(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力側は直流源に接続され、出力側は負荷に接続されている、Ｎは３以上である並列接続されたＮ台のＤＣＤＣコンバータと、前記ＤＣＤＣコンバータを制御する制御装置とを備えた電力変換装置において、
前記Ｎ台のＤＣＤＣコンバータは、第１のキャリアでＰＷＭスイッチング制御が行われる第１のコンバータ群と、第１のキャリアと位相が異なる第２のキャリアでＰＷＭスイッチング制御が行われる第２のコンバータ群のいずれかに属するか、動作を停止し、
前記第１のコンバータ群および前記第２のコンバータ群には少なくとも１台以上の前記ＤＣＤＣコンバータが割り当てられ、
前記制御装置は、前記ＤＣＤＣコンバータの運転台数および前記コンバータ群が設定される複数の運転モードを決定し、予め設定された閾値と前記負荷への供給電力との比較により前記運転モードを切り替え、前記第１のコンバータ群に属する前記ＤＣＤＣコンバータが出力する電力の合計値と前記第２のコンバータ群に属する前記ＤＣＤＣコンバータが出力する電力の合計値との比率を予め定められた範囲内とする電力変換装置。
【請求項２】
前記Ｎ台のＤＣＤＣコンバータは、少なくとも２種類の電力定格容量を有する請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記制御装置は、第１の運転モードでは、電力定格容量の最も低い前記ＤＣＤＣコンバータを第１のＤＣＤＣコンバータとして、次に電力定格容量の低い前記ＤＣＤＣコンバータを第２のＤＣＤＣコンバータとして動作させ、
前記第１のＤＣＤＣコンバータを前記第１のコンバータ群に割り当て、前記第２のＤＣＤＣコンバータを前記第２のコンバータ群に割り当て、
前記負荷への供給電力が第１の閾値を超えた場合、第２の運転モードに遷移し、前記第２のＤＣＤＣコンバータの次に電力定格容量の低い前記ＤＣＤＣコンバータを第３のＤＣＤＣコンバータとして動作を開始し、前記第２のＤＣＤＣコンバータを前記第１のコンバータ群に割り当てを変更し、前記第３のＤＣＤＣコンバータを前記第２のコンバータ群に割り当て、
前記負荷への供給電力が増加するごとにモード切り替えを繰り返し、
前記負荷への供給電力が第（Ｎ−２）の閾値を超えた場合、第（Ｎ−１）の運転モードに遷移し、最も電力定格容量の大きい前記ＤＣＤＣコンバータを第ＮのＤＣＤＣコンバータとして動作を開始し、
前記第（Ｎ−１）のＤＣＤＣコンバータを前記第１のコンバータ群に割り当てを変更し、前記第ＮのＤＣＤＣコンバータを前記第２のコンバータ群に割り当てる請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記制御装置は、第（Ｎ−１）の運転モードでは、電力定格容量の最も大きい前記ＤＣＤＣコンバータを第ＮのＤＣＤＣコンバータとして、前記第２のコンバータ群に割り当て動作させ、第（Ｎ−１）〜第１のＤＣＤＣコンバータを前記第１のコンバータ群に割り当て動作させ、
前記負荷への供給電力が減少し、第（Ｎ−２）の閾値を下回った場合、第（Ｎ−２）の運転モードに遷移し、前記第ＮのＤＣＤＣコンバータの動作を停止し、前記第（Ｎ−１）のＤＣＤＣコンバータを前記第２のコンバータ群に割り当てを変更し、
前記負荷への供給電力が減少するごとにモード切り替えを繰り返し、
前記負荷への供給電力が第１の閾値を下回った場合、第１の運転モードに遷移し、第２のＤＣＤＣコンバータの次に電力定格容量の大きい第３のＤＣＤＣコンバータが動作を停止し、前記第２のＤＣＤＣコンバータを前記第２のコンバータ群に割り当てを変更し、前記第１のＤＣＤＣコンバータを前記第１のコンバータ群での動作を継続する請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項５】
第ＮのＤＣＤＣコンバータの電力定格容量は、第（Ｎ−１）のＤＣＤＣコンバータ〜第１のＤＣＤＣコンバータの電力定格容量の合計値である請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
第ＮのＤＣＤＣコンバータの電力定格容量は、第（Ｎ−１）のＤＣＤＣコンバータの２倍である請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
第１のＤＣＤＣコンバータの電力定格容量と第２のＤＣＤＣコンバータの電力定格容量は等しい請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
２台以上の前記ＤＣＤＣコンバータを有する前記コンバータ群の出力電力は、
前記ＤＣＤＣコンバータの電力定格容量の比率で各前記ＤＣＤＣコンバータに振り分けられる請求項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】
前記制御装置は、運転する前記ＤＣＤＣコンバータの台数決定後、前記第１のコンバータ群に属する前記ＤＣＤＣコンバータの電力定格容量の合計値である前記第１のコンバータ群の総電力容量と前記第２のコンバータ群に属する前記ＤＣＤＣコンバータの電力定格容量の合計値である前記第２のコンバータ群の総電力容量とを比較し、その差異が予め設定した許容電力容量差よりも大きくなった場合、
前記第１のコンバータ群の総電力容量が前記第２のコンバータ群の総電力容量よりも大きいとき、第１のＤＣＤＣコンバータを前記第１のコンバータ群から前記第２のコンバータ群に変更し、
前記総電力容量の差異が前記許容電力容量差以内に収まるまで前記第１のコンバータ群に属する前記ＤＣＤＣコンバータを電力定格容量の低い順に前記第２のコンバータ群への変更を繰り返し、
前記第２のコンバータ群の総電力容量が前記第１のコンバータ群の総電力容量よりも大きいとき、第１のＤＣＤＣコンバータを前記第２のコンバータ群から前記第１のコンバータ群に変更し、
前記総電力容量の差異が前記許容電力容量差以内に収まるまで前記第２のコンバータ群に属する前記ＤＣＤＣコンバータを電力定格容量の低い順に前記第１のコンバータ群への変更を繰り返す請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記許容電力容量差は、運転可能且つ、最も低い電力定格容量を有する前記ＤＣＤＣコンバータの電力定格容量である請求項９に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記制御装置は、運転モード遷移時に、故障している前記ＤＣＤＣコンバータを除外し、残りの各前記ＤＣＤＣコンバータで、前記総電力容量の差異が前記許容電力容量差以内に収まるように第１のコンバータ群と第２のコンバータ群間の調整を行う請求項９または請求項１０に記載の電力変換装置。
【請求項１２】
前記制御装置は、前記Ｎ台のＤＣＤＣコンバータのそれぞれについて各運転モードおいて、
第１のコンバータ群で運転、第２のコンバータ群で運転、あるいは停止の３つの動作のうちどの動作をするかの運転情報を起動時に作成し、
運転モード遷移時に各前記ＤＣＤＣコンバータの動作を前記運転情報に従って決定する請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１３】
前記制御装置は、前記Ｎ台のＤＣＤＣコンバータのそれぞれについて各運転モードにおいて、
第１のコンバータ群で運転、第２のコンバータ群で運転、あるいは停止の３つの動作のうちどの動作をするかの運転情報を運転開始前に外部から受信し、
運転モード遷移時に各前記ＤＣＤＣコンバータの動作を前記運転情報に従って決定する請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１４】
前記運転モードの数はＮ−１以上である請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１５】
さらにコンバータ群を含み前記コンバータ群の数は３以上であり、
前記Ｎ台のＤＣＤＣコンバータは、前記３以上のコンバータ群のいずれかに属するか、動作を停止し、
前記制御装置は、各前記コンバータ群をそれぞれ位相の異なるキャリアでＰＷＭスイッチング制御を行う請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１６】
前記ＤＣＤＣコンバータはマルチレベル型チョッパ回路である請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１７】
航空機に搭載される請求項１から請求項１６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気自動車および船舶等、エンジン駆動からモータ駆動に変更する電動化システムの普及が進み、さらには航空機に関しても二酸化炭素削減の動きから電動化への研究が世界各国で進められている。
電動化システムの高効率化のためには、バッテリとインバータのＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｃｕｒｒｅｎｔ）リンクを繋ぐＤＣＤＣコンバータの高効率化および小型化、軽量化が求められている。【０００３】
ＤＣＤＣコンバータの高効率、小型化の技術として、マルチレベル型のチョッパ回路が有効な方式として開示されている（例えば、特許文献１）。また、最適な電力変換効率となるように運転台数を切り替える技術が開示されている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−９２１６２公報
【特許文献２】特開２０１２−２１００１３公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のマルチレベルチョッパは２倍昇圧でリアクトルを最適化し、２台の並列運転動作時に通流率が５０％で、２台のチョッパ回路の出力位相を１８０度反転させることで出力合成電流を平滑化し、高周波電流を小さくできる。しかし、このマルチレベルチョッパに特許文献２の運転台数を切り替える技術を用いた場合、奇数台数には対応できない。【０００６】
本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、ＤＣＤＣコンバータの並列運転台数にかかわらず、電力変換効率の最適化と出力電流の低リプル化を実現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】
【０００７】
本願に開示される電力変換装置は、入力側は直流源に接続され、出力側は負荷に接続されている、Ｎは３以上である並列接続されたＮ台のＤＣＤＣコンバータと、ＤＣＤＣコンバータを制御する制御装置とを備えた電力変換装置において、Ｎ台のＤＣＤＣコンバータは、第１のキャリアでＰＷＭスイッチング制御が行われる第１のコンバータ群と、第１のキャリアと位相が異なる第２のキャリアでＰＷＭスイッチング制御が行われる第２のコンバータ群のいずれかに属するか、動作を停止し、第１のコンバータ群および第２のコンバータ群には少なくとも１台以上のＤＣＤＣコンバータが割り当てられ、制御装置は、ＤＣＤＣコンバータ運転台数およびコンバータ群が設定される複数の運転モードを決定し、予め設定された閾値と負荷への供給電力との比較により運転モードを切り替え、第１のコンバータ群に属するＤＣＤＣコンバータが出力する電力の合計値の総出力と第２のコンバータ群に属するＤＣＤＣコンバータが出力する電力の合計値の総出力との比率を予め定められた範囲内とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本願に開示される電力変換装置によれば、ＤＣＤＣコンバータの並列運転台数にかかわらず、電力変換効率の最適化と出力電流の低リプル化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１による電力変換装置の構成図である。
【図２】実施の形態１による電力変換装置に係る複数台並列時の非絶縁昇圧チョッパの回路図である。
【図３】実施の形態１による電力変換装置に係るマルチレベル型チョッパの回路図である。
【図４】実施の形態１による電力変換装置に係るマルチレベル型チョッパのリアクトルを流れる高周波リプル電流と昇圧比の説明図である。
【図５】実施の形態１による電力変換装置に係る３台のＤＣＤＣコンバータの運転モード、出力の説明図である。
【図６】実施の形態１による電力変換装置に係る複数台並列ＤＣＤＣコンバータを航空機に搭載した例の構成図である。
【図７】実施の形態２による電力変換装置の構成図である。
【図８】実施の形態２による電力変換装置に係る４台のＤＣＤＣコンバータの運転モード、出力の説明図である。
【図９】実施の形態３による電力変換装置の構成図である。
【図１０】実施の形態３による電力変換装置に係る７台のＤＣＤＣコンバータの運転モードとコンバータ群の状態の説明図である。
【図１１】実施の形態３による電力変換装置に係る７台のＤＣＤＣコンバータの運転モードとコンバータ群の状態の説明図である。
【図１２】実施の形態４による電力変換装置に係る故障発生時のＤＣＤＣコンバータの運転モードとコンバータ群の状態の説明図である。
【図１３】実施の形態６による電力変換装置に係る４台のＤＣＤＣコンバータの運転モード、出力の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
実施の形態１は、３台の並列接続されたＤＣＤＣコンバータとＤＣＤＣコンバータを制御する制御装置とを備え、第１のキャリアでＰＷＭスイッチング制御を行う第１のコンバータ群と、第１のキャリアと位相が異なる第２のキャリアでＰＷＭスイッチング制御を行う第２のコンバータ群とを備え、各コンバータ群には１台以上のＤＣＤＣコンバータが割り当てられ、運転台数およびコンバータ群が設定される複数の運転モードを有し、制御装置は予め設定された閾値と３台のＤＣＤＣコンバータの総出力との比較により運転モードを切り替え、第１のコンバータ群の総出力と第２のコンバータ群の総出力との比率を予め定められた範囲内とする電力変換装置に関するものである。
【００１１】
以下、実施の形態１に係る電力変換装置の構成および動作について、電力変換装置の構成図である図１、複数台並列時の非絶縁昇圧チョッパの回路図である図２、マルチレベル型チョッパの回路図である図３、マルチレベル型チョッパのリアクトルを流れる高周波リプル電流と昇圧比の説明図である図４、３台のＤＣＤＣコンバータの運転モード、出力の説明図である図５、および複数台並列ＤＣＤＣコンバータを航空機に搭載した例の構成図である図６に基づいて説明する。
【００１２】
実施の形態１の電力変換装置１００の全体の構成を図１に基づいて説明する。
電力変換装置１００は、並列接続された３台のＤＣＤＣコンバータ（第１のＤＣＤＣコンバータ１、第２のＤＣＤＣコンバータ２、第３のＤＣＤＣコンバータ３）を中心として、第１〜第３のＤＣＤＣコンバータ１〜３の入力側に接続されている直流源としての第１のバッテリ１２、第１〜第３のＤＣＤＣコンバータ１〜３の出力側に接続されているＤＣリンク用の第１のコンデンサ１３、および第１のコンデンサ１３をＤＣ母線とし負荷１５に所定の電力を供給する負荷駆動装置１４を備える。さらに、電力変換装置１００は、後で説明するように第１〜第３のＤＣＤＣコンバータ１〜３を制御して、電力変換装置１００の所定の機能を果たす制御装置１１を備える。
図１では、第１のＤＣＤＣコンバータ１をＤＣＤＣ１と、第２のＤＣＤＣコンバータ２をＤＣＤＣ２と、第３のＤＣＤＣコンバータ３をＤＣＤＣ３と記載している。
【００１３】
なお、図１では省略しているが、図２に示しているように、第１〜第３のＤＣＤＣコンバータ１〜３の入力側には、平滑用のＤＣＤＣコンバータ入力コンデンサ１６を備えており、このＤＣＤＣコンバータ入力コンデンサ１６は第１のバッテリ１２に並列に接続されている。
図１では、直流源としてバッテリを使用しているが、直流電源および太陽電池などの他の電池システムでもよい。
【００１４】
負荷駆動装置１４は、負荷１５が直流負荷の場合は、第１〜第３のＤＣＤＣコンバータ１〜３の出力である直流を他の直流電圧に変換するコンバータ回路として機能する。負荷１５が交流負荷の場合は、負荷駆動装置１４は第１〜第３のＤＣＤＣコンバータ１〜３の出力である直流を交流に変換するインバータ回路として機能する。
【００１５】
直流源としての第１のバッテリ１２とＤＣリンク用の第１のコンデンサ１３との間には、通常は３台以上である第１から第ＮのＤＣＤＣコンバータ１〜Ｎが並列に接続されるが、実施の形態１では、３台のＤＣＤＣコンバータが並列に接続される場合について説明する。
【００１６】
次に、第１〜第３のＤＣＤＣコンバータ１〜３の回路構成について図２に基づいて説明する。
図２は、ＤＣＤＣコンバータとして、３台の非絶縁昇圧チョッパを並列接続した場合の回路図である。
実施の形態１の第１〜第３のＤＣＤＣコンバータ１〜３は、それぞれ図２に示される２個のパワー半導体素子Ｑ１、Ｑ２とリアクトル２１とで構成される。
パワー半導体素子Ｑ１、Ｑ２はＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔоｒ）およびＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの自己消弧型である。
実施の形態１では、ＭＯＳＦＥＴを用いた場合を想定し、各端子をドレイン端子、ソース端子、ゲート端子と記載している。
図２ではパワー半導体素子Ｑ１のドレイン端子とパワー半導体素子Ｑ２のソース端子の接続点ａとＤＣＤＣコンバータ入力コンデンサ１６の間にはリアクトル２１が接続されている。
【００１７】
次に、制御装置１１の構成および機能について説明する。
制御装置１１は、第１〜第３のＤＣＤＣコンバータ１〜３を制御するために、演算機能素子として、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）を備える。
制御装置１１は、第１〜第３のＤＣＤＣコンバータ１〜３のパワー半導体素子Ｑ１、Ｑ２を駆動するためのゲート信号を出力する。ゲート信号はＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御のような三角波比較方式を用いて生成する。
【００１８】
制御装置１１は、第１〜第３のＤＣＤＣコンバータ１〜３を制御するため三角波キャリアとして第１の三角波キャリアと、第１の三角波キャリアから概ね１８０度位相をずらした第２の三角波キャリアとを用いる。
尚、概ね１８０度とは、例えば１７５度以上１８５度以下であり、好ましくは１７９度以上１８１度以下である。
なお、実施の形態１では、ＰＷＭスイッチング制御のために三角波キャリアを用いているが、三角波キャリア以外の例えば、鋸波キャリアでもよい。
【００１９】
制御装置１１は、第１〜第３のＤＣＤＣコンバータ１〜３を運転モードに応じて、第１の三角波キャリアを用いたＰＷＭスイッチング制御を行うか、第２の三角波キャリアを用いたＰＷＭスイッチング制御を行うか、または停止するかを決定する。第１の三角波キャリアを用いて制御するＤＣＤＣコンバータ群を第１のコンバータ群、第２の三角波キャリアを用いて制御するＤＣＤＣコンバータ群を第２のコンバータ群と称する。
【００２０】
制御装置１１は、第１〜第３のＤＣＤＣコンバータ１〜３を第１のコンデンサ１３の両端電圧であるＤＣリンク電圧が第１のバッテリ１２の電圧値の概ね２倍となるように各パワー半導体素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチング動作を行い電力変換する。
なお、概ね２倍とは、例えば１．８倍以上２．２倍以下であり、好ましくは１．９５倍以上２．０５倍以下である。
【００２１】
図２で説明した２倍昇圧の非絶縁昇圧チョッパの通流率は５０％であり、コンバータ群ごとに反転した電流を出力するため第１〜第３のＤＣＤＣコンバータ１〜３の出力合成値は連続的となり、大幅に平滑化され高周波電流を抑制することができる。
【００２２】
次に、図２の非絶縁昇圧チョッパの代わりに、図３のマルチレベル型チョッパを使用する場合について、その効果について図４を用いて説明する。
なお、図３では、図面を分かり易くするために、第１のＤＣＤＣコンバータ１に対応したマルチレベル型チョッパ１Ｍのみを記載し、第２、第３のＤＣＤＣコンバータ２、３については省略している。図３では、図２の非絶縁昇圧チョッパと区別するため、マルチレベル型チョッパ１Ｍと記載している。
マルチレベル型チョッパ１Ｍは、４個のパワー半導体素子Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６とリアクトル２１とで構成される。さらに、マルチレベル型チョッパ１Ｍは、Ｑ３のソースとＱ４のドレインの接続点ｂと、Ｑ５のソースとＱ６のドレインの接続点ｃとの間にフライバックキャパシタとして機能するコンデンサ２３を備える。
【００２３】
このマルチレベル型チョッパを適用すれば、リアクトル２１を流れる高周波リプル電流は図４に示すように昇圧比が２倍程度で大幅に抑制され、リアクトル２１を小型化できる。
このため、実施の形態１のように通流比率５０％で概ね２倍に昇圧する動作では、マルチレベル型チョッパは有効な回路方式である。
【００２４】
次に、電力変換装置１００の動作について、図５に基づいて説明する。
通常、３台以上である第１から第ＮのＤＣＤＣコンバータ１〜Ｎは、電力定格容量が異なる２種類以上の変換器で構成される。実施の形態１では、第１のＤＣＤＣコンバータ１の電力定格容量は１［ｐ．ｕ．］とし、第２のＤＣＤＣコンバータ２の電力定格容量は２［ｐ．ｕ．］、第３のＤＣＤＣコンバータ３の電力定格容量は３［ｐ．ｕ．］とする場合について説明する。
【００２５】
図５は、３３％負荷、６６％負荷、１００％負荷時の第１、第２の三角波キャリア、第１〜第３のＤＣＤＣコンバータの出力電流および全体の出力電流を表している。
先に説明したように昇圧チョッパは電圧を概ね２倍に昇圧しているため、チョッパの通流率は５０％となり、同じ電流を流すことで各チョッパからＤＣリンク用の第１のコンデンサ１３に流れる出力電流の合成値は連続的なＤＣ電流のように平滑化され高周波成分が抑制される。
【００２６】
まず、負荷１５が低負荷から上昇する場合の電力変換装置１００の動作について説明する。
負荷１５の電力が最も低い領域として設定した第１の運転モードでは、第１のＤＣＤＣコンバータ１および第２のＤＣＤＣコンバータ２が動作している。このとき、第３のＤＣＤＣコンバータ３は停止している。
ここで、第１のコンバータ群と第２のコンバータ群の出力電力は概ね同等である。入出力電圧はそれぞれ同じであるため、電流値が同等であることを意味する。
図５では３３％負荷時の状態が、この第１の運転モードに対応している。
【００２７】
第１の運転モードでは第１のＤＣＤＣコンバータ１は第１のコンバータ群、第２のＤＣＤＣコンバータ２は第２のコンバータ群に属して動作している。第１のＤＣＤＣコンバータ１と第２のＤＣＤＣコンバータ２は同電力を出力している。
実施の形態１における第１の運転モードでは図５に示すような全負荷の約３３％負荷である２［ｐ．ｕ．］（第１のＤＣＤＣコンバータ１の電力定格容量の２倍）まで平滑化された電流を出力できる。
負荷１５の電力が増加し、２［ｐ．ｕ．］を超えた場合、電力容量が不足するため第２の運転モードに遷移する。実施の形態１では２［ｐ．ｕ．］となる電力値を第１のモード閾値とする。
【００２８】
第１のモード閾値は、第１のコンバータ群と第２のコンバータ群のうち合計電力容量の低い群の電力値の２倍以下に設定する。
実施の形態１では、第１の運転モードにおいて、第１のコンバータ群に属する第１のＤＣＤＣコンバータ１の電力定格容量が、第２のコンバータ群に属する第２のＤＣＤＣコンバータ２の電力定格容量よりも低い。そこで、第１のモード閾値は、第１のＤＣＤＣコンバータ１の電力定格容量の２倍である２［ｐ．ｕ．］に設定される。
【００２９】
第１のモード閾値は、更に第１のモード閾値Ａ、第１のモード閾値Ｂに細分化することができる。
第１のモード閾値Ａは、第１のモード閾値Ｂよりも大きく、第１の運転モードから第２の運転モードに遷移する場合の閾値は第１のモード閾値Ａを、第２の運転モードから第１の運転モードへ遷移する場合の閾値は第１のモード閾値Ｂを用いてもよい。これによりモード遷移に関して閾値にヒステリシスを設けることができる。
【００３０】
制御装置１１は、第１の運転モードから第２の運転モードへの遷移にあたり、第２のＤＣＤＣコンバータ２が属するコンバータ群を第１のコンバータ群に変更し、ＰＷＭスイッチング制御は第１の三角波キャリアで行うように変更する。そして第３のＤＣＤＣコンバータ３を第２のコンバータ群とし、第２の三角波キャリアを用いてＰＷＭスイッチング制御を行い、動作を開始する。
【００３１】
この時、各コンバータ群内の電力比率は各ＤＣＤＣコンバータの電力定格容量の比率で設定すればよい。実施の形態１における第２の運転モードでは、第１のＤＣＤＣコンバータ１と第２のＤＣＤＣコンバータ２の電力比率を各ＤＣＤＣコンバータの電力容量の比率から１対２とし、第１のコンバータ群は合計となる３［ｐ．ｕ．］まで出力できる。
この第２の運転モードは、図５の６６％負荷、１００％負荷に対応する。
【００３２】
次に、負荷１５が減少する場合の電力変換装置１００の動作について説明する。
制御装置１１は、第２の運転モードで動作中に負荷１５が減少し、その電力が第１のモード閾値を下回った場合、第３のＤＣＤＣコンバータ３の運転を停止し、第２のＤＣＤＣコンバータ２が属するコンバータ群を第２のコンバータ群に変更し、ＰＷＭスイッチング制御を第２の三角波キャリアで行う。
【００３３】
制御装置１１は、負荷１５の状態に応じてＤＣＤＣコンバータの運転台数を変更し、ＤＣＤＣコンバータの利用率を向上させ、低負荷時の電力損失を低減する。またインターリーブ動作による第１のコンデンサ１３へ流れる高周波電流の低電流化を実現できるため、低負荷電力変換効率の向上とコンデンサの小型化とを実現できる。
【００３４】
最大限に機器の能力を活用するためには、実施の形態１のように並列接続されたすべてのＤＣＤＣコンバータが動作するとき、第１のコンバータ群と第２のコンバータ群のそれぞれの総出力が同出力になるように第１〜第３のＤＣＤＣコンバータ１〜３の電力容量を選定することが好ましい。
並列接続された第１〜第ＮのＤＣＤＣコンバータ１〜Ｎがすべて動作するとき、第１のコンバータ群と第２のコンバータ群のそれぞれの総出力が同出力になるように第１〜第ＮのＤＣＤＣコンバータ１〜Ｎの電力容量を選定することが好ましい。
【００３５】
次に、実施の形態１の電力変換装置を航空機に搭載する構成例を図６に基づいて説明する。
なお、図６では、客室用エアーコンプレッサー用モータに代表される負荷を想定し、この負荷を負荷１５Ａ、１５Ｂとしている。駆動するインバータとして機能する負荷駆動装置１４Ａ、１４Ｂを備えている。
図６のシステムは、ＤＣＤＣコンバータ１０を中心として、直流源としての第１のバッテリ１２、負荷１５Ａ、１５Ｂを駆動するインバータとして機能する負荷駆動装置１４Ａ、１４Ｂ、制御装置１１を備える。
ここで、ＤＣＤＣコンバータ１０は、例えば３台のＤＣＤＣコンバータを並列接続したものである。
制御装置１１は、第１のバッテリ１２からの直流電源を負荷１５Ａ、１５Ｂの電力に応じて、ＤＣＤＣコンバータ１０を最適な効率で制御して、必要な電力を負荷駆動装置１４Ａ、１４Ｂを経由して負荷１５Ａ、１５Ｂに供給する。
【００３６】
実施の形態１では、３台以上である第１から第ＮのＤＣＤＣコンバータ１〜Ｎは、電力定格容量が異なる２種類以上の変換器で構成される場合を説明した。具体的には、第１〜第３のＤＣＤＣコンバータ１〜３をそれぞれ１［ｐ．ｕ．］、２［ｐ．ｕ．］、３［ｐ．ｕ．］とした例を説明した。
【００３７】
しかし、Ｎ台のＤＣＤＣコンバータの電力定格容量がすべて同じであっても実施の形態１の電力変換装置の制御方法を適用できる。
例えば、４台のＤＣＤＣコンバータがあり、第１〜第４のＤＣＤＣコンバータ１〜４のすべての電力容量が１［ｐ．ｕ．］であるとする。
第１の運転モードでは、制御装置１１は第１のＤＣＤＣコンバータ１を第１のコンバータ群、第２のＤＣＤＣコンバータ２を第２のコンバータ群で動作させ、第３のＤＣＤＣコンバータ３と第４のＤＣＤＣコンバータ４を停止させる。第１、第２コンバータ群は各１［ｐ．ｕ．］ずつ、合計２［ｐ．ｕ．］の電力を出力する。
【００３８】
第２の運転モードでは、制御装置１１は第１のＤＣＤＣコンバータ１と第２のＤＣＤＣコンバータ２とを第１のコンバータ群、第３のＤＣＤＣコンバータ３を第２のコンバータ群で動作させ、第４のＤＣＤＣコンバータ４を停止させる。第１、第２コンバータ群が１［ｐ．ｕ．］ずつ、合計２［ｐ．ｕ．］の電力を出力する。
このケースでは最大出力が増加しないため、すぐに第３の運転モードに遷移する。
【００３９】
第３の運転モードでは、制御装置１１は、コンバータ群の再調整を行い、第２のＤＣＤＣコンバータ２と第３のＤＣＤＣコンバータ３を第１のコンバータ群、第１のＤＣＤＣコンバータ１と第４のＤＣＤＣコンバータ４を第２のコンバータ群で動作させる。
この状態では、第１、第２コンバータ群が各２［ｐ．ｕ．］ずつ、合計４［ｐ．ｕ．］の電力を出力する。
なお、コンバータ群の再調整については、実施の形態３でも説明する。
【００４０】
以上説明したように、実施の形態１の電力変換装置は、３台の並列接続されたＤＣＤＣコンバータとＤＣＤＣコンバータを制御する制御装置とを備え、第１のキャリアでＰＷＭスイッチング制御を行う第１のコンバータ群と、第１のキャリアと位相が異なる第２のキャリアでＰＷＭスイッチング制御を行う第２のコンバータ群とを備え、各コンバータ群には１台以上のＤＣＤＣコンバータが割り当てられ、運転台数およびコンバータ群が設定される複数の運転モードを有し、制御装置は予め設定された閾値と３台のＤＣＤＣコンバータの総出力との比較により運転モードを切り替え、第１のコンバータ群の総出力と第２のコンバータ群の総出力との比率を予め定められた範囲内とするものである。
したがって、実施の形態１の電力変換装置は、ＤＣＤＣコンバータの並列運転台数にかかわらず、電力変換効率の最適化と出力電流の低リプル化を実現できる。
【００４１】
実施の形態２．
実施の形態２の電力変換装置は、実施の形態１では３台並列接続であったＤＣＤＣコンバータを４台並列接続にしたものである。
【００４２】
実施の形態２の電力変換装置について、電力変換装置の構成図である図７、および４台のＤＣＤＣコンバータの運転モード、出力の説明図である図８に基づいて、実施の形態１との差異を中心に説明する。
実施の形態２の構成図において、実施の形態１と同一あるいは相当部分は、同一の符号を付している。
【００４３】
実施の形態２の電力変換装置２００の全体の構成を図７に基づいて説明する。
電力変換装置２００は、並列接続された４台のＤＣＤＣコンバータ（第１のＤＣＤＣコンバータ１、第２のＤＣＤＣコンバータ２、第３のＤＣＤＣコンバータ３、第４のＤＣＤＣコンバータ４）を中心として、第１〜第４のＤＣＤＣコンバータ１〜４の入力側に接続されている直流源としての第１のバッテリ１２、第１〜第４のＤＣＤＣコンバータ１〜４の出力側に接続されているＤＣリンク用の第１のコンデンサ１３、および第１のコンデンサ１３をＤＣ母線とし負荷１５に所定の電力を供給する負荷駆動装置１４を備える。さらに、電力変換装置２００は、第１〜第４のＤＣＤＣコンバータ１〜４を制御して、電力変換装置２００の所定の機能を果たす制御装置１１を備える。
図７では、第１のＤＣＤＣコンバータ１をＤＣＤＣ１と、第２のＤＣＤＣコンバータ２をＤＣＤＣ２と、第３のＤＣＤＣコンバータ３をＤＣＤＣ３と、第４のＤＣＤＣコンバータ４をＤＣＤＣ４と記載している。
【００４４】
電力変換装置２００の動作について、図８に基づいて説明する。
実施の形態２において、第１のＤＣＤＣコンバータ１の電力定格容量は１［ｐ．ｕ．］とし、第２のＤＣＤＣコンバータ２の電力定格容量は１［ｐ．ｕ．］、第３のＤＣＤＣコンバータ３の電力定格容量は２［ｐ．ｕ．］、第４のＤＣＤＣコンバータ４の電力定格容量は４［ｐ．ｕ．］とする場合を説明する。
【００４５】
まず、負荷１５が低負荷から上昇する場合の電力変換装置２００の動作について説明する。
負荷１５の電力が最も低い領域として設定した第１の運転モードでは、第１のＤＣＤＣコンバータ１及び第２のＤＣＤＣコンバータ２が動作している。第３のＤＣＤＣコンバータ３及び第４のＤＣＤＣコンバータ４は停止している。
【００４６】
第１の運転モードでは、第１のＤＣＤＣコンバータ１は第１のコンバータ群、第２のＤＣＤＣコンバータ２は第２のコンバータ群に属して動作している。
第１のＤＣＤＣコンバータ１と第２のＤＣＤＣコンバータ２は同電力容量であり、実施の形態２における第１の運転モードでは、図８に示すように全負荷の約２５％負荷である２［ｐ．ｕ．］までＤＣ電流として平滑化された電流を出力できる。
【００４７】
負荷１５の電力が増加し２［ｐ．ｕ．］を超えた場合、電力容量が不足するため第２の運転モードに遷移する。実施の形態２では、この２［ｐ．ｕ．］をとなる電力値を第１のモード閾値とする。
第１のモード閾値は第１のコンバータ群と第２のコンバータ群の内合計電力容量の低い群の電力値の２倍以下に設定する。
【００４８】
第１のモード閾値は更に第１のモード閾値Ａ、第１のモード閾値Ｂに細分化し、第１のモード閾値Ａは第１のモード閾値Ｂよりも大きく、第１の運転モードから第２の運転モードに遷移する場合の閾値は第１のモード閾値Ａを、第２の運転モードから第１の運転モードへ遷移する場合の閾値は第１のモード閾値Ｂを用いてもよい。これによりモード遷移に関して閾値にヒステリシスを設けることができる。
【００４９】
制御装置１１は、第１の運転モードから第２の運転モードへの遷移にあたり、第２のＤＣＤＣコンバータ２が属するコンバータ群を第１のコンバータ群に変更し、ＰＷＭスイッチング制御は第１の三角波キャリアで行うように変更する。そして第３のＤＣＤＣコンバータ３を第２のコンバータ群とし、第２の三角波キャリアを用いてＰＷＭスイッチング制御を行い、動作を開始する。
【００５０】
先に説明した通り、第１のコンバータ群と第２のコンバータ群の出力電力の比率は同等である。このため、第１のＤＣＤＣコンバータ１と第２のＤＣＤＣコンバータ２の合計電力と第３のＤＣＤＣコンバータ３の電力を同出力とし、実施の形態２における第２の運転モードでは図８に示すような全負荷の約５０％負荷である４［ｐ．ｕ．］まで出力できる。
負荷１５の電力がさらに増加し４［ｐ．ｕ．］を超えた場合、電力容量が不足するため第３の運転モードに遷移する。実施の形態２では、この４［ｐ．ｕ．］をとなる電力値を第２のモード閾値とする。
【００５１】
第２のモード閾値は、第１のコンバータ群と第２のコンバータ群のうち合計電力容量の低い群の電力値の２倍以下に設定する。第２のモード閾値は、更に第２のモード閾値Ａ、第２のモード閾値Ｂに細分化することができる。
第２のモード閾値Ａは第２のモード閾値Ｂよりも大きく、第２の運転モードから第３の運転モードに遷移する場合の閾値は第２のモード閾値Ａを、第３の運転モードから第２の運転モードへ遷移する場合の閾値は第２のモード閾値Ｂを用いてもよい。これによりモード遷移に関して閾値にヒステリシスを設けることができる。
【００５２】
制御装置１１は、第３の運転モードへの遷移にあたり、第３のＤＣＤＣコンバータ３が属するコンバータ群を第１のコンバータ群に変更し、ＰＷＭスイッチング制御は第１の三角波キャリアで行うように変更する。そして、第４のＤＣＤＣコンバータ４を第２のコンバータ群に属し、第２の三角波キャリアを用いてＰＷＭスイッチング制御を行い、動作を開始する。
【００５３】
第１のコンバータ群と第２のコンバータ群の出力電力の比率は同等であるため、第１のコンバータ群に属する第１のＤＣＤＣコンバータ１、第２のＤＣＤＣコンバータ２、および第３のＤＣＤＣコンバータ３の合計電力と、第２のコンバータ群に属する第４のＤＣＤＣコンバータ４の電力は同出力となる。このため、実施の形態２における第３の運転モードでは図８に示すような全負荷の約１００％負荷である８［ｐ．ｕ．］まで出力できる。
【００５４】
負荷１５が減少する場合の電力変換装置２００の動作については、運転モードが上昇する場合とは、逆に運転モード３→運転モード２→運転モード１と変化する。モード変化の閾値については、負荷１５が増加する場合で説明しているため、電力変換装置２００の動作の説明は省略している。
【００５５】
実施の形態２は、４台のＤＣＤＣコンバータを並列接続した構成の場合を説明した。これをＮ台のＤＣＤＣコンバータを並列接続した構成の場合について説明する。
まず負荷１５が増加する場合について説明する。なお、一般化して説明するため、符番号は省略する。
制御装置は、第１の運転モードでは、電力定格容量の最も低いＤＣＤＣコンバータを第１のＤＣＤＣコンバータとして、次に電力定格容量の低いＤＣＤＣコンバータを第２のＤＣＤＣコンバータとして動作させ、第１のＤＣＤＣコンバータを第１のコンバータ群に割り当て、第２のＤＣＤＣコンバータを第２のコンバータ群に割り当てる。
制御装置は、負荷の出力が第１の閾値を超えた場合、第２の運転モードに遷移し、第２のＤＣＤＣコンバータの次に電力定格容量の低いＤＣＤＣコンバータを第３のＤＣＤＣコンバータとして動作を開始し、第２のＤＣＤＣコンバータを第１のコンバータ群に割り当てを変更し、第３のＤＣＤＣコンバータを第２のコンバータ群に割り当てる。
制御装置は、負荷の出力が増加するごとにモード切り替えを繰り返し、Ｎ台のＤＣＤＣコンバータの総出力が第（Ｎ−１）の閾値を超えた場合、第（Ｎ−１）の運転モードに遷移し、最も電力定格容量の大きいＤＣＤＣコンバータを第ＮのＤＣＤＣコンバータとして動作を開始し、第（Ｎ−１）のＤＣＤＣコンバータを第１のコンバータ群に割り当てを変更し、第ＮのＤＣＤＣコンバータを第２のコンバータ群に割り当てる。
【００５６】
次に負荷１５が減少する場合について説明する。
制御装置は、第（Ｎ−１）の運転モードでは、電力定格容量の最も大きいＤＣＤＣコンバータを第ＮのＤＣＤＣコンバータとして、第２のコンバータ群に割り当て動作させ、第（Ｎ−１）〜第１のＤＣＤＣコンバータを第１のコンバータ群に割り当て動作させる。
制御装置は、負荷の出力が減少し、第（Ｎ−２）の閾値を下回った場合、第（Ｎ−２）の運転モードに遷移し、第ＮのＤＣＤＣコンバータの動作を停止し、第（Ｎ−１）のＤＣＤＣコンバータを第２のコンバータ群に割り当てを変更する。
制御装置は、負荷の出力が減少するごとにモード切り替えを繰り返し、負荷の出力が第１の閾値を下回った場合、第１の運転モードに遷移し、第２のＤＣＤＣコンバータの次に電力定格容量の大きい第３のＤＣＤＣコンバータの動作を停止し、第２のＤＣＤＣコンバータを第２のコンバータ群に割り当てを変更し、第１のＤＣＤＣコンバータを第１のコンバータ群での動作を継続する。
【００５７】
実施の形態２では、第１のＤＣＤＣコンバータ１と第２のＤＣＤＣコンバータ２の電力定格容量を同じ電力容量Ｓとし、第３のＤＣＤＣコンバータ３の電力定格容量を電力容量Ｓの２倍である電力容量Ｔ（すなわち、２Ｓ）とし、第４のＤＣＤＣコンバータ４の電力定格容量を電力容量Ｔの２倍である電力容量Ｕ（すなわち、２Ｔ、あるいは４Ｓ）と設定している。
【００５８】
実施の形態２の電力変換装置では、各運転モード（運転モード１〜３）で各ＤＣＤＣコンバータ（第１〜第４のＤＣＤＣコンバータ１〜４）が利用できる電力容量をフルに活用できるため、電力変換器の運転台数の変更とその電力利用率の向上により低負荷時の効率を改善ができる。
【００５９】
以上説明したように、実施の形態２の電力変換装置は、ＤＣＤＣコンバータを４台並列接続にしたものである。
したがって、実施の形態２の電力変換装置は、ＤＣＤＣコンバータの並列運転台数にかかわらず、電力変換効率の最適化と出力電流の低リプル化を実現できる。
【００６０】
実施の形態３．
実施の形態３の電力変換装置は、ＤＣＤＣコンバータを７台並列接続にし、さらにＤＣＤＣコンバータが属するコンバータ群の再調整を行う機能を備えたものである。
【００６１】
実施の形態３の電力変換装置について、電力変換装置の構成図である図９、および７台のＤＣＤＣコンバータの運転モードとコンバータ群の状態の説明図である図１０、図１１に基づいて、実施の形態１との差異を中心に説明する。
実施の形態３の構成図において、実施の形態１と同一あるいは相当部分は、同一の符号を付している。
【００６２】
実施の形態３の電力変換装置３００の全体の構成を図９に基づいて説明する。
電力変換装置３００は、並列接続された７台のＤＣＤＣコンバータ（第１のＤＣＤＣコンバータ１、第２のＤＣＤＣコンバータ２、第３のＤＣＤＣコンバータ３、第４のＤＣＤＣコンバータ４、第５のＤＣＤＣコンバータ５、第６のＤＣＤＣコンバータ６、第７のＤＣＤＣコンバータ７）を中心として、第１〜第７のＤＣＤＣコンバータ１〜７の入力側に接続されている直流源としての第１のバッテリ１２、第１〜第７のＤＣＤＣコンバータ１〜７の出力側に接続されているＤＣリンク用の第１のコンデンサ１３、および第１のコンデンサ１３をＤＣ母線とし負荷１５に所定の電力を供給する負荷駆動装置１４を備える。
さらに、電力変換装置３００は、第１〜第７のＤＣＤＣコンバータ１〜７を制御して、電力変換装置３００の所定の機能を果たす制御装置１１を備える。
【００６３】
図９では、第１のＤＣＤＣコンバータ１をＤＣＤＣ１と、第２のＤＣＤＣコンバータ２をＤＣＤＣ２と、第３のＤＣＤＣコンバータ３をＤＣＤＣ３と、第４のＤＣＤＣコンバータ４をＤＣＤＣ４と、第５のＤＣＤＣコンバータ５をＤＣＤＣ５と、第６のＤＣＤＣコンバータ６をＤＣＤＣ６と、第７のＤＣＤＣコンバータ７をＤＣＤＣ７と記載している。
また、図９では、制御装置１１が第１〜第７のＤＣＤＣコンバータ１〜７を制御する制御ラインを省略している。
【００６４】
電力変換装置３００の動作について、図１０、図１１に基づいて説明する。
図１０、図１１は、各運転モード（第１の運転モード〜第６の運転モード）において、第１〜第７のＤＣＤＣコンバータ１〜７は第１のコンバータ群または第２のコンバータ群のいずれに属するか、または停止するかを表している。また、図１０、図１１は、各運転モード（第１の運転モード〜第６の運転モード）における第１のコンバータ群と第２のコンバータ群の電力比を表している。
なお、図１０は第１〜第３の運転モードの説明であり、図１１は第４〜第６の運転モードの説明である。
【００６５】
電力変換装置３００では、初期設定において、第１のＤＣＤＣコンバータ１の運転通し番号を１、第２のＤＣＤＣコンバータ２の運転通し番号を２、第３のＤＣＤＣコンバータ３の運転通し番号を３、第４のＤＣＤＣコンバータ４の運転通し番号を４、第５のＤＣＤＣコンバータ５の運転通し番号を５、第６のＤＣＤＣコンバータ６の運転通し番号を６、第７のＤＣＤＣコンバータ７の運転通し番号を７と設定する。
電力定格容量が小さいほど運転通し番号は小さく設定される。同容量のＤＣＤＣコンバータの場合は、制御装置１１側での初期設定で運転通し番号の順位が与える。
なお、実施の形態３では、ＤＣＤＣコンバータの運転通し番号と各ＤＣＤＣコンバータの符番号は一致しているため、図１０、図１１では、運転通し番号を省略している。
【００６６】
実施の形態３では、第１のＤＣＤＣコンバータ１の電力定格容量を１［ｐ．ｕ．］、第２のＤＣＤＣコンバータ２の電力定格容量を２［ｐ．ｕ．］、第３のＤＣＤＣコンバータ３の電力定格容量を３［ｐ．ｕ．］、第４のＤＣＤＣコンバータ４の電力定格容量を４［ｐ．ｕ．］、第５のＤＣＤＣコンバータ５の電力定格容量を５［ｐ．ｕ．］、第６のＤＣＤＣコンバータ６の電力定格容量を６［ｐ．ｕ．］、第７のＤＣＤＣコンバータ７の電力定格容量を７［ｐ．ｕ．］と設定する。
【００６７】
実施の形態３では、第１のコンバータ群と第２のコンバータ群の電力定格容量の合計値である総電力容量の差異を求める。この総電力容量の差異が、あらかじめ定める許容電力容量差を超えた場合、運転するＤＣＤＣコンバータが属するコンバータ群の再調整を行う。
【００６８】
許容電力容量差は、最も電力定格容量の低い運転通し番号が設定されている運転通し番号１が与えられたＤＣＤＣコンバータの電力定格容量値に設定する。
実施の形態３では運転通し番号１が与えられている第１のＤＣＤＣコンバータ１の電力定格容量である１［ｐ．ｕ．］を許容電力容量差とする。
【００６９】
制御装置１１は、モード遷移により運転する台数が変更された後、第１のコンバータ群の総電力容量と第２のコンバータ群の総電力容量を比較する。
その差の絶対値が許容電力容量差より大きくなった場合、第１のコンバータ群の総電力容量が大きいとき、運転通し番号１である第１のＤＣＤＣコンバータを第１のコンバータ群から第２のコンバータ群に変更し、総電力容量の差異が許容電力容量差以内に収まるまで第１のコンバータ群に属するＤＣＤＣコンバータを運転通し番号の低い順に第２のコンバータ群への変更を繰り返す。
【００７０】
逆に、第２のコンバータ群の総電力容量が大きいとき、運転通し番号１である第１のＤＣＤＣコンバータ１を第２のコンバータ群から第１のコンバータ群に変更し、総電力容量の差異が許容電力容量差以内に収まるまで第２のコンバータ群に属するＤＣＤＣコンバータを運転通し番号の低い順に第１のコンバータ群への変更を繰り返す。
以上の操作を制御装置１１が行うことで、第１のコンバータ群と第２のコンバータ群の総電力容量が可能な限りバランスされ、電力変換装置３００は、各運転モードにおいて、最大限の出力が可能となる。
【００７１】
以上説明したように、実施の形態３の電力変換装置は、ＤＣＤＣコンバータを７台並列接続にし、さらにＤＣＤＣコンバータが属するコンバータ群の再調整を行う機能を備えたものである。
したがって、実施の形態３の電力変換装置は、ＤＣＤＣコンバータの並列運転台数にかかわらず、電力変換効率の最適化と出力電流の低リプル化を実現できる。
【００７２】
実施の形態４．
実施の形態４は、実施の形態３の電力変換装置において、ＤＣＤＣコンバータに故障発生した場合、ＤＣＤＣコンバータが属するコンバータ群の再調整機能の動作について説明するものである。
【００７３】
実施の形態４の電力変換装置の動作を故障発生時のＤＣＤＣコンバータの運転モードとコンバータ群の状態の説明図である図１２に基づいて説明する。
実施の形態４の電力変換装置の構成は、実施の形態３の電力変換装置３００と同じであるため、適宜図９を参照する。
なお、実施の形態４では、実施の形態３において説明した第３の運転モードで正常運転中に第３のＤＣＤＣコンバータが故障した場合を想定している。
【００７４】
図１２に第１〜第７のＤＣＤＣコンバータ１〜７が正常動作時に、第３の運転モードで動作中に、第３のＤＣＤＣコンバータ３が故障した場合の第１〜第７のＤＣＤＣコンバータ１〜７の動作状態を示す。
【００７５】
まず、実施の形態３で説明したように、初期設定において、第１のＤＣＤＣコンバータ１の運転通し番号を１、第２のＤＣＤＣコンバータ２の運転通し番号を２、第３のＤＣＤＣコンバータ３の運転通し番号を３、第４のＤＣＤＣコンバータ４の運転通し番号を４、第５のＤＣＤＣコンバータ５の運転通し番号を５、第６のＤＣＤＣコンバータ６の運転通し番号を６、第７のＤＣＤＣコンバータ７の運転通し番号を７と設定されている。
実施の形態４では、電力定格容量が小さいほど運転通し番号は小さく設定されることで説明するが、逆でもよい。
【００７６】
第３のＤＣＤＣコンバータ３が故障した場合、制御装置１１は、第３のＤＣＤＣコンバータ３を並列接続から切り離す。この時、制御装置１１は、運転通し番号の設定を変更し、第４のＤＣＤＣコンバータ４の運転通し番号を３、第５のＤＣＤＣコンバータ５の運転通し番号を４、第６のＤＣＤＣコンバータ６の運転通し番号を５、第７のＤＣＤＣコンバータ７の運転通し番号を６とする。
すなわち、制御装置１１は、故障したＤＣＤＣコンバータより高い運転通し番号が与えられていたＤＣＤＣコンバータの運転通し番号を繰り下げる設定をする。
【００７７】
すなわち、制御装置１１は，正常運転中のＤＣＤＣコンバータに故障が発生した場合、残りの正常なＤＣＤＣコンバータで、総電力容量差が許容電力容量差以内に収まるように第１のコンバータ群と第２のコンバータ群間の調整を行う。
【００７８】
以上説明したように、実施の形態４の電力変換装置は、ＤＣＤＣコンバータが属するコンバータ群の再調整機能により、故障した機器を排除しても、運転モード遷移時の電力バランスを保つコンバータ群の調整が可能である。
したがって、実施の形態４の電力変換装置は、ＤＣＤＣコンバータの並列運転台数にかかわらず、電力変換効率の最適化と出力電流の低リプル化を実現できるとともに、さらに、ＤＣＤＣコンバータに故障が発生してもコンバータ群間の電力バランスを保つことができる。
【００７９】
実施の形態５．
実施の形態５の電力変換装置は、すべての運転モードでの各ＤＣＤＣコンバータのコンバータ群設定、および停止設定について運転情報として保存する機能を備えたものである。
【００８０】
実施の形態５の電力変換装置について、適宜実施の形態３の図９、図１０、図１１を参照して説明する。
実施の形態５の電力変換装置では、制御装置１１は、直流源としての第１のバッテリ１２とＤＣリンク用の第１のコンデンサ１３との間に接続された第１〜第ＮのＤＣＤＣコンバータ１〜Ｎの各電力容量をそれぞれ把握している。
制御装置１１は、その各電力容量を出荷時の設定および接続されている機器情報を通信により入手することができる。
【００８１】
実施の形態５では、実施の形態３および実施の形態４におけるコンバータ群の設定方法について、電力変換装置の起動時および故障したＤＣＤＣコンバータの切り離し後におけるすべての運転モードにおいて、マップで表された運転情報として保存する。
すなわち、運転通し番号が与えられているＤＣＤＣコンバータのコンバータ群設定、停止設定について運転モード毎に順に演算し、すべての運転モードでのコンバータ群設定、停止設定について図１０、図１１のような運転情報として保存する。
【００８２】
制御装置１１は、電力変換装置を起動し、Ｎ台のＤＣＤＣコンバータの出力開始後は、運転モードの遷移時に運転情報を読み込み、第１から第ＮのＤＣＤＣコンバータ１〜Ｎのコンバータ群での動作もしくは停止の運転状態の設定をそれぞれ変更する。
【００８３】
運転情報は、起動時に制御装置が演算するのではなく、外部から運転情報を受信することもできる。
【００８４】
以上説明したように、実施の形態５の電力変換装置は、すべての運転モードでの各ＤＣＤＣコンバータのコンバータ群設定、および停止設定について運転情報として保存する機能を備えたものである。
したがって、実施の形態５の電力変換装置は、ＤＣＤＣコンバータの並列運転台数にかかわらず、電力変換効率の最適化と出力電流の低リプル化を実現できる。さらに、制御装置の運転中における演算負担を軽減することができる。
【００８５】
実施の形態６．
実施の形態６の電力変換装置は、位相が１２０度異なる３つの三角波キャリアでＤＣＤＣコンバータをＰＷＭスイッチング制御するものである。
【００８６】
実施の形態６の電力変換装置について、４台のＤＣＤＣコンバータの運転モード、出力の説明図である図１３に基づいて、実施の形態２との差異を中心に説明する。
なお、適宜、実施の形態２の図７、図８を参照する。
実施の形態６では、直流源としての第１のバッテリ１２とＤＣリンク用の第１のコンデンサ１３との間に接続された第１〜第４のＤＣＤＣコンバータ１〜４を適用例として説明する。
【００８７】
実施の形態６では、第１の三角波キャリアでＰＷＭスイッチング制御する第１のコンバータ群と、第１の三角波キャリアとは位相が１２０度異なる第２の三角波キャリアでＰＷＭスイッチング制御する第２のコンバータ群と、第１の三角波キャリアと位相が２４０度異なる第３の三角波キャリアでＰＷＭスイッチング制御する第３のコンバータ群を有する。
第１〜第４のＤＣＤＣコンバータ１〜４は、各コンバータ群で１台ずつ以上運転する。
例えば、昇圧比３倍のとき、各ＤＣＤＣコンバータの出力には約３３％の時間比率で電流が流れる。１２０度ずつ位相が異なる３つのコンバータ群の出力電流をそれぞれ等しく出力することで、各電流が合成されると電流は連続的になり平滑化される。その結果、高周波電流の実効値を抑制することができる。
【００８８】
例えば、第１のＤＣＤＣコンバータ１の電力定格容量は１［ｐ．ｕ．］とし、第２のＤＣＤＣコンバータ２の電力定格容量は１［ｐ．ｕ．］、第３のＤＣＤＣコンバータ３の電力定格容量は２［ｐ．ｕ．］、第４のＤＣＤＣコンバータ４の電力定格容量は２［ｐ．ｕ．］とする。
【００８９】
図１３は三角波キャリアと各ＤＣＤＣコンバータの出力電流を図示している。昇圧チョッパが電圧を概ね３倍に昇圧しているため、チョッパの通流率は約３３％となり、同じ電流を流すことで各チョッパからＤＣリンク用の第１のコンデンサ１３に流れる出力電流の合成値は連続的なＤＣ電流のように平滑化され高周波成分が抑制される。
【００９０】
第１の運転モードでは第１のＤＣＤＣコンバータ１は第１のコンバータ群、第２のＤＣＤＣコンバータ２は第２のコンバータ群、第３のＤＣＤＣコンバータ３は第３のコンバータ群に属して動作している。第１のＤＣＤＣコンバータ１と第２のＤＣＤＣコンバータ２および第３のＤＣＤＣコンバータ３は同電力を出力し、第１の運転モードでは図１３に示すような全負荷の約５０％負荷である３［ｐ．ｕ．］（第１のＤＣＤＣコンバータ１の定格容量の３倍）まで平滑化された電流を出力できる。
【００９１】
負荷１５の電力が増加し、３［ｐ．ｕ．］を超えた場合、電力容量が不足するため第２の運転モードに遷移する。実施の形態６ではこの３［ｐ．ｕ．］となる電力値を第１のモード閾値とする。
【００９２】
第１のモード閾値は、更に第１のモード閾値Ａ、第１のモード閾値Ｂに細分化することができる。
第１のモード閾値Ａは第１のモード閾値Ｂよりも大きく、第１の運転モードから第２の運転モードに遷移する場合の閾値は第１のモード閾値Ａを、第２の運転モードから第１の運転モードへ遷移する場合の閾値は第１のモード閾値Ｂを用いてもよい。これによりモード遷移に関して閾値にヒステリシスを設けることができる。
【００９３】
制御装置１１は、第１の運転モードから第２の運転モードへの遷移にあたり、第２のＤＣＤＣコンバータ２の属するコンバータ群を第１のコンバータ群に変更し、第１の三角波キャリアでＰＷＭスイッチング制御を行うように変更する。そして第３のＤＣＤＣコンバータ３を第２のコンバータ群に変更し、第２の三角波キャリアを用いてＰＷＭスイッチング制御する。また第４のＤＣＤＣコンバータ４を第３のコンバータ群に属し、第３の三角波キャリアを用いてＰＷＭスイッチング制御する。
【００９４】
第１のコンバータ群、第２のコンバータ群、および第３のコンバータ群の出力電力の比率は同等であるため、第１のＤＣＤＣコンバータ１と第２のＤＣＤＣコンバータ２の合計電力と、第３のＤＣＤＣコンバータ３の電力と、第４のＤＣＤＣコンバータ４の電力は同出力となり、実施の形態６における第２の運転モードでは図１３に示すように５０％から１００％負荷である６［ｐ．ｕ．］まで出力できる。
【００９５】
一般化するとＸ個のコンバータ群を用意し、ＰＷＭスイッチング制御に用いる三角波キャリアの位相を（３６０／Ｘ）度ずつずらすことでＤＣＤＣコンバータの総出力電流は平滑化される。
【００９６】
このように実施の形態６の電力変換装置を適用することで、２倍以外の昇圧比においても第１のコンデンサへ流れる高周波電流の低電流化を実現でき、低負荷電力変換効率の向上とコンデンサの小型化が実現できる。
【００９７】
以上説明したように、実施の形態６の電力変換装置は、位相が１２０度異なる３つの三角波キャリアでＤＣＤＣコンバータをＰＷＭスイッチング制御するものである。
したがって、実施の形態６の電力変換装置は、ＤＣＤＣコンバータの並列運転台数にかかわらず、電力変換効率の最適化と出力電流の低リプル化を実現できる。さらに、昇圧比が２倍以外のチョッパに対しても適用できる。
【００９８】
本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるものではなく、単独で、または様々な組合せで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組合せる場合が含まれるものとする。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本願は、ＤＣＤＣコンバータの並列運転台数にかかわらず、電力変換効率の最適化と出力電流の低リプル化を実現できるため、電力変換装置に広く適用できる。
【符号の説明】
【０１００】
１  第１のＤＣＤＣコンバータ、２  第２のＤＣＤＣコンバータ、３  第３のＤＣＤＣコンバータ、４  第４のＤＣＤＣコンバータ、５  第１のＤＣＤＣコンバータ、６  第６のＤＣＤＣコンバータ、７  第７のＤＣＤＣコンバータ、１０  ＤＣＤＣコンバータ、１１  制御装置、１２  第１のバッテリ、１３  第１のコンデンサ、１４，１４Ａ，１４Ｂ  負荷駆動装置、１５，１５Ａ，１５Ｂ  負荷、１６  ＤＣＤＣコンバータ入力コンデンサ、２１  リアクトル、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６  パワー半導体素子、１００，２００，３００  電力変換装置。
【要約】
Ｎは３以上であるＮ台の並列接続されたＤＣＤＣコンバータ（１〜Ｎ）は、第１のキャリアでＰＷＭスイッチングを行う第１のコンバータ群と、第１のキャリアと位相が異なる第２のキャリアでＰＷＭスイッチングを行う第２のコンバータ群を備え、各コンバータ群には１台以上のＤＣＤＣコンバータ（１〜Ｎ）が割り当てられ、運転台数とコンバータ群が設定される複数の運転モードを有し、予め設定された閾値とＮ台のＤＣＤＣコンバータ（１〜Ｎ）の総出力との比較により運転モードを切り替え、第１のコンバータ群の総出力と第２のコンバータ群の総出力の比率を予め定められた範囲内とする。【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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