(57)【要約】【課題】太陽光パネルで発生した電圧を昇圧した後、交流変換して系統に交流電力を供給する電力変換装置１２において、太陽光パネルの電位変動を抑制する。【解決手段】太陽光電圧を昇圧した直流電圧を第１の直流電源２とした第１のインバータ１０の交流側両端子の一方に第２のインバータ１１を、他方に第３のインバータ１２を直列に接続し、各インバータ１０〜１２の発生電圧の総和にて全体出力電圧を得る。第２、第３のインバータ１１、１２は、直流電源の電圧が概等しく、波形が一致する搬送波を用いてＰＷＭ制御することで、出力電圧パルスの出力タイミングを合致させ、第１の直流電源２の中点電位の変動を抑制する。【選択図】図１
2008022633.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源の直流電力を交流電力に変換する単相インバータの交流側を複数直列接続し、上記複数の単相インバータの各発生電圧の総和により出力電圧を制御する電力変換装置において、
上記複数の単相インバータは、上記直流電源のうち電圧が最大である第１の直流電源を入力とする第１の単相インバータと、該第１の単相インバータの交流側第１の端子に接続され第２の直流電源を入力とする第２の単相インバータと、該第１の単相インバータの交流側第２の端子に接続され上記第２の直流電源と概等しい電圧の第３の直流電源を入力とする第３の単相インバータとから成り、
上記第２の単相インバータの出力と上記第３の単相インバータの出力とは、電圧パルスの出力タイミングが合致することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
上記第１の単相インバータの交流側両端子間を短絡させる短絡スイッチを該第１の単相インバータに並列に接続し、上記第１の単相インバータの発生電圧を０とするとき、上記短絡スイッチを導通して上記第１の単相インバータをバイパスすることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
上記第２の単相インバータと上記第３の単相インバータとは、周波数、位相、および形状の等しい搬送波を用いたＰＷＭ制御により出力されることを特徴とする請求項１または２記載の電力変換装置。
【請求項４】
上記搬送波は、一辺が垂直な鋸波であることを特徴とする請求項３記載の電力変換装置。
【請求項５】
上記第２の直流電源の電圧と上記第３の直流電源の電圧とは、誤差電圧を有しているものであり、
上記第２の単相インバータの電圧指令値および上記第３の単相インバータの電圧指令値は、上記第２の直流電源と上記第３の直流電源との電圧比率に応じて決定されることを特徴とする請求項３または４記載の電力変換装置。
【請求項６】
上記第１の直流電源と上記第２の直流電源とは、第１のチョッパ回路から成る第１のＤＣ／ＤＣコンバータを介して接続され、１周期における一方の半周期内の所定期間において、上記第１のＤＣ／ＤＣコンバータは、上記第１の直流電源から上記第１、第２の単相インバータ内のスイッチング素子を介して第２の直流電源へ電力供給し、
上記第１の直流電源と上記第３の直流電源とは、第２のチョッパ回路から成る第２のＤＣ／ＤＣコンバータを介して接続され、１周期における他方の半周期内の所定期間において、上記第２のＤＣ／ＤＣコンバータは、上記第１の直流電源から上記第１、第３の単相インバータ内のスイッチング素子を介して第３の直流電源へ電力供給し、
上記第２の直流電源と上記第３の直流電源とは、１周期の平均電圧が等しいことを特徴とする請求項５記載の電力変換装置。
【請求項７】
上記第２の単相インバータおよび第３の単相インバータは、それぞれ複数個の単相インバータの交流側を直列に接続して構成したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか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、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置に関し、特に分散電源を系統に連系するパワーコンディショナ等に用いる電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のパワーコンディショナでは、例えばソーラパワーコンディショナに示されるように、太陽電池である分散電源からチョッパを用いて昇圧し、その後段にＰＷＭ制御のインバータを挿入して、出力の交流電圧を発生している。
このような従来のパワーコンディショナの基本的な動作を以下に示す。太陽電池から出力される直流電力は、パワーコンディショナの内部制御電源を駆動し内部回路が動作可能になる。チョッパ回路を用い、太陽電池の電圧を、系統へ連系するのに必要となる電圧まで昇圧する。インバータ部は４つのスイッチから構成され、系統電圧に同期した位相の出力電流となるようＰＷＭスイッチングを行う。このように出力に短冊状の波形を出力し、出力する時間比率を変えることによって出力の平均電圧をコントロールし、出力された電圧は出力側に設けられた平滑フィルタによって平均化し、系統へは交流電力が出力される（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
また従来の別例によるパワーコンディショナでは、系統の中点電位と、太陽電池からの入力電圧を昇圧したＤＣ電圧の中点電位とを同電位とする回路を追加している（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また従来の第２の別例による電力変換装置は、３つの単相インバータが直列接続された単相多重変換器から成る。各単相インバータは、コンデンサを直流電源として直流電力を交流電力に変換し、３つの単相インバータの発生電圧の組み合わせにより、滑らかな出力電圧が得られる（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【非特許文献１】「ソーラーパワーコンディショナ形ＫＰ４０Ｆの開発」OMRON  TECHNICS  Vol.42  No.2(通巻142号)２００２年
【特許文献１】特開平１１−２５２８０３号公報
【特許文献２】特開２００４−００７９４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記非特許文献１に示すような、太陽光電圧を系統に連系させる従来のパワーコンディショナでは、インバータ動作により太陽電池に接続されたＰ側電位やＮ側電位が変動していた。太陽電池のパネルと大地の間には浮遊容量が存在し、特に雨上がりの発電時にはその値が数μFに達することがある。インバータ動作時の電位変動がこの浮遊容量を通して大地に電流を流すと漏電になり、漏電遮断器を動作させたり、漏電遮断器が動作しない高周波電流の場合、漏電遮断機を加熱・発火させる恐れがあった。
このような問題を回避するために上記特許文献１記載のパワーコンディショナでは、系統の中点電位と、太陽電池からの入力電圧を昇圧したＤＣ電圧の中点電位とを同電位として漏電遮断器の不要動作を防止している。
しかしながら、上記特許文献１は、１つのインバータの直流側電力を入力として交流電力を出力するもので、上記特許文献２に記載されるような複数の単相インバータを直列接続した電力変換装置に効果的に適用するには困難であった。
【０００７】
この発明は、上記のような問題点を解消するために成されたものであって、複数の単相インバータを直列接続して構成し、直流電源からの電力を交流に変換して系統や負荷に出力する電力変換装置において、直流電源側の電位変動を精度良く抑制して信頼性の向上を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明による電力変換装置は、直流電源の直流電力を交流電力に変換する単相インバータの交流側を複数直列接続し、上記複数の単相インバータの各発生電圧の総和により出力電圧を制御する。上記複数の単相インバータは、上記直流電源のうち電圧が最大である第１の直流電源を入力とする第１の単相インバータと、該第１の単相インバータの交流側第１の端子に接続され第２の直流電源を入力とする第２の単相インバータと、該第１の単相インバータの交流側第２の端子に接続され第３の直流電源を入力とする第３の単相インバータとから成り、上記第２の直流電源と上記第３の直流電源とは、概等しい、あるいは誤差電圧を許容した概等しい電圧を有する。そして、上記第２の単相インバータの出力と上記第３の単相インバータの出力とは、電圧パルスの出力タイミングが合致するものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明による電力変換装置は、電圧が最大である第１の直流電源を入力とする第１の単相インバータの交流側第１、第２の端子側に接続され、概等しい電圧の第２、第３の直流電源を入力とする第２の単相インバータと第３の単相インバータとが、電圧パルスの出力タイミングが合致する。このため、第１の直流電源の仮想中点電位の電位変動を確実に抑制して、第１の単相インバータの直流母線の電位変動を抑制することができる。これにより、信頼性および効率の高い電力変換装置を得られる。またこのような電力変換装置を、太陽電池を系統に連系するパワーコンディショナに用いた場合では、太陽電池のパネルと大地の間の浮遊容量に流れる漏洩電流を抑制し、漏電遮断器を不要に動作させることを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１による電力変換装置（以下、パワーコンディショナと称す）を図について説明する。図１はこの発明の実施の形態１によるパワーコンディショナの構成を示す回路図である。
太陽電池である太陽電池パネル１で発電された電圧は、降圧スイッチ１６、降圧ダイオード１５、昇降圧リアクトル１７、昇圧ダイオード１３および昇圧スイッチ１４からなる昇降圧コンバータ５に入力され、昇降圧コンバータ５にて必要に応じて昇圧／降圧され、平滑コンデンサで構成される第１の直流電源２に充電される所定の電圧が得られる。
また、この第１の直流電源２の仮想中点をＸ点とする。第１の直流電源２はＤＣ／ＤＣコンバータ６を介して第２の直流電源３および第３の直流電源４に電気的に接続されてエネルギ授受を行う。第１の直流電源２の電圧は、他の第２、第３の直流電源３、４の電圧よりも大きく、各電圧比が所定の値になるようにＤＣ／ＤＣコンバータ６にて制御される。このとき、第２の直流電源３および第３の直流電源４は、概等しい電圧に制御される。
【００１１】
また、第１の直流電源２を入力とする第１の単相インバータ１０（以下、第１のインバータと称す）の交流側両端子の一方に第２の単相インバータ１１（以下、第２のインバータと称す）が、他方に第３の単相インバータ１２（以下、第３のインバータと称す）が接続される。第２のインバータ１１は第２の直流電源３を入力とし、第３のインバータ１２は第３の直流電源４を入力とする。各インバータ１０〜１２は、ダイオードを逆並列に接続した複数個のＩＧＢＴ等の自己消弧型半導体スイッチング素子Q11〜Q14、Q21〜Q24、Q31〜Q34で構成される。
また、第１のインバータ１０の発生電圧が０の時に、第１のインバータ１０の交流側両端子間を短絡させる短絡スイッチとなる０電圧スイッチ１９として、ダイオードを逆並列に接続した２個のＩＧＢＴ等の自己消弧型半導体スイッチング素子Ｑｘ、Ｑｙが、第１のインバータ２に並列に接続される。
【００１２】
そして、各インバータ１０〜１２は、出力として正負およびゼロの電圧を発生することができ、３つのインバータ１０〜１２は交流側が直列に接続されて各発生電圧の総和により電力変換装置としての出力電圧を出力する。この出力電圧はリアクトル８およびコンデンサ７ａから成る平滑フィルタにより平滑され、交流電圧を系統９に供給する。系統９は柱状トランスにて中点を接地しているものとする。なお、１８は太陽電池パネル１と大地の間に存在する浮遊容量である。
【００１３】
次に動作について説明する。
図２に示すように、パワーコンディショナが出力する目標電圧波形を第１の電圧指令値２２として、第１の電圧指令値２２が所定の値になると第１のインバータ１０から第１の出力電圧（Vout１）３８を発生させる。第１の電圧指令値２２から第１の出力電圧（Vout１）３８を差し引いた値を、差分指令値２３とする。この差分指令値２３を、1/2ずつ分割し、第２のインバータ１１が電圧を出力するための第２の電圧指令値２４と、第３のインバータ１２が電圧を出力するための第３の電圧指令値２５を生成する。
第２のインバータ１１と第３のインバータ１２は等しい電圧指令値２４、２５を用いて出力電圧が等しくなるように制御され、パワーコンディショナ全体の目標出力電圧と第１のインバータ１０の出力電圧との差分を補うようにＰＷＭ制御により出力される。
【００１４】
第２のインバータ１１、第３のインバータ１２の制御の詳細を以下に示す。ここでは、第２の電圧指令値２４の極性情報を別途保持して絶対値を取り、第２の直流電源３の電圧Vdc２で規格化した波形を第２の電圧指令絶対値３４とする。同じく、第３の電圧指令値２５の極性情報を別途保持して絶対値を取り、第３の直流電源４の電圧Vdc３で規格化した波形を第３の電圧指令絶対値３５とする。この場合、第２の電圧指令値２４と第３の電圧指令値２５とが等しく、第２の直流電源３の電圧Vdc２と第３の直流電源４の電圧Vdc３とが概等しいため、第２の電圧指令絶対値３４と第３の電圧指令絶対値３５とも概等しいものとなる。
第２のインバータ１１の出力波形形成に使用する第２の電圧指令絶対値３４および第２のインバータキャリア３６と、第３のインバータ１２の出力波形形成に使用する第３の電圧指令絶対値３５および第３のインバータキャリア３７とを、図３に示す。この場合、第２のインバータキャリア３６と第３のインバータキャリア３７とは、周波数、位相および形状が等しい搬送波とする。
【００１５】
図３に示すように、第２のインバータ１１、第３のインバータ１２のＰＷＭ制御に用いる第２、第３の電圧指令絶対値３４、３５および第２、第３のインバータキャリア３６、３７が、それぞれ概一致するため、第２のインバータ１１の出力電圧３９（第２の出力電圧（Vout２））と第３のインバータ１２の出力電圧４０（第３の出力電圧（Vout３））とは、図４に示すように電圧パルスの波形が概一致する。
【００１６】
このような第２、第３のインバータ１１、１２の動作により、第１のインバータ１０が正負いずれかの電圧を出力している期間では、第１のインバータ１０の第１の直流電源２の中点Ｘの電位は、パワーコンディショナの出力電圧の中間電位に等しくなる。出力電圧は系統電圧とほぼ同じであるので、上記期間では第１の直流電源２の中点Ｘの電位は、系統９の中点電位であるアース電位と等しくなる。
第１のインバータ１０の出力電圧が０である期間では、第１のインバータ１０の交流側両端子間を短絡させる０電圧スイッチ１９(Ｑｘ、Ｑｙ)をオンして第１のインバータ１０をバイパスすると共に、第１のインバータ１０内の全ての半導体スイッチQ31〜Q34をオフ状態にして、第１の直流電源２と系統９（交流出力用電力線）とを遮断する。これにより、第１の直流電源２の電位が系統電圧の変動による影響を受けることなく、Ｘ点電位は、それまでの電位であるアース電位を保持することができる。
【００１７】
図５にＸ点電位２７の波形を示す。第１の直流電源２の中点電位であるＸ点電位は、第２の出力電圧（Vout２）３９と第３の出力電圧（Vout３）４０との差で変動するものであるが、上述したように両者は概一致するため、Ｘ点電位２７は概０で変動しないものとなる。
このように、Ｘ点電位２７は常にアース電位と概一致し、第１の直流電源２の正極、負極側はそれぞれアース電位から一定の直流電位を維持できる。
【００１８】
上記実施の形態１では、第２のインバータキャリア３６と第３のインバータキャリア３７とは、周波数、位相および形状が等しい搬送波としたが、比較例として、異なる搬送波を用いた場合を、図６〜図８に基づいて以下に説明する。
第２のインバータ１１の出力波形形成に使用する第２の電圧指令絶対値３４および第２のインバータキャリア３６ａと、第３のインバータ１２の出力波形形成に使用する第３の電圧指令絶対値３５および第３のインバータキャリア３７ａとを、図６に示す。この場合、第２、第３の電圧指令絶対値３４、３５は上記実施の形態１と同様に概一致するもの、第２のインバータキャリア３６ａと第３のインバータキャリア３７ａとは、周波数、形状は等しいが、位相が異なる搬送波とする。
【００１９】
このような比較例では、第２のインバータ１１の出力電圧３９ａ（第２の出力電圧（Vout２））と第３のインバータ１２の出力電圧４０ａ（第３の出力電圧（Vout３））とは、図７に示すように電圧パルスの出力タイミングが異なるものとなる。このため、第２の出力電圧（Vout２）３９ａと第３の出力電圧（Vout３）４０ａとの差で変動するＸ点電位２７ａは、図８に示すように変動する。なお、第１のインバータ１０の出力が０の際、Ｘ点電位２７ａは、第２の出力電圧（Vout２）３９ａと第３の出力電圧（Vout３）４０ａとの差で変動するものではないが、便宜上、図８ではその期間を無視して示した。
【００２０】
以上のように、上記実施の形態１では、第２のインバータキャリア３６と第３のインバータキャリア３７とは、周波数、位相および形状が等しい搬送波としたため、第２のインバータ１１の出力電圧３９と第３のインバータ１２の出力電圧４０とは、電圧パルスの出力タイミングが合致したものとなる。しかも、第２の直流電源３の電圧Vdc２と第３の直流電源４の電圧Vdc３とが概等しいため、各電圧パルスは電圧値も概等しく、これによりＸ点電位２７は変動が高精度で確実に抑制されて概０となる。
このため、第１のインバータ１０の直流母線の電位変動を確実に抑制でき、太陽電池パネル１と大地の間の浮遊容量１８に流れる漏洩電流を抑制し、漏電遮断器が備えられた場合には該漏電遮断器を不要に動作させることを防止する。
【００２１】
なお、この場合パワーコンディショナは出力電力を系統９に供給するものを示したが、負荷に供給する場合でも、第１の直流電源２の中点電位（Ｘ点電位）をパワーコンディショナの出力電圧の中間電位と同等にでき、同様に、第１のインバータ１０の直流母線の電位変動を抑制できる。
【００２２】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、第２の直流電源３の電圧Vdc２と第３の直流電源４の電圧Vdc３とが概等しいとした。Vdc２とVdc３とは等しいことが望ましいが、誤差電圧としての差を生じる場合があり、この実施の形態２では、Vdc２（例えば６５Ｖ）とVdc３（例えば７５Ｖ）とに差を生じている場合を想定する。
第２のインバータ１１の出力波形形成に使用する第２の電圧指令絶対値３４ａおよび第２のノコギリキャリア４１と、第３のインバータ１２の出力波形形成に使用する第３の電圧指令絶対値３５ａおよび第３のノコギリキャリア４２とを、図９に示す。
第２のインバータ１１と第３のインバータ１２とは、等しい電圧指令値２４、２５を用いるが、Vdc２とVdc３とが異なるため、各電圧値で規格化された第２の電圧指令絶対値３４ａと第３の電圧指令絶対値３５ａとには、差が生じる。この場合、一辺が垂直な鋸波を搬送波に用い、第２のノコギリキャリア４１と第３のノコギリキャリア４２とは、周波数、位相および形状が等しい搬送波である。
【００２３】
この場合における第２のインバータ１１の出力電圧３９ｂ（第２の出力電圧（Vout２））と第３のインバータ１２の出力電圧４０ｂ（第３の出力電圧（Vout３））とを、図１０に、またＸ点電位２７ｂの波形を図１１に示す。なお、この場合も第１のインバータ１０の出力が０の際のＸ点電位２７ｂについての図示は便宜上考慮していない。
【００２４】
上記実施の形態２では、鋸波を搬送波に用いたが、比較例として、上記実施の形態１と同様の三角波である第２のインバータキャリア３６と第３のインバータキャリア３７とを搬送波に用いた場合を、図１２〜図１４に基づいて以下に説明する。
第２のインバータ１１の出力波形形成に使用する第２の電圧指令絶対値３４ａおよび第２のインバータキャリア３６と、第３のインバータ１２の出力波形形成に使用する第３の電圧指令絶対値３５ａおよび第３のインバータキャリア３７とを、図１２に示す。
この比較例における第２のインバータ１１の出力電圧３９ｃ（第２の出力電圧（Vout２））と第３のインバータ１２の出力電圧４０ｃ（第３の出力電圧（Vout３））とを、図１３に、またＸ点電位２７ｃの波形を図１４に示す。
【００２５】
上記実施の形態２および比較例の双方において、第２の直流電源３の電圧Vdc２と第３の直流電源４の電圧Vdc３との差が、インバータ出力の各電圧パルスの電圧値の差となる。ここで比較例において、第２のインバータ１１の出力電圧３９ｃと第３のインバータ１２の出力電圧４０ｃとは、図１３に示すように、立ち上がり、立ち下がりの双方のタイミングがずれて、Ｘ点電位２７ｃは、図１４に示すように各電圧パルスの立ち上がり、立ち下がりの双方のタイミングで大きく（この場合Vdc２の電圧分）変動する。
これに対し上記実施の形態２では、一辺が垂直な鋸波を搬送波に用いたため、第２のインバータ１１の出力電圧３９ｂと第３のインバータ１２の出力電圧４０ｂとは、図１０に示すように、立ち上がり、立ち下がりのいずれか一方のタイミングがずれる。このため、Ｘ点電位２７ｂは、図１１に示すように各電圧パルスの立ち上がり、立ち下がりのいずれか一方のタイミングでアース電位から大きく変動するが、上記比較例に比べて大きな変動の頻度は約半分に抑制される。
【００２６】
また、第１のインバータ１０の出力電圧が０である期間では、上記実施の形態１と同様に、０電圧スイッチ１９(Ｑｘ、Ｑｙ)をオンして第１のインバータ１０をバイパスすると共に、第１のインバータ１０内の全ての半導体スイッチQ31〜Q34をオフ状態にして、第１の直流電源２と系統９（交流出力用電力線）とを遮断する。これにより、Ｘ点電位は、それまでの電位を保持することができ、変動しない。
以上のように、上記実施の形態２では、第２のインバータ１１と第３のインバータ１２とのＰＷＭ制御に用いる搬送波に、周波数、位相および形状が等しい鋸波である第２のノコギリキャリア４１と第３のノコギリキャリア４２とを用いたため、第２の直流電源３の電圧Vdc２と第３の直流電源４の電圧Vdc３とに差を生じても、Ｘ点電位２７ｂのアース電位からの変動を効果的に抑制できる。このため、第１のインバータ１０の直流母線の電位変動をより確実に抑制でき、太陽電池パネル１と大地の間の浮遊容量１８に流れる漏洩電流を抑制できる。
【００２７】
実施の形態３．
上記実施の形態２では、第２の直流電源３の電圧Vdc２と第３の直流電源４の電圧Vdc３とは誤差電圧が生じ、第２の電圧指令絶対値３４ａと第３の電圧指令絶対値３５ａとは異なるものであった。この実施の形態３では、Vdc２とVdc３とが誤差電圧を生じる場合に、第３の電圧指令絶対値３４と第４の電圧指令絶対値３５とが一致するように、第２のインバータ１１と第３のインバータ１２との電圧指令値を設定する。
図２で示したように、パワーコンディショナが出力する目標電圧波形を第１の電圧指令値２２として、第１の電圧指令値２２が所定の値になると第１のインバータ１０から第１の出力電圧（Vout１）３８を発生させる。第１の電圧指令値２２から第１の出力電圧（Vout１）３８を差し引いた値を、差分指令値２３とする。この実施の形態では、この差分指令値２３を、第２の直流電源３の電圧Vdc２と第３の直流電源４の電圧Vdc３との電圧比率に応じて分割し、第２のインバータ１１が電圧を出力するための第２の電圧指令値（図示せず）と、第３のインバータ１２が電圧を出力するための第３の電圧指令値（図示せず）を生成する。
【００２８】
差分指令値２３の分割の方法を以下に示す。
第２の電圧指令値＝差分指令値×Vdc２／（Vdc２＋Vdc３）
第３の電圧指令値＝差分指令値×Vdc３／（Vdc２＋Vdc３）
【００２９】
そして、第２の電圧指令値の極性情報を別途保持して絶対値を取り、第２の直流電源３の電圧Vdc２で規格化した波形を第２の電圧指令絶対値３４とする。同じく、第３の電圧指令値の極性情報を別途保持して絶対値を取り、第３の直流電源４の電圧Vdc３で規格化した波形を第３の電圧指令絶対値３５とする。
第２のインバータ１１の出力波形形成に使用する第２の電圧指令絶対値３４および第２のインバータキャリア３６と、第３のインバータ１２の出力波形形成に使用する第３の電圧指令絶対値３５および第３のインバータキャリア３７とを、図１５に示す。図に示すように、第２のインバータキャリア３６と第３のインバータキャリア３７とは、周波数、位相および形状が等しい搬送波である。また、第２の電圧指令絶対値３４と第２の電圧指令絶対値３４とは、第２の直流電源３と第３の直流電源４との電圧比率に応じて生成した電圧指令値を各電圧で規格化したため、電圧波形が一致するものとなる。
【００３０】
この場合における第２のインバータ１１の出力電圧３９ｄ（第２の出力電圧（Vout２））と第３のインバータ１２の出力電圧４０ｄ（第３の出力電圧（Vout３））とを、図１６に、またＸ点電位２７ｄの波形を図１７に示す。なお、この場合も第１のインバータ１０の出力が０の際のＸ点電位２７ｄについての図示は便宜上考慮していない。
また、第１のインバータ１０の出力電圧が０である期間では、上記実施の形態１と同様に、０電圧スイッチ１９(Ｑｘ、Ｑｙ)をオンして第１のインバータ１０をバイパスすると共に、第１のインバータ１０内の全ての半導体スイッチQ31〜Q34をオフ状態にして、第１の直流電源２と系統９（交流出力用電力線）とを遮断する。これにより、Ｘ点電位は、それまでの電位を保持することができ、変動しない。
【００３１】
この実施の形態では、第２の電圧指令絶対値３４と第３の電圧指令絶対値３５とが一致すると共に、第２のインバータキャリア３６と第３のインバータキャリア３７とは、周波数、位相および形状が等しい搬送波とした。このため、第２のインバータ１１の出力電圧３９と第３のインバータ１２の出力電圧４０とは、図１６に示すように、電圧パルスの出力タイミングが高精度に合致したものとなる。この場合、第２の直流電源３の電圧Vdc２と第３の直流電源４の電圧Vdc３との差分だけ、各電圧パルスの電圧値は異なり、これによりＸ点電位２７ｄは変動するが、直流電源電圧（Vdc２、Vdc３）レベルの大きな変動はない。このように、第２の直流電源３の電圧Vdc２と第３の直流電源４の電圧Vdc３とに差を生じても、Ｘ点電位２７ｄのアース電位からの変動を確実に小さく抑制でき、第１のインバータ１０の直流母線の電位変動をより確実に抑制でき、太陽電池パネル１と大地の間の浮遊容量１８に流れる漏洩電流を抑制できる。
【００３２】
実施の形態４．
上記実施の形態３では、第２の直流電源３の電圧Vdc２と第３の直流電源４の電圧Vdc３とに差が生じることを想定した。第２の直流電源３および第３の直流電源４は、第１の直流電源２からＤＣ／ＤＣコンバータ６を介して電力供給されるが、この実施の形態４では、第２の直流電源３と第３の直流電源４とが交互に充電されることにより、Vdc２とVdc３とは瞬時値は異なるが１周期の平均電圧が概等しいように制御される場合について説明する。
【００３３】
図１８はこの発明の実施の形態１によるパワーコンディショナの構成を示す回路図である。なお、便宜上、図１８では太陽電池パネル１および昇降圧コンバータ１５は図示を省略する。ここでは、ＤＣ／ＤＣコンバータ６を、第１のチョッパ回路から成る第１のＤＣ／ＤＣコンバータ６ａと、第２のチョッパ回路から成る第２のＤＣ／ＤＣコンバータ６ｂとで構成し、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ６ａを第１の直流電源２と第２の直流電源３との間に、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ６ｂを第１の直流電源２と第３の直流電源４との間に接続する。各ＤＣ／ＤＣコンバータ６ａ、６ｂは、リアクトルＬ２、Ｌ１、ダイオードＤz2A、Ｄz1A、およびスイッチＱｒ、Ｑｓで構成される。そして、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ６ａの動作により、第１の直流電源２から第１のインバータ１０および第２のインバータ１１を介して第２の直流電源３に電力供給し、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ６ｂの動作により、第１の直流電源２から第１のインバータ１０および第３のインバータ１２を介して第３の直流電源４に電力供給する。また、ダイオードＤz2B、Ｄz1Bを配設して、第１の直流電源２の電位から第２の直流電源３、第３の直流電源４の各電位へ直接電流が逆流するのを防止する。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ６の他の部分は、図１で示したものと同様である。
【００３４】
各インバータ１０〜１２および第１、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ６ａ、６ｂの動作を図１９に基づいて説明する。
図１９に示すように、第２、第３のインバータ１１、１２は、目標の出力電圧と第１のインバータ１０の出力電圧との差分を補うようにＰＷＭ制御により出力される。ここで、第２、第３のインバータ１１、１２は、上記実施の形態３で示したように、第２の直流電源３と第３の直流電源４との電圧比率に応じて生成した電圧指令値を用い、周波数、位相および形状が等しい搬送波によるＰＷＭ制御により出力する。
【００３５】
第１のインバータ１０のスイッチング素子Q11、Q14がオンして第１のインバータ１０が負電圧を出力しているとき、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ６ｂのスイッチＱｓをオンオフする。この期間の内、ＴＳ１期間では第３のインバータ１２が負電圧をＰＷＭ制御で出力しており、スイッチング素子Q34をオンし、スイッチング素子Q31、Q32を交互にオンしている。このＴＳ１期間では、スイッチング素子Q11、Q34がオンしているため、スイッチＱｓのオンオフにより、第１の直流電源２からスイッチング素子Q11、Q34を通って流れる電流iL1によりリアクトルＬ１を充電し、リアクトルＬ１からダイオードＤz1Aを通って流れる電流iL1xにより第３の直流電源４に電力供給する。
【００３６】
また、スイッチング素子Q11、Q14がオンする期間の内、ＴＳ２期間では第３のインバータ１２が正電圧をＰＷＭ制御で出力しており、スイッチング素子Q33をオンし、スイッチング素子Q31、Q32を交互にオンしている。このＴＳ２期間では、スイッチＱｓのオンオフにより、第１の直流電源２からスイッチング素子Q11、スイッチング素子Q33の逆並列ダイオード、第３の直流電源４を通って流れる電流iL1によりリアクトルＬ１を充電し、リアクトルＬ１からダイオードＤz1Aを通って流れる電流iL1xにより第３の直流電源４に電力供給する。
このように第１のインバータ１０のスイッチング素子Q11がオンして第１の直流電源２の正極が交流出力用電力線に接続されているとき、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ６ｂのスイッチＱｓをオンオフすることで、第１の直流電源２から第１のインバータ１０および第３のインバータ１２を介して第３の直流電源４に電力供給できる。
【００３７】
また、第１のインバータ１０のスイッチング素子Q12、Q13がオンして第１のインバータ１０が正電圧を出力しているとき、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ６ａのスイッチＱｒをオンオフする。この場合、第１のインバータ１０のスイッチング素子Q13がオンして第１の直流電源２の正極が交流出力用電力線に接続されているとき、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ６ａのスイッチＱｒをオンオフすることで、第１の直流電源２から第１のインバータ１０および第２のインバータ１１を介して第２の直流電源３に電力供給できる。
【００３８】
第２の直流電源３の電圧Vdc２と第３の直流電源４の電圧Vdc３と、その時の系統の電圧との関係を、図２０に示す。第１のインバータ１０が正電圧を出力するとき、即ち、系統の電圧が正極期間中の所定期間で、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ６ａが動作して第２の直流電源３の電圧Vdc２が充電される。この期間だけ、Vdc２は予め定めた目標電圧７０Ｖ程度に制御されるが、他の期間では、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ６ａの動作が停止し、電圧が低くなる期間がある。また、第１のインバータ１０が負電圧を出力するとき、即ち、系統の電圧が負極期間中の所定期間で、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ６ｂが動作して第３の直流電源４の電圧Vdc３が充電される。このため、Vdc２とVdc３とは180°位相がずれた波形になり、大部分の期間で電圧に差が発生している。
【００３９】
この場合のＰＷＭ制御の動作を示す電圧波形を図２１に示す。
Vdc２とVdc３とに差がある場合（図２１（ａ））、上記実施の形態３で示したように、Vdc２とVdc３との電圧比率に応じて、第２のインバータ１１が電圧を出力するための第２の電圧指令値と、第３のインバータ１２が電圧を出力するための第３の電圧指令値を生成すると共に、周波数、位相および形状が等しい搬送波を用いてＰＷＭ制御することで、第２のインバータ１１と第３のインバータ１２との出力３９ｄ、４０ｄにおける電圧パルスの出力タイミングが高精度に合致したものとなる（図２１（ｂ））。また、Vdc２とVdc３との差分だけ、各電圧パルスの電圧値は異なり、これによりＸ点電位２７ｄは変動するが、直流電源電圧（Vdc２、Vdc３）レベルの大きな変動はない（図２１（ｃ））。
【００４０】
ところで、この実施の形態４で用いたＤＣ／ＤＣコンバータ６（６ａ、６ｂ）は、第１の直流電源２から各インバータ内のスイッチング素子を介して第２、第３の直流電源３、４へ電力供給するようにしたため、トランスを用いた電力伝送にみられるような、トランスの漏れインダクタンスや励磁インダクタンスによる効率低下などがなく、効率の高い電力伝送で電力供給できる。そして、第２の直流電源３の電圧Vdc２と第３の直流電源４の電圧Vdc３とに差を生じても、Ｘ点電位２７ｄのアース電位からの変動を確実に小さく抑制できるため、効率の高いパワーコンディショナで、しかも、第１のインバータ１０の直流母線の電位変動をより確実に抑制でき、太陽電池パネル１と大地の間の浮遊容量１８に流れる漏洩電流を抑制できる。
【００４１】
実施の形態５．
上記各実施の形態は、第２のインバータ１１と第３のインバータ１２とはＰＷＭ制御するものとしたが、これに限るものではなく、第１〜第３のインバータ１０〜１２の出力を組み合わせて階段状の波形成形を行う階調制御であっても良い。この場合は、搬送波を用いないが、第２の直流電源３の電圧Vdc２と第３の直流電源４の電圧Vdc３とを概等しく、あるいは誤差電圧を許容して概等しく制御し、第２のインバータ１１と第３のインバータ１２との出力電圧パルスの出力タイミングを合致させる。これにより、Ｘ点電位のアース電位からの変動を確実に抑制できる。
【００４２】
実施の形態６．
上記各実施の形態は、第２のインバータ１１と第３のインバータ１２とは各１個のものを示したが、図２２に示すように、第１のインバータ１０の両側に、それぞれ複数個の単相インバータを直列に接続した複数段構成の第２のインバータ１１ａ、第３のインバータ１２ａを備えても良い。
この場合、直列接続した第２のインバータ１１ａが出力する総電圧を第２の出力電圧（Vout２）とし、直列接続した第３のインバータ１２ａが出力する総電圧を第３の出力電圧（Vout３）とする。そして、Vout２とVout３とは、各電圧パルスの電圧を概等しく、また出力タイミングを合致させる。これにより、第１の直流電源２の中点電位であるＸ点電位のアース電位からの変動を確実に抑制できる。
【００４３】
なお、このような複数段構成の第２のインバータ１１ａ、第３のインバータ１２ａを用いる場合、その中の１個ずつをＰＷＭ制御し、残りの単相インバータと第１のインバータ１０とは階調制御により出力を組み合わせて階段状の波形成形をしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】この発明の実施の形態１によるパワーコンディショナの構成を示す回路図である。
【図２】この発明の実施の形態１による各インバータの電圧指令値を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１によるＰＷＭ制御の説明図である。
【図４】この発明の実施の形態１による第２、第３のインバータの出力電圧を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態１による第１の直流電源の中点電位を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態１の比較例によるＰＷＭ制御の説明図である。
【図７】この発明の実施の形態１の比較例による第２、第３のインバータの出力電圧を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態１の比較例による第１の直流電源の中点電位を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態２によるＰＷＭ制御の説明図である。
【図１０】この発明の実施の形態２による第２、第３のインバータの出力電圧を示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態２による第１の直流電源の中点電位を示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態２の比較例によるＰＷＭ制御の説明図である。
【図１３】この発明の実施の形態２の比較例による第２、第３のインバータの出力電圧を示す図である。
【図１４】この発明の実施の形態２の比較例による第１の直流電源の中点電位を示す図である。
【図１５】この発明の実施の形態３によるＰＷＭ制御の説明図である。
【図１６】この発明の実施の形態３による第２、第３のインバータの出力電圧を示す図である。
【図１７】この発明の実施の形態３による第１の直流電源の中点電位を示す図である。
【図１８】この発明の実施の形態４によるパワーコンディショナの構成を示す回路図である。
【図１９】この発明の実施の形態４によるのＤＣ／ＤＣコンバータの動作を説明する図である。
【図２０】この発明の実施の形態４によるＤＣ／ＤＣコンバータの動作を説明する波形図である。
【図２１】この発明の実施の形態４による第２、第３のインバータの動作を説明する波形図である。
【図２２】この発明の実施の形態６によるパワーコンディショナの構成を示す回路図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  太陽電池パネル、２  第１の直流電源、３  第２の直流電源、
４  第３の直流電源、６  ＤＣ／ＤＣコンバータ、６ａ  第１のＤＣ／ＤＣコンバータ、
６ｂ  第２のＤＣ／ＤＣコンバータ、
１０  第１の単相インバータ（第１のインバータ）、
１１  第２の単相インバータ（第２のインバータ）、
１２  第３の単相インバータ（第３のインバータ）、
１１ａ  第２の単相インバータ（第２のインバータ（複数段構成））、
１２ａ  第３の単相インバータ（第３のインバータ（複数段構成））、
１９  短絡スイッチとしての０電圧スイッチ、２０  交流側第１の端子、
２１  交流側第２の端子、２４  第２の電圧指令値、２５  第３の電圧指令値、
２７，２７ｂ，２７ｄ  Ｘ点電位、３４，３４ａ  第２の電圧指令絶対値、
３５，３５ａ  第２の電圧指令絶対値、
３６  搬送波としての第２のインバータキャリア、
３７  搬送波としての第３のインバータキャリア、
３９，３９ｂ，３９ｄ  第２のインバータ出力としての第２の出力電圧（Vout２）、
４０，４０ｂ，４０ｄ  第３のインバータ出力としての第３の出力電圧（Vout３）、
４１  搬送波としての第２のノコギリキャリア、
４２  搬送波としての第３のノコギリキャリア、Vdc２  第２の直流電源電圧、
Vdc３  第３の直流電源電圧。
【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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