(57)【要約】【課題】小型軽量な電力変換装置を提供する。【解決手段】電力変換装置１は、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路１２を備える。フィルタ回路１５は、インバータ回路１２と系統用交流端１ａとの間に設けられた単相３線回路１ｂに設けられ、インバータ回路１２から出力される交流電力を平滑化する。高周波トランス１４は、インバータ回路１２とフィルタ回路１５との間に設けられ、フィルタ回路１５側に単相３線出力を有し、インバータ回路１２のスイッチング周波数において電力変換する。さらに、電力変換装置１は、フィルタ回路１５と系統用交流端１ａとの間に設けられ、単相３線回路１ｂから分岐する自立出力回路１６を備える。自立出力回路１６は、自立出力用交流端１６ａを提供する。自立出力回路１６は、電圧線間出力（２００Ｖ）および中性線間出力（１００Ｖ）が可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
系統（２）に接続される単相３線式の系統用交流端（１ａ）へ交流電力を出力可能な電力変換装置において、
直流電力を交流電力に変換するインバータ回路（１２）と、
前記インバータ回路と前記系統用交流端との間に設けられた単相３線回路（１ｂ）と、
前記単相３線回路に設けられ、前記インバータ回路から出力される交流電力を平滑化するフィルタ回路（１５、２１５）と、
前記インバータ回路と前記フィルタ回路との間に設けられ、前記フィルタ回路側に単相３線出力を有し、前記インバータ回路のスイッチング周波数において電力変換する高周波トランス（１４、２１４）と、
前記フィルタ回路と前記系統用交流端との間に設けられ、前記単相３線回路から分岐することにより前記系統を経由することなく電圧線間出力および中性線間出力が可能な自立出力回路（１６）とを備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記フィルタ回路（１５、２１５）は、電圧線と中性線との間に設けられた容量素子（１５ａ）を備えることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記フィルタ回路（１５）は、前記電圧線に設けられた誘導素子（１５ｂ）を備えることを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記フィルタ回路（２１５）は、前記誘導素子を備えることなく前記容量素子（１５ａ）を備えることを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記インバータ回路によりスイッチングされた電力を平滑化するためのリアクトルの一部または全部を提供するように前記高周波トランスの漏れインダクタンスが設定されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記単相３線回路における前記自立出力回路の分岐部分（１７）と前記系統用交流端（１ａ）との間に設けられ、前記分岐部分と前記系統用交流端との間を開閉する遮断器（１８）と、
前記系統が停電しているときに前記遮断器を遮断し、前記自立出力回路へ交流電力を出力可能とする制御装置（２１）とを備えることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項７】
さらに、前記インバータ回路に直流電力を供給する電源機器（１１）を備えることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記電源機器（１１）は、前記系統から前記インバータ回路を経由して充電される二次電池であることを特徴とする請求項７に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここに開示される発明は、系統連系のための単相三線の交流端と、自立出力のための低電圧の交流端とを有する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、単相三線の交流端と、単相二線の交流端とを有する電力変換装置を開示する。この装置は、単相三線の端子をもつトランスを用いている。この装置のトランスは、交流端に直接的に接続されており、交流端における電力の周波数に対応した低周波トランスである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−９３７４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術の構成では、単相三線の端子をもつ低周波トランスが用いられる。しかし、低周波トランスは、体格、重量が大きい。このため、装置が大型化する、装置の重量が重くなるといった課題を有している。また、装置の価格が高くなるという課題も有している。上述の観点において、または言及されていない他の観点において、電力変換装置にはさらなる改良が求められている。
【０００５】
発明の目的のひとつは、系統連系のための単相三線の交流端と、自立出力のための低電圧の交流端とを有し、自立出力において多様な電圧を取り出すことができる小型軽量な電力変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ここに開示される発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。
【０００７】
開示される発明のひとつにより電力変換装置が提供される。発明は、系統（２）に接続される単相３線式の系統用交流端（１ａ）へ交流電力を出力可能な電力変換装置において、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路（１２）と、インバータ回路と系統用交流端との間に設けられた単相３線回路（１ｂ）と、単相３線回路に設けられ、インバータ回路から出力される交流電力を平滑化するフィルタ回路（１５、２１５）と、インバータ回路とフィルタ回路との間に設けられ、フィルタ回路側に単相３線出力を有し、インバータ回路のスイッチング周波数において電力変換する高周波トランス（１４、２１４）と、フィルタ回路と系統用交流端との間に設けられ、単相３線回路から分岐することにより系統を経由することなく電圧線間出力および中性線間出力が可能な自立出力回路（１６）とを備えることを特徴とする。
【０００８】
この構成によると、インバータ回路が交流電力を出力するとき、高周波トランスによって単相３線方式による交流電力が得られる。このため、系統の交流電力の周波数のような低周波において電力変換する低周波トランスに比べて、小型、軽量の電力変換装置が提供される。また、安価な電力変換装置を提供できることもある。さらに、単相３線回路から分岐する自立出力回路が設けられている。自立出力回路は、電圧線間出力による電圧（例えば２００Ｖ）の交流電力と、中性線間出力による電圧（例えば１００Ｖ）の交流電力とを供給することができる。これにより、複数の電圧の交流電力を供給することができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、フィルタ回路（１５、２１５）は、電圧線と中性線との間に設けられた容量素子（１５ａ）を備えることを特徴とする。この構成によると、容量素子によってインバータ回路によってスイッチングされる電力が平滑化される。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、フィルタ回路（１５）は、電圧線に設けられた誘導素子（１５ｂ）を備えることを特徴とする。この構成によると、容量素子と誘導素子によって電力が平滑化される。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、フィルタ回路（２１５）は、誘導素子を備えることなく容量素子（１５ａ）を備えることを特徴とする。この構成によると、誘導素子を用いることなく、容量素子によって電力が平滑化される。このとき、高周波トランスの漏れインダクタンスがリアクトルとして機能する。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、インバータ回路によりスイッチングされた電力を平滑化するためのリアクトルの一部または全部を提供するように高周波トランスの漏れインダクタンスが設定されていることを特徴とする。この構成によると、リアクトルを提供する誘導素子を小型化、または削除することができる。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、単相３線回路における自立出力回路の分岐部分（１７）と系統用交流端（１ａ）との間に設けられ、分岐部分と系統用交流端との間を開閉する遮断器（１８）と、系統が停電しているときに遮断器を遮断し、自立出力回路へ交流電力を出力可能とする制御装置（２１）とを備えることを特徴とする。この構成によると、系統が停電しているときに系統に影響を与えることなく自立出力回路へ電力を出力できる。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、さらに、インバータ回路に直流電力を供給する電源機器（１１）を備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、電源機器（１１）は、系統からインバータ回路を経由して充電される二次電池であることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】発明の第１実施形態に係る電力変換装置のブロック図である。
【図２】発明の第２実施形態に係る電力変換装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図面を参照しながら、ここに開示される発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において、先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。また、後続の実施形態においては、先行する実施形態で説明した事項に対応する部分に百以上の位だけが異なる参照符号を付することにより対応関係を示し、重複する説明を省略する場合がある。各形態において、構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については他の形態の説明を参照し適用することができる。
【００１８】
（第１実施形態）
図１において、電力変換装置１は、系統２に接続される。系統２は、発電施設を含み、複数の負荷に電力を供給可能な電力網である。系統２は、商用電力とも呼ばれる大規模な電力網である。系統２は、住居または事業所などの構内において構築された中小規模の電力網でもよい。系統２は、単相３線式の電力を供給する。この実施形態では、単相３線は、中性線Ｏと、電圧線Ｕ、Ｖとによって供給される。電圧線Ｕ、Ｖの間に供給される電力は電圧線間出力または相間出力と呼ばれる。電圧線Ｕ、Ｖのひとつと中性線Ｏとの間に供給される電力は中性線間出力と呼ばれる。この実施形態では、電力線間出力は２００Ｖである。中性線間出力は１００Ｖである。系統２から供給される電力は５０Ｈｚまたは６０Ｈｚである。系統２は、計画的に、または事故によって停電することがある。
【００１９】
電力変換装置１は、分散型電源装置を提供する。図中には、ひとつの電力変換装置１が図示されている。系統２には、複数の電力変換装置１が接続されうる。これら複数の電力変換装置１は、系統２から受電するとともに、系統２へ電力を供給することができる。さらに、電力変換装置１は、系統２から離脱して負荷に電力を供給可能である。
【００２０】
電力変換装置１は、系統２に接続される単相３線式の系統用交流端１ａを有する。電力変換装置１は、系統用交流端１ａから交流電力を受電可能である。電力変換装置１は、系統用交流端１ａへ交流電力を出力可能である。電力変換装置１は、系統用交流端１ａを含む単相３線回路１ｂを有する。
【００２１】
電力変換装置１は、電源機器１１と接続される直流端１ｃを有する。電源機器１１は、二次電池である。二次電池は、例えばリチウムイオン電池によって提供されうる。電源機器１１は、直流端１ｃに直流電力を供給する。電源機器１１は、発電機を含むことができる。この実施形態では、電源機器１１は、系統２から供給される電力によって充電される。また、電源機器１１は、系統２へ電力を供給できる。さらに、電源機器１１は、自立して負荷へ電力を供給できる。
【００２２】
電力変換装置１は、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路（ＩＮＶ）１２を備える。インバータ回路１２は、系統用交流端１ａと直流端１ｃとの間に設けられている。インバータ回路１２は、単相３線回路１ｂと直流端１ｃとの間に設けられている。言い換えると、単相３線回路１ｂは、インバータ回路１２と系統用交流端１ａとの間に設けられている。インバータ回路１２は、複数のスイッチング素子によって構成されたブリッジ回路によって提供されうる。インバータ回路１２は、交直変換および直交変換を提供する。インバータ回路１２のスイッチング素子は、数ｋＨｚから数十ｋＨｚの高周波数でスイッチング駆動される。例えば、インバーア回路１２が直交変換するとき、交流端１２ａに現れる波形は、所定の電圧および／または電流を出力するように高い周波数でオンオフされる矩形波状の波形である。
【００２３】
電力変換装置１は、直流電力の電圧を変換するコンバータ回路（ＣＮＶ）１３を備える。コンバータ回路１３は、直流端１ｃとインバータ回路１２との間に設けられている。コンバータ回路１３は、双方向型のＤＣＤＣコンバータ回路によって提供されうる。コンバータ回路１３は、直流端に供給される直流電力の電圧を変換し、インバータ回路１２に供給する。コンバータ回路１３は、インバータ回路１２から供給される直流電力の電圧を変換し、直流端１ｃ、すなわち電源機器１１に供給する。
【００２４】
電力変換装置１は、高周波トランス１４を備える。高周波トランス１４は、インバータ回路１２の交流端１２ａに設けられている。高周波トランス１４は、インバータ回路１２と単相３線回路１ｂとの間に設けられている。高周波トランス１４は、一次側と二次側とが絶縁された絶縁型のトランスである。高周波トランス１４は、単相２線の巻線と、単相３線の巻線とを有する。系統２から電源機器１１へ電力が供給されるとき、単相３線の巻線が一次側を提供し、単相２線の巻線が二次側を提供する。電源機器１１から電力が供給されるとき、単相２線の巻線が一次側を提供し、単相３線の巻線が二次側を提供する。高周波トランス１４は、インバータ回路１２の交流端１２ａに現れる平滑化される前の電力を変換する。高周波トランス１４は、インバータ回路１２のスイッチング周波数において電力変換する。
【００２５】
電力変換装置１は、単相３線回路１ｂに設けられたフィルタ回路１５を備える。フィルタ回路１５は、平滑化回路またはノイズ抑制回路とも呼ばれる。フィルタ回路１５は、高周波トランス１４と系統用交流端１ａとの間に設けられている。言い換えると、高周波トランス１４は、インバータ回路１２とフィルタ回路１５との間に設けられている。高周波トランス１４は、フィルタ回路１５側に単相３線出力を有する。フィルタ回路１５は、インバータ回路１２から出力される交流電力を平滑化する。フィルタ回路１５は、電圧線と中性線との間に設けられた容量素子１５ａを備える。フィルタ回路１５は、電圧線に設けられた誘導素子１５ｂを備える。誘導素子１５ｂは、インバータ回路１２から供給される交流電力を平滑化するためのリアクトルを提供する。フィルタ回路１５は、相間のキャパシタ１５ａと、電圧線に設けられたノーマルモードコイル１５ｂとを有するＬＣフィルタである。
【００２６】
電力変換装置１は、系統２を経由することなく負荷へ交流電力を供給可能な自立出力回路１６を備える。自立出力回路１６は、単相３線回路１ｂから分岐している。自立出力回路１６は、フィルタ回路１５と系統用交流端１ａとの間に設けられた分岐部分１７から分岐している。自立出力回路１６は、電圧線間出力および中性線間出力が可能である。自立出力回路１６は、外部の負荷を接続可能な自立出力用交流端１６ａを有する。自立出力用交流端１６ａは、単相３線方式によって提供される。２つの電圧線の間には電圧線間出力である２００Ｖが得られる。２つの電圧線のひとつと、中性線との間には中性線間出力である１００Ｖが得られる。自立出力回路１６は、電圧線間出力および中性線間出力を可能とするために、２つの電圧線とひとつの中性線とを含む単相３線方式のための自立出力用交流端１６ａを備える。
【００２７】
自立出力用交流端１６ａは、系統２が停電しているときに使用することが求められる負荷を接続するための接続端子、例えばコンセントを備えることができる。自立出力用交流端１６ａは、図示されるように、電圧線間出力と中性線間出力とのいずれか一方を許容する３つの接続端子によって提供することができる。自立出力用交流端１６ａは、電圧線間出力と中性線間出力とを同時に許容するために、複数組の接続端子に並列接続されてもよい。例えば、自立出力用交流端１６ａは、電圧線間出力のための少なくとも一組の接続端子、例えばコンセントと、中性線間出力のための少なくとも一組の接続端子、例えばコンセントとを有することができる。
【００２８】
電力変換装置１は、単相３線回路１ｂに設けられた遮断器１８を有する。遮断器１８は、単相３線回路１ｂにおける自立出力回路１６のための分岐部分１７と系統用交流端１ａとの間に設けられている。言い換えると、分岐部分１７は、フィルタ回路１５と遮断器１８との間に設けられている。この構成は、系統２との接続を遮断しながら、自立出力回路１６へ電力を供給する自立的な電力供給を可能とする。遮断器１８は、２つの電圧線および中性線を開閉する。この結果、遮断器１８は、分岐部分１７と系統用交流端１ａとの間を開閉する。
【００２９】
電力変換装置１は、制御装置（ＣＴＬ）２１を備える。制御装置２１は、インバータ回路１２、コンバータ回路１３、および遮断器１８を制御する。制御装置２１は、系統２からの受電制御と、系統２への逆潮流制御とを提供する。制御装置２１は、電力変換装置１を系統連系機能を有するパワーコンディショナとして機能させる。さらに、制御装置２１は、系統２が停電しているときに自立出力回路１６へ電力を供給するための自立制御を提供する。
【００３０】
制御装置２１は、電子制御装置（Electronic Control Unit）である。制御装置は、少なくともひとつの演算処理装置（ＣＰＵ）と、プログラムとデータとを記憶する記憶媒体としての少なくともひとつのメモリ装置（ＭＭＲ）とを有する。制御装置は、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体を備えるマイクロコンピュータによって提供される。記憶媒体は、コンピュータによって読み取り可能なプログラムを非一時的に格納している。記憶媒体は、半導体メモリまたは磁気ディスクなどによって提供されうる。制御装置は、ひとつのコンピュータ、またはデータ通信装置によってリンクされた一組のコンピュータ資源によって提供されうる。プログラムは、制御装置によって実行されることによって、制御装置をこの明細書に記載される装置として機能させ、この明細書に記載される方法を実行するように制御装置を機能させる。制御装置は、多様な要素を提供する。それらの要素の少なくとも一部は、機能を実行するための手段と呼ぶことができ、別の観点では、それらの要素の少なくとも一部は、構成的なブロック、またはモジュールと呼ぶことができる。
【００３１】
受電制御において、制御装置２１は、系統２から供給される電力によって電源機器１１である二次電池を充電するようにインバータ回路１２とコンバータ回路１３とを制御する。このとき、電源機器１１である二次電池は、系統２からインバータ回路１２を経由して充電される。逆潮流制御において、制御装置２１は、電源機器１１から供給される電力によって系統２へ電力を供給するようにインバータ回路１２とコンバータ回路１３とを制御する。
【００３２】
自立制御において、制御装置２１は、電源機器１１から供給される電力によって自立出力用交流端１６ａへ電力を供給するようにインバータ回路１２とコンバータ回路１３と遮断器１８とを制御する。制御装置２１は、系統２が停電しているときに遮断器１８を開き、自立出力回路１６へ交流電力を出力可能とする。自立制御において、系統２が停電状態であっても系統２の健全性が確認される場合には、系統２への逆潮流と、自立出力回路１６への出力との両方を可能とするように遮断器１８を閉じてもよい。例えば、電力変換装置１が接続されている系統２の一部分だけが健全であって、系統２の他の部分から遮断されている場合には、系統の一部分に接続された負荷と、自立出力回路１６に接続された負荷とに給電することができる。逆潮流制御と自立制御とにおいて、電源機器１１は、インバータ回路１２に直流電力を供給する。
【００３３】
この構成によると、逆潮流制御および／または自立制御において、高周波トランス１４によって単相３線方式による交流電力が得られる。このため、系統２の交流電力の周波数のような低周波において電力変換する低周波トランスに比べて、小型、軽量の電力変換装置１が提供される。また、安価な電力変換装置を提供できることもある。
【００３４】
さらに、単相３線回路１ｂから分岐する自立出力回路１６が設けられている。自立出力回路１６は、電圧線間出力による電圧（２００Ｖ）の交流電力と、中性線間出力による電圧（１００Ｖ）の交流電力とを供給することができる。これにより、複数の電圧の交流電力を供給することができる。
【００３５】
系統２が停電している自立制御においては、系統２との接続を遮断器１８によって遮断することができる。よって、系統２へ影響を与えることなく、自立出力回路１６へ複数の電圧の交流電力を供給することができる。
【００３６】
この実施形態では、単相３線式によって供給される２００Ｖと、単相２線式によって供給される１００Ｖとを自立出力回路１６の自立出力用交流端１６ａに供給できる。よって、系統２が停電しているときにも多様な負荷へ給電することができる。例えば、１００Ｖを定格とする通常の負荷と、２００Ｖを定格とする比較的消費電力が大きい負荷とに選択的に、または同時に電力を供給できるから、住宅または事業所において高い利便性を提供できる。
【００３７】
さらに、この実施形態では、絶縁型の高周波トランス１４が用いられるから、高周波トランス１４においてノイズを遮断することができる。例えば、系統２および／または自立出力回路１６からの外部ノイズの進入が抑制される。また、インバータ回路１２および／またはコンバータ回路１３から外部へのノイズの放出が抑制される。
【００３８】
（第２実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、フィルタ回路１５の誘導素子１５ｂによってリアクトルが提供される。これに代えて、この実施形態では、高周波トランス１４の漏れインダクタンスによってリアクトルが提供される。
【００３９】
図２に図示されるように、この実施形態のフィルタ回路２１５は、誘導素子１５ｂを備えることなく容量素子１５ａだけを備える。この構成では、インバータ回路１２により高い周波数でスイッチングされた電力を平滑化するためのリアクトルの全部を提供するように高周波トランス２１４の漏れインダクタンスが設定されている。この構成によると、リアクトルを提供する誘導素子１５ｂを設けることなく電力変換装置を提供することができる。なお、単相３線回路１ｂは、ノーマルコイル、コモンモードコイルなどノイズ防止用の誘導素子を備えていてもよい。
【００４０】
（他の実施形態）
ここに開示される発明は、その発明を実施するための実施形態に何ら制限されることなく、種々変形して実施することが可能である。開示される発明は、実施形態において示された組み合わせに限定されることなく、種々の組み合わせによって実施可能である。実施形態は追加的な部分をもつことができる。実施形態の部分は、省略される場合がある。実施形態の部分は、他の実施形態の部分と置き換え、または組み合わせることも可能である。実施形態の構造、作用、効果は、あくまで例示である。開示される発明の技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示される発明のいくつかの技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。
【００４１】
例えば、制御装置が提供する手段と機能は、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、あるいはそれらの組合せによって提供することができる。例えば、制御装置をアナログ回路によって構成してもよい。
【００４２】
また、高周波トランスの漏れインダクタンスは、インバータ回路１２によりスイッチングされた電力を平滑化するためのリアクトルの一部だけを提供するように設定されてもよい。この構成によると、リアクトルを提供するための誘導素子を小型化および／または軽量化することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１  電力変換装置、
１ａ  系統用交流端、  １ｂ  単相３線回路、  １ｃ  直流端、
２  系統、
１１  電源機器、  １２  インバータ回路、  １２ａ  交流端、
１３  コンバータ回路、
１４、２１４  高周波トランス、
１５、２１５  フィルタ回路、  １５ａ  容量素子、  １５ｂ  誘導素子、
１６  自立出力回路、  １６ａ  自立出力用交流端、
１７  分岐部分、  １８  遮断器、
２１  制御装置。
【図１】
2015130773.tif 000003
【図２】
2015130773.tif 000004