電力變換裝置的制作方法

專利名稱：電力變換裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及把直流電力變換成交流電力的電力變換裝置，尤其涉 及把太陽能電池等的分散電源連結到系統的電力變換裝置。
背景技術：
現有的電力變換裝置中，有以下所示的太陽能發電用電力變換裝 置，其中把來自太陽能電池的直流電力變換成三相輸出的交流電力， 與一相接地的三相系統連結，向該系統輸送交流電力。包括具有兩組 由兩個開關元件構成的串聯電路的逆變電路，在該逆變電路的直流輸 入部之間串聯連接把直流電壓分壓的多個電容器，從該電容器的連接 部引出一條輸出線作為上述三相輸出中的一個，從上述各組開關元件 的中間點分別引出兩條輸出線作為上述三相輸出中的另兩個，從而作 為半橋逆變電路的結構，從該電容器的連接部引出的輸出線與上述接
地的相連接。另外，在半橋逆變電路的前級設置DC/DC轉換器 (converter),太陽能電池的輸出與上述DC/DC轉換器的輸入連接。 半橋逆變器(inverter)通過切換(switching)把直流電壓變換成交流 電壓(例如參照專利文獻l)。
<專利文獻1>日本特開2001-103768號公報

發明內容
(發明要解決的問題)
由于太陽能電池中沒有大的絕緣耐壓，所以在提高最大輸出電壓 時受到限制，而且如果太陽能電池的電池板溫度上升或輸出電流增加 則輸出電壓下降。因此在上述專利文獻1所示的電力變換裝置中，設 置DC/DC轉換器把太陽能電池的電壓升壓到所希望的電壓。由此，存在裝置變大和成本增加、且因DC/DC轉換器的損失導致電力變換 裝置的效率降低的問題。
而且，通過半橋逆變器的切換，輸出由電壓比較大的矩形波電壓 產生的長方形的波形，所以產生大的切換損失，電力變換裝置的效率 降低。另外，為了把從半橋逆變器輸出的矩形波電壓變得平滑，需要 有大容量的濾波器，也存在裝置結構更加大型化的問題。
本發明正是為了解決上述問題而提出的，其目的在于提供裝置結 構小型且成本低，而且變換效率高的電力變換裝置的結構。 (用來解決問題的手段)
根據本發明的電力變換裝置，具有在直流電源的正負端子之間 連接的、由兩個串聯的開關元件構成的多組半橋逆變器；與該多組半 橋逆變器的各交流輸出線分別串聯連接的單相逆變器；以及對作為上 述半橋逆變器的直流輸入的上述直流電源電壓進行分壓的兩個串聯的 電容器。上述各單相逆變器的各輸出端與系統的各相連接，且上述兩 個串聯的電容器的中間點與來自上述多個單相逆變器的交流輸出的中 性點連接。對于系統電壓半周期從上述各半橋逆變器輸出脈沖寬度大 致為半周期的一個脈沖的電壓，對上述各單相逆變器實施PWM控制 以補償上述系統電壓的不足部分。 (發明的效果)
根據本發明的電力變換裝置中，半橋逆變器的交流輸出線與單相 逆變器連接，把半橋逆變器的輸出電壓與單相逆變器的輸出電壓組合 起來向系統輸出。因此，能夠降低半橋逆變器的輸入直流電壓，無需 現有的在前級設置的用來升壓的DC/DC轉換器，能夠使裝置結構小 型化和降低成本，而且提高變換效率。另外，由于對于系統電壓半周 期從上述各半橋逆變器輸出脈沖寬度大致為半周期的一個脈沖的電 壓，對上述各單相逆變器實施PWM控制以補償上述系統電壓的不足 部分，所以能夠以比較小的電壓進行PWM控制，降低切換損失，且 還能夠降低輸出濾波器的容量。由此，能夠使裝置結構更加小型化、 成本更低、且進一步促進變換效率的提高。


圖l是示出根據本發明的實施方式l的三相電力變換裝置的結構 的電路圖。
圖2是示出根據本發明的實施方式1的三相電力變換裝置的動作 的電壓波形圖。
圖3是示出根據本發明的實施方式1的太陽能電池的電壓與單相 逆變器的負擔電力的關系的圖。
圖4是示出根據本發明的實施方式2的三相電力變換裝置的結構 的電路圖。
圖5是示出根據本發明的實施方式2的三相電力變換裝置的動作 的電壓波形圖。
圖6是示出根據本發明的實施方式2的太陽能電池的電壓與單相 逆變器的負擔電力的關系的圖。
圖7是示出根據本發明的實施方式2的另 一例的三相電力變換裝 置的結構的電路圖。
圖8是示出根據本發明的實施方式3的三相電力變換裝置的動作 的電壓波形圖。
圖9是示出根據本發明的實施方式5的太陽能電池的特性圖。 圖10是示出根據本發明的實施方式6的三相電力變換裝置的結 構的電路圖。
圖11是示出根據本發明的實施方式7的DC/DC轉換器的結構的 電路圖。
圖12是示出根據本發明的實施方式7的另 一例的DC/DC轉換器 的結構的電路圖。
具體實施方式
(實施方式1)
下面，用

根據本發明的實施方式1的作為電力變換裝置的三相電力變換裝置。圖1 (a)是示出根據本發明的實施方式1的三相 電力變換裝置的結構的電路圖，圖1 (b)是圖1 (a)的部分放大圖。
如圖所示，三相電力變換裝置把來自太陽能電池l的直流電力變 換成交流電力，向三相的系統2輸出。此時，系統2的Y形連線的中 性點接地。三相電力變換裝置具有逆變電路3，該逆變電路3由三組 半橋逆變器4a 4c和與該三組半橋逆變器4a 4c的各交流輸出線分別 串聯連接的單相逆變器5a 5c構成，每組半橋逆變器4a 4c由兩個串 聯的開關元件構成。
三組半橋逆變器4a 4c連接在把由太陽能電池1的電池板產生的 電壓輸出的正負端子之間，把太陽能電池l的輸出電壓作為直流輸入。 另外，在其直流輸入部之間串聯連接對直流電壓進行分壓的兩個電容 器6a、 6b ,在單相逆變器5a 5c的輸出側具有由電抗器(reactor) 和電容器構成的濾波電路7，單相逆變器5a 5c的輸出端通過濾波電 路7與系統2的各相連接。
另外，相當于來自三相電力變換裝置的三相交流輸出的中性點的 各相的濾波電路7的結合點，與兩個電容器6a、 6b的連接部相結合。 由此，由于太陽能電池1的電位相對于接地沒有變化，所以抑制對位 于太陽能電池1的電池板與接地之間的雜散電容9的充放電電流。
如圖l(b)所示，單相逆變器5a 5c具有由四個開關元件構成 的全橋逆變器51、和保持電壓的作為直流部的電容器52。各相的單相 逆變器5a 5c的輸出電壓與各相的半橋逆變器4a 4c的輸出電壓重疊， 向系統2輸出將半橋逆變器4a 4c的輸出電壓與單相逆變器5a 5c的 輸出電壓相加求和得到的電壓。另外，單相逆變器5a 5c的電容器52 的電壓設定成比半橋逆變器4a 4c的直流部的電壓即太陽能電池1的 輸出電壓小。
而且，各單相逆變器5a 5c的電容器52與半橋逆變器4a 4c的 直流輸入部之間的兩個電容器6a、 6b，通過進行雙向能量授受的 DC/DC轉換器8連接。
以下，用圖2所示的動作電壓波形說明這樣構成的三相電力變換裝置的動作。
各半橋逆變器4a 4c每半周期產生以零為中心的兩極的電壓，兩 極電壓的幅度(正電壓和負電壓之差)與作為直流輸入電壓的太陽能 電池1的電壓的大小(此時為260V) —致。對各單相逆變器5a 5c實 施高頻PWM控制以補償對三相電力變換裝置整體要求的輸出電壓 (系統電壓)與半橋逆變器4a 4c的輸出電壓之差。
如圖所示，單相逆變器5a 5c在相位靠近0和180度的區域產生 與輸出電壓極性相反的電壓，在相位靠近卯度的區域輸出與輸出電壓 極性相同的電壓。
此時，由于系統2是三相的中性點接地的Y形連線結構，所以如 果系統電壓(線間電壓)為200V交流，則相電壓的最大電壓值為約 163V，相電壓的最大電壓值 最小電壓值的峰到峰值比太陽能電池1 的電壓大。要求與系統電壓相同的輸出電壓的三相電力變換裝置，由 于輸出將半橋逆變器4a 4c的輸出電壓與單相逆變器5a 5c的輸出電 壓相加求和得到的電壓，所以能夠輸出比作為半橋逆變器4a 4c的直 流輸入電壓的太陽能電池1的電壓高的電壓。
這樣，在本實施方式中，由于無需現有的在三相電力變換裝置的 前級設置的升壓電路，就可以輸出高電壓，所以能夠使裝置結構小型 化和降低成本，而且提高變換效率。
另外，由于半橋逆變器4a 4c利用半周期進行一個脈沖的運轉， 所以基本上不會發生切換損失。由于以高頻進行PWM控制的單相逆 變器5a 5c的直流電壓被選定成比半橋逆變器4a 4c的直流電壓小的 值，所以能夠降低PWM控制造成的切換損失。而且，由于因PWM 控制產生的矩形波電壓的振幅小，所以能夠降低在后級設置的濾波電 路7的容量。因此，能夠進一步提高變換效率，且能夠使裝置結構更 加小型化且成本更低。
以下，說明單相逆變器5a 5c的電力負擔。
如上所述，單相逆變器5a 5c在相位靠近0和180度的區域產生 與輸出電壓極性相反的電壓，在相位靠近卯度的區域輸出與輸出電壓極性相同的電壓。
在進行使輸出電流的相位與輸出電壓的相位一致的控制(以功率
因數l運轉)時，在相位靠近0和180度的區域，單相逆變器5a 5c 進行對電容器52充電的動作，相反，在相位靠近90度的區域，單相 逆變器5a 5c從電容器52放電。
在三相電力變換裝置的輸出電壓為200V交流、半橋逆變器4a 4c 的直流電壓(太陽能電池1的電壓)為260V直流時，在半周期內單 相逆變器5a 5c的充放電導致的電力供需達到平衡，大致為零。但是， 半橋逆變器4a 4c的直流電壓變化時，以補償半橋逆變器4a 4c的輸 出電壓的不足部分的方式進行PWM控制的單相逆變器5a 5c在半周 期內的電力供需平衡被打破。因此，需要向單相逆變器5a 5c的電容 器52供給正、負電力，但由于在作為半橋逆變器4a 4c的直流部的兩 個電容器6a、 6b與作為單相逆變器5a 5c的直流部的電容器52之間 連接了 DC/DC轉換器8，所以能夠相互授受需要的電力。
在三相電力變換裝置的輸出電壓為200V交流的條件下，半橋逆 變器4a 4c的直流電壓即太陽能電池l的輸出電壓與單相逆變器5a 5c 處理的電力(負擔電力)即DC/DC轉換器8處理的電力的關系，示 于圖3。
如上所述，太陽能電池1的電壓為260V時(圖中A點)，在半 周期內單相逆變器5a 5c的電力供需大致為零，即負擔電力大致為零。 另外，如果太陽能電池電壓從該A點增加，則平均地看單相逆變器 5a 5c接受電力。另一方面，如果太陽能電池電壓從該A點降低，則 平均地看單相逆變器5a 5c供給電力。
穩定情況下太陽能電池1的輸出電壓主要由溫度決定，溫度升高 則電壓降低，溫度降低則電壓增加。由于考慮了溫度變化時，輸出電 壓的變化量大致在±10%的范圍內，所以可以通過DC/DC轉換器8授 受此時需要的單相逆變器5a 5c的電力。
如圖3所示，太陽能電池1的輸出電壓的變化量大致在±10%的 范圍內，單相逆變器5a 5c處理的電力也大致為輸出電力的±10%。即，
10由于DC/DC轉換器8處理的電力為全部電力的10%左右，所以DC/DC 轉換器8小型化且成本低，DC/DC轉換器8造成的損失的影響也小到 可以忽略的程度。
這樣，在本實施方式中，由于在作為半橋逆變器4a 4c的直流部 的兩個電容器6a、 6b與作為單相逆變器5a 5c的直流部的電容器52 之間連接了 DC/DC轉換器8，從而相互授受需要的電力，所以能夠使 單相逆變器5a 5c的直流電壓穩定化，即使太陽能電池1的輸出電壓 變化也能夠向系統2輸出穩定的交流電壓。另外，由于DC/DC轉換 器8小型化、成本低、損失的影響也基本上可以忽略，所以即使設置 DC/DC轉換器8也不會對三相電力變換裝置整體帶來不良影響，如上 所述，利用提高變換效率、促進小型化且低成本化的裝置結構，能獲 得可靠性更高的穩定的輸出。 (實施方式2)
在上述實施方式中是Y形連線的中性點接地的系統2，但在根據 本發明的實施方式2中，說明從三相電力變換裝置向進行了 A形連線 的、 一相接地的系統2a供給電力的情形。
圖4是示出根據本發明的實施方式2的三相電力變換裝置的結構 的電路圖。如圖所示，三相電力變換裝置具有與上述實施方式l同 樣的由三組半橋逆變器4a 4c和與單相逆變器5a 5c構成的逆變電路 3a;兩個串聯的電容器6a、 6b;濾波電路7和DC/DC轉換器8，但 此時，兩個串聯的電容器6a、 6b的中間點與各相的濾波電路7的結合 點連接，并且該中間點與系統2a的接地的R相連接。
由于逆變電路3a的V相與系統2a的接地的R相連接，所以輸 出電位需要與接地電位相同，半橋逆變器4b和其后級的單相逆變器 5b都沒有產生電壓的動作，實質上各開關元件保持在斷開狀態。即， 用U相和W相的半橋逆變器4a、 4c和其后級的單相逆變器5a、 5c 向系統2a供給電力。此時，在接地的R相與S、 T相之間需要分別產 生200xV^V的振幅的交流電壓。另外，為了使系統2a中電流和電壓 的相位一致，使半橋逆變器4a、 4c的輸出電流的相位比輸出電壓前進30度。
此時也是，與實施方式l同樣地，由于太陽能電池1的電位相對 于接地沒有變化，所以抑制對位于太陽能電池1的電池板與接地之間 的雜散電容9的充放電電流。另外，各單相逆變器5a 5c的結構也與 上述實施方式1相同，電容器52的電壓設定成比半橋逆變器4a 4c的 直流部的電壓即太陽能電池1的輸出電壓小。
以下，用圖5所示的動作電壓波形說明這樣構成的三相電力變換 裝置的動作。
兩組半橋逆變器4a、 4c每半周期產生以零為中心的兩極的電壓， 兩極電壓的幅度(正電壓和負電壓之差)與作為直流輸入電壓的太陽 能電池1的電壓的大小(此時為400V) —致。對單相逆變器5a、 5c 實施高頻PWM控制以補償三相電力變換裝置整體要求的輸出電壓 (系統電壓)與半橋逆變器4a、 4c的輸出電壓之差。
如圖所示，單相逆變器5a、 5c在相位靠近0和180度的區域產 生與輸出電壓極性相反的電壓，在相位靠近卯度的區域輸出與輸出電 壓極性相同的電壓。
此時，由于系統2a是R相接地的A形連線結構，所以如果系統 電壓為200V交流，則最大電壓值為約282V，最大電壓值 最小電壓 值的峰到峰值比太陽能電池1的電壓大。要求與系統電壓相同的輸出 電壓的三相電力變換裝置，由于輸出將半橋逆變器4a、 4c的輸出電壓 與單相逆變器5a、 5c的輸出電壓相加求和得到的電壓，所以能夠輸出 比作為半橋逆變器4a、 4c的直流輸入電壓的太陽能電池1的電壓高的 電壓。
在現有技術中，在把三相電力變換裝置連結到一相接地的A形連 線結構的200V交流的系統上時，需要使半橋逆變器的直流輸入電壓 為600V以上。但是，太陽能電池不具有大的絕緣耐壓，最大輸出電 壓一般在600V以下。而且如果太陽能電池的電池板溫度上升或電池 的輸出電流增加，則電池的輸出電壓進一步下降，所以實用中引出最 大電力的電壓在400~500V附近。因此，在現有的三相電力變換裝置中，如上所述在前級設置升壓電路，使半橋逆變器的直流輸入電壓為
600V以上。
在本實施方式中，由于無需升壓電路就可以輸出高電壓，所以能夠使裝置結構小型化且降低成本，而且提高變換效率。
另外，由于半橋逆變器4a、 4c利用半周期進行一個脈沖的運轉，所以基本上不會發生切換損失。由于以高頻進行PWM控制的單相逆變器5a、 5c的直流電壓被選定成比半橋逆變器4a、 4c的直流電壓小的值，所以能夠降低PWM控制造成的切換損失。而且，由于因PWM控制產生的矩形波電壓的振幅小，所以能夠降低在后級設置的濾波電路7的容量。因此，能夠進一步提高變換效率，且能夠使裝置結構更加小型化且成本更低。
以下，說明單相逆變器5a、 5c的電力負擔。
如上所述，單相逆變器5a 5c在相位靠近0和180度的區域產生與輸出電壓極性相反的電壓，在相位靠近90度的區域輸出與輸出電壓極性相同的電壓。
此時，由于輸出電流的相位比輸出電壓前進30度，所以如圖5所示，在相位0 7t中，在0-30度附近之間和55度附近 145度附近之間，單相逆變器5a、 5e進行從電容器52放電的動作，在除此之外的期間，單相逆變器5a、 5c對電容器52充電。
例如，在三相電力變換裝置的輸出電壓為200V交流、半橋逆變器4a 4c的直流電壓(太陽能電池1的電壓)為450V直流時，在半周期內單相逆變器5a、 5c的充放電導致的電力供需達到平衡，大致為零。但是，半橋逆變器4a、 4c的直流電壓變化時，以補償半橋逆變器4a、4c的輸出電壓的不足部分的方式進行PWM控制的單相逆變器5a、5c在半周期內的電力供需平衡被打破。因此，需要向單相逆變器5a、5c的電容器52供給正、負電力，但由于在作為半橋逆變器4a、 4c的直流部的兩個電容器6a、 6b與作為單相逆變器5a、 5c的直流部的電容器52之間連接了 DC/DC轉換器8，所以能夠相互授受需要的電力。
在三相電力變換裝置的輸出電壓為200V交流的條件下，半橋逆變器4a、 4c的直流電壓即太陽能電池1的輸出電壓與單相逆變器5a、5c處理的電力(負擔電力)即DC/DC轉換器8處理的電力的關系，示于圖6。另外，為了比較，把上述實施方式1的情形下的圖3所示的特性也一并在圖上示出。
如上所述，太陽能電池1的電壓為450V時(圖中B點)，在半周期內單相逆變器5a、5c的電力供需大致為零，即負擔電力大致為零。另夕卜，如果太陽能電池電壓從該B點增加，則平均地看單相逆變器5a、5c接受電力。另一方面，如果太陽能電池電壓從B點降低，則平均地看單相逆變器5a、 5c供給電力。
由于如果考慮溫度變化，則太陽能電池l的輸出電壓的變化量大致在±10%的范圍內，所以可以通過DC/DC轉換器8授受此時需要的單相逆變器5a、 5c的電力。
如圖6所示，太陽能電池1的輸出電壓的變化量大致在±10%的范圍內，單相逆變器5a、 5c處理的電力也大致為輸出電力的±10%。即，由于DC/DC轉換器8處理的電力為全部電力的10%左右，所以DC/DC轉換器8小型化且成本低，DC/DC轉換器8造成的損失的影響也是小到可以忽略的程度。
這樣，在本實施方式中也是，在作為半橋逆變器4a 4c的直流部的兩個電容器6a、 6b與作為單相逆變器5a 5c的直流部的電容器52之間連接了 DC/DC轉換器8，從而相互授受需要的電力。此時，雖然三個單相逆變器5a 5c中只有單相逆變器5a、5c進行產生電壓的動作，但通過經由DC/DC轉換器8的電力授受，能夠使單相逆變器5a、 5c的直流電壓穩定化，即使太陽能電池l的輸出電壓變化也能夠向系統2a輸出穩定的交流電壓。另外，由于DC/DC轉換器8小型化、成本低、損失的影響也基本上可以忽略，所以即使設置DC/DC轉換器8也不會對三相電力變換裝置整體帶來不良影響，如上所述，利用提高變換效率、促進小型化且低成本化的裝置結構，能獲得可靠性更高的穩定的輸出。
另外，在本實施方式2中，用與上述實施方式1同樣的由三組半橋逆變器4a 4c和單相逆變器5a 5c構成的逆變電路3a,并控制成V相的半橋逆變器4b和單相逆變器5b不進行產生電壓的動作，但也可以如圖7所示，用由兩組半橋逆變器4a、 4c和單相逆變器5a、 5c構成的逆變電路3b。此時，濾波電路7a也設置在兩相的單相逆變器5a、5c的輸出側，相當于來自單相逆變器5a、 5c的交流輸出的中性點的各相的濾波電路7a的結合點與兩個串聯的電容器6a、 6b的中間點相連接，并與系統2a的接地的R相連接。此時的動作也與上述實施方式2相同。
(實施方式3)
在上述實施方式2中，半橋逆變器4a、 4c利用半周期進行一個脈沖的運轉，即輸出脈沖寬度相當于半周期的一個脈沖的電壓。單相逆變器5a、 5c需要產生三相電力變換裝置的輸出電壓與半橋逆變器4a、 4c的輸出電壓的差電壓，半橋逆變器4a、 4c的輸出電壓的大小為半橋逆變器4a、 4c的直流電壓的1/2,所以在三相電力變換裝置的輸出電壓為零的X點處，單相逆變器5a、 5c的輸出電壓的大小也為半橋逆變器4a、 4c的直流電壓的1/2 (參照圖5)。如果太陽能電池l的電壓升高，半橋逆變器4a、 4c的直流電壓增加，則單相逆變器5a、5c的電壓也同時增加，所以需要把單相逆變器5a、 5c的直流電壓設計成較高。
在本實施方式3中，以下，基于圖8所示的動作電壓波形說明半橋逆變器4a、 4c在系統電壓的零點附近進行不同動作的情況。另外，三相電力變換裝置的電路結構與上述實施方式2相同。
如圖8所示，兩組半橋逆變器4a、 4c產生以零為中心的兩極的電壓，兩極電壓的幅度(正電壓和負電壓之差)與作為直流輸入電壓的太陽能電池1的電壓的大小(此時為400V) —致。在此，半橋逆變器4a、 4c在系統電壓為零的X點附近的期間進行PWM運轉，且對于系統電壓半周期輸出一個脈沖的電壓，其脈沖寬度相當于除PWM運轉期間以外的期間。即，對于半周期輸出脈沖寬度為大致半周期的一個脈沖的電壓，只在X點附近進行PWM運轉。然后，對上述各單
15相逆變器5a、 5c實施PWM控制以補償上述系統電壓的不足部分。
這樣，如果在X點附近使半橋逆變器4a、 4c進行PWM運轉，降低半橋逆變器4a、 4c的輸出電壓的大小，則單相逆變器5a、 5c的X點附近的輸出電壓的大小也能降低。其結果，無須把單相逆變器5a、5c的直流電壓設計成較高，能夠避免成本增加。另外，由于只在X點附近使半橋逆變器4a、 4c進行PWM運轉，所以該切換造成的損失的增加較少，對三相電力變換裝置的效率帶來的影響可以被忽略。另外，由于能夠降低單相逆變器5a、 5c的直流電壓，所以能夠選擇小電壓的元件，降低接通時的損失，提高作為三相電力變換裝置的效率。
另外，使半橋逆變器4a、 4c進行PWM運轉的區間是從系統電壓為零的X點起相位為土30度以內的區間。如果超過30度，則半橋逆變器4a、 4c的切換次數增多導致的損失增加，效率降低。
另外，在本實施方式中也是，與上述實施方式2同樣地，系統電壓中的最大電壓值 最小電壓值的峰到峰值比太陽能電池1的電壓大，但是，三相電力變換裝置無需升壓電路就可以輸出比太陽能電池1的電壓高的電壓。另外，還能夠降低在后級設置的濾波電路7的容量。因此，能夠使裝置結構小型化且降低成本，而且提高變換效率。
在本實施方式中示出了從三相電力變換裝置向進行了 A形連線的、 一相接地的系統2a供給電力的情形，但也可以是上述實施方式l所示的向進行Y形連線的中性點接地的系統2供給電力的情形。即，通過使三組中的各半橋逆變器4a 4c在系統電壓為零的X點附近的期間進行PWM運轉，單相逆變器5a 5c的X點附近的輸出電壓的大小也能降低，能降低單相逆變器5a 5c的直流電壓。
(實施方式4)
上述實施方式3中示出了在系統電壓為零點附近時使半橋逆變器4a、 4c進行PWM運轉的方案，在本實施方式中切換使用兩種控制模式。
在三相電力變換裝置的控制中，把與上述實施方式2相同的控制作為第一控制模式，把與實施方式3相同的控制作為第二控制模式。
16即，第一控制模式是，對于系統電壓半周期從各半橋逆變器4a、 4c輸出脈沖寬度相當于半周期的一個脈沖的電壓，對各單相逆變器5a、 5c實施PWM控制以補償系統電壓的不足部分。而第二控制^^式是，使各半橋逆變器4a、 4c在系統電壓為零附近的期間進行PWM運轉，且對于系統電壓半周期輸出其脈沖寬度相當于除PWM運轉期間以外的期間的一個脈沖的電壓，對各單相逆變器5a、 5c實施PWM控制以補償系統電壓的不足部分。在此也是，使各半橋逆變器4a、 4c進行PWM運轉的區間是從系統電壓為零的X點起相位為士30度以內的區間。
設置這樣的兩種控制模式和切換該控制模式的單元，太陽能電池1的輸出電壓在預定的電壓以下時選擇第一控制模式，如果超過該預定的電壓則選擇第二控制才莫式。作為切換閾值的預定的電壓設定成比單相逆變器5a、 5c的直流電壓的2倍的值低。
在第一控制模式中，半橋逆變器4a、 4c的輸出電壓的大小總是為半橋逆變器4a、 4c的直流電壓的1/2，所以在系統電壓的零點處，單相逆變器5a、 5c的輸出電壓的大小也為半橋逆變器4a、 4c的直流電壓的1/2 (參照圖5)。在該第一控制模式中，如果太陽能電池l的輸出電壓升高，半橋逆變器4a、 4c的直流電壓的1/2超過單相逆變器5a、 5c的直流電壓，則單相逆變器5a、 5c不能在系統電壓為零附近的期間輸出補償系統電壓的不足部分的電壓。
在此，如果太陽能電池1的輸出電壓超過與單相逆變器5a、 5c的直流電壓的2倍值一致之前的預定的電壓，則切換成第二控制模式。即，在半橋逆變器4a、 4c的直流電壓的1/2與單相逆變器5a、 5c的直流電壓一致之前，切換控制，使各半橋逆變器4a、 4c在系統電壓為零的附近的期間進行PWM運轉。由此，在該期間半橋逆變器4a、 4c的輸出電壓的大小能夠降低，單相逆變器5a、 5c的輸出電壓的大小也能降低。因此，單相逆變器5a、 5c能夠繼續高精度地進行補償系統電壓的不足部分的控制。
這樣，在本實施方式中，由于能夠切換兩種控制模式，根據需要進行使半橋逆變器4a、 4c進行PWM運轉的控制，所以能夠實現效率更高的電力變換。
另外，在本實施方式中也是，能適用于上述實施方式l所示的向
進行了 Y形連線的中性點接地的系統2供給電力的情形，獲得同樣的
效果。.
(實施方式5)
從三相電力變換裝置向進行了 A形連線的、 一相接地的系統2a 供給電力時，如圖6所示，太陽能電池l的電壓在B點時，在半周期 內單相逆變器5a、 5c的電力供需大致為零，因溫度增加而輸出電壓降 低10。/。時為C點，因溫度降低而輸出電壓增大10%時為D點。如上 所述，太陽能電池1的輸出電壓的變化量大致在±10%的范圍內，即在 C點 B點 D點的范圍內，基于圖9所示的太陽能電池1的運轉特性 對太陽能電池l中的各點的電壓設計進行說明。
把太陽能電池1的額定電壓確定成，太陽能電池1的額定電壓點 為B點，即太陽能電池l在中溫下額定輸出時在半周期內單相逆變器 5a、 5c的電力負擔大致為零。另外，設計成，太陽能電池l的溫度上 升后的高溫時的最大電力條件下的動作點為D點，電池溫度降低后的 低溫時的最大電力條件下的動作點為C點。
由此，在作為半橋逆變器4a、 4c的直流部的兩個電容器6a、 6b 與作為單相逆變器5a、 5c的直流部的電容器52之間連接的、進行雙 向電力轉移的DC/DC轉換器8處理的電力在太陽能電池1的額定輸 出時為零，能夠防止DC/DC轉換器8的損失造成的效率低下。其結 果，作為三相電力變換裝置能夠實現高效率的三相電力變換裝置。
另外，使用上述實施方式4，太陽能電池l的輸出電壓在比D點 高的電壓側時，如果切換控制模式使半橋逆變器4a、 4c在系統電壓為 零的附近的期間進行PWM運轉，則能夠抑制單相逆變器5a、 5c所需 的直流電壓的增加。
在想要使單相逆變器5a、 5c的直流電壓更小時，只要在比D點 低的電壓側也進行半橋逆變器4a、 4c的PWM運轉即可。
另外，在向進行了 Y形連線的申性點接地的系統2供給電力時也是一樣，通過把太陽能電池1的額定電壓確定成，太陽能電池l在額
定輸出時在半周期內各單相逆變器5a 5c的電力供需大致為零，能夠 防止DC/DC轉換器8的損失造成的效率低下。 (實施方式6)
在上述實施方式l中說明了連結到進行了 Y形連線的中性點接地 的系統2的三相電力變換裝置，在上述實施方式2中，說明了連結到 進行了 A形連線的、 一相接地的系統2a的三相電力變換裝置。在本實 施方式中，說明可以改變1臺裝置的連接方式，能夠在兩種系統2、 2a中都能使用的三相電力變換裝置，
圖10 U)、圖10 (b)是示出根據本發明的實施方式6的三相 電力變換裝置的結構的電路圖，圖10 (a)示出連結到進行了 Y形連 線的中性點接地的系統2時的情形，圖10 (b)示出連結到進行了厶 形連線的、 一相接地的系統2a時的情形。
如圖10 (a)所示，三相電力變換裝置具有逆變電路3c,該逆變 電路3c由三組半橋逆變器4a 4c和與該三組半橋逆變器4a 4c的各交 流輸出線分別串聯連接多個的單相逆變器5a 5c構成，每組半橋逆變 器4a 4c由兩個串聯的開關元件構成。此時，由各相兩個單相逆變器 5a 5c的串聯電路構成一個相的單相逆變器，其輸出端與系統2的各 相連接。另外，6a、 6b、 7與圖1所示的相同，在兩個電容器6a、 6b 與單相逆變器5a 5c的直流部之間具有進行雙向電力授受的DC/DC轉 換器8，但圖中省略。另外，相當于三相交流輸出的中性點的各相的 濾波電路7的結合點，與兩個電容器6a、 6b的連接部相結合。
象圖10 (b)所示的那樣，把這樣的三相電力變換裝置連結到進 行了A形連線的、 一相接地的系統2a時，把與系統2a的接地相(R 相)連接的單相逆變器5b從R相斷開而分離，以相同數目分別與其 它兩相即S相和T相連接。此時，在圖10U)中由于各相有兩個單 相逆變器5a 5c,所以在圖10(b)中S相、T相各有三個單相逆變器 5a、 5c。由此，得到這樣的逆變電路3d，該逆變電路3d由兩組半橋 逆變器4a、 4c和與該兩組半橋逆變器4a、 4c的各交流輸出線分別串
19聯連接的單相逆變器5a、 5c構成，每組半橋逆變器4a、 4c由兩個串 聯的開關元件構成。此時，分別由三個單相逆變器5a、 5c的串聯電路 構成一個相的單相逆變器，其輸出端與系統2a的不接地的S相和T 相連接。另外，與各相的濾波電路7的結合點連接的兩個電容器6a、 6b的連接部，也與系統2a的接地相(R相)連接。
這樣， 一臺三相電力變換裝置通過改變連接方式可以成為圖10 (a)、圖10 (b)所示的兩種連接狀態。由此，1臺三相電力變換裝 置可以在不同狀態的系統2、 2a中使用，能夠擴大使用范圍，對成本 降低也有貢獻。另外，適用上述各實施方式1 5分別獲得同樣的效果。
另外，在上述各實施方式中，三相電力變換裝置的輸入直流電壓 是太陽能電池1的輸出電壓，但也可以是由其它直流電源產生的電壓。 (實施方式7)
圖11 (a)示出與根據上述實施方式6的三相電力變換裝置的結 構對應的DC/DC轉換器8的例子。如圖所示，在兩個電容器6a、 6b 與作為各相的兩個單相逆變器5a 5c的直流部的電容器52之間連接、 進行雙向電力授受的DC/DC轉換器8，由一個變壓器(transformer) 8a、兩個電容器6a、 6b側的全橋逆變器8b、六個電容器52側的全橋 逆變器8c構成。圖11 (b)、圖11 (c)示出全橋逆變器8b、 8c的結 構。根據由各全橋逆變器8b、 8c產生的交流側(變壓器側)電壓的大 小，電流向兩方向流動，各直流部的電壓得到與變壓器8a的匣數比成 比例的值。因此，由于在半橋逆變器4a 4c的直流部處^皮一分為二的 電容器6a、 6b的電壓也與變壓器8a的臣數比成比例，所以如果電容 器6a、 6b側的兩個繞組的匝數一致，則分支點的電壓就穩定在半橋 逆變器4a 4c的直流電壓的中點處。
另外，DC/DC轉換器8也可以是圖12 (a)或圖12 (b)所示的 結構，在圖12(a)中，把變壓器8d分成兩個來構成，由于變壓器8d 被簡化，所以有望降低成本。而在圖12(b)中，由于電容器6a、 6b側 的全橋逆變器8b的輸出與兩個變壓器8e共同連接，所以如果電容器 6a、 6b側的兩個繞組的匝數一致，則分支點的電壓就穩定在半橋逆變器4a 4c的直流電壓的中點處。另外，由于變壓器8e的結構也被簡化， 所以有望降低成本。
傳感器3總是掃描輸入位置P點，從端子7輸出根據驅動器6的 控制掃描到的視頻信號。由于本發明的主體是光學系統的安裝方法， 所以省略了電子、機構系統的說明。
產生上的可利用性
能夠在把分散電源連結到系統的功率調節器(conditioner)等的 系統連結裝置中使用。
權利要求
1.一種電力變換裝置，其特征在于具有在直流電源的正負端子之間連接的、由兩個串聯的開關元件構成的多組半橋逆變器；與該多組半橋逆變器的各交流輸出線分別串聯連接的單相逆變器；以及對作為上述半橋逆變器的直流輸入的上述直流電源電壓進行分壓的兩個串聯的電容器，上述各單相逆變器的各輸出端與系統的各相連接，且上述兩個串聯的電容器的中間點與來自上述多個單相逆變器的交流輸出的中性點連接，對于系統電壓半周期從上述各半橋逆變器輸出脈沖寬度大致為半周期的一個脈沖的電壓，對上述各單相逆變器實施PWM控制以補償上述系統電壓的不足部分。
2. 如權利要求l所述的電力變換裝置，其特征在于在上述直流電源的正負端子之間連接的多組半橋逆變器是三組 半橋逆變器，與上述各單相逆變器的各輸出端連接的上述系統是三相系統。
3. 如權利要求l所述的電力變換裝置，其特征在于在上述直流電源的正負端子之間連接的多組半橋逆變器是兩組 半橋逆變器，上述系統是一相接地的三相系統，上述各單相逆變器的各輸出端與該三相系統的不接地的兩相連接，上述兩個串聯的電容器的中間點與來自上述兩相的單相逆變器 的交流輸出的中性點連接，且該中間點與上述三相系統的接地的 一相 連接。
4. 如權利要求l所述的電力變換裝置，其特征在于 在上述直流電源的正負端子之間連接的多組半橋逆變器是三組半橋逆變器，在該三組半橋逆變器的各交流輸出線上分別串聯連接多個上述單相逆變器，具有第一連接單元和第二連接單元，該第一連接單元把上述各單相逆變器的各輸出端與三相系統的 各相連接，且把上述兩個串聯的電容器的中間點與來自上述三相的單 相逆變器的交流輸出的中性點連接，該第二連接單元，把一相的上述多個單相逆變器從該相斷開并以 相同數目分別與其它兩相的交流輸出線串聯連接，該兩相的各輸出端 與一相接地的三相系統的另兩相連接，且把上述兩個串聯的電容器的 中間點與來自上述兩相的單相逆變器的交流輸出的中性點連接，且該 中間點與上述三相系統的接地的 一相連接，能夠從上述第一連接單元變更到上述第二連接單元。
5. 如權利要求1 4中任一項所述的電力變換裝置，其特征在于轉，且對于系統電壓半周期輸出脈沖寬度相當于除上述PWM運轉期 間以外的期間的 一 個脈沖的電壓。
6. 如權利要求1 4中任一項所述的電力變換裝置，其特征在于具有第一控制模式，對于系統電壓半周期從上述各半橋逆變器輸出脈 沖寬度相當于半周期的一個脈沖的電壓，對上述各單相逆變器實施 PWM控制以補償上述系統電壓的不足部分；第二控制模式，在上述系統電壓為零附近的期間使上述各半橋逆 變器進行PWM運轉，且對于系統電壓半周期輸出脈沖寬度相當于除 上述PWM運轉期間以外的期間的一個脈沖的電壓，對上述各單相逆 變器實施PWM控制以補償上述系統電壓的不足部分；以及上述直流電源電壓在預定的電壓以下時選擇上述第一控制模式， 如果超過該預定的電壓則選擇上述第二控制模式的單元。
7. 如權利要求6所述的電力變換裝置，其特征在于 上述預定的電壓設定成比上述單相逆變器的輸入直流電壓的2倍值低。
8. 如權利要求1 4中任一項所述的電力變換裝置，其特征在于 上述直流電源電壓比作為上述系統的相電壓的最大值 最小值的峰到峰值小。
9. 如權利要求1 4中任一項所述的電力變換裝置，其特征在于 上述直流電源是太陽能電池。
10. 如權利要求9所述的電力變換裝置，其特征在于 把上述太陽能電池的額定電壓確定成，在上述系統電壓的半周期期間的上述單相逆變器的電力負擔在上述太陽能電池的額定電壓點處 成為零。
11. 如權利要求1 4中任一項所述的電力變換裝置，其特征在于 在上述各單相逆變器的輸入直流部與上述兩個串聯的電容器之間具有進行雙向電力轉移的DC/DC轉換器。
全文摘要
一種電力變換裝置，具有在太陽能電池(1)的輸出端子之間連接的、由兩個串聯的開關元件構成的三組半橋逆變器(4a)～(4c)；與其各交流輸出線分別串聯連接的單相逆變器(5a)～(5c)；以及對太陽能電池(1)的電壓進行分壓的兩個串聯的電容器(6a)、6b)，各單相逆變器(5a)～(5c)的各輸出端與三相系統(2)的各相連接。半橋逆變器(4a)～(4c)在半周期中運轉一個脈沖，對各單相逆變器(5a)～(5c)實施PWM控制以補償系統電壓的不足部分。把半橋逆變器(4a)～(4c)和單相逆變器(5a)～(5c)的輸出之和向系統(2)輸出。
文檔編號H02M7/483GK101636897SQ20088000591
公開日2010年1月27日 申請日期2008年2月20日 優先權日2007年2月22日
發明者伊藤寬, 地道拓志, 巖田明彥, 藤田英明, 赤木泰文 申請人:三菱電機株式會社;國立大學法人東京工業大學