JP6602507B1 - 電力変換システム - Google Patents

Abstract

電力変換システム（１００）は、１台の電力変換装置（１）と、１又は複数台の電力変換装置（２）と、を備える。電力変換装置（１）は、電源（１１）の出力を基に、出力電圧を設定電圧に制御して負荷（３）に印加する電力変換器（１２）を備える。電力変換装置（１）は、電圧検出器（１４）が検出した第１電圧の検出値が設定電圧値となるように電力変換器（１２）を制御する。電力変換装置（２）は、電源（２１）の出力を基に、出力電流を設定電流に制御して負荷（３）に供給する電力変換器（２２）を備える。電力変換装置（２）は、第１電圧の検出値に基づいて電力変換器（２２）の動作を制御する。電力変換装置（１）は、第１電圧を変化させることで電力変換器（２２）の動作を制御する。

Description

本発明は、電源の出力を基に、負荷に電力を供給する電力変換装置を複数備えた電力変換システムに関する。

下記特許文献１には、それぞれの電源と共通の負荷との間に第１及び第２の電力変換装置が並列に接続される構成の電力変換システムにおいて、共通の負荷への電力供給を安定化させる技術が開示されている。

具体的に、特許文献１では、負荷から第１の電力変換装置への流入電力が検出された場合には、第２の電力変換装置と負荷との間の電力経路を遮断している。これにより、第１の電力変換装置から負荷への電力供給が保護機能により停止することが回避され、負荷への電力供給を安定化させている。

特開２０１５−００６０２９号公報

しかしながら、特許文献１では、電力経路を遮断するために、遮断器が必要とされる。従って、特許文献１の技術では、コストが増加し、システムの信頼性が低下するという問題がある。このため、遮断器を設けずに、負荷への電力供給を安定化させることが望まれている。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、遮断器を用いずに負荷への電力供給を安定化させることができる電力変換システムを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明に係る電力変換システムは、第１の電源と負荷との間に接続される１台の第１の電力変換装置と、第２の電源と負荷との間に、第１の電力変換装置と並列に接続される１又は複数台の第２の電力変換装置と、を備える。第１の電力変換装置は、第１の電源の出力を基に、出力電圧を設定電圧に制御して負荷に印加する第１の電力変換器と、第１の電力変換器と負荷との接続点の電圧である第１電圧を検出する第１の電圧検出器と、を備える。第１の電力変換装置は、第１の電圧検出器が検出した第１電圧の検出値が設定電圧値となるように第１の電力変換器の動作を制御する。第２の電力変換装置のそれぞれは、第２の電源の出力を基に、出力電流を設定電流に制御して負荷に供給する第２の電力変換器を備える。第２の電力変換装置は、第１電圧の検出値に基づいて第２の電力変換器の動作を制御する。第１の電力変換装置は、第１電圧を変化させることで第２の電力変換器の動作を制御する。

本発明に係る電力変換システムによれば、遮断器を用いずに負荷への電力供給を安定化させることができるという効果を奏する。

実施の形態１に係る電力変換システムの構成を示す図 実施の形態１に係る電力変換システムの出力電圧を制御するシーケンスをフローチャートで示した図 実施の形態１に係る電力変換システムの出力電圧を制御する動作を示すタイムチャート 実施の形態１における第１の電力変換器が出力する異常電圧の第１の例を示す図 実施の形態１における第１の電力変換器が出力する異常電圧の第２の例を示す図 実施の形態１における第１の電力変換器が出力する異常電圧の第３の例を示す図 実施の形態１における第１の電力変換器が出力する異常電圧の第４の例を示す図 実施の形態１における第１の電力変換器が出力する異常電圧の実効値の設定例を示す図 実施の形態２に係る電力変換システムの出力電圧を制御するシーケンスをフローチャートで示した図 実施の形態２に係る電力変換システムの出力電圧を制御する動作を示すタイムチャート 実施の形態３に係る電力変換システムの出力電圧の設定を切り替えるシーケンスをフローチャートで示した図 実施の形態３における電力変換器が出力する異常電圧の周波数の設定例を示す図 実施の形態１から３における第１及び第２の制御器の機能を実現するハードウェア構成の一例を示すブロック図 実施の形態１から３における第１及び第２の制御器の機能を実現するハードウェア構成の他の例を示すブロック図

以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態に係る電力変換システムについて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により、本発明が限定されるものではない。また、以下では、電気的な接続と物理的な接続とを区別せずに、単に「接続」と称して説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る電力変換システム１００の構成を示す図である。実施の形態１に係る電力変換システム１００は、図１に示すように、第１の電力変換装置である電力変換装置１と、第２の電力変換装置である電力変換装置２とを備える。

電力変換装置１は、第１の電源である電源１１と、共通の負荷である負荷３との間に接続される。電力変換装置１は、電源１１から出力される直流電力を交流電力に変換して負荷３に供給する。電源１１及び電力変換装置１は、電圧源として動作する。電力変換装置１は、電源１１の出力を基に、出力電圧を設定電圧に制御して負荷３に印加する。

電力変換装置２は、第２の電源である電源２１と、負荷３との間に接続される。電力変換装置２は、負荷３に対して電力変換装置１と並列に接続される。電力変換装置２は、電源２１から出力される直流電力を交流電力に変換して負荷３に供給する。電源２１及び電力変換装置２は、電流源として動作する。電力変換装置２は、電源２１の出力を基に、出力電流を設定電流に制御して負荷３に供給する。

電力変換装置１は、第１の電力変換器である電力変換器１２と、第１の制御器である制御器１３と、第１の電圧検出器である電圧検出器１４とを備える。電圧検出器１４は、電圧検出器１４と負荷３との間の接続点４０の電圧を検出する。以下、接続点４０の電圧を、適宜「第１電圧」と呼ぶ。なお、電圧検出器１４の接続箇所は、図示のように、接続点４０と同電位であれば、接続点４０以外の箇所でよい。

制御器１３は、電圧検出器１４が検出した第１電圧の検出値に基づいて電力変換器１２の出力電圧を制御する。より具体的に説明すると、制御器１３は、第１電圧の検出値が設定電圧値となるように電力変換器１２の動作を制御する。

電力変換装置２は、第２の電力変換器である電力変換器２２と、第２の制御器である制御器２３と、第２の電圧検出器である電圧検出器２４とを備える。電圧検出器２４は、接続点４０の電圧、即ち第１電圧を検出する。なお、電圧検出器２４の接続箇所は、図示のように、接続点４０と同電位であれば、接続点４０以外の箇所でよい。

制御器２３は、電圧検出器２４が検出した第１電圧の検出値に基づいて電力変換器２２の出力電流を制御する。より具体的に説明すると、制御器２３は、第１電圧の検出値が異常値の場合、電力変換器２２の動作を停止させる。また、制御器２３は、第１電圧の検出値が正常電圧値の場合、出力電流が設定電流になるように電力変換器２２の動作を制御する。

なお、電力変換器１２，２２の構成及び機能は公知であり、ここでの詳細な説明は割愛する。また、電力変換器１２の出力電圧を設定電圧に制御する制御器１３の構成及び機能、並びに、電力変換器２２の出力電流を設定電流に制御する制御器２３の構成及び機能も公知であり、ここでの詳細な説明は割愛する。何れの構成及び機能も上記特許文献１、特許文献１の明細書中で引用される特開２００２−３６９５４１号公報などに開示されており、これらの文献を参照されたい。

また、図１は、電力変換装置１，２のそれぞれが接続点４０の電圧を検出する構成である。図１の構成の場合、電力変換装置１，２の基本的な構成は同一であり、電力変換装置の構成の標準化を図ることができるという効果がある。

また、図１の構成に代えて、例えば、電力変換装置２は電圧検出器２４を備えず、電力変換装置１に具備される電圧検出器１４の検出値を制御器２３が受信するように構成してもよい。この構成の場合、電圧検出器２４を削減できる効果がある。電力変換装置２が複数の場合、電圧検出器の削減効果が大きくなる。

次に、実施の形態１に係る電力変換システム１００の要部の動作について、図１から図３の図面を参照して説明する。図２は、実施の形態１に係る電力変換システム１００の出力電圧を制御するシーケンスをフローチャートで示した図である。図３は、実施の形態１に係る電力変換システム１００の出力電圧を制御する動作を示すタイムチャートである。

まず、制御器１３は、電力変換器２２に対する停止指示があるか否かを判定する（ステップＳ１１）。

ここで、電力変換器２２に対する停止指示があるか否かの判定条件としては、以下の２つが例示できる。
（１）負荷３側から電力変換器１２への電力の流入を検出した場合
（２）電力変換器１２の内部の電圧上昇を検出した場合

また、上記（１）及び（２）の判定を行う前提として、電源１１が以下の（３）又は（４）の場合を想定する。
（３）電源１１が太陽電池である場合
（４）電源１１が蓄電池である場合において、蓄電池の充電状態によって蓄電池に対する充電ができない場合

電源１１が上記（３）又は（４）の場合において、電力変換器１２に電力が流入すると、当該電力の行き場がないので、電力変換器１２の内部の電圧が上昇してしまう。この状態が継続すると、電力変換器１２を停止せざるを得ない。このため、上記（１）又は（２）の条件が成立した場合を、電力変換器２２への停止指示があると判断して、以下の処理を行う。なお、（２）の条件が成立するか否かは、予め設定された判定値に基づいて行うことができる。判定値は、制御器１３の内部に保持されていてもよいし、外部から制御器１３に付与されるものであってもよい。

電力変換器２２への停止指示がある場合（ステップＳ１１，Ｙｅｓ）、制御器１３は、電力変換器１２から異常電圧が出力されるように電力変換器１２を制御する（ステップＳ１２）。

また、電力変換器２２への停止指示がない場合（ステップＳ１１，Ｎｏ）、制御器１３は、電力変換器１２から正常電圧が出力されるように電力変換器１２を制御する（ステップＳ１３）。

上記ステップＳ１２又はステップＳ１３の処理によって、図２のシーケンスは終了する。

図３には、正常電圧の出力状態から異常電圧の出力状態に移行するときの各部の波形の変化と、異常電圧の出力状態から正常電圧の出力状態に移行するときの各部の波形の変化とが示されている。図３の横軸は、時間である。図３において、Ｆ１１は電力変換器２２からの電流出力を停止するフェーズであり、Ｆ１２は、電力変換器２２からの電流出力を再開するフェーズである。

図３の例では、時刻ｔ１で電力変換器２２への停止指示が出力され、時刻ｔ２で電力変換器１２の出力が正常電圧から異常電圧に変更されている。異常電圧は、目標範囲外の電圧値である。電力変換器１２が出力する異常電圧は、電圧検出器２４で検出される。制御器２３は、電圧検出器２４の検出値が異常電圧であることを認識し、電力変換器２２の動作を停止する制御を行う。電力変換器２２は、保護機能の整定時間Ｔ１１が経過するまでの間に電流の出力を停止する。図３の例では、時刻ｔ２から整定時間Ｔ１１未満の時刻である時刻ｔ３に出力電流が停止されている。

また、図３の例では、時刻ｔ４で電力変換器２２への停止指示が解除され、時刻ｔ５で電力変換器１２の出力が異常電圧から正常電圧に変更されている。電力変換器１２が出力する正常電圧は、電圧検出器２４で検出される。制御器２３は、電圧検出器２４の検出値が異常電圧から正常電圧に変更されたことを認識し、電力変換器２２の動作を再開する制御を行う。電力変換器２２は、例えば復電タイマの整定時間Ｔ１２が経過するのを待って電流の出力を再開する。図３の例では、時刻ｔ５から整定時間Ｔ１２を超える時刻である時刻ｔ６に電流の出力が再開されている。

図４から図７は、異常電圧の例を示す図である。図４は、実施の形態１における電力変換器１２が出力する異常電圧の第１の例を示す図である。図４の例では、出力電圧波形のピークトゥピーク値がＶ１、１周期の時間がＴ１である正常電圧に対し、出力電圧波形の１周期の時間Ｔ１を同じとし、ピークトゥピーク値がＶ２（Ｖ２＞Ｖ１）の異常電圧の波形が示されている。このＶ２の値は、制御器２３が過電圧を検出するように出力電圧の実効値を上昇させた値である。この異常電圧は電圧検出器２４によって検出され、その検出値が制御器２３に送られる。制御器２３は、電圧検出器２４の検出値によって、出力電圧の過電圧を検出する。これにより、電力変換器２２は、動作を停止する。

図５は、実施の形態１における電力変換器１２が出力する異常電圧の第２の例を示す図である。図５の例では、出力電圧波形のピークトゥピーク値がＶ１、１周期の時間がＴ１である正常電圧に対し、出力電圧波形の１周期の時間Ｔ１を同じとし、ピークトゥピーク値がＶ３（Ｖ３＜Ｖ１）の異常電圧の波形が示されている。このＶ３の値は、制御器２３が不足電圧を検出するように出力電圧の実効値を低下させた値である。この異常電圧は電圧検出器２４によって検出され、その検出値が制御器２３に送られる。制御器２３は、電圧検出器２４の検出値によって、出力電圧の不足電圧を検出する。これにより、電力変換器２２は、動作を停止する。

図６は、実施の形態１における電力変換器１２が出力する異常電圧の第３の例を示す図である。図６の例では、出力電圧波形のピークトゥピーク値がＶ１、１周期の時間がＴ１である正常電圧に対し、出力電圧波形のピークトゥピーク値Ｖ１を同じとし、出力電圧波形の１周期の時間がＴ２（Ｔ２＜Ｔ１）の異常電圧の波形が示されている。このＴ２の値は、制御器２３が周波数上昇を検出するように出力電圧の周波数を上昇（図６の例では「周期を減少」）させた値である。この異常電圧は電圧検出器２４によって検出され、その検出値が制御器２３に送られる。制御器２３は、電圧検出器２４の検出値によって、出力電圧の周波数上昇を検出する。これにより、電力変換器２２は、動作を停止する。

図７は、実施の形態１における電力変換器１２が出力する異常電圧の第４の例を示す図である。図７の例では、出力電圧波形のピークトゥピーク値がＶ１、１周期の時間がＴ１である正常電圧に対し、出力電圧波形のピークトゥピーク値Ｖ１を同じとし、出力電圧波形の１周期の時間がＴ３（Ｔ３＞Ｔ１）の異常電圧の波形が示されている。このＴ３の値は、制御器２３が周波数低下を検出するように出力電圧の周波数を低下（図７の例では「周期を増加」）させた値である。この異常電圧は電圧検出器２４によって検出され、その検出値が制御器２３に送られる。制御器２３は、電圧検出器２４の検出値によって、出力電圧の周波数低下を検出する。これにより、電力変換器２２は、動作を停止する。

図８は、実施の形態１における電力変換器１２が出力する異常電圧の実効値の設定例を示す図である。図８には、電力変換器１２が出力する電圧の実効値に関する３つのレベルが破線で示されている。３つのレベルは、下方側から、正常電圧、系統過電圧の整定値及び異常電圧である。系統は、商用電源を意味する。

電力変換システム１００が商用電源に連系する場合、保護機能の整定値は、電力会社との連系協議により、電力変換器１２と電力変換器２２とで同じ値に設定されることが一般的である。ここでいう保護機能の整定値とは、系統過電圧、系統不足電圧、周波数上昇、周波数低下等を検出する際の整定値である。これらの整定値は、接続点４０の電圧である第１電圧の異常を判定する判定値として用いることができる。

図４の例のように、電力変換器１２の出力電圧の実効値を上昇させる場合、電力変換器１２に設定された系統過電圧の整定値が基準値とされる。実施の形態１では更に、電力変換装置１の制御誤差と、電力変換装置２の検出誤差とを考慮する。従って、実施の形態１において、電力変換器１２が出力する異常電圧の実効値は、図８に示されるように、系統過電圧の整定値に、電力変換装置１の制御誤差と電力変換装置２の検出誤差とを加算した値に設定される。このように、電力変換器１２の出力電圧の変化量は、系統過電圧の整定値を基準にして決定される。

図５から図７の例の場合も、図４の例と同様に設定される。具体的には、以下の通りである。

図５の例のように、電力変換器１２の出力電圧の実効値を低下させる場合、電力変換器１２に設定された系統不足電圧の整定値が基準値とされる。そして、この基準値から、電力変換装置１の制御誤差と、電力変換装置２の検出誤差とを減算した値が、電力変換器１２が出力する異常電圧の実効値として設定される。

また、図６の例のように、電力変換器１２の出力電圧の周波数を上昇させる場合、電力変換器１２に設定された周波数上昇の整定値が基準値とされる。そして、この基準値に対し、周波数に関する、電力変換装置１の制御誤差と電力変換装置２の検出誤差とを加算した値が、異常電圧の周波数として設定される。

また、図７の例のように、電力変換器１２の出力電圧の周波数を低下させる場合、電力変換器１２に設定された周波数低下の整定値が基準値とされる。そして、この基準値から、周波数に関する電力変換装置１の制御誤差と、周波数に関する電力変換装置２の検出誤差とを減算した値が、異常電圧の周波数として設定される。

以上説明したように、実施の形態１に係る電力変換システムによれば、第１の電力変換装置は、第１の電圧検出器が検出した第１電圧の検出値が設定電圧値となるように第１の電力変換器の動作を制御する。また、第１の電力変換器に並列に接続される第２の電力変換装置は、第１電圧の検出値に基づいて第２の電力変換器の動作を制御する。そして、第１の電力変換装置は、第１電圧を変化させるように制御することで第２の電力変換器の動作を制御する。これにより、第１の電力変換装置の制御対象ではない第２の電力変換器の動作を出力電圧の制御によって停止することができ、遮断器を用いずに、負荷への電力供給を安定化させることができる。

また、実施の形態１に係る電力変換システムによれば、第１の電力変換装置が負荷側からの電力の流入によって停止することを抑制しつつ、負荷への電力供給を継続することができる。これにより、負荷に供給する電力品質を向上することができる。

更に、実施の形態１に係る電力変換システムによれば、電力変換器に設定される保護機能の整定値に基づいて、異常電圧が設定される。これにより、正常電圧からの変化が必要最小限に抑制されるので、異常電圧によって負荷が停止するリスクを低減することができる。

なお、上記の実施の形態１では、電力変換装置２が１台の構成について説明しているが、電力変換装置２が２台以上接続される構成であってもよい。即ち、図１の構成において、１台の電力変換装置１は、１つ又は複数台の電力変換装置２と共に負荷３に接続されて動作する。電力変換装置２が２台以上の場合、２台目以降の電力変換装置２のそれぞれは、電流源として動作する１台目の電力変換装置２と同様の動作となる。従って、１台の電力変換装置１と、２台以上の電力変換装置２を有する電力変換システムでは、それぞれが遮断器を用いずに、電流源として動作する複数の電力変換装置２の動作を停止させることが可能となる。

実施の形態２．
図９は、実施の形態２に係る電力変換システム１００の出力電圧を制御するシーケンスをフローチャートで示した図である。図１０は、実施の形態２に係る電力変換システム１００の出力電圧を制御する動作を示すタイムチャートである。以下、図９及び図１０の図面を参照して、実施の形態２に係る電力変換システムの動作を説明する。なお、実施の形態２に係る電力変換システムの構成は、図１と同じである。

制御器１３は、電力変換器２２に対する停止指示があるか否かを判定する（ステップＳ２１）。電力変換器２２に対する停止指示があるか否かの判定条件は、実施の形態１と同様である。

電力変換器２２への停止指示がある場合（ステップＳ２１，Ｙｅｓ）、制御器１３は、電力変換器１２から異常電圧が出力されるように電力変換器１２を制御する（ステップＳ２２）。

制御器１３は、異常電圧の出力時間が予め定めた設定時間Ｔ２１を経過したか否かを判定する（ステップＳ２３）。異常電圧の出力時間が設定時間Ｔ２１を経過していなければ（ステップＳ２３，Ｎｏ）、ステップＳ２３の判定処理を続ける。

また、異常電圧の出力時間が設定時間Ｔ２１を経過している場合（ステップＳ２３，Ｙｅｓ）、制御器１３は、電力変換器１２から正常電圧が出力されるように電力変換器１２を制御する（ステップＳ２４）。

そして、制御器１３は、正常電圧の出力時間が予め定めた設定時間Ｔ２２を経過したか否かを判定する（ステップＳ２５）。正常電圧の出力時間が設定時間Ｔ２２を経過していなければ（ステップＳ２５，Ｎｏ）、ステップＳ２５の判定処理を続ける。

また、正常電圧の出力時間が設定時間Ｔ２２を経過している場合（ステップＳ２５，Ｙｅｓ）、図９のフローを終了する。但し、電力変換器２２への停止指示が継続されている場合には、ステップＳ２２からステップＳ２５の処理を繰り返す。

ステップＳ２１に戻り、電力変換器２２への停止指示がない場合（ステップＳ２１，Ｎｏ）、制御器１３は、電力変換器１２から正常電圧が出力されるように電力変換器１２を制御し（ステップＳ２６）、図９のフローを終了する。

以上のように、実施の形態２では、電力変換器２２への停止指示があっても、異常電圧は連続的には出力されず、異常電圧は周期的に出力される。この周期的に出力される点が、実施の形態１との相違点である。

図１０には、図９のシーケンスを適用して制御した場合の各部の波形の変化の様子が示されている。図１０の横軸は、時間である。図１０において、Ｆ２１は電力変換器２２からの電流出力を停止するフェーズであり、Ｆ２２は、電力変換器２２からの電流出力を再開するフェーズである。

図１０の例では、時刻ｔ１で電力変換器２２への停止指示が出力され、時刻ｔ２で電力変換器１２の出力が正常電圧から異常電圧に変更されている。電力変換器２２の制御器２３が異常電圧を認識して電力変換器２２の動作を停止する制御を行うことは、実施の形態１と同じである。電力変換器２２は、保護機能の整定時間Ｔ１１が経過するまでの間に電流の出力を停止する。図１０の例では、時刻ｔ２から整定時間Ｔ１１未満の時刻である時刻ｔ３に出力電流が停止されている。

図１０の例では、時刻ｔ５から時刻ｔ６の間、及び時刻ｔ７から時刻ｔ８の間では、異常電圧が出力されている。また、時刻ｔ４から時刻ｔ５の間、及び時刻ｔ６から時刻ｔ７の間では、正常電圧が出力されている。図１０に示されるように、正常電圧が出力される時間、即ち設定時間Ｔ２２は、復電タイマの整定時間Ｔ１２よりも短い。このため、電力変換器２２が動作して電流を出力することはない。

時刻ｔ８の後、時刻ｔ９で電力変換器２２への停止指示が解除されている。また、電力変換器１２の出力は、時刻ｔ８の時点で正常電圧に変更されている。このため、時刻ｔ８から復電タイマの整定時間Ｔ１２を超える時刻である時刻ｔ１０に電流の出力が再開されている。

電力変換システム１００が商用電源に連系する場合、保護機能の整定値は、電力会社との連系協議により、電力変換器１２と電力変換器２２とで同じ値に設定されることが一般的である。ここでいう保護機能の整定値とは、実施の形態１と同様であり、系統過電圧、系統不足電圧、周波数上昇、周波数低下等を検出する際の整定値である。なお、これらの整定値は、実施の形態１と同様に、接続点４０の電圧である第１電圧の異常を判定する判定値として用いることができる。

実施の形態２において、異常電圧を出力する設定時間Ｔ２１は、電力変換器１２及び電力変換器２２に設定された保護機能の整定時間Ｔ１１、電力変換装置１における制御遅れ時間、及び電力変換装置２における検出遅れ時間に基づいて設定することができる。また、正常電圧を出力する設定時間Ｔ２２は、電力変換器１２及び電力変換器２２に設定された復電タイマの整定時間Ｔ１２、電力変換装置１における制御遅れ時間、及び電力変換装置２における検出遅れ時間に基づいて設定することができる。

なお、異常電圧を出力する周期を予め設定しておけば、設定時間Ｔ２１及び設定時間Ｔ２２のうちの何れか１つの設定時間が決定されると、もう１つの設定時間も決定される。

以上説明したように、実施の形態２に係る電力変換システムによれば、第１の電力変換装置から異常電圧を出力する場合に、異常電圧を周期的に変化させる。これにより、異常電圧と正常電圧が交互に出力されるので、異常電圧を出力する時間を減らすことができ、異常電圧により負荷が停止するリスクを低減することができる。

また、実施の形態２に係る電力変換システムによれば、電力変換装置に設定された保護機能の整定時間及び復電タイマの整定時間に基づいて、異常電圧を出力する時間を設定することができる。これにより、異常電圧を出力する時間を最小限に抑えることができるので、異常電圧により負荷が停止するリスクを低減することができる。

実施の形態３．
図１１は、実施の形態３に係る電力変換システム１００の出力電圧の設定を切り替えるシーケンスをフローチャートで示した図である。図１２は、実施の形態３における電力変換器１２が出力する異常電圧の周波数の設定例を示す図である。以下、図１１及び図１２の図面を参照して、実施の形態３に係る電力変換システムの動作を説明する。なお、実施の形態３に係る電力変換システムの構成は、図１と同じである。

制御器１３は、商用電源の基準周波数が５０Ｈｚであるか否かを判定する（ステップＳ３１）。商用電源の基準周波数が５０Ｈｚである場合（ステップＳ３１，Ｙｅｓ）、ステップＳ３２に進む。また、商用電源の基準周波数が５０Ｈｚではない場合（ステップＳ３１，Ｎｏ）、ステップＳ３３に進む。

ステップＳ３１の判定処理について補足する。日本国の場合、商用電源の基準周波数は、５０Ｈｚか６０Ｈｚである。よって、日本国内に設置される電力変換システムの場合、ステップＳ３１の判定処理は、商用電源の基準周波数が、５０Ｈｚであるか、６０Ｈｚであるかの判定処理となる。商用電源の基準周波数に関する情報は、外部から電力変換装置１に付与されることでもよいし、商用電源に接続した際に、電力変換装置１が自動的に検出してもよい。電力変換装置１が自動的に検出する場合、商用電源の基準周波数が５０Ｈｚであるか、６０Ｈｚであるかの判定は、電圧検出器１４の検出値に基づいて行うことができる。

図１１に戻り、商用電源の基準周波数が５０Ｈｚの場合（ステップＳ３１，Ｙｅｓ）、制御器１３は、電力変換器１２を制御して、異常電圧の周波数を異常周波数ｆ１に設定する（ステップＳ３２）。

また、商用電源の基準周波数が６０Ｈｚの場合（ステップＳ３１，Ｎｏ）、制御器１３は、電力変換器１２を制御して、異常電圧の周波数を異常周波数ｆ２に設定する（ステップＳ３３）。

図１２には、実施の形態３における電力変換器１２が出力する出力電圧の周波数に関する６つのレベルが破線で示されている。６つのレベルは、下方側から、正常電圧（５０Ｈｚ）、周波数上昇整定値（５０Ｈｚ）、異常電圧（５０Ｈｚ）、異常電圧（６０Ｈｚ）、周波数低下整定値（６０Ｈｚ）及び正常電圧（６０Ｈｚ）である。

商用電源の基準周波数が５０Ｈｚの場合、異常電圧の周波数は、電力変換装置２に設定された周波数上昇整定値（５０Ｈｚ）に、電力変換装置２の周波数に関する検出誤差と、電力変換装置１の周波数に関する制御誤差とを加算した値に設定される。

商用電源の基準周波数が６０Ｈｚの場合、異常電圧の周波数は、電力変換装置２に設定された周波数低下整定値（６０Ｈｚ）から、電力変換装置１の周波数に関する制御誤差と、電力変換装置２の周波数に関する検出誤差とを減算した値に設定される。これにより、５０Ｈｚの場合の異常電圧の周波数及び６０Ｈｚの場合の異常電圧の周波数は、５０Ｈｚの場合の正常電圧の周波数と、６０Ｈｚの場合の正常電圧の周波数との間に設定される。

実施の形態３に係る電力変換システムによれば、負荷３が５０Ｈｚ及び６０Ｈｚに対応する場合、５０Ｈｚから６０Ｈｚの間の周波数であれば負荷３は正常に動作すると考えられる。このため、図１２の例のように、異常電圧の周波数を５０Ｈｚから６０Ｈｚの間で変化させるようにする。これにより、異常電圧により負荷３が動作停止するリスクを低減することができる。

また、上記の実施の形態１から３では、電圧源として動作する電力変換装置１が出力する電圧の実効値又は周波数を変化させ、系統連系規程に従った保護機能により、電流源として動作する電力変換装置２を停止させる方法（以下「第１の方法」と呼ぶ）について説明した。ここで、系統連系規程に従った保護機能とは、交流過電圧、交流不足電圧、周波数上昇、周波数低下の保護機能である。

上記の第１の方法に代えて、系統連系規程に従った、単独運転検出の防止機能を利用して、電流源として動作する電力変換装置２を停止させる方法（以下「第２の方法」と呼ぶ）を採用してもよい。

また、上記の第１及び第２の方法に代えて、系統連系規程に従った、逆電力検出等の保護機能を利用して、電流源として動作する電力変換装置２を停止させる方法（以下「第３の方法」と呼ぶ）を採用してもよい。

また、上記の第１から第３の方法に代えて、電力変換装置の独自の仕様による保護機能を利用して、電流源として動作する電力変換装置２を停止させる方法（以下「第４の方法」と呼ぶ）を採用してもよい。独自の仕様による保護機能では、例えば出力電圧の位相を変化させた異常電圧を生成してもよいし、出力電圧に高調波を加えた異常電圧を生成してもよい。

また、上記の第１から第４の方法で用いる保護機能の１つ又は複数を組み合わせた方法でもよい。この場合、電圧源として動作する電力変換装置１は、電圧の実効値、周波数、位相又は高調波の１つ又は複数を組み合わせた異常電圧を生成する。

更に、上記の実施の形態１から３では、複数の電力変換装置１，２と共通の負荷３とが、交流の電力経路によって並列接続される構成であるが、直流の電力経路によって並列接続される構成でもよい。この構成の場合、複数の電力変換装置１，２の接続点と共通の負荷３との間に直流を交流に変換する電力変換装置を設ければ、交流負荷である負荷３に対して交流電力の供給が可能となる。

なお、電力変換装置１，２のそれぞれに接続される電源１１，２１は、定置型蓄電池、車載蓄電池、定置型燃料電池、車載燃料電池、太陽電池といった分散型電源の何れであってもよい。

最後に、実施の形態１から３における制御器１３，２３の機能を実現するためのハードウェア構成について、図１３及び図１４の図面を参照して説明する。図１３は、実施の形態１から３における制御器１３，２３の機能を実現するハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図１４は、実施の形態１から３における制御器１３，２３の機能を実現するハードウェア構成の他の例を示すブロック図である。

実施の形態１における制御器１３，２３の機能の全部又は一部を実現する場合には、図１３に示されるように、演算を行うプロセッサ２００、プロセッサ２００によって読みとられるプログラムが保存されるメモリ２０２、及び信号入出力用のインタフェース２０４を含む構成とすることができる。

プロセッサ２００は、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、又はＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）といった演算手段であってもよい。また、メモリ２０２には、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ＥＰＲＯＭ）といった不揮発性又は揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）を例示することができる。

メモリ２０２には、制御器１３，２３の機能の全部又は一部を実行するプログラムが格納されている。また、メモリ２０２には、上述した保護機能の整定値、保護機能の整定時間が保持される。プロセッサ２００は、インタフェース２０４を介して必要な情報を授受し、メモリ２０２に格納されたプログラムをプロセッサ２００が実行することにより、電力変換器１２又は電力変換器２２を制御する。

また、図１３に示すプロセッサ２００及びメモリ２０２は、図１４のように処理回路２０３に置き換えてもよい。処理回路２０３は、単一回路、複合回路、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、又は、これらを組み合わせたものが該当する。その他にも、処理回路２０３は、アナログ回路、デジタル回路等の電気回路素子などで構成してもよい。

なお、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１，２ 電力変換装置、３ 負荷、１１，２１ 電源、１２，２２ 電力変換器、１３，２３ 制御器、１４，２４ 電圧検出器、４０ 接続点、１００ 電力変換システム、２００ プロセッサ、２０２ メモリ、２０３ 処理回路、２０４ インタフェース。

Claims (26)

1. 第１の電源と負荷との間に接続される１台の第１の電力変換装置と、第２の電源と前記負荷との間に、前記第１の電力変換装置と並列に接続される１又は複数台の第２の電力変換装置と、を備え、
   第１の電力変換装置及び第２の電力変換装置のそれぞれは、負荷に直流電力を供給する電力変換システムであって、
   前記第１の電力変換装置は、
   前記第１の電源の出力を基に、出力電圧を設定電圧に制御して前記負荷に印加する第１の電力変換器と、
   前記第１の電力変換器と前記負荷との接続点の電圧である第１電圧を検出する第１の電圧検出器と、
   を備え、
   前記第１の電圧検出器が検出した前記第１電圧の検出値が設定電圧値となるように前記第１の電力変換器の動作を制御し、
   前記第２の電力変換装置のそれぞれは、
   前記第２の電源の出力を基に、出力電流を設定電流に制御して前記負荷に供給する第２の電力変換器を備え、
   前記第１電圧の検出値に基づいて前記第２の電力変換器の動作を制御し、
   前記第１の電力変換装置は、前記第１電圧を変化させることで前記第２の電力変換器の動作を停止する
   ことを特徴とする電力変換システム。
2. 前記第２の電力変換装置のそれぞれは、
   前記第１電圧を検出する第２の電圧検出器を備え、
   前記第２の電圧検出器が検出した前記第１電圧の検出値に基づいて前記第２の電力変換器の動作を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換システム。
3. 前記第２の電力変換装置のそれぞれは、
   前記第１電圧が異常の場合は、前記第２の電力変換器の動作を停止させ、
   前記第１電圧が正常の場合は、前記第２の電力変換器から設定電流が出力されるように前記第２の電力変換器を制御する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電力変換システム。
4. 前記第１の電力変換装置は、前記第２の電力変換器から前記第１の電力変換器に電力が流入したときに、前記第１電圧を変化させる
   ことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の電力変換システム。
5. 前記第１の電力変換装置は、前記第１電圧の異常を判定するための判定値を有し、
   前記判定値を基準にして、前記第１電圧を変化させる変化量を決定する
   ことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の電力変換システム。
6. 前記第１の電力変換装置は、前記第１電圧を変化させる場合には、前記第１電圧を連続的又は周期的に変化させる
   ことを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の電力変換システム。
7. 前記第１電圧を周期的に変化させる場合、
   前記第１の電力変換装置は、前記第１電圧の異常を判定する際に用いる整定時間に基づいて、前記第１電圧を変化させる時間及び変化させない時間のうちの少なくとも１つを決定する
   ことを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の電力変換システム。
8. 第１の電源と負荷との間に接続される１台の第１の電力変換装置と、第２の電源と前記負荷との間に、前記第１の電力変換装置と並列に接続される１又は複数台の第２の電力変換装置と、を備える電力変換システムであって、
   前記第１の電力変換装置は、前記第１の電源の出力を基に、出力電圧を設定電圧に制御して前記負荷に印加する第１の電力変換器と、
   前記第１の電力変換器と前記負荷との接続点の電圧である第１電圧を検出する第１の電圧検出器と、
   を備え、
   前記第１の電圧検出器が検出した前記第１電圧の検出値が設定電圧値となるように前記第１の電力変換器の動作を制御し、
   前記第２の電力変換装置のそれぞれは、前記第２の電源の出力を基に、出力電流を設定電流に制御して前記負荷に供給する第２の電力変換器を備え、
   前記第１電圧の検出値に基づいて前記第２の電力変換器の動作を制御し、
   前記第１の電力変換装置は、前記第１電圧を変化させることで前記第２の電力変換器の動作を停止し、
   前記第１の電力変換装置は、商用電源に連系可能な電力変換装置であって、
   商用電源と連系する際に前記第１電圧で商用電源の異常を判定するための判定値を有し、
   前記判定値を基準にして、前記第１電圧の実効値、周波数、位相及び高調波のうちの１つ又は複数の変化量を決定する
   ことを特徴とする電力変換システム。
9. 前記第２の電力変換装置のそれぞれは、
   前記第１電圧を検出する第２の電圧検出器を備え、
   前記第２の電圧検出器が検出した前記第１電圧の検出値に基づいて前記第２の電力変換器の動作を制御する
   ことを特徴とする請求項８に記載の電力変換システム。
10. 前記第２の電力変換装置のそれぞれは、
    前記第１電圧が異常の場合は、前記第２の電力変換器の動作を停止させ、
    前記第１電圧が正常の場合は、前記第２の電力変換器から設定電流が出力されるように前記第２の電力変換器を制御する
    ことを特徴とする請求項８又は９に記載の電力変換システム。
11. 前記第１の電力変換器は、前記第１の電源の出力を基に、直流電力を交流電力に変換して前記負荷に供給し、
    前記第１の電力変換装置は、前記第１電圧の実効値、周波数、位相及び高調波のうちの１つ又は複数を変化させる
    ことを特徴とする請求項８から１０の何れか１項に記載の電力変換システム。
12. 前記第１の電力変換装置は、前記第２の電力変換器から前記第１の電力変換器に電力が流入したときに、前記第１電圧を変化させる
    ことを特徴とする請求項８から１１の何れか１項に記載の電力変換システム。
13. 第１の電源と負荷との間に接続される１台の第１の電力変換装置と、第２の電源と前記負荷との間に、前記第１の電力変換装置と並列に接続される１又は複数台の第２の電力変換装置と、を備える電力変換システムであって、
    前記第１の電力変換装置は、前記第１の電源の出力を基に、出力電圧を設定電圧に制御して前記負荷に印加する第１の電力変換器と、
    前記第１の電力変換器と前記負荷との接続点の電圧である第１電圧を検出する第１の電圧検出器と、
    を備え、
    前記第１の電圧検出器が検出した前記第１電圧の検出値が設定電圧値となるように前記第１の電力変換器の動作を制御し、
    前記第２の電力変換装置のそれぞれは、前記第２の電源の出力を基に、出力電流を設定電流に制御して前記負荷に供給する第２の電力変換器を備え、
    前記第１電圧の検出値に基づいて前記第２の電力変換器の動作を制御し、
    前記第１の電力変換装置は、前記第１電圧を変化させることで前記第２の電力変換器の動作を停止し、
    前記第１の電力変換装置は、前記第１電圧を変化させる場合には、前記第１電圧を周期的に変化させる
    ことを特徴とする電力変換システム。
14. 前記第２の電力変換装置のそれぞれは、
    前記第１電圧を検出する第２の電圧検出器を備え、
    前記第２の電圧検出器が検出した前記第１電圧の検出値に基づいて前記第２の電力変換器の動作を制御する
    ことを特徴とする請求項１３に記載の電力変換システム。
15. 前記第２の電力変換装置のそれぞれは、
    前記第１電圧が異常の場合は、前記第２の電力変換器の動作を停止させ、
    前記第１電圧が正常の場合は、前記第２の電力変換器から設定電流が出力されるように前記第２の電力変換器を制御する
    ことを特徴とする請求項１３又は１４に記載の電力変換システム。
16. 前記第１の電力変換器は、前記第１の電源の出力を基に、直流電力を交流電力に変換して前記負荷に供給し、
    前記第１の電力変換装置は、前記第１電圧の実効値、周波数、位相及び高調波のうちの１つ又は複数を変化させる
    ことを特徴とする請求項１３から１５の何れか１項に記載の電力変換システム。
17. 前記第１の電力変換装置は、前記第２の電力変換器から前記第１の電力変換器に電力が流入したときに、前記第１電圧を変化させる
    ことを特徴とする請求項１３から１６の何れか１項に記載の電力変換システム。
18. 前記第１の電力変換装置は、前記第１電圧の異常を判定するための判定値を有し、
    前記判定値を基準にして、前記第１電圧を変化させる変化量を決定する
    ことを特徴とする請求項１３から１７の何れか１項に記載の電力変換システム。
19. 前記第１電圧を周期的に変化させる場合、
    前記第１の電力変換装置は、前記第１電圧の異常を判定する際に用いる整定時間に基づいて、前記第１電圧を変化させる時間及び変化させない時間のうちの少なくとも１つを決定する
    ことを特徴とする請求項１３から１８の何れか１項に記載の電力変換システム。
20. 第１の電源と負荷との間に接続される１台の第１の電力変換装置と、第２の電源と前記負荷との間に、前記第１の電力変換装置と並列に接続される１又は複数台の第２の電力変換装置と、を備える電力変換システムであって、
    前記第１の電力変換装置は、前記第１の電源の出力を基に、出力電圧を設定電圧に制御して前記負荷に印加する第１の電力変換器と、
    前記第１の電力変換器と前記負荷との接続点の電圧である第１電圧を検出する第１の電圧検出器と、
    を備え、
    前記第１の電圧検出器が検出した前記第１電圧の検出値が設定電圧値となるように前記第１の電力変換器の動作を制御し、
    前記第２の電力変換装置のそれぞれは、前記第２の電源の出力を基に、出力電流を設定電流に制御して前記負荷に供給する第２の電力変換器を備え、
    前記第１電圧の検出値に基づいて前記第２の電力変換器の動作を制御し、
    前記第１の電力変換装置は、前記第１電圧を変化させることで前記第２の電力変換器の動作を停止し、
    前記第１の電力変換器は、前記第１の電源の出力を基に、直流電力を交流電力に変換して前記負荷に供給し、
    前記第１の電力変換装置は、前記第１電圧の実効値、周波数、位相及び高調波のうちの１つ又は複数を変化させ、
    前記第１の電力変換装置は、複数の異なる周波数の商用電源に連系可能な電力変換装置であって、
    前記第１電圧の周波数を変化させる場合に、商用電源の周波数に基づいて、前記第１電圧の周波数を変化させる変化量及び向きを決定する
    ことを特徴とする電力変換システム。
21. 前記第２の電力変換装置のそれぞれは、
    前記第１電圧を検出する第２の電圧検出器を備え、
    前記第２の電圧検出器が検出した前記第１電圧の検出値に基づいて前記第２の電力変換器の動作を制御する
    ことを特徴とする請求項２０に記載の電力変換システム。
22. 前記第２の電力変換装置のそれぞれは、
    前記第１電圧が異常の場合は、前記第２の電力変換器の動作を停止させ、
    前記第１電圧が正常の場合は、前記第２の電力変換器から設定電流が出力されるように前記第２の電力変換器を制御する
    ことを特徴とする請求項２０又は２１に記載の電力変換システム。
23. 前記第１の電力変換装置は、前記第２の電力変換器から前記第１の電力変換器に電力が流入したときに、前記第１電圧を変化させる
    ことを特徴とする請求項２０から２２の何れか１項に記載の電力変換システム。
24. 前記第１の電力変換装置は、前記第１電圧の異常を判定するための判定値を有し、
    前記判定値を基準にして、前記第１電圧を変化させる変化量を決定する
    ことを特徴とする請求項２０から２３の何れか１項に記載の電力変換システム。
25. 前記第１の電力変換装置は、前記第１電圧を変化させる場合には、前記第１電圧を連続的又は周期的に変化させる
    ことを特徴とする請求項２０から２４の何れか１項に記載の電力変換システム。
26. 前記第１電圧を周期的に変化させる場合、
    前記第１の電力変換装置は、前記第１電圧の異常を判定する際に用いる整定時間に基づいて、前記第１電圧を変化させる時間及び変化させない時間のうちの少なくとも１つを決定する
    ことを特徴とする請求項２０から２５の何れか１項に記載の電力変換システム。

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