(57)【要約】【課題】蓄電装置の出力電圧が上昇した場合にインバータの電力変換効率の悪化を抑制できる電力変換システムを提供する。【解決手段】電力変換システム１において、第１のＤＣ／ＤＣコンバータは、蓄電装置１０の第１直流電圧Ｖ１を第２直流電圧Ｖ２に昇圧する。第２のＤＣ／ＤＣコンバータは、第２直流電圧Ｖ２を第３直流電圧Ｖ３に昇圧して、第３直流電圧Ｖ３を直流バス３０に出力する。インバータ４０は、直流バス３０の直流電力を交流電力に変換し、第３直流電圧Ｖ３が目標電圧値に近づくように当該交流電力を制御する。第１のＤＣ／ＤＣコンバータと第２のＤＣ／ＤＣコンバータの一方は、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２２であり、他方は、自身の出力電流を目標電流値に近づくように制御する非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２４である。第１直流電圧Ｖ１が高くなるほど、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の入出力電圧の電圧変換比が低く制御される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電装置から供給された第１直流電圧を第２直流電圧に昇圧する第１のＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記第２直流電圧を第３直流電圧に昇圧して、当該第３直流電圧を直流バスに出力する第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記直流バスの直流電力を交流電力に変換し、当該交流電力を電力系統へ供給し、前記第３直流電圧が所定の目標電圧値に近づくように当該交流電力を制御するインバータと、を備え、
前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータと前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータの一方は、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータであり、他方は、自身の出力電流を所定の目標電流値に近づくように制御する非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータであり、
前記第１直流電圧が高くなるほど、前記絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの入出力電圧の電圧変換比が低く制御されることを特徴とする電力変換システム。
【請求項２】
前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータは、前記絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータであり、
前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータは、前記非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータであり、
前記絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータは、
一次側コイルと二次側コイルとを有する絶縁トランスと、
複数のスイッチング素子のスイッチング動作により前記第１直流電圧を第１交流電圧に変換して、当該第１交流電圧を共振回路を介して前記絶縁トランスの前記一次側コイルに供給するブリッジ回路と、
前記絶縁トランスの前記二次側コイルから供給される第２交流電圧を前記第２直流電圧に整流する整流回路と、
前記複数のスイッチング素子をスイッチング動作させるための駆動信号を生成する駆動回路と、を有し、
前記駆動回路は、前記駆動信号の周波数、デューティ比またはデッドタイムを変更して、前記絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの前記電圧変換比を変更することを特徴とする請求項１に記載の電力変換システム。
【請求項３】
前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータは、前記絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータであり、
前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータは、前記非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータであり、
前記絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータは、
一次側コイルと二次側コイルとを有する絶縁トランスと、
複数のスイッチング素子のスイッチング動作により前記第１直流電圧を第１交流電圧に変換して、当該第１交流電圧を前記絶縁トランスの前記一次側コイルに供給するブリッジ回路と、
前記絶縁トランスの前記二次側コイルから供給される第２交流電圧を前記第２直流電圧に整流する整流回路と、
前記絶縁トランスの前記一次側コイルと前記二次側コイルとの巻き線比を変更して、前記絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの前記電圧変換比を変更する巻き線比変更回路と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の電力変換システム。
【請求項４】
前記電力系統の交流電圧を検出する交流電圧検出部と、
前記第１直流電圧と前記電圧変換比とにより定まる前記非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの動作に必要な前記第３直流電圧の第１の値と、前記交流電圧検出部で検出された前記交流電圧を前記インバータが出力するために必要な前記第３直流電圧の第２の値とを参照して、前記絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの前記電圧変換比を制御する制御部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電力変換システム。
【請求項５】
前記制御部は、前記第１の値が前記第２の値より高い場合、前記絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの前記電圧変換比を低下させ、
前記インバータは、前記第１の値と前記第２の値のうち高い値を前記目標電圧値に設定することを特徴とする請求項４に記載の電力変換システム。
【請求項６】
太陽電池から出力される第４直流電圧を昇圧して前記直流バスに出力し、前記太陽電池の発電電力が最大になるよう最大電力点追従制御を行う第３のＤＣ／ＤＣコンバータをさらに備え、
前記制御部は、前記第３のＤＣ／ＤＣコンバータが最大電力点追従制御を行うために必要な前記第３直流電圧の第３の値と、前記第１の値と、前記第２の値とを参照して、前記絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの前記電圧変換比を制御することを特徴とする請求項４に記載の電力変換システム。
【請求項７】
前記制御部は、前記第１の値が前記第２の値および前記第３の値より高い場合、前記絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの前記電圧変換比を低下させ、
前記インバータは、前記第１の値、前記第２の値および前記第３の値のうち最大値を前記目標電圧値に設定することを特徴とする請求項６に記載の電力変換システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電装置の直流電力を交流電力に変換する電力変換システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣコンバータとインバータが直流バスに接続された電力変換システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、入力側と出力側を絶縁するトランスを有する。絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、オープンループで動作し、蓄電装置の出力電圧を所定の電圧変換比で昇圧して直流バスに出力する。インバータは、直流バスの直流電力を交流電力に変換して商用電力系統（以下、単に電力系統という）に出力する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２７２７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような電力変換システムでは、蓄電装置の充電残量が高いこと及び蓄電装置が交換されたことなどにより蓄電装置の出力電圧が上昇した場合、絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの電圧変換比が一定であるため、絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣコンバータが直流バスに出力する直流電圧が上昇する。そのため、インバータの電力変換効率が悪化する可能性がある。
【０００５】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、蓄電装置の出力電圧が上昇した場合にインバータの電力変換効率の悪化を抑制できる電力変換システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の電力変換システムは、蓄電装置から供給された第１直流電圧を第２直流電圧に昇圧する第１のＤＣ／ＤＣコンバータと、第２直流電圧を第３直流電圧に昇圧して、当該第３直流電圧を直流バスに出力する第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、直流バスの直流電力を交流電力に変換し、当該交流電力を電力系統へ供給し、第３直流電圧が所定の目標電圧値に近づくように当該交流電力を制御するインバータと、制御部と、を備える。第１のＤＣ／ＤＣコンバータと第２のＤＣ／ＤＣコンバータの一方は、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータであり、他方は、自身の出力電流を所定の目標電流値に近づくように制御する非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータである。制御部は、第１直流電圧が高くなるほど絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの入出力電圧の電圧変換比を低く制御する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、蓄電装置の出力電圧が上昇した場合にインバータの電力変換効率の悪化を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係る電力変換システムの構成を概略的に示すブロック図である。
【図２】図１の絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。
【図３】第２の実施形態に係る電力変換システムの構成を概略的に示すブロック図である。
【図４】図３の絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。
【図５】第３の実施形態に係る電力変換システムの構成を概略的に示すブロック図である。
【図６】第４の実施形態に係る電力変換システムの構成を概略的に示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る電力変換システム１の構成を概略的に示すブロック図である。電力変換システム１は、蓄電装置１０と、直流電圧検出部１２と、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２０と、直流バス３０と、双方向ＤＣ／ＡＣインバータ４０と、制御部５０と、を備える。
【００１０】
蓄電装置１０は、電力を充放電可能であり、リチウムイオン蓄電池、ニッケル水素蓄電池、鉛蓄電池、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ等を含む。蓄電装置１０から出力される直流電力は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２０に供給される。
【００１１】
直流電圧検出部１２は、蓄電装置１０の第１直流電圧Ｖ１を検出し、検出値を制御部５０に供給する。
【００１２】
双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、蓄電装置１０から供給される第１直流電圧Ｖ１を異なる値の第３直流電圧Ｖ３に変換して直流バス３０に出力すること、及び、直流バス３０の第３直流電圧Ｖ３を第１直流電圧Ｖ１に変換して蓄電装置１０に充電することが可能である。具体的には双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、第１直流電圧Ｖ１を昇圧し、直流バス３０の第３直流電圧Ｖ３を降圧する。
【００１３】
双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２２と、非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２４と、を有する。絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、第１のＤＣ／ＤＣコンバータとして機能し、非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２４は、第２のＤＣ／ＤＣコンバータとして機能する。
【００１４】
絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、入出力が電気的に絶縁された双方向ＤＣ／ＤＣコンバータとして構成され、蓄電装置１０から供給された第１直流電圧Ｖ１を第２直流電圧Ｖ２に昇圧することが可能である。また、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、第２直流電圧Ｖ２を第１直流電圧Ｖ１に降圧することが可能である。第１直流電圧Ｖ１と第２直流電圧Ｖ２は、互いに絶縁されている。絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の構成は後述する。
【００１５】
非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２４は、双方向チョッパとして構成され、第２直流電圧Ｖ２を第３直流電圧Ｖ３に昇圧して、当該第３直流電圧Ｖ３を直流バス３０に出力することが可能である。また、非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２４は、第３直流電圧Ｖ３を第２直流電圧Ｖ２に降圧することが可能である。非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２４は、自身の出力電流を所定の目標電流値に近づくように制御する。
【００１６】
非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２４は、既知の回路で構成できるため、詳細な説明は省略するが、第２直流電圧Ｖ２が印加されるノードと高電圧側の直流バス３０との間にインダクタＬ１１とスイッチング素子Ｑ１１とが直列接続されている。インダクタＬ１１とスイッチング素子Ｑ１１との接続ノードと、低電圧側の直流バス３０との間にスイッチング素子Ｑ１２が接続されている。スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２には、それぞれ、対応するダイオードＤ１１，Ｄ１２が逆並列に接続されている。スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２を駆動する駆動回路や制御部などは図示を省略する。
【００１７】
非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２４の入出力電圧の電圧変換比は、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の入出力電圧の電圧変換比より低く、出力電流を制御できる程度に第３直流電圧Ｖ３が第２直流電圧Ｖ２より高ければよい。例えば、第３直流電圧Ｖ３は、第２直流電圧Ｖ２より１０Ｖ程度高くてもよい。第３直流電圧Ｖ３は、双方向ＤＣ／ＡＣインバータ４０により次のように制御される。
【００１８】
双方向ＤＣ／ＡＣインバータ４０は、直流バス３０の直流電力を交流電力に変換し、当該交流電力を電力系統６０へ供給することが可能である。このとき、双方向ＤＣ／ＡＣインバータ４０は、第３直流電圧Ｖ３が所定の目標電圧値に近づくように交流電力を制御する。目標電圧値は、第２直流電圧Ｖ２より高く設定されている。これにより、非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２４のダイオードＤ１１が導通しないようにでき、非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２４は出力電流を制御できる。また、双方向ＤＣ／ＡＣインバータ４０は、電力系統６０の交流電力を直流電力に変換し、当該直流電力を直流バス３０に出力することが可能である。
【００１９】
制御部５０は、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２２を制御し、第１直流電圧Ｖ１が高くなるほど絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の入出力電圧の電圧変換比を低く制御する。
【００２０】
図２は、図１の絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の回路図である。図２に示すように、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、絶縁トランス７０と、キャパシタＣ１１，Ｃ２１と、第１ブリッジ回路７２と、共振回路７４と、第２ブリッジ回路７６と、駆動回路７８とを有する。
【００２１】
絶縁トランス７０は、一次側コイルＣＯ１と、一次側コイルＣＯ１に磁気的に結合された二次側コイルＣＯ２とを有する。二次側コイルＣＯ２の巻き数は、一次側コイルＣＯ１の巻き数より多い。一次側コイルＣＯ１と二次側コイルＣＯ２の巻き数比に基づいて、電圧変換比が定まる。
【００２２】
端子Ｔ１１と端子Ｔ１２は、蓄電装置１０に接続され、端子Ｔ１１と端子Ｔ１２の間の電圧は、第１直流電圧Ｖ１である。キャパシタＣ１１は、端子Ｔ１１と端子Ｔ１２の間に接続されている。
【００２３】
第１ブリッジ回路７２は、端子Ｔ１１と端子Ｔ１２の間に接続されたフルブリッジ回路であり、第１スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４と、ダイオードＤ１〜Ｄ４と、キャパシタＣ１〜Ｃ４とを有する。第１スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、例えば、ＭＯＳトランジスタである。第１スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４には、それぞれ、対応するダイオードＤ１〜Ｄ４が逆並列に接続され、対応するキャパシタＣ１〜Ｃ４が並列接続されている。第１直流電圧Ｖ１を第２直流電圧Ｖ２に変換する場合、第１ブリッジ回路７２は、第１スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチング動作により第１直流電圧Ｖ１を第１交流電圧に変換して、当該第１交流電圧を共振回路７４を介して絶縁トランス７０の一次側コイルＣＯ１に供給する。
【００２４】
第２ブリッジ回路７６は、端子Ｔ２１と端子Ｔ２２の間に接続されたフルブリッジ回路であり、第２スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８と、ダイオードＤ５〜Ｄ８と、キャパシタＣ５〜Ｃ８とを有する。第２スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８は、例えば、ＭＯＳトランジスタである。第２スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８には、それぞれ、対応するダイオードＤ５〜Ｄ８が逆並列に接続され、対応するキャパシタＣ５〜Ｃ８が並列接続されている。第１直流電圧Ｖ１を第２直流電圧Ｖ２に変換する場合、第２ブリッジ回路７６は、第２スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８がオフ状態になることにより絶縁トランス７０の二次側コイルＣＯ２から供給される第２交流電圧を第２直流電圧Ｖ２に整流する。つまり第２ブリッジ回路７６は、第１直流電圧Ｖ１を第２直流電圧Ｖ２に変換する場合、整流回路として機能する。
【００２５】
第２直流電圧Ｖ２を第１直流電圧Ｖ１に変換する場合、第２ブリッジ回路７６は、第２直流電圧Ｖ２を第２交流電圧に変換して、当該第２交流電圧を絶縁トランス７０の二次側コイルＣＯ２に供給する。また、この場合、第１ブリッジ回路７２は、絶縁トランス７０の一次側コイルＣＯ１から供給される第１交流電圧を第１直流電圧Ｖ１に整流する。
【００２６】
共振回路７４は、第１スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４と第２スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８にソフトスイッチングさせ、損失を低減させる。共振回路７４は、インダクタＬ１と、インダクタＬ１に直列接続されたキャパシタＣ１０とを有する。
【００２７】
キャパシタＣ２１は、端子Ｔ２１と端子Ｔ２２の間に接続されている。端子Ｔ２１と端子Ｔ２２は、非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２４に接続され、端子Ｔ２１と端子Ｔ２２の間の電圧は、第２直流電圧Ｖ２である。
【００２８】
駆動回路７８は、第１スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４と第２スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８をスイッチング動作させるための駆動信号を生成する。駆動信号は、第１スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４と第２スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８のゲートに供給される。
【００２９】
制御部５０は、駆動回路７８を制御して駆動信号の周波数、デューティ比またはデッドタイムを変更して、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の電圧変換比を制御する。以下では、周波数を変更する一例について説明する。周波数を変更する場合、デューティ比とデッドタイムは一定値である。
【００３０】
制御部５０は、例えば、第１直流電圧Ｖ１と駆動信号の周波数との対応関係をテーブルとして保持している。テーブルでは、例えば、第１直流電圧Ｖ１の第１の範囲には第１周波数ｆａが対応付けられ、第１直流電圧Ｖ１の第２の範囲には第２周波数ｆｂが対応付けられ、第１直流電圧Ｖ１の第３の範囲には第３周波数ｆｃが対応付けられている。より多くの第１直流電圧Ｖ１の範囲と周波数が対応付けられてもよい。
【００３１】
制御部５０は、テーブルを参照し、直流電圧検出部１２で検出された第１直流電圧Ｖ１に対応する周波数に、駆動信号の周波数を変更する。駆動信号の周波数が変更されると、共振回路７４の周波数特性により、電圧変換比が変化する。デューティ比またはデッドタイムを変更する場合にも、同様のテーブルを用意しておき、同様に制御すればよい。
【００３２】
このような絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、既知の絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの構成からハードウェアを変更することなく、制御部５０の制御、即ち制御部５０のソフトウェアを変更すれば実現できる。
【００３３】
次に、電力変換システム１の全体的な動作を説明する。蓄電装置１０を放電する場合、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、蓄電装置１０の第１直流電圧Ｖ１を昇圧して直流バス３０に出力する。双方向ＤＣ／ＡＣインバータ４０は、直流バス３０の直流電力を交流電力に変換して電力系統６０に出力する。
【００３４】
また、蓄電装置１０を充電する場合、双方向ＤＣ／ＡＣインバータ４０は、電力系統６０の交流電力を直流電力に変換して直流バス３０に出力する。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、直流バス３０の第３直流電圧Ｖ３を降圧して蓄電装置１０を充電する。
【００３５】
ここで、蓄電装置１０の放電時、蓄電装置１０の充電残量が高いこと及び蓄電装置１０が交換されたことなどにより、蓄電装置１０から供給される第１直流電圧Ｖ１が上昇する場合がある。この場合、制御部５０は、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の電圧変換比を低く制御し、その結果、第２直流電圧Ｖ２の上昇が抑制される。
【００３６】
このように本実施形態によれば、第１直流電圧Ｖ１が高くなるほど絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の電圧変換比を低く制御するので、蓄電装置１０の第１直流電圧Ｖ１が上昇した場合にも、直流バス３０の第３直流電圧Ｖ３の上昇を抑制できる。従って、蓄電装置１０の出力電圧が上昇した場合に双方向ＤＣ／ＡＣインバータ４０の電力変換効率の悪化を抑制できる。
【００３７】
また、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２２に昇圧機能を持たせ、非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２４に電流制御機能を持たせ、両者に機能分担させている。そのため、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２２で主に昇圧することで、非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２４の電圧変換比を小さくでき、非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２４の損失を小さくすることができる。
【００３８】
また、非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２４は絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の後段に設けられているので、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の前段に設けられる場合と比較して、小さな電流を扱えばよいため、損失を低減できる。
【００３９】
このような実施形態に対して、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの電圧変換比を制御しない比較例が想定できる。この比較例では、例えば第１直流電圧Ｖ１が１００Ｖから１１０Ｖに上昇すると、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの電圧変換比は例えば１：３で一定のため第２直流電圧Ｖ２も３００Ｖから３３０Ｖに上昇する。そのため、非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータが動作できるように、双方向ＤＣ／ＡＣインバータは、第２直流電圧Ｖ２を検出し、第２直流電圧Ｖ２に合わせて第３直流電圧Ｖ３を３１０Ｖから３４０Ｖに高くする。例えば、２００Ｖの実効値の交流電圧を出力するためには、第３直流電圧Ｖ３は約２９０Ｖ程度でよいが、上述のように第３直流電圧Ｖ３を高くする必要がある。第３直流電圧Ｖ３を高くすることにより、双方向ＤＣ／ＡＣインバータの電力変換効率が悪化する。上述のように、本実施形態では、このような電力変換効率の悪化を抑制できる。
【００４０】
（第２の実施形態）
第２の実施形態では、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの絶縁トランスの巻き線比を変更して電圧変換比を制御する。以下では、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。
【００４１】
図３は、第２の実施形態に係る電力変換システム１Ａの構成を概略的に示すブロック図である。絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２２Ａの構成と制御部５０Ａの機能が第１の実施形態と異なる。
【００４２】
図４は、図３の絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２２Ａの回路図である。図４に示すように、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２２Ａは、図２の構成に加え、絶縁トランス７０の一次側コイルＣＯ１と二次側コイルＣＯ２との巻き線比を変更する巻き線比変更回路８０をさらに有する。また、駆動回路７８Ａは、一定値の周波数、デューティ比およびデッドタイムで駆動信号を生成する。
【００４３】
一次側コイルＣＯ１は、第１端Ｔ１と第２端Ｔ２との間に２つのタップＴＡ１，ＴＡ２を有する。一次側コイルＣＯ１の第１端Ｔ１と第２端Ｔ２との間の巻き数は、一次側コイルＣＯ１のタップＴＡ１と第２端Ｔ２との間の巻き数より多い。一次側コイルＣＯ１のタップＴＡ１と第２端Ｔ２との間の巻き数は、一次側コイルＣＯ１のタップＴＡ２と第２端Ｔ２との間の巻き数より多い。
【００４４】
巻き線比変更回路８０は、複数のスイッチＳＷ１〜ＳＷ３を有する。スイッチＳＷ１は、共振回路７４と一次側コイルＣＯ１の第１端Ｔ１との間に接続されている。スイッチＳＷ２は、共振回路７４とタップＴＡ１との間に接続されている。スイッチＳＷ３は、共振回路７４とタップＴＡ２との間に接続されている。スイッチＳＷ１〜ＳＷ３のうちオンさせるものを切り替えることで、巻き線比を変更できる。タップＴＡ１，ＴＡ２の数とスイッチＳＷ１〜ＳＷ３の数は一例であり、これらを変更してもよい。
【００４５】
制御部５０Ａは、巻き線比変更回路８０を制御して巻き線比を変更して、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２２Ａの電圧変換比を制御する。制御部５０Ａは、例えば、第１直流電圧Ｖ１と巻き線比との対応関係をテーブルとして保持している。テーブルでは、例えば、第１直流電圧Ｖ１の第１の範囲には第１巻き線比Ｎａが対応付けられ、第１直流電圧Ｖ１の第２の範囲には第２巻き線比Ｎｂが対応付けられ、第１直流電圧Ｖ１の第３の範囲には第３巻き線比Ｎｃが対応付けられている。
【００４６】
制御部５０Ａは、テーブルを参照し、直流電圧検出部１２で検出された第１直流電圧Ｖ１に対応する巻き線比になるよう、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３を制御する。巻き線比が変更されると、電圧変換比が変化する。
【００４７】
このような構成によっても、第１の実施形態の効果を得ることができる。また、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２２Ａは簡単な設計で実現できる。
【００４８】
（第３の実施形態）
第３の実施形態では、電力系統６０の交流電圧の値も考慮して電圧変換比を制御する。以下では、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。
【００４９】
図５は、第３の実施形態に係る電力変換システム１Ｂの構成を概略的に示すブロック図である。電力変換システム１Ｂは、図１の構成に加え、交流電圧検出部９０をさらに備える。また、制御部５０Ｂの機能が第１の実施形態と異なる。
【００５０】
交流電圧検出部９０は、双方向ＤＣ／ＡＣインバータ４０と電力系統６０との間に設けられ、電力系統６０の交流電圧を検出する。制御部５０Ｂは、第１直流電圧Ｖ１と絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の電圧変換比とにより定まる非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２４の動作に必要な第３直流電圧Ｖ３の第１の値Ｖａを計算する。第１の値Ｖａは、第２直流電圧Ｖ２と所定電圧との和である。制御部５０Ｂは、交流電圧検出部９０で検出された交流電圧を双方向ＤＣ／ＡＣインバータ４０が出力するために必要な第３直流電圧Ｖ３の第２の値Ｖａ’を計算する。第２の値Ｖａ’は、例えば、交流電圧検出部９０で検出された交流電圧の実効値の√２倍である。
【００５１】
制御部５０Ｂは、第１の値Ｖａと第２の値Ｖａ’とを参照して、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の電圧変換比を制御する。具体的には、制御部５０Ｂは、第１の値Ｖａが第２の値Ｖａ’より高い場合、第１の実施形態と同様に絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の電圧変換比を低下させる。制御部５０Ｂは、第１の値Ｖａが第２の値Ｖａ’より高い場合、第１の値Ｖａが第２の値Ｖａ’とほぼ等しくなるように絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の電圧変換比を低下させてもよい。制御部５０Ｂは、第１の値Ｖａが第２の値Ｖａ’以下の場合、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の電圧変換比を低下させない。双方向ＤＣ／ＡＣインバータ４０は、第１の値Ｖａと前記第２の値Ｖａ’のうち高い値を目標電圧値に設定する。
【００５２】
このように、第１直流電圧Ｖ１が高くなり、第１の値Ｖａが第２の値Ｖａ’より高くなった場合に絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の電圧変換比を低下させるので、双方向ＤＣ／ＡＣインバータ４０の電力変換効率の悪化を抑制できる。電圧変換比の低下により第１の値Ｖａが第２の値Ｖａ’以下になると、双方向ＤＣ／ＡＣインバータ４０の目標電圧値は第２の値Ｖａ’になるので、電力系統６０の交流電圧に応じた適切な第３直流電圧Ｖ３を得ることができる。
【００５３】
また、電力系統６０の交流電圧が高くなったことなどにより第１の値Ｖａが第２の値Ｖａ’以下になった場合、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の電圧変換比を低下させないので、不要な電圧変換比の低下を抑制できる。
【００５４】
（第４の実施形態）
第４の実施形態は、太陽電池も接続された電力変換システムに関し、太陽電池も考慮して電圧変換比を制御する。以下では、第３の実施形態との相違点を中心に説明する。
【００５５】
図６は、第４の実施形態に係る電力変換システム１Ｃの構成を概略的に示すブロック図である。電力変換システム１Ｃは、図５の構成に加え、太陽電池１００と、単方向のＤＣ／ＤＣコンバータ１１０とをさらに備える。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０は、第３のＤＣ／ＤＣコンバータとして機能する。また、制御部５０Ｃの機能が第３の実施形態と異なる。
【００５６】
太陽電池１００は、光起電力効果を利用し、光エネルギーを直接電力に変換する発電装置である。太陽電池１００として、シリコン太陽電池、化合物半導体などを素材にした太陽電池、色素増感型（有機太陽電池）等が使用される。
【００５７】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０は、チョッパ回路を含み、太陽電池１００から出力される第４直流電圧を昇圧して直流バス３０に出力し、太陽電池１００の発電電力が最大になるよう最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ制御）を行う。最大電力点追従制御は、電圧と電流を適切なバランスで制御することによって取り出せる電力の値を最大化する技術である。最大電力点追従制御によって、太陽電池１００は、設置場所や天候に応じた最大の電力を出力可能である。
【００５８】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０は、最大電力点追従制御を行うために必要な第３直流電圧Ｖ３の第３の値Ｖａ’’を制御部５０Ｃに通知する。最大電力点追従制御により第４直流電圧が上昇した場合にもＤＣ／ＤＣコンバータ１１０が昇圧動作できるように、第３の値Ｖａ’’は、第４直流電圧と所定電圧との和である。
【００５９】
制御部５０Ｃは、第１の値Ｖａと第２の値Ｖａ’と第３の値Ｖａ’’とを参照して、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の電圧変換比を制御する。具体的には、制御部５０Ｃは、第１の値Ｖａが第２の値Ｖａ’および第３の値Ｖａ’’より高い場合、第１の実施形態と同様に絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の電圧変換比を低下させる。制御部５０Ｃは、第３の値Ｖａ’’が第１の値Ｖａおよび第２の値Ｖａ’より高い場合、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の電圧変換比を低下させない。
【００６０】
双方向ＤＣ／ＡＣインバータ４０は、第１の値Ｖａ、第２の値Ｖａ’および第３の値Ｖａ’’のうち最大値を目標電圧値に設定する。
【００６１】
このように、第１直流電圧Ｖ１が高くなり、第１の値Ｖａが第２の値Ｖａ’および第３の値Ｖａ’’より高くなった場合に絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の電圧変換比を低下させるので、双方向ＤＣ／ＡＣインバータ４０の電力変換効率の悪化を抑制できる。この場合、双方向ＤＣ／ＡＣインバータ４０の目標電圧値は、第２の値Ｖａ’と第３の値Ｖａ’’のうち高い値になるので、太陽電池１００のための最大電力点追従制御を確実に行うことができる。
【００６２】
以上、本発明について、実施形態をもとに説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素あるいは各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、また、そうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００６３】
例えば、以上の実施形態では双方向チョッパとして機能する非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２４が設けられている一例について説明したが、非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２４は設けられなくてもよい。この変形例では、構成を簡略化できる。
【００６４】
また、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２２と非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２４を入れ替えて、非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２４が絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の前段に設けられてもよい。この場合、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、第２のＤＣ／ＤＣコンバータとして機能し、非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２４は、第１のＤＣ／ＤＣコンバータとして機能する。つまり、非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２４は、蓄電装置１０から供給された第１直流電圧Ｖ１を第２直流電圧Ｖ２に昇圧すること、および、第２直流電圧Ｖ２を第１直流電圧Ｖ１に降圧することが可能である。絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、第２直流電圧Ｖ２を第３直流電圧Ｖ３に昇圧して、当該第３直流電圧Ｖ３を直流バス３０に出力すること、および、第３直流電圧Ｖ３を第２直流電圧Ｖ２に降圧することが可能である。
【００６５】
また、第３および第４の実施形態において、第２の実施形態の絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ２２Ａを用いて電圧変換比を制御してもよい。
【００６６】
なお、実施の形態は、以下の項目によって特定されてもよい。
【００６７】
［項目１］
蓄電装置（１０）から供給された第１直流電圧（Ｖ１）を第２直流電圧（Ｖ２）に昇圧する第１のＤＣ／ＤＣコンバータ（２２，２２Ａ）と、
前記第２直流電圧（Ｖ２）を第３直流電圧（Ｖ３）に昇圧して、当該第３直流電圧（Ｖ３）を直流バス（３０）に出力する第２のＤＣ／ＤＣコンバータ（２４）と、
前記直流バス（３０）の直流電力を交流電力に変換し、当該交流電力を電力系統（６０）へ供給し、前記第３直流電圧（Ｖ３）が所定の目標電圧値に近づくように当該交流電力を制御するインバータ（４０）と、を備え、
前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータ（２２，２２Ａ）と前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータ（２４）の一方は、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ（２２，２２Ａ）であり、他方は、自身の出力電流を所定の目標電流値に近づくように制御する非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ（２４）であり、
前記第１直流電圧（Ｖ１）が高くなるほど、前記絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ（２２，２２Ａ）の入出力電圧の電圧変換比が低く制御されることを特徴とする電力変換システム（１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ）。
［項目２］
前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータ（２２）は、前記絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ（２２）であり、
前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータ（２４）は、前記非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ（２４）であり、
前記絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ（２２）は、
一次側コイル（ＣＯ１）と二次側コイル（ＣＯ２）とを有する絶縁トランス（７０）と、
複数のスイッチング素子（Ｑ１〜Ｑ４）のスイッチング動作により前記第１直流電圧（Ｖ１）を第１交流電圧に変換して、当該第１交流電圧を共振回路（７４）を介して前記絶縁トランス（７０）の前記一次側コイル（ＣＯ１）に供給するブリッジ回路（７２）と、
前記絶縁トランス（７０）の前記二次側コイル（ＣＯ２）から供給される第２交流電圧を前記第２直流電圧（Ｖ２）に整流する整流回路（７６）と、
前記複数のスイッチング素子（Ｑ１〜Ｑ４）をスイッチング動作させるための駆動信号を生成する駆動回路（７８）と、を有し、
前記駆動回路（７８）は、前記駆動信号の周波数、デューティ比またはデッドタイムを変更して、前記絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ（２２）の前記電圧変換比を変更することを特徴とする項目１に記載の電力変換システム（１，１Ｂ，１Ｃ）。
［項目３］
前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータ（２２Ａ）は、前記絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ（２２Ａ）であり、
前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータ（２４）は、前記非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ（２４）であり、
前記絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ（２２Ａ）は、
一次側コイル（ＣＯ１）と二次側コイル（ＣＯ２）とを有する絶縁トランス（７０）と、
複数のスイッチング素子（Ｑ１〜Ｑ４）のスイッチング動作により前記第１直流電圧（Ｖ１）を第１交流電圧に変換して、当該第１交流電圧を前記絶縁トランス（７０）の前記一次側コイル（ＣＯ１）に供給するブリッジ回路（７２）と、
前記絶縁トランス（７０）の前記二次側コイル（ＣＯ２）から供給される第２交流電圧を前記第２直流電圧（Ｖ２）に整流する整流回路（７６）と、
前記絶縁トランス（７０）の前記一次側コイル（ＣＯ１）と前記二次側コイル（ＣＯ２）との巻き線比を変更して、前記絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ（２２Ａ）の前記電圧変換比を変更する巻き線比変更回路（８０）と、
を有することを特徴とする項目１に記載の電力変換システム（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ）。
［項目４］
前記電力系統（６０）の交流電圧を検出する交流電圧検出部（９０）と、
前記第１直流電圧（Ｖ１）と前記電圧変換比とにより定まる前記非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ（２４）の動作に必要な前記第３直流電圧（Ｖ３）の第１の値（Ｖａ）と、前記交流電圧検出部（９０）で検出された前記交流電圧を前記インバータ（４０）が出力するために必要な前記第３直流電圧（Ｖ３）の第２の値（Ｖａ’）とを参照して、前記絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ（２２，２２Ａ）の前記電圧変換比を制御する制御部（５０Ｂ，５０Ｃ）と、
をさらに備えることを特徴とする項目１から３のいずれか１項に記載の電力変換システム（１Ｂ，１Ｃ）。
［項目５］
前記制御部（５０Ｂ）は、前記第１の値（Ｖａ）が前記第２の値（Ｖａ’）より高い場合、前記絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ（２２，２２Ａ）の前記電圧変換比を低下させ、
前記インバータ（４０）は、前記第１の値（Ｖａ）と前記第２の値（Ｖａ’）のうち高い値を前記目標電圧値に設定することを特徴とする項目４に記載の電力変換システム（１Ｂ）。
［項目６］
太陽電池（１００）から出力される第４直流電圧を昇圧して前記直流バス（３０）に出力し、前記太陽電池（１００）の発電電力が最大になるよう最大電力点追従制御を行う第３のＤＣ／ＤＣコンバータ（１１０）をさらに備え、
前記制御部（５０Ｃ）は、前記第３のＤＣ／ＤＣコンバータ（１１０）が最大電力点追従制御を行うために必要な前記第３直流電圧（Ｖ３）の第３の値（Ｖａ’’）と、前記第１の値（Ｖａ）と、前記第２の値（Ｖａ’）とを参照して、前記絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ（２２，２２Ａ）の前記電圧変換比を制御することを特徴とする項目４に記載の電力変換システム（１Ｃ）。
［項目７］
前記制御部（５０Ｃ）は、前記第１の値（Ｖａ）が前記第２の値（Ｖａ’）および前記第３の値（Ｖａ’’）より高い場合、前記絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ（２２，２２Ａ）の前記電圧変換比を低下させ、
前記インバータ（４０）は、前記第１の値（Ｖａ）、前記第２の値（Ｖａ’）および前記第３の値（Ｖａ’’）のうち最大値を前記目標電圧値に設定することを特徴とする項目６に記載の電力変換システム（１Ｃ）。
【符号の説明】
【００６８】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…電力変換システム、１０…蓄電装置、Ｑ１〜Ｑ８…スイッチング素子、２２，２２Ａ…絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ、２４…非絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ、３０…直流バス、４０…双方向ＤＣ／ＡＣインバータ、５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ…制御部、６０…電力系統、７０…絶縁トランス、ＣＯ１…一次側コイル、ＣＯ２…二次側コイル、７２…第１ブリッジ回路、７４…共振回路、７６…第２ブリッジ回路、７８，７８Ａ…駆動回路、８０…巻き線比変更回路、９０…交流電圧検出部、１００…太陽電池、１１０…ＤＣ／ＤＣコンバータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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