(57)【要約】【課題】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大きな電力を取り出し易い電力システムを提供する。【解決手段】特性変換制御は、特性変換回路１００の出力電圧が所定範囲内のある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−出力電力特性と、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−出力電流特性と、をもたらす。【選択図】図３Ａ
2020137154.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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、特性変換制御を実行する特性変換回路と、を備え、
前記特性変換制御は、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−出力電流特性と、をもたらす、
電力システム。
【請求項２】
前記特性変換制御は、前記特性変換回路の電気出力に基づいて実行される、
請求項１に記載の電力システム。
【請求項３】
前記特性変換制御は、第１フィードバック制御および第２フィードバック制御を含み、
前記第２フィードバック制御は、前記特性変換回路の出力電流が相対的に大きく出力電圧が相対的に小さいときに行われる制御であって、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を小さくしかつ出力電力を大きくする制御であり、
前記第１フィードバック制御は、前記特性変換回路の出力電流が相対的に小さく出力電圧が相対的に大きいときに行われる制御であって、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を小さくしかつ出力電力を小さくする制御である、
請求項１または請求項２に記載の電力システム。
【請求項４】
前記第１フィードバック制御では、前記第２フィードバック制御に比べ、前記出力電圧−出力電流特性における出力電圧の増加に対する出力電流の減少の比率が大きい、
請求項３に記載の電力システム。
【請求項５】
前記特性変換回路において、ＤＣＤＣコンバータである電圧電流制御回路と、前記第１フィードバック制御を行う第１フィードバック回路と、前記第２フィードバック制御を行う第２フィードバック回路と、が設けられ、
前記第１フィードバック回路は、前記特性変換回路の出力電流および出力電圧に応じて変化する第１参照電圧が入力される第１シャントレギュレータを有し、
前記第２フィードバック回路は、前記特性変換回路の出力電流および出力電圧に応じて変化する第２参照電圧が入力される第２シャントレギュレータを有し、
前記第１フィードバック制御おいて、前記第１シャントレギュレータを用いて前記第１参照電圧が一定に維持されるように前記電圧電流制御回路の変圧比が調整され、
前記第２フィードバック制御おいて、前記第２シャントレギュレータを用いて前記第２参照電圧が一定に維持されるように前記電圧電流制御回路の変圧比が調整される、
請求項３または請求項４に記載の電力システム。
【請求項６】
前記第１フィードバック回路は、第１分圧抵抗を有し、
前記第２フィードバック回路は、第２分圧抵抗を有し、
前記第１フィードバック回路および前記第２フィードバック回路は、電流センサを共有し、
前記第１分圧抵抗を用いて、前記特性変換回路の出力電圧を前記第１参照電圧に反映させ、
前記電流センサを用いて、前記特性変換回路の出力電流を前記第１参照電圧に反映させ、
前記第２分圧抵抗を用いて、前記特性変換回路の出力電圧を前記第２参照電圧に反映させ、
前記電流センサを用いて、前記特性変換回路の出力電流を前記第２参照電圧に反映させる、
請求項５に記載の電力システム。
【請求項７】
燃料電池発電システムと、
前記燃料電池発電システムから出力された直流電力が入力される特性変換回路であって、特性変換制御を実行する特性変換回路と、を備え、
前記特性変換制御は、前記特性変換回路の出力電圧が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−出力電流特性と、をもたらす、
直流電力供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電力システムおよび直流電力供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−１１７６７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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大きな電力を取り出し易い電力システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、特性変換制御を実行する特性変換回路と、を備え、
前記特性変換制御は、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−出力電流特性と、をもたらす、
電力システムを提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本開示に係る電力システムによれば、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大きな電力を取り出し易い。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、系統連系時における電力システムのブロック図である。
【図２】図２は、停電時における電力システムのブロック図である。
【図３Ａ】図３Ａは、特性変換回路で得られるＶ−Ｐ特性を説明するための図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、比較形態のＶ−Ｐ特性を説明するための図である。
【図４】図４は、特性変換回路の一例を示す図である。
【図５】図５は、電流センサを説明するための図である。
【図６】図６は、第１シャントレギュレータを説明するための図である。
【図７】図７は、第２シャントレギュレータを説明するための図である。
【図８】図８は、特性変換回路の一具体例を示す図である。
【図９】図９は、特性変換回路の別例を示す図である。
【図１０】図１０は、特性変換回路の別の具体例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（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、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。
【００１１】
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。
【００１２】
（本開示に係る一態様の概要）
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、特性変換制御を実行する特性変換回路と、を備え、
前記特性変換制御は、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−出力電流特性と、をもたらす。
【００１３】
第１態様に係る電力システムによれば、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大きな電力を取り出し易い。
【００１４】
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、
前記特性変換制御は、前記特性変換回路の電気出力に基づいて実行されてもよい。
【００１５】
第２態様によれば、特性変換制御の精度を高め易い。
【００１６】
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、
前記特性変換制御は、第１フィードバック制御および第２フィードバック制御を含んでいてもよく、
前記第２フィードバック制御は、前記特性変換回路の出力電流が相対的に大きく出力電圧が相対的に小さいときに行われる制御であって、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を小さくしかつ出力電力を大きくする制御であってもよく、
前記第１フィードバック制御は、前記特性変換回路の出力電流が相対的に小さく出力電圧が相対的に大きいときに行われる制御であって、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を小さくしかつ出力電力を小さくする制御であってもよい。
【００１７】
第３態様の第１フィードバック制御および第２フィードバック制御によれば、上記出力電圧−出力電力特性および出力電圧−出力電流特性を実現できる。
【００１８】
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、
前記第１フィードバック制御では、前記第２フィードバック制御に比べ、前記出力電圧−出力電流特性における出力電圧の増加に対する出力電流の減少の比率が大きくてもよい。
【００１９】
第４態様によれば、特性変換回路の出力特性を太陽光発電システムの出力特性に近づけ易い。
【００２０】
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、
前記特性変換回路において、ＤＣＤＣコンバータである電圧電流制御回路と、前記第１フィードバック制御を行う第１フィードバック回路と、前記第２フィードバック制御を行う第２フィードバック回路と、が設けられていてもよく、
前記第１フィードバック回路は、前記特性変換回路の出力電流および出力電圧に応じて変化する第１参照電圧が入力される第１シャントレギュレータを有していてもよく、
前記第２フィードバック回路は、前記特性変換回路の出力電流および出力電圧に応じて変化する第２参照電圧が入力される第２シャントレギュレータを有していてもよく、
前記第１フィードバック制御おいて、前記第１シャントレギュレータを用いて前記第１参照電圧が一定に維持されるように前記電圧電流制御回路の変圧比が調整されてもよく、
前記第２フィードバック制御おいて、前記第２シャントレギュレータを用いて前記第２参照電圧が一定に維持されるように前記電圧電流制御回路の変圧比が調整されてもよい。
【００２１】
第５態様の回路構成によれば、第１フィードバック制御および第２フィードバック制御を実現できる。
【００２２】
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、
前記第１フィードバック回路は、第１分圧抵抗を有していてもよく、
前記第２フィードバック回路は、第２分圧抵抗を有していてもよく、
前記第１フィードバック回路および前記第２フィードバック回路は、電流センサを共有していてもよく、
前記第１分圧抵抗を用いて、前記特性変換回路の出力電圧を前記第１参照電圧に反映させてもよく、
前記電流センサを用いて、前記特性変換回路の出力電流を前記第１参照電圧に反映させてもよく、
前記第２分圧抵抗を用いて、前記特性変換回路の出力電圧を前記第２参照電圧に反映させてもよく、
前記電流センサを用いて、前記特性変換回路の出力電流を前記第２参照電圧に反映させてもよい。
【００２３】
第６態様の回路構成によれば、第１参照電圧および第２参照電圧が得られる。
【００２４】
本開示の第７態様に係る直流電力供給システムは、
燃料電池発電システムと、
前記燃料電池発電システムから出力された直流電力が入力される特性変換回路であって、特性変換制御を実行する特性変換回路と、を備え、
前記特性変換制御は、前記特性変換回路の出力電圧が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−出力電流特性と、をもたらす。
【００２５】
第７態様の直流電力供給システムは、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に接続され得る。第７態様によれば、この接続状態においてＭＰＰＴ制御が実行されることにより、燃料電池発電システムから直流電力変換装置に大きな電力を取り出し易い。
【００２６】
本明細書では、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。例えば、第３接続点という用語は、第３接続点とともに第１接続点および第２接続点が必ず存在することを意として使用されているわけではない。
【００２７】
本明細書では、経路という用語を用いることがある。経路は、複数の線路を有し得るものである。接続点等についても同様である。例えば、単相３線式の経路は、２本の非接地線路と１本の接地線路を有する。単相３線式の経路どうしの接続点は、経路における各線路の接続がなされている箇所を含むある範囲の領域を示す意で使用されていると理解するべきである。
【００２８】
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。
【００２９】
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。本開示は、以下の実施の形態に限定されない。
【００３０】
図１および図２は、本実施の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。
【００３１】
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。
【００３２】
［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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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ＶAC1または電圧ＶAC2の交流電力に変換する。第１インバータ１３で電圧ＶAC1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ＶAC2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。
【００３８】
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ＶAC2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。
【００３９】
［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。
【００４０】
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。
【００４１】
［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。
【００４２】
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、マイクロコントロールユニット５１と、低圧電源５２と、補機用電源５５と、を有する。以下では、補機用電源５５を、Ｄ１電源５５と称することがある。マイクロコントロールユニット５１を、ＭＣＵ５１と称することがある。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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ＶAC2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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
ＭＣＵ５１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。低圧電源５２は、ＭＣＵ５１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。
【００５０】
［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。
【００５１】
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。特性変換回路１００は、特性変換制御を実行する。
【００５２】
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に対して、ＭＰＰＴ制御を実行できるように設計されている。特性変換制御は、特性変換回路１００の出力電圧が上記所定範囲内のある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−出力電力特性をもたらす。
【００５３】
また、特性変換制御は、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も小さい第１の値から上記ある値よりも大きい第２の値までの領域である。
【００５４】
上記の出力電圧−出力電力特性および出力電圧−出力電流特性の一例を、図３Ａに示す。図３Ａでは、特性変換回路１００の出力電圧−出力電力特性を、Ｖ−Ｐ特性と記載している。特性変換回路１００の出力電圧−出力電流特性を、Ｖ−Ｉ特性と記載している。実線は、Ｖ−Ｐ特性を表す。点線は、Ｖ−Ｉ特性を表す。
【００５５】
上述のように、直流電力変換装置２０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ている。特性変換回路１００の特性変換制御は、その直流電力変換装置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。
【００５６】
特性変換回路１００により出力電圧−出力電力特性を適切に調整することにより、特性変換回路１００の出力電圧が過度に大きくなることを防止できる。このため、燃料電池発電システム４０から直流電力変換装置２０に過電圧が入力され直流電力変換装置２０が壊れるのを防止できる。
【００５７】
また、特性変換回路１００の出力電圧−出力電力特性によれば、特性変換回路１００の出力電圧が上記のある値となった時点で、特性変換回路１００から直流電力変換装置２０に送られる電力の増加が停止される。このため、特性変換回路１００から直流電力変換装置２０に送られる電力が過度に増加することを防止できる。燃料電池発電システム４０から特性変換回路１００に送られる電力が過度に増加することも防止できる。このため、燃料電池発電システム４０の出力電力の増加に伴って燃料電池発電システム４０の出力電流が過度に増加することを防止できる。このため、保護機能が働いて燃料電池４１の発電が停止され燃料電池発電システム４０から直流電力変換装置２０への電力供給が停止されることを防止できる。
【００５８】
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とともに図３Ｂを参照しながら説明する。
【００５９】
上述のように、特性変換制御は、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、特性変換回路１００の出力電圧−出力電力特性のグラフは、出力電圧が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流が上に凸の曲線状となる。
【００６０】
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流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。
【００６１】
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に比べ、減少する。図３Ａでは、この減少幅を、ΔＰAと記載する。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
図３Ａに示すように、特性変換制御は、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ものであってもよい。また、特性変換制御は、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ものであってもよい。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。
【００６６】
この例では、上記の所定範囲は、太陽光発電システム３１または３２の出力電力がピークになるときにおける太陽光発電システム３１または３２の出力電圧の±２０Ｖ以内の範囲である実機基準範囲を含む。そして、特性変換制御は、特性変換回路１００の最大電力点における出力電圧を実機基準範囲内の値に調整する。電力システム３００で用いられる太陽光発電システム３１または３２が分かっている場合、その太陽光発電システムに対するＭＰＰＴ制御を実施できるように電力システム３００を設計することができる。つまり、実機基準範囲を含むように、上記の所定範囲を設定できる。さらに、特性変換回路１００の最大電力点における出力電圧が実機基準範囲内の値に調整されるように、特性変換回路１００を設計できる。この例の電力システム３００は、設計のし易さの観点から有利である。
【００６７】
本実施形態では、特性変換制御は、特性変換回路１００の電気出力に基づいて実行される。このようにすれば、特性変換制御の精度を高め易い。具体的には、電気出力は、特性変換回路１００の出力電圧および出力電流である。
【００６８】
本実施形態では、特性変換制御は、第１フィードバック制御および第２フィードバック制御を含む。第２フィードバック制御は、特性変換回路１００の出力電流が相対的に大きく出力電圧が相対的に小さいときに行われる。第２フィードバック制御は、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の出力電流を小さくする。第２フィードバック制御は、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の出力電力を大きくする。第１フィードバック制御は、特性変換回路１００の出力電流が相対的に小さく出力電圧が相対的に大きいときに行われる。第１フィードバック制御は、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の出力電流を小さくする。第１フィードバック制御は、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の出力電力を小さくする。このような第１フィードバック制御および第２フィードバック制御によれば、上記出力電圧−出力電力特性および出力電圧−出力電流特性を実現できる。具体的には、本実施形態では、特性変換回路１００の出力電圧が上記ある値であるときに、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。なお、図３Ａにおいて、一点鎖線は、第１フィードバック制御の寄与を表す。二点鎖線は、第２フィードバック制御の寄与を表す。
【００６９】
図３Ａの例では、第１フィードバック制御では、第２フィードバック制御に比べ、出力電圧−出力電流特性における出力電圧の増加に対する出力電流の減少の比率が大きい。このようにすれば、特性変換回路１００の出力特性を太陽光発電システムの出力特性に近づけ易い。
【００７０】
図１および図２に戻って、本実施形態では、直流電力変換装置２０は、第１ＤＣＤＣコンバータ２１、第２ＤＣＤＣコンバータ２２および第３ＤＣＤＣコンバータ２３を有する。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。
【００７１】
図４に、特性変換回路１００の一例を示す。図４の特性変換回路１００では、電圧電流制御回路１６０と、第１フィードバック回路１１０と、第２フィードバック回路１２０と、フィードバック電流供給部１３０と、が設けられている。
【００７２】
第１フィードバック回路１１０は、第１抵抗１１１と、第２抵抗１１２と、第３抵抗１１３と、第１シャントレギュレータ１１５と、電流センサ１２８と、を有する。第２フィードバック回路１２０は、第４抵抗１２１と、第５抵抗１２２と、第６抵抗１２３と、第２シャントレギュレータ１２５と、電流センサ１２８と、を有する。電流センサ１２８は、第１フィードバック回路１１０および第２フィードバック回路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、定電圧源１３１と、第７抵抗１３２と、を有する。
【００７３】
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。本実施形態では、電流センサ１２８は、その検出の結果を表すセンサ電圧Ｖs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電圧Ｖsを大きく出力する。つまり、センサ電圧Ｖs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。そのような電流センサ１２８は、例えば、シャント抵抗を用いて実現できる。電流センサ１２８が出力したセンサ電圧Ｖsは、接続点ｐｓへと供給される。
【００７４】
図５に、具体例に係る電流センサ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、Ｒsense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ＲsenseＩloadがかかる。電流センスアンプ１２８ｓは、電圧ＲsenseＩload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、センサ電圧Ｖsとして出力する。つまり、本実施形態の電流センサ１２８が生成するセンサ電圧Ｖsは、数式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センサ電圧Ｖs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。
数式１：Ｖs＝Ｒsense＊Ｉload＊Ｇ＋Ｖbias
【００７５】
第１フィードバック回路１１０では、第１抵抗１１１および第２抵抗１１２により、特性変換回路１００の出力電圧Ｖoutが分圧される。第３抵抗１１３および第２抵抗１１２により、センサ電圧Ｖsが分圧される。これら２つの分圧電圧を合算した電圧が、３つの抵抗１１１、１１２および１１３の接続点ｐ１に現れる。以下、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１１５の第１参照電圧端子に入力される。第１参照電圧端子に入力される電圧が大きいほど、定電圧源１３１、第７抵抗１３２、第１シャントレギュレータ１１５および基準電位をこの順に流れる電流（以下、第１電流と称することがある）ｉ１は、大きくなる。図４において、第１電流ｉ１は、第１シャントレギュレータ１１５を図示下向きに流れる電流である。
【００７６】
第２フィードバック回路１２０では、第４抵抗１２１および第５抵抗１２２により、特性変換回路１００の出力電圧Ｖoutが分圧される。第６抵抗１２３および第５抵抗１２２により、センサ電圧Ｖsが分圧される。これら２つの分圧電圧を合算した電圧が、３つの抵抗１２１，１２２および１２３の接続点ｐ２に現れる。以下、第２接続点ｐ２に現れる電圧を、第２参照電圧Ｖref2と称することがある。第２参照電圧Ｖref2が、第２シャントレギュレータ１２５の第２参照電圧端子に入力される。第２参照電圧端子に入力される電圧が大きいほど、定電圧源１３１、第７抵抗１３２、第２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（以下、第２電流と称することがある）ｉ２は、大きくなる。図４において、第２電流ｉ２は、第２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。
【００７７】
特性変換回路１００の出力電流が小さい領域では、第２電流ｉ２は実質的にゼロとなり、定電圧源１３１から流出する電流は、実質的に第１電流ｉ１である。一方、特性変換回路１００の出力電流が大きい領域では、第１電流ｉ１は実質的にゼロとなり、定電圧源１３１から流出する電流は、実質的に第２電流ｉ２である。つまり、特性変換回路１００の出力電流が小さい領域では第１フィードバック回路１１０によって、特性変換回路１００の出力電流が大きい領域では第２フィードバック回路１２０によって、特性変換回路１００における特性変換が行われると言える。そのように回路１１０および１２０が動作するように、抵抗１１１，１１２，１１３，１２１，１２２および１２３ならびにシャントレギュレータ１１５および１２５のパラメータが選定されている。
【００７８】
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、定電圧源１３１から流出する電流が大きいほど、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小さくする。このように、特性変換回路１００は、定電圧源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。このような特性変換回路１００は、適宜設計可能である。
【００７９】
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１１５についてさらに説明する。第１シャントレギュレータ１１５は、第１参照電圧端子１１５ａと、第１カソード１１５Ｋと、第１アノード１１５Ａと、第１基準電圧源１１５ｓと、第１オペアンプ１１５оと、第１トランジスタ１１５ｔと、を含む。第１オペアンプ１１５оは、非反転増幅端子１１５оａと、反転増幅端子１１５оｂと、出力端子１１５оｃと、を含む。第１トランジスタ１１５ｔは、カソード側端子１１５ｔａと、アノード側端子１１５ｔｂと、制御端子１１５ｔｃと、を含む。非反転増幅端子１１５оａには、第１参照電圧端子１１５ａに入力された電圧が供給される。反転増幅端子１１５оｂの電圧は、第１基準電圧源１１５ｓによって、第１アノード１１５Ａ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１１５ａ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１１５оａの電圧が反転増幅端子１１５оｂよりも電圧が大きくなると、出力端子１１５оｃから制御端子１１５ｔｃに電流が流れ、第１カソード１１５Ｋからカソード側端子１１５ｔａおよびアノード側端子１１５ｔｂをこの順に介して第１アノード１１５Ａ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１１５ｔ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１１５ｔａは、コレクタである。アノード側端子１１５ｔｂは、エミッタである。制御端子１１５ｔｃは、ベースである。なお、この説明では、出力端子１１５оｃと制御端子１１５ｔｃ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。
【００８０】
図６を参照した説明を踏まえて、第１フィードバック回路１１０の動作を以下のように説明できる。特性変換回路１００の出力電圧Ｖoutが大きくなると、また、特性変換回路１００の出力電流が大きくなってセンサ電圧Ｖsが大きくなると、第１参照電圧Ｖref1は大きくなる。第１シャントレギュレータ１２５では、第１参照電圧Ｖref1が大きくなることにより第１参照電圧Ｖref1の第１基準電圧Ｖs1からの乖離が大きくなればなるほど、第１電流ｉ１が大きくなる。第１電流ｉ１が大きくなると、電流供給電源１３１から流出する電流が大きくなる。この流出電流が大きくなると、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は小さくなる。このようにして、第１フィードバック回路１１０は、特性変換回路１００の出力電圧Ｖoutを制御する。具体的には、第１フィードバック回路１１０は、第１参照電圧Ｖref1が第１基準電圧Ｖs1に追従するように、特性変換回路１００の変圧比を調節する。
【００８１】
第１フィードバック回路１１０による第１フィードバック制御において、特性変換回路１００の出力電流が大きくなりセンサ電圧Ｖsが大きくなると、電流センサ１２８から接続点ｐｓおよび第３抵抗１１３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１１５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１１２には、一定の電流が流れる。このことは、第３抵抗１１３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１１１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、第１抵抗１１１で生じる電圧が小さくなる。このような理由で、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１１１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。
【００８２】
図７を参照して、本実施形態の第２シャントレギュレータ１２５についてさらに説明する。第２シャントレギュレータ１２５は、第２参照電圧端子１２５ａと、第２カソード１２５Ｋと、第２アノード１２５Ａと、第２基準電圧源１２５ｓと、第２オペアンプ１２５оと、第２トランジスタ１２５ｔと、を含む。第２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２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２参照電圧端子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２基準電圧源１２５ｓによって、第２アノード１２５Ａの電圧よりも第２基準電圧Ｖs2だけ高い電圧に設定されている。第２参照電圧端子１２５ａに第２基準電圧Ｖs2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２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２アノード１２５Ａへと第２電流ｉ２が流れる。図７の例では、第２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。
【００８３】
図７を参照した説明を踏まえて、第２フィードバック回路１２０の動作を以下のように説明できる。特性変換回路１００の出力電圧Ｖoutが大きくなると、また、特性変換回路１００の出力電流が大きくなってセンサ電圧Ｖsが大きくなると、第２参照電圧Ｖref2は大きくなる。第２シャントレギュレータ１２５では、第２参照電圧Ｖref2が大きくなることにより第２参照電圧Ｖref2の第２基準電圧Ｖs2からの乖離が大きくなればなるほど、第２電流ｉ２が大きくなる。第２電流ｉ２が大きくなると、電流供給電源１３１から流出する電流が大きくなる。この流出電流が大きくなると、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は小さくなる。このようにして、第２フィードバック回路１２０は、特性変換回路１００の出力電圧Ｖoutを制御する。具体的には、第２フィードバック回路１２０は、第２参照電圧Ｖref2が第２基準電圧Ｖs2に追従するように、特性変換回路１００の変圧比を調節する。
【００８４】
第２フィードバック回路１２０による第２フィードバック制御において、特性変換回路１００の出力電流が大きくなりセンサ電圧Ｖsが大きくなると、電流センサ１２８から接続点ｐｓおよび第６抵抗１２３をこの順に介して第２接続点ｐ２に流れる電流が大きくなる。第２シャントレギュレータ１２５により、第２参照電圧Ｖref2は、一定の第２基準電圧Ｖs2に追従する。この追従を実現するために、第５抵抗１２２には、一定の電流が流れる。このことは、第６抵抗１２３を第２接続点ｐ２に向かって流れる上記電流が大きくなると、第４抵抗１２１を第２接続点ｐ２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、第４抵抗１２１で生じる電圧が小さくなる。このような理由で、特性変換回路１００の出力電流が大きくなると、第２接続点ｐ２の電圧が第２参照電圧Ｖref2に追従した状態で第４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２フィードバック制御により、図３Ａ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。
【００８５】
本実施形態では、特性変換回路１００において、ＤＣＤＣコンバータである電圧電流制御回路１６０と、第１フィードバック制御を行う第１フィードバック回路１１０と、第２フィードバック制御を行う第２フィードバック回路１２０と、が設けられている。第１フィードバック回路１１０は、特性変換回路１００の出力電流および出力電圧に応じて変化する第１参照電圧Ｖref1が入力される第１シャントレギュレータ１１５を有する。第２フィードバック回路１２０は、特性変換回路１００の出力電流および出力電圧に応じて変化する第２参照電圧Ｖref2が入力される第２シャントレギュレータ１２５を有する。第１フィードバック制御おいて、第１シャントレギュレータ１１５を用いて第１参照電圧Ｖref1が一定に維持されるように電圧電流制御回路１６０の変圧比が調整される。第２フィードバック制御おいて、第２シャントレギュレータ１２５を用いて第２参照電圧Ｖref2が一定に維持されるように電圧電流制御回路１６０の変圧比が調整される。
【００８６】
具体的には、第１フィードバック回路は、第１分圧抵抗を有する。第２フィードバック回路は、第２分圧抵抗を有する。第１フィードバック回路１１０および第２フィードバック回路１２０は、電流センサ１２８を共有している。第１分圧抵抗は、特性変換回路１００の出力電圧を第１参照電圧Ｖref1に反映させるのに用いられる。電流センサ１２８は、特性変換回路１００の出力電流を第１参照電圧Ｖref1に反映させるのに用いられる。第２分圧抵抗は、特性変換回路１００の出力電圧を第２参照電圧Ｖref2に反映させるのに用いられる。電流センサ１２８は、特性変換回路１００の出力電流を第２参照電圧Ｖref2に反映させるのに用いられる。図４の例では、第１分圧抵抗は、第１抵抗１１１および第２抵抗１１２によって構成されている。第２分圧抵抗は、第４抵抗１２１および第５抵抗１２２によって構成されている。
【００８７】
より具体的には、第１フィードバック回路は、第３分圧抵抗を有する。第２フィードバック回路は、第４分圧抵抗を有する。第３分圧抵抗は、特性変換回路１００の出力電流を第１参照電圧Ｖref1に反映させるのに用いられる。第４分圧抵抗は、特性変換回路１００の出力電流を第２参照電圧Ｖref2に反映させるのに用いられる。図４の例では、第３分圧抵抗は、第３抵抗１１３および第２抵抗１１２によって構成されている。第４分圧抵抗は、第６抵抗１２３および第５抵抗１２２によって構成されている。
【００８８】
以上の説明から理解されるように、特性変換回路１００では、特性変換回路１００の出力電流および出力電圧がその後の特性変換回路１００の出力電流および出力電圧に反映されるという、フィードバック制御ループが構成されている。フィードバック制御ループは、フィードバック回路１１０または１２０を用いて構成されている。
【００８９】
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。
【００９０】
［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。
【００９１】
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。
【００９２】
［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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
上流側電路８８には、第３接続点ｐ３がある。連系ブレーカー８１は、第３接続点ｐ３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。
【００９７】
この例では、系統電源２００から第３接続点ｐ３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３接続点ｐ３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３接続点ｐ３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３接続点ｐ３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。
【００９８】
［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。
【００９９】
［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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
［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、ＭＣＵ５１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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
［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、ＭＣＵ５１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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
［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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
［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８を参照しながら説明する。以下では、図４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。
【０１２２】
特性変換回路１００Ｘでは、ＬＬＣコンバータが構成されている。このＬＬＣコンバータは、定電圧源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。
【０１２３】
具体的には、特性変換回路１００Ｘでは、第１フィードバック回路１１０と、第２フィードバック回路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、が設けられている。電圧電流制御回路１６０Ｘが、上記ＬＬＣコンバータを構成している。
【０１２４】
フィードバック電流供給部１３０Ｘは、定電圧源１３１および第７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、定電圧源１３１から流出した電流が流れる。
【０１２５】
電流共振制御部１４０は、第８抵抗１４１と、第１コンデンサ１４２と、第９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８抵抗１４１と、第１コンデンサ１４２と、第９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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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８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９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。
【０１２８】
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９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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
［特性変換回路の別例］
図９に、特性変換回路の別例を示す。以下では、図４の例と同様の部分については、説明を省略することがある。
【０１４０】
図９に示す特性変換回路１９０では、図４の特性変換回路１００のフィードバック電流供給部１３０に代えて、フィードバック電流供給部１９５が設けられている。フィードバック電流供給部１９５は、定電圧源１３１および第７抵抗１３２に加え、第１０抵抗１９１を有する。
【０１４１】
特性変換回路１９０では、特性変換回路１００と同様、第１シャントレギュレータ１１５の第１参照電圧端子に入力される電圧が大きいほど、定電圧源１３１、第７抵抗１３２、第１シャントレギュレータ１１５および基準電位をこの順に流れる電流すなわち第１電流が大きくなる。一方、特性変換回路１９０では、特性変換回路１００と異なり、第２シャントレギュレータ１２５の第２参照電圧端子に入力される電圧が大きいほど、定電圧源１３１、第１０抵抗１９１、第２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すなわち第２電流が大きくなる。
【０１４２】
特性変換回路１９０の出力電流が小さい領域では、第２電流ｉ２は実質的にゼロとなり、定電圧源１３１から流出する電流は、実質的に第１電流ｉ１である。一方、特性変換回路１００の出力電流が大きい領域では、第１電流ｉ１は実質的にゼロとなり、定電圧源１３１から流出する電流は、実質的に第２電流ｉ２である。つまり、特性変換回路１９０の出力電流が小さい領域では第１フィードバック回路１１０によって、特性変換回路１９０の出力電流が大きい領域では第２フィードバック回路１２０によって、特性変換回路１９０における特性変換が行われると言える。これらの点で、特性変換回路１９０は、特性変換回路１００と共通している。このため、特性変換回路１９０では、特性変換回路１００と同様に、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が調整される。
【０１４３】
図１０に、特性変換回路１９０の具体例である特性変換回路１９０Ｘを示す。以下では、図８の例と同様の部分については、説明を省略することがある。
【０１４４】
図１０に示す特性変換回路１９０Ｘでは、図８の特性変換回路１００Ｘのフィードバック電流供給部１３０Ｘに代えて、フィードバック電流供給部１９５Ｘが設けられている。また、特性変換回路１９０Ｘでは、特性変換回路１００Ｘの電流共振制御部１４０に代えて、電流共振制御部１９９が設けられている。
【０１４５】
フィードバック電流供給部１９５Ｘは、定電圧源１３１、第７抵抗１３２および第１発光ダイオード１３５に加え、第１０抵抗１９１および第２発光ダイオード１９２を有する。電流共振制御部１９９は、第８抵抗１４１、第１コンデンサ１４２、第９抵抗１４３、第１フォトトランジスタ１４５および制御ＩＣ１４６に加え、第１１抵抗１９６および第２フォトトランジスタ１９７を有する。
【０１４６】
第８抵抗１４１と、第１コンデンサ１４２と、第９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、第１１抵抗１９６および第２フォトトランジスタ１９７の組み合わせとは、互いに並列に接続されている。第２発光ダイオード１９２および第２フォトトランジスタ１９７は、協働して、第２フォトカプラ１９８を構成している。
【０１４７】
電流共振制御部１９９では、電流共振制御部１４０と同様、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。
【０１４８】
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８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９抵抗１４３および第１フォトトランジスタ１４５を介して、または、第１１抵抗１９６および第２フォトトランジスタ１９７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。
【０１４９】
電流共振制御部１９９における第１コンデンサ１４２の電荷の充電状態は、電流共振制御部１４０と同様に変化する。このため、特性変換回路１９０Ｘでは、特性変換回路１００Ｘと同様に、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調整される。
【０１５０】
改めて断っておくが、図４の特性変換回路１００の具体例は、図８の特性変換回路１００Ｘには限られない。例えば、定電圧源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。図９の特性変換回路１９０の具体例についても同様である。
【０１５１】
また、図４および図８の第１フィードバック回路１１０および第２フィードバック回路１２０の構成も必須ではない。
【０１５２】
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いくてもよい。直流電力変換装置は、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。
【０１５３】
本開示は、特性変換回路１００を開示していると考えることもできる。具体的には、本開示に係る特性変換回路１００は、特性変換制御を実行する。特性変換制御は、特性変換回路１００の出力電圧がある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−出力電力特性と、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−出力電流特性と、をもたらす。
【０１５４】
本開示は、特性変換回路１００と燃料電池発電システム４０とを備えた直流電力供給システムを開示していると考えることもできる。具体的には、本開示に係る直流電力供給システムは、燃料電池発電システム４０と、特性変換回路１００と、を備える。特性変換回路１００には、燃料電池発電システム４０から出力された直流電力が入力される。特性変換回路１００は、特性変換制御を実行する。特性変換制御は、特性変換回路１００の出力電圧がある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−出力電力特性と、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−出力電流特性と、をもたらす。
【産業上の利用可能性】
【０１５５】
本開示に係る技術は、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。
【符号の説明】
【０１５６】
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
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  ＭＣＵ
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
８８，８９，９８，９９  電路
１００，１００Ｘ，１９０，１９０Ｘ  特性変換回路
１１０，１２０  フィードバック回路
１１１，１１２，１１３，１２１，１２２，１２３，１３２，１４１，１４３，１９１，１９６  抵抗
１１５，１２５  シャントレギュレータ
１１５Ａ，１２５Ａ  アノード
１１５Ｋ，１２５Ｋ  カソード
１１５ａ，１２５ａ  参照電圧端子
１１５о，１２５о  オペアンプ
１１５ｔ，１２５ｔ  トランジスタ
１２８  電流センサ
１３０，１３０Ｘ、１９５，１９５Ｘ  フィードバック電流供給部
１３１  定電圧源
１３５，１９２  発光ダイオード
１４０，１９９  電流共振制御部
１４２，１６１，１６３ａ，１６３ｂ，１６４，１６７  コンデンサ
１４５，１９７  フォトトランジスタ
１４６  制御ＩＣ
１４７  定電流源
１４８，１４９ａ，１４９ｂ  端子
１５０，１９８  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，ｐ３，ｐｓ  接続点
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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