JP6819640B2

JP6819640B2 - 電力バッファ装置

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Publication number: JP6819640B2
Application number: JP2018068693A
Authority: JP
Inventors: 晨陳; 西川　武男; 武男西川; 祐貴鎌谷; 隆章石井; 隆圭俵木
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2018-03-30
Filing date: 2018-03-30
Publication date: 2021-01-27
Anticipated expiration: 2038-03-30
Also published as: WO2019188370A1; JP2019180162A

Description

本発明は、電力バッファ装置に関する。

従来、系統側の瞬時電力脈動を補償するための電力バッファ装置として、インバータに直流電力を入力する直流リンクのコンデンサ容量を小さくするために、直流リンクに並列に補助回路を接続するトポロジーが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

また、直流リンクに設けるコンデンサの容量を小さくするために、このコンデンサ（「パッシブコンデンサ」ともいう。）に補助回路を直列接続するトポロジーも提案されている（例えば、非特許文献１を参照）。この補助回路は、パッシブコンデンサに直列に接続されたコンデンサ（「アクティブコンデンサ」ともいう。）の電圧を、ゼロを基準に調整することで直流リンクの電圧変動が小さくなるように動作する。具体的には、パッシブコンデンサのリプル電圧を打ち消すために、アクティブコンデンサに反転した電圧を生成している。しかし、パッシブコンデンサの容量を小さくすると、パッシブコンデンサのリプル電圧が高くなる。補助回路も、その高くなったリプル電圧を打ち消すために、アクティブコンデンサや補助回路のスイッチの耐圧を上げる必要がある。

ここで、直流リンクに大容量のコンデンサを使用することにより、直流リンクのサイズが大きくなっていた。また、補助回路を設けることによりコンデンサの容量を小さくする構成では、使用される高耐圧のスイッチのオン抵抗が大きくなり、損失が大きくなるという不都合が生じる場合があった。

特許第６２６５２９７号公報

Haoran Wan, Huai Wang, Frede Balaabjerg "A Voltage Control Method for an Active Capacitive DC-link Module with Series-Connected Circuit" 2017 IEEE 3rdInternational Future Energy Electronics Conference and ECCE Asia (IFEEC 2017-ECCE Asia), 3-7 June 2017, pp. 221-225

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、電力バッファ装置において、電力バッファ装置を小型化することが可能な技術を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための本発明は、電力が出力される電力出力部と該電力が入力される電力入力部とを接続する電力通電路間に接続された第１コンデンサを有し、該第１コンデンサの充放電によって、該電力通電路を介した前記電力の授受を行う電力バッファ装置であって、
前記電力通電路間に前記第１コンデンサと直列に接続され、両端の電圧が制御される被制御電圧コンデンサを複数有し、
複数の前記被制御電圧コンデンサには、該被制御電圧コンデンサの両端の電圧の合計が、前記第１コンデンサの両端の電圧に対して増減が反転するように変化する電圧が印加さ
れることを特徴とする電力バッファ装置である。

本発明によれば、第１コンデンサの耐電圧を大きくする必要がなく、第１コンデンサとしてより耐電圧が小さいコンデンサを選択することができ、第１コンデンサを含む電力バッファ装置の小型化、低コスト化も可能となる。また、複数の被制御電圧コンデンサによって、第１コンデンサの電圧の変化を分担することができるので、各被制御電圧コンデンサの耐電圧も小さくすることができる。これによっても、電力バッファ装置の小型化、低コスト化も可能とする。電力通電路は、一対の電力通電路から構成されてもよく、その数は限定されない。また、電力出力部から出力され、電力入力部に入力される電力は、直流および交流のいずれでもよい。増減が反転するように変化するとは、一方が増加するときには他方が減少し、一方が減少するときには他方が増加するように変化することであり、波形で見ると、それぞれの波形の高さ方向の上下が反転したようになる。

また、本発明においては、複数の前記被制御電圧コンデンサの少なくともいずれかには、前記第１コンデンサの両端の電圧の直流成分の少なくとも一部に対応する直流バイアス電圧が印加されるようにしてもよい。

これによれば、第１コンデンサの耐電圧を大きくする必要がなく、第１コンデンサとしてより耐電圧が小さいコンデンサを選択することができ、電力バッファ装置の小型化、低コスト化も可能となる。

また、本発明においては、複数の前記被制御電圧コンデンサのうちの、第１被制御電圧コンデンサ及び第２被制御電圧コンデンサの両端の電圧をそれぞれ制御する第１電圧制御回路及び第２電圧制御回路を含み、
前記第１電圧制御回路は、前記第１被制御電圧コンデンサの両端に接続される回路を相補的にオンオフ制御する複数のスイッチからなる第１スイッチ群と、該第１被制御電圧コンデンサの一端に直列に接続される第１リアクトルを含み、
前記第２電圧制御回路は、前記第２被制御電圧コンデンサの両端に接続される回路を相補的にオンオフ制御する複数のスイッチからなる第２スイッチ群と、該第２被制御電圧コンデンサの一端に直列に接続される第２リアクトルを含み、
前記第１スイッチ群と前記第２スイッチ群とが相補的にオンオフされるインターリーブ回路を構成し、
前記第１リアクトル及び第２リアクトルを結合リアクトルとしてもよい。

このようにすれば、リアクトルの数を減らすことができるので、電力バッファ装置の小型化、ローコスト化が可能となる。

また、本発明においては、前記電力出力部は、直流電力又は交流電力を、前記出力される直流電力に変換する第１電力変換回路であり、
前記電力入力部は、前記入力される直流電力を、直流電力又は交流電力に変換する第２電力変換回路であるようにしてもよい。

また、本発明においては、前記第１電力変換回路は、太陽光パネルによって発電された直流電力を、前記出力される直流電力に変換するＤＣ／ＤＣコンバータであり、
前記第２電力変換回路は、前記入力される直流電力を、系統電源又は負荷に入力される交流電力に変換するインバータであるようにしてもよい。

また、本発明は、上記電力バッファ装置と、前記第１電力変換回路と、前記第２電力変換回路とを備えた電力変換装置として構成することができる。

また、本発明は、上記した電力バッファ装置と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータと、前記インバータとを備えたパワーコンディショナとして構成することもできる。

本発明によれば、電力バッファ装置において、電力バッファ装置を小型化することが可能となる。

本発明の実施例１〜３に共通するパワーコンディショナの概略構成図である。本発明の実施例１における直流リンクの概略構成図である。本発明の実施例１における第１アクティブバッファ回路の回路図である。本発明の実施例１における各コンデンサの電圧を示すグラフである。本発明の実施例２における直流リンクの概略構成図である。本発明の実施例２における第２アクティブバッファ回路の回路図である。本発明の実施例２における各コンデンサの電圧を示すグラフである。本発明の実施例３における直流リンクの概略構成図である。本発明の実施例３における結合リアクトルを説明する図である。

〔適用例〕
以下、本発明の適用例について、図面を参照しつつ説明する。本発明は例えば、図１に示すようなパワーコンディショナ１の直流リンク６に適用される。ここで直流リンク６は電力バッファ装置の一例であり、ＤＣ／ＤＣコンバータが電力出力部及び第１電力変換回路の一例であり、インバータが電力入力部及び第２電力変換回路の一例である。直流リンク６は図２に示すように、電力通電路の一例である一対の直流電源線ＬＨ，ＬＬ間に直列に接続されたアクティブコンデンサＣａ１及びＣａ２とパッシブコンデンサＣｐとを含む。アクティブコンデンサＣａ１の両端には、第１電圧制御回路の一例である第１アクティブバッファ回路８が接続されている。アクティブコンデンサＣａ２の両端には、第２電圧制御回路の一例である第２アクティブバッファ回路９が接続されている。ここで、パッシブコンデンサＣｐは第１コンデンサの一例であり、直流電源線ＬＨ，ＬＬを介して流入、流出する電力によってパッシブコンデンサＣｐが充放電される。また、アクティブコンデンサＣａ１及びＣａ２はそれぞれ第１及び第２被制御電圧コンデンサの一例である。

図４に示すように、パッシブコンデンサＣｐの両端の電圧に対して増減が反転するように変化する電圧を、二つのアクティブコンデンサＣａ１及びＣａ２によって分担する。図７に示すように、パッシブコンデンサＣｐの両端の電圧の直流成分に対応する直流バイアスをさらにアクティブコンデンサＣａ２に印加する。このようにすることにより、太陽光パネル２の出力電圧が高く、直流リンク電圧Ｖｄｃが高くなる特定の条件のためにパッシブコンデンサの耐電圧を大きくする必要がなくなり、パッシブコンデンサＣｐとして耐電圧のより小さい、すなわちサイズが小さくコストも低いコンデンサを選択することができる。当然、パッシブコンデンサＣｐが実装された直流リンク６及びパワーコンディショナ１のサイズの小型化、低コスト化も可能となる。ここでは、パッシブコンデンサＣｐの両端の電圧に対して増減が反転するように変化する電圧、さらには、パッシブコンデンサＣｐの両端の電圧の直流成分に対応する直流バイアスを、二つのアクティブコンデンサＣａ１及びＣａ２によって分担しているが、二つ以上のアクティブコンデンサによって分担してもよいし、分担の仕方も適宜振り分けることができる。また、パッシブコンデンサＣｐの両端の電圧に対して増減が完全に反転するように変化する電圧に限らず、反転した電圧が増減の程度を減じたものになるようにすることもできる。

〔実施例１〕
以下では、本発明の実施例に係る直流リンクを含むパワーコンディショナについて、図面を用いて、より詳細に説明する。

アクティブバッファを備えた直流リンクを含むシステムの例として、太陽光パネルによって発電された直流電力を、交流電力に変換して系統電源に連系するパワーコンディショナ１について説明する。図１にパワーコンディショナ１の概略構成を示す。ここでは、パワーコンディショナを例として説明するが、本実施例に係る直流リンクは、無停電電源装置、車載充電器、サーボモーター等のシステムにも適用できる。

パワーコンディショナ１は、概略、太陽光パネル２から出力された直流電圧を調整するためのＤＣ／ＤＣコンバータ３、系統電源４に同期した交流電力を出力するインバータ５、ＤＣ／ＤＣコンバータ３とインバータ５の間に設けられた直流リンク６、さらにＤＣ／ＤＣコンバータ３，インバータ５及び直流リンク６を制御する制御部７を含む。系統電源４に代えて、又はこれに加えて負荷に交流電力を出力するようにしてもよい。

太陽光パネル２から出力される電力は安定動作時には一定であるのに対して、インバータ５の出力には時間的な変動がある。このような出力の変動を吸収するのが直流リンク６である。

図２に直流リンク６の概略構成を示す。直流リンク６では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３を介して太陽光パネル２から入力される直流電圧をインバータ５に出力する一対の直流電源線ＬＨ，ＬＬの間に、二つのアクティブコンデンサＣａ１，Ｃａ２及びパッシブコンデンサＣｐが直列に接続されている。そして、アクティブコンデンサＣａ１，Ｃａ２の両端には、アクティブコンデンサＣａ１，Ｃａ２の電圧を調整するためのアクティブバッファ回路が接続されている。図上では省略しているが、直流電源線ＬＨ及びＬＬの左側がＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力端に接続されており、直流電源線ＬＨ及びＬＬの右側がインバータの入力端に接続されている。
図３に第１アクティブバッファ回路８の回路図を示す。第１アクティブバッファ回路８及び第２アクティブバッファ回路９は同一の構成であるので、第１アクティブバッファ回路８について説明し、第２アクティブバッファ回路９についても同じ構成要素には同じ符号を付して、詳細な説明は省略する。
直列に接続された二つのスイッチが二組、コンデンサＣａ１２と並列に接続されている。一方の組の二つのスイッチＳＷ１，ＳＷ２の中点が、直列に接続されたリアクトルＬ１を介して、アクティブコンデンサＣａ１の一端に接続されるとともに、一対の直流電源線のＬＨ側の端子に接続される。そして、他方の組の二つのスイッチＳＷ３，ＳＷ４の中点が、アクティブコンデンサＣａ１の他端に接続されるとともに、一対の直流電源線のＬＬ側の端子に接続される。直列に接続された二つのスイッチＳＷ１及びＳＷ２，ＳＷ３及びＳＷ４はそれぞれ相補的にオンオフ制御され、並列に接続された上側の二つのスイッチＳＷ１及びＳＷ３並びに下側の二つのスイッチＳＷ２及びＳＷ４は相補的にオンオフ制御される。ここで、相補的にオンオフ制御するとは、二つのスイッチが少なくとも同時にオンとはならず、一方がオンのときに他方がオフとなるように制御されることを指す。スイッチＳＷ１〜ＳＷ４は、具体的には、ＩＧＢＴ，ＭＯＳ−ＦＥＴ，ＳｉＣ，ＧａＮ又はトランジスタ等を用いることができる。
このとき、パッシブコンデンサＣｐの電圧を検出し、このうち交流成分を反転した電圧を、第１アクティブバッファ回路８のアクティブコンデンサＣａ１の電圧と、第２アクティブバッファ回路９のアクティブコンデンサＣａ２の電圧によって生成する。図３では図示を省略しているが、パッシブコンデンサＣｐ及びコンデンサＣａ１２（不図示のＣａ２２についても同様）の電圧をそれぞれ検出するセンサが設けられ、ぞれぞれの出力が制御部に送信される。また、制御部からの制御信号に応じてＳＷ１〜ＳＷ４が駆動されオンオ
フ制御される。

図４（ａ）にパッシブコンデンサＣｐの容量が２００μＦで、３１５Ｖを中心に変動する場合の、第１アクティブバッファ回路８及び第２アクティブバッファ回路９に接続されたアクティブコンデンサＣａ１，Ｃａ２の電圧波形を示す。ここでは、上段が第１アクティブバッファ回路８に接続されたアクティブコンデンサＣａ１の電圧Ｖａ１、中段が第２アクティブバッファ回路９に接続されたアクティブコンデンサＣａ２の電圧Ｖａ２、下段がパッシブコンデンサＣｐの電圧Ｖｃを示す。図４（ｂ）はパッシブコンデンサＣｐの容量を１００μＦと小さくして、同様に３１５Ｖを中心に変動する場合の、第１アクティブバッファ回路８及び第２アクティブバッファ回路９に接続されたアクティブコンデンサＣａ１，Ｃａ２の電圧波形を示す。ここでも、上段が第１アクティブバッファ回路８に接続されたアクティブコンデンサＣａ１の電圧Ｖａ１、中段が第２アクティブバッファ回路９に接続されたアクティブコンデンサＣａ２の電圧Ｖａ２、下段がパッシブコンデンサＣｐの電圧Ｖｃを示す。図４（ａ），（ｂ）のいずれにおいても、アクティブコンデンサＣａ１及びＣａ２の両端には、それぞれ、パッシブコンデンサＣｐの電圧の両端の電圧に対して増減が反転するように変化する電圧が印加される。また、アクティブコンデンサＣａ１及びＣａ２の両端の電圧の合計もパッシブコンデンサＣｐの電圧の両端の電圧に対して増減が反転するように変化する電圧が印加される。
パッシブコンデンサＣｐの容量を小さくした図４（ｂ）の場合には、パッシブコンデンサＣｐのリプル電圧は高くなるが、高くなったリプル電圧を二つのアクティブバッファ回路８，９に接続されたアクティブコンデンサの電圧Ｖａ１，Ｖａ２によって打ち消すことにより、直流リンク６の直流電源線ＬＨ・ＬＬ間の電圧Ｖｄｃの変動が従来と変わらず、アクティブバッファ回路８（アクティブバッファ回路９についても同様である。）のコンデンサＣａ１，Ｃａ１２やスイッチＳＷ１〜ＳＷ４の耐圧を上げる必要がなく、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４の損失が大きくなることもない。また、これにより、直流リンク６、ひいては直流リンク６を含むパワーコンディショナ１のシステム全体の小型化、ローコスト化が可能となる。
本実施例では、第１アクティブバッファ回路８のアクティブコンデンサＣａ１の電圧Ｖａ１と、第２アクティブバッファ回路９のアクティブコンデンサＣａ２の電圧Ｖａ２は、パッシブコンデンサＣｐの電圧Ｖｃの交流成分を反転した電圧のそれぞれ１／２となるように制御している。ただし、第１アクティブバッファ回路８と第２アクティブバッファ回路９のアクティブコンデンサＣａ１，Ｃａ２の電圧Ｖａ１，Ｖａ２は、両者の和がパッシブコンデンサＣｐの電圧Ｖｃの交流成分を反転した電圧となればよく、それぞれの分担割合はこれに限定されない。また、アクティブコンデンサ及びこれに接続されるアクティブバッファ回路も二つに限られるものではなく、適宜の複数個のアクティブコンデンサ及びアクティブバッファ回路を設けるようにしてもよい。
また、一対の直流電源線ＬＨ，ＬＬの間の、二つのアクティブコンデンサＣａ１，Ｃａ２と、パッシブコンデンサＣｐとの配置は、図２に示されたものに限られない。二つのアクティブコンデンサＣａ１，Ｃａ２の間にパッシブコンデンサＣｐを配置してもよいし、パッシブコンデンサＣｐをＬＨ側に、二つのアクティブコンデンサＣａ１，Ｃａ２をＬＬ側に配置してもよい。

〔実施例２〕
実施例２は、パッシブコンデンサＣｐと直列に二つのアクティブコンデンサＣａ１，Ｃａ２を接続した直列リンクである点では実施例と同じであるが、一つのアクティブコンデンサＣａ２に接続されるアクティブバッファ回路１０が実施例１とは異なる。実施例２のアクティブバッファ回路１０は、パッシブコンデンサＣｐの電圧Ｖｃの交流成分を反転させた電圧の一部に加えて、パッシブコンデンサＣｐの電圧Ｖｃの直流バイアス成分も保持するように制御する。このようにすれば、パッシブコンデンサＣｐのピーク電圧をさらに下げることが可能となる。従って、パッシブコンデンサＣｐの耐圧仕様が緩和され、パッ
シブコンデンサＣｐの小型化、ローコスト化、ひいては直流リンク６及びこれを含むパワーコンディショナ１のシステム全体の小型化、ローコスト化が可能となる。

図５に、実施例２の直流リンク１１の概略構成を示す。一対の直流電源線ＬＨ・ＬＬ間に、パッシブコンデンサＣｐに直列に接続される二つのアクティブコンデンサＣａ１，Ｃａ２を示す。第１アクティブバッファ回路８は実施例１の第１アクティブバッファ回路８と同じであるので、説明は省略する。図６は、実施例２の第２アクティブバッファ回路１２の回路図である。第２アクティブバッファ回路１２は、直列に接続された二つのｎチャネルエンハンスメント形ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔｒ５，Ｔｒ６）がアクティブコンデンサＣａ２と並列に接続されている。一方のＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔｒ５）のドレインがアクティブコンデンサＣａの一端を介して、直流電源線ＬＨ側の端子に接続されている。この一方のＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔｒ５）のソースに他方のＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔｒ６）のドレインが接続され、この他方のＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔｒ６）のソースはアクティブコンデンサＣａ２の他端を介して、直流電源線ＬＬ側の端子に接続されている。一方のＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔｒ５）のソースと他方のＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔｒ６）のドレイン間の中点に、リアクトルＬ２を介して、コンデンサＣａ２２の一端が接続され、このコンデンサＣａ２２の他端は、他方のＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔｒ６）のソースとアクティブコンデンサＣａ２の他端を介して、直流電源線ＬＬ側の端子に接続される。すなわち、直列に接続されたリアクトルＬ２とコンデンサＣａ２２が、他方のＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔｒ６）と並列に接続されている。また、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔｒ５，Ｔｒ６）のドレイン・ソース間には、ダイオードＤ５，Ｄ６がそれぞれ逆並列に接続され、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔｒ５）とダイオードＤ５がスイッチＳＷ５を構成し、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｔｒ６）とダイオードＤ６がスイッチＳＷ６を構成している。図５では図示を省略しているが、パッシブコンデンサＣｐ及びコンデンサＣａ２２の電圧をそれぞれ検出するセンサが設けられ、ぞれぞれの出力が制御部に送信される。また、制御部からの制御信号に応じてＳＷ５及びＳＷ６が駆動されオンオフ制御される。

図７（ａ）に、パッシブコンデンサＣｐの容量が２００μＦで、３１５Ｖを中心に変動する場合の、第１アクティブバッファ回路８及び第２アクティブバッファ回路９に接続されたアクティブコンデンサＣａ１，Ｃａ２の電圧波形Ｖａ１，Ｖａ２を示す。ここでは、上段が第１アクティブバッファ回路８に接続されたアクティブコンデンサＣａ１の電圧Ｖａ１、中段が第２アクティブバッファ回路９に接続されたアクティブコンデンサＣａ２の電圧Ｖａ２、下段がパッシブコンデンサＣｐの電圧Ｖｃを示す。図７（ｂ）はパッシブコンデンサＣｐの容量を１００μＦと小さくして、同様に３１５Ｖを中心に変動する場合の、第１アクティブバッファ回路８及び第２アクティブバッファ回路１２に接続されたアクティブコンデンサＣａ２の電圧波形Ｖａ２を示す。ここでは、上段が第１アクティブバッファ回路８に接続されたアクティブコンデンサＣａ１の電圧Ｖａ１、中段が第２アクティブバッファ回路１２に接続されたアクティブコンデンサＣａ２の電圧Ｖａ２、下段がパッシブコンデンサＣｐの電圧Ｖｃを示す。ここでは、第１アクティブバッファ回路８は、上述した回路と同じであるが、第２アクティブバッファ回路１２は、図６に示したものである。第２アクティブバッファ回路１２に接続されたアクティブコンデンサＣａ２は、パッシブコンデンサＣｐの電圧Ｖｃの交流成分を反転させた電圧を、第１アクティブバッファ回路８に接続されたアクティブコンデンサＣａ１と担うとともに、パッシブコンデンサＣｐの電圧Ｖｃの直流バイアス成分も担う。このため、第２アクティブバッファ回路１２に接続されたアクティブコンデンサＣａ２の電圧Ｖａ２は、図７（ａ）の中段の電圧波形に比べて、直流バイアス成分に対応する分だけ上方にシフトした波形となっている。また、図７（ｃ）の下段のパッシブコンデンサＣｐの電圧波形Ｖｃも、容量が小さくなっているため、リプル電圧は大きくなっているが、破線で示す波形から、第２アクティブバッファ回路１２に接続されたアクティブコンデンサＣａ２が担う直流バイアス成分に対応する分だけ下方にシフトしており、ピーク電圧は低くなっている。これにより、パッシブコンデンサＣｐの耐圧仕様が緩和され、パッシブコンデンサＣｐの小型化、ローコスト化、ひい
ては、パッシブコンデンサＣｐを実装した直流リンク１１及びこれを含むパワーコンディショナ１のシステム全体の小型化、ローコストが可能となる。また、実施例１と同様に、リプル電圧を二つのアクティブバッファ回路８，１２に接続されたアクティブコンデンサＣａ１，Ｃａ２の電圧によって打ち消すことにより、直流リンク１１の電圧変動が従来と変わらず、アクティブバッファ回路８，１２のアクティブコンデンサＣａ１，Ｃａ１１，Ｃａ２，Ｃａ２２やスイッチＳＷ１〜ＳＷ４，ＳＷ５，ＳＷ６の耐圧を上げる必要がなく、スイッチの損失が大きくなることもない。

〔実施例３〕
実施例３は、パッシブコンデンサＣｐと直列に二つのアクティブコンデンサＣａ１，Ｃａ２を接続した直列リンクである点は実施例１及び２と同様であるが、二つのアクティブバッファ回路をインターリーブ回路にする場合に、それぞれに使われるリアクトルを別々のリアクトルではなく、１つの結合したリアクトルを用いる点が異なる。
図８に実施例３の直流リンク１３を示す。第１アクティブバッファ回路１４及び第２アクティブバッファ回路１５の結合リアクトルＬ３以外の構成については、第１アクティブバッファ回路８及び第２アクティブバッファ回路９と同様であるので、同様の符号を用いることとして説明を省略する。すなわち、ＳＷ１〜ＳＷ４に対応する第１アクティブバッファ回路１４のスイッチには、ＳＷ１１〜ＳＷ１４（これらは第１スイッチ群の一例である。）とし、ＳＷ１〜ＳＷ４に対応する第２アクティブバッファ回路１５のスイッチには、ＳＷ２１〜２４（これらは第２スイッチ群の一例である。）とする。実施例１では、第１アクティブバッファ回路８に用いられるリアクトルＬ１と、第２アクティブバッファ回路９に用いられるリアクトルＬ２は、図９（ａ）に示すように、別々のリアクトルが用いられる。このとき、図９（ａ）に示すように、それぞれのコアＣｒ１，Ｃｒ２に巻回されたコイルＣｌ１，Ｃｌ２に電流ｉｂｕｆ（図３参照）が流れることにより、コアＣｒ１，Ｃｒ２には矢印に示す磁力線が発生する。本実施例では、第１アクティブバッファ回路１４と第２アクティブバッファ回路１５がインターリーブ回路として相補的に制御される場合には、第１アクティブバッファ回路１４のコイルＣｌ３１と第２アクティブバッファ回路１５のコイルＣ３２を共通のコアＣｒに巻回し、結合リアクトルＬ３を構成する。第１アクティブバッファ回路１４のコイルＣｌ３１にｉｂｕｆの電流が流れることにより、コアＣｒには実線で示す磁力線が発生する。また、第２アクティブバッファ回路１５のコイルＣｌ３２にｉｂｕｆの電流が流れることにより、コアＣｒには破線で示す磁力線が発生する。
このように、二つのアクティブバッファ回路１４，１５において結合リアクトルＬ３を用いることにより、リアクトルが一つで済むので、直流リンク１３及びこれを含むパワーコンディショナ１のシステム全体の小型化、ローコスト化が可能となる。

なお、以下には本発明の構成要件と実施例の構成とを対比可能とするために、本発明の構成要件を図面の符号付きで記載しておく。
＜発明１＞
電力が出力される電力出力部（３）と該電力が入力される電力入力部（５）とを接続する電力通電路（ＬＨ，ＬＬ）間に接続された第１コンデンサ（Ｃｐ）を有し、該第１コンデンサ（Ｃｐ）の充放電によって、該電力通電路（ＬＨ，ＬＬ）を介した前記電力の授受を行う電力バッファ装置（６，１１，１３）であって、
前記電力通電路（ＬＨ，ＬＬ）間に前記第１コンデンサ（Ｃｐ）と直列に接続され、両端の電圧が制御される被制御電圧コンデンサ（Ｃａ１，Ｃａ２）を複数有し、
複数の前記被制御電圧コンデンサ（Ｃａ１，Ｃａ２）には、該被制御電圧コンデンサ（Ｃａ１，Ｃａ２）の両端の電圧の合計が、前記第１コンデンサ（Ｃｐ）の両端の電圧に対して増減が反転するように変化する電圧が印加されることを特徴とする電力バッファ装置（６）。
＜発明２＞
複数の前記被制御電圧コンデンサ（Ｃａ１，Ｃａ２）の少なくともいずれかには、前記第１コンデンサ（Ｃｐ）の両端の電圧の直流成分の少なくとも一部に対応する直流バイアス電圧が印加されることを特徴とする請求項１に記載の電力バッファ装置（６）。
＜発明３＞
複数の前記被制御電圧コンデンサ（Ｃａ１，Ｃａ２）のうちの、第１被制御電圧コンデンサ（Ｃａ１）及び第２被制御電圧コンデンサ（Ｃａ２）の両端の電圧をそれぞれ制御する第１電圧制御回路（１４）及び第２電圧制御回路（１５）を含み、
前記第１電圧制御回路（１４）は、前記第１被制御電圧コンデンサ（Ｃａ１）の両端に接続される回路を相補的にオンオフ制御する複数のスイッチからなる第１スイッチ群（ＳＷ１１〜ＳＷ１４）と、該第１被制御電圧コンデンサ（Ｃａ１）の一端に直列に接続される第１リアクトル（Ｌ３）を含み、
前記第２電圧制御回路（１５）は、前記第２被制御電圧コンデンサ（Ｃａ２）の両端に接続される回路を相補的にオンオフ制御する複数のスイッチからなる第２スイッチ群（ＳＷ２１〜ＳＷ２４）と、該第２被制御電圧コンデンサ（Ｃａ２）の一端に直列に接続される第２リアクトル（Ｌ３）を含み、
前記第１スイッチ群と前記第２スイッチ群とが相補的にオンオフされるインターリーブ回路を構成し、
前記第１リアクトル及び第２リアクトルを結合リアクトル（Ｌ３）としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の電力バッファ装置（６）。
＜発明４＞
前記電力出力部（３）は、直流電力又は交流電力を、前記出力される直流電力に変換する第１電力変換回路（３）であり、
前記電力入力部（５）は、前記入力される直流電力を、直流電力又は交流電力に変換する第２電力変換回路（５）であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電力バッファ装置（６）。
＜発明５＞
前記第１電力変換回路（３）は、太陽光パネル（２）によって発電された直流電力を、前記出力される直流電力に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ（３）であり、
前記第２電力変換回路（５）は、前記入力される直流電力を、系統電源（４）又は負荷に入力される交流電力に変換するインバータ（５）であることを特徴とする請求項４に記載の電力バッファ装置（６）。
＜発明６＞
請求項４又は５に記載の電力バッファ装置（６）と、前記第１電力変換回路（３）と、前記第２電力変換回路（５）とを備えた電力変換装置（１）。
＜発明７＞
請求項５に記載の電力バッファ装置（６）と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（３）と、前記インバータ（５）とを備えたパワーコンディショナ（１）。

１：パワーコンディショナ
２：太陽光パネル
３：ＤＣ／ＤＣコンバータ
４：系統電源
５：インバータ
６，１１，１３：直流リンク
７：制御部
ＬＨ，ＬＬ：直流電源線
Ｃａ１，Ｃａ２：アクティブコンデンサ
Ｃｐ：パッシブコンデンサ
ＳＷ１〜ＳＷ４，ＳＷ５〜ＳＷ６，ＳＷ１１〜ＳＷ１４，ＳＷ２１〜ＳＷ２４：スイッ
チ
８，１４：第１アクティブバッファ回路
９，１２，１５：第２アクティブバッファ回路
Ｌ１〜Ｌ３：リアクトル

Claims

電力が出力される電力出力部と該電力が入力される電力入力部とを接続する電力通電路間に接続された第１コンデンサを有し、該第１コンデンサの充放電によって、該電力通電路を介した前記電力の授受を行う電力バッファ装置であって、
前記電力通電路間に前記第１コンデンサと直列に接続され、両端の電圧が制御される被制御電圧コンデンサを複数有し、
複数の前記被制御電圧コンデンサには、該被制御電圧コンデンサの両端の電圧の合計が、前記第１コンデンサの両端の電圧に対して増減が反転するように変化する電圧が印加されることを特徴とする電力バッファ装置。
複数の前記被制御電圧コンデンサの少なくともいずれかには、前記第１コンデンサの両端の電圧の直流成分の少なくとも一部に対応する直流バイアス電圧が印加されることを特徴とする請求項１に記載の電力バッファ装置。
複数の前記被制御電圧コンデンサのうちの、第１被制御電圧コンデンサ及び第２被制御電圧コンデンサの両端の電圧をそれぞれ制御する第１電圧制御回路及び第２電圧制御回路を含み、
前記第１電圧制御回路は、前記第１被制御電圧コンデンサの両端に接続される回路を相補的にオンオフ制御する複数のスイッチからなる第１スイッチ群と、該第１被制御電圧コンデンサの一端に直列に接続される第１リアクトルを含み、
前記第２電圧制御回路は、前記第２被制御電圧コンデンサの両端に接続される回路を相補的にオンオフ制御する複数のスイッチからなる第２スイッチ群と、該第２被制御電圧コンデンサの一端に直列に接続される第２リアクトルを含み、
前記第１スイッチ群と前記第２スイッチ群とが相補的にオンオフされるインターリーブ回路を構成し、
前記第１リアクトル及び第２リアクトルを結合リアクトルとしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の電力バッファ装置。
前記電力出力部は、直流電力又は交流電力を、前記出力される直流電力に変換する第１電力変換回路であり、
前記電力入力部は、前記入力される直流電力を、直流電力又は交流電力に変換する第２電力変換回路であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電力バッファ装置。
前記第１電力変換回路は、太陽光パネルによって発電された直流電力を、前記出力される直流電力に変換するＤＣ／ＤＣコンバータであり、
前記第２電力変換回路は、前記入力される直流電力を、系統電源又は負荷に入力される交流電力に変換するインバータであることを特徴とする請求項４に記載の電力バッファ装置。
請求項４又は５に記載の電力バッファ装置と、前記第１電力変換回路と、前記第２電力変換回路とを備えた電力変換装置。
請求項５に記載の電力バッファ装置と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータと、前記インバータとを備えたパワーコンディショナ。