WO2018051600A1

WO2018051600A1 - 電力変換装置

Info

Publication number: WO2018051600A1
Application number: PCT/JP2017/022955
Authority: WO
Inventors: 由宇川井
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2016-09-16
Filing date: 2017-06-22
Publication date: 2018-03-22
Also published as: US20190334346A1; CN109804547A; US10644504B2; CN109804547B; JPWO2018051600A1; JP6266187B1; DE112017004673T5

Abstract

直流電源と電力変換器ユニットと電力変換器ユニット単位で電力を調整する電力分担調整器を有する電力変換装置であって、入力側に複数の直流電源が接続された複数の電力変換器ユニットが出力側で並列接続されている場合において、各電力変換器ユニットの効率特性から定格電力と最高効率電力と許容効率電力の３つの閾値に注目し、装置全体として効率が良くなるように、電力分担調整器により各電力変換器ユニットが分担する電力の調整を行うようにする。

Description

電力変換装置

　本発明は、入力端もしくは出力端で電力変換器ユニットが並列多重化した電力変換装置における電気変換の高効率化に関する。

　近年、太陽光発電装置および電気自動車や非常用電源などの蓄電装置の市場が拡大しており、これら機器を組み合わせた装置にて電力系統からの買電電力を零にするゼロエネルギーハウスやゼロエネルギービルの技術開発が注目されている。しかし、異なる複数の蓄電装置を並列多重化して用いた場合、全ての蓄電装置を同一比率の電力分担で充放電するより、充放電電力に応じて蓄電装置の運転台数や電力分担を制限した方が効率の良い条件が存在する。

　特許文献１では、同一電力容量の電力変換器を複数用いて各電力変換器の最高効率に対応する電力と定格電力とを優先的に利用することで高効率化を実現している。しかし、異なる電力容量の電力変換器を複数用いた場合は、電力が小さい条件では、大きな電力容量の電力変換器を１台用いるよりも、小さな電力容量の電力変換器を複数用いる方が高効率、電力が大きい条件では、効率の良い電力変換器から優先的に利用した方が高効率になるなど、高効率化のための条件が異なるため、特許文献１では高効率化に繋がらない条件が存在する。

特許第５２７２０３３号公報

　上記特許文献１に示される方式は、同一電力容量の電力変換器を複数用いた構成になっており、異なる電力容量を持つ複数の電力変換器を用いた場合の電力変換装置の高効率化に適用することは適当ではない。そこで、異なる電力容量を持つ複数の電力変換器ユニットが並列に接続された電力変換装置の高効率化を実現するため、各電力変換器ユニットの電力分担率を調整する機能を設けた装置を検討する。

　本発明における電力変換装置は、
電力値と効率との関係を表す電力情報と運転順序である運転優先度の情報を含む属性情報を保有し、並列接続された複数の電力変換器ユニットと、
要求電力に応じて各電力変換器ユニットが分担する電力を調整する電力分担調整器と、
を備え、
前記電力分担調整器は、前記各電力変換器ユニットから入手した前記属性情報を基に、前記電力変換器ユニットの電力変換動作の可否を管理し、各電力変換器ユニットが分担する電力を調整することを特徴とするものである。

　本発明における電力変換装置は、
入力側に複数の直流電源が接続され、出力側で並列接続された複数の電力変換器ユニットと、電力変換器ユニットごとに電力を調整する電力分担調整器とを有して、各電力変換器ユニットの効率特性（電力と効率との関係を示す特性）を利用して、装置全体として効率が良くなるように、電力分担調整器により各電力変換器ユニットが分担する電力の調整を行うようにしたので、全ての電力変換器の定格電力あたりの比率を一律に決定する場合に比べ、装置全体としての電力変換効率をより高くすることが可能となる。
　また、本発明における電力変換装置は、この高効率化を実現するため、各電力変換器ユニットが分担する電力値などの条件を手動設定または通信により取得することで特定することができ、外部装置などからの要求電力に応じた電力変換の高効率化を実現できる。

本発明の実施の形態１に係る電力変換装置の回路図である。本発明の実施の形態１による電力変換器ユニットの効率特性と電力しきい値の関係を説明するための図である。本発明の実施の形態１による電力変換装置の一構成例を示す図である。本発明の実施の形態１による運転モード選択フローの構成例を示す図である。本発明の実施の形態１による運転モード選択フローの他の構成例を示す図である。電力定格の異なる電力変換器ユニット３台構成における本発明の実施の形態１と実施の形態３による特性例を示す図である。電力定格の同じ電力変換器ユニット３台構成における本発明の実施の形態１と実施の形態３による特性例を示す図である。本発明の実施の形態２による運転モード選択フローの構成例を示す図である。本発明の実施の形態３による運転モード選択フローの構成例を示す図である。本発明の実施の形態１～３に係る電力分担調整器のハードウェアの一例を示す図である。

実施の形態１．
　図１は本発明の実施の形態１にかかる電力変換装置の構成の一例を示す図である。
図に示すように、この電力変換装置は、電力変換器ユニット２が出力位置にて並列接続され、並列出力先の要求電力に応じて各電力変換器ユニットを調整する（例えば各電力変換器ユニットが分担する電力値を調整する）電力分担調整器３を備える。電力分担調整器３は、前記電力変換装置に用いられる電力変換器ユニット２の定格効率点、最高効率点、許容効率点に対応する電力情報を取得する機能を備える。前記要求電力は、外部装置から電力分担調整器３に入力される値、交流負荷あるいは潮流電力に対応する制御演算結果（図中で負荷と電力分担調整器３を結ぶ破線参照）、もしくは、任意の設定値を使用する。以上において、電力情報とは、原則、該当する電力値とこれに対応する電力変換器ユニットの効率（以下、単に効率と呼ぶ）の値の組（セット）を言い、通常は、予め、作業者の手動操作による入力設定、あるいは通信手段により与えられた２次元の数値データとして、各電力変換器ユニットが内部メモリ等に保持しているものである。

　直流電源１は、太陽電池１ａ（図ではＰＶと略称）、定置型蓄電池（例えばリチウムイオン電池１ｂ。図ではＬｉＢと略称）、移動型蓄電池（電気自動車１ｃ（Electric Vehicle。図ではＥＶと略称）など）、燃料電池（図示せず）などに代表される電源が用いられ、前記電力変換装置に対して異なる種別の電源を用いてもよい。１台の直流電源１を２台以上の電力変換器ユニット２に接続するとき、直流電源１は、種別および個体を認識する情報を電力変換器ユニット２に必要に応じて通知する。また、直流電源１は、必要な場合、電源を管理あるいは監視する装置を持ち、前記電源を管理あるいは監視する装置の充電電流の制限、放電電流の制限、過充電、過放電などの情報を電力変換器ユニット２へ必要に応じて通知する。前記電源を管理あるいは監視する装置の情報に基づき、電力変換器ユニット２は、自ユニットの充電動作もしくは放電動作に制限をかけて、その変更した運転状態を電力分担調整器３へ必要に応じて通知する。この電力変換器ユニット２は、大別して、非絶縁型の電力変換器ユニット２ａ（図中、１本の斜線を用いたもの）と絶縁型の電力変換器ユニット２ｂ（図中、２本の斜線を用いたもの）とで構成されている（詳細については後述）。

　前記電力変換装置の電力変換器ユニット２には、非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ、単相インバータ、三相インバータなどに代表される電力変換器が用いられ、電力変換器ユニット２は、１台の直流電源１に対して複数個を並列接続して（以降、複数並列とも記載）用いてもよい。電力分担調整器３に対して、電力変換器ユニット２は、各電力変換器の電力と効率との特性から、定格効率（第１の電力しきい値に対応する効率）と、最高効率（第２の電力しきい値に対応する効率）と、許容効率（第３の電力しきい値に対応する効率）の３種類の効率を用いて、前記第１の電力しきい値、前記第２の電力しきい値、前記第３の電力しきい値を含む情報を通知し、電力分担調整器３から電力分担指令を取得する。

　図２は、電力変換器ユニット２の効率特性と電力しきい値の関係を説明するための図である。図において、電力変換器ユニット２の定格効率η_C、最高効率η_B、許容効率η_Aに対応する電力の値がそれぞれ、第１の電力しきい値、第２の電力しきい値、第３の電力しきい値である。電力分担調整器３は、要求電力に応じて前記電力変換装置の電力変換効率が高くなるように、各電力変換器ユニット２の電力を分担調整する（分担するための調整を行う意味）。前記第１の電力しきい値と前記第２の電力しきい値間の電力（この間の状態を運転状態１（図中のＯＳ₁）と呼ぶ。）もしくは零を選択するモードを第１の運転モードと呼び、前記第２の電力しきい値から前記第３の電力しきい値の電力（この間の状態を運転状態２（図中のＯＳ₂）と呼ぶ。）もしくは零を選択するモードを第２の運転モードと呼び、前記第３の電力しきい値以下の電力（この間の状態を運転状態３（図中のＯＳ₃）と呼ぶ。）もしくは零を選択するモードを第３の運転モードと呼ぶ。本実施の形態の電力変換装置は、これら３種類の運転モードから１つの運転モードを選択する機能を含む高効率充放電機能を持つことを特徴とする。

　電力分担調整器３は、任意の直流電源１を優先的に充電または放電の対象に選択してもよく、任意の直流電源１を要求電力に応じた制御対象（調整の対象）から外してもよい。
電力分担調整器３は、直流電源１と電力変換器ユニット２の接続状態の情報を電力変換器ユニット２より取得、もしくは、予め接続状態を設定することで、前記電力変換装置の電力変換動作の可否を管理する。電力分担調整器３は、要求された充放電電力に応じて、前記電力変換装置の構成から電気変換効率の良い各電力変換器ユニット２の電力分担を決定する。前記電力変換装置の各入力と並列出力の形態は、直流に限定せず、いずれか一方もしくは両方が交流でもよい。なお、上記接続状態の情報は、上記直流電源１が移動体の直流電源（例えばＥＶなど）である場合に特に必要となるものである。また、電力変換動作の可否とは、電力変換装置全体として、各直流電源と各電力変換器ユニットの電力変換動作の可否を意味する。

　図３は、本発明の実施の形態１による電力変換装置の一構成例を示す図である。この図における電力変換装置は、２種類で計４個の直流電源１と、２種類で計５個の電力変換器ユニット２を持ち、内１個の直流電源１は、２個の同一の電力変換器ユニット２と接続されている。

　図４は、Ｎ台の電力変換器ユニット２で構成された本実施の形態１にかかる電力変換装置の高効率充放電機能の運転モード選択フローの一例を示す図である（以下フロー例Ｆ１と呼ぶ）。電力分担調整器３は、各電力変換器ユニット２から取得する識別情報に基づき、第１の電力しきい値から第３の電力しきい値を認識する。電力分担調整器３にて操作する複数の電力変換器ユニット２の運転優先度は、第１の電力しきい値の大きい順に設定する。なお、前記識別情報が優先度に対応する情報を持つ場合、前記運転優先度の順序を変更しても良い。

　図５は、Ｎ台の電力変換器ユニット２で構成された本実施の形態１にかかる電力変換装置の高効率充放電機能の別の運転モード選択フローを示す図である（以下フロー例Ｆ２と呼ぶ）。電力分担調整器３は、各電力変換ユニットから、第１の電力しきい値から第３の電力しきい値を取得する。電力分担調整器３にて操作する複数の電力変換器ユニット２の運転優先度は、第１の電力しきい値の最も大きい電力変換器ユニットの順に設定する。

　図４に示すフロー例Ｆ１について説明する。まず、図で用いられている記号について説明する。Ｐ^*は、要求電力を示す。Ｐ_n（ｊ）は電力の閾値を示す。ここでｎは１から３のいずれかの自然数である。「ｍｏｄｅ＝ｎ（ｎは１から３のいずれかの自然数）」は、第ｎの運転モードを示す。Ｎは変換器ユニットの台数を示す。なお、ｉ、Ｋは初期値が１の変数である。なお、以上の記号の説明は、以下の図５、図８、図９でも同様である。

　次に、運転モード選択のフローの内容について、以下説明する。
第１に、要求電力がＮ台全ての変換器ユニットの第３の電力しきい値以下のとき、第３の運転モード（図では「ｍｏｄｅ＝３」）を選択する。第２に、要求電力が個々の変換器ユニットの第３の電力しきい値以上かつ変換器ユニットの第２の電力しきい値以下のとき、第２の運転モード（図では「ｍｏｄｅ＝２」）を選択する。第３に要求電力が複数台の変換器ユニットの第２の電力しきい値以上かつ変換器ユニットの第１の電力しきい値以下のとき第１の運転モード（図では「ｍｏｄｅ＝１」）を選択する。第４に前記第１から第３の条件に含まれない、かつ、要求電力が電力調整可能な変換器ユニットの第１の電力しきい値の総和以下のとき、第２の運転モードを選択する。なお、図５に示すフロー例Ｆ２の基本的な動作は、前記フロー例Ｆ１と同様のため、詳しい説明は省略する。

　本実施の形態１は、要求電力に応じて、複数の電力変換器ユニット２のうち１台を調整用に定め、残りの電力変換器ユニット２を一定充放電電力で動作させる。ここで、一定充放電電力とは、調整用を除く他のすべての変換器の電力の値のことであり、第１の運転モードのとき、第１の電力しきい値、第２の電力しきい値、または零に相当する電力であり、第２の運転モードのとき、第２の電力しきい値、第３の電力しきい値、または零に相当する電力であり、第３の運転モードのとき、零に相当する電力を意味する。また、電力分担調整器３は、第１の電力しきい値より第２の電力しきい値を優先的に分担することで高効率化を実現する。

　まず、最初の例として、図６に示す変換器Ａ、変換器Ｂ、変換器Ｃ（説明が煩雑になることを避ける目的から、電力変換器ユニットＡ、電力変換器ユニットＢ、電力変換器ユニットＣと記載すべき所を、簡略化して変換器Ａ、変換器Ｂ、変換器Ｃと記載。以下同様）の電力容量の異なる３台の電力変換器ユニット２にて構成され、電力分担調整器３は変換器Ａ、変換器Ｂ、変換器Ｃの運転優先度の順序で電力を分担する前記電力変換装置を用いて、要求電力に応じた電力分担を実現する仕方について、以下詳しく説明する。ここで、図６（ａ）は、個々の変換器Ａ、Ｂ、Ｃごとの入力電力に対する電力変換効率を示す図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）に示した変換器を用いて、電力分担方式を変更した場合の、入力電力と電力変換効率との関係を示した図であり、電力分担方式を従来方式から本発明で実施する方式に変更した場合における、変換効率の違いを説明するための図である。

　まず、条件設定について説明する。前記変換器Ａの第１の電力しきい値が基準化した電力の２００％、第２の電力しきい値が基準化した電力の１４０％、第３の電力しきい値が基準化した電力の４０％とし、前記変換器Ｂの第１の電力しきい値が基準化した電力の１３０％、第２の電力しきい値が基準化した電力の１００％、第３の電力しきい値が基準化した電力の３０％とし、前記変換器Ｃの第１の電力しきい値が基準化した電力の１００％、第２の電力しきい値が基準化した電力の６０％、第３の電力しきい値が基準化した電力の４０％とする。
　以上において、基準化した電力とは、変換器Ｃの入力電力が１００％の場合の電力のことを意味する（以下同じ）。

　同一電力容量の変換器Ａから変換器Ｃで構成された前記電力変換装置において、並列システム最大充放電電力は、基準化した電力の４３０％である。よって、電力分担調整器３は、並列システム充放電の要求電力に応じて、変換器Ａから変換器Ｃの電力分担を次のように調整する。

　前記要求電力が基準化した電力の４３０％以下から３９０％以上の範囲（以下では、煩雑になるので、「４３０％以下から３９０％以上」と略記し、「の範囲」を省略する）のとき、変換器Ｃを調整用に選択し、変換器Ａと変換器Ｂの電力分担（以下では、説明を簡略化するため、「の電力分担」の用語を省略して説明する）を第１の電力しきい値に選択する。前記要求電力が基準化した電力の３９０％未満から３６０％以上の範囲（以下では、煩雑になるので、「３９０％未満から３６０％以上」と略記し、「の範囲」を省略する）のとき、変換器Ｃを第２の電力しきい値に選択し、変換器Ｂを調整用に選択し、変換器Ａを第１の電力しきい値に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の３６０％未満から３００％以上のとき、変換器Ａを調整用に選択し、変換器Ｂと変換器Ｃを第２の電力しきい値に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の３００％未満から２４０％以上のとき、変換器Ａを調整用に選択し、変換器Ｂを第２の電力しきい値に選択し、変換器Ｃを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の２４０％未満から２００％以上のとき、変換器Ａを調整用に選択し、変換器Ｂを零出力に選択し、変換器Ｃを第２の電力しきい値に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の２００％未満から１３０％以上のとき、変換器Ａを調整用に選択し、変換器Ｂと変換器Ｃを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の１３０％未満から１００％以上のとき、変換器Ｂを調整用に選択し、変換器Ａと変換器Ｃを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の１００％未満から６０％以上のとき、変換器Ｃを調整用に選択し、変換器Ａと変換器Ｂを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の６０％未満から４０％以上のとき、変換器Ａを調整用に選択し、変換器Ｂと変換器Ｃを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の４０％未満から３０％以上のとき、変換器Ｂを調整用に選択し、変換器Ａと変換器Ｃを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の３０％未満のとき、変換器Ｃを調整用に選択し、変換器Ａと変換器Ｂを零出力に選択する。

　変換器Ａの充電もしくは放電の制限により、変換器Ａの充電もしくは放電の電力が基準化した電力の１５０％に制限された場合における電力分担調整器３は、システム充放電の要求電力に応じて、変換器Ａから変換器Ｃの電力分担を次のように調整する。
　なお、電力分担調整器３にて変換器Ａの第１の電力しきい値を２００％から１５０％に変更する。

　前記要求電力が基準化した電力の３８０％以下から３４０％以上のとき、変換器Ｃを調整用に選択し、変換器Ａと変換器Ｂを第１の電力しきい値に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の３４０％未満から３１０％のとき、変換器Ａを第１の電力しきい値に選択し、変換器Ｂを調整用に選択し、変換器Ｃを第２の電力しきい値に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の３１０％未満から３００％以上のとき、変換器Ａを調整用に選択し、変換器Ｂと変換器Ｃを第２の電力しきい値に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の３００％未満から２８５％以上のとき、変換器Ａを第２の電力しきい値に選択し、変換器Ｂを第２の電力しきい値に選択し、変換器Ｃを調整用に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の２８５％未満から２５０％以上のとき、変換器Ａを第１の電力しきい値に選択し、変換器Ｂを調整用に選択し、変換器Ｃを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の２５０％未満から２４０％以上のとき、変換器Ａを調整用に選択し、変換器Ｂを第２の電力しきい値に選択し、変換器Ｃを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の２４０％未満から１７０％以上のとき、変換器Ａを第２の電力しきい値に選択し、変換器Ｂを調整用に選択し、変換器Ｃを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の１７０％未満から１５０％以上のとき、変換器Ａを調整用に選択し、変換器Ｂを第３の電力しきい値に選択し、変換器Ｃを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の１５０％未満から１３０％以上のとき、変換器Ａを調整用に選択し、変換器Ｂと変換器Ｃを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の１３０％未満から１００％以上のとき、変換器Ｂを調整用に選択し、変換器Ａと変換器Ｃを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の１００％未満から６０％以上のとき、変換器Ｃを調整用に選択し、変換器Ａと変換器Ｂを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の６０％未満から４０％以上のとき、変換器Ａを調整用に選択し、変換器Ｂと変換器Ｃを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の４０％未満から３０％以上のとき、変換器Ｂを調整用に選択し、変換器Ａと変換器Ｃを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の３０％未満のとき、変換器Ｃを調整用に選択し、変換器Ａと変換器Ｂを零出力に選択する。

　変換器Ａの充電もしくは放電の制限により、変換器Ａの充電もしくは放電の電力が基準化した電力の１００％に制限された場合における電力分担調整器３はシステム充放電の要求電力に応じて変換器Ａから変換器Ｃの電力分担を次のように調整する。
　なお、電力分担調整器３にて変換器Ａの第１の電力しきい値、および第２の電力しきい値を、ともに１００％とする。

　前記要求電力が基準化した電力の３３０％以下から２９０％以上のとき、変換器Ａを第２の電力しきい値に選択し、変換器Ｂを第１の電力しきい値に選択し、変換器Ｃを調整用に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の２９０％未満から２６０％以上のとき、変換器Ａと変換器Ｃを第２の電力しきい値に選択し、変換器Ｂを調整用に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の２６０％未満から２４０％以上のとき、変換器Ａと変換器Ｂを第２の電力しきい値に選択し、変換器Ｃを調整用に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の２４０％未満から２３０％以上のとき、変換器Ａと変換器Ｃを第２の電力しきい値に選択し、変換器Ｂを調整用に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の２３０％未満から１３０％以上のとき、変換器Ａを第２の電力しきい値に選択し、変換器Ｂを調整用に選択し、変換器Ｃを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の１３０％未満から１００％以上のとき、変換器Ｂを調整用に選択し、変換器Ａと変換器Ｃを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の１００％未満から６０％以上のとき、変換器Ｃを調整用に選択し、変換器Ａと変換器Ｂを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の６０％未満から４０％以上のとき、変換器Ａを調整用に選択し、変換器Ｂと変換器Ｃを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の４０％未満から３０％以上のとき、変換器Ｂを調整用に選択し、変換器Ａと変換器Ｃを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の３０％未満のとき、変換器Ｃを調整用に選択し、変換器Ａと変換器Ｂを零出力に選択する。

　以上のように、電力変換器ユニット２の充電および放電の制限がある場合においても電力分担調整器３による電力分担調整機能は有効である。なお、前記電力制限は充電もしくは放電のうちの一方の制限のため、片極性のみ制限をかける形でも良い。

　第二の例として、図７に示す変換器Ａ、変換器Ｂ、変換器Ｃの３台の同一電力容量の電力変換器ユニット２にて構成され、電力分担調整器３は変換器Ａ、変換器Ｂ、変換器Ｃの優先順序で電力を分担する前記電力変換装置を用いて、要求電力に応じた電力分担を実現する仕方について以下説明する。ここで、図７（ａ）は、個々の変換器Ａ、Ｂ、Ｃごとの入力電力に対する電力変換効率を示す図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）に示した変換器を用いて、電力分担方式を変更した場合の、ユニット定格電力と電力変換効率との関係を示した図であり、電力分担方式を従来方式から本発明で実施の方式に変更した場合における変換効率の違いを説明するための図である。

　まず、条件設定について説明する。前記変換器Ａの第１の電力しきい値が基準化した電力の１００％、第２の電力しきい値が基準化した電力の７０％、第３の電力しきい値が基準化した電力の２５％とし、
前記変換器Ｂの第１の電力しきい値が基準化した電力の１００％、第２の電力しきい値が基準化した電力の６０％、第３の電力しきい値が基準化した電力の３５％とし、
前記変換器Ｃの第１の電力しきい値が基準化した電力の１００％、第２の電力しきい値が基準化した電力の６０％、第３の電力しきい値が基準化した電力の４０％とする。

　同一電力容量の変換器Ａから変換器Ｃで構成された前記電力変換装置において、並列システム最大充放電電力は基準化した電力の３００％である。よって、電力分担調整器３は並列システム充放電の要求電力に応じて変換器Ａから変換器Ｃの電力分担を次のように調整する。

　前記要求電力が基準化した電力の３００％以下から２６０％以上のとき、変換器Ｃを調整用に選択し、変換器Ａと変換器Ｂを第１の電力しきい値に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の２６０％未満から２２０％以上のとき、変換器Ａを第２の電力しきい値に選択し、変換器Ｂを調整用に選択し、変換器Ｃを第１の電力しきい値に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の２２０％未満から１９０％以上のとき、変換器Ａを調整用に選択し、変換器Ｂと変換器Ｃを第２の電力しきい値に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の１９０％未満から１６０％以上のとき、変換器Ａを第１の電力しきい値に選択し、変換器Ｂを調整用に選択し、変換器Ｃを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の１６０％未満から１３０％以上のとき、変換器Ａを調整用に選択し、変換器Ｂを第２の電力しきい値に選択し、変換器Ｃを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の１３０％未満から１００％以上のとき、変換器Ａを第２の電力しきい値に選択し、変換器Ｂを調整用に選択し、変換器Ｃを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の１００％未満から７０％以上のとき、変換器Ａを調整用に選択し、変換器Ｂと変換器Ｃを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の７０％未満から６０％以上のとき、変換器Ｂを調整用に選択し、変換器Ａと変換器Ｃを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の６０％未満のとき、変換器Ａを調整用に選択し、変換器Ｂと変換器Ｃを零出力に選択する。

　図６、７では、電力制限がない場合の実施の形態１との比較のため、先行文献１記載の電力分担方式を適用した場合の特性（具体的には複数の変換器の組み合わせを順次変更して並列運転を行った場合のすべての組み合わせの平均値）を「従来方式」として示しており、実施の形態１は幅広い領域で高効率化が実現できることが判る。なお、実施の形態１は、先行文献１記載の電力分担方式を適用した場合の特性に比べ、並列運転電力変換効率の低い条件を持つが、変換器Ａ、変換器Ｂ、変換器Ｃの第３の電力しきい値に対応する電力変換効率９５．５％以上を確保できることが判る。

　以上、本実施の形態１による電力変換装置においては、各電力変換器の効率特性から定格効率（第１の電力しきい値に対応）と、最高効率（第２の電力しきい値に対応）と、許容効率（第３の電力しきい値に対応）の３つに注目し、最高効率と定格効率に相当する電力間で分担率を調整し不要な電力変換器からの出力をゼロとする第１の運転モードと、最高効率と許容効率に相当する電力間で分担率を調整し不要な電力変換器からの出力をゼロとする第２の運転モードと、許容効率に相当する電力以下で分担率を調整し不要な電力変換器からの出力をゼロとする第３の運転モードを持つ。要求電力と各電力変換器の第１の電力しきい値から第３の電力しきい値に対応する電力値に応じて、第１の運転モード、第２の運転モード、第３の運転モードを選択し、電力変換器群としての高効率化を実現する装置について説明した。

実施の形態２．
　図８は、本発明の実施の形態２にかかる運転モード選択フローの構成例を示す図である。本実施の形態２の電力変換装置においては、実施の形態１に比べて、第２の電力しきい値と第３の電力しきい値を不要とする高効率充放電機能を実現することができる。図８は、当該機能を実現するためのフローチャートを示している。すなわち、前記電力分担調整器３にて操作する複数の電力変換器ユニット２の第２の電力しきい値と第３の電力しきい値を、予め定めた第１の電力しきい値に対する比率によって決定することで、実施の形態１より簡易化した高効率充放電機能を実現することができる。例えば、図８においては、Ｐ₂＝０．６Ｐ₁、Ｐ₃＝０．４Ｐ₁とした。

　実施の形態２では、実施の形態１と同様に、要求電力に応じて複数の電力変換器ユニット２のうち１台を調整用に定め、残りの電力変換器ユニット２を一定充放電電力で動作させる。ここで、一定充放電電力の値は、第１の運転モードのとき、第１の電力しきい値、第２の電力しきい値、または零の電力であり、第２の運転モードのとき、第２の電力しきい値、第３の電力しきい値、または零の電力であり、第３の運転モードのとき、零の電力を意味する。また、電力分担調整器３は、第１の電力しきい値より第２の電力しきい値を優先的に分担することで、高効率化を実現する。

実施の形態３．
　図９は、本発明の実施の形態３にかかる運転モード選択フローの構成例を示す図である。本実施の形態３の電力変換装置においては、実施の形態１の構成に加えて、第１の電力しきい値から第３の電力しきい値に対応する電力変換効率と、第１の電力しきい値と第２の電力しきい値に対応する電力変換効率を直線近似した効率特性η₁と、第２の電力しきい値と第３の電力しきい値に対応する電力変換効率を直線近似した効率特性η₂を用いて高効率充放電機能向上を実現する構成となっている。なお、第３の電力しきい値から零までの効率特性の直線近似は、効率特性η₁を利用する。

　前記直線近似した電力変換の効率特性は、実施の形態１より高効率化を実現するために利用する。前記電力変換器ユニット２の起動優先度は、第１の電力しきい値が大きいほど、第１の電力しきい値が同等の場合は第２の電力しきい値に対応する効率特性が高いほど、高く設定する。

　電力分担調整器３にて操作する複数の電力変換器ユニット２の優先度は、要求電力が各変換器ユニットの第３の電力しきい値以下のとき第１の電力しきい値の最も小さい変換器ユニットを選択し、要求電力が各変換器ユニットの第３の電力しきい値以上のとき、第１の電力しきい値の最も大きい変換器ユニットを優先的に大きな電力を出力するように選択する。

　本実施の形態３では、本実施の形態１での前記電力変換器ユニットの電力分担結果と前記効率特性η₁とη₂を用いて、本実施の形態１より高効率化を実現する。本実施の形態１による電力分担結果が電力変換器ユニット１台のみ零でないとき、前記効率特性η₁とη₂を用いて要求電力を１台で出力でき、かつ、その電力における電力変換効率が最も高い電力変換器ユニットを選択する。

　本実施の形態１による電力分担結果が、電力変換器ユニット複数台が零でなく、かつ、前記調整用の１台の電力変換器ユニットの電力分担が第２の電力しきい値以上のとき、本実施の形態１の結果を用いた効率予測値と、前記調整用の１台の電力変換器ユニットの電力分担を第２の電力しきい値に変更し、電力分担を零とした中で最も優先度の高い電力変換器ユニットを調整用の１台とした場合の効率予測値と（後者の効率予測値は、本実施の形態３の効率予測値に相当）、を比較し、効率予測値の高い運転条件を選択する。

　また、本実施の形態１による電力分担結果が、電力変換器ユニット複数台が零でなく、かつ、前記調整用の１台の電力変換器ユニットの電力分担が、第２の電力しきい値以下のき、本実施の形態１の結果を用いた効率予測値と、前記調整用の１台の電力変換器ユニットの電力分担を零に変更し電力分担を第２の電力しきい値とした中で最も優先度の低い電力変換器ユニットを調整用の１台とした場合の効率予測値（後者の効率予測値は、本実施の形態３の効率予測値に相当）と、を比較し、効率予測値の高い運転条件を選択する。

　なお、前記電力分担を第２の電力しきい値とした中で最も優先度の低い電力変換器ユニットにて、前記電力分担を零に変更した電力変換器ユニットの電力を出力できない場合、電力分担が第２の電力しきい値である電力変換器ユニットの電力分担を、優先度の低い順に第１の電力しきい値に設定してもよい。

　第一の例として、図６に示す変換器Ａ、変換器Ｂ、変換器Ｃの３台の異なる電力容量の電力変換器ユニット２にて構成され、電力分担調整器３は変換器Ａ、変換器Ｂ、変換器Ｃの優先順序で電力を分担する前記電力変換装置を用いて、要求電力に応じた電力分担について説明する。

　まず、条件設定について説明する。前記変換器Ａの第１の電力しきい値が基準化した電力の２００％、第２の電力しきい値が基準化した電力の１４０％、第３の電力しきい値が基準化した電力の４０％とし、
前記変換器Ｂの第１の電力しきい値が基準化した電力の１３０％、第２の電力しきい値が基準化した電力の１００％、第３の電力しきい値が基準化した電力の３０％とし、
前記変換器Ｃの第１の電力しきい値が基準化した電力の１００％、第２の電力しきい値が基準化した電力の６０％、第３の電力しきい値が基準化した電力の４０％とする。

　同一電力容量の変換器Ａから変換器Ｃで構成された前記電力変換装置において、並列システム最大充放電電力は、上記変換器Ａ、Ｂ、Ｃの第１の電力しきい値の値を合算（＝２００＋１３０＋１００）することで求まる、基準化した電力の４３０％である。よって、電力分担調整器３は並列システム充放電の要求電力に応じて変換器Ａから変換器Ｃの電力分担を次のように調整する。

　前記要求電力が基準化した電力の４３０％以下から３９０％以上のとき、変換器Ｃを調整用に選択し、変換器Ａと変換器Ｂを第１の電力しきい値に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の３９０％未満から３６０％以上のとき、変換器Ｃを第２の電力しきい値に選択し、変換器Ｂを調整用に選択し、変換器Ａを第１の電力しきい値に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の３６０％未満から３００％以上のとき、変換器Ａを調整用に選択し、変換器Ｂと変換器Ｃを第２の電力しきい値に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の３００％未満から２４０％以上のとき、変換器Ａを調整用に選択し、変換器Ｂを第２の電力しきい値に選択し、変換器Ｃを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の２４０％未満から２００％以上のとき、変換器Ａを調整用に選択し、変換器Ｂを零出力に選択し、変換器Ｃを第２の電力しきい値に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の２００％未満から１３０％以上のとき、変換器Ａを調整用に選択し、変換器Ｂと変換器Ｃを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の１３０％未満から１００％以上のとき、変換器Ｂを調整用に選択し、変換器Ａと変換器Ｃを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の１００％未満から６０％以上のとき、変換器Ｃを調整用に選択し、変換器Ａと変換器Ｂを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の６０％未満から４０％以上のとき、変換器Ａを調整用に選択し、変換器Ｂと変換器Ｃを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の４０％未満から３０％以上のとき、変換器Ｂを調整用に選択し、変換器Ａと変換器Ｃを零出力に選択する。
前記要求電力が基準化した電力の３０％未満のとき、変換器Ｃを調整用に選択し、変換器Ａと変換器Ｂを零出力に選択する。

　第二の例として、図７に示す変換器Ａ、変換器Ｂ、変換器Ｃの３台の同一電力容量の電力変換器ユニット２にて構成され、電力分担調整器３は変換器Ａ、変換器Ｂ、変換器Ｃの優先順序で電力を分担する前記電力変換装置を用いて要求電力に応じた電力分担について説明する。

　まず、条件設定について説明する。前記変換器Ａの第１の電力しきい値が基準化した電力の１００％、第２の電力しきい値が基準化した電力の７０％、第３の電力しきい値が基準化した電力の２５％とし、前記変換器Ｂの第１の電力しきい値が基準化した電力の１００％、第２の電力しきい値が基準化した電力の６０％、第３の電力しきい値が基準化した電力の３５％とし、前記変換器Ｃの第１の電力しきい値が基準化した電力の１００％、第２の電力しきい値が基準化した電力の６０％、第３の電力しきい値が基準化した電力の４０％とする。

　同一電力容量の変換器Ａから変換器Ｃで構成された前記電力変換装置において、並列システム最大充放電電力は、上記変換器Ａ、Ｂ、Ｃの第１の電力しきい値の値を合算（＝１００＋１００＋１００）することにより求まる、基準化した電力の３００％である。よって、電力分担調整器３は並列システム充放電の要求電力に応じて変換器Ａから変換器Ｃの電力分担を次のように調整する。

　前記電力分担結果にて零出力する変換器がない場合、３台の変換器Ａから変換器Ｃの内、１台を零出力に設定し、１台を第１の電力しきい値から第３の電力しきい値のいずれかに設定し、残り１台を調整用に設定し、前記効率特性η₁、η₂を用いて効率試算を実施し、前記分担結果を比較して効率試算値の優れる分担結果を選択しても良い。

　前記分担結果にて零出力する変換器が１台のみの場合、残りの２台の内の１台を零出力に設定し、残り１台を調整用に設定し、前記効率特性η₁、η₂を用いて効率試算を実施し、前記分担結果を比較して効率試算値の優れる分担結果を選択しても良い。

　前記分担結果にて零出力する変換器が２台の場合、残り１台を零出力に設定し、零出力設定した残り２台の内１台を調整用に設定し、前記効率特性η₁、η₂を用いて効率試算を実施し、前記分担結果を比較して効率試算値の優れる分担結果を選択しても良い。

　図６、７では、電力制限がない場合の実施の形態３との比較のため、先行文献１記載の電力分担方式を適用した場合の特性を「従来方式」とし、実施の形態１と合わせて示しており、これらのいずれの図においても、実施の形態３の電力変換装置では、全域（並列システム入力電力の全域）で高効率化が実現できることが判る。

　なお、電力分担調整器３は、そのハードウェアの一例を図１０に示すように、プロセッサ１００と記憶装置１０１から構成される。記憶装置は図示していないが、ランダムアクセスメモリ等の揮発性記憶装置と、フラッシュメモリ等の不揮発性の補助記憶装置とを具備する。また、フラッシュメモリの代わりにハードディスクの補助記憶装置を具備してもよい。プロセッサ１００は、記憶装置１０１から入力されたプログラムを実行する。この場合、補助記憶装置から揮発性記憶装置を介してプロセッサ１００にプログラムが入力される。また、プロセッサ１００は、演算結果等のデータを記憶装置１０１の揮発性記憶装置に出力してもよいし、揮発性記憶装置を介して補助記憶装置にデータを保存してもよい。
　また、同様に、電力変換器ユニット２は、その内部に、上述のプロセッサ１００と記憶装置１０１を含み、これらは、上記と同様の動作を行う。さらに、この電力変換器ユニット２は電力分担調整器３と同様、他の機器と情報のやり取りをするための入出力機器を備えていることは、いうまでもない。
　また、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

　１、１ａ、１ｂ、１ｃ　直流電源、２、２ａ、２ｂ　電力変換器ユニット、３　電力分担調整器、１００　プロセッサ、１０１　記憶装置

Claims

　電力値と効率との関係を表す電力情報と運転順序である運転優先度の情報を含む属性情報を保有し、並列接続された複数の電力変換器ユニットと、
要求電力に応じて各電力変換器ユニットが分担する電力を調整する電力分担調整器と、
を備え、
前記電力分担調整器は、前記各電力変換器ユニットから入手した前記属性情報を基に、前記電力変換器ユニットの電力変換動作の可否を管理し、各電力変換器ユニットが分担する電力を調整することを特徴とする電力変換装置。
　前記属性情報は、前記複数の電力変換器ユニットの入力端と出力端の並列接続構成の情報を含み、
　前記電力分担調整器は、前記属性情報のうち電力情報に関わる情報である、前記複数の電力変換器ユニットそれぞれの定格効率に対応する第１の電力しきい値と、前記複数の電力変換器ユニットそれぞれの最高効率に対応する第２の電力しきい値と、前記複数の電力変換器ユニットそれぞれの基準となる効率である許容効率に対応する第３の電力しきい値を使用するとともに、前記属性情報を用いて各電力変換器ユニットの運転優先度を設定することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
　前記電力分担調整器は、前記要求電力に応じて、
前記第１の電力しきい値から前記第２の電力しきい値の範囲で前記電力変換器ユニットの電力調整を行い不要な前記電力変換器ユニットからの出力をゼロとする第１の運転モードと、前記第２の電力しきい値と前記第３の電力しきい値の範囲で前記電力変換器ユニットの電力調整を行い不要な前記電力変換器ユニットからの出力をゼロとする第２の運転モードと、前記第３の電力しきい値以下の範囲で前記電力変換器ユニットの電力調整を行い不要な前記電力変換器ユニットからの出力をゼロとする第３の運転モード、の３種類の運転モードから１つの運転モードを選択することにより、各電力変換器ユニットが分担する電力を前記電力分担調整器により調整することを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
　前記運転優先度は、予め与えられた運転優先度に関する情報によって変更される場合を除き、前記第１の電力しきい値の大きい順に設定されることを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
　前記第１の運転モードは、
前記要求電力が、２台以上の前記電力変換器ユニットの前記第２の電力しきい値の和以上のとき、調整用の１台の前記電力変換器ユニットを除き、前記電力変換器ユニットの充放電電力を、前記第１の電力しきい値、前記第２の電力しきい値、もしくは零に設定し、
前記要求電力が、１台の前記電力変換器ユニットの前記第２の電力しきい値以上のとき、調整用の１台の前記電力変換器ユニットを除き、前記電力変換器ユニットの充放電電力を零に設定し、
前記第２の運転モードは、
前記第１の運転モードを満足する電力分担のケースが存在しないとき、前記要求電力が、２台以上の前記電力変換器ユニットの前記第３の電力しきい値の和以上のとき、調整用の１台の前記電力変換器ユニットを除き、前記電力変換器ユニットの充放電電力を、前記第２の電力しきい値、前記第３の電力しきい値、もしくは零に設定し、
前記要求電力が、１台の前記電力変換器ユニットの前記第３の電力しきい値以上のとき、調整用の１台の前記電力変換器ユニットを除き、前記電力変換器ユニットの充放電電力を零に設定し、
前記第３の運転モードは、
前記第１の運転モードまたは前記第２の運転モードを満足する電力分担のケースが存在しないとき、調整用の１台の電力変換器ユニットを除き、前記電力変換器ユニットの充放電電力を零に設定することを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
　前記電力分担調整器は、前記定格効率、前記最高効率、および前記許容効率の情報を用いて、前記第１の電力しきい値と前記第２の電力しきい値間の電力区間の効率を前記定格効率と前記最高効率を用いて直線近似した第１の効率特性を生成し、前記第２の電力しきい値と前記第３の電力しきい値の間の電力区間の効率を前記最高効率と前記許容効率を用いて直線近似した第２の効率特性を生成することを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
　前記第１の運転モードは、前記要求電力が少なくとも１台以上の前記電力変換器ユニットの前記第２の電力しきい値の和以上のとき、前記第１の効率特性を用いて、最も効率が高くなる前記各電力変換器ユニットの充放電電力を設定し、
前記第２の運転モードは、前記第１の運転モードを満足する電力分担のケースが存在しないとき、前記要求電力が少なくとも１台以上の前記電力変換器ユニットの前記第３の電力しきい値の和以上のとき、前記第２の効率特性を用いて最も効率が高くなる前記各電力変換器ユニットの充放電電力を設定し、
前記第３のモードは、前記第１のモードまたは前記第２のモードを満足する電力分担のケースが存在しないとき、調整用の電力変換器ユニット１台を除き、前記電力変換器ユニットの充放電電力を零に設定することを特徴とする請求項３または請求項５に記載の電力変換装置。
　前記電力分担調整器は、前記第１の電力しきい値から前記第３の電力しきい値のすべての値を取得できない場合において、前記第１の電力しきい値と、前記第２の電力しきい値に対応する０から１で表される比率１と、前記第３の電力しきい値に対応する０から１で表される比率２の３情報を入力でき、前記第１の電力しきい値と前記比率１の積を基に前記第２の電力しきい値を、前記第１の電力しきい値と前記比率２の積を基に前記第３の電力しきい値を取得することを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
　前記電力変換器ユニットに予め前記第１の電力しきい値から第３の電力しきい値が設定された場合において、前記電力分担調整器が前記第１の電力しきい値から前記第３の電力しきい値を取得することを特徴とする請求項２から６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
　前記電力分担調整器に予め複数の前記電力変換器ユニットの前記第１の電力しきい値から第３の電力しきい値が設定された場合において、前記電力分担調整器が前記属性情報を取得することを特徴とする請求項２から６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
　前記電力分担調整器が前記第１の電力しきい値から第３の電力しきい値に対応する電力情報を取得し、前記電力情報に基づき各電力変換器ユニットの運転優先度を決定することを特徴とする請求項２から６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
　前記電力分担調整器が前記電力変換器ユニットの属性情報を取得し、この属性情報に基づき、前記電力変換器ユニットの運転優先度を決定することを特徴とする請求項２から７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
　前記電力変換器ユニットに接続される直流電源は、当該直流電源を管理あるいは監視する装置を有し、前記直流電源を管理あるいは監視する装置を介して、充電可否と、放電可否と、充電電力上限と、放電電力上限のいずれかの情報を取得できる構成において、前記電力分担調整器は、前記第１の運転モードから第３の運転モードの電力分担の決定条件から前記直流電源を管理あるいは監視する装置の情報に応じた条件を除外することを特徴とする請求項３から７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
　前記電力変換器ユニットに接続される直流電源が移動体の電源である構成において、前記電力分担調整器は、移動体が接続された前記電力変換器ユニットを前記第１の運転モードから第３の運転モードの対象から除外して前記直流電源に優先的に充電することを特徴とする請求項３から７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
　前記電力変換器ユニットの入力電圧と出力電圧のうち、いずれか一方もしくは両方の大きさに応じて、前記第１の電力しきい値から前記第３の電力しきい値の値を変更することを特徴とする請求項２から６のいずれか１項に記載の電力変換装置。