特許 6191830 電力変換システム

(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】6191830

(24)【登録日】2017年8月18日

(45)【発行日】2017年9月6日

(54)【発明の名称】電力変換システム

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/49 20070101AFI20170828BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20170828BHJP

【ＦＩ】

   H02M7/49

   H02M7/48 R

【請求項の数】36

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2014-525259(P2014-525259)

(86)(22)【出願日】2012年8月10日

(65)【公表番号】特表2014-522230(P2014-522230A)

(43)【公表日】2014年8月28日

(86)【国際出願番号】AU2012000964

(87)【国際公開番号】WO2013023248

(87)【国際公開日】20130221

【審査請求日】2015年7月28日

(31)【優先権主張番号】2011903228

(32)【優先日】2011年8月12日

(33)【優先権主張国】AU

(73)【特許権者】

【識別番号】514036807

【氏名又は名称】デイヴィス，ケヴィン スティーブン

(74)【代理人】

【識別番号】100091683

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼川 俊雄

(74)【代理人】

【識別番号】100179316

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 寛奈

(72)【発明者】

【氏名】デイヴィス，ケヴィン スティーブン

【審査官】 東 昌秋

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−８９２４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２６３７４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／００３９４１（ＷＯ，Ａ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ １／００−７／９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電力変換システムであって：
入力、出力、及び第１の蓄電デバイスをそれぞれ有し、直流電源と接続される複数のモジュールであって、複数の前記モジュールは、直列に接続され、
前記第１の蓄電デバイスは、前記直流電源に接続され、前記直流電源は、前記第１の蓄電デバイスを充電する、複数の前記モジュール；
最大モジュール電圧および最小モジュール電圧の間で、前記入力および前記出力の間に前記直流電源によって供給される電圧を変えるために、複数の前記モジュールの各々の内部に設けられる第１の電圧制御回路；
複数の前記モジュールの各々の前記第１の電圧制御回路と通信状態にある制御ユニット；
を更に備え、
前記制御ユニットは、１つまたは複数の前記モジュール内に設けられ、前記第１の蓄電デバイスにより前記入力および前記出力の両端に提供される電圧を制御するために、印加される前記電圧を増加または減少させるスイッチングレギュレータを制御するように構成され、
前記電力変換システムは、複数の前記モジュールに直列に接続される少なくとも１つの他のモジュールを備え、少なくとも１つの前記他のモジュールは、入力、出力、第２の蓄電デバイス、及び第２の電圧制御回路を有し、
前記第２の蓄電デバイスは、少なくとも１つの前記他のモジュールに直列に接続される複数の前記モジュール又は少なくとも１つの前記他のモジュールから供給される電圧で充電され、
前記第２の電圧制御回路は、前記入力および前記出力の間に前記第２の蓄電デバイスによって供給される電圧を変化させるように構成され、
前記制御ユニットは、電圧平滑化機能を提供するために、前記最大モジュール電圧以下の電圧が少なくとも１つの前記他のモジュールに供給されるように、前記第２の電圧制御回路を制御して前記第２の蓄電デバイスを充電するように構成され、直列接続されたモジュールの両端の全電圧が、正弦波の幹線信号を近似するように、交流信号または整流された形の交流信号を形成する、電力変換システム。

【請求項2】

前記制御ユニットは、幹線信号の相に関する情報を受信するために幹線電源と通信状態にあり、前記制御ユニットは、前記交流信号または前記整流された形の交流信号が前記幹線電源と同相になるように前記モジュールを制御する、請求項１に記載の電力変換システム。

【請求項3】

複数の前記モジュールの各々は、前記モジュールが前記電力変換システムに電力を供給していないときに、前記電源が蓄電デバイスを充電するよう前記電源に接続された１つまたは複数の前記蓄電デバイスを含む、請求項１または２に記載の電力変換システム。

【請求項4】

前記最小モジュール電圧は逆極性の前記最大モジュール電圧であり、前記制御ユニットは、前記モジュールにより供給される電圧を変えて、交流信号を形成する、請求項３に記載の電力変換システム。

【請求項5】

前記第１の電圧制御回路は、スイッチングデバイスが、前記蓄電デバイスを前記入力および前記出力の間に、第１の方向に接続して前記最大モジュール電圧を提供し、第２の逆方向に接続して前記最小モジュール電圧を提供するように動作可能であり、かつ前記蓄電デバイスをバイパスするように動作可能であるように接続された前記スイッチングデバイスを備える、請求項４に記載の電力変換システム。

【請求項6】

前記最小モジュール電圧は、前記蓄電デバイスがバイパスされたときの、前記モジュール両端の前記電圧であり、前記制御ユニットは、前記モジュールにより供給される前記電圧を変えて、整流された交流信号を形成する、請求項３に記載の電力変換システム。

【請求項7】

前記第１の電圧制御回路は、スイッチングデバイスが、前記蓄電デバイスを前記入力および前記出力の間に第１の方向に接続して、前記最大モジュール電圧を提供するように動作可能であり、かつ前記蓄電デバイスをバイパスして、前記入力および前記出力の間にゼロ電圧を提供するように動作可能であるように接続された前記スイッチングデバイスを備える、請求項６に記載の電力変換システム。

【請求項8】

前記制御ユニットは、得られる電圧が交流信号を形成するように、前記直列接続されたモジュールからの電圧を半サイクル毎に反転させる回路を含む、請求項６または７に記載の電力変換システム。

【請求項9】

前記スイッチングレギュレータは、フィルタに提供される前記第１の蓄電デバイスの電圧から、パルス幅変調された信号を生成するために提供されたスイッチングデバイスを備え、オンからオフへの時間は、前記スイッチングレギュレータの出力信号を増加させるために増大させられ、前記出力信号を減少させるために低減される、請求項１〜８のうちいずれか一項に記載の電力変換システム。

【請求項10】

前記入力および前記出力の両端に印加される前記電圧が前記モジュールに対する前記最大モジュール電圧に近いとき、前記スイッチングレギュレータがバイパスされる、請求項８または９に記載の電力変換システム。

【請求項11】

前記入力および前記出力の両端に印加される前記電圧がゼロ電圧に近いとき、前記スイッチングレギュレータはバイパスされる、請求項１０に記載の電力変換システム。

【請求項12】

１つまたは複数の前記モジュールが、直列に接続された第３および第４の蓄電デバイスを含み、前記モジュールが倍電圧機能を提供するように、前記電源は、前記第３および前記第４の蓄電デバイスの両端で交互に切り換えられる、請求項３〜１１のうちいずれか一項に記載の電力変換システム。

【請求項13】

前記他のモジュールそれぞれの前記第２の蓄電デバイスが、先行する前記他のモジュールより低いレベルに充電される、請求項１２に記載の電力変換システム。

【請求項14】

複数の前記モジュールの１つが：
入力および出力の間に並列に接続された第１のラインおよび第２のライン；ならびに
前記第１のライン内の第１および第２のスイッチングデバイス、ならびに前記第２のライン内の第３および第４のスイッチングデバイスであって、前記電源および前記第１の蓄電デバイスは、前記第１および前記第２のラインの両端に、前記第１および前記第２のスイッチングデバイスの間、ならびに前記第３および前記第４のスイッチングデバイスの間に接続されたスイッチングデバイス；
を備え、前記第１および前記第４のスイッチングデバイスをオンに切り換え、前記第２および前記第３のスイッチングデバイスをオフに切り換えることにより、前記第１の蓄電デバイスは前記入力および前記出力の両端に第１の極性で接続されるようになり、前記第１および前記第４のスイッチングデバイスをオフに切り換え、前記第２および前記第３のスイッチングデバイスをオンに切り換えることにより、前記第１の蓄電デバイスは前記入力および前記出力の両端に第２の逆極性で接続されるようになり、前記第１および前記第２のスイッチングデバイスをオンに切り換え、前記第３および前記第４のスイッチングデバイスをオフに切り換えることにより、前記入力および前記出力の間が直接接続されるようになる、
請求項４または５に記載の電力変換システム。

【請求項15】

前記モジュールはスイッチングデバイスを備え、前記スイッチングデバイスはそれぞれＭＯＳＦＥＴを備える、請求項５〜１４のうちいずれか一項に記載の電力変換システム。

【請求項16】

各レギュレータデバイスを提供して、前記電源の電圧を前記第１の蓄電デバイスの電圧に調和させるように、電源のうち１つまたは複数および関連する前記第１の蓄電デバイスの間に前記レギュレータデバイスが提供される、請求項３〜１５のうちいずれか一項に記載の電力変換システム。

【請求項17】

前記電源は、エネルギーを蓄積することができるデバイスを備え、前記電力変換システムは、前記電源内の充電レベルを検出し、かつ電荷を再分配して電源間の前記充電レベルを均衡させるように構成される、請求項１〜１６のうちいずれか一項に記載の電力変換システム。

【請求項18】

過剰な電荷を有するモジュールを順方向に切り換え、かつ充電レベルが不十分なモジュールを逆方向に切り換えることにより、前記充電レベルを均衡させる、請求項１７に記載の電力変換システム。

【請求項19】

前記システムは、ＥＭＩを低減するために、エンクロージャにより遮蔽され、前記エンクロージャの出力端子にコモンフィルタリングが提供される、請求項１〜１８のうちいずれか一項に記載の電力変換システム。

【請求項20】

電力変換システムによって、複数の直流電源からの電力を変換する方法であって：
複数のモジュールを提供するステップであって、複数の前記モジュールは、前記複数の直流電源に接続され、入力、出力、及び第１の蓄電デバイスをそれぞれ有し、直列に接続され、
前記第１の蓄電デバイスは、前記直流電源に接続され、前記直流電源に充電されるステップ；
制御ユニットから複数の前記モジュールの各々の前記入力および前記出力の両端に印加される電圧を、前記電圧が最大モジュール電圧および最小モジュール電圧の間で変えられるように制御するステップ；
前記制御ユニットから、１つまたは複数の前記モジュール内に設けられ、前記第１の蓄電デバイスにより前記入力および前記出力の両端に提供される電圧を制御するために、前記印加される電圧を、増加または減少させるようにスイッチングレギュレータを制御するステップ；及び
電圧制御回路を制御するステップであって、前記電力変換システムは、複数の前記モジュールに直列に接続される少なくとも１つの他のモジュールを備え、少なくとも１つの前記他のモジュールは、入力、出力、第２の蓄電デバイス、及び前記電圧制御回路を有し、前記第２の蓄電デバイスは、少なくとも１つの前記他のモジュールに直列に接続される複数の前記モジュール又は少なくとも１つの前記他のモジュールから供給される電圧で充電され、前記電圧制御回路は、前記第２の蓄電デバイスを充電するように構成され、前記入力および前記出力の間に前記第２の蓄電デバイスによって供給される電圧を変化させるように構成され、
前記制御ユニットから、電圧平滑化機能を提供するために、前記最大モジュール電圧以下の電圧が少なくとも１つの前記他のモジュールに供給されるように、前記電圧制御回路を制御するステップ；
を備え、直列接続されたモジュールの両端の全電圧が、正弦波の幹線信号を近似するように、交流信号または整流された形の交流信号を形成するように、前記直列接続されたモジュールの各々の前記入力および前記出力の両端の前記電圧が制御される方法。

【請求項21】

前記制御ユニットは、幹線信号の相に関する情報を受信するために幹線電源と通信状態にあり、前記交流信号または前記整流された形の交流信号が前記幹線電源と同相になるように前記モジュールを制御する、請求項２０に記載の方法。

【請求項22】

各電源は、前記モジュール内の少なくとも１つの蓄電デバイスに接続され、前記モジュールが前記電力変換システムに電力を供給していないときに、前記電源は前記蓄電デバイスを充電する、請求項２０または２１に記載の方法。

【請求項23】

前記最小モジュール電圧は逆極性の前記最大モジュール電圧であり、前記制御ユニットは、前記モジュールにより供給される電圧を変えて、交流信号を形成する、請求項２２に記載の方法。

【請求項24】

前記制御ユニットは、スイッチングデバイスを備え、前記制御ユニットは、前記スイッチングデバイスを動作させて、前記蓄電デバイスを前記入力および前記出力の間に、第１の方向に接続して前記最大モジュール電圧を提供し、第２の逆方向に接続して前記最小モジュール電圧を提供し、前記蓄電デバイスをバイパスして、前記入力および前記出力の間にゼロ電圧を提供する、請求項２３に記載の方法。

【請求項25】

前記最小モジュール電圧は、前記蓄電デバイスがバイパスされたときの、前記モジュール両端の前記電圧であり、前記制御ユニットは、前記モジュールにより供給される前記電圧を変えて、整流された交流信号を形成する、請求項２２に記載の方法。

【請求項26】

前記制御ユニットは、スイッチングデバイスを備え、前記制御ユニットは、前記スイッチングデバイスを動作させて、前記蓄電デバイスを前記入力および前記出力の間に、第１の方向に接続して前記最大モジュール電圧を提供し、前記蓄電デバイスをバイパスして前記入力および前記出力の間にゼロ電圧を提供する、請求項２５に記載の方法。

【請求項27】

前記制御ユニットは、得られる電圧が交流信号を形成するように、前記直列接続されたモジュールからの電圧を半サイクル毎に反転させる、請求項２５または２６に記載の方法。

【請求項28】

前記スイッチングレギュレータは、フィルタに提供される前記蓄電デバイスの電圧から、パルス幅変調された信号を生成し、オンからオフへの時間比を増大させて前記スイッチングレギュレータの出力信号を増加させるか、または前記オンからオフへの時間比を低減して前記出力信号を減少させる、請求項２７に記載の方法。

【請求項29】

前記入力および前記出力の両端に印加される前記電圧が前記モジュールに対する前記最大モジュール電圧に近いとき、前記スイッチングレギュレータはバイパスされる、請求項２７または２８に記載の方法。

【請求項30】

前記入力および前記出力の両端に印加される前記電圧がゼロ電圧に近いとき、前記スイッチングレギュレータはバイパスされる、請求項２９に記載の方法。

【請求項31】

１つまたは複数の前記モジュールが、直列に接続された第３および第４の蓄電デバイスを含み、前記モジュールが倍電圧機能を提供するように、前記電源は、前記第３および前記第４の蓄電デバイスの両端で交互に切り換えられる、請求項２０〜３０のうちいずれか一項に記載の方法。

【請求項32】

前記制御ユニットは、前記他のモジュールそれぞれの前記第２の蓄電デバイスを、先行する前記他のモジュールのレベルより低いレベルに充電する、請求項３１に記載の方法。

【請求項33】

前記電源のうち１つまたは複数および関連する前記第１の蓄電デバイスの間に提供されたレギュレータデバイスが、前記電源の電圧を前記第１の蓄電デバイス内の電圧に調和させる、請求項２２〜３２のいずれか一項に記載の方法。

【請求項34】

前記電源は、エネルギーを蓄積することができるデバイスを備え、前記電力変換システムは、前記電源内の充電レベルを検出し、電荷を再分配して電源間の前記充電レベルを均衡させる、請求項２０〜３３のうちいずれか一項に記載の方法。

【請求項35】

過剰な電荷を有するモジュールを順方向に切り換え、かつ充電レベルが不十分なモジュールを逆方向に切り換えることにより、前記充電レベルを均衡させる、請求項３４に記載の方法。

【請求項36】

ＥＭＩを低減するために、エンクロージャで前記システムを遮蔽するステップ、および前記エンクロージャの出力端子にコモンフィルタリングを提供するステップを含む、請求項２０〜３５のうちいずれか一項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、直流電源および交流電力の間で電力を変換するためのシステムおよび方法に関する。

【背景技術】

【0002】

直流電力および交流電力の間で変換が必要な適用分野がいくつか存在する。

【0003】

太陽光発電はこのような一例である。ソーラーパネルによる発電は、現在、いくつかのソーラーパネルを一緒に接続して、インバータに直流電力を供給するステップを備える。ソーラーパネルは一般に、発生させられた直流電圧が、必要な交流電圧より高くなるように直列に接続され、インバータが、この直流電圧を、必要な幹線電圧の交流電力に変換する。電池から交流電力に電力を変換するために、類似の配置が使用されてもよい。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明は、複数の直流電源および交流電力の間で電力を変換するためのシステムに関する。本システムは、より高い効率および融通性を提供する能力を含むいくつかの利点を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の一様態によれば、電力変換システムであって：
入力および出力をそれぞれ有する複数のモジュールであって、任意のモジュールの出力が後続のモジュールの入力に接続されるように直列に接続され、各モジュールが、モジュールに電力を供給する少なくとも１つの直流電源にそれぞれ接続された複数のモジュール；
入力および出力の間に最大モジュール電圧および最小モジュール電圧の間で供給される電圧を変えるために、モジュールの各々の内部に提供された電圧制御回路；
モジュールの各々の電圧制御回路と通信状態にある制御ユニット；
を備え、直列接続されたモジュールの両端の全電圧が、交流信号または整流された形の交流信号を形成するように、制御ユニットが、モジュールの各々の入力および出力の両端に供給される電圧を変える
電力変換システムが提供される。

【0006】

好ましくは、制御ユニットは、幹線信号の相に関する情報を受信するために幹線電源と通信状態にあり、制御ユニットは、交流信号または整流された交流信号が幹線電源と同相になるようにモジュールを制御する。

【0007】

好ましくは、モジュールの各々は、モジュールがシステムに電力を供給していないときに、電源が蓄電デバイスを充電するように電源に接続された１つまたは複数の蓄電デバイスを含む。

【0008】

一実施形態では、最小モジュール電圧は逆極性の最大モジュール電圧であり、制御ユニットは、モジュールにより供給される電圧を変えて、交流信号を形成する。好ましくは、電圧制御回路は、スイッチングデバイスが、蓄電デバイスを入力および出力の間に、第１の方向に接続して最大モジュール電圧を提供し、第２の逆方向に接続して最小モジュール電圧を提供するように動作可能であり、かつ蓄電デバイスをバイパスするように動作可能であるように接続されたスイッチングデバイスを備える。

【0009】

他の一実施形態では、最小モジュール電圧は、蓄電デバイスがバイパスされたときの、モジュール両端の電圧であり、制御ユニットは、モジュールにより供給される電圧を変えて、整流された交流信号を形成する。好ましくは、電圧制御回路は、スイッチングデバイスが、蓄電デバイスを入力および出力の間に第１の方向に接続して、最大モジュール電圧を提供するように動作可能であり、かつ蓄電デバイスをバイパスして、入力および出力の間にゼロ電圧を提供するように動作可能であるように接続されたスイッチングデバイスを備える。制御ユニットは、好ましくは、得られる電圧が交流信号を形成するように、直列接続されたモジュールからの電圧を半サイクル毎に反転させる回路を含む。

【0010】

好ましい一実施形態では、蓄電デバイスにより入力および出力の両端に提供される電圧を制御するために、印加される電圧を増加または減少させて、幹線信号をより厳密に近似するように、１つまたは複数のモジュール内にスイッチングレギュレータが蓄電デバイスに接続されて提供される。

【0011】

スイッチングレギュレータは、好ましくは、フィルタに提供される蓄電デバイスの電圧から、パルス幅変調された信号を生成するために提供されたスイッチングデバイスを備え、オンからオフへの時間は、出力信号を増加させるために増大させられる、または出力信号を減少させるために低減される。

【0012】

好ましくは、入力および出力の両端に印加される電圧がモジュールに対する最大電圧に近いとき、スイッチングレギュレータはバイパスされる。

【0013】

好ましくは、入力および出力の両端に印加される電圧がゼロ電圧に近いとき、スイッチングレギュレータはバイパスされる。

【0014】

１つまたは複数のモジュールが、直列に接続された第１および第２の蓄電デバイスを含んでもよく、モジュールが倍電圧機能を提供するように、電源が第１および第２の蓄電デバイスの両端で交互に切り換えられる。

【0015】

電圧平滑化機能を提供するために、電源の電圧以下の電圧に充電された蓄電デバイスを有する１つまたは複数の他のモジュールが提供されてもよい。好ましくは、他のモジュールそれぞれの蓄電デバイスが、先行する他のモジュールより低いレベルに充電される。

【0016】

一実施形態では、モジュールのうち１つが：
入力および出力の間に並列に接続された第１のラインおよび第２のライン；ならびに
第１のライン内の第１および第２のスイッチングデバイス、ならびに第２のライン内の第３および第４のスイッチングデバイスであって、電源および蓄電デバイスは、第１および第２のラインの両端に、第１および第２のスイッチングデバイスの間、ならびに第３および第４のスイッチングデバイスの間に接続されたスイッチングデバイス；
を備え、第１および第４のスイッチングデバイスをオンに切り換え、第２および第３のスイッチングデバイスをオフに切り換えることにより、蓄電デバイスは入力および出力の両端に第１の極性で接続されるようになり、第１および第４のスイッチングデバイスをオフに切り換え、第２および第３のスイッチングデバイスをオンに切り換えることにより、蓄電デバイスは入力および出力の両端に第２の逆極性で接続されるようになり、第１および第２のスイッチングデバイスをオンに切り換え、第３および第４のスイッチングデバイスをオフに切り換えることにより、入力および出力の間が直接接続されるようになる。

【0017】

スイッチングデバイスは、それぞれＭＯＳＦＥＴを備えてもよい。

【0018】

一実施形態では、各レギュレータデバイスを提供して、電源の電圧を蓄電デバイスの電圧に調和させるように、電源のうち１つまたは複数および関連する蓄電デバイスの間にレギュレータデバイスが提供される。

【0019】

一実施形態では、電源は、エネルギーを蓄積することができるデバイスを備え、システムは、電源内の充電レベルを検出し、かつ電荷を再分配して電源間の充電レベルを均衡させるように構成される。好ましくは、過剰な電荷を有するモジュールを順方向に切り換え、かつ充電レベルが不十分なモジュールを逆方向に切り換えることにより、充電レベルを均衡させる。

【0020】

一実施形態では、システムは、ＥＭＩを低減するために、エンクロージャにより遮蔽され、エンクロージャの出力端子にコモンフィルタリングが提供される。

【0021】

本発明の他の一様態によれば、電力を変換する方法であって：
入力および出力をそれぞれ有する複数のモジュールを提供するステップであって、任意のモジュールの出力が、後続のモジュールの入力に接続されるように、直列に接続され、各モジュールが、モジュールに電力を供給する少なくとも１つの電源に接続された複数のモジュールを制御するステップ；および
中央制御装置からモジュールの各々の入力および出力の両端に印加される電圧を、前記電圧が最大モジュール電圧および最小モジュール電圧の間で変えられるように制御するステップ；
を備え、直列接続されたモジュールの両端の全電圧が、交流信号または整流された形の交流信号を形成するように、モジュールの各々の入力および出力の両端の電圧が制御される
方法が提供される。

【0022】

好ましくは、制御ユニットは、幹線信号の相に関する情報を受信するために幹線電源と通信状態にあり、交流信号または整流された交流信号が幹線電源と同相になるようにモジュールを制御する。

【0023】

好ましくは、各電源は、モジュール内の少なくとも１つの蓄電デバイスに接続され、モジュールがシステムに電力を供給していないときに、電源が蓄電デバイスを充電する。

【0024】

一実施形態では、最小モジュール電圧は逆極性の最大モジュール電圧であり、制御ユニットは、モジュールにより供給される電圧を変えて、交流信号を形成する。好ましくは、電圧制御回路は、スイッチングデバイスを備え、制御ユニットは、スイッチングデバイスを動作させて、蓄電デバイスを入力および出力の間に、第１の方向に接続して最大モジュール電圧を提供し、第２の逆方向に接続して最小モジュール電圧を提供し、蓄電デバイスをバイパスして、入力および出力の間にゼロ電圧を提供する。

【0025】

他の一実施形態では、最小モジュール電圧は、蓄電デバイスがバイパスされたときの、モジュール両端の電圧であり、制御ユニットは、モジュールにより供給される電圧を変えて、整流された交流信号を形成する。好ましくは、電圧制御回路は、スイッチングデバイスを備え、制御ユニットは、スイッチングデバイスを動作させて、蓄電デバイスを入力および出力の間に、第１の方向に接続して最大モジュール電圧を提供し、蓄電デバイスをバイパスして入力および出力の間にゼロ電圧を提供する。好ましくは、制御ユニットは、得られる電圧が交流信号を形成するように、直列接続されたモジュールからの電圧を半サイクル毎に反転させる。

【0026】

好ましい一実施形態では、各モジュール内にスイッチングレギュレータが蓄電デバイスに接続されて提供され、スイッチングレギュレータは、印加される電圧を増加または減少させて、幹線信号をより厳密に近似するように、蓄電デバイスによりモジュールの入力および出力の両端に提供される電圧を制御する。

【0027】

スイッチングレギュレータは、好ましくは、フィルタに提供される蓄電デバイスの電圧から、パルス幅変調された信号を生成し、オンからオフへの時間比を増大させて出力信号を増加させる、またはオンからオフへの時間比を低減して出力信号を減少させる。

【0028】

好ましくは、入力および出力の両端に印加される電圧がモジュールに対する最大電圧に近いとき、スイッチングレギュレータはバイパスされる。好ましくは、入力および出力の両端に印加される電圧がゼロ電圧に近いとき、スイッチングレギュレータはバイパスされる。

【0029】

一実施形態では、１つまたは複数のモジュールが、直列に接続された第１および第２の蓄電デバイスを含み、モジュールが倍電圧機能を提供するように、電源は第１および第２の蓄電デバイスの両端で交互に切り換えられる。

【0030】

蓄電デバイスを有する１つまたは複数の他のモジュールが提供されてもよく、制御ユニットは他のモジュールを動作させて、電圧平滑化機能を提供する電圧以下の電圧まで蓄電デバイスを充電する。好ましくは、制御ユニットは、他のモジュールそれぞれの蓄電デバイスを、先行する他のモジュールのレベルより低いレベルまで充電する。

【0031】

一実施形態では、電源のうち１つまたは複数および関連する蓄電デバイスの間に提供されたレギュレータデバイスが、電源の電圧を蓄電デバイス内の電圧に調和させる。

【0032】

一実施形態では、電源は、エネルギーを蓄積することができるデバイスを備え、システムは、電源内の充電レベルを検出し、電荷を再分配して、電源間の充電レベルを均衡させる。好ましくは、過剰な電荷を有するモジュールを順方向に切り換え、かつ充電レベルが不十分なモジュールを逆方向に切り換えることにより、充電レベルを均衡させる。

【0033】

一実施形態では、本方法は、ＥＭＩを低減するために、エンクロージャでシステムを遮蔽するステップ、およびエンクロージャの出力端子にコモンフィルタリングを提供するステップを含む。

【0034】

次に、以下の図面を参照して、例によって本発明を説明する。

【図面の簡単な説明】

【0035】

【図1】本発明による電力変換システムの回路図である。

【図2】図１のシステムからの段階的な出力を示すグラフである。

【図3】モジュール内部に提供される回路の代替の一実施形態の回路図である。

【図4】モジュールの他の代替の一実施形態の回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0036】

図１および図２を参照すると、本発明による電力変換システム１０の第１の実施形態が示されている。電力変換システム１０は、複数の電源１２からの直流電力を、電力グリッドに供給するのに適したタイプの交流電力に変換するために提供される。

【0037】

電力変換システム１０は、電源のうち少なくとも１つにそれぞれ関連づけられた複数のモジュール１４を含む。電源１２は、たとえば、ソーラーパネルまたは電池であってもよい。モジュール１４の各々が、入力１６および出力１７を具備する。電源１２により発生させられた直流電圧が、入力１６および出力１７の両端に提供されるべきであり、モジュール１４は、各モジュール１４の出力１７が、後続のモジュール１４の入力１６に接続されるように、直列に接続されるべきである。したがって、電力変換システム１０は、モジュール１４の各々の両端に直列電圧を提供するシステム入力およびシステム出力を含む。すなわち、モジュール１４のすべての入力１６および出力１７の両端に電圧の合計が提供される。

【0038】

モジュール１４の各々は、モジュール１４の入力１６および出力１７の両端に供給される電圧を変えるための電圧制御回路を具備する。入力および出力の両端に提供されるモジュールの電圧は、電圧制御回路により最大モジュール電圧および最小モジュール電圧の間で変えられてもよい。図示する実施形態では、電圧制御回路は、複数のスイッチングデバイスを含む。図示する実施形態では、スイッチングデバイスはそれぞれＭＯＳＦＥＴを備える。入力および出力の間に第１の極性で電圧を提供し、入力および出力の間に第２の極性で電圧を提供するように電源１２を切り換える、または電源１２をバイパスすることができるように、スイッチングデバイスは接続される。したがって、この実施形態では、最大モジュール電圧は電源の電圧であり、最小モジュール電圧は逆極性の電源の電圧である。

【0039】

モジュール１４の各々はまた、電源１２の端子に接続された蓄電デバイス１８を具備する。蓄電デバイス１８は、図示する実施形態では、電解コンデンサを備えるが、他のデバイス、たとえば高分子コンデンサまたは充電式電池が使用されてもよい。蓄電デバイス１８は、モジュール１４がバイパスされたときに、電源１２により発生させられた電力が、使用するために蓄電デバイス１８の中に蓄積され続けるように、電源１２からの電荷を蓄積する。蓄電デバイス１８は、電源１２から遠く離れていても、電源１２の一部であってもよい。

【0040】

モジュール１４は、いくつかの構成で提供される。第１のモジュール２０が、接続された電源１２および蓄電デバイス１８からの電力を第１または第２の極性で入力１６および出力１７の両端に提供する、または入力１６が出力１７に直接接続されるように電源１２および蓄電モジュール１８をバイパスするように、第１のモジュール２０が提供される。この場合、最大モジュール電圧はおよそ電源の電圧であり、最小モジュール電圧はおよそ負の電源の電圧である。

【0041】

第１のモジュール２０は、入力１６および出力１７の間に並列に接続された第１のライン２２および第２のライン２６を備える。第１のライン２２は、第１のスイッチングデバイス２４および第２のスイッチングデバイス２５を具備し、第２のライン２６は、第３のスイッチングデバイス２７および第４のスイッチングデバイス２８を具備する。電源１２および蓄電デバイス１８は、第１のライン２２および第２のライン２６の両端に、第１のスイッチングデバイス２４および第２のスイッチングデバイス２５の間、ならびに第３のスイッチングデバイス２７および第４のスイッチングデバイス２８の間に接続される。

【0042】

電力変換システム１０は、スイッチングデバイスの動作を制御するための制御ユニット（図１に図示せず）を具備する。制御ユニットは、直列に接続されたモジュール１４の各々に情報を伝達し、かつスイッチングデバイスを個々にオンまたはオフに切り換えさせる制御ライン３０に接続される。モジュールの各々が、制御ユニットから情報を受信するローカルコントローラ３１を具備する。この実施形態のローカルコントローラは監視機能を提供し、スイッチングデバイスをローカルに制御し、モジュール１４の状態に関する情報を主制御装置に戻す。図示する実施形態は、ケーブル接続を利用して、制御ユニットおよびモジュール１４の各々の間で制御情報をやりとりするが、他のモジュールが用いられてもよい。たとえば、無線通信方法を使用して、制御ユニットへの、および／または制御ユニットからの情報を中継してもよい。

【0043】

第１のモジュール２０では、第１のスイッチングデバイス２４および第４のスイッチングデバイス２８をオンに切り換え、第２のスイッチングデバイス２５および第３のスイッチングデバイス２７をオフに切り換えることにより、蓄電デバイス１８は、第１の極性で入力１６および出力１７の両端に接続されることを理解することができる。第１のスイッチングデバイス２４および第４のスイッチングデバイス２８をオフに切り換え、第２のスイッチングデバイス２５および第３のスイッチングデバイス２７をオンに切り換えることにより、蓄電デバイス１８は、第２の逆極性で入力１６および出力１７の両端に接続される。第１のスイッチングデバイス２４および第２のスイッチングデバイス２５をオフに切り換え、第３のスイッチングデバイス２７および第４のスイッチングデバイス２８をオンに切り換えることにより、入力１６および出力１７の間が直接接続され、蓄電デバイス１８および電源１２はバイパスされる。バイパスされた状態では、電源１２により発生させられたエネルギーは、蓄電デバイス１８に蓄積される。

【0044】

主制御装置は、モジュール１４の両端の電圧の合計である、システム１０で得られる出力電圧が交流信号を備えるように、モジュール１４の各々を切り換える。制御ユニットは、幹線信号の相電圧および相電流に関する情報を受信するために幹線電源と通信状態にあり、生成される交流信号の電圧が幹線電源と同相であり、かつ電流が幹線システムに供給するのに適するように制御されるように、モジュールを制御する。

【0045】

すなわち、一般に、幹線信号の電圧が、幹線信号サイクルの正の部分で増大するとき、制御ユニットは、モジュール１４をバイパス構成から蓄電デバイス１８が第１の（正の）極性で接続される構成に順次切り換えて、幹線信号に従うようにシステム出力電圧を上昇させる。幹線電圧がサイクルの正の部分で下降するとき、制御ユニットは、モジュール１４をバイパスモードに切り換えて、全電圧を低下させ、幹線信号に従い始める。同じことが幹線サイクルの負の部分の間に行われ、モジュール１４は、電圧が、幹線信号に従うように第２の（負の）極性で供給されるように切り換えられる。図２で理解することができるように、生成されて出来上がった交流信号は、階段状近似の正弦波を備える。

【0046】

モジュール１４は、幹線信号をより厳密に近似することができるように、電源１２により発生させられた電圧の数倍または数分の１である、システム１０の出力に加えられる電圧レベルを提供するように配置されてもよい。図示する実施形態では、倍電圧機能を提供する第２のモジュール３２および第３のモジュール３３が提供される。第２のモジュール３２および第３のモジュール３３内のスイッチングデバイスの配置は、第１のモジュール２０内の配置と同じである。しかしながら、第２のモジュール３２および第３のモジュール３３は、第１のライン２２および第２のライン２６の両端に直列に接続された第１の蓄電デバイス１８ａおよび第２の蓄電デバイス１８ｂを具備する。また、第１、第２、第３、および第４の二次スイッチングデバイス３４、３５、３６、および３７が提供される。

【0047】

第１の二次スイッチングデバイス３４は、電源１２の第１の端子および第１の蓄電デバイス１８ａの第１の側の間に接続される。第２の二次スイッチングデバイス３５は、電源１２の第１の端子および第１の蓄電デバイス１８ａの第２の側（第２の蓄電デバイス１８ｂの第１の側である）の間に接続される。第３の二次スイッチングデバイス３６は、電源１２の第２の端子から第１の蓄電デバイス１８ａの第２の側に接続される。第４の二次スイッチングデバイス３７は、電源１２の第２の端子および第２の蓄電デバイス１８ｂの第２の側の間に接続される。

【0048】

第１の二次スイッチングデバイス３４および第３の二次スイッチングデバイス３６をオンに切り換え、かつ第２の二次スイッチングデバイス３５および第４の二次スイッチングデバイス３７をオフにすることにより、電源１２を第１の蓄電デバイス１８ａの両端に接続することができる。第１の二次スイッチングデバイス３４および第３の二次スイッチングデバイス３６をオフに切り換え、かつ第２の二次スイッチングデバイス３５および第４の二次スイッチングデバイス３７をオンにすることにより、電源１２を第２の蓄電デバイス１８ｂの両端に接続することができる。第１の蓄電デバイス１８ａおよび第２の蓄電デバイス１８ｂを交互に充電することにより、蓄電デバイス１８ａおよび１８ｂの両端の全電圧を電源１２の電圧のおよそ２倍に引き上げることができる。したがって、正弦波の幹線電圧を近似するために全電圧により大きなステップが必要であるとき、第２のモジュール３２および第３のモジュール３３を中に切り換えることができる。あるいは、より小さなステップが必要である場合、倍電圧器モジュール３２または３３を回路内で切り換えるのと同時に、第１のモジュール２０を逆極性に切り換えてもよい。モジュールが逆極性に切り換えられたとき、逆に切り換えられたパネルモジュールの蓄電デバイス１８が充電される。したがって、第２のモジュール３２および第３のモジュール３３は、必要な電源の数を低減するという利点をさらに有する倍電圧器の役割を果たす。

【0049】

電力変換システム１０はまた、正弦波信号をより正確に近似するように電圧を切り換えるために提供された他のモジュールを具備する。電源をあまりにも速くオンおよびオフに切り換えすぎないことによりＥＭＣを低減することが望ましいので、電源とは別個のこれらの他のモジュールにより、より高い周波数の切り換えが行われる。グリッド電力の中に高周波を注入しないことが望ましく、この過程により、電源および接地された金属屋根の間の静電容量がこれらの不要な信号をグリッド電力線に戻して伝導させないことが保証される。

【0050】

図示する実施形態では、このような他のモジュール４０が４つ存在する。他のモジュール４０の各々が、第１、第２、第３、および第４のスイッチングデバイス、ならびに同じ手法で接続された蓄電デバイス１９を含むという点で、第１のモジュール２０に類似する構成からなる。主制御装置は、他のモジュール４０の蓄電デバイス１９を回路の中で切り換える極性を選択することにより、充電の状態を、したがって、他のモジュール４０の蓄電デバイス１９の電圧を制御する。他のモジュール４０の蓄電デバイス１９は、モジュールとほぼ同様に回路内で切り換えられたときに放電され、逆極性に切り換えられたときに充電される。他のモジュール４０の蓄電デバイス１９は、他のモジュール４０それぞれと異なる電圧を提供するように充電される。図示する実施形態では、第１の他のモジュール４２は、蓄電デバイス１９が、電源１２の電圧にほぼ近い電圧を提供するように構成される。したがって、単一レベルの増加した電圧だけが必要である場合、第１の他のモジュール４０を第２のモジュール３２または第３のモジュール３３の一方に対して逆極性に切り換えることができる。したがって、第１の他のモジュール４２は、倍電圧器モジュール３２および３３の補正器の役割を果たし、これにより、第１の他のモジュール４２の蓄電デバイス１９が充電されることになる。第１の他のモジュール４２の蓄電デバイス１９の電荷が十分に大きい場合、第１の他のモジュール４２を単にオンに切り換えて、単一レベルの電圧を増大させることができる。

【0051】

第２、第３、および第４の他のモジュール４３、４４、および４５は、それぞれ同じ構成からなり、蓄電デバイス１９は、上記で説明した同じ過程により電圧レベルを低減するように充電される。図示する実施形態では、第２の他のモジュール４３の蓄電デバイス１９は、電源の電圧のおよそ半分に充電される。第３の他のモジュール４４の蓄電デバイス１９は、第２の他のモジュール４３の電圧のおよそ半分の電圧に充電され、第４の他のモジュール４５の蓄電デバイス１９は、第３の他のモジュール４４の電圧のおよそ半分の電圧に充電される。したがって、第２、第３、および第４の他のモジュール４３、４４、および４５は、より小さなステップの電圧を提供するように切り換えられ、電圧平滑器の役割を果たすことができる。

【0052】

モジュール１４の切換えは、図２に示す交流信号に類似する高精度階段状交流信号を提供するように行われる。システム１０は、切り換えられた電圧を平滑化するために、モジュール１４と直列に接続された主電力インダクタ４８を具備してもよい。

【0053】

他のモジュールを切り換えて、ＰＷＭ信号をインダクタの中に形成することにより、平滑化をさらに達成してもよい。システム１０から主グリッドラインに電力を切り換えるために、主リレー５０が提供される。

【0054】

安全性を保証し、かつ制御ライン上での腐食が陽極または陰極に伝わるのを防ぐために、高圧コンデンサがこれらの制御ラインと直列に提供される。制御ライン３０に沿って渡される情報は、各モジュール１４を通過するときに遅延させられる可能性があるが、このような場合、遅延時間は既知である、または確定できるので、各モジュールは、いつ切り換えるべきかが分かる。これは、たとえば、電源がオンにされ、他の電源がオフにされるべき状況で重要である。遅延時間が既知であるので、両方のスイッチが同期して切り換わり、したがって、リップルおよびＥＭＣスパイクがシステムから低減される。

【0055】

情報は、制御ユニットとの間で両方向に送信され、モジュールがいつ切り換わるべきか、およびモジュールがどのように切り換わるべきかなどの制御情報を含むことができる。また、図面でＡおよびＢと印をつけた端子でステップ電圧を計測することができる。通信は切り換えている間に一瞬遅延し、このようにして、信頼できる通信が切換事象にわたり継続する。

【0056】

本システムは、従来のインバータより低い電圧で動作する。一般に、このようなインバータは、すべての電源が直列に配線された電圧で動作する。本システムでは、ＭＯＳＦＥＴはおよそ５０ボルトで動作し、したがって、高圧ＭＯＳＦＥＴよりはるかに低いオン抵抗を有し、ＩＧＢＴによる無駄な電力がない。これにより、公知のシステムに対して本発明の全体的な効率を改善することができる。また、電圧がより低いことにより、信頼性を改善することができることになる。リレー５０がオフに切り換えられ、かつ各モジュールがバイパスするよう命令されたとき、システムは電気的に停止させられ、保守作業が安全に行われる。

【0057】

主インダクタ４８は、得られるステップ電圧またはＰＷＭ電圧を平滑化し（電源電圧のおよそ１／８）、サイクル毎のシステム損失が低下する。低い電圧ステップにより、インダクタを従来のインバータに対するよりもはるかに小さくすることが可能になる。

【0058】

他の一実施形態では、モジュール１４の各々が、スイッチングレギュレータ６０を具備する。スイッチングレギュレータ６０は、蓄電デバイス１８に接続されて提供される。スイッチングレギュレータ６０は、蓄電デバイス１８により入力１６および出力１７の両端に提供される電圧を制御する。詳細には、スイッチングデバイスは、入力１６および出力１７の両端の電圧変化率を制御する。スイッチングレギュレータ６０により、蓄電デバイス１８により印加される電圧を増加または減少させて、図１に示す実施形態の階段状近似ではなく、正弦波の幹線信号をより厳密に近似することができるようになる。スイッチングレギュレータ６０は、蓄電デバイス１８により印加される電圧を適切に調整することができるように、幹線電圧信号を検知する制御ユニットにより制御され、他のモジュール４２〜４５を必要なくする。

【0059】

モジュールの必要な出力電圧が最大または最小のレベルに近いとき、スイッチングレギュレータはバイパスされてもよい。必要がないときにスイッチングレギュレータ６０をこのようにバイパスすることにより、スイッチングレギュレータが必要とされない期間中のスイッチングレギュレータ内部の損失が除去される。

【0060】

図３は、このタイプのモジュール１４の回路の回路図を示す。電源１２および蓄電デバイス１８は、明確にするために、この図には示されていない。蓄電デバイス１８からの電圧は、図１にすでに示したように、蓄電デバイス１８からＶ＋で回路から提供される。

【0061】

スイッチングレギュレータ６０の機能は、第１の対のレギュレータ・スイッチング・デバイスＱ７およびＱ１２、ならびに第２の対のレギュレータ・スイッチング・デバイスＱ６およびＱ１０により提供される。第１、第２、第３、および第４のスイッチングデバイスＱ８、Ｑ５、Ｑ１３、およびＱ９を使用して、第１の実施形態に類似する手法で、入力および出力の両端に印加される電圧を制御する。スイッチングデバイスのすべてが、制御ユニット２９により制御される。

【0062】

交流サイクルの正の部分の間に電圧を増加させる必要があるとき、まず、必要な期間、Ｑ７をオンに切り換えて、端子Ｉ／Ｏ１からＩ／Ｏ２に流れる電流とほぼ同じ電流を有するようにインダクタＬ１を充電し、次いで、Ｑ１３をオフに切り換える。次いで、第１の対のレギュレータ・スイッチング・デバイスＱ７およびＱ１２を使用して、インダクタＬ３およびコンデンサＣ３を備えるフィルタに印加されるパルス幅変調信号を生成する。Ｑ７およびＱ１２は交互にオンに切り換えられ、Ｑ１２に対してＱ７がオンである時間のパーセンテージが増大する。出力１７側のＶｐｗｍでの電圧が、インダクタＬ３およびコンデンサＣ３によって滑らかに、ＰＷＭに比例して増大する。スルーレートは、好ましくは、モジュールを介して計測した電流に従って、または主制御装置から受信したスルー・レート・コマンドに従って制御可能である。この時間中に、スイッチングデバイスＱ９およびＱ１０は、回路の入力側をバイパスするためにオンである。最高の電圧に到達すると、最高の電圧を入力１６および出力１７の両端に提供するために、スイッチングデバイスＱ８がオンになる。

【0063】

電圧を減少させる必要があるとき、制御された方法でＱ８をオフにして、インダクタＬ３を通る電流が、端子Ｉ／Ｏ１からＩ／Ｏ２に流れる電流を再度調和させることが可能になり、次いで、逆の傾斜過程が行われる。すなわち、電圧を減少させるために、Ｑ１２に対してＱ７がオンである時間がゼロに低減される。次いで、スイッチングデバイスＱ１３は、回路の外側をバイパスするようにオンになる。

【0064】

サイクルの負の部分の間に、上記と同じ過程が行われるが、スイッチングデバイスＱ９がオフになる間、第２の対のレギュレータ・スイッチング・デバイスＱ６およびＱ１０を切り換えて、入力１６側のＶｐｗｍで生成される電圧を制御する。

【0065】

２つ以上のモジュールが、制御ユニットを使って同時にＰＷＭ傾斜を提供してもよく、ＰＷＭの重なりを使用して、一方のモジュールから他のモジュールへの滑らかな傾斜の遷移を提供する。この場合、システムは、第１、第２、第３、および第４のスイッチングデバイスＱ８、Ｑ５、Ｑ１３、およびＱ９なしに動作することができる。

【0066】

図４は、パネルモジュール１４の配置の他の代替の一実施形態を示す。図４の回路は、図３の回路に類似するが、単方向波形だけを生成するために、片側だけが提供される。したがって、直列接続されたモジュールは、整流された形の交流信号を生成する。このとき、制御ユニット内にスイッチングデバイスＱ１００、Ｑ１０１、Ｑ１０２、およびＱ１０３を提供して、一方の半サイクルの間にＱ１００およびＱ１０３をオンに切り換え、かつ交互の半サイクルの間にＱ１０１およびＱ１０２をオンに切り換えることにより、全波形に変換する。

【0067】

ユーザインタフェースを有するデバイスにより、制御ユニットが構成可能であってもよい。制御ユニットは、システムが、構成可能な電圧レベルおよび周波数の出力を作り出すように構成可能であってもよい。このとき、システムは、確実に動作するだけの十分なモジュールが存在する限り、および検出された幹線信号が許容可能な範囲内の、構成された電圧および周波数である間、この電圧レベルおよび周波数を作り出す。あるいは、システムは、幹線電源に接続されておらず、かつスタンドアロンの電力を供給するために使用される場合、構成可能な電圧および周波数を単に提供する。したがって、制御ユニットは、ユーザインタフェースにより、１１０Ｖ、２４０Ｖ、および４１５Ｖシステムなどの範囲のシステムに電力を提供するように構成されてもよい。

【0068】

また、１つまたは複数のモジュールが単一極性だけで動作することができる。この構成では、制御手段は、連続したモジュールを制御して必要な逆極性を提供する、またはモジュールから受信した単方向電圧を、幹線端子を駆動するための交流信号に変換する切換手段を組み入れる。

【0069】

また、制御手段は、平滑化モジュールの一部またはすべての代わりにスイッチングレギュレータを組み入れてもよく、スイッチングレギュレータは、モジュールから受信され、幹線端子の両端に置かれたコモン・フィルタ・コンデンサにより平滑化される階段状電圧を補償するために使用される。このスイッチングレギュレータは、モジュールの蓄電コンデンサから電力を引き出すモジュールの１つの中に組み入れられてもよい。

【0070】

また、電源１２および関連する蓄電デバイス１８の間に、レギュレータデバイス（図示せず）が提供されてもよい。レギュレータデバイスは、蓄電デバイス内の電圧に対して電源の電圧を調和させるために提供されるスイッチングレギュレータであってもよい。

【0071】

エネルギーを電池などの電源の中に戻して蓄積することができる場合、システムが電源内の充電レベルを検出し、かつ電荷を再分配して電源間の充電レベルを均衡させるように構成されることが好ましい。メインコントローラは、不十分な充電レベルのモジュールを逆方向に切り換えながら、回路内の過剰な電荷を有するモジュールを順方向に切り換えることにより、レベルを均衡させてもよいので、システム内を流れる電流が、電荷を再分配して、充電レベルを均衡させる。

【0072】

電力制御システムを遮蔽して、受け入れられない電磁干渉（ＥＭＩ）が作り出されるのを防止することが望ましい場合がある。このような遮蔽が電池を有するシステムに組み入れられてもよいのは、電源が、高いスイッチング周波数を有し、たとえばコモン・フィルタ・コンデンサを使用する場合にモジュールの外側に電流を伴う場合があるためである。

【0073】

無停電電源（ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔａｂｌｅ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ、ＵＰＳ）の用途では、低インピーダンス電池電源から主スイッチング電力を直接引き出すことが好ましい場合がある。モジュールがシステムに電力を供給していないとき、電源１２は、電荷回収が行われている蓄電デバイス１８を兼ねる。電源内の不要なＥＭＩおよび不要なスイッチング電流を防止するために、ライン２２および２６の両端にコンデンサが使用されてもよい。蓄電デバイスが使用される場合、同じ目的で電源１２およびモジュール１４の間にインダクタが置かれてもよい。

【0074】

電力変換システムは、電力調整機能を提供して交流波形を改善する制御ルーチンを組み入れてもよい。好ましくは、制御ルーチンは、瞬時の電流、および／または高調波電流、および／または高調波電圧を考慮し、システム出力、または信号が与えられる出力から遠く離れた場所で得られる波形が正弦波により厳密に似るように、システム出力を変える。

【0075】

主電動機に三相電力を提供するために、システムを２列（デルタ構成）または３列（星形構成）で構成することにより、牽引制御用電力を提供することができる。システムの出力電圧および周波数は制御可能である。モジュールが順次切り換えられて、電源および蓄電デバイスの間にインダクタを提供することができるので、インダクタは電池内の電流を平滑化する。このような閉システムでは、出力平滑化コンデンサは必要ないが、それでもなお、ＥＭＩを低減するためにコンデンサを使用することができる。

【0076】

本発明の基本的な発明概念を逸脱することなく、すでに説明した実施形態に加えて、さまざまな修正および改善を前述の実施形態に行ってもよいことが、当業者には容易に明らかであろう。

【0077】

図１に示す３つだけではなく任意の数のモジュールが使用されてもよいことを当業者は理解されよう。また、図３の実施形態に関連して説明したように電源をバイパスすることは、適切な動作に必要ない。たとえば、すべての直列モジュールがＰＷＭ傾斜を同時に提供することができ、したがって、各モジュールの端子１６および１７の両端に交流正弦波形を形成する。制御ユニット２９は、直列接続されたモジュールが、電力グリッドに供給することができる交流電力を提供するように、同期している電圧および／または制御情報をモジュールに提供する。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】