JP6415260B2 - パワーコンディショナ、その制御装置および電力システム - Google Patents

Description

本開示は、系統の停電時に負荷に電力を供給するための技術に関する。

近年、一般家庭などにおいて、太陽電池と蓄電池とを組み合わせた電力供給システムの普及が進んでいる。この電力供給システムにおいては、太陽電池および蓄電池は、それぞれ直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナを介して、商用電力系統に接続される。太陽電池および蓄電池の各々のパワーコンディショナは、商用電力系統と連系して動作する。

たとえば、特開２０１３−１６２６８６号公報（特許文献１）は、商用電源が停電した場合であっても、自立運転をすることができる電力供給システムを開示している。この電力供給システムは、商用電源から電力が供給される電源系統と、商用電源と電源系統との接続を遮断可能な遮断器と、分散発電システムと、第１および第２の蓄電システムとを備える。商用電源の停電時、遮断器は商用電源と電源系統との接続を遮断し、第１の蓄電システムは電源系統に電力を供給し、分散発電システムは、発電した電力を第１の蓄電システムから供給された電力と系統連系するように電源系統に供給し、第２の蓄電システムは電源系統から供給される電力を蓄電する。

特開２０１３−１６２６８６号公報

ここで、特許文献１の技術によると、一方の蓄電システムが電源系統に電力を放電しているときには、他方の蓄電システムが電源系統から電力を充電するように構成されているため、２つの蓄電システムが必要となる。また、２つの蓄電システムの両方の電力がなくならないように、２つの蓄電システムの充電が優先的に実施されるため、負荷への電力の供給が停止される場合が生じる。そのため、発電した電力が有効に利用されないという問題がある。

本開示は、上記のような問題点を解決するためになされたものであって、ある局面における目的は、系統電源が停電した場合であっても、発電装置の発電電力を有効に利用することが可能なパワーコンディショナ、その制御装置および電力システムを提供することである。

ある実施の形態に従うと、蓄電池に接続され、系統の停電時に自立運転を行なうように構成されたパワーコンディショナの制御装置が提供される。制御装置は、発電装置に接続されパワーコンディショナに対して連系運転を行なうように構成された他のパワーコンディショナ、負荷、および系統にパワーコンディショナを接続する交流電力線の電圧値の入力を受ける電圧入力手段と、電圧値に基づいて、交流電力線と蓄電池との間で双方向に電力を変換する双方向電力変換器から出力される電圧を制御する電圧制御手段と、系統の停電を検出する停電検出手段とを備える。系統の停電が検出された場合、電圧制御手段は、予め定められた電圧を交流電力線に出力するように双方向電力変換器に指示する。

本開示によると、系統電源が停電した場合であっても、発電装置の発電電力を有効に利用することが可能となる。

本実施の形態に従う電力システムの全体構成を示す模式図である。 本実施の形態に従うパワーコンディショナの構成を示す模式図である。 本実施の形態に従う制御装置の構成を示す模式図である。 本実施の形態に従う双方向ＤＣ／ＡＣ変換器の構成を示す図である。 比較例１に従うスイッチング制御方式を説明するための図である。 比較例１に従うスイッチング制御方式を説明するための図である。 比較例２に従うスイッチング制御方式を説明するための図である。 比較例２に従うスイッチング制御方式を説明するための図である。 本実施の形態に従うスイッチング制御方式を説明するための時間波形図である。 図９におけるスイッチング制御方式に従う各スイッチング素子のオンオフ状態を示す図である。 本実施の形態に従う制御装置の処理手順を示すフローチャートである。 その他の実施の形態に従う電力システムの全体構成を示す図である。 その他の実施の形態に従うパワーコンディショナの構成（その１）を示す図である。 単相２線式の交流電力を単相３線式の交流電力に変換するトランスの構成を説明するための図である。 その他の実施の形態に従うパワーコンディショナの構成（その２）を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

＜システムの全体構成＞
まず、本実施の形態に従う電力システムの全体構成について説明する。

図１は、本実施の形態に従う電力システムの全体構成を示す模式図である。図１を参照して、電力システムは、パワーコンディショナ２と、分電盤３と、太陽電池４と、蓄電池５と、系統電源６と、交流電力線７と、パワーコンディショナ８と、負荷群９とを含む。電力システムの一部は、たとえば、住宅やオフィスなどの家屋内に設置される。

系統電源６は、たとえば、商用電力系統であり、交流電力線７を介して単相３線式の交流電力を家庭に供給する。交流電力線７は、単相３線式の電力線であり、２つの電圧線と中性線とを含む。交流電力線７は、分電盤３を介して、パワーコンディショナ２，８および負荷群９に配線される。すなわち、交流電力線７は、パワーコンディショナ２，８、系統電源６および負荷群９を互いに接続するための電力線である。

より具体的には、交流電力線７は、系統電源６とスイッチＳＷａとを接続する配線７１と、スイッチＳＷａと負荷群９とを接続する配線７５と、配線７１に接続される配線７２と、配線７５に接続される配線７３，７４とを含む。配線７２は、パワーコンディショナ２の連系リレーＲＬ１に接続される。配線７３は、パワーコンディショナ２の自立リレーＲＬ２に接続される。配線７４は、パワーコンディショナ８に接続される。

分電盤３は、スイッチＳＷａと、スイッチＳＷｂとを含む。スイッチＳＷａは配線７１および配線７５の間に設けられており、スイッチＳＷｂは配線７３上に設けられている。

負荷群９は、複数の電気機器で構成されている。電気機器は、たとえば、ＡＣ１００Ｖ用の扇風機、掃除機、冷蔵庫、またはＡＣ２００Ｖ用のエアコンなどである。なお、電気機器は、これに限らず、テレビ、パソコン、電子レンジなどであってもよい。典型的には、負荷群９は、複数の電気機器で構成されているが、単一の電気機器で構成されていてもよい。

パワーコンディショナ２は、パワーコンディショナ２の動作を制御するための制御装置１０と、直流電力と交流電力とを双方向に変換する双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０と、双方向に直流電力の電圧変換が可能な双方向ＤＣ／ＤＣ変換器３０と、連系リレーＲＬ１と、自立リレーＲＬ２とを含む。

連系リレーＲＬ１は、パワーコンディショナ２が系統電源６と連系して負荷群９に交流電力を供給する（連系運転する）場合に閉成（オン）状態となる。自立リレーＲＬ２は、パワーコンディショナ２が系統電源６から自立して負荷群９に交流電力を供給する（自立運転する）場合に閉成（オン）状態となる。典型的には、制御装置１０は、連系リレーＲＬ１および自立リレーＲＬ２の開閉動作を制御する。

また、パワーコンディショナ２は、交流電力線７から交流電力を取り込んで蓄電池５に充電する一方で、蓄電池５からの直流電力を交流電力線７に供給（放電）することができる。なお、パワーコンディショナ２の詳細な構成については後述する。

蓄電池５は、再充電可能な電力貯蔵要素であり、代表的にリチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池で構成される。蓄電池５は、複数の電池セルを直列接続して構成されている。なお、蓄電池５は、電気自動車、ハイブリッド車などに搭載されている蓄電池で構成されていてもよい。

パワーコンディショナ８は、ＤＣ／ＤＣ変換器８４と、ＤＣ／ＡＣ変換器８２とを含む。ＤＣ／ＤＣ変換器８４は、太陽電池４とＤＣ／ＡＣ変換器８２との間に接続され、太陽電池４から受ける直流電力を電圧変換してＤＣ／ＡＣ変換器８２へ供給する。ＤＣ／ＡＣ変換器８２は、ＤＣ／ＤＣ変換器８４から受けた直流電力を交流電力に変換して、交流電力線７（配線７４）に供給する。典型的には、ＤＣ／ＤＣ変換器８４は、太陽電池４から最大の電力を取得できるような制御（いわゆる最大電力点追従制御）を行なう。

また、パワーコンディショナ８は、系統連系規定に定められた基準、あるいはＪＥＴ（一般財団法人 電気安全環境研究所）の認証基準を充足しているものが採用される。そのため、パワーコンディショナ８は、連系運転時における系統電圧の電圧値や周波数の異常に対する保護機能を有している。具体的には、パワーコンディショナ８は、系統電圧の電圧値の上昇を検出すると出力を抑制または一時停止する機能を有している。また、パワーコンディショナ８は、系統電圧の周波数や位相の異常を検出すると出力を一時停止する機能を有している。

太陽電池４は、結晶型太陽電池、多結晶型太陽電池または薄膜型太陽電池などで構成される。なお、太陽電池４は、「発電装置」の一例である。発電装置は、風力、水力、潮力、波力、地熱などの自然エネルギーにより発電する発電装置、燃料電池、プラズマ発電装置など直流電力を発電するものであればよく、特に限定されるものではない。また、発電装置はこれらの組み合わせでもよい。

＜システムの動作概要＞
続いて、図１を参照しながら、本実施の形態に従う電力システムの動作概要について説明する。

（連系時の動作）
系統電源６が停電していない場合には、スイッチＳＷａは閉成（オン）状態、スイッチＳＷｂは開放（オフ）状態となっている。典型的には、スイッチＳＷａ，ＳＷｂの開閉動作は、パワーコンディショナ２の制御装置１０によって制御される。

パワーコンディショナ２は、連系リレーＲＬ１をオン状態（および自立リレーＲＬ２をオフ状態）にして、系統電源６と連系される。パワーコンディショナ２は、系統電源６の交流電圧に同期して蓄電池５からの放電電流、蓄電池５への充電電流を制御して、蓄電池５から放電させたり、蓄電池５に充電したりすることが可能である。

また、パワーコンディショナ８も、系統電源６と連系される。パワーコンディショナ８は、太陽電池４の発電電力を交流電力線７（配線７４）に最大出力できるように最大電力点追従制御を行なう。

（停電時の動作）
パワーコンディショナ２は、系統電源６の停電を検出した場合、スイッチＳＷａをオフ状態、スイッチＳＷｂをオン状態、連系リレーＲＬ１をオフ状態、自立リレーＲＬ２をオン状態にする。これにより、パワーコンディショナ２、パワーコンディショナ８および負荷群９は、系統電源６から解列される。なお、パワーコンディショナ２、パワーコンディショナ８および負荷群９は、交流電力線７（配線７３，７４，７５）を介して、互いに接続される。

図１中の電力システムでは、系統電源６が停電して、パワーコンディショナ２，８が系統電源６から解列された場合、交流電力線７に電力を供給可能な装置は、蓄電池５および太陽電池４となる。系統電源６が停電した場合には、典型的には、負荷群９への電力供給は一旦停止されることとなるが、パワーコンディショナ２が、連系運転から自立運転に切り替わり、自立運転をしているパワーコンディショナ２に対してパワーコンディショナ８が連系運転をすることにより負荷群９への電力供給が再開される。すなわち、系統電源６から解列された場合、パワーコンディショナ２は連系運転から自立運転に切り替わり、パワーコンディショナ８は連系運転のままとなる。なお、系統電源６が停電した場合において、パワーコンディショナ２が、瞬時に連系運転から自立運転に切り替わり、自立運転をしているパワーコンディショナ２に対してパワーコンディショナ８が連系運転をすることにより負荷群９への電力供給が継続されるような構成であってもよい。

パワーコンディショナ２は、自立運転時には定電圧制御を行なう。典型的には、パワーコンディショナ２は、系統電源６から供給されていた交流電圧と同一の周波数、同一の実効値を有する交流電圧を交流電力線７（配線７３）に出力する。たとえば、系統電源６から単相３線式で２００Ｖの交流電圧が供給されていた場合には、パワーコンディショナ２は、各相に１００Ｖの交流電圧を交流電力線７に出力する。

パワーコンディショナ２が後述する本実施の形態に従うスイッチング制御方式を用いて定電圧制御を行なうことにより、太陽電池４の発電電力が負荷群９の消費電力よりも大きい場合には、余剰電力がパワーコンディショナ２を介して蓄電池５に充電される。また、太陽電池４の発電電力が負荷群９の消費電力よりも小さい場合には、不足電力がパワーコンディショナ２を介して蓄電池５から放電される。このように、系統電源６が停電している場合であっても、パワーコンディショナ２が後述するスイッチング制御方式を用いて定電圧制御を行なうことにより、電力システムにおける電力の需給バランスを自動的にコントロールすることが可能となる。

また、従来、蓄電池用のパワーコンディショナ（本実施の形態では、パワーコンディショナ２）が自立運転しており、蓄電池が電源として機能している場合に、この蓄電池に他の電源（たとえば、太陽電池など）からの電力を充電することは想定されていなかった。

しかしながら、本実施の形態に従うパワーコンディショナ２は、後述するスイッチング制御方式に従って動作する双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０を採用していることから、自立運転時において、蓄電池５から交流電力線７を介して負荷群９に電力を供給することが可能であるとともに、太陽電池４の発電電力で蓄電池５を充電することも可能である。

＜パワーコンディショナ２の構成＞
次に、パワーコンディショナ２の具体的な構成について説明する。

図２は、実施の形態に従うパワーコンディショナ２の構成を示す模式図である。図２を参照して、パワーコンディショナ２は、制御装置１０と、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０と、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器３０と、電流センサ４１，４２と、電圧センサ５１，５２と、リアクトルＬ１〜Ｌ３と、端子２０１〜２０５とを含む。なお、リアクトルＬ１〜Ｌ３は、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０に含まれる構成であってもよい。

以下では、基本的に、パワーコンディショナ２が自立運転を行なっている場合の構成について説明する。そのため、図２では、説明の便宜上、連系リレーＲＬ１および自立リレーＲＬ２が図示されていないが、連系リレーＲＬ１がオフ状態、かつ自立リレーＲＬ２がオン状態であるものとする。また、端子２０１〜２０３は、配線７３に接続されているものとする。

端子２０４および端子２０５には、直流バス１５０を介して蓄電池５からの直流電力が入力される、または、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器３０からの直流電力が入力される。直流バス１５０は、蓄電池５からの直流電力をパワーコンディショナ２に伝達したり、パワーコンディショナ２からの直流電力を蓄電池５に伝達したりする電力線である。直流バス１５０は、電力線対である正母線ＰＬおよび負母線ＳＬで構成される。

双方向ＤＣ／ＤＣ変換器３０は、端子２０４および端子２０５を介して受けた直流電力を電圧変換して双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０に供給する。また、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器３０は、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０から受けた直流電力を電圧変換して端子２０４、端子２０５および直流バス１５０を介して蓄電池５に供給する。

双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０は、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器３０から受けた直流電力を単相３線式の交流電力に変換して、その交流電力を端子２０１〜２０３を介して交流電力線７（配線７３）に供給する。また、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０は、交流電力線７から受けた交流電力を直流電力に変換して内部直流バス１５２を介して双方向ＤＣ／ＤＣ変換器３０に供給する。

端子２０１には、電圧線Ｕが接続される。端子２０２には、中性線Ｏが接続される。端子２０３には、電圧線Ｖが接続される。たとえば、端子２０１と端子２０２との間（電圧線Ｕと中性線Ｏとの間）には、電圧が１００Ｖの交流電力が出力される。端子２０３と端子２０２との間（電圧線Ｖと中性線Ｏとの間）には、電圧が１００Ｖの交流電力が出力される。端子２０１と端子２０３との間（電圧線Ｕと電圧線Ｖとの間）には、電圧が２００Ｖの交流電力が出力される。

本開示においては、電圧線Ｕと中性線Ｏとの間、すなわち第１相を、以後「Ｕ相」とも称して図示する。電圧線Ｖと中性線Ｏとの間、すなわち第２相を、以後「Ｖ相」とも称して図示する。

電流センサ４１は、たとえば端子２０１およびリアクトルＬ１の間に設けられる。電流センサ４１は、電圧線Ｕに流れる電流（以下「Ｕ線電流」とも称する。）を検出し、その検出結果を制御装置１０に入力する。電流センサ４１の検出結果には、Ｕ線電流の電流値Ｉｕが含まれる。電流センサ４２は、たとえば端子２０３およびリアクトルＬ３の間に設けられる。電流センサ４２は、電圧線Ｖに流れる電流（以下「Ｖ線電流」とも称する。）を検出し、その検出結果を制御装置１０に入力する。電流センサ４２の検出結果には、Ｖ線電流の電流値Ｉｖが含まれる。

電圧センサ５１は、電圧線Ｕと中性線Ｏとの間に接続され、Ｕ相の電圧（以下、単に「Ｕ相電圧」とも称する。）を検出し、その検出結果を制御装置１０に入力する。電圧センサ５１の検出結果には、Ｕ相電圧の電圧値Ｖｕが含まれる。電圧センサ５２は、電圧線Ｖと中性線Ｏとの間に接続され、Ｖ相の電圧（以下、単に「Ｖ相電圧」とも称する。）を検出し、その検出結果を制御装置１０に入力する。電圧センサ５２の検出結果には、Ｖ相電圧の電圧値Ｖｖが含まれる。

制御装置１０は、パワーコンディショナ２の動作を制御する。制御装置１０は、回路等のハードウェアで実現されてもよいし、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）を含み、ＣＰＵが図示しないメモリに格納されたデータおよびプログラムを実行することによって実現される構成であってもよい。

制御装置１０は、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０および双方向ＤＣ／ＤＣ変換器３０に動作指示を行なう。具体的には、制御装置１０は、自立運転時において、電圧値Ｖｕ，Ｖｖに基づいて、後述するスイッチング制御方式を用いて、Ｕ相およびＶ相への出力電圧が予め定められた電圧（たとえば、実効値が１０１Ｖｒｍｓ）になるように双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０に指示する。また、制御装置１０は、自立運転時において、内部直流バス１５２の電圧値が一定になるように双方向ＤＣ／ＤＣ変換器３０に指示する。双方向ＤＣ／ＤＣ変換器３０および双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０が上記指示に従って動作することにより、蓄電池５に余剰電力を充電したり、蓄電池５から不足電力を放電したりすることが可能となる。

まず、太陽電池４の発電電力が負荷群９の消費電力よりも大きい場合など、蓄電池５が吸収すべき余剰電力が発生している場合を考える。この場合には、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０には、配線７３から電流が流れ込んでくる。この場合、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器３０および双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０は、制御装置１０の指示に従って、蓄電池５に余剰電力を充電するように動作する。

これに対して、太陽電池４の発電電力が負荷群９の消費電力よりも小さい場合など、蓄電池５が補うべき不足電力が発生している場合を考える。この場合には、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０から配線７３側に電流が流れていく。この場合、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器３０および双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０は、制御装置１０の指示に従って、蓄電池５から不足電力を放電するように動作する。

このように、制御装置１０は、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０および双方向ＤＣ／ＤＣ変換器３０を動作させることにより、余剰電力が発生した場合には蓄電池５にその電力を充電させ、不足電力が発生した場合には蓄電池５からその電力を放電させることができる。

なお、上記では、パワーコンディショナ２が、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器３０を備える構成について説明したが、当該構成に限られない。たとえば、パワーコンディショナ２が、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器３０を備えておらず、蓄電池５に双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０が直接接続されている構成であってもよい。この場合、蓄電池５と双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０と接続する直流バスの電圧は、蓄電池５の電池電圧で一定となる。

＜制御装置１０の構成＞
図３は、本実施の形態に従う制御装置１０の構成を示す模式図である。図３を参照して、制御装置１０は、電圧入力部１１と、停電検出部１２と、開閉制御部１３と、電圧制御部１４とを含む。これらの機能は、主に、制御装置１０ＡのＣＰＵがメモリに格納されたプログラムを実行することなどによって実現される。なお、これらの構成の一部または全部はハードウェアで実現されていてもよい。

電圧入力部１１は、交流電力線７の電圧値の入力を受け付ける。具体的には、連系運転時（連系リレーＲＬ１がオン、自立リレーＲＬ２がオフの場合）には、電圧入力部１１は、配線７２の電圧値の入力を受け付ける。自立運転時（連系リレーＲＬ１がオフ、自立リレーＲＬ２がオンの場合）には、電圧入力部１１は、配線７３の電圧値の入力を受け付ける。

さらに詳細には、電圧入力部１１は、電圧センサ５１により検出されたＵ相電圧の電圧値Ｖｕと、電圧センサ５２により検出されたＶ相電圧の電圧値Ｖｖとの入力を受け付ける。電圧入力部１１は、電圧値Ｖｕ，Ｖｖを停電検出部１２および電圧制御部１４に送出する。なお、電圧入力部１１は、常時、電圧センサ５１，５２からの検出結果の入力を受け付けている。そのため、電圧入力部１１は、Ｕ相電圧の電圧波形（電圧値、周波数、位相など）およびＶ相電圧の電圧波形を把握することができる。

停電検出部１２は、電圧値Ｖｕ，Ｖｖを監視して、系統電源６の停電を検出する。たとえば、停電検出部１２は、電圧値Ｖｕまたは電圧値Ｖｖが閾値電圧Ｖｔｈ以下の場合には系統電源６が停電していると判断する。停電検出部１２は、検出結果を開閉制御部１３および電圧制御部１４に送出する。

開閉制御部１３は、交流電力線７上に設けられたスイッチＳＷａ，ＳＷｂの開閉動作を制御する。具体的には、停電検出部１２により系統電源６の停電が検出された場合、開閉制御部１３は、パワーコンディショナ２を系統電源６から解列するとともに、パワーコンディショナ２とパワーコンディショナ８と負荷群９とを互いに接続するようにスイッチＳＷａ，ＳＷｂを開閉させる。すなわち、開閉制御部１３は、スイッチＳＷａをオフにし、スイッチＳＷｂをオンにする。

また、開閉制御部１３は、連系リレーＲＬ１および自立リレーＲＬ２の開閉動作を制御するように構成されていてもよい。具体的には、系統電源６が停電していない場合には、開閉制御部１３は、連系リレーＲＬ１をオン、自立リレーＲＬ２をオフにする。系統電源６が停電している場合には、開閉制御部１３は、連系リレーＲＬ１をオフ、自立リレーＲＬ２をオンにする。

電圧制御部１４は、交流電力線７の電圧値（電圧値Ｖｕ，Ｖｖ）に基づいて、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０から交流電力線７（Ｕ相およびＶ相）に出力される電圧を制御する。電圧制御部１４は、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０からＵ相およびＶ相に出力される電圧を制御するためのスイッチング制御信号Ｓ１〜Ｓ６を生成する。

具体的には、電圧制御部１４は、電圧センサ５１により検出された電圧値ＶｕとＵ相の電圧目標値Ｖｕ＊との差から電圧偏差ΔＶｕを演算する。電圧制御部１４は、フィードバック制御（たとえば、ＰＩ制御）演算に従って、電圧偏差ΔＶｕを補償する（ゼロに近づける）ように電圧指令値Ｖｕｒを設定する。電圧制御部１４は、搬送波信号（たとえば、三角波信号）と当該電圧指令値Ｖｕｒとを比較して、その電圧値の大小関係に応じた２値信号からなる各トランジスタＱ１，Ｑ２のオンオフを制御するためのスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２を生成する。

また、電圧制御部１４は、制御周期であるスイッチング周期（１周期）のうち、トランジスタＱ３がオンする期間と、トランジスタＱ４がオンする期間とが同じになるようにスイッチング制御信号Ｓ３，Ｓ４を生成する。たとえば、スイッチング制御信号Ｓ３，Ｓ４のデューティー比は、５０％である。

さらに、電圧制御部１４は、電圧センサ５２により検出された電圧値ＶｖとＶ相の電圧目標値Ｖｖ＊との差から電圧偏差ΔＶｖを演算する。電圧制御部１４は、フィードバック制御演算に従って、電圧偏差ΔＶｖを補償するように電圧指令値Ｖｖｒを設定する。電圧制御部１４は、搬送波信号と当該電圧指令値Ｖｖｒとを比較して、その電圧値の大小関係に応じた２値信号からなる各トランジスタＱ５，Ｑ６のオンオフを制御するためのスイッチング制御信号Ｓ５，Ｓ６を生成する。

なお、電圧制御部１４は、以下に説明するようにスイッチング制御信号Ｓ１〜Ｓ６を生成してもよい。具体的には、電圧制御部１４は、電圧センサ５１により検出された電圧値Ｖｕと電圧値Ｖｖとの和（Ｖｕ＋Ｖｖ）と、電圧線Ｕおよび電圧線Ｖ間の電圧目標値Ｖｕｖ＊との差から電圧偏差ΔＶｕｖを演算する。電圧制御部１４は、フィードバック制御演算に従って、電圧偏差ΔＶｕｖを補償する（ゼロに近づける）ように電圧指令値Ｖｕｖｒを設定する。電圧制御部１４は、搬送波信号と当該電圧指令値Ｖｕｖｒとを比較して、その電圧値の大小関係に応じた２値信号からなる各トランジスタＱ１，Ｑ２のオンオフを制御するためのスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２を生成する。

また、電圧制御部１４は、フィードバック制御演算に従って、電圧値Ｖｕと電圧値Ｖｖとの差を補償する（ゼロにする）ように電圧指令値Ｖоｒを設定する。電圧制御部１４は、搬送波信号と当該電圧指令値Ｖоｒとを比較して、その電圧値の大小関係に応じた２値信号からなる各トランジスタＱ３，Ｑ４のオンオフを制御するためのスイッチング制御信号Ｓ３，Ｓ４を生成する。

さらに、電圧制御部１４は、搬送波信号と電圧指令値Ｖｕｖｒの逆符号の電圧指令値（すなわち、−Ｖｕｖｒ）とを比較して、その電圧値の大小関係に応じた２値信号からなる各トランジスタＱ５，Ｑ６のオンオフを制御するためのスイッチング制御信号Ｓ５，Ｓ６を生成する。

また、停電検出部１２により系統電源６の停電が検出された場合、電圧制御部１４は、予め定められた電圧を交流電力線７に出力するように双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０に指示する。予め定められた電圧は、典型的には、系統電源６から供給されていた交流電圧と同一の周波数、同一の実効値を有する交流電圧であるが、当該交流電圧には限られない。たとえば、予め定められた電圧は、パワーコンディショナ８により交流電力線７（配線７４）の電圧の異常が検出されないような交流電圧であればよい。

上述したように、パワーコンディショナ８は、連系運転時における系統電圧の電圧値や周波数の異常に対する保護機能を有しており、系統電圧の電圧値、周波数や位相の異常を検出すると出力を抑制または一時停止する。そこで、パワーコンディショナ２は、少なくとも、パワーコンディショナ８が交流電力線７（配線７４）への出力電力を抑制（または停止）させたりすることがないように、交流電力線７に適切な交流電圧を出力する。

パワーコンディショナ８は、交流電力線７（配線７４）の電圧の実効値が予め定められた範囲（たとえば、１０１Ｖｒｍｓ±６Ｖｒｍｓ）外である場合、交流電力線７への出力電力を抑制または停止するように構成されている。また、パワーコンディショナ８は、交流電力線７の電圧の周波数が予め定められた周波数範囲外であることを検出した場合、交流電力線７への電力の出力を停止するように構成されている。たとえば、予め定められた周波数範囲は、基本周波数が５０Ｈｚの場合には４８．５Ｈｚ〜５１Ｈｚである。

したがって、予め定められた電圧は、その実効値が予め定められた範囲（１０１Ｖｒｍｓ±６Ｖｒｍｓ）内であり、かつその周波数が予め定められた周波数範囲（４８．５Ｈｚ〜５１Ｈｚ）内であればよい。典型的には、予め定められた電圧範囲および周波数範囲は、それぞれ制御装置１０のメモリに記憶されている。

＜電圧制御方式＞
パワーコンディショナ２は、以下に示すスイッチング制御方式に従って動作する双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０を備えている。そのため、パワーコンディショナ２は、系統電源６が停電している場合であっても、蓄電池５の充電時および放電時に応じてスイッチング制御方式を変更することなく、負荷群９に蓄電池５からの電力を放電するだけではなく、太陽電池４により発電された電力で蓄電池５を充電することが可能となる。ここでは、蓄電池５の充放電を適切に実行するために、電圧制御部１４が行なう電圧制御方式について説明する。具体的には、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０に設けられている複数のスイッチング素子のオンオフ動作の制御方式について説明する。

（双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０）
まず、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０の具体的な構成について説明する。

図４は、本実施の形態に従う双方向ＤＣ／ＡＣ変換器の構成を示す図である。図４を参照して、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０は、互いに並列接続されたレグ２１、レグ２２およびレグ２３を含む。

レグ２１は、上アーム（トランジスタＱ１およびダイオードＤ１）と下アーム（トランジスタＱ２およびダイオードＤ２）とを含む。レグ２２は、上アーム（トランジスタＱ３およびダイオードＤ３）と下アーム（トランジスタＱ４およびダイオードＤ４）とを含む。レグ２３は、上アーム（トランジスタＱ５およびダイオードＤ５）と下アーム（トランジスタＱ６およびダイオードＤ６）とを含む。

トランジスタＱ１，Ｑ２は、直流バス１５０（または内部直流バス１５２）を構成する正母線ＰＬおよび負母線ＳＬの間に直列に接続される。トランジスタＱ１とトランジスタＱ２との中間点は、リアクトルＬ１に接続される。

トランジスタＱ３，Ｑ４は、正母線ＰＬおよび負母線ＳＬの間に直列に接続される。トランジスタＱ３とトランジスタＱ４との中間点は、リアクトルＬ２に接続される。

トランジスタＱ５，Ｑ６は、正母線ＰＬおよび負母線ＳＬの間に直列に接続される。トランジスタＱ５とトランジスタＱ６との中間点は、リアクトルＬ３に接続される。

なお、トランジスタＱ１〜Ｑ６として、たとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いることができる。または、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor）などの電力スイッチング素子が用いられてもよい。

トランジスタＱ１〜Ｑ６は、それぞれ制御装置１０（電圧制御部１４）からのスイッチング制御信号Ｓ１〜Ｓ６に応答してオン／オフする。トランジスタＱ１〜Ｑ６を所定のタイミングでオン／オフさせることにより、蓄電池５から供給される直流電力を単相３線式の交流電力に変換（または、交流電力線７から供給される交流電力を直流電力に変換）することができる。

（比較例１に従うスイッチング制御方式）
次に、電圧制御部１４によるスイッチング制御方式と比較するために、比較例１に従うスイッチング制御方式について説明する。

図５および図６は、比較例１に従うスイッチング制御方式を説明するための図である。なお、ここでは、説明の容易化のため、Ｕ相電圧を制御するために設けられているトランジスタＱ１〜Ｑ４のスイッチング制御方式について説明する。また、電圧線Ｕの電位（以下「Ｕ線電位」と称する。）が中性線Ｏの電位（以下「Ｏ線電位」と称する。）よりも高く、Ｏ線電位が電圧線Ｖの電位（以下「Ｖ線電位」）よりも高い状態であるとする。これは、以下の図７および図８でも同様である。

図５に示すように、比較例１に従うスイッチング制御方式では、スイッチング周期中に、トランジスタＱ１をオン状態、トランジスタＱ２，Ｑ３をオフ状態に固定しておき、トランジスタＱ４のオン状態およびオフ状態を切り替えることにより、Ｕ相に交流電圧が印加される。ここで、電力を消費する負荷、および電力供給源として動作する発電用のパワーコンディショナ（たとえば、太陽電池用のパワーコンディショナ）がＵ相に接続されているとする。このような場合に、負荷の消費電力が、発電用のパワーコンディショナの出力電力よりも大きいときには、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０側から負荷側に電流が流れていく。

具体的には、図５（ａ）のように、トランジスタＱ４がオン状態のときには、図５（ａ）中の矢印の方向に電流が流れていき、Ｕ相に蓄電池５の電圧（たとえば、３８０Ｖ）が印加される。一方、図５（ｂ）のように、トランジスタＱ４がオフ状態のときには、図５（ｂ）中の矢印の方向に電流が流れていき、Ｕ相に蓄電池５の電圧が印加されない（すなわち、ゼロ電圧が印加される）。

そのため、スイッチング周期中において、Ｕ相電圧を増加させる（Ｕ相に正電圧が出力される）電圧印加期間（図５（ａ））と、Ｕ相電圧を低下させる（Ｕ相にゼロ電圧が出力される）還流期間（図５（ｂ））とを調整することにより、Ｕ相電圧を目標電圧に設定することができる。

一方、負荷の消費電力が、発電用のパワーコンディショナの出力電力よりも小さいときには、図６に示すように、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０に電流が流れ込んでくる。そのため、この電流の向きの場合にも、Ｕ相電圧を目標電圧に維持する必要がある。

ここで、比較例１に従うスイッチング方式は、トランジスタＱ４のオン状態およびオフ状態を切り替える方式である。たとえば、図６（ａ）中の矢印の方向に電流を流すことができれば、Ｕ相電圧を低下させることができる。しかし、トランジスタＱ３はオフ状態であり、かつダイオードＤ３も図６（ａ）中の矢印の方向には電流を通過させないため、実際には図６（ｂ）中の矢印の方向に電流が流れることになりＵ相電圧を増加させる。また、トランジスタＱ４がオン状態のときにも、図６（ｂ）中の矢印の方向に電流が流れるため、Ｕ相電圧を増加させる。すなわち、電流の向きが、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０に電流が流れ込んでくる向きの場合には、比較例１に従うスイッチング方式では、Ｕ相電圧を増加させる期間のみが存在し、Ｕ相電圧を低下させる期間が存在しないため、Ｕ相電圧を目標電圧に設定することはできないことになる。

（比較例２に従うスイッチング制御方式）
次に、比較例２に従うスイッチング制御方式について説明する。

図７および図８は、比較例２に従うスイッチング制御方式を説明するための図である。
比較例２に従うスイッチング制御方式は、外部（たとえば、制御装置など）からの指示により充電モードおよび放電モードに応じてスイッチング制御方式を変更する方式である。図７には放電モードのスイッチング制御方式が示されており、図８には充電モードのスイッチング制御方式が示されている。

放電モードの場合には、スイッチング周期中に、トランジスタＱ１をオン状態、トランジスタＱ２，Ｑ３をオフ状態に固定しておき、トランジスタＱ４のオン状態およびオフ状態を切り替える。すなわち、比較例２に従う放電モードのスイッチング制御方式は、比較例１に従うスイッチング制御方式と同じである。

そのため、負荷の消費電力が発電用のパワーコンディショナの出力電力よりも大きく、図７に示すように双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０側から負荷側に電流が流れていく場合には、スイッチング周期中において、電圧印加期間（図７（ａ））と、還流期間（図７（ｂ））とが含まれる。そのため、Ｕ相電圧を目標電圧に設定することができる。

一方、充電モードの場合には、スイッチング周期中に、トランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ４をオフ状態に固定しておき、トランジスタＱ３のオン状態およびオフ状態を切り替える。

ここで、負荷の消費電力が、発電用のパワーコンディショナの出力電力よりも小さく、図８に示すように負荷側から双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０側に電流が流れて込んでくる場合を考える。この場合には、図８（ａ）のように、トランジスタＱ３がオフ状態のときには、図８（ａ）中の矢印の方向に電流が流れていき、Ｕ相電圧を増加させる。一方、図８（ｂ）のように、トランジスタＱ３がオン状態のときには、図８（ｂ）中の矢印の方向に電流が流れていき、Ｕ相電圧を低下させる。そのため、スイッチング周期中において、電圧印加期間（図８（ａ））と、還流期間（図８（ｂ））とが含まれることから、Ｕ相電圧を目標電圧に設定することができる。

しかしながら、比較例２に従うスイッチング制御方式では、負荷変動や発電用のパワーコンディショナの出力変動が発生した場合には、Ｕ相電圧を目標電圧に維持することはできない。

具体的には、放電モードのスイッチング制御方式でスイッチングを実行しているときに（図７）、負荷の消費電力が発電用のパワーコンディショナの出力電力よりも小さくなった場合には、電流の向きが変化して双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０に電流が流れ込んでくることになる。この場合には、スイッチング周期中に、電圧印加期間のみが存在し還流期間が存在しないことから、Ｕ相電圧を目標電圧に設定することはできない。

また、充電モードのスイッチング制御方式でスイッチングを実行しているときに（図８）、負荷の消費電力が発電用のパワーコンディショナの出力電力よりも大きくなった場合には、電流の向きが変化して双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０から負荷側に電流が流れていくことになる。この場合にも、スイッチング周期中に、電圧印加期間のみが存在し還流期間が存在しないことから、Ｕ相電圧を目標電圧に設定することはできない。

（比較例３に従うスイッチング制御方式）
次に、比較例３に従うスイッチング制御方式について説明する。

比較例３に従うスイッチング制御方式は、上述した比較例２における充電モードのスイッチング制御方式および放電モードのスイッチング制御方式を、出力電圧の極性（正負）と、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０に流れる電流の向きとに応じて自動的に切り替える方式である。

具体的には、図７に示すように、制御装置は電流センサにより双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０から負荷側に電流が流れていることを検出した場合には、放電モードのスイッチング制御方式を用いて各スイッチング素子をオンオフする。一方、図８に示すように、制御装置は電流センサにより負荷側から双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０に電流が流れ込んでいることを検出した場合には、充電モードのスイッチング制御方式を用いて各スイッチング素子をオンオフする。これにより、Ｕ相電圧を目標電圧に設定することができる。

ただし、比較例３に従うスイッチング制御方式を用いる場合には、電流の向きを確実かつ精度よく検出する必要がある。しかしながら、一般的には、電圧や電流のゼロクロス点においては電流の向きの検出が難しい。そのため、放電モードおよび充電モードのスイッチング制御方式の切り替えのタイミングがずれることにより、電圧波形に乱れが生じてしまう可能性が懸念される。

（本実施の形態に従うスイッチング制御方式）
次に、図９および図１０を参照して、本実施の形態に従う電圧制御部１４が実行するスイッチング制御方式について説明する。

図９は、本実施の形態に従うスイッチング制御方式を説明するための時間波形図である。図１０は、図９におけるスイッチング制御方式に従う各スイッチング素子のオンオフ状態を示す図である。具体的には、図１０には、スイッチング制御周期（１周期）中の各期間における各スイッチング素子のオンオフ状態が示されている。

ここでは、説明の容易化のため、Ｕ線電位がＯ線電位よりも高く、Ｏ線電位がＶ線電位よりも高い状態であるとする。また、Ｕ相に対する電圧指令値Ｖｕｒの方が、Ｖ相に対する電圧指令値Ｖｖｒよりも大きいものとする。さらに、電圧制御部１４が出力するスイッチング制御信号Ｓ３，Ｓ４のデューティー比（トランジスタＱ１，Ｑ２のスイッチング周期に対するオン期間の割合）は、５０％であるとする。

図９および図１０を参照して、期間Ｐａでは、スイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ３，Ｓ６がＨ（論理ハイ）レベル、スイッチング制御信号Ｓ２，Ｓ４，Ｓ５がＬ（論理ロー）レベルとなっている。これらのスイッチング制御信号Ｓ１〜Ｓ６が電圧制御部１４から出力されることにより、トランジスタＱ１，Ｑ３，Ｑ６がオン状態となり、トランジスタＱ２，Ｑ４，Ｑ５がオフ状態となる。そのため、期間Ｐａは、Ｕ相には蓄電池５の電圧が印加（出力）されない期間（還流期間）であり、Ｖ相には蓄電池５の正電圧が印加される期間（電圧印加期間）となる。

期間Ｐｂでは、スイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５がＨレベル、スイッチング制御信号Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６がＬレベルとなっている。そのため、期間Ｐｂは、Ｕ相およびＶ相に蓄電池５の電圧が印加されない期間（還流期間）である。

期間Ｐｃでは、スイッチング制御信号Ｓ２，Ｓ３，Ｓ５がＨレベル、スイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ４，Ｓ６がＬレベルとなっている。そのため、期間Ｐｃは、Ｕ相には蓄電池５の負電圧が印加される期間（逆電圧印加期間）であり、Ｖ相には蓄電池５の電圧が印加されない期間（還流期間）である。

期間Ｐｄでは、スイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５がＨレベル、スイッチング制御信号Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６がＬレベルとなっている。そのため、期間Ｐｄは、Ｕ相およびＶ相に蓄電池５の電圧が印加されない期間（還流期間）である。

期間Ｐｅでは、スイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ３，Ｓ６がＨレベル、スイッチング制御信号Ｓ２，Ｓ４，Ｓ５がＬレベルとなっている。そのため、期間Ｐｅは、Ｕ相には蓄電池５の電圧が印加されない期間（還流期間）であり、Ｖ相には蓄電池５の正電圧が印加される期間（電圧印加期間）となる。

期間Ｐｆでは、スイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ４，Ｓ６がＨレベル、スイッチング制御信号Ｓ２，Ｓ３，Ｓ５がＬレベルとなっている。そのため、期間Ｐｆは、Ｕ相には蓄電池５の正電圧が印加される期間（電圧印加期間）であり、Ｖ相には蓄電池５の電圧が印加されない期間（還流期間）である。

以上より、Ｕ相については、蓄電池５の充電時（充電される方向に電流が流れている場合）および蓄電池５の放電時（放電される方向に電流が流れている場合）のいずれの場合においても、スイッチング制御周期中に、Ｕ相電圧を増加させる電圧印加期間と、Ｕ相電圧を低下させる還流期間および逆電圧印加期間とを含んでいることがわかる。そのため、電圧印加期間と、還流期間および逆電圧印加期間とを調整することによりＵ相電圧を目標電圧に設定することができる。

また、Ｖ相についても、蓄電池５の充電時（充電される方向に電流が流れている場合）および蓄電池５の放電時（放電される方向に電流が流れている場合）のいずれの場合においても、スイッチング制御周期中に、Ｖ相電圧を増加させる電圧印加期間と、Ｖ相電圧を低下させる還流期間とを含んでいることがわかる。そのため、電圧印加期間と、還流期間とを調整することによりＶ相電圧を目標電圧に設定することができる。

このことから、本実施の形態に従うスイッチング制御方式では、蓄電池５が充電されているのか、それとも放電しているのかを気にすることなくＵ相およびＶ相の電圧を目標電圧に設定することができる。また、本実施の形態に従うスイッチング制御方式は、蓄電池５の充電時および放電時に応じてその制御方式を変更する必要がないシームレスなスイッチング制御方式である。そのため、スイッチング制御方式の切り替えタイミングがずれることにより生じる電圧波形の乱れなども防ぐことができる。

なお、上述したスイッチング制御方式は一例である。電圧制御部１４は、蓄電池５の充電時および放電時において、Ｕ相およびＶ相の各々について、当該相の電圧を増加させる期間と、当該相の電圧を低下させる期間とが含まれるように、トランジスタＱ１〜Ｑ６のオンオフ動作を制御するように構成されていればよい。

具体的には、各相の電圧を増加させる期間は、電圧印加期間である。また、各相の電圧を低下させる期間は、還流期間または逆電圧印加期間である。各相における還流期間は、トランジスタＱ３またはトランジスタＱ４がオン状態でありかつＵ相に正電圧および負電圧が出力されない期間である。

さらに詳細には、Ｕ相における還流期間は、トランジスタＱ１，Ｑ３がオン状態でありかつトランジスタＱ２，Ｑ４がオフ状態である期間、または、トランジスタＱ１，Ｑ３がオフ状態でありかつトランジスタＱ２，Ｑ４がオン状態である期間である。Ｖ相における還流期間は、トランジスタＱ３，Ｑ５がオン状態でありかつトランジスタＱ４，Ｑ６がオフ状態である期間、または、トランジスタＱ３，Ｑ５がオン状態でありかつトランジスタＱ４，Ｑ６がオフ状態である期間である。

換言すると、電圧制御部１４は、Ｕ相およびＶ相の各々について、スイッチング周期中に、電圧印加期間および逆電圧印加期間を含むか、電圧印加期間および還流期間を含むか、還流期間および逆電圧印加期間を含むように、トランジスタＱ１〜Ｑ６のオンオフ動作を制御すればよい。

＜処理手順＞
本実施の形態に従う制御装置１０の処理手順について説明する。

図１１は、本実施の形態に従う制御装置１０の処理手順を示すフローチャートである。なお、フローチャートの開始時点においては、パワーコンディショナ２は、系統電源６に対して連系運転しているものとする。

図１１を参照して、制御装置１０は、系統電源６が停電したか否かを判断する（ステップＳ１０）。たとえば、制御装置１０は、電圧センサ５１，５２から受ける電圧値を監視して停電を検出する。

系統電源６が停電していない場合には（ステップＳ１０においてＮＯ）、制御装置１０はステップＳ１０の処理を繰り返す。これに対して、系統電源６が停電している場合には（ステップＳ１０においてＹＥＳ）、制御装置１０は、系統電源６からパワーコンディショナ２から系統電源６を解列して、パワーコンディショナ２とパワーコンディショナ８と負荷群９とを互いに接続するように開閉器を開閉させる（ステップＳ１２）。具体的には、制御装置１０は、スイッチＳＷａをオフ、スイッチＳＷｂをオン、連系リレーＲＬ１をオフ、自立リレーＲＬ２をオンにする。

次に、制御装置１０は、上述した本実施の形態に従う電圧制御方式を用いて、予め定められた電圧を交流電力線７に出力する（ステップＳ１４）。具体的には、制御装置１０は、系統電源６から供給されていた交流電圧と同一の周波数、同一の実効値（たとえば、１０１Ｖｒｍｓ）を有する交流電圧を出力するように双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０に指示する。さらに、制御装置１０は、内部直流バス１５２の電圧値が一定になるように双方向ＤＣ／ＤＣ変換器３０に指示する。そして、処理は終了する。

＜その他の実施の形態＞
ここでは、上述した本実施の形態の変形例などを列挙する。

（開閉動作）
上述した実施の形態では、制御装置１０（開閉制御部１３）がスイッチＳＷａおよびスイッチＳＷｂの開閉動作を制御する構成について説明したが、当該構成に限られない。スイッチＳＷａおよびスイッチＳＷｂの開閉動作は、系統電源６からの電力供給の有無に応じて自動的に切り替わるように構成されていてもよい。たとえば、系統電源６からスイッチＳＷａに対して電力が供給されると、スイッチＳＷａはオンし、スイッチＳＷｂはオフする。系統電源６からスイッチＳＷａに対して電力が供給されなくなると、スイッチＳＷａはオフ、スイッチＳＷｂはオンする。また、管理者などがスイッチＳＷａおよびスイッチＳＷｂの開閉を切り替えてもよい。

また、上述した実施の形態では、制御装置１０が連系リレーＲＬ１および自立リレーＲＬ２の開閉動作を制御する構成について説明したが、当該構成に限られない。連系リレーＲＬ１および自立リレーＲＬ２の開閉動作は、系統電源６からの電力供給の有無に応じて自動的に切り替わるように構成されていてもよい。たとえば、系統電源６から連系リレーＲＬ１に対して電力が供給されると、連系リレーはオン、自立リレーＲＬ２はオフする。系統電源６から連系リレーＲＬ１に対して電力が供給されなくなると、連系リレーＲＬ１はオフ、自立リレーＲＬ２はオンする。

（スイッチの設置）
上述した実施の形態では、スイッチＳＷａおよびスイッチＳＷｂが分電盤３内に設けられている構成について説明したが、当該構成に限られない。たとえば、図１２に示す位置にスイッチＳＷａを設けて、スイッチＳＷｂは設けない構成であってもよい。

図１２は、その他の実施の形態に従う電力システムの全体構成を示す図である。図１２に示す電力システムは、図１に示す電力システムにおける分電盤３が分電盤３Ａに置き換わったものである。

この場合、系統電源６が停電していないときには（連系運転時）、パワーコンディショナ２は、スイッチＳＷａをオン状態にし、連系リレーＲＬ１をオン状態（および自立リレーＲＬ２をオフ状態）にして、系統電源６と連系される。

また、系統電源６の停電したときには（自立運転時）、パワーコンディショナ２は、スイッチＳＷａをオフ状態、連系リレーＲＬ１をオフ状態、自立リレーＲＬ２をオン状態にする。これにより、パワーコンディショナ２、パワーコンディショナ８および負荷群９は、系統電源６から解列される。なお、パワーコンディショナ２、パワーコンディショナ８および負荷群９は、交流電力線７（配線７３，７４，７５）を介して互いに接続される。

なお、図１および図１２に示す構成以外の開閉器が交流電力線７に別に設けられるような構成であってもよい。すなわち、制御装置１０（開閉制御部１３）は、系統電源６が停電した場合に、パワーコンディショナ２を系統電源６から解列し、パワーコンディショナ２とパワーコンディショナ８と負荷群９とを互いに接続するように、交流電力線７上に設けられた１以上の開閉器を制御するように構成されていればよい。

（電圧制御方式の変形例）
［単相２線式］
上述した実施の形態では、パワーコンディショナ２が単相３線式の交流電力線に接続されている場合の電圧制御方式について説明した。しかしながら、蓄電池５に接続されるパワーコンディショナが、電圧線Ｕおよび電圧線Ｖの２線（すなわち中性線Ｏを除く）の交流電力線に接続されている構成で、自立運転する場合に上記の電圧制御方式を援用してもよい。

図１３は、その他の実施の形態に従うパワーコンディショナ２Ａの構成を示す図である。図１３を参照して、パワーコンディショナ２Ａは、制御装置１０Ａと、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０Ａと、電圧センサ５３と、リアクトルＬ１，Ｌ３と、端子２０１，２０３〜２０５とを含む。なお、パワーコンディショナ２Ａは、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器３０や、電流センサ４１，４２を含む構成であってもよい。電圧センサ５３は、電圧線Ｕと電圧線Ｖとの間に接続され、電圧線Ｕおよび電圧線Ｖの間のＵ−Ｖ間電圧を検出し、その検出結果を制御装置１０Ａに入力する。

制御装置１０Ａは、系統電源６の停電時に、交流電力線（Ｕ−Ｖ間）の電圧値に基づいて、蓄電池５と交流電力線との間で双方向に電力を変換する双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０Ａから交流電力線に出力される電圧を、予め定められた電圧に制御する。具体的には、Ｕ線電位がＶ線電位よりも高い状態であるとすると、制御装置１０Ａ（電圧制御部）は、蓄電池５の充電時および放電時において、スイッチング周期中に、Ｕ−Ｖ間電圧を増加させる期間（電圧印加期間）と、Ｕ−Ｖ間電圧を低下させる期間（還流期間または逆電圧印加期間）とが含まれるように、トランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ５，Ｑ６のオンオフ動作を制御する。

電圧印加期間は、トランジスタＱ１，Ｑ６がオン状態（かつトランジスタＱ２，Ｑ５がオフ状態）である期間である。逆電圧印加期間は、トランジスタＱ２，Ｑ５がオン状態（かつトランジスタＱ１，Ｑ６がオフ状態）である期間である。

また、還流期間は、トランジスタＱ１，Ｑ５がオン状態（かつトランジスタＱ２，Ｑ６がオフ状態）である期間、またはトランジスタＱ２，Ｑ６がオン状態（かつトランジスタＱ１，Ｑ５がオフ状態）である期間である。

また、上記では、交流電力線が単相２線式である構成について説明した。しかしながら、図１４に示すように、この単相２線式の電圧制御方式を用いて出力される単相２線式の交流電力をトランスにより単相３線式の交流電力に変換してもよい。

図１４は、単相２線式の交流電力を単相３線式の交流電力に変換するトランスの構成を説明するための図である。図１４を参照して、トランス２５は、パワーコンディショナ２Ａの双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０Ａから上記の単相２線式の電圧制御方式を用いて出力された単相２線式の交流電力（たとえば、ＡＣ２００Ｖ）を、単相３線式の交流電力（たとえば、ＡＣ１００Ｖ／２００Ｖ）に変換する。そして、当該変換された単相３線式の交流電力が、交流電力線７（電圧線Ｕ，Ｖ、中性線Ｏ）に出力される。

［双方向ＤＣ／ＡＣ変換器］
上述した実施の形態では、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０が３つのレグ２１，２２，２３を有する構成について説明したが、当該構成に限られない。たとえば、図１５に示すように、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器が２つのレグを有する構成であってもよい。ここでは、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器が２つのレグを有する場合の電圧制御方式について説明する。

図１５は、その他の実施の形態に従うパワーコンディショナ２Ｂの構成を示す図である。パワーコンディショナ２Ｂにおける双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０Ｂ以外の構成は、上述したパワーコンディショナ２の当該構成と同じであるため、その詳細な説明は繰り返さない。そのため、パワーコンディショナ２Ｂは、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器３０や、電流センサ４１，４２を含む構成であってもよい。また、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０Ｂはレグ２２を有していないため、制御装置１０Ｂ（電圧制御部）は、スイッチング制御信号Ｓ３，Ｓ４を出力しない。

図１５を参照して、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０Ｂは、互いに並列接続されたレグ２１およびレグ２３と、コンデンサ９１，９２とを含む。コンデンサ９１，９２は、直流バス１５０を構成する正母線ＰＬおよび負母線ＳＬの間に直列に接続される。コンデンサ９１とコンデンサ９２との中間点は、リアクトルＬ２を介して端子２０２に接続される。

制御装置１０Ｂは、系統電源６の停電時に、交流電力線７の電圧値に基づいて、蓄電池５と交流電力線との間で双方向に電力を変換する双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０Ｂから交流電力線７に出力される電圧を、予め定められた電圧に制御する。具体的には、制御装置１０Ｂ（電圧制御部）は、スイッチング周期中に、Ｕ相およびＶ相の各々について、当該相の電圧を増加させる期間（電圧印加期間）と、当該相の電圧を低下させる期間（逆電圧印加期間）とが含まれるように、トランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ５，Ｑ６のオンオフ動作を制御する。

詳細には、Ｕ線電位がＶ線電位よりも高い状態であるとすると、Ｕ相における電圧印加期間は、トランジスタＱ１がオン状態（かつトランジスタＱ２がオフ状態）である期間である。Ｕ相における逆電圧印加期間は、トランジスタＱ２がオン状態（かつトランジスタＱ１がオフ状態）である期間である。また、Ｖ相における電圧印加期間は、トランジスタＱ５がオン状態（かつトランジスタＱ６がオフ状態）である期間である。Ｖ相における逆電圧印加期間は、トランジスタＱ６がオン状態（かつトランジスタＱ５がオフ状態）である期間である。

［その他］
なお、パワーコンディショナの制御装置は、蓄電池５から放電される場合であっても、蓄電池５に充電される場合であっても、予め定められた電圧を維持することが可能な電圧制御方式であれば、その他の電圧制御方式を採用してもよい。たとえば、電流の向きを精度よく検出できるような場合には、上述した比較例３に従うスイッチング制御方式を採用してもよい。

＜まとめ＞
本発明の実施の形態は次のように要約することができる。

（１） 蓄電池５に接続され、系統電源６の停電時に自立運転を行なうように構成されたパワーコンディショナ２の制御装置１０であって、太陽電池４に接続されパワーコンディショナ２に対して連系運転を行なうように構成されたパワーコンディショナ８、負荷群９、および系統電源６にパワーコンディショナ２を接続する交流電力線７の電圧値の入力を受ける電圧入力部１１と、電圧値に基づいて、交流電力線７と蓄電池５との間で双方向に電力を変換する双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０から出力される電圧を制御する電圧制御部１４と、系統電源６の停電を検出する停電検出部１２とを備える。系統電源６の停電が検出された場合、電圧制御部１４は、予め定められた電圧を交流電力線７に出力するように双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０に指示する。

上記構成によると、系統の停電時に、自立運転しているパワーコンディショナ２に、連系運転するパワーコンディショナ８が連系されることにより、交流電力線７に電力を供給することができる。また、自立専用のコンセントなどが不要となり、通常時（系統連系時）と同じように負荷群９を使用することができる。また、パワーコンディショナ２は、定電圧制御により、太陽電池４の発電量や負荷群９の負荷電力に応じて交流電力線７への放電だけでなく、交流電力線７からの充電も行なうことができる。そのため、太陽光発電などの再生可能エネルギーの発電電力を有効活用することができる。さらに、１台のパワーコンディショナ２により放電も充電も可能とすることもできる。

（２） 制御装置１０は、交流電力線７上に設けられた１以上の開閉器を制御する開閉制御部１３をさらに備える。系統電源６の停電が検出された場合、開閉制御部１３は、パワーコンディショナ２を系統電源６から解列し、パワーコンディショナ２とパワーコンディショナ８と負荷群９とを互いに接続するように１以上の開閉器を開閉させる。

上記構成によると、系統電源６の停電時に、パワーコンディショナ２とパワーコンディショナ８と負荷群９とを適切に接続することができる。

（３） 予め定められた電圧の実効値および周波数は、パワーコンディショナ８が交流電力線７の異常を検出しないような範囲に設定される。

上記構成によると、不必要にパワーコンディショナ８の出力を抑制または一時停止させることがなくなり、太陽光発電などの再生可能エネルギーの発電電力を有効に活用することができる。

（４） 予め定められた電圧は、系統電源６から供給されていた電圧と同一の実効値、同一の周波数を有する交流電圧を含む。

上記構成によると、系統電源６が停電していないときと同じように、負荷群９を利用することができる。

（５） 蓄電池５に接続され、系統電源６の停電時に自立運転を行なうように構成されたパワーコンディショナ２であって、太陽電池４に接続されパワーコンディショナ２に対して連系運転を行なうように構成されたパワーコンディショナ８、負荷群９および系統電源６にパワーコンディショナ２を接続する交流電力線７と、蓄電池５との間で双方向に電力を変換する双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０と、制御装置１０とを備える。制御装置１０は、交流電力線７の電圧値の入力を受ける電圧入力部１１と、電圧値に基づいて、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０から出力される電圧を制御する電圧制御部１４と、系統電源６の停電を検出する停電検出部１２とを含む。系統電源６の停電が検出された場合、電圧制御部１４は、予め定められた電圧を交流電力線７に出力するように双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０に指示する。

上記構成によると、系統の停電時に、自立運転しているパワーコンディショナ２に、連系運転するパワーコンディショナ８が連系されることにより、交流電力線７に電力を供給することができる。また、自立専用のコンセントなどが不要となり、通常時（系統連系時）と同じように負荷群９を使用することができる。また、パワーコンディショナ２は、定電圧制御により、太陽電池４の発電量や負荷群９の負荷電力に応じて交流電力線７への放電だけでなく、交流電力線７からの充電も行なうことができる。そのため、太陽光発電などの再生可能エネルギーの発電電力を有効活用することができる。さらに、１台のパワーコンディショナ２により放電も充電も可能とすることもできる。

（６） 蓄電池５に接続されたパワーコンディショナ２と、太陽電池４に接続されたパワーコンディショナ８とを備える電力システムであって、パワーコンディショナ２は、系統電源６の停電時に自立運転を行なうように構成されている。パワーコンディショナ８は、パワーコンディショナ２に対して連系運転を行なうように構成されている。パワーコンディショナ２は、パワーコンディショナ８、負荷群９および系統電源６にパワーコンディショナ２を接続する交流電力線７と、蓄電池５との間で双方向に電力を変換する双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０と、制御装置１０とを含む。制御装置１０は、交流電力線７の電圧値の入力を受ける電圧入力部１１と、電圧値に基づいて、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０から出力される電圧を制御する電圧制御部１４と、系統電源６の停電を検出する停電検出部１２とを有する。系統電源６の停電が検出された場合、電圧制御部１４は、予め定められた電圧を交流電力線７に出力するように双方向ＤＣ／ＡＣ変換器２０に指示する。

上記構成によると、系統の停電時に、自立運転しているパワーコンディショナ２に、連系運転するパワーコンディショナ８が連系されることにより、交流電力線７に電力を供給する電力システムを提供することができる。この電力システムによると、自立専用のコンセントなどが不要となり、通常時と同じように負荷群９を使用することができ、パワーコンディショナ２を用いて、交流電力線７への放電だけでなく交流電力線７からの充電も行なうことができる。そのため、太陽光発電などの再生可能エネルギーの発電電力を有効活用することができる。

上述の実施の形態として例示した構成は、本発明の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能である。

また、上述した実施の形態において、他の実施の形態で説明した処理や構成を適宜採用して実施する場合であってもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

２，２Ａ，２Ｂ，８ パワーコンディショナ、３，３Ａ 分電盤、４ 太陽電池、５ 蓄電池、６ 系統電源、７ 交流電力線、９ 負荷群、１０，１０Ａ，１０Ｂ 制御装置、１１ 電圧入力部、１２ 停電検出部、１３ 開閉制御部、１４ 電圧制御部、２０，２０Ａ，２０Ｂ 双方向ＤＣ／ＡＣ変換器、２１，２２，２３ レグ、２５ トランス、３０ 双方向ＤＣ／ＤＣ変換器、４１，４２ 電流センサ、５１〜５３ 電圧センサ、７１〜７５ 配線、８２ ＤＣ／ＡＣ変換器、８４ ＤＣ／ＤＣ変換器、９１，９２ コンデンサ、１５０ 直流バス、１５２ 内部直流バス、２０１〜２０５ 端子。

Claims (5)

1. 蓄電池に接続され、系統の停電時に自立運転を行なうように構成されたパワーコンディショナの制御装置であって、
   発電装置に接続され前記パワーコンディショナに対して連系運転を行なうように構成された他のパワーコンディショナ、負荷および前記系統に前記パワーコンディショナを接続する、第１および第２の電圧線と中性線とを有する単相３線式交流線の電圧値の入力を受ける電圧入力手段と、
   前記第１の電圧線および前記中性線から構成される第１相の電圧値、および、前記第２の電圧線および前記中性線から構成される第２相のそれぞれの電圧値に基づいて、前記単相３線式交流線と前記蓄電池との間で双方向に電力を変換する双方向電力変換器から出力される電圧を制御する電圧制御手段と、
   前記系統の停電を検出する停電検出手段とを備え、
   前記停電検出手段により、前記系統の停電が検出された場合、前記電圧制御手段は、予め定められた電圧を前記単相３線式交流線に出力するように、前記蓄電池の充電時および放電時において、前記第１および第２相の各々について、当該相に正電圧が出力される期間と、当該相に正電圧および負電圧が出力されない還流期間とを含むサイクルで前記双方向電力変換器の電圧制御を行う、パワーコンディショナの制御装置。
2. 前記単相３線式交流線上に設けられた１以上の開閉器を制御する開閉制御手段をさらに備え、
   前記系統の停電が検出された場合、前記開閉制御手段は、前記パワーコンディショナを前記系統から解列し、前記パワーコンディショナと前記他のパワーコンディショナと前記負荷とを互いに接続するように前記１以上の開閉器を開閉させる、請求項１に記載のパワーコンディショナの制御装置。
3. 前記予め定められた電圧の実効値および周波数は、前記他のパワーコンディショナが前記単相３線式交流線の異常を検出しないような範囲に設定される、請求項１または２に記載のパワーコンディショナの制御装置。
4. 蓄電池に接続され、系統の停電時に自立運転を行なうように構成されたパワーコンディショナであって、
   発電装置に接続され前記パワーコンディショナに対して連系運転を行なうように構成された他のパワーコンディショナ、負荷および前記系統に前記パワーコンディショナを接続する、第１および第２の電圧線と中性線とを有する単相３線式交流線と、前記蓄電池との間で双方向に電力を変換する双方向電力変換器と、
   制御装置とを備え、
   前記制御装置は、
   前記第１の電圧線および前記中性線から構成される第１相の電圧値、および、前記第２の電圧線および前記中性線から構成される第２相の電圧値の入力を受ける電圧入力手段と、
   前記第１および第２相のそれぞれの電圧値に基づいて、前記双方向電力変換器から出力される電圧を制御する電圧制御手段と、
   前記系統の停電を検出する停電検出手段とを含み、
   前記系統の停電が検出された場合、前記電圧制御手段は、予め定められた電圧を前記単相３線式交流線に出力するように、前記蓄電池の充電時および放電時において、前記第１および第２相の各々について、当該相に正電圧が出力される期間と、当該相に正電圧および負電圧が出力されない還流期間とを含むサイクルで前記双方向電力変換器の電圧制御を行う、パワーコンディショナ。
5. 蓄電池に接続されたパワーコンディショナと、発電装置に接続された他のパワーコンディショナとを備える電力システムであって、
   前記パワーコンディショナは、系統の停電時に自立運転を行なうように構成されており、
   前記他のパワーコンディショナは、前記パワーコンディショナに対して連系運転を行なうように構成されており、
   前記パワーコンディショナは、
   前記他のパワーコンディショナ、負荷および前記系統に前記パワーコンディショナを接続する、第１および第２の電圧線と中性線とを有する単相３線式交流線と、前記蓄電池との間で双方向に電力を変換する双方向電力変換器と、
   制御装置とを含み、
   前記制御装置は、
   前記第１の電圧線および前記中性線から構成される第１相の電圧値、および、前記第２の電圧線および前記中性線から構成される第２相の電圧値の入力を受ける電圧入力手段と、
   前記第１および第２相の電圧値に基づいて、前記双方向電力変換器から出力される電圧を制御する電圧制御手段と、
   前記系統の停電を検出する停電検出手段とを有し、
   前記系統の停電が検出された場合、前記電圧制御手段は、予め定められた電圧を前記単相３線式交流線に出力するように、前記蓄電池の充電時および放電時において、前記第１および第２相の各々について、当該相に正電圧が出力される期間と、当該相に正電圧および負電圧が出力されない還流期間とを含むサイクルで前記双方向電力変換器の電圧制御を行う、電力システム。

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