特許 7710411 電力変換システム及び突入電流抑制方法

(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】

(24)【登録日】2025-07-10

(45)【発行日】2025-07-18

(54)【発明の名称】電力変換システム及び突入電流抑制方法

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20250711BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 L

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2022073427

(22)【出願日】2022-04-27

(65)【公開番号】P2023162789

(43)【公開日】2023-11-09

【審査請求日】2024-04-09

(73)【特許権者】

【識別番号】501137636

【氏名又は名称】株式会社ＴＭＥＩＣ

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(74)【代理人】

【識別番号】100135301

【弁理士】

【氏名又は名称】梶井 良訓

(74)【代理人】

【識別番号】100196689

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 康一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100207192

【弁理士】

【氏名又は名称】佐々木 健一

(72)【発明者】

【氏名】吉沢 大輔

【審査官】今井 貞雄

(56)【参考文献】

【文献】特開平０５－０８３８０３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ７／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

直流電力を出力するコンバータの直流側に複数のインバータが並列に接続された多並列型の電力変換システムであって、
前記コンバータの出力に接続される第１コンデンサと第１インバータと、
前記コンバータの出力に接続される第２コンデンサと第２インバータと、
前記コンバータの出力に接続される第３コンデンサと第３インバータと、
前記コンバータの出力と前記第１コンデンサの間の第１接続導体に設けられた第１突入電流抑制部と、
前記コンバータの出力と前記第２コンデンサの間の第２接続導体に設けられた第２突入電流抑制部と、
前記コンバータの出力と前記第３コンデンサの間の第３接続導体に設けられた第３突入電流抑制部と、
各突入電流抑制部を夫々用いて、前記第１コンデンサから前記第３コンデンサまでの各コンデンサを夫々予備充電させる制御部と、
を備え、
前記第１突入電流抑制部は、
前記第１コンデンサの突入電流を低減させる第１インピーダンス素子と前記第１インピーダンス素子に並列に接続される第１スイッチとを備え、
前記第２突入電流抑制部は、
前記第２コンデンサの突入電流を低減させる第２インピーダンス素子と前記第２インピーダンス素子に並列に接続される第２スイッチとを備え、
前記第３突入電流抑制部は、
前記第３コンデンサの突入電流を低減させる第３インピーダンス素子と前記第３インピーダンス素子に並列に接続される第３スイッチとを備え、
前記制御部は、
前記第１スイッチと前記第２スイッチと前記第３スイッチとを閉いた状態で前記コンバータからの通電を開始することで、前記第１突入電流抑制部から前記第３突入電流抑制部の各インピーダンス素子のインピーダンスを用いて電流を抑制しつつ前記第１コンデンサから前記第３コンデンサの各コンデンサの予備充電を開始して、
その後、前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、前記第３スイッチの順に時間差を設けて各スイッチを閉じることで、前記コンバータの出力電流に含まれる突入電流の大きさを低減させる
電力変換システム。

【請求項2】

前記制御部は、
前記通電の開始から第１所定期間が経過した後前記第１スイッチを閉じることで、前記第１突入電流抑制部の電流の抑制を解除して、これに応じて前記第１突入電流抑制部を通電状態にしてこれを維持しておき、
前記第１突入電流抑制部の電流の抑制を解除してから第２所定期間が経過した後前記第２スイッチを閉じることで、前記第２突入電流抑制部の電流の抑制を解除して、これに応じて前記第２突入電流抑制部を通電状態にしてこれを維持しておき、
前記第２突入電流抑制部の電流の抑制を解除してから第３所定期間が経過した後前記第３スイッチを閉じることで、前記第３突入電流抑制部の電流の抑制を解除して、これに応じて前記第３突入電流抑制部を通電状態にする、
請求項１に記載の電力変換システム。

【請求項3】

前記制御部は、
前記第２所定期間に前記コンバータの出力から流れた電流の実効値の大きさと、前記コンバータの出力電圧とを用いて、前記第３所定期間の長さを調整する、
請求項２に記載の電力変換システム。

【請求項4】

前記第２所定期間内に前記コンバータの出力から流れた電流に、急峻に振幅が変化する成分が含まれる、
請求項２に記載の電力変換システム。

【請求項5】

前記第１所定期間と前記第２所定期間は、夫々の所望の長さに定められている、
請求項２に記載の電力変換システム。

【請求項6】

前記制御部は、
前記コンバータの出力による直流電圧ＶＤＣと、前記第１コンデンサの端子電圧ＶＣとの差が所定の範囲内であることを示す信号を取得して、前記第１コンデンサの初期充電が完了したと判定する、
請求項２に記載の電力変換システム。

【請求項7】

前記制御部は、
前記コンバータの出力による直流電圧ＶＤＣと、前記第１コンデンサの端子電圧ＶＣとの差が所定の範囲内であることを示す信号を取得して、前記第１コンデンサの初期充電が完了したと判定する、
請求項６に記載の電力変換システム。

【請求項8】

前記第１インバータと、前記第２インバータと、前記第３インバータは、
互いに共通する交流負荷に電力を供給する、
請求項１から請求項７の何れか１項に記載の電力変換システム。

【請求項9】

直流電力を出力するコンバータの直流側に複数のインバータが並列に接続された多並列型の電力変換システムの突入電流抑制方法であって、
前記電力変換システムは、
前記コンバータの出力に接続される第１コンデンサと第１インバータと、
前記コンバータの出力に接続される第２コンデンサと第２インバータと、
前記コンバータの出力に接続される第３コンデンサと第３インバータと、
前記コンバータの出力と前記第１コンデンサの間の第１接続導体に設けられた第１突入電流抑制部と、
前記コンバータの出力と前記第２コンデンサの間の第２接続導体に設けられた第２突入電流抑制部と、
前記コンバータの出力と前記第３コンデンサの間の第３接続導体に設けられた第３突入電流抑制部と、
を備え、
前記第１突入電流抑制部は、
前記第１コンデンサの突入電流を低減させる第１インピーダンス素子と前記第１インピーダンス素子に並列に接続される第１スイッチとを備え、
前記第２突入電流抑制部は、
前記第２コンデンサの突入電流を低減させる第２インピーダンス素子と前記第２インピーダンス素子に並列に接続される第２スイッチとを備え、
前記第３突入電流抑制部は、
前記第３コンデンサの突入電流を低減させる第３インピーダンス素子と前記第３インピーダンス素子に並列に接続される第３スイッチとを備えていて、
前記第１スイッチと前記第２スイッチと前記第３スイッチとを閉いた状態で前記コンバータからの通電を開始することで、前記第１突入電流抑制部から前記第３突入電流抑制部の各突入電流抑制部を通じて、前記コンバータからの通電を開始させて、これに応じて、前記各突入電流抑制部のインピーダンスを用いて電流を抑制しつつ前記第１コンデンサから前記第３コンデンサの各コンデンサの予備充電を開始して、
その後、前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、前記第３スイッチの順に時間差を設けて各スイッチを閉じることで、前記コンバータの出力電流に含まれる突入電流の大きさを低減させるステップ、
を含む突入電流抑制方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、電力変換システム及び突入電流抑制方法に関する。

【背景技術】

【0002】

直流電力から交流電力を生成する電圧型のインバータは、直流を平滑するためのコンデンサを備えている。このようなインバータを始動する際に、コンデンサに掛かる電圧が所望の電圧になるように初期充電を行うことがある。この初期充電期間内では、過度な電流の突入電流が生じないように電流を制限して充電している。
コンデンサに掛かる電圧が適当な電圧まで高まったときにこの初期充電期間を完了させて上記の電流制限を解除するときに、上記の所望の電圧（電源電圧）とコンデンサに掛かる電圧との間に電位差があると、この電位差に応じた突入電流が発生することがあった。コンデンサの容量及び並列接続されるコンデンサの個数が多くなる構成の場合に、その電流のピーク値が大きくなる傾向があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】再公表ＷＯ２０１４／０４２００４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の目的は、多並列構成の電圧型インバータの始動段階の突入電流を抑制できる電力変換器及び突入電流抑制方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態の電力変換システムは、直流電力を出力するコンバータの直流側に複数のインバータが並列に接続された多並列型である。電力変換システムは、第１コンデンサと第１インバータと、第２コンデンサと第２インバータと、第３コンデンサと第３インバータと、第１突入電流抑制部と、第２突入電流抑制部と、第３突入電流抑制部と、制御部とを備える。第１コンデンサと第１インバータは、前記コンバータの出力に接続される。第２コンデンサと第２インバータは、前記コンバータの出力に接続される。第３コンデンサと第３インバータは、前記コンバータの出力に接続される。第１突入電流抑制部は、前記コンバータの出力と前記第１コンデンサの間の第１接続導体に設けられている。第２突入電流抑制部は、前記コンバータの出力と前記第２コンデンサの間の第２接続導体に設けられている。第３突入電流抑制部は、前記コンバータの出力と前記第３コンデンサの間の第３接続導体に設けられている。前記第１突入電流抑制部は、前記第１コンデンサの突入電流を低減させる第１インピーダンス素子と前記第１インピーダンス素子に並列に接続される第１スイッチとを備える。前記第２突入電流抑制部は、前記第２コンデンサの突入電流を低減させる第２インピーダンス素子と前記第２インピーダンス素子に並列に接続される第２スイッチとを備える。前記第３突入電流抑制部は、前記第３コンデンサの突入電流を低減させる第３インピーダンス素子と前記第３インピーダンス素子に並列に接続される第３スイッチとを備える。前記制御部は、前記第１スイッチと前記第２スイッチと前記第３スイッチとを閉いた状態で前記コンバータからの通電を開始することで、前記第１突入電流抑制部から前記第３突入電流抑制部の各インピーダンス素子のインピーダンスを用いて電流を抑制しつつ前記第１コンデンサから前記第３コンデンサの各コンデンサの予備充電を開始して、その後、前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、前記第３スイッチの順に時間差を設けて各スイッチを閉じることで、前記コンバータの出力電流に含まれる突入電流の大きさを低減させる。前記制御部は、各突入電流抑制部を夫々用いて、前記第１コンデンサから前記第３コンデンサまでの各コンデンサを夫々予備充電させる。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】実施形態に係る電力変換システムの構成図。

【図2】実施形態の突入電流抑制手法について説明するための図。

【図3】実施形態の制御部の構成図。

【図4】図３に示す遅延部の構成図。

【図5】図３の制御部の構成図。

【図6】図５に示した制御部６を用いた突入電流抑制手法のより具体的な事例について説明するための図。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、実施形態の電力変換システム及び突入電流抑制方法を、図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、同一又は類似の機能を有する構成に同一の符号を付す。そして、それらの構成の重複する説明は省略する場合がある。なお、電気的に接続されることを、単に「接続される」ということがある。以下の説明に示す「大きさが等しい」場合には、略等しい場合も含む。

【0008】

図１は、実施形態の電力変換システム１の構成図である。

【0009】

電力変換システム１は、例えば、コンバータ２（ＣＮＶ）と、インバータ３（ＩＮＶ）と、コンデンサ４と、突入電流抑制部５と、制御部６と、電流検出部８と、電力変換制御装置１０（不図示）とを備える。

【0010】

まず、電力変換システム１の主回路の構成を順に説明する。
コンバータ２の直流出力とインバータ３の直流入力は、直流リンクを介して、互いに正極（Ｐ）同士、及び負極（Ｎ）同士が電気的に接続される。

【0011】

コンバータ２は、例えば３相交流入力型の整流器又は交直電力変換器であり、その入力部が入力変圧器（不図示）の二次側巻線に電気的に接続されている。コンバータ２は、交流を整流することで、入力変圧器から入力された交流電力を直流電力に変換する。
コンデンサ４は、直流リンクに設けられていて、コンデンサ４の各端子が直流リンクの正極（Ｐ）と負極（Ｎ）に夫々電気的に接続されている。コンデンサ４は、変換後の直流電圧を平滑化する。

【0012】

インバータ３は、交流側が交流電動機Ｍの巻線に接続されている。インバータ３は、例えば、直流電力を交流電力に変換して、変換後の交流電力を交流電動機Ｍの各相に出力する。なお、インバータ３と交流電動機Ｍとの間に出力変圧器（不図示）を設けてもよい。インバータ３は、例えば、直流側の直流電力を交流電力に変換するスイッチング素子とスイッチング素子に逆並列に接続される逆接続ダイオードとを備える。スイッチング素子は、半導体スイッチング素子の一例である。例えばインバータ３は、３つに分かれて構成されていて、それぞれが単相交流出力型の逆変換装置である。

【0013】

次に、電力変換制御装置１０について説明する。
電力変換制御装置１０は、インバータ３の速度制御と電流制御とを実施して、インバータ３のスイッチング素子を制御するためのゲート信号を生成する。この電力変換制御装置１０は、一般的な構成及び一般的な制御方法を適用できる。

【0014】

図１に示すように実施形態の電力変換システム１は、直流電力を出力するコンバータ２の直流側に複数に分かれて構成されたインバータ３の各部が並列に接続された多並列型で形成されている。

【0015】

インバータ３は、第１インバータ３１と、第２インバータ３２と、第３インバータ３３とを備える。例えば、第１インバータ３１と、第２インバータ３２と、第３インバータ３３は、互いに共通する交流負荷の交流電動機Ｍに電力を供給するように構成されていてもよい。

【0016】

コンデンサ４は、第１コンデンサ４１と、第２コンデンサ４２と、第３コンデンサ４３とを備える。コンデンサ４の各コンデンサは、所謂平滑コンデンサである。

【0017】

例えば、図１に示すように、電力変換システム１は、コンバータ２の出力に接続される第１コンデンサ４１と第１インバータ３１との組と、コンバータ２の出力に接続される第２コンデンサ４２と第２インバータ３２との組と、コンバータ２の出力に接続される第３コンデンサ４３と第３インバータ３３との組とを備える。

【0018】

例えば、第１突入電流抑制部５１は、コンバータ２の出力と第１コンデンサ４１との間の第１接続導体に設けられている。第２突入電流抑制部５２は、コンバータ２の出力と第２コンデンサ４２との間の第２接続導体に設けられている。第３突入電流抑制部５３は、コンバータ２の出力と第３コンデンサ４３との間の第３接続導体に設けられている。
換言すれば、第１突入電流抑制部５１は、コンバータ２の出力から第１コンデンサ４１と第１インバータ３１との組までの間の第１接続導体に設けられている。第２突入電流抑制部５２は、コンバータ２の出力から第２コンデンサ４２と第２インバータ３２との組までの間の第２接続導体に設けられている。第３突入電流抑制部５３は、コンバータ２の出力から第３コンデンサ４３と第３インバータ３３との組までの間の第３接続導体に設けられている。

【0019】

電流検出部８は、第１電流検出部８１と、第２電流検出部８２と、第３電流検出部８３とを備える。第１電流検出部８１は、第１突入電流抑制部５１に流れる電流を検出する。第２電流検出部８２は、第２突入電流抑制部５２に流れる電流を検出する。第３電流検出部８３は、第３突入電流抑制部５３に流れる電流を検出する。第１電流検出部８１と、第２電流検出部８２と、第３電流検出部８３とを配置する位置に制限はない。

【0020】

制御部６は、例えば、第１制御部６１と、第２制御部６２と、第３制御部６３とを備える。第１制御部６１と、第２制御部６２と、第３制御部６３とは互いに同じ構成を備えるものであってよい。

【0021】

第１制御部６１は、第１突入電流抑制部５１を制御して、第１突入電流抑制部５１のインピーダンスを用いて電流を抑制しつつ第１コンデンサ４１を予備充電する。第１制御部６１は、第１コンデンサ４１の予備充電を終えると、第１突入電流抑制部５１を導通状態にする。これにより第１インバータ２１に所望の直流電圧が供給される。
第２制御部６２は、第２突入電流抑制部５２を制御して、第２突入電流抑制部５２のインピーダンスを用いて電流を抑制しつつ第２コンデンサ４２を予備充電する。第２制御部６２は、第２コンデンサ４２の予備充電を終えると、第２突入電流抑制部５２を導通状態にする。これにより第２インバータ２２に所望の直流電圧が供給される。
第３制御部６３は、第３突入電流抑制部５３を制御して、第３突入電流抑制部５３のインピーダンスを用いて電流を抑制しつつ第３コンデンサ４３を予備充電する。第３制御部６３は、第３コンデンサ４３の予備充電を終えると、第３突入電流抑制部５３を導通状態にする。これにより第３インバータ２３に所望の直流電圧が供給される。

【0022】

なお、第１制御部６１と、第２制御部６２と、第３制御部６３とを纏めて、制御部６として説明することがある。制御部６のより具体的な制御の事例について後述する。

【0023】

図２を参照して、実施形態の突入電流抑制手法について説明する。
図２は、実施形態の突入電流抑制手法について説明するための図である。図２の左の列（ａ１）と（ａ２）に比較例の事例を示し、図２の右の列（ｂ１）と（ｂ２）に本実施形態の事例を示す。図２の上段（ａ１）と（ｂ１）に典型的なコンデンサ４の電圧の過渡変化を示し、図２の下段（ａ２）と（ｂ２）に突入電流の過渡変化を示す。

【0024】

図２の初期段階の第１コンデンサ４１から第３コンデンサ４３までの各コンデンサは、放電により端子電圧がない状態にある。そこで、第１コンデンサ４１から第３コンデンサ４３までの各コンデンサを、第１突入電流抑制部５１から第３突入電流抑制部５３までの各突入電流抑制部が夫々予備充電する。

【0025】

例えば、制御部６は、前記第１突入電流抑制部から前記第３突入電流抑制部の各突入電流抑制部に対して、コンバータ２からの通電を、時刻ｔ０に開始させる。これに応じて、前記各突入電流抑制部のインピーダンスを用いて電流を抑制しつつ第１コンデンサ４１から第３コンデンサ４３の各コンデンサを予備充電する。

【0026】

ところで、図２の左の列（ａ１）と（ａ２）の比較例の場合には、時刻ｔ０以降に、コンデンサ４に掛かる電圧が所望の電圧になるように予備充電（初期充電）を行っている。この初期充電期間内では、過度な突入電流が生じないように電流を制限して充電している。所望の電圧になるタイミングで、予備充電を終了する。

【0027】

この比較例の場合には、第１コンデンサ４１から第３コンデンサ４３の各コンデンサの予備充電を、タイミングを揃えて纏めて終了させる。そのタイミングの各コンデンサの端子電圧ＶＣと、直流リンクの基準の電圧（電圧ＶＤＣという。）との差があると、上記のように突入電流が比較的小さくなるように構成されていても、各コンデンサの夫々に突入電流が発生する。この場合に発生する突入電流の極性は揃っているため、各突入電流の加算値に相当する大きさの突入電流が発生する。そのため、インバータの台数（コンデンサの個数）が多くなるに従って、全体の突入電流が大きくなり、これが無視できないほどの大きさになることがあった。このような全体の突入電流を低減することが要求されることがあった。

【0028】

これに対し、実施形態の電力変換システム１は、図２の左の列（ａ１）と（ａ２）の比較例と同様に第１コンデンサ４１から第３コンデンサ４３の各コンデンサの予備充電を開始する（図２の右の列（ｂ１）と（ｂ２）参照）。ただし、第１コンデンサ４１から第３コンデンサ４３の各コンデンサの予備充電を終了させるタイミングを敢えて不揃いにしている。
これにより、前述の比較例の場合と予備充電の途中までは同様に充電されるが、予備充電の終了のタイミングを不揃いにしたことによって、各コンデンサに対する突入電流のピーク値が生じるタイミングが時間軸方向にずれて分散することにより、全体の突入電流のピーク値を低減させている。これについては、より具体的な構成例を示して説明する。

【0029】

図３を参照して、実施形態の制御部６の構成例について説明する。
図３は、実施形態の制御部６の構成図である。ここでは、第１制御部６１を例示する。

【0030】

第１制御部６１は、初期充電素子オン制御部６１１と、遅延部６１２（ＤＥＬＡＹ）とを備える。

【0031】

初期充電素子オン制御部６１１は、直流電圧ＶＤＣとコンデンサ電圧ＶＣ１とを用いて、第１突入電流抑制部５１内の半導体スイッチング素子（初期充電素子）の導通状態を制御する。例えば、初期充電素子オン制御部６１１は、直流電圧ＶＤＣとコンデンサ電圧ＶＣ１との電位差ΔＶが所定値ΔＶＴＨよりも小さくなったことを検出して、この検出に応じて第１突入電流抑制部５１内の半導体スイッチング素子の導通状態をオフからオンに切り替えるための切替信号ｓｅｌを生成する。

【0032】

なお、所定値ΔＶＴＨは、０ではない値にする。コンデンサ電圧ＶＣ１が上昇過程の中で、かつ直流電圧ＶＤＣに達する前の段階で、電位差ΔＶが所定値ΔＶＴＨよりも小さくなったことを検出できるように、所定値ΔＶＴＨを決定するとよい。

【0033】

遅延部６１２は、初期充電素子オン制御部６１１によって生成される切替信号ｓｅｌと、直流電圧ＶＤＣとコンデンサ電圧ＶＣ１と検出電流Ｉとを用いて、次段の第２突入電流抑制部５２を導通状態にするタイミングを示す次段の投入信号と、次段の投入時間ｔｋとを生成する。この投入信号は、次段の制御部６（第２制御部６２）に供給される。

【0034】

図４を参照して、図３に示す遅延部６１２の構成例について説明する。
図４は、図３に示す遅延部６１２の構成図である。
遅延部６１２は、演算ブロック６１２ａから６１２ｄを備える。
演算ブロック６１２ａは、検出電流Ｉの実効値Ｉｒｍｓを算出する。演算ブロック６１２ａは、例えば、投入時間ｔｋと、検出電流Ｉの瞬時値とを入力変数に用いて、ｋ段目の投入時間ｔｋから現在時刻ｔまでの検出電流Ｉの実効値Ｉｒｍｓを計算する。遅延部６１２は、制御部６のうち、１段目の第１制御部６１に含まれる。段数の識別情報であるｋの値は、遅延部６１２の場合に、１になる。

【0035】

演算ブロック６１２ｂは、減算器を形成する。演算ブロック６１２ｂは、第１入力変数である直流電圧ＶＤＣから、第２入力変数であるコンデンサ電圧ＶＣを減算して、電位差ΔＶを生成する。

【0036】

演算ブロック６１２ｃは、第１コンデンサ４１の容量Ｃを出力する。この容量Ｃの値は、予め定められた固定値であってよい。

【0037】

演算ブロック６１２ｄは、検出電流Ｉの実効値Ｉｒｍｓと、第１コンデンサ４１の容量Ｃと、電位差ΔＶとを入力変数に用いて、次段の第２インバータ３２の稼働を指令する投入時間ｔ（ｋ＋１）を計算する。投入時間ｔ（ｋ＋１）の変数ｋは、段数を示す。例えば、１段目に当たる第１制御部６１の場合のｋの値は１である。上記の場合の投入時間ｔ２は、第２インバータ３２の稼働開始が指令されるタイミングを示す。２段目に当たる第２制御部６２の場合は、変数ｋの値が２になるが同様の処理を適用できる。

【0038】

上記の説明は、１段目の遅延部６１２に関するものであるが、２段目の遅延部６２２（不図示）と、３段目の遅延部６３２（不図示）についても、遅延部６１２と同様の構成を適用できる。
例えば、２段目の遅延部６２２は、２段目（２台目）の第２コンデンサ４２の初期充電完了を示す信号と、２段目（２台目）の突入電流（電流Ｉ）の実効値Ｉｒｍｓと、その投入時の電位差ΔＶとに基づいて、３台目の第３インバータ３３に対する投入時間ｔを決定するとよい。

【0039】

３段目の遅延部６３２は、３台目の第３インバータ３３に対する投入時間ｔの情報と、２台目の第２コンデンサ４２の初期充電完了信号とを取得して、３段目の第３インバータ３３の主電源を、投入時間ｔ後に投入するとよい。

【0040】

図５を参照して、実施形態の制御部６の構成例について説明する。
図５は、図３の制御部６の構成図である。ここでは、制御部６として、第１制御部６１と、第２制御部６２と、第３制御部６３とを含み、夫々が連なって構成された事例を示す。この図５に示す接続構成では、第１制御部６１と、第２制御部６２と、第３制御部６３とが記載の順にカスケード接続されている。物理的な接続（トポロジー）に制限はなく、他の形態の接続構成であってもよい。

【0041】

１段目の第１制御部６１は、１段目の第１コンデンサ４１の初期充電完了と、これに応じて第１インバータ３１に通電を開始したこととを示す投入信号と、次段の第２インバータ３２を投入するタイミングを示す投入時間ｔ２とを生成して、これを次段の第２制御部６２に供給する。

【0042】

２段目の第２制御部６２は、第１制御部６１から供給される投入信号と、投入時間ｔ２とを受けて、これに基づいて、第２突入電流抑制部５２の半導体スイッチング素子の導通状態を制御する。より具体的には、第２制御部６２は、投入信号の検出により、第２突入電流抑制部５２の半導体スイッチング素子をオン状態にして第２インバータ３２への通電を開始する。
第２制御部６２は、さらに、次段に通電を開始したことを示すための投入信号と、投入時間ｔ３とを生成して、これを次段の第３制御部６３に供給する。

【0043】

３段目の第３制御部６３は、第２制御部６２から供給される投入信号と、投入時間ｔ３とを受けて、これに基づいて、第３突入電流抑制部５３の半導体スイッチング素子の導通状態を制御する。

【0044】

なお、４段目以降の突入電流抑制部が存在する場合には、図示を省略するが、第２制御部６２と同様に、第３制御部６３は、次段の初期充電完了を示す投入信号と、投入時間とを生成して、これを次段の制御部に供給してもよい。

【0045】

各段の突入電流の持続時間ｔ（パルス幅）を下記のように近似する。電圧Ｖによって、容量Ｃのコンデンサに蓄えられる電荷Ｑの関係を示すクーロンの法則に基づく式（１）と、これを電流Ｉと通電時間ｔを用いて示す式（２）と、を関係づけて式（３）を得る。各段の突入電流の持続時間ｔを、式（３）を用いて夫々算出する。

【0046】

Q=CV （１）
I×t=CV （２）
t=CV/I （３）

【0047】

上記の式（１）から式（３）を用いることで、インバータ３に、所定の電源電圧を投入するタイミングを、上記の突入電流の持続時間ｔに基づいて決定してもよい。この投入タイミングのシフト量を、上記の突入電流の持続時間ｔを用いて最適化することにより、各段の突入電流のパルスを時間軸方向に離散させることができる。各段の個々の突入電流が重畳する期間が存在しなければ、段の突入電流が同じ時刻に流れることはない。これに基づいて、各段の突入電流のパルスよりも大きな電流が流れることはない。

【0048】

ところで、各段の突入電流のパルスの間隔を十分にあけることにより、電流のピーク値を抑えることができる。その一方で、各インバータへの通電が段階的に開始されるため、全インバータが起動するまでの時間が長くなる。

【0049】

本実施形態の電力変換システム１は、各段の突入電流のパルスの間隔を可能な範囲で近づけることにより、全インバータが起動するまでの時間を比較的短くする。

【0050】

各段のインバータに電源を順次投入するタイミングを予め定められたシフト量（固定値）にしてもよく、これに制限されることなく、順次投入するタイミングを、装置の状態に応じて調整可能なシフト量（可変値）にしてもよい。上記の固定値のシフト量と、可変値のシフト量を組み合わせてもよい。

【0051】

例えば、２段目（２台目）の第２インバータ３２を、１段目（１台目）の第１インバータ３１への投入から、ある一定期間(固定値)経過してから投入させる。３段目（３台目）の第３インバータ３３を投入するタイミングを、３段目（３台目）の第３インバータ３３に対する投入時間ｔの情報と、２段目の第２コンデンサ４２の初期充電完了信号とを取得する。

【0052】

図６を参照して、より具体的な事例について説明する。
図６は、図５に示した制御部６を用いた突入電流抑制手法のより具体的な事例について説明するための図である。

【0053】

図６に示す図は、その上段側から順に、各段のコンデンサの電圧ＶＣ１－３と、第１突入電流抑制部５１から第３突入電流抑制部５３の導通状態と、第１インバータ３１から第３インバータ３３の稼働状態と、各段の検出電流（Ｉ１からＩ３）と、各段の検出電流の加算値（ＩＴ）とがそれぞれ示されているタイムングチャートである。

【0054】

例えば、時刻ｔ０に、各段の通電が開始させる。これにより、各段のコンデンサの電圧ＶＣ（ＶＣ１－３）が徐々に上昇する。最上段に示すカーブは、理想的な電圧の変化の一例である。充電中に環境が変わらなければ、図６の最上段に示すような変化がみられる。
通電の開始から第１所定期間Ｔ１が経過した後に、第１突入電流抑制部５１の電流の抑制を解除するタイミングの時刻ｔ１になる。時刻ｔ１になると、第１制御部６１は、第１突入電流抑制部５１の電流の抑制を解除する。第１制御部６１は、これに応じて第１突入電流抑制部５１を通電状態（ＯＮ）にしてこれを維持する。これにより第１インバータ３１が稼働状態（ＯＮ）になる。

【0055】

このとき、制御部６（第１制御部６１）が第１突入電流抑制部５１の電流の抑制を解除したときから第２所定期間Ｔ２が経過した後に、第２突入電流抑制部５２の電流の抑制を解除するタイミングの時刻ｔ２になる。時刻ｔ２になると、第２制御部６２は、第２突入電流抑制部５２の電流の抑制を解除する。第２制御部６２は、これに応じて第２突入電流抑制部５２を通電状態（ＯＮ）にしてこれを維持する。これにより第２インバータ３２が稼働状態（ＯＮ）になる。

【0056】

さらに、制御部６（第２制御部６２）が第２突入電流抑制部５２の電流の抑制を解除したときから第３所定期間Ｔ３が経過した後に、第３突入電流抑制部５３の電流の抑制を解除するタイミングの時刻ｔ３になる。時刻ｔ３になると、第３制御部６３は、第３突入電流抑制部５３の電流の抑制を解除する。第３制御部６３は、これに応じて第３突入電流抑制部５３を通電状態（ＯＮ）にしてこれを維持する。これにより第３インバータ３３が稼働状態（ＯＮ）になる。

【0057】

上記の突入電流抑制手法の手順で、第１突入電流抑制部５１から第３突入電流抑制部５３を制御して、各部の導通状態を切り替えるタイミングをずらしたことにより、突入電流が特定のタイミングに集中することを避けることができる。

【0058】

上記のシーケンスは、実施形態の突入電流抑制手法の一例である。
このシーケンスの細部の条件を変更することができる。
例えば、第１所定期間と第２所定期間は、夫々の所望の長さに定められていてよい。この場合、制御部６は、第２所定期間にコンバータ２の出力から流れた電流Ｉの実効値Ｉｒｍｓの大きさと、コンバータ２の出力電圧ＶＣ２とを用いて、上記の第３所定期間の長さを調整して決定するとよい。
なお、この第２所定期間内にコンバータ２の出力から流れた電流には、急峻に振幅が変化する突入電流とみなすことができる成分が含まれる。

【0059】

上記の実施形態によれば、実施形態の電力変換システム１は、直流電力を出力するコンバータ２の直流側に複数のインバータ３が並列に接続された多並列型である。電力変換システム１は、第１コンデンサ４１と第１インバータ３１と、第２コンデンサ４２と第２インバータ３２と、第３コンデンサ４３と第３インバータ３３と、第１突入電流抑制部５１と、第２突入電流抑制部５２と、第３突入電流抑制部５３と、制御部６とを備える。第１コンデンサ４１と第１インバータ３１は、コンバータ２の出力に接続される。第２コンデンサ４２と第２インバータ３２は、コンバータ２の出力に接続される。第３コンデンサ４３と第３インバータ３３は、コンバータ２の出力に接続される。第１突入電流抑制部５１は、コンバータ２の出力と第１コンデンサ４１の間の第１接続導体に設けられている。第２突入電流抑制部５２は、コンバータ２の出力と第２コンデンサ４２の間の第２接続導体に設けられている。第３突入電流抑制部５３は、コンバータ２の出力と第３コンデンサ４３の間の第３接続導体に設けられている。第１突入電流抑制部５１から第３突入電流抑制部５３の各突入電流抑制部を通じて、コンバータ２からの通電を開始させて、これに応じて、各突入電流抑制部のインピーダンスを用いて電流を抑制しつつ第１コンデンサ４１から第３コンデンサ４３の各コンデンサを予備充電して、各突入電流抑制部の中で遅れて予備充電を終了させる突入電流抑制部があり、各突入電流抑制部の中で先に予備充電を終了したことで発生する電流の大きさに基づいて、遅れて予備充電を終了させるタイミングを決定する。これにより、多並列構成の電圧型電力変換器の始動段階の突入電流を抑制できる。

【0060】

なお、第２制御部６２は、コンバータ２の出力による直流電圧ＶＤＣと、第１コンデンサ４１の端子電圧ＶＣ１との差（電位差ΔＶ）が所定の範囲内であることを示す信号を取得して、第１コンデンサ４１の初期充電が完了したと判定するとよい。これにより、第２制御部６２は、第１コンデンサ４１の初期充電が完了したタイミングを、間接的に取得できる。

【0061】

第３制御部６３は、コンバータ２の出力による直流電圧ＶＤＣと、第２コンデンサ４２の端子電圧ＶＣとの差が所定の範囲内であることを示す信号を取得して、第２コンデンサ４２の初期充電が完了したと判定するとよい。これにより、第３制御部６３は、第２コンデンサ４２の初期充電が完了したタイミングを、間接的に取得できる。

【0062】

（実施形態の第１変形例）
実施形態の制御部６を構成する第１制御部６１から第３制御部６３は、直接的に情報を交換可能に構成されていた。本変形例では、第１制御部６１から第３制御部６３が、直接的な情報交換を行わず、上位コントローラが介在して情報を交換して、第１制御部６１から第３制御部６３の夫々に指令する事例について説明する。

【0063】

例えば、第１制御部６１から第３制御部６３は、各段の初期充電完了信号の状態に関する情報、段の識別情報（インバータ識別番号）、及び各段の初期充電抑制性に関わるスイッチング素子を導通させることを示す投入信号の状態に関する情報を、それぞれが共有するために、上位コントローラに上記の情報を提供する。

【0064】

上位コントローラは、上記の情報を収集して、収集した情報を第１制御部６１から第３制御部６３に対して配信する。配信を受けた各制御部は、それぞれが独立していて、自律的にに対応する段の突入電流抑制部を制御する。この場合に、第１制御部６１から第３制御部６３のそれぞれが、例えば、各段の突入電流抑制部内のスイッチング素子（初期充電素子という。）をオンさせる際に、初期充電が完了している状況であっても、初期充電素子がオンしていない段を抽出して、抽出した中で、例えば、段の識別番号（INV No）が若い順に選択して、選択した段の初期充電素子をオンさせるとよい。
本変形例によれば、上位コントローラに集約された情報を利用して、上位コントローラがこれに基づいて判断して、判断の結果を制御部６内の各制御部に夫々指令することができる。

【0065】

（実施形態の第２変形例）
実施形態に、制御部６内の各制御部が、直接的に情報を交換可能に構成した事例を示し、第１変形例では、制御部６内の各制御部が、直接的な情報交換を行わず、上位コントローラが情報を収集して、上位コントローラに集約された情報を利用して判断して、制御部６内の各制御部に指令する事例を示した。これに変えて、本変形例では、第１変形例と同様に、制御部６内の各制御部が、直接的な情報交換を行わず、上位コントローラが情報を収集する。ただし、上位コントローラは、第１変形例のように判断をせずに、制御部６内の各制御部に自律的に判断させる事例について説明する。

【0066】

本変形例の上位コントローラは、収集した情報を制御部６内の各制御部に配信して、制御部６内の各制御部に共有させる。制御部６内の各制御部は、共有された情報に基づいて自律的に判断するとよい。

【0067】

例えば、制御部６内の各制御部が、夫々備える共有メモリを用いて、上位コントローラから提供される情報（「INV No」、「初期充電完了」、「主電源投入」などの情報。）を記憶させる。制御部６内の各制御部は、初期充電が完了している状況で、当該段のインバータの主電源が未投入であって、その中で自段の識別番号（「INV No」）が一番若い番号であれば、当該段の初期充電素子をオンさせるとよい。対象の段を選択する判定は、例えば予め定められたタイミングに実施するとよい。これにより、制御部６内の各制御部が上記の判定方法を利用することで、上位コントローラによる判定によらず、一連の制御を実施可能である。

【0068】

以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、電力変換システムは、電力変換システムは、直流電力を出力するコンバータの直流側に複数のインバータが並列に接続された多並列型である。電力変換システムは、第１コンデンサと第１インバータと、第２コンデンサと第２インバータと、第３コンデンサと第３インバータと、第１突入電流抑制部と、第２突入電流抑制部と、第３突入電流抑制部と、制御部とを備える。第１コンデンサと第１インバータは、前記コンバータの出力に接続される。第２コンデンサと第２インバータは、前記コンバータの出力に接続される。第３コンデンサと第３インバータは、前記コンバータの出力に接続される。第１突入電流抑制部は、前記コンバータの出力と前記第１コンデンサの間の第１接続導体に設けられている。第２突入電流抑制部は、前記コンバータの出力と前記第２コンデンサの間の第２接続導体に設けられている。第３突入電流抑制部は、前記コンバータの出力と前記第３コンデンサの間の第３接続導体に設けられている。
電力変換システムは、前記第１突入電流抑制部から前記第３突入電流抑制部の各突入電流抑制部を通じて、前記コンバータからの通電を開始させて、これに応じて、前記各突入電流抑制部のインピーダンスを用いて電流を抑制しつつ前記第１コンデンサから前記第３コンデンサの各コンデンサを予備充電して、前記各突入電流抑制部の中で遅れて前記予備充電を終了させる突入電流抑制部があり、前記各突入電流抑制部の中で先に予備充電を終了したことで発生する電流の大きさに基づいて、前記遅れて前記予備充電を終了させるタイミングを決定する。これにより、電力変換システムは、多並列構成の電圧型インバータの始動段階の突入電流を抑制できる。

【0069】

以上説明した実施形態の電力変換システム１における制御部６及び電力変換制御装置１０の各機能部の一部又は全部は、例えば、コンピュータの記憶部（メモリなど）に記憶されたプログラム（コンピュータプログラム、ソフトウェアコンポーネント）がコンピュータのプロセッサ（ハードウェアプロセッサ）によって実行されることで実現されるソフトウェア機能部である。なお、制御装置７及びセルユニット制御部６ＣＵＣの各機能部の一部又は全部は、例えば、ＬＳＩ（Large Scale Integration)、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit)、又はＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）のようなハードウェアによって実現されてもよく、或いはソフトウェア機能部とハードウェアとの組み合わせによって実現されてもよい。

【0070】

以上、幾つかの実施形態について説明したが、実施形態の構成は、上記例に限定されない。例えば、各実施形態の構成は、互いに組み合わせて実施されてもよく、説明を省略した構成部分に適用することができる。例えば、上記の交流電動機Ｍの第１相であるＵ相に関する説明は、交流電動機Ｍの第２相のＶ相と第３相のＷ相に適用してよい。

【0071】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0072】

１…電力変換システム、２…コンバータ、３…インバータ、４…コンデンサ、５…突入電流抑制部、６…制御部、８…電流検出部、１０…電力変換制御装置、
３１…第１インバータ、３２…第２インバータ、３３…第３インバータ、
４１…第１コンデンサ、４２…第２コンデンサ、４３…第３コンデンサ、
５１…第１突入電流抑制部、５２…第２突入電流抑制部、５３…第３突入電流抑制部、
６１…第１制御部、６２…第２制御部、６３…第３制御部、
８１…第１電流検出部、８２…第１電流検出部、８３…第１電流検出部、
Ｍ…交流電動機

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】