2025-22183 電力変換装置、および、電力システム

(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】P2025022183

(43)【公開日】2025-02-14

(54)【発明の名称】電力変換装置、および、電力システム

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20250206BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 R

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023126528

(22)【出願日】2023-08-02

(71)【出願人】

【識別番号】000000262

【氏名又は名称】株式会社ダイヘン

(74)【代理人】

【識別番号】100135389

【弁理士】

【氏名又は名称】臼井 尚

(74)【代理人】

【識別番号】100168044

【弁理士】

【氏名又は名称】小淵 景太

(72)【発明者】

【氏名】小林 亮

(72)【発明者】

【氏名】北村 高嗣

(72)【発明者】

【氏名】大堀 彰大

【テーマコード（参考）】

5H770

【Ｆターム（参考）】

5H770BA11

5H770BA20

5H770CA06

5H770DA10

5H770DA22

5H770FA05

5H770FA12

5H770HA03Y

5H770JA17Y

(57)【要約】

【課題】インバータ回路と開閉部との間に電圧センサを備えていなくても、並列自立運転を可能にする電力変換装置、および、電力システムを提供する。
【解決手段】電力変換装置Ａ１は、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路１１と、インバータ回路１１を制御する制御回路１４と、インバータ回路１１の交流側の出力端子に直列接続され、開放状態と閉鎖状態とで切り替えられる開閉部１２と、開閉部１２に対してインバータ回路１１とは反対側に配置されて、インバータ回路１１の出力電圧を検出する電圧センサ１３とを備えている。制御回路１４は、自立運転中は、目標電圧Ｖrefと電圧センサ１３が検出したフィードバック電圧Ｖfbとの差電圧ΔＶに基づいて、インバータ回路１１を制御し、自立運転の開始時には、開閉部１２を開放させた状態で、差電圧ΔＶの代わりに固定値Ｖxを設定し、所定時間Ｔxが経過したときに開閉部１２を閉鎖させる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、
前記インバータ回路を制御する制御回路と、
前記インバータ回路の交流側の出力端子に直列接続され、開放状態と閉鎖状態とで切り替えられる開閉部と、
前記開閉部に対して前記インバータ回路とは反対側に配置されて、前記インバータ回路の出力電圧を検出する電圧センサと、
を備え、
前記制御回路は、
自立運転中は、目標電圧と前記電圧センサが検出したフィードバック電圧との差電圧に基づいて、前記インバータ回路を制御し、
自立運転の開始時には、前記開閉部を開放させた状態で、前記差電圧の代わりに固定値を設定し、所定時間が経過したときに前記開閉部を閉鎖させる、
電力変換装置。

【請求項2】

前記制御回路は、前記自立運転の開始時において、前記所定時間が経過したときに前記固定値を「０」に変更してから、前記開閉部を閉鎖させる、
請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項3】

前記制御回路は、
第１入力と第２入力との差を算出する減算器と、
前記第１入力を前記固定値とし、前記第２入力を「０」とした第１状態と、前記第１入力を前記目標電圧とし、前記第２入力を前記フィードバック電圧とした第２状態と、を切り替える切替部と、
を備え、
前記切替部は、自立運転の開始時には前記第１状態であり、前記開閉部を閉鎖させた後に、前記第２状態に切り替わる、
請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項4】

直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、
前記インバータ回路を制御する制御回路と、
前記インバータ回路の交流側の出力端子に直列接続され、開放状態と閉鎖状態とで切り替えられる開閉部と、
前記開閉部に対して前記インバータ回路とは反対側に配置されて、前記インバータ回路の出力電圧を検出する電圧センサと、
前記電圧センサに対して前記インバータ回路とは反対側に接続され、開放状態と閉鎖状態とで切り替えられる第２開閉部と、
を備え、
前記制御回路は、
自立運転中は、目標電圧と前記電圧センサが検出したフィードバック電圧との差電圧に基づいて、前記インバータ回路を制御し、
自立運転の開始時には、前記第２開閉部を開放させた状態で、前記開閉部を閉鎖させ、前記フィードバック電圧が前記目標電圧に一致したときに前記第２開閉部を閉鎖させる、
電力変換装置。

【請求項5】

請求項１ないし４のいずれかに記載の電力変換装置を複数備え、
前記複数の電力変換装置の交流側の出力端子は、互いに並列接続されている、
電力システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力変換装置、および、電力システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、系統連系インバータシステムが開示されている。当該系統連系インバータシステムは、直流電源から入力される直流電圧を交流電圧に変換して出力するインバータ回路と、電力系統との接続および切り離しを行うための開閉器と、開閉器と電力系統との間に配置され、系統電圧を検出する系統電圧センサと、を備えている。当該系統連系インバータシステムは、電力系統に連系するとき、自身の出力電圧を系統電圧に近づけていき、一致した段階で開閉器を閉鎖する。これにより連系した瞬間の突入電流を抑制できる。開閉器が開放されている状態では電流が流れないので、インバータ回路の出力電圧は、オープンループ制御で制御可能である。したがって、インバータ回路と開閉器との間に電圧センサを設ける必要はない。

【0003】

また、系統連系インバータシステムには、電力系統から切り離された場合に、自立的に電圧源として起動する自立運転機能が搭載されているものがある。特許文献１に開示された系統連系インバータシステムにおいても、先に開閉器を閉鎖して、系統電圧センサでインバータ回路の出力電圧を検出すれば、自立運転機能を搭載することは可能である。すなわち、電圧フィードバック制御を行いながら、インバータ回路の出力電圧の目標電圧を定格電圧まで徐々に上昇させればよい。なお、インバータ回路には負荷が繋がっていて電圧に応じて電流が流れるので、オープンループ制御では出力電圧を制御できず、電圧フィードバック制御が必要になる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１１－１８８６６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

インバータ回路と開閉器との間に電圧センサを備えていない系統連系インバータシステムを複数、並列接続させて、並列自立運転を行う場合、問題が生じる。すなわち、２台目の系統連系インバータシステムを並列接続する際に、当該系統連系インバータシステムの出力電圧を上昇させる前に開閉器を閉鎖すると、１台目の系統連系インバータシステムから２台目の系統連系インバータシステムに電流が流れて、過電流が検出される場合がある。一方、インバータ回路と開閉器との間に電圧センサを備えていないので、開閉器を閉鎖する前に、インバータ回路の電圧を検出できない。

【0006】

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、インバータ回路と開閉部との間に電圧センサを備えていなくても、並列自立運転を可能にする電力変換装置、および、電力システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の第１の側面によって提供される電力変換装置は、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路を制御する制御回路と、前記インバータ回路の交流側の出力端子に直列接続され、開放状態と閉鎖状態とで切り替えられる開閉部と、前記開閉部に対して前記インバータ回路とは反対側に配置されて、前記インバータ回路の出力電圧を検出する電圧センサと、を備え、前記制御回路は、自立運転中は、目標電圧と前記電圧センサが検出したフィードバック電圧との差電圧に基づいて、前記インバータ回路を制御し、自立運転の開始時には、前記開閉部を開放させた状態で、前記差電圧の代わりに固定値を設定し、所定時間が経過したときに前記開閉部を閉鎖させる。

【0008】

本発明の好ましい実施の形態においては、前記制御回路は、前記自立運転の開始時において、前記所定時間が経過したときに前記固定値を「０」に変更してから、前記開閉部を閉鎖させる。

【0009】

本発明の好ましい実施の形態においては、前記制御回路は、第１入力と第２入力との差を算出する減算器と、前記第１入力を前記固定値とし、前記第２入力を「０」とした第１状態と、前記第１入力を前記目標電圧とし、前記第２入力を前記フィードバック電圧とした第２状態と、を切り替える切替部と、を備え、前記切替部は、自立運転の開始時には前記第１状態であり、前記開閉部を閉鎖させた後に、前記第２状態に切り替わる。

【0010】

本発明の第２の側面によって提供される電力変換装置は、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路を制御する制御回路と、前記インバータ回路の交流側の出力端子に直列接続され、開放状態と閉鎖状態とで切り替えられる開閉部と、前記開閉部に対して前記インバータ回路とは反対側に配置されて、前記インバータ回路の出力電圧を検出する電圧センサと、前記電圧センサに対して前記インバータ回路とは反対側に接続され、開放状態と閉鎖状態とで切り替えられる第２開閉部と、を備え、前記制御回路は、自立運転中は、目標電圧と前記電圧センサが検出したフィードバック電圧との差電圧に基づいて、前記インバータ回路を制御し、自立運転の開始時には、前記第２開閉部を開放させた状態で、前記開閉部を閉鎖させ、前記フィードバック電圧が前記目標電圧に一致したときに前記第２開閉部を閉鎖させる。

【0011】

本発明の第３の側面によって提供される電力システムは、本発明の第１～２の側面によって提供される電力変換装置を複数備え、前記複数の電力変換装置の交流側の出力端子は、互いに並列接続されている。

【発明の効果】

【0012】

本発明によると、制御回路は、自立運転の開始時に、開閉部を開放させた状態で、差電圧の代わりに固定値を設定してインバータ回路を制御する。これにより、インバータ回路の出力電圧は、固定値に応じて増加していく。出力電圧が定格電圧まで増加するために必要な時間（所定時間）はあらかじめ取得可能である。制御回路は、所定時間が経過したときに開閉部を閉鎖させることで、出力電圧が定格電圧になったときに、並列接続させることができる。このように、本発明に係る電力変換装置は、インバータ回路と開閉部との間に電圧センサを備えていなくても、並列自立運転を可能にする。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】第１実施形態に係る電力変換装置を説明するための図であり、（ａ）は電力変換装置を備えている電力システムの全体構成を示すブロック図であり、（ｂ）は制御回路の内部構成を示すブロック図である。

【図2】第１実施形態に係る自立運転起動処理を示すフローチャートの一例である。

【図3】第１実施形態に係る自立運転起動処理を説明するためのタイミングチャートである。

【図4】変形例に係る制御回路の内部構成を示すブロック図である。

【図5】第２実施形態に係る電力変換装置を説明するための図であり、（ａ）は電力変換装置の内部構成を示すブロック図であり、（ｂ）は制御回路の内部構成を示すブロック図である。

【図6】第２実施形態に係る自立運転起動処理を示すフローチャートの一例である。

【図7】第２実施形態に係る自立運転起動処理を説明するためのタイミングチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の好ましい実施の形態を、添付図面を参照して具体的に説明する。

【0015】

図１は、第１実施形態に係る電力変換装置Ａ１を説明するための図である。図１（ａ）は、電力変換装置Ａ１を備えている電力システムＢの全体構成を示すブロック図である。図１（ｂ）は、電力変換装置Ａ１の制御回路１４の内部構成を示すブロック図である。

【0016】

電力システムＢは、蓄電池を備えており、電力系統から供給される電力で蓄電池を充電し、所定の場合に、蓄電池を放電させて、電力を出力する。電力システムＢは、通常は、電力系統に連系して連系運転を行っており、停電時には自立運転を行う。電力システムＢは、図１（ａ）に示すように、それぞれに蓄電池２が接続された複数の電力変換装置Ａ１、および、開閉部３，４を備えている。本実施形態では、電力システムＢが３台の電力変換装置Ａ１を備えている場合について説明する。なお、電力変換装置Ａ１の数は限定されず、電力システムＢは、２台または４台以上の電力変換装置Ａ１を備えていてもよい。複数の電力変換装置Ａ１は、交流側の出力端子が、接続点５で互いに並列接続されている。接続点５は、接続点５側の開閉部３および電力系統側の開閉部４を介して、電力系統に接続している。開閉部３と開閉部４とを接続する接続線には、負荷Ｌが接続されている。開閉部３，４は、例えば遮断器である。連系運転時には、開閉部３，４がともに閉鎖されており、電力システムＢは、電力系統に連系して、電力系統との間で送受電可能である。負荷Ｌは、複数の電力変換装置Ａ１（蓄電池２）または電力系統から電力を供給される。

【0017】

電力系統で事故が発生した場合などには、電力系統側に設けられた保護装置によって、開閉部３，４が開放されて、電力システムＢおよび負荷Ｌが電力系統から切り離される（停電状態）。この場合、電力システムＢは、自立運転に切り替えられて、開閉部４は開放したまま、開閉部３を閉鎖して、負荷Ｌに電力を供給する。各電力変換装置Ａ１は、接続点５に接続される際に出力電圧が一致していないと、他の電力変換装置Ａ１との間で電流が流れて、過電流によって停止する場合がある。各電力変換装置Ａ１は、自立運転起動処理によって、出力電圧が定格電圧になったときに接続点５に接続される。自立運転起動処理は、自立運転を開始するために電力変換装置Ａ１を起動させるための処理であり、詳細は後述する。

【0018】

蓄電池２は、本実施形態では、繰り返し充放電を行うことができる二次電池であり、例えば、リチウムイオン電池である。なお、蓄電池２は、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、鉛蓄電池などの他の二次電池であってもよい。なお、蓄電池２は、二次電池ではなく、電気二重層コンデンサなどのコンデンサであってもよい。

【0019】

電力変換装置Ａ１は、いわゆるパワーコンディショナであり、蓄電池２を充放電させる。各電力変換装置Ａ１は、直流側の出力端子が蓄電池２に接続されており、交流側の出力端子が接続点５で互いに並列接続されている。電力変換装置Ａ１は、インバータ回路１１、開閉部１２、電圧センサ１３、および制御回路１４を備えている。なお、実際には、電力変換装置Ａ１は他の構成も備えているが、記載および説明を省略する。

【0020】

インバータ回路１１は、直流側の出力端子に蓄電池２が接続され、当該蓄電池２の充放電を行う。インバータ回路１１は、交流側から入力される交流電力を直流電力に変換して蓄電池２に供給することで、蓄電池２を充電する。また、インバータ回路１１は、蓄電池２に蓄積された直流電力を交流電力に変換して、交流側に出力することで、蓄電池２を放電させる。インバータ回路１１が行う充放電は、制御回路１４によって制御される。インバータ回路１１は、制御回路１４から入力される駆動信号に基づいてスイッチング素子（図示しない）のオンとオフとを切り替えることで、直流電力と交流電力との変換を行う。

【0021】

開閉部１２は、インバータ回路１１の交流側の出力端子に直列接続され、開放状態と閉鎖状態とで切り替えられる。開閉部１２は、限定されないが、例えば電磁接触器であり、制御回路１４からの指令に応じて、開放状態と閉鎖状態とを切り替える。開閉部１２が閉鎖状態のとき、電力変換装置Ａ１（インバータ回路１１）は接続点５に接続されている。一方、開閉部１２が開放状態のとき、電力変換装置Ａ１（インバータ回路１１）は接続点５から切り離されている。

【0022】

電圧センサ１３は、開閉部１２の下流側（開閉部１２に対してインバータ回路１１とは反対側）で、開閉部１２と接続点５とを接続する接続線に配置されている。電圧センサ１３は、開閉部１２が閉鎖状態のときには、インバータ回路１１の出力電圧を検出し、検出した電圧検出信号を制御回路１４に出力する。

【0023】

制御回路１４は、例えばマイクロコンピュータなどによって実現されており、電力変換装置Ａ１を制御する。制御回路１４は、開閉部１２に指令を入力することで、開閉部１２の開閉を制御する。開閉部１２が閉鎖されている場合、電圧センサ１３は、インバータ回路１１の出力電圧を検出できる。制御回路１４は、電圧センサ１３から入力される電圧検出信号に基づいて、フィードバック電圧Ｖfbを算出する。フィードバック電圧Ｖfbは、インバータ回路１１の出力電圧の実効値である。また、制御回路１４は、駆動信号を生成してインバータ回路１１に入力することで、インバータ回路１１による電力変換を制御する。

【0024】

制御回路１４は、連系運転中および自立運転中は、開閉部１２を閉鎖させているので、インバータ回路１１の出力電圧を電圧センサ１３によって検出できる。制御回路１４は、フィードバック電圧Ｖfbと目標電圧Ｖrefとの差電圧ΔＶ（＝Ｖref－Ｖfb）に基づいて生成した駆動信号をインバータ回路１１に出力することで、インバータ回路１１の出力電圧をフィードバック制御する。

【0025】

一方、連系運転を停止して自立運転を開始するとき、制御回路１４は、開閉部１２を開放させているので、インバータ回路１１の出力電圧を取得できない。しかし、インバータ回路１１の出力電圧が低いときに開閉部１２を閉鎖して、電力変換装置Ａ１を接続点５に接続させると、他の電力変換装置Ａ１から電流が流れ込んで過電流が検出される場合がある。制御回路１４は、過電流を検出すると、開閉部１２を開放させ、インバータ回路１１を停止させるので、電力変換装置Ａ１は並列自立運転に参加できない。本実施形態では、制御回路１４は、自立運転を開始するとき、開閉部１２を開放させた状態で、差電圧ΔＶの代わりに固定値Ｖxを設定し、所定時間Ｔxが経過したときに開閉部１２を閉鎖させる自立運転起動処理を行う。所定時間Ｔxは、差電圧ΔＶの代わりに固定値Ｖxを設定したときに、インバータ回路１１の出力電圧が定格電圧まで増加するための時間であり、あらかじめ実験やシミュレーションによって取得されている。固定値Ｖxが大きいほど、インバータ回路１１の出力電圧の増加率が大きくなるので、所定時間Ｔxは小さくなる。したがって、起動にかかる時間を短くしたい場合は、固定値Ｖxとして大きい値を設定すればよい。また、固定値Ｖxとして小さい値を設定することで、インバータ回路１１の出力電圧がゆっくり増加するので、制御回路１４は、より確実に、出力電圧が定格電圧になったタイミングで、開閉部１２を閉鎖させることができる。なお、各電力変換装置Ａ１を並列接続する際には、各電力変換装置Ａ１のインバータ回路１１の出力電圧の位相が、十分同期している必要がある。位相を同期させる方法は限定されず、周知の方法を用いればよい。

【0026】

制御回路１４は、図１（ｂ）に示すように、機能構成として、タイマ１４１、切替部１４２、減算器１４３、制御部１４４、および駆動信号生成部１４５を備えている。なお、各部は、デジタル回路で構成されてもよいし、アナログ回路で構成されてもよい。なお、制御回路１４は、その他の機能構成を含んでいるが、自立運転起動処理に関係ない機能構成の記載および説明を省略している。

【0027】

タイマ１４１は、自立運転起動処理の開始からの時間を計時するための機能構成である。タイマ１４１は、計時した時間を、切替部１４２に出力する。

【0028】

切替部１４２は、減算器１４３に入力する値を切り替えるための機能構成である。切替部１４２は、自立運転起動処理が開始したときから、減算器１４３の第１入力に固定値Ｖx（＞０）を入力し、第２入力に「０」を入力する（以下ではこの状態を「第１状態」とする）。そして、切替部１４２は、タイマ１４１から入力される時間が所定時間Ｔxになったときに、減算器１４３の第１入力に「０」を入力し、開閉部１２に閉鎖を指令する。その後は、切替部１４２は、減算器１４３の第１入力に目標電圧Ｖrefを入力し、第２入力に電圧センサ１３の検出に基づくフィードバック電圧Ｖfbを入力する（以下ではこの状態を「第２状態」とする）。

【0029】

減算器１４３は、減算処理を行うための機能構成であり、第１入力から第２入力を減算した値を、制御部１４４に出力する。したがって、減算器１４３は、切替部１４２が第１状態の場合、固定値Ｖxを出力する。一方、減算器１４３は、切替部１４２が第２状態の場合、目標電圧Ｖrefとフィードバック電圧Ｖfbとの差電圧ΔＶを出力する。

【0030】

制御部１４４は、減算器１４３からの入力に基づいて、ＰＩ制御（比例積分制御）による補償値を算出して、補償値信号として駆動信号生成部１４５に出力する。なお、制御部１４４は、ＰＩ制御以外の制御を行ってもよい。

【0031】

駆動信号生成部１４５は、制御部１４４より入力される補償値信号に基づいて、駆動信号を生成する。なお、駆動信号生成部１４５には、制御部１４４より入力される補償値信号以外の補償値信号も入力されてもよい。駆動信号生成部１４５は、これらの補償値信号に基づいて指令値信号を生成し、指令値信号と三角波などのキャリア信号とを比較することで駆動信号を生成する。なお、駆動信号生成部１４５が駆動信号を生成する方法は限定されない。切替部１４２が第２状態の場合、差電圧ΔＶが制御部１４４に入力されるので、駆動信号生成部１４５は、フィードバック電圧Ｖfbを目標電圧Ｖrefにする（差電圧ΔＶを「０」にする）駆動信号を生成する。一方、切替部１４２が第１状態の場合、固定値Ｖx（＞０）が制御部１４４に入力されるので、駆動信号生成部１４５は、インバータ回路１１の出力電圧を増加させる駆動信号を生成する。駆動信号生成部１４５が生成した駆動信号は、インバータ回路１１に出力される。

【0032】

図２は、制御回路１４が行う自立運転起動処理を示すフローチャートの一例である。自立運転起動処理は、自立運転を開始するときに実行される。

【0033】

まず、差電圧ΔＶに代えて固定値Ｖxが設定される（Ｓ１）。具体的には、切替部１４２が第１状態になって、減算器１４３の第１入力に固定値Ｖxを入力し、第２入力に「０」を入力する。次に、計時が開始される（Ｓ２）。具体的には、タイマ１４１が計時を開始する。次に、計時時間が所定時間Ｔxになったか否かが判別される（Ｓ３）。計時時間が所定時間Ｔxになっていない場合（Ｓ３：ＮＯ）、ステップＳ３に戻って、ステップＳ３の判別が繰り返される。計時時間が所定時間Ｔxになった場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、ステップＳ４に進む。すなわち、制御回路１４は、計時時間が所定時間Ｔxになるまで待っている。この間、制御回路１４は、差電圧ΔＶの代わりに固定値Ｖxを用いて駆動信号を生成してインバータ回路１１に出力する。これにより、インバータ回路１１の出力電圧は、「０」から増加して定格電圧になる。

【0034】

次に、固定値Ｖxから「０」に変更される（Ｓ４）。具体的には、切替部１４２が、減算器１４３の第１入力への入力を固定値Ｖxから「０」に変更する。制御回路１４は、差電圧ΔＶの代わりに「０」を用いて駆動信号を生成してインバータ回路１１に出力する。これにより、インバータ回路１１の出力電圧は、定格電圧で固定される。次に、開閉部１２が閉鎖される（Ｓ５）。具体的には、制御回路１４が、開閉部１２に閉鎖指令を出力する。次に、「０」から差電圧ΔＶに変更され（Ｓ６）、自立運転起動処理は終了する。具体的には、切替部１４２が第２状態になって、減算器１４３の第１入力に目標電圧Ｖrefを入力し、第２入力にフィードバック電圧Ｖfbを入力する。開閉部１２が閉鎖されているので、電圧センサ１３は、インバータ回路１１の出力電圧を検出できる。自立運転起動処理が終了すると、制御回路１４は、差電圧ΔＶに基づいて、インバータ回路１１の出力電圧をフィードバック制御する。なお、図２のフローチャートに示す処理は一例であって、制御回路１４が行う自立運転起動処理は上述したものに限定されない。

【0035】

図３は、制御回路１４が行う自立運転起動処理を説明するためのタイミングチャートである。同図（ａ）は、減算器１４３の出力の時間変化を示している。同図（ｂ）は、タイマ１４１の出力の時間変化を示している。同図（ｃ）は、インバータ回路１１の出力電圧の時間変化を示している。同図（ｄ）は、開閉部１２の状態の時間変化を示している。

【0036】

時刻ｔ０において、自立運転起動処理が開始され、減算器１４３の出力が固定値Ｖxになり、タイマ１４１の計時が開始している。減算器１４３の出力が固定値Ｖxであることで、インバータ回路１１の出力電圧が時間とともに増加している。そして、時刻ｔ０から所定時間Ｔxが経過した時刻ｔ１において、タイマ１４１の計時時間が所定時間Ｔxになって、インバータ回路１１の出力電圧が定格電圧になっている。このときに、減算器１４３の出力が「０」に切り替えられて、開閉部１２が開放状態から閉鎖状態に切り替えられている。その後は、インバータ回路１１の出力電圧が定格電圧になるように（減算器１４３の出力が「０」になるように）制御される。

【0037】

次に、本実施形態に係る電力変換装置、および、電力システムの作用および効果について説明する。

【0038】

本実施形態によると、制御回路１４は、自立運転の開始時に、開閉部１２を開放させた状態で、差電圧ΔＶの代わりに固定値Ｖxを設定してインバータ回路１１を制御する。これにより、インバータ回路１１の出力電圧は、固定値Ｖxに応じて増加していく。そして、制御回路１４は、所定時間Ｔxが経過したときに開閉部１２を閉鎖させる。所定時間Ｔxは、固定値Ｖxを設定したときにインバータ回路１１の出力電圧が定格電圧まで増加するための時間なので、制御回路１４は、出力電圧が定格電圧になったときに、開閉部１２を閉鎖させることができる。このように、電力変換装置Ａ１は、インバータ回路１１と開閉部１２との間に電圧センサを備えていなくても、並列自立運転を可能にする。また、電力変換装置Ａ１は、制御回路１４の制御方法を変更するだけであり、従来のハード構成をそのまま用いることができるので、さらにハード構成を追加する必要がない。したがって、電力変換装置Ａ１は、ハード構成を追加する場合と比較して、コストを抑制でき、また、小型化および軽量化が可能である。

【0039】

また、本実施形態によると、制御回路１４は、第１入力と第２入力との差を算出する減算器１４３と、第１入力を固定値Ｖxとし、第２入力を「０」とした第１状態と、第１入力を目標電圧とし、第２入力をフィードバック電圧Ｖfbとした第２状態とを切り替える切替部１４２とを備えている。切替部１４２は、自立運転の開始時には第１状態であり、開閉部１２を閉鎖させた後に、第２状態に切り替わる。これにより、制御回路１４は、自立運転の開始時の制御と、自立運転中の制御とを切り替えることができる。

【0040】

また、本実施形態によると、制御回路１４は、自立運転の開始時において、所定時間Ｔxが経過したときに固定値Ｖxを「０」に変更してから、開閉部１２を閉鎖させる。これにより、制御回路１４は、インバータ回路１１の出力電圧を定格電圧に固定した状態で、開閉部１２を閉鎖させることができる。

【0041】

なお、本実施形態においては、各電力変換装置Ａ１に蓄電池２が接続されている場合について説明したが、これに限られない。電力変換装置Ａ１は、太陽電池または燃料電池などの直流電力を生成する直流電源が接続されてもよい。また、電力変換装置Ａ１は、ディーゼルエンジン発電機または風力タービン発電機などにより生成された交流電力を直流電力に変換して出力する電源が接続されてもよい。

【0042】

図４は、第１実施形態に係る電力変換装置Ａ１の制御回路１４の変形例を説明するための図であり、制御回路１４の内部構成を示すブロック図である。なお、当該変形例では、制御回路１４以外の構成は第１実施形態と共通するので、図示および説明を省略する。

【0043】

図４に示すように、変形例に係る制御回路１４では、減算器１４３が目標電圧Ｖrefとフィードバック電圧Ｖfbとの差電圧ΔＶを出力する。そして、切替部１４２が、第１状態の場合に固定値Ｖxを出力し、第２状態の場合に、減算器１４３からの入力を出力する。本変形例においても、制御回路１４は、自立運転の開始時に、開閉部１２を開放させた状態で、差電圧ΔＶの代わりに固定値Ｖxを設定してインバータ回路１１を制御し、所定時間Ｔxが経過したときに開閉部１２を閉鎖させることができる。

【0044】

図５は、第２実施形態に係る電力変換装置Ａ２を説明するための図である。図５（ａ）は、電力変換装置Ａ２の内部構成を示すブロック図である。図５（ｂ）は、電力変換装置Ａ２の制御回路１６の内部構成を示すブロック図である。図５において、第１実施形態に係る電力変換装置Ａ１と同一または類似の要素には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。本実施形態に係る電力変換装置Ａ２は、開閉部１５をさらに備えており、自立運転起動処理の内容が異なる点で、第１実施形態に係る電力変換装置Ａ１とは異なる。

【0045】

第２実施形態に係る電力変換装置Ａ２は、開閉部１５をさらに備えている。開閉部１５は、電圧センサ１３の下流側（電圧センサ１３に対してインバータ回路１１とは反対側）に接続され、開放状態と閉鎖状態とで切り替えられる。開閉部１５は、限定されないが、例えば遮断器であり、制御回路１６からの指令に応じて、開放状態と閉鎖状態とを切り替える。

【0046】

第２実施形態に係る電力変換装置Ａ２は、制御回路１４の代わりに制御回路１６を備えている。制御回路１６は、自立運転を開始するときの自立運転起動処理の内容と、さらに開閉部１５の開閉を制御する点以外は、制御回路１４と同様である。本実施形態では、制御回路１６は、自立運転を開始するとき、開閉部１５を開放させた状態で開閉部１２を閉鎖させ、フィードバック電圧Ｖfbが目標電圧Ｖref（定格電圧）に一致したときに開閉部１５を閉鎖させる。

【0047】

制御回路１６は、図５（ｂ）に示すように、機能構成として、減算器１４３、制御部１４４、駆動信号生成部１４５、および判定部１４６を備えている。減算器１４３、制御部１４４、および駆動信号生成部１４５は、制御回路１４と共通する。制御回路１６では、減算器１４３は、目標電圧Ｖrefとフィードバック電圧Ｖfbとの差電圧ΔＶを出力する。

【0048】

判定部１４６は、フィードバック電圧Ｖfbに基づいて、開閉部１５の開閉を指令するための機能構成である。判定部１４６は、フィードバック電圧Ｖfbを入力され、フィードバック電圧Ｖfbが目標電圧Ｖref未満の間は開閉部１５に開放を指令し、フィードバック電圧Ｖfbが目標電圧Ｖrefになったときに開閉部１５に閉鎖を指令する。本実施形態では、自立運転起動処理のときの目標電圧Ｖrefとして定格電圧が設定される。

【0049】

図６は、第２実施形態に係る制御回路１６が行う自立運転起動処理を示すフローチャートの一例である。自立運転起動処理は、自立運転を開始するときに実行される。

【0050】

まず、開閉部１２が閉鎖される（Ｓ１１）。具体的には、制御回路１６が、開閉部１２に閉鎖指令を出力する。これにより、電圧センサ１３がインバータ回路１１の出力電圧を検出できるようになり、制御回路１６は、フィードバック電圧Ｖfbを取得できるようになる。次に、目標電圧Ｖrefに定格電圧が設定される（Ｓ１２）。次に、フィードバック電圧Ｖfbが目標電圧Ｖrefになったか否かが判別される（Ｓ１３）。フィードバック電圧Ｖfbが目標電圧Ｖrefになっていない場合（Ｓ１３：ＮＯ）、ステップＳ１３に戻って、ステップＳ１３の判別が繰り返される。フィードバック電圧Ｖfbが目標電圧Ｖrefになった場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）、開閉部１５が閉鎖され（Ｓ１４）、自立運転起動処理は終了する。具体的には、制御回路１６が、開閉部１５に閉鎖指令を出力する。なお、図６のフローチャートに示す処理は一例であって、制御回路１６が行う自立運転起動処理は上述したものに限定されない。

【0051】

図７は、制御回路１６が行う自立運転起動処理を説明するためのタイミングチャートである。同図（ａ）は、開閉部１２の状態の時間変化を示している。同図（ｂ）は、電圧センサ１３が検出した、インバータ回路１１の出力電圧の時間変化を示している。同図（ｃ）は、開閉部１５の状態の時間変化を示している。

【0052】

時刻ｔ２において、自立運転起動処理が開始され、開閉部１２が開放状態から閉鎖状態に切り替えられている。これにより、電圧センサ１３がインバータ回路１１の出力電圧を検出できるようになっている。また、目標電圧Ｖrefに定格電圧が設定される。これにより、フィードバック電圧Ｖfbが、「０」から時間とともに増加している。そして、時刻ｔ３において、フィードバック電圧Ｖfbが目標電圧Ｖref（定格電圧）になったので、開閉部１５が開放状態から閉鎖状態に切り替えられている。その後は、フィードバック電圧Ｖfbが目標電圧Ｖref（定格電圧）になるように（減算器１４３の出力が「０」になるように）制御される。

【0053】

本実施形態によると、制御回路１６は、自立運転の開始時に、開閉部１５を開放させた状態で開閉部１２を閉鎖させる。これにより、制御回路１６は、フィードバック電圧Ｖfbを取得できるようになる。フィードバック電圧Ｖfbは、目標電圧Ｖref（定格電圧）になるように増加していく。そして、制御回路１６は、フィードバック電圧Ｖfbが目標電圧Ｖref（定格電圧）に一致したときに開閉部１５を閉鎖させる。このように、電力変換装置Ａ２は、インバータ回路１１と開閉部１２との間に電圧センサを備えていなくても、並列自立運転を可能にする。また、電力変換装置Ａ２は、電力変換装置Ａ１と共通する構成により、電力変換装置Ａ１と同等の効果を奏する。

【0054】

本発明に係る電力変換装置および電力システムは、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る電力変換装置および電力システムの各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

【符号の説明】

【0055】

Ａ１，Ａ２：電力変換装置、１１：インバータ回路、１２，１５：開閉部、１３：電圧センサ、１４：制御回路、１４２：切替部、１４３：減算器、Ｂ：電力システム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】