(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源から出力される直流電力を変換し、変換した電力を系統または前記系統と切り離された出力線の何れかに出力する電力変換部と、
前記電力変換部が前記系統へ前記変換した電力を出力する際には、前記直流電源から出力された直流電力を交流電力に変換し、該交流電力を出力するよう前記電力変換部を制御し、前記電力変換部が前記出力線へ前記電力を出力する際には、前記直流電源から出力された直流電力を所定の電圧の直流電力に変換し、該直流電力を出力するよう前記電力変換部を制御する制御部と、
を備え、
前記電力変換部は、複数のスイッチング素子を有し、前記複数のスイッチング素子に駆動信号を与えることで動作し、
前記制御部は、前記駆動信号を生成するコンパレータを有し、
前記コンパレータは、前記電力変換部と前記系統が接続されているとき、所定の搬送波と交流の電圧指令値の比較結果を前記駆動信号として出力し、前記電力変換部と前記出力線が接続されているとき、所定の搬送波と直流の電圧指令値の比較結果を前記駆動信号として出力することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
直流電源から出力される直流電力を変換し、変換した電力を系統または前記系統と切り離された出力線の何れかに出力する電力変換部と、
前記電力変換部が前記系統へ前記変換した電力を出力する際には、前記直流電源から出力された直流電力を交流電力に変換し、該交流電力を出力するよう前記電力変換部を制御し、前記電力変換部が前記出力線へ前記電力を出力する際には、前記直流電源から出力された直流電力を所定の電圧の直流電力に変換し、該直流電力を前記出力線へ出力するよう前記電力変換部を制御する第１制御と、前記直流電源から出力された直流電力を交流電力に変換し、該交流電力を前記出力線へ出力するよう前記電力変換部を制御する第２制御と、を選択的に行うことができる制御部と、
を備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
前記直流電源と前記電力変換部との間に、前記直流電源から入力される直流電圧を昇圧する昇圧部をさらに備え、
前記電力変換部が前記出力線へ前記電力を出力する際には、前記制御部は、前記電力変換部が前記出力線に出力すべき直流電圧の指令値と、前記昇圧部に入力される入力電圧とを比較し、前記指令値が前記入力電圧より高いとき、前記昇圧部に前記入力電圧を前記指令値まで昇圧させ、前記指令値が前記入力電圧より低いとき、前記電力変換部に前記入力電圧を前記指令値まで降圧させる、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記所定の電圧の値を変更可能であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記出力線は、蓄電部を有する別の電力変換装置の直流経路に接続されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項６】
第１電力変換装置と第２電力変換装置を備える電力変換システムであって、
前記第１電力変換装置は、
直流電源から出力された直流電力を交流電力に変換して系統に出力可能に構成されるとともに、または前記直流電源から出力された直流電力を所定の電圧または所定の電流の直流電力に変換して前記系統と切り離された第１出力線に出力可能に構成される第１電力変換部と、を有し、
前記第１電力変換部が前記系統へ前記変換した電力を出力する際には、前記直流電源から出力された直流電力を交流電力に変換し、該交流電力を、出力端子から第１リレーを介して前記系統へ出力し、前記第１電力変換部が前記第１出力線へ前記変換した電力を出力する際には、前記直流電源から出力された直流電力を所定の電圧の直流電力に変換し、該直流電力を、前記出力端子と同じ出力端子から第２リレーを介して前記第１出力線へ出力し、
前記第２電力変換装置は、
蓄電部から出力された直流電力を交流電力に変換し、前記系統または前記系統と切り離された第２出力線に出力可能に構成されると共に、前記系統から入力される交流電力を直流電力に変換して前記蓄電部へ充電可能に構成される第２電力変換部を有し、
前記第１電力変換装置および前記第２電力変換装置が前記系統と切り離された状態において、前記直流電源から前記第１出力線を経由して前記蓄電部に充電可能なことを特徴とする電力変換システム。
【請求項７】
前記第２電力変換装置は、
前記蓄電部と前記第１出力線の間に介在するＤＣ−ＤＣコンバータをさらに有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。
【請求項８】
前記第２電力変換装置は、
前記蓄電部と前記第２電力変換部の間に介在するＤＣ−ＤＣコンバータをさらに有し、
前記第１出力線は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータと前記第２電力変換部の間のノードに接続され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、太陽電池等の直流電源から供給される電力を変換して出力する電力変換装置、及び電力変換システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池、蓄電池、燃料電池等のパワーコンディショナは、商用電力系統（以下、単に系統という）の停電時に、系統と独立して非常用電源を供給する自立出力機能を有する。一般的な家庭で使用される負荷はＡＣ１００Ｖ駆動であるため、一般的なパワーコンディショナの自立出力電圧は、ＡＣ１００Ｖに設定されている。
【０００３】
一方で、スマートフォンやタブレット等、ＵＳＢ端子から直流で給電を受ける機器が普及してきている。これらの直流負荷には、ＡＣコンセントから供給される交流電力をＡＣ−ＤＣコンバータで直流電力に変換して電源供給している。
【０００４】
パワーコンディショナが、太陽電池等の直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換せずに、直流電力のまま直流負荷に供給すれば、上記のＡＣ−ＤＣコンバータを省略することができる。そこで、パワーコンディショナの自立出力時に太陽電池の出力をパススルーすることで、所定の直流負荷に直流電力を供給するシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−８３３３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら太陽電池の出力電圧は高圧であるため、一般に普及している直流機器ではそのままの電圧で使用することができず降圧する必要がある。従って別途に降圧用のＤＣ−ＤＣコンバータが必要となる。また配線も高圧になるため、安全対策が必要となりコスト高の要因となる。また太陽電池は日射量や温度等の環境要因により発電量が変動するため、電圧が不安定になりやすい性質がある。
【０００７】
本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、自立出力時に安定した直流電力を供給することができる電力変換装置、及び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】
【０００８】
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装置は、直流電源から出力される直流電力を変換し、変換した電力を系統または前記系統と切り離された出力線の何れかに出力する電力変換部と、前記電力変換部が前記系統へ前記変換した電力を出力する際には、前記直流電源から出力された直流電力を交流電力に変換し、該交流電力を出力するよう前記電力変換部を制御し、前記電力変換部が前記出力線へ前記電力を出力する際には、前記直流電源から出力された直流電力を所定の電圧の直流電力に変換し、該直流電力を出力するよう前記電力変換部を制御する制御部と、を備える。
【０００９】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせ、本発明の表現を方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、自立出力時に安定した直流電力を供給することができる電力変換装置、及び電力変換システムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電力変換装置の構成を説明するための図である。
【図２】ＤＣ−ＡＣコンバータの構成例を示す図である。
【図３】図３（ａ）−（ｃ）は、本発明の実施の形態１に係る、図２のＤＣ−ＡＣコンバータの制御方法を説明するための図である。
【図４】ＤＣ−ＤＣコンバータの構成例を示す図である。
【図５】実施の形態２に係る、ＤＣ−ＤＣコンバータ及びＤＣ−ＡＣコンバータの動作を説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係る電力変換装置の構成を説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態４に係る電力変換装置の構成を説明するための図である。
【図８】本発明の実施の形態５に係る電力変換システムの構成を説明するための図である。
【図９】本発明の実施の形態５の変形例１に係る電力変換システムの構成を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施の形態５の変形例２に係る電力変換システムの構成を説明するための図である。
【図１１】図１１（ａ）−（ｂ）は、本発明の実施の形態２の変形例に係る、ＤＣ−ＡＣコンバータ及びＤＣ−ＤＣコンバータの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置２の構成を説明するための図である。電力変換装置２は系統連系時、直流電源１から供給される直流電力を交流電力に変換して系統５に供給する。直流電源１には太陽電池、燃料電池、蓄電池等を使用することができる。蓄電池は据置型でもよいし、電気自動車やプラグインハイブリッド車に搭載された車載電池でもよい。なお蓄電池の代わりに電気二重層コンデンサを使用することもできる。以下、本実施の形態では直流電源１に太陽電池を使用する例を想定する。
【００１３】
第１電力変換装置２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１、ＤＣ−ＡＣコンバータ２２、制御部２３、連系リレーＲＹ１及び自立リレーＲＹ２を含む。ＤＣ−ＤＣコンバータ２１は、直流電源１から供給される直流電力を別の電圧の直流電力に変換する。直流電源１が太陽電池の場合、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１は、ＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）制御を搭載した昇圧チョッパで構成することができる。当該昇圧チョッパは、太陽電池が最大電力点（最適動作点）で発電できるよう制御する。具体的には山登り法に従い電圧を所定のステップ幅で変化させて最大電力点を探索し、太陽電池の出力電力が最大電力点を維持するよう制御する。
【００１４】
ＤＣ−ＡＣコンバータ２２は基本動作として、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１から入力される直流電力を交流電力に変換して、変換した電力を系統５または系統５と切り離された自立出力線の何れかに出力する。ＤＣ−ＡＣコンバータ２２の出力側には、連系リレーＲＹ１と自立リレーＲＹ２が並列に接続される。連系リレーＲＹ１はＤＣ−ＡＣコンバータ２２と系統５との間に挿入され、電力変換装置２と系統５との連系または非連系を切り替える。電力変換装置２と系統５との間の配電線には、一般的な交流入力の負荷６が接続され、負荷６は当該配電線から交流電力の供給を受ける。自立リレーＲＹ２はＤＣ−ＡＣコンバータ２２と自立出力線との間に挿入され、自立出力線への通電または非通電を切り替える。
【００１５】
制御部２３は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１、ＤＣ−ＡＣコンバータ２２、連系リレーＲＹ１及び自立リレーＲＹ２を制御する。制御部２３の構成は、ハードウェア資源とソフトウェア資源の協働、またはハードウェア資源のみにより実現できる。ハードウェア資源としてアナログ素子、マイクロコンピュータ、ＤＳＰ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＦＰＧＡ、その他のＬＳＩを利用できる。ソフトウェア資源としてファームウェア等のプログラムを利用できる。
【００１６】
制御部２３には、ＤＣ−ＡＣコンバータ２２の出力電圧指令値が入力される。電力変換装置２が系統連系モードで運転されるとき、系統電圧に対応する交流の出力電圧指令値が入力される。一方、本実施の形態では電力変換装置２が自立モードで運転するとき、直流の出力電圧指令値が入力される。
【００１７】
系統連系モードで運転されるとき、制御部２３は連系リレーＲＹ１を閉状態、及び自立リレーＲＹ２を開状態に制御する。また制御部２３は、太陽電池が最大電力点で発電できるよう制御するための駆動信号を生成し、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１に供給する。また制御部２３は交流の出力電圧指令値をもとに、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１から入力される直流電力を交流電力に変換するための駆動信号を生成し、ＤＣ−ＡＣコンバータ２２に供給する。ＤＣ−ＡＣコンバータ２２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１から入力される直流電力を交流電力に変換し、該交流電力を出力する。
【００１８】
自立モードで運転されるとき、制御部２３は連系リレーＲＹ１を開状態、及び自立リレーＲＹ２を閉状態に制御する。また制御部２３は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１とＤＣ−ＡＣコンバータ２２間の中間バス電圧を所定の直流電圧に安定化させるための駆動信号を生成し、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１に供給する。また制御部２３は直流の出力電圧指令値をもとに、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１から入力される直流電力を所定の電圧の直流電力に変換するための駆動信号を生成し、ＤＣ−ＡＣコンバータ２２に供給する。ＤＣ−ＡＣコンバータ２２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１から入力される直流電力を所定の電圧の直流電力に変換し、該直流電力を出力する。
【００１９】
図２は、ＤＣ−ＡＣコンバータ２２の構成例を示す図である。図２に示すＤＣ−ＡＣコンバータ２２は、フルブリッジ回路とフィルタ回路を含む。フルブリッジ回路は４つのスイッチング素子を含む。具体的には、第１スイッチング素子Ｓ１及び第３スイッチング素子Ｓ３が直列接続された第１アームと、第２スイッチング素子Ｓ２及び第４スイッチング素子Ｓ４が直列接続された第２アームが並列接続されて構成される。スイッチング素子にはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、又はＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)を使用することができる。
【００２０】
フィルタ回路は、第１インダクタＬ１、第２インダクタＬ２及び第１容量Ｃ１を含み、フルブリッジ回路から出力される交流電力の高周波成分を減衰させて、ＤＣ−ＡＣコンバータ２２の出力電圧および出力電流を正弦波に近づける。
【００２１】
図３（ａ）−（ｃ）は、本発明の実施の形態１に係る、図２のＤＣ−ＡＣコンバータ２２の制御方法を説明するための図である。図３（ｃ）は、制御部２３に含まれるコンパレータ２３１の入出力を説明するための図である。コンパレータ２３１の一方の入力端子にはＤＣ−ＡＣコンバータ２２の出力電圧指令値が入力され、他方の入力端子には搬送波が入力される。搬送波は三角波で生成される。コンパレータ２３１は両者の比較結果をもとに、図２の第１スイッチング素子Ｓ１−第４スイッチング素子Ｓ４の制御端子（ゲート端子）に入力する駆動信号を生成する。駆動信号はＰＷＭ信号で出力され、第１スイッチング素子Ｓ１及び第４スイッチング素子Ｓ４の制御端子に同位相のＰＷＭ信号が出力され、第２スイッチング素子Ｓ２及び第３スイッチング素子Ｓ３の制御端子に逆位相のＰＷＭ信号が出力される。
【００２２】
図３（ａ）は、交流の電圧指令値が入力される場合の信号波形の一例を示す図である。図３（ｂ）は、直流の電圧指令値が入力される場合の信号波形の一例を示す図である。本実施の形態では前者は系統連系モードで使用され、後者は自立モードで使用される。後者において直流の電圧指令値のレベルを調整することにより、コンパレータ２３１から出力されるＰＷＭ信号の時比率を調整することができる。これにより、図２のフィルタ回路の通過により生成される直流電圧のレベルを調整することができる。
【００２３】
以上説明したように実施の形態１によれば、系統連系時にインバータとして動作するＤＣ−ＡＣコンバータ２２を、自立出力時に降圧用ＤＣ−ＤＣコンバータとして動作させることにより、ＤＣ−ＡＣコンバータ２２から所定の直流電圧（例えば、５Ｖ）を出力することができる。従って、直流入力の負荷（例えば、ＵＳＢ給電の機器）に直接、直流電力を供給することができる。例えば、停電時においてスマートフォンに、パワーコンディショナの自立出力線からＵＳＢケーブルを経由して充電することができる。また、交流入力を直流に変換して使用する負荷（例えば、非常用ＬＥＤ照明）のＡＣ−ＤＣコンバータを省略することができ、小型化・低コスト化することができる。またＡＣ−ＤＣコンバータによる変換損失がなくなるため、従来より高効率化することができる。
【００２４】
（実施の形態２）
次に実施の形態２を説明する。実施の形態２は、自立モードにおけるＤＣ−ＤＣコンバータ２１の動作が実施の形態１と異なる。実施の形態２の詳細を説明する前に、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の構成例を説明する。
【００２５】
図４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の構成例を示す図である。図４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１を昇圧チョッパで構成する例を示している。入力側のプラス配線とマイナス配線間に入力容量Ｃ２が接続され、プラス配線にインダクタＬ３とダイオードＤ１が直列に接続される。インダクタＬ３とダイオードＤ１の接続点と、マイナス配線間にスイッチング素子Ｓ５が接続される。出力側のプラス配線とマイナス配線間に出力容量Ｃ３が接続される。制御部２３はスイッチング素子Ｓ５の時比率を調整することにより、昇圧率を調整することができる。
【００２６】
上述の実施の形態１の説明では自立モードにおいて制御部２３は、中間バス電圧を安定化させるようにＤＣ−ＤＣコンバータ２１を動作させた。この点、実施の形態２では制御部２３は次のように制御する。すなわち制御部２３は、ＤＣ−ＡＣコンバータ２２の直流の出力電圧指令値と、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の入力電圧を比較する。当該電圧指令値が当該入力電圧より高いとき、制御部２３はＤＣ−ＤＣコンバータ２１に、入力電圧を当該電圧指令値まで昇圧させるよう制御し、ＤＣ−ＡＣコンバータ２２に、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１から入力される電圧を通過させるよう制御する。例えば、図２の第１スイッチング素子Ｓ１及び第４スイッチング素子Ｓ４をオン状態に維持し、第２スイッチング素子Ｓ２及び第３スイッチング素子Ｓ３をオフ状態に維持する。この状態ではＤＣ−ＡＣコンバータ２２への入力電圧がレベルを維持したまま後段に通過する。
【００２７】
一方、ＤＣ−ＡＣコンバータ２２の直流の出力電圧指令値がＤＣ−ＤＣコンバータ２１の入力電圧より低いとき、制御部２３はＤＣ−ＤＣコンバータ２１に入力電圧を通過させるよう制御し、ＤＣ−ＡＣコンバータ２２に、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１から入力される電圧を当該電圧指令値まで降圧させるよう制御する。ＤＣ−ＤＣコンバータ２１において入力電圧をレベルを維持したまま後段に通過させるため、例えば、図４のスイッチング素子Ｓ５をオフ状態に維持する。
【００２８】
図５は、実施の形態２に係る、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１及びＤＣ−ＡＣコンバータ２２の動作を説明するための図である。例えば、自立出力電圧を１００Ｖに設定する場合において、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の入力電圧が１００Ｖを超えていれば、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１は通過させ、ＤＣ−ＡＣコンバータ２２に１００Ｖまで降圧させる。一方、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の入力電圧が１００Ｖ未満であれば、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１に１００Ｖまで昇圧させ、ＤＣ−ＡＣコンバータ２２は通過させる。このように実施の形態２では、自立モードにおいてＤＣ−ＤＣコンバータ２１（昇圧器）とＤＣ−ＡＣコンバータ２２（降圧器）を昇降圧コンバータと見立てて制御する。
【００２９】
以上説明したように実施の形態２によれば、実施の形態１の効果に加えて、さらに以下の効果を奏する。すなわち、入力電圧と自立出力電圧の指令値を比較し、その結果に応じてＤＣ−ＤＣコンバータ２１又はＤＣ−ＡＣコンバータ２２のいずれかの変換動作を停止させる。これにより、電力損失を低減することができる。
【００３０】
例えば実施の形態１で説明した、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１で中間バス電圧を一定の電圧に維持するように制御する方式では、入力電圧をＤＣ−ＤＣコンバータ２１で昇圧し、ＤＣ−ＡＣコンバータ２２で当該入力電圧より低い電圧に降圧するような場合も発生し得る。このような場合、実施の形態２ではＤＣ−ＤＣコンバータ２１の変換動作を停止させるため、無駄な損失の発生を抑えることができる。またＤＣ−ＤＣコンバータ２１又はＤＣ−ＡＣコンバータ２２のいずれかの変換動作（スイッチング動作）がなくなるため、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１又はＤＣ−ＡＣコンバータ２２の駆動電力も低減することができる。
【００３１】
（実施の形態３）
図６は、本発明の実施の形態３に係る電力変換装置２の構成を説明するための図である。実施の形態３に係る電力変換装置２は、図１に示した実施の形態１に係る電力変換装置２の構成に、自立出力切替設定部２４及び直流／交流選択スイッチＳｃが追加された構成である。
【００３２】
直流／交流選択スイッチＳｃはＣ接点スイッチで構成され、自立リレーＲＹ２の出力側の端子を、直流自立出力線に接続するか交流自立出力線に接続するかを切り替える。例えば、直流自立出力線の先端にはＵＳＢコンセントが接続され、交流自立出力線の先端にはＡＣコンセントが接続される。ユーザは、当該直流自立出力線に直流負荷７を接続することができ、当該交流自立出力線に交流負荷８を接続することができる。
【００３３】
自立出力切替設定部２４は、自立モードにおいて直流出力とするか交流出力とするかを選択するユーザの操作を受け付け、当該操作内容に応じた設定情報を制御部２３に出力する。例えば自立出力切替設定部２４は、電力変換装置２の筐体の外側に設置された操作部（不図示）から指示内容を受け付ける。操作部には例えば、直流出力とするか交流出力とするかを選択するための切替スイッチが設けられる。また自立出力切替設定部２４は、リモートコントローラから近距離無線通信で送信される指示内容を受け付ける受信部を備えていてもよい。近距離無線通信として赤外線通信やBluetooth（登録商標）を使用することができる。
【００３４】
自立モードにおいて、制御部２３は連系リレーＲＹ１を開状態、及び自立リレーＲＹ２を閉状態に制御する。さらに自立出力切替設定部２４から設定された自立出力の電圧種別が直流の場合、制御部２３は直流／交流選択スイッチＳｃを直流自立出力線側に切り替える。また制御部２３は直流の出力電圧指令値をもとに、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１から入力される直流電力を所定の電圧の直流電力に変換するための駆動信号を生成し、ＤＣ−ＡＣコンバータ２２に供給する。一方、自立出力切替設定部２４から設定された自立出力の電圧種別が交流の場合、制御部２３は直流／交流選択スイッチＳｃを交流自立出力線側に切り替える。また制御部２３は交流の出力電圧指令値をもとに、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１から入力される直流電力を所定の電圧の交流電力に変換するための駆動信号を生成し、ＤＣ−ＡＣコンバータ２２に供給する。
【００３５】
以上説明したように実施の形態３によれば、実施の形態１の効果に加えて、さらに以下の効果を奏する。すなわち、ユーザが系統５の停電時において、使用したい負荷の電源の種別に応じて交流出力か直流出力かを任意に選択することができる。
【００３６】
（実施の形態４）
図７は、本発明の実施の形態４に係る電力変換装置２の構成を説明するための図である。実施の形態４に係る電力変換装置２は、図１に示した実施の形態１に係る第１電力変換装置２の構成に、直流電圧目標値設定部２５が追加された構成である。
【００３７】
直流電圧目標値設定部２５は、自立モードにおいて自立出力線から出力する直流電圧の値を受け付けて制御部２３に設定する。例えば直流電圧目標値設定部２５は、電力変換装置２の筐体の外側に設置された操作部（不図示）から直流電圧の目標値を受け付ける。例えば、５Ｖ、１２Ｖ、２４Ｖ、４８Ｖ、１００Ｖ、２００Ｖの中から選択できるユーザインタフェースが用いられてもよい。また直流電圧目標値設定部２５は、リモートコントローラ（不図示）から近距離無線通信で送信される直流電圧の目標値を受け付ける受信部を備えていてもよい。
【００３８】
自立モードにおいて制御部２３は、設定された直流電圧目標値に対応する出力電圧指令値をもとに、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１から入力される直流電力を、設定された電圧値の直流電力に変換するための駆動信号を生成し、ＤＣ−ＡＣコンバータ２２に供給する。
【００３９】
以上説明したように実施の形態４によれば、実施の形態１の効果に加えて、さらに以下の効果を奏する。すなわち、ユーザが系統５の停電時において、使用したい直流負荷の種別に応じて電圧値を任意に設定することができる。例えばユーザは、ＵＳＢケーブルを使用してスマートフォンに充電したい場合は５Ｖを選択し、蓄電池に充電したい場合は１００Ｖを選択し、デスクトップＰＣを使用したい場合は２４Ｖを選択する。
【００４０】
（実施の形態５）
図８は、本発明の実施の形態５に係る電力変換システムの構成を説明するための図である。電力変換システムは、第１電力変換装置２及び第２電力変換装置４を備える。第１電力変換装置２は、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２１、第１ＤＣ−ＡＣコンバータ２２、第１制御部２３、第１連系リレーＲＹ１及び第１自立リレーＲＹ２を含む。実施の形態５に係る第１電力変換装置２は、実施の形態１−４において説明した電力変換装置２をそのまま使用することができる。以下、実施の形態５においても直流電源１として太陽電池を使用する例を想定する。
【００４１】
第２電力変換装置４は、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４１、第２ＤＣ−ＡＣコンバータ４２、第２制御部４３、第３ＤＣ−ＤＣコンバータ４４、第２連系リレーＲＹ３及び第２自立リレーＲＹ４を含む。第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４１は蓄電部３を充放電するための双方向ＤＣ−ＤＣコンバータである。
【００４２】
第２ＤＣ−ＡＣコンバータ４２は双方向インバータである。系統連系モードにおいて、第２ＤＣ−ＡＣコンバータ４２は放電時、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４１から入力される直流電力を交流電力に変換して、系統５に接続された配電線に出力する。充電時、系統５から入力される交流電力を直流電力に変換して第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４１に出力する。自立モードにおいて第２ＤＣ−ＡＣコンバータ４２は、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４１から入力される直流電力を所定の電圧の直流電力に変換して自立出力線に出力する。
【００４３】
第２連系リレーＲＹ３及び第２自立リレーＲＹ４の接続形態は、第１連系リレーＲＹ１及び第１自立リレーＲＹ２の接続形態と同様である。第１連系リレーＲＹ１の系統５側の経路と、第２連系リレーＲＹ３の系統５側の経路が接続される。第２自立リレーＲＹ４の出力側は第１電力変換装置２と同様に、直流自立出力線であってもよいし、交流自立出力線であってもよいし、両者を選択的に切替可能な構成であってもよい。
【００４４】
第３ＤＣ−ＤＣコンバータ４４は、入力側が第１電力変換装置２の自立出力線に接続され、出力側が蓄電部３に接続される。第３ＤＣ−ＤＣコンバータ４４は、第１電力変換装置２の自立モードにおいて第１ＤＣ−ＡＣコンバータ２２から供給される直流電力を蓄電部３に、定電圧（ＣＶ）または定電流（ＣＣ）で充電する。例えば、蓄電部３の電圧が設定電圧に到達するまで定電流で充電し、設定電圧から満充電電圧に到達するまで定電圧で充電する。
【００４５】
第２制御部４３は、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４１、第２ＤＣ−ＡＣコンバータ４２、第３ＤＣ−ＤＣコンバータ４４、第２連系リレーＲＹ３及び第２自立リレーＲＹ４を制御する。第２制御部４３の構成は、ハードウェア資源とソフトウェア資源の協働、またはハードウェア資源のみにより実現できる。ハードウェア資源としてアナログ素子、マイクロコンピュータ、ＤＳＰ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＦＰＧＡ、その他のＬＳＩを利用できる。ソフトウェア資源としてファームウェア等のプログラムを利用できる。
【００４６】
系統５の停電時、第１電力変換装置２及び第２電力変換装置４は自立モードで動作する。第１電力変換装置２の第１制御部２３は、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２１から入力される直流電力を所定の電圧の直流電力に変換するための駆動信号を生成し、第１ＤＣ−ＡＣコンバータ２２に供給する。第１電力変換装置２の自立出力線の電圧は、所定の直流電圧に維持される。当該自立出力線に直流負荷７が接続される場合、直流負荷７に直流電力が供給される。直流電源１から供給される電力量（本実施の形態では太陽電池の発電量）が、直流負荷７の消費電力量を上回る場合は、余剰の電力が第２電力変換装置４の第３ＤＣ−ＤＣコンバータ４４に供給される。当該自立出力線に直流負荷７が接続されない場合、直流電源１から供給される電力量の全てが第３ＤＣ−ＤＣコンバータ４４に供給される。
【００４７】
第２電力変換装置４の第２制御部４３は、第１電力変換装置２の自立出力線から入力される直流電力を所定の電圧または所定の電流の直流電力に変換するための駆動信号を生成し、第３ＤＣ−ＤＣコンバータ４４に供給する。第３ＤＣ−ＤＣコンバータ４４は、第２制御部４３から供給される駆動信号に応じて、蓄電部３を定電圧または定電流で充電する。
【００４８】
以上説明したように実施の形態５によれば、系統５の停電時に蓄電部３を直流電源１（例えば、太陽電池）から第１電力変換装置２及び第２電力変換装置４を介してオール直流で充電することができる。従って第２電力変換装置４に外部充電用のＡＣ−ＤＣコンバータを設ける必要がなく、第２電力変換装置４の回路規模およびコストの増大を抑制することができる。また第１電力変換装置２及び第２電力変換装置４による変換ロスを低減でき、蓄電部３に高効率な充電が可能である。
【００４９】
また系統５の停電時に直流電源１が発電した電力を蓄電部３に充電する経路を有するため、第１電力変換装置２の自立出力線に接続される負荷が軽負荷であった場合、余剰の電力を蓄電部３に充電することができ、直流電源１の発電能力を有効活用することができる。
【００５０】
また交流入力の直流負荷にはコンデンサが内蔵されるが、当該直流負荷に直流で給電することにより、交流給電による力率低下に起因する効率低下がなくなり、駆動できる負荷容量を増加させることができる。
【００５１】
なお実施の形態５において、蓄電部３が接続された第２電力変換装置の代わりに、無停電電源装置（ＵＰＳ）を使用してもよい。その場合も、第１電力変換装置２から自立出力線を介して無停電電源装置内の蓄電部（不図示）に直流電力を充電することができる。
【００５２】
（実施の形態５の変形例１）
図９は、本発明の実施の形態５の変形例１に係る電力変換システムの構成を説明するための図である。変形例１では、図８に示した第２電力変換装置４の第３ＤＣ−ＤＣコンバータ４４が省略され、第１電力変換装置２の直流自立出力線が、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４１と第２ＤＣ−ＡＣコンバータ４２間の中間バスに接続される。
【００５３】
系統５の停電時、第１電力変換装置２及び第２電力変換装置４は自立モードで動作する。第１電力変換装置２の第１制御部２３は、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２１から入力される直流電力を所定の電圧の直流電力に変換するための駆動信号を生成し、第１ＤＣ−ＡＣコンバータ２２に供給する。第１電力変換装置２の自立出力線は、所定の直流電圧に維持される。直流電源１から供給される電力量が、直流負荷７の消費電力量を上回る場合は、余剰の電力が第２電力変換装置４の中間バスに供給される。
【００５４】
第２電力変換装置４の第２制御部４３は、第１電力変換装置２の自立出力線から入力される直流電力を所定の電圧または所定の電流の直流電力に変換するための駆動信号を生成し、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４１に供給する。また第２制御部４３は、第２ＤＣ−ＡＣコンバータ４２の動作を停止させる。第２ＤＣ−ＤＣコンバータ４１は、第２制御部４３から供給される駆動信号に応じて、蓄電部３を定電圧または定電流で充電する。
【００５５】
変形例１の構成によれば図８に示した構成と比較して、第２電力変換装置４の第３ＤＣ−ＤＣコンバータ４４を省略することができる。ただし蓄電部３の充電中は、第２電力変換装置４から自立出力することができなくなる。
【００５６】
（実施の形態５の変形例２）
図１０は、本発明の実施の形態５の変形例２に係る電力変換システムの構成を説明するための図である。変形例２では、図８に示した第２電力変換装置４の第３ＤＣ−ＤＣコンバータ４４が省略され、第１電力変換装置２の直流自立出力線が、蓄電部３に直接接続される。
【００５７】
系統５の停電時、第１電力変換装置２及び第２電力変換装置４は自立モードで動作する。第１電力変換装置２の第１制御部２３は、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２１から入力される直流電力を所定の電圧または所定の電流の直流電力に変換するための駆動信号を生成し、第１ＤＣ−ＡＣコンバータ２２に供給する。第１ＤＣ−ＡＣコンバータ２２は第１制御部２３から供給される駆動信号に応じて、自立出力線を介して接続された蓄電部３を定電圧または定電流で充電する。
【００５８】
なお第１ＤＣ−ＡＣコンバータ２２が定電流の直流電力を出力している間は、第１電力変換装置２の自立出力線の電圧は負荷に依存する。従って定格を超える電圧が自立負荷に印加される可能性があり、第１電力変換装置２の自立出力線への自立負荷の接続は禁止される。すなわち、自立負荷への給電と蓄電部３の充電を同時に行うことはできない。
【００５９】
以上説明したように変形例２の構成によれば図８に示した構成と比較して、第２電力変換装置４の第３ＤＣ−ＤＣコンバータ４４を省略することができる。ただし蓄電部３の充電中は、第１電力変換装置２の自立出力線に自立負荷を接続することできなくなる。
【００６０】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わ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。
【００６１】
上述の実施の形態２では、ＤＣ−ＡＣコンバータ２２の直流の出力電圧指令値が、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の入力電圧より高いとき、制御部２３はＤＣ−ＤＣコンバータ２１に、入力電圧を当該電圧指令値まで昇圧させるよう制御し、ＤＣ−ＡＣコンバータ２２に、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１から入力される電圧を通過させるよう制御した。一方、ＤＣ−ＡＣコンバータ２２の直流の出力電圧指令値がＤＣ−ＤＣコンバータ２１の入力電圧より低いとき、制御部２３はＤＣ−ＤＣコンバータ２１に入力電圧を通過させるよう制御し、ＤＣ−ＡＣコンバータ２２に、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１から入力される電圧を当該電圧指令値まで降圧させるよう制御した。
【００６２】
例えば、図２の第１スイッチング素子Ｓ１及び第４スイッチング素子Ｓ４をオン状態に維持し、第２スイッチング素子Ｓ２及び第３スイッチング素子Ｓ３をオフ状態に維持して、ＤＣ−ＡＣコンバータ２２に入力される電圧をそのまま通過させた。また、図４のスイッチング素子Ｓ５をオフ状態に維持して、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１に入力される電圧をそのまま通過させた。
【００６３】
（実施の形態２の変形例）
図１１（ａ）−（ｂ）は、本発明の実施の形態２の変形例に係る、ＤＣ−ＡＣコンバータ２２及びＤＣ−ＤＣコンバータ２１の構成を示す図である。図１１（ａ）において、図２に示したＤＣ−ＡＣコンバータ２２のプラス配線の入出力間に第１バイパススイッチＳ１１が追加され、マイナス配線の入出力間に第２バイパススイッチＳ１２が追加される。制御部２３は、ＤＣ−ＡＣコンバータ２２の入力電圧をそのまま通過させる際、第１バイパススイッチＳ１１及び第２バイパススイッチＳ１２をオン状態に制御する。これにより、第１インダクタＬ１及び第２インダクタＬ２をバイパスさせることができ、第１インダクタＬ１及び第２インダクタＬ２の通過による電力損失を回避することができる。
【００６４】
図１１（ｂ）において、図４に示したＤＣ−ＤＣコンバータ２１のプラス配線の入出力間に第３バイパススイッチＳ１３が追加される。制御部２３は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の入力電圧をそのまま通過させる際、第３バイパススイッチＳ１３をオン状態に制御する。これにより、インダクタＬ３及びダイオードＤ１をバイパスさせることができ、インダクタＬ３及びダイオードＤ１の通過による電力損失を回避することができる。
【００６５】
なお上記の実施の形態ではＤＣ−ＡＣコンバータ２２として、フルブリッジ回路を用いたインバータで構成する例（図２参照）を説明した。この点、フルブリッジ回路を用いたインバータの代わりに、マルチレベルインバータ、諧調制御方式を用いたインバータ、Ｈ５方式を用いたインバータ、ＨＥＲＩＣトポロジーを用いたインバータなど、他のインバータを用いてもよい。すなわち、直流入力に対して両極性（直流入力に対応する直流出力と、直流入力の反転出力）を出力可能な素子構成の回路であれば、どのような回路を用いてもよい。
【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］
直流電源（１）から出力される直流電力を変換し、変換した電力を系統（５）または前記系統（５）と切り離された出力線の何れかに出力する電力変換部（２２）と、
前記電力変換部（２２）が前記系統（５）へ前記変換した電力を出力する際には、前記直流電源（１）から出力された直流電力を交流電力に変換し、該交流電力を前記変換した電力として出力するよう前記電力変換部（２２）を制御し、前記電力変換部（２２）が前記出力線へ前記電力を出力する際には、前記直流電源（１）から出力された直流電力を所定の電圧の直流電力に変換し、該直流電力を前記変換した電力として出力するよう前記電力変換部（２２）を制御する制御部（２３）と、
を備えることを特徴とする電力変換装置（２）。
これによれば、系統（５）の停電時に、安定した直流電力を自立出力することができる。
［項目２］
前記電力変換部（２２）は、複数のスイッチング素子（Ｓ１−Ｓ４）を有し、前記複数のスイッチング素子（Ｓ１−Ｓ４）に駆動信号を与えることで動作し、
前記制御部は、前記駆動信号を生成するコンパレータ（２３１）を有し、
前記コンパレータ（２３１）は、前記電力変換部（２２）と前記系統（５）が接続されているとき、所定の搬送波と交流の電圧指令値の比較結果を前記駆動信号として出力し、前記電力変換部（２２）と前記出力線が接続されているとき、所定の搬送波と直流の電圧指令値の比較結果を前記駆動信号として出力することを特徴とする項目１に記載の電力変換装置（２）。
これによれば、電力変換部（２２）から交流電力と直流電力を選択的に出力させることができる。
［項目３］
前記直流電源（１）と前記電力変換部（２２）との間に、前記直流電源（１）から入力される直流電圧を昇圧する昇圧部（２１）をさらに備え、
前記電力変換部（２２）が前記出力線へ前記電力を出力する際には、前記制御部（２３）は、前記電力変換部（２２）が前記出力線に出力すべき直流電圧の指令値と、前記昇圧部（２１）に入力される入力電圧とを比較し、前記指令値が前記入力電圧より高いとき、前記昇圧部（２１）に前記入力電圧を前記指令値まで昇圧させ、前記指令値が前記入力電圧より低いとき、前記電力変換部（２２）に前記入力電圧を前記指令値まで降圧させる、
ことを特徴とする項目１または２に記載の電力変換装置（２）。
これによれば、昇圧部（２１）と電力変換部（２２）の一方を動作させ、他方を停止させることにより、電力損失を低減させることができる。
［項目４］
前記制御部（２３）は、前記直流電源（１）から出力された直流電力を所定の電圧の直流電力に変換し、該直流電力を前記出力線へ出力するよう前記電力変換部（２２）を制御する第１制御と、前記直流電源（１）から出力された直流電力を交流電力に変換し、該交流電力を前記出力線へ出力するよう前記電力変換部（２２）を制御する第２制御と、を選択的に行うことができることを特徴とする項目１に記載の電力変換装置（２）。
これによれば、自立出力電圧を直流と交流間で任意に切り替えることができる。
［項目５］
前記所定の電圧の値を変更可能であることを特徴とする項目１から３のいずれかに記載の電力変換装置。
これによれば、出力線に接続する直流負荷の種別に応じて、自立出力電圧の値を切り替えることができる。
［項目６］
前記出力線は、蓄電部（３）を有する別の電力変換装置（４）の直流経路に接続されることを特徴とする項目１から５のいずれかに記載の電力変換装置（２）。
これによれば、系統（５）の停電時において直流電源（１）から蓄電部（３）に、交流電力への変換を経ることなく直流電力を充電することができる。
［項目７］
第１電力変換装置（２）と第２電力変換装置（４）を備える電力変換システムであって、
前記第１電力変換装置（２）は、
直流電源（１）から出力された直流電力を交流電力に変換して系統（５）に出力可能に構成されるとともに、または前記直流電源（１）から出力された直流電力を所定の電圧または所定の電流の直流電力に変換して前記系統（５）と切り離された第１出力線に出力可能に構成される第１電力変換部（２２）を有し、
前記第２電力変換装置（４）は、
蓄電部（３）から出力された直流電力を交流電力に変換し、前記系統（５）または前記系統（５）と切り離された第２出力線に出力可能に構成されると共に、前記系統（５）から入力される交流電力を直流電力に変換して前記蓄電部（３）へ充電可能に構成される第２電力変換部（４２）を有し、
前記第１電力変換装置（２）および前記第２電力変換装置（４）が前記系統（５）と切り離された状態において、前記直流電源（１）から前記第１出力線を経由して前記蓄電部（３）に充電可能なことを特徴とする電力変換システム（２、４）。
これによれば、系統（５）の停電時において直流電源（１）から蓄電部（３）に、交流電力への変換を経ることなく直流電力を充電することができる。
［項目８］
前記第２電力変換装置（４）は、
前記蓄電部（３）と前記第１出力線の間に介在するＤＣ−ＤＣコンバータ（４４）をさらに有することを特徴とする項目７に記載の電力変換システム（２、４）。
これによれば、系統（５）の停電時において直流電源（１）から蓄電部（３）に、交流電力への変換を経ることなく直流電力を充電することができる。
［項目９］
前記第２電力変換装置（４）は、
前記蓄電部（３）と前記第２電力変換部（４２）の間に介在するＤＣ−ＤＣコンバータ（４１）をさらに有し、
前記第１出力線は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ（４１）と前記第２電力変換部（４２）の間のノードに接続されることを特徴とする項目７に記載の電力変換システム（２、４）。
これによれば、系統（５）の停電時において直流電源（１）から蓄電部（３）に、交流電力への変換を経ることなく直流電力を充電することができる。
【符号の説明】
【００６８】
１  直流電源、  ２  第１電力変換装置、  ５  系統、  ６  負荷、  ７  直流負荷、  ２１  ＤＣ−ＤＣコンバータ、  ２２  ＤＣ−ＡＣコンバータ、  ２３  制御部、  ２３１  コンパレータ、  ２４  自立出力切替設定部、  ２５  直流電圧目標値設定部、  ＲＹ１  連系リレー、  ＲＹ２  自立リレー、  Ｓｃ  直流／交流選択スイッチ、  Ｓ１  第１スイッチング素子、  Ｓ２  第２スイッチング素子、  Ｓ３  第３スイッチング素子、  Ｓ４  第４スイッチング素子、  Ｓ５  スイッチング素子、  Ｓ１１  第１バイパススイッチ、  Ｓ１２  第２バイパススイッチ、  Ｓ１３  第３バイパススイッチ、  Ｌ１  第１インダクタ、  Ｌ２  第２インダクタ、  Ｌ３  インダクタ、  Ｃ１  第１容量、  Ｃ２  入力容量、  Ｃ３  出力容量、  Ｄ１  ダイオード、  ３  蓄電部、  ４  第２電力変換装置、  ８  交流負荷、  ４１  第２ＤＣ−ＤＣコンバータ、  ４２  第２ＤＣ−ＡＣコンバータ、  ４３  第２制御部、  ４４  第３ＤＣ−ＤＣコンバータ、  ＲＹ３  第２連系リレー、  ＲＹ４  第２自立リレー。
【図１】
0006646852.tif 000002
【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】
0006646852.tif 000008
【図８】
0006646852.tif 000009
【図９】
0006646852.tif 000010
【図１０】
0006646852.tif 000011
【図１１】
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