JP5530009B1 - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数台を並列接続して運転する場合において、個々の装置の出力特性を独立に設定できる電源装置を提供する。
【解決手段】端子Ｐ１において入出力される交流電流Ｉａｃと端子Ｐ２の電圧Ｖｄｃ（直流バス７の電圧）とが所定の関数によって規定された関係を持つように電力変換部１１が制御され、この所定の関数が制御信号Ｓｃに応じて変更される。そのため、複数の電源装置１０を並列接続して運転する場合において、個々の電源装置１０の出力特性を独立に設定することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＤＣ−ＤＣコンバータやＤＣ−ＡＣインバータなどの電源装置に係り、特に複数台を並列に接続して運転可能な電源装置に関するものである。

大きな負荷を駆動する場合などにおいて、ＤＣ−ＤＣコンバータやＤＣ−ＡＣインバータなどの電源装置（電力変換装置ともいう）を複数台並列に接続して使用することがある。下記の特許文献１には、ＰＷＭインバータを並列運転する方法が記載されている。

特許文献１に記載されるＰＷＭインバータの並列運転の方法では、並列運転する複数のインバータのうち１台がマスタ用ＰＷＭインバータ、残りがスレーブ用ＰＷＭインバータとされる。各ＰＷＭイバータは、負荷電流を検出する電流センサーを備えており、この電流検出値に基づいて、マスタ用ＰＷＭインバータの負荷電流とスレーブ用ＰＷＭインバータの負荷電流との差異（電流差異信号）が検出される。スレーブ用ＰＷＭインバータのスイッチング素子に供給するゲート信号は、マスタ用ＰＷＭインバータのスイッチング素子に供給するゲート信号のパルス巾を電流差異信号に応じて調節することにより生成される。すなわち、スレーブ用ＰＷＭインバータの負荷電流がマスタ用ＰＷＭインバータの負荷電流と一致するように、スレーブ用ＰＷＭインバータのゲート信号が調節される。

特開２００８−５６７３号公報

上記のように並列接続された複数の電源装置の１つをマスタ、他をスレーブとして運転させる方式においては、マスタの負荷電流の設定に応じてスレーブの負荷電流が決まるため、スレーブの負荷電流をマスタと独立に設定できないという問題がある。また、マスタからスレーブへ制御信号を伝送するための専用ケーブルが必要になり、制御信号の送受信等を行う回路も必要になることから、構成が複雑になるという問題がある。更に、マスタからスレーブへ伝送される制御信号に大きな遅延が存在すると、マスタとスレーブの負荷電流の同期がずれてしまうという問題がある。しかも、マスタとなる電源装置が故障等によって停止した場合には、スレーブの電源装置も停止してしまい、結果として電源システム全体がダウンしてしまうという問題がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数台を並列接続して運転する場合において、個々の装置の出力特性を独立に設定できる電源装置を提供することにある。

本発明に係る電源装置は、第１端子において入力される電力を所定の形式の電力に変換して第２端子から出力する電力変換部と、前記第２端子の電圧を検出する電圧検出部と、前記第１端子若しくは前記第２端子において入力若しくは出力される電流若しく電力と、前記電圧検出部において検出される前記第２端子の電圧とが、所定の関数によって規定された関係を持つように前記電力変換部を制御する制御部とを有する。前記所定の関数は、前記電圧検出部において検出される電圧が高くなるにつれて、前記第１端子から前記第２端子へ伝わる電力が連続的に小さくなり、前記電圧検出部において検出される電圧が低くなるにつれて、前記第１端子から前記第２端子へ伝わる電力が連続的に大きくなるように、前記第１端子若しくは前記第２端子において入力若しくは出力される電流若しく電力と前記電圧検出部において検出される前記第２端子の電圧との関係を規定する関数である。前記電力変換部は、前記第１端子と前記第２端子との間で双方向に電力を伝えることが可能である。前記制御部は、前記電圧検出部において検出された電圧が所定の第１基準電圧より低い場合には、前記第１端子から前記第２端子へ電力が伝わり、前記第１基準電圧と等しいか若しくは前記第１基準電圧より高い第２基準電圧と比べて前記検出された電圧が高い場合には、前記第２端子から前記第１端子へ電力が伝わり、前記検出された電圧と前記第１基準電圧又は前記第２基準電圧との電圧差が大きくなるにつれて、前記第１端子と前記第２端子との間を伝わる電力が前記所定の関数に従って連続的に大きくなり、前記電圧差が小さくなるにつれて、前記第１端子と前記第２端子との間を伝わる電力が前記所定の関数に従って連続的に小さくなるように前記電力変換部を制御する。
好適に、前記制御部は、入力される制御信号に応じて、前記所定の関数における定数を変更するか、又は、入力される制御信号に応じて、複数の所定の関数から一の前記所定の関数を選択するか、又は、入力される制御信号に含まれる関数の定義を示す情報に応じて、前記所定の関数を別の関数に変更する。

本発明によれば、入力若しくは出力される電流若しくは電流と電圧とが所定の関数によって規定された関係を持つように電力変換部が制御されており、この関数に含まれる定数や関数自体を制御信号に応じて変更することにより、電源装置の出力特性を所望の特性に設定できることから、複数台を並列接続して運転する場合において、個々の電源装置の出力特性を独立に設定できる。

本発明の第１の実施形態に係る電源装置を用いて構成された電源システム一例を示す図である。 第１の実施形態に係る電源装置の構成の一例を示す図である。 図２に示す電源装置において入出力される電圧と電流の関係の一例を示す図である。 複数の電源装置が並列に接続された場合に各電源装置において入出力される電流を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態に係る電源装置の構成の一例を示す図である。 図５に示す電源装置において入出力される電圧と電流の関係の一例を示す図である。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電源装置を用いて構成された電源システムの一例を示す図である。
図１に示す電源システムは、交流系統ライン１、太陽発電装置２、蓄電池３及び負荷４の間で直流バス７を介して相互に電力を伝えるシステムであり、交流系統ライン１に並列接続された複数の電源装置１０と、太陽発電装置２に接続された電源装置２０と、蓄電池３に接続された電源装置３０と、負荷４に接続された電源装置４０を有する。電源装置１０は、本発明の第１の実施形態に係る電源装置である。

電源装置１０は、交流系統ライン１と直流バス７との間で電力を伝える電力変換装置であり、例えば双方向に電力を伝えることができる。具体的には、電源装置１０は、交流系統ライン１から入力した交流電力を直流電力に変換して直流バス７に出力する動作モード（力行モード）と、直流バス７から入力した直流電力を交流電力に変換して交流系統ライン１に出力する動作モード（回生モード）を有する。

並列接続された各電源装置１０は、例えば図１において示すように、トランス５を介して交流系統ライン１に接続される。トランス５は、電源装置１０から交流系統ライン１へ直流電流が流出することを防止するとともに、並列接続された電源装置１０の間で直流の循環電流が流れることを防止する。

電源装置２０は、太陽発電装置２において発生した直流電力を直流バス７へ出力する電力変換装置（ＤＣ−ＤＣコンバータ）であり、例えば太陽発電装置２の比較的低い電圧を直流バス７の比較的高い電圧Ｖｄｃまで昇圧する。

電源装置３０は、蓄電池３と直流バス７との間で電力を伝える電力変換装置（ＤＣ−ＤＣコンバータ）であり、例えば双方向に電力を伝えることができる。具体的には、電源装置３０は、蓄電池３から入力した直流電力を直流バス７に出力する動作モード（放電モード）と、直流バス７から入力した直流電力を蓄電池３に出力する動作モード（充電モード）を有する。電源装置３０は、放電モードにおいて蓄電池３の比較的低い電圧を直流バス７の比較的高い電圧Ｖｄｃまで昇圧し、充電モードにおいては、直流バス７の直流電圧Ｖｄｃを蓄電池３の電圧まで降圧する。

電源装置４０は、直流バス７から入力した直流電力を負荷４へ出力する電力変換装置（ＤＣ−ＤＣコンバータ）である。電源装置４０は、直流バス７の電圧を負荷４に必要な電圧まで降圧若しくは昇圧する。

電源装置２０〜４０は、例えば高周波トランスなどによって入力と出力を絶縁する。これにより、太陽発電装置２、蓄電池３及び負荷４が互いに絶縁されるため、電源システムを介して地絡電流等が流れることを防止できる。

図２は、図１に示す電源システムにおける電源装置１０の構成の一例を示す図である。
図２に示す電源装置１０は、電力変換部１１と、制御部１２と、交流電圧検出部１３と、交流電流検出部１４と、直流電圧検出部１５とを有する。
電力変換部１１は、本発明における電力変換部の一例である。
直流電圧検出部１５は、本発明における電圧検出部の一例である。
制御部１２は、本発明における制御部の一例である。

電力変換部１１は、トランス５を介して交流系統ライン１に接続される端子Ｐ１と、直流バス７に接続される端子Ｐ２を有しており、端子Ｐ１と端子Ｐ２の間で双方向に電力を伝える。すなわち、電力変換部１１は、力行モードにおいて、端子Ｐ１に入力される交流系統ライン１からの交流電力を直流電力に変換して端子Ｐ２から直流バス７に出力し、回生モードにおいて、端子Ｐ２に入力される直流電力を交流電力に変換して端子Ｐ１から出力する。

電力変換部１１は、例えば図２に示すように、Ｈブリッジ回路１１０と、駆動回路１１５と、インダクタＬ１と、キャパシタＣ１，Ｃ２を有する。
Ｈブリッジ回路１１０は、４つの半導体スイッチ素子（図２の例ではｎ型ＭＯＳＦＥＴ）を有しており、駆動回路１１５から各半導体スイッチ素子に供給される駆動信号に応じて、端子Ｐ１につながる２本の交流ラインをそれぞれ直流バス７の高電位側ライン又は低電位側ラインの一方に接続する。
駆動回路１１５は、制御回路１２から供給される制御信号に応じて、Ｈブリッジ回路１１０の各半導体スイッチ素子をオン又はオフさせる駆動信号を出力する。
インダクタＬ１とキャパシタＣ２は、Ｈブリッジ回路１１０において発生する矩形波電圧を平滑化するためのフィルタを構成するものであり、Ｈブリッジ回路１１０と端子Ｐ１とを接続する交流ライン上に設けられている。
キャパシタＣ１は、Ｈブリッジ回路１１０に流れる電流によって生じる直流バス７の電圧の振動を抑制するためのものであり、Ｈブリッジ回路１１０と直流バス７との接続部に設けられている。

交流電圧検出部１３は端子Ｐ１の交流電圧Ｖａｃを検出し、直流電圧検出部１５は直流バス７の電圧Ｖｄｃを検出する。交流電圧検出部１３及び直流電圧検出部１５は、例えば、電圧レベルを下げて検出するアンプ（差動アンプなど）を含む。

交流電流検出部１４は、端子Ｐ１において入出力される交流電流Ｉａｃを検出する回路であり、例えばカレントトランス、抵抗器（シャント抵抗）、磁気センサなどの電流センサを含む。

制御部１２は、電力変換部１１における直流電力と交流電力との間の電力変換を制御するための制御信号を生成する回路であり、具体的には、例えば図２において示すように、電力変換部１１の主回路（図２の例ではＨブリッジ回路１１０）に含まれる半導体スイッチ素子のオン又はオフを制御するための制御信号を生成する。
制御部１２は、例えば、プログラムに基づいて処理を実行するマイクロプロセッサ（ＤＳＰなど）を含む。制御部１２は、交流電圧検出部１３，交流電流検出部１４，直流電圧検出部１５から出力される検出信号をデジタル信号に変換（アナログ−デジタル変換）して入力し、これらの検出信号に応じた制御信号を生成して電力変換部１１の駆動回路１１５に供給する。

制御部１２は、端子Ｐ１において入出力される交流電流Ｉａｃと端子Ｐ２の電圧Ｖｄｃ（直流バス７の電圧）とが所定の関数によって規定された関係を持つように、電力変換部１１の制御信号を生成する。
具体的には、制御部１２は、直流電圧検出部１５において検出された直流バス７の電圧Ｖｄｃが基準電圧Ｖ０より低い場合には端子Ｐ１から端子Ｐ２へ電力が伝わり（力行モード）、直流電圧検出部１５において検出された電圧Ｖｄｃが基準電圧Ｖ０より高い場合には端子Ｐ２から端子Ｐ１へ電力が伝わる（回生モード）ように、電力変換部１１の制御信号を生成する。また、制御部１２は、直流電圧検出部１５において検出された電圧Ｖｄｃと基準電圧Ｖ０との電圧差が大きくなるにつれて、端子Ｐ１と端子Ｐ２との間を伝わる電力が所定の関数に従って連続的に大きくなり、この電圧差が小さくなるにつれて、端子Ｐ１と端子Ｐ２との間を伝わる電力が所定の関数に従って連続的に小さくなるように、電力変換部１１の制御信号を生成する。

図３は、図２に示す電源装置１０における電圧Ｖｄｃと電流Ｉａｃとの関係の一例を示す図である。図３のグラフの縦軸は電圧Ｖｄｃを示し、横軸は電流Ｉａｃ（交流信号の振幅若しくは実効値）を示す。なお、図３のグラフにおける電流Ｉａｃの極性は、交流系統ライン１から電源装置１０へ電力が入力される場合（力行モード）の極性を正とし、電源装置１０から交流系統ライン１へ電力が出力される場合（回生モード）の極性を負としている。電流Ｉａｃの極性は、横軸のゼロより右側が正であり、ゼロより左側が負である。

図３に示すグラフにおいて、電圧Ｖｄｃと電流Ｉａｃは比例関係にある。電圧Ｖｄｃが基準電圧Ｖ０と一致するとき、電流Ｉａｃはゼロとなる。
電圧Ｖｄｃが基準電圧Ｖ０より低くなると、基準電圧Ｖ０からの低下分の電圧に比例して正の電流Ｉａｃが増大し、交流系統ライン１から電源装置１０へ入力される電力が増大する。この場合、電源装置１０から直流バス７へ電流が流れるため、直流バスの電圧Ｖｄｃは上昇する方向に変化する。
他方、電圧Ｖｄｃが基準電圧Ｖ０より高くなると、基準電圧Ｖ０からの超過分の電圧に比例して負の電流Ｉａｃが増大し、電源装置１０から交流系統ライン１へ出力される電力が増大する。この場合は、直流バス７から電源装置１０へ電流が流れるため、直流バスの電圧Ｖｄｃは低下する方向に変化する。

また、制御部１２は、図３に示すグラフのように電流Ｉａｃと電圧Ｖｄｃとの関係を規定する関数を、ホストコンピュータ（上位装置）などから入力される制御信号Ｓｃに応じて変更する。
例えば制御部１２は、関数に含まれる定数（多項式などで表される関数に含まれる係数や定数項など）を、制御信号Ｓｃに応じて変更する。電圧Ｖｄｃと電流Ｉａｃが比例関係にある場合には、例えば図３における点線のグラフで表すように、比例係数（グラフの傾き）を制御信号Ｓｃに応じて変更することができる。

また他の例として、制御部１２は、予め定めた複数の関数から制御信号Ｓｃに応じて１つを選択し、これを新たな関数としてもよい。あるいは、制御部１２は、入力される制御信号Ｓｃに含まれる関数の定義を示す情報（関数の数式の情報など）に応じて、所定の関数を別の関数に変更してもよい。
このように、本実施形態では、電流Ｉａｃと電圧Ｖｄｃとの関係を規定する関数を電源装置１ごとに変更できる。そのため、複数の電源装置１０を並列に接続して運転する場合でも、個々の電源装置１の出力特性を独立に設定することができる。

この制御部１２は、機能的なブロックとして、電圧制御部１２０と目標電圧設定部１２２を有する。

電圧制御部１２０は、直流電圧検出部１５において検出される電圧Ｖｄｃが目標電圧設定部１２２において設定される目標電圧へ近づくように、電力変換部１１の制御信号を生成するブロックであり、図２の例では、目標電流設定信号生成部１２０１と制御信号生成部１２０２を含む。

制御信号生成部１２０２は、目標電流設定信号生成部１２０１において生成される目標電流設定信号Ｉｓｅｔに応じた電流Ｉａｃが端子Ｐ１において入力若しくは出力されるように、電力変換部１１の制御信号を生成する。
目標電流設定信号生成部１２０１は、直流電圧検出部１５において検出される電圧Ｖｄｃが目標電圧設定部１２２において設定される目標電圧へ近づくように、目標電流設定信号Ｉｓｅｔを生成する。

また、図２に示すより具体的な例において、目標電流設定信号生成部１２０１は、誤差算出部１２０３とＰＩ制御部１２０４を含む。制御信号生成部１２０２は、基準交流信号発生部１２０５と、乗算部１２０６と、誤差算出部１２０７と、ＰＩ制御部１２０８と、キャリア信号発生部１２０９と、パルス信号生成部１２１０を含む。

誤差算出部１２０３は、直流電圧検出部１５から出力される電圧Ｖｄｃの検出値と、目標電圧設定部１２２から出力される電圧Ｖｄｃの目標電圧設定信号Ｖｓｅｔとの差を算出する。
ＰＩ制御部１２０４は、誤差算出部１２０３において算出される電圧Ｖｄｃの検出値と目標電圧設定信号Ｖｓｅｔとの差にＰＩ演算（比例・積分演算）を行い、電流Ｉａｃの振幅の目標値を示す目標電流設定信号Ｉｓｅｔを生成する。すなわち、ＰＩ制御部１２０４は、誤差算出部１２０３の出力に所定の積分ゲインを乗じて積分することにより算出した積分要素と、誤差算出部１２０３の出力に所定の比例ゲインを乗じて算出した比例要素とを加算し、その加算結果を目標電流設定信号Ｉｓｅｔとして出力する。

基準交流信号発生部１２０５は、交流電流検出部１４の検出結果に基づいて、交流電圧Ｖａｃと周波数及び位相が一致した基準交流信号を発生する。
乗算部１２０６は、基準交流信号発生部１２０５において発生した基準交流信号に目標電流設定信号Ｉｓｅｔを乗算し、その乗算結果を電流Ｉａｃの目標瞬時値として出力する。

誤差算出部１２０７は、交流電流検出部１４において検出される交流電流Ｉａｃの瞬時値と乗算部１２０６から出力される電流Ｉａｃの目標瞬時値との差を算出する。
ＰＩ制御部１２０８は、誤差算出部１２０７において算出された交流電流Ｉａｃの瞬時値と目標瞬時値との差にＰＩ演算を行う。すなわち、ＰＩ制御部１２０８は、誤差算出部１２０７の出力に所定の積分ゲインを乗じて積分することにより算出した積分要素と、誤差算出部１２０７の出力に所定の比例ゲインを乗じて算出した比例要素とを加算する。

キャリア信号発生部１２０９は、交流系統ライン１の周波数に比べて十分に高い周波数を有する三角波のキャリア信号を発生する。
パルス信号生成部１２１０は、ＰＩ制御部１２０８におけるＰＩ演算結果の信号とキャリア信号発生部１２０９が発生するキャリア信号とに基づいて、電力変換部１１に含まれる各半導体スイッチ素子のオンとオフの期間を制御するパルス信号を生成する。
以上が、電圧制御部１２０の説明である。

目標電圧設定部１２２は、端子Ｐ１において入力若しくは出力される電流Ｉａｃを示す信号に基づいて、当該信号が示す電流Ｉａｃとの間で所定の関数により規定された関係（例えば図３のグラフが示す関係）を満たすように、端子Ｐ２の電圧Ｖｄｃの目標値を設定する。

具体的には、電流Ｉａｃが正の極性（交流系統ライン１から電力変換部１１へ電力を入力する極性）を持つ場合、目標電圧設定部１２２は、電流Ｉａｃの実効値が大きくなるにつれて電圧Ｖｄｃが連続的に低くなり、電流Ｉａｃの実効値が小さくなるにつれて電圧Ｖｄｃが連続的に高くなるように、電圧Ｖｄｃの目標電圧を設定する。
電流Ｉａｃが負の極性（電力変換部１１から交流系統ライン１へ電力を出力する極性）を持つ場合、目標電圧設定部１２２は、電流Ｉａｃの実効値が大きくなるにつれて電圧Ｖｄｃが連続的に高くなり、電流Ｉａｃの実効値が小さくなるにつれて電圧Ｖｄｃが連続的に低くなるように、電圧Ｖｄｃの目標電圧を設定する。
電流Ｉａｃがゼロの場合、目標電圧設定部１２２は、基準電圧Ｖ０を電圧Ｖｄｃの目標電圧として設定する。
これにより、電力変換部１１は、電圧Ｖｄｃが基準電圧Ｖ０より低い場合に力行モードで動作し、電圧Ｖｄｃが基準電圧より高い場合に回生モードで動作し、電圧Ｖｄｃが基準電圧Ｖ０に一致する場合は電流Ｉａｃがゼロとなる。従って、共通の直流バス７に並列接続された複数の電源装置１０は、全て同一のモード（力行モードまたは回生モード）で動作する。

目標電圧設定部１２２は、端子Ｐ１において入力若しくは出力される電流Ｉａｃを示す信号として、例えば目標電流設定信号Ｉｓｅｔを参照する。目標電圧設定部１２２は、目標電流設定信号Ｉｓｅｔに所定の演算を施すことにより、目標電流設定信号Ｉｓｅｔと所定の関数により規定された関係を持つ目標電圧設定信号Ｖｓｅｔを生成する。
あるいは、目標電圧設定部１２２は、目標電流設定信号Ｉｓｅｔと目標電圧設定信号Ｖｓｅｔとの対応関係を規定するデータテーブルを備えていてもよい。この場合、目標電圧設定部１２２は、入力される目標電流設定信号Ｉｓｅｔに対応した目標電圧設定信号Ｖｓｅｔをデータテーブルから読み出してもよい。

目標電圧設定部１２２は、端子Ｐ１において入力若しくは出力される電流Ｉａｃをゼロとする目標電流設定信号Ｉｓｅｔが生成された場合、直流バス７の電圧Ｖｄｃの目標値として基準電圧Ｖ０を設定する。

また、目標電圧設定部１２２は、ホストコンピュータ（上位装置）などから入力される制御信号Ｓｃに応じて、目標電流設定信号Ｉｓｅｔと目標電圧設定信号Ｖｓｅｔとの関係を規定する関数を変更することができる。例えば、目標電圧設定部１２２は、関数に含まれる定数を制御信号Ｓｃに応じて変更したり、予め定めた複数の関数の中から制御信号Ｓｃに応じて新たな関数を選択したり、制御信号Ｓｃに含まれる関数の定義情報（関数の数式の情報など）に基づいて所定の関数を別の関数に変更したりする。

ここで、図１に示す電源システムの動作を説明する。
電源装置２０は、太陽発電装置２において発生した電力を入力し、例えば電流源として直流バス７に電流を出力する。
電源装置４０は、直流バス７から直流電力を入力し、電圧Ｖｄｃを降圧若しくは昇圧させた電圧を負荷４に供給する。

電源装置３０は、蓄電池３の充電状態を監視し、適切な充電状態が保たれるように直流バス７から電力を入力して蓄電池３を充電する。直流バス７の電圧Ｖｄｃが基準電圧Ｖ０より低下した場合、電源装置３０は、適切な充電状態の範囲内で蓄電池３を放電し、その電力を直流バス７に出力する。

直流バス７の電圧Ｖｄｃは、電源装置２０〜４０において入出力される電力に応じて変化する。直流バス７の電圧Ｖｄｃが基準電圧Ｖ０より高くなると、並列接続された各電源装置１０は回生モードで動作し、直流バス７から交流系統ライン１へ電力を出力することで、直流バス７の電圧を低下させる。直流バス７の電圧Ｖｄｃが基準電圧Ｖ０より低くなると、各電源装置１０は力行モードで動作し、交流系統ライン１から直流バス７へ電力を入力することで、直流バス７の電圧を上昇させる。これにより、直流バス７の電圧Ｖｄｃは、基準電位Ｖ０に近い電圧に保たれる。

以上説明したように、本実施形態に係る電源装置１０によれば、端子Ｐ１において入出力される交流電流Ｉａｃと端子Ｐ２の電圧Ｖｄｃ（直流バス７の電圧）とが所定の関数によって規定された関係を持つように電力変換部１１が制御され、この所定の関数が制御信号Ｓｃに応じて変更される。そのため、複数の電源装置１０を並列接続して運転する場合において、個々の電源装置１０の出力特性を独立に設定することができる。

また、本実施形態に係る電源装置１０によれば、制御信号Ｓｃによって交流電流Ｉａｃと電圧Ｖｄｃの関数を設定できることから、複数の電源装置１０を並列接続した場合において、各電源装置１０の負荷の大きさを任意に設定できる。
図４は、複数の電源装置１０が並列に接続された場合に各電源装置１０において入出力される電流を説明するための図である。図４の例では、端子Ｐ１において入出力される交流電流Ｉａｃと端子Ｐ２の電圧Ｖｄｃとが各電源装置１０において何れも比例関係にあり、その比例係数（グラフの傾き）が電源装置１０ごとに異なる値に設定されている。図４において示すように、電源装置１０における交流電流Ｉａｃと電圧Ｖｄｃの関数を個別に設定できることから、複数の電源装置１０を並列接続した場合において、特定の電圧（Ｖａ）における各電源装置１０の交流電流Ｉａｃの大きさ（Ｉ１，Ｉ２）を任意に設定できる。

更に、本実施形態に係る電源装置１０によれば、交流電流Ｉａｃと電圧Ｖｄｃが所定の関数によって規定された関係を持つことから、複数の電源装置１０が並列に接続された場合であっても、端子Ｐ２の電圧Ｖｄｃを測定することによって、個々の電源装置１０に流れる交流電流Ｉａｃの大きさを容易に推定できる。

しかも、本実施形態に係る電源装置１０によれば、電圧検出部１５において検出された電圧Ｖｄｃが基準電圧Ｖ０より低い場合には、端子Ｐ１から端子Ｐ２へ電力が伝わり（力行モード）、電圧検出部１５において検出された電圧Ｖｄｃが基準電圧Ｖ０より高い場合には、端子Ｐ２から端子Ｐ１へ電力が伝わる（回生モード）ように、電力変換部１１が制御される。また、電圧検出部１５において検出された電圧Ｖｄｃと基準電圧Ｖ０との電圧差が大きくなるにつれて、端子Ｐ１と端子Ｐ２との間を伝わる電力が所定の関数に従って連続的に大きくなり、この電圧差が小さくなるにつれて、端子Ｐ１と端子Ｐ２との間を伝わる電力が所定の関数に従って連続的に小さくなるように電力変換部１１が制御される。
もし、端子Ｐ２の電圧Ｖｄｃが一定の電圧となるように各電力変換部１１が制御されたとすると（端子Ｐ２において一般的な定電圧制御が行われたとすると）、そのような複数の電力変換部１１を並列に接続すれば、わずかな目標電圧のばらつきによって、一部の電力変換部１１に負荷が集中してしまう。このような現象は、複数の定電圧源の出力を並列接続した場合において一般的に生じる。これに対して、本実施形態に係る電源装置１０では、端子Ｐ２の電圧Ｖｄｃの変化に応じて端子Ｐ１と端子Ｐ２との間を伝わる電力が上記のように連続的に変化するため、複数の電源装置１０を並列に接続した場合でも、端子Ｐ２の目標電圧のばらつきによる負荷の集中を効果的に抑制できる。

また、本実施形態に係る電源装置１０によれば、端子Ｐ１の電圧Ｖｄｃが基準電圧Ｖ０となる場合には、端子Ｐ１と端子Ｐ２との間を伝わる電力がゼロになり、電圧Ｖｄｃが基準電圧Ｖ０より低い場合には、端子Ｐ１から端子Ｐ２へ電力が伝わる力行モードとなり、電圧Ｖｄｃが基準電圧Ｖ０より高い場合には、端子Ｐ２から端子Ｐ１へ電力が伝わる回生モードとなる。これにより、複数の電源装置１０を並列に接続した場合に、全ての電源装置１０が同一のモード（力行モード又は回生モード）で動作するようになるため、電源装置１０間で電力が無駄に循環する現象（力行モードで動作する装置と回生モードで動作する装置との間で電力が循環する現象）を有効に防止できる。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図５は、第２の実施形態に係る電源装置１０の構成の一例を示す図である。

図５に示す電源装置１０は、図２に示す電源装置１０における制御部１２を制御部１２Ａに変更したものであり、他の構成は図２に示す電源装置１０と同じである。
制御部１２Ａは、端子Ｐ１において入出力される交流電流Ｉａｃと端子Ｐ２の電圧Ｖｄｃ（直流バス７の電圧）とが所定の関数によって規定された関係を持つように、電力変換部１１を制御する制御信号を生成するものであり、この点においては、先に説明した制御部１２と同様である。制御部１２Ａと制御部１２との相違点は、端子Ｐ１と端子Ｐ２との間を伝わる電力をゼロにする電圧Ｖｄｃの条件にある。すなわち、制御部１２は、電圧Ｖｄｃが基準電圧Ｖ０と一致することを条件としているのに対し、制御部１２Ａは、電圧Ｖｄｃが２つの基準電圧（Ｖ１，Ｖ２）の間にあること条件とする。

具体的には、制御部１２Ａは、直流電圧検出部１５において検出された直流バス７の電圧Ｖｄｃが基準電圧Ｖ１以上かつ基準電圧Ｖ２以下の範囲（ただし、Ｖ２＞Ｖ１）にある場合、端子Ｐ１と端子Ｐ２との間を伝わる電力がゼロになるように電力変換部１１の制御信号を生成する。
他方、制御部１２Ａは、直流電圧検出部１５において検出された直流バス７の電圧Ｖｄｃが基準電圧Ｖ１より低い場合、端子Ｐ１から端子Ｐ２へ電力が伝わり（力行モード）、直流電圧検出部１５において検出された電圧Ｖｄｃが基準電圧Ｖ２より高い場合、端子Ｐ２から端子Ｐ１へ電力が伝わる（回生モード）ように、電力変換部１１の制御信号を生成する。
また、制御部１２Ａは、直流電圧検出部１５において検出された電圧Ｖｄｃと基準電圧Ｖ１又はＶ２との電圧差が大きくなるにつれて、端子Ｐ１と端子Ｐ２との間を伝わる電力が所定の関数に従って連続的に大きくなり、この電圧差が小さくなるにつれて、端子Ｐ１と端子Ｐ２との間を伝わる電力が所定の関数に従って連続的に小さくなるように、電力変換部１１の制御信号を生成する。

この制御部１２Ａは、機能的なブロックとして、制御部１２と同様な電圧制御部１２０を有するとともに、目標電圧設定部１２２Ａを有する。
目標電圧設定部１２２Ａは、先に説明した目標電圧設定部１２２と同様に、電流Ｉａｃを示す信号に基づいて、当該信号が示す電流Ｉａｃとの間で所定の関数により規定された関係を満たすように、端子Ｐ２の電圧Ｖｄｃの目標値を設定する。ただし、電流Ｉａｃがゼロの場合における目標値の設定方法が、目標電圧設定部１２２と異なる。

すなわち、目標電圧設定部１２２Ａは、電流Ｉａｃを示す信号（図の例では目標電流設定信号Ｉｓｅｔ）において電流Ｉａｃがゼロの場合、直流電圧検出部１５における電圧Ｖｄｃの検出値が基準電圧Ｖ１以上かつ基準電圧Ｖ２以下の範囲内にあるか否かを判定する。
電圧Ｖｄｃの検出値がこの範囲内にある場合、目標電圧設定部１２２Ａは、電圧Ｖｄｃの検出値を電圧Ｖｄｃの目標値として設定する。これにより、電圧Ｖｄｃの検出値が基準電圧Ｖ１以上かつ基準電圧Ｖ２以下の範囲内にある限り、電流Ｉａｃがゼロの状態を維持するように電力変換部１１が制御される。
電圧Ｖｄｃの検出値が基準電圧Ｖ１より低い場合、目標電圧設定部１２２Ａは、電流Ｉａｃがゼロになる条件において電圧Ｖｄｃの検出値に最も近い基準電圧Ｖ１を、電圧Ｖｄｃの目標値として設定する。
また、電圧Ｖｄｃの検出値が基準電圧Ｖ２より高い場合、目標電圧設定部１２２Ａは、電流Ｉａｃがゼロになる条件において電圧Ｖｄｃの検出値に最も近い基準電圧Ｖ２を、電圧Ｖｄｃの目標値として設定する。

図６は、図５に示す電源装置１０における電圧Ｖｄｃと電流Ｉａｃとの関係の一例を示す図である。図６に示すグラフにおいて、電圧Ｖｄｃが基準電圧Ｖ１から基準電圧Ｖ２の範囲内にある場合、電流Ｉａｃはゼロとなる。その他の範囲において、電圧Ｖｄｃと電流Ｉａｃは図３と同様な比例関係にある。

以上説明したように、本実施形態に係る電源装置１０によれば、直流バス７の電圧Ｖｄｃの検出値が基準電圧Ｖ１以上かつ基準電圧Ｖ２以下の範囲にある場合、端子Ｐ１と端子Ｐ２との間を伝わる電力がゼロになるように電力変換部１１が制御される。
そのため、複数の電源装置１０を並列に接続して運転させる場合において、基準電圧Ｖ１，Ｖ２の大きさが個々の電源装置１０において多少ばらついても、基準電圧Ｖ１〜Ｖ２の範囲がそのばらつき範囲に比べて大きくなるように設定することで、力行モードの電源装置１０と回生モードの電源装置１０が同時に存在することによる無駄な電力の循環を確実に防止できる。

なお、本発明は上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、種々のバリエーションを含んでいる。

上述した実施形態では、直流電力と交流電力とを双方向に変換する電力変換部を備えた電源装置の例を挙げているが、本発明はこの例に限定されない。例えば、直流電力から交流電力へ、あるいは、交流電力から直流電力へ一方向に変換を行う電力変換部を備えた電源装置にも本発明は適用可能である。
また、電力変換部において変換する電力の形式は上記の例に限定されるものではなく、例えば直流電力と直流電力とを双方向若しくは一方向に変換する電力変換部（ＤＣ−ＤＣコンバータ）を備えた電源装置にも本発明は適用可能である。具体的には、例えば図１における充電・放電用の電源装置３０に本発明を適用し、複数台を並列に接続できるようにしてもよい。

上述した実施形態では、端子Ｐ１において入力若しくは出力される電流Ｉａｃと端子Ｐ２の電圧Ｖｄｃとが所定の関数によって規定された関係を持つように電力変換部１１を制御する例を挙げているが、本発明はこの例に限定されない。本発明の他の実施形態では、端子Ｐ２において入力若しくは出力される直流電流と端子Ｐ２の電圧Ｖｄｃとが所定の関数によって規定された関係を持つように、電力変換部１１を制御してもよい。また、本発明の更に他の実施形態では、端子Ｐ１若しくは端子Ｐ２において入力若しくは出力される電力と端子Ｐ２の電圧Ｖｄｃとが所定の関数によって規定された関係を持つように、電力変換部１１を制御してもよい。

上述した実施形態では、端子Ｐ１において入力若しくは出力される電流Ｉａｃを示す信号として、目標電流設定信号Ｉｓｅｔを参照し、この目標電流設定信号Ｉｓｅｔに対応する目標電圧設定信号Ｖｓｅｔを生成しているが、本発明はこの例に限定されない。例えば、本発明の他の実施形態では、交流電流検出部１４における電流Ｉａｃの検出信号に基づいて電流Ｉａｃの実効値を算出し、この算出した実効値に対応する目標電圧設定信号Ｖｓｅｔを生成してもよい。

上述した実施形態に基づいて把握される本発明の技術思想に関して、以下の付記を開示する。

［付記１］
第１端子において入力される電力を所定の形式の電力に変換して第２端子から出力する電力変換部と、
前記第２端子の電圧を検出する電圧検出部と、
前記第１端子若しくは前記第２端子において入力若しくは出力される電流若しく電力と、前記電圧検出部において検出される前記第２端子の電圧とが、所定の関数によって規定された関係を持つように前記電力変換部を制御する制御部と
を有する電源装置。

［付記２］
前記制御部は、
入力される制御信号に応じて、前記所定の関数における定数を変更する、
又は、
入力される制御信号に応じて、複数の所定の関数から一の前記所定の関数を選択する、
又は、
入力される制御信号に含まれる関数の定義を示す情報に応じて、前記所定の関数を別の関数に変更する、
付記１に記載の電源装置。

［付記３］
前記制御部は、前記電圧検出部において検出された電圧が高くなるにつれて、前記第１端子から前記第２端子へ伝わる電力が前記所定の関数に従って連続的に小さくなり、前記検出された電圧が低くなるにつれて、前記第１端子から前記第２端子へ伝わる電力が前記所定の関数に従って連続的に大きくなるように前記電力変換部を制御する、
付記１又は２に記載の電源装置。

［付記４］
前記電力変換部は、前記第１端子と前記第２端子との間で双方向に電力を伝えることが可能であり、
前記制御部は、前記電圧検出部において検出された電圧が所定の第１基準電圧より低い場合には、前記第１端子から前記第２端子へ電力が伝わり、前記第１基準電圧と等しいか若しくは前記第１基準電圧より高い第２基準電圧と比べて前記検出された電圧が高い場合には、前記第２端子から前記第１端子へ電力が伝わり、前記検出された電圧と前記第１基準電圧又は前記第２基準電圧との電圧差が大きくなるにつれて、前記第１端子と前記第２端子との間を伝わる電力が前記所定の関数に従って連続的に大きくなり、前記電圧差が小さくなるにつれて、前記第１端子と前記第２端子との間を伝わる電力が前記所定の関数に従って連続的に小さくなるように前記電力変換部を制御する、
付記３に記載の電源装置。

［付記５］
前記制御部は、前記検出された電圧が前記第１基準電圧以上かつ前記第２基準電圧以下の範囲にある場合、前記第１端子と前記第２端子との間を伝わる電力がゼロになるように前記電力変換部を制御する、
付記４に記載の電源装置。

［付記６］
前記制御部は、
前記第１端子若しくは前記第２端子において入力若しくは出力される電流若しくは電力を示す信号に基づいて、当該信号が示す電流若しくは電力との間で、前記所定の関数により規定された関係を満たすように前記第２端子の目標電圧を設定する目標電圧設定部と、
前記電圧検出部において検出される前記第２端子の電圧が、前記目標電圧設定部において設定される前記目標電圧へ近づくように、前記電力変換部を制御する電圧制御部と
を含む、
付記１乃至５の何れか一項に記載の電源装置。

［付記７］
前記電圧制御部は、
入力される目標電流設定信号に応じた電流が前記第１端子若しくは前記第２端子において入力若しくは出力されるように前記電力変換部を制御する制御信号を生成する制御信号生成部と、
前記電圧検出部において検出される前記第２端子の電圧が、前記目標電圧設定部において設定される前記目標電圧へ近づくように前記目標電流設定信号を生成する目標電流設定信号生成部と
を含み、
前記目標電圧設定部は、前記目標電流設定信号が示す電流との間で、前記所定の関数により規定された関係を満たす前記第２端子の電圧を、前記目標電圧として設定する、
付記６に記載の電源装置。

１…交流系統ライン、２…太陽発電装置、３…蓄電池、４…負荷、５…トランス、７…直流バス、１０，２０，３０，４０…電源装置、１１…電力変換部、１２…制御部、１３…交流電圧検出部、１４…交流電流検出部、１５…直流電圧検出部、１２０…電圧制御部、１２２…目標電圧設定部、１２０１…目標電流設定信号生成部、１２０２…制御信号生成部。

Claims (5)

1. 複数台を並列に接続して運転可能な電源装置であって、
   第１端子において入力される電力を所定の形式の電力に変換して第２端子から出力する電力変換部と、
   前記第２端子の電圧を検出する電圧検出部と、
   前記第１端子若しくは前記第２端子において入力若しくは出力される電流若しくは電力と、前記電圧検出部において検出される前記第２端子の電圧とが、所定の関数によって規定された関係を持つように前記電力変換部を制御する制御部と
   を有し、
   前記所定の関数は、前記電圧検出部において検出される電圧が高くなるにつれて、前記第１端子から前記第２端子へ伝わる電力が連続的に小さくなり、前記電圧検出部において検出される電圧が低くなるにつれて、前記第１端子から前記第２端子へ伝わる電力が連続的に大きくなるように、前記第１端子若しくは前記第２端子において入力若しくは出力される電流若しく電力と前記電圧検出部において検出される前記第２端子の電圧との関係を規定する関数であり、
   前記電力変換部は、前記第１端子と前記第２端子との間で双方向に電力を伝えることが可能であり、
   前記制御部は、前記電圧検出部において検出された電圧が所定の第１基準電圧より低い場合には、前記第１端子から前記第２端子へ電力が伝わり、前記第１基準電圧と等しいか若しくは前記第１基準電圧より高い第２基準電圧と比べて前記検出された電圧が高い場合には、前記第２端子から前記第１端子へ電力が伝わり、前記検出された電圧と前記第１基準電圧又は前記第２基準電圧との電圧差が大きくなるにつれて、前記第１端子と前記第２端子との間を伝わる電力が前記所定の関数に従って連続的に大きくなり、前記電圧差が小さくなるにつれて、前記第１端子と前記第２端子との間を伝わる電力が前記所定の関数に従って連続的に小さくなるように前記電力変換部を制御する、
   電源装置。
2. 前記制御部は、前記検出された電圧が前記第１基準電圧以上かつ前記第２基準電圧以下の範囲にある場合、前記第１端子と前記第２端子との間を伝わる電力がゼロになるように前記電力変換部を制御する、
   請求項１に記載の電源装置。
3. 前記制御部は、
   入力される制御信号に応じて、前記所定の関数における定数を変更する、
   又は、
   入力される制御信号に応じて、複数の所定の関数から一の前記所定の関数を選択する、
   又は、
   入力される制御信号に含まれる関数の定義を示す情報に応じて、前記所定の関数を別の関数に変更する、
   請求項１又は２に記載の電源装置。
4. 前記制御部は、
   前記第１端子若しくは前記第２端子において入力若しくは出力される電流若しくは電力を示す信号に基づいて、当該信号が示す電流若しくは電力との間で、前記所定の関数により規定された関係を満たすように前記第２端子の目標電圧を設定する目標電圧設定部と、
   前記電圧検出部において検出される前記第２端子の電圧が、前記目標電圧設定部において設定される前記目標電圧へ近づくように、前記電力変換部を制御する電圧制御部と
   を含む、
   請求項１乃至３の何れか一項に記載の電源装置。
5. 前記電圧制御部は、
   入力される目標電流設定信号に応じた電流が前記第１端子若しくは前記第２端子において入力若しくは出力されるように前記電力変換部を制御する制御信号を生成する制御信号生成部と、
   前記電圧検出部において検出される前記第２端子の電圧が、前記目標電圧設定部において設定される前記目標電圧へ近づくように前記目標電流設定信号を生成する目標電流設定信号生成部と
   を含み、
   前記目標電圧設定部は、前記目標電流設定信号が示す電流との間で、前記所定の関数により規定された関係を満たす前記第２端子の電圧を、前記目標電圧として設定する、
   請求項４に記載の電源装置。