直流電圧を昇圧回路１０を介さずＵ相交流電圧に変換する。インバータ２０Ｕには、直流電源２００からの直流電圧が昇圧回路１０により昇圧されずに入力され、インバータ２０Ｕは、昇圧回路１０により昇圧されていない直流電圧をＵ相交流電圧に変換する。インバータ２０Ｖは、直流電源２００からの直流電圧を昇圧回路１０を介さずＶ相交流電圧に変換する。インバータ２０Ｖには、直流電源２００からの直流電圧が昇圧回路１０により昇圧されずに入力され、インバータ２０Ｖは、昇圧回路１０により昇圧されていない直流電圧をＵ相交流電圧に変換する。インバータ２０Ｗは、昇圧回路１０から出力される直流電圧をＷ相交流電圧に変換する。インバータ２０Ｗが、昇圧回路１０により昇圧された直流電源２００からの直流電圧をＷ相交流電圧に変換している間、インバータ２０Ｕおよびインバータ２０Ｖは、昇圧回路１０により昇圧されていない直流電源２００からの直流電圧をＵ相交流電圧およびＶ相交流電圧に変換する。
【００２７】
インバータ２０Ｕは、第１インバータの一例である。インバータ２０Ｖは、第２インバータの一例である。インバータ２０Ｗは、第３インバータの一例である。コイルＬＵ、コイルＬＶ、およびコイルＬＷは、インバータ２０Ｕ、インバータ２０Ｖ、およびインバータ２０Ｗのそれぞれから出力される交流電圧のノイズを除去する。
【００２８】
昇圧回路１０は、直流電源２００の一方の出力端（正極端子）に一方の入力端が電気的に接続され、直流電源２００の他方の出力端（負極端子）に他方の入力端が電気的に接続される。
【００２９】
インバータ２０Ｕは、第１ハーフブリッジ回路を有する。第１ハーフブリッジ回路は、第１スイッチ２２Ｕおよび第２スイッチ２４Ｕを含む。第１スイッチ２２Ｕは、直流電源２００の一方の出力端に一端が接続される。第２スイッチ２４Ｕは、第１スイッチ２２Ｕの他端に一端が接続される。
【００３０】
インバータ２０Ｖは、第２ハーフブリッジ回路を有する。第２ハーフブリッジ回路は、第１スイッチ２２Ｖおよび第２スイッチ２４Ｖを含む。第１スイッチ２２Ｖは、直流電源２００の一方の出力端に一端が接続され。第２スイッチ２４Ｖは、第１スイッチ２２Ｖの他端に一端が接続され、第２スイッチ２４Ｕの他端に他端が接続される。
【００３１】
インバータ２０Ｗは、第３ハーフブリッジ回路を有する。第３ハーフブリッジ回路は、第１スイッチ２２Ｗおよび第２スイッチ２４Ｗを含む。第１スイッチ２２Ｗは、昇圧回路１０の一方の出力端に一端が接続される。第２スイッチ２４Ｗは、第１スイッチ２２Ｗの他端に一端が接続され、昇圧回路１０の他方の出力端に他端が接続される。第２スイッチ２４Ｕ、第２スイッチ２４Ｖ、第２スイッチ２４Ｗの他端のそれぞれは、同電位である。
【００３２】
電力変換装置３００は、制御装置１００、電圧センサ５０、電圧センサ５２、電圧センサ５４Ｕ、電圧センサ５４Ｖ、および電圧センサ５４Ｗをさらに備える。電圧センサ５０は、電力変換装置３００に入力される直流電源２００からの直流電圧の電圧値を検知する。電圧センサ５２は、昇圧回路１０から出力される直流電圧の電圧値を検知する。
【００３３】
電圧センサ５４Ｕは、第１スイッチ２２Ｕと第２スイッチ２４Ｕとの中点からコイルＬＵを介して出力されるＵ相交流電圧の電圧値を検知する。電圧センサ５４Ｖは、第１スイッチ２２Ｖと第２スイッチ２４Ｖとの中点からコイルＬＶを介して出力されるＶ相交流電圧の電圧値を検知する。電圧センサ５４Ｗは、第１スイッチ２２Ｗと第２スイッチ２４Ｗとの中点からコイルＬＷを介して出力されるＷ相交流電圧の電圧値を検知する。
【００３４】
制御装置１００は、電圧センサ５０、電圧センサ５２、電圧センサ５４Ｕ、電圧センサ５４Ｖ、および電圧センサ５４Ｗにより検知される各電圧値に基づいて、昇圧回路１０の昇圧動作、並びにインバータ２０Ｕ、インバータ２０Ｖ、およびインバータ２０Ｗの直流交流変換動作を制御する。
【００３５】
電力変換装置３００が、異容量Ｖ結線方式の系統電源４００と連系する場合、Ｕ相交流電圧およびＶ相交流電圧のピーク電圧は、Ｗ相交流電圧のピーク電圧より低くてよい。しかし、インバータ２０Ｕ、インバータ２０Ｖおよびインバータ２０Ｗのそれぞれが昇圧回路１０に接続されている場合、インバータ２０Ｕ、インバータ２０Ｖおよびインバータ２０Ｗは、昇圧回路１０から出力される直流電圧を交流電圧に変換することになる。昇圧回路１０は、インバータ２０Ｕ、インバータ２０Ｖおよびインバータ２０Ｗから出力すべきそれぞれの交流電圧のピーク電圧のうち最も高いピーク電圧に合わせて直流電圧を昇圧する。インバータに入力される電圧が高いほど、インバータが備えるスイッチのスイッチング損失は増加する。したがって、インバータ２０Ｕ、インバータ２０Ｖおよびインバータ２０Ｗに入力される電圧が低いほど、スイッチング損失を低減できるので好ましい。
【００３６】
異容量Ｖ結線方式の場合、インバータ２０Ｕおよびインバータ２０Ｖに入力すべき直流電圧は、インバータ２０Ｗに入力すべき直流電圧よりも低くてよい。そこで、本実施形態では、インバータ２０Ｕおよびインバータ２０Ｖには、昇圧回路１０を介さず直流電源２００からの直流電圧を直接入力する。これにより、インバータ２０Ｕおよびインバータ２０Ｖに入力される直流電圧を低く抑えられるので、インバータ２０Ｕおよびインバータ２０Ｖが備えるスイッチのスイッチング損失を低減できる。
【００３７】
図２は、図１に示す電位Ｅ１、電位Ｅ２、および電位Ｅ３の変化の様子の一例を示す図である。電位Ｅ１は、第１スイッチ２２Ｖの一端側の電位を示す。電位Ｅ１は、直流電源２００の一方の出力端側の電位に相当する。電位Ｅ２は、第２スイッチ２４Ｖの他端側の電位を示す。電位Ｅ２は、昇圧回路１０の他方の出力端側の電位に相当する。電位Ｅ３は、第１スイッチ２２Ｗの一端側の電位を示す。電位Ｅ３は、昇圧回路１０の一方の出力端側の電位に相当する。
【００３８】
昇圧回路１０は、Ｗ相基準交流信号Ｖのピーク電圧以上となるように直流電源２００からの直流電圧を昇圧する。インバータ２０Ｗは、昇圧回路１０によって昇圧された直流電圧をＷ相基準交流信号Ｖに従った交流電圧に変換して出力する。インバータ２０Ｕは、直流電源２００から出力される直流電圧をＵ相基準交流信号Ｕに従った交流電圧に変換して出力する。インバータ２０Ｖは、直流電源２００から出力される直流電圧をＶ相基準交流信号Ｖに従った交流電圧に変換して出力する。
【００３９】
本実施形態によれば、昇圧回路１０により昇圧された直流電圧は、インバータ２０Ｗにのみ印加され、インバータ２０Ｕおよびインバータ２０Ｖには直流電源２００からの直流電源が直接印加される。したがって、インバータ２０Ｕおよびインバータ２０Ｖに印加される電位Ｅ１の大きさを、インバータ２０Ｗに印加される電位Ｅ３の大きさより小さくできる。よって、インバータ２０Ｕおよびインバータ２０Ｖのスイッチング損失を低減できる。
【００４０】
上記では、昇圧回路１０は、インバータ２０Ｗが出力すべきＷ相基準交流信号のピーク電圧以上となるように直流電圧を昇圧する例について説明した。しかし、昇圧回路１０は、直流電源２００からの直流電圧を昇圧せずに、インバータ２０Ｗがインバータ２０Ｗから出力すべきＷ相基準交流信号に対応する交流電圧を出力できる場合には、直流電源２００からの直流電圧を昇圧しなくてもよい。昇圧回路１０は、インバータ２０Ｗから出力すべきＷ相基準交流信号に基づき定められる第１期間、直流電源からの直流電圧を昇圧し、Ｗ相基準交流信号に基づき定められる第２期間、直流電源からの直流電圧を昇圧しなくてよい。第１期間は、直流電源２００からの直流電圧を昇圧せずに、インバータ２０Ｗがインバータ２０Ｗから出力すべきＷ相基準交流信号に対応する交流電圧を出力できる期間である。第２期間は、第１期間以外の期間である。
【００４１】
昇圧回路１０は、図３に示すように、直流電源２００からの直流電圧が第３インバータから出力すべき第３相基準交流信号に対応する電圧より小さい期間、直流電源２００からの直流電圧を昇圧し、直流電源２００からの直流電圧が第３相基準交流信号に対応する電圧より大きい期間、直流電源２００からの直流電圧を昇圧しなくてもよい。昇圧回路１０は、直流電源２００からの直流電圧が第３インバータから出力すべき第３相基準交流信号より小さくなる時点より予め定められた期間前から、直流電源２００からの直流電圧を昇圧してもよい。昇圧回路１０は、直流電源２００からの直流電圧が第３インバータから出力すべき第３相基準交流信号に対応する電圧から予め定められた電圧だけ低い電圧より低い期間、直流電源２００からの直流電圧を昇圧してもよい。
【００４２】
昇圧回路１０は、Ｗ相基準交流信号の位相が予め定められた第１位相範囲である第１期間、直流電源からの直流電圧を昇圧し、Ｗ相基準交流信号の位相が予め定められた第２位相範囲である第２期間、直流電源からの直流電圧を昇圧しなくてよい。第１位相範囲は、直流電源２００からの直流電圧を昇圧せずに、インバータ２０Ｗがインバータ２０Ｗから出力すべきＷ相基準交流信号に対応する交流電圧を出力できる位相範囲である。第２位相範囲は、第１位相範囲以外の位相範囲である。
【００４３】
昇圧回路１０は、Ｗ相基準交流信号に対応する電圧が予め定められた基準電圧より小さい第１期間、直流電源からの直流電圧を昇圧し、Ｗ相基準交流信号の位相に対応する電圧が基準電圧より大きい第２期間、直流電源からの直流電圧を昇圧しなくてよい。基準電圧は、直流電源２００からの直流電圧を昇圧せずに、インバータ２０Ｗがインバータ２０Ｗから出力すべきＷ相基準交流信号に対応する交流電圧を出力できるＷ相基準交流信号に対応する電圧である。
【００４４】
以上の通り、昇圧回路１０は、直流電源２００からの直流電圧を昇圧せずに、インバータ２０Ｗがインバータ２０Ｗから出力すべきＷ相基準交流信号に対応する交流電圧を出力できる場合には、直流電源２００からの直流電圧を昇圧しなくてよい。これにより、昇圧回路１０により直流電源２００からの直流電圧が昇圧される期間を短くできるので、インバータ２０Ｗに印加される直流電圧が昇圧されている期間を短くできる。よって、インバータ２０Ｕおよびインバータ２０Ｖのスイッチング損失に加えて、インバータ２０Ｗのスイッチング損失もより低減できる。
【００４５】
図４は、他の実施形態に係る電力変換装置３００を含む電力変換システムの全体構成の一例を示す図である。図１に示す実施形態では、インバータ２０Ｕの第２スイッチ２４Ｕの他端およびインバータ２０Ｖの第２スイッチ２４Ｖの他端が、昇圧回路１０の他方の出力端に接続されている。一方、図４に示す他の実施形態では、インバータ２０Ｕの第２スイッチ２４Ｕの他端およびインバータ２０Ｖの第２スイッチ２４Ｖの他端が、直流電源２００の他方の出力端（負極端子）に接続されている。
【００４６】
インバータ２０Ｕの第２スイッチ２４Ｕの他端およびインバータ２０Ｖの第２スイッチ２４Ｖの他端を直流電源２００の他方の出力端に接続することにより、図５に示すように、インバータ２０Ｕの第２スイッチ２４Ｕの他端およびインバータ２０Ｖの第２スイッチ２４Ｖの他端の電位Ｅ２の大きさを、インバータ２０Ｗの第２スイッチ２４Ｗの他端の電位Ｅ４の大きさより小さくできる。よって、インバータ２０Ｕおよびインバータ２０Ｖのスイッチング損失をさらに低減することができる。
【００４７】
図６は、他の実施形態に係る電力変換装置３００を含む電力変換システムの全体構成の一例を示す図である。
【００４８】
図６に示す他の実施形態に係る電力変換装置３００は、第１スイッチ２２Ｗの一端と、直流電源２００の一方の出力端とを電気的に接続するか否かを切り替えるスイッチＳＷ１を備える。スイッチＳＷ１は、昇圧回路１０からの直流電圧をインバータ２０Ｗに入力するか、直流電源２００からの直流電圧を昇圧回路１０を介さずインバータ２０Ｗに入力するかを切り替える第１切り替え手段として機能する。
【００４９】
直流電源２００から出力される直流電圧が、Ｗ相基準交流信号のピーク電圧以上の場合には、インバータ２０Ｗに入力される直流電圧も昇圧回路１０により昇圧しなくてよい。そこで、直流電源２００から出力される直流電圧が、Ｗ相基準交流信号のピーク電圧以上の場合、制御装置１００から指示に応じて、スイッチＳＷ１がオンして、第１スイッチ２２Ｗの一端と、直流電源２００の一方の出力端とを電気的に接続する。これにより、直流電源２００から出力される直流電圧を、昇圧回路１０を介さずインバータ２０Ｗに入力できる。
【００５０】
インバータ２０Ｗは、直流電源２００からの直流電圧がインバータ２０Ｗから出力すべきＷ相基準交流信号のピーク電圧より高い場合、スイッチＳＷ１により昇圧回路１０を介さずに入力される直流電源２００からの直流電圧をＷ相基準交流信号に対応するＷ相交流電圧に変換する。
【００５１】
直流電源２００から出力される直流電圧を、昇圧回路１０を介さずインバータ２０Ｗに入力できるので、昇圧回路１０によるスイッチング損失を低減できる。
【００５２】
図７は、他の実施形態に係る電力変換装置３００を含む電力変換システムの全体構成の一例を示す図である。
【００５３】
図７に示す他の実施形態に係る電力変換装置３００は、第１スイッチ２２Ｗの一端と、直流電源２００の一方の出力端とを電気的に接続するか否かを切り替えるスイッチＳＷ１と、第２スイッチ２４Ｗの他端と、直流電源２００の他方の出力端とを電気的に接続するか否かを切り替えるスイッチＳＷ２とを備える。スイッチＳＷ１およびスイッチＳＷ２は、昇圧回路１０からの直流電圧をインバータ２０Ｗに入力するか、直流電源２００からの直流電圧を昇圧回路１０を介さずインバータ２０Ｗに入力するかを切り替える第１切り替え手段として機能する。
【００５４】
直流電源２００から出力される直流電圧が、Ｗ相基準交流信号のピーク電圧以上の場合、制御装置１００からの指示に応じて、スイッチＳＷ１およびスイッチＳＷ２がオンして、第１スイッチ２２Ｗの一端と、直流電源２００の一方の出力端とを電気的に接続し、第２スイッチ２４Ｗの他端と、直流電源の他方の出力端とを電気的に接続する。これにより、直流電源２００から出力される直流電圧を、昇圧回路１０を介さずインバータ２０Ｗに入力できる。このような構成により、直流電源２００から出力される直流電圧が、Ｗ相基準交流信号のピーク電圧以上の場合、直流電源２００から出力される直流電圧を、昇圧回路１０を介さずインバータ２０Ｗに入力できるので、昇圧回路１０によるスイッチング損失を低減できる。
【００５５】
図８は、他の実施形態に係る電力変換装置３００を含む電力変換システムの全体構成の一例を示す図である。
【００５６】
図８に示す他の実施形態に係る電力変換装置３００は、第１スイッチ２２Ｗの一端と、直流電源２００の一方の出力端とを電気的に接続するか否かを切り替えるスイッチＳＷ１と、直流電源２００の一方の出力端と第１スイッチ２２Ｕおよび第１スイッチ２２Ｖの一端とを電気的に接続するか否かを切り替えるスイッチＳＷ３とを備える。
【００５７】
スイッチＳＷ１およびスイッチＳＷ３は、直流電源２００から出力される直流電圧を昇圧回路１０を介さずインバータ２０Ｕおよびインバータ２０Ｗに入力するか、昇圧回路１０から出力される直流電圧をインバータ２０Ｕおよびインバータ２０Ｗに入力するかを切り替える第２切り替え手段として機能する。
【００５８】
直流電源２００から出力される直流電圧は、インバータ２０Ｕから出力すべきＵ相基準交流信号のピーク電圧およびインバータ２０Ｖから出力すべきＶ相基準交流信号のピーク電圧より低い場合がある。このような場合、インバータ２０Ｕおよびインバータ２０Ｖに入力される直流電圧についても昇圧回路１０により昇圧したほうが好ましい。
【００５９】
スイッチＳＷ１およびスイッチＳＷ３を設けることで、インバータ２０Ｕおよびインバータ２０Ｖに昇圧回路１０から出力される直流電圧を入力できる経路を追加できる。これにより、直流電源２００から出力される直流電圧が、Ｕ相基準交流信号のピーク電圧およびＶ相基準交流信号のピーク電圧より低い場合に、インバータ２０Ｕおよびインバータ２０Ｖに入力される直流電圧についても昇圧回路１０により昇圧することができる。
【００６０】
直流電源２００からの直流電圧が、Ｕ相基準交流信号のピーク電圧およびＶ相基準交流信号のピーク電圧より低い場合、インバータ２０Ｕは、スイッチＳＷ１をオン、スイッチＳＷ３をオフした状態で、昇圧回路１０を介して入力される直流電圧をＵ相基準交流信号に対応するＵ相交流電圧に変換する。インバータ２０Ｗは、スイッチＳＷ１をオン、スイッチＳＷ３をオフした状態で、昇圧回路１０を介して入力される直流電圧をＶ相基準交流信号に対応するＶ相交流電圧に変換する。
【００６１】
直流電源２００からの直流電圧が、Ｕ相基準交流信号のピーク電圧およびＶ相基準交流信号のピーク電圧以上の場合、制御装置１００からの指示に応じて、スイッチＳＷ１がオフ、スイッチＳＷ３がオンして、インバータ２０Ｕは、昇圧回路１０を介さず直流電源２００から直接入力される直流電圧をＵ相基準交流信号に対応するＵ相交流電圧に変換する。インバータ２０Ｗは、昇圧回路１０を介さず直流電源２００から直接入力される直流電圧をＷ相基準交流信号に対応するＵ相交流電圧に変換する。
【００６２】
以上の構成によれば、直流電源２００から出力される直流電圧が、インバータ２０Ｕから出力すべきＵ相基準交流信号のピーク電圧およびインバータ２０Ｖから出力すべきＶ相基準交流信号のピーク電圧より低い場合でも、インバータ２０Ｕおよびインバータ２０Ｖは、Ｕ相基準交流信号およびＶ相基準交流信号に従った交流電圧をそれぞれ出力できる。
【００６３】
以上の通り、各実施形態に係る電力変換装置３００によれば、インバータ２０Ｕ、インバータ２０Ｖ、およびインバータ２０Ｗのスイッチング損失をより低減することができる。
【００６４】
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。
【００６５】
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】
【００６６】
１０  昇圧回路
２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗ  インバータ
２２Ｕ，２２Ｖ，２２Ｗ  第１スイッチ
２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗ  第２スイッチ
５０，５２，５４Ｕ，５４Ｖ，５４Ｗ  電圧センサ
１００  制御装置
２００  直流電源
３００  電力変換装置
４００  系統電源
４０２，４０４  単相トランス
ＬＵ，ＬＶ，ＬＷ  コイル
ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３  スイッチ
【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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