JP2015122906A - 電力制御装置、電力制御システム、および電力制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】分散電源の追加を想定していないパワーコンディショナに分散電源を追加するための電力制御装置、電力制御システム、および電力制御方法を提供する。
【解決手段】分散電源２００Ａ〜ＣのＤＣ中間リンク電圧を制御する他の電力制御装置１００のＤＣ中間リンクに接続可能な電力制御装置１０は、電力制御装置１０に接続される追加電源２０が出力する電圧を昇圧または追加電源２０に入力する電圧を降圧するＤＣ／ＤＣコンバータ１２と、他の電力制御装置１００から取得したＰＷＭ信号に基づいてクロック信号を生成し、生成したクロック信号およびＤＣ中間リンク電圧に基づいて、追加電源２０が出力する電圧を昇圧または追加電源２０に入力する電圧を降圧するように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２を制御する制御部１１と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力制御装置、電力制御システム、および電力制御方法に関するものである。より詳細には、本発明は、複数の分散電源を系統連系することができる電力制御装置、このような電力制御装置を含む電力制御システム、および、このような電力制御装置の電力制御方法に関するものである。

従来、例えば複数の太陽電池など複数の分散電源を統合して系統連系するパワーコンディショナが知られている。このようなパワーコンディショナでは、複数の分散電源のそれぞれに接続されたＤＣ／ＤＣコンバータが、各分散電源から出力される電力の電圧を調整する。このように電圧調整された電力は統合（ＤＣ中間リンク）されてインバータに入力され、このインバータが入力された電力を直流から交流に変換する。また、このようなパワーコンディショナにおいて、複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、インバータとを、それぞれ独立した汎用機能ユニットとして動作可能にする技術も提案されている（例えば特許文献１参照）。

図４は、従来の電力制御システムの構成を概略的に示す機能ブロック図である。図４に示すパワーコンディショナ１００は、何らかの出力抑制がかからない場合、可能な限り最大の電力を出力するように系統３００に接続される。例えば、分散電源を太陽電池２００Ａ〜Ｃとする場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０Ａ〜Ｃは、太陽電池２００Ａ〜Ｃが発電する電力が最大になるように、ＭＰＰＴ（最大電力点追従）制御を行って負荷４００に追従する。この時、パワーコンディショナ１００を制御する制御部１１０（プロセッサ等）は、ＡＣ出力電力および中間リンク電力を監視して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０Ａ〜Ｃおよびインバータ１３０のスイッチング制御を行うことにより、電力を最適化する。

特開２００２−１９９７３９号公報

図４に示すように、パワーコンディショナにおいては、通常、１つの制御部が各回路を制御し、各分散電源が出力する電圧の調整動作を行う。すなわち、１つの制御部が、複数のＤＣ／ＤＣコンバータおよびインバータの動作タイミングを制御することで、各要素の回路を安定に動作させている。このように、マルチＤＣリンクのパワーコンディショナにおいては、個々の回路が個別に動作しているわけではなく、電圧調整のタイミング制御などにおいて、ＤＣ／ＤＣコンバータの各回路がそれぞれ協調して動作を行う。

このため、従来のパワーコンディショナは、予め仕様として定められた機能を果たすことで完結しており、予め決められた構成を超えるような機能を拡張することは想定されていない。例えば、パワーコンディショナの制御部は、制御可能なＤＣ／ＤＣコンバータの個数が決められていると、その個数を超えるＤＣ／ＤＣコンバータを制御することはできない。すなわち、従来のパワーコンディショナにおいては、もともと接続することを想定した分散電源の他に、さらに太陽電池、燃料電池、蓄電池などの電源ユニットを後から追加接続することは、通常は不可能である。よって、このような電源ユニットを後から追加しようとする際に、追加の電源も含めた分散電源に対応した新たなパワーコンディショナを購入したりせずに、元のパワーコンディショナを活用することができれば、非常に経済的である。

したがって、本発明の目的は、分散電源の追加を想定していないパワーコンディショナに分散電源を追加するための電力制御装置、電力制御システム、および電力制御方法を提供することにある。

上記目的を達成する第１の観点に係る発明は、
分散電源のＤＣ中間リンク電圧を制御する他の電力制御装置（パワーコンディショナ）のＤＣ中間リンクに接続可能な電力制御装置（追加ユニット）であって、
前記電力制御装置（追加ユニット）に接続される追加電源が出力する電圧を昇圧または当該追加電源に入力する電圧を降圧するＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記他の電力制御装置（パワーコンディショナ）から取得したＰＷＭ信号に基づいてクロック信号を生成し、当該生成したクロック信号および前記ＤＣ中間リンク電圧に基づいて、前記追加電源が出力する電圧を昇圧または当該追加電源に入力する電圧を降圧するように、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御部（追加制御部）と、
を備えることを特徴とする。

また、前記制御部（追加制御部）は、前記他の電力制御装置（パワーコンディショナ）から取得するＰＷＭ信号が検出されなくなった際、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの制御を停止してもよい。

また、前記制御部（追加制御部）は、前記他の電力制御装置（パワーコンディショナ）から出力されるＰＷＭ信号のタイミングに基づいて、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御してもよい。

また、前記制御部（追加制御部）は、前記追加電源に充電する際には、前記生成したクロック信号の立ち上がりに同期させて前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、前記追加電源から放電する際には、前記生成したクロック信号の立ち下がりに同期させて前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御してもよい。

また、上記目的を達成する第２の観点に係る発明は、
他の電力制御装置（パワーコンディショナ）のＤＣ中間リンクに接続可能な電力制御装置（追加ユニット）と、当該他の電力制御装置（パワーコンディショナ）と、を含む電力制御システムであって、
前記他の電力制御装置（パワーコンディショナ）は、
分散電源のＤＣ中間リンク電圧を制御する制御部（パワコン制御部）を備え、
前記電力制御装置（追加ユニット）は、
当該電力制御装置（追加ユニット）に接続される追加電源が出力する電圧を昇圧または当該追加電源に入力する電圧を降圧するＤＣ／ＤＣコンバータと、
当該他の電力制御装置（パワーコンディショナ）から取得したＰＷＭ信号に基づいてクロック信号を生成し、当該生成したクロック信号および前記ＤＣ中間リンク電圧に基づいて、前記追加電源が出力する電圧を昇圧または当該追加電源に入力する電圧を降圧するように、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御部（追加制御部）と、を備えることを特徴とする。

また、上記目的を達成する第３の観点に係る発明は、
分散電源のＤＣ中間リンク電圧を制御する他の電力制御装置（パワーコンディショナ）のＤＣ中間リンクに接続可能な電力制御装置（追加ユニット）の電力制御方法であって、
前記電力制御装置（追加ユニット）に接続される追加電源が出力する電圧を昇圧または当該追加電源に入力する電圧を降圧するステップと、
前記他の電力制御装置（パワーコンディショナ）から取得したＰＷＭ信号に基づいてクロック信号を生成するステップと、
前記生成したクロック信号および前記ＤＣ中間リンク電圧に基づいて、前記追加電源が出力する電圧を昇圧または当該追加電源に入力する電圧を降圧するように、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するステップと、
を含むことを特徴とする。

本発明によれば、本発明の目的は、分散電源の追加を想定していないパワーコンディショナに分散電源を追加するための電力制御装置、電力制御システム、および電力制御方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係る電力制御装置を含む電力制御システムを概略的に示す機能ブロック図である。 本発明の実施形態に係る制御信号の生成動作の例を説明する図である。 本発明の実施形態に係る制御信号の生成動作の他の例を説明する図である。 従来の電力制御システムの構成を概略的に示す機能ブロック図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る電力制御装置を含む電力制御システムを概略的に示す機能ブロック図である。

図１に示すように、本発明の実施形態に係る電力制御システム１は、例えば追加ユニットとすることができる電力制御装置１０と、例えばパワーコンディショナとすることができる他の電力制御装置１００と、を含んで構成される。以下の説明においては、本発明の典型的な実施形態として、追加電源を増設するための追加ユニットを、従来公知のようなパワーコンディショナに接続する構成について説明する。したがって、以下、本実施形態に係る電力制御装置１０を「追加ユニット１０」と記し、本実施形態に係る他の電力制御装置１００を「パワーコンディショナ１００」と記す。また、以下の説明において、従来よく知られている要素および機能部については、適宜、説明を簡略化または省略する。

図１に示すように、パワーコンディショナ１００は、制御部１１０、３つのＤＣ／ＤＣコンバータ１２０Ａ，１２０Ｂ，１２０Ｃ、およびインバータ１３０を備えている。図１示すパワーコンディショナ１００は、図４で説明した従来の電力制御システムにおけるパワーコンディショナ１００と同様の構成とすることができる。

パワーコンディショナ１００の制御部１１０は、パワーコンディショナ１００を構成する各機能部をはじめとして、パワーコンディショナ１００の全体を制御および管理する。以下、パワーコンディショナ１００（他の電力制御装置１００）の制御部１１０は、適宜「パワコン制御部１１０」と略記する。パワコン制御部１１０は、例えば各種のマイコンまたはプロセッサなどで構成することができる。特に、本実施形態において、パワコン制御部１１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０Ａ，１２０Ｂ，１２０Ｃ、およびインバータ１３０を制御および管理する。このため、パワコン制御部１１０は、これらの各機能部に制御ラインにより接続されている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０Ａ，１２０Ｂ，１２０Ｃは、３つの分散電源２００Ａ，２００Ｂ，２００Ｃにそれぞれ接続され、これらの分散電源が出力する電力の電圧を昇圧または降圧する。

分散電源２００Ａ，２００Ｂ，２００Ｃは、図１においては、太陽電池（ＰＶ）として示してあるが、例えば燃料電池（ＦＣ）または蓄電池（ＢＡＴ）など、各種の分散電源とすることができる。したがって、分散電源が太陽電池または燃料電池である場合、ＤＣ／ＤＣコンバータは、通常、分散電源が出力する電力の電圧を昇圧する。一方、分散電源が蓄電池である場合、ＤＣ／ＤＣコンバータは、分散電源が放電する電力の電圧を昇圧し、また、当該ＤＣ／ＤＣコンバータに入力される電力の電圧を降圧して分散電源に充電することができる。

図１においては、例として分散電源が３つの場合について示してあるが、パワーコンディショナ１００に接続可能な分散電源の個数は、パワーコンディショナ１００の仕様に応じて、任意の個数とすることができる。ただし、パワコン制御部１１０においては、予め接続可能な分散電源の個数が仕様上決められており、当該決められた個数を超える分散電源を増設して接続することは想定されていないものとする。したがって、図１に示すパワーコンディショナ１００は、接続可能な分散電源は３つまでと決められており、それを超える個数の分散電源を追加することは想定されていないものとして説明する。

インバータ１３０は、分散電源２００Ａ，２００Ｂ，２００Ｃが出力する直流電力を、交流電力に変換する。このため、インバータ１３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０Ａ，１２０Ｂ，１２０Ｃを統合した出力端（ＤＣ中間リンク）に接続されている。また、インバータ１３０は、例えば分散電源を蓄電池とした場合等のため、系統からの交流電力を直流電力に変換することもできる。

インバータ１３０が直流電力を交流電力に変換した出力端には、系統３００および宅内などの負荷４００に接続されている。負荷４００は、図１においては、１つのみを例示してあるが、家庭の宅内などで電力を必要とする任意の個数の各種の負荷とすることができる。図１に示すように、インバータ１３０は、系統３００に接続されることにより、分散電源２００Ａ，２００Ｂ，２００Ｃを系統３００と連系して、負荷４００に電力を供給可能に構成されている。このように、本実施形態において、パワーコンディショナ１００は、従来公知の構成とすることができる。

パワコン制御部１１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０Ａ，１２０Ｂ，１２０Ｃ、およびインバータ１３０を制御する。本実施形態において、パワコン制御部１１０は、これらの各機能部をＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）による制御を行うものとして説明する。

上述したように、パワーコンディショナ１００は、予め決められた個数を超える分散電源を追加することは想定されていない。そこで、本実施形態では、そのようなパワーコンディショナに対しても分散電源を追加することを可能にするために、追加ユニット１０を介在させる。以下、本実施形態に係る追加ユニット１０について説明する。

図１に示すように、追加ユニット１０は、制御部１１、およびＤＣ／ＤＣコンバータ１２を備えている。

追加ユニット１０の制御部１１は、追加ユニット１０を構成する各機能部をはじめとして、追加ユニット１０の全体を制御および管理する。以下、追加ユニット１０（電力制御装置１０）の制御部１１は、適宜「追加制御部１１」と略記する。

本実施形態において、追加制御部１１は、特に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２を制御して、電圧を昇圧または降圧する。このため、追加制御部１１は、制御ラインによりＤＣ／ＤＣコンバータ１２に接続される。追加制御部１１による制御は、さらに後述する。追加制御部１１は、マイコンまたは制御用ＭＰＵなど、種々のプロセッサにより構成することができる。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、追加の分散電源２０（「追加電源２０」と記す）に接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、入力される電力の電圧を昇降圧するものである。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、追加ユニット１０に接続される追加電源２０が出力する電圧を昇圧または追加電源２０に入力する電圧を降圧する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、接続される追加電源２０が蓄電池である場合には、充放電に対応したものを用いる。

図１においては、追加電源２０は、例えば太陽電池（ＰＶ）、燃料電池（ＦＣ）、または蓄電池（ＢＡＴ）など、各種の分散電源とすることができる。以下の説明においては、追加電源２０が蓄電池（ＢＡＴ）であるものとして説明する。図１においては、追加ユニット１０と追加電源２０とを別体として示しているが、追加ユニット１０および追加電源２０を含めて、例えば「オプションボード」等としてユニット化することもできる。

追加ユニット１０は、図１に示すように、パワーコンディショナ１００のＤＣ中間リンクに接続可能となるように構成する。すなわち、追加ユニット１０のＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、パワーコンディショナ１００のＤＣ／ＤＣコンバータ１２０Ａ，１２０Ｂ，１２０Ｃを統合したＤＣ中間リンク部分に接続されるようにする。このような接続は、パワーコンディショナ１００のＤＣ／ＤＣコンバータ１２０Ａ，１２０Ｂ，１２０Ｃを統合したＤＣ中間リンクの任意の箇所に、追加ユニット１０のＤＣ／ＤＣコンバータ１２から引いた電力線を結線させる機構を設けることで実現できる。例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０Ａ，１２０Ｂ，１２０Ｃのいずれかの接続箇所において、追加ユニット１０のＤＣ／ＤＣコンバータ１２から引いた電力線を結線させるためのコネクタを介在させる等、種々の手段を想定することができる。

また、図１に示すように、追加制御部１１は、パワコン制御部１１０から所定のデータを抽出するために、パワコン制御部１１０に接続されている。しかしながら、このような接続は図１に示す例に限定されるものではなく、追加制御部１１がパワコン制御部１１０からのデータを抽出できれば任意の手段を採用することができる。例えば、パワコン制御部１１０の制御信号は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０Ａ，１２０Ｂ，１２０Ｃのそれぞれに供給されるため、これらのＤＣ／ＤＣコンバータのいずれかから信号を分岐させるコネクタを介在させる等、種々の手段を想定することができる。

このように、本実施形態に係る追加ユニット１０は、分散電源２００Ａ〜ＣのＤＣ中間リンク電圧を制御するパワーコンディショナ１００のＤＣ中間リンクに接続可能に構成される。図１に示すように、本実施形態に係る電力制御システム１は、パワーコンディショナ１００のＤＣ中間リンクに接続可能な追加ユニット１０と、パワーコンディショナ１００と、を含んで構成される。そして、本実施形態に係る電力制御システム１において、パワコン制御部１１０は、分散電源２００Ａ〜ＣのＤＣ中間リンク電圧を制御する。このため、パワコン制御部１１０は、分散電源２００Ａ〜ＣのＤＣ中間リンク電圧を監視する。パワコン制御部１１０は、任意の電圧センサを用いて、分散電源２００Ａ〜ＣのＤＣ中間リンク電圧を監視することができる。

本実施形態は、パワコン制御部１１０の動作に基づいて、追加制御部１１が自立して制御を行うことを特徴とする。上述したように、パワーコンディショナ１００は、予め決められた個数を超える分散電源を追加することは想定されていない。このため、追加制御部１１がパワコン制御部１１０から何らかのデータを抽出することができたとしても、追加制御部１１からパワコン制御部１１０に対するフィードバックは意味をなさない。しかしながら、追加制御部１１がパワコン制御部１１０から抽出したデータに基づいて、追加制御部１１が自律的に動作すれば、パワコン制御部１１０が分散電源の追加を想定していない場合であっても、全体の協調制御が可能になる。

次に、本実施形態に係る追加ユニット１０の動作について説明する。以下、追加ユニット１０における（１）起動時の制御、（２）起動中の協調制御、（３）停止時の制御、について説明する。

（１）追加ユニット１０の起動時の制御
まず、追加電源２０が接続された追加ユニット１０をパワーコンディショナ１００に接続したら、追加ユニット１０は、パワーコンディショナ１００の中間リンク電圧の情報を取得する。パワーコンディショナ１００において、パワコン制御部１１０はＤＣ中間リンク電圧を監視しているため、追加ユニット１０は、パワコン制御部１１０からパワーコンディショナ１００の中間リンク電圧の情報を取得することができる。また、追加ユニット１０において、パワーコンディショナ１００の中間リンク電圧を検出するような機能を設けてもよい。

この中間リンク電圧は、パワーコンディショナ１００における制御により決められる。したがって、追加ユニット１０においては、その中間リンク電圧をモニタして、追加ユニット１０から出力される電力がその電圧になるように、追加制御部１１はＤＣ／ＤＣコンバータ１２のスイッチング動作を制御する。

追加ユニット１０が中間リンク電圧を認識した際に、追加ユニット１０から出力される電力の電圧が規定された電圧になっていれば、当該電力を中間リンクに供給することができる。この時、追加ユニット１０から出力される電力の電圧が規定された電圧になっていなければ、追加制御部１１は、追加電源２０の電力の電圧が規定された電圧になるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２を制御する。

（２）追加ユニット１０の起動中の協調制御
次に、追加ユニット１０における起動中の協調制御として、（２−１）スイッチング周波数の生成および同期、（２−２）充電時および放電時の制御、について説明する。以下、追加ユニット１０に接続される追加電源２０が、充放電を行う蓄電池である場合を例として説明する。追加電源２０が太陽電池または燃料電池である場合には、以下の説明のうち放電制御に倣って制御を行うことができる。

（２−１）追加ユニット１０のスイッチング周波数の生成および同期
追加ユニット１０の制御部１１は、パワコン制御部１１０のスイッチング周波数に基づいて、パワコン制御部１１０のスイッチング周波数に同期するためのＰＷＭ信号を生成する。このため、追加ユニット１０は、起動中、パワーコンディショナ１００における中間リンク電圧およびＰＷＭ信号をモニタする。

図２は、本発明の実施形態に係る追加制御部１１による制御信号の生成動作の例を説明する図である。

図２（Ａ）は、パワコン制御部１１０から出力されるＰＷＭ信号のオン／オフ信号の一例を表している。ＰＷＭ１は、パワコン制御部１１０がＤＣ／ＤＣコンバータ１２０Ａに送出するＰＷＭ信号である。ＰＷＭ２は、パワコン制御部１１０がＤＣ／ＤＣコンバータ１２０Ｂに送出するＰＷＭ信号である。ＰＷＭ３は、パワコン制御部１１０がＤＣ／ＤＣコンバータ１２０Ｃに送出するＰＷＭ信号である。図２（Ａ）において、ＰＷＭ信号がＨｉｇｈになっている部分をオンとして、Ｌｏｗになっている部分をオフとして説明する。図２（Ａ）に示す例では、ＰＷＭ信号が３相である場合について説明するが、他の相数の場合も同様に考えることができる。

追加制御部１１において、追加ユニット１０のスイッチング周波数の生成は、次のようにして行うことができる。まず、追加制御部１１は、各相のＰＷＭ信号（図２（Ａ）のＰＷＭ１〜３）の立ち上がり、および立ち下がりを検出する。各相のＰＷＭ信号の立ち上がりと立ち下がりが検出されたら、追加制御部１１は、それぞれの立ち上がりごとに信号を反転させたＰＷＭ信号（以下「生成ＰＷＭ」と記す）を生成する。図２（Ｃ）の上段は、このような生成ＰＷＭを表している。図２（Ａ）の３つのＰＷＭ信号は、それぞれ１周期を３等分した区間ごとに、オンの期間がかぶることなく、順番に立ち上がり信号が検出される。したがって、生成ＰＷＭは、元のＰＷＭ信号の１／３周期ごとに、立ち上がりと立ち下がりが反転する。

また、図２（Ｂ）に示すように、追加制御部１１は、各相のＰＷＭ信号（図２（Ａ）のＰＷＭ１〜３）の立ち上がり、および立ち下がりのＨｉｇｈおよびＬｏｗに対応した位相制御ビットを生成する。図２（Ａ）に示すＰＷＭ１〜３は、最初のタイミングにおいて、上から順にＨｉｇｈ，Ｌｏｗ，Ｌｏｗとなるので、それに対応する位相制御ビットは１００となる。同様に、次のタイミングにおいて、図２（Ａ）に示すＰＷＭ１〜３は、上から順にＬｏｗ，Ｈｉｇｈ，Ｌｏｗとなるので、それに対応する位相制御ビットは０１０となる。追加制御部１１は、このような位相制御ビットを、各相のＰＷＭ信号（図２（Ａ）のＰＷＭ１〜３）の立ち上がりおよび立ち下がりごとに生成する。

次に、追加制御部１１は、図２（Ｂ）に示すような位相制御ビットに基づいて、同じビットのループを検出することにより、位相角を求めて、スイッチングの位相数を求めることができる。図２（Ｂ）に示す例においては、例えばビット０１０に着目すると、３つのビットごとにループしていることから、３つのビットで１周期、すなわち位相角は１２０°となっていることが分かる。

次に、図２（Ｃ）に示すように、追加制御部１１は、生成ＰＷＭから、クロック信号を生成する。図２（Ｃ）に示す例では、生成ＰＷＭを２逓倍することにより、クロック信号を生成している。このようにして生成したクロックの例を、図２（Ｃ）の下段に示す。ここで、クロック信号の生成においては、生成ＰＷＭを２逓倍するのみならず、３倍または４倍などとしてもよい。生成されたクロック信号がリップルの間に埋め込まれるようにするため、生成するクロック信号の周波数が、もとの生成ＰＷＭよりも高い周波数とすればよく、システムの仕様に合わせて、各種のクロックを生成することができる。図２（Ｃ）に示す例では、追加ユニット１０は、パワーコンディショナ１００の３倍の速さのスイッチング動作を行うことになる。

このように高いスイッチング周波数により高速で動作を行うと、スイッチング１回当たりの充放電の量は小さくなり、スイッチングの回数が多くなることによりスイッチングロスが増大するため、効率は若干低下し得る。しかしながら、このように高いスイッチング周波数により高速で動作を行うことで、追加ユニットの構成部品のサイズを小さくすることができる。このため、従来のシステムに対して追加して増設するような構成を採用することが容易になる。

図３（Ｃ）に示すクロック信号は、デューティを５０％で設定してある。このようなクロック信号に基づいて、追加制御部１１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２をスイッチングする際のＰＷＭ信号の波形を生成する。その後、追加制御部１１は、通常のＤＣＤＣコンバータの制御と同様の手法により、追加ユニット１０のスイッチングを行うことができるため、より詳細な説明は省略する。このようなクロック信号に基づく周波数のスイッチングを行うためのＰＷＭ信号を生成するに際し、個々の機器の昇圧回路および降圧回路のデューティを安定させるため、デューティ可変のＰＷＭ信号を作るのが好適である。

追加制御部１１は、追加ユニット１０の動作を開始する際、図２（Ｄ）に示すように、繰り返される位相制御ビットが３回目に検出された後、追加ユニット１０のＰＷＭ出力を開始することができる。これは、追加制御部１１が繰り返される位相制御ビットを２周目程度までをモニタしないと、次の開始ポイントを認識することが困難であることを想定している。このように、追加制御部１１は、繰り返される位相制御ビットを開始すべきタイミングを認識することにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２を制御して、追加ユニット１０のスイッチングを開始することができる。

図２に示した例では、３相のＰＷＭ信号に基づく周波数のクロック信号を生成したが、追加制御部１１は、もとのＰＷＭ信号のフェーズ数を把握できれば、１相のＰＷＭ信号のみに基づいて、クロック信号を生成することもできる。ただし、この場合、追加制御部１１は、もとのＰＷＭ信号の１周期が終了するタイミングを認識するために、起動時に、フェーズの末尾が認識できるような信号が必要となる。

図３は、本発明の実施形態に係る追加制御部１１による制御信号の生成動作の他の例を説明する図である。以下、本実施形態によって追加制御部１１が生成する制御信号の元になるのは図２（Ａ）に示したようなＰＷＭ信号に限定されないことを説明する。

図３（Ａ）は、図２（Ａ）と同様に、パワコン制御部１１０から出力されるＰＷＭ信号のオン／オフ信号の一例を表している。

図３（Ａ）に示す例において、追加制御部１１は、図２（Ａ）を用いて説明したのと同様の動作を行う。すなわち、追加制御部１１は、各相のＰＷＭ信号（図３（Ａ）のＰＷＭ１〜３）の立ち上がり、および立ち下がりを検出し、それぞれの立ち上がりごとに信号を反転させた、生成ＰＷＭを生成する。図３（Ｃ）の上段は、このような生成ＰＷＭを表している。図３（Ａ）の３つのＰＷＭ信号は、それぞれ１周期を３等分した区間のうち、２／３の部分がオンの期間となっている。

したがって、図３（Ａ）に示す例では、３つのＰＷＭ信号において、オンの期間がかぶる部分を有しつつ、立ち上がり信号が検出される。このような場合でも、図３（Ｃ）の上段に示すように、図２（Ｃ）の上段に示したのと同様の生成ＰＷＭが生成される。したがって、これ以降、図３（Ｃ）の下段に示すクロック信号の生成、図３（Ｄ）に示すスイッチング動作の開始タイミングも、図２にて説明したのと同様に処理することができる。

このように、本実施形態において、追加制御部１１は、パワーコンディショナ１００から取得したＰＷＭ信号に基づいてクロック信号を生成するように制御する。さらに、本実施形態において、追加制御部１１は、生成したクロック信号および分散電源２００Ａ〜ＣのＤＣ中間リンク電圧に基づいて、追加電源２０が出力する電圧を昇圧または追加電源２０に入力する電圧を降圧するようにＤＣ／ＤＣコンバータ１２を制御する。この場合、追加制御部１１は、パワーコンディショナ１００から出力されるＰＷＭ信号のタイミングに基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２を制御するのが好適である。

本実施形態によれば、太陽電池、蓄電池、または燃料電池などの発電機器をＤＣリンクさせる発電システムに、当該システムと協調動作を行う追加ユニットを後付けすることができる。具体的には、本実施形態に係る追加ユニットは、追加ユニットが接続されるシステムのチョッパ波形を用いることで同期を行うことで、独自にチョッパ回路の動作を行い、また、追加ユニットがモニタしたＤＣ電圧に基づいて電圧制御を行う。

（２−２）追加ユニット１０の充電時および放電時の制御
次に、追加ユニット１０の充電時および放電時の制御について説明する。

追加ユニット１０が追加電源２０を充電する時、追加制御部１１は、生成したＰＷＭ信号の立ち上がりのタイミングに同期させて充電動作が行われるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２を制御するのが好適である。このように制御することにより、各相のスイッチングがオンのタイミングで中間リンク電圧に負荷がかかるため、負荷が増えた場合であっても、電圧降下を防ぐことができる。

パワーコンディショナ１００が電力制御システム１の全体を制御することが可能であれば、このような電圧効果にもシステム全体として対処することができる。しかしながら、本実施形態において、追加ユニット１０は、パワーコンディショナ１００から直接的に制御することはできない。このような場合、電圧が降下することは極力避けることが望ましいため、追加制御部１１は、追加ユニット１０のＰＷＭ信号の立ち上り時のように電流が比較的多く流れている時に同期させて充電動作を行うのが好適である。

追加ユニット１０が追加電源２０から放電する時、追加制御部１１は、生成したＰＷＭ信号の立ち下りのタイミングに同期させて放電動作が行われるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２を制御するのが好適である。このように制御することにより、ＰＷＭ信号は各相においてオフの状態であり、電圧維持を中間リンクのコンデンサで保持している状態になる。したがって、追加電源２０が蓄電池の場合、このタイミングで放電が行われるようにすることで、電流または電圧のリップルが減少するため、回路を安定させることができる。

このように、追加制御部１１は、追加電源２０に充電する際には、生成したクロック信号の立ち上がりに同期させてＤＣ／ＤＣコンバータ１２を制御するのが好適である。さらに、追加制御部１１は、追加電源２０から放電する際には、生成したクロック信号の立ち下がりに同期させてＤＣ／ＤＣコンバータ１２を制御するのが好適である。

このように、本実施形態に係る追加ユニットによれば、蓄電池を追加電源として当該蓄電池に充電する際に、負荷４００が増大した場合でも、電圧降下を抑制することができる。また、本実施形態に係る追加ユニットによれば、蓄電池を追加電源として当該蓄電池に放電する際に、電流・電圧のリップルを抑制することができ、回路を安定させることができる。

（３）追加ユニット１０の停止時の制御
追加ユニット１０の動作を停止する際には、起動中にモニタしていた中間リンク電圧およびＰＷＭ信号のうち、ＰＷＭ信号が停止したことにより検出されなくなったら、それに合わせて追加制御部１１の動作を停止する。

追加ユニット１０の動作停止時は、追加ユニット１０においてＰＷＭ信号が停止した後、追加ユニット１０から出力される電力の電圧が低下し始める。このため、まず、パワコン制御部１１０からのＰＷＭ信号が無くなったら、追加ユニット１０の動作を停止するのが好適である。したがって、この場合、パワコン制御部１１０からのＰＷＭ信号をモニタしている際にＰＷＭ信号がオフになったら、追加制御部１１は、追加ユニット１０のＰＷＭ信号もオフにするように制御する。

このように、追加制御部１１は、パワーコンディショナ１００から取得するＰＷＭ信号が検出されなくなった際、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の制御を停止するのが好適である。

このように、本実施形態に係る追加ユニットによれば、例えば、太陽電池（ＰＶ）、燃料電池（ＦＣ）、蓄電池（ＢＡＴ）のような、任意の分散電源を増設することが可能となる。本実施形態に係る追加ユニットは、従来のシステムに強制的に同期することで自律的に制御することができるため、追加されるシステム側には特別な制御が不要となる。したがって、パワーコンディショナ１００の制御部１１０が追加電源２０のような分散電源の増設を想定していない場合であっても、増設（後付け）した追加ユニット１０の制御部１１による充放電の制御が可能となる。

本発明を諸図面および実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形および修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形および修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各機能部、各手段、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の機能部およびステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。また、上述した本発明の各実施形態は、それぞれ説明した各実施形態に忠実に実施することに限定されるものではなく、適宜、各特徴を組み合わせて実施することもできる。

また、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、上述した実施形態に係る追加ユニット１０のような電力制御装置による電力制御方法として実現することもできる。この場合、本発明は、分散電源２００Ａ〜ＣのＤＣ中間リンク電圧を制御するパワーコンディショナ１００のＤＣ中間リンクに接続可能な追加ユニット１０の電力制御方法として実施することもできる。

この場合、当該方法は、追加ユニット１０に接続される追加電源２０が出力する電圧を昇圧または追加電源２０に入力する電圧を降圧するステップを含む。また、当該方法は、パワーコンディショナ１００から取得したＰＷＭ信号に基づいてクロック信号を生成するステップも含む。また、当該方法は、生成したクロック信号および分散電源２００Ａ〜ＣのＤＣ中間リンク電圧に基づいて、追加電源２０が出力する電圧を昇圧または追加電源２０に入力する電圧を降圧するように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２を制御するステップも含む。

１ 電力制御システム
１０ 追加ユニット（電力制御装置）
１１ 追加制御部（電力制御装置の制御部）
１２ ＤＣ／ＤＣコンバータ
２０ 追加電源
１００ パワーコンディショナ（他の電力制御装置）
１１０ パワコン制御部（他の電力制御装置の制御部）
１２０Ａ，１２０Ｂ，１２０Ｃ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１３０ インバータ
２００Ａ，２００Ｂ，２００Ｃ 太陽電池（分散電源）
３００ 系統
４００ 負荷

Claims (6)

1. 分散電源のＤＣ中間リンク電圧を制御する他の電力制御装置のＤＣ中間リンクに接続可能な電力制御装置であって、
   前記電力制御装置に接続される追加電源が出力する電圧を昇圧または当該追加電源に入力する電圧を降圧するＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記他の電力制御装置から取得したＰＷＭ信号に基づいてクロック信号を生成し、当該生成したクロック信号および前記ＤＣ中間リンク電圧に基づいて、前記追加電源が出力する電圧を昇圧または当該追加電源に入力する電圧を降圧するように、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御部と、
   を備えることを特徴とする電力制御装置。
2. 前記制御部は、前記他の電力制御装置から取得するＰＷＭ信号が検出されなくなった際、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの制御を停止する、請求項１に記載の電力制御装置。
3. 前記制御部は、前記他の電力制御装置から出力されるＰＷＭ信号のタイミングに基づいて、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する、請求項１または２に記載の電力制御装置。
4. 前記制御部は、前記追加電源に充電する際には、前記生成したクロック信号の立ち上がりに同期させて前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、前記追加電源から放電する際には、前記生成したクロック信号の立ち下がりに同期させて前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する、請求項１乃至３のいずれかに記載の電力制御装置。
5. 他の電力制御装置のＤＣ中間リンクに接続可能な電力制御装置と、当該他の電力制御装置と、を含む電力制御システムであって、
   前記他の電力制御装置は、
   分散電源のＤＣ中間リンク電圧を制御する制御部を備え、
   前記電力制御装置は、
   当該電力制御装置に接続される追加電源が出力する電圧を昇圧または当該追加電源に入力する電圧を降圧するＤＣ／ＤＣコンバータと、
   当該他の電力制御装置から取得したＰＷＭ信号に基づいてクロック信号を生成し、当該生成したクロック信号および前記ＤＣ中間リンク電圧に基づいて、前記追加電源が出力する電圧を昇圧または当該追加電源に入力する電圧を降圧するように、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御部と、を備えることを特徴とする電力制御システム。
6. 分散電源のＤＣ中間リンク電圧を制御する他の電力制御装置のＤＣ中間リンクに接続可能な電力制御装置の電力制御方法であって、
   前記電力制御装置に接続される追加電源が出力する電圧を昇圧または当該追加電源に入力する電圧を降圧するステップと、
   前記他の電力制御装置から取得したＰＷＭ信号に基づいてクロック信号を生成するステップと、
   前記生成したクロック信号および前記ＤＣ中間リンク電圧に基づいて、前記追加電源が出力する電圧を昇圧または当該追加電源に入力する電圧を降圧するように、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するステップと、
   を含むことを特徴とする電力制御方法。

Images