(57)【要約】  【課題】  ＤＣ−ＤＣ変換装置のＤＣ−ＤＣ出力電圧を低下させてインバータ装置のスイッチング損失を低減し、電力変換効率を改善する電力変換装置を提供する。  【解決手段】  燃料電池９から供給される直流の電池電圧ＶBをＤＣ−ＤＣ出力電圧ＶDに昇圧するＤＣ−ＤＣ変換装置２と、ＤＣ−ＤＣ出力電圧ＶDを高周波のキャリア周波数のＰＷＭ信号ＳPWMでスイッチングしてインバータ出力電圧ＶCを発生するインバータ装置３と、可変可能な出力電圧補正指令値Ｖαを発生し、軽負荷時に、ＤＣ−ＤＣ変換装置２のＤＣ−ＤＣ出力電圧ＶDを低下させる電圧低下手段７を有する制御装置４を備える。【選択図】  図１
2005085088.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池の直流出力を交流に変換し、系統電源と連系運転するＤＣ−ＤＣ変換装置、インバータ装置、制御装置を備えた電力変換装置において、
前記制御装置は、軽負荷時に、前記ＤＣ−ＤＣ変換装置の出力電圧を低下させる電圧低下手段を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記電圧低下手段は、出力電力に対応した補正係数と系統電圧に対応したＤＣ−ＤＣ出力電圧指令値を記憶する電圧値記憶手段と、出力電力および系統電圧を検出した場合、前記電圧値記憶手段から対応する補正係数および対応するＤＣ−ＤＣ出力電圧指令値を読み出し、補正係数とＤＣ−ＤＣ出力電圧指令値の積を演算してＤＣ−ＤＣ出力電圧補正指令値を出力する補正指令値演算手段と、を備え、前記ＤＣ−ＤＣ変換装置のＤＣ−ＤＣ出力電圧を変更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】
前記電圧値記憶手段は、軽負荷時に、出力電力に対してリニアに変化する補正係数を記憶することを特徴とする請求項２記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記電圧値記憶手段は、軽負荷時に、出力電力に対してステップ状に変化する補正係数を記憶することを特徴とする請求項２記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記電圧値記憶手段は、軽負荷時に、出力電力に対して指数関数的に変化する補正係数を記憶することを特徴とする請求項２記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記制御手段は、測定した出力電流歪み率と規定歪み率を比較する歪み判定手段を備え、出力電流歪み率が規定歪み率を超えない範囲でＤＣ−ＤＣ出力電圧補正指令値を出力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７】
燃料電池の直流出力を交流に変換し、系統電源と連系運転するＤＣ−ＤＣ変換装置、インバータ装置、制御装置を備えた電力変換装置において、
前記制御装置は、軽負荷時に、前記インバータ装置のスイッチングキャリア周波数を低下させる周波数低下手段を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
前記周波数低下手段は、出力電力に対応したキャリア周波数指令値を記憶する周波数記憶手段を備え、出力電力を検出した場合、前記周波数記憶手段から対応するキャリア周波数指令値を読み出して前記インバータ装置のスイッチングキャリア周波数を変更することを特徴とする請求項７記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記周波数記憶手段は、軽負荷時に、出力電力に対してリニアに変化するキャリア周波数指令値を記憶することを特徴とする請求項８記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記周波数記憶手段は、軽負荷時に、出力電力に対してステップ状に変化するキャリア周波数指令値を記憶することを特徴とする請求項８記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記周波数記憶手段は、軽負荷時に、出力電力に対して指数関数的に変化するキャリア周波数指令値を記憶することを特徴とする請求項８記載の電力変換装置。
【請求項１２】
前記制御手段は、測定した出力電流歪み率と規定歪み率を比較する歪み判定手段を備え、出力電流歪み率が規定歪み率を超えない範囲でキャリア周波数指令値を出力することを特徴とする請求項７記載の電力変換装置。
【請求項１３】
燃料電池の直流出力を交流に変換し、系統電源と連系運転するＤＣ−ＤＣ変換装置、インバータ装置、制御装置を備えた電力変換装置において、
前記制御装置は、軽負荷時に、前記ＤＣ−ＤＣ変換装置の出力電圧を低下させる電圧低下手段と、前記インバータ装置のスイッチングキャリア周波数を低下させる周波数低下手段と、を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項１４】
前記制御装置は、前記電圧低下手段と前記周波数低下手段の動作順序を設定するシーケンス手段を備えたことを特徴とする請求項１３記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池の直流出力を交流に変換し、系統電源と連系運転する電力変換装置に係り、特に軽負荷時に、ＤＣ−ＤＣ変換装置の出力電圧を低下またはインバータ装置のスイッチングキャリア周波数を低下させてインバータ装置のスイッチング損失を低減し、電力変換効率を改善する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽光発電や燃料電池の直流電源を交流電源に電力変換した分散型電源と系統電源（商用電源：５０Ｈｚ／６０Ｈｚ、１００Ｖ／２００Ｖ）を連系し、分散型電源で家庭内の機器（負荷）を駆動し、分散型電源で賄えない場合には、系統電源を供給して家庭内の機器（負荷）を駆動する分散型電源システムが実用化されている。
【０００３】
従来の電力変換装置は、燃料電池の直流電源を昇圧してＤＣ−ＤＣ直流出力に変換するＤＣ−ＤＣ変換装置と、ＤＣ−ＤＣ変換装置のＤＣ−ＤＣ直流出力を系統電源（商用電源：５０Ｈｚ／６０Ｈｚ、１００Ｖ／２００Ｖ）の周波数に一致させた周波数で交流電流を出力するインバータ装置とから構成される。
【０００４】
一方、燃料電池を用いた電力変換装置は、現時点では、系統側への逆潮流（充電）が運用上できないため、昼間や深夜などの家庭内の機器（例えば、冷蔵庫など）で消費する電力が少ない時間帯には、電力変換装置から系統（商用電源）側に逆潮流（充電）が発生しないように、燃料電池や電力変換装置の発電電力を抑えなければならない。
【０００５】
また、従来の電力変換装置は、「特許文献１」（系統連系型インバータ装置）に開示されているように、太陽電池から入力される大きさの変化する直流電源を昇圧回路部（ＤＣ−ＤＣ変換器）で昇圧し、昇圧した直流電源を交流電源に変換するインバータ主回路部を備え、昇圧回路部の出力電圧と系統電源（商用電源）のピーク値との差が一定になるように制御し、インバータ主回路部のスイッチ素子の損失を抑えるとともに、電力変換効率をアップさせる。
【特許文献１】特開平１０−１４１１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の電力変換装置は、ＤＣ−ＤＣ変換装置が定格の出力電圧を出力し、インバータ装置が定格のキャリア周波数でスイッチング素子を駆動し、交流電流を出力する構成のため、家庭内の機器（例えば、冷蔵庫など）が軽負荷の時に交流電流を出力する場合には、系統電源（商用電源）への逆潮流を防止するために燃料電池の発電を抑えなければならず、使用する家庭内の機器に合った電力に調整する作業が煩雑になる。
【０００７】
また、軽負荷時には、家庭内の機器（例えば、冷蔵庫など）で使用しない余剰電力を抵抗器等で消費して系統電源（商用電源）への逆潮流を防止する対策が必要不可欠になる。
【０００８】
一方、燃料電池などの分散型電源システムのうち、１ｋＷ（キロワット）程度の小容量なシステムについては、インバータ装置のスイッチング損失のわずかな改善であっても、電力変換効率改善が大きい。
【０００９】
「特許文献１」（系統連系型インバータ装置）に開示された従来の電力変換装置は、直流電源の発電電力が比較的大きな太陽光発電システムでは、インバータ回路のスイッチ素子の損失を抑え、電力変換効率をアップさせることができるが、直流電源の発電電力が少ない燃料電池を用いた電力変換装置では、スイッチ素子の損失を最小まで抑えることができず、電力変換効率のアップも期待できない。
【００１０】
この発明はこのような課題を解決するためになされたもので、第１の目的は、軽負荷時に、ＤＣ−ＤＣ変換装置のＤＣ−ＤＣ出力電圧を低下させてインバータ装置のスイッチング損失を低減し、電力変換効率を改善する電力変換装置を提供することにある。
【００１１】
また、第２の目的は、軽負荷時に、インバータ装置のキャリア周波数を低下させてスイッチング損失を低減し、電力変換効率を改善する電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決するためこの発明に係る電力変換装置は、燃料電池の直流出力を交流に変換し、系統電源と連系運転するＤＣ−ＤＣ変換装置、インバータ装置、制御装置を備えた電力変換装置において、制御装置は、軽負荷時に、ＤＣ−ＤＣ変換装置の出力電圧を低下させる電圧低下手段を備えたことを特徴とする。
【００１３】
この発明に係る電力変換装置は、燃料電池の直流出力を交流に変換し、系統電源と連系運転するＤＣ−ＤＣ変換装置、インバータ装置、制御装置を備えた電力変換装置において、制御装置は、軽負荷時に、ＤＣ−ＤＣ変換装置の出力電圧を低下させる電圧低下手段を備えたので、ＤＣ−ＤＣ変換装置の駆動パルスのデューティ比を下げて出力電圧を低下させることができる。
【００１４】
また、この発明に係る電圧低下手段は、出力電力に対応した補正係数と系統電圧に対応したＤＣ−ＤＣ出力電圧指令値を記憶する電圧値記憶手段と、出力電力および系統電圧を検出した場合、電圧値記憶手段から対応する補正係数および対応するＤＣ−ＤＣ出力電圧指令値を読み出し、補正係数とＤＣ−ＤＣ出力電圧指令値の積を演算してＤＣ−ＤＣ出力電圧補正指令値を出力する補正指令値演算手段とを備え、ＤＣ−ＤＣ変換装置のＤＣ−ＤＣ出力電圧を変更することを特徴とする。
【００１５】
この発明に係る電圧低下手段は、出力電力に対応した補正係数と系統電圧に対応したＤＣ−ＤＣ出力電圧指令値を記憶する電圧値記憶手段と、出力電力および系統電圧を検出した場合、電圧値記憶手段から対応する補正係数および対応するＤＣ−ＤＣ出力電圧指令値を読み出し、補正係数とＤＣ−ＤＣ出力電圧指令値の積を演算してＤＣ−ＤＣ出力電圧補正指令値を出力する補正指令値演算手段とを備え、ＤＣ−ＤＣ変換装置のＤＣ−ＤＣ出力電圧を変更するので、軽負荷時に、ＤＣ−ＤＣ出力電圧補正指令値に基づいて出力電圧を低下させることができる。
【００１６】
さらに、この発明に係る電圧値記憶手段は、軽負荷時に、出力電力に対してリニアに変化する補正係数を記憶することを特徴とする。
【００１７】
また、電圧値記憶手段は、軽負荷時に、出力電力に対してステップ状に変化する補正係数を記憶することを特徴とする。
【００１８】
さらに、この発明に係る電圧値記憶手段は、軽負荷時に、出力電力に対して指数関数的に変化する補正係数を記憶することを特徴とする。
【００１９】
この発明に係る電圧値記憶手段は、軽負荷時に出力電力に対してリニア、軽負荷時に出力電力に対してステップ状または軽負荷時に出力電力に対して指数関数的に変化する補正係数を記憶するので、ＤＣ−ＤＣ出力電圧補正指令値を自由度を持って設定することができる。
【００２０】
さらに、この発明に係る制御装置は、測定した出力電流歪み率と規定歪み率を比較する歪み判定手段を備え、出力電流歪み率が規定歪み率を超えない範囲でＤＣ−ＤＣ出力電圧補正指令値を出力することを特徴とする。
【００２１】
この発明に係る制御装置は、測定した出力電流歪み率と規定歪み率を比較する歪み判定手段を備え、出力電流歪み率が規定歪み率を超えない範囲でＤＣ−ＤＣ出力電圧補正指令値を出力するので、出力電圧を規定歪み率を超えない範囲まで低下して出力することができる。
【００２２】
また、この発明に係る電力変換装置は、燃料電池の直流出力を交流に変換し、系統電源と連系運転するＤＣ−ＤＣ変換装置、インバータ装置、制御装置を備えた電力変換装置において、制御装置は、軽負荷時に、インバータ装置のスイッチングキャリア周波数を低下させる周波数低下手段を備えたことを特徴とする。
【００２３】
この発明に係る電力変換装置は、燃料電池の直流出力を交流に変換し、系統電源と連系運転するＤＣ−ＤＣ変換装置、インバータ装置、制御装置を備えた電力変換装置において、制御装置は、軽負荷時に、インバータ装置のスイッチングキャリア周波数を低下させる周波数低下手段を備えたので、インバータ装置のスイッチング素子のスイッチングキャリア周波数を低下させることができる。
【００２４】
さらに、この発明に係る周波数低下手段は、出力電力に対応したキャリア周波数指令値を記憶する周波数記憶手段を備え、出力電力を検出した場合、周波数記憶手段から対応するキャリア周波数指令値を読み出してインバータ装置のスイッチングキャリア周波数を変更することを特徴とする。
【００２５】
この発明に係る周波数低下手段は、出力電力に対応したキャリア周波数指令値を記憶する周波数記憶手段を備え、出力電力を検出した場合、周波数記憶手段から対応するキャリア周波数指令値を読み出してインバータ装置のスイッチングキャリア周波数を変更するので、インバータ装置のスイッチング素子のスイッチングキャリア周波数を低下させることができる。
【００２６】
また、この発明に係る周波数記憶手段は、出力電力に対してリニアに変化するキャリア周波数指令値を記憶することを特徴とする。
【００２７】
さらに、この発明に係る周波数記憶手段は、出力電力に対してステップ状に変化するキャリア周波数指令値を記憶することを特徴とする。
【００２８】
また、この発明に係る周波数記憶手段は、出力電力に対して指数関数的に変化するキャリア周波数指令値を記憶することを特徴とする。
【００２９】
この発明に係る周波数記憶手段は、出力電力に対してリニア、出力電力に対してステップ状または出力電力に対して指数関数的に変化するキャリア周波数指令値を記憶するので、キャリア周波数指令値を自由度を持って設定することができる。
【００３０】
さらに、この発明に係る制御装置は、測定した出力電流歪み率と規定歪み率を比較する歪み判定手段を備え、出力電流歪み率が規定歪み率を超えない範囲でキャリア周波数指令値を出力することを特徴とする。
【００３１】
この発明に係る制御装置は、測定した出力電流歪み率と規定歪み率を比較する歪み判定手段を備え、出力電流歪み率が規定歪み率を超えない範囲でキャリア周波数指令値を出力するので、インバータ装置のスイッチング素子を規定歪み率を超えない範囲のスイッチングキャリア周波数まで低下して駆動することができる。
【００３２】
また、この発明に係る電力変換装置は、燃料電池の直流出力を交流に変換し、系統電源と連系運転するＤＣ−ＤＣ変換装置、インバータ装置、制御装置を備えた電力変換装置において、制御装置は、軽負荷時に、ＤＣ−ＤＣ変換装置の出力電圧を低下させる電圧低下手段と、インバータ装置のスイッチングキャリア周波数を低下させる周波数低下手段とを備えたことを特徴とする。
【００３３】
この発明に係る電力変換装置は、燃料電池の直流出力を交流に変換し、系統電源と連系運転するＤＣ−ＤＣ変換装置、インバータ装置、制御装置を備えた電力変換装置において、制御装置は、軽負荷時に、ＤＣ−ＤＣ変換装置の出力電圧を低下させる電圧低下手段と、インバータ装置のスイッチングキャリア周波数を低下させる周波数低下手段とを備えたので、ＤＣ−ＤＣ変換装置の出力電圧およびインバータ装置のスイッチング素子のスッチングキャリア周波数を低下させることができる。
【００３４】
さらに、この発明に係る制御装置は、電圧低下手段と周波数低下手段の動作順序を設定するシーケンス手段を備えたことを特徴とする。
【００３５】
この発明に係る制御装置は、電圧低下手段と周波数低下手段の動作順序を設定するシーケンス手段を備えたので、ＤＣ−ＤＣ変換装置の出力電圧およびインバータ装置のスイッチングキャリア周波数のいずれか一方を低下させてから他方を低下させることができる。
【発明の効果】
【００３６】
この発明に係る電力変換装置は、燃料電池の直流出力を交流に変換し、系統電源と連系運転するＤＣ−ＤＣ変換装置、インバータ装置、制御装置を備えた電力変換装置において、制御装置は、軽負荷時に、ＤＣ−ＤＣ変換装置の出力電圧を低下させる電圧低下手段を備えたので、ＤＣ−ＤＣ変換装置の駆動パルスのデューティ比を下げて出力電圧を低下させることができ、インバータ装置のスイッチング損失を低減し、電力変換効率を改善することができる。
【００３７】
また、この発明に係る電圧低下手段は、出力電力に対応した補正係数と系統電圧に対応したＤＣ−ＤＣ出力電圧指令値を記憶する電圧値記憶手段と、出力電力および系統電圧を検出した場合、電圧値記憶手段から対応する補正係数および対応するＤＣ−ＤＣ出力電圧指令値を読み出し、補正係数とＤＣ−ＤＣ出力電圧指令値の積を演算してＤＣ−ＤＣ出力電圧補正指令値を出力する補正指令値演算手段とを備え、ＤＣ−ＤＣ変換装置のＤＣ−ＤＣ出力電圧を変更するので、軽負荷時に、ＤＣ−ＤＣ出力電圧補正指令値に基づいて出力電圧を低下させることができ、インバータ装置のスイッチング損失を低減し、電力変換効率を改善することができる。
【００３８】
さらに、この発明に係る電圧値記憶手段は、出力電力に対してリニア、出力電力に対してステップ状または出力電力に対して指数関数的に変化する補正係数を記憶するので、ＤＣ−ＤＣ出力電圧補正指令値を自由度を持って設定することができ、所定の電圧値に低減した出力電圧を出力することができる。
【００３９】
また、この発明に係る制御装置は、測定した出力電流歪み率と規定歪み率を比較する歪み判定手段を備え、出力電流歪み率が規定歪み率を超えない範囲でＤＣ−ＤＣ出力電圧補正指令値を出力するので、出力電圧を規定歪み率を超えない範囲まで低下して出力することができ、インバータ装置のスイッチング損失を大幅に低下させて電力変換効率を改善することができる。
【００４０】
さらに、この発明に係る電力変換装置は、燃料電池の直流出力を交流に変換し、系統電源と連系運転するＤＣ−ＤＣ変換装置、インバータ装置、制御装置を備えた電力変換装置において、制御装置は、軽負荷時に、インバータ装置のスイッチングキャリア周波数を低下させる周波数低下手段を備えたので、インバータ装置のスイッチング素子のスイッチングキャリア周波数を低下させることができ、スイッチング損失を減少させて電力変換効率を改善することができる。
【００４１】
また、この発明に係る周波数低下手段は、出力電力に対応したキャリア周波数指令値を記憶する周波数記憶手段を備え、出力電力を検出した場合、周波数記憶手段から対応するキャリア周波数指令値を読み出してインバータ装置のスイッチングキャリア周波数を変更するので、インバータ装置のスイッチング素子のスイッチングキャリア周波数を低下させることができ、スイッチング損失を減少させて電力変換効率を改善することができる。
【００４２】
さらに、この発明に係る周波数記憶手段は、出力電力に対してリニア、出力電力に対してステップ状または出力電力に対して指数関数的に変化するキャリア周波数指令値を記憶するので、キャリア周波数指令値を自由度を持って設定することができ、インバータ装置のスイッチング素子を希望する周波数特性で駆動することができる。
【００４３】
また、この発明に係る制御装置は、測定した出力電流歪み率と規定歪み率を比較する歪み判定手段を備え、出力電流歪み率が規定歪み率を超えない範囲でキャリア周波数指令値を出力するので、インバータ装置のスイッチング素子を規定歪み率を超えない範囲のスイッチングキャリア周波数まで低下して駆動することができ、インバータ装置のスイッチング損失を大幅に低下させて電力変換効率を改善することができる。
【００４４】
さらに、この発明に係る電力変換装置は、燃料電池の直流出力を交流に変換し、系統電源と連系運転するＤＣ−ＤＣ変換装置、インバータ装置、制御装置を備えた電力変換装置において、制御装置は、軽負荷時に、ＤＣ−ＤＣ変換装置の出力電圧を低下させる電圧低下手段と、インバータ装置のスイッチングキャリア周波数を低下させる周波数低下手段とを備えたので、ＤＣ−ＤＣ変換装置の出力電圧およびインバータ装置のスイッチング素子のスイッチングキャリア周波数を低下させることができ、インバータ装置のスイッチング損失を最大限低下させて電力変換効率を一層改善することができる。
【００４５】
また、この発明に係る制御装置は、電圧低下手段と周波数低下手段の動作順序を設定するシーケンス手段を備えたので、ＤＣ−ＤＣ変換装置の出力電圧およびインバータ装置のスイッチングキャリア周波数のいずれか一方を低下させてから他方を低下させることができ、出力電圧の低下によるスイッチング損失の低下とスイッチングキャリア周波数の低下によるスイッチング損失の低下の相乗効果によって装置全体のスイッチング損失を最大限低下させて電力変換効率を一層改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図１はこの発明に係る電力変換装置の一実施の形態ブロック構成図である。なお、本発明は装置の軽負荷時に、ＤＣ−ＤＣ変換装置のスイッチング素子を駆動する駆動パルスのデューティ比をＤＣ−ＤＣ出力電圧指令値に基づいて低下して出力電圧を低下させることにより、インバータ装置のスイッチング素子のスイッチング損失を低減し、電力変換効率を改善するものである。
【００４７】
図１において、電力変換装置１は、ＤＣ−ＤＣ変換装置２、インバータ装置３、制御装置４、ＡＣフィルタ５、遮断器６を備え、燃料電池９が発電した直流の電池電圧ＶBを昇圧してＤＣ−ＤＣ出力電圧ＶDに変換し、変換したＤＣ−ＤＣ出力電圧ＶDを系統電源（商用電源）の周波数（５０Ｈｚ／６０Ｈｚ）と同期した交流電流に変換し、交流電源を家庭内の電気製品（冷蔵庫、エアコン、パソコン、ＴＶ、電子レンジ、オーブンレンジ等）の負荷Ｌ１、負荷Ｌ２または負荷Ｌ３に供給する分散型電源を構成し、系統電源（商用電源）と連系運転するように構築する。
【００４８】
ＤＣ−ＤＣ変換装置２は、燃料電池９から入力端子Ａ，Ｂを介して供給される直流の電池電圧ＶBをスイッチング素子でトランスの一次側を比較的高い周波数でスイッチングして高周波パルスを発生してトランスの二次側から昇圧した高周波パルスを出力し、電解コンデンサＣ２で平滑して直流のＤＣ−ＤＣ出力電圧ＶDが得られる。
【００４９】
高周波パルスの発生は、制御装置４から供給される出力電圧補正指令値Ｖαに基づいて駆動パルスでスイッチング素子をオン／オフ駆動する。なお、ＤＣ−ＤＣ出力電圧ＶDは、駆動パルスのオンパルス幅またはオン時間（デューティ比に相当）を変化させて調整する。
【００５０】
インバータ装置３は、スイッチング素子のブリッジ回路で構成し、電解コンデンサＣ２で平滑したＤＣ−ＤＣ出力電圧ＶDを制御装置４から供給されるキャリア周波数指令値ＶFに基づいてＰＷＭ信号でスイッチング素子をＰＷＭ駆動し、系統電源の周波数（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）に同期した出力電流ＩOを出力する。
【００５１】
制御装置４は、マイクロプロセッサを基本に各種演算機能、処理機能、メモリ等で構成し、可変可能な出力電圧補正指令値Ｖαを発生し、軽負荷時に、ＤＣ−ＤＣ変換装置２のＤＣ−ＤＣ出力電圧ＶDを低下させるコンバータ制御手段である電圧低下手段７、定格のキャリア周波数指令値ＶFを発生するインバータ制御手段８を備える。
【００５２】
また、制御装置４は、インバータ出力電圧ＶC、出力電流ＩO、系統電圧ＶACを検出する機能を備え、出力電力、出力電流歪み率を演算処理する。
【００５３】
さらに、制御装置４は、電力変換装置１に異常が発生した場合、系統電源ＶACに影響を及ぼすことなく、電力変換装置１から系統電源ＶACに切替えて負荷Ｌ１、負荷Ｌ２または負荷Ｌ３を駆動するため、遮断器６のスイッチｓ１〜ｓ３をオフ状態にするスイッチ制御信号ＣSを発生する。
【００５４】
また、制御装置４は、出力電流ＩOの歪み率（ＤI）を演算し、規定歪み率（ＤK）を超えないように監視する。なお、制御装置４は、様々な保護機能を実現するため、直流電流、出力側直流分電流、内部制御電圧などのパラメータも検出して制御する。
【００５５】
図２はこの発明に係る電圧低下手段の一実施の形態要部ブロック構成図である。図２において、電圧低下手段７は、出力電力ＰOに対応した補正係数Ｋと系統電圧ＶACに対応したＤＣ−ＤＣ出力電圧指令値Ｖｒを記憶する電圧値記憶手段１０と、出力電力ＰOおよび系統電圧ＶACを検出した場合、電圧値記憶手段１１から対応する補正係数Ｋおよび対応するＤＣ−ＤＣ出力電圧指令値Ｖｒを読み出し、補正係数ＫとＤＣ−ＤＣ出力電圧指令値Ｖｒの積を演算してＤＣ−ＤＣ出力電圧補正指令値Ｖαを出力する補正指令値演算手段１１とを備える。
【００５６】
補正指令値演算手段１０は、出力電力ＰOおよび系統電圧ＶACを取り込んで電圧値記憶手段１１にアクセスし、補正係数Ｋおよび出力電圧補正指令値Ｖｒを読み出し、補正係数Ｋと出力電圧補正指令値Ｖｒの積を演算し、演算した出力電圧補正指令値Ｖα（＝Ｋ×Ｖr）をＤＣ−ＤＣ変換装置２に供給し、ＤＣ−ＤＣ出力電圧ＶDを変更させる。
【００５７】
電圧値記憶手段１１は、ＲＯＭ等の固定メモリ、ＥＥＰＲＯＭ等の書替え可能なメモリで構成し、予め出力電力ＰOに応じた負荷率βと補正係数Ｋの対応テーブル、および系統電圧ＶACと出力電圧指令値Ｖｒの対応テーブルを格納し、補正指令値演算手段１０からアクセスがあると、対応テーブルから該当する補正係数Ｋおよび出力電圧指令値Ｖｒを補正指令値演算手段１０に提供する。
【００５８】
図３はこの発明に係る対応テーブルの一実施の形態特性図である。（ａ）図は負荷率β−補正係数Ｋの特性図、（ｂ）図は系統電圧ＶAC−出力電圧指令値Ｖｒの特性図を表わす。（ａ）図において、出力電力ＰOが定格に達した負荷率βが定格（１００％）では、補正係数Ｋが１．０であるが、出力電力ＰOが軽負荷時の負荷率βが３０％では、補正係数Ｋが０．９５と小さくなる。
【００５９】
（ｂ）図では、系統電圧ＶACが低下するにつれて、出力電圧指令値Ｖｒも低下させることを表わすが、系統電圧ＶACは、一般的にＡＣ１００Ｖ（ボルト）付近であるが、地域によっても多少変動が発生し、電圧値が変化する。
【００６０】
つまり、電圧低下手段７は、軽負荷時に、負荷率βの低下に従って補正係数Ｋを低く設定し、出力電圧補正指令値Ｖαを低くしてＤＣ−ＤＣ変換装置２のＤＣ−ＤＣ出力電圧ＶDを低下させる。
【００６１】
このように、この発明に係る電圧低下手段７は、出力電力ＰOに対応した補正係数Ｋと系統電圧ＶACに対応したＤＣ−ＤＣ出力電圧指令値Ｖｒを記憶する電圧値記憶手段１１と、出力電力ＰOおよび系統電圧ＶACを検出した場合、電圧値記憶手段１１から対応する補正係数Ｋおよび対応するＤＣ−ＤＣ出力電圧指令値Ｖｒを読み出し、補正係数ＫとＤＣ−ＤＣ出力電圧指令値Ｖｒの積を演算してＤＣ−ＤＣ出力電圧補正指令値Ｖα（＝Ｋ×Ｖr）を出力する補正指令値演算手段１０とを備え、ＤＣ−ＤＣ変換装置２のＤＣ−ＤＣ出力電圧ＶDを変更するので、軽負荷時に、ＤＣ−ＤＣ出力電圧補正指令値に基づいて出力電圧を低下させることができ、インバータ装置のスイッチング損失を低減し、電力変換効率を改善することができる。
【００６２】
図４はこの発明に係る電圧値記憶手段の一実施の形態補正係数格納状態図である。（ａ）図は軽負荷時に、出力電力ＰOに対して補正係数Ｋがリニア特性、（ｂ）図は軽負荷時に、出力電力ＰOに対して補正係数Ｋがステップ特性、（ｃ）図は軽負荷時に、出力電力ＰOに対して補正係数Ｋが指数関数的特性を表わす。
【００６３】
出力電力ＰOの定格に対して補正係数Ｋは、１．０であり、軽負荷時の出力電力ＰOに対して補正係数Ｋは、Ｅ１特性のリニア、Ｅ２特性のステップｋ１〜ｋ５、Ｅ３特性の指数関数的のそれぞれ減少する特性に設定できるので、補正係数Ｋを自由に設定することができ、ＤＣ−ＤＣ変換装置２のＤＣ−ＤＣ出力電圧ＶDも軽負荷時の状態に応じて最適に設定することができる。
【００６４】
このように、この発明に係る電圧値記憶手段１１は、軽負荷時の出力電力ＰOに対してリニア、軽負荷時の出力電力ＰOに対してステップ状または軽負荷時の出力電力ＰOに対して指数関数的に変化する補正係数Ｋを記憶するので、ＤＣ−ＤＣ出力電圧補正指令値Ｖαを自由度を持って設定することができ、所定の電圧値に低減した出力電圧を出力することができる。
【００６５】
なお、本実施の形態では、電圧値記憶手段に予め補正係数のデータテーブルを準備し、補正係数を読み出すように構成したが、電圧値記憶手段に予め線形関数、ステップ関数または指数関数の演算式を記憶し、演算式を読み出し、パラメータを与えて演算によって補正係数を求めるように構成してもよい。
【００６６】
図５はこの発明に係るＤＣ−ＤＣ変換装置のＤＣ−ＤＣ出力電圧制御の一実施の形態構成図である。図５において、ＤＣ−ＤＣ変換装置２は、トランスＴ、ＭＯＳＦＥＴ−Ｑ、抵抗器Ｒ、ダイオードＤ、チョークコイルＬ、駆動パルス発生器１２を備える。駆動パルス発生器１２は、電圧低下手段７から供給される出力電圧補正指令値Ｖαでデューティ比を調節した比較的高周波の駆動パルスＳDを発生し、駆動パルスＳDをＭＯＳＦＥＴ−Ｑのゲートに供給する。
【００６７】
ＭＯＳＦＥＴ−Ｑは、駆動パルス発生器１２から供給される駆動パルスＳDでトランスＴの一次側の電池電圧ＶBをオン／オフして比較的高周波のパルスを発生し、発生した比較的高周波のパルスをトランスＴを介して昇圧し、昇圧した比較的高周波のパルスを二次側に出力させる。昇圧した比較的高周波のパルスは、ダイオードＤおよびチョークコイルＬで構成する整流回路で整流された後、電解コンデンサＣ２で平滑され、直流のＤＣ−ＤＣ出力電圧ＶDとなる。
【００６８】
図６はこの発明に係る駆動パルスの一実施の形態デューティ変更説明図である。（ａ）図は定格時の駆動パルス波形図、（ｂ）図は軽負荷時の駆動パルス波形図を表わす。（ａ）図において、定格時の駆動パルスＳDのデューティ比は、パルスオン幅ＴON1÷一周期Ｔａで表わされる。
【００６９】
（ｂ）図において、軽負荷時の駆動パルスＳDのデューティ比は、パルスオン幅ＴON2÷一周期Ｔａで表わされるため、軽負荷時のデューティ比は、定格時のデューティ比よりも小さくなり、ＭＯＳＦＥＴ−Ｑのオン／オフによって発生する昇圧した比較的高周波のパルスも駆動パルスＳDと同じパルスオン幅の短い波形となり、電解コンデンサＣ２で平滑されたＤＣ−ＤＣ出力電圧ＶDが低下することになる。
【００７０】
なお、本実施の形態では、駆動パルス発生器１２をＤＣ−ＤＣ変換装置２に設けたが、制御装置４内に設けてもよい。
【００７１】
図７はこの発明に係る歪み判定手段の一実施の形態ブロック構成図である。図７において、歪み判定手段１３は、制御装置４の内部に設ける。歪み判定手段１３は、比較・判定機能を備え、制御装置４内で出力電流ＩOを検出して出力電流ＩOの基本波成分と高調波成分（例えば、ｎ次高調波成分まで）から演算した出力電流歪み率ＤIが供給されると、出力電流歪み率ＤIと予め設定した規定歪み率ＤKを比較し、出力電流歪み率ＤIが規定歪み率ＤKを超える場合（ＤI＞ＤK）には、判定信号ＨOを電圧低下手段７に提供する。
【００７２】
電圧低下手段７は、歪み判定手段１３から判定信号ＨOが提供されると、例えば図４の（ｂ）図に示す補正係数ｋ５の場合には、一ランク大きな補正係数ｋ４を出力して出力電流歪み率ＤIを改善し、規定歪み率ＤKを満足させるようにＤＣ−ＤＣ出力電圧ＶDを増加させる。なお、ＤＣ−ＤＣ変換装置２は、ＤＣ−ＤＣ出力電圧ＶＤを低下すると、出力電流歪み率ＤIが増加する傾向にある。
【００７３】
このように、この発明に係る制御装置４は、測定した出力電流歪み率ＤIと規定歪み率ＤKを比較する歪み判定手段１３を備え、出力電流歪み率ＤIが規定歪み率ＤKを超えない（ＤK＞ＤI）範囲でＤＣ−ＤＣ出力電圧補正指令値Ｖαを出力するので、出力電圧ＶDを規定歪み率ＤKを超えない範囲まで低下して出力することができ、インバータ装置３のスイッチング損失を大幅に低下させて電力変換効率を改善することができる。
【００７４】
以上説明したように、この発明に係る制御装置４は、軽負荷時に、ＤＣ−ＤＣ変換装置２の出力電圧ＶDを低下させる電圧低下手段７を備えたので、ＤＣ−ＤＣ変換装置２の駆動パルスＳDのデューティ比を下げて出力電圧ＶDを低下させることができ、インバータ装置２のスイッチング損失を低減し、電力変換効率を改善することができる。
【００７５】
ＡＣフィルタ５は、インバータ装置３からのパルス状のインバータ出力電流ＩOをフィルタリングして高調波成分を除去し、系統電源の周波数（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）に一致した正弦波の交流電流を単相２線式（交流電圧１００Ｖ）または単相３線式（交流電圧２００Ｖ）を、遮断器６を介して出力端子Ｄ，Ｅ間、出力端子Ｄ，Ｅ間、出力端子Ｃ，Ｄ間または出力端子Ｃ，Ｅ間にそれぞれ接続した負荷Ｌ１、負荷Ｌ２または負荷Ｌ３に供給する。
【００７６】
遮断器６は、スイッチｓ１〜ｓ３で構成し、装置本体および系統電源側に異常が発生した場合、制御装置４からのスイッチ制御信号ＣSによってスイッチｓ１〜ｓ３を遮断し、装置本体を系統電源ＶACから切り離す。
【００７７】
図８はこの発明に係る電力変換装置の別実施の形態ブロック構成図である。なお、本発明は装置の軽負荷時に、インバータ装置のスイッチング素子を駆動するＰＷＭ信号のスイッチングキャリア周波数をキャリア周波数指令値ＶFに基づいて低下させることにより、インバータ装置のスイッチング素子のスイッチング損失を低減し、電力変換効率を改善するものである。
【００７８】
図８において、電力変換装置１４は、ＤＣ−ＤＣ変換装置２、インバータ装置３、制御装置１５、ＡＣフィルタ５、遮断器６を備える。なお、電力変換装置１４は、制御装置１５にコンバータ制御手段１６および周波数低下手段１７を備えた構成のみが、図１に示す制御装置４に電圧低下手段７およびインバータ制御手段８を備えた電力変換装置１と異なる。
【００７９】
制御装置１５は、マイクロプロセッサを基本に各種演算機能、処理機能、メモリ等で構成し、定格の出力電圧指令値Ｖｒを発生するコンバータ制御手段１６、可変可能なキャリア周波数指令値ＶFを発生し、軽負荷時に、インバータ装置３のＰＷＭ信号ＳPWMのスイッチングキャリア周波数を低下させるインバータ制御手段である周波数低下手段１７を備える。
【００８０】
また、制御装置１５は、インバータ出力電圧ＶC、出力電流ＩO、系統電圧ＶACを検出する機能を備え、出力電力、出力電流歪み率を演算処理する。
【００８１】
さらに、制御装置１５は、電力変換装置１４に異常が発生した場合、系統電源ＶACに影響を及ぼすことなく、電力変換装置１４から系統電源ＶACに切替えて負荷Ｌ１、負荷Ｌ２または負荷Ｌ３を駆動するため、遮断器６のスイッチｓ１〜ｓ３をオフ（遮断）状態にするスイッチ制御信号ＣSを発生する。
【００８２】
また、制御装置１５は、出力電流ＩOの歪み率（ＤI）を演算し、規定歪み率（ＤK）を超えないように監視する。なお、制御装置１５は、様々な保護機能を実現するため、直流電流、出力側直流分電流、内部制御電圧などのパラメータも検出して制御する。
【００８３】
図９はこの発明に係る周波数低下手段の一実施の形態要部ブロック構成図である。図９において、周波数低下手段１７は、出力手段１８、周波数記憶手段１９を備える。
【００８４】
出力手段１８は、メモリアクセス機能を備え、出力電力ＰOを取り込んで電圧周波数記憶手段１９にアクセスし、キャリア周波数指令値Ｆを読み出し、キャリア周波数指令値ＶF（＝キャリア周波数指令値Ｆ）をインバータ装置３に供給し、インバータ装置３のスイッチング素子を駆動するＰＷＭ信号ＳPWMのスイッチングキャリア周波数を変更させる。
【００８５】
周波数記憶手段１９は、ＲＯＭ等の固定メモリ、ＥＥＰＲＯＭ等の書替え可能なメモリで構成し、予め出力電力ＰOに応じたキャリア周波数指令値Ｆの対応テーブルを格納し、出力手段１８からアクセスがあると、対応テーブルから該当するキャリア周波数指令値Ｆを出力手段１８に提供する。
【００８６】
図１０はこの発明に係る対応テーブルの一実施の形態特性図である。図１０において、出力電力ＰOが定格（定格負荷）近傍では、キャリア周波数指令値ＶFを定格（定格周波数に相当）に設定し、出力電力ＰOが軽負荷領域では、スイッチングキャリア周波数が低下するようにキャリア周波数指令値Ｆを減少するように設定する。
【００８７】
つまり、周波数低下手段１７は、軽負荷時に、出力電力ＰOの低下に従ってキャリア周波数指令値Ｆを低く設定し、低いキャリア周波数指令値ＶFをインバータ装置３に提供してＰＷＭ信号ＳPWMのスイッチングキャリア周波数を低下させてスイッチング素子（インバータブリッジ）を駆動するように制御する。
【００８８】
このように、この発明に係る周波数低下手段１７は、出力電力ＰOに対応したキャリア周波数指令値Ｆを記憶する周波数記憶手段１９を備え、出力電力ＰOにより、周波数記憶手段１９から対応するキャリア周波数指令値Ｆを読み出してインバータ装置３のスイッチングキャリア周波数を変更するので、インバータ装置のスイッチング素子のスイッチングキャリア周波数を低下させることができ、スイッチング損失を減少させて電力変換効率を改善することができる。
【００８９】
図１１はこの発明に係る周波数記憶手段の一実施の形態キャリア周波数指令値格納状態図である。（ａ）図は軽負荷時に、出力電力ＰOに対してキャリア周波数指令値Ｆがリニア特性、（ｂ）図は軽負荷時に、出力電力ＰOに対してキャリア周波数指令値Ｆがステップ特性、（ｃ）図は軽負荷時に、出力電力ＰOに対してキャリア周波数指令値Ｆが指数関数的特性を表わす。
【００９０】
出力電力ＰOの定格容量に対するキャリア周波数指令値Ｆは、定格周波数とする。軽負荷時の出力電力ＰOに対してキャリア周波数指令値Ｆは、Ｇ１特性のリニア、Ｇ２特性のステップＦ１〜Ｆ５、Ｇ３特性の指数関数的のそれぞれ減少する特性に設定できるので、キャリア周波数指令値Ｆを自由に設定することができ、インバータ装置３のＰＷＭ信号ＳPWMのスイッチングキャリア周波数も軽負荷時の状態に応じて最適に設定することができる。
【００９１】
このように、この発明に係る周波数記憶手段１９は、出力電力ＰOに対してリニア、出力電力ＰOに対してステップ状または出力電力ＰOに対して指数関数的に変化するキャリア周波数指令値Ｆを記憶するので、キャリア周波数指令値Ｆを自由度を持って設定することができ、インバータ装置３のスイッチング素子を希望する周波数特性で駆動することができる。
【００９２】
なお、本実施の形態では、周波数記憶手段に予めキャリア周波数指令値のデータテーブルを準備し、キャリア周波数指令値を読み出すように構成したが、周波数記憶手段に予め線形関数、ステップ関数または指数関数の演算式を記憶し、演算式を読み出し、パラメータを与えて演算によってキャリア周波数指令値を求めるように構成してもよい。
【００９３】
図１２はこの発明に係るインバータ装置のキャリア周波数制御の一実施の形態構成図である。図１２において、インバータ装置３は、インバータブリッジを構成するＭＯＳＦＥＴ−Ｑ１〜Ｑ４やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）−Ｑ１〜Ｑ４等のスイッチング素子、ＰＷＭ信号発生器２０を備える。ＰＷＭ信号発生器２０は、周波数低下手段１７から供給されるキャリア周波数指令値ＶFとＰＷＭ指令値とに基づいてＰＷＭ信号ＳPWMを発生し、ＰＷＭ信号ＳPWMでＭＯＳＦＥＴ−Ｑ１〜Ｑ４やＩＧＢＴ−Ｑ１〜Ｑ４をスイッチング駆動し、軽負荷時に、スイッチングキャリア周波数を低下させてスイッチング素子のスイッチング損失を低下させる制御を実行する。
【００９４】
図１３はこの発明に係るＰＷＭ信号の一実施の形態波形図である。図１３において、ＰＷＭ信号発生器２０は、軽負荷時に、破線で示す正弦波に相当するキャリア周波数指令値ＶFが低下したＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）のＰＷＭ信号ＳPWMでスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を駆動するので、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチング損失を低下させることができる。
【００９５】
なお、本実施の形態では、ＰＷＭ信号発生器２０をインバータ装置３に設けたが、制御装置１５内に設けてもよい。
【００９６】
図１４はこの発明に係る歪み判定手段の一実施の形態ブロック構成図である。図１４において、歪み判定手段２１は、制御装置１５の内部に設ける。歪み判定手段２１は、比較・判定機能を備え、制御装置１５内で出力電流ＩOを検出して出力電流ＩOの基本波成分と高調波成分（例えば、ｎ次高調波成分まで）から演算した出力電流歪み率ＤIが供給されると、出力電流歪み率ＤIと予め設定した規定歪み率ＤKを比較し、出力電流歪み率ＤIが規定歪み率ＤKを超える場合（ＤI＞ＤK）には、判定信号ＨOを周波数低下手段１７に提供する。
【００９７】
周波数低下手段１７は、歪み判定手段２１から判定信号ＨOが提供されると、例えば図１１の（ｂ）図に示す補正係数Ｆ５の場合には、一ランク大きな補正係数Ｆ４を出力して出力電流歪み率ＤIを改善し、規定歪み率ＤKを満足させるように図１２に示すＰＷＭ信号発生器２０のＰＷＭ信号ＳPWMのスイッチングキャリア周波数を増加させる。なお、インバータ装置３は、スイッチングキャリア周波数を低下すると、出力電流歪み率ＤIが増加する傾向にある。
【００９８】
このように、この発明に係る制御装置１５は、測定した出力電流歪み率ＤIと規定歪み率ＤKを比較する歪み判定手段２１を備え、出力電流歪み率ＤIが規定歪み率ＤKを超えない（ＤI＜ＤK）範囲でキャリア周波数指令値ＶFを出力するので、インバータ装置３のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を規定歪み率ＤKを超えない範囲のスイッチングキャリア周波数まで低下して駆動することができ、インバータ装置のスイッチング損失を大幅に低下させて電力変換効率を改善することができる。
【００９９】
以上説明したように、この発明に係る制御装置１５は、軽負荷時に、インバータ装置３のスイッチングキャリア周波数を低下させる周波数低下手段１７を備えたので、インバータ装置３のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチングキャリア周波数を低下させることができ、スイッチング損失を減少させて電力変換効率を改善することができる。
【０１００】
図１５はこの発明に係る電力変換装置の別実施の形態ブロック構成図である。なお、本発明は装置の軽負荷時に、ＤＣ−ＤＣ変換装置のスイッチング素子を駆動する駆動パルスのデューティ比をＤＣ−ＤＣ出力電圧指令値に基づいて低下して出力電圧を低下させることにより、インバータ装置のスイッチング素子のスイッチング損失を低減し、電力変換効率を改善するとともに、インバータ装置のスイッチング素子を駆動するＰＷＭ信号のスイッチングキャリア周波数をキャリア周波数指令値ＶFに基づいて低下させることにより、インバータ装置のスイッチング素子のスイッチング損失を低減し、電力変換効率を改善するものである。
【０１０１】
図１５において、電力変換装置２２は、ＤＣ−ＤＣ変換装置２、インバータ装置３、制御装置２３、ＡＣフィルタ５、遮断器６を備える。なお、電力変換装置２２は、制御装置２３に電圧低下手段７および周波数低下手段１７を備えた構成のみが、図１に示す電力変換装置１および図８に示す電力変換装置１４と異なる。
【０１０２】
制御装置２３は、図２に示す電圧低下手段７および図９に示す周波数低下手段１７を備え、軽負荷時に、可変可能な出力電圧補正指令値Ｖαを発生し、ＤＣ−ＤＣ変換装置２のＤＣ−ＤＣ出力電圧ＶDを低下させるとともに、可変可能なキャリア周波数指令値ＶFを発生し、インバータ装置３のＰＷＭ信号ＳPWMのスイッチングキャリア周波数を低下させる。
【０１０３】
また、制御装置２３は、インバータ出力電圧ＶC、出力電流ＩO、系統電圧ＶACを検出する機能を備え、出力電力、出力電流歪み率を演算処理する。
【０１０４】
さらに、制御装置２３は、電力変換装置２２および系統電源側に異常が発生した場合、系統電源ＶACに影響を及ぼすことなく、電力変換装置２２から系統電源ＶACに切替えて負荷Ｌ１、負荷Ｌ２または負荷Ｌ３を駆動するため、遮断器６のスイッチｓ１〜ｓ３をオフ（遮断）状態にするスイッチ制御信号ＣSを発生する。
【０１０５】
また、制御装置２３は、出力電流ＩOの歪み率（ＤI）を演算し、規定歪み率（ＤK）を超えないように監視する。
【０１０６】
さらに、制御装置２３は、電圧低下手段７と周波数低下手段１７の動作順序を規定するシーケンス手段を備える。
【０１０７】
制御装置２３は、電圧低下手段７を備えたことにより、ＤＣ−ＤＣ変換装置２のＤＣ−ＤＣ出力電圧ＶDを増減できるので、軽負荷時に、出力電圧補正指令値Ｖαに基づいて出力電圧を低下させることができ、インバータ装置３のスイッチング損失を低減し、電力変換効率を改善することがでる。
【０１０８】
また、制御装置２３は、周波数低下手段１７を備えたことにより、インバータ装置３のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチングキャリア周波数を低下させることができ、スイッチング損失を減少させて電力変換効率を改善することができる。
【０１０９】
図１６はこの発明に係るシーケンス手段の一実施の形態要部ブロック構成図である。図１６において、制御装置２３内にシーケンス手段２４を設け、順序信号ＣK1を電圧低下手段７に供給するとともに、順序信号ＣK2を周波数低下手段１７に供給し、電圧低下手段７および周波数低下手段１７の動作順序を制御する。
【０１１０】
シーケンス手段２４は、出力電力ＰOを検出すると、シーケンス信号ＣK1を出力して電圧低下手段７を最初に動作させた後、シーケンス信号ＣK2を出力して周波数低下手段１７を動作させる。また、周波数低下手段１７を動作させた後、電圧低下手段７を動作させてもよい。
【０１１１】
このように、この発明に係る制御装置２３は、電圧低下手段７と周波数低下手段１７の動作順序を設定するシーケンス手段２４を備えたので、ＤＣ−ＤＣ変換装置３の出力電圧ＶDおよびインバータ装置３のスイッチングキャリア周波数のいずれか一方を低下させてから他方を低下させることができ、出力電圧ＶDの低下によるスイッチング損失の低下とスイッチングキャリア周波数の低下によるスイッチング損失の低下の相乗効果によって装置全体のスイッチング損失を最大限低下させて電力変換効率を一層改善することができる。
【０１１２】
図１７はこの発明に係る歪み判定手段の一実施の形態ブロック構成図である。図１７において、歪み判定手段２５は、制御装置２３内に設け、制御装置１５内で出力電流ＩOを検出して出力電流ＩOの基本波成分と高調波成分（例えば、ｎ次高調波成分まで）から演算した出力電流歪み率ＤIが供給されると、出力電流歪み率ＤIと予め設定した規定歪み率ＤKを比較し、出力電流歪み率ＤIが規定歪み率ＤKを超える場合（ＤI＞ＤK）には、判定信号ＨOを電圧低下手段７および周波数低下手段１７に供給する。
【０１１３】
電圧低下手段７は、歪み判定手段２５から判定信号ＨOが提供されると、例えば図４の（ｂ）図に示す補正係数ｋ５の場合には、一ランク大きな補正係数ｋ４を出力して出力電流歪み率ＤIを改善し、規定歪み率ＤKを満足させるようにＤＣ−ＤＣ出力電圧ＶDを増加させる。なお、ＤＣ−ＤＣ変換装置２は、ＤＣ−ＤＣ出力電圧ＶＤを低下すると、出力電流歪み率ＤIが増加する傾向にある。
【０１１４】
一方、周波数低下手段１７は、歪み判定手段２５から判定信号ＨOが提供されると、例えば図１１の（ｂ）図に示す補正係数Ｆ５の場合には、一ランク大きな補正係数Ｆ４を出力して出力電流歪み率ＤIを改善し、規定歪み率ＤKを満足させるように図１２に示すＰＷＭ信号発生器２０のＰＷＭ信号ＳPWMのスイッチングキャリア周波数を増加させる。なお、インバータ装置３は、スイッチングキャリア周波数を低下すると、出力電流歪み率ＤIが増加する傾向にある。
【０１１５】
なお、歪み判定手段２５は、図１６に示すシーケンス手段２４が電圧低下手段７の動作させている場合には、判定信号ＨOを電圧低下手段７に供給し、シーケンス手段２４が周波数低下手段１７を動作させている場合には、判定信号ＨOを電圧低下手段７に供給する。これにより、歪み判定手段２５は、電圧低下手段７と周波数低下手段１７が動作しても、出力電流歪み率ＤIが規定歪み率ＤKを超えないように制御し、インバータ装置３のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチング損失を低減し、電力変換効率を最大限改善することができる。
【０１１６】
以上説明したように、この発明に係る制御装置２３は、軽負荷時に、ＤＣ−ＤＣ変換装置２の出力電圧ＶDを低下させる電圧低下手段７と、インバータ装置３のスイッチングキャリア周波数を低下させる周波数低下手段１７とを備えたので、ＤＣ−ＤＣ変換装置２の出力電圧ＶDおよびインバータ装置３のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチングキャリア周波数を低下させることができ、インバータ装置のスイッチング損失を最大限低下させて電力変換効率を一層改善することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
本発明に係る電力変換装置は、軽負荷時に、ＤＣ−ＤＣ出力電圧を低下させ、またはスイッチングキャリア周波数を低下させてスイッチング損失を低減し、電力変換効率を改善することができ、燃料電池発電のみでなく、太陽光発電等のあらゆる電力変換装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】この発明に係る電力変換装置の一実施の形態ブロック構成図
【図２】この発明に係る電圧低下手段の一実施の形態要部ブロック構成図
【図３】この発明に係る対応テーブルの一実施の形態特性図
【図４】この発明に係る電圧値記憶手段の一実施の形態補正係数格納状態図
【図５】この発明に係るＤＣ−ＤＣ変換装置のＤＣ−ＤＣ出力電圧制御の一実施の形態構成図
【図６】この発明に係る駆動パルスの一実施の形態デューティ変更説明図
【図７】この発明に係る歪み判定手段の一実施の形態ブロック構成図
【図８】この発明に係る電力変換装置の別実施の形態ブロック構成図
【図９】この発明に係る周波数低下手段の一実施の形態要部ブロック構成図
【図１０】この発明に係る対応テーブルの一実施の形態特性図
【図１１】この発明に係る周波数記憶手段の一実施の形態キャリア周波数指令値格納状態図
【図１２】この発明に係るインバータ装置のキャリア周波数制御の一実施の形態構成図
【図１３】この発明に係るＰＷＭ信号の一実施の形態波形図
【図１４】この発明に係る歪み判定手段の一実施の形態ブロック構成図
【図１５】この発明に係る電力変換装置の別実施の形態ブロック構成図
【図１６】この発明に係るシーケンス手段の一実施の形態要部ブロック構成図
【図１７】この発明に係る歪み判定手段の一実施の形態ブロック構成図
【符号の説明】
【０１１９】
１，１４，２２    電力変換装置
２    ＤＣ−ＤＣ変換装置
３    インバータ装置
４，１５，２３    制御装置
５    ＡＣフィルタ
６    遮断器
７    電圧低下手段
８    インバータ制御手段
９    燃料電池
１０    補正指令値演算手段
１１    電圧値記憶手段
１２    駆動パルス発生器
１３，２１，２５    歪み判定手段
１６    コンバータ制御手段
１７    周波数低下手段
１８    出力手段
１９    周波数記憶手段
２０    ＰＷＭ信号発生器
２４    シーケンス手段
Ｃ１，Ｃ２    電解コンデンサ
ｓ１，ｓ２，ｓ３    スイッチ
Ｔ    トランス
Ｑ    ＭＯＳＦＥＴ
ＶB    電池電圧
ＶD    ＤＣ−ＤＣ出力電圧
ＶC    インバータ出力電圧
ＶAC    系統電源（電圧）
Ｋ    補正係数
Ｖα    出力電圧補正指令値
Ｖr    出力電圧指令値
Ｆ，ＶF    キャリア周波数指令値
ＳD    駆動パルス
ＰO    出力電力
ＩO    出力電流
ＤI    出力電流歪み率
ＤK    規定歪み率
ＳPWM    ＰＷＭ信号
ＣK1，ＣK2    シーケンス信号
【図１】
2005085088.tif 000003
【図２】
2005085088.tif 000004
【図３】
2005085088.tif 000005
【図４】
2005085088.tif 000006
【図５】
2005085088.tif 000007
【図６】
2005085088.tif 000008
【図７】
2005085088.tif 000009
【図８】
2005085088.tif 000010
【図９】
2005085088.tif 000011
【図１０】
2005085088.tif 000012
【図１１】
2005085088.tif 000013
【図１２】
2005085088.tif 000014
【図１３】
2005085088.tif 000015
【図１４】
2005085088.tif 000016
【図１５】
2005085088.tif 000017
【図１６】
2005085088.tif 000018
【図１７】
2005085088.tif 000019