特開 2023-157416 パワーコンディショナ装置および電源システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023157416

(43)【公開日】2023-10-26

(54)【発明の名称】パワーコンディショナ装置および電源システム

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20231019BHJP

   H02M 3/155 20060101ALI20231019BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 M

H02M3/155 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022067323

(22)【出願日】2022-04-15

(71)【出願人】

【識別番号】000004606

【氏名又は名称】ニチコン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000475

【氏名又は名称】弁理士法人みのり特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】岡本 直久

【テーマコード（参考）】

5H730

5H770

【Ｆターム（参考）】

5H730AA14

5H730AS08

5H730AS17

5H730BB03

5H730BB13

5H730BB14

5H730DD03

5H730DD04

5H730FG05

5H770BA11

5H770CA01

5H770CA05

5H770CA06

5H770CA10

5H770DA02

5H770DA10

5H770DA21

5H770DA30

5H770DA41

5H770JA17Y

5H770KA01Y

(57)【要約】

【課題】ＡＲＣＰ回路の回生用ダイオードを過電圧から保護することが可能なパワーコンディショナ装置を提供する。
【解決手段】単相３線式の自立出力端Ｔ２（Ｕ），Ｔ２（Ｏ），Ｔ２（Ｗ）を有するパワーコンディショナ装置１０であって、インバータ回路１３と、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１４と、制御部１５とを備え、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１４は、メイン回路とＡＲＣＰ回路とを備え、制御部１５は、自立出力端Ｔ２（Ｕ），Ｔ２（Ｏ），Ｔ２（Ｗ）に所定の閾値を超える過電圧が印加された場合、ＡＲＣＰ回路の動作を停止させる停止処理を行い、ＡＲＣＰ回路の回生用ダイオードに印加される電圧の電圧値が所定の許容電圧値を超えないようにすることを特徴とする。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

単相３線式の自立出力端を有するパワーコンディショナ装置であって、
前記自立出力端に接続されたインバータ回路と、
前記インバータ回路に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ回路と、
前記インバータ回路および前記ＤＣ／ＤＣコンバータ回路を制御する制御部と、
を備え、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータ回路は、
メインスイッチを含むメイン回路と、
共振用スイッチ、回生用トランスおよび回生用ダイオードを含むＡＲＣＰ回路と、を備え、
前記制御部は、
前記自立出力端に所定の閾値を超える過電圧が印加された場合、前記ＡＲＣＰ回路の動作を停止させる停止処理を行い、前記回生用トランスを介して前記回生用ダイオードに印加される電圧の電圧値が所定の許容電圧値を超えないようにする
ことを特徴とするパワーコンディショナ装置。

【請求項2】

前記ＤＣ／ＤＣコンバータ回路は、
コンデンサを介して前記インバータ回路に接続されており、
前記インバータ回路は、
前記自立出力端に過電圧が印加された場合、当該過電圧を吸収するために前記コンデンサに電圧を供給する動作を行い、
前記制御部は、
前記コンデンサの両端電圧に基づいて、前記停止処理を行うか否かの判定を行う
ことを特徴とする請求項１に記載のパワーコンディショナ装置。

【請求項3】

前記制御部は、
前記停止処理を行う場合、前記共振用スイッチを連続オフ状態にする一方、前記メインスイッチをＰＷＭ制御によりオン／オフさせる
ことを特徴とする請求項１に記載のパワーコンディショナ装置。

【請求項4】

蓄電池と、
請求項１～３のいずれかに記載のパワーコンディショナ装置の特徴を備えた、単相３線式の自立出力端を有する第１パワーコンディショナ装置と、
前記自立出力端に接続された第２パワーコンディショナ装置と、
を含み、
前記第１パワーコンディショナ装置は、前記蓄電池に対する充電動作および放電動作を行う
ことを特徴とする電源システム。

【請求項5】

前記第２パワーコンディショナ装置は、
前記自立出力端から出力される交流電力に対して連系動作を行い、
前記第１パワーコンディショナ装置は、
前記自立出力端に所定の閾値を超える過電圧が印加された場合、前記第２パワーコンディショナ装置の前記連系動作を停止させるための連系動作停止処理を行う
ことを特徴とする請求項４に記載の電源システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、パワーコンディショナ装置および当該パワーコンディショナ装置を含む電源システムに関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、電源システムとして、蓄電池に対する充電動作および放電動作を行う第１パワーコンディショナ装置と、太陽光パネルで発電した発電電力の制御を行う第２パワーコンディショナ装置と、を含むものが知られている。

【0003】

第１パワーコンディショナ装置としては、単相３線式の自立出力端を有し、さらにインバータ回路と、ＡＲＣＰ（Auxiliary Resonant Commutated Pole：補助共振転流ポール）回路付きの双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ回路を備えるものが知られている。ＡＲＣＰ回路の回路構成は、例えば、特許文献１に記載のとおりである。

【0004】

第１パワーコンディショナ装置の自立出力端が単相２線式の場合、第２パワーコンディショナ装置は第１パワーコンディショナ装置の上流にしか接続できないが、上記のように自立出力端が単相３線式の場合、第２パワーコンディショナ装置は第１パワーコンディショナ装置の自立出力端に接続できる。

【0005】

第２パワーコンディショナ装置を第１パワーコンディショナ装置の自立出力端に接続した電源システムにおいて、第２パワーコンディショナ装置は、電力系統が通電状態の時は電力系統の系統電力に対して連系動作を行う一方、電力系統が停電状態の時は第１パワーコンディショナ装置の自立出力電力に対して連系動作（疑似連系動作）を行う。これにより、停電状態の時であっても、太陽光パネルの発電電力を利用して蓄電池の充電を行ったり、当該発電電力を蓄電池の放電電力とともに、自立出力端に接続された負荷（例えば、家電製品）に供給したりすることができる。

【0006】

しかしながら、第２パワーコンディショナ装置から出力される発電電力が、上記負荷の消費電力や蓄電池に充電可能な充電電力よりも大きい場合、余剰電力の行き場がないにもかかわらず、第２パワーコンディショナ装置は発電電力の供給を継続しようとするため、第２パワーコンディショナ装置の出力電圧は上昇し続ける。その結果、第１パワーコンディショナ装置の自立出力端には過電圧が印加される。

【0007】

第１パワーコンディショナ装置は、第２パワーコンディショナ装置からの電力供給を停止させるため、自立出力端における印加電圧の周波数などを変化させて、第２パワーコンディショナ装置に異常が発生したことを検知させる。しかしながら、第２パワーコンディショナ装置が異常を検知してから電力供給を停止させるまでには時間がかかり、第１パワーコンディショナ装置の自立出力端には一定時間過電圧が印加され続ける。

【0008】

第１パワーコンディショナ装置の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ回路のＡＲＣＰ回路は、共振用スイッチ、共振用リアクトル、共振用コンデンサ、回生用トランスおよび回生用ダイオードを備える。回生用トランスは、通常、回生巻き線の巻き数が主巻き線の巻き数よりも大きくなっており、例えば、回生巻き線の巻き数：主巻き線の巻き数＝２：１となっている。この場合、回生巻き線に発生する電圧は、主巻き線への印加電圧の２倍になる。

【0009】

よって、回生巻き線を介して回生用ダイオードに印加される電圧は、主巻き線への印加電圧の２倍の電圧＋共振用スイッチのスイッチング時のオーバーシュート電圧になり、非常に高い電圧となる。このような状態で自立出力端に過電圧が印加されると、回生用ダイオードに印加される電圧はさらに高い電圧となるため、回生用ダイオードとして比較的安価な汎用品のダイオード（例えば、１２００Ｖ耐圧のダイオード）を用いることができないという問題が発生する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特開２０２１－１９３９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、ＡＲＣＰ回路の回生用ダイオードを過電圧から保護することが可能なパワーコンディショナ装置および電源システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記課題を解決するために、本発明に係るパワーコンディショナ装置は、
単相３線式の自立出力端を有するパワーコンディショナ装置であって、
前記自立出力端に接続されたインバータ回路と、
前記インバータ回路に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ回路と、
前記インバータ回路および前記ＤＣ／ＤＣコンバータ回路を制御する制御部と、
を備え、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータ回路は、
メインスイッチを含むメイン回路と、
共振用スイッチ、回生用トランスおよび回生用ダイオードを含むＡＲＣＰ回路と、を備え、
前記制御部は、
前記自立出力端に所定の閾値を超える過電圧が印加された場合、前記ＡＲＣＰ回路の動作を停止させる停止処理を行い、前記回生用トランスを介して前記回生用ダイオードに印加される電圧の電圧値が所定の許容電圧値を超えないようにすることを特徴とする。

【0013】

この構成によれば、自立出力端に所定の閾値を超える過電圧が印加された場合、ＡＲＣＰ回路の動作を停止させる停止処理を行い、回生用ダイオードに印加される電圧の電圧値が所定の許容電圧値を超えないようにするので、回生用ダイオードを過電圧から保護することができる。

【0014】

前記パワーコンディショナ装置において、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータ回路は、
コンデンサを介して前記インバータ回路に接続されており、
前記インバータ回路は、
前記自立出力端に過電圧が印加された場合、当該過電圧を吸収するために前記コンデンサに電圧を供給する動作を行い、
前記制御部は、
前記コンデンサの両端電圧に基づいて、前記停止処理を行うか否かの判定を行うよう構成できる。

【0015】

前記パワーコンディショナ装置において、
前記制御部は、
前記停止処理を行う場合、前記共振用スイッチを連続オフ状態にする一方、前記メインスイッチをＰＷＭ制御によりオン／オフさせるよう構成できる。

【0016】

上記課題を解決するために、本発明に係る電源システムは、
蓄電池と、
前記パワーコンディショナ装置の特徴を備えた単相３線式の自立出力端を有する第１パワーコンディショナ装置と、
前記自立出力端に接続された第２パワーコンディショナ装置と、
を含み、
前記第１パワーコンディショナ装置は、前記蓄電池に対する充電動作および放電動作を行うことを特徴とする。

【0017】

前記電源システムにおいて、
前記第２パワーコンディショナ装置は、
前記自立出力端から出力される交流電力に対して連系動作を行い、
前記第１パワーコンディショナ装置は、
前記自立出力端に所定の閾値を超える過電圧が印加された場合、前記第２パワーコンディショナ装置の前記連系動作を停止させるための連系動作停止処理を行うよう構成できる。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、ＡＲＣＰ回路の回生用ダイオードを過電圧から保護することが可能なパワーコンディショナ装置および電源システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明に係る電源システムのブロック図である。

【図2】本発明に係るパワーコンディショナ装置のブロック図である。

【図3】本発明に係るパワーコンディショナ装置のインバータ回路の回路図である。

【図4】本発明に係るパワーコンディショナ装置の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ回路の回路図である。

【図5】本発明に係るＡＲＣＰ回路の動作時の各種波形図であって、（Ａ）はスイッチング素子Ｑ８，Ｑ１０のゲート電圧、（Ｂ）はリアクトル電流および共振電流、（Ｃ）はスイッチング素子Ｑ８のドレイン電流およびドレイン・ソース間電圧の波形図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、添付図面を参照して、本発明に係るパワーコンディショナ装置および電源システムの実施形態について説明する。

【0021】

図１に、本発明の一実施形態に係る電源システム１を示す。電源システム１は、第１パワーコンディショナ装置１０（本発明の「パワーコンディショナ装置」に相当）と、第２パワーコンディショナ装置２０と、切り替えスイッチＳＷと、蓄電池ＢＴと、太陽光パネルＰＶとを含む。

【0022】

第１パワーコンディショナ装置１０は、単相３線式の第１端子Ｔ１と、単相３線式の第２端子（自立出力端）Ｔ２と、蓄電池ＢＴに接続される第３端子Ｔ３とを備える。第１端子Ｔ１は、電力系統２に接続されるとともに、切り替えスイッチＳＷを介して負荷３（例えば、家電製品）に接続される。第２端子（自立出力端）Ｔ２は、切り替えスイッチＳＷを介して負荷３に接続される。

【0023】

切り替えスイッチＳＷは、例えば、リレーで構成されており、電力系統２が通電状態の時（以下、通電時）には、第１端子Ｔ１を負荷３に接続し、電力系統２が停電状態の時（以下、停電時）には、第２端子（自立出力端）Ｔ２を負荷３に接続する。すなわち、第１パワーコンディショナ装置１０は、停電時にも、ＡＣ２００［Ｖ］の電圧を負荷３に供給することができる。

【0024】

第２パワーコンディショナ装置２０は、負荷３に接続される第４端子Ｔ４と、太陽光パネルＰＶに接続される第５端子Ｔ５とを備える。第４端子Ｔ４は、通電時には電力系統２に接続され、停電時には第１パワーコンディショナ装置１０の第２端子（自立出力端）Ｔ２に接続される。第２パワーコンディショナ装置２０は、通電時には電力系統２の系統電力に対して連系動作を行う一方、停電時には第１パワーコンディショナ装置１０の自立出力電力に対して連系動作（疑似連系動作）を行う。

【0025】

図２に、第１パワーコンディショナ装置１０のブロック図を示す。第１パワーコンディショナ装置１０は、リレー回路１１と、ノイズフィルタ１２と、インバータ回路１３と、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１４（本発明の「ＤＣ／ＤＣコンバータ回路」に相当）と、制御部１５と、各種検出回路（図示せず）とを備える。

【0026】

リレー回路１１は、制御部１５の制御下でオン／オフするリレーＳ１～Ｓ９を含む。リレーＳ１～Ｓ３は、それぞれＵ相、Ｏ相、Ｗ相の第１端子Ｔ１（Ｕ），Ｔ１（Ｏ），Ｔ１（Ｗ）とノイズフィルタ１２とを接続する各配線に介装されている。リレーＳ４～Ｓ６は、それぞれ第１端子Ｔ１（Ｕ），Ｔ１（Ｏ），Ｔ１（Ｗ）とＵ相、Ｏ相、Ｗ相の自立出力端Ｔ２（Ｕ），Ｔ２（Ｏ），Ｔ２（Ｗ）とを接続する各配線に介装されている。リレーＳ７～Ｓ９は、それぞれ自立出力端Ｔ２（Ｕ），Ｔ２（Ｏ），Ｔ２（Ｗ）とノイズフィルタ１２とを接続する各配線に介装されている。

【0027】

ノイズフィルタ１２は、リレー回路１１とインバータ回路１３との間に設けられている。ノイズフィルタ１２は、例えば、コンデンサおよびコイルで構成されており、リレー回路１１とインバータ回路１３とを接続する配線を伝搬するノイズをカットする。

【0028】

インバータ回路１３は、ノイズフィルタ１２およびリレー回路１１を介して、第１端子Ｔ１（Ｕ），Ｔ１（Ｏ），Ｔ１（Ｗ）および自立出力端Ｔ２（Ｕ），Ｔ２（Ｏ），Ｔ２（Ｗ）に接続される。図３に示すように、インバータ回路１３は、コンデンサＣ１～Ｃ３およびコイルＬ１～Ｌ３で構成されたフィルタ部と、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６およびダイオードＤ１～Ｄ６で構成された３つのアーム部とを備える。スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６は、制御部１５の制御下でオン／オフする。

【0029】

スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６には、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）を用いる。ダイオードＤ１～Ｄ６は、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の電流路（ドレイン・ソース間）に逆方向に並列接続される。ダイオードＤ１～Ｄ６は、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の寄生ダイオードでもよいし、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６とは独立した外付けダイオードでもよいし、その両方でもよい。

【0030】

双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１４は、インバータ回路１３に接続される。図４に示すように、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１４は、メイン回路１４Ａと、ＡＲＣＰ回路１４Ｂと、入出力端Ｔａ～Ｔｄとを備える。入出力端Ｔａ，Ｔｂは、インバータ回路１３に接続され、入出力端Ｔｃ，Ｔｄは、第３端子Ｔ３（＋），Ｔ３（－）すなわち蓄電池ＢＴに接続される。

【0031】

メイン回路１４Ａは、メインスイッチを構成するスイッチング素子Ｑ７，Ｑ８およびダイオードＤ７，Ｄ８と、直流リアクトルＬ４と、コンデンサＣ４，Ｃ５とを備える。ＡＲＣＰ回路１４Ｂは、共振用スイッチを構成するスイッチング素子Ｑ９，Ｑ１０およびダイオードＤ９，Ｄ１０と、共振用リアクトルＬ５と、共振用コンデンサＣ６，Ｃ７と、主巻き線Ｎ１および回生巻き線Ｎ２を含む回生用トランスＴＲ１と、回生用ダイオードＤ１１，Ｄ１２とを備える。

【0032】

スイッチング素子Ｑ７～Ｑ１０には、例えば、ＭＯＳＦＥＴを用いる。ダイオードＤ７～Ｄ１０は、スイッチング素子Ｑ７～Ｑ１０の電流路（ドレイン・ソース間）に逆方向に並列接続される。ダイオードＤ７～Ｄ１０は、スイッチング素子Ｑ７～Ｑ１０の寄生ダイオードでもよいし、スイッチング素子Ｑ７～Ｑ１０とは独立した外付けダイオードでもよいし、その両方でもよい。

【0033】

スイッチング素子Ｑ７，Ｑ８は、互いに直列接続され、直列接続された電流路の一端が入出力端Ｔａに接続され、他端が入出力端Ｔｂ，Ｔｄに接続される。スイッチング素子Ｑ７とスイッチング素子Ｑ８との接続点Ｘ１は、直流リアクトルＬ４を介して入出力端Ｔｃに接続される。コンデンサＣ４は、スイッチング素子Ｑ７，Ｑ８よりも入出力端Ｔａ，Ｔｂ側において、入出力端Ｔａ，Ｔｂ間に接続される。コンデンサＣ５は、直流リアクトルＬ４よりも入出力端Ｔｃ，Ｔｄ側において、入出力端Ｔｃ，Ｔｄ間に接続される。

【0034】

スイッチング素子Ｑ９，Ｑ１０は、スイッチング素子Ｑ７，Ｑ８とコンデンサＣ４との間に設けられ、互いに直列接続され、かつスイッチング素子Ｑ７，Ｑ８に対して並列接続される。スイッチング素子Ｑ９とスイッチング素子Ｑ１０との接続点Ｘ２は、回生用トランスＴＲ１の主巻き線Ｎ１および共振用リアクトルＬ５を介して、接続点Ｘ１に接続される。共振用コンデンサＣ６は、スイッチング素子Ｑ７のドレイン・ソース間に並列接続され、共振用コンデンサＣ７は、スイッチング素子Ｑ８のドレイン・ソース間に並列接続される。

【0035】

回生用トランスＴＲ１の回生巻き線Ｎ２の一端および他端は、それぞれ回生用ダイオードＤ１１，Ｄ１２を介して入出力端Ｔａに接続される。また、回生巻き線Ｎ２はセンタータップを有し、当該センタータップは入出力端Ｔｂに接続される。主巻き線Ｎ１と回生巻き線Ｎ２との巻き数比は、本実施形態ではＮ１：Ｎ２＝１：２である。また本実施形態では、回生用ダイオードＤ１１，Ｄ１２として、比較的安価な汎用品のダイオード（例えば、１２００Ｖ耐圧のダイオード）を用いることができる。

【0036】

制御部１５は、リレー回路１１を制御するためのリレー制御回路と、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ１０をオン／オフさせるためのスイッチング素子Ｑ１～Ｑ１０の各駆動回路と、各駆動回路に制御信号を送るための制御回路とを含む。制御部１５は、アナログ回路で構成されていてもよいし、マイクロコントローラ等を使用したデジタル回路で構成されていてもよいし、アナログ回路とデジタル回路とを組み合わせた回路で構成されていてもよい。

【0037】

インバータ回路１３の制御について、制御部１５は、インバータ回路１３に、ノイズフィルタ１２を介して入力された交流電圧を直流電圧に変換して双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１４側に出力するＡＣ／ＤＣ変換動作と、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１４から入力された直流電圧を交流電圧に変換してノイズフィルタ１２側に出力するＤＣ／ＡＣ変換動作とを行わせる。

【0038】

双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１４の制御について、制御部１５は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１４に、入出力端Ｔｃ，Ｔｄ側（蓄電池ＢＴ）から入出力端Ｔａ，Ｔｂ側（インバータ回路１３側）への電力変換動作（昇圧動作）と、入出力端Ｔａ，Ｔｂ側（インバータ回路１３側）から入出力端Ｔｃ，Ｔｄ側（蓄電池ＢＴ）への電力変換動作（降圧動作）とを行わせる。制御部１５は、メインスイッチのスイッチング素子Ｑ７，Ｑ８に対してＰＷＭ制御を行う。

【0039】

図５（Ａ）～（Ｃ）に、昇圧動作時かつＡＲＣＰ回路１４Ｂの動作時における各種波形図を示す。図５（Ａ）はスイッチング素子Ｑ８，Ｑ１０のゲート電圧Ｖｇｓ、図５（Ｂ）は直流リアクトルＬ４を流れるリアクトル電流Ｉ_Ｌ４および共振用リアクトルＬ５を流れる共振電流Ｉ_Ｌ５、図５（Ｃ）はスイッチング素子Ｑ８のドレイン電流Ｉｄおよびドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓの波形図である。

【0040】

時刻ｔ_１において、制御部１５がスイッチング素子Ｑ１０をターンオンさせると、ダイオードＤ７を流れていた電流が共振用リアクトルＬ５に転流し、さらに共振用リアクトルＬ５が共振用コンデンサＣ７から電荷を引き抜くように作用するため、共振用リアクトルＬ５、回生用トランスＴＲ１のリーケージインダクタンスおよび共振用コンデンサＣ７が共振する。これにより、共振用リアクトルＬ５に共振電流Ｉ_Ｌ５が流れ、スイッチング素子Ｑ８のドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓは減少する。

【0041】

時刻ｔ_２において、共振電流Ｉ_Ｌ５の立下り時の電流波形とリアクトル電流Ｉ_Ｌ４の電流波形とが交差するタイミングで、制御部１５がスイッチング素子Ｑ８をターンオンさせると、スイッチング素子Ｑ１０がオン状態なのでスイッチング素子Ｑ８のドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓはほぼ０［Ｖ］になり、スイッチング素子Ｑ１０のドレイン電流Ｉｄは０［Ａ］から立ち上がる。その結果、ゼロ電圧スイッチングおよびゼロ電流スイッチングが実現され、スイッチング素子Ｑ８のターンオン時のスイッチングロスが低減される。

【0042】

共振用コンデンサＣ７から引き抜かれた電荷が共振電流Ｉ_Ｌ５として回生用トランスＴＲ１の主巻き線Ｎ１に流れると、回生用トランスＴＲ１の回生巻き線Ｎ２に電圧が誘起される。回生巻き線Ｎ２に誘起された電圧は、回生用ダイオードＤ１１，Ｄ１２を介してコンデンサＣ４に回生される。

【0043】

時刻ｔ_３において共振電流Ｉ_Ｌ５が０［Ａ］になった後、制御部１５は、時刻ｔ_４においてスイッチング素子Ｑ１０をターンオフさせ、その後、ＰＷＭ制御のデューティに応じてスイッチング素子Ｑ８をターンオフさせる（時刻ｔ_５）。

【0044】

時刻ｔ_５において、制御部１５がスイッチング素子Ｑ８をターンオフさせると、スイッチング素子Ｑ８を流れていた電流は共振用コンデンサＣ７に転流し、共振用コンデンサＣ７が充電される。スイッチング素子Ｑ８のドレイン電流Ｉｄが比較的早く減少する一方、スイッチング素子Ｑ８のドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓは緩やかに増加するため、ドレイン電流Ｉｄの立下りとドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓの立上りとの重なる領域が減少する。その結果、ゼロ電圧スイッチングが実現され、スイッチング素子Ｑ８のターンオフ時のスイッチングロスが低減される。

【0045】

なお、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１４では、昇圧動作と降圧動作とが同じ動作原理であるため、降圧動作時の制御部１５は、上記と同様にしてメインスイッチのスイッチング素子Ｑ７および共振用スイッチのスイッチング素子Ｑ９を制御する。

【0046】

次に、制御部１５がＡＲＣＰ回路１４Ｂの動作を停止させる停止処理について説明する。

【0047】

本実施形態に係る電源システム１では、電力系統２の停電時に第２パワーコンディショナ装置２０の第４端子Ｔ４から出力される発電電力が、負荷３の消費電力や蓄電池ＢＴに充電可能な充電電力よりも大きい場合、余剰電力の行き場がないにもかかわらず、第２パワーコンディショナ装置２０は発電電力の供給を継続しようとするため、第２パワーコンディショナ装置２０の出力電圧は上昇する。その結果、第１パワーコンディショナ装置１０の自立出力端Ｔ２には過電圧が印加される。

【0048】

第１パワーコンディショナ装置１０の自立出力端Ｔ２に過電圧が印加されると、第１パワーコンディショナ装置１０のインバータ回路１３は、過電圧を吸収するために双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１４のコンデンサＣ４に電圧を供給する動作を行う。その結果、コンデンサＣ４の両端電圧が上昇する。

【0049】

双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１４には、コンデンサＣ４の両端電圧を検出するための図示しない電圧検出センサが設けられており、当該電圧検出センサが検出した電圧値は、制御部１５に送られる。

【0050】

制御部１５は、コンデンサＣ４の両端電圧（上記電圧検出センサが検出した電圧値）に基づいて停止処理を行うか否かの判定を行い、回生用ダイオードＤ１１，Ｄ１２に印加される電圧の電圧値が所定の許容電圧値（例えば、１２００［Ｖ］）を超えないように、停止処理を実行する。

【0051】

例えば、通常動作時（自立出力端Ｔ２に過電圧が印加されていない場合）のコンデンサＣ４の両端電圧が３６０～３８０［Ｖ］の場合、制御部１５は、コンデンサＣ４の両端電圧が４００［Ｖ］に達したら、自立出力端Ｔ２に所定の閾値を超える過電圧が印加されたと判定して、停止処理を実行する。

【0052】

停止処理時の制御部１５は、共振用スイッチのスイッチング素子Ｑ９，Ｑ１０を連続オフ状態にして、メインスイッチのスイッチング素子Ｑ７，Ｑ８をＰＷＭ制御によりオン／オフさせる。これにより、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１４は、ＡＲＣＰ回路１４Ｂの動作が停止して、単なるＰＷＭ制御の双方向チョッパ動作へと切り換わる。

【0053】

ＡＲＣＰ回路１４Ｂの動作が停止すると、回生用ダイオードＤ１１，Ｄ１２には電圧が印加されなくなるので、回生用ダイオードＤ１１，Ｄ１２を過電圧から保護することができる。すなわち、本実施形態に係る第１パワーコンディショナ装置１０および電源システム１では、回生用ダイオードＤ１１，Ｄ１２として、比較的安価な汎用品のダイオード（例えば、１２００Ｖ耐圧のダイオード）を用いることができる。

【0054】

制御部１５は、ＡＲＣＰ回路１４Ｂの動作を停止させるとともに、第２パワーコンディショナ装置２０の連系動作（疑似連系動作）を停止させるための連系動作停止処理を行ってもよい。連系動作停止処理時の制御部１５は、自立出力端Ｔ２における印加電圧の周波数などを変化させて、第２パワーコンディショナ装置２０に異常が発生したことを検知させる。また、コンデンサＣ４の両端電圧が通常動作時の電圧に復帰した場合、制御部１５は、ＡＲＣＰ回路１４Ｂの動作を再開させてもよい。

【0055】

なお、制御部１５は、ＡＲＣＰ回路１４Ｂにおいて共振電流が流れている期間をＰＷＭ制御不可期間（例えば、図５の時刻ｔ_１～ｔ_３）とし、共振電流が流れていないＰＷＭ制御可能期間（例えば、図５の時刻ｔ_３～ｔ_６）内でスイッチング素子Ｑ７，Ｑ８のデューティを可変させてＰＷＭ制御を行う。

【0056】

しかしながら、ＰＷＭ制御不可期間が確保できないほど、スイッチング素子Ｑ７，Ｑ８のオン時間が短くなる場合（入出力電圧差が小さく軽負荷の状態の場合）やスイッチング素子Ｑ７，Ｑ８のオフ時間が短くなる場合（入出力電圧差が大きく重負荷の状態の場合）は、ＡＲＣＰ回路１４Ｂを動作させてもかえってスイッチングロスが増加してしまう。したがって、制御部１５は、上記のような軽負荷または重負荷の場合、ＡＲＣＰ回路１４Ｂの動作を停止させて、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１４の動作をＰＷＭ制御の双方向チョッパ動作へと切り替える。

【0057】

以上、本発明に係るパワーコンディショナ装置および電源システムの実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。

【0058】

本発明に係るパワーコンディショナ装置は、単相３線式の自立出力端を有するパワーコンディショナ装置であって、自立出力端に接続されたインバータ回路と、インバータ回路に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ回路と、インバータ回路およびＤＣ／ＤＣコンバータ回路を制御する制御部と、を備え、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路は、メインスイッチを含むメイン回路と、共振用スイッチ、回生用トランスおよび回生用ダイオードを含むＡＲＣＰ回路と、を備え、制御部は、自立出力端に所定の閾値を超える過電圧が印加された場合、ＡＲＣＰ回路の動作を停止させる停止処理を行い、回生用トランスを介して回生用ダイオードに印加される電圧の電圧値が所定の許容電圧値を超えないようにするのであれば、適宜構成を変更できる。

【0059】

例えば、上記実施形態の制御部１５は、コンデンサＣ４の両端電圧に基づいて、自立出力端Ｔ２に所定の閾値を超える過電圧が印加されたか否かを判定しているが、自立出力端Ｔ２の印加電圧を直接検出して、過電圧か否かを判定してもよい。

【0060】

メインスイッチおよび／または共振用スイッチのスイッチング素子として、ＭＯＳＦＥＴ以外のスイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴ）を用いることができる。

【0061】

本発明に係る電源システムは、蓄電池と、単相３線式の自立出力端を有する上記本発明に係るパワーコンディショナ装置（第１パワーコンディショナ装置）と、自立出力端に接続された第２パワーコンディショナ装置と、を含み、パワーコンディショナ装置が蓄電池に対する充電動作および放電動作を行うのであれば、適宜構成を変更できる。

【符号の説明】

【0062】

１ 電源システム
２ 電力系統
３ 負荷
１０ 第１パワーコンディショナ装置
１１ リレー回路
１２ ノイズフィルタ
１３ インバータ回路
１４ 双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ回路
１４Ａ メイン回路
１４Ｂ ＡＲＣＰ回路
１５ 制御部
２０ 第２パワーコンディショナ装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】