(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中間バスを介して、複数の直流電源と交流系統との間での電力変換を行う電力変換装置であって、
前記中間バスと前記複数の直流電源との間にそれぞれ設けられる、複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記中間バスに接続された中間コンデンサと、
前記中間バスと前記交流系統との間に設けられるＤＣ／ＡＣコンバータと、
前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記ＤＣ／ＡＣコンバータを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記ＤＣ／ＡＣコンバータが出力する有効電力を前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータに配分するとともに、前記ＤＣ／ＡＣコンバータ及び前記中間コンデンサが出力する無効電力の合計値を、前記有効電力の配分係数とは異なる配分係数で前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータに配分する制御を行う電力変換装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータの電力又は電流のピーク値が均等になるように前記無効電力の合計値を前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータに配分する制御を行う請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータの最大出力が互いに同一である場合、前記制御部は、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータの無効電力又は無効電流が均等になるように前記無効電力の合計値を前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータに配分する制御を行う請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータの各々に対する入力電圧の二乗に比例して、無効電力の前記配分係数を設定する請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータのうち、蓄電池が接続されたＤＣ／ＤＣコンバータを、無効電力の配分の対象から除外する請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
中間バスと複数の直流電源との間にそれぞれ設けられる、複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、前記中間バスに接続された中間コンデンサと、前記中間バスと交流系統との間に設けられるＤＣ／ＡＣコンバータと、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記ＤＣ／ＡＣコンバータを制御する制御部とを備え、前記中間バスを介して、前記複数の直流電源と前記交流系統との間での電力変換を行う電力変換装置について、前記制御部が実行する電力変換装置の制御方法であって、
前記ＤＣ／ＡＣコンバータが出力する有効電力を前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータに配分するとともに、前記ＤＣ／ＡＣコンバータ及び前記中間コンデンサが出力する無効電力の合計値を、前記有効電力の配分係数とは異なる配分係数で前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータに配分する電力変換装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流／交流の電力変換を、スイッチング動作によって行う電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
直流電源の電圧を単相交流電圧に変換するには、例えば、昇圧回路（ＤＣ／ＤＣコンバータ）及びインバータ回路を含む電力変換装置が用いられる。伝統的な電力変換装置では、直流電源の電圧を、交流側のピーク電圧より高い一定電圧まで昇圧回路で昇圧した後、当該電圧を、インバータ回路で交流電圧に変換している。この場合、昇圧回路及びインバータ回路は、常時高速なスイッチング動作を行っている。そのため、各スイッチング素子ではスイッチング損失が発生し、リアクトルでは鉄損が発生する。これらの損失は、変換効率の向上を妨げる要因となる。
【０００３】
一方、直流電源の電圧と交流側の瞬時電圧の絶対値とを常に比較して、昇圧回路については昇圧が必要な期間のみスイッチング動作させ、インバータ回路については降圧が必要な期間のみスイッチング動作させる、という制御が提案されている（例えば特許文献１参照。）。このような制御によれば、昇圧回路及びインバータ回路にスイッチング動作の休止期間ができる。休止期間ができれば、その分、スイッチング損失やリアクトルの鉄損が抑制されるので、変換効率の向上に資することになる。
【０００４】
また、複数の直流電源があり、これに対応して複数のＤＣ／ＤＣコンバータを備えている電力変換装置においても、同様に、変換効率を向上させることができる（例えば特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５６１８０２２号
【特許文献２】特許第５６１８０２３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１，２の電力変換装置では、当該装置から交流系統に出力される電力と一致する電力を、ＤＣ／ＤＣコンバータが出力するようにスイッチング制御が行われる。そのため、ＤＣ／ＤＣコンバータは、有効電流及び無効電流を中間バスに供給する。また、特許文献２のように複数のＤＣ／ＤＣコンバータを備える場合、電流の配分が行われる。この電流配分の要点を示す式は以下の通りである。なお、以下における文字フォントの違い（立体／イタリック体）には意味は無く、同じ文字は同じ量を表している（以下同様）。
【０００７】
まず、記号を、以下のように定義する。
Ｉ＊ａ  電力変換装置から交流系統への出力電流指令値
Ｃａ  交流側コンデンサのキャパシタンス
Ｖａ  交流系統電圧
Ｉ＊ｉｎｖ  交流側コンデンサに電流を流す前の段階でのインバータ回路の電流指令値
Ｌａ  交流リアクトルのインダクタンス
Ｖ＊ｉｎｖ  交流リアクトルを通る前の段階でのインバータ回路の電圧指令値
Ｖ＊ｏ  中間バスに現れるべき電圧指令値（Ｖ＊ｇ.ｉの最も大きい値と、Ｖ＊ｉｎｖのいずれか大きい方）
Ｃｏ  中間コンデンサのキャパシタンス
Ｖ＊ｇ.ｉ  直流入力電圧値（ｉは、複数の直流電源及びＤＣ／ＤＣコンバータを特定する番号１，２，・・・である。）
Ｉ＊ｇ.ｉ  直流入力電流指令値
ｓ  ラプラス演算子
また、〈  〉は、括弧内の値の平均値を示している。
【０００８】
0006536346.tif 000002
【０００９】
0006536346.tif 000003
【００１０】
0006536346.tif 000004
【００１１】
0006536346.tif 000005
【００１２】
上記の式（１）右辺の（  ）内は、ＤＣ／ＤＣコンバータが出力する電力であり、これには有効電力と無効電力とが含まれる。式（１）を変形した式（２）において、電流指令値Ｉ＊ｉｎ.ｉは、直流電源が供給する有効電力Ｉ＊ｇ.ｉ×Ｖ＊ｇ.ｉに比例するようにＤＣ／ＤＣコンバータが出力する電力を配分し、これを直流電源の電圧Ｖ＊ｇ.ｉで割ることによって得られる。すなわち、この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータが出力する有効電力と無効電力とが共に、直流電源が出力する有効電力に比例するように配分される。
【００１３】
ここで、例えば、直流電源が太陽光発電パネルである場合、ＤＣ／ＤＣコンバータは、出力する有効電力が、太陽光発電パネルの出力が最大になる最適動作点となるように、制御される。
しかしながら、特許文献２の電力変換装置では、大きな有効電力を出力する太陽光発電パネルが接続されたＤＣ／ＤＣコンバータほど無効電力が多く割り当てられ、特定のＤＣ／ＤＣコンバータに電流が集中する傾向が生じ、当該ＤＣ／ＤＣコンバータにおいて発生する電力の損失が大きくなる。
【００１４】
かかる課題に鑑み、本発明は、電力変換装置において電力の損失をさらに低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、中間バスを介して、複数の直流電源と交流系統との間での電力変換を行う電力変換装置であって、前記中間バスと前記複数の直流電源との間にそれぞれ設けられる、複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、前記中間バスに接続された中間コンデンサと、前記中間バスと前記交流系統との間に設けられるＤＣ／ＡＣコンバータと、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記ＤＣ／ＡＣコンバータを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記ＤＣ／ＡＣコンバータが出力する有効電力を前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータに配分するとともに、前記ＤＣ／ＡＣコンバータ及び前記中間コンデンサが出力する無効電力の合計値を、前記有効電力の配分係数とは異なる配分係数で前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータに配分する制御を行う電力変換装置である。
【００１６】
制御方法の観点からは、中間バスと複数の直流電源との間にそれぞれ設けられる、複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、前記中間バスに接続された中間コンデンサと、前記中間バスと交流系統との間に設けられるＤＣ／ＡＣコンバータと、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記ＤＣ／ＡＣコンバータを制御する制御部とを備え、前記中間バスを介して、前記複数の直流電源と前記交流系統との間での電力変換を行う電力変換装置について、前記制御部が実行する電力変換装置の制御方法であって、前記ＤＣ／ＡＣコンバータが出力する有効電力を前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータに配分するとともに、前記ＤＣ／ＡＣコンバータ及び前記中間コンデンサが出力する無効電力の合計値を、前記有効電力の配分係数とは異なる配分係数で前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータに配分する電力変換装置の制御方法である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の電力変換装置及びその制御方法によれば、電力の損失をさらに低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】複数の直流電源と交流系統との間に設けられた電力変換装置の概略構成を示す単線接続図である。
【図２】図１の電力変換装置の回路図の一例である。
【図３】第１ＤＣ／ＤＣコンバータと第２ＤＣ／ＤＣコンバータの出力を２０６７Ｗ、第３ＤＣ／ＤＣコンバータと第４ＤＣ／ＤＣコンバータの出力を１０３３Ｗとしたときの、各ＤＣ／ＤＣコンバータのピーク電流Ｉｐｅａｋ（Ｉｐｅａｋ＿１〜Ｉｐｅａｋ＿４）及び、電流の二乗和を便宜上（１／２０）スケールで表した結果を示す棒グラフである。
【図４】蓄電池が充放電を停止しており、残り３台の太陽電池用ＤＣ／ＤＣコンバータが最大出力で動作している場合の各ＤＣ／ＤＣコンバータを流れる電流のピーク値と、全ＤＣ／ＤＣコンバータの電流２乗和を示す棒グラフである。
【図５】太陽電池用の第１〜第３ＤＣ／ＤＣコンバータが２０６７Ｗを出力し、蓄電池の第４ＤＣ／ＤＣコンバータの出力（充電）が０Ｗ、−２０６７Ｗ、−３１００Ｗ、−４１３３Ｗと、変化するときの、各ＤＣ／ＤＣコンバータの電流ピーク値と、全ＤＣ／ＤＣコンバータの電流二乗和を示す棒グラフである。
【図６】太陽光発電と同時に蓄電池の放電を行う場合の各ＤＣ／ＤＣコンバータの電流ピーク値と全ＤＣ／ＤＣコンバータの電流二乗和を示す棒グラフである。
【図７】太陽光発電パネルを解列し、発電停止中に無効電流を供給するＤＣ／ＤＣコンバータを１台に限るとして、電流ピーク値と二乗和を計算した結果を示す棒グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
［実施形態の要旨］
本発明の実施形態の要旨としては、少なくとも以下のものが含まれる。
【００２０】
（１）これは、中間バスを介して、複数の直流電源と交流系統との間での電力変換を行う電力変換装置であって、前記中間バスと前記複数の直流電源との間にそれぞれ設けられる、複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、前記中間バスに接続された中間コンデンサと、前記中間バスと前記交流系統との間に設けられるＤＣ／ＡＣコンバータと、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記ＤＣ／ＡＣコンバータを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記ＤＣ／ＡＣコンバータが出力する有効電力を前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータに配分するとともに、前記ＤＣ／ＡＣコンバータ及び前記中間コンデンサが出力する無効電力の合計値を、前記有効電力の配分係数とは異なる配分係数で前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータに配分する制御を行う電力変換装置である。
【００２１】
上記のように構成された電力変換装置では、無効電力を、有効電力の配分係数とは異なる配分係数で最適に配分することができる。従って、例えば、各ＤＣ／ＤＣコンバータの電力のピーク値が均等になるように配分係数を設定することにより、各ＤＣ／ＤＣコンバータに流れる電流のピーク値を最小にする配分が可能となる。また、例えば、各ＤＣ／ＤＣコンバータで発生する電力損失に着目して、これを最小にする配分係数の設定も可能となる。
【００２２】
（２）また、（１）の電力変換装置において、前記制御部は、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータの電力又は電流のピーク値が均等になるように前記無効電力の合計値を前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータに配分する制御を行ってもよい。
この場合、各ＤＣ／ＤＣコンバータに流れる電流のピーク値を、最小にすることができる。
【００２３】
（３）また、（１）の電力変換装置において、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータの最大出力が互いに同一である場合、前記制御部は、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータの無効電力又は無効電流が均等になるように前記無効電力の合計値を前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータに配分する制御を行ってもよい。
この場合、各ＤＣ／ＤＣコンバータに流れる電流のピーク値を、最小にすることができる。
【００２４】
（４）また、（１）の電力変換装置において、前記制御部は、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータの各々に対する入力電圧の二乗に比例して、無効電力の前記配分係数を設定するようにしてもよい。
この場合、各ＤＣ／ＤＣコンバータで発生する電力損失を最小にすることができる。
【００２５】
（５）また、（１）〜（４）のいずれかの電力変換装置において、前記制御部は、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータのうち、蓄電池が接続されたＤＣ／ＤＣコンバータを、無効電力の配分の対象から除外するようにしてもよい。
この場合、蓄電池に無効電流が流れて電力損失が発生することを、防止できる。
【００２６】
（６）制御方法の観点からは、中間バスと複数の直流電源との間にそれぞれ設けられる、複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、前記中間バスに接続された中間コンデンサと、前記中間バスと交流系統との間に設けられるＤＣ／ＡＣコンバータと、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記ＤＣ／ＡＣコンバータを制御する制御部とを備え、前記中間バスを介して、前記複数の直流電源と前記交流系統との間での電力変換を行う電力変換装置について、前記制御部が実行する電力変換装置の制御方法であって、前記ＤＣ／ＡＣコンバータが出力する有効電力を前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータに配分するとともに、前記ＤＣ／ＡＣコンバータ及び前記中間コンデンサが出力する無効電力の合計値を、前記有効電力の配分係数とは異なる配分係数で前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータに配分する電力変換装置の制御方法である。
【００２７】
このような電力変換装置の制御方法によれば、無効電力を、有効電力の配分係数とは異なる配分係数で最適に配分することができる。従って、例えば、各ＤＣ／ＤＣコンバータの電力のピーク値が均等になるように配分係数を設定することにより、各ＤＣ／ＤＣコンバータに流れる電流のピーク値を最小にする配分が可能となる。また、例えば、各ＤＣ／ＤＣコンバータで発生する電力損失に着目して、これを最小にする配分係数の設定も可能となる。
【００２８】
［実施形態の詳細］
以下、本発明の実施形態の詳細について図面を参照して説明する。
【００２９】
《回路構成例》
図１は、複数の直流電源３と交流系統との間に設けられた電力変換装置１の概略構成を示す単線接続図である。図において、この電力変換装置１は、直流から交流への電力変換を行うものであり、昇圧回路としての複数のＤＣ／ＤＣコンバータ２及び、これに、中間バス（ＤＣバス）６を介して接続されたインバータ回路としてのＤＣ／ＡＣコンバータ８を備えている。なお、この例では４組の直流電源３及びＤＣ／ＤＣコンバータ２を示しているが、「４組」は複数の一例に過ぎない。
【００３０】
各ＤＣ／ＤＣコンバータ２は、対応する直流電源３と中間バス６との間に設けられている。また、各ＤＣ／ＤＣコンバータ２は、直流電源３との間に、直流側コンデンサ４及びスイッチ５を介して設けられている。なお、ここでは全ての直流電源３に対応してスイッチ５を設けた例を示しているが、スイッチ５は必要な直流電源３に限定して設けてもよい。中間バス６には中間コンデンサ７が接続されている。ＤＣ／ＡＣコンバータ８は、中間バス６と交流系統との間に、交流側コンデンサ９を介して設けられている。なお、直流電源３とは、例えば太陽光発電パネル、又は、蓄電池である。
【００３１】
この電力変換装置１は、直流電源３の電圧と交流側の瞬時電圧の絶対値とを常に比較して、ＤＣ／ＤＣコンバータ２については昇圧が必要な期間のみスイッチング動作させ、ＤＣ／ＡＣコンバータ８については降圧が必要な期間のみスイッチング動作させる、という最小スイッチング方式の制御を行う。このような制御によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ２及びＤＣ／ＡＣコンバータ８にそれぞれ、スイッチング動作の休止期間ができる。休止期間ができれば、その分、スイッチング損失やリアクトルの鉄損が抑制されるので、変換効率が向上する。但し、直流電源３の電圧が異なる場合には、最も高い値を基準とした制御が行われる。
【００３２】
図２は、図１の電力変換装置１の回路図の一例である。但し、図示の都合上、４組の直流電源３及びＤＣ／ＤＣコンバータ２のうち、２組のみを示しているが、他の２組も同様に中間バス６に対して並列的に接続されている。
図１と対応する部分には同一符号を付している。図において、電力変換装置１は、前述の直流側コンデンサ４、ＤＣ／ＤＣコンバータ２、中間コンデンサ７、ＤＣ／ＡＣコンバータ８の他、フィルタ回路１４及び制御部２０、また、計測用の後述のセンサ類を備えている。
【００３３】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２は、直流リアクトル１１と、一対のスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２とを備えた昇圧（降圧も可）チョッパである。スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２としては、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が用いられる。スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２には、それぞれに並列逆極性に、ダイオードｄ１１，ｄ１２が接続されている。なお、スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２としては、その他、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）も使用可能である。
【００３４】
ＤＣ／ＡＣコンバータ８は、フルブリッジを構成する４つのスイッチング素子Ｑ８１，Ｑ８２，Ｑ８３，Ｑ８４を備えている。スイッチング素子Ｑ８１〜Ｑ８４は、例えばＦＥＴである。
フィルタ回路１４は、交流リアクトル１３と、交流側コンデンサ９とによって構成され、ＤＣ／ＡＣコンバータ８の交流出力に含まれる高周波成分が交流系統１７に漏れ出ることを防止している。なお、交流系統１７は、交流負荷１５及び商用電力系統１６を含む。
【００３５】
前述のセンサ類としては、直流側コンデンサ４の両端電圧（Ｖｇ）を検出する電圧センサ３１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２に流れる電流（Ｉｉｎ）を検出する電流センサ３２と、中間コンデンサ７の両端電圧すなわち中間バス６の２線間電圧（Ｖｏ）を検出する電圧センサ３３と、ＤＣ／ＡＣコンバータ８の交流側に流れる電流（Ｉｉｎｖ）を検出する電流センサ３４と、交流側コンデンサ９の両端電圧を検出する電圧センサ３５とが設けられている。全てのセンサの計測出力信号は、制御部２０に送られる。制御部２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２及びＤＣ／ＡＣコンバータ８のスイッチング制御を行う。
【００３６】
制御部２０は例えば、ＣＰＵを含み、ソフトウェア（コンピュータプログラム）をコンピュータが実行することで、必要な制御機能を実現する。ソフトウェアは、制御部２０の記憶装置（図示せず。）に格納される。但し、ＣＰＵを含まないハードウェアのみの回路で制御部２０を構成することも可能ではある。
【００３７】
《制御理論》
次に、上記のように構成された電力変換装置１の制御理論について説明する。まず、以下のように諸量を定義する。
【００３８】
Ｖａ：電圧センサ３５によって検出される交流系統電圧
Ｉ＊ａ：交流系統１７へ流そうとする交流電流指令値
Ｉｉｎｖ：電流センサ３４によって検出される交流電流
Ｃａ：交流側コンデンサ９のキャパシタンス
Ｉ＊ｉｎｖ：ＤＣ／ＡＣコンバータ８から交流リアクトル１３に流そうとする電流指令値
Ｖ＊ｉｎｖ：ＤＣ／ＡＣコンバータ８の交流側での電圧指令値
Ｒｉｎｖ：ＤＣ／ＡＣコンバータ８の抵抗成分
Ｌｉｎｖ：交流リアクトル１３のインダクタンス
Ｉ＊ｉｎ：ＤＣ／ＤＣコンバータ２の直流リアクトル１１に流そうとする電流指令値
Ｉｉｎ：電流センサ３２によって検出される直流電流
Ｃｏ：中間コンデンサ７のキャパシタンス
Ｖ＊ｏ：中間コンデンサ７の両端に現れるべき電圧指令値
Ｖｏ：電圧センサ３３によって検出される中間電圧
Ｖｇ：電圧センサ３１によって検出される直流電圧
Ｒｉｎ：ＤＣ／ＤＣコンバータ２の抵抗成分
Ｌｉｎｖ：直流リアクトル１１のインダクタンス
【００３９】
中間バス６における瞬時電力の等式は、以下の式（５）によって表される。（ｔ）は時間の関数であることを示している。
【００４０】
0006536346.tif 000006
【００４１】
式（５）の左辺は、複数のＤＣ／ＤＣコンバータ２から供給される電力の総和を示す。右辺の第１項は、ＤＣ／ＡＣコンバータ８に供給される電力を表し、第２項は、中間コンデンサ７に係る無効電力を表している。
ここから、以下のように式を分析していく。
【００４２】
0006536346.tif 000007
0006536346.tif 000008
0006536346.tif 000009
0006536346.tif 000010
【００４３】
0006536346.tif 000011
0006536346.tif 000012
0006536346.tif 000013
0006536346.tif 000014
【００４４】
0006536346.tif 000015
【００４５】
0006536346.tif 000016
【００４６】
0006536346.tif 000017
0006536346.tif 000018
0006536346.tif 000019
【００４７】
0006536346.tif 000020
【００４８】
式（９）、式（１３）に示すように、Ｉ＊ｉｎｖ（ｔ）とＶ＊ｉｎｖ（ｔ）とが互いに同期した正弦波で表すことができる、と近似をすると、式（５）の右辺は式（１７）のように整理される。さらに、右辺を各ＤＣ／ＤＣコンバータ２から供給される電力に対応するように線形結合の方に書き換えて、式（１８）が得られる。
【００４９】
ｇｉ、ｗｉは、それぞれ、各ＤＣ／ＤＣコンバータから供給する有効電力と無効電力との比率を示す配分係数で、直流電源から交流側に送られる電力の符号を、正と定義している。ｇｉの符号は、太陽光発電と蓄電池の放電では正、蓄電池の充電では負である。
【００５０】
式（１９）に示したように、全体として電力の流れが直流から交流のときには、
0006536346.tif 000021
である。交流から直流のときは、
0006536346.tif 000022
とする。
【００５１】
0006536346.tif 000023
【００５２】
0006536346.tif 000024
【００５３】
0006536346.tif 000025
【００５４】
ここで、参考までに、例えば、ｇｉ＝ｗｉとすれば、無効電力は有効電力に比例して配分される（有効電力比例配分）。しかしながらこの配分では、ｇｉの符号が互いに一致していないとき、すなわち、太陽光発電と蓄電池の充電とが同時に行われるときに、太陽光発電パネルから供給する無効電力を打ち消す無効電力が蓄電池から供給されており、各ＤＣ／ＤＣコンバータ２から不必要に多くの無効電力を供給していることになる。この場合にはｇｉの絶対値を（＝ｗｉ）として、各ＤＣ／ＤＣコンバータ２から供給する無効電力の符号、すなわち無効電流の位相を揃えて比例配分すればよい。
【００５５】
一方、ｇｉ（Ｉ＊ｉｎｖ・Ｖ＊ｉｎｖ／２）＋ｗｉ｛−（Ｉ＊ｉｎｖ・Ｖ＊ｉｎｖ／２）ｃｏｓ（２ωｔ）＋Ｆ（２ωｔ）｝が一定になるようにｗｉを決めれば、無効電力は各ＤＣ／ＤＣコンバータ２から供給される電力が均等になるように配分される（電力均等配分）。この配分方法では有効電力の供給量が少ないＤＣ／ＤＣコンバータ２ほど、多くの無効電力が割り当てられる。
【００５６】
また、これとよく似ているが、式（２０）の電流が均等になるように配分する方法も考えられる（電流均等配分）。電流を均等配分すると各ＤＣ／ＤＣコンバータ２を流れる電流のピーク値が最小となるので、直流リアクトル１１とスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２の電流容量を最小とすることができる。
【００５７】
なお、式（２０）は、分母Ｖｇ＿ｉ−（Ｒｉｎ＿ｉＩ＊ｉｎ＿ｉ（ｔ）＋Ｌｉｎ＿ｉ（ｄＩ＊ｉｎ＿ｉ（ｔ）／ｄｔ）の後半の電圧降下を表す部分に時間変動成分が含まれるため、厳密には第１項にも無効電流成分が含まれる。しかし、電源電圧が２００Ｖ程度であるのに対して、変動成分は数Ｖ程度と小さいため、以下の解析ではこれを無視する。また、中間コンデンサ７を流れる無効電力Ｆ（２ωｔ）も同様に小さいので無視すると式（２１）が得られる。さらに、式（２１）の二乗平均の平方根を計算することにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ２を流れる電流の実効値の式（２２）が得られる。
【００５８】
式（２２）における（ｇｉ２＋（ｗｉ２／２））１／２が一定になるようにｗｉを設定すれば電力を均等配分することができる。また、（ｇｉ２＋（ｗｉ２／２））１／２／Ｖｇ＿ｉが一定になるようにｗｉを設定すれば電流を均等配分することができる。
例えば、太陽光発電パネルに接続された３台のＤＣ／ＤＣコンバータ２が均等に出力し、蓄電池が停止しているときには、ｇｉの値は、太陽光発電パネル用のＤＣ／ＤＣコンバータ２では１／３、蓄電池用のＤＣ／ＤＣコンバータ２では０である。このとき、ｗｉを、太陽光発電パネル用のＤＣ／ＤＣコンバータ２では１／６、蓄電池用のＤＣ／ＤＣコンバータ２では１／２とすれば、式（２２）のルートの部分の値は、共に、（√２）／４となり、電力が均等になる。
【００５９】
0006536346.tif 000026
0006536346.tif 000027
【００６０】
0006536346.tif 000028
【００６１】
0006536346.tif 000029
【００６２】
一方、ＤＣ／ＤＣコンバータの抵抗によって発生する電力損失を最小にするには、式（２４）が最小になるようにｗｉを設定して配分すればよい。式（２４）において、ｇｉはｗｉと直交しているため、第２項の
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が最小になるようにｗｉを設定して配分すればよい。
【００６３】
全てのＤＣ／ＤＣコンバータ２が同じものであって抵抗成分Ｒｉが互いに等しいときには、式（２５）に従ってｗｉを設定し配分すれば電力損失が最小になる。さらに、各ＤＣ／ＤＣコンバータ２に接続する直流電源の電圧が全て同じであれば、式（２６）のとおり単純にｗｉをＤＣ／ＤＣコンバータ２の数で均等配分すれば損失は最小になる。よって、ｇｉが全て等しくない限り、電流のピーク値が最小になるｗｉの設定配分は、電力損失が最小になる条件と一致しない。
【００６４】
以上に述べてきた無効電流の配分法は全てのＤＣ／ＤＣコンバータ２から無効電流を供給することを前提としているが、この場合には蓄電池に無効電流が流れるため蓄電池の内部抵抗による損失が増えるという問題がある。太陽光発電パネルの場合には出力インピーダンスが比較的大きいため、ＤＣ／ＤＣコンバータ２と太陽光発電パネルの間にキャパシタンスの大きなコンデンサを配置すれば無効電流はこのコンデンサで吸収されるため太陽光発電パネルには無効電流はほとんど流れない。
【００６５】
しかしながら、蓄電池はインピーダンスが小さいため、蓄電池とＤＣ／ＤＣコンバータ２との間にコンデンサを置いても効果が乏しく、無効電流がほぼそのまま蓄電池に流れる。そこで、蓄電池用のＤＣ／ＤＣコンバータ２は除外して太陽光発電パネル用のＤＣ／ＤＣコンバータ２のみで無効電流を配分することが好ましい。ただし、蓄電池が充放電を停止しているときには、蓄電池とＤＣ／ＤＣコンバータ２との間に置いたスイッチ５を開路していれば蓄電池には電流は流れないので、蓄電池用のＤＣ／ＤＣコンバータ２にも無効電流を割り当てることができる。
【００６６】
《実施例１》
（直流電源が全て太陽光発電パネルのとき）
【００６７】
具体例を示して、無効電流の最適配分についてさらに検討するが、計算を簡略化するため直流電源の電圧は全て２００Ｖ、交流系統の電圧は２００Ｖ（実効値）とした。
４台のＤＣ／ＤＣコンバータに全て太陽光発電パネルを接続したときの、各ＤＣ／ＤＣコンバータを流れる電流のピーク値と、電流の二乗和を、無効電流の配分方法を変えて計算した。以下、４台のＤＣ／ＤＣコンバータを、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ、第３ＤＣ／ＤＣコンバータ、第４ＤＣ／ＤＣコンバータと称する。
【００６８】
第１ＤＣ／ＤＣコンバータと第２ＤＣ／ＤＣコンバータの出力を２０６７Ｗ、第３ＤＣ／ＤＣコンバータと第４ＤＣ／ＤＣコンバータの出力を１０３３Ｗとしたときの、各ＤＣ／ＤＣコンバータのピーク電流Ｉｐｅａｋ（Ｉｐｅａｋ＿１〜Ｉｐｅａｋ＿４）及び、電流の二乗和を便宜上（１／２０）スケールで表した結果を図３の棒グラフに示す。棒グラフは、ハッチング付きが有効電流比例、黒塗りが無効電流均等、白抜きが電流均等の配分を表している。
【００６９】
図示のように、有効電流比例配分とすると第１ＤＣ／ＤＣコンバータ及び第２ＤＣ／ＤＣコンバータのピーク電流が最大となり、２０．７Ａとなった。無効電流均等配分にすると第１ＤＣ／ＤＣコンバータ及び第２ＤＣ／ＤＣコンバータのピーク電流が１７．１Ａに下がる。電流均等配分ではさらに小さくなり、１５．５Ａに下がる。電流の二乗和については、無効電流均等配分が最も小さい。電流均等配分の二乗和と比べると、その差は−３．３％である。
【００７０】
この例のようにＤＣ／ＤＣコンバータによって最大出力が異なるときには、電流均等配分を採用して全てのＤＣ／ＤＣコンバータの電流を平均化し、直流リアクトル、スイッチング素子等の部品は同じ定格ものを用いる設計も考えられる。全てのＤＣ／ＤＣコンバータの最大出力が同じときには、無効電流均等配分を採用して損失を最小にする設計が良いと考えられる。
【００７１】
《実施例２》
（太陽電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ３台、蓄電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ１台のとき）
【００７２】
（太陽光発電の余剰電力を売電するとき）
次に、太陽電池用ＤＣ／ＤＣコンバータが３台（第１〜第３）、蓄電池用ＤＣ／ＤＣコンバータが１台（第４）の場合を考える。まず、蓄電池が充放電を停止しており、残り３台の太陽電池用ＤＣ／ＤＣコンバータが最大出力で動作している場合を考える。このとき蓄電池はＤＣ／ＤＣコンバータから解列しており、蓄電池用ＤＣ／ＤＣコンバータは無効電流のみを供給できるものとする。この場合の各ＤＣ／ＤＣコンバータを流れる電流のピーク値と、全ＤＣ／ＤＣコンバータの電流２乗和を図４に示す。
【００７３】
第１〜第３ＤＣ／ＤＣコンバータの電流ピーク値Ｉｐｅａｋ＿１，Ｉｐｅａｋ＿２，Ｉｐｅａｋ＿３は、有効電流比例配分で２０．７Ａ、無効電流均等配分で１８．１Ａ、電流均等配分で１５．５Ａとなる。電流二乗和は、有効電流比例配分と電流均等配分とで互いに同じで、無効電流比例配分はこれらと比べて８．３％小さくなる。このように、太陽光発電パネルが発電をしているときに蓄電池を停止して、その間に無効電流均等配分に従って蓄電池用ＤＣ／ＤＣコンバータから無効電流を供給すれば変換効率を上げることができる。あるいは電流均等配分をすれば効率に変化はないが、太陽電池用ＤＣ／ＤＣコンバータに流れる電流のピーク値を低減できるので、直流リアクトル等の部品の定格を下げることができる。太陽光発電の余剰電力を売電し、蓄電池による押上、いわゆるダブル発電を行わないときには、これらの方法は有効である。
【００７４】
（太陽光発電の余剰電力を蓄電池に充電するとき）
今後は、余剰電力の買取価格が更に低下していくので、売電のメリットが期待できなくなる。そこで、太陽光発電の余剰電力を売電しないで蓄電池に充電して自家消費に使うようになる。この場合、太陽光発電をしているときには蓄電池は充電をしているので、蓄電池用ＤＣ／ＤＣコンバータから無効電流を供給することはできない。よって、太陽電池用ＤＣ／ＤＣコンバータのみで無効電流を供給しなければならないが、自家消費が少なく蓄電池の充電の割合が大きいほど、インバータの出力は小さくなるので、無効電流の必要量も小さくなる。
【００７５】
太陽電池用の第１〜第３ＤＣ／ＤＣコンバータが２０６７Ｗを出力し、蓄電池の第４ＤＣ／ＤＣコンバータの出力（充電）が０Ｗ、−２０６７Ｗ、−３１００Ｗ、−４１３３Ｗと、変化するときの、各ＤＣ／ＤＣコンバータの電流ピーク値と、全ＤＣ／ＤＣコンバータの電流二乗和を図５に示す。無効電流は蓄電池用の第４ＤＣ／ＤＣコンバータには流さないで、第１〜第３ＤＣ／ＤＣコンバータのみで均等配分している。
【００７６】
太陽電池用ＤＣ／ＤＣコンバータの電流ピークは蓄電池の充電が０のときに最大で２０．７Ａだが、蓄電池の充電量が増えるに従って、無効電流の負担が小さくなるため電流ピークは小さくなる。一方、蓄電池用ＤＣ／ＤＣコンバータに流れるのは有効電流のみのため、電流値が太陽電池用ＤＣ／ＤＣコンバータの電流ピーク値と同じ２０．７Ａになるのは充電量が４１３３Ｗのときである。
【００７７】
よって、必要な冷却さえできれば太陽電池用ＤＣ／ＤＣコンバータに使用しているのと同じ直流リアクトル、半導体デバイスで４ｋＷまで充電することができる。昼間に不在であることが多く電力消費が少ない家では、太陽光発電の余剰が多いので、充電能力が大きい方が良い。蓄電池ＤＣ／ＤＣコンバータには有効電流のみを負担させることによって、その分、有効電流を多く流すことができれば充電能力を上げることができるので、余剰電流を自家消費する運用には都合が良い。
【００７８】
（太陽光発電と蓄電池の放電を同時に行うとき）
自家消費が発電よりも多い時には、発電と同時に蓄電池の放電を行う。この場合の各ＤＣ／ＤＣコンバータの電流ピーク値と全ＤＣ／ＤＣコンバータの電流二乗和を図６に示す。太陽電池用の第１〜第３ＤＣ／ＤＣコンバータの出力は電力変換装置の最大出力６２００Ｗから蓄電池用の第４ＤＣ／ＤＣコンバータの出力を引いた残りを均等配分し、第４ＤＣ／ＤＣコンバータの出力は０Ｗ、２０６７Ｗ、３１００Ｗ、４１３３Ｗと変化させている。
【００７９】
無効電流は太陽電池用の第１〜第３ＤＣ／ＤＣコンバータのみで均等配分した。蓄電池用の第４ＤＣ／ＤＣコンバータの出力が０Ｗのときは図５と同じである。図５では蓄電池の充電が増えるに従って、太陽電池用の第４ＤＣ／ＤＣコンバータの無効電流負担が小さくなったが、図６では太陽電池用の第４ＤＣ／ＤＣコンバータの無効電流負担は変化せず、蓄電池の放電が増えるに従って有効電流が小さくなっている。電流二乗和は蓄電池の放電が４１３３Ｗのときに最大になっている。
【００８０】
（太陽光発電の停止中に蓄電池が充電・放電を行うとき）
太陽光発電停止中に蓄電池が充電または放電を行うときに、蓄電池に無効電流を流さないためには太陽電池用のＤＣ／ＤＣコンバータが無効電流を供給する必要がある。太陽光発電していないときに太陽電池用ＤＣ／ＤＣコンバータを動作させると、中間バスから流れる電流によってＤＣ／ＤＣコンバータの太陽電池側にあるコンデンサが充電されてその電圧が上昇する。このとき太陽電池の各ＰＮ接合に外部から順方向電圧が加わるため導通状態となり、ＤＣ／ＤＣコンバータの電池側が短絡する。
【００８１】
この状態では太陽電池用ＤＣ／ＤＣコンバータのコンデンサから無効電力を供給することができないので、太陽電池が発電していないときにＤＣ／ＤＣコンバータから無効電流を供給するためには、太陽電池とＤＣ／ＤＣコンバータの間に制御部２０により開閉を制御できるスイッチ５を設けて太陽光発電パネルを解列する必要がある。コスト上昇をできるだけ抑えるために、発電停止中に無効電流を供給するＤＣ／ＤＣコンバータを１台に限るとして、電流ピーク値と二乗和を計算した。図７は、この計算結果を示す棒グラフである。
【００８２】
無効電流供給用は第１ＤＣ／ＤＣコンバータで行うとして、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ、第３ＤＣ／ＤＣコンバータは停止している。蓄電池用の第４ＤＣ／ＤＣコンバータは有効電流のみを供給するとして、出力が２０６７Ｗ、３１００Ｗ、４１３３Ｗの場合を計算した。蓄電池の放電が４１３３Ｗのときに第４ＤＣ／ＤＣコンバータに流れる有効電流、第１ＤＣ／ＤＣコンバータに流れる無効電流のピーク値は共に１０．７Ａになる。図７は蓄電池が放電を行っている場合を示したが、充電を行っているときも電流の向きが変わるだけで結果は同じになる。
【００８３】
《補記》
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００８４】
１  電力変換装置
２  ＤＣ／ＤＣコンバータ
３  直流電源
４  直流側コンデンサ
５  スイッチ
６  中間バス
７  中間コンデンサ
８  ＤＣ／ＡＣコンバータ
９  交流側コンデンサ
１１  直流リアクトル
１３  交流リアクトル
１４  フィルタ回路
１５  交流負荷
１６  商用電力系統
１７  交流系統
２０  制御部
３１  電圧センサ
３２  電流センサ
３３  電圧センサ
３４  電流センサ
３５  電圧センサ
Ｑ１１，Ｑ１２，Ｑ８１，Ｑ８２，Ｑ８３，Ｑ８４  スイッチング素子
ｄ１１，ｄ１２  ダイオード
【図１】
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【図２】
0006536346.tif 000032
【図３】
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【図４】
0006536346.tif 000034
【図５】
0006536346.tif 000035
【図６】
0006536346.tif 000036
【図７】
0006536346.tif 000037