JP2015089217A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】所望の直流電圧を得ることが可能な、複数のＤＣ−ＤＣコンバータが直並列に接続された電力変換装置を提供することである。
【解決手段】電力変換装置１００は、電圧変換部１と、制御部２とを備える。電圧変換部１は、各々がｍ（ｍは２以上の整数）個の絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータを直列に接続した構成からなるｎ（ｎは２以上の整数）個の直列回路１−１〜１−ｎを含む。ｎ個の直列回路１−１〜１−ｎは、並列に接続される。制御部２は、電圧変換部１の出力電圧Ｖｏの検出値３０が出力電圧Ｖｏの目標値１０となるように、ｎ個の直列回路１−１〜１−ｎの各々において最も高電位側に接続されるｎ個のＤＣ−ＤＣコンバータの電流制御を実行し、ｎ個の直列回路１−１〜１−ｎにおいてｎ個のＤＣ−ＤＣコンバータを除くｎ×（ｍ−１）個のＤＣ−ＤＣコンバータの電圧制御を実行する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力変換装置に関する。

ＤＣ−ＤＣコンバータは、直流電圧を変換する機器であり、様々なタイプが知られている。絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータは、インバータを用いて直流をいったん交流に変換し、直流から変換された交流の電圧レベルを、トランスを用いて変換する。絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータは、トランスによって電圧レベルを変換された交流を整流することにより、再び直流に変換する。

ＤＣ−ＤＣコンバータから出力される直流電圧が所望の目標値となるように制御するために、この出力される直流電圧はフィードバックされる。出力される直流電圧の目標値と出力される直流電圧の検出値との誤差に基づいて、絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータを制御することにより、出力される直流電圧を目標値に近づけることができる。

ＤＣ−ＤＣコンバータに限らず、交流を直流に変換するコンバータや、直流を交流に変換するインバータにおいても、出力される電圧又は電流のフィードバックが広く行われている。例えば、特許文献１には、三相交流を直流電流に変換する電圧形変換器が開示されている。特許文献１に係る電圧形変換器は、出力される直流電流の検出値と直流電流指令との誤差に基づくＰＩ制御を実行して、スイッチング素子におけるオンオフのタイミングを制御する。

ところで、ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、出力される直流電圧及び直流電流の仕様は、ＤＣ−ＤＣコンバータの用途によって大きく異なる。しかし、要求される仕様に適したＤＣ−ＤＣコンバータを一から作成することは、非常に手間である。そこで、所望の直流電流あるいは直流電圧を得るために、複数のＤＣ−ＤＣコンバータを直列又は並列に接続することが従来から行われている。

しかし、複数のＤＣ−ＤＣコンバータを直並列に接続した電力変換装置において、所望の直流電圧を得るために、ＤＣ−ＤＣコンバータの各々をどのようにして制御するかについて、具体的な提案はなされていない。

特開平９−３１２９７６号公報

本発明の目的は、所望の直流電圧を得ることが可能な、複数のＤＣ−ＤＣコンバータが直並列に接続された電力変換装置を提供することである。

本発明に係る電力変換装置は、各々がｍ（ｍは２以上の整数）個の絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータを直列に接続した構成からなるｎ（ｎは２以上の整数）個の直列回路を含み、前記ｎ個の直列回路が並列に接続された電圧変換部と、前記電圧変換部の出力電圧の検出値が前記出力電圧の目標値となるように、前記ｎ個の直列回路の各々において最も高電位側に接続されるｎ個のＤＣ−ＤＣコンバータの電流制御を実行し、前記ｎ個の直列回路において前記ｎ個のＤＣ−ＤＣコンバータを除くｎ×（ｍ−１）個のＤＣ−ＤＣコンバータの電圧制御を実行する制御部とを備える。

この構成によれば、ｎ個の直列回路において、最も高電位側に接続されるｎ個のＤＣ−ＤＣコンバータの電流制御が実行され、ｎ個のＤＣ−ＤＣコンバータを除くｎ×（ｍ−１）個のＤＣ−ＤＣコンバータの電圧制御が実行される。これにより、直並列に接続された複数のＤＣ−ＤＣコンバータを用いて、所望の直流電圧を出力することが可能となる。

また、前記制御部は、前記ｎ個のＤＣ−ＤＣコンバータから出力される直流電流の電流目標値を、前記出力電圧の目標値と前記出力電圧の検出値とに基づいて決定する電流決定部と、前記ｎ個のＤＣ−ＤＣコンバータの各々から出力される直流電流が前記電流決定部により決定された前記電流目標値に近づくように、前記ｎ個のＤＣ−ＤＣコンバータを制御する第１制御部と、前記ｎ×（ｍ−１）個のＤＣ−ＤＣコンバータの各々から出力される直流電圧が、前記出力電圧の目標値から得られる個別目標値に近づくように、前記ｎ×（ｍ−１）個のＤＣ−ＤＣコンバータを制御する第２制御部とを備える。

この構成によれば、ある直列回路における２段目以降の（ｍ−１）個のＤＣ−ＤＣコンバータは、出力される直流電圧が個別目標値に近づくように個別に制御される。また、この直列回路において最も高電位側に接続されたｎ個のＤＣ−ＤＣコンバータは、電力変換装置から出力される直流電流が電流目標値に近づくように制御される。従って、直並列に接続された複数のＤＣ−ＤＣコンバータから出力される直流電圧と、出力電圧の目標値との誤差を小さくすることができる。

また、前記出力電圧の目標値をＶＴとし、前記個別目標値をＶＥとした場合、前記個別目標値は、下記式（１）により得られる。

ＶＥ＝ＶＴ／ｍ・・・式（１）

この構成によれば、ｎ×（ｍ−１）個のＤＣ−ＤＣコンバータの各々が、同じ直流電圧を出力するように制御される。ｎ×（ｍ−１）個のＤＣ−ＤＣコンバータの出力を揃えることにより、特定のＤＣ−ＤＣコンバータの負荷が大きくなることを防ぐことができる。

また、前記第２制御部は、前記ｎ×（ｍ−１）個のＤＣ−ＤＣコンバータの各々に対応する前記個別目標値を決定する個別決定部と、前記ｎ×（ｍ−１）個のＤＣ−ＤＣコンバータに対応して設けられ、対応するＤＣ−ＤＣコンバータから出力される直流電圧が前記個別決定部から供給される前記個別目標値に近づくように、前記個別目標値と前記直流電圧の検出値とを用いて前記対応するＤＣ−ＤＣコンバータを制御するｎ×（ｍ−１）個の個別制御部とを備える。

この構成によれば、ｎ×（ｍ−１）個の個別制御部が、対応するｎ×（ｍ−１）個のＤＣ−ＤＣコンバータを制御するため、ｎ×ｍ個のＤＣ−ＤＣコンバータの制御を分散することができる。

また、前記第２制御部は、前記ｎ×（ｍ−１）個のＤＣ−ＤＣコンバータの各々から出力される直流電流の検出値を用いて前記ｎ×（ｍ−１）個のＤＣ−ＤＣコンバータの各々に対応する電圧目標値を決定し、決定したｎ×（ｍ−１）個の電圧目標値を用いて前記ｎ×（ｍ−１）個のＤＣ−ＤＣコンバータを制御する。

この構成によれば、ｎ×（ｍ−１）個のＤＣ−ＤＣコンバータの各々から出力される直流電流の検出値が、ｎ×（ｍ−１）個のＤＣ−ＤＣコンバータの各々に対応する電圧目標値の決定に用いられるため、電圧制御が実行されるｎ×（ｍ−１）個のＤＣ−ＤＣコンバータの応答性を向上させることができる。

本発明の実施の形態に係る電力変換装置の構成を示す機能ブロック図である。 図１に示すＤＣ−ＤＣコンバータの構成を示す機能ブロック図である。 図１に示す制御部の構成を示す機能ブロック図である。 図３に示す電流制御部の構成を示す機能ブロック図である。 図３に示す電圧制御部の構成を示す機能ブロック図である。 図５に示す個別制御部の構成を示す機能ブロック図である。 図１に示す直列回路に含まれる複数のコンバータと、これらのコンバータの制御に用いられる目標値との対応関係を示す図である。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

［１．電力変換装置１００の構成］
［１．１．全体構成］
図１は、本実施の形態に係る電力変換装置１００の構成を示す機能ブロック図である。図１に示すように、電力変換装置１００は、複数の絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータを用いて、目標値１０に応じた出力電圧Ｖｏを負荷（図示省略）に供給する。目標値１０は、出力電圧Ｖｏとして出力すべき電圧レベルを示す。以下、特に断りのない限り、絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータを単に「コンバータ」と記載する。

電力変換装置１００は、電圧変換部１と、制御部２と、電圧検出器３とを備える。電圧変換部１は、ｍ×ｎ個のコンバータを直並列に備えた構成からなる。ｍ及びｎは、ともに２以上の整数である。制御部２は、これらｍ×ｎ個のコンバータの各々を制御する。電圧検出器３は、電力変換装置１００の出力電圧Ｖｏを検出し、出力電圧Ｖｏの検出値３０を制御部２に供給する。

［１．２．電圧変換部１の構成］
電圧変換部１は、ｎ個の直列回路１−１，１−２，・・・，１−ｎを備える。直列回路１−１〜１−ｎの各々は、後述するように、ｍ個のコンバータが直列に接続された構成からなる。直列回路１−１〜１−ｎは、並列に接続される。

なお、直列回路１−２，・・・，１−ｎの構成は、直列回路１−１と同じであるため、図１において、これらの直列回路の詳細な構成の表示を省略している。以下、直列回路１−１〜１−ｎに関しては、直列回路１−１を中心に説明し、直列回路１−２〜１−ｎに関する説明は、個別に説明が必要な場合を除いて省略する。

［１．３．直列回路１−１の構成］
直列回路１−１は、コンバータ１１−１，１１−２，・・・，１１−ｍと、コンデンサ１２−１，１２−２，・・・，１２−ｍと、電圧検出器１３−１，１３−２，・・・，１３−ｍと、電流検出器１４−１，１４−２，・・・，１４−ｍとを備える。

コンバータ１１−１〜１１−ｍは、直列に接続される。コンバータ１１−１が、直列回路１−１において最も高電位側に接続される。直列回路１−１において、コンバータに付与される符号は、低電位側に位置するにつれて増加する。つまり、コンバータ１１−ｍが、直列回路１−１において最も低電位側に接続される。

以下、コンバータ１１−１〜１１−ｍの直列回路１-１における位置を、段数で表す。具体的には、最も高電位側に接続されるコンバータ１１−１は、直列回路１−１における１段目に位置し、コンバータ１１−２は、直列回路１−１における２段目に位置する。以下同様に、コンバータ１１−ｍは、ｍ段目に位置する。

コンデンサ１２−１は、コンバータ１１−１の高電位側の出力と低電位側の出力との間に接続される。コンデンサ１２−１は、コンバータ１１−１から出力される直流電圧に含まれる変動成分を除去して、その直流電圧を安定させる。

電圧検出器１３−１は、コンバータ１１−１の高電位側の出力と低電位側の出力との間に接続され、コンバータ１１−１から出力される直流電圧を検出する。電圧検出器１３−１により検出された電圧検出値３１−１は、制御部２に供給される。

電流検出器１４−１は、コンバータ１１−１の高電位側の出力に接続され、コンバータ１１−１から出力される直流電流を検出する。電流検出器１４-１により検出された電流検出値４１−１は、制御部２に供給される。

２〜ｍ段目のコンバータ１１−２〜１１−ｍについても、コンバータ１１−１と同じように、コンデンサ１２−２〜１２−ｍ、電圧検出器１３−２〜１３−ｍ、及び電流検出器１４−２〜１４−ｍが接続される。従って、電圧検出器１３−２〜１３−ｍによって検出された電圧検出値３１−２〜３１−ｍは、制御部２に供給される。また、電流検出器１４−２〜１４−ｍによって検出された電流検出値４１−２〜４１−ｍは、制御部２に供給される。

［１．４．コンバータの構成］
図２は、コンバータ１１−１の構成を示す機能ブロック図である。なお、電圧変換部１に含まれるｎ×ｍ個のコンバータの構成は、図２に示す構成と同じであるため、その詳細な説明を省略する。

コンバータ１１−１は、インバータ１５と、トランス１６と、整流器１７とを備える。

インバータ１５は、電力変換装置１００の外部に設置された直流電源２００から直流電力Ｄ１の供給を受け、その供給された直流電力Ｄ１から交流電力Ａ１を生成する。具体的には、インバータ１５は、図示していないが、複数のスイッチング素子を備えるフルブリッジ回路又はハーフブリッジ回路である。インバータ１５は、制御部２から供給されるＰＷＭ信号２１−１に応じて各スイッチング素子のオン／オフを切り替えることにより、直流電力Ｄ１から交流電力Ａ１を生成する。ＰＷＭ信号２１−１の生成等の詳細については、後述する。

トランス１６は、インバータ１５により生成された交流電力Ａ１を変換して交流電力Ａ２を生成する。整流器１７は、交流電力Ａ２を整流して直流電力Ｄ２を生成する。この結果、直流電流Ｉ１−１及び直流電圧Ｖ−１が、コンバータ１１−１から出力される。

［１．５．制御部２の構成］
再び、図１を参照する。制御部２は、電圧検出器３から供給される出力電圧Ｖｏの検出値３０が出力電圧Ｖｏの目標値１０に近づくように、電圧変換部１が備えるｎ×ｍ個のコンバータを制御する。すなわち、制御部２は、検出値３０が目標値１０に近づくように、直列回路１−１〜１−ｎにおいて最も高電位側に接続される１段目のｎ個のコンバータの電流制御を実行し、直列回路１−１〜１−ｎにおいて２段目以降のｎ×（ｍ−１）個のコンバータの電圧制御を実行する。

図３は、制御部２の構成を示す機能ブロック図である。図３に示すように、制御部２は、電流制御部４と、電圧制御部５とを備える。

電流制御部４は、直列回路１−１〜１−ｎにおける１段目のｎ個のコンバータの電流制御を実行する。電流制御部４は、出力電圧Ｖｏの目標値１０を用いて、ｎ個のコンバータの各々に対応するＰＷＭ信号２１−１〜２１−ｎを生成する。ＰＷＭ信号２１−１〜２１−ｎは、ｎ個の１段目のコンバータに含まれるインバータ内のスイッチング素子のオン／オフを制御するために用いられる。

電圧制御部５は、直列回路１−１〜１−ｎにおける２段目以降のｎ×（ｍ−１）個のコンバータの電圧制御を実行する。電圧制御部５は、出力電圧Ｖｏの目標値１０を用いて、ｎ×（ｍ−１）個のコンバータの各々に対応するｎ×（ｍ−１）個のＰＷＭ信号２２を生成する。

図３において、ｎ×（ｍ−１）個のＰＷＭ信号２２は、直列回路１−１〜１−ｎに含まれる２段目以降のｎ×（ｍ−１）個のコンバータを制御するために用いられる。ＰＷＭ信号７ｎ−２〜７ｎ−ｍは、直列回路１−ｎに含まれる２段目以降の（ｍ−１）個のコンバータを制御するために用いられる。図３では、ＰＷＭ信号２２のうち、上述したＰＷＭ信号７１−２，７１−ｍ，７２−２，７２−ｍ，７ｎ−２，７ｎ−ｍを除くＰＷＭ信号の表示を省略している。

［１．６．電流制御部４の構成］
図４は、電流制御部４の構成を示す機能ブロック図である。図４に示すように、電流制御部４は、電流決定部４１と、ｎ個の初段制御部４２−１〜４２−ｎとを備える。初段制御部４２−１〜４２−ｎは、直列回路１−１〜１−ｎの１段目のコンバータの各々に対応して設けられる。

電流決定部４１は、出力電圧Ｖｏの目標値１０及び検出値３０を用いて、１段目のｎ個のコンバータから出力される直流電流の電流目標値４１ａを決定する。電流目標値４１ａは、1段目のｎ個のコンバータで共通に用いられる。

電流決定部４１は、演算器４１１と、電圧制御器４１２とを備える。演算器４１１は、目標値１０から検出値３０を減算して、目標値１０に対する出力電圧Ｖｏの誤差（出力偏差４１１ａ）を算出する。電圧制御器４１２は、出力偏差４１１ａを増幅することにより、電流目標値４１ａを生成する。

初段制御部４２−１は、電流決定部４１から供給される電流目標値４１ａと、電流検出器１４−１から供給される電流検出値４１−１とを用いて、コンバータ１１−１に対応するＰＷＭ信号２１−１を生成する。初段制御部４２−１は、演算器４２１と、電流制御器４２２と、ＰＷＭ制御部４２３とを備える。

演算器４２１は、電流目標値４１ａから電流検出値４１−１を減算して、コンバータ１１−１から出力される直流電流の誤差（出力偏差４２１ａ）を計算する。電流制御器４２２は、出力偏差４２１ａを増幅して、補正電流目標値４２ａを生成する。ＰＷＭ制御部４２３は、補正電流目標値４２ａを用いて、ＰＷＭ信号２１−１を生成する。ＰＷＭ信号２１−１は、コンバータ１１−１に供給され、コンバータ１１−１に含まれるインバータ１５内のスイッチング素子のオン／オフの制御に用いられる。

初段制御部４２−２〜４２−ｎは、初段制御部４２−１と同じ構成を有する。初段制御部４２−２〜４２−ｎは、電流目標値４１ａと、対応するコンバータから出力される直流電流の検出値とを用いて、初段制御部４２−１と同様の処理を実行する。これにより、ＰＷＭ信号２１−２〜２１−ｎが、初段制御部４２−２〜４２−ｎから、直列回路１−１〜１−ｎにおける１段目のｎ個のコンバータに供給される。

［１．７．電圧制御部５の構成］
図５は、電圧制御部５の構成を示す機能ブロック図である。図５に示すように、電圧制御部５は、個別決定部５１と、ｎ×（ｍ−１）個の個別制御部とを備える。図５において、ｎ×（ｍ−１）個の個別制御部のうち、一部の個別制御部のみを表示し、その他の個別制御部の表示を省略している。

具体的には、図５において、直列回路１−１に含まれるコンバータ１１−２，１１−ｍに対応する個別制御部６１−２，６１−ｍが表示されている。直列回路１−２に含まれる２段目及びｍ段目のコンバータに対応する個別制御部６２−２，６２−ｍが表示されている。また、直列回路１−ｎに含まれる２段目及びｍ段目のコンバータに対応する個別制御部６ｎ−２〜６ｎ−ｍが表示されている。

個別決定部５１は、出力電圧Ｖｏの目標値１０を直列回路１−１〜１−ｎの直列数（ｍ）で除算することにより、個別目標値５１ａを計算する。個別目標値５１ａは、直列回路１−１〜１−ｎに含まれる２段目以降のｎ×（ｍ−１）個のコンバータから出力される直流電圧の目標値である。例えば直列回路１−１では、個別目標値５１ａは、コンバータ１１−２〜１１−ｍから出力される直流電圧の目標値に相当する。計算された個別目標値５１ａは、ｎ×（ｍ−１）個の個別制御部に供給される。

ｎ×（ｍ−１）個の個別制御部は、直列回路１−１〜１−ｎに含まれる２段目以降のｎ×（ｍ−１）個のコンバータに対応して設けられ、対応するコンバータの電圧制御を実行する。

すなわち、個別制御部６１−２〜６１−ｍは、個別目標値５１ａに基づくＰＷＭ信号７１−２〜７１−ｍを生成して、直列回路１−１に含まれる（ｍ−１）個のコンバータ１１−２〜１１−ｍに供給する。個別制御部６２−２〜６２−ｍは、個別目標値５１ａに基づくＰＷＭ信号７２−２〜７２−ｍを生成して、直列回路１−２に含まれる（ｍ−１）個のコンバータに供給する。個別制御部６ｎ−２〜６ｎ−ｍは、個別目標値５１ａに基づくＰＷＭ信号７ｎ−２〜７ｎ−ｍを生成して、直列回路１−ｎに含まれる（ｍ−１）個のコンバータに供給する。

図６は、個別制御部６１−２の構成を示す機能ブロック図である。以下、図６を参照して、個別制御部６１−２の構成を説明する。電圧制御部５が備えるｎ×（ｍ−１）個の個別制御部の構成は、個別制御部６１−２の構成と同じであるため、その詳細な説明を省略する。

個別制御部６１−２は、直列回路１−１における２段目以降のコンバータ１１−２〜１１−ｍのうち、コンバータ１１−２に対応して設けられる。個別制御部６１−２は、コンバータ１１−２から出力される直流電圧の電圧検出値３１−２が個別目標値５１ａに近づくように、コンバータ１１−２を制御する。

個別制御部６１−２は、演算器５３，５５と、電圧制御器５４と、電流制御器５６と、ＰＷＭ制御部５７とを備える。

演算器５３は、個別決定部５１から供給される個別目標値５１ａから、電圧検出器１３−２から供給される電圧検出値３１−２を減算して、誤差（出力偏差５３ａ）を生成する。電圧検出値３１−２は、コンバータ１１−２から出力される直流電圧を検出する電圧検出器１３−２から供給される。電圧制御器５４は、出力偏差５３ａを増幅して、電圧検出値３１−２を個別目標値５１ａに近づけるための補正電圧目標値５４ａを生成する。

電流検出値４１−２は、コンバータ１１−２から出力される直流電流を検出する電流検出器１４−２から個別制御部６１−２に供給される。供給された電流検出値４１−２は、電圧に対応する値（対応値）に変換された上で、演算器５５に入力される。演算器５５は、電圧制御器５４から供給される補正電圧目標値５４ａから対応値を減算して、誤差（出力偏差５５ａ）を生成する。電流制御器５６は、出力偏差５５ａを増幅して、電圧検出値３１−２を個別目標値５１ａに近づけるための補正電圧目標値５６ａを生成する。

ＰＷＭ制御部５７は、補正電圧目標値５６ａに基づくＰＷＭ信号７１−２を生成してコンバータ１１−２に供給する。コンバータ１１−２において、インバータ１５は、スイッチング素子のオン／オフをＰＷＭ信号７１−２に応じて切り替える。

［２．直列回路１−１の制御の概略］
図７は、直列回路１−１に含まれるｍ個のコンバータと、これらｍ個のコンバータの制御に用いられる目標値との対応関係を示す図である。

制御部２は、上述のように、直列回路１−１から出力される直流電圧（出力電圧Ｖｏ）が目標値１０に近づくように、１段目のコンバータ１１−１に対して電流制御を実行し、２段目以降の（ｍ−１）個のコンバータ１１−２〜１１−ｍに対して電圧制御を実行する。

まず、コンバータ１１−２〜１１−ｍに対する電圧制御について説明する。コンバータ１１−２〜１１−ｍに対する電圧制御は、個別決定部５１により決定された個別目標値５１ａに基づいて、個別制御部６１−２〜６１−ｍにより実行される。個別目標値５１ａは、出力電圧Ｖｏの目標値１０と、直列回路１−１に含まれるコンバータの数（直列数）とにより決定される。具体的には、個別目標値５１ａは、下記式（１）により決定される。

ＶＥ＝ＶＴ／ｍ・・・式（１）

式（１）において、ＶＴは目標値１０、ＶＥは個別目標値５１ａ、ｍは直列数を示す。つまり、個別決定部５１は、ｍ個のコンバータ１１−１〜１１−ｍの電圧制御を実行したと仮定した場合に、各コンバータから出力される直流電圧が等しくなるように、個別目標値５１ａを決定する。例えば、出力電圧Ｖｏの目標値１０が３００Ｖであり、直列数（ｍ）が６である場合、個別目標値５１ａは、式（１）により、５０Ｖに決定される。

個別制御部６１−２〜６１−ｍは、コンバータ１１−２〜１１−ｍから出力される直流電圧が個別目標値５１ａに近づくように、コンバータ１１−２〜１１−ｍの電圧制御を実行する。

しかし実際には、コンバータ１１−２〜１１−ｍから出力される直流電圧Ｖ１−２〜Ｖ
１−ｍの各々は、誤差を含むため、個別目標値５１ａと一致しない。つまり、直流電圧Ｖ１−２〜Ｖ１−ｍの合計Ｖｓは、個別目標値５１ａを（ｍ−１）倍した値とはならない。従って、コンバータ１１−２〜１１−ｍと同様に、コンバータ１１−１に対する電圧制御を実行した場合、コンバータ１１−１〜１１−ｍから出力される直流電圧Ｖ１−１〜Ｖ１−ｍの合計（直列回路１−１から出力される直流電圧Ｖｔ）が目標値１０から大きくずれるおそれがある。そこで、電流制御部４は、直流電圧Ｖｔが目標値１０に近づくように、コンバータ１１−１に対して電流制御を実行する。

電流制御部４において、電流決定部４１は、出力電圧Ｖｏの目標値１０と検出値３０とを用いて、電流目標値４１ａを決定する。初段制御部４２−１は、最も高電位側に接続されたコンバータ１１−１から出力される直流電流が電流目標値４１ａに近づくように、コンバータ１１−１を制御する。これにより、直流電圧Ｖ１−２〜Ｖ１−ｍの合計Ｖｓが誤差を含んでいても、直列回路１−１から出力される直流電圧Ｖｔは、目標値１０に近づくように調整される。

また、直列回路１−１において、２段目以降のコンバータのいずれかで電流制御を実行したと仮定した場合、電流制御が行われたコンバータよりも高電位側に位置するコンバータにおいて、電流が変化するおそれがある。この場合、直列回路１−１から出力される直流電圧Ｖｔを目標値１０に近づけることができない。一方、電力変換装置１００のように、直列回路１−１における１段目のコンバータ１１−１の電流制御を実行した場合、コンバータ１１−１から出力される直流電流は他のコンバータの影響を受けることがない。従って、電力変換装置１００は、直流電圧Ｖｔを目標値１０に近づけることが可能となる。

直列回路１−２〜１−ｎに含まれるコンバータも、直列回路１−１に含まれるコンバータと同様に制御されるため、直列回路１−２〜１−ｎから出力される直流電圧は、目標値１０に近づくように調整される。直列回路１−１〜１−ｎは、並列接続されているため、電圧変換部１の出力電圧Ｖｏは、目標値１０とほぼ等しくなる。

このように、直列回路１−１〜１−ｎの各々において、２段目以降の（ｍ−１）個のコンバータに対して個別目標値５１ａに基づく電圧制御を実行し、１段目のコンバータに対して電流目標値４１ａに基づく電流制御を実行する。これにより、直列回路１−１〜１−ｎの各々からの出力電圧を、目標値１０に一致するように揃えることができ、電圧変換部１の出力電圧Ｖｏを目標値１０に近づけることができる。

［３．電力変換装置１００の動作］
電力変換装置１００において、制御部２は、出力電圧Ｖｏの目標値１０の供給を受けて、電圧変換部１に含まれるｍ×ｎ個のインバータの制御を開始する。

制御部２内の電圧制御部５（図４参照）において、個別決定部５１は、供給される目標値１０に基づいて、直列回路１−１〜１−ｎにおける２段目以降のｎ×（ｍ−１）個のコンバータが出力すべき直流電圧の目標値（個別目標値５１ａ）を計算する。個別目標値５１ａは、上記式（１）に基づく計算により得られる。個別決定部５１は、２段目以降のｎ×（ｍ−１）個のコンバータに対応するｎ×（ｍ−１）個の個別制御部に、算出した個別目標値５１ａを供給する。

例えば、ｎ×（ｍ−１）個の個別制御部に含まれる個別制御部６１−２は、対応するコンバータ１１−２から出力される直流電圧Ｖ１−１が個別目標値５１ａに近づくように、コンバータ１１−２の電圧制御を実行する。

個別制御部６１−２は、直流電圧Ｖ１−１の検出値３１−１を個別目標値５１ａに近づけるために、個別目標値５１ａを補正する。具体的には、個別制御部６１−２において、演算器５３が、個別目標値５１ａから検出値３１−２を減算して、個別目標値５１ａに対する検出値３１−２の誤差（出力偏差５３ａ）を得る。電圧制御器５４が出力偏差５３ａを増幅することにより、補正電圧目標値５４ａが生成される。

続いて、個別制御部６１−２は、コンバータ１１−２から出力される直流電流の電流検出値４１−２を用いて、補正電圧目標値５４ａをさらに補正する。これにより、コンバータ１１−２の応答性を向上させることが可能となる。

具体的には、電流検出値４１−２は、電圧に対応する対応値に変換された上で、演算器５５に供給される。演算器５５は、補正電圧目標値５４ａから対応値を減算することにより、誤差（出力偏差５５ａ）を得る。電流制御器５６が、誤差５５ａを増幅することにより、補正電圧目標値５６ａを生成する。

ＰＷＭ制御部５７は、補正電圧目標値５６ａに基づくＰＷＭ信号７１−２を生成し、その生成したＰＷＭ信号７１−２をコンバータ１１−２に供給する。コンバータ１１−２において、インバータ１５内のスイッチング素子が、ＰＷＭ信号７１−２に応じてオン／オフされることにより、直流電圧Ｖ１−２が生成される。

なお、個別制御部６１−２において、演算器５５及び電流制御器５６の構成を省略してもよい。この場合、ＰＷＭ制御部６７は、補正電圧目標値５４ａを用いて、ＰＷＭ信号７１−２を生成すればよい。ただし、図５に示すように、補正電圧目標値５４ａを電流検出値４１−２により補正した補正電圧目標値５６ａを用いることにより、コンバータ１１−２の応答性を向上させることが可能となる。

直列回路１−１における３段目以降のコンバータ、直列回路１−２〜１−ｎにおける２段目以降のコンバータも、コンバータ１１−２と同様に制御される。この結果、直列回路１−１〜１−ｎにおける２段目以降のｎ×（ｍ−１）個のコンバータから出力される直流電圧は、個別目標値５１ａに近づくように電圧制御される。

次に、直列回路１−１〜１−ｎにおける１段目のｎ個のコンバータの電流制御について説明する。図４に示すように、電流制御部４において、電流決定部４１は、出力電圧Ｖｏの目標値１０と検出値３０とに基づいて、ｎ個のコンバータから出力される直流電流の電流目標値４１ａを決定する。

演算器４１１は、目標値１０から検出値３０を減算して、出力偏差４１１ａを算出する。電圧制御器４１２は、出力偏差４１１ａを増幅することにより、電流目標値４１ａを生成する。

このように、初段制御部４２−１は、直列回路１−１から出力される直流電流が電流目標値４１ａに近づくように、コンバータ１１−１の電流制御を実行する。初段制御部４２−２〜４２−ｎは、初段制御部４２−１と同様に、直列回路１−２〜１−ｎにおける１段目の（ｎ−１）個のコンバータの電流制御を実行する。これにより、直列回路１−１〜１−ｎの各々における出力電圧を揃えることが可能となる。

以上説明したように、電力変換装置１００は、直列回路１−１〜１−ｎにおける２段目以降のｎ×（ｍ−１）個のコンバータから出力される直流電圧が個別目標値５１ａに近づくように、これらのコンバータの電圧制御を個別に実行する。直列回路１−１〜１−ｎにおける１段目のｎ個のコンバータは、直列回路１−１〜１−ｎの各々におけるｍ個のコンバータから出力される直流電圧の合計値が、目標値１０に近づくように、個別に電流制御される。これにより、ｎ×ｍ個のコンバータが直並列に接続された電圧変換部１を備える電力変換装置１００において、出力電圧Ｖｏを所望の電圧に制御することができる。

上記実施の形態において、直列回路１−１〜１−ｎにおける２段目以降のｎ×（ｍ−１）個のコンバータの個別目標値を、式（１）を用いて計算する例を説明したが、これに限られない。例えば、ｎ×（ｍ−１）個のコンバータの個別目標値を、個別に設定してもよい。この場合、各コンバータの個別目標値は、出力電圧Ｖｏに基づいて得られるものであればよい。これにより、電圧変換部１に用いるコンバータの性能を揃えなくてもよいため、様々な構成の電力変換装置１００を提供することができる。

上記実施の形態において、直列回路１−１〜１−ｎにおける２段目以降のｎ×（ｍ−１）個のコンバータを制御するｎ×（ｍ−１）個の個別制御部を備える例を説明したが、これに限られない。例えば、１つのコントローラで、ｎ×（ｍ−１）個のコンバータを集中的に制御してもよい。すなわち、電圧制御部５は、２段目以降のｎ×（ｍ−１）個のコンバータの電圧制御を実行すればよい。

上記実施の形態において、初段制御部４２−１〜４２−ｎが、直列回路１−１〜１−ｎにおける１段目のｎ個のコンバータをそれぞれ制御する例を説明したが、これに限られない。例えば、１つのコントローラで、ｎ個のコンバータを集中的に制御してもよい。すなわち、電流制御部４は、ｎ個の直列回路の各々において、１段目のｎ個のコンバータの電流制御を実行すればよい。

上記実施の形態において、コンバータ１１−１がインバータ１５と、トランス１６と、整流器１７とを備える例（図２参照）を説明したが、これに限られない。図２に示すコンバータ１１−１は、直流電力Ｄ１の供給を受ける１次側回路と、直流電力Ｄ２を生成する２次側回路とが絶縁されたＤＣ−ＤＣコンバータであればよい。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。

１００ 電流変換装置
１ 電圧変換部
２ 制御部
３，１３−１〜１３−ｍ 電圧検出器
４ 電流制御部
５ 電圧制御部
１−１〜１−ｎ 直列回路
１１−１，１１−２，１１−ｍ ＤＣ−ＤＣコンバータ
１２−１，１２−２，１２−ｍ コンデンサ
１４−１，１４−２，１４−ｍ 電流検出器
４１ 電流決定部
４２−１〜４２−ｎ 初段制御部
５１ 個別決定部
６１−２，６１−ｍ，６２−２，６２−ｍ，６ｎ−２，６ｎ−ｍ 個別制御部

Claims (5)

1. 各々がｍ（ｍは２以上の整数）個の絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータを直列に接続した構成からなるｎ（ｎは２以上の整数）個の直列回路を含み、前記ｎ個の直列回路が並列に接続された電圧変換部と、
   前記電圧変換部の出力電圧の検出値が前記出力電圧の目標値となるように、前記ｎ個の直列回路の各々において最も高電位側に接続されるｎ個のＤＣ−ＤＣコンバータの電流制御を実行し、前記ｎ個の直列回路において前記ｎ個のＤＣ−ＤＣコンバータを除くｎ×（ｍ−１）個のＤＣ−ＤＣコンバータの電圧制御を実行する制御部とを備える、電力変換装置。
2. 請求項１に記載の電力変換装置であって、
   前記制御部は、
   前記ｎ個のＤＣ−ＤＣコンバータから出力される直流電流の電流目標値を、前記出力電圧の目標値と前記出力電圧の検出値とに基づいて決定する電流決定部と、
   前記ｎ個のＤＣ−ＤＣコンバータの各々から出力される直流電流が前記電流決定部により決定された前記電流目標値に近づくように、前記ｎ個のＤＣ−ＤＣコンバータを制御する第１制御部と、
   前記ｎ×（ｍ−１）個のＤＣ−ＤＣコンバータの各々から出力される直流電圧が、前記出力電圧の目標値から得られる個別目標値に近づくように、前記ｎ×（ｍ−１）個のＤＣ−ＤＣコンバータを制御する第２制御部とを備える、電力変換装置。
3. 請求項２に記載の電力変換装置であって、
   前記出力電圧の目標値をＶＴとし、前記個別目標値をＶＥとした場合、前記個別目標値は、下記式（１）により得られる、電力変換装置。
   ＶＥ＝ＶＴ／ｍ・・・式（１）
4. 請求項２又は３に記載の電力変換装置であって、
   前記第２制御部は、
   前記ｎ×（ｍ−１）個のＤＣ−ＤＣコンバータの各々に対応する前記個別目標値を決定する個別決定部と、
   前記ｎ×（ｍ−１）個のＤＣ−ＤＣコンバータに対応して設けられ、対応するＤＣ−ＤＣコンバータから出力される直流電圧が前記個別決定部から供給される前記個別目標値に近づくように、前記個別目標値と前記直流電圧の検出値とを用いて前記対応するＤＣ−ＤＣコンバータを制御するｎ×（ｍ−１）個の個別制御部とを備える、電力変換装置。
5. 請求項２に記載の電力変換装置であって、
   前記第２制御部は、前記ｎ×（ｍ−１）個のＤＣ−ＤＣコンバータの各々から出力される直流電流の検出値を用いて前記ｎ×（ｍ−１）個のＤＣ−ＤＣコンバータの各々に対応する電圧目標値を決定し、決定したｎ×（ｍ−１）個の電圧目標値を用いて前記ｎ×（ｍ−１）個のＤＣ−ＤＣコンバータを制御する、電力変換装置。
   

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