JP2022179097A - Power conversion system and power supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、電力変換システム、及び電源装置に関する。 The present disclosure relates to power conversion systems and power supply devices.
特許文献１の電力変換システムは、電力変換装置と、太陽光発電装置と、連系リレーと、蓄電池とを備える。電力変換装置は、第１のＤＣ／ＤＣコンバータと、第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、インバータと、制御部とを備える。 The power conversion system of Patent Literature 1 includes a power conversion device, a solar power generation device, an interconnection relay, and a storage battery. The power conversion device includes a first DC/DC converter, a second DC/DC converter, an inverter, and a controller.
第１のＤＣ／ＤＣコンバータは、太陽光発電装置から供給される第１のＤＣ電圧を、ＤＣリンク電圧に昇圧可能に構成されている。第２のＤＣ／ＤＣコンバータは、ＤＣリンク電圧を第２のＤＣ電圧に降圧して、蓄電池に供給可能に構成されている。インバータは、ＤＣリンク電圧をＡＣ電圧に変換し、ＡＣ電圧を系統に出力する。 The first DC/DC converter is configured to be able to boost a first DC voltage supplied from the photovoltaic power generation device to a DC link voltage. The second DC/DC converter is configured to step down the DC link voltage to a second DC voltage and supply the second DC voltage to the storage battery. The inverter converts the DC link voltage to AC voltage and outputs the AC voltage to the grid.
制御部は、電力変換装置全体を制御及び管理し、かつ連系リレーをオン、オフすることで、電力変換装置を系統と連系させるか、又は、系統から解列させるかを切り替える。例えば、充電モードでは、制御部は、電力変換装置を系統から解列して、太陽光発電装置が発電した電力を全て蓄電池に充電する。 The control unit controls and manages the power conversion device as a whole, and turns on and off the connection relay to switch whether the power conversion device is connected to the grid or disconnected from the grid. For example, in the charge mode, the control unit disconnects the power conversion device from the grid and charges the storage battery with all the power generated by the photovoltaic power generation device.
太陽光発電装置（太陽電池）の出力は、天候及び時刻などによって変動する。しかしながら、太陽光発電装置の出力が低過ぎると、電力変換装置（電力変換システム）の動作が不安定になって、電力変換装置は、太陽光発電装置の出力を有効に利用できなかった。 The output of a photovoltaic power generation device (solar cell) fluctuates depending on the weather, the time of day, and the like. However, if the output of the photovoltaic power generation device is too low, the operation of the power conversion device (power conversion system) becomes unstable, and the power conversion device cannot effectively use the output of the photovoltaic power generation device.
そこで、本開示の目的は、太陽電池の出力が低いときでも、システムの動作を安定させて、太陽電池の出力を有効に利用できる電力変換システム、及び電源装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present disclosure is to provide a power conversion system and a power supply device that stabilize the operation of the system even when the output of the solar cell is low and can effectively use the output of the solar cell.
本開示の一態様に係る電力変換システムは、ＰＶコンバータと、ＢＴコンバータと、インバータと、制御部と、を備える。前記ＰＶコンバータは、太陽電池の出力を受け取り、中間電路に直流電力を供給する。前記ＢＴコンバータは、蓄電池と前記中間電路との間で双方向の電力変換を行う。前記インバータは、前記中間電路の電圧である中間電圧を交流電圧に変換し、交流電流を系統電路に出力する連系動作を行う。前記制御部は、前記ＢＴコンバータ及び前記インバータを制御する。前記制御部は、前記太陽電池の出力の大きさが閾値以下であれば、前記インバータの前記連系動作を停止し、前記中間電路を介して供給される前記直流電力を用いて前記ＢＴコンバータに前記蓄電池を充電させる強制充電制御を行う。 A power conversion system according to an aspect of the present disclosure includes a PV converter, a BT converter, an inverter, and a controller. The PV converter receives the output of the solar cell and supplies DC power to the intermediate line. The BT converter performs bidirectional power conversion between the storage battery and the intermediate electric line. The inverter converts the intermediate voltage, which is the voltage of the intermediate electric line, into an alternating voltage, and performs an interconnection operation of outputting an alternating current to the system electric line. The control section controls the BT converter and the inverter. If the magnitude of the output of the solar cell is equal to or less than a threshold, the control unit stops the interconnection operation of the inverter, and uses the DC power supplied through the intermediate electric circuit to the BT converter. Forced charging control is performed to charge the storage battery.
本開示の一態様に係る電源装置は、太陽電池の出力を受け取り、中間電路に直流電力を供給するＰＶコンバータに、前記中間電路を介して電気的に接続する。前記電源装置は、蓄電池と前記中間電路との間で双方向の電力変換を行うＢＴコンバータと、前記ＢＴコンバータを制御するＢＴ制御部と、を備える。前記ＢＴ制御部は、前記太陽電池の出力の大きさが閾値以下であれば、前記中間電路を介して供給される前記直流電力を用いて前記ＢＴコンバータに前記蓄電池を充電させる強制充電制御を行う。 A power supply device according to an aspect of the present disclosure receives an output of a solar cell and is electrically connected via the intermediate electric line to a PV converter that supplies DC power to the intermediate electric line. The power supply device includes a BT converter that performs bidirectional power conversion between the storage battery and the intermediate electric circuit, and a BT control unit that controls the BT converter. The BT control unit performs forced charging control to cause the BT converter to charge the storage battery using the DC power supplied through the intermediate electric circuit if the magnitude of the output of the solar battery is equal to or less than a threshold. .
以上説明したように、本開示では、太陽電池の出力が低いときでも、システムの動作を安定させて、太陽電池の出力を有効に利用できるという効果がある。 As described above, the present disclosure has the effect of stabilizing the operation of the system and effectively using the output of the solar cell even when the output of the solar cell is low.
以下の実施形態は、一般に、電力変換システム、及び電源装置に関する。より詳細には、太陽電池及び蓄電池と電気的に接続される電力変換システム、及び電源装置に関する。なお、以下の実施形態は、本開示の実施形態の一例にすぎない。本開示は、以下の実施形態に限定されず、本開示の効果を奏することができれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。 The following embodiments generally relate to power conversion systems and power supplies. More specifically, the present invention relates to a power conversion system electrically connected to a solar cell and a storage battery, and a power supply device. It should be noted that the following embodiments are merely examples of embodiments of the present disclosure. The present disclosure is not limited to the following embodiments, and various modifications can be made according to design and the like as long as the effects of the present disclosure can be achieved.
実施形態の電力変換システム、及び電源装置は、主に、集合住宅、戸建住宅、オフィスビル、商業ビル、ホテル、工場、又は店舗などで用いられる。但し、実施形態の電力変換システム、及び電源装置は、上記以外の他の施設に用いられてもよい。 The power conversion system and power supply device of the embodiments are mainly used in housing complexes, detached houses, office buildings, commercial buildings, hotels, factories, shops, and the like. However, the power conversion system and the power supply device of the embodiment may be used in facilities other than those described above.
（実施形態）
（１）電源システムの概要
図１は、本実施形態の電力変換システム２を備える電源システム１の構成を示す。
(embodiment)
(1) Overview of Power Supply System FIG. 1 shows a configuration of a power supply system 1 including a power conversion system 2 of this embodiment.
電源システム１は、電力変換システム２、太陽電池３、及び蓄電池４を備える。電力変換システム２は、太陽電池３、及び蓄電池４に電気的に接続されている。さらに、電力変換システム２は、フィルタ２７及びスイッチ２８を介して系統電路５にも電気的に接続されている。
A power supply system 1 includes a power conversion system 2 , a
電力変換システム２は、太陽電池３、蓄電池４、及び系統電路５の各間で授受される電力を制御する。例えば、電力変換システム２は、太陽電池３の出力（発電電力）を、蓄電池４に充電したり、系統電路５に逆潮流させたりする。また、電力変換システム２は、蓄電池４の放電電力を、系統電路５に逆潮流させる。
The power conversion system 2 controls electric power exchanged between the
太陽電池３は、受光した太陽光によって直流の発電電力を生成する太陽光パネルを有する。すなわち、太陽電池３の出力は、直流の発電電力である。
The
蓄電池４は、充電及び放電が可能な二次電池であり、例えばリチウムイオン電池、ニッケル・水素電池、又は鉛蓄電池などを有する。
The
系統電路５は、例えば公称電圧２００Ｖ又は１００Ｖ、周波数５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの商用電力系統の電路である。系統電路５には様々な電気負荷が接続されており、電気負荷は、系統電路５から供給される交流電力によって動作する。
The
そして、電力変換システム２は、ＰＶ（Photovoltaics）コンバータ２１、ＢＴ（Battery）コンバータ２２、インバータ２３、制御部２４、及び中間電路２５を備える。ＰＶコンバータ２１、ＢＴコンバータ２２、インバータ２３は、共通の中間電路２５に電気的に接続している。ＰＶコンバータ２１は、太陽電池３の出力を直流電力に変換し、直流電力を中間電路２５に供給する。ＢＴコンバータ２２は、蓄電池４及び中間電路２５に電気的に接続し、蓄電池４と中間電路２５との間で双方向の電力変換を行う。インバータ２３は、中間電路２５の電圧である中間電圧Ｖｉを交流電圧に変換し、交流電流を系統電路５に出力する連系動作を行う。制御部２４は、ＢＴコンバータ２２及びインバータ２３を制御する。制御部２４は、太陽電池３の出力の大きさが閾値以下であれば、インバータ２３の連系動作を停止し、中間電路２５を介して供給される直流電力を用いてＢＴコンバータ２２に蓄電池４を充電させる強制充電制御を行う。
The power conversion system 2 includes a PV (Photovoltaics)
また、電源装置ＰＳ２は、ＰＶコンバータ２１に中間電路２５を介して電気的に接続する電源装置である。ＰＶコンバータ２１は、太陽電池３の出力を直流電力に変換し、直流電力を中間電路２５に供給する。電源装置ＰＳ２は、ＢＴコンバータ２２と、ＢＴ制御部２４２と、を備える。ＢＴコンバータ２２は、蓄電池４及び中間電路２５に電気的に接続し、蓄電池４と中間電路２５との間で双方向の電力変換を行う。ＢＴ制御部２４２は、ＢＴコンバータ２２を制御する。ＢＴ制御部２４２は、太陽電池３の出力の大きさが閾値以下であれば、中間電路２５を介して供給される直流電力を用いてＢＴコンバータ２２に蓄電池４を充電させる強制充電制御を行う。
Also, the power supply PS2 is a power supply that is electrically connected to the
上述の電力変換システム２及び電源装置ＰＳ２は、太陽電池３の出力が低いときでも、システムの動作を安定させて、太陽電池３の出力を有効に利用できる。
The above-described power conversion system 2 and power supply PS2 can stabilize the operation of the system and effectively use the output of the
（２）電力変換システムの構成
以下、電力変換システム２の構成について説明する。
(2) Configuration of Power Conversion System The configuration of the power conversion system 2 will be described below.
電力変換システム２は、電源装置ＰＳ１－ＰＳ３を備える。 The power conversion system 2 includes power supplies PS1-PS3.
電源装置ＰＳ１は、ＰＶコンバータ２１、及びＰＶ制御部２４１を備える。電源装置ＰＳ２は、ＢＴコンバータ２２、及びＢＴ制御部２４２を備える。電源装置ＰＳ３は、インバータ２３、及びＩＮＶ（Inverter）制御部２４３を備える。ＰＶ制御部２４１、ＢＴ制御部２４２、及びＩＮＶ制御部２４３は、制御部２４を構成する。ＰＶ制御部２４１、ＢＴ制御部２４２、及びＩＮＶ制御部２４３は、無線経路又は有線経路を介して互いに信号を授受可能に構成されており、ＰＶコンバータ２１、ＢＴコンバータ２２、及びインバータ２３の各動作を連携させることができる。また、電力変換システム２は、中間電路２５、コンデンサ２６、フィルタ２７、スイッチ２８、及び出力測定部２９を更に備えることが好ましい。
The power supply PS1 includes a
（２．１）中間電路
中間電路２５は、一対の導体を備えており、ＰＶコンバータ２１、ＢＴコンバータ２２、及びインバータ２３に電気的に接続している。すなわち、ＰＶコンバータ２１、ＢＴコンバータ２２、及びインバータ２３は、共通の中間電路２５に電気的に接続している。
(2.1) Intermediate Electric Circuit The intermediate
中間電路２５の一対の導体間にはコンデンサ２６が接続されている。コンデンサ２６は、中間電路２５に印加された直流電圧を平滑する。この場合、中間電路２５の電圧である中間電圧Ｖｉは、コンデンサ２６の両端電圧（中間電路２５の一対の導体間の電圧）となる。
A
（２．２）ＰＶコンバータ
ＰＶコンバータ２１の入力端は太陽電池３に電気的に接続し、ＰＶコンバータ２１の出力端は中間電路２５に電気的に接続している。そして、ＰＶコンバータ２１は、太陽電池３の出力を直流電力に変換し、直流電力を中間電路２５に供給する。
(2.2) PV converter The input end of the
具体的に、本実施形態のＰＶコンバータ２１は昇圧チョッパ回路を含む。そして、ＰＶコンバータ２１は、太陽電池３が出力する直流の発電電圧Ｖｇを昇圧し、直流の昇圧電圧を中間電路２５に印加する。ＰＶコンバータ２１の昇圧電圧によって中間電路２５に発生する中間電圧Ｖｉは、系統電路５の公称電圧が２００Ｖであれば、２８３Ｖ以上になる。また、ＰＶコンバータ２１が昇圧動作を停止すると、ＰＶコンバータ２１の入力端と出力端との間が電気的に短絡されて、ＰＶコンバータ２１は、発電電圧Ｖｇを中間電路２５に印加するＰＶ短絡動作を行う。
Specifically, the
図２は、本実施形態のＰＶコンバータ２１の回路構成を示す。ＰＶコンバータ２１は、ＰＶスイッチング素子２１ａ、２１ｂ、ダイオード２１ｃ、２１ｄ、インダクタ２１ｅ、及びフィルタ２１ｆを備える。
FIG. 2 shows the circuit configuration of the
フィルタ２１ｆは、ＰＶコンバータ２１の入力段に設けられており、太陽電池３の出力に含まれるノイズ成分を減衰させる。例えば、フィルタ２１ｆは、コンデンサ２１ｇ、２１ｈ、及びコモンモードチョークコイル２１ｉを備える。コモンモードチョークコイル２１ｉは、太陽電池３の出力端に直列接続されて、コモンモードノイズを減衰させる。コンデンサ２１ｇは、太陽電池３の出力端間に接続されて、Ｘコンデンサとして機能し、ノーマルモードノイズを減衰させる。コンデンサ２１ｈは、コモンモードチョークコイル２１ｉを介してコンデンサ２１ｇに並列接続されており、Ｘコンデンサとして機能してノーマルモードノイズを減衰させる。
The
インダクタ２１ｅは、フィルタ２１ｆを介して太陽電池３の正極に直列接続されている。なお、インダクタ２１ｅは、フィルタ２１ｆを介して太陽電池３の負極に直列接続されてもよい。また、インダクタ２１ｅは、１つのインダクタで構成されてもよいし、２つ以上のインダクタで構成されてもよい。また、ＰＶコンバータ２１は、フィルタ２１ｆを介して太陽電池３の正極及び負極にそれぞれ直列接続されている２つ以上のインダクタを備えていてもよい。また、太陽電池３に対するインダクタ２１ｅの接続形態は、特定の接続形態に限定されない。
The
ＰＶスイッチング素子２１ａ、２１ｂのそれぞれは、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。ＰＶスイッチング素子２１ａのコレクタは、インダクタ２１ｅ及びフィルタ２１ｆを介して、太陽電池３の正極に電気的に接続している。ＰＶスイッチング素子２１ａのエミッタは、ＰＶスイッチング素子２１ｂのコレクタに電気的に接続している。ＰＶスイッチング素子２１ｂのエミッタは、フィルタ２１ｆを介して、太陽電池３の負極に電気的に接続している。すなわち、ＰＶコンバータ２１は、ＰＶスイッチング素子２１ａ、２１ｂの直列回路を有するハーフブリッジコンバータであり、ＰＶスイッチング素子２１ａがハイサイド側のスイッチング素子となり、ＰＶスイッチング素子２１ｂがローサイド側のスイッチング素子となる。
Each of the
ＰＶスイッチング素子２１ａ、２１ｂの各ゲートはＰＶ制御部２４１に電気的に接続している。ＰＶ制御部２４１は、ＰＶスイッチング素子２１ａ、２１ｂの各ゲートに印加するゲート信号を出力して、ＰＶスイッチング素子２１ａ、２１ｂのそれぞれをオンオフ駆動するスイッチング制御を行う。
Each gate of the
ダイオード２１ｃは、ＰＶスイッチング素子２１ａに逆並列接続されている。すなわち、ダイオード２１ｃのアノードはＰＶスイッチング素子２１ａのエミッタに電気的に接続し、ダイオード２１ｃのカソードはＰＶスイッチング素子２１ａのコレクタに電気的に接続している。
The
ダイオード２１ｄは、ＰＶスイッチング素子２１ｂに逆並列接続されている。すなわち、ダイオード２１ｄのアノードはＰＶスイッチング素子２１ｂのエミッタに電気的に接続し、ダイオード２１ｄのカソードはＰＶスイッチング素子２１ｂのコレクタに電気的に接続している。
The
そして、ＰＶ制御部２４１は、ＰＶスイッチング素子２１ａ、２１ｂのそれぞれを交互にオン（オフ）することで、ＰＶコンバータ２１に昇圧動作を行わせる。昇圧動作を行うＰＶコンバータ２１では、ＰＶスイッチング素子２１ａ、２１ｂのそれぞれが交互にオン（オフ）するスイッチング動作を行うことで、太陽電池３の発電電圧Ｖｇを昇圧し、直流の昇圧電圧を中間電路２５に印加する。
Then, the
ＰＶ制御部２４１は、太陽電池３の発電電圧Ｖｇを直流の昇圧電圧に変換する際、最大出力電力追従制御（MPPT：Maximum Power Point Tracking）を行う。すなわち、ＰＶ制御部２４１は、動作点が最大電力点になるように、ＰＶコンバータ２１の昇圧動作を制御する。
The
また、ＰＶ制御部２４１は、ＰＶスイッチング素子２１ａ、２１ｂのそれぞれをオフ状態に維持することで、ＰＶコンバータ２１の昇圧動作を停止する。昇圧動作を停止したＰＶコンバータ２１では、太陽電池３の発電電圧Ｖｇによってダイオード２１ｃが導通する。この結果、ＰＶコンバータ２１の入力端と出力端との間が電気的に短絡されて、ＰＶコンバータ２１は、発電電圧Ｖｇを中間電路２５に印加するＰＶ短絡動作を行う。
In addition, the
（２．３）ＢＴコンバータ
ＢＴコンバータ２２の第１入出力端は蓄電池４に電気的に接続し、ＢＴコンバータ２２の第２入出力端は中間電路２５に電気的に接続している。そして、ＢＴコンバータ２２は、蓄電池４の放電電力から、中間電路２５に供給する直流電力を生成する。また、ＢＴコンバータ２２は、中間電路２５から直流電力を供給されて、蓄電池４を充電する充電電力を生成する。すなわち、ＢＴコンバータ２２は、蓄電池４と中間電路２５との間で双方向の電力変換を行う。
(2.3) BT Converter A first input/output terminal of the
具体的に、本実施形態のＢＴコンバータ２２はチョッパ回路を含む。そして、ＢＴコンバータ２２は、蓄電池４の直流の電池電圧Ｖｂを昇圧し、直流の昇圧電圧を中間電路２５に印加する。また、ＢＴコンバータ２２は、中間電圧Ｖｉを降圧し、直流の降圧電圧を蓄電池４に印加することで、蓄電池４に充電電流を供給する。また、ＢＴコンバータ２２は、中間電圧Ｖｉを蓄電池４に印加するＢＴ短絡動作を行うことも可能である。
Specifically, the
図３は、本実施形態のＢＴコンバータ２２の回路構成を示す。ＢＴコンバータ２２は、ＢＴスイッチング素子２２ａ、２２ｂ、ダイオード２２ｃ、２２ｄ、インダクタ２２ｅ、及びフィルタ２２ｆを備える。
FIG. 3 shows the circuit configuration of the
フィルタ２２ｆは、蓄電池４の充電電流及び放電電流に含まれるノイズ成分を減衰させる。例えば、フィルタ２２ｆは、コンデンサ２２ｇ、２２ｈ、及びコモンモードチョークコイル２２ｉを備える。コモンモードチョークコイル２２ｉは、蓄電池４に直列接続されて、コモンモードノイズを減衰させる。コンデンサ２２ｇは、蓄電池４の正極と負極との間に電気的に接続されて、Ｘコンデンサとして機能し、ノーマルモードノイズを減衰させる。コンデンサ２２ｈは、コモンモードチョークコイル２２ｉを介してコンデンサ２２ｇに並列接続されており、Ｘコンデンサとして機能してノーマルモードノイズを減衰させる。
インダクタ２２ｅは、フィルタ２２ｆを介して蓄電池４の正極に直列接続されている。なお、インダクタ２２ｅは、フィルタ２２ｆを介して蓄電池４の負極に直列接続されてもよい。また、インダクタ２２ｅは、１つのインダクタで構成されてもよいし、２つ以上のインダクタで構成されてもよい。また、ＢＴコンバータ２２は、フィルタ２２ｆを介して蓄電池４の正極及び負極にそれぞれ直列接続されている２つ以上のインダクタを備えていてもよい。また、蓄電池４に対するインダクタ２２ｅの接続形態は、特定の接続形態に限定されない。
The
ＢＴスイッチング素子２２ａ、２２ｂのそれぞれは、例えばＩＧＢＴである。ＢＴスイッチング素子２２ａのコレクタは、インダクタ２２ｅ及びフィルタ２２ｆを介して、蓄電池４の正極に電気的に接続している。ＢＴスイッチング素子２２ａのエミッタは、ＢＴスイッチング素子２２ｂのコレクタに電気的に接続している。ＢＴスイッチング素子２２ｂのエミッタは、フィルタ２２ｆを介して、蓄電池４の負極に電気的に接続している。すなわち、ＢＴコンバータ２２は、ＢＴスイッチング素子２２ａ、２２ｂの直列回路を有するハーフブリッジコンバータであり、ＢＴスイッチング素子２２ａがハイサイド側のスイッチング素子となり、ＢＴスイッチング素子２２ｂがローサイド側のスイッチング素子となる。
Each of the
ＢＴスイッチング素子２２ａ、２２ｂの各ゲートはＢＴ制御部２４２に電気的に接続している。ＢＴ制御部２４２は、ＢＴスイッチング素子２２ａ、２２ｂの各ゲートに印加するゲート信号を出力して、ＢＴスイッチング素子２２ａ、２２ｂのそれぞれをオンオフ駆動するスイッチング制御を行う。
Each gate of the
ダイオード２２ｃは、ＢＴスイッチング素子２２ａに逆並列接続されている。すなわち、ダイオード２２ｃのアノードはＢＴスイッチング素子２２ａのエミッタに電気的に接続し、ダイオード２２ｃのカソードはＢＴスイッチング素子２２ａのコレクタに電気的に接続している。
The diode 22c is anti-parallel connected to the
ダイオード２２ｄは、ＢＴスイッチング素子２２ｂに逆並列接続されている。すなわち、ダイオード２２ｄのアノードはＢＴスイッチング素子２２ｂのエミッタに電気的に接続し、ダイオード２２ｄのカソードはＢＴスイッチング素子２２ｂのコレクタに電気的に接続している。
The
そして、ＢＴ制御部２４２は、ＢＴスイッチング素子２２ａ、２２ｂのそれぞれを交互にオン（オフ）することで、ＢＴコンバータ２２に昇圧動作又は降圧動作を行わせる。
The
昇圧動作を行うＢＴコンバータ２２では、ＢＴスイッチング素子２２ａ、２２ｂのそれぞれを交互にオン（オフ）するスイッチング動作を行うことで、蓄電池４の電池電圧Ｖｂを昇圧し、直流の昇圧電圧を中間電路２５に印加する。ＢＴコンバータ２２の昇圧動作によって中間電路２５に発生する中間電圧Ｖｉは、系統電路５の公称電圧が２００Ｖであれば、２８３Ｖ以上になる。
In the
降圧動作を行うＢＴコンバータ２２では、ＢＴスイッチング素子２２ａ、２２ｂのそれぞれが交互にオン（オフ）するスイッチング動作を行うことで、中間電圧Ｖｉを降圧し、直流の充電電圧を蓄電池４に印加する。
In the
また、ＢＴ制御部２４２は、ＢＴスイッチング素子２２ａをオン状態に維持し、ＢＴスイッチング素子２２ｂをオフ状態に維持することで、中間電圧Ｖｉを蓄電池４に印加するＢＴ短絡動作を行う。ＢＴ短絡動作を行っているＢＴコンバータ２２では、中間電圧ＶｉがＢＴスイッチング素子２２ａを介して蓄電池４に印加される。
Further, the
（２．４）インバータ
インバータ２３は、中間電圧Ｖｉを交流電圧に変換し、フィルタ２７及びスイッチ２８を介して系統電路５に交流電力を逆潮流させる連系動作を行う。インバータ２３は、連系動作を行うことによって、インバータ２３が出力する交流電力を、商用電源から系統電路５に供給されている系統電力に協調させる。
(2.4) Inverter The
図４は、本実施形態のインバータ２３の回路構成を示す。インバータ２３は、スイッチング素子２３ａ－２３ｄ、ダイオード２３ｅ－２３ｈ、インダクタ２３ｉ、２３ｊ、及びコンデンサ２３ｋを備える。
FIG. 4 shows the circuit configuration of the
４個のスイッチング素子２３ａ－２３ｄはフルブリッジ接続されている。具体的に、スイッチング素子２３ａ、２３ｂの直列回路とスイッチング素子２３ｃ、２３ｄの直列回路とが並列接続されている。スイッチング素子２３ａ、２３ｂの直列回路及びスイッチング素子２３ｃ、２３ｄの直列回路のそれぞれは、中間電路２５のコンデンサ２６に並列接続されている。なお、スイッチング素子２３ａ、２３ｂのうち、スイッチング素子２３ａがハイサイド側のスイッチング素子であり、スイッチング素子２３ｂがローサイド側のスイッチング素子である。スイッチング素子２３ｃ、２３ｄのうち、スイッチング素子２３ｃがハイサイド側のスイッチング素子であり、スイッチング素子２３ｄがローサイド側のスイッチング素子である。
The four
４個のダイオード２３ｅ－２３ｈは、スイッチング素子２３ａ－２３ｄにそれぞれ逆並列接続されている。
The four
インダクタ２３ｉの一端は、スイッチング素子２３ａ、２３ｂの接続点に電気的に接続されている。インダクタ２３ｊの一端は、スイッチング素子２３ｃ、２３ｄの接続点に電気的に接続されている。コンデンサ２３ｋの両端は、インダクタ２３ｉ、２３ｊの各他端に電気的に接続されている。すなわち、インダクタ２３ｉ、２３ｊ、及びコンデンサ２３ｋは、インバータ２３の出力に含まれるノイズ成分を減衰させるフィルタとして機能する。
One end of the
スイッチング素子２３ａ－２３ｄの各ゲートはＩＮＶ制御部２４３に電気的に接続している。ＩＮＶ制御部２４３は、スイッチング素子２３ａ－２３ｄの各ゲートに印加するゲート信号を出力して、スイッチング素子２３ａ－２３ｄのそれぞれをオンオフ駆動するスイッチング制御を行う。そして、ＩＮＶ制御部２４３は、スイッチング素子２３ａ、２３ｄの組とスイッチング素子２３ｂ、２３ｃの組とを交互にオン（オフ）することで、インバータ２３に中間電圧Ｖｉを交流電圧に変換するＤＣ／ＡＣ変換を行わせる。インバータ２３が出力する交流電力は、フィルタ２７及びスイッチ２８を介して系統電路５に供給される。
Each gate of the switching
フィルタ２７は、インバータ２３の出力に含まれるノイズ成分を減衰させる。例えば、フィルタ２７は、コンデンサ２７ａ、２７ｂ、及びコモンモードチョークコイル２７ｃを備える。コモンモードチョークコイル２７ｃは、インバータ２３の出力端に直列接続されて、コモンモードノイズを減衰させる。コンデンサ２７ａは、インバータ２３の出力端間に接続されて、Ｘコンデンサとして機能し、ノーマルモードノイズを減衰させる。コンデンサ２７ｂは、コモンモードチョークコイル２７ｃを介してコンデンサ２７ａに並列接続されており、Ｘコンデンサとして機能してノーマルモードノイズを減衰させる。
スイッチ２８は、フィルタ２７と系統電路５との間の電路に設けられている。そして、スイッチ２８がオンすると、フィルタ２７と系統電路５との間の電路が導通する。スイッチ２８がオフすると、フィルタ２７と系統電路５との間の電路が遮断される。なお、図４において、スイッチ２８は両切構成であるが、片切構成であってもよい。
The
（２．５）制御部
制御部２４は、ＰＶコンバータ２１、ＢＴコンバータ２２、及びインバータ２３を制御する機能を有する。本実施形態の制御部２４は、ＰＶ制御部２４１、ＢＴ制御部２４２、及びＩＮＶ制御部２４３を備える。ＰＶ制御部２４１はＰＶコンバータ２１を制御し、ＢＴ制御部２４２はＢＴコンバータ２２を制御し、ＩＮＶ制御部２４３はインバータ２３を制御する。
(2.5) Control Unit The
電源装置ＰＳ１－ＰＳ３のそれぞれは、コンピュータを備えている。各コンピュータがそれぞれのプログラムを実行することによって、ＰＶ制御部２４１、ＢＴ制御部２４２、及びＩＮＶ制御部２４３のそれぞれの一部又は全部の機能が実現される。コンピュータは、プログラムに従って動作するプロセッサを主なハードウェア構成として備える。プロセッサは、プログラムを実行することによって機能を実現することができれば、その種類は問わない。プロセッサは、半導体集積回路（Integrated Circuit）、又はＬＳＩ（Large Scale Integration）を含む一つ又は複数の電子回路で構成される。ここでは、ＩＣやＬＳＩと呼んでいるが、集積の度合いによって呼び方が変わり、システムＬＳＩ、ＶＬＳＩ（Very Large Scale Integration）若しくはＵＬＳＩ（Ultra Large Scale Integration）と呼ばれるものであってもよい。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又はＬＳＩ内部の回路区画のセットアップができる再構成可能な論理デバイスも同じ目的で使うことができる。複数の電子回路は、一つのチップに集積されてもよいし、複数のチップに設けられてもよい。複数のチップは一つの装置に集約されていてもよいし、複数の装置に備えられていてもよい。プログラムは、コンピュータが読み取り可能なＲＯＭ、光ディスク、ハードディスクドライブなどの非一時的記録媒体に記録される。プログラムは、記録媒体に予め格納されていてもよいし、インターネット等を含む広域通信網を介して記録媒体に供給されていてもよい。
Each of the power supplies PS1-PS3 is equipped with a computer. A part or all of the functions of the
（２．６）出力測定部
出力測定部２９は、太陽電池３の出力の大きさ（出力値）を測定する機能を有する。出力測定部２９は、測定した太陽電池３の出力値のデータを、ＰＶ制御部２４１、ＢＴ制御部２４２、及びＩＮＶ制御部２４３に送信する。
(2.6) Output Measurement Section The
具体的に、出力測定部２９は、ＰＶ制御部２４１が行うＭＰＰＴの結果又は過程を監視することで、太陽電池３の出力値として発電電力値を測定する。そして、出力測定部２９は、発電電力値のデータを、ＰＶ制御部２４１、ＢＴ制御部２４２、及びＩＮＶ制御部２４３に送信する。この場合、出力測定部２９の一部又は全部の機能は、電源装置ＰＳ１が有するコンピュータがプログラムを実行することによって実現されることが好ましい。
Specifically, the
あるいは、出力測定部２９は、太陽電池３の発電電圧Ｖｇ及び発電電流を検出することで、発電電力値を測定してもよい。
Alternatively, the
（３）電力変換システムの動作
以下、電力変換システム２の動作について説明する。
(3) Operation of power conversion system The operation of the power conversion system 2 will be described below.
出力測定部２９は、太陽電池３の発電電力値を測定する。そして、出力測定部２９は、発電電力値のデータを、ＰＶ制御部２４１、ＢＴ制御部２４２、及びＩＮＶ制御部２４３に送信する。したがって、ＰＶ制御部２４１、ＢＴ制御部２４２、及びＩＮＶ制御部２４３は、発電電力値のデータを取得することで、太陽電池３の発電電力値を監視できる。
The
そして、ＰＶ制御部２４１、ＢＴ制御部２４２、及びＩＮＶ制御部２４３は、太陽電池３の発電電力値を予め決められた閾値と比較する。ＰＶ制御部２４１、ＢＴ制御部２４２、及びＩＮＶ制御部２４３は、発電電力値が閾値以上、又は０（ゼロ）であれば、それぞれの動作モードを通常モードとする。ＰＶ制御部２４１、ＢＴ制御部２４２、及びＩＮＶ制御部２４３は、発電電力値が０より大きく、かつ、閾値未満であれば、それぞれの動作モードを強制充電モードとする。すなわち、制御部２４は、発電電力値と閾値との比較結果に応じて、制御部２４の動作モードを通常モードと強制充電モードとのいずれかに切り替える。例えば、明け方及び夕方に比べて日射量が多い昼間、及び夜間などに、動作モードは通常モードに設定される。また、昼間に比べて日射量が少ない明け方及び夕方、並びに雨天時及び曇天時の昼間などに、動作モードは強制充電モードに設定される。
Then, the
閾値は、太陽電池３の出力の大きさが閾値より大きければインバータ２３の連系動作が不安定にならない値である、ことが好ましい。インバータ２３は、入力が小さ過ぎるときにＤＣ／ＡＣ変換を行うと、ＤＣ／ＡＣ変換動作が不安定になりやすくなる。そこで、閾値を上述のように設定することで、太陽電池３の発電電力値が閾値より大きければ、インバータ２３が安定してＤＣ／ＡＣ変換を行うことができる。
The threshold value is preferably a value at which the interconnected operation of the
具体的に、閾値は、０より大きく、かつ、太陽電池３の出力の上限値の２５％以下の値であることが好ましい。さらには、閾値は、太陽電池３の出力の上限値の５％以上、かつ、上限値の２５％以下の値であることが好ましい。
Specifically, the threshold value is preferably greater than 0 and equal to or less than 25% of the upper limit of the output of the
（３．１）通常モード
通常モードで動作するＰＶ制御部２４１は、太陽電池３の発電量、蓄電池４の充電レベル、及び系統電路５における電力の需要と供給のバランスなどに応じて、ＰＶコンバータ２１の昇圧動作を制御する。例えば、ＰＶ制御部２４１は、必要に応じて、ＭＰＰＴによってＰＶコンバータ２１の昇圧動作を制御したり、最大電力点より出力が低くなる動作点でＰＶコンバータ２１の昇圧動作を制御したりする。
(3.1) Normal mode The
通常モードで動作するＢＴ制御部２４２は、太陽電池３の発電量、蓄電池４の充電レベル、及び系統電路５における電力の需要と供給のバランスなどに応じて、ＢＴコンバータ２２による蓄電池４の充電制御及び放電制御を行う。
The
通常モードで動作するＩＮＶ制御部２４３は、太陽電池３の発電量、蓄電池４の充電レベル、及び系統電路５における電力の需要と供給のバランスなどに応じて、インバータ２３による逆潮流制御を行う。
The
（３．２）強制充電モード
強制充電モードで動作するＰＶ制御部２４１、ＢＴ制御部２４２、及びＩＮＶ制御部２４３は、以下の強制充電制御を行う。
(3.2) Forced Charge Mode The
まず、強制充電制御時には、ＩＮＶ制御部２４３又は図示しないスイッチ制御部が、スイッチ２８をオフすることで、インバータ２３（電力変換システム２）を系統電路５から解列させる。
First, during forced charging control, the
強制充電モードで動作するＰＶ制御部２４１は、ＭＰＰＴによってＰＶコンバータ２１の昇圧動作を制御する強制充電制御を行う。
The
強制充電モードで動作するＩＮＶ制御部２４３は、インバータ２３を停止させる強制充電制御を行う。具体的に、ＩＮＶ制御部２４３は、インバータ２３のスイッチング素子２３ａ－２３ｄのそれぞれをオフ状態に維持し、ＤＣ／ＡＣ変換を停止させる。
The
強制充電モードで動作するＢＴ制御部２４２は、中間電路２５を介して供給される直流電力を用いてＢＴコンバータ２２に蓄電池４を充電させる強制充電制御を行う。強制充電モードではインバータ２３が停止しているので、ＢＴコンバータ２２は、太陽電池３の発電電力の全てを用いて、蓄電池４を充電する。
The
具体的に、強制充電制御を行うＢＴ制御部２４２は、中間電圧Ｖｉが所定値になるように、ＢＴコンバータ２２が蓄電池４に供給する電力を調整する。すなわち、ＢＴコンバータ２２は、入力である中間電圧Ｖｉを定電圧制御しながら、中間電圧Ｖｉを降圧して直流の降圧電圧を生成し、直流の降圧電圧を蓄電池４に印加することで、蓄電池４に充電電流を供給する。例えば、系統電路５の公称電圧が２００Ｖであれば、中間電圧Ｖｉが２８３Ｖ以上の一定値になるように、蓄電池４の充電電流を調整する。このように、強制充電モードの充電制御時において蓄電池４を充電するときに、中間電圧Ｖｉは一定値に維持される。この結果、強制充電モードから通常モードに戻って、インバータ２３が連系動作を開始したときでも、迅速に、インバータ２３が出力する交流電力を系統電路５の系統電力に協調させることができる。
Specifically, the
インバータ２３は、入力が小さ過ぎるときにＤＣ／ＡＣ変換を行うと、インバータ２３の動作が不安定になりやすくなる。そこで、ＩＮＶ制御部２４３は、発電電力値が０より大きく、かつ、閾値未満となる強制充電モードでは、インバータ２３を停止させる。したがって、発電電力が小さいときでも、インバータ２３の動作が不安定になることを回避できる。また、ＢＴコンバータ２２は、太陽電池３の発電電力の全てを用いて、蓄電池４を充電する。したがって、発電電力が小さいときでも、発電電力を有効に利用できる。
If the
すなわち、電力変換システム２は、太陽電池３の出力が低いときでも、システムの動作を安定させて、太陽電池３の出力を有効に利用できる。
That is, the power conversion system 2 can stabilize the operation of the system and effectively utilize the output of the
（４）第１変形例
制御部２４（ＰＶ制御部２４１、ＢＴ制御部２４２、及びＩＮＶ制御部２４３）による発電電力値と閾値との比較処理は、ヒステリシス特性を有することが好ましい。この場合、閾値は、停止閾値及び起動閾値で構成される。起動閾値は、停止閾値より大きい値である。そして、制御部２４は、通常モードで動作しているときに発電電力値が停止閾値以下になれば、通常モードから強制充電モードに移行して、強制充電制御を行う。制御部２４は、強制充電モードで動作しているときに発電電力値が停止閾値より大きくなれば、強制充電モードから通常モードに移行して、通常制御を行う。すなわち、制御部２４は、太陽電池３の出力の大きさが停止閾値以下になれば、強制充電制御を開始し、太陽電池３の出力の大きさが起動閾値より大きくなれば、強制充電制御を停止する。起動閾値と停止閾値との差分であるヒステリシス幅は、太陽電池３の出力の上限値の２－３％程度であることが好ましい。
(4) First Modification It is preferable that the comparison process between the generated power value and the threshold value by the controller 24 (the
本変形例では、電力変換システム２は、強制充電制御の開始、停止のチャタリングの発生を抑えることができる。 In this modified example, the power conversion system 2 can suppress the occurrence of chattering at the start and stop of forced charging control.
（５）第２変形例
強制充電モードで動作する制御部２４（ＰＶ制御部２４１、ＢＴ制御部２４２、及びＩＮＶ制御部２４３）は、以下の強制充電制御を行ってもよい。
(5) Second Modification The control unit 24 (the
強制充電モードで動作するＩＮＶ制御部２４３は、インバータ２３を停止させる強制充電制御を行う。
The
強制充電モードで動作するＰＶ制御部２４１及びＢＴ制御部２４２は、発電電圧Ｖｇと電池電圧Ｖｂとの大小関係に応じて、強制充電制御の内容を切り替える。
The
具体的に、発電電圧Ｖｇが電池電圧Ｖｂ未満であれば、ＰＶコンバータ２１は、発電電圧Ｖｇを入力として、ＰＶスイッチング素子２１ａ、２１ｂをスイッチングさせるＭＰＰＴによって太陽電池３の発電電圧Ｖｇを昇圧して中間電路２５に出力する。そして、ＢＴコンバータ２２は、中間電圧Ｖｉを蓄電池４に印加するＢＴ短絡動作を行うことで、蓄電池４に充電電流を供給する。
Specifically, if the generated voltage Vg is less than the battery voltage Vb, the
また、発電電圧Ｖｇが電池電圧Ｖｂ以上であれば、ＰＶコンバータ２１は、発電電圧Ｖｇを中間電路２５に印加するＰＶ短絡動作を行う。そして、ＢＴコンバータ２２は、中間電圧Ｖｉを入力として、ＢＴスイッチング素子２２ａ、２２ｂをスイッチングさせるＭＰＰＴによって、中間電圧Ｖｉを降圧した降圧電圧を蓄電池４に印加することで、蓄電池４に充電電流を供給する。
Also, if the generated voltage Vg is equal to or higher than the battery voltage Vb, the
上述のように、本変形例の制御部２４は、発電電圧Ｖｇと電池電圧Ｖｂとの大小関係に応じて、強制充電制御の内容を切り替える。この結果、電力変換システム２は、強制充電制御の電力変換効率を向上させることができる。
As described above, the
（６）第３変形例
ＰＶコンバータ２１のＰＶスイッチング素子２１ａ、２１ｂ、ＢＴコンバータ２２のＢＴスイッチング素子２２ａ、２２ｂ、及びインバータ２３のＩＮＶスイッチング素子２１ａ－２１ｄは、窒化ガリウム（ＧａＮ）又は炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含む半導体を材料とするスイッチング素子であることが好ましい。
(6) Third Modification The
ＧａＮ又はＳｉＣを含む半導体を材料とするスイッチング素子は、所謂ワイドバンドギャップデバイスであり、ワイドバンドギャップデバイスを用いることでスイッチング周波数の高周波化、スイッチングによる電力損失の低減を図ることができる。 A switching element made of a semiconductor containing GaN or SiC is a so-called wide bandgap device. By using a wide bandgap device, it is possible to increase the switching frequency and reduce power loss due to switching.
ＳｉＣを含む半導体を材料とするスイッチング素子は寄生ダイオードを有するＦＥＴとして構成される。この場合、ＦＥＴの寄生ダイオードをダイオード２１ｃ、２１ｄ、２２ｃ、２２ｄ、２３ｅ～２３ｈとして用いることができる。
A switching element made of a semiconductor including SiC is configured as an FET having a parasitic diode. In this case, parasitic diodes of FETs can be used as
ＧａＮを含む半導体を材料とするスイッチング素子は寄生ダイオードを備えていない。そこで、逆並列ダイオードをスイッチング素子と別付けする代わりに、スイッチング素子を逆導通モードで動作させてもよい。この場合、ダイオード２１ｃ、２１ｄ、２２ｃ、２２ｄ、２３ｅ～２３ｈを省略できる。
A switching element made of a semiconductor containing GaN does not have a parasitic diode. Therefore, instead of attaching the anti-parallel diode separately from the switching element, the switching element may be operated in reverse conduction mode. In this case, the
（７）第４変形例
図２のＰＶコンバータ２１において、スイッチング素子２１ａは必須の構成ではなく、省略可能である。
(7) Fourth Modification In the
また、ＰＶコンバータ２１は、少なくとも１つのＰＶスイッチング素子を備える構成であれば、具体的な回路構成はハーフブリッジ回路に限定されない。また、ＰＶコンバータ２１は、少なくとも１つのＰＶスイッチング素子がオン状態又はオフ状態を維持することで、太陽電池３の発電電圧Ｖｇを中間電路２５に印加するＰＶ短絡動作を行う構成であればよい。
Moreover, the specific circuit configuration of the
ＢＴコンバータ２２は、少なくとも１つのＢＴスイッチング素子を備える構成であれば、具体的な回路構成はハーフブリッジコンバータに限定されない。また、ＢＴコンバータ２２は、少なくとも１つのＢＴスイッチング素子がオン状態又はオフ状態を維持することで、中間電圧Ｖｉを蓄電池４に印加するＢＴ短絡動作を行う構成であればよい。
The specific circuit configuration of the
また、ＰＶスイッチング素子２１ａ、２１ｂ、ＢＴスイッチング素子２２ａ、２２ｂ、及びスイッチング素子２３ａ－２３ｄは、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）であってもよい。この場合、ダイオード２１ｃ、２１ｄ、２２ｃ、２２ｄ、２３ｅ－２３ｈとして、ＦＥＴの寄生ダイオードを用いることができる。
Also, the
また、制御部２４は、電源装置ＰＳ１－ＰＳ３と別体に設けられて、ＰＶコンバータ２１、ＢＴコンバータ２２、及びインバータ２３を集中制御する構成であってもよい。この場合、ＰＶ制御部２４１、ＢＴ制御部２４２、及びＩＮＶ制御部２４３の機能は、１つのコンピュータがプログラムを実行することによって実現されてもよい。
Further, the
また、電力変換システム２は、系統電路５から供給された電力を蓄電池４に充電する構成を備えていてもよい。このとき、インバータ２３は、双方向の電力変換を行うことが好ましい。
Further, the power conversion system 2 may have a configuration in which the
（８）まとめ
実施形態に係る第１の態様の電力変換システム（２）は、ＰＶコンバータ（２１）と、ＢＴコンバータ（２２）と、インバータ（２３）と、制御部（２４）と、を備える。ＰＶコンバータ（２１）は、太陽電池（３）の出力を受け取り、中間電路（２５）に直流電力を供給する。ＢＴコンバータ（２２）は、蓄電池（４）と中間電路（２５）との間で双方向の電力変換を行う。インバータ（２３）は、中間電路（２５）の電圧である中間電圧（Ｖｉ）を交流電圧に変換し、交流電流を系統電路（５）に出力する連系動作を行う。制御部（２４）は、ＢＴコンバータ（２２）及びインバータ（２３）を制御する。制御部（２４）は、太陽電池（３）の出力の大きさが閾値以下であれば、インバータ（２３）の連系動作を停止し、中間電路（２５）を介して供給される直流電力を用いてＢＴコンバータ（２２）に蓄電池（４）を充電させる強制充電制御を行う。
(8) Summary A power conversion system (2) according to a first aspect of the embodiment includes a PV converter (21), a BT converter (22), an inverter (23), and a control section (24). . The PV converter (21) receives the output of the solar cell (3) and supplies DC power to the intermediate line (25). A BT converter (22) performs bi-directional power conversion between a storage battery (4) and an intermediate electric line (25). The inverter (23) converts the intermediate voltage (Vi), which is the voltage of the intermediate electric line (25), into an AC voltage, and performs interconnection operation to output the AC current to the system electric line (5). A control unit (24) controls a BT converter (22) and an inverter (23). If the magnitude of the output of the solar cell (3) is equal to or less than the threshold value, the control unit (24) stops the interconnection operation of the inverter (23) and cuts off the DC power supplied via the intermediate electric circuit (25). is used to perform forced charging control to charge the storage battery (4) to the BT converter (22).
上述の電力変換システム（２）は、太陽電池（３）の出力が低いときでも、システムの動作を安定させて、太陽電池（３）の出力を有効に利用できる。 The power conversion system (2) described above stabilizes the operation of the system even when the output of the solar cell (3) is low, and can effectively use the output of the solar cell (3).
実施形態に係る第２の態様の電力変換システム（２）では、第１の態様において、閾値は、太陽電池（３）の出力の大きさが閾値より大きければ連系動作が不安定にならない値であることが好ましい。 In the power conversion system (2) of the second aspect according to the embodiment, in the first aspect, the threshold value is a value at which the interconnection operation does not become unstable if the magnitude of the output of the solar cell (3) is greater than the threshold value. is preferably
上述の電力変換システム（２）は、システムの動作を安定させることができる。 The power conversion system (2) described above can stabilize the operation of the system.
実施形態に係る第３の態様の電力変換システム（２）では、第１又は第２の態様において、閾値は、０より大きく、かつ、太陽電池（３）の出力の上限値の２５％以下の値であることが好ましい。 In the power conversion system (2) of the third aspect according to the embodiment, in the first or second aspect, the threshold is greater than 0 and 25% or less of the upper limit of the output of the solar cell (3) values are preferred.
上述の電力変換システム（２）は、システムの動作をより確実に安定させることができる。 The power conversion system (2) described above can more reliably stabilize the operation of the system.
実施形態に係る第４の態様の電力変換システム（２）では、第１乃至第３の態様のいずれか１つにおいて、閾値は、太陽電池（３）の出力の上限値の５％以上、かつ、上限値の２５％以下の値であることが好ましい。 In the power conversion system (2) of the fourth aspect according to the embodiment, in any one of the first to third aspects, the threshold is 5% or more of the upper limit of the output of the solar cell (3), and , is preferably 25% or less of the upper limit.
上述の電力変換システム（２）は、システムの動作をより確実に安定させることができる。 The power conversion system (2) described above can more reliably stabilize the operation of the system.
実施形態に係る第５の態様の電力変換システム（２）では、第１乃至第４の態様のいずれか１つにおいて、閾値は、停止閾値、及び停止閾値より大きい起動閾値で構成されることが好ましい。制御部（２４）は、太陽電池（３）の出力の大きさが停止閾値以下になれば、強制充電制御を開始し、太陽電池（３）の出力の大きさが起動閾値より大きくなれば、強制充電制御を停止する。 In the power conversion system (2) of the fifth aspect according to the embodiment, in any one of the first to fourth aspects, the threshold may be composed of a stop threshold and a start threshold larger than the stop threshold. preferable. The control unit (24) starts forced charging control when the output of the solar cell (3) becomes equal to or less than the stop threshold, and when the output of the solar cell (3) becomes greater than the activation threshold, Stop forced charge control.
上述の電力変換システム（２）は、太陽電池（３）の出力の大きさと閾値との比較処理にヒステリシス特性を与えることができる。 The power conversion system (2) described above can provide a hysteresis characteristic to the comparison process between the magnitude of the output of the solar cell (3) and the threshold value.
実施形態に係る第６の態様の電力変換システム（２）では、第１乃至第５の態様のいずれか１つにおいて、ＰＶコンバータ（２１）は、最大出力電力追従制御によって太陽電池（３）の出力を直流電力に変換することが好ましい。ＢＴコンバータ（２２）は、強制充電制御時において、中間電圧（Ｖｉ）が所定値になるように蓄電池（４）に供給する電力を調整することが好ましい。 In the power conversion system (2) of the sixth aspect according to the embodiment, in any one of the first to fifth aspects, the PV converter (21) controls the solar cell (3) by maximum output power follow-up control. Preferably, the output is converted to DC power. The BT converter (22) preferably adjusts the electric power supplied to the storage battery (4) so that the intermediate voltage (Vi) becomes a predetermined value during forced charging control.
上述の電力変換システム（２）は、強制充電制御を停止したときに、迅速に連系動作を開始することができる。 The power conversion system (2) described above can quickly start interconnection operation when the forced charging control is stopped.
実施形態に係る第７の態様の電力変換システム（２）では、第１乃至第５の態様のいずれか１つにおいて、ＰＶコンバータ（２１）は、少なくとも１つのＰＶスイッチング素子（２１ａ、２１ｂ）を備え、少なくとも１つのＰＶスイッチング素子（２１ａ、２１ｂ）がオン状態又はオフ状態を維持することで、太陽電池（３）の発電電圧（Ｖｇ）を中間電路（２５）に印加するＰＶ短絡動作を行うことが好ましい。ＢＴコンバータ（２２）は、少なくとも１つのＢＴスイッチング素子（２２ａ、２２ｂ）を備え、少なくとも１つのＢＴスイッチング素子（２２ａ、２２ｂ）がオン状態又はオフ状態を維持することで、中間電圧（Ｖｉ）を蓄電池（４）に印加するＢＴ短絡動作を行うことが好ましい。 In the power conversion system (2) of the seventh aspect according to the embodiment, in any one of the first to fifth aspects, the PV converter (21) includes at least one PV switching element (21a, 21b) At least one PV switching element (21a, 21b) maintains an ON state or an OFF state to perform a PV short-circuit operation to apply the voltage (Vg) generated by the solar cell (3) to the intermediate electric circuit (25). is preferred. The BT converter (22) includes at least one BT switching element (22a, 22b), and the at least one BT switching element (22a, 22b) maintains an ON state or an OFF state to convert the intermediate voltage (Vi). It is preferable to perform a BT short-circuit operation applied to the storage battery (4).
上述の電力変換システム（２）は、強制充電制御の電力変換効率を向上させることができる。 The power conversion system (2) described above can improve the power conversion efficiency of forced charging control.
実施形態に係る第８の態様の電力変換システム（２）では、第７の態様において、ＰＶコンバータ（２１）及びＢＴコンバータ（２２）のそれぞれは、ハーフブリッジコンバータであることが好ましい。 In the power conversion system (2) of the eighth aspect according to the embodiment, in the seventh aspect, each of the PV converter (21) and the BT converter (22) is preferably a half-bridge converter.
上述の電力変換システム（２）は、ＰＶ短絡動作及びＢＴ短絡動作を容易に実現できる。 The power conversion system (2) described above can easily realize PV short-circuit operation and BT short-circuit operation.
実施形態に係る第９の態様の電力変換システム（２）では、第７又は第８の態様において、強制充電制御時において、発電電圧（Ｖｇ）が蓄電池（４）の電池電圧（Ｖｂ）より低ければ、ＰＶコンバータ（２１）は、少なくとも１つのＰＶスイッチング素子（２１ａ、２１ｂ）をスイッチングさせる最大出力電力追従制御によって、太陽電池（３）の出力を直流電力に変換し、ＢＴコンバータ（２２）は、ＢＴ短絡動作を行うことが好ましい。発電電圧（Ｖｇ）が電池電圧（Ｖｂ）より高ければ、ＰＶコンバータ（２１）は、ＰＶ短絡動作を行い、ＢＴコンバータ（２２）は、少なくとも１つのＢＴスイッチング素子（２２ａ、２２ｂ）をスイッチングさせる最大出力電力追従制御によって蓄電池（４）を充電することが好ましい。 In the power conversion system (2) of the ninth aspect according to the embodiment, in the seventh or eighth aspect, if the generated voltage (Vg) is lower than the battery voltage (Vb) of the storage battery (4) during forced charging control, For example, the PV converter (21) converts the output of the solar cell (3) into DC power by maximum output power tracking control for switching at least one PV switching element (21a, 21b), and the BT converter (22) , BT short-circuit operation is preferably performed. If the generated voltage (Vg) is higher than the battery voltage (Vb), the PV converter (21) performs PV short-circuit operation and the BT converter (22) switches at least one BT switching element (22a, 22b). It is preferable to charge the storage battery (4) by output power tracking control.
上述の電力変換システム（２）は、強制充電制御の電力変換効率を向上させることができる。 The power conversion system (2) described above can improve the power conversion efficiency of forced charging control.
実施形態に係る第１０の態様の電力変換システム（２）は、第１乃至第９の態様のいずれか１つにおいて、太陽電池（３）の出力の大きさを測定する出力測定部（２９）を更に備えることが好ましい。 A tenth aspect of the power conversion system (2) according to the embodiment is, in any one of the first to ninth aspects, an output measurement unit (29) that measures the magnitude of the output of the solar cell (3) is preferably further provided.
上述の電力変換システム（２）は、太陽電池（３）の出力の大きさを容易に監視できる。 The power conversion system (2) described above can easily monitor the magnitude of the output of the solar cell (3).
実施形態に係る第１１の態様の電力変換システム（２）では、第１乃至第１０の態様のいずれか１つにおいて、ＰＶコンバータ（２１）、ＢＴコンバータ（２２）、及びインバータ（２３）の少なくとも１つは、窒化ガリウム又は炭化ケイ素を含む半導体を材料とする少なくとも１つのスイッチング素子（２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂ、２３ａ－２３ｄ）を備えることが好ましい。 In the power conversion system (2) of the eleventh aspect according to the embodiment, in any one of the first to tenth aspects, at least the PV converter (21), the BT converter (22), and the inverter (23) One preferably comprises at least one switching element (21a, 21b, 22a, 22b, 23a-23d) made of a semiconductor including gallium nitride or silicon carbide.
上述の電力変換システム（２）は、スイッチング周波数の高周波化、スイッチングによる電力損失の低減を図ることができる。 The power conversion system (2) described above can increase the switching frequency and reduce power loss due to switching.
実施形態に係る第１２の態様の電源装置（ＰＳ２）は、太陽電池（３）の出力を受け取り、中間電路（２５）に直流電力を供給するＰＶコンバータ（２１）に、中間電路（２５）を介して電気的に接続する。電源装置（ＰＳ２）は。ＢＴコンバータ（２２）と、ＢＴ制御部（２４２）と、を備える。ＢＴコンバータ（２２）は、蓄電池（４）と中間電路（２５）との間で双方向の電力変換を行う。ＢＴ制御部（２４２）は、ＢＴコンバータ（２２）を制御する。ＢＴ制御部（２４２）は、太陽電池（３）の出力の大きさが閾値以下であれば、中間電路（２５）を介して供給される直流電力を用いてＢＴコンバータ（２２）に蓄電池（４）を充電させる強制充電制御を行う。 A power supply device (PS2) of a twelfth aspect according to the embodiment provides an intermediate electric line (25) to a PV converter (21) that receives the output of a solar cell (3) and supplies DC power to an intermediate electric line (25). electrically connected through Power supply (PS2). A BT converter (22) and a BT controller (242) are provided. A BT converter (22) performs bi-directional power conversion between a storage battery (4) and an intermediate electric line (25). The BT controller (242) controls the BT converter (22). If the magnitude of the output of the solar cell (3) is equal to or less than the threshold, the BT control unit (242) uses the DC power supplied through the intermediate electric circuit (25) to the BT converter (22) to store the storage battery (4). ) is charged.
上述の電源装置（ＰＳ２）は、太陽電池（３）の出力が低いときでも、システムの動作を安定させて、太陽電池（３）の出力を有効に利用できる。 The power supply device (PS2) described above stabilizes the operation of the system even when the output of the solar cell (3) is low, and can effectively use the output of the solar cell (3).
２ 電力変換システム
２１ ＰＶコンバータ
２２ ＢＴコンバータ
２３ インバータ
２４ 制御部
２４１ ＰＶ制御部（制御部）
２４２ ＢＴ制御部（制御部）
２４３ ＩＮＶ制御部（制御部）
２５ 中間電路
２９ 出力測定部
２１ａ、２１ｂ ＰＶスイッチング素子（スイッチング素子）
２２ａ、２２ｂ ＢＴスイッチング素子（スイッチング素子）
２３ａ－２３ｄ スイッチング素子
３ 太陽電池
４ 蓄電池
５ 系統電路
ＰＳ２ 電源装置
Ｖｉ 中間電圧
Ｖｇ 発電電圧
Ｖｂ 電池電圧
2
242 BT control unit (control unit)
243 INV control unit (control unit)
25 Intermediate
22a, 22b BT switching elements (switching elements)
23a-
Claims (12)
蓄電池と前記中間電路との間で双方向の電力変換を行うＢＴコンバータと、
前記中間電路の電圧である中間電圧を交流電圧に変換し、交流電流を系統電路に出力する連系動作を行うインバータと、
前記ＢＴコンバータ及び前記インバータを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記太陽電池の出力の大きさが閾値以下であれば、前記インバータの前記連系動作を停止し、前記中間電路を介して供給される前記直流電力を用いて前記ＢＴコンバータに前記蓄電池を充電させる強制充電制御を行う
電力変換システム。 a PV converter that receives the output of the solar cell and supplies DC power to the intermediate electric circuit;
a BT converter that performs bi-directional power conversion between the storage battery and the intermediate electric circuit;
An inverter that converts the intermediate voltage, which is the voltage of the intermediate electric circuit, into an alternating voltage and outputs an alternating current to the system electric circuit;
a control unit that controls the BT converter and the inverter,
If the magnitude of the output of the solar cell is equal to or less than a threshold, the control unit stops the interconnection operation of the inverter, and uses the DC power supplied through the intermediate electric circuit to the BT converter. A power conversion system that performs forced charging control to charge the storage battery.
請求項１の電力変換システム。 2. The power conversion system according to claim 1, wherein said threshold value is a value at which said interconnection operation does not become unstable if the magnitude of the output of said solar cell is greater than said threshold value.
請求項１又は２の電力変換システム。 The power conversion system according to claim 1 or 2, wherein the threshold is greater than 0 and equal to or less than 25% of the upper limit of the output of the solar cell.
請求項１乃至３のいずれか１つの電力変換システム。 The power conversion system according to any one of claims 1 to 3, wherein the threshold value is a value that is 5% or more of the upper limit value of the output of the solar cell and 25% or less of the upper limit value.
前記制御部は、
前記太陽電池の出力の大きさが前記停止閾値以下になれば、前記強制充電制御を開始し、
前記太陽電池の出力の大きさが前記起動閾値より大きくなれば、前記強制充電制御を停止する
請求項１乃至４のいずれか１つの電力変換システム。 The threshold consists of a stop threshold and a start threshold greater than the stop threshold,
The control unit
starting the forced charging control when the magnitude of the output of the solar cell becomes equal to or less than the stop threshold;
5. The power conversion system according to any one of claims 1 to 4, wherein the forced charging control is stopped when the magnitude of the output of the solar cell becomes larger than the activation threshold.
前記ＢＴコンバータは、前記強制充電制御時において、前記中間電圧が所定値になるように前記蓄電池に供給する電力を調整する、
請求項１乃至５のいずれか１つの電力変換システム。 The PV converter converts the output of the solar cell into the DC power by maximum output power tracking control,
The BT converter adjusts power supplied to the storage battery so that the intermediate voltage becomes a predetermined value during the forced charge control.
6. The power conversion system of any one of claims 1-5.
前記ＢＴコンバータは、少なくとも１つのＢＴスイッチング素子を備え、前記少なくとも１つのＢＴスイッチング素子がオン状態又はオフ状態を維持することで、前記中間電圧を前記蓄電池に印加するＢＴ短絡動作を行う
請求項１乃至５のいずれか１つの電力変換システム。 The PV converter includes at least one PV switching element, and the at least one PV switching element maintains an ON state or an OFF state to perform a PV short-circuit operation of applying the voltage generated by the solar cell to the intermediate electric circuit. do,
2. The BT converter includes at least one BT switching element, and the at least one BT switching element maintains an ON state or an OFF state to perform a BT short-circuit operation of applying the intermediate voltage to the storage battery. 6. The power conversion system of any one of 1 to 5.
請求項７の電力変換システム。 8. The power conversion system of claim 7, wherein each of said PV converter and said BT converter is a half-bridge converter.
前記発電電圧が前記蓄電池の電池電圧より低ければ、前記ＰＶコンバータは、前記少なくとも１つのＰＶスイッチング素子をスイッチングさせる最大出力電力追従制御によって、前記太陽電池の出力を前記直流電力に変換し、前記ＢＴコンバータは、前記ＢＴ短絡動作を行い、
前記発電電圧が前記電池電圧より高ければ、前記ＰＶコンバータは、前記ＰＶ短絡動作を行い、前記ＢＴコンバータは、前記少なくとも１つのＢＴスイッチング素子をスイッチングさせる最大出力電力追従制御によって前記蓄電池を充電する
請求項７又は８の電力変換システム。 During the forced charging control,
If the generated voltage is lower than the battery voltage of the storage battery, the PV converter converts the output of the solar battery into the DC power by maximum output power tracking control that causes the at least one PV switching element to switch, and the BT The converter performs the BT short-circuit operation,
If the generated voltage is higher than the battery voltage, the PV converter performs the PV short-circuit operation, and the BT converter charges the storage battery by maximum output power tracking control that switches the at least one BT switching element. Item 7 or 8 power conversion system.
請求項１乃至９のいずれか１つの電力変換システム。 10. The power conversion system according to any one of claims 1 to 9, further comprising an output measuring section that measures the magnitude of output of said solar cell.
請求項１乃至１０のいずれか１つの電力変換システム。 11. The power conversion system according to any one of claims 1 to 10, wherein at least one of the PV converter, the BT converter, and the inverter comprises at least one switching element made of a semiconductor material including gallium nitride or silicon carbide.
蓄電池と前記中間電路との間で双方向の電力変換を行うＢＴコンバータと、
前記ＢＴコンバータを制御するＢＴ制御部と、を備え、
前記ＢＴ制御部は、前記太陽電池の出力の大きさが閾値以下であれば、前記中間電路を介して供給される前記直流電力を用いて前記ＢＴコンバータに前記蓄電池を充電させる強制充電制御を行う
電源装置。 A power supply device that receives the output of a solar cell and is electrically connected to a PV converter that supplies DC power to an intermediate electric circuit through the intermediate electric circuit,
a BT converter that performs bi-directional power conversion between the storage battery and the intermediate electric circuit;
a BT control unit that controls the BT converter,
The BT control unit performs forced charging control to cause the BT converter to charge the storage battery using the DC power supplied through the intermediate electric circuit if the magnitude of the output of the solar battery is equal to or less than a threshold. Power supply.
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