(57)【要約】【課題】パワーコンディショナの単相２線出力を単相３線出力に変換するトランスの価格及び重量を低減することができる電力供給システムを提供する。【解決手段】電力系統７に接続される単相３線の第１接続端子１３と、負荷に接続される単相２線の第２接続端子１４とを含む第１インバータ１と、単相３線の電圧線端子と中性線端子とを有する第３接続端子２３を含む第２インバータ２と、前記第１インバータ及び前記第２インバータのそれぞれに接続される直流電源と、２つの一次側端子と２つの二次側端子とを有するトランス３とを備え、前記電力系統が電力を供給している場合、前記第３接続端子は前記電力系統に接続され、前記電力系統が停電した場合、前記第３接続端子は前記トランスを介して前記第２接続端子に接続されるとともに、前記第２インバータに前記第１インバータから電力を供給されることを特徴とする電力供給システム。【選択図】図１
2016158431.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統に接続される単相３線の第１接続端子と、負荷に接続される単相２線の第２接続端子とを含む第１インバータと、
単相３線の電圧線端子と中性線端子とを有する第３接続端子を含む第２インバータと、
前記第１インバータ及び前記第２インバータのそれぞれに接続される直流電源と、
２つの一次側端子と２つの二次側端子とを有するトランスと
を備え、
前記電力系統が電力を供給している場合、前記第３接続端子は前記電力系統に接続され、
前記電力系統が停電した場合、前記第３接続端子は前記トランスを介して前記第２接続端子に接続されるとともに、前記第２インバータに前記第１インバータから電力を供給される
ことを特徴とする電力供給システム。
【請求項２】
前記一次側端子が前記第２接続端子に接続され、
前記一次側端子の一方の端子が、前記二次側端子のうち前記一次側端子の一方の端子とは電圧の極性が逆となる側の二次側端子に接続され、且つ、前記第３接続端子の前記中性線端子に接続され、
前記一次側端子の他方の端子が前記第３接続端子の前記電圧線端子に接続され、
前記二次側端子のうち前記一次側端子の一方の端子に接続されていない端子が、前記第３接続端子の前記電圧線端子に接続されている、請求項１に記載の電力供給システム。
【請求項３】
前記トランスの一次側コイルと二次側コイルとの巻数比が１である、請求項１又は２に記載の電力供給システム。
【請求項４】
制御部と、
電力系統に接続される単相３線の第１接続端子、ならびに負荷に接続される単相２線の第２接続端子を含む第１インバータと、
単相３線の電圧線端子と中性線端子とを有する第３接続端子を含む第２インバータと、
前記第１インバータ及び前記第２インバータのそれぞれに接続される直流電源と、
２つの一次側端子と２つの二次側端子とを有するトランスと
を備える電力供給システムにおける電力供給方法であって、
前記電力系統が電力を供給している場合、前記制御部が前記第３接続端子を前記電力系統に接続するステップと、
前記電力系統が停電した場合、前記制御部が前記トランスを介して前記第３接続端子を前記第２接続端子に接続するとともに、前記第２インバータに前記第１インバータから電力を供給させるステップと
を含むことを特徴とする電力供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータとトランスとを備える電力供給システム、及びこれを用いた電力供給方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、単相３線の電力系統に接続された負荷に対して、停電時にも自立運転して電力を供給する電源として、単相２線で電力を出力するパワーコンディショナ（電力供給機器、インバータ）を用いることがある。この場合、単相２線で出力された電力を単相３線の出力に変換するための回路をあわせて用いる。この回路には、トランスが用いられ、例えば、トランスの二次側に中点を設けて、トランスの二次側端子と中点の端子とを単相３線の出力端子とする（特許文献１）。または、停電時に自立運転して電力を供給する電源として、単相３線出力のパワーコンディショナを用いることもある（特許文献２、３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２５８８０４号公報
【特許文献２】特開平７−１６３１５３号公報
【特許文献３】特開平１１−８９０９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、単相３線出力のパワーコンディショナは、一般的な単相２線出力のパワーコンディショナと比較して、インバータのアームを１組追加する必要があり高価である。また、単相２線出力のパワーコンディショナを用いる場合、単相２線出力を単相３線出力に変換するために必要なトランスの定格電力は単相３線側に接続するパワーコンディショナの定格出力に合わせなければならず、トランスの大きさ・重さ・コストが課題となる。
【０００５】
そこで本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、パワーコンディショナの単相２線出力を単相３線出力に変換するトランスの価格及び重量を低減することができる電力供給システム、及び電力供給方法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】
【０００６】
上記課題を解決するために本発明の一実施形態に係る電力供給システムは、
電力系統に接続される単相３線の第１接続端子と、負荷に接続される単相２線の第２接続端子とを含む第１インバータと、
単相３線の電圧線端子と中性線端子とを有する第３接続端子を含む第２インバータと、
前記第１インバータ及び前記第２インバータのそれぞれに接続される直流電源と、
２つの一次側端子と２つの二次側端子とを有するトランスと
を備え、
前記電力系統が電力を供給している場合、前記第３接続端子は前記電力系統に接続され、
前記電力系統が停電した場合、前記第３接続端子は前記トランスを介して前記第２接続端子に接続されるとともに、前記第２インバータに前記第１インバータから電力を供給される
ことを特徴とする。
【０００７】
上記課題を解決するために本発明の一実施形態に係る電力供給方法は、
制御部と、
電力系統に接続される単相３線の第１接続端子、ならびに負荷に接続される単相２線の第２接続端子を含む第１インバータと、
単相３線の電圧線端子と中性線端子とを有する第３接続端子を含む第２インバータと、
前記第１インバータ及び前記第２インバータのそれぞれに接続される直流電源と、
２つの一次側端子と２つの二次側端子とを有するトランスと
を備える電力供給システムにおける電力供給方法であって、
前記電力系統が電力を供給している場合、前記制御部が前記第３接続端子を前記電力系統に接続するステップと、
前記電力系統が停電した場合、前記制御部が前記トランスを介して前記第３接続端子を前記第２接続端子に接続するとともに、前記第２インバータに前記第１インバータから電力を供給させるステップと
を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、パワーコンディショナの単相２線出力を単相３線出力に変換するトランスの価格及び重量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一実施形態に係る電力供給システムの構成を示す図である。
【図２】一実施形態におけるトランスの構成及び結線の一例を説明する図である。
【図３】比較例に係る電力供給システムの系統連系時の構成を示す図である。
【図４】比較例に係る電力供給システムの自立運転時の構成を示す図である。
【図５】比較例におけるトランスの結線を説明する図である。
【図６】一実施形態に係る電力供給システムの系統連系時の構成を示す図である。
【図７】一実施形態に係る電力供給システムの自立運転時の構成を示す図である。
【図８】トランスの構成及び結線の変形例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に係る電力供給システムの一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１１】
図１は、一実施形態に係る電力供給システムの構成を示す図である。一実施形態に係る電力供給システムは、第１インバータ１、第２インバータ２、トランス３、負荷４ａ、４ｂ、及び、切換開閉器５ａ、５ｂ、５ｃを備える。
【００１２】
第１インバータ１は、直流電源が接続される。一実施形態において、第１インバータ１は、直流電源として主電源１２が接続される。一実施形態において、主電源１２は蓄電池であるがこれに限られず、他の直流電源であってもよい。この説明においては、以下、第１インバータ１を蓄電池インバータ１ともいう。また、主電源１２を蓄電池１２ともいう。蓄電池インバータ１は、制御部１１を含む。
【００１３】
蓄電池インバータ１は、単相３線の第１接続端子１３を有する。蓄電池インバータ１は、第１接続端子１３を用いて電力系統７に単相３線で接続され、電力系統７から電力の供給を受ける。
【００１４】
また、蓄電池インバータ１は、単相２線の第２接続端子１４を有する。蓄電池インバータ１は、第２接続端子１４を用いて、トランス３を介して、第２インバータ２及び負荷４ａ、４ｂに単相２線で接続され、第２インバータ２及び負荷４ａ、４ｂに電力を供給する。この場合、蓄電池インバータ１は、蓄電池１２が放電する直流電力を単相２線の交流電力に変換して供給する。
【００１５】
蓄電池インバータ１の制御部１１は、蓄電池１２の充放電を制御する。また、制御部１１は、電力供給システムの切換開閉器５ａ、５ｂ、５ｃのオンとオフとを制御する。
【００１６】
第２インバータ２は、直流電源が接続される。一実施形態において、第２インバータ２は、直流電源として副電源２２が接続される。一実施形態において、副電源２２は燃料電池であるがこれに限られず、他の直流電源であってもよい。この説明においては、以下、第２インバータ２を燃料電池インバータ２ともいう。また、副電源２２を燃料電池２２ともいう。燃料電池インバータ２は、制御部２１を含む。
【００１７】
燃料電池インバータ２は、単相３線の第３接続端子２３を有する。第３接続端子２３は、電圧線に接続される２つの端子と、中性線に接続される１つの端子とを含む。燃料電池インバータ２は、第３接続端子２３を用いて電力系統７に単相３線で接続され、電力系統７から電力の供給を受ける。
【００１８】
また、燃料電池インバータ２は、負荷４ａ、４ｂに単相３線で接続され、負荷４ａ、４ｂに電力を供給する。この場合、燃料電池インバータ２は、第３接続端子２３のうち電圧線に接続される端子を用いて、燃料電池２２で発電した直流電力を単相２線の交流電力に変換した電力を供給する。第３接続端子２３のうち中性線に接続される端子は、単相２線の交流電力の中点として機能する。
【００１９】
燃料電池インバータ２と負荷４ａ、４ｂとを接続する３線のうちの蓄電池インバータ１に接続されていない１線には、切換開閉器５ａが設けられる。
【００２０】
負荷４ａ、４ｂは、電力系統７に単相３線で接続される。また、負荷４ｂは、蓄電池インバータ１及び燃料電池インバータ２に単相２線で接続される。負荷４ａは、蓄電池インバータ１及び燃料電池インバータ２に単相２線で接続されず、燃料電池インバータ２から電力供給を受けることができない。負荷４ａ、４ｂと電力系統７とを接続する３本の配線それぞれには、蓄電池インバータ１と接続される分岐点よりも電力系統７の側に、切換開閉器５ｃが設けられる。負荷４ａ、４ｂは、電力系統７が正常に電力を供給している場合、電力系統７又は燃料電池インバータ２から電力の供給を受けて動作する。また、負荷４ｂは、電力系統７が停電した場合、燃料電池インバータ２から電力の供給を受けて動作する。負荷４ａは、電力系統７が停電した場合、燃料電池インバータ２から電力の供給を受けられないので動作できない。
【００２１】
トランス３は、一次側コイルと二次側コイルを有する単相トランスである。好ましくは、一次側コイルと二次側コイルとの巻数比は１であり、例えば一次側に１００Ｖの交流電圧が入力されると、二次側に１００Ｖの交流電圧が出力される。ここで説明する実施形態においては、トランス３の巻数比が１であるとする。
【００２２】
図２は、トランス３の構成及び結線の一例を示す図である。図２に示されるトランス３は、一次側と二次側とにおいて対応する端子の電圧極性が一致する、いわゆる減極性のトランスである。トランス３は、一次側コイルの巻線の両端に、２つの一次側端子３１ａ、３１ｂを有する。また、トランス３は、二次側コイルの巻線の両端に、２つの二次側端子３２ａ、３２ｂを有する。一次側端子３１ａと二次側端子３２ａとは同じ電圧極性となる端子であり、一次側端子３１ｂと二次側端子３２ｂとは同じ電圧極性となる端子である。
【００２３】
図２に示すトランス３の構成及び結線は、単相２線の入力を単相３線の出力に変換し、単相３線の入力を単相２線の出力に変換する変換器として機能する。図２に示す結線は、単相２線側中性線端子３３ａ及び単相２線側電圧線端子３３ｂと、単相３線側中性線端子３４、単相３線側第１電圧線端子３５ａ、及び単相３線側第２電圧線端子３５ｂとを含む。以下、単相２線側中性線端子３３ａを単相２線ｏ端子３３ａ、単相２線側電圧線端子３３ｂを単相２線ｕ端子３３ｂ、単相３線側中性線端子３４を単相３線ｏ端子３４、単相３線側第１電圧線端子３５ａを単相３線ｗ端子３５ａ、単相３線側第２電圧線端子３５ｂを単相３線ｕ端子３５ｂともいう。
【００２４】
単相３線ｏ端子３４と単相２線ｏ端子３３ａとを結ぶ配線は、単相２線及び単相３線の中性線である。単相３線ｕ端子３５ｂと単相２線ｕ端子３３ｂとを結ぶ配線は、単相２線の電圧線であり、かつ、単相３線の第１の電圧線である。単相３線ｗ端子３５ａに接続される配線は、単相３線の第２の電圧線である。
【００２５】
単相２線ｏ端子３３ａ及び単相２線ｕ端子３３ｂは、蓄電池インバータ１の第２接続端子１４に接続される。
【００２６】
単相３線ｏ端子３４、単相３線ｗ端子３５ａ、及び単相３線ｕ端子３５ｂは、燃料電池インバータ２の第３接続端子２３に接続される。
【００２７】
図２において、電圧極性が互いに異なる端子である一次側端子３１ａと二次側端子３２ｂとが中性線に接続される。図２において、中性線の一端は、単相２線ｏ端子３３ａであり、他の一端は、単相３線ｏ端子３４である。一次側端子３１ａは、中性線に直接接続される。二次側端子３２ｂは、切換開閉器５ｂを介して、中性線に接続される。
【００２８】
一次側端子３１ｂは、単相３線ｕ端子３５ｂと単相２線ｕ端子３３ｂとを両端に有する第１の電圧線に接続される。
【００２９】
二次側端子３２ａは、切換開閉器５ｂを介して、単相３線ｗ端子３５ａを端部に有する第２の電圧線に接続される。
【００３０】
ここで、図２におけるトランス３の結線の説明をまとめる。まず、一次側端子３１ａ、３１ｂが第２接続端子１４に接続されている。また、一次側端子の一方の端子３１ａが、二次側端子のうちこの端子とは電圧の極性が逆となる側の二次側端子３２ｂに接続され、且つ、第３接続端子２３の中性線端子に接続されている。また、一次側端子の他方の端子３１ｂが、第３接続端子２３の電圧線端子に接続されている。また、二次側端子のうち一次側端子に接続されていない側の二次側端子３２ａが、第３接続端子２３の電圧線端子に接続されている。
【００３１】
次に、図２において、単相２線ｏ端子３３ａ及び単相２線ｕ端子３３ｂに単相２線の交流電圧が入力される場合、単相３線ｏ端子３４、単相３線ｗ端子３５ａ、及び単相３線ｕ端子３５ｂに単相３線の交流電圧が出力されることを説明する。
【００３２】
一般的に、中性線、並びに、第１及び第２の電圧線にかかる電圧が単相３線の交流電圧を構成するための条件の一つは、中性線と第１の電圧線との間の交流電圧のピーク値、及び、中性線と第２の電圧線との間の交流電圧のピーク値が、略同一であることである。条件のもう一つは、第１及び第２の電圧線の間の交流電圧のピーク値が、中性線と第１の電圧線端子との間の交流電圧のピーク値、及び、中性線と第２の電圧線との間の交流電圧のピーク値それぞれと比較して、略２倍であることである。このもう一つの条件を言い換えれば、中性線と第１の電圧線との間の交流電圧の極性と、第２の電圧線と中性線との間の交流電圧の極性が一致することである。
【００３３】
以下、具体的に、単相３線ｏ端子３４、単相３線ｗ端子３５ａ、及び単相３線ｕ端子３５ｂに当てはめて説明する。
【００３４】
まず、交流電圧のピーク値の条件について説明する。図２において、切換開閉器５ｂの状態にかかわらず、単相３線ｏ端子３４と単相３線ｕ端子３５ｂとの間の交流電圧のピーク値は、単相２線ｏ端子３３ａと単相２線ｕ端子３３ｂとの間に入力された交流電圧のピーク値に等しい。
【００３５】
また、図２において、切換開閉器５ｂがオンである場合、すなわち配線を導通させている場合、単相３線ｏ端子３４と単相３線ｗ端子３５ａとの間の交流電圧のピーク値は、トランス３の二次側端子３２ａ、３２ｂに誘起される単相２線の交流電圧のピーク値に等しい。ここで、トランス３の巻数比が１であるので、トランス３の二次側端子３２ａ、３２ｂに誘起される単相２線の交流電圧のピーク値は、トランス３の一次側端子３１ａ、３１ｂに入力された単相２線の交流電圧のピーク値に等しい。また、トランス３の一次側端子３１ａ、３１ｂに入力された単相２線の交流電圧のピーク値は、単相２線ｏ端子３３ａと単相２線ｕ端子３３ｂとの間に入力された交流電圧のピーク値に等しい。これらの関係をまとめると、単相３線ｗ端子３５ａと単相３線ｏ端子３４との間の交流電圧のピーク値は、単相２線ｏ端子３３ａと単相２線ｕ端子３３ｂとの間に入力された交流電圧のピーク値に等しい。
【００３６】
したがって、単相３線ｏ端子３４と単相３線ｕ端子３５ｂとの間の交流電圧のピーク値と、単相３線ｗ端子３５ａと単相３線ｏ端子３４との間の交流電圧のピーク値とは等しい。つまり、中性線と第１の電圧線との間の交流電圧のピーク値と、中性線と第２の電圧線との間の交流電圧のピーク値とが等しく、単相３線の交流電圧を構成するための条件の一つを満たす。
【００３７】
なお、切換開閉器５ｂがオフである場合、すなわち配線を導通させていない場合、単相３線ｗ端子３５ａには電圧が誘起されない。そして、単相２線ｏ端子３３ａ及び単相２線ｕ端子３３ｂに入力された単相交流電圧が、そのまま単相３線ｏ端子３４及び単相３線ｕ端子に出力される。つまり、切換開閉器５ｂがオフである場合、トランス３が存在しないことと同等である。
【００３８】
次に、端子間の交流電圧の極性について説明する。図２において、各端子間の電圧の極性は矢印で示される。すなわち、単相２線ｕ端子３３ｂから単相２線ｏ端子３３ａに向かう矢印は、これらの端子に入力された単相交流電圧の極性が、単相２線ｏ端子３３ａが正、単相２線ｕ端子３３ｂが負である場合を示している。図２において、一次側端子３１ａ、３１ｂの間の電圧の極性は、一次側端子３１ａが正、一次側端子３１ｂが負である。また、二次側端子３２ａ、３２ｂの間の電圧の極性は、二次側端子３２ａが正、二次側端子３２ｂが負である。
【００３９】
また、中性線接続端子３４と単相３線ｗ端子３５ａとの間の電圧の極性は、単相３線ｗ端子３５ａが正、中性線接続端子３４が負である。また、中性線接続端子３４と単相３線ｕ端子３５ｂとの間の電圧の極性は、中性線接続端子３４が正、単相３線ｕ端子３５ｂが負である。
【００４０】
したがって、単相３線ｏ端子３４と単相３線ｗ端子３５ａとの間の交流電圧の極性と、単相３線ｕ端子３５ｂと単相３線ｏ端子３４との間の交流電圧の極性が一致する。つまり、中性線と第１の電圧線との間の交流電圧の極性と、第２の電圧線と中性線との間の交流電圧の極性とが一致し、単相３線の交流電圧を構成するための条件のもう一つを満たす。
【００４１】
なお、各端子間の電圧の位相は、略同一とみなせる。トランス３の一次側に入力される電圧の位相と二次側に誘起される電圧の位相とは、トランスのコアにおける損失などによってわずかにずれるが、ここで説明する実施形態においては無視することができる。
【００４２】
一実施形態に係る電力供給システムは、好ましくは、図１に示すように逆潮流監視ＣＴ６ａ、６ｂ、６ｃ、及び逆潮流監視ＣＴ切換器６１をさらに備える。逆潮流監視ＣＴ６ａ、６ｂ、６ｃは、電力供給システムから電力系統７への逆潮流が発生しているかどうか監視するための機器である。逆潮流監視ＣＴ６ａ、６ｂ、６ｃは、燃料電池インバータ２に接続される。燃料電池インバータ２の制御部２１は、逆潮流監視ＣＴ６ａ、６ｂ、６ｃから得られる電流の測定値に基づいて、燃料電池２２の電力出力を制御し、電力系統７への逆潮流が起こらないようにする。
【００４３】
逆潮流監視ＣＴ切換開閉器６１は、逆潮流監視ＣＴ６ｂと６ｃとを切り換える機能を有する。逆潮流監視ＣＴ６ｂは系統連系時の逆潮流を監視し、逆潮流監視ＣＴ６ｃは自立運転時の逆潮流を監視する。すなわち、電力系統７が正常に電力を供給し、電力供給システムが系統連系している場合は、燃料電池インバータ２が電力系統７への逆潮流を監視することができるように、逆潮流監視ＣＴ切換開閉器６１は逆潮流監視ＣＴ６ｂ側に配線を切り換えられる。一方、電力系統７が停電し、電力供給システムが自立運転している場合は、燃料電池インバータ２が蓄電池インバータ１への逆潮流を監視することができるように、逆潮流監視ＣＴ切換開閉器６１は逆潮流監視ＣＴ６ｃ側に配線を切り換えられる。
【００４４】
ここまで、一実施形態に係る電力供給システムの構成を説明してきた。以下、一実施形態に係る電力供給システムの動作例について説明する。
【００４５】
（比較例）
一実施形態に係る電力供給システムの動作についての理解を容易にするために、まず、比較例について説明する。図３及び図４は、比較例に係る電力供給システムの構成を示す図である。図３及び図４は共通の構成を含むが、異なる運転状況を示している。つまり、図３は、比較例に係る電力供給システムの系統連系時の構成を示し、図４は、比較例に係る電力供給システムの自立運転時の構成を示している。以下、図３を参照して、図１との相違点のみ説明する。
【００４６】
図３におけるトランス９３は、図１のトランス３の構成とは異なり、図５のような構成をとっている。すなわち、２つの一次側端子９３１ａ、９３１ｂと３つの二次側端子９３２ａ、９３２ｂ、９３３とを有する。３つの二次側端子のうち二次側端子９３２ａ、９３２ｂは電圧線に接続される端子であり、二次側端子９３３は中性線に接続される端子である。二次側端子（中性線に接続される端子）９３３は、二次側端子９３２ａ、９３２ｂそれぞれの電位の中点電位を示す。一次側端子９３１ａ、９３１ｂに単相２線の交流電圧が入力された場合、二次側端子９３２ａ、９３２ｂ、９３３には単相３線の交流電圧が出力される。好ましくは、トランス９３の巻数比は２であり、例えば一次側端子９３１ａ、９３１ｂに１００Ｖの交流電圧が入力されると、二次側端子９３２ａ、９３２ｂに２００Ｖの交流電圧が出力される。さらに、二次側端子９３３によって、２００Ｖの交流電圧が２つの１００Ｖの交流電圧に分けられ、二次側端子９３２ａ、９３２ｂ、９３３に出力される電圧は、単相３線の交流電圧を構成する。
【００４７】
図３において切換開閉器９５ｂは、トランス９３の３つの二次側端子９３２ａ、９３２ｂ、９３３それぞれに接続されるため、３個設けられている。図１では、切換開閉器５ｂは、トランス３の２つの二次側端子３２ａ、３２ｂそれぞれに接続されるため、２個設けられている。また、切換開閉器９５ａは、電力系統９７と燃料電池インバータ２とを接続する３本の配線のそれぞれに設けられる。図１では、切換開閉器５ａは、電力系統７と燃料電池インバータ２とを接続する３本の配線のうち、トランス３の一次側端子３１ａ、３１ｂに接続されない配線のみに設けられる。したがって、図３は、切換開閉器の個数において、図１と異なる。
【００４８】
次に、比較例に係る電力供給システムにおける電力供給の流れを説明する。図３は、電力系統９７が正常に電力を供給している場合、すなわち比較例に係る電力供給システムの系統連系時の構成を示している。この場合、切換開閉器９５ａと９５ｃとがオンとなっており、切換開閉器９５ｂがオフとなっている。したがって、トランス９３に接続される配線（破線で表している）には電気が流れない。図３の実線部分の配線に電気が流れ、第１インバータ９１（以下、蓄電池インバータ９１ともいう）、第２インバータ９２（以下、燃料電池インバータ９２ともいう）、及び負荷９４ａ、９４ｂは、電力系統９７から単相３線の電力を供給される。
【００４９】
一方、図４は、電力系統９７が停電して電力を供給しない場合、すなわち比較例に係る電力供給システムの自立運転時の構成を示している。この場合、蓄電池インバータ９１の制御部９１１は、電力系統９７から電力供給システムを解列するために、切換開閉器９５ｃをオフとする。また、切換開閉器９５ａをオフとし、切換開閉器９５ｂをオンとする。したがって、電力系統９７に接続される配線（破線で表している）には電気が流れない。
【００５０】
そして、蓄電池インバータ９１の制御部９１１は、主電源９１２（以下、蓄電池９１２ともいう）を放電させて、蓄電池インバータ９１が単相２線の電力を供給するように制御する。これによって、図４の実線部分の配線に電気が流れる。すなわち、蓄電池インバータ９１の単相２線出力とトランス９３の一次側端子９３１ａ、９３１ｂ（図５参照）とを接続する配線、及び、トランス９３の二次側端子９３２ａ、９３２ｂ、９３３と燃料電池インバータ９２の単相３線入力とを接続する配線には、電気が流れる。
【００５１】
燃料電池インバータ９２は、蓄電池インバータ９１からの電力供給により副電源９２２（以下、燃料電池９２２ともいう）を動作させることができる。燃料電池９２２は、発電して直流電力を出力する。燃料電池インバータ９２は、燃料電池９２２からの直流電力を単相２線の交流電力に変換して、トランス９３を介して接続された負荷９４ｂに電力を供給する。負荷９４ｂは、電力系統９７が停電している場合でも、燃料電池インバータ９２から供給される電力によって動作可能である。なお、負荷９４ａは、燃料電池インバータ９２と単相２線で接続されていないため、電力系統９７が停電している場合には電力供給を受けられず、動作できない。
【００５２】
（一実施形態に係る電力供給システムの動作）
続いて、一実施形態に係る電力供給システムについて説明する。まず、電力系統７が正常に電力を供給している場合、すなわち電力供給システムが系統連系している場合について、図６を参照して説明する。図６は、一実施形態に係る電力供給システムの系統連系時の構成を示している。この場合、切換開閉器５ａと５ｃとがオンとなっており、切換開閉器５ｂがオフとなっている。したがって、トランス３に接続される配線（破線で表している）には電気が流れない。図６の実線部分の配線に電気が流れ、蓄電池インバータ１、燃料電池インバータ２、及び負荷４ａ、４ｂは、電力系統７から単相３線の電力を供給される。この場合、燃料電池インバータ２の第３接続端子２３は電力系統７に接続されている。
【００５３】
燃料電池インバータ２は、電力系統７からの電力供給により燃料電池２２を動作させることができる。すなわち、燃料電池インバータ２は、系統連系している状態である。燃料電池２２は直流電力を発電し、燃料電池インバータ２は燃料電池２２からの電力を単相２線の交流電力に変換して負荷４ａ、４ｂに電力を供給する。好ましくは、負荷４ａ、４ｂは、電力系統７から電力の供給を受けて動作する。また好ましくは、負荷４ａ、４ｂは、燃料電池インバータ２から電力の供給を受けて動作する。
【００５４】
図６では省略しているが、図１の逆潮流監視ＣＴ６ｂを用いて、燃料電池インバータ２の制御部２１は、系統連系運転時の逆潮流が発生しているかどうか監視している。好ましくは、制御部２１は、逆潮流が発生しないように燃料電池２２の出力を制御する。
【００５５】
一方、図７は、電力系統７が停電して電力を供給しない場合、すなわち一実施形態に係る電力供給システムの自立運転時の構成を示している。この場合、蓄電池インバータ１の制御部１１は、電力系統７から電力供給システムを解列するために、切換開閉器５ｃをオフとする。また、切換開閉器５ａをオフとし、切換開閉器５ｂをオンとする。したがって、電力系統７に接続される配線（破線で表している）には電気が流れない。
【００５６】
そして、蓄電池インバータ１の制御部１１は、蓄電池１２を放電させて、蓄電池インバータ１が単相２線の電力を供給するように制御する。これによって、図７の実線部分の配線に電気が流れる。すなわち、蓄電池インバータ１の単相２線出力とトランス３に接続される単相２線ｏ端子３３ａ及び単相２線ｕ端子３３ｂ（図２参照）とを接続する配線には電気が流れる。また、トランス３に接続される単相３線ｏ端子３４、単相３線ｗ端子３５ａ及び単相３線ｕ端子３５ｂと燃料電池インバータ２の単相３線入力とを接続する配線にも電気が流れる。この場合、燃料電池インバータ２の第３接続端子２３は、トランス３を介して、蓄電池インバータ１の第２接続端子１４に接続されている。そして、燃料電池インバータ２は、蓄電池インバータ１から電力を供給されている。
【００５７】
燃料電池インバータ２は、蓄電池インバータ１からの電力供給により燃料電池２２を動作させることができる。すなわち、燃料電池インバータ２は、自立運転している状態である。燃料電池２２は直流電力を発電し、燃料電池インバータ２は燃料電池２２からの直流電力を交流電力に変換し、第３接続端子２３から単相３線の交流電力として出力する。燃料電池インバータ２が第３接続端子２３から出力する単相３線の交流電力は、図２に示されるトランス３及びその結線により構成される変換器によって、単相２線の交流電力に変換され、トランス３に接続された負荷４ｂに供給される。したがって、負荷４ｂは、電力系統７が停電している場合でも、燃料電池インバータ２から供給される電力によって動作可能である。なお、負荷４ａは、燃料電池インバータ２と単相２線で接続されていないため、電力系統７が停電している場合には電力供給を受けられず、動作できない。
【００５８】
図７では省略しているが、図１の逆潮流監視ＣＴ６ｃを用いて、燃料電池インバータ２の制御部２１は、自立運転時の逆潮流が発生しているかどうか監視している。好ましくは、制御部２１は、逆潮流が発生しないように燃料電池２２の出力を制御する。
【００５９】
燃料電池インバータ２は、単相３線入力で電力供給を受けるが、燃料電池２２で発電した直流電力を交流電圧に変換する場合は、単相２線の交流電圧に変換できる。この場合、単相２線の交流電力を第３接続端子のうち電圧線に接続される端子に出力する。そして、第３接続端子のうち中性線に接続される端子が単相２線の交流電力の中点として機能することにより、燃料電池インバータ２が第３接続端子２３から出力する電力は、単相３線の交流電力を構成する。このようにすることによって、燃料電池インバータ２の第３雪像端子２３は、単相３線の配線に接続されることができる。
【００６０】
また、このようにして単相２線の交流電圧を出力する燃料電池インバータ２を単相３線の配線に接続した場合、２本の電圧線のうち１本と中性線との間の電圧は、単相２線の交流電圧の定格出力電圧の１／２となる。したがって、２本の電圧線のうち１本と中性線とに接続されるトランスの定格容量は、燃料電池インバータ２の定格出力の１／２でよい。
【００６１】
ここで、比較例の構成と一実施形態に係る電力供給システムの構成との間のトランスの構成の違いと切換開閉器の個数の違いを再度説明する。
【００６２】
まず、トランス９３とトランス３とを比較する。トランス９３は、単独で、単相２線の交流電圧、例えば１００Ｖの交流電圧を、単相３線の交流電圧、例えば１００Ｖ×２の交流電圧に変換する。この場合、トランス９３の巻数比は２であり、二次側コイルの定格容量は、一次側コイルの定格容量の２倍である必要がある。
【００６３】
一方、トランス３は、単相２線入力の交流電圧、例えば１００Ｖの交流電圧を、単相２線の交流電圧、例えば１００Ｖの交流電圧に変換する。すなわち、トランス３は単独では単相２線の交流電圧を単相３線の交流電圧に変換しない。したがって、トランス３は図２に示した結線方法と組み合わせることによって初めて、単相２線の交流電圧を単相３線の交流電圧に変換できる。
【００６４】
この場合、トランス３の巻数比は１でよく、二次側コイルの電力容量は、一次側コイルの定格容量と同じでよい。つまり、トランス３は、トランス９３よりも、二次側コイルの定格容量が小さくて済む。これによって、トランスの小型化、軽量化、低価格化につながる。
【００６５】
次に、切換開閉器の個数を比較する。比較例において、トランス９３の構成にしたがって、切換開閉器９５ａ、９５ｂが単相３線の各配線に設けられる。したがって、比較例では、合計で６個の切換開閉器が必要とされる。
【００６６】
一方、一実施形態に係る電力供給システムにおいて、トランス３の構成にしたがって、切換開閉器５ｂは、トランス３の二次側端子にそれぞれ設けられるため２個必要とされる。また、切換開閉器５ａは、燃料電池インバータ２と負荷４ａ、４ｂとを接続する３線のうちの１線に設けられる。したがって、一実施形態に係る電力供給システムでは、合計で３個の切換開閉器が必要とされる。つまり、一実施形態に係る電力供給システムによれば、必要とされる切換開閉器の個数が少なくて済む。
【００６７】
以上、一実施形態に係る電力供給システムについて説明してきた。一実施形態に係る電力供給システムによれば、単相２線を単相３線に変換する回路を構成するトランスとして、二次側端子に中点を設けたトランスを用いる必要がない。すなわち、２つの一次側端子と２つの二次側端子を有する、比較的安価なトランスを用いることができる。したがって、トランスの小型化、軽量化、低価格化を備えた電力供給システムを実現することができる。
【００６８】
（変形例）
一実施形態に係る電力供給システムにおいて、トランス３として減極性のトランスを用いて説明してきた。本変形例においては、トランス３として加極性のトランスを用いた場合の構成及び結線を、図８を用いて説明する。
【００６９】
図８において、トランス３の一次側端子３１ａ、３１ｂの間の電圧の極性は、一次側端子３１ａが正、一次側端子３１ｂが負である。一方、二次側端子３２ａ、３２ｂの間の電圧の極性は、二次側端子３２ｂが正、二次側端子３２ａが負である。そして、一次側端子３１ａは中性線に接続されており、二次側端子３２ａは切換開閉器５ｂを介して中性線に接続されている。ここで、一次側端子３１ａと二次側端子３２ａとは逆極性の関係である。つまり、一次側端子の一方の端子（３１ａ）が、該一方の端子（３１ａ）とは電圧の極性が逆となる側の二次側端子（３２ａ）に接続され、且つ、単相２線ｏ端子３３ａと単相３線ｏ端子３４とを接続する中性線に接続されている。
【００７０】
また、トランス３の一次側端子３１ｂは、単相２線ｕ端子３３ｂと単相３線ｕ端子３５ｂとを接続する電圧線に接続されている。また、トランス３の二次側端子３２ｂは切換開閉器５ｂを介して単相３線ｕ端子３５ａに接続されている。
【００７１】
トランス３をこのような構成及び結線とすることにより、単相２線側の端子３３ａ及び３３ｂに入力した単相交流電圧が、単相３線側の端子３４、３５ａ及び３５ｂに単相３線の交流電圧として出力することができる。すなわち、中性線接続端子３４と単相３線ｗ端子３５ａとの間の電圧の極性は、単相３線ｗ端子３５ａが正、中性線接続端子３４が負である。また、中性線接続端子３４と単相３線ｕ端子３５ｂとの間の電圧の極性は、中性線接続端子３４が正、単相３線ｕ端子３５ｂが負である。したがって、単相３線の交流電圧であるための交流電圧の極性の条件を満たしている。なお、交流電圧のピーク値の条件については、トランス３の巻数比が１であれば、一実施形態に係る説明と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【００７２】
（トランスの耐圧についての具体例）
一実施形態に係る電力供給システムにおいて、トランス３の一次側端子３１ａ、３１ｂ及び二次側端子３２ａ、３２ｂの結線は、通常のトランスの結線とは異なっている。
【００７３】
通常、トランスを回路に結線する場合、一次側端子と二次側端子とを直接接続しない。この場合の一次側と二次側との間の電位差を考える。トランスは減極性トランスであり、巻数比が１であるものとする。そして、トランスの一次側端子に１００Ｖの交流電圧が入力された場合、トランスの二次側端子には１００Ｖの交流電圧が誘起されるとする。
【００７４】
ここで、トランス各部の電位差を説明するために、図２のトランス３の部分だけ取り上げる。一次側端子への入力電圧の極性と、二次側端子の誘起電圧の極性とが同じであるため、一次側端子３１ａの側のコイル配線と、二次側端子３２ａの側のコイル配線との間に生じる電位差はほぼ０である。同様に、一次側端子３１ｂの側のコイル配線と、二次側端子３２ｂの側のコイル配線との間に生じる電位差もほぼ０である。トランス３の構造上、一次側端子３１ａの側のコイル配線と、二次側端子３２ａの側のコイル配線との間の絶縁距離は短い。しかし、このように絶縁距離の短い部分の電位差がほぼ０であるので、減極性トランスはこのことを前提として耐圧設計されている。
【００７５】
一方、一実施形態に係る電力供給システムにおけるトランス３の結線における一次側と二次側との間の電位差を考える。上述のトランスの一次側と二次側とが接続されない場合と同様に、トランス３は減極性トランスであり、巻数比が１であるものとする。そして、トランス３の一次側端子へ１００Ｖの交流電圧が入力された場合、トランス３の二次側端子には１００Ｖの交流電圧が誘起されるとする。
【００７６】
図２において切換開閉器５ｂがオンとなった場合、一次側端子３１ａと二次側端子３２ｂとが同電位となる。ここで、一次側端子３１ａ、３１ｂへの入力電圧の極性と、二次側端子３２ａ、３２ｂの誘起電圧の極性とが同じであるため、一次側端子３１ａと二次側端子３２ａとの間には電位差が生じる。この電位差は、入力電圧とほぼ同じであり、約１００Ｖとなる。同様に、一次側端子３１ｂと二次側端子３２ｂとの間にも約１００Ｖの電位差が生じる。つまり、トランス３の構造上、絶縁距離の短い部分に約１００Ｖの電位差が生じているので、通常の結線で用いる場合と比較して、トランス３として用いる減極性トランスの耐圧を高める必要がある。
【００７７】
次に、トランス３が加極性である場合について同様に考える。上述の減極性トランスの例と同様に、巻数比が１であり、トランス３の一次側端子へ１００Ｖの交流電圧が入力された場合、トランス３の二次側端子には１００Ｖの交流電圧が誘起されるとする。
【００７８】
ここで、トランス各部の電位差を説明するために、図２のトランス３の部分だけ取り上げる。一次側端子への入力電圧の極性と、二次側端子の誘起電圧の極性とが逆になっているため、一次側端子３１ａの側のコイル配線と、二次側端子３２ａの側のコイル配線との間に生じる電位差は約１００Ｖである。同様に、一次側端子３１ｂの側のコイル配線と、二次側端子３２ｂの側のコイル配線との間に生じる電位差も約１００Ｖである。一方、一次側コイルの中点と二次側コイルの中点との間の電位差はほぼ０である。トランス３の構造上、一次側端子３１ａの側のコイル配線と、二次側端子３２ａの側のコイル配線との間の絶縁距離は短い。このように絶縁距離の短い配線間の電位差が最大で約１００Ｖとなるので、加極性トランスはこのことを前提として耐圧設計されている。
【００７９】
一方、一実施形態に係る電力供給システムにおけるトランス３が加極性トランスである場合、トランス３の一次側と二次側との間の電位差を考える。上述の例と同様、トランス３の一次側端子へ１００Ｖの交流電圧が入力された場合、トランス３の二次側端子には１００Ｖの交流電圧が誘起されるとする。
【００８０】
図８において切換開閉器５ｂがオンとなった場合、一次側端子３１ａと二次側端子３２ａとが同電位となる。ここで、一次側端子３１ａ、３１ｂへの入力電圧の極性と、二次側端子３２ａ、３２ｂの誘起電圧の極性とが逆になっているため、一次側端子３１ｂと二次側端子３２ｂとの間には約２００Ｖの電位差が生じる。つまり、トランス３の構造上、絶縁距離の短い部分に約２００Ｖの電位差が生じているので、通常の結線で用いる場合と比較して、トランス３として用いる加極性トランスの耐圧を高める必要がある。
【００８１】
本具体例において説明したように、好ましくは、トランス３の耐圧を、通常用いられるトランスの耐圧よりも高くする。ここで、一般的にはトランスの耐圧を高めるために必要なコストは、トランスの定格容量を大きくするために必要なコストよりも低い。したがって、トランスの耐圧を高める実施形態をとったとしても、一実施形態に係る電力供給システムによれば、トランスの低価格化を十分図ることができる。
【００８２】
本発明を諸図面および実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形または修正をおこなうことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形または修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部およびステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００８３】
１  第１インバータ
１１  制御部
１２  主電源
１３  第１接続端子
１４  第２接続端子
２  第２インバータ
２１  制御部
２２  副電源
２３  第３接続端子
３  トランス
３１ａ、３１ｂ  一次側端子
３２ａ、３２ｂ  二次側端子
３３ａ  単相２線側中性線端子（単相２線ｏ端子）
３３ｂ  単相２線側電圧線端子（単相２線ｕ端子）
３４  単相３線側中性線端子（単相３線ｏ端子）
３５ａ  単相３線側第１電圧線端子（単相３線ｗ端子）
３５ｂ  単相３線側第２電圧線端子（単相３線ｕ端子）
４ａ、４ｂ  負荷
５ａ、５ｂ、５ｃ  切換開閉器
６ａ、６ｂ、６ｃ  逆潮流監視ＣＴ
６１  逆潮流監視ＣＴ切換器
７  電力系統
【図１】
2016158431.tif 000003
【図２】
2016158431.tif 000004
【図３】
2016158431.tif 000005
【図４】
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【図５】
2016158431.tif 000007
【図６】
2016158431.tif 000008
【図７】
2016158431.tif 000009
【図８】
2016158431.tif 000010