JP2019088087A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストでありながら高効率な電力変換装置を実現する。【解決手段】電力変換装置５０は、三相入力端子と三相出力端子とを有する三相電力変換セル１０と、それぞれが単相入力端子と単相出力端子とを有する複数の単相電力変換セル２１〜２６と、を備え、三相電力変換セル１０の三相入力端子のそれぞれに単相電力変換セル２１〜２６の単相入力端子が直列接続され、三相電力変換セル１０の三相出力端子のそれぞれに単相電力変換セル２１〜２６の単相出力端子が直列接続され、三相交流電力を入力して三相交流電力を出力する。【選択図】図１

Description

本発明は、電力変換装置に関する。

太陽電池の直流電力を交流に変換して電力系統に連系する太陽光発電システムや、交流電源から受電した電力を任意の電圧や周波数の交流に変換してモータを駆動するインバータ装置等では、出力電力容量の増加に伴って高い交流電圧を出力する要望がある。ここで、高い交流電圧を出力するために、スイッチング素子の耐圧を高くすると、スイッチング周波数を低くせざるを得なくなる傾向がある。そして、スイッチング周波数が低くなると、フィルタの体積が大型化したり、コストが高くなる等の問題が生じる。

その対策として、下記特許文献１の請求項２には、「太陽電池を入力電源としてその発電電力を単相交流電力へ変換する電力変換装置において、前記太陽電池の直流電力を交流電力に変換する第１電力変換器と、前記第１電力変換器の出力を１次側入力とし、２次側に絶縁出力をもつトランスと、前記トランスからの絶縁された電力を単相交流電力に変換する複数の第２電力変換器とを備え、前記複数の第２ 電力変換器の各単相交流出力端子を直列接続した出力線端を負荷または系統電源に接続し、前記第２電力変換器の出力電圧は多重パルス幅変調を行い、前記負荷へ電力を供給、または前記系統電源へ回生を行うことを特徴とする太陽光電力変換装置」と記載されている。
また、直流電力を三相交流電力に変換する電力変換装置において、三相インバータの各出力線に単相インバータを直列接続したものが知られている。かかる構成により、電力変換装置を小型化、低コスト化することができる。

特許第３６６３４５５号公報

上記特許文献１に記載された技術によって三相交流を出力する場合には、各相のインバータモジュール直列数が三相分必要となるため、例えば直列数が３の場合は計９個のインバータモジュールが必要となり、コスト増大の要因になる。また、この直流から交流に変換する技術を適用して、例えばモータを駆動するインバータ装置のように、交流から交流に変換する電力変換装置を実現するためには、装置を２組用意する必要がある。すなわち、両装置の直流側を接続し、一方の装置の交流側から電力を入力し、他方の装置の交流側から電力を出力することになる。しかしこの構成では、入力電力が双方の装置の絶縁トランスを通過することになるため、やはりコストの増大や電力変換効率の低下が懸念される。

また、三相インバータの各出力線に単相インバータを直列接続する構成では、各単相インバータの平均電力がゼロになるように動作するため、直流側から入力された電力は三相インバータを経由して出力する必要があり、三相インバータを通過する電力が大きくなる。そこで、入力側から各単相インバータの直流部に電力供給することで三相インバータの電力を低減する方法も考えられるが、その場合には絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータが必要になる。このような装置を２組用意して交流から交流に変換する電力変換装置を実現する場合は、特許文献１に記載の技術と同様に、電力変換効率の低下やコストアップが懸念される。
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、低コストでありながら高効率な電力変換装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明の電力変換装置は、三相入力端子と三相出力端子とを有する三相電力変換セルと、それぞれが単相入力端子と単相出力端子とを有する複数の単相電力変換セルと、を備え、前記三相電力変換セルの前記三相入力端子のそれぞれに前記単相電力変換セルの前記単相入力端子が直列接続され、前記三相電力変換セルの前記三相出力端子のそれぞれに前記単相電力変換セルの前記単相出力端子が直列接続され、三相交流電力を入力して三相交流電力を出力することを特徴とする。

本発明によれば、低コストでありながら高効率な電力変換装置を実現できる。

本発明の第１実施形態による電力変換装置のブロック図である。 本発明の第２実施形態による電力変換装置のブロック図である。 本発明の第３実施形態における三相電力変換セルの回路図である。 本発明の第４実施形態における単相電力変換セルの回路図である。 本発明の第５実施形態における三相電力変換セルの回路図である。 本発明の第６実施形態における単相電力変換セルの回路図である。 本発明の第７実施形態における充放電回路の回路図である。

［第１実施形態］
〈第１実施形態の構成〉
図１は、本発明の第１実施形態による電力変換装置５０のブロック図である。
電力変換装置５０は、入力端子１，２，３（第１の端子群）と、出力端子４，５，６（第２の端子群）と、三相電力変換セル１０と、単相電力変換セル２１〜２６と、を備えている。また、入力端子１〜３は三相交流電源７に接続され、出力端子４〜６は三相交流負荷８に接続されている。

三相電力変換セル１０、単相電力変換セル２１〜２６とも、図中の左側が入力端子になり、右側が出力端子になる。三相電力変換セル１０の一の入力端子と、入力端子１との間には、単相電力変換セル２１，２２の入力端子が直列に接続されている。また、三相電力変換セル１０の他の入力端子と、入力端子２との間には、単相電力変換セル２３，２４の入力端子が直列に接続されている。同様に、三相電力変換セル１０の他の入力端子と、入力端子３との間には、単相電力変換セル２５，２６の入力端子が直列に接続されている。

また、三相電力変換セル１０の一の出力端子と、出力端子４との間には、単相電力変換セル２１，２２の出力端子が直列に接続されている。また、三相電力変換セル１０の他の出力端子と、出力端子６との間には、単相電力変換セル２３，２４の出力端子が直列に接続されている。同様に、三相電力変換セル１０の他の出力端子と、出力端子５との間には、単相電力変換セル２５，２６の出力端子が直列に接続されている。

かかる構成により、電力変換装置５０は、三相交流電源７から入力された三相交流電力を任意の電圧や周波数の三相交流電力に変換して三相交流負荷８に出力する。図１に示した例では、三相各相を構成する電力変換セルの直列数を「３」としたため、合計の電力変換セル数は「７」になる。但し、電力変換セルの直列数は「３」に限られるものではない。電力変換セルの直列数をＮとすると、合計の電力変換セル数Ｍは、「Ｍ＝３(Ｎ−１)＋１」になる。このように、本実施形態によれば、比較的少ない電力変換セル数で電力変換装置５０を構成することができる。

〈第１実施形態の効果〉
以上のように本実施形態によれば、三相入力端子と三相出力端子とを有する三相電力変換セル（１０）と、それぞれが単相入力端子と単相出力端子とを有する複数の単相電力変換セル（２１〜２６）と、を備え、三相電力変換セル（１０）の三相入力端子のそれぞれに単相電力変換セル（２１〜２６）の単相入力端子が直列接続され、三相電力変換セル（１０）の三相出力端子のそれぞれに単相電力変換セル（２１〜２６）の単相出力端子が直列接続され、三相交流電力を入力して三相交流電力を出力する。
これにより、電力変換セルの数を抑制しつつ、電力変換装置を構成することができ、低コストでありながら高効率な電力変換装置を実現できる。

［第２実施形態］
図２は、本発明の第２実施形態による電力変換装置５１のブロック図である。なお、以下の説明において、上述した他の実施形態の各部に対応する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
図２において、入力端子１，２，３と、単相電力変換セル２２，２４，２６との間には、リアクトルＬ１，Ｌ２，Ｌ３がそれぞれ挿入されている。また、出力端子４，５，６と、単相電力変換セル２２，２６，２４との間には、リアクトルＬ４，Ｌ５，Ｌ６がそれぞれ挿入されている。

上述した以外の点において、電力変換装置５１は、第１実施形態の電力変換装置５０（図１参照）と同様に構成されている。本実施形態においては、リアクトルＬ１〜Ｌ６を備えたことにより、入出力電流に含まれる高周波成分を抑制することができる。さらに、本実施形態によれば、三相電力変換セル１０、単相電力変換セル２１〜２６が備えるリアクトル（図示略）を小型化し、または省略することができる。

［第３実施形態］
〈第３実施形態の構成〉
次に、本発明の第３実施形態による電力変換装置の構成を説明する。なお、以下の説明において、上述した他の実施形態の各部に対応する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
本実施形態の構成は第１実施形態のもの（図１参照）とほぼ同様であるが、第１実施形態における三相電力変換セル１０に代えて、図３に示す三相電力変換セル１１が適用される点が異なる。なお、図３は、三相電力変換セル１１の回路図である。

三相電力変換セル１１は、三相コンバータ１１ａと、三相インバータ１１ｃと、コンデンサＣ０（直流電圧発生部）と、制御部１１ｄと、三相入力端子Ｊ１１，Ｊ１２，Ｊ１３と、三相出力端子Ｊ１４，Ｊ１５，Ｊ１６と、を備えている。

また、三相コンバータ１１ａは、スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６と、ダイオードＤＱ１１〜ＤＱ１６と、リアクトルＬ１１，Ｌ１２，Ｌ１３と、を備えている。スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２は直列接続され、その接続点と三相入力端子Ｊ１１との間にリアクトルＬ１１が接続されている。また、スイッチング素子Ｑ１３，Ｑ１４は直列接続され、その接続点と三相入力端子Ｊ１２との間にリアクトルＬ１２が接続されている。また、スイッチング素子Ｑ１５，Ｑ１６は直列接続され、その接続点と三相入力端子Ｊ１３との間にリアクトルＬ１３が接続されている。また、ダイオードＤＱ１１〜ＤＱ１６は、それぞれ、スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６に対して逆並列接続されている。

また、三相インバータ１１ｃは、スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１６と、ダイオードＤＳ１１〜ＤＳ１６と、リアクトルＬ１４，Ｌ１５，Ｌ１６と、を備えている。スイッチング素子Ｓ１１，Ｓ１２は直列接続され、その接続点と三相出力端子Ｊ１４との間にリアクトルＬ１４が接続されている。また、スイッチング素子Ｓ１３，Ｓ１４は直列接続され、その接続点と三相入力端子Ｊ１５との間にリアクトルＬ１５が接続されている。また、スイッチング素子Ｓ１５，Ｓ１６は直列接続され、その接続点と三相入力端子Ｊ１６との間にリアクトルＬ１６が接続されている。また、ダイオードＤＳ１１〜ＤＳ１６は、それぞれ、スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１６に対して逆並列接続されている。

制御部１１ｄは、スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６，Ｓ１１〜Ｓ１６のオン／オフ状態を制御する。電力潮流の方向を三相入力端子Ｊ１１〜Ｊ１３から三相出力端子Ｊ１４〜Ｊ１６に向かう方向にする場合、三相コンバータ１１ａは、三相入力端子Ｊ１１〜Ｊ１３から入力された三相交流電圧を直流電圧に変換し、コンデンサＣ０の両端間に印加する。また、三相インバータ１１ｃは、コンデンサＣ０の両端に現れる直流電圧を三相交流電圧に変換し、三相出力端子Ｊ１４〜Ｊ１６から出力する。また、電力潮流の方向は、三相出力端子Ｊ１４〜Ｊ１６から三相入力端子Ｊ１１〜Ｊ１３に向かう方向であってもよい。すなわち、三相電力変換セル１１は、三相入力端子Ｊ１１〜Ｊ１３と、三相出力端子Ｊ１４〜Ｊ１６との間で、双方向に電力変換することが可能である。

〈第３実施形態の効果〉
以上のように、本実施形態の三相電力変換セル（１１）は、三相入力端子（Ｊ１１〜Ｊ１３）から三相交流電力を入力し直流電力を出力する三相コンバータ（１１ａ）と、三相コンバータ（１１ａ）から直流電力を入力し三相出力端子（Ｊ１４〜Ｊ１６）から三相交流電力を出力する三相インバータ（１１ｃ）と、を備える。
これにより、簡易な構成で、三相交流電力の相互間の変換が可能になる。

［第４実施形態］
〈第４実施形態の構成〉
次に、本発明の第４実施形態による電力変換装置の構成を説明する。なお、以下の説明において、上述した他の実施形態の各部に対応する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
本実施形態の構成は第１実施形態のもの（図１参照）とほぼ同様であるが、第１実施形態における単相電力変換セル２１〜２６に代えて、図４に示す単相電力変換セル２７が適用される点が異なる。なお、図４は、単相電力変換セル２７の回路図である。

単相電力変換セル２７は、単相コンバータ２７ａと、ＤＣ−ＤＣコンバータ２７ｂと、単相インバータ２７ｃと、制御部２７ｄと、コンデンサＣ１，Ｃ２（直流電圧発生部）と、単相入力端子Ｊ２１，Ｊ２２と、単相出力端子Ｊ２３，Ｊ２４と、を備えている。

単相コンバータ２７ａは、スイッチング素子Ｑ２１〜Ｑ２４と、ダイオードＤＱ２１〜ＤＱ２４と、リアクトルＬ２１，Ｌ２２と、を備えている。スイッチング素子Ｑ２１，Ｑ２２は直列接続され、その接続点と単相入力端子Ｊ２１との間にリアクトルＬ２１が接続されている。また、スイッチング素子Ｑ２３，Ｑ２４は直列接続され、その接続点と単相入力端子Ｊ２２との間にリアクトルＬ２２が接続されている。また、ダイオードＤＱ２１〜ＤＱ２４は、それぞれ、スイッチング素子Ｑ２１〜Ｑ２４に対して逆並列接続されている。これにより、単相コンバータ２７ａは、単相入力端子Ｊ２１，Ｊ２２から供給された交流電力によって、コンデンサＣ１を充電する。

ＤＣ−ＤＣコンバータ２７ｂは、スイッチング素子Ｈ２１〜Ｈ２４と、ダイオードＤＨ２１〜ＤＨ２４と、共振インダクタＬｒ１と、共振コンデンサＣｒ１と、トランスＴ１と、ダイオードＤ２１〜Ｄ２４と、を備えている。また、トランスＴ１は、巻線Ｎ１，Ｎ２を備えている。スイッチング素子Ｈ２１〜Ｈ２４はフルブリッジ接続されており、これらスイッチング素子Ｈ２１〜Ｈ２４には、ダイオードＤＨ２１〜ＤＨ２４が逆並列接続されている。

スイッチング素子Ｈ２１〜Ｈ２４は、コンデンサＣ１の両端間に現れた直流電圧を高周波交流電圧に変換するようにオン／オフ状態が制御される。高周波交流電圧によって生じた高周波交流電流は、共振インダクタＬｒ１と共振コンデンサＣｒ１とを介して、巻線Ｎ１に流れる。ダイオードＤ２１〜Ｄ２４はブリッジ接続されており、巻線Ｎ２から入力した高周波交流電流を整流してコンデンサＣ２の両端間に出力する。このように、ＤＣ−ＤＣコンバータ２７ｂは、電力変換効率を高めるために共振形コンバータの回路構成を採用している。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ２７ｂは、トランスＴ１において単相コンバータ２７ａ側の回路と単相インバータ２７ｃ側の回路とが絶縁されているため、絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータである。

単相インバータ２７ｃは、スイッチング素子Ｓ２１〜Ｓ２４と、ダイオードＤＳ２１〜ＤＳ２４と、リアクトルＬ２３，Ｌ２４と、を備えている。スイッチング素子Ｓ２１，Ｓ２２は直列接続され、その接続点と単相出力端子Ｊ２３との間にリアクトルＬ２３が接続されている。また、スイッチング素子Ｓ２３，Ｓ２４は直列接続され、その接続点と単相出力端子Ｊ２４との間にリアクトルＬ２４が接続されている。また、ダイオードＤＳ２１〜ＤＳ２４は、それぞれ、スイッチング素子Ｓ２１〜Ｓ２４に対して逆並列接続されている。

制御部２７ｄは、スイッチング素子Ｑ２１〜Ｑ２４，Ｈ２１〜Ｈ２４，Ｓ２１〜Ｓ２４のオン／オフ状態を制御する。これにより、単相電力変換セル２７は、単相入力端子Ｊ２１，Ｊ２２から入力された単相交流電力を、任意の電圧および周波数を有する単相交流電力に変換して、単相出力端子Ｊ２３，Ｊ２４から出力できる。ここで、ＤＣ−ＤＣコンバータ２７ｂに含まれるトランスＴ１によって、単相入力端子Ｊ２１，Ｊ２２と、単相出力端子Ｊ２３，Ｊ２４とは絶縁されている。

〈第４実施形態の効果〉
以上のように本実施形態によれば、複数の単相電力変換セル（２７）は、各々トランス（Ｔ１）を備え、一台の単相電力変換セル（２７）における単相入力端子と単相出力端子との間が絶縁されている。

より具体的には、各々の単相電力変換セル（２７）は、単相入力端子（Ｊ２１，Ｊ２２）から単相交流電力を入力し直流電力を出力する単相コンバータ（２７ａ）と、単相コンバータ（２７ａ）から直流電力を入力しトランス（Ｔ１）を介して直流電力を出力する絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータ（２７ｂ）と、ＤＣ−ＤＣコンバータ（２７ｂ）から直流電力を入力し単相出力端子（Ｊ２３，Ｊ２４）から単相交流電力を出力する単相インバータ（２７ｃ）と、を備える。
これにより、単相入力端子（Ｊ２１，Ｊ２２）と単相出力端子（Ｊ２３，Ｊ２４）との電位を大きく異ならせることができる。

さらに、ＤＣ−ＤＣコンバータ（２７ｂ）は、トランス（Ｔ１）の巻線（Ｎ１）に対して直列に接続された共振コンデンサ（Ｃｒ１）を有する。これにより、トランス（Ｔ１）の巻線Ｎ１側の回路を共振させ、電力変換効率を一層高めることができる。

［第５実施形態］
〈第５実施形態の構成〉
次に、本発明の第５実施形態による電力変換装置の構成を説明する。なお、以下の説明において、上述した他の実施形態の各部に対応する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
本実施形態の構成は第１実施形態のもの（図１参照）とほぼ同様であるが、第１実施形態における三相電力変換セル１０に代えて、図５に示す三相電力変換セル１２が適用される点が異なる。なお、図５は、三相電力変換セル１２の回路図である。

三相電力変換セル１２は、三相コンバータ１２ａと、三相インバータ１２ｃと、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２ｂと、制御部１２ｄと、コンデンサＣ３，Ｃ４（直流電圧発生部）と、三相入力端子Ｊ１１，Ｊ１２，Ｊ１３と、三相出力端子Ｊ１４，Ｊ１５，Ｊ１６と、を備えている。
ここで、三相コンバータ１２ａおよび三相インバータ１２ｃは、第３実施形態の三相電力変換セル１１（図３参照）における三相コンバータ１１ａおよび三相インバータ１１ｃと同様に構成されている。

ＤＣ−ＤＣコンバータ１２ｂは、スイッチング素子Ｈ１１〜Ｈ１４と、ダイオードＤＨ１１〜ＤＨ１４と、共振インダクタＬｒ２と、共振コンデンサＣｒ２と、トランスＴ２と、ダイオードＤ１１〜Ｄ１４と、を備えている。また、トランスＴ２は、巻線Ｎ３，Ｎ４を備えている。スイッチング素子Ｈ１１〜Ｈ１４はフルブリッジ接続されており、これらスイッチング素子Ｈ１１〜Ｈ１４には、ダイオードＤＨ１１〜ＤＨ１４が逆並列接続されている。

スイッチング素子Ｈ１１〜Ｈ１４は、コンデンサＣ３の両端間に現れた直流電圧を高周波交流電圧に変換するようにオン／オフ状態が制御される。高周波交流電圧によって生じた高周波交流電流は、共振インダクタＬｒ２と共振コンデンサＣｒ２とを介して、巻線Ｎ３に流れる。ダイオードＤ１１〜Ｄ１４はブリッジ接続されており、巻線Ｎ４から入力した高周波交流電流を整流してコンデンサＣ４の両端間に出力する。このように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２ｂは、電力変換効率を高めるために共振形コンバータの回路構成を採用している。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２ｂは、トランスＴ２において三相コンバータ１２ａ側の回路と三相インバータ１２ｃ側の回路とが絶縁されているため、絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータである。

制御部１２ｄは、スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６，Ｈ１１〜Ｈ１４，Ｓ１１〜Ｓ１６のオン／オフ状態を制御する。これにより、三相電力変換セル１２は、三相入力端子Ｊ１１〜Ｊ１３から入力された三相交流電力を、任意の電圧および周波数を有する三相交流電力に変換して、三相出力端子Ｊ１４〜Ｊ１６から出力できる。ここで、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２ｂに含まれるトランスＴ２によって、三相入力端子Ｊ１１〜Ｊ１３と、三相出力端子Ｊ１４〜Ｊ１６とは絶縁されている。これにより入出力間の零相電圧を大きく異ならせることができるようになるため、例えば三相各相電圧に３次高調波成分を重畳させて電圧利用率を改善することが可能になる。

〈第５実施形態の効果〉
以上のように本実施形態によれば、三相電力変換セル（１２）は、三相入力端子（Ｊ１１〜Ｊ１３）から三相交流電力を入力し直流電力を出力する三相コンバータ（１２ａ）と、三相コンバータ（１２ａ）から直流電力を入力しトランス（Ｔ２）を介して直流電力を出力する絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータ（１２ｂ）と、ＤＣ−ＤＣコンバータ（１２ｂ）から直流電力を入力し三相出力端子（Ｊ１４〜Ｊ１６）から三相交流電力を出力する三相インバータ（１２ｃ）と、を備える。
これにより、三相入力端子（Ｊ１１〜Ｊ１３）と、三相出力端子（Ｊ１４〜Ｊ１６）との電位を大きく異ならせることができる。

［第６実施形態］
〈第６実施形態の構成〉
次に、本発明の第４実施形態による電力変換装置の構成を説明する。なお、以下の説明において、上述した他の実施形態の各部に対応する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
本実施形態の構成は第１実施形態のもの（図１参照）とほぼ同様であるが、第１実施形態における単相電力変換セル２１〜２６に代えて、図６に示す単相電力変換セル２８が適用される点が異なる。なお、図６は、本実施形態における単相電力変換セル２８の回路図である。

図６において、単相電力変換セル２８は、単相コンバータ２８ａと、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８ｂと、単相インバータ２８ｃと、制御部２８ｄと、コンデンサＣ１，Ｃ２と、単相入力端子Ｊ２１，Ｊ２２と、単相出力端子Ｊ２３，Ｊ２４と、を備えている。
ここで、単相コンバータ２８ａおよび単相インバータ２８ｃは、単相電力変換セル２７（図４参照）における単相コンバータ２７ａおよび単相インバータ２７ｃと同様に構成されている。

ＤＣ−ＤＣコンバータ２８ｂは、スイッチング素子Ｈ２１〜Ｈ２８と、ダイオードＤＨ２１〜ＤＨ２８と、共振インダクタＬｒ３，Ｌｒ４と、共振コンデンサＣｒ３，Ｃｒ４と、トランスＴ３と、を備えている。また、トランスＴ３は、巻線Ｎ５，Ｎ６を備えている。スイッチング素子Ｈ２１〜Ｈ２４はフルブリッジ接続されており、これらスイッチング素子Ｈ２１〜Ｈ２４には、ダイオードＤＨ２１〜ＤＨ２４が逆並列接続されている。

スイッチング素子Ｈ２１〜Ｈ２４は、コンデンサＣ１の両端間に現れた直流電圧を高周波交流電圧に変換するようにオン／オフ状態が制御される。高周波交流電圧によって生じた高周波交流電流は、共振インダクタＬｒ３と共振コンデンサＣｒ３とを介して、巻線Ｎ５に流れる。また、スイッチング素子Ｈ２５〜Ｈ２８はフルブリッジ接続されており、これらスイッチング素子Ｈ２５〜Ｈ２８には、ダイオードＤＨ２５〜ＤＨ２８が逆並列接続されている。スイッチング素子Ｈ２５〜Ｈ２８は、同期整流を行うように、オン／オフ状態が制御される。すなわち、スイッチング素子Ｈ２５〜Ｈ２８は、共振コンデンサＣｒ４および共振インダクタＬｒ４を介して巻線Ｎ６から入力した高周波交流電流を整流し、コンデンサＣ２の両端間に出力する。

これによりＤＣ−ＤＣコンバータ２８ｂは、コンデンサＣ１とコンデンサＣ２との間で、高い効率で双方向に電力変換することが可能である。ここで、単相コンバータ２８ａは、単相入力端子Ｊ２１，Ｊ２２と、コンデンサＣ１との間で双方向に電力変換することが可能である。同様に、単相インバータ２８ｃは、単相出力端子Ｊ２３，Ｊ２４と、コンデンサＣ２との間で双方向に電力変換することが可能である。従って、本実施形態における単相電力変換セル２８は、単相入力端子Ｊ２１，Ｊ２２と単相出力端子Ｊ２３，Ｊ２４との間で双方向に電力変換することが可能である。

上述したように、本実施形態に適用される三相電力変換セル１１（図３参照）においては、双方向に電力変換することが可能である。従って、この三相電力変換セル１１と、単相電力変換セル２８とを適用することにより、本実施形態の電力変換装置は、入力端子１〜３と出力端子４〜６（図１参照）との間で、双方向に、効率よく電力変換することが可能になる。これにより、例えば三相交流負荷８としてモータを適用した場合には、この三相交流負荷８から三相交流電源７に電力を回生することができる。

〈第６実施形態の効果〉
以上のように本実施形態によれば、三相交流電力を入出力する第１の端子群（１〜３）と、三相交流電力を入出力する第２の端子群（４〜６）と、をさらに備え、電力潮流が第１の端子群（１〜３）から第２の端子群（４〜６）に向かう方向、およびその逆方向への電力変換を適宜行う。
これにより、回生電力を電源系統に帰還させることができる。

［第７実施形態］
次に、本発明の第７実施形態による電力変換装置の構成を説明する。なお、以下の説明において、上述した他の実施形態の各部に対応する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
本実施形態の構成は第１実施形態のもの（図１参照）とほぼ同様であるが、第１実施形態における三相電力変換セル１０に代えて、図３に示した三相電力変換セル１１が適用される。さらに、本実施形態においては、三相電力変換セル１１に対して、図７に示す充放電回路３０が接続される。なお、図７は、充放電回路３０の回路図である。

図７において、充放電回路３０は、三相電力変換セル１１と、バッテリ４０との間に接続されている。充放電回路３０は、スイッチング素子３２，３４と、コントローラ３５と、リアクトル３６と、を備えている。スイッチング素子３２，３４は直列に接続され、三相電力変換セル１１において直流電圧が発生する直流電圧発生部、すなわちコンデンサＣ０の両端に接続される。リアクトル３６とバッテリ４０とは直列に接続され、この直列回路がスイッチング素子３４に対して並列に接続されている。

ここで、バッテリ４０の端子電圧は、コンデンサＣ０の端子電圧以下にしておくとよい。コントローラ３５は、バッテリ４０を充電または放電するように、スイッチング素子３２，３４のオン／オフ状態を制御する。すなわち、コントローラ３５は、バッテリ４０の充電時には、スイッチング素子３４をオフ状態に保ちつつ、スイッチング素子３２のオン／オフ状態を交互に切り替える。また、コントローラ３５は、バッテリ４０の放電時には、スイッチング素子３２をオフ状態にしスイッチング素子３４をオン状態にしてリアクトル３６に磁束エネルギーを蓄える状態と、スイッチング素子３４をオフ状態にしスイッチング素子３２をオン状態にして蓄えた磁束エネルギーを電流として三相電力変換セル１１に供給する状態と、を交互に繰り返す。すなわち、バッテリ４０の放電時には、充放電回路３０は昇圧チョッパ回路として機能する。

〈第７実施形態の効果〉
以上のように本実施形態によれば、三相電力変換セル（１０）または複数の単相電力変換セル（２１〜２６）のうち少なくとも一部は、直流電圧が発生する直流電圧発生部（Ｃ０）を有するものであり、バッテリ（４０）と直流電圧発生部（Ｃ０）との間に接続され、直流電圧発生部（Ｃ０）に対してバッテリ（４０）から適宜放電させるとともに、直流電圧発生部（Ｃ０）に発生する電圧によってバッテリ（４０）を適宜充電する充放電回路（３０）をさらに備える。
これにより、三相交流電源７に停電等が発生した場合においても、三相交流負荷８に対して安定して電力供給を続けることができる。

［変形例］
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。上述した実施形態は本発明を理解しやすく説明するために例示したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について削除し、もしくは他の構成の追加・置換をすることが可能である。また、図中に示した制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上で必要な全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。上記実施形態に対して可能な変形は、例えば以下のようなものである。

（１）上記第３〜第７実施形態においては、図３〜図６に示した三相コンバータ１１ａ，１２ａ、三相インバータ１１ｃ，１２ｃ、単相コンバータ２７ａ，２８ａ、および単相インバータ２７ｃ，２８ｃをフルブリッジ回路として構成した。しかし、これらの要素に対して、例えば３レベル回路等、他の回路方式を適用してもよい。これにより、効率よく電力変換容量を増加させることができる場合もある。

（２）また、上記各実施形態においては、一台の三相電力変換セル１０，１１，１２と、複数の単相電力変換セル２１〜２６，２７，２８と、を組み合わせている。ここで、三相電力変換セルは、単相電力変換セルよりも単位電力容量あたりのコストを安くできる場合が多い。そこで、三相電力変換セルの電力容量を、一台の単相電力変換セルの電力容量より大きくすることにより、電力変換装置のコストを低減させてもよい。

（３）また、上記各実施形態においては、電力変換装置の構成として、三相電力変換セルの三相各相に直列接続する単相電力変換セルの数を「２」としたが、より多くの単相電力変換セルを直列接続すれば、電力変換装置の容量を増加させることが可能である。

（４）また、上記第６実施形態において適用される三相電力変換セル１１（図３参照）と、単相電力変換セル２８（図６参照）とは、共に双方向電力変換が可能なセルであった。しかし、三相電力変換セルおよび単相電力変換セルのうち一部のみを双方向電力変換が可能なものにしてもよい。例えば、三相電力変換セル１１と、単相電力変換セル２７（図４参照）と、を組み合わせてもよい。一部のセルのみで双方向電力変換を行うと、図１において出力端子４〜６から入力端子１〜３への電力変換容量は、入力端子１〜３から出力端子４〜６への電力変換容量よりも小さくなる。しかし、単方向電力変換が可能なセルは、双方向電力変換が可能なセルよりも安価に製造できるため、コスト的には有利になる。

（５）上記第７実施形態において、充放電回路３０は、三相電力変換セル１１の直流電圧発生部（コンデンサＣ０）と、バッテリ４０との間に接続された。しかし、他のセルまたは他の実施形態における直流電圧発生部（例えば、図４または図６のコンデンサＣ１，Ｃ２、図５のコンデンサＣ３，Ｃ４等）とバッテリ４０との間に充放電回路３０を接続してもよい。

１〜３ 入力端子（第１の端子群）
４〜６ 出力端子（第２の端子群）
１０ 三相電力変換セル
１１，１２ 三相電力変換セル
１１ａ，１２ａ 三相コンバータ
１２ｂ ＤＣ−ＤＣコンバータ
１１ｃ，１２ｃ 三相インバータ
２１〜２６，２７，２８ 単相電力変換セル
２７ａ，２８ａ 単相コンバータ
２７ｂ，２８ｂ ＤＣ−ＤＣコンバータ
２７ｃ，２８ｃ 単相インバータ
３０ 充放電回路
４０ バッテリ
５０，５１ 電力変換装置
Ｃ０，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４ コンデンサ（直流電圧発生部）
Ｃｒ１，Ｃｒ２，Ｃｒ３，Ｃｒ４ 共振コンデンサ
Ｊ１１〜Ｊ１３ 三相入力端子
Ｊ１４〜Ｊ１６ 三相出力端子
Ｊ２１，Ｊ２２ 単相入力端子
Ｊ２３，Ｊ２４ 単相出力端子
Ｔ１〜Ｔ３ トランス

Claims (9)

1. 三相入力端子と三相出力端子とを有する三相電力変換セルと、
   それぞれが単相入力端子と単相出力端子とを有する複数の単相電力変換セルと、
   を備え、
   前記三相電力変換セルの前記三相入力端子のそれぞれに前記単相電力変換セルの前記単相入力端子が直列接続され、
   前記三相電力変換セルの前記三相出力端子のそれぞれに前記単相電力変換セルの前記単相出力端子が直列接続され、
   三相交流電力を入力して三相交流電力を出力する
   ことを特徴とする電力変換装置。
2. 複数の前記単相電力変換セルは、各々トランスを備え、一台の前記単相電力変換セルにおける前記単相入力端子と前記単相出力端子との間が絶縁されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記三相電力変換セルの電力容量は、一台の前記単相電力変換セルの電力容量より大きい
   ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
4. 各々の前記単相電力変換セルは、
   前記単相入力端子から単相交流電力を入力し直流電力を出力する単相コンバータと、
   前記単相コンバータから直流電力を入力しトランスを介して直流電力を出力する絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータと、
   前記ＤＣ−ＤＣコンバータから直流電力を入力し前記単相出力端子から単相交流電力を出力する単相インバータと、を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
5. 前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、
   前記トランスの巻線に対して直列に接続された共振コンデンサを有する
   ことを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
6. 前記三相電力変換セルは、
   前記三相入力端子から三相交流電力を入力し直流電力を出力する三相コンバータと、
   前記三相コンバータから直流電力を入力し前記三相出力端子から三相交流電力を出力する三相インバータと、を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
7. 前記三相電力変換セルは、
   前記三相入力端子から三相交流電力を入力し直流電力を出力する三相コンバータと、
   前記三相コンバータから直流電力を入力しトランスを介して直流電力を出力する絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータと、
   前記ＤＣ−ＤＣコンバータから直流電力を入力し前記三相出力端子から三相交流電力を出力する三相インバータと、を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
8. 三相交流電力を入出力する第１の端子群と、
   三相交流電力を入出力する第２の端子群と、
   をさらに備え、電力潮流が前記第１の端子群から前記第２の端子群に向かう方向、およびその逆方向への電力変換を適宜行う
   ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
9. 前記三相電力変換セルまたは複数の前記単相電力変換セルのうち少なくとも一部は、直流電圧が発生する直流電圧発生部を有するものであり、
   バッテリと前記直流電圧発生部との間に接続され、前記直流電圧発生部に対して前記バッテリから適宜放電させるとともに、前記直流電圧発生部に発生する電圧によって前記バッテリを適宜充電する充放電回路をさらに備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。

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