JP2019057996A - 電力変換システム - Google Patents

Abstract

【課題】電力変換システム（１）において逆潮流検出用の電流センサ（ＣＴ）の数を減らす。【解決手段】少なくとも１つのＤＣ／ＤＣコンバータ部（１０ａ−１０ｃ）は、直流電源（２ａ−２ｃ）に接続される。直流バス（４０）には、少なくとも１つのＤＣ／ＤＣコンバータ部（１０ａ−１０ｃ）が接続される。複数のインバータ部（２０ａ−２０ｃ）は、直流バス（４０）に直流側が接続され、電力系統（４）に繋がる配電線（５０）に交流側が接続される。１つの電流センサ（ＣＴ）は、配電線（５０）に流れる電流を検出するセンサ（ＣＴ）であって、配電線（５０）上において、負荷（５）の接続点（Ｎ１）より電力系統（４）側に設置される。電流センサ（ＣＴ）は、複数のインバータ部（２０ａ−２０ｃ）に対して並列に検出値を出力する。【選択図】図１

Description

本発明は、直流電力を交流電力に変換する電力変換システムに関する。

現在、系統連系される分散型電源には、電源ソースとして太陽光発電装置、風力発電装置、定置型蓄電池、車載蓄電池などがある。再生可能エネルギーを使用した発電装置である太陽光発電装置または風力発電装置により発電された電力は、宅内の負荷電力を上回った場合でも、電力系統へ逆潮流することが認められている。一方、蓄電・蓄エネルギー装置である定置型蓄電池または車載蓄電池からは、規定時間（日本では５００ｍｓ）を超えて電力系統へ逆潮流することが認められておらず、宅内の負荷電力に追従する制御が行われている。即ち、定置型蓄電池または車載蓄電池からの放電量は、負荷の消費電力以下に抑える必要がある。

複数の分散型電源が系統連系する際のシステム構成として、分散型電源ごとにＤＣ／ＤＣコンバータとインバータがそれぞれ独立に設けられる独立タイプ（例えば、特許文献１参照）、複数の分散型電源の複数のＤＣ／ＤＣコンバータと複数のインバータ間が直流バスで接続される共有タイプがある。

上述のように分散型電源が太陽光発電装置である場合、逆潮流が禁止されていないため、太陽光発電装置のインバータには基本的に、逆潮流電流を検出するためのＣＴセンサが設置されない。一方、蓄電池のインバータにはＣＴセンサの設置が必須となる。

特開２０１７−１７７９２号公報

今後、系統連系される蓄電池の数は増加していくことが予想され、既存システムに事後的に追加されるケースも増えていくと予想される。蓄電池を追加するごとに、ＣＴセンサを追加設置していくとコストが増加する。またＣＴセンサは体積が大きいため、設置個数が増えてくると分電盤内に収納しきれない場合も発生し得る。

本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、逆潮流検出用の電流センサの数を減らすことができる電力変換システム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システムは、直流電源に接続された少なくとも１つのＤＣ／ＤＣコンバータ部と、前記少なくとも１つのＤＣ／ＤＣコンバータ部が接続された直流バスと、前記直流バスに直流側が接続され、電力系統に繋がる配電線に交流側が接続された複数のインバータ部と、前記配電線に流れる電流を検出するセンサであって、前記配電線上において、負荷の接続点より前記電力系統側に設置された１つの電流センサと、を備える。前記電流センサは、前記複数のインバータ部に対して並列に検出値を出力する。

本発明によれば、逆潮流検出用の電流センサの数を減らすことができる。

本発明の実施の形態に係る電力変換システムを説明するための図である。 比較例に係る電力変換システムを説明するための図である。 第１ＤＣ／ＡＣ電力変換装置、第２ＤＣ／ＡＣ電力変換装置及び第３ＤＣ／ＡＣ電力変換装置による逆潮流抑制動作の具体例を説明するための図である。 各インバータ制御回路の逆潮流検出回路を外付け回路で構成した例を示す図である。

図１は、本発明の実施の形態に係る電力変換システム１を説明するための図である。電力変換システム１は、第１ＤＣ／ＤＣ電力変換装置１０ａ、第２ＤＣ／ＤＣ電力変換装置１０ｂ、第３ＤＣ／ＤＣ電力変換装置１０ｃ、第１ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ａ、第２ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ｂ及び第３ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ｃを備える。

並列接続された第１ＤＣ／ＤＣ電力変換装置１０ａ、第２ＤＣ／ＤＣ電力変換装置１０ｂ及び第３ＤＣ／ＤＣ電力変換装置１０ｃと、並列接続された第１ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ａ、第２ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ｂ及び第３ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ｃとが、直流バス４０を介して接続される。直流バス４０には、平滑用の電解コンデンサ（不図示）が接続されている。

太陽電池２ａ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２ａ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２ａは第１ＤＣ／ＤＣ電力変換装置１０ａと接続され、発電した電力を第１ＤＣ／ＤＣ電力変換装置１０ａに出力する。

第１ＤＣ／ＤＣ電力変換装置１０ａは、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ａ及び第１コンバータ制御回路１２ａを備える。第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ａは、太陽電池２ａから出力される直流電力の電圧を調整可能なコンバータである。第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ａは例えば、昇圧チョッパで構成することができる。

第１コンバータ制御回路１２ａは第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ａを制御する。第１コンバータ制御回路１２ａ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。

第１コンバータ制御回路１２ａは基本制御として、太陽電池２ａの出力電力が最大になるよう第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ａをＭＰＰＴ(Maximum Power Point Tracking) 制御する。具体的には第１コンバータ制御回路１２ａは、太陽電池２ａの出力電圧および出力電流である、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ａの入力電圧および入力電流を計測して太陽電池２ａの発電電力を推定する。第１コンバータ制御回路１２ａは、計測した太陽電池２ａの出力電圧と推定した発電電力をもとに、太陽電池２ａの発電電力を最大電力点（最適動作点）にするための電圧指令値を生成する。例えば、山登り法に従い動作点電圧を所定のステップ幅で変化させて最大電力点を探索し、最大電力点を維持するように電圧指令値を生成する。第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ａは、生成された電圧指令値に基づく駆動信号に応じてスイッチング動作する。

定置型蓄電池２ｂ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、鉛蓄電池などを使用することができる。なお定置型蓄電池２ｂの代わりに、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ等のキャパシタを使用してもよい。定置型蓄電池２ｂは第２ＤＣ／ＤＣ電力変換装置１０ｂと接続され、第２ＤＣ／ＤＣ電力変換装置１０ｂにより充放電制御される。

第２ＤＣ／ＤＣ電力変換装置１０ｂは、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ｂ及び第２コンバータ制御回路１２ｂを備える。第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ｂは、定置型蓄電池２ｂと直流バス４０との間に接続され、定置型蓄電池２ｂを充放電する双方向ＤＣ／ＤＣコンバータである。

第２コンバータ制御回路１２ｂは第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ｂを制御する。第２コンバータ制御回路１２ｂ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。第２コンバータ制御回路１２ｂは基本制御として、ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ａ−２０ｃのいずれかから送信されてくる指令値をもとに第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ｂを制御して、定置型蓄電池２ｂを定電流（ＣＣ）／定電圧（ＣＶ）で充電／放電する。例えば第２コンバータ制御回路１２ｂは、放電時において第２インバータ制御回路２２ｂから電力指令値を受信し、当該電力指令値を定置型蓄電池２ｂの電圧で割った値を電流指令値として、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ｂに定電流放電させる。

車載蓄電池２ｃは、ＥＶ、ＰＨＥＶに搭載される駆動用電池（トラクションバッテリ）であり、リチウムイオン蓄電池、ニッケル水素蓄電池などを使用することができる。なお車載蓄電池２ｃの代わりに、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ等のキャパシタを使用してもよい。車載蓄電池２ｃは車両の駐車中に、第２ＤＣ／ＤＣ電力変換装置１０ｂと直流ケーブルを介して接続され、第２ＤＣ／ＤＣ電力変換装置１０ｂにより充放電制御される。

第３ＤＣ／ＤＣ電力変換装置１０ｃは、第３ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ｃ及び第３コンバータ制御回路１２ｃを備える。第３ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ｃは、車載蓄電池２ｃと直流バス４０との間に接続され、車載蓄電池２ｃを充放電する双方向ＤＣ／ＤＣコンバータである。

第３コンバータ制御回路１２ｃは第３ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ｃを制御する。第３コンバータ制御回路１２ｃ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。第３コンバータ制御回路１２ｃは基本制御として、ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ａ−２０ｃのいずれかから送信されてくる指令値をもとに第３ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ｃを制御して、車載蓄電池２ｃを定電流（ＣＣ）／定電圧（ＣＶ）で充電／放電する。

第１ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ａは、第１インバータ２１ａ及び第１インバータ制御回路２２ａを備える。第１インバータ２１ａは双方向インバータであり、直流バス４０から入力される直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力を商用電力系統（以下、単に系統４という）に接続された配電線５０に出力する。当該配電線５０には負荷５が接続される。また第１インバータ２１ａは、系統４から供給される交流電力を直流電力に変換し、変換した直流電力を直流バス４０に出力する。電力変換システム１が家庭用の場合、負荷５は家庭内の負荷の総称である。電力変換システム１が業務用の場合、負荷５は業務用の負荷の総称である。以下の説明では家庭用を想定する。

第１インバータ制御回路２２ａは第１インバータ２１ａを制御する。第１インバータ制御回路２２ａ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。第１インバータ制御回路２２ａは基本制御として、直流バス４０の電圧が所定の電圧を維持するように第１インバータ２１ａを制御する。具体的には第１インバータ制御回路２２ａは、直流バス４０の電圧を検出し、検出したバス電圧を閾値電圧に一致させるための電流指令値を生成する。第１インバータ制御回路２２ａは、直流バス４０の電圧が閾値電圧より高い場合は第１インバータ２１ａのデューティ比を上げるための電流指令値を生成し、直流バス４０の電圧が閾値電圧より低い場合は第１インバータ２１ａのデューティ比を下げるための電流指令値を生成する。第１インバータ２１ａは出力電流を、生成された電流指令値に合わせるようにスイッチング動作する。

第２ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ｂ及び第３ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ｃの構成及び基本動作は、第１ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ａの構成及び基本動作と同様である。なお第１インバータ２１ａ、第２インバータ２１ｂ及び第３インバータ２１ｃの定格容量は同じであってもよいし、それぞれ異なっていてもよい。第１コンバータ制御回路１２ａ、第２コンバータ制御回路１２ｂ、第３コンバータ制御回路１２ｃ、第１インバータ制御回路２２ａ、第２インバータ制御回路２２ｂ及び第３インバータ制御回路２２ｃ間は、通信バス６０を介して接続され、それらの制御回路間で所定の通信規格（例えば、ＲＳ−４８５規格、ＴＣＰ−ＩＰ規格、ＣＡＮ規格）に準拠した通信が行われる。

通信バス６０は、有線であってもよいし無線であってもよい。またＰＬＣ（Power Line Communication）を利用してもよい。ＰＬＣのバスラインとして、直流バス４０及び配電線５０のいずれも利用可能である。

ＤＣ／ＤＣ電力変換装置１０と、ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０の数は一致していてもよいし、不一致であってもよい。太陽電池２ａ、第１ＤＣ／ＤＣ電力変換装置１０ａ及び第１ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ａを備える太陽光発電システムが設置されている住居において、直流バス４０に対して事後的に、定置型蓄電池２ｂ及び第２ＤＣ／ＤＣ電力変換装置１０ｂを備える定置型蓄電システム、車載蓄電池２ｃ及び第３ＤＣ／ＤＣ電力変換装置１０ｃにより構成される車載蓄電システムが増設される場合がある。

この場合、並列接続された分散型直流電源の出力容量が大きくなっていくため、当初から設置されていた第１ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ａの定格容量を超過する場合が発生する。その場合、ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０を事後的に増設する必要が発生する。また、直流バス４０に対して、別の定置型蓄電システム、別の車載蓄電システム、燃料電池システム等の分散型直流電源がさらに増設されることも可能である。この場合、必要に応じてＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０がさらに増設される。

日本では系統連系規程により蓄電池から、蓄電池の定格容量の５％以上の電力を５００ｍｓを超えて系統４へ逆潮流することが禁止されている。従って、定置型蓄電池２ｂ及び車載蓄電池２ｃが接続された電力変換システム１において逆潮流が検出された場合、５００ｍｓ以内に逆潮流を抑制する必要がある。

太陽電池２ａからの逆潮流は禁止されていないが、本実施の形態では直流バス４０により太陽電池２ａ、定置型蓄電池２ｂ及び車載蓄電池２ｃの出力電力が混合されるため、基本的に第１ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ａ、第２ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ｂ及び第３ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ｃの全てが逆潮流抑制機能を備える必要がある。

図２は、比較例に係る電力変換システム１を説明するための図である。図２に示す比較例は、太陽電池２ａ、第１ＤＣ／ＤＣ電力変換装置１０ａ及び第１ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ａを備える太陽光発電システムと、定置型蓄電池２ｂ、第２ＤＣ／ＤＣ電力変換装置１０ｂ及び第２ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ｂを備える定置型蓄電システムと、車載蓄電池２ｃ、第３ＤＣ／ＤＣ電力変換装置１０ｃ及び第３ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ｃで構成される車載蓄電システムとがそれぞれ独立して設置される例を示している。

定置型蓄電システムの第２ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ｂと系統４間の配電線５０に、逆潮流検出用の電流センサＣＴｂが設置され、車載蓄電システムの第３ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ｃと系統４間の配電線５０にも、逆潮流検出用の電流センサＣＴｃが設置される。これに対して、太陽光発電システムでは逆潮流が禁止されないため、太陽光発電システムの第２ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ａと系統４間の配電線５０には、逆潮流検出用の電流センサは設置されていない。

図１に示した本実施の形態に係る電力変換システム１では、１つの電流センサＣＴを複数のＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ａ−２０ｃで共有する。電流センサＣＴは配電線５０上において、配電線５０と負荷５の接続点Ｎ１より、系統４側に設置される。

電流センサＣＴは比較的高額であり、体積が大きい。電流センサＣＴは、配電線５０に接続された分電盤内に設置されることが一般的であるが、設置する数が多くなってくると、分電盤内に収まりきらなくなる。そこで本実施の形態では、１つの電流センサＣＴから、第１インバータ制御回路２２ａ、第２インバータ制御回路２２ｂ及び第３インバータ制御回路２２ｃに対して並列に検出線が配策される。各検出線は、電流センサＣＴで検出されたアナログ電流値をそのまま第１インバータ制御回路２２ａ、第２インバータ制御回路２２ｂ及び第３インバータ制御回路２２ｃに出力する。

負荷５が急低下した場合、第１ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ａ、第２ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ｂ及び第３ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ｃの少なくとも１つが、速やかに出力電力を低下させる必要がある。複数のＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ａ−２０ｃが系統４に対して並列接続されている場合、どのＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０が逆潮流電力を抑制するかを、複数のＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ａ−２０ｃ間で通信バス６０を介して通信する時間的な猶予がない。そこで、出力抑制を開始する電流検出レベルを、各ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ａ−２０ｃに事前に設定しておく。その際、各ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ａ−２０ｃに異なる電流検出レベルを設定する。

その場合において負荷５が大きく低下した場合、複数のＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ａ−２０ｃで逆潮流電力を抑制する必要があるが、その場合における複数のＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ａ−２０ｃの出力抑制の開始タイミングは異なるものとなる。

図３は、第１ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ａ、第２ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ｂ及び第３ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ｃによる逆潮流抑制動作の具体例を説明するための図である。以下に示す具体例では、逆潮流抑制の優先順位として、第３ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ｃが１位（逆潮流電流が０Ａを超えると出力抑制開始）、第２ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ｂが２位（逆潮流電流が５Ａ以上で出力抑制開始）、第１ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ａが３位（逆潮流電流が１０Ａ以上で出力抑制開始）に設定されていることを前提とする。

図３の時刻ｔ０において、負荷５の消費電流ＩＬは１０Ａであり、その全ての電流が電力変換システム１の出力電流Ｉｏにより賄われている。即ち、系統４から負荷５に供給されている電流は０Ａである。時刻ｔ１において、消費電力の大きな電気製品のスイッチがオフされた等の事象が発生し、負荷５の消費電流ＩＬが２Ａに急低下する。電力変換システム１の出力電流Ｉｏは、負荷５の消費電流ＩＬの急低下に追従できずに、電力変換システム１から系統４への逆潮流電流が発生する。その後、第２ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ｂ及び第３ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ｃの逆潮流抑制機能により、逆潮流電流が０Ａに戻る。時刻ｔ２では、負荷５の消費電流ＩＬが２Ａ、電力変換システム１の出力電流Ｉｏが２Ａで平衡している。

時刻ｔ０では逆潮流電流が０Ａであるため、第１ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ａ、第２ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ｂ及び第３ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ｃのいずれの逆潮流抑制機能も発動していない。時刻ｔ１において逆潮流電流が８Ａに上昇する。これに対して優先順位１位の第３ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ｃと、優先順位２位の第２ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ｂの逆潮流抑制機能が発動する。その後、逆潮流電流が５Ａ未満に低下した時点で、優先順位２位の第２ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ｂの逆潮流抑制機能が停止する。逆潮流電流が０Ａに低下した時点で、優先順位１位の第３ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ｃの逆潮流抑制機能も停止する。

なお、第３ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ｃの動作が停止している状態では優先順位が変更される。即ち、第２ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ｂが１位（逆潮流電流が０Ａを超えると出力抑制開始）、第１ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ａが２位（逆潮流電流が５Ａ以上で出力抑制開始）に変更される。なお、１０Ａ以上の逆潮流電流が発生した場合は、第３ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ｃを起動して、逆潮流抑制機能を発動させる。

図３に示す例では、逆潮流が発生していない期間において、負荷５の消費電力を電力変換システム１が全て賄う例を説明した。即ち、系統４から負荷５に供給される電力が０Ｗになるように制御する例を示した。この点、第１インバータ制御回路２２ａ、第２インバータ制御回路２２ｂ及び第３インバータ制御回路２２ｃが、系統４から負荷５に供給される電力が所定値（正の値）を下回らないように第１インバータ２１ａ、第２インバータ２１ｂ及び第３インバータ２１ｃをそれぞれ制御してもよい。当該所定値には例えば、２０Ｗ、３０Ｗ、５０Ｗ、１００Ｗなどが設定される。

電流センサＣＴに接続された検出線の断線やインバータ制御回路２２自体の不具合により、第１インバータ制御回路２２ａ、第２インバータ制御回路２２ｂ及び第３インバータ制御回路２２ｃのいずれかが、電流センサＣＴから検出値を取得できない状態になる場合が発生し得る。この場合、電流センサＣＴから検出値を取得できなくなったＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０より優先順位が高いＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０の定格電流値まで、検出値を取得できなくなったＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０より優先順位が低いＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０の出力抑制を開始する電流検出レベルを低下させる。

例えば、第２インバータ制御回路２２ｂと電流センサＣＴ間の配線が断線した場合であり、第３ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ｃの定格電流値が８Ａの場合、第１ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ａの出力抑制を開始する電流検出レベルを、１０Ａ以上から８Ａ以上に低下させる。電流センサＣＴから検出値を取得できなくなったＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０より優先順位が高いＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０が複数ある場合、それらの定格電流値の合計値まで電流検出レベルを低下させる。

以下の説明において、第１ＤＣ／ＤＣ電力変換装置１０ａと第１ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ａ、第２ＤＣ／ＤＣ電力変換装置１０ｂと第２ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ｂ、及び第３ＤＣ／ＤＣ電力変換装置１０ｃと第３ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ｃがそれぞれ制御的に関連付けられているとする。即ち、第１ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ａが第１ＤＣ／ＤＣ電力変換装置１０ａに指令値を、第２ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ｂが第２ＤＣ／ＤＣ電力変換装置１０ｂに指令値を、第３ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ｃが第３ＤＣ／ＤＣ電力変換装置１０ｃに指令値をそれぞれ設定するとする。

この場合、第３ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ｃが逆潮流抑制のために自己の出力電流を低下させた場合、その低下させた電流の分、第３ＤＣ／ＤＣ電力変換装置１０ｃへの指令値を低下させる。この制御により、直流バス４０の電圧平衡を保つことができる。第２ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ｂ及び第１ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ａも同様の制御を行う。

ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ａ−２０ｃによる逆潮流抑制時における直流バス４０の電圧上昇を抑制する方法には、太陽電池２ａの発電抑制と、定置型蓄電池２ｂ／車載蓄電池２ｃの放電量抑制／充電量増加がある。太陽電池２ａの発電能力を有効活用する観点からは、定置型蓄電池２ｂ／車載蓄電池２ｃの放電量抑制／充電量増加を、太陽電池２ａの発電抑制に対して優先すべきである。即ち、太陽電池２ａの最大電力点による発電をできるだけ維持する制御を採用する。

蓄電池を制御するＤＣ／ＤＣ電力変換装置１０に関連付けられたＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０と、太陽電池を制御するＤＣ／ＤＣ電力変換装置１０に関連付けられたＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０が存在する場合、後者の上記優先順位を前者の上記優先順位より低く設定する。さらに、蓄電池を制御するＤＣ／ＤＣ電力変換装置１０に関連付けられたＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０が複数存在する場合、複数の蓄電池間の逆潮流抑制時の使用量または使用頻度が平準化されるように、当該複数のＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０間の優先順位を切り替える。蓄電池の使用量は放電量抑制および充電量増加の総電力量で規定され、蓄電池の使用頻度は放電量抑制および充電量増加のトータル回数で規定される。

以下、負荷５の消費電力が４ｋＷ、太陽電池２ａの発電電力が４ｋＷ、定置型蓄電池２ｂの充放電電力が０ｋＷ、車載蓄電池２ｃの充放電電力が０ｋＷの例を考える。この状態において、負荷５の消費電力が２ｋＷに低下した場合、優先順位が１位の第３ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ｃは、車載蓄電池２ｃに２ｋＷ充電するように制御する。同様の事態が複数回発生した場合、優先順位が固定のままだと常に車載蓄電池２ｃが充電することになる。

これに対して、車載蓄電池２ｃが逆潮流を抑制するために所定回数、充電量増加／放電量抑制した場合、第３ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ｃの優先順位を１位から２位に、第２ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ｂの優先順位を２位から１位に切り替える。これにより、逆潮流抑制時の車載蓄電池２ｃと定置型蓄電池２ｂ間の使用頻度を平準化することができる。

図４は、各インバータ制御回路２２ａ−２２ｃの逆潮流検出回路を外付け回路で構成した例を示す図である。第１逆潮流検出回路２２ａａ、第２逆潮流検出回路２２ｂａ及び第３逆潮流検出回路２２ｃａは、電流センサＣＴの検出値が伝達される検出線が接続されるインタフェースを有する。図２に示したように太陽光発電システムの第１ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ａには逆潮流検出機能は不要である。従って、太陽光発電システムのＤＣ／ＡＣ電力変換装置には元々、逆潮流検出回路が内蔵されていない場合が多い。逆潮流検出回路を別基板の外付け回路で構成することにより、逆潮流検出回路の事後的な追加が容易になる。

図２に示した１入力１出力タイプの電力変換システム１の第１インバータ制御回路２２ａに第１逆潮流検出回路２２ａａを追加し、第１逆潮流検出回路２２ａａと電流センサＣＴを配線で接続することにより、多入力多出力タイプの電力変換システム１に容易に変更することができる。また同じタイプの逆潮流検出回路２２ａａ−２２ｃａを使用することにより、複数のインバータ制御回路２２ａ−２２ｃ間が、１つの電流センサＣＴから同じタイミングで電流値を取得することができる。

以上説明したように本実施の形態によれば、複数のＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ａ−２０ｃ間で１つの電流センサＣＴを共有することにより、逆潮流検出用の電流センサＣＴの数を減らすことができる。これにより、コストを低減でき、設置スペースを縮小することができる。

また複数のＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ａ−２０ｃに優先順位を設けることにより、逆潮流発生時に、複数のＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０ａ−２０ｃが均等に出力抑制するのではなく、優先順位に従って出力抑制する。優先順位に従って不均等に出力抑制する方が、均等に出力抑制する場合より、トータルの損失が少なくなる。停止しているインバータが存在する方が、インバータの駆動電力を節約できるためである。また、蓄電池による出力抑制を、太陽電池による出力抑制より優先させることにより、太陽電池の発電能力を有効活用することができる。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わ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。

上述の実施の形態では、逆潮流発生時においてインバータ制御回路２２ａ−２２ｃからの指令値をもとに、太陽電池２ａの発電抑制、定置型蓄電池２ｂ／車載蓄電池２ｃの放電量抑制／充電量増加を行う例を説明した。この点、直流バス４０の電圧に応じて、太陽電池２ａの発電抑制、定置型蓄電池２ｂ／車載蓄電池２ｃの放電量抑制／充電量増加が発動される構成であってもよい。

太陽電池２ａの発電抑制、定置型蓄電池２ｂ／車載蓄電池２ｃの放電量抑制／充電量増加が発動する直流バス４０の電圧レベルに優先順位が設けられてもよい。太陽電池２ａの発電抑制が発動する電圧レベルは、定置型蓄電池２ｂ／車載蓄電池２ｃの放電量抑制／充電量増加が発動する電圧レベルより高く設定される。定置型蓄電池２ｂの放電量抑制／充電量増加が発動する直流バス４０の電圧レベルと、車載蓄電池２ｃの放電量抑制／充電量増加が発動する直流バス４０の電圧レベルは異なる値に設定され、逆潮流抑制時の使用量または使用頻度に応じて、切り替えられる。

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（２ａ−２ｃ）に接続された少なくとも１つのＤＣ／ＤＣコンバータ部（１０ａ−１０ｃ）と、
前記少なくとも１つのＤＣ／ＤＣコンバータ部（１０ａ−１０ｃ）が接続された直流バス（４０）と、
前記直流バス（４０）に直流側が接続され、電力系統（４）に繋がる配電線（５０）に交流側が接続された複数のインバータ部（２０ａ−２０ｃ）と、
前記配電線（５０）に流れる電流を検出するセンサ（ＣＴ）であって、前記配電線（５０）上において、負荷（５）の接続点（Ｎ１）より前記電力系統（４）側に設置された１つの電流センサ（ＣＴ）と、を備え、
前記電流センサ（ＣＴ）は、前記複数のインバータ部（２０ａ−２０ｃ）に対して並列に検出値を出力することを特徴とする電力変換システム（１）。
これによれば、逆潮流検出用の電流センサ（ＣＴ）の数を減らすことができる。
［項目２］
前記インバータ部（２０ａ−２０ｃ）は、
前記直流バス（４０）から入力される直流電力を交流電力に変換して前記配電線（５０）に出力する変換処理と、前記配電線（５０）から入力される交流電力を直流電力に変換して前記直流バス（４０）に出力する変換処理を実行可能なインバータ（２１ａ−２１ｃ）と、
前記インバータ（２１ａ−２１ｃ）を制御する制御回路（２２ａ−２２ｃ）と、を含み、
前記複数のインバータ部（２０ａ−２０ｃ）に含まれる複数の制御回路（２２ａ−２２ｃ）は、前記電力系統（４）から前記負荷（５）に供給される電力が、ゼロ以上の所定値を下回らないように前記複数のインバータ（２１ａ−２１ｃ）を制御することを特徴とする項目１に記載の電力変換システム（１）。
これによれば、太陽電池などの直流電源の出力電力が急変しても、負荷（５）への給電を途切れにくくすることができる。
［項目３］
前記複数のインバータ部（２０ａ−２０ｃ）には優先順位が付与されており、
前記制御回路（２２ａ−２２ｃ）が、前記電流センサ（ＣＴ）により逆潮流電流が検出されたときに前記インバータ（２１ａ−２１ｃ）の出力抑制を開始する電流検出レベルが、前記優先順位が高いほど低く設定されていることを特徴とする項目２に記載の電力変換システム（１）。
これによれば、複数のインバータ部（２０ａ−２０ｃ）により、トータル損失の少ない逆潮流抑制を行うことができる。
［項目４］
前記少なくとも１つのＤＣ／ＤＣコンバータ部（１０ａ−１０ｃ）は、それぞれ独立した蓄電池（２ｂ、２ｃ）に接続された少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータ部（１０ｂ、１０ｃ）を含み、
前記少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータ部（１０ｂ、１０ｃ）は、前記複数の蓄電池（２ｂ、２ｃ）の逆潮流抑制時の使用量または使用頻度が平準化されるように制御することを特徴とする項目３に記載の電力変換システム（１）。
これによれば、複数の蓄電池（２ｂ、２ｃ）への負担を平準化させることができる。
［項目５］
前記複数の制御回路（２２ａ−２２ｃ）のいずれかが前記電流センサ（ＣＴ）から検出値を取得できない状態になったとき、当該検出値を取得できなくなった制御回路（２２ｂ）より前記優先順位が低い制御回路（２２ａ）の、前記インバータ（２１ａ）の出力抑制を開始する電流検出レベルを低下させることを特徴とする項目３または４に記載の電力変換システム（１）。
これによれば、逆潮流抑制が不完全となる電流領域の発生を防止することができる。
［項目６］
前記制御回路（２２ａ−２２ｃ）において、前記電流センサ（ＣＴ）から検出値を取得する逆潮流検出回路（２２ａａ−２２ｃａ）は、主回路に対して外付けされる外付け回路で構成されることを特徴とする項目２から５のいずれか１項に記載の電力変換システム（１）。
これによれば、電力変換システム（１）において、システム構成の変更または新たな構成の追加が容易になる。

１ 電力変換システム、 ２ａ 太陽電池、 ２ｂ 定置型蓄電池、 ２ｃ 車載蓄電池、 ４ 系統、 ５ 負荷、 １０ａ 第１ＤＣ／ＤＣ電力変換装置、 １０ｂ 第２ＤＣ／ＤＣ電力変換装置、 １０ｃ 第３ＤＣ／ＤＣ電力変換装置、 ２０ａ 第１ＤＣ／ＡＣ電力変換装置、 ２０ｂ 第２ＤＣ／ＡＣ電力変換装置、 ２０ｃ 第３ＤＣ／ＡＣ電力変換装置、 １１ａ 第１ＤＣ／ＤＣコンバータ、 １１ｂ 第２ＤＣ／ＤＣコンバータ、 １１ｃ 第３ＤＣ／ＤＣコンバータ、 １２ａ 第１コンバータ制御回路、 １２ｂ 第２コンバータ制御回路、 １２ｃ 第３コンバータ制御回路、 ２１ａ 第１インバータ、 ２１ｂ 第２インバータ、 ２１ｃ 第３インバータ、 ２２ａ 第１インバータ制御回路、 ２２ｂ 第２インバータ制御回路、 ２２ｃ 第３インバータ制御回路、 ２２ａａ 第１逆潮流検出回路、 ２２ｂａ 第２逆潮流検出回路、 ２２ｃａ 第３逆潮流検出回路、 ４０ 直流バス、 ５０ 配電線、 ６０ 通信バス、 ＣＴ，ＣＴｂ，ＣＴｃ 電流センサ。

Claims (6)

1. 直流電源に接続された少なくとも１つのＤＣ／ＤＣコンバータ部と、
   前記少なくとも１つのＤＣ／ＤＣコンバータ部が接続された直流バスと、
   前記直流バスに直流側が接続され、電力系統に繋がる配電線に交流側が接続された複数のインバータ部と、
   前記配電線に流れる電流を検出するセンサであって、前記配電線上において、負荷の接続点より前記電力系統側に設置された１つの電流センサと、を備え、
   前記電流センサは、前記複数のインバータ部に対して並列に検出値を出力することを特徴とする電力変換システム。
2. 前記インバータ部は、
   前記直流バスから入力される直流電力を交流電力に変換して前記配電線に出力する変換処理と、前記配電線から入力される交流電力を直流電力に変換して前記直流バスに出力する変換処理を実行可能なインバータと、
   前記インバータを制御する制御回路と、を含み、
   前記複数のインバータ部に含まれる複数の制御回路は、前記電力系統から前記負荷に供給される電力が、ゼロ以上の所定値を下回らないように前記複数のインバータを制御することを特徴とする請求項１に記載の電力変換システム。
3. 前記複数のインバータ部には優先順位が付与されており、
   前記制御回路が、前記電流センサにより逆潮流電流が検出されたときに前記インバータの出力抑制を開始する電流検出レベルが、前記優先順位が高いほど低く設定されていることを特徴とする請求項２に記載の電力変換システム。
4. 前記少なくとも１つのＤＣ／ＤＣコンバータ部は、それぞれ独立した蓄電池に接続された少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータ部を含み、
   前記少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータ部は、前記複数の蓄電池の逆潮流抑制時の使用量または使用頻度が平準化されるように制御することを特徴とする請求項３に記載の電力変換システム。
5. 前記複数の制御回路のいずれかが前記電流センサから検出値を取得できない状態になったとき、当該検出値を取得できなくなった制御回路より前記優先順位が低い制御回路の、前記インバータの出力抑制を開始する電流検出レベルを低下させることを特徴とする請求項３または４に記載の電力変換システム。
6. 前記制御回路において、前記電流センサから検出値を取得する逆潮流検出回路は、主回路に対して外付けされる外付け回路で構成されることを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の電力変換システム。

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