JP6524883B2 - 電力変換装置及びその制御方法 - Google Patents

電力変換装置及びその制御方法

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Description

本発明は、直流／交流の電力変換を、スイッチング動作によって行う電力変換装置に関する。
直流電源の電圧を単相交流電圧に変換するには、例えば、昇圧回路（ＤＣ／ＤＣコンバータ）及びインバータ回路を含む電力変換装置が用いられる。伝統的な電力変換装置では、直流電源の電圧を、交流側のピーク電圧より高い一定電圧まで昇圧回路で昇圧した後、当該電圧を、インバータ回路で交流電圧に変換している。この場合、昇圧回路及びインバータ回路は、常時高速なスイッチング動作を行っている。そのため、各スイッチング素子ではスイッチング損失が発生し、リアクトルでは鉄損が発生する。これらの損失は、変換効率の向上を妨げる要因となる。
一方、直流電源の電圧と交流側の瞬時電圧の絶対値とを常に比較して、昇圧回路については昇圧が必要な期間のみスイッチング動作させ、インバータ回路については降圧が必要な期間のみスイッチング動作させる、という制御が提案されている（例えば特許文献１，２参照。）。このような制御によれば、昇圧回路及びインバータ回路にスイッチング動作の休止期間ができる。休止期間ができれば、その分、スイッチング損失やリアクトルの鉄損が抑制されるので、変換効率の向上に資することになる。
特許第５６１８０２２号 特許第５６１８０２３号
しかしながら、特許文献１又は２の電力変換装置では、昇圧回路に、有効電流のみならず無効電流が流れる。無効電流の振幅は有効電流の振幅に等しく、無効電流の周波数は交流側の基本波（周波数５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）の２倍である。このため、昇圧回路に有効電流のみが流れる伝統的な電力変換装置と比べると、昇圧回路に流れる電流のピーク値は２倍、実効値も（１．５１／２）倍となる。従って、昇圧回路としては、かかる電流にも耐え得るものを用いなければならない。その結果、昇圧回路が大きくなる。
また、直流電源に無効電流を流さないためには、直流電源と昇圧回路との間に、大容量コンデンサを設けて、無効電流を吸収する必要がある。例えば、直流電源が太陽光発電パネルである場合は、当該パネルの出力インピーダンスが大きい。従って、比較的小容量のコンデンサでも、無効電流を概ね吸収することができる。
ところが、直流電源が蓄電池の場合には、太陽光発電パネルに比べて出力インピーダンスが小さい。このような場合には、コンデンサだけでは無効電流を吸収することはできない。そのため、蓄電池に無効電流が流れ、蓄電池と電力変換装置との間の電路、及び、蓄電池内部で発生する損失が増大する。このような損失は、変換効率の向上を阻害する要因となる。
かかる課題に鑑み、本発明は、よりコンパクトで、さらに変換効率の高い電力変換装置及びその制御方法を提供することを目的とする。
本発明は、中間バスを介して直流／交流の電力変換を行う電力変換装置であって、第１直流電源又は負荷と前記中間バスとの間に設けられる第１のＤＣ／ＤＣコンバータと、直流側コンデンサと前記中間バスとの間に設けられる第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、前記中間バスに接続された中間コンデンサと、前記中間バスと交流系統との間に設けられるＤＣ／ＡＣコンバータと、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータ、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータ、及び、前記ＤＣ／ＡＣコンバータを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記中間バスに流れる無効電流を、主として前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータが供給する電流指令値の設定とする電力変換装置である。
制御方法の観点からは、第１直流電源又は負荷と中間バスとの間に設けられる第１のＤＣ／ＤＣコンバータと、直流側コンデンサと前記中間バスとの間に設けられる第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、前記中間バスに接続された中間コンデンサと、前記中間バスと交流系統との間に設けられるＤＣ／ＡＣコンバータと、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータ、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータ、及び、前記ＤＣ／ＡＣコンバータを制御する制御部とを備え、前記中間バスを介して直流／交流の電力変換を行う電力変換装置について、前記制御部が実行する電力変換装置の制御方法であって、前記中間バスに流れる無効電流を、主として前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータが供給する電流指令値の設定とする電力変換装置の制御方法である。
本発明の電力変換装置及びその制御方法によれば、さらに変換効率を高め、よりコンパクト化を実現することができる。
太陽光発電パネルに接続された電力変換装置の概略構成を示す単線接続図である。 図１の電力変換装置の回路図の一例である。 太陽光発電パネルに接続された電力変換装置の概略構成を示す単線接続図である。 図３の電力変換装置の回路図の一例である。 蓄電池に接続された電力変換装置の概略構成を示す単線接続図である。 太陽光発電パネル及び蓄電池に接続された電力変換装置の概略構成を示す単線接続図である。 図６に対応した電力変換装置の回路図の一例である。 太陽光発電パネル及び蓄電池に接続された電力変換装置の概略構成を示す単線接続図である。 太陽光発電パネル及び蓄電池に接続された電力変換装置の概略構成を示す単線接続図である。 検証例１（電流平滑化前）として、太陽光発電パネルの発電が無い状態（太陽光発電パネルが接続されていない場合を含む。）で、蓄電池の充電を行っている電力変換装置についての波形図である。 検証例１（電流平滑化後）として、太陽光発電パネルの発電が無い状態（太陽光発電パネルが接続されていない場合を含む。）で、蓄電池の充電を行っている電力変換装置についての波形図である。 検証例２（電流平滑化前）として、太陽光発電パネルの発電が無い状態（太陽光発電パネルが接続されていない場合を含む。）で、蓄電池の放電を行っている電力変換装置についての波形図である。 検証例２（電流平滑化後）として、太陽光発電パネルの発電が無い状態（太陽光発電パネルが接続されていない場合を含む。）で、蓄電池の放電を行っている電力変換装置についての波形図である。 検証例３（電流平滑化前）として、太陽光発電パネルの発電がある状態で、蓄電池の充電を行っている電力変換装置についての波形図である。 検証例３（電流平滑化後）として、太陽光発電パネルの発電がある状態で、蓄電池の充電を行っている電力変換装置についての波形図である。 検証例４（電流平滑化前）として、太陽光発電パネルの発電がある状態で、蓄電池の充電を行っている電力変換装置についての波形図である。 検証例４（電流平滑化後）として、太陽光発電パネルの発電がある状態で、蓄電池の充電を行っている電力変換装置についての波形図である。 検証例５（電流平滑化前）として、太陽光発電パネルの発電がある状態で、蓄電池の放電を行っている電力変換装置についての波形図である。 検証例５（電流平滑化後）として、太陽光発電パネルの発電がある状態で、蓄電池の放電を行っている電力変換装置についての波形図である。 検証例６（電流平滑化前）として、太陽光発電パネルの発電がある状態で、蓄電池の放電を行っている電力変換装置についての波形図である。 検証例６（電流平滑化後）として、太陽光発電パネルの発電がある状態で、蓄電池の放電を行っている電力変換装置についての波形図である。 検証例７（電流平滑化後）として、図２１の条件における、交流電流Ｉａ、太陽光発電パネルの出力電流Ｉｐ、及び、蓄電池の出力電流Ｉｂの波形図である。
［実施形態の要旨］
本発明の実施形態の要旨としては、少なくとも以下のものが含まれる。
（１）これは、中間バスを介して直流／交流の電力変換を行う電力変換装置であって、第１直流電源又は負荷と前記中間バスとの間に設けられる第１のＤＣ／ＤＣコンバータと、直流側コンデンサと前記中間バスとの間に設けられる第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、前記中間バスに接続された中間コンデンサと、前記中間バスと交流系統との間に設けられるＤＣ／ＡＣコンバータと、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータ、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータ、及び、前記ＤＣ／ＡＣコンバータを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記中間バスに流れる無効電流を、主として前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータが供給する電流指令値の設定とする電力変換装置である。
このような電力変換装置では、第２のＤＣ／ＤＣコンバータが無効電流を主として引き受けることになるので、第１のＤＣ／ＤＣコンバータは逆に、無効電流を低減して主として有効電流を流すことができる。これにより、第１のＤＣ／ＤＣコンバータの電流のピーク値を抑制し、変換効率を高め、よりコンパクト化を実現することができる。
（２）また、（１）の電力変換装置において例えば、前記制御部は、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータを通過する電力及び前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータを通過する電力の合計の電力が、前記中間コンデンサに係る無効電力及び前記ＤＣ／ＡＣコンバータの交流側に現れる電力の合計の電力と一致するよう制御する。
この場合、中間バスから見た直流側の電力と、中間コンデンサを含む交流側の電力とが互いに一致する。言い換えれば、直流側の電力が、交流側の電力を上回る過剰な電力となることはない。従って、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ及び第２のＤＣ／ＤＣコンバータは、休止期間を含む最小限のスイッチング動作を行い、ＤＣ／ＡＣコンバータは、休止期間を含む最小限のスイッチング動作を行うことになる。
（３）また、（２）の電力変換装置において、前記ＤＣ／ＡＣコンバータの交流側に、交流リアクトル及び、さらに交流側に交流側コンデンサを含むフィルタ回路が設けられ、当該フィルタ回路が、交流系統と接続されており、前記制御部は、前記交流系統の電力と前記交流側コンデンサの電力とを合計した電力が、前記交流リアクトルと前記ＤＣ／ＡＣコンバータとの間で受け渡される電力と一致するように制御するものであってもよい。
この場合、フィルタ回路を考慮してなお、電力を一致させることができる。言い換えれば、制御部は、フィルタ回路の影響を考慮した制御を行うことになる。
（４）また、（１）〜（３）のいずれかの電力変換装置において、前記直流側コンデンサは、直流側の終端回路を閉じる素子であってもよい。
この場合の第２のＤＣ／ＤＣコンバータは、有効電流を流す必要は無く、無効電流を供給するためだけに存在する。従って、第１のＤＣ／ＤＣコンバータに無効電流を負担させないようにするには好適な回路構成となる。
（５）また、（１）〜（３）のいずれかの電力変換装置において、前記直流側コンデンサの両端に対して並列に、第２直流電源が接続されていてもよい。
この場合の第２のＤＣ／ＤＣコンバータは、無効電流を流すことのみならず、有効電流も流すことができる。
（６）また、（５）の電力変換装置において、前記直流側コンデンサと前記第２直流電源との間に、前記制御部によって開閉可能なスイッチが設けられていてもよい。
この場合、スイッチを開くと、第２のＤＣ／ＤＣコンバータは、無効電流を流すためだけに用いることができ、スイッチを閉じると、無効電流のみならず有効電流も流すことができる。
（７）また、（１）〜（６）のいずれかの電力変換装置において、例えば、前記制御部は、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータを流れる無効電流が０になり、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータが全ての無効電流を供給するよう電流指令値を設定する。
この場合、第１のＤＣ／ＤＣコンバータの電流のピーク値を最も抑制し、変換効率を高め、コンパクト化を実現することができる。
（８）また、（１）〜（６）のいずれかの電力変換装置において、例えば、前記制御部は、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータをそれぞれ流れる電流のピーク値が最小になるよう、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータの無効電流を電流指令値の設定により制御する。
この場合、２つのＤＣ／ＤＣコンバータの電流容量を最小化することができる。
（９）また、（１）〜（６）のいずれかの電力変換装置において、例えば、前記制御部は、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータをそれぞれ流れる電流の二乗平均値が最小になるよう、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータの無効電流を電流指令値の設定により制御する。
この場合、２つのＤＣ／ＤＣコンバータの抵抗損失を最小化することができる。
（１０）また、（４）の電力変換装置において、例えば、前記制御部は、前記直流側コンデンサの両端電圧が、前記第１直流電源又は負荷の電圧と一致するよう、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータの無効電流を電流指令値の設定により制御する。
この場合、直流電源や負荷が接続されていない第２のＤＣ／ＤＣコンバータを、第１のＤＣ／ＤＣコンバータと同じタイミングでスイッチング動作させることができる。従って、第２のＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング動作期間を、最短にすることができる。
（１１）また、（１）〜（１０）の電力変換装置において、無効電流を供給する電流指令値の設定とは、前記中間バスに流れる電流を数式で表した場合に、時間に依存する項の一部又は全部を割り当てることである。
このように電流指令値を設定することで、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ及び第２のＤＣ／ＤＣコンバータによる無効電流の負担を自在に設定することができる。
（１２）制御方法の観点からは、第１直流電源又は負荷と中間バスとの間に設けられる第１のＤＣ／ＤＣコンバータと、直流側コンデンサと前記中間バスとの間に設けられる第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、前記中間バスに接続された中間コンデンサと、前記中間バスと交流系統との間に設けられるＤＣ／ＡＣコンバータと、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータ、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータ、及び、前記ＤＣ／ＡＣコンバータを制御する制御部とを備え、前記中間バスを介して直流／交流の電力変換を行う電力変換装置について、前記制御部が実行する電力変換装置の制御方法であって、前記中間バスに流れる無効電流を、主として前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータが供給する電流指令値の設定とする電力変換装置の制御方法である。
このような電力変換装置の制御方法によれば、第２のＤＣ／ＤＣコンバータが無効電流を主として引き受けることになるので、第１のＤＣ／ＤＣコンバータは逆に、無効電流を低減して主として有効電流を流すことができる。これにより、第１のＤＣ／ＤＣコンバータの電流のピーク値を抑制し、変換効率を高め、よりコンパクト化を実現することができる。
［実施形態の詳細］
以下、実施形態の詳細について図面を参照して説明する。
まず、最小スイッチング方式を用いる電力変換装置の、前提となる基本構成から説明する。
《前提となる基本構成》
図１は、太陽光発電パネル３Ｐに接続された電力変換装置５０の概略構成を示す単線接続図である。図において、この電力変換装置５０は、直流から交流への電力変換を行うものであり、昇圧回路としてのＤＣ／ＤＣコンバータ１及び、これに、中間バス（ＤＣバス）６を介して接続されたインバータ回路としてのＤＣ／ＡＣコンバータ８を備えている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１は、直流電源としての太陽光発電パネル３Ｐと中間バス６との間に、直流側コンデンサ４を介して設けられている。中間バス６には中間コンデンサ７が接続されている。ＤＣ／ＡＣコンバータ８は、中間バス６と交流系統との間に、交流側コンデンサ９を介して設けられている。
この電力変換装置５０は、太陽光発電パネル３Ｐから引き出せる電圧と交流側の瞬時電圧の絶対値とを常に比較して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１については昇圧が必要な期間のみスイッチング動作させ、ＤＣ／ＡＣコンバータ８については降圧が必要な期間のみスイッチング動作させる、という最小スイッチング方式の制御を行う。このような制御によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１及びＤＣ／ＡＣコンバータ８にそれぞれ、スイッチング動作の休止期間ができる。休止期間ができれば、その分、スイッチング損失やリアクトルの鉄損が抑制されるので、変換効率が向上する。
なお、上記の最小スイッチング方式を行うことで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１には、図中の左側波形にて簡略に示すような無効電流を含む脈流電流が流れる。電力変換装置５０から交流系統に出力される電流は、図中の右側波形にて示す、商用電力系統と同期した正弦波形の電流である。
図２は、図１の電力変換装置５０の回路図の一例である。図１と対応する部分には同一符号を付している。図において、電力変換装置５０は、前述の直流側コンデンサ４、ＤＣ／ＤＣコンバータ１、中間コンデンサ７、ＤＣ／ＡＣコンバータ８の他、フィルタ回路１４及び制御部２０、また、計測用の後述のセンサ類を備えている。
ＤＣ／ＤＣコンバータ１は、直流リアクトル１１と、一対のスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２とを備えた昇圧（降圧も可）チョッパである。スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２としては、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が用いられる。スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２には、それぞれに並列逆極性に、ダイオードｄ１１，ｄ１２が接続されている。なお、スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２としては、その他、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）も使用可能である。
ＤＣ／ＡＣコンバータ８は、フルブリッジを構成する４つのスイッチング素子Ｑ８１，Ｑ８２，Ｑ８３，Ｑ８４を備えている。
フィルタ回路１４は、交流リアクトル１３と、交流側コンデンサ９とによって構成され、ＤＣ／ＡＣコンバータ８の交流出力に含まれる高周波成分が交流系統１７に漏れ出ることを防止している。交流系統１７には、交流負荷１５と、商用電力系統１６が含まれる。
前述のセンサ類としては、直流側コンデンサ４の両端電圧（Ｖｇ）を検出する電圧センサ３１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１に流れる電流（Ｉｉｎ）を検出する電流センサ３３と、中間コンデンサ７の両端電圧すなわち中間バス６の２線間電圧（Ｖｏ）を検出する電圧センサ３５と、ＤＣ／ＡＣコンバータ８の交流側に流れる電流（Ｉｉｎｖ）を検出する電流センサ３６と、交流側コンデンサ９の両端電圧を検出する電圧センサ３７とが設けられている。全てのセンサの計測出力信号は、制御部２０に送られる。制御部２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１及びＤＣ／ＡＣコンバータ８のスイッチング制御を行う。
制御部２０は例えば、ＣＰＵを含み、ソフトウェア（コンピュータプログラム）をコンピュータが実行することで、必要な制御機能を実現する。ソフトウェアは、制御部２０の記憶装置（図示せず。）に格納される。但し、ＣＰＵを含まないハードウェアのみの回路で制御部２０を構成することも可能ではある。
《第１例》
次に、本発明の一実施形態に係る電力変換装置５０について説明する。
図３は、太陽光発電パネル３Ｐに接続された電力変換装置５０の概略構成を示す単線接続図である。図１と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。図１との違いは、中間バス６より直流側が、２系統設けられている点である。
図３において、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ１とは別に、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２が、直流側コンデンサ５と中間バス６との間に設けられている。第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２には、直流電源が接続されていない。
図４は、図３の電力変換装置５０の回路図の一例である。図２，図３と対応する部分には同一符号を付している。図４において、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２は、直流リアクトル１２と、一対のスイッチング素子Ｑ２１，Ｑ２２とを備えた昇圧（降圧も可）チョッパである。スイッチング素子Ｑ２１，Ｑ２２としては、例えば、ＩＧＢＴが用いられる。スイッチング素子Ｑ２１，Ｑ２２には、それぞれに並列逆極性に、ダイオードｄ２１，ｄ２２が接続されている。なお、スイッチング素子Ｑ２１，Ｑ２２としては、その他、ＦＥＴも使用可能である。直流側コンデンサ５の両端電圧は電圧センサ３２によって検出され、計測信号は制御部２０に送られる。ＤＣ／ＤＣコンバータ２に流れる電流は電流センサ３４によって検出され、計測信号は制御部２０に送られる。
前述の最小スイッチング方式の制御を、図４において、電力の観点から表現すれば、制御部２０は、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ１を通過する電力及び第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２を通過する電力の合計の電力が、中間コンデンサ７に係る無効電力及びＤＣ／ＡＣコンバータ８の交流側に現れる電力の合計の電力と一致するよう制御している。
すなわちこの場合、中間バス６から見た直流側の電力と、中間コンデンサ７を含む交流側の電力とが互いに一致する。言い換えれば、直流側の電力が、交流側の電力を上回る過剰な電力となることはない。従って、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ１及び第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２は、休止期間を含む最小限のスイッチング動作を行い、ＤＣ／ＡＣコンバータ８は、休止期間を含む最小限のスイッチング動作を行うことになる。
また、制御部２０は、交流系統１７に受け渡される電力と交流側コンデンサ９の電力とを合計した電力が、交流リアクトル１３とＤＣ／ＡＣコンバータ８との間で受け渡される電力と一致するように制御する。これにより、フィルタ回路１４を考慮してなお、電力を一致させることができる。言い換えれば、制御部２０は、フィルタ回路１４の影響を考慮した制御を行うことになる。
図３，図４において、直流側コンデンサ５は直流側の終端回路を閉じる素子となっている。中間バス６に流れる電流のうち、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ１は有効電流を流し、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２は無効電流を流す。この場合の第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２は、有効電流を流す必要は無く、無効電流を流すためだけに存在している。このような構成は、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ１に無効電流を負担させないようにするために好適な回路構成である。無効電流が流れない第１のＤＣ／ＤＣコンバータ１は、無効電流が流れる場合と比べて変換効率を高めることができる。また、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ１に流れる電流のピーク値や実効値を抑制して、より小型に構成することができる。
なお、図４において、太陽光発電パネル３Ｐは、蓄電池３Ｂに置き換えることもできる。蓄電池３Ｂは、放電する時は直流電源であり、充電する時は負荷となる。
《制御理論》
上記の電力変換装置５０は、制御部２０により、最小スイッチング方式の制御を行う。ここで、最小スイッチング方式の理論について説明する。まず、諸量を、既出のものも含めて以下のように定義する。
Ｖａ：電圧センサ３７によって検出される交流系統電圧
Ｉ＊ ａ：交流系統１７へ流そうとする交流電流指令値
Ｉｉｎｖ：電流センサ３６によって検出される交流電流
Ｃａ：交流側コンデンサ９のキャパシタンス
Ｉ＊ ｉｎｖ：ＤＣ／ＡＣコンバータ８から交流リアクトル１３に流そうとする電流指令値
Ｖ＊ ｉｎｖ：ＤＣ／ＡＣコンバータ８の交流側での電圧指令値
Ｒ＊ ｉｎｖ：ＤＣ／ＡＣコンバータ８の抵抗成分
Ｌｉｎｖ：交流リアクトル１３のインダクタンス
Ｉ＊ ｉｎ：ＤＣ／ＤＣコンバータ１（２）の直流リアクトル１１（１２）に流そうとする電流指令値
Ｉｉｎ：電流センサ３３（３４）によって検出される直流電流
Ｃｏ：中間コンデンサ７のキャパシタンス
Ｖ＊ ｏ：中間コンデンサ７の両端に現れるべき電圧指令値
Ｖｏ：電圧センサ３５によって検出される中間電圧
Ｖｇ：電圧センサ３１によって検出される直流電圧
Ｒ＊ ｉｎ：ＤＣ／ＤＣコンバータ１（２）の抵抗成分
Ｌｉｎｖ：直流リアクトル１１（１２）のインダクタンス
上記諸量のうち、時間ｔによって変化する量は、以下の式において、時間の関数として表す。なお、以下における文字フォントの違い（立体／イタリック体）には意味は無く、同じ文字は同じ量を表している（以下同様）。
まず、ＤＣ／ＡＣコンバータ８の電流指令値Ｉ＊ ｉｎｖについては、
である。
ＤＣ／ＡＣコンバータ８の電圧指令値Ｖ＊ ｉｎｖについては、
である。
ＤＣ／ＤＣコンバータ１（２）の電流指令値Ｉ＊ ｉｎについては、
である。
また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１（２）における直流電源電圧の電圧降下と中間コンデンサ７を流れる無効電流は小さいのでこれを省略すると以下の式（４）が得られる。
次に、Ｉ＊ ｉｎｖとＶ＊ ｉｎｖとは互いに完全に同期した正弦波であるとすると、以下の式（５）が得られる。ωは、交流系統の周波数をｆとした場合の、２πｆである。
式（５）に含まれる、時間（ｔ）を付けていないＩ＊ ｉｎｖとＶ＊ ｉｎｖとは、正弦波の振幅を表す。式（５）はさらに、以下の式（６）に変形できる。
式（６）の第１項は、時間に依存しない一定値であり、これは有効電流である。すなわち、有効電流Ｉ＊ ｉｎ＿ａを表す式（７）は以下のようになる。
ここで、記号〈 〉は、括弧内の値の平均値を表している。また、Ｉ＊ ｉｎｖ＿ｉにおける添え字は、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１に対応する電流指令値がＩ＊ ｉｎｖ＿１、ＤＣ／ＤＣコンバータ２に対応する電流指令値がＩ＊ ｉｎｖ＿２となることを表している。
式（７）に示すように、有効電流は、Ｉ＊ ｉｎｖ及びＶ＊ ｉｎｖの実効値を直流入力電圧Ｖｇで割ったものに等しく、ＤＣ／ＤＣコンバータが複数ある場合は各コンバータに由来する電流Ｉ＊ ｉｎｖ＿ｉの線形結合で表すことができる。
一方、式（６）の第２項は、交流周波数の２倍の周波数の無効電流である。すなわち、無効電流Ｉ＊ ｉｎ＿ｒ（ｔ）を表す式（８）は以下のようになる。
また、無効電流の実効値は式（８）の二乗平均の平方根（ｒｍｓ）であり、以下の式（９）により表される。
これは、有効電流の（１／√２）倍である。
また、電流の実効値は、以下の式（１０）によって表される。
すなわち、これは、有効電流の（３／２）１／２倍である。
以上の解析により、無効電流供給用のＤＣ／ＤＣコンバータ２の電流指令値を、式（８）に設定し、無効電流を中間バス６に供給すれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１は式（７）の電流指令値に設定し、有効電流のみを流すことができる。これにより、図１の構成に比べて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の電流のピーク値は半分になる。さらに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１には低周波脈流が流れなくなるので、直流側コンデンサ４のキャパシタンスを小さくすることができる。
ここまでは、説明の簡略化のため、ＤＣ／ＤＣコンバータ１，２における電圧降下と中間コンデンサ７における無効電流を省略した式（４）に基づいて説明した。実際には、この省略をしない式（３）に基づく制御を行うことが望ましい。そこで、式（３）を、図３，図４のように、複数のＤＣ／ＤＣコンバータ１，２が並列に設けられている場合に対応するように置き換えた以下の式（１１）を用いることができる。
式（１１）において、添え字の「ｉ」は、中間バス６より直流側の系統に対応して、ｉ＝１，２、または、３以上の数ｎであってもよく、その場合には，ｉ＝１〜ｎとなる。ＤＣ／ＡＣコンバータ８の電流指令値Ｉ＊ ｉｎｖは、複数のＤＣ／ＤＣコンバータに対応するように分割してＩ＊ ｉｎｖ＿ｉとなる。同様に、中間コンデンサ７のキャパシタンスは、複数のＤＣ／ＤＣコンバータに対応するように分割してＣｏ＿ｉとなる。
次に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１及びＤＣ／ＤＣコンバータ２の電流指令値を決定する手順について説明する。まず、以下の式（１２）に示すように、式（１１）で求めたＤＣ／ＤＣコンバータ１の電流指令値Ｉ＊ ｉｎ１を交流成分の周期Ｔ（ＤＣ／ＡＣコンバータ８が出力する交流周期の１／２）で平均化して、その有効電流成分Ｉ＊ ｉｎ１＿ａを求める。
次に、以下の式（１３）により無効電流成分を求める。
無効電流成分を低減したＤＣ／ＤＣコンバータ１の電流指令値Ｉ＊ ｉｎｍ１は、ｕを０〜１の範囲内の数として、以下の式（１４）により求めることができる。
ｕの値が１のときにＩ＊ ｉｎｍ１はＩ＊ ｉｎ１＿ａと等しくなり、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の電流指令値から無効電流成分は完全に取り除かれ、有効電流のみとなる。
一方、無効電流を負担させるＤＣ／ＤＣコンバータ２の電流指令値Ｉ＊ ｉｎｍ２は、以下の式（１５）に示すように、式（１１）で求めたＩ＊ ｉｎ２に、ｕ・Ｉ＊ ｉｎ１＿ｒを加えることにより得られる。
ＤＣ／ＤＣコンバータ２に直流電源が接続されていないときにはＩ＊ ｉｎ２は０となる。さらにｕの値が１のときには、Ｉ＊ ｉｎｍ２はＩ＊ ｉｎ１＿ｒとなり、ＤＣ／ＤＣコンバータ１のみで、無効電流成分を供給することになる。ｕの値は、電力変換装置５０のサイズ、コスト、変換効率等を考慮して決定される。また、運転条件によっても変えることができる。
いずれにしても、式（１４）、（１５）により、中間バス６に流れる無効電流を、ＤＣ／ＤＣコンバータ２が主として供給することになる。
すなわち、このような電力変換装置５０では、ＤＣ／ＤＣコンバータ２が無効電流を主として引き受けることになるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ１は逆に、無効電流を低減して主として有効電流を流すことができる。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の電流のピーク値を抑制し、変換効率を高め、よりコンパクト化を実現することができる。
また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２に全ての無効電流を負担させれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１には有効電流のみが流れるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ１のピーク値を最も抑制し、変換効率を高め、コンパクト化を実現することができる。
また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１及びＤＣ／ＤＣコンバータ２に流れる電流のピーク値が最小になるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１及びＤＣ／ＤＣコンバータ２に流れる無効電流を制御することもできる。この場合、各コンバータのスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２，Ｑ２１，Ｑ２２や、直流リアクトル１１，１２の電流容量を最小にできるので、電力変換装置５０を小型化することができる。
また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１及びＤＣ／ＤＣコンバータ２に流れる電流の二乗平均が最小になるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１及びＤＣ／ＤＣコンバータ２に流れる無効電流を制御することもできる。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１及びＤＣ／ＤＣコンバータ２で発生する抵抗損失を最小にできるので、電力変換装置５０を高効率化することができる。
なお、制御部２０は、直流側コンデンサ５の両端電圧が、直流電源の電圧すなわち直流側コンデンサ４の電圧と一致するよう、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の無効電流を制御することが好ましい。
この場合、直流電源が接続されていないＤＣ／ＤＣコンバータ２を、ＤＣ／ＤＣコンバータ１と同じタイミングでスイッチング動作させることができる。従って、ＤＣ／ＤＣコンバータ２のスイッチング動作期間を、最短にすることができる。
《第２例》
図５は、蓄電池３Ｂに接続された電力変換装置５０の概略構成を示す単線接続図である。図３との違いは、太陽光発電パネルに代えて蓄電池３ＢがＤＣ／ＤＣコンバータ１に接続されている点である。
この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１に流れる無効電流が０になるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１及びＤＣ／ＤＣコンバータ２に流れる無効電流を制御する。これによって、蓄電池３Ｂに無効電流が流れるのを防ぐことができる。
《第３例》
図６は、太陽光発電パネル３Ｐ及び蓄電池３Ｂに接続された電力変換装置５０の概略構成を示す単線接続図である。図３との違いは、太陽光発電パネル３Ｐとは別系統で蓄電池３ＢがＤＣ／ＤＣコンバータ２に接続されている点、及び、スイッチ２１，２２が設けられている点である。スイッチ２１は、太陽光発電パネル３ＰとＤＣ／ＤＣコンバータ１との間に設けられている。スイッチ２２は、蓄電池３ＢとＤＣ／ＤＣコンバータ２との間に設けられている。
図７は、図６に対応した電力変換装置５０の回路図の一例である。図４との違いは、上記のスイッチ２１，２２を設けた点、及び、ＤＣ／ＤＣコンバータ２に蓄電池３Ｂが接続されている点である。スイッチ２１，２２は、制御部２０により、開路又は閉路の状態とすることができる。スイッチ２１，２２としては、例えばリレー接点を用いることができる。
図６に戻り、太陽光発電パネル３Ｐが発電し、かつ、蓄電池３Ｂは稼働させていないときは、スイッチ２１を閉路し、スイッチ２２を開路した状態とする。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ２は、無効電流供給用として用いることができる。蓄電池３Ｂに無効電流を流すことなくＤＣ／ＤＣコンバータ２に無効電流を流すことによって、ＤＣ／ＤＣコンバータ１，２に流れる電流のピーク値、あるいは、電流の二乗平均を、最小にすることができる。
《第４例》
図８は、太陽光発電パネル３Ｐ及び蓄電池３Ｂに接続された電力変換装置５０の概略構成を示す単線接続図である。図６との違いは、スイッチ２１，２２の開閉状態が逆になっている点である。太陽光発電パネル３Ｐが例えば夜間で発電しておらず、蓄電池３Ｂを充電または放電しているときには、このように、スイッチ２１を開路し、スイッチ２２を閉路した状態とする。これにより、直流側コンデンサ４の電圧によって、太陽電池が導通状態となることを阻止し、同時に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１に無効電流を流すことによって、ＤＣ／ＤＣコンバータ２及び蓄電池３Ｂに、無効電流が流れることを防止できる。
《第５例》
図９は、太陽光発電パネル３Ｐ及び蓄電池３Ｂに接続された電力変換装置５０の概略構成を示す単線接続図である。図６，図８との違いは、スイッチ２１，２２が共に閉路した状態になっている点である。太陽光発電パネル３Ｐが発電しており、蓄電池３Ｂが充電または放電しているときには、このように、スイッチ２１，２２を共に閉路した状態とする。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ２に流れる無効電流が０になるようにＤＣ／ＤＣコンバータ１の無効電流を制御する。こうして、蓄電池３Ｂに無効電流が流れることを防止できる。
なお、太陽光発電パネル３Ｐが発電しており、蓄電池３Ｂが充電しているときには、ＤＣ／ＤＣコンバータ１及びＤＣ／ＤＣコンバータ２に流れる無効電流が相殺されるので、各コンバータ１，２に流れる電流のピーク値が低減される。よって、太陽光発電パネル３Ｐが発電しているとき蓄電池３Ｂは放電を行わず、充電のみを行うのであれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１及びＤＣ／ＤＣコンバータ２の電流容量を低減できる。従って、電力変換装置５０を、小型軽量化できる。
なお、上述の第１例〜第５例については、その少なくとも一部を、相互に任意に組み合わせてもよい。また、直流側の系統の数は２に限らず、３以上も可能である。
《第３例〜第５例について》
第３例〜第５例に示したように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２は、スイッチ２２を開くと、無効電流を流すためだけに用いることができ、スイッチ２２を閉じると、無効電流のみならず有効電流も流すことができる。
ＤＣ／ＤＣコンバータ１についても同様に、スイッチ２１を開くと、無効電流を流すためだけに用いることができ、スイッチ２１を閉じると、無効電流のみならず有効電流も流すことができる。
《双方向性》
なお、上記各例の電力変換装置５０は、直流から交流への電力変換を行う装置として説明したが、逆方向への電力変換も同様の制御理論に基づいて、電流の方向性を考慮して適宜符号を変えることにより適用することができる。
《検証》
次に、直流側の２系統に太陽光発電パネル３Ｐ及び蓄電池３Ｂが接続されている電力変換装置５０（図６、図８又は図９）について、種々の条件下での動作を検証する。
図１０〜図２１の各図において、上から順に１〜５段目までの波形は、以下のものを表している。
＜１段目＞ 交流電流指令値Ｉ＊ ａ［Ａ］、交流電流Ｉａ［Ａ］、ローパスフィルタを通したＩａ［Ａ］
＜２段目＞ 太陽光発電パネル３Ｐが接続されている側の、直流リアクトル１１の電流指令値Ｉ＊ ｉｎ１［Ａ］、直流電流Ｉｉｎ１［Ａ］
＜３段目＞ 蓄電池３Ｂが接続されている側の、直流リアクトル１１の電流指令値Ｉ＊ ｉｎ２［Ａ］、直流電流Ｉｉｎ２［Ａ］
＜４段目＞ 中間バス６の電圧指令値Ｖ＊ ｏ［Ｖ］、中間電圧Ｖｏ［Ｖ］、太陽光発電パネル３Ｐの直流電圧Ｖｇ［Ｖ］
＜５段目＞ 上／中／下のうち、上がスイッチング素子Ｑ８１，Ｑ８４のゲートパルス、中がＤＣ／ＤＣコンバータ１のスイッチング素子Ｑ１１（ローサイド）のゲートパルス、下がＤＣ／ＤＣコンバータ２のスイッチング素子Ｑ２１（ローサイド）のゲートパルス
（検証例１：発電電力０ｋＷ，充電電力２ｋＷ，受電電力２ｋＷ）
図１０及び図１１は、太陽光発電パネル３Ｐの発電が無い状態（太陽光発電パネル３Ｐが接続されていない場合を含む。）で、蓄電池３Ｂの充電を行っている電力変換装置５０についての波形図である。すなわち、発電電力は０ｋＷである。また、ここでは、充電電力は２ｋＷ、交流系統１７からの受電電力は２ｋＷ、蓄電池３Ｂの電圧は２００Ｖとした。図１０は、無効電流に関する上述の制御を行わない場合を示し、図１１は制御を行った場合を示している。
ＤＣ／ＤＣコンバータ２に流れるはずの無効電流を、太陽光発電パネル３Ｐの出力を受けていないＤＣ／ＤＣコンバータ１に負担させると、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の電流は平滑化される（図１１の３段目の平坦なライン）。このとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の直流側コンデンサ４の電圧が蓄電池３Ｂと同じ２００Ｖを維持するように制御すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ２のスイッチング期間はほとんど変わらず、ＤＣ／ＡＣコンバータ８がスイッチングを行う期間では停止している状態が保たれている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１のスイッチングも、ＤＣ／ＤＣコンバータ２と同じ期間で行われ、ＤＣ／ＡＣコンバータ８が動作する期間では停止する。
なお、電流平滑化前（図１０）と、電流平滑化後（図１１）とでは、交流電流Ｉａ及び総合歪率ＴＨＤ（Total Harmonic Distortion）は、以下のようになっている。
電流平滑化前（図１０） Ｉａ：９．５３Ａｒｍｓ、ＴＨＤ：６．０％
電流平滑化後（図１１） Ｉａ：９．４６Ａｒｍｓ、ＴＨＤ：５．２％
但し、ＴＨＤは、スイッチング周期１５ｋＨｚ以上のリプルを除くため、カットオフ周波数５ｋＨｚのローパスフィルタを通過させた波形から求めた。
（検証例２：発電電力０ｋＷ，放電電力２ｋＷ，逆潮電力２ｋＷ）
図１２及び図１３は、太陽光発電パネル３Ｐの発電が無い状態（太陽光発電パネル３Ｐが接続されていない場合を含む。）で、蓄電池３Ｂの放電を行っている電力変換装置５０についての波形図である。蓄電池３Ｂの電圧は２００Ｖ、放電電力は２ｋＷとした。図１２は、無効電流に関する制御を行わない場合を示し、図１３は制御を行った場合を示している。
なお、電流平滑化前（図１２）と、電流平滑化後（図１３）とでは、交流電流Ｉａ及び総合歪率ＴＨＤは、以下のようになっている。
電流平滑化前（図１２） Ｉａ：９．７５Ａｒｍｓ、ＴＨＤ：９．４％
電流平滑化後（図１３） Ｉａ：９．４９Ａｒｍｓ、ＴＨＤ：４．０％
この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１に無効電流を負担させ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の直流側コンデンサ４の電圧が、蓄電池３Ｂと同じ２００Ｖを維持するように行った。この場合も、平滑化によってＤＣ／ＤＣコンバータ２のスイッチング期間はほとんど変らず、ＤＣ／ＡＣコンバータ８がスイッチングを行う期間では停止している状態が保たれる。ＤＣ／ＤＣコンバータ１のスイッチングも、ＤＣ／ＤＣコンバータ２と同じ期間で行われ、ＤＣ／ＡＣコンバータ８が動作する期間では停止する。平滑化の前ではＤＣ／ＡＣコンバータ８のスイッチング期間からＤＣ／ＤＣコンバータ１，２のスイッチング期間に移行した直後に交流電流にディップが発生するため総合歪率は９．４％と大きかったが、平滑化によって交流電流のディップは解消され、総合歪率は４．０％に低下した。
（検証例３：発電電力６ｋＷ，充電電力２ｋＷ，逆潮電力４ｋＷ）
図１４及び図１５は、太陽光発電パネル３Ｐの発電がある状態で、蓄電池３Ｂの充電を行っている電力変換装置５０についての波形図である。蓄電池３Ｂの電圧は太陽光発電パネル３Ｐの最適動作電圧よりも低い２００Ｖとした。また、発電電力は６ｋＷ、充電電力は２ｋＷ、逆潮電力は４ｋＷとした。図１４は、無効電流に関する制御を行わない場合を示し、図１５は制御を行った場合を示している。
なお、電流平滑化前（図１４）と、電流平滑化後（図１５）とでは、交流電流Ｉａ及び総合歪率ＴＨＤは、以下のようになっている。
電流平滑化前（図１４） Ｉａ：１９．７Ａｒｍｓ、ＴＨＤ：３．２％
電流平滑化後（図１５） Ｉａ：１９．２Ａｒｍｓ、ＴＨＤ：４．０％
この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ２は、出力電圧を、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力と同じ電圧まで上げなければ電流が流れないため、常にスイッチングを行う。電流平滑化後は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の電流は概ね平滑化され、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の脈流の振幅も小さくなっている。電流平滑後も、ＤＣ／ＤＣコンバータ１のスイッチング期間はＤＣ／ＡＣコンバータ８のスイッチング期間と重なることなく互いに分離されており、スイッチング回数は増えていない。
（検証例４：発電電力６ｋＷ，充電電力２ｋＷ，逆潮電力４ｋＷ）
図１６及び図１７は、太陽光発電パネル３Ｐの発電がある状態で、蓄電池３Ｂの充電を行っている電力変換装置５０についての波形図である。但し、蓄電池３Ｂの電圧は太陽光発電パネル３Ｐの最適動作電圧よりも高い２７５Ｖとした。また、発電電力は６ｋＷ、充電電力は２ｋＷ、逆潮電力は４ｋＷとした。図１６は、無効電流に関する制御を行わない場合を示し、図１７は制御を行った場合を示している。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の方が常にスイッチングを行っている。蓄電池３Ｂの電圧が太陽光発電パネル３Ｐより高い時でも、電流平滑化が可能なことがわかる。
なお、電流平滑化前（図１６）と、電流平滑化後（図１７）とでは、交流電流Ｉａ及び総合歪率ＴＨＤは、以下のようになっている。
電流平滑化前（図１６） Ｉａ：１９．８Ａｒｍｓ、ＴＨＤ：２．８％
電流平滑化後（図１７） Ｉａ：２０．０Ａｒｍｓ、ＴＨＤ：３．２％
（検証例５：発電電力４ｋＷ，放電電力２ｋＷ，逆潮電力６ｋＷ）
図１８及び図１９は、太陽光発電パネル３Ｐの発電がある状態で、蓄電池３Ｂの放電を行っている電力変換装置５０についての波形図である。蓄電池３Ｂの電圧は２００Ｖとした。また、発電電力は４ｋＷ、放電電力は２ｋＷ、逆潮電力は６ｋＷとした。図１８は、無効電流に関する制御を行わない場合を示し、図１９は制御を行った場合を示している。この場合も、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の電流平滑化が、問題無く行われている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１にはスイッチング停止期間があり、平滑後も、ＤＣ／ＤＣコンバータ１と、ＤＣ／ＡＣコンバータ８とが交互にスイッチングを行う本来の動作が維持されている。
なお、電流平滑化前（図１８）と、電流平滑化後（図１９）とでは、交流電流Ｉａ及び総合歪率ＴＨＤは、以下のようになっている。
電流平滑化前（図１８） Ｉａ：２９．３Ａｒｍｓ、ＴＨＤ：１．７％
電流平滑化後（図１９） Ｉａ：２９．７Ａｒｍｓ、ＴＨＤ：２．７％
（検証例６：発電電力４ｋＷ，放電電力２ｋＷ，逆潮電力６ｋＷ）
図２０及び図２１は、太陽光発電パネル３Ｐの発電がある状態で、蓄電池３Ｂの放電を行っている電力変換装置５０についての波形図である。蓄電池３Ｂの電圧は２７５Ｖとした。また、発電電力は４ｋＷ、放電電力は２ｋＷ、逆潮電力は６ｋＷとした。図２０は、無効電流に関する制御を行わない場合を示し、図２１は制御を行った場合を示している。この場合も、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の電流平滑化が、問題無く行われている。ＤＣ／ＤＣコンバータ２にはスイッチング停止期間があり、平滑後も、ＤＣ／ＤＣコンバータ２と、ＤＣ／ＡＣコンバータ８とが交互にスイッチングを行う本来の動作が維持されている。
なお、電流平滑化前（図２０）と、電流平滑化後（図２１）とでは、交流電流Ｉａ及び総合歪率ＴＨＤは、以下のようになっている。
電流平滑化前（図２０） Ｉａ：２９．６Ａｒｍｓ、ＴＨＤ：１．９％
電流平滑化後（図２１） Ｉａ：２９．４Ａｒｍｓ、ＴＨＤ：１．９％
（検証例７：発電電力４ｋＷ，放電電力２ｋＷ，逆潮電力６ｋＷ）
図２２の上段・中段・下段は、それぞれ、図２１の条件における、交流電流Ｉａ、太陽光発電パネル３Ｐの出力電流Ｉｐ、及び、蓄電池３Ｂの出力電流Ｉｂの波形図である。
太陽光発電パネル３Ｐが接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ１に流れる電流は無効電流を含んでいるが、直流側コンデンサ４によって平滑化され、出力電流Ｉｐは概ね一定値になっていることがわかる。なお、この場合、電流平滑化後は、
Ｉａ：２９．４Ａｒｍｓ、ＴＨＤ：１．９％
である。
《補記》
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
１，２ ＤＣ／ＤＣコンバータ
３Ｂ 蓄電池
３Ｐ 太陽光発電パネル
４，５ 直流側コンデンサ
６ 中間バス
７ 中間コンデンサ
８ ＤＣ／ＡＣコンバータ
９ 交流側コンデンサ
１１，１２ 直流リアクトル
１３ 交流リアクトル
１４ フィルタ回路
１５ 交流負荷
１６ 商用電力系統
１７ 交流系統
２０ 制御部
２１，２２ スイッチ
３１，３２ 電圧センサ
３３，３４ 電流センサ
３５ 電圧センサ
３６ 電流センサ
３７ 電圧センサ
５０ 電力変換装置
Ｑ１１，Ｑ１２，Ｑ２１，Ｑ２２，Ｑ８１，Ｑ８２，Ｑ８３，Ｑ８４ スイッチング素子
ｄ１１，ｄ１２，ｄ２１，ｄ２２ ダイオード

Claims (12)

  1. 中間バスを介して直流／交流の電力変換を行う電力変換装置であって、
    第１直流電源又は負荷と前記中間バスとの間に設けられる第１のＤＣ／ＤＣコンバータと、
    直流側コンデンサと前記中間バスとの間に設けられる第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、
    前記中間バスに接続された中間コンデンサと、
    前記中間バスと交流系統との間に設けられるＤＣ／ＡＣコンバータと、
    前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータ、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータ、及び、前記ＤＣ／ＡＣコンバータを制御する制御部と、を備え、
    前記制御部は、前記中間バスに流れる無効電流を、主として前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータが供給する電流指令値の設定とする電力変換装置。
  2. 前記制御部は、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータを通過する電力及び前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータを通過する電力の合計の電力が、前記中間コンデンサに係る無効電力及び前記ＤＣ／ＡＣコンバータの交流側に現れる電力の合計の電力と一致するよう制御する、請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 前記ＤＣ／ＡＣコンバータの交流側に、交流リアクトル及び、さらに交流側に交流側コンデンサを含むフィルタ回路が設けられ、当該フィルタ回路が、交流系統と接続されており、
    前記制御部は、前記交流系統の電力と前記交流側コンデンサの電力とを合計した電力が、前記交流リアクトルと前記ＤＣ／ＡＣコンバータとの間で受け渡される電力と一致するように制御する、請求項２に記載の電力変換装置。
  4. 前記直流側コンデンサは、直流側の終端回路を閉じる素子である請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  5. 前記直流側コンデンサの両端に対して並列に、第２直流電源が接続される、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  6. 前記直流側コンデンサと前記第２直流電源との間に、前記制御部によって開閉可能なスイッチが設けられている請求項５に記載の電力変換装置。
  7. 前記制御部は、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータを流れる無効電流が０になり、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータが全ての無効電流を供給するよう電流指令値を設定する、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  8. 前記制御部は、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータをそれぞれ流れる電流のピーク値が最小になるよう、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータの無効電流を電流指令値の設定により制御する、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  9. 前記制御部は、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータをそれぞれ流れる電流の二乗平均値が最小になるよう、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータの無効電流を電流指令値の設定により制御する、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  10. 前記制御部は、前記直流側コンデンサの両端電圧が、前記第１直流電源又は負荷の電圧と一致するよう、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータの無効電流を電流指令値の設定により制御する、請求項４に記載の電力変換装置。
  11. 無効電流を供給する電流指令値の設定とは、前記中間バスに流れる電流を数式で表した場合に、時間に依存する項の一部又は全部を割り当てることである、請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  12. 第１直流電源又は負荷と中間バスとの間に設けられる第１のＤＣ／ＤＣコンバータと、直流側コンデンサと前記中間バスとの間に設けられる第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、前記中間バスに接続された中間コンデンサと、前記中間バスと交流系統との間に設けられるＤＣ／ＡＣコンバータと、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータ、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータ、及び、前記ＤＣ／ＡＣコンバータを制御する制御部とを備え、前記中間バスを介して直流／交流の電力変換を行う電力変換装置について、前記制御部が実行する電力変換装置の制御方法であって、
    前記中間バスに流れる無効電流を、主として前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータが供給する電流指令値の設定とする電力変換装置の制御方法。
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