特許 5894763 電力変換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5894763

(24)【登録日】2016年3月4日

(45)【発行日】2016年3月30日

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/25 20060101AFI20160317BHJP

【ＦＩ】

   H02M7/25

【請求項の数】19

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2011-238160(P2011-238160)

(22)【出願日】2011年10月31日

(65)【公開番号】特開2013-99054(P2013-99054A)

(43)【公開日】2013年5月20日

【審査請求日】2014年7月30日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005108

【氏名又は名称】株式会社日立製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100100310

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 学

(74)【代理人】

【識別番号】100098660

【弁理士】

【氏名又は名称】戸田 裕二

(74)【代理人】

【識別番号】100091720

【弁理士】

【氏名又は名称】岩崎 重美

(72)【発明者】

【氏名】井上 重徳

(72)【発明者】

【氏名】加藤 修治

(72)【発明者】

【氏名】江口 吉雄

【審査官】 尾家 英樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−２３３４１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０５−０４３５２０（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ ７／００− ７／９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１、第２、および第３の巻線と、エネルギー貯蔵素子を備えた少なくとも２端子の回路要素を１つまたは複数個直列接続してなるアームを第１および第２のアームとして備え、前記第２の巻線と前記第１のアームが第１の直列体を構成しており、前記第３の巻線と前記第２のアームが第２の直列体を構成しており、前記第１と第２の直列体が直列接続されており、前記第２と第３の巻線の直流電流に関する起磁力が逆極性となるように、前記第１、第２、および第３の巻線が磁気結合しており、前記第１の巻線を３相分有し、前記第１のアームと、前記第２の巻線と、前記第３の巻線と、前記第２のアームとで構成される直流回路を前記３相分の第１の巻線に各々対応させて３組有し、前記各相での前記第１のアームの出力電圧と前記第２のアームの出力電圧の交流成分は互いに実質的に逆位相の電圧波形であり、前記各相での前記第１のアームの直流電流成分と前記第２のアームの直流電流成分は実質的に同じであるように前記第１のアームと前記第２のアームが制御されることを特徴とする電力変換装置。

【請求項2】

請求項１に記載の電力変換装置において、前記第１、第２、第３の巻線が鉄心に巻回されていることを特徴とする電力変換装置。

【請求項3】

請求項１に記載の電力変換装置において、前記アームは、出力電圧指令として３の倍数次高調波成分が重畳された指令に基づいて制御されることを特徴とする電力変換装置。

【請求項4】

請求項１に記載の電力変換装置において、前記第１の巻線と、前記第２の巻線、前記第３の巻線間の漏れインダクタンスを利用して出力される有効電力または無効電力の増減を制御することを特徴とする電力変換装置。

【請求項5】

請求項１に記載の電力変換装置において、交流系統との間に流れる交流電流は、前記第１の巻線と、前記第２の巻線及び前記第３の巻線との間の漏れインダクタンスを利用して制御されることを特徴とする電力変換装置。

【請求項6】

請求項１に記載の電力変換装置において、直流負荷との間に流れる直流電流は、前記第２の巻線及び前記第３の巻線の間の漏れインダクタンスを利用して制御されることを特徴とする電力変換装置。

【請求項7】

Δ結線またはＹ結線された第１の三相巻線と、Ｙ結線された第２の三相巻線と、Ｙ結線された第３の三相巻線とを、前記第１と前記第２の三相巻線が相毎に互いに同極性となるように、また、前記第２と第３の三相巻線が相毎に互いに逆極性となるように磁気結合し、前記第２の三相巻線の中性点と、前記第３の三相巻線の中性点とを電気的に接続し、前記第２の三相巻線の３つの端子それぞれに、エネルギー貯蔵素子を備えた少なくとも２端子の回路要素の１つまたは複数個の直列体からなるアームの一端を接続し、前記第２の三相巻線に接続された３つのアームをＹ結線してその中性点を第１の直流端子とし、前記第３の三相巻線の３つの端子それぞれに、エネルギー貯蔵素子を備えた少なくとも２端子の回路要素の１つまたは複数個の直列体からなるアームの一端を接続し、前記第３の三相巻線に接続された３つのアームをＹ結線してその中性点を第２の直流端子とし、前記第１の三相巻線の３つの端子を第１〜第３の交流端子とし、前記第２と第３の三相巻線が互いに逆極性となるように磁気結合されて構成される回路は、相毎に、前記第１の直流端子に接続されるアームと、前記第２の直流端子に接続されるアームとは、互いに実質的に逆位相の電圧波形であり、直流電流成分が実質的に同じとなるように出力が制御されることを特徴とする電力変換装置。

【請求項8】

請求項７に記載の電力変換装置において、前記第１の三相巻線と、前記第２の三相巻線と、前記第３の三相巻線が相毎に三相３脚鉄心に巻回されていることを特徴とする電力変換装置。

【請求項9】

請求項７に記載の電力変換装置において、前記第１の三相巻線と、前記第２の三相巻線と、前記第３の三相巻線が相毎に三相多脚鉄心に巻回されていることを特徴とする電力変換装置。

【請求項10】

請求項１乃至９のいずれかに記載の電力変換装置において、エネルギー貯蔵素子を備えた少なくとも２端子の回路要素を双方向チョッパ回路としたことを特徴とする電力変換装置。

【請求項11】

請求項１乃至９のいずれかに記載の電力変換装置において、エネルギー貯蔵素子を備えた少なくとも２端子の回路要素をフルブリッジ回路としたことを特徴とする電力変換装置。

【請求項12】

請求項７乃至９のいずれかに記載の電力変換装置において、前記第１および第２の直流端子に、直流負荷、直流電源、他の交流−直流電力変換装置の直流入力側、のいずれかを接続したことを特徴とする電力変換システム。

【請求項13】

請求項７乃至９のいずれかに記載の電力変換装置において、前記第１〜第３の交流端子に、電力系統を接続したことを特徴とする電力変換システム。

【請求項14】

請求項７乃至９のいずれかに記載の電力変換装置において、前記第１〜第３の交流端子に、発電装置を接続したことを特徴とする電力変換システム。

【請求項15】

請求項７乃至９のいずれかに記載の電力変換装置において、前記第１〜第３の交流端子に、負荷装置を接続したことを特徴とする電力変換システム。

【請求項16】

請求項１に記載の電力変換装置において、前記アームは、出力電圧指令として３の倍数次高調波成分が重畳された指令に基づいて制御されることを特徴とする電力変換装置。

【請求項17】

請求項７に記載の電力変換装置において、前記第１の巻線と、前記第２の巻線、前記第３の巻線間の漏れインダクタンスを利用して出力される有効電力または無効電力の増減を制御することを特徴とする電力変換装置。

【請求項18】

請求項７に記載の電力変換装置において、交流系統との間に流れる交流電流は、前記第１の巻線と、前記第２の巻線及び前記第３との巻線の間の漏れインダクタンスを利用して制御されることを特徴とする電力変換装置。

【請求項19】

請求項７に記載の電力変換装置において、直流負荷との間に流れる直流電流は、前記第２の巻線及び前記第３の巻線の間の漏れインダクタンスを利用して制御されることを特徴とする電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は電力変換装置に関し、特に双方向チョッパ回路や単相フルブリッジ回路などで構成された単位変換器を複数カスケード接続したアームを用いて構成される電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

非特許文献１は、Modular Multilevel Cascade Converter（ＭＭＣＣ）と称する４種の電力変換装置の回路構成とその応用可能性について開示している。

【0003】

４種のＭＭＣＣのうち、ＭＭＣＣ−ＤＳＣＣ（Double-STAR Chopper Cells）はモータドライブや直流送電システム（ＨＶＤＣ）に応用可能な回路方式である。

【0004】

ＭＭＣＣ−ＤＳＣＣでは、双方向チョッパ回路の直列体であるアームと直列に、バッファリアクトルを接続する必要があった。例えば、三相のＭＭＣＣ−ＤＳＣＣではアームが６つ存在するため、６つのバッファリアクトルが必要である。

【0005】

ＭＭＣＣ−ＤＳＣＣを特別高圧送電系統に対して連系する場合、変圧器を用いて電圧のマッチングや絶縁を確保することが一般的である。

【0006】

特許文献１はこの変圧器と前記のバッファリアクトルとを一体化可能とする回路方式を開示している。

【0007】

特許文献１によれば、変圧器の２次巻線を千鳥結線とすることによって、ある相のアームに流れる直流電流に起因する直流起磁力を、他の相のアームに流れる直流電流に起因する直流起磁力で相殺することが可能となった。直流起磁力を相殺しているため、変圧器鉄心を通る磁束を交流成分のみとしながら、変圧器巻線には直流電流を流すことができ、変圧器とバッファリアクトルを一体化可能である。

【0008】

本明細書では、特許文献１で開示されている電力変換装置をＺＣ（Zero-Sequence Canceling）−ＭＭＣＣと呼称することにする。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２０１０−２３３４１１号公報

【非特許文献】

【0010】

【非特許文献1】H. Akagi,“Classification, terminology, and applications of the modular multilevel converter（MMCC）”、IPEC 2010, pp. 508-515.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

ＺＣ−ＭＭＣＣでは、変圧器２次巻線が千鳥結線であるため、ある相の２次巻線は電気的に直列接続された２つの部分巻線に分割されており、それぞれが鉄心の別の脚に巻回されている。

【0012】

２つの脚に巻回された２つの部分巻線に生じる電圧には６０度の位相差があるが、変圧器２次巻線の端子に現れる電圧はこの２つの部分巻線に生じる電圧のベクトル和である。そのため、その振幅は、それぞれの部分巻線に生じる電圧振幅のスカラー和に比較して、例えば約１５％、小さくなる。

【0013】

すなわち、千鳥結線変圧器では、２次巻線に既定の電圧を得るためには、Ｙ結線やΔ結線に比較して、例えば巻数を約１５％、増加させる必要があるという問題があった。

【0014】

また、ＺＣ−ＭＭＣＣでは、各アームの出力電圧指令値に零相成分を重畳させると、その零相成分が直流端子に現れる。

【0015】

このため、各アームの出力電圧指令値に、例えば３次高調波電圧を重畳させることによる電圧利用率を向上させる制御を行うことができないという問題があった。本発明の目的は、上記の問題点の少なくとも１つを解決することが可能な電力変換装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0016】

本発明は、上記目的を達成するために、第１、第２、および第３の巻線と、エネルギー貯蔵素子を備えた少なくとも２端子の回路要素を１つまたは複数個直列接続してなるアームを第１および第２のアームとを備え、前記第２の巻線と前記第１のアームが直列接続されており、前記第３の巻線と前記第２のアームが直列接続されており、前記第２と第３の巻線が電気的に直列接続されており、前記第１、第２、および第３の巻線が、前記第２と前記第３の巻線の起磁力が逆極性となるように磁気結合する構成とするものである。

【0017】

また、本発明は、第１の三相巻線と、Ｙ結線された第２の三相巻線と、Ｙ結線された第３の三相巻線とを、前記第１と前記第２の三相巻線が相毎に互いに同極性となるように、また、前記第２と第３の三相巻線が相毎に互いに逆極性となるように磁気結合し、前記第２の三相巻線の中性点と、前記第３の三相巻線の中性点とを電気的に接続し、前記第２の三相巻線の３つの端子それぞれに、エネルギー貯蔵素子を備えた少なくとも２端子の回路要素１つまたは複数個の直列体からなるアームを接続し、前記第２の三相巻線に接続された３つのアームをＹ結線してその中性点を第１の直流端子とし、前記第３の三相巻線の３つの端子それぞれに、エネルギー貯蔵素子を備えた少なくとも２端子の回路要素である単位変換器の１つまたは複数個の直列体からなるアームを接続し、前記第３の三相巻線に接続された３つのアームをＹ結線してその中性点を第２の直流端子とし、前記第１の三相巻線の３つの端子を第１〜第３の交流端子としたものである。

【0018】

また、本発明は、前記第１〜第３の巻線を、鉄心を介して磁気結合させたものである。

【0019】

また、本発明は、前記第２の三相巻線と前記第３の三相巻線の巻数を概ね同数とするものである。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、変圧器のアーム側の巻線の巻数を、例えば約１５％、低減できるという効果が得られる。

【0021】

また、前記第１の直流端子に接続した３つのアームと、前記第２の直流端子に接続した３つのアームとでは、出力電圧指令値の交流成分が概ね逆極性となるため、アームの出力電圧指令値に零相成分を重畳させても、その零相成分は直流端子に現れない。したがって、直流端子の電圧に影響を与えることなく、各アームの出力電圧指令値に例えば３次高調波電圧を重畳させることによる電圧利用率向上制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明に基づく電力変換装置。

【図2】双方向チョッパ回路方式の単位変換器。

【図3】概略波形。

【図4】電圧利用率向上制御を適用した場合の概略波形。

【図5】フルブリッジ回路方式の単位変換器。

【図6】本発明の他の実施例を示す図。

【図7】本発明のように他の実施例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0023】

本発明を実施するための形態を実施例として以下に図面を用いて説明する。

【実施例1】

【0024】

本発明を実施する第１の形態について説明する。

【0025】

実施例１では、従来技術によるＺＣ−ＭＭＣＣに比較して変圧器のアーム側の巻線の巻数を約１５％低減できることに特徴がある。

【0026】

また、実施例１では、直流端子の電圧に影響を与えることなく、各アームの出力電圧指令値に例えば３次高調波電圧を重畳させることによる電圧利用率向上制御（以下、電圧利用率向上制御と称する）が可能となる。

【0027】

以下、図１を用いて実施例１の全体構成を説明する。

【0028】

電力変換装置１０２は、変圧器１０３を介して電力系統１０１に連系している。

【0029】

また、電力変換装置１０２のＰ点とＮ点の間には直流装置１０９が接続されている。直流装置１０９は、抵抗器などの直流負荷、直流電源、もう１台の電力変換装置１０２などを代表して描いたものである。

【0030】

電力変換装置１０２は、変圧器１０３、６つのアーム１０７ＲＰ、ＳＰ、ＴＰ、ＲＮ、ＳＮ、ＴＮから構成されている。以下、変圧器１０３の構成を説明した後に、アーム１０７ＲＰ、ＳＰ、ＴＰ、ＲＮ、ＳＮ、ＴＮの構成、単位変換器１０８の構成を説明する。電力変換装置１０２の動作原理と変圧器１０３の鉄心に直流磁束が発生しない原理については後述する。

【0031】

変圧器１０３は鉄心１０４Ｒ、Ｓ、Ｔ、１次巻線１０５Ｒ、Ｓ、Ｔ、正側２次巻線１０６ＲＰ、ＳＰ、ＴＰ、負側２次巻線１０６ＲＮ、ＳＮ、ＴＮから構成されている。

【0032】

正側２次巻線１０６ＲＰ、ＳＰ、ＴＰはＹ結線されており、それぞれが鉄心１０４Ｒ、Ｓ、Ｔに巻回されている。

【0033】

負側２次巻線１０６ＲＮ、ＳＮ、ＴＮはＹ結線されており、それぞれが鉄心１０４Ｒ、Ｓ、Ｔに巻回されている。

【0034】

Ｙ結線された正側２次巻線１０６ＲＰ、ＳＰ、ＴＰの中性点と、Ｙ結線された負側２次巻線１０６ＲＮ、ＳＮ、ＴＮの中性点は、電気的に接続されており、図１では接続点をＭ点で図示している。

【0035】

また、正側２次巻線１０６ＲＰ、ＳＰ、ＴＰと負側２次巻線１０６ＲＮ、ＳＮ、ＴＮとは、相毎に互いに逆極性となるように磁気結合している。

【0036】

さらに、鉄心１０４Ｒ、Ｓ、Ｔには１次巻線１０５ＲＳ、ＳＴ、ＴＲが巻回されている。１次巻線１０５ＲＳ、ＳＴ、ＴＲはΔ結線され、電力系統１０１に接続している。

【0037】

このように、変圧器１０３の各鉄心１０４Ｒ、Ｓ、Ｔのそれぞれには、１次巻線１０５ＲＳ、ＳＴ、ＴＲ、正側２次巻線１０６ＲＰ、ＳＰ、ＴＰ、負側２次巻線１０６ＲＮ、ＳＮ、ＴＮの少なくとも３つの巻線が巻回されている。

【0038】

図１においては、１次巻線１０５ＲＳ、ＳＴ、ＴＲは正側２次巻線１０６ＲＰ、ＳＰ、ＴＰと同極性となるように磁気結合しているが、１次巻線１０５ＲＳ、ＳＴ、ＴＲが負側２次巻線１０６ＲＮ、ＳＮ、ＴＮと同極性となるように磁気結合させた場合も、同様の効果を得ることができる。

【0039】

以下、アーム１０７ＲＰ、ＳＰ、ＴＰ、ＲＮ、ＳＮ、ＴＮの接続を説明する。

【0040】

アーム１０７ＲＰ、ＳＰ、ＴＰの一端は、それぞれ正側２次巻線１０６ＲＰ、ＳＰ、ＴＰのＭ点とは逆側のＲＰ点、ＳＰ点、ＴＰ点に接続されている。また、アーム１０７ＲＰ、ＳＰ、ＴＰの他端はＹ結線されており、電力変換装置１０２のＰ点に接続されている。Ｐ点は電力変換装置１０２の直流端子の１つである。

【0041】

アーム１０７ＲＮ、ＳＮ、ＴＮの一端は、それぞれ負側２次巻線１０６ＲＮ、ＳＮ、ＴＮのＭ点とは逆側のＲＮ点、ＳＮ点、ＴＮ点に接続されている。また、アーム１０７ＲＮ、ＳＮ、ＴＮの他端はＹ結線されており、電力変換装置１０２のＮ点に接続されている。Ｎ点は電力変換装置１０２の直流端子の１つである。

【0042】

以下、図２を用いて単位変換器１０８の構成を説明する。なお、ｊ＝ＲＰ、ＲＮ、ＳＰ、ＳＮ、ＴＰ、ＴＮであり、アーム１０７内の単位変換器の個数をｎとすれば、ｋ＝１、２、…、ｎである。

【0043】

単位変換器１０８は、スイッチング素子（ハイサイドスイッチング素子）２０１Ｈと環流ダイオード（ハイサイド環流ダイオード）２０２Ｈの並列体と、スイッチング素子（ローサイドスイッチング）素子２０１Ｌと環流ダイオード（ローサイド環流ダイオード）２０２Ｌの並列体との直列体と、コンデンサ２０３との並列体である。

【0044】

スイッチング素子（ハイサイドスイッチング素子）２０１Ｈと環流ダイオード（ハイサイド環流ダイオード）２０２Ｈの並列体と、スイッチング素子（ローサイドスイッチング素子）２０１Ｌと環流ダイオード（ローサイド環流ダイオード）２０２Ｌの並列体との接続点を、図２ではＸ点で示した。

【0045】

単位変換器１０８の出力電圧Ｖｊｋは、Ｘ点とコンデンサのＬ点との間の電圧であり、Ｖｊｋはスイッチング素子（ハイサイドスイッチング素子）２０１Ｈとスイッチング素子（ローサイドスイッチング素子）２０１Ｌのスイッチング状態によって制御できる。

【0046】

スイッチング素子（ハイサイドスイッチング素子）２０１がオン、スイッチング素子（ローサイドスイッチング素子）２０１Ｌがオフの場合、Ｖｊｋはコンデンサ２０３の電圧ＶＣｊｋと概ね等しくできる。本明細書ではこの状態を、単位変換器がオンしている、と称する。

【0047】

スイッチング素子（ハイサイドスイッチング素子）２０１がオフ、スイッチング素子（ローサイドスイッチング素子）２０１Ｌがオンの場合、Ｖｊｋは概ね零と等しくできる。本明細書ではこの状態を、単位変換器がオフしている、と称する。

【0048】

スイッチング素子（ハイサイドスイッチング素子）２０１と、スイッチング素子（ローサイドスイッチング素子）２０１Ｌが共にオンの場合、コンデンサ２０３が短絡されてしまうため、このような動作は禁止する。

【0049】

スイッチング素子（ハイサイドスイッチング素子）２０１と、スイッチング素子（ローサイドスイッチング素子）２０１Ｌが共にオフの場合、Ｖｊｋは電流Ｉｊの極性に依存する。Ｉｊ＞０の場合、Ｖｊｋは概ね零に等しい。また。Ｉｊ＜０の場合、Ｖｊｋはコンデンサ電圧ＶＣｊｋに概ね等しい。

【0050】

１つのアーム１０７ｊ（ｊ＝ＲＰ、ＲＮ、ＳＰ、ＳＮ、ＴＰ、ＴＮ）にｎ個の単位変換器１０８が含まれている場合、すべての単位変換器１０８のコンデンサ２０３の電圧ＶＣｊｋ（ｋ＝１、２、…、ｎ）がすべて等しくＶＣであると近似すれば、アームの出力電圧Ｖｊは零からｎＶＣまでのｎレベルの任意の波形に制御できる。

【0051】

以下、図３を用いて電力変換装置１０２の動作原理を説明する。図３は電力変換装置１０２が整流器運転（電力系統１０１から直流装置１０９に電力伝送）を行っている場合の概略動作波形である。

【0052】

図３では、１次巻線１０５、正側２次巻線１０６、負側２次巻線１０６の巻数比を、例として、ａ：１：１とした。

【0053】

ＶＧＲＳ、ＶＧＳＴ、ＶＧＴＲは電力系統１０１の線間電圧、ＩＲＳ、ＩＳＴ、ＩＴＲは１次巻線１０５ＲＳ、ＳＴ、ＴＲに流れる電流、ＶＤＣ、ＩＤＣはそれぞれ直流端子（Ｐ点とＮ点）の電圧、電流である。

【0054】

まず、各アーム１０７の出力電圧波形を以下で説明し、その後、これによって交流−直流変換が可能となることを説明する。

【0055】

アーム１０７ＲＰ、ＳＰ、ＴＰの電圧ＶＲＰ、ＶＳＰ、ＶＴＰの指令値ＶＲＰ^*、ＶＳＰ、ＶＴＰ^*として、交流成分が電力系統１０１の線間電圧ＶＧＲＳ、ＶＧＳＴ、ＶＧＴＲの１／ａ倍の振幅を有し、かつ、π＋φ［ＲＰｄ］だけ位相の遅れた電圧であり、かつ、直流成分が、それぞれＶＤＣＲ^*／２、ＶＤＣＳ^*／２、ＶＤＣＴ^*／２であるような電圧指令値を与える。ただし、ａは変圧器の巻数比である。

【0056】

アーム１０７ＲＮ、ＳＮ、ＴＮの電圧ＶＲＮ、ＶＳＮ、ＶＴＮの指令値ＶＲＮ^*、ＶＳＮ^*、ＶＴＮ^*として、交流成分が電力系統１０１の線間電圧ＶＧＲＳ、ＶＧＳＴ、ＶＧＴＲの１／ａ倍の振幅を有し、かつ、φ［ＲＰｄ］だけ位相の遅れた電圧であり、かつ、直流成分が、それぞれＶＤＣＲ^*／２、ＶＤＣＳ^*／２、ＶＤＣＴ^*／２であるような電圧指令値を与える。ただし、ａは変圧器の巻数比である。

【0057】

本明細書では、ＶＲＰ、ＶＳＰ、ＶＴＰ、ＶＲＮ、ＶＳＮ、ＶＴＮをアーム電圧、ＶＲＰ^*、ＶＳＰ^*、ＶＴＰ^*、ＶＲＮ^*、ＶＳＮ^*、ＶＴＮ^*をアーム電圧指令値と称する。

【0058】

なお、ＶＤＣＲ^*、ＶＤＣＳ^*、ＶＤＣＴ^*は、電力変換装置１０２が直流装置１０９に直流電力を供給するために必要な直流電圧成分であるが、詳細については後述する。

【0059】

各アーム１０７ＲＰ、ＳＰ、ＴＰは、ｎ個の単位変換器１０８の直列体であるため、オンしている単位変換器１０８の数を制御することによって、コンデンサ２０３の電圧ＶＣをステップとするＶＲＰ^*、ＶＳＰ^*、ＶＴＰ^*に最も近いアーム電圧ＶＲＰ、ＶＳＰ、ＶＴＰを出力可能である。

【0060】

同様に、各アーム１０７ＲＮ、ＳＮ、ＴＮは、ｎ個の単位変換器１０８の直列体であるため、オンしている単位変換器１０８の数を制御することによって、コンデンサ２０３の電圧ＶＣをステップとするアーム電圧指令値ＶＲＮ^*、ＶＳＮ^*、ＶＴＮ^*に最も近いアーム電圧ＶＲＮ、ＶＳＮ、ＶＴＮを出力可能である。

【0061】

以下、各アーム１０７が上記の電圧を出力した場合に交流−直流電力変換が可能であることを説明する。

【0062】

まず、電力変換装置１０２が電力系統１０１から有効電力を受電できる原理を説明する。

【0063】

各アーム１０７ＲＰ、ＳＰ、ＴＰ、ＲＮ、ＳＮ、ＴＮの出力電圧ＶＲＰ、ＶＳＰ、ＶＴＰ、ＶＲＮ、ＶＳＮ、ＶＴＮに含まれる直流成分は、ＶＤＣと概ね相殺されるため、変圧器の正側２次巻線１０６ＲＰ、ＳＰ、ＴＰ、変圧器の負側２次巻線１０６ＲＮ、ＳＮ、ＴＮには、ＶＲＰ、ＶＳＰ、ＶＴＰ、ＶＲＮ、ＶＳＮ、ＶＴＮの交流成分のみが印加される。

【0064】

電力系統１０１が正側２次巻線１０６ＲＰ、ＳＰ、ＴＰに誘起する電圧、すなわちＶＧＲＳＰ、ＶＧＳＴＰ、ＶＧＴＲＰと、ＶＲＰ、ＶＳＰ、ＶＴＰの交流成分の和が変圧器１０３の１次巻線１０５ＲＳ、ＳＴ、ＴＲと正側２次巻線１０６ＲＰ、ＳＰ、ＴＰの漏れインダクタンスに印加される。

【0065】

ＶＧＲＳＰ、ＶＧＳＴＰ、ＶＧＴＲＰと、ＶＲＰ、ＶＳＰ、ＶＴＰの交流成分とは、概ね同振幅でπ＋φの位相差がある。この場合、前記漏れインダクタンスに印加される電圧は、電力系統１０１の電圧ＶＧＲＳ、ＶＧＳＴ、ＶＧＴＲよりも位相が概ね９０度進んだ電圧となる。したがって、前記漏れインダクタンスに流れる電流、すなわちアーム１０７ＲＰ、ＳＰ、ＴＰに流れる電流ＩＲＰ、ＩＳＰ、ＩＴＰの交流成分は、電力系統１０１の電圧ＶＧＲＳ、ＶＧＳＴ、ＶＧＴＲと概ね同位相になる。

【0066】

同様に、電力系統１０１が負側２次巻線１０６ＲＮ、ＳＮ、ＴＮに誘起する電圧、すなわちＶＧＲＳＰ、ＶＧＳＴＰ、ＶＧＴＲＰと、ＶＲＮ、ＶＳＮ、ＶＴＮの交流成分の差が変圧器１０３の１次巻線１０５ＲＳ、ＳＴ、ＴＲと負側２次巻線１０６ＲＮ、ＳＮ、ＴＮの漏れインダクタンスに印加される。

【0067】

ＶＧＲＳＰ、ＶＧＳＴＰ、ＶＧＴＲＰと、ＶＲＮ、ＶＳＮ、ＶＴＰの交流成分とは、概ね同振幅でφの位相差がある。この場合、前記漏れインダクタンスに印加される電圧は、電力系統１０１の電圧ＶＧＲＳ、ＶＧＳＴ、ＶＧＴＲよりも位相が概ね９０度遅れた電圧となる。したがって、前記漏れインダクタンスに流れる電流、すなわちアーム１０７ＲＮ、ＳＮ、ＴＮに流れる電流ＩＲＮ、ＩＳＮ、ＩＴＮの交流成分は、電力系統１０１の電圧ＶＧＲＳ、ＶＧＳＴ、ＶＧＴＲと概ね逆位相になる。

【0068】

変圧器１０３の励磁インダクタンスを無限大と近似すれば、１次巻線１０５ＲＳ、ＳＴ、ＴＲの流れる電流ＩＲＳ、ＩＳＴ、ＩＴＲは、（１）〜（３）式を満足するため、ＩＲＳ、ＩＳＴ、ＩＴＲは電力系統１０１の電圧ＶＧＲＳ、ＶＧＳＴ、ＶＧＴＲと概ね同位相になる。
〔数１〕
ＩＲＳ＝ａ（ＩＲＰ−ＩＲＮ） …（１）
〔数２〕
ＩＳＴ＝ａ（ＩＳＰ−ＩＳＮ） …（２）
〔数３〕
ＩＴＲ＝ａ（ＩＴＰ−ＩＴＮ） …（３）

【0069】

したがって、電力変換装置１０２は、電力系統１０１から有効電力を受電できる。

【0070】

有効電力を増加させる場合、例えば位相差φを増加させるように各アーム１０７の電圧を制御すればよい。また、電力変換装置１０２が電力系統１０１に有効電力を回生するように制御する場合、φを負の値となるように各アーム１０７の電圧を制御すればよい。

【0071】

なお、アーム１０７ＲＰ、ＲＮを流れる電流ＩＲＰ、ＩＲＮは直流成分ＩＺＲを含有しており、アーム１０７ＳＰ、ＳＮを流れる電流ＩＳＰ、ＩＳＮは直流成分ＩＺＳを含有しており、アーム１０７ＴＰ、ＴＮを流れる電流ＩＴＰ、ＩＴＮは直流成分ＩＺＴを含有しているが、（１）〜（３）式によって各直流成分は相殺され、１次巻線１０５ＲＳ、ＳＴ、ＴＲには流れない。

【0072】

以下、電力変換装置１０２が直流装置１０９に直流電力を供給できる原理を説明する。
変圧器の漏れインダクタンスが各相で等しいと近似すれば、Ｐ点とＮ点の間の電圧ＶＤＣは（４）〜（７）式を満足する。
〔数４〕
ＶＤＣ＝（ＶＤＣＲ＋ＶＤＣＳ＋ＶＤＣＴ）／３ …（４）
〔数５〕
ＶＤＣＲ＝（ＶＲＰ＋ＶＲＮ）／２ …（５）
〔数６〕
ＶＤＣＳ＝（ＶＳＰ＋ＶＳＮ）／２ …（６）
〔数７〕
ＶＤＣＴ＝（ＶＴＰ＋ＶＴＮ）／２ …（７）

【0073】

直流装置１０９には電圧ＶＤＣが印加される。直流装置１０９に電流ＩＤＣが流れた場合、直流装置１０９はＰＤＣ＝ＶＤＣ・ＩＤＣの電力を電力変換装置１０２から受電する。すなわち、電力変換装置１０２は直流装置１０９に直流電力を供給できる。

【0074】

なお、ＩＤＣは、各アーム１０７ＲＰ、ＲＮ、ＳＰ、ＳＮ、ＴＰ、ＴＮに流れる電流からＩＲＰ、ＩＲＮ、ＩＳＰ、ＩＳＮ、ＩＴＰ、ＩＴＮから、（８）〜（１１）式で表わされる。
〔数８〕
ＩＤＣ＝ＩＺＲ＋ＩＺＳ＋ＩＺＴ …（８）
〔数９〕
ＩＺＲ＝（ＩＲＰ＋ＩＲＮ）／２ …（９）
〔数１０〕
ＩＺＳ＝（ＩＳＰ＋ＩＳＮ）／２ …（１０）
〔数１１〕
ＩＺＴ＝（ＩＴＰ＋ＩＴＮ）／２ …（１１）

【0075】

ＩＤＣが負となるようにＶＤＣを制御すれば、電力変換装置１０２は、直流装置１０９から直流電力を受電できる。

【0076】

本明細書では、ＩＺＲ、ＩＺＳ、ＩＺＴを貫通電流と称する。なお、貫通電流ＩＺＲ、ＩＺＳ、ＩＺＴは必ずしも等しい値でなくてもよい。

【0077】

以上より、電力変換装置１０２は、電力系統１０１より交流の有効電力を受電し、同時に、直流装置１０９に直流電力を供給できることが分かる。

【0078】

また、例えば位相差φを制御することによって電力系統１０１と授受する交流の有効電力を制御でき、また、ＶＤＣを介してＩＤＣを制御することにより、直流装置１０９と授受する直流電力を制御できる。

【0079】

電力変換装置１０２が電力系統１０１から受電する有効電力と、電力変換装置１０２が直流装置１０９に供給する直流電力が等しい場合、電力変換装置１０２自身が受電する平均電力は概ね零となるため、各単位変換器１０８のコンデンサ２０３の電圧を概ね一定値に維持できる。

【0080】

以下、変圧器１０３の鉄心１０４Ｒ、Ｓ、Ｔに直流磁束が発生しない原理について説明する。

【0081】

前述のように、正側２次巻線１０６ＲＰ、ＳＰ、ＴＰと、負側２次巻線１０６ＲＮ、ＳＮ、ＴＮには、直流電流ＩＺＲ、ＩＺＳ、ＩＺＴが流れる。

【0082】

しかし、正側２次巻線１０６ＲＰ、ＳＰ、ＴＰと負側２次巻線１０６ＲＮ、ＳＮ、ＴＮは相毎に逆極性で磁気結合しているため、鉄心１０４Ｒ、Ｓ、Ｔに対して、正側２次巻線１０６ＲＰ、ＳＰ、ＴＰが発生する直流起磁力と、負側２次巻線１０６ＲＮ、ＳＮ、ＴＮが発生する直流起磁力は相殺する。

【0083】

したがって、鉄心１０４Ｒ、Ｓ、Ｔには直流磁束が発生しない。

【0084】

鉄心１０４Ｒ、Ｓ、Ｔに発生する磁束は交流成分のみであるため、鉄心１０４Ｒ、Ｓ、Ｔに使用される鉄心材料のＢ−Ｈカーブの原点を中心とするように磁束の動作点を設計できる。

【0085】

なお、図１では鉄心１０４Ｒ、Ｓ、Ｔを個別の鉄心として描いているが、鉄心１０４Ｒ、Ｓ、Ｔを３つの脚とする三相３脚鉄心にしても、本実施例と同様の効果が得られる。また、鉄心１０４Ｒ、Ｓ、Ｔにさらに１つまたは複数の鉄心を加えた４脚鉄心以上の鉄心を用いた三相他脚鉄心としても同様の効果を得られる。

【0086】

このため、正側２次巻線１０６ＲＰ、ＳＰ、ＴＰと負側２次巻線１０６ＲＮ、ＳＮ、ＴＮに直流電流が流れるとしても、鉄心１０４Ｒ、Ｓ、Ｔの断面積は、前記直流電流が流れない場合と概ね同様に設計できる。

【0087】

以下、図４を用いて、アーム電圧指令ＶＲＰ^*、ＶＲＮ^*、ＶＳＰ^*、ＶＳＮ^*、ＶＴＰ^*、ＶＴＮ^*に、例えば３次高調波成分を重畳させることにより、電圧利用率向上制御を行った場合の波形を示す。

【0088】

ＶＲＰ^*、ＶＲＮ^*、ＶＳＰ^*、ＶＳＮ^*、ＶＴＰ^*、ＶＴＮ^*に、例えば３次高調波成分を重畳させた場合、ＶＲＰ^*、ＶＲＮ^*、ＶＳＰ^*、ＶＳＮ^*、ＶＴＰ^*、ＶＴＮ^*の交流成分の最大値を低減することが可能である。

【0089】

ＶＲＰ^*とＶＲＮ^*の交流基本波成分は概ね逆位相であり、３次高調波成分も逆位相となる。したがって、ＶＤＣＲ＝ＶＲＰ＋ＶＲＮには３次高調波成分は現れない。

【0090】

また、ＶＳＰ^*とＶＳＮ^*の交流基本波成分は概ね逆位相であり、３次高調波成分も逆位相となる。したがって、ＶＤＣＳ＝ＶＳＰ＋ＶＳＮには３次高調波成分は現れない。

【0091】

同様に、ＶＴＰ^*とＶＴＮ^*の交流基本波成分は概ね逆位相であり、３次高調波成分も逆位相となる。したがって、ＶＤＣＴ＝ＶＴＰ＋ＶＴＮには３次高調波成分は現れない。

【0092】

以上より、ＶＤＣＲ、ＶＤＣＳ、ＶＤＣＴのいずれにも３次高調波成分が現れないため、（４）式に示したＶＤＣにも３次高調波電圧は現れない。

【0093】

したがって、本発明によれば、ＶＤＣに影響を与えることなく、電圧利用率向上制御が可能となるという効果を得られる。

【0094】

なお、本実施例では単位変換器１０８を双方向チョッパ回路としたが、コンデンサやバッテリ等のエネルギー貯蔵素子を備え、少なくとも２端子の回路で、かつ、前記２端子間に正または零の電圧を出力できる回路であれば、本実施例と同様の効果を得られる。

【0095】

また、本実施例では１次巻線１０５ＲＳ、ＳＴ、ＴＲをΔ結線しているが、これをＹ結線した場合にも、本実施例と同様の効果を得られる。

【0096】

さらに、本実施例では１次巻線１０５ＲＳ、ＳＴ、ＴＲに電力系統１０１を接続しているが、電力系統１０１に代えて、風力発電装置、太陽光発電装置など発電装置を接続しても同様の効果を得られる。また、電力系統１０１に代えて電動機などの負荷装置を接続しても同様の効果を得られる。

【実施例2】

【0097】

本発明を実施する第２の形態について説明する。

【0098】

実施例２は、実施例１における双方向チョッパ回路方式の単位変換器１０８に代えて、図５に示すフルブリッジ回路方式の単位変換器５０１を用いる構成である。

【0099】

実施例２では、実施例１で得られる効果に加えて、直流装置１０９に印加する電圧ＶＤＣの極性を逆転できるという効果を得られる。

【0100】

以下、ＶＤＣの極性を反転できる原理について、図３を用いて説明する。

【0101】

アーム電圧指令値ＶＲＰ^*、ＶＲＮ^*、ＶＳＰ^*、ＶＳＮ^*、ＶＴＰ^*、ＶＴＮ^*の交流成分を変化させることなく、直流成分を減少させると、ＶＲＰ^*、ＶＲＮ^*、ＶＳＰ^*、ＶＳＮ^*、ＶＴＰ^*、ＶＴＮ^*が零を下回り、各アームが負の電圧を出力しなければならない状態が発生する。

【0102】

実施例１のように、単位変換器１０８が双方向チョッパ回路方式（図２）である場合、アーム電圧ＶＲＰ、ＶＲＮ、ＶＳＰ、ＶＳＮ、ＶＴＰ、ＶＴＮの極性として、正または零のみが可能である。したがって、アーム電圧指令値ＶＲＰ^*、ＶＲＮ^*、ＶＳＰ^*、ＶＳＮ^*、ＶＴＰ^*、ＶＴＮ^*が負になった場合、電力変換装置１０２を適切に制御できない。

【0103】

一方で、本実施例のように単位変換器１０８に代えてフルブリッジ回路方式の単位変換器５０１を用いることによって、アーム電圧ＶＲＰ、ＶＲＮ、ＶＳＰ、ＶＳＮ、ＶＴＰ、ＶＴＮの極性として、正、負、または零が可能である。

【0104】

この場合、アーム電圧指令値ＶＲＰ^*、ＶＲＮ^*、ＶＳＰ^*、ＶＳＮ^*、ＶＴＰ^*、ＶＴＮ^*の交流成分を変化させることなく、直流成分を減少させて零にすることも、負にすることも可能となるという効果を得られる。

【0105】

以下、フルブリッジ回路方式の単位変換器５０１の構成と、スイッチング素子２０１ＸＨ、ＸＬ、ＹＨ、ＹＬのスイッチング状態によって出力電圧Ｖｊｋを制御可能となる原理を説明する。

【0106】

フルブリッジ回路方式の単位変換器５０１は、スイッチング素子（Ｘ相ハイサイドスイッチング素子）２０１ＸＨと環流ダイオード（Ｘ相ハイサイド環流ダイオード）２０２ＸＨの並列体とスイッチング素子（Ｘ相ローサイドスイッチング素子）２０１ＸＬと環流ダイオード（Ｘ相ローサイド環流ダイオード）２０２ＸＬの並列体との直列体と、スイッチング素子（Ｙ相ハイサイドスイッチング素子）２０１ＹＨと環流ダイオード（Ｙ相ハイサイド環流ダイオード）２０２ＹＨの並列体とスイッチング素子（Ｙ相ローサイドスイッチング素子）２０１ＹＬと環流ダイオード（Ｙ相ローサイド環流ダイオード）２０２ＸＬの並列体との直列体と、コンデンサ２０３との並列体である。

【0107】

スイッチング素子（Ｘ相ハイサイドスイッチング素子）２０１ＸＨと環流ダイオード（Ｘ相ハイサイド環流ダイオード）２０２ＸＨの並列体とスイッチング素子（Ｘ相ローサイドスイッチング素子）２０１ＸＬと環流ダイオード（Ｘ相ローサイド環流ダイオード）２０２ＸＬの並列体との直列接続点をＸ点と称する。

【0108】

スイッチング素子（Ｙ相ハイサイドスイッチング素子）２０１ＹＨと環流ダイオード（Ｙ相ハイサイド環流ダイオード）２０２ＹＨの並列体とスイッチング素子（Ｙ相ローサイドスイッチング素子）２０１ＹＬと環流ダイオード（Ｙ相ローサイド環流ダイオード）２０２ＸＬの並列体との直列接続点をＹ点と称する。

【0109】

Ｘ点とＹ点の間の電圧Ｖｊｋ（ｊ＝ＲＰ、ＲＮ、ＳＰ、ＳＮ、ＴＰ、ＴＮ、ｋ＝１、２、…、ｎ）を単位変換器５０１の出力電圧とする。

【0110】

以下、スイッチング素子２０１ＸＨ、ＸＬ、ＹＨ、ＹＬのスイッチング状態とＶｊｋの関係を説明する。

【0111】

スイッチング素子（Ｘ相ハイサイドスイッチング素子）２０１ＸＨがオン、スイッチング素子（Ｘ相ローサイドスイッチング素子）２０１ＸＬがオフ、スイッチング素子（Ｙ相ハイサイドスイッチング素子）２０１ＹＨがオン、スイッチング素子（Ｙ相ローサイドスイッチング素子）２０１ＹＬがオフの場合、Ｖｊｋは概ね零となる。

【0112】

スイッチング素子（Ｘ相ハイサイドスイッチング素子）２０１ＸＨがオン、スイッチング素子（Ｘ相ローサイドスイッチング素子）２０１ＸＬがオフ、スイッチング素子（Ｙ相ハイサイドスイッチング素子）２０１ＹＨがオフ、スイッチング素子（Ｙ相ローサイドスイッチング素子）２０１ＹＬがオンの場合、Ｖｊｋはコンデンサ２０３の電圧ＶＣｊｋと概ね等しくなる。

【0113】

スイッチング素子（Ｘ相ハイサイドスイッチング素子）２０１ＸＨがオフ、スイッチング素子（Ｘ相ローサイドスイッチング素子）２０１ＸＬがオン、スイッチング素子（Ｙ相ハイサイドスイッチング素子）２０１ＹＨがオン、スイッチング素子（Ｙ相ローサイドスイッチング素子）２０１ＹＬがオフの場合、Ｖｊｋはコンデンサ２０３の電圧ＶＣｊｋと逆極性の電圧、すなわち−ＶＣｊｋと概ね等しくなる。

【0114】

スイッチング素子（Ｘ相ハイサイドスイッチング素子）２０１ＸＨがオフ、スイッチング素子（Ｘ相ローサイドスイッチング素子）２０１ＸＬがオン、スイッチング素子（Ｙ相ハイサイドスイッチング素子）２０１ＹＨがオフ、スイッチング素子（Ｙ相ローサイドスイッチング素子）２０１ＹＬがオンの場合、Ｖｊｋは概ね零となる。

【0115】

スイッチング素子（Ｘ相ハイサイドスイッチング素子）２０１ＸＨとスイッチング素子（Ｘ相ローサイドスイッチング素子）２０１ＸＬがともにオンになると、コンデンサ２０３を短絡してしまうため、このような動作を禁止する。

【0116】

同様に、スイッチング素子（Ｙ相ハイサイドスイッチング素子）２０１ＹＨとスイッチング素子（Ｙ相ローサイドスイッチング素子）２０１ＹＬがともにオンになると、コンデンサ２０３を短絡してしまうため、このような動作を禁止する。

【0117】

以上より、スイッチング素子２０１ＸＨ、ＸＬ、ＹＨ、ＹＬのスイッチング状態を制御することで、Ｖｊｋを正、零、または負に制御できる。

【0118】

アーム１０７ＲＰ、ＲＮ、ＳＰ、ＳＮ、ＴＰ、ＴＮは１つまたは複数の単位変換器５０１の直列体である。したがって、アーム電圧ＶＲＰ、ＶＲＮ、ＶＳＰ、ＶＳＮ、ＶＴＰ、ＶＴＮも正、零、または負に制御できる。

【0119】

なお、本実施例では単位変換器１０８をフルブリッジ回路としたが、コンデンサやバッテリ等のエネルギー貯蔵素子を備え、少なくとも２端子の回路で、かつ、前記２端子間に正、零、または零の電圧を出力できる回路であれば、本実施例と同様の効果を得られる。

【0120】

また、本実施例では１次巻線１０５ＲＳ、ＳＴ、ＴＲをΔ結線しているが、これをＹ結線した場合にも、本実施例と同様の効果を得られる。

【実施例3】

【0121】

本発明を実施する第３の形態について説明する。

【0122】

実施例１においては、電力変換装置１０２は三相の電力系統１０１に接続していたが、実施例３では、単相の電力系統に接続できる電力変換装置の構成を示す。

【0123】

以下、図６を用いて実施例３の構成を説明する。

【0124】

電力変換装置６０２は単相電力系統６０１に接続している。

【0125】

実施例１の電力変換装置１０２に対する実施例３の電力変換装置６０２の構成の相違点は、Ｓ相、Ｔ相に属する鉄心１０４Ｓ、１０４Ｔ、１次巻線１０５ＳＴ、ＴＲ、正側２次巻線１０６ＳＰ、ＳＮ、ＴＰ、ＴＮ、アーム１０７ＳＰ、ＳＮ、ＴＰ、ＴＮを取り去り、Ｐ点とＭ点の間にコンデンサ６０３Ｐ、Ｍ点とＮ点の間にコンデンサ６０３Ｎを接続した点である。

【0126】

コンデンサ６０３Ｐ、Ｎは、Ｐ点とＮ点の間の電圧ＶＤＣを１／２ずつ分圧する働きをする。

【0127】

以下、電力変換装置６０２の動作原理を説明する。

【0128】

実施例１の電力変換装置１０２に対する実施例３の電力変換装置６０２の動作原理の相違点は、電流ＩＲＰ、ＩＲＮに含まれる貫通電流ＩＺＲが、直流装置１０９に流れる電流ＩＤＣと等しいという点であるが、それ以外の点で、電力変換装置６０２は、実施例１の電力変換装置１０２と概ね同様の原理で動作できる。

【0129】

なお、実施例３においても、双方向チョッパ回路方式の単位変換器１０８に代えて、フルブリッジ回路方式の単位変換器５０１を用いることができ、この場合、実施例２と同様に、ＶＤＣを正、零または負に制御できるという効果が得られる。

【0130】

さらに、単相電力系統６０１に代えて、風力発電装置、太陽光発電装置など発電装置を接続しても同様の効果を得られる。また、電力系統６０１に代えて電動機などの負荷装置を接続しても同様の効果を得られる。

【実施例4】

【0131】

本発明を実施する第４の形態について説明する。

【0132】

実施例１においては、電力変換装置１０２は三相の電力系統１０１に接続していたが、実施例４では、単相の電力系統に接続できる電力変換装置の構成を示す。また、実施例４では、実施例３で必要であったコンデンサ６０３Ｐ、Ｎを不要にできる。

【0133】

また、単相電力系統６０１に代えて、単相電源、単相負荷、風力発電システム、太陽光発電システムなどを接続することができる。

【0134】

以下、図７を用いて実施例４の構成を説明する。

【0135】

電力変換装置７０１は電力系統（単相電力系統）６０１に接続している。

【0136】

実施例１の電力変換装置１０２に対する実施例３の電力変換装置６０２の構成の相違点は、Ｔ相に属する鉄心１０４Ｔ、１次巻線１０５ＴＲ、正側２次巻線ＴＰ、ＴＮ、アーム１０７ＴＰ、ＴＮを取り去り、１次巻線１０５ＲＳと１０５ＳＴを単相電力系統６０１に、逆極性となるように並列接続したものである。このため、図７においては、ＶＧＳＴ＝−ＶＧＲＳとなる。

【0137】

以下、電力変換装置７０１の動作原理を説明する。

【0138】

実施例１の電力変換装置１０２に対する実施例４の電力変換装置７０１の動作原理の相違点は、電流ＩＲＰ、ＩＲＮに含まれる貫通電流ＩＺＲと、電流ＩＳＰ、ＩＳＮに含まれる貫通電流ＩＺＳの和が、直流装置１０９に流れる電流ＩＤＣと等しいという点であるが、それ以外の点で、電力変換装置７０１は、実施例１の電力変換装置１０２と概ね同様の原理で動作できる。

【0139】

なお、実施例４においても、双方向チョッパ回路方式の単位変換器１０８に代えて、フルブリッジ回路方式の単位変換器５０１を用いることができ、この場合、実施例２と同様に、ＶＤＣを正、零または負に制御できるという効果が得られる。

【0140】

さらに、実施例４においても、単相電力系統６０１に代えて、風力発電装置、太陽光発電装置など発電装置を接続しても同様の効果を得られる。また、電力系統６０１に代えて電動機などの負荷装置を接続しても同様の効果を得られる。

【符号の説明】

【0141】

１０１ 電力系統
１０２ 電力変換装置（本発明に基づく電力変換装置の第１の実施形態）
１０３ 変圧器
１０４Ｒ、１０４Ｓ、１０４Ｔ 鉄心
１０５ＲＳ、１０５ＳＴ、１０５ＴＲ １次巻線
１０６ＲＰ、１０６ＳＰ、１０６ＴＰ 正側２次巻線
１０６ＲＮ、１０６ＳＮ、１０６ＴＮ 負側２次巻線
１０７ＲＰ、１０７ＳＰ、１０７ＴＰ、１０７ＲＮ、１０７ＳＮ、１０７ＴＮ アーム
１０８ 単位変換器（双方向チョッパ回路方式の単位変換器）
１０９ 直流装置
２０１Ｈ、２０１Ｌ、２０１ＸＨ、２０１ＸＬ、２０１ＹＨ、２０１ＹＬ スイッチング素子
２０２Ｈ、２０２Ｌ、２０２ＸＨ、２０２ＸＬ、２０２ＹＨ、２０２ＹＬ 環流ダイオード
２０３、６０３Ｐ、Ｎ コンデンサ
５０１ 単位変換器（フルブリッジ回路方式の単位変換器）
６０１ 電力系統（単相電力系統）
６０２、７０１ 電力変換装置（本発明に基づく電力変換装置の第３の実施形態）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】