JP6890303B2 - 電力変換装置、電力変換システム、及び直流電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力変換装置、電力変換システム、及び直流電源装置に関し、特に、直流を交流に変換する電力変換装置、電力変換システム、及び直流電源装置に関する。

従来、分散電源を系統連系するパワーコンディショナと、追加電源を増設するための追加ユニットとを備えた電力制御システムがあった（例えば特許文献１参照）。

パワーコンディショナは、分散電源が出力する電力の電圧を昇圧又は降圧するＤＣ／ＤＣコンバータと、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力を交流に変換するインバータと、ＤＣ／ＤＣコンバータ及びインバータの出力を制御するパワコン制御部と、を備える。インバータの出力端には系統及び負荷が接続されており、インバータは系統と連系して負荷に電力を供給する。

追加ユニットは、追加の分散電源が出力する電力の電圧を昇圧又は降圧するＤＣ／ＤＣコンバータと、ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する追加制御部と、を備えている。追加ユニットのＤＣ／ＤＣコンバータの出力端は、パワーコンディショナにおいてＤＣ／ＤＣコンバータとインバータとの接続箇所であるＤＣ中間リンク部分に電気的に接続される。

パワコン制御部は、ＤＣ中間リンク部分の電圧を監視し、監視結果に基づいてパワーコンディショナ及び追加ユニットのＤＣ／ＤＣコンバータのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御を行っている。

特開２０１５−１２２９０６号公報

上述の電力制御システムでは、追加ユニット（直流電源装置）に接続される追加電源が、系統への逆潮流が許容されていない電源（例えば蓄電池など）である場合がある。追加電源が出力（蓄電池の場合は放電）している場合、追加制御部は、電力制御システム全体で系統への逆潮流が発生しないように、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力を制限する制御を行う。また、系統から電力が供給（順潮流）されている場合、追加制御部は、電力制御システム全体で系統への逆潮流が発生しない範囲で、蓄電池の放電を緩和する制御を行い、逆潮流の状態が常時継続しないようにＤＣ／ＤＣコンバータの出力を制御する。

パワーコンディショナのインバータは系統に接続されているが、追加ユニットはパワーコンディショナのＤＣ中間リンク部分に接続されている。そのため、系統への逆潮流電力を検出するための電流センサとパワーコンディショナとの距離に比べて、電流センサと追加ユニットとの距離の方が長くなる可能性が高い。したがって、系統への逆潮流電力を検出するための電流センサと追加制御部との間を接続する電線の配線作業に手間がかかり、また電線の配線経路によって追加ユニットの設置位置が制約を受けるという問題があった。

本発明の目的は、直流電源装置の設置場所の自由度を高めることができる電力変換装置、電力変換システム、及び直流電源装置を提供することにある。

本発明の一態様の電力変換装置は、直流電力を出力する複数の直流電源装置が接続される直流線路から入力される前記直流電力を交流電力に変換して交流電力系統に出力するインバータ回路と、前記インバータ回路を制御するインバータ制御回路と、を備える。
前記複数の直流電源装置の各々は、蓄電池に接続され前記蓄電池と前記直流線路との間で双方向に電圧変換を行う双方向コンバータ回路を有する充放電装置を含む。前記インバータ制御回路は、前記複数の直流電源装置の各々に、出力の目標値を含む電力情報を通信により送信する。前記インバータ制御回路は、前記複数の直流電源装置の出力の総和が、前記交流電力系統との間で双方向に流れる潮流電力に応じた値となるように、前記複数の直流電源装置のそれぞれに送信する前記目標値を決定する。

本発明の一態様の電力変換システムは、前記電力変換装置と、前記電力変換装置の前記直流線路に前記直流電力を出力する前記直流電源装置と、を備える。

本発明の一態様の直流電源装置は、直流線路から入力される直流電力を交流電力に変換して交流電力系統に出力する前記電力変換装置に前記直流線路を介して前記直流電力を出力する直流電源装置である。前記直流電源装置は、第１接続部と、第２接続部と、コンバータ回路と、受信部と、コンバータ制御部と、を備える。前記第１接続部は直流電源に接続される。前記第２接続部は、前記電力変換装置に前記直流線路を介して接続される。前記コンバータ回路は、前記第１接続部と前記第２接続部との間で直流電圧の電圧値を変換する。前記受信部は、前記交流電力系統との間で双方向に流れる潮流電力と前記潮流電力に応じた前記コンバータ回路の出力の目標値との少なくとも一方を含む電力情報を前記電力変換装置から通信により受信する。前記コンバータ制御部は、前記受信部が受信した前記電力情報に基づいて前記コンバータ回路を制御する。

本発明によれば、直流電源装置の設置場所の自由度を高めることができる電力変換装置、電力変換システム、及び直流電源装置を提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る電力変換システムのシステム構成図である。 図２は、本発明の一実施形態の変形例１に係る電力変換システムのシステム構成図である。

以下に説明する実施形態は、本発明の種々の実施形態の一つに過ぎない。本発明の実施形態は、下記実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外も含み得る。また、下記の実施形態は、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。

（１）構成
図１は、本実施形態に係る電力変換システム１のシステム構成図である。

本実施形態の電力変換システム１は、発電装置として太陽光発電装置１１が設置された需要家施設１０に設けられている。電力変換システム１は、交流電力系統１００と系統連系されており、需要家施設１０内の交流電力系統１００に接続される負荷５に対して電力を供給する。また、電力変換システム１は、太陽光発電装置１１で発電された発電電力が負荷５の消費電力を上回る場合に、発電電力の余剰分を交流電力系統１００に出力（逆潮流）する。ここにおいて、需要家施設１０は、エネルギー資源の供給事業者からエネルギー資源の供給を受ける需要家の施設である。本実施形態では、戸建住宅を需要家施設１０の一例として説明する。

電力変換システム１は、電力変換装置２の直流線路ＤＣ１に電気的に接続される直流電源装置３と、直流線路ＤＣ１から入力される直流電力を交流電力に変換する電力変換装置２と、を備える。

直流電源装置３には蓄電池ユニット１２が接続されている。直流電源装置３は、蓄電池ユニット１２から入力（放電）される直流電圧の電圧値を変換して直流線路ＤＣ１に出力する。また、直流電源装置３は、直流線路ＤＣ１から入力される直流電圧の電圧値を変換して蓄電池ユニット１２に出力、すなわち蓄電池ユニット１２を充電する。

次に、電力変換システム１の各部の構成を説明する。

（１．１）電力変換装置
電力変換装置２は、太陽光発電装置１１から入力される直流電圧の電圧値を変換して直流線路ＤＣ１に出力するＤＣ／ＤＣコンバータ２１と、直流線路ＤＣ１から入力される直流電力を交流電力に変換するＤＣ／ＡＣコンバータ２２と、を備える。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は、第１コンバータ回路２１１（電力変換装置のコンバータ回路）と、第１制御処理部２１２（電力変換装置のコンバータ制御部）と、第１計測部２１３と、を備える。

第１コンバータ回路２１１は、例えば昇圧型のチョッパ回路を備え、太陽光発電装置１１から入力される直流電圧を所定の電圧値（例えばＤＣ３００Ｖ）の直流電圧に変換して直流線路ＤＣ１に出力する。第１コンバータ回路２１１のスイッチング素子は、第１制御処理部２１２から入力される制御信号（ＰＷＭ信号）によってＰＷＭ制御される。第１コンバータ回路２１１は、直流電圧の電圧値を変換する変換回路であればよく、降圧型、昇降圧型のチョッパ回路でもよい。

第１計測部２１３は、例えば、第１コンバータ回路２１１から直流線路ＤＣ１に出力される出力電流を検出するための電流センサ（例えば、ホール素子、電流検出用の抵抗器など）を備えている。第１計測部２１３は、所定のサンプリング間隔（例えば数ｍＳの時間間隔）で、第１コンバータ回路２１１の出力電流を計測する。

第１制御処理部２１２は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）とメモリとを有するマイクロコンピュータを備えている。ＣＰＵがメモリに格納されているプログラムを実行することによって、第１制御処理部２１２の機能が実現される。ＣＰＵが実行するプログラムは、例えば、マイクロコンピュータのメモリにあらかじめ記憶されているが、インターネットなどの電気通信回線を通じて提供されてもよいし、メモリカード等の記録媒体に記録されて提供されてもよい。

第１制御処理部２１２は、システム管理部２２３から入力される電力情報に基づいて、第１コンバータ回路２１１の出力を制御する。システム管理部２２３から入力される電力情報は、例えば、システム管理部２２３によって決定された第１コンバータ回路２１１の出力電流の目標値である。第１制御処理部２１２は、電力情報である出力電流の目標値に、第１コンバータ回路２１１の出力電流が一致するように、第１コンバータ回路２１１が備えるスイッチング素子をＰＷＭ制御するための制御信号（ＰＷＭ信号）を第１コンバータ回路２１１に出力する。第１制御処理部２１２は、第１計測部２１３の計測結果をもとに出力電流を求め、出力電流が目標値に一致するようにＰＷＭ制御を行うための制御信号を第１コンバータに出力する動作を、所定の時間間隔で繰り返し行う。

ここで、システム管理部２２３から第１制御処理部２１２には所定の時間間隔（例えば１００ｍＳ間隔）で電力情報が入力されており、この時間間隔は第１制御処理部２１２が第１コンバータ回路２１１に制御信号を出力する時間間隔よりも長い。換言すれば、第１制御処理部２１２が第１コンバータ回路２１１に制御信号を出力する時間間隔は、システム管理部２２３から第１制御処理部２１２に電力情報が入力される時間間隔よりも短い。したがって、第１制御処理部２１２は、電力情報が入力される時間間隔よりも短い時間間隔で第１コンバータ回路２１１の出力を制御でき、制御の応答性が向上する。また、第１制御処理部２１２が第１コンバータ回路２１１に制御信号を出力する時間間隔よりも、システム管理部２２３から第１制御処理部２１２に電力情報が入力される時間間隔の方が長いので、電力情報の送信回数を減らして通信トラフィックを低減できる。

ＤＣ／ＡＣコンバータ２２は、インバータ回路２２０と、インバータ制御回路２２１とを備える。

インバータ回路２２０は、例えばフルブリッジ方式のインバータ回路であり、直流線路ＤＣ１から入力される直流電力を交流電力に変換する。インバータ回路２２０は、交流電力系統１００と連系して負荷５に交流電力を供給する動作と、交流電力系統１００に交流電力を出力する動作と、の少なくとも一方を行う。インバータ回路２２０は、フルブリッジ型のインバータ回路に限定されず、ハーフブリッジ型のインバータ回路でもよい。

インバータ制御回路２２１は、インバータ制御処理部２２２とシステム管理部２２３とを備える。インバータ制御回路２２１は全体としてインバータ回路２２０を制御する。

インバータ制御処理部２２２は、システム管理部２２３から入力される制御信号に基づいて、インバータ回路２２０の出力を制御する。インバータ制御処理部２２２は、例えば、ＣＰＵとメモリとを有するマイクロコンピュータを備えている。ＣＰＵがメモリに格納されているプログラムを実行することによって、インバータ制御処理部２２２の機能が実現される。ＣＰＵが実行するプログラムは、例えば、マイクロコンピュータのメモリにあらかじめ記憶されているが、インターネットなどの電気通信回線を通じて提供されてもよいし、メモリカード等の記録媒体に記録されて提供されてもよい。

システム管理部２２３は、電力変換システム１の全体的な制御を行っており、第１コンバータ回路２１１及びインバータ回路２２０と直流電源装置３が有する第２コンバータ回路３１（直流電源装置のコンバータ回路）の動作を制御する。システム管理部２２３は、例えば、ＣＰＵとメモリとを有するマイクロコンピュータを備えている。ＣＰＵがメモリに格納されているプログラムを実行することによって、システム管理部２２３の機能が実現される。ＣＰＵが実行するプログラムは、例えば、マイクロコンピュータのメモリにあらかじめ記憶されているが、インターネットなどの電気通信回線を通じて提供されてもよいし、メモリカード等の記録媒体に記録されて提供されてもよい。なお、システム管理部２２３とインバータ制御処理部２２２とは１つのマイクロコンピュータで実現されてもよい。

また、システム管理部２２３は、通信部２２４と、計測部２２５と、制御指令部２２６とを備えている。

通信部２２４は、直流電源装置３との間で無線通信により通信を行う。通信部２２４は、無線局の免許が不要な小電力無線の通信モジュールを備えている。この種の小電力無線については、用途などに応じて使用する周波数帯域や空中線電力などの仕様が各国で規定されている。日本国においては、９２０ＭＨｚ帯、４２０ＭＨｚ帯、２．４ＧＨｚ帯、５ＧＨｚ帯などの電波を使用する小電力無線（特定小電力無線）が規定されている。なお、通信部２２４は、小電力無線の通信インタフェースに限定されず、適宜変更が可能であり、例えばＺｉｇＢｅｅ（登録商標）規格に準拠した通信インタフェース、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）規格に準拠した通信インタフェースなどでもよい。

また、通信部２２４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の第１制御処理部２１２と通信する機能も備えている。通信部２２４と第１制御処理部２１２との通信は有線方式でも無線方式でもよい。

計測部２２５は、電流センサ２２７を用いて、交流電力系統１００と需要家設備Ｆ１との間を接続する電路に流れる電流Ｉ１を計測する。電流センサ２２７は、カレントトランス、ホール素子などである。例えば、需要家施設Ｆ１には、主幹ブレーカ及び分岐ブレーカを収納する分電盤などの受電設備が設置されており、分岐ブレーカによって分岐される分岐回路に負荷５が接続されている。電流センサ２２７は、交流電力系統１００と受電設備とを接続する電路に流れる電流Ｉ１を計測しており、受電設備よりも交流電力系統１００側で電流Ｉ１を計測しているので、電流Ｉ１の計測値をもとに潮流電力（順潮流電力、逆潮流電力）を求めることができる。

制御指令部２２６は、計測部２２５によって計測された電流Ｉ１の極性をもとに、交流電力系統１００から電力が入力されている状態（買電状態）か、交流電力系統１００に電力を出力している状態（売電状態）かを判断する。そして、制御指令部２２６は、買電状態の場合は電流Ｉ１の電流値をもとに交流電力系統１００からの入力電力を求め、売電状態の場合は電流Ｉ１の電流値をもとに交流電力系統１００への出力電力を求める。ここにおいて、交流電力系統１００から需要家施設Ｆ１に流れる電力を「順潮流電力」といい、需要家施設Ｆ１から交流電力系統１００に流れる電力を「逆潮流電力」という。また、順潮流電力と逆潮流電力とをまとめて「潮流電力」という。潮流電力とは、交流電力系統１００と需要家施設Ｆ１との間で電力の移動方向が一方向に固定されず、双方向に流れる電力のことである。交流電力系統１００から需要家施設Ｆ１に流れる場合の潮流電力が順潮流電力であり、需要家施設Ｆ１から交流電力系統１００に流れる場合の潮流電力が逆潮流電力である。また、買電状態は、交流電力系統１００から電力が入力されている状態であり、例えば、太陽光発電装置１１の発電電力と蓄電池ユニット１２から供給される電力との合計を、負荷５の消費電力が超過している状態である。売電状態は交流電力系統１００に電力を出力している状態であり、例えば、太陽光発電装置１１の発電電力が負荷５の消費電力を超過している状態である。

制御指令部２２６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の第１制御処理部２１２に対しては、太陽光発電装置１１の発電電力に応じた電力を出力するように指示する電力情報を、通信部２２４から第１制御処理部２１２に通信により送信する。

一方、制御指令部２２６は、買電状態であるか売電状態であるかによって、蓄電池ユニット１２に接続された直流電源装置３に出力する電力情報を決定し、この電力情報を通信部２２４から第２制御処理部３２に通信により送信する。

また、システム管理部２２３には、例えばディップスイッチのような操作部４が接続されており、スイッチのオン／オフに応じたデータがシステム管理部２２３に入力される。

（１．２）直流電源装置
直流電源装置３は、第１接続部３０１と、第２接続部３０２と、第２コンバータ回路３１（直流電源装置３のコンバータ回路）と、第２制御処理部３２（直流電源装置３のコンバータ制御部）と、第２計測部３３と、通信部３４（受信部）と、を備える。直流電源装置３は、蓄電池ユニット１２を充電又は放電する充放電装置である。

第１接続部３０１は、直流電源である蓄電池ユニット１２に接続される。

第２接続部３０２は、電力変換装置２の直流線路ＤＣ１に電線６を介して電気的に接続される。

第２コンバータ回路３１は、例えば昇降圧型の双方向コンバータ回路であり、第１接続部３０１と第２接続部３０２との間で直流電圧の電圧値を変換する。第２コンバータ回路３１は、第２制御処理部３２から入力される制御信号（ＰＷＭ信号）によって動作が制御される。蓄電池ユニット１２から放電する場合、第２コンバータ回路３１は、蓄電池ユニット１２から入力される直流の電圧値を所定の電圧値に変換（昇圧）し、電線６を介して直流線路ＤＣ１に出力する。蓄電池ユニット１２を充電する場合、第２コンバータ回路３１は、直流線路ＤＣ１から電線６を介して入力される直流の電圧値を変換（降圧）して、蓄電池ユニット１２に出力、つまり蓄電池ユニット１２を充電する。

第２計測部３３は、例えば、第２コンバータ回路３１と第２接続部３０２との間を接続する電路に設けられた電流センサ（例えばホール素子、電流検出用の抵抗器など）を備えている。第２計測部３３は、所定のサンプリング間隔（例えば数ｍＳの時間間隔）で、第２コンバータ回路３１の出力電流又は入力電流を計測する。

通信部３４は、電力変換装置２の通信部２２４との間で無線通信により通信を行う。通信部３４は、電力変換装置２から送信される電力情報を受信する。電力情報は、例えば、第２コンバータ回路３１の出力電流又は入力電流（蓄電池ユニット１２の放電時は直流線路ＤＣ１への出力電流、蓄電池ユニット１２の充電時は直流線路ＤＣ１からの入力電流）の目標値である。通信部３４は、電力変換装置２の通信部２２４と同じ通信方式の通信モジュールを備えており、通信部２２４との間で無線通信により通信を行う。

第２制御処理部３２は第２コンバータ回路３１の出力を制御する。第２制御処理部３２は、例えば、ＣＰＵとメモリとを有するマイクロコンピュータを備えている。ＣＰＵがメモリに格納されているプログラムを実行することによって、第２制御処理部３２の機能が実現される。ＣＰＵが実行するプログラムは、例えば、マイクロコンピュータのメモリにあらかじめ記憶されているが、インターネットなどの電気通信回線を通じて提供されてもよいし、メモリカード等の記録媒体に記録されて提供されてもよい。

第２制御処理部３２は、通信部３４が電力変換装置２から定期的に受信する電力情報（出力電流の目標値）をもとに、第２コンバータ回路３１の出力電流の目標値を定期的に更新する。

第２制御処理部３２は、第２計測部３３によって計測された出力電流が目標値に一致するように、第２コンバータ回路３１が備えるスイッチング素子をＰＷＭ制御するための制御信号（ＰＷＭ信号）を第２コンバータ回路３１に出力する動作を繰り返し連続的に行う。

ここで、システム管理部２２３から通信部３４には所定の時間間隔（例えば１００ｍＳ間隔）で電力情報が入力されており、この時間間隔は第２制御処理部３２が第２コンバータ回路３１に制御信号を出力する時間間隔よりも長い。換言すれば、第２制御処理部３２が第２コンバータ回路３１に制御信号を出力する時間間隔は、システム管理部２２３から通信部３４に電力情報が入力される時間間隔よりも短い。したがって、第２制御処理部３２は、電力情報が入力される時間間隔よりも短い時間間隔で第２コンバータ回路３１の出力を制御でき、制御の応答性が向上する。また、第２制御処理部３２が第２コンバータ回路３１に制御信号を出力する時間間隔よりも、システム管理部２２３から通信部３４に電力情報が入力される時間間隔の方が長いので、電力情報の送信回数を減らして通信トラフィックを低減できる。

（２）動作
本実施形態の電力変換システム１の動作について以下に説明する。

システム管理部２２３の計測部２２５は電流センサ２２７を用いて電流Ｉ１を所定の時間間隔で計測する。システム管理部２２３の制御指令部２２６は、計測部２２５の計測結果をもとに、交流電力系統１００から電力が入力されている買電状態か交流電力系統１００に電力を出力している売電状態であるかを判断し、潮流電力を求める。制御指令部２２６は、潮流電力を求めた結果に基づいて、直流電源装置３の入出力電流の目標値及びＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電流の目標値を決定する。

買電状態では、制御指令部２２６は、交流電力系統１００からの入力電力を減らすために蓄電池ユニット１２から放電させるように直流電源装置３の出力を制御する。すなわち、制御指令部２２６は、交流電力系統１００からの入力電力の電力値、インバータ回路２２０の出力能力などに基づいて、直流電源装置３からの出力電力の目標値を決定する。そして、制御指令部２２６は、出力電力の目標値に応じた出力電流の目標値を指示する制御信号を、通信部２２４から直流電源装置３の通信部３４に通信により送信する。

また、現行の運用では、蓄電池ユニット１２から放電された電力を交流電力系統１００に逆潮流することが認められていないため、制御指令部２２６は、逆潮流電力がゼロとなるように、直流電源装置３からの出力電力（つまり出力電流）の目標値を決定する。そして、制御指令部２２６は、決定された出力電流を指示する制御信号を、通信部２２４から直流電源装置３の通信部３４に通信により送信する。また、売電状態において、太陽光発電装置１１の発電電力がインバータ回路２２０の出力能力を超えている場合、制御指令部２２６は、蓄電池ユニット１２に充電するように指示する制御信号を通信部２２４から直流電源装置３の通信部３４に通信により送信する。

このように、制御指令部２２６は、買電状態であるか売電状態であるかによって、直流電源装置３の入出力電流の目標値及びＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電流の目標値を決定する。そして、制御指令部２２６は、直流電源装置３の入出力電流の目標値及びＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電流の目標値を通信部２２４から所定の時間間隔で送信し、直流電源装置３及びＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力を制御する。また、システム管理部２２３は、インバータ制御処理部２２２に制御信号を所定の時間間隔で出力して、インバータ回路２２０の出力を制御する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の第１制御処理部２１２は、システム管理部２２３から出力電流の目標値を受信すると、第１コンバータ回路２１１からの出力電流が目標値と一致するように、第１コンバータ回路２１１のスイッチング素子をＰＷＭ制御する。

また、直流電源装置３の第２制御処理部３２は、通信部３４がシステム管理部２２３から出力電流の目標値を受信すると、第２コンバータ回路３１からの出力電流が目標値と一致するように、第２コンバータ回路３１のスイッチング素子をＰＷＭ制御する。

このように、電力変換装置２のシステム管理部２２３がＤＣ／ＤＣコンバータ２１及び直流電源装置３に、潮流電力（順潮流電力又は逆潮流電力）に基づいた入出力電流の目標値を送信しているので、直流電源装置３及びＤＣ／ＤＣコンバータ２１が潮流電力を計測する回路を備える必要がない。したがって、逆潮流が許容されていない直流電源に接続される直流電源装置（直流電源装置３及びＤＣ／ＤＣコンバータ２１）と、潮流電力を計測するための回路（例えば電流センサなど）との間を接続する電線が不要になる。よって、配線作業の手間が少なくなり、直流電源装置３の設置位置の自由度が向上する、という利点がある。また、直流電源装置３を追加する場合にも、追加する直流電源装置３が潮流電力を計測する回路を備える必要がなく、追加される直流電源装置３と潮流電力を計測するための回路（例えば電流センサなど）との間を接続する電線が不要になる、という利点がある。ここで、システム管理部２２３は、直流電源から入力される直流電圧を変換して出力する片方向の電圧変換しか行わない直流電源装置及びＤＣ／ＤＣコンバータには、出力電流又は出力電力の目標値を送信すればよい。また、システム管理部２２３は、双方向の電圧変換を行う直流電源装置及びＤＣ／ＤＣコンバータには、入出力電流又は入出力電力の目標値を送信する。

（３）変形例
以下に、上記実施形態の変形例に係る電力変換装置を列記する。なお、以下に説明する変形例の各構成は、上記実施形態で説明した各構成と適宜組み合わせて適用可能である。

（３．１）変形例１
図２は、変形例１に係る電力変換システム１Ａのシステム構成図である。以下、上記実施形態と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。

上記実施形態の電力変換システム１では電力変換装置２がＤＣ／ＤＣコンバータ２１を備えていたが、変形例１の電力変換システム１Ａでは電力変換装置２ＡがＤＣ／ＡＣコンバータ２２のみを備えている。そして、電力変換装置２Ａの直流線路ＤＣ１に２つの直流電源装置３，３Ａが電線６，６Ａを介して接続されている。直流電源装置３には蓄電池ユニット１２が接続されており、直流電源装置３Ａには太陽光発電装置１１が接続されている。

直流電源装置３Ａは、直流電源装置３と同様の構成を備えている。直流電源装置３Ａの第１接続部３０１Ａ、第２接続部３０２Ａ、第２制御処理部３２Ａ、第２計測部３３Ａ、通信部３４Ａは、それぞれ、直流電源装置３の第１接続部３０１、第２接続部３０２、第２制御処理部３２、第２計測部３３、通信部３４に対応する。したがって、第１接続部３０１Ａ、第２接続部３０２Ａ、第２制御処理部３２Ａ、第２計測部３３Ａ、及び通信部３４Ａについての説明は省略する。また、直流電源装置３Ａの第２コンバータ回路３１Ａは、片方向の電圧変換のみを行う点以外は直流電源装置３の第２コンバータ回路３１と同様であるので、その説明は省略する。

変形例１では、直流電源から入力される直流電圧を所定の電圧値の直流電圧に変換する直流電源装置３，３Ａと、ＤＣ／ＡＣコンバータ２２のみを備えた電力変換装置２Ａをそれぞれモジュール化している。電力変換装置２Ａの直流線路ＤＣ１には、所望の直流電源装置３，３Ａを接続可能であり、電力変換装置２Ａは直流電源装置３，３Ａから入力される直流電力を交流電力に変換する。

変形例１においても、直流電源装置３，３Ａは電力変換装置２から潮流電力に基づく入出力電流の目標値（電力情報）を受信しているので、直流電源装置３，３Ａは潮流電力を計測する回路を備える必要がない。したがって、潮流電力を計測するための回路（例えば電流センサなど）と、直流電源装置３，３Ａとの間を接続する電線が不要になり、配線作業の手間が少なくなり、直流電源装置３，３Ａの設置位置の自由度が向上する。

変形例１では、電力変換装置２Ａに、２つの直流電源装置３，３Ａが接続されているが、電力変換装置２Ａには１つの直流電源装置が接続されてもよいし、３つ以上の直流電源装置が接続されてもよい。

（３．２）その他の変形例
上記実施形態及び変形例１では、インバータ制御回路２２１は、双方向コンバータを備えた直流電源装置３，３Ａの第２制御処理部３２，３２Ａには潮流電力に応じた入出力電流の電流値（目標電流値）を電力情報として送信している。また、インバータ制御回路２２１は、片方向コンバータを備えたＤＣ／ＤＣコンバータ２１の第１制御処理部２１２には潮流電力に応じた出力電流の電流値（目標電流値）を電力情報として送信している。直流線路ＤＣ１の電圧値は約３００Ｖで一定であるので、インバータ制御回路２２１は、入出力電流又は出力電流の電流値（目標電流値）を目標値として送信することで、出力電力を所望の値に制御できる。なお、インバータ制御回路２２１は、潮流電力に応じた電流（出力電流又は入出力電流）の目標値（目標電流値）を電力情報として送信しているが、潮流電力に応じた電力（出力電力又は入出力電力）の目標値（目標電力値）を電力情報として第２制御処理部３２，３２Ａ及び第１制御処理部２１２に送信してもよい。ＤＣ／ＤＣコンバータ２１及び直流電源装置３，３Ａの出力電圧のばらつきが大きい場合には、インバータ制御回路２２１が、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１及び直流電源装置３，３Ａに電力の目標値を送信することで、電力（出力電力又は入出力電力）を所望の値（目標電力値）に制御できる。

ここで、電流及び電力の目標値は、電流及び電力の絶対値でもよいし、前回の送信時からの電流及び電力の変化分である相対値でもよい。

また、インバータ制御回路２２１は、潮流電力そのものを電力情報として第２制御処理部３２，３２Ａ及び第１制御処理部２１２に送信してもよい。第２制御処理部３２，３２Ａ及び第１制御処理部２１２が、電力情報として潮流電力を受信すると、受信した潮流電力をもとに第２コンバータ回路３１，３１Ａ及び第１コンバータ回路２１１の電流（出力電流又は入力電流）又は電力（出力電力又は入力電力）の目標値を決定する。そして、第２コンバータ回路３１，３１Ａ及び第１コンバータ回路２１１の電流（出力電流又は入力電流）又は電力（出力電力又は入力電力）が目標値に一致するように、第２コンバータ回路３１，３１Ａ及び第１コンバータ回路２１１のスイッチング素子をＰＷＭ制御する。例えば、逆潮流電力が発生している場合、逆潮流が許容されていない蓄電池ユニット１２に接続された直流電源装置３，３Ａの第２制御処理部３２，３２Ａは、第２コンバータ回路３１，３１Ａの出力の目標値を逆潮流電力がゼロとなるように決定する。そして、第２コンバータ回路３１，３１Ａの出力電流又は出力電力が目標値に一致するように、つまり逆潮流電力がゼロになるように、第２コンバータ回路３１，３１Ａの出力電流又は出力電力を制御する。また、インバータ制御回路２２１は、潮流電力と、潮流電力に応じた出力の目標値との両方を電力情報として第２制御処理部３２，３２Ａ及び第１制御処理部２１２に通信により送信してもよい。この場合、第２制御処理部３２，３２Ａ及び第１制御処理部２１２では、潮流電力と、潮流電力に応じた入出力の目標値との少なくとも一方に基づいて入出力を制御すればよい。

また、上記実施形態及び変形例１において、直流電源装置３，３Ａの通信部３４，３４Ａ及びＤＣ／ＤＣコンバータ２１の第１制御処理部２１２がインバータ制御回路２２１の通信部２２４から電力情報を受信すると、返信信号を通信部２２４に送信してもよい。この場合、インバータ制御回路２２１は、電力情報を送信した後に返信信号を受信するか否かで電力情報の受信確認を行ってもよい。インバータ制御回路２２１は、電力情報の送信時から一定時間内に返信信号を受信できなければ、送信相手の通信部３４，３４Ａ又は第１制御処理部２１２が電力情報の受信に失敗したと判断する。このとき、インバータ制御回路２２１は、送信相手の通信部３４，３４Ａ又は第１制御処理部２１２に電力情報を再送してもよいし、次の送信タイミングで送信相手の通信部３４，３４Ａ又は第１制御処理部２１２に電力情報を送信してもよい。なお、インバータ制御回路２２１が出力電流又は出力電力の目標値を相対値で送信している場合、インバータ制御回路２２１は、送信に失敗した今回の相対値と、次の送信タイミングでの相対値とを足し合わせた値を目標値として、次の送信タイミングで送信すればよい。

また、上記実施形態及び変形例１において、直流線路ＤＣ１に複数の直流電源装置が接続されている場合、インバータ制御回路２２１は、複数の直流電源装置のそれぞれに出力の目標値を含む電力情報を通信により送信する。ここで、インバータ制御回路２２１は、複数の直流電源装置に出力の目標値を送信するとき、複数の直流電源装置の出力の総和が逆潮流電力に応じた値となるように、複数の直流電源装置のそれぞれに送信する目標値を決定すればよい。インバータ制御回路２２１は、例えば逆潮流が許容されていない直流電源装置の数で逆潮流電力を等分した値だけ、各直流電源装置の出力電力を減らすように、各直流電源装置に送信する目標値を決定してもよい。また、逆潮流が許容されていない複数の直流電源装置のそれぞれに優先度が設定されている場合、逆潮流電力がゼロになるように、各直流電源装置に送信する目標電力を優先度に応じた重み付けで配分して設定してもよい。この優先度（優先順位）は、例えば、各直流電源装置の出力抑制制御の応答特性に応じて設定されてもよいし、各直流電源装置の入出力電力の定格値に応じて設定されてもよい。また、各直流電源装置が蓄電池である場合、優先度（優先順位）は、その時点での充電可能容量（蓄電残量）に応じて設定されてもよい。

上記実施形態及び変形例１では２つの直流電源からの直流電力が直流線路ＤＣ１に入力されているが、３つ以上の直流電源からの直流電力が直流線路ＤＣ１に入力されてもよい。上記実施形態及び変形例１では、直流電源として、発電装置である太陽光発電装置１１と、定置型の蓄電池ユニット１２とを例示したが、直流電源は、燃料電池、風力発電装置などの発電装置でもよいし、電動車両の蓄電池でもよい。電動車両は、例えばハイブリッド車、プラグインハイブリッド車、電気自動車などである。

通信部２２４は、直流電源装置３及びＤＣ／ＤＣコンバータ２１に電力情報を無線通信で送信しているが、通信方式は無線通信に限定されず、有線通信でもよい。有線通信の場合、通信部２２４は、例えば電力線搬送通信方式で通信を行ってもよいし、専用の通信線を介して通信を行ってもよい。

上記実施形態及び変形例１２では、需要家施設１０が戸建て住宅である場合を説明したが、需要家施設１０は集合住宅の住戸でもよいし、オフィスビルや商業ビルのテナントでもよい。

（まとめ）
第１の態様の電力変換装置（２，２Ａ）は、インバータ回路（２２０）と、インバータ回路（２２０）を制御するインバータ制御回路（２２１）と、を備える。インバータ回路（２２０）は、直流電力を出力する直流電源装置（３，３Ａ）が接続される直流線路（ＤＣ１）から入力される直流電力を交流電力に変換して交流電力系統（１００）に出力する。インバータ制御回路（２２１）は、直流電源装置（３，３Ａ）に対して、電力情報を通信により送信する。電力情報は、交流電力系統（１００）との間で双方向に流れる潮流電力と、潮流電力に応じた直流電源装置（３，３Ａ）の出力の目標値との少なくとも一方を含む。

この構成によれば、インバータ制御回路（２２１）は、直流電源装置（３，３Ａ）に電力情報を通信により送信しているので、直流電源装置（３，３Ａ）と、潮流電力を計測するための回路（例えば電流センサなど）との間を接続する電線が不要になる。よって、配線作業の手間が少なくなり、直流電源装置（３，３Ａ）の設置位置の自由度が向上する、という利点がある。

第２の態様の電力変換装置（２，２Ａ）では、第１の態様において、直流電源装置は充放電装置（３）を含む。充放電装置（３）は、蓄電池（１２）に接続され蓄電池（１２）と直流線路（ＤＣ１）との間で双方向に電圧変換を行う双方向コンバータ回路（３１）を有する。インバータ制御回路（２２１）が充放電装置（３）に送信する電力情報が、潮流電力と、潮流電力に応じた双方向コンバータ回路（３１）の入出力の目標値との少なくとも一方を含む。

この構成によれば、インバータ制御回路（２２１）は、充放電装置（３）に電力情報を通信により送信しているので、充放電装置（３）と、潮流電力を計測するための回路（例えば電流センサなど）との間を接続する電線が不要になる。よって、配線作業の手間が少なくなり、充放電装置（３）の設置位置の自由度が向上する、という利点がある。

第３の態様の電力変換装置（２，２Ａ）では、第１又は第２の態様において、複数の直流電源装置（３，３Ａ）が直流線路（ＤＣ１）に接続されている。インバータ制御回路（２２１）は、複数の直流電源装置（３，３Ａ）に出力の目標値を送信するとき、複数の直流電源装置（３，３Ａ）の出力の総和が潮流電力に応じた値となるように、複数の直流電源装置（３，３Ａ）のそれぞれに送信する目標値を決定する。

この構成によれば、直流線路（ＤＣ１）に複数の直流電源装置（３，３Ａ）が接続されている場合に、インバータ制御回路（２２１）が、複数の直流電源装置（３，３Ａ）のそれぞれの目標値を調整することができる。

第４の態様の電力変換装置（２，２Ａ）では、第１〜第３のいずれかの態様において、インバータ制御回路（２２１）が直流電源装置（３，３Ａ）に電力情報を送信する時間間隔が、直流電源装置（３，３Ａ）が出力の制御動作を繰り返す時間間隔よりも長い。

この構成によれば、直流電源装置（３，３Ａ）が電力情報を受信する時間間隔より、直流電源装置（３，３Ａ）が出力の制御動作を繰り返す時間間隔が短いので、制御の応答性が向上する。また、直流電源装置（３，３Ａ）が出力の制御動作を繰り返す時間間隔より、直流電源装置（３，３Ａ）が電力情報を受信する時間間隔が長いので、電力情報の送信回数を少なくできる。

第５の態様の電力変換装置（２，２Ａ）では、第１〜第４のいずれかの態様において、目標値は、直流電源装置（３，３Ａ）が直流線路（ＤＣ１）に出力する電流の目標電流値である。

この構成によれば、直流電源装置（３，３Ａ）が直流線路（ＤＣ１）に出力する電流の電流値を目標電流値に制御することができる。

第６の態様の電力変換装置（２，２Ａ）では、第１〜第４のいずれかの態様において、目標値は、直流電源装置（３，３Ａ）が直流線路（ＤＣ１）に出力する電力の目標電力値である。

この構成によれば、直流電源装置（３，３Ａ）が直流線路（ＤＣ１）に出力する電力の電力値を目標値に制御することができる。

第７の態様の電力変換装置（２，２Ａ）では、第１〜第６のいずれかの態様において、インバータ制御回路（２２１）は、直流電源装置（３，３Ａ）に対して電力情報を送信した後に直流電源装置（３，３Ａ）から返信信号を受信するか否かで電力情報の受信確認を行う。

この構成によれば、インバータ制御回路（２２１）は、返信信号を受信するか否かで電力情報の受信確認を行っているので、受信確認ができない場合には電力情報を再送するなどの処理を行うことができる。

第８の態様の電力変換装置（２，２Ａ）では、第１〜第７のいずれかの態様において、直流電源装置（３，３Ａ）は、インバータ制御回路（２２１）から受信した電力情報に基づいて出力を制御する。

この構成によれば、インバータ制御回路（２２１）から受信した電力情報に基づいて出力を制御できる直流電源装置（３，３Ａ）の設置位置の自由度を向上させることができる。

第９の態様の電力変換装置（２）では、第１〜第８のいずれかの態様において、直流電源（１１）から入力される直流電圧の電圧値を変換して直流線路（ＤＣ１）に出力するコンバータ回路（２１１）を、更に備える。

この構成によれば、電力変換装置（２）だけでも、直流電源（１１）から入力される直流電力を交流電力に変換して交流電力系統（１００）に出力することができる。

第１０の態様の電力変換システム（１，１Ａ）は、第１〜第９のいずれかの態様の電力変換装置（２，２Ａ）と、電力変換装置（２，２Ａ）の直流線路（ＤＣ１）に直流電力を出力する直流電源装置（３，３Ａ）と、を備える。

この構成によれば、直流電源装置（３，３Ａ）の設置位置の自由度を向上させることができる。

第１１の態様の直流電源装置（３，３Ａ）は、第１接続部（３０１，３０１Ａ）と、第２接続部（３０２，３０２Ａ）と、コンバータ回路（３１，３１Ａ）と、受信部（３４，３４Ａ）と、処理部（３２，３２Ａ）と、を備える。第１接続部（３０１，３０１Ａ）は直流電源（１１，１２）に接続される。第２接続部（３０２，３０２Ａ）は、電力変換装置（２，２Ａ）の直流線路（ＤＣ１）に接続される。電力変換装置（２，２Ａ）は、直流線路（ＤＣ１）から入力される直流電力を交流電力に変換して交流電力系統（１００）に出力する。コンバータ回路（３１，３１Ａ）は、第１接続部（３０１，３０１Ａ）と第２接続部（３０２，３０２Ａ）との間で直流電圧の電圧値を変換する。受信部（３４，３４Ａ）は、電力変換装置（２，２Ａ）が交流電力系統（１００）へ出力する潮流電力と潮流電力に応じたコンバータ回路（３１）の出力の目標値との少なくとも一方を含む電力情報を電力変換装置（２，２Ａ）から通信により受信する。コンバータ制御部（３２，３２Ａ）は、受信部（３４，３４Ａ）が受信した電力情報に基づいてコンバータ回路（３１，３１Ａ）を制御する。

この構成によれば、直流電源装置（３，３Ａ）の設置位置の自由度を向上させることができる。

１，１Ａ 電力変換システム
２，２Ａ 電力変換装置
３ 直流電源装置（充放電装置）
３Ａ 直流電源装置
４ 操作部
５ 負荷
１１ 太陽光発電装置（直流電源）
１２ 蓄電池ユニット（直流電源）
３１，３１Ａ 第２コンバータ回路（直流電源装置のコンバータ回路）
３２，３２Ａ 第２制御処理部（直流電源装置のコンバータ制御部）
３４，３４Ａ 通信部（受信部）
１００ 交流電力系統
２１１ 第１コンバータ回路（電力変換装置のコンバータ回路）
２１２ 第１制御処理部（電力変換装置のコンバータ制御部）
２２０ インバータ回路
２２１ インバータ制御回路
２２４ 通信部
２２５ 計測部
３０１ 第１接続部
３０２ 第２接続部
ＤＣ１ 直流線路

Claims (10)

1. 直流電力を出力する複数の直流電源装置が接続される直流線路から入力される前記直流電力を交流電力に変換して交流電力系統に出力するインバータ回路と、
   前記インバータ回路を制御するインバータ制御回路と、を備え、
   前記複数の直流電源装置の各々は、蓄電池に接続され前記蓄電池と前記直流線路との間で双方向に電圧変換を行う双方向コンバータ回路を有する充放電装置を含み、
   前記インバータ制御回路は、前記複数の直流電源装置の各々に、出力の目標値を含む電力情報を通信により送信し、
   前記インバータ制御回路は、前記複数の直流電源装置の出力の総和が、前記交流電力系統との間で双方向に流れる潮流電力に応じた値となるように、前記複数の直流電源装置のそれぞれに送信する前記目標値を決定する
   電力変換装置。
2. 前記直流電源装置は、蓄電池に接続され前記蓄電池と前記直流線路との間で双方向に電圧変換を行う双方向コンバータ回路を有する充放電装置を含む
   請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記インバータ制御回路が前記直流電源装置に前記電力情報を送信する時間間隔が、前記直流電源装置が出力の制御動作を繰り返す時間間隔よりも長い
   請求項１又は２に記載の電力変換装置。
4. 前記目標値は、前記直流電源装置が前記直流線路に出力する電流の目標電流値である
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
5. 前記目標値は、前記直流電源装置が前記直流線路に出力する電力の目標電力値である
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
6. 前記インバータ制御回路は、前記直流電源装置に対して前記電力情報を送信した後に前記直流電源装置から返信信号を受信するか否かで前記電力情報の受信確認を行う
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
7. 前記直流電源装置は、前記インバータ制御回路から受信した前記電力情報に基づいて出力を制御する
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
8. 直流電源から入力される直流電圧の電圧値を変換して前記直流線路に出力するコンバータ回路を、更に備える
   請求項１〜７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の電力変換装置と、
   前記電力変換装置の前記直流線路に前記直流電力を出力する前記直流電源装置と、を備える
   電力変換システム。
10. 直流線路から入力される直流電力を交流電力に変換して交流電力系統に出力する請求項１〜８のいずれか１項に記載の電力変換装置に前記直流線路を介して前記直流電力を出力する直流電源装置であって、
    直流電源に接続される第１接続部と、
    前記電力変換装置に前記直流線路を介して接続される第２接続部と、
    前記第１接続部と前記第２接続部との間で直流電圧の電圧値を変換するコンバータ回路と、
    前記交流電力系統との間で双方向に流れる潮流電力と前記潮流電力に応じた前記コンバータ回路の出力の目標値との少なくとも一方を含む電力情報を前記電力変換装置から通信により受信する受信部と、
    前記受信部が受信した前記電力情報に基づいて前記コンバータ回路を制御するコンバータ制御部と、を備える
    直流電源装置。

Images