JP4566658B2 - 電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、インバータ技術を利用した電源装置に関する。

近年、一般家庭の負荷の増加による化石燃料の枯渇、地球温暖化問題などが生じており、太陽光発電システムや節電装置、あるいは系統電圧の安定化装置などによる、クリーンエネルギーの利用や省エネルギー装置が求められている。

従来、この種の電源装置は、発電装置の発電電力を系統側に連系する系統連系電力変換装置として、進相無効成分を含む電流を出力し、需要家負荷の消費電力を低減可能とするものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

以下、その電源装置について図１６及び図１７を参照しながら説明する。

図１６に示すように、系統連系インバータ１０１から配電系統１０２へ進相無効成分を含む電流Ｉｉｎｖを出力すると、需要家一般負荷１０３への供給電圧Ｖｌｉｎｅ＝Ｖｉｎｖは、系統電圧Ｖｇに系統インピーダンス１０４（Ｒ＋ｊ×Ｌ）における電圧降下分Ｖｄｉｆを加えた値となる。図１７の（ａ）は太陽光の照射があり直流電源が配電系統１０２に有効電力を供給している有効電力調整モードで、系統連系インバータ１０１は直流電源からの直流電力を交流電力に変換し、配電系統１０２および需要家一般負荷１０３に電力供給した場合のベクトル図を示す。この運転モードでは、通常負荷電圧Ｖｌｉｎｅは系統電圧Ｖｇより高くなる。次に図１７の（ｂ）では、系統連系インバータ１０１の制御を変えて同時に無効電力を配電系統１０２および需要家一般負荷１０３に供給している場合のベクトル図を示す。この場合、図に示すように、負荷電圧Ｖｌｉｎｅが系統電圧Ｖｇより低くなり、系統インピーダンス１０４の定数を加味して有効電力および無効電力を適切に制御することにより、需要家一般負荷１０３に供給する負荷電圧Ｖｌｉｎｅをその運転可能下限電圧以上の範囲で定格電圧より低い電圧値に制御することができることとなる。よって、需要家一般負荷１０３への供給電圧をその定格電圧未満に制御することができ、需要家一般負荷１０３の消費電力を低減可能としている。
特開２００３−１５３４４４号公報

このような従来の電源装置では、発電装置による発電電力が増加し、進相無効成分を含む電流出力のみでは不十分となり、系統電圧の上昇を抑制することができないという課題があり、確実に系統電圧の上昇を抑制し、かつ発電装置により発電した電力を有効に利用することが要求されている。

また通常時、力率１制御を基本としており、系統電圧が上昇したことを検出し、フィードバック制御により系統電圧を下げるように制御しているため、制御応答性や必要以上に抑制することで、発電電力の有効利用率が低下するという課題があり、系統の保護協調と発電電力の有効利用を両立させることが要求されている。

さらに、負荷に供給する電源電圧、及び交流電源側の電源電圧を同時に規定範囲に自動で制御することができず、負荷に供給する電源電圧が上昇し、負荷の消費電力が増加するという課題があり、系統の保護協調と同時に負荷で消費する電力量を同時に削減する電源装置が要求されている。

また、系統電圧が規定値以上になった結果によるフィードバック制御のため、系統電圧に対する応答性に起因して発生する過渡的な電圧上昇が発生するという課題があり、規定値に到達する前に系統電圧を制御できるフィードフォワード制御が要求されている。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、発電装置に相当する節電装置、あるいは電圧安定化装置による節約した過剰電力が増加した際であっても、過剰電力を蓄電池に充電を実施し、かつ負荷への供給電圧を最適な電圧に制御することができる電源装置を提供することを目的としている。

また、本発明は、負荷に供給する電源電圧、及び交流電源側の電源電圧を同時に規定範囲に自動で制御することができる電源装置を提供することを目的としている。

さらに、本発明は、系統のインピーダンスを自動で検出し、検出したインピーダンスと系統電圧から系統電圧を規定値以上に上昇させることない出力電力を判定し、系統側の電圧上昇を発生させること無く、かつ節電装置あるいは電圧安定化装置により節約した過剰電力を有効に利用することができる電源装置を提供することを目的としている。

また、系統電圧が規定値以上になった結果によるフィードバック制御でなく、規定値に到達する前のフィードフォワード制御を行なうことができる電源装置を提供することを目的としている。

本発明の電源装置は上記目的を達成するために、発電手段と、前記発電手段により得られた発電電力を交流電源へ出力する、スイッチング素子と逆並列したダイオードを上下に直列接続した２つのアームにより構成したフルブリッジインバータと、前記２つのアームに並列に接続したコンデンサと、フルブリッジインバータを制御する主回路制御部を備え負荷への供給電圧を規定範囲に制御する電源装置おいて、前記コンデンサに並列接続し、かつ交流電源の電圧の上下変動に応じて充放電を行なう蓄電手段、充放電回路および充放電制御部を備え、前記蓄電手段の充電は、交流電源の電圧が系統上限電圧を超えた場合に、前記コンデンサの電圧が充電閾値電圧より高い場合に行い、前記蓄電手段の放電は、交流電源の電圧が系統下限電圧を下回った場合に前記コンデンサの電圧が放電閾値電圧より低い場合に行う構成としたものである。

この手段により、フルブリッジインバータからの過剰電力を円滑に蓄電手段に蓄電することができ、コンデンサの過電圧、過小電圧を発生させることを無くし交流電源の電圧が低下した時に負荷側へ供給、あるいは交流電源側に逆潮流することができる電源装置を提供できる。

さらに、蓄電手段の充電時におけるコンデンサの電圧は、放電時におけるコンデンサの電圧と相異なる電圧にする構成としたものである。

この手段により、蓄電手段の充電、放電の切り換えを円滑に行なうことができる。

さらに、交流電源のインピーダンスを判定して回生できる電流値を演算するインピーダンス判定手段と、前記インピーダンス判定手段により算出した回生できる電流値と、フルブリッジインバータの出力定格電流値を比較して、いずれか低い方の電流値でフルブリッジインバータの出力を制限するインバータ出力制限手段を備える構成としたものである。

この手段により、予め交流電源のインピーダンスが既知であるため、過剰な逆潮流を避けることができ、交流電源の電圧上昇を発生することを無くすることができる。

また、交流電源の電源電圧を常時監視する電圧監視手段と、前記電圧監視手段により検出した電源電圧が上昇した時にフルブリッジインバータから無効電力を出力する第二無効電力制御手段を備える構成としたものである。

この手段により、交流電源のインピーダンスの自動判定による、無効電力出力で交流電源の電圧上昇抑制のフィードフォワード制御と、電圧監視手段により検出した電源電圧上昇からフィードバック制御とにより構成されるため、よりきめ細かで必要最小限かつ、より優れた応答性を確保することができる。

さらに、フルブリッジインバータの出力制限により生じた余剰電力を、蓄電手段に蓄電する余剰電力制御手段を備える構成としたものである。

この手段により、フルブリッジインバータの出力制限が生じた際であっても、蓄電手段に一時的に余剰電力を蓄電でき、かつ出力制限解除あるいは出力制限値を下回った場合に蓄電してある過去の節約した過剰電力を出力することができ、発電手段により得られた発電電力の有効利用をすることができる。

また、フルブリッジインバータの出力制限、及び蓄電手段に蓄電する余剰電力制御の限界時に、発電手段の発電電力を制限する発電電力制限手段を備える構成としたものである。

この手段により、フルブリッジインバータの出力制限、及び蓄電池が満充電に近い状態となった場合であっても発電電力を制限することで、コンデンサを規定の電圧範囲で運用することができる。

本発明によれば、発電手段と、前記発電手段により得られた発電電力を交流電源へ出力する、スイッチング素子と逆並列したダイオードを上下に直列接続した２つのアームにより構成したフルブリッジインバータと、前記２つのアームに並列に接続したコンデンサと、フルブリッジインバータを制御する主回路制御部を備え負荷への供給電圧を規定範囲に制御する電源装置おいて、前記コンデンサに並列接続し、かつ交流電源の電圧の上下変動に応じて充放電を行なう蓄電手段、充放電回路および充放電制御部を備え、前記蓄電手段の充電は、交流電源の電圧が系統上限電圧を超えた場合に、前記コンデンサの電圧が充電閾値電圧より高い場合に行い、前記蓄電手段の放電は、交流電源の電圧が系統下限電圧を下回った場合に前記コンデンサの電圧が放電閾値電圧より低い場合に行う構成とすることで、フルブリッジインバータからの過剰電力を円滑に蓄電手段に蓄電することができ、コンデンサの過電圧、過小電圧を発生させることを無くし交流電源の電圧が低下した時に負荷側へ供給、あるいは交流電源側に逆潮流することができるという効果のある電源装置を提供できる。

さらに、蓄電手段の充電時におけるコンデンサの電圧は、放電時におけるコンデンサの電圧と相異なる電圧にする構成とすることで、蓄電手段の充電、放電の切り換えを円滑に行なうことができるという効果のある電源装置を提供できる。

さらに、交流電源のインピーダンスを判定して回生できる電流値を演算するインピーダンス判定手段と、前記インピーダンス判定手段により算出した回生できる電流値と、フルブリッジインバータの出力定格電流値を比較して、いずれか低い方の電流値でフルブリッジインバータの出力を制限するインバータ出力制限手段を備える構成とすることで、予め交流電源のインピーダンスが既知であるため、過剰な逆潮流を避けることができ、交流電源の電圧上昇を発生することを無くすることができるという効果のある電源装置が提供できる。

また、交流電源の電源電圧を常時監視する電圧監視手段と、前記電圧監視手段により検出した電源電圧が上昇した時にフルブリッジインバータから無効電力を出力する第二無効電力制御手段を備える構成とすることで、交流電源のインピーダンスの自動判定による、無効電力出力で交流電源の電圧上昇抑制のフィードフォワード制御と、電圧監視手段により検出した電源電圧上昇からフィードバック制御とにより構成されるため、よりきめ細かで必要最小限かつ、より優れた応答性を確保することができるという効果のある電源装置が提供できる。

さらに、フルブリッジインバータの出力制限により生じた余剰電力を、蓄電手段に蓄電する余剰電力制御手段を備える構成とすることで、フルブリッジインバータの出力制限が生じた際であっても、蓄電手段に一時的に余剰電力を蓄電でき、かつ出力制限解除あるいは出力制限値を下回った場合に蓄電してある過去の節約した過剰電力を出力することができ、発電手段により得られた発電電力の有効利用をすることができるという効果のある電源装置が提供できる。

また、フルブリッジインバータの出力制限、及び蓄電手段に蓄電する余剰電力制御の限界時に、発電手段の発電電力を制限する発電電力制限手段を備える構成とすることで、フルブリッジインバータの出力制限、及び蓄電池が満充電に近い状態となった場合であっても発電電力を制限することで、コンデンサを規定の電圧範囲で運用することができるという効果のある電源装置が提供できる。

本発明の請求項１記載の発明は、発電手段と、前記発電手段により得られた発電電力を交流電源へ出力する、スイッチング素子と逆並列したダイオードを上下に直列接続した２つのアームにより構成したフルブリッジインバータと、前記２つのアームに並列に接続したコンデンサと、フルブリッジインバータを制御する主回路制御部を備え負荷への供給電圧を規定範囲に制御する電源装置おいて、前記コンデンサに並列接続し、かつ交流電源の電圧の上下変動に応じて充放電を行なう蓄電手段、充放電回路および充放電制御部を備え、前記蓄電手段の充電は、交流電源の電圧が系統上限電圧を超えた場合に、前記コンデンサの電圧が充電閾値電圧より高い場合に行い、前記蓄電手段の放電は、交流電源の電圧が系統下限電圧を下回った場合に前記コンデンサの電圧が放電閾値電圧より低い場合に行う構成としたものであり、蓄電手段の充放電制御とフルブリッジインバータの電流制御を円滑に行ないフルブリッジインバータからの過剰電力を蓄電手段に蓄電することができ、コンデンサの過電圧、過小電圧を発生させることを無くすることができ、交流電源の電圧が低下した時に負荷側へ供給、あるいは交流電源側に逆潮流することができるという作用を有する。

さらに、蓄電手段の充電時におけるコンデンサの電圧は、放電時におけるコンデンサの電圧と相異なる電圧にする構成としたものであり、蓄電手段の充電、放電の切り換えを円滑に行なうことができるという作用を有する。

さらに、交流電源のインピーダンスを判定して回生できる電流値を演算するインピーダンス判定手段と、前記インピーダンス判定手段により算出した回生できる電流値と、フルブリッジインバータの出力定格電流値を比較して、いずれか低い方の電流値でフルブリッジインバータの出力を制限するインバータ出力制限手段を備える構成としたものであり、予め交流電源のインピーダンスが既知であるため、過剰な逆潮流を避けることができ、交流電源の電圧上昇を発生することを無くすることができるという作用を有する。

また、交流電源の電源電圧を常時監視する電圧監視手段と、前記電圧監視手段により検出した電源電圧が上昇した時にフルブリッジインバータから無効電力を出力する第二無効電力制御手段を備える構成としたものであり、交流電源のインピーダンスの自動判定による、無効電力出力で交流電源の電圧上昇抑制のフィードフォワード制御と、電圧監視手段により検出した電源電圧上昇からフィードバック制御とにより構成されるため、よりきめ細かで必要最小限かつ、より優れた応答性を確保することができるという作用を有する。

さらに、フルブリッジインバータの出力制限により生じた余剰電力を、蓄電手段に蓄電する余剰電力制御手段を備える構成としたものであり、フルブリッジインバータの出力制限が生じた際であっても、蓄電手段に一時的に余剰電力を蓄電でき、かつ出力制限解除あるいは出力制限値を下回った場合に蓄電してある過去の節約した過剰電力を出力することができ、発電手段により得られた発電電力の有効利用をすることができるという作用を有する。

また、フルブリッジインバータの出力制限、及び蓄電手段に蓄電する余剰電力制御の限界時に、発電手段の発電電力を制限する発電電力制限手段を備える構成としたものであり、フルブリッジインバータの出力制限、及び蓄電池が満充電に近い状態となった場合であっても発電電力を制限することで、コンデンサを規定の電圧範囲で運用することができるという作用を有する。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１における電源装置の構成図を示す。

図に示すように、発電手段１としての太陽電池１ａ及び昇圧チョッパ回路１ｂと、太陽電池１ａからの電力を昇圧チョッパ回路１ｂにより昇電圧した発電電力を交流電源２へ出力する、スイッチング素子３ａ〜３ｄと逆並列したダイオード４ａ〜４ｄを上下に直列接続した２つのアーム５ａ及び５ｂにより構成したフルブリッジインバータ６と、前記２つのアーム５ａ及び５ｂに並列に接続したコンデンサ７と、フルブリッジインバータ６を制御する主回路制御部８を備えた系統連系インバータ９において、前記コンデンサ７に並列接続し、かつ交流電源の電圧の上下変動に応じて充放電を行なう蓄電手段１０としての蓄電池１０ａ、充放電回路１０ｂ及び充放電制御部１０ｃにより構成している。

次に、充放電制御部１０ｃの制御フローチャートについて、図２を参照しながら説明する。

図に示すように、充放電制御部１０ｃは、系統電圧Ｖａｃを入力する。系統電圧Ｖａｃが系統上限電圧Ｖａｃ＿ｍａｘを超えた場合、系統連系インバータ９の出力電流指令値を△Ｉのみ下げるように指令する。この時の出力電流指令値を下げるのはゼロまでとし、交流電源２から受電することは行なわない。この指令により、発電電力の需給バランスが崩れるため、中間のコンデンサ７の電圧が上昇することとなる。次に、充放電制御部１０ｃはコンデンサ７の電圧を入力する。入力したコンデンサ７の電圧Ｖｃが充電閾値Ｖｃｈより高いか否かを判定し、Ｖｃｈ以上であれば充電を行なう。充電電流の指令値は、コンデンサ７の電圧の目標値Ｖｃｈ＊と実際の電圧値Ｖｃとの偏差からＰＩ制御器に入力し、算出する。ここで、充電電流指令値は、蓄電池１０ａの充電可能電流Ｉｂ＿ｃｈａより大きければ、充電電流指令値はＩｂ＿ｃｈａに制限する。さらに充電電流を制限し、交流電源２への出力を絞ることにより、発電電力の需給バランスが崩れた場合には、昇圧チョッパ回路１ｂは太陽電池１ａのＭＰＰＴ制御（最大電力追従制御）を外れて定電力制御へリミット制御することとなる。逆に、系統電圧Ｖａｃが系統下限電圧Ｖａｃ＿ｍｉｎを下回った場合、系統連系インバータ９の出力電流指令値を△Ｉのみ上げるように指令する。この時の出力電流の指令は、系統連系インバータ９から出力可能な最大電流Ｉｉｎｖ＿ｍａｘまでとし、リミット制御を行なう。この出力電流の増加指令により、発電電力の需給バランスが崩れるため、中間のコンデンサ７の電圧は低下することとなる。次に充放電制御部１０ｃはコンデンサ７の電圧を入力する。入力したコンデンサ７の電圧Ｖｃが放電閾値Ｖｃｌより低いか否かを判定し、Ｖｃｌ以下であれば放電を行なう。また、放電電流の指令値は、充電の時と同様に、コンデンサ７の電圧の目標値Ｖｃｌ＊と実際の電圧値Ｖｃとの偏差からＰＩ制御器に入力し、算出する。さらに、放電電流指令値は、蓄電池１０ａの放電可能電流Ｉｂ＿ｄｉｓより大きければ、放電電流指令値はＩｂ＿ｄｉｓに制限する。

以上のように、本実施の形態１によれば、太陽電池１ａ及び昇圧チョッパ回路１ｂと、太陽電池１ａからの電力を昇圧チョッパ回路１ｂにより昇電圧した発電電力を交流電源２へ出力する、スイッチング素子３ａ〜３ｄと逆並列したダイオード４ａ〜４ｄを上下に直列接続した２つのアーム５ａ及び５ｂにより構成したフルブリッジインバータ６と、前記２つのアーム５ａ及び５ｂに並列に接続したコンデンサ７と、フルブリッジインバータ６を制御する主回路制御部８を備えた系統連系インバータ９において、前記コンデンサ７に並列接続し、かつ交流電源の電圧の上下変動に応じて充放電を行なう蓄電手段１０としての蓄電池１０ａ、充放電回路１０ｂ及び充放電制御部１０ｃにより構成することで、フルブリッジインバータ６からの過剰電力を蓄電池１０ａへ充放電回路１０ｂを通して充電あるいは放電することができることとなる。また、充放電制御部１０ｃの充電あるいは放電時のコンデンサ７の電圧指令値に電圧偏差を設けることで、コンデンサ７の電圧の上昇、あるいは低下による制御時定数を設けることができる。制御時定数により蓄電手段１０の充放電制御とフルブリッジインバータ６の電流制御を円滑に行ない、コンデンサ７の過電圧、過小電圧を発生することを抑制している。さらに、蓄電手段１０の充電時におけるコンデンサ７の制御電圧は、放電時の制御電圧に比べて高い電圧とすることで、蓄電手段１０の充電、放電の切り換えを円滑に行なうことができる。

なお、本実施例においては、蓄電手段１０の蓄電媒体として蓄電池としたが、電気二重層コンデンサ、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等であってもよい。

（実施の形態２）
図３は、本実施の形態２における電源装置の構成図を示す。

図に示すように、交流電源２のインピーダンスを判定するインピーダンス判定手段１１と、インピーダンス判定手段１１により判定したインピーダンスからフルブリッジインバータの出力を制限するインバータ出力制限手段１２を備えている。

次に、インピーダンス判定手段１１のフローチャートについて、図４を参照しながら説明する。

図に示すように、インピーダンス判定手段１１は、フルブリッジインバータ６からの出力電流を最大Ｉｗとするように主回路制御部８へ出力有効電流Ｉｗを指令する。フルブリッジインバータ６の出力有効電流Ｉｗ時の交流電源２の電源電圧Ｖ１を検出、及び記憶する。次にインピーダンス判定手段１１は、主回路制御部８へ出力電流に力率を０．８５まで変動させ、有効電流はＩｗで、かつ無効電流Ｉｑを同時に出力するようフルブリッジインバータ６に指令を出力する。この時の変動した交流電源２の電源電圧Ｖ２を検出する。次にフルブリッジインバータ６の出力をゼロとし、その時の交流電源２の電源電圧Ｖｏを検出する。この時、Ｖｏ、Ｖ１、Ｖ２、Ｉｗ、Ｉｑの関係は、交流電源２のインピーダンスをＲｓ＋ｊＸｓとすると、数式１にて連立方程式が成立する。数式１をＲｓ、Ｘｓについて解くと、数式２を導くことができる。

さらに、求めたＲｓ、Ｘｓと交流電源２の許容できる最大電圧Ｖｍａｘと、フルブリッジインバータ６からの出力がゼロの時の交流電源２の電源電圧Ｖｏから、フルブリッジインバータ６から回生できる電流最大値Ｉｗ＿ｍａｘは、数式３にて演算することができる。

次にインバータ出力制限手段１２のフローチャートについて図５を参照しながら説明する。図に示すように、インバータ出力制限手段１２は、インピーダンス判定手段１１により演算した回生できる電流最大値Ｉｗ＿ｍａｘを入力する。入力した電流最大値Ｉｗ＿ｍａｘとフルブリッジインバータ６の出力定格電流Ｉｃｏｎ＿ｍａｘを比較する。何れか低い電流値を最大出力電流リミッタとして主回路制御部８に設定値を出力する。

以上のように、本実施の形態２によれば、インピーダンス判定手段１１により交流電源２のインピーダンスを検出判定することができる。また、インピーダンス判定手段１１により検出判定した交流電源２のインピーダンスから、フルブリッジインバータ６から回生できる電流最大値を演算し、インバータ出力制限手段１２により出力電流をリミットすることとなる。この出力電流リミットにより、過剰な逆潮流を避けることができ、交流電源２の電圧上昇の発生を未然に無くすることができる。

（実施の形態３）
図６は、本実施の形態３における電源装置の構成図を示す。

図に示すように、実施の形態３における電源装置は、交流電源２のインダクタンスを判定するインダクタンス判定手段１３と、インダクタンス判定手段１３により判定したインダクタンスで、フルブリッジインバータ６から無効電力を出力する無効電力制御手段１４を備えている。

図７にインダクタンス判定手段１３のフローチャートを示す。図に示すように、インダクタンス判定手段１３は、フルブリッジインバータ６からの出力電流を最大Ｉｗとするように主回路制御部８へ出力有効電流Ｉｗを指令する。フルブリッジインバータ６の出力有効電流Ｉｗ時の交流電源２の電源電圧Ｖ１を検出、及び記憶する。次にインダクタンス判定手段１３は、主回路制御部８へ出力電流に力率を０．８５まで変動させ、有効電流はＩｗで、かつ無効電流Ｉｑを同時に出力するようフルブリッジインバータ６に指令を出力する。この時の変動した交流電源２の電源電圧Ｖ２を検出する。次にフルブリッジインバータ６の出力をゼロとし、その時の交流電源２の電源電圧Ｖｏを検出する。この時、Ｖｏ、Ｖ１、Ｖ２、Ｉｗ、Ｉｑの関係は、交流電源２のインピーダンスをＲｓ＋ｊＸｓとすると、数式４にて連立方程式が成立する。数式４をＸｓについて解くと、数式５を導くことができる。

さらに、求めたＲｓ、Ｘｓと交流電源２の許容できる最大電圧Ｖｍａｘと、フルブリッジインバータ６からの出力がゼロの時の交流電源２の電源電圧Ｖｏから、力率０．８５とした場合の無効電力の最大値Ｉｑ＿ｍａｘを計算する。

次に、無効電力制御手段１４のフローチャートについて、図８を参照しながら説明する。図に示すように、無効電流Ｉｑ＿ｍａｘは、力率０．８５のためＩｗ＿ｍａｘに定数０．６２を乗じた値となる。これにより、無効電力制御手段１４は、無効電力の最大値Ｉｑ＿ｍａｘと有効電力の最大値Ｉｗ＿ｍａｘとのベクトル和が、フルブリッジインバータ６の定格電流を超えていないか判定する。判定した結果、定格電流を超えていれば、ベクトル和を定格電流に更新し、更に定格電流に０．８５を乗じた値をＩｗ＿ｍａｘ、更新したＩｗ＿ｍａｘに０．６２を乗じた値をＩｑ＿ｍａｘに更新する。

以上のように、本実施の形態３によれば、インダクタンス判定手段１３により交流電源２のインダクタンスを検出判定することができる。また、インダクタンス判定手段１３により検出判定した交流電源２のインダクタンスから、フルブリッジインバータ６から回生できる電流最大値を演算し、無効電力制御手段１４により出力電流をリミットすることとなる。この出力電流リミットにより、過剰な逆潮流を避けることができると同時に、無効電力の出力を必要最小限とし、交流電源２の電圧上昇の発生を無くすることができる。

（実施の形態４）
図９は、本実施の形態４における電源装置の構成図を示す。

図に示すように、実施の形態４における電源装置は、交流電源２の電源電圧を常時監視する電圧監視手段１５としての電圧センサ１５ａと電圧センサ１５ａによる検出信号を電圧値に変換する電圧変換部１５ｂと、前記電圧監視手段１５により検出した電源電圧が上昇した時にフルブリッジインバータ６から無効電力を出力する第二無効電力制御手段１６を備える構成としている。

次に、第二無効電力制御手段１６の制御ブロックについて、図１０を参照しながら説明する。図に示すように、第二無効電力制御手段１６は、交流電源２のインピーダンスの自動判定による無効電力出力で交流電源２の電圧上昇抑制のフィードフォワード制御部１６ａと、電圧監視手段１５により検出した電源電圧上昇から制御を行なうフィードバック制御部１６ｂとにより構成している。インピーダンスの自動判定によるフィードフォワード制御により、定常出力制限を行ない、電圧監視手段１５により検出した電源電圧上昇からフィードバック制御により、過渡制限を行なうこととなる。

以上のように、本実施の形態４によれば、電圧監視手段１５と第二無効電力制御手段１６とにより、交流電圧２の電源電圧上昇を抑制することができる。このフィードフォワード制御、及びフィードバック制御により、よりきめ細かで必要最小限かつ、より優れた無効電力制御の応答性を確保することができることとなる。

（実施の形態５）
図１１は、本実施の形態５における電源装置の構成図を示す。

図に示すように、実施の形態５における電源装置は、フルブリッジインバータ６の出力制限により生じた余剰電力を、蓄電手段１０に蓄電する余剰電力制御手段１７と、フルブリッジインバータ６の出力制限、及び蓄電手段１０に蓄電する余剰電力制御の限界時、すなわち、蓄電池１０ａが満充電となった場合や、充電電流が蓄電池１０ａの規定電流値以上となった場合に、発電手段の発電電力を制限する発電電力制限手段１８を備える構成としている。

次に、余剰電力制御手段１７の制御ブロックについて、図１２を参照しながら説明する。

図に示すように、余剰電力制御手段１７は、フルブリッジインバータ６の出力指令を入力する。入力した出力指令をＰＩ制御器に入力し、蓄電手段１０に蓄電する充電電流指令値のフィードフォワード項を算出する。次に、コンデンサ７の電圧情報を入力し、コンデンサ７の電圧を一定電圧Ｖｃｏｎに保つようにＰＩ制御器へ入力し、蓄電手段１０に蓄電する充電電流指令値のフィードバック項を算出する。算出した、フィードフォワード項及びフィードバック項を加算することで最終的な充電電流指令値を算出する。また、余剰電力制御手段１７により放電側に電流指令値が計算された場合は、放電指令として電流制御を行なうこととなる。

次に、発電電力制限手段１８のフローチャートについて、図１３を参照しながら説明する。図に示すように、発電電力制限手段１８は、コンデンサ７の電圧を入力する。入力したコンデンサ７の電圧が、制限電圧Ｖｃｐを超えた場合、通常のＭＰＰＴ制御（最大電力追従制御）を外れて、コンデンサ７の電圧制御に切り換える。コンデンサ７の電圧制御の指令値Ｖｃｐ＊とコンデンサ７の実際の電圧値Ｖｃとの偏差を演算し、ＰＩ制御器に入力することで、発電手段１としての太陽電池１ａからの電流指令値を算出する。

以上のように、本実施の形態５によれば、フルブリッジインバータ６の出力制限が生じ、更に蓄電手段１０に蓄電する余剰電力制御の限界時、すなわち、蓄電池１０ａが満充電となった場合や、充電電流が蓄電池１０ａの規定電流値以上となった場合であっても、蓄電手段１０に一時的に余剰電力を蓄電でき、かつ出力制限解除あるいは出力制限値を下回った場合に蓄電してある過去の発電電力を出力することができ、発電電力の有効利用をすることができることとなる。また、フルブリッジインバータ６の出力制限、及び蓄電池が満充電に近い状態となった場合であっても発電電力を制限することで、交流電源２の電源電圧を規定範囲内で運用することができることとなる。さらに、フルブリッジインバータ６の出力制限、及び蓄電手段１０に蓄電する余剰電力制御の限界時に、発電手段１の発電電力を制限する発電電力制限手段１８を備えたことで、フルブリッジインバータ６の出力制限、及び蓄電池１０ａが満充電に近い状態となった場合であっても発電電力を制限することで、コンデンサ７を規定の電圧範囲で運用することができる。

（参考例１）
図１４は、本参考例１における電源装置の構成図を示す。

図に示すように、実施の形態６における電源装置は、蓄電池１０ａの回復充電中に発電電力が不足した時に交流電源２から電力供給を行なうように制御する系統回復充電手段１９を備えている。

次に、系統回復充電手段１９のフローチャートについて、図１５を参照しながら説明する。図に示すように、系統回復充電手段１９は、回復充電中である回復充電フラグ信号Ｆｒｃｖと、回復充電に必要な発電電力があるか否かを示す回復充電可能フラグ信号Ｆｒｃｖ＿ｐｖを入力する。入力した回復充電フラグ、回復充電可能フラグ信号から、回復充電中であり、かつ発電電力不足により回復充電が不可能である場合、フルブリッジインバータ６に交流電源２から電力を受電するようフルブリッジインバータ６に指令を送信する。指令を受けたフルブリッジインバータ６は、コンデンサ７の電圧がＶｃ＿ｒｃｈａとなるように制御する。コンデンサ７の電圧は、蓄電池１０ａの回復充電を行なっている際に発電電力が無ければ、低下することとなるが、フルブリッジインバータ６がコンデンサ７の電圧制御を行なうことで、安定した回復充電が可能となる。

以上のように、参考例１によれば、蓄電池１０ａの回復充電中に発電手段１による発電電力が充分でない場合であっても、系統回復充電手段１９により安定した回復充電を実施することができる。

太陽電池や燃料電池を用いた発電手段を、コンデンサに対して並列接続したシステムに対して、蓄電手段を用いて容易に発電電力のピークシフトができるため、発電電力の平準化あるいは負荷の平準化が必要となる家庭向けにも適用でき、また、交流電源側のインピーダンスを自動判定することにより、系統連系の際の出力抑制を未然に予測することができるため、系統側との調和を図る必要のある集中連系の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１の電源装置の構成図 同充放電制御部の制御フローチャート 本発明の実施の形態２の電源装置の構成図 同インピーダンス判定手段の制御フローチャート 同インバータ出力制限手段のフローチャート 本発明の実施の形態３の電源装置の構成図 同インダクタンス判定手段のフローチャート 同無効電力制御手段のフローチャート 本発明の実施の形態４の電源装置の構成図 同第二無効電力制御手段の制御ブロック図 本発明の実施の形態５の電源装置の構成図 同余剰電力制御手段の制御ブロック図 同発電電力制限手段のフローチャート 本発明の参考例１の電源装置の構成図 同系統回復充電手段のフローチャート 従来の電源装置（系統連系インバータ）のブロック図 同供給電圧制御時のベクトル図

符号の説明

１ 発電手段
１ａ 太陽電池
１ｂ 昇圧チョッパ回路
２ 交流電源
３ スイッチング素子
４ ダイオード
５ アーム
６ フルブリッジインバータ
７ コンデンサ
８ 主回路制御部
９ 系統連系インバータ
１０ 蓄電手段
１０ａ 蓄電池
１０ｂ 充放電回路
１０ｃ 充放電制御部
１１ インピーダンス判定手段
１２ インバータ出力制限手段
１３ インダクタンス判定手段
１４ 無効電力制御手段
１５ 電圧監視手段
１５ａ 電圧センサ
１５ｂ 電圧変換部
１６ 第二無効電力制御手段
１７ 余剰電力制御手段
１８ 発電電力制限手段
１９ 系統回復充電手段

Claims (6)

1. 発電手段と、前記発電手段により得られた発電電力を交流電源へ出力する、スイッチング素子と逆並列したダイオードを上下に直列接続した２つのアームにより構成したフルブリッジインバータと、前記２つのアームに並列に接続したコンデンサと、フルブリッジインバータを制御する主回路制御部を備え負荷への供給電圧を規定範囲に制御する電源装置おいて、前記コンデンサに並列接続し、かつ交流電源の電圧の上下変動に応じて充放電を行なう蓄電手段、充放電回路および充放電制御部を備え、前記蓄電手段の充電は、交流電源の電圧が系統上限電圧を超えた場合に、前記コンデンサの電圧が充電閾値電圧より高い場合に行い、前記蓄電手段の放電は、交流電源の電圧が系統下限電圧を下回った場合に前記コンデンサの電圧が放電閾値電圧より低い場合に行うことを特徴とする電源装置。
2. 蓄電手段の充電時におけるコンデンサの電圧は、放電時におけるコンデンサの電圧と相異なることを特徴とする請求項１記載の電源装置。
3. 交流電源のインピーダンスを判定して回生できる電流値を演算するインピーダンス判定手段と、前記インピーダンス判定手段により算出した回生できる電流値と、フルブリッジインバータの出力定格電流値を比較して、いづれか低い方の電流値でフルブリッジインバータの出力を制限するインバータ出力制限手段を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の電源装置。
4. 交流電源の電源電圧を常時監視する電圧監視手段と、前記電圧監視手段により検出した電源電圧が上昇した時にフルブリッジインバータから無効電力を出力する第二無効電力制御手段を備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の電源装置。
5. フルブリッジインバータの出力制限により生じた余剰電力を、蓄電手段に蓄電する余剰電力制御手段を備えたことを特徴とする請求項３に記載の電源装置。
6. フルブリッジインバータの出力制限、及び蓄電手段に蓄電する余剰電力制御の限界時に、発電手段の発電電力を制限する発電電力制限手段を備えたことを特徴とする請求項３に記載の電源装置。

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