JP2007219591A

JP2007219591A - 電力変換装置

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Publication number: JP2007219591A
Application number: JP2006036213A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kuetani; 隆杭谷; Mutsumi Ishii; 睦石井; Morishige Akagi; 盛成赤木
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-02-14
Filing date: 2006-02-14
Publication date: 2007-08-30
Anticipated expiration: 2026-02-14
Also published as: US20080157598A1; JP4365376B2

Abstract

【課題】第１の電力変換器（単相インバータ）４の交流側を交流電源と負荷との間に直列接続して交流電源１の電圧変動を補償し、第２の電力変換器５を交流電源１と負荷２との間に並列に接続して高調波補償電流を発生する無停電電源装置において、正負のアンバランスが解消された安定した電圧を負荷２に精度良く供給する。
【解決手段】出力交流電圧を検出して正負それぞれ半波毎の電圧実効値を算出し、その各算出結果および与えられた基準電圧指令２４に基づいて目標電圧指令２８ａを生成し、検出された交流電源電圧と目標電圧指令２８ａとの差電圧を出力電圧指令として第１の電力変換器４を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電圧変動補償装置や無停電電源装置に用いる電力変換装置に関し、特に、正電圧と負電圧とでアンバランスであっても安定した電源電圧を供給可能な電力変換装置に関するものである。

従来の無停電電源装置は、直流電力貯蔵装置と負荷装置の間に接続した順逆両方向に電力変換可能な第１の変換器と、交流電源を開閉するスイッチと、交流電源にスイッチとその交流出力側をシリーズ接続した逆変換可能な第２の変換器を設ける。電源が正常時には、スイッチを閉じて、第２の変換器をその交流出力電圧と前記交流電源電圧との和が一定になるように制御し、第１の変換器を第２の変換器と電力貯蔵装置に電力供給すると共に、負荷装置が必要とする高調波電流を含む無効電流を供給するように制御する。また電源が許容値以下に低下した時には、スイッチを開いて、第１の変換器を負荷装置に印可する交流電圧が一定になるように制御する（例えば、特許文献１参照）。

また、従来の別例による無停電電源装置は、交流入力を直流に変換するコンバータと、このコンバータの出力に接続され、直列回路を構成する正側および負側の平滑コンデンサと、この平滑コンデンサの出力が供給され交流出力を得るインバータとを備える。そして、正側の平滑コンデンサに印加される電圧と負側の平滑コンデンサに印加される電圧との差である直流偏差電圧に応じて、インバータの交流出力電圧指令を補正する（例えば、特許文献２参照）。

特開平１１−１７８２１６号公報特開２００５−２２３９７９号公報

上記特許文献１に記載された無停電電源装置では、入力電流を正弦波で力率１に制御しながら負荷装置には定電圧を供給し、装置全体の効率が良いものである。しかしながら、正負非対称な半端整流回路などが負荷回路として接続された場合には、正側電圧と負側電圧がアンバランスとなり、安定した運転を継続することができないという問題点があった。

上記特許文献２に記載された無停電電源装置では、正負非対称な負荷回路が接続された場合にも安定した電源電圧を供給するために改良されたものである。しかしながら、インバータの入力となる正側の平滑コンデンサに印加される電圧と負側の平滑コンデンサに印加される電圧との差である直流偏差電圧に応じて、インバータの交流出力電圧指令を補正するため、制御演算部内の誤差などにより負荷に供給する出力電圧の正負のアンバランスが精度良く解消できないことがあった。

この発明は、上記のような問題点を解消するために成されたものであって、正負非対称な負荷が接続された場合にも、正負のアンバランスが解消された安定した電圧を負荷に精度良く供給できる電力変換装置を得ることを目的とする。

この発明による電力変換装置は、第１の直流電源の直流電力を交流電力に変換する単相インバータの交流側を交流電源と負荷との間に直列接続して構成される第１の電力変換器と、上記交流電源の電圧を検出する電源電圧検出手段と、上記負荷への出力交流電圧を検出する出力電圧検出手段と、制御部とを備える。該制御部は、上記出力電圧検出手段にて検出された該出力交流電圧の正負それぞれ半波毎の電圧実効値を算出する正側電圧実効値算出部および負側電圧実効値算出部と、該正側、負側電圧実効値算出部の各算出結果および与えられた基準電圧指令に基づいて目標電圧指令を生成する目標電圧生成手段とを有する。そして、上記電源電圧検出手段にて検出された上記交流電源の電圧と上記目標電圧指令との差電圧を出力電圧指令として上記第１の電力変換器を制御するものである。

このような電力変換装置では、出力交流電圧のアンバランスを検出してそれを補正するように負荷へ供給する目標電圧指令を生成するため、正負非対称な負荷が接続された場合にも、正負のアンバランスが解消された安定した電圧を負荷に精度良く供給できる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１による電力変換装置を図について説明する。
図１は、この発明の実施の形態１による電力変換装置を無停電電源装置に適用した概略構成図である。図１に示すように、交流電源１と負荷２との間に接続された無停電電源装置３の主回路３ａは、単相インバータから成る第１の電力変換器４と、複数（この場合、２個）の単相インバータ５１、５２の交流側を直列に接続して成る第２の電力変換器５とを備える。第１の電力変換器（単相インバータ）４は、交流側を交流電源１と負荷２との間に直列接続され、第２の電力変換器５は、交流側を交流電源１と負荷２との間にリアクトル１３を介して並列に接続される。また、第１の電力変換器４は、第２の電力変換器５よりも交流電源側に接続される。
さらに、無停電電源装置３は、交流電源１と第１の電力変換器４の交流側とに直列接続されて交流電源１を開閉するスイッチ１１と、負荷２への出力交流電圧を検出する出力電圧検出器１５と、交流電源１の電圧を検出する電源電圧検出手段としての入力電圧検出器１６と、負荷電流ｉ_Ｌを検出する電流センサ１４とを備える。

各単相インバータ４、５１、５２は、例えば４ａ〜４ｄで示すように、ダイオードを逆並列に接続した複数個のＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の自己消弧型半導体スイッチング素子から成る例えばフルブリッジインバータで構成される。自己消弧型半導体スイッチング素子はＩＧＢＴ以外にも、ＧＣＴ、ＧＴＯ、トランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ等でも、また自己消弧機能がないサイリスタ等でも強制転流動作が可能であればよい。第１、第２の電力変換器４、５は、制御部３ｂにより制御され、第１、第２の電力変換器４、５内の各単相インバータ４、５１、５２は、制御部３ｂ内のインバータドライブ回路２１、２２にて駆動される。なお、制御部３ｂ内の詳細な構成、および制御の詳細については後述する。

各単相インバータ４、５１、５２はそれぞれ独立した直流電源としてのコンデンサ６、７ａ、７ｂを備え、図示された極性に充電された直流電圧を任意の期間で出力することができる。第１の電力変換器４は、第１の直流電源としての第１のコンデンサ６を入力として、制御部３ｂによりＰＷＭ制御され、第１の電力変換器４の交流出力電圧はフィルタ１２を介して交流電源１に接続される。そして交流電源電圧と第１の電力変換器４の交流出力電圧との和が負荷２に供給される。
第２の電力変換器５は、第２の直流電源としての第２のコンデンサ７ａ、７ｂを入力とする２個の単相インバータ５１、５２の各発生電圧の総和により出力電圧が制御されて、ほぼ正弦波の交流電圧が出力される。また第２の電力変換器５は、アクティブフィルタとして動作し、負荷電流ｉ_Ｌに含まれる高調波成分電流を打ち消すような高調波補償電流（インバータ電流ｉ_Ｃ）を発生するように制御される。

第２の電力変換器５の入力となる第２のコンデンサ７ａ、７ｂの内、電圧が最大である最大電圧電源としての最大電圧コンデンサ７ｂは、第３の直流電源としての外部の直流電源８から電圧制御手段としての充放電回路９を介して電力供給される。第１、第２の電力変換器４、５の他の各コンデンサ６、７ａと最大電圧コンデンサ７ｂとは絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１０を介して接続され、他の各コンデンサ６、７ａも所定の電圧に制御される。

図２は、図１で示した同様の無停電電源装置３の構成図で、特に、制御部３ｂの詳細を示したものである。また、図３、図４は、第１の電力変換器４の制御において、各部で出力される波形を示した図であり、図３は正負のアンバランスがない場合、図４は正負非対称な負荷が接続されて出力交流電圧に正負のアンバランス（正側電圧＜│負側電圧│）が発生する場合である。双方とも、前半は、出力電圧＜電圧指令、後半は出力電圧＞電圧指令とする。
図１〜図４に基づいて、無停電電源装置３の制御および動作について以下に説明する。
出力電圧検出器１５にて検出された出力交流電圧１５ａは制御部３ｂに入力され、正側実効値算出部２３ａおよび負側実効値算出部２３ｂにより、正負それぞれ半波毎の電圧実効値を算出する。次いで、正側、負側実効値算出部２３ａ、２３ｂの各算出結果および与えられた基準の電圧指令２４に基づいて目標電圧生成部３ｃにて目標電圧指令２８ａを生成する。

目標電圧生成部３ｃは、正側、負側実効値算出部２３ａ、２３ｂの各算出結果と基準の電圧指令２４とから正負それぞれの電圧偏差を求める正側偏差算出部２５ａおよび負側偏差算出部２５ｂと、正負それぞれの電圧偏差を入力として電圧指令２４を正負毎に補正して正側目標電圧２７ａ、負側目標電圧２７ｂをそれぞれ生成する正側電圧指令補正部２６ａおよび負側電圧指令補正部２６ｂと、生成された正側目標電圧２７ａ、負側目標電圧２７ｂを合成して目標電圧指令２８ａを出力する目標電圧合成出力部２８とを備える。なお、２５ｃは正側偏差算出部２５ａおよび負側偏差算出部２５ｂから出力された各電圧偏差を合成した波形である。

次いで、目標電圧指令２８ａと入力電圧検出器１６にて検出された交流電源１の電圧とは、それぞれ全波整流部３０、３１にて全波整流され目標電圧全波整流波形３０ａと入力電圧全波整流波形３１ａとが生成され、減算器３２にて差電圧３２ａを演算する。差電圧３２ａは絶対値変換部３４にて絶対値変換されＰＷＭコントローラ３５へ指令値３４ａとして入力される。ＰＷＭコントローラ３５は、三角波比較３５ａによりＰＷＭ信号３５ｂを生成しインバータドライブ回路２１に入力する。また、差電圧３２ａは極性判定部３３にて極性３３ａが判定され、さらに、入力電圧検出器１６にて検出された交流電源１の電圧も電源極性判定部２９にて極性２９ａが判定され、差電圧極性３３ａおよび電源電圧極性２９ａはインバータドライブ回路２１に入力される。インバータドライブ回路２１は、第１の電力変換器（単相インバータ）４内の各スイッチング素子４ａ〜４ｄを駆動するゲート信号２１ａ〜２１ｄを出力して第１の電力変換器（単相インバータ）４を駆動制御する。なお、インバータドライブ回路２１の真理値表を図５に示す。

第１の電力変換器４の出力電圧４１はフィルタ１２にて平滑されて補正電圧出力４２として交流電源１の電圧に重畳され、そして交流電源電圧と補正電圧出力４２との和（補正出力電圧４２）が負荷２に供給される。図３、図４に示すように、出力交流電圧１５ａに正負のアンバランスがない場合はもちろん、アンバランスが発生する場合も、負荷２に供給される補正出力電圧４２は安定した正弦波形となる。

一方、第２の電力変換器５の指令発生部３６には、電流センサ１４にて検出された負荷電流ｉ_Ｌが入力され、指令発生部３６は、負荷電流ｉ_Ｌに含まれる高調波成分電流を検出してこの高調波成分電流を打ち消すような高調波補償電流の目標値を電流指令３８ａとして発生すると共に、正弦波の交流電圧である基準電圧３７を電圧指令３８ｂとして発生する。電圧制御部３９では、指令発生部３６からの電流指令３８ａおよび電圧指令３８ｂを入力として、第２の電力変換器５内の各単相インバータ５１、５２の発生電圧の総和がほぼ正弦波の電圧指令３８ｂと同等になるように制御信号を出力する。また、電圧制御部３９は、例えばヒステリシスコンパレータを有した電流制御回路４０を備え、第２の電力変換器５の出力電流であるインバータ電流ｉ_Ｃが電流指令３８ａに追従するように制御する。

第２の電力変換器５の電圧制御、および電流制御の詳細について以下に説明する。
第２の電力変換器５は、アクティブフィルタとして動作させ、即ち、図６に示すように、負荷２が発生する負荷電流ｉ_Ｌに含まれる高調波成分電流を打ち消すような高調波補償電流（インバータ電流ｉ_Ｃ）を第２の電力変換器５から発生させ、高調波成分を含有した電流が電源側に流出することを抑制し、電源電流ｉ_Ｓを高調波成分の無い正弦波電流とするものである。
図７に、第２の電力変換器５の出力電圧波形および各単相インバータ５１、５２の出力電圧波形を示す。図に示すように、最大電圧コンデンサ７ｂを入力とする単相インバータ５２は、基準の交流電圧である電圧指令３８ｂの半周期に対して１パルスの電圧を出力し、単相インバータ５１は、出力電圧をきめ細かく調整する。

図８に、第２の電力変換器５の出力電流であるインバータ電流波形を示す。電源電流ｉ_Ｓを正弦波にするためには、インバータ電流ｉ_Ｃが目標電流である電流指令３８ａに追従するように制御する。図に示すように電流指令３８ａが中心となるように閾値上限と閾値下限と設定しておき、インバータ電流ｉ_Ｃが閾値上限と閾値下限との範囲内で増減するように、単相インバータ５１の出力電圧をきめ細かく調整する。これにより、単相インバータ５１は、電源電流ｉ_Ｓが力率１の正弦波となるようにスイッチング制御され、第２の電力変換器５の出力電圧は、２つの単相インバータ５１、５２の出力電圧の和によって、電圧指令３８ｂとほぼ同等の正弦波になるように制御される。

以上説明した第１、第２の電力変換器４、５の制御は、交流電源１が許容される正常時のもので、即ち、入力電圧検出器１６にて検出された交流電源１の電圧が正常時には、スイッチ制御部１７にてスイッチ１１を閉じて、第１の電力変換器４を、交流電源電圧と上記目標電圧指令２８ａとの差電圧を出力するように制御し、第２の電力変換器５を、負荷２が発生する高調波を相殺する高調波補償電流を出力するように制御する。
入力電圧検出器１６にて検出された交流電源１の電圧が所定の電圧範囲を超えて変動する停電などの異常時には、スイッチ制御部１７にてスイッチ１１を開いて交流電源１を負荷２から切り離す。このとき、第１の電力変換器４の交流出力も負荷２から切り離され、第２の電力変換器５の出力電圧を、２つの単相インバータ５１、５２の出力電圧の和によって、電圧指令３８ｂとほぼ同等の正弦波になるように制御して負荷２に供給する。なお、この場合、第２の電力変換器２は、高調波補償電流を発生するような電流制御は行わず、負荷２に安定した交流電圧が印加されるように出力電圧を制御する。

この実施の形態では、負荷２に供給する電圧に対する目標電圧指令２８ａを生成して、第１の電力変換器１は、出力交流電圧１５ａと目標電圧指令２８ａとの差電圧を出力するように制御する。第１の電力変換器４の出力電圧４１はフィルタ１２にて平滑されて補正電圧出力４２として交流電源１の電圧に重畳されるため、交流電源電圧と補正電圧出力４２との和（補正出力電圧４２）が負荷２に供給される。
また、出力電圧検出器１５にて検出された出力交流電圧１５ａは制御部３ｂに入力され、正側実効値算出部２３ａおよび負側実効値算出部２３ｂにより、正負それぞれ半波毎の電圧実効値を算出し、この各算出結果および与えられた基準の電圧指令２４に基づいて目標電圧生成部３ｃにて目標電圧指令２８ａを生成する。このように、出力交流電圧１５ａの正負それぞれ半波毎の電圧実効値を算出して出力交流電圧１５ａの正負のアンバランスを確実に検出し、それを補正するように負荷２へ供給する目標電圧指令２８ａを生成するため、正負非対称な負荷が接続された場合にも、正負のアンバランスが解消された安定した電圧を負荷２に精度良く供給できる。

また、正側、負側実効値算出部２３ａ、２３ｂの各算出結果と基準の電圧指令２４とから正負それぞれの電圧偏差を求めて、上記基準電圧指令２４を正負毎に補正して目標電圧指令２８ａを生成するため、検出された正負のアンバランスが確実に反映され該アンバランスが解消できる目標電圧指令２８ａが生成できる。
また、基準電圧指令２４を正負毎に補正して正側目標電圧２７ａ、負側目標電圧２７ｂをそれぞれ生成し、これらを合成して目標電圧指令２８ａを生成するため、１つの正弦波形状の目標電圧指令２８ａで正極側、負極側双方の出力交流電圧１５ａを補正でき、制御が容易になる。

また、この実施の形態では、第１の電力変換器４により交流電源１の電圧変動を補償し、第２の電力変換器５により高調波補償電流を発生させて、高調波成分を含有した電流が電源側に流出することを抑制するもので、交流電源１の異常時にはスイッチ１１を開いて交流電源１を切り離し、第２の電力変換器２にて負荷２に印加される電圧を制御する。

また、この実施の形態では、第１の電力変換器４を、第２の電力変換器５よりも交流電源側に接続したため、第２の電力変換器５が発生する高調波補償電流を流入させる接続点の電位は、第１の電力変換器４の出力電圧により交流電源１の電圧変動が既に補償されている。このため、上記接続点の電位が安定し、高調波成分を含有した電流が交流電源側に流出することを信頼性よく抑制できる。

また、最大電圧コンデンサ７ｂは、外部の直流電源８から電圧制御手段としての充放電回路９を介して電力供給され、他の各コンデンサ６、７ａと最大電圧コンデンサ７ｂとは絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１０を介して接続されるようにしたため、第１、第２の電力変換器１、２の各コンデンサ６、７ａ、７ｂに電力供給するための直流電源８は１個で済み、装置構成が簡略となる。

また、上記第２の電力変換器５は、２個の単相インバータ５１、５２で構成したが、３個以上の複数の単相インバータの交流側を直列に接続して構成しても良い。このように、第２の電力変換器２は、複数の単相インバータの各発生電圧の総和により出力電圧が制御されると共に、出力電流が目標電流に追従制御されるため、大きなフィルタ回路（リアクトル）を必要とせず、小型化、簡略化が促進されて、しかも高速、高精度な電流制御が可能となる。
なお、比較的大きなフィルタ回路を必要とするものではあるが、第２の電力変換器５を高周波ＰＷＭインバータで構成することもできる。

また、第２の電力変換器５を省略して第１の電力変換器のみで電圧変動補償装置として用いても良い。その場合、高調波補償電流を発生させる制御はできず、また交流電源１の異常時に継続運転することはできないが、正負非対称な負荷が接続された場合にも、正負のアンバランスが解消された安定した電圧を負荷２に精度良く供給できる。

また、上記実施の形態では、交流電源１の異常時に、スイッチ１１を開いて、第２の電力変換器５の出力電圧を電圧指令３８ｂとほぼ同等の正弦波になるように制御するものとしたが、目標電圧生成部３ｃにて生成された目標電圧指令２８ａを出力電圧の指令値として電圧制御部３９に入力して用いても良い。これにより、交流電源１の異常時にも、第２の電力変換器５により正負のアンバランスが解消された安定した電圧を負荷２に精度良く供給できる。なお、この場合、制御部３ｂ内に第２の電力変換器５のための目標電圧生成部を別途備えても良い。

実施の形態２．
図９は、この発明の実施の形態２による電力変換装置を無停電電源装置に適用した概略構成図である。なお、制御部３ｂの構成は上記実施の形態１と同様であり、便宜上図示を省略する。
図に示すように、上記実施の形態１と同様の第１の電力変換器４と第２の電力変換器５とを備えるが、交流電源１とスイッチ１１とに直列接続される第１の電力変換器４を、交流電源１と負荷２との間に並列に接続される第２の電力変換器５よりも負荷側に接続する。

この場合、入力電圧検出器１６にて検出された交流電源１の電圧が許容される正常時には、無停電電源装置３は上記実施の形態１と同様に制御される。即ち、スイッチ制御部１７にてスイッチ１１を閉じて、第１の電力変換器４を、交流電源電圧と上記目標電圧指令２８ａとの差電圧を出力するように制御し、第２の電力変換器５を、負荷２が発生する高調波を相殺する高調波補償電流を出力するように制御する。
次いで、入力電圧検出器１６にて検出された交流電源１の電圧が所定の電圧範囲を超えて変動する停電などの異常時には、スイッチ制御部１７にてスイッチ１１を開いて交流電源１を負荷２から切り離す。このとき、第１の電力変換器（単相インバータ）４と第２の電力変換器５内の単相インバータ５１、５２とは交流側が直列に接続され、直列接続された全ての単相インバータ４、５１、５２の各発生電圧の総和で負荷２に電圧出力する。

交流電源１の異常時、直列接続された全ての単相インバータ４、５１、５２の各発生電圧の総和で、電圧指令３８ｂとほぼ同等の電圧が出力できるように、電圧制御部３９により階調制御を行う。そして第１の電力変換器４への制御信号をインバータドライブ回路２１に入力し、第２の電力変換器５内の単相インバータ５１、５２への制御信号をインバータドライブ回路２２に入力して各単相インバータ４、５１、５２を駆動制御する。なお、この場合、高調波補償電流を発生するような電流制御は行わず、負荷２に安定した交流電圧が印加されるように出力電圧を制御する。

この実施の形態では、交流電源１の異常時に、第１の電力変換器（単相インバータ）４と第２の電力変換器５内の単相インバータ５１、５２とを全て直列に接続し全ての単相インバータ４、５１、５２の各発生電圧の総和で負荷２に電圧出力できるため、出力電圧が高精度に制御できる。

なお、この場合も、目標電圧生成部３ｃにて生成された目標電圧指令２８ａを出力電圧の指令値として、全ての単相インバータ４、５１、５２の各発生電圧の総和で、目標電圧指令２８ａとほぼ同等の電圧が出力できるように制御しても良い。これにより、交流電源１の異常時にも、第１、第２の電力変換器４、５により正負のアンバランスが解消された安定した電圧を負荷２に精度良く供給できる。

また、図１０に示すように、第１の直流電源としての第１のコンデンサ６ａ〜６ｃを入力とする複数の単相インバータ４１〜４３の交流側を直列に接続して第１の電力変換器４ａを構成しても良い。この場合第１の電力変換器４ａは、複数の単相インバータ４１〜４３の各発生電圧の総和により出力電圧が階調制御される。これにより、大きなフィルタ回路（リアクトル）を必要とせず、小型化、簡略化が促進される。
また、複数の単相インバータ４１〜４３の交流側を直列接続して構成した第１の電力変換器４ａは、該第１の電力変換器４ａを第２の電力変換器５の交流側に接続する上記実施の形態１にも適用でき、同様の効果が得られる。

この発明の実施の形態１による電力変換装置を無停電電源装置について示した概略構成図である。この発明の実施の形態１による制御部を示す構成図である。この発明の実施の形態１による第１の電力変換器の動作を説明する図である。この発明の実施の形態１による第１の電力変換器の別例による動作を説明する図である。この発明の実施の形態１によるインバータドライブ回路の制御を説明する図である。この発明の実施の形態１による第２の電力変換器の電流制御を説明する図である。この発明の実施の形態１による第２の電力変換器の出力電圧波形を示す図である。この発明の実施の形態１による第２の電力変換器５の出力電流を示す図である。この発明の実施の形態２による電力変換装置を無停電電源装置について示した概略構成図である。この発明の実施の形態２の別例による電力変換装置を無停電電源装置について示した概略構成図である。

符号の説明

１交流電源、２負荷、３無停電電源装置、３ａ主回路、３ｂ制御部、
３ｃ目標電圧生成部、４第１の電力変換器（単相インバータ）、
４ａ第１の電力変換器、５第２の電力変換器、
６，６ａ〜６ｃ第１の直流電源としての第１のコンデンサ、
７ａ第２の直流電源としての第２のコンデンサ、
７ｂ第２の直流電源としての第２のコンデンサ（最大電圧コンデンサ）、
８第３の直流電源として直流電源、９電圧制御手段としての充放電回路、
１０ＤＣ／ＤＣコンバータ、１１スイッチ、１３リアクトル、
１５出力電圧検出器、１６電源電圧検出手段としての入力電圧検出器、
２３ａ正側実効値算出部、２３ｂ負側実効値算出部、２４電圧指令、
２５ａ正側偏差算出部、２５ｂ負側偏差算出部、２６ａ正側電圧指令補正部、
２６ｂ負側電圧指令補正部、２７ａ正側目標電圧、２７ｂ負側目標電圧、
２８目標電圧合成出力部、２８ａ目標電圧指令、４１〜４３単相インバータ、
５１，５２単相インバータ。

Claims

第１の直流電源の直流電力を交流電力に変換する単相インバータの交流側を交流電源と負荷との間に直列接続して構成される第１の電力変換器と、上記交流電源の電圧を検出する電源電圧検出手段と、上記負荷への出力交流電圧を検出する出力電圧検出手段と、制御部とを備え、
上記制御部は、上記出力電圧検出手段にて検出された該出力交流電圧の正負それぞれ半波毎の電圧実効値を算出する正側実効値算出部および負側実効値算出部と、該正側、負側実効値算出部の各算出結果および与えられた基準電圧指令に基づいて目標電圧指令を生成する目標電圧生成手段とを有して、
上記電源電圧検出手段にて検出された上記交流電源の電圧と上記目標電圧指令との差電圧を出力電圧指令として上記第１の電力変換器を制御することを特徴とする電力変換装置。
上記目標電圧生成手段は、上記正側、負側実効値算出部の各算出結果と上記基準電圧指令とから正負それぞれの電圧偏差を求めて、上記基準電圧指令を正負毎に補正して上記目標電圧指令を生成することを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
上記基準電圧指令を正負毎に補正して正側目標電圧、負側目標電圧をそれぞれ生成し、これらを合成して上記目標電圧指令を生成することを特徴とする請求項２記載の電力変換装置。
上記第１の電力変換器は、上記単相インバータを複数個備え、該複数の単相インバータの交流側を直列接続して構成し、上記複数の単相インバータの各発生電圧の総和により出力電圧が制御されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電力変換装置。
上記交流電源と上記第１の電力変換器の交流側とに直列接続されて該交流電源を開閉するスイッチと、第２の直流電源の直流電力を交流電力に変換する単相インバータの交流側を上記交流電源と上記負荷との間にリアクトルを介して並列に接続して構成される第２の電力変換器とを備え、
上記交流電源が許容される正常時には、上記スイッチを閉じて、上記第１の電力変換器を、上記交流電源の電圧と上記目標電圧指令との差電圧を出力電圧指令として制御し、上記第２の電力変換器を、上記負荷が発生する高調波を相殺する高調波補償電流を出力するように制御し、
上記交流電源が異常時には、上記スイッチを開いて、上記負荷に所望の電圧が印加されるように上記第２の電力変換器の出力電圧を制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電力変換装置。
上記第２の電力変換器は、上記単相インバータを複数個備え、該複数の単相インバータの交流側を直列接続して構成し、上記複数の単相インバータの各発生電圧の総和により上記出力電圧が制御されることを特徴とする請求項５記載の電力変換装置。
上記第２の電力変換器の入力となる１あるいは複数の上記第２の直流電源の内、電圧が最大である最大電圧電源に第３の直流電源から電圧制御手段を備えて電力供給し、上記第１、第２の直流電源の内、上記最大電圧電源以外の各直流電源と該最大電圧電源とはＤＣ／ＤＣコンバータを介して接続されることを特徴とする請求項５または６記載の電力変換装置。
上記第１の電力変換器が、上記第２の電力変換器よりも上記交流電源側に接続されたことを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の電力変換装置。
上記交流電源が異常時に、上記第２の電力変換器を、上記目標電圧生成手段にて生成された上記目標電圧指令を出力電圧指令として制御することを特徴とする請求項８記載の電力変換装置。
上記第１の電力変換器が、上記第２の電力変換器よりも上記負荷側に接続され、上記交流電源が異常時に、上記第１の電力変換器内の各単相インバータと上記第２の電力変換器内の各単相インバータとを直列接続し、該直列接続された全ての単相インバータの各発生電圧の総和で上記負荷に電圧出力することを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の電力変換装置。
上記交流電源が異常時に、上記直列接続された全ての単相インバータの各発生電圧の総和が、上記目標電圧生成手段にて生成された上記目標電圧指令に追従するように、上記第１の電力変換器および第２の電力変換器を制御することを特徴とする請求項１０記載の電力変換装置。