JP7117657B2 - 電力変換システム、電力変換システムの制御方法、及びプログラム - Google Patents

電力変換システム、電力変換システムの制御方法、及びプログラム Download PDF

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Description

本開示は、電力変換システム、電力変換システムの制御方法、及びプログラムに関する。より詳細には、本開示は、単方向又は双方向に電力の変換を行う電力変換システム、電力変換システムの制御方法、及びプログラムに関する。
特許文献１には、太陽光発電パネルに接続可能な電力変換装置（電力変換システム）が記載されている。特許文献１に記載の電力変換装置は、直流から交流への電力変換を行うものであり、ＤＣ／ＤＣコンバータと、ＤＣ／ＡＣコンバータと、を備えている。ＤＣ／ＡＣコンバータは、中間バスを介してＤＣ／ＤＣコンバータに接続されている。中間バスには、平滑用の中間コンデンサが接続されている。
特許文献１に記載の電力変換装置では、ＤＣ／ＡＣコンバータに接続されている交流系統によるリップルの影響を低減するために、平滑用のコンデンサ（中間コンデンサ）が必要であった。
国際公開第２０１７／０６８８１４号
本開示の目的は、平滑用のコンデンサを用いることなく交流電源又は交流負荷による電力リップルの影響を低減することができる電力変換システム、電力変換システムの制御方法、及びプログラムを提供することにある。
本開示の一態様に係る電力変換システムは、第１回路と、第２回路と、を備え、前記第１回路の第１内側端子と前記第２回路の第２内側端子との間で直流電力の伝達を行う電力変換システムである。前記第１回路は、前記第１内側端子及び第１外側端子を有し、前記第１外側端子に交流電源又は交流負荷が電気的に接続される。前記第２回路は、前記第２内側端子及び第２外側端子を有する。前記電力変換システムは、第３回路を更に備える。前記第３回路は、少なくとも第３内側端子を有する。前記電力変換システムでは、前記第１内側端子と前記第２内側端子と前記第３内側端子とが同一の接続部に電気的に接続されている。前記第２回路は、前記第１回路に電気的に接続されている前記交流電源又は前記交流負荷による電力リップルに同期するように、前記第２回路への入力又は前記第２回路からの出力における電流又は電力を制御する。
本開示の一態様に係る電力変換システムの制御方法は、第１回路と、第２回路と、第３回路と、を備える電力変換システムの制御方法である。前記電力変換システムでは、前記第１回路の第１内側端子と前記第２回路の第２内側端子との間で直流電力の伝達を行い、前記第１内側端子と前記第２内側端子と前記第３内側端子とが同一の接続部に電気的に接続されている。前記第１回路は、前記第１内側端子及び第１外側端子を有し、前記第１外側端子に交流電源又は交流負荷が電気的に接続される。前記第２回路は、前記第２内側端子及び第２外側端子を有する。前記第３回路は、少なくとも前記第３内側端子を有する。前記電力変換システムの制御方法では、前記第２回路に、前記第１回路に電気的に接続されている前記交流電源又は前記交流負荷による電力リップルに同期するように、前記第２回路への入力又は前記第２回路からの出力における電流又は電力を制御させる。
本開示の一態様に係るプログラムは、コンピュータシステムに、上述の電力変換システムの制御方法を実行させるためのプログラムである。
図１は、本開示の一実施形態に係る電力変換システムの構成を示す回路図である。 図２は、同上の電力変換システムの動作を示す波形図である。 図３Ａ～図３Ｄは、同上の電力変換システムに発生する電力リップルを第３回路のみで負担する場合の波形図である。 図４Ａ～図４Ｄは、同上の電力変換システムに発生する電力リップルを第２回路と第３回路とで分担する場合の波形図である。 図５Ａ～図５Ｄは、同上の電力変換システムに発生する電力リップルを第２回路のみで負担する場合の波形図である。 図６は、同上の電力変換システムの第１回路における電流、電圧及び電力の波形図である。 図７Ａ及び図７Ｂは、本開示の一実施形態の変形例１に係る電力変換システムを構成する第３回路の一次側回路の構成を示す回路図である。

図８は、同上の第３回路の二次側回路の構成を示す回路図である。 図９Ａ～図９Ｄは、本開示の一実施形態の変形例２に係る電力変換システムに用いられるスナバ回路の構成を示す回路図である。
（実施形態）
（１）概要
以下、本実施形態に係る電力変換システム１０の概要について、図１を参照して説明する。
本実施形態に係る電力変換システム１０は、図１に示すように、複数組（図１では４組）の第１直流端子Ｔ１１，Ｔ１２と、１組の第２直流端子Ｔ２１，Ｔ２２と、１組の交流端子Ｔ３１，Ｔ３２との間で電力変換を行うシステムである。各組の第１直流端子Ｔ１１，Ｔ１２には、太陽電池７０が電気的に接続される。第２直流端子Ｔ２１，Ｔ２２には、蓄電池８０が電気的に接続される。交流端子Ｔ３１，Ｔ３２には、電力系統９０が電気的に接続される。本開示でいう「電力系統」は、電力会社等の電気事業者が需要家の受電設備に電力を供給するためのシステム全体を意味する。
本実施形態に係る電力変換システム１０は、太陽電池７０及び蓄電池８０の少なくとも一方から入力される直流電力を単相の交流電力に変換し、この交流電力を電力系統９０に出力（伝達）する。また、電力変換システム１０は、電力系統９０から入力される交流電力を直流電力に変換し、この直流電力を蓄電池８０に出力する。
言い換えると、電力変換システム１０は、太陽電池７０の発電時及び蓄電池８０の放電時には、太陽電池７０及び蓄電池８０から入力される直流電力を交流電力に変換し、この交流電力を電力系統９０に出力する。このとき、太陽電池７０及び蓄電池８０の各々は「直流電源」として機能し、電力系統９０は「単相交流負荷（交流負荷）」として機能する。また、電力変換システム１０は、蓄電池８０の充電時には、電力系統９０から入力される交流電力を直流電力に変換し、この直流電力を蓄電池８０に出力する。このとき、蓄電池８０は「直流負荷」として機能し、電力系統９０は「単相交流電源（交流電源）」として機能する。
本実施形態に係る電力変換システム１０は、図１に示すように、第１回路１と、第２回路２と、を備え、第１回路１の第１内側端子１１１，１１２と第２回路２の第２内側端子２１１，２１２との間で直流電力の伝達を行うシステムである。第１回路１は、第１内側端子１１１，１１２及び第１外側端子１１３，１１４を有し、第１外側端子１１３，１１４に電力系統９０（交流電源又は交流負荷）が電気的に接続される。第２回路２は、第２内側端子２１１，２１２及び第２外側端子２１３，２１４を有する。
電力変換システム１０は、図１に示すように、第３回路３を更に備える。第３回路３は、少なくとも第３内側端子３４１，３４２を有する。電力変換システム１０では、第１内側端子１１１，１１２と第２内側端子２１１，２１２と第３内側端子３４１，３４２とが同一の接続部８に電気的に接続されている。第２回路２は、第１回路１に電気的に接続されている電力系統９０による電力リップルに同期するように、第２回路２への入力又は第２回路２からの出力における電流又は電力を制御する。本開示でいう「電力リップル」とは、瞬時電力から有効電力を引いた電力をいう。つまり、「電力リップル」は、瞬時電力と有効電力との差分電力である。
上述したように、本実施形態に係る電力変換システム１０では、第２回路２は、電力系統９０による電力リップルに同期するように、第２回路２への入力又は第２回路２からの出力における電流又は電力を制御している。これにより、電力系統９０による電力リップルの少なくとも一部を第２回路２で負担することができる。その結果、平滑用のコンデンサを用いなくても第３回路３への電力リップルの影響を低減することができる。
本実施形態では一例として、電力変換システム１０が、オフィスビル、病院、商業施設及び学校等の、非住宅施設に導入される場合を想定して説明する。
特に近年、法人又は個人が、分散型電源（例えば、太陽電池７０、蓄電池８０又は燃料電池）から得た電力を商用電力系統に逆潮流する「売電」が拡大している。売電は、分散型電源を商用電力系統と接続する系統連系によって実現される。系統連系では、パワーコンディショナと称される電力変換システム１０を用いて、分散型電源の電力を、商用電力系統に適応した電力に変換する。本実施形態に係る電力変換システム１０は、一例として、パワーコンディショナとして用いられ、分散型電源としての太陽電池７０及び蓄電池８０と、電力系統９０との間において、直流電力と単相交流電力とを相互に変換する。
（２）構成
次に、本実施形態に係る電力変換システム１０の構成について、図１を参照して説明する。
本実施形態に係る電力変換システム１０は、図１に示すように、第１回路１と、第２回路２と、第３回路３と、を備えている。電力変換システム１０は、複数組（図１では４組）の第１直流端子Ｔ１１，Ｔ１２と、１組の第２直流端子Ｔ２１，Ｔ２２と、１組の交流端子Ｔ３１，Ｔ３２と、の間で電力変換を行うシステムである。各組の第１直流端子Ｔ１１，Ｔ１２には、直流電源として機能する太陽電池７０が電気的に接続される。第２直流端子Ｔ２１，Ｔ２２には、直流電源又は直流負荷として機能する蓄電池８０が電気的に接続される。交流端子Ｔ３１，Ｔ３２には、単相交流電源又は単相交流負荷として機能する電力系統９０が電気的に接続される。
電力変換システム１０は、複数（図１では４つ）の第４回路４と、フィルタ回路５と、制御回路６と、スナバ回路７と、接続部８と、を更に備えている。また、電力変換システム１０は、複数組の第１直流端子Ｔ１１，Ｔ１２と、１組の第２直流端子Ｔ２１，Ｔ２２と、１組の交流端子Ｔ３１，Ｔ３２と、を更に備えている。ただし、複数組の第１直流端子Ｔ１１，Ｔ１２、１組の第２直流端子Ｔ２１，Ｔ２２、及び１組の交流端子Ｔ３１，Ｔ３２は、電力変換システム１０の構成要素に含まれなくてもよい。また、本開示でいう「端子」は、電線等を接続するための部品でなくてもよく、例えば、電子部品のリード、又は回路基板に含まれる導体の一部等であってもよい。
（２．１）第１回路
第１回路１は、例えば、ＤＣ／ＡＣコンバータである。具体的には、第１回路１は、後述する端子８１，８２間の直流電圧を矩形波状の交流電圧に変換する単相インバータ回路である。第１回路１は、図１に示すように、ブリッジ接続された４つの第１スイッチング素子Ｑ１１～Ｑ１４を備えている。また、第１回路１は、２つの第１内側端子１１１，１１２と、２つの第１外側端子１１３，１１４と、を更に備えている。
第１スイッチング素子Ｑ１１～Ｑ１４の各々は、例えば、デプレッション型のｎチャネルＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）である。高電位側の第１スイッチング素子Ｑ１１は、端子８１，８２間において、低電位側の第１スイッチング素子Ｑ１２と電気的に直列に接続されている。高電位側の第１スイッチング素子Ｑ１３は、端子８１，８２間において、低電位側の第１スイッチング素子Ｑ１４と電気的に直列に接続されている。つまり、端子８１，８２間には、第１スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２の直列回路と、第１スイッチング素子Ｑ１３，Ｑ１４の直列回路と、が電気的に並列に接続されている。
第１スイッチング素子Ｑ１１～Ｑ１４の各々は、寄生ダイオードを含んでいる。各第１スイッチング素子Ｑ１１～Ｑ１４の寄生ダイオードは、アノードが対応する第１スイッチング素子Ｑ１１～Ｑ１４のソースに電気的に接続され、カソードが対応する第１スイッチング素子Ｑ１１～Ｑ１４のドレインに電気的に接続されている。
高電位側の第１スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１３のドレインは、それぞれ第１内側端子１１１を介して端子８１に電気的に接続されている。低電位側の第１スイッチング素子Ｑ１２，Ｑ１４のソースは、それぞれ第１内側端子１１２を介して端子８２に電気的に接続されている。また、高電位側の第１スイッチング素子Ｑ１１のソースは、低電位側の第１スイッチング素子Ｑ１２のドレインに電気的に接続されている。高電位側の第１スイッチング素子Ｑ１３のソースは、低電位側の第１スイッチング素子Ｑ１４のドレインに電気的に接続されている。
第１スイッチング素子Ｑ１１～Ｑ１４の各々は、制御回路６から出力される第１駆動信号Ｓｉｇ９～Ｓｉｇ１２に従ってオン／オフする。
（２．２）第２回路
第２回路２は、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータである。具体的には、第２回路２は、複数の第４回路４から入力される直流電圧を昇圧する昇圧チョッパ回路である。さらに、第２回路２は、双方向型のチョッパ回路である。第２回路２は、図１に示すように、コンデンサＣ２と、インダクタＬ１と、２つの第２スイッチング素子Ｑ２１，Ｑ２２と、を備えている。また、第２回路２は、２つの第２内側端子２１１，２１２と、２つの第２外側端子２１３，２１４と、を更に備えている。
コンデンサＣ２は、２つの第２外側端子２１３，２１４を介して２つの第４内側端子４１１，４１２（後述する）に電気的に接続されている。言い換えると、コンデンサＣ２は、２つの第２外側端子２１３，２１４及び２つの第４内側端子４１１，４１２を介して複数の第４回路４に電気的に接続されている。コンデンサＣ２は、例えば、電解コンデンサである。コンデンサＣ２は、第２外側端子２１３，２１４間の電圧を安定させる機能を有している。ただし、コンデンサＣ２は、第２回路２の構成要素に含まれなくてもよい。
第２スイッチング素子Ｑ２１，Ｑ２２の各々は、例えば、デプレッション型のｎチャネルＭＯＳＦＥＴである。高電位側の第２スイッチング素子Ｑ２１は、端子８１，８２間において、低電位側の第２スイッチング素子Ｑ２２に電気的に直列に接続されている。つまり、端子８１，８２間には、第２スイッチング素子Ｑ２１，Ｑ２２の直列回路が電気的に接続されている。
第２スイッチング素子Ｑ２１，Ｑ２２の各々は、寄生ダイオードを含んでいる。各第２スイッチング素子Ｑ２１，Ｑ２２の寄生ダイオードは、アノードが対応する第２スイッチング素子Ｑ２１，Ｑ２２のソースに電気的に接続され、カソードが対応する第２スイッチング素子Ｑ２１，Ｑ２２のドレインに電気的に接続されている。
高電位側の第２スイッチング素子Ｑ２１のドレインは、第２内側端子２１１を介して端子８１に電気的に接続されている。低電位側の第２スイッチング素子Ｑ２２のソースは、第２内側端子２１２を介して端子８２に電気的に接続されている。また、高電位側の第２スイッチング素子Ｑ２１のソースは、低電位側の第２スイッチング素子Ｑ２２のドレインに電気的に接続されている。
第２スイッチング素子Ｑ２１，Ｑ２２の各々は、制御回路６から出力される第２駆動信号Ｓｉｇ１３，Ｓｉｇ１４に従ってオン／オフする。
インダクタＬ１の第１端は、第２外側端子２１３に電気的に接続されており、インダクタＬ１の第２端は、第２スイッチング素子Ｑ２１，Ｑ２２の接続点に電気的に接続されている。
（２．３）第３回路
第３回路３は、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータである。第３回路３は、図１に示すように、コンデンサＣ１と、トランス３３と、８つの第３スイッチング素子Ｑ３１～Ｑ３８と、を備えている。また、第３回路３は、２つの第３内側端子３４１，３４２と、２つの第３外側端子３４３，３４４と、を更に備えている。
コンデンサＣ１は、２つの第３外側端子３４３，３４４を介して、２つの第２直流端子Ｔ２１，Ｔ２２間に電気的に接続されている。言い換えると、コンデンサＣ１は、２つの第３外側端子３４３，３４４及び２つの第２直流端子Ｔ２１，Ｔ２２を介して蓄電池８０に接続されている。コンデンサＣ１は、例えば、電解コンデンサである。コンデンサＣ１は、第２直流端子Ｔ２１，Ｔ２２間の電圧を安定させる機能を有している。ただし、コンデンサＣ１は、第３回路３の構成要素に含まれなくてもよい。
第３スイッチング素子Ｑ３１～Ｑ３８の各々は、例えば、デプレッション型のｎチャネルＭＯＳＦＥＴである。第３スイッチング素子Ｑ３１は、コンデンサＣ１の両端間において、第３スイッチング素子Ｑ３２と電気的に直列に接続されている。第３スイッチング素子Ｑ３３は、コンデンサＣ１の両端間において、第３スイッチング素子Ｑ３４と電気的に直列に接続されている。つまり、コンデンサＣ１の両端間には、第３スイッチング素子Ｑ３１，Ｑ３２の直列回路と、第３スイッチング素子Ｑ３３，Ｑ３４の直列回路と、が電気的に並列に接続されている。
また、第３スイッチング素子Ｑ３５は、端子８１，８２間において、第３スイッチング素子Ｑ３６と電気的に直列に接続されている。第３スイッチング素子Ｑ３７は、端子８１，８２間において、第３スイッチング素子Ｑ３８と電気的に直列に接続されている。つまり、端子８１，８２間には、第３スイッチング素子Ｑ３５，Ｑ３６の直列回路と、第３スイッチング素子Ｑ３７，Ｑ３８の直列回路と、が電気的に並列に接続されている。
第３スイッチング素子Ｑ３１～Ｑ３８の各々は、寄生ダイオードを含んでいる。各第３スイッチング素子Ｑ３１～Ｑ３８の寄生ダイオードは、アノードが対応する第３スイッチング素子Ｑ３１～Ｑ３８のソースに電気的に接続され、カソードが対応する第３スイッチング素子Ｑ３１～Ｑ３８のドレインに電気的に接続されている。
高電位側の第３スイッチング素子Ｑ３１，Ｑ３３のドレインは、それぞれ第３外側端子３４３を介して第２直流端子Ｔ２１に電気的に接続されている。低電位側の第３スイッチング素子Ｑ３２，Ｑ３４のソースは、それぞれ第３外側端子３４４を介して第２直流端子Ｔ２２に電気的に接続されている。また、高電位側の第３スイッチング素子Ｑ３１のソースは、低電位側の第３スイッチング素子Ｑ３２のドレインに電気的に接続されている。高電位側の第３スイッチング素子Ｑ３３のソースは、低電位側の第３スイッチング素子Ｑ３４のドレインに電気的に接続されている。
高電位側の第３スイッチング素子Ｑ３５，Ｑ３７のドレインは、それぞれ第３内側端子３４１を介して端子８１に電気的に接続されている。低電位側の第３スイッチング素子Ｑ３６，Ｑ３８のソースは、それぞれ第３内側端子３４２を介して端子８２に電気的に接続されている。また、高電位側の第３スイッチング素子Ｑ３５のソースは、低電位側の第３スイッチング素子Ｑ３６のドレインに電気的に接続されている。高電位側の第３スイッチング素子Ｑ３７のソースは、低電位側の第３スイッチング素子Ｑ３８のドレインに電気的に接続されている。
第３スイッチング素子Ｑ３１～Ｑ３８の各々は、制御回路６から出力される第３駆動信号Ｓｉｇ１～Ｓｉｇ８に従ってオン／オフする。
トランス３３は、互いに磁気結合された一次巻線３３１及び二次巻線３３２を有している。一次巻線３３１の第１端は、第３スイッチング素子Ｑ３１，Ｑ３２の接続点に電気的に接続され、一次巻線３３１の第２端は、第３スイッチング素子Ｑ３３，Ｑ３４の接続点に電気的に接続されている。また、二次巻線３３２の第１端は、第３スイッチング素子Ｑ３５，Ｑ３６の接続点に電気的に接続され、二次巻線３３２の第２端は、第３スイッチング素子Ｑ３７，Ｑ３８の接続点に電気的に接続されている。一次巻線３３１及び二次巻線３３２の巻数比は、例えば、１：１である。一次巻線３３１及び二次巻線３３２の巻数比は、電力変換システム１０の仕様等に応じて任意に変更することができる。
第３回路３は、第２直流端子Ｔ２１，Ｔ２２を介して、蓄電池８０の両端電圧が入力電圧として印加される。以下では、第３スイッチング素子Ｑ３１～Ｑ３４及びトランス３３の一次巻線３３１を含む回路を「一次側回路３１」ともいい、第３スイッチング素子Ｑ３５～Ｑ３８及びトランス３３の二次巻線３３２を含む回路を「二次側回路３２」ともいう。
第３回路３では、一次側回路３１の第３スイッチング素子Ｑ３１～Ｑ３４がオン／オフすることにより、入力電圧を、例えば、２０ｋＨｚの矩形波状の高周波の交流電圧に変換し、一次巻線３３１に印加（供給）する。
第３回路３では、二次側回路３２の第３スイッチング素子Ｑ３５～Ｑ３８がオン／オフすることにより、二次巻線３３２に生じる正及び負の極性を持つ矩形波状の交流電圧を、正の極性を持つ直流電圧に変換し、接続部８の２つの端子８１，８２間に出力する。ここでは、２つの端子８１，８２のうち、相対的に、端子８１が高電位（正極）、端子８２が低電位（負極）となるように、端子８１，８２間に電圧が供給される。
なお、第３スイッチング素子Ｑ３１～Ｑ３４の各々のドレイン及びソース間には、コンデンサが電気的に接続されていてもよい。この場合、コンデンサが一次巻線３３１と共振することで、第３スイッチング素子Ｑ３１～Ｑ３８のソフトスイッチングを実現する。また、コンデンサは、一次巻線３３１に電気的に並列に接続されてもよい。
（２．４）第４回路
複数の第４回路４の各々は、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータである。具体的には、各第４回路４は、太陽電池７０から入力される直流電圧を昇圧する昇圧チョッパ回路である。各第４回路４は、図１に示すように、２つのコンデンサＣ４１，Ｃ４２と、インダクタＬ４１と、２つの第４スイッチング素子Ｑ４１，Ｑ４２と、を備えている。また、各第４回路４は、２つの第４内側端子４１１，４１２と、２つの第４外側端子４１３，４１４と、を更に備えている。
コンデンサＣ４１は、２つの第４外側端子４１３，４１４を介して、２つの第１直流端子Ｔ１１，Ｔ１２間に電気的に接続されている。言い換えると、コンデンサＣ４１は、２つの第４外側端子４１３，４１４及び２つの第１直流端子Ｔ１１，Ｔ１２を介して太陽電池７０に接続されている。コンデンサＣ４１は、例えば、電解コンデンサである。コンデンサＣ４１は、第１直流端子Ｔ１１，Ｔ１２間の電圧を安定させる機能を有している。ただし、コンデンサＣ４１は、第４回路４の構成要素に含まれなくてもよい。
コンデンサＣ４２は、２つの第４内側端子４１１，４１２を介して、２つの第２外側端子２１３，２１４間に電気的に接続されている。言い換えると、コンデンサＣ４２は、２つの第４内側端子４１１，４１２及び２つの第２外側端子２１３，２１４を介して第２回路２に電気的に接続されている。コンデンサＣ４２は、例えば、電解コンデンサである。コンデンサＣ４２は、第４内側端子４１１，４１２間の電圧を安定させる機能を有している。ただし、コンデンサＣ４２は、第４回路４の構成要素に含まれなくてもよい。
第４スイッチング素子Ｑ４１，Ｑ４２の各々は、例えば、デプレッション型のｎチャネルＭＯＳＦＥＴである。高電位側の第４スイッチング素子Ｑ４１は、コンデンサＣ４２の両端間において、低電位側の第４スイッチング素子Ｑ４２に電気的に直列に接続されている。つまり、コンデンサＣ４２の両端間には、第４スイッチング素子Ｑ４１，Ｑ４２の直列回路が電気的に接続されている。
第４スイッチング素子Ｑ４１，Ｑ４２の各々は、寄生ダイオードを含んでいる。各第４スイッチング素子Ｑ４１，Ｑ４２の寄生ダイオードは、アノードが対応する第４スイッチング素子Ｑ４１，Ｑ４２のソースに電気的に接続され、カソードが対応する第４スイッチング素子Ｑ４１，Ｑ４２のドレインに電気的に接続されている。
高電位側の第４スイッチング素子Ｑ４１のドレインは、コンデンサＣ４２の第１端子（高電位側の端子）に電気的に接続されている。低電位側の第４スイッチング素子Ｑ４２のソースは、コンデンサＣ４２の第２端子（負極側の端子）に電気的に接続されている。また、高電位側の第４スイッチング素子Ｑ４１のソースは、低電位側の第４スイッチング素子Ｑ４２のドレインに電気的に接続されている。
第４スイッチング素子Ｑ４１，Ｑ４２の各々は、制御回路６から出力される第４駆動信号Ｓｉｇ１５，Ｓｉｇ１６に従ってオン／オフする。
インダクタＬ４１の第１端は、第４外側端子４１３に電気的に接続されており、インダクタＬ４１の第２端は、第４スイッチング素子Ｑ４１，Ｑ４２の接続点に電気的に接続されている。なお、以下の説明において、第１駆動信号Ｓｉｇ９～Ｓｉｇ１２、第２駆動信号Ｓｉｇ１３，Ｓｉｇ１４、第３駆動信号Ｓｉｇ１～Ｓｉｇ８、及び第４駆動信号Ｓｉｇ１５，Ｓｉｇ１６を特に区別しない場合、「駆動信号Ｓｉｇ１～Ｓｉｇ１６」ともいう。
ここで、本実施形態に係る電力変換システム１０では、複数の第４回路４が１つの筐体（昇圧箱）に収納されている場合について説明するが、複数の第４回路４が１つの筐体に収納されていることは必須ではない。したがって、複数の第４回路４の各々は、個別の筐体に収納されていてもよい。
（２．５）フィルタ回路
フィルタ回路５は、第１回路１から出力された矩形波状の交流電圧を平滑化する。これにより、第１回路１から出力された矩形波状の交流電圧は、パルス幅に応じた振幅を持つ正弦波状の交流電圧に変換される。
具体的には、フィルタ回路５は、複数（図１では２つ）のインダクタＬ５１，Ｌ５２と、コンデンサＣ５１と、を有している。インダクタＬ５１の第１端は、第１外側端子１１３を介して第１スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２の接続点に電気的に接続され、インダクタＬ５１の第２端は、交流端子Ｔ３１に電気的に接続されている。インダクタＬ５２の第１端は、第１外側端子１１４を介して第１スイッチング素子Ｑ１３，Ｑ１４の接続点に電気的に接続され、インダクタＬ５２の第２端は、交流端子Ｔ３２に電気的に接続されている。コンデンサＣ５１は、交流端子Ｔ３１，Ｔ３２間に電気的に接続されている。
言い換えると、第１スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２の接続点は、インダクタＬ５１を介して交流端子Ｔ３１に電気的に接続される。第１スイッチング素子Ｑ１３，Ｑ１４の接続点は、インダクタＬ５２を介して交流端子Ｔ３２に電気的に接続される。
（２．６）制御回路
制御回路６は、例えば、プロセッサ及びメモリを有するマイクロコンピュータで構成されている。つまり、制御回路６は、プロセッサ及びメモリを有するコンピュータシステムで実現されている。そして、プロセッサが適宜のプログラムを実行することにより、コンピュータシステムが制御回路６として機能する。プログラムは、メモリに予め記録されていてもよいし、インターネット等の電気通信回線を通じて、又はメモリカード等の非一時的記録媒体に記録されて提供されてもよい。
制御回路６は、第１回路１、第２回路２、第３回路３及び複数の第４回路４の各々を制御するように構成されている。制御回路６は、第１回路１に対しては、第１スイッチング素子Ｑ１１～Ｑ１４をそれぞれ駆動するための第１駆動信号Ｓｉｇ９～Ｓｉｇ１２を出力する。制御回路６は、第２回路２に対しては、第２スイッチング素子Ｑ２１，Ｑ２２をそれぞれ駆動するための第２駆動信号Ｓｉｇ１３，Ｓｉｇ１４を出力する。制御回路６は、第３回路３に対しては、第３スイッチング素子Ｑ３１～Ｑ３８をそれぞれ駆動するための第３駆動信号Ｓｉｇ１～Ｓｉｇ８を出力する。制御回路６は、各第４回路４に対しては、第４スイッチング素子Ｑ４１，Ｑ４２をそれぞれ駆動するための第４駆動信号Ｓｉｇ１５，Ｓｉｇ１６を出力する。駆動信号Ｓｉｇ１～Ｓｉｇ１６の各々は、ハイレベル（アクティブ値の一例）とローレベル（非アクティブ値の一例）とで切り替わる二値信号からなるＰＷＭ信号である。
（２．７）スナバ回路
スナバ回路７は、端子８１，８２に電気的に接続されている。つまり、スナバ回路７は、第３回路３のトランス３３に電気的に接続されている。
スナバ回路７は、接続部８の端子８１，８２から電気エネルギを吸収し、かつ電気エネルギを端子８１，８２に注入（回生）する回生スナバ回路である。スナバ回路７は、端子８１，８２間のバス電圧が第１クランプ値を超える場合には、端子８１，８２から第１クランプ値を超える分の電気エネルギを吸収することにより、バス電圧の上限値を第１クランプ値にクランプする。また、スナバ回路７は、バス電圧が第２クランプ値（＜第１クランプ値）を下回る場合には、端子８１，８２に電気エネルギを注入（回生）することにより、バス電圧の下限値を第２クランプ値にクランプする。
スナバ回路７は、図１に示すように、複数（図１では２つ）のダイオードＤ１，Ｄ２と、抵抗Ｒ１と、複数（図１では２つ）のコンデンサＣ７１，Ｃ７２と、を有している。ダイオードＤ１は、端子８１，８２間において、コンデンサＣ７１と電気的に直列に接続されている。ダイオードＤ２は、端子８１，８２間において、コンデンサＣ７２と電気的に直列に接続されている。ダイオードＤ１のアノードは、端子８１に電気的に接続され、ダイオードＤ１のカソードは、コンデンサＣ７１を介して端子８２に電気的に接続されている。ダイオードＤ２のアノードは、コンデンサＣ７２を介して端子８２に電気的に接続され、ダイオードＤ２のカソードは、端子８１に電気的に接続されている。つまり、ダイオードＤ１とダイオードＤ２とは、端子８１，８２間において互いに逆向きに接続されている。抵抗Ｒ１は、ダイオードＤ１及びコンデンサＣ７１の接続点と、ダイオードＤ２及びコンデンサＣ７２の接続点との間に電気的に接続されている。
スナバ回路７では、バス電圧が第１クランプ値を超えると、端子８１，８２から吸収した電気エネルギがコンデンサＣ７１に蓄積される。コンデンサＣ７１に蓄積された電気エネルギは、抵抗Ｒ１を介してコンデンサＣ７２に伝達される。コンデンサＣ７２に蓄積された電気エネルギは、バス電圧が第２クランプ値を下回る場合に、ダイオードＤ２を介して端子８１，８２に回生される。
（２．８）接続部
接続部８には、図１に示すように、第１内側端子１１１，１１２を介して第１回路１が電気的に接続されている。さらに、接続部８には、第２内側端子２１１，２１２を介して第２回路２が電気的に接続されている。さらに、接続部８には、第３内側端子３４１，３４２を介して第３回路３が電気的に接続されている。言い換えると、第１回路１の第１内側端子１１１，１１２と第２回路２の第２内側端子２１１，２１２と第３回路３の第３内側端子３４１，３４２とが同一の接続部８に電気的に接続されている。つまり、本実施形態に係る電力変換システム１０では、第１回路１と第２回路２と第３回路３とが直流側で電気的に接続されている。
接続部８は、図１に示すように、端子８１，８２を含む。そして、端子８２に対する端子８１の電圧が正となるように、つまり端子８２に対する端子８１の電位が相対的に高電位となるように、第３回路３の二次側回路３２が動作する。接続部８には、上述したスナバ回路７が電気的に接続されている。
（３）動作
次に、本実施形態に係る電力変換システム１０の動作について、図２～図５Ｄを参照して説明する。
（３．１）基本動作
まず、本実施形態に係る電力変換システム１０の基本動作について、図２を参照して説明する。
本実施形態に係る電力変換システム１０では、複数組の第１直流端子Ｔ１１，Ｔ１２及び第２直流端子Ｔ２１，Ｔ２２と交流端子Ｔ３１，Ｔ３２との間で、双方向に電力の変換（伝達）を行う。つまり、電力変換システム１０は、インバータモードと、コンバータモードとの２つの動作モードを有している。インバータモードは、複数組の第１直流端子Ｔ１１，Ｔ１２及び第２直流端子Ｔ２１，Ｔ２２に入力される直流電力を単相の交流電力に変換し、この交流電力を交流端子Ｔ３１，Ｔ３２から出力するモードである。コンバータモードは、交流端子Ｔ３１，Ｔ３２に入力される単相の交流電力を直流電力に変換し、この直流電力を第２直流端子Ｔ２１，Ｔ２２から出力するモードである。
言い換えると、インバータモードは、交流端子Ｔ３１，Ｔ３２間において、電力系統９０を介して電流が流れる向きと同じ向きに電圧降下が発生するモード、つまり、同極性の電圧と電流とが発生するモードである。コンバータモードは、交流端子Ｔ３１，Ｔ３２間において、電力系統９０を介して電流が流れる向きと逆の向きに電圧降下が発生するモード、つまり、異極性の電圧と電流とが発生するモードである。
以下では、電力変換システム１０の動作モードがインバータモードであって、電力変換システム１０が、直流電力を周波数が５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの単相の交流電力に変換する場合を例に説明する。また、以下では、第２スイッチング素子Ｑ２１，Ｑ２２の駆動周波数が４０ｋＨｚ、第３スイッチング素子Ｑ３１～Ｑ３８の駆動周波数が２０ｋＨｚ、第４スイッチング素子Ｑ４１，Ｑ４２の駆動周波数が１０ｋＨｚである場合を例示する。
図２は、本実施形態に係る電力変換システム１０のインバータモードの一例を示す波形図である。図２の横軸は時間軸である。図２では、上段から、第３駆動信号Ｓｉｇ１～Ｓｉｇ４、第３駆動信号Ｓｉｇ５～Ｓｉｇ８、出力電圧ＶＴを示す。出力電圧ＶＴは、トランス３３の二次巻線３３２の両端に発生する電圧である。
駆動信号Ｓｉｇ１～Ｓｉｇ８については、ハイレベルを図中「Ｈ」と表記し、ローレベルを図中「Ｌ」と表記する。第３スイッチング素子Ｑ３１～Ｑ３８の各々は、対応する駆動信号Ｓｉｇ１～Ｓｉｇ８がハイレベルのときにオンになり、ローレベルのときにオフになる。
制御回路６は、各第４回路４においては、第４スイッチング素子Ｑ４１，Ｑ４２を交互にオン／オフする。第４スイッチング素子Ｑ４１がオンし、かつ第４スイッチング素子Ｑ４２がオフしているときには、第４内側端子４１１，４１２間に正の極性を持つ電圧が印加される。一方、第４スイッチング素子Ｑ４１がオフし、かつ第４スイッチング素子Ｑ４２がオンしているときには、太陽電池７０の電気エネルギが第４スイッチング素子Ｑ４２を介してインダクタＬ４１に蓄積される。各第４回路４からの出力電圧は、第２回路２の第２外側端子２１３，２１４間に印加される。
制御回路６は、第２回路２においては、第２スイッチング素子Ｑ２１，Ｑ２２を交互にオン／オフする。第２スイッチング素子Ｑ２１がオンし、かつ第２スイッチング素子Ｑ２２がオフしているときには、第２内側端子２１１，２１２間に正の極性を持つ電圧が印加される。一方、第２スイッチング素子Ｑ２１がオフし、かつ第２スイッチング素子Ｑ２２がオンしているときには、複数の第４回路４から供給される電気エネルギが第２スイッチング素子Ｑ２２を介してインダクタＬ１に蓄積される。
制御回路６は、第３回路３においては、一次巻線３３１に正及び負の電圧が交互に印加されるように第３スイッチング素子Ｑ３１～Ｑ３４を制御する。さらに、制御回路６は、端子８２対する端子８１の電圧が正となるように第３スイッチング素子Ｑ３５～Ｑ３８を制御する。
具体的には、制御回路６は、第３スイッチング素子Ｑ３１，Ｑ３４をオンしているときに第３スイッチング素子Ｑ３２，Ｑ３３をオフし、第３スイッチング素子Ｑ３１，Ｑ３４をオフしているときに第３スイッチング素子Ｑ３２，Ｑ３３をオンする。ここで、制御回路６は、第３スイッチング素子Ｑ３１～Ｑ３４を同じデューティ比で制御する。本実施形態では、第３スイッチング素子Ｑ３１～Ｑ３４のデューティ比は、「０．５」（実質的に５０％）である。
そして、制御回路６は、一次巻線３３１及び二次巻線３３２に高周波の交流電圧が供給されるように第３スイッチング素子Ｑ３１～Ｑ３４を制御し、かつ端子８１，８２に正の極性を持つ電圧が供給されるように第３スイッチング素子Ｑ３５～Ｑ３８を制御する。
具体的には、制御回路６は、以下に説明する第１～４モードを繰り返すように動作する。
第１モードにおいて、制御回路６は、第３スイッチング素子Ｑ３１，Ｑ３４，Ｑ３５，Ｑ３８がオン、第３スイッチング素子Ｑ３２，Ｑ３３，Ｑ３６，Ｑ３７がオフとなるように、第３回路３に第３駆動信号Ｓｉｇ１～Ｓｉｇ８を出力する。さらに、第１モードにおいて、制御回路６は、第２スイッチング素子Ｑ２１がオン、第２スイッチング素子Ｑ２２がオフとなるように、第２回路２に第２駆動信号Ｓｉｇ１３，Ｓｉｇ１４を出力する。その結果、端子８１，８２に正の極性を持つ電圧が供給（印加）される。
第２モードにおいて、制御回路６は、低電位側の第１スイッチング素子Ｑ１２，Ｑ１４がオフ、高電位側の第１スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１３がオンとなるように、第１回路１に第１駆動信号Ｓｉｇ９～Ｓｉｇ１２を出力する。これにより、第１回路１内で電流が循環する第１循環モードとなる。
また、第２モードにおいて、制御回路６は、高電位側の第２スイッチング素子Ｑ２１がオフ、低電位側の第２スイッチング素子Ｑ２２がオンとなるように、第２回路２に第２駆動信号Ｓｉｇ１３，Ｓｉｇ１４を出力する。これにより、第２回路２内で電流が循環する第２循環モードとなる。このとき、第３回路３の第３スイッチング素子Ｑ３１～３８は、すべてオフである。
第３モードにおいて、制御回路６は、第３スイッチング素子Ｑ３２，Ｑ３３，Ｑ３６，Ｑ３７がオン、第３スイッチング素子Ｑ３１，Ｑ３４，Ｑ３５，Ｑ３８がオフとなるように、第３回路３に第３駆動信号Ｓｉｇ１～Ｓｉｇ８を出力する。さらに、第３モードにおいて、制御回路６は、第２スイッチング素子Ｑ２１がオン、第２スイッチング素子Ｑ２２がオフとなるように、第２回路２に第２駆動信号Ｓｉｇ１３，Ｓｉｇ１４を出力する。その結果、端子８１，８２に正の極性を持つ電圧が供給（印加）される。
第４モードにおいて、制御回路６は、低電位側の第１スイッチング素子Ｑ１２，Ｑ１４がオン、高電位側の第１スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１３がオフとなるように、第１回路１に第１駆動信号Ｓｉｇ９～Ｓｉｇ１２を出力する。これにより、第１回路１内で電流が循環する第１循環モードとなる。
また、第４モードにおいて、制御回路６は、高電位側の第２スイッチング素子Ｑ２１がオフ、低電位側の第２スイッチング素子Ｑ２２がオンとなるように、第２回路２に第２駆動信号Ｓｉｇ１３，Ｓｉｇ１４を出力する。これにより、第２回路２内で電流が循環する第２循環モードとなる。このとき、第３回路３の第３スイッチング素子Ｑ３１～３８は、すべてオフである。
制御回路６は、上述の第１モード、第２モード、第３モード及び第４モードの動作を、この順で繰り返す。これにより、正の極性を持つ電圧が端子８１，８２（接続部８）に供給（印加）される。
ところで、第３回路３では、上述のように第３スイッチング素子Ｑ３１～Ｑ３８を制御することによって、矩形波状の出力電圧ＶＴがトランス３３の二次巻線３３２の両端に印加される（図２参照）。具体的には、出力電圧ＶＴの波形Ｗ１は、立ち上がり部Ｗ１１と、立ち下がり部Ｗ１３と、平坦部Ｗ１２と、を含む。立ち上がり部Ｗ１１では、図２に示すように、出力電圧ＶＴが第１電位ＶＴ１から第１電位ＶＴ１よりも大きい第２電位ＶＴ２（＞ＶＴ１）に比例的に増加（変化）している。立ち下がり部Ｗ１３では、図２に示すように、出力電圧ＶＴが第２電位ＶＴ２から第１電位ＶＴ１に比例的に減少（変化）している。平坦部Ｗ１２では、図２に示すように、出力電圧ＶＴが第１電位ＶＴ１又は第２電位ＶＴ２に維持されている。そして、本実施形態に係る電力変換システム１０では、二次巻線３３２の両端間に発生する出力電圧ＶＴのうち平坦部Ｗ１２に相当する直流電圧が、接続部８の端子８１，８２に供給（印加）される。
つまり、本実施形態に係る電力変換システム１０によれば、出力電圧ＶＴのうち平坦部Ｗ１２に相当する直流電圧を接続部８に発生させることができ、これにより平滑用のコンデンサを用いなくても第１回路１と第２回路２とを直流側で接続することができる。本開示でいう「平坦」とは、全体に亘って平らな場合だけでなく、少なくとも一部において微少な変動を有している場合を含む。したがって、出力電圧ＶＴの波形Ｗ１の平坦部Ｗ１２のように微少な変動が含まれている場合でも、平坦であるといえる。
（３．２）リップル制御
本実施形態に係る電力変換システム１０のように、単相交流電源又は単相交流負荷として機能する電力系統９０が第１回路１に接続されている場合、電力系統９０による電力リップルが、直流側で第１回路１に電気的に接続されている第２回路２及び第３回路３に影響を与える可能性がある。ここで、電力系統９０による交流電力の力率は０．９５よりも大きくする必要があり、そのため交流電力は商用周波数の倍の周波数で脈動することになる。
ここで、例えば、太陽電池７０が電気的に接続されている第２回路２がＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）を行っている場合、第２回路２からは定電流が出力される。そのため、電力系統９０による電力リップルは第３回路３に入力されることになる。この電力リップルは、第３回路３の入力部分、つまり端子８１，８２間に容量の大きいコンデンサを接続することにより低減することはできるが、商用周波数帯域では必要となるコンデンサの容量が大きくなるという問題がある。
図３Ａ～図３Ｄは、第２回路２が定電流制御を行っている場合、すなわち第１回路１の電力リップルを第３回路３のみで負担している場合の波形図である。図３Ａ～図３Ｄの横軸はいずれも時間軸である。図３Ａは、第１出力電流Ｉ１、第２出力電流Ｉ２及び第３出力電流Ｉ３の波形図である。図３Ｂは、第１両端電圧Ｖ１、第２両端電圧Ｖ２及び第３両端電圧Ｖ３の波形図である。図３Ｃは、図３Ｂの一部を拡大した波形図である。図３Ｄは、第１電力Ｐ１、第２電力Ｐ２及び第３電力Ｐ３の波形図である。第１出力電流Ｉ１は、第１回路１から電力系統９０に出力される電流である。第２出力電流Ｉ２は、第２回路２から端子８１に出力される電流である。第３出力電流Ｉ３は、蓄電池８０から第３回路３に出力される電流である。第１両端電圧Ｖ１は、フィルタ回路５のコンデンサＣ５１の両端電圧である。第２両端電圧Ｖ２は、第２回路２のコンデンサＣ２の両端電圧である。第３両端電圧Ｖ３は、第３回路３のコンデンサＣ１の両端電圧である。
図３Ａによれば、第２回路２は定電流制御を行っており、第２出力電流Ｉ２は一定である。一方、第３出力電流Ｉ３は、電力リップルの影響を受けており、第１回路１からの出力の電力リップルに同期するように変動している。また、図３Ｂ及び図３Ｃによれば、第２両端電圧Ｖ２及び第３両端電圧Ｖ３はともに略一定である。その結果、第２電力Ｐ２は略一定であるのに対して、第３電力Ｐ３は第１電力Ｐ１と同期するように変動している（図３Ｄ参照）。つまり、この場合には、第３回路３のみが電力リップルの影響を受けていることになる。なお、第３回路３においても電流制御を行うことができれば電力リップルの影響を低減することはできるが、第３回路３はインダクタ（トランス３３を除く）を有していないため、電流制御を行うことができない。第３回路３について、瞬時電力（第３電力）Ｐ３がリップルを含んでいるのに対して第３両端電圧Ｖ３が直流であるため、結果として第３出力電流Ｉ３がリップルを含む。
ここで、蓄電池８０では許容最大電流が定められており、この許容最大電流は、蓄電池８０の残容量（以下、「ＳＯＣ」ともいう）、劣化状態（以下、「ＳＯＨ」ともいう）、及び温度等によって変化する。一般に、ＳＯＣが２０％未満、若しくは８０％以上である場合、又は蓄電池８０の温度が高温である場合には許容最大電流は低くなる。そのため、このような場合において、第３出力電流Ｉ３にリップル電流が重畳すると蓄電池８０の許容最大電流を超えることとなり、結果的に蓄電池８０の許容電力が低下することとなる。
また、第１回路１の力率が１でない場合には、第１出力電流Ｉ１の位相と第１両端電圧Ｖ１の位相とがずれる。一例として、第１回路１の力率が０の場合には、第１出力電流Ｉ１の位相と第１両端電圧Ｖ１の位相とが９０度ずれる（図６参照）。そのため、第１回路１の力率が変動する場合には、第１回路１の電力リップルを見て第２回路２の第２出力電流Ｉ２又は第２電力Ｐ２を制御する必要がある。
したがって、本実施形態に係る電力変換システム１０のように、電力系統９０が接続されている第１回路１と蓄電池８０が接続されている第３回路３とが直流側で接続される構成では、第３回路３に対する電力リップルの影響を低減することが好ましい。本実施形態に係る電力変換システム１０では、第３回路３に対する電力リップルの影響を低減できるように、第２回路２の第２出力電流Ｉ２を制御している。言い換えると、本実施形態に係る電力変換システム１０は、電力系統９０による電力リップルを第２回路２と第３回路３とで分担するように構成されている。
具体的には、制御回路６は、図４Ａに示すように、第２出力電流Ｉ２が第１回路１の電力リップルに沿って変動するように、第２スイッチング素子Ｑ２１，Ｑ２２のオン／オフを制御する。言い換えると、制御回路６は、第１出力電流Ｉ１と第２出力電流Ｉ２とを同期させるように、第２スイッチング素子Ｑ２１，Ｑ２２のオン／オフを制御する。ここで、第２出力電流Ｉ２の振幅は、第１出力電流Ｉ１の振幅と負担係数との積で求められる。本開示でいう「負担係数」は、第２回路２が電力系統９０の電力リップルを負担する割合であり、負担係数は０から１の値である。負担係数が０の場合、第２回路２は電力系統９０の電力リップルを負担しないため、第３回路３のみが電力リップルを負担することになる。負担係数が１の場合、第２回路２のみが電力系統９０の電力リップルを負担することになり、第３回路３は電力リップルを負担しない。負担係数が０．５の場合、第２回路２と第３回路３とが電力系統９０の電力リップルを等しく分担することになる。図４Ａ～図４Ｄに示す例では、負担係数は０．５である。
上述のように、第２出力電流Ｉ２を制御することによって、電力系統９０の電力リップルの少なくとも一部を第２回路２で負担することができ、これにより第３回路３による電力リップルの負担を低減することができる。その結果、図４Ａに示すように、第３出力電流Ｉ３のリップルが小さくなるため、蓄電池８０の許容最大電流を超えにくくなり、蓄電池８０の許容電力の低下を抑えることができる。また、図４Ｄに示すように、第１回路１の電力リップルを第２回路２が負担することにより、第３電力Ｐ３の変動を小さくすることができる。
また、図５Ａ～図５Ｄは、電力系統９０による電力リップルを第２回路２に１００％負担させた場合の波形図である。この場合、図５Ａに示すように、第２回路２からの第２出力電流Ｉ２は、第１回路１の電力リップルに沿って変動している。一方、第３回路３からの第３出力電流Ｉ３はほとんど変動していない。また、コンデンサＣ２の両端電圧である第２両端電圧Ｖ２は、図５Ｂ及び図５Ｃに示すように、第１回路１の電力リップルに沿って変動している。一方、コンデンサＣ１の両端電圧である第３両端電圧Ｖ３はほとんど変動していない。その結果、図５Ｄに示すように、第３電力Ｐ３がほとんど変動していないのに対して、第２電力Ｐ２が第１回路１の電力リップルに沿って変動している。つまり、この場合には、第１回路１の電力リップルを第２回路２のみで負担している。
図５Ｄは、第２回路２及び第３回路３の入力電圧が脈動しない完全な直流という仮定で入力電流で制御を行った結果である。しかし、図５Ｂ及び図５Ｃに示すように、入力電圧には脈動成分が重畳しており、その分理屈との相違が発生し、入力電流及び入力電力に脈動成分が発生しているが、第２回路２及び第３回路３の入力コンデンサＣ１，Ｃ２、もしくは接続部８に平滑用のコンデンサを追加し、その容量を大きくすることで脈動成分を抑えることができ、理論的には０にまで下げることができる。また、脈動は交流側の電力リップルが原因であるため、電力リップルを観測し、入出力の電力リップルを０にするように制御することで、上述のコンデンサの容量を不要に大きくすることなく、入出力の電力リップルを０にすることもできる。これにより、第２回路２及び第３回路３の入力コンデンサＣ１，Ｃ２、もしくは接続部８のコンデンサの容量を下げることができる。そのため、本実施形態のように、接続部８にコンデンサがなくても成り立つ。
ところで、蓄電池８０のＳＯＣが２０％以上で、かつ８０％以下の場合、第２回路２は、第３回路３への電力リップルの分担比率が第２回路２への電力リップルの分担比率よりも大きくなるように第２出力電流Ｉ２を制御することが好ましい。つまり、この場合には、負担係数が０．５よりも小さいことが好ましい。蓄電池８０のＳＯＣが２０％以上で、かつ８０％以下の場合には許容最大電流が相対的に大きくなるため、第２回路２への分担比率よりも第３回路３への分担比率を大きくすることが可能である。また、第２回路２への分担比率よりも第３回路３への分担比率を大きくすることで、第２回路２への電力リップルの影響を低減することができ、ＭＰＰＴ制御に近づけることができる。
一方、蓄電池８０のＳＯＣが２０％未満、又は８０％より大きい場合、第２回路２は、第３回路３への電力リップルの分担比率が第２回路２への電力リップルの分担比率よりも小さくなるように第２出力電流Ｉ２を制御することが好ましい。つまり、この場合には、負担係数が０．５よりも大きいことが好ましい。蓄電池８０のＳＯＣが２０％未満、又は８０％より大きい場合には、上述のように、許容最大電流が小さくなるため、第２回路２への電力リップルの分担比率を大きくすることにより蓄電池８０の許容電力の低下を抑えることができる。
このように、第２回路２は、蓄電池８０の残容量が２０％未満、又は８０％より大きい場合における第３回路３への電力リップルの分担比率が、蓄電池８０の残容量が２０％以上で、かつ８０％以下の場合における第３回路３への電力リップルの分担比率よりも小さくなるように第２出力電流Ｉ２を制御することになる。
ところで、本実施形態に係る電力変換システム１０のように、第２回路２に電気的に接続される第４回路４を備えている場合には、第２回路２は、第３回路３への電力リップルの分担比率、及び第４回路４への電力リップルの分担比率の合計よりも第２回路２への電力リップルの分担比率が大きくなるように、第２出力電流Ｉ２を制御することが好ましい。この構成によれば、第３回路３及び第４回路４への電力リップルの分担比率を小さくすることができる。特に、第４回路４への電力リップルの分担比率がゼロとなるように第４回路４に定電流制御を行わせた場合には、第３回路３への電力リップルの影響を低減しながらもＭＰＰＴ制御を実現することができる。
また、図４Ｄに示す例では、第２回路２の第２電力Ｐ２はゼロよりも上側の領域で変動しているが、負担係数を大きくすることでゼロを通るように第２電力Ｐ２を変動させることができ、さらに負担係数を大きくすることでゼロを通過してマイナスとなるように第２電力Ｐ２を変動させることもできる。ここで、本実施形態では、第２回路２が同期整流型の昇圧チョッパ回路であるため、第２電力Ｐ２がマイナスの場合には、図１に示す向きとは逆向きに第２出力電流Ｉ２が流れることになる。
さらに、本実施形態のように、第２回路２が双方向型のチョッパ回路であれば、負の電力を出力することができる。したがって、例えば、複数の第４回路４の出力電力がゼロの場合でも、第２回路２側に引き込むことにより第１回路１の電力リップルを負担することができる。
図６は、本実施形態に係る電力変換システム１０の第１回路１における第１両端電圧Ｖ１，第１出力電流Ｉ１及び第１電力Ｐ１の波形図である。図６に示す例では、第１回路１の力率はゼロである。第１回路１の力率が変動した場合、第１両端電圧Ｖ１の位相に対して第１出力電流Ｉ１の位相が変動し、それに伴って第１電力Ｐ１の位相も変動する。したがって、第１回路１の力率が変動する場合には、第１出力電流Ｉ１の位相と第１電力Ｐ１の位相とが同期しているため、第１出力電流Ｉ１の波形を見て第２回路２の第２出力電流Ｉ２又は第２電力Ｐ２を制御してもよいし、第１電力Ｐ１の波形を見て第２出力電流Ｉ２又は第２電力Ｐ２を制御してもよい。一方、例えば、第１両端電圧Ｖ１が歪んだ場合には、第１電力Ｐ１は同様に歪むことになるが、第１出力電流Ｉ１は歪まない。以上のことから、本実施形態に係る電力変換システム１０では、第１電力Ｐ１の波形を見て第２出力電流Ｉ２（又は第２電力Ｐ２）を制御することが好ましい。
（４）変形例
上述の実施形態は、本開示の様々な実施形態の一つに過ぎない。上述の実施形態は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。また、電力変換システム１０と同様の機能は、電力変換システム１０の制御方法、コンピュータプログラム、又はプログラムを記録した非一時的な記録媒体等で具現化されてもよい。
一態様に係る電力変換システム１０の制御方法は、第１回路１と、第２回路２と、第３回路３と、を備える電力変換システム１０の制御方法である。電力変換システム１０では、第１回路１の第１内側端子１１１，１１２と第２回路２の第２内側端子２１１，２１２との間で直流電力の伝達を行う。また、電力変換システム１０では、第１内側端子１１１，１１２と第２内側端子２１１，２１２と第３内側端子３４１，３４２とが同一の接続部８に電気的に接続されている。第１回路１は、第１内側端子１１１，１１２及び第１外側端子１１３，１１４を有し、第１外側端子１１３，１１４に電力系統９０（交流電源又は交流負荷）が電気的に接続される。第２回路２は、第２内側端子２１１，２１２及び第２外側端子２１３，２１４を有する。第３回路３は、少なくとも第３内側端子３４１，３４２を有する。電力変換システム１０の制御方法では、第２回路２に、第１回路１に電気的に接続されている電力系統９０による電力リップルに同期するように、第２回路２への入力又は第２回路２からの出力における電流又は電力を制御させる。
一態様に係るプログラムは、コンピュータシステムに、上述の電力変換システム１０の制御方法を実行させるためのプログラムである。以下、上述の実施形態の変形例を列挙する。
本開示における電力変換システム１０は、例えば、制御回路６に、コンピュータシステムを含んでいる。コンピュータシステムは、ハードウェアとしてのプロセッサ及びメモリを主構成とする。コンピュータシステムのメモリに記録されたプログラムをプロセッサが実行することによって、本開示における電力変換システム１０としての機能が実現される。プログラムは、コンピュータシステムのメモリに予め記録されてもよく、電気通信回線を通じて提供されてもよく、コンピュータシステムで読み取り可能なメモリカード、光学ディスク、ハードディスクドライブ等の非一時的記録媒体に記録されて提供されてもよい。コンピュータシステムのプロセッサは、半導体集積回路（ＩＣ）又は大規模集積回路（ＬＳＩ）を含む１ないし複数の電子回路で構成される。複数の電子回路は、１つのチップに集約されていてもよいし、複数のチップに分散して設けられていてもよい。複数のチップは、１つの装置に集約されていてもよいし、複数の装置に分散して設けられていてもよい。
また、電力変換システム１０の複数の構成要素が、１つの筐体に収容されていることは電力変換システム１０に必須の構成ではなく、電力変換システム１０の構成要素は、複数の筐体に分散して設けられていてもよい。電力変換システム１０の一部の機能、例えば、制御回路６の機能は、サーバシステム又はクラウド（クラウドコンピューティング）等によって実現されてもよい。
（４．１）変形例１
上述の実施形態では、第３回路３が、フルブリッジ型の一次側回路３１及び二次側回路３２を用いたコンバータ回路であるが、第３回路３は、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、一次側回路３１の代わりに、一次側回路３１Ａ又は一次側回路３１Ｂを有していてもよい。さらに、第３回路３は、図８に示すように、二次側回路３２の代わりに、二次側回路３２Ａを有していてもよい。つまり、第３回路３は、一次側回路３１，３１Ａ，３１Ｂのいずれかと、二次側回路３２，３２Ａのいずれかと、を有していればよい。言い換えると、第３回路３は、一次側回路３１，３１Ａ，３１Ｂのいずれかと、二次側回路３２，３２Ａのいずれかと、を組み合わせることができる。以下、変形例１に係る電力変換システム１０について、図７Ａ、図７Ｂ及び図８を参照して説明する。なお、変形例１に係る電力変換システム１０は、第３回路３以外の構成については上述の実施形態に係る電力変換システム１０と同様であり、同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
変形例１に係る電力変換システム１０は、第１回路１と、第２回路２と、第３回路３と、を備えている。また、電力変換システム１０は、複数の第４回路４と、フィルタ回路５と、制御回路６と、スナバ回路７と、接続部８と、を更に備えている。また、電力変換システム１０は、複数組の第１直流端子Ｔ１１，Ｔ１２と、１組の第２直流端子Ｔ２１，Ｔ２２と、１組の交流端子Ｔ３１，Ｔ３２と、を更に備えている。
第３回路３の一次側回路３１Ａは、図７Ａに示すように、２つの第３スイッチング素子Ｑ５１，Ｑ５２と、一次巻線３３３と、を有している。
第３スイッチング素子Ｑ５１，Ｑ５２の各々は、例えば、デプレッション型のｎチャネルＭＯＳＦＥＴである。第３スイッチング素子Ｑ５１，Ｑ５２の各々は、寄生ダイオードを含んでいる。各第３スイッチング素子Ｑ５１，Ｑ５２の寄生ダイオードは、アノードが対応する第３スイッチング素子Ｑ５１，Ｑ５２のソースに電気的に接続され、カソードが対応する第３スイッチング素子Ｑ５１，Ｑ５２のドレインに電気的に接続されている。
一次巻線３３３は、第３スイッチング素子Ｑ５１，Ｑ５２を介してコンデンサＣ１に電気的に接続されている。一次巻線３３３は、一次側センタータップＣＴ１を接続点とする、２つの巻線Ｌ３１，Ｌ３２の直列回路にて構成されている。つまり、２つの巻線Ｌ３１，Ｌ３２が電気的に直列に接続され、一次巻線３３３を構成する。一次側センタータップＣＴ１は、コンデンサＣ１の高電位側（第２直流端子Ｔ２１側）の端子に電気的に接続されている。
第３スイッチング素子Ｑ５１は、コンデンサＣ１の両端間において、巻線Ｌ３１と電気的に直列に接続されている。第３スイッチング素子Ｑ５２は、コンデンサＣ１の両端間において、巻線Ｌ３２と電気的に直列に接続されている。言い換えると、第２直流端子Ｔ２１，Ｔ２２間には、第３スイッチング素子Ｑ５１及び巻線Ｌ３１の直列回路と、第３スイッチング素子Ｑ５２及び巻線Ｌ３２の直列回路と、が電気的に並列に接続されている。
第３スイッチング素子Ｑ５１のドレインは、巻線Ｌ３１を介して一次側センタータップＣＴ１に電気的に接続されている。第３スイッチング素子Ｑ５２のドレインは、巻線Ｌ３２を介して一次側センタータップＣＴ１に電気的に接続されている。第３スイッチング素子Ｑ５１，Ｑ５２のソースは、それぞれ低電位（負極）側の第２直流端子Ｔ２２に電気的に接続されている。
また、第３回路３の一次側回路３１Ｂは、図７Ｂに示すように、２つの第３スイッチング素子Ｑ５５，Ｑ５６と、コンデンサＣ３１と、巻線Ｌ３５と、を有している。
第３スイッチング素子Ｑ５５，Ｑ５６の各々は、例えば、デプレッション型のｎチャネルＭＯＳＦＥＴである。第３スイッチング素子Ｑ５５，Ｑ５６の各々は、寄生ダイオードを含んでいる。各第３スイッチング素子Ｑ５５，Ｑ５６の寄生ダイオードは、アノードが対応する第３スイッチング素子Ｑ５５，Ｑ５６のソースに電気的に接続され、カソードが対応する第３スイッチング素子Ｑ５５，Ｑ５６のドレインに電気的に接続されている。
高電位側の第３スイッチング素子Ｑ５５は、コンデンサＣ１の両端間において、低電位側の第３スイッチング素子Ｑ５６と電気的に直列に接続されている。つまり、コンデンサＣ１の両端間には、第３スイッチング素子Ｑ５５，Ｑ５６の直列回路が電気的に接続されている。
高電位側の第３スイッチング素子Ｑ５５のドレインは、高電位側の第２直流端子Ｔ２１に電気的に接続されている。低電位側の第３スイッチング素子Ｑ５６のソースは、低電位側の第２直流端子Ｔ２２に電気的に接続されている。高電位側の第３スイッチング素子Ｑ５５のソースは、低電位側の第３スイッチング素子Ｑ５６のドレインに電気的に接続されている。
巻線Ｌ３５の第１端は、第３スイッチング素子Ｑ５５，Ｑ５６の接続点に電気的に接続され、巻線Ｌ３５の第２端は、コンデンサＣ３１を介して低電位側の第２直流端子Ｔ２２に電気的に接続されている。
第３回路３の二次側回路３２Ａは、図８に示すように、２つの第３スイッチング素子Ｑ５３，Ｑ５４と、二次巻線３３４と、を有している。
第３スイッチング素子Ｑ５３，Ｑ５４の各々は、例えば、デプレッション型のｎチャネルＭＯＳＦＥＴである。第３スイッチング素子Ｑ５３，Ｑ５４の各々は、寄生ダイオードを含んでいる。各第３スイッチング素子Ｑ５３，Ｑ５４の寄生ダイオードは、アノードが対応する第３スイッチング素子Ｑ５３，Ｑ５４のソースに電気的に接続され、カソードが対応する第３スイッチング素子Ｑ５３，Ｑ５４のドレインに電気的に接続されている。
二次巻線３３４は、第３スイッチング素子Ｑ５３，Ｑ５４を介して端子８１，８２間に電気的に接続されている。二次巻線３３４は、二次側センタータップＣＴ２を接続点とする、２つの巻線Ｌ３３，Ｌ３４の直列回路にて構成されている。つまり、２つの巻線Ｌ３３，Ｌ３４が電気的に直列に接続され、二次巻線３３４を構成する。二次側センタータップＣＴ２は、端子８１に電気的に接続されている。
第３スイッチング素子Ｑ５３は、端子８１，８２間において、巻線Ｌ３３と電気的に直列に接続されている。第３スイッチング素子Ｑ５４は、端子８１，８２間において、巻線Ｌ３４と電気的に直列に接続されている。言い換えると、端子８１，８２間には、第３スイッチング素子Ｑ５３及び巻線Ｌ３３の直列回路と、第３スイッチング素子Ｑ５４及び巻線Ｌ３４の直列回路と、が電気的に並列に接続されている。
第３スイッチング素子Ｑ５３のドレインは、巻線Ｌ３３を介して二次側センタータップＣＴ２に電気的に接続されている。第３スイッチング素子Ｑ５４のドレインは、巻線Ｌ３４を介して二次側センタータップＣＴ２に電気的に接続されている。第３スイッチング素子Ｑ５３，Ｑ５４のソースは、それぞれ低電位（負極）側の端子８２に電気的に接続されている。
これらの一次側回路３１Ａ，３１Ｂ、及び二次側回路３２Ａを用いた場合でも、端子８１，８２間に直流電圧を発生させることができる。したがって、端子８１，８２間に平滑用のコンデンサを接続しなくても第１回路１と第２回路２とを直流側で電気的に接続することができる。
（４．２）変形例２
電力変換システム１０は、スナバ回路７の代わりに、スナバ回路７Ａ～７Ｄのいずれかを備えていてもよい。以下、変形例２に係る電力変換システム１０について、図９Ａ～図９Ｄを参照して説明する。なお、変形例２に係る電力変換システム１０は、スナバ回路７Ａ～７Ｄ以外の構成については上述の実施形態に係る電力変換システム１０と同様であり、同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
変形例２に係る電力変換システム１０は、第１回路１と、第２回路２と、第３回路３と、を備えている。また、電力変換システム１０は、複数の第４回路４と、フィルタ回路５と、制御回路６と、スナバ回路７Ａ～７Ｄのいずれかと、接続部８と、を更に備えている。また、電力変換システム１０は、複数組の第１直流端子Ｔ１１，Ｔ１２と、１組の第２直流端子Ｔ２１，Ｔ２２と、１組の交流端子Ｔ３１，Ｔ３２と、を更に備えている。
スナバ回路７Ａは、図９Ａに示すように、ダイオードＤ１と、抵抗Ｒ１と、コンデンサＣ７１と、を有している。ダイオードＤ１は、端子８１，８２間において、コンデンサＣ７１と電気的に直列に接続されている。ダイオードＤ１のアノードは、端子８１に電気的に接続され、ダイオードＤ１のカソードは、コンデンサＣ７１を介して端子８２に電気的に接続されている。抵抗Ｒ１は、ダイオードＤ１のアノードとカソードとの間に電気的に接続されている。スナバ回路７Ａでは、コンデンサＣ７１に蓄積された電気エネルギが抵抗Ｒ１で消費される。
スナバ回路７Ｂは、図９Ｂに示すように、ダイオードＤ１と、抵抗Ｒ１と、コンデンサＣ７１と、スイッチング素子Ｑ７１と、を有している。ダイオードＤ１は、端子８１，８２間において、コンデンサＣ７１と電気的に直列に接続されている。ダイオードＤ１のアノードは、端子８１に電気的に接続され、ダイオードＤ１のカソードは、コンデンサＣ７１を介して端子８２に電気的に接続されている。抵抗Ｒ１の第１端は、ダイオードＤ１及びコンデンサＣ７１の接続点に電気的に接続され、抵抗Ｒ１の第２端は、スイッチング素子Ｑ７１を介して端子８２に電気的に接続されている。スナバ回路７Ｂでは、スイッチング素子Ｑ７１をオンすることによって、コンデンサＣ７１に蓄積された電気エネルギが抵抗Ｒ１で消費される。
スナバ回路７Ｃは、図９Ｃに示すように、複数（図９Ｃでは２つ）のダイオードＤ１，Ｄ２と、インダクタＬ７１と、複数（図９Ｃでは２つ）のコンデンサＣ７１，Ｃ７２と、複数（図９Ｃでは２つ）のスイッチング素子Ｑ７１，Ｑ７２と、を有している。ダイオードＤ１は、端子８１，８２間において、コンデンサＣ７１と電気的に直列に接続されている。ダイオードＤ２は、端子８１，８２間において、コンデンサＣ７２と電気的に直列に接続されている。ダイオードＤ１のアノードは、端子８１に電気的に接続され、ダイオードＤ１のカソードは、コンデンサＣ７１を介して端子８２に電気的に接続されている。ダイオードＤ２のアノードは、コンデンサＣ７２を介して端子８２に電気的に接続され、ダイオードＤ１のカソードは、端子８１に電気的に接続されている。つまり、ダイオードＤ１とダイオードＤ２とは、端子８１，８２間において互いに逆向きに接続されている。インダクタＬ７１の第１端は、スイッチング素子Ｑ７１を介してダイオードＤ１及びコンデンサＣ７１の接続点に電気的に接続され、インダクタＬ７１の第２端は、ダイオードＤ２及びコンデンサＣ７２の接続点に電気的に接続されている。スイッチング素子Ｑ７２は、スイッチング素子７１及びインダクタＬ７１の接続点と端子８２との間に電気的に接続されている。スナバ回路７Ｃでは、スイッチング素子Ｑ７１，Ｑ７２及びインダクタＬ７１により降圧チョッパ回路を構成している。スナバ回路７Ｃでは、スイッチング素子Ｑ７１，Ｑ７２をオン／オフすることによって、コンデンサＣ７１の両端電圧を降圧し、降圧後の両端電圧に相当する電気エネルギがコンデンサＣ７２に蓄積される。
スナバ回路７Ｄは、図９Ｄに示すように、複数（図９Ｄでは２つ）のダイオードＤ１，Ｄ２と、抵抗Ｒ１と、複数（図９Ｄでは２つ）のコンデンサＣ７１，Ｃ７２と、スイッチング素子Ｑ７１と、を有している。ダイオードＤ１は、端子８１，８２間において、コンデンサＣ７１と電気的に直列に接続されている。ダイオードＤ２は、端子８１，８２間において、コンデンサＣ７２と電気的に直列に接続されている。ダイオードＤ１のアノードは、端子８１に電気的に接続され、ダイオードＤ１のカソードは、コンデンサＣ７１を介して端子８２に電気的に接続されている。ダイオードＤ２のアノードは、コンデンサＣ７２を介して端子８２に電気的に接続され、ダイオードＤ１のカソードは、端子８１に電気的に接続されている。つまり、ダイオードＤ１とダイオードＤ２とは、端子８１，８２間において互いに逆向きに接続されている。抵抗Ｒ１の第１端は、ダイオードＤ１及びコンデンサＣ７１の接続点に電気的に接続され、抵抗Ｒ１の第２端は、スイッチング素子Ｑ７１を介してダイオードＤ２及びコンデンサＣ７２の接続点に電気的に接続されている。スナバ回路７Ｄでは、スイッチング素子Ｑ７１をオンすることによって、コンデンサＣ７１に蓄積された電気エネルギが抵抗Ｒ１を介してコンデンサＣ７２に蓄積される。
スナバ回路７Ａ～７Ｄの場合でも、端子８１，８２間のバス電圧が第１クランプ値を超えると、端子８１，８２から第１クランプ値を超える分の電気エネルギを吸収し、バス電圧の上限値を第１クランプ値にクランプする。また、スナバ回路７Ｃ，７Ｄの場合には、バス電圧が第２クランプ値（＜第１クランプ値）を下回ると、端子８１，８２に電気エネルギを注入（回生）することにより、バス電圧の下限値を第２クランプ値にクランプする。
したがって、電力変換システム１０が、スナバ回路７の代わりに、スナバ回路７Ａ～７Ｄのいずれかを備えている場合には、電力変換システム１０に発生するリンギング又はサージ電圧を抑制することができる。
（４．３）その他の変形例
以下、上述の実施形態のその他の変形例を列挙する。
上述の実施形態では、主にインバータモードでの動作について説明したが、コンバータモードでの動作についても同様に対応することができる。
また、上述の実施形態では、電力変換システム１０がインバータモードとコンバータモードとの２つの動作モードを有しているが、この構成は電力変換システム１０に必須の構成ではない。電力変換システム１０は、動作モードとしてインバータモードのみを有していてもよいし、コンバータモードのみを有していてもよい。つまり、電力変換システム１０は、双方向に電力の変換を行う構成に限らず、単方向に電力の変換を行う構成であってもよい。
また、第１スイッチング素子Ｑ１１～Ｑ１４、第２スイッチング素子Ｑ２１，Ｑ２２、第３スイッチング素子Ｑ３１～Ｑ３８、及び第４スイッチング素子Ｑ４１，Ｑ４２の各々は、寄生ダイオードに代えて、外付けのダイオードが接続されていてもよい。また、第１スイッチング素子Ｑ１１～Ｑ１４、第２スイッチング素子Ｑ２１，Ｑ２２、第３スイッチング素子Ｑ３１～Ｑ３８、及び第４スイッチング素子Ｑ４１，Ｑ４２の各々は、ＭＯＳＦＥＴに限らず、例えば、ｎｐｎ型の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ等であってもよい。この場合、ダイオードは、スイッチング素子がオンされているときにスイッチング素子に流れる電流とは逆向きの電流を流す向きで、エミッタ及びコレクタ間に電気的に接続される。
また、制御回路６は、マイクロコンピュータに限らず、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、又はＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等で実現されてもよい。
また、スナバ回路７，７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄについては省略してもよい。さらに、上述の実施形態では、スナバ回路７が端子８１，８２と第１回路１との間に接続されているが、スナバ回路７，７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄは、例えば、第２回路２と端子８１，８２との間に接続されてもよいし、第３回路３と端子８１，８２との間に接続されてもよい。
また、接続部８は、平滑用のコンデンサを含んでいてもよい。
また、上述の実施形態では、第１回路１に電気的に接続される電力系統９０が単相交流系統であるが、電力系統９０はＵ相、Ｖ相及びＷ相を有する三相交流系統であってもよい。この場合、三相が平衡状態である場合にはリップルが発生しないが、三相が不平衡状態である場合にはリップルが発生する。ただし、三相が不平衡状態である場合のリップルは単相の場合に比べて小さいため、上記リップルによる影響をより効果的に低減することができる。
また、上述の実施形態では、第２回路２及び第４回路４は、同期整流型の昇圧チョッパ回路であるが、非同期整流型の昇圧チョッパ回路であってもよい。さらに、第２回路２及び第４回路４は、絶縁型の昇圧チョッパ回路であってもよい。また、第２回路２は、第４回路４によって昇圧された直流電圧を降圧する降圧チョッパ回路であってもよいし、第４回路４からの直流電圧を昇降圧する昇降圧チョッパ回路であってもよい。
上述の実施形態では、４つの第４回路４が第２回路２に接続されているが、１つ、２つ、３つ、又は５つ以上の第４回路４が第２回路２に接続されていてもよい。さらに、第４回路４については省略してもよい。つまり、太陽電池７０が第２回路２に直接接続されていてもよい。
また、上述の実施形態では、第３回路３がＤＣ／ＤＣコンバータであるが、第３回路３は蓄電池８０であってもよい。この場合、第３回路３の制御が不要になると共に、コンバータ回路が不要であることから電力変換システム１０を小型化することができる。さらに、第３回路３は、例えばチョッパ回路のような非絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータであってもよい。
上述の実施形態では、第４回路４に直流電圧を供給する電圧源が太陽電池７０であるが、上記電圧源は太陽電池７０に限らず、例えば、蓄電池であってもよいし、燃料電池であってもよい。さらに、上記電圧源は、直流電圧源となり得るコンバータ回路等で構成されてもよい。
また、上述の実施形態では、第３回路３に直流電圧を供給する電圧源が蓄電池８０であるが、上記電圧源は蓄電池８０に限らず、例えば、太陽電池であってもよいし、燃料電池であってもよい。さらに、上記電圧源は、直流電圧源となり得るコンバータ回路等で構成されてもよい。
上述の実施形態では、電力系統９０が第１回路１に接続されているが、例えば、交流を入力とする電気回路、負荷機器、電動機等が第１回路１に接続されてもよい。
（まとめ）
以上説明したように、第１の態様に係る電力変換システム（１０）は、第１回路（１）と、第２回路（２）と、を備え、第１回路（１）の第１内側端子（１１１，１１２）と第２回路（２）の第２内側端子（２１１，２１２）との間で直流電力の伝達を行う。第１回路（１）は、第１内側端子（１１１，１１２）及び第１外側端子（１１３，１１４）を有し、第１外側端子（１１３，１１４）に交流電源又は交流負荷が電気的に接続される。第２回路（２）は、第２内側端子（２１１，２１２）及び第２外側端子（２１３，２１４）を有する。電力変換システム（１０）は、第３回路（３）を更に備える。第３回路（３）は、少なくとも第３内側端子（３４１，３４２）を有する。電力変換システム（１０）では、第１内側端子（１１１，１１２）と第２内側端子（２１１，２１２）と第３内側端子（３４１，３４２）とが同一の接続部（８）に電気的に接続されている。第２回路（２）は、第１回路（１）に電気的に接続されている交流電源又は交流負荷による電力リップルに同期するように、第２回路（２）への入力又は第２回路（２）からの出力における電流又は電力を制御する。
この態様によれば、第２回路（２）は、交流電源又は交流負荷による電力リップルに同期するように、第２回路（２）への入力又は第２回路（２）からの出力における電流又は電力を制御している。これにより、交流電源又は交流負荷による電力リップルの少なくとも一部を第２回路（２）で負担することができる。その結果、平滑用のコンデンサを用いなくても第３回路（３）への電力リップルの影響を低減することができる。
第２の態様に係る電力変換システム（１０）では、第１の態様において、第３回路（３）は、スイッチング素子（Ｑ３１～Ｑ３８）、及びスイッチング素子（Ｑ３１～Ｑ３８）に電気的に接続されるトランス（３３）を有する。第３回路（３）は、スイッチング素子（Ｑ３１～Ｑ３８）及びトランス（３３）を介して、トランス（３３）の二次巻線（３３２）の両端間に出力電圧（ＶＴ）を出力するように構成されている。二次巻線（３３２）は第３内側端子（３４１，３４２）に電気的に接続されている。出力電圧（ＶＴ）の波形（Ｗ１）は、立ち上がり部（Ｗ１１）と、立ち下がり部（Ｗ１３）と、平坦部（Ｗ１２）と、を含む。立ち上がり部（Ｗ１１）では、出力電圧（ＶＴ）が第１電位（ＶＴ１）から第１電位（ＶＴ１）よりも高い第２電位（ＶＴ２）に変化する。立ち下がり部（Ｗ１３）では、出力電圧（ＶＴ）が第２電位（ＶＴ２）から第１電位（ＶＴ１）に変化する。平坦部（Ｗ１２）では、出力電圧（ＶＴ）が第１電位（ＶＴ１）又は第２電位（ＶＴ２）に維持される。
この態様によれば、平滑用のコンデンサを用いることなく第１回路（１）と第２回路（２）とを直流側で接続することができる。
第３の態様に係る電力変換システム（１０）では、第１又は２の態様において、第３回路（３）は、蓄電池（８０）からの直流電圧を直流変換する変換回路（一例として、一次側回路３１及び二次側回路３２）を含む。第２回路（２）は、蓄電池（８０）の残容量が２０％以上で、かつ８０％以下の場合には、第３回路（３）への電力リップルの分担比率が第２回路（２）への電力リップルの分担比率よりも大きくなるように上記電流又は電力を制御する。
この態様によれば、第２回路（２）への電力リップルの影響を低減することができる。
第４の態様に係る電力変換システム（１０）では、第１又は２の態様において、第３回路（３）は、蓄電池（８０）からの直流電圧を直流変換する変換回路（一例として、一次側回路３１及び二次側回路３２）を含む。第２回路（２）は、蓄電池（８０）の残容量が２０％未満、又は８０％より大きい場合には、第３回路（３）への電力リップルの分担比率が第２回路（２）への電力リップルの分担比率よりも小さくなるように上記電流又は電力を制御する。
この態様によれば、第３回路（３）への電力リップルの影響を低減することができる。
第５の態様に係る電力変換システム（１０）では、第１又は２の態様において、第３回路（３）は、蓄電池（８０）からの直流電圧を直流変換する変換回路（一例として、一次側回路３１及び二次側回路３２）を含む。第２回路（２）は、第１分担比率が第２分担比率よりも小さくなるように上記電流又は電力を制御する。第１分担比率は、蓄電池（８０）の残容量が２０％未満、又は８０％より大きい場合における第３回路（３）への電力リップルの分担比率である。第２分担比率は、蓄電池（８０）の残容量が２０％以上で、かつ８０％以下の場合における第３回路（３）への電力リップルの分担比率である。
この態様によれば、第１分担比率を小さくすることによって蓄電池（８０）の許容電力の低下を抑えることができる。
第６の態様に係る電力変換システム（１０）は、第１～５のいずれかの態様において、第２回路（２）に電気的に直列に接続される第４回路（４）を更に備える。第２回路（２）は、第２回路（２）への電力リップルの分担比率が、第３回路（３）への電力リップルの分担比率と第４回路（４）への電力リップルの分担比率との合計よりも大きくなるように上記電流又は電力を制御する。
この態様によれば、第３回路（３）及び第４回路（４）における電力リップルを抑制することができる。
第７の態様に係る電力変換システム（１０）では、第１又は２の態様において、第３回路（３）は、蓄電池（８０）である。
この態様によれば、第３回路（３）の制御が不要になると共に、コンバータ回路が不要であることから電力変換システム（１０）を小型化することができる。
第８の態様に係る電力変換システム（１０）は、第１～７のいずれかの態様において、第１回路（１）及び第２回路（２）の各々を複数備える。特定第２回路（２）は、複数の第１回路（１）に電気的に接続されている複数の交流電源又は複数の交流負荷による電力リップルの合計に同期するように、特定第２回路（２）への入力又は特定第２回路（２）からの出力における電流又は電力を制御する。特定第２回路（２）は、複数の第２回路（２）の少なくとも一方の第２回路（２）である。
この態様によれば、交流電源又は交流負荷による電力リップルの少なくとも一部を特定第２回路（２）で負担することができる。その結果、平滑用のコンデンサを用いなくても第３回路（３）への電力リップルの影響を低減することができる。
第９の態様に係る電力変換システム（１０）の制御方法は、第１回路（１）と、第２回路（２）と、第３回路（３）と、を備える電力変換システム（１０）の制御方法である。電力変換システム（１０）では、第１回路（１）の第１内側端子（１１１，１１２）と第２回路（２）の第２内側端子（２１１，２１２）との間で直流電力の伝達を行い、第１内側端子（１１１，１１２）と第２内側端子（２１１，２１２）と第３内側端子（３４１，３４２）とが同一の接続部（８）に電気的に接続されている。第１回路（１）は、第１内側端子（１１１，１１２）及び第１外側端子（１１３，１１４）を有し、第１外側端子（１１３，１１４）に交流電源又は交流負荷が電気的に接続される。第２回路（２）は、第２内側端子（２１１，２１２）及び第２外側端子（２１３，２１４）を有する。第３回路（３）は、少なくとも第３内側端子（３４１，３４２）を有する。電力変換システム（１０）の制御方法では、第２回路（２）に、第１回路（１）に電気的に接続されている交流電源又は交流負荷による電力リップルに同期するように、第２回路（２）への入力又は第２回路（２）からの出力における電流又は電力を制御させる。
この態様によれば、第２回路（２）は、交流電源又は交流負荷による電力リップルに同期するように、第２回路（２）への入力又は第２回路（２）からの出力における電流又は電力を制御している。これにより、交流電源又は交流負荷による電力リップルの少なくとも一部を第２回路（２）で負担することができる。その結果、平滑用のコンデンサを用いなくても第３回路（３）へのリップルの影響を低減することができる。
第１０の態様に係るプログラムは、コンピュータシステムに、第９の態様に係る電力変換システム（１０）の制御方法を実行させるためのプログラムである。
この態様によれば、第２回路（２）は、交流電源又は交流負荷による電力リップルに同期するように、第２回路（２）への入力又は第２回路（２）からの出力における電流又は電力を制御している。これにより、交流電源又は交流負荷による電力リップルの少なくとも一部を第２回路（２）で負担することができる。その結果、平滑用のコンデンサを用いなくても第３回路（３）へのリップルの影響を低減することができる。
第２～８の態様に係る構成については、電力変換システム（１０）に必須の構成ではなく、適宜省略可能である。
１ 第１回路
１１１，１１２ 第１内側端子
１１３，１１４ 第１外側端子
Ｑ１１～Ｑ１４ 第１スイッチング素子
２ 第２回路
２１１，２１２ 第２内側端子
２１３，２１４ 第２外側端子
Ｑ２１，Ｑ２２ 第２スイッチング素子
３ 第３回路
３３ トランス
３４１，３４２ 第３内側端子
３４３，３４４ 第３外側端子
Ｑ３１～Ｑ３８ 第３スイッチング素子（スイッチング素子）
６ 制御回路
８ 接続部
１０ 電力変換システム
Ｉ２ 第２出力電流（電流）
ＶＴ 出力電圧
ＶＴ１ 第１電位
ＶＴ２ 第２電位
Ｗ１ 出力電圧の波形
Ｗ１１ 立ち上がり部
Ｗ１２ 平坦部
Ｗ１３ 立ち下がり部

Claims (10)

  1. 第１内側端子及び第１外側端子を有し、前記第１外側端子に交流電源又は交流負荷が電気的に接続される第１回路と、
    第２内側端子及び第２外側端子を有する第２回路と、を備え、
    前記第１回路の前記第１内側端子と前記第２回路の前記第２内側端子との間で直流電力の伝達を行う電力変換システムであって、
    少なくとも第３内側端子を有する第３回路を更に備え、
    前記第１内側端子と前記第２内側端子と前記第３内側端子とが同一の接続部に電気的に接続されており、
    前記第２回路は、前記第１回路に電気的に接続されている前記交流電源又は前記交流負荷による電力リップルに同期するように、前記第２回路への入力又は前記第２回路からの出力における電流又は電力を制御する、
    電力変換システム。
  2. 前記第３回路は、スイッチング素子、及び前記スイッチング素子に電気的に接続されるトランスを有し、前記スイッチング素子及び前記トランスを介して前記トランスの二次巻線の両端間に出力電圧を出力するように構成されており、
    前記二次巻線は前記第３内側端子に電気的に接続されており、
    前記出力電圧の波形は、
    前記出力電圧が第１電位から前記第１電位よりも高い第２電位に変化する立ち上がり部と、
    前記出力電圧が前記第２電位から前記第１電位に変化する立ち下がり部と、
    前記出力電圧が前記第１電位又は前記第２電位に維持される平坦部と、を含む、
    請求項１に記載の電力変換システム。
  3. 前記第３回路は、蓄電池からの直流電圧を直流変換する変換回路を含み、
    前記第２回路は、前記蓄電池の残容量が２０％以上で、かつ８０％以下の場合には、前記第３回路への前記電力リップルの分担比率が前記第２回路への前記電力リップルの分担比率よりも大きくなるように前記電流又は前記電力を制御する、
    請求項１又は２に記載の電力変換システム。
  4. 前記第３回路は、蓄電池からの直流電圧を直流変換する変換回路を含み、
    前記第２回路は、前記蓄電池の残容量が２０％未満、又は８０％より大きい場合には、前記第３回路への前記電力リップルの分担比率が前記第２回路への前記電力リップルの分担比率よりも小さくなるように前記電流又は前記電力を制御する、
    請求項１又は２に記載の電力変換システム。
  5. 前記第３回路は、蓄電池からの直流電圧を直流変換する変換回路を含み、
    前記第２回路は、前記蓄電池の残容量が２０％未満、又は８０％より大きい場合における前記第３回路への前記電力リップルの分担比率が、前記蓄電池の残容量が２０％以上で、かつ８０％以下の場合における前記第３回路への前記電力リップルの分担比率よりも小さくなるように前記電流又は前記電力を制御する、
    請求項１又は２に記載の電力変換システム。
  6. 前記第２回路に電気的に直列に接続される第４回路を更に備え、
    前記第２回路は、前記第２回路への前記電力リップルの分担比率が、前記第３回路への前記電力リップルの分担比率と前記第４回路への前記電力リップルの分担比率との合計よりも大きくなるように前記電流又は前記電力を制御する、
    請求項１～５のいずれか１項に記載の電力変換システム。
  7. 前記第３回路は、蓄電池である、
    請求項１又は２に記載の電力変換システム。
  8. 前記第１回路及び前記第２回路の各々を複数備え、
    前記複数の第２回路の少なくとも一方の第２回路である特定第２回路は、前記複数の第１回路に電気的に接続されている複数の前記交流電源又は複数の前記交流負荷による前記電力リップルの合計に同期するように、前記特定第２回路への入力又は前記特定第２回路からの出力における電流又は電力を制御する、
    請求項１～７のいずれか１項に記載の電力変換システム。
  9. 第１内側端子及び第１外側端子を有し、前記第１外側端子に交流電源又は交流負荷が電気的に接続される第１回路と、
    第２内側端子及び第２外側端子を有する第２回路と、
    少なくとも第３内側端子を有する第３回路と、を備え、
    前記第１回路の前記第１内側端子と前記第２回路の前記第２内側端子との間で直流電力の伝達を行い、
    前記第１内側端子と前記第２内側端子と前記第３内側端子とが同一の接続部に電気的に接続されている電力変換システムの制御方法であって、
    前記第２回路に、前記第１回路に電気的に接続されている前記交流電源又は前記交流負荷による電力リップルに同期するように、前記第２回路への入力又は前記第２回路からの出力における電流又は電力を制御させる、
    電力変換システムの制御方法。
  10. コンピュータシステムに、
    請求項９に記載の電力変換システムの制御方法を実行させるための
    プログラム。
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