电源装置及其控制方法

摘要

本发明提供一种电源装置及其控制方法，在将由SST构成的多个单元转换器串联连接而构成的电源装置中能够适当地控制单元转换器之间的温度的差异、进而适当地进行保护。本发明的具有多个单元转换器的电源装置，单元转换器在整流器中将直流转换为高频之后经由高频变压器进行直流转换，在逆变器中用整流器提供的直流电压生成矩形电压，电源装置将作为多个单元转换器的逆变器的输出的矩形电压串联连接而得到低频的交流，包括：各个单元转换器所具有的控制单元，其基于输出指令值控制作为相应的单元转换器的输出的矩形电压，并且将矩形电压的期间预先确定为对于各个单元转换器彼此不同的时长；检测构成整流器和逆变器的开关元件的温度的温度检测单元；和对每个控制单元输出反映了由温度检测单元检测到的温度的差异的输出指令值的控制装置，在产生了温度的差异时，通过输出指令值改变预先确定为对于各个所述单元转换器彼此不同的期间的所述矩形电压的期间来继续运转。

权利要求

1.一种具有多个单元转换器的电源装置，所述单元转换器在整流器中将直流转换为高频之后经高频变压器后进行直流转换，在逆变器中用所述整流器提供的直流电压生成矩形电压，所述电源装置将作为多个单元转换器的所述逆变器的输出的矩形电压串联连接而得到低频的交流，所述电源装置的特征在于，包括：各个所述单元转换器所具有的控制单元，其基于输出指令值控制作为相应的单元转换器的输出的矩形电压，并且将所述矩形电压的期间预先确定为对于各个所述单元转换器彼此不同的时长；

检测构成所述整流器和所述逆变器的开关元件的温度的温度检测单元；和对每个所述控制单元输出反映了由该温度检测单元检测到的温度的差异的输出指令值的控制装置，在所述单元转换器的整流器与逆变器之间连接有平滑电容器，

在产生了所述温度的差异时，通过所述输出指令值改变预先确定为对于各个所述单元转换器彼此不同的期间的所述矩形电压的期间来继续运转，监视所述温度检测单元检测到的温度，在达到规定的限制值以上时，使相应的单元转换器的所述整流器停止，整流器已停止的所述单元转换器的所述逆变器中的所述矩形电压的期间，在所述检测到的温度达到规定的限制值以上时被变更设定为较短的期间，并且在到达该期间以前的时刻，执行从完整工作的所述单元转换器对所述整流器已停止的所述单元转换器的所述平滑电容器充电的处理。

2.如权利要求1所述的电源装置，其特征在于：

在所述温度检测单元检测到高温时，缩短温度高的单元转换器的所述矩形电压的期间并延长其他单元转换器的所述矩形电压的期间来继续运转。

3.如权利要求1所述的电源装置，其特征在于：

在所述温度检测单元检测到高温时，减小温度高的单元转换器的所述矩形电压的大小并增大其他单元转换器的所述矩形电压的大小来继续运转。

4.如权利要求3所述的电源装置，其特征在于：

延长减小了所述矩形电压的大小的所述单元转换器的所述矩形电压的期间并缩短增大了所述矩形电压的大小的所述单元转换器的所述矩形电压的期间来继续运转。

5.一种具有多个单元转换器的电源装置，所述单元转换器在整流器中将直流转换为高频之后经高频变压器后进行直流转换，在逆变器中用所述整流器提供的直流电压生成矩形电压，所述电源装置将作为多个单元转换器的所述逆变器的输出的矩形电压串联连接而得到低频的交流，所述电源装置的特征在于：所述多个单元转换器中的所述逆变器在与所述整流器之间具有平滑电容器且具有构成全电桥的包括反向并联二极管的开关元件，所述逆变器在所述低频的交流的1个周期内以不同比例的时间期间交替地反复通过导通或关断构成全电桥的包括反向并联二极管的开关元件而使在交流侧流动的电流不在所述平滑电容器中流动的第一状态，和通过导通或关断构成全电桥的包括反向并联二极管的开关元件而使在交流侧流动的电流在所述平滑电容器的第一方向上流动的第二状态，并且在构成所述逆变器或所述整流器的开关元件的温度产生了差异时，改变对于每个所述逆变器不同的所述不同比例的时间期间，缩短检测到高温的所述单元转换器中的所述逆变器的第二状态的时间并延长未检测到高温的所述单元转换器中的所述逆变器的第二状态的时间，使所述多个单元转换器中检测到高温的所述单元转换器中的所述整流器停止，缩短与已停止的整流器连接的所述逆变器的第二状态的时间，并延长其他所述单元转换器中的所述逆变器的第二状态的时间，使与所述已停止的整流器连接的所述逆变器成为通过导通或关断构成全电桥的包括反向并联二极管的开关元件而使在交流侧流动的电流在与所述平滑电容器的第一方向相反的第二方向上流动的第三状态，并使其他单元转换器中的所述逆变器成为所述第二状态，由此来进行充电。

6.一种具有多个单元转换器的电源装置，所述单元转换器在整流器中将直流转换为高频之后经高频变压器后进行直流转换，在逆变器中用所述整流器提供的直流电压生成矩形电压，所述电源装置将作为多个单元转换器的所述逆变器的输出的矩形电压串联连接而得到低频的交流，所述电源装置的特征在于：设置于多个所述单元转换器中的每一个的控制装置，进行控制以使多个单元转换器中逆变器的输出电流相等且整流器的输入电流不同，所述控制装置基于检测到的温度信息使温度高的单元转换器的整流器的开关动作停止，

所述单元转换器在其整流器与逆变器之间具有电容器，所述控制装置从其他单元转换器的逆变器对包括所述已停止的整流器的单元转换器的所述电容器充电。

7.如权利要求6所述的电源装置，其特征在于：

所述单元转换器具有温度检测单元，所述控制装置基于检测到的温度信息减少温度高的单元转换器的输入电流并增加温度低的单元转换器的输入电流。

8.如权利要求6所述的电源装置，其特征在于：

所述控制装置进行控制以使多个单元转换器之间直流链电压不同。

9.一种电源装置的控制方法，其中所述电源装置具有在整流器与逆变器之间具有电容器的多个单元转换器，所述单元转换器在整流器中将直流转换为高频之后经高频变压器后进行直流转换，在逆变器中用所述整流器提供的直流电压生成矩形电压，所述电源装置将作为多个单元转换器的所述逆变器的输出的矩形电压串联连接而得到低频的交流，所述电源装置的控制方法的特征在于：作为所述单元转换器的输出的矩形电压的期间被预先设定为对于每个所述单元转换器彼此不同的时长，在构成所述整流器和所述逆变器的开关元件的温度产生了差异时，缩短温度高的单元转换器的所述矩形电压的期间并延长其他单元转换器的所述矩形电压的期间来继续运转，使所述开关元件的温度成为高温的所述单元转换器的所述整流器停止，缩短该单元转换器的所述逆变器的所述矩形电压的期间，并且在该逆变器没有生成所述矩形电压的期间，经由未停止的所述单元转换器的所述逆变器对该单元转换器的所述电容器充电。

10.一种电源装置的控制方法，其中所述电源装置具有在整流器与逆变器之间具有电容器的多个单元转换器，所述单元转换器在整流器中将直流转换为高频之后经高频变压器后进行直流转换，在逆变器中用所述整流器提供的直流电压生成矩形电压，所述电源装置将作为多个单元转换器的所述逆变器的输出的矩形电压串联连接而得到低频的交流，所述整流器和逆变器包括构成全电桥的包括反向并联二极管的开关元件，所述电源装置的控制方法的特征在于：在构成所述整流器和所述逆变器的开关元件的温度高时，停止该单元转换器的整流器，通过导通或关断构成全电桥的包括反向并联二极管的开关元件而使在交流侧流动的电流在电容器的第一方向上流动，对于所述多个单元转换器中的完整工作的1台以上单元转换器，通过导通或关断构成全电桥的包括反向并联二极管的开关元件而使在交流侧流动的电流在所述电容器的与第一方向相反方向的第二方向上流动。

说明书

电源装置及其控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及将交流或直流电压作为电源、具备变压器而对负载供给任意的交流电压的电力转换装置多个串联连接构成的电源装置及其控制方法。

背景技术

[0002] 用于系统连接的绝缘变压器以与系统频率相同的数十Hz的低频(工频)驱动，所以存在绝缘变压器的小型、轻量化困难的课题。

[0003] 对于该课题，应用固态变压器(以下称为SST)代替绝缘变压器正在受到研究。

[0004] SST由以数kHz～数百Hz的高频驱动的高频变压器、驱动高频变压器的整流器、用整流器的输出电压作为电源而输出与系统频率相同的数十Hz的交流电压的逆变器等电力整流器构成，由此代替现有的绝缘变压器。根据SST的结构，虽然要对现有的绝缘变压器单体追加整流器和逆变器等电力整流器，但通过以数十～数百kHz的高频驱动绝缘变压器进行的小型化，即使在追加了电力整流器的SST的结构中也能够实现与现有的以数十Hz驱动的绝缘变压器单体相比大幅的小型化、轻量化。这样，SST发挥绝缘变压器的功能，并且SST自身也发挥电力转换装置的功能。

[0005] 作为使用SST的电力转换装置的具体的构成例，例如提出了非专利文献1中公开的结构。非专利文献1中记载的电力转换装置中，通过将使用了高频变压器的小容量、低耐压的电力转换装置多串多并联连接而能够应用于高压、大功率用途。另外，以下进行以将使用了高频变压器的小容量、低耐压的电力转换装置即SST多串多并联连接为前提的说明，该情况下将多串多并联连接的SST称为单元转换器。

[0006] 将多个单元转换器多串多并联连接来构成应用于高压、大功率用途的电源装置时，需要将多个单元转换器配置在同一壳体内。该情况下，难以使全部单元转换器之间的周围温度条件和冷却条件均匀化，设想单元转换器的温度变得差异匀。另外，因为温度的差异会引起半导体元件和被动元件的寿命的差异，所以存在系统的短寿命化和可靠性降低这样的课题。

[0007] 作为解决该课题的方案，公开了专利文献1。专利文献1中记载的技术中，在将多个整流器并联连接的并联冗余方式电源中，具备检测各整流器的内部温度的温度检测单元，通过使温度高的整流器的输出电流降低、使温度低的整流器的输出电流增加而实现多个整流器的内部温度的均匀化。

[0008] 现有技术文献

[0009] 专利文献

[0010] 专利文献1：国际公开WO99-25052号

[0011] 非专利文献

[0012] 非专利文献1：Chounhong Zhao,Silvia Lewdeni-Schmid,Juergen K.Steinke,Michael Weiss,Toufann Chaudhuri,Marc Pellerin,Joeph Duron and Philipe 
Stefanutti:“Design,Implementation and Performance of a modular Power 
Electronic Transformer for Railway Application”,Proceedings of 13th European Conference on Power Electronics and Applications,pp.1-10(2011)

发明内容

[0013] 发明要解决的课题

[0014] 但是，专利文献1中记载的技术中，限定于将多个整流器的输入和输出并联连接的结构，关于整流器的输入或输出串联连接的结构并没有任何记载。

[0015] 本发明中设想的电源装置中，将多个单元转换器的交流输出多并联连接而构成应用于高压、大功率用途的电源装置，各个单元转换器在分别规定的期间中输出分别规定的定电压，通过多个串联连接的输出的合成而生成交流系统的正弦波。

[0016] 根据以上所述，本发明的目的在于提供一种在将由SST构成的多个单元转换器串联连接而构成的电源装置中能够适当地控制单元转换器之间的温度的差异、进而适当地进行保护的电源装置及其控制方法。

[0017] 用于解决课题的技术方案

[0018] 为了解决上述课题，本发明中，是“一种具有多个单元转换器的电源装置，单元转换器在整流器中将直流转换为高频之后经由高频变压器进行直流转换，在逆变器中用整流器提供的直流电压生成矩形电压，电源装置将作为多个单元转换器的逆变器的输出的矩形电压串联连接而得到低频的交流，包括：各个单元转换器所具有的控制单元，其基于输出指令值控制作为相应的单元转换器的输出的矩形电压，并且将矩形电压的期间预先确定为对于各个单元转换器彼此不同的时长；检测构成整流器和逆变器的开关元件的温度的温度检测单元；和对每个控制单元输出反映了由温度检测单元检测到的温度的差异的输出指令值的控制装置，在产生了温度的差异时，通过输出指令值改变预先确定为对于各个单元转换器彼此不同的期间的矩形电压的期间来继续运转”。

[0019] 另外，本发明是“一种具有多个单元转换器的电源装置，单元转换器在整流器中将直流转换为高频之后经由高频变压器进行直流转换，在逆变器中用整流器提供的直流电压生成矩形电压，电源装置将作为多个单元转换器的所述逆变器的输出的矩形电压串联连接而得到低频的交流，多个单元转换器中的逆变器在与整流器之间具有平滑电容器且具有构成全电桥的包括反向并联二极管的开关元件，逆变器在低频的交流的1个周期内以不同比例的时间期间交替地反复通过导通或关断构成全电桥的包括反向并联二极管的开关元件而使在交流侧流动的电流不在平滑电容器中流动的第一状态，和通过导通或关断构成全电桥的包括反向并联二极管的开关元件而使在交流侧流动的电流在平滑电容器的第一方向
上流动的第二状态，并且在构成逆变器或整流器的开关元件的温度产生了差异时，改变对于每个逆变器不同的不同比例的时间期间，缩短检测到高温的单元转换器中的逆变器的第二状态的时间并延长未检测到高温的单元转换器中的逆变器的第二状态的时间”。

[0020] 另外，本发明是“一种具有多个单元转换器的电源装置，单元转换器在整流器中将直流转换为高频之后经由高频变压器进行直流转换，在逆变器中用整流器提供的直流电压生成矩形电压，电源装置将作为多个单元转换器的逆变器的输出的矩形电压串联连接而得到低频的交流，设置于多个单元转换器中的每一个的控制装置，以使多个单元转换器中逆变器的输出电流相等且整流器的输入电流不同的方式进行控制”。

[0021] 另外，本发明是“一种电源装置的控制方法，其中电源装置具有在整流器与逆变器之间具有电容器的多个单元转换器，单元转换器在整流器中将直流转换为高频之后经由高频变压器进行直流转换，在逆变器中用整流器提供的直流电压生成矩形电压，电源装置将作为多个单元转换器的逆变器的输出的矩形电压串联连接而得到低频的交流，作为单元转换器的输出的矩形电压的期间被预先设定为对于每个单元转换器彼此不同的时长，在构成整流器和逆变器的开关元件的温度产生了差异时，缩短温度高的单元转换器的矩形电压的期间并延长其他单元转换器的矩形电压的期间来继续运转”。

[0022] 另外，本发明是“一种电源装置的控制方法，其中电源装置具有在整流器与逆变器之间具有电容器的多个单元转换器，单元转换器在整流器中将直流转换为高频之后经由高频变压器进行直流转换，在逆变器中用整流器提供的直流电压生成矩形电压，电源装置将作为多个单元转换器的逆变器的输出的矩形电压串联连接而得到低频的交流，整流器和逆变器包括构成全电桥的包括反向并联二极管的开关元件，在构成整流器和逆变器的开关元件的温度高时，停止该单元转换器的整流器，通过导通或关断构成全电桥的包括反向并联二极管的开关元件而使在交流侧流动的电流在平滑电容器的第一方向上流动，对于多个单元转换器中的完整工作的1台以上单元转换器，通过导通或关断构成全电桥的包括反向并联二极管的开关元件而使在交流侧流动的电流在平滑电容器的与第一方向相反方向的第二方向上流动”。

[0023] 发明效果

[0024] 根据本发明的优选的实施方式，在将多个单元转换器的输入或输出串联连接而构成的电力转换装置中也能够使单元转换器的温度均匀化。由此，能够抑制单元转换器的寿命的差异，能够实现电力转换装置的长寿命化和高可靠化。

附图说明

[0025] 图1是表示实施例1的电源装置的结构例的图。

[0026] 图2是表示图1的单元转换器内的逆变器的电路结构例的图。

[0027] 图3是表示图1的单元转换器内的整流器的电路结构例的图。

[0028] 图4是表示图1的电源装置的控制装置的判断逻辑的流程图。

[0029] 图5是说明图1的电源装置的动作的波形图。

[0030] 图6a是表示图5的模式1下的逆变器电路结构和电流的流向的图。

[0031] 图6b是表示图5的模式2下的逆变器电路结构和电流的流向的图。

[0032] 图6c是表示图5的模式3下的逆变器电路结构和电流的流向的图。

[0033] 图6d是表示图5的模式4下的逆变器电路结构和电流的流向的图。

[0034] 图7a是表示图5的模式5下的逆变器电路结构和电流的流向的图。

[0035] 图7b是表示图5的模式6下的逆变器电路结构和电流的流向的图。

[0036] 图7c是表示图5的模式7下的逆变器电路结构和电流的流向的图。

[0037] 图7d是表示图5的模式8下的逆变器电路结构和电流的流向的图。

[0038] 图8a是表示温度的差异时的图5的模式5下的逆变器电路结构和电流的流向的图。

[0039] 图8b是表示温度的差异时的图5的模式6下的逆变器电路结构和电流的流向的图。

[0040] 图8c是表示温度的差异时的图5的模式7下的逆变器电路结构和电流的流向的图。

[0041] 图8d是表示温度的差异时的图5的模式8下的逆变器电路结构和电流的流向的图。

[0042] 图9是表示实施例2的电力转换装置的控制装置的判断逻辑的流程图。

[0043] 图10是说明实施例2的电力转换装置的动作的波形图。

[0044] 图11是表示实施例3的电力转换装置的控制装置的判断逻辑的流程图。

[0045] 图12是说明实施例3中的使用逆变器的电力交换的原理的图。

[0046] 图13a是表示图12的模式31a下的逆变器电路结构和电流的流向的图。

[0047] 图13b是表示图12的模式31b下的逆变器电路结构和电流的流向的图。

[0048] 图13c是表示图12的模式31c下的逆变器电路结构和电流的流向的图。

[0049] 图14a是表示图12的模式32a下的逆变器电路结构和电流的流向的图。

[0050] 图14b是表示图12的模式32b下的逆变器电路结构和电流的流向的图。

[0051] 图14c是表示图12的模式32c下的逆变器电路结构和电流的流向的图。

[0052] 图15a是表示图12的模式34下的逆变器电路结构和电流的流向的图。

[0053] 图15b是表示图12的模式35下的逆变器电路结构和电流的流向的图。

具体实施方式

[0054] 以下参考附图详细说明本发明的优选的实施方式。

[0055] 实施例1

[0056] 对于本发明的实施例1，用附图进行说明。首先，图1是表示本发明的实施例1的电源装置的结构例的图。

[0057] 在图1中示出整体概略结构的实施例1的电源装置100，例如具备4个单元转换器1a、1b、1c、1d，采用将单元转换器1a、1b、1c、1d的输入端并联连接、将输出端串联连接的结构，用电源2作为输入，输出任意的交流电压Vinv从而对作为负载的系统3供给交流电力。另外，用图1的结构提供的交流电压Vinv是1相，所以在采用三相交流时，对于系统3的各相具备图1的结构。

[0058] 在图1中，单元转换器1a、1b、1c、1d由用电源2分别生成任意的直流电压Vdc1、Vdc2、Vdc3、Vdc4的整流器6a、6b、6c、6d；分别用直流电压Vdc1、Vdc2、Vdc3、Vdc4作为输入、生成交流电压的逆变器7a、7b、7c、7d；检测整流器6a、6b、6c、6d的温度Tc1、Tc2、Tc3、Tc4、和逆变器7a、7b、7c、7d的温度Ti1、Ti2、Ti3、Ti4的控制单元5a、5b、5c、5d构成。另外，SST相当于由整流器6a、6b、6c、6d、和逆变器7a、7b、7c、7d构成的电路部分。

[0059] 用控制单元5a、5b、5c、5d检测到的温度信息被发送至控制装置4。控制装置4基于检测到的温度信息决定各单元转换器1a、1b、1c、1d的输出指令值，对各单元转换器1a、1b、1c、1d的控制单元5a、5b、5c、5d发送输出指令值Pref1、Pref2、Pref3、Pref4。各单元转换器
1a、1b、1c、1d的控制单元5a、5b、5c、5d按照给出的输出指令值Pref1、Pref2、Pref3、Pref4控制逆变器7a、7b、7c、7d和整流器6a、6b、6c、6d。

[0060] 逆变器7a、7b、7c、7d如图2所例示的，构成由平滑电容器C7、全电桥连接的4个开关元件Q1、Q2、Q3、Q4、与开关元件Q1、Q2、Q3、Q4反向并联连接的二极管D1、D2、D3、D4构成的交直转换电路，用由整流器6决定的直流电压Vdc分别生成任意的交流电压。

[0061] 整流器6a、6b、6c、6d如图3所例示，由输入电容器C1、全电桥连接的开关元件H1、H2、H3、H4、与开关元件H1、H2、H3、H4反向并联连接的二极管DH1、DH2、DH3、DH4、共振电容器Cr、变压器T、电桥连接的4个整流二极管Dr1、Dr2、Dr3、Dr4和滤波电容器Cm构成，生成任意的直流电压Vdc。变压器T由升压电感器Lr、一次绕组N1、二次绕组N2构成，但也可以包括共振电容器Cr而形成所谓LLC变压器。

[0062] 根据图3的电路结构，通过开关元件H1、H2、H3、H4和二极管DH1、DH2、DH3、DH4的电桥连接构成直交转换电路，将电源2的直流输入转换为数kHz～数百Hz的高频。变压器T在确保绝缘的同时，采用高频变压器，从而能够实现与现有的以数十Hz驱动的绝缘变压器单体相比大幅的小型化、轻量化。变压器T的二次侧的高频输出，在由整流二极管Dr1、Dr2、Dr3、Dr4构成的整流电路中被整流，得到直流电压Vdc。另外，由图2的逆变器7和图3的整流器6构成SST。

[0063] 图4是表示图1的电源装置100的控制装置4的判断逻辑的流程图。以下，用图4进行说明。在图1的流程中的最初的处理步骤S101中，各单元转换器1a、1b、1c、1d中检测到的温度信息Tc1、Tc2、Tc3、Tc4、Ti1、Ti2、Ti3、Ti4被输入至控制装置4。在处理步骤S102中，基于处理步骤S101中输入的温度信息，判断是否存在各单元转换器之间的温度的差异。

[0064] 处理步骤S103在处理步骤S102中判断为存在温度的差异时实施，以减少温度高的单元转换器的输入电流的方式生成对该单元转换器的输出指令值。另外，处理步骤S104在处理步骤S102中判断为存在温度的差异时实施，以增加温度低的单元转换器的输入电流的方式生成对该单元转换器的输出指令值。由此，电源装置100的控制装置4给出的输出指令值的合计被保持为一定。这样，实施例1的电源装置100中，基于用温度检测单元检测到的各单元转换器的温度信息，由控制装置4决定各单元转换器1a、1b、1c、1d的输出指令值Pref1、Pref2、Pref3、Pref4。

[0065] 图5、图6a、图6b、图6c、图6d是用于说明实施例1的电源装置100的动作模式的图。图5表示实施例1的电源装置100的动作波形，图6a、图6b、图6c、图6d表示说明实施例1的电源装置的电路动作的电路图。

[0066] 以下用图5、图6a、图6b、图6c、图6d说明本发明的实施例1中的电源装置的动作。首先说明图5的电源装置100的动作波形。此处，作为动作波形，示出了交流系统电压的1个周期中的电压波形和对整流器的输入电流。

[0067] 图5中，T1是正的半波期间，T2是负的半波期间。图5的例子中，例如图1的结构的4组的单元转换器1a、1b、1c、1d中的整流器6a、6b、6c、6d连续地产生预先分别确定的大小的直流电压Vdc1、Vdc2、Vdc3、Vdc4，另一方面，逆变器7a、7b、7c、7d仅在预先分别确定的导通期间中导通而生成矩形的交流电压，通过串联连接得到的合成值最终决定为正弦波状的交流电压Vinv。为了生成图5的矩形的交流电压，由逆变器7和整流器6承担的作用也可以是其他作用，但此处设整流器6调整大小、逆变器7调整导通期间，进行以下说明。另外，实施例1中，设整流器6a、6b、6c、6d确定的直流电压Vdc1、Vdc2、Vdc3、Vdc4的大小是一定的。

[0068] 另外，关于逆变器7的导通期间，在图5的例子中，逆变器7a在时刻t0至时刻t7的期间施加正的直流电压Vdc1，逆变器7b在时刻t1至时刻t6的期间施加正的直流电压Vdc2，逆变器7c在时刻t2至时刻t5的期间施加正的直流电压Vdc3，逆变器7d在时刻t3至时刻t4的期间施加正的直流电压Vdc4，由此生成正的交流波形。另外，同样地，逆变器7a在时刻t9至时刻t16的期间施加负的直流电压Vdc1，逆变器7b在时刻t10至时刻t15的期间施加负的直流电压Vdc2，逆变器7c在时刻t11至时刻t14的期间施加负的直流电压Vdc3，逆变器7d在时刻t12至时刻t13的期间施加负的直流电压Vdc4，由此生成负的交流波形。

[0069] 从控制装置4对各单元转换器1a、1b、1c、1d的控制单元5a、5b、5c、5d给出的输出指令值Pref1、Pref2、Pref3、Pref4，是为了最终实现图5的正弦波形，而将各单元转换器1a、1b、1c、1d要负担的大小和时序等信息作为指令给出的，但以下说明中以电压的关系为主体进行，所以用电压指令值Vref进行说明。正弦波形的电压指令值Vref对各单元转换器1a、
1b、1c、1d的控制单元5a、5b、5c、5d给出，在控制单元5a、5b、5c、5d中决定各自要负担的直流电压Vdc的大小，并且决定各自要开始、停止导通的时序。

[0070] 另外，在图5中，示出了在各单元转换器1a、1b、1c、1d施加上述电压时，从电源2对各单元转换器1a、1b、1c、1d输入的直流电流的大小。正常运转的正的半波中，按导通期间较长的单元转换器1a、1b、1c、1d的顺序流过较大值的直流电流I1a、I1b、I1c、I1d。另外，在产生温度的差异、变更了电力指令值的负的期间，按导通期间较长的单元转换器1d、1b、1c、1a的顺序流过较大值的直流电流I1d、I1b、I1c、I1a。另外，关于交流电流Iinv，在多个单元转换器中逆变器的输出电流相等，并且是正弦波系统。

[0071] 由以上说明可知，实施例1的电源装置以多个单元转换器中逆变器的输出电流Iinv相等、整流器的输入电流I1a、I1b、I1c、I1d不同的方式进行控制。另外，基于检测到的温度信息，减少温度高的单元转换器的输入电流，增加温度低的单元转换器的输入电流。

[0072] 图6a、图6b、图6c、图6d示出了图5的各期间的逆变器7a、7b、7c、7d的电路结构和电流通路。此处，设时刻t0～t1的期间的状态为模式1在图6a中示出，设时刻t1～t2的期间的状态为模式2在图6b中示出，设时刻t2～t3的期间的状态为模式3在图6c中示出，设时刻t3～t4的期间的状态为模式4在图6d中示出。另外，在图6a、图6b、图6c、图6d中，C7a、C7b、C7c、C7d是设置在各逆变器7a、7b、7c、7d的输入侧的平滑电容器。

[0073] 在图6a所示的模式1(时刻t0～t1)下，逆变器7a的开关元件Q1a和Q4a、逆变器7b的开关元件Q4b、逆变器7c的开关元件Q4c、逆变器7d的开关元件Q4d是导通状态，其他开关元件是关断状态。该情况下，在逆变器7a中，以开关元件Q4a、平滑电容器C7a、开关元件Q1a的环路流过电流。另外，在逆变器7b中，以开关元件Q4b、二极管D2b的环路流过电流。在逆变器7c中，与逆变器7b同样以开关元件Q4c、二极管D2c的环路流过电流。在7d中电流也与逆变器
7b、7c同样以开关元件Q4d、二极管D2d的环路流过电流。此时，电源装置的输出电压Vinv是单元转换器1a的直流电压Vdc1。

[0074] 在模式1的状态下电压指令值Vref变得大于Vdc1时转移至模式2。在图6b所示的模式2(时刻t1～t2)下，在模式1的状态下使逆变器7b的开关元件Q1b成为导通状态。这样，在逆变器7b中，以开关元件Q4b、平滑电容器C7b、开关元件Q1b的环路流过电流。逆变器7a、7c、7d与模式1动作相同。此时，电源装置的输出电压Vinv是单元转换器1a的直流电压Vdc1与单元转换器1b的直流电压Vdc2的和。

[0075] 在模式2的状态下电压指令值Vref变得大于Vdc2时转移至模式3。在图6c所示的模式3(时刻t2～t3)下，在模式2的状态下使逆变器7c的开关元件Q1c成为导通状态。这样，在逆变器7c中，以开关元件Q4c、平滑电容器C7c、开关元件Q1c的环路流过电流。逆变器7a、7b、7d与模式2动作相同。此时，电源装置的输出电压Vinv是单元转换器1a的直流电压Vdc1与单元转换器1b的直流电压Vdc2与单元转换器1c的直流电压Vdc3的和。

[0076] 在模式3的状态下电压指令值Vref变得大于Vdc3时转移至模式4。在图6d所示的模式4(时刻t3～t4)下，在模式3的状态下使逆变器7d的开关元件Q1d成为导通状态。这样，在逆变器7d中，以开关元件Q4d、平滑电容器C7d、开关元件Q1d的环路流过电流。逆变器7a、7b、7c与模式3动作相同。此时，电源装置的输出电压Vinv是单元转换器1a的直流电压Vdc1与单元转换器1b的直流电压Vdc2与单元转换器1c的直流电压Vdc3与单元转换器1d的直流电压
Vdc4的和。另外，在时刻t0之前的状态下，逆变器7a中仅有开关元件Q4a被设为导通状态。

[0077] 用以上所述说明了能够生成电源装置的输出电压Vinv的0度至90度的范围的正弦波电压，可知剩余的90度至180度的期间也能够通过使上述模式以相反的顺序进行而实现，所以省略其详细说明。

[0078] 另外，在图7a、图7b、图7c、图7d中示出了实现电源装置的输出电压Vinv的180度至360度的范围的负的正弦波电压的电路结构和电流的流向。图7a是表示图5的模式5下的逆变器电路结构的图，图7b是表示图5的模式6下的逆变器电路结构的图，图7c是表示图5的模式7下的逆变器电路结构的图，图7d是表示图5的模式8下的逆变器电路结构的图。

[0079] 关于图7a、图7b、图7c、图7d的电路结构和电流的流向，因为是能够根据图6a、图6b、图6c、图6d的电路结构和电流的流向容易推测的事项，所以省略详细说明，但基本上在分担交流电压Vinv的逆变器7的情况下，其开关元件Q2和Q3是导通状态，其他开关元件Q1、Q4是关断状态，以开关元件Q2、平滑电容器C7、开关元件Q3的环路流过电流。另外，不分担交流电压的其他逆变器7中，开关元件Q3是导通状态，以二极管D1、开关元件Q3的环路流过电流。另外，关于各模式的顺序，基于正波中的顺序，按模式5、模式6、模式7、模式8的顺序实施即可。

[0080] 以上动作说明了图4的处理步骤S102中判断为不存在温度的差异的情况下的控制装置4内的动作和由此实现的电路结构。与此相对，在图4的处理步骤S102中判断为存在温度的差异的情况下，如下所述地进行处理。

[0081] 本例中，在电压指令值Vref的正的半周期T1中，关于控制装置4检测到的单元转换器1的温度，假设判断为单元转换器1a最高、单元转换器1d的温度最低。此时，控制装置4如图5的差异产生时所示在电压指令值的负的半周期T2中以将单元转换器1a与单元转换器1d的作用交换的方式生成输出指令值，对各单元转换器发送输出指令。图5所示的例子中，对于正常时在时刻t8至时刻t16的期间生成矩形波电压的单元转换器1a，变更为在时刻t12至时刻t13的期间生成矩形波电压，对于正常时在时刻t12至时刻13的期间生成矩形波电压的单元转换器1d，变更为在时刻t8至t16的期间生成矩形波电压。

[0082] 这样，通过基于检测到的温度信息决定单元转换器的驱动模式，能够使温度高的单元转换器1a的输入电流减少，使温度低的单元转换器1d的输入电流增加。

[0083] 在图8a、图8b、图8c、图8d中示出了产生温度的差异时实现负的正弦波电压的电路结构和电流的流向。图8a是表示温度的差异时的图5的模式5下的逆变器电路结构的图，图8b是表示温度的差异时的图5的模式6下的逆变器电路结构的图，图8c是表示温度的差异时的图5的模式7下的逆变器电路结构的图，图8d是表示温度的差异时的图5的模式8下的逆变器电路结构的图。

[0084] 关于图8a、图8b、图8c、图8d的电路结构和电流的流向，因为是能够根据图7a、图7b、图7c、图7d的电路结构和电流的流向容易推测的事项，所以省略详细说明，但基本上在模式5下(时刻t9～t10)，温度裕度大的逆变器7d代替温度裕度小的逆变器7a分担交流电
压，在模式6(时刻t10～t11)下，追加逆变器7b由逆变器7b和7d分担交流电压，在模式7(时刻t11～t12)下，进而追加逆变器7c由逆变器7b和7c和7d分担交流电压，在模式8(时刻t12～t13)下，追加温度裕度小的逆变器7a由逆变器7a和7b和7c和7d分担交流电压。

[0085] 通过执行该处理，温度裕度小的逆变器7a的电流导通时间最短，温度产生受到抑制。另外，以上说明中，在正的半波期间内检测到温度的差异，所以在接下来的负的期间中以将单元转换器1a与单元转换器1d的作用交换的方式生成输出指令值，但进而在下一个正的半波期间之后也继续实施。

[0086] 以上，在实施例1中的电力转换装置中，能够基于用对于各单元转换器具备的温度检测单元检测到的温度信息决定作为单元转换器的驱动模式的输出指令值。由此，能够使单元转换器的温度平均化，所以能够抑制元件寿命的差异，实现电力转换装置的高可靠化。

[0087] 另外，实施例1中设单元转换器的串联数为4级，但通过进一步增加级数能够增加电力转换装置的输出电压的级数，所以能够实现在系统与电力转换装置之间连接的滤波电感器和滤波电容器的小型化即电力转换装置的小型化。

[0088] 另外，实施例1中设单元转换器的输入为共用的电源，但不限于此。也可以采用对于每个单元转换器连接独立的电源的结构。另外，实施例1中，按电压指令值的每个半周期切换单元转换器的驱动模式，但也可以按比电压指令值的半周期更短的每个周期或每数个周期切换驱动模式。

[0089] 实施例2

[0090] 实施例1是着眼于单元转换器的导通期间的解决方法，使单元转换器中的导通期间在具有热裕度的单元转换器与没有热裕度的单元转换器之间切换。

[0091] 与此相对，实施例2中，着眼于单元转换器中的另一个控制因素即整流器的直流链电压Vdc，将具有热裕度的单元转换器的直流链电压Vdc设定为较高，将没有热裕度的单元转换器的直流链电压Vdc设定为较低。

[0092] 接着，对于本发明的实施例2，用图9、图10进行说明。另外，实施例2中的电源装置的结构是与实施例1相同的结构，所以省略说明。以下对于与实施例1的不同点进行说明。

[0093] 图9是表示实施例2中的、图1的电源装置的控制装置4的判断逻辑的流程图。以下用图9进行说明。

[0094] 在图9的流程中的最初的处理步骤S201中，各单元转换器1a、1b、1c、1d中检测到的温度信息Tc1、Tc2、Tc3、Tc4、Ti1、Ti2、Ti3、Ti4被输入至控制装置4。在处理步骤S202中，基于处理步骤S201中输入的温度信息，判断各单元转换器之间是否存在温度的差异。

[0095] 处理步骤S203在处理步骤S202中判断为存在温度的差异的情况下，以减少温度高的单元转换器的直流链电压Vdc的方式生成对该单元转换器的指令值。另外，同时，处理步骤S204在处理步骤S202中判断为存在温度的差异的情况下，以增加温度低的单元转换器的直流链电压Vdc的方式生成对该单元转换器的指令值。由此电力转换装置的控制装置4给出的指令值(直流链电压Vdc)的合计被保持为一定。

[0096] 这样，在实施例2的电源装置中，基于用温度检测单元检测到的各单元转换器的温度信息，由控制装置4决定各单元转换器1a、1b、1c、1d的指令值Pref1、Pref2、Pref3、Pref4。

[0097] 另外，作为使直流链电压Vdc增减的结果，该对象的单元转换器中的导通期间也被适当变更。为了得到正弦波形的交流电压，该措施是不可或缺的。另外，在增大直流链电压Vdc的情况下，缩短导通期间，在减小了直流链电压Vdc的情况下，延长导通期间。各单元转换器1a、1b、1c、1d的控制单元5a、5b、5c、5d通过生成整流器的控制信号，而控制直流链电压Vdc1、Vdc2、Vdc3、Vdc4的大小和长度。

[0098] 接着，用图10说明电源装置的动作。图10中，示出了单元转换器1d的温度最高、单元转换器1a的温度最低的情况的例子。温度中不存在差异的通常状态下，各单元转换器1a、1b、1c、1d的控制单元5a、5b、5c、5d确定的直流链电压Vdc1、Vdc2、Vdc3、Vdc4设为相同值(Vdc1＝Vdc2＝Vdc3＝Vdc4)，但在检测温度中检测到差异时，通过使温度高的单元转换器
1d的直流链电压Vdc4降低、使温度高的单元转换器1a的直流链电压Vdc1增加，能够降低单元转换器1d的输入电流I1d、增加单元转换器1a的输入电流I1a。另外，通过将直流链电压Vdc4中的电压降低量直接对直流链电压Vdc1相加，能够使整体负担的电压维持一定。

[0099] 这样，实施例2中，通过控制整流器的直流链电压Vdc能够进行更精细的电力控制，所以与实施例1相比能够减少单元转换器的温度的差异。

[0100] 以上，在实施例2中，仅使温度最高的单元转换器和温度最低的单元转换器的直流链电压变化，但通过控制全部单元转换器的直流链电压，能够更加精细地减少单元转换器的温度的差异。

[0101] 另外，图10中的整流器的输入电流，是与整流器的直流链电压Vdc和导通期间相应地决定的大小。

[0102] 实施例3

[0103] 实施例1和实施例2在检测到单元转换器的温度的差异的情况下在通常的控制范围内应对。与此相对，在温度的差异进一步增大时，需要进行也包括停止措施的保护性处理。实施例3中，特征在于在实施例1、实施例2之外还实施保护对策。作为保护对策，使检测到高温的单元转换器的整流器停止是有效的，但此处进而进行从其他单元转换器的电力交换。

[0104] 对于本发明的实施例3，用附图进行说明。另外，实施例3中的电源装置的结构与实施例1结构相同，所以省略说明。以下，对于与实施例1、实施例2的不同点进行说明。图11是表示实施例3中的、图1的电力转换装置的控制装置4的判断逻辑的流程图。

[0105] 在图11的流程图中的最初的处理步骤S302中，各单元转换器1a、1b、1c、1d中检测到的温度信息Tc1、Tc2、Tc3、Tc4、Ti1、Ti2、Ti3、Ti4被输入至控制装置4。在处理步骤S302中，基于处理步骤S301中输入的温度信息，判断是否存在各单元转换器之间的温度的差异。

[0106] 处理步骤S303在处理步骤S302中判断为存在温度的差异的情况下，判断是否停止单元转换器1a、1b、1c、1d的整流器6a、6b、6c、6d。此处，通过对预先设定的温度阈值Tref与检测到的温度信息Tmax进行比较而判断是否停止整流器6a、6b、6c、6d。

[0107] 存在温度的差异、但不到起动保护功能的程度的状态下的控制，在处理步骤S305和处理步骤S306中定义。此处，首先在处理步骤S305中，对于处理步骤S303中判断为Tref>Tmax的单元转换器的整流器，从控制装置4发送减少的输出指令。另外，在处理步骤S306中，在处理步骤S303中Tref>Tmax时，从控制装置4对温度低的单元转换器的整流器发送使输出指令增加的指令。

[0108] 另外，处理步骤S305和处理步骤S306中定义的处理，与图4的处理内容相同。

[0109] 与此相对，在处理步骤S304中，对于处理步骤S303的处理中判断为Tref

[0110] 处理步骤S304能够对图4的功能附加保护功能。

[0111] 这样，实施例3的电源装置中，能够基于由温度检测单元检测到的各单元转换器的温度信息，由控制装置4判断是否停止整流器。

[0112] 由此，能够保护单元转换器，能够实现电源装置的高可靠化。

[0113] 实施例4

[0114] 如实施例3所说明，作为对于过热的保护功能，使对应的整流器停止是有效的。但是，仅这样在电源装置小型化的观点上仍然是不充分的。以下说明其理由。在图1的电源装置100中，设想单元转换器1a的温度T1a超过温度阈值Tref的情况(Tref

[0115] 这意味着对于由4台单元转换器1a、1b、1c、1d分担交流电压Vinv运转，由3台单元转换器1b、1c、1d分担交流电压Vinv继续运转。即，在单元转换器1a停止的状态下，为了仅用剩余的单元转换器1b、1c、1d继续运转，需要增加各单元转换器1b、1c、1d的直流电压Vdc2、Vdc3、Vdc4。

[0116] 这意味着需要将各单元转换器的半导体元件的器件耐压设计得较大，导致成本提高。单元转换器1的分担电压能够通过交流侧串联连接而降低，能够减小逆变器7和整流器6中使用的半导体元件的耐压容量，由此能够与采用SST一起实现电源装置的小型化，但随着执行部分停止运转需要在每1台单元转换器的耐压容量中预留裕度，意味着需要进行向大型化、成本提高的方向倒退的应对。

[0117] 根据以上所述，本发明的实施例4中，执行停止整流器后的以下的追加应对。用附图说明仅使整流器停止的情况的电力转换装置的动作。此处，说明在系统电压的正的半周期中单元转换器1a的温度T1a超过温度阈值Tref的情况(Tref

[0118] 图1的主电路结构中，整流器6a的动作停止时，单元转换器1a的逆变器7a中来自整流器6a的电力供给停止。此时，为了仅用剩余的单元转换器1b、1c、1d继续运转，需要使各单元转换器1b、1c、1d的直流电压Vdc2、Vdc3、Vdc4分别各增加Vdc1/3。

[0119] 这需要将各单元转换器的器件耐压设计得较大，可能导致成本提高。实施例4通过在逆变器之间交换电力，能够使整流器停止的单元转换器的动作继续，使得不需要增加各单元转换器的直流电压Vdc。

[0120] 在图12的系统电压的正的半周期中整流器6a停止时，单元转换器1a的逆变器7a的输入即直流电压Vdc1逐渐降低，与作为其他单元转换器的例如单元转换器1b的直流电压Vdc2比较时，Vdc2>Vdc1。

[0121] 该情况下，控制装置4以单元转换器1a的动作期间最短的方式决定单元转换器1a、1b、1c、1d的动作模式。此处，将单元转换器1a、1b、1c、1d的动作模式设为单元转换器1d→1b→1c→1a。即，与图5中说明的同样地，进行使需要保护的单元转换器1a的导通期间最短、使具有裕度的单元转换器1d的导通期间最长的交换。具体而言，以使需要保护的单元转换器
1a的导通期间成为最短的t34-t35的期间、使具有裕度的单元转换器1d的导通期间成为最长的t31-t38的期间的方式进行交换。

[0122] 另外，为了使单元转换器1a能够在其导通期间t34-t35中进行电压分担，需要代替停止的整流器6a地、从其他单元转换器1b、1c、1d在导通期间t34-t35之前先对电容器C7a充电所需的应对。将该充电称为电力交换。

[0123] 在图12中，将用于在导通期间t34-t35之前先对电容器C7a充电的电力交换的模式记作模式31。模式31在图12中的时刻t31～t32的期间执行。进而，模式31由以下说明的模式31a、31b、31c构成。关于模式31，举出对单元转换器1a的平滑电容器C7a充电的情况为例，说明电源装置的动作。

[0124] 首先，电源装置的输出电压Vinv用(1)式表达。Va、Vb、Vc、Vd分别是单元转换器1a、1b、1c、1d施加的交流侧电压，通过以其和即输出电压Vinv等于电压指令值Vref的方式进行控制而控制对负载即系统供给的电力。

[0125] [式1]

[0126] Vinv＝Va+Vb+Vc+Vd     (1)

[0127] 在图13a、图13b、图13c中示出构成模式31(时刻t31～t32的期间)的3组小模式即31a、31b、31c下的单元转换器1a、1b、1c、1d内的电路结构和此时的电流通路。

[0128] 在最初的小模式即模式31a下，如图13a所示，逆变器7a中，开关元件Q1a和Q4a成为导通状态，电流从电源侧向接地侧以Q1a→C7a→Q4a的通路流过，作为单元转换器1a的输出电压Va施加Va＝+Vdc1。逆变器7b中，开关元件Q2b和Q3b成为导通状态，电流从电源侧向接地侧以Q2b→C7b→Q3b的通路流过，作为单元转换器1b的输出电压Vb施加Vb＝-Vdc2。逆变器7c中，仅开关元件Q2c成为导通状态，电流从电源侧向接地侧以Q2c→D4c的通路流过，对于单元转换器1c的输出电压Vc施加Vc＝0。逆变器7d中，开关元件Q2d和Q3d成为导通状态，作为单元转换器1d的输出电压Vd施加Vd＝-Vdc4。

[0129] 通过以上所述，在模式31a下电源装置的输出电压Vinv成为Vinv＝Vdc1-Vdc2-Vdc4。即，能够正常运转的逆变器7b、7c、7d中的2个逆变器7b、7d分别施加负的输出，对逆变器7a的电容器充电，同时串联电路合计施加本来必要的电压Vdc。此处，从逆变器7b、7d对逆变器7a进行电力交换。

[0130] 在下一个小模式即模式31b下，如图13b所示，逆变器7a维持模式31a的结构，开关元件Q1a和Q4a成为导通状态，电流从电源侧向接地侧以Q1a→C7a→Q4a的通路流过，作为单元转换器1a的输出电压Va施加Va＝+Vdc1。逆变器7b中仅开关元件Q2b成为导通状态，电流从电源侧向接地侧以Q2b→D4b的通路流过，对于单元转换器1b的输出电压Vb施加Vb＝0。逆变器7c维持模式31a的结构，仅开关元件Q2c成为导通状态，电流从电源侧向接地侧以Q2c→D4c的通路流过，对于单元转换器1c的输出电压Vc施加Vc＝0。逆变器7d维持模式31a的结构，开关元件Q2d和Q3d成为导通状态，作为单元转换器1d的输出电压Vd施加Vd＝-Vdc4。

[0131] 通过以上所述，在模式31b下电源装置的输出电压Vinv成为Vinv＝Vdc1-Vdc4。即，能够正常运转的逆变器7b、7c、7d中的逆变器7d施加负的输出，对逆变器7a的电容器充电，同时串联电路合计施加Vdc1-Vdc4。此处，从逆变器7d对逆变器7a进行电力交换。

[0132] 在模式31的期间，基本而言模式31a与模式31b交替反复直到单元转换器1a的直流电压Vdc1到达目标值Vdcref、或者直到时刻t32。此时，模式31a与模式31b的比例以满足(2)式的方式由时间比例D决定。

[0133] [式2]

[0134] Vref＝Vinv＝D×(-Vdc1+Vdc2+Vdc4)+(1-D)×(-Vdc1+Vdc4)    (2)

[0135] 进而，在模式31的期间中的小模式31c下，如图13c所示地进行处理。在模式31c下，逆变器7a的仅开关元件Q2a成为导通状态，电流从电源侧向接地侧以Q2a→D4a的通路流过，对于单元转换器1a的输出电压Va施加Va＝0。逆变器7b和7c维持模式31b的电路，分别为Vb＝0、Vc＝0。逆变器7d维持模式31b的电路，对于单元转换器1d的输出电压Vd施加Vd＝-Vdc4。根据以上所述，电力转换装置的输出电压Vinv成为Vinv＝-Vdc4。该模式31c持续直到到达时刻t32。

[0136] 接着，对于在模式31(时刻t31-t32)之后实施的模式32(时刻t32-t33)进行说明。在图14a、图14b、图14c中示出构成模式32(时刻t32～t33的期间)的3组小模式32a、32b、32c下的单元转换器1a、1b、1c、1d内的电路结构和此时的电流通路。

[0137] 在模式32(时刻t32～t33的期间)的最初的小模式即模式32a下，如图14a所示，在逆变器7a中，开关元件Q1a和Q4a成为导通状态，电流从电源侧向接地侧以Q1a→C7a→Q4a的通路流过，作为单元转换器1a的输出电压Va施加Va＝+Vdc1。逆变器7b中，开关元件Q2b和Q3b成为导通状态，电流从电源侧向接地侧以Q2b→C7b→Q3b的通路流过，作为单元转换器1b的输出电压Vb施加Vb＝-Vdc2。在逆变器7c中，开关元件Q2c和Q3c成为导通状态，电流从电源侧向接地侧以Q2c→C7c→Q3c的通路流过，作为单元转换器1c的输出电压Vc施加Vc＝-Vdc3。在逆变器7d中，开关元件Q2d和Q3d成为导通状态，作为单元转换器1d的输出电压Vd施加Vd＝-Vdc4。

[0138] 通过以上所述，在模式32a下电源装置的输出电压Vinv成为Vinv＝Vdc1-Vdc2-Vdc3-Vdc4。即，能够正常运转的逆变器7b、7c、7d中的全部逆变器7b、7c、7d分别施加负的输出，对逆变器7a的电容器充电，同时串联电路合计施加本来必要的电压Vinv＝Vdc1-Vdc2-Vdc3-Vdc4。此处，从逆变器7b、7c、7d对逆变器7a进行电力交换。

[0139] 在下一个小模式即模式32b下，如图13b所示地构成电路，是与图13a的模式31a相同的电路结构。即，在该情况下，逆变器7a中，开关元件Q1a和Q4a成为导通状态，电流从电源侧向接地侧以Q1a→C7a→Q4a的通路流过，作为单元转换器1a的输出电压Va施加Va＝+Vdc1。逆变器7b中，开关元件Q2b和Q3b成为导通状态，电流从电源侧向接地侧以Q2b→C7b→Q3b的通路流过，作为单元转换器1b的输出电压Vb施加Vb＝-Vdc2。逆变器7c中，仅开关元件Q2c成为导通状态，电流从电源侧向接地侧以Q2c→D4c的通路流过，对于单元转换器1c的输出电压Vc施加Vc＝0。逆变器7d中，开关元件Q2d和Q3d成为导通状态，作为单元转换器1d的输出电压Vd施加Vd＝-Vdc4。

[0140] 通过以上所述，在模式31a下电源装置的输出电压Vinv成为Vinv＝Vdc1-Vdc2-Vdc4。即，能够正常运转的逆变器7b、7c、7d中的2个逆变器7b、7d分别施加负的输出，对逆变器7a的电容器充电，同时串联电路合计施加本来必要的电压Vdc。此处，从逆变器7b、7d对逆变器7a进行电力交换。

[0141] 在模式32的期间，模式32a与模式32b交替反复直到单元转换器1a的直流电压Vdc1到达目标值Vdcref。此时，模式32a与模式32b的比例以满足上述(2)式的方式由时间比例D决定。

[0142] 在模式32的期间中单元转换器1a的直流电压Vdc1到达目标值Vdcref时，转移至模式32c。

[0143] 在小模式即模式32c下，如图14c所示，逆变器7a的仅开关元件Q2a成为导通状态，电流从电源侧向接地侧以Q2a→D4a的通路流过，单元转换器1a的输出电压Va成为Va＝0。逆变器7b中，开关元件Q2b和Q3b成为导通状态，电流从电源侧向接地侧以Q2b→C7b→Q3b的通路流过，作为单元转换器1b的输出电压Vb施加Vb＝-Vdc2。逆变器7c中仅开关元件Q2c成为导通状态，电流从电源侧向接地侧以Q2c→D4c的通路流过，单元转换器1a的输出电压Vc成为Vc＝0。逆变器7d中，开关元件Q2d和Q3d成为导通状态，作为单元转换器1d的输出电压Vd施加Vd＝-Vdc4。通过以上所述，电源装置的输出电压Vinv成为Vinv＝-Vdc2-Vdc4。

[0144] 模式32c持续至时刻t33。

[0145] 接着，用图15a、图15b说明模式33(时刻t33-t34)、模式34(时刻t34-t35)的动作。

[0146] 在图15a所示的模式33(时刻t33-t34)下，逆变器7a的仅开关元件Q2a成为导通状态，电流从电源侧向接地侧以Q2a→D4a的通路流过，单元转换器1a的输出电压Va成为Va＝
0。逆变器7b中，开关元件Q2b和Q3b成为导通状态，电流从电源侧向接地侧以Q2b→C7b→Q3b的通路流过，作为单元转换器1b的输出电压Vb施加Vb＝-Vdc2。逆变器7c中，开关元件Q2c和Q3c成为导通状态，电流从电源侧向接地侧以Q2c→C7c→Q3c的通路流过，作为单元转换器
1c的输出电压Vc施加Vc＝-Vdc3。逆变器7d中，开关元件Q2d和Q3d成为导通状态，作为单元转换器1d的输出电压Vd施加Vd＝-Vdc4。通过以上所述，电力转换装置的输出电压Vinv成为Vinv＝-Vdc2-Vdc3-Vdc4。模式33持续至时刻t34。

[0147] 在图15b所示的模式34(时刻t34-t35)下，逆变器7a的开关元件Q2a和Q3a成为导通状态，电流从电源侧向接地侧以Q2a→C7a→Q2a的通路流过，单元转换器1a的输出电压成为Va＝-Vdc1。

[0148] 逆变器7b中，开关元件Q2b和Qb3成为导通状态，单元转换器1b的输出电压Vb成为Vb＝-Vdc2。逆变器7c中开关元件Q2c和Q3c成为导通状态，单元转换器1c的输出电压Vc成为Vc＝-Vdc3。逆变器7d的开关元件Q2d和Q3d成为导通状态，单元转换器1d的输出电压Vd成为Vd＝-Vdc4。通过以上所述，电力转换装置的输出电压Vinv成为Vinv＝-Vdc1-Vdc2-Vdc3-Vdc4。模式33持续至时刻t35。

[0149] 时刻t35～t36的期间是与模式33同样的动作，时刻t36～t37的期间是与模式32同样的动作，时刻37～38的期间是与模式31同样的动作，所以省略详细的说明。

[0150] 以上，根据实施例4，以停止侧逆变器的导通期间最短的方式进行交换，并且在该停止侧逆变器的导通开始时期之前的期间，通过从完整工作侧逆变器向停止侧逆变器的平滑电容器交换电力能够进行充电，所以在整流器停止的情况下也能够使全部单元转换器的逆变器工作。由此，与使逆变器停止的情况相比能够将单元转换器的器件的耐压设计得较低，所以能够实现转换装置的小型、低成本化。

[0151] 另外，实施例4中举出在图12中的模式31和模式32的期间对单元转换器1a充电的情况为例进行了说明，该情况下，在模式31的期间使模式31a和模式31b反复。仅在模式31的期间单元转换器1a的充电完成的情况下，也可以在转移至模式32之后以固定在图12的模式
32c的方式工作。

[0152] 另外，图12中，关于整流器的输入电流I1a、I1b、I1c、I1d，在负的半波中输入电流I1a因为整流器6a停止而成为0。另外，参加电力交换的单元转换器1d、1b的整流器6b、6d的输入电流I1b、I1d增加，但不参加电力交换的单元转换器1c的整流器6c的输入电流I1c不变化。

[0153] 另外，通过图6a至图6d、图7a至图7d、图8a至图8d，这些逆变器7中的电路结构中，主要能够使以流过交流侧的电流不对平滑电容器流过的方式、使构成全电桥的包括反向并联二极管的开关元件导通或关断的第一状态(例如图6a的7b、7c、7d)，与以流过交流侧的电流在平滑电容器的第一方向(平滑电容器7的从下向上流过的方向)上流过的方式、使构成全电桥的包括反向并联二极管的开关元件导通或关断的第二状态(例如图6a的7a)在低频交流的1个周期内交替地、以不同比例的时间期间反复，并且在构成逆变器或整流器的开关元件的温度中产生差异时，变更对于每个逆变器不同的比例的时间期间，缩短检测到高温的单元转换器中的逆变器的第二状态的时间，延长未检测到高温的单元转换器中的逆变器的第二状态的时间。

[0154] 进而，通过图13a至图13c、图14a至图14c、图15a至图15b，与停止的整流器连接的逆变器7a，成为以流过交流侧的电流在平滑电容器C7a的与第一方向相反的第二方向(平滑电容器7的从上向下流过的方向)上流过的方式、使构成全电桥的包括反向并联二极管的开关元件导通或关断的第三状态(例如图13a的7a)，使其他单元转换器中的逆变器成为第二状态，由此进行充电。

[0155] 以上列举了4个实施例，但也能够与用途相应地将上述实施例中叙述的内容组合使用。

[0156] 产业上的利用可能性

[0157] 本发明的电力转换装置，能够应用于与太阳光发电、风力发电、电气化铁路等高压的商用系统连接的电力转换装置。

[0158] 附图标记说明

[0159] 1a、1b、1c、1d：单元转换器，2：电源，3：系统，4：控制装置，5a、5b、5c、5d：控制单元，6、6a、6b、6c、6d：整流器，T：变压器，7、7a、7b、7c、7d：逆变器，H1、H2、H3、H4、Q1、Q2、Q3、Q4、Q1a、Q2b、Q3c、Q4d：开关元件，DH1、DH2、DH3、DH4、D1、D2、D3、D4：反向并联二极管，Dr1、Dr2、Dr3、Dr4：整流二极管，Lr：升压电感器，Cr：共振电容器，N1：一次绕组，N2：二次绕组，C1：输入电容器，Cm：直流电容器，C7、C7a、C7b、C7c、C7d：平滑电容器。