JP7374332B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
本願は、電力変換装置に関するものである。
交流電力を直流電力に変換する種々の電力変換装置が提案されている。例えば、半導体スイッチング素子を用いて、フルブリッジ変換器を構成し、交流電力から直接直流電力を得る回路、およびダイオードからなる整流回路とチョッパとを組み合わせた回路などがある。
負荷の種類によって、必要な電圧が異なる場合、それぞれに適した電圧を供給するために、複数の出力端子をもつ電力変換装置が開示されている（例えば、特許文献１）。
特許文献１の装置では、複数の出力電圧を得るために、それぞれの出力端子に電力変換回路を備えている。このため、電力変換装置が大型化し、変換段数が増加することで損失が増加する問題がある。
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、直流出力端子に接続される電力変換回路の数を削減し、装置を小型化、損失を低減することを目的とする。
本願に開示される電力変換装置は、交流直流変換部と、交流直流変換部の直流出力に並列に接続された少なくとも１つの直流直流変換部とを備え、２つ以上の直流出力のうち少なくとも１つは交流直流変換部の直流出力であり、直流直流変換部は２つの並列接続された、複数の半導体スイッチング素子を直列に接続して構成されるチョッパレグを備え、交流直流変換部の直流出力は抵抗で分圧され、直流直流変換部のチョッパレグの各々の出力に直流フィルタリアクトルと直流フィルタコンデンサからなる直流フィルタが接続され、それぞれの直流フィルタコンデンサの一端が接続され、抵抗の分圧点と直流フィルタコンデンサの接続点が接続されたものである。
本願に開示される電力変換装置は、交流直流変換部と、交流直流変換部の直流出力に並列に接続された少なくとも１つの直流直流変換部と、を備え、２つ以上の直流出力のうち少なくとも１つは交流直流変換部の直流出力であり、直流直流変換部は２つの並列接続された、複数の半導体スイッチング素子を直列に接続して構成されるチョッパレグを備え、交流直流変換部の交流側に交流フィルタリアクトルと交流フィルタコンデンサからなる交流フィルタが接続され、交流フィルタコンデンサはＹ結線され、交流フィルタコンデンサの中性点が交流直流変換部の直流出力側に接続されたものである。
本願に開示される電力変換装置は、交流直流変換部と、交流直流変換部の直流出力に並列に接続された少なくとも１つの直流直流変換部と、を備え、２つ以上の直流出力のうち少なくとも１つは交流直流変換部の直流出力であり、直流直流変換部は２つの並列接続された、複数の半導体スイッチング素子を直列に接続して構成されるチョッパレグを備え、交流直流変換部および直流直流変換部を制御する制御部をさらに備え、制御部は、交流直流変換部に接続された第１の負荷の要求する電圧に追従するように交流直流変換部の直流出力電圧を制御し、かつ直流直流変換部に接続された第２の負荷の要求する電圧に追従するように直流直流変換部の出力電圧を制御するものである。
本願に開示される電力変換装置は、交流直流変換部と、交流直流変換部の直流出力に並列に接続された少なくとも１つの直流直流変換部と、を備え、２つ以上の直流出力のうち少なくとも１つは交流直流変換部の直流出力であり、直流直流変換部は２つの並列接続された、複数の半導体スイッチング素子を直列に接続して構成されるチョッパレグを備え、交流直流変換部の交流側に交流フィルタリアクトルと交流フィルタコンデンサからなる交流フィルタが接続され、交流フィルタコンデンサはＹ結線され、交流フィルタコンデンサの中性点が交流直流変換部の直流出力側に接続されたものである。
本願に開示される電力変換装置は、交流直流変換部と、交流直流変換部の直流出力に並列に接続された少なくとも１つの直流直流変換部と、を備え、２つ以上の直流出力のうち少なくとも１つは交流直流変換部の直流出力であり、直流直流変換部は２つの並列接続された、複数の半導体スイッチング素子を直列に接続して構成されるチョッパレグを備え、交流直流変換部および直流直流変換部を制御する制御部をさらに備え、制御部は、交流直流変換部に接続された第１の負荷の要求する電圧に追従するように交流直流変換部の直流出力電圧を制御し、かつ直流直流変換部に接続された第２の負荷の要求する電圧に追従するように直流直流変換部の出力電圧を制御するものである。
本願に開示される電力変換装置によれば、電力変換部の数を減少させ、装置を小型化し、損失を低減することができる。
実施の形態１．
実施の形態１は、交流直流変換部と、交流直流変換部の直流出力に並列に接続された少なくとも１つの直流直流変換部と、交流直流変換部および直流直流変換部を制御する制御部とを備え、２つ以上の直流出力のうち少なくとも１つは交流直流変換部の直流出力であり、直流直流変換部は２つのチョッパレグを備える電力変換装置に関するものである。
実施の形態１は、交流直流変換部と、交流直流変換部の直流出力に並列に接続された少なくとも１つの直流直流変換部と、交流直流変換部および直流直流変換部を制御する制御部とを備え、２つ以上の直流出力のうち少なくとも１つは交流直流変換部の直流出力であり、直流直流変換部は２つのチョッパレグを備える電力変換装置に関するものである。
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、制御部のフローチャートである図２、交流直流変換部の構成例である図３、図４、および直流直流変換部の構成例である図５に基づいて説明する。
実施の形態１の電力変換装置１の全体の構成を図１に基づいて説明する。
電力変換装置システム全体は、電力変換装置１を中心として、交流入力側に交流電源９０と受電用変圧器９１を備え、直流出力側に第１の負荷８１、第２の負荷８２を備える。
電力変換装置１は、受電用変圧器９１を介して交流電源９０と接続されている。
交流電源９０、受電用変圧器９１、第１の負荷８１、および第２の負荷８２は、電力変換装置１の一部ではないが、密接に関連するため、電力変換装置１と区別することなく説明する。
電力変換装置システム全体は、電力変換装置１を中心として、交流入力側に交流電源９０と受電用変圧器９１を備え、直流出力側に第１の負荷８１、第２の負荷８２を備える。
電力変換装置１は、受電用変圧器９１を介して交流電源９０と接続されている。
交流電源９０、受電用変圧器９１、第１の負荷８１、および第２の負荷８２は、電力変換装置１の一部ではないが、密接に関連するため、電力変換装置１と区別することなく説明する。
電力変換装置１の構成について説明する。
電力変換装置１の主な構成要素は、交流直流変換部１０、直流直流変換部２０、および制御部３０である。
交流直流変換部１０および直流直流変換部２０は、制御部３０により制御される。交流直流変換部１０は交流を直流に電力変換を行う。交流直流変換部１０の直流出力は、直流正側端子、直流負側端子の２端子で構成されている。
交流直流変換部１０の直流出力側には、直流電圧を安定化させるために、直流正側端子と直流負側端子の間に直流リンクコンデンサ１１が接続される。
以下の説明では、交流直流変換部１０の直流出力側を直流リンクと記載する。また、直流リンクコンデンサ１１をコンデンサ１１と記載する。
この直流リンクには、直流直流変換部２０が接続される。
電力変換装置１の主な構成要素は、交流直流変換部１０、直流直流変換部２０、および制御部３０である。
交流直流変換部１０および直流直流変換部２０は、制御部３０により制御される。交流直流変換部１０は交流を直流に電力変換を行う。交流直流変換部１０の直流出力は、直流正側端子、直流負側端子の２端子で構成されている。
交流直流変換部１０の直流出力側には、直流電圧を安定化させるために、直流正側端子と直流負側端子の間に直流リンクコンデンサ１１が接続される。
以下の説明では、交流直流変換部１０の直流出力側を直流リンクと記載する。また、直流リンクコンデンサ１１をコンデンサ１１と記載する。
この直流リンクには、直流直流変換部２０が接続される。
実施の形態１の電力変換装置１は、複数の直流出力を備える。
図１において、交流直流変換部１０の直流出力側、すなわち直流リンクには、第１の負荷８１が接続されている。直流直流変換部２０の出力側には、第２の負荷８２が接続されている。
一つの直流出力に対して、複数の負荷を接続してもよい。負荷に合わせた出力電圧を供給するために、それぞれの直流出力は異なる電圧を出力可能である。
なお、図１では、「第１の負荷」、「第２の負荷」を「負荷」と記載している。
図１において、交流直流変換部１０の直流出力側、すなわち直流リンクには、第１の負荷８１が接続されている。直流直流変換部２０の出力側には、第２の負荷８２が接続されている。
一つの直流出力に対して、複数の負荷を接続してもよい。負荷に合わせた出力電圧を供給するために、それぞれの直流出力は異なる電圧を出力可能である。
なお、図１では、「第１の負荷」、「第２の負荷」を「負荷」と記載している。
直流直流変換部２０は、直流リンク電圧を負荷の要求に合わせた直流出力電圧に変換する。
直流直流変換部２０は、複数の半導体スイッチング素子を直列接続して構成されるチョッパレグを少なくとも２つ以上並列に接続して構成されるチョッパ回路である。
図１では二つのチョッパレグ２１、２２で構成される場合を示している。なお、図１では、「チョッパレグ」を「レグ」と記載している。
図１では、基本構成をわかりやすくするために、直流直流変換部２０が１つのみの場合を示しているが、実際は、負荷の数に応じて、直流直流変換部２０を複数接続する。
通常、チョッパ回路には、電流、電圧平滑化のために、リアクトルおよびコンデンサが接続される。
直流直流変換部２０は、複数の半導体スイッチング素子を直列接続して構成されるチョッパレグを少なくとも２つ以上並列に接続して構成されるチョッパ回路である。
図１では二つのチョッパレグ２１、２２で構成される場合を示している。なお、図１では、「チョッパレグ」を「レグ」と記載している。
図１では、基本構成をわかりやすくするために、直流直流変換部２０が１つのみの場合を示しているが、実際は、負荷の数に応じて、直流直流変換部２０を複数接続する。
通常、チョッパ回路には、電流、電圧平滑化のために、リアクトルおよびコンデンサが接続される。
一般的に、交流直流変換部１０は、直流リンク電圧が一定になるように制御される。直流リンク電圧は、入力される交流電圧に応じて下限値が決まる。直流リンク電圧はこの下限値付近の電圧が選定される。直流リンク電圧から、それぞれの直流出力電圧を作るため、直流リンクに直流直流変換部２０が接続される。
しかし、各直流出力に対応する直流直流変換部２０を接続すると、直流出力の数だけ、変換回路、リアクトルおよびコンデンサが必要になる。
リアクトルおよびコンデンサは、直流直流変換部２０で変換する電力が大きくなるほど、顕著に大型化し、直流直流変換部２０内の他の構成要素と比べても大きな体積を占める。このため、結果的に、電力変換装置１が大型化する。また、直流直流変換部２０では電力変換に伴い損失が発生するため、電力変換装置全体の効率が悪化する。
しかし、各直流出力に対応する直流直流変換部２０を接続すると、直流出力の数だけ、変換回路、リアクトルおよびコンデンサが必要になる。
リアクトルおよびコンデンサは、直流直流変換部２０で変換する電力が大きくなるほど、顕著に大型化し、直流直流変換部２０内の他の構成要素と比べても大きな体積を占める。このため、結果的に、電力変換装置１が大型化する。また、直流直流変換部２０では電力変換に伴い損失が発生するため、電力変換装置全体の効率が悪化する。
この問題を解決するために、本実施の形態１では、直流リンクを直流出力の一つとして直接利用する。一般的に、一定電圧を維持するように設計されていた直流リンク電圧を制御部３０により一定の範囲内で変更できるようにすることで、直流直流変換部２０を経由することなく、負荷に応じた電圧を供給する。
例えば、三相交流を入力して直流を出力する交流直流変換器の場合、交流線間電圧をＶａｃ、直流リンク電圧をＶｄｃとすると、直流リンク電圧の下限値は次の式（１）で決められる。
Ｖｄｃ≧（（２√２）／√３）αＶａｃ （１）
ここでαは、交流電圧の変動率、交流直流変換部１０の制御余裕、マージンなどを考慮して設定される１以上の係数である。
通常は、直流リンク電圧がこの下限値付近の電圧になるように、交流直流変換部１０の直流出力電圧制御が行われる。直流リンク電圧が、式（１）においてα＝１の場合の下限値を下回ると、交流直流変換部１０は正常な電力変換動作を行えなくなる。このため、直流リンク電圧は式（１）の下限値以上となるように制御される。
通常は、直流リンク電圧がこの下限値付近の電圧になるように、交流直流変換部１０の直流出力電圧制御が行われる。直流リンク電圧が、式（１）においてα＝１の場合の下限値を下回ると、交流直流変換部１０は正常な電力変換動作を行えなくなる。このため、直流リンク電圧は式（１）の下限値以上となるように制御される。
制御部３０は、交流直流変換部１０に接続される第１の負荷８１の要求電圧（Ｖｄｃ１要求）に合わせて交流直流変換部１０を制御する。また、直流直流変換部２０の出力に接続される第２の負荷８２の要求電圧（Ｖｄｃ２要求）に合わせて直流直流変換部２０の制御をする。
その際、交流電圧から決まる直流リンク電圧（Ｖｄｃ）の下限値に応じて、直流リンク電圧（Ｖｄｃ）がこの下限値を下回らないように制御する。
また、例えば、第２の負荷８２の要求電圧（Ｖｄｃ２要求）が、直流リンク電圧（Ｖｄｃ）未満の範囲であれば、直流リンクに降圧可能な回路形式の直流直流変換部２０を接続して、降圧する。
逆に第２の負荷８２の要求電圧（Ｖｄｃ２要求）が、直流リンク電圧（Ｖｄｃ）以上であれば、直流直流変換部２０が昇圧することで第２の負荷８２の要求に合わせた電圧で電力供給できる。
その際、交流電圧から決まる直流リンク電圧（Ｖｄｃ）の下限値に応じて、直流リンク電圧（Ｖｄｃ）がこの下限値を下回らないように制御する。
また、例えば、第２の負荷８２の要求電圧（Ｖｄｃ２要求）が、直流リンク電圧（Ｖｄｃ）未満の範囲であれば、直流リンクに降圧可能な回路形式の直流直流変換部２０を接続して、降圧する。
逆に第２の負荷８２の要求電圧（Ｖｄｃ２要求）が、直流リンク電圧（Ｖｄｃ）以上であれば、直流直流変換部２０が昇圧することで第２の負荷８２の要求に合わせた電圧で電力供給できる。
ここで、第１の負荷８１が要求する電圧（Ｖｄｃ１要求）が、式（１）の下限値未満であれば、交流直流変換部１０がその電圧に制御することはできないため、直流直流変換部２０を介して降圧して出力しなければならない。
一方で、第１の負荷８１が要求する電圧（Ｖｄｃ１要求）が、式（１）の下限値以上の場合、交流直流変換部１の制御によって、直流リンク電圧を第１の負荷８１が要求する電圧（Ｖｄｃ１要求）に合わせれば、直流直流変換部２０を介することなく直流リンク電圧（Ｖｄｃ）を直流出力電圧として直接利用することができる。
一方で、第１の負荷８１が要求する電圧（Ｖｄｃ１要求）が、式（１）の下限値以上の場合、交流直流変換部１の制御によって、直流リンク電圧を第１の負荷８１が要求する電圧（Ｖｄｃ１要求）に合わせれば、直流直流変換部２０を介することなく直流リンク電圧（Ｖｄｃ）を直流出力電圧として直接利用することができる。
なお、一般的に、第１の負荷８１の仕様、および第２の負荷８２の台数とその仕様は、電力変換装置１の稼働前に決まっている。このため、交流直流変換部１０の直流リンク電圧の変動範囲、直流直流変換部２０の台数および出力電圧の変動範囲、回路形式は、負荷に接続する前に予め決められる。
ここで、第１の負荷８１、第２の負荷８２が制御部３０に対して、要求する電圧（Ｖｄｃ１要求、Ｖｄｃ２要求）を制御部３０に伝達する手段について説明する。
第１の負荷８１、第２の負荷８２が制御部３０と通信を行い、直接要求電圧を伝達することができる。また、例えばエネルギーマネジメントシステムのような、図示しない外部の演算装置が算定した要求電圧を、通信により制御部３０に伝達することができる。
さらに、図示しない電圧測定手段および電流測定手段により測定した回路各部の電圧および電流から、制御部３０自体が各負荷の動作状態を推定し、要求電圧を算定することもできる。ただし、これらは一例であり、それ以外の例によっても本実施の形態１の電力変換装置１は実現することができる。
第１の負荷８１、第２の負荷８２が制御部３０と通信を行い、直接要求電圧を伝達することができる。また、例えばエネルギーマネジメントシステムのような、図示しない外部の演算装置が算定した要求電圧を、通信により制御部３０に伝達することができる。
さらに、図示しない電圧測定手段および電流測定手段により測定した回路各部の電圧および電流から、制御部３０自体が各負荷の動作状態を推定し、要求電圧を算定することもできる。ただし、これらは一例であり、それ以外の例によっても本実施の形態１の電力変換装置１は実現することができる。
降圧型の直流直流変換部２０に接続された第２の負荷８２に対する制御部３０の制御動作例を図２のフローチャートに基づいて説明する。
なお、制御部３０はフローチャートのステップ１（Ｓ０１）からステップ８（Ｓ０８）までの処理を制御周期毎に実行する。
なお、制御部３０はフローチャートのステップ１（Ｓ０１）からステップ８（Ｓ０８）までの処理を制御周期毎に実行する。
まず、ステップ１（Ｓ０１）において、制御部３０は第２の負荷８２の要求電圧（Ｖｄｃ２要求）を受け取る。
ステップ２（Ｓ０２）において、直流リンク電圧（Ｖｄｃ）が第２の負荷８２の要求電圧（Ｖｄｃ２要求）より大きいかどうかを判定する。ＹＥＳの場合、すなわち直流リンク電圧（Ｖｄｃ）が第２の負荷８２の要求電圧（Ｖｄｃ２要求）より大きい場合は、ステップ３（Ｓ０３）に移行する。ＮＯの場合は、ステップ５（Ｓ０５）に移行する。
ステップ２（Ｓ０２）において、直流リンク電圧（Ｖｄｃ）が第２の負荷８２の要求電圧（Ｖｄｃ２要求）より大きいかどうかを判定する。ＹＥＳの場合、すなわち直流リンク電圧（Ｖｄｃ）が第２の負荷８２の要求電圧（Ｖｄｃ２要求）より大きい場合は、ステップ３（Ｓ０３）に移行する。ＮＯの場合は、ステップ５（Ｓ０５）に移行する。
ステップ３（Ｓ０３）において、直流リンク電圧（Ｖｄｃ）が直流リンク電圧の下限値以上かどうかを判定する。ＹＥＳの場合、すなわち直流リンク電圧（Ｖｄｃ）が直流リンク電圧の下限値以上の場合は、ステップ４（Ｓ０４）に移行する。ＮＯの場合は、ステップ５（Ｓ０５）に移行する。
ステップ４（Ｓ０４）において、交流直流変換部１０を制御し、直流リンク電圧（Ｖｄｃ）を直流リンク電圧の下限値付近まで降下させて、ステップ６（Ｓ０６）に移行する。
ステップ５（Ｓ０５）において、交流直流変換部１０を制御し、直流リンク電圧（Ｖｄｃ）を直流リンク電圧の下限値以上に上昇させて、ステップ６（Ｓ０６）に移行する。
ステップ４（Ｓ０４）において、交流直流変換部１０を制御し、直流リンク電圧（Ｖｄｃ）を直流リンク電圧の下限値付近まで降下させて、ステップ６（Ｓ０６）に移行する。
ステップ５（Ｓ０５）において、交流直流変換部１０を制御し、直流リンク電圧（Ｖｄｃ）を直流リンク電圧の下限値以上に上昇させて、ステップ６（Ｓ０６）に移行する。
ステップ６（Ｓ０６）において、直流直流変換部２０の出力電圧（Ｖｄｃ２）が第２の負荷８２の要求電圧（Ｖｄｃ２要求）以上かどうかを判定する。ＹＥＳの場合、すなわち直流直流変換部２０の出力電圧（Ｖｄｃ２）が第２の負荷８２の要求電圧（Ｖｄｃ２要求）以上の場合は、ステップ７（Ｓ０７）に移行する。ＮＯの場合は、ステップ８（Ｓ０８）に移行する。
ステップ７（Ｓ０７）において、直流直流変換部２０を制御し、直流直流変換部２０の出力電圧（Ｖｄｃ２）を降下させ、第２の負荷８２の要求電圧（Ｖｄｃ２要求）に追従させる。
ステップ８（Ｓ０８）において、直流直流変換部２０を制御し、直流直流変換部２０の出力電圧（Ｖｄｃ２）を上昇させ、第２の負荷８２の要求電圧（Ｖｄｃ２要求）に追従させる。
ステップ７（Ｓ０７）において、直流直流変換部２０を制御し、直流直流変換部２０の出力電圧（Ｖｄｃ２）を降下させ、第２の負荷８２の要求電圧（Ｖｄｃ２要求）に追従させる。
ステップ８（Ｓ０８）において、直流直流変換部２０を制御し、直流直流変換部２０の出力電圧（Ｖｄｃ２）を上昇させ、第２の負荷８２の要求電圧（Ｖｄｃ２要求）に追従させる。
以上、交流直流変換部１０と直流直流変換部２０にそれぞれ１つずつ負荷が接続された場合を説明した。ここで、複数の負荷が接続される場合の例を説明する。
負荷が３つ以上になった場合、増加した負荷に対して直流直流変換部２０を直流リンクに接続し、それぞれの負荷に合わせた電圧を供給する。
こうすることで、例えば、複数の電圧を負荷に供給する場合、最も高い電圧を必要とする負荷に対して、交流直流変換部１０が直接出力するように接続する。それ以外の負荷に対しては、降圧型の直流直流変換部２０を介して、適切な電圧に降圧して供給する。この場合、直流直流変換部２０はすべて降圧型に統一できるので、直流直流変換部の基本構成を統一することができる。
負荷が３つ以上になった場合、増加した負荷に対して直流直流変換部２０を直流リンクに接続し、それぞれの負荷に合わせた電圧を供給する。
こうすることで、例えば、複数の電圧を負荷に供給する場合、最も高い電圧を必要とする負荷に対して、交流直流変換部１０が直接出力するように接続する。それ以外の負荷に対しては、降圧型の直流直流変換部２０を介して、適切な電圧に降圧して供給する。この場合、直流直流変換部２０はすべて降圧型に統一できるので、直流直流変換部の基本構成を統一することができる。
また、最も消費電力の大きい負荷に対して、交流直流変換部１０が直接出力するように接続する。その他の負荷に対しては、交流直流変換部１０の直流リンク電圧と負荷が必要とする電圧の大小関係に応じて、直流直流変換部２０を降圧型または昇圧型として、適切な電圧に変換して供給する構成も可能である。
大電力を変換する変換器ほど、リアクトルおよびコンデンサが大型化するため、最大電力を出力する負荷に対して、直流直流変換部２０が不要になると、電力変換装置１の小型化の効果が最も大きくなる。
さらに、直流直流変換部２０の変換効率が同じであっても、変換する電力が大きくなるほど損失も増加するため、最大電力を必要とする負荷に対して、通過する変換回路の数を削減すると、変換損失低減の効果が大きくなる。
さらに、直流直流変換部２０の変換効率が同じであっても、変換する電力が大きくなるほど損失も増加するため、最大電力を必要とする負荷に対して、通過する変換回路の数を削減すると、変換損失低減の効果が大きくなる。
実施の形態１において、直流直流変換部２０を削減することができ、リアクトルおよびコンデンサなどの大型の要素部品を削減できる。この結果、電力変換装置１を小型化できる。また、実施の形態１の電力変換装置１では交流入力から直流出力までの間に通過する電力変換部の数が１つ削減できるため、電力変換装置１の損失が低減し、変換効率を向上できる。
ここで、交流直流変換部１０の構成例と直流直流変換部２０の構成例とを説明する。
図３は、交流入力が単相の場合の構成例であり、交流直流変換部１０Ａは半導体スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を備える。図４は交流入力が三相の場合の構成例であり、交流直流変換部１０Ｂは半導体スイッチング素子Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８、Ｓ９、Ｓ１０を備える。
図５は、直流直流変換部２０の構成例である。これは、降圧型回路の一例である。チョッパレグ２１は半導体スイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１２を備え、チョッパレグ２２は半導体スイッチング素子Ｓ１３、Ｓ１４を備える。
なお、図３～図５において、半導体スイッチング素子はＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ―Ｏｘｉｄｅ―Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ―Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を使用することを想定した。半導体スイッチング素子は、他の自己消弧型半導体スイッチング素子、例えばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）でもよい。
以上実施の形態１の構成、機能の説明では、交流入力が三相の場合を想定した。しかし、交流入力が単相の場合でも同様の効果がある。
図３は、交流入力が単相の場合の構成例であり、交流直流変換部１０Ａは半導体スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を備える。図４は交流入力が三相の場合の構成例であり、交流直流変換部１０Ｂは半導体スイッチング素子Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８、Ｓ９、Ｓ１０を備える。
図５は、直流直流変換部２０の構成例である。これは、降圧型回路の一例である。チョッパレグ２１は半導体スイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１２を備え、チョッパレグ２２は半導体スイッチング素子Ｓ１３、Ｓ１４を備える。
なお、図３～図５において、半導体スイッチング素子はＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ―Ｏｘｉｄｅ―Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ―Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を使用することを想定した。半導体スイッチング素子は、他の自己消弧型半導体スイッチング素子、例えばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）でもよい。
以上実施の形態１の構成、機能の説明では、交流入力が三相の場合を想定した。しかし、交流入力が単相の場合でも同様の効果がある。
以上説明したように、実施の形態１の電力変換装置は、交流直流変換部と、交流直流変換部の直流出力に並列に接続された少なくとも１つの直流直流変換部と、交流直流変換部および直流直流変換部を制御する制御部とを備え、２つ以上の直流出力のうち少なくとも１つは交流直流変換部の直流出力であり、直流直流変換部は２つのチョッパレグを備えるものである。
したがって、実施の形態１の電力変換装置は、電力変換部の数を減少させ、装置を小型化し、損失を低減することができる。
したがって、実施の形態１の電力変換装置は、電力変換部の数を減少させ、装置を小型化し、損失を低減することができる。
実施の形態２．
実施の形態２の電力変換装置は、交流直流変換部の出力を抵抗で分圧し、直流直流変換部の出力にリアクトルとコンデンサからなるフィルタを接続し、コンデンサの一端の接続点と抵抗の分圧点とを接続したものである。
実施の形態２の電力変換装置は、交流直流変換部の出力を抵抗で分圧し、直流直流変換部の出力にリアクトルとコンデンサからなるフィルタを接続し、コンデンサの一端の接続点と抵抗の分圧点とを接続したものである。
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６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の図６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。
なお、実施の形態１と区別するために、電力変換装置２としている。
実施の形態２の図６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。
なお、実施の形態１と区別するために、電力変換装置２としている。
実施の形態２の電力変換装置２において、実施の形態１の電力変換装置１に対して追加した構成要素について、図６に基づいて説明する。
交流直流変換部１０の直流リンクから直接出力する直流出力の正側の端子に抵抗４５の一端を接続し、負側の端子に抵抗４６の一端を接続している。抵抗４５と抵抗４６の他端同士を接続している。
交流直流変換部１０の直流リンクから直接出力する直流出力の正側の端子に抵抗４５の一端を接続し、負側の端子に抵抗４６の一端を接続している。抵抗４５と抵抗４６の他端同士を接続している。
直流直流変換部２０の正側の出力と直流出力端子との間に直列に直流フィルタリアクトル４１を接続し、負側の出力と直流出力端子との間に直列に直流フィルタリアクトル４２を接続している。
直流フィルタリアクトル４１、４２それぞれの直流出力端子側に直流フィルタコンデンサ４３、直流フィルタコンデンサ４４の一端を接続している。直流フィルタコンデンサ４３、４４の他端同士を接続している。
さらに、直流フィルタコンデンサ４３、４４の他端同士の接続点と抵抗４５、４６の接続点とを接続している。
直流フィルタリアクトル４１、４２それぞれの直流出力端子側に直流フィルタコンデンサ４３、直流フィルタコンデンサ４４の一端を接続している。直流フィルタコンデンサ４３、４４の他端同士を接続している。
さらに、直流フィルタコンデンサ４３、４４の他端同士の接続点と抵抗４５、４６の接続点とを接続している。
抵抗４５、４６の接続点は、交流直流変換部１０の直流出力の中性点であり、直流フィルタコンデンサ４３、４４の接続点は直流直流変換部２０の直流出力の中性点であり、それぞれの直流出力電圧の基準電位となる。
直流直流変換部２０では、チョッパレグ２１、２２のスイッチングにより、直流出力の基準電位は変動する。このため、交流直流変換部１０および直流直流変換部２０の直流出力の基準電位はそれぞれ異なる電位となる。
直流直流変換部２０では、チョッパレグ２１、２２のスイッチングにより、直流出力の基準電位は変動する。このため、交流直流変換部１０および直流直流変換部２０の直流出力の基準電位はそれぞれ異なる電位となる。
実施の形態２の電力変換装置２では、抵抗４５、４６の接続点と、直流フィルタコンデンサ４３、４４の接続点同士を接続することで、異なる直流出力間の基準電位を揃えることができる。
漏電時の人体保護のため、機器の筐体を基準電位に接続することが多い。これは、異なる出力から電力供給される複数の機器の筐体に同時に触れる可能性があるからである。
実施の形態２の電力変換装置２では、異なる直流出力間の基準電位を揃えることができる。
実施の形態２の電力変換装置２では、異なる直流出力間の基準電位を揃えることができる。
以上説明したように、実施の形態２の電力変換装置は、交流直流変換部の出力を抵抗で分圧し、直流直流変換部の出力にリアクトルとコンデンサからなるフィルタを接続し、コンデンサの一端の接続点と抵抗の分圧点とを接続したものである。
したがって、実施の形態２の電力変換装置は、電力変換部の数を減少させ、装置を小型化し、損失を低減することができる。さらに、実施の形態２の電力変換装置は、交流直流変換部および直流直流変換部の直流出力間の基準電位を揃えることができる。
したがって、実施の形態２の電力変換装置は、電力変換部の数を減少させ、装置を小型化し、損失を低減することができる。さらに、実施の形態２の電力変換装置は、交流直流変換部および直流直流変換部の直流出力間の基準電位を揃えることができる。
実施の形態３．
実施の形態３の電力変換装置は、交流直流変換部の交流側にリアクトルとコンデンサからなるフィルタを接続し、コンデンサをＹ結線とし、コンデンサの中性点を交流直流変換部の直流出力側に接続したものである。
実施の形態３の電力変換装置は、交流直流変換部の交流側にリアクトルとコンデンサからなるフィルタを接続し、コンデンサをＹ結線とし、コンデンサの中性点を交流直流変換部の直流出力側に接続したものである。
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７に基づいて、実施の形態１、２との差異を中心に説明する。
実施の形態３の図７において、実施の形態１、２と同一あるいは相当部分は、同一の符号を付している。
なお、実施の形態１、２と区別するために、電力変換装置３としている。
実施の形態３の図７において、実施の形態１、２と同一あるいは相当部分は、同一の符号を付している。
なお、実施の形態１、２と区別するために、電力変換装置３としている。
実施の形態３の電力変換装置３において、実施の形態２の電力変換装置２に対して追加した構成要素について、図７に基づいて説明する。
交流直流変換部１０の交流側の各相に交流フィルタリアクトル５０を直列に接続している。交流フィルタリアクトル５０の交流電源側に、各相に交流フィルタコンデンサ６０の一端を接続し、交流フィルタコンデンサ６０の他端同士を接続している。
さらに、交流フィルタコンデンサ６０同士の接続点（以下、交流中性点と呼ぶ）と交流直流変換部１０の直流リンクの低圧側を接続している。
交流直流変換部１０の交流側の各相に交流フィルタリアクトル５０を直列に接続している。交流フィルタリアクトル５０の交流電源側に、各相に交流フィルタコンデンサ６０の一端を接続し、交流フィルタコンデンサ６０の他端同士を接続している。
さらに、交流フィルタコンデンサ６０同士の接続点（以下、交流中性点と呼ぶ）と交流直流変換部１０の直流リンクの低圧側を接続している。
交流直流変換部１０がスイッチングすると、高調波電流が発生する。この高調波電流が交流側から電力系統に漏れ出すと、電力系統に接続されている他の機器に悪影響を及ぼす。
このため、一般的に交流直流変換部の交流側には、電力系統側へ漏れ出す高調波電流を減衰させるために交流フィルタを備える必要がある。
このため、一般的に交流直流変換部の交流側には、電力系統側へ漏れ出す高調波電流を減衰させるために交流フィルタを備える必要がある。
本実施の形態３の電力変換装置３では、交流フィルタリアクトル５０と交流フィルタコンデンサ６０によって交流フィルタが構成される。この交流フィルタのカットオフ周波数を、電源周波数に比べて充分高く、高調波電流の周波数よりも充分低い値に設定することで、電力系統に漏れ出す高調波電流を抑制できる。
また、交流直流変換部１０はスイッチングにより、コモンモード電圧を発生させる。コモンモード電圧が、基板および配線、各部品などの間に生じる浮遊容量に印加されることで、コモンモード電流が生じる。コモンモード電流は、機器にとってはノイズとして悪影響を及ぼす可能性がある。
図７では、例えば、交流中性点の電圧がコモンモード電圧によって変動するなどの影響が生じる。交流フィルタコンデンサ６０同士の接続点と交流直流変換部１０の直流リンクの負側を結ぶことで、交流中性点の電位が安定し、コモンモード電流の発生を抑制できる。
図７では、例えば、交流中性点の電圧がコモンモード電圧によって変動するなどの影響が生じる。交流フィルタコンデンサ６０同士の接続点と交流直流変換部１０の直流リンクの負側を結ぶことで、交流中性点の電位が安定し、コモンモード電流の発生を抑制できる。
また、交流直流変換部１０の交流側から、交流フィルタコンデンサ６０を通り、交流中性点と交流直流変換部１０の直流リンク負側を結ぶ配線を経由して、交流直流変換部１０の交流側から直流リンクに戻るループができる。このため、交流中性点のコモンモード電流が電力変換装置の外部へ漏れ出すことを抑制することができる。
なお、実施の形態３の電力変換装置３では、実施の形態２の電力変換装置２に対して、交流フィルタリアクトル５０と交流フィルタコンデンサ６０によって構成される交流フィルタを追加することで説明した。実施の形態１の電力変換装置１に対して、交流フィルタリアクトル５０と交流フィルタコンデンサ６０によって構成される交流フィルタを追加しても同様の効果を奏することができる。
以上説明したように、実施の形態３の電力変換装置は、交流直流変換部の交流側にリアクトルとコンデンサからなるフィルタを接続し、コンデンサをＹ結線とし、コンデンサの中性点を交流直流変換部の直流出力側に接続したものである。
したがって、実施の形態３の電力変換装置は、電力変換部の数を減少させ、装置を小型化し、損失を低減することができる。さらに、実施の形態３の電力変換装置では、交流中性点の電位が安定し、コモンモード電流の発生を抑制できる。
したがって、実施の形態３の電力変換装置は、電力変換部の数を減少させ、装置を小型化し、損失を低減することができる。さらに、実施の形態３の電力変換装置では、交流中性点の電位が安定し、コモンモード電流の発生を抑制できる。
実施の形態４．
実施の形態４の電力変換装置は、交流直流変換部の出力に接続した抵抗の分圧点を接地し、直流直流変換部の出力に接続したフィルタのコンデンサの接続点を交流直流変換部の直流出力側へ接続したものである。
実施の形態４の電力変換装置は、交流直流変換部の出力に接続した抵抗の分圧点を接地し、直流直流変換部の出力に接続したフィルタのコンデンサの接続点を交流直流変換部の直流出力側へ接続したものである。
実施の形態４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８に基づいて、実施の形態３との差異を中心に説明する。
実施の形態４の構成図において、実施の形態３と同一あるいは相当部分は、同一の符号を付している。
なお、実施の形態３と区別するために、電力変換装置４としている。
実施の形態４の構成図において、実施の形態３と同一あるいは相当部分は、同一の符号を付している。
なお、実施の形態３と区別するために、電力変換装置４としている。
実施の形態３の電力変換装置３は、交流側の中性点電圧を安定させ、コモンモードノイズを抑制することができる。実施の形態４は、同様に直流側の中性点電圧を安定させ、直流側のコモンモードノイズを抑制するものである。
実施の形態４の電力変換装置４において、実施の形態３の電力変換装置３に対して追加した構成要素について、図８に基づいて説明する。
交流直流変換部１０の直流リンクに接続した抵抗４５、４６の接続点は接地され、直流フィルタコンデンサ４３、４４の接続点は交流直流変換部１０の直流リンクの負側に接続している。
交流直流変換部１０の直流リンクに接続した抵抗４５、４６の接続点は接地され、直流フィルタコンデンサ４３、４４の接続点は交流直流変換部１０の直流リンクの負側に接続している。
交流直流変換部１０のスイッチング時と同様に、直流直流変換部２０のスイッチング時にもコモンモード電圧が発生する。
図８では、直流フィルタコンデンサ４３、４４の接続点（以下、直流中性点と呼ぶ）の電圧がコモンモード電圧の影響で変動する。
この直流中性点を交流直流変換部１０の直流リンクの負側に接続することで、直流中性点の電位が安定し、コモンモード電流の発生を抑制することができる。
図８では、直流フィルタコンデンサ４３、４４の接続点（以下、直流中性点と呼ぶ）の電圧がコモンモード電圧の影響で変動する。
この直流中性点を交流直流変換部１０の直流リンクの負側に接続することで、直流中性点の電位が安定し、コモンモード電流の発生を抑制することができる。
また、直流直流変換部２０の出力側から、直流フィルタコンデンサ４３、４４を通り、直流中性点と直流直流変換部２０の直流リンクの負側を結ぶ配線を経て、直流直流変換部２０の出力側から直流リンクに戻るループができる。このため、直流中性点のコモンモード電流が電力変換装置の外部へ漏れ出すことを抑制する効果が得られる。
さらに、抵抗４５、４６の接続点を接地することで、直流出力側の基準電位が定まり、直流中性点電圧の安定性が増す。
さらに、抵抗４５、４６の接続点を接地することで、直流出力側の基準電位が定まり、直流中性点電圧の安定性が増す。
なお、実施の形態４の電力変換装置４は、実施の形態３の電力変換装置３の抵抗４５、４６の接続点を接地し、直流フィルタコンデンサ４３、４４の接続点を直流リンクの負側に接続したが、実施の形態２の電力変換装置２の抵抗４５、４６の接続点を接地し、直流フィルタコンデンサ４３、４４の接続点を直流リンクの負側に接続することでも同様の効果を奏することができる。
以上説明したように、実施の形態４の電力変換装置は、交流直流変換部の出力に接続した抵抗の分圧点を接地し、直流直流変換部の出力に接続したフィルタのコンデンサの接続点を交流直流変換部の前記直流出力側へ接続したものである。
したがって、実施の形態４の電力変換装置は、電力変換部の数を減少させ、装置を小型化し、損失を低減することができる。さらに、実施の形態４の電力変換装置では、交流中性点の電位および直流中性点の電位が安定し、コモンモード電流の発生を抑制できる。
したがって、実施の形態４の電力変換装置は、電力変換部の数を減少させ、装置を小型化し、損失を低減することができる。さらに、実施の形態４の電力変換装置では、交流中性点の電位および直流中性点の電位が安定し、コモンモード電流の発生を抑制できる。
実施の形態５．
実施の形態５の電力変換装置は、交流直流変換部の各相交流電圧指令値に三次高調波を重畳し、直流直流変換部の直流出力指令値に交流中性点電圧を打ち消すように三次高調波の逆位相の信号を直流中性点電圧指令値に付加するものである。
実施の形態５の電力変換装置は、交流直流変換部の各相交流電圧指令値に三次高調波を重畳し、直流直流変換部の直流出力指令値に交流中性点電圧を打ち消すように三次高調波の逆位相の信号を直流中性点電圧指令値に付加するものである。
実施の形態５の電力変換装置について、制御部の内部構成図である図９、図１０に基づいて、実施の形態４との差異を中心に説明する。なお、実施の形態５の電力変換装置の構成は、実施の形態４の電力変換装置４と同じであるため、実施の形態４の電力変換装置４の構成図である図８を適宜参照する。
実施の形態５の電力変換装置の動作を説明する。
交流直流変換部１０において、交流電圧と直流リンク電圧の関係は式（１）で表されることを説明した。
式（１）において、α＝１としても、直流電圧は交流電圧ピーク値の２／√３＝約１．１５倍の大きさが必要であることがわかる。すなわち、交流電圧を出力するためには、そのピーク電圧に対して約１５％大きい直流電圧が必要である。これは、直流電圧を充分に活かしていないといえる。
交流直流変換部１０において、交流電圧と直流リンク電圧の関係は式（１）で表されることを説明した。
式（１）において、α＝１としても、直流電圧は交流電圧ピーク値の２／√３＝約１．１５倍の大きさが必要であることがわかる。すなわち、交流電圧を出力するためには、そのピーク電圧に対して約１５％大きい直流電圧が必要である。これは、直流電圧を充分に活かしていないといえる。
直流電圧が高くなると、半導体スイッチング素子のスイッチング損失が増加する、絶縁距離が大きくなるという問題が生じる。そこで、直流電圧を充分に活かす、つまり直流電圧を下げ、交流電圧のピーク値に近づける必要がある。このため、交流各相電圧の指令値に同位相の三次高調波を重畳することが一般的に行われている。三次高調波を重畳することで、交流直流変換部１０の直流側の下限値が下がるため、前記の問題を解決できるとともに、交流直流変換部１０から直接出力する直流出力の出力電圧範囲を広げることができる。
しかし、交流各相に同位相の三次高調波を重畳させると、各相電圧を足し合わせたときに、三次高調波成分が残る、すなわち交流側中性点に三次高調波電圧が生じる。
交流直流変換部１０の交流入力側、すなわち受電用変圧器９１の２次側巻線がΔ結線かつ交流フィルタコンデンサ６０がΔ結線であれば、交流中性点が回路上に現れることが無いので問題はない。一方で、受電用変圧器９１の２次側巻線がスター結線、または交流フィルタコンデンサ６０がスター結線であれば、回路上に交流中性点が生じる。
そこで、実施の形態４の図８に示すように、交流直流変換部１０の交流中性点と直流リンクの負側を結ぶと、この経路に交流中性点電圧に起因する大電流が流れる。したがって、通常、交流直流変換部１０の交流側にスター結線がある場合、三次高調波重畳は使えない。
交流直流変換部１０の交流入力側、すなわち受電用変圧器９１の２次側巻線がΔ結線かつ交流フィルタコンデンサ６０がΔ結線であれば、交流中性点が回路上に現れることが無いので問題はない。一方で、受電用変圧器９１の２次側巻線がスター結線、または交流フィルタコンデンサ６０がスター結線であれば、回路上に交流中性点が生じる。
そこで、実施の形態４の図８に示すように、交流直流変換部１０の交流中性点と直流リンクの負側を結ぶと、この経路に交流中性点電圧に起因する大電流が流れる。したがって、通常、交流直流変換部１０の交流側にスター結線がある場合、三次高調波重畳は使えない。
実施の形態５では、交流直流変換部１０の交流側にスター結線があった場合でも、三次高調波重畳を可能とする手段を提供する。
図８の構成図に示すように、交流直流変換部１０の交流中性点は、直流直流変換部２０の直流中性点と接続されている。そこで、直流直流変換部２０において、交流中性点電圧の逆位相となる直流中性点電圧を生成してやれば、交流中性点電圧と直流中性点電圧を結ぶ配線上の電圧は０となり、この配線に大電流が流れる問題が解消できる。
図８の構成図に示すように、交流直流変換部１０の交流中性点は、直流直流変換部２０の直流中性点と接続されている。そこで、直流直流変換部２０において、交流中性点電圧の逆位相となる直流中性点電圧を生成してやれば、交流中性点電圧と直流中性点電圧を結ぶ配線上の電圧は０となり、この配線に大電流が流れる問題が解消できる。
制御部３０における直流直流変換部２０の直流電圧制御の概要を図９に示す。
直流直流変換部２０のレグ２１に与える電圧指令値をＶＡ＊、レグ２２に与える電圧指令値をＶＢ＊、直流出力指令値をＶｄｃ＊、直流中性点電圧指令値をＶｄｃ０＊とする。
ここで、直流出力指令値Ｖｄｃ＊は、直流直流変換部２０から出力させる直流電圧であるため、実施の形態１で説明した第２の負荷８２の要求電圧（Ｖｄｃ２要求）と一致させるのが基本である。
レグ２１の出力する電圧とレグ２２の出力する電圧の差が直流出力電圧となるため、それぞれの指令値の関係は式（２）で表せる。
直流直流変換部２０のレグ２１に与える電圧指令値をＶＡ＊、レグ２２に与える電圧指令値をＶＢ＊、直流出力指令値をＶｄｃ＊、直流中性点電圧指令値をＶｄｃ０＊とする。
ここで、直流出力指令値Ｖｄｃ＊は、直流直流変換部２０から出力させる直流電圧であるため、実施の形態１で説明した第２の負荷８２の要求電圧（Ｖｄｃ２要求）と一致させるのが基本である。
レグ２１の出力する電圧とレグ２２の出力する電圧の差が直流出力電圧となるため、それぞれの指令値の関係は式（２）で表せる。
ＶＡ＊－ＶＢ＊＝Ｖｄｃ＊ （２）
一方、レグ２１の出力する電圧とレグ２２の出力する電圧の和の１／２が直流中性点電圧になるため、それぞれの指令値の関係は式（３）で表せる。
１／２（ＶＡ＊＋ＶＢ＊）＝Ｖｄｃ０＊ （３）
したがって、式（２）と式（３）から、それぞれのレグ２１、３１に与える電圧指令値は式（４）、（５）で表せる。
ＶＡ＊＝（１／２）Ｖｄｃ＊＋Ｖｄｃ０＊ （４）
ＶＢ＊＝（－１／２）Ｖｄｃ＊＋Ｖｄｃ０＊ （５）
図９は、制御部３０の内部構成図であり、式（４）、（５）に対応する各レグ出力電圧指令値生成手段３０Ａの構成を示している。
レグ出力電圧指令値生成手段３０Ａは、乗算器３１、加算器３２Ａ、および減算器３２Ｂを備える。
レグ出力電圧指令値生成手段３０Ａは、乗算器３１、加算器３２Ａ、および減算器３２Ｂを備える。
ここで、交流中性点電圧を打ち消すようにＶｄｃ０＊を制御部３０内で算出する。
例えば、交流中性点電圧に重畳する三次高調波成分は、制御部３０の演算で生成するため、重畳する三次高調波成分と逆位相の信号を生成しておいて中性点電圧指令値とするフィードフォワード的方法がある。
例えば、交流中性点電圧に重畳する三次高調波成分は、制御部３０の演算で生成するため、重畳する三次高調波成分と逆位相の信号を生成しておいて中性点電圧指令値とするフィードフォワード的方法がある。
図１０は、制御部３０の内部構成図であり、制御部３０で生成した三次高調波成分を、交流各相の電圧指令値に重畳するとともに、三次高調波成分の逆位相の信号を直流中性点電圧指令値に付加する三次高調波処理手段３０Ｂの構成を示している。
三次高調波処理手段３０Ｂでは、レグ出力電圧指令値生成手段３０Ａに対して、三次高調波発生器３３、逆位相演算器３４、および加算器３５、３６をさらに備える。
なお、三次高調波成分が重畳された交流各相の電圧指令値は交流直流変換部１０に出力される。
通常、図９、図１０で示したレグ出力電圧指令値生成手段３０Ａおよび三次高調波処理手段３０Ｂは制御器３０内のプロセッサによってソフトウェア的に処理されるが、その全部もしくは一部をハードウェアで処理しても良い。
三次高調波処理手段３０Ｂでは、レグ出力電圧指令値生成手段３０Ａに対して、三次高調波発生器３３、逆位相演算器３４、および加算器３５、３６をさらに備える。
なお、三次高調波成分が重畳された交流各相の電圧指令値は交流直流変換部１０に出力される。
通常、図９、図１０で示したレグ出力電圧指令値生成手段３０Ａおよび三次高調波処理手段３０Ｂは制御器３０内のプロセッサによってソフトウェア的に処理されるが、その全部もしくは一部をハードウェアで処理しても良い。
また、直流中性点電圧を測定し、その電圧を０とするように各レグ電圧を制御するフィードバック的方法も適用できる。
以上説明したように、実施の形態５の電力変換装置は、交流直流変換部の交流電圧指令値に三次高調波を重畳し、一方で、交流中性点電圧を打ち消すように、直流直流変換部の直流中性点電圧を出力させるものである。
したがって、実施の形態５の電力変換装置は、電力変換部の数を減少させ、装置を小型化し、損失を低減することができる。さらに、実施の形態５の電力変換装置では、交流直流変換部１０の交流側にスター結線があった場合でも、交流直流変換部の出力電圧範囲を広げることや、直流リンク電圧を有効に利用できるため、損失を低減することができる。
したがって、実施の形態５の電力変換装置は、電力変換部の数を減少させ、装置を小型化し、損失を低減することができる。さらに、実施の形態５の電力変換装置では、交流直流変換部１０の交流側にスター結線があった場合でも、交流直流変換部の出力電圧範囲を広げることや、直流リンク電圧を有効に利用できるため、損失を低減することができる。
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。
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。
１，２，３，４ 電力変換装置、１０，１０Ａ，１０Ｂ 交流直流変換部、２０ 直流直流変換部、２１，２２ チョッパレグ、３０ 制御部、４１，４２ 直流フィルタリアクトル、４３，４４ 直流フィルタコンデンサ、４５，４６ 抵抗、５０ 交流フィルタリアクトル、６０ 交流フィルタコンデンサ、８１ 第１の負荷、８２ 第２の負荷、９０ 交流電源、９１ 受電用変圧器、３０Ａ レグ出力電圧指令値生成手段、３０Ｂ 三次高調波処理手段、３１ 乗算器、３２Ａ，３５，３６ 加算器、３２Ｂ 減算器、３３ 三次高調波発生器、３４ 逆位相演算器、Ｓ１～Ｓ４ 半導体スイッチング素子、Ｓ５～Ｓ１０ 半導体スイッチング素子、Ｓ１１～Ｓ１４ 半導体スイッチング素子。
Claims (8)
- 交流直流変換部と、前記交流直流変換部の直流出力に並列に接続された少なくとも１つの直流直流変換部と、を備え、２つ以上の直流出力のうち少なくとも１つは前記交流直流変換部の直流出力であり、前記直流直流変換部は２つの並列接続された、複数の半導体スイッチング素子を直列に接続して構成されるチョッパレグを備え、
前記交流直流変換部の直流出力は抵抗で分圧され、前記直流直流変換部の前記チョッパレグの各々の出力に直流フィルタリアクトルと直流フィルタコンデンサからなる直流フィルタが接続され、それぞれの前記直流フィルタコンデンサの一端が接続され、前記抵抗の分圧点と前記直流フィルタコンデンサの接続点が接続された電力変換装置。 - 交流直流変換部と、前記交流直流変換部の直流出力に並列に接続された少なくとも１つの直流直流変換部と、を備え、２つ以上の直流出力のうち少なくとも１つは前記交流直流変換部の直流出力であり、前記直流直流変換部は２つの並列接続された、複数の半導体スイッチング素子を直列に接続して構成されるチョッパレグを備え、
前記交流直流変換部の交流側に交流フィルタリアクトルと交流フィルタコンデンサからなる交流フィルタが接続され、前記交流フィルタコンデンサはＹ結線され、前記交流フィルタコンデンサの中性点が前記交流直流変換部の直流出力側に接続された電力変換装置。 - 前記交流直流変換部の交流側に交流フィルタリアクトルと交流フィルタコンデンサからなる交流フィルタが接続され、前記交流フィルタコンデンサはＹ結線され、前記交流フィルタコンデンサの中性点が前記交流直流変換部の直流出力側に接続された、請求項１に記載の電力変換装置。
- 前記抵抗の分圧点が接地され、前記直流フィルタコンデンサの接続点が、前記交流直流変換部の前記直流出力側へ接続された、請求項３に記載の電力変換装置。
- 前記交流直流変換部および前記直流直流変換部を制御する制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記交流直流変換部の各相交流電圧指令値に三次高調波を重畳し、交流中性点電圧を打ち消すように前記直流直流変換部の直流中性点電圧を制御する、請求項４に記載の電力変換装置。 - 交流直流変換部と、前記交流直流変換部の直流出力に並列に接続された少なくとも１つの直流直流変換部と、を備え、２つ以上の直流出力のうち少なくとも１つは前記交流直流変換部の直流出力であり、前記直流直流変換部は２つの並列接続された、複数の半導体スイッチング素子を直列に接続して構成されるチョッパレグを備え、
前記交流直流変換部および前記直流直流変換部を制御する制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記交流直流変換部に接続された第１の負荷の要求する電圧に追従するように前記交流直流変換部の直流出力電圧を制御し、かつ前記直流直流変換部に接続された第２の負荷の要求する電圧に追従するように前記直流直流変換部の出力電圧を制御する電力変換装置。 - 前記制御部は、前記交流直流変換部に接続された第１の負荷の要求する電圧に追従するように前記交流直流変換部の出力電圧を制御し、かつ前記直流直流変換部に接続された第２の負荷の要求する電圧に追従するように前記直流直流変換部の出力電圧を制御する、請求項５に記載の電力変換装置。
- 前記直流直流変換部は降圧回路であり、
前記制御部は、前記降圧回路の出力に接続される第２の負荷の要求電圧が前記交流直流変換部の交流電圧から決まる前記交流直流変換部の直流出力電圧の下限値よりも小さい場合、前記下限値以上の直流電圧を出力するように前記交流直流変換部を制御し、かつ前記交流直流変換部の直流出力電圧を前記要求電圧に変換するように前記直流直流変換部を制御し、
前記第２の負荷の要求電圧が前記下限値以上である場合、前記要求電圧以上の直流電圧を出力するように前記交流直流変換部を制御し、前記交流直流変換部の直流出力電圧を前記要求電圧に変換するように前記直流直流変換部を制御する、請求項６または請求項７に記載の電力変換装置。
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