エネルギー利用の高度化に対応する最新の高周波電力変換回路技術
エネルギー利用の高度化に対応する最新の高周波電力変換回路技術
調査専門委員会編

目
1. はじめに32. マルチセル回路を応用した

5次
5. 将来の再生可能エネルギーシステムと

31

その双方向回路技術の動向
AC/DC 変換回路技術の動向

5.1 はじめに31

5.2 将来の再生可能エネルギーシステム

31

2.1 はじめに55.3 システムを構成するコンポーネンツ

31

2.2 並列接続方式

55.4 双方向回路技術

33

2.3 直列接続方式

95.5 まとめ42

2.4 まとめ

126. 電力変換回路コンポーネンツと3. 直流電力を自在にコントロールする

14

DC/DC 変換回路技術の動向
3.1 はじめに14

3.2 高効率化技術の動向

14

3.3 高性能化技術の動向

16

3.4 高信頼回路技術

193.5 まとめ

20

4. 種々の分散電源に対応する発電・蓄電デバイスの技術動向
6.1 はじめに44

6.2 発電・蓄電デバイスの44

新しい技術動向と適用例
6.3 新材料・新構造による

46

半導体デバイスの技術動向と適用例
6.4 新領域に適用する受動部品の技術動向

49

6.5 まとめ51

7. おわりに53

22DC/AC 変換回路技術の動向
4.1 はじめに22

4.2 回路・制御方式

224.3 並列運転する場合の制御方式

25

4.4 高周波インバータ28

4.5 まとめ29

Sample : DO NOT PRINT

44

エネルギー利用の高度化に対応する最新の高周波電力変換回路技術調査専門委員会委員
委 員 長

勝 嶋幹

西田 保幸( 千 葉 工 業 大 学 )西 村 和 則( 広 島 工 業 大 学 )橘

服 部 将 之(事肇(三社電機イースタン)員

秀 久( 三 社 電 機 製 作 所 )中 岡 睦 雄( マ ラ ヤ 大 学 )
ダイヘン)

幹事補佐

川端 龍哉( 三 社 電 機 製 作 所 )早 川委

安部 征哉( 九 州 工 業 大 学 )平 木 英 治(石川 裕記(平 地 克 也(国立舞鶴工業高等専門学校)員岐阜大学)

潔(大阪府立大学工業高等専門学校 )岡堀)

枡 川 重 男( 東 京 電 機 大 学 )大森 英樹( 大 阪 工 業 大 学 )松 井 景 樹( 中 部 大 学 名 誉 教 授 )笠展 幸( 岡 山 理 科 大 学 )三 浦 友 史(大阪大学)

木船 弘康( 東 京 海 洋 大 学 )三 島 智 和(神戸大学)

栗尾 信広(日新電機)

南

近藤 亮太(三菱電機)

守 屋 一 成( 豊 田 中 央 研 究 所 )プ恵 輔( G S学)

江口 政樹(ー大学

宇敷 修一( オ リ ジ ン 電 気 )ャ島大北 條 昌 秀(シ徳山入江 寿一(大阪電気通信大学名誉教授))

ユ ア サ )

政 孝(神戸市立工業高等専門学校 )斉藤 亮治

山 村 直 紀(佐藤 宣夫( 千 葉 工 業 大 学 )吉澤

庄司 浩幸( 日 立 製 作 所 )米 森 秀 登(神戸大学)

竹 島 由 浩(三菱電機)

蓑 輪 義 文(日新電機)

谷口 勝則(大阪工業大学名誉教授)
玉田 俊介(津野 眞仁(東ニチ芝コ

寺園 勝志(安川電途中退任委員)
ン)

弦田 幸憲( 横 浜 国 立 大 学 )Sample : DO NOT PRINT委機)

主な協力者

三重大学)

仁( パ ナ ソ ニ ッ ク )高 田 知 明( 三 社 電 機 製 作 所 )道 平 雅 一(神戸市立工業高等専門学校 )電気学会技術報告 第1473号 31.

はじめに2015 年に 国連気 候変動 枠組条 約第 21 回締約 国会議(COP21)が開催されパリ協定が採択される等，地球温暖化を抑制する低炭素社会の実現は途上国を含めた全世界の大きな課題であり，我が国でも様々な取り組みが行われている。
図 1.1(1)は，再生可能エネルギー発電設備の導入状況を示している。太陽光発電や風力，中小水力などの自然エネルギーを利用する発電が普及し，特に固定価格買取制度導入
後の約 3 年間では，約 2500 万 kW 以上の発電設備が増加し

図 1.2 水素燃料電池自動車の普及台数目標(2)ている。特に太陽光(非住宅)の増加が著しい。更に水素社会

Fig.1.2. Target number of hydrogen fuel cell vehiclesの実現に向けた取り組みも行われており，温室効果ガスを排出しない水素燃料電池を搭載した自動車の普及に向け水

出典：経済産業省（第 2 回）「資料 1

燃料電池自動車等の普及促進に係る自治体連携会議

水素・燃料電池戦略ロードマップ改訂のポイント」pp.13

素ステーションの整備も着々と進められている。図 1.2(2)は，資源エネルギー庁が発表している水素燃料電池車の普及台数目標である。2020 年の東京オリンピックを契機に今後 10～15 年後に大きく普及する目標となっている。また，近年実用化された取り組みでは海洋温度差発電 OTEC(Ocean
Thermal Energy Conversion )が注目されている。図 1.3(3)は，沖縄県で実施されている OTEC の実証プロジェクトの現況を示し，発電した電力は系統連系されている。今後も新エネルギーの活用に向けた取り組みは継続されるものと考えられ，新しい発電方式の開発や発電効率の向上など更なる進歩が期待される。一方，系統安定化の観点から，連系インバータの FRT(Fault Ride Through)要件の付加をはじめ，太陽光発電所に義務付けられた出力抑制，蓄電池の併設による電力の平準化など，系統負荷への配慮によって再生可能

図 1.3 沖縄県の海洋温度差発電実証プロジェクトの現況(3)エネルギー利用の普及を助けることが課題となっている。

Fig.1.3. Photograph of OTEC plant in Okinawa

また，地産地消型の電力利用を目的として電力の分散化，マイクログリッドの導入，新しい電力システムの考え方とこの様な背景からエネルギー利用の高度化は今後もます

してネガワット，VPP(Virtual Power Plant)，インバータの群ます必要性が増し，発電や蓄電に係る技術のみならず，こ制御などの研究も盛んである。

れらを支える半導体電力変換技術の役割はますます重要になると言えよう。
本技術報告書は，上述した半導体電力変換技術のうち特に高周波スイッチングを用いた電力変換技術にスポットをあて，その技術動向をまとめたものである。この内容は、2015 年 5 月に設置した「エネルギー利用の高度化に対応する最新の高周波電力変換技術調査専門委員会」の 2 年間にわたる調査結果による。
電気学会では 2008 年に「地球環境問題に対応する最新のパワー半導体スイッチング回路技術調査専門委員会」，2011
年には「エネルギー問題に対応する最新の高周波電力変換技術調査専門委員会」を設置し地球環境問題や低炭素社会に向けたエネルギー問題に対応するスイッチング回路を基

図 1.1 2015 年度における再生可能エネルギー発電設備の(1)導入状況(2015 年 11 月末時点)

本とする高周波電力変換技術について調査を進めてきた。
本調査専門委員会はこれに続く活動となっている。

Fig.1.1. Introduction status of facilities generating

調査の方法としては，回路技術を AC/DC 変換，DC/DC 変

renewable energy as of November 30, 2015

換，DC/AC 変換，双方向回路に大別し，それぞれの変換方

出典：資源エネルギー庁「エネルギー白書 2016」（図【第 331-2-1】）式について文献を調査し分類してまとめた。主に新エネル

Sample : DO NOT PRINT