特開 2024-24605 電力変換器及び電力変換器の制御方法

(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】P2024024605

(43)【公開日】2024-02-22

(54)【発明の名称】電力変換器及び電力変換器の制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/00 20060101AFI20240215BHJP

【ＦＩ】

H02M3/00 W

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023126857

(22)【出願日】2023-08-03

(31)【優先権主張番号】P 2022126755

(32)【優先日】2022-08-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000005290

【氏名又は名称】古河電気工業株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】500091520

【氏名又は名称】株式会社アイケイエス

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】可知 純夫

(72)【発明者】

【氏名】松井 剛生

(72)【発明者】

【氏名】今井 尊史

(72)【発明者】

【氏名】後藤 隆雄

【テーマコード（参考）】

5H730

【Ｆターム（参考）】

5H730AA20

5H730AS08

5H730AS17

5H730BB82

5H730DD02

5H730FD01

5H730FD11

5H730FD31

5H730FD41

5H730FD51

5H730FF09

5H730FG05

5H730FG06

5H730FG07

5H730XX03

5H730XX15

5H730XX23

5H730XX35

(57)【要約】

【課題】並列の電力変換部の動作が不安定となるのを抑える。
【解決手段】電力変換器は、直流バスに対して直流電力を授受する第１電力変換部と、前記第１電力変換部に並列であって、前記直流バスに対して直流電力を授受する第２電力変換部と、一端が前記第１電力変換部に接続され他端が前記直流バスに電気的に接続される第１電線を流れる第１電流の方向と、一端が前記第２電力変換部に接続された他端が前記直流バスに電気的に接続される第２電線を流れる第２電流の方向とが逆となるように前記第１電線と前記第２電線とが貫通した零相変流器と、前記零相変流器の二次巻線の両端の電圧差に基づいて、前記第１電流と前記第２電流との差を演算する差分演算部と、前記差分演算部が演算した差に基づいて、前記差を減少させるように前記第１電力変換部又は前記第２電力変換部を制御する制御部と、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

直流バスに対して直流電力を授受する第１電力変換部と、
前記第１電力変換部に並列であって、前記直流バスに対して直流電力を授受する第２電力変換部と、
一端が前記第１電力変換部に接続され他端が前記直流バスに電気的に接続される第１電線を流れる第１電流の方向と、一端が前記第２電力変換部に接続された他端が前記直流バスに電気的に接続される第２電線を流れる第２電流の方向とが逆となるように前記第１電線と前記第２電線とが貫通した零相変流器と、
前記零相変流器の二次巻線の両端の電圧差に基づいて、前記第１電流と前記第２電流との差を演算する差分演算部と、
前記差分演算部が演算した差に基づいて、前記差を減少させるように前記第１電力変換部又は前記第２電力変換部を制御する制御部と、
を備える電力変換器。

【請求項2】

前記制御部は、前記差の平均値を減少させるように前記第１電力変換部と前記第２電力変換部を制御する
請求項１に記載の電力変換器。

【請求項3】

前記第１電力変換部及び前記第２電力変換部に並列で前記直流バスに対して直流電力を授受する１以上の電力変換部をさらに有し、
前記制御部は、前記第１電力変換部、前記第２電力変換部、及び前記電力変換部から前記直流バスへ流れる電流の差が減少するように、それぞれの電力変換部を制御する
請求項１に記載の電力変換器。

【請求項4】

直流バスに対して直流電力を授受する第１電力変換部と、
前記第１電力変換部に並列であって、前記直流バスに対して直流電力を授受する第２電力変換部と、
一端が前記第１電力変換部に接続され他端が前記直流バスに電気的に接続される第１電線を流れる第１電流の方向と、一端が前記第２電力変換部に接続された他端が前記直流バスに電気的に接続される第２電線を流れる第２電流の方向とが逆となるように前記第１電線と前記第２電線とが貫通した零相変流器と、
を備える電力変換器の制御方法であって、
前記零相変流器の二次巻線の両端の電圧差に基づいて、前記第１電流と前記第２電流との差を演算する差分演算ステップと、
前記差分演算ステップで演算した差に基づいて、前記差を減少させるように前記第１電力変換部又は前記第２電力変換部を制御する制御ステップと、
を有する電力変換器の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力変換器及び電力変換器の制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

交流電力と直流電力の電力変換装置を並列に運転したときに出力が不釣り合いとなるのを防ぐ発明として例えば特許文献１に開示された発明がある。この発明に係る無停電電源装置は、負荷と並列に接続されて順逆両方向に電力変換可能な第１の変換器と、交流電源を開閉するスイッチと、スイッチと負荷との間に交流出力側を直列接続されて順逆両方向に電力変換可能な第２の変換器とを有する。この無停電電源装置は、交流電源電圧が正常な場合にはスイッチを閉じ、第２の変換器の交流出力電圧と交流電源電圧との和が所定の値となるように第２の変換器を制御するとともに、第１の変換器を第２の変換器と電力貯蔵装置とに電力を供給するように制御し、交流電源電圧が許容電圧範囲を逸脱したときには、スイッチを開いて、第１の変換器を前記負荷に印加する交流電圧が所定の値となるように制御する。

【0003】

この無停電電源装置を複数台、その入力電源および負荷を共通にして互いに並列運転するときは、負荷の電流を検出し、その検出信号から所望の負荷分担量を算出し、無停電電源装置の出力電流を検出する。そして、算出した負荷分担量を出力電流指令とし、出力電流指令と検出した出力電流とが一致するように制御する電流調節器（ＡＣＲ）と、出力電圧振幅指令に基準波形を乗算して得られる瞬時電圧波形指令に電流調節器の出力を加算して得られる瞬時電圧波形指令と交流出力電圧瞬時波形との偏差を零にする電圧調節器（ＡＶＲ）とを用い、この電圧調節器の出力に基準波形を乗算して得られる電圧波形指令に基づき第２の変換器を制御する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第４４００４４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

電力を供給するネットワークにおいては、再生可能エネルギーを用いて発電する発電装置である太陽光発電装置（PhotoVoltaic：ＰＶ）、定置型蓄電装置、電気自動車（Electric Vehicle：ＥＶ）等の多種多様な直流機器を、電力変換器を介して直流バスに接続した電力ネットワーク（直流グリッド）がある。直流グリッドに用いられる電力変換器においては、大電力を得るためにＤＣ／ＤＣ変換器を並列に設けたものがある。このような電力変換器において、例えば、電気自動車から直流バスへ電力を供給する場合、並列のＤＣ／ＤＣ変換器で電流が不釣り合いとなると、ＤＣ／ＤＣ変換器の動作が不安定となって過電流に至り、電力変換器が損傷してしまう虞がある。特許文献１に開示された方法は、並列の電力変換器の出力が不釣り合いとなるのを防ぐものであるが、交流電力と直流電力の変換を行う変換器を用いたフィードバック制御によるものであるため、応答速度が間に合わず過電流に至り、電力変換器の損傷を回避するのは難しい場合がある。

【0006】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、並列の電力変換部の動作が不安定となるのを抑えることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る電力変換器は、直流バスに対して直流電力を授受する第１電力変換部と、前記第１電力変換部に並列であって、前記直流バスに対して直流電力を授受する第２電力変換部と、一端が前記第１電力変換部に接続され他端が前記直流バスに電気的に接続される第１電線を流れる第１電流の方向と、一端が前記第２電力変換部に接続された他端が前記直流バスに電気的に接続される第２電線を流れる第２電流の方向とが逆となるように前記第１電線と前記第２電線とが貫通した零相変流器と、前記零相変流器の二次巻線の両端の電圧差に基づいて、前記第１電流と前記第２電流との差を演算する差分演算部と、前記差分演算部が演算した差に基づいて、前記差を減少させるように前記第１電力変換部又は前記第２電力変換部を制御する制御部と、を備える。

【0008】

本発明の一態様に係る電力変換器においては、前記制御部は、前記差の平均値を減少させるように前記第１電力変換部と前記第２電力変換部を制御してもよい。

【0009】

本発明の一態様に係る電力変換器においては、前記第１電力変換部及び前記第２電力変換部に並列で前記直流バスに対して直流電力を授受する１以上の電力変換部をさらに有し、前記制御部は、前記第１電力変換部、前記第２電力変換部、及び前記電力変換部から前記直流バスへ流れる電流の差が減少するように、それぞれの電力変換部を制御するようにしてもよい。

【0010】

本発明の一態様に係る電力変換器の制御方法は、直流バスに対して直流電力を授受する第１電力変換部と、前記第１電力変換部に並列であって、前記直流バスに対して直流電力を授受する第２電力変換部と、一端が前記第１電力変換部に接続され他端が前記直流バスに電気的に接続される第１電線を流れる第１電流の方向と、一端が前記第２電力変換部に接続された他端が前記直流バスに電気的に接続される第２電線を流れる第２電流の方向とが逆となるように前記第１電線と前記第２電線とが貫通した零相変流器と、を備える電力変換器の制御方法であって、前記零相変流器の二次巻線の両端の電圧差に基づいて、前記第１電流と前記第２電流との差を演算する差分演算ステップと、前記差分演算ステップで演算した差に基づいて、前記差を減少させるように前記第１電力変換部又は前記第２電力変換部を制御する制御ステップと、を有する。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、並列の電力変換部の動作が不安定となるのを抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、実施形態に係る電力システムの構成を示す図である。

【図2】図２は、電力変換器の構成の一例を示す図である。

【図3】図３は、制御部が行う処理の流れを示すフローチャートである。

【図4】図４は、変形例に係る電力変換器の構成の一例を示す図である。

【図5】図５は、変形例に係る電力変換器の構成の一例を示す図である。

【図6】図６は、変形例に係る制御部が行う処理の流れを示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下に、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、以下に説明する実施形態によって本発明が限定されるものではない。さらに、図面の記載において、同一の部分には適宜同一の符号を付している。

【0014】

［実施形態］
＜電力システムの構成＞
図１は、本発明の実施形態に係る電力システムの構成を示す図である。電力システム１は、電力変換器１１～１５と、電力要素２１～２５と、バス３０とを備えている。

【0015】

電力変換器１１～１３、１５は、直流電圧を変換するＤＣ／ＤＣ変換器である。電力変換器１４は、直流電圧と交流電圧との変換を行うＡＣ／ＤＣ変換器である。バス３０は、電力システム１では直流バスであり、電力変換器１１～１５が接続されている。

【0016】

電力要素２１は、一例として電力の供給、消費および充電が可能な車載蓄電装置であり、電力変換器１１に接続される。車載蓄電装置は電気自動車ＥＶに搭載されており、移動する非定置型の蓄電装置の一例である。電力変換器１１は、電力要素２１が供給した直流電力の電圧を変換してバス３０に出力し、かつバス３０から供給された直流電力の電圧を変換して電力要素２１に出力し、充電させる機能を有する。電力変換器１１はたとえば充電ステーションや住宅用充電設備に設けられるが、電気自動車ＥＶに搭載されてもよい。

【0017】

電力要素２２は、一例として電力の発電および供給が可能な太陽光発電装置であり、電力変換器１２に接続される。太陽光発電装置は、再生可能エネルギーを用いて発電する発電装置の一例である。電力変換器１２は、電力要素２２が供給した直流電力の電圧を変換してバス３０に出力する機能を有する。

【0018】

電力要素２３は、一例として電力の供給、消費および充電が可能な定置型蓄電装置であり、電力変換器１３に接続される。定置型蓄電装置は、常設される設備内蓄電装置の一例である。電力変換器１３は、電力要素２３が供給した直流電力の電圧を変換してバス３０に出力し、かつバス３０から供給された直流電力の電圧を変換して電力要素２３に出力し、充電させる機能を有する。

【0019】

電力要素２４は、一例として商用電力系統であり、電力変換器１４に接続される。電力変換器１４は、電力要素２４が供給した交流電力を直流電力に変換してバス３０に出力し、かつバス３０から供給された直流電力を交流電力に変換して電力要素２４に出力する。バス３０から電力要素２４への電力の出力は逆潮流とも呼ばれる。

【0020】

電力要素２５は、一例として電力の供給、消費および充電が可能なＺＥＨ（Net Zero Energy House）であり、電力変換器１５に接続される。ＺＥＨは、例えば太陽光発電装置や蓄電池、電力負荷であるエアコンや冷蔵庫などの電化製品などを有する。電力変換器１５は、電力要素２５が供給した直流電力の電圧を変換してバス３０に出力し、かつバス３０から供給された直流電力の電圧を変換して電力要素２５に出力し、蓄電池を充電させ、電力負荷を動作させる機能を有する。

【0021】

＜電力変換器の構成＞
つぎに、電力変換器１１の具体的構成について説明する。図２は、電力変換器１１の構成の一例を示す図である。図２においては、本発明に係る構成を図示している。電力変換器１１は、制御部１００、第１電力変換部１０１、第２電力変換部１０２、センサ１０３、及び零相変流器１０４を有する。

【0022】

第１電力変換部１０１及び第２電力変換部１０２は、放電している電力要素２１から入力された直流電力の電圧を変換してバス３０に出力するＤＣ／ＤＣ変換器である。第１電力変換部１０１及び第２電力変換部１０２は、バス３０から入力された直流電力の電圧を変換して電力要素２１に出力し、電力要素２１を充電することもできる。第１電力変換部１０１及び第２電力変換部１０２は、たとえばコイル、コンデンサ、ダイオード、スイッチング素子などを含む電気回路で構成されている。スイッチング素子はたとえば電界効果トランジスタや絶縁ゲート型バイポーラトランジスタである。また、第１電力変換部１０１及び第２電力変換部１０２は、大電流から電気回路を保護するヒューズを有する。第１電力変換部１０１及び第２電力変換部１０２は、たとえばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御によって電力変換特性が制御される。なお、本実施形態においては、第１電力変換部１０１と第２電力変換部１０２は、バス３０と電力要素２１との間で並列に接続されている。このように複数の電力変換器を並列にすることにより、一つの電力変換器では得ることができない大きな電力を得ることができる。

【0023】

センサ１０３は、第１電力変換部１０１と第２電力変換部１０２のバス３０側の電力の電気特性値を測定する。したがって、センサ１０３は、電力変換器１１に入力されるまたは電力変換器１１から出力する電力の電気特性値を測定する。センサ１０３は、電流値、電圧値、電力値などを測定することができる。センサ１０３は、測定部の一例である。センサ１０３は、電気特性値の測定値を制御部１００に出力する。

【0024】

零相変流器１０４は、地絡電流を検出する変流器である。本実施形態では、零相変流器１０４は、２本の電線に流れる電流の差の検出に用いられる。本実施形態においては、第１電線の一例である電線Ｌ１と第２電線の一例である電線Ｌ２が、零相変流器１０４が有する図示省略した鉄心を貫通している。電線Ｌ１の一端は、第１電力変換部１０１に接続されている。電線Ｌ２の一端は、第２電力変換部１０２に接続されている。電線Ｌ１の他端と電線Ｌ２の他端は互いに接続されており、その接続点はバス３０に電気的に接続される。なお、電線Ｌ１と電線Ｌ２は、電線Ｌ２を流れる電流の方向が電線Ｌ１を流れる電流の方向と反対方向となるように零相変流器１０４の鉄心を貫通している。零相変流器１０４が有する二次巻線の両端は、制御部１００に接続されている。電線Ｌ１を流れる第１電流である電流Ｉ１と電線Ｌ２を流れる第２電流である電流Ｉ２との間に差がない場合、零相変流器１０４の二次巻線に電流が流れないため二次巻線の両端の電位差は０となる。電線Ｌ１を流れる電流Ｉ１と電線Ｌ２を流れる電流Ｉ２との間に差がある場合、零相変流器１０４の二次巻線には電流差に応じた電流が流れ、二次巻線の両端は電流差に応じた電位差となる。

【0025】

制御部１００は、各種演算処理を行うプロセッサと記憶部とを含んで構成されている。プロセッサは、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などのプロセッサを含んで構成される。記憶部は、プロセッサが演算処理を行うために使用する各種プログラムやデータなどが格納される、たとえばＲＯＭ（Read Only Memory）を備えている。また、記憶部は、プロセッサが演算処理を行う際の作業スペースやプロセッサの演算処理の結果などを記憶するなどのために使用される、たとえばＲＡＭ（Random Access Memory）を備えている。

【0026】

制御部１００の機能は、プロセッサが記憶部から各種プログラムを読み出して実行することで、第１電力変換部１０１及び第２電力変換部１０２を制御するための機能部として実現される。例えば制御部１００においては、プログラムの実行によってソフトウェア的に実現される機能部として、差分演算部１００ａと、指示部１００ｂとが実現する。

【0027】

差分演算部１００ａは、零相変流器１０４の二次巻線の両端の電圧差を測定し、測定した電圧差から電線Ｌ１を流れる電流と電線Ｌ２を流れる電流との差を演算する。また、差分演算部１００ａは、演算した差の平均値を演算する。

【0028】

第１電力変換部１０１及び第２電力変換部１０２を制御する制御部としての指示部１００ｂは、センサ１０３による測定結果と目標値との差分が所定範囲内となるように第１電力変換部１０１をＰＷＭ制御するための操作量（たとえば、デューティ比）と、第２電力変換部１０２をＰＷＭ制御するための操作量（たとえば、デューティ比）とを設定するフィードバック制御を行う。なお、目標値は、例えば電圧値である。指示部１００ｂは、設定した操作量の情報を第１電力変換部１０１及び第２電力変換部１０２に出力し、第１電力変換部１０１及び第２電力変換部１０２を制御する。操作量設定部１００ｃａが行うフィードバック制御は、予め記憶部に記憶された比例ゲイン、積分時間、微分時間などのパラメータを読み出して実行されるＰＩＤ制御等の、公知の手法を用いて実行できる。また、指示部１００ｂは、差分演算部１００ａの演算結果に基づいて、電流Ｉ１と電流Ｉ２との差が０となるように操作量を設定する。

【0029】

なお、他の電力変換器１２、１３、１４、１５は、電力変換器１１と同様の構成を有していてもよい。ただし、電力変換器１４の第１電力変換部１０１と第２電力変換部１０２は、電力要素２４から供給される交流電力を直流電力に変換してバス３０に出力するＡＣ／ＤＣ変換と、バス３０から供給された直流電力を交流電力に変換して電力要素２４に出力するＤＣ／ＡＣ変換を行う。

【0030】

＜電力変換器の動作例＞
次に電力変換器１１の動作例について説明する。例えばバス３０の電圧を一定の目標電圧にするように電力要素２１から電力を供給する場合、電力要素２１から供給される電力は、第１電力変換部１０１と第２電力変換部１０２へ供給される。制御部１００は、センサ１０３で測定される電圧値に基づいて、バス３０の電圧を目標電圧とする操作量を設定し、設定した操作量を第１電力変換部１０１及び第２電力変換部１０２へ出力する。第１電力変換部１０１及び第２電力変換部１０２は、制御部１００から出力された操作量が示すデューティ比のＰＷＭ制御により、電力要素２１から入力された直流電力の電圧を変換してバス３０に出力する。

【0031】

また、制御部１００は、電流Ｉ１と電流Ｉ２との差が０となるように操作量を設定する処理を実行する。図３は、この処理の流れを示すフローチャートである。制御部１００は、予め定められた期間、零相変流器１０４の二次巻線の両端の電圧差を所定の周期で測定する（ステップＳ１１）。次に制御部１００は、測定した電圧差毎に、電線Ｌ１を流れる電流Ｉ１と電線Ｌ２を流れる電流Ｉ２との電流差、即ち電流Ｉ１－電流Ｉ２を電圧差に基づいて演算し、演算した電流差の平均値Ｉ３を演算する（ステップＳ１２）。なお、第１電力変換部１０１及び第２電力変換部１０２の出力によるリップルノイズでバス３０の電圧が変動するため、ここではノイズの影響を抑えるために、電流差の平均値Ｉ３を演算している。

【0032】

次に制御部１００は、ステップＳ１２で演算した平均値Ｉ３が０であるか判断する（ステップＳ１３）。制御部１００は、平均値Ｉ３が０である場合（ステップＳ１３でＹＥＳ）、処理の流れをステップＳ１１へ戻す。一方、制御部１００は、平均値Ｉ３が０ではない場合（ステップＳ１３でＮＯ）、平均値Ｉ３＜０であるか判断する（ステップＳ１４）。

【0033】

制御部１００は、平均値Ｉ３＜０である場合（ステップＳ１４でＹＥＳ）、第１電力変換部１０１のＰＷＭ制御のデューティ比を変更する（ステップＳ１５）。平均値Ｉ３＜０である場合、電流Ｉ１＜電流Ｉ２であり、第１電力変換部１０１からバス３０へ流れる電流が第２電力変換部１０２からバス３０へ流れる電流より少ない状態である。ここで制御部１００は、例えば、平均値Ｉ３が０となるように第１電力変換部１０１のＰＷＭ制御のデューティ比を大きくする操作量を設定する。制御部１００は、設定した操作量を第１電力変換部１０１へ出力して処理の流れをステップＳ１１へ戻す。第１電力変換部１０１のＰＷＭ制御のデューティ比を大きくすることにより、第１電力変換部１０１が出力する電流が増加して電流Ｉ１と電流Ｉ２の差がなくなる。即ち、並列の第１電力変換部１０１と第２電力変換部１０２とで出力電流が釣り合うため、第１電力変換部１０１及び第２電力変換部１０２の動作が不安定となるのを抑えることができる。また、第１電力変換部１０１及び第２電力変換部１０２の動作が不安定とならなくなるため、過電流の発生を抑え、機器の損傷を防ぐことができる。

【0034】

制御部１００は、平均値Ｉ３＜０ではない場合（ステップＳ１４でＮＯ）、第２電力変換部１０２のＰＷＭ制御のデューティ比を変更する（ステップＳ１６）。平均値Ｉ３＞０である場合、電流Ｉ１＞電流Ｉ２であり、第２電力変換部１０２からバス３０へ流れる電流が第１電力変換部１０１からバス３０へ流れる電流より少ない状態である。ここで制御部１００は、例えば、平均値Ｉ３が０となるように第２電力変換部１０２のＰＷＭ制御のデューティ比を大きくする操作量を設定する。制御部１００は、設定した操作量を第２電力変換部１０２へ出力して処理の流れをステップＳ１１へ戻す。第２電力変換部１０２のＰＷＭ制御のデューティ比を大きくすることにより、第２電力変換部１０２が出力する電流が増加して電流Ｉ１と電流Ｉ２の差がなくなる。即ち、並列の第１電力変換部１０１と第２電力変換部１０２とで出力電流が釣り合うため、第１電力変換部１０１及び第２電力変換部１０２の動作が不安定となるのを抑えることができる。また、第１電力変換部１０１及び第２電力変換部１０２の動作が不安定とならなくなるため、過電流の発生を抑え、機器の損傷を防ぐことができる。

【0035】

本実施形態によれば、第１電力変換部１０１及び第２電力変換部１０２との間で出力する電流が釣り合うため、電力変換器１１の動作が不安定となるのを抑えることができる。また、電線Ｌ１を一方の変流器に通し、電線Ｌ２を他方の変流器に通して電流Ｉ１と電流Ｉ２とを個別に測定し、測定結果から平均値Ｉ３を演算する構成の場合、電流Ｉ１を測定する工程、電流Ｉ２を測定する工程、電流Ｉ１の平均値を演算する工程、電流Ｉ２の平均値を演算する工程を要する。一方、本実施形態では、これらの工程を要せずに平均値Ｉ３を得ることができるため、平均値Ｉ３を０にするための処理を速くすることができ、第１電力変換部１０１及び第２電力変換部１０２を素早く安定させることができる。また、特許文献１の発明と比較すると、並列の第１電力変換部１０１と第２電力変換部１０２の出力の不平衡を１ステップで得ることができて処理が高速となるため、応答速度が間に合わずに過電流に至ることを回避し、第１電力変換部１０１と第２電力変換部１０２の電流が不釣り合いになって不安定となるのを抑えることができる。

【0036】

［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、他の様々な形態で実施可能である。例えば上述の実施形態を以下のように変形して本発明を実施してもよい。なお、上述した実施形態及び以下の変形例は、各々を組み合わせてもよい。上述した各実施形態及び各変形例の構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態や変形例に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

【0037】

上述した実施形態で制御部１００は、ステップＳ１５で第１電力変換部１０１のＰＷＭ制御のデューティ比を変更しているが、第２電力変換部１０２のＰＷＭ制御のデューティ比を小さくするように、第２電力変換部１０２へ出力する操作量を変更してもよい。この場合、制御部１００は、設定した操作量を第２電力変換部１０２へ出力する。また、上述した実施形態で制御部１００は、ステップＳ１６で第２電力変換部１０２のＰＷＭ制御のデューティ比を変更しているが、第１電力変換部１０１のＰＷＭ制御のデューティ比を小さくするように、第１電力変換部１０１へ出力する操作量を変更してもよい。この場合、制御部１００は、設定した操作量を第１電力変換部１０１へ出力する。

【0038】

また、制御部１００は、ステップＳ１５で第１電力変換部１０１のＰＷＭ制御のデューティ比を変更しているが、第１電力変換部１０１のＰＷＭ制御のデューティ比を大きくし、第２電力変換部１０２のＰＷＭ制御のデューティ比を小さくするように、第１電力変換部１０１へ出力する操作量と第２電力変換部１０２へ出力する操作量を変更してもよい。また、制御部１００は、ステップＳ１６で第２電力変換部１０２のＰＷＭ制御のデューティ比を変更しているが、第１電力変換部１０１のＰＷＭ制御のデューティ比を小さくし、第２電力変換部１０２のＰＷＭ制御のデューティ比を大きくするように、第１電力変換部１０１へ出力する操作量と第２電力変換部１０２へ出力する操作量を変更してもよい。

【0039】

上述した実施形態においては、平均値Ｉ３が０ではない場合にステップＳ１４の処理を行っているが、平均値Ｉ３が増加して所定の閾値を以上となった場合、又は平均値Ｉ３が減少して所定の閾値以下となった場合にステップＳ１４の処理を行なうようにしてもよい。

【0040】

上述した実施形態においては、第１電力変換部１０１と第２電力変換部１０２とを備える構成であるが、４つ以上の電力変換部を備える構成であってもよい。図４は、電力変換器１１の変型例である電力変換器１１Ａの構成を示すブロック図である。変換ユニット１０００Ａと変換ユニット１０００Ｂは、第１電力変換部１０１、第２電力変換部１０２、及び零相変流器１０４の組である。制御部１００は、変換ユニット１０００Ａの第１電力変換部１０１と第２電力変換部１０２の操作量と、変換ユニット１０００Ｂの第１電力変換部１０１と第２電力変換部１０２の操作量を設定する。この変形例によれば、複数の電力変換部により大電力を得ることができる。また、変換ユニット１０００Ａと変換ユニット１０００Ｂにおいては、第１電力変換部１０１及び第２電力変換部１０２との間で出力する電流が釣り合うため、電力変換器１１Ａの動作が不安定となるのを抑えることができる。

【0041】

上述した実施形態ではＰＷＭ制御のデューティ比を変化させて電力変換器の出力を増減する場合について説明したが、ＰＷＭ制御以外のＰＦＭ（Pulse Frequency Modulation）制御又はＰＡＭ（Pulse Amplitude Modulation）制御などの異なった変調手法による電力変換も適用可能であることは言うまでもない。

【0042】

また、上述した実施形態ではバス３０の電圧を一定の目標電圧にするように電力要素２１から電力を供給する場合について説明したが、バス３０から入力された直流電力の電圧を変換して電力要素２１に出力し、電力要素２１を充電する場合にも適用できる。その場合にはセンサ１０３は電力変換器１１、１１Ａの電力要素２１側の電力の電気特性値を測定して測定値を制御部１００に出力し、制御部１００は、センサ１０３から出力された測定値を取得する。この場合、零相変流器１０４は図２のとおり第１電力変換部１０１および第２電力変換部１０２のバス３０側にあっても良い。また、零相変流器１０４を第１電力変換部１０１および第２電力変換部１０２の電力要素２１側に設置し、第１電力変換部１０１の出力を行う電線と、第２電力変換部１０２の出力を行う電線とが、流れる電流の方向が反対方向となるように鉄心に挿入する構成であっても良い。

【0043】

上述した実施形態及び変形例においては、制御部１００は、平均値Ｉ３が０となるように操作量を設定してＰＷＭ制御を行っているが、平均値Ｉ３を減少させるように操作量を設定してＰＷＭ制御を行ってもよい。平均値Ｉ３を０に近づける制御を行うことにより、並列の第１電力変換部１０１と第２電力変換部１０２とで出力電流の差が小さくなるため、第１電力変換部１０１及び第２電力変換部１０２の動作が不安定となるのを抑えることができる。

【0044】

図５は、電力変換器１１の変型例である電力変換器１１Ｂの構成を示すブロック図である。電力変換器１１Ｂは、変換ユニット１０００Ｃと、前述の変換ユニット１０００Ａとを備えている。変換ユニット１０００Ｃは、第１電力変換部１０１、第２電力変換部１０２、第３電力変換部１０５、零相変流器１０４ａ、及び零相変流器１０４ｂの組である。

【0045】

変換ユニット１０００Ｃにおいては、第１電力変換部１０１とバス３０とを電気的に接続する電線Ｌ１と、第２電力変換部１０２とバス３０とを電気的に接続する電線Ｌ２とが、零相変流器１０４ａが有する図示省略した鉄心を貫通している。なお、電線Ｌ１と電線Ｌ２は、電線Ｌ２を流れる電流の方向が電線Ｌ１を流れる電流の方向と反対方向となるように零相変流器１０４ａの鉄心を貫通している。零相変流器１０４ａが有する二次巻線の両端は、制御部１００に接続されている。零相変流器１０４ａにおいて電線Ｌ１を流れる電流Ｉ１１と、零相変流器１０４ａにおいて電線Ｌ２を流れる電流Ｉ２１との間に差がない場合、零相変流器１０４ａの二次巻線に電流が流れないため二次巻線の両端の電位差は０となる。電流Ｉ１１と電流Ｉ２１との間に差がある場合、零相変流器１０４ａの二次巻線には電流差に応じた電流が流れ、二次巻線の両端は電流差に応じた電位差となる。

【0046】

また、変換ユニット１０００Ｃにおいては、電線Ｌ２と、第３電力変換部１０５とバス３０とを電気的に接続する電線Ｌ３とが、零相変流器１０４ｂが有する図示省略した鉄心を貫通している。なお、電線Ｌ２と電線Ｌ３は、電線Ｌ３を流れる電流の方向が電線Ｌ２を流れる電流の方向と反対方向となるように零相変流器１０４ｂの鉄心を貫通している。零相変流器１０４ｂが有する二次巻線の両端は、制御部１００に接続されている。零相変流器１０４ｂにおいて電線Ｌ２を流れる電流Ｉ１２と、零相変流器１０４ｂにおいて電線Ｌ３を流れる電流Ｉ２２との間に差がない場合、零相変流器１０４ｂの二次巻線に電流が流れないため二次巻線の両端の電位差は０となる。なお、電流Ｉ１２＝電流Ｉ２１である。電流Ｉ１２と電流Ｉ２２との間に差がある場合、零相変流器１０４ｂの二次巻線には電流差に応じた電流が流れ、二次巻線の両端は電流差に応じた電位差となる。

【0047】

電力変換器１１Ｂの制御部１００は、前述の実施形態と同様に零相変流器１０４の二次巻線の両端の電圧差を測定し、測定結果に基づいて変換ユニット１０００Ａの第１電力変換部１０１と第２電力変換部１０２の操作量を設定する。これにより、変換ユニット１０００Ａにおいて並列の第１電力変換部１０１と第２電力変換部１０２とで出力電流が釣り合うため、第１電力変換部１０１及び第２電力変換部１０２の動作が不安定となるのを抑えることができる。

【0048】

また、制御部１００は、零相変流器１０４ａの二次巻線の両端の電圧差と、零相変流器１０４ｂの二次巻線の両端の電圧差とを測定し、測定結果に基づいて変換ユニット１０００Ｃの第１電力変換部１０１、第２電力変換部１０２、及び第３電力変換部１０５の操作量を設定する。図６は、制御部１００が第１電力変換部１０１、第２電力変換部１０２、及び第３電力変換部１０５からバス３０へ流れる電流の差が減少するように設定する処理の流れを示すフローチャートである。

【0049】

制御部１００は、予め定められた期間、零相変流器１０４ａ、１０４ｂの二次巻線の両端の電圧差を所定の周期で測定する（ステップＳ２１）。次に制御部１００は、第１電力変換部１０１から流れる電流と第２電力変換部１０２から流れる電流との電流差の平均値Ｉ３と、第２電力変換部１０２から流れる電流と第３電力変換部１０５から流れる電流との電流差の平均値Ｉ４とを演算する（ステップＳ２２）。

【0050】

具体的には、制御部１００は、ステップＳ２１で複数回測定した電圧差毎に、零相変流器１０４ａを貫通する電線Ｌ１を流れる電流Ｉ１１と、零相変流器１０４ａを貫通する電線Ｌ２を流れる電流Ｉ２１との電流差を演算し、演算した電流差の平均値Ｉ３を演算する。また、制御部１００は、ステップＳ２１で複数回測定した電圧差毎に、零相変流器１０４ｂを貫通する電線Ｌ２を流れる電流Ｉ１２と、零相変流器１０４ｂを貫通する電線Ｌ３を流れる電流Ｉ２２との電流差を演算し、演算した電流差の平均値Ｉ４を演算する。

【0051】

次に制御部１００は、ステップＳ２２で演算した平均値Ｉ３が０であるか判断する（ステップＳ２３）。制御部１００は、平均値Ｉ３が０である場合（ステップＳ２３でＹＥＳ）、処理の流れをステップＳ２７へ移す。一方、制御部１００は、平均値Ｉ３が０ではない場合（ステップＳ２３でＮＯ）、平均値Ｉ３＜０であるか判断する（ステップＳ２４）。平均値Ｉ３＜０である場合、電流Ｉ１１＜電流Ｉ２１であり、第１電力変換部１０１からバス３０へ流れる電流が第２電力変換部１０２からバス３０へ流れる電流より少ない状態である。制御部１００は、平均値Ｉ３＜０である場合（ステップＳ２４でＹＥＳ）、例えば、平均値Ｉ３が０に近づくように第２電力変換部１０２のＰＷＭ制御のデューティ比を小さくする操作量を設定する（ステップＳ２５）。

【0052】

制御部１００は、平均値Ｉ３＜０ではない場合（ステップＳ２４でＮＯ）、第１電力変換部１０１のＰＷＭ制御のデューティ比を変更する（ステップＳ２６）。平均値Ｉ３＞０である場合、電流Ｉ１１＞電流Ｉ２１であり、第２電力変換部１０２からバス３０へ流れる電流が第１電力変換部１０１からバス３０へ流れる電流より少ない状態である。ここで制御部１００は、例えば、平均値Ｉ３が０に近づくように第１電力変換部１０１のＰＷＭ制御のデューティ比を小さくする操作量を設定する。

【0053】

制御部１００は、ステップＳ２３でＹＥＳの場合、又はステップＳ２５、Ｓ２６の処理を終えた場合、ステップＳ２２で演算した平均値Ｉ４が０であるか判断する（ステップＳ２７）。制御部１００は、平均値Ｉ４が０である場合（ステップＳ２７でＹＥＳ）、処理の流れをステップＳ２１へ移す。

【0054】

一方、制御部１００は、平均値Ｉ４が０ではない場合（ステップＳ２７でＮＯ）、平均値Ｉ４＜０であるか判断する（ステップＳ２８）。平均値Ｉ４＜０である場合、電流Ｉ１２＜電流Ｉ２２であり、第２電力変換部１０２からバス３０へ流れる電流が第３電力変換部１０５からバス３０へ流れる電流より少ない状態である。制御部１００は、平均値Ｉ４＜０である場合（ステップＳ２８でＹＥＳ）、例えば、平均値Ｉ４が０に近づくように第３電力変換部１０５のＰＷＭ制御のデューティ比を小さくする操作量を設定する（ステップＳ２９）。

【0055】

制御部１００は、平均値Ｉ４＜０ではない場合（ステップＳ２８でＮＯ）、第２電力変換部１０２のＰＷＭ制御のデューティ比を変更する（ステップＳ３０）。平均値Ｉ４＞０である場合、電流Ｉ１２＞電流Ｉ２２であり、第３電力変換部１０５からバス３０へ流れる電流が第２電力変換部１０２からバス３０へ流れる電流より少ない状態である。ここで制御部１００は、例えば、平均値Ｉ４が０に近づくように第２電力変換部１０２のＰＷＭ制御のデューティ比を小さくする操作量を設定する。

【0056】

なお、ステップＳ２５で第２電力変換部１０２のＰＷＭ制御のデューティ比を制御することにより、電流Ｉ１２と電流Ｉ２２との電流差の平均値Ｉ４がステップＳ２２で演算した差と異なることになる。また、ステップＳ３０で第２電力変換部１０２のＰＷＭ制御のデューティ比を制御することにより、ステップＳ２４～ステップＳ２６で小さくなるようにした電流Ｉ１１と電流Ｉ２１との差が大きくなる場合がある。しかしながら、図６のフローチャートの処理を繰り返し高速で行うことにより、平均値Ｉ３と平均値Ｉ４が０に近づいていき、第１電力変換部１０１、第２電力変換部１０２、及び第３電力変換部１０５が出力する電流のそれぞれの差を０に近づけることができる。

【0057】

このように制御部１００が、平均値Ｉ３及び平均値Ｉ４に基づいて変換ユニット１０００Ｃの第１電力変換部１０１、第２電力変換部１０２、及び第３電力変換部１０５のＰＷＭ制御を行うことにより、第１電力変換部１０１、第２電力変換部１０２、及び第３電力変換部１０５が出力する電流のそれぞれの差が小さくなる。即ち、並列の第１電力変換部１０１、第２電力変換部１０２、及び第３電力変換部１０５で出力電流が釣り合うため、三つの電力変換部を並列にした場合でも、第１電力変換部１０１、第２電力変換部１０２、及び第３電力変換部１０５の動作が不安定となるのを抑えることができる。また、第１電力変換部１０１、第２電力変換部１０２、及び第３電力変換部１０５の動作が不安定とならなくなるため、過電流の発生を抑え、機器の損傷を防ぐことができる。

【符号の説明】

【0058】

１ 電力システム
１１、１２、１３、１４、１５ 電力変換器
２１、２２、２３、２４、２５ 電力要素
３０ バス
１００ 制御部
１０１ 第１電力変換部
１０２ 第２電力変換部
１０３ センサ
１０４ 零相変流器
１０５ 第３電力変換部
１０００Ａ、１０００Ｂ 変換ユニット
ＥＶ 電気自動車
Ｌ１、Ｌ２ 電線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】