特許 6402603 電力変換装置及び電力変換システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6402603

(24)【登録日】2018年9月21日

(45)【発行日】2018年10月10日

(54)【発明の名称】電力変換装置及び電力変換システム

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20181001BHJP

   H02J 3/36 20060101ALI20181001BHJP

   H02M 7/00 20060101ALI20181001BHJP

【ＦＩ】

   H02M7/48 RZHV

   H02J3/36

   H02M7/00

【請求項の数】11

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2014-238391(P2014-238391)

(22)【出願日】2014年11月26日

(65)【公開番号】特開2016-101047(P2016-101047A)

(43)【公開日】2016年5月30日

【審査請求日】2017年9月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003997

【氏名又は名称】日産自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002468

【氏名又は名称】特許業務法人後藤特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100075513

【弁理士】

【氏名又は名称】後藤 政喜

(74)【代理人】

【識別番号】100120260

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 雅昭

(74)【代理人】

【識別番号】100148231

【弁理士】

【氏名又は名称】村瀬 謙治

(72)【発明者】

【氏名】津川 大

(72)【発明者】

【氏名】林 哲也

(72)【発明者】

【氏名】下村 卓

(72)【発明者】

【氏名】猪狩 貴之

【審査官】 遠藤 尊志

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−０８７１６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００９／０７５３１３（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ ７／００−７／９８

Ｈ０２Ｊ ３／００−５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

交流電力が供給される電力系統に接続して直流電力に変換する電力変換装置であって、
直流電力を供給する電源部と、
前記電源部から供給された直流電力を交流電力に変換する電力変換部と、
前記電力変換部により変換された交流電力の出力の中性点電位と、前記電力系統から供給される交流電力の接地基準点電位との電位差を解消させる中性点電位変動補償部と、
前記電力系統から供給される交流電力の電圧状態と、前記電力変換部により変換された交流電力の電圧状態を検出する電圧検出部と、
前記中性点電位変動補償部の動作を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記電圧検出部が検出した電圧状態に基づいて、前記中性点電位変動補償部の動作を制御して、前記中性点電位と前記接地基準点電位との電位差を解消させる
電力変換装置。

【請求項2】

請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記制御装置は、
前記電圧検出部が検出した、前記電力変換部により変換された交流電力の中性点電位と前記電力系統から供給される交流電力の接地基準点電位との電位差を検出する電位差検出部を備え、
前記電位差検出部により検出された電位差に基づいて、前記中性点電位変動補償部の動作を制御して、前記中性点電位と前記接地基準点電位との電位差を解消させる
電力変換装置。

【請求項3】

請求項２に記載の電力変換装置であって、
前記制御装置は、
前記電力変換部により変換された交流電力と前記電力系統から供給される交流電力との位相差を検出する位相差検出部を備え、
前記電位差検出部により検出された前記電位差と、前記位相差検出部により検出した前記位相差とに基づいて、前記中性点電位変動補償部の動作を制御して、前記中性点電位と前記接地基準点電位との電位差を解消させる
電力変換装置。

【請求項4】

請求項３に記載の電力変換装置であって、
前記制御装置は、前記位相差及び前記電位差が所定の差を超えた場合に、前記中性点電位変動補償部の動作を制御して、前記中性点電位と前記接地基準点電位との電位差を解消させる
電力変換装置。

【請求項5】

請求項３又は４に記載の電力変換装置であって、
前記制御装置は、前記位相差及び前記電位差が所定の差を超えた場合に前記中性点電位変動補償部を制御を制御して、前記中性点電位と前記接地基準点電位との電位差を解消させ、前記中性点電位変動補償部が前記中性点電位と前記接地基準点電位との電位差を解消させているときに、前記位相差及び前記電位差が所定の差を超えている場合は、警報を発する警報発生手段を備える
電力変換装置。

【請求項6】

請求項３から５の少なくとも一つに記載の電力変換装置であって、
前記中性点電位変動補償部は、前記電力変換部により変換された交流電力の中性点と、前記電力系統から供給される交流電力の接地基準点とを電気的に断続する半導体スイッチを備え、
前記制御装置は、前記位相差及び前記電位差が所定の差を超えた場合に、前記半導体スイッチの電力の流通を断続して、前記中性点電位と前記接地基準点電位との電位差を解消させる
電力変換装置。

【請求項7】

請求項１から６の少なくとも一つに記載の電力変換装置であって、
前記電力変換部は、双方向コンバータであり、前記電力系統の交流電力を直流電力に変換して、前記電源部へと供給する
電力変換装置。

【請求項8】

請求項１から７の少なくとも一つに記載の電力変換装置であって、
前記電源部は、二次電池により構成される
電力変換装置。

【請求項9】

交流電力を供給する電力系統と、
前記電力系統から供給される交流電力を分配する配電装置と、
前記配電装置に着脱可能プラグを介して接続される請求項４から８に記載の電力変換装置と、を備える
電力変換システム。

【請求項10】

請求項９に記載の電力変換システムであって、
前警報発生手段は、前記配電装置又は前記制御装置を介して、警報を通知する
電力変換システム。

【請求項11】

交流電力を供給する電力系統と、
直流電力を供給する電源部と、
前記電源部から供給された直流電力を交流電力に変換する電力変換部と、
前記電力変換部からの二つの出力と前記二つの出力を平均化して前記二つの出力に対する中性点を安定化させる第１の入出力回路と、
前記電力変換部により変換された交流電力の出力の中性点電位と、前記電力系統から供給される交流電力の接地基準点電位との電位差を解消させる中性点電位変動補償部と、
前記電力変換部により変換された交流電力の中性点と、前記電力系統から供給される交流電力の接地基準点とを電気的に断続する半導体スイッチを備え、前記電力系統から供給される交流電力の電圧状態と、前記電力変換部により変換された交流電力の電圧状態を検出する電圧検出部と、
前記中性点電位変動補償部の動作を制御する制御装置と、
を備え、前記電力系統に着脱可能プラグを介して接続される電力変換装置と、
からなり、
前記制御装置は、前記電圧検出部が検出した電圧状態に基づいて、前記中性点電位変動補償部の動作を制御して、前記半導体スイッチの電力の流通を断続して、前記中性点電位と前記接地基準点電位との電位差を解消させる
電力変換システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、蓄電池等の電力を変換する電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

住宅やビル等の商用電源の電力系統と、車両やコンピュータ装置に備えられるバッテリを相互に接続して、バッテリの充電や停電時の補助電源として利用可能な電力変換器が知られている。

【0003】

バッテリを非常電源として使用する場合は出力が変動するので、電力系統と接続したときに、分電盤や継電器などの接地点での電圧変動を招く可能性がある。

【0004】

特許文献１には、変圧器は、第１巻線の両端がＶＳＣコンバータのそれぞれ出力部に接続され、第２巻線の両端が少なくとも１の相脚を有する直流コンバータに接続されることによって、ＶＳＣコンバータ動作時の接地点の電圧変動を軽減する電圧変換装置が開示されている。

【0005】

特許文献２及び非特許文献１には、太陽電池−接地間における漏れ電流を検出する検出回路と、制御入力に応答して太陽電池の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、制御入力をインバータ回路に入力してその動作を制御するもので漏れ電流の検出に応じてインバータ回路の動作方式を複数に切り換え制御する制御回路とを具備するパワーコンディショナが開示されている。

【特許文献1】特表２００５−５０９３８８号

【特許文献2】特開２００２−０２７７６４号公報

【非特許文献1】平地克也、「ミニＵＰＳ の回路方式の変遷と今後の課題」、電子情報通信学会技術研究報告、Ｖｏｌ．１０３，記載

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

単相や３相など３線式交流の場合には、コンデンサの容量のばらつきや特性劣化によるトランスの線間リアクタンスの差によって、線間電圧実効値に差が発生する場合がある。

【0007】

また、単相３線式交流の場合、中性点電位と、正極側及び負極側の間の電位差が、落雷や天候による接地インピーダンスの変動、送電線、変電所等の配電システムの異常により変動する可能性がある。

【0008】

前述の従来技術において、中性点の変動を抑えることは可能であるが、電位差が大きい場合には、パワートランジスタのスイッチング損失が増大すると共に、変動補償の出力応答がインバータのパワートランジスタの特性で決まる。このため、中性点電圧補償の応答性能に限界がある。

【0009】

一般的に、高耐圧のパワートランジスタは、スイッチングにかかる電圧、電流の遷移時間が長い傾向があり、高電圧で大出力のパワーコンディショナを用いた場合の中性点電圧補償の応答性が低く、電圧変動を補償しきれないという問題があった。

【0010】

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、異なる電力系統を接続した場合の中性点の電位差を速やかに解消して、意図しない動作（例えば遮断器の遮断）を防止することができる。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の一実施態様は、交流電力が供給される電力系統に接続して直流電力に変換する電力変換装置に適用される。

【0012】

この電力変換装置は、直流電力を供給する電源部と、電源部から供給された直流電力を交流電力に変換する電力変換部と、電力変換部により変換された交流電力の出力の中性点電位と、電力系統から供給される交流電力の接地基準点電位との電位差を解消させる中性点電位変動補償部と、電力系統から供給される交流電力の電圧状態と、電力変換部により変換された交流電力の電圧状態を検出する電圧検出部と、中性点電位変動補償部の動作を制御する制御装置と、を備える。

【0013】

制御装置は、電圧検出部が検出した、電力変換部により変換された交流電力の中性点電位と電力系統から供給される交流電力の接地基準点電位との電位差に基づいて、中性点電位補償部の動作を制御して、前記中性点電位と前記接地基準点電位との電位差を解消させる。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、電圧検出部が検出した電圧状態に基づいて、中性点電位補償部の動作を制御することで、電力系統の接地電位と電力変換部の中性点の電位との電位差が解消される。これにより、分電盤に電位差の大きな電圧が印可されることが防止されるので、例えば分電盤が有する遮断器が意図せずに遮断することが防止できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の第１実施形態の電力変換システムの説明図である。

【図2】本発明の第１実施形態における電位が変動した場合のタイムチャートである。

【図3】本発明の第２実施形態の電力変換システムの説明図である。

【図4】本発明の第３実施形態の電力変換システムの説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

【0017】

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態の電力変換システム１の説明図である。

【0018】

図１に示す電力変換システム１は、配電装置３０と、電源部２０と、電力変換装置５０とからなる。

【0019】

配電装置３０は、商用電源から供給される電力系統２の電力を、分電盤７を介して図示しない機器へと供給する。

【0020】

配電装置３０において、電力系統２は、例えば単相三線式の商用電源として構成されており、三線のうちの中性線Ｎが接地部５において接地される。電力系統２から供給される電力は、分電盤７において単相２００Ｖまたは単相１００Ｖにそれぞれ分配され、各機器に供給される。

【0021】

電力変換装置５０は、電源部２０からの電力を電力変換回路１３により変換して、分電盤７を介して各機器または電力系統２へと供給する。

【0022】

電力変換装置５０は、直流電力を供給する電源部２０と、電源部２０が供給する直流電力を電力系統２に合わせた交流電力に変換するインバータ、コンバータ等からなる電力変換回路１３と、を備える。

【0023】

電源部２０は、例えばリチウムイオンバッテリ等の二次電池から構成される。電源部２０は、一例としてハイブリッド車両や電動車両等の車両に搭載されるリチウムイオンバッテリであり、車両の駆動力源や回生エネルギーによる発電、充電装置からの充電等により電力が蓄えられる。

【0024】

電力変換装置５０の電力は、単相三線式（Ｌ１相、Ｌ２相、中性線Ｎ）の電力として、接続インターフェイス（着脱可能プラグ）１２を介して分電盤７に供給される。供給された電力は、分電盤７を介して各機器に、または電力系統２へと供給される。このように構成することで、電力系統２と、可搬車両に搭載される電力変換装置５０との間で相互に電力を供給することができきる。

【0025】

電力変換回路１３と接続インターフェイス１２との間には、第１の入出力回路３と、中性点電位変動補償回路１１とが介装される。電源部２０と電力変換回路１３との間には、第２の入出力回路８が介装される。

【0026】

第１の入出力回路３は、各相及び中性点に直列に接続される三つのインダクタ（Ｈ３１、Ｈ３２、Ｈ３３）及び各相と中性点との間に並列に接続される二つのコンデンサ（Ｃ３１、Ｃ３２）を備える。インダクタ（Ｈ３１、Ｈ３２、Ｈ３３）及びコンデンサ（Ｃ３１、Ｃ３２）により、電力変換回路１３から出力される単相三線式の交流電力が平滑化される。第２の入出力回路８は、インダクタＨ８及びコンデンサＣ８を備え、電源部２０から出力される直流電力を平滑化する。

【0027】

中性点電位変動補償回路１１は、Ｌ１相及びＬ２相に直列に接続される二つのインダクタ（Ｈ１１、Ｈ１２）と、中性点に直列に接続される半導体スイッチＳｎとを備える。中性点電位変動補償回路１１は、後に説明するように、配電装置３０と電力変換装置５０との間で中性点の電位に変動が生じた場合に、制御装置１４によって半導体スイッチＳｎのＯＮ／ＯＦＦが制御され、変動を補償する。

【0028】

半導体スイッチＳｎは、例えば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＧＴＯ（Ｇａｔｅ Ｔｕｒｎ−Ｏｆｆ Ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ）等の半導体素子により構成され、制御装置１４からの指令信号により、中性線Ｎにおける電力の流通をＯＮ／ＯＦＦする。

【0029】

制御装置１４は、電力変換回路１３を制御して、電源部２０から供給される直流電流を交流電流へと変換する。制御装置１４は、第１の電位差監視部９及び位相差監視部１０を備える。制御装置１４は、第１の電位差監視部９及び位相差監視部１０の検出結果に基づいて、中性点電位変動補償回路１１の半導体スイッチＳｎの動作を制御して、中性点の電位の変動を補償する。

【0030】

電力変換装置５０のＬ１相と中性線Ｎとの間には第１の電圧検出部９１が備えられ、電力変換装置５０の中性線ＮとＬ２相との間には第２の電圧検出部９２が備えられる。電力変換装置５０のＬ１相には第１の電流検出部１０１が備えられ、電力変換装置５０のＬ２相には第２の電流検出部１０２が備えられる。

【0031】

第１の電位差監視部９は、第１の電圧検出部９１及び第２の電圧検出部９２の検出結果から、中性線Ｎの接地レベルに対する電位を算出する。位相差監視部１０は、第１の電流検出部１０１及び第２の電流検出部１０２の検出結果から、Ｌ１相の位相とＬ２相の位相を算出する。

【0032】

制御装置１４は、第１の電位差監視部９の算出結果、及び、位相差監視部１０の算出結果に基づいて、電力変換回路１３及び中性点電位変動補償回路１１を制御する。

【0033】

制御装置１４は、Ｌ１相の位相と、Ｌ２相の位相と、電力変換回路１３の出力の位相とを比較して、これらの位相が一致するように電力変換回路１３に備えられる半導体スイッチ（図示せず）に対してＰＷＭ制御を行う。

【0034】

制御装置１４によるＰＷＭ制御によって、電源部２０の直流電圧が配電装置３０側の交流電流に対応する波形として出力される。電力変換回路１３の出力は、第１の入出力回路３により平滑化されて、交流電圧として出力される。

【0035】

制御装置１４がこのように制御することにより、電源部２０の直流電力を、電力系統２に対応する交流電力として出力することができる。

【0036】

さらに、制御装置１４は、電位差監視部９により算出された中性線Ｎの電位Ｖｎと、電力変換回路１３が出力する中性点の電位Ｖｃｎとを比較して、これらの電位に変動が生じたと判定した場合には、次に説明するように、中性線Ｎの電位Ｖｎと電力変換回路１３の中性点の電位Ｖｃｎとが一致するように中性点電位変動補償回路１１の半導体スイッチＳｎに対してＰＷＭ制御を行う。

【0037】

次に、制御装置１４及び中性点電位変動補償回路１１の動作を制御する。

【0038】

前述のように、制御装置１４は、中性線Ｎの電位Ｖｎと電力変換回路１３の中性点の電位Ｖｃｎとの間に変動が生じたと判定した場合には、中性線Ｎの電位Ｖｎと電力変換回路１３の中性点の電位Ｖｃｎとが一致するように中性点電位変動補償回路１１を制御する。

【0039】

このとき、制御装置１４は、中性線Ｎの電位Ｖｎと電力変換回路１３の中性点の電位Ｖｃｎとの電位差に対応するデューティ比を決定し、半導体スイッチＳｎのＯＮ／ＯＦＦを指令する信号を送る。

【0040】

図２は、本実施形態における、中性線Ｎの電位Ｖｎと電力変換回路１３の中性点の電位Ｖｎとで電位が変動した場合のタイムチャートである。

【0041】

図２の上段は、中性線Ｎの電位Ｖｃｎと電力変換回路１３の中性点の電位Ｖｎとの相違を、中断は、変動に対する半導体スイッチＳｎの制御指令値を、下段は制御指令値に対応して制御された中性線Ｎの電位Ｖｃｎを、それぞれ示す。

【0042】

制御装置１４は、位相差監視部１０の算出結果に基づいて電力変換回路１３の動作を制御して交流電力の位相を制御し、第１の入出力回路３１から配電装置３０の系統電源に対応する交流電力を出力する。

【0043】

制御装置１４は、第１の電位差監視部９の算出結果、及び、位相差監視部１０の算出結果に基づいて、交流電力の位相を制御する。

【0044】

このとき、中性線Ｎの電位と電力変換回路１３の中性点の電位Ｖｃｎに変動が生じた場合は、制御装置１４は、変動に対応して、半導体スイッチＳｎのデューティ比を設定する。制御装置１４は、電位差を所定値と比較し、電位差が所定値を超えた場合に、半導体スイッチＳｎをＯＮ／ＯＦＦさせる制御信号としてのディーティ信号を算出する。このとき、電位差が大きい場合はデューティ比を小さく設定し、電位差が小さい場合にデューティ比を大きく設定する。

【0045】

設定されたデューティ比は、半導体スイッチＳｎのＯＮ／ＯＦＦを制御する制御指令値として、制御装置１４から半導体スイッチＳｎへと送信される。半導体スイッチＳｎは制御指令値に従って動作する。デューティ比が小さい場合は半導体スイッチＳｎのＯＮ時間が小さくなり、半導体スイッチＳｎを流通する電力量が減少させられて、電位差を解消させることができる。なお、電位差だけでなく、位相差監視部１０により算出された位相差が所定値を超えた場合に、同様に半導体スイッチＳｎを制御してもよい。

【0046】

このような制御により、中性線Ｎに供給される中性点の電位Ｖｎが変化させられて、電力変換回路１３の中性点の電位との電位差が解消される。これにより、分電盤７に電位差の大きな電圧が印可されることが防止されるので、例えば分電盤７が有する遮断器が意図せずに遮断することが防止できる。

【0047】

制御装置１４の制御により、半導体スイッチＳｎのＯＮ／ＯＦＦを制御したにもかかわらず電位差が解消しない場合は、制御装置１４は、警報を通報する。例えば電力系統２において、落雷や天候により、又は発電所や送電における異常があり、接地電位が大きく変動した場合である。

【0048】

この場合は、中性点電位変動補償回路１１の動作によっては、電位差が解消しない場合は、電力系統２に異常があるとして、制御装置１４は、通信線、例えば制御装置１４に接続されるイーサネット（登録商標）や無線通信装置を介して送信する。又は、制御装置１４から電力線に重畳した信号を分電盤７を介して他の制御装置等に送信する。

【0049】

このような制御を行うことで、電力系統２の異常を早期に通報することができる。

【0050】

また、本実施形態では、中性点の電位差を中性点に挿入した半導体スイッチＳｎの動作によって解消した。ここで、中性線Ｎの電位Ｖｎに対する電力変換回路１３の中性点の電位Ｖｃｎの変動を抑制するために、電源部２０の直流電力を電力変換回路１３により交流電力に変換するときにＰＷＭ制御を行うこともできる。

【0051】

しかしながら、電力変換回路１３に用いられる半導体スイッチは、例えば高耐圧のブリッジ回路で構成されている。このような高耐圧の半導体スイッチを、交直流変換に加えて中性線Ｎの電位の制御にも用いた場合は、出力される電圧の変動が大きくなるので、半導体スイッチにおける損失が上昇し、半導体スイッチの応答時間が低下する。

【0052】

これに対して、本実施形態では、中性線Ｎの電圧変動は電源電圧と比較して小さい。このため、半導体スイッチＳｎの耐圧は電力変換回路１３に用いられるものと比較して小さいもので済む。そのため、半導体スイッチＳｎを小型化できると共に応答性が高いものを用いることができる。

【0053】

半導体スイッチＳｎには、定常的に、コンデンサＣ３１とコンデンサＣ３２との容量のばらつきによる電位差が印加される。

【0054】

ここで、具体例として、例えばコンデンサＣ３１とコンデンサＣ３２との容量のばらつきが１０％であるとした場合に、電力系統２が単相三線式の交流電圧２００Ｖ（Ｌ１＋１００Ｖ、Ｌ２−１００Ｖ）に接続している場合について説明する。

【0055】

この場合は、電力変換回路１３の入力直流電圧は２００√２Ｖ（２８２Ｖ）程度であると仮定すると、半導体スイッチＳｎにおける電圧変動は、この１０％である２８Ｖ程度となる。

【0056】

従って、この例の場合では、半導体スイッチＳｎは、電力変換回路１３に使用する半導体スイッチの耐圧よりも１／１０程度の耐圧のものを選定すればよい。このように、半導体スイッチＳｎの耐圧を小さくできることにより、半導体スイッチＳｎを小型化できると共に応答性が高い半導体スイッチを用いることができて、中性点Ｎの電圧変動を応答良く解消させることができる。

【0057】

以上のように本発明の第１実施形態では、直流電力と交流電力とを相互に変換して供給する電力変換システム１において、直流電力を交流電力に変換するときの中性点の電圧変動を抑えるように構成した。電力変換システム１は、電力変換回路１３と、中性点電位変動補償回路１１と、電圧検出部９１、９２と、制御装置１４を備える。

【0058】

電力変換回路１３は、電源部２０から供給される直流電力を交流電力に変換する。中性点電位変動補償回路１１は、電力変換回路１３により変換された交流電力の出力の中性点の電位Ｖｃｎと、電力系統２から供給される交流電力の接地基準点である中性線Ｎの電位Ｖｎと、の電位差を補償する。電圧検出部９１、９２は、電力系統２から供給される交流電力の電圧状態と電力変換回路１３により変換された交流電力の電圧状態を検出する。制御装置１４は、電圧検出部９１、９２の検出結果に基づいて、電力変換回路１３及び中性点電位変動補償回路１１の動作を制御する。

【0059】

本発明の第１実施形態では、このような構成により、交流電力の出力の中性点の電位Ｖｃｎと電力系統２から供給される交流電力の接地基準点である中性線Ｎの電位Ｖｎの電圧変動に対応して、中性点電位変動補償回路１１を動作させることにより、これらの電位差を解消させることができる。

【0060】

中性点電位変動補償回路１１は、半導体スイッチＳｎにより構成され、制御装置１４の制御によってＯＮ／ＯＦＦを行うことにより、交流電力の出力の中性点の電位Ｖｃｎと電力系統２から供給される交流電力の接地基準点である中性線Ｎの電位Ｖｎの電圧変動を解消させることができる。

【0061】

さらに、制御装置１４は、電流検出部１０１、１０２を備え、検出結果から、電力系統２の位相と、電力変換回路１３の出力の位相とを比較して、これらの位相が一致するように中性点電位変動補償回路１１を制御する。

【0062】

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態を説明する。

【0063】

図３は、本発明の第２実施形態の電力変換システム１の説明図である。

【0064】

なお、第１実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。

【0065】

図３に示す第２実施形態では、中性線Ｎの電位を測定するのではなく、半導体スイッチＳｎの端子間の電位差を検出して、検出した電位差を解消するように、半導体スイッチＳｎの動作を制御する。

【0066】

半導体スイッチＳｎには、端子間の電位差を検出する第３の電圧検出部１１１が備えられる。

【0067】

制御装置１４には、第３の電圧検出部１１１の検出結果から、半導体スイッチＳｎの端子間の電位差を算出する第２の電位差監視部１１０が備えられる。

【0068】

電位差監視部１１０は、第３の電圧検出部１１１の検出結果に基づいて、半導体スイッチＳｎの端子間の電位差、すなわち、中性線Ｎの電位Ｖｎと電力変換回路１３の中性点の電位Ｖｃｎとの電位差を検出する。

【0069】

制御装置１４は、検出された電位差に基づいて半導体スイッチＳｎのデューティ比を設定する。例えば、第１実施形態と同様に、電位差が大きい場合にデューティ比を小さく設定し、電位差が小さい場合にデューティ比を大きく設定する。

【0070】

設定されたデューティ比は、半導体スイッチＳｎのＯＮ／ＯＦＦを制御する制御指令値として、制御装置１４から半導体スイッチＳｎへと送信される。半導体スイッチＳｎは制御指令値に従って、中性線Ｎと中性点との導通をＯＮ／ＯＦＦする。

【0071】

半導体スイッチＳｎをＯＮ／ＯＦＦさせることにより、電力系統２の中性線Ｎの電位Ｖｎと電力変換回路１３の中性点の電位Ｖｃｎとの電位差を解消させることができる。

【0072】

これにより、分電盤７に意図しない電圧が印可されることが防止され、分電盤７の遮断器が意図しない遮断を防止できる。

【0073】

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態を説明する。

【0074】

図４は、本発明の第３実施形態の電力変換システム１の説明図である。

【0075】

なお、第１実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。

【0076】

図４に示す第３実施形態は、第２実施形態の変形例であり、電力変換装置２３の構成が、第１実施形態及び第２実施形態の電力変換回路１３と異なる。

【0077】

電力変換装置２３は、電源部２０が供給する直流電力を、単相３線式の交流電力のうち、中性線を省略した２線により出力する。電力変換装置２３の出力は、第３の入出力回路３１に入力される。

【0078】

第３の入出力回路３１は、コンデンサＣ３１、Ｃ３２を備え、電力変換回路１３から出力される単相三線式の交流電力を平滑化すると共に、コンデンサＣ３１、Ｃ３２が結合された中点が中性点に対応する。コンデンサＣ３１、３２の中点は、半導体スイッチＳｎを経由して、中性線Ｎに結合する。従って、電力変換装置５０における中性線Ｎの電位Ｖｃｎは、コンデンサＣ３１、Ｃ３２により決定される。

【0079】

半導体スイッチＳｎには、第２実施形態と同様に、端子間の電位差を検出する第３の電圧検出部１１１が備えられる。制御装置１４は、第３の電圧検出部１１１の検出結果に基づいて、半導体スイッチＳｎの端子間の電位差、すなわち、電力系統２の中性線Ｎの電位Ｖｎと電力変換回路１３の中性点の電位Ｖｃｎとの電位差を検出する。

【0080】

制御装置１４は、第３の電圧検出部１１１により検出された電位差に基づいて半導体スイッチＳｎのデューティ比を設定し、これを、半導体スイッチＳｎのＯＮ／ＯＦＦを制御する制御指令値として、半導体スイッチＳｎに送信する。半導体スイッチＳｎは制御指令値に従って動作する。

【0081】

半導体スイッチＳｎをＯＮ／ＯＦＦさせることにより、電力系統２の中性線Ｎの電位Ｖｎと電力変換回路１３の中性点の電位Ｖｃｎとの電位差を解消させることができる。

【0082】

これにより、分電盤７に意図しない電圧が印可されることが防止され、分電盤７の遮断器が意図しない遮断を防止できる。

【0083】

＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態を説明する。

【0084】

第４実施形態は、電力変換回路１３が双方向コンバータである点が異なる。なお、第４実施形態の基本構成は第１実施形態と同一である。

【0085】

電力変換回路１３は、双方向コンバータとして構成され、電源部２０が供給する直流電力を電力系統２に合わせた交流電力に変換するだけでなく、電力系統２が供給する交流電力を直流電力に変換して電源部２０へと供給する機能を有する。

【0086】

このような機能により、電力系統２の電力を電源部２０へと充電することができる。

【0087】

前述のように、制御装置１４は、中性線Ｎの電位と電力変換回路１３の中性点の電位に変動が生じた場合は、電位の変動に対応して、半導体スイッチＳｎのデューティ比を設定して、半導体スイッチＳｎのＯＮ／ＯＦＦを制御する。

【0088】

第４実施形態では、制御装置１４は、電力変換回路１３において電力系統２が供給する交流電力を直流電力に変換して電源部２０へと供給するように制御しているときにも、この制御を行う。

【0089】

すなわち、電力系統２から電力変換回路１３へと電力を供給しているときにも、電力系統２の中性線Ｎの電位Ｖｎと電力変換回路１３の中性点の電位Ｖｃｎとの電位に変動が生じた場合は、制御装置１４は、半導体スイッチＳｎのＯＮ／ＯＦＦを制御して、電位差を解消させる。

【0090】

このような制御により、電力系統２から供給される交流電力の中性線Ｎの電位Ｖｎが変化させられて、電力系統２と電力変換回路１３の中性点の電位差を解消させることができる。

【0091】

従って、電力系統２から電源部２０へと電力を供給し、電源部２０を充電する場合にも、電位差を解消することにより、電力変換回路１３に意図しない大きな電力が入力されることが防止され、電力変換回路１３の動作が異常となることが防止できる。

【符号の説明】

【0092】

１ 電力変換システム
３ 入出力回路
５ 接地部
７ 分電盤
８ 入出力回路
９ 電位差監視部
１０ 位相差監視部
１１ 中性点電位変動補償回路
１２ 接続インターフェイス
１３ 電力変換回路
１４ 制御装置
２０ 電源部
２３ 電力変換装置
３０ 配電装置
３１ 入出力回路
４２ 中性線Ｎライン
５０ 電力変換装置
９１、９２ 電圧検出部
１０１、１０２ 電流検出部
１１０ 電位差監視部
１１１ 電圧検出部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】