JP7096699B2

JP7096699B2 - 電力変換装置

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Publication number: JP7096699B2
Application number: JP2018087196A
Authority: JP
Inventors: 智之駒居; 毅古賀; 丈裕吉原; 優一石原
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2018-04-27
Filing date: 2018-04-27
Publication date: 2022-07-06
Anticipated expiration: 2038-04-27
Also published as: JP2019193521A

Description

本発明は、電力変換装置に関する。

交流系統と負荷との間にコンバータ（交直変換器）およびインバータ（直交変換器）が接続される電力変換装置が知られている。このような電力変換装置は、交流系統からの交流電力をコンバータで一旦直流電力に変換した後、インバータで再度所定の交流電力に変換し、インバータに接続された負荷に交流電力を供給する。

このようなシステムにおいて、負荷に電力を供給している状態からインバータの動作を停止させると、コンバータの応答が遅れ、コンバータとインバータとの間の直流リンク部における直流部電圧が急上昇する恐れがある。また、インバータの動作停止に合わせてコンバータの動作も停止させた場合、交流系統とコンバータとの間に設けられる高調波抑制フィルタ等に蓄積されたエネルギーが直流リンク部に流れ込み、直流部電圧が急上昇する恐れがある。

このような直流部電圧の急上昇に備えて、従来は、コンバータおよびインバータに用いられる半導体素子（例えば、整流素子、スイッチ素子、還流ダイオード等）の電圧耐性を高耐性化したり、直流部電圧を生成する蓄電器（平滑コンデンサ等）の高耐圧化および大容量化したりすることにより、許容される直流部電圧の最大値に余裕を持たせていた。しかし、このような対応では、電力変換装置におけるコストの低減および装置の小型化（小容積化）を図ることができない。

特開２００７－８９３１８号公報特開平８－２４２５９４号公報

直流部電圧の変動を抑制するための技術としては、例えば上記特許文献１，２等が提案されている。上記特許文献１においては、負荷変動が生じたときにそれに応じてインバータを制御することにより直流部電圧の変動を抑制することが開示されている。また、上記特許文献２においては、負荷変動が急変した時にコンバータへの電力指令値の変化量を制限することにより直流部電圧の変動を抑制することが開示されている。しかし、何れの構成においても、コンバータの動作を停止する際の直流部電圧の変動には十分に対応できない恐れがある。

本発明は、上記課題を解決するものであり、簡単な構成で、負荷への電力供給時に動作を停止しても直流部電圧の上昇を抑制することができる電力変換装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る電力変換装置は、交流系統と負荷との間に接続される電力変換装置であって、前記交流系統から高調波抑制フィルタを介して供給される第１交流電力を直流電力に変換するコンバータと、前記コンバータの直流側端子に直流リンク部を介して接続され、前記コンバータによって変換された前記直流電力を第２交流電力に変換するインバータと、前記直流リンク部に接続される蓄電器と、前記コンバータおよび前記インバータを制御する制御器と、を備え、前記制御器は、前記インバータによって変換された前記第２交流電力が前記負荷に供給されている状態から前記第２交流電力の前記負荷への供給を停止する場合に、前記インバータの動作を停止させる前に、前記コンバータの動作を停止させるように制御するよう構成される。

上記構成によれば、インバータから負荷への電力供給を停止する場合に、インバータの動作を停止する前に、コンバータの動作が停止する。コンバータは、一般的に、複数のスイッチ素子と、各スイッチ素子に並列に接続された還流ダイオードとを備えている。このため、コンバータの動作停止時（すなわち、各スイッチ素子のオフ時）においては、コンバータは、複数の還流ダイオードを備えた整流器として機能する。

このため、コンバータの動作停止時において、高調波抑制フィルタ等に蓄えられているエネルギーは、コンバータに設けられている還流ダイオードにより整流され、直流リンク部に供給される。このとき、インバータは動作を停止していないため、直流リンク部に供給されたエネルギーは、インバータを介して負荷に供給され、消費される。高調波抑制フィルタに蓄えられたエネルギーの少なくとも一部が負荷に供給され、負荷において消費されることにより、その後インバータが動作を停止した場合に直流部電圧の急上昇が抑制される。したがって、上記構成によれば、簡単な構成で、負荷への電力供給時に動作を停止しても直流部電圧の上昇を抑制することができる。

前記制御器は、前記コンバータの動作を停止してから所定の第１時間経過後、前記インバータの動作を停止させてもよい。時間経過をインバータの動作を停止させるトリガとすることにより、応答遅れの少ない安定的な制御系を実現することができる。

前記制御器は、前記コンバータの動作を停止する前に前記コンバータに流れる電流を取得し、前記電流からそのときの前記高調波抑制フィルタに蓄えられているエネルギーを推定し、前記推定したエネルギーを前記負荷において消費するのに要する第２時間を算出し、算出された前記第２時間に基づいて前記第１時間を設定してもよい。これにより、コンバータの動作停止からインバータの動作停止を開始するまでの時間（第１時間）が、コンバータの停止動作開始時において高調波抑制フィルタに蓄えられているエネルギーの推定値に基づいて設定される。したがって、高調波抑制フィルタに蓄えられているエネルギーによる直流部電圧への影響を確実に低減することができる。

前記負荷は、電動機であり、前記制御器は、前記電動機の回転数およびトルクを取得し、前記回転数に前記トルクを掛けることにより得られる前記第２交流電力および前記推定したエネルギーを用いて、前記第２時間を算出してもよい。この場合、コンバータの動作停止時において高調波抑制フィルタに蓄えられているエネルギーが電動機によりすべて消費されるとみなして、第２時間が算出される。すなわち、コンバータを流れる電流から高調波抑制フィルタに蓄えられるエネルギーが、電動機の回転数に電動機で生じるトルクを掛けることにより得られる第２交流電力と第２時間との積（電力量）に等しいとして、第２時間が算出される。このため、負荷においてコンバータの動作を停止した時点における第２交流電力を消費するのに要する第２時間を容易に算出することができる。

前記制御器は、前記蓄電器に印加される直流部電圧を取得し、前記コンバータの動作を停止してから前記直流部電圧が所定のしきい値以下になったと判定した場合に、前記インバータの動作を停止させてもよい。この場合、コンバータの動作停止時において高調波抑制フィルタに蓄えられているエネルギーの減少を、直流部電圧を取得することにより直接的に監視することができる。したがって、高調波抑制フィルタに蓄えられているエネルギーによる直流部電圧への影響を確実に低減することができる。

本発明によれば、簡単な構成で、負荷への電力供給時に動作を停止しても直流部電圧の上昇を抑制することができる電力変換装置を提供することができる。

図１は、本発明の一実施の形態に係る電力変換装置の概略構成を示すブロック図である。図２は、コンバータを構成するスイッチ素子の配置例を示す図である。図３は、本実施の形態においてインバータの動作を停止させた場合の直流部電圧の時間的変化を示すグラフである。図４は、本実施の形態の変形例１における電力変換装置の概略構成を示すブロック図である。図５は、本実施の形態の変形例２における電力変換装置の概略構成を示すブロック図である。図６は、比較例としてコンバータおよびインバータの動作を同時に停止させた場合の直流部電圧の時間的変化を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一または同じ機能を有する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る電力変換装置の概略構成を示すブロック図である。本実施の形態における電力変換装置１は、三相の交流系統２と、負荷との間に接続されている。本実施の形態において、負荷は、電動機３である。電力変換装置１は、高調波抑制フィルタ４、コンバータ５、蓄電器６、インバータ７、および制御器８を備えている。

高調波抑制フィルタ４は、交流系統２とコンバータ５との間に設けられ、交流系統２からコンバータ５に入力される交流電流の高調波成分を抑制（低減）する。高調波抑制フィルタ４は、例えば、コンデンサおよびコイルまたはトランス等を備えている。

コンバータ５は、交流系統２から高調波抑制フィルタ４を介して供給される三相の第１交流電力を直流電力に変換する。コンバータ５は、例えば、複数のスイッチ素子（半導体素子）と、各スイッチ素子に並列に接続された還流ダイオードとを備えている。図２は、コンバータを構成するスイッチ素子の配置例を示す図である。図２に示すようにコンバータ５には複数（６つ）のスイッチ素子であるトランジスタ１１と、各トランジスタ１１にそれぞれ並列に接続された複数（６つ）の還流ダイオード１２とを備えている。

インバータ７は、コンバータ５の直流側端子に直流リンク部９を介して接続され、コンバータ５によって変換された直流電力を三相の第２交流電力に変換する。インバータ７は、例えば、複数のスイッチ素子（半導体素子）と、各スイッチ素子に並列に接続された還流ダイオードとを備えている。

蓄電器６は、直流リンク部９に接続される。蓄電器６は、例えばコンデンサ（平滑コンデンサ）として構成される。蓄電器６は、コンバータ５からの直流電力により充電され、インバータ７に入力される直流電圧を平滑化する。蓄電器６に印加される電圧が電動機３に電力を供給する際の基準となる直流部電圧Ｖ_ｄとなる。コンバータ５およびインバータ７の動作時（定常状態）においては、コンバータ５に入力される電力と、インバータ７から出力される電力とがバランスしているため、直流部電圧Ｖ_ｄは変動しない。

制御器８は、コンバータ５およびインバータ７を制御する。制御器８は、例えばＣＰＵ等の演算部、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ等の記憶部、および、ユーザインタフェース等を備えた、マイクロコントローラ等のコンピュータにより構成される。制御器８は、コンバータ５の各スイッチ素子に対して各スイッチ素子のオンまたはオフを切り替える第１指令信号を送信する。例えば、第１指令信号は、ＰＷＭ信号として構成される。制御器８は、第１指令信号におけるスイッチ素子のデューティ比を制御することにより、直流リンク部９に供給する直流電力（蓄電器６に印加する直流電圧）を制御する。また、制御器８は、インバータ７の各スイッチ素子に対して各スイッチ素子のオンまたはオフを切り替える第２指令信号を送信する。第２指令信号もＰＷＭ信号として構成される。

制御器８は、インバータ７によって変換された第２交流電力Ｐが負荷である電動機３に供給されている状態から第２交流電力の電動機３への供給を停止する場合に、インバータ７の動作を停止させる前に、コンバータ５の動作を停止させるように制御する。

本実施の形態において、制御器８は、コンバータ５の動作を停止してから所定の第１時間Δｔ_１経過後、インバータ７の動作を停止させる。より具体的には、制御器８は、時刻ｔ_１においてコンバータ５の動作を停止する第１停止信号Ｓ_ｓｔ１をコンバータ５に送信してから第１時間Δｔ_１経過後の時刻ｔ_２（ｔ_２＝ｔ_１＋Δｔ_１）に、インバータ７の動作を停止する第２停止信号Ｓ_ｓｔ２をインバータ７に送信する。

上述したように、コンバータ５およびインバータ７の動作中は、インバータ７から出力する第２交流電力（電動機３における消費電力）をコンバータ５が交流系統２から直流リンク部９に入力することで電力変換装置１の入出力電力の平衡が保たれている。すなわち、インバータ７の動作には、電動機３への電力供給のために直流部電圧Ｖ_ｄを確立（維持）する必要がある。そのために、コンバータ５を動作させる必要がある。

一方で、インバータ７の動作停止後には直流部電圧Ｖ_ｄを維持する必要がなくなるため、コンバータ５の動作を継続する必要はない。発明者らは、この点に着目し、インバータ７の動作を停止させる際には、先にコンバータ５の動作を停止させ、直流部電圧Ｖ_ｄが低下し得る状況となってもよいという知見を得た。

このように、本実施の形態によれば、インバータ７から電動機３への電力供給の停止時において、インバータ７の動作を停止する前に、コンバータ５の動作が停止する。コンバータ５は、上述の通り、複数のトランジスタ（スイッチ素子）１１と、各トランジスタ１１に並列に接続された複数の還流ダイオード１２とを備えている。このため、コンバータ５の動作停止時（すなわち、各トランジスタ１１のオフ時）においては、コンバータ５は、複数の還流ダイオード１２を備えた整流器として機能する。コンバータ５の動作停止時において、コンバータ５に入力された交流電力は全波整流されて出力される。

このように、コンバータ５は、動作停止時において、高調波抑制フィルタ４等に蓄えられたエネルギーを整流して直流リンク部９に供給するよう構成される。このため、コンバータ５の動作停止時において、高調波抑制フィルタ４に蓄えられているエネルギーＥは、コンバータ５に設けられている還流ダイオード１２により整流され、直流リンク部９に供給される。このとき、インバータ７は動作を停止していないため、直流リンク部９に供給されたエネルギーは、インバータ７を介して電動機３に供給され、消費される。

高調波抑制フィルタ４に蓄えられたエネルギーの少なくとも一部が電動機３に供給され、電動機３において消費されることにより、その後インバータ７が動作を停止した場合に直流部電圧Ｖ_ｄの急上昇が抑制される。したがって、上記構成によれば、簡単な構成で、負荷である電動機３への電力供給時に動作を停止しても直流部電圧Ｖ_ｄの上昇を抑制することができる。

また、上記動作停止制御は、コンバータ５およびインバータ７の動作中の制御態様に依存しない。したがって、様々な制御態様によって動作制御される既存のコンバータ５およびインバータ７に容易に適用可能である。

また、時間経過をインバータ７の動作を停止させるトリガとすることにより、応答遅れの少ない安定的な制御系を実現することができる。

なお、インバータ７の動作を停止する一方、コンバータ５は継続して動作させたい場合には、上記動作停止制御によるコンバータ５およびインバータ７の動作停止後に、コンバータ５の動作を再開することで容易に実現できる。

本実施の形態において、第１時間Δｔ_１は予め定められる。例えば、本システムにおいて高調波抑制フィルタ４に蓄えられるエネルギーＥの最大値を測定または推定しておく。そして、当該エネルギーＥの最大値を、電動機３における所定の負荷状態（回転数ωおよびトルクＴ）で消費する時間を算出し、その時間に基づいて第１時間Δｔ_１が定められてもよい。また、これに代えて、電動機３の運用実績またはそれを解析した結果等に基づいて経験的に第１時間Δｔ_１が定められてもよい。

図３は、本実施の形態においてインバータの動作を停止させた場合の直流部電圧の時間的変化を示すグラフである。また、図６は、比較例としてコンバータおよびインバータの動作を同時に停止させた場合の直流部電圧の時間的変化を示すグラフである。

図６の上のグラフおよび中央のグラフには、時刻ｔ_１においてコンバータ５を制御するための第１指令信号における指令値（第１指令値）およびインバータ７を制御するための第２指令信号における指令値（第２指令値）が、コンバータ５およびインバータ７の動作を停止するための指令値（すなわち０）になっていることが示されている。図６の下のグラフには、第１指令値および第２指令値が時刻ｔ_１において同時に０になった場合の直流部電圧Ｖ_ｄの時間的変化が示されている。これによれば、時刻ｔ_１においてコンバータ５およびインバータ７が同時に動作を停止することにより、直流部電圧Ｖ_ｄが急上昇かつ高電圧に達していることが示されている。図６の例では、コンバータ５およびインバータ７の動作停止前に比べて大きい電圧が蓄電器６に印加されることになる。このため、蓄電器６の容量を大容量化しないと蓄電器６の破損などの恐れがある。また、直流部電圧Ｖ_ｄの急上昇によるコンバータ５およびインバータ７のスイッチ素子への影響も懸念される。

これに対し、本実施の形態を示す図３の上のグラフには、時刻ｔ_１においてコンバータ５を制御するための第１指令信号における指令値（第１指令値）が、コンバータ５の動作を停止する第１停止信号Ｓ_ｓｔ１における指令値（すなわち０）になっていることが示されている。図３の中央のグラフには、第１指令値が０になってから第１時間Δｔ_１後の時刻ｔ_２において、インバータ７を制御するための第２指令信号における指令値（第２指令値）が、インバータ７の動作を停止する第２停止信号Ｓ_ｓｔ２における指令値（すなわち０）になっていることが示されている。

図３の下のグラフには、このように第１指令値および第２指令値が時間的に変化した場合の直流部電圧Ｖ_ｄの時間的変化が示されている。これによれば、時刻ｔ_１においてコンバータ５が動作を停止しても、直流部電圧Ｖ_ｄは大きく変化していない（やや上昇する程度である）。時刻ｔ_１以後は、コンバータ５が動作を停止しており、コンバータ５を介してインバータ７に供給されるエネルギーは、実質的に高調波抑制フィルタ４に蓄えられていたエネルギーＥのみである。したがって、高調波抑制フィルタ４に蓄えられていたエネルギーＥが、コンバータ５およびインバータ７を介して電動機３で消費されることにより、時刻ｔ_１からある程度の時間（例えば１ｍ秒ないし数１００ｍ秒程度）の経過後、インバータ７の動作に伴って蓄電器６が放電することにより直流部電圧Ｖ_ｄは低下していく。

時刻ｔ_１から第１時間Δｔ_１後の時刻ｔ_２においてインバータ７の動作が停止した際、高調波抑制フィルタ４に蓄えられていたエネルギーＥは、すでに電動機３で消費された後であるため、直流部電圧Ｖ_ｄはほとんど変化することなく、低い状態を保っている。このように、本実施の形態によれば、簡単な構成で、負荷である電動機３への電力供給時に動作を停止しても直流部電圧Ｖ_ｄの上昇を抑制することができることが、図３のグラフからも示されている。

［変形例１］
上記実施の形態において、第１時間Δｔ_１は、電力変換装置１が適用されるシステムに応じて予め定められることを例示した。これに代えて、第１時間Δｔ_１は、実際に高調波抑制フィルタ４に蓄えられるエネルギーＥに基づいて以下のように設定してもよい。図４は、本実施の形態の変形例１における電力変換装置の概略構成を示すブロック図である。図４に示す電力変換装置１Ｂにおいて、図１に示す電力変換装置１と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。

本実施の形態において、電力変換装置１Ｂは、コンバータ５に入力される電流Ｉを検出する電流検出器１３と、電動機３の回転数ω［ｒａｄ／秒］およびトルクＴ［Ｎｍ］を検出する電動機情報検出器１４とを備えている。なお、コンバータ５は、一般的に、交流系統２の電流を制御するため、コンバータ５に入力される系統側電流Ｉを計測している。したがって、既存のコンバータ５を制御するための構成として電流検出器１３は通常設けられている。すなわち、既存のシステムにおいて本実施の形態を実現するために、電流検出器１３を新たに設ける必要はない。また、電動機３の回転数ωと電動機３のトルクＴとは互いに異なる検出器により検出され得る。なお、電動機情報検出器１４が検出する電動機３の回転数ωおよびトルクＴは、実測により得られる値であってもよいし、指令値または推定値であってもよい。

制御器８Ｂは、コンバータ５の動作を停止する前にコンバータ５に流れる電流Ｉ（コンバータ５に入力される三相電流の計測値から求められる電流実効値）を取得し、その電流Ｉからそのときの高調波抑制フィルタ４に蓄えられているエネルギーＥを推定する。例えば、高調波抑制フィルタ４のコイル成分のインダクタンスをＬとすると、Ｅ＝ＬＩ^２／２と推定される。制御器８Ｂは、推定したエネルギーＥを負荷である電動機３において消費するのに要する第２時間Δｔ_２を算出する。

本実施の形態において、コンバータ５を停止した後の直流部電圧Ｖ_ｄの整定値は、コンバータ５の制御値から変動しないと仮定する。この場合、エネルギー保存則から、高調波抑制フィルタ４に蓄えられているエネルギーＥは、インバータ７の出力電力である第２交流電力Ｐを第２時間Δｔ_２で積分した値（第２時間Δｔ_２における電力量）、すなわち、Ｅ＝Ｐ・Δｔ_２に相当するとみなすことができる。

インバータ７から出力される第２交流電力Ｐは、電動機３の回転数ωおよびトルクＴを掛けた値Ｐ＝ωＴとして求められる。したがって、高調波抑制フィルタ４に蓄えられているエネルギーを全て電動機３で消費させると仮定した場合、そのエネルギーＥは、Ｅ＝Ｐ・Δｔ_２＝ωＴΔｔ_２で表される。これより、第２時間Δｔ_２は、Δｔ_２＝Ｅ／（ωＴ）として求められる。

そして、制御器８Ｂは、算出された第２時間Δｔ_２に基づいて、コンバータ５の動作を停止してからインバータ７の動作を停止させるまでの第１時間Δｔ_１を設定する。

例えば、コンバータ５の動作を停止した時点で高調波抑制フィルタ４に蓄えられているエネルギーＥを全て電動機３で消費した後に、インバータ７の動作を停止させるためには、第１時間Δｔ_１は、第２時間Δｔ_２以上の時間（すなわちΔｔ_１≧Δｔ_２）に設定されればよい。例えば、余裕時間ｔ_ｍを考慮して、第１時間Δｔ_１が、Δｔ_１＝Δｔ_２＋ｔ_ｍに設定される。

これに代えて、コンバータ５の動作を停止した時点で高調波抑制フィルタ４に蓄えられているエネルギーＥの一部を電動機３で消費した後に、インバータ７の動作を停止させればよい場合には、第１時間Δｔ_１は第２時間Δｔ_２より短く（すなわちΔｔ_１＜Δｔ_２に）設定されてもよい。

このように、本変形例１においては、コンバータ５の動作停止からインバータ７の動作停止を開始するまでの時間（第１時間Δｔ_１）が、コンバータ５の停止動作開始時（時刻ｔ_１）において高調波抑制フィルタ４に蓄えられているエネルギー（の推定値）Ｅに基づいて設定される。したがって、高調波抑制フィルタ４に蓄えられているエネルギーＥによる直流部電圧Ｖ_ｄへの影響を確実に低減することができる。

また、コンバータ５の動作停止時において高調波抑制フィルタ４に蓄えられているエネルギーＥが電動機３によりすべて消費されるとみなして、第２時間Δｔ_２が算出される。すなわち、コンバータ５を流れる電流Ｉから推定されるエネルギーＥが、電動機３の回転数ωに電動機３で生じるトルクＴを掛けることにより得られる第２交流電力Ｐと第２時間Δｔ_２との積（電力量）に等しいとして、第２時間Δｔ_２が算出される。このため、負荷（電動機３）においてコンバータ５の動作を停止した時点における第２交流電力Ｐを消費するのに要する第２時間Δｔ_２を容易に求めることができる。

制御器８Ｂにおける第１時間Δｔ_１を決定するための上記演算は、システム設置時または負荷接続時に１回のみ行ってもよいし、定期的に（例えば１ヶ月等の所定期間ごとに）行ってもよいし、毎回（例えばインバータ７の動作を停止させるたびに）行ってもよい。第１時間Δｔ_１の演算を１回または定期的に行う場合、インバータ７の動作停止に用いられる第１時間Δｔ１は、そのときに高調波抑制フィルタ４に実際に蓄えられているエネルギーＥによらない。このため、第１時間Δｔ_１の演算において、所定のしきい値以上の負荷（例えば定格負荷）におけるエネルギーＥを想定して演算することが好ましい。第１時間Δｔ_１の演算が毎回行われる場合には、第１時間Δｔ_１はその都度可変（更新）してもよいし、数回分の平均値を取る等、１回の演算で求められた第１時間Δｔ_１をさらに加工したものをインバータ７の動作停止に用いられる第１時間Δｔ_１として設定してもよい。

［変形例２］
上述の通り、上記実施の形態における制御器８，８Ｂは、コンバータ５の動作を停止してから第１時間Δｔ_１経過後、インバータ７の動作を停止させる態様としている。これに代えて、コンバータ５の動作を停止した後における直流部電圧Ｖ_ｄに基づいてインバータ７の動作を停止させてもよい。

図５は、本実施の形態の変形例２における電力変換装置の概略構成を示すブロック図である。図５に示す電力変換装置１Ｃにおいて、図１に示す電力変換装置１と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。

図５に示すように、変形例２における電力変換装置１は、直流部電圧Ｖ_ｄを検出する電圧検出器１５を備えている。なお、コンバータ５は、一般的に、直流リンク部９の電圧を制御するために、直流部電圧Ｖ_ｄを計測している。したがって、既存のコンバータ５を制御するための構成として電圧検出器１５は通常設けられている。すなわち、既存のシステムにおいて本実施の形態を実現するために、電圧検出器１５を新たに設ける必要はない。制御器８Ｃは、蓄電器６に印加される直流部電圧Ｖ_ｄを取得する。そして、制御器８Ｃは、コンバータ５の動作を停止してから直流部電圧Ｖ_ｄが所定のしきい値Ｖ_ｔｈ以下になったと判定した場合に、インバータ７の動作を停止させる。

図３のグラフについて前述したように、時刻ｔ_１においてインバータ７の動作を停止させることなくコンバータ５の動作を停止させると、高調波抑制フィルタ４に蓄えられていたエネルギーＥが、コンバータ５およびインバータ７を介して電動機３で消費されることにより、時刻ｔ_１からある程度の時間（例えば１ｍ秒ないし数１００ｍ秒程度）の経過後、インバータ７の動作に伴って蓄電器６が放電することにより直流部電圧Ｖ_ｄは低下していく。

本変形例２では、コンバータ５の動作停止時において高調波抑制フィルタ４に蓄えられているエネルギーＥの減少（電動機３における消費）を、直流部電圧Ｖ_ｄを取得することにより直接的に監視する。例えば、インバータ７の動作を停止させるための直流部電圧Ｖ_ｄのしきい値Ｖ_ｔｈは、電力変換装置１Ｃに電動機３が接続された場合に高調波抑制フィルタ４に蓄えられるエネルギーＥが所定値以下（例えば０）である場合に想定される直流部電圧Ｖ_ｄに基づいて設定される。

このように、直流部電圧Ｖ_ｄを直接的に監視することにより、高調波抑制フィルタ４に蓄えられているエネルギーＥによる直流部電圧Ｖ_ｄへの影響を確実に低減することができる。

［その他の変形例］
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更、修正が可能である。

例えば、上記変形例１および変形例２を同時に備えた構成としてもよい。すなわち、制御器８Ｂ，８Ｃは、コンバータ５の動作を停止してから第１時間Δｔ_１後にインバータ７の動作を停止させるが、それまでに直流部電圧Ｖ_ｄがしきい値Ｖ_ｔｈ以下になった場合、第１時間Δｔ_１の経過を待たずにインバータ７の動作を停止させてもよい。

また、制御器８、８Ｂ，８Ｃは、コンバータ５の停止時（停止動作開始前）において高調波抑制フィルタ４に蓄えられているエネルギーＥに応じて、上記実施の形態（変形例１および変形例２を含む）における２段階の停止動作（コンバータ５の動作を停止してからインバータ７を停止させる態様）を実行するか否かを決定してもよい。

この場合、例えば、変形例１と同様に、制御器は、コンバータ５の停止前のコンバータ５に流れる電流Ｉを取得し、当該電流Ｉから高調波抑制フィルタ４に蓄えられているエネルギーＥを推定する。制御器は、推定されたエネルギーＥが所定のしきい値Ｅ_ｔｈ以上か否かを判定する。推定されたエネルギーＥが所定のしきい値Ｅ_ｔｈ以上である場合、制御器は、上記２段階の停止動作を実行し、推定されたエネルギーＥが所定のしきい値Ｅ_ｔｈ未満である場合、制御器は、コンバータ５およびインバータ７の動作を同時に停止させる、または、コンバータ５の動作に拘わらずインバータ７の動作を停止させる。

このように、高調波抑制フィルタ４に蓄えられているエネルギーＥの大きさに応じて停止動作を切り替えることにより、直流部電圧Ｖ_ｄの急変を抑制しつつ迅速にインバータ７を停止させることができる。

また、上記実施の形態においては、電力変換装置１，１Ｂ，１Ｃが三相の交流系統２に接続された例について説明したが、これに限られない。例えば、単相二線系統または単相三線系統の場合であっても、同様の電力変換装置１，１Ｂ，１Ｃを構築可能である。

また、上記実施の形態においては、負荷として電動機３を例示したがこれに限られない。なお、本手法はインバータ７が交流電源として動作する場合であれば用途は問わない。さらに、交流系統２を一旦直流電圧に変換し、変換した直流電圧を任意の直流電圧に変換するＡＣ/ＤＣの電力変換装置にも適用できる。負荷が電動機３以外の場合は、トルクの代わりにインバータ出力電圧Ｖ_ｏｕｔおよび出力電流Ｉ_ｏｕｔの積Ｖ_ｏｕｔＩ_ｏｕｔからインバータ７が負荷に供給する電力Ｐを推定し、高調波抑制フィルタ４に蓄えられているエネルギーＥを，Ｅ＝ＰΔｔ_２＝Ｖ_ｏｕｔＩ_ｏｕｔ・Δｔ_２として第２時間ｔ_２を求め、この第２時間ｔ_２に基づいて第１時間ｔ_１を設定してもよい。

また、上記実施の形態で説明した電力変換装置１，１Ｂ，１Ｃは、例えば、船、航空機等の移動体の電源装置、または、マイクログリッド等の分散型電源システムにおける電源装置等、種々の電源装置に適用可能である。

本発明は、簡単な構成で、負荷への電力供給時に動作を停止しても直流部電圧の上昇を抑制するために有用である。

１，１Ｂ，１Ｃ電力変換装置
２交流系統
３電動機（負荷）
４高調波抑制フィルタ
５コンバータ
６蓄電器
７インバータ
８，８Ｂ，８Ｃ制御器
９直流リンク部

Claims

交流系統と負荷との間に接続される電力変換装置であって、
前記交流系統から高調波抑制フィルタを介して供給される第１交流電力を直流電力に変換するコンバータと、
前記コンバータの直流側端子に直流リンク部を介して接続され、前記コンバータによって変換された前記直流電力を第２交流電力に変換するインバータと、
前記直流リンク部に接続される蓄電器と、
前記コンバータおよび前記インバータを制御する制御器と、を備え、
前記制御器は、
前記インバータによって変換された前記第２交流電力が前記負荷に供給されている状態から前記第２交流電力の前記負荷への供給を停止する場合に、前記コンバータの動作を停止させ、
前記コンバータの動作を停止してから所定の第１時間経過後、前記インバータの動作を停止させ、
前記コンバータの動作を停止する前に前記コンバータに流れる電流を取得し、
前記電流からそのときの前記高調波抑制フィルタに蓄えられているエネルギーを推定し、前記推定したエネルギーを前記負荷において消費するのに要する第２時間を算出し、
算出された前記第２時間に基づいて前記第１時間を設定する、電力変換装置。
前記負荷は、電動機であり、
前記制御器は、
前記電動機の回転数およびトルクを取得し、
前記回転数に前記トルクを掛けることにより得られる前記第２交流電力および前記推定したエネルギーを用いて、前記第２時間を算出する、請求項１に記載の電力変換装置。
前記制御器は、前記蓄電器に印加される直流部電圧を取得し、前記コンバータの動作を停止してから前記直流部電圧が所定のしきい値以下になったと判定した場合に、前記インバータの動作を停止させる、請求項１または２に記載の電力変換装置。