WO2014083788A1

WO2014083788A1 - 双方向コンバータ

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Publication number: WO2014083788A1
Application number: PCT/JP2013/006664
Authority: WO
Inventors: 仁吉澤
Original assignee: パナソニック株式会社
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2013-11-13
Publication date: 2014-06-05
Also published as: MY169416A; JP5938679B2; JP2014110665A

Abstract

　パワーコンディショナのような双方向コンバータは、電力変換部と、制御部と、第１の制御電源および第２の制御電源と、選択部とを備える。電力変換部は、蓄電池のような第１の電力システムと系統側システムのような第２の電力システムとの間において双方向で電力を変換する。制御部は、電力変換部を制御する。第１の制御電源および第２の制御電源は、第１の電力システムまたは第２の電力システムから電力供給を受けて制御部の駆動電力を制御部に供給可能に設けられている。選択部は、第１の制御電源および第２の制御電源のうち、使用電力の効率が高いほうの制御電源を、制御部に駆動電力を供給する電源として選択する。

Description

双方向コンバータ

　本発明は、異なる電力システム間の電路に挿入されて用いられる双方向コンバータに関する。

　従来から、蓄電池と電力系統側との間の電路に挿入されて用いられる双方向コンバータ（電力変換装置）が知られている（例えば日本国特許出願番号２０１２－７０５３６（以下「文献１」という）参照）。

　文献１に記載された電力変換装置は、電気自動車のバッテリ（蓄電池）の充放電を制御する装置である。文献１に記載された電力変換装置は、制御回路の動作電圧を生成する第１電源回路および第２電源回路を備える。第１電源回路は、電力系統から供給される交流電圧から制御回路の動作電圧を生成する。第２電源回路は、電気自動車の直流電源から供給される直流電圧から制御回路の動作電圧を生成する。そして、文献１に記載された電力変換装置は、制御回路に動作電圧を供給する電源として、電力系統から電力が供給されている場合に第１電源回路を選択し、電力系統からの電力供給が途絶えた場合に第２電源回路を選択する。

　しかしながら、文献１に記載された従来の電力変換装置は、制御回路に動作電圧を供給する電源回路を選択する際に、電力変換の際の使用電力の効率を考慮していないため、当該効率の悪い電源回路を選択する場合があった。

　本発明は上記の点に鑑みて為された発明であり、本発明の目的は、電力変換の際の使用電力の効率を改善することができる双方向コンバータを提供することにある。

　本発明の双方向コンバータは、第１の電力システムと第２の電力システムとの間の電路に挿入されて用いられる双方向コンバータであって、前記第１の電力システムと前記第２の電力システムとの間において双方向で電力を変換する電力変換部と、前記電力変換部を制御する制御部と、各々が前記第１の電力システムまたは前記第２の電力システムから電力供給を受けて前記制御部の駆動電力を当該制御部に供給可能に設けられた第１の制御電源および第２の制御電源と、前記第１の制御電源および前記第２の制御電源のうち、使用電力の効率が高いほうの制御電源を、前記制御部に前記駆動電力を供給する電源として選択する選択部とを備えることを特徴とする。

　この双方向コンバータにおいて、前記第１の電力システム側の第１の電圧を計測する第１の計測部と、前記第２の電力システム側の第２の電圧を計測する第２の計測部と、前記第１の電力システムと前記第２の電力システムとの間で変換される予定電力を取得する取得部と、前記第１の計測部で計測された前記第１の電圧、前記第２の計測部で計測された前記第２の電圧、および、前記取得部で取得された前記予定電力の組み合わせにおいて、前記制御部に前記駆動電力を供給する電源として前記第１の制御電源を用いた場合の効率、および、当該電源として前記第２の制御電源を用いた場合の効率を求める演算部とをさらに備え、前記選択部は、前記第１の制御電源および前記第２の制御電源のうち、前記演算部で演算された前記効率が高いほうの制御電源を、前記制御部に前記駆動電力を供給する電源として選択することが好ましい。

　この双方向コンバータにおいて、前記第１の電力システムおよび前記第２の電力システムとは別に設けられて起動時に前記第１の制御電源および前記第２の制御電源の少なくとも一方に電力を供給する電力供給手段をさらに備えることが好ましい。

　この双方向コンバータにおいて、前記第１の電圧と前記第１の制御電源の効率とが対応付けられている第１のテーブルと、前記第２の電圧と前記第２の制御電源の効率とが対応付けられている第２のテーブルと、前記第１の電圧、前記第２の電圧および前記予定電力の組み合わせと前記電力変換部の効率とが対応付けられている第３のテーブルとを記憶する記憶部をさらに備え、前記演算部は、前記記憶部に記憶されている前記第１のテーブルを用いて、前記第１の計測部で計測された前記第１の電圧に対応する前記第１の制御電源の効率を決定する第１の決定部と、前記記憶部に記憶されている前記第２のテーブルを用いて、前記第２の計測部で計測された前記第２の電圧に対応する前記第２の制御電源の効率を決定する第２の決定部と、前記記憶部に記憶されている前記第３のテーブルを用いて、前記第１の計測部で計測された前記第１の電圧、前記第２の計測部で計測された前記第２の電圧、および、前記取得部で取得された前記予定電力の組み合わせに対応する前記電力変換部の効率を決定する第３の決定部と、前記第１の決定部で決定された前記第１の制御電源の効率、前記第２の決定部で決定された前記第２の制御電源の効率、前記第３の決定部で決定された前記電力変換部の効率、前記取得部で取得された前記予定電力、および、前記駆動電力を用いて、前記制御部に前記駆動電力を供給する電源として前記第１の制御電源を用いた場合の効率と、当該電源として前記第２の制御電源を用いた場合の効率とを算出する算出部とを含むことが好ましい。

　この双方向コンバータにおいて、前記電力変換部を介して前記第２の電力システムから前記第１の電力システムに電力が供給される場合、前記第１の電力システムで得られる前記予定電力をＡ１とし、前記駆動電力をＢ１とし、前記第１の制御電源の効率をη１とし、前記第２の制御電源の効率をη２とし、前記電力変換部の効率をη３とすると、前記制御部に前記駆動電力を供給する電源として前記第１の制御電源を用いた場合の効率は、Ａ１／〔（Ａ１／η３）＋｛Ｂ１／（η３・η１）｝〕であり、前記制御部に前記駆動電力を供給する電源として前記第２の制御電源を用いた場合の効率は、Ａ１／｛（Ａ１／η３）＋（Ｂ１／η２）｝であることが好ましい。

　この双方向コンバータにおいて、前記電力変換部を介して前記第１の電力システムから前記第２の電力システムに電力が供給される場合、前記第２の電力システムで得られる前記予定電力をＡ２とし、前記駆動電力をＢ１とし、前記第１の制御電源の効率をη１とし、前記第２の制御電源の効率をη２とし、前記電力変換部の効率をη３とすると、前記制御部に前記駆動電力を供給する電源として前記第１の制御電源を用いた場合の効率は、Ａ２／｛（Ａ２／η３）＋（Ｂ１／η１）｝であり、前記制御部に前記駆動電力を供給する電源として前記第２の制御電源を用いた場合の効率は、Ａ２／〔（Ａ２／η３）＋｛Ｂ１／（η３・η２）｝〕であることが好ましい。

　この双方向コンバータにおいて、前記第１の電力システムは、蓄電池を含み、前記第２の電力システムは、電力系統を含むことが好ましい。

　この双方向コンバータにおいて、前記第１の電力システム側から前記第２の電力システム側への方向に対して直流を交流に変換し、前記第２の電力システム側から前記第１の電力システム側への方向に対して交流を直流に変換するＤＣ／ＡＣ変換器であることが好ましい。

　この双方向コンバータにおいて、前記第１の電力システム側から前記第２の電力システム側への方向、および、前記第２の電力システム側から前記第１の電力システム側への方向のいずれに対しても、直流を当該直流とは異なる大きさの直流に変換するＤＣ／ＤＣ変換器であることが好ましい。

　この双方向コンバータにおいて、前記第１の電力システム側から前記第２の電力システム側への方向、および、前記第２の電力システム側から前記第１の電力システム側への方向のいずれに対しても、交流を当該交流とは異なる大きさまたは周波数の交流に変換するＡＣ／ＡＣ変換器であることが好ましい。

　本発明の双方向コンバータでは、制御部に駆動電力を供給する制御電源を使用状況に応じて選択することができるので、電力変換の際の使用電力の効率を改善することができる。

　本発明の好ましい実施形態をより詳細に記述する。本発明の他の特徴および利点は、以下の詳細な記述および添付図面に関連して一層よく理解される。
実施形態１に係るパワーコンディショナの構成を示すブロック図である。実施形態１に係るパワーコンディショナの効率を示す図である。実施形態１に係る第１の制御電源の効率を示す図である。実施形態１に係る第２の制御電源の効率を示す図である。実施形態１に係る電力変換部の効率を示す図である。実施形態１に係るパワーコンディショナの動作を示すフローチャートである。実施形態２に係るパワーコンディショナの構成を示すブロック図である。

　以下の実施形態１，２において、双方向コンバータは、制御部の駆動電力（動作電力）を当該制御部に供給可能に設けられた第１の制御電源および第２の制御電源を備える。第１の制御電源および第２の制御電源の各々は、第１の電力システムまたは第２の電力システムから電力供給を受けて制御部に駆動電力を供給する。そして、双方向コンバータは、第１の制御電源および第２の制御電源のうち、双方向コンバータの使用電力の効率が高いほうの制御電源を、制御部に駆動電力を供給する電源として選択する。

　これにより、双方向コンバータでは、制御部に駆動電力を供給する制御電源を使用状況に応じて選択することができるので、電力変換の際の双方向コンバータの効率を改善することができる。

　以下、図面を参照しながら、実施形態１，２について説明する。

　（実施形態１）
　実施形態１に係るパワーコンディショナ１は、図１に示すように、蓄電池（第１の電力システム）２の蓄電および放電を制御する充放電用の双方向コンバータである。本実施形態のパワーコンディショナ１は、例えば電力会社から電力が供給されている需要家において、蓄電池２と系統側システム（第２の電力システム）３との間の電路に挿入されて用いられる。需要家としては、例えば戸建住宅、集合住宅の各住戸、工場、事務所などがある。なお、図１において、実線は電路を示し、破線は電路以外の信号線などを示す。

　本実施形態では、パワーコンディショナ１がＶ２Ｈ（Vehicle to Home）システムに用いられる場合について説明する。Ｖ２Ｈシステムは、電気自動車に搭載されている大容量蓄電池に家庭の電力系統から充電するのみではなく、当該蓄電池に貯めた電力を家庭の電力系統と連係して使用（放電）することができるシステムである。

　本実施形態のパワーコンディショナ１は、充放電時に蓄電池２の直流電力（直流電圧、直流電流）と系統側システム３の交流電力（交流電圧、交流電流）とを相互に変換する電気自動車用充放電器である。このパワーコンディショナ１は、蓄電池２の充電時には、系統側システム３からの交流電力を直流電力に変換し、当該直流電力を蓄電池２へ出力する。一方、蓄電池２の放電時には、パワーコンディショナ１は、蓄電池２の直流電力を交流電力に変換し、当該交流電力を系統側システム３へ出力する。

　蓄電池２は、例えばニッケル水素電池またはリチウムイオン電池などの電気自動車用大容量蓄電池であり、電気自動車に搭載されている。蓄電池２は、パワーコンディショナ１に接続され、パワーコンディショナ１を介して系統側システム３から供給される電力によって充電される。また、停電時に系統側システム３に接続されている負荷機器（図示せず）を動作させたい場合に、蓄電池２は、パワーコンディショナ１を介して系統側システム３に放電する。

　系統側システム３は、電力系統３１に接続されているシステムである。図示しないが、系統側システム３は、電力系統３１に接続されている分電盤を備えており、負荷機器に電力を供給する。当該分電盤は、第２の電路５２によってパワーコンディショナ１に接続されている。当該負荷機器は、当該分電盤に接続されており、電力系統３１または蓄電池２から電力が供給されると動作する。

　本実施形態のパワーコンディショナ１は、図１に示すように、第１の接続部１１と、第２の接続部１２と、解列器１３と、電力変換部１４と、第１の制御電源１５と、第２の制御電源１６と、制御装置４とを備えている。

　第１の接続部１１は、電力変換部１４側の電路１７１と蓄電池２側の第１の電路５１とを接続するために設けられた端子である。すなわち、第１の接続部１１には、蓄電池２が電気的に接続されている。

　開閉器２１は、パワーコンディショナ１と蓄電池２との間の第１の電路５１に挿入されて設けられている。そして、開閉器２１は、パワーコンディショナ１と蓄電池２との間を電気的に接続させるように閉じたり、パワーコンディショナ１と蓄電池２との間を電気的に遮断させるように開いたりする。開閉器２１は、例えば蓄電池２の充放電が行われない場合、または、蓄電池２の充放電中に異常が発生した場合に開く。

　第２の接続部１２は、電力変換部１４側の電路１７２と系統側システム３側の第２の電路５２とを接続するために設けられた端子である。すなわち、第２の接続部１２には、系統側システム３が電気的に接続されている。

　解列器１３は、第２の接続部１２と電力変換部１４との間の電路１７２に挿入されて設けられており、後述の制御部４１の制御によって開閉する。すなわち、解列器１３は、第２の接続部１２と電力変換部１４との間を電気的に接続させるように閉じたり、第２の接続部１２と電力変換部１４との間を電気的に遮断させるように開いたりする。

　電力変換部１４は、蓄電池２と系統側システム３との間において双方向で電力（電圧、電流）を変換する。電力変換部１４は、ＤＣ／ＡＣインバータ（ＤＣ／ＡＣ変換部）１４１と、平滑コンデンサ１４２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ（ＤＣ／ＤＣ変換部）１４３とを備えている。電力変換部１４は、後述の制御部４１の制御によって動作する。

　ＤＣ／ＡＣインバータ１４１は、制御部４１の制御によって直流電力（直流電圧、直流電流）と交流電力（交流電圧、交流電流）との間を変換する双方向ＤＣ／ＡＣインバータである。ＤＣ／ＡＣインバータ１４１は、スイッチング素子（図示せず）のオンオフによって動作する。このスイッチング素子は、例えば絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor：ＩＧＢＴ、以下「ＩＧＢＴ」という）などであり、制御部４１からの制御信号に従ってオンオフを切り替える。

　ＤＣ／ＡＣインバータ１４１は、蓄電池２の充電時には、系統側システム３から第２の接続部１２および解列器１３を介して供給される交流電力を直流電力に変換し、平滑コンデンサ１４２を介して当該直流電力をＤＣ／ＤＣコンバータ１４３へ出力する。一方、蓄電池２の放電時には、ＤＣ／ＡＣインバータ１４１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４３から出力された直流電力を交流電力に変換して系統側システム３へ出力する。

　平滑コンデンサ１４２は、ＤＣ／ＡＣインバータ１４１とＤＣ／ＤＣコンバータ１４３との間に設けられている。平滑コンデンサ１４２は、蓄電池２の充電時において、ＤＣ／ＡＣインバータ１４１の出力電圧を平滑し、蓄電池２の放電時において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４３の出力電圧を平滑する。

　ＤＣ／ＤＣコンバータ１４３は、制御部４１の制御によって直流電力（直流電圧、直流電流）の大きさを変換する双方向ＤＣ／ＤＣコンバータである。ＤＣ／ＤＣコンバータ１４３は、スイッチング素子（図示せず）のオンオフによって動作する。このスイッチング素子は、例えばＩＧＢＴなどであり、制御部４１からの制御信号に従ってオンオフを切り替える。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４３は、例えばトランスを用いた絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータである。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４３は、絶縁型に限らず、非絶縁型であってもよい。

　ＤＣ／ＤＣコンバータ１４３は、蓄電池２の充電時には、ＤＣ／ＡＣインバータ１４１から出力された直流電力を変換して蓄電池２へ出力する。一方、蓄電池２の放電時には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４３は、蓄電池２の直流電力を変換し、平滑コンデンサ１４２を介してＤＣ／ＡＣインバータ１４１へ出力する。

　第１の制御電源１５は、制御装置４（制御部４１を含む）を駆動するための駆動電力を制御装置４に供給する電源回路である。第１の制御電源１５は、第１の接続部１１と電力変換部１４との間の電路１７１に接続されている。すなわち、第１の制御電源１５は、蓄電池２から電力供給を受けて制御装置４に駆動電力を供給することができるように設けられている。また、第１の制御電源１５は、電力変換部１４を介して系統側システム３から電力供給を受けて制御装置４に駆動電力を供給することもできる。

　第２の制御電源１６は、制御装置４（制御部４１を含む）を駆動するための駆動電力を制御装置４に供給する電源回路である。第２の制御電源１６は、第２の接続部１２と電力変換部１４との間の電路１７２に接続されている。すなわち、第２の制御電源１６は、系統側システム３から電力供給を受けて制御装置４に駆動電力を供給することができるように設けられている。また、第２の制御電源１６は、電力変換部１４を介して蓄電池２から電力供給を受けて制御装置４に駆動電力を供給することもできる。

　制御装置４は、制御部４１と、第１の計測部４２と、第２の計測部４３と、取得部４４と、演算部４５と、選択部４６と、記憶部４７とを備えている。制御装置４は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit：中央処理装置）およびメモリが搭載されたコンピュータ（マイクロコンピュータを含む）を主構成要素とする。

　制御部４１は、電力変換部１４を制御する。すなわち、制御部４１は、解列器１３と、ＤＣ／ＡＣインバータ１４１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４３とを制御する。これにより、制御部４１は、蓄電池２の充電および放電を制御する。この際、制御部４１は、第２の接続部１２から系統側システム３へ供給する交流電力を、電力系統３１が供給する商用電力に協調させる系統連系運転機能を有している。また、制御部４１は、蓄電池２に対して充電と放電のいずれを行うのかについて検知する。制御部４１は、コンピュータに搭載されたＣＰＵを主構成要素とし、プログラムに従って動作する。

　第１の計測部４２は、第１の接続部１１と電力変換部１４との間の両端電圧を、蓄電池２側の電池電圧（第１の電圧）Ｖ１として計測する。

　第２の計測部４３は、第２の接続部１２と電力変換部１４との間の両端電圧を、電力系統３１側の系統電圧（第２の電圧）Ｖ２として計測する。

　取得部４４は、蓄電池２に対する充放電の予定電力（予定電力情報）を取得する。充電の場合、取得部４４は、予定充電電力（予定電力）を示す予定充電情報（予定電力情報）を取得する。予定充電電力は、例えば電路１７１または第１の電路５１に流れる電流と電池電圧Ｖ１との積で求められる。放電の場合、取得部４４は、予定放電電力（予定電力）を示す予定放電情報（予定電力情報）を取得する。予定放電電力は、例えば電路１７２または第２の電路５２に流れる電流と系統電圧Ｖ２との積で求められる。なお、予定充電電力および予定放電電力を求める手段は、パワーコンディショナ１内にあってもよいし、パワーコンディショナ１とは別であってもよい。予定充電電力および予定放電電力を求める手段がパワーコンディショナ１とは別である場合、取得部４４は、予定電力情報を蓄電池２から取得してもよいし、複数の負荷機器を管理するＨＥＭＳ（Home Energy Management System）などから取得してもよい。また、予定充電電力および予定放電電力は、パワーコンディショナ１内またはパワーコンディショナ１外において、充放電の開始前に予め設定されていてもよい。

　演算部４５は、第１の計測部４２で計測された電池電圧Ｖ１と、第２の計測部４３で計測された系統電圧Ｖ２と、取得部４４で取得された予定電力との組み合わせにおいて、制御装置４に駆動電力を供給する電源として第１の制御電源１５を用いた場合の効率と、当該電源として第２の制御電源１６を用いた場合の効率とを求める。演算部４５は、第１の決定部４５１と、第２の決定部４５２と、第３の決定部４５３と、算出部４５４とを備えている。

　図１に示す第１の決定部４５１は、記憶部４７に記憶されている第１のテーブル４７１を用いて、第１の計測部４２で計測された電池電圧Ｖ１に対応する第１の制御電源１５の効率η１を決定する。第１の制御電源１５の効率η１は、電池電圧Ｖ１によって変化する。図３は、第１のテーブル４７１を示す。図３に示すように、第１のテーブル４７１では、電池電圧Ｖ１と第１の制御電源１５の効率η１とが対応付けられている。図３の例では、電池電圧Ｖ１がｍ通りの場合について示されている。

　図１に示す第２の決定部４５２は、記憶部４７に記憶されている第２のテーブル４７２を用いて、第２の計測部４３で計測された系統電圧Ｖ２に対応する第２の制御電源１６の効率η２を決定する。第２の制御電源１６の効率η２は、系統電圧Ｖ２によって変化する。図４は、第２のテーブル４７２を示す。図４に示すように、第２のテーブル４７２では、系統電圧Ｖ２と第２の制御電源１６の効率η２とが対応付けられている。図４の例では、系統電圧Ｖ２がｎ通りの場合について示されている。

　図１に示す第３の決定部４５３は、記憶部４７に記憶されている第３のテーブル４７３を用いて、第１の計測部４２で計測された電池電圧Ｖ１と、第２の計測部４３で計測された系統電圧Ｖ２と、取得部４４で取得された予定電力との組み合わせに対応する電力変換部１４の効率η３を決定する。電力変換部１４の効率η３は、電池電圧Ｖ１と、系統電圧Ｖ２と、予定電力とによって変化する。図５は、第３のテーブル４７３を示す。図５に示すように、第３のテーブル４７３では、電池電圧Ｖ１、系統電圧Ｖ２および予定電力の組み合わせと電力変換部１４の効率η３とが対応付けられている。図５の例では、ｚ通りの場合について示されている。予定電力が１０００［Ｗ］、２０００［Ｗ］、３０００［Ｗ］、４０００［Ｗ］の４通りである場合、ｚは（ｍ×ｎ×４）通りとなる。

　図１に示す算出部４５４は、第１の決定部４５１で決定された第１の制御電源１５の効率η１と、第２の決定部４５２で決定された第２の制御電源１６の効率η２と、第３の決定部４５３で決定された電力変換部１４の効率η３とを取得する。さらに、算出部４５４は、取得部４４で取得された予定電力と、駆動電力とを取得する。そして、算出部４５４は、当該効率η１と、当該効率η２と、当該効率η３と、当該予定電力と、当該駆動電力とを用いて、パワーコンディショナ１の効率を算出する。すなわち、算出部４５４は、制御装置４に駆動電力を供給する電源として第１の制御電源１５を用いた場合のパワーコンディショナ１の効率と、当該電源として第２の制御電源１６を用いた場合のパワーコンディショナ１の効率とを算出する。

　パワーコンディショナ１の効率は、蓄電池２の充電時には、系統側システム３側の電力Ａ２に対する蓄電池２側の予定充電電力Ａ１の比率（Ａ１／Ａ２）である。制御装置４（制御部４１を含む）に駆動電力を供給する電源として第１の制御電源１５を用いる場合、系統側システム３側の電力Ａ２は、蓄電池２を充電するのに必要な電力Ｃ１と、第１の制御電源１５が制御装置４に駆動電力Ｂ１を供給するのに必要な電力Ｄ１との総和（Ｃ１＋Ｄ１）である。したがって、パワーコンディショナ１の効率は、Ａ１／（Ｃ１＋Ｄ１）である。このとき、電力Ｃ１は（Ａ１／η３）となり、電力Ｄ１はＢ１／（η３・η１）となる。η１は第１の制御電源１５の効率であり、η３は電力変換部１４の効率である。

　一方、制御装置４に駆動電力を供給する電源として第２の制御電源１６を用いる場合、系統側システム３側の電力Ａ２は、蓄電池２を充電するのに必要な電力Ｃ１と、第２の制御電源１６が制御装置４に駆動電力Ｂ１を供給するのに必要な電力Ｄ２との総和（Ｃ１＋Ｄ２）である。したがって、パワーコンディショナ１の効率は、Ａ１／（Ｃ１＋Ｄ２）である。このとき、電力Ｃ１は（Ａ１／η３）となり、電力Ｄ２は（Ｂ１／η２）となる。η２は第２の制御電源１６の効率であり、η３は電力変換部１４の効率である。

　また、蓄電池２の放電時には、パワーコンディショナ１の効率は、蓄電池２側の電力Ａ１に対する系統側システム３側の予定放電電力Ａ２の比率（Ａ２／Ａ１）である。制御装置４に駆動電力を供給する電源として第１の制御電源１５を用いる場合、蓄電池２側の電力Ａ１は、系統側システム３に放電するのに必要な電力Ｃ１と、第１の制御電源１５が制御装置４に駆動電力Ｂ１を供給するのに必要な電力Ｄ１との総和（Ｃ１＋Ｄ１）である。したがって、パワーコンディショナ１の効率は、Ａ２／（Ｃ１＋Ｄ１）である。このとき、電力Ｃ１は（Ａ１／η３）となり、電力Ｄ１は（Ｂ１／η１）となる。

　一方、制御装置４に駆動電力を供給する電源として第２の制御電源１６を用いる場合、蓄電池２側の電力Ａ１は、系統側システム３に放電するのに必要な電力Ｃ１と、第２の制御電源１６が制御装置４に駆動電力Ｂ１を供給するのに必要な電力Ｄ２との総和（Ｃ１＋Ｄ２）である。したがって、パワーコンディショナ１の効率は、Ａ２／（Ｃ１＋Ｄ２）である。このとき、電力Ｃ１は（Ａ２／η３）となり、電力Ｄ２は（Ｂ１／（η３・η２））となる。

　したがって、パワーコンディショナ１の効率は、図２に示すように、充電の場合、制御装置４に駆動電力を供給する電源として第１の制御電源１５を用いるときでは、Ａ１／〔（Ａ１／η３）＋｛Ｂ１／（η３・η１））｝となり、当該電源として第２の制御電源１６を用いるときでは、Ａ１／｛（Ａ１／η３）＋（Ｂ１／η２）｝となる。

　放電の場合、パワーコンディショナ１の効率は、制御装置４に駆動電力を供給する電源として第１の制御電源１５を用いるときでは、Ａ２／｛（Ａ２／η３）＋（Ｂ１／η１）｝となり、当該電源として第２の制御電源１６を用いるときでは、Ａ２／〔（Ａ２／η３）＋｛Ｂ１／（η３・η２）｝〕となる。

　図１に示す選択部４６は、第１の制御電源１５および第２の制御電源１６のうち、使用電力の効率が高いほうの制御電源を、制御装置４に駆動電力を供給する電源として選択する。本実施形態の選択部４６は、第１の制御電源１５および第２の制御電源１６のうち、演算部４５で演算された効率が高いほうの制御電源を、制御装置４に駆動電力を供給する電源として選択する。

　記憶部４７は、上述したように、第１のテーブル４７１と、第２のテーブル４７２と、第３のテーブル４７３とを記憶している。なお、記憶部４７は、上記以外にも、必要に応じて各種の情報を記憶している。

　ところで、本実施形態のパワーコンディショナ１は、起動時に制御部４１が電力変換部１４を動作させることができないため、パワーコンディショナ１の効率を考慮して第１の制御電源１５または第２の制御電源１６を選択することができない。

　そこで、本実施形態のパワーコンディショナ１は、起動時に駆動電力を制御装置４に供給する電源として、系統側システム３側の第２の制御電源１６を優先的に選択する。

　これにより、パワーコンディショナ１の動作を開始させることができる。たとえパワーコンディショナ１に蓄電池２が接続されていない場合であっても、パワーコンディショナ１を起動させることができる。そして、パワーコンディショナ１の状態（異常など）を把握することできる。

　次に、本実施形態に係るパワーコンディショナ１の動作について図６を用いて説明する。起動時において、パワーコンディショナ１は、第２の制御電源１６が制御装置４に駆動電力を供給している。

　まず、第１の計測部４２が電池電圧Ｖ１を計測する（Ｓ１）。そして、第１の決定部４５１が第１の制御電源１５の効率η１を決定する（Ｓ２）。また、第２の計測部４３が（系統電圧Ｖ２を計測する（Ｓ３）。そして、第２の決定部４５２が第２の制御電源１６の効率η２を決定する（Ｓ４）。続いて、取得部４４が予定電力情報を取得する（Ｓ５）。予定電力情報は、充電の場合に予定充電電力を示し、放電の場合に予定放電電力を示す。そして、第３の決定部４５３が電力変換部１４の効率η３を決定する（Ｓ６）。その後、算出部４５４が、制御装置４に駆動電力を供給する電源として第１の制御電源１５を用いた場合の使用電力の効率と、当該電源として第２の制御電源１６を用いた場合の使用電力の効率とを算出する（Ｓ７）。そして、選択部４６が、第１の制御電源１５および第２の制御電源１６のうち、使用電力の効率が高いほうの制御電源を、制御装置４に駆動電力を供給する電源として選択する（Ｓ８）。

　例えば放電時において、制御装置４に駆動電力を供給する電源として第１の制御電源１５を用いる場合、蓄電池２から第１の制御電源１５へＢ１／η１の電力が供給される。Ｂ１＝１００［Ｗ］、η１＝０．９０（９０％）とすると、蓄電池２から第１の制御電源１５への供給電力は１１１［Ｗ］となる。このとき、差分電力１１［Ｗ］（１１１［Ｗ］－１００［Ｗ］）が損失となる。一方、制御装置４に駆動電力を供給する電源として第２の制御電源１６を用いる場合、電力変換部１４から第２の制御電源１６へＢ１／η２の電力が供給される。このとき、蓄電池２から電力変換部１４へ（Ｂ１／η２）／η３の電力が供給される。Ｂ１＝１００［Ｗ］、η２＝０．８５（８５％）、η３＝０．９５（９５％）とすると、蓄電池２から第２の制御電源１６への供給電力は１２３［Ｗ］となる。このとき、差分電力２３［Ｗ］（１２３［Ｗ］－１００［Ｗ］）が損失となる。したがって、この例では、制御装置４に駆動電力を供給する電源として第１の制御電源１５を用いるほうが好ましい。

　以上説明した本実施形態の双方向コンバータ（パワーコンディショナ１）は、第１の電力システム（蓄電池２）と第２の電力システム（系統側システム３）との間の電路に挿入されて用いられる双方向コンバータである。本実施形態の双方向コンバータは、電力変換部１４と、制御部４１と、第１の制御電源１５および第２の制御電源１６と、選択部４６とを備える。電力変換部１４は、第１の電力システムと第２の電力システムとの間において双方向で電力を変換する。制御部４１は、電力変換部１４を制御する。第１の制御電源１５および第２の制御電源１６は、各々が第１の電力システムまたは第２の電力システムから電力供給を受けて制御部４１の駆動電力を制御部４１に供給可能に設けられている。選択部４６は、第１の制御電源１５および第２の制御電源１６のうち、使用電力の効率が高いほうの制御電源を、制御部４１に駆動電力を供給する電源として選択する。

　本実施形態のパワーコンディショナ１は、第１の制御電源１５および第２の制御電源１６のうち、使用電力の効率が高いほうの制御電源を選択する。これにより、パワーコンディショナ１では、制御装置４（制御部４１を含む）に駆動電力を供給する制御電源を使用状況に応じて選択することができるので、電力変換の際のパワーコンディショナ１の効率を改善することができる。

　この際に、本実施形態のパワーコンディショナ１では、使用時すなわち充電時または放電時の条件によって、パワーコンディショナ１の効率を改善することができる。その結果、蓄電池２の充電時には電力料金を削減することができ、蓄電池２の放電時には蓄電池２の放電時間を延ばすことができる。

　本実施形態のように、双方向コンバータ（パワーコンディショナ１）は、第１の計測部４２と、第２の計測部４３と、取得部４４と、演算部４５とをさらに備えることが好ましい。第１の計測部４２は、第１の電力システム（蓄電池２）側の第１の電圧を計測する。第２の計測部４３は、第２の電力システム（系統側システム３）側の第２の電圧を計測する。取得部４４は、第１の電力システムと第２の電力システムとの間で変換される予定電力を取得する。演算部４５は、第１の計測部４２で計測された第１の電圧、第２の計測部４３で計測された第２の電圧、および、取得部４４で取得された予定電力の組み合わせにおいて、制御部４１に駆動電力を供給する電源として第１の制御電源１５を用いた場合の効率、および、当該電源として第２の制御電源１６を用いた場合の効率を求める。この場合、選択部４６は、第１の制御電源１５および第２の制御電源１６のうち、演算部４５で演算された効率が高いほうの制御電源を、制御部４１に駆動電力を供給する電源として選択する。

　本実施形態のように、双方向コンバータ（パワーコンディショナ１）は、記憶部４７をさらに備え、演算部４５が以下の構成要素を含むことが好ましい。記憶部４７は、第１のテーブル４７１と、第２のテーブル４７２と、第３のテーブル４７３とを記憶する。第１のテーブル４７１は、第１の電圧（電池電圧Ｖ１）と第１の制御電源１５の効率とが対応付けられている。第２のテーブル４７２は、第２の電圧（系統電圧Ｖ２）と第２の制御電源１６の効率とが対応付けられている。第３のテーブルは、第１の電圧、第２の電圧および予定電力の組み合わせと電力変換部１４の効率とが対応付けられている。演算部４５は、第１の決定部４５１と、第２の決定部４５２と、第３の決定部４５３と、算出部４５４とを含む。第１の決定部４５１は、記憶部４７に記憶されている第１のテーブル４７１を用いて、第１の計測部４２で計測された第１の電圧に対応する第１の制御電源１５の効率を決定する。第２の決定部４５２は、記憶部４７に記憶されている第２のテーブル４７２を用いて、第２の計測部４３で計測された第２の電圧に対応する第２の制御電源１６の効率を決定する。第３の決定部４５３は、記憶部４７に記憶されている第３のテーブル４７３を用いて、第１の計測部４２で計測された第１の電圧、第２の計測部４３で計測された第２の電圧、および、取得部４４で取得された予定電力の組み合わせに対応する電力変換部１４の効率を決定する。算出部４５４は、第１の決定部４５１で決定された第１の制御電源１５の効率、第２の決定部４５２で決定された第２の制御電源１６の効率、第３の決定部４５３で決定された電力変換部１４の効率、取得部４４で取得された予定電力、および、駆動電力を用いて、制御部４１に駆動電力を供給する電源として第１の制御電源１５を用いた場合の効率と、当該電源として第２の制御電源１６を用いた場合の効率とを算出する。

　本実施形態の双方向コンバータ（パワーコンディショナ１）のように、電力変換部１４を介して第２の電力システム（系統側システム３）から第１の電力システム（蓄電池２）に電力が供給される場合、以下の条件を満たすことが好ましい。第１の電力システムで得られる予定電力をＡ１とし、駆動電力をＢ１とし、第１の制御電源１５の効率をη１とし、第２の制御電源１６の効率をη２とし、電力変換部１４の効率をη３とする。制御部４１に駆動電力を供給する電源として第１の制御電源１５を用いた場合の効率は、Ａ１／〔（Ａ１／η３）＋｛Ｂ１／（η３・η１）｝〕である。制御部４１に駆動電力を供給する電源として第２の制御電源１６を用いた場合の効率は、Ａ１／｛（Ａ１／η３）＋（Ｂ１／η２）｝である。

　本実施形態の双方向コンバータ（パワーコンディショナ１）のように、電力変換部１４を介して第１の電力システム（蓄電池２）から第２の電力システム（系統側システム３）に電力が供給される場合、以下の条件を満たすことが好ましい。第２の電力システムで得られる予定電力をＡ２とし、駆動電力をＢ１とし、第１の制御電源１５の効率をη１とし、第２の制御電源１６の効率をη２とし、電力変換部１４の効率をη３とする。制御部４１に駆動電力を供給する電源として第１の制御電源１５を用いた場合の効率は、Ａ２／｛（Ａ２／η３）＋（Ｂ１／η１）｝である。制御部４１に駆動電力を供給する電源として第２の制御電源１６を用いた場合の効率は、Ａ２／〔（Ａ２／η３）＋｛Ｂ１／（η３・η２）｝〕である。

　本実施形態のように、第１の電力システムは、蓄電池２を含み、第２の電力システムは、電力系統３１を含むことが好ましい。

　（実施形態２）
　実施形態２に係るパワーコンディショナ１は、起動時に用いられる電力供給手段を備えている点で、実施形態１に係るパワーコンディショナ１（図１参照）と相違する。なお、実施形態１のパワーコンディショナ１と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

　本実施形態のパワーコンディショナ１は、電力供給手段を備えている。電力供給手段は、蓄電池２および系統側システム３とは別に設けられており、起動時に第１の制御電源１５および第２の制御電源１６に電力を供給する。本実施形態のパワーコンディショナ１には、図７に示すように、電力供給手段として、内部電池１８が設けられている。なお、図７において、実線は電路を示し、破線は電路以外の信号線などを示す。

　本実施形態に係るパワーコンディショナ１の動作は、起動時に内部電池１８からの電力供給によって第１の制御電源１５または第２の制御電源１６のいずれかを動作させる点以外において、実施形態１のパワーコンディショナ１の動作と同様である。

　以上説明した本実施形態のように、双方向コンバータ（パワーコンディショナ１）は、電力供給手段（内部電池１８）をさらに備えることが好ましい。電力供給手段は、第１の電力システム（蓄電池２）および第２の電力システム（系統側システム３）とは別に設けられて起動時に第１の制御電源１５および第２の制御電源１６の少なくとも一方に電力を供給する。

　上述のように、本実施形態のパワーコンディショナ１は、起動時に蓄電池２および系統側システム３とは別に第１の制御電源１５および第２の制御電源１６に電力を供給する電力供給手段として内部電池１８を備える。これにより、第１の制御電源１５および第２の制御電源１６のうち効率の高いほうを選択する前に、蓄電池２および系統側システム３から電力供給を受けずにパワーコンディショナ１を起動させることができる。例えば、蓄電池２に接続されていないとき、または、電力系統３１が停電であるときでも、パワーコンディショナ１を起動させることができる。

　なお、本実施形態の変形例として、電力供給手段は、内部電池１８に代えて、外部電源（図示せず）を接続するための外部電源入力端子（図示せず）であってもよい。本変形例の場合、パワーコンディショナ１は、起動時に、外部電源入力端子に接続された外部電源からの電力供給によって第１の制御電源１５または第２の制御電源１６のいずれかを動作させる。これにより、第１の制御電源１５および第２の制御電源１６のうち効率の高いほうを選択する前に、蓄電池２および系統側システム３から電力供給を受けずにパワーコンディショナ１を起動させることができる。

　また、本実施形態の変形例として、電力供給手段は、第１の制御電源１５または第２の制御電源１６のいずれか一方に電力を供給するのみであってもよい。本変形例においても、第１の制御電源１５および第２の制御電源１６のうち効率の高いほうを選択する前に、蓄電池２および系統側システム３から電力供給を受けずにパワーコンディショナ１を起動させることができる。

　なお、各実施形態では、双方向コンバータとして、蓄電池２と電力系統３１との間に挿入された充放電用のパワーコンディショナ１について説明したが、双方向コンバータは、当該パワーコンディショナ１には限らない。すなわち、双方向コンバータは、パワーコンディショナ１以外のＤＣ／ＡＣ変換器であってもよい。当該ＤＣ／ＡＣ変換器は、第１の電力システム側から第２の電力システム側への方向に対して直流（直流電力、直流電圧、直流電流）を交流（交流電力、交流電圧、交流電流）に変換し、第２の電力システム側から第１の電力システム側への方向に対して交流を直流に変換する。

　また、双方向コンバータは、ＤＣ／ＤＣ変換器であってもよい。当該ＤＣ／ＤＣ変換器は、いずれの方向に対しても直流（直流電力、直流電圧、直流電流）を異なる大きさの直流（直流電力、直流電圧、直流電流）に変換する。すなわち、当該ＤＣ／ＤＣ変換器は、第１の電力システム側から第２の電力システム側への方向、および、第２の電力システム側から第１の電力システム側への方向のいずれに対しても、直流を当該直流とは異なる大きさの直流に変換する。

　さらに、双方向コンバータは、ＡＣ／ＡＣ変換器であってもよい。当該ＡＣ／ＡＣ変換器は、例えばサイクロコンバータなどであり、いずれの方向に対しても交流（交流電力、交流電圧、交流電流）を異なる大きさまたは周波数の交流（交流電力、交流電圧、交流電流）に変換する。すなわち、当該ＡＣ／ＡＣ変換器は、第１の電力システム側から第２の電力システム側への方向、および、第２の電力システム側から第１の電力システム側への方向のいずれに対しても、交流を当該交流とは異なる大きさまたは周波数の交流に変換する。例えば、交流の入出力を行うプラグインハイブリッド車を電力系統に連系する場合などに用いることができる。

　なお、各実施形態において、パワーコンディショナ１に接続される系統側システム３は、太陽光発電設備（太陽電池パネル、パワーコンディショナ）を備えてもよい。この場合、双方向コンバータとしてのパワーコンディショナ１は、当該太陽光発電設備からの出力を直流のままで用いて蓄電池２を充電してもよい。すなわち、太陽光発電設備からの出力を交流に変換することなく、直流のままで蓄電池２を充電してもよい。一方、当該太陽光発電設備からの出力を交流に変換し、当該交流を用いて蓄電池２を充電してもよい。

　本発明をいくつかの好ましい実施形態によって記述したが、本発明の本来の精神および範囲、すなわち請求の範囲を逸脱することなく、当業者によってさまざまな修正および変形が可能である。

Claims

　第１の電力システムと第２の電力システムとの間の電路に挿入されて用いられる双方向コンバータであって、
　前記第１の電力システムと前記第２の電力システムとの間において双方向で電力を変換する電力変換部と、
　前記電力変換部を制御する制御部と、
　各々が前記第１の電力システムまたは前記第２の電力システムから電力供給を受けて前記制御部の駆動電力を当該制御部に供給可能に設けられた第１の制御電源および第２の制御電源と、
　前記第１の制御電源および前記第２の制御電源のうち、使用電力の効率が高いほうの制御電源を、前記制御部に前記駆動電力を供給する電源として選択する選択部と
　を備えることを特徴とする双方向コンバータ。
　前記第１の電力システム側の第１の電圧を計測する第１の計測部と、
　前記第２の電力システム側の第２の電圧を計測する第２の計測部と、
　前記第１の電力システムと前記第２の電力システムとの間で変換される予定電力を取得する取得部と、
　前記第１の計測部で計測された前記第１の電圧、前記第２の計測部で計測された前記第２の電圧、および、前記取得部で取得された前記予定電力の組み合わせにおいて、前記制御部に前記駆動電力を供給する電源として前記第１の制御電源を用いた場合の効率、および、当該電源として前記第２の制御電源を用いた場合の効率を求める演算部とをさらに備え、
　前記選択部は、前記第１の制御電源および前記第２の制御電源のうち、前記演算部で演算された前記効率が高いほうの制御電源を、前記制御部に前記駆動電力を供給する電源として選択する
　ことを特徴とする請求項１記載の双方向コンバータ。
　前記第１の電力システムおよび前記第２の電力システムとは別に設けられて起動時に前記第１の制御電源および前記第２の制御電源の少なくとも一方に電力を供給する電力供給手段をさらに備えることを特徴とする請求項１または２記載の双方向コンバータ。
　前記第１の電圧と前記第１の制御電源の効率とが対応付けられている第１のテーブルと、前記第２の電圧と前記第２の制御電源の効率とが対応付けられている第２のテーブルと、前記第１の電圧、前記第２の電圧および前記予定電力の組み合わせと前記電力変換部の効率とが対応付けられている第３のテーブルとを記憶する記憶部をさらに備え、
　前記演算部は、
　前記記憶部に記憶されている前記第１のテーブルを用いて、前記第１の計測部で計測された前記第１の電圧に対応する前記第１の制御電源の効率を決定する第１の決定部と、
　前記記憶部に記憶されている前記第２のテーブルを用いて、前記第２の計測部で計測された前記第２の電圧に対応する前記第２の制御電源の効率を決定する第２の決定部と、
　前記記憶部に記憶されている前記第３のテーブルを用いて、前記第１の計測部で計測された前記第１の電圧、前記第２の計測部で計測された前記第２の電圧、および、前記取得部で取得された前記予定電力の組み合わせに対応する前記電力変換部の効率を決定する第３の決定部と、
　前記第１の決定部で決定された前記第１の制御電源の効率、前記第２の決定部で決定された前記第２の制御電源の効率、前記第３の決定部で決定された前記電力変換部の効率、前記取得部で取得された前記予定電力、および、前記駆動電力を用いて、前記制御部に前記駆動電力を供給する電源として前記第１の制御電源を用いた場合の効率と、当該電源として前記第２の制御電源を用いた場合の効率とを算出する算出部とを含む
　ことを特徴とする請求項２記載の双方向コンバータ。
　前記電力変換部を介して前記第２の電力システムから前記第１の電力システムに電力が供給される場合、前記第１の電力システムで得られる前記予定電力をＡ１とし、前記駆動電力をＢ１とし、前記第１の制御電源の効率をη１とし、前記第２の制御電源の効率をη２とし、前記電力変換部の効率をη３とすると、
　前記制御部に前記駆動電力を供給する電源として前記第１の制御電源を用いた場合の効率は、Ａ１／〔（Ａ１／η３）＋｛Ｂ１／（η３・η１）｝〕であり、
　前記制御部に前記駆動電力を供給する電源として前記第２の制御電源を用いた場合の効率は、Ａ１／｛（Ａ１／η３）＋（Ｂ１／η２）｝である
　ことを特徴とする請求項４記載の双方向コンバータ。
　前記電力変換部を介して前記第１の電力システムから前記第２の電力システムに電力が供給される場合、前記第２の電力システムで得られる前記予定電力をＡ２とし、前記駆動電力をＢ１とし、前記第１の制御電源の効率をη１とし、前記第２の制御電源の効率をη２とし、前記電力変換部の効率をη３とすると、
　前記制御部に前記駆動電力を供給する電源として前記第１の制御電源を用いた場合の効率は、Ａ２／｛（Ａ２／η３）＋（Ｂ１／η１）｝であり、
　前記制御部に前記駆動電力を供給する電源として前記第２の制御電源を用いた場合の効率は、Ａ２／〔（Ａ２／η３）＋｛Ｂ１／（η３・η２）｝〕である
　ことを特徴とする請求項４または５記載の双方向コンバータ。
　前記第１の電力システムは、蓄電池を含み、
　前記第２の電力システムは、電力系統を含む
　ことを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の双方向コンバータ。
　前記第１の電力システム側から前記第２の電力システム側への方向に対して直流を交流に変換し、前記第２の電力システム側から前記第１の電力システム側への方向に対して交流を直流に変換するＤＣ／ＡＣ変換器であることを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の双方向コンバータ。
　前記第１の電力システム側から前記第２の電力システム側への方向、および、前記第２の電力システム側から前記第１の電力システム側への方向のいずれに対しても、直流を当該直流とは異なる大きさの直流に変換するＤＣ／ＤＣ変換器であることを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の双方向コンバータ。
　前記第１の電力システム側から前記第２の電力システム側への方向、および、前記第２の電力システム側から前記第１の電力システム側への方向のいずれに対しても、交流を当該交流とは異なる大きさまたは周波数の交流に変換するＡＣ／ＡＣ変換器であることを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の双方向コンバータ。