电力变换装置的制作方法

专利名称：电力变换装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及把直流电力变换成交流电力的电力变换装置，尤其涉 及把太阳能电池等的分散电源连结到系统的电力变换装置。
背景技术：
现有的电力变换装置中，有以下所示的太阳能发电用电力变换装 置，其中把来自太阳能电池的直流电力变换成三相输出的交流电力， 与一相接地的三相系统连结，向该系统输送交流电力。包括具有两组 由两个开关元件构成的串联电路的逆变电路，在该逆变电路的直流输 入部之间串联连接把直流电压分压的多个电容器，从该电容器的连接 部引出一条输出线作为上述三相输出中的一个，从上述各组开关元件 的中间点分别引出两条输出线作为上述三相输出中的另两个，从而作 为半桥逆变电路的结构，从该电容器的连接部引出的输出线与上述接
地的相连接。另外，在半桥逆变电路的前级设置DC/DC转换器 (converter),太阳能电池的输出与上述DC/DC转换器的输入连接。 半桥逆变器(inverter)通过切换(switching)把直流电压变换成交流 电压(例如参照专利文献l)。
<专利文献1>日本特开2001-103768号公报

发明内容
(发明要解决的问题)
由于太阳能电池中没有大的绝缘耐压，所以在提高最大输出电压 时受到限制，而且如果太阳能电池的电池板温度上升或输出电流增加 则输出电压下降。因此在上述专利文献1所示的电力变换装置中，设 置DC/DC转换器把太阳能电池的电压升压到所希望的电压。由此，存在装置变大和成本增加、且因DC/DC转换器的损失导致电力变换 装置的效率降低的问题。
而且，通过半桥逆变器的切换，输出由电压比较大的矩形波电压 产生的长方形的波形，所以产生大的切换损失，电力变换装置的效率 降低。另外，为了把从半桥逆变器输出的矩形波电压变得平滑，需要 有大容量的滤波器，也存在装置结构更加大型化的问题。
本发明正是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供装置结 构小型且成本低，而且变换效率高的电力变换装置的结构。 (用来解决问题的手段)
根据本发明的电力变换装置，具有在直流电源的正负端子之间 连接的、由两个串联的开关元件构成的多组半桥逆变器；与该多组半 桥逆变器的各交流输出线分别串联连接的单相逆变器；以及对作为上 述半桥逆变器的直流输入的上述直流电源电压进行分压的两个串联的 电容器。上述各单相逆变器的各输出端与系统的各相连接，且上述两 个串联的电容器的中间点与来自上述多个单相逆变器的交流输出的中 性点连接。对于系统电压半周期从上述各半桥逆变器输出脉沖宽度大 致为半周期的一个脉冲的电压，对上述各单相逆变器实施PWM控制 以补偿上述系统电压的不足部分。 (发明的效果)
根据本发明的电力变换装置中，半桥逆变器的交流输出线与单相 逆变器连接，把半桥逆变器的输出电压与单相逆变器的输出电压组合 起来向系统输出。因此，能够降低半桥逆变器的输入直流电压，无需 现有的在前级设置的用来升压的DC/DC转换器，能够使装置结构小 型化和降低成本，而且提高变换效率。另外，由于对于系统电压半周 期从上述各半桥逆变器输出脉冲宽度大致为半周期的一个脉沖的电 压，对上述各单相逆变器实施PWM控制以补偿上述系统电压的不足 部分，所以能够以比较小的电压进行PWM控制，降低切换损失，且 还能够降低输出滤波器的容量。由此，能够使装置结构更加小型化、 成本更低、且进一步促进变换效率的提高。


图l是示出根据本发明的实施方式l的三相电力变换装置的结构 的电路图。
图2是示出根据本发明的实施方式1的三相电力变换装置的动作 的电压波形图。
图3是示出根据本发明的实施方式1的太阳能电池的电压与单相 逆变器的负担电力的关系的图。
图4是示出根据本发明的实施方式2的三相电力变换装置的结构 的电路图。
图5是示出根据本发明的实施方式2的三相电力变换装置的动作 的电压波形图。
图6是示出根据本发明的实施方式2的太阳能电池的电压与单相 逆变器的负担电力的关系的图。
图7是示出根据本发明的实施方式2的另 一例的三相电力变换装 置的结构的电路图。
图8是示出根据本发明的实施方式3的三相电力变换装置的动作 的电压波形图。
图9是示出根据本发明的实施方式5的太阳能电池的特性图。 图10是示出根据本发明的实施方式6的三相电力变换装置的结 构的电路图。
图11是示出根据本发明的实施方式7的DC/DC转换器的结构的 电路图。
图12是示出根据本发明的实施方式7的另 一例的DC/DC转换器 的结构的电路图。
具体实施方式
(实施方式1)
下面，用

根据本发明的实施方式1的作为电力变换装置的三相电力变换装置。图1 (a)是示出根据本发明的实施方式1的三相 电力变换装置的结构的电路图，图1 (b)是图1 (a)的部分放大图。
如图所示，三相电力变换装置把来自太阳能电池l的直流电力变 换成交流电力，向三相的系统2输出。此时，系统2的Y形连线的中 性点接地。三相电力变换装置具有逆变电路3，该逆变电路3由三组 半桥逆变器4a 4c和与该三组半桥逆变器4a 4c的各交流输出线分別 串联连接的单相逆变器5a 5c构成，每组半桥逆变器4a 4c由两个串 联的开关元件构成。
三组半桥逆变器4a 4c连接在把由太阳能电池1的电池板产生的 电压输出的正负端子之间，把太阳能电池l的输出电压作为直流输入。 另外，在其直流输入部之间串联连接对直流电压进行分压的两个电容 器6a、 6b ,在单相逆变器5a 5c的输出侧具有由电抗器(reactor) 和电容器构成的滤波电路7，单相逆变器5a 5c的输出端通过滤波电 路7与系统2的各相连接。
另外，相当于来自三相电力变换装置的三相交流输出的中性点的 各相的滤波电路7的结合点，与两个电容器6a、 6b的连接部相结合。 由此，由于太阳能电池1的电位相对于接地没有变化，所以抑制对位 于太阳能电池1的电池板与接地之间的杂散电容9的充放电电流。
如图l(b)所示，单相逆变器5a 5c具有由四个开关元件构成 的全桥逆变器51、和保持电压的作为直流部的电容器52。各相的单相 逆变器5a 5c的输出电压与各相的半桥逆变器4a 4c的输出电压重叠， 向系统2输出将半桥逆变器4a 4c的输出电压与单相逆变器5a 5c的 输出电压相加求和得到的电压。另外，单相逆变器5a 5c的电容器52 的电压设定成比半桥逆变器4a 4c的直流部的电压即太阳能电池1的 输出电压小。
而且，各单相逆变器5a 5c的电容器52与半桥逆变器4a 4c的 直流输入部之间的两个电容器6a、 6b，通过进行双向能量授受的 DC/DC转换器8连接。
以下，用图2所示的动作电压波形说明这样构成的三相电力变换装置的动作。
各半桥逆变器4a 4c每半周期产生以零为中心的两极的电压，两 极电压的幅度(正电压和负电压之差)与作为直流输入电压的太阳能 电池1的电压的大小(此时为260V) —致。对各单相逆变器5a 5c实 施高频PWM控制以补偿对三相电力变换装置整体要求的输出电压 (系统电压)与半桥逆变器4a 4c的输出电压之差。
如图所示，单相逆变器5a 5c在相位靠近0和180度的区域产生 与输出电压极性相反的电压，在相位靠近卯度的区域输出与输出电压 极性相同的电压。
此时，由于系统2是三相的中性点接地的Y形连线结构，所以如 果系统电压(线间电压)为200V交流，则相电压的最大电压值为约 163V，相电压的最大电压值 最小电压值的峰到峰值比太阳能电池1 的电压大。要求与系统电压相同的输出电压的三相电力变换装置，由 于输出将半桥逆变器4a 4c的输出电压与单相逆变器5a 5c的输出电 压相加求和得到的电压，所以能够输出比作为半桥逆变器4a 4c的直 流输入电压的太阳能电池1的电压高的电压。
这样，在本实施方式中，由于无需现有的在三相电力变换装置的 前级设置的升压电路，就可以输出高电压，所以能够使装置结构小型 化和降低成本，而且提高变换效率。
另外，由于半桥逆变器4a 4c利用半周期进行一个脉冲的运转， 所以基本上不会发生切换损失。由于以高频进行PWM控制的单相逆 变器5a 5c的直流电压被选定成比半桥逆变器4a 4c的直流电压小的 值，所以能够降低PWM控制造成的切换损失。而且，由于因PWM 控制产生的矩形波电压的振幅小，所以能够降低在后级设置的滤波电 路7的容量。因此，能够进一步提高变换效率，且能够使装置结构更 加小型化且成本更低。
以下，说明单相逆变器5a 5c的电力负担。
如上所述，单相逆变器5a 5c在相位靠近0和180度的区域产生 与输出电压极性相反的电压，在相位靠近卯度的区域输出与输出电压极性相同的电压。
在进行使输出电流的相位与输出电压的相位一致的控制(以功率
因数l运转)时，在相位靠近0和180度的区域，单相逆变器5a 5c 进行对电容器52充电的动作，相反，在相位靠近90度的区域，单相 逆变器5a 5c从电容器52放电。
在三相电力变换装置的输出电压为200V交流、半桥逆变器4a 4c 的直流电压(太阳能电池1的电压)为260V直流时，在半周期内单 相逆变器5a 5c的充放电导致的电力供需达到平衡，大致为零。但是， 半桥逆变器4a 4c的直流电压变化时，以补偿半桥逆变器4a 4c的输 出电压的不足部分的方式进行PWM控制的单相逆变器5a 5c在半周 期内的电力供需平衡被打破。因此，需要向单相逆变器5a 5c的电容 器52供给正、负电力，但由于在作为半桥逆变器4a 4c的直流部的两 个电容器6a、 6b与作为单相逆变器5a 5c的直流部的电容器52之间 连接了 DC/DC转换器8，所以能够相互授受需要的电力。
在三相电力变换装置的输出电压为200V交流的条件下，半桥逆 变器4a 4c的直流电压即太阳能电池l的输出电压与单相逆变器5a 5c 处理的电力(负担电力)即DC/DC转换器8处理的电力的关系，示 于图3。
如上所述，太阳能电池1的电压为260V时(图中A点)，在半 周期内单相逆变器5a 5c的电力供需大致为零，即负担电力大致为零。 另外，如果太阳能电池电压从该A点增加，则平均地看单相逆变器 5a 5c接受电力。另一方面，如果太阳能电池电压从该A点降低，则 平均地看单相逆变器5a 5c供给电力。
稳定情况下太阳能电池1的输出电压主要由温度决定，温度升高 则电压降低，温度降低则电压增加。由于考虑了温度变化时，输出电 压的变化量大致在±10%的范围内，所以可以通过DC/DC转换器8授 受此时需要的单相逆变器5a 5c的电力。
如图3所示，太阳能电池1的输出电压的变化量大致在±10%的 范围内，单相逆变器5a 5c处理的电力也大致为输出电力的±10%。即，
10由于DC/DC转换器8处理的电力为全部电力的10%左右，所以DC/DC 转换器8小型化且成本低，DC/DC转换器8造成的损失的影响也小到 可以忽略的程度。
这样，在本实施方式中，由于在作为半桥逆变器4a 4c的直流部 的两个电容器6a、 6b与作为单相逆变器5a 5c的直流部的电容器52 之间连接了 DC/DC转换器8，从而相互授受需要的电力，所以能够使 单相逆变器5a 5c的直流电压稳定化，即使太阳能电池1的输出电压 变化也能够向系统2输出稳定的交流电压。另外，由于DC/DC转换 器8小型化、成本低、损失的影响也基本上可以忽略，所以即使设置 DC/DC转换器8也不会对三相电力变换装置整体带来不良影响，如上 所述，利用提高变换效率、促进小型化且低成本化的装置结构，能获 得可靠性更高的稳定的输出。 (实施方式2)
在上述实施方式中是Y形连线的中性点接地的系统2，但在根据 本发明的实施方式2中，说明从三相电力变换装置向进行了 A形连线 的、 一相接地的系统2a供给电力的情形。
图4是示出根据本发明的实施方式2的三相电力变换装置的结构 的电路图。如图所示，三相电力变换装置具有与上述实施方式l同 样的由三组半桥逆变器4a 4c和与单相逆变器5a 5c构成的逆变电路 3a;两个串联的电容器6a、 6b;滤波电路7和DC/DC转换器8，但 此时，两个串联的电容器6a、 6b的中间点与各相的滤波电路7的结合 点连接，并且该中间点与系统2a的接地的R相连接。
由于逆变电路3a的V相与系统2a的接地的R相连接，所以输 出电位需要与接地电位相同，半桥逆变器4b和其后级的单相逆变器 5b都没有产生电压的动作，实质上各开关元件保持在断开状态。即， 用U相和W相的半桥逆变器4a、 4c和其后级的单相逆变器5a、 5c 向系统2a供给电力。此时，在接地的R相与S、 T相之间需要分別产 生200xV^V的振幅的交流电压。另外，为了使系统2a中电流和电压 的相位一致，使半桥逆变器4a、 4c的输出电流的相位比输出电压前进30度。
此时也是，与实施方式l同样地，由于太阳能电池1的电位相对 于接地没有变化，所以抑制对位于太阳能电池1的电池板与接地之间 的杂散电容9的充放电电流。另外，各单相逆变器5a 5c的结构也与 上述实施方式1相同，电容器52的电压设定成比半桥逆变器4a 4c的 直流部的电压即太阳能电池1的输出电压小。
以下，用图5所示的动作电压波形说明这样构成的三相电力变换 装置的动作。
两组半桥逆变器4a、 4c每半周期产生以零为中心的两极的电压， 两极电压的幅度(正电压和负电压之差)与作为直流输入电压的太阳 能电池1的电压的大小(此时为400V) —致。对单相逆变器5a、 5c 实施高频PWM控制以补偿三相电力变换装置整体要求的输出电压 (系统电压)与半桥逆变器4a、 4c的输出电压之差。
如图所示，单相逆变器5a、 5c在相位靠近0和180度的区域产 生与输出电压极性相反的电压，在相位靠近卯度的区域输出与输出电 压极性相同的电压。
此时，由于系统2a是R相接地的A形连线结构，所以如果系统 电压为200V交流，则最大电压值为约282V，最大电压值 最小电压 值的峰到峰值比太阳能电池1的电压大。要求与系统电压相同的输出 电压的三相电力变换装置，由于输出将半桥逆变器4a、 4c的输出电压 与单相逆变器5a、 5c的输出电压相加求和得到的电压，所以能够输出 比作为半桥逆变器4a、 4c的直流输入电压的太阳能电池1的电压高的 电压。
在现有技术中，在把三相电力变换装置连结到一相接地的A形连 线结构的200V交流的系统上时，需要使半桥逆变器的直流输入电压 为600V以上。但是，太阳能电池不具有大的绝缘耐压，最大输出电 压一般在600V以下。而且如果太阳能电池的电池板温度上升或电池 的输出电流增加，则电池的输出电压进一步下降，所以实用中引出最 大电力的电压在400~500V附近。因此，在现有的三相电力变换装置中，如上所述在前级设置升压电路，使半桥逆变器的直流输入电压为
600V以上。
在本实施方式中，由于无需升压电路就可以输出高电压，所以能够使装置结构小型化且降低成本，而且提高变换效率。
另外，由于半桥逆变器4a、 4c利用半周期进行一个脉冲的运转，所以基本上不会发生切换损失。由于以高频进行PWM控制的单相逆变器5a、 5c的直流电压被选定成比半桥逆变器4a、 4c的直流电压小的值，所以能够降低PWM控制造成的切换损失。而且，由于因PWM控制产生的矩形波电压的振幅小，所以能够降低在后级设置的滤波电路7的容量。因此，能够进一步提高变换效率，且能够使装置结构更加小型化且成本更低。
以下，说明单相逆变器5a、 5c的电力负担。
如上所述，单相逆变器5a 5c在相位靠近0和180度的区域产生与输出电压极性相反的电压，在相位靠近90度的区域输出与输出电压极性相同的电压。
此时，由于输出电流的相位比输出电压前进30度，所以如图5所示，在相位0 7t中，在0-30度附近之间和55度附近 145度附近之间，单相逆变器5a、 5e进行从电容器52放电的动作，在除此之外的期间，单相逆变器5a、 5c对电容器52充电。
例如，在三相电力变换装置的输出电压为200V交流、半桥逆变器4a 4c的直流电压(太阳能电池1的电压)为450V直流时，在半周期内单相逆变器5a、 5c的充放电导致的电力供需达到平衡，大致为零。但是，半桥逆变器4a、 4c的直流电压变化时，以补偿半桥逆变器4a、4c的输出电压的不足部分的方式进行PWM控制的单相逆变器5a、5c在半周期内的电力供需平衡被打破。因此，需要向单相逆变器5a、5c的电容器52供给正、负电力，但由于在作为半桥逆变器4a、 4c的直流部的两个电容器6a、 6b与作为单相逆变器5a、 5c的直流部的电容器52之间连接了 DC/DC转换器8，所以能够相互授受需要的电力。
在三相电力变换装置的输出电压为200V交流的条件下，半桥逆变器4a、 4c的直流电压即太阳能电池1的输出电压与单相逆变器5a、5c处理的电力(负担电力)即DC/DC转换器8处理的电力的关系，示于图6。另外，为了比较，把上述实施方式1的情形下的图3所示的特性也一并在图上示出。
如上所述，太阳能电池1的电压为450V时(图中B点)，在半周期内单相逆变器5a、5c的电力供需大致为零，即负担电力大致为零。另夕卜，如果太阳能电池电压从该B点增加，则平均地看单相逆变器5a、5c接受电力。另一方面，如果太阳能电池电压从B点降低，则平均地看单相逆变器5a、 5c供给电力。
由于如果考虑温度变化，则太阳能电池l的输出电压的变化量大致在±10%的范围内，所以可以通过DC/DC转换器8授受此时需要的单相逆变器5a、 5c的电力。
如图6所示，太阳能电池1的输出电压的变化量大致在±10%的范围内，单相逆变器5a、 5c处理的电力也大致为输出电力的±10%。即，由于DC/DC转换器8处理的电力为全部电力的10%左右，所以DC/DC转换器8小型化且成本低，DC/DC转换器8造成的损失的影响也是小到可以忽略的程度。
这样，在本实施方式中也是，在作为半桥逆变器4a 4c的直流部的两个电容器6a、 6b与作为单相逆变器5a 5c的直流部的电容器52之间连接了 DC/DC转换器8，从而相互授受需要的电力。此时，虽然三个单相逆变器5a 5c中只有单相逆变器5a、5c进行产生电压的动作，但通过经由DC/DC转换器8的电力授受，能够使单相逆变器5a、 5c的直流电压稳定化，即使太阳能电池l的输出电压变化也能够向系统2a输出稳定的交流电压。另外，由于DC/DC转换器8小型化、成本低、损失的影响也基本上可以忽略，所以即使设置DC/DC转换器8也不会对三相电力变换装置整体带来不良影响，如上所述，利用提高变换效率、促进小型化且低成本化的装置结构，能获得可靠性更高的稳定的输出。
另外，在本实施方式2中，用与上述实施方式1同样的由三组半桥逆变器4a 4c和单相逆变器5a 5c构成的逆变电路3a,并控制成V相的半桥逆变器4b和单相逆变器5b不进行产生电压的动作，但也可以如图7所示，用由两组半桥逆变器4a、 4c和单相逆变器5a、 5c构成的逆变电路3b。此时，滤波电路7a也设置在两相的单相逆变器5a、5c的输出侧，相当于来自单相逆变器5a、 5c的交流输出的中性点的各相的滤波电路7a的结合点与两个串联的电容器6a、 6b的中间点相连接，并与系统2a的接地的R相连接。此时的动作也与上述实施方式2相同。
(实施方式3)
在上述实施方式2中，半桥逆变器4a、 4c利用半周期进行一个脉冲的运转，即输出脉冲宽度相当于半周期的一个脉冲的电压。单相逆变器5a、 5c需要产生三相电力变换装置的输出电压与半桥逆变器4a、 4c的输出电压的差电压，半桥逆变器4a、 4c的输出电压的大小为半桥逆变器4a、 4c的直流电压的1/2,所以在三相电力变换装置的输出电压为零的X点处，单相逆变器5a、 5c的输出电压的大小也为半桥逆变器4a、 4c的直流电压的1/2 (参照图5)。如果太阳能电池l的电压升高，半桥逆变器4a、 4c的直流电压增加，则单相逆变器5a、5c的电压也同时增加，所以需要把单相逆变器5a、 5c的直流电压设计成较高。
在本实施方式3中，以下，基于图8所示的动作电压波形说明半桥逆变器4a、 4c在系统电压的零点附近进行不同动作的情况。另外，三相电力变换装置的电路结构与上述实施方式2相同。
如图8所示，两组半桥逆变器4a、 4c产生以零为中心的两极的电压，两极电压的幅度(正电压和负电压之差)与作为直流输入电压的太阳能电池1的电压的大小(此时为400V) —致。在此，半桥逆变器4a、 4c在系统电压为零的X点附近的期间进行PWM运转，且对于系统电压半周期输出一个脉沖的电压，其脉冲宽度相当于除PWM运转期间以外的期间。即，对于半周期输出脉冲宽度为大致半周期的一个脉冲的电压，只在X点附近进行PWM运转。然后，对上述各单
15相逆变器5a、 5c实施PWM控制以补偿上述系统电压的不足部分。
这样，如果在X点附近使半桥逆变器4a、 4c进行PWM运转，降低半桥逆变器4a、 4c的输出电压的大小，则单相逆变器5a、 5c的X点附近的输出电压的大小也能降低。其结果，无须把单相逆变器5a、5c的直流电压设计成较高，能够避免成本增加。另外，由于只在X点附近使半桥逆变器4a、 4c进行PWM运转，所以该切换造成的损失的增加较少，对三相电力变换装置的效率带来的影响可以被忽略。另外，由于能够降低单相逆变器5a、 5c的直流电压，所以能够选择小电压的元件，降低接通时的损失，提高作为三相电力变换装置的效率。
另外，使半桥逆变器4a、 4c进行PWM运转的区间是从系统电压为零的X点起相位为土30度以内的区间。如果超过30度，则半桥逆变器4a、 4c的切换次数增多导致的损失增加，效率降低。
另外，在本实施方式中也是，与上述实施方式2同样地，系统电压中的最大电压值 最小电压值的峰到峰值比太阳能电池1的电压大，但是，三相电力变换装置无需升压电路就可以输出比太阳能电池1的电压高的电压。另外，还能够降低在后级设置的滤波电路7的容量。因此，能够使装置结构小型化且降低成本，而且提高变换效率。
在本实施方式中示出了从三相电力变换装置向进行了 A形连线的、 一相接地的系统2a供给电力的情形，但也可以是上述实施方式l所示的向进行Y形连线的中性点接地的系统2供给电力的情形。即，通过使三组中的各半桥逆变器4a 4c在系统电压为零的X点附近的期间进行PWM运转，单相逆变器5a 5c的X点附近的输出电压的大小也能降低，能降低单相逆变器5a 5c的直流电压。
(实施方式4)
上述实施方式3中示出了在系统电压为零点附近时使半桥逆变器4a、 4c进行PWM运转的方案，在本实施方式中切换使用两种控制模式。
在三相电力变换装置的控制中，把与上述实施方式2相同的控制作为第一控制模式，把与实施方式3相同的控制作为第二控制模式。
16即，第一控制模式是，对于系统电压半周期从各半桥逆变器4a、 4c输出脉冲宽度相当于半周期的一个脉冲的电压，对各单相逆变器5a、 5c实施PWM控制以补偿系统电压的不足部分。而第二控制^^式是，使各半桥逆变器4a、 4c在系统电压为零附近的期间进行PWM运转，且对于系统电压半周期输出其脉冲宽度相当于除PWM运转期间以外的期间的一个脉冲的电压，对各单相逆变器5a、 5c实施PWM控制以补偿系统电压的不足部分。在此也是，使各半桥逆变器4a、 4c进行PWM运转的区间是从系统电压为零的X点起相位为士30度以内的区间。
设置这样的两种控制模式和切换该控制模式的单元，太阳能电池1的输出电压在预定的电压以下时选择第一控制模式，如果超过该预定的电压则选择第二控制才莫式。作为切换阈值的预定的电压设定成比单相逆变器5a、 5c的直流电压的2倍的值低。
在第一控制模式中，半桥逆变器4a、 4c的输出电压的大小总是为半桥逆变器4a、 4c的直流电压的1/2，所以在系统电压的零点处，单相逆变器5a、 5c的输出电压的大小也为半桥逆变器4a、 4c的直流电压的1/2 (参照图5)。在该第一控制模式中，如果太阳能电池l的输出电压升高，半桥逆变器4a、 4c的直流电压的1/2超过单相逆变器5a、 5c的直流电压，则单相逆变器5a、 5c不能在系统电压为零附近的期间输出补偿系统电压的不足部分的电压。
在此，如果太阳能电池1的输出电压超过与单相逆变器5a、 5c的直流电压的2倍值一致之前的预定的电压，则切换成第二控制模式。即，在半桥逆变器4a、 4c的直流电压的1/2与单相逆变器5a、 5c的直流电压一致之前，切换控制，使各半桥逆变器4a、 4c在系统电压为零的附近的期间进行PWM运转。由此，在该期间半桥逆变器4a、 4c的输出电压的大小能够降低，单相逆变器5a、 5c的输出电压的大小也能降低。因此，单相逆变器5a、 5c能够继续高精度地进行补偿系统电压的不足部分的控制。
这样，在本实施方式中，由于能够切换两种控制模式，根据需要进行使半桥逆变器4a、 4c进行PWM运转的控制，所以能够实现效率更高的电力变换。
另外，在本实施方式中也是，能适用于上述实施方式l所示的向
进行了 Y形连线的中性点接地的系统2供给电力的情形，获得同样的
效果。.
(实施方式5)
从三相电力变换装置向进行了 A形连线的、 一相接地的系统2a 供给电力时，如图6所示，太阳能电池l的电压在B点时，在半周期 内单相逆变器5a、 5c的电力供需大致为零，因温度增加而输出电压降 低10。/。时为C点，因温度降低而输出电压增大10%时为D点。如上 所述，太阳能电池1的输出电压的变化量大致在±10%的范围内，即在 C点 B点 D点的范围内，基于图9所示的太阳能电池1的运转特性 对太阳能电池l中的各点的电压设计进行说明。
把太阳能电池1的额定电压确定成，太阳能电池1的额定电压点 为B点，即太阳能电池l在中温下额定输出时在半周期内单相逆变器 5a、 5c的电力负担大致为零。另外，设计成，太阳能电池l的温度上 升后的高温时的最大电力条件下的动作点为D点，电池温度降低后的 低温时的最大电力条件下的动作点为C点。
由此，在作为半桥逆变器4a、 4c的直流部的两个电容器6a、 6b 与作为单相逆变器5a、 5c的直流部的电容器52之间连接的、进行双 向电力转移的DC/DC转换器8处理的电力在太阳能电池1的额定输 出时为零，能够防止DC/DC转换器8的损失造成的效率低下。其结 果，作为三相电力变换装置能够实现高效率的三相电力变换装置。
另外，使用上述实施方式4，太阳能电池l的输出电压在比D点 高的电压侧时，如果切换控制模式使半桥逆变器4a、 4c在系统电压为 零的附近的期间进行PWM运转，则能够抑制单相逆变器5a、 5c所需 的直流电压的增加。
在想要使单相逆变器5a、 5c的直流电压更小时，只要在比D点 低的电压侧也进行半桥逆变器4a、 4c的PWM运转即可。
另外，在向进行了 Y形连线的申性点接地的系统2供给电力时也是一样，通过把太阳能电池1的额定电压确定成，太阳能电池l在额
定输出时在半周期内各单相逆变器5a 5c的电力供需大致为零，能够 防止DC/DC转换器8的损失造成的效率低下。 (实施方式6)
在上述实施方式l中说明了连结到进行了 Y形连线的中性点接地 的系统2的三相电力变换装置，在上述实施方式2中，说明了连结到 进行了 A形连线的、 一相接地的系统2a的三相电力变换装置。在本实 施方式中，说明可以改变1台装置的连接方式，能够在两种系统2、 2a中都能使用的三相电力变换装置，
图10 U)、图10 (b)是示出根据本发明的实施方式6的三相 电力变换装置的结构的电路图，图10 (a)示出连结到进行了 Y形连 线的中性点接地的系统2时的情形，图10 (b)示出连结到进行了厶 形连线的、 一相接地的系统2a时的情形。
如图10 (a)所示，三相电力变换装置具有逆变电路3c,该逆变 电路3c由三组半桥逆变器4a 4c和与该三组半桥逆变器4a 4c的各交 流输出线分别串联连接多个的单相逆变器5a 5c构成，每组半桥逆变 器4a 4c由两个串联的开关元件构成。此时，由各相两个单相逆变器 5a 5c的串联电路构成一个相的单相逆变器，其输出端与系统2的各 相连接。另外，6a、 6b、 7与图1所示的相同，在两个电容器6a、 6b 与单相逆变器5a 5c的直流部之间具有进行双向电力授受的DC/DC转 换器8，但图中省略。另外，相当于三相交流输出的中性点的各相的 滤波电路7的结合点，与两个电容器6a、 6b的连接部相结合。
象图10 (b)所示的那样，把这样的三相电力变换装置连结到进 行了A形连线的、 一相接地的系统2a时，把与系统2a的接地相(R 相)连接的单相逆变器5b从R相断开而分离，以相同数目分别与其 它两相即S相和T相连接。此时，在图10U)中由于各相有两个单 相逆变器5a 5c,所以在图10(b)中S相、T相各有三个单相逆变器 5a、 5c。由此，得到这样的逆变电路3d，该逆变电路3d由两组半桥 逆变器4a、 4c和与该两组半桥逆变器4a、 4c的各交流输出线分别串
19联连接的单相逆变器5a、 5c构成，每组半桥逆变器4a、 4c由两个串 联的开关元件构成。此时，分别由三个单相逆变器5a、 5c的串联电路 构成一个相的单相逆变器，其输出端与系统2a的不接地的S相和T 相连接。另外，与各相的滤波电路7的结合点连接的两个电容器6a、 6b的连接部，也与系统2a的接地相(R相)连接。
这样， 一台三相电力变换装置通过改变连接方式可以成为图10 (a)、图10 (b)所示的两种连接状态。由此，1台三相电力变换装 置可以在不同状态的系统2、 2a中使用，能够扩大使用范围，对成本 降低也有贡献。另外，适用上述各实施方式1 5分别获得同样的效果。
另外，在上述各实施方式中，三相电力变换装置的输入直流电压 是太阳能电池1的输出电压，但也可以是由其它直流电源产生的电压。 (实施方式7)
图11 (a)示出与根据上述实施方式6的三相电力变换装置的结 构对应的DC/DC转换器8的例子。如图所示，在两个电容器6a、 6b 与作为各相的两个单相逆变器5a 5c的直流部的电容器52之间连接、 进行双向电力授受的DC/DC转换器8，由一个变压器(transformer) 8a、两个电容器6a、 6b侧的全桥逆变器8b、六个电容器52侧的全桥 逆变器8c构成。图11 (b)、图11 (c)示出全桥逆变器8b、 8c的结 构。根据由各全桥逆变器8b、 8c产生的交流侧(变压器侧)电压的大 小，电流向两方向流动，各直流部的电压得到与变压器8a的匣数比成 比例的值。因此，由于在半桥逆变器4a 4c的直流部处^皮一分为二的 电容器6a、 6b的电压也与变压器8a的臣数比成比例，所以如果电容 器6a、 6b侧的两个绕组的匝数一致，则分支点的电压就稳定在半桥 逆变器4a 4c的直流电压的中点处。
另外，DC/DC转换器8也可以是图12 (a)或图12 (b)所示的 结构，在图12(a)中，把变压器8d分成两个来构成，由于变压器8d 被简化，所以有望降低成本。而在图12(b)中，由于电容器6a、 6b侧 的全桥逆变器8b的输出与两个变压器8e共同连接，所以如果电容器 6a、 6b侧的两个绕组的匝数一致，则分支点的电压就稳定在半桥逆变器4a 4c的直流电压的中点处。另外，由于变压器8e的结构也被简化， 所以有望降低成本。
传感器3总是扫描输入位置P点，从端子7输出根据驱动器6的 控制扫描到的视频信号。由于本发明的主体是光学系统的安装方法， 所以省略了电子、机构系统的说明。
产生上的可利用性
能够在把分散电源连结到系统的功率调节器(conditioner)等的 系统连结装置中使用。
权利要求
1.一种电力变换装置，其特征在于具有在直流电源的正负端子之间连接的、由两个串联的开关元件构成的多组半桥逆变器；与该多组半桥逆变器的各交流输出线分别串联连接的单相逆变器；以及对作为上述半桥逆变器的直流输入的上述直流电源电压进行分压的两个串联的电容器，上述各单相逆变器的各输出端与系统的各相连接，且上述两个串联的电容器的中间点与来自上述多个单相逆变器的交流输出的中性点连接，对于系统电压半周期从上述各半桥逆变器输出脉冲宽度大致为半周期的一个脉冲的电压，对上述各单相逆变器实施PWM控制以补偿上述系统电压的不足部分。
2. 如权利要求l所述的电力变换装置，其特征在于在上述直流电源的正负端子之间连接的多组半桥逆变器是三组 半桥逆变器，与上述各单相逆变器的各输出端连接的上述系统是三相系统。
3. 如权利要求l所述的电力变换装置，其特征在于在上述直流电源的正负端子之间连接的多组半桥逆变器是两组 半桥逆变器，上述系统是一相接地的三相系统，上述各单相逆变器的各输出端与该三相系统的不接地的两相连接，上述两个串联的电容器的中间点与来自上述两相的单相逆变器 的交流输出的中性点连接，且该中间点与上述三相系统的接地的 一相 连接。
4. 如权利要求l所述的电力变换装置，其特征在于 在上述直流电源的正负端子之间连接的多组半桥逆变器是三组半桥逆变器，在该三组半桥逆变器的各交流输出线上分别串联连接多个上述单相逆变器，具有第一连接单元和第二连接单元，该第一连接单元把上述各单相逆变器的各输出端与三相系统的 各相连接，且把上述两个串联的电容器的中间点与来自上述三相的单 相逆变器的交流输出的中性点连接，该第二连接单元，把一相的上述多个单相逆变器从该相断开并以 相同数目分别与其它两相的交流输出线串联连接，该两相的各输出端 与一相接地的三相系统的另两相连接，且把上述两个串联的电容器的 中间点与来自上述两相的单相逆变器的交流输出的中性点连接，且该 中间点与上述三相系统的接地的 一相连接，能够从上述第一连接单元变更到上述第二连接单元。
5. 如权利要求1 4中任一项所述的电力变换装置，其特征在于转，且对于系统电压半周期输出脉冲宽度相当于除上述PWM运转期 间以外的期间的 一 个脉冲的电压。
6. 如权利要求1 4中任一项所述的电力变换装置，其特征在于具有第一控制模式，对于系统电压半周期从上述各半桥逆变器输出脉 沖宽度相当于半周期的一个脉冲的电压，对上述各单相逆变器实施 PWM控制以补偿上述系统电压的不足部分；第二控制模式，在上述系统电压为零附近的期间使上述各半桥逆 变器进行PWM运转，且对于系统电压半周期输出脉冲宽度相当于除 上述PWM运转期间以外的期间的一个脉冲的电压，对上述各单相逆 变器实施PWM控制以补偿上述系统电压的不足部分；以及上述直流电源电压在预定的电压以下时选择上述第一控制模式， 如果超过该预定的电压则选择上述第二控制模式的单元。
7. 如权利要求6所述的电力变换装置，其特征在于 上述预定的电压设定成比上述单相逆变器的输入直流电压的2倍值低。
8. 如权利要求1 4中任一项所述的电力变换装置，其特征在于 上述直流电源电压比作为上述系统的相电压的最大值 最小值的峰到峰值小。
9. 如权利要求1 4中任一项所述的电力变换装置，其特征在于 上述直流电源是太阳能电池。
10. 如权利要求9所述的电力变换装置，其特征在于 把上述太阳能电池的额定电压确定成，在上述系统电压的半周期期间的上述单相逆变器的电力负担在上述太阳能电池的额定电压点处 成为零。
11. 如权利要求1 4中任一项所述的电力变换装置，其特征在于 在上述各单相逆变器的输入直流部与上述两个串联的电容器之间具有进行双向电力转移的DC/DC转换器。
全文摘要
一种电力变换装置，具有在太阳能电池(1)的输出端子之间连接的、由两个串联的开关元件构成的三组半桥逆变器(4a)～(4c)；与其各交流输出线分别串联连接的单相逆变器(5a)～(5c)；以及对太阳能电池(1)的电压进行分压的两个串联的电容器(6a)、6b)，各单相逆变器(5a)～(5c)的各输出端与三相系统(2)的各相连接。半桥逆变器(4a)～(4c)在半周期中运转一个脉冲，对各单相逆变器(5a)～(5c)实施PWM控制以补偿系统电压的不足部分。把半桥逆变器(4a)～(4c)和单相逆变器(5a)～(5c)的输出之和向系统(2)输出。
文档编号H02M7/483GK101636897SQ20088000591
公开日2010年1月27日 申请日期2008年2月20日 优先权日2007年2月22日
发明者伊藤宽, 地道拓志, 岩田明彦, 藤田英明, 赤木泰文 申请人:三菱电机株式会社;国立大学法人东京工业大学