WO2017068814A1 - 電力変換装置及びその制御方法 - Google Patents

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綾井　直樹
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住友電気工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a power conversion device and a control method thereof.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2015-205346 filed on Oct. 19, 2015, and incorporates all the description content described in the above Japanese application.
  • a power converter including a booster circuit (DC / DC converter) and an inverter circuit is used.
  • the voltage of a DC power source is boosted by a booster circuit to a constant voltage higher than the peak voltage on the AC side, and then the voltage is converted into an AC voltage by an inverter circuit.
  • the booster circuit and the inverter circuit always perform a high-speed switching operation. Therefore, switching loss occurs in each switching element, and iron loss occurs in the reactor. These losses are factors that hinder the improvement of conversion efficiency.
  • the voltage of the DC power supply is always compared with the absolute value of the instantaneous voltage on the AC side, the booster circuit is switched only during the period that requires boosting, and the inverter circuit is switched only during the period that requires stepping down.
  • Such a control has been proposed (see, for example, Patent Documents 1 and 2). According to such control, a pause period of the switching operation can be made in the booster circuit and the inverter circuit. If the idle period is made, the switching loss and the iron loss of the reactor are suppressed accordingly, which contributes to the improvement of the conversion efficiency.
  • the present invention is a power conversion device that performs DC / AC power conversion through an intermediate bus, a first DC / DC converter provided between a first DC power supply or load and the intermediate bus, and a DC A second DC / DC converter provided between a side capacitor and the intermediate bus; an intermediate capacitor connected to the intermediate bus; a DC / AC converter provided between the intermediate bus and an AC system; A control unit that controls the first DC / DC converter, the second DC / DC converter, and the DC / AC converter, wherein the control unit mainly generates a reactive current flowing through the intermediate bus. It is a power converter device for setting a current command value supplied by the second DC / DC converter.
  • a first DC / DC converter provided between the first DC power supply or load and the intermediate bus, and a second DC / DC provided between the DC capacitor and the intermediate bus.
  • the control method of the power conversion apparatus wherein the reactive current flowing through the intermediate bus is set to the current command value supplied mainly by the second DC / DC converter.
  • FIG. 2 As a verification example 2 (before current smoothing), a waveform about a power converter that discharges a storage battery in a state where there is no power generation of the solar power generation panel (including a case where the solar power generation panel is not connected).
  • FIG. 2 (after current smoothing) a waveform of a power conversion device that discharges a storage battery in a state where there is no power generation of the solar power generation panel (including a case where the solar power generation panel is not connected).
  • FIG. It is a wave form diagram about the power converter which is charging the storage battery in the state where there is power generation of a photovoltaic power generation panel as verification example 3 (before current smoothing).
  • FIG. 22 is a waveform diagram of an alternating current I a , an output current Ip of a photovoltaic power generation panel, and an output current Ib of a storage battery under the condition of FIG. 21 as Verification Example 7 (after current smoothing).
  • the DC power supply is a storage battery
  • the output impedance is smaller than that of the photovoltaic power generation panel.
  • the reactive current cannot be absorbed only by the capacitor. Therefore, a reactive current flows through the storage battery, and an electric path between the storage battery and the power conversion device and a loss generated inside the storage battery increase. Such a loss becomes a factor that hinders improvement in conversion efficiency.
  • the gist of the embodiment of the present invention includes at least the following.
  • This is a power conversion device that performs DC / AC power conversion via an intermediate bus, and a first DC / DC converter provided between a first DC power source or a load and the intermediate bus; A second DC / DC converter provided between the DC side capacitor and the intermediate bus, an intermediate capacitor connected to the intermediate bus, and a DC / AC converter provided between the intermediate bus and the AC system And a control unit that controls the first DC / DC converter, the second DC / DC converter, and the DC / AC converter, The control unit is a power conversion device that sets a reactive current flowing in the intermediate bus as a setting of a current command value supplied mainly by the second DC / DC converter.
  • the first DC / DC converter can reduce the reactive current and flow mainly the effective current. it can. Thereby, the peak value of the current of the first DC / DC converter can be suppressed, the conversion efficiency can be increased, and a more compact size can be realized.
  • the control unit has a total power of the power passing through the first DC / DC converter and the power passing through the second DC / DC converter. , And control to match the total power of the reactive power related to the intermediate capacitor and the power appearing on the AC side of the DC / AC converter.
  • the DC power viewed from the intermediate bus and the AC power including the intermediate capacitor coincide with each other.
  • the power on the DC side does not become excessive power exceeding the power on the AC side. Therefore, the first DC / DC converter and the second DC / DC converter perform a minimum switching operation including an idle period, and the DC / AC converter performs a minimum switching operation including an idle period. Become.
  • a filter circuit including an AC reactor and an AC capacitor on the AC side is provided on the AC side of the DC / AC converter, and the filter circuit is connected to an AC system.
  • the control unit is configured such that the sum of the power of the AC system and the power of the AC-side capacitor matches the power transferred between the AC reactor and the DC / AC converter. It may be controlled as described above. In this case, it is possible to make the power coincide with each other in consideration of the filter circuit. In other words, the control unit performs control in consideration of the influence of the filter circuit.
  • the DC-side capacitor may be an element that closes a DC-side termination circuit.
  • the second DC / DC converter in this case does not need to pass an effective current, and exists only for supplying a reactive current. Therefore, the circuit configuration is suitable for preventing the reactive current from being borne by the first DC / DC converter.
  • a second DC power supply may be connected in parallel to both ends of the DC-side capacitor.
  • the second DC / DC converter can flow not only the reactive current but also the effective current.
  • a switch that can be opened and closed by the control unit may be provided between the DC-side capacitor and the second DC power supply.
  • the second DC / DC converter can be used only for flowing reactive current, and when the switch is closed, not only reactive current but also effective current can flow.
  • the reactive current flowing through the first DC / DC converter becomes 0, and the second DC A current command value is set so that the DC converter supplies all reactive currents.
  • the peak value of the current of the first DC / DC converter can be suppressed most, the conversion efficiency can be increased, and compactness can be realized.
  • the control unit is configured to control currents flowing through the first DC / DC converter and the second DC / DC converter, respectively.
  • the reactive currents of the first DC / DC converter and the second DC / DC converter are controlled by setting a current command value so that the peak value is minimized. In this case, the current capacities of the two DC / DC converters can be minimized.
  • control unit is configured to control currents flowing through the first DC / DC converter and the second DC / DC converter, respectively.
  • the reactive currents of the first DC / DC converter and the second DC / DC converter are controlled by setting a current command value so that the mean square value is minimized. In this case, the resistance loss of the two DC / DC converters can be minimized.
  • the control unit includes the second DC / DC so that a voltage across the DC-side capacitor matches a voltage of the first DC power supply or a load.
  • the reactive current of the DC converter is controlled by setting the current command value.
  • the second DC / DC converter to which no DC power source or load is connected can be switched at the same timing as the first DC / DC converter. Therefore, the switching operation period of the second DC / DC converter can be minimized.
  • the setting of the current command value for supplying the reactive current is a term that depends on time when the current flowing through the intermediate bus is expressed by a mathematical expression. Is to allocate a part or all of By setting the current command value in this way, it is possible to freely set the burden of reactive current by the first DC / DC converter and the second DC / DC converter.
  • a first DC / DC converter provided between the first DC power supply or load and the intermediate bus, and a second DC provided between the DC capacitor and the intermediate bus.
  • the reactive current flowing through the intermediate bus is mainly set to a current command value supplied by the second DC / DC converter.
  • the second DC / DC converter mainly takes over the reactive current. Therefore, the first DC / DC converter reduces the reactive current and is mainly effective. Current can flow. Thereby, the peak value of the current of the first DC / DC converter can be suppressed, the conversion efficiency can be increased, and a more compact size can be realized.
  • FIG. 1 is a single-line connection diagram illustrating a schematic configuration of a power conversion device 50 connected to the photovoltaic power generation panel 3P.
  • the power conversion device 50 performs power conversion from direct current to alternating current, and is connected to the DC / DC converter 1 as a booster circuit and an intermediate bus (DC bus) 6 to the DC / DC converter 1.
  • a DC / AC converter 8 is provided as an inverter circuit.
  • the DC / DC converter 1 is provided via a DC-side capacitor 4 between a photovoltaic power generation panel 3P as a DC power supply and the intermediate bus 6.
  • An intermediate capacitor 7 is connected to the intermediate bus 6.
  • the DC / AC converter 8 is provided between the intermediate bus 6 and the AC system via an AC capacitor 9.
  • This power conversion device 50 always compares the voltage that can be drawn from the photovoltaic power generation panel 3P with the absolute value of the instantaneous voltage on the AC side, and causes the DC / DC converter 1 to perform a switching operation only during a period that requires boosting.
  • the AC converter 8 is controlled by a minimum switching method in which the switching operation is performed only during a period in which the step-down is necessary. According to such control, the DC / DC converter 1 and the DC / AC converter 8 can have a pause period for the switching operation. If the idle period is made, the switching loss and the iron loss of the reactor are suppressed accordingly, so that the conversion efficiency is improved.
  • a pulsating current including a reactive current as shown in the left waveform in the figure simply flows through the DC / DC converter 1.
  • the current output from the power converter 50 to the AC system is a sinusoidal current synchronized with the commercial power system, as indicated by the right waveform in the figure.
  • FIG. 2 is an example of a circuit diagram of the power conversion device 50 of FIG. Portions corresponding to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
  • a power converter 50 includes a filter circuit 14 and a control unit 20 in addition to the above-described DC-side capacitor 4, DC / DC converter 1, intermediate capacitor 7, DC / AC converter 8, and a sensor described later for measurement. It has a kind.
  • the DC / DC converter 1 is a step-up (step-down) chopper provided with a direct current reactor 11 and a pair of switching elements Q11 and Q12.
  • switching elements Q11 and Q12 for example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) is used. Diodes d11 and d12 are connected to switching elements Q11 and Q12, respectively, in parallel and opposite polarities.
  • FET Field Effect Transistor
  • the DC / AC converter 8 includes four switching elements Q81, Q82, Q83, and Q84 that form a full bridge.
  • the filter circuit 14 includes an AC reactor 13 and an AC side capacitor 9, and prevents high frequency components included in the AC output of the DC / AC converter 8 from leaking into the AC system 17.
  • the AC system 17 includes an AC load 15 and a commercial power system 16.
  • Examples of the sensors include a voltage sensor 31 that detects a voltage (V g ) across the DC capacitor 4, a current sensor 33 that detects a current (I in ) flowing through the DC / DC converter 1, and an intermediate capacitor 7.
  • a voltage sensor 35 that detects the voltage across both ends, that is, the voltage (V o ) between the two lines of the intermediate bus 6, a current sensor 36 that detects a current (I inv ) flowing through the AC side of the DC / AC converter 8, And a voltage sensor 37 for detecting the voltage across the two.
  • the measurement output signals of all sensors are sent to the control unit 20.
  • the control unit 20 performs switching control of the DC / DC converter 1 and the DC / AC converter 8.
  • the control unit 20 includes, for example, a CPU, and realizes necessary control functions by causing a computer to execute software (computer program).
  • the software is stored in a storage device (not shown) of the control unit 20.
  • FIG. 3 is a single-line connection diagram illustrating a schematic configuration of the power conversion device 50 connected to the photovoltaic power generation panel 3P.
  • the same parts as those in FIG. 1 is that two systems on the direct current side from the intermediate bus 6 are provided.
  • a second DC / DC converter 2 is provided between the DC-side capacitor 5 and the intermediate bus 6 separately from the first DC / DC converter 1.
  • a DC power source is not connected to the second DC / DC converter 2.
  • FIG. 4 is an example of a circuit diagram of the power conversion device 50 of FIG. Parts corresponding to those in FIGS. 2 and 3 are denoted by the same reference numerals.
  • the second DC / DC converter 2 is a step-up (step-down) chopper provided with a direct current reactor 12 and a pair of switching elements Q21 and Q22.
  • the switching elements Q21 and Q22 for example, an IGBT is used.
  • Diodes d21 and d22 are connected to switching elements Q21 and Q22, respectively, in parallel and opposite polarities.
  • FETs can also be used as the switching elements Q21 and Q22.
  • the voltage across the DC capacitor 5 is detected by the voltage sensor 32, and the measurement signal is sent to the control unit 20.
  • the current flowing through the DC / DC converter 2 is detected by the current sensor 34, and the measurement signal is sent to the control unit 20.
  • the control unit 20 passes the power passing through the first DC / DC converter 1 and the second DC / DC converter 2.
  • the total power is controlled so as to match the total power of the reactive power related to the intermediate capacitor 7 and the power appearing on the AC side of the DC / AC converter 8. That is, in this case, the DC power viewed from the intermediate bus 6 and the AC power including the intermediate capacitor 7 match each other. In other words, the power on the DC side does not become excessive power exceeding the power on the AC side. Therefore, the first DC / DC converter 1 and the second DC / DC converter 2 perform a minimum switching operation including an idle period, and the DC / AC converter 8 performs a minimum switching operation including an idle period. Will do.
  • control unit 20 causes the total power of the power delivered to the AC system 17 and the power of the AC side capacitor 9 to match the power delivered between the AC reactor 13 and the DC / AC converter 8. To control. As a result, the power can be matched even when the filter circuit 14 is considered. In other words, the control unit 20 performs control in consideration of the influence of the filter circuit 14.
  • the DC-side capacitor 5 is an element that closes the DC-side termination circuit.
  • the first DC / DC converter 1 passes an effective current
  • the second DC / DC converter 2 passes an invalid current.
  • the second DC / DC converter 2 in this case does not need to flow an effective current, and exists only to flow a reactive current.
  • Such a configuration is a suitable circuit configuration for preventing the reactive current from being borne by the first DC / DC converter 1.
  • the first DC / DC converter 1 in which the reactive current does not flow can increase the conversion efficiency as compared with the case where the reactive current flows. Further, the peak value and effective value of the current flowing through the first DC / DC converter 1 can be suppressed, and the configuration can be further reduced.
  • the photovoltaic power generation panel 3P can be replaced with a storage battery 3B.
  • the storage battery 3B is a direct current power source when discharged, and becomes a load when charged.
  • control unit 20 controls the minimum switching method.
  • the theory of the minimum switching method will be described.
  • various quantities are defined as follows, including those already mentioned.
  • V a AC system voltage detected by the voltage sensor 37 I * a : AC current command value to be supplied to the AC system 17 I inv : AC current detected by the current sensor 36
  • C a Capacitance of the AC side capacitor 9 I * inv : current command value to be passed from the DC / AC converter 8 to the AC reactor 13
  • V * inv voltage command value on the AC side of the DC / AC converter 8
  • R * inv resistance component of the DC / AC converter 8
  • L inv Inductance of AC reactor 13 I * in : Current command value to be passed through DC reactor 11 (12) of DC / DC converter 1 (2) I in : DC current detected by current sensor 33 (34)
  • Pressure command value V o: the intermediate voltage V g is detected by the voltage sensor 35: current voltage R * in is detected by the voltage sensor 31: DC / DC converter 1 (2) of the resistance component L inv: DC reactor 11 (12
  • the amount that changes with time t is expressed as a function of time in the following equation. Note that the difference between the character fonts below (solid / italic) has no meaning, and the same characters represent the same amount (the same applies hereinafter).
  • I * inv and V * inv without time (t) included in equation (5) represent the amplitude of the sine wave.
  • Formula (5) can be further transformed into the following formula (6).
  • Equation (6) is a constant value that does not depend on time, and this is an effective current. That is, the equation (7) representing the effective current I * in_a is as follows.
  • the symbol ⁇ > represents an average value in parentheses.
  • subscripts in I * inv _ i for example, the current command value current command value corresponding to the DC / DC converter 1 corresponds to I * inv _ 1, DC / DC converter 2 and I * inv _ 2 Represents that.
  • the effective current is equal to the effective value of I * inv and V * inv divided by the DC input voltage Vg, and when there are a plurality of DC / DC converters, the current derived from each converter It can be expressed by a linear combination of I * inv_i .
  • Equation (6) is a reactive current having a frequency twice as high as the AC frequency. That is, Expression (8) representing the reactive current I * in_r (t) is as follows.
  • the effective value of the reactive current is the root mean square (rms) of the equation (8), and is represented by the following equation (9). This is (1 / ⁇ 2) times the effective current.
  • the effective value of the current is expressed by the following equation (10). That is, this is (3/2) 1/2 times the effective current.
  • the DC / DC converter 1 can be expressed by the equation (7). Only the effective current can be passed. Thereby, the peak value of the current of the DC / DC converter 1 is halved as compared with the configuration of FIG. Furthermore, since the low-frequency pulsating flow does not flow through the DC / DC converter 1, the capacitance of the DC-side capacitor 4 can be reduced.
  • the current command value I * inv of the DC / AC converter 8 is divided into I * inv_i so as to correspond to a plurality of DC / DC converters.
  • the capacitance of the intermediate capacitor 7 is divided to correspond to a plurality of DC / DC converters and becomes Co_i .
  • the current command value I * in1 of the DC / DC converter 1 obtained by the equation (11) is used as the AC component cycle T (the AC cycle output by the DC / AC converter 8).
  • the effective current component I * in1_a is obtained by averaging in 1/2).
  • the current command value I * imm1 of the DC / DC converter 1 in which the reactive current component is reduced can be obtained by the following equation (14), where u is a number in the range of 0 to 1.
  • the current command value I * inm2 of the DC / DC converter 2 that bears the reactive current is obtained by substituting u ⁇ I * in1_r into I * in2 obtained by the expression (11) as shown in the following expression (15). Obtained by adding.
  • I * in2 is 0 when the DC power supply is not connected to the DC / DC converter 2. Further, when the value of u is 1, I * inm2 becomes I * in1_r , and only the DC / DC converter 1 supplies the reactive current component.
  • the value of u is determined in consideration of the size, cost, conversion efficiency, and the like of the power conversion device 50. It can also be changed depending on the operating conditions.
  • the DC / DC converter 2 mainly supplies the reactive current flowing through the intermediate bus 6 according to the equations (14) and (15). That is, in such a power conversion device 50, since the DC / DC converter 2 mainly takes over the reactive current, the DC / DC converter 1 can reduce the reactive current and flow mainly the effective current. . Thereby, the peak value of the current of the DC / DC converter 1 can be suppressed, the conversion efficiency can be increased, and further downsizing can be realized.
  • the reactive current flowing through the DC / DC converter 1 and the DC / DC converter 2 can be controlled so that the peak value of the current flowing through the DC / DC converter 1 and the DC / DC converter 2 is minimized.
  • the power conversion device 50 can be reduced in size.
  • the reactive current flowing through the DC / DC converter 1 and the DC / DC converter 2 can be controlled so that the mean square of the current flowing through the DC / DC converter 1 and the DC / DC converter 2 is minimized.
  • the power conversion device 50 can be made highly efficient.
  • control unit 20 controls the reactive current of the DC / DC converter 2 so that the voltage across the DC capacitor 5 matches the voltage of the DC power source, that is, the voltage of the DC capacitor 4.
  • the DC / DC converter 2 that is not connected to the DC power supply can be switched at the same timing as the DC / DC converter 1. Therefore, the switching operation period of the DC / DC converter 2 can be minimized.
  • FIG. 5 is a single-line connection diagram showing a schematic configuration of the power conversion device 50 connected to the storage battery 3B.
  • a storage battery 3B is connected to the DC / DC converter 1 instead of the photovoltaic power generation panel.
  • the reactive current flowing through the DC / DC converter 1 and the DC / DC converter 2 is controlled so that the reactive current flowing through the DC / DC converter 1 becomes zero. Thereby, it is possible to prevent a reactive current from flowing through the storage battery 3B.
  • FIG. 6 is a single-line connection diagram illustrating a schematic configuration of the power conversion device 50 connected to the photovoltaic power generation panel 3P and the storage battery 3B.
  • the storage battery 3B is connected to the DC / DC converter 2 in a system different from the photovoltaic power generation panel 3P, and switches 21 and 22 are provided.
  • the switch 21 is provided between the photovoltaic power generation panel 3P and the DC / DC converter 1.
  • the switch 22 is provided between the storage battery 3 ⁇ / b> B and the DC / DC converter 2.
  • FIG. 7 is an example of a circuit diagram of the power conversion device 50 corresponding to FIG.
  • the difference from FIG. 4 is that the above switches 21 and 22 are provided and that the storage battery 3B is connected to the DC / DC converter 2.
  • the switches 21 and 22 can be opened or closed by the control unit 20.
  • the switches 21 and 22 for example, relay contacts can be used.
  • the switch 21 when the photovoltaic power generation panel 3P generates power and the storage battery 3B is not operating, the switch 21 is closed and the switch 22 is opened.
  • the DC / DC converter 2 can be used for reactive current supply. By causing the reactive current to flow through the DC / DC converter 2 without flowing the reactive current through the storage battery 3B, the peak value of the current flowing through the DC / DC converters 1 and 2 or the mean square of the current can be minimized. .
  • FIG. 8 is a single-line connection diagram illustrating a schematic configuration of the power conversion device 50 connected to the photovoltaic power generation panel 3P and the storage battery 3B.
  • the difference from FIG. 6 is that the open / close states of the switches 21 and 22 are reversed.
  • the switch 21 is opened and the switch 22 is closed.
  • the solar cell is prevented from being turned on by the voltage of the DC-side capacitor 4, and at the same time, the reactive current is caused to flow to the DC / DC converter 2 and the storage battery 3B by flowing the reactive current to the DC / DC converter 1. Can be prevented from flowing.
  • FIG. 9 is a single-line connection diagram illustrating a schematic configuration of the power conversion device 50 connected to the photovoltaic power generation panel 3P and the storage battery 3B.
  • the difference from FIGS. 6 and 8 is that both the switches 21 and 22 are closed.
  • the switches 21 and 22 are both closed as described above.
  • the reactive current of the DC / DC converter 1 is controlled so that the reactive current flowing through the DC / DC converter 2 becomes zero. In this way, it is possible to prevent a reactive current from flowing through the storage battery 3B.
  • the photovoltaic power generation panel 3P when the photovoltaic power generation panel 3P is generating power and the storage battery 3B is being charged, the reactive current flowing through the DC / DC converter 1 and the DC / DC converter 2 is canceled out, so that the current flows through the converters 1 and 2. The peak value of the current is reduced. Therefore, when the photovoltaic power generation panel 3P is generating electric power, the storage battery 3B does not discharge, and if only charging is performed, the current capacities of the DC / DC converter 1 and the DC / DC converter 2 can be reduced. Therefore, the power converter 50 can be reduced in size and weight.
  • the DC / DC converter 2 can be used only for passing a reactive current when the switch 22 is opened, and is effective not only for the reactive current when the switch 22 is closed. Current can also flow.
  • the DC / DC converter 1 can be used only for flowing reactive current, and when the switch 21 is closed, not only reactive current but also effective current can flow.
  • FIG. 10 and 11 show waveforms of the power conversion device 50 that charges the storage battery 3B in a state where there is no power generation of the solar power generation panel 3P (including the case where the solar power generation panel 3P is not connected).
  • the charging power is 2 kW
  • the power received from the AC system 17 is 2 kW
  • the voltage of the storage battery 3B is 200V.
  • FIG. 10 shows a case where the above-described control relating to the reactive current is not performed
  • FIG. 11 shows a case where the control is performed.
  • the alternating current Ia and the total distortion THD are as follows.
  • I a 9.53 Arms
  • THD 6.0%
  • I a 9.46 Arms
  • THD 5.2%
  • THD was obtained from a waveform that passed through a low-pass filter having a cutoff frequency of 5 kHz in order to eliminate ripples with a switching period of 15 kHz or more.
  • FIGS. 12 and 13 show waveforms of the power conversion device 50 that discharges the storage battery 3B in a state where the photovoltaic power generation panel 3P is not generating power (including the case where the photovoltaic power generation panel 3P is not connected).
  • FIG. The voltage of the storage battery 3B was 200 V, and the discharge power was 2 kW.
  • FIG. 12 shows a case where the control relating to the reactive current is not performed, and
  • FIG. 13 shows a case where the control is performed.
  • the DC / DC converter 1 was caused to bear a reactive current, and the voltage of the DC side capacitor 4 of the DC / DC converter 1 was maintained at 200 V, which is the same as that of the storage battery 3B. Also in this case, the switching period of the DC / DC converter 2 is hardly changed by the smoothing, and the state where the DC / AC converter 8 is stopped during the switching period is maintained. Switching of the DC / DC converter 1 is also performed during the same period as the DC / DC converter 2 and is stopped during the period when the DC / AC converter 8 operates.
  • FIG.14 and FIG.15 is a wave form diagram about the power converter device 50 which is charging the storage battery 3B in the state with the electric power generation of the photovoltaic power generation panel 3P.
  • the voltage of the storage battery 3B was 200 V, which is lower than the optimum operating voltage of the photovoltaic power generation panel 3P.
  • the generated power was 6 kW, the charging power was 2 kW, and the reverse power was 4 kW.
  • FIG. 14 shows a case where the control relating to the reactive current is not performed
  • FIG. 15 shows a case where the control is performed.
  • the alternating current Ia and the total distortion THD are as follows. Before current smoothing (FIG. 14) I a : 19.7 Arms, THD: 3.2% After current smoothing (FIG. 15) I a : 19.2 Arms, THD: 4.0%
  • the DC / DC converter 2 since the current does not flow unless the output voltage is increased to the same voltage as the output of the DC / DC converter 1, the DC / DC converter 2 always performs switching. After the current smoothing, the current of the DC / DC converter 2 is generally smoothed, and the amplitude of the pulsating flow of the DC / DC converter 1 is also reduced. Even after the current smoothing, the switching period of the DC / DC converter 1 is separated from each other without overlapping the switching period of the DC / AC converter 8, and the number of times of switching does not increase.
  • FIG.16 and FIG.17 is a wave form diagram about the power converter device 50 which is charging the storage battery 3B in the state with the electric power generation of the solar power generation panel 3P.
  • the voltage of the storage battery 3B was set to 275 V, which is higher than the optimum operating voltage of the photovoltaic power generation panel 3P.
  • the generated power was 6 kW
  • the charging power was 2 kW
  • the reverse power was 4 kW.
  • FIG. 16 shows a case where the control relating to the reactive current is not performed
  • FIG. 17 shows a case where the control is performed. In this case, the DC / DC converter 1 always performs switching. It can be seen that current smoothing is possible even when the voltage of the storage battery 3B is higher than that of the photovoltaic power generation panel 3P.
  • FIG.18 and FIG.19 is a wave form diagram about the power converter device 50 which is discharging the storage battery 3B in the state with the electric power generation of the photovoltaic power generation panel 3P.
  • the voltage of the storage battery 3B was 200V.
  • the generated power was 4 kW
  • the discharge power was 2 kW
  • the reverse power was 6 kW.
  • FIG. 18 shows a case where the control relating to the reactive current is not performed
  • FIG. 19 shows a case where the control is performed. Also in this case, the current smoothing of the DC / DC converter 2 is performed without any problem.
  • the DC / DC converter 1 has a switching stop period, and the original operation in which the DC / DC converter 1 and the DC / AC converter 8 perform switching alternately is maintained even after smoothing.
  • the alternating current Ia and the total distortion THD are as follows. Before current smoothing (FIG. 18) I a : 29.3 Arms, THD: 1.7% After current smoothing (FIG. 19) I a : 29.7 Arms, THD: 2.7%
  • FIG.20 and FIG.21 is a wave form diagram about the power converter device 50 which is discharging the storage battery 3B in the state with the electric power generation of the solar power generation panel 3P.
  • the voltage of the storage battery 3B was 275V.
  • the generated power was 4 kW
  • the discharge power was 2 kW
  • the reverse power was 6 kW.
  • FIG. 20 shows a case where the control relating to the reactive current is not performed
  • FIG. 21 shows a case where the control is performed. Also in this case, the current smoothing of the DC / DC converter 2 is performed without any problem.
  • the DC / DC converter 2 has a switching stop period, and the original operation in which the DC / DC converter 2 and the DC / AC converter 8 perform switching alternately is maintained even after smoothing.
  • the alternating current Ia and the total distortion THD are as follows. Before current smoothing (FIG. 20) I a : 29.6 Arms, THD: 1.9% After current smoothing (FIG. 21) I a : 29.4 Arms, THD: 1.9%
  • the upper stage, the middle stage, and the lower stage of FIG. 22 are waveform diagrams of the alternating current I a , the output current Ip of the photovoltaic power generation panel 3P, and the output current Ib of the storage battery 3B, respectively, under the conditions of FIG. It can be seen that the current flowing through the DC / DC converter 1 connected to the photovoltaic power generation panel 3P includes a reactive current, but is smoothed by the DC-side capacitor 4, and the output current Ip is substantially constant. In this case, after current smoothing, I a : 29.4 Arms, THD: 1.9% It is.
  • this power converter can also be expressed as follows.
  • a power conversion device that performs DC / AC power conversion via an intermediate bus, A first DC / DC converter provided between a first DC power supply or load and the intermediate bus; A second DC / DC converter provided between the direct current side capacitor and the intermediate bus; An intermediate capacitor connected to the intermediate bus; A DC / AC converter provided between the intermediate bus and the AC system; A controller for controlling the first DC / DC converter, the second DC / DC converter, and the DC / AC converter; The control unit sets the current command value that the first DC / DC converter supplies most for the effective current among the currents flowing through the intermediate bus, and the second DC / DC for the reactive current. This is a power conversion device that sets the current command value supplied most by the DC converter.

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Abstract

中間バスを介して直流／交流の電力変換を行う電力変換装置であって、直流電源と中間バスとの間に設けられる第１のＤＣ／ＤＣコンバータと、直流側コンデンサと中間バスとの間に設けられる第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、中間バスに接続された中間コンデンサと、中間バスと交流系統との間に設けられるＤＣ／ＡＣコンバータと、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ、及び、ＤＣ／ＡＣコンバータを制御する制御部と、を備え、制御部は、中間バスに流れる無効電流を、主として第２のＤＣ／ＤＣコンバータが供給する電流指令値の設定とする。

Description

電力変換装置及びその制御方法
　本発明は、電力変換装置及びその制御方法に関する。
　本出願は、２０１５年１０月１９日出願の日本出願第２０１５－２０５３４６号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
　直流電源の電圧を単相交流電圧に変換するには、例えば、昇圧回路（ＤＣ／ＤＣコンバータ）及びインバータ回路を含む電力変換装置が用いられる。伝統的な電力変換装置では、直流電源の電圧を、交流側のピーク電圧より高い一定電圧まで昇圧回路で昇圧した後、当該電圧を、インバータ回路で交流電圧に変換している。この場合、昇圧回路及びインバータ回路は、常時高速なスイッチング動作を行っている。そのため、各スイッチング素子ではスイッチング損失が発生し、リアクトルでは鉄損が発生する。これらの損失は、変換効率の向上を妨げる要因となる。
　一方、直流電源の電圧と交流側の瞬時電圧の絶対値とを常に比較して、昇圧回路については昇圧が必要な期間のみスイッチング動作させ、インバータ回路については降圧が必要な期間のみスイッチング動作させる、という制御が提案されている（例えば特許文献１，２参照。）。このような制御によれば、昇圧回路及びインバータ回路にスイッチング動作の休止期間ができる。休止期間ができれば、その分、スイッチング損失やリアクトルの鉄損が抑制されるので、変換効率の向上に資することになる。
特開２０１４－２４１７１４号公報 特開２０１４－２４１７１５号公報
　本発明は、中間バスを介して直流／交流の電力変換を行う電力変換装置であって、第１直流電源又は負荷と前記中間バスとの間に設けられる第１のＤＣ／ＤＣコンバータと、直流側コンデンサと前記中間バスとの間に設けられる第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、前記中間バスに接続された中間コンデンサと、前記中間バスと交流系統との間に設けられるＤＣ／ＡＣコンバータと、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータ、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータ、及び、前記ＤＣ／ＡＣコンバータを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記中間バスに流れる無効電流を、主として前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータが供給する電流指令値の設定とする電力変換装置である。
　制御方法の観点からは、第１直流電源又は負荷と中間バスとの間に設けられる第１のＤＣ／ＤＣコンバータと、直流側コンデンサと前記中間バスとの間に設けられる第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、前記中間バスに接続された中間コンデンサと、前記中間バスと交流系統との間に設けられるＤＣ／ＡＣコンバータと、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータ、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータ、及び、前記ＤＣ／ＡＣコンバータを制御する制御部とを備え、前記中間バスを介して直流／交流の電力変換を行う電力変換装置について、前記制御部が実行する電力変換装置の制御方法であって、前記中間バスに流れる無効電流を、主として前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータが供給する電流指令値の設定とする電力変換装置の制御方法である。
太陽光発電パネルに接続された電力変換装置の概略構成を示す単線接続図である。 図１の電力変換装置の回路図の一例である。 太陽光発電パネルに接続された電力変換装置の概略構成を示す単線接続図である。 図３の電力変換装置の回路図の一例である。 蓄電池に接続された電力変換装置の概略構成を示す単線接続図である。 太陽光発電パネル及び蓄電池に接続された電力変換装置の概略構成を示す単線接続図である。 図６に対応した電力変換装置の回路図の一例である。 太陽光発電パネル及び蓄電池に接続された電力変換装置の概略構成を示す単線接続図である。 太陽光発電パネル及び蓄電池に接続された電力変換装置の概略構成を示す単線接続図である。 検証例１（電流平滑化前）として、太陽光発電パネルの発電が無い状態（太陽光発電パネルが接続されていない場合を含む。）で、蓄電池の充電を行っている電力変換装置についての波形図である。 検証例１（電流平滑化後）として、太陽光発電パネルの発電が無い状態（太陽光発電パネルが接続されていない場合を含む。）で、蓄電池の充電を行っている電力変換装置についての波形図である。 検証例２（電流平滑化前）として、太陽光発電パネルの発電が無い状態（太陽光発電パネルが接続されていない場合を含む。）で、蓄電池の放電を行っている電力変換装置についての波形図である。 検証例２（電流平滑化後）として、太陽光発電パネルの発電が無い状態（太陽光発電パネルが接続されていない場合を含む。）で、蓄電池の放電を行っている電力変換装置についての波形図である。 検証例３（電流平滑化前）として、太陽光発電パネルの発電がある状態で、蓄電池の充電を行っている電力変換装置についての波形図である。 検証例３（電流平滑化後）として、太陽光発電パネルの発電がある状態で、蓄電池の充電を行っている電力変換装置についての波形図である。 検証例４（電流平滑化前）として、太陽光発電パネルの発電がある状態で、蓄電池の充電を行っている電力変換装置についての波形図である。 検証例４（電流平滑化後）として、太陽光発電パネルの発電がある状態で、蓄電池の充電を行っている電力変換装置についての波形図である。 検証例５（電流平滑化前）として、太陽光発電パネルの発電がある状態で、蓄電池の放電を行っている電力変換装置についての波形図である。 検証例５（電流平滑化後）として、太陽光発電パネルの発電がある状態で、蓄電池の放電を行っている電力変換装置についての波形図である。 検証例６（電流平滑化前）として、太陽光発電パネルの発電がある状態で、蓄電池の放電を行っている電力変換装置についての波形図である。 検証例６（電流平滑化後）として、太陽光発電パネルの発電がある状態で、蓄電池の放電を行っている電力変換装置についての波形図である。 検証例７（電流平滑化後）として、図２１の条件における、交流電流Ｉａ、太陽光発電パネルの出力電流Ｉｐ、及び、蓄電池の出力電流Ｉｂの波形図である。
　［本開示が解決しようとする課題］
　前述の特許文献１又は２の電力変換装置では、昇圧回路に、有効電流のみならず無効電流が流れる。無効電流の振幅は有効電流の振幅に等しく、無効電流の周波数は交流側の基本波（周波数５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）の２倍である。このため、昇圧回路に有効電流のみが流れる伝統的な電力変換装置と比べると、昇圧回路に流れる電流のピーク値は２倍、実効値も（１．５１／２）倍となる。従って、昇圧回路としては、かかる電流にも耐え得るものを用いなければならない。その結果、昇圧回路が大きくなる。
　また、直流電源に無効電流を流さないためには、直流電源と昇圧回路との間に、大容量コンデンサを設けて、無効電流を吸収する必要がある。例えば、直流電源が太陽光発電パネルである場合は、当該パネルの出力インピーダンスが大きい。従って、比較的小容量のコンデンサでも、無効電流を概ね吸収することができる。
　ところが、直流電源が蓄電池の場合には、太陽光発電パネルに比べて出力インピーダンスが小さい。このような場合には、コンデンサだけでは無効電流を吸収することはできない。そのため、蓄電池に無効電流が流れ、蓄電池と電力変換装置との間の電路、及び、蓄電池内部で発生する損失が増大する。このような損失は、変換効率の向上を阻害する要因となる。
　かかる課題に鑑み、本開示は、よりコンパクトで、さらに変換効率の高い電力変換装置及びその制御方法を提供することを目的とする。
　［本開示の効果］
　本開示の電力変換装置及びその制御方法によれば、さらに変換効率を高め、よりコンパクト化を実現することができる。
　［実施形態の要旨］
　本発明の実施形態の要旨としては、少なくとも以下のものが含まれる。
　（１）これは、中間バスを介して直流／交流の電力変換を行う電力変換装置であって、第１直流電源又は負荷と前記中間バスとの間に設けられる第１のＤＣ／ＤＣコンバータと、直流側コンデンサと前記中間バスとの間に設けられる第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、前記中間バスに接続された中間コンデンサと、前記中間バスと交流系統との間に設けられるＤＣ／ＡＣコンバータと、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータ、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータ、及び、前記ＤＣ／ＡＣコンバータを制御する制御部と、を備え、
　前記制御部は、前記中間バスに流れる無効電流を、主として前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータが供給する電流指令値の設定とする電力変換装置である。
　このような電力変換装置では、第２のＤＣ／ＤＣコンバータが無効電流を主として引き受けることになるので、第１のＤＣ／ＤＣコンバータは逆に、無効電流を低減して主として有効電流を流すことができる。これにより、第１のＤＣ／ＤＣコンバータの電流のピーク値を抑制し、変換効率を高め、よりコンパクト化を実現することができる。
　（２）また、（１）の電力変換装置において例えば、前記制御部は、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータを通過する電力及び前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータを通過する電力の合計の電力が、前記中間コンデンサに係る無効電力及び前記ＤＣ／ＡＣコンバータの交流側に現れる電力の合計の電力と一致するよう制御する。
　この場合、中間バスから見た直流側の電力と、中間コンデンサを含む交流側の電力とが互いに一致する。言い換えれば、直流側の電力が、交流側の電力を上回る過剰な電力となることはない。従って、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ及び第２のＤＣ／ＤＣコンバータは、休止期間を含む最小限のスイッチング動作を行い、ＤＣ／ＡＣコンバータは、休止期間を含む最小限のスイッチング動作を行うことになる。
　（３）また、（２）の電力変換装置において、前記ＤＣ／ＡＣコンバータの交流側に、交流リアクトル及び、さらに交流側に交流側コンデンサを含むフィルタ回路が設けられ、当該フィルタ回路が、交流系統と接続されており、前記制御部は、前記交流系統の電力と前記交流側コンデンサの電力とを合計した電力が、前記交流リアクトルと前記ＤＣ／ＡＣコンバータとの間で受け渡される電力と一致するように制御するものであってもよい。
　この場合、フィルタ回路を考慮してなお、電力を一致させることができる。言い換えれば、制御部は、フィルタ回路の影響を考慮した制御を行うことになる。
　（４）また、（１）～（３）のいずれかの電力変換装置において、前記直流側コンデンサは、直流側の終端回路を閉じる素子であってもよい。
　この場合の第２のＤＣ／ＤＣコンバータは、有効電流を流す必要は無く、無効電流を供給するためだけに存在する。従って、第１のＤＣ／ＤＣコンバータに無効電流を負担させないようにするには好適な回路構成となる。
　（５）また、（１）～（３）のいずれかの電力変換装置において、前記直流側コンデンサの両端に対して並列に、第２直流電源が接続されていてもよい。
　この場合の第２のＤＣ／ＤＣコンバータは、無効電流を流すことのみならず、有効電流も流すことができる。
　（６）また、（５）の電力変換装置において、前記直流側コンデンサと前記第２直流電源との間に、前記制御部によって開閉可能なスイッチが設けられていてもよい。
　この場合、スイッチを開くと、第２のＤＣ／ＤＣコンバータは、無効電流を流すためだけに用いることができ、スイッチを閉じると、無効電流のみならず有効電流も流すことができる。
　（７）また、（１）～（６）のいずれかの電力変換装置において、例えば、前記制御部は、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータを流れる無効電流が０になり、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータが全ての無効電流を供給するよう電流指令値を設定する。
　この場合、第１のＤＣ／ＤＣコンバータの電流のピーク値を最も抑制し、変換効率を高め、コンパクト化を実現することができる。
　（８）また、（１）～（６）のいずれかの電力変換装置において、例えば、前記制御部は、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータをそれぞれ流れる電流のピーク値が最小になるよう、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータの無効電流を電流指令値の設定により制御する。
　この場合、２つのＤＣ／ＤＣコンバータの電流容量を最小化することができる。
　（９）また、（１）～（６）のいずれかの電力変換装置において、例えば、前記制御部は、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータをそれぞれ流れる電流の二乗平均値が最小になるよう、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータの無効電流を電流指令値の設定により制御する。
　この場合、２つのＤＣ／ＤＣコンバータの抵抗損失を最小化することができる。
　（１０）また、（４）の電力変換装置において、例えば、前記制御部は、前記直流側コンデンサの両端電圧が、前記第１直流電源又は負荷の電圧と一致するよう、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータの無効電流を電流指令値の設定により制御する。
　この場合、直流電源や負荷が接続されていない第２のＤＣ／ＤＣコンバータを、第１のＤＣ／ＤＣコンバータと同じタイミングでスイッチング動作させることができる。従って、第２のＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング動作期間を、最短にすることができる。
　（１１）また、（１）～（１０）の電力変換装置において、無効電流を供給する電流指令値の設定とは、前記中間バスに流れる電流を数式で表した場合に、時間に依存する項の一部又は全部を割り当てることである。
　このように電流指令値を設定することで、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ及び第２のＤＣ／ＤＣコンバータによる無効電流の負担を自在に設定することができる。
　（１２）制御方法の観点からは、第１直流電源又は負荷と中間バスとの間に設けられる第１のＤＣ／ＤＣコンバータと、直流側コンデンサと前記中間バスとの間に設けられる第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、前記中間バスに接続された中間コンデンサと、前記中間バスと交流系統との間に設けられるＤＣ／ＡＣコンバータと、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータ、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータ、及び、前記ＤＣ／ＡＣコンバータを制御する制御部とを備え、前記中間バスを介して直流／交流の電力変換を行う電力変換装置について、前記制御部が実行する電力変換装置の制御方法であって、前記中間バスに流れる無効電流を、主として前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータが供給する電流指令値の設定とする電力変換装置の制御方法である。
　このような電力変換装置の制御方法によれば、第２のＤＣ／ＤＣコンバータが無効電流を主として引き受けることになるので、第１のＤＣ／ＤＣコンバータは逆に、無効電流を低減して主として有効電流を流すことができる。これにより、第１のＤＣ／ＤＣコンバータの電流のピーク値を抑制し、変換効率を高め、よりコンパクト化を実現することができる。
　［実施形態の詳細］
　以下、実施形態の詳細について図面を参照して説明する。
　まず、最小スイッチング方式を用いる電力変換装置の、前提となる基本構成から説明する。
　《前提となる基本構成》
　図１は、太陽光発電パネル３Ｐに接続された電力変換装置５０の概略構成を示す単線接続図である。図において、この電力変換装置５０は、直流から交流への電力変換を行うものであり、昇圧回路としてのＤＣ／ＤＣコンバータ１及び、これに、中間バス（ＤＣバス）６を介して接続されたインバータ回路としてのＤＣ／ＡＣコンバータ８を備えている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１は、直流電源としての太陽光発電パネル３Ｐと中間バス６との間に、直流側コンデンサ４を介して設けられている。中間バス６には中間コンデンサ７が接続されている。ＤＣ／ＡＣコンバータ８は、中間バス６と交流系統との間に、交流側コンデンサ９を介して設けられている。
　この電力変換装置５０は、太陽光発電パネル３Ｐから引き出せる電圧と交流側の瞬時電圧の絶対値とを常に比較して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１については昇圧が必要な期間のみスイッチング動作させ、ＤＣ／ＡＣコンバータ８については降圧が必要な期間のみスイッチング動作させる、という最小スイッチング方式の制御を行う。このような制御によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１及びＤＣ／ＡＣコンバータ８にそれぞれ、スイッチング動作の休止期間ができる。休止期間ができれば、その分、スイッチング損失やリアクトルの鉄損が抑制されるので、変換効率が向上する。
　なお、上記の最小スイッチング方式を行うことで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１には、図中の左側波形にて簡略に示すような無効電流を含む脈流電流が流れる。電力変換装置５０から交流系統に出力される電流は、図中の右側波形にて示す、商用電力系統と同期した正弦波形の電流である。
　図２は、図１の電力変換装置５０の回路図の一例である。図１と対応する部分には同一符号を付している。図において、電力変換装置５０は、前述の直流側コンデンサ４、ＤＣ／ＤＣコンバータ１、中間コンデンサ７、ＤＣ／ＡＣコンバータ８の他、フィルタ回路１４及び制御部２０、また、計測用の後述のセンサ類を備えている。
　ＤＣ／ＤＣコンバータ１は、直流リアクトル１１と、一対のスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２とを備えた昇圧（降圧も可）チョッパである。スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２としては、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が用いられる。スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２には、それぞれに並列逆極性に、ダイオードｄ１１，ｄ１２が接続されている。なお、スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２としては、その他、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）も使用可能である。
　ＤＣ／ＡＣコンバータ８は、フルブリッジを構成する４つのスイッチング素子Ｑ８１，Ｑ８２，Ｑ８３，Ｑ８４を備えている。
　フィルタ回路１４は、交流リアクトル１３と、交流側コンデンサ９とによって構成され、ＤＣ／ＡＣコンバータ８の交流出力に含まれる高周波成分が交流系統１７に漏れ出ることを防止している。交流系統１７には、交流負荷１５と、商用電力系統１６が含まれる。
　前述のセンサ類としては、直流側コンデンサ４の両端電圧（Ｖｇ）を検出する電圧センサ３１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１に流れる電流（Ｉｉｎ）を検出する電流センサ３３と、中間コンデンサ７の両端電圧すなわち中間バス６の２線間電圧（Ｖｏ）を検出する電圧センサ３５と、ＤＣ／ＡＣコンバータ８の交流側に流れる電流（Ｉｉｎｖ）を検出する電流センサ３６と、交流側コンデンサ９の両端電圧を検出する電圧センサ３７とが設けられている。全てのセンサの計測出力信号は、制御部２０に送られる。制御部２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１及びＤＣ／ＡＣコンバータ８のスイッチング制御を行う。
　制御部２０は例えば、ＣＰＵを含み、ソフトウェア（コンピュータプログラム）をコンピュータが実行することで、必要な制御機能を実現する。ソフトウェアは、制御部２０の記憶装置（図示せず。）に格納される。但し、ＣＰＵを含まないハードウェアのみの回路で制御部２０を構成することも可能ではある。
　《第１例》
　次に、本発明の一実施形態に係る電力変換装置５０について説明する。
　図３は、太陽光発電パネル３Ｐに接続された電力変換装置５０の概略構成を示す単線接続図である。図１と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。図１との違いは、中間バス６より直流側が、２系統設けられている点である。
　図３において、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ１とは別に、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２が、直流側コンデンサ５と中間バス６との間に設けられている。第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２には、直流電源が接続されていない。
　図４は、図３の電力変換装置５０の回路図の一例である。図２，図３と対応する部分には同一符号を付している。図４において、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２は、直流リアクトル１２と、一対のスイッチング素子Ｑ２１，Ｑ２２とを備えた昇圧（降圧も可）チョッパである。スイッチング素子Ｑ２１，Ｑ２２としては、例えば、ＩＧＢＴが用いられる。スイッチング素子Ｑ２１，Ｑ２２には、それぞれに並列逆極性に、ダイオードｄ２１，ｄ２２が接続されている。なお、スイッチング素子Ｑ２１，Ｑ２２としては、その他、ＦＥＴも使用可能である。直流側コンデンサ５の両端電圧は電圧センサ３２によって検出され、計測信号は制御部２０に送られる。ＤＣ／ＤＣコンバータ２に流れる電流は電流センサ３４によって検出され、計測信号は制御部２０に送られる。
　前述の最小スイッチング方式の制御を、図４において、電力の観点から表現すれば、制御部２０は、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ１を通過する電力及び第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２を通過する電力の合計の電力が、中間コンデンサ７に係る無効電力及びＤＣ／ＡＣコンバータ８の交流側に現れる電力の合計の電力と一致するよう制御している。
　すなわちこの場合、中間バス６から見た直流側の電力と、中間コンデンサ７を含む交流側の電力とが互いに一致する。言い換えれば、直流側の電力が、交流側の電力を上回る過剰な電力となることはない。従って、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ１及び第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２は、休止期間を含む最小限のスイッチング動作を行い、ＤＣ／ＡＣコンバータ８は、休止期間を含む最小限のスイッチング動作を行うことになる。
　また、制御部２０は、交流系統１７に受け渡される電力と交流側コンデンサ９の電力とを合計した電力が、交流リアクトル１３とＤＣ／ＡＣコンバータ８との間で受け渡される電力と一致するように制御する。これにより、フィルタ回路１４を考慮してなお、電力を一致させることができる。言い換えれば、制御部２０は、フィルタ回路１４の影響を考慮した制御を行うことになる。
　図３，図４において、直流側コンデンサ５は直流側の終端回路を閉じる素子となっている。中間バス６に流れる電流のうち、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ１は有効電流を流し、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２は無効電流を流す。この場合の第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２は、有効電流を流す必要は無く、無効電流を流すためだけに存在している。このような構成は、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ１に無効電流を負担させないようにするために好適な回路構成である。無効電流が流れない第１のＤＣ／ＤＣコンバータ１は、無効電流が流れる場合と比べて変換効率を高めることができる。また、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ１に流れる電流のピーク値や実効値を抑制して、より小型に構成することができる。
　なお、図４において、太陽光発電パネル３Ｐは、蓄電池３Ｂに置き換えることもできる。蓄電池３Ｂは、放電する時は直流電源であり、充電する時は負荷となる。
　《制御理論》
　上記の電力変換装置５０は、制御部２０により、最小スイッチング方式の制御を行う。ここで、最小スイッチング方式の理論について説明する。まず、諸量を、既出のものも含めて以下のように定義する。
　Ｖａ：電圧センサ３７によって検出される交流系統電圧
　Ｉ＊ ａ：交流系統１７へ流そうとする交流電流指令値
　Ｉｉｎｖ：電流センサ３６によって検出される交流電流
　Ｃａ：交流側コンデンサ９のキャパシタンス
　Ｉ＊ ｉｎｖ：ＤＣ／ＡＣコンバータ８から交流リアクトル１３に流そうとする電流指令値
　Ｖ＊ ｉｎｖ：ＤＣ／ＡＣコンバータ８の交流側での電圧指令値
　Ｒ＊ ｉｎｖ：ＤＣ／ＡＣコンバータ８の抵抗成分
　Ｌｉｎｖ：交流リアクトル１３のインダクタンス
　Ｉ＊ ｉｎ：ＤＣ／ＤＣコンバータ１（２）の直流リアクトル１１（１２）に流そうとする電流指令値
　Ｉｉｎ：電流センサ３３（３４）によって検出される直流電流
　Ｃｏ：中間コンデンサ７のキャパシタンス
　Ｖ＊ ｏ：中間コンデンサ７の両端に現れるべき電圧指令値
　Ｖｏ：電圧センサ３５によって検出される中間電圧
　Ｖｇ：電圧センサ３１によって検出される直流電圧
　Ｒ＊ ｉｎ：ＤＣ／ＤＣコンバータ１（２）の抵抗成分
　Ｌｉｎｖ：直流リアクトル１１（１２）のインダクタンス
　上記諸量のうち、時間ｔによって変化する量は、以下の式において、時間の関数として表す。なお、以下における文字フォントの違い（立体／イタリック体）には意味は無く、同じ文字は同じ量を表している（以下同様）。
　まず、ＤＣ／ＡＣコンバータ８の電流指令値Ｉ＊ ｉｎｖについては、
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
である。
　ＤＣ／ＡＣコンバータ８の電圧指令値Ｖ＊ ｉｎｖについては、
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
である。
　ＤＣ／ＤＣコンバータ１（２）の電流指令値Ｉ＊ ｉｎについては、
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003
である。
　また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１（２）における直流電源電圧の電圧降下と中間コンデンサ７を流れる無効電流は小さいのでこれを省略すると以下の式（４）が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000004
　次に、Ｉ＊ ｉｎｖとＶ＊ ｉｎｖとは互いに完全に同期した正弦波であるとすると、以下の式（５）が得られる。ωは、交流系統の周波数をｆとした場合の、２πｆである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000005
　式（５）に含まれる、時間（ｔ）を付けていないＩ＊ ｉｎｖとＶ＊ ｉｎｖとは、正弦波の振幅を表す。式（５）はさらに、以下の式（６）に変形できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000006
　式（６）の第１項は、時間に依存しない一定値であり、これは有効電流である。すなわち、有効電流Ｉ＊ ｉｎ＿ａを表す式（７）は以下のようになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000007
ここで、記号〈　〉は、括弧内の値の平均値を表している。また、Ｉ＊ ｉｎｖ＿ｉにおける添え字は、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１に対応する電流指令値がＩ＊ ｉｎｖ＿１、ＤＣ／ＤＣコンバータ２に対応する電流指令値がＩ＊ ｉｎｖ＿２となることを表している。
　式（７）に示すように、有効電流は、Ｉ＊ ｉｎｖ及びＶ＊ ｉｎｖの実効値を直流入力電圧Ｖｇで割ったものに等しく、ＤＣ／ＤＣコンバータが複数ある場合は各コンバータに由来する電流Ｉ＊ ｉｎｖ＿ｉの線形結合で表すことができる。
　一方、式（６）の第２項は、交流周波数の２倍の周波数の無効電流である。すなわち、無効電流Ｉ＊ ｉｎ＿ｒ（ｔ）を表す式（８）は以下のようになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000008
　また、無効電流の実効値は式（８）の二乗平均の平方根（ｒｍｓ）であり、以下の式（９）により表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000009
これは、有効電流の（１／√２）倍である。
　また、電流の実効値は、以下の式（１０）によって表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000010
すなわち、これは、有効電流の（３／２）１／２倍である。
　以上の解析により、無効電流供給用のＤＣ／ＤＣコンバータ２の電流指令値を、式（８）に設定し、無効電流を中間バス６に供給すれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１は式（７）の電流指令値に設定し、有効電流のみを流すことができる。これにより、図１の構成に比べて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の電流のピーク値は半分になる。さらに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１には低周波脈流が流れなくなるので、直流側コンデンサ４のキャパシタンスを小さくすることができる。
　ここまでは、説明の簡略化のため、ＤＣ／ＤＣコンバータ１，２における電圧降下と中間コンデンサ７における無効電流を省略した式（４）に基づいて説明した。実際には、この省略をしない式（３）に基づく制御を行うことが望ましい。そこで、式（３）を、図３，図４のように、複数のＤＣ／ＤＣコンバータ１，２が並列に設けられている場合に対応するように置き換えた以下の式（１１）を用いることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000011
　式（１１）において、添え字の「ｉ」は、中間バス６より直流側の系統に対応して、ｉ＝１，２、または、３以上の数ｎであってもよく、その場合には，ｉ＝１～ｎとなる。ＤＣ／ＡＣコンバータ８の電流指令値Ｉ＊ ｉｎｖは、複数のＤＣ／ＤＣコンバータに対応するように分割してＩ＊ ｉｎｖ＿ｉとなる。同様に、中間コンデンサ７のキャパシタンスは、複数のＤＣ／ＤＣコンバータに対応するように分割してＣｏ＿ｉとなる。
　次に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１及びＤＣ／ＤＣコンバータ２の電流指令値を決定する手順について説明する。まず、以下の式（１２）に示すように、式（１１）で求めたＤＣ／ＤＣコンバータ１の電流指令値Ｉ＊ ｉｎ１を交流成分の周期Ｔ（ＤＣ／ＡＣコンバータ８が出力する交流周期の１／２）で平均化して、その有効電流成分Ｉ＊ ｉｎ１＿ａを求める。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000012
　次に、以下の式（１３）により無効電流成分を求める。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000013
　無効電流成分を低減したＤＣ／ＤＣコンバータ１の電流指令値Ｉ＊ ｉｎｍ１は、ｕを０～１の範囲内の数として、以下の式（１４）により求めることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000014
　ｕの値が１のときにＩ＊ ｉｎｍ１はＩ＊ ｉｎ１＿ａと等しくなり、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の電流指令値から無効電流成分は完全に取り除かれ、有効電流のみとなる。
　一方、無効電流を負担させるＤＣ／ＤＣコンバータ２の電流指令値Ｉ＊ ｉｎｍ２は、以下の式（１５）に示すように、式（１１）で求めたＩ＊ ｉｎ２に、ｕ・Ｉ＊ ｉｎ１＿ｒを加えることにより得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000015
　ＤＣ／ＤＣコンバータ２に直流電源が接続されていないときにはＩ＊ ｉｎ２は０となる。さらにｕの値が１のときには、Ｉ＊ ｉｎｍ２はＩ＊ ｉｎ１＿ｒとなり、ＤＣ／ＤＣコンバータ１のみで、無効電流成分を供給することになる。ｕの値は、電力変換装置５０のサイズ、コスト、変換効率等を考慮して決定される。また、運転条件によっても変えることができる。
　いずれにしても、式（１４）、（１５）により、中間バス６に流れる無効電流を、ＤＣ／ＤＣコンバータ２が主として供給することになる。
　すなわち、このような電力変換装置５０では、ＤＣ／ＤＣコンバータ２が無効電流を主として引き受けることになるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ１は逆に、無効電流を低減して主として有効電流を流すことができる。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の電流のピーク値を抑制し、変換効率を高め、よりコンパクト化を実現することができる。
　また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２に全ての無効電流を負担させれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１には有効電流のみが流れるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ１のピーク値を最も抑制し、変換効率を高め、コンパクト化を実現することができる。
　また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１及びＤＣ／ＤＣコンバータ２に流れる電流のピーク値が最小になるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１及びＤＣ／ＤＣコンバータ２に流れる無効電流を制御することもできる。この場合、各コンバータのスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２，Ｑ２１，Ｑ２２や、直流リアクトル１１，１２の電流容量を最小にできるので、電力変換装置５０を小型化することができる。
　また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１及びＤＣ／ＤＣコンバータ２に流れる電流の二乗平均が最小になるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１及びＤＣ／ＤＣコンバータ２に流れる無効電流を制御することもできる。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１及びＤＣ／ＤＣコンバータ２で発生する抵抗損失を最小にできるので、電力変換装置５０を高効率化することができる。
　なお、制御部２０は、直流側コンデンサ５の両端電圧が、直流電源の電圧すなわち直流側コンデンサ４の電圧と一致するよう、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の無効電流を制御することが好ましい。
　この場合、直流電源が接続されていないＤＣ／ＤＣコンバータ２を、ＤＣ／ＤＣコンバータ１と同じタイミングでスイッチング動作させることができる。従って、ＤＣ／ＤＣコンバータ２のスイッチング動作期間を、最短にすることができる。
　《第２例》
　図５は、蓄電池３Ｂに接続された電力変換装置５０の概略構成を示す単線接続図である。図３との違いは、太陽光発電パネルに代えて蓄電池３ＢがＤＣ／ＤＣコンバータ１に接続されている点である。
　この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１に流れる無効電流が０になるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１及びＤＣ／ＤＣコンバータ２に流れる無効電流を制御する。これによって、蓄電池３Ｂに無効電流が流れるのを防ぐことができる。
　《第３例》
　図６は、太陽光発電パネル３Ｐ及び蓄電池３Ｂに接続された電力変換装置５０の概略構成を示す単線接続図である。図３との違いは、太陽光発電パネル３Ｐとは別系統で蓄電池３ＢがＤＣ／ＤＣコンバータ２に接続されている点、及び、スイッチ２１，２２が設けられている点である。スイッチ２１は、太陽光発電パネル３ＰとＤＣ／ＤＣコンバータ１との間に設けられている。スイッチ２２は、蓄電池３ＢとＤＣ／ＤＣコンバータ２との間に設けられている。
　図７は、図６に対応した電力変換装置５０の回路図の一例である。図４との違いは、上記のスイッチ２１，２２を設けた点、及び、ＤＣ／ＤＣコンバータ２に蓄電池３Ｂが接続されている点である。スイッチ２１，２２は、制御部２０により、開路又は閉路の状態とすることができる。スイッチ２１，２２としては、例えばリレー接点を用いることができる。
　図６に戻り、太陽光発電パネル３Ｐが発電し、かつ、蓄電池３Ｂは稼働させていないときは、スイッチ２１を閉路し、スイッチ２２を開路した状態とする。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ２は、無効電流供給用として用いることができる。蓄電池３Ｂに無効電流を流すことなくＤＣ／ＤＣコンバータ２に無効電流を流すことによって、ＤＣ／ＤＣコンバータ１，２に流れる電流のピーク値、あるいは、電流の二乗平均を、最小にすることができる。
　《第４例》
　図８は、太陽光発電パネル３Ｐ及び蓄電池３Ｂに接続された電力変換装置５０の概略構成を示す単線接続図である。図６との違いは、スイッチ２１，２２の開閉状態が逆になっている点である。太陽光発電パネル３Ｐが例えば夜間で発電しておらず、蓄電池３Ｂを充電または放電しているときには、このように、スイッチ２１を開路し、スイッチ２２を閉路した状態とする。これにより、直流側コンデンサ４の電圧によって、太陽電池が導通状態となることを阻止し、同時に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１に無効電流を流すことによって、ＤＣ／ＤＣコンバータ２及び蓄電池３Ｂに、無効電流が流れることを防止できる。
　《第５例》
　図９は、太陽光発電パネル３Ｐ及び蓄電池３Ｂに接続された電力変換装置５０の概略構成を示す単線接続図である。図６，図８との違いは、スイッチ２１，２２が共に閉路した状態になっている点である。太陽光発電パネル３Ｐが発電しており、蓄電池３Ｂが充電または放電しているときには、このように、スイッチ２１，２２を共に閉路した状態とする。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ２に流れる無効電流が０になるようにＤＣ／ＤＣコンバータ１の無効電流を制御する。こうして、蓄電池３Ｂに無効電流が流れることを防止できる。
　なお、太陽光発電パネル３Ｐが発電しており、蓄電池３Ｂが充電しているときには、ＤＣ／ＤＣコンバータ１及びＤＣ／ＤＣコンバータ２に流れる無効電流が相殺されるので、各コンバータ１，２に流れる電流のピーク値が低減される。よって、太陽光発電パネル３Ｐが発電しているとき蓄電池３Ｂは放電を行わず、充電のみを行うのであれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１及びＤＣ／ＤＣコンバータ２の電流容量を低減できる。従って、電力変換装置５０を、小型軽量化できる。
　なお、上述の第１例～第５例については、その少なくとも一部を、相互に任意に組み合わせてもよい。また、直流側の系統の数は２に限らず、３以上も可能である。
　《第３例～第５例について》
　第３例～第５例に示したように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２は、スイッチ２２を開くと、無効電流を流すためだけに用いることができ、スイッチ２２を閉じると、無効電流のみならず有効電流も流すことができる。
　ＤＣ／ＤＣコンバータ１についても同様に、スイッチ２１を開くと、無効電流を流すためだけに用いることができ、スイッチ２１を閉じると、無効電流のみならず有効電流も流すことができる。
　《双方向性》
　なお、上記各例の電力変換装置５０は、直流から交流への電力変換を行う装置として説明したが、逆方向への電力変換も同様の制御理論に基づいて、電流の方向性を考慮して適宜符号を変えることにより適用することができる。
　《検証》
　次に、直流側の２系統に太陽光発電パネル３Ｐ及び蓄電池３Ｂが接続されている電力変換装置５０（図６、図８又は図９）について、種々の条件下での動作を検証する。
　図１０～図２１の各図において、上から順に１～５段目までの波形は、以下のものを表している。
　＜１段目＞　交流電流指令値Ｉ＊ ａ［Ａ］、交流電流Ｉａ［Ａ］、ローパスフィルタを通したＩａ［Ａ］
　＜２段目＞　太陽光発電パネル３Ｐが接続されている側の、直流リアクトル１１の電流指令値Ｉ＊ ｉｎ１［Ａ］、直流電流Ｉｉｎ１［Ａ］
　＜３段目＞　蓄電池３Ｂが接続されている側の、直流リアクトル１１の電流指令値Ｉ＊ ｉｎ２［Ａ］、直流電流Ｉｉｎ２［Ａ］
　＜４段目＞　中間バス６の電圧指令値Ｖ＊ ｏ［Ｖ］、中間電圧Ｖｏ［Ｖ］、太陽光発電パネル３Ｐの直流電圧Ｖｇ［Ｖ］
　＜５段目＞　上／中／下のうち、上がスイッチング素子Ｑ８１，Ｑ８４のゲートパルス、中がＤＣ／ＤＣコンバータ１のスイッチング素子Ｑ１１（ローサイド）のゲートパルス、下がＤＣ／ＤＣコンバータ２のスイッチング素子Ｑ２１（ローサイド）のゲートパルス
　（検証例１：発電電力０ｋＷ，充電電力２ｋＷ，受電電力２ｋＷ）
　図１０及び図１１は、太陽光発電パネル３Ｐの発電が無い状態（太陽光発電パネル３Ｐが接続されていない場合を含む。）で、蓄電池３Ｂの充電を行っている電力変換装置５０についての波形図である。すなわち、発電電力は０ｋＷである。また、ここでは、充電電力は２ｋＷ、交流系統１７からの受電電力は２ｋＷ、蓄電池３Ｂの電圧は２００Ｖとした。図１０は、無効電流に関する上述の制御を行わない場合を示し、図１１は制御を行った場合を示している。
　ＤＣ／ＤＣコンバータ２に流れるはずの無効電流を、太陽光発電パネル３Ｐの出力を受けていないＤＣ／ＤＣコンバータ１に負担させると、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の電流は平滑化される（図１１の３段目の平坦なライン）。このとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の直流側コンデンサ４の電圧が蓄電池３Ｂと同じ２００Ｖを維持するように制御すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ２のスイッチング期間はほとんど変わらず、ＤＣ／ＡＣコンバータ８がスイッチングを行う期間では停止している状態が保たれている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１のスイッチングも、ＤＣ／ＤＣコンバータ２と同じ期間で行われ、ＤＣ／ＡＣコンバータ８が動作する期間では停止する。
　なお、電流平滑化前（図１０）と、電流平滑化後（図１１）とでは、交流電流Ｉａ及び総合歪率ＴＨＤ（Total Harmonic Distortion）は、以下のようになっている。
　電流平滑化前（図１０）　Ｉａ：９．５３Ａｒｍｓ、ＴＨＤ：６．０％
　電流平滑化後（図１１）　Ｉａ：９．４６Ａｒｍｓ、ＴＨＤ：５．２％
　但し、ＴＨＤは、スイッチング周期１５ｋＨｚ以上のリプルを除くため、カットオフ周波数５ｋＨｚのローパスフィルタを通過させた波形から求めた。
　（検証例２：発電電力０ｋＷ，放電電力２ｋＷ，逆潮電力２ｋＷ）
　図１２及び図１３は、太陽光発電パネル３Ｐの発電が無い状態（太陽光発電パネル３Ｐが接続されていない場合を含む。）で、蓄電池３Ｂの放電を行っている電力変換装置５０についての波形図である。蓄電池３Ｂの電圧は２００Ｖ、放電電力は２ｋＷとした。図１２は、無効電流に関する制御を行わない場合を示し、図１３は制御を行った場合を示している。
　なお、電流平滑化前（図１２）と、電流平滑化後（図１３）とでは、交流電流Ｉａ及び総合歪率ＴＨＤは、以下のようになっている。
　電流平滑化前（図１２）　Ｉａ：９．７５Ａｒｍｓ、ＴＨＤ：９．４％
　電流平滑化後（図１３）　Ｉａ：９．４９Ａｒｍｓ、ＴＨＤ：４．０％
　この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１に無効電流を負担させ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の直流側コンデンサ４の電圧が、蓄電池３Ｂと同じ２００Ｖを維持するように行った。この場合も、平滑化によってＤＣ／ＤＣコンバータ２のスイッチング期間はほとんど変らず、ＤＣ／ＡＣコンバータ８がスイッチングを行う期間では停止している状態が保たれる。ＤＣ／ＤＣコンバータ１のスイッチングも、ＤＣ／ＤＣコンバータ２と同じ期間で行われ、ＤＣ／ＡＣコンバータ８が動作する期間では停止する。平滑化の前ではＤＣ／ＡＣコンバータ８のスイッチング期間からＤＣ／ＤＣコンバータ１，２のスイッチング期間に移行した直後に交流電流にディップが発生するため総合歪率は９．４％と大きかったが、平滑化によって交流電流のディップは解消され、総合歪率は４．０％に低下した。
　（検証例３：発電電力６ｋＷ，充電電力２ｋＷ，逆潮電力４ｋＷ）
　図１４及び図１５は、太陽光発電パネル３Ｐの発電がある状態で、蓄電池３Ｂの充電を行っている電力変換装置５０についての波形図である。蓄電池３Ｂの電圧は太陽光発電パネル３Ｐの最適動作電圧よりも低い２００Ｖとした。また、発電電力は６ｋＷ、充電電力は２ｋＷ、逆潮電力は４ｋＷとした。図１４は、無効電流に関する制御を行わない場合を示し、図１５は制御を行った場合を示している。
　なお、電流平滑化前（図１４）と、電流平滑化後（図１５）とでは、交流電流Ｉａ及び総合歪率ＴＨＤは、以下のようになっている。
　電流平滑化前（図１４）　Ｉａ：１９．７Ａｒｍｓ、ＴＨＤ：３．２％
　電流平滑化後（図１５）　Ｉａ：１９．２Ａｒｍｓ、ＴＨＤ：４．０％
　この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ２は、出力電圧を、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力と同じ電圧まで上げなければ電流が流れないため、常にスイッチングを行う。電流平滑化後は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の電流は概ね平滑化され、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の脈流の振幅も小さくなっている。電流平滑後も、ＤＣ／ＤＣコンバータ１のスイッチング期間はＤＣ／ＡＣコンバータ８のスイッチング期間と重なることなく互いに分離されており、スイッチング回数は増えていない。
　（検証例４：発電電力６ｋＷ，充電電力２ｋＷ，逆潮電力４ｋＷ）
　図１６及び図１７は、太陽光発電パネル３Ｐの発電がある状態で、蓄電池３Ｂの充電を行っている電力変換装置５０についての波形図である。但し、蓄電池３Ｂの電圧は太陽光発電パネル３Ｐの最適動作電圧よりも高い２７５Ｖとした。また、発電電力は６ｋＷ、充電電力は２ｋＷ、逆潮電力は４ｋＷとした。図１６は、無効電流に関する制御を行わない場合を示し、図１７は制御を行った場合を示している。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１の方が常にスイッチングを行っている。蓄電池３Ｂの電圧が太陽光発電パネル３Ｐより高い時でも、電流平滑化が可能なことがわかる。
　なお、電流平滑化前（図１６）と、電流平滑化後（図１７）とでは、交流電流Ｉａ及び総合歪率ＴＨＤは、以下のようになっている。
　電流平滑化前（図１６）　Ｉａ：１９．８Ａｒｍｓ、ＴＨＤ：２．８％
　電流平滑化後（図１７）　Ｉａ：２０．０Ａｒｍｓ、ＴＨＤ：３．２％
　（検証例５：発電電力４ｋＷ，放電電力２ｋＷ，逆潮電力６ｋＷ）
　図１８及び図１９は、太陽光発電パネル３Ｐの発電がある状態で、蓄電池３Ｂの放電を行っている電力変換装置５０についての波形図である。蓄電池３Ｂの電圧は２００Ｖとした。また、発電電力は４ｋＷ、放電電力は２ｋＷ、逆潮電力は６ｋＷとした。図１８は、無効電流に関する制御を行わない場合を示し、図１９は制御を行った場合を示している。この場合も、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の電流平滑化が、問題無く行われている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１にはスイッチング停止期間があり、平滑後も、ＤＣ／ＤＣコンバータ１と、ＤＣ／ＡＣコンバータ８とが交互にスイッチングを行う本来の動作が維持されている。
　なお、電流平滑化前（図１８）と、電流平滑化後（図１９）とでは、交流電流Ｉａ及び総合歪率ＴＨＤは、以下のようになっている。
　電流平滑化前（図１８）　Ｉａ：２９．３Ａｒｍｓ、ＴＨＤ：１．７％
　電流平滑化後（図１９）　Ｉａ：２９．７Ａｒｍｓ、ＴＨＤ：２．７％
　（検証例６：発電電力４ｋＷ，放電電力２ｋＷ，逆潮電力６ｋＷ）
　図２０及び図２１は、太陽光発電パネル３Ｐの発電がある状態で、蓄電池３Ｂの放電を行っている電力変換装置５０についての波形図である。蓄電池３Ｂの電圧は２７５Ｖとした。また、発電電力は４ｋＷ、放電電力は２ｋＷ、逆潮電力は６ｋＷとした。図２０は、無効電流に関する制御を行わない場合を示し、図２１は制御を行った場合を示している。この場合も、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の電流平滑化が、問題無く行われている。ＤＣ／ＤＣコンバータ２にはスイッチング停止期間があり、平滑後も、ＤＣ／ＤＣコンバータ２と、ＤＣ／ＡＣコンバータ８とが交互にスイッチングを行う本来の動作が維持されている。
　なお、電流平滑化前（図２０）と、電流平滑化後（図２１）とでは、交流電流Ｉａ及び総合歪率ＴＨＤは、以下のようになっている。
　電流平滑化前（図２０）　Ｉａ：２９．６Ａｒｍｓ、ＴＨＤ：１．９％
　電流平滑化後（図２１）　Ｉａ：２９．４Ａｒｍｓ、ＴＨＤ：１．９％
　（検証例７：発電電力４ｋＷ，放電電力２ｋＷ，逆潮電力６ｋＷ）
　図２２の上段・中段・下段は、それぞれ、図２１の条件における、交流電流Ｉａ、太陽光発電パネル３Ｐの出力電流Ｉｐ、及び、蓄電池３Ｂの出力電流Ｉｂの波形図である。
　太陽光発電パネル３Ｐが接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ１に流れる電流は無効電流を含んでいるが、直流側コンデンサ４によって平滑化され、出力電流Ｉｐは概ね一定値になっていることがわかる。なお、この場合、電流平滑化後は、
　Ｉａ：２９．４Ａｒｍｓ、ＴＨＤ：１．９％
である。
　《補記》
　なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
　《付記》
　以上の説明は、以下に付記する特徴を含む。すなわち、この電力変換装置は、以下のように表現することもできる。
　中間バスを介して直流／交流の電力変換を行う電力変換装置であって、
　第１直流電源又は負荷と前記中間バスとの間に設けられる第１のＤＣ／ＤＣコンバータと、
　直流側コンデンサと前記中間バスとの間に設けられる第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、
　前記中間バスに接続された中間コンデンサと、
　前記中間バスと交流系統との間に設けられるＤＣ／ＡＣコンバータと、
　前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータ、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータ、及び、前記ＤＣ／ＡＣコンバータを制御する制御部と、を備え、
　前記制御部は、前記中間バスに流れる電流のうち、有効電流については前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータが最も多く供給する電流指令値の設定とし、かつ、無効電流については前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータが最も多く供給する電流指令値の設定とする電力変換装置、である。
１，２　ＤＣ／ＤＣコンバータ
３Ｂ　蓄電池
３Ｐ　太陽光発電パネル
４，５　直流側コンデンサ
６　中間バス
７　中間コンデンサ
８　ＤＣ／ＡＣコンバータ
９　交流側コンデンサ
１１，１２　直流リアクトル
１３　交流リアクトル
１４　フィルタ回路
１５　交流負荷
１６　商用電力系統
１７　交流系統
２０　制御部
２１，２２　スイッチ
３１，３２　電圧センサ
３３，３４　電流センサ
３５　電圧センサ
３６　電流センサ
３７　電圧センサ
５０　電力変換装置
Ｑ１１，Ｑ１２，Ｑ２１，Ｑ２２，Ｑ８１，Ｑ８２，Ｑ８３，Ｑ８４　スイッチング素子
ｄ１１，ｄ１２，ｄ２１，ｄ２２　ダイオード

Claims (13)

  1. 　中間バスを介して直流／交流の電力変換を行う電力変換装置であって、
    　第１直流電源又は負荷と前記中間バスとの間に設けられる第１のＤＣ／ＤＣコンバータと、
    　直流側コンデンサと前記中間バスとの間に設けられる第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、
    　前記中間バスに接続された中間コンデンサと、
    　前記中間バスと交流系統との間に設けられるＤＣ／ＡＣコンバータと、
    　前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータ、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータ、及び、前記ＤＣ／ＡＣコンバータを制御する制御部と、を備え、
    　前記制御部は、前記中間バスに流れる無効電流を、主として前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータが供給する電流指令値の設定とする電力変換装置。
  2. 　前記制御部は、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータを通過する電力及び前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータを通過する電力の合計の電力が、前記中間コンデンサに係る無効電力及び前記ＤＣ／ＡＣコンバータの交流側に現れる電力の合計の電力と一致するよう制御する、請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 　前記ＤＣ／ＡＣコンバータの交流側に、交流リアクトル及び、さらに交流側に交流側コンデンサを含むフィルタ回路が設けられ、当該フィルタ回路が、交流系統と接続されており、
    　前記制御部は、前記交流系統の電力と前記交流側コンデンサの電力とを合計した電力が、前記交流リアクトルと前記ＤＣ／ＡＣコンバータとの間で受け渡される電力と一致するように制御する、請求項２に記載の電力変換装置。
  4. 　前記直流側コンデンサは、直流側の終端回路を閉じる素子である請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  5. 　前記直流側コンデンサの両端に対して並列に、第２直流電源が接続される、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  6. 　前記直流側コンデンサと前記第２直流電源との間に、前記制御部によって開閉可能なスイッチが設けられている請求項５に記載の電力変換装置。
  7. 　前記制御部は、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータを流れる無効電流が０になり、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータが全ての無効電流を供給するよう電流指令値を設定する、請求項１～請求項６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  8. 　前記制御部は、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータをそれぞれ流れる電流のピーク値が最小になるよう、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータの無効電流を電流指令値の設定により制御する、請求項１～請求項６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  9. 　前記制御部は、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータをそれぞれ流れる電流の二乗平均値が最小になるよう、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータの無効電流を電流指令値の設定により制御する、請求項１～請求項６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  10. 　前記制御部は、前記直流側コンデンサの両端電圧が、前記第１直流電源又は負荷の電圧と一致するよう、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータの無効電流を電流指令値の設定により制御する、請求項４に記載の電力変換装置。
  11. 　無効電流を供給する電流指令値の設定とは、前記中間バスに流れる電流を数式で表した場合に、時間に依存する項の一部又は全部を割り当てることである、請求項１～請求項１０のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  12. 　第１直流電源又は負荷と中間バスとの間に設けられる第１のＤＣ／ＤＣコンバータと、直流側コンデンサと前記中間バスとの間に設けられる第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、前記中間バスに接続された中間コンデンサと、前記中間バスと交流系統との間に設けられるＤＣ／ＡＣコンバータと、前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータ、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータ、及び、前記ＤＣ／ＡＣコンバータを制御する制御部とを備え、前記中間バスを介して直流／交流の電力変換を行う電力変換装置について、前記制御部が実行する電力変換装置の制御方法であって、
    　前記中間バスに流れる無効電流を、主として前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータが供給する電流指令値の設定とする電力変換装置の制御方法。
  13. 　中間バスを介して直流／交流の電力変換を行う電力変換装置であって、
    　第１直流電源又は負荷と前記中間バスとの間に設けられる第１のＤＣ／ＤＣコンバータと、
    　直流側コンデンサと前記中間バスとの間に設けられる第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、
    　前記中間バスに接続された中間コンデンサと、
    　前記中間バスと交流系統との間に設けられるＤＣ／ＡＣコンバータと、
    　前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータ、前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータ、及び、前記ＤＣ／ＡＣコンバータを制御する制御部と、を備え、
    　前記制御部は、前記中間バスに流れる電流のうち、有効電流については前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータが最も多く供給する電流指令値の設定とし、かつ、無効電流については前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータが最も多く供給する電流指令値の設定とする電力変換装置。
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