電力変換装置
【課題】所望の装置として動作する電力変換装置において、装置構成上及び製造上の効率化を図る。
【解決手段】インターフェース部４は、インバータ等の機能の一部を実現するための処理を行う機能部４１、及びインバータ等を区別するためのＩＤが格納されたメモリ４２を備える。機能共有部２は、インバータ等に共通した機能を実現する主回路の処理を行い、機能選択部３は、インバータ等における異なる個別の機能を実現する制御回路の処理を行うインバータ制御部３１、コンバータ制御部３２及びパワーコンディショナ制御部３３を備える。機能選択部３は、ＩＤに基づいてインバータ制御部３１等のうちのいずれかを選択する。これにより、作業者は、電力変換装置１を所望の装置として動作させる場合、所望の装置に対応するインターフェース部４を選択し、インターフェース部４であるインターフェースカードをメインカード１０に接続すればよい。
【解決手段】インターフェース部４は、インバータ等の機能の一部を実現するための処理を行う機能部４１、及びインバータ等を区別するためのＩＤが格納されたメモリ４２を備える。機能共有部２は、インバータ等に共通した機能を実現する主回路の処理を行い、機能選択部３は、インバータ等における異なる個別の機能を実現する制御回路の処理を行うインバータ制御部３１、コンバータ制御部３２及びパワーコンディショナ制御部３３を備える。機能選択部３は、ＩＤに基づいてインバータ制御部３１等のうちのいずれかを選択する。これにより、作業者は、電力変換装置１を所望の装置として動作させる場合、所望の装置に対応するインターフェース部４を選択し、インターフェース部４であるインターフェースカードをメインカード１０に接続すればよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業用モータ駆動装置、回生コンバータ装置、太陽光発電用または風力発電用のパワーコンディショナ装置等のエネルギーを変換する装置に関し、特に、複数の装置の機能を共有化する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、産業用モータ駆動装置、回生コンバータ装置、太陽光発電用または風力発電用のパワーコンディショナ装置等の電力変換装置は、エネルギーを変換する点で共通するが、各装置の動作及び機能が異なることから、開発及び製造は個別に行われる。また、これらの装置では、インバータ、コンバータ等の機能別にハードウェアを準備する必要があり、検査装置もインバータ、コンバータ等に対応して個別に準備する必要があった。このため、コスト等の負担が大きく、開発期間及び製造期間も長くなってしまう。
【０００３】
このような個別開発及び製造の負担を軽減するため、例えば、１つの筐体にて、インバータまたは／及びコンバータの機能を有する電力変換装置が知られている（特許文献１を参照）。この電力変換装置は、３相交流電源を直流電圧に変換するダイオード整流回路、直流電圧を平滑する平滑コンデンサ、直流電圧を交流電圧に変換する電力変換器、及び、電力変換器を制御する制御回路等を備え、電力電換器の直流側の正側に端子Ｂを設け、平滑コンデンサの正側に端子Ｐを設け、ダイオード整流回路の出力側の正側に端子Ａを設ける。そして、電力変換装置をインバータとして動作させる場合、端子Ｂと端子Ｐとを接続し、制御回路のソフトウェアとしてインバータ制御用のソフトウェアを使用し、電力変換装置をコンバータとして動作させる場合、端子Ｂと端子Ａとを接続し、制御回路のソフトウェアとしてコンバータ制御用のソフトウェアを使用する。
【０００４】
具体的には、作業者が、端子Ｂと端子Ｐとを接続バーにて接続し、インバータ制御用のソフトウェアを内蔵した１チップマイコン等を制御回路基板に装着することにより、電力変換装置はインバータとして動作するようになる。また、作業者が、端子Ｂと端子Ａとを接続バーにて接続し、コンバータ制御用のソフトウェアを内蔵した１チップマイコン等を制御回路基板に装着することにより、電力変換装置はコンバータとして動作するようになる。このように、作業者が、接続バーを所定箇所に接続し、所定の１チップマイコン等を装着することで、電力変換装置をインバータまたはコンバータとして動作させることができる。
【０００５】
一方、電力変換装置の例ではないが、メモリカードを利用することにより、予め設けられている２つの機能のうちの１つを実現するための双機能装置も知られている（例えば、特許文献２を参照）。この双機能装置は、メモリカードの挿入面方向を検知し、検知した挿入面方向に基づいて、予め設けられている２つの機能のうちの１つを選択し、メモリカードへアクセスして必要な情報を読み出し、選択した機能を実現する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−１９４１４４号公報
【特許文献２】特開２００５−１７４１１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述の特許文献１の電力変換装置及び特許文献２の双機能装置では、１台の装置において、所定の選択により２つ機能のうちの１つを実現することができるから、各機能を実現するための装置を個別に開発したり製造したりする負担を軽減することができる。
【０００８】
しかしながら、特許文献１の電力変換装置では、パワー素子を有する電力変換器が共有化されているが、インバータ及びコンバータの制御回路については共有化されていない。このため、各機能を実現するための電力変換装置として、装置構成上の効率化の点で不十分であった。また、インバータ及びコンバータのいずれか一方の機能を実現するために、作業者により、接続バーの接続作業及び１チップマイコン等の装着作業が必要になる。このため、接続バーの接続ミス、異なる１チップマイコン等を装着してしまう等の可能性があり、作業者に対し作業負担を強いていた。このような作業は、製造上の効率化のためには少ない方が望ましい。
【０００９】
また、特許文献２の双機能装置では、メモリカードの挿入方向に応じて異なる機能を実現できるが、機能を実現する機能部、メモリカードへアクセスするアクセス部が、機能毎に別々に設けられており、機能を実現する手段の共有化が全くなされていない。このため、装置構成上及び製造上の効率化が望まれていた。
【００１０】
そこで、本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、複数の装置のうちの所望の装置として動作する電力変換装置において、装置構成上及び製造上の効率化を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明による電力変換装置は、制御信号に基づいて電力を変換し、所望の装置として動作する電力変換装置において、インターフェースカードと、機能共有部及び機能選択部を有するメインカードとを備え、前記インターフェースカードが、前記所望の装置を区別するための識別子が格納されたメモリ、及び、前記所望の装置における機能の一部を実現するための処理を行う機能部を有し、前記メインカードの機能共有部が、前記制御信号に基づいてパワー素子をオンオフし、電力を変換するパワースタック、所定の電流指令を入力し、前記所定の電流指令と、前記パワースタックにより変換される電力について検出された電流との間の差が０になるように、指令を生成する電流調節器、及び、前記電流調節器により生成された指令に基づいて、パルス幅変調により前記制御信号を生成するパルス幅変調器を有し、前記メインカードの機能選択部が、当該電力変換装置を所望の装置として動作させるための電流指令を生成する、前記所望の装置にそれぞれ対応した複数の制御部、前記インターフェースカードのメモリから識別子を読み出し、前記識別子に対応する選択信号を生成する選択制御器、及び、前記選択制御器により生成された選択信号に基づいて、前記複数の制御部のうちのいずれかの制御部により生成された電流指令を選択し、前記所定の電流指令として出力する選択器を有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明による電力変換装置は、前記メインカードの機能選択部における複数の制御部が、前記所望の装置をインバータとした場合に、前記インバータにより制御されるモータに対する速度指令と、検出されたモータ速度との間の差が０になるように、前記電流指令を生成するインバータ制御部、及び、前記所望の装置をコンバータとした場合に、前記コンバータにより制御されるバス電圧に対するバス電圧指令と、検出されたバス電圧との間の差が０になるように、前記電流指令を生成するコンバータ制御部であり、前記選択器が、前記選択制御器により生成された選択信号に基づいて、前記インバータ制御部及び前記コンバータ制御部のうちのいずれかの制御部により生成された電流指令を選択し、前記所定の電流指令として出力することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明による電力変換装置は、前記メインカードの機能選択部における複数の制御部が、前記インバータ制御部、前記コンバータ制御部、及び、前記所望の装置をパワーコンディショナとした場合に、前記パワーコンディショナにより制御されるバス電圧に対するバス電圧指令を生成し、前記バス電圧指令と、検出されたバス電圧との間の差が０になるように、前記電流指令を生成するパワーコンディショナ制御部であり、前記選択器が、前記選択制御器により生成された選択信号に基づいて、前記インバータ制御部、前記コンバータ制御部及び前記パワーコンディショナ制御部のうちのいずれかの制御部により生成された電流指令を選択し、前記所定の電流指令として出力することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明によれば、複数の装置のうちの所望の装置として動作する電力変換装置において、各装置に共有して利用できる主回路、及び各装置に対応したそれぞれの制御回路を備え、各装置の機能の一部を有するそれぞれのインターフェースカードに識別子を格納しておき、その識別子に基づいて装置を区別するようにした。これにより、共有化した主回路及び必要な制御回路が動作し、所望の装置として動作する。したがって、所望の装置に対応したインターフェースカードのみを用いることにより、電力変換装置を所望の装置として動作させることができるから、電力変換装置の構成上及び製造上の効率化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態によ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】インターフェース部の種類、ＩＤ及び機能を説明する図である。
【図３】インバータ、コンバータ及びパワーコンディショナの選択処理を示すフローチャートである。
【図４】電力変換装置のハードウェア構成を示す図である。
【図５】電力変換装置がインバータとして動作する場合の概略構成を示すブロック図である。
【図６】電力変換装置がコンバータとして動作する場合の概略構成を示すブロック図である。
【図７】電力変換装置がパワーコンディショナとして動作する場合の概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。
〔電力変換装置の概略構成〕
まず、本発明の実施形態による電力変換装置の概略構成について説明する。図１は、電力変換装置の概略構成を示すブロック図である。この電力変換装置１は、機能共有部２、機能選択部３及びインターフェース部４を備えて構成され、インターフェース部４に格納されたＩＤ（識別子）に基づいて、インバータ、コンバータまたはパワーコンディショナのいずれかの装置として動作する。
【００１７】
（機能共有部）
機能共有部２は、電力変換装置１がインバータ、コンバータまたはパワーコンディショナとして動作する際に、同一の処理を行うことで共通の機能を実現する主回路であり、減算器２１、電流調節器２２、パルス幅変調器２３、パワースタック２４を備えている。
【００１８】
減算器２１は、選択器３５により選択された電流指令（電力変換装置１がインバータとして動作する際の電流指令、コンバータとして動作する際の電流指令、及びパワーコンディショナとして動作する際の電流指令のうちのいずれかの電流指令）から電流Ｆ／Ｂ（電流フィードバック）の値を減算し、減算結果を電流エラーとして電流調節器２２に出力する。電流Ｆ／Ｂは、後述する電流検出器５により検出された３相交流電流の信号である。
【００１９】
電流調節器２２は、減算器２１から電流エラーを入力すると共に、位相を入力し、電流エラーが０になるように、ＰＩ制御（比例制御及び積分制御）により指令（電圧指令）を生成し、生成した指令をパルス幅変調器２３に出力する。位相（電源位相）は、ｄ軸及びｑ軸からなる２相軸の静止座標の指令を、３相軸の回転座標の指令に座標変換するために用いられる。
【００２０】
パルス幅変調器２３は、電流調節器２２から指令を入力し、入力した指令に基づいて、パルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）を行って３相のゲート信号を生成し、パワースタック２４に出力する。
【００２１】
パワースタック２４は、ＰＷＭインバータ回路を備え、半導体スイッチング素子（例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）のゲートに入力される制御信号であるゲート信号により、コレクターエミッタ間の導通／遮断を制御する。具体的には、パワースタック２４は、パルス幅変調器２３からゲート信号を入力し、対応する半導体スイッチング素子の導通／遮断を行い、電力変換を行う。
【００２２】
（機能選択部）
機能選択部３は、電力変換装置１がインバータ、コンバータまたはパワーコンディショナとして動作する際に、異なる処理を行うことにより個別の機能を実現する制御回路であり、インバータ制御部３１、コンバータ制御部３２、パワーコンディショナ制御部３３、選択制御器３４、選択器３５等を備えている。機能選択部３において選択された制御回路により、機能共有部２である主回路が制御される。
【００２３】
インバータ制御部３１の制御回路は、減算器３１１及びＰＩ制御器３１２を備えている。減算器３１１は、速度指令から速度Ｆ／Ｂの値を減算し、減算結果を速度エラーとしてＰＩ制御器３１２に出力する。速度指令は、予め設定された指令または所定の演算により算出された指令である。速度Ｆ／Ｂは、後述するインターフェース部４の機能部４１により生成されたカウント値（後述するモータ６の回転情報を得るためのエンコーダのカウント値）に基づいて算出された信号であり、モータ６の回転速度である。ＰＩ制御器３１２は、減算器３１１から速度エラーを入力し、速度エラーが０になるように、ＰＩ制御により電流指令を生成し、生成した電流指令を選択器３５に出力する。
【００２４】
コンバータ制御部３２の制御回路は、減算器３２１及びＰＩ制御器３２２を備えている。減算器３２１は、バス電圧指令からバス電圧Ｆ／Ｂの値を減算し、減算結果をバス電圧エラーとしてＰＩ制御器３２２に出力する。バス電圧指令は、予め設定された指令または所定の演算により算出された指令である。バス電圧Ｆ／Ｂは、後述する電圧検出器７により検出された正側及び負側間のバス電圧の信号である。ＰＩ制御器３２２は、減算器３２１からバス電圧エラーを入力し、バス電圧エラーが０になるように、ＰＩ制御により電流指令を生成し、生成した電流指令を選択器３５に出力する。
【００２５】
パワーコンディショナ制御部３３の制御回路は、最大電力点追従制御器３３１、減算器３３２及びＰＩ制御器３３３を備えている。最大電力点追従制御器３３１は、例えば後述する太陽電池９を用いる場合、太陽電池９の近傍に設けられた温度検出器から温度を入力すると共に、太陽電池９の近傍に設けられた日射量検出器から太陽の日射量を入力し、予め設定された電圧及び電流特性のＶＩ（電圧×電流）カーブを用いて、最大電力点追従（ＭＰＰＴ：Maximum Power Point Tracker）制御により、ＶＩが最大値となる点を最大効率点として求め、最大効率点における電圧値をＰＶ（Photovoltaic）電圧指令（ＰＶバス電圧指令）として減算器３３２に出力する。尚、電圧及び電流特性のＶＩカーブは、温度及び日射量に応じて異なる特性となる。したがって、最大電力点追従制御器３３１は、入力した温度及び日射量から電圧及び電流特性のＶＩカーブを特定し（選択し）、そのＶＩカーブを用いて最大効率点のＰＶ電圧指令を求める。
【００２６】
減算器３３２は、最大電力点追従制御器３３１からＰＶ電圧指令を入力し、ＰＶ電圧指令からＰＶ電圧Ｆ／Ｂ（ＰＶバス電圧Ｆ／Ｂ）の値を減算し、減算結果をＰＶ電圧エラーとしてＰＩ制御器３３３に出力する。ＰＶ電圧Ｆ／Ｂは、後述する電圧検出器７により検出された正側及び負側間のバス電圧の信号である。ＰＩ制御器３３３は、減算器３３２からＰＶ電圧エラーを入力し、ＰＶ電圧エラーが０になるように、ＰＩ制御により電流指令を生成し、生成した電流指令を選択器３５に出力する。
【００２７】
選択制御器３４は、インターフェース部４からＩＤを読み出し、ＩＤに応じた選択信号を生成し、選択器３５に出力する。選択器３５は、インバータ制御部３１、コンバータ制御部３２及びパワーコンディショナ制御部３３から電流指令をそれぞれ入力すると共に、選択制御器３４から選択信号を入力し、選択信号に対応する電流指令を選択し、選択した電流指令を機能共有部２に出力する。ＩＤの詳細については後述する。
【００２８】
（インターフェース部）
インターフェース部４は、インターフェースカードにより構成され、機能部４１及びメモリ４２を備えている。作業者は、電力変換装置１をインバータ、コンバータまたはパワーコンディショナとして動作させる際に、インバータ、コンバータまたはパワーコンディショナに対応したそれぞれのインターフェースカードのうちの所望の１つのインターフェースカードを選択する。そして、電力変換装置１は、作業者により選択されたインターフェースカードに基づいて、インバータ、コンバータまたはパワーコンディショナとして動作する。インターフェース部４の機能部４１は、インバータ、コンバータ及びパワーコンディショナのうちのいずれかの機能の一部を実現するための処理を行う。メモリ４２には、インバータ、コンバータ及びパワーコンディショナを区別するための固有番号であるＩＤが格納されている。
【００２９】
図２は、インターフェース部４の種類、ＩＤ及び機能を説明する図である。インターフェース部４を構成するインターフェースカードには、インクリメンタルエンコーダ・インターフェースカード、高分解能絶対値エンコーダ・インターフェースカード、コンバータ用電源位相検出カード及びパワーコンディショナ用電源位相検出カードの４種類がある。
【００３０】
インターフェース部４がインクリメンタルエンコーダ・インターフェースカードの場合、メモリ４２に格納されたＩＤは１であり、機能部４１は、誘導モータ用のインクリメンタルエンコーダからの信号をカウントする。このカウント値により、誘導モータの位置及び速度（速度Ｆ／Ｂ）等が求められる。インターフェース部４が高分解能絶対値エンコーダ・インターフェースカードの場合、メモリ４２に格納されたＩＤは２であり、機能部４１は、同期モータ用の高分解能絶対値エンコーダからの信号をカウントする。このカウント値により、同期モータの位置及び速度（速度Ｆ／Ｂ）等が求められる。
【００３１】
インターフェース部４がコンバータ用電源位相検出カードの場合、メモリ４２に格納されたＩＤは３であり、機能部４１は、ＲＳＴの３相交流電圧からゼロクロスを検出して電源位相を検出する。インターフェース部４がパワーコンディショナ用電源位相検出カードの場合、メモリ４２に格納されたＩＤは４であり、機能部４１は、ＲＳＴの３相交流電圧からゼロクロスを検出して電源位相を検出するか、または、ＲＳＴの３相交流電圧をモニタして電源位相を検出する。
【００３２】
（インバータ、コンバータ及びパワーコンディショナの選択処理）
次に、電力変換装置１をインバータ、コンバータ及びパワーコンディショナのうちのいずれかの装置として動作させるための選択処理について説明する。図３は、インバータ、コンバータ及びパワーコンディショナの選択処理を示すフローチャートである。図３に示す電力変換装置１による選択処理の前に、作業者は、電力変換装置１をインバータ、コンバータまたはパワーコンディショナとして動作させる際に、インバータ、コンバータまたはパワーコンディショナに対応したそれぞれのインターフェースカード（図２に示した４種類のインターフェースカード）のうちの所望の１つのインターフェースカードを選択する。
【００３３】
図４は、電力変換装置１のハードウェア構成を示す図である。電力変換装置１は、図１に示した機能共有部２及び機能選択部３を備えたメインカード１０、及び、図１に示した機能部４１及びメモリ４２を備えたインターフェース部４であるインターフェースカードにより構成される。メインカード１０とインターフェース部４であるインターフェースカードとは、メインカード１０に設けられたコネクタ１１に、インターフェース部４に設けられたコネクタ１２を挿入することにより、一体的な構成となる。これにより、メインカード１０の機能共有部２及び機能選択部３とインターフェース部４の機能部４１及びメモリ４２とは、電気的に接続される。前述したとおり、作業者は、所望のインターフェースカードを選択すると、そのインターフェースカードのコネクタ１２を、メインカード１０のコネクタ１１に挿入する。これにより、電力変換装置１は、作業者により選択された所望のインターフェースカードに対応したインバータ、コンバータ及びパワーコンディショナのうちのいずれかの装置として動作することになる。
【００３４】
図３に戻って、電力変換装置１における機能選択部３の選択制御器３４は、インターフェース部４のメモリ４２からＩＤを読み出し（ステップＳ３０１）、そのＩＤに応じた処理を行う（ステップＳ３０２）。選択制御器３４は、ＩＤ＝１，２であると判定した場合（ステップＳ３０２：ＩＤ＝１，２）、インバータ制御部３１の電流指令を選択することを示す選択信号を生成し、選択器３５に出力する。また、選択制御器３４は、ＩＤ＝３であると判定した場合（ステップＳ３０２：ＩＤ＝３）、コンバータ制御部３２の電流指令を選択することを示す選択信号を生成し、選択器３５に出力する。また、選択制御器３４は、ＩＤ＝４であると判定した場合（ステップＳ３０２：ＩＤ＝４）、パワーコンディショナ制御部３３の電流指令を選択することを示す選択信号を生成し、選択器３５に出力する。
【００３５】
選択器３５は、選択制御器３４から選択信号を入力し、ＩＤ＝１，２の場合、インバータ制御部３１からの電流指令を選択し（ステップＳ３０３）、ＩＤ＝３の場合、コンバータ制御部３２からの電流指令を選択し（ステップＳ３０４）、ＩＤ＝４の場合、パワーコンディショナ制御部３３からの電流指令を選択し（ステップＳ３０５）、選択した電流指令を機能共有部２に出力する。
【００３６】
これにより、インターフェース部４のメモリ４２に格納されたＩＤに応じて、インバータ制御部３１、コンバータ制御部３２及びパワーコンディショナ制御部３３からの電流指令のうちのいずれかの電流指令が選択される。したがって、作業者が選択したインターフェース部４であるインターフェースカードに対応して、電力変換装置１をインバータ、コンバータ及びパワーコンディショナのうちのいずれかの装置として動作させることができる。作業者によりＩＤ＝１，２のインターフェースカードが選択され、メインカード１０に接続された場合、電力変換装置１はインバータとして動作し、ＩＤ＝３のインターフェースカードが選択され、メインカード１０に接続された場合、電力変換装置１はコンバータとして動作し、ＩＤ＝４のインターフェースカードが選択され、メインカード１０に接続された場合、電力変換装置１はパワーコンディショナとして動作する。
【００３７】
〔インバータとして動作する場合〕
図５は、電力変換装置１がインバータとして動作する場合の概略構成を示すブロック図である。作業者が、電力変換装置１をインバータとして動作させるためのインターフェースカード（インターフェース部４）を選択し、メインカード１０に接続することにより、電力変換装置１がインバータとして動作する。この場合、インターフェース部４の機能部４１は、図２に示したように、インクリメンタルエンコーダ・インターフェースカードまたは高分解能絶対値エンコーダ・インターフェースカードに対応する機能を実現し、メモリ４２には、ＩＤ＝１，２が格納されている。図５には図示しない機能選択部３の選択制御器３４により、インターフェース部４のメモリ４２からＩＤ＝１，２が読み出され、ＩＤ＝１，２に対応する選択信号が図示しない選択器３５に出力されることで、機能選択部３は、減算器３１１及びＰＩ制御器３１２を備えたインバータ制御部３１として機能し、機能共有部２はインバータ制御部３１から電流指令を入力する。インバータ制御部３１の減算器３１１に入力される速度Ｆ／Ｂは、インターフェース部４の機能部４１により生成されたカウント値に基づいた速度信号である。
【００３８】
機能共有部２は、減算器２１、電流調節器２２、パルス幅変調器２３、パワースタック２４及び電流検出器５を備えて機能し、機能共有部２のパワースタック２４とモータ６（ＩＤ＝１の場合は誘導モータ、ＩＤ＝２の場合は同期モータ）との間に設けられた電流検出器５は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３相交流電流を検出し、電流Ｆ／Ｂとして減算器２１に出力する。
【００３９】
このように、インターフェース部４にインクリメンタルエンコーダ・インターフェースカードまたは高分解能絶対値エンコーダ・インターフェースカードを用いることにより、機能選択部３はインバータ制御部３１として機能し、インバータ制御部３１からの電流指令が機能共有部２へ入力され、電力変換装置１はインバータとして動作するようになる。
【００４０】
〔コンバータとして動作する場合〕
図６は、電力変換装置１がコンバータとして動作する場合の概略構成を示すブロック図である。作業者が、電力変換装置１をコンバータとして動作させるためのインターフェースカード（インターフェース部４）を選択し、メインカード１０に接続することにより、電力変換装置１がコンバータとして動作する。この場合、インターフェース部４の機能部４１は、図２に示したように、コンバータ用電源位相検出カードに対応する機能を実現し、メモリ４２には、ＩＤ＝３が格納されている。図６には図示しない機能選択部３の選択制御器３４により、インターフェース部４のメモリ４２からＩＤ＝３が読み出され、ＩＤ＝３に対応する選択信号が図示しない選択器３５に出力されることで、機能選択部３はコンバータ制御部３２として機能し、機能共有部２はコンバータ制御部３２から電流指令を入力する。
【００４１】
機能選択部３は、減算器３２１及びＰＩ制御器３２２を備えたコンバータ制御部３２と、電圧検出器７とを備え、電圧検出器７は、バス電圧を検出し、バス電圧Ｆ／Ｂとして減算器３２１に出力する。
【００４２】
機能共有部２は、減算器２１、電流調節器２２、パルス幅変調器２３、パワースタック２４及び電流検出器５を備えて機能し、機能共有部２のパワースタック２４とＡＣ電源８との間に設けられた電流検出器５は、Ｒ，Ｓ，Ｔ相の３相交流電流を検出し、電流Ｆ／Ｂとして減算器２１に出力する。機能共有部２の電流調節器２２に入力される位相は、インターフェース部４の機能部４１により検出され出力される電源位相である。
【００４３】
このように、インターフェース部４にコンバータ用電源位相検出カードを用いることにより、機能選択部３はコンバータ制御部３２として機能し、機能選択部３のコンバータ制御部３２からの電流指令が機能共有部２へ入力され、電力変換装置１はコンバータとして動作するようになる。
【００４４】
〔パワーコンディショナとして動作する場合〕
図７は、電力変換装置１がパワーコンディショナとして動作する場合の概略構成を示すブロック図である。作業者が、電力変換装置１をパワーコンディショナとして動作させるためのインターフェースカード（インターフェース部４）を選択し、メインカード１０に接続することにより、電力変換装置１がパワーコンディショナとして動作する。この場合、インターフェース部４の機能部４１は、図２に示したように、パワーコンディショナ用電源位相検出カードに対応する機能を実現し、メモリ４２には、ＩＤ＝４が格納されている。図７には図示しない機能選択部３の選択制御器３４により、インターフェース部４のメモリ４２からＩＤ＝４が読み出され、ＩＤ＝４に対応する選択信号が図示しない選択器３５に出力されることで、機能選択部３はパワーコンディショナ制御部３３として機能し、機能共有部２はパワーコンディショナ制御部３３から電流指令を入力する。
【００４５】
機能選択部３は、最大電力点追従制御器３３１、減算器３３２及びＰＩ制御器３３３を備えたパワーコンディショナ制御部３３と、電圧検出器７とを備え、機能共有部２と太陽電池９との間に設けられた電圧検出器７は、ＰＶ電圧を検出し、ＰＶ電圧Ｆ／Ｂとして減算器３３２に出力する。
【００４６】
機能共有部２は、減算器２１、電流調節器２２、パルス幅変調器２３、パワースタック２４及び電流検出器５を備えて機能し、機能共有部２のパワースタック２４とＡＣ電源８との間に設けられた電流検出器５は、Ｒ，Ｓ，Ｔ相の３相交流電流を検出し、電流Ｆ／Ｂとして減算器２１に出力する。機能共有部２の電流調節器２２に入力される位相は、インターフェース部４の機能部４１により検出され出力される電源位相である。
【００４７】
このように、インターフェース部４にパワーコンディショナ用電源位相検出カードを用いることにより、機能選択部３はパワーコンディショナ制御部３３として機能し、機能選択部３のパワーコンディショナ制御部３３からの電流指令が機能共有部２へ入力され、電力変換装置１はパワーコンディショナとして動作するようになる。
【００４８】
以上のように、本発明の実施形態による電力変換装置１によれば、インターフェース部４が、インバータ、コンバータまたはパワーコンディショナの機能の一部を実現するための処理を行う機能部４１、及びインバータ等を区別するためのＩＤが格納されたメモリ４２を備え、機能共有部２が、インバータ等に共通した機能を実現する主回路の処理を行い、機能選択部３が、インバータ等における異なる個別の機能を実現するための制御回路の処理を行うインバータ制御部３１、コンバータ制御部３２及びパワーコンディショナ制御部３３を備え、ＩＤに基づいてインバータ制御部３１等のうちのいずれかを選択し、選択したインバータ制御部３１等の電流指令を機能共有部２に出力するようにした。
【００４９】
これにより、作業者は、電力変換装置１を所望のインバータ等として動作させる場合、所望の装置に対応するインターフェース部４を選択し、インターフェース部４であるインターフェースカードをメインカード１０に接続すればよい。したがって、インターフェース部４に応じて、機能共有部２及び所望の装置に対応する機能選択部３（インバータ制御部３１、コンバータ制御部３２及びパワーコンディショナ制御部３３のうちのいずれか）の処理が行われ、所望の装置を動作させるために必要な処理が行われる。つまり、電力変換装置１が、インバータ等によって異なるインターフェース部４であるインターフェースカードと、インバータ等に共通化したメインカード１０とにより構成され、インターフェース部４の選択により電力変換装置１を所望の装置として動作させることができるから、電力変換装置１の構成上及び製造上の効率化を図ることができる。
【００５０】
以上、実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その技術思想を逸脱しない範囲で種々変形可能である。例えば、前記実施形態では、電力変換装置１をインバータ、コンバータ及びパワーコンディショナのうちのいずれかの装置として動作させる例を示したが、インバータ及びコンバータのうちのいずれかの装置として動作させるようにしてもよいし、コンバータ及びパワーコンディショナ等、２つの装置のうちのいずれかの装置として動作させるようにしてもよい。また、他の装置を含め、４個以上の装置のうちのいずれかの装置として動作させるようにしてもよいし、インバータ、コンバータ及びパワーコンディショナ以外の複数の装置のうちのいずれかの装置として動作させるようにしてもよい。この場合、インターフェース部４は、装置に対応するインターフェースカードがそれぞれ用意され、電力変換装置１の機能選択部３は、装置に対応する制御部を備え、その装置を動作させるための電流指令を機能共有部２に出力する。
【００５１】
また、前記実施形態では、電力変換装置１をインバータとして動作させる場合、モータの種類に応じてＩＤ（＝１，２）の異なるインターフェース部４を用意するようにした。本発明では、インバータに限ることなく、同一の装置であっても、装置の性質または接続される機器等に応じてＩＤの異なるインターフェース部４を用意するようにしてもよい。例えば、電力変換装置１をパワーコンディショナとして動作させる場合、電力変換装置１に接続される発電機に応じて、発電機が太陽電池の場合はＩＤ＝４のインターフェース部４を用意し、発電機が風力発電機の場合はＩＤ＝５のインターフェース部４を用意するようにしてもよい。この場合、電力変換装置１の機能選択部３は、ＩＤに対応する制御部、すなわち装置の性質等に対応する制御部を備え、その装置を動作させるための電流指令を機能共有部２に出力する。
【００５２】
また、図１に示した電力変換装置１では、機能選択部３のコンバータ制御部３２とパワーコンディショナ制御部３３とを別個の制御回路として備えるようにしたが、減算器３２１及びＰＩ制御器３２２と減算器３３２及びＰＩ制御器３３３とを共有化するようにしてもよい。減算器３２１，３３２及びＰＩ制御器３２２，３３３は、インターフェース部４のメモリ４２から読み出されたＩＤに応じて、ＩＤ＝３の場合、コンバータ制御部３２の構成要素として用いられ、ＩＤ＝４の場合、パワーコンディショナ制御部３３の構成要素として用いられる。
【符号の説明】
【００５３】
１ 電力変換装置
２ 機能共有部
３ 機能選択部
４ インターフェース部
５ 電流検出器
６ モータ
７ 電圧検出器
８ ＡＣ電源
９ 太陽電池
１０ メインカード
１１，１２ コネクタ
２１ 減算器
２２ 電流調節器
２３ パルス幅変調器
２４ パワースタック
３１ インバータ制御部
３２ コンバータ制御部
３３ パワーコンディショナ制御部
３４ 選択制御器
３５ 選択器
４１ 機能部
４２ メモリ
３１１，３２１，３３２ 減算器
３１２，３２２，３３３ ＰＩ制御器
３３１ 最大電力点追従制御器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業用モータ駆動装置、回生コンバータ装置、太陽光発電用または風力発電用のパワーコンディショナ装置等のエネルギーを変換する装置に関し、特に、複数の装置の機能を共有化する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、産業用モータ駆動装置、回生コンバータ装置、太陽光発電用または風力発電用のパワーコンディショナ装置等の電力変換装置は、エネルギーを変換する点で共通するが、各装置の動作及び機能が異なることから、開発及び製造は個別に行われる。また、これらの装置では、インバータ、コンバータ等の機能別にハードウェアを準備する必要があり、検査装置もインバータ、コンバータ等に対応して個別に準備する必要があった。このため、コスト等の負担が大きく、開発期間及び製造期間も長くなってしまう。
【０００３】
このような個別開発及び製造の負担を軽減するため、例えば、１つの筐体にて、インバータまたは／及びコンバータの機能を有する電力変換装置が知られている（特許文献１を参照）。この電力変換装置は、３相交流電源を直流電圧に変換するダイオード整流回路、直流電圧を平滑する平滑コンデンサ、直流電圧を交流電圧に変換する電力変換器、及び、電力変換器を制御する制御回路等を備え、電力電換器の直流側の正側に端子Ｂを設け、平滑コンデンサの正側に端子Ｐを設け、ダイオード整流回路の出力側の正側に端子Ａを設ける。そして、電力変換装置をインバータとして動作させる場合、端子Ｂと端子Ｐとを接続し、制御回路のソフトウェアとしてインバータ制御用のソフトウェアを使用し、電力変換装置をコンバータとして動作させる場合、端子Ｂと端子Ａとを接続し、制御回路のソフトウェアとしてコンバータ制御用のソフトウェアを使用する。
【０００４】
具体的には、作業者が、端子Ｂと端子Ｐとを接続バーにて接続し、インバータ制御用のソフトウェアを内蔵した１チップマイコン等を制御回路基板に装着することにより、電力変換装置はインバータとして動作するようになる。また、作業者が、端子Ｂと端子Ａとを接続バーにて接続し、コンバータ制御用のソフトウェアを内蔵した１チップマイコン等を制御回路基板に装着することにより、電力変換装置はコンバータとして動作するようになる。このように、作業者が、接続バーを所定箇所に接続し、所定の１チップマイコン等を装着することで、電力変換装置をインバータまたはコンバータとして動作させることができる。
【０００５】
一方、電力変換装置の例ではないが、メモリカードを利用することにより、予め設けられている２つの機能のうちの１つを実現するための双機能装置も知られている（例えば、特許文献２を参照）。この双機能装置は、メモリカードの挿入面方向を検知し、検知した挿入面方向に基づいて、予め設けられている２つの機能のうちの１つを選択し、メモリカードへアクセスして必要な情報を読み出し、選択した機能を実現する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−１９４１４４号公報
【特許文献２】特開２００５−１７４１１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述の特許文献１の電力変換装置及び特許文献２の双機能装置では、１台の装置において、所定の選択により２つ機能のうちの１つを実現することができるから、各機能を実現するための装置を個別に開発したり製造したりする負担を軽減することができる。
【０００８】
しかしながら、特許文献１の電力変換装置では、パワー素子を有する電力変換器が共有化されているが、インバータ及びコンバータの制御回路については共有化されていない。このため、各機能を実現するための電力変換装置として、装置構成上の効率化の点で不十分であった。また、インバータ及びコンバータのいずれか一方の機能を実現するために、作業者により、接続バーの接続作業及び１チップマイコン等の装着作業が必要になる。このため、接続バーの接続ミス、異なる１チップマイコン等を装着してしまう等の可能性があり、作業者に対し作業負担を強いていた。このような作業は、製造上の効率化のためには少ない方が望ましい。
【０００９】
また、特許文献２の双機能装置では、メモリカードの挿入方向に応じて異なる機能を実現できるが、機能を実現する機能部、メモリカードへアクセスするアクセス部が、機能毎に別々に設けられており、機能を実現する手段の共有化が全くなされていない。このため、装置構成上及び製造上の効率化が望まれていた。
【００１０】
そこで、本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、複数の装置のうちの所望の装置として動作する電力変換装置において、装置構成上及び製造上の効率化を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明による電力変換装置は、制御信号に基づいて電力を変換し、所望の装置として動作する電力変換装置において、インターフェースカードと、機能共有部及び機能選択部を有するメインカードとを備え、前記インターフェースカードが、前記所望の装置を区別するための識別子が格納されたメモリ、及び、前記所望の装置における機能の一部を実現するための処理を行う機能部を有し、前記メインカードの機能共有部が、前記制御信号に基づいてパワー素子をオンオフし、電力を変換するパワースタック、所定の電流指令を入力し、前記所定の電流指令と、前記パワースタックにより変換される電力について検出された電流との間の差が０になるように、指令を生成する電流調節器、及び、前記電流調節器により生成された指令に基づいて、パルス幅変調により前記制御信号を生成するパルス幅変調器を有し、前記メインカードの機能選択部が、当該電力変換装置を所望の装置として動作させるための電流指令を生成する、前記所望の装置にそれぞれ対応した複数の制御部、前記インターフェースカードのメモリから識別子を読み出し、前記識別子に対応する選択信号を生成する選択制御器、及び、前記選択制御器により生成された選択信号に基づいて、前記複数の制御部のうちのいずれかの制御部により生成された電流指令を選択し、前記所定の電流指令として出力する選択器を有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明による電力変換装置は、前記メインカードの機能選択部における複数の制御部が、前記所望の装置をインバータとした場合に、前記インバータにより制御されるモータに対する速度指令と、検出されたモータ速度との間の差が０になるように、前記電流指令を生成するインバータ制御部、及び、前記所望の装置をコンバータとした場合に、前記コンバータにより制御されるバス電圧に対するバス電圧指令と、検出されたバス電圧との間の差が０になるように、前記電流指令を生成するコンバータ制御部であり、前記選択器が、前記選択制御器により生成された選択信号に基づいて、前記インバータ制御部及び前記コンバータ制御部のうちのいずれかの制御部により生成された電流指令を選択し、前記所定の電流指令として出力することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明による電力変換装置は、前記メインカードの機能選択部における複数の制御部が、前記インバータ制御部、前記コンバータ制御部、及び、前記所望の装置をパワーコンディショナとした場合に、前記パワーコンディショナにより制御されるバス電圧に対するバス電圧指令を生成し、前記バス電圧指令と、検出されたバス電圧との間の差が０になるように、前記電流指令を生成するパワーコンディショナ制御部であり、前記選択器が、前記選択制御器により生成された選択信号に基づいて、前記インバータ制御部、前記コンバータ制御部及び前記パワーコンディショナ制御部のうちのいずれかの制御部により生成された電流指令を選択し、前記所定の電流指令として出力することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明によれば、複数の装置のうちの所望の装置として動作する電力変換装置において、各装置に共有して利用できる主回路、及び各装置に対応したそれぞれの制御回路を備え、各装置の機能の一部を有するそれぞれのインターフェースカードに識別子を格納しておき、その識別子に基づいて装置を区別するようにした。これにより、共有化した主回路及び必要な制御回路が動作し、所望の装置として動作する。したがって、所望の装置に対応したインターフェースカードのみを用いることにより、電力変換装置を所望の装置として動作させることができるから、電力変換装置の構成上及び製造上の効率化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態によ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】インターフェース部の種類、ＩＤ及び機能を説明する図である。
【図３】インバータ、コンバータ及びパワーコンディショナの選択処理を示すフローチャートである。
【図４】電力変換装置のハードウェア構成を示す図である。
【図５】電力変換装置がインバータとして動作する場合の概略構成を示すブロック図である。
【図６】電力変換装置がコンバータとして動作する場合の概略構成を示すブロック図である。
【図７】電力変換装置がパワーコンディショナとして動作する場合の概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。
〔電力変換装置の概略構成〕
まず、本発明の実施形態による電力変換装置の概略構成について説明する。図１は、電力変換装置の概略構成を示すブロック図である。この電力変換装置１は、機能共有部２、機能選択部３及びインターフェース部４を備えて構成され、インターフェース部４に格納されたＩＤ（識別子）に基づいて、インバータ、コンバータまたはパワーコンディショナのいずれかの装置として動作する。
【００１７】
（機能共有部）
機能共有部２は、電力変換装置１がインバータ、コンバータまたはパワーコンディショナとして動作する際に、同一の処理を行うことで共通の機能を実現する主回路であり、減算器２１、電流調節器２２、パルス幅変調器２３、パワースタック２４を備えている。
【００１８】
減算器２１は、選択器３５により選択された電流指令（電力変換装置１がインバータとして動作する際の電流指令、コンバータとして動作する際の電流指令、及びパワーコンディショナとして動作する際の電流指令のうちのいずれかの電流指令）から電流Ｆ／Ｂ（電流フィードバック）の値を減算し、減算結果を電流エラーとして電流調節器２２に出力する。電流Ｆ／Ｂは、後述する電流検出器５により検出された３相交流電流の信号である。
【００１９】
電流調節器２２は、減算器２１から電流エラーを入力すると共に、位相を入力し、電流エラーが０になるように、ＰＩ制御（比例制御及び積分制御）により指令（電圧指令）を生成し、生成した指令をパルス幅変調器２３に出力する。位相（電源位相）は、ｄ軸及びｑ軸からなる２相軸の静止座標の指令を、３相軸の回転座標の指令に座標変換するために用いられる。
【００２０】
パルス幅変調器２３は、電流調節器２２から指令を入力し、入力した指令に基づいて、パルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）を行って３相のゲート信号を生成し、パワースタック２４に出力する。
【００２１】
パワースタック２４は、ＰＷＭインバータ回路を備え、半導体スイッチング素子（例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）のゲートに入力される制御信号であるゲート信号により、コレクターエミッタ間の導通／遮断を制御する。具体的には、パワースタック２４は、パルス幅変調器２３からゲート信号を入力し、対応する半導体スイッチング素子の導通／遮断を行い、電力変換を行う。
【００２２】
（機能選択部）
機能選択部３は、電力変換装置１がインバータ、コンバータまたはパワーコンディショナとして動作する際に、異なる処理を行うことにより個別の機能を実現する制御回路であり、インバータ制御部３１、コンバータ制御部３２、パワーコンディショナ制御部３３、選択制御器３４、選択器３５等を備えている。機能選択部３において選択された制御回路により、機能共有部２である主回路が制御される。
【００２３】
インバータ制御部３１の制御回路は、減算器３１１及びＰＩ制御器３１２を備えている。減算器３１１は、速度指令から速度Ｆ／Ｂの値を減算し、減算結果を速度エラーとしてＰＩ制御器３１２に出力する。速度指令は、予め設定された指令または所定の演算により算出された指令である。速度Ｆ／Ｂは、後述するインターフェース部４の機能部４１により生成されたカウント値（後述するモータ６の回転情報を得るためのエンコーダのカウント値）に基づいて算出された信号であり、モータ６の回転速度である。ＰＩ制御器３１２は、減算器３１１から速度エラーを入力し、速度エラーが０になるように、ＰＩ制御により電流指令を生成し、生成した電流指令を選択器３５に出力する。
【００２４】
コンバータ制御部３２の制御回路は、減算器３２１及びＰＩ制御器３２２を備えている。減算器３２１は、バス電圧指令からバス電圧Ｆ／Ｂの値を減算し、減算結果をバス電圧エラーとしてＰＩ制御器３２２に出力する。バス電圧指令は、予め設定された指令または所定の演算により算出された指令である。バス電圧Ｆ／Ｂは、後述する電圧検出器７により検出された正側及び負側間のバス電圧の信号である。ＰＩ制御器３２２は、減算器３２１からバス電圧エラーを入力し、バス電圧エラーが０になるように、ＰＩ制御により電流指令を生成し、生成した電流指令を選択器３５に出力する。
【００２５】
パワーコンディショナ制御部３３の制御回路は、最大電力点追従制御器３３１、減算器３３２及びＰＩ制御器３３３を備えている。最大電力点追従制御器３３１は、例えば後述する太陽電池９を用いる場合、太陽電池９の近傍に設けられた温度検出器から温度を入力すると共に、太陽電池９の近傍に設けられた日射量検出器から太陽の日射量を入力し、予め設定された電圧及び電流特性のＶＩ（電圧×電流）カーブを用いて、最大電力点追従（ＭＰＰＴ：Maximum Power Point Tracker）制御により、ＶＩが最大値となる点を最大効率点として求め、最大効率点における電圧値をＰＶ（Photovoltaic）電圧指令（ＰＶバス電圧指令）として減算器３３２に出力する。尚、電圧及び電流特性のＶＩカーブは、温度及び日射量に応じて異なる特性となる。したがって、最大電力点追従制御器３３１は、入力した温度及び日射量から電圧及び電流特性のＶＩカーブを特定し（選択し）、そのＶＩカーブを用いて最大効率点のＰＶ電圧指令を求める。
【００２６】
減算器３３２は、最大電力点追従制御器３３１からＰＶ電圧指令を入力し、ＰＶ電圧指令からＰＶ電圧Ｆ／Ｂ（ＰＶバス電圧Ｆ／Ｂ）の値を減算し、減算結果をＰＶ電圧エラーとしてＰＩ制御器３３３に出力する。ＰＶ電圧Ｆ／Ｂは、後述する電圧検出器７により検出された正側及び負側間のバス電圧の信号である。ＰＩ制御器３３３は、減算器３３２からＰＶ電圧エラーを入力し、ＰＶ電圧エラーが０になるように、ＰＩ制御により電流指令を生成し、生成した電流指令を選択器３５に出力する。
【００２７】
選択制御器３４は、インターフェース部４からＩＤを読み出し、ＩＤに応じた選択信号を生成し、選択器３５に出力する。選択器３５は、インバータ制御部３１、コンバータ制御部３２及びパワーコンディショナ制御部３３から電流指令をそれぞれ入力すると共に、選択制御器３４から選択信号を入力し、選択信号に対応する電流指令を選択し、選択した電流指令を機能共有部２に出力する。ＩＤの詳細については後述する。
【００２８】
（インターフェース部）
インターフェース部４は、インターフェースカードにより構成され、機能部４１及びメモリ４２を備えている。作業者は、電力変換装置１をインバータ、コンバータまたはパワーコンディショナとして動作させる際に、インバータ、コンバータまたはパワーコンディショナに対応したそれぞれのインターフェースカードのうちの所望の１つのインターフェースカードを選択する。そして、電力変換装置１は、作業者により選択されたインターフェースカードに基づいて、インバータ、コンバータまたはパワーコンディショナとして動作する。インターフェース部４の機能部４１は、インバータ、コンバータ及びパワーコンディショナのうちのいずれかの機能の一部を実現するための処理を行う。メモリ４２には、インバータ、コンバータ及びパワーコンディショナを区別するための固有番号であるＩＤが格納されている。
【００２９】
図２は、インターフェース部４の種類、ＩＤ及び機能を説明する図である。インターフェース部４を構成するインターフェースカードには、インクリメンタルエンコーダ・インターフェースカード、高分解能絶対値エンコーダ・インターフェースカード、コンバータ用電源位相検出カード及びパワーコンディショナ用電源位相検出カードの４種類がある。
【００３０】
インターフェース部４がインクリメンタルエンコーダ・インターフェースカードの場合、メモリ４２に格納されたＩＤは１であり、機能部４１は、誘導モータ用のインクリメンタルエンコーダからの信号をカウントする。このカウント値により、誘導モータの位置及び速度（速度Ｆ／Ｂ）等が求められる。インターフェース部４が高分解能絶対値エンコーダ・インターフェースカードの場合、メモリ４２に格納されたＩＤは２であり、機能部４１は、同期モータ用の高分解能絶対値エンコーダからの信号をカウントする。このカウント値により、同期モータの位置及び速度（速度Ｆ／Ｂ）等が求められる。
【００３１】
インターフェース部４がコンバータ用電源位相検出カードの場合、メモリ４２に格納されたＩＤは３であり、機能部４１は、ＲＳＴの３相交流電圧からゼロクロスを検出して電源位相を検出する。インターフェース部４がパワーコンディショナ用電源位相検出カードの場合、メモリ４２に格納されたＩＤは４であり、機能部４１は、ＲＳＴの３相交流電圧からゼロクロスを検出して電源位相を検出するか、または、ＲＳＴの３相交流電圧をモニタして電源位相を検出する。
【００３２】
（インバータ、コンバータ及びパワーコンディショナの選択処理）
次に、電力変換装置１をインバータ、コンバータ及びパワーコンディショナのうちのいずれかの装置として動作させるための選択処理について説明する。図３は、インバータ、コンバータ及びパワーコンディショナの選択処理を示すフローチャートである。図３に示す電力変換装置１による選択処理の前に、作業者は、電力変換装置１をインバータ、コンバータまたはパワーコンディショナとして動作させる際に、インバータ、コンバータまたはパワーコンディショナに対応したそれぞれのインターフェースカード（図２に示した４種類のインターフェースカード）のうちの所望の１つのインターフェースカードを選択する。
【００３３】
図４は、電力変換装置１のハードウェア構成を示す図である。電力変換装置１は、図１に示した機能共有部２及び機能選択部３を備えたメインカード１０、及び、図１に示した機能部４１及びメモリ４２を備えたインターフェース部４であるインターフェースカードにより構成される。メインカード１０とインターフェース部４であるインターフェースカードとは、メインカード１０に設けられたコネクタ１１に、インターフェース部４に設けられたコネクタ１２を挿入することにより、一体的な構成となる。これにより、メインカード１０の機能共有部２及び機能選択部３とインターフェース部４の機能部４１及びメモリ４２とは、電気的に接続される。前述したとおり、作業者は、所望のインターフェースカードを選択すると、そのインターフェースカードのコネクタ１２を、メインカード１０のコネクタ１１に挿入する。これにより、電力変換装置１は、作業者により選択された所望のインターフェースカードに対応したインバータ、コンバータ及びパワーコンディショナのうちのいずれかの装置として動作することになる。
【００３４】
図３に戻って、電力変換装置１における機能選択部３の選択制御器３４は、インターフェース部４のメモリ４２からＩＤを読み出し（ステップＳ３０１）、そのＩＤに応じた処理を行う（ステップＳ３０２）。選択制御器３４は、ＩＤ＝１，２であると判定した場合（ステップＳ３０２：ＩＤ＝１，２）、インバータ制御部３１の電流指令を選択することを示す選択信号を生成し、選択器３５に出力する。また、選択制御器３４は、ＩＤ＝３であると判定した場合（ステップＳ３０２：ＩＤ＝３）、コンバータ制御部３２の電流指令を選択することを示す選択信号を生成し、選択器３５に出力する。また、選択制御器３４は、ＩＤ＝４であると判定した場合（ステップＳ３０２：ＩＤ＝４）、パワーコンディショナ制御部３３の電流指令を選択することを示す選択信号を生成し、選択器３５に出力する。
【００３５】
選択器３５は、選択制御器３４から選択信号を入力し、ＩＤ＝１，２の場合、インバータ制御部３１からの電流指令を選択し（ステップＳ３０３）、ＩＤ＝３の場合、コンバータ制御部３２からの電流指令を選択し（ステップＳ３０４）、ＩＤ＝４の場合、パワーコンディショナ制御部３３からの電流指令を選択し（ステップＳ３０５）、選択した電流指令を機能共有部２に出力する。
【００３６】
これにより、インターフェース部４のメモリ４２に格納されたＩＤに応じて、インバータ制御部３１、コンバータ制御部３２及びパワーコンディショナ制御部３３からの電流指令のうちのいずれかの電流指令が選択される。したがって、作業者が選択したインターフェース部４であるインターフェースカードに対応して、電力変換装置１をインバータ、コンバータ及びパワーコンディショナのうちのいずれかの装置として動作させることができる。作業者によりＩＤ＝１，２のインターフェースカードが選択され、メインカード１０に接続された場合、電力変換装置１はインバータとして動作し、ＩＤ＝３のインターフェースカードが選択され、メインカード１０に接続された場合、電力変換装置１はコンバータとして動作し、ＩＤ＝４のインターフェースカードが選択され、メインカード１０に接続された場合、電力変換装置１はパワーコンディショナとして動作する。
【００３７】
〔インバータとして動作する場合〕
図５は、電力変換装置１がインバータとして動作する場合の概略構成を示すブロック図である。作業者が、電力変換装置１をインバータとして動作させるためのインターフェースカード（インターフェース部４）を選択し、メインカード１０に接続することにより、電力変換装置１がインバータとして動作する。この場合、インターフェース部４の機能部４１は、図２に示したように、インクリメンタルエンコーダ・インターフェースカードまたは高分解能絶対値エンコーダ・インターフェースカードに対応する機能を実現し、メモリ４２には、ＩＤ＝１，２が格納されている。図５には図示しない機能選択部３の選択制御器３４により、インターフェース部４のメモリ４２からＩＤ＝１，２が読み出され、ＩＤ＝１，２に対応する選択信号が図示しない選択器３５に出力されることで、機能選択部３は、減算器３１１及びＰＩ制御器３１２を備えたインバータ制御部３１として機能し、機能共有部２はインバータ制御部３１から電流指令を入力する。インバータ制御部３１の減算器３１１に入力される速度Ｆ／Ｂは、インターフェース部４の機能部４１により生成されたカウント値に基づいた速度信号である。
【００３８】
機能共有部２は、減算器２１、電流調節器２２、パルス幅変調器２３、パワースタック２４及び電流検出器５を備えて機能し、機能共有部２のパワースタック２４とモータ６（ＩＤ＝１の場合は誘導モータ、ＩＤ＝２の場合は同期モータ）との間に設けられた電流検出器５は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３相交流電流を検出し、電流Ｆ／Ｂとして減算器２１に出力する。
【００３９】
このように、インターフェース部４にインクリメンタルエンコーダ・インターフェースカードまたは高分解能絶対値エンコーダ・インターフェースカードを用いることにより、機能選択部３はインバータ制御部３１として機能し、インバータ制御部３１からの電流指令が機能共有部２へ入力され、電力変換装置１はインバータとして動作するようになる。
【００４０】
〔コンバータとして動作する場合〕
図６は、電力変換装置１がコンバータとして動作する場合の概略構成を示すブロック図である。作業者が、電力変換装置１をコンバータとして動作させるためのインターフェースカード（インターフェース部４）を選択し、メインカード１０に接続することにより、電力変換装置１がコンバータとして動作する。この場合、インターフェース部４の機能部４１は、図２に示したように、コンバータ用電源位相検出カードに対応する機能を実現し、メモリ４２には、ＩＤ＝３が格納されている。図６には図示しない機能選択部３の選択制御器３４により、インターフェース部４のメモリ４２からＩＤ＝３が読み出され、ＩＤ＝３に対応する選択信号が図示しない選択器３５に出力されることで、機能選択部３はコンバータ制御部３２として機能し、機能共有部２はコンバータ制御部３２から電流指令を入力する。
【００４１】
機能選択部３は、減算器３２１及びＰＩ制御器３２２を備えたコンバータ制御部３２と、電圧検出器７とを備え、電圧検出器７は、バス電圧を検出し、バス電圧Ｆ／Ｂとして減算器３２１に出力する。
【００４２】
機能共有部２は、減算器２１、電流調節器２２、パルス幅変調器２３、パワースタック２４及び電流検出器５を備えて機能し、機能共有部２のパワースタック２４とＡＣ電源８との間に設けられた電流検出器５は、Ｒ，Ｓ，Ｔ相の３相交流電流を検出し、電流Ｆ／Ｂとして減算器２１に出力する。機能共有部２の電流調節器２２に入力される位相は、インターフェース部４の機能部４１により検出され出力される電源位相である。
【００４３】
このように、インターフェース部４にコンバータ用電源位相検出カードを用いることにより、機能選択部３はコンバータ制御部３２として機能し、機能選択部３のコンバータ制御部３２からの電流指令が機能共有部２へ入力され、電力変換装置１はコンバータとして動作するようになる。
【００４４】
〔パワーコンディショナとして動作する場合〕
図７は、電力変換装置１がパワーコンディショナとして動作する場合の概略構成を示すブロック図である。作業者が、電力変換装置１をパワーコンディショナとして動作させるためのインターフェースカード（インターフェース部４）を選択し、メインカード１０に接続することにより、電力変換装置１がパワーコンディショナとして動作する。この場合、インターフェース部４の機能部４１は、図２に示したように、パワーコンディショナ用電源位相検出カードに対応する機能を実現し、メモリ４２には、ＩＤ＝４が格納されている。図７には図示しない機能選択部３の選択制御器３４により、インターフェース部４のメモリ４２からＩＤ＝４が読み出され、ＩＤ＝４に対応する選択信号が図示しない選択器３５に出力されることで、機能選択部３はパワーコンディショナ制御部３３として機能し、機能共有部２はパワーコンディショナ制御部３３から電流指令を入力する。
【００４５】
機能選択部３は、最大電力点追従制御器３３１、減算器３３２及びＰＩ制御器３３３を備えたパワーコンディショナ制御部３３と、電圧検出器７とを備え、機能共有部２と太陽電池９との間に設けられた電圧検出器７は、ＰＶ電圧を検出し、ＰＶ電圧Ｆ／Ｂとして減算器３３２に出力する。
【００４６】
機能共有部２は、減算器２１、電流調節器２２、パルス幅変調器２３、パワースタック２４及び電流検出器５を備えて機能し、機能共有部２のパワースタック２４とＡＣ電源８との間に設けられた電流検出器５は、Ｒ，Ｓ，Ｔ相の３相交流電流を検出し、電流Ｆ／Ｂとして減算器２１に出力する。機能共有部２の電流調節器２２に入力される位相は、インターフェース部４の機能部４１により検出され出力される電源位相である。
【００４７】
このように、インターフェース部４にパワーコンディショナ用電源位相検出カードを用いることにより、機能選択部３はパワーコンディショナ制御部３３として機能し、機能選択部３のパワーコンディショナ制御部３３からの電流指令が機能共有部２へ入力され、電力変換装置１はパワーコンディショナとして動作するようになる。
【００４８】
以上のように、本発明の実施形態による電力変換装置１によれば、インターフェース部４が、インバータ、コンバータまたはパワーコンディショナの機能の一部を実現するための処理を行う機能部４１、及びインバータ等を区別するためのＩＤが格納されたメモリ４２を備え、機能共有部２が、インバータ等に共通した機能を実現する主回路の処理を行い、機能選択部３が、インバータ等における異なる個別の機能を実現するための制御回路の処理を行うインバータ制御部３１、コンバータ制御部３２及びパワーコンディショナ制御部３３を備え、ＩＤに基づいてインバータ制御部３１等のうちのいずれかを選択し、選択したインバータ制御部３１等の電流指令を機能共有部２に出力するようにした。
【００４９】
これにより、作業者は、電力変換装置１を所望のインバータ等として動作させる場合、所望の装置に対応するインターフェース部４を選択し、インターフェース部４であるインターフェースカードをメインカード１０に接続すればよい。したがって、インターフェース部４に応じて、機能共有部２及び所望の装置に対応する機能選択部３（インバータ制御部３１、コンバータ制御部３２及びパワーコンディショナ制御部３３のうちのいずれか）の処理が行われ、所望の装置を動作させるために必要な処理が行われる。つまり、電力変換装置１が、インバータ等によって異なるインターフェース部４であるインターフェースカードと、インバータ等に共通化したメインカード１０とにより構成され、インターフェース部４の選択により電力変換装置１を所望の装置として動作させることができるから、電力変換装置１の構成上及び製造上の効率化を図ることができる。
【００５０】
以上、実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その技術思想を逸脱しない範囲で種々変形可能である。例えば、前記実施形態では、電力変換装置１をインバータ、コンバータ及びパワーコンディショナのうちのいずれかの装置として動作させる例を示したが、インバータ及びコンバータのうちのいずれかの装置として動作させるようにしてもよいし、コンバータ及びパワーコンディショナ等、２つの装置のうちのいずれかの装置として動作させるようにしてもよい。また、他の装置を含め、４個以上の装置のうちのいずれかの装置として動作させるようにしてもよいし、インバータ、コンバータ及びパワーコンディショナ以外の複数の装置のうちのいずれかの装置として動作させるようにしてもよい。この場合、インターフェース部４は、装置に対応するインターフェースカードがそれぞれ用意され、電力変換装置１の機能選択部３は、装置に対応する制御部を備え、その装置を動作させるための電流指令を機能共有部２に出力する。
【００５１】
また、前記実施形態では、電力変換装置１をインバータとして動作させる場合、モータの種類に応じてＩＤ（＝１，２）の異なるインターフェース部４を用意するようにした。本発明では、インバータに限ることなく、同一の装置であっても、装置の性質または接続される機器等に応じてＩＤの異なるインターフェース部４を用意するようにしてもよい。例えば、電力変換装置１をパワーコンディショナとして動作させる場合、電力変換装置１に接続される発電機に応じて、発電機が太陽電池の場合はＩＤ＝４のインターフェース部４を用意し、発電機が風力発電機の場合はＩＤ＝５のインターフェース部４を用意するようにしてもよい。この場合、電力変換装置１の機能選択部３は、ＩＤに対応する制御部、すなわち装置の性質等に対応する制御部を備え、その装置を動作させるための電流指令を機能共有部２に出力する。
【００５２】
また、図１に示した電力変換装置１では、機能選択部３のコンバータ制御部３２とパワーコンディショナ制御部３３とを別個の制御回路として備えるようにしたが、減算器３２１及びＰＩ制御器３２２と減算器３３２及びＰＩ制御器３３３とを共有化するようにしてもよい。減算器３２１，３３２及びＰＩ制御器３２２，３３３は、インターフェース部４のメモリ４２から読み出されたＩＤに応じて、ＩＤ＝３の場合、コンバータ制御部３２の構成要素として用いられ、ＩＤ＝４の場合、パワーコンディショナ制御部３３の構成要素として用いられる。
【符号の説明】
【００５３】
１ 電力変換装置
２ 機能共有部
３ 機能選択部
４ インターフェース部
５ 電流検出器
６ モータ
７ 電圧検出器
８ ＡＣ電源
９ 太陽電池
１０ メインカード
１１，１２ コネクタ
２１ 減算器
２２ 電流調節器
２３ パルス幅変調器
２４ パワースタック
３１ インバータ制御部
３２ コンバータ制御部
３３ パワーコンディショナ制御部
３４ 選択制御器
３５ 選択器
４１ 機能部
４２ メモリ
３１１，３２１，３３２ 減算器
３１２，３２２，３３３ ＰＩ制御器
３３１ 最大電力点追従制御器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御信号に基づいて電力を変換し、所望の装置として動作する電力変換装置において、
インターフェースカードと、機能共有部及び機能選択部を有するメインカードとを備え、
前記インターフェースカードは、
前記所望の装置を区別するための識別子が格納されたメモリ、及び、
前記所望の装置における機能の一部を実現するための処理を行う機能部を有し、
前記メインカードの機能共有部は、
前記制御信号に基づいてパワー素子をオンオフし、電力を変換するパワースタック、
所定の電流指令を入力し、前記所定の電流指令と、前記パワースタックにより変換される電力について検出された電流との間の差が０になるように、指令を生成する電流調節器、及び、
前記電流調節器により生成された指令に基づいて、パルス幅変調により前記制御信号を生成するパルス幅変調器を有し、
前記メインカードの機能選択部は、
当該電力変換装置を所望の装置として動作させるための電流指令を生成する、前記所望の装置にそれぞれ対応した複数の制御部、
前記インターフェースカードのメモリから識別子を読み出し、前記識別子に対応する選択信号を生成する選択制御器、及び、
前記選択制御器により生成された選択信号に基づいて、前記複数の制御部のうちのいずれかの制御部により生成された電流指令を選択し、前記所定の電流指令として出力する選択器を有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記メインカードの機能選択部における複数の制御部は、
前記所望の装置をインバータとした場合に、前記インバータにより制御されるモータに対する速度指令と、検出されたモータ速度との間の差が０になるように、前記電流指令を生成するインバータ制御部、及び、
前記所望の装置をコンバータとした場合に、前記コンバータにより制御されるバス電圧に対するバス電圧指令と、検出されたバス電圧との間の差が０になるように、前記電流指令を生成するコンバータ制御部であり、
前記選択器は、
前記選択制御器により生成された選択信号に基づいて、前記インバータ制御部及び前記コンバータ制御部のうちのいずれかの制御部により生成された電流指令を選択し、前記所定の電流指令として出力することを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電力変換装置において、
前記メインカードの機能選択部における複数の制御部は、
前記インバータ制御部、前記コンバータ制御部、及び、
前記所望の装置をパワーコンディショナとした場合に、前記パワーコンディショナにより制御されるバス電圧に対するバス電圧指令を生成し、前記バス電圧指令と、検出されたバス電圧との間の差が０になるように、前記電流指令を生成するパワーコンディショナ制御部であり、
前記選択器は、
前記選択制御器により生成された選択信号に基づいて、前記インバータ制御部、前記コンバータ制御部及び前記パワーコンディショナ制御部のうちのいずれかの制御部により生成された電流指令を選択し、前記所定の電流指令として出力することを特徴とする電力変換装置。
【請求項１】
制御信号に基づいて電力を変換し、所望の装置として動作する電力変換装置において、
インターフェースカードと、機能共有部及び機能選択部を有するメインカードとを備え、
前記インターフェースカードは、
前記所望の装置を区別するための識別子が格納されたメモリ、及び、
前記所望の装置における機能の一部を実現するための処理を行う機能部を有し、
前記メインカードの機能共有部は、
前記制御信号に基づいてパワー素子をオンオフし、電力を変換するパワースタック、
所定の電流指令を入力し、前記所定の電流指令と、前記パワースタックにより変換される電力について検出された電流との間の差が０になるように、指令を生成する電流調節器、及び、
前記電流調節器により生成された指令に基づいて、パルス幅変調により前記制御信号を生成するパルス幅変調器を有し、
前記メインカードの機能選択部は、
当該電力変換装置を所望の装置として動作させるための電流指令を生成する、前記所望の装置にそれぞれ対応した複数の制御部、
前記インターフェースカードのメモリから識別子を読み出し、前記識別子に対応する選択信号を生成する選択制御器、及び、
前記選択制御器により生成された選択信号に基づいて、前記複数の制御部のうちのいずれかの制御部により生成された電流指令を選択し、前記所定の電流指令として出力する選択器を有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記メインカードの機能選択部における複数の制御部は、
前記所望の装置をインバータとした場合に、前記インバータにより制御されるモータに対する速度指令と、検出されたモータ速度との間の差が０になるように、前記電流指令を生成するインバータ制御部、及び、
前記所望の装置をコンバータとした場合に、前記コンバータにより制御されるバス電圧に対するバス電圧指令と、検出されたバス電圧との間の差が０になるように、前記電流指令を生成するコンバータ制御部であり、
前記選択器は、
前記選択制御器により生成された選択信号に基づいて、前記インバータ制御部及び前記コンバータ制御部のうちのいずれかの制御部により生成された電流指令を選択し、前記所定の電流指令として出力することを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電力変換装置において、
前記メインカードの機能選択部における複数の制御部は、
前記インバータ制御部、前記コンバータ制御部、及び、
前記所望の装置をパワーコンディショナとした場合に、前記パワーコンディショナにより制御されるバス電圧に対するバス電圧指令を生成し、前記バス電圧指令と、検出されたバス電圧との間の差が０になるように、前記電流指令を生成するパワーコンディショナ制御部であり、
前記選択器は、
前記選択制御器により生成された選択信号に基づいて、前記インバータ制御部、前記コンバータ制御部及び前記パワーコンディショナ制御部のうちのいずれかの制御部により生成された電流指令を選択し、前記所定の電流指令として出力することを特徴とする電力変換装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２４４７５６（Ｐ２０１２−２４４７５６Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１２１５６（Ｐ２０１１−１１２１５６）
【出願日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【出願人】（３９００１４３８４）日本リライアンス株式会社 (58)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【出願人】（３９００１４３８４）日本リライアンス株式会社 (58)
【Ｆターム（参考）】
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