JP7174897B2 - 電力システム - Google Patents

Description

本開示は、電力システムに関する。

種々の発電システムが提案されている。発電システムの例として、太陽光発電パネルを用いて発電する太陽光発電システムが挙げられる。発電システムの別の例として、燃料電池を用いて発電する燃料電池発電システムが挙げられる。

発電システムでは、電力変換が行われることがある。特許文献１には、電力変換により、太陽光発電システムおよび燃料電池発電システムの出力電力を所定電圧に変更することが記載されている。

また、最大電力点追従制御により、太陽光発電システムの電力を取り出すことが知られている。最大電力点追従制御は、ＭＰＰＴ制御とも称される。ＭＰＰＴ制御によれば、太陽光発電システムから取り出される電力が最大化される。具体的には、太陽光発電システムに直流電力変換装置を接続し、直流電力変換装置にＭＰＰＴ制御を実行させることができる。

特開２０１７－１１７６７３号公報

太陽光発電システムのＭＰＰＴ制御を実行可能な電力システムを構成する場合、太陽光発電システムのＭＰＰＴ制御を実行できるように直流電力変換装置が設計される。本開示は、このように設計された直流電力変換装置を用いてＭＰＰＴ制御を実行することにより燃料電池発電システムから直流電力変換装置に電力を取り出し、さらに、当該取り出される電力を調整するのに適した電力システムを提供する。

本開示は、
出力電圧が所定範囲内にあるときに出力電力が最大になる太陽光発電システムに対して、ＭＰＰＴ制御を実行できるように設計された直流電力変換装置と、
燃料電池発電システムであって、該燃料電池発電システムで生成された直流電力は前記直流電力変換装置に供給される燃料電池発電システムと、
前記燃料電池発電システムと前記直流電力変換装置とを接続する経路上に設けられた特性変換回路であって、電流センサと、可変出力電源と、を含む特性変換回路と、を備え、
前記電流センサは、前記特性変換回路の出力電流の検出を行い、前記検出の結果を表すセンサ出力を出力し、
前記電流センサは、前記特性変換回路の出力電流が大きくなるほど前記センサ出力を大きく出力し、
前記可変出力電源は、可変出力を出力し、
前記特性変換回路において、
前記センサ出力が大きくなるほど前記特性変換回路の出力電力を大きくする第１フィードバック制御を実行する第１回路と、前記センサ出力が大きくなるほど前記特性変換回路の出力電力を小さくする第２フィードバック制御を、前記第１回路と協働して実行する第２回路と、が設けられ、
前記特性変換回路において、
（ａ）前記特性変換回路の出力電圧が前記所定範囲内のある値であるときに前記特性変換回路の出力電力が最大となる出力電圧－出力電力特性と、前記特性変換回路の出力電圧が前記ある値を跨ぐ領域において前記特性変換回路の出力電圧が大きくなるほど前記特性変換回路の出力電流が小さくなる出力電圧－出力電流特性がもたらされ、
（ｂ）前記第１フィードバック制御と前記第２フィードバック制御とが切り替わるときの前記特性変換回路の出力電流を切替電流と定義したとき、前記特性変換回路の出力電流が前記切替電流であるときに前記特性変換回路の出力電力が最大となる出力電流－出力電力特性がもたらされるように、
前記センサ出力が相対的に小さいときに前記第１フィードバック制御が実行されるとともに前記センサ出力が相対的に大きいときに前記第２フィードバック制御が実行され、
前記切替電流は、前記検出の誤差に依存するとともに、前記可変出力を変化させると変化する、電力システムを提供する。

本開示に係る電力システムは、太陽光発電システムのＭＰＰＴ制御を実行できるように設計された直流電力変換装置を含む。本開示に係る電力システムは、その直流電力変換装置を用いてＭＰＰＴ制御を実行することにより、燃料電池発電システムから直流電力変換装置に電力を取り出すのに適している。さらに、本開示に係る電力システムは、当該取り出される電力を調整するのに適している。

系統連系時における電力システムのブロック図 停電時における電力システムのブロック図 特性変換回路で得られるＶ－Ｐ特性を説明するための図 比較形態のＶ－Ｐ特性を説明するための図 特性変換回路の出力特性を説明するための図 特性変換回路の第１の例を示す図 第１シャントレギュレータの説明図 電流センサの説明図 電流センサの個体ばらつきによる影響の説明図 可変電圧による切替電流の調整についての説明図 特性変換回路の第１の具体例を示す図

（本開示の基礎となった知見）
太陽光発電システムのＭＰＰＴ制御を実行できるように設計された直流電力変換装置があるとする。その直流電力変換装置を用いてＭＰＰＴ制御を実行することにより、燃料電池発電システムから直流電力変換装置に電力を取り出すことを考える。そのような電力の取り出しは、燃料電池発電システムの出力特性を変換することによって実現可能である。本発明者の検討によれば、電流センサを含む特性変換回路によって、そのような変換を行うことができる。そして、燃料電池発電システムから特性変換回路を介して直流電力変換装置へと電力が供給される電力システムを構成できる。

また、上記のようにして燃料電池発電システムから直流電力変換装置へと電力を供給する場合、特性変換回路の出力電圧－出力電力特性における動作点は、ＭＰＰＴ制御により調整される。ＭＰＰＴ制御は、動作点を最大電力点に調整する制御として知られている。しかし、ＭＰＰＴ制御が太陽光発電システム用に構成されている場合、そのＭＰＰＴ制御では特性変換回路の出力電圧－出力電力特性における動作点は最大電力点からずれた点に調整されることがある。このずれは、燃料電池発電システムから直流電力変換装置へと取り出される電力を小さくする。このずれに起因する取り出し電力の減少幅を抑える技術には、採用の価値がある。

また、上記の特性変換回路で用いられる電流センサの個体ばらつきを完全にゼロにするのは容易ではなく、個体ばらつきに由来する誤差が電流センサの検出結果に生じるのを完全に回避するのは容易ではない。このため、上記のような電力システムを量産すると、電力システムごとに特性変換回路の出力電力の最大値がばらつくおそれがある。出力電力の最大値にばらつきがあることは、ＭＰＰＴ制御により特性変換回路から電力を取り出すと、取り出される電力にばらつきが生じることを意味する。

また、別の観点から、燃料電池発電システムから取り出せる電力を状況に応じて調整できれば、便利である。

以下、図面を参照しながら実施形態を詳細に説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明、または、実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。

なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するための提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図していない。

また、実施形態では、第１、第２、第３・・・という序数詞を用いることがある。ある要素に序数詞が付されている場合に、より若番の同種類の要素が存在することは必須ではない。必要に応じて序数詞の番号を変更することができる。

実施形態では、特性変換回路の出力電流、出力電圧および出力電力の組み合わせを、特性変換回路の動作点と称することがある。特性変換回路の出力電力が最大となるときの動作点を、最大電力点と称することがある。特性変換回路の最大電力点における出力電力を、特性変換回路の最大電力と称することがある。
（実施形態）
図１および図２は、本実施形態に係る電力システム３００のブロック図である。具体的には、図１は、系統連系時の電力の流れの例を示している。図２は、停電時の電力の流れの例を示している。これらの図において、実線は、電力が電路を流れていることを表す。点線は、電力が電路を流れていないことを表す。また、ＶAC1およびＶAC2は、交流電圧を表す。交流電圧ＶAC1の実効値は、交流電圧ＶAC2の実効値よりも小さい。交流電圧ＶAC1の実効値は、例えば１００Ｖである。交流電圧ＶAC2の実効値は、例えば２００Ｖである。この例では、交流電圧ＶAC1の電路または経路は、単相２線式の２本の電線により実現されている。また、交流電圧ＶAC2の電路または経路は、単相３線式の３本の電線のうちの２本の非接地線路により実現されている。

電力システム３００は、系統電源２００と連系する。電力システム３００には、系統電源２００から電力が供給され得る。また、電力システム３００は、系統電源２００に電力を逆潮流させ得る。電力システム３００は、パワーステーション１０と、燃料電池発電システム４０と、基板６０と、太陽光発電システム３１および３２と、蓄電装置２５と、電力切替ユニット２８と、第１分電盤８０と、第２分電盤９０と、負荷２５１，２５２および２５３と、コンセント２６０と、を有する。以下では、第１分電盤８０を主分電盤８０と称することがある。また、第２分電盤９０を自立分電盤９０と称することがある。
［パワーステーション１０］
パワーステーション１０は、直流電力変換装置２０と、第１ＤＣバス１１と、第４ＤＣＤＣコンバータ１２と、第１インバータ１３と、を有する。

直流電力変換装置２０は、出力電圧が所定範囲内にあるときに出力電力が最大になる太陽光発電システム対して最大電力点追従制御を実行できるように設計されている。太陽光発電システムは、太陽光発電パネルを用いて発電するシステムである。以下では、最大電力点追従制御を、ＭＰＰＴ制御と称することがある。

直流電力変換装置２０には、太陽光発電システム３１および３２ならびに燃料電池発電システム４０から直流電力が入力される。直流電力変換装置２０から出力された直流電力は、第１ＤＣバス１１に供給される。

具体的には、直流電力変換装置２０は、第１ＤＣＤＣコンバータ２１と、第２ＤＣＤＣコンバータ２２と、第３ＤＣＤＣコンバータ２３と、を有する。第１ＤＣＤＣコンバータ２１には、燃料電池発電システム４０から直流電力が入力される。第２ＤＣＤＣコンバータ２２には、第１太陽光発電システム３１から直流電力が入力される。第３ＤＣＤＣコンバータ２３には、第２太陽光発電システム３２から直流電力が入力される。これらのＤＣＤＣコンバータ２１，２２および２３から出力された直流電力は、第１ＤＣバス１１に供給される。

第４ＤＣＤＣコンバータ１２は、第１ＤＣバス１１から入力された直流電力を、電圧の異なる直流電力に変換する。第４ＤＣＤＣコンバータ１２で変換された直流電力は、蓄電装置２５に供給される。また、第４ＤＣＤＣコンバータ１２は、蓄電装置２５から入力された電力を、電圧の異なる直流電力に変換し、第１ＤＣバス１１に供給する。つまり、第４ＤＣＤＣコンバータ１２は、双方向ＤＣＤＣコンバータである。第４ＤＣＤＣコンバータ１２は、蓄電装置２５の端子電圧が定格範囲となるように動作する。

第１インバータ１３は、直流電力を交流電力に変換する。具体的には、第１インバータ１３は、第１ＤＣバス１１から入力された直流電力を、電圧Ｖ_AC1または電圧Ｖ_AC2の交流電力に変換する。第１インバータ１３で電圧Ｖ_AC1の交流電力が得られる場合、その電力は電力切替ユニット２８に供給される。第１インバータ１３で電圧Ｖ_AC2の交流電力が得られる場合、その電力は、主分電盤８０に供給される。

第１インバータ１３は、系統電源２００から主分電盤８０を介して入力された電圧Ｖ_AC2の交流電力を、直流電力に変換することもできる。こうして得られた直流電力は、第１ＤＣバス１１および第４ＤＣＤＣコンバータ１２を介して蓄電装置２５に供給される。
［太陽光発電システム３１および３２］
本実施形態では、電力システム３００は、出力電圧が所定範囲内にあるときに出力電力が最大になる太陽光発電システムを少なくとも１つ備える。当該少なくとも１つの太陽光発電システムで生成された直流電力は、直流電力変換装置２０に供給される。

具体的に、太陽光発電システム３１および３２は、出力電圧が所定範囲内にあるときに出力電力が最大になる太陽光発電システムに該当する。第１太陽光発電システム３１は、少なくとも１つの太陽光発電パネル３６を有する。第１太陽光発電システム３１は、該少なくとも１つの太陽光発電パネル３６を用いて発電する。第２太陽光発電システム３２は、少なくとも１つの太陽光発電パネル３７を有する。第２太陽光発電システム３２は、該少なくとも１つの太陽光発電パネル３７を用いて発電する。太陽光発電システム３１および３２で生成された直流電力は、直流電力変換装置２０に供給される。
［燃料電池発電システム４０］
燃料電池発電システム４０は、燃料電池４１を用いて発電するシステムである。燃料電池発電システム４０で生成された直流電力は、直流電力変換装置２０に供給され得る。燃料電池発電システム４０で生成された交流電力は、主分電盤８０に供給され得る。

燃料電池発電システム４０は、燃料電池４１と、第５ＤＣＤＣコンバータ４２と、第２ＤＣバス４３と、第２インバータ４４と、第６ＤＣＤＣコンバータ４５と、ヒーター４６と、貯湯ユニット４７と、制御器５１と、低圧電源５２と、補機用電源５５と、を有する。補機用電源５５を、Ｄ１電源５５と称することがある。

燃料電池４１は、直流電力を発電する。具体的には、燃料電池４１はスタックを含む。そして、スタックが、酸素および水素から直流電力を生成する。

第５ＤＣＤＣコンバータ４２は、燃料電池４１で生成された直流電力を、電圧の異なる直流電力に変換する。この例では、第５ＤＣＤＣコンバータ４２は、燃料電池４１で生成された直流電力を昇圧する。昇圧された直流電力は、第２ＤＣバス４３に供給される。

第２インバータ４４は、第２ＤＣバス４３から入力された直流電力を、電圧Ｖ_AC2の交流電力に変換する。第２インバータ４４で得られた交流電力は、主分電盤８０に供給される。

第６ＤＣＤＣコンバータ４５は、第２ＤＣバス４３から入力された直流電力を、電圧の異なる直流電力に変換する。この例では、第６ＤＣＤＣコンバータ４５は、第２ＤＣバス４３から入力された直流電力を降圧する。

ヒーター４６は、第６ＤＣＤＣコンバータ４５で変換された直流電力を用いて、水を温める。温められた水（以下、湯と称することがある）は、貯湯ユニット４７に貯められる。

仮に、燃料電池４１の発電電力が第２インバータ４４の出力先の要求負荷よりも大きいときに、燃料電池発電システム４０が燃料電池４１の発電電力の全てを第２インバータ４４から出力したとする。その場合、第２インバータ４４から出力された電力のうち要求負荷を超える分（以下、余剰電力と称することがある）が系統電源２００に逆潮流されてしまう。逆潮流を避けるために、この例では、余剰電力に所定マージンを加えた電力がゼロよりも大きい場合、その電力を、第２ＤＣバス４３から第６ＤＣＤＣコンバータ４５を介してヒーター４６に供給する。つまり、第６ＤＣＤＣコンバータ４５は、余剰電力用である。また、ヒーター４６は、水を温めつつ、逆潮流を防止する。

制御器５１は、ＤＣＤＣコンバータ４２および４５と、第２インバータ４４と、後述の保護リレー６２とを制御する。本実施形態では、制御器５１は、マイクロコントロールユニット（ＭＣＵ）である。低圧電源５２は、制御器５１と、保護リレー６２と、後述の特性変換回路１００とに、制御用の電力を供給する。Ｄ１電源５５は、ポンプ、ブロワ、弁などの、燃料電池発電システム４０の補機を動かすのに用いられる。
［基板６０］
基板６０は、燃料電池発電システム４０とパワーステーション１０とを接続する経路上に設けられている。基板６０には、燃料電池発電システム４０から、具体的には第２ＤＣバス４３から、直流電力が供給される。基板６０は、特性変換回路１００と、ＬＣフィルタ６１と、保護リレー６２と、を有する。

上述の説明から明らかであるように、特性変換回路１００は、燃料電池発電システム４０と直流電力変換装置２０とを接続する経路上、詳細には直流電力の経路上、に設けられている。

図３Ａおよび図４に、特性変換回路１００の出力特性を示す。図５に特性変換回路１００の第１の例を示す。

図５に示すように、特性変換回路１００は、電圧電流制御回路１６０と、電流センサ１２８と、可変出力電源１２３と、を含む。

電圧電流制御回路１６０は、ＤＣＤＣコンバータである。電圧電流制御回路１６０は、燃料電池発電システム４０と電流センサ１２８の間に設けられている。具体的には、電圧電流制御回路１６０は、第２ＤＣバス４３と電流センサ１２８の間に設けられている。

電流センサ１２８は、特性変換回路１００の出力電流の検出を行う。電流センサ１２８は、その検出の結果を表すセンサ出力を出力する。電流センサ１２８は、特性変換回路１００の出力電流が大きくなるほどセンサ出力を大きく出力する。つまり、センサ出力は、特性変換回路１００の出力電流が大きくなるほど大きくなる。本実施形態では、センサ出力は、第１センサ電圧Ｖ１である。電流センサ１２８は、第１センサ電圧Ｖ１を出力するセンサ出力部１２８ａを含む。

可変出力電源１２３は、可変出力を出力する。本実施形態では、可変出力は、可変電圧Ｖ４である。可変出力電源１２３は、例えば、制御器５１のデジタル－アナログポートである。

特性変換回路１００において、第１回路１１０と、第２回路１２０と、が設けられている。第１回路１１０は、センサ出力が大きくなるほど特性変換回路１００の出力電力を大きくする第１フィードバック制御を実行する。第２回路１２０は、センサ出力が大きくなるほど特性変換回路１００の出力電力を小さくする第２フィードバック制御を、第１回路１１０と協働して実行する。特性変換回路１００において、フィードバック電流供給部１３０も設けられている。

具体的には、第１回路１１０は、上記第１フィードバック制御を、電圧電流制御回路１６０および電流センサ１２８と協働して実行する。第２回路１２０は、第２フィードバック制御を、第１回路１１０および電圧電流制御回路１６０と協働して実行する。

特性変換回路１００の（ａ）の出力電圧－出力電力特性は、図３Ａに示すような、特性変換回路１００の出力電圧が所定範囲内の値であるときに特性変換回路１００の出力電力が最大となる出力電圧－出力電力特性である。また、（ａ）の出力電圧－出力電流特性は、図３Ａおよび図４に示すような、特性変換回路１００の出力電圧がある値を跨ぐ領域において特性変換回路１００の出力電圧が大きくなるほど特性変換回路１００の出力電流が小さくなる出力電圧－出力電流特性である。ここで、特性変換回路１００の出力電圧が上記ある値を跨ぐ領域は、特性変換回路１００の出力電圧が上記ある値より小さい第１の値から上記ある値より大きい第２の値までの領域である。

上述のとおり、直流電力変換装置２０は、出力電圧が所定範囲内にあるときに出力電力が最大になる太陽光発電システムのＭＰＰＴ制御を実行できるように設計されている。本実施形態では、特性変換回路１００は、出力電圧がその所定範囲内の値であるときに出力電力が最大となる上記（ａ）の出力電圧－出力電力特性を有する。また、本実施形態では、特性変換回路１００は、出力電圧がある値を跨ぐ領域において特性変換回路１００の出力電圧が大きくなるほど特性変換回路１００の出力電流が小さくなる出力電圧－出力電流特性を有する。燃料電池発電システムの出力電圧－出力電力特性は、ＭＰＰＴ制御による電力の取り出しに必ずしも適していない。しかし、上記（ａ）の出力電圧－出力電力特性、および、出力電圧－出力電流特性を有する特性変換回路１００は、直流電力変換装置２０を用いてＭＰＰＴ制御を実行することにより燃料電池発電システム４０から直流電力変換装置２０に電力を取り出すことを可能にする。

また、特性変換回路１００によれば、ＭＰＰＴ制御に基づいて燃料電池発電システム４０から直流電力変換装置２０に大きな電力を取り出し易い。以下、この点について、図３Ａおよび図３Ｂを参照しながら説明する。

上述のように、特性変換回路１００の出力電圧が上記ある値を跨ぐ領域において特性変換回路１００の出力電圧が大きくなるほど特性変換回路１００の出力電流が小さくなる出力電圧－出力電流特性をもたらす。この出力電圧－出力電流特性により、図３Ａに示すように、特性変換回路１００の出力電圧－出力電力特性のグラフは、上記ある値を跨ぐ領域において、出力電圧に対して出力電力が上に凸の曲線状となる。

仮に、特性変換回路１００の出力電圧－出力電力特性のグラフが。図３Ｂに示すような、出力電圧に対して出力電力が上に凸の直線状であったとする。この場合において、ＭＰＰＴ制御を実行したものの、動作点が最大電力点からずれた点に調整されたとする。具体的には、特性変換回路１００の出力電圧が、最大電力点の出力電圧Ｖtargetからずれた電圧Ｖrealに調整されたとする。この場合、特性変換回路１００の出力電力は、動作点が最大電力点に調整された場合に比べ、減少する。図３Ｂでは、この減少幅をδＰBと記載する。

一方、図３Ａの例においても、特性変換回路１００の出力電圧が最大電力点の出力電圧Ｖtargetからずれた電圧Ｖrealに調整されると、特性変換回路１００の出力電力は、動作点が最大電力点に調整された場合と比べ、減少する。図３Ａでは、この減少幅をδＰAと記載する。

上述のように、特性変換回路１００の出力電圧－出力電力特性のグラフが直線状である場合も曲線状である場合も、動作点が最大電力点からずれると、特性変換回路１００の出力電力は減少する。しかし、その減少幅は異なる。具体的には、図３Ａの場合の減少幅δＰAは、図３Ｂの減少幅δＰBよりも小さい。このように、出力電圧－出力電力特性のグラフが上に凸の曲線状であることは、上記のずれに起因する出力電力の減少幅を抑え、燃料電池発電システム４０から直流電力変換装置２０へと取り出される電力の減少幅を抑える観点から有利である。

現実のＭＰＰＴ制御には、山登り法の他、取り出し電圧を予め定められた電圧に制御するものもあり、そのような制御では動作点を最大電力点に高い精度で一致させることは必ずしも容易ではない。山登り法でも、制御の分解能によっては安定的に最大電力を取り出せない場合もあり得る。このため、出力電圧－ 出力電力特性のグラフが上に凸の曲線状であることは、ＭＰＰＴ制御の方式および分解能に起因する出力電力の減少幅を抑えることができる点で、現実にメリットがある。

また、ユーザーが、ある業者から特性変換回路１００を購入し、別の業者からＭＰＰＴ制御を行う直流電力変換装置２０を購入することもあり得る。その場合、特性変換回路１００は、特性変換回路１００の設計者からみて不明な性能を有する直流電力変換装置２０に接続されることになる。この場合は、特性変換制御とＭＰＰＴ制御とが完全には適合していないことが原因で、動作点が最大電力点からずれた点に調整されることがあり得る。このことからも、出力電圧－出力電力特性のグラフが上に凸の曲線状であることは、現実にメリットがあると言える。また、出力電圧－出力電力特性のグラフが凸の曲線状であることは、特性変換回路１００のコンパティビリティを高め、採用可能な直流電力変換装置２０の制約を小さくするとも言える。

また、（ｂ）の出力電流－出力電力特性は、図３Ａおよび図４に示すような、特性変換回路１００の出力電流が切替電流ｉswであるときに特性変換回路１００の出力電力が最大となる出力電圧－出力電力特性である。ここで、切替電流ｉswは、第１フィードバック制御と第２フィードバック制御とが切り替わるときの特性変換回路１００の出力電流である。

切替電流ｉswは、電流センサによる特性変換回路１００の出力電流の検出の誤差に依存するとともに、可変出力を変化させると変化する。

電流センサ１２８に個体ばらつきがあると、電流センサ１２８の検出に誤差が生じ得る。つまり、センサ出力に誤差が生じ得る。誤差を有するセンサ出力が特性変換回路１００における制御に用いられると、切替電流ｉswが目標値（以下、目標電流と称することがある）からずれるおそれがある。切替電流ｉswがずれると、図３Ａおよび図４に示す最大電力点が目標点からずれるおそれがある。最大電力点がずれると、特性変換回路１００の最大電力が目標値（以下、目標電力と称することがある）からずれるおそれがある。

この点、本実施形態によれば、可変出力を変化させることにより、切替電流ｉswを調整できる。これにより、切替電流ｉswの目標電流からのずれを小さくし、最大電力点の目標点からのずれを小さくし、最大電力の目標電力からのずれを小さくすることができる。また、可変出力を調整して切替電流ｉswを調整することにより、状況に応じて特性変換回路１００の最大電力を調整することも可能である。例えば、直流電力変換装置２０に接続された太陽光発電システムの発電電力が小さい場合には上記最大電力を大きくし、太陽光発電システムの発電電力が大きい場合には上記最大電力を小さくすることができる。また、燃料電池発電システム４０の最大出力電力は、例えば燃料電池４１のスタックの経年劣化等によって、低下する場合がある。そのような場合に、特性変換回路１００から出力される最大電力を低下させることによって、該最大電力を燃料電池発電システム４０が供給可能な範囲内に収めることができる。

最大電力の目標電力からのずれを小さくすることにより、ＭＰＰＴ制御により特性変換回路１００から電力を取り出すときに、取り出される電力の目標電力からのずれを小さくすることができる。状況に応じて特性変換回路１００の最大電力を調整することにより、ＭＰＰＴ制御により特性変換回路１００から電力を取り出すときに、取り出される電力を状況に応じた値に調整することができる。例えば、直流電力変換装置２０に接続された太陽光発電システムの発電電力が小さい場合には取り出される電力を大きくし、太陽光発電システムの発電電力が大きい場合には上記取り出される電力を小さくすることができる。また、燃料電池発電システム４０の最大出力電力が低下した場合に、上記取り出される電力を小さくすることができる。

典型的には、特性変換回路１００出力電圧－出力電力特性は、出力電圧に対して出力電力が単一ピークを有する特性である。上記（ａ）の出力電圧－出力電力特性、および、出力電圧－出力電流特性は、そのような特性を示している。

特性変換回路１００の出力特性について、さらに説明する。

図３Ａにおいて、実線は、特性変換回路１００の出力電圧と特性変換回路１００の出力電力との関係すなわち出力電圧－出力電力特性を表す。破線は、特性変換回路１００の出力電圧と特性変換回路１００の出力電流との関係すなわち出力電圧－出力電流特性を表す。

図３Ａから理解されるように、本実施形態では、第１フィードバック制御と第２フィードバック制御により、特性変換回路１００は、特性変換回路１００の出力電圧が上記ある値よりも大きく開放電圧よりも小さい領域において、特性変換回路１００の出力電圧が大きくなるほど特性変換回路１００の出力電流が小さくなる出力電圧－出力電流特性をもたらす。また、特性変換回路１００の出力電圧が０よりも大きく上記ある値よりも小さい領域において、特性変換回路１００の出力電圧が大きくなるほど特性変換回路１００の出力電流が小さくなる出力電圧－出力電流特性をもたらす。ここで、開放電圧は、特性変換回路１００の出力電流がゼロであるときの特性変換回路１００の出力電圧である。

これらのフィードバック制御が相俟って、特性変換回路１００の出力電圧－出力電流特性は、図３Ａおよび図４の破線に示すものとなる。結果として、特性変換回路１００の出力電圧－出力電力特性は、図３Ａの実線に示すような、単一ピークを有する上に凸のものとなる。

上述のように、特性変換回路１００の上に凸である出力電圧－出力電力特性は、直流電力変換装置２０によるＭＰＰＴ制御を可能にする。特性変換回路１００のＭＰＰＴ制御は、直流電力変換装置２０によって実行され得る。

この例の電力変換装置２０では、第１ＤＣＤＣコンバータ２１は、ＭＰＰＴ制御によって、特性変換回路１００の出力電圧を変化させる。第２ＤＣＤＣコンバータ２２は、ＭＰＰＴ制御によって、第１太陽光発電システム３１の出力電圧を変化させる。第３ＤＣＤＣコンバータ２３は、ＭＰＰＴ制御によって、第２太陽光発電システム３２の出力電圧を変化させる。このように、この例では、太陽光発電システム３１および３２ならびに特性変換回路１００を個別にＭＰＰＴ制御するマルチストリング型の直流電力変換装置２０が実現されている。ただし、直流電力変換装置は、これらを一括してＭＰＰＴ制御する集中型のものであってもよい。

特性変換回路１００の構成について、さらに説明する。

図５に示すように、第１回路１１０は、第１抵抗１２１と、第２抵抗１２２と、第６抵抗４００と、電流センサ１２８と、第１シャントレギュレータ１２５と、を有する。第２回路１２０は、電流センサ１２８と、第６抵抗４００と、センサ電圧調整回路１２０ａと、電圧電流変換回路１２０ｂと、を有する。電流センサ１２８および第６抵抗４００は、第１回路１１０および第２回路１２０によって共有されている。フィードバック電流供給部１３０は、電流供給電源１３１と、第３抵抗１３２と、を有する。本実施形態では、電流供給電源１３１は、定電圧源である。

電圧電流制御回路１６０は、電流供給電源１３１から流出する電流が小さいほど、電圧電流制御回路１６０の入力電圧に対する出力電圧の比率を大きくする。このように、特性変換回路１００は、電流供給電源１３１から流出する電流に応じて上記比率が調整されるようになっている。

第１回路１１０の電流センサ１２８が出力する第１センサ電圧Ｖ１について、数式を用いつつさらに説明する。

図７に、本実施形態の電流センサ１２８を示す。電流センサ１２８は、シャント抵抗１２８ｒと、電流センスアンプ１２８ｓと、を含む。シャント抵抗１２８ｒの抵抗値は、Ｒsenceである。シャント抵抗１２８ｒに電流Ｉloadが流れると、シャント抵抗１２８ｒに電圧Ｒsence＊Ｉloadがかかる。電流センスアンプ１２８ｓは、電圧Ｒsence＊ＩloadにゲインＧを乗じた電圧と、バイアス電圧Ｖbiasと、の合計電圧を、第１センサ電圧Ｖ１として出力する。

つまり、本実施形態の電流センサ１２８が生成する第１センサ電圧Ｖ１は、（数１）で与えられる。ただし、電流センサ１２８としてホール素子方式の電流センサ等の他の電流センサを用い、その電流センサの出力を第１センサ電圧Ｖ１として用いてもよい。なお、電流Ｉloadは、特性変換回路１００の出力電流に対応する。「＊」は、乗算を表す記号である。

図６を参照して、本実施形態の第１シャントレギュレータ１２５についてさらに説明する。第１シャントレギュレータ１２５は、第１参照電圧端子１２５ａと、第１カソード１２５Ｋと、第１アノード１２５Ａと、第１基準電圧源１２５ｓと、第１オペアンプ１２５оと、第１トランジスタ１２５ｔと、を含む。第１オペアンプ１２５оは、非反転増幅端子１２５оａと、反転増幅端子１２５оｂと、出力端子１２５оｃと、を含む。第１トランジスタ１２５ｔは、カソード側端子１２５ｔａと、アノード側端子１２５ｔｂと、制御端子１２５ｔｃと、を含む。非反転増幅端子１２５оａには、第１参照電圧端子１２５ａに入力された電圧が供給される。反転増幅端子１２５оｂの電圧は、第１基準電圧源１２５ｓによって、第１アノード１２５Ａの電圧よりも第１基準電圧Ｖs1だけ高い電圧に設定されている。第１参照電圧端子１２５ａに第１基準電圧Ｖs1よりも大きい電圧が入力されることによって非反転増幅端子１２５оａの電圧が反転増幅端子１２５оｂよりも電圧が大きくなると、出力端子１２５оｃから制御端子１２５ｔｃに電流が流れ、第１カソード１２５Ｋからカソード側端子１２５ｔａおよびアノード側端子１２５ｔｂをこの順に介して第１アノード１２５Ａへと第１電流ｉ１が流れる。図６の例では、第１トランジスタ１２５ｔは、バイポーラトランジスタであり、具体的にはＮＰＮトランジスタである。カソード側端子１２５ｔａは、コレクタである。アノード側端子１２５ｔｂは、エミッタである。制御端子１２５ｔｃは、ベースである。なお、この説明では、出力端子１２５оｃと制御端子１２５ｔｃの間で流れる電流、具体的にはベース電流、は十分に小さいものとして無視している。

図６を用いた上述記の説明から、第１シャントレギュレータ１２５により、第１参照電圧Ｖref1は、一定の第１基準電圧Ｖs1に追従する。

また、第１接続点ｐ１に現れる電圧を、第１参照電圧Ｖref1と称することがある。第１参照電圧Ｖref1が、第１シャントレギュレータ１２５の第１参照電圧端子１２５ａに入力される。第１参照電圧端子１２５ａに入力される第１参照電圧Ｖref1が大きいほど、電流供給電源１３１、第３抵抗１３２、第１シャントレギュレータ１２５および基準電位をこの順に流れる電流ｉ１は、大きくなる。図６において、電流ｉ１は、第１シャントレギュレータ１２５を図示下向きに流れる電流である。以下、電流ｉ１を、第１電流ｉ１と称することがある。

図５に示した第１回路１１０において、特性変換回路１００の出力電圧Ｖoutは、以下の（数２）で与えられる。ここで、Ｒ１２１は第１抵抗１２１の抵抗値であり、Ｒ１２２は第２抵抗１２２の抵抗値であり、Ｒ４００は第６抵抗４００の抵抗値である。

（数２）から理解されるように、特性変換回路１００の出力電流が大きくなり第１センサ電圧Ｖ１が大きくなると、出力電圧Ｖoutは小さくなる。このように、第１センサ電圧Ｖ１は、出力電圧Ｖoutを調整するように作用する。

すなわち、第１回路１１０による第１フィードバック制御において、第１センサ電圧Ｖ１が大きくなると、電流センサ１２８から第６抵抗４００および接続点ｐｓをこの順に介して第１接続点ｐ１に流れる電流が大きくなる。第１シャントレギュレータ１２５により、第１参照電圧Ｖref1は、一定の第１基準電圧Ｖs1に追従する。この追従を実現するために、第２抵抗１２２には、一定の電流が流れる。このことは、第６抵抗４００を第１接続点ｐ１に向かって流れる上記電流が大きくなると、第１抵抗１２１を第１接続点ｐ１に向かって流れる電流が小さくなることを意味する。この電流が小さくなるということは、第１抵抗１２１で生じる電圧が小さくなることを意味する。

図５を参照した説明を踏まえて、第１回路１１０の動作を以下のように説明できる。特性変換回路１００の出力電流が大きくなると、第１接続点ｐ１の電圧が第１参照電圧Ｖref1に追従した状態で第１抵抗１２１で生じる電圧が小さくなる。その結果、特性変換回路１００の出力電圧Ｖoutが小さくなる。このようにして、第１フィードバック制御により、図３Ａおよび図４に示すような、特性変換回路１００の出力電圧が大きくなるほど特性変換回路１００の出力電流が小さくなる出力電圧－出力電流特性が得られる。

また、第１フィードバック制御により、特性変換回路１００の開放電圧が制御される。ここで、開放電圧は、特性変換回路１００の出力電流がゼロであるときの特性変換回路１００の出力である。特性変換回路１００の出力電流がゼロなので、（数１）においてIloadがゼロになり、Ｖ１はバイアス電圧Ｖbiasに等しくなる。したがって、（数２）で規定される開放電圧に設定される。このように、本実施形態では、第１シャントレギュレータ１２５と電圧電流制御回路１６０の働きにより、電圧電流制御回路１６０の出力電圧Ｖoutが（数２）によって決まる電圧になるように第１電流ｉ１が制御されることにより、開放電圧が規定値に設定される。

図５に戻って、第２回路１２０のセンサ電圧調整回路１２０ａは、可変出力電源１２３と、入力抵抗Ｒ１と、帰還抵抗Ｒ２と、センサ電圧調整オペアンプ１２４と、を含む。

上述のとおり、電流センサ１２８は、第１センサ電圧Ｖ１を出力する。可変出力電源１２３は、可変電圧Ｖ４を出力する。センサ電圧調整回路１２０ａは、第１センサ電圧Ｖ１および可変電圧Ｖ４に応じて変化する第２センサ電圧Ｖ２を生成する。

電流センサ１２８に個体ばらつきがあると、第１センサ電圧Ｖ１に誤差が生じ得る。誤差を有する第１センサ電圧Ｖ１が特性変換回路１００における制御に用いられると、切替電流ｉswが目標電流からずれ、最大電力点が目標点からずれ、特性変換回路１００の最大電力が目標電力からずれるおそれがある。この点、本実施形態によれば、第１センサ電圧Ｖ１および可変電圧Ｖ４が反映された第２センサ電圧Ｖ２を生成できる。適切に設定された可変電圧Ｖ４が反映された第２センサ電圧Ｖ２を特性変換回路１００における制御に用いることにより、切替電流ｉswの目標電流からのずれを小さくし、最大電力点の目標点からのずれを小さくし、最大電力の目標電力からのずれを小さくすることができる。また、可変電圧Ｖ４を調整して切替電流ｉswを調整することにより、状況に応じて特性変換回路１００の最大電力を調整することも可能である。

具体的には、センサ電圧調整オペアンプ１２４は、センサ入力端子１２４ａと、可変電圧入力端子１２４ｂと、第２センサ電圧出力端子１２４ｃと、を含む。センサ入力端子１２４ａは、入力抵抗Ｒ１を介してセンサ出力部１２８ａに接続されている。可変電圧入力端子１２４ｂには、可変電圧Ｖ４が入力される。第２センサ電圧出力端子１２４ｃは、帰還抵抗Ｒ２を介してセンサ入力端子１２４ａに接続されている。センサ電圧調整オペアンプ１２４は、センサ入力端子１２４ａおよび可変電圧入力端子１２４ｂの電圧差に基づいて第２センサ電圧Ｖ２を生成し、第２センサ電圧出力端子１２４ｃから第２センサ電圧Ｖ２を出力する。

具体的には、センサ入力端子１２４ａは、反転増幅端子である。可変電圧入力端子１２４ｂは、非反転増幅端子である。

第２回路１２０の電圧電流変換回路１２０ｂは、電圧供給電源１２９と、介在抵抗Ｒ３と、トランジスタ駆動オペアンプ１２６と、調整電流出力トランジスタ１２７と、を含む。電圧供給電源１２９は、閾値電圧Ｖ３を出力する。本実施形態では、電圧供給電源１２９は、定電圧源である。

電圧電流変換回路１２０ｂでは、第１センサ電圧Ｖ１が大きくなることによって第２センサ電圧Ｖ２が閾値電圧Ｖ３を跨いで変化したときに調整電流ｉ３が流れ始める。調整電流ｉ３が流れ始めたときに、第１フィードバック制御から第２フィードバック制御に切り替わる。電流が流れ始めるタイミングで制御が切り替えられる特性変換回路１００は、設計し易い。

具体的には、トランジスタ駆動オペアンプ１２６は、電源入力端子１２６ａと、第２センサ電圧入力端子１２６ｂと、制御電圧出力端子１２６ｃと、を含む。電源入力端子１２６ａは、介在抵抗Ｒ３を介して電圧供給電源１２９に接続されている。第２センサ電圧入力端子１２６ｂには、第２センサ電圧Ｖ２が入力される。トランジスタ駆動オペアンプ１２６は、電源入力端子１２６ａおよび第２センサ電圧入力端子１２６ｂの電圧差に基づいて制御電圧Ｖcを生成し、制御電圧出力端子１２６ｃから制御電圧Ｖcを出力する。

具体的には、電源入力端子１２６ａは、反転増幅端子である。第２センサ電圧入力端子１２６ｂは、非反転増幅端子である。

調整電流出力トランジスタ１２７は、制御端子１２７ｃと、第１端子１２７ａと、第２端子１２７ｂと、を含む。制御端子１２７ｃには、制御電圧Ｖcが入力される。第１端子１２７ａは、介在抵抗Ｒ３を介して電圧供給電源１２９に接続されている。第２端子１２７ｂは、調整電流ｉ３を出力する。

図５の例では、調整電流出力トランジスタ１２７は、バイポーラトランジスタであり、具体的にはＰＮＰトランジスタである。制御端子１２７ｃは、ベースである。第１端子１２７ａは、エミッタである。第２端子１２７ｂは、コレクタである。

第２回路１２０の第１センサ電圧Ｖ１、第２センサ電圧Ｖ２、調整電流ｉ３および出力電圧Ｖoutについて、数式を用いつつさらに説明する。

センサ電圧調整回路１２０ａでは、センサ電圧調整オペアンプ１２４を用いた差分増幅により、第２センサ電圧Ｖ２が生成される。第２センサ電圧Ｖ２は、以下の（数３）で与えられる。ここで、Ｒ１は、入力抵抗Ｒ１の抵抗値である。Ｒ２は、帰還抵抗Ｒ２の抵抗値である。

電圧電流変換回路１２０ｂでは、トランジスタ駆動オペアンプ１２６は、Ｖ２＜Ｖ３のときには、バーチャルショートにより電源入力端子１２６ａの電圧が第２センサ電圧入力端子１２６ｂの電圧に追従するように、調整電流出力トランジスタ１２７を駆動させる。具体的には、トランジスタ駆動オペアンプ１２６は、Ｖ２＜Ｖ３のときには、電源入力端子１２６ａの電圧が第２センサ電圧Ｖ２となり、閾値電圧Ｖ３と第２センサ電圧Ｖ２との電圧差Ｖ３－Ｖ２が介在抵抗Ｒ３にかかり、かつ、介在抵抗Ｒ３から第１端子１２７ａへと電流（Ｖ３－Ｖ２）／Ｒ３が流れるように、制御端子１２７ｃを駆動する。より具体的には、この駆動時に、制御電圧出力端子１２６ｃと制御端子１２７ｃの間で電流が流れる。ここで、Ｒ３は、介在抵抗Ｒ３の抵抗値である。Ｖ２＜Ｖ３のときには、調整電流ｉ３は、以下の（数４）で与えられる。Ｖ２≧Ｖ３のときには、調整電流ｉ３は、以下の（数５）で与えられる。なお、（数４）では、制御電圧出力端子１２６ｃと制御端子１２７ｃの間で流れる電流、図５の例ではベース電流、は十分に小さいものとして無視している。

図５の例では、トランジスタ駆動オペアンプ１２６は、調整電流出力トランジスタ１２７の端子１２７ｃ－１２７ａ間電圧の温度による変化により調整電流ｉ３が変化することを抑制している。具体的には、仮に、トランジスタ１２７の制御端子１２７ｃに第２センサ電圧Ｖ２が直接供給されると、第１端子１２７ａの電圧は、第２センサ電圧Ｖ２に端子１２７ｃ－１２７ａ間電圧を足し合わせた値となるため、端子１２７ｃ－１２７ａ間電圧の影響を受けることになる。これに対し、本実施形態では、オペアンプ１２６の端子１２６ａおよび１２６ｂがバーチャルショートしているため、第１端子１２７ａの電圧と第２センサ電圧Ｖ２とは実質的に同一となり、調整電流ｉ３は端子１２７ｃ－１２７ａ間電圧の影響を実質的に受けなくなる。先に述べた通り、具体的には、制御端子１２７ｃは、ベースである。第１端子１２７ａは、エミッタである。第２端子１２７ｂは、コレクタである。端子１２７ｃ－１２７ａ間電圧は、ベース－エミッタ間電圧である。

図６を用いた上述の説明から理解されるように、第１シャントレギュレータ１２５により、第１参照電圧Ｖref1は、一定の第１基準電圧Ｖs1に追従する。出力電圧Ｖoutは、以下の（数６）で与えられる。ここで、（数２）と同様に、Ｒ１２１は、第１抵抗１２１の抵抗値である。Ｒ１２２は、第２抵抗１２２の抵抗値であり、Ｒ４００は第６抵抗４００の抵抗値である。（数６）は、電流センサ１２８からのセンサ出力（第１センサ電圧Ｖ１）が大きくなるほど、また、調整電流ｉ３が大きくなるほど特性変換回路１００の出力電圧Ｖoutが小さくなることを示している。

（数６）、および、図４から理解されるように、調整電流ｉ３が流れると、出力電圧Ｖoutは小さくなる。このように、調整電流ｉ３は、出力電圧Ｖoutを調整するように作用する。調整電流ｉ３を、出力電圧調整電流ｉ３と称することができる。また、第２回路１２０を、調整回路と称することができる。

本実施形態では、燃料電池発電システム４０の出力特性の変換を、第１回路１１０および第２回路１２０を用いて行う。ソフトウエアが担い得る役割を回路で担うことは、制御構成の簡易化、コスト等の観点から有利であることが多い。また、このことにより、ソフトウエアの設計を回避でき、ソフトウエアでバグが生じるリスクを回避できる。

また、回路を用いて特性変換を行う方式は、燃料電池発電システムと相性がよい。具体的には、燃料電池発電システムの出力電圧および出力電力は、風力発電システム等とは異なり、一定に維持し易い。一具体例では、燃料電池発電システムの出力電圧および出力電力は、定格発電において一定に維持される。このため、特性変換回路に接続される発電システムが燃料電池発電システムである場合、特性変換の特性を発電システムの出力電圧および／または出力電力に応じて変更する必要性が低く、回路を用いて特性変換を行う方式を採用し易い。
［電流センサ１２８の個体ばらつきとその抑制］
上述のとおり、電流センサ１２８には、個体ばらつきがあることがある。図８および図９を参照しつつ、個体ばらつきの影響について、詳細に説明する。

本実施形態では、電流センサ１２８は、図７に示した構成を有する。電流センサ１２８の抵抗値Ｒsenceは、理想的には基準値である。しかし、抵抗値Ｒsenceには、公差の範囲の誤差があり得る。本実施形態では、電流センサ１２８は、シャント抵抗１２８ｒの抵抗値が基準値よりも大きいときには、シャント抵抗１２８ｒの抵抗値が基準値であるときに比べ、大きい第１センサ電圧Ｖ１を出力するように構成されている。

図８において、横軸は、特性変換回路１００の出力電流を示す。「特性変換回路の出力電圧（０）」は、シャント抵抗１２８ｒの抵抗値Ｒsenceが基準値にあるときの、特性変換回路１００の出力電圧を示す。「特性変換回路の出力電圧（＋）」は、抵抗値Ｒsenceが基準値よりも大きいときの、同出力電圧を示す。「特性変換回路の出力電圧（－）」は、抵抗値Ｒsenceが基準値よりも小さいときの、同出力電圧を示す。「調整電流ｉ３（０）」は、シャント抵抗１２８ｒの抵抗値Ｒsenceが基準値にあるときの、調整電流ｉ３を示す。「調整電流ｉ３（＋）」は、抵抗値Ｒsenceが基準値よりも大きいときの、調整電流ｉ３を示す。「調整電流ｉ３（－）」は、抵抗値Ｒsenceが基準値よりも小さいときの、調整電流ｉ３を示す。「特性変換回路の出力電力（０）」は、抵抗値Ｒsenceが基準値にあるときの、特性変換回路１００の出力電力を示す。「特性変換回路の出力電力（＋）」は、抵抗値Ｒsenceが基準値よりも大きいときの、同出力電力を示す。「特性変換回路の出力電力（－）」は、抵抗値Ｒsenceが基準値よりも小さいときの、同出力電力を示す。「切替電流ｉsw（０）」は、抵抗値Ｒsenceが基準値にあるときの、切替電流ｉswを示す。「切替電流ｉsw（＋）」は、抵抗値Ｒsenceが基準値よりも大きいときの、切替電流ｉswを示す。「切替電流ｉsw（－）」は、抵抗値Ｒsenceが基準値よりも小さいときの、切替電流ｉswを示す。上述のとおり、切替電流ｉswは、第１フィードバック制御と第２フィードバック制御とが切り替わるときの特性変換回路１００の出力電流である。

抵抗値Ｒsenceが基準値であるとき、最大電力点は、目標点にある。この状況は、図３Ａおよび図４に示したとおりである。

抵抗値Ｒsenceが基準値にあるとき、切替電流ｉswは、目標電流に一致する。「切替電流ｉsw（０）」が、目標電流に対応する。抵抗値Ｒsenceが基準値よりも大きいと、抵抗値Ｒsenceが基準値にあるときに比べ、切替電流ｉswは小さい。反対に、抵抗値Ｒsenceが基準値よりも小さいと、抵抗値Ｒsenceが基準値にあるときに比べ、切替電流ｉswは大きい。

抵抗値Ｒsenceが基準値にあるとき、特性変換回路１００の最大電力は、目標電力に一致する。特性変換回路１００の出力電流が「切替電流ｉsw（０）」であるときの「特性変換回路の出力電力（０）」が、目標電力に対応する。抵抗値Ｒsenceが基準値よりも大きいと、抵抗値Ｒsenceが基準値にあるときに比べ、最大電力は小さい。反対に、抵抗値Ｒsenceが基準値よりも小さいと、抵抗値Ｒsenceが基準値にあるときに比べ、最大電力は大きい。
［可変電圧Ｖ４の調整の仕方の例］
図７に示されているように、シャント抵抗１２８ｒの抵抗値Ｒsenceの個体ばらつきは、特性変換回路１００の最大電力点のばらつきをもたらす。最大電力点のばらつきは、切替電流ｉswおよび最大電力のばらつきをもたらす。

この点、本実施形態では、可変電圧Ｖ４を調整することにより、特性変換回路１００の切替電流ｉswを調整し、最大電力を調整することができる。

例えば、抵抗値Ｒsenceが基準値よりも小さい場合には、抵抗値Ｒsenceが基準値にある場合に比べて可変電圧Ｖ４を小さくして切替電流ｉswを調整することで、最大電力を目標電力に近づけることができる。

反対に、抵抗値Ｒsenceが基準値よりも大きい場合には、抵抗値Ｒsenceが基準値にある場合に比べて可変電圧Ｖ４を大きくして切替電流ｉswを調整することで、最大電力を目標電力に近づけることができる。

ここで、（数３）から理解されるように、可変電圧Ｖ４を大きくすると、第２センサ電圧Ｖ２は大きくなる。反対に、可変電圧Ｖ４を小さくすると、第２センサ電圧Ｖ２は小さくなる。

第２センサ電圧Ｖ２を大きくすると、特性変換回路１００の出力電流がより大きいときに調整電流ｉ３が流れ始めるようになる。反対に、第２センサ電圧Ｖ２を小さくすると、特性変換回路１００の出力電流がより小さいときに調整電流ｉ３が流れ始めるようになる。可変電圧Ｖ４を調整して第２センサ電圧Ｖ２を調整することにより、切替電流ｉswを調整できることを示している。この調整により、最大電力が調整される。

次に、可変電圧Ｖ４の調整が、調整電流ｉ３および最大電力を変化させ得ることについて、図９を参照しながらさらに説明する。

可変電圧Ｖ４の調整にあたっては、一例として、特性変換回路１００の出力に出力電力を測定するための電力計、および、負荷としての電子負荷装置を接続する。

図９（ａ）に示すように、特性変換回路１００を動作させ、電力負荷装置により特性変換回路１００からの出力電流を徐々に増加させ、特性変換回路１００の出力が目標値（最大電力点）になるように調整する。次に、可変電圧Ｖ４を徐々に下げ、切替電流ｉswを小さくすることで、特性変換回路１００の出力電圧を最大電力点（目標値）に調整する。

図９の（ｂ）に、調整電流ｉ３ａおよび切替電流ｉswaを示す。電流ｉ３ａは、可変電圧Ｖ４および第２センサ電圧Ｖ２の調整後の調整電流ｉ３である。電流ｉswaは、このときの切替電流ｉswである。

可変電圧Ｖ４の調整により、切替電流ｉswを調整することにより、最大電力点を抵抗値Ｒsenceが基準値にあるときの値に近づけることができる。

また、（数１）、（数３）、および、（数４）から、抵抗値Ｒsenceと調整電流ｉ３の関係は（数７）で与えられる。

（数７）より、図８に示したように、抵抗値Ｒsenceが大きいと調整電流ｉ３の傾きが大きくなり、反対に抵抗値Ｒsenceが小さいと調整電流ｉ３の傾きが小さくなる。

また、電流センサ１２８が図７に示す構成を有する場合、バイアス電圧Ｖbiasの個体ばらつきもまた、特性変換回路１００の最大電力点のばらつきをもたらし得る。電流センサ１２８がホール素子方式の電流センサ等の他のセンサである場合も、電流センサ１２８の個体ばらつきに由来する誤差が、特性変換回路１００の最大電力点のばらつきをもたらし得る。しかし、これらの場合も、シャント抵抗１２８ｒの抵抗値Ｒsenceにばらつきがある場合と同様、可変電圧Ｖ４の調整により、特性変換回路１００の最大電力点を目標点に近づけ、切替電流ｉswおよび最大電力を目標電流および目標電力に近づけることができる。
［状況に応じた特性変換回路１００の最大電力の調整］
可変出力の調整により、状況に応じて特性変換回路１００の最大電力を調整することも可能である。一例では、直流電力変換装置２０に接続された太陽光発電システムの発電状況に応じて、可変出力が調整される。以下、そのような例について、説明する。

本実施形態の電力システム３００は、制御器５１を備えている。本実施形態では、具体的には、燃料電池発電システム４０は、制御器５１を含んでいる。ただし、制御器５１は、燃料電池発電システム４０に含まれていなくてもよい。

一具体例では、制御器５１は、少なくとも１つの太陽光発電システムの発電出力に応じて、可変出力を変化させる。このようにすれば、太陽光発電システムの発電出力に応じて特性変換回路１００の出力電力を調整できる。

発電出力は、例えば、発電電圧、発電電力、発電電流等である。少なくとも１つの太陽光発電システムの発電出力は、少なくとも１つの太陽光発電システムに含まれた１つの太陽光発電システムの発電出力であってもよく、少なくとも１つの太陽光発電システムに含まれた複数の太陽光発電システムの発電出力により定まる値であってもよく、少なくとも１つの太陽光発電システムに含まれた全ての太陽光発電システムの発電出力により定まる値であってもよい。複数のまたは全ての太陽光発電システムの発電出力により定まる値は、合計値または平均値であり得る。具体的には、少なくとも１つの太陽光発電システムの発電出力は、太陽光発電システム３１および３２の一方の発電出力であってもよく、太陽光発電システム３１および３２の発電出力の合計値あるいは平均値であってもよい。

一具体例では、発電出力は、少なくとも１つの太陽光発電システムの発電電圧である。制御器５１は、（ａ）発電電圧が閾値発電電圧を跨いで大きくなったときに、切替電流ｉswが小さくなるように可変出力を変化させる、または、（ｂ）発電電圧が大きいほど、切替電流ｉswが小さくなるように可変出力を変化させる。典型的には、太陽光発電システムの発電電圧が大きい場合、太陽光発電システムの発電電力は大きい。この具体例では、そのような場合に、切替電流ｉswが小さくなるように可変出力を変化させる。このようにすれば、特性変換回路１００の最大電力が小さくなる。このようにすれば、ＭＰＰＴ制御により特性変換回路１００から直流電力変換装置２０に取り出される電力が小さくなる。以上の理由で、この具体例によれば、過不足のない電力を直流電力変換装置２０に供給できる。

一具体例では、制御器５１は、発電出力を表す制御信号を用いて、可変出力を変化させる。このようにすれば、発電出力に応じた可変出力の調整を容易に実行できる。制御信号は、例えば、直流電力変換装置２０によって生成される。あるいは、電力システム３００は、発電出力を表す制御信号を生成する出力センサを備えていてもよい。

図１および図２に戻って、特性変換回路１００の出力電力は、ＬＣフィルタ６１および保護リレー６２を介して、直流電力変換装置２０に、具体的には第１ＤＣＤＣコンバータ２１に、供給される。
［蓄電装置２５］
上述のように、蓄電装置２５には、第４ＤＣＤＣコンバータ１２から電力が供給される。また、蓄電装置２５は、第４ＤＣＤＣコンバータ１２に電力を供給する。

蓄電装置２５は、例えば、リチウム電池である。ただし、蓄電装置２５として、リチウム電池以外の電池を用いてもよい。蓄電装置２５として、キャパシタを用いてもよい。
［主分電盤８０］
主分電盤８０は、連系ブレーカー８１と、主幹ブレーカー８２と、二次連系ブレーカー８３と、第１分岐部８５と、を有する。第１分岐部８５は、複数の分岐ブレーカーを含む。この例では、第１分岐部８５は、分岐ブレーカー８５ａ，８５ｂおよび８５ｃを含む。

主幹ブレーカー８２は、上流側電路８８により、系統電源２００と接続されている。上流側電路８８は、主幹ブレーカー８２を介して下流側電路８９に接続されている。

下流側電路８９には、二次連系ブレーカー８３が接続されている。二次連系ブレーカー８３は、主幹ブレーカー８２と第２インバータ４４とを接続する経路上に設けられている。二次連系ブレーカー８３は、第１分岐部８５と電気的に接続されている。

下流側電路８９には、第１分岐部８５も接続されている。第１分岐部８５の分岐ブレーカー８５ａは、主幹ブレーカー８２と電力切替ユニット２８の系統電力入力部２８ａとを接続する経路上に設けられている。分岐ブレーカー８５ｂは、主幹ブレーカー８２と第２負荷２５２とを接続する経路上に設けられている。分岐ブレーカー８５ｃは、主幹ブレーカー８２と第３負荷２５３とを接続する経路上に設けられている。

上流側電路８８には、第２接続点ｐ２がある。連系ブレーカー８１は、第２接続点ｐ２と第１インバータ１３とを接続する経路上に設けられている。

この例では、系統電源２００から第２接続点ｐ２を介して主幹ブレーカー８２に電圧ＶAC2の交流電力が供給され得る。系統電源２００から第２接続点ｐ２および連系ブレーカー８１をこの順に介して第１インバータ１３に電圧ＶAC2の交流電力が供給され得る。第１インバータ１３から連系ブレーカー８１および第２接続点ｐ２をこの順に介して系統電源２００に電圧ＶAC2の交流電力が逆潮流され得る。第１インバータ１３から連系ブレーカー８１および第２接続点ｐ２をこの順に介して主幹ブレーカー８２に電圧ＶAC2の交流電力が供給され得る。二次連系ブレーカー８３には、第２インバータ４４から電圧ＶAC2の交流電力が供給され得る。分岐ブレーカー８５ａから電力切替ユニット２８に電圧ＶAC1の交流電力が供給され得る。分岐ブレーカー８５ｂから第２負荷２５２に電圧ＶAC1の交流電力が供給され得る。分岐ブレーカー８５ｃから第３負荷２５３に電圧ＶAC2の交流電力が供給され得る。
［電力切替ユニット２８］
電力切替ユニット２８は、複数の入力部と、電力出力部２８ｃと、を有する。複数の入力部は、系統電力入力部２８ａおよび自立電力入力部２８ｂを含む。電力切替ユニット２８は、複数の入力部のいずれを電力出力部２８ｃに接続するかを切り替える。この例では、電力切替ユニット２８は、系統電力入力部２８ａおよび自立電力入力部２８ｂのいずれを電力出力部２８ｃに接続するかを切り替える。この例では、こうして、電力切替ユニット２８は、第１インバータ１３と分岐ブレーカー８５ａとのいずれかを、選択的に、自立分電盤９０に、具体的には主幹ブレーカー９２に、接続する。
［自立分電盤９０］
自立分電盤９０は、主幹ブレーカー９２と、第２分岐部９５を有する。第２分岐部９５は、複数の分岐ブレーカーを含む。この例では、第２分岐部９５は、分岐ブレーカー９５ａ，９５ｂおよび９５ｃを含む。

主幹ブレーカー９２は、上流側電路９８により、電力切替ユニット２８と接続されている。上流側電路９８は、主幹ブレーカー９２を介して下流側電路９９に接続されている。

下流側電路９９には、第２分岐部９５が接続されている。第２分岐部９５の分岐ブレーカー９５ａは、主幹ブレーカー９２とＤ１電源５５とを接続する経路上に設けられている。分岐ブレーカー９５ｂは、主幹ブレーカー９２と貯湯ユニット４７とを接続する経路上に設けられている。分岐ブレーカー９５ｃは、主幹ブレーカー９２と第１負荷２５１とを接続する経路上に設けられている。

この例では、電力切替ユニット２８から主幹ブレーカー９２を介して下流側電路９９に電圧ＶAC1の交流電力が供給され得る。分岐ブレーカー９５ａからＤ１電源５５に電圧ＶAC1の交流電力が供給され得る。分岐ブレーカー９５ｂから貯湯ユニット４７に電圧ＶAC1の交流電力が供給され得る。分岐ブレーカー９５ｃからコンセント２６０を介して第１負荷２５１に電圧ＶAC1の交流電力が供給され得る。
［系統連系時の電力システム３００の動作］
図１に示すように、系統連系時には、制御器５１からの解列指令に基づき、保護リレー６２が開状態となっている。ここで、開状態は、自身を電流が流れることを禁止する状態を指す。また、電力切替ユニット２８では、系統電力入力部２８ａと電力出力部２８ｃとが接続されている。こうして、電力切替ユニット２８は、分岐ブレーカー８５ａと自立分電盤９０とを接続している。

燃料電池４１で発電された電力は、第５ＤＣＤＣコンバータ４２を経由して第２ＤＣバス４３に供給される。第２ＤＣバス４３に供給された電力の一部または全部は、第２インバータ４４を経由して二次連系ブレーカー８３に供給される。

二次連系ブレーカー８３に供給された電力の一部は、分岐ブレーカー８５ａと電力切替ユニット２８とをこの順に経由して、主幹ブレーカー９２に供給される。主幹ブレーカー９２に供給された電力の一部は、分岐ブレーカー９５ａを経由して、Ｄ１電源５５に供給される。主幹ブレーカー９２に供給された電力の別の一部は、分岐ブレーカー９５ｂを経由して、貯湯ユニット４７に供給される。主幹ブレーカー９２に供給された電力のさらに別の一部は、分岐ブレーカー９５ｃとコンセント２６０とをこの順に経由して、第１負荷２５１に供給される。

二次連系ブレーカー８３に供給された電力の別の一部は、分岐ブレーカー８５ｂを経由して、第２負荷２５２に供給される。二次連系ブレーカー８３に供給された電力のさらに別の一部は、分岐ブレーカー８５ｃを経由して、第３負荷２５３に供給される。

余剰電力に所定マージンを加えた電力がゼロよりも大きい場合、その電力は、第２ＤＣバス４３から第６ＤＣＤＣコンバータ４５を経由してヒーター４６に供給される。

直流電力変換装置２０は、具体的には第２ＤＣＤＣコンバータ２２は、ＭＰＰＴ制御により、第１太陽光発電システム３１から電力を取り出し、取り出した電力を第１ＤＣバス１１に供給する。直流電力変換装置２０は、具体的には第３ＤＣＤＣコンバータ２３は、ＭＰＰＴ制御により、第２太陽光発電システム３２から電力を取り出し、取り出した電力を第１ＤＣバス１１に供給する。

蓄電装置２５が満充電状態にない場合、第１ＤＣバス１１に供給された電力の一部が蓄電装置２５に供給され、該電力の残部が第１インバータ１３に供給される。蓄電装置２５が満充電状態にある場合、第１ＤＣバス１１に供給された電力の全部が第１インバータ１３に供給される。第１インバータ１３に供給された電力は、連系ブレーカー８１に供給される。

上記の説明から理解されるように、この例の電力システム３００は、第２インバータ４４から二次連系ブレーカー８３へと供給される電力が、少なくとも上記マージンの分だけ、負荷２５１～２５３、Ｄ１電源５５および貯湯ユニット４７の合計要求負荷に対して不足するように構成されている。この不足分に相当する電力が、連系ブレーカー８１から主幹ブレーカー８２を経由して下流側電路８９へと供給され、第２インバータ４４から二次連系ブレーカー８３へと供給された電力とともに、第１分岐部８５に供給される。連系ブレーカー８１に供給された電力の残部は、系統電源２００に逆潮流される。

太陽光発電システム３１および３２での発電が不十分な場合、上記の不足分の電力が、系統電源２００から主幹ブレーカー８２を経由して下流側電路８９へと供給され、第２インバータ４４から二次連系ブレーカー８３へと供給された電力とともに、第１分岐部８５に供給される。また、蓄電装置２５が満充電状態でなくかつ太陽光発電システム３１および３２での発電が蓄電装置２５を充電するのに不十分な場合、系統電源２００から、第１インバータ１３、第１ＤＣバス１１および第４ＤＣＤＣコンバータ１２を経由して、蓄電装置２５に電力が供給される。
［停電時の電力システム３００の動作］
図２に示すように、停電時には、制御器５１からの並列指令に基づき、保護リレー６２が閉状態となっている。ここで、閉状態は、自身を電流が流れることを許可する状態を指す。また、電力切替ユニット２８は、第１インバータ１３と自立分電盤９０とを接続している。

燃料電池４１で発電された電力は、ＤＣＤＣコンバータ４２を経由して第２ＤＣバス４３に供給される。第２ＤＣバス４３に供給された直流電力の一部または全部は、特性変換回路１００に供給される。直流電力変換装置２０は、具体的には第１ＤＣＤＣコンバータ２１は、ＭＰＰＴ制御により特性変換回路１００から（厳密にはＬＣフィルタ６１を介して）電力を取り出し、取り出した電力を第１ＤＣバス１１に供給する。

また、直流電力変換装置２０は、系統連系時と同様に、太陽光発電システム３１および３２から電力を取り出し、取り出した電力を第１ＤＣバス１１に供給する。

直流電力変換装置２０によって太陽光発電システム３１および３２ならびに特性変換回路１００から取り出された合計電力が第１負荷２５１、Ｄ１電源５５および貯湯ユニット４７の要求負荷よりも小さい場合、不足分に相当する電力が、蓄電装置２５から第４ＤＣＤＣコンバータ１２を経由して第１ＤＣバス１１にさらに供給される。取り出された電力が要求負荷よりも大きい場合、過剰分の電力が第４ＤＣＤＣコンバータ１２を介して蓄電装置２５に充電され、この充電を行っても過剰分の電力が余る場合は、第２ＤＣバス４３の電力の一部が第６ＤＣＤＣコンバータ４５を介してヒーター４６に供給される。

このようにして、上記要求負荷に追従させられたあるいは近づけられた電力が、第１ＤＣバス１１から第１インバータ１３および電力切替ユニット２８を経由して主幹ブレーカー９２に供給される。主幹ブレーカー９２に供給された電力は、系統連系時と同様に、Ｄ１電源５５、貯湯ユニット４７および第１負荷２５１に供給される。
［電力システム３００における機器の接続の仕方による利点］
この例では、電力システム３００は、蓄電装置２５を備える。太陽光発電システム３１および３２と、直流電力変換装置２０と、蓄電装置２５と、はこの順に接続されている。また、燃料電池発電システム４０と、特性変換回路１００と、直流電力変換装置２０と、蓄電装置２５と、はこの順に接続されている。このため、太陽光発電システム３１および３２からのみならず、燃料電池発電システム４０からも、蓄電装置２５を充電することができる。

この例では、電力システム３００は、蓄電装置２５と、直流電力を交流電力に変換するインバータ１３と、コンセント２６０と、を備える。太陽光発電システム３１および３２と、直流電力変換装置２０と、インバータ１３と、コンセント２６０と、はこの順に接続されている。燃料電池発電システム４０と、特性変換回路１００と、直流電力変換装置２０と、インバータ１３と、コンセント２６０と、はこの順に接続されている。蓄電装置２５と、インバータ１３と、コンセント２６０と、はこの順に接続されている。このため、この例では、太陽光発電システム３１および３２ならびに蓄電装置２５から電力供給されるコンセント２６０に、燃料電池発電システム４０からも電力供給できる。このことは、以下の理由で、停電時に便利である。すなわち、夜、雨天時などには、太陽光発電システム３１および３２は発電できない。仮にコンセント２６０に燃料電池発電システム４０から電力を供給できないとすると、夜、雨天時などに停電が続く場合において、コンセント２６０から電力を取り出し可能な期間は蓄電装置２５のみに基づく限られたものとなる。これに対し、この例では、コンセント２６０に燃料電池発電システム４０から電力を供給できるため、上記期間を延ばすことができる。夜、雨天時などに停電が続く場合において、別のコンセントへの差し替えなしで１つのコンセントから長時間電力を取り出せることは、ユーザーにとって便利である。

また、この例では、コンセント２６０に対する上記接続と同様の接続が、貯湯ユニット４７にもなされている。このため、夜、雨天時などに停電が続く場合において、貯湯ユニット４７へとその動作に必要な電力を長時間供給することができる。

この例では、電力システム３００は、蓄電装置２５から燃料電池発電システム４０に（具体的には、Ｄ１電源５５に）電力を供給することができるように構成されている。具体的には、コンセント２６０に対する上記接続と同様の接続が、Ｄ１電源５５にもなされている。このようにすれば、停電時に燃料電池発電システム４０を起動させるための専用電源を省略することができる。専用電源は、典型的には、燃料電池発電システム４０の補機に電力を供給するための電源である。
［特性変換回路の具体例］
以下、特性変換回路１００の具体例である特性変換回路１００Ｘについて、図１０を参照しながら説明する。以下では、図５を参照して既に説明した要素については、同一符号を付し、その説明を省略することがある。

特性変換回路１００Ｘは、ＬＬＣコンバータを構成している。このＬＬＣコンバータは、電流供給電源１３１から流出する電流が大きいほど高い発振周波数が規定され、発振周波数が高いほど特性変換回路１００Ｘの入力電圧に対する出力電圧の比率が小さくなるように構成されている。

具体的には、特性変換回路１００Ｘは、第１回路１１０と、第２回路１２０と、フィードバック電流供給部１３０Ｘと、電流共振制御部１４０と、電圧電流制御回路１６０Ｘと、を有する。

フィードバック電流供給部１３０Ｘは、電流供給電源１３１および第３抵抗１３２に加え、第１発光ダイオード１３５を有する。第１発光ダイオード１３５には、電流供給電源１３１から流出した電流が流れる。

電流共振制御部１４０は、第４抵抗１４１と、第１コンデンサ１４２と、第５抵抗１４３と、第１フォトトランジスタ１４５と、制御ＩＣ１４６と、を有する。第４抵抗１４１と、第１コンデンサ１４２と、第５抵抗１４３および第１フォトトランジスタ１４５の組み合わせとは、互いに並列に接続されている。第１フォトトランジスタ１４５は、第１発光ダイオード１３５と協働して、第１フォトカプラ１５０を構成している。制御ＩＣ１４６は、定電流源１４７と、フィードバック端子１４８と、ハイサイドドライバ出力端子１４９ａと、ローサイドドライバ出力端子１４９ｂと、を有する。

電流共振制御部１４０では、第１コンデンサ１４２に電荷が充電される期間（以下、充電期間と称することがある）と、第１コンデンサ１４２から電荷が放電される期間（以下、放電期間と称することがある）とが、交互に訪れる。放電期間と充電期間とは、フィードバック端子１４８の電圧に基づいて切り替わる。

具体的には、充電期間において、定電流源１４７からフィードバック端子１４８を介して第１コンデンサ１４２に電荷が充電されていく。充電が進むにつれて、フィードバック端子１４８の電圧が上昇していく。フィードバック端子１４８の電圧が第１の電圧に達すると、放電期間に切り替わる。放電期間においては、定電流源１４７から第１コンデンサ１４２への電荷の充電は停止される。放電期間においては、第１コンデンサ１４２に充電された電荷は、第４抵抗１４１を介して放電される。放電期間においては、電荷が第５抵抗１４３および第１フォトトランジスタ１４５を介してさらに放電される。放電が進むにつれて、フィードバック端子１４８の電圧が低下していく。フィードバック端子１４８の電圧が第２の電圧に達すると、充電期間に切り替わる。

第１発光ダイオード１３５を流れる電流が大きいほど、第１フォトトランジスタ１４５に大きい電流が流れ、放電期間における第５抵抗１４３および第１フォトトランジスタ１４５を介した電荷の放電が速くなり、放電期間が短くなり、充放電周波数が高くなる。充放電周波数は、上記の発振周波数に対応する。

ある放電期間において、ハイサイドドライバ出力端子１４９ａから駆動信号が出力される。次の放電期間において、ローサイドドライバ出力端子１４９ｂから駆動信号が出力される。次の放電期間において、ハイサイドドライバ出力端子１４９ａから駆動信号が出力される。次の放電期間において、ローサイドドライバ出力端子１４９ｂから駆動信号が出力される。これが繰り返され、ドライバ出力端子１４９ａおよび１４９ｂから、互いに逆位相の駆動パルス信号が出力される。これらの駆動パルス信号の周波数は、上記の充放電周波数が高くなるほど高くなる。なお、充電期間は、両ドライバ出力端子１４９ａおよび１４９ｂのいずれからも駆動信号が出力されないデッドタイムとなる。

電圧電流制御回路１６０Ｘは、第２コンデンサ１６１と、第１スイッチング素子１６２ａと、第２スイッチング素子１６２ｂと、第３コンデンサ１６３ａと、第４コンデンサ１６３ｂと、第５コンデンサ１６４と、トランス１６５と、第１ダイオード１６６ａと、第２ダイオード１６６ｂと、第６コンデンサ１６７と、を有する。

スイッチング素子１６２ａおよび１６２ｂは、直列に接続されることにより、直列回路を構成している。この直列回路には、第２コンデンサ１６１が並列接続されている。第１スイッチング素子１６２ａには第３コンデンサ１６３ａが並列接続されている。第２スイッチング素子１６２ｂには第４コンデンサ１６３ｂが並列接続されている。

この例では、スイッチング素子１６２ａおよび１６２ｂは、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）である。また、第５コンデンサ１６４は、共振コンデンサである。

トランス１６５は、１次側の巻線である第１巻線１６５ａと、２次側の巻線である第２巻線１６５ｂおよび第３巻線１６５ｃと、を有する。

第１巻線１６５ａの一端には、第１スイッチング素子１６２ａの電流流出端子と、第２スイッチング素子１６２ｂの電流流入端子と、が接続されている。第１巻線１６５ａの他端と第２スイッチング素子１６２ｂの電流流出端子との間には、第５コンデンサ１６４が接続されている。なお、この例では、電流流出端子はソース端子である。電流流入端子は、ドレイン端子である。

第２巻線１６５ｂの一端には、第１ダイオード１６６ａのアノードが接続されている。第１ダイオード１６６ａのカソードには、第６コンデンサ１６７の一端と、第２ダイオード１６６ｂのカソードと、が接続されている。第２巻線１６５ｂの他端には、第６コンデンサ１６７の他端と、基準電位とが接続されている。

第３巻線１６５ｃの一端には、第６コンデンサ１６７の他端と、基準電位とが接続されている。第３巻線１６５ｃの他端には、第２ダイオード１６６ｂのアノードが接続されている。

第１スイッチング素子１６２ａの制御端子には、ハイサイドドライバ出力端子１４９ａから駆動パルス信号が供給される。第２スイッチング素子１６２ｂの制御端子には、ローサイドドライバ出力端子１４９ｂから駆動パルス信号が供給される。これにより、スイッチング素子１６２ａおよび１６２ｂは、互いに逆位相の駆動パルス信号が供給されることによって、交互にオンオフする。なお、この例では、制御端子は、ゲート端子である。

スイッチング素子１６２ａおよび１６２ｂに供給される駆動パルス信号の周波数が高いほど、ＬＬＣ共振に基づき、電圧電流制御回路１６０Ｘの入力電圧に対する出力電圧の比率が小さくなる。

なお、図５の特性変換回路１００の具体例は、図１０の特性変換回路１００Ｘには限られない。例えば、電流供給電源１３１から流出する電流が大きいほど小さいデューティ比が規定され、そのデューティ比に基づいて動作するＤＣＤＣコンバータを特性変換回路内に構成することもできる。

本開示に、その他の種々の変更を適用することもできる。例えば、電力システムにおける太陽光発電システムの数は、１つであってもよく、３つ以上であってもよい。電力システムは、太陽光発電システムを有していなくてもよい。直流電力変換装置、第１インバータ等は、パワーステーションに組み込まれていなくてもよい。電力システムは、蓄電装置、貯湯ユニットなどの図示した一部の要素を有していないくてもよい。また、発電部と負荷の接続経路は、図示したものに限られない。例えば、コンセント２６０を省略して第１負荷２５１に電力を供給することも可能である。
［効果］
上記で説明したように、説明本開示の第１態様に係る電力システムは、
出力電圧が所定範囲内にあるときに出力電力が最大になる太陽光発電システムに対して、ＭＰＰＴ制御を実行できるように設計された直流電力変換装置と、
燃料電池発電システムであって、該燃料電池発電システムで生成された直流電力は前記直流電力変換装置に供給される燃料電池発電システムと、
前記燃料電池発電システムと前記直流電力変換装置とを接続する経路上に設けられた特性変換回路であって、電流センサと、可変出力電源と、を含む特性変換回路と、を備え、
前記電流センサは、前記特性変換回路の出力電流の検出を行い、前記検出の結果を表すセンサ出力を出力し、
前記電流センサは、前記特性変換回路の出力電流が大きくなるほど前記センサ出力を大きく出力し、
前記可変出力電源は、可変出力を出力し、
前記特性変換回路において、
前記センサ出力が大きくなるほど前記特性変換回路の出力電力を大きくする第１フィードバック制御を実行する第１回路と、前記センサ出力が大きくなるほど前記特性変換回路の出力電力を小さくする第２フィードバック制御を、前記第１回路と協働して実行する第２回路と、が設けられ、
前記特性変換回路において、
（ａ）前記特性変換回路の出力電圧が前記所定範囲内のある値であるときに前記特性変換回路の出力電力が最大となる出力電圧－出力電力特性と、前記特性変換回路の出力電圧が前記ある値を跨ぐ領域において前記特性変換回路の出力電圧が大きくなるほど前記特性変換回路の出力電流が小さくなる出力電圧－出力電流特性がもたらされ、
（ｂ）前記第１フィードバック制御と前記第２フィードバック制御とが切り替わるときの前記特性変換回路の出力電流を切替電流と定義したとき、前記特性変換回路の出力電流が前記切替電流であるときに前記特性変換回路の出力電力が最大となる出力電流－出力電力特性がもたらされるように、
前記センサ出力が相対的に小さいときに前記第１フィードバック制御が実行されるとともに前記センサ出力が相対的に大きいときに前記第２フィードバック制御が実行され、
前記切替電流は、前記検出の誤差に依存するとともに、前記可変出力を変化させると変化する。

第１態様に係る電力システムは、太陽光発電システムのＭＰＰＴ制御を実行できるように設計された直流電力変換装置を含む。第１態様に係る電力システムは、その直流電力変換装置を用いてＭＰＰＴ制御を実行することにより、燃料電池発電システムから直流電力変換装置に電力を取り出すのに適している。さらに、第１態様に係る電力システムは、当該取り出される電力を調整するのに適している。

本開示の第２態様において、例えば、第１態様に係る電力システムでは、
前記特性変換回路の出力電流がゼロであるときの前記特性変換回路の出力電圧を開放電圧と定義したとき、前記第１フィードバック制御により、前記開放電圧が制御されてもよい。

第２態様は、直流電力変換装置に耐電圧を超える電圧が供給されるのを防止するのに適している。

本開示の第３態様において、例えば、第１態様または第２態様に係る電力システムでは、
前記センサ出力は、第１センサ電圧であってもよく、
前記可変出力は、可変電圧であってもよく、
前記第２回路は、前記第１センサ電圧および前記可変電圧に応じて変化する第２センサ電圧を生成するセンサ電圧調整回路を含んでいてもよい。

第３態様によれば、可変電圧を第２センサ電圧に反映させることができる。可変電圧が反映された第２センサ電圧を特性変換回路における制御に用いることにより、切替電流の目標値からのずれを小さくし、出力電力の最大値の目標値からのずれを小さくすることができる。また、可変電圧を調整して切替電流を調整することにより、状況に応じて特性変換回路の出力電力の最大値を調整することも可能である。

本開示の第４態様において、例えば、第３態様に係る電力システムでは、
前記電流センサは、前記第１センサ電圧を出力するセンサ出力部を含んでいてもよく、
前記センサ電圧調整回路は、
入力抵抗と、
帰還抵抗と、
前記入力抵抗を介して前記センサ出力部に接続されたセンサ入力端子と、前記可変電圧が入力される可変電圧入力端子と、前記帰還抵抗を介して前記センサ入力端子に接続された第２センサ電圧出力端子と、を含むセンサ電圧調整オペアンプであって、前記センサ入力端子および前記可変電圧入力端子の電圧差に基づいて前記第２センサ電圧を生成して前記第２センサ電圧出力端子から出力するセンサ電圧調整オペアンプと、を含んでいてもよい。

第４態様のセンサ電圧調整回路の構成は、第１センサ電圧および可変電圧が反映された第２センサ電圧を生成する構成の一具体例である。

本開示の第５態様において、例えば、第３態様または第４態様に係る電力システムでは、
前記第２回路は、前記第１センサ電圧が大きくなることによって前記第２センサ電圧が閾値電圧を跨いで変化したときに調整電流が流れ始める電圧電流変換回路を含んでいてもよく、
前記調整電流が流れ始めたときに、前記第１フィードバック制御から前記第２フィードバック制御に切り替わってもよい。

第５態様では、調整電流が流れ始めるタイミングで、第１フィードバック制御から第２フィードバック制御に切り替わる。電流が流れ始めるタイミングで制御が切り替えられる特性変換回路は、設計し易い。

本開示の第６態様において、例えば、第５態様に係る電力システムでは、
前記電圧電流変換回路は、
前記閾値電圧を出力する電圧供給電源と、
介在抵抗と、
前記介在抵抗を介して前記電圧供給電源に接続された電源入力端子と、前記第２センサ電圧が入力される第２センサ電圧入力端子と、制御電圧出力端子と、を含むトランジスタ駆動オペアンプであって、前記電源入力端子および前記第２センサ電圧入力端子の電圧差に基づいて制御電圧を生成して前記制御電圧出力端子から出力するトランジスタ駆動オペアンプと、
前記制御電圧が入力される制御端子と、前記介在抵抗を介して前記電圧供給電源に接続された第１端子と、前記調整電流を出力する第２端子と、を含む調整電流出力トランジスタと、を含んでいてもよい。

第６態様の電圧電流変換回路の構成は、調整電流を生成する構成の一具体例である。

本開示の第７態様において、例えば、第１から第６態様のいずれか１つに係る電力システムは、
出力電圧が前記所定範囲内にあるときに出力電力が最大になる太陽光発電システムを少なくとも１つさらに備えていてもよく、
前記少なくとも１つの太陽光発電システムで生成された直流電力は、前記直流電力変換装置に供給されてもよい。

第７態様によれば、太陽光発電システムで発電された直流電力を直流電力変換装置に供給できる。

本開示の第８態様において、例えば、第７態様に係る電力システムは、
制御器をさらに備えていてもよく、
前記制御器は、前記少なくとも１つの太陽光発電システムの発電出力に応じて、前記可変出力を変化させてもよい。

第８態様によれば、少なくとも１つの太陽光発電システムの発電出力に応じて特性変換回路の出力電力を調整できる。

本開示の第９態様において、例えば、第８態様に係る電力システムは、
前記発電出力は、発電電圧であってもよく、
前記制御器は、
（ａ）前記発電電圧が閾値発電電圧を跨いで大きくなったときに、前記切替電流が小さくなるように前記可変出力を変化させてもよく、または、
（ｂ）前記発電電圧が大きいほど、前記切替電流が小さくなるように前記可変出力を変化させてもよい。

第９態様は、過不足のない電力を直流電力変換装置に供給するのに適している。

本開示の第１０態様において、例えば、第８態様または第９態様に係る電力システムでは、
前記制御器は、前記発電出力を表す制御信号を用いて、前記可変出力を変化させてもよい。

第１０態様の制御信号によれば、発電出力に応じた可変出力の調整を容易に実行できる。

本開示の第１１態様において、例えば、第７から第１０態様のいずれか１つに係る電力システムでは、
前記少なくとも１つの太陽光発電システムは、第１太陽光発電システムを含んでいてもよく、
前記直流電力変換装置は、第１ＤＣＤＣコンバータおよび第２ＤＣＤＣコンバータを含んでいてもよく、
前記第１ＤＣＤＣコンバータは、ＭＰＰＴ制御によって、前記特性変換回路の出力電力を変化させてもよく、
前記第２ＤＣＤＣコンバータは、ＭＰＰＴ制御によって、前記第１太陽光発電システムの出力電力を変化させてもよい。

第１１態様によれば、太陽光発電システムおよび特性変換回路を個別にＭＰＰＴ制御するマルチストリング型の直流電力変換装置を実現できる。

本開示の第１２態様において、例えば、第７から第１１態様のいずれか１つに係る電力システムでは、
蓄電装置をさらに備えていてもよく、
前記少なくとも１つの太陽光発電システムと、前記直流電力変換装置と、前記蓄電装置と、はこの順に接続されていてもよく、
前記燃料電池発電システムと、前記特性変換回路と、前記直流電力変換装置と、前記蓄電装置と、はこの順に接続されていてもよい。

第１２態様によれば、太陽光発電システムからのみならず、燃料電池発電システムからも、蓄電装置を充電することができる。

本開示の第１３態様において、例えば、第７から第１２態様のいずれか１つに係る電力システムは、
蓄電装置と、
直流電力を交流電力に変換するインバータと、
コンセントと、を備えていてもよく、
前記少なくとも１つの太陽光発電システムと、前記直流電力変換装置と、前記インバータと、前記コンセントと、はこの順に接続されていてもよく、
前記燃料電池発電システムと、前記特性変換回路と、前記直流電力変換装置と、前記インバータと、前記コンセントと、はこの順に接続されていてもよく、
前記蓄電装置と、前記インバータと、前記コンセントと、はこの順に接続されていてもよい。

第１３態様によれば、太陽光発電システムおよび蓄電装置から電力供給されるコンセントに、燃料電池発電システムからも電力供給できる。

本開示の第１４態様において、例えば、第１２態様または第１３態様に係る電力システムは、
前記蓄電装置から前記燃料電池発電システムに電力を供給することができるように構成されていてもよい。

第１４態様によれば、停電時に、蓄電装置の電力により、燃料電池発電システムを起動させることができる。第１４態様によれば、停電時に燃料電池発電システムを起動させるための専用電源を省略することができる。

本開示に係る技術は、例えば、太陽光発電システム用に設計された直流電力変換装置と、燃料電池発電システムと、を有する電力システムに利用可能である。

１０ パワーステーション
１１，４３ ＤＣバス
１２，２１，２２，２３，４２，４５ ＤＣＤＣコンバータ
１３，４４ インバータ
２０ 直流電力変換装置
２５ 蓄電装置
２８ 電力切替ユニット
２８ａ 系統電力入力部
２８ｂ 自立電力入力部
２８ｃ 電力出力部
３１，３２ 太陽光発電システム
３６，３７ 太陽光発電パネル
４０ 燃料電池発電システム
４１ 燃料電池
４６ ヒーター
４７ 貯湯ユニット
５１ 制御器
５２ 低圧電源
５５ Ｄ１電源
６０ 基板
６１ ＬＣフィルタ
６２ 保護リレー
８０，９０ 分電盤
８１，８２，８３，８５ａ，８５ｂ，８５ｃ，９２，９５ａ，９５ｂ，９５ｃ ブレーカー
８５，９５ 分岐部
８８，８９，９８，９９ 電路
１００，１００Ｘ 特性変換回路
１１０，１２０ 回路
１２１，１２２，１３２，１４１，１４３，４００，Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ 抵抗
１２５ 第１シャントレギュレータ
１２５Ａ 第１アノード
１２５Ｋ 第１カソード
１２５ａ 第１参照電圧端子
１２４，１２５о，１２６ オペアンプ
１２５ｔ，１２７ トランジスタ
１２０ａ センサ電圧調整回路
１２０ｂ 電圧電流変換回路
１２３ 可変出力電源
１２８ 電流センサ
１２８ａ センサ出力部
１２８ｒ シャント抵抗
１２８ｓ 電流センスアンプ
１２９，１３１ 電源
１３０，１３０Ｘ フィードバック電流供給部
１３５ 発光ダイオード
１４０ 電流共振制御部
１４２，１６１，１６３ａ，１６３ｂ，１６４，１６７ コンデンサ
１４５ フォトトランジスタ
１４６ 制御ＩＣ
１４７ 定電流源
１４８，１４９ａ，１４９ｂ 端子
１５０ フォトカプラ
１６０，１６０Ｘ 電圧電流制御回路
１６２ａ，１６２ｂ スイッチング素子
１６５ トランス
１６５ａ，１６５ｂ，１６５ｃ 巻線
１６６ａ，１６６ｂ ダイオード
２００ 系統電源
２５１，２５２，２５３ 負荷
２６０ コンセント
３００ 電力システム
ｐ１，ｐ２ 接続点

Claims (14)

1. 出力電圧が所定範囲内にあるときに出力電力が最大になる太陽光発電システムに対して、ＭＰＰＴ制御を実行できるように設計された直流電力変換装置と、
   燃料電池発電システムであって、該燃料電池発電システムで生成された直流電力は前記直流電力変換装置に供給される燃料電池発電システムと、
   前記燃料電池発電システムと前記直流電力変換装置とを接続する経路上に設けられた特性変換回路であって、電流センサと、可変出力電源と、を含む特性変換回路と、を備え、
   前記電流センサは、前記特性変換回路の出力電流の検出を行い、前記検出の結果を表すセンサ出力を出力し、
   前記電流センサは、前記特性変換回路の出力電流が大きくなるほど前記センサ出力を大きく出力し、
   前記可変出力電源は、可変出力を出力し、
   前記特性変換回路において、
   前記センサ出力が大きくなるほど前記特性変換回路の出力電力を大きくする第１フィードバック制御を実行する第１回路と、前記センサ出力が大きくなるほど前記特性変換回路の出力電力を小さくする第２フィードバック制御を、前記第１回路と協働して実行する第２回路と、が設けられ、
   前記特性変換回路において、
   （ａ）前記特性変換回路の出力電圧が前記所定範囲内のある値であるときに前記特性変換回路の出力電力が最大となる出力電圧－出力電力特性と、前記特性変換回路の出力電圧が前記ある値を跨ぐ領域において前記特性変換回路の出力電圧が大きくなるほど前記特性変換回路の出力電流が小さくなる出力電圧－出力電流特性がもたらされ、
   （ｂ）前記第１フィードバック制御と前記第２フィードバック制御とが切り替わるときの前記特性変換回路の出力電流を切替電流と定義したとき、前記特性変換回路の出力電流が前記切替電流であるときに前記特性変換回路の出力電力が最大となる出力電流－出力電力特性がもたらされるように、
   前記センサ出力が相対的に小さいときに前記第１フィードバック制御が実行されるとともに前記センサ出力が相対的に大きいときに前記第２フィードバック制御が実行され、
   前記切替電流は、前記検出の誤差に依存するとともに、前記可変出力を変化させると変化する、電力システム。
2. 前記特性変換回路の出力電流がゼロであるときの前記特性変換回路の出力電圧を開放電圧と定義したとき、前記第１フィードバック制御により、前記開放電圧が制御される、請求項１に記載の電力システム。
3. 前記センサ出力は、第１センサ電圧であり、
   前記可変出力は、可変電圧であり、
   前記第２回路は、前記第１センサ電圧および前記可変電圧に応じて変化する第２センサ電圧を生成するセンサ電圧調整回路を含む、請求項１または２に記載の電力システム。
4. 前記電流センサは、前記第１センサ電圧を出力するセンサ出力部を含み、
   前記センサ電圧調整回路は、
   入力抵抗と、
   帰還抵抗と、
   前記入力抵抗を介して前記センサ出力部に接続されたセンサ入力端子と、前記可変電圧が入力される可変電圧入力端子と、前記帰還抵抗を介して前記センサ入力端子に接続された第２センサ電圧出力端子と、を含むセンサ電圧調整オペアンプであって、前記センサ入力端子および前記可変電圧入力端子の電圧差に基づいて前記第２センサ電圧を生成して前記第２センサ電圧出力端子から出力するセンサ電圧調整オペアンプと、を含む、請求項３に記載の電力システム。
5. 前記第２回路は、前記第１センサ電圧が大きくなることによって前記第２センサ電圧が閾値電圧を跨いで変化したときに調整電流が流れ始める電圧電流変換回路を含み、
   前記調整電流が流れ始めたときに、前記第１フィードバック制御から前記第２フィードバック制御に切り替わる、請求項３または４に記載の電力システム。
6. 前記電圧電流変換回路は、
   前記閾値電圧を出力する電圧供給電源と、
   介在抵抗と、
   前記介在抵抗を介して前記電圧供給電源に接続された電源入力端子と、前記第２センサ電圧が入力される第２センサ電圧入力端子と、制御電圧出力端子と、を含むトランジスタ駆動オペアンプであって、前記電源入力端子および前記第２センサ電圧入力端子の電圧差に基づいて制御電圧を生成して前記制御電圧出力端子から出力するトランジスタ駆動オペアンプと、
   前記制御電圧が入力される制御端子と、前記介在抵抗を介して前記電圧供給電源に接続された第１端子と、前記調整電流を出力する第２端子と、を含む調整電流出力トランジスタと、を含む、請求項５に記載の電力システム。
7. 出力電圧が前記所定範囲内にあるときに出力電力が最大になる太陽光発電システムを少なくとも１つさらに備え、
   前記少なくとも１つの太陽光発電システムで生成された直流電力は、前記直流電力変換装置に供給される、請求項１から６のいずれか一項に記載の電力システム。
8. 制御器をさらに備え、
   前記制御器は、前記少なくとも１つの太陽光発電システムの発電出力に応じて、前記可変出力を変化させる、請求項７に記載の電力システム。
9. 前記発電出力は、発電電圧であり、
   前記制御器は、
   （ａ）前記発電電圧が閾値発電電圧を跨いで大きくなったときに、前記切替電流が小さくなるように前記可変出力を変化させる、または、
   （ｂ）前記発電電圧が大きいほど、前記切替電流が小さくなるように前記可変出力を変化させる、請求項８に記載の電力システム。
10. 前記制御器は、前記発電出力を表す制御信号を用いて、前記可変出力を変化させる、請求項８または９に記載の電力システム。
11. 前記少なくとも１つの太陽光発電システムは、第１太陽光発電システムを含み、
    前記直流電力変換装置は、第１ＤＣＤＣコンバータおよび第２ＤＣＤＣコンバータを含み、
    前記第１ＤＣＤＣコンバータは、ＭＰＰＴ制御によって、前記特性変換回路の出力電力を変化させ、
    前記第２ＤＣＤＣコンバータは、ＭＰＰＴ制御によって、前記第１太陽光発電システムの出力電力を変化させる、請求項９から１０のいずれか一項に記載の電力システム。
12. 蓄電装置をさらに備え、
    前記少なくとも１つの太陽光発電システムと、前記直流電力変換装置と、前記蓄電装置と、はこの順に接続され、
    前記燃料電池発電システムと、前記特性変換回路と、前記直流電力変換装置と、前記蓄電装置と、はこの順に接続されている、請求項７から１１のいずれか一項に記載の電力システム。
13. 蓄電装置と、
    直流電力を交流電力に変換するインバータと、
    コンセントと、を備え、
    前記少なくとも１つの太陽光発電システムと、前記直流電力変換装置と、前記インバータと、前記コンセントと、はこの順に接続され、
    前記燃料電池発電システムと、前記特性変換回路と、前記直流電力変換装置と、前記インバータと、前記コンセントと、はこの順に接続され、
    前記蓄電装置と、前記インバータと、前記コンセントと、はこの順に接続されている、請求項７から１２のいずれか一項に記載の電力システム。
14. 前記蓄電装置から前記燃料電池発電システムに電力を供給することができるように構成されている、請求項１２または１３に記載の電力システム。

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