(57)【要約】【課題】直流電圧が変化した場合においても、交流出力電圧を一定に保ち電力系統側に不平衡電圧を流出することなく運転が行える電力変換器を提供すること。【解決手段】第１の直流電源１１の中性点と第２の直流電源１３の中性点との間を接続して第１のハーフブリッジ回路１４と第２のハーフブリッジ回路１５とを接続するハーフブリッジ回路接続線１６と、第１のハーフブリッジ回路１４と第２のハーフブリッジ回路１５から単相交流負荷を接続するための交流端子とを備え、中性点を挟んだ第１の直流電源の電圧Ｅ１、Ｅ２、中性点を挟んだ第２の直流電源の電圧Ｅ３、Ｅ４がＥ１＋Ｅ４＝Ｅ２＋Ｅ３を満たすようにハーフブリッジ回路接続線の中性点の引き出し点または直流電源ユニットの直流電圧を変更する。【選択図】  図１
2008306880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の直流電源ユニットが直列接続されて形成された第１の直流電源と、第１の直流電源に接続された第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子を有した第１のハーフブリッジ回路と、前記第１の直流電源と同一または異なった個数の直流電源ユニットが直列接続されて形成された第２の直流電源と、前記第２の直流電源に接続された第３のスイッチング素子及び第４のスイッチング素子を有した第２のハーフブリッジ回路と、第１の直流電源の中性点と第２の直流電源の中性点との間を接続して第１のハーフブリッジ回路と第２のハーフブリッジ回路とを接続するハーフブリッジ回路接続線と、一端が第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子の接続点から引き出され他端が第３のスイッチング素子及び第４のスイッチング素子の接続点から引き出され単相交流負荷を接続するための交流端子とを備え、前記中性点を挟んだ第１の直流電源の電圧Ｅ１、Ｅ２、前記中性点を挟んだ第２の直流電源の電圧Ｅ３、Ｅ４がＥ１＋Ｅ４＝Ｅ２＋Ｅ３を満たすように前記ハーフブリッジ回路接続線の中性点の引き出し点または直流電源ユニットの直流電圧を変更することを特徴とする電力変換器。
【請求項２】
複数個の直流電源ユニットが直列接続されて形成された第１の直流電源と、第１の直流電源に接続された第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子を有した第１のハーフブリッジ回路と、前記第１の直流電源と同一または異なった個数の直流電源ユニットが直列接続されて形成された第２の直流電源と、前記第１の直流電源の電圧と同一または異なった電圧の第２の直流電源に接続された第３のスイッチング素子及び第４のスイッチング素子を有した第２のハーフブリッジ回路と、第１の直流電源の中性点と第２の直流電源の中性点との間を接続して第１のハーフブリッジ回路と第２のハーフブリッジ回路とを接続するハーフブリッジ回路接続線と、第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子の接続点と第３のスイッチング素子及び第４のスイッチング素子の接続点との間に接続された相間リアクトルと、一端が相間リアクトルの中間点から引き出され他端がハーフブリッジ回路接続線から引き出され単相交流負荷を接続するための交流出力端子とを備え、前記中性点を挟んだ第１の直流電源の電圧Ｅ１、Ｅ２、前記中性点を挟んだ第２の直流電源の電圧Ｅ３、Ｅ４がＥ１＋Ｅ４＝Ｅ２＋Ｅ３を満たすように前記ハーフブリッジ回路接続線の中性点の引き出し点または直流電源ユニットの直流電圧を変更することを特徴とする電力変換器。
【請求項３】
複数個の直流電源ユニットが直列接続されて形成された第１の直流電源と、第１の直流電源に接続された第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子を有した第１のハーフブリッジ回路と、前記第１の直流電源と同一または異なった個数の直流電源ユニットが直列接続されて形成された第２の直流電源と、前記第１の直流電源の電圧と同一または異なった電圧の第２の直流電源に接続された第３のスイッチング素子及び第４のスイッチング素子を有した第２のハーフブリッジ回路と、第１の直流電源の中性点と第２の直流電源の中性点との間を接続して第１のハーフブリッジ回路と第２のハーフブリッジ回路とを接続するハーフブリッジ回路接続線と、第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子の接続点と第３のスイッチング素子及び第４のスイッチング素子の接続点との間に接続された交流巻線と磁気結合されたもう一方の変圧器巻線を介して単相交流負荷に接続するための交流端子とを備え、前記中性点を挟んだ第１の直流電源の電圧Ｅ１、Ｅ２、前記中性点を挟んだ第２の直流電源の電圧Ｅ３、Ｅ４がＥ１＋Ｅ４＝Ｅ２＋Ｅ３を満たすように前記ハーフブリッジ回路接続線の中性点の引き出し点または直流電源ユニットの直流電圧を変更することを特徴とする電力変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流を交流に変換したり無効電力を調整する電力変換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電力系統には発電所で発電された交流電力が供給される。近年においては、電力の自由化により、燃料電池やＮＡＳ電池などの直流電源を電力変換器を介して電力系統に接続し、電力系統に交流電力を供給することが行われている。電力系統においては、系統電圧を一定に保つために電圧調整や無効電力調整を行っている。例えば、電圧調整は変圧器のタップの切り換えにより行っており、無効電力調整は無効電力補償装置により行っている。連続的に無効電力を調整できるものとして、静止形無効電力補償装置ＳＶＣがあり、このＳＶＣは、リアクトルまたはコンデンサを電力変換器を介して電力系統に接続し無効電力調整を行うものである。
【０００３】
交流電圧は変圧器のタップによって任意に変化させることができるが、直流電圧はタップ制御のような考え方がなく、定電圧源として用いることが多い。直流電圧を変える方法としては、チョッパ回路などを用いて連続的に直流電圧を変えることも可能であるが、直流電圧部を全てチョッパ回路として設計すると装置が複雑で大型となり、また損失が大きく騒音なども生じる。そこで、電力変換器の直流回路として電池やコンデンサを使用している場合において、電池等の経年劣化等に伴い直流電圧を所定の電圧に維持できなくなる場合には、当該電池等の一群を新品のものと交換するようにしている。このため、交換時に必ず電力変換器を長時間停止して取り替え作業を実施する必要があった。
【０００４】
系統連系用電力変換器の電池を直列接続することにより、電力変換器の寿命を延ばす方式が公知化されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−５０７６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のものでは、電池自身が壊れた場合、従来通り長時間の停止を伴う必要があり、供給信頼度が低下する課題を解決することができない。
【０００６】
また、電池等の出力電圧が低下すると電力変換器の出力電圧が低下し電力系統側に不平衡電圧が発生し、変圧器の偏磁現象が起きるなど送変電機器への障害を起こす可能性がある。このため、電池等の取り替えを行わなければならなくなり、設備の長時間停止を伴う供給信頼度が低下していた。資源の有効活用かつリサイクル環境問題からも、全ての電池等を交換することは非効率である。
【０００７】
本発明の目的は、直流電源ユニットの直流電圧が変化した場合においても、交流出力電圧を一定に保ち電力系統側に不平衡電圧を流出することなく運転が行える電力変換器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明に係わる電力変換器は、複数個の直流電源ユニットが直列接続されて形成された第１の直流電源と、第１の直流電源に接続された第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子を有した第１のハーフブリッジ回路と、前記第１の直流電源と同一または異なった個数の直流電源ユニットが直列接続されて形成された第２の直流電源と、前記第２の直流電源に接続された第３のスイッチング素子及び第４のスイッチング素子を有した第２のハーフブリッジ回路と、第１の直流電源の中性点と第２の直流電源の中性点との間を接続して第１のハーフブリッジ回路と第２のハーフブリッジ回路とを接続するハーフブリッジ回路接続線と、一端が第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子の接続点から引き出され他端が第３のスイッチング素子及び第４のスイッチング素子の接続点から引き出され単相交流負荷を接続するための交流端子とを備え、前記中性点を挟んだ第１の直流電源の電圧Ｅ１、Ｅ２、前記中性点を挟んだ第２の直流電源の電圧Ｅ３、Ｅ４がＥ１＋Ｅ４＝Ｅ２＋Ｅ３を満たすように前記ハーフブリッジ回路接続線の中性点の引き出し点または直流電源ユニットの直流電圧を変更することを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明に係わる電力変換器は、複数個の直流電源ユニットが直列接続されて形成された第１の直流電源と、第１の直流電源に接続された第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子を有した第１のハーフブリッジ回路と、前記第１の直流電源と同一または異なった個数の直流電源ユニットが直列接続されて形成された第２の直流電源と、前記第１の直流電源の電圧と同一または異なった電圧の第２の直流電源に接続された第３のスイッチング素子及び第４のスイッチング素子を有した第２のハーフブリッジ回路と、第１の直流電源の中性点と第２の直流電源の中性点との間を接続して第１のハーフブリッジ回路と第２のハーフブリッジ回路とを接続するハーフブリッジ回路接続線と、第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子の接続点と第３のスイッチング素子及び第４のスイッチング素子の接続点との間に接続された相間リアクトルと、一端が相間リアクトルの中間点から引き出され他端がハーフブリッジ回路接続線から引き出され単相交流負荷を接続するための交流出力端子とを備え、前記中性点を挟んだ第１の直流電源の電圧Ｅ１、Ｅ２、前記中性点を挟んだ第２の直流電源の電圧Ｅ３、Ｅ４がＥ１＋Ｅ４＝Ｅ２＋Ｅ３を満たすように前記ハーフブリッジ回路接続線の中性点の引き出し点または直流電源ユニットの直流電圧を変更することを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明に係わる電力変換器は、複数個の直流電源ユニットが直列接続されて形成された第１の直流電源と、第１の直流電源に接続された第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子を有した第１のハーフブリッジ回路と、前記第１の直流電源と同一または異なった個数の直流電源ユニットが直列接続されて形成された第２の直流電源と、前記第１の直流電源の電圧と同一または異なった電圧の第２の直流電源に接続された第３のスイッチング素子及び第４のスイッチング素子を有した第２のハーフブリッジ回路と、第１の直流電源の中性点と第２の直流電源の中性点との間を接続して第１のハーフブリッジ回路と第２のハーフブリッジ回路とを接続するハーフブリッジ回路接続線と、第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子の接続点と第３のスイッチング素子及び第４のスイッチング素子の接続点との間に接続された交流巻線と磁気結合されたもう一方の変圧器巻線を介して単相交流負荷に接続するための交流端子とを備え、前記中性点を挟んだ第１の直流電源の電圧Ｅ１、Ｅ２、前記中性点を挟んだ第２の直流電源の電圧Ｅ３、Ｅ４がＥ１＋Ｅ４＝Ｅ２＋Ｅ３を満たすように前記ハーフブリッジ回路接続線の中性点の引き出し点または直流電源ユニットの直流電圧を変更することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、第１の直流電源の電圧Ｅ１、Ｅ２及び第２の直流電源の電圧Ｅ３、Ｅ４を、Ｅ１＋Ｅ４＝Ｅ２＋Ｅ３条件を維持しつつ、ハーフブリッジ回路接続線の中性点の引き出し点または直流電源ユニットの直流電圧を変更するので、第１の直流電源の直流電圧または第２の直流電源の直流電圧が変動したとき、電力変換器の交流出力電圧を一定に保持でき、電力系統側に不平衡電圧を流出することなく運転が行える。従って、例えば直流電源である電池やＳＶＣのコンデンサの取り替え等による停止期間を短縮でき信頼度や安定度が向上する。また、電力変換器のスイッチング素子が多数個直列接続された場合においては、一部のスイッチング素子が素子故障を引き起こしても、スイッチング素子に冗長を設けなくても本発明を適用することにより運転継続することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は本発明の実施の形態に係わる電力変換器の一例の回路図である。直流電源１１、１３は、複数個の直流電源ユニットが直列接続されて構成されている。図１では直流電源ユニットとして複数個の電池セル２０が直列接続された場合を示している。
【００１３】
すなわち、第１の直流電源１１は出力電圧が０．１の電池セル２０が１６個直列に接続され構成され、第２の直流電源１３は出力電圧が０．１の電池セル２０が８個直列に接続されて構成されている。そして、第１の直流電源１１の中性点は１０個目の電池セル２０と１１個目の電池セル２０との間から引き出され、第２の直流電源１３の中性点は６個目の電池セル２０と７個目の電池セル２０との間から引き出されている。
【００１４】
第１のハーフブリッジ回路１４は、第１の直流電源１１に接続された第１のスイッチング素子１２−１及び第２のスイッチング素子１２−２を有し、第１のスイッチング素子１２−１には環流ダイオードＤ１が並列接続され、第２のスイッチング素子１２−２には環流ダイオードＤ２が並列接続されている。また、第１のスイッチング素子１２−１及び第２のスイッチング素子１２−２の接続点から交流端子Ｕが引き出されている。
【００１５】
第２のハーフブリッジ回路１５は、第２の直流電源１３に接続された第３のスイッチング素子１２−３及び第４のスイッチング素子１２−４を有し、第３のスイッチング素子１２−３には環流ダイオードＤ３が並列接続され、第４のスイッチング素子１２−４には環流ダイオードＤ４が並列接続されている。また、第３のスイッチング素子１２−３及び第４のスイッチング素子１２−４の接続点から交流端子Ｕ’が引き出されている。
【００１６】
そして、第１の直流電源１１の中性点と第２の直流電源１３の中性点との間がハーフブリッジ回路接続線１６で接続され、これにより、第１のハーフブリッジ回路１４と第２のハーフブリッジ回路１５とが接続されている。
【００１７】
第１のハーフブリッジ回路１４の第１のスイッチング素子１２−１及び第２のスイッチング素子１２−２と、第２のハーフブリッジ回路１５の第３のスイッチング素子１２−３及び第４のスイッチング素子１２−４とは、それぞれ個別に制御される。すなわち、本発明の実施の形態に係わる電力変換器の一例への出力電圧指令は、パルス列決定手段１７に入力される。パルス列決定手段１７は電力変換器の出力電圧が出力電圧指令に一致するように、ゲート制御回路１８ａ、１８ｂにパルス列を出力する。ゲート制御回路１８ａはパルス列決定手段１７からのパルス列に基づいてゲート駆動回路１９ａにより第１のスイッチング素子１２−１及び第２のスイッチング素子１２−２をオンオフ制御する。同様に、ゲート制御回路１８ｂはパルス列決定手段１７からのパルス列に基づいてゲート駆動回路１９ｂにより第３のスイッチング素子１２−３及び第４のスイッチング素子１２−４をオンオフ制御する。
【００１８】
いま、第１の直流電源１１の電圧は中性点を挟んでそれぞれＥ１、Ｅ２、第２の直流電源１３の電圧は中性点を挟んでそれぞれＥ３、Ｅ４であるとする。そして、第１の直流電源１１の直流電圧Ｅ１、Ｅ２、または第２の直流電源１３の直流電圧Ｅ３、Ｅ４の関係が、Ｅ１＋Ｅ４＝Ｅ２＋Ｅ３を満たすようにハーフブリッジ回路接続線１６の中性点の引き出し点を選択する。この条件を満たすことにより、電力変換器が生成する電圧パルスの正波と負波が一致し交流正弦波が得られる。
【００１９】
図１に示すように、第１の直流電源１１の中性点は１０個目の電池セル２０と１１個目の電池セル２０との間、第２の直流電源１３の中性点は６個目の電池セル２０と７個目の電池セル２０との間である。従って、第１の直流電源１１の電圧Ｅ１が１．０、電圧Ｅ２が０．６、第２の直流電源の電圧Ｅ３が０．６、電圧Ｅ４が０．２であり、Ｅ１＝１．０、Ｅ２＝０．６、Ｅ３＝０．６、Ｅ４＝０．２であるから、Ｅ１＋Ｅ４＝Ｅ２＋Ｅ３の条件を満たす。
【００２０】
図２は本発明の実施の形態に係わる電力変換器の一例の第１のスイッチング素子１２−１乃至第４のスイッチング素子１２−４のオンオフ信号及び交流端子Ｕ、Ｕ’間の出力電圧の波形図、表１は本発明の実施の形態に係わる電力変換器の一例の第１のスイッチング素子１２−１乃至第４のスイッチング素子１２−４のオンオフに対する出力電圧を示す表である。図２及び表１に示すように、本発明の実施の形態に係わる電力変換器の一例の出力電圧は、Ｅ１−Ｅ３、Ｅ１＋Ｅ４、−Ｅ２＋Ｅ４、−Ｅ２−Ｅ３の４つのレベルとなる。
【表１】
2008306880.tif 000003
【００２１】
表１に示すように、本発明の実施の形態に係わる電力変換器の一例の第１のスイッチング素子１２−１乃至第４のスイッチング素子１２−４のオンオフは６つのモード１〜６がある。
【００２２】
モード１は、第１のスイッチング素子１２−１がオン、第２のスイッチング素子１２−２がオフで、交流端子Ｕの端子電圧がＥ１であり、第３のスイッチング素子１２−３がオン、第４のスイッチング素子１２−４がオフで、交流端子Ｕ’の端子電圧がＥ３であるモードである。従って、このモード１のときはＵ−Ｕ’間端子電圧はＥ１−Ｅ３であり、図２の時点ｔ１〜ｔ２の間である。
【００２３】
モード２は、第１のスイッチング素子１２−１がオン、第２のスイッチング素子１２−２がオフで、交流端子Ｕの端子電圧がＥ１であり、第３のスイッチング素子１２−３がオフ、第４のスイッチング素子１２−４がオンで、交流端子Ｕ’の端子電圧が−Ｅ４であるモードである。従って、このモード２のときはＵ−Ｕ’間端子電圧はＥ１＋Ｅ４であり、図２の時点ｔ２〜ｔ３の間である。
【００２４】
モード３は、第１のスイッチング素子１２−１がオン、第２のスイッチング素子１２−２がオフで、交流端子Ｕの端子電圧がＥ１であり、第３のスイッチング素子１２−３がオン、第４のスイッチング素子１２−４がオフで、交流端子Ｕ’の端子電圧がＥ３であるモードである。従って、このモード３のときはＵ−Ｕ’間端子電圧はＥ１−Ｅ３であり、図２の時点ｔ３〜ｔ４の間である。
【００２５】
モード４は、第１のスイッチング素子１２−１がオフ、第２のスイッチング素子１２−２がオンで、交流端子Ｕの端子電圧が−Ｅ２であり、第３のスイッチング素子１２−３がオフ、第４のスイッチング素子１２−４がオンで、交流端子Ｕ’の端子電圧が−Ｅ４であるモードである。従って、このモード４のときはＵ−Ｕ’間端子電圧は−Ｅ２＋Ｅ４であり、図２の時点ｔ４〜ｔ５の間である。
【００２６】
モード５は、第１のスイッチング素子１２−１がオフ、第２のスイッチング素子１２−２がオンで、交流端子Ｕの端子電圧が−Ｅ２であり、第３のスイッチング素子１２−３がオン、第４のスイッチング素子１２−４がオフで、交流端子Ｕ’の端子電圧がＥ３であるモードである。従って、このモード５のときはＵ−Ｕ’間端子電圧は−Ｅ２−Ｅ３であり、図２の時点ｔ５〜ｔ６の間である。
【００２７】
モード６は、第１のスイッチング素子１２−１がオフ、第２のスイッチング素子１２−２がオンで、交流端子Ｕの端子電圧が−Ｅ２であり、第３のスイッチング素子１２−３がオフ、第４のスイッチング素子１２−４がオンで、交流端子Ｕ’の端子電圧が−Ｅ４であるモードである。従って、このモード６のときはＵ−Ｕ’間端子電圧は−Ｅ２＋Ｅ４であり、図２の時点ｔ６〜ｔ７の間である。
【００２８】
このように、本発明の実施の形態に係わる電力変換器の一例の出力電圧は、第１のスイッチング素子１２−１乃至第４のスイッチング素子１２−４のオンオフの切り換えにより、モード１〜６を繰り返す。これにより、出力電圧は２段重ねの矩形波となる。ベースとなる１段目の矩形波の高さの絶対値は｜−Ｅ２＋Ｅ４｜、｜Ｅ１−Ｅ３｜であり、２段目の矩形波の高さの絶対値は｜Ｅ１＋Ｅ４｜、｜−Ｅ２−Ｅ３｜である。
【００２９】
ここで、Ｅ１＋Ｅ４＝Ｅ２＋Ｅ３を満たす条件とするので、｜−Ｅ２＋Ｅ４｜＝｜Ｅ１−Ｅ３｜、｜Ｅ１＋Ｅ４｜＝｜−Ｅ２−Ｅ３｜となる。これにより、正負の波形の絶対値が等しくなり交流正弦波が得られる。この場合、２段目の矩形波の幅ｗを調整することにより、出力電圧の大きさや高調波歪み電圧が変更可能となる。
【００３０】
また、第１の直流電源１１の電圧Ｅ１、Ｅ２、第２の直流電源１３の電圧Ｅ３、Ｅ４が、Ｅ１＋Ｅ４＝Ｅ２＋Ｅ３を満たす限りは交流正弦波を得られるので、第１の直流電源１１の電圧Ｅ１、Ｅ２、第２の直流電源１３の電圧Ｅ３、Ｅ４が変動した場合には、Ｅ１＋Ｅ４＝Ｅ２＋Ｅ３を満たすように、ハーフブリッジ回路接続線１６の中性点の引き出し点を変更する。これにより、第１の直流電源１１の電圧Ｅ１、Ｅ２及び第２の直流電源１３の電圧Ｅ３、Ｅ４を可変に調整して交流正弦波を得る。
【００３１】
例えば、直流電源１１、１３がＮＡＳ電池などの直流電源である場合には、経年劣化により、直列接続された電池セル２０に故障が発生したり、性能の劣化により直流電源１１、１３の電圧Ｅ１〜Ｅ４にアンバランスが発生する。また、直流電源１１、１３の電圧Ｅ１〜Ｅ４のいずれかの出力が０となっても、Ｅ１＋Ｅ４＝Ｅ２＋Ｅ３を満たす限りは交流正弦波を得られる。
【００３２】
図３は、第１の直流電源の電圧Ｅ１、Ｅ２及び第２の直流電源の電圧Ｅ３、Ｅ４を可変させた場合の一例の説明図であり、図３（ａ）は第１の直流電源１７及び第２の直流電源１８の構成図、図３（ｂ）は第１の直流電源の電圧Ｅ１が変動したときに第１の直流電源の電圧Ｅ１、Ｅ２及び第２の直流電源の電圧Ｅ３、Ｅ４を可変させた場合の電力変換器の出力電圧波形図である。
【００３３】
図３（ａ）に示すように、直流電源１１、１３は複数個の直流電源ユニット（電池セル２０）が直列接続されて構成されている。図３（ａ）では、図１の場合と同じように、第１の直流電源１１は出力電圧が０．１の電池セル２０が１６個直列に接続され構成され、第２の直流電源１３は出力電圧が０．１の電池セル２０が８個直列に接続されて構成されている。そして、第１の直流電源１１の中性点は１０個目の電池セル２０と１１個目の電池セル２０との間から引き出され、第２の直流電源１３の中性点は６個目の電池セル２０と７個目の電池セル２０との間から引き出されている。
【００３４】
従って、第１の直流電源１１の電圧Ｅ１が１．０、電圧Ｅ２が０．６、第２の直流電源の電圧Ｅ３が０．６、電圧Ｅ４が０．２である。この場合、Ｅ１＝１．０、Ｅ２＝０．６、Ｅ３＝０．６、Ｅ４＝０．２であるから、Ｅ１＋Ｅ４＝Ｅ２＋Ｅ３の条件を満たし、Ｅ１−Ｅ３＝０．４、Ｅ１＋Ｅ４＝１．２、−Ｅ２＋Ｅ４＝−０．４、−Ｅ２−Ｅ３＝−１．２となり、電力変換器は、図３（ｂ）に示すような交流出力電圧ｖ１を出力している。
【００３５】
この状態で、第１の直流電源１１の中性点及び第２の直流電源１３の中性点の引き出し点を変更し、第１の直流電源１１の電圧Ｅ１、Ｅ２を変化させるとともに、第２の直流電源１３の電圧Ｅ３、Ｅ４を変化させる。この場合、Ｅ１＋Ｅ４＝Ｅ２＋Ｅ３の条件を満たすように変更する。第１の直流電源１１の電圧Ｅ１、Ｅ２や第２の直流電源１３の電圧Ｅ３、Ｅ４を変化させるには、第１の直流電源１１の中性点や第２の直流電源１３の中性点の接続点を移動させて行う。
【００３６】
例えば、第１の直流電源１１の中性点は９個目の電池セル２０と１０個目の電池セル２０との間から引き出し、第２の直流電源１３の中性点は５個目の電池セル２０と６個目の電池セル２０との間から引き出すように変更する。これにより、第１の直流電源１１の電圧Ｅ１が０．９、電圧Ｅ２が０．７、第２の直流電源の電圧Ｅ３が０．５、電圧Ｅ４が０．３となり、Ｅ１＋Ｅ４＝Ｅ２＋Ｅ３の条件を満たす。この場合、Ｅ１−Ｅ３＝０．４、Ｅ１＋Ｅ４＝１．２、−Ｅ２＋Ｅ４＝−０．４、−Ｅ２−Ｅ３＝−１．２となるので、変更前と同一波形である図３（ｂ）に示すような交流出力電圧ｖ１が出力される。
【００３７】
図４は第１の直流電源１１の電圧Ｅ１、Ｅ２及び第２の直流電源の電圧Ｅ３、Ｅ４を可変させた場合の他の一例の説明図である。この他の一例は、第２の直流電源１３の電圧Ｅ４を０とした例である。すなわち、図４（ａ）に示すように、第１の直流電源１１の中性点は１２個目の電池セル２０と１３個目の電池セル２０との間から引き出し、第２の直流電源１３の中性点は８個目の電池セル２０と接続端子との間から引き出すように変更する。これにより、第１の直流電源１１の電圧Ｅ１が１．２、電圧Ｅ２が０．４、第２の直流電源１３の電圧Ｅ３が０．８、電圧Ｅ４が０となり、Ｅ１＋Ｅ４＝Ｅ２＋Ｅ３の条件を満たす。この場合も、Ｅ１−Ｅ３＝０．４、Ｅ１＋Ｅ４＝１．２、−Ｅ２＋Ｅ４＝−０．４、−Ｅ２−Ｅ３＝−１．２となるので、変更前と同一波形である図３（ｂ）に示すような交流出力電圧ｖ１が出力される。
【００３８】
このように、Ｅ１＋Ｅ４＝Ｅ２＋Ｅ３の条件を満たす限りは、第１の直流電源１１の電圧Ｅ１、Ｅ２や第２の直流電源１３の電圧Ｅ３、Ｅ４を変化させても同一波形の交流出力電圧ｖ１が得られる。また、第１の直流電源１１の電圧Ｅ１、Ｅ２及び第２の直流電源の電圧Ｅ３、Ｅ４のいずれかが０であっても、同一波形の交流出力電圧ｖ１が得られる。
【００３９】
図５は、第１の直流電源１１を構成する電池セル２０に断線故障が発生した場合の第１の直流電源１１の電圧Ｅ１、Ｅ２及び第２の直流電源の電圧Ｅ３、Ｅ４を変更した一例の説明図である。
【００４０】
いま、図５（ａ）に示すように、第１の直流電源１１を構成する２個の電池セル２０に断線故障が発生し、第１の直流電源１１の電圧Ｅ１が１．０から０．８に変動したとする。この場合、故障した２個の電池セル２０をバイパス線２２でバイパスする。これにより、第１の直流電源１１の電圧Ｅ１が０．８に変動したことに伴い、Ｅ１＋Ｅ４＝Ｅ２＋Ｅ３の条件を満たすように、第２の直流電源１３の電圧Ｅ３、Ｅ４を変化させる。例えば、第２の直流電源１３の電圧Ｅ３を０．６から０．５に、電圧Ｅ４を０．２から０．３に変化させ、Ｅ１＝０．８、Ｅ２＝０．６、Ｅ３＝０．５、Ｅ４＝０．３とする。これにより、図５（ｂ）に示す交流電圧ｖ２が電力変換器から出力される。
【００４１】
すなわち、第２の直流電源１３の中性点が６個目の電池セル２０と７個目の電池セル２０との間から引き出されていたのを、５個目の電池セル２０と６個目の電池セル２０との間から引き出すように、中性点の接続点を移動させる。なお、第１の直流電源１１の電圧Ｅ１が１．０から０．８に変動したことに伴い、電圧の波高値が異なるので、交流出力電圧はｖ１と異なるｖ２となる。そこで、２段目の矩形波の幅ｗを調整して出力電圧の大きさを変更することになる。
【００４２】
このように、第１の直流電源１１または第２の直流電源１３の電池セル２０が断線故障した場合には、断線故障した電池セル２０をバイパスして残りの電池セル２０で運転可能とする。その場合、１個あたりの電池セル２０の電圧分担を低減するために、敢えて直流電圧を低減させた運転とする。これにより、第１の直流電源１１または第２の直流電源１３の電池セル２０が断線故障したとしても運転を継続できる。電池セル２０の故障が短絡故障である場合にはバイパス線２２を用いる必要はない。
【００４３】
また、スイッチング素子が直列接続された電力変換器において、いずれかのスイッチング素子が故障した場合、故障したスイッチング素子以外の素子の電圧分担が上昇し、破壊に至る可能性がある。この現象を回避するべく電池に接続された中性点の引出点または直流電源ユニットの一部の直流電圧を変更することも可能である。この直流電源ユニットの直流電圧を変える方法にはバイパス線を接続する方法やDC−DCコンバータ等を使用しても良い。
【００４４】
以上の説明では、第１のハーフブリッジ回路１４からの交流端子Ｕと第２のハーフブリッジ回路１５からの交流端子Ｕ’との間から交流の出力電圧を取り出すようにしたが、図６に示したように、第１のハーフブリッジ回路１４からの交流端子Ｕと第２のハーフブリッジ回路１５からの交流端子Ｕ’との間に相間リアクトル２１を接続し、その相間リアクトル２１の中間点から端子ＵＮを取り出すとともに、ハーフブリッジ回路接続線１６から端子Ｎを取り出し、端子ＵＮと端子Ｎとの間から交流の出力電圧を取り出すようにしてもよい。
【００４５】
また、図７に示すように、第１のスイッチング素子１２−１及び第２のスイッチング素子１２−２の接続点と第３のスイッチング素子１２−３及び第４のスイッチング素子１２−４の接続点との間に交流巻線２３を接続し、この交流巻線２３と磁気結合されたもう一方の変圧器巻線２４を介して単相交流負荷に接続するための交流端子ＵＴ、ＵＴ’を取り出すようにしてもよい。
【００４６】
また、以上の説明では、電力変換器に入力される直流電圧が電池の出力電圧である場合について説明したが、無効電力を調整するＳＶＣのコンデンサ電圧である場合も同様に適用できる。この場合、ＳＶＣの各々のコンデンサのコンデンサ電圧を直流電源ユニットとして取り扱うことになる。
【００４７】
また、第２の直流電源１３の直流電源ユニットの個数は第１の直流電源１１の直流電源ユニットの個数と異なった個数の直流電源ユニットの場合について説明したが同数の個数であってもよい。
【００４８】
本発明の実施の形態によれば、第１の直流電源１１の電圧Ｅ１、Ｅ２、または第２の直流電源１３の電圧Ｅ３、Ｅ４が変動したとき、Ｅ１＋Ｅ４＝Ｅ２＋Ｅ３を満たすように、第１の直流電源の直流電圧及び第２の直流電源の直流電圧を調整し電力変換器の出力電圧を交流正弦波とするので、電力変換器の運転の継続が可能となる。すなわち、直流電源１１、１３の電圧Ｅ１〜Ｅ４にアンバランスが発生しても、直流電源１１、１３の直流電源ユニットが故障したとしても、また、ハーフブリッジ回路１４、１５を構成するスイッチング素子１２のいずれかが故障したとしても、冗長のない電池やスイッチング素子を用いた電力変換器のみで、電力系統側に不平衡電圧を発生させないため、不平衡電圧に伴う障害も防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施の形態に係わる電力変換器の一例の回路図。
【図２】本発明の実施の形態に係わる電力変換器の一例の第１のスイッチング素子１２−１乃至第４のスイッチング素子１２−４のオンオフ信号及び交流端子Ｕ、Ｕ’間の出力電圧の波形図。
【図３】本発明の実施の形態における第１の直流電源の電圧Ｅ１、Ｅ２及び第２の直流電源の電圧Ｅ３、Ｅ４を可変させた場合の一例の説明図。
【図４】本発明の実施の形態における第１の直流電源の電圧Ｅ１、Ｅ２及び第２の直流電源の電圧Ｅ３、Ｅ４を可変させた場合の他の一例の説明図。
【図５】本発明の実施の形態における第１の直流電源を構成する電池セルに断線故障が発生した場合の第１の直流電源の電圧Ｅ１、Ｅ２及び第２の直流電源の電圧Ｅ３、Ｅ４を変更した一例の説明図。
【図６】本発明の実施の形態に係わる電力変換器の他の一例の回路図。
【図７】本発明の実施の形態に係わる電力変換器の別の他の一例の回路図。
【符号の説明】
【００５０】
１１…第１の直流電源、１２…スイッチング素子、１３…第２の直流電源、１４…第１のハーフブリッジ回路、１５…第２のハーフブリッジ回路、１６…ハーフブリッジ回路接続線、１７…パルス列決定手段、１８…ゲート制御回路、１９…ゲート駆動回路、２０…電池セル、２１…相間リアクトル、２２…バイパス線、２３…交流巻線、２４…変圧器巻線
【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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