JP6887353B2 - 電力変換装置、並びに電力変換装置の調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の電力変換回路が並列接続される電力変換装置、並びにその調整方法に関する。

インバータ等の電力変換装置は、ダイオード、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等の半導体素子、瞬時電力を供給するキャパシタ、半導体素子の駆動回路、電力変換装置の出力電流や電圧を監視する各センサ、各センサから送られる値を読み込んで所望の動作を演算し、必要な動作を駆動回路に指令するための指令信号を送出する制御回路等から構成される。電力変換装置は様々な出力電流、電圧などの仕様に応じ、それを構成する前述の構成部品が設計される。

電力変換装置の構成手段のひとつに、出力電流容量の小さなユニット化された電力変換回路（例えば、インバータ主回路）を並列接続する構成手段（例えば、特許文献１参照）がある（以下、「モジュラーデザイン」と記す）。出力電流容量毎に、全ての部品を設計する手段と比較して、モジュラーデザインのひとつの利点は、出力容量毎に部品を設計する時間が省略でき、様々な出力容量ラインナップを同時に開発できる点にある。

しかしながら、並列接続された複数の電力変換回路において、各電力変換回路の出力電流にばらつきがあると、一部の電力変換回路に電流責務が集中して、電力変換回路が故障するという問題がある。一例として、あるインバータのアームに配置するスイッチング素子が、他のインバータに比べて早くターンオンする場合、早くターンオンしたインバータに電流責務が集中する。

このような電流責務が集中することを抑制するために、一般的には、インバータの出力段に比較的大型なリアクトルを設けて電流集中を緩和したり、あらかじめ電流のばらつきを想定して電流に対して尤度をもたせてインバータを設計したりすることで、電流責務を均等化する。

特開２００８−８６１２７号公報

しかしながら、リアクトルを設けたり尤度を持った設計を行ったりすると、電力変換装置が大型化するとともに、コストが増大するという問題がある。

そこで、本発明は、複数の電力変換回路から構成されながらも、小型で安価な電力変換装置、並びにその調整方法を提供する。

上記課題を解決するために、本発明による電力変換装置は、複数の電力変換回路の各々が、直流電源により充電されるキャパシタと、キャパシタに充電される直流電力を交流電力に変換するインバータ主回路と、を備え、複数の電力変換回路が並列接続され、複数の電力変換回路におけるオン・オフスイッチングのタイミングを制御する制御回路を備えるものであって、複数の電力変換回路は、直流電源からの直流入力電流の電流値を感知する電流センサを備え、制御回路は、電流センサで検出された電流値とあらかじめ設定された所定の閾値に基づき、オン・オフスイッチングのタイミングを補正する電流収支演算回路を備え、電流収支演算回路によって、オン・オフスイッチングのタイミングのずれを小さくなるように補正して、複数の電力変換回路への直流電源からの直流入力電流が略零となるように制御する。

また、上記課題を解決するために、本発明による電力変換装置は、複数の電力変換回路クラスタの各々が、複数の電力変換回路の並列接続から構成され、複数の電力変換回路の各々が、直流電源により充電されるキャパシタと、キャパシタに充電される直流電力を交流電力に変換するインバータ主回路と、を備え、複数の電力変換回路クラスタが並列接続され、複数の電力変換回路クラスタにおけるオン・オフスイッチングのタイミングを制御する制御回路を備えるものであって、複数の電力変換回路クラスタは、直流電源からの直流入力電流の電流値を感知する電流センサを備え、制御回路は、電流センサで検出された電流値とあらかじめ設定された所定の閾値に基づき、オン・オフスイッチングのタイミングを補正する電流収支演算回路を備え、電流収支演算回路によって、オン・オフスイッチングのタイミングのずれを小さくなるように補正して、複数の電力変換回路クラスタへの直流電源からの直流入力電流が略零となるように制御する。

上記課題を解決するために、本発明による電力変換装置の調整方法は、複数の電力変換回路の各々が、直流電源により充電されるキャパシタと、キャパシタに充電される直流電力を交流電力に変換するインバータ主回路と、を備え、複数の電力変換回路が並列接続される電力変換装置の調整方法であって、複数の電力変換回路に直流電源からの直流入力電流の電流値を感知する複数の電流センサを取り付け、次に、複数の電力変換回路の各々において電流センサによって感知される電流値に基づき、複数の電力変換回路におけるオン・オフスイッチングのタイミングのずれを小さくして、電流センサによって感知される複数の電力変換回路の各々への直流入力電流を所定の閾値より小さくして略零となるように制御されるように、電力変換回路への制御信号の補正量を設定し、次に、複数の電流センサを取り外す。

本発明によれば、複数の電力変換回路の電流責務を均等化することができる。このため、リアクトルや設計尤度を低減できるので、小型で安価な電力変換装置が得られる。

上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

実施形態１である電力変換装置の全体構成を示す。 実施形態１における制御回路の構成を示す。 制御回路における処理を示すフローチャートである。 電力変換回路の並列数を３に増やした電力変換装置の構成を示す。 実施形態２である電力変換装置の全体構成を示す。 図５における電力変換回路の回路構成を示す。 実施形態３である電力変換装置の出荷試験時における全体構成を示す。 実施形態３である電力変換装置の据付後における全体構成を示す。

以下、本発明の実施形態について、図面を用いながら説明する。各図において、参照番号が同一のものは同一の構成要件あるいは類似の機能を備えた構成要件を示している。

（実施形態１）
図１〜４を用いて実施形態１について説明する。

図１は、本発明の実施形態１である電力変換装置の全体構成を示す。

図１に示すように、本実施形態１の電力変換装置においては、電力変換装置の主たる電力変換機能を担う電力変換回路１００が、複数（図１では二つ）並列接続される。電力変換回路１００は、ＩＧＢＴ１０２ｕｕ，１０２ｕｄ，１０２ｖｕ，１０２ｖｄ（以下、適宜、まとめて「ＩＧＢＴ１０２」と記す）およびダイオード１０３ｕｕ，１０３ｕｄ，１０３ｖｕ，１０３ｖｄ（以下、適宜、まとめて「ダイオード１０３」と記す）で構成される２つのレグを持つ。各レグはＩＧＢＴ１０２とダイオード１０３を逆並列に接続した２つのアームを持つ。このように、電力変換回路１００は、単相インバータの主回路を備える。なお、ダイオード１０３は、環流ダイオードとして動作する。

上アームのエミッタ電極と、下アームのコレクタ電極は同電位に接続され、接続点には外部出力用の交流端子１２１ｕ，１２１ｖが設けられる。交流端子１２１ｕ，１２１ｖは、電力変換回路１００の２個の交流端子１０７にそれぞれ接続される。上アームのコレクタ電極をレグの正極１２２ｕ，１２２ｖとし、下アームのエミッタ電極をレグの負極１２３ｕ，１２３ｖとする。レグの正極１２２ｕ，１２２ｖは、バスバ等の直流配線１２０によって、瞬時電力を供給するキャパシタ１０１の正極１１４ｐと接続される。また、レグの負極１２３ｕ，１２３ｖは、直流配線１２０によって、キャパシタ１０１の負極１１４ｎと接続される。

電力変換回路１００に、外部と接続可能な正極１０５および負極１０６からなる外部直流端子を設け、それぞれキャパシタの正極１１４ｐおよび負極１１４ｎに接続される。外部直流端子とキャパシタの間の配線には、電流センサ１０４を設け、電力変換回路１００に入出する電流を監視する。なお、電流センサ１０４としては、ＣＴ（Current Transformer）などが適用される。

電流センサ１０４によって感知される電流値は、信号配線１１５を経由して、制御回路１０９へと送出される。ＩＧＢＴ１０２のゲート端子およびエミッタ端子は、信号配線１１０を介して駆動回路１１８と各々接続される。駆動回路１１８は、制御回路１０９より、信号配線１１５を介して受信するオン・オフ制御信号を、電気的に絶縁した上で駆動信号に成形し、各ＩＧＢＴ１０２に送出する。

本実施形態１の電力変換装置において、ひとつの電力変換回路１００の正極１０５および負極１０６はそれぞれ、直流外部配線１１７と直流連結点１１３と直流リンク配線１１６を介して、それぞれ、他の電力変換回路１００の正極１０５および負極１０６に電気的に接続される。さらに、直流連結点１１３において、直流電源１０８が接続される。また、ひとつの電力変換回路１００の交流端子１０７は、交流連結点１１１と交流配線１１９を介して、他の電力変換回路１００の交流端子１０７と電気的に接続される。交流連結点１１１においては、負荷装置１１２が接続される。

次に、本実施形態１の電力変換装置における基本的な動作を説明する。

初期状態では、全てのＩＧＢＴ１０２がオフ状態であり、負荷装置１１２への電力供給は停止している。初動時（初充電時）、直流電源１０８より供給される直流電力は、直流外部配線１１７を経由して、直流端子（１０５，１０６）に入力される。電力変換回路１００内では、キャパシタ１０１に直流電力が供給され、充電される。動作時、制御回路１０９から駆動回路１１８に、信号配線１１５を経由してオン・オフの制御信号を送出する。駆動回路１１８は制御信号を受信、信号成形し、各ＩＧＢＴ１０２に駆動信号を、信号配線１１０を経由して送出する。

ここで、ＩＧＢＴ１０２ｕｕとＩＧＢＴ１０２ｖｄは組となって同時にオン・オフする。また、ＩＧＢＴ１０２ｕｄとＩＧＢＴ１０２ｖｕは組となって同時にオン・オフする。前者の組と、後者の組は、交互にオンし、同時にはオンしない。ＩＧＢＴ１０２がオンする際、直流電源１０８とＩＧＢＴ１０２との間には比較的大きなインダクタンスが寄生するため、ＩＧＢＴ１０２の近傍に配置するキャパシタ１０１により、ＩＧＢＴ１０２へ電力が供給される。このように、ＩＧＢＴのオン・オフ動作によって、直流電力が交流電力に変換され負荷装置１１２に供給される。

なお、図１には明示しないが、交流連結点１１１と負荷装置１１２との間に、インダクタンスとキャパシタンス等からなるフィルタ回路を設けることで、電力変換回路１００から供給される交流電力のひずみを抑制しても良い。

複数の電力変換回路１００が並列に接続されるので、直流電力は直流連結点１１３を介して各電力変換回路１００に分配して供給される。本実施形態１においては、直流電源１０８と直流連結点１１３間の配線のインダクタンスは、直流リンク配線１１６のインダクタンス、および直流連結点１１３と直流端子（１０５，１０６）の間の配線のインダクタンスに比べて大きい。このため、瞬時の電力供給は、実質、充電されたキャパシタ１０１の電力のみによるとみなせる。従って、複数の電力変換回路１００の各々が負担する出力電力がバランスしていれば、各電流センサ１０４が検出する電流はほぼゼロとなる。これに対し、電力変換回路１００によって、ＩＧＢＴ１０２のスイッチングタイミングが異なると、各電力変換回路１００が負担する出力電力がアンバランスになり、電流センサ１０４によって瞬時電流が検出される。例えば、ひとつの電力変換回路１００で他の電力変換回路１００よりも早くオンする特性となる場合、ひとつの電力変換回路１００の電流センサ１０４は電流の流入を検知する。

そこで、本実施形態１では、各電力変換回路において電流センサ１０４によって感知される電力変換回路１００への直流入力電流が所定の閾値より小さくなって略零となるように、各電力変換回路におけるスイッチングが制御される。

より具体的には、次のように、各電力変換回路１００が制御回路１０９によって制御される。

図２は、本実施形態１における制御回路１０９の構成を示す。

初動時、制御回路１０９は、各電力変換回路１００の同じアームに対して同じタイミングで、オン・オフ駆動信号が与えられるように、制御信号２０５を送出する。この時、半導体素子や駆動回路を構成する部品の製造上のばらつきや、制御回路１０９と駆動回路１１８間の配線インピーダンスのばらつき等により、半導体素子（ＩＧＢＴ１０２）がターンオン・ターンオフするタイミングにずれが生じる。

これに対し、本実施形態１では、図２に示すように、制御回路１０９が、電流収支演算回路２０１を備える。電流収支演算回路２０１は、電流センサによって感知される各電力変換回路の電流値２０４を読み込み、各電力変換回路の電流収支（電流の流出入）を演算する。より具体的には、電流収支演算回路２０１は、各電力変換回路の電流値に基づいて、電流が流入して他の電力変換回路に比べて責務が大きい電力変換回路を判定する。

すなわち、電流収支演算回路２０１においては、流入する電流値の閾値が予め設定され、電流収支演算回路２０１は、読み込んだ電流値２０４と閾値とを比較する。電流値２０４が閾値以上である電力変換回路に対して、ターンオンのタイミングを遅らせたり、ターンオフのタイミングを早めたりするように、一般制御回路２０２が作成する制御信号を補正する。あるいは、電流収支演算回路２０１は、他の電力変換回路におけるターンオンのタイミングを早めたり、ターンオフのタイミングを遅らせたりするように一般制御回路２０２が作成する制御信号を補正する。

制御信号の補正手段としては、例えば、直流入力電流の電流値と閾値との差分に応じて、制御信号の位相を遅らせたり、進めたりする。

一般制御回路２０２は、各電力変換回路の出力電流などの一般的な制御技術で用いられる信号群２０３（負荷装置がモータの場合、回転子の位置、速度および磁極位置の信号を含んでも良い）に基づき、図示しない上位制御装置からの指令値（例えば、速度指令など）に応じて、駆動回路に与える制御信号を作成する。なお、図１においては、図２に示す信号群２０３を出力する各種センサ（例えば、インバータ主回路の交流出力電流を感知する電流センサ）は図示を省略している。

一般制御回路２０２によって作成される制御信号は、上述の電流収支演算回路２０１により補正される。そして、制御回路１０９は、補正された制御信号からなる制御信号２０５を出力する。制御信号２０５における各制御信号は、信号配線１１５（図１）を介して、対応する電力変換回路の駆動回路へ送信される。補正された制御信号によって制御される駆動回路が出力する駆動信号によって、複数の電力変換回路におけるオン・オフスイッチングのタイミングのずれが小さくなるため、電流責務の集中を緩和することができる。

図３は、本実施形態１の制御回路１０９における処理を示すフローチャートである。電力変換回路の並列数は２とする。なお、制御回路は、マイクロコンピュータなどの演算処理装置によって構成され、所定のプログラムに従って一連の処理を行う。

ステップＳ１において、並列接続される二つの電力変換回路（１），（２）へ制御信号が送出される。

次に、ステップＳ２において、各電力変換回路における、直流電源１０８から、キャパシタ１０１を含む主回路への直流入力電流が検出される。ここで、電力変換回路（１）および（２）における直流入力電流を、それぞれ、電流（１）および（２）とする。

次に、ステップＳ３において、各電流が所定の閾値よりも小さいかが判定される。電流（１），（２）のいずれもが閾値より小さいと判定される場合（ステップＳ３の「ｙｅｓ」）、電流責務がバランスしているので、処理は終了する。また、電流（１），（２）のいずれかが閾値以上であると判定される場合（ステップＳ３の「ｎｏ」）、ステップＳ４に進む。

ステップＳ４においては、電流（１）と電流（２）の大小関係、すなわち電流（１）が電流（２）よりも大きいかが判定される。電流（１）の方が大きいと判定される場合（ステップＳ４の「ｙｅｓ」）および大きいと判定されない場合（ステップＳ４の「ｎｏ」）、それぞれ、ステップＳ５−１およびステップＳ５−２に進む。

ステップＳ５−１，Ｓ５−２では、電流が大きな方の電力変換回路におけるスイッチング素子のターンオンを他方よりも遅くするために、制御信号（オン信号）の補正量である遅延時間が演算される。ステップＳ５−１では、電流（１）の方が大きいので、電力変換回路（１）の制御信号（オン信号）の遅延時間が演算される。また、ステップＳ５−２では、電流（２）の方が大きいので、電力変換回路（２）の制御信号（オン信号）の遅延時間が演算される。なお、遅延時間は、例えば、遅延時間と電流値の関係、もしくは遅延時間と、電流値および閾値の差分との関係を予め求めて、制御回路１０９に設定しておくことにより、演算することができる。

ステップＳ５−１またはＳ５−２が実行されると、次に、ステップＳ６が実行される。ステップＳ６においては、出力電流などの制御量のフィードバック量に基づく通常の制御技術によって作成される制御信号が、ステップＳ５−１またはＳ５−２において演算される遅延時間に応じて補正され、各電力変換回路へ出力する制御信号が作成される。

ステップＳ６において、各電力変換回路へ出力する制御信号が作成されると、ステップＳ１に戻り、この制御信号が電力変換回路（１），（２）へ送出される。

図４は、図１において電力変換回路１００の並列数を３に増やした電力変換装置の構成を示す。

３台の電力変換回路１００が並列に接続される場合、１ないし２台の電力変換回路１００に電流責務が集中し得る。１台の電力変換回路１００に電流責務が集中する場合、その電力変換回路１００の電流責務を低減するように、もしくは他の電力変換回路１００の電流責務を増やすようにオン・オフのタイミングを調整する。このとき、制御信号の補正量（例えば、遅延時間）は、電流センサ１０４の値、もしくはこの電流値と前述の閾値との差分に応じて設定される。これにより、各電力変換回路の電流責務を均等化することができる。２台の電力変換回路１００に電流責務が集中する場合も、同様の操作によって、電流責務を均等化できる。このように、複数の電力変換回路の電流責務が均等化できるので、任意の複数個の電力変換回路を並列接続することにより電力変換装置の出力電流および出力電力を増大することができる。

なお、このような制御信号の補正処理は、電力変換装置を動作させ、動作期間中に逐次実施されることで、装置に使われる各部品の製造ばらつきに加え、気温、湿度など装置の設置環境に依存する電流責務の集中も緩和することができる。

また、直流入力電流に基づき電流責務の大きさを判定するので、一つの電力変換回路あたり一個の電流センサ１０４で電流責務を判定できる。従って、電流責務の判定をしながらも、部品点数の増加が抑制され、電力変換装置の大きさが増大することはない。また、一つの電力変換回路からなる電力変換ユニットを容易に構成することができる。

なお、電力変換回路１００におけるインバータ主回路は、単相インバータに限らず、三相インバータであってもよい。インバータ主回路を三相インバータとすることで、電力変換装置の出力容量を増大できる。

また、制御回路１０９は、電力変換回路毎に設けても良い。この場合、複数の制御回路の各々において、前述した直流入力電流の閾値が設定される。これにより、電流収支演算回路と駆動回路間における配線を省略することができ、電力変換装置の構成を簡略化することができる。なお、各制御回路で図３に示す処理が実行される場合、複数の制御回路間で通信することにより、各制御回路で複数の直流電源１０８からの直流入力電流情報を共有する。

また、図１では、一つの電力変換回路において、一アーム当たりのＩＧＢＴ１０２およびダイオード１０３が各一個、またキャパシタ１０１一個が図示されているが、これに限らず、複数のＩＧＢＴおよびダイオードが直列あるいは並列に接続されたり、複数のキャパシタが直列あるいは並列に接続されたりしても良い。

また、直流電源１０８としては、電池や、商用交流電源などの交流電力を直流電力に変換する電力変換装置などが適用できる。

（実施形態２）
図５および図６を用いて実施形態２について説明する。なお、主に、実施形態１と異なる点について説明する。

図５は、本発明の実施形態２である電力変換装置の全体構成を示す。また、図６は、図５における電力変換回路３０１の回路構成を示す。

まず、図６に示すように、本実施形態２における電力変換回路３０１は、実施形態１における電力変換回路１００と同様に、ＩＧＢＴ１０２ｕｕ，１０２ｕｄ，１０２ｖｕ，１０２ｖｄ（以下、適宜、まとめて「ＩＧＢＴ１０２」と記す）およびダイオード１０３ｕｕ，１０３ｕｄ，１０３ｖｕ，１０３ｖｄ（以下、適宜、まとめて「ダイオード１０３」と記す）で構成される二つのレグを持つ。各レグはＩＧＢＴ１０２とダイオード１０３を逆並列に接続したアームを二つ持つ。このように、電力変換回路３０１は、単相インバータの主回路を備える。

上アームのエミッタ電極と、下アームのコレクタ電極は同電位に接続され、接続点には外部出力用の交流端子１２１ｕ，１２１ｖが設けられる。交流端子１２１ｕ，１２１ｖは、電力変換回路３０１の２個の交流端子１０７にそれぞれ接続される。上アームのコレクタ電極をレグの正極１２２ｕ，１２２ｖとし、下アームのエミッタ電極をレグの負極１２３ｕ，１２３ｖとする。レグの正極１２２ｕ，１２２ｖは、バスバ等の直流配線１２０によって、瞬時電力を供給するキャパシタ１０１の正極１１４ｐと接続される。また、レグの負極１２３ｕ，１２３ｖは、直流配線１２０によって、キャパシタ１０１の負極１１４ｎと接続される。

電力変換回路３０１に、外部と接続可能な正極１０５および負極１０６からなる外部直流端子を設け、それぞれキャパシタの正極１１４ｐおよび負極１１４ｎに接続される。

図５に示すように、上述のような電力変換回路３０１における直流端子（１０５，１０６）が、直流連結点３０２において、それぞれ、他の電力変換回路３０１の直流端子（１０５，１０６）と接続される。また、電力変換回路３０１における交流端子１０７が、交流連結点３０４において、他の電力変換回路３０１の対応する交流端子１０７と接続される。これにより、二つの電力変換回路３０１が並列接続される。さらに、二つの電力変換回路３０１における各駆動回路の信号入力は、信号連結点３０７において互いに接続される。なお、このような電力変換回路の２並列構成を、以下、電力変換回路クラスタ３０６と称する。

一つの電力変換回路クラスタ３０６内の各電力変換回路３０１は、比較的近接に配置される。このため、各電力変換回路３０１の信号配線のインピーダンスはほぼ同じである。また、各電力変換回路３０１は、ＩＧＢＴの特性が部品選別などにより略同一とされており、同じ制御信号に対するスイッチングのタイミングがほぼ同じである。従って、一つの電力変換回路クラスタ３０６内において、各電力変換回路３０１の電流責務は略同一であり、バランスしている。

図５に示すように、電力変換回路クラスタ３０６における直流連結点３０２と直流電源１０８の間に電流センサ１０４が設けられる。この電流センサ１０４によって、一つの電力変換回路クラスタにおける二つの電力変換回路３０１に通流する各直流電流の総和が監視される。なお、電力変換回路クラスタ３０６および電流センサ１０４によって電力変換ユニット３００が構成される。

電流センサ１０４によって感知される電流値は、信号配線１１５を経由して、制御回路１０９へと送出される。ＩＧＢＴ１０２のゲート端子およびエミッタ端子は、駆動回路１１８と信号配線１１０を介して各々接続される（図６）。駆動回路１１８は、制御回路１０９より、信号配線１１５（図５）を介して受信するオン・オフ制御信号を、電気的に絶縁した上で駆動信号に成形し、各ＩＧＢＴ１０２に送出する。

本実施形態２の電力変換装置において、一つの電力変換回路３０１の直流端子（１０５，１０６）はそれぞれ、直流外部配線１１７と直流連結点３０２と直流リンク配線１１６を介して、それぞれ、他の電力変換回路１００の直流端子（１０５，１０６）に電気的に接続される。さらに、直流連結点３０３において、直流電源１０８が接続される。また、各電力変換回路クラスタ３０６における交流連結点３０４が、交流連結点３０５において、互いに接続される。さらに、交流連結点３０５において、負荷装置１１２が接続される。このような構成により、二つの電力変換ユニット３００が並列接続され。また、二つの電力変換回路クラスタ３０６が並列接続されるので、電力変換装置としては、四つの電力変換回路３０１が並列接続される。

次に、本実施形態２の電力変換装置における基本的な動作を説明する。

初期状態では、全てのＩＧＢＴ１０２がオフ状態であり、負荷装置１１２への電力供給は停止している。初動時（初充電時）、直流電源１０８より供給される直流電力は、直流外部配線１１７を経由して、直流端子（１０５，１０６）に入力される。電力変換回路３０１内では、キャパシタ１０１に直流電力が供給、充電される。動作時、制御回路１０９から駆動回路１１８に、信号配線１１５を経由してオン・オフの制御信号を送出する。駆動回路１１８は制御信号を受信、信号成形し、各ＩＧＢＴ１０２に駆動信号を、信号配線１１０を経由して送出する。

ここで、ＩＧＢＴ１０２ｕｕとＩＧＢＴ１０２ｖｄは組となって同時にオン・オフする。ＩＧＢＴ１０２ｕｄとＩＧＢＴ１０２ｖｕは組となって同時にオン・オフする。前者の組と、後者の組は、交互にオンし、同時にはオンしない。ＩＧＢＴ１０２がオンする際、直流電源１０８とＩＧＢＴ１０２との間には比較的大きなインダクタンスが寄生するため、ＩＧＢＴ１０２の近傍に配置するキャパシタ１０１より、ＩＧＢＴ１０２へ電力が供給される。このように、ＩＧＢＴのオン・オフ動作によって、直流電力が交流電力に変換され負荷装置１１２に供給される。

各電力変換ユニット３００が備える電流センサ１０４から送出される各電流値に基づき、前述の実施形態１と同様に、制御信号を補正することにより、各電力変換回路クラスタ３０６の電流責務を均等化することできる。

本実施形態２では、２並列の電力変換回路３０１によって構成される電力変換回路クラスタ３０６への直流入力電流を検出するので、電流センサ１０４の数量を低減することができる。また、そのため、制御回路１０９と駆動回路１１８の間の配線を簡略化できる。従って、電力変換装置のコストが低減できる。

なお、電力変換回路クラスタ３０６は、三つ以上の電力変換回路３０１によって構成されても良い。

また、電力変換装置は、三つ以上の電力変換ユニット３００によって構成されても良い。

（実施形態３）
上述の実施形態１，２では、電力変換装置の動作時において、制御回路１０９は、常時、制御信号の補正演算を実行している。これに対し、本実施形態３では、一度演算された制御信号の補正量が、変更されることなく継続的に用いられる。なお、本実施形態３は、各電力変換回路の電流責務が、各電力変換回路の電流責務が外部環境に影響されず、電流責務のアンバランスの要因として、電力変換装置の構成や部品の特性が支配的である場合などに好適である。

図７および図８を用いて実施形態３について説明する。なお、主に、実施形態１と異なる点について説明する。

図７は、本発明の実施形態３である電力変換装置の出荷試験時における全体構成を示す。

本実施形態３においては、出荷試験時において、制御回路１０９による補正演算が実行される。図７に示すように、制御回路１０９によって演算された制御信号の補正量は、駆動回路１１８におけるメモリ装置に保存される。本実施形態３の装置構成は、実施形態１と同様であるが、試験用の負荷装置１１２が用いられる。また、電流センサ１０４は、電力変換回路１００の外部、すなわち正極１０５と直流連結点１１３とを接続する配線に取り付けられる。電流センサ１０４は、出荷試験が終了すると取り外される。このため、電流センサ１０４としては、クリップ式などのように、着脱容易な電流センサが好ましい。

図８は、本発明の実施形態３である電力変換装置の据付後における全体構成を示す。

図８に示すように、設置場所に据え付けられる電力変換回路１００は、直流入力電流を感知する電流センサを備えていない。電力変換装置の動作時は、駆動回路１１８におけるメモリ装置に保存される補正量に応じて、制御回路１０９からの制御信号が補正される。
これにより、電流センサ１０４を電力変換装置に常設することなく、各電流変換回路の電流責務を均等化できる。従って、電力変換装置のコストの増加を抑制することができる。

また、図８に示すように、電力変換装置の動作時、制御回路１０９は、各電流変換回路の負荷状態を示す負荷情報（例えば、電流変換回路の交流出力電流に関する情報）を、インターネットなどの通信ネットワーク５０を介して、電力変換装置の設置場所とは地理的に離れた場所に位置する状態監視システム６０へ送信する。状態監視システム６０は、受信する負荷情報に基づいて、電流責務にアンバランスが生じていると判断すると、メモリ装置に保存されている補正量の修正量を、通信ネットワーク５０を介して制御回路１０９へ送信する。制御回路１０９は、受信する修正量に応じて、メモリ装置に保存されている補正量を修正する。これにより、経年変化などにより、電流責務が変化し得る状況下において、均等な電流責務を維持することができる。

図７に示すようなメモリ装置への補正量保存は、電力変換装置の据付時に実施されても良い。また、状態監視システム６０は、電流責務にアンバランスが生じていると判断した時、保守技術者に作業指示を発信してもよい。この場合、保守技術者が、電力変換装置の設置場所で電力変換回路に電流センサ１０４を取り付けて、補正量の再設定を実施する。

なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前述した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、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、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置き換えをすることが可能である。

例えば、インバータ主回路を構成する半導体スイッチング素子は、ＩＧＢＴに限らず、ＭＯＳＦＥＴや接合型バイポーラトランジスタなどでも良い。半導体スイッチング素子は、逆並列ダイオードを内蔵しても良い。

また、図８における状態監視システム６０は、電力変換装置の設置場所の近く（例えば、同じ建物内）に位置しても良い。

５０ 通信ネットワーク
６０ 状態監視システム
１００ 電力変換回路
１０１ キャパシタ
１０２ｕｕ，１０２ｕｄ，１０２ｖｕ，１０２ｖｄ ＩＧＢＴ
１０３ｕｕ，１０３ｕｄ，１０３ｖｕ，１０３ｖｄ ダイオード
１０４ 電流センサ
１０５ 正極
１０６ 負極
１０７ 交流端子
１０８ 直流電源
１０９ 制御回路
１１０ 信号配線
１１１ 交流連結点
１１２ 負荷装置
１１３ 直流連結点
１１４ｐ キャパシタの正極
１１４ｎ キャパシタの負極
１１５ 信号配線
１１６ 直流リンク配線
１１７ 直流外部配線
１１８ 駆動回路
１１９ 交流配線
１２０ 直流配線
１２１ｕ，１２１ｖ 交流端子
１２２ｕ，１２２ｖ レグの正極
１２３ｕ，１２３ｖ レグの負極
２０１ 電流収支演算回路
２０２ 一般制御回路
２０３ 信号群
２０４ 電流値
２０５ 制御信号
３０１ 電力変換回路
３０２，３０３ 直流連結点
３０４，３０５ 交流連結点
３０６ 電力変換回路クラスタ
３０７ 信号連結点

Claims (15)

1. 複数の電力変換回路の各々が、
   直流電源により充電されるキャパシタと、
   前記キャパシタに充電される直流電力を交流電力に変換するインバータ主回路と、
   を備え、
   前記複数の電力変換回路が並列接続され、
   前記複数の電力変換回路におけるオン・オフスイッチングのタイミングを制御する制御回路を備える電力変換装置において、
   前記複数の電力変換回路は、前記直流電源からの直流入力電流の電流値を感知する電流センサを備え、
   前記制御回路は、
   前記電流センサで検出された前記電流値とあらかじめ設定された所定の閾値に基づき、前記オン・オフスイッチングのタイミングを補正する電流収支演算回路を備え、
   前記電流収支演算回路によって、前記オン・オフスイッチングのタイミングのずれを小さくなるように補正して、
   前記複数の電力変換回路への前記直流電源からの前記直流入力電流が略零となるように制御することを特徴とする電力変換装置。
2. 請求項１に記載の電力変換装置において、
   前記直流電源と、前記複数の電力変換回路の直流連結点との間の配線インダクタンスが、前記直流連結点と前記複数の電力変換回路との間の配線インダクタンスよりも大きいことを特徴とする電力変換装置。
3. 請求項１に記載の電力変換装置において、
   前記直流入力電流が略零となるように、前記直流入力電流に基づいて、前記インバータ主回路を構成する半導体スイッチング素子のスイッチングタイミングが調整されることを特徴とする電力変換装置。
4. 請求項１に記載の電力変換装置において、
   前記直流入力電流が前記所定の閾値以下となるように、前記直流入力電流に基づいて、前記インバータ主回路を構成する半導体スイッチング素子のスイッチングタイミングが調整されることを特徴とする電力変換装置。
5. 請求項４に記載の電力変換装置において、
   前記直流入力電流が前記所定の閾値を超える場合、前記半導体スイッチング素子のターンオンのタイミングを遅らせることを特徴とする電力変換装置。
6. 請求項３に記載の電力変換装置において、
   前記制御回路は、前記半導体スイッチング素子をスイッチングするための制御信号を作成し、
   前記制御信号に応じて前記半導体スイッチング素子をスイッチングする駆動回路を備え、
   前記制御信号は、前記半導体スイッチング素子の前記スイッチングタイミングが調整されるように、前記直流入力電流に基づいて補正されることを特徴とする電力変換装置。
7. 請求項１に記載の電力変換装置において、
   前記電力変換回路が二台並列接続されることを特徴とする電力変換装置。
8. 請求項１に記載の電力変換装置において、
   前記電力変換回路が二台並列接続され、
   前記二台の電力変換回路のいずれかの前記直流入力電流が前記閾値を超える場合、前記直流入力電流が大きな方の電力変換回路の前記インバータ主回路を構成する半導体スイッチング素子のターンオンのタイミングを遅らせるように、スイッチングタイミングが調整されることを特徴とする電力変換装置。
9. 請求項１に記載の電力変換装置において、
   前記電力変換回路が三台並列接続されることを特徴とする電力変換装置。
10. 請求項１に記載の電力変換装置において、
    前記インバータ主回路が単相インバータであることを特徴とする電力変換装置。
11. 請求項１に記載の電力変換装置において、
    前記インバータ主回路が三相インバータであることを特徴とする電力変換装置。
12. 請求項１に記載の電力変換装置において、
    前記直流入力電流が略零となるように、前記直流入力電流に基づいて、前記インバータ主回路を構成する半導体スイッチング素子のスイッチングタイミングが調整され、
    前記制御回路は、前記半導体スイッチング素子をスイッチングするための制御信号を作成し、
    前記制御信号に応じて前記半導体スイッチング素子をスイッチングする駆動回路を備え、
    前記制御信号は、前記半導体スイッチング素子の前記スイッチングタイミングが調整されるように、メモリ装置に保存される補正量に基づいて補正されることを特徴とする電力変換装置。
13. 請求項１２に記載の電力変換装置において、
    前記複数の電力変換回路の負荷状態に応じて、前記補正量を修正する状態監視システムを備えることを特徴とする電力変換装置。
14. 複数の電力変換回路クラスタの各々が、複数の電力変換回路の並列接続から構成され、
    前記複数の電力変換回路の各々が、
    直流電源により充電されるキャパシタと、
    前記キャパシタに充電される直流電力を交流電力に変換するインバータ主回路と、
    を備え、
    前記複数の電力変換回路クラスタが並列接続され、
    前記複数の電力変換回路クラスタにおけるオン・オフスイッチングのタイミングを制御する制御回路を備える電力変換装置において、
    前記複数の電力変換回路クラスタは、前記直流電源からの直流入力電流の電流値を感知する電流センサを備え、
    前記制御回路は、
    前記電流センサで検出された前記電流値とあらかじめ設定された所定の閾値に基づき、前記オン・オフスイッチングのタイミングを補正する電流収支演算回路を備え、
    前記電流収支演算回路によって、前記オン・オフスイッチングのタイミングのずれを小さくなるように補正して、
    前記複数の電力変換回路クラスタへの前記直流電源からの前記直流入力電流が略零となるように制御することを特徴とする電力変換装置。
15. 複数の電力変換回路の各々が、
    直流電源により充電されるキャパシタと、
    前記キャパシタに充電される直流電力を交流電力に変換するインバータ主回路と、
    を備え、
    前記複数の電力変換回路が並列接続される電力変換装置の調整方法において、
    前記複数の電力変換回路に、前記直流電源からの直流入力電流の電流値を感知する複数の電流センサを取り付け、
    次に、前記複数の電力変換回路の各々において前記電流センサによって感知される前記電流値に基づき、前記複数の電力変換回路におけるオン・オフスイッチングのタイミングのずれを小さくして、前記電流センサによって感知される前記複数の電力変換回路の各々への前記直流入力電流を所定の閾値より小さくして略零となるように制御されるように、前記電力変換回路への制御信号の補正量を設定し、
    次に、前記複数の電流センサを取り外すことを特徴とする電力変換装置の調整方法。

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