JP2019118213A - 電力変換システム、電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】瞬低（瞬時停電又は瞬時電圧低下）の解除後に安定的かつ速やかに瞬低前の状態に復帰させる電力変換装置を提供する。【解決手段】ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ａ、１１ｂは、直流電源２、３が出力する直流電力の電圧を調整し、電圧を調整した直流電力を中間バス３０に出力する。インバータ２１は、中間バスの直流電力を交流電力に変換して、変換した交流電力を電力系統４へ出力する。電力系統に瞬低が発生すると、インバータ制御部２２は、インバータの出力を抑制する。瞬低が解除されると、インバータ制御部は、瞬低の発生前におけるインバータの出力電力に対応する値までの出力を許容する状態に、インバータの状態を遷移させる。コンバータ制御部１２ａ、１２ｂは、中間バスの電圧が第１所定値まで低下するようにＤＣ／ＤＣコンバータ１１ａ、１１ｂを制御する。【選択図】図２

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、電力変換装置に関する。

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。分散型電源の電圧を系統連系用の電圧に昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータと、ＤＣ／ＤＣコンバータの直流電力を交流電力に変換するインバータのシステム構成として、両者が１つの筐体内に設置される一体型構成と、別々の筐体内に設置される分離型構成がある。今後、ＤＣ／ＤＣコンバータとインバータ間の中間バスに、様々な分散型電源を後付けしてシステムを拡張できる分離型構成が普及していくと予想されている。

商用電力系統（以下、電力系統という）に、瞬時停電または瞬時電圧低下（以下、本明細書では両者を包含して瞬低という）が発生した場合、系統連系規程に定められたＦＲＴ（Fault Ride Through）要件を遵守する必要がある。ＦＲＴ要件では瞬低の解除後、速やかに瞬低前の出力電力まで復帰させることが求められる。それを実現するためのパワーコンディショナが開発されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４−５０１５６号公報

上述した分離型構成の電力変換システムでは、中間バスの電圧を、インバータの制御部が一定に保つように制御する。さらに中間バスの電圧が所定の閾値電圧まで上昇すると、ＤＣ／ＤＣコンバータの制御部がバス電圧の上昇を抑えるように制御する。この制御方式では、瞬低が発生すると中間バスの電圧が当該閾値電圧まで上昇する。瞬低の解除後、インバータの制御部がインバータの出力抑制を無条件に解除すると、中間バスの電圧を低下させるためにインバータは、より多くの電流を出力しようとする。その際、インバータに過電流が発生する可能性がある。

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、瞬低の解除後に安定的かつ速やかに瞬低前の状態に復帰することができる電力変換システム、電力変換装置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、直流電源が出力する直流電力の電圧を調整し、電圧を調整した直流電力を中間バスに出力するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する第１制御部と、前記中間バスの直流電力を交流電力に変換して、変換した交流電力を電力系統へ出力するインバータと、前記中間バスの電圧が第１所定値を維持するように前記インバータを制御する第２制御部と、を備える。前記第１制御部は、前記中間バスの電圧が、前記第１所定値より高い第２所定値以下になるように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、前記電力系統に瞬低が発生すると、前記第２制御部は、前記インバータの出力を抑制し、前記瞬低が解除されると、前記第２制御部は、前記瞬低の発生前における前記インバータの出力電力に対応する値までの出力を許容する状態に、前記インバータの状態を遷移させ、前記第１制御部は、前記中間バスの電圧が前記第１所定値まで低下するように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する。

本発明によれば、瞬低の解除後に安定的かつ速やかに瞬低前の状態に復帰することができる。

図１（ａ）、（ｂ）は、インバータとコンバータ一体型の電力変換装置と、インバータとコンバータ分離型の電力変換装置を比較するための図である。 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。 図３（ａ）、（ｂ）は、中間バスの電圧の状態を模式的に描いた図である。 瞬低時の各出力波形を示す図である。 瞬低時の各出力値の具体例を示す図である。 瞬低解除時の各出力波形の一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る電力変換システムにおける、瞬低時の動作を説明するためのフローチャートである。 変形例に係る電力変換システムを説明するための図である。

図１（ａ）、（ｂ）は、インバータとコンバータ一体型の電力変換装置と、インバータとコンバータ分離型の電力変換装置を比較するための図である。図１（ａ）は、インバータとコンバータ一体型の電力変換装置の概略構成を示し、図１（ｂ）は、インバータとコンバータ分離型の電力変換装置の概略構成を示す。図１（ａ）、（ｂ）では、太陽電池２、定置型蓄電池３ａ及び車載蓄電池３ｂの３つの分散型電源が、電力系統４に連系可能なシステム構成を示している。

図１（ａ）に示す一体型の構成では分散型電源毎に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１とインバータ２１を備える電力変換装置１５が設置される。一方、図１（ｂ）に示す分離型の構成では、インバータ２１を備えるＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０が１つと、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１を備えるＤＣ／ＤＣ電力変換装置１０が分散型電源毎に設置される。

図１（ａ）に示す一体型の構成では、分散型電源間で電力を融通する際の効率が低下する。例えば、太陽電池２の発電電力を定置型蓄電池３ａに充電する際、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ａ→第１インバータ２１ａ→第２インバータ２１ｂ→第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ｂと４つの変換器を通る必要がある。一方、図１（ｂ）に示す分離型の構成では、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ａ→第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ｂの２つの変換器を通るだけで足りる。従って、図１（ｂ）に示す分離型の構成の方が、分散型電源間で電力を融通する際の損失が少ない。

また一体型の構成では、分散型電源を追加する毎に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１とインバータ２１の両方を追加する必要がある。一方、分離型の構成では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１を追加するだけで足りる。従って分離型の構成の方が、分散型電源を追加する際のコストを抑えることができる。

また一体型の構成では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１とインバータ２１を備えるため電力変換装置１５のサイズが大きくなる。一方、分離型の構成では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１とインバータ２１の一方だけを備えるため電力変換装置１０、２０のサイズを小さくすることができる。従って分離型の構成の方が、設置の自由度が大きくなる。

ただし分離型の構成では、インバータ２１に入力される電力と、インバータ２１から出力される電力の平衡を保つための電力平衡制御が複雑になる。以下、分離型の電力変換装置を使用した電力変換システムについて説明する。

図２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。実施の形態に係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、及びＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０を備える。第１ＤＣ／ＤＣ電力変換装置１０ａと第２ＤＣ／ＤＣ電力変換装置１０ｂは並列接続され、並列接続された第１ＤＣ／ＤＣ電力変換装置１０ａ及び第２ＤＣ／ＤＣ電力変換装置１０ｂと、ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０とが中間バス３０を介して接続される。

太陽電池２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２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、色素増感太陽電池、有機薄膜太陽電池などが使用される。太陽電池２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コンバータ制御部１２ａを備える。第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ａは、太陽電池２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コンバータ制御部１２ａは第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ａを制御する。第１コンバータ制御部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コンバータ制御部１２ａは基本制御として、太陽電池２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コンバータ制御部１２ａは、太陽電池２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２の発電電力を推定する。第１コンバータ制御部１２ａは、計測した太陽電池２の出力電圧と推定した発電電力をもとに、太陽電池２の発電電力を最大電力点（最適動作点）にするための指令値を生成する。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指令値を生成する。第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ａは、生成された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。

蓄電部３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。蓄電部３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コンバータ制御部１２ｂを備える。第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ｂは、蓄電部３と中間バス３０との間に接続され、蓄電部３を充放電する双方向コンバータである。

第２コンバータ制御部１２ｂは第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ｂを制御する。第２コンバータ制御部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。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２コンバータ制御部１２ｂは基本制御として、ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０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、蓄電部３を定電流（ＣＣ）／定電圧（ＣＶ）で充電／放電する。例えば第２コンバータ制御部１２ｂは、放電時においてＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０のインバータ制御部２２から電力指令値を受信し、当該電力指令値を蓄電部３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。

ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０は、インバータ２１、インバータ制御部２２及び系統電圧検出部２３を備える。インバータ２１は双方向インバータであり、中間バス３０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電力系統４に接続された配電線４０に出力する。当該配電線４０には負荷５が接続される。またインバータ２１は、電力系統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中間バス３０に出力する。中間バス３０には、平滑用の電解コンデンサ（不図示）が接続されている。

インバータ制御部２２はインバータ２１を制御する。インバータ制御部２２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。

インバータ制御部２２は基本制御として、中間バス３０の電圧が第１閾値電圧を維持するようにインバータ２１を制御する。具体的にはインバータ制御部２２は、中間バス３０の電圧を検出し、検出したバス電圧を第１閾値電圧に一致させるための指令値を生成する。インバータ制御部２２は、中間バス３０の電圧が第１閾値電圧より高い場合はインバータ２１のデューティ比を上げるための指令値を生成し、中間バス３０の電圧が第１閾値電圧より低い場合はインバータ２１のデューティ比を下げるための指令値を生成する。インバータ２１は、生成された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。

系統電圧検出部２３は、系統電圧を検出し、検出した電圧をインバータ制御部２２に出力する。系統電圧検出部２３は、インバータ２１と配電線４０間に介在するリレー（不図示）より、電力系統４側の電圧を検出する。

第１ＤＣ／ＤＣ電力変換装置１０ａの第１コンバータ制御部１２ａ、第２ＤＣ／ＤＣ電力変換装置１０ｂの第２コンバータ制御部１２ｂ及びＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０のインバータ制御部２２間は通信線５０で接続され、それらの制御部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。

以上の回路構成において、インバータ２１の出力電力を抑制する必要がある場合が発生する。主な出力抑制事由として、インバータ２１から電力系統４への逆潮流の発生、電力系統４の瞬低、系統電圧の設定電圧を超える上昇、遠隔出力指令の受信、インバータ２１内の部品の設定温度を超える温度上昇、インバータ２１の定格電力を超える電力上昇、インバータ２１の定格電流を超える電流上昇が挙げられる。

インバータ２１の出力電力を抑制する方法として、太陽電池２の第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ａの出力電力を抑制する方法、蓄電部３の第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ｂの出力電力を抑制する方法、インバータ２１の出力電力を抑制する方法がある。太陽電池２の第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ａの出力電力を抑制する方法は、太陽電池２の発電量を無駄にすることに繋がる。従って太陽電池２の第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ａの出力抑制は最後に実行すべき制御である。

逆潮流が検出された場合、蓄電部３からの放電を停止すればよいため、蓄電部３の第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ｂの出力電力を抑制する方法が最も直截的な制御である。しかしながら、第２ＤＣ／ＤＣ電力変換装置１０ｂがＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０から分離され、電力系統４から離れた位置に設置されている場合、逆潮流の検出から蓄電部３の第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ｂの出力抑制までにタイムラグが発生しやすくなる。

従ってＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０が逆潮流を検出し、出力抑制を指示する通信データを生成し、通信線５０を介して第２ＤＣ／ＤＣ電力変換装置１０ｂに送信する方法では、系統連系規定に定められる時限（５００ｍｓ）を遵守できない可能性がある。またノイズにより通信データの内容が途中で変わってしまう可能性もある。

そこで先にインバータ２１の出力電力を抑制し、後から蓄電部３の第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ｂの出力電力を抑制する方法が考えられる。上述のようにインバータ制御部２２は基本制御として、中間バス３０の電圧が第１閾値電圧を維持するようにインバータ２１を制御する（以下、電力平衡制御という）。出力抑制をすべき場合は、インバータ制御部２２は、電力平衡制御に優先して出力抑制制御を実行する。具体的には、インバータ２１の電流指令値のリミット値（上限値）をゼロに設定する。通常の状態では、インバータ２１の電流指令値のリミット値は、インバータ２１の定格出力値に設定されている。

インバータ２１の出力抑制が開始した時点では、太陽電池２の第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ａ及び／又は蓄電部３の第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ｂの出力抑制は開始していない。従ってインバータ２１の出力電力に対してインバータ２１の入力電力が過多となり、中間バス３０の電圧が上昇する。より具体的には中間バス３０に接続された電解コンデンサに電荷が蓄積されていく。

上述のように第２コンバータ制御部１２ｂは基本制御として、蓄電部３から第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ｂへの放電量または第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ｂから蓄電部３への充電量が、ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０から送信されてくる指令値になるように第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ｂを制御する。さらに第２コンバータ制御部１２ｂは、中間バス３０の電圧が第２閾値電圧を超えないように第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ｂを制御する。この制御は、ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０から送信されてくる指令値に出力を合わせる制御に対して優先する。第２閾値電圧は第１閾値電圧より高い値に設定される。

上述のように第１コンバータ制御部１２ａは基本制御として、太陽電池２の出力電力が最大になるよう第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ａをＭＰＰＴ制御する。さらに第１コンバータ制御部１２ａは、中間バス３０の電圧が第３閾値電圧を超えないように第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ａを制御する。この制御は、ＭＰＰＴ制御に対して優先する。第３閾値電圧は第２閾値電圧より高い値に設定される。

第１閾値電圧は、中間バス３０の定常時の電圧に設定される。系統電圧がＡＣ２００Ｖの場合、第１閾値電圧は例えば、ＤＣ３００Ｖ〜３７０Ｖの範囲に設定される。以下の説明では３００Ｖに設定される例を想定する。第２閾値電圧は例えば３９０Ｖ、第３閾値電圧は例えば４１０Ｖに設定される。インバータ２１の出力抑制により中間バス３０の電圧が上昇し、中間バス３０の電圧が第２閾値電圧に到達すると蓄電部３の第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ｂによるバス電圧の上昇抑制制御が発動する。中間バス３０の電圧上昇のエネルギーが、蓄電部３の第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ｂによる上昇抑制エネルギーより大きい場合は、中間バス３０の電圧がさらに上昇する。中間バス３０の電圧が第３閾値電圧に到達すると太陽電池２の第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ａによるバス電圧の上昇抑制制御が発動する。

図３（ａ）、（ｂ）は、中間バス３０の電圧の状態を模式的に描いた図である。図２（ａ）は、定常時の中間バス３０の電圧の状態を示している。定常時の中間バス３０の電圧は、インバータ２１により第１閾値電圧に維持される。図３（ｂ）は、インバータ２１の出力抑制時の中間バス３０の電圧の状態を示している。出力抑制中の中間バス３０の電圧は、太陽電池２の第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ａにより第３閾値電圧に維持される。または、蓄電部３の第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ｂにより第２閾値電圧に維持される場合もある。図３（ｂ）に示す状態からインバータ２１の出力抑制が解除されると、インバータ２１は通常の電力平衡制御に復帰する。具体的にはインバータ２１の電流指令値のリミット値を、インバータ２１の定格出力値に復帰させる。

図４は、瞬低時の各出力波形を示す図である。電力系統４に瞬低が発生すると、系統電圧及びインバータ２１の出力電流がゼロになり、中間バス３０の電圧は上昇する。インバータ制御部２２は、電力系統４の瞬低の発生及び解除を、系統電圧検出部２３の検出値をもとに検出する。太陽電池２の出力電力は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ａによるバス電圧の上昇抑制制御によりゼロになり、蓄電部３の放電電力は、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ｂによるバス電圧の上昇抑制制御によりゼロになる。なお蓄電部３の容量に空きがある場合、充電に切り替えられてもよい。

電力系統４の瞬低が解除されると、インバータ２１の出力電力を速やかに瞬低前の状態に復帰させることが必要である。例えば、０．１ｓ以内に瞬低前の出力電力の８０％以上に復帰させることが好ましい。その際、復帰時の出力電流が、瞬低前の出力電流の１００％を超えないことが求められる。太陽電池２の出力電力及び蓄電部３の放電電力は、バス電圧の低下に伴い、瞬低前の状態に復帰する。

図５は、瞬低時の各出力値の具体例を示す図である。以下に示す具体例では、インバータの定格出力電力が５．５ｋＷとする。区間１は電力系統４が正常な状態であり、太陽電池２は３．０ｋＷを出力し、蓄電部３は２．０ｋＷを放電し、インバータ２１は５．０ｋＷを出力している。中間バス３０の電圧は３００Ｖで平衡している。

区間２は電力系統４に瞬低が発生した時の状態であり、インバータ２１は出力抑制により、出力電力が０．０ｋＷに低下する。これによりインバータ２１の電力平衡が崩れ、中間バス３０の電圧が急上昇する。中間バス３０の電圧が３９０Ｖを超えると蓄電部３の第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ｂによるバス電圧の上昇抑制制御が発動し、中間バス３０の電圧が４１０Ｖを超えると太陽電池２の第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ａによるバス電圧の上昇抑制制御が発動する。

区間３は瞬低が継続している期間の状態であり、蓄電部３の第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ｂによるバス電圧の上昇抑制制御により蓄電部３の放電電力が０．０ｋＷに低下し、太陽電池２の第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ａによるバス電圧の上昇抑制制御により太陽電池２の出力電力が０．０ｋＷに低下している。これにより、インバータ２１の電力平衡が回復し、中間バス３０の電圧が４１０Ｖで安定する。

区間４は電力系統４の瞬低が解除された時の状態であり、インバータ２１の出力抑制制御が解除される。具体的にはインバータ２１の電流指令値のリミット値が、瞬低前の出力値（本具体例では、５．０ｋＷ出力に対応する電流値）に戻される。これによりインバータ２１の出力電力が上昇し、中間バス３０の電圧が低下する。なお、インバータ２１の電流指令値のリミット値を、定格値（本具体例では、５．５ｋＷ出力に対応する電流値）に戻してしまうと、瞬低前の電流以上の電流（過電流）が流れてしまう。太陽電池２の第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ａは、中間バス３０の電圧が４１０Ｖ未満になると、瞬低前の制御に戻り、３．０ｋＷを出力する。蓄電部３の第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ｂは、中間バス３０の電圧が３９０Ｖ未満になると、瞬低前の制御に戻り、２．０ｋＷを放電する。

区間５は電力系統４が正常な状態であり、太陽電池２は３．０ｋＷを出力し、蓄電部３は２．０ｋＷを放電し、インバータ２１は５．０ｋＷを出力している。中間バス３０の電圧は３９０Ｖで平衡している。

図６は、瞬低解除時の各出力波形の一例を示す図である。インバータ２１は、瞬低が解除され通常動作状態に復帰する際、過電流を出力している。中間バス３０の電圧が下がっていない状態で（中間バス３０に接続された電解コンデンサに大きな電荷が蓄積された状態で）、インバータ２１の出力を復帰させると過電流が発生する。以下、このインバータ２１の出力復帰時の過電流を抑制する仕組みを導入する。

図７は、本発明の実施の形態に係る電力変換システム１における、瞬低時の動作を説明するためのフローチャートである。通常動作時、インバータ制御部２２はインバータ２１を制御して、電力平衡制御を実行する（Ｓ２０）。太陽電池２の第１コンバータ制御部１２ａは、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ａを制御して、ＭＰＰＴ制御とバス電圧上昇抑制制御を実行する。蓄電部３の第２コンバータ制御部１２ｂは、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ｂを制御して、充放電制御とバス電圧上昇抑制制御を実行する（Ｓ１０）。

インバータ制御部２２は、電力系統４の瞬低の発生を検出すると（Ｓ２１のＹ）、インバータ２１の出力を抑制する（Ｓ２２）。具体的にはインバータ２１の電流指令値のリミット値をゼロに設定する。インバータ制御部２２は、電力系統４の瞬低の解除を検出すると（Ｓ２３のＹ）、通信線５０を介して太陽電池２の第１コンバータ制御部１２ａ及び蓄電部３の第２コンバータ制御部１２ｂに、バス電圧低下制御の開始指示を送信する（Ｓ２４）。インバータ制御部２２は、バス電圧低下制御の開始指示を送信するとともに、インバータ２１の電流指令値のリミット値を、瞬低前の出力電力に対応する電流値に設定する（Ｓ２５）。

太陽電池２の第１コンバータ制御部１２ａは、インバータ制御部２２からバス電圧低下制御の開始指示を受信すると、中間バス３０の電圧を第１閾値電圧（上記例では３００Ｖ）まで低下させるように第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ａを制御する。蓄電部３の第２コンバータ制御部１２ｂは、インバータ制御部２２からバス電圧低下制御の開始指示を受信すると、中間バス３０の電圧を第１閾値電圧まで低下させるように第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ｂを制御する（Ｓ１１）。

中間バス３０の電圧が第１閾値電圧まで低下すると（Ｓ２６のＹ）、インバータ制御部２２は、通信線５０を介して太陽電池２の第１コンバータ制御部１２ａ及び蓄電部３の第２コンバータ制御部１２ｂに、バス電圧低下制御の終了指示を送信する（Ｓ２７）。太陽電池２の第１コンバータ制御部１２ａ及び蓄電部３の第２コンバータ制御部１２ｂは、インバータ制御部２２からバス電圧低下制御の終了指示を受信すると、バス電圧低下制御を終了する（Ｓ１２）。インバータ制御部２２は、インバータ２１の電流指令値のリミット値を、インバータ２１の定格出力値に復帰させる（Ｓ２８）。

以上説明したように本実施の形態によれば、電力系統４の瞬低解除時に、インバータ制御部２２がインバータ２１の電流指令値のリミット値を瞬低前の出力電流値に設定するとともに、第１コンバータ制御部１２ａ及び第２コンバータ制御部１２ｂに、中間バス３０の電圧を第１閾値電圧まで低下させるように指示する。これにより瞬低解除時に、インバータ２１から出力される電流量を抑えることができ、過電流の発生を防止することができる。即ち、太陽電池２の出力電力及び蓄電部３の放電電力を絞ることにより、中間バス３０に過大な電荷が蓄積されることを防止することができる。また、インバータ２１の電流指令値のリミット値を瞬低前の出力電流値に設定することにより、インバータ２１から過電流が流れることを防止しつつ、瞬低前の出力電力に速やかに復帰することができ、ＦＲＴ要件を満たすことができる。

また、中間バス３０の電圧が第１閾値電圧まで低下した段階で、インバータ２１の電流指令値のリミット値を瞬低前の値に戻す。これにより、インバータ制御部２２が電力平衡制御により中間バス３０の電圧を低下させようと制御することにより、インバータ２１から過電流が流れることを防止することができる。

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。

図８は、変形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。変形例では、太陽電池２の第１コンバータ制御部１２ａ及び蓄電部３の第２コンバータ制御部１２ｂは、通信を介さずに系統電圧を取得する。図８に示す例では、ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０の系統電圧検出部２３の出力配線を分岐させて、第１コンバータ制御部１２ａ及び第２コンバータ制御部１２ｂに引き込む。この場合、第１コンバータ制御部１２ａ及び第２コンバータ制御部１２ｂは、電力系統４の瞬低の発生および解除を、通信を使用する場合と比較して、より早期かつ確実に検出することができる。

なお、ＤＣ／ＡＣ電力変換装置２０内の系統電圧検出部２３ではなく、太陽電池２の第１コンバータ制御部１２ａの専用の系統電圧検出部を設けてもよい。また蓄電部３の第２コンバータ制御部１２ｂの専用の系統電圧検出部を設けてもよい。

図７のフローチャートでは、インバータ制御部２２が瞬低発生時に、第１コンバータ制御部１２ａ及び第２コンバータ制御部１２ｂに瞬低発生を通知しない仕様としたが、瞬低発生時に、第１コンバータ制御部１２ａ及び第２コンバータ制御部１２ｂに瞬低発生を通知してもよい。第１コンバータ制御部１２ａ及び第２コンバータ制御部１２ｂは、瞬低発生から所定の時間（例えば、１ｓ）経過しても、中間バス３０の電圧が第３閾値電圧／第２閾値電圧未満にならない場合、インバータ制御部２２からのバス電圧低下制御の開始指示を受信しなくても、バス電圧低下制御を開始してもよい。

上述の実施の形態では、中間バス３０に第１ＤＣ／ＤＣ電力変換装置１０ａと第２ＤＣ／ＤＣ電力変換装置１０ｂが接続される構成（創蓄連携システム）を示した。この点、いずれか一方だけが接続される構成（太陽光発電システム／蓄電システム）にも、本技術を適用可能である。また中間バス３０に３つ以上のＤＣ／ＤＣ電力変換装置１０が接続される構成にも、本技術を適用可能である。

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（２、３）が出力する直流電力の電圧を調整し、電圧を調整した直流電力を中間バス（３０）に出力するＤＣ／ＤＣコンバータ（１１ａ、１１ｂ）と、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（１１ａ、１１ｂ）を制御する第１制御部（１２ａ、１２ｂ）と、
前記中間バス（３０）の直流電力を交流電力に変換して、変換した交流電力を電力系統（４）へ出力するインバータ（２１）と、
前記中間バス（３０）の電圧が第１所定値を維持するように前記インバータ（２１）を制御する第２制御部（２２）と、を備え、
前記第１制御部（１２ａ、１２ｂ）は、前記中間バス（３０）の電圧が、前記第１所定値より高い第２所定値以下になるように前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（１１ａ、１１ｂ）を制御し、
前記電力系統（４）に瞬低が発生すると、前記第２制御部（２２）は、前記インバータ（２１）の出力を抑制し、
前記瞬低が解除されると、
前記第２制御部（２２）は、前記瞬低の発生前における前記インバータ（２１）の出力電力に対応する値までの出力を許容する状態に、前記インバータ（２１）の状態を遷移させ、
前記第１制御部（１２ａ、１２ｂ）は、前記中間バス（３０）の電圧が前記第１所定値まで低下するように前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（１１ａ、１１ｂ）を制御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、インバータ（２１）の出力を、瞬低の解除後に安定的かつ速やかに瞬低前の状態に復帰させることができる。
［項目２］
前記瞬低が解除された後、前記中間バス（３０）の電圧が前記第１所定値まで低下したとき、
前記第２制御部（２２）は、前記インバータ（２１）の定格出力に対応する値までの出力を許容する状態に、前記インバータ（２１）の状態を遷移させ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、中間バス（３０）の電圧が第１所定値まで低下してから、インバータ（２１）の出力抑制を完全に解除することにより、中間バス（３０）の電圧が第１所定値に低下する過程で、インバータ（２１）から過電流が出力されることを防止することができる。
［項目３］
前記瞬低が解除された後、前記中間バス（３０）の電圧が前記第１所定値まで低下したとき、
前記第１制御部（１２ａ、１２ｂ）は、前記中間バス（３０）の電圧を前記第１所定値まで低下させる制御を終了することを特徴とする項目１又は２に記載の電力変換システム（１）。
これによれば、瞬低が解除された後、中間バス（３０）の電圧を、瞬低前の状態に戻すことができる。
［項目４］
前記第２制御部（２２）は、前記電力系統（４）の電圧を検出する電圧検出部（２３）から系統電圧を取得し、
前記第２制御部（２２）は、前記系統電圧をもとに前記電力系統（４）の瞬低が解除されたことを検出すると、前記中間バス（３０）の電圧を前記第１所定値まで低下させる制御の開始指示を前記第１制御部（１２ａ、１２ｂ）へ通知し、
前記第１制御部（１２ａ、１２ｂ）は、前記第２制御部（２２）から前記開始指示を取得すると、前記中間バス（３０）の電圧を前記第１所定値まで低下させる制御を開始することを特徴とする項目１から３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、瞬低の解除後にインバータ（２１）ではなく、ＤＣ／ＤＣコンバータ（１１ａ、１１ｂ）により、中間バス（３０）の電圧を定常値に戻すことができる。
［項目５］
前記第１制御部（１２ａ、１２ｂ）は、前記電力系統（４）の電圧を検出する電圧検出部（２３）から系統電圧を取得し、取得した系統電圧をもとに前記電力系統（４）の瞬低が解除されたことを検出すると、前記中間バス（３０）の電圧を前記第１所定値まで低下させる制御を開始することを特徴とする項目１から３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、瞬低の解除後にインバータ（２１）ではなく、ＤＣ／ＤＣコンバータ（１１ａ、１１ｂ）により、中間バス（３０）の電圧を定常値に戻すことができる。
［項目６］
直流電源（２、３）が出力する直流電力の電圧を調整し、電圧を調整した直流電力を中間バス（３０）に出力するＤＣ／ＤＣコンバータ（１１ａ、１１ｂ）と、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（１１ａ、１１ｂ）を制御する第１制御部（１２ａ、１２ｂ）と、を備え、
本電力変換装置（１０ａ、１０ｂ）は、
前記中間バス（３０）の直流電力を交流電力に変換して、変換した交流電力を電力系統（４）へ出力するインバータ（２１）と、前記中間バス（３０）の電圧が第１所定値を維持するように前記インバータ（２１）を制御する第２制御部（２２）と、を備える別の電力変換装置（２０）と接続されており、
前記第１制御部（１２ａ、１２ｂ）は、前記中間バス（３０）の電圧が、前記第１所定値より高い第２所定値以下になるように前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（１１ａ、１１ｂ）を制御し、
前記電力系統（４）に瞬低が発生すると、前記第２制御部（２２）は、前記インバータ（２１）の出力を抑制し、
前記瞬低が解除されると、
前記第２制御部（２２）は、前記瞬低の発生前における前記インバータ（２１）の出力電力に対応する値までの出力を許容する状態に、前記インバータ（２１）の状態を遷移させ、
前記第１制御部（１２ａ、１２ｂ）は、前記中間バス（３０）の電圧が前記第１所定値まで低下するように前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（１１ａ、１１ｂ）を制御することを特徴とする電力変換装置（１０ａ、１０ｂ）。
これによれば、インバータ（２１）の出力を、瞬低の解除後に安定的かつ速やかに瞬低前の状態に復帰させることができる。
［項目７］
直流電源（２、３）が出力する直流電力の電圧を調整し、電圧を調整した直流電力を中間バス（３０）に出力するＤＣ／ＤＣコンバータ（１１ａ、１１ｂ）と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（１１ａ、１１ｂ）を制御する第１制御部（１２ａ、１２ｂ）と、を備えた別の電力変換装置（１０ａ、１０ｂ）と接続された電力変換装置（２０）であって、
前記中間バス（３０）の直流電力を交流電力に変換して、変換した交流電力を電力系統（４）へ出力するインバータ（２１）と、
前記中間バス（３０）の電圧が第１所定値を維持するように前記インバータ（２１）を制御する第２制御部（２２）と、を備え、
前記第１制御部（１２ａ、１２ｂ）は、前記中間バス（３０）の電圧が、前記第１所定値より高い第２所定値以下になるように前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（１１ａ、１１ｂ）を制御し、
前記電力系統（４）に瞬低が発生すると、前記第２制御部（２２）は、前記インバータ（２１）の出力を抑制し、
前記瞬低が解除されると、
前記第２制御部（２２）は、前記瞬低の発生前における前記インバータ（２１）の出力電力に対応する値までの出力を許容する状態に、前記インバータ（２１）の状態を遷移させ、
前記第１制御部（１２ａ、１２ｂ）は、前記中間バス（３０）の電圧が、前記第１所定値まで低下するように前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（１１ａ、１１ｂ）を制御することを特徴とする電力変換装置（２０）。
これによれば、インバータ（２１）の出力を、瞬低の解除後に安定的かつ速やかに瞬低前の状態に復帰させることができる。

１ 電力変換システム、 ２ 太陽電池、 ３ 蓄電部、 ３ａ 定置型蓄電池、 ３ｂ 車載蓄電池、 ４ 電力系統、 ５ 負荷、 １０ａ 第１ＤＣ／ＤＣ電力変換装置、 １０ｂ 第２ＤＣ／ＤＣ電力変換装置、 １０ｃ，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ 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コンバータ制御部、 １２ｂ 第２コンバータ制御部、 ２０ ＤＣ／ＡＣ電力変換装置、 ２１ インバータ、 ２２ インバータ制御部、 ２３ 系統電圧検出部、 ３０ 中間バス、 ４０ 配電線、 ５０ 通信線。

Claims (7)

1. 直流電源が出力する直流電力の電圧を調整し、電圧を調整した直流電力を中間バスに出力するＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する第１制御部と、
   前記中間バスの直流電力を交流電力に変換して、変換した交流電力を電力系統へ出力するインバータと、
   前記中間バスの電圧が第１所定値を維持するように前記インバータを制御する第２制御部と、を備え、
   前記第１制御部は、前記中間バスの電圧が、前記第１所定値より高い第２所定値以下になるように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、
   前記電力系統に瞬低が発生すると、前記第２制御部は、前記インバータの出力を抑制し、
   前記瞬低が解除されると、
   前記第２制御部は、前記瞬低の発生前における前記インバータの出力電力に対応する値までの出力を許容する状態に、前記インバータの状態を遷移させ、
   前記第１制御部は、前記中間バスの電圧が前記第１所定値まで低下するように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することを特徴とする電力変換システム。
2. 前記瞬低が解除された後、前記中間バスの電圧が前記第１所定値まで低下したとき、
   前記第２制御部は、前記インバータの定格出力に対応する値までの出力を許容する状態に、前記インバータの状態を遷移させ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. 前記瞬低が解除された後、前記中間バスの電圧が前記第１所定値まで低下したとき、
   前記第１制御部は、前記中間バスの電圧を前記第１所定値まで低下させる制御を終了することを特徴とする請求項１又は２に記載の電力変換システム。
4. 前記第２制御部は、前記電力系統の電圧を検出する電圧検出部から系統電圧を取得し、
   前記第２制御部は、前記系統電圧をもとに前記電力系統の瞬低が解除されたことを検出すると、前記中間バスの電圧を前記第１所定値まで低下させる制御の開始指示を前記第１制御部へ通知し、
   前記第１制御部は、前記第２制御部から前記開始指示を取得すると、前記中間バスの電圧を前記第１所定値まで低下させる制御を開始することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電力変換システム。
5. 前記第１制御部は、前記電力系統の電圧を検出する電圧検出部から系統電圧を取得し、取得した系統電圧をもとに前記電力系統の瞬低が解除されたことを検出すると、前記中間バスの電圧を前記第１所定値まで低下させる制御を開始することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電力変換システム。
6. 直流電源が出力する直流電力の電圧を調整し、電圧を調整した直流電力を中間バスに出力するＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する第１制御部と、を備え、
   本電力変換装置は、
   前記中間バスの直流電力を交流電力に変換して、変換した交流電力を電力系統へ出力するインバータと、前記中間バスの電圧が第１所定値を維持するように前記インバータを制御する第２制御部と、を備える別の電力変換装置と接続されており、
   前記第１制御部は、前記中間バスの電圧が、前記第１所定値より高い第２所定値以下になるように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、
   前記電力系統に瞬低が発生すると、前記第２制御部は、前記インバータの出力を抑制し、
   前記瞬低が解除されると、
   前記第２制御部は、前記瞬低の発生前における前記インバータの出力電力に対応する値までの出力を許容する状態に、前記インバータの状態を遷移させ、
   前記第１制御部は、前記中間バスの電圧が前記第１所定値まで低下するように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することを特徴とする電力変換装置。
7. 直流電源が出力する直流電力の電圧を調整し、電圧を調整した直流電力を中間バスに出力するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する第１制御部と、を備えた別の電力変換装置と接続された電力変換装置であって、
   前記中間バスの直流電力を交流電力に変換して、変換した交流電力を電力系統へ出力するインバータと、
   前記中間バスの電圧が第１所定値を維持するように前記インバータを制御する第２制御部と、を備え、
   前記第１制御部は、前記中間バスの電圧が、前記第１所定値より高い第２所定値以下になるように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、
   前記電力系統に瞬低が発生すると、前記第２制御部は、前記インバータの出力を抑制し、
   前記瞬低が解除されると、
   前記第２制御部は、前記瞬低の発生前における前記インバータの出力電力に対応する値までの出力を許容する状態に、前記インバータの状態を遷移させ、
   前記第１制御部は、前記中間バスの電圧が、前記第１所定値まで低下するように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することを特徴とする電力変換装置。

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