(57)【要約】【課題】スイッチング損失の低減を可能としつつ、無効電力の供給が必要とされる状況にも対応できるようにすること。【解決手段】インバータ回路１１０Ａは、直流電源１からの直流電力の電圧を昇圧して中間段電圧を出力する昇降圧コンバータ２Ａと、中間段電圧の高周波成分を除去する中間段コンデンサとして使用されるコンデンサ１０１と、コンデンサ１０１により高周波成分が除去された中間段電圧を正弦波状の交流電力に変換するフルブリッジインバータ３とを有する。昇降圧コンバータ２Ａが交流電力に対応する正弦波波形の少なくとも一部の成形を行う動作方式から、交流電力に対応する正弦波波形の成形を行わない動作方式切り換える場合に、コンデンサ接続スイッチ１０４によりコンデンサ１０３をコンデンサ１０１に並列に接続することによって中間段コンデンサの容量を増やす。【選択図】図２
2011083170.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源からの直流電力の電圧を昇圧或いは降圧して中間段電圧を出力する電圧変換回路と、前記中間段電圧の高周波成分を除去する中間段コンデンサと、前記中間段コンデンサにより高周波成分が除去された前記中間段電圧を正弦波状の交流電力に変換する波形変換回路と、前記電圧変換回路及び前記波形変換回路それぞれの動作を制御する制御回路とを有し、前記交流電力を配電系統に連系可能な系統連系インバータ装置であって、
前記制御回路は、
前記電圧変換回路が、前記交流電力に対応する正弦波波形の少なくとも一部の成形を行う第１の動作方式、又は、前記電圧変換回路が、前記交流電力に対応する正弦波波形の成形を行わない第２の動作方式の何れかで動作するよう制御し、
前記第１の動作方式から前記第２の動作方式へ切り換える場合に、前記中間段コンデンサの容量を増やすよう制御することを特徴とする系統連系インバータ装置。
【請求項２】
前記電圧変換回路の後段に接続され、前記中間段コンデンサとして常時使用される第１のコンデンサと、
前記制御回路によって制御されるスイッチ回路と、
前記スイッチ回路を介して前記第１のコンデンサに並列に接続、又は切離される第２のコンデンサと
を備え、
前記制御回路は、前記第１の動作方式から前記第２の動作方式へ切り換える場合に、前記第２のコンデンサを前記スイッチ回路により切離から接続に切り換えることによって前記中間段コンデンサの容量を増やすことを特徴とする請求項１に記載の系統連系インバータ装置。
【請求項３】
前記制御回路によって制御されるスイッチ回路と、
前記スイッチ回路を介して前記電圧変換回路の後段に接続され、前記中間段コンデンサとして使用される第１のコンデンサと、
前記スイッチ回路を介して前記電圧変換回路の前段に接続され、前記直流電力を平滑化する入力段コンデンサとして使用される、前記第１のコンデンサよりも大容量の第２のコンデンサと
を備え、
前記制御回路は、前記第１の動作方式から前記第２の動作方式へ切り換える場合に、前記スイッチ回路により前記第１のコンデンサの接続先を前記電圧変換回路の前段に切り換えるとともに前記第２のコンデンサの接続先を前記電圧変換回路の後段に切り換えることによって、前記中間段コンデンサの容量を増やすことを特徴とする請求項１に記載の系統連系インバータ装置。
【請求項４】
前記直流電力を平滑化する入力段コンデンサと、
前記電圧変換回路の後段に接続され、前記中間段コンデンサとして常時使用される第１のコンデンサと、
前記制御回路によって制御されるスイッチ回路と、
前記スイッチ回路を介して前記入力段コンデンサ又は前記第１のコンデンサの何れか一方に並列に接続される第２のコンデンサと
を備え、
前記制御回路は、前記第１の動作方式から前記第２の動作方式へ切り換える場合に、前記スイッチ回路により前記第２のコンデンサを前記第１のコンデンサに並列に接続することによって前記中間段コンデンサの容量を増やすことを特徴とする請求項１に記載の系統連系インバータ装置。
【請求項５】
前記制御回路は、無効電力の供給が必要ではない時に前記第１の動作方式で動作するよう制御し、無効電力の供給が必要な時に前記第２の動作方式で動作するよう制御することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の系統連系インバータ装置。
【請求項６】
直流電源と、
請求項１〜５の何れかに記載の系統連系インバータ装置と
を備えることを特徴とする電力制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電源からの直流電力を商用周波数の交流電力に変換し、当該交流電力を配電系統に連系可能な系統連系インバータ装置及び電力制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽電池又は燃料電池等の直流電源からの直流電力を商用周波数の交流電力に変換し、当該交流電力を配電系統に連系可能な系統連系インバータ装置が広く用いられている。
【０００３】
従来の系統連系インバータ装置は、直流電力の電圧を昇圧して中間段電圧を出力する電圧変換回路と、中間段電圧の高周波成分を除去する中間段コンデンサと、中間段電圧を交流電力に変換する波形変換回路と、交流電力の高周波成分を除去して配電系統に出力するフィルタ回路とを有する。
【０００４】
このような従来の系統連系インバータ装置では、電圧変換回路が、高周波スイッチングにより系統電圧よりも高い電圧まで直流電力を常時昇圧して中間段電圧を生成し、変換回路が、中間段電圧を高周波スイッチングにより正弦波波形に変換しており、スイッチング損失が大きい。そこで、少なくとも一部の正弦波波形の成形を電圧変換回路が行うことで、高周波スイッチングを一部省略可能とし、スイッチング損失を低減させた系統連系インバータ装置が提案されている（特許文献１及び２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１０４９６３号公報
【特許文献２】特開２０００−１５２６６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、系統連系インバータ装置は、交流電力を負荷や配電系統に供給する場合に限らず、交流電力を需要家内の負荷のみに供給する場合がある。このような場合、モータ等の負荷を動作させるためには、無効電力が必要になる。
【０００７】
ここで、特許文献１及び２に記載の系統連系インバータ装置においては、電圧変換回路で成形された波形を平滑しないように、且つ、応答速度を速めるために、小容量の中間段コンデンサを使用する必要がある。しかしながら、小容量の中間段コンデンサを使用すると無効電力を賄うことができず、モータ等の負荷を正常に動作させることができない。
【０００８】
したがって、特許文献１及び２に記載の系統連系インバータ装置は、スイッチング損失を低減できるものの、無効電力の供給が必要とされる状況に対応できない問題があった。
【０００９】
そこで、本発明は、スイッチング損失の低減を可能としつつ、無効電力の供給が必要とされる状況にも対応できる系統連系インバータ装置及び電力制御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】
【００１０】
上述した課題を解決するために、本発明は以下のような特徴を有している。まず、本発明に係る系統連系インバータ装置の特徴は、直流電源（直流電源１）からの直流電力の電圧を昇圧或いは降圧して中間段電圧を出力する電圧変換回路（例えば昇降圧コンバータ２Ａ又は昇圧コンバータ２Ｂ）と、前記中間段電圧の高周波成分を除去する中間段コンデンサ（コンデンサ１０２）と、前記中間段コンデンサにより高周波成分が除去された前記中間段電圧を正弦波状の交流電力に変換する波形変換回路（フルブリッジインバータ３）と、前記電圧変換回路及び前記波形変換回路それぞれの動作を制御する制御回路（制御回路１２０）とを有し、前記交流電力を配電系統（配電系統１０）に連系可能な系統連系インバータ装置（パワーコンディショナ１００）であって、前記制御回路は、前記電圧変換回路が、前記交流電力に対応する正弦波波形の少なくとも一部の成形を行う第１の動作方式、又は、前記電圧変換回路が、前記交流電力に対応する正弦波波形の成形を行わない第２の動作方式の何れかで動作するよう制御し、前記第１の動作方式から前記第２の動作方式へ切り換える場合に、前記中間段コンデンサの容量を増やすよう制御することを要旨とする。
【００１１】
このような特徴によれば、電圧変換回路が交流電力に対応する正弦波波形の少なくとも一部の成形を行う第１の動作方式から、電圧変換回路が交流電力に対応する正弦波波形の成形を行わない第２の動作方式へ切り換える場合に、中間段コンデンサの容量を増やすことにより、無効電力を賄うことができ、モータ等の負荷を正常に動作させることができる。また、第１の動作方式の場合にはスイッチング損失が低減されるため、無効電力の供給が必要とされる状況においてのみ電圧変換回路を第２の動作方式で動作させることで、スイッチング損失の低減を可能としつつ、無効電力の供給が必要とされる状況にも対応できる。
【００１２】
ここで、無効電力の供給が必要とされる状況とは、例えば自立運転時である。直流電源を配電系統に連系させる連系運転時においては、無効電力は配電系統から賄うことができるが、直流電源を配電系統に連系させない自立運転時においては、無効電力を系統連系インバータ装置で賄う必要がある。
【００１３】
上記の特徴に係る系統連系インバータ装置において、前記電圧変換回路の後段に接続され、前記中間段コンデンサとして常時使用される第１のコンデンサ（コンデンサ１０２）と、前記制御回路によって制御されるスイッチ回路と、前記スイッチ回路を介して前記第１のコンデンサに並列に接続、又は切離される第２のコンデンサ（コンデンサ１０３）とを備え、前記制御回路は、前記第１の動作方式から前記第２の動作方式へ切り換える場合に、前記第２のコンデンサを前記スイッチ回路により切離から接続に切り換えることによって前記中間段コンデンサの容量を増やす。なお、「後段」とは、配電系統側を意味し、「前段」とは、直流電源側を意味する。
【００１４】
このような特徴によれば、中間段コンデンサとして常時使用される第１のコンデンサ以外に第２のコンデンサを別途備えておき、無効電力の供給が必要とされる状況において第２のコンデンサを第１のコンデンサに並列に接続することで、無効電力の供給が必要とされる状況に対応可能になる。
【００１５】
上記の特徴に係る系統連系インバータ装置において、前記制御回路によって制御されるスイッチ回路と、前記スイッチ回路を介して前記電圧変換回路の後段に接続され、前記中間段コンデンサとして使用される第１のコンデンサ（コンデンサ１０２）と、前記スイッチ回路を介して前記電圧変換回路の前段に接続され、前記直流電力を平滑化する入力段コンデンサとして使用される、前記第１のコンデンサよりも大容量の第２のコンデンサ（コンデンサ１０１）とを備え、前記制御回路は、前記第１の動作方式から前記第２の動作方式へ切り換える場合に、前記スイッチ回路により前記第１のコンデンサの接続先を前記電圧変換回路の前段に切り換えるとともに前記第２のコンデンサの接続先を前記電圧変換回路の後段に切り換えることによって、前記中間段コンデンサの容量を増やす。
【００１６】
このような特徴によれば、無効電力の供給が必要とされる状況において、入力段コンデンサとして使用されていた大容量の第２のコンデンサを中間段コンデンサとして使用し、中間段コンデンサとして使用されていた小容量の第１のコンデンサを入力段コンデンサとして使用する。このようなコンデンサ入れ替えの前後で、不使用となるコンデンサがないため、無駄なくコンデンサを使用することができる。
【００１７】
上記の特徴に係る系統連系インバータ装置において、前記直流電力を平滑化する入力段コンデンサ（コンデンサ１０１）と、前記電圧変換回路の後段に接続され、前記中間段コンデンサとして常時使用される第１のコンデンサ（コンデンサ１０２）と、前記制御回路によって制御されるスイッチ回路と、前記スイッチ回路を介して前記入力段コンデンサ又は前記第１のコンデンサの何れか一方に並列に接続される第２のコンデンサ（コンデンサ１０５）とを備え、前記制御回路は、前記第１の動作方式から前記第２の動作方式へ切り換える場合に、前記スイッチ回路により前記第２のコンデンサを前記第１のコンデンサに並列に接続することによって前記中間段コンデンサの容量を増やす。
【００１８】
このような特徴によれば、無効電力の供給が必要とされる状況において、入力段コンデンサに並列に接続されていた第２のコンデンサを、中間段コンデンサとして常時使用される第１のコンデンサに並列に接続するよう切り換えるため、無駄なくコンデンサを使用することができる。
【００１９】
上記の特徴に係る系統連系インバータ装置において、前記制御回路は、無効電力の供給が必要ではない時に前記第１の動作方式で動作するよう制御し、無効電力の供給が必要な時に前記第２の動作方式で動作するよう制御する。
【００２０】
このような特徴によれば、無効電力の供給が必要になった場合に、中間段コンデンサの容量を増やすことができ、負荷を正常に動作させることができる。
【００２１】
本発明に係る電力制御システムの特徴は、直流電源（直流電源１）と、上記の特徴に係る系統連系インバータ装置とを備えることを要旨とする。
【００２２】
このような特徴によれば、スイッチング損失の低減を可能としつつ、無効電力の供給が必要とされる状況にも対応できる電力制御システムを提供できる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、スイッチング損失の低減を可能としつつ、無効電力の供給が必要とされる状況にも対応できる系統連系インバータ装置及び電力制御システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１〜第６実施形態に係る電力制御システムの全体構成例を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るインバータ回路の構成を示す回路図である。
【図３】本発明の第１〜第３実施形態に係るインバータ回路の動作を説明するための波形図である。
【図４】本発明の第１〜第６実施形態に係る制御回路の構成を示すブロック図である。
【図５】自立運転切換時の制御回路の動作を示すフロー図である。
【図６】無効電力対応時の制御回路の動作を示すフロー図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係るインバータ回路の構成を示す回路図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係るインバータ回路の構成を示す回路図である。
【図９】本発明の第４実施形態に係るインバータ回路の構成を示す回路図である。
【図１０】本発明の第４〜第６実施形態に係るインバータ回路の動作を説明するための波形図である。
【図１１】本発明の第５実施形態に係るインバータ回路の構成を示す回路図である。
【図１２】本発明の第６実施形態に係るインバータ回路の構成を示す回路図である。
【図１３】その他の実施形態に係るインバータ回路の構成を示す回路図である。
【図１４】その他の実施形態に係るインバータ回路の構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
次に、図面を参照して、本発明の第１〜第６実施形態、及びその他の実施形態を説明する。以下の実施形態における図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。
【００２６】
[全体構成例]
まず、本発明の第１〜第６実施形態に係る電力制御システムの全体構成例について説明する。図１は、第１〜第６実施形態に係る電力制御システムの全体構成例を示す図である。
【００２７】
図１に示すように、電力制御システムは、直流電源１及びパワーコンディショナ１００を有する。直流電源１は、太陽電池又は燃料電池等の分散型電源であり、発電により直流電力を出力する。第１〜第６実施形態においては、直流電源１として太陽電池を例示する。
【００２８】
パワーコンディショナ１００は、直流電源１からの直流電力を商用周波数（５０又は６０Ｈｚ）の交流電力に変換する。パワーコンディショナ１００は、系統連系リレー６を介して配電系統１０に接続可能に構成されている。パワーコンディショナ１００は、系統連系インバータ装置に相当する。なお、系統連系リレー６がパワーコンディショナ１００に含まれていてもよい。
【００２９】
パワーコンディショナ１００には、負荷２０Ａ及び負荷２０Ｂが接続されている。負荷２０Ａ及び負荷２０Ｂは需要家に設置されたモータ等の負荷である。負荷２０Ｂは、系統連系リレー６の後段に接続されていてもよい。
【００３０】
パワーコンディショナ１００及び配電系統１０の両方から負荷２０Ｂに交流電力を供給する場合（連系運転時）において系統連系リレー６をオンにして、直流電源１を配電系統１０に連系する。また、配電系統１０が負荷に交流電力を供給せずに、パワーコンディショナ１００が負荷２０Ａ又は負荷２０Ｂに交流電力を供給する場合（自立運転時）において、系統連系リレー６をオフにして、直流電源１を配電系統１０から解列する。
【００３１】
負荷２０Ｂは、連系運転時においてもパワーコンディショナ１００から交流電力を供給されることが可能な負荷である。一方、負荷２０Ａは、自立運転時にパワーコンディショナ１００から交流電力を供給される自立運転専用の負荷である。ただし、系統連系リレー６をオフすることで、負荷２０Ｂを自立運転用の負荷として使用できる。
【００３２】
なお、以下においては、負荷２０Ａ、負荷２０Ｂを特に区別しない場合は単に負荷２０と称する。また、以下において、連系運転時を通常時又は通常運転時と称することがある。
【００３３】
パワーコンディショナ１００は、出力先切換スイッチ５、インバータ回路１１０、制御回路１２０及び操作受付部１３０を有する。
【００３４】
インバータ回路１１０は、直流電力から交流電力への変換（いわゆる直交変換）を行う。出力先切換スイッチ５は、インバータ回路１１０により得られた交流電力を負荷２０Ａに出力するか、負荷２０Ｂ及び系統連系リレー６に出力するかを切り換える。インバータ回路１１０の詳細については後述する。
【００３５】
操作受付部１３０は、操作者からの操作を受け付ける。操作受付部１３０は、手動スイッチ、押ボタン又はタッチパネル等を用いて構成される。操作者からの操作としては、例えば、パワーコンディショナ１００の運転オン／オフの操作、自立運転／連系運転を切り換える操作、パワーコンディショナ１００に無効電力に対応させる旨の操作等がある。
【００３６】
制御回路１２０は、操作受付部１３０が受け付けた操作に基づいて、パワーコンディショナ１００全体を制御する。また、制御回路１２０は、出力先切換スイッチ５及び系統連系リレー６を制御する。制御回路１２０の詳細については後述する。
【００３７】
第１〜第３実施形態において制御回路１２０は、後述する昇降圧コンバータ２Ａ（電圧変換回路）及びフルブリッジインバータ３（波形変換回路）それぞれの動作を制御する（図２参照）。また、第４〜第６実施形態において制御回路１２０は、後述する昇圧コンバータ２Ｂ（電圧変換回路）及びフルブリッジインバータ３（波形変換回路）それぞれの動作を制御する（図９参照）。
【００３８】
[第１実施形態]
以下において、本発明の第１実施形態について、（１）インバータ回路、（２）制御回路、（３）第１実施形態の効果の順に説明する。
【００３９】
（１）インバータ回路
図２は、第１実施形態に係るインバータ回路１１０Ａの構成を示す回路図である。
【００４０】
図２に示すように、インバータ回路１１０Ａは、制御回路１２０、コンデンサ１０１、昇降圧コンバータ２Ａ、コンデンサ１０２、コンデンサ１０３、コンデンサ接続スイッチ１０４、フルブリッジインバータ３、及びフィルタ４を有する。
【００４１】
コンデンサ１０１は、直流電源１の後段に接続され、直流電源１からの直流電力を平滑する入力段コンデンサである。
【００４２】
昇降圧コンバータ２Ａは、コンデンサ１０１の後段に接続され、コンデンサ１０１により平滑された直流電力の電圧を系統電圧に応じて昇降圧する。第１実施形態において昇降圧コンバータ２Ａは、直流電源１からの直流電力の電圧を昇降圧して中間段電圧を出力する電圧変換回路に相当する。
【００４３】
昇降圧コンバータ２Ａは、スイッチング素子２１、ダイオード２２、ダイオード２３、リアクトル２４、スイッチング素子２５、ダイオード２６、及びダイオード２７を有する。
【００４４】
スイッチング素子２１、ダイオード２２、ダイオード２３、及びリアクトル２４は、直流電力の電圧を降圧する降圧手段である。ダイオード２３及びリアクトル２４は、スイッチング素子２１のスイッチングにより電圧・電流が断続的となる出力を平滑化するために使用される。スイッチング素子２１は、制御回路１２０からの駆動信号により高周波スイッチングする。スイッチング素子２１は、このような高周波スイッチング動作により直流電力の電圧を降圧し、駆動信号によりオン時間を変調することで、リアクトル２４に流れる電流波形の振幅を制御する。
【００４５】
リアクトル２４、スイッチング素子２５、ダイオード２６及びダイオード２７は、直流電力の電圧を昇圧する昇圧手段である。リアクトル２４は、昇圧エネルギーを蓄積するために使用される。スイッチング素子２５は、制御回路１２０からの駆動信号により高周波スイッチングする。スイッチング素子２５は、このような高周波スイッチング動作により直流電力の電圧を昇圧し、駆動信号によりオン時間を変調することで、リアクトル２４に流れる電流波形の振幅を制御する。
【００４６】
スイッチング素子２１及びスイッチング素子２５は、排他的に高周波スイッチングする。具体的には、スイッチング素子２１が高周波スイッチングする際にはスイッチング素子２５はオフの状態であり、スイッチング素子２５が高周波スイッチングする際にはスイッチング素子２１はオンの状態である。
【００４７】
昇降圧コンバータ２Ａから出力される中間段電圧には、スイッチング素子２１及びスイッチング素子２５の動作周波数に対応する高周波成分が重畳されている。
【００４８】
昇降圧コンバータ２Ａの出力段には、コンデンサ１０２が接続されている。コンデンサ１０２は、中間段電圧（昇降圧コンバータ２Ａからの出力電流）に含まれる高周波成分を除去する中間段コンデンサとして使用される第１のコンデンサである。
【００４９】
また、昇降圧コンバータ２Ａの出力段には、コンデンサ１０３及びコンデンサ接続スイッチ１０４が接続されている。第１実施形態においてコンデンサ１０２及びコンデンサ１０３は、中間段コンデンサとして使用可能な複数のコンデンサに相当する。第１実施形態においてコンデンサ接続スイッチ１０４は、複数のコンデンサの少なくとも１つの接続状態を切り換えるスイッチ回路に相当する。
【００５０】
コンデンサ１０３の容量は、コンデンサ１０２の容量よりも大きい。例えば、コンデンサ１０２の容量は数十〜数百μＦ程度であり、コンデンサ１０３の容量は数千μＦ程度である。ただし、これらの容量の値は一例であり、他の値としても構わない。なお、コンデンサ１０２及びコンデンサ１０３のそれぞれは、複数のコンデンサからなるコンデンサ群で構成してもよい。
【００５１】
コンデンサ接続スイッチ１０４は、コンデンサ１０３の上アーム側に接続されている。コンデンサ接続スイッチ１０４のオン／オフは、制御回路１２０によって制御される。コンデンサ接続スイッチ１０４がオンすると、コンデンサ１０３がコンデンサ１０２に並列に接続される。この場合、中間段コンデンサの容量はコンデンサ１０２及びコンデンサ１０３の合成容量となる。一方、コンデンサ接続スイッチ１０４がオフすると、コンデンサ１０３がコンデンサ１０２から切離する。この場合、中間段コンデンサの容量はコンデンサ１０２の容量となる。
【００５２】
なお、コンデンサ接続スイッチ１０４をコンデンサ１０３の上アーム側に接続する構成に限らず、コンデンサ１０３の極性がない場合にはコンデンサ接続スイッチ１０４をコンデンサ１０３の下アーム側に接続してもよい。また、コンデンサ１０３の極性の有無に関わらず、２つのコンデンサ接続スイッチ１０４を用意し、コンデンサ１０３の上アーム側及び下アーム側のそれぞれに接続してもよい。
【００５３】
中間段コンデンサ（コンデンサ１０２、コンデンサ１０３）の出力段には、フルブリッジインバータ３が接続されている。フルブリッジインバータ３は、中間段コンデンサにより高周波成分が除去された中間段電圧を正弦波状の交流電力に変換する波形変換回路である。フルブリッジインバータ３は、中間段電圧の極性を切り換えるとともに、配電系統１０に同期した正弦波交流に変換する。
【００５４】
フルブリッジインバータ３は、フルブリッジ接続されたスイッチング素子３１ａ、スイッチング素子３１ｂ、スイッチング素子３１ｃ及びスイッチング素子３１ｄを有する。スイッチング素子３１ａ、スイッチング素子３１ｂ、スイッチング素子３１ｃ及びスイッチング素子３１ｄには、ダイオード３２ａ、ダイオード３２ｂ、ダイオード３２ｃ及びダイオード３２ｄがそれぞれ逆並列接続されている。スイッチング素子３１ａ、スイッチング素子３１ｂ、スイッチング素子３１ｃ及びスイッチング素子３１ｄは、系統電圧の正負に同期して、商用周波でスイッチングを行い、昇降圧コンバータ２Ａから得られる商用周波数に応じた正弦波正半波状の直流電力を配電系統１０に同期した正弦波交流電力に変換する。
【００５５】
フルブリッジインバータ３の出力段には、フィルタ４が接続されている。フィルタ４は、リアクトル４１、リアクトル４２及びコンデンサ４３を有し、フルブリッジインバータ３からの交流電力に含まれる高周波成分を除去して出力する。
【００５６】
図３は、インバータ回路１１０Ａの動作を説明するための波形図である。図３（ａ）は、昇降圧コンバータ２Ａのリアクトル２４を流れる電流波形を示している。図３（ｂ）は、制御回路１２０から昇降圧コンバータ２Ａのスイッチング素子２１に与えられる駆動信号の波形を示している。図３（ｃ）は、制御回路１２０から昇降圧コンバータ２Ａのスイッチング素子２５に与えられる駆動信号の波形を示している。図３（ｄ）は、制御回路１２０からフルブリッジインバータ３のスイッチング素子３１ｂに与えられる駆動信号の波形を示している。図３（ｅ）は、制御回路１２０からフルブリッジインバータ３のスイッチング素子３１ａに与えられる駆動信号の波形を示している。図３（ｆ）は、インバータ回路１１０Ａに入力される直流電圧Ｖ１及びインバータ回路１１０Ａが出力する交流電圧（系統電圧）Ｖ２それぞれの波形を示している。ただし、Ｖ２の波形は交流電圧（系統電圧）の絶対値である。
【００５７】
直流電圧Ｖ１が交流電圧（系統電圧）Ｖ２よりも大きい期間では、制御回路１２０は、スイッチング素子２１を高周波スイッチングする駆動信号を送ることで降圧動作を行い、かつオン時間を変調することで、リアクトル２４の電流波形の振幅を瞬時制御している。このときスイッチング素子２５はオフしている。直流電圧Ｖ１が交流電圧（系統電圧）Ｖ２より小さい期間では、制御回路１２０は、スイッチング素子２１をオンさせ、スイッチング素子２５を高周波スイッチング動作させる駆動信号を与えることで、直流電圧Ｖ１を昇圧し、かつオン時間を変調することによって、リアクトル２４の電流波形の振幅を瞬時制御する。
【００５８】
以上説明した回路動作は、交流電力に対応する正弦波波形の全部の成形を昇降圧コンバータ２Ａが行う第１の動作方式における動作である。第１実施形態では、第１の動作方式において、昇降圧コンバータ２Ａは昇圧又は降圧の何れか一方のみを高周波スイッチングにより行い、フルブリッジインバータ３は極性切換のみを行う。
【００５９】
一方、交流電力に対応する正弦波波形の成形を昇降圧コンバータ２Ａが行わない第２の動作方式においては、昇降圧コンバータ２Ａは常時高周波スイッチングにより一定電圧まで昇圧を行い、フルブリッジインバータ３は常時高周波スイッチングにより正弦波変調（正弦波波形の形成）を行う。すなわち、昇降圧コンバータ２Ａ及びフルブリッジインバータ３のうち、フルブリッジインバータ３のみを使用して正弦波波形の形成を行う。
【００６０】
制御回路１２０は、第１の動作方式又は第２の動作方式の何れかで動作するように昇降圧コンバータ２Ａ及びフルブリッジインバータ３それぞれの動作を制御する。
【００６１】
上述したように、インバータ回路１１０Ａは、中間段コンデンサとして常時使用されるコンデンサ１０２（第１のコンデンサ）と、コンデンサ接続スイッチ１０４（スイッチ回路）を介してコンデンサ１０２に並列に接続、又は切離されるコンデンサ１０３（第２のコンデンサ）とを含んでおり、制御回路１２０は、第１の動作方式から第２の動作方式へ切り換える場合に、コンデンサ１０３をコンデンサ接続スイッチ１０４により切離から接続に切り換えることによって中間段コンデンサの容量を増やす。
【００６２】
また、制御回路１２０は、第２の動作方式から第１の動作方式へ切り換える場合に、コンデンサ１０３をコンデンサ接続スイッチ１０４により接続から切離に切り換えることによって中間段コンデンサの容量を減らす。
【００６３】
（２）制御回路
図４は、制御回路１２０の構成を示すブロック図である。図４に示すように、制御回路１２０は、入力部１２１、検知部１２２、制御部１２３、記憶部１２４及び出力部１２５を有する。
【００６４】
入力部１２１には、操作受付部１３０が受け付けた操作の内容を示す信号が入力される。
【００６５】
検知部１２２は、入力部１２１に入力された信号に基づいて、無効電力の供給が必要とされる操作を検知する。無効電力の供給が必要とされる操作とは、例えば、連系運転から自立運転への切り換え操作があったこと、又は、無効電力への対応を指示する操作があったことである。
【００６６】
連系運転から自立運転への切り換え操作を検知部１２２が検知した場合、又は無効電力への対応を指示する操作を検知部１２２が検知した場合、制御部１２３は、第１の動作方式から第２の動作方式へ変更するための制御を行う。当該制御の詳細については後述する。記憶部１２４は、制御部１２３による制御に用いられる情報を記憶する。
【００６７】
出力部１２５は、制御部１２３の制御下で、インバータ回路１１０Ａに対して駆動信号を出力し、出力先切換スイッチ５及び系統連系リレー６に対して切り換え信号を出力する。
【００６８】
次に、制御回路１２０の動作について、（２．１）自立運転切換時の制御回路動作、（２．２）無効電力対応時の制御回路動作の順に説明する。
【００６９】
（２．１）自立運転切換時の制御回路動作
図５は、自立運転切換時の制御回路１２０の動作を示すフロー図である。
【００７０】
まず、連系運転から自立運転に切り換える旨の操作を操作受付部１３０が受け付けると、ステップＳ１００において検知部１２２は、当該操作を検知する。検知部１２２が当該操作を検知すると、その旨が制御部１２３に通知される。
【００７１】
ステップＳ１０１において、制御部１２３は、系統連系リレー６をオフにするための切り換え信号を生成する。出力部１２５は、当該切り換え信号を系統連系リレー６に出力する。その結果、系統連系リレー６がオフ状態になる。
【００７２】
ステップＳ１０２において、制御部１２３は、パワーコンディショナ１００（具体的には、インバータ回路１１０Ａ）の停止を指示する。当該指示によってもインバータ回路１１０Ａが停止しない場合（ステップＳ１０３；ＮＯ）であって、一定時間が経過（タイムアウト）していないとき（ステップＳ１０４；ＮＯ）には、改めて停止を指示する。
【００７３】
ステップＳ１０５において、制御部１２３は、コンデンサ接続スイッチ１０４を切離から接続に切り換える信号を出力部１２５からコンデンサ接続スイッチ１０４に出力する。これにより、中間段コンデンサの容量を増やすことができる。
【００７４】
ステップＳ１０６において、制御部１２３は、交流電力の出力先を負荷２０Ａに切り換える信号を出力部１２５から出力先切換スイッチ５に出力する。出力先切換スイッチ５は、交流電力の出力先を負荷２０Ａに切り換える。
【００７５】
ステップＳ１０７において、制御部１２３は、インバータ回路１１０Ａの動作方式を第１の動作方式から第２の動作方式へ変更する制御を行う。
【００７６】
ステップＳ１０８において、制御部１２３は、パワーコンディショナ１００（具体的には、インバータ回路１１０Ａ）の運転開始（運転再開）を指示する。
【００７７】
（２．２）無効電力対応時の制御回路動作
図６は、無効電力対応時の制御回路１２０の動作を示すフロー図である。
【００７８】
まず、無効電力への対応を指示する旨の操作を操作受付部１３０が受け付けると、ステップＳ２００において検知部１２２は、当該操作を検知する。検知部１２２が当該操作を検知すると、その旨が制御部１２３に通知される。
【００７９】
ステップＳ２０１において、制御部１２３は、系統連系リレー６をオフにするための切り換え信号を生成する。出力部１２５は、当該切り換え信号を系統連系リレー６に出力する。その結果、系統連系リレー６がオフ状態になる。
【００８０】
ステップＳ２０２において、制御部１２３は、パワーコンディショナ１００（具体的には、インバータ回路１１０Ａ）の停止を指示する。当該指示によってもインバータ回路１１０Ａが停止しない場合（ステップＳ２０３；ＮＯ）であって、一定時間が経過（タイムアウト）していないとき（ステップＳ２０４；ＮＯ）には、改めて停止を指示する。
【００８１】
ステップＳ２０５において、制御部１２３は、コンデンサ接続スイッチ１０４を切離から接続に切り換える信号を出力部１２５からコンデンサ接続スイッチ１０４に出力する。これにより、中間段コンデンサの容量を増やすことができる。
【００８２】
ステップＳ２０６において、制御部１２３は、インバータ回路１１０Ａの動作方式を第１の動作方式から第２の動作方式へ変更する制御を行う。
【００８３】
ステップＳ２０７において、制御部１２３は、パワーコンディショナ１００（具体的には、インバータ回路１１０Ａ）の運転開始（運転再開）を指示する。
【００８４】
なお、配電系統１０との連系が必要な場合（例えば、需要家外への無効電力供給時等）には、ステップＳ２０８において制御部１２３は、系統連系リレー６をオンにするための切り換え信号を生成する。出力部１２５は、当該切り換え信号を系統連系リレー６に出力する。その結果、系統連系リレー６がオン状態になる。
【００８５】
（３）第１実施形態の効果
以上説明したように、制御回路１２０は、昇降圧コンバータ２Ａが交流電力に対応する正弦波波形の全部の成形を行う第１の動作方式から、昇降圧コンバータ２Ａが交流電力に対応する正弦波波形の成形を行わない第２の動作方式へ切り換える場合に、コンデンサ接続スイッチ１０４を制御することによって中間段コンデンサの容量を増やす。中間段コンデンサの容量を増やすことにより、無効電力を賄うことができ、モータ等の負荷２０を正常に動作させることができる。また、第１の動作方式の場合にはスイッチング損失が低減されるため、無効電力の供給が必要とされる状況においてのみ第２の動作方式で動作させることで、スイッチング損失の低減を可能としつつ、無効電力の供給が必要とされる状況にも対応できる。
【００８６】
第１実施形態では、中間段コンデンサとして常時使用される小容量のコンデンサ１０２以外に、大容量のコンデンサ１０３を別途備えておき、無効電力の供給が必要とされる状況においてコンデンサ１０３をコンデンサ１０２に並列に接続することで、中間段コンデンサの容量を大幅に増やすことができ、無効電力の供給が必要とされる状況に対応可能になる。
【００８７】
第１実施形態では、昇降圧コンバータ２Ａは、連系運転時において第１の動作方式で動作し、自立運転時において第２の動作方式で動作する。すなわち、連系運転から自立運転に切り換えるときに、中間段コンデンサの容量を増やすことができ、自立運転時において負荷２０を正常に動作させることができる。
【００８８】
あるいは、昇降圧コンバータ２Ａは、無効電力への対応が指示されない場合において第１の動作方式で動作し、無効電力への対応が指示された場合において第２の動作方式で動作する。すなわち、無効電力への対応が必要となったときに、中間段コンデンサの容量を増やすことができ、必要に応じて負荷２０及び／又は配電系統１０に無効電力を供給できる。
【００８９】
[第２実施形態]
次に、本発明の第２実施形態について図７を参照しながら説明する。制御回路１２０の構成については第１実施形態と同様であるため、第２実施形態に係るインバータ回路１１０Ｂを主に説明する。図７は、インバータ回路１１０Ｂの構成を示す回路図である。
【００９０】
図７に示すように、第２実施形態に係るインバータ回路１１０Ｂでは、コンデンサ１０１及びコンデンサ１０２に係る構成が第１実施形態とは異なる。また、インバータ回路１１０Ｂは、第１実施形態のような、通常時は使用されないコンデンサを有していない。
【００９１】
インバータ回路１１０Ｂは、接続先切換スイッチ１０４ａ、接続先切換スイッチ１０４ｂ、接続先切換スイッチ１０４ｃ、及び接続先切換スイッチ１０４ｄを有する。第２実施形態において接続先切換スイッチ１０４ａ、接続先切換スイッチ１０４ｂ、接続先切換スイッチ１０４ｃ、及び接続先切換スイッチ１０４ｄは、制御回路１２０によって制御されるスイッチ回路に相当する。
【００９２】
インバータ回路１１０Ｂは、スイッチ回路を介して昇降圧コンバータ２Ａの後段に接続され、中間段コンデンサとして使用されるコンデンサ１０２（第１のコンデンサ）と、スイッチ回路を介して昇降圧コンバータ２Ａの前段に接続され、直流電力を平滑化する入力段コンデンサとして使用されるコンデンサ１０１（第２のコンデンサ）とを含む。
【００９３】
コンデンサ１０１の容量は、コンデンサ１０２の容量よりも大きい。例えば、コンデンサ１０２の容量は数十〜数百μＦ程度であり、コンデンサ１０１の容量は数千μＦ程度である。ただし、これらの容量の値は一例であり、他の値としても構わない。なお、コンデンサ１０１及びコンデンサ１０２のそれぞれは、複数のコンデンサからなるコンデンサ群で構成してもよい。
【００９４】
制御回路１２０は、第１の動作方式から第２の動作方式へ切り換える場合に、スイッチ回路によりコンデンサ１０２の接続先を昇降圧コンバータ２Ａの前段に切り換えるとともにコンデンサ１０１の接続先を昇降圧コンバータ２Ａの後段に切り換えることによって、中間段コンデンサの容量を増やす。
【００９５】
次に、第２実施形態に係るスイッチ回路の詳細について説明する。接続先切換スイッチ１０４ａは、コンデンサ１０１の正側に接続されている。接続先切換スイッチ１０４ｂは、コンデンサ１０１の負側に接続されている。接続先切換スイッチ１０４ｃは、コンデンサ１０２の上アーム側に接続されている。接続先切換スイッチ１０４ｄは、コンデンサ１０２の下アーム側に接続されている。
【００９６】
インバータ回路１１０Ａが第１の動作方式で動作する場合、制御回路１２０は、接続先切換スイッチ１０４ａ、接続先切換スイッチ１０４ｂ、接続先切換スイッチ１０４ｃ及び接続先切換スイッチ１０４ｄを図７中のＡ側に接続させる。このとき、コンデンサ１０１は入力段コンデンサとして使用され、コンデンサ１０２は中間段コンデンサとして使用される。
【００９７】
一方、インバータ回路１１０Ａが第２の動作方式で動作する場合、制御回路１２０は、接続先切換スイッチ１０４ａ、接続先切換スイッチ１０４ｂ、接続先切換スイッチ１０４ｃ及び接続先切換スイッチ１０４ｄを図７中のＢ側に接続させる。このとき、コンデンサ１０１は中間段コンデンサとして使用され、コンデンサ１０２は入力段コンデンサとして使用される。
【００９８】
接続先切換スイッチ１０４ａ、接続先切換スイッチ１０４ｂ、接続先切換スイッチ１０４ｃ及び接続先切換スイッチ１０４ｄのそれぞれがＡ側及びＢ側の何れに接続される場合でも、コンデンサ１０１及びコンデンサ１０２を入力段コンデンサ及び中間段コンデンサとして使用できるため、第１実施形態よりもコンデンサを効率よく使用できる。
【００９９】
以上説明したように、第２実施形態によれば、無効電力の供給が必要とされる状況において、入力段コンデンサとして使用されていた大容量のコンデンサ１０１を中間段コンデンサとして使用し、中間段コンデンサとして使用されていた小容量のコンデンサ１０２を入力段コンデンサとして使用する。このようなコンデンサ入れ替えの前後で、不使用となるコンデンサがないため、無駄なくコンデンサを使用することができる。
【０１００】
なお、第２実施形態においては、昇降圧コンバータ２Ａの負側とフルブリッジインバータ３の下アーム側とが常時接続状態であるため、コンデンサ１０１の負側に接続される接続先切換スイッチ１０４ｂと、コンデンサ１０２の下アーム側に接続される接続先切換スイッチ１０４ｄとを省略してもよい。このような構成では、接続先切換スイッチ１０４ａ及び接続先切換スイッチ１０４ｃによってスイッチ回路が構成され、接続先切換スイッチ数を削減することができる。
【０１０１】
[第３実施形態]
次に、本発明の第３実施形態について図８を参照しながら説明する。制御回路１２０の構成については第１実施形態と同様であるため、第３実施形態に係るインバータ回路１１０Ｃを主に説明する。図８は、インバータ回路１１０Ｃの構成を示す回路図である。
【０１０２】
図８に示すように、第３実施形態に係るインバータ回路１１０Ｃでは、コンデンサ１０１及びコンデンサ１０２に係る構成が第１実施形態とは異なる。また、インバータ回路１１０Ｃは、第１実施形態のような、通常時は使用されないコンデンサを有していない。
【０１０３】
代わりに、インバータ回路１１０Ｃは、入力段コンデンサとして使用されるコンデンサ１０１又は中間段コンデンサとして使用されるコンデンサ１０２（第１のコンデンサ）の何れか一方に並列に接続されるコンデンサ１０５（第２のコンデンサ）を有する。
【０１０４】
コンデンサ１０５の容量は、コンデンサ１０２の容量よりも大きい。例えば、コンデンサ１０２の容量は数十〜数百μＦ程度であり、コンデンサ１０５の容量は数千μＦ程度である。ただし、これらの容量の値は一例であり、他の値としても構わない。なお、コンデンサ１０２及びコンデンサ１０５のそれぞれは、複数のコンデンサからなるコンデンサ群で構成してもよい。
【０１０５】
インバータ回路１１０Ｃは、接続先切換スイッチ１０４ａ及び接続先切換スイッチ１０４ｂを有する。第３実施形態において接続先切換スイッチ１０４ａ及び接続先切換スイッチ１０４ｂは、制御回路１２０によって制御されるスイッチ回路に相当する。制御回路１２０は、第１の動作方式から第２の動作方式へ切り換える場合に、スイッチ回路によりコンデンサ１０５をコンデンサ１０２に並列に接続することによって中間段コンデンサの容量を増やす。
【０１０６】
次に、第３実施形態に係るスイッチ回路の詳細について説明する。接続先切換スイッチ１０４ａは、コンデンサ１０５の正側に接続されている。接続先切換スイッチ１０４ｂは、コンデンサ１０５の負側に接続されている。
【０１０７】
インバータ回路１１０Ｃが第１の動作方式で動作する場合、制御回路１２０は、接続先切換スイッチ１０４ａ及び接続先切換スイッチ１０４ｂを図８中のＡ側に接続させる。このとき、コンデンサ１０５は、昇降圧コンバータ２Ａの前段においてコンデンサ１０１に並列に接続され、入力段コンデンサの一部として使用される。これにより、入力段コンデンサの容量が大きく、且つ、中間段コンデンサの容量が小さくなる。
【０１０８】
一方、インバータ回路１１０Ｃが第２の動作方式で動作する場合、制御回路１２０は、接続先切換スイッチ１０４ａ及び接続先切換スイッチ１０４ｂを図８中のＢ側に接続させる。このとき、コンデンサ１０５は、昇降圧コンバータ２Ａの後段においてコンデンサ１０２に並列に接続され、中間段コンデンサの一部として使用される。これにより、入力段コンデンサの容量が小さく、且つ、中間段コンデンサの容量が大きくなる。
【０１０９】
接続先切換スイッチ１０４ａ及び接続先切換スイッチ１０４ｂのそれぞれがＡ側及びＢ側の何れに接続される場合でも、コンデンサ１０５を入力段コンデンサの一部又は中間段コンデンサの一部として使用できるため、第１実施形態よりもコンデンサを効率よく使用できる。
【０１１０】
以上説明したように、第３実施形態によれば、無効電力の供給が必要とされる状況において、入力段コンデンサの一部として使用されていたコンデンサ１０５を、中間段コンデンサとして常時使用されるコンデンサ１０２に並列に接続するよう切り換えるため、無駄なくコンデンサを使用することができる。
【０１１１】
なお、第３実施形態においては、昇降圧コンバータ２Ａの負側とフルブリッジインバータ３の下アーム側とが常時接続状態であるため、コンデンサ１０５の負側に接続される接続先切換スイッチ１０４ｂを省略してもよい。このような構成では、接続先切換スイッチ１０４ａによってスイッチ回路が構成され、接続先切換スイッチ数を削減することができる。
【０１１２】
[第４実施形態]
次に、本発明の第４実施形態について図９を参照しながら説明する。制御回路１２０の構成については第１実施形態と同様であるため、第４実施形態に係るインバータ回路１１０Ｄを主に説明し、重複する説明を省略する。
【０１１３】
以下の第４〜第６実施形態においては、第１〜第３実施形態のような昇降圧コンバータ２Ａに代えて昇圧コンバータ２Ｂを使用する。図９は、第４実施形態に係るインバータ回路１１０Ｄの構成を示す回路図である。
【０１１４】
図９に示すように、インバータ回路１１０Ｄでは、昇圧コンバータ２Ｂの構成以外は、第１実施形態に係るインバータ回路１１０Ａと同じ回路構成である。昇圧コンバータ２Ｂは、リアクトル２４、スイッチング素子２５、ダイオード２６及びダイオード２７を有する。
【０１１５】
次に、インバータ回路１１０Ｄの動作について説明する。図１０は、インバータ回路１１０Ｄの動作を説明するための波形図である。
【０１１６】
図１０（ａ）は、インバータ回路１１０Ｄに入力される直流電圧Ｖ１及びインバータ回路１１０Ｄが出力する交流電圧（系統電圧）Ｖ２それぞれの波形を示している。ただし、Ｖ２の波形は交流電圧（系統電圧）の絶対値である。図１０（ｂ）は、制御回路１２０から昇圧コンバータ２Ｂのスイッチング素子２５に与えられる駆動信号の波形を示している。図１０（ｃ）は、中間段電圧の波形を示している。
【０１１７】
昇圧コンバータ２Ｂは、系統電圧のピーク電圧の時点を中心として一定期間は昇圧し、それ以外の期間、具体的には、系統電圧の絶対値が直流電圧Ｖ１よりも小さい期間では昇圧を行わない。中間段電圧は、昇圧した区間が部分的に凸形となった波形になる。残りの部分の正弦波波形についてはフルブリッジインバータ３が成形することになる。
【０１１８】
以上説明した回路動作は、正弦波波形の一部の成形を昇圧コンバータ２Ｂが行う第１の動作方式における動作である。第４実施形態では、第１の動作方式において、昇圧コンバータ２Ｂとフルブリッジインバータ３とが交互に高周波スイッチングを行い、昇圧コンバータ２Ｂとフルブリッジインバータ３とで正弦波波形の形成を行う。そして、正弦波波形の形成は高周波スイッチングを行っている回路によって行われることになる。また、第１の動作方式において、昇圧コンバータ２Ｂが高周波スイッチングを行っている場合（正弦波波形の形成を行っている場合）は、フルブリッジインバータ３は必要に応じて極性の切り替えを行い、フルブリッジインバータ３が高周波スイッチングを行っている場合（正弦波波形の形成を行っている場合）は、昇圧コンバータ２Ｂは昇圧動作を停止する（スイッチング素子２５をオフにする）。
【０１１９】
一方、正弦波波形の成形を昇圧コンバータ２Ｂが行わない第２の動作方式においては、昇圧コンバータ２Ｂは常時高周波スイッチングにより一定電圧まで昇圧を行い、フルブリッジインバータ３は常時高周波スイッチングにより正弦波変調（正弦波波形の形成）を行う。すなわち、昇圧コンバータ２B及びフルブリッジインバータ３のうち、フルブリッジインバータ３のみを使用して正弦波波形の形成を行う。
【０１２０】
第１実施形態と同様に、インバータ回路１１０Ｄは、中間段コンデンサとして常時使用されるコンデンサ１０２（第１のコンデンサ）と、コンデンサ接続スイッチ１０４（スイッチ回路）を介してコンデンサ１０２に並列に接続、又は切離されるコンデンサ１０３（第２のコンデンサ）とを含んでおり、制御回路１２０は、第１の動作方式から第２の動作方式へ切り換える場合に、コンデンサ１０３をコンデンサ接続スイッチ１０４により切離から接続に切り換えることによって中間段コンデンサの容量を増やす。
【０１２１】
また、制御回路１２０は、第２の動作方式から第１の動作方式へ切り換える場合に、コンデンサ１０３をコンデンサ接続スイッチ１０４により接続から切離に切り換えることによって中間段コンデンサの容量を減らす。
【０１２２】
[第５実施形態]
次に、本発明の第５実施形態について図１１を参照しながら説明する。制御回路１２０の構成については第１実施形態と同様であるため、第５実施形態に係るインバータ回路１１０Ｅを主に説明し、重複する説明を省略する。
【０１２３】
図１１は、第５実施形態に係るインバータ回路１１０Ｅの構成を示す回路図である。図１１に示すように、インバータ回路１１０Ｅでは、昇圧コンバータ２Ｂの構成以外は、第２実施形態に係るインバータ回路１１０Ｂと同じ回路構成である。
【０１２４】
コンデンサ１０１の容量は、コンデンサ１０２の容量よりも大きい。例えば、コンデンサ１０２の容量は数十〜数百μＦ程度であり、コンデンサ１０１の容量は数千μＦ程度である。ただし、これらの容量の値は一例であり、他の値としても構わない。なお、コンデンサ１０１及びコンデンサ１０２のそれぞれは、複数のコンデンサからなるコンデンサ群で構成してもよい。
【０１２５】
インバータ回路１１０Ｅが第１の動作方式で動作する場合、制御回路１２０は、接続先切換スイッチ１０４ａ、接続先切換スイッチ１０４ｂ、接続先切換スイッチ１０４ｃ及び接続先切換スイッチ１０４ｄを図１１中のＡ側に接続させる。このとき、コンデンサ１０１は入力段コンデンサとして使用され、コンデンサ１０２は中間段コンデンサとして使用される。なお、第１の動作方式でのインバータ回路１１０Ｅの動作は第４実施形態と同様である。
【０１２６】
一方、インバータ回路１１０Ｅが第２の動作方式で動作する場合、制御回路１２０は、接続先切換スイッチ１０４ａ、接続先切換スイッチ１０４ｂ、接続先切換スイッチ１０４ｃ及び接続先切換スイッチ１０４ｄを図１１中のＢ側に接続させる。このとき、コンデンサ１０１は中間段コンデンサとして使用され、コンデンサ１０２は入力段コンデンサとして使用される。
【０１２７】
接続先切換スイッチ１０４ａ、接続先切換スイッチ１０４ｂ、接続先切換スイッチ１０４ｃ及び接続先切換スイッチ１０４ｄのそれぞれがＡ側及びＢ側の何れに接続される場合でも、コンデンサ１０１及びコンデンサ１０２を入力段コンデンサ及び中間段コンデンサとして使用できるため、第４実施形態よりもコンデンサを効率よく使用できる。
【０１２８】
以上説明したように、第５実施形態によれば、無効電力の供給が必要とされる状況において、入力段コンデンサとして使用されていた大容量のコンデンサ１０１を中間段コンデンサとして使用し、中間段コンデンサとして使用されていた小容量のコンデンサ１０２を入力段コンデンサとして使用する。このようなコンデンサ入れ替えの前後で、不使用となるコンデンサがないため、無駄なくコンデンサを使用することができる。
【０１２９】
なお、第５実施形態においては、昇圧コンバータ２Ｂの負側とフルブリッジインバータ３の下アーム側とが常時接続状態であるため、コンデンサ１０１の負側に接続される接続先切換スイッチ１０４ｂと、コンデンサ１０２の下アーム側に接続される接続先切換スイッチ１０４ｄとを省略してもよい。このような構成では、接続先切換スイッチ１０４ａ及び接続先切換スイッチ１０４ｃによってスイッチ回路が構成され、接続先切換スイッチ数を削減することができる。
【０１３０】
[第６実施形態]
次に、本発明の第６実施形態について図１２を参照しながら説明する。制御回路１２０の構成については第１実施形態と同様であるため、第６実施形態に係るインバータ回路１１０Ｆを主に説明し、重複する説明を省略する。
【０１３１】
図１２は、第６実施形態に係るインバータ回路１１０Ｆの構成を示す回路図である。図１２に示すように、インバータ回路１１０Ｆでは、昇圧コンバータ２Ｂの構成以外は、第３実施形態に係るインバータ回路１１０Ｃと同じ回路構成である。
【０１３２】
コンデンサ１０５の容量は、コンデンサ１０２の容量よりも大きい。例えば、コンデンサ１０２の容量は数十〜数百μＦ程度であり、コンデンサ１０５の容量は数千μＦ程度である。ただし、これらの容量の値は一例であり、他の値としても構わない。なお、コンデンサ１０２及びコンデンサ１０５のそれぞれは、複数のコンデンサからなるコンデンサ群で構成してもよい。
【０１３３】
インバータ回路１１０Ｆが第１の動作方式で動作する場合、制御回路１２０は、接続先切換スイッチ１０４ａ及び接続先切換スイッチ１０４ｂを図１２中のＡ側に接続させる。このとき、コンデンサ１０５は、昇圧コンバータ２Ｂの前段においてコンデンサ１０１に並列に接続され、入力段コンデンサの一部として使用される。これにより、入力段コンデンサの容量が大きく、且つ、中間段コンデンサの容量が小さくなる。なお、第１の動作方式でのインバータ回路１１０Ｆの動作は第４実施形態と同様である。
【０１３４】
一方、インバータ回路１１０Ｆが第２の動作方式で動作する場合、制御回路１２０は、接続先切換スイッチ１０４ａ及び接続先切換スイッチ１０４ｂを図１２中のＢ側に接続させる。このとき、コンデンサ１０５は、昇圧コンバータ２Ｂの後段においてコンデンサ１０２に並列に接続され、中間段コンデンサの一部として使用される。これにより、入力段コンデンサの容量が小さく、且つ、中間段コンデンサの容量が大きくなる。
【０１３５】
接続先切換スイッチ１０４ａ及び接続先切換スイッチ１０４ｂのそれぞれがＡ側及びＢ側の何れに接続される場合でも、コンデンサ１０５を入力段コンデンサの一部又は中間段コンデンサの一部として使用できるため、第４実施形態よりもコンデンサを効率よく使用できる。
【０１３６】
以上説明したように、第６実施形態によれば、無効電力の供給が必要とされる状況において、入力段コンデンサの一部として使用されていたコンデンサ１０５を、中間段コンデンサとして常時使用されるコンデンサ１０２に並列に接続するよう切り換えるため、無駄なくコンデンサを使用することができる。
【０１３７】
なお、第６実施形態においては、昇圧コンバータ２Ｂの負側とフルブリッジインバータ３の下アーム側とが常時接続状態であるため、コンデンサ１０５の負側に接続される接続先切換スイッチ１０４ｂを省略してもよい。このような構成では、接続先切換スイッチ１０４ａによってスイッチ回路が構成され、接続先切換スイッチ数を削減することができる。
【０１３８】
［その他の実施形態］
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなる。
【０１３９】
例えば、上述した実施形態では、複数のコンデンサの接続状態を変更することで、中間段コンデンサの容量を切り換えていたが、他の方法で中間段コンデンサの容量を切り換えてもよい。例えば、中間段コンデンサを可変容量コンデンサにより構成し、制御回路が可変容量コンデンサの容量を切り換えるようにしてもよい。可変容量コンデンサとは、機械的又は電子的に容量変更が可能なコンデンサである。
【０１４０】
上述した各実施形態においては、昇降圧コンバータ２Ａ又は昇圧コンバータ２Ｂを電圧変換回路として使用するケースを例示したが、昇降圧コンバータ２Ａ又は昇圧コンバータ２Ｂに限らず、降圧コンバータを電圧変換回路として使用してもよい。降圧コンバータは、直流電力の電圧を降圧して中間段電圧を出力する。直流電源電圧が配電系統電圧よりも高いケースでは、降圧コンバータが電圧変換回路として使用される。
【０１４１】
上述した各実施形態においては、操作受付部１３０が受け付けた操作に基づいて中間段コンデンサの容量を切り換えていたが、出力先切換スイッチ５及び系統連系リレー６の接続状態に基づいて中間段コンデンサの容量を切り換えてもよい。
【０１４２】
上述した第２実施形態においては、昇降圧コンバータ２Ａの負側とフルブリッジインバータ３の下アーム側とが常時接続状態である回路構成について説明した。しかしながら、図１３に示すように、漏洩電流対策等の理由により、昇降圧コンバータ２Ａの負側とフルブリッジインバータ３の下アーム側とをダイオード２７ｂ等で分離する回路構成でもよい。当該回路構成では、コンデンサ１０１の負側に接続される接続先切換スイッチ１０４ｂと、コンデンサ１０２の下アーム側に接続される接続先切換スイッチ１０４ｄとは省略不可である。上述した第５実施形態についても同様である。
【０１４３】
また、上述した第３実施形態においては、昇降圧コンバータ２Ａの負側とフルブリッジインバータ３の下アーム側とが常時接続状態である回路構成について説明した。しかしながら、図１４に示すように、漏洩電流対策等の理由により、昇降圧コンバータ２Ａの負側とフルブリッジインバータ３の下アーム側とをダイオード２７ｂ等で分離する回路構成でもよい。当該回路構成では、コンデンサ１０５の負側に接続される接続先切換スイッチ１０４ｂは省略不可である。上述した第６実施形態についても同様である。
【０１４４】
上述した第１〜第３実施形態においては、降圧手段と昇圧手段とが一体化された回路構成の昇降圧コンバータ２Ａについて説明したが、当該回路構成に限らず、降圧手段と昇圧手段とを直列に接続した回路構成であってもよい。
【０１４５】
なお、上述した各実施形態においては、直流電源１として太陽電池を例示したが、太陽電池に限らず、燃料電池等を直流電源１として使用してもよい。
【０１４６】
上述した実施形態においては、特に言及していないが、連系運転時に無効電力の供給が必要になるケースとしては次のようなケースが想定される。例えば、今後太陽光発電等の逆潮流が可能な分散電源が多数台普及すると、配電系統側の電力が絞られる可能性がある。系統全体の需要電力は、配電系統からの供給電力と、分散電源からの供給電力とによって賄われるためである。一例として、分散電源からの供給電力が系統全体の需要電力の数十％を占めるようなケースでは、分散電源からの供給電力の中に、無効電力の供給が要求されることが想定され、そのようなケースにおいては連系運転時にも無効電力の供給が必要になる。
【０１４７】
このように本発明は、ここでは記載していない様々な実施形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ限定されるものである。
【符号の説明】
【０１４８】
１…直流電源、２Ａ…昇降圧コンバータ、２Ｂ…昇圧コンバータ、３…フルブリッジインバータ、４…フィルタ、５…出力先切換スイッチ、６…系統連系リレー、１０…配電系統、２０，２０Ａ，２０Ｂ…負荷、２１…スイッチング素子、２２，２３，２６，２７…ダイオード、２４…リアクトル、２５，３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ…スイッチング素子、３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ…ダイオード、４１，４２…リアクトル、４３…コンデンサ、１００…パワーコンディショナ、１０１，１０２，１０３…コンデンサ、１０４…コンデンサ接続スイッチ、１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄ…接続先切換スイッチ、１０５…コンデンサ、１１０…インバータ回路、１１０Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆ…インバータ回路、１２０…制御回路、１２１…入力部、１２２…検知部、１２３…制御部、１２４…記憶部、１２５…出力部、１３０…操作受付部
【図１】
2011083170.tif 000003
【図２】
2011083170.tif 000004
【図３】
2011083170.tif 000005
【図４】
2011083170.tif 000006
【図５】
2011083170.tif 000007
【図６】
2011083170.tif 000008
【図７】
2011083170.tif 000009
【図８】
2011083170.tif 000010
【図９】
2011083170.tif 000011
【図１０】
2011083170.tif 000012
【図１１】
2011083170.tif 000013
【図１２】
2011083170.tif 000014
【図１３】
2011083170.tif 000015
【図１４】
2011083170.tif 000016