JP2024087978A - 蓄電システム - Google Patents

Abstract

【課題】中性線の電圧を調整することができ、かつ従来のものよりも高効率な蓄電システムを提供する。【解決手段】蓄電システム１０は、単相３線式の電力系統に接続されるインバータ４０と、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２０と、制御部５０とを備える。制御部５０は、（１）第１電圧Ｖ１が第２電圧Ｖ２よりも大きい場合に、スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ５をオン／オフさせることにより第１コンデンサＣ１の放電および第２コンデンサＣ２の充電を交互に行わせ、（２）第１電圧Ｖ１が第２電圧Ｖ２よりも小さい場合に、スイッチ素子ＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ５をオン／オフさせることにより第１コンデンサＣ１の充電および第２コンデンサＣ２の放電を交互に行わせる。【選択図】図１

Description

本発明は、蓄電池および単相３線式の商用電力系統に接続して使用される蓄電システムに関する。

単相３線式の商用電力系統に接続して使用される電力変換装置として、図６に示す太陽光発電用電力変換装置１００が知られている（特許文献１参照）。この電力変換装置１００は、太陽電池１０１から出力された電圧をインバータ１０３が必要とする電圧まで昇圧する、コンデンサＣａ，Ｃｂを含む昇圧チョッパ回路（ＤＣ／ＤＣコンバータ）１０２を備えている。この電力変換装置１００によれば、同容量のコンデンサＣａ，Ｃｂを使用することにより、昇圧後の電圧を等分に分圧することができる。

しかしながら、この電力変換装置１００は、インバータ１０３のＡＣ出力端側に接続されたＵ相－Ｏ相（中性相）負荷およびＷ相－Ｏ相負荷がアンバランスとなった場合に、昇圧後の電圧を等分に分圧することができなかった。例えば、電力変換装置１００は、Ｕ相－Ｏ相負荷がＷ相－Ｏ相負荷よりも大きい場合に、通常よりも低い電圧をＵ相－Ｏ相負荷に出力するとともに通常よりも高い電圧をＷ相－Ｏ相負荷に出力してしまっていた。

特許文献２には、上記アンバランスの抑制を企図した電力変換装置（蓄電システム）が記載されている。図７に示すように、この蓄電システム２００は、発電ユニット２０１（蓄電池等）の出力電圧を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータ２０２と、昇圧後の電圧を交流電圧に変換し、これをフィルタ２０５を介して出力するインバータ２０４とに加え、これらの間に接続された中性線電圧調整回路２０３を備えている。

中性線電圧調整回路２０３は、直列に接続された調整用スイッチ素子ＳＷａ，ＳＷｂと、直列に接続されたコンデンサＣａ，Ｃｂとを含んでいる。この中性線電圧調整回路２０３によれば、調整用スイッチ素子ＳＷａ，ＳＷｂをオン／オフさせてコンデンサＣａ，Ｃｂを充電または放電させることにより、コンデンサＣａの両端電圧とコンデンサＣｂの両端電圧を互いに一致させることができる。すなわち、この中性線電圧調整回路２０３によれば、Ｕ相－Ｏ相間の電圧とＷ相－Ｏ相間の電圧を互いに一致させることができる。

しかしながら、この蓄電システム２００は、発電ユニット２０１（蓄電池）の出力電圧が比較的低い場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０２における昇圧比が大きくなり、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０２の効率が低下することが問題であった。

特開平９－６５６５７号公報 特開２０２１－９３８６１号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、中性線の電圧を調整することができ、かつ従来のものよりも高効率な蓄電システムを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の一側面に係る蓄電システムは、ＡＣ側入出力端が単相３線式の電力系統に接続されるインバータと、第１入出力端が蓄電池に接続されるとともに第２入出力端がインバータのＤＣ側入出力端に接続された双方向ＤＣ／ＤＣコンバータと、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御部とを備えたものであって、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、第１入出力端および第２入出力端に接続された第１電力線および該第１電力線よりも電位が低い第２電力線と、インバータのＡＣ側入出力端を構成する中性端に接続された第３電力線と、第１電力線および第３電力線に接続された第１コンデンサと、第２電力線および第３電力線に接続された第２コンデンサと、第１コンデンサの両端電圧である第１電圧を計測する第１電圧計と、第２コンデンサの両端電圧である第２電圧を計測する第２電圧計と、複数のスイッチ素子とを含み、制御部は、（１）第１電圧が第２電圧よりも大きい場合に、スイッチ素子をオン／オフさせることにより第１コンデンサの放電および第２コンデンサの充電を交互に行わせ、（２）第１電圧が第２電圧よりも小さい場合に、スイッチ素子をオン／オフさせることにより第１コンデンサの充電および第２コンデンサの放電を交互に行わせる、との構成を有している。

この構成によれば、第１電力線－第３電力線間に接続された第１コンデンサの両端電圧である第１電圧と第２電力線－第３電力線間に接続された第２コンデンサの両端電圧である第２電圧とにズレが生じた場合に、第１コンデンサおよび第２コンデンサのうちの一方を放電させながら他方を充電することで、ズレを解消することができる。すなわち、この構成によれば、第３電力線の電位を第１電力線の電位および第２電力線の電位のちょうど中間の値とすることができる。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の一側面に係る蓄電システムは、ＡＣ側入出力端が単相３線式の電力系統に接続されるインバータと、第１入出力端が蓄電池に接続されるとともに第２入出力端がインバータのＤＣ側入出力端に接続された双方向ＤＣ／ＤＣコンバータと、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御部とを備えたものであって、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、第１入出力端および第２入出力端に接続された第１電力線および該第１電力線よりも電位が低い第２電力線と、インバータのＡＣ側入出力端を構成する中性端に接続された第３電力線と、第１電力線に介装された第１スイッチ素子と、第２電力線に介装された第２スイッチ素子と、第１スイッチ素子および第２入出力端の間において第１電力線に接続されるとともに第３電力線に接続された第１コンデンサと、第２スイッチ素子および第２入出力端の間において第２電力線に接続されるとともに第３電力線に接続された第２コンデンサと、第１スイッチ素子および第１入出力端の間において第１電力線に接続されるとともに第３電力線に接続された第３スイッチ素子と、第２スイッチ素子および第１入出力端の間において第２電力線に接続されるとともに第３電力線に接続された第４スイッチ素子と、第１スイッチ素子および第１入出力端の間において第１電力線に接続されるとともに第２スイッチ素子および第１入出力端の間において第２電力線に接続された第５スイッチ素子および第３コンデンサと、第１、第２、第３、第４および第５スイッチ素子のそれぞれに並列接続された還流ダイオードとを含む、との構成を有している。

この構成によれば、第１電力線－第３電力線間に接続された第１コンデンサの両端電圧である第１電圧と第２電力線－第３電力線間に接続された第２コンデンサの両端電圧である第２電圧とにズレが生じた場合に、第１コンデンサおよび第２コンデンサのうちの一方を放電させながら他方を充電することで、ズレを解消することができる。すなわち、この構成によれば、第３電力線の電位を第１電力線の電位および第２電力線の電位のちょうど中間の値とすることができる。

また、この構成によれば、第１電力線－第２電力線間の電圧を蓄電池が必要とする電圧まで降圧する場合に比べて、蓄電池を充電する際の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータにおける降圧比を下げることができる。したがって、この構成によれば、蓄電池を高効率に充電することができる。

また、この構成によれば、蓄電池が出力する電圧をインバータが必要とする電圧まで昇圧する場合に比べて、蓄電池を放電させる際の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータにおける昇圧比を下げることができる。したがって、この構成によれば、蓄電池を高効率に放電させることができる。

上記一側面に係る蓄電システムおよび別の一側面に係る蓄電システムは、入力端が太陽電池に接続されるとともに出力端がインバータのＤＣ側入出力端に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータをさらに備えていてもよい。

上記別の一側面に係る蓄電システムの双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、第１コンデンサの両端電圧である第１電圧を計測する第１電圧計と、第２コンデンサの両端電圧である第２電圧を計測する第２電圧計と、第３コンデンサの両端電圧である第３電圧を計測する第３電圧計とをさらに含んでいてもよい。

上記別の一側面に係る蓄電システムの制御部は、例えば、（１）第３電圧が目標電圧となるように、第３、第４および第５スイッチ素子をオフさせたまま第１および第２スイッチ素子をオン／オフさせることにより、第１コンデンサの放電および第２コンデンサの放電を交互に行わせる制御、（２）第１および第２電圧が一致するように、第１および第２スイッチ素子をオフさせたまま第３、第４および第５スイッチ素子をオン／オフさせることにより、第１コンデンサの充電および第２コンデンサの充電を交互に行わせる制御、（３）第１および第２電圧が一致するように、第２および第４スイッチ素子をオフさせたまま第１、第３および第５スイッチ素子をオン／オフさせることにより、第１コンデンサの放電および第２コンデンサの充電を交互に行わせる制御、（４）第１および第２電圧が一致するように、第１および第３スイッチ素子をオフさせたまま第２、第４および第５スイッチ素子をオン／オフさせることにより、第１コンデンサの充電および第２コンデンサの放電を交互に行わせる制御、が可能である。

本発明によれば、中性線の電圧を調整することができ、かつ従来のものよりも高効率な蓄電システムを提供することができる。

本発明に係る蓄電システムおよびその周辺を示す回路図である。 本発明に係る蓄電システムの制御部が行う蓄電池充電制御を示す図である。 本発明に係る蓄電システムの制御部が行う蓄電池放電制御を示す図である。 本発明に係る蓄電システムの制御部が行う第１バランス調整制御を示す図である。 本発明に係る蓄電システムの制御部が行う第２バランス調整制御を示す図である。 従来の太陽光発電用電力変換装置を示す回路図である。 中性線電圧調整回路を備えた従来の蓄電システムを示す回路図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る蓄電システムの実施例について説明する。

図１に、本発明の実施例に係る蓄電システム１０を示す。同図に示すように、蓄電システム１０は、ＡＣ側入出力端４１ａ，４１ｂ，４１ｃがフィルタ６２およびリレー群（系統リレー６５、バイパスリレー６６および自立リレー６７）を介して単相３線式の系統端子６３および自立出力端子６４に接続されるインバータ４０と、第１入出力端２４ａ，２４ｂが蓄電池６０に接続されるとともに第２入出力端２５ａ，２５ｂがインバータ４０のＤＣ側入出力端４２ａ，４２ｂに接続された双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２０と、入力端３１ａ，３１ｂが太陽電池６１に接続されるとともに出力端３２ａ，３２ｂがインバータ４０のＤＣ側入出力端４２ａ，４２ｂに接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ３０と、インバータ４０のＤＣ側入出力端４２ａ，４２ｂに接続されたコンデンサＣ４と、少なくとも双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２０を制御する制御部５０とを備えている。

系統端子６３に接続された商用電力系統に停電等の異常が生じていないときは、系統リレー６５およびバイパスリレー６６が閉状態（オン状態）とされ、自立リレー６７が開状態（オフ状態）とされる。これにより、系統電力、太陽電池６１の発電電力および蓄電池６０の放電電力の少なくとも１つを自立出力端子６４に接続された重要負荷に供給することができる。また、これにより、系統電力および太陽電池６１の発電電力の少なくとも１つで蓄電池６０を充電することもできる。

系統端子６３に接続された商用電力系統に異常が生じているときは、系統リレー６５およびバイパスリレー６６が開状態（オフ）とされ、自立リレー６７が閉状態（オン）とされる。これにより、太陽電池６１の発電電力および蓄電池６０の放電電力の少なくとも１つを自立出力端子６４に接続された重要負荷に供給することができる。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、入力端３１ａ，３１ｂに入力された電圧をインバータ４０が必要とする電圧まで昇圧し、昇圧後の電圧を出力端３２ａ，３２ｂから出力するよう構成されている。

インバータ４０は、ＤＣ側入出力端４２ａ，４２ｂに入力された電圧（直流電圧）を交流化し、交流化後の電圧をＡＣ側入出力端４１ａ，４１ｃから出力するよう構成されている。また、インバータ４０は、ＡＣ側入出力端４１ａ，４１ｃに入力された電圧（交流電圧）を直流化し、直流化後の電圧をＤＣ側入出力端４２ａ，４２ｂから出力するよう構成されている。なお、インバータ４０のＡＣ側入出力端（中性端）４１ｂは、後述する双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の第３電力線２８に接続されている。

双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、第１入出力端２４ａ，２４ｂに入力された電圧を昇圧し、昇圧後の電圧を第２入出力端２５ａ，２５ｂから出力するよう構成されている。また、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、第２入出力端２５ａ，２５ｂに入力された電圧を降圧し、降圧後の電圧を第１入出力端２４ａ，２４ｂから出力するよう構成されている。

具体的には、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、第１入出力端２４ａおよび第２入出力端２５ａに接続された第１電力線２６と、第１入出力端２４ｂおよび第２入出力端２５ｂに接続された、第１電力線２６よりも低電位な第２電力線２７と、インバータ４０のＡＣ側入出力端４１ｂに接続された第３電力線２８と、第１電力線２６に介装された第１スイッチ素子ＳＷ１と、第２電力線２７に介装された第２スイッチ素子ＳＷ２と、第１スイッチ素子ＳＷ１および第２入出力端２５ａの間において第１電力線２６に接続されるとともに第３電力線２８に接続された第１コンデンサＣ１と、第２スイッチ素子ＳＷ２および第２入出力端２５ｂの間において第２電力線２７に接続されるとともに第３電力線２８に接続された第２コンデンサＣ２と、第１スイッチ素子ＳＷ１および第１入出力端２４ａの間において第１電力線２６に接続されるとともに第３電力線２８に接続された第３スイッチ素子ＳＷ３と、第２スイッチ素子ＳＷ２および第１入出力端２４ｂの間において第２電力線２７に接続されるとともに第３電力線２８に接続された第４スイッチ素子ＳＷ４と、第１スイッチ素子ＳＷ１および第１入出力端２４ａの間において第１電力線２６に接続されるとともに第２スイッチ素子ＳＷ２および第１入出力端２４ｂの間において第２電力線２７に接続された第５スイッチ素子ＳＷ５および第３コンデンサＣ３と、第５スイッチ素子ＳＷ５および第３コンデンサＣ３の間において第１電力線２６に介装されたコイルＬと、スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５のそれぞれに並列接続された還流ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５とを備えている。還流ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５は、スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５の寄生ダイオード（内部ダイオード）でもよいし、スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５とは別に構成した外部ダイオードであってもよい。

また、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、第１コンデンサＣ１の両端電圧である第１電圧Ｖ１を計測する第１電圧計２１と、第２コンデンサＣ２の両端電圧である第２電圧Ｖ２を計測する第２電圧計２２と、第３コンデンサＣ３の両端電圧である第３電圧Ｖ３を計測する第３電圧計２３とを備えている。

第１コンデンサＣ１および第２コンデンサＣ２は、容量が同一である。このため、理想的には、第３電力線２８の電位は第１電力線２６の電位および第２電力線２７の電位のちょうど中間の値となる。

第１電圧計２１は、計測した第１電圧Ｖ１に対応した信号を制御部５０に出力する。同様に、第２電圧計２２は、計測した第２電圧Ｖ２に対応した信号を制御部５０に出力し、第３電圧計２３は、計測した第３電圧Ｖ３に対応した信号を制御部５０に出力する。

スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）からなり、制御部５０が出力する駆動信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５によってオン状態からオフ状態へと、またはオフ状態からオン状態へと切り替えられる。つまり、スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５は、制御部５０によってオン／オフ制御される。

制御部５０は、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ，Micro Processor Unit）からなり、電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３に基づいて駆動信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５を生成・出力するよう構成されている。

制御部５０は、駆動信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５を生成するにあたり、商用電力系統の状況（停電等の異常が生じているか否か）および太陽電池６１の発電状況を参照してもよい。また、制御部５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０およびインバータ４０を構成するスイッチ素子のオン／オフ、およびリレー６５，６６，６７のオン／オフを制御するよう構成されていてもよい。

制御部５０によるスイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５のオン／オフ制御について、さらに詳しく説明する。

（蓄電池充電制御）
制御部５０は、商用電力系統に異常が生じていないときに、系統電力または太陽電池６１の発電電力で蓄電池６０を充電する蓄電池充電制御を行うことができる。この制御では、制御部５０は、第３電圧計２３で計測される第３電圧Ｖ３が目標電圧（蓄電池６０が必要とする電圧）となるように、第３、第４および第５スイッチ素子ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５をオフさせたまま第１および第２スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２をオン／オフさせる。

より詳しくは、制御部５０は、図２（Ａ）に示す第１スイッチ素子ＳＷ１がオンし、他のスイッチ素子ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５がオフした状態、同図（Ｂ）に示す全てのスイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５がオフした状態、同図（Ｃ）に示す第２スイッチ素子ＳＷ２がオンし、他のスイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５がオフした状態、同図（Ｄ）に示す全てのスイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５がオフした状態をこの順に繰り返し作り出す。これにより、第１コンデンサＣ１および第２コンデンサＣ２が交互に放電し、第１電圧Ｖ１を降圧したもの、および第２電圧Ｖ２を降圧したもので蓄電池６０が充電される。

なお、図２（Ａ）に示した状態から同図（Ｂ）に示した状態への切り替わりのタイミング、すなわち、第１スイッチ素子ＳＷ１のオンデューティは、例えばＰＷＭ制御により決定することができる。同様に、図２（Ｃ）に示した状態から同図（Ｄ）に示した状態への切り替わりのタイミング、すなわち、第２スイッチ素子ＳＷ２のオンデューティも、例えばＰＷＭ制御により決定することができる。

この蓄電池充電制御における双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の降圧比、すなわち、第１電圧Ｖ１および第２電圧Ｖ２を目標電圧まで降圧するときの降圧比は、第４コンデンサＣ４の両端電圧を目標電圧まで降圧する場合の１／２である。したがって、この制御によれば、蓄電池６０を効率よく充電することができる。

なお、図２中の矢印は電流の流れを示している。図３、図４および図５中の矢印も電流の流れを示している。

（蓄電池放電制御）
制御部５０は、重要負荷等に必要な電力を供給するために蓄電池６０を放電させる蓄電池放電制御を行うことができる。制御部５０は、商用電力系統に異常が生じているか否かにかかわらず、この制御を行うことができる。この制御では、制御部５０は、第１電圧計２１で計測される第１電圧Ｖ１および第２電圧計２２で計測される第２電圧Ｖ２のそれぞれが目標電圧（インバータ４０が必要とする電圧の１／２）となるように、第１および第２スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２をオフさせたまま第３、第４および第５スイッチ素子ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５をオン／オフさせる。

より詳しくは、制御部５０は、図３（Ａ）に示す第５スイッチ素子ＳＷ５がオンし、他のスイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４がオフした状態、同図（Ｂ）に示す第４スイッチ素子ＳＷ４がオンし、他のスイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ５がオフした状態、同図（Ｃ）に示す第５スイッチ素子ＳＷ５がオンし、他のスイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４がオフした状態、同図（Ｄ）に示す第３スイッチ素子ＳＷ３がオンし、他のスイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ５がオフした状態をこの順に繰り返し作り出す。これにより、蓄電池６０の出力電圧（第３電圧Ｖ３）を昇圧したもので、第１コンデンサＣ１および第２コンデンサＣ２が交互に充電される。

なお、図３（Ａ）に示した状態から同図（Ｂ）に示した状態への切り替わりのタイミング、すなわち、第５スイッチ素子ＳＷ５のオンデューティ（第４スイッチ素子ＳＷ４のオフデューティ）は、例えばＰＷＭ制御により決定することができる。同様に、図３（Ｃ）に示した状態から同図（Ｄ）に示した状態への切り替わりのタイミング、すなわち、第５スイッチ素子ＳＷ５のオンデューティ（第３スイッチ素子ＳＷ３のオフデューティ）も、例えばＰＷＭ制御により決定することができる。

この蓄電池放電制御における双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の昇圧比、すなわち、第３電圧を目標電圧まで昇圧するときの昇圧比は、第３電圧を第４コンデンサＣ４の両端電圧まで昇圧する場合の１／２である。したがって、この制御によれば、蓄電池６０を効率よく放電させることができる。

（第１バランス調整制御）
制御部５０は、商用電力系統に異常が生じために太陽電池６１の発電電力によって重要負荷が駆動されており、かつ重要負荷のうちＵ相－Ｏ相間に接続されたものとＷ相－Ｏ相間に接続されたものとのバランスが崩れているために第１電圧Ｖ１が第２電圧Ｖ２よりも大きくなっているときに第１バランス調整制御を行うことができる。この制御では、制御部５０は、第１電圧計２１で計測される第１電圧Ｖ１および第２電圧計２２で計測される第２電圧Ｖ２が目標電圧（インバータ４０が必要とする電圧の１／２）となるように、第２および第４スイッチ素子ＳＷ２，ＳＷ４をオフさせたまま第１、第３および第５スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ５をオン／オフさせる。

より詳しくは、制御部５０は、図４（Ａ）に示す第１スイッチ素子ＳＷ１がオンし、他のスイッチ素子ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５がオフした状態、同図（Ｂ）に示す全てのスイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５がオフした状態、同図（Ｃ）に示す第５スイッチ素子ＳＷ５がオンし、他のスイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４がオフした状態、同図（Ｄ）に示す第３スイッチ素子ＳＷ３がオンし、他のスイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ５がオフした状態をこの順に繰り返し作り出す。これにより、第１コンデンサＣ１の放電および第２コンデンサＣ２の充電が交互に行われ、第１電圧Ｖ１および第２電圧Ｖ２が目標電圧に一致する。

第１スイッチ素子ＳＷ１がオンすると、図４（Ａ）に示すように、第１コンデンサＣ１から蓄電池６０または第３コンデンサＣ３に電力が移動する。その後、第３スイッチ素子ＳＷ３がオンすると、図４（Ｄ）に示すように、蓄電池６０または第３コンデンサＣ３から第２コンデンサＣ２に電力が移動する。つまり、この制御では、蓄電池６０または第３コンデンサＣ３を介して第１コンデンサＣ１から第２コンデンサＣ２に電力が移動する。

なお、図４（Ａ）に示した状態から同図（Ｂ）に示した状態への切り替わりのタイミング、すなわち、第１スイッチ素子ＳＷ１のオンデューティは、例えばＰＷＭ制御により決定することができる。同様に、図４（Ｃ）に示した状態から同図（Ｄ）に示した状態への切り替わりのタイミング、すなわち、第５スイッチ素子ＳＷ５のオンデューティ（第３スイッチ素子ＳＷ３のオフデューティ）も、例えばＰＷＭ制御により決定することができる。

この第１バランス調整制御によれば、第１コンデンサＣ１から第２コンデンサＣ２への電力の移動により、第１電圧Ｖ１および第２電圧Ｖ２を素早く一致させることができる。言い換えると、この制御によれば、中性線となる第３電力線２８の電位を素早く理想的な電位とすることができる。

（第２バランス調整制御）
制御部５０は、商用電力系統に異常が生じために太陽電池６１の発電電力によって重要負荷が駆動されており、かつ重要負荷のうちＵ相－Ｏ相間に接続されたものとＷ相－Ｏ相間に接続されたものとのバランスが崩れているために第２電圧Ｖ２が第１電圧Ｖ１よりも大きくなっているときに第２バランス調整制御を行うことができる。この制御では、制御部５０は、第１電圧計２１で計測される第１電圧Ｖ１および第２電圧計２２で計測される第２電圧Ｖ２が目標電圧（インバータ４０が必要とする電圧の１／２）となるように、第１および第３スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ３をオフさせたまま第２、第４および第５スイッチ素子ＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ５をオン／オフさせる。

より詳しくは、制御部５０は、図５（Ａ）に示す第２スイッチ素子ＳＷ２がオンし、他のスイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５がオフした状態、同図（Ｂ）に示す全てのスイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５がオフした状態、同図（Ｃ）に示す第５スイッチ素子ＳＷ５がオンし、他のスイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４がオフした状態、同図（Ｄ）に示す第４スイッチ素子ＳＷ４がオンし、他のスイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ５がオフした状態をこの順に繰り返し作り出す。これにより、第２コンデンサＣ２の放電および第１コンデンサＣ１の充電が交互に行われ、第１電圧Ｖ１および第２電圧Ｖ２が目標電圧に一致する。

第２スイッチ素子ＳＷ２がオンすると、図５（Ａ）に示すように、第２コンデンサＣ２から蓄電池６０または第３コンデンサＣ３に電力が移動する。その後、第４スイッチ素子ＳＷ４がオンすると、図５（Ｄ）に示すように、蓄電池６０または第３コンデンサＣ３から第１コンデンサＣ１に電力が移動する。つまり、この制御では、蓄電池６０または第３コンデンサＣ３を介して第２コンデンサＣ２から第１コンデンサＣ１に電力が移動する。

なお、図５（Ａ）に示した状態から同図（Ｂ）に示した状態への切り替わりのタイミング、すなわち、第２スイッチ素子ＳＷ２のオンデューティは、例えばＰＷＭ制御により決定することができる。同様に、図５（Ｃ）に示した状態から同図（Ｄ）に示した状態への切り替わりのタイミング、すなわち、第５スイッチ素子ＳＷ５のオンデューティ（第４スイッチ素子ＳＷ４のオフデューティ）も、例えばＰＷＭ制御により決定することができる。

この第２バランス調整制御によれば、第２コンデンサＣ２から第１コンデンサＣ１への電力の移動により、第１電圧Ｖ１および第２電圧Ｖ２を素早く一致させることができる。言い換えると、この制御によれば、中性線となる第３電力線２８の電位を素早く理想的な電位とすることができる。

このように、本発明の実施例に係る蓄電システム１０では、中性線となる第３電力２８の電位が常に理想的な電位（第１電力線２６の電位および第２電力線２７の電位のちょうど中間の値）に維持される。また、蓄電システム１０は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２０における昇圧比および降圧比が小さいので、従来よりも高効率に蓄電池６０を充放電させることができる。

また、本発明の実施例に係る蓄電システム１０は、第３および第４スイッチ素子ＳＷ３，ＳＷ４を直列接続したものに並列に接続された第５スイッチ素子ＳＷ５を備え、この第５スイッチ素子ＳＷ５をオンさせるだけで図３（Ａ）に示したような電流経路を形成することができるようになっている。すなわち、蓄電システム１０によれば、２つのスイッチ素子（第３および第４スイッチ素子ＳＷ３，ＳＷ４）をオンさせなければ同等の電流経路を形成することができない場合に比べて、スイッチング損失を低減することができる。

以上、本発明に係る蓄電システムの実施例について説明してきたが、本発明の構成はこれに限定されるものではない。例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０およびインバータ４０は、図１に示したものに限定されない。

１０ 蓄電システム
２０ 双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ
２１ 第１電圧計
２２ 第２電圧計
２３ 第３電圧計
２４ａ，２４ｂ 第１入出力端
２５ａ，２５ｂ 第２入出力端
２６ 第１電力線
２７ 第２電力線
２８ 第３電力線
３０ ＤＣ／ＤＣコンバータ
３１ａ，３１ｂ 入力端
３２ａ，３２ｂ 出力端
４０ インバータ
４１ａ，４１ｂ，４１ｃ ＡＣ側入出力端
４２ａ，４２ｂ ＤＣ側入出力端
５０ 制御部
６０ 蓄電池
６１ 太陽電池
６２ フィルタ
６３ 系統端子
６４ 自立出力端子
６５ 系統リレー
６６ バイパスリレー
６７ 自立リレー
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４ コンデンサ
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５ 還流ダイオード
Ｌ コイル
ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５ スイッチ素子

Claims (8)

1. ＡＣ側入出力端が単相３線式の電力系統に接続されるインバータと、第１入出力端が蓄電池に接続されるとともに第２入出力端が前記インバータのＤＣ側入出力端に接続された双方向ＤＣ／ＤＣコンバータと、前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御部とを備えた蓄電システムであって、
   前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、
   前記第１入出力端および前記第２入出力端に接続された第１電力線および該第１電力線よりも電位が低い第２電力線と、
   前記インバータの前記ＡＣ側入出力端を構成する中性端に接続された第３電力線と、
   前記第１電力線および前記第３電力線に接続された第１コンデンサと、
   前記第２電力線および前記第３電力線に接続された第２コンデンサと、
   前記第１コンデンサの両端電圧である第１電圧を計測する第１電圧計と、
   前記第２コンデンサの両端電圧である第２電圧を計測する第２電圧計と、
   複数のスイッチ素子と、
   を含み、
   前記制御部は、（１）前記第１電圧が前記第２電圧よりも大きい場合に、前記スイッチ素子をオン／オフさせることにより前記第１コンデンサの放電および前記第２コンデンサの充電を交互に行わせ、（２）前記第１電圧が前記第２電圧よりも小さい場合に、前記スイッチ素子をオン／オフさせることにより前記第１コンデンサの充電および前記第２コンデンサの放電を交互に行わせる
   ことを特徴とする蓄電システム。
2. ＡＣ側入出力端が単相３線式の電力系統に接続されるインバータと、第１入出力端が蓄電池に接続されるとともに第２入出力端が前記インバータのＤＣ側入出力端に接続された双方向ＤＣ／ＤＣコンバータと、前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御部とを備えた蓄電システムであって、
   前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、
   前記第１入出力端および前記第２入出力端に接続された第１電力線および該第１電力線よりも電位が低い第２電力線と、
   前記インバータの前記ＡＣ側入出力端を構成する中性端に接続された第３電力線と、
   前記第１電力線に介装された第１スイッチ素子と、
   前記第２電力線に介装された第２スイッチ素子と、
   前記第１スイッチ素子および前記第２入出力端の間において前記第１電力線に接続されるとともに前記第３電力線に接続された第１コンデンサと、
   前記第２スイッチ素子および前記第２入出力端の間において前記第２電力線に接続されるとともに前記第３電力線に接続された第２コンデンサと、
   前記第１スイッチ素子および前記第１入出力端の間において前記第１電力線に接続されるとともに前記第３電力線に接続された第３スイッチ素子と、
   前記第２スイッチ素子および前記第１入出力端の間において前記第２電力線に接続されるとともに前記第３電力線に接続された第４スイッチ素子と、
   前記第１スイッチ素子および前記第１入出力端の間において前記第１電力線に接続されるとともに前記第２スイッチ素子および前記第１入出力端の間において前記第２電力線に接続された第５スイッチ素子および第３コンデンサと、
   前記第１、第２、第３、第４および第５スイッチ素子のそれぞれに並列接続された還流ダイオードと
   を含むことを特徴とする蓄電システム。
3. 入力端が太陽電池に接続されるとともに出力端が前記インバータの前記ＤＣ側入出力端に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータをさらに備える
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の蓄電システム。
4. 前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、
   前記第１コンデンサの両端電圧である第１電圧を計測する第１電圧計と、
   前記第２コンデンサの両端電圧である第２電圧を計測する第２電圧計と、
   前記第３コンデンサの両端電圧である第３電圧を計測する第３電圧計と、
   をさらに含む
   ことを特徴とする請求項２に記載の蓄電システム。
5. 前記制御部は、前記第３電圧が目標電圧となるように、前記第３、第４および第５スイッチ素子をオフさせたまま前記第１および第２スイッチ素子をオン／オフさせることにより、前記第１コンデンサの放電および第２コンデンサの放電を交互に行わせる制御が可能となっている
   ことを特徴とする請求項４に記載の蓄電システム。
6. 前記制御部は、前記第１および第２電圧が一致するように、前記第１および第２スイッチ素子をオフさせたまま前記第３、第４および第５スイッチ素子をオン／オフさせることにより、前記第１コンデンサの充電および第２コンデンサの充電を交互に行わせる制御が可能となっている
   ことを特徴とする請求項４に記載の蓄電システム。
7. 前記制御部は、前記第１および第２電圧が一致するように、前記第２および第４スイッチ素子をオフさせたまま前記第１、第３および第５スイッチ素子をオン／オフさせることにより、前記第１コンデンサの放電および前記第２コンデンサの充電を交互に行わせる制御が可能となっている
   ことを特徴とする請求項４に記載の蓄電システム。
8. 前記制御部は、前記第１および第２電圧が一致するように、前記第１および第３スイッチ素子をオフさせたまま前記第２、第４および第５スイッチ素子をオン／オフさせることにより、前記第１コンデンサの充電および前記第２コンデンサの放電を交互に行わせる制御が可能となっている
   ことを特徴とする請求項４に記載の蓄電システム。

Images