(57)【要約】【課題】各電力変換器の内部回路を共通化しつつ、電力変換器近傍の直流バスの電圧を安定化することができる電源システムを提供する。【解決手段】電源システム１Ａは、一方の入出力端１１と他方の入出力端１２との間において、直流電力と、別の直流電力若しくは交流電力との双方向若しくは片方向の変換をそれぞれ行う複数の電力変換器１０Ａ〜１０Ｄと、複数の電力変換器１０Ａ〜１０Ｄに対して共通に設けられ、各電力変換器１０Ａ〜１０Ｄの一方の入出力端１１に接続された直流バス２と、直流バス２に接続された蓄電池システム３０と、各電力変換器１０Ａ〜１０Ｄに対して増設可能であり、各電力変換器１０Ａ〜１０Ｄの一方の入出力端１１の正側端子と負側端子との間に電気的に接続されるコンデンサ部品１３とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の入出力端と他方の入出力端との間において、直流電力と、別の直流電力若しくは交流電力との双方向若しくは片方向の変換をそれぞれ行う複数の電力変換器と、
前記複数の電力変換器に対して共通に設けられ、各電力変換器の前記一方の入出力端に接続された直流バスと、
前記直流バスに接続された蓄電池システムと、
各電力変換器に対して増設可能であり、各電力変換器の前記一方の入出力端の正側端子と負側端子との間に電気的に接続されるコンデンサ部品と、
を備えることを特徴とする、電源システム。
【請求項２】
各電力変換器は、前記コンデンサ部品が取り付けられる取付面に、前記一方の入出力端における直流電圧の有無を表示する表示器を有することを特徴とする、請求項１に記載の電源システム。
【請求項３】
各電力変換器は、前記一方の入出力端からの直流電力の出力を停止するためのスイッチを前記取付面に更に有することを特徴とする、請求項２に記載の電源システム。
【請求項４】
各電力変換器の前記正側端子及び前記負側端子は、前記コンデンサ部品が取り付けられる取付面から突出して設けられており、
前記コンデンサ部品は、
前記取付面と対向する面に設けられ、前記正側端子及び前記負側端子とそれぞれ嵌合する一対の第１電極と、
前記対向する面とは反対側の面において該反対側の面から突出して設けられ、前記一対の第１電極とそれぞれ電気的に接続され、前記取付面の法線方向から見てそれぞれ前記正側端子及び前記負側端子と重なる位置に配置された一対の第２電極と、
を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電源システム。
【請求項５】
各電力変換器は、前記コンデンサ部品が取り付けられる取付面を更に有し、
前記コンデンサ部品は、互いに対向する表面及び裏面と、前記表面と前記裏面とを繋ぐ側面とを有し、
前記正側端子及び前記負側端子とそれぞれ接続される一対の第３電極が前記側面に設けられており、
前記コンデンサ部品は、前記表面及び前記裏面のいずれか一方が選択的に前記取付面と対向するように前記電力変換器に取り付けられることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電源システム。
【請求項６】
各電力変換器は、前記コンデンサ部品が取り付けられる取付面を更に有し、
各電力変換器の前記正側端子及び前記負側端子は、前記取付面上において互いに略平行に延びており、
前記コンデンサ部品は、
前記正側端子と前記負側端子との間に配置される本体部と、
前記本体部から前記正側端子に向けて延びる第１導電板と、
前記本体部から前記負側端子に向けて延びる第２導電板と、
を有し、
前記第１導電板の端部が前記正側端子に係止され、前記第２導電板の端部が前記負側端子に係止されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、鉄道車両の駆動装置に関する発明が記載されている。この装置は、エンジンによって駆動される誘導発電機と、誘導発電機から出力される交流電力を直流電力に変換する第１の電力変換装置と、第１の電力変換装置から出力される直流電力を平滑する平滑コンデンサと、平滑コンデンサを直流電圧源として駆動用交流電動機を駆動する第２の電力変換装置とを備えている。更に、この装置は、車上の制御機器に電力を供給する蓄電手段、及び蓄電手段と平滑コンデンサとの間に接続された接触器を備えている。そして、接触器が閉じられると蓄電手段により平滑コンデンサが充電され、平滑コンデンサに充電された電力を用いて誘導発電機に発電動作開始のための電流が供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１１８２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば特許文献１に示されるように、複数の電力変換器に対して共通に接続された直流バスと、この直流バスに接続された蓄電池システムとを備える電源システムが知られている。このような電源システムでは、或る電力変換器は例えば発電機などの電源設備に接続され、別の電力変換器は例えばモータなどの負荷に接続される。そして、負荷に対して発電量が過剰になると余剰電力が蓄電池システムに充電され、発電量に対して負荷が過剰になると蓄電池システムに蓄えられた電力が放電される。
【０００５】
上記のような電源システムにおいて、電力変換器と蓄電池システムとの距離は一定とは限らない。例えば、太陽光発電システムの場合、発電装置としての太陽光パネルは日当たりの良い任意の場所に配置され、電力変換器も太陽光パネルの近くに配置される。従って、各電力変換器と蓄電池システムとの距離は、各電力変換器毎に大きく異なることがある。また、負荷としての電気機器の配置も様々なので、電気機器側の電力変換器と蓄電池システムとの距離も各電力変換器毎に異なる。
【０００６】
ここで、蓄電池システムと電力変換器との間に配線される直流バスには、寄生インダクタンス及び抵抗が存在する。寄生インダクタンス及び抵抗は、電力変換器の近傍における直流バスの電圧の安定を妨げる一因となる。また、寄生インダクタンス及び抵抗は、配線の長さが長いほど大きくなる傾向があるので、配線の長さが長いほど、電力変換器の近傍における直流バスの電圧が不安定になる。このような直流バスの電圧の不安定さは、電力変換器の動作に影響を及ぼすおそれがある。
【０００７】
このような問題に対し、例えば直流バスの電圧を安定化するためのフィルタ回路を電力変換器に設けることが考えられる。しかし、電力変換器と蓄電池システムとの距離によって直流バスの電圧の不安定さが異なるので、各電力変換器毎にフィルタ回路の特性を変えなければならず、各電力変換器の内部回路を共通化することが困難になる。
【０００８】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、各電力変換器の内部回路を共通化しつつ、電力変換器近傍の直流バスの電圧を安定化することができる電源システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するために、本発明による電源システムは、一方の入出力端と他方の入出力端との間において、直流電力と、別の直流電力若しくは交流電力との双方向若しくは片方向の変換をそれぞれ行う複数の電力変換器と、複数の電力変換器に対して共通に設けられ、各電力変換器の一方の入出力端に接続された直流バスと、直流バスに接続された蓄電池システムと、各電力変換器に対して増設可能であり、各電力変換器の一方の入出力端の正側端子と負側端子との間に電気的に接続されるコンデンサ部品と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
この電源システムでは、コンデンサ部品が各電力変換器に対して増設可能となっている。コンデンサ部品は、各電力変換器の直流バスに接続される入出力端において正側端子と負側端子との間に接続されるので、直流バスの電圧を安定化するフィルタ回路として機能する。そして、このようなコンデンサ部品が増設可能であることにより、現場の作業者が、電力変換器と蓄電システムとの距離に応じてコンデンサ部品を接続するか否かを選択することができる。また、電力変換器と蓄電システムとの距離に応じて異なる容量のコンデンサ部品を選択して接続することも可能になる。従って、各電力変換器の内部回路を共通化することができ、且つ、電力変換器近傍の直流バスの電圧を安定化することができる。
【００１１】
また、電源システムは、各電力変換器が、コンデンサ部品が取り付けられる取付面に、一方の入出力端における直流電圧の有無を表示する表示器を有することを特徴としてもよい。これにより、一方の入出力端における直流電圧の有無を作業者が一目で確認できるので、コンデンサ部品の取り付けもしくは取り外しの完全性を確認する作業を容易にすることができる。この場合、各電力変換器は、一方の入出力端からの直流電力の出力を停止するためのスイッチを取付面に更に有してもよい。これにより、一方の入出力端における直流電力をオフ状態とすることが容易にできるので、作業性をより高めることができる。
【００１２】
また、電源システムは、各電力変換器の正側端子及び負側端子が、コンデンサ部品が取り付けられる取付面から突出して設けられており、コンデンサ部品が、取付面と対向する面に設けられ、正側端子及び負側端子とそれぞれ嵌合する一対の第１電極と、対向する面とは反対側の面において該反対側の面から突出して設けられ、一対の第１電極とそれぞれ電気的に接続され、取付面の法線方向から見てそれぞれ正側端子及び負側端子と重なる位置に配置された一対の第２電極と、を有することを特徴としてもよい。これにより、電力変換器に対して増設可能なコンデンサ部品を実現することができる。
【００１３】
また、電源システムは、各電力変換器が、コンデンサ部品が取り付けられる取付面を更に有し、コンデンサ部品は、互いに対向する表面及び裏面と、表面と裏面とを繋ぐ側面とを有し、正側端子及び負側端子とそれぞれ接続される一対の第３電極が側面に設けられており、コンデンサ部品は、表面及び裏面のいずれか一方が選択的に取付面と対向するように電力変換器に取り付けられることを特徴としてもよい。これにより、電力変換器に対して増設可能なコンデンサ部品を実現することができる。
【００１４】
また、電源システムは、各電力変換器が、コンデンサ部品が取り付けられる取付面を更に有し、各電力変換器の正側端子及び負側端子が、取付面上において互いに略平行に延びており、コンデンサ部品が、正側端子と負側端子との間に配置される本体部と、本体部から正側端子に向けて延びる第１導電板と、本体部から負側端子に向けて延びる第２導電板と、を有し、第１導電板の端部が正側端子に係止され、第２導電板の端部が負側端子に係止されることを特徴としてもよい。これにより、電力変換器に対して増設可能なコンデンサ部品を実現することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明による電源システムによれば、各電力変換器の内部回路を共通化しつつ、電力変換器近傍の直流バスの電圧を安定化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】電源システムの構成を概略的に示す図である。
【図２】電源システムの構成を概略的に示す図である。
【図３】（ａ）コンデンサ部品が取り付けられていない状態の電力変換器の外観を示す斜視図である。（ｂ）電力変換器にコンデンサ部品が取り付けられる様子を示す斜視図である。
【図４】電力変換器の取り付け面の一例を示す正面図である。
【図５】（ａ）コンデンサ部品の外観を示す斜視図である。（ｂ）電力変換器に１つのコンデンサ部品を取り付けた様子を示す正面図である。（ｃ）電力変換器に２つのコンデンサ部品を取り付けた様子を示す正面図である。
【図６】（ａ）コンデンサ部品が取り付けられた電力変換器の外観を示す斜視図である。（ｂ）コンデンサ部品が取り付けられた電力変換器の側面図である。
【図７】電力変換器の内部回路の第１の例を示す回路図であって、直流電力と交流電力との双方向変換の例を示している。
【図８】電力変換器の内部回路の第２の例を示す回路図であって、直流電力から交流電力への片方向変換の例を示している。
【図９】電力変換器の内部回路の第３の例を示す回路図であって、直流電力と別の直流電力との双方向変換の例を示している。
【図１０】電力変換器の内部回路の第４の例を示す回路図であって、直流電力と別の直流電力との双方向変換の例を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照しながら本発明による電源システムの実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態に係る電源システム１Ａの構成を概略的に示す図である。本実施形態の電源システム１Ａは、複数の電力変換器１０Ａ〜１０Ｄ（パワーコンディショニングシステム（ＰＣＳ）とも呼ばれる）と、直流バス２と、蓄電池システム３０とを備えている。
【００１９】
複数の電力変換器１０Ａ〜１０Ｄは、それぞれに対応する電源設備６１もしくは負荷６２と、直流バス２との間に電気的に接続されている。各電力変換器１０Ａ〜１０Ｄは、直流バス２に接続された一方の入出力端１１と、電源設備６１もしくは負荷６２と接続された他方の入出力端１２とを有する。一方の入出力端１１は、直流バス２の正側配線に接続される正側端子と、直流バス２の負側配線に接続される負側端子とによって構成されている。なお、図１においては、直流バス２の正側配線及び負側配線を簡略化して一本の配線として示している。他方の入出力端１２は、電源設備６１もしくは負荷６２が直流電力を出力（あるいは入力）する場合には、一方の入出力端１１と同様に正側端子及び負側端子によって構成されている。また、電源設備６１もしくは負荷６２が交流電力を出力（あるいは入力）する場合には、他方の入出力端１２は、Ｎ相（Ｎは２以上の整数）の電極によって構成されている。各電力変換器１０Ａ〜１０Ｄは、一方の入出力端１１と他方の入出力端１２との間において、直流バス２の直流電力と、電源設備６１もしくは負荷６２の別の直流電力若しくは交流電力との双方向若しくは片方向の変換を行う。
【００２０】
図１に示される例では、４つの電力変換器１０Ａ〜１０Ｄが設けられている。そのうち２つの電力変換器１０Ａ，１０Ｂの他方の入出力端１２は、電源設備６１の例としての太陽光パネル６１ａと電気的に接続されている。また、他の２つの電力変換器１０Ｃ，１０Ｄの他方の入出力端１２は、負荷６２の例としての家庭用電気機器６２ａと電気的に接続されている。この例では、太陽光パネル６１ａと直流バス２との間に介在する電力変換器１０Ａ，１０Ｂは、太陽光パネル６１ａから発生した直流電力を直流バス２の直流電力へ片方向にて変換する。また、家庭用電気機器６２ａと直流バス２との間に介在する電力変換器１０Ｃ，１０Ｄは、直流バス２の直流電力を家庭用電気機器６２ａのための交流電力へ片方向にて変換する。
【００２１】
なお、電源設備６１側に別の蓄電池が設けられているような場合には、電力変換器１０Ａ，１０Ｂは、電源設備６１側の直流電力と直流バス２側の直流電力との双方向変換を行ってもよい。また、負荷６２が家庭用電気機器６２ａではなく発電動作及び負荷動作の双方を行う交流モータ等の機器である場合には、電力変換器１０Ｃ，１０Ｄは、機器側の交流電力と直流バス２側の直流電力との双方向変換を行ってもよい。
【００２２】
直流バス２は、複数の電力変換器１０Ａ〜１０Ｄに対して共通に設けられ、各電力変換器１０Ａ〜１０Ｄの一方の入出力端１１に接続されている。前述したように、直流バス２は、正側配線及び負側配線によって構成されている。本実施形態では、２つの電源設備６１の設置場所が互いに異なっており、各電源設備６１に接続される電力変換器１０Ａ，１０Ｂの設置場所も互いに異なっている。従って、各電力変換器１０Ａ，１０Ｂと蓄電池システム３０との距離がそれぞれ異なっており、それに応じて直流バス２の長さも異なっている。また、負荷６２に接続される２つの電力変換器１０Ｃ，１０Ｄの設置場所が互いに異なっているため、各電力変換器１０Ｃ，１０Ｄと蓄電池システム３０との距離がそれぞれ異なっており、それに応じて直流バス２の長さも異なっている。
【００２３】
蓄電池システム３０は、直流電力を蓄えるシステムであって、直流バス２に接続されている。蓄電池システム３０は、例えば、互いに直列に接続された複数の蓄電池からそれぞれ構成される２以上の蓄電池群を互いに並列に接続してなる。蓄電池システム３０を構成する蓄電池としては、例えば鉛蓄電池、リチウムイオン電池、リチウムイオンキャパシタ等、種々の蓄電池を利用できる。本実施形態の蓄電池システム３０は、直流バス２に対して何らの電気部品も介さず直接的に接続（直結）されている。
【００２４】
また、蓄電池システム３０は、バッテリーコントローラ（ＢＣＵ）３１を更に有する。ＢＣＵ３１は、蓄電池システム３０が備える複数の蓄電池の充電状態を監視しており、複数の蓄電池の充電状態を各電力変換器１０Ａ〜１０Ｄに通知する。
【００２５】
コンデンサ部品１３は、大容量のコンデンサを内蔵するユニットである。コンデンサ部品１３は、各電力変換器１０Ａ〜１０Ｄに対して増設可能な構成を有し、各電力変換器１０Ａ〜１０Ｄの一方の入出力端１１の正側端子と負側端子との間に電気的に接続される。ここで、増設可能とは、電源システム１Ａを設置する現場の作業者が、特殊な工具を必要とすることなく、電力変換器１０Ａ〜１０Ｄに対して取り付け及び取り外しを行うことが可能であることを意味する。また、増設可能とは、各電力変換器１０Ａ〜１０Ｄに取り付ける個数を任意に変更できることを意味してもよい。
【００２６】
コンデンサ部品１３は、各電力変換器１０Ａ〜１０Ｄと蓄電池システム３０との距離に応じて取り付けられる。すなわち、コンデンサ部品１３は、電力変換器１０Ａ及び１０Ｄのように蓄電池システム３０との距離が比較的長い電力変換器に取り付けられ、電力変換器１０Ｂ及び１０Ｃのように蓄電池システム３０との距離が比較的短い電力変換器には取り付けられない。また、電力変換器と蓄電池システム３０との距離に応じてコンデンサ部品１３の取り付け個数が変更される。例えば図２に示されるように、全ての電力変換器１０Ａ〜１０Ｄと蓄電池システム３０との距離が短い場合には、コンデンサ部品１３が全く取り付けられないこともある。
【００２７】
ここで、コンデンサ部品１３の構成例について詳細に説明する。図３（ａ）は、コンデンサ部品１３が取り付けられていない状態の電力変換器１０の外観を示す斜視図である。上述した電力変換器１０Ａ〜１０Ｄは、この電力変換器１０のような構成を有しても良い。この電力変換器１０は、直方体状の外観を有し、その一端面が、コンデンサ部品１３が取り付けられる取付面１０ａとなっている。この取付面１０ａには、入出力端１１の正側端子１１ａおよび負側端子１１ｂが設けられている。正側端子１１ａおよび負側端子１１ｂは、取付面１０ａに沿った一方向に並んで配置され、取付面１０ａから取付面１０ａの法線方向に突出している。正側端子１１ａおよび負側端子１１ｂには、それぞれ直流バス２の正側配線２ａ及び負側配線２ｂの各一端が圧着端子等を介して接続される。
【００２８】
図３（ｂ）は、コンデンサ部品１３の一例としてのコンデンサ部品１３Ａが電力変換器１０に取り付けられる様子を示す斜視図である。コンデンサ部品１３Ａは、例えば直方体状の外観を有し、取付面１０ａと対向する第１面１３ａと、該面とは反対側の第２面１３ｂとを有する。第１面１３ａには、一対の第１電極１５ａ，１５ｂが設けられている。一対の第１電極１５ａ，１５ｂは、それぞれ電力変換器１０の正側端子１１ａおよび負側端子１１ｂと嵌合する雌型電極である。一対の第１電極１５ａ，１５ｂは、それぞれ正側端子１１ａおよび負側端子１１ｂと嵌合により接触し、これらと電気的に接続される。また、第２面１３ｂには、一対の第２電極１６ａ，１６ｂが設けられている。一対の第２電極１６ａ，１６ｂは、それぞれ一対の第１電極１５ａ，１５ｂと電気的に接続されている。一対の第２電極１６ａ，１６ｂには、それぞれ直流バス２の正側配線２ａ及び負側配線２ｂの各一端が圧着端子等を介して接続される。一対の第２電極１６ａ，１６ｂは、第２面１３ｂに沿った一方向に並んで配置され、第２面１３ｂから第２面１３ｂの法線方向に突出している。そして、一対の第２電極１６ａ，１６ｂは、第２面１３ｂの法線方向から見てそれぞれ正側端子１１ａ及び負側端子１１ｂと重なる位置に配置されている。従って、このコンデンサ部品１３Ａと同一の形状を有する別のコンデンサ部品１３Ａを第２面１３ｂに更に取り付けることができるので、任意の個数のコンデンサ部品１３Ａを電力変換器１０に増設することができる。
【００２９】
また、図３（ｂ）に示されるように、コンデンサ部品１３Ａは、電力変換器１０（もしくは別のコンデンサ部品１３Ａ）に係止されるための係止爪１７を更に有する。係止爪１７は、コンデンサ部品１３Ａと電力変換器１０との連結の機械的強度（剛性）を確保するための機構であって、電力変換器１０（もしくは別のコンデンサ部品１３Ａ）に設けられた溝１８に嵌合することにより、コンデンサ部品１３Ａを電力変換器１０（もしくは別のコンデンサ部品１３Ａ）に固定する。なお、係止爪１７は、例えば第１面１３ａの両端に形成されており、溝１８は、例えば電力変換器１０及びコンデンサ部品１３Ａにおける互いに対向する一対の側面に形成されている。
【００３０】
図４は、電力変換器１０の取付面１０ａの一例を示す正面図である。図４に示されるように、各電力変換器１０は、一方の入出力端１１における直流電圧の有無を表示する表示器１９を取付面１０ａに有する。これにより、一方の入出力端１１における直流電圧の有無を作業者が一目で確認できるので、コンデンサ部品１３の取り付けもしくは取り外しの完全性を確認する作業を容易にすることができる。表示器１９は、例えばＬＥＤといった発光素子により好適に実現される。なお、表示器１９における表示内容を制御するために、電力変換器１０は、一方の入出力端１１における直流電圧の有無を検知する回路を内蔵してもよい。
【００３１】
また、各電力変換器１０は、一方の入出力端１１からの直流電力の出力を停止するためのスイッチ２０を取付面１０ａに更に有する。これにより、一方の入出力端１１における直流電圧をオフ状態とすることが容易にできるので、作業性をより高めることができる。スイッチ２０は、例えば押しボタンスイッチによって好適に実現される。なお、スイッチ２０による電力出力制御を実現するために、電力変換器１０は、内部の変換回路と一方の入出力端１１との接続状態／非接続状態を切り替える回路を更に有してもよい。
【００３２】
図５（ａ）〜図５（ｃ）は、別の例に係るコンデンサ部品１３Ｂの構成を示す図である。図５（ａ）は、コンデンサ部品１３Ｂの外観を示す斜視図である。図５（ｂ）は、電力変換器１０に１つのコンデンサ部品１３Ｂを取り付けた様子を示す正面図である。図５（ｃ）は、電力変換器１０に２つのコンデンサ部品１３Ｂを取り付けた様子を示す正面図である。
【００３３】
これらの図に示されるように、コンデンサ部品１３Ｂは、略平板状を呈しており、互いに対向する表面２３ａ及び裏面２３ｂと、表面２３ａと裏面２３ｂとを繋ぐ側面２３ｃとを有する。そして、正側端子１１ａ及び負側端子１１ｂとそれぞれ接続される一対の第３電極２４ａ，２４ｂが側面２３ｃに設けられている。コンデンサ部品１３Ｂは、表面２３ａ及び裏面２３ｂのいずれか一方が選択的に取付面１０ａと対向するように電力変換器１０に取り付けられる。具体的には、或るコンデンサ部品１３Ｂは表面２３ａが取付面１０ａと対向するように電力変換器１０に取り付けられ（図５（ｂ））、別のコンデンサ部品１３Ｂは裏面２３ｂが取付面１０ａと対向するように電力変換器１０に取り付けられる（図５（ｃ））。そして、側面２３ｃに設けられた一対の第３電極２４ａ，２４ｂが、それぞれ電力変換器１０の正側端子１１ａおよび負側端子１１ｂ（もしくは前段のコンデンサ部品１３Ｂの一対の第３電極２４ａ，２４ｂ）に接触する。従って、これらのコンデンサ部品１３Ｂは、取付面１０ａ上において、正側端子１１ａおよび負側端子１１ｂに対する両側にそれぞれ配置されることとなる。
【００３４】
このような構成により、電力変換器１０に対して増設可能なコンデンサ部品１３Ｂを好適に実現することができる。また、コンデンサ部品１３Ｂの増設による、取付面１０ａの法線方向における寸法の増加を抑え、電力変換器１０及びコンデンサ部品１３Ｂを含む装置全体を小型化することができる。
【００３５】
図６（ａ）及び図６（ｂ）は、更に別の例に係るコンデンサ部品１３Ｃの構成を示す図である。図６（ａ）は、コンデンサ部品１３Ｃが取り付けられた電力変換器１０の外観を示す斜視図である。図６（ｂ）は、コンデンサ部品１３Ｃが取り付けられた電力変換器１０の側面図である。
【００３６】
これらの図に示されるように、電力変換器１０の正側端子１１ａ及び負側端子１１ｂは、棒状の金属部材によって構成され、取付面１０ａ上において、それぞれ支持部材１１ｃ，１１ｄによって取付面１０ａから離れた状態で支持されるとともに、互いに略平行に延びている。そして、コンデンサ部品１３Ｃは、コンデンサを内蔵する本体部２５ａと、コンデンサの一方の電極に接続され導電性を有する第１導電板２５ｂと、コンデンサの他方の電極に接続され導電性を有する第２導電板２５ｃとを有する。本体部２５ａは、取付面１０ａから離れた状態で、正側端子１１ａと負側端子１１ｂとの間に配置される。第１導電板２５ｂ及び第２導電板２５ｃは、例えば可撓性の金属板によって構成される。第１導電板２５ｂは、本体部２５ａから正側端子１１ａに向けて延びており、正側端子１１ａの延在方向と交差する面内における弾性力によって鈎状の端部が正側端子１１ａに係止され、これにより正側端子１１ａと接触して電気的に接続される。第２導電板２５ｃは、本体部２５ａから負側端子１１ｂに向けて延びており、負側端子１１ｂの延在方向と交差する面内における弾性力によって鈎状の端部が負側端子１１ｂに係止され、これにより負側端子１１ｂと接触して電気的に接続される。なお、複数のコンデンサ部品１３Ｃを電力変換器１０に増設する際には、正側端子１１ａおよび負側端子１１ｂの延在方向に沿って本体部２５ａが並ぶように、複数のコンデンサ部品１３Ｃを配置するとよい。
【００３７】
このような構成により、電力変換器１０に対して増設可能なコンデンサ部品１３Ｃを好適に実現することができる。また、第１導電板２５ｂ及び第２導電板２５ｃをそれぞれ正側端子１１ａおよび負側端子１１ｂに係止させるだけでコンデンサ部品１３Ｃの増設が可能なので、コンデンサ部品１３Ｃの増設を容易に行うことができる。
【００３８】
続いて、電力変換器１０の内部回路の例について詳細に説明する。図７は、電力変換器１０の内部回路の第１の例を示す回路図であって、直流電力と交流電力との双方向変換の例を示している。なお、図中には蓄電池システム３０が備える複数の蓄電池３２及びコンデンサ部品１３が併せて示されている。この内部回路は、ハードウェア部４０と、ソフトウェア部５１とを含んで構成されている。ハードウェア部４０は、複数の電力変換器１０において共通の構成を有する。ソフトウェア部５１は、各電力変換器１０毎に異なり、内部回路が備える書き換え可能なデバイスに書き込まれることによって実現される。
【００３９】
ハードウェア部４０は、直流バス２側の一方の入出力端１１を構成する正側端子１１ａ及び負側端子１１ｂと、交流側の他方の入出力端１２を構成するＵ相端子１２ａ、Ｖ相端子１２ｂ、及びＷ相端子１２ｃと、インバータ回路４３とを有する。正側端子１１ａ及び負側端子１１ｂはそれぞれ直流バス２の正側配線２ａ及び負側配線２ｂに接続されている。Ｕ相端子１２ａ、Ｖ相端子１２ｂ、及びＷ相端子１２ｃはそれぞれ交流電力系統６１ｂの３つの端子に接続されている。
【００４０】
インバータ回路４３は、三相ＰＷＭ制御部５１ｆから入力されるパルス幅変調（ＰＷＭ）信号に従って駆動し、フィルタ素子である直流コンデンサ４４を介して入力される直流電力を三相交流電力に変換し、蓄電池システム３０を放電させる。インバータ回路４３は、いわゆる３相フルブリッジインバータ回路であり、互いに直列に接続された一対のスイッチング素子を含む３つの上下アームが並列に接続された構成を有する。それぞれの上下アームの３つの中間電位は、連系リアクトル４１を介してＵ相端子１２ａ、Ｖ相端子１２ｂ、及びＷ相端子１２ｃに接続されている。
【００４１】
ソフトウェア部５１は、交流電圧情報抽出部５１ａ、有効電流算出部５１ｂ、充放電電力算出部５１ｃ、ＰＩ制御器５１ｄ、ＰＩ制御器５１ｅ、三相ＰＷＭ制御部５１ｆ、加算器５１ｈ及び５１ｊを有する。充放電電力算出部５１ｃは、直流コンデンサ４４の両端にかかる電圧を検出した電圧値Ｖｄｃと、直流電流センサ４５によって検出される電流値Ｉｄｃとに基づいて、蓄電池システム３０の実際の充放電電力Ｐｄｃ（直流電力）を算出する。直流電流センサ４５は、正側端子１１ａまたは負側端子１１ｂと直流コンデンサ４４との間に設置されている。
【００４２】
加算器５１ｈは、電圧指令値Ｐｄｃ１と、充放電電力算出部５１ｃから入力される充放電電力Ｐｄｃとの電力差分を算出し、ＰＩ制御器５１ｄに出力する。電圧指令値Ｐｄｃ１は外部または内部で設定可能とし、例えば外部コントローラから送信される電力指令に基づくものであってもよい。ＰＩ制御器５１ｄは、入力される電力差分をゼロとするように、比例積分制御を用いて電流指令値Ｉｄ１（インバータ回路４３から出力すべき有効電流値）を算出する。
【００４３】
交流電圧情報抽出部５１ａは、３相電圧センサが検出する電圧値に基づいて、Ｕ相端子１２ａ、Ｖ相端子１２ｂ、及びＷ相端子１２ｃに印加される交流電圧の振幅Ｖａｃを算出し、有効電流算出部５１ｂに出力する。また、交流電圧情報抽出部５１ａは、３相電圧センサが検出する電圧値に基づいて各交流電圧の位相θを抽出し、有効電流算出部５１ｂに出力する。なお、３相電圧センサは、連系リアクトル４１とＵ相端子１２ａ、Ｖ相端子１２ｂ、及びＷ相端子１２ｃとの間に設置されている。
【００４４】
有効電流算出部５１ｂは、交流電圧情報抽出部５１ａから入力される振幅Ｖａｃ及び位相θと、３つの交流電流センサ４２から入力される交流電流値とに基づいて、有効電力を算出する。さらに、有効電流算出部５１ｂは、該有効電力に対応する有効電流Ｉｄを算出し、直交座標系に換算する。加算器５１ｊは、ＰＩ制御器５１ｄから入力される電流指令値Ｉｄ１と、有効電流算出部５１ｂから入力される有効電流Ｉｄとの電流差分を算出し、ＰＩ制御器５１ｅに出力する。ＰＩ制御器５１ｅは、加算器５１ｊから入力される電力差分がゼロに近づくように、比例積分制御を用いて電圧指令値Ｖｄ１を算出する。電圧指令値Ｖｄ１と振幅Ｖａｃとが加算された値は、三相ＰＷＭ制御部５１ｆに入力される。
【００４５】
三相ＰＷＭ制御部５１ｆは、交流電圧情報抽出部５１ａから入力される位相θに基づいて、入力される電圧値を三相交流信号に変換する。さらに、三相ＰＷＭ制御部５１ｆは、この三相交流信号を所定の搬送波（キャリア）と比較することによって高周波のパルス（矩形波電圧）を生成し、当該パルスに応じてインバータ回路４３の各スイッチング素子のオン／オフを制御する。これによって、正側端子１１ａおよび負側端子１１ｂに接続された蓄電池システム３０の充放電電力が電圧指令値Ｐｄｃ１に一致するようにインバータ回路４３の動作が制御される。
【００４６】
図８は、電力変換器１０の内部回路の第２の例を示す回路図であって、直流電力から交流電力への片方向変換の例を示している。この内部回路は、ハードウェア部４０と、ソフトウェア部５２とを含んで構成されている。ハードウェア部４０の構成は、前述した第１の例と共通である。但し、Ｕ相端子１２ａ、Ｖ相端子１２ｂ、及びＷ相端子１２ｃはそれぞれ交流電力負荷６２ｂの３つの端子に接続されている。
【００４７】
ソフトウェア部５２は、各相の電圧指令値Ｖｄ２〜Ｖｄ４を生成するＰＩ制御器５２ａ〜５２ｃと、電圧指令値Ｐｄ２〜Ｐｄ４をそれぞれ生成する指令値生成部５２ｄ〜５２ｆとを有する。指令値生成部５２ｅには、基準となる位相値θが入力される。指令値生成部５２ｄには、位相値θから１２０°減算した位相値が入力される。指令値生成部５２ｆには、位相値θに１２０°加算した位相値が入力される。指令値生成部５２ｄ〜５２ｆは、これらの位相値に応じた正弦波状の基準信号である電圧指令値Ｐｄ２〜Ｐｄ４を生成する。ＰＩ制御器５２ａ〜５２ｃには、電圧指令値Ｐｄ２〜Ｐｄ４と、３相電圧センサが検出する各電圧値との差分が入力される。ＰＩ制御器５２ａ〜５２ｃは、これらの差分がゼロに近づくように、電圧指令値Ｖｄ２〜Ｖｄ４を三相ＰＷＭ制御部５２ｇへ出力する。
【００４８】
三相ＰＷＭ制御部５２ｇは、電圧指令値Ｖｄ２〜Ｖｄ４に基づいて高周波のパルス（矩形波電圧）を生成し、当該パルスに応じてインバータ回路４３の各スイッチング素子のオン／オフを制御する。これによって、Ｕ相端子１２ａ、Ｖ相端子１２ｂ、Ｗ相端子１２ｃに接続された交流電力負荷６２ｂが所定の三相交流電圧を受電するようにインバータ回路４３の動作が制御される。
【００４９】
図９は、電力変換器１０の内部回路の第３の例を示す回路図であって、直流電力と別の直流電力との双方向変換の例を示している。この内部回路は、ハードウェア部４０と、ソフトウェア部５３とを含んで構成されている。ハードウェア部４０の構成は、前述した第１の例と共通である。但し、Ｕ相端子１２ａ、Ｖ相端子１２ｂ、及びＷ相端子１２ｃは互いに短絡され、蓄電池等の直流電源６１ｃの正極に接続される。該直流電源６１ｃの負極は、負側端子１１ｂに接続される。
【００５０】
ソフトウェア部５３は、直流電圧情報抽出部５３ａ、直流電流算出部５３ｂ、ＰＩ制御器５３ｅ、ＰＷＭ制御部５３ｆ、電流指令値生成部５３ｃ、及び加算器５３ｄを有する。
【００５１】
直流電圧情報抽出部５３ａは、３相電圧センサが検出する電圧値に基づいてＵ相端子１２ａ、Ｖ相端子１２ｂ、及びＷ相端子１２ｃに印加される直流電圧Ｖｄｃ２を検出する。なお、３相電圧センサは、連系リアクトル４１とＵ相端子１２ａ、Ｖ相端子１２ｂ、及びＷ相端子１２ｃとの間に設置されている。直流電流算出部５３ｂは、３つの交流電流センサ４２から入力される電流値に基づいて、電流Ｉｄｃ２を算出する。電流指令値生成部５３ｃは、直流電圧Ｖｄｃ２と、電圧指令値Ｐｄｃ２とに基づいて、電流指令値Ｉｄ２を生成する。一例では、電流指令値生成部５３ｃは、電圧指令値Ｐｄｃ２から直流電圧Ｖｄｃ２を除算した値を電流指令値Ｉｄ２とする。加算器５３ｄは、電流指令値生成部５３ｃから入力される電流指令値Ｉｄ２と、直流電流算出部５３ｂから入力される電流Ｉｄｃ２との電流差分を算出し、ＰＩ制御器５３ｅに出力する。ＰＩ制御器５３ｅは、加算器５３ｄから入力される電力差分をゼロに近づけるように、比例積分制御を用いて電圧指令値Ｖｄ５を算出する。電圧指令値Ｖｄ５は、ＰＷＭ制御部５３ｆに入力される。
【００５２】
ＰＷＭ制御部５３ｆは、電圧指令値Ｖｄ５に基づいて高周波のパルス（矩形波電圧）を生成し、当該パルスに応じてインバータ回路４３の各スイッチング素子のオン／オフを制御する。これによって、正側端子１１ａおよび負側端子１１ｂに接続された蓄電池システム３０の充放電電力が電圧指令値Ｐｄｃ２に一致するようにインバータ回路４３の動作が制御される。
【００５３】
図１０は、電力変換器１０の内部回路の第４の例を示す回路図であって、直流電力と別の直流電力との双方向変換の例を示している。この内部回路は、ハードウェア部４０と、ソフトウェア部５４とを含んで構成されている。ハードウェア部４０の構成は、前述した第１の例と共通である。但し、Ｕ相端子１２ａ、Ｖ相端子１２ｂ、及びＷ相端子１２ｃは互いに短絡され、蓄電池等の直流電源６１ｃの正極に接続される。該直流電源６１ｃの負極は、負側端子１１ｂに接続される。
【００５４】
ソフトウェア部５４は、充放電電力算出部５４ａ、ＰＩ制御器５４ｃ、ＰＷＭ制御部５４ｄ、及び加算器５４ｂを有する。
【００５５】
充放電電力算出部５４ａは、直流コンデンサ４４の両端にかかる電圧を検出した電圧値Ｖｄｃと、直流電流センサ４５によって検出される電流値Ｉｄｃとに基づいて、蓄電池システム３０の実際の充放電電力Ｐｄｃを算出する。加算器５４ｂは、電圧指令値Ｐｄｃ３と、充放電電力算出部５４ａから入力される充放電電力Ｐｄｃとの電力差分を算出し、ＰＩ制御器５４ｃに出力する。ＰＩ制御器５４ｃは、入力される電力差分をゼロとするように、比例積分制御を用いて電流指令値Ｉｄ３を算出する。ＰＷＭ制御部５４ｄは、電流指令値Ｉｄ３に基づいて高周波のパルス（矩形波電圧）を生成し、当該パルスに応じてインバータ回路４３の各スイッチング素子のオン／オフを制御する。これによって、正側端子１１ａおよび負側端子１１ｂに接続された蓄電池システム３０の充放電電力が電圧指令値Ｐｄｃ３に一致するようにインバータ回路４３の動作が制御される。
【００５６】
なお、図９及び図１０に示された各例では、直流電源６１ｃに代えて、Ｕ相端子１２ａ、Ｖ相端子１２ｂ、及びＷ相端子１２ｃに直流負荷が接続されてもよい。その場合、電力変換器１０は直流電力から別の直流電力への片方向の変換機能を有することとなる。
【００５７】
以上に説明した、本実施形態による電源システム１Ａによって得られる効果について説明する。電源システム１Ａでは、コンデンサ部品１３が各電力変換器１０Ａ〜１０Ｄに対して増設可能となっている。コンデンサ部品１３は、各電力変換器１０Ａ〜１０Ｄの直流バス２に接続される入出力端１１において正側端子１１ａと負側端子１１ｂとの間に接続されるので、直流バス２の電圧を安定化するフィルタ回路として機能する。そして、このようなコンデンサ部品１３が増設可能であることにより、現場の作業者が、電力変換器１０Ａ〜１０Ｄと蓄電池システム３０との距離に応じてコンデンサ部品１３を接続するか否かを選択することができる。また、電力変換器１０Ａ〜１０Ｄと蓄電池システム３０との距離に応じて異なる容量のコンデンサ部品１３を選択して接続することも可能になる。従って、各電力変換器１０Ａ〜１０Ｄの内部回路（特にハードウェア部）を共通化することができ、且つ、電力変換器と蓄電池システム３０との距離によらず、電力変換器近傍の直流バス２の電圧を安定化することができる。
【００５８】
本発明による電源システムは、上述した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、コンデンサ部品は、コンデンサに加えて、フィルタ機能に必要な種々の回路を備えてもよい。また、電力変換器が有する回路としては、図７〜図１０に示された例に限定されず、直流電力と、別の直流電力若しくは交流電力との双方向若しくは片方向の変換のための様々な回路が適用され得る。
【符号の説明】
【００５９】
１Ａ…電源システム、２…直流バス、１０，１０Ａ〜１０Ｄ…電力変換器、１０ａ…取付面、１１…入出力端、１１ａ…正側端子、１１ｂ…負側端子、１２…入出力端、１２ａ…Ｕ相端子、１２ｂ…Ｖ相端子、１２ｃ…Ｗ相端子、１３，１３Ａ〜１３Ｃ…コンデンサ部品、１３ａ…第１面、１３ｂ…第２面、１５ａ，１５ｂ…第１電極、１６ａ，１６ｂ…第２電極、１７…係止爪、１８…溝、１９…表示器、２０…スイッチ、２３ａ…表面、２３ｂ…裏面、２３ｃ…側面、２４ａ，２４ｂ…第３電極、２５ａ…本体部、２５ｂ…第１導電板、２５ｃ…第２導電板、３０…蓄電池システム、３２…蓄電池、４０…ハードウェア部、４１…連系リアクトル、４２…交流電流センサ、４３…インバータ回路、４４…直流コンデンサ、４５…直流電流センサ、５１〜５４…ソフトウェア部、６１…電源設備、６１ａ…太陽光パネル、６２…負荷、６２ａ…家庭用電気機器、６２ｂ…交流電力負荷。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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