(57)【要約】スイッチング素子（１１〜１４）からなる電力変換回路、出力電流計測部（１６）、出力電圧計測部（１７）、リアクトル（１５）とから構成される電力変換部（１０）と、電圧指令を生成する電圧指令生成部（２１）と、デッドタイムに起因する電圧指令と出力電圧との電圧誤差を補正するためのデッドタイム補正量を算出するデッドタイム補正部（２２）と、電圧指令とデッドタイム補正量に応じたスイッチング信号を生成するＰＷＭ信号生成部（２４）とを備え、デッドタイム補正部（２２）は電圧指令と計測出力電圧と計測出力電流からデッドタイム補正量を算出する。
2015198391.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子を備え直流電力を交流電力に変換する電力変換回路と、前記電力変換回路の出力電流を計測する出力電流計測部と、前記電力変換回路の出力電圧を計測する出力電圧計測部と、前記電力変換回路の出力側に接続し高調波を抑制するリアクトルとを備える電力変換部と、
前記スイッチング素子を制御する電圧指令を生成する電圧指令生成部と、前記スイッチング素子の短絡を防止するデッドタイムに起因する前記電圧指令と出力電圧との電圧誤差を補正するためのデッドタイム補正量を算出するデッドタイム補正部と、前記電圧指令に前記デッドタイム補正量を加算する加算部と、前記加算部の出力に応じたスイッチング信号を生成するＰＷＭ信号生成部とを備える制御部とから構成される電力変換装置において、
前記デッドタイム補正部は前記電圧指令と前記出力電圧計測部により計測された計測出力電圧と前記出力電流計測部により計測された計測出力電流から前記デッドタイム補正量を算出する電力変換装置。
【請求項２】
前記デッドタイム補正部は、前記電圧指令と前記計測出力電圧からリアクトル電圧を推定し、この推定リアクトル電圧に基づいて前記デッドタイム補正量を算出する請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記デッドタイム補正部は、前記推定リアクトル電圧と前記計測出力電流から出力電流の零電流交差時間を推定し、この推定零電流交差時間に基づき前記デッドタイム補正量を算出する請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記デッドタイム補正部は、前記推定リアクトル電圧と前記計測出力電流から出力電流の出力電流変化量を推定し、この推定出力電流変化量に基づき前記デッドタイム補正量を算出する請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記デッドタイム補正部は、前記推定リアクトル電圧と前記計測出力電流から出力電流の零電流交差時間および出力電流の出力電流変化量を推定し、この推定零電流交差時間および推定出力電流変化量に基づき前記デッドタイム補正量を算出する請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記出力電流の零電流交差時間の推定は、前記スイッチング素子をスイッチングする信号がオンからオフに切り替わるときの前記計測出力電流から行う請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記出力電流の零電流交差時間の推定は、前記スイッチング素子をスイッチングする信号がオンからオフに切り替わるときの前記計測出力電流から行う請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項８】
さらに、前記出力電圧に含まれる直流電圧を抑制する直流電圧制御部を備え、前記直流電圧制御部の出力を前記電圧指令に加算する請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項９】
電力系統または分散電源と連系して負荷に交流電力を供給する請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
電力系統または分散電源と連系して負荷に交流電力を供給する請求項８に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
電力系統または分散電源とは独立に負荷に交流電力を供給する請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１２】
電力系統または分散電源とは独立に負荷に交流電力を供給する請求項８に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、デッドタイムに起因する電圧指令と出力電圧の誤差電圧を無くすために、デッドタイム補正機能を有する電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力変換装置では、上下アームの短絡を防止するために、上下アームのスイッチング信号をＯＦＦとするデッドタイムを設ける。このデッドタイムでは、出力電流の極性に応じた出力電圧の変化が生じるため、電圧指令と出力電圧に誤差電圧が生じ、所定の出力電圧を得ることができない。
この問題を解決するために、出力電流の極性に応じて、電圧指令にデッドタイム補正量を加算する方法があるが、出力電流に含まれる高調波成分等の影響で、出力電流ゼロクロス付近で補正方向が振動する問題がある。【０００３】
この問題を改善するために、高調波成分等を含まない出力電流波形関数を同定する方法が開示されている（例えば、特許文献１）。この方法では、高調波成分等を含まない理想出力電流波形に対応し、かつ係数値が未定の出力電流波形関数を用い、この関数から求められた電流値と実出力電流値との最小二乗誤差が最小となるまで、この関数の係数を逐次更新する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５２５７５９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、先行技術発明では、出力電流波形関数の同定に時間を要するため、負荷の消費電力の変化などによる出力電流の変動に対して、デッドタイム補正が瞬時に追従できないという問題がある。【０００６】
また、デッドタイム補正が適切でない状態では、出力電圧が過電圧になり、出力電流が過電流になる恐れもある。このような過電流を抑制するには、電力変換装置の出力部に大きなリアクトルが必要となる。【０００７】
掃除機やエアコンなど家電はコンデンサインプット負荷であり、電流波形が正弦波ではなく、出力電圧の一周期において、負荷の整流素子の導通期間と非導通期間が生じる非線形波形となる。このような出力電流波形関数を同定するには、非線形負荷の出力電流波形関数を用意する必要があるため、出力電流波形関数を同定するまでの時間が増加する。【０００８】
さらに、電力変換装置とコンデンサインプット負荷と太陽光発電などの分散電源とが連系する場合、出力電圧一周期において、電力変換装置の充電動作と放電動作が切替り、出力電流ゼロクロスが複数回生じる。
このような場合、従来の出力電流波形関数を同定してデッドタイム補正量を算出する方法では、出力電流ゼロクロスが複数回生じる場合も想定し、出力電流波形関数を決定する必要がある。  【０００９】
また、電力変換装置が電力系統と連系せずに運転する自立運転において、単独運転検出部を持つ分散電源と電力変換装置が連系運転する場合、デッドタイムの影響により出力電圧のゼロクロス付近で周波数変化が生じ、分散電源が単独運転を検出する恐れがある。【００１０】
この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、デッドタイム補正量を瞬時に算出できる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】
【００１１】
この発明に係る電力変換装置は、スイッチング素子を備え直流電力を交流電力に変換する電力変換回路と、電力変換回路の出力電流を計測する出力電流計測部と、電力変換回路の出力電圧を計測する出力電圧計測部と、電力変換回路の出力側に接続し高調波を抑制するリアクトルとを備える電力変換部と、スイッチング素子を制御する電圧指令を生成する電圧指令生成部と、スイッチング素子の短絡を防止するデッドタイムに起因する電圧指令と出力電圧との電圧誤差を補正するためのデッドタイム補正量を算出するデッドタイム補正部と、電圧指令にデッドタイム補正量を加算する加算部と、加算部の出力に応じたスイッチング信号を生成するＰＷＭ信号生成部とを備える制御部とから構成される電力変換装置において、デッドタイム補正部は電圧指令と出力電圧計測部により計測された計測出力電圧と出力電流計測部により計測された計測出力電流からデッドタイム補正量を算出するものである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明に係る電力変換装置によれば、デッドタイム補正部は電圧指令と出力電圧計測部により計測された計測出力電圧と出力電流計測部により計測された計測出力電流からデッドタイム補正量を算出するものであるため、負荷の変化などによる出力電流の変動や、非線形な特性を持つ負荷でも、デッドタイム補正量を瞬時に算出できる。また、分散電源と連系運転する場合、自立運転において、デッドタイムに起因する周波数変化で分散電源が単独運転を誤検出することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態１の電力変換装置に係るシステム構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１の電力変換装置に係るＰＷＭ信号生成部のブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態１の電力変換装置に係るスイッチング信号波形図である。
【図４】この発明の実施の形態１の電力変換装置に係るデッドタイム期間の出力電圧波形と出力電流波形図である。
【図５】この発明の実施の形態１の電力変換装置に係る零電流交差時間波形図である。
【図６】この発明の実施の形態１の電力変換装置に係る零電流交差時間波形図である。
【図７】この発明の実施の形態１の電力変換装置に係るデッドタイム期間の出力電流変化の説明図である。
【図８】この発明の実施の形態１の電力変換装置に係るデッドタイム期間の出力電流変化の説明図である。
【図９】この発明の実施の形態１の電力変換装置に係るデッドタイム期間の出力電流変化の説明図である。
【図１０】この発明の実施の形態１の電力変換装置に係るデッドタイム補正量算出フローチャートである。
【図１１】この発明の実施の形態１の電力変換装置に係るデッドタイム補正量算出フローチャートである。
【図１２】この発明の実施の形態１の電力変換装置に係る制御フロー図である。
【図１３】この発明の実施の形態１の電力変換装置に係るデッドタイム補正の効果説明図である。
【図１４】この発明の実施の形態２の電力変換装置に係るシステム構成図である。
【図１５】この発明の実施の形態２の電力変換装置に係るデッドタイム期間の出力電圧波形と出力電流変化量波形図である。
【図１６】この発明の実施の形態２の電力変換装置に係るデッドタイム補正部の構成図である。
【図１７】この発明の実施の形態２の電力変換装置に係るデッドタイム補正量算出フローチャートである。
【図１８】この発明の実施の形態２の電力変換装置に係る制御フロー図である。
【図１９】この発明の実施の形態３の電力変換装置に係るシステム構成図である。
【図２０】この発明の実施の形態３の電力変換装置に係るデッドタイム補正部の構成図である。
【図２１】この発明の実施の形態３の電力変換装置に係る制御フロー図である。
【図２２】この発明の実施の形態４の電力変換装置に係るシステム構成図である。
【図２３】この発明の実施の形態４の電力変換装置に係るデッドタイム補正の効果説明図である。
【図２４】この発明の実施の形態５の電力変換装置に係るシステム構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１．
実施の形態１は、推定リアクトル電圧を用いて出力電流の零電流交差時間を算出し、この出力電流の零電流交差時間からデッドタイム補正量を算出する電力変換装置に関するものである。
【００１５】
以下、本願発明の実施の形態１に係る電力変換装置１の構成、動作について、電力変換装置を含むシステム構成図である図１、ＰＷＭ信号生成部のブロック図である図２、スイッチング信号波形図である図３、デッドタイム期間の出力電圧波形と出力電流波形図である図４、零電流交差時間波形説明図である図５、図６、デッドタイム期間の出力電流変化の説明図である図７〜図９、デッドタイム補正量算出フローチャートである図１０、図１１、制御フロー図である図１２、およびデッドタイム補正の効果説明図である図１３に基づいて説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施の形態１の電力変換装置１を含むシステム全体構成を示す。システム全体は、電力変換装置１と、直流電源２と、交流負荷３から構成される。
電力変換装置１は、電力変換部１０と制御部２０とから構成される。
電力変換部１０は、スイッチング素子１１〜１４から成る電力変換回路と、リアクトル１５と、出力電流計測部１６と、出力電圧計測部１７とから構成される。リアクトル１５は、高調波を抑制するために設けられている。
制御部２０は、電圧指令生成部２１と、デッドタイム補正部２２と、加算部２３と、ＰＷＭ信号生成部２４とで構成される。
【００１７】
電力変換装置１の制御部２０の動作を説明する。電圧指令生成部２１で生成される電圧指令Ｖｏ＊と、デッドタイム補正部２２で生成されるデッドタイム補正量ｄＶｏ＊とを、加算部２３で加算したデッドタイム補正後電圧指令Ｖｏ＊ｍを生成し、ＰＷＭ信号生成部２４に出力する。ＰＷＭ信号生成部２４は、デッドタイム補正後電圧指令Ｖｏ＊ｍに応じたスイッチング信号Ｓ１〜Ｓ４を生成する。そして、スイッチング素子１１〜１４がスイッチング信号Ｓ１〜Ｓ４の信号に応じてＯＮまたはＯＦＦすることで、電力変換装置１から電圧指令Ｖｏ＊に応じた電圧が出力される。
【００１８】
図２は、ＰＷＭ信号生成部２４の一構成例を示すブロック図である。
ＰＷＭ信号生成部２４は、三角波発生器３１、コンパレータ３２、３３、遅延器３４、３５、およびＡＮＤ回路３６、３７から構成される。
遅延器３４、３５は、コンパレータ３２、３３からの信号をデッドタイム期間遅らせる。また、三角波発生器３１は、キャリア周期Ｔｃの三角波を発生する。コンパレータ３２、３３からの信号と遅延器３４、３５の信号をＡＮＤ回路３６、３７に入力する。ＡＮＤ回路３６、３７によって、スイッチング信号Ｓ１〜Ｓ４にデッドタイムが挿入される。
ここで、説明を簡単にするため、図２で示した構成でデッドタイムを挿入したが、これに限るものではない。オフセットの異なる複数の三角波発生器を用いてデッドタイムを挿入してもよい。
【００１９】
図３は、電力変換部１０のスイッチング素子１１〜１４に、制御部２０のＰＷＭ信号生成部２４から供給される信号波形Ｓ１〜Ｓ４を示す。
図３（ａ）は、デッドタイム期間を挿入しない場合の信号波形Ｓ１〜Ｓ４である。図３（ｂ）は、デッドタイム期間が挿入された場合の信号波形Ｓ１〜Ｓ４である。
【００２０】
図４は、電力変換装置１の出力電圧波形と出力電流波形の例を示す。
スイッチング信号Ｓ１、Ｓ４がＯＮからＯＦＦに変化した後のデッドタイム期間をＴｄａ、スイッチング信号Ｓ２、Ｓ３がＯＮからＯＦＦに変化した後のデッドタイム期間をＴｄｂとし、ＴｄａおよびＴｄｂのデッドタイム期間の長さは同一（Ｔｄ）とする。
また、Ｔｄはデッドタイム期間、Ｔｃは三角波発生器３１のキャリア周期である。Ｖｏは電力変換装置１の出力電圧、Ｖｄｃは直流電源２の出力電圧、Ｖｏ＊は電圧指令である。ΔＶｏは電圧指令Ｖｏ＊と出力電圧Ｖｏの誤差電圧である。
なお、図４は出力電流が正（出力電流が電力変換装置１から交流負荷３に向かって流れる極性）の零電流交差付近の波形例である。
【００２１】
出力電流が電力変換装置１から交流負荷３に向かって流れる極性で有る場合、デッドタイム期間にスイッチング素子１２、１３の還流ダイオードが導通し、スイッチング素子１２、１３がＯＮした状態と同等となる。
このため、図４の期間Ａに示すように、ＴｄａおよびＴｄｂ期間は、出力電圧Ｖｏが減少するため、電圧指令Ｖｏ＊より出力電圧Ｖｏが減少する。
【００２２】
また、図示していないが、出力電流が交流負荷３から電力変換装置１に向かって流れる極性の場合、デッドタイム期間にスイッチング素子１１、１４の還流ダイオードが導通し、スイッチング素子１１、１４がＯＮした状態と同等となる。
このため、Ｔｄａ及びＴｄｂ期間は、出力電圧Ｖｏが増加するので、電圧指令Ｖｏ＊より出力電圧Ｖｏが増加する。
【００２３】
出力電流が０Ａより大きく、出力電流が零電流交差をしない範囲の場合（図４の期間Ａに相当）は、出力電流の極性と、デッドタイム期間Ｔｄと、キャリア周期Ｔｃと、直流電源２の出力電圧Ｖｄｃとによって、電圧指令Ｖｏ＊と出力電圧Ｖｏの誤差電圧ΔＶｏが決まる。この誤差電圧ΔＶｏは式（１）で表される。
【００２４】
ΔＶｏ＝−（出力電流極性）×Ｖｄｃ×２Ｔｄ／Ｔｃ    （１）
【００２５】
出力電流が零電流交差をする出力電流範囲の場合（図４の期間Ｂ）は、デッドタイム期間にリアクトル１５の電流が０Ａとなる零電流交差時間が生じる。この零電流交差時間では、スイッチング素子１１〜１４の還流ダイオードが非導通となり、スイッチング素子１１〜１４がＯＦＦ状態になる。
図４の期間Ｂの場合では、Ｔｄｂ期間に零電流交差が生じ、零電流交差時間ではスイッチング素子１１〜１４がＯＦＦ状態となる。
このため、Ｔｄｂ期間の出力電圧変化としては、零電流交差時間だけ出力電圧Ｖｏの減少が小さくなる。Ｔｄｂ期間の零電流交差時間に比例して、出力電圧Ｖｏの減少が小さくなるとすると、誤差電圧ΔＶｏは式（２）で表される。  
【００２６】
ΔＶｏ＝−（出力電流極性）×Ｖｄｃ×（ｆ（Ｔ０））／Ｔｃ    （２）
【００２７】
式（２）において、ｆ（Ｔ０）は零電流交差時間を変数とする関数である。
出力電流が零電流交差せず、キャリア周期Ｔｃに応じて正と負を跨る場合（図４の期間Ｃ）は、Ｔｄａ期間ではスイッチング素子１２、１３の還流ダイオードが導通し、スイッチング素子１２、１３がＯＮした状態と同等となり、出力電圧Ｖｏが減少する。
また、Ｔｄｂ期間ではスイッチング素子１１、１４の還流ダイオードが導通し、スイッチング素子１１、１４がＯＮした状態と同等となり、出力電圧Ｖｏが増加する。
Ｔｄａ期間の出力電圧Ｖｏの減少とＴｄｂ期間の出力電圧Ｖｏの増加が等しいため、出力電圧Ｖｏは電圧指令Ｖｏ＊と同一となる。このため、誤差電圧ΔＶｏは０Ｖとなる。
図４はＴｄｂ期間に零電流交差が生じるが、Ｔｄａに零電流交差が生じる場合も同様である。
【００２８】
このように、出力電流の零電流交差時間に応じて誤差電圧ΔＶｏが変化するため、デッドタイム補正部２２では、誤差電圧ΔＶｏを０Ｖに補正する。このため、零電流交差時間から誤差電圧ΔＶｏに相当するデッドタイム補正量ｄＶｏ＊を算出する。
そして、デッドタイム補正部２２で算出したデッドタイム補正量ｄＶｏ＊を加算部２３で電圧指令Ｖｏ＊に加算し、デッドタイム補正後電圧指令Ｖｏ＊ｍを生成する。
【００２９】
しかし、電力変換装置１では、図４に示すような出力電流を常に計測することは困難であり、キャリア周期Ｔｃ期間に一度だけ出力電流を計測する方法が一般的である。このような出力電流の計測方法では、出力電流の零電流交差時間を計測することはできない。
そこで、本発明の実施の形態１では、出力電圧Ｖｏからリアクトル電圧ＶＬを推定し、さらにリアクトル電圧ＶＬと計測出力電流から零電流交差時間を推定する。
【００３０】
図５、図６は本発明の実施の形態１に係る零電流交差時間波形例を示す図である。
図５（ａ）は、Ｔｄａ期間で出力電流が正から負の出力電流変化をする場合、図５（ｂ）は、Ｔｄａ期間で出力電流が負から正の出力電流変化をする場合を示す。
図６（ａ）は、Ｔｄｂ期間で出力電流が正から負の出力電流変化をする場合、図６（ｂ）は、Ｔｄｂ期間で出力電流が負から正の出力電流変化をする場合を示す。
【００３１】
Ｔｄａ、Ｔｄｂ、およびＴｄ（デッドタイム期間）の定義は、図４と同じであるため省略する。
図５、図６において、Ｉｏｐはスイッチング信号Ｓ１、Ｓ４がＯＮからＯＦＦに変わる際の出力電流値、ＩｏｐｕｎはＩｏｐからデッドタイム期間に出力電流が減少した場合の出力電流値、ＩｏｐｕｐはＩｏｐからデッドタイム期間に出力電流が増加した場合の出力電流値である。
Ｉｏｎはスイッチング信号Ｓ２、Ｓ３がＯＮからＯＦＦに変わる際の出力電流値、ＩｏｎｕｎはＩｏｎからデッドタイム期間に出力電流が減少した場合の出力電流値、ＩｏｎｕｐはＩｏｎからデッドタイム期間に出力電流が増加した場合の出力電流値である。
Ｔ０ａはＴｄａ期間で出力電流が減少する場合の出力電流の交差時間、Ｔ０ｂはＴｄａ期間で出力電流が増加する場合の出力電流の交差時間、Ｔ０ｃはＴｄｂ期間で出力電流が減少する場合の出力電流の交差時間、Ｔ０ｄはＴｄｂ期間で出力電流が増加する場合の出力電流の交差時間である。
また、デッドタイム期間（Ｔｄａ期間またはＴｄｂ期間）の出力電流の変化が時間に対して線形であるとする。
【００３２】
図５（ａ）において、Ｔｄａ期間で出力電流が減少する場合（Ｉｏｐ＞＝０かつＩｏｎ＜＝０）の出力電流の交差時間Ｔ０ａは、出力電流変化が時間に対して線形であるため、ＩｏｐｕｎとＩｏｐｕｎ−Ｉｏｐの比とデッドタイム期間Ｔｄから求まり、式（３）で表される。  
【００３３】
Ｔ０ａ＝Ｔｄ×Ｉｏｐｕｎ／（Ｉｏｐｕｎ−Ｉｏｐ）    （３）
【００３４】
ここで、直流電源２の電圧Ｖｄｃと三角波発生器３１のキャリア周期Ｔｃを用いると、Ｔ０ａ期間による電圧変化は０〜Ｖｄｃ×Ｔｄ／Ｔｃである。
【００３５】
図５（ｂ）において、Ｔｄａ期間で出力電流が増加する場合（Ｉｏｐ＜０かつＩｏｎ＜０）の出力電流の交差時間Ｔ０ｂは、出力電流変化が時間に対して線形であるので、ＩｏｐｕｐとＩｏｐｕｐ−Ｉｏｐの比とデッドタイム期間Ｔｄから求まり、式（４）で表される。
【００３６】
Ｔ０ｂ＝Ｔｄ×Ｉｏｐｕｐ／（Ｉｏｐｕｐ−Ｉｏｐ）    （４）
【００３７】
ここで、直流電源２の電圧Ｖｄｃと三角波発生器３１のキャリア周期Ｔｃを用いると、Ｔ０ｂ期間による電圧変化はＶｄｃ×Ｔｄ／Ｔｃ〜２×Ｖｄｃ×Ｔｄ／Ｔｃである。
【００３８】
図６（ａ）において、Ｔｄｂ期間で出力電流が減少する場合（Ｉｏｐ＞０かつＩｏｎ＞０）の出力電流の交差時間Ｔ０ｃは、出力電流変化が時間に対して線形であるので、ＩｏｎｕｎとＩｏｎｕｎ−Ｉｏｎの比とデッドタイム期間Ｔｄから求まり、式（５）で表される。
【００３９】
Ｔ０ｃ＝Ｔｄ×Ｉｏｐｕｎ／（Ｉｏｐｕｎ−Ｉｏｎ）    （５）
【００４０】
ここで、直流電源２の電圧Ｖｄｃと三角波発生器３１のキャリア周期Ｔｃを用いると、Ｔ０ｃ期間による電圧変化は−２×Ｖｄｃ×Ｔｄ／Ｔｃ〜―Ｖｄｃ×Ｔｄ／Ｔｃである。
【００４１】
図６（ｂ）において、Ｔｄｂ期間で出力電流が増加する場合（Ｉｏｐ＞＝０かつＩｏｎ＜＝０）の出力電流の交差時間Ｔ０ｄは、出力電流変化が時間に対して線形であるので、ＩｏｎｕｐとＩｏｎｕｐ−Ｉｏｎの比とデッドタイム期間Ｔｄから求まり、式（６）で表される。
【００４２】
Ｔ０ｄ＝Ｔｄ×Ｉｏｐｕｐ／（Ｉｏｐｕｐ−Ｉｏｎ）    （６）
【００４３】
ここで、直流電源２の電圧Ｖｄｃと三角波発生器３１のキャリア周期Ｔｃを用いると、Ｔ０ｄ期間による電圧変化は−Ｖｄｃ×Ｔｄ／Ｔｃ〜０である。  
【００４４】
図７〜図９は本発明の実施の形態１に係るデッドタイム期間の出力電流変化の説明図である。
図７は、Ｉｏｐ＞＝０かつＩｏｎ＜＝０の場合、具体的にはＴｄａ期間で出力電流が下降し、Ｔｄｂ期間で出力電流が上昇する場合を示す。
図８は、Ｉｏｐ＞０かつＩｏｎ＞０の場合、具体的にはＴｄａ期間で出力電流が下降し、Ｔｄｂ期間で出力電流が下降する場合を示す。
図９は、Ｉｏｐ＜０かつＩｏｎ＜０の場合、具体的にはＴｄａ期間で出力電流が上昇し、Ｔｄｂ期間で出力電流が上昇する場合を示す。
【００４５】
Ｔｄａ、Ｔｄｂ、およびＴｄ（デッドタイム期間）の定義は、図４、図５、図６と同じであるため省略する。また、Ｔｃ、Ｉｏｐ、Ｉｏｐｕｎ、Ｉｏｐｕｐ、Ｉｏｎ、Ｉｏｎｕｎ、およびＩｏｎｕｐの定義は、図５、図６と同じであるため省略する。
図７〜図９において、ＴｏｎｕＳ２３は電圧指令Ｖｏ＊から求まるスイッチング信号Ｓ２、Ｓ３のＯＮ時間、ΔＩｏｎはＴｏｎｕＳ２３での出力電流の傾きである。
ＴｏｎｕＳ１４は電圧指令Ｖｏ＊から求まるスイッチング信号Ｓ１、Ｓ４のＯＮ時間、ΔＩｏｐはＴｏｎｕＳ１４での出力電流の傾きである。
Ｉｏは計測出力電流、Ｉｏｍはスイッチング信号Ｓ１、Ｓ４がＯＮ信号期間の中央での出力電流である。図７〜図９において、計測出力電流Ｉｏはスイッチング信号Ｓ２、Ｓ３がＯＮ信号期間の中央で計測した場合である。ΔＩｏｎおよびΔＩｏｐは、リアクトル１５の電圧ＶＬとリアクトル１５のインダクタンスＬで決まる出力電流の傾きである。
【００４６】
ΔＩｏｎでのリアクトル電圧ＶＬは−Ｖｄｃ−Ｖｏ、ΔＩｏｐでのリアクトル電圧ＶＬはＶｄｃ−Ｖｏと推定する。また、Ｉｏｎは計測出力電流ＩｏとΔＩｏｎとＴｏｎｕ２３から求まり、計測出力電流ＩｏとＩｏｍが等しいとすると、計測出力電流ＩｏとΔＩｏｐとＴｏｎｕ１４から求まる。
零電流交差を考慮しない場合のデッドタイム期間後の出力電流Ｉｏｎｕｎ、Ｉｏｎｕｐ、Ｉｏｐｕｎ、Ｉｏｐｕｐは、ＩｏｐまたはＩｏｎから出力電流が減少する場合はΔＩｏｎとＴｄから求まり、ＩｏｐまたはＩｏｎから出力電流が増加する場合はΔＩｏｐとＴｄから求まる。
【００４７】
計測出力電流Ｉｏはスイッチング信号Ｓ２、Ｓ３のＯＮ信号期間の中央で計測する場合以外においても、三角波発生器３１のキャリア周期Ｔｃに対する位相が分かれば、ＩｏｐとＩｏｎを算出する際に係数または定数を追加することで、同様に計算できる。
【００４８】
以上から、出力電流の零電流交差時間の式（３）〜式（６）に基づいて、以下のＩｏｎ、Ｉｏｐの条件毎にデッドタイム補正量ｄＶｏ＊を算出する。
【００４９】
まず、Ｉｏｐ＞＝０ＡかつＩｏｎ＜＝０Ａの場合、具体的には図５（ａ）、図６（ｂ）に対応する場合を説明する。  なお、ｄＶ＊ｕａは、図５（ａ）に対応するデッドタイム補正量ｄＶｏ＊を表し、ｄＶ＊ｕｄは、図６（ｂ）に対応するデッドタイム補正量ｄＶｏ＊を表す。
【００５０】
ｄＶ＊ｕａ＝−Ｖｄｃ×Ｔ０ａ／Ｔｃ            （７）
【００５１】
ここで、リミッタは、−Ｖｄｃ×Ｔｄ／Ｔｃ＜＝ｄＶ＊ｕａ＜＝０に設定される。
【００５２】
ｄＶ＊ｕｄ＝−Ｖｄｃ×Ｔ０ｄ／Ｔｃ            （８）
【００５３】
ここで、リミッタは、０＜＝ｄＶ＊ｕｄ＜＝Ｖｄｃ×Ｔｄ／Ｔｃに設定される。
【００５４】
したがって、デッドタイム補正量ｄＶｏ＊は、式（７）と式（８）の和である式（９）で表される。
【００５５】
ｄＶｏ＊＝ｄＶ＊ｕａ＋ｄＶ＊ｕｄ            （９）
【００５６】
リミッタは、−Ｖｄｃ×Ｔｄ／Ｔｃ＜＝ｄＶ＊＜＝Ｖｄｃ×Ｔｄ／Ｔに設定される。
【００５７】
次に、Ｉｏｐ＜０ＡかつＩｏｎ＜０Ａの場合、具体的には図５（ｂ）に対応する場合を説明する。デッドタイム補正量ｄＶｏ＊は、式（１０）で表される。
【００５８】
ｄＶｏ＊＝−Ｖｄｃ×（Ｔｄ＋Ｔ０ｂ）／Ｔｃ    （１０）
【００５９】
リミッタは、−Ｖｄｃ×２Ｔｄ／Ｔｃ＜＝ｄＶ＊＜＝−Ｖｄｃ×（Ｔｄ／Ｔｃ）に設定される。
【００６０】
次に、Ｉｏｐ＞０ＡかつＩｏｎ＞０Ａの場合、具体的には図６（ａ）に対応する場合を説明する。デッドタイム補正量ｄＶｏ＊は、式（１１）で表される
【００６１】
ｄＶｏ＊＝Ｖｄｃ×（Ｔｄ＋Ｔ０ｃ）／Ｔｃ    （１１）
【００６２】
リミッタは、Ｖｄｃ×Ｔｄ／Ｔｃ＜＝ｄＶ＊＜＝Ｖｄｃ×（２Ｔｄ／Ｔｃ）に設定される。
【００６３】
電圧指令生成部２１で生成した出力電圧指令Ｖｏ＊に、Ｉｏｎ、Ｉｏｐの条件に応じた式（７）〜式（１１）のデッドタイム補正量ｄＶｏ＊を、加算部２３で加算することで、電力変換装置１の出力電圧Ｖｏを電圧指令Ｖｏ＊に補正することができる。
【００６４】
図１０、図１１は、本発明の実施の形態１に係るデッドタイム補正部２２のデッドタイム補正量ｄＶｏ＊の算出フローチャートである。
以下、図１０、図１１に基づいて、デッドタイム補正部２２のデッドタイム補正量ｄＶｏ＊を算出する処理を説明する。
Ｓｔｅｐ１では、電圧指令生成部２１から電圧指令Ｖｏ＊を読み込む。
Ｓｔｅｐ２では、出力電流計測部１６から出力電流Ｉｏを読み込む。
Ｓｔｅｐ３では、出力電圧計測部１７から出力電圧Ｖｏを読み込む。
【００６５】
Ｓｔｅｐ４では、電圧指令Ｖｏ＊、出力電圧Ｖｏ、想定される直流電源２の出力電圧Ｖｄｃからリアクトル電圧ＶＬを推定する。推定したリアクトル電圧ＶＬと、三角波発生器３１のキャリア周期Ｔｃと出力電流Ｉｏとを用いて、スイッチング信号Ｓ２、Ｓ３がＯＮからＯＦＦに変わる際の出力電流値Ｉｏｎを算出する。さらに、スイッチング信号Ｓ１、Ｓ４がＯＮからＯＦＦに変わる際の出力電流値Ｉｏｐを算出する。
【００６６】
Ｓｔｅｐ５では、ＩｏｎおよびＩｏｐが０Ａより大きい場合は、Ｓｔｅｐ６〜Ｓｔｅｐ８の処理を行い、それ以外の場合はＳｔｅｐ９の処理を行う。
Ｓｔｅｐ６では、Ｉｏｎからデッドタイム期間に出力電流が減少した場合の出力電流値Ｉｏｎｕｎを算出する。
Ｓｔｅｐ７では、式（５）から零電流交差時間Ｔ０ｃを算出する。
Ｓｔｅｐ８では、式（１１）からデッドタイム補正量ｄＶｏ＊を算出する。
【００６７】
Ｓｔｅｐ９では、ＩｏｎおよびＩｏｐが０Ａより小さい場合は、Ｓｔｅｐ１０〜Ｓｔｅｐ１２の処理を行い、それ以外の場合はＳｔｅｐ１３〜Ｓｔｅｐ１５の処理を行う。
Ｓｔｅｐ１０では、Ｉｏｐからデッドタイム期間に出力電流が増加した場合の出力電流値Ｉｏｐｕｐを算出する。
Ｓｔｅｐ１１では、式（４）から零電流交差時間Ｔ０ｂを算出する。
Ｓｔｅｐ１２では、式（１０）からデッドタイム補正量ｄＶｏ＊を算出する。
【００６８】
Ｓｔｅｐ９を満たさない場合（Ｉｏｎ＜＝０ＡかつＩｏｐ＞＝０Ａの場合）は、次のＳｔｅｐ１３〜Ｓｔｅｐ１５の処理を行う。
Ｓｔｅｐ１３では、デッドタイム期間に出力電流がＩｏｎから増加した場合の出力電流値Ｉｏｎｕｐ、およびデッドタイム期間に出力電流がＩｏｐから減少した場合の出力電流値Ｉｏｐｕｎを算出する。
Ｓｔｅｐ１４では、式（３）、式（６）から零電流交差時間Ｔ０ａ、およびＴ０ｄを算出する。  
Ｓｔｅｐ１５では、式（７）〜式（９）からデッドタイム補正量ｄＶｏ＊を算出する。
【００６９】
Ｓｔｅｐ８、Ｓｔｅｐ１２、Ｓｔｅｐ１５で算出したデッドタイム補正量ｄＶｏ＊をＳｔｅｐ１６で加算部２３へ出力する。
【００７０】
図１２に本発明の実施の形態１に係る電力変換装置１の制御フローを示す。
以下、図１２に基づいて電力変換装置１が電圧指令Ｖｏ＊に応じた出力電圧Ｖｏを出力するまでの制御処理を説明する。
Ｓｔｅｐ２１では、電圧指令生成部２１が電圧指令Ｖｏ＊を生成する。
Ｓｔｅｐ２２では、出力電流計測部１６が出力電流を計測する。
Ｓｔｅｐ２３では、出力電圧計測部１７が出力電圧を計測する。
【００７１】
Ｓｔｅｐ２４では、図１０、図１１で説明したデッドタイム補正部２２のデッドタイム補正量ｄＶｏ＊を算出するフローチャートに従い、零電流交差時間に応じたデッドタイム補正量ｄＶｏ＊を算出する。
【００７２】
Ｓｔｅｐ２５では、電圧指令Ｖｏ＊とデッドタイム補正量ｄＶｏ＊とを加算部２３で加算し、デッドタイム補正後電圧指令Ｖｏ＊ｍを出力する。
Ｓｔｅｐ２６では、ＰＷＭ信号生成部２４によりデッドタイム補正後電圧指令Ｖｏ＊ｍにデッドタイム期間を挿入したスイッチング信号を生成する。
Ｓｔｅｐ２７では、スイッチング信号に応じてスイッチング素子１１〜１４がＯＮ／ＯＦＦ動作を行う。
Ｓｔｅｐ２８では、リアクトル１５を通して、直流電源２の出力電圧からスイッチング動作でＶｏ＊に応じた出力電圧を電力変換装置１が出力する。
【００７３】
図１３は、本発明の実施の形態１に係るデッドタイム補正の効果例を示す。図１３に基づき、実施の形態１に係るデッドタイム補正の効果を説明する。なお、図１３は負荷が増加して出力電流が増加した例を示している。
【００７４】
図１３において、出力電圧波形（点線）のＡは、補正なしの場合を示し、出力電圧波形（実線）のＢは、補正ありの場合を示す。また、Ｃは負荷変動が発生した時点を示す。Ｄは、誤差電圧の生じるタイミングが変化することを示す。  
Ｃで発生した負荷変動の結果、出力電流が増加することで、出力電流の零電流交差時間とそのタイミングが変化するため、デッドタイム期間による誤差電圧の生じるタイミングも変化する（Ｄ参照）。
【００７５】
本実施の形態１の発明を適用することで、出力電流変化による零電流交差時間の変化を瞬時に判断できるため、出力電流が変化しても瞬時に適切なデッドタイム補正を行うことができる。このため、負荷の消費電力の変化などによる出力電流の変動や、非線形な特性を持つコンデンサインプット負荷でも、デッドタイム補正量を瞬時に算出できる。
【００７６】
したがって、誤ったデッドタイム補正で出力電圧が過電圧になり、出力電流が過電流になる恐れがないため、電力変換装置の出力部のリアクトルを小さくできる。
また、電力系統と連系しない自立運転において、単独運転検出部を持つ分散電源と電力変換装置が連系する場合、出力電圧のゼロクロス付近でデッドタイムによる電圧変化が生じることを防止でき、周波数の変化を抑制することができる。これにより、デッドタイムに起因する周波数変化で分散電源が単独運転を検出することを防止できる。
【００７７】
さらに、デッドタイム補正部２２などの制御部２０の機能をＳ／Ｗ（ＳＯＦＴＷＡＲＥ）で実装ができ、Ｓ／Ｗで実装した場合はＨ／Ｗ（ＨＡＲＤＷＡＲＥ）の部品数低減や電力変換装置の小型化を図ることができる。
【００７８】
また、出力電流計測部１６および出力電圧計測部１７を電力変換部１０の構成要素として説明したが、制御部２０の構成要素とすることもできる。
【００７９】
なお、実施の形態１では、キャリア周期平均のリアクトル電圧を推定（Ｖｏ＊−Ｖｏ）して、この推定リアクトル電圧を用いて、零電流交差時間を算出したが、推定リアクトル電圧を用いずに、出力電圧を用いて零電流交差時間を算出しても、同様の効果を得ることができる。
【００８０】
以上説明したように、実施の形態１の電力変換装置は、推定リアクトル電圧を用いて出力電流の零電流交差時間を算出し、この出力電流の零電流交差時間からデッドタイム補正量を算出するものである。このため、実施の形態１の電力変換装置は、負荷の変化などによる出力電流の変動や、非線形な特性を持つ負荷でも、デッドタイム補正量を瞬時に算出できる。また、分散電源と連系運転する場合、自立運転において、デッドタイムに起因する周波数変化で分散電源が単独運転を誤検出することを防止できる。また、電力変換装置の効率を向上させることで省エネルギーの効果がある。
【００８１】
実施の形態２．
実施の形態１の電力変換装置は出力電流の零電流交差時間を用いてデッドタイム補正量を算出したが、実施の形態２の電力変換装置は、出力電流変化量を用いてデッドタイム補正量を算出するものである。
【００８２】
以下、実施の形態２の電力変換装置の構成、動作について、電力変換装置を含むシステム構成図である図１４、デッドタイム期間の出力電圧波形と出力電流変化量波形図である図１５、デッドタイム補正部の構成図である図１６、デッドタイム補正量算出フローチャートである図１７、および制御フロー図である図１８に基づいて、実施の形態１との差異を中心に説明する。図１４において、図１と同一あるいは相当分には、同一符号を付している。また、実施の形態２の説明において、実施の形態１の図面を適宜参照する。
【００８３】
実施の形態１の電力変換装置の構成と実施の形態２の電力変換装置の構成との差異は、制御部１２０のデッドタイム補正部１２２である。
【００８４】
図１４は、本発明の実施の形態２の電力変換装置１０１を含むシステム全体構成を示す。システム全体は、電力変換装置１０１と、直流電源２と、交流負荷３とから構成される。
電力変換装置１０１は、電力変換部１０と制御部１２０とから構成される。
制御部１２０は、電圧指令生成部２１と、デッドタイム補正部１２２と、加算部２３と、ＰＷＭ信号生成部２４とから構成される。    
【００８５】
電力変換装置１０１の制御部１２０の動作を説明する。電圧指令生成部２１で生成される電圧指令Ｖｏ＊と、デッドタイム補正部１２２で生成されるデッドタイム補正量ｄＶｏ＊とを加算部２３で加算し、デッドタイム補正後電圧指令Ｖｏ＊ｍを生成し、ＰＷＭ信号生成部２４に出力する。ＰＷＭ信号生成部２４はデッドタイム補正量Ｖｏ＊ｍに応じたスイッチング信号Ｓ１〜Ｓ４を生成する。そして、スイッチング素子１１〜１４がＳ１〜Ｓ４の信号に応じてＯＮまたはＯＦＦすることで、電力変換装置１０１から電圧指令Ｖｏ＊に応じた電圧が出力される。
【００８６】
図１５は、電力変換装置１０１の出力電圧波形と出力電流変化量波形の例を示す。
図１５において、Ｔｄはデッドタイム期間、Ｔｃは三角波発生器３１のキャリア周期、Ｖｏは出力電圧、Ｖｄｃは直流電源２の出力電圧、Ｖｏ＊は電圧指令、ΔＶｏは電圧指令と出力電圧の誤差電圧、Ｉｏは計測出力電流、Ｉｏｕａｖｅは平均出力電流、ΔＩｏは出力電流変化量、ΔＩｏｍはデッドタイム期間が無い場合（理想スイッチングの場合）の出力電流変化量である。
出力電流変化量ΔＩｏは、簡略化のため前回計測出力電流値と最新計測出力電流値の差分とする。図１５において、計測出力電流Ｉｏはスイッチング信号Ｓ２、Ｓ３がＯＮ信号期間の中央で計測した値である。
【００８７】
出力電流が０Ａより十分大きい範囲（図１５の期間Ａ）では、出力電流変化量ΔＩｏとデッドタイム期間が無い場合の出力電流変化量ΔＩｏｍは等しく、出力電圧と電圧指令Ｖｏ＊の誤差電圧ΔＶｏは一定の値である。しかし、出力電流が零電流交差を生じる付近（図１５の期間Ｂ）では、出力電流変化量ΔＩｏが一時的に０Ａ付近まで変化し、誤差電圧ΔＶｏは小さくなる。
そして、平均出力電流Ｉｏｕａｖｅが零電流交差をする付近（図１５の期間Ｃ）では、出力電流変化量ΔＩｏとデッドタイム期間が無い場合の出力電流変化量ΔＩｏｍは等しく、誤差電圧ΔＶｏが０Ｖとなる。このため、本発明の実施の形態２では、出力電流変化量ΔＩｏからデッドタイム補正量ｄＶｏ＊を算出することで、デッドタイム期間による誤差電圧ΔＶｏを０Ｖに補正する。
【００８８】
図１６は、実施の形態２に係るデッドタイム補正部１２２の構成を示す。デッドタイム補正部１２２は、出力電流変化量指令生成回路１３１、出力電流変化量生成回路１３２、減算器１３３、ＰＩ制御器１３４、および制御器リミッタ１３５から構成される。
ここで、Ｖｏ＊は電圧指令生成部２１で生成される電圧指令、Ｖｏは計測出力電圧、Ｉｏは計測出力電流、ΔＩｏ＊は出力電流変化量指令、ΔＩｏは出力電流変化量、ｄＶｏ＊はデッドタイム補正量、ΔｄＩｏは出力電流変化量誤差である。
【００８９】
出力電流変化量指令生成回路１３１では、電圧指令Ｖｏ＊と計測出力電圧Ｖｏからリアクトル１５の電圧ＶＬを推定（リアクトル電圧ＶＬ＝電圧指令Ｖｏ＊−計測出力電圧Ｖｏ）する。さらにこの推定したリアクトル電圧ＶＬとリアクトル１５のインダクタンスＬを用いて出力電流変化量指令ΔＩｏ＊（図１１のΔＩｏｍに相当）を生成する。
具体的には、Ｌｄｉ／ｄｔ＝（Ｖｏ＊−Ｖｏ）から、Δｔを演算周期として、出力電流変化量指令ΔＩｏ＊は式（１２）で表される。
【００９０】
ΔＩｏ＊＝（Δｔ×（Ｖｏ＊−Ｖｏ））／Ｌ      （１２）
【００９１】
また、出力電流変化量生成回路１３２では、計測出力電流Ｉｏから出力電流変化量ΔＩｏを出力する。計測出力電流Ｉｏから出力電流変化量ΔＩｏの算出例としては、前回計測出力電流値と最新計測出力電流の差分から算出する方法がある。また、複数の過去計測出力電流も用いて出力電流変化量を算出してもよい。
出力電流変化量指令生成回路１３１が生成する出力電流変化量指令ΔＩｏ＊と出力電流変化量生成回路１３２が出力する出力電流変化量ΔＩｏから、減算器１３３で出力電流変化量誤差ΔｄＩｏを算出し、式（１３）で表される。
【００９２】
ΔｄＩｏ＝ΔＩｏ＊−ΔＩｏ      （１３）
【００９３】
算出した出力電流変化量誤差ΔｄＩｏをＰＩ制御器１３４に入力することで、出力電流変化量誤差ΔｄＩｏに応じたデッドタイム補正量ｄＶｏ＊が、ＰＩ制御器１３４から出力される。ＰＩ制御器１３４の出力が制御器リミッタ１３５で制限された後に、デッドタイム補正部１２２から出力される。
【００９４】
デッドタイム補正部１２２から出力されるデッドタイム補正量ｄＶｏ＊は、加算部２３で出力電圧指令Ｖｏ＊に加算される。出力電流変化量指令ΔＩｏ＊は図１５の説明で説明したデッドタイム期間が無い場合の出力電流変化量ΔＩｏｍに相当する。
このため、出力電流変化量指令ΔＩｏ＊と出力電流変化量ΔＩｏが一致（出力電流変化量誤差ΔｄＩｏが０）するように、ＰＩ制御器１３４でデッドタイム補正量ｄＶｏ＊を出力することで、出力電流変化量ΔＩｏはデッドタイム期間が無い場合の出力電流変化量ΔＩｏｍとなる。
この場合、電力変換装置１０１の出力電圧もデッドタイム期間が無い場合と一致するので、デッドタイム期間による出力電圧の変化も改善される。また、デッドタイム期間による出力電圧の変化は、図１５で示したように直流電源２の電圧Ｖｄｃと三角波発生器３１のキャリア周期Ｔｃを用いると、−２×Ｖｄｃ×Ｔｄ／Ｔｃ〜２×Ｖｄｃ×Ｔｄ／Ｔｃである。このため、制御器リミッタ１３５では−２×Ｖｄｃ×Ｔｄ／Ｔｃ〜２×Ｖｄｃ×Ｔｄ／ＴｃでＰＩ制御器１３４の出力を制限する。
【００９５】
図１７は、本発明の実施の形態２に係るデッドタイム補正部１２２のデッドタイム補正量ｄＶｏ＊の算出フローである。
以下、図１７に基づいて、デッドタイム補正部１２２のデッドタイム補正量ｄＶｏ＊を算出する処理を説明する。
Ｓｔｅｐ１０１〜Ｓｔｅｐ１０３では、電圧指令Ｖｏ＊、出力電流Ｉｏ、出力電圧Ｖｏを読み込む。
Ｓｔｅｐ１０４では、リアクトル電圧ＶＬを推定（リアクトル電圧ＶＬ＝電圧指令Ｖｏ＊−計測出力電圧Ｖｏ）して、出力電流変化量指令生成回路１３１で出力電流変化量指令ΔＩｏ＊を生成する。
Ｓｔｅｐ１０５では、出力電流変化量生成回路１３２で、計測出力電流Ｉｏから出力電流変化量ΔＩｏを算出する。
Ｓｔｅｐ１０６では、出力電流変化量指令生成回路１３１の出力である出力電流変化量指令ΔＩｏ＊と出力電流変化量生成回路１３２が出力する出力電流変化量ΔＩｏの減算を減算器１３３で行い、出力電流変化量誤差ΔｄＩｏを算出する。
Ｓｔｅｐ１０７では、ＰＩ制御器１３４に出力電流変化量誤差ΔｄＩｏが入力され、出力電流変化量誤差ΔｄＩｏに応じたデッドタイム補正量ｄＶｏ＊が出力される。
Ｓｔｅｐ１０８では、ＰＩ制御器１３４から出力されるデッドタイム補正量ｄＶｏ＊が加算部２３へ出力される。
以上の処理を経て、加算部２３で電圧指令Ｖｏ＊にデッドタイム補正量ｄＶｏ＊が加算され、出力電圧のデッドタイム期間による電圧影響を小さくする。
【００９６】
図１８に本発明の実施の形態２に係る電力変換装置１０１の制御フローを示す。
以下、図１８に基づいて電力変換装置１０１が電圧指令Ｖｏ＊に応じた出力電圧を出力するまでの制御処理を説明する。
Ｓｔｅｐ１２１では、電圧指令生成部２１が電圧指令を生成する。
Ｓｔｅｐ１２２では、出力電流計測部１６が出力電流を計測する。
Ｓｔｅｐ１２３では、出力電圧計測部１７が出力電圧を計測する。
【００９７】
Ｓｔｅｐ１２４では、図１７で示したデッドタイム補正部１２２のデッドタイム補正量ｄＶｏ＊を算出するまでのフローチャートに従い、出力電流変化量ΔＩｏに応じたデッドタイム補正量ｄＶｏ＊を算出する。
Ｓｔｅｐ１２５では、電圧指令Ｖｏ＊とデッドタイム補正量ｄＶｏ＊を加算部２３で加算し、デッドタイム補正後電圧指令Ｖｏ＊ｍを出力する。
Ｓｔｅｐ１２６では、ＰＷＭ信号生成部２４によりＶｏ＊ｍにデッドタイム期間を挿入したスイッチング信号を生成する。
Ｓｔｅｐ１２７でスイッチング信号に応じてスイッチング素子１１〜１４がＯＮ／ＯＦＦ動作を行う。
Ｓｔｅｐ１２８では、リアクトル１５を通して、直流電源２の出力電圧からスイッチング動作でＶｏ＊に応じた出力電圧を電力変換装置１０１が出力する。
【００９８】
本発明の実施の形態２の効果としては、本発明の実施の形態１の図１３で示した波形と同様の効果が得られる。
図１３で説明したように負荷が増加すると、出力電流が増加する。出力電流が増加すると、出力電流の零電流交差付近の出力電流変化タイミングが変わる。このため、デッドタイム期間による誤差電圧の生じるタイミングも変化する。
【００９９】
本実施の形態２の発明を適用することで、出力電流が変化しても、瞬時に適切なデッドタイム補正を行うことができる。このため、負荷の消費電力の変化などによる出力電流の変動や、非線形な特性を持つコンデンサインプット負荷でも、デッドタイム補正量を瞬時に算出できる。
【０１００】
したがって、誤ったデッドタイム補正で出力電圧が過電圧になり、出力電流が過電流になる恐れがないため、電力変換装置の出力部のリアクトルを小さくできる。
また、電力系統と連系しない自立運転において、単独運転検出部を持つ分散電源と電力変換装置が連系する場合、出力電圧のゼロクロス付近でデッドタイムによる電圧変化が生じることを防止でき、周波数の変化を抑制することができる。これにより、デッドタイムに起因する周波数変化で分散電源が単独運転を検出することを防止できる。
【０１０１】
さらに、デッドタイム補正部１２２などの制御部１２０の機能をＳ／Ｗで実装ができ、Ｓ／Ｗで実装した場合はＨ／Ｗの部品数低減や電力変換装置の小型化を図ることができる。
また、実際の装置では、デッドタイム期間のバラつきや回路定数のバラつきが生じるが、制御器を用いてデッドタイム補正量ｄＶｏ＊を算出するので、デッドタイム期間のバラつきや回路定数のバラつきに応じたデッドタイム補正量ｄＶｏ＊を算出できる効果も持つ。
【０１０２】
なお、実施の形態２では、リアクトル電圧を推定（Ｖｏ＊−Ｖｏ）して、この推定リアクトル電圧を用いて、出力電流変化量を算出したが、推定リアクトル電圧を用いずに、出力電圧を用いて出力電流変化を算出しても、同様の効果を得ることができる。
【０１０３】
以上説明したように、実施の形態２の電力変換装置は、推定リアクトル電圧を用いて出力電流変化量を算出し、この出力電流変化量からデッドタイム補正量を算出するものである。このため、実施の形態２の電力変換装置は、負荷の変化などによる出力電流の変動や、非線形な特性を持つ負荷でも、デッドタイム補正量を瞬時に算出できる。また、分散電源と連系運転する場合、自立運転において、デッドタイムに起因する周波数変化で分散電源が単独運転を誤検出することを防止できる。また、電力変換装置の効率を向上させることで省エネルギーの効果がある。
【０１０４】
実施の形態３．
実施の形態３の電力変換装置は、実施の形態１で説明した推定リアクトル電圧を用いて算出した出力電流の零電流交差時間と、実施の形態２で説明した推定リアクトル電圧を用いて算出した出力電流変化量とを用いてデッドタイム補正量を算出するものである。
【０１０５】
以下、実施の形態３の電力変換装置の構成、動作について、電力変換装置を含むシステム構成図である図１９、デッドタイム補正部の構成図である図２０、および制御フロー図である図２１に基づいて、実施の形態１、２との差異を中心に説明する。
図２０において、図１と同一あるいは相当分には、同一符号を付している。また、実施の形態３の説明において、実施の形態１、２の図面を適宜参照する。
【０１０６】
実施の形態１、２の電力変換装置の構成と実施の形態３の電力変換装置の構成との差異は、制御部２２０のデッドタイム補正部２２２である。
【０１０７】
図１９は、本発明の実施の形態３の電力変換装置２０１を含むシステム全体構成を示す。システム全体は、電力変換装置２０１と、直流電源２と、交流負荷３から構成される。
電力変換装置２０１は、電力変換部１０と制御部２２０とから構成される。
制御部２２０は、電圧指令生成部２１と、デッドタイム補正部２２２と、加算部２３と、ＰＷＭ信号生成部２４とで構成される。
【０１０８】
まず、実施の形態３の電力変換装置の特徴を説明する。
実施の形態１で説明した出力電流の零電流交差時間を用いたデッドタイム補正量の算出は、実施の形態２で説明した出力電流変化量を用いたデッドタイム補正量の算出と比較して、ＰＩ制御器１３４による遅れがないため、デッドタイム補正量を早く算出できる。しかし、出力電流の零電流交差時間を用いたデッドタイム補正量の算出は、想定しているデッドタイム期間Ｔｄの誤差、リアクトル１５のインダクタンス値の誤差の影響で、デッドタイム補正量に誤差が生じやすい。
【０１０９】
これに対し、実施の形態２で説明した出力電流変化量を用いたデッドタイム補正量の算出は、実施の形態１で説明した出力電流の零電流交差時間を用いたデッドタイム補正量の算出と比較してデッドタイム補正量の算出が遅れるが、ＰＩ制御器１３４により想定しているデッドタイム期間Ｔｄの誤差、リアクトル１５のインダクタンス値の誤差の影響を小さくできる。
零電流交差時間を用いたデッドタイム補正量の算出方法（実施の形態１）と出力電流変化量を用いたデッドタイム補正量の算出方法（実施の形態２）を組み合わせることで、デッドタイム補正量の算出を早くし、かつ想定しているデッドタイム期間Ｔｄの誤差、リアクトル１５のインダクタンス値の誤差の影響を小さくできる。
【０１１０】
電力変換装置２０１の制御部２２０の動作を説明する。電圧指令生成部２１で生成される電圧指令Ｖｏ＊と、デッドタイム補正部２２２で生成されるデッドタイム補正量ｄＶｏ＊とを、加算部２３で加算したデッドタイム補正後電圧指令Ｖｏ＊ｍを生成し、ＰＷＭ信号生成部２４に出力する。ＰＷＭ信号生成部２４はＶｏ＊ｍに応じたスイッチング信号Ｓ１〜Ｓ４を生成する。そして、スイッチング素子１１〜１４がＳ１〜Ｓ４の信号に応じてＯＮまたはＯＦＦすることで、電力変換装置２０１から電圧指令Ｖｏ＊に応じた電圧が出力される。
【０１１１】
図２０は、本発明の実施の形態３に係るデッドタイム補正部２２２の構成を示す。デッドタイム補正部２２２は、出力電流変化量指令生成回路１３１、出力電流変化量生成回路１３２、減算器１３３、ＰＩ制御器１３４、制御器リミッタ１３５、第１デッドタイム補正量算出回路２３１、加算器２３２、および制御器リミッタ２３３から構成される。
ここで、Ｖｏ＊は電圧指令生成部２１で生成される電圧指令、Ｖｏは計測出力電圧、Ｉｏは計測出力電流、ΔＩｏ＊は出力電流変化量指令、ΔＩｏは出力電流変化量、ｄＶｏ＊ｕｅは零電流交差時間を用いたデッドタイム補正量、ｄＶｏ＊ｕｆは出力電流変化量を用いたデッドタイム補正量、ｄＶｏ＊はデッドタイム補正量、ΔｄＩｏは出力電流変化量誤差である。
【０１１２】
零電流交差時間を用いたデッドタイム補正量ｄＶｏ＊ｕｅは実施の形態１の図１０、１１と同様にデッドタイム補正量を算出し、出力電流変化量を用いたデッドタイム補正量ｄＶｏ＊ｕｆは実施の形態２の図１６と同様にデッドタイム補正量を算出するため、説明は省略する。
加算器２３２で零電流交差時間を用いたデッドタイム補正量ｄＶｏ＊ｕｅと出力電流変化量ΔＩｏを用いたデッドタイム補正量ｄＶｏ＊ｕｆが加算され、加算器２３２の出力が制御器リミッタ１３５で出力が制限された後に、加算部２３で出力電圧指令Ｖｏ＊に加算される。
【０１１３】
図２１に本発明の実施の形態３に係る電力変換装置２０１の制御フローを示す。
以下、電力変換装置２０１が電圧指令Ｖｏ＊に応じた出力電圧を出力するまでの制御処理を説明する。
Ｓｔｅｐ２２１では、電圧指令生成部２１で電圧指令を生成する。
Ｓｔｅｐ２２２では、出力電流計測部１６で出力電流を計測する。
Ｓｔｅｐ２２３では、出力電圧計測部１７で出力電圧を計測する。
Ｓｔｅｐ２２４では、図１７で示したデッドタイム補正部１２２のデッドタイム補正量ｄＶｏ＊を算出するまでのフローに従い、出力電流変化量ΔＩｏに応じたデッドタイム補正量ｄＶｏ＊を算出する。
Ｓｔｅｐ２２５では、電圧指令Ｖｏ＊とデッドタイム補正量ｄＶｏ＊を加算部２３で加算し、デッドタイム補正後電圧指令Ｖｏ＊ｍを出力する。
【０１１４】
Ｓｔｅｐ２２６では、ＰＷＭ信号生成部２４によりＶｏ＊ｍにデッドタイム期間を挿入したスイッチング信号を生成する。
Ｓｔｅｐ２２７では、スイッチング信号に応じてスイッチング素子１１〜１４がＯＮ／ＯＦＦ動作を行う。
Ｓｔｅｐ２２８では、リアクトル１５を通して、直流電源２の出力電圧からスイッチング動作でＶｏ＊に応じた出力電圧を電力変換装置２０１が出力する。
【０１１５】
本発明の実施の形態３の効果は、本発明の実施の形態１の図１３で示した波形と同様の効果が得られる。
図１３で説明したように負荷が増加すると、出力電流が増加する。出力電流が増加すると、出力電流の零電流交差付近の出力電流変化タイミングが変わる。このため、デッドタイム期間による誤差電圧の生じるタイミングも変化する。
【０１１６】
本実施の形態３の発明を適用することで、出力電流が変化しても、瞬時に適切なデッドタイム補正を行うことができる。このため、負荷の消費電力の変化などによる出力電流の変動や、非線形な特性を持つコンデンサインプット負荷でも、デッドタイム補正量を瞬時に算出できる。
【０１１７】
したがって、誤ったデッドタイム補正で出力電圧が過電圧になり、出力電流が過電流になる恐れがないため、電力変換装置の出力部のリアクトルを小さくできる。
また、電力系統と連系しない自立運転において、単独運転検出部を持つ分散電源と電力変換装置が連系する場合、出力電圧のゼロクロス付近でデッドタイムによる電圧変化が生じることを防止でき、周波数の変化を抑制することができる。これにより、デッドタイムに起因する周波数変化で分散電源が単独運転を検出することを防止できる。
【０１１８】
さらに、デッドタイム補正部２２２などの制御部２２０の機能をＳ／Ｗで実装ができ、Ｓ／Ｗで実装した場合はＨ／Ｗの部品数低減や電力変換装置を小さくできる。
また、実際の装置では、デッドタイム期間のバラつきや回路定数のバラつきが生じるが、制御器を用いてデッドタイム補正量ｄＶｏ＊を算出するので、デッドタイム期間のバラつきや回路定数のバラつきに応じたデッドタイム補正量ｄＶｏ＊を算出できる効果も持つ。
【０１１９】
以上説明したように、実施の形態３の電力変換装置は、推定リアクトル電圧を用いて算出した出力電流の零電流交差時間と、推定リアクトル電圧を用いて算出した出力電流変化量とを用いてデッドタイム補正量を算出するものである。このため、実施の形態３の電力変換装置は、負荷の変化などによる出力電流の変動や、非線形な特性を持つ負荷でも、デッドタイム補正量を瞬時に算出できる。また、分散電源と連系運転する場合、自立運転において、デッドタイムに起因する周波数変化で分散電源が単独運転を誤検出することを防止できる。
【０１２０】
実施の形態４．
実施の形態４の電力変換装置は、実施の形態１から３の電力変換装置に、さらに出力電圧に含まれる直流電圧を抑制する（直流電圧を０Ｖに制御する）直流電圧制御部を追加したものである。
【０１２１】
以下、実施の形態４の電力変換装置の構成、動作について、電力変換装置を含むシステム構成図である図２２、およびデッドタイム補正の効果説明図である図２３に基づいて、実施の形態１〜３との差異を中心に説明する。
図２２において、図１と同一あるいは相当分には、同一符号を付している。また、実施の形態３の説明において、実施の形態１、２の図面を適宜参照する。
【０１２２】
まず、出力電圧に含まれる直流電圧を抑制する必要性について説明する。
デッドタイム補正が適切でない場合、電力変換装置の出力電圧に正負非対称の電圧ひずみが生じる。このため、出力電圧の一周期平均電圧が０Ｖにならず、出力電圧に直流電圧が重畳する。出力電圧に直流電圧が重畳すると、リアクトルで構成される誘導性負荷を電力変換装置に接続し場合、リアクトルの磁束が偏った変化をして、リアクトルが飽和する。リアクトルが飽和すると負荷インピーダンスが低下するので、電力変換装置が過電流となる。
この対策の一つとして、電圧指令に直流電圧を抑制する電圧指令を加算する方法がある。本発明の実施の形態４では電圧指令に直流電圧制御部の電圧指令を加算した場合のデッドタイム補正量を算出する。
【０１２３】
実施の形態１から３の電力変換装置の構成と実施の形態４の電力変換装置の構成との差異は、制御部２２０に直流電圧制御部３３１が追加されていることである。
【０１２４】
図２２は、本発明の実施の形態４の電力変換装置３０１を含むシステム全体構成を示す。システム全体は、電力変換装置３０１と、直流電源２と、交流負荷３とから構成される。
電力変換装置３０１は、電力変換部１０と制御部３２０とから構成される。
制御部３２０は、電圧指令生成部２１と、デッドタイム補正部３２２と、加算部２３と、ＰＷＭ信号生成部２４と、直流電圧制御部３３１と、第２加算部３２３とで構成される。
なお、デッドタイム補正部３２２は、実施の形態１〜３に示したデッドタイム補正部２２、１２２、２２２のいずれでもよい。
【０１２５】
直流電圧制御部３３１は、電力変換装置３０１の出力電圧Ｖｏの出力電圧Ｖｏ一周期平均を算出して、出力電圧Ｖｏの直流電圧成分Ｖｏｕｄｃを計測する。そして、計測した直流電圧成分Ｖｏｕｄｃが０Ｖとなるように、直流電圧指令Ｖｏ＊ｕｄｃを算出する。
直流電圧指令Ｖｏ＊ｕｄｃの具体的な出力波形としては、ステップ波形や全波整流波形で良く、その波形の直流電圧成分がＶｏ＊ｕｄｃと等しくなるように設定する。
【０１２６】
電力変換装置の制御部３２０は、電圧指令生成部２１で生成される電圧指令Ｖｏ＊と、出力電圧に重畳される直流電圧を０Ｖに制御する直流電圧制御部３３１の直流電圧指令Ｖｏ＊ｕｄｃを、加算部３３２で加算して電圧指令Ｖｏ＊ｄを生成する。
そして、この電圧指令Ｖｏ＊ｄにデッドタイム補正部３２２で生成されるデッドタイム補正量ｄＶｏ＊を加算部２３で加算したデッドタイム補正後電圧指令Ｖｏ＊ｍを生成し、ＰＷＭ信号生成部２４に出力する。ＰＷＭ信号生成部２４はデッドタイム補正後電圧指令Ｖｏ＊ｍに応じたスイッチング信号Ｓ１〜Ｓ４を生成する。そして、スイッチング素子１１〜１４がＳ１〜Ｓ４の信号に応じてＯＮまたはＯＦＦすることで、電力変換装置３０１から電圧指令Ｖｏ＊に応じた電圧が出力される。
【０１２７】
図２３は本発明の実施の形態４に係る直流電圧を抑制したデッドタイム補正の効果例を示す。図２３に基づき、本発明の実施の形態４に係る直流電圧抑制デッドタイム補正の効果を説明する。
なお、図２３は電力変換装置３０１に誘導性負荷が接続されている状態で直流電圧が重畳し、重畳した直流電圧を０Ｖになるように直流電圧制御部３３１の直流電圧指令Ｖｏ＊ｕｄｃが変化している波形例である。
図２３において、出力電圧波形（点線）のＡは、補正なしの場合を示し、出力電圧波形（実線）のＢは、補正ありの場合を示す。また、Ｅは直流電圧が重畳した時点を示す。一点鎖線のＦは、直流電圧の変化を示す。
図２３では、直流電圧の重畳（Ｅ点）により、出力電流の零電流交差付近の出力電流変化タイミングが変わるため、デッドタイム期間による誤差電圧の生じるタイミングが変化する。
本実施の形態４の発明を適用することで、直流電圧の重畳により出力電流が変化しても、瞬時に適切なデッドタイム補正を行うことができる。このため、電圧指令生成部２１の電圧指令Ｖｏ＊に、直流電圧制御部３０１の直流電圧指令Ｖｏ＊ｕｄｃが加算された場合においても、瞬時に適切なデッドタイム補正が行えるため、実施の形態１〜３と同様の効果を得ることができる。
【０１２８】
以上説明したように、実施の形態４の電力変換装置は、実施の形態１から３の電力変換装置に、さらに出力電圧に含まれる直流電圧を抑制する直流電圧制御部を追加したものである。このため、実施の形態４の電力変換装置は、実施の形態１から３の電力変換装置と同様に負荷の変化などによる出力電流の変動や、非線形な特性を持つ負荷でも、デッドタイム補正量を瞬時に算出できる。また、分散電源と連系運転する場合、自立運転において、デッドタイムに起因する周波数変化で分散電源が単独運転を誤検出することを防止できる。さらに、出力電圧に含まれる直流電圧を抑制することができる。
【０１２９】
実施の形態５．
実施の形態５の電力変換装置は、実施の形態１〜４の電力変換装置を電力系統または分散電源に連系したものである。併せて、実施の形態１〜４の変形例についても説明する。
【０１３０】
以下、実施の形態５の電力変換装置の構成、動作について、電力変換装置を含むシステム構成図である図２４に基づいて、実施の形態１〜４との差異を中心に説明する。図２４において、図１と同一あるいは相当分には、同一符号を付している。
【０１３１】
実施の形態１〜４では、電力変換装置１、１０１、２０１、３０１が交流負荷３に電力を供給する場合について説明したが、これに限るものではない。
図２４に電力変換装置４０１が電力系統または分散電源（太陽光発電、風力発電、燃料電池など）４０２と連系した場合のシステム構成を示す。
制御部４２０のデッドタイム補正部４２２は実施の形態１〜４に示したデッドタイム補正部２２、１２２、２２２、３２２のいずれでもよい。
【０１３２】
図２４に示すように、電力系統または分散電源４０２と連系して、電力変換装置４０１が放電動作だけでなく充電動作も行う構成としたシステム（双方向に電力をやり取りする電力変換装置）でも同様の効果を得ることができる。
【０１３３】
また、電力変換装置１、１０１、２０１、３０１、４０１において電圧指令に対するデッドタイム補正を説明したが、直流電源２の出力電圧で出力電圧指令を規格化したＰＷＭ信号生成部２４のパルス幅比を用いる場合でも、デッドタイム補正部２２、１２２、２２２、３２２が出力するデッドタイム補正量を同様に規格化することで同一の効果を得ることができる。
【０１３４】
なお、出力電流の計測方法に関しては、電流の計測位置が分かれば足りるものであり、零電流交差時間を用いたデッドタイム補正方法（実施の形態１、３、４）では図１０、図１１のＳｔｅｐ４でＩｏｎおよびＩｏｐの算出を調整することで同様に計算できる。出力電流変化量を用いたデッドタイム補正方法（実施の形態２、３、４）では図１７のＳｔｅｐ１０５でΔＩｏの算出を調整することで同様に計算できる。
【０１３５】
本実施の形態１〜４では、直流電源２は定電圧源としたが、これに限るものではなく、交流電圧または直流電圧を直流電圧に変換する装置（ＤＣ／ＡＣ変換装置またはＤＣ／ＤＣ変換装置）から出力される直流電圧であってもよい。
【０１３６】
なお、直流電源２の出力電圧Ｖｄｃを計測する直流電源出力電圧計測部を追加し、測定したＶｄｃを実施の形態１〜４のデッドタイム補正量算出に用いてもよい。
【０１３７】
さらに、実施の形態１および２では、説明を簡単にするため、デッドタイム補正部２２、１２２をＨ／Ｗで実現するものとして説明をしたが、これに限るものではない。デッドタイム補正部全ての回路あるいは一部の回路を中央集積回路（ＣＰＵ）で実装し、ＣＰＵ上で動作するＳ／Ｗで実現しても同様の効果を得る。また、上記各回路の機能をＳ／ＷとＨ／Ｗに分割し同様の機能を実現してもよい。
【０１３８】
また、デッドタイムはスイッチング素子１１〜１４のターンＯＮ遅れやターンＯＦＦ遅れなどの影響で変化する。このため、デッドタイム補正量の算出やデッドタイム補正量の出力リミッタに用いるデッドタイム期間を係数調整や定数項の追加を行ってもよい。
また、回路や配線のインピーダンスによる電圧変化を考慮して、デッドタイム補正量の出力リミッタに用いるデッドタイム期間を係数調整や定数項の追加を行ってもよい。
【０１３９】
以上説明したように、実施の形態５の電力変換装置は、実施の形態１から４の電力変換装置と同様に負荷の変化などによる出力電流の変動や、非線形な特性を持つ負荷でも、デッドタイム補正量を瞬時に算出できる。また、分散電源と連系運転する場合、自立運転において、デッドタイムに起因する周波数変化で分散電源が単独運転を誤検出することを防止できる。
【０１４０】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１４１】
この発明は、デッドタイムの影響をなくするデッドタイム補正機能を有する電力変換装置に関するものであり、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置に広く適用できる。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年8月31日(2016.8.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子を備え直流電源の直流電力を交流電力に変換する電力変換回路と、前記電力変換回路の出力電流を計測する出力電流計測部と、前記電力変換回路の出力電圧を計測する出力電圧計測部と、一端が前記電力変換回路の出力側に接続された高調波を抑制するリアクトルとを備える電力変換部と、
前記スイッチング素子を制御する電圧指令を生成する電圧指令生成部と、前記スイッチング素子の短絡を防止するデッドタイムに起因する前記電圧指令と出力電圧との電圧誤差を補正するためのデッドタイム補正量を算出するデッドタイム補正部と、前記電圧指令に前記デッドタイム補正量を加算する加算部と、前記加算部の出力に応じたスイッチング信号を生成するＰＷＭ信号生成部とを備える制御部とから構成される電力変換装置において、
前記デッドタイム補正部は、前記電圧指令と前記出力電圧計測部により計測された計測出力電圧と前記直流電源の直流出力電圧とからリアクトル電圧を推定し、
この推定リアクトル電圧と前記ＰＷＭ信号生成部のＰＷＭ信号生成用のキャリア周期と前記出力電流計測部により計測された計測出力電流とから、前記スイッチング素子がＯＮからＯＦＦに変わる際の出力電流の値を算出し、
前記スイッチング素子がＯＮからＯＦＦに変わる際の出力電流算出値とデッドタイム期間とから出力電流の零電流交差時間を推定し、
この推定零電流交差時間と前記スイッチング素子ＯＮからＯＦＦに変わる際の前記出力電流算出値と前記直流出力電圧と前記キャリア周期と前記デッドタイム期間とから出力電流の変化は時間に対して線形であることを前提に前記デッドタイム補正量を算出する電力変換装置。
【請求項２】
スイッチング素子を備え直流電力を交流電力に変換する電力変換回路と、前記電力変換回路の出力電流を計測する出力電流計測部と、前記電力変換回路の出力電圧を計測する出力電圧計測部と、一端が前記電力変換回路の出力側に接続された高調波を抑制するリアクトルとを備える電力変換部と、
前記スイッチング素子を制御する電圧指令を生成する電圧指令生成部と、前記スイッチング素子の短絡を防止するデッドタイムに起因する前記電圧指令と出力電圧との電圧誤差を補正するためのデッドタイム補正量を算出するデッドタイム補正部と、前記電圧指令に前記デッドタイム補正量を加算する加算部と、前記加算部の出力に応じたスイッチング信号を生成するＰＷＭ信号生成部とを備える制御部とから構成される電力変換装置において、
前記デッドタイム補正部は、前記電圧指令と前記出力電圧計測部により計測された計測出力電圧とからリアクトル電圧を推定し、
この推定リアクトル電圧と前記出力電流計測部により計測された計測出力電流とから出力電流の出力電流変化量を推定し、この推定出力電流変化量に基づき前記デッドタイム補正量を算出する 電力変換装置。
【請求項３】
スイッチング素子を備え直流電力を交流電力に変換する電力変換回路と、前記電力変換回路の出力電流を計測する出力電流計測部と、前記電力変換回路の出力電圧を計測する出力電圧計測部と、一端が前記電力変換回路の出力側に接続された高調波を抑制するリアクトルとを備える電力変換部と、
前記スイッチング素子を制御する電圧指令を生成する電圧指令生成部と、前記スイッチング素子の短絡を防止するデッドタイムに起因する前記電圧指令と出力電圧との電圧誤差を補正するためのデッドタイム補正量を算出するデッドタイム補正部と、前記電圧指令に前記デッドタイム補正量を加算する加算部と、前記加算部の出力に応じたスイッチング信号を生成するＰＷＭ信号生成部とを備える制御部とから構成される電力変換装置において、
前記デッドタイム補正部は、前記電圧指令と前記出力電圧計測部により計測された計測出力電圧と前記直流電源の直流出力電圧とからリアクトル電圧を推定し、この推定リアクトル電圧と前記出力電流計測部により計測された計測出力電流とから出力電流の零電流交差時間および出力電流の出力電流変化量を推定し、この推定零電流交差時間および推定出力電流変化量に基づき前記デッドタイム補正量を算出する電力変換装置。
【請求項４】
さらに、前記出力電圧に含まれる直流電圧を抑制する直流電圧制御部を備え、前記直流電圧制御部の出力を前記電圧指令に加算する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
電力系統または分散電源と連系して負荷に交流電力を供給する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
電力系統または分散電源と連系して負荷に交流電力を供給する請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項７】
電力系統または分散電源とは独立に負荷に交流電力を供給する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
電力系統または分散電源とは独立に負荷に交流電力を供給する請求項４に記載の電力変換装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
この発明に係る第１の電力変換装置は、スイッチング素子を備え直流電源の直流電力を交流電力に変換する電力変換回路と、電力変換回路の出力電流を計測する出力電流計測部と、電力変換回路の出力電圧を計測する出力電圧計測部と、一端が電力変換回路の出力側に接続された高調波を抑制するリアクトルとを備える電力変換部と、スイッチング素子を制御する電圧指令を生成する電圧指令生成部と、スイッチング素子の短絡を防止するデッドタイムに起因する電圧指令と出力電圧との電圧誤差を補正するためのデッドタイム補正量を算出するデッドタイム補正部と、電圧指令にデッドタイム補正量を加算する加算部と、加算部の出力に応じたスイッチング信号を生成するＰＷＭ信号生成部とを備える制御部とから構成される電力変換装置において、デッドタイム補正部は、電圧指令と出力電圧計測部により計測された計測出力電圧と直流電源の直流出力電圧とからリアクトル電圧を推定し、この推定リアクトル電圧とＰＷＭ信号生成部のＰＷＭ信号生成用のキャリア周期と出力電流計測部により計測された計測出力電流とから、スイッチング素子がＯＮからＯＦＦに変わる際の出力電流の値を算出し、スイッチング素子がＯＮからＯＦＦに変わる際の出力電流算出値とデッドタイム期間とから出力電流の零電流交差時間を推定し、この推定零電流交差時間とスイッチング素子ＯＮからＯＦＦに変わる際の出力電流算出値と直流出力電圧とキャリア周期とデッドタイム期間とから出力電流の変化は時間に対して線形であることを前提にデッドタイム補正量を算出するものである。
この発明に係る第２の電力変換装置は、スイッチング素子を備え直流電力を交流電力に変換する電力変換回路と、電力変換回路の出力電流を計測する出力電流計測部と、電力変換回路の出力電圧を計測する出力電圧計測部と、一端が電力変換回路の出力側に接続された高調波を抑制するリアクトルとを備える電力変換部と、スイッチング素子を制御する電圧指令を生成する電圧指令生成部と、スイッチング素子の短絡を防止するデッドタイムに起因する電圧指令と出力電圧との電圧誤差を補正するためのデッドタイム補正量を算出するデッドタイム補正部と、電圧指令にデッドタイム補正量を加算する加算部と、加算部の出力に応じたスイッチング信号を生成するＰＷＭ信号生成部とを備える制御部とから構成される電力変換装置において、デッドタイム補正部は、電圧指令と出力電圧計測部により計測された計測出力電圧とからリアクトル電圧を推定し、この推定リアクトル電圧と出力電流計測部により計測された計測出力電流とから出力電流の出力電流変化量を推定し、この推定出力電流変化量に基づきデッドタイム補正量を算出するものである。
この発明に係る第３の電力変換装置は、スイッチング素子を備え直流電力を交流電力に変換する電力変換回路と、電力変換回路の出力電流を計測する出力電流計測部と、電力変換回路の出力電圧を計測する出力電圧計測部と、一端が電力変換回路の出力側に接続された高調波を抑制するリアクトルとを備える電力変換部と、スイッチング素子を制御する電圧指令を生成する電圧指令生成部と、スイッチング素子の短絡を防止するデッドタイムに起因する電圧指令と出力電圧との電圧誤差を補正するためのデッドタイム補正量を算出するデッドタイム補正部と、電圧指令にデッドタイム補正量を加算する加算部と、加算部の出力に応じたスイッチング信号を生成するＰＷＭ信号生成部とを備える制御部とから構成される電力変換装置において、デッドタイム補正部は、電圧指令と出力電圧計測部により計測された計測出力電圧と直流電源の直流出力電圧とからリアクトル電圧を推定し、この推定リアクトル電圧と出力電流計測部により計測された計測出力電流とから出力電流の零電流交差時間および出力電流の出力電流変化量を推定し、この推定零電流交差時間および推定出力電流変化量に基づきデッドタイム補正量を算出するものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
この発明に係る第１の電力変換装置によれば、デッドタイム補正部は、電圧指令と出力電圧計測部により計測された計測出力電圧と直流電源の直流出力電圧とからリアクトル電圧を推定し、この推定リアクトル電圧とＰＷＭ信号生成部のＰＷＭ信号生成用のキャリア周期と出力電流計測部により計測された計測出力電流とから、スイッチング素子がＯＮからＯＦＦに変わる際の出力電流の値を算出し、スイッチング素子がＯＮからＯＦＦに変わる際の出力電流算出値とデッドタイム期間とから出力電流の零電流交差時間を推定し、この推定零電流交差時間とスイッチング素子ＯＮからＯＦＦに変わる際の出力電流算出値と直流出力電圧とキャリア周期とデッドタイム期間とから出力電流の変化は時間に対して線形であることを前提にデッドタイム補正量を算出するものであるため、負荷の変化などによる出力電流の変動や、非線形な特性を持つ負荷でも、デッドタイム補正量を瞬時に算出できる。また、分散電源と連系運転する場合、自立運転において、デッドタイムに起因する周波数変化で分散電源が単独運転を誤検出することを防止できる。
この発明に係る第２の電力変換装置によれば、デッドタイム補正部は、電圧指令と出力電圧計測部により計測された計測出力電圧とからリアクトル電圧を推定し、この推定リアクトル電圧と出力電流計測部により計測された計測出力電流とから出力電流の出力電流変化量を推定し、この推定出力電流変化量に基づきデッドタイム補正量を算出するものであるため、負荷の変化などによる出力電流の変動や、非線形な特性を持つ負荷でも、デッドタイム補正量を瞬時に算出できる。また、分散電源と連系運転する場合、自立運転において、デッドタイムに起因する周波数変化で分散電源が単独運転を誤検出することを防止できる。
この発明に係る第３の電力変換装置によれば、デッドタイム補正部は、電圧指令と出力電圧計測部により計測された計測出力電圧と直流電源の直流出力電圧とからリアクトル電圧を推定し、この推定リアクトル電圧と出力電流計測部により計測された計測出力電流とから出力電流の零電流交差時間および出力電流の出力電流変化量を推定し、この推定零電流交差時間および推定出力電流変化量に基づきデッドタイム補正量を算出するものであるため、負荷の変化などによる出力電流の変動や、非線形な特性を持つ負荷でも、デッドタイム補正量を瞬時に算出できる。また、分散電源と連系運転する場合、自立運転において、デッドタイムに起因する周波数変化で分散電源が単独運転を誤検出することを防止できる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
Ｔ０ｃ＝Ｔｄ×Ｉｏｎｕｎ／（Ｉｏｎｕｎ−Ｉｏｎ）    （５）
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
Ｔ０ｄ＝Ｔｄ×Ｉｏｎｕｐ／（Ｉｏｎｕｐ−Ｉｏｎ）    （６）
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
ｄＶ＊ｕｄ＝ Ｖｄｃ×Ｔ０ｄ／Ｔｃ            （８）
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
リミッタは、−Ｖｄｃ×Ｔｄ／Ｔｃ＜＝ｄＶ＊＜＝Ｖｄｃ×Ｔｄ／Ｔｃに設定される。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
ｄＶｏ＊＝−Ｖｄｃ×（２×Ｔｄ−Ｔ０ｂ）／Ｔｃ    （１０）
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６１】
ｄＶｏ＊＝Ｖｄｃ×（２×Ｔｄ−Ｔ０ｃ）／Ｔｃ    （１１）
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８５】
電力変換装置１０１の制御部１２０の動作を説明する。電圧指令生成部２１で生成される電圧指令Ｖｏ＊と、デッドタイム補正部１２２で生成されるデッドタイム補正量ｄＶｏ＊とを加算部２３で加算し、デッドタイム補正後電圧指令Ｖｏ＊ｍを生成し、ＰＷＭ信号生成部２４に出力する。ＰＷＭ信号生成部２４はデッドタイム補正後電圧指令Ｖｏ＊ｍに応じたスイッチング信号Ｓ１〜Ｓ４を生成する。そして、スイッチング素子１１〜１４がＳ１〜Ｓ４の信号に応じてＯＮまたはＯＦＦすることで、電力変換装置１０１から電圧指令Ｖｏ＊に応じた電圧が出力される。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１３】
図２１に本発明の実施の形態３に係る電力変換装置２０１の制御フローを示す。
以下、電力変換装置２０１が電圧指令Ｖｏ＊に応じた出力電圧を出力するまでの制御処理を説明する。
Ｓｔｅｐ２２１では、電圧指令生成部２１で電圧指令を生成する。
Ｓｔｅｐ２２２では、出力電流計測部１６で出力電流を計測する。
Ｓｔｅｐ２２３では、出力電圧計測部１７で出力電圧を計測する。
Ｓｔｅｐ２２４では、図１０、１１で示したデッドタイム補正部２２のデッドタイム補正量を算出するまでのフローに従い、零電流交差時間を用いたデッドタイム補正量ｄＶｏ＊ｕｅを算出すると共に、図１７で示したデッドタイム補正部１２２のデッドタイム補正量を算出するまでのフローに従い、出力電流変化量ΔＩｏに応じたデッドタイム補正量ｄＶｏ＊ｕｆを算出し、デッドタイム補正量ｄＶｏ＊ｕｅとデッドタイム補正量ｄＶｏ＊ｕｆを加算することで、デッドタイム補正量ｄＶｏ＊を算出する。
Ｓｔｅｐ２２５では、電圧指令Ｖｏ＊とデッドタイム補正量ｄＶｏ＊を加算部２３で加算し、デッドタイム補正後電圧指令Ｖｏ＊ｍを出力する。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２１】
以下、実施の形態４の電力変換装置の構成、動作について、電力変換装置を含むシステム構成図である図２２、およびデッドタイム補正の効果説明図である図２３に基づいて、実施の形態１〜３との差異を中心に説明する。
図２２において、図１と同一あるいは相当分には、同一符号を付している。また、実施の形態４の説明において、実施の形態１、２の図面を適宜参照する。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２４】
図２２は、本発明の実施の形態４の電力変換装置３０１を含むシステム全体構成を示す。システム全体は、電力変換装置３０１と、直流電源２と、交流負荷３とから構成される。
電力変換装置３０１は、電力変換部１０と制御部３２０とから構成される。
制御部３２０は、電圧指令生成部２１と、デッドタイム補正部３２２と、加算部２３と、ＰＷＭ信号生成部２４と、直流電圧制御部３３１と、第２加算部３３２とで構成される。
なお、デッドタイム補正部３２２は、実施の形態１〜３に示したデッドタイム補正部２２、１２２、２２２のいずれでもよい。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２７】
図２３は本発明の実施の形態４に係る直流電圧を抑制したデッドタイム補正の効果例を示す。図２３に基づき、本発明の実施の形態４に係る直流電圧抑制デッドタイム補正の効果を説明する。
なお、図２３は電力変換装置３０１に誘導性負荷が接続されている状態で直流電圧が重畳し、重畳した直流電圧を０Ｖになるように直流電圧制御部３３１の直流電圧指令Ｖｏ＊ｕｄｃが変化している波形例である。
図２３において、出力電圧波形（点線）のＡは、補正なしの場合を示し、出力電圧波形（実線）のＢは、補正ありの場合を示す。また、Ｅは直流電圧が重畳した時点を示す。一点鎖線のＦは、直流電圧の変化を示す。
図２３では、直流電圧の重畳（Ｅ点）により、出力電流の零電流交差付近の出力電流変化タイミングが変わるため、デッドタイム期間による誤差電圧の生じるタイミングが変化する。
本実施の形態４の発明を適用することで、直流電圧の重畳により出力電流が変化しても、瞬時に適切なデッドタイム補正を行うことができる。このため、電圧指令生成部２１の電圧指令Ｖｏ＊に、直流電圧制御部３３１の直流電圧指令Ｖｏ＊ｕｄｃが加算された場合においても、瞬時に適切なデッドタイム補正が行えるため、実施の形態１〜３と同様の効果を得ることができる。
【国際調査報告】
2015198391.tif 000027
2015198391.tif 000028