次に、本発明の第1実施形態について図面を 参照して説明する。図1は、本実施形態にお� �る電力変換器の全体構成を示すブロック図� �あり、図2は同電力変換器の一つのセル部分� ��接続を模式的に示したブロック図である。
 図1に示したように、本実施形態の電力変換 器1は、12セル構成の例であり、位相差が120度 となるU相、V相、W相をY結線で接続したもの� �、U相、V相、W相それぞれが、直列に接続さ� �た複数台(本実施の形態では例えば4台)のセ� �パワーモジュールU1~U4、V1~V4、W1~W4によって� �成される。すなわち、セルパワーモジュー� �U1、V1、W1それぞれが中性点で接続され、セ� �パワーモジュールU1~U4、V1~V4、W1~W4が、それ� �れが直列に接続され、セルパワーモジュー� �U4、V4、W4が電動機側に接続される。
 さらに、各セル毎に単相の絶縁トランス3が 設けられ、絶縁トランス3の出口側で各セル� �直列接続されてマルチセル構造とし、連系� �アクトル2を介して電源に接続される。

 セルパワーモジュールU1~U4、V1~V4、W1~W4は� ��れぞれ、図2のように、出力側に単相インバ ータ4Aを備え、電源側に単相インバータ4Bを� �える。さらに、セルパワーモジュールU1~U4、 V1~V4、W1~W4のそれぞれには、絶縁と電圧調整� �兼ねた絶縁トランス3が設けられていること� ��より、電動機側と電源側双方をマルチセル� ��成とする双方向電力変換器を構成する。

 出力側の単相インバータ4Aは、電源側に� �レクタが接続されたIGBT素子Ta1、Tb1と、電源� ��にエミッタが接続されたIGBT素子Ta2、Tb2と、 電源側にカソードが接続されたダイオードDa1 、Db1と、電源側にアノードが接続されたダイ オードDa2、Db2と、を備える。そして、この単 相インバータ4Aにおいて、IGBT素子Ta1のエミッ タ及びIGBT素子Ta2のコレクタとダイオードDa1� �アノード及びダイオードDa2のカソードが接� �されて一方の出力端子O1となるとともに、IGB T素子Tb1のエミッタ及びIGBT素子Tb2のコレクタ� ��ダイオードDb1のアノード及びダイオードDb2� ��カソードが接続されて他方の出力端子O2と� �る。

 また、電源側の単相インバータ4Bも同様� �構成されており、同一の構成については同� �の符号を付して説明を省略する。単相イン� �ータ4Bは、単相インバータ4Aと異なり、IGBT素 子Ta1のエミッタ及びIGBT素子Ta2のコレクタと� �イオードDa1のアノード及びダイオードDa2の� �ソードの間、並びに、IGBT素子Tb1のエミッタ� ��びIGBT素子Tb2のコレクタとダイオードDb1のア ノード及びダイオードDb2のカソードの間に、 図1に示したように、絶縁トランス3が接続さ� ��る。

 このように構成された本実施形態の電力変� ��器1においては、その全体を制御する制御装 置20からの指令に基づいて、セルパワーモジ� ��ールU1~U4、V1~V4、W1~W4のそれぞれに設けられ� ��セルコントローラ30が単相インバータ4A、4B� ��作動を制御する。
 すなわち、セルパワーモジュールU1~U4、V1~V4 、W1~W4において、制御装置20は、セルコント� �ーラ30によって電動機7側の単相インバータ4A のIGBT素子Ta1、Ta2、Tb1、Tb2それぞれのゲート� �与える駆動信号を制御することによって、� �相交流の電力を出力して、電動機制御(加速� ��減速、一定速等)を行うための電力供給また は電源側への電力回生を実施する。
 また、セルパワーモジュールU1~U4、V1~V4、W1~ W4において、制御装置20は、セルコントロー� �30によって、電源側の単相インバータ4Bの集� ��体を制御することで、電動機制御に対応し� ��電力制御を実施する。具体的には、電動機7 の加速・一定速時には電源から電力を取り出 し、セルパワーモジュールU1~U4、V1~V4、W1~W4に 供給される直流電圧を目標値に保つよう調整 しながら電力供給を実施し、電動機7の減速� �には、電動機7側から戻ってくる減速電力を� ��源側に戻す制御を実施する。
 制御装置20においては、電力変換器1の電源� ��において、電源側の電力制御や過電流・過� ��荷保護のために、三相交流の電圧・電流を� ��出するとともに、電力変換器1の電動機7側� �おいて、過電流・過負荷保護のために電流� �検出している。

 ここで、制御装置20における制御内容を説� �する。制御装置20は、設定目標値(直流電圧� �令)と、検出したセルパワーモジュールの直� ��電圧(各セルの平均値)とから、電源側の交� �電流の指令値を決定する。ここで、電力変� �器1の電源側において検出した三相交流の電� ��・電流に基づき、過電流・過負荷が生じな� ��よう、電源側の交流電流の指令値を決定す� ��。決定した電源側の交流電流の指令値に基� ��き、U相、V相、W相の各相に電圧指令を出力� ��る。この電圧指令により、セルパワーモジ� ��ールU1~U4、V1~V4、W1~W4において、セルコント� ��ーラ30が電源側の単相インバータ4BのIGBT素� �Ta1、Ta2、Tb1、Tb2を駆動する。
 また、制御装置20は、上位制御装置からの� �令(周波数指令)を受けると、電動機7の加減� �を設定する。このとき、指定された目標周� �数とするために必要な周波数の変化量が、� �め定められた範囲内となるように制約する� �これは、急峻な周波数変化を生じさせると� �過電流等の発生の要因となるからである。� �れにより、電動機7の加減速が設定されるこ� ��で周波数が決定され、予め設定された周波� ��と電圧との相関から電圧も決定される(いわ ゆるV/f制御)。これに基づき、U相、V相、W相� �各相に電圧指令を出力する。この電圧指令� �より、セルパワーモジュールU1~U4、V1~V4、W1~W 4において、セルコントローラ30が電動機7側� �単相インバータ4AのIGBT素子Ta1、Ta2、Tb1、Tb2� �駆動する。

 上記したような制御装置20の制御による作� �を、図3を用いて説明する。
 電力変換器1において、図3(a)に示すように� �電源側の電力P1と電動機7側の電力P2とがバラ ンスした状態から、図3(b)に示すように、電� �機7側の負荷が増加した場合、P1<P2となり� �これにより各セルにおける直流電圧が減少� �る。
 すると、図3(c)に示すように、制御装置20に� ��いては、各セルにおける直流電圧を目標値� ��保とうとし、電源側の電力P1を増加させる� �御を行う。これによりP1>P2となり、図3(d)� �示すように、各セルにおける直流電圧が目� �値まで増加し、電源側の電力P1と電動機7側� �電力P2とがバランスした状態となる。

 また、電力変換器1において、図3(a)に示す� �うに、電源側の電力P1と電動機7側の電力P2と がバランスした状態から、図3(e)に示すよう� �、電動機7側の負荷が減少した場合、P1>P2� �なり、これにより各セルにおける直流電圧� �増加する。
 すると、図3(f)に示すように、制御装置20に� ��いては、各セルにおける直流電圧を目標値� ��保とうとし、電源側の電力P1を減少させる� �御を行う。これによりP1<P2となり、図3(g)� �示すように、各セルにおける直流電圧が目� �値まで減少し、電源側の電力P1と電動機7側� �電力P2とがバランスした状態となる。

 電力変換器1において、図3(a)に示すように� �電源側の電力P1と電動機7側の電力P2とがバラ ンスした状態から、図3(h)に示すように、電� �機7側から電源回生が行われた場合は、P1>P 2(このときの電力P2は負:回生方向)となり、こ れにより各セルにおける直流電圧が増加する 。
 すると、図3(i)に示すように、制御装置20に� ��いては、電源側の単相インバータ4Bにおい� �電力P1を減少させ、P1<P2(このときの電力P1� ��P2は負:回生方向)として、電源回生を行う。 そして、図3(j)に示すように、電源側の電力P1 と電動機7側の電力P2とがバランスした状態と なる。

 このようにして、電動機7側の単相インバ ータ4Aにおいては、電動機7の要求する電力供 給や電力回生を実施する。一方、電源側の単 相インバータ4Bにおいては、各セルにおける� ��流電圧を目標値に保つ制御を実施する。

 このように、本実施形態に係る電力変換器1 においては、電動機7側の単相インバータ4Aに 加え、電源側に単相インバータ4Bを備えるこ� ��で、電源側から出力側だけでなく、出力側� ��ら電源側へと電力を送ることが可能となり� ��入出力の双方をマルチセル接続とした双方� ��の電力変換が実現する。これにより電源回� ��を行うことが可能となり、制動力を発揮す� ��ことが可能となる。
 また、セルパワーモジュールU1~U2、V1~V4、W1~ W4のそれぞれにおいて、絶縁トランス3を備え ることにより、インバータ同士の干渉を防止 するとともに、直流中間回路の短絡を防止す ることができる。これにより、前記したよう な、入出力側ともにマルチセル接続とした双 方向の電力変換器1を構成することができる� �

 また、絶縁トランス3の設置に関し、1次� �2次の巻線数比を変えることにより、変換器� ��電圧を系統側電圧と無関係で最適値に設定� ��き、系統側から見るとスター巻線となるこ� ��により、低抵抗の接地回路を容易に設ける� ��とができる。

 次に、本発明の第2実施形態について図4を� �いて説明する。
 図4は本実施形態における電力変換器の全体 構成を示すブロック図である。本実施形態は 、発電機(風車等)5の出力を系統側に与えるも のであって、発電機5の出力とマルチセル構� �(各セルパワーモジュールU1~U2、V1~V2、W1~W2の� ��相インバータ4A、4Bの集合体)とを接続する� �
 各セルパワーモジュールU1~U2、V1~V2、W1~W2の� ��成は上記第1実施形態のセルと略同一であり 、詳細な説明を省略するが、各セルパワーモ ジュールU1~U2、V1~V2、W1~W2の単相インバータ4A� ��4Bの直流部に、超電導コイル等のエネルギ� �貯蔵体10が接続されている点が異なる。エネ ルギー貯蔵体10に対しては、複数のIGBT及びダ イオードが組み合わせられている。電力変換 器は、発電機5側にコレクタが接続されたIGBT� ��子Tc1と、発電機5側にエミッタが接続された IGBT素子Td2と、発電機5側にカソードが接続さ� ��たダイオードDc1、Dd1と、発電機5側にアノー ドが接続されたダイオードDc2、Dd2と、を備え 、IGBT素子Tc1のエミッタ、ダイオードDc1のア� �ード及びダイオードDc2のカソードが、エネ� �ギー貯蔵体10の一端側に接続され、IGBT素子Td 2のコレクタ、ダイオードDd1のアノード及び� �イオードDd2のカソードが接続されてエネル� �ー貯蔵体10の他端側に接続される。
 また、系統側のアイソレーション、電圧整� ��を考慮し、系統側に対して絶縁と電圧調整� ��兼ねた絶縁トランス3を介している。

 発電機側マルチセル(各セルの単相インバー タ4B集合体)は、発電機出力電圧・周波数が変 動しても出力可能範囲の電力を取り出し系統 側マルチセル(各セルパワーモジュールU1~U2、 V1~V2、W1~W2における単相インバータ4Aの集合体 )に電力を供給する。系統側マルチセルは、� �統周波数(50/60Hz)に対応して、系統に電力を� �給する。
 各単相インバータ直流部のエネルギー貯蔵� ��10は発電機側出力変動の平滑化用に電力の� �放電を実施する。

 本構成により、発電機側出力周波数・電� ��変動に対して、系統へは一定周波数・電圧� ��力が可能となる。また、変換器内にエネル� ��ー貯蔵部10を設置することにより、発電機� �力変動に対して、系統への出力変動を抑え� �ことが可能となる。

 なお、上記第2実施形態において、エネル ギー貯蔵体10は必須の構成ではなく、これを� ��略した構成とすることも可能である。

 なお、上記各実施形態において、絶縁トラ� ��ス3は電源系統側と発電機5(または電動機7)� �のどちらの側に設けても良いが、電源系統� �に設けることにより、接地条件からの影響� �抑制できる。
 また、絶縁トランス3を複数設ける代わりに 五脚鉄心の三相トランスを適用しても良い。 これにより、絶縁トランス3を数多く用いな� �てよく、省スペース・小型化となる。
 また、上記各絶縁トランス3のリアクトル効 果を用いることで、連系リアクトル2を省略� �てもよい。