特開 2024-127978 双方向電力連系回路

(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】P2024127978

(43)【公開日】2024-09-20

(54)【発明の名称】双方向電力連系回路

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/12 20060101AFI20240912BHJP

【ＦＩ】

H02M7/12 U

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024107853

(22)【出願日】2024-07-04

(62)【分割の表示】P 2022200946の分割

【原出願日】2022-12-16

(71)【出願人】

【識別番号】516131843

【氏名又は名称】ＡＮＰ株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】516091112

【氏名又は名称】神崎産業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100095267

【弁理士】

【氏名又は名称】小島 高城郎

(74)【代理人】

【識別番号】100124176

【弁理士】

【氏名又は名称】河合 典子

(74)【代理人】

【識別番号】100224269

【弁理士】

【氏名又は名称】小島 佑太

(72)【発明者】

【氏名】羽田 正二

(57)【要約】

【課題】電子制御ユニットによる自動制御が不要であり、自律的動作によって双方向の交流直流電力連系回路を提供する。
【解決手段】交流電力部と直流電力部とを双方向に連系する双方向電力連系装置であって、前記交流電力部からの交流を全波整流して前記直流電力部に出力可能な複数の第１の整流素子を具備する第１の全波整流部と、前記交流電力部からの交流を全波整流して抵抗素子に出力可能な複数の第２の整流素子を具備する第２の全波整流部と、前記複数の第１の整流素子の各々とそれぞれ並列である複数のスイッチ素子を具備し、各スイッチ素子は前記複数の第２の整流素子の各々と関係し、関係する第２の整流素子の非導通時にオフであり導通時にオンであるように切り換わるスイッチ部と、を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

交流電力部と直流電力部とを双方向に連系する双方向電力連系回路であって、
前記交流電力部からの交流を全波整流して前記直流電力部に出力可能な複数の第１の整流素子を具備する第１の全波整流部と、
前記交流電力部からの交流を全波整流して抵抗素子に出力可能な複数の第２の整流素子を具備する第２の全波整流部と、
前記複数の第１の整流素子の各々とそれぞれ並列である複数のスイッチ素子を具備し、各スイッチ素子は前記複数の第２の整流素子の各々と関係し、関係する第２の整流素子の非導通時にオフであり導通時にオンであるように切り換わるスイッチ部と、を有する双方向電力連系回路。

【請求項2】

前記第１の全波整流部の前記複数の第１の整流素子は、
前記交流電力部からの交流の各相の端子にアノードがそれぞれ接続されかつ前記直流電力部の正極端にカソードが共通接続された第１の正側整流素子と、
前記交流電力部からの交流の各相の端子にカソードがそれぞれ接続されかつ前記直流電力部の負極端にアノードが共通接続された第１の負側整流素子と、を有し、
前記第２の全波整流部の前記複数の第２の整流素子は、
前記交流電力部からの交流の各相の端子にアノードがそれぞれ接続されかつ前記抵抗素子の一端にカソードが共通接続された第２の正側整流素子と、
前記交流電力部からの交流の各相の端子にカソードがそれぞれ接続されかつ前記抵抗素子の他端にアノードが共通接続された第２の負側整流素子と、を有する請求項１に記載の双方向電力連系回路。

【請求項3】

前記スイッチ素子のオンオフを切り換える駆動部は、
前記第２の整流素子と直列に挿入接続され前記第２の整流素子の導通時にのみ発光する発光素子と、前記発光素子の光を受光する受光素子と、を有し、
前記受光素子は、前記発光素子からの光の受光時に前記スイッチ素子をオンとし非受光時にオフとする駆動信号を出力する請求項２に記載の双方向電力連系回路。

【請求項4】

前記第１の整流素子は、電界効果トランジスタの寄生ダイオード又は寄生ダイオードと並列接続されたダイオードであり、
前記スイッチ素子は、前記電界効果トランジスタのドレインとソース間の電流路であり、前記電界効果トランジスタのゲートが前記駆動部の駆動信号により駆動される請求項３に記載の双方向電力連系回路。

【請求項5】

前記第１の整流素子は、ＩＧＢＴ又はバイポーラトランジスタの導通時に流れる電流とは逆方向の電流を流すための外付けダイオードであり、
前記スイッチ素子は、前記ＩＧＢＴ又は前記バイポーラトランジスタのエミッタとコレクタ間の電流路であり、前記ＩＧＢＴのゲート又は前記バイポーラトランジスタのベースが前記駆動部の駆動信号により駆動される請求項３に記載の双方向電力連系回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、交流と直流の間で双方向に電力変換する双方向電力連系回路に関する。

【背景技術】

【0002】

商用交流電力系統と、発電システムや蓄電池等の直流電力設備との間で電力変換する双方向電力連系装置が知られている。特許文献１には、風力発電装置及び蓄電池を、系統連系インバータを介して電力会社系統と連系させたシステムが開示されている。

【0003】

特許文献２、３では、双方向ではないが、交流を整流して直流に変換する際にＡＣ／ＤＣコンバータを使用せずに多相変圧器を使用することで高周波スイッチングノイズの問題を解消している。また、変圧器の二次側端子の結線方法として、特許文献２ではスター結線を、特許文献３ではデルタ結線を基本とする変形的な結線を提案している。これらの変形的な結線においては、多相変圧器の各相に独立した巻線を設けることによる変圧器の大型化の問題を解消している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００３－２５０２２７号公報

【特許文献2】特開２０２２－７１７１３号公報

【特許文献3】特開２０２２－５４０９２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１等の従来の交直双方向連系技術においては、双方向コンバータ等の電子制御のために制御用ＩＣ等の電子制御ユニットが必要であった。また、特許文献２、３の多相変圧器を用いた交直連系は、多相変圧器の出力を全波整流して直流変換しているが、全波整流回路のみでは双方向連系を実現できない。

【0006】

以上に鑑み本発明の目的は、電子制御ユニットによる自動制御が不要であり、自律的動作による双方向の交流直流電力連系を行う回路を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の目的を達成するべく、本発明は、以下の構成を提供する。
［１］本発明の第１の態様は、交流電力部と直流電力部とを双方向に連系する双方向電力回路であって、
前記交流電力部からの交流を全波整流して前記直流電力部に出力可能な複数の第１の整流素子を具備する第１の全波整流部と、
前記交流電力部からの交流を全波整流して抵抗素子に出力可能な複数の第２の整流素子を具備する第２の全波整流部と、
前記複数の第１の整流素子の各々とそれぞれ並列である複数のスイッチ素子を具備し、各スイッチ素子は前記複数の第２の整流素子の各々と関係し、関係する第２の整流素子の非導通時にオフであり導通時にオンであるように切り換わるスイッチ部と、を有する。

【0008】

［２］上記態様において、
前記第１の全波整流部の前記複数の第１の整流素子は、
前記交流電力部からの交流の各相の端子にアノードがそれぞれ接続されかつ前記直流電力部の正極端にカソードが共通接続された第１の正側整流素子と、
前記交流電力部からの交流の各相の端子にカソードがそれぞれ接続されかつ前記直流電力部の負極端にアノードが共通接続された第１の負側整流素子と、を有し、
前記第２の全波整流部の前記複数の第２の整流素子は、
前記交流電力部からの交流の各相の端子にアノードがそれぞれ接続されかつ前記抵抗素子の一端にカソードが共通接続された第２の正側整流素子と、
前記交流電力部からの交流の各相の端子にカソードがそれぞれ接続されかつ前記抵抗素子の他端にアノードが共通接続された第２の負側整流素子と、を有する。
［３］上記態様において、
前記スイッチ素子のオンオフを切り換える駆動部は、
前記第２の整流素子と直列に挿入接続され前記第２の整流素子の導通時にのみ発光する発光素子と、前記発光素子の光を受光する受光素子と、を有し、
前記受光素子は、前記発光素子からの光の受光時に前記スイッチ素子をオンとし非受光時にオフとする駆動信号を出力する。
［４］上記態様において、
前記第１の整流素子は、電界効果トランジスタの寄生ダイオード又は寄生ダイオードと並列接続されたダイオードであり、
前記スイッチ素子は、前記電界効果トランジスタのドレインとソース間の電流路であり、前記電界効果トランジスタのゲートが前記駆動部の駆動信号により駆動される。
［５］上記態様において、
前記第１の整流素子は、ＩＧＢＴ又はバイポーラトランジスタの導通時に流れる電流とは逆方向の電流を流すための外付けダイオードであり、
前記スイッチ素子は、前記ＩＧＢＴ又は前記バイポーラトランジスタのエミッタとコレクタ間の電流路であり、前記ＩＧＢＴのゲート又は前記バイポーラトランジスタのベースが前記駆動部の駆動信号により駆動される。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、電子制御ユニットによる自動制御を不要とし、自律的動作による双方向の交流直流電力連系を行う回路が実現される。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、双方向電力連系装置を含む全体構成を概略的に示した図である。

【図2】図２は、図１の連系回路部の具体的構成の一例を示している。

【図3】図３は、図２のスイッチ素子の別の例を示す。

【図4】図４（ａ）（ｂ）は、図６（ａ）の波形のｘ点における連系回路部の動作の一例を示している。

【図5】図５（ａ）（ｂ）は、図６（ａ）の波形のｙ点における連系回路部の動作の一例を示している。

【図6】図６（ａ）は１２相交流の電圧波形、（ｂ）は（ａ）に示した１２相交流の電圧波形を全波整流した波形である。

【図7】図７（ａ）は、１２相変圧器の二次側の１２個の端子と、１２個の線間電圧との対応関係を示した図である。（ｂ）は線間電圧の位相関係のベクトル図である。

【図8】図８は、図４（ｂ）及び図５（ｂ）に示した蓄電池から放電される場合に多相変圧器の一次側で観測された三相交流の波形を示す。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照しつつ、本発明による双方向電力連系装置の実施形態について説明する。本明細書において「三相交流」は対称三相交流を指す。対称三相交流は、大きさと周波数が等しく互いに１２０度の位相差がある３相の正弦波からなる。

【0012】

（１）連系回路部の構成及び動作
図１は、双方向電力連系装置を含む全体構成を概略的に示した図である。双方向電力連系装置は、交流電力部と直流電力部との間で電力を双方向に需給するための装置である。交流電力部は、ここではラインＲ０、Ｓ０、Ｔ０に三相交流が流れる系統電力とする。直流電力部は、ここでは蓄電池５とする。蓄電池５に、太陽発電システム等の直流発電設備をさらに接続することもできる。双方向電力連系装置は、多相変圧器１と、連系回路部１０とを有する。

【0013】

多相変圧器１の一次側巻線は、系統電力の三相ラインＲ０、Ｓ０、Ｔ０と接続されている。図１の多相変圧器１は、一次側の三相交流を１２相の多相交流に変換し、１２個の二次側端子Ｒ１．．Ｔ４から出力する。１２相交流電圧の各々は、１２個の二次側端子Ｒ１．．Ｔ４のうちの所定の２端子間からそれぞれ出力される線間電圧であり、４組の三相交流からなる。図６（ａ）に１２相交流電圧の波形を示している。

【0014】

連系回路部１０は、図１では模式的に表している。連系回路部１０は、多相変圧器１の出力を全波整流して蓄電池５に出力する機能と、蓄電池５からの電力を多相変圧器１の二次側端子に出力する機能とを有する。連系回路部１０は、多相変圧器１の各二次側端子Ｒ１．．Ｔ４にそれぞれ接続された同じ構成の１２個の正側回路１１と、同じ構成の１２個の負側回路１２とを有する。

【0015】

端子Ｒ１を例として説明する。端子Ｒ１には、正側回路１１の第１の正側整流素子Ｐ１のアノードと第２の正側整流素子Ｐ２のアノードが接続されている。さらに端子Ｒ１には、負側回路１２の第１の負側整流素子Ｎ１のカソードと第２の負側整流素子Ｎ２のカソードが接続されている。「アノード」は陽極であり電流が流れ込む電極である。「カソード」は陰極であり、電流が流れ出す電極である。「整流素子」は典型的にはダイオードである。しかしながら、第１の正側整流素子Ｐ１及び第１の負側整流素子Ｎ１については、独立した素子ではなく他の素子の一部に組み込まれた整流要素である場合も整流素子に含むものとする。そのような整流要素は、例えば電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の寄生ダイオードである。

【0016】

第１の正側整流素子Ｐ１のカソードは蓄電池５の正極接続端子６に接続され、第１の負側整流素子Ｎ１のアノードは蓄電池５の負極接続端子７に接続されている。

【0017】

第２の正側整流素子Ｐ２のカソードは抵抗素子４の一端に接続され、第２の負側整流素子Ｎ２のアノードは抵抗素子４の他端に接続されている。なお、第２の正側整流素子Ｐ２のカソードと抵抗素子４の一端との間、並びに、第２の負側整流素子Ｎ２のアノードと抵抗素子４の他端との間には、後述するフォトボルのフォトダイオードがそれぞれ順方向に挿入接続されているが、第２の正側整流素子Ｐ２及び第２の負側整流素子Ｎ２の機能には影響を及ぼさないので、このように間接的に抵抗素子４と接続されている場合も「接続されている」と称する。

【0018】

さらに、第１の正側整流素子Ｐ１及び第１の負側整流素子Ｎ１は、それぞれスイッチ素子ＳＷと並列接続されている。ここでの「スイッチ素子」は、制御端と電流路を有し制御端を駆動されて電流路の非導通又は導通を切り換え可能な素子を含む。そのような素子は、例えばＦＥＴ、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ等の半導体素子である。

【0019】

第１の正側整流素子Ｐ１と並列のスイッチ素子ＳＷは、関係する第２の正側整流素子Ｐ２の非導通時にオフであり導通時にオンであるように切り換わる。同様に、第１の負側整流素子Ｎ１と並列のスイッチ素子ＳＷは、第２の負側整流素子Ｎ２が非導通時にオフであり導通時にオンであるように切り換わる。各スイッチ素子ＳＷは、その制御端を駆動するための駆動部を備えている。図１では、各スイッチ素子ＳＷの駆動部の一部を、第２の正側整流素子Ｐ２及び第２の負側整流素子Ｎ２とそれぞれ直列接続されたフォトダイオードで簡略的に表している。このスイッチ素子ＳＷの動作機構の詳細は後述する。

【0020】

他の二次側端子Ｒ２．．Ｔ４の各々と蓄電池５との間、他の二次側端子Ｒ２．．Ｔ４と抵抗素子４との間にも、上記と同じ構成の回路がそれぞれ接続されている。

【0021】

総じて見ると、１２個の第１の正側整流素子Ｐ１は、各アノードが各二次側端子Ｒ１．．Ｔ４にそれぞれ接続されかつ各カソードが蓄電池５の正極接続端子６に共通接続されている。また、１２個の第１の負側整流素子Ｎ１は、各カソードが各二次側端子Ｒ１．．Ｔ４にそれぞれ接続されかつ各アノードが蓄電池５の負極接続端子７に共通接続されている。したがって、これら１２個の第１の正側整流素子Ｐ１と１２個の第１の負側整流素子Ｎ１は、多相変圧器１の二次側の多相交流を全波整流して蓄電池５に出力する第１の全波整流部を構成している。

【0022】

同様に、１２個の第２の正側整流素子Ｐ２は、各アノードが各二次側端子Ｒ１．．Ｔ４にそれぞれ接続されかつ各カソードが抵抗素子４の一端に共通接続されている。また、１２個の第２の負側整流素子Ｎ２は、各カソードが各二次側端子Ｒ１．．Ｔ４にそれぞれ接続されかつ各アノードが抵抗素子４の他端に共通接続されている。したがって、これら１２個の第２の正側整流素子Ｐ２と１２個の第２の負側整流素子Ｎ２は、多相変圧器１の二次側の多相交流を全波整流して抵抗素子４に出力する第２の全波整流部を構成している。

【0023】

第１の全波整流部と第２の全波整流部の整流動作は、基本的に同じであり、出力先が蓄電池５であるか抵抗素子４であるかが異なる。整流動作においては、二次側端子Ｒ１．．Ｔ４から出力される１２個の線間電圧のうち、最大電圧を出力する２つの端子間、すなわち最高電位の二次側端子と最低電位の二次側端子の間にのみ全波整流された電流が流れることができる。

【0024】

ただし、第１の全波整流部については、多相変圧器１の二次側端子の電位が蓄電池５の正極接続端子６の電位よりも低いときは、多相変圧器１から蓄電池５の方へ電流が流れることができない。またこのとき、第１の全波整流部においては、正側整流素子Ｐ１及び負側整流素子Ｎ１が逆方向となるため、蓄電池５から多相変圧器１の方へも電流が流れることができない。

【0025】

そこで本発明では、第２の全波整流部を流れる電流をトリガーとしてスイッチ素子ＳＷをオンさせることによって、第１の全波整流部の整流素子Ｐ１、Ｎ１をバイパスさせ、蓄電池５から多相変圧器１へ電流がスイッチ素子ＳＷを通って流れるようにしている。第２の全波整流部は、スイッチ素子ＳＷを動作させるために設けられている。この仕組みによって交流電力部と直流電力部との双方向連系を実現している。また、この仕組みは、連系回路部１０の回路素子のみによって自律的に実現されるので、電子制御ユニットによる自動制御を必要としない。

【0026】

多相変圧器１と蓄電池５の間で電力を需給するための主電流は第１の全波整流回路を流れる。第２の全波整流回路は、スイッチ部の各スイッチ素子ＳＷを駆動するための電流検出回路であるから、検出に必要な程度の電流が流れればよい。よって、第２の全波整流回路の負荷である抵抗素子４の抵抗値は、電流検出感度に応じて設定される。

【0027】

図２は、図１の連系回路部１０の具体的構成の一例を示している。図２では、１つの線間電圧Ｖ１ｒ（図６（ａ）参照）を出力する二次側端子Ｒ１とＳ１との間に接続された回路のみを示している。

【0028】

二次側端子Ｒ１に接続された正側回路１１ｒについて説明する。スイッチ素子ＳＷprはＮチャネルＭＯＳ電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）である。このＭＯＳＦＥＴは、ドレインが蓄電池５の正極に、ソースが端子Ｒ１にそれぞれ接続されている。また、ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードが、第１の全波整流部における正側整流素子Ｐ１rに相当する。ここでは、寄生ダイオードと並列に外付けダイオードを接続しており、これも正側整流素子Ｐ１rの役割を果たす。スイッチ素子がＭＯＳＦＥＴの場合、この外付けダイオードはは必須ではない。

【0029】

さらに、第２の全波整流部の正側整流素子Ｐ２rであるダイオードのアノードが端子Ｒ１に接続され、カソードがフォトボルＰＶprの入力側の一端に接続されている。フォトボルＰＶprの入力側の他端は抵抗素子４の一端に接続されている。よって、フォトボルＰＶprの入力側の発光素子であるフォトダイオードは、正側整流素子Ｐ２rと直列に挿入接続されており、正側整流素子Ｐ２rを流れる電流を検出したときに発光する。フォトボルＰＶprの出力側の受光ダイオードは、入力側のフォトダイオードが発光したとき、所定の電流を外部に出力する。フォトボルＰＶprの出力電流は、抵抗素子８を流れることによりＭＯＳＦＥＴであるスイッチ素子ＳＷprのゲート駆動電圧を生成する。このように、フォトボルＰＶprは、正側整流素子Ｐ２rが導通したとき、スイッチ素子ＳＷprの駆動部に対する駆動信号を出力する。

【0030】

二次側端子Ｓ１に接続された正側回路１１ｓは、上述した正側回路１１ｒと全く同じ構成を有する。

【0031】

次に、二次側端子Ｒ１に接続された負側回路１２ｒについて説明する。スイッチ素子ＳＷnrはＮチャネルＭＯＳＦＥＴである。このＭＯＳＦＥＴは、ドレインが端子Ｒ１に、ソースが蓄電池５の正極にそれぞれ接続されている。また、ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードが、第１の全波整流部における負側整流素子Ｎ１rに相当する。ここでは、寄生ダイオードと並列に外付けダイオードを接続しており、これも負側整流素子Ｎ１rの役割を果たす。なお、この外付けダイオードは必須ではない。

【0032】

さらに、第２の全波整流部の負側整流素子Ｎ２rであるダイオードのアノードがフォトボルＰＶnrの入力側の一端に接続され、カソードが端子Ｒ１に接続されている。フォトボルＰＶnrの入力側の他端は抵抗素子４の他端に接続されている。よって、フォトボルＰＶnrの入力側の発光素子であるフォトダイオードは、負側整流素子Ｎ２rと直列に挿入接続されており、負側整流素子Ｎ２rを流れる電流を検出したときに発光する。フォトボルＰＶnrの出力側の受光ダイオードは、入力側のフォトダイオードが発光したとき、所定の電流を外部に出力する。フォトボルＰＶnrの出力電流は、抵抗素子８を流れることによりＭＯＳＦＥＴであるスイッチ素子ＳＷnrのゲート駆動電圧を生成する。このように、フォトボルＰＶnrは、負側整流素子Ｎ２rが導通したとき、スイッチ素子ＳＷnrの駆動部に対する駆動信号を出力する。

【0033】

二次側端子Ｓ１に接続された負側回路１２ｓは、上述した負側回路１２ｒと全く同じ構成を有する。

【0034】

図３は、図２のスイッチ素子ＳＷpr、ＳＷnr、ＳＷps、ＳＷnsの別の例を示す。スイッチ素子がＩＧＢＴ又はバイポーラトランジスタの場合、スイッチ素子の導通時に流れる電流とは逆方向の電流を流すための外付けダイオードは必須である。外付けダイオードは、第１の全波整流部の正側整流素子Ｐ１r、Ｐ１s又は負側整流素子Ｎ１ｒ、Ｎ１sとして機能する

【0035】

図４（ａ）（ｂ）は、図６（ａ）の波形のｘ時点における連系回路部１０の動作を示している。ｘ時点では、Ｒ１端子とＳ１端子間の線間電圧Ｖ１ｒが最大（Ｒ１端子が高電位、Ｓ１端子が低電位）となっており、よってＲ１端子は１２個の二次側端子の中で最高電位となっている。

【0036】

図４（ａ）は、Ｒ１端子の電位が蓄電池５の正極の電位よりも高い場合である。第１の全波整流回路には太線の経路で電流Ｉ１が流れ、第２の全波整流回路には細線の経路で電流Ｉ２が抵抗素子４を通って流れる。正側整流素子Ｐ２r及び負側整流素子Ｎ２sに電流Ｉ２が流れることによってスイッチ素子ＳＷpr、ＳＷnsはオンとなる。この場合、正側整流素子Ｐ１r及び負側請求素子Ｎ１sは、電流Ｉ１に対して順方向であるので、スイッチ素子ＳＷpr、ＳＷnsがオンであるかオフであるかに関わらず、端子Ｒ１から蓄電池５の正極へ、そして蓄電池５の負極から端子Ｓ１へと、蓄電池５を充電する電流Ｉ１が流れることができる。

【0037】

図４（ｂ）は、蓄電池５の正極の電位がＲ１端子の電位よりも高い場合である。蓄電池５から端子Ｒ１に向かう電流Ｉ１に対して、正側整流素子Ｐ１r及び負側整流素子Ｎ１sは逆方向となる。一方、第２の全波整流回路には、図４（ａ）と同じ方向の電流Ｉ２が抵抗素子４を通って流れる。正側整流素子Ｐ２r及び負側整流素子Ｎ２sに電流Ｉ２が流れることによってスイッチ素子ＳＷpr、ＳＷnsはオンとなる。その結果、電流Ｉ１はスイッチ素子ＳＷpr、ＳＷnsを通って流れることができる。すなわち、正側整流素子Ｐ１r及び負側整流素子Ｎ１sは、スイッチ素子ＳＷpr、ＳＷnsによってバイパスされることとなる。

【0038】

図５（ａ）（ｂ）は、図６（ａ）の波形のｙ時点における連系回路部１０の動作の一例を示している。ｙ時点では、Ｒ１端子とＳ１端子間の線間電圧Ｖ１ｒが最大（Ｓ１端子が高電位、Ｒ１端子が低電位）となっており、よってＳ１端子は１２個の二次側端子の中で最高電位となっている。

【0039】

図５（ａ）は、Ｓ１端子の電位が蓄電池５の正極の電位よりも高い場合である。第１の全波整流回路には太線の経路で電流Ｉ１が流れ、第２の全波整流回路には細線の経路で電流Ｉ２が抵抗素子４を通って流れる。正側整流素子Ｐ２s及び負側整流素子Ｎ２rに電流Ｉ２が流れることによってスイッチ素子ＳＷps、ＳＷnrはオンとなる。この場合、正側整流素子Ｐ１s及び負側整流素子Ｎ１rは、電流Ｉ１に対して順方向であるので、スイッチ素子ＳＷps、ＳＷnrがオンであるかオフであるかに関わらず、端子Ｓ１から蓄電池５の正極へ、そして蓄電池５の負極から端子Ｒ１へと、蓄電池５を充電する電流Ｉ１が流れることができる。

【0040】

図５（ｂ）は、蓄電池５の正極の電位がＳ１端子の電位よりも高い場合である。蓄電池５から端子Ｓ１に向かう電流Ｉ１に対して、正側整流素子Ｐ１s及び負側整流素子Ｎ１rは逆方向となる。一方、第２の全波整流回路には、図５（ａ）と同じ方向の電流Ｉ２が抵抗素子４を通って流れる。正側整流素子Ｐ２s及び負側整流素子Ｎ２rに電流Ｉ２が流れることによってスイッチ素子ＳＷps、ＳＷnrはオンとなる。その結果、電流Ｉ１はスイッチ素子ＳＷps、ＳＷnr通って流れることができる。すなわち、正側整流素子Ｐ１s及び負側整流素子Ｎ１rは、スイッチ素子ＳＷps、ＳＷnrによってバイパスされることとなる。

【0041】

図６（ｂ）は、図６（ａ）に示した１２相交流電圧波形を全波整流した波形である。これは、図４（ａ）及び図５（ａ）のように蓄電池５が充電される場合の蓄電池５の両端電圧波形である。１２相変圧器の二次側端子Ｒ１．．Ｔ４から出力される１２個の線間電圧Ｖ１ｒ～Ｖ４ｔは位相１５度毎に最大電圧が入れ替わり、最高電位の端子から最低電位の端子へと、第１の全波整流回路を通って電流が流れる。多相変圧器の相数が多くなるほど、整流された波形の脈流が小さくなり完全な直流に近くなる。

【0042】

図７（ａ）は、１２相変圧器の二次側の１２個の端子Ｒ１～Ｔ４と、１２個の線間電圧Ｖｒ１～Ｖｔ４との対応関係を示した図である。（ｂ）は１２個の線間電圧Ｖｒ１～Ｖｔ４の位相関係をベクトル図で示したものである（時計回りが進み方向）。１２個の線間電圧Ｖｒ１～Ｖｔ４は第１～第４の４組の三相交流からなり、以下の通りである。括弧内はいずれの端子間の線間電圧であるかを示す。
・第１の三相交流：Ｖ１ｒ(Ｒ１-Ｓ１間)、Ｖ１ｓ(Ｓ１-Ｔ１間)、Ｖ１ｔ(Ｔ１-Ｒ１間)
・第２の三相交流：Ｖ２ｒ(Ｒ１-Ｒ３間)、Ｖ２ｓ(Ｓ１-Ｓ３間)、Ｖ２ｔ(Ｔ１-Ｔ３間)
・第３の三相交流：Ｖ３ｒ(Ｒ１-Ｒ２間)、Ｖ３ｓ(Ｓ１-Ｓ２間)、Ｖ３ｔ(Ｔ１-Ｔ２間)
・第４の三相交流：Ｖ４ｒ(Ｒ１-Ｒ４間)、Ｖ４ｓ(Ｓ１-Ｓ４間)、Ｖ４ｔ(Ｔ１-Ｔ４間)

【0043】

第２の三相交流、第３の三相交流、第４の三相交流は、第１の三相交流に対して位相が１５度、３０度、４５度それぞれ遅れている。

【0044】

図８は、図４（ｂ）及び図５（ｂ）のように蓄電池５から多相変圧器１へ放電される場合に多相変圧器１の一次側に出力される三相交流の計測波形を示す。本発明の双方向電力連系装置によれば、電子制御ユニットによる自動制御なしで、連系回路部自体の自律動作によって直流電力部から安定した三相交流波形を生成して系統に電力を供給することができる。これにより、系統に及ぼす悪影響が低減される。

【0045】

原理的には、多相変圧器１は、１２相、９相、６相に限られず、三相交流を３ｎ相の多相交流に変換するものが含まれる。ｎ＝４のとき１２相変圧器、ｎ＝３のとき９相変圧器、ｎ＝２のとき６相変圧器となる。二次側端子は、第１の三相交流を出力する第１～第３のメイン端子と、第４～第３ｎのサブ端子とからなる。二次側の線間電圧は、第１の三相交流Ｖｒ１、Ｖｓ１、Ｖｓｔと、第１の三相交流の各相から６０／ｎ度、２×（６０／ｎ）度．．（ｎ－１）×（６０／ｎ）度だけ位相がそれぞれ遅れた第２～第ｎの三相交流となる。

【0046】

ｎが大きくなるほど、図６（ｂ）に示した全波整流波形における脈流が少なくなり、直流に近くなる。しかしながら、ｎが大きくなると、多相変圧器及び連系回路部の構成が複雑となり部品数も多くなる。

【0047】

以上、本発明の実施形態を、例示としての構成を参照して説明したが、具体的な構成はこれらに限定されない。本発明の原理に従う限り、多様な変形形態も本発明の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0048】

１ 多相変圧器
１０ 連系回路部
１１ 正側回路
１２ 負側回路
４ 抵抗素子
５ 蓄電池
６、７ 直流接続端子
Ｐ１ 第１正側整流素子
Ｐ２ 第２正側整流素子
Ｎ１ 第１負側整流素子
Ｎ２ 第２負側整流素子
ＳＷ スイッチ
Ｒ０、Ｓ０、Ｔ０ 三相交流ライン
Ｒ１、Ｓ１、Ｔ１ メイン端子
Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４ サブ端子
Ｖ１ｒ、Ｖ１ｓ、Ｖ１ｔ 第１の三相交流（線間電圧）
Ｖ２ｒ、Ｖ２ｓ、Ｖ２ｔ 第２の三相交流（線間電圧）
Ｖ３ｒ、Ｖ３ｓ、Ｖ３ｔ 第３の三相交流（線間電圧）
Ｖ４ｒ、Ｖ４ｓ、Ｖ４ｔ 第４の三相交流（線間電圧）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】