JPH08322260A

JPH08322260A - インバータ装置

Info

Publication number: JPH08322260A
Application number: JP7126268A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Shinohara; 博篠原; Shigeo Konishi; 茂雄小西
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1995-05-25
Filing date: 1995-05-25
Publication date: 1996-12-03

Abstract

(57)【要約】【目的】低損失で高速応答が可能なインバータ装置を
提供する。【構成】スイッチング周波数が低く固定の電圧を出力
する固定電圧インバータ１１と、スイッチング周波数が
高く可変の電圧を出力する可変電圧インバータ１２とを
直列に接続してインバータ装置２０を構成し、低損失で
高速応答を可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電力系統の電圧変動
を抑制する無効電力補償装置，周波数変換装置，燃料電
池発電用インバータ装置等の、電力系統に連系して用い
て好適なインバータ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の従来装置としては、例えば図２
５に示すものがある。ここで、インバータ装置１はイン
バータ２と連系用変圧器３とから構成され、電源電圧Ｖ
ＳＳから系統インピーダンスＸＳを介して負荷５に電力
を供給する電力系統４に接続されている。インバータ装
置１が、電力系統４に連系する点の電圧をＶＳとする。

【０００３】図２６にインバータの回路例を示す。電力
系統４に連系するインバータは大容量化，低歪化を図る
ため、インバータを多重化する方法が一般的に用いられ
ており、ここでは３多重の３相ブリッジ電圧形インバー
タが示されている。インバータ２は半導体素子１０１，
１０２と、これに逆並列に接続されたフリーホイーリン
グダイオード１１１，１１２と、直流コンデンサ６と、
上記半導体素子１０１，１０２の過電圧を抑制するダイ
オード１２１，１２２と、コンデンサ１３１，１３２
と、抵抗１４１，１４２からなるスナバ回路と、電流の
立ち上がりを抑制するアノードリアクトル１５１、ダイ
オード１５２および抵抗１５３からなる電流変化率（ｄ
ｉ／ｄｔ）抑制回路とが接続されている。

【０００４】なお、図２６ではインバータ２ａのＳ相，
Ｔ相はＲ相と構成が同じなので、詳細を省略している。
また、３多重であることから、インバータ２ａと同構成
のインバータ２ｂ，２ｃが連系用変圧器３に接続されて
いる。そして、上記の如く構成されるインバータ２ａ〜
２ｃは、直流コンデンサ６の直流電圧Ｖｄを、半導体素
子１０１，１０２によりパルス幅変調（ＰＷＭ）制御す
ることで交流のインバータ電圧ＶＩに変換するように動
作する。

【０００５】図２７はスナバ回路とｄｉ／ｄｔ抑制回路
の動作を説明するための説明図である。いま、図２７
（イ）のように半導体素子１０１がターンオフすると、
半導体素子に流れていた電流Ｉは、スナバダイオード１
２１を介してスナバコンデンサ１３１を充電するまで流
れ、半導体素子１０１に加わる過電圧を抑制する。アノ
ードリアクトル１５１に電流Ｉが流れなくなると、ここ
に蓄積されたエネルギーは抵抗１５３で放電され熱損失
となる。一方、図２７（ロ）のように半導体素子１０１
がターンオンすると、半導体素子に流れる電流Ｉはアノ
ードリアクトル１５１により立ち上がりを抑制され、ス
ナバコンデンサ１３１に蓄積されたエネルギーは、半導
体素子１０１を介して抵抗１４１で放電され熱損失とな
る。

【０００６】次に、インバータ装置１が電力系統４に電
流を出力する動作原理につき、図２８，図２９を参照し
て説明する。いま、インバータ２を、その出力電圧の振
幅と位相を自由に調整できる電圧源ＶＩとすると、系統
電圧ＶＳとインバータ電圧ＶＩとの関係は図２８のよう
に、系統電圧ＶＳに連系用変圧器３のインピーダンスＸ
を介して接続される等価回路で表わすことができる。図
２８において、進相電流の制御は、系統電圧ＶＳに対し
てインバータ電圧ＶＩの振幅を高く制御することで行な
う。これにより、図２９（イ）に示すように、インピー
ダンスＸの電圧は、ｊを虚数単位としてｊＸ・ＩＳとな
り、系統電圧ＶＳに対して９０°位相が進んだ電流ＩＳ
が流れる。

【０００７】逆に、遅相電流の制御は、系統電圧ＶＳに
対してインバータ電圧ＶＩの振幅を低く制御することで
行なう。これにより、図２９（ロ）に示すように、イン
ピーダンスＸの電圧はｊＸ・ＩＳとなり、系統電圧ＶＳ
に対して９０°位相が遅れた電流ＩＳが流れる。また、
有効電流の制御は、系統電圧ＶＳに対してインバータ電
圧ＶＩの位相を制御することで行なう。これにより、図
２９（ハ）に示すように、インピーダンスＸの電圧はｊ
Ｘ・ＩＳとなり、系統電圧ＶＳと同位相の電流ＩＳが流
れる。さらに、系統電圧ＶＳとインバータ電圧ＶＩを同
じに制御することで、図２９（ニ）に示すように、出力
電流ＩＳは零となる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記インバ
ータ装置１で高速応答を図るには、半導体素子のターン
オン，ターンオフ、つまりスイッチング周波数を高くす
れば良い。しかし、半導体のスイッチング周波数に比例
して、スナバコンデンサやアノードリアクトルのエネル
ギーが放電抵抗１４１，１５３等で損失される回数が増
えると同時に、半導体素子のターンオン時の損失および
ターンオフ時の損失が増え、インバータ装置１の変換効
率が低下することになる。

【０００９】半導体素子の損失Ｐｔ（平均値）およびス
ナバ回路の損失Ｑｓｂは、ターンオン期間中の１パルス
当たりの損失をＥｏｎ、ターンオフ期間中の１パルス当
たりの損失をＥｏｆｆ、動作周波数をｆ、デューティサ
イクルをＤ、オン状態損失をＰｔ、配線インダクタンス
をＬｓ、ターンオフ電流をＩｔｏｆ、スナバコンデンサ
容量をＣｓ、直流電圧をＥｂとして、次の（１），
（２）式のように表わされる。Ｐｔ（平均値）＝（Ｅｏｎ＋Ｅｏｆｆ）・ｆ＋Ｄ・Ｐｔ …（１）Ｑｓｂ＝（１／２・Ｌｓ・Ｉｔｏｆ²＋１／２・Ｃｓ・Ｅｂ²）・ｆ …（２）

【００１０】上記（１）式，（２）式からも明らかなよ
うに、動作周波数（スイッチング周波数）ｆが高くなる
と、損失が増えることを示している。ここで、スナバ回
路の損失は、例えば図３０に示されるようなスナバ電力
回生回路（特公平４−３５９７１号公報参照）により改
善することができる。しかしながら、このようにすると
回路が複雑化して装置の大型化，信頼性の低下，コスト
アップする等の問題が生じる。つまり、図３０のような
スナバ電力回生回路を用いず、インバータ装置のスイッ
チング周波数を高くすると、高速応答が可能となるが損
失が増大するだけでなくコストアップとなり、スイッチ
ング周波数を低くすると損失は少なくなるが応答性が悪
くなるというわけである。したがって、この発明の課題
は、回路を複雑化することなく、低損失で高速応答を可
能とすることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るため、請求項１の発明では、低いスイッチング周波数
により制御されて固定の電圧を出力する固定電圧インバ
ータと、高いスイッチング周波数により制御されて可変
の電圧を出力する可変電圧インバータとを直列に接続し
たことを特徴としている。上記請求項１の発明では、前
記インバータ装置の交流側を電力系統に接続し、この電
力系統の無効電力を制御可能にすることができ（請求項
２の発明）、前記インバータ装置の直流側には燃料電
池，太陽電池を含む直流発電装置または蓄電池を接続す
る一方、インバータ装置の交流側を電力系統に接続し、
この電力系統に電力を供給する直流／交流変換機能を持
たせることができる（請求項３の発明）。

【００１２】また、上記請求項１の発明では、前記イン
バータ装置を２台、その直流側を共通にして接続し、一
方のインバータ装置の交流側を電力系統に接続し、他方
のインバータ装置の交流側を他の電力系統または負荷に
接続し、異なる電力系統間または電力系統と負荷との間
で電力を融通する交流／交流変換機能を持たせることが
できる（請求項４の発明）。前記インバータ装置と他の
インバータ装置を、直流側を共通にして接続し、この他
のインバータ装置の交流側を電力系統に接続し、前記イ
ンバータ装置の交流側を他の電力系統または負荷に接続
し、異なる電力系統間または電力系統と負荷との間で電
力を融通する交流／交流変換機能を持たせることができ
る（請求項５の発明）。

【００１３】さらに、上記請求項１の発明では、前記イ
ンバータ装置の直流側にはダイオードまたはサイリスタ
整流器を接続し、この整流器の交流側を電力系統に接続
し、前記インバータ装置の交流側を他の電力系統または
負荷に接続し、異なる電力系統間または電力系統と負荷
との間で電力を融通する交流／交流変換機能を持たせる
ことができ（請求項６の発明）、前記インバータ装置の
直流側には可逆サイリスタ整流器を接続し、この整流器
の交流側を電力系統に接続し、前記インバータ装置の交
流側を他の電力系統または負荷に接続し、異なる電力系
統間または電力系統と負荷との間で電力を融通する交流
／交流変換機能を持たせたことができる（請求項７の発
明）。

【００１４】

【作用】

（１）低いスイッチング周波数により制御されて固定の
電圧を出力する固定電圧インバータと、高いスイッチン
グ周波数により制御されて可変の電圧を出力する可変電
圧インバータとを直列に接続し、低損失で高速応答を可
能とする。（２）この固定電圧インバータと可変電圧イ
ンバータとからなる合成式インバータ装置の交流側を電
力系統に接続することで電力系統の無効電力を制御可能
とするか、（３）合成式インバータ装置の直流側には燃
料電池，太陽電池を含む直流発電装置または蓄電池を接
続する一方、インバータ装置の交流側を電力系統に接続
して、この電力系統に電力を供給する直流／交流変換機
能を持たせる。

【００１５】また、（４）上記合成式インバータ装置を
２台、その直流側を共通にして接続し、一方のインバー
タ装置の交流側を電力系統に接続し、他方のインバータ
装置の交流側を他の電力系統または負荷に接続するか、
または、（５）合成式インバータ装置と他のインバータ
装置を、直流側を共通にして接続し、この他のインバー
タ装置の交流側を電力系統に接続し、前記インバータ装
置の交流側を他の電力系統または負荷に接続するか、若
しくは、（６）合成式インバータ装置の直流側にはダイ
オードまたはサイリスタ整流器を接続し、この整流器の
交流側を電力系統に接続し、前記インバータ装置の交流
側を他の電力系統または負荷に接続するか、或いは、
（７）合成式インバータ装置の直流側には可逆サイリス
タ整流器を接続し、この整流器の交流側を電力系統に接
続し、前記インバータ装置の交流側を他の電力系統また
は負荷に接続することにより、異なる電力系統間または
電力系統と負荷との間で電力を融通する交流／交流変換
機能を持たせるようにする。

【００１６】

【実施例】図１はこの発明の第１実施例を示す概要構成
図である。これは、スイッチング周波数を低くした固定
電圧インバータ１１と、スイッチング周波数を高くした
可変電圧インバータ１２を、連系用変圧器２１，２２に
より直列に接続したインバータ装置２０の構成例を示
す。図２に図１の詳細例を示す。

【００１７】すなわち、可変電圧インバータ１２は半導
体素子１０１〜１０６と、これらにそれぞれ逆並列接続
されたフリーホイーリングダイオード１１１〜１１６と
から構成され、コンデンサ６１の直流電圧を変圧器２２
を介して任意の交流電圧Ｖｈを出力する。固定電圧イン
バータ１１は、半導体素子２０１〜２０６，３０１〜３
０６と、これらにそれぞれ逆並列接続されたフリーホイ
ーリングダイオード２１１〜２１６，３１１〜３１６と
から構成され、コンデンサ６１の直流電圧を変圧器２１
を介して任意の交流電圧ＶＬに変換して出力する。

【００１８】固定電圧インバータ１１と可変電圧インバ
ータ１２の接続は、例えば図３に示すように固定電圧イ
ンバータ１１の定格電流ＩＬと、可変電圧インバータ１
２の定格電流Ｉｈが、連系用変圧器２１，２２の一次側
（系統側）で同じ電流ＩＳとなるように接続する。この
ことから、連系用変圧器２１，２２の変圧比を以下のよ
うに選択する。固定電圧インバータ１１の定格電流ＩＬ
＝インバータ電流ＩＳとすると、連系用変圧器２１の変
圧比は１：１とし、連系用変圧器２２の変圧比は、可変
電圧インバータ１２の定格電流Ｉｈが、連系用変圧器２
２の一次側でインバータ電流ＩＳとなるよう、１：（Ｉ
ｈ／ＩＬ）とする。

【００１９】図４に、各部の電圧波形を示す。ここで
は、固定電圧インバータ１１の出力電圧ＶＬと、可変電
圧インバータ１２の出力電圧Ｖｈと、これらの出力電圧
を加算したインバータ出力電圧ＶＩと、系統電圧ＶＳの
各波形を示している。すなわち、固定電圧インバータ１
１は図４（イ）に示すように、系統電圧ＶＳと同じ電圧
を出力するが、高調波を多く含んでいる。そこで、この
高調波を減らすべく図４（ロ）に示すような電圧を、可
変電圧インバータ１２が出力する。その結果、インバー
タ出力電圧ＶＩ（＝ＶＳ）は、図４（ハ）に示すように
なる。また、系統電圧ＶＳよりも振幅を高くした電圧を
出力するには、図５に示すようにする。

【００２０】固定電圧インバータ１１の出力電圧ＶＬ
と、可変電圧インバータ１２の出力電圧Ｖｈの電圧分担
は様々考えられるが、ここでは図４，図５のように系統
電圧ＶＳと同じ電圧を固定電圧インバータ１１が出力
し、系統電圧ＶＳに対して振幅と位相を制御する範囲の
電圧を可変電圧インバータ１２が出力するようにする。
以上のように、必要最小限の電圧はスイッチング周波数
の低い固定電圧インバータ１１が分担し、制御範囲の電
圧を可変電圧インバータ１２が分担して出力すること
で、応答が高速で低損失なインバータ装置を提供するこ
とができる。

【００２１】図６に第２の実施例を示す。これは、スイ
ッチング周波数を低くした固定電圧インバータ１１と、
スイッチング周波数を高くした可変電圧インバータ１２
を連系用変圧器２１，２２で直列接続したインバータ装
置の交流側を電力系統４に接続して無効電力補償装置と
した例である。

【００２２】図７に図６の詳細例を示す。図７では、起
動時に直流電圧を充電する初期充電器は図示を省略され
ている。可変電圧インバータ１２は半導体素子１０１〜
１０６と、これらに逆並列接続されたフリーホイーリン
グダイオード１１１〜１１６で構成され、コンデンサ６
１の直流電圧を変圧器２２を介して系統電圧ＶＳと同位
相の交流電圧Ｖｈを出力する。

【００２３】固定電圧インバータ１１は半導体素子２０
１〜２０６，３０１〜３０６と、これらに逆並列接続さ
れたフリーホイーリングダイオード２１１〜２１６，３
１１〜３１６で構成され、コンデンサ６１の直流電圧を
変圧器２１を介して系統電圧ＶＳと同位相で振幅が一定
の交流電圧ＶＬを出力する。このとき、連系用変圧器２
１，２２の％インピーダンスを１５％，５％の電圧変動
があるとすると、固定電圧インバータ１１と可変電圧イ
ンバータ１２は、系統電圧ＶＳに対して±２０％の電圧
を出力すれば、±１００％の無効電流ＩＳを出力でき
る。

【００２４】このことから、図８に示すように系統電圧
ＶＳと同じ電圧をスイッチング周波数の低い固定電圧イ
ンバータ１１が出力し、スイッチング周波数が高い可変
電圧インバータ１２が制御範囲である±２０％の電圧Ｖ
ｈを出力することで、低損失で高速応答が可能な無効電
力補償装置３０を構成することが可能となる。図８
（イ）は遅相電力制御の場合、（ロ）は進相電力制御の
場合、（ハ）は出力零の場合をそれぞれ示している。こ
こで、固定電圧インバータ１１は系統電圧ＶＳより２０
％低い電圧ＶＬを出力し、可変電圧インバータ１２が４
０％の電圧Ｖｈを出力する等、固定電圧インバータ１１
の出力電圧ＶＬと可変電圧インバータ１２の出力電圧Ｖ
ｈの比は、様々に考えられることを付記する。

【００２５】第３の実施例を図９に示す。これは、スイ
ッチング周波数を低くした固定電圧インバータ１１と、
スイッチング周波数を高くした可変電圧インバータ１２
を連系用変圧器２１，２２で直列接続したインバータ装
置の交流側を電力系統４に接続し、直流側を燃料電池，
太陽電池等の直流発電装置や蓄電池４１に接続して、直
流／交流変換装置４０を構成した例である。

【００２６】図１０にその詳細例を示す。可変電圧イン
バータ１２は半導体素子１０１〜１０６と、これらに逆
並列接続されたフリーホイーリングダイオード１１１〜
１１６で構成され、直流発電装置または蓄電池４１の直
流電圧を変圧器２２を介して交流電圧Ｖｈを出力する。
固定電圧インバータ１１は半導体素子２０１〜２０６，
３０１〜３０６と、これらに逆並列接続されたフリーホ
イーリングダイオード２１１〜２１６，３１１〜３１６
で構成され、直流発電装置または蓄電池４１の直流電圧
を変圧器２１を介して一定の交流電圧ＶＬを出力する。

【００２７】図１１は図９，図１０の動作説明図であ
る。直流／交流変換装置４０が電力系統４に無効電力を
供給する場合は、図１１（イ），（ロ）のように固定電
圧インバータ１１は系統電圧ＶＳと同じ電圧ＶＬを出力
し、可変電圧インバータ１２は系統電圧と同位相の電圧
Ｖｈを出力する。また、電力系統４に有効電力を供給す
る場合は図１１（ニ）のように、固定電圧インバータ１
１は系統電圧と同じ電圧ＶＬを出力し、可変電圧インバ
ータ１２は９０°位相が異なる電圧Ｖｈを出力する。こ
のとき、連系用変圧器２１，２２の％インピーダンスを
１５％，５％の電圧変動があるとすると、固定電圧イン
バータ１１と可変電圧インバータ１２は、系統電圧ＶＳ
に対して±２０％の電圧を出力すれば、±１００％の無
効電流ＩＳを出力でき、可変電圧インバータ１２が位相
が９０°異なる電圧を２０％だけ出力すれば、１００％
の有効電流ＩＳが出力できる。

【００２８】以上のことから、図１１のように、系統電
圧ＶＳと同じ電圧をスイッチング周波数の低い固定電圧
インバータ１１が出力し、スイッチング周波数の高い可
変電圧インバータ１２が制御範囲である±２０％の電圧
Ｖｈを出力することにより、低損失で高速応答が可能な
直流／交流変換装置４０を構成することが可能となる。
ここで、固定電圧インバータ１１は系統電圧ＶＳより２
０％低い電圧ＶＬを出力し、可変電圧インバータ１２が
４０％の電圧Ｖｈを出力する等、固定電圧インバータ１
１の出力電圧ＶＬと可変電圧インバータ１２の出力電圧
Ｖｈの比は、様々に考えられることを付記する。

【００２９】第４の実施例を図１２に、第５の実施例を
図１３に示す。図１２はスイッチング周波数を低くした
固定電圧インバータ１１ａと、スイッチング周波数を高
くした可変電圧インバータ１２ａを連系用変圧器２１
ａ，２２ａで直列接続したインバータ装置と、スイッチ
ング周波数を低くした固定電圧インバータ１１ｂと、ス
イッチング周波数を高くした可変電圧インバータ１２ｂ
を連系用変圧器２１ｂ，２２ｂで直列接続したインバー
タ装置を、直流側をコンデンサ６１で共通に接続し、交
流側をそれぞれ電力系統４ａ，４ｂに接続して交流／交
流変換装置５０を構成した例である。

【００３０】図１３はスイッチング周波数を低くした固
定電圧インバータ１１ａと、スイッチング周波数を高く
した可変電圧インバータ１２ａを連系用変圧器２１ａ，
２２ａで直列接続したインバータ装置と、スイッチング
周波数を低くした固定電圧インバータ１１ｂと、スイッ
チング周波数を高くした可変電圧インバータ１２ｂを連
系用変圧器２１ｂ，２２ｂで直列接続したインバータ装
置を、直流側をコンデンサ６１で共通に接続し、交流側
を電力系統４ａおよび負荷５にそれぞれ接続して交流／
交流変換装置５１を構成した例である。

【００３１】図１４は図１２，図１３の詳細例を示す構
成図である。可変電圧インバータ１２ａは半導体素子１
０１ａ〜１０６ａと、これらに逆並列接続されたフリー
ホイーリングダイオード１１１ａ〜１１６ａとで構成さ
れ、電力系統４ａの交流電圧ＶＳａを変圧器２２ａを介
して直流電圧に変換したり、コンデンサ６１の直流電圧
を変圧器２２ａを介して交流電圧Ｖｈａに変換して出力
する。可変電圧インバータ１２ｂは半導体素子１０１ｂ
〜１０６ｂと、これらに逆並列接続されたフリーホイー
リングダイオード１１１ｂ〜１１６ｂとで構成され、電
力系統４ｂの交流電圧ＶＳｂを変圧器２２ｂを介して直
流電圧に変換したり、コンデンサ６１の直流電圧を変圧
器２２ｂを介して交流電圧Ｖｈｂに変換して出力する。

【００３２】固定電圧インバータ１１ａは半導体素子２
０１ａ〜２０６ａ，３０１ａ〜３０６ａと、これらに逆
並列接続されたフリーホイーリングダイオード２１１ａ
〜２１６ａ，３１１ａ〜３１６ａで構成され、コンデン
サ６１の直流電圧を変圧器２１ａを介して一定の交流電
圧Ｖｈａを出力する。固定電圧インバータ１１ｂは半導
体素子２０１ｂ〜２０６ｂ，３０１ｂ〜３０６ｂと、こ
れらに逆並列接続されたフリーホイーリングダイオード
２１１ｂ〜２１６ｂ，３１１ｂ〜３１６ｂで構成され、
コンデンサ６１の直流電圧を変圧器２１ｂを介して一定
の交流電圧Ｖｈｂを出力する。

【００３３】以上のように、一定の電圧をスイッチング
周波数の低い固定電圧インバータ１１ａ，１１ｂが出力
し、スイッチング周波数の高い可変電圧インバータ１２
ａ，１２ｂが制御範囲である電圧Ｖｈａ，Ｖｈｂを出力
することで、低損失で高速応答が可能な交流／交流変換
装置５０，５１を構成することが可能となる。固定電圧
インバータ１１の出力電圧ＶＬと、可変電圧インバータ
１２の出力電圧Ｖｈとの比は様々に考えられることを付
記する。

【００３４】第６の実施例を図１５に、第７の実施例を
図１６に示す。図１５はスイッチング周波数を低くした
固定電圧インバータ１１ｂと、スイッチング周波数を高
くした可変電圧インバータ１２ｂを連系用変圧器２１
ｂ，２２ｂで直列接続したインバータ装置と、従来の一
般的な可変電圧インバータ２を直流側をコンデンサ６１
で共通に接続し、交流側をそれぞれ電力系統４ａ，４ｂ
に接続して交流／交流変換装置６０を構成した例であ
る。

【００３５】図１６はスイッチング周波数を低くした固
定電圧インバータ１１ｂと、スイッチング周波数を高く
した可変電圧インバータ１２ｂを連系用変圧器２１ｂ，
２２ｂで直列接続したインバータ装置と、スイッチング
周波数を低くした固定電圧インバータ１１ｂと、スイッ
チング周波数を高くした可変電圧インバータ１２ｂを連
系用変圧器２１ｂ，２２ｂで直列接続したインバータ装
置と、従来の一般的な可変電圧インバータ２をその直流
側をコンデンサ６１で共通に接続し、交流側を電力系統
４ａおよび負荷５にそれぞれ接続して交流／交流変換装
置６１を構成した例である。

【００３６】図１７は図１５，図１６の詳細例を示す構
成図である。インバータ２は半導体素子１０１〜１０６
と、これらに逆並列接続されたフリーホイーリングダイ
オード１１１〜１１６とで構成され、電力系統４ａの交
流電圧ＶＳａを変圧器３を介して直流電圧に変換した
り、コンデンサ６１の直流電圧を変圧器３を介して交流
電圧Ｖａに変換して出力する。可変電圧インバータ１２
ｂは半導体素子１０１ｂ〜１０６ｂと、これらに逆並列
接続されたフリーホイーリングダイオード１１１ｂ〜１
１６ｂとで構成され、電力系統４ｂの交流電圧ＶＳｂを
変圧器２２ｂを介して直流電圧に変換したり、コンデン
サ６１の直流電圧を変圧器２２ｂを介して交流電圧Ｖｈ
ｂに変換して出力する。

【００３７】固定電圧インバータ１１ｂは半導体素子２
０１ｂ〜２０６ｂ，３０１ｂ〜３０６ｂと、これらに逆
並列接続されたフリーホイーリングダイオード２１１ｂ
〜２１６ｂ，３１１ｂ〜３１６ｂで構成され、コンデン
サ６１の直流電圧を変圧器２１ｂを介して一定の交流電
圧Ｖｈｂを出力する。このように、一定の電圧をスイッ
チング周波数の低い固定電圧インバータ１１ｂが出力
し、スイッチング周波数が高い可変電圧インバータ１２
ｂが制御範囲である電圧Ｖｈｂを出力することにより、
低損失で高速応答が可能な交流／交流変換装置６０，６
１を構成することが可能となる。固定電圧インバータ１
１の出力電圧ＶＬと、可変電圧インバータ１２の出力電
圧Ｖｈとの比は様々に考えられることを付記する。

【００３８】第８の実施例を図１８に、第９の実施例を
図１９に示す。図１８はスイッチング周波数を低くした
固定電圧インバータ１１ｂと、スイッチング周波数を高
くした可変電圧インバータ１２ｂを連系用変圧器２１
ｂ，２２ｂで直列接続したインバータ装置と、ダイオー
ドまたはサイリスタで構成された整流器１４を、リアク
トル６４を介してその直流側をコンデンサ６１で共通に
接続し、交流側を電力系統４ａ，４ｂにそれぞれ接続し
て交流／交流変換装置７０を構成した例である。

【００３９】図１９はスイッチング周波数を低くした固
定電圧インバータ１１ｂと、スイッチング周波数を高く
した可変電圧インバータ１２ｂを連系用変圧器２１ｂ，
２２ｂで直列接続したインバータ装置と、ダイオードま
たはサイリスタで構成された整流器１４を、リアクトル
６４を介してその直流側をコンデンサ６１で共通に接続
し、整流器１４の交流側を電力系統４ａに、また、イン
バータ装置の交流側を負荷５に接続して交流／交流変換
装置７１を構成した例である。

【００４０】図２０，図２１は図１８または図１９の詳
細例を示す。図２０は整流器としてダイオード１３１〜
１３６を用い、電力系統４ａの交流電圧ＶＳａを変圧器
３を介して直流電圧に変換する例であり、図２１はサイ
リスタ１４１〜１４６を用いて電力系統４ａの交流電圧
ＶＳａを変圧器３を介して直流電圧に変換する例であ
る。図２０，図２１の可変電圧インバータ１２ｂは半導
体素子１０１ｂ〜１０６ｂと、これらに逆並列接続され
たフリーホイーリングダイオード１１１ｂ〜１１６ｂと
で構成され、コンデンサ６１の直流電圧を変圧器２２ｂ
を介して交流電圧Ｖｈｂに変換して出力する。

【００４１】図２０，図２１の固定電圧インバータ１１
ｂは半導体素子２０１ｂ〜２０６ｂ，３０１ｂ〜３０６
ｂと、これらに逆並列接続されたフリーホイーリングダ
イオード２１１ｂ〜２１６ｂ，３１１ｂ〜３１６ｂで構
成され、コンデンサ６１の直流電圧を変圧器２１ｂを介
して一定の交流電圧Ｖｈｂを出力する。このように、一
定の電圧をスイッチング周波数の低い固定電圧インバー
タ１１ｂが出力し、スイッチング周波数が高い可変電圧
インバータ１２ｂが制御範囲である電圧Ｖｈｂを出力す
ることにより、低損失で高速応答が可能な交流／交流変
換装置７０，７１を構成することが可能となる。固定電
圧インバータ１１の出力電圧ＶＬと、可変電圧インバー
タ１２の出力電圧Ｖｈとの比は様々に考えられることを
付記しておく。

【００４２】第１０の実施例を図２２に、第１１の実施
例を図２３に示す。図２２はスイッチング周波数を低く
した固定電圧インバータ１１ｂと、スイッチング周波数
を高くした可変電圧インバータ１２ｂを連系用変圧器２
１ｂ，２２ｂで直列接続したインバータ装置と、サイリ
スタで構成された可逆整流器１５をリアクトル６４を介
してその直流側をコンデンサ６１で共通に接続し、交流
側を電力系統４ａ，４ｂに接続して交流／交流変換装置
８０を構成した例である。

【００４３】図２３はスイッチング周波数を低くした固
定電圧インバータ１１ｂと、スイッチング周波数を高く
した可変電圧インバータ１２ｂを連系用変圧器２１ｂ，
２２ｂで直列接続したインバータ装置と、サイリスタで
構成された可逆整流器１５をリアクトル６４を介してそ
の直流側をコンデンサ６１で共通に接続し、可逆整流器
１５の交流側を電力系統４ａに、また、インバータ装置
の交流側を負荷５に接続して交流／交流変換装置８１を
構成した例である。

【００４４】図２４に図２２，図２３の具体例を示す。
すなわち、可逆整流器１５はサイリスタ１４１１〜１４
６１、１４１２〜１４６２で構成され、電力系統４ａの
交流電圧ＶＳａを変圧器３を介して直流電圧に変換した
り、直流電力を交流電力に変換する。可変電圧インバー
タ１２ｂは半導体素子１０１ｂ〜１０６ｂと、これらに
逆並列接続されたフリーホイーリングダイオード１１１
ｂ〜１１６ｂで構成され、コンデンサ６１の直流電圧を
変圧器２２ｂを介して交流電圧Ｖｈｂを出力したり、電
力系統４ｂの交流電圧ＶＳｂを変圧器２２ｂを介して直
流電圧に変換する。

【００４５】固定電圧インバータ１１ｂは、半導体素子
２０１ｂ〜２０６ｂ，３０１ｂ〜３０６ｂと、これらに
逆並列接続されたフリーホイーリングダイオード２１１
ｂ〜２１６ｂ，３１１ｂ〜３１６ｂで構成され、コンデ
ンサ６１の直流電圧を変圧器２１ｂを介して一定の交流
電圧Ｖｈｂを出力する。このように、一定の電圧をスイ
ッチング周波数の低い固定電圧インバータ１１ｂが出力
し、スイッチング周波数が高い可変電圧インバータ１２
ｂが制御範囲である電圧Ｖｈｂを出力することにより、
低損失で高速応答が可能な交流／交流変換装置８０，８
１を構成することが可能となる。固定電圧インバータ１
１の出力電圧ＶＬと、可変電圧インバータ１２の出力電
圧Ｖｈとの比は様々に考えられることを付記する。

【００４６】上記第１〜第１１の実施例では、半導体素
子としてＧＴＯを用いた例を示したが、パワートランジ
スタ，ＩＧＢＴや、その他の自己消弧形半導体素子を用
いることができるのは言うまでもない。また、半導体素
子を複数個直列または並列接続して変換装置の１アーム
を構成したり、変換装置の構成としてインバータを複数
台多重接続しても良いのは勿論である。

【００４７】

【発明の効果】この発明によれば、下記のような効果が
得られる。請求項１の発明によれば、出力電圧を高速に
制御できる可変電圧インバータと低損失な固定電圧イン
バータとを直列に接続したインバータ装置を用いるよう
にしたので、高速応答で低損失なインバータ装置とする
ことができる。また、請求項２の発明によれば、固定電
圧インバータと可変電圧インバータとからなる合成式イ
ンバータ装置の交流側を電力系統に接続することで、電
力系統の無効電力を制御可能とする。請求項３の発明に
よれば、前記合成式インバータ装置の直流側には燃料電
池，太陽電池を含む直流発電装置または蓄電池を接続す
る一方、インバータ装置の交流側を電力系統に接続する
ことで、この電力系統に電力を供給する直流／交流変換
機能を持たせることができる。

【００４８】また、請求４の発明のように上記合成式イ
ンバータ装置を２台、その直流側を共通にして接続し、
一方のインバータ装置の交流側を電力系統に接続し、他
方のインバータ装置の交流側を他の電力系統または負荷
に接続するか、または、請求５の発明のように合成式イ
ンバータ装置と他のインバータ装置を、直流側を共通に
して接続し、この他のインバータ装置の交流側を電力系
統に接続し、前記インバータ装置の交流側を他の電力系
統または負荷に接続するか、若しくは、請求６の発明の
ように合成式インバータ装置の直流側にはダイオードま
たはサイリスタ整流器を接続し、この整流器の交流側を
電力系統に接続し、前記インバータ装置の交流側を他の
電力系統または負荷に接続するか、或いは、請求７の発
明のように合成式インバータ装置の直流側には可逆サイ
リスタ整流器を接続し、この整流器の交流側を電力系統
に接続し、前記インバータ装置の交流側を他の電力系統
または負荷に接続することにより、異なる電力系統間ま
たは電力系統と負荷との間で電力を融通する交流／交流
変換機能を持たせることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例を示す概要構成図であ
る。

【図２】図１の詳細構成図である。

【図３】固定電圧インバータと可変電圧インバータの接
続例を示す概要図である。

【図４】各インバータの出力電圧波形例を示す波形図で
ある。

【図５】各インバータの出力電圧波形の別の例を示す波
形図である。

【図６】この発明の第２の実施例を示す概要構成図であ
る。

【図７】図６の詳細構成図である。

【図８】図６，図７の動作説明図である。

【図９】この発明の第３の実施例を示す概要構成図であ
る。

【図１０】図９の詳細構成図である。

【図１１】図９，図１０の動作説明図である。

【図１２】この発明の第４の実施例を示す概要構成図で
ある。

【図１３】この発明の第５の実施例を示す概要構成図で
ある。

【図１４】図１２，図１３の詳細構成図である。

【図１５】この発明の第６の実施例を示す概要構成図で
ある。

【図１６】この発明の第７の実施例を示す概要構成図で
ある。

【図１７】図１５，図１６の詳細構成図である。

【図１８】この発明の第８の実施例を示す概要構成図で
ある。

【図１９】この発明の第９の実施例を示す概要構成図で
ある。

【図２０】図１８，図１９の詳細構成図である。

【図２１】図１８，図１９の別の詳細構成図である。

【図２２】この発明の第１０の実施例を示す概要構成図
である。

【図２３】この発明の第１１の実施例を示す概要構成図
である。

【図２４】図２２，図２３の詳細構成図である。

【図２５】インバータ装置の従来例を示す概要構成図で
ある。

【図２６】図２５の詳細例を示す構成図である。

【図２７】スナバ回路の動作説明図である。

【図２８】図２５，図２６の等価回路図である。

【図２９】図２５，図２６の動作説明図である。

【図３０】スナバ電力回生回路例を示す回路図である。

【符号の説明】

１，２０…インバータ装置、２，２ａ，２ｂ，２ｃ…イ
ンバータ、３，２１，２２，２１ａ，２１ｂ，２２ａ，
２２ｂ…連系用変圧器、１１，１１ａ，１１ｂ…固定電
圧インバータ、１２，１２ａ，１２ｂ…可変電圧インバ
ータ、１４…整流器、１５…可逆整流器、３０…無効電
力補償装置、４，４ａ，４ｂ…電力系統、５…負荷、
６，６１…コンデンサ、４０…直流／交流変換装置、４
１…燃料電池，太陽電池または蓄電池、５０，５１，６
０，６１，７０，７１，８０，８１…交流／交流変換装
置、６４…リアクトル、１０１〜１０６，２０１〜２０
６，３０１〜３０６…半導体素子、１１１〜１１６，１
３１〜１３６，２１１〜２１６，３１１〜３１６…ダイ
オード、１４１〜１４６，１４１１〜１４６１，１４１
２〜１４６２…サイリスタ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】低いスイッチング周波数により制御され
て固定の電圧を出力する固定電圧インバータと、高いス
イッチング周波数により制御されて可変の電圧を出力す
る可変電圧インバータとを直列に接続してなるインバー
タ装置。
【請求項２】前記インバータ装置の交流側を電力系統
に接続し、この電力系統の無効電力を制御可能にしたこ
とを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
【請求項３】前記インバータ装置の直流側には燃料電
池，太陽電池を含む直流発電装置または蓄電池を接続す
る一方、インバータ装置の交流側を電力系統に接続し、
この電力系統に電力を供給する直流／交流変換機能を持
たせたことを特徴とする請求項１に記載のインバータ装
置。
【請求項４】前記インバータ装置を２台、その直流側
を共通にして接続し、一方のインバータ装置の交流側を
電力系統に接続し、他方のインバータ装置の交流側を他
の電力系統または負荷に接続し、異なる電力系統間また
は電力系統と負荷との間で電力を融通する交流／交流変
換機能を持たせたことを特徴とする請求項１に記載のイ
ンバータ装置。
【請求項５】前記インバータ装置と他のインバータ装
置を、直流側を共通にして接続し、この他のインバータ
装置の交流側を電力系統に接続し、前記インバータ装置
の交流側を他の電力系統または負荷に接続し、異なる電
力系統間または電力系統と負荷との間で電力を融通する
交流／交流変換機能を持たせたことを特徴とする請求項
１に記載のインバータ装置。
【請求項６】前記インバータ装置の直流側にはダイオ
ードまたはサイリスタ整流器を接続し、この整流器の交
流側を電力系統に接続し、前記インバータ装置の交流側
を他の電力系統または負荷に接続し、異なる電力系統間
または電力系統と負荷との間で電力を融通する交流／交
流変換機能を持たせたことを特徴とする請求項１に記載
のインバータ装置。
【請求項７】前記インバータ装置の直流側には可逆サ
イリスタ整流器を接続し、この整流器の交流側を電力系
統に接続し、前記インバータ装置の交流側を他の電力系
統または負荷に接続し、異なる電力系統間または電力系
統と負荷との間で電力を融通する交流／交流変換機能を
持たせたことを特徴とする請求項１に記載のインバータ
装置。