JP2019213366A - 電力変換装置、太陽光発電システム、及び、電力変換装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電圧差のある複数の直流電源と交流電路との間に設けられる電力変換装置において、さらなる電力損失の低減を可能とする。【解決手段】電力変換装置１は、第１直流電源２を降圧し、常時スイッチング動作を行う第１のＤＣ／ＤＣコンバータ８と、交流電路の交流電圧の絶対値におけるピーク値よりも出力電圧が低い第２直流電源３側にある第２のＤＣ／ＤＣコンバータ１３とを備える。第２のＤＣ／ＤＣコンバータ１３とＤＣ／ＡＣコンバータ１５とを交流半サイクル内で交互にスイッチング動作の休止期間があるように制御し、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータ１３の電圧指令値と前記ＤＣ／ＡＣコンバータ１５の電圧指令値の絶対値とのいずれか高い方の電圧をＤＣバス１０の電圧指令値として設定するとともに、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ１３が主として有効電力を供給し、かつ、無効電力の供給主体が第１のＤＣ／ＤＣコンバータ８となるよう制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、電力変換装置、太陽光発電システム、及び、電力変換装置の制御方法に関する。

住宅用太陽光発電システムに適用される余剰電力の買取単価は年々低下しており、２０１７年には電気料金の従量単価とほぼ同じになった。今後数年間は買取単価が更に低下することが既に公表されており、住宅用太陽光発電システムの導入目的が売電から自家消費に変化することが容易に予想される。このため、余剰発電電力を貯めて夜間等に使用するための蓄電池を備えたシステムのニーズが高まっている。現に、太陽光発電と蓄電池とを１台のパワーコンディショナ（電力変換装置）で制御するハイブリッド型のパワーコンディショナ（例えば特許文献１，２参照。）が数年前から販売されている。

一方、以前よりも太陽光発電パネル自体の価格が低下したことにより、近年では、日射量が少ない時間帯の発電量を底上げするために、パワーコンディショナの最大出力を超える最大発電電力の太陽光発電パネルを搭載し、接続した、いわゆる過積載のシステムも多く見られるようになってきた。

ここで、出力電圧について考える。まず、蓄電池の電圧は単電池の種類と直列数によって変わるが、例えば、容量６０Ａｈ、電圧３．１〜４．１Ｖの三元系リチウムイオン電池を５６直列として構成した組電池では１２．４ｋＷｈ、１７４〜２３０Ｖとなり、２００Ｖ交流系統のピーク値である約２８０Ｖよりも低い。これは住宅用の蓄電システムでは最も大容量の場合であって、組電池の電圧が１００Ｖ前後のものも多い。
一方、太陽光発電パネルの出力電圧は２００Ｖ以上あり、過積載にする場合には３００Ｖから４００Ｖに達する場合もある。

特開２０１７−２２１０８２号公報 特開２０１７−０７７１００号公報

ところで、現在販売されているハイブリッド型のパワーコンディショナは、太陽光発電用、蓄電池用ともに、ＤＣ／ＤＣコンバータは直流電源側から見て昇圧チョッパとなっており、ＤＣ／ＤＣコンバータとインバータとを互いに接続するＤＣバスの電圧は、２系統の直流電源のうち、電圧の高い方の、太陽光発電パネルの電圧以上となる。例えば、蓄電池の出力電圧が１００Ｖ、太陽光発電パネルの出力電圧が４００Ｖとすると、ＤＣバス電圧も４００Ｖ以上となる。

仮にＤＣバスの電圧は４００Ｖであるとしても、蓄電池用の昇圧チョッパは１００Ｖから４００Ｖへの４倍昇圧、インバータも直流４００Ｖから交流２００Ｖへの変換となる。このため、蓄電池用の昇圧チョッパとインバータとは、入出力の電圧差が大きく、半導体スイッチング素子のスイッチング損失と、リアクトルの鉄損とが大きくなる。これらの損失は熱に変わるため、温度上昇を抑えるために大きな放熱板を用い、内部の部品配置も、間隔を広げて空間を大きくとらなければならず、小型化が難しくなる。

かかる課題に鑑み、本発明は、互いに電圧差のある複数の直流電源と交流電路との間に設けられる電力変換装置において、さらなる電力損失の低減を可能とすることを目的とする。

本開示は、以下の発明を含む。但し、本発明は、特許請求の範囲によって定められるものである。

（電力変換装置）
本発明の一表現に係る電力変換装置は、交流電路と、第１直流電源、及び、前記交流電路の交流電圧の絶対値におけるピーク値よりも出力電圧が低い第２直流電源との間に設けられる電力変換装置であって、ＤＣバスと、前記ＤＣバスと前記交流電路との間に設けられたＤＣ／ＡＣコンバータと、前記第１直流電源と前記ＤＣバスとの間に設けられ、降圧機能を有し、常時スイッチング動作を行う第１のＤＣ／ＤＣコンバータと、前記第２直流電源と前記ＤＣバスとの間に設けられた第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータと前記ＤＣ／ＡＣコンバータとを交流半サイクル内で交互にスイッチング動作の休止期間があるように制御し、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータの電圧指令値と前記ＤＣ／ＡＣコンバータの電圧指令値の絶対値とのいずれか高い方の電圧を前記ＤＣバスの電圧指令値として設定する制御部と、を備え、前記制御部は、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータが主として有効電力を供給し、かつ、無効電力の供給主体が前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータとなるよう制御する、電力変換装置である。

（太陽光発電システム）
また、本発明の一表現に係る太陽光発電システムは、太陽光発電パネルと、蓄電池と、前記太陽光発電パネル及び前記蓄電池と交流電路との間に設けられた電力変換装置と、を備え、前記交流電路の交流電圧の絶対値におけるピーク値よりも前記蓄電池の出力電圧が低く、また、前記太陽光発電パネルの発電可能な最大電力が、前記電力変換装置が出力可能な電力を超えている太陽光発電システムであって、前記電力変換装置は、ＤＣバスと、前記ＤＣバスと前記交流電路との間に設けられたＤＣ／ＡＣコンバータと、前記第１直流電源と前記ＤＣバスとの間に設けられ、降圧機能を有し、常時スイッチング動作を行う第１のＤＣ／ＤＣコンバータと、前記第２直流電源と前記ＤＣバスとの間に設けられた第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータと前記ＤＣ／ＡＣコンバータとを交流半サイクル内で交互にスイッチング動作の休止期間があるように制御し、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータの電圧指令値と前記ＤＣ／ＡＣコンバータの電圧指令値の絶対値とのいずれか高い方の電圧を前記ＤＣバスの電圧指令値として設定する制御部と、を備え、前記制御部は、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータが主として有効電力を供給し、かつ、無効電力の供給主体が前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータとなるよう制御する、太陽光発電システムである。

（電力変換装置の制御方法）
また、本発明の一表現に係る制御方法は、交流電路と、第１直流電源、及び、前記交流電路の交流電圧の絶対値におけるピーク値よりも出力電圧が低い第２直流電源との間に設けられ、ＤＣバスと、前記第１直流電源と前記ＤＣバスとの間に設けられ降圧機能を有する第１のＤＣ／ＤＣコンバータと、前記第２直流電源と前記ＤＣバスとの間に設けられた第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣバスと前記交流電路との間に設けられたＤＣ／ＡＣコンバータと、を備える電力変換装置についての、その制御方法であって、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータと前記ＤＣ／ＡＣコンバータとを交流半サイクル内で交互にスイッチング動作の休止期間があるように制御するとともに、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータの電圧指令値と前記ＤＣ／ＡＣコンバータの電圧指令値の絶対値とのいずれか高い方の電圧を前記ＤＣバスの電圧指令値として設定し、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータが主として有効電力を供給し、かつ、無効電力の供給主体が前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータとなるよう制御する、電力変換装置の制御方法である。

本発明によれば、互いに電圧差のある複数の直流電源と交流電路との間に設けられる電力変換装置において、さらなる電力損失の低減を実現することができる。

図１は、電力変換装置及びこれを含む太陽光発電システムの一例を示す回路図である。 図２は、太陽光発電パネル側のＤＣ／ＤＣコンバータからインバータを経て交流電圧を作る過程と、蓄電池側のＤＣ／ＤＣコンバータからインバータを経て交流電圧を作る過程とを並べて、それらの概要を一例として示す図であり、特に、直流入力から交流出力までの振幅の関係が見やすいように横書き表示した図である。 図３は、太陽光発電パネル側のＤＣ／ＤＣコンバータからインバータを経て交流電圧を作る過程と、蓄電池側のＤＣ／ＤＣコンバータからインバータを経て交流電圧を作る過程とを並べて、それらの概要を一例として示す図であり、特に、制御のタイミングが見やすいように縦書き表示した図である。 図４は、電流指令値ｉ^＊ _ａ１＝２０Ａ（ｒｍｓ）、ｉ^＊ _ａ２＝０Ａ（ｒｍｓ）、すなわち、太陽光発電が４ｋＷ、蓄電池は充放電を行わない場合のシミュレーション結果を示している。 図５は、電流指令値ｉ^＊ _ａ１＝２５Ａ（ｒｍｓ）、ｉ^＊ _ａ２＝−５Ａ（ｒｍｓ）、すなわち、太陽光発電が５ｋＷ、蓄電池は１ｋＷの充電を行う場合のシミュレーション結果を示している。 図６は、電流指令値ｉ^＊ _ａ１＝１５Ａ（ｒｍｓ）、ｉ^＊ _ａ２＝５Ａ（ｒｍｓ）、すなわち、太陽光発電が３ｋＷ、蓄電池は１ｋＷの放電を行う場合のシミュレーション結果を示している。 図７は、電流指令値ｉ^＊ _ａ１＝０Ａ（ｒｍｓ）、ｉ^＊ _ａ２＝５Ａ（ｒｍｓ）、すなわち、太陽光発電は停止、蓄電池は１ｋＷの放電を行う場合のシミュレーション結果を示している。 図８は、電流指令値ｉ^＊ _ａ１＝０Ａ（ｒｍｓ）、ｉ^＊ _ａ２＝−５Ａ（ｒｍｓ）、すなわち、太陽光発電は停止、蓄電池は１ｋＷの充電を行う場合のシミュレーション結果を示している。

［実施形態の要旨］
本発明の実施形態の要旨としては、少なくとも以下のものが含まれる。

（１）これは、交流電路と、第１直流電源、及び、前記交流電路の交流電圧の絶対値におけるピーク値よりも出力電圧が低い第２直流電源との間に設けられる電力変換装置であって、ＤＣバスと、前記ＤＣバスと前記交流電路との間に設けられたＤＣ／ＡＣコンバータと、前記第１直流電源と前記ＤＣバスとの間に設けられ、降圧機能を有し、常時スイッチング動作を行う第１のＤＣ／ＤＣコンバータと、前記第２直流電源と前記ＤＣバスとの間に設けられた第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータと前記ＤＣ／ＡＣコンバータとを交流半サイクル内で交互にスイッチング動作の休止期間があるように制御し、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータの電圧指令値と前記ＤＣ／ＡＣコンバータの電圧指令値の絶対値とのいずれか高い方の電圧を前記ＤＣバスの電圧指令値として設定する制御部と、を備え、前記制御部は、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータが主として有効電力を供給し、かつ、無効電力の供給主体が前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータとなるよう制御する、電力変換装置である。

上記のように構成された電力変換装置では、交流電圧の絶対値におけるピーク値よりも出力電圧が低い第２直流電源と接続されている第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、ＤＣ／ＡＣコンバータとの間で最小スイッチング変換方式のスイッチング動作を行う。第１のＤＣ／ＤＣコンバータは、第２のＤＣ／ＤＣコンバータが提供するＤＣバスの電圧指令値に合わせるようスイッチング動作する。従って、スイッチングによる電力損失は抑制される。また、制御部は、有効電力及び無効電力の配分を任意に定めることができる。例えば第２直流電源より第１直流電源の電圧が高い場合に、より高い電圧を扱う第１のＤＣ／ＤＣコンバータに無効電力を割り当てれば、無効電流は低減され、最小スイッチング変換による電力損失の低減に加えて、さらなる電力損失の低減を実現することができる。

（２）また、（１）の電力変換装置において、例えば、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータと前記第１直流電源との間に、前記ＤＣバスに無効電力を供給するためのコンデンサが設けられる。
この場合、コンデンサから第１のＤＣ／ＤＣコンバータを経て、ＤＣバスに無効電力を供給することができる。

（３）また、（２）の電力変換装置において、前記第１直流電源は太陽光発電パネルであり、前記第２直流電源は蓄電池であって、前記制御部は、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータから有効電力のみを前記ＤＣバスに供給し、かつ、前記コンデンサ及び前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータから無効電力を前記ＤＣバスに供給するよう制御するものであってもよい。

上記（３）の場合、太陽光発電パネルは蓄電池に比べてインピーダンスが大きいので、そもそも太陽光発電パネルに無効電流は流れにくい。そのため、コンデンサにほぼ全ての無効電流が流れ、太陽光発電パネルは直流電流だけを流す。従って、無効電流が太陽光発電パネルの最大電力点追従制御を妨げることはなく、適切に、最大電力点追従制御を行うことができる。
一方、蓄電池は太陽光発電パネルに比べてインピーダンスが小さいので、蓄電池には無効電流が流れやすい。もし無効電流が流れると蓄電池の寿命が短くなる。しかし、第２のＤＣ／ＤＣコンバータは有効電力のみを扱うので、蓄電池に無効電流が流れることを抑制できる。
また、一般に、太陽光発電パネルの出力電圧は蓄電池より高い場合が多いので、無効電流が小さくなり、無効電流によって生じる損失を抑制することができる。

（４）また、（１）〜（３）のいずれかの電力変換装置において、例えば、前記第１直流電源の出力電圧は前記ピーク値よりも高く、前記制御部は、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータが、前記第１直流電源から入力された電圧を前記電圧指令値に降圧するよう制御する。
この場合、ＤＣバスの電圧を、２つの直流電源のうち、低い方に適した電圧指令値とすることができる。

（５）また、これは、太陽光発電パネルと、蓄電池と、前記太陽光発電パネル及び前記蓄電池と交流電路との間に設けられた電力変換装置と、を備え、前記交流電路の交流電圧の絶対値におけるピーク値よりも前記蓄電池の出力電圧が低く、また、前記太陽光発電パネルの発電可能な最大電力が、前記電力変換装置が出力可能な電力を超えている太陽光発電システムであって、前記電力変換装置は、ＤＣバスと、前記ＤＣバスと前記交流電路との間に設けられたＤＣ／ＡＣコンバータと、前記第１直流電源と前記ＤＣバスとの間に設けられ、降圧機能を有し、常時スイッチング動作を行う第１のＤＣ／ＤＣコンバータと、前記第２直流電源と前記ＤＣバスとの間に設けられた第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータと前記ＤＣ／ＡＣコンバータとを交流半サイクル内で交互にスイッチング動作の休止期間があるように制御し、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータの電圧指令値と前記ＤＣ／ＡＣコンバータの電圧指令値の絶対値とのいずれか高い方の電圧を前記ＤＣバスの電圧指令値として設定する制御部と、を備え、前記制御部は、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータが主として有効電力を供給し、かつ、無効電力の供給主体が前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータとなるよう制御する、太陽光発電システムである。

上記のように構成された太陽光発電システムにおける電力変換装置では、交流電圧の絶対値におけるピーク値よりも出力電圧が低い蓄電池と接続されている第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、ＤＣ／ＡＣコンバータとの間で最小スイッチング変換方式のスイッチング動作を行う。第１のＤＣ／ＤＣコンバータは、第２のＤＣ／ＤＣコンバータが提供するＤＣバスの電圧指令値に合わせるようスイッチング動作する。従って、スイッチングによる電力損失は抑制される。また、制御部は、有効電力及び無効電力の配分を任意に定めることができる。過積載の場合、蓄電池より太陽光発電パネルの電圧が高いので、より高い電圧を扱う第１のＤＣ／ＤＣコンバータに無効電力を割り当てれば、無効電流は低減され、最小スイッチング変換による電力損失の低減に加えて、さらなる電力損失の低減を実現することができる。

（６）また、これは、交流電路と、第１直流電源、及び、前記交流電路の交流電圧の絶対値におけるピーク値よりも出力電圧が低い第２直流電源との間に設けられ、ＤＣバスと、前記第１直流電源と前記ＤＣバスとの間に設けられ降圧機能を有する第１のＤＣ／ＤＣコンバータと、前記第２直流電源と前記ＤＣバスとの間に設けられた第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣバスと前記交流電路との間に設けられたＤＣ／ＡＣコンバータと、を備える電力変換装置についての、その制御方法であって、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータと前記ＤＣ／ＡＣコンバータとを交流半サイクル内で交互にスイッチング動作の休止期間があるように制御するとともに、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータの電圧指令値と前記ＤＣ／ＡＣコンバータの電圧指令値の絶対値とのいずれか高い方の電圧を前記ＤＣバスの電圧指令値として設定し、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータが主として有効電力を供給し、かつ、無効電力の供給主体が前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータとなるよう制御する、電力変換装置の制御方法である。

上記のような電力変換装置の制御方法では、交流電圧の絶対値におけるピーク値よりも出力電圧が低い第２直流電源と接続されている第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、ＤＣ／ＡＣコンバータとの間で最小スイッチング変換方式のスイッチング動作を行う。第１のＤＣ／ＤＣコンバータは、第２のＤＣ／ＤＣコンバータが提供するＤＣバスの電圧指令値に合わせるようスイッチング動作する。従って、スイッチングによる電力損失は抑制される。また、制御部は、有効電力及び無効電力の配分を任意に定めることができる。例えば第２直流電源より第１直流電源の電圧が高い場合に、より高い電圧を扱う第１のＤＣ／ＤＣコンバータに無効電力を割り当てれば、無効電流は低減され、最小スイッチング変換による電力損失の低減に加えて、さらなる電力損失の低減を実現することができる。

［実施形態の詳細］
《回路構成の一例》
以下、本発明の一実施形態に係る電力変換装置について、図面を参照して説明する。図１は、電力変換装置１及びこれを含む太陽光発電システム１００の一例を示す回路図である。図において、電力変換装置１は、２つの直流電源（２，３）と、交流電路４との間に設けられている。交流電路４は、商用電力系統５に繋がっている。２つの直流電源とは例えば、第１直流電源としての太陽光発電パネル２、及び、第２直流電源としての蓄電池３である。電力変換装置１に太陽光発電パネル２及び蓄電池３を加えたものは、蓄電機能付きの太陽光発電システム１００の一例である。なお、ここでは、太陽光発電パネル２の出力電圧は、交流電路４の電圧の絶対値のピーク電圧（例えば実効値２０２Ｖであれば、約２８６Ｖ）より高い値であるものとする。また、太陽光発電パネル２の発電可能な最大電力は、電力変換装置１が出力可能な電力を超えている、すなわち、過積載の状態であるとする。

電力変換装置１の主回路を構成する回路素子としては、太陽光発電パネル２からＤＣバス１０までを見ると、太陽光発電パネル２と接続される２線の一方に設けられた逆流防止用のダイオード６と、ダイオード６を介した２線間に設けられた直流側コンデンサ７と、ＤＣ／ＤＣコンバータ８と、ＤＣバス１０と、ＤＣバス１０の２線間に設けられた中間コンデンサ１１とを備えている。ＤＣ／ＤＣコンバータ８は、例えば、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、直流リアクトル９と、を図示のように接続して成る降圧チョッパである。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ８は、逆方向に昇圧チョッパとして動作させることもできる双方向チョッパである。また、直流側コンデンサ７は、大容量（例えばｍＦレベル）の電解コンデンサである。

一方、蓄電池３からＤＣバス１０までを見ると、蓄電池３の両端と接続される直流側コンデンサ１２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３とを備え、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の右端側は、ＤＣバス１０に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１３は、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４と、直流リアクトル１４と、を図示のように接続して成る。蓄電池３を放電させるときは、蓄電池３の電圧を昇圧させてＤＣバス１０へ出力する昇圧チョッパとして動作し、逆に、蓄電池３を充電するときはＤＣバス１０の電圧を下げる降圧チョッパとして動作する。

ＤＣバス１０には、インバータ（ＤＣ／ＡＣコンバータ）１５が接続されている。インバータ１５は、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６，Ｑ７，Ｑ８をフルブリッジ接続したものである。インバータ１５の交流側には、フィルタ回路１６が接続されている。フィルタ回路１６は、交流リアクトル１７と、交流側コンデンサ１８によって構成されている。インバータ１５及び交流リアクトル１７は協働して、直流から交流への変換の他、交流から直流への変換も可能である。

上述の各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ８は、制御部１９により、制御される。制御部１９は、例えばコンピュータを含み、コンピュータがソフトウェア（コンピュータプログラム）を実行することで、必要な制御機能を実現する。ソフトウェアは、制御部の記憶装置（図示せず。）に格納される。

なお、図１のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ８は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-semiconductor Field Effect Transistor）である。但し、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ８は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等、その他のパワー半導体スイッチング素子であってもよい。

計測・制御用の回路要素としては、まず、電圧センサ２１は、直流側コンデンサ７の両端電圧を検出し、検出出力を制御部１９に送る。電流センサ２２は、直流リアクトル９に流れる電流を検出し、検出出力を制御部１９に送る。電圧センサ２３は、直流側コンデンサ１２の両端電圧を検出し、検出出力を制御部１９に送る。電流センサ２４は、直流リアクトル１４に流れる電流を検出し、検出出力を制御部１９に送る。電圧センサ２５は、ＤＣバス１０の２線間の電圧すなわち中間コンデンサ１１の両端電圧を検出し、検出出力を制御部１９に送る。電流センサ２６は、交流リアクトル１７に流れる電流を検出し、検出出力を制御部１９に送る。電圧センサ２７は、交流電路４の２線間の電圧を検出し、検出出力を制御部１９に送る。

《スイッチング変換方式の概要》
上記電力変換装置１において、ＤＣ／ＤＣコンバータ８は、制御部１９の制御により、常にスイッチング動作を行い、降圧チョッパとして機能している。一方、他のＤＣ／ＤＣコンバータ１３とインバータ１５とは、最小スイッチング変換方式で動作している。最小スイッチング変換方式とは、本出願人が既に提案し（例えば特許第５６１８０２２号、特許第６１８７５８７号、他多数の公知文献あり。）実用化している変換方式である。

最小スイッチング変換方式では、まずこの変換方式を行う前提条件として、蓄電池３の出力する電圧が、交流電路４のピーク電圧の絶対値より低い。そして、制御部１９は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３がスイッチング動作を休止する期間と、インバータ１５がスイッチング動作を休止して極性反転のみを行う期間とが交互に現れるよう制御する。スイッチング動作は、制御部１９がＤＣ／ＤＣコンバータ１３又はインバータ１５に高周波（例えば２０ｋＨｚ）のＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を与えることにより行われる。最小スイッチング変換方式では、交流波形の絶対値の半サイクルに着目すると（１サイクルで見ても同様）、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３が交流波形を作っている期間と、インバータ１５が交流波形を作っている期間とがある。

図２及び図３は、（ａ）ＤＣ／ＤＣコンバータ８からインバータ１５を経て交流電圧を作る過程と、（ｂ）ＤＣ／ＤＣコンバータ１３からインバータ１５を経て交流電圧を作る過程とを並べて、それらの概要を一例として示す図である。両図は同じ内容を示しているが、図２は特に、直流入力から交流出力までの振幅の関係が見やすいように横書き表示し、図３は特に、制御のタイミングが見やすいように縦書き表示している。図２の上段及び図３の左欄は、上記（ａ）の変換方式を示し、また、図２の下段及び図３の右欄は、上記（ｂ）すなわち最小スイッチング変換方式の動作を示す波形図である。

まず、図２の上段（又は図３の左欄）においては、太陽光発電パネル２から提供される直流電圧が、交流電圧のピーク値の絶対値より高い。そこで、ＤＣ／ＤＣコンバータ８は、降圧チョッパとして動作する。但し、平坦な直流電圧に降圧するのではなく、他のＤＣ／ＤＣコンバータ１３がＤＣバス１０の電圧指令値とする電圧に合わせる。そのため、交流波形の一部の絶対値を含む図示のような波形になる。

次に、図２の下段（又は図３の右欄）の最小スイッチング変換方式では、交流波形の電圧指令値（瞬時値）の絶対値と、入力である直流電圧との比較結果に応じて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３とインバータ１５とが動作する。すなわち、電圧指令値の絶対値が直流電圧より小さい（又は以下）のときは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３は停止し（図中の「ＳＴ」）、電圧指令値の絶対値が直流電圧以上（又は、より大きい）のときは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３が昇圧動作を行う（図中の「ＯＰ」）。ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力は中間コンデンサ１１により平滑化され、ＤＣバス１０に、図示のような交流波形の一部の絶対値を含む電圧として現れる。

ここで、中間コンデンサ１１は、小容量（例えばμＦのレベル）である。そのため、交流波形の絶対値のピーク電圧及びその前後の位相の波形が平滑化されずにそのまま残る。すなわち、平滑は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３（ＤＣ／ＤＣコンバータ８も同様）による高周波のスイッチングの痕跡を消す程度には作用するが、商用周波数の２倍程度の低周波を平滑化することはできないように中間コンデンサ１１が小容量になっている。

これに対してインバータ１５は、電圧指令値の絶対値と、直流電圧との比較結果に応じて、電圧指令値の絶対値が、直流電圧より小さい（又は以下）のときは、高周波スイッチングを行い（図中の「ＯＰ」）、電圧指令値の絶対値が、直流電圧以上（又は、より大きい）のときは、高周波スイッチングを停止する。高周波スイッチングを停止しているときのインバータ１５は、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ８がオン、Ｑ６，Ｑ７がオフの状態と、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ８がオフ、Ｑ６，Ｑ７がオンの状態のいずれかを選択することにより、必要な極性反転のみを行う（図中のST^★）。インバータ１５の出力は交流リアクトル１７及び交流側コンデンサ１８により平滑化され、所望の交流出力が得られる。

ここで、図３の右欄に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３とインバータ１５とは、交互に高周波スイッチングの動作をしており、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３が昇圧の動作をしているときは、インバータ１５は高周波スイッチングを停止し、ＤＣバス１０の電圧に対して必要な極性反転のみを行っている。逆に、インバータ１５が高周波スイッチング動作するときは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３は停止して、直流側コンデンサ１２の両端電圧が、直流リアクトル１４及びスイッチング素子Ｑ４のボディダイオードを介してＤＣバス１０に現れる。ＤＣ／ＤＣコンバータ８は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３が作り出すＤＣバス１０の電圧指令値に合わせるように降圧動作する。

以上のようにして、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３とインバータ１５とによる最小スイッチング変換方式の動作が行われる。一方、ＤＣ／ＤＣコンバータ８は、常にスイッチング動作し、降圧を行っている。

《スイッチング変換方式の制御の詳細》
最小スイッチング変換方式では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３を、インバータ１５の交流位相に同期して制御する必要がある。そのため、最初に交流出力の電流指令値ｉ^＊ _ａを決定する。直流電源が複数ある場合には、各直流電源から供給する有効電力を起源とする交流電流を分けて定義した方が、好都合である。以下に示す例では、第１直流電源である太陽光発電パネル２を起源とする電流指令値をｉ^＊ _ａ１、第２直流電源である蓄電池３を起源とする電流指令値をｉ^＊ _ａ２とする。

上記の電流指令値ｉ^＊ _ａ１，ｉ^＊ _ａ２には、有効電流だけでなく無効電流も含まれる。この無効電流は、最終的には太陽光発電パネル２側にある直流側コンデンサ７から供給されるが、とりあえず、電圧センサ２７により検出される系統電圧検出値ｖａに対して、共通の位相角δ（力率１の場合はδ=０）を持つ正弦波として定義する。

次に、電流指令値ｉ^＊ _ａ１，ｉ^＊ _ａ２に、インバータ１５と交流電路４との間の交流側コンデンサ１８（キャパシタンスＣ_ａ）に流れる無効電流を加算して、交流リアクトル１７に流す電流指令値ｉ^＊ _ｉｎｖを、式（１）によって求める。なお、数式の文字フォントは、数式以外に明細書で用いている文字フォントと異なるが、同じ文字は同じ物理量を表している（以下同様）。ｔは時間である。

・・・（１）

次に、交流リアクトル１７のインダクタンスをＬ_aとし、スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８及び交流リアクトル１７の抵抗をＲ_ａとすると、系統電圧検出値ｖ_ａに、インダクタンスＬ_ａ，抵抗Ｒ_ａによる電圧降下を加算して、インバータ１５の電圧指令値ｖ^＊ _ｉｎｖを式（２）によって求める。

・・・（２）

さらに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３からは有効電力のみを供給するものとして、電流指令値ｉ^＊ _ａ２と系統電圧検出値ｖ_ａの積（電力）を交流１周期（＝Ｔ）で平均して有効電力を求め、これを、電圧センサ２３が検出する蓄電池３の電圧検出値ｖ_ｇ２で除して、直流の電流指令値ｉ^＊ _ｄ２を求めることができる。ｔ_ｎは、任意の時間である。

・・・（３）

ＤＣ／ＤＣコンバータ１３に含まれる直流リアクトル１４のインダクタンスをＬ_ｄ２とし、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３全体の抵抗をＲ_ｄ２とすると、蓄電池電圧検出値ｖ_ｇ２から、インダクタンスＬ_ｄ２及び抵抗Ｒ_ｄ２による電圧降下を減算して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力電圧指令値ｖ^＊ _ｄ２を式（４）によって求める。なお、インダクタンスＬ_ｄ２による電圧降下は、電流指令値ｉ^＊ _ｄ２が一定のときは発生しないが、過渡時にｉ^＊ _ｄ２が変化する場合を考慮して式（４）に含めている。

・・・（４）

電圧指令値ｖ^＊ _ｉｎｖと電圧指令値ｖ^＊ _ｄ２とから、下記の式（５）により、ＤＣバス１０の電圧指令値ｖ^＊ _ｏを求める。２つのＤＣ／ＤＣコンバータ８，１３が、どちらも直流電源（２，３）から見て昇圧チョッパである場合は、直流電源のうち高い方の電圧と|ｖ^＊ _ｉｎｖ|を比較してｖ^＊ _ｏを決めるがＤＣ／ＤＣコンバータ８が太陽光発電パネル２から見て降圧チョッパであるため、太陽光発電パネル２の電圧は関係せず、以下の式（５）によりＤＣバス１０の電圧指令値ｖ^＊ _ｏを決めることができる。

・・・（５）

最小スイッチング変換方式では、ＤＣバス１０の直流側及び交流側の瞬時電力は常に一致していなければならない。そのため、下記の式（６）を満たさなければならない。ここで、
ｉ^＊ _ｄ１：ＤＣ／ＤＣコンバータ８の電流指令値
ｖ^＊ _ｄ１：ＤＣ／ＤＣコンバータ８の電圧指令値
ｉ^＊ _ｄ２：ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の電流指令値
ｖ^＊ _ｄ２：ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の電圧指令値
Ｃ_ｏ：中間コンデンサ１１のキャパシタンス
である。式（６）の右辺第１項はインバータ１５の出力の瞬時電力、右辺第２項は中間コンデンサ１１で発生する無効電力である。

・・・（６）

電圧指令値ｖ^＊ _ｏに、直流リアクトル９のインダクタンスＬ_ｄ１及び、ＤＣ／ＤＣコンバータ８全体の抵抗Ｒ_ｄ１による電圧降下を加算したものが、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の電圧指令値ｖ^＊ _ｄ１となり、以下の式（７）を得る。

・・・（７）

式（６）及び式（７）に基づいてＤＣ／ＤＣコンバータ８の電圧指令値ｖ^＊ _ｄ１，電流指令値ｉ^＊ _ｄ１を得ることができる。但し、非常に複雑になるので、以下に示す近似式を用いて求める。すなわち、一旦、式（６）式のｖ^＊ _ｄ１を、電圧センサ２１が検出する電圧検出値ｖ_ｇ１に置き換えて、i^＊ _ｄ１の近似値ｉ^＃ _ｄ１を式（８）で求め、このi^＃ _ｄ１を用いた式（９）により電圧指令値ｖ^＊ _ｄ１を求める。

・・・（８）

・・・（９）

最後に、式（９）により得た電圧指令値ｖ^＊ _ｄ１を以下の式（１０）に適用して、電流指令値ｉ^＊ _ｄ１を得ることができる。

・・・（１０）

以上の演算により、制御部１９は、インバータ１５の電流指令値ｉ^＊ _ｉｎｖ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の電流指令値ｉ^＊ _ｄ２、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の電流指令値ｉ^＊ _ｄ１を全て求めることができる。

制御部１９は、インバータ１５の電流指令値ｉ^＊ _ｉｎｖと電流センサ２６が検出する電流検出値ｉ_ｉｎｖとの差、及び、系統電圧検出値ｖａに基づいて、インバータ１５を駆動するための電圧参照波ｖ_ｉｎｖ＿_ｒｅｆを求める。また、制御部１９は、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の電流指令値ｉ^＊ _ｄ１と電流センサ２２が検出する電流検出値ｉ_ｄ１との差、及び、電圧指令値ｖ^＊ _ｏに基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ８を駆動するための電圧参照波ｖ_{ｄ１＿ｒｅｆ}を求める。さらに、制御部１９は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の電流指令値ｉ^＊ _ｄ２と電流センサ２４が検出する電流検出値ｉ_ｄ２との差、及び、蓄電池電圧ｖ_ｇ２に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３を駆動するための電圧参照波ｖ_{ｄ２＿ｒｅｆ}を求める。

そして、制御部１９は、電圧参照波ｖ_{ｉｎｖ＿ｒｅｆ}、電圧指令値ｖ^＊ _ｏ、ｖ^＊ _ｉｎｖ、ｖ^＊ _ｄ２に基づいて、インバータ１５のゲート駆動パルスを得る。また、制御部１９は、電圧参照波ｖ_{ｄ１＿ｒｅｆ}、電圧検出値ｖ_ｇ１に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ８のゲート駆動パルスを得る。さらに、制御部１９は、電圧参照波ｖ_{ｄ２＿ｒｅｆ}、電圧指令値ｖ^＊ _ｄ２、ｖ^＊ _ｉｎｖに基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３のゲート駆動パルスを得る。

《シミュレーション結果》
図４〜図８は、図１に示す電力変換装置１及び上述の制御方法を用いて実施したシミュレーションの結果を示す波形図である。スイッチング周波数はインバータ１５、ＤＣ／ＤＣコンバータ８、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３のいずれも、２０ｋＨｚとした。横軸は時間［秒］である。

これらの波形図は上から順に次の内容を示している。
（１段目、縦軸は電流［Ａ］）
交流出力の電流指令値ｉ^＊ _ａ及び電流検出値ｉ_ａ
（２段目、縦軸は電流［Ａ］）
ＤＣ／ＤＣコンバータ８の電流指令値ｉ^＊ _ｄ１（太く見える脈流波形の中心の線）、電流検出値ｉ_ｄ１（太く見える脈流波形）、及び、太陽光発電パネル２の出力電流ｉ_ｐｖ（小さく波打っている細い線（図４〜図６のみ））
（３段目、縦軸は電流［Ａ］）
ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の電流指令値ｉ^＊ _ｄ２及び電流検出値ｉ_ｄ２
（４段目、縦軸は電圧［Ｖ］）
ＤＣバス１０の電圧指令値ｖ^＊ _ｏ及び電圧検出値ｖ_ｏ（両者は脈動していてほぼ重なっている。）、ＤＣ／ＤＣコンバータ８への入力電圧ｖ_ｇ１（高いレベルのほぼ直線）、及び、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３への入力電圧ｖ_ｇ２、（１００Ｖ付近のほぼ直線）
（５段目）
インバータ１５、ＤＣ／ＤＣコンバータ８、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３へのゲート駆動信号

まず、図４は、電流指令値ｉ^＊ _ａ１＝２０Ａ（ｒｍｓ）、ｉ^＊ _ａ２＝０Ａ（ｒｍｓ）、すなわち、太陽光発電が４ｋＷ、蓄電池３は充放電を行わない場合のシミュレーション結果を示している。蓄電池３は充放電を行わないためＤＣ／ＤＣコンバータ１３はゲートブロックされている。インバータ１５は交流電圧の絶対値が１００Ｖ以下となる期間のみスイッチングを行い、１００Ｖを超える期間ではスイッチングを停止して、系統電圧の極性に応じて導通状態を切り替える。ＤＣ／ＤＣコンバータ８は常にスイッチングを行う。

図４の場合、交流出力電流の実効値は指令値とほぼ一致しており、総合高調波歪は１．８％と小さい。ＤＣ／ＤＣコンバータ８は有効電力と無効電力とを供給するため脈流が流れているが、無効電流は直流側コンデンサ７により吸収され、太陽光発電パネル２の出力電流は直流１０Ａに平滑化されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１３はゲートブロックされているが、系統電圧の絶対値が１００Ｖ以下となる期間に、高電位側のダイオード（スイッチング素子Ｑ４のボディダイオード）が導通するため僅かだが放電方向に電流が流れている。

図５は、電流指令値ｉ^＊ _ａ１＝２５Ａ（ｒｍｓ）、ｉ^＊ _ａ２＝−５Ａ（ｒｍｓ）、すなわち、太陽光発電が５ｋＷ、蓄電池３は１ｋＷの充電を行う場合のシミュレーション結果を示している。インバータ１５は交流電圧の絶対値が１００Ｖ以下となる期間のみスイッチングを行い、１００Ｖを超える期間ではスイッチングを停止して、交流半サイクルごとに、極性の反転のみを行う。逆に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３は、交流電圧の絶対値が１００Ｖ以下となる期間にスイッチングを停止し、１００Ｖを超える期間でのみスイッチングを行っており、インバータ１５とＤＣ／ＤＣコンバータ１３とは、最小スイッチング変換方式で動作していることがわかる。

なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ８は、常にスイッチングを行う。交流出力電流の実効値は指令値とほぼ一致しており、総合高調波歪は２．５％と小さい。ＤＣ／ＤＣコンバータ１３には、基本的には直流電流だけが流れる。

図６は、電流指令値ｉ^＊ _ａ１＝１５Ａ（ｒｍｓ）、ｉ^＊ _ａ２＝５Ａ（ｒｍｓ）、すなわち、太陽光発電が３ｋＷ、蓄電池３は１ｋＷの放電を行う場合のシミュレーション結果を示している。スイッチング動作の期間は図５と同じであり、この場合もインバータ１５とＤＣ／ＤＣコンバータ１３は最小スイッチング変換方式で動作している。ＤＣ／ＤＣコンバータ８は、常時スイッチングとなっている。交流出力電流の実効値は指令値とほぼ一致しており、総合高調波歪は２．８％と、十分に小さい。ＤＣ／ＤＣコンバータ１３には直流電流だけが流れる。

図７は、電流指令値ｉ^＊ _ａ１＝０Ａ（ｒｍｓ）、ｉ^＊ _ａ２＝５Ａ（ｒｍｓ）、すなわち、太陽光発電は停止、蓄電池３は１ｋＷの放電を行う場合のシミュレーション結果を示している。スイッチング動作の期間は図５，図６と同じであり、この場合もインバータ１５とＤＣ／ＤＣコンバータ１３とは最小スイッチング変換方式で動作している。ＤＣ／ＤＣコンバータ８は、常時スイッチングとなっている。交流出力電流の実効値は指令値とほぼ一致しており、総合高調波歪も１２．５％と、大きくなった。ＤＣ／ＤＣコンバータ１３には直流電流だけが流れる。

図８は、電流指令値ｉ^＊ _ａ１＝０Ａ（ｒｍｓ）、ｉ^＊ _ａ２＝−５Ａ（ｒｍｓ）、すなわち、太陽光発電は停止、蓄電池３は１ｋＷの充電を行う場合のシミュレーション結果を示している。スイッチング動作の期間は図５，図６，図７と同じであり、この場合もインバータ１５とＤＣ／ＤＣコンバータ１３とは最小スイッチング変換方式で動作している。ＤＣ／ＤＣコンバータ８は常時スイッチングとなっている。交流出力電流の実効値は指令値と概ね一致しており、総合高調波歪は１０．３％と、大きくなった。ＤＣ／ＤＣコンバータ１３には直流電流だけが流れる。

《ここまでの考察その他》
以上、交流電圧のピーク値の絶対値を超える高い電圧（例えば４００Ｖ以上）を出力する太陽光発電用に、降圧チョッパとして機能するＤＣ／ＤＣコンバータ８を使用した電力変換装置１について検討した。太陽光発電用のＤＣ／ＤＣコンバータを降圧チョッパとした場合には、このＤＣ／ＤＣコンバータは、常時スイッチングが必要であるが、蓄電池用のＤＣ／ＤＣコンバータと、インバータとは、太陽光発電パネルの出力電圧によらず常に最小スイッチング変換方式で動作を行うことができる。

なお、図１におけるＤＣ／ＤＣコンバータ８は降圧チョッパであるが、これに代えて、昇降圧が可能な非絶縁型の昇降圧チョッパや、昇降圧自在の絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータを使用することも可能である。

また、上記実施形態では、２つの直流電源の一方が太陽光発電パネル２で、他方が蓄電池３である構成としたが、直流電源の構成はこれに限られるわけではない。例えば、蓄電池の直流電源が２系統あり、互いに電圧の大きな差がある場合や、太陽光発電が２系統あり、互いに電圧の大きな差がある場合でも、同様な制御を適用することができる。要するに、少なくとも２系統ある直流電源に接続する電力変換装置において、共通のＤＣバスの電圧指令値を考えるとき、２系統の直流電源のいずれの電圧よりも高い電圧を含む電圧指令値とする制御以外に、２系統の直流電源の電圧を一方では昇圧し、他方では降圧することになる電圧指令値とする制御も可能である、ということである。

また、ハイブリッド型の電力変換装置で最小スイッチング変換方式を行う場合、ＤＣバスに供給する無効電流を複数のＤＣ／ＤＣコンバータに任意に分配することができる。ここで、全ての無効電力を太陽光発電用のＤＣ／ＤＣコンバータから供給して、蓄電池用のＤＣ／ＤＣコンバータからは有効電力だけを供給する方が、利点が多い。すなわち、以下の利点である。

（ｉ）一般に、蓄電池よりも太陽光発電パネルの方が、電圧が高いため、その分、太陽光発電パネル側のＤＣ／ＤＣコンバータを流れる無効電流が小さくなり、回路の損失を低減できる。
（ｉｉ）太陽光発電パネルはインピーダンスが大きいため、ＤＣ／ＤＣコンバータとの間にキャパシタンスの大きなコンデンサを置くと、そこに、無効電流が吸収される。その結果、太陽光発電パネルには直流電流だけが流れることになり、適切に、最大電力点追従制御を行うことができる。
（ｉｉｉ）蓄電池はインピーダンスが低いため、コンデンサを置いても無効電流が吸収されず、無効電流がほぼそのまま蓄電池に流れるが、蓄電池用のＤＣ／ＤＣコンバータに無効電流を割り当てなければ、蓄電池に無効電流が流れず、寿命を延ばすことができる。

従って、図１の電力変換装置１では、ＤＣ／ＤＣコンバータ８から無効電力を供給するためＤＣ／ＤＣコンバータ８は双方向チョッパとし、その無効電力を、太陽光発電パネル２に流さず直流側コンデンサ７で吸収する。そのため、直流側コンデンサ７は、前述のように大容量の電解コンデンサである。また、太陽光発電パネル２が発電していない時間帯でもＤＣ／ＤＣコンバータ８から無効電力を供給することができる。そのため、太陽光発電パネル２と直流側コンデンサ７との間には逆流防止用のダイオード６が挿入されている。

《まとめ》
以上のように、本実施形態の電力変換装置１は、太陽光発電パネル２（第１直流電源）と接続される第１のＤＣ／ＤＣコンバータ８と、蓄電池３（第２直流電源）と接続される第２のＤＣ／ＤＣコンバータとを有する。第１のＤＣ／ＤＣコンバータ８は降圧機能を有している。制御部１９は、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ１３とインバータ１５（ＤＣ／ＡＣコンバータ）とを交流半サイクル内で交互にスイッチング動作の休止期間があるように制御（最小スイッチング変換）し、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ１３の電圧指令値（ｖ^＊ _ｄ２）とインバータ１５の電圧指令値の絶対値（｜ｖ^＊ _ｉｎｖ｜）とのいずれか高い方の電圧をＤＣバス１０の電圧指令値（ｖ^＊ _ｏ）として設定する。そして、制御部１９は、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ１３が主として有効電力を供給し、かつ、無効電力の供給主体が第１のＤＣ／ＤＣコンバータ８となるよう制御する。

このような電力変換装置１では、交流電圧の絶対値におけるピーク値よりも出力電圧が低い蓄電池３と接続されているＤＣ／ＤＣコンバータ１３と、インバータ１５との間で最小スイッチング変換方式のスイッチング動作を行う。ＤＣ／ＤＣコンバータ８は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３が提供するＤＣバスの電圧指令値に合わせるようスイッチング動作する。従って、スイッチングによる電力損失は抑制される。また、制御部１９は、有効電力及び無効電力の配分を任意に定めることができる。例えば蓄電池３より太陽光発電パネル２の電圧が高い場合に、より高い電圧を扱うＤＣ／ＤＣコンバータ８に無効電力を割り当てれば、無効電流は低減され、最小スイッチング変換による電力損失の低減に加えて、さらなる電力損失の低減を実現することができる。

また、そのために、ＤＣ／ＤＣコンバータ８と太陽光発電パネル２との間に、ＤＣバス１０に無効電力を供給するための大容量の直流側コンデンサ７を備えている。この直流側コンデンサ７により、ＤＣ／ＤＣコンバータ８を経て、ＤＣバス１０に無効電力を供給することができる。

なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３から有効電力のみをＤＣバス１０に供給し、かつ、直流側コンデンサ７及びＤＣ／ＤＣコンバータ８から無効電力をＤＣバス１０に供給することは利点がある。すなわち、太陽光発電パネル２は蓄電池３に比べてインピーダンスが大きいので、そもそも太陽光発電パネル２に無効電流は流れにくい。そのため、直流側コンデンサ７にほぼ全ての無効電流が流れ、太陽光発電パネル２は直流電流だけを流す。従って、無効電流が太陽光発電パネル２の最大電力点追従制御を妨げることはなく、適切に、最大電力点追従制御を行うことができる。

また、蓄電池３は太陽光発電パネル２に比べてインピーダンスが小さいので、蓄電池３には無効電流が流れやすい。もし無効電流が流れると蓄電池３の寿命が短くなる。しかし、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３は有効電力のみを扱うので、蓄電池３に無効電流が流れることを抑制できる。さらに、一般に、太陽光発電パネル２の出力電圧は蓄電池３より高い場合が多いので、その分、無効電流が小さくなり、無効電流によって生じる損失を抑制することができる。

《補記》
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１ 電力変換装置
２ 太陽光発電パネル
３ 蓄電池
４ 交流電路
５ 商用電力系統
６ ダイオード
７ 直流側コンデンサ
８ ＤＣ／ＤＣコンバータ
９ 直流リアクトル
１０ ＤＣバス
１１ 中間コンデンサ
１２ 直流側コンデンサ
１３ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１４ 直流リアクトル
１５ インバータ
１６ フィルタ回路
１７ 交流リアクトル
１８ 交流側コンデンサ
１９ 制御部
２１ 電圧センサ
２２ 電流センサ
２３ 電圧センサ
２４ 電流センサ
２５ 電圧センサ
２６ 電流センサ
２７ 電圧センサ
１００ 太陽光発電システム
Ｑ１〜Ｑ８ スイッチング素子

Claims (6)

1. 交流電路と、第１直流電源、及び、前記交流電路の交流電圧の絶対値におけるピーク値よりも出力電圧が低い第２直流電源との間に設けられる電力変換装置であって、
   ＤＣバスと、
   前記ＤＣバスと前記交流電路との間に設けられたＤＣ／ＡＣコンバータと、
   前記第１直流電源と前記ＤＣバスとの間に設けられ、降圧機能を有し、常時スイッチング動作を行う第１のＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記第２直流電源と前記ＤＣバスとの間に設けられた第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータと前記ＤＣ／ＡＣコンバータとを交流半サイクル内で交互にスイッチング動作の休止期間があるように制御し、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータの電圧指令値と前記ＤＣ／ＡＣコンバータの電圧指令値の絶対値とのいずれか高い方の電圧を前記ＤＣバスの電圧指令値として設定する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータが主として有効電力を供給し、かつ、無効電力の供給主体が前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータとなるよう制御する、電力変換装置。
2. 前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータと前記第１直流電源との間に、前記ＤＣバスに無効電力を供給するためのコンデンサを備える、請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記第１直流電源は太陽光発電パネルであり、前記第２直流電源は蓄電池であって、
   前記制御部は、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータから有効電力のみを前記ＤＣバスに供給し、かつ、前記コンデンサ及び前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータから無効電力を前記ＤＣバスに供給するよう制御する請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記第１直流電源の出力電圧は前記ピーク値よりも高く、前記制御部は、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータが、前記第１直流電源から入力された電圧を前記電圧指令値に降圧するよう制御する請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
5. 太陽光発電パネルと、蓄電池と、前記太陽光発電パネル及び前記蓄電池と交流電路との間に設けられた電力変換装置と、を備え、前記交流電路の交流電圧の絶対値におけるピーク値よりも前記蓄電池の出力電圧が低く、また、前記太陽光発電パネルの発電可能な最大電力が、前記電力変換装置が出力可能な電力を超えている太陽光発電システムであって、
   前記電力変換装置は、
   ＤＣバスと、
   前記ＤＣバスと前記交流電路との間に設けられたＤＣ／ＡＣコンバータと、
   前記第１直流電源と前記ＤＣバスとの間に設けられ、降圧機能を有し、常時スイッチング動作を行う第１のＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記第２直流電源と前記ＤＣバスとの間に設けられた第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータと前記ＤＣ／ＡＣコンバータとを交流半サイクル内で交互にスイッチング動作の休止期間があるように制御し、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータの電圧指令値と前記ＤＣ／ＡＣコンバータの電圧指令値の絶対値とのいずれか高い方の電圧を前記ＤＣバスの電圧指令値として設定する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータが主として有効電力を供給し、かつ、無効電力の供給主体が前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータとなるよう制御する、太陽光発電システム。
6. 交流電路と、第１直流電源、及び、前記交流電路の交流電圧の絶対値におけるピーク値よりも出力電圧が低い第２直流電源との間に設けられ、ＤＣバスと、前記第１直流電源と前記ＤＣバスとの間に設けられ降圧機能を有する第１のＤＣ／ＤＣコンバータと、前記第２直流電源と前記ＤＣバスとの間に設けられた第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣバスと前記交流電路との間に設けられたＤＣ／ＡＣコンバータと、を備える電力変換装置についての、その制御方法であって、
   前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータと前記ＤＣ／ＡＣコンバータとを交流半サイクル内で交互にスイッチング動作の休止期間があるように制御するとともに、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータの電圧指令値と前記ＤＣ／ＡＣコンバータの電圧指令値の絶対値とのいずれか高い方の電圧を前記ＤＣバスの電圧指令値として設定し、
   前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータが主として有効電力を供給し、かつ、無効電力の供給主体が前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータとなるよう制御する、
   電力変換装置の制御方法。