JP2018126014A - 電力変換装置、電力変換システムおよび電力変換装置の制御方法 - Google Patents

電力変換装置、電力変換システムおよび電力変換装置の制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】電力変換システムの構成を容易に変更できつつ、直流バスへの電力の出入りを調整することができる技術を提供する。
【解決手段】電力変換装置２０において、直流バス３０は、直流電源１０の出力電力の電圧を調整する電圧変換回路２１から電圧が調整された直流電力が供給される。インバータ２２は、直流バス３０の直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力を電力系統４６へ供給する。制御部２３は、インバータ２２を制御するためのものである。制御部２３は、出力抑制の必要な場合に、インバータ２２の供給する交流電力を抑制して、直流バス３０の電圧を上昇させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、直流電源から供給される電力を変換して出力する電力変換装置、電力変換システムおよび電力変換装置の制御方法に関する。
ＤＣ／ＤＣコンバータ、双方向インバータおよび双方向ＤＣ／ＤＣコンバータが直流バスに接続された電力変換システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。ＤＣ／ＤＣコンバータは、太陽電池で発電された直流電圧を昇圧して直流バスに出力する。双方向インバータは、直流バスの直流電力を交流電力に変換して商用電力系統（以下、単に電力系統という）に出力（売電）する。太陽電池の出力電力が増加した場合には、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、直流バスの直流電力を所望の直流電力に変換して蓄電装置を充電する。太陽電池の出力電力が減少した場合には、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、蓄電装置の直流電力を所望の直流電力に変換して直流バスに出力する。これらのＤＣ／ＤＣコンバータ、双方向インバータおよび双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは制御部を含めて一体に構成されている。
特開２０１４−２３０４５５号公報
このような電力変換システムでは、ＤＣ／ＤＣコンバータ、双方向インバータおよび双方向ＤＣ／ＤＣコンバータが一体に構成されているため、例えば、一体型の電力変換システムは、例えば、太陽光のみの電力変換システム（ＤＣ／ＤＣコンバータ＋インバータ）として利用している電力変換システムに蓄電の機能（双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ）を後から追加して創蓄の電力変換システムとするなど、システム構成を変更することは困難である。
また、これらＤＣ／ＤＣコンバータ等を別々に構成すると、システム構成の変更を容易にすることができるが、直流バスへの電力の入出力を一体で管理できないため、直流バスへの電力の出入りを調整する制御が難しくなる。
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、電力変換システムの構成を容易に変更できつつ、直流バスへの電力の出入りを調整することができる技術を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある態様の電力変換装置は、直流電源の出力電力の電圧を調整する電圧変換回路から電圧が調整された直流電力が供給される直流バスと、直流バスの直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力を電力系統へ供給するインバータと、インバータを制御するための制御部と、を備える。制御部は、出力抑制の必要な場合に、インバータの供給する交流電力を抑制して、直流バスの電圧を上昇させる。
本発明の別の態様は、電力変換システムである。この電力変換システムは、第１直流電源の出力電力が供給される直流バス、直流バスの直流電力を交流電力に変換し変換した交流電力を電力系統へ供給するインバータ、及びインバータを制御するための第１制御部を有する第１電力変換装置と、第２直流電源の出力電力の電圧を調整し電圧が調整された直流電力を直流バスへ供給する第２電圧変換回路、及び第２電圧変換回路を制御するための第２制御部を有する第２電力変換装置を備える。第１制御部は、出力抑制の必要な場合に、インバータの供給する交流電力を抑制して、直流バスの電圧を上昇させ、第２制御部は、直流バスの電圧が所定の第２閾値電圧より高い場合、直流バスの電圧が第２閾値電圧以下になるように制御し、直流バスの電圧が第２閾値電圧より低い場合、第２直流電源の出力電力の制御を行う。
本発明のさらに別の態様は、電力変換装置である。この装置は、直流バスの直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力を電力系統へ供給するインバータと、出力抑制が必要な場合に、インバータの供給する交流電力を抑制して、直流バスの電圧を上昇させる制御部と、を備える電力変換装置に接続される電力変換装置であって、直流電源の出力電力の電圧を調整して直流バスに出力する電圧変換回路と、直流バスの電圧が所定の閾値電圧より高い場合、直流バスの電圧が閾値電圧以下になるように電圧変換回路を制御し、直流バスの電圧が閾値電圧より低い場合、直流電源の出力電力の制御を行うように電圧変換回路を制御する制御部と、を備える。
本発明のさらに別の態様は、電力変換装置の制御方法である。この方法は、直流電源の出力電力の電圧を調整する電圧変換回路から電圧が調整された直流電力が供給される直流バスと、直流バスの直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力を電力系統へ供給するインバータと、を備える電力変換装置の制御方法であって、出力抑制の必要な場合に、インバータの供給する交流電力を抑制して、直流バスの電圧を上昇させる。
本発明によれば、電力変換システムの構成を容易に変更できつつ、直流バスへの電力の出入りを調整することができる。
第１の実施形態に係る電力変換システムの構成を概略的に示す図である。 図１の電力変換システムの直流バスの電圧の変化を説明する図である。 第２の実施形態に係る電力変換システムの構成を概略的に示す図である。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る電力変換システム１の構成を概略的に示す図である。電力変換システム１は、太陽電池１０と、第１電力変換装置２０と、直流バス３０と、負荷４０と、電流検出器４２と、２台の蓄電装置５０，５０と、２台の第２電力変換装置６０，６０と、を備える。蓄電装置５０と第２電力変換装置６０は、１台ずつ設けられていてもよいし、３台以上ずつ設けられていてもよい。
太陽電池１０は、光起電力効果を利用し、光エネルギーを直接電力に変換する発電装置である。太陽電池１０として、シリコン太陽電池、化合物半導体などを素材にした太陽電池、色素増感型（有機太陽電池）等が使用される。太陽電池１０は、直流電源として機能する。
第１電力変換装置２０は、太陽電池用パワーコンディショナとも称され、太陽電池１０の発電電力を交流電力に変換する。第１電力変換装置２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１と、双方向インバータ２２と、制御部２３（第１制御部）と、出力電力演算部２４と、バス電圧演算部２５と、を有する。
ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は、太陽電池１０から出力される直流電圧を調整（異なる値の直流電圧に変換）して直流バス３０に出力する。具体的にはＤＣ／ＤＣコンバータ２１は、太陽電池１０の直流電圧を昇圧する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は、電圧変換回路（第１電圧変換回路）として機能する。
双方向インバータ２２は、直流バス３０の直流電力を交流電力に変換し、当該交流電力を、電力線４４を介して電力系統４６に接続された負荷４０に供給することが可能である。このとき双方向インバータ２２は、交流出力電力を調整することによって直流バス３０の電圧Ｖｂｕｓを調整可能である。また、双方向インバータ２２は、電力線４４を介して供給された電力系統４６の交流電力を直流電力に変換し、当該直流電力を直流バス３０に出力することが可能である。
制御部２３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１と双方向インバータ２２とを制御する。制御部２３は、双方向インバータ２２が交流電力を出力していて、且つ、電力変換システム１の出力抑制が不要な場合、直流バス３０の電圧Ｖｂｕｓが所定の定常電圧Ｖｓに近づくように双方向インバータ２２を制御する。
制御部２３は、双方向インバータ２２が交流電力を出力していて、且つ、電力変換システム１の出力抑制が必要な場合に、双方向インバータ２２の交流出力電力を抑制するように双方向インバータ２２を制御して、直流バス３０の電圧Ｖｂｕｓを上昇させる。出力抑制が必要な場合とは、例えば、蓄電装置５０の放電中に逆潮流が発生した場合や、電力変換システム１の外部から出力抑制を指示された場合などが挙げられるが、特に限定されない。
逆潮流に関しては、制御部２３は、蓄電装置５０の放電中、電流検出器４２で検出された電力線４４に流れる電流に基づいて逆潮流を検出した場合に、交流出力電力を抑制するように双方向インバータ２２を制御する。具体的には、出力電力演算部２４は、電流検出器４２で検出された電流から逆潮流電力を算出し、算出された逆潮流電力を無くすように出力電力指令値を演算する。制御部２３は、演算された出力電力指令値に従って双方向インバータ２２を制御する。なお、逆潮流をより確実に抑制するために、所定値を負の値として、制御部２３は、逆潮流電力が所定値以下になるように、双方向インバータ２２の供給する交流電力を抑制してもよい。逆潮流電力が所定値以下の場合、電力系統４６から負荷４０に電力が供給されているので、余裕を持って逆潮流を抑制できる。
制御部２３は、例えばＲＳ−４８５規格またはＴＣＰ−ＩＰ規格に準拠した通信方式に従い、通信線Ｌ１を介して第２電力変換装置６０，６０と通信し、第２電力変換装置６０，６０の動作を制御する。そのため、蓄電装置５０が放電していることは、第２電力変換装置６０から制御部２３に通信線Ｌ１を介して通知される。
また、制御部２３は、直流バス３０の電圧Ｖｂｕｓが所定の第１閾値電圧Ｖｔｈ１より高い場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１に、当該ＤＣ／ＤＣコンバータ２１から直流バス３０に出力される直流電圧を第１閾値電圧Ｖｔｈ１以下に低下させる。第１閾値電圧Ｖｔｈ１は、定常電圧Ｖｓより高い。具体的には、バス電圧演算部２５は、直流バス３０の電圧Ｖｂｕｓが第１閾値電圧Ｖｔｈ１より高い場合、直流バス３０の電圧Ｖｂｕｓが低下するようにバス電圧指令値を演算する。制御部２３は、演算されたバス電圧指令値に従ってＤＣ／ＤＣコンバータ２１を制御する。この場合のバス電圧指令値は、第１閾値電圧Ｖｔｈ１以下であればよく、第１閾値電圧Ｖｔｈ１と異なっていてもよい。また、制御部２３は、直流バス３０の電圧Ｖｂｕｓが第１閾値電圧Ｖｔｈ１より低い場合、より具体的には直流バス３０の電圧Ｖｂｕｓが第１閾値電圧Ｖｔｈ１より低い所定の閾値電圧以下の場合、太陽電池１０の出力電力の最大電力点追従制御を行うようにＤＣ／ＤＣコンバータ２１を制御する。
２台の蓄電装置５０，５０は互いに同一の機能を有し、２台の第２電力変換装置６０，６０は互いに同一の機能を有するため、以下では１台ずつの蓄電装置５０と第２電力変換装置６０について説明する。
蓄電装置５０は、電力を充放電可能であり、リチウムイオン蓄電池、ニッケル水素蓄電池、鉛蓄電池、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ等を含む。蓄電装置５０は、直流電源として機能する。蓄電装置５０から出力される直流電力は、第２電力変換装置６０に供給される。
第２電力変換装置６０は、蓄電装置５０の充放電を行う。第２電力変換装置６０は、直流バス３０および通信線Ｌ１により第１電力変換装置２０に接続されている。第２電力変換装置６０は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６１と、制御部６２（第２制御部）と、バス電圧演算部６３と、を有する。
双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６１は、双方向に電圧変換可能であり、蓄電装置５０から出力される直流電圧を調整（異なる値の直流電圧に変換）して直流バス３０に出力すること、及び、直流バス３０の直流電圧を調整（異なる値の直流電圧に変換）して蓄電装置５０に充電することが可能である。具体的には双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６１は、蓄電装置５０の電圧を昇圧し、直流バス３０の電圧Ｖｂｕｓを降圧する。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６１は、電圧変換回路（第２電圧変換回路）として機能する。
制御部６２は、通信線Ｌ１を介した制御部２３による制御に基づいて双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６１を制御する。また制御部６２は、直流バス３０の電圧Ｖｂｕｓが所定の第２閾値電圧Ｖｔｈ２より高い場合、制御部２３による制御とは無関係に独自に、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６１に、当該双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６１から直流バス３０に出力される直流電圧を第２閾値電圧Ｖｔｈ２以下に低下させる。第２閾値電圧Ｖｔｈ２は、定常電圧Ｖｓより高い。第１閾値電圧Ｖｔｈ１は、第２閾値電圧Ｖｔｈ２と異なり、第２閾値電圧Ｖｔｈ２より高い。
具体的には制御部６２は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６１から直流バス３０に出力電流が流れており、且つ、直流バス３０の電圧Ｖｂｕｓが第２閾値電圧Ｖｔｈ２より高い場合、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６１に、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６１から直流バス３０への出力電流を減少させる。これにより、直流バス３０の電圧Ｖｂｕｓは低下する。
また、制御部６２は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６１から直流バス３０に出力電流が流れておらず、且つ、直流バス３０の電圧Ｖｂｕｓが第２閾値電圧Ｖｔｈ２より高い場合、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６１に、直流バス３０から双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６１へ電流を流入させて蓄電装置５０を充電させる。これにより、直流バス３０の電圧Ｖｂｕｓは低下する。
バス電圧演算部６３は、直流バス３０の電圧Ｖｂｕｓが第２閾値電圧Ｖｔｈ２より高い場合、直流バス３０の電圧Ｖｂｕｓが低下するようにバス電圧指令値を演算する。制御部６２は、演算されたバス電圧指令値に従って、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６１を制御する。この場合のバス電圧指令値は、第２閾値電圧Ｖｔｈ２以下であればよく、第２閾値電圧Ｖｔｈ２と異なっていてもよい。また、制御部２３は、直流バス３０の電圧Ｖｂｕｓが第２閾値電圧Ｖｔｈ２より低い場合、より具体的には直流バス３０の電圧Ｖｂｕｓが第２閾値電圧Ｖｔｈ２より低い所定の閾値電圧以下の場合、蓄電装置５０の出力電力の制御を行うように双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６１を制御する。この場合、制御部２３は、電流指令値を第１電力変換装置２０の制御部２３から取得する。第１電力変換装置２０の制御部２３は、電流指令値を既知の方法により決定することができ、例えば、逆潮流電力が所定値以下になるように決定してもよい。
制御部２３，６２のそれぞれの構成は、ハードウェア資源とソフトウェア資源の協働、またはハードウェア資源のみにより実現できる。ハードウェア資源としてアナログ素子、マイクロコンピュータ、ＤＳＰ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＦＰＧＡ、その他のＬＳＩを利用できる。ソフトウェア資源としてファームウェア等のプログラムを利用できる。
以上のように第１電力変換装置２０と第２電力変換装置６０は別々に構成されているため、初期導入時には蓄電装置５０と第２電力変換装置６０とを設けずに、太陽光発電用途で第１電力変換装置２０を単体で動作させることができる。この場合、初期導入費用を低減できる。
そして、設置済みの第１電力変換装置２０に対して、所望の時期に蓄電装置５０および第２電力変換装置６０を後付けすることができる。第１電力変換装置２０と第２電力変換装置６０は、直流バス３０および通信線Ｌ１によって接続されるので、接続が容易である。従って、設置工事を容易に行うことができる。第１電力変換装置２０と第２電力変換装置６０を接続することにより、電力変換システム１は、いわゆる創蓄パワーコンディショナとして機能する。これにより、蓄電装置５０に電力を充電しておくことができ、太陽電池１０の発電電力に加えて蓄電装置５０の電力も用いて交流電力を出力できるので、買電量を削減でき、夜間などの停電時の非常用電源として用いることもできる。
次に、電力変換システム１の全体的な動作を説明する。太陽電池１０が発電している場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は、太陽電池１０で発電された直流電圧を昇圧して直流バス３０に出力する。双方向インバータ２２は、直流バス３０の直流電力を交流電力に変換して負荷４０および電力系統４６に出力する。
太陽電池１０の発電電力が比較的大きい場合、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６１は、直流バス３０の直流電力に基づいて蓄電装置５０を充電することもできる。太陽電池１０の発電電力が比較的小さい場合、または、太陽電池１０が発電していない場合、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６１は、蓄電装置５０の直流電力を変換して直流バス３０に出力することもできる。
また、太陽電池１０が発電しておらず、蓄電装置５０を充電する場合、双方向インバータ２２は、電力系統４６の交流電力を直流電力に変換して直流バス３０に出力する。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６１は、直流バス３０の直流電力を用いて蓄電装置５０を充電する。
これらの動作は、第１電力変換装置２０では制御部２３の制御に従って行われ、第２電力変換装置６０では制御部６２の制御に従って行われる。ユーザは、図示しないリモコンなどを用いて、第１電力変換装置２０の制御部２３に電力変換システム１の動作を指示することができる。
ここで、双方向インバータ２２から出力された交流電力のうち負荷４０で消費されなかった電力は、電力線４４を通って電力系統４６に逆潮流される。現在の制度では、蓄電装置５０の放電電力を逆潮流させることは認められていない。そこで、前述のように制御部２３は、蓄電装置５０の放電中に逆潮流を検出した場合、交流出力電力を抑制するように双方向インバータ２２を制御し、逆潮流を停止させる。蓄電装置５０の放電中に逆潮流が発生した場合、例えば数百ミリ秒以内で比較的高速に逆潮流を停止させる必要がある。本実施形態では、制御部２３は双方向インバータ２２を直接制御できるので、比較的高速に逆潮流を停止させることができる。つまり、逆潮流を停止させるために通信線Ｌ１を介して第２電力変換装置６０を制御する必要がないため、通信線Ｌ１を介した特別な高速通信を用いる必要がない。
図２は、図１の電力変換システム１の直流バス３０の電圧Ｖｂｕｓの変化を説明する図である。出力抑制が不要な場合、双方向インバータ２２が交流電力を調整することにより、直流バス３０の電圧Ｖｂｕｓは定常電圧Ｖｓに近づくように制御される。よって、電力平衡が保たれる。この場合、第１閾値電圧Ｖｔｈ１および第２閾値電圧Ｖｔｈ２が定常電圧Ｖｓより高いため、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１と双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６１は、直流バス３０に出力される直流電圧を低下させない。
ここで、蓄電装置５０の放電中に逆潮流が発生し、双方向インバータ２２が交流電力を抑制すると、蓄電装置５０から供給される直流電力の一部は直流バス３０の余剰電力となり、この余剰電力によって直流バス３０の電圧Ｖｂｕｓが定常電圧Ｖｓより上昇する。
この結果、直流バス３０の電圧Ｖｂｕｓが第２閾値電圧Ｖｔｈ２より高くなると、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６１は、出力電流を減少させて電圧Ｖｂｕｓを第２閾値電圧Ｖｔｈ２以下に低下させる。このとき、太陽電池１０が発電していなければ、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６１の出力電流が小さく制御されることで、直流バス３０の電圧Ｖｂｕｓは、概ね第２閾値電圧Ｖｔｈ２以下に保持される。よって、電力平衡が保たれる。
一方、このときに太陽電池１０が発電していれば、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６１の出力電流がゼロになっても、太陽電池１０の発電電力によって直流バス３０の電圧Ｖｂｕｓは第２閾値電圧Ｖｔｈ２より高くなる。そこで、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６１は、直流バス３０から電流を流入させて蓄電装置５０を充電する。これにより、蓄電装置５０の充電中、直流バス３０の電圧Ｖｂｕｓは、概ね第２閾値電圧Ｖｔｈ２以下に保持される。よって、電力平衡が保たれる。
蓄電装置５０が満充電に近づくと、太陽電池１０の発電電力によって直流バス３０の電圧Ｖｂｕｓは第２閾値電圧Ｖｔｈ２より上昇する。この後、直流バス３０の電圧Ｖｂｕｓが第１閾値電圧Ｖｔｈ１より高くなると、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は、電圧Ｖｂｕｓを第１閾値電圧Ｖｔｈ１以下に低下させる。これにより、直流バス３０の電圧Ｖｂｕｓは、概ね第１閾値電圧Ｖｔｈ１以下に保持される。よって、電力平衡が保たれる。
このように、蓄電装置５０用の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６１は、直流バス３０の電圧Ｖｂｕｓに基づいて電圧Ｖｂｕｓを低下させるか否か判断できるので、高速な通信による第１電力変換装置２０からの指示を用いることなく電力変換システム１の全体で電力平衡を保つことができる。
本実施形態では、太陽電池１０の電力供給の優先度は、蓄電装置５０の電力供給の優先度より高い。そして、この優先度に応じて第１閾値電圧Ｖｔｈ１と第２閾値電圧Ｖｔｈ２が設定され、第１閾値電圧Ｖｔｈ１は第２閾値電圧Ｖｔｈ２より高く設定されている。そのため、直流バス３０の電圧Ｖｂｕｓが定常電圧Ｖｓより上昇した場合に、蓄電装置５０の電力供給が太陽電池１０よりも先に抑制されるので、太陽電池１０の発電電力を優先して使用することができる。このように、それぞれの直流電源の特性に応じた設定が行える。
なお、制御部２３は、何らかの原因により直流バス３０の電圧Ｖｂｕｓが第１閾値電圧Ｖｔｈ１より高い最大電圧Ｖｍａｘを超えた場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１、双方向インバータ２２および双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６１の動作を停止させ、直流バス３０の電圧Ｖｂｕｓを低下させる。最大電圧ＶｍａｘをＤＣ／ＤＣコンバータ２１、双方向インバータ２２および双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６１で同じ値に設定することで電力変換システム１の各構成を同時に止めることができる。
このように本実施形態によれば、第１電力変換装置２０と第２電力変換装置６０は別々に構成されているため、初期導入時には第１電力変換装置２０を設置し、その後、第１電力変換装置２０に第２電力変換装置６０を接続し、創蓄パワーコンディショナとしての電力変換システム１を構築できる。従って、電力変換システム１の構成を容易に変更できる。
また、創蓄パワーコンディショナとしての電力変換システム１では、出力抑制の必要な場合に、双方向インバータ２２の供給する交流電力を抑制して、直流バス３０の電圧Ｖｂｕｓを上昇させるので、この電圧Ｖｂｕｓの上昇によって第２電力変換装置６０に出力抑制が行われたことを通知できる。そのため、第１電力変換装置２０と第２電力変換装置６０の各々が、直流バス３０への電力の出入りを調整することができる。
また、出力抑制が必要な場合に、双方向インバータ２２の供給する交流電力を抑制するので、蓄電装置５０と第２電力変換装置６０の動作に依存せずに、第１電力変換装置２０から出力される交流電力を高速かつ確実に抑制できる。つまり、第１電力変換装置２０と第２電力変換装置６０が別々に構成されていても、コスト増加をもたらすこれら装置間での高速な通信を用いることなく、蓄電装置５０の放電中の逆潮流を高速かつ確実に抑制できる。即ち、簡単な構成で電力変換システム１の抑制動作を行うことができる。従って、電力変換システム１のコストを抑えつつ、電力変換システム１の構成を容易に変更できる。
（第２の実施形態）
第１の実施形態ではＤＣ／ＤＣコンバータ２１と双方向インバータ２２が第１電力変換装置２０として一体に構成されているが、第２の実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１と双方向インバータ２２が別々の装置として構成されていることが、第１の実施形態と異なる。以下では、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。
図３は、第２の実施形態に係る電力変換システム１Ａの構成を概略的に示す図である。電力変換システム１Ａは、図１の第１電力変換装置２０に替えて、第１電力変換装置２０Ａと、第３電力変換装置７０とを備える。第１電力変換装置２０Ａと第３電力変換装置７０は、それぞれ異なる筐体に収容されていてもよいし、同一の筐体に収容されていてもよい。
第１電力変換装置２０Ａは、双方向インバータ２２と、制御部２３Ａと、出力電力演算部２４と、を有する。第３電力変換装置７０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１と、制御部７１（第３制御部）と、バス電圧演算部２５と、を有する。つまり、図１の第１電力変換装置２０が第１電力変換装置２０Ａと第３電力変換装置７０とに分けられ、図１の制御部２３が制御部２３Ａと制御部７１とに分けられている。この際に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は、第３電圧変換回路として機能する。
制御部２３Ａは、図１の制御部２３の機能のうち、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の制御以外に関する機能を有している。制御部２３Ａは、通信線Ｌ１を介して制御部６２，７１と通信する。
制御部７１は、図１の制御部２３の機能のうち、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の制御に関する機能を有している。つまり、制御部７１は、直流バス３０の電圧Ｖｂｕｓが第１閾値電圧Ｖｔｈ１より高い場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１から直流バス３０に出力される直流電圧を低下させる。
このような構成により、電力変換システム１Ａは、図１の電力変換システム１と同様に動作する。
本実施形態によれば、第１電力変換装置２０Ａと第２電力変換装置６０と第３電力変換装置７０はそれぞれ別々に構成されているため、電力変換システム１Ａの構成の自由度を高めることができる。例えば、初期導入時に第１電力変換装置２０Ａと第２電力変換装置６０とを設置してもよいし、初期導入時に第１電力変換装置２０Ａの直流バス３０に直流電源を直接接続して、第２電力変換装置６０と第３電力変換装置７０を設けなくてもよい。また、第１の実施形態の効果も得ることができる。
以上、本発明について、実施形態をもとに説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素あるいは各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、また、そうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
例えば、通信線Ｌ１を用いない構成としてもよい。この変形例では、ユーザは、図示しないリモコンなどを用いて、蓄電装置５０および第２電力変換装置６０が接続されていることを第１電力変換装置２０，２０Ａの制御部２３，２３Ａに予め設定しておく。制御部２３，２３Ａは、蓄電装置５０等が接続されていて、逆潮流を検出した場合に、交流出力電力を抑制するように双方向インバータ２２を制御する。そのため、蓄電装置５０が放電しておらず、太陽電池１０の発電電力によって逆潮流が発生した場合にも逆潮流は停止される。この変形例では、通信線Ｌ１が必要ないため、さらにコストを抑えることができると共に、第２電力変換装置６０や第３電力変換装置７０の設置工事をさらに容易に行うことができる。
また、太陽電池１０の電力供給の優先度は、蓄電装置５０の電力供給の優先度より低くてもよい。この場合、第１閾値電圧Ｖｔｈ１は、第２閾値電圧Ｖｔｈ２より低い。この変形例では、蓄電装置５０の電力を優先して使用することができる。
また、第１の実施形態において、太陽電池１０と蓄電装置５０を入れ替え、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１と双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６１を入れ替え、これに合わせて制御部２３と制御部６２の機能を変更してもよい。この場合、太陽電池１０は第２直流電源として機能し、蓄電装置５０は第１直流電源として機能する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は第２電圧変換回路として機能し、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６１は第２電圧変換回路として機能する。
なお、実施の形態は、以下の項目によって特定されてもよい。
［項目１］
直流電源（１０，５０）の出力電力の電圧を調整する電圧変換回路（２１，６１）から電圧が調整された直流電力が供給される直流バス（３０）と、
前記直流バス（３０）の直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力を電力系統（４６）へ供給するインバータ（２２）と、
前記インバータ（２２）を制御するための制御部（２３，２３Ａ）と、を備え、
前記制御部（２３，２３Ａ）は、出力抑制の必要な場合に、前記インバータ（２２）の供給する交流電力を抑制して、前記直流バス（３０）の電圧（Ｖｂｕｓ）を上昇させること、
を特徴とする電力変換装置（２０，２０Ａ）。
［項目２］
前記電力系統（４６）へ逆潮流する逆潮流電力を検出する検出器（４２）を備え、
前記制御部（２３，２３Ａ）は、前記逆潮流電力が所定値以下になるように、前記インバータ（２２）の供給する交流電力を抑制することを特徴とする項目１に記載の電力変換装置（２０，２０Ａ）。
［項目３］
前記直流電源（１０）と前記直流バス（３０）との間に介在し、前記直流電源の出力電力の電圧を調整して前記直流バス（３０）へ供給する電圧変換回路（２１）を有し、
前記制御部（２３）は、前記直流バス（３０）の電圧（Ｖｂｕｓ）が所定の閾値電圧（Ｖｔｈ１）より高い場合、前記直流バス（３０）の電圧（Ｖｂｕｓ）が前記閾値電圧（Ｖｔｈ１）以下になるように前記電圧変換回路（２１）を制御し、前記直流バス（３０）の電圧（Ｖｂｕｓ）が前記閾値電圧（Ｖｔｈ１）より低い場合、前記直流電源（１０）の出力電力の制御を行うように前記電圧変換回路（２１）を制御することを特徴とする項目１又は項目２に記載の電力変換装置（２０）。
［項目４］
前記制御部（２３）は、出力抑制が不要な場合、前記直流バス（３０）の電圧（Ｖｂｕｓ）が所定の定常電圧（Ｖｓ）に近づくように前記インバータ（２２）を制御し、
前記閾値電圧（Ｖｔｈ１）は、前記定常電圧（Ｖｓ）より高いことを特徴とする項目３に記載の電力変換装置（２０）。
［項目５］
第１直流電源（１０，５０）の出力電力が供給される直流バス（３０）、前記直流バス（３０）の直流電力を交流電力に変換し変換した交流電力を電力系統へ供給するインバータ（２２）、及び前記インバータ（２２）を制御するための第１制御部（２３，２３Ａ）を有する第１電力変換装置（２０，２０Ａ）と、
第２直流電源（５０，１０）の出力電力の電圧を調整し電圧が調整された直流電力を前記直流バス（３０）へ供給する第２電圧変換回路（６１，２１）、及び前記第２電圧変換回路（６１，２１）を制御するための第２制御部（６２）を有する第２電力変換装置（６０）を備え、
前記第１制御部（２３，２３Ａ）は、出力抑制の必要な場合に、前記インバータ（２２）の供給する交流電力を抑制して、前記直流バス（３０）の電圧（Ｖｂｕｓ）を上昇させ、
前記第２制御部（６２）は、前記直流バス（３０）の電圧（Ｖｂｕｓ）が所定の第２閾値電圧（Ｖｔｈ２）より高い場合、前記直流バス（３０）の電圧（Ｖｂｕｓ）が前記第２閾値電圧（Ｖｔｈ２）以下になるように制御し、前記直流バス（３０）の電圧（Ｖｂｕｓ）が前記第２閾値電圧（Ｖｔｈ２）より低い場合、前記第２直流電源（５０，１０）の出力電力の制御を行うことを特徴とする電力変換システム（１，１Ａ）。
［項目６］
前記第１制御部（２３，２３Ａ）は、出力抑制が不要な場合、前記直流バス（３０）の電圧（Ｖｂｕｓ）が所定の定常電圧（Ｖｓ）に近づくように前記インバータ（２２）を制御し、
前記第２閾値電圧（Ｖｔｈ２）は、前記定常電圧（Ｖｓ）より高いことを特徴とする項目５に記載の電力変換システム（１，１Ａ）。
［項目７］
前記第１電力変換装置（２０）は、前記第１直流電源（１０，５０）と前記直流バス（３０）との間に介在し、前記第１直流電源（１０，５０）の出力電力の電圧を調整して前記直流バス（３０）へ供給する第１電圧変換回路（２１，６１）を有し、
前記第１制御部（２３）は、前記直流バス（３０）の電圧（Ｖｂｕｓ）が所定の第１閾値電圧（Ｖｔｈ１）より高い場合、前記直流バス（３０）の電圧（Ｖｂｕｓ）が前記第１閾値電圧（Ｖｔｈ１）以下になるように前記第１電圧変換回路（２１，６１）を制御し、前記直流バス（３０）の電圧（Ｖｂｕｓ）が前記第１閾値電圧（Ｖｔｈ１）より低い場合、前記第１直流電源（１０，５０）の出力電力の制御を行うように前記第１電圧変換回路（２１，６１）を制御することを特徴とする項目６に記載の電力変換システム（１）。
［項目８］
前記第１直流電源（１０）は太陽電池（１０）であり、前記第２直流電源（５０）は蓄電装置（５０）であり、前記第１閾値電圧（Ｖｔｈ１）は前記第２閾値電圧（Ｖｔｈ２）よりも高いことを特徴とする項目７に記載の電力変換システム（１）。
［項目９］
前記第２電圧変換回路（６１）は、双方向に電圧変換可能であり、
前記第２制御部（６２）は、
前記第２電圧変換回路（６１）から前記直流バス（３０）に出力電流が流れており、且つ、前記直流バス（３０）の電圧（Ｖｂｕｓ）が前記第２閾値電圧（Ｖｔｈ２）より高い場合、前記第２電圧変換回路（６１）に、当該第２電圧変換回路（６１）から前記直流バス（３０）への出力電流を減少させ、
前記第２電圧変換回路（６１）から前記直流バス（３０）に出力電流が流れておらず、且つ、前記直流バス（３０）の電圧（Ｖｂｕｓ）が前記第２閾値電圧（Ｖｔｈ２）より高い場合、前記第２電圧変換回路（６１）に、前記直流バス（３０）から当該第２電圧変換回路（６１）へ電流を流入させて前記蓄電装置（５０）を充電させることを特徴とする項目８に記載の電力変換システム（１）。
［項目１０］
前記第１直流電源（５０）は蓄電装置（５０）であり、前記第２直流電源（１０）は太陽電池（１０）であり、前記第１閾値電圧（Ｖｔｈ１）は前記第２閾値電圧（Ｖｔｈ２）よりも低いことを特徴とする項目７に記載の電力変換システム（１）。
［項目１１］
前記第１電圧変換回路（６１）は、双方向に電圧変換可能であり、
前記第１制御部（２３）は、
前記第１電圧変換回路（６１）から前記直流バス（３０）に出力電流が流れており、且つ、前記直流バス（３０）の電圧（Ｖｂｕｓ）が前記第１閾値電圧（Ｖｔｈ１）より高い場合、前記第１電圧変換回路（６１）に、当該第１電圧変換回路（６１）から前記直流バス（３０）への出力電流を減少させ、
前記第１電圧変換回路（６１）から前記直流バス（３０）に出力電流が流れておらず、且つ、前記直流バス（３０）の電圧（Ｖｂｕｓ）が前記第１閾値電圧（Ｖｔｈ１）より高い場合、前記第１電圧変換回路（６１）に、前記直流バス（３０）から当該第１電圧変換回路（６１）へ電流を流入させて前記蓄電装置（５０）を充電させることを特徴とする項目１０に記載の電力変換システム（１）。
［項目１２］
前記第１直流電源（１０）と前記直流バス（３０）との間に介在し、前記第１直流電源（１０）の出力電力の電圧を調整して前記直流バス（３０）へ供給する第３電圧変換回路（２１）、及び前記第３電圧変換回路（２１）を制御するための第３制御部（７１）とを有する第３電力変換装置（７０）を備え、
前記第３制御部（７１）は、前記直流バス（３０）の電圧（Ｖｂｕｓ）が所定の第１閾値電圧（Ｖｔｈ１）より高い場合、前記直流バス（３０）の電圧（Ｖｂｕｓ）が前記第１閾値電圧（Ｖｔｈ１）以下になるように前記第３電圧変換回路（２１）を制御し、前記直流バス（３０）の電圧（Ｖｂｕｓ）が前記第１閾値電圧（Ｖｔｈ１）より低い場合、前記第１直流電源（１０）の出力電力の制御を行うように前記第３電圧変換回路（２１）を制御することを特徴とする項目５に記載の電力変換システム（１Ａ）。
［項目１３］
直流バス（３０）の直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力を電力系統（４６）へ供給するインバータ（２２）と、出力抑制が必要な場合に、前記インバータ（２２）の供給する交流電力を抑制して、前記直流バス（３０）の電圧（Ｖｂｕｓ）を上昇させる制御部（２３，２３Ａ）と、を備える電力変換装置（２０，２０Ａ）に接続される電力変換装置（７０，６０）であって、
直流電源（１０，５０）の出力電力の電圧を調整して前記直流バス（３０）に出力する電圧変換回路（２１，６１）と、
前記直流バス（３０）の電圧（Ｖｂｕｓ）が所定の閾値電圧（Ｖｔｈ１，Ｖｔｈ２）より高い場合、前記直流バス（３０）の電圧（Ｖｂｕｓ）が前記閾値電圧（Ｖｔｈ１，Ｖｔｈ２）以下になるように前記電圧変換回路（２１，６１）を制御し、前記直流バス（３０）の電圧（Ｖｂｕｓ）が前記閾値電圧（Ｖｔｈ１，Ｖｔｈ２）より低い場合、前記直流電源（１０，５０）の出力電力の制御を行うように前記電圧変換回路（２１，６１）を制御する制御部（７１，６２）と、
を備えることを特徴とする電力変換装置（７０，６０）。
［項目１４］
直流電源（１０，５０）の出力電力の電圧を調整する電圧変換回路（２１，６１）から電圧が調整された直流電力が供給される直流バス（３０）と、前記直流バス（３０）の直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力を電力系統（４６）へ供給するインバータ（２２）と、を備える電力変換装置（２０，２０Ａ）の制御方法であって、
出力抑制の必要な場合に、前記インバータ（２２）の供給する交流電力を抑制して、前記直流バス（３０）の電圧（Ｖｂｕｓ）を上昇させることを特徴とする電力変換装置（２０，２０Ａ）の制御方法。
１，１Ａ…電力変換システム、１０…太陽電池、２０，２０Ａ…第１電力変換装置、２１…ＤＣ／ＤＣコンバータ、２２…双方向インバータ、２３，２３Ａ…制御部、３０…直流バス、４０…負荷、４２…電流検出器、４４…電力線、４６…電力系統、５０…蓄電装置、６０…第２電力変換装置、６１…双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ、６２…制御部、７０…第３電力変換装置、７１…制御部。

Claims (14)

  1. 直流電源の出力電力の電圧を調整する電圧変換回路から電圧が調整された直流電力が供給される直流バスと、
    前記直流バスの直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力を電力系統へ供給するインバータと、
    前記インバータを制御するための制御部と、を備え、
    前記制御部は、出力抑制の必要な場合に、前記インバータの供給する交流電力を抑制して、前記直流バスの電圧を上昇させること、
    を特徴とする電力変換装置。
  2. 前記電力系統へ逆潮流する逆潮流電力を検出する検出器を備え、
    前記制御部は、前記逆潮流電力が所定値以下になるように、前記インバータの供給する交流電力を抑制することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 前記直流電源と前記直流バスとの間に介在し、前記直流電源の出力電力の電圧を調整して前記直流バスへ供給する電圧変換回路を有し、
    前記制御部は、前記直流バスの電圧が所定の閾値電圧より高い場合、前記直流バスの電圧が前記閾値電圧以下になるように前記電圧変換回路を制御し、前記直流バスの電圧が前記閾値電圧より低い場合、前記直流電源の出力電力の制御を行うように前記電圧変換回路を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電力変換装置。
  4. 前記制御部は、出力抑制が不要な場合、前記直流バスの電圧が所定の定常電圧に近づくように前記インバータを制御し、
    前記閾値電圧は、前記定常電圧より高いことを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
  5. 第１直流電源の出力電力が供給される直流バス、前記直流バスの直流電力を交流電力に変換し変換した交流電力を電力系統へ供給するインバータ、及び前記インバータを制御するための第１制御部を有する第１電力変換装置と、
    第２直流電源の出力電力の電圧を調整し電圧が調整された直流電力を前記直流バスへ供給する第２電圧変換回路、及び前記第２電圧変換回路を制御するための第２制御部を有する第２電力変換装置を備え、
    前記第１制御部は、出力抑制の必要な場合に、前記インバータの供給する交流電力を抑制して、前記直流バスの電圧を上昇させ、
    前記第２制御部は、前記直流バスの電圧が所定の第２閾値電圧より高い場合、前記直流バスの電圧が前記第２閾値電圧以下になるように制御し、前記直流バスの電圧が前記第２閾値電圧より低い場合、前記第２直流電源の出力電力の制御を行うことを特徴とする電力変換システム。
  6. 前記第１制御部は、出力抑制が不要な場合、前記直流バスの電圧が所定の定常電圧に近づくように前記インバータを制御し、
    前記第２閾値電圧は、前記定常電圧より高いことを特徴とする請求項５に記載の電力変換システム。
  7. 前記第１電力変換装置は、前記第１直流電源と前記直流バスとの間に介在し、前記第１直流電源の出力電力の電圧を調整して前記直流バスへ供給する第１電圧変換回路を有し、
    前記第１制御部は、前記直流バスの電圧が所定の第１閾値電圧より高い場合、前記直流バスの電圧が前記第１閾値電圧以下になるように前記第１電圧変換回路を制御し、前記直流バスの電圧が前記第１閾値電圧より低い場合、前記第１直流電源の出力電力の制御を行うように前記第１電圧変換回路を制御することを特徴とする請求項６に記載の電力変換システム。
  8. 前記第１直流電源は太陽電池であり、前記第２直流電源は蓄電装置であり、前記第１閾値電圧は前記第２閾値電圧よりも高いことを特徴とする請求項７に記載の電力変換システム。
  9. 前記第２電圧変換回路は、双方向に電圧変換可能であり、
    前記第２制御部は、
    前記第２電圧変換回路から前記直流バスに出力電流が流れており、且つ、前記直流バスの電圧が前記第２閾値電圧より高い場合、前記第２電圧変換回路に、当該第２電圧変換回路から前記直流バスへの出力電流を減少させ、
    前記第２電圧変換回路から前記直流バスに出力電流が流れておらず、且つ、前記直流バスの電圧が前記第２閾値電圧より高い場合、前記第２電圧変換回路に、前記直流バスから当該第２電圧変換回路へ電流を流入させて前記蓄電装置を充電させることを特徴とする請求項８に記載の電力変換システム。
  10. 前記第１直流電源は蓄電装置であり、前記第２直流電源は太陽電池であり、前記第１閾値電圧は前記第２閾値電圧よりも低いことを特徴とする請求項７に記載の電力変換システム。
  11. 前記第１電圧変換回路は、双方向に電圧変換可能であり、
    前記第１制御部は、
    前記第１電圧変換回路から前記直流バスに出力電流が流れており、且つ、前記直流バスの電圧が前記第１閾値電圧より高い場合、前記第１電圧変換回路に、当該第１電圧変換回路から前記直流バスへの出力電流を減少させ、
    前記第１電圧変換回路から前記直流バスに出力電流が流れておらず、且つ、前記直流バスの電圧が前記第１閾値電圧より高い場合、前記第１電圧変換回路に、前記直流バスから当該第１電圧変換回路へ電流を流入させて前記蓄電装置を充電させることを特徴とする請求項１０に記載の電力変換システム。
  12. 前記第１直流電源と前記直流バスとの間に介在し、前記第１直流電源の出力電力の電圧を調整して前記直流バスへ供給する第３電圧変換回路、及び前記第３電圧変換回路を制御するための第３制御部とを有する第３電力変換装置を備え、
    前記第３制御部は、前記直流バスの電圧が所定の第１閾値電圧より高い場合、前記直流バスの電圧が前記第１閾値電圧以下になるように前記第３電圧変換回路を制御し、前記直流バスの電圧が前記第１閾値電圧より低い場合、前記第１直流電源の出力電力の制御を行うように前記第３電圧変換回路を制御することを特徴とする請求項５に記載の電力変換システム。
  13. 直流バスの直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力を電力系統へ供給するインバータと、出力抑制が必要な場合に、前記インバータの供給する交流電力を抑制して、前記直流バスの電圧を上昇させる制御部と、を備える電力変換装置に接続される電力変換装置であって、
    直流電源の出力電力の電圧を調整して前記直流バスに出力する電圧変換回路と、
    前記直流バスの電圧が所定の閾値電圧より高い場合、前記直流バスの電圧が前記閾値電圧以下になるように前記電圧変換回路を制御し、前記直流バスの電圧が前記閾値電圧より低い場合、前記直流電源の出力電力の制御を行うように前記電圧変換回路を制御する制御部と、
    を備えることを特徴とする電力変換装置。
  14. 直流電源の出力電力の電圧を調整する電圧変換回路から電圧が調整された直流電力が供給される直流バスと、前記直流バスの直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力を電力系統へ供給するインバータと、を備える電力変換装置の制御方法であって、
    出力抑制の必要な場合に、前記インバータの供給する交流電力を抑制して、前記直流バスの電圧を上昇させることを特徴とする電力変換装置の制御方法。
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