JP5939096B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、交流電源と直流電源との間に設けられる電力変換装置に関する。

特許文献１は、小規模発電装置としての太陽電池を備える。この装置は、系統と、太陽電池と、蓄電池との間に電力変換装置を備える。この電力変換装置は、インバータと、昇圧チョッパと、双方向チョッパとを備えている。

特許文献２は、昇圧チョッパとインバータとを交互に駆動することを開示する。

特許第４７６５１６２号公報 特開２０００−３３３４７１号公報

特許文献１の電力変換装置では、インバータが系統の電圧に係わらずスイッチングを実行している。このため、スイッチング損失が大きい。同様に、双方向チョッパにおいても、スイッチング損失が大きい。

特許文献２は、蓄電池に加えて、さらに小規模発電装置を備える場合の制御手法を開示しない。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、交流電源と、複数の直流電源との間における電力変換を高い効率で実行できる電力変換装置を提供することである。

本発明の他の目的は、系統と蓄電池との間における電力変換を高い効率で実行でき、しかも、最大電力追従制御によって出力が制御される小規模発電装置からの出力を加えることができる電力変換装置を提供することである。

開示された発明のひとつは上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、開示された発明の技術的範囲を限定するものではない。

開示された発明のひとつは、蓄電池（５）に接続される第１の直流端（１１ａ）と、第１の直流端に接続され、リアクトル（Ｌ１）、ローサイドのスイッチ素子（Ｑｂ１）、およびハイサイドのスイッチ素子（Ｑｂ２）を備え、蓄電池への充電電流と蓄電池からの放電電流とを通電可能な双方向チョッパ回路（１３）と、系統（３）に接続される交流端（１２）と、交流端に接続され直交変換が可能なインバータ回路（１４）と、双方向チョッパ回路とインバータ回路との間に設けられた平滑コンデンサ（Ｃ１）と、太陽電池（６）に接続される第２の直流端（１１ｂ）と、第２の直流端に接続され、太陽電池から供給される電力を平滑コンデンサに供給する昇圧チョッパ回路（１５）と、蓄電池および太陽電池から系統へ電力を供給する逆潮流モードにおいて、系統の系統電圧が蓄電池の蓄電池電圧より小さい場合（｜Ｖａｃ｜＜Ｖｂ）にインバータ回路を系統への電流が系統の電圧に同期するようにスイッチング駆動し、系統の系統電圧が蓄電池の蓄電池電圧より大きい場合（｜Ｖａｃ｜＞Ｖｂ）に双方向チョッパ回路を系統への電流が系統の電圧に同期するようにスイッチング駆動することにより、双方向チョッパ回路とインバータ回路とを交互にスイッチング駆動する主制御部（２０、５０）と、逆潮流モードにおいて、太陽電池による発電電力を最大化する最大電力点追従制御を実行することにより、太陽電池による発電効率を高く維持するように昇圧チョッパ回路を制御する昇圧チョッパ制御部（６０）とを備え、主制御部は、逆潮流モードにおいて、系統の系統電圧が蓄電池の蓄電池電圧より大きい場合（｜Ｖａｃ｜＞Ｖｂ）にリアクトルと平滑コンデンサとの間に配置されたハイサイドのスイッチ素子（Ｑｂ２）をＯＦＦ状態に固定的に駆動し、逆潮流モードにおいて、系統の系統電圧が蓄電池の蓄電池電圧より小さい場合（｜Ｖａｃ｜＜Ｖｂ）にリアクトルと平滑コンデンサとの間に配置されたハイサイドのスイッチ素子（Ｑｂ２）をＯＮ状態に固定的に駆動することにより、逆潮流モードにおいて太陽電池から出力される電力を蓄電池に導入する切替制御部（４４ａ）を備えることを特徴とする。

この構成によると、｜Ｖａｃ｜＜Ｖｂであるときに、すなわち系統への電流が系統の電圧に同期するようにインバータ回路がスイッチング駆動されているときに、ハイサイドのスイッチ素子Ｑｂ２がＯＮ状態に固定的に駆動される。この結果、インバータ回路が系統へ出力しないときにおいても、小規模発電装置から出力される電力を昇圧チョッパ回路から蓄電池へ吸収することができる。

本発明を適用した第１実施形態の電力変換装置を示すブロック図である。 第１実施形態の電力変換装置の制御を示すフローチャートである。 第１実施形態の逆潮流時の制御ロジックの一部を示すブロック図である。 第１実施形態の充電時の制御ロジックの一部を示すブロック図である。 第１実施形態の制御ロジックの一部を示すブロック図である。 第１実施形態の作動時の波形の一例を示す波形図である。 本発明を適用した第２実施形態の電力変換装置を示すブロック図である。

以下に、図面を参照しながら開示された発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。また、後続の実施形態においては、先行する実施形態で説明した事項に対応する部分に百以上の位だけが異なる参照符号を付することにより対応関係を示し、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

（第１実施形態）
図１は、本発明を適用した第１実施形態の電力システム１を示すブロック図である。電力システム１は、電力変換装置２を含む。電力システム１は、系統３に接続された需要家に設置されている。電力システム１は、例えば、個人の住宅、または事業所において構成されている。系統３は、電力供給会社などの供給者によって提供される電力網である。系統３は、単相３線方式の電源であり、中性線（Ｎ）と、電圧線（Ｕ、Ｖ）とを有する。電力システム１は、系統３から電力を受ける負荷（ＬＤ）４を備える。

電力システム１は、小規模な直流電源５、６を備える。直流電源は、充放電可能な蓄電池５、および住宅などに設置された小規模発電装置６を備える。小規模発電装置６として、例えば、太陽光発電装置、風力発電装置、水力発電装置、または燃料電池を用いることができる。これら小規模発電装置６は、最大の発電電力を引き出すために、最大電力点追従制御によって制御することができる。図示の例においては、太陽光発電装置６が採用されている。太陽光発電装置６は太陽電池６とも呼ばれる。

蓄電池５は、高電圧、大容量の二次電池である。蓄電池５は、リチウムイオン電池によって提供することができる。電力システム１および電力変換装置２は、系統３および／または太陽電池６から供給される電力によって蓄電池５を充電する機能を有する。蓄電池５が充電されるときの作動状態は充電モードとも呼ばれる。蓄電池５の電圧Ｖｂは、太陽電池６が発電する太陽電池電圧Ｖｐより高い。電力変換装置２は、蓄電池電圧Ｖｂを太陽電池電圧Ｖｐより高く維持するように制御される。電力システム１は、蓄電池５および／または太陽電池６から系統３へ電力を出力する機能を有する。この機能は、逆潮流機能とも呼ばれる。蓄電池５は放電することによって、図示されない他の負荷へ給電することができる。また、蓄電池５は放電することによって、系統３へ電力を供給することができる。

電力変換装置２は、系統３と蓄電池５と太陽電池６との間に設けられている。電力変換装置２は、系統３および太陽電池６から蓄電池５へ充電する充電モードと、太陽電池６および蓄電池５から系統３へ電力を供給する逆潮流モードとを実行可能である。

電力変換装置２は、蓄電池５に接続される第１の直流端１１ａと、太陽電池６に接続される第２の直流端１１ｂとを有する。さらに、電力変換装置２は、系統３に接続された交流端１２を備える。電力変換装置２は、２つの直流端１１ａ、１１ｂから供給される直流電力を交流電力に変換し、得られた交流電力を系統３に供給する。

電力変換装置２は、第１の直流端１１ａに接続された双方向チョッパ回路１３を備える。双方向チョッパ回路１３は、少なくとも昇圧回路として機能することができる。双方向チョッパ回路１３は、直流端１１ａから供給される蓄電池電圧Ｖｂを昇圧するコンバータ回路である。双方向チョッパ回路１３は、蓄電池５の電圧を昇圧し、出力する。さらに、双方向チョッパ回路１３は、蓄電池５へ電力を受け入れることができる。双方向チョッパ回路１３は、降圧回路としても機能することができる。双方向チョッパ回路１３は、リアクトルＬ１と、スイッチ素子Ｑｂ１と、スイッチ素子Ｑｂ２とを備える。

双方向チョッパ回路１３の出力は、電圧を平滑化するための平滑コンデンサＣ１に供給される。平滑コンデンサＣ１は、後述のチョッパ回路などと共有して利用される。リアクトルＬ１の一端には、蓄電池電圧Ｖｂが供給される。リアクトルＬ１の他端は、スイッチ素子Ｑｂ１とスイッチ素子Ｑｂ２との接続点に接続されている。スイッチ素子Ｑｂ１、Ｑｂ２は、昇圧出力の間において直列接続されており、スイッチ素子Ｑｂ１はロワアームを、スイッチ素子Ｑｂ２はアッパアームを提供する。リアクトルＬ１の一端と昇圧出力との間には、スイッチ素子Ｑｂ２が接続されている。スイッチ素子Ｑｂ２は、蓄電池５への電力の受け入れを可能とする。

平滑コンデンサＣ１は、昇圧出力の間に並列接続されている。この構成によると、スイッチ素子Ｑｂ１のスイッチングによって蓄電池電圧Ｖｂが昇圧され、昇圧出力に供給される。また、スイッチ素子Ｑｂ１がスイッチングしないときには、蓄電池電圧Ｖｂが直接に昇圧出力に供給される。さらに、スイッチ素子Ｑｂ２がＯＮ状態にあるとき、蓄電池５への充電電流を受け入れ可能である。

インバータ回路１４は、双方向チョッパ回路１３と交流端１２との間に設けられている。インバータ回路１４は、直流電力を交流電力に変換して系統３へ出力することができる回路である。インバータ回路１４は、双方向チョッパ回路１３によって昇圧された電圧、または蓄電池電圧Ｖｂを交流波形に変換して交流端１２に供給する。インバータ回路１４は、双方向チョッパ回路１３から出力された直流電力を変調する変調機能と、直流電力を交流電力に変換する直交変換機能とを有する。インバータ回路１４は、交流電力を直流電力に変換して蓄電池５へ出力することができる回路である。インバータ回路１４は、直交変換を双方向に実行可能である。

インバータ回路１４は、フルブリッジ回路と、ノーマルコイルＬ２と、平滑コンデンサＣ２とを備える。フルブリッジ回路は、複数のスイッチ素子をＨブリッジに接続した回路である。フルブリッジ回路は、少なくとも４つのスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、およびＱ４を備える。スイッチ素子Ｑ１およびＱ４は、蓄電池電圧Ｖｂと同じ極性の電圧を出力するので、正転対のスイッチ素子と呼ばれる。スイッチ素子Ｑ２およびＱ３は、蓄電池電圧Ｖｂと逆極性の電圧を出力するので、反転対のスイッチ素子と呼ばれる。ノーマルコイルＬ２は、フルブリッジ回路の交流端に接続されている。ノーマルコイルＬ２は、ブリッジ回路のひとつの交流端と、系統３との間に直列接続されている。平滑コンデンサＣ２は、ノーマルコイルＬ２と交流端１２との間に位置付けられ、交流端１２に並列接続されている。

電力変換装置２は、第２の直流端１１ｂに接続された昇圧チョッパ回路１５を備える。昇圧チョッパ回路１５は、昇圧回路としてだけ機能することができる。昇圧チョッパ回路１５は、太陽電池６の電圧を昇圧し、出力する。昇圧チョッパ回路１５は、直流端１１ｂから供給される太陽電池電圧Ｖｐを昇圧するコンバータ回路である。昇圧チョッパ回路１５は、リアクトルＬ３と、スイッチ素子Ｑｐｖと、ダイオードＤ１とを備える。

昇圧チョッパ回路１５の出力は、平滑コンデンサＣ１に供給される。太陽電池６の出力は、昇圧チョッパ回路１５から、平滑コンデンサＣ１の両端に供給される。リアクトルＬ３の一端には、太陽電池電圧Ｖｐが供給される。リアクトルＬ３の他端は、スイッチ素子ＱｐｖとダイオードＤ１との接続点に接続されている。スイッチ素子ＱｐｖとダイオードＤ１とは、昇圧出力の間において直列接続されており、スイッチ素子Ｑｐｖはロワアームを、ダイオードＤ１はアッパアームを提供する。

平滑コンデンサＣ１は、昇圧出力の間に並列接続されている。この構成によると、スイッチ素子Ｑｐｖのスイッチングによって太陽電池電圧Ｖｐが昇圧され、昇圧出力に供給される。また、スイッチ素子Ｑｐｖがスイッチングしないときには、太陽電池電圧Ｖｂが直接に昇圧出力に供給される。

上記構成によると、系統３の電力は、インバータ回路１４から双方向チョッパ回路１３を経由して蓄電池５に供給、すなわち充電可能である。蓄電池５の電力は、双方向チョッパ回路１３からインバータ回路１４を経由して系統３に逆潮流供給可能である。太陽電池６の電力は、昇圧チョッパ回路１５からインバータ回路１４を経由して系統３に逆潮流供給可能である。さらに、逆潮流時において、太陽電池６の電力は、昇圧チョッパ回路１５から双方向チョッパ回路１３を経由して蓄電池５に供給可能である。

電力変換装置２は、直流端１１ａと双方向チョッパ回路１３との間に、ノイズを除去するためのフィルタ回路ＦＬＴを備える。電力変換装置２は、直流端１１ｂと双方向チョッパ回路１３との間に、ノイズを除去するためのフィルタ回路ＦＬＴを備える。電力変換装置２は、インバータ回路１４と交流端１２との間にノイズを除去するためのフィルタ回路ＦＬＴを備える。電力変換装置２は、交流端１２とフィルタ回路ＦＬＴとの間に遮断器ＲＬ１、ＲＬ２を備える。遮断器ＲＬ１、ＲＬ２は、系統３と電力変換装置２との接続を遮断する。

電力変換装置２は、各部の電圧、電流を検出するための複数のセンサを備える。電力変換装置２は、蓄電池５の端子間電圧を蓄電池電圧Ｖｂとして検出する電圧センサと、系統３の系統電圧Ｖａｃを検出する電圧センサとを備える。さらに、電力変換装置２は、太陽電池６の端子間電圧を太陽電池電圧Ｖｐとして検出する電圧センサと、平滑コンデンサＣ１の端子におけるコンデンサ電圧Ｖｃを検出する電圧センサとを備える。電力変換装置２は、太陽電池６から供給される電流ＩＬｐを検出する電流センサＣＳ１と、ノーマルコイルＬ２に流れる電流ＩＬを検出する電流センサＣＳ２とを備える。

電力変換装置２は、双方向チョッパ回路１３とインバータ回路１４と昇圧チョッパ回路１５とを制御する制御装置１９を備える。制御装置１９は、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体を備えるマイクロコンピュータによって提供される。記憶媒体は、コンピュータによって読み取り可能なプログラムを格納している。記憶媒体は、メモリによって提供されうる。プログラムは、制御装置１９によって実行されることによって、制御装置１９をこの明細書に記載される装置として機能させ、この明細書に記載される制御方法を実行するように制御装置１９を機能させる。制御装置１９が提供する手段は、所定の機能を達成する機能的ブロック、またはモジュールとも呼ぶことができる。

制御装置１９は、ノーマルコイルＬ２の電流に応じて、系統３の交流電力に同期した交流電力を系統３に供給するように双方向チョッパ回路１３とインバータ回路１４とを制御する。制御装置１９は、正弦波に相当する滑らかな凸状の電流波形が得られるように、双方向チョッパ回路１３のスイッチングと、インバータ回路１４のスイッチングとを制御する。制御装置１９は、ノーマルコイルＬ２の検出電流ＩＬが目標電流ＩＬ＊に一致するように、双方向チョッパ回路１３を制御する。また、制御装置１９は、ノーマルコイルＬ２の電流ＩＬが目標電流ＩＬ＊に一致するように、インバータ回路１４を制御する。

制御装置１９は、力率を改善するためのフィードバック制御によって双方向チョッパ回路１３を制御する。制御装置１９は、比例積分制御（ＰＩ制御）によって双方向チョッパ回路１３を制御する。ＰＩ制御においては、検出電流ＩＬが目標電流ＩＬ＊に一致するように、スイッチ素子Ｑｂ１またはＱｂ２がスイッチングされる。ＰＩ制御においては、検出電流ＩＬと目標電流ＩＬ＊との偏差に比例する比例成分と、偏差を積分した積分成分とに応じて、スイッチ素子Ｑｂ１、Ｑｂ２のスイッチングディーティ比が調節される。

制御装置１９は、力率を改善するためのフィードバック制御によってインバータ回路１４を制御する。制御装置１９は、ヒステリシス制御によってインバータ回路１４を制御する。ヒステリシス制御においては、検出電流ＩＬが目標電流ＩＬ＊に一致するように、スイッチ素子Ｑ１−Ｑ４がスイッチングされる。ヒステリシス制御においては、目標電流ＩＬ＊に基づいて設定された上限値と下限値との間に検出電流ＩＬを維持するように、スイッチ素子Ｑ１−Ｑ４がスイッチングされる。

制御装置１９は、太陽電池６の発電効率を高く維持するように昇圧チョッパ回路１５を制御する。制御装置１９は、太陽電池６において最大の電力が発電されるように昇圧チョッパ回路１５を制御する。このような制御は、最大電力点追従制御として知られている。

制御装置１９は、双方向チョッパ回路１３を制御する双方向チョッパ制御部２０と、インバータ回路１４を制御するインバータ制御部５０と、昇圧チョッパ回路１５を制御する昇圧チョッパ制御部６０とを備える。双方向チョッパ制御部２０は、スイッチ素子Ｑｂ１、Ｑｂ２の駆動信号を出力する。インバータ制御部５０は、スイッチ素子Ｑ１−Ｑ４の駆動信号を出力する。双方向チョッパ制御部２０とインバータ制御部５０とは、主制御部を提供する。昇圧チョッパ制御部６０は、スイッチ素子Ｑｐｖの駆動信号を出力する。

複数のスイッチ素子Ｑ１−Ｑ４、Ｑｂ１、Ｑｂ２、およびＱｐｖは、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）素子、またはパワーＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）素子など、種々の電力用半導体素子によって提供することができる。

図２は、制御装置１９が実行する電力変換制御１８０を示す。ステップ１８１では、制御装置１９は、蓄電池５から放電する逆潮流モードであるか、蓄電池５へ充電する充電モードであるかを判定する。この判定は、利用者からの指示などの外部指令に基づいて制御装置１９において設定される電流指令が放電方向であるか否かによって実行することができる。ステップ１８１において肯定的に判定されると、逆潮流モード処理１８２−１８８を実行するために、ステップ１８２へ進む。ステップ１８１において否定的に判定されると、充電モード処理１８９−１９５を実行するために、ステップ１８９へ進む。

（逆潮流モード処理）
ステップ１８２では、制御装置１９は、系統電圧Ｖａｃの絶対値（｜Ｖａｃ｜）と蓄電池電圧Ｖｂとを比較する。制御装置１９は、｜Ｖａｃ｜＜Ｖｂであるか否かを判定する。｜Ｖａｃ｜＜Ｖｂが肯定される場合、ステップ１８３へ進む。ステップ１８３では、制御装置１９は、インバータ回路１４をスイッチング駆動する。このとき、制御装置１９は、インバータ回路１４をヒステリシス制御する。ステップ１８４では、制御装置１９は、双方向チョッパ回路１３を制御する。このとき、制御装置１９は、スイッチ素子Ｑｂ１をＯＦＦ状態に固定し、スイッチ素子Ｑｂ２をＯＮ状態に固定する。

ステップ１８３−１８４が実行される場合、蓄電池電圧Ｖｂは系統電圧Ｖａｃより大きいから、昇圧を要することなく系統電圧Ｖａｃを供給できる。この時、インバータ回路１４だけがスイッチング駆動され、直交変換と降圧制御とを提供する。双方向チョッパ回路１３は、スイッチングが停止され、蓄電池電圧Ｖｂを平滑コンデンサＣ１にそのまま出力するようにスイッチ素子Ｑｂ１、Ｑｂ２のＯＮ／ＯＦＦ状態が固定される。この結果、双方向チョッパ回路１３におけるスイッチング損失が抑制される。

さらに、スイッチ素子Ｑｂ２がＯＮ状態に固定されるから、インバータ回路１４の停止期間においても太陽電池６から昇圧チョッパ回路１５を経由して供給される電力を、蓄電池５へ流して蓄電池５を充電することができる。これにより、インバータ回路１４の停止期間における平滑コンデンサＣ１の電圧上昇が抑制される。

ステップ１８２において｜Ｖａｃ｜＜Ｖｂが否定される場合、ステップ１８５へ進む。ステップ１８５−１８６では、制御装置１９は、系統電圧Ｖａｃの極性に同期してインバータ回路１４をスイッチング駆動する。ステップ１８５では、制御装置１９は、系統電圧Ｖａｃと０（ゼロ）とを比較する。すなわち、制御装置１９は系統電圧Ｖａｃのゼロクロスを検出する。ステップ１８５においてＶａｃ＜０が肯定される場合、ステップ１８６へ進む。ステップ１８６では、制御装置１９は、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ４をＯＦＦ状態に制御し、スイッチ素子Ｑ２、Ｑ３をＯＮ状態に制御する。ステップ１８５においてＶａｃ＜０が否定される場合、ステップ１８７へ進む。ステップ１８７では、制御装置１９は、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ４をＯＮ状態に制御し、スイッチ素子Ｑ２、Ｑ３をＯＦＦ状態に制御する。ステップ１８８では、制御装置１９は、双方向チョッパ回路１３を制御する。このとき、制御装置１９は、リアクトル電流ＩＬの変化を目標電流ＩＬ＊の変換に同期させながら蓄電池電圧Ｖｂを系統電圧Ｖａｃに昇圧するようにスイッチ素子Ｑｂ１をＰＩ制御し、スイッチ素子Ｑｂ２をＯＦＦ状態に固定する。

ステップ１８５−１８８が実行される場合、蓄電池電圧Ｖｂは系統電圧Ｖａｃより低いから、昇圧しなければ系統３への逆潮流を実行できない。この時、インバータ回路１４は系統電圧Ｖａｃと同じ低い周波数で極性が同期するようにスイッチング駆動され、直交変換だけ提供する。双方向チョッパ回路１３は、スイッチ素子Ｑｂ１がスイッチング駆動されることにより、蓄電池電圧Ｖｂを昇圧し、平滑コンデンサＣ１に供給する。このとき、スイッチ素子Ｑｂ２はＯＦＦ状態に固定される。この結果、インバータ回路１４におけるスイッチング損失が抑制される。

（充電モード処理）
ステップ１８９では、制御装置１９は、系統電圧Ｖａｃの絶対値（｜Ｖａｃ｜）と蓄電池電圧Ｖｂとを比較する。制御装置１９は、｜Ｖａｃ｜＜Ｖｂであるか否かを判定する。｜Ｖａｃ｜＜Ｖｂが肯定される場合、ステップ１９０へ進む。ステップ１９０では、制御装置１９は、インバータ回路１４をスイッチング駆動する。このとき、制御装置１９は、インバータ回路１４をヒステリシス制御する。ステップ１９１では、制御装置１９は、双方向チョッパ回路１３を制御する。このとき、制御装置１９は、スイッチ素子Ｑｂ１をＯＦＦ状態に固定し、スイッチ素子Ｑｂ２をＯＮ状態に固定する。

ステップ１９０−１９１が実行される場合、蓄電池電圧Ｖｂは系統電圧Ｖａｃより大きいから、系統電圧Ｖａｃを昇圧する必要がある。この時、インバータ回路１４だけがスイッチング駆動され、交直変換と昇圧制御とを提供する。双方向チョッパ回路１３は、スイッチングが停止され、平滑コンデンサＣ１から電力を受け入れるようにスイッチ素子Ｑｂ１、Ｑｂ２のＯＮ／ＯＦＦ状態が固定される。この結果、双方向チョッパ回路１３におけるスイッチング損失が抑制される。

ステップ１８９において｜Ｖａｃ｜＜Ｖｂが否定される場合、ステップ１９２へ進む。ステップ１９２−１９５では、制御装置１９は、系統電圧Ｖａｃの極性に同期してインバータ回路１４をスイッチング駆動する。ステップ１９２では、制御装置１９は、系統電圧Ｖａｃと０（ゼロ）とを比較する。すなわち、制御装置１９は系統電圧Ｖａｃのゼロクロスを検出する。ステップ１９２においてＶａｃ＜０が肯定される場合、ステップ１９３へ進む。ステップ１９３では、制御装置１９は、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ４をＯＦＦ状態に制御し、スイッチ素子Ｑ２、Ｑ３をＯＮ状態に制御する。ステップ１９２においてＶａｃ＜０が否定される場合、ステップ１９４へ進む。ステップ１９４では、制御装置１９は、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ４をＯＮ状態に制御し、スイッチ素子Ｑ２、Ｑ３をＯＦＦ状態に制御する。ステップ１９５では、制御装置１９は、双方向チョッパ回路１３を制御する。このとき、制御装置１９は、スイッチ素子Ｑｂ１をＯＦＦ状態に固定し、リアクトル電流ＩＬの変化を目標電流ＩＬ＊の変換に同期させながら充電電流を望ましい値に調節するようにスイッチ素子Ｑｂ２をＰＩ制御する。

ステップ１９２−１９５が実行される場合、蓄電池電圧Ｖｂは系統電圧Ｖａｃより低い。この時、インバータ回路１４は系統電圧Ｖａｃと同じ低い周波数で極性が同期するようにスイッチング駆動され、交直変換だけ提供する。双方向チョッパ回路１３は、スイッチ素子Ｑｂ２がスイッチング駆動されることにより、充電電流を制御する。このとき、スイッチ素子Ｑｂ１はＯＦＦ状態に固定される。この結果、インバータ回路１４におけるスイッチング損失が抑制される。

図３は、逆潮流モードにおいて制御装置１９が提供する制御ロジックの一部を示す。図中には、逆潮流モードにおける双方向チョッパ制御部２０およびインバータ制御部５０を提供する制御ロジックが図示されている。

逆潮流モードにおいては、｜Ｖａｃ｜＞Ｖｂのときには、双方向チョッパ回路１３のスイッチ素子Ｑｂ１が系統３に同期した電力を系統３に供給するためのＰＩ制御によってスイッチング制御され、インバータ回路１４は直流から交流への変換のためだけにスイッチング制御される。ＰＩ制御は、ノーマルコイルＬ２に流れる電流ＩＬに基づいて実行される。逆潮流モードにおいては、｜Ｖａｃ｜＜Ｖｂのときには、インバータ回路１４のスイッチ素子Ｑ１−Ｑ４が系統３に同期した電力を系統３に供給するためのヒステリシス制御によってスイッチング制御され、双方向チョッパ回路１３のスイッチ素子Ｑｂ１はＯＦＦ状態に固定される。ヒステリシス制御は、ノーマルコイルＬ２に流れる電流ＩＬに基づいて実行される。さらに、逆潮流モードにおいては、｜Ｖａｃ｜＜Ｖｂのときには、双方向チョッパ回路１３のスイッチ素子Ｑｂ２がＯＮ状態に固定され、太陽電池６から出力された電力を蓄電池５に充電可能とされる。

双方向チョッパ回路１３の入出力の関係は、Ｖａｃ＝Ｔ／（Ｔ−Ｔｏｎ）×Ｖｂと表される。ここで、Ｔはデューティ信号の周期、Ｔｏｎはスイッチ素子Ｑｂ１のオン期間である。Ｔｏｎ／Ｔ＝ｄｕｔｙ（時比率）から、ｄｕｔｙ＝１−（Ｖｂ／Ｖａｃ）である。この実施形態では、変調率とも呼ばれる時比率ｄｕｔｙを調節することにより蓄電池電圧Ｖｂと系統電圧Ｖａｃとが所定の関係になるように双方向チョッパ回路１３が制御される。

双方向チョッパ制御部２０は、逆潮流モードにおいてＰＩ制御を実行するためのブロック群２１−４４を備える。双方向チョッパ制御部２０は、逆潮流モードにおいてスイッチ素子Ｑｂ１を制御するためのブロック群２１−４０を備える。双方向チョッパ制御部２０は、制御のための目標値を設定する指令値作成器２１を備える。逆潮流モードにおいては、指令値作成器２１は、出力したい電流量を決定する出力指令値電流量作成器２１ａである。出力電流と系統電圧Ｖａｃは力率を１に近づける必要がある。そこで、位相同期制御器２２において系統電圧Ｖａｃ（交流電圧）のゼロクロスタイミングと周期を求め、系統電圧Ｖａｃと位相を合わせた正弦波を正弦波発生器２３において作成する。この正弦波と電流量を、乗算器２４において掛け合わせることにより出力電流の指令値ＩＬ＊を得る。絶対値ブロック２６により、ノーマルコイルＬ２に流れる電流ＩＬの絶対値が与えられる。加算器ブロック２７において、指令値ＩＬ＊と電流ＩＬとの偏差が算出される。

比例項ブロック２８は、偏差に比例ゲインＫｐを掛けることにより、ＰＩ制御のための比例項を算出する。積分項ブロック２９は、ＰＩ制御のための積分ゲインＫｉを設定する。乗算器ブロック３０は、偏差に積分ゲインＫｉを掛ける。さらに、乗算器ブロック３０の出力は、積分器ブロック３１によって積分され、ＰＩ制御のための積分項が算出される。比例項と積分項とは、加算器ブロック３２によって加算され、制御量が算出される。

加算器ブロック３３は、蓄電池電圧Ｖｂから制御量を減算する。絶対値ブロック３４は、系統電圧Ｖａｃの絶対値を算出する。算出された絶対値は、１／Ｎブロック３５によって逆数に変換される。乗算器ブロック３６は、加算器ブロック３３の出力に、１／Ｎブロック３５の出力を乗算する。定数ブロック３７は、定数１を発生する。加算器ブロック３８は、定数１から乗算器ブロック３６の出力を減算する。加算器ブロック３８の出力は、パルス幅変調ブロック（ＰＷＭ）４０に入力される。パルス幅変調ブロック４０は、変調率に応じたデューティ信号をスイッチ素子Ｑｂ１に供給する。

さらに、双方向チョッパ制御部２０は、スイッチ素子Ｑｂ１を制御するための第１の切替制御ブロック（ＳＷＣ１）３９を備える。逆潮流モードにおける第１の切替制御ブロック３９は、符号３９ａで示される。第１の切替制御ブロック３９ａは、蓄電池電圧Ｖｂと系統電圧Ｖａｃとの関係に応じてＰＩ制御の実行期間を制御する。第１の切替制御ブロック３９ａは、スイッチ素子Ｑｂ１のＰＷＭ変調された信号によるスイッチング制御の期間と、ＯＦＦ状態への固定制御の期間とを設定する。系統電圧Ｖａｃの絶対値が蓄電池電圧Ｖｂより大きいとき、すなわち｜Ｖａｃ｜≧Ｖｂのとき、パルス幅変調ブロック４０を作動状態として、スイッチ素子Ｑｂ１がＰＩ制御によって制御されることを許容する。

一方、第１の切替制御ブロック３９ａは、系統電圧Ｖａｃの絶対値が蓄電池電圧Ｖｂより小さいとき、双方向チョッパ回路１３の昇圧を停止する。すなわち｜Ｖａｃ｜＜Ｖｂのとき、第１の切替制御ブロック３９ａは、パルス幅変調ブロック４０をＯＦＦ状態とする。この結果、パルス幅変調ブロック４０は、スイッチ素子Ｑｂ１をＯＦＦ状態に固定する。言い換えると、第１の切替制御ブロック３９ａは、双方向チョッパ回路１３がＰＩ制御によって制御されることを禁止する。第１の切替制御ブロック３９ａは、系統電圧Ｖａｃが蓄電池電圧Ｖｂより低いとき、双方向チョッパ回路１３による昇圧を停止する停止手段を提供する。これにより、双方向チョッパ回路１３は、｜Ｖａｃ｜≧Ｖｂのときだけ蓄電池電圧Ｖｂから、昇圧された電圧を供給する。｜Ｖａｃ｜＜Ｖｂのとき、双方向チョッパ回路１３の出力には、スイッチ素子Ｑｂ２の寄生ダイオードを通して蓄電池電圧Ｖｂが供給される。なお、｜Ｖａｃ｜＝Ｖｂのときには、パルス幅変調ブロック４０は作動状態または停止状態のいずれかの状態におくことができる。双方向チョッパ制御部２０は、系統電圧Ｖａｃが蓄電池電圧Ｖｂより大きいとき、系統３に交流電力を出力するように双方向チョッパ回路１３をＰＩ制御によって制御するＰＩ制御手段を提供する。

双方向チョッパ制御部２０は、逆潮流モードにおいてスイッチ素子Ｑｂ２を制御するためのブロック群４１−４４を備える。ＯＮ信号ブロック４１は、スイッチ素子Ｑｂ２をＯＮ状態に駆動する信号を出力する。ＯＦＦ信号ブロック４２は、スイッチ素子Ｑｂ２をＯＦＦ状態に駆動する信号を出力する。選択器ブロック４３は、第２の切替制御ブロック４４からの指令に基づいてスイッチ素子Ｑｂ２の駆動信号を切換える。

双方向チョッパ制御部２０は、スイッチ素子Ｑｂ２を制御するための第２の切替制御ブロック（ＳＷＣ１）４４を備える。逆潮流モードにおける第２の切替制御ブロック４４は、符号４４ａで示される。第２の切替制御ブロック４４ａは、蓄電池電圧Ｖｂと系統電圧Ｖａｃとの関係に応じて双方向チョッパ回路１３のハイサイド側のスイッチ素子Ｑｂ２を制御する。第２の切替制御ブロック４４ａは、スイッチ素子Ｑｂ２のＯＮ状態への固定制御の期間と、ＯＦＦ状態への固定制御の期間とを設定する。系統電圧Ｖａｃの絶対値が蓄電池電圧Ｖｂより大きいとき、すなわち｜Ｖａｃ｜≧Ｖｂのとき、スイッチ素子Ｑｂ２はＯＦＦ状態に固定的に制御される。

一方、第２の切替制御ブロック４４ａは、系統電圧Ｖａｃの絶対値が蓄電池電圧Ｖｂより小さいとき、すなわち｜Ｖａｃ｜＜Ｖｂのとき、スイッチ素子Ｑｂ２をＯＮ状態に固定する。これにより、双方向チョッパ回路１３は、｜Ｖａｃ｜≧Ｖｂのときは蓄電池電圧Ｖｂを出力する。｜Ｖａｃ｜＜Ｖｂのとき、スイッチ素子Ｑｂ２がＯＮ状態に固定されるから、太陽電池６で発電された電力を蓄電池５に導入し、蓄電池５を充電することができる。この結果、平滑コンデンサＣ１の電圧の過剰な上昇が抑制される。なお、｜Ｖａｃ｜＝Ｖｂのときには、スイッチ素子Ｑｂ２はＯＮ状態またはＯＦＦ状態のいずれかの状態におくことができる。

インバータ制御部５０は、インバータ回路１４を制御する。インバータ制御部５０は、ヒステリシス制御を提供するためのブロック群５１−５２を備える。ブロック群５１−５２は、検出電流ＩＬが目標電流ＩＬ＊に追従して変化するように、インバータ回路１４のスイッチ素子Ｑ１−Ｑ４を駆動する。ヒステリシス指令値作成器５１は、上述の双方向チョッパ回路１３の制御のために求めた電流指令値ＩＬ＊からヒステリシス制御のための上限値ＨＨと下限値ＨＬを作成する。この上限値ＨＨと下限値ＨＬの間の電流が流れるようにヒステリシス制御が実行される。

ヒステリシス制御ブロック（ＨＹＳ）５２は、検出電流ＩＬと、上限値ＨＨと、下限値ＨＬとを入力する。ヒステリシス制御ブロック５２は、検出電流ＩＬが上限値ＨＨと下限値ＨＬとの間に維持されるように、スイッチング信号を出力する。ヒステリシス制御ブロック５２は、検出電流ＩＬが上限値ＨＨまたは下限値ＨＬに到達するごとに、正転対のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ４と反転対のスイッチング素子Ｑ２、Ｑ３とのＯＮ状態とＯＦＦ状態とが反転するようにスイッチング信号を出力する。

より具体的には、検出電流ＩＬが上限値ＨＨに到達すると、すなわち上限値ＨＨ＜検出電流ＩＬになると、スイッチング素子Ｑ１およびＱ４をＯＦＦ状態とし、スイッチ素子Ｑ２およびＱ３をＯＮ状態とする反転駆動のためのスイッチング信号を出力する。検出電流ＩＬが下限値ＨＬに到達すると、すなわち下限値ＨＬ＞検出電流ＩＬになると、スイッチング素子Ｑ１およびＱ４をＯＮ状態とし、スイッチ素子Ｑ２およびＱ３をＯＦＦ状態とする正転駆動のためのスイッチング信号を出力する。ヒステリシス制御ブロック５２は、インバータ回路１４から供給される交流電力を滑らかな正弦波に変調するためにインバータ回路１４をヒステリシス制御によって制御するヒステリシス制御手段を提供する。

選択ブロック５４は、ヒステリシス制御ブロック５２からの信号と、後述する極性制御ブロック（ＰＳＣ）５３からの信号とのいずれかを選択する。デッドタイム付加ブロック５６は、選択ブロック５４を通過したスイッチング信号に、デッドタイムを付加して、スイッチ素子Ｑ１およびＱ４の駆動信号を出力する。反転ブロック（ＩＮＶ）５７は、選択ブロック５４を通過したスイッチング信号を反転する。デッドタイム付加ブロック５８は、反転ブロック５７によって反転されたスイッチング信号に、デッドタイムを付加して、スイッチ素子Ｑ２およびＱ３の駆動信号を出力する。

極性制御ブロック５３は、系統電圧Ｖａｃの極性に応じて反転するスイッチング信号を出力する。すなわち、系統電圧Ｖａｃがゼロ以上のとき、スイッチ素子Ｑ１およびＱ４をＯＮ状態とし、スイッチ素子Ｑ２およびＱ３をＯＦＦ状態とするスイッチング信号を出力する。また、系統電圧Ｖａｃがゼロ未満のとき、スイッチ素子Ｑ２およびＱ３をＯＮ状態とし、スイッチ素子Ｑ１およびＱ４をＯＦＦ状態とするスイッチング信号を出力する。極性制御ブロック５３は、双方向チョッパ回路１３によって昇圧された直流電力を交流電力に変換するためだけにインバータ回路１４を制御する極性制御手段を提供する。

さらに、インバータ制御部５０は、蓄電池電圧Ｖｂと系統電圧Ｖａｃとの関係に応じてヒステリシス制御の実行期間を制御する第３の切替制御ブロック（ＳＷＣ３）５５を備える。逆潮流モードにおける第３の切替制御ブロック５５は、符号５５ａで示される。第３の切替制御ブロック５５ａは、インバータ回路１４を、高速スイッチング状態と、低速スイッチング状態とに切替える切替手段でもある。高速スイッチング状態では、インバータ回路１４は、正弦波を出力するためにヒステリシス制御される。低速スイッチング状態では、インバータ回路１４は、双方向チョッパ回路１３の出力を変調なしで出力するために系統電圧Ｖａｃの極性に応じて制御される。

第３の切替制御ブロック５５ａは、系統電圧Ｖａｃの絶対値が蓄電池電圧Ｖｂより大きいとき、すなわち｜Ｖａｃ｜≧Ｖｂのとき、極性制御ブロック５３の出力だけによってインバータ回路１４が制御されることを許容する。このとき、第３の切替制御ブロック５５ａは、ヒステリシス制御ブロック５２の出力によってインバータ回路１４が制御されることを禁止する。これにより、インバータ回路１４は、｜Ｖａｃ｜≧Ｖｂのときは、双方向チョッパ回路１３によって昇圧された電圧を系統３に供給する。インバータ回路１４は、双方向チョッパ回路１３によって昇圧された直流電力を交流電力に変換し、系統３に供給する。

一方、第３の切替制御ブロック５５ａは、系統電圧Ｖａｃの絶対値が蓄電池電圧Ｖｂより小さいとき、すなわち｜Ｖａｃ｜＜Ｖｂのとき、ヒステリシス制御ブロック５２の出力だけによってインバータ回路１４が制御されることを許容する。このとき、第３の切替制御ブロック５５ａは、極性制御ブロック５３の出力によってインバータ回路１４が制御されることを禁止する。これにより、インバータ回路１４は、｜Ｖａｃ｜＜Ｖｂのときは、ヒステリシス制御によって変調された電圧を系統３に供給する。なお、｜Ｖａｃ｜＝Ｖｂのときには、ヒステリシス制御ブロック５２または極性制御ブロック５３によってインバータ回路１４を制御することができる。

図４は、充電モードにおいて制御装置１９が提供する制御ロジックの一部を示す。図中には、充電モードにおける双方向チョッパ制御部２０およびインバータ制御部５０を提供する制御ロジックが図示されている。

充電モードにおいては、｜Ｖａｃ｜＞Ｖｂのときには、双方向チョッパ回路１３のスイッチ素子Ｑｂ２が系統３に同期した電流を系統３から蓄電池５へ供給するためのＰＩ制御によってスイッチング制御され、インバータ回路１４は交流から直流への変換のためだけにスイッチング制御される。ＰＩ制御は、ノーマルコイルＬ２に流れる電流ＩＬに基づいて実行される。充電モードにおいては、｜Ｖａｃ｜＜Ｖｂのときには、インバータ回路１４のスイッチ素子Ｑ１−Ｑ４が系統３に同期した電流を系統３から蓄電池５へ供給するためのヒステリシス制御によってスイッチング制御され、双方向チョッパ回路１３のスイッチ素子Ｑｂ１はＯＦＦ状態に固定され、スイッチ素子Ｑｂ２はＯＮ状態に固定される。ヒステリシス制御は、ノーマルコイルＬ２に流れる電流ＩＬに基づいて実行される。

双方向チョッパ制御部２０は、充電モードにおいてＰＩ制御を実行するためのブロック群２１−４９を備える。双方向チョッパ制御部２０は、逆潮流モードにおいてスイッチ素子Ｑｂ１を制御するためのブロック群３９（３９ｂ）、４９を備える。ＯＦＦ信号ブロック４９は、スイッチ素子Ｑｂ１をＯＦＦ状態に駆動する信号を出力する。充電モードにおける第１の切替制御ブロック３９は、符号３９ｂで示される。第１の切替制御ブロック３９ｂは、系統電圧Ｖａｃおよび蓄電池電圧Ｖｂの状態にかかわらず、スイッチ素子Ｑｂ１をＯＦＦ状態に維持するようにＯＦＦ信号ブロック４９を制御する。

双方向チョッパ制御部２０は、充電モードにおいてスイッチ素子Ｑｂ２を制御するためのブロック群２１−４８を備える。充電モードにおいては、指令値作成器２１は、指令値充電電流量作成器２１ｂである。指令値充電電流量作成器２１ｂにおいて、蓄電池５に充電したい電力を系統電圧Ｖａｃで割り、指令値電流量を作成する。ブロック２２−３３、３６、４０は既に説明したとおりである。逆潮流モードの電流方向を正とすると、電流指令値ＩＬ＊は、系統電圧Ｖａｃと反転した正弦波となる。検出電流ＩＬは、絶対値ブロック２６に入力される。絶対値ブロック４７は、系統電圧Ｖａｃの絶対値を算出し、加算器ブロック３３に供給する。加算器ブロック３３の出力は、１／Ｎブロック４８において逆数に換算され、乗算器ブロック３６に供給される。乗算器ブロック３６は、１／Ｎブロック４８の出力と蓄電池電圧Ｖｂとを乗算する。乗算器ブロック３６の出力は、パルス幅変調ブロック（ＰＷＭ）４０に入力される。

充電モードにおける第２の切替制御ブロック４４は、符号４４ｂで示される。第２の切替制御ブロック４４ｂは、スイッチ素子Ｑｂ２のＰＷＭ変調された信号によるスイッチング制御の期間と、ＯＮ状態への固定制御の期間とを設定する。第２の切替制御ブロック４４ｂは、系統電圧Ｖａｃの絶対値が蓄電池電圧Ｖｂより大きいとき、すなわち｜Ｖａｃ｜≧Ｖｂのとき、パルス幅変調ブロック４０を作動状態として、スイッチ素子Ｑｂ２がＰＩ制御によって制御されることを許容する。この結果、双方向チョッパ回路１３は、｜Ｖａｃ｜≧Ｖｂの間中、系統３の電力に検出電流ＩＬを同期させながら、降圧作動を実行し、蓄電池５に充電電流を供給する。

一方、第２の切替制御ブロック４４ｂは、系統電圧Ｖａｃの絶対値が蓄電池電圧Ｖｂより小さいとき、すなわち｜Ｖａｃ｜＜Ｖｂのとき、パルス幅変調ブロック４０を制御することによって、スイッチ素子Ｑｂ２をＯＮ状態に固定する。言い換えると、第２の切替制御ブロック４４ｂは、双方向チョッパ回路１３がＰＩ制御によって制御されることを禁止する。なお、スイッチ素子Ｑｂ２がＯＮ状態に固定されることで、充電モードにおける｜Ｖａｃ｜＜Ｖｂのときでも、平滑コンデンサＣ１から蓄電池５への充電は許容されている。第２の切替制御ブロック４４ｂは、系統電圧Ｖａｃが蓄電池電圧Ｖｂより低いとき、双方向チョッパ回路１３を停止する停止手段を提供する。なお、｜Ｖａｃ｜＝Ｖｂのときには、パルス幅変調ブロック４０は作動状態または停止状態（Ｑｂ２はＯＮ状態）のいずれかの状態におくことができる。

インバータ制御部５０のヒステリシス制御を提供するためのブロック群５１−５２は、検出電流ＩＬが目標電流ＩＬ＊に追従して変化するように、インバータ回路１４のスイッチ素子Ｑ１−Ｑ４を駆動する。ヒステリシス制御ブロック５２は、検出電流ＩＬが上限値ＨＨと下限値ＨＬとの間に維持されるように、スイッチング信号を出力する。より具体的には、検出電流ＩＬが上限値ＨＨに到達すると、すなわち上限値ＨＨ＜検出電流ＩＬになると、スイッチング素子Ｑ１およびＱ４をＯＮ状態とし、スイッチ素子Ｑ２およびＱ３をＯＦＦ状態とする正転駆動のためのスイッチング信号を出力する。検出電流ＩＬが下限値ＨＬに到達すると、すなわち下限値ＨＬ＞検出電流ＩＬになると、スイッチング素子Ｑ１およびＱ４をＯＦＦ状態とし、スイッチ素子Ｑ２およびＱ３をＯＮ状態とする反転駆動のためのスイッチング信号を出力する。

充電モードにおける第３の切替制御ブロック５５は、符号５５ｂで示される。第３の切替制御ブロック５５ｂは、系統電圧Ｖａｃの絶対値が蓄電池電圧Ｖｂより高いとき、すなわち｜Ｖａｃ｜≧Ｖｂのとき、極性制御ブロック５３の出力だけによってインバータ回路１４が制御されることを許容する。このとき、第３の切替制御ブロック５５ｂは、ヒステリシス制御ブロック５２の出力によってインバータ回路１４が制御されることを禁止する。これにより、インバータ回路１４は、｜Ｖａｃ｜≧Ｖｂのときは、系統電圧Ｖａｃを整流し、双方向チョッパ回路１３に供給する。

一方、第３の切替制御ブロック５５ｂは、系統電圧Ｖａｃの絶対値が蓄電池電圧Ｖｂより小さいとき、すなわち｜Ｖａｃ｜＜Ｖｂのとき、ヒステリシス制御ブロック５２の出力だけによってインバータ回路１４が制御されることを許容する。このとき、第３の切替制御ブロック５５ｂは、極性制御ブロック５３の出力によってインバータ回路１４が制御されることを禁止する。これにより、インバータ回路１４は、｜Ｖａｃ｜＜Ｖｂのときは、ヒステリシス制御によって変調された電流を双方向チョッパ回路１３に供給する。なお、｜Ｖａｃ｜＝Ｖｂのときには、ヒステリシス制御ブロック５２または極性制御ブロック５３によってインバータ回路１４を制御することができる。

図２−図４において説明したように、この実施形態では、双方向チョッパ回路１３とインバータ回路１４とは、一方が電流位相制御のためにスイッチング駆動されるとき、他方は所定のＯＮ状態またはＯＦＦ状態に固定的に駆動される。しかも、双方向チョッパ回路１３とインバータ回路１４とは、系統電圧Ｖａｃと蓄電池電圧Ｖｂとの大小関係の変化により設定される交互の期間に基づいて、交互にスイッチング駆動と固定的駆動とが切替えられる。この結果、系統３の電流に表れる高調波成分を抑制しながら、スイッチング損失を抑制することができる。

図５には、逆潮流モードと充電モードとの両方における昇圧チョッパ制御部６０を提供する制御ロジックが図示されている。昇圧チョッパ制御部６０は、太陽電池６の効率が所定の高レベルに維持されるように太陽電池６の端子間電圧と平滑コンデンサＣ１の電圧Ｖｃとの電圧差を調節する。昇圧チョッパ制御部６０は、太陽電池６から取り出される電力を最大化するための最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ：Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ）を提供する。

昇圧チョッパ制御部６０は、最大電力追従制御を提供するためのブロック群６１−７２を備える。指令値作成器６１は、最大電力点追従制御により指令値を作成する。加算器ブロック６２において、指令値と太陽電池６に流れる電流ＩＬｐとの偏差が算出される。

比例項ブロック６３は、偏差に比例ゲインＫｐを掛けることにより、ＰＩ制御のための比例項を算出する。積分項ブロック６４は、ＰＩ制御のための積分ゲインＫｉを設定する。乗算器ブロック６５は、偏差に積分ゲインＫｉを掛ける。さらに、乗算器ブロック６５の出力は、積分器ブロック６６によって積分され、ＰＩ制御のための積分項が算出される。比例項と積分項とは、加算器ブロック６７によって加算され、制御量が算出される。

加算器ブロック６８は、制御量から太陽電池電圧Ｖｐを減算する。加算器ブロック６９は、加算器ブロック６８の出力に平滑コンデンサＣ１の電圧Ｖｃを加算する。１／Ｎブロック７０は、電圧Ｖｃを逆数に変換する。乗算器ブロック７１は、加算器ブロック６９の出力に、１／Ｎブロック７０の出力を乗算する。乗算器ブロック７１の出力は、パルス幅変調ブロック（ＰＷＭ）７２に入力される。パルス幅変調ブロック７２は、変調率に応じたデューティ信号をスイッチ素子Ｑｐｖに供給する。

昇圧チョッパ制御部６０は、太陽電池６からの電力を効率よく得るための最大電力追従制御を行うためのＰＩ制御に基づいて昇圧チョッパ回路１５を制御する。昇圧チョッパ制御部６０は、最大電力追従制御により得られた指令値を太陽電池６が出力するようスイッチ素子Ｑｐｖを、すなわち逆潮流モードにおいても、充電モードにおいても、さらに系統電圧Ｖａｃと蓄電池電圧Ｖｂとの大小関係に関係なく、いつでも、スイッチング制御する。

図６には、第１実施形態の逆潮流モードにおける作動を示す各部の波形が図示されている。図中には、蓄電池電圧Ｖｂの波形、系統電圧Ｖａｃの波形、平滑コンデンサＣ１の電圧Ｖｃの波形、系統３の系統電流Ｉａｃの波形、太陽電池６からの出力電流Ｉｐの波形が図示されている。さらに、図中には、スイッチ素子Ｑｂ１、Ｑｂ２の制御信号を示す波形、およびスイッチ素子Ｑ１−Ｑ４の制御信号を示す波形が図示されている。

系統電圧Ｖａｃの絶対値が蓄電池電圧Ｖｂより小さい期間ｔ０−ｔ１、およびｔ２−ｔ３においては、インバータ回路１４だけによって直交変換と電圧変換とが実行される。このとき、双方向チョッパ制御部２０は、双方向チョッパ回路１３をスイッチング駆動しない。このため、平滑コンデンサＣ１の両端には、蓄電池電圧Ｖｂが印加される。インバータ回路１４は、ヒステリシス制御ブロック５２から供給されるスイッチング信号によって制御される。系統電流Ｉａｃは、系統電圧Ｖａｃに同期して正弦波状に制御される。

系統電圧Ｖａｃの絶対値が蓄電池電圧Ｖｂより大きい期間ｔ１−ｔ２、ｔ３−ｔ４においては、双方向チョッパ回路１３によって蓄電池５の電圧が昇圧され、平滑コンデンサＣ１に供給される。このとき、双方向チョッパ回路１３は、双方向チョッパ制御部２０によってＰＩ制御される。この結果、平滑コンデンサＣ１の両端には系統電圧Ｖａｃに追従する電圧が印加される。このとき、インバータ回路１４は、極性制御ブロック５３から供給されるスイッチング信号によって制御される。よって、インバータ回路１４の直交変換機能だけが利用される。このため、交流端１２には、双方向チョッパ回路１３によって昇圧された交流電圧が供給される。系統電流Ｉａｃは、系統電圧Ｖａｃに同期して正弦波状に制御される。

系統電圧Ｖａｃの極性は、期間ｔ１−ｔ２においては正である。系統電圧Ｖａｃの極性は、期間ｔ３−ｔ４においては負である。このような系統電圧Ｖａｃの極性の反転に応じて、期間ｔ１−ｔ２におけるインバータ回路１４のスイッチング状態と、期間ｔ３−ｔ４におけるインバータ回路１４のスイッチング状態とは、反転した関係にある。

この実施形態によると、電力変換装置２は、蓄電池５に接続される第１の直流端１１ａと、小規模発電装置６に接続される第２の直流端１１ｂと、系統３に接続される交流端１２とを備える。電力変換装置２は、第１の直流端１１ａに接続され、リアクトルＬ１、ローサイドのスイッチ素子Ｑｂ１、およびハイサイドのスイッチ素子Ｑｂ２を備え、蓄電池５への充電電流と蓄電池５からの放電電流とを通電可能な双方向チョッパ回路１３と、交流端１２に接続され直交変換が可能なインバータ回路１４と、双方向チョッパ回路１３とインバータ回路１４との間に設けられた平滑コンデンサＣ１とを備える。電力変換装置２は、第２の直流端１１ｂに接続され、小規模発電装置６から供給される電力を平滑コンデンサＣ１に供給する昇圧チョッパ回路１５を備える。電力変換装置２は、系統３へ電力を供給する逆潮流モードにおいて、系統３の系統電圧Ｖａｃが蓄電池５の蓄電池電圧Ｖｂより小さい場合（｜Ｖａｃ｜＜Ｖｂ）にインバータ回路１４を系統３への電流が系統３の電圧Ｖａｃに同期するようにスイッチング駆動し、系統３の系統電圧Ｖａｃが蓄電池５の蓄電池電圧Ｖｂより大きい場合（｜Ｖａｃ｜＞Ｖｂ）に双方向チョッパ回路１３を系統３への電流が系統３の電圧Ｖａｃに同期するようにスイッチング駆動することにより、双方向チョッパ回路１３とインバータ回路１４とを交互にスイッチング駆動する主制御部２０、５０を備える。この主制御部２０、５０は、系統３の系統電圧Ｖａｃが蓄電池５の蓄電池電圧ｖｂより大きい場合（｜Ｖａｃ｜＞Ｖｂ）にリアクトルＬ１と平滑コンデンサＣ１との間に配置されたハイサイドのスイッチ素子Ｑｂ２をＯＦＦ状態に固定的に駆動し、系統３の系統電圧Ｖａｃが蓄電池５の蓄電池電圧Ｖｂより小さい場合（｜Ｖａｃ｜＜Ｖｂ）にリアクトルＬ１と平滑コンデンサＣ１との間に配置されたハイサイドのスイッチ素子Ｑｂ２をＯＮ状態に固定的に駆動する切替制御部４４ａを備える。この構成によると、｜Ｖａｃ｜＜Ｖｂであるときに、すなわち系統３への電流が系統の電圧に同期するようにインバータ回路１４がスイッチング駆動されているときに、ハイサイドのスイッチ素子Ｑｂ２がＯＮ状態に固定的に駆動される。この結果、インバータ回路１４が系統３へ出力しないときにおいても、小規模発電装置６から出力される電力を昇圧チョッパ回路１５から蓄電池５へ吸収することができる。

さらに、小規模発電装置６による発電効率を高く維持するように昇圧チョッパ回路１５を制御する昇圧チョッパ制御部６０を備える。この構成によると、昇圧チョッパ回路１５は発電効率を高く維持するように制御されるが、系統３への電流が系統３の電圧に同期するようにインバータ回路１４がスイッチング駆動されているときに、ハイサイドのスイッチ素子Ｑｂ２がＯＮ状態に固定的に駆動されるから、小規模発電装置６から出力される電力を昇圧チョッパ回路１５から蓄電池５へ吸収することができる。この昇圧チョッパ制御部６０は、小規模発電装置６による発電電力を最大化する最大電力点追従制御を実行する。昇圧チョッパ制御部６０は、平滑コンデンサＣ１の電圧Ｖｃに応じて昇圧チョッパ回路１５のスイッチング駆動を補正し、平滑コンデンサＣ１の電圧変動による影響を抑制する補正部（ブロック６９−７１）を備える。

さらに、インバータ回路１４と交流端１２との間に設けられたノーマルコイルＬ２を備え、主制御部２０、５０は、ノーマルコイルＬ２の電流ＩＬが目標電流になるように比例積分制御によって双方向チョッパ回路１４をスイッチング駆動し、ノーマルコイルＬ２の電流ＩＬが目標電流になるようにヒステリシス制御によってインバータ回路１４をスイッチング駆動する。

上記の切替制御部４４ａは第２の切替制御部４４ａである。この場合、主制御部２０、５０は、系統３の系統電圧Ｖａｃが蓄電池５の蓄電池電圧Ｖｂより大きい場合（｜Ｖａｃ｜＞Ｖｂ）に双方向チョッパ回路１３を系統３への電流が系統３の電圧に同期するようにローサイドのスイッチ素子Ｑｂ１をスイッチング駆動し、系統３の系統電圧Ｖａｃが蓄電池５の蓄電池電圧Ｖｂより小さい場合（｜Ｖａｃ｜＜Ｖｂ）にローサイドのスイッチ素子Ｑｂ１をＯＦＦ状態に固定的に駆動する第１の切替制御部３９ａと、系統３の系統電圧Ｖａｃが蓄電池５の蓄電池電圧Ｖｂより小さい場合（｜Ｖａｃ｜＜Ｖｂ）にインバータ回路１４を系統３への電流が系統の電圧に同期するようにスイッチング駆動し、系統３の系統電圧Ｖａｃが蓄電池５の蓄電池電圧Ｖｂより大きい場合（｜Ｖａｃ｜＞Ｖｂ）にインバータ回路１４を系統３の電圧の極性に同期してスイッチング駆動する第３の切替制御部５５ａとを備える。

また、実施形態によると、電力変換装置２は、系統３および小規模発電装置６から蓄電池５に充電する充電モードを提供できる。

上述のように、この実施形態では、双方向チョッパ回路１３とインバータ回路１４とが交互にスイッチング駆動される。よって、平滑コンデンサＣ１の電圧Ｖｃが蓄電池電圧Ｖｂよりも系統電圧Ｖａｃが大きい期間において、電圧Ｖｃが上昇する方向へ凸状の波形となる。すなわち、ＰＩ制御による双方向チョッパ回路１３のスイッチング駆動と、ヒステリシス制御によるインバータ回路１４のスイッチング駆動とを交互に実行することにより、スイッチング損失が抑制される。

一方、上記のような交互駆動に起因して、平滑コンデンサＣ１の電圧が変動する。この凸状の電圧変動の影響により昇圧チョッパ回路１５は、ＰＩ制御によって安定的に制御できなくなる場合がある。そこで、この実施形態では、平滑コンデンサＣ１の電圧Ｖｃを昇圧チョッパ制御部６０において、加算器ブロック６９から加算することにより平滑コンデンサＣ１の電圧変動の影響を抑制している。すなわち、昇圧チョッパ制御部６０は、平滑コンデンサＣ１の電圧変動の影響を抑制するように構成され、最大電力点追従制御が、安定的に実行される。これにより、昇圧チョッパ制御部６０における制御ロジックを変更するだけで、太陽電池６の出力を昇圧チョッパ回路１５を経由して平滑コンデンサＣ１の両端に加えることができる。

さらに、インバータ回路１４がヒステリシス制御されるとき、双方向チョッパ回路１３のスイッチ素子Ｑｂ２はＯＮ状態に固定的に駆動され、太陽電池６の出力を蓄電池６に吸収可能である。よって、平滑コンデンサＣ１の電圧の過剰な上昇が抑制される。

この実施形態によると、インバータ回路１４において大幅なスイッチング損失の抑制と、導通損失の抑制とを図ることができる。また、昇圧チョッパ回路１５においても、スイッチング損失の抑制と、導通損失の抑制とを図ることができる。この結果、電力変換装置２の全体においても大幅な損失の抑制が図られる。

（第２実施形態）
図７に図示されるように、リアクトルをバイパスするようにダイオードを設けてもよい。双方向チョッパ回路１３は、ダイオードＤ２を備える。ダイオードＤ２のアノードはリアクトルＬ１と直流端１１ａとの間に接続されている。ダイオードＤ２のカソードは双方向チョッパ回路１３の出力端、すなわちスイッチ素子Ｑｂ２と平滑コンデンサＣ１との間に接続されている。ダイオードＤ２は、蓄電池電圧ＶｂをリアクトルＬ１およびスイッチ素子Ｑｂ２を通すことなく、インバータ回路１４へ直接的に供給することを可能としている。系統電圧Ｖａｃが蓄電池電圧Ｖｂより低いとき、蓄電池５からの電力をダイオードＤ２を通して平滑コンデンサＣ１およびインバータ回路１４に供給することができる。

昇圧チョッパ回路１５は、ダイオードＤ３を備える。ダイオードＤ３のアノードはリアクトルＬ３と直流端１１ｂとの間に接続されている。ダイオードＤ３のカソードは昇圧チョッパ回路１５の出力端、すなわちダイオードＤ１と平滑コンデンサＣ１との間に接続されている。ダイオードＤ３は、太陽電池６の出力をリアクトルＬ３を通すことなく、インバータ回路１４へ直接的に供給することを可能としている。系統電圧Ｖａｃが太陽電池６の発電電圧より低いとき、太陽電池６からの電力をダイオードＤ３を通して平滑コンデンサＣ１およびインバータ回路１４に供給することができる。

（他の実施形態）
以上、開示された発明の好ましい実施形態について説明したが、開示された発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、種々変形して実施することが可能である。上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、開示された発明の技術的範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。開示された発明の技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。

例えば、制御装置が提供する手段と機能は、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、あるいはそれらの組合せによって提供することができる。例えば、制御装置をアナログ回路によって構成してもよい。

１ 電力システム、 ２ 電力変換回路、
３ 系統、 ４ 負荷、 ５ 蓄電池、 ６ 太陽電池、
１１ａ 第１の直流端、 １１ｂ 第２の直流端、 １２ 交流端、
１３ 双方向チョッパ回路、
１４ インバータ回路、
１５ 昇圧チョッパ回路、
１９ 制御装置、
２０ 双方向チョッパ制御部、
５０ インバータ制御部、
６０ 昇圧チョッパ制御部。

Claims (4)

1. 蓄電池（５）に接続される第１の直流端（１１ａ）と、
   前記第１の直流端に接続され、リアクトル（Ｌ１）、ローサイドのスイッチ素子（Ｑｂ１）、およびハイサイドのスイッチ素子（Ｑｂ２）を備え、前記蓄電池への充電電流と前記蓄電池からの放電電流とを通電可能な双方向チョッパ回路（１３）と、
   系統（３）に接続される交流端（１２）と、
   前記交流端に接続され直交変換が可能なインバータ回路（１４）と、
   前記双方向チョッパ回路と前記インバータ回路との間に設けられた平滑コンデンサ（Ｃ１）と、
   太陽電池（６）に接続される第２の直流端（１１ｂ）と、
   前記第２の直流端に接続され、前記太陽電池から供給される電力を前記平滑コンデンサに供給する昇圧チョッパ回路（１５）と、
   前記蓄電池および前記太陽電池から前記系統へ電力を供給する逆潮流モードにおいて、前記系統の系統電圧が前記蓄電池の蓄電池電圧より小さい場合（｜Ｖａｃ｜＜Ｖｂ）に前記インバータ回路を前記系統への電流が前記系統の電圧に同期するようにスイッチング駆動し、前記系統の系統電圧が前記蓄電池の蓄電池電圧より大きい場合（｜Ｖａｃ｜＞Ｖｂ）に前記双方向チョッパ回路を前記系統への電流が前記系統の電圧に同期するようにスイッチング駆動することにより、前記双方向チョッパ回路と前記インバータ回路とを交互にスイッチング駆動する主制御部（２０、５０）と、
   前記逆潮流モードにおいて、前記太陽電池による発電電力を最大化する最大電力点追従制御を実行することにより、前記太陽電池による発電効率を高く維持するように前記昇圧チョッパ回路を制御する昇圧チョッパ制御部（６０）とを備え、
   前記主制御部は、
   前記逆潮流モードにおいて、前記系統の系統電圧が前記蓄電池の蓄電池電圧より大きい場合（｜Ｖａｃ｜＞Ｖｂ）に前記リアクトルと前記平滑コンデンサとの間に配置された前記ハイサイドのスイッチ素子（Ｑｂ２）をＯＦＦ状態に固定的に駆動し、
   前記逆潮流モードにおいて、前記系統の系統電圧が前記蓄電池の蓄電池電圧より小さい場合（｜Ｖａｃ｜＜Ｖｂ）に前記リアクトルと前記平滑コンデンサとの間に配置された前記ハイサイドのスイッチ素子（Ｑｂ２）をＯＮ状態に固定的に駆動することにより、前記逆潮流モードにおいて前記太陽電池から出力される電力を前記蓄電池に導入する切替制御部（４４ａ）を備えることを特徴とする電力変換装置。
2. 前記昇圧チョッパ制御部は、前記平滑コンデンサの電圧（Ｖｃ）に応じて前記昇圧チョッパ回路のスイッチング駆動を補正し、前記平滑コンデンサの電圧変動による影響を抑制する補正部（６９−７１）を備えることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. さらに、前記インバータ回路と前記交流端との間に設けられたノーマルコイル（Ｌ２）を備え、
   前記主制御部は、前記ノーマルコイルの電流（ＩＬ）が目標電流になるように比例積分制御によって前記双方向チョッパ回路をスイッチング駆動し、前記ノーマルコイルの電流（ＩＬ）が目標電流になるようにヒステリシス制御によって前記インバータ回路をスイッチング駆動することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記切替制御部は第２の切替制御部（４４ａ）であり、
   前記主制御部は、
   前記系統の系統電圧が前記蓄電池の蓄電池電圧より大きい場合（｜Ｖａｃ｜＞Ｖｂ）に前記双方向チョッパ回路を前記系統への電流が前記系統の電圧に同期するように前記ローサイドのスイッチ素子（Ｑｂ１）をスイッチング駆動し、
   前記系統の系統電圧が前記蓄電池の蓄電池電圧より小さい場合（｜Ｖａｃ｜＜Ｖｂ）に前記ローサイドのスイッチ素子（Ｑｂ１）をＯＦＦ状態に固定的に駆動する第１の切替制御部（３９ａ）と、
   前記系統の系統電圧が前記蓄電池の蓄電池電圧より小さい場合（｜Ｖａｃ｜＜Ｖｂ）に前記インバータ回路を前記系統への電流が前記系統の電圧に同期するようにスイッチング駆動し、
   前記系統の系統電圧が前記蓄電池の蓄電池電圧より大きい場合（｜Ｖａｃ｜＞Ｖｂ）に前記インバータ回路を前記系統の電圧の極性に同期してスイッチング駆動する第３の切替制御部（５５ａ）とを備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の電力変換装置。

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