(57)【要約】【課題】複数台のインバータを直列に接続した電力変換装置において、変換効率の低下を抑止しつつ、過大なサージ電圧の発生を防止すること。【解決手段】インバータユニット２０に具備される単相インバータのうち、最大電圧を出力する単相インバータ２１の直流電源（第１の直流電源）を生成するコンバータ４と、第１の直流電源を用いて単相インバータ２２ａ，２２ｂの直流電源（第２の直流電源）を生成するＤＣ／ＤＣコンバータ７と、各単相インバータを制御するインバータ制御回路１１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ７を制御するコンバータ制御回路１０とが具備され、ＤＣ／ＤＣコンバータ７内のスイッチング素子と単相インバータ２１のスイッチング素子とが同時にオンしないようなタイミング調整機能を有するコンバータ駆動許可制御部１１ｂおよびコンバータ駆動調整部１０ｂが、インバータ制御回路１１、コンバータ制御回路１０に設けられる。【選択図】        図１
2009303380.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電圧を交流電圧に変換して出力する複数の単相インバータを有し、交流側端子が直列に接続された当該複数の単相インバータの各発生電圧による総和電圧を出力するインバータユニットを備えた電力変換装置において、
外部直流電源による直流電圧を昇圧または昇降圧し、前記インバータユニットを構成する単相インバータのうちの最大電圧を出力する第１の単相インバータに対する直流電源として動作する第１の直流電源を生成するコンバータと、
前記第１の直流電源を直流入力とし、前記第１の単相インバータ以外の１または複数の単相インバータを構成する第２の単相インバータに対する各直流電源として動作する第２の直流電源を生成するＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータ内のスイッチング素子と、前記第２の単相インバータのスイッチング素子とが同時にオンすることがないようにタイミングを調整する制御回路と、
を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記制御回路は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するコンバータ制御回路と、前記第１の単相インバータおよび前記第２の単相インバータを制御するインバータ制御回路と、を備えており、
前記インバータ制御回路は、
前記第１の単相インバータおよび前記第２の単相インバータに対するスイッチング素子駆動信号を生成するインバータ制御部と、
前記第２の単相インバータに対するスイッチング素子駆動信号に基づいて、前記ＤＣ／ＤＣコンバータに具備されるスイッチング素子の駆動を許可／禁止する駆動制御信号を出力するコンバータ駆動許可制御部と、
を備え、
前記コンバータ制御回路は、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータに対するスイッチング素子駆動信号を生成するコンバータ制御部と、
前記コンバータ制御部からの前記ＤＣ／ＤＣコンバータに対するスイッチング素子駆動信号と、前記コンバータ駆動許可制御部からの駆動制御信号とに基づいて、前記ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子を実際に駆動する信号を出力するコンバータ駆動調整部と、
を備え、
前記コンバータ駆動許可制御部は、前記第２の単相インバータの少なくともオンのタイミングから所定時間は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子の駆動を禁止する駆動制御信号を出力し、
前記コンバータ駆動調整部は、前記コンバータ駆動許可制御部からの信号を受けて、禁止されている期間だけ前記ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子に対する駆動信号の出力タイミングを遅らせる
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記制御回路は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するコンバータ制御回路と、前記第１の単相インバータおよび前記第２の単相インバータを制御するインバータ制御回路と、を備えており、
前記インバータ制御回路は、
前記第１の単相インバータおよび前記第２の単相インバータに対するスイッチング素子駆動信号を生成するインバータ制御部と、
前記第２の単相インバータに対するスイッチング素子駆動信号に基づいて、前記ＤＣ／ＤＣコンバータに具備されるスイッチング素子の駆動を許可／禁止する駆動制御信号を出力するコンバータ駆動許可制御部と、
を備え、
前記コンバータ制御回路は、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータに対するスイッチング素子駆動信号を生成するコンバータ制御部と、
前記コンバータ制御部からの前記ＤＣ／ＤＣコンバータに対するスイッチング素子駆動信号と、前記コンバータ駆動許可制御部からの駆動制御信号とに基づいて、前記ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子を実際に駆動する信号を出力するコンバータ駆動調整部と、
を備え、
前記コンバータ駆動許可制御部は、前記第２の単相インバータの少なくともオンのタイミングから所定時間は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子の駆動を禁止する駆動制御信号を出力し、
前記コンバータ駆動調整部は、前記コンバータ駆動許可制御部からの信号を受けて、禁止されている期間だけ前記ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子に対する駆動信号の信号幅を短くする
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記制御回路は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するコンバータ制御回路と、前記第１の単相インバータおよび前記第２の単相インバータを制御するインバータ制御回路と、を備えており、
前記コンバータ制御回路は、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータに対するスイッチング素子駆動信号を生成するコンバータ制御部と、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータに対するスイッチング素子駆動信号に基づいて、前記第２の単相インバータに具備されるスイッチング素子の駆動を許可／禁止する駆動制御信号を出力するインバータ駆動許可制御部と、
を備え、
前記インバータ制御回路は、
前記第１の単相インバータおよび前記第２の単相インバータに対するスイッチング素子駆動信号を生成するインバータ制御部と、
前記インバータ制御部からの前記第２の単相インバータに対するスイッチング素子駆動信号と、前記インバータ駆動許可制御部からの駆動制御信号とに基づいて、前記第２の単相インバータのスイッチング素子を実際に駆動する信号を出力するインバータ駆動調整部と、
を備え、
前記インバータ駆動許可制御部は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの少なくともオンのタイミングから所定時間は、前記第２の単相インバータのスイッチング素子の駆動を禁止する駆動制御信号を出力し、
前記インバータ駆動調整部は、前記インバータ駆動許可制御部からの信号を受けて、禁止されている期間だけ前記第２の単相インバータのスイッチング素子に対する駆動信号の出力タイミングを遅らせる
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記制御回路は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するコンバータ制御回路と、前記第１の単相インバータおよび前記第２の単相インバータを制御するインバータ制御回路と、を備えており、
前記コンバータ制御回路は、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータに対するスイッチング素子駆動信号を生成するコンバータ制御部と、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータに対するスイッチング素子駆動信号に基づいて、前記第２の単相インバータに具備されるスイッチング素子の駆動を許可／禁止する駆動制御信号を出力するインバータ駆動許可制御部と、
を備え、
前記インバータ制御回路は、
前記第１の単相インバータおよび前記第２の単相インバータに対するスイッチング素子駆動信号を生成するインバータ制御部と、
前記インバータ制御部からの前記第２の単相インバータに対するスイッチング素子駆動信号と、前記インバータ駆動許可制御部からの駆動制御信号とに基づいて、前記第２の単相インバータのスイッチング素子を実際に駆動する信号を出力するインバータ駆動調整部と、
を備え、
前記インバータ駆動許可制御部は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの少なくともオンのタイミングから所定時間は、前記第２の単相インバータのスイッチング素子の駆動を禁止する駆動制御信号を出力し、
前記インバータ駆動調整部は、前記インバータ駆動許可制御部からの信号を受けて、禁止されている期間だけ前記第２の単相インバータのスイッチング素子に対する駆動信号の信号幅を短くする
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記制御回路は、
前記第１の単相インバータおよび前記第２の単相インバータに対するスイッチング素子駆動信号を生成するインバータ制御部と、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータに対するスイッチング素子駆動信号を生成するコンバータ制御部と、
前記コンバータ制御部からの前記ＤＣ／ＤＣコンバータに対するスイッチング素子駆動信号と、前記インバータ制御部からの前記第２の単相インバータに対するスイッチング素子駆動信号とに基づいて、前記ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子を実際に駆動する信号を出力するコンバータ駆動調整部と、
を備え、
前記コンバータ駆動調整部は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子の駆動タイミングと前記第２の単相インバータのスイッチング素子の駆動タイミングとが一致しないように、所定時間の分だけ前記ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子の駆動タイミングを遅らせるか、早めるかの制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記制御回路は、
前記第１の単相インバータおよび前記第２の単相インバータに対するスイッチング素子駆動信号を生成するインバータ制御部と、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータに対するスイッチング素子駆動信号を生成するコンバータ制御部と、
前記コンバータ制御部からの前記ＤＣ／ＤＣコンバータに対するスイッチング素子駆動信号と、前記インバータ制御部からの前記第２の単相インバータに対するスイッチング素子駆動信号とに基づいて、前記ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子を実際に駆動する信号を出力するコンバータ駆動調整部と、
を備え、
前記コンバータ駆動調整部は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子の駆動タイミングと前記第２の単相インバータのスイッチング素子の駆動タイミングとが一致しないように、所定時間の分だけ前記ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子に対する駆動信号の信号幅を長くするか、短くするかの制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記制御回路は、
前記第１の単相インバータおよび前記第２の単相インバータに対するスイッチング素子駆動信号を生成するインバータ制御部と、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータに対するスイッチング素子駆動信号を生成するコンバータ制御部と、
前記コンバータ制御部からの前記ＤＣ／ＤＣコンバータに対するスイッチング素子駆動信号と、前記インバータ制御部からの前記第２の単相インバータに対するスイッチング素子駆動信号とに基づいて、前記第２の単相インバータのスイッチング素子を実際に駆動する信号を出力するインバータ駆動調整部と、
を備え、
前記インバータ駆動調整部は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子の駆動タイミングと前記第２の単相インバータのスイッチング素子の駆動タイミングとが一致しないように、所定時間の分だけ前記第２の単相インバータのスイッチング素子の駆動タイミングを遅らせるか、早めるかの制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記制御回路は、
前記第１の単相インバータおよび前記第２の単相インバータに対するスイッチング素子駆動信号を生成するインバータ制御部と、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータに対するスイッチング素子駆動信号を生成するコンバータ制御部と、
前記コンバータ制御部からの前記ＤＣ／ＤＣコンバータに対するスイッチング素子駆動信号と、前記インバータ制御部からの前記第２の単相インバータに対するスイッチング素子駆動信号とに基づいて、前記第２の単相インバータのスイッチング素子を実際に駆動する信号を出力するインバータ駆動調整部と、
を備え、
前記インバータ駆動調整部は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子の駆動タイミングと前記第２の単相インバータのスイッチング素子の駆動タイミングとが一致しないように、所定時間の分だけ前記第２の単相インバータのスイッチング素子に対する駆動信号の信号幅を長くするか、短くするかの制御を行うことを特徴とする請求項１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して出力する複数のインバータを備えた電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
直流電力を交流電力に変換して出力する単相インバータを複数台直列に接続するように構成した電力変換装置として、例えば、下記特許文献１に示されたものがある。この特許文献１に示された電力変換装置では、太陽光電圧を昇圧チョッパ回路で昇圧した直流電圧（Ｖ３Ｂ）を直流電源とする最大単相インバータ（3B-INV）が中央に配置され、この最大直流電源（Ｖ３Ｂ）から電力供給される直流電源（Ｖ１Ｂ,Ｖ２Ｂ）を入力とする単相インバータ（1B-INV,2B-INV）が最大単相インバータ（3B-INV）の両側に配置され、各単相インバータ（1B-INV,2B-INV,3B-INV）の交流側は直列に接続され、最大直流電源（Ｖ３Ｂ）と直流電源（Ｖ１Ｂ,Ｖ２Ｂ）との間にＤＣ／ＤＣコンバータが配置され、各単相インバータ（1B-INV,2B-INV,3B-INV）の発生電圧の総和にて出力電圧を得るように構成されている。なお、直流電源（Ｖ１Ｂ,Ｖ２Ｂ）による電源電圧は、最大直流電源（Ｖ３Ｂ）から各単相インバータ（1B-INV,2B-INV,3B-INV）内の各スイッチング素子を介して供給される。
【０００３】
【特許文献１】国際公開第０６／０９０６７５号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の電力変換装置では、各単相インバータを構成するスイッチング素子と、ＤＣ／ＤＣコンバータを構成するスイッチング素子とは、それぞれが個々独立に制御されるため、それぞれのスイッチング素子が同時にオンするようなタイミングが存在する。このようなタイミングで当該スイッチング素子がオン制御された場合、各単相インバータを構成する他のスイッチング素子に過大なサージ電圧が耐圧を超えて印加され、電力変換装置が故障に至る可能性があるという懸念が生じていた。
【０００５】
なお、各単相インバータを構成する各スイッチング素子に耐圧の高いものを採用するという対策を採ることも考えられる。しかしながら、一般的に、耐圧の高いスイッチング素子は損失が大きく、電力変換装置としての変換効率が低下するという別な課題が生じてしまう。
【０００６】
また、他の対策手法として、各単相インバータを駆動するインバータ駆動回路や、ＤＣ／ＤＣコンバータを駆動するコンバータ駆動回路にて、スイッチング制御の速度を下げて、各スイッチング素子のオンが緩やかに行われるようにすることも考えられる。しかしながら、スイッチング制御の速度を下げた場合には、スイッチング損失が増加するため、上記と同様に電力変換装置の変換効率が犠牲になってしまう。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、変換効率の低下を抑止しつつ、過大なサージ電圧の発生を防止することが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】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる電力変換装置は、直流電圧を交流電圧に変換して出力する複数の単相インバータを有し、交流側端子が直列に接続された当該複数の単相インバータの各発生電圧による総和電圧を出力するインバータユニットを備えた電力変換装置において、外部直流電源による直流電圧を昇圧または昇降圧し、前記インバータユニットを構成する単相インバータのうちの最大電圧を出力する第１の単相インバータに対する直流電源として動作する第１の直流電源を生成するコンバータと、前記第１の直流電源を直流入力とし、前記第１の単相インバータ以外の１または複数の単相インバータを構成する第２の単相インバータに対する各直流電源として動作する第２の直流電源を生成するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ内のスイッチング素子と、前記第２の単相インバータのスイッチング素子とが同時にオンすることがないようにタイミングを調整する制御回路と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明にかかる電力変換装置によれば、インバータユニットに具備される単相インバータのうち、最大電圧を出力する第１の単相インバータの直流電源として動作する第１の直流電源は、コンバータの出力によって生成され、第１の単相インバータ以外の１または複数の単相インバータを構成する第２の単相インバータの各直流電源として動作する第２の直流電源は、第１の直流電源を直流入力として動作するＤＣ／ＤＣコンバータの出力によって生成される構成において、ＤＣ／ＤＣコンバータ、第１の単相インバータ、および第２の単相インバータを駆動制御する制御回路は、ＤＣ／ＤＣコンバータ内のスイッチング素子と、第２の単相インバータのスイッチング素子とが同時にオンすることがないように駆動タイミングを調整するようにしているので、変換効率の低下を抑止しつつ、過大なサージ電圧の発生を防止することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に添付図面を参照して、本発明にかかる電力変換装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。
【００１１】
＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１にかかる電力変換装置の構成を示す図であり、より詳細には、実施の形態１にかかる電力変換装置を商用系統と連系する発電システムに適用した場合の一例を示す図である。
【００１２】
図１において、電力変換装置２の直流入力端には、外部直流電源である太陽電池モジュール１が接続され、交流出力端には、５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚの周波数の交流電力を供給する商用系統（以下単に「系統」という）３が接続されている。このように構成された電力変換装置２では、太陽電池モジュール１から供給された直流電力が交流電力に変換され、系統３との連系により、系統３に電力を供給する。
【００１３】
上述した機能を含み、後述する機能を具現するための構成として、本実施の形態にかかる電力変換装置２は、コンバータ４、ＤＣ／ＤＣコンバータ７、インバータユニット２０、フィルタ回路５、出力リレー６、コンバータ駆動回路８、インバータ駆動回路９、コンバータ制御回路１０、インバータ制御回路１１などを具備している。
【００１４】
コンバータ４は、太陽電池モジュール１による直流電圧を昇圧または降圧して出力する。なお、コンバータ４に入力される直流電圧が、コンバータ４が出力する直流電圧よりも常時小さいことが想定される場合には、昇圧のみの機能を有することでも充分である。
【００１５】
インバータユニット２０は、複数台（図１では３台を例示）の単相インバータである単相インバータ２１，２２ａ，２２ｂ、およびスイッチ回路２４を備えている。各単相インバータ２１，２２ａ，２２ｂは、ダイオードを逆並列に接続した複数個の、例えばＩＧＢＴである自己消弧型半導体スイッチング素子を備えている。
【００１６】
単相インバータ２１の直流側端子では、第１の直流電源として機能する母線コンデンサＣ３が単相インバータ２１の直流側端子に繋がる直流母線間に接続され、母線コンデンサＣ３には、コンバータ４を介し太陽電池モジュール１から供給された直流電力が蓄積される。
【００１７】
単相インバータ２２ａ，２２ｂの各直流側端子では、第２の直流電源として機能する母線コンデンサＣ１，Ｃ２が、各単相インバータの直流側端子に繋がる直流母線間に接続されており、母線コンデンサＣ１，Ｃ２には、母線コンデンサＣ３に蓄積された直流電力を直流入力として動作するＤＣ／ＤＣコンバータ７から単相インバータ２１および単相インバータ２２ａまたは単相インバータ２２ｂを介して供給された直流電力がそれぞれ蓄積される。
【００１８】
単相インバータ２１の交流側端子では、交流側端子の一方に単相インバータ２２ａが接続され、交流側端子の他方に単相インバータ２２ｂが接続されている。
【００１９】
単相インバータ２２ａの交流側端子では、交流側端子の一方に単相インバータ２１が接続され、交流側端子の他方にフィルタ回路５の入力側端子の一方が接続され、単相インバータ２２ｂの交流側端子では、交流側端子の一方に単相インバータ２１が接続され、交流側端子の他方にフィルタ回路５の入力側端子の他方が接続されている。
【００２０】
また、単相インバータ２１の交流側端子間を短絡させる短絡用スイッチとして、ダイオードを逆並列に接続した２個の、例えばＩＧＢＴである自己消弧型半導体スイッチング素子が互いに逆極性に直列接続されたスイッチ回路２４が、単相インバータ２１に並列に接続されるように設けられている。なお、スイッチ回路２４の作用により、インバータユニット２０は、出力電圧として、非零または零の電圧を出力することができる。
【００２１】
ＤＣ／ＤＣコンバータ７は、チョッパ回路７ａ，７ｂ、およびダイオードＤ１Ｂ，Ｄ２Ｂで構成されている。チョッパ回路７ａは、母線コンデンサＣ３と母線コンデンサＣ１との間に接続され、チョッパ回路７ｂは母線コンデンサＣ３と母線コンデンサＣ２との間に接続されている。各チョッパ回路７ａ，７ｂは、リアクトルＬ１，Ｌ２、ダイオードＤ１Ａ，Ｄ２Ａ、およびスイッチング素子Ｑｒ，Ｑｓで構成されている。
【００２２】
上記のように構成されたＤＣ／ＤＣコンバータ７では、母線コンデンサＣ１に蓄積される直流電力は、チョッパ回路７ａの動作により母線コンデンサＣ３から単相インバータ２１および単相インバータ２２ａを介して供給され、母線コンデンサＣ２に蓄積される直流電力は、チョッパ回路７ｂの動作により母線コンデンサＣ３から単相インバータ２１および単相インバータ２２ｂを介して供給される。なお、ダイオードＤ１Ｂ，Ｄ２Ｂは、母線コンデンサＣ３から母線コンデンサＣ１，Ｃ２への直流電流の逆流を防止する機能を提供する。
【００２３】
コンバータ制御回路１０は、コンバータ制御部１０ａおよびコンバータ駆動調整部１０ｂを備えている。また、インバータ制御回路１１は、インバータ制御部１１ａおよびコンバータ駆動許可制御部１１ｂを備えている。
【００２４】
コンバータ制御回路１０は、コンバータ制御部１０ａにてコンバータ４およびＤＣ／ＤＣコンバータ７の制御に必要なオン／オフ信号を生成する。コンバータ駆動回路８は、コンバータ制御回路１０からの信号を、スイッチング素子を駆動する信号に変換して出力する。インバータ制御回路１１は、インバータ制御部１１ａにて単相インバータ２１，２２ａ，２２ｂおよび短絡用スイッチング素子Ｑｘ，Ｑｙの制御に必要なオン／オフ信号を出力する。インバータ駆動回路９は、インバータ制御回路１１からの信号を、スイッチング素子を駆動する信号に変換して出力する。なお、コンバータ駆動調整部１０ｂおよびコンバータ駆動許可制御部１１ｂの機能については、後述する。
【００２５】
ここで、母線コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３の各電圧について言及しておく。単相インバータ２１の直流入力源となる母線コンデンサＣ３の電圧は、他のインバータである単相インバータ２２ａ，２２ｂの各直流入力源となる母線コンデンサＣ１および母線コンデンサＣ２の電圧よりも通常大きい。一方、母線コンデンサＣ１の電圧と、母線コンデンサＣ２の電圧とについては、何れが大きくてもよいし、両者の電圧が等しくてもよい。なお、ここでは、便宜上、母線コンデンサＣ１の電圧と、母線コンデンサＣ２の電圧とは、概略等しいと仮定する。つまり、インバータユニット２０が動作しているときの母線コンデンサＣ１、Ｃ２，Ｃ３の各電圧（各インバータにおける母線電圧に等しい）をＶ１，Ｖ２，Ｖ３とすると、これらの電圧間には、Ｖ１＝Ｖ２＜Ｖ３の関係がある。
【００２６】
これらの単相インバータ２１，２２ａ，２２ｂは、出力として正、負および零の電圧を発生することができ、インバータユニット２０は、これらの発生電圧を組み合わせた総和としての電圧を階調制御により出力する。この出力電圧は、例えばリアクトルおよびコンデンサを組み合わせたフィルタ回路５によって平滑され、所望の交流電圧が出力リレー６を介して系統３に供給される。なお、これより詳細な動作については、上記した特許文献１の公報に適切に開示されているので、ここでのさらに詳細な説明は省略する。
【００２７】
つぎに、実施の形態１にかかる電力変換装置の要部動作について説明するが、本実施の形態に対する理解を容易とするため、まず、図１に示すコンバータ駆動調整部１０ｂおよびコンバータ駆動許可制御部１１ｂを有さない場合の動作について説明する。なお、本動作については、図１７〜図２０までの図面を順次参照して説明する。
【００２８】
図１７は、系統３の出力電圧（以下「系統電圧」という）の負の半サイクルの期間における各単相インバータ２１，２２ａ，２２ｂおよびチョッパ回路７ａの動作波形の一例を示す図である。
【００２９】
図１７の最下段部の波形に示すように、系統電圧１周期における単相インバータ２２ａおよび単相インバータ２２ｂの各出力は等しく、目標とする出力電圧と単相インバータ２１の出力電圧との差分を補うようにコンバータ駆動回路８および／またはインバータ駆動回路９によってＰＷＭ制御される。ここで、単相インバータ２１のスイッチング素子Ｑ３１，Ｑ３２がオンに制御されて負電圧を出力しているとき、チョッパ回路７ａのスイッチング素子Ｑｓがオン／オフ制御される。
【００３０】
スイッチング素子Ｑ３１，Ｑ３２がオンする期間のうち、Ｔｓ１期間では、単相インバータ２２ａは負電圧を出力しており、スイッチング素子Ｑ１２をオンにするとともに、スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１４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Ｑ３１，Ｑ１２がオンとなっているため、スイッチング素子Ｑｓのオンにより、母線コンデンサＣ３からスイッチング素子Ｑ３１，Ｑ１２を介してリアクトルＬ１に電流が流れてリアクトルＬ１を充電する。一方、スイッチング素子Ｑｓがオフになると、リアクトルＬ１に蓄えられた電力が、ダイオードＤ１Ａを介して母線コンデンサＣ１に供給される。
【００３１】
また、スイッチング素子Ｑ３１，Ｑ３２がオンする期間のうち、Ｔｓ２期間では、単相インバータ２２ａは正電圧を出力しており、スイッチング素子Ｑ１３をオンして、スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１４を交互にオンしている。このＴｓ２期間では、スイッチング素子Ｑｓのオンにより、母線コンデンサＣ３からスイッチング素子Ｑ３１，Ｑ１３の逆並列ダイオード、母線コンデンサＣ１を介してリアクトルＬ１に電流が流れてリアクトルＬ１を充電する。一方、スイッチング素子Ｑｓがオフになると、リアクトルＬ１に蓄えられた電力が、ダイオードＤ１Ａを介して母線コンデンサＣ１に供給される。
【００３２】
このように単相インバータ２１のスイッチング素子Ｑ３１がオンしているとき、チョッパ回路７ａのスイッチング素子Ｑｓをオン／オフすることで母線コンデンサＣ３から単相インバータ２１，２２ａを介して母線コンデンサＣ１に対する電力供給が行われる。
【００３３】
なお、系統電圧が負の半サイクルのとき、チョッパ回路７ｂは動作しない。チョッパ回路７ｂは、系統電圧が正の半サイクルのときに動作し、その動作は上述の系統電圧が負の半サイクル時の動作と対称な動作を行う。
【００３４】
図１８は、単相インバータ２２ａに流れる２種類のリカバリ電流の様子を示した図である。図１７に示した例えばＴｓ１期間では、スイッチング素子Ｑ１１がオンした瞬間は、図１８に示すように、母線コンデンサＣ１からスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１４の逆並列ダイオードを逆方向にリカバリ電流ｉ１が流れる。このとき、スイッチング素子Ｑ１４のコレクタエミッタ間の電圧（以下「Ｖｃｅ(Ｑ１４)」と表記）は、リカバリ電流ｉ１の経路のインダクタンス成分により母線コンデンサＣ１の電圧より低下する。
【００３５】
また、リカバリ電流ｉ１が流れると、その後、リカバリ電流ｉ１は減少する。このとき、リカバリ電流ｉ１の経路のインダクタンス成分により、Ｖｃｅ（Ｑ１４）は母線コンデンサＣ１の電圧より上昇する。
【００３６】
なお、リカバリ電流ｉ１の経路上におけるインダクタンス成分は、（Ｌｐ１＋Ｌｐ２＋Ｌｐ３＋Ｌｐ４＋Ｌｐ５＋Ｌｐ６）で表されるので、Ｖｃｅ(Ｑ１４)は、次式で表すことができる。
【００３７】
Ｖｃｅ(Ｑ１４)＝−(Ｌｐ１+Ｌｐ２+Ｌｐ３+Ｌｐ４+Ｌｐ５+Ｌｐ６)×ｄ(ｉ１)／ｄｔ    …（１）
【００３８】
一方、スイッチング素子Ｑｓがオンした瞬間は、母線コンデンサＣ３からスイッチング素子Ｑ３１，Ｑ１２、母線コンデンサＣ１、ダイオードＤ１Ａを逆方向に、ダイオードＤ１Ｂ、スイッチング素子Ｑｓという経路でリカバリ電流ｉ２が流れる。このとき、スイッチング素子Ｑ１３のコレクタエミッタ間の電圧（以下「Ｖｃｅ(Ｑ１３)」と表記）は、リカバリ電流ｉ２の経路上に存在するインダクタンス成分のうち、Ｌｐ１，Ｌｐ２，Ｌｐ３、Ｌｐ７，Ｌｐ８により母線コンデンサＣ１の電圧よりも低下する。
【００３９】
また、リカバリ電流ｉ１が流れると、その後、リカバリ電流ｉ２は減少する。このとき、Ｖｃｅ（Ｑ１３）は、同一のインダクタンス成分Ｌｐ１，Ｌｐ２，Ｌｐ３、Ｌｐ７，Ｌｐ８により母線コンデンサＣ１の電圧より上昇する。なお、Ｖｃｅ（Ｑ１３）の電圧は、次式で表すことができる。
【００４０】
Ｖｃｅ(Ｑ１３)＝−(Ｌｐ１+Ｌｐ２+Ｌｐ３+Ｌｐ７+Ｌｐ８)×ｄ(ｉ２)／ｄｔ  
…（２）
【００４１】
図１９は、２種類のリカバリ電流が流れるときのコレクタエミッタ間電圧の変化を示す図である。図１９に示すように、Ｖｃｅ(Ｑ１３)およびＶｃｅ(Ｑ１４)の電圧上昇はサージ電圧として必ず発生するものであり、スイッチング素子Ｑ１３，Ｑ１４は、これらのサージ電圧に耐えられる耐圧レベルのものが選定される。
【００４２】
ここで、これまでの動作説明の前提について再確認する。上述した動作説明は、図１に示すコンバータ駆動調整部１０ｂおよびコンバータ駆動許可制御部１１ｂを有さない場合の説明であった。このときの制御／駆動系の構成は、図１８にも示すように、スイッチング素子Ｑ１１とスイッチング素子Ｑｓのそれぞれが、インバータの制御／駆動系およびコンバータの制御／駆動系によって個々独立にオン／オフ制御される構成である。
【００４３】
ところが、インバータの制御／駆動系およびコンバータの制御／駆動系によって個々独立に制御／駆動される構成の場合、図２０に示すようにスイッチング素子Ｑ１１，Ｑｓが、同時にオンするタイミングを排除することができない。なお、この図２０に示す場合のＶｃｅ（Ｑ１４）およびＶｃｅ（Ｑ１３）は、次式で表される。
【００４４】
Ｖｃｅ(Ｑ１４)＝−(Ｌｐ１+Ｌｐ２+Ｌｐ３+Ｌｐ４+Ｌｐ５+Ｌｐ６）×ｄ(ｉ１)／ｄｔ
−(Ｌｐ１+Ｌｐ２+Ｌｐ３)ｘｄｉ２／ｄｔ
…（３）
【００４５】
Ｖｃｅ(Ｑ１３)＝−(Ｌｐ１+Ｌｐ２+Ｌｐ３)×ｄ(ｉ１)／ｄｔ
−(Ｌｐ１+Ｌｐ２+Ｌｐ３+Ｌｐ７+Ｌｐ８)×ｄ(ｉ２)／ｄｔ
…（４）
【００４６】
Ｌｐ１〜Ｌｐ８の各インダクタンス成分の大きさは、各回路部品の物理的な配置により変動するが、上記（３）および（４）式で示されるサージ電圧は、この変動分を考慮したとしても、何れもが過大なサージ電圧となる。その結果、スイッチング素子Ｑ１４，Ｑ１３に印加される電圧は、スイッチング素子Ｑ１４，Ｑ１３の耐圧を超える場合が生じ、スイッチング素子Ｑ１４，Ｑ１３を故障に至らせる虞がある。
【００４７】
そこで、実施の形態１にかかる電力変換装置では、コンバータ４に対する制御／駆動系と、インバータユニット２０に対する制御／駆動系との間の駆動制御を調整するための構成部として、コンバータ制御回路１０内にコンバータ駆動調整部１０ｂを設けるとともに、インバータ制御回路１１内にコンバータ駆動許可制御部１１ｂを設けるようにしたものである。
【００４８】
つぎに、実施の形態１の電力変換装置における要部動作について説明する。図１において、インバータ制御部１１ａが出力する単相インバータ２２ａ，２２ｂのオン／オフ信号は、インバータ駆動回路９に出力されるとともに、コンバータ駆動許可制御部１１ｂに入力される。コンバータ駆動許可制御部１１ｂは、単相インバータ２２ａ，２２ｂのオン／オフ信号から、単相インバータ２２ａ，２２ｂがオンするタイミングでＤＣ／ＤＣコンバータ７の駆動を禁止するコンバータ駆動制御信号を所定時間の間出力する。なお、この所定時間は、少なくとも単相インバータ２２ａ，２２ｂのオンから数μｓの間であることが好ましい。
【００４９】
コンバータ駆動調整部１０ｂには、コンバータ制御部１０ａが出力するＤＣ／ＤＣコンバータ７に対するオン／オフ信号と、コンバータ駆動許可制御部１１ｂからのコンバータ駆動制御信号とが入力される。ここで、コンバータ駆動制御信号が「許可」の場合、コンバータ制御部１０ａからのオン／オフ信号をそのまま出力する。
【００５０】
一方、コンバータ駆動制御信号が「禁止」の場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ７に対するオン／オフ信号は「オフ」を出力し、許可になった時点でコンバータ制御部１０ａが出力した時間幅のオン信号を出力する。
【００５１】
上記のようなオン／オフ信号が出力された場合、その動作波形は図２に示すようなものとなる。図２において、コンバータ制御部１０ａが出力するスイッチング素子Ｑｓのオンタイミングと、インバータ制御部１１ａが出力するスイッチング素子Ｑ１１のオンタイミングとが同時だった場合、コンバータ駆動制御信号はスイッチング素子Ｑ１１のオンから所定時間の間、禁止信号となっている。
【００５２】
なお、コンバータ駆動調整部１０ｂが出力する、実際にスイッチング素子Ｑｓをオン／オフする信号は、コンバータ駆動制御信号が許可信号となった時点で、コンバータ制御部１０ａが出力した時間幅のオン信号を出力するようにしている。すなわち、図２の３段目に示されるコンバータ制御部１０ａのオン信号によるオン幅と、図２の４段目に示されるスイッチング素子Ｑｓをオンする信号のオン幅とは、略同一に制御されている。
【００５３】
上述の制御では、コンバータ駆動調整部１０ｂは、コンバータ制御部１０ａが出力したオン信号と同一または略同一の時間幅の信号を出力しているが、コンバータ駆動制御信号が禁止となっている時間幅の分だけ、短いオン幅のスイッチング信号を出力するようにしてもよい。なお、その具体的な制御態様は、図３に示すとおりである。
【００５４】
図３において、コンバータ制御部１０ａがスイッチング素子Ｑｓに出力するオンのタイミングと、インバータ制御部１１ａがスイッチング素子Ｑ１１に出力するオンのタイミングとが同時だった場合、コンバータ駆動制御信号はスイッチング素子Ｑ１１のオンから所定時間の間、禁止信号となっている。この点は、図２に示す動作波形と同じである。一方、コンバータ駆動調整部１０ｂが出力する、実際にスイッチング素子Ｑｓをオン／オフする信号は、コンバータ駆動制御信号が禁止信号となっている間はオフ信号が出力され、コンバータ駆動制御信号が許可信号となった時点で、コンバータ制御部１０ａが出力した時間幅の残り時間分だけスイッチング素子Ｑｓをオンする信号が出力されている。この制御によれば、スイッチング素子Ｑｓに対するオン信号のオフのタイミングをコンバータ制御部１０ａのオン信号のオフのタイミングに合わせる制御を行えばよいので、時間幅設定の制御を行う必要がなくなり、制御系を簡素化できるという効果が得られる。
【００５５】
なお、上記では、系統電圧が負の半サイクルについて説明したが、系統電圧が正の半サイクルについても同様な現象が起こりうる。この場合、スイッチング素子Ｑ１１をスイッチング素子Ｑ２１に、スイッチング素子Ｑｓをスイッチング素子Ｑｒと読み替えることにより、単相インバータ２２ｂとチョッパ回路７ｂとの間に生ずる同様な問題点を解決することができる。なお、この点については、以下の実施の形態についても同様である。
【００５６】
以上説明したように、この実施の形態にかかる電力変換装置によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ７のオン信号と、単相インバータ２２ａ，２２ｂのオン信号とが同一のタイミングで出力されないように調整されるため、過大なサージ電圧の発生を防ぐことが可能となる。また、過大なサージ電圧の発生が防止できるので、各単相インバータに耐圧が高いスイッチング素子の使用を回避することができ、また、スイッチングの速度を下げるような制御手法を採用する必要もない。このため、電力変換装置の変換効率の低下を抑止しつつ、過大なサージ電圧の発生を防止することが可能となる。
【００５７】
＜実施の形態２＞
図４は、本発明の実施の形態２にかかる電力変換装置の構成を示す図である。図１に示す実施の形態１にかかる電力変換装置では、駆動許可を示す信号をインバータ制御回路１１からコンバータ制御回路１０に出力するようにしていたが、図４に示す実施の形態２にかかる電力変換装置では、駆動許可を示す信号をコンバータ制御回路１０からインバータ制御回路１１に出力するように構成している。すなわち、実施の形態２では、コンバータ制御回路１０内にインバータ駆動許可制御部１０ｃを設けるとともに、インバータ制御回路１１内にインバータ駆動調整部１１ｃを設けるようにしている。なお、その他の構成部については、実施の形態１と同一または同等であり、それらの構成部については同一符号を付して示すとともに、その詳細な説明を省略する。
【００５８】
つぎに、実施の形態２にかかる電力変換装置の要部動作について説明する。図４において、コンバータ制御部１０ａが出力するＤＣ／ＤＣコンバータ７のオン／オフ信号は、コンバータ駆動回路８に出力されるとともに、インバータ駆動許可制御部１０ｃに入力される。インバータ駆動許可制御部１０ｃは、ＤＣ／ＤＣコンバータ７のオン／オフ信号から、ＤＣ／ＤＣコンバータ７がオンするタイミングで単相インバータ２２ａ，２２ｂの駆動を禁止するインバータ駆動制御信号を所定時間の間出力する。なお、この所定時間は、少なくともＤＣ／ＤＣコンバータ７のオンから数μｓの間であることが好ましい。
【００５９】
インバータ駆動調整部１１ｃには、インバータ制御部１１ａが出力する単相インバータ２２ａ，２２ｂのオン／オフ信号と、インバータ駆動許可制御部１０ｃからのインバータ駆動制御信号とが入力される。ここで、インバータ駆動制御信号が「許可」の場合、インバータ制御部１１ａからのオン／オフ信号をそのまま出力する。
【００６０】
一方、インバータ駆動制御信号が「禁止」の場合、単相インバータ２２ａ，２２ｂのオン／オフ信号は「オフ」を出力し、許可になった時点でインバータ制御部１１ａが出力した時間幅のオン信号を出力する。
【００６１】
上記のようなオン／オフ信号が出力された場合、その動作波形は図５に示すようなものとなる。図５において、コンバータ制御部１０ａが出力するスイッチング素子Ｑｓのオンタイミングと、インバータ制御部１１ａが出力するスイッチング素子Ｑ１１のオンタイミングとが同時だった場合、インバータ駆動制御信号はスイッチング素子Ｑｓのオンから所定時間の間、禁止信号となっている。
【００６２】
なお、インバータ駆動調整部１１ｃが出力する、実際にスイッチング素子Ｑ１１をオン／オフする信号は、インバータ駆動制御信号が許可信号となった時点で、インバータ制御部１１ａが出力した時間幅のオン信号を出力するようにしている。すなわち、図５の１段目に示されるインバータ制御部１１ａのオン信号によるオン幅と、図５の２段目に示されるスイッチング素子Ｑ１１をオンする信号のオン幅とは、略同一に制御されている。
【００６３】
上述の制御では、インバータ駆動調整部１１ｃは、インバータ制御部１１ａが出力したオン信号と同一または略同一の時間幅の信号を出力しているが、インバータ駆動制御信号が禁止となっている時間幅の分だけ、短いオン幅のスイッチング信号を出力するようにしてもよい。なお、その具体的な制御態様は、図６に示すとおりである。
【００６４】
図６において、コンバータ制御部１０ａがスイッチング素子Ｑｓに出力するオンのタイミングと、インバータ制御部１１ａがスイッチング素子Ｑ１１に出力するオンのタイミングとが同時だった場合、インバータ駆動制御信号はスイッチング素子Ｑｓのオンから所定時間の間、禁止信号となっている。この点は、図５に示す動作波形と同じである。一方、インバータ駆動調整部１１ｃが出力する、実際にスイッチング素子Ｑ１１をオン／オフする信号は、インバータ駆動制御信号が禁止信号となっている間はオフ信号が出力され、インバータ駆動制御信号が許可信号となった時点で、インバータ制御部１１ａが出力した時間幅の残り時間分だけスイッチング素子Ｑ１１をオンする信号が出力されている。この制御によれば、スイッチング素子Ｑ１１に対するオン信号のオフのタイミングをインバータ制御部１１ａのオン信号のオフのタイミングに合わせる制御を行えばよいので、時間幅設定の制御を行う必要がなくなり、制御系を簡素化できるという効果が得られる。
【００６５】
以上説明したように、この実施の形態にかかる電力変換装置によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ７のオン信号と、単相インバータ２２ａ，２２ｂのオン信号とが同一のタイミングで出力されないように調整されるため、過大なサージ電圧の発生を防ぐことが可能となる。また、過大なサージ電圧の発生が防止できるので、各単相インバータに耐圧が高いスイッチング素子の使用を回避することができ、また、スイッチングの速度を下げるような制御手法を採用する必要もない。このため、電力変換装置の変換効率の低下を抑止しつつ、過大なサージ電圧の発生を防止することが可能となる。
【００６６】
＜実施の形態３＞
図７は、本発明の実施の形態３にかかる電力変換装置の構成を示す図である。図１に示す実施の形態１および図４に示す実施の形態２にかかる各電力変換装置では、コンバータを駆動制御する制御／駆動系と、インバータを駆動制御する制御／駆動系とは、それぞれが異なる構成部として構成していたが、図７に示す実施の形態３にかかる電力変換装置では、コンバータを駆動制御する制御／駆動系と、インバータを駆動制御する制御／駆動系とが一つの制御回路内に設けられるように構成している。すなわち、実施の形態３では、共通の制御／駆動系である制御回路１２内に、コンバータ制御部１２ａ、インバータ制御部１２ｂ、およびコンバータ駆動調整部１２ｃが設けられ、インバータ制御部１２ｂの出力がインバータ駆動回路９に入力され、コンバータ駆動調整部１２ｃの出力がコンバータ駆動回路８に入力されるように構成されている。なお、コンバータ制御部１２ａおよびインバータ制御部１２ｂの動作は、上述したコンバータ制御部１０ａおよびインバータ制御部１１ａの動作と同一または同等である。また、その他の構成部については、実施の形態１と同一または同等であり、それらの構成部については同一符号を付して示すとともに、その詳細な説明を省略する。
【００６７】
つぎに、実施の形態３にかかる電力変換装置の要部動作について説明する。図７において、コンバータ制御部１２ａおよびインバータ制御部１２ｂは一つの制御回路１２内にあるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ７のオン／オフと単相インバータ２２ａ，２２ｂのオン／オフとは、それぞれがオンする時間幅から同一のタイミングであるか否かを判断することができる。インバータ制御部１２ｂが出力する単相インバータ２２ａ，２２ｂのオン／オフ信号は、インバータ駆動回路９に出力されるとともに、コンバータ駆動調整部１２ｃに入力される。コンバータ駆動調整部１２ｃには、コンバータ制御部１２ａが出力するＤＣ／ＤＣコンバータ７のオン／オフ信号と、インバータ制御部１２ｂが出力する単相インバータ２２ａ，２２ｂのオン／オフ信号とが入力される。
【００６８】
ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータ７のオンタイミングと単相インバータ２２ａ，２２ｂのオンタイミングとが異なる場合、コンバータ制御部１２ａからのオン／オフ信号がそのままコンバータ駆動回路８に出力される。
【００６９】
一方、ＤＣ／ＤＣコンバータ７のオンタイミングと単相インバータ２２ａ，２２ｂのオンタイミングとが一致する場合、コンバータ制御部１２ａが出力した時間幅のオン信号を所定時間だけ遅らせてコンバータ駆動回路８に出力する。なお、この所定時間は、少なくとも単相インバータ２２ａ，２２ｂのオンから数μｓの間であることが好ましい。
【００７０】
上記のようなオン／オフ信号が出力された場合、その動作波形は図８に示すようなものとなる。図８において、コンバータ制御部１２ａが出力するスイッチング素子Ｑｓのオンタイミングと、インバータ制御部１２ｂが出力するスイッチング素子Ｑ１１のオンタイミングとが同時だった場合、コンバータ駆動調整部１２ｃが出力する、実際にスイッチング素子Ｑｓをオン／オフする信号は、スイッチング素子Ｑ１１がオンするタイミングから所定時間だけ遅らせて、コンバータ制御部１２ａが出力した時間幅のオン信号を出力するようにしている。すなわち、図８の２段目に示されるコンバータ制御部１２ａのオン信号によるオン幅と、図８の３段目に示されるスイッチング素子Ｑｓをオンする信号のオン幅とは、略同一に制御されている。
【００７１】
上述の制御では、コンバータ駆動調整部１２ｃは、コンバータ制御部１２ａが出力したオン信号と同一または略同一の時間幅の信号を出力しているが、コンバータ制御部１２ａが出力した時間幅のオン信号を所定時間だけ短くして出力することも可能である。なお、その具体的な制御態様は、図９に示すとおりである。
【００７２】
図９において、コンバータ制御部１２ａがスイッチング素子Ｑｓに出力するオンのタイミングと、インバータ制御部１２ｂがスイッチング素子Ｑ１１に出力するオンのタイミングとが同時だった場合、コンバータ駆動調整部１２ｃが出力する、実際にスイッチング素子Ｑｓをオン／オフする信号は、所定時間だけオフ状態を継続した後、コンバータ制御部１２ａが出力した時間幅の残り時間分だけスイッチング素子Ｑｓをオンする信号が出力されている。この制御によれば、スイッチング素子Ｑｓに対するオン信号のオフのタイミングをコンバータ制御部１２ａのオン信号のオフのタイミングに合わせる制御を行えばよいので、時間幅設定の制御を行う必要がなくなり、制御系を簡素化できるという効果が得られる。
【００７３】
また、上記図８に示した制御では、コンバータ制御部１２ａがスイッチング素子Ｑｓに出力するオンのタイミングと、インバータ制御部１２ｂがスイッチング素子Ｑ１１に出力するオンのタイミングとが同時だった場合に、実際にスイッチング素子Ｑｓに出力されるオン信号の方を、実際にスイッチング素子Ｑ１１に出力されるオン信号よりも遅延させる制御を行うようにしているが、実際にスイッチング素子Ｑｓに出力されるオン信号の出力タイミングを早める制御を行うようにしても構わない。なお、その具体的な制御態様は、図１０に示すとおりである。
【００７４】
図１０において、コンバータ制御部１２ａが出力するスイッチング素子Ｑｓのオンタイミングと、インバータ制御部１２ｂが出力するスイッチング素子Ｑ１１のオンタイミングとが同時だった場合、コンバータ駆動調整部１２ｃが出力する、実際にスイッチング素子Ｑｓをオン／オフする信号は、スイッチング素子Ｑ１１がオンするタイミングよりも所定時間だけ早め、かつ、コンバータ制御部１２ａが出力する時間幅のオン信号を出力するようにしている。すなわち、図１０の２段目に示されるコンバータ制御部１２ａのオン信号によるオン幅と、図１０の３段目に示されるスイッチング素子Ｑｓをオンする信号のオン幅とは、略同一に制御されている。
【００７５】
上記図１０に示した制御手法では、コンバータ駆動調整部１２ｃは、コンバータ制御部１２ａが出力したオン信号と同一または略同一の時間幅の信号を出力しているが、コンバータ制御部１２ａが出力した時間幅のオン信号を所定時間だけ長くして出力することも可能である。なお、その具体的な制御態様は、図１１に示すとおりである。
【００７６】
図１１において、コンバータ制御部１２ａがスイッチング素子Ｑｓに出力するオンのタイミングと、インバータ制御部１２ｂがスイッチング素子Ｑ１１に出力するオンのタイミングとが同時だった場合、コンバータ駆動調整部１２ｃが出力する、実際にスイッチング素子Ｑｓをオン／オフする信号は、所定時間だけ早くコンバータ制御部１２ａが出力した時間幅のオン信号を出力するとともに、コンバータ制御部１２ａが出力したスイッチング素子Ｑｓをオフするタイミングまでオン信号の出力を継続するようにしている。この制御によれば、スイッチング素子Ｑｓに対するオン信号のオフのタイミングをコンバータ制御部１２ａのオン信号のオフのタイミングに合わせる制御を行えばよいので、時間幅設定の制御を行う必要がなくなり、制御系を簡素化できるという効果が得られる。
【００７７】
以上説明したように、この実施の形態にかかる電力変換装置によれば、  ＤＣ／ＤＣコンバータ７のオン信号と、単相インバータ２２ａ，２２ｂのオン信号とが同一のタイミングで出力されないように調整されるため、過大なサージ電圧の発生を防ぐことが可能となる。また、過大なサージ電圧の発生が防止できるので、各単相インバータに耐圧が高いスイッチング素子の使用を回避することができ、また、スイッチングの速度を下げるような制御手法を採用する必要もない。このため、電力変換装置の変換効率の低下を抑止しつつ、過大なサージ電圧の発生を防止することが可能となる。
【００７８】
＜実施の形態４＞
図１２は、本発明の実施の形態４にかかる電力変換装置の構成を示す図である。図７に示す実施の形態３にかかる各電力変換装置では、制御回路１２からコンバータ駆動回路８およびインバータ駆動回路９から出力される各駆動信号間の調整機能をコンバータ制御部１２ａ側に設けるようにしていたが、実施の形態４では、当該調整機能をインバータ制御部１２ｂ側に設けるように構成している。すなわち、実施の形態４では、共通の制御／駆動系である制御回路１２内に、コンバータ制御部１２ａ、インバータ制御部１２ｂ、およびインバータ駆動調整部１２ｄが設けられ、コンバータ制御部１２ａの出力がコンバータ駆動回路８に入力され、インバータ駆動調整部１２ｄの出力がインバータ駆動回路９に入力されるように構成されている。なお、その他の構成部については、実施の形態３と同一または同等であり、それらの構成部については同一符号を付して示すとともに、その詳細な説明を省略する。
【００７９】
つぎに、実施の形態４にかかる電力変換装置の要部動作について説明する。図１２において、コンバータ制御部１２ａおよびインバータ制御部１２ｂは一つの制御回路１２内にあるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ７のオン／オフと単相インバータ２２ａ，２２ｂのオン／オフとは、それぞれがオンする時間幅から同一のタイミングであるか否かを判断することができる。コンバータ制御部１２ａが出力するＤＣ／ＤＣコンバータ７のオン／オフ信号は、コンバータ駆動回路８に出力されるとともに、インバータ駆動調整部１２ｄに入力される。インバータ駆動調整部１２ｄには、インバータ制御部１２ｂが出力する単相インバータ２２ａ，２２ｂのオン／オフ信号と、コンバータ制御部１２ａが出力するＤＣ／ＤＣコンバータ７のオン／オフ信号と、が入力される。
【００８０】
ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータ７のオンタイミングと単相インバータ２２ａ，２２ｂのオンタイミングとが異なる場合、インバータ制御部１２ｂからのオン／オフ信号がそのままインバータ駆動回路９に出力される。
【００８１】
一方、ＤＣ／ＤＣコンバータ７のオンタイミングと単相インバータ２２ａ，２２ｂのオンタイミングとが一致する場合、インバータ制御部１２ｂが出力した時間幅のオン信号を所定時間だけ遅らせてインバータ駆動回路９に出力する。なお、この所定時間は、少なくともＤＣ／ＤＣコンバータ７のオンから数μｓの間であることが好ましい。
【００８２】
上記のようなオン／オフ信号が出力された場合、その動作波形は図１３に示すようなものとなる。図１３において、コンバータ制御部１２ａが出力するスイッチング素子Ｑｓのオンタイミングと、インバータ制御部１２ｂが出力するスイッチング素子Ｑ１１のオンタイミングとが同時だった場合、インバータ駆動調整部１２ｄが出力する、実際にスイッチング素子Ｑ１１をオン／オフする信号は、スイッチング素子Ｑｓがオンするタイミングから所定時間だけ遅らせて、インバータ制御部１２ｂが出力した時間幅のオン信号を出力するようにしている。すなわち、図１３の２段目に示されるインバータ制御部１２ｂのオン信号によるオン幅と、図１３の１段目に示されるスイッチング素子Ｑ１１をオンする信号のオン幅とは、略同一に制御されている。
【００８３】
上述の制御では、インバータ駆動調整部１２ｄは、インバータ制御部１２ｂが出力したオン信号と同一または略同一の時間幅の信号を出力しているが、インバータ制御部１２ｂが出力した時間幅のオン信号を所定時間だけ短くして出力することも可能である。なお、その具体的な制御態様は、図１４に示すとおりである。
【００８４】
図１４において、インバータ制御部１２ｂがスイッチング素子Ｑ１１に出力するオンのタイミングと、コンバータ制御部１２ａがスイッチング素子Ｑｓに出力するオンのタイミングとが同時だった場合、インバータ駆動調整部１２ｄが出力する、実際にスイッチング素子Ｑ１１をオン／オフする信号は、所定時間だけオフ状態を継続した後、コンバータ制御部１２ａが出力した時間幅の残り時間分だけスイッチング素子Ｑ１１をオンする信号が出力されている。この制御によれば、スイッチング素子Ｑ１１に対するオン信号のオフのタイミングをインバータ制御部１２ｂのオン信号のオフのタイミングに合わせる制御を行えばよいので、時間幅設定の制御を行う必要がなくなり、制御系を簡素化できるという効果が得られる。
【００８５】
また、上記図１４に示した制御では、インバータ制御部１２ｂがスイッチング素子Ｑ１１に出力するオンのタイミングと、コンバータ制御部１２ａがスイッチング素子Ｑｓに出力するオンのタイミングとが同時だった場合に、実際にスイッチング素子Ｑ１１に出力されるオン信号の方を、実際にスイッチング素子Ｑｓに出力されるオン信号よりも遅延させる制御を行うようにしているが、実際にスイッチング素子Ｑｓに出力されるオン信号の出力タイミングを早める制御を行うようにしても構わない。なお、その具体的な制御態様は、図１５に示すとおりである。
【００８６】
図１５において、インバータ制御部１２ｂが出力するスイッチング素子Ｑ１１のオンタイミングと、コンバータ制御部１２ａが出力するスイッチング素子Ｑｓのオンタイミングとが同時だった場合、インバータ駆動調整部１２ｄが出力する、実際にスイッチング素子Ｑ１１をオン／オフする信号は、スイッチング素子Ｑｓがオンするタイミングよりも所定時間だけ早め、かつ、インバータ制御部１２ｂが出力する時間幅のオン信号を出力するようにしている。すなわち、図１５の１段目に示されるインバータ制御部１２ｂのオン信号によるオン幅と、図１５の２段目に示されるスイッチング素子Ｑ１１をオンする信号のオン幅とは、略同一に制御されている。
【００８７】
上記図１５に示した制御手法では、インバータ駆動調整部１２ｄは、インバータ制御部１２ｂが出力したオン信号と同一または略同一の時間幅の信号を出力しているが、インバータ制御部１２ｂが出力した時間幅のオン信号を所定時間だけ長くして出力することも可能である。なお、その具体的な制御態様は、図１６に示すとおりである。
【００８８】
図１６において、インバータ制御部１２ｂがスイッチング素子Ｑ１１に出力するオンのタイミングと、コンバータ制御部１２ａがスイッチング素子Ｑｓに出力するオンのタイミングとが同時だった場合、インバータ駆動調整部１２ｄが出力する、実際にスイッチング素子Ｑ１１をオン／オフする信号は、所定時間だけ早くインバータ制御部１２ｂが出力した時間幅のオン信号を出力するとともに、インバータ制御部１２ｂが出力したスイッチング素子Ｑ１１をオフするタイミングまでオン信号の出力を継続するようにしている。この制御によれば、スイッチング素子Ｑ１１に対するオン信号のオフのタイミングをインバータ制御部１２ｂのオン信号のオフのタイミングに合わせる制御を行えばよいので、時間幅設定の制御を行う必要がなくなり、制御系を簡素化できるという効果が得られる。
【００８９】
以上説明したように、この実施の形態にかかる電力変換装置によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ７のオン信号と、単相インバータ２２ａ，２２ｂのオン信号とが同一のタイミングで出力されないように調整されるため、過大なサージ電圧の発生を防ぐことが可能となる。また、過大なサージ電圧の発生が防止できるので、各単相インバータに耐圧が高いスイッチング素子の使用を回避することができ、また、スイッチングの速度を下げるような制御手法を採用する必要もない。このため、電力変換装置の変換効率の低下を抑止しつつ、過大なサージ電圧の発生を防止することが可能となる。
【００９０】
なお、上記実施の形態１〜４を通じ、インバータユニットとして、３台のインバータを備える構成について例示したが、この構成に限定されるものではなく、２台もしくは４台以上のインバータを備える構成であっても構わない。
【００９１】
また、上記実施の形態１〜４では、系統に連系して動作する場合について説明したが、系統に連系せずに動作する場合などにも適用可能であることは無論である。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
以上のように、本発明にかかる電力変換装置は、変換効率の低下を抑止しつつ、過大なサージ電圧の発生を防止することができる発明として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる電力変換装置の構成を示す図である。
【図２】実施の形態１にかかる電力変換装置の要部動作を示す波形図である。
【図３】図２とは異なる他の要部動作を示す波形図である。
【図４】本発明の実施の形態２にかかる電力変換装置の構成を示す図である。
【図５】実施の形態２にかかる電力変換装置の要部動作を示す波形図である。
【図６】図５とは異なる他の要部動作を示す波形図である。
【図７】本発明の実施の形態３にかかる電力変換装置の構成を示す図である。
【図８】実施の形態３にかかる電力変換装置の要部動作を示す波形図である。
【図９】図８とは異なる他の要部動作を示す波形図である。
【図１０】図８、図９とは異なる他の要部動作を示す波形図である。
【図１１】図８〜図１０とは異なる他の要部動作を示す波形図である。
【図１２】本発明の実施の形態４にかかる電力変換装置の構成を示す図である。
【図１３】実施の形態４にかかる電力変換装置の要部動作を示す波形図である。
【図１４】図１３とは異なる他の要部動作を示す波形図である。
【図１５】図１３、図１４とは異なる他の要部動作を示す波形図である
【図１６】図１３〜図１５とは異なる他の要部動作を示す波形図である
【図１７】系統電圧の負の半サイクルの期間における各単相インバータおよびチョッパ回路７ａの動作波形の一例を示す図である。
【図１８】単相インバータ２２ａに流れる２種類のリカバリ電流の様子を示した図である。
【図１９】２種類のリカバリ電流が流れるときのコレクタエミッタ間電圧の変化を示す図である。
【図２０】スイッチング素子Ｑ１１，Ｑｓが、同時にオンする場合の問題点を説明する図である。
【符号の説明】
【００９４】
１  太陽電池モジュール
２  電力変換装置
３  系統
４  コンバータ
５  フィルタ回路
６  出力リレー
７  ＤＣ／ＤＣコンバータ
７ａ，７ｂ  チョッパ回路
８  コンバータ駆動回路
９  インバータ駆動回路
１０  コンバータ制御回路
１０ａ  コンバータ制御部
１０ｂ  コンバータ駆動調整部
１０ｃ  インバータ駆動許可制御部
１１  インバータ制御回路
１１ａ  インバータ制御部
１１ｂ  コンバータ駆動許可制御部
１１ｃ  インバータ駆動調整部
１２  制御回路
１２ａ  コンバータ制御部
１２ｂ  インバータ制御部
１２ｃ  コンバータ駆動調整部
１２ｄ  インバータ駆動調整部
２０  インバータユニット
２１，２２ａ，２２ｂ  単相インバータ
２４  スイッチ回路
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３  母線コンデンサ
【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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