JP2021010226A - 電力変換システム、電力供給方法、及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】電力変換システムの少なくとも一部に対する動作用の電力の供給の安定化を図ること。【解決手段】電力変換システム１００は、電力変換部３と、第１電源部２１と、第２電源部２２と、供給部２３と、可変部２４と、を備える。電力変換部３は、一次側Ａ１から入力される電力を所定の電力に変換して二次側Ａ２から出力する。第１電源部２１は、一次側Ａ１に入力される電力に基づいて第１電圧Ｖ１を生成する。第２電源部２２は、二次側Ａ２から出力される電力に基づいて第２電圧Ｖ２を生成する。供給部２３は、第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２のうちの大きい方の電圧を、制御部１０へ動作用の電圧として供給する。可変部２４は、第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２の少なくとも一方の電圧の大きさを変化させる。【選択図】図１

Description

本開示は、一般に電力変換システム、電力供給方法、及びプログラムに関する。より詳細には、本開示は、電力変換システムの少なくとも一部に動作用の電力を供給する電力変換システム、電力供給方法、及びプログラムに関する。

特許文献１には、太陽光発電装置の直流出力を使って電機製品に電力を供給する太陽光発電システム（電力変換システム）が開示されている。この太陽光発電システムでは、インバータ（電力変換部）に、太陽電池アレイとバッテリーとが並列に接続されている。インバータは、太陽電池アレイ又はバッテリーからの直流電力を交流に変換して、連系スイッチを介して電力系統に出力する。

特開平９−９１０４９号公報

本開示は、電力変換システムの少なくとも一部に対する動作用の電力の供給の安定化を図ることができる電力変換システム、電力供給方法、及びプログラムを提供することを目的とする。

本開示の一態様に係る電力変換システムは、電力変換部と、第１電源部と、第２電源部と、供給部と、可変部と、を備える。前記電力変換部は、一次側から入力される電力を所定の電力に変換して二次側から出力する。前記第１電源部は、前記電力変換部の前記一次側に入力される電力に基づいて第１電圧を生成して出力する。前記第２電源部は、前記電力変換部の前記二次側から出力される電力に基づいて第２電圧を生成して出力する。前記供給部は、前記第１電圧及び前記第２電圧のうちの大きい方の電圧を、電力変換システムの少なくとも一部へ動作用の電圧として供給する。前記可変部は、前記第１電圧及び前記第２電圧の少なくとも一方の電圧の大きさを変化させる。

本開示の一態様に係る電力供給方法は、電力変換システムの少なくとも一部への電力供給方法である。前記電力変換システムは、電力変換部と、第１電源部と、第２電源部と、を備える。前記電力変換部は、一次側から入力される電力を所定の電力に変換して二次側から出力する。前記第１電源部は、前記電力変換部の前記一次側に入力される電力に基づいて第１電圧を生成して出力する。前記第２電源部は、前記電力変換部の前記二次側から出力される電力に基づいて第２電圧を生成して出力する。前記電力供給方法は、供給ステップと、可変ステップと、を有する。前記供給ステップは、前記第１電圧及び前記第２電圧のうちの大きい方の電圧を、前記電力変換システムの少なくとも一部へ動作用の電圧として供給するステップである。前記可変ステップは、前記第１電圧及び前記第２電圧の少なくとも一方の電圧の大きさを変化させるステップである。

本開示の一態様に係るプログラムは、１以上のプロセッサに、上記の電力供給方法を実行させる。

本開示は、電力変換システムの少なくとも一部に対する動作用の電力の供給の安定化を図ることができる、という利点がある。

図１は、本開示の一実施形態に係る電力変換システムの要部を示す概略回路図である。 図２は、同上の電力変換システムを示す概略回路図である。 図３は、同上の電力変換システムの動作の説明図である。 図４は、同上の電力変換システムにおける供給部の他の構成を示す概略回路図である。

（１）概要
本実施形態の電力変換システム１００は、図１及び図２に示すように、分散型電源１を単相３線式の電力系統ＳＹ１に系統連系させるシステムである。本開示でいう「電力系統」は、電力会社等の電気事業者が需要家の受電設備に電力を供給するためのシステム全体を意味する。本実施形態では、一例として、このような電力変換システム１００が、オフィスビル、病院、商業施設及び学校等の、非住宅施設に導入される場合を想定して説明する。

電力変換システム１００は、図１及び図２に示すように、電力変換部３と、第１電源部２１と、第２電源部２２と、供給部２３と、可変部２４と、を備えている。図２では、第１電源部２１、第２電源部２２、供給部２３、及び可変部２４の図示を省略している。

電力変換部３は、一次側Ａ１から入力される電力を所定の電力に変換して二次側Ａ２から出力する。本開示でいう「一次側」は、電力変換部３に接続される部分であって、電力変換部３から見て分散型電源１からの電力が入力される側である。また、本開示でいう「二次側」は、電力変換部３に接続される部分であって、電力変換部３から見て電力系統ＳＹ１へ電力を出力する側である。以下の説明では、電力系統ＳＹ１から電力変換部３に電力が入力される場合においても、上記の「一次側」及び「二次側」の定義が適用される。本開示でいう「接続する」は、端子、電子部品、又は電線等の要素同士を機械的に接続することの他、要素同士を電気的に接続することを含んでいる。

第１電源部２１は、電力変換部３の一次側Ａ１に入力される電力に基づいて第１電圧Ｖ１を生成して出力する。本実施形態では、第１電源部２１は、分散型電源１から電力変換部３への入力電圧を所定の電圧に変換することで、第１電圧Ｖ１を生成する。

第２電源部２２は、電力変換部３の二次側Ａ２から出力される電力に基づいて第２電圧Ｖ２を生成して出力する。本実施形態では、第２電源部２２は、電力変換部３から電力系統ＳＹ１又は自立系統ＳＹ２への出力電圧を所定の電圧に変換することで、第２電圧Ｖ２を生成する。

供給部２３は、第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２のうち大きい方の電圧を、電力変換システム１００の少なくとも一部へ動作用の電圧として供給する。本開示でいう「電力変換システムの一部」とは、電力変換システム１００を構成する複数の構成要素（回路を含む）の一部をいう。以下では、制御部１０を電力変換システム１００の一部として説明する。つまり、制御部１０は、供給部２３から第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２のうちのいずれかの電圧を供給されることで、動作用の電源を生成して動作する。

可変部２４は、第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２の少なくとも一方の電圧の大きさを変化させる。本実施形態では、可変部２４は、第２電源部２２を制御することにより、第２電圧Ｖ２の大きさを変化させるように構成されている。

上述のように、本実施形態では、可変部２４により、第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２の少なくとも一方の電圧の大きさを変化させることが可能である。このため、本実施形態では、電力変換システム１００の置かれる状況に応じて、第１電源部２１及び第２電源部２２のうちのいずれかの電源部から動作用の電力を供給するかを制御することができる。したがって、本実施形態では、電力変換システム１００の少なくとも一部（ここでは、制御部１０）に対する動作用の電力の供給の安定化を図ることができる、という利点がある。

（２）詳細
本実施形態に係る電力変換システム１００は、図１に示すように、電力変換部３と、第１電源部２１と、第２電源部２２と、供給部２３と、制御部１０（可変部２４）と、を備えている。また、電力変換システム１００は、図２に示すように、入力キャパシタＣ０と、整流素子Ｄ１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２と、解列リレー５と、自立リレー６と、を更に備えている。電力変換部３、第１電源部２１、第２電源部２２、供給部２３、及び制御部１０は、いずれも１つの筐体１０１に収納されている。また、入力キャパシタＣ０、整流素子Ｄ１、ＤＣ／ＤＣコンバータ２、解列リレー５、及び自立リレー６も筐体１０１に収納されている。

電力変換システム１００には、図２に示すように、分散型電源１が接続されている。本実施形態では、分散型電源１は、太陽電池を含む太陽光発電装置である。さらに、電力変換システム１００には、図２に示すように、充放電回路Ｂ２を介して蓄電池Ｂ１が接続されている。蓄電池Ｂ１及び充放電回路Ｂ２は、電力変換システム１００に対して、分散型電源１と並列に接続されている。以下では、分散型電源１、蓄電池Ｂ１、及び充放電回路Ｂ２がいずれも電力変換システム１００の構成要素に含まれないとして説明するが、これらの一部又は全部が電力変換システム１００の構成要素に含まれていてもよい。

入力キャパシタＣ０は、図２に示すように、分散型電源１とＤＣ／ＤＣコンバータ２との間に接続されている。入力キャパシタＣ０の第１電極１３は、分散型電源１の正極１１、及びＤＣ／ＤＣコンバータ２の高電位の入力端に接続されている。入力キャパシタＣ０の第２電極１４は、分散型電源１の負極１２、及びＤＣ／ＤＣコンバータ２の低電位の入力端に接続されている。入力キャパシタＣ０は、分散型電源１の出力する直流電圧を安定化する機能を有している。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２は、非絶縁方式の昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータであり、図２に示すように、インダクタＬ０と、ダイオードＤ０と、スイッチング素子Ｑ０と、を有している。インダクタＬ０の第１端は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の高電位の入力端に接続され、入力キャパシタＣ０の第１電極１３に接続されている。インダクタＬ０の第２端は、ダイオードＤ０のアノードに接続されている。ダイオードＤ０のカソードは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の高電位の出力端に接続され、出力キャパシタＣ１の第１電極１５に接続されている。

スイッチング素子Ｑ０は、エンハンスメント型のｎチャネルＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）からなる。スイッチング素子Ｑ０のソースは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の低電位の入力端及び出力端に接続され、入力キャパシタＣ０の第２電極１４に接続されている。スイッチング素子Ｑ０のドレインは、インダクタＬ０の第２端及びダイオードＤ０のアノードの接続点に接続されている。スイッチング素子Ｑ０は、制御部１０から与えられる制御信号Ｓ０によりオン／オフする。スイッチング素子Ｑ０はＭＯＳＦＥＴに限定されず、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）、又はバイポーラトランジスタ等の他の半導体スイッチ素子であってもよい。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２は、スイッチング素子Ｑ０が制御部１０によりＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御されることで、入力キャパシタＣ０の両端電圧を昇圧可能である。具体的には、制御部１０は、スイッチング素子Ｑ０をスイッチング制御することで、入力キャパシタＣ０の両端電圧を昇圧し、昇圧した直流電圧を出力キャパシタＣ１及びインバータ３１に出力する。

整流素子Ｄ１のアノードは、図２に示すように、出力キャパシタＣ１の第２電極１６、及びインバータ３１の低電位の入力端に接続されている。整流素子Ｄ１のカソードは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の低電位の入力端に接続され、スイッチング素子Ｑ０のソースに接続されている。整流素子Ｄ１は、分散型電源１の負極１２から出力キャパシタＣ１に向かって電流が流れるのを阻止する。

電力変換部３は、一次側Ａ１から入力される電力（直流電力）を所定の電力（交流電力）に変換して二次側Ａ２から出力する機能を有している。本実施形態では、電力変換部３は、図１及び図２に示すように、出力キャパシタＣ１と、インバータ３１と、ノイズフィルタ４と、を含んでいる。したがって、電力変換部３の一次側Ａ１は、出力キャパシタＣ１よりも分散型電源１及び蓄電池Ｂ１側の回路を含んでいる。言い換えれば、電力変換部３の一次側Ａ１は、蓄電池Ｂ１が接続されている。また、電力変換部３の二次側Ａ２は、ノイズフィルタ４よりも電力系統ＳＹ１及び自立系統ＳＹ２側の回路を含んでいる。言い換えれば、電力変換部３の二次側Ａ２は、電力系統ＳＹ１に接続されている。

インバータ３１は、図１及び図２に示すように、フルブリッジ接続された４つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を有している。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、いずれもデプレッション形のｎチャネルＭＯＳＦＥＴからなる。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、ＭＯＳＦＥＴに限定されず、例えば、ＩＧＢＴ、又はバイポーラトランジスタ等の他の半導体スイッチ素子であってもよい。

インバータ３１では、スイッチング素子Ｑ１及びスイッチング素子Ｑ３の直列回路と、スイッチング素子Ｑ２及びスイッチング素子Ｑ４の直列回路とが、出力キャパシタＣ１の両端間に対して並列に接続されている。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のドレインは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の高電位の出力端、及び出力キャパシタＣ１の第１電極１５に接続されている。スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４のソースは、いずれもＤＣ／ＤＣコンバータ２の低電位の出力端、および出力キャパシタＣ１の第２電極１６に接続されている。

スイッチング素子Ｑ１のソースとスイッチング素子Ｑ３のドレインとの接続点（第１接続点）は、ノイズフィルタ４のインダクタＬ１１及び解列リレー５の第１接点部５１を介して、電力系統ＳＹ１に接続されている。また、第１接続点は、ノイズフィルタ４のインダクタＬ１１及び自立リレー６の第１接点部６１を介して、自立系統ＳＹ２にも接続されている。スイッチング素子Ｑ２のソースとスイッチング素子Ｑ４のドレインとの接続点（第２接続点）は、ノイズフィルタ４のインダクタＬ１２及び解列リレー５の第２接点部５２を介して、電力系統ＳＹ１に接続されている。また、第２接続点は、ノイズフィルタ４のインダクタＬ１２及び自立リレー６の第２接点部６２を介して、自立系統ＳＹ２にも接続されている。

インバータ３１は、双方向のＤＣ／ＡＣコンバータである。インバータ３１は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４が制御部１０によりＰＷＭ制御されることで、直流電圧から交流電圧、又は交流電圧から直流電圧への変換を行う。つまり、インバータ３１は、出力キャパシタＣ１からの直流電力を交流電力に変換して電力系統ＳＹ１へ出力する機能と、電力系統ＳＹ１からの交流電力を直流電力に変換して出力キャパシタＣ１へ出力する機能と、を有する。また、インバータ３１は、解列リレー５が開放され、自立リレー６が閉成されている場合に、出力キャパシタＣ１からの直流電力を交流電力に変換して自立系統ＳＹ２へ出力する機能を有する。

ノイズフィルタ４は、図１及び図２に示すように、２つのインダクタＬ１１，Ｌ１２と、キャパシタＣ２と、を有している。インダクタＬ１１の第１端は、スイッチング素子Ｑ１のソース及びスイッチング素子Ｑ３のドレインの接続点（第１接続点）に接続されている。インダクタＬ１１の第２端は、解列リレー５の第１接点部５１及び自立リレー６の第１接点部６１に接続されている。インダクタＬ１２の第１端は、スイッチング素子Ｑ２のソース及びスイッチング素子Ｑ４のドレインの接続点（第２接続点）に接続されている。インダクタＬ１２の第２端は、解列リレー５の第２接点部５２及び自立リレー６の第２接点部６２に接続されている。また、インダクタＬ１１の第２端とインダクタＬ１２の第２端との間には、キャパシタＣ２が接続されている。ノイズフィルタ４は、インバータ３１の出力する交流電圧の高周波成分を除去し正弦波状の電圧を生成する機能を有している。

解列リレー５は、図１及び図２に示すように、第１接点部５１と、第２接点部５２と、を備える。第１接点部５１及び第２接点部５２は、制御部１０から与えられる制御信号Ｓ１０により、同時にオン又は同時にオフする。解列リレー５は、第１接点部５１及び第２接点部５２が同時にオンする場合にインバータ３１を電力系統ＳＹ１に並列させ、同時にオフする場合にインバータ３１を電力系統ＳＹ１から解列させる。

自立リレー６は、図１及び図２に示すように、第１接点部６１と、第２接点部６２と、を備える。第１接点部６１及び第２接点部６２は、制御部１０から与えられる制御信号Ｓ２０により、同時にオン又は同時にオフする。自立リレー６は、第１接点部６１及び第２接点部６２が同時にオンする場合にインバータ３１を自立系統ＳＹ２に並列させ、同時にオフする場合にインバータ３１を自立系統ＳＹ２から解列させる。

制御部１０は、例えば、１以上のプロセッサ及びメモリを有するマイクロコントローラにて構成されている。言い換えれば、制御部１０は、１以上のプロセッサ及びメモリを有するコンピュータシステムにて実現されており、１以上のプロセッサがメモリに格納されているプログラムを実行することにより、コンピュータシステムが制御部１０として機能する。プログラムは、ここでは制御部１０のメモリに予め記録されているが、インターネット等の電気通信回線を通じて、又はメモリカード等の非一時的な記録媒体に記録されて提供されてもよい。制御部１０は、例えば、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、又はＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等で構成されてもよい。

制御部１０は、５つのスイッチング素子Ｑ０〜Ｑ４を制御するための制御信号Ｓ０〜Ｓ４を出力する。制御信号Ｓ０〜Ｓ４は、直接的に、又は駆動回路を介して、スイッチング素子Ｑ０〜Ｑ４のゲートに印加され、スイッチング素子Ｑ０〜Ｑ４を個別にオン／オフする。制御部１０は、デューティ比を調節可能なＰＷＭ方式によって、スイッチング素子Ｑ０〜Ｑ４を制御する。

また、制御部１０は、解列リレー５の第１接点部５１及び第２接点部５２のオン／オフを制御するための制御信号Ｓ１０と、自立リレー６の第１接点部６１及び第２接点部６２のオン／オフを制御するための制御信号Ｓ２０を出力する。制御部１０は、例えば電力系統ＳＹ１の停電等の異常時に、解列リレー５を電力系統ＳＹ１から解列させ、かつ、自立リレー６を自立系統ＳＹ２に並列させる。そして、制御部１０は、電力系統ＳＹ１の異常時において、インバータ３１から自立系統ＳＹ２に交流電力を出力させる自立運転を行うように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２及びインバータ３１を制御する。

第１電源部２１は、図２に示すように、電力変換部３の一次側Ａ１に入力される電力に基づいて第１電圧Ｖ１を生成して出力する。第１電圧Ｖ１は、一例として、二十数［Ｖ］である。本実施形態では、第１電源部２１は、例えば絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータであって、出力キャパシタＣ１に入力される入力電圧（つまり、分散型電源１又は蓄電池Ｂ１からの入力電圧）を降圧して、降圧した電圧を第１電圧Ｖ１として供給部２３に出力する。

第２電源部２２は、電力変換部３の二次側Ａ２に入力される電力に基づいて第２電圧Ｖ２を生成して出力する。第２電圧Ｖ２は、一例として、二十数［Ｖ］である。本実施形態では、第２電源部２２は、例えば絶縁型のＡＣ／ＤＣコンバータであって、解列リレー５の電力系統ＳＹ１側に入力される電圧（つまり、電力系統ＳＹ１の相電圧）を直流電圧に変換して、変換した直流電圧を第２電圧Ｖ２として供給部２３に出力する。

供給部２３は、制御部１０に動作用の電力（動作用の電圧）を供給する。本実施形態では、供給部２３は、図１に示すように、第１ダイオード２３１と、第２ダイオード２３２と、を有している。第１ダイオード２３１のアノードは、第１電源部２１の高電位の出力端に接続されている。第２ダイオード２３２のアノードは、第２電源部２２の高電位の出力端に接続されている。第１ダイオード２３１のカソードと、第２ダイオード２３２のカソードとは、いずれも接続点２３３に接続されている。そして、接続点２３３は、制御部１０の高電位の電源端子に接続されている。

供給部２３では、第１電圧Ｖ１が第２電圧Ｖ２よりも大きい場合、第１ダイオード２３１が導通し、第２ダイオード２３２が非導通となる。この場合、制御部１０には、第１電源部２１から第１ダイオード２３１を介して第１電圧Ｖ１が供給される。一方、第２電圧Ｖ２が第１電圧Ｖ１よりも大きい場合、第２ダイオード２３２が導通し、第１ダイオード２３１が非導通となる。この場合、制御部１０には、第２電源部２２から第２ダイオード２３２を介して第２電圧Ｖ２が供給される。つまり、供給部２３は、第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２のうちの大きい方の電圧を、制御部１０（つまり、電力変換システム１００の少なくとも一部）へ動作用の電圧として供給する。

なお、第１電源部２１及び第２電源部２２の設計上、第１電圧Ｖ１の設計上の電圧値と、第２電圧Ｖ２の設計上の電圧値とが同じになる場合もあり得る。しかしながら、この場合でも、実際の動作においては第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２とには差が生じるため、制御部１０には第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２のいずれかの電圧が供給されることになる。

可変部２４は、第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２の少なくとも一方の電圧の大きさを変化させるように構成されている。本実施形態では、可変部２４は、第２電源部２２を制御することにより、第２電圧Ｖ２の大きさを変化させることが可能である。例えば、第２電源部２２がスイッチング素子をＰＷＭ制御することにより第２電圧Ｖ２を生成している、と仮定する。この場合、可変部２４は、第２電源部２２の有するスイッチング素子に制御信号Ｓ３０を与えてデューティ比を変更することで、第２電圧Ｖ２の大きさを変化させる。本実施形態では、可変部２４は、制御部１０の有する機能の１つとして実現される。

ここで、供給部２３では、第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２のうち大きい方の電圧を制御部１０に供給するように構成されている。このため、供給部２３から供給される動作用の電力の供給元が不定とならないように、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２とが同じ電圧値とならないようにするが好ましい。そこで、本実施形態では、可変部２４は、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との差分が所定値以上となるように、第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２の少なくとも一方の電圧（ここでは、第２電圧Ｖ２）の大きさを変化させる。これにより、本実施形態では、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２とが同じ電圧値とならないようにしている。

本実施形態では、可変部２４は、判定条件に応じて、第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２の少なくとも一方の電圧（ここでは、第２電圧Ｖ２）の大きさを変化させる。一例として、判定条件は、電力系統ＳＹ１と連系運転を行うという条件である。連系運転は、解列リレー５の第１接点部５１及び第２接点部５２を同時にオンさせてインバータ３１を電力系統ＳＹ１に並列させた状態の運転をいう。連系運転は、逆潮流を含み得る。そして、可変部２４は、判定条件を満たす場合に供給部２３が第１電圧Ｖ１を供給し、それ以外の場合に供給部２３が第２電圧Ｖ２を供給するように、第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２の少なくとも一方の電圧（ここでは、第２電圧Ｖ２）の大きさを変化させる。

つまり、可変部２４は、連系運転中においては、第２電源部２２を制御することにより、第１電圧Ｖ１よりも第２電圧Ｖ２が小さくなるように、第２電圧Ｖ２を降圧させる。一方、可変部２４は、連系運転を行っていない期間においては、第２電源部２２を制御することにより、第１電圧Ｖ１よりも第２電圧Ｖ２が大きくなるように、第２電圧Ｖ２を昇圧させる。

（３）動作
まず、本実施形態の電力変換システム１００の基本的な動作について図２を用いて説明する。日中など、分散型電源１が十分な太陽光を受けて発電している場合、分散型電源１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２を介して、インバータ３１に直流電力を出力する。インバータ３１は、入力された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ＳＹ１に出力する。これにより、分散型電源１の発電する電力が、電力系統ＳＹ１に接続されている負荷に供給される。また、分散型電源１の発電電力に余剰電力がある場合、分散型電源１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２及び充放電回路Ｂ２を介して余剰電力を蓄電池Ｂ１に出力することで、蓄電池Ｂ１を充電する。その他、電力系統ＳＹ１がインバータ３１及び充放電回路Ｂ２を介して蓄電池Ｂ１に直流電力を出力することで、蓄電池Ｂ１を充電してもよい。

一方、天気が曇り又は雨、若しくは夜間など、分散型電源１が十分な太陽光を受けることができず発電していない場合、蓄電池Ｂ１は、充放電回路Ｂ２を介して、インバータ３１に直流電力を出力する。インバータ３１は、入力された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ＳＹ１に出力する。これにより、蓄電池Ｂ１が放電する電力が、電力系統ＳＹ１に接続されている負荷に供給される。

また、電力系統ＳＹ１の停電等、電力系統ＳＹ１に異常が発生している場合、制御部１０は、解列リレー５を電力系統ＳＹ１から解列させ、かつ、自立リレー６を自立系統ＳＹ２に並列させることにより、自立運転を行う。

次に、本実施形態の電力変換システム１００における制御部１０へ動作用の電力を供給する動作の一例について、図３を用いて説明する。図３に示す例では、第１電源部２１の出力する第１電圧Ｖ１は、時間経過に依らず一定であると仮定する。第１期間Ｔ１は、第１電圧Ｖ１が第２電圧Ｖ２よりも大きく、供給部２３から制御部１０に第１電圧Ｖ１が供給されている期間である。また、第２期間Ｔ２は、第２電圧Ｖ２が第１電圧Ｖ１よりも大きく、供給部２３から制御部１０に第２電圧Ｖ２が供給されている期間である。

時刻０から時刻ｔ１の間においては、電力変換システム１００は連系運転を行っている。このため、判定条件を満たしているので、可変部２４は、第２電圧Ｖ２が第１電圧Ｖ１よりも小さくなるように第２電圧Ｖ２を降圧させる。したがって、時刻０から時刻ｔ１の間においては、供給部２３から制御部１０に第１電圧Ｖ１が動作用の電圧として供給される。なお、時刻０から時刻ｔ１の間において第２電圧Ｖ２が第１電圧Ｖ１よりも常に小さい場合は、可変部２４は第２電圧Ｖ２を降圧させなくてもよい。

時刻ｔ１から時刻ｔ２の間においては、電力変換システム１００は連系運転を行っていない。このため、判定条件を満たしていないので、可変部２４は、第２電圧Ｖ２が第１電圧Ｖ１よりも大きくなるように第２電圧Ｖ２を昇圧させる。したがって、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間においては、供給部２３から制御部１０に第２電圧Ｖ２が動作用の電圧として供給される。

時刻ｔ２以降においては、電力系統ＳＹ１が停電しているため、第２電源部２２には電力系統ＳＹ１の相電圧が入力されず、第２電圧Ｖ２が零となる。したがって、時刻ｔ２以降においては、第１電圧Ｖ１が第２電圧Ｖ２よりも大きくなるので、供給部２３から制御部１０に第１電圧Ｖ１が動作用の電圧として供給される。

以下、本実施形態の電力変換システム１００の利点について、比較例の電力変換システムとの比較を交えて説明する。比較例の電力変換システムは、可変部２４を備えていない点で、本実施形態の電力変換システム１００と相違する。比較例の電力変換システムでは、第１電源部２１及び第２電源部２２のうちのいずれの電源部から制御部１０に対して動作用の電力が供給されるかを制御することができず、動作用の電力の供給の安定化を図りがたい、という問題がある。

例えば、比較例の電力変換システムにおいて、第１電圧Ｖ１がα［Ｖ］で一定となるように第１電源部２１が設計され、かつ、第２電圧Ｖ２がα±β［Ｖ］の範囲に収まるように第２電源部２２が設計されている、と仮定する。この場合、比較例の電力変換システムの置かれる状況に応じて第２電圧Ｖ２が変動することから、比較例の電力変換システムは、制御部１０に供給される動作用の電圧を第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２のいずれかに制御することができない。このため、例えば比較例の電力変換システムが連系運転を行っている期間においても第２電圧Ｖ２（つまり電力系統ＳＹ１の相電圧）が制御部１０に供給され得る。この場合、電力系統ＳＹ１の出力する電流波形に歪みが生じる可能性がある。

上記の問題を解決しようとすると、第１電圧Ｖ１が常に第２電圧Ｖ２よりも大きくなるように第１電源部２１を設計しなければならないが、この場合、制御部１０に対して常に第１電源部２１から動作用の電力が供給されることになる。したがって、この場合、例えば比較例の電力変換システムが蓄電池Ｂ１を備えていると、夜間等の連系運転を行っていない期間においても、蓄電池Ｂ１に蓄積されたエネルギーが制御部１０の動作用の電力として不要に消費されてしまう、という問題が生じ得る。

一方、本実施形態の電力変換システム１００では、可変部２４により、第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２の少なくとも一方の電圧の大きさを変化させることが可能である。このため、本実施形態では、電力変換システム１００の置かれる状況に応じて、第１電源部２１及び第２電源部２２のうちのいずれかの電源部から動作用の電力を供給するかを制御することができる。

例えば、既に述べたように、電力変換システム１００が連系運転を行っている期間においては、可変部２４により第１電圧Ｖ１よりも小さくなるように第２電圧Ｖ２を変化させれば、この期間においては常に第１電圧Ｖ１が制御部１０に供給されることになる。この場合、電力系統ＳＹ１の相電圧が制御部１０に供給されることがないので、電力系統ＳＹ１の出力する電流波形に歪みが生じる可能性を低減することが可能である。

また、例えば、電力変換システム１００が連系運転を行っていない期間においては、可変部２４により第１電圧Ｖ１よりも大きくなるように第２電圧Ｖ２を変化させれば、この期間においては第２電圧Ｖ２が制御部１０に供給されることになる。したがって、この場合、夜間等の連系運転を行っていない期間において、蓄電池Ｂ１に蓄積されたエネルギーが制御部１０の動作用の電力として不要に消費されることがない。

上述のように、本実施形態では、電力変換システム１００の少なくとも一部（ここでは、制御部１０）に対する動作用の電力の供給の安定化を図ることができる、という利点がある。

なお、本実施形態では、供給部２３が第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２のうちの大きい方の電圧を動作用の電圧として供給するように構成されている。このため、本実施形態では、第１電源部２１及び第２電源部２２のいずれか一方の電源部が停止しても、自動的に他方の電源部からの電圧が動作用の電圧として供給されるので、安定して動作用の電力を供給し続けることが可能である。

（４）変形例
上述の実施形態は、本開示の様々な実施形態の一つにすぎない。上述の実施形態は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。また、電力変換システム１００と同様の機能は、試験方法、（コンピュータ）プログラム、又はプログラムを記録した非一時的記録媒体等で具現化されてもよい。

一態様に係る電力供給方法は、電力変換システム１００の少なくとも一部への電力供給方法である。電力変換システム１００は、電力変換部３と、第１電源部２１と、第２電源部２２と、を備える。電力変換部３は、一次側Ａ１から入力される電力を所定の電力に変換して二次側Ａ２から出力する。第１電源部２１は、電力変換部３の一次側Ａ１に入力される電力に基づいて第１電圧Ｖ１を生成して出力する。第２電源部２２は、電力変換部３の二次側Ａ２から出力される電力に基づいて第２電圧Ｖ２を生成して出力する。電力供給方法は、供給ステップと、可変ステップと、を有する。供給ステップは、第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２のうちの大きい方の電圧を、電力変換システム１００の少なくとも一部（例えば、制御部１０）へ動作用の電圧として供給するステップである。可変ステップは、第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２の少なくとも一方の電圧の大きさを変化させるステップである。また、一態様に係るプログラムは、１以上のプロセッサに、上記の電力供給方法を実行させる。

以下、上述の実施形態の変形例を列挙する。以下に説明する変形例は、適宜組み合わせて適用可能である。

本開示における電力変換システム１００は、例えば制御部１０にコンピュータシステムを含んでいる。コンピュータシステムは、ハードウェアとしてのプロセッサ及びメモリを主構成とする。コンピュータシステムのメモリに記録されたプログラムをプロセッサが実行することによって、本開示における制御部１０としての機能が実現される。プログラムは、コンピュータシステムのメモリに予め記録されてもよく、電気通信回線を通じて提供されてもよく、コンピュータシステムで読み取り可能なメモリカード、光学ディスク、ハードディスクドライブ等の非一時的記録媒体に記録されて提供されてもよい。コンピュータシステムのプロセッサは、半導体集積回路（ＩＣ）又は大規模集積回路（ＬＳＩ）を含む１ないし複数の電子回路で構成される。ここでいうＩＣ又はＬＳＩ等の集積回路は、集積の度合いによって呼び方が異なっており、システムＬＳＩ、ＶＬＳＩ（Very Large Scale Integration）、又はＵＬＳＩ（Ultra Large Scale Integration）と呼ばれる集積回路を含む。さらに、ＬＳＩの製造後にプログラムされる、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、又はＬＳＩ内部の接合関係の再構成若しくはＬＳＩ内部の回路区画の再構成が可能な論理デバイスについても、プロセッサとして採用することができる。複数の電子回路は、１つのチップに集約されていてもよいし、複数のチップに分散して設けられていてもよい。複数のチップは、１つの装置に集約されていてもよいし、複数の装置に分散して設けられていてもよい。ここでいうコンピュータシステムは、１以上のプロセッサ及び１以上のメモリを有するマイクロコントローラを含む。したがって、マイクロコントローラについても、半導体集積回路又は大規模集積回路を含む１ないし複数の電子回路で構成される。

また、制御部１０における複数の機能が、１つの筐体に集約されていることは制御部１０に必須の構成ではない。制御部１０の構成要素は、複数の筐体に分散して設けられていてもよい。さらに、制御部１０の少なくとも一部の機能は、例えば、サーバ装置及びクラウド（クラウドコンピューティング）等によって実現されてもよい。反対に、上述の実施形態のように、制御部１０の全ての機能が、１つの筐体に集約されていてもよい。

上述の実施形態において、可変部２４は、第２電圧Ｖ２の代わりに、第１電圧Ｖ１の大きさを変化させるように構成されていてもよい。また、可変部２４は、第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２の両方の電圧の大きさを変化させるように構成されていてもよい。

上述の実施形態において、可変部２４により変化される第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２の大きさは、筐体１０１に備え付けの操作部に入力することで設定してもよいし、サーバを経由した遠隔入力により設定してもよい。つまり、第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２のうち可変部２４により変化される電圧の大きさは、電力変換システム１００の外部から設定可能であってもよい。

上述の実施形態において、供給部２３は、例えば図４に示すような構成であってもよい。図４に示す例では、供給部２３は、抵抗器Ｒ１，Ｒ２の直列回路と、抵抗器Ｒ３，Ｒ４の直列回路と、コンパレータ２３４と、バッファ２３５と、ＮＯＴ回路２３６と、第１スイッチ２３７と、第２スイッチ２３８と、を有している。第１スイッチ２３７及び第２スイッチ２３８は、例えば半導体スイッチである。

抵抗器Ｒ１，Ｒ２の直列回路は、第１電圧Ｖ１を分圧し、分圧した電圧をコンパレータ２３４の非反転入力端子（「＋」端子）に入力するように構成されている。抵抗器Ｒ３，Ｒ４の直列回路は、第２電圧Ｖ２を分圧し、分圧した電圧をコンパレータ２３４の反転入力端子（「−」端子）に入力するように構成されている。ここで、抵抗器Ｒ１，Ｒ２の直列回路の分圧比と、抵抗器Ｒ３，Ｒ４の直列回路の分圧比とは同じである。したがって、コンパレータ２３４は、実質的に第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２とを比較する。

コンパレータ２３４の出力端子は、バッファ２３５を介して第１スイッチ２３７に接続されている。また、コンパレータ２３４の出力端子は、ＮＯＴ回路２３６を介して第２スイッチ２３８に接続されている。第１スイッチ２３７は、第１電源部２１と制御部１０の電源端子との間の電路を開閉する。第２スイッチ２３８は、第２電源部２２と制御部１０の電源端子との間の電路を開閉する。

図４に示す供給部２３においては、第１電圧Ｖ１が第２電圧Ｖ２よりも大きい場合、第１スイッチ２３７がオンし、第２スイッチ２３８がオフする。したがって、この場合、第１電源部２１と制御部１０の電源端子との間の電路が閉成され、第１電圧Ｖ１が制御部１０に動作用の電圧として供給される。一方、第２電圧Ｖ２が第１電圧Ｖ１よりも大きい場合、第１スイッチ２３７がオフし、第２スイッチ２３８がオンする。したがって、この場合、第２電源部２２と制御部１０の電源端子との間の電路が閉成され、第２電圧Ｖ２が制御部１０に動作用の電圧として供給される。

上述の実施形態において、判定条件は、電力系統ＳＹ１と連系運転を行うという条件に限らない。例えば、判定条件は、蓄電池Ｂ１の充電電圧が閾値電圧よりも高い、という条件であってもよい。この場合、可変部２４は、蓄電池Ｂ１の充電電圧が閾値電圧よりも高ければ第１電圧Ｖ１よりも小さくなるように第２電圧Ｖ２を変化させ、閾値電圧よりもよりも低ければ第１電圧Ｖ１よりも大きくなるように第２電圧Ｖ２を変化させればよい。また、例えば、判定条件は、分散型電源１に余剰電力が発生している、という条件であってもよい。

上述の実施形態において、電力変換システム１００には、蓄電池Ｂ１及び充放電回路Ｂ２が接続されていなくてもよい。

上述の実施形態では、電力変換システム１００は、入力キャパシタＣ０、ＤＣ／ＤＣコンバータ２、出力キャパシタＣ１、及びノイズフィルタ４を備えているが、これらの一部又は全部を備えていなくてもよい。例えば、電力変換システム１００において、分散型電源１とインバータ３１との間にＤＣ／ＤＣコンバータ２が接続されていなくてもよい。つまり、電力変換部３は、インバータ３１のみで構成されていてもよい。

上述の実施形態において、分散型電源１は太陽光発電装置であるが、これに限定する趣旨ではない。例えば、分散型電源１は、蓄電池（電気自動車用の蓄電池を含む）、又は燃料電池などの発電装置であってもよい。また、分散型電源１は、風力、水力、地熱、及びバイオマスなど、太陽光以外の再生可能エネルギーを利用した発電装置であってもよい。

上述の実施形態において、電力変換システム１００は、非住宅施設に導入されることに限らず、住宅に導入されてもよいし、電気自動車等、施設以外に導入されてもよい。

（まとめ）
以上述べたように、第１の態様に係る電力変換システム（１００）は、電力変換部（３）と、第１電源部（２１）と、第２電源部（２２）と、供給部（２３）と、可変部（２４）と、を備える。電力変換部（３）は、一次側（Ａ１）から入力される電力を所定の電力に変換して二次側（Ａ２）から出力する。第１電源部（２１）は、電力変換部（３）の一次側（Ａ１）に入力される電力に基づいて第１電圧（Ｖ１）を生成して出力する。第２電源部（２２）は、電力変換部（３）の二次側（Ａ２）から出力される電力に基づいて第２電圧（Ｖ２）を生成して出力する。供給部（２３）は、第１電圧（Ｖ１）及び第２電圧（Ｖ２）のうちの大きい方の電圧を、電力変換システム（１００）の少なくとも一部（例えば、制御部（１０））へ動作用の電圧として供給する。可変部（２４）は、第１電圧（Ｖ１）及び第２電圧（Ｖ２）の少なくとも一方の電圧の大きさを変化させる。

この態様によれば、電力変換システム（１００）の少なくとも一部に対する動作用の電力の供給の安定化を図ることができる、という利点がある。

第２の態様に係る電力変換システム（１００）では、第１の態様において、電力変換部（３）の二次側（Ａ２）は、電力系統（ＳＹ１）に接続される。

この態様によれば、電力系統（ＳＹ１）から供給される電力に基づいて第２電圧（Ｖ２）を生成できるので、動作用の電力の供給の安定化を図りやすい、という利点がある。

第３の態様に係る電力変換システム（１００）では、第１又は第２の態様において、可変部は、判定条件に応じて、第１電圧（Ｖ１）及び第２電圧（Ｖ２）の少なくとも一方の電圧の大きさを変化させる。

この態様によれば、電力変換システム（１００）の置かれる状況に応じて、動作用の電力の供給の安定化を図りやすい、という利点がある。

第４の態様に係る電力変換システム（１００）では、第３の態様において、電力変換部（３）の二次側（Ａ２）は、電力系統（ＳＹ１）に接続される。判定条件は、電力系統（ＳＹ１）と連系運転を行うという条件である。可変部（２４）は、判定条件を満たす場合に供給部（２３）が第１電圧（Ｖ１）を供給し、それ以外の場合に供給部（２３）が第２電圧（Ｖ２）を供給するように、第１電圧（Ｖ１）及び第２電圧（Ｖ２）の少なくとも一方の電圧の大きさを変化させる。

この態様によれば、連系運転中においては電力系統（ＳＹ１）から動作用の電力が供給されないので、電力変換部（３）の出力電流の波形の歪みを抑制しやすい、という利点がある。

第５の態様に係る電力変換システム（１００）では、第１〜第４のいずれかの態様において、電力変換部（３）の一次側（Ａ１）は、蓄電池（Ｂ１）が接続される。

この態様によれば、停電が発生した場合にも、蓄電池（Ｂ１）から供給される電力に基づいて第１電圧（Ｖ１）を生成できるので、動作用の電力の供給の安定化を図りやすい、という利点がある。

第６の態様に係る電力変換システム（１００）では、第１〜第５のいずれかの態様において、可変部（２４）は、第１電圧（Ｖ１）及び第２電圧（Ｖ２）の両方の電圧の大きさを変化させる。

この態様によれば、第１電源部（２１）及び第２電源部（２２）のいずれを優先的に動作用の電力の供給源として利用するかという設定の自由度を向上することができる、という利点がある。

第７の態様に係る電力変換システム（１００）では、第１〜第６のいずれかの態様において、第１電圧（Ｖ１）及び第２電圧（Ｖ２）のうち可変部（２４）により変化される電圧の大きさは、電力変換システム（１００）の外部から設定可能である。

この態様によれば、電力変換システム（１００）の設置場所に赴かずとも、第１電圧（Ｖ１）及び第２電圧（Ｖ２）の少なくとも一方の電圧の大きさを変化させることができる、という利点がある。

第８の態様に係る電力変換システム（１００）では、第１〜第７のいずれかの態様において、可変部（２４）は、第１電圧（Ｖ１）と第２電圧（Ｖ２）との差分が所定値以上となるように、第１電圧（Ｖ１）及び第２電圧（Ｖ２）の少なくとも一方の電圧の大きさを変化させる。

この態様によれば、供給部（２３）から供給される電圧が第１電圧（Ｖ１）及び第２電圧（Ｖ２）のいずれであるかが不定になりにくい、という利点がある。

第９の態様に係る電力供給方法は、電力変換システム（１００）の少なくとも一部への電力供給方法である。電力変換システム（１００）は、電力変換部（３）と、第１電源部（２１）と、第２電源部（２２）と、を備える。電力変換部（３）は、一次側（Ａ１）から入力される電力を所定の電力に変換して二次側（Ａ２）から出力する。第１電源部（２１）は、電力変換部（３）の一次側（Ａ１）に入力される電力に基づいて第１電圧（Ｖ１）を生成して出力する。第２電源部（２２）は、電力変換部（３）の二次側（Ａ２）から出力される電力に基づいて第２電圧（Ｖ２）を生成して出力する。電力供給方法は、供給ステップと、可変ステップと、を有する。供給ステップは、第１電圧（Ｖ１）及び第２電圧（Ｖ２）のうちの大きい方の電圧を、電力変換システム（１００）の少なくとも一部（例えば、制御部（１０））へ動作用の電圧として供給するステップである。可変ステップは、第１電圧（Ｖ１）及び第２電圧（Ｖ２）の少なくとも一方の電圧の大きさを変化させるステップである。

この態様によれば、電力変換システム（１００）の少なくとも一部に対する動作用の電力の供給の安定化を図ることができる、という利点がある。

第１０の態様に係るプログラムは、１以上のプロセッサに、第９の態様に係る電力供給方法を実行させる。

この態様によれば、電力変換システム（１００）の少なくとも一部に対する動作用の電力の供給の安定化を図ることができる、という利点がある。

第２〜第８の態様に係る構成については、電力変換システム（１００）に必須の構成ではなく、適宜省略可能である。

２１ 第１電源部
２２ 第２電源部
２３ 供給部
２４ 可変部
３ 電力変換部
１００ 電力変換システム
Ａ１ 一次側
Ａ２ 二次側
Ｂ１ 蓄電池
ＳＹ１ 電力系統
Ｖ１ 第１電圧
Ｖ２ 第２電圧

Claims (10)

1. 一次側から入力される電力を所定の電力に変換して二次側から出力する電力変換部と、
   前記電力変換部の前記一次側に入力される電力に基づいて第１電圧を生成して出力する第１電源部と、
   前記電力変換部の前記二次側から出力される電力に基づいて第２電圧を生成して出力する第２電源部と、
   前記第１電圧及び前記第２電圧のうちの大きい方の電圧を、電力変換システムの少なくとも一部へ動作用の電圧として供給する供給部と、
   前記第１電圧及び前記第２電圧の少なくとも一方の電圧の大きさを変化させる可変部と、を備える、
   電力変換システム。
2. 前記電力変換部の前記二次側は、電力系統に接続される、
   請求項１記載の電力変換システム。
3. 前記可変部は、判定条件に応じて、前記第１電圧及び前記第２電圧の少なくとも一方の電圧の大きさを変化させる、
   請求項１又は２に記載の電力変換システム。
4. 前記電力変換部の前記二次側は、電力系統に接続され
   前記判定条件は、前記電力系統と連系運転を行うという条件であって、
   前記可変部は、前記判定条件を満たす場合に前記供給部が前記第１電圧を供給し、それ以外の場合に前記供給部が前記第２電圧を供給するように、前記第１電圧及び前記第２電圧の少なくとも一方の電圧の大きさを変化させる、
   請求項３記載の電力変換システム。
5. 前記電力変換部の前記一次側は、蓄電池が接続される、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の電力変換システム。
6. 前記可変部は、前記第１電圧及び前記第２電圧の両方の電圧の大きさを変化させる、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力変換システム。
7. 前記第１電圧及び前記第２電圧のうち前記可変部により変化される電圧の大きさは、前記電力変換システムの外部から設定可能である、
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の電力変換システム。
8. 前記可変部は、前記第１電圧と前記第２電圧との差分が所定値以上となるように、前記第１電圧及び前記第２電圧の少なくとも一方の電圧の大きさを変化させる、
   請求項１〜７のいずれか１項に記載の電力変換システム。
9. 一次側から入力される電力を所定の電力に変換して二次側から出力する電力変換部と、
   前記電力変換部の前記一次側に入力される電力に基づいて第１電圧を生成して出力する第１電源部と、
   前記電力変換部の前記二次側から出力される電力に基づいて第２電圧を生成して出力する第２電源部と、を備える電力変換システムにおいて、前記電力変換システムの少なくとも一部への電力供給方法であって、
   前記第１電圧及び前記第２電圧のうちの大きい方の電圧を、前記電力変換システムの少なくとも一部へ動作用の電圧として供給する供給ステップと、
   前記第１電圧及び前記第２電圧の少なくとも一方の電圧の大きさを変化させる可変ステップと、を有する、
   電力供給方法。
10. １以上のプロセッサに、
    請求項９記載の電力供給方法を実行させる、
    プログラム。

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