特許 7659439 電力変換システム、及び電源装置

(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】

(24)【登録日】2025-04-01

(45)【発行日】2025-04-09

(54)【発明の名称】電力変換システム、及び電源装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/155 20060101AFI20250402BHJP

   G05F 1/67 20060101ALI20250402BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20250402BHJP

【ＦＩ】

H02M3/155 H

G05F1/67 A

H02M3/155 W

H02M7/48 R

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2021086352

(22)【出願日】2021-05-21

(65)【公開番号】P2022179097

(43)【公開日】2022-12-02

【審査請求日】2024-03-18

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和３年度、環境省、未来のあるべき社会・ライフスタイルを創造する技術イノベーション委託事業、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】000005821

【氏名又は名称】パナソニックホールディングス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002527

【氏名又は名称】弁理士法人北斗特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】木寺 和憲

【審査官】冨永 達朗

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２１－０３５３１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１２９９６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２１／０５４０７４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ３／１５５

Ｇ０５Ｆ １／６７

Ｈ０２Ｍ ７／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

太陽電池の出力を受け取り、中間電路に直流電力を供給するＰＶコンバータと、
蓄電池と前記中間電路との間で双方向の電力変換を行うＢＴコンバータと、
前記中間電路の電圧である中間電圧を交流電圧に変換し、交流電流を系統電路に出力する連系動作を行うインバータと、
前記ＢＴコンバータ及び前記インバータを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記太陽電池の出力の大きさが閾値以下であれば、前記インバータの前記連系動作を停止し、前記中間電路を介して供給される前記直流電力を用いて前記ＢＴコンバータに前記蓄電池を充電させる強制充電制御を行い、
前記ＰＶコンバータは、最大出力電力追従制御によって前記太陽電池の出力を前記直流電力に変換し、
前記ＢＴコンバータは、前記強制充電制御時において、前記中間電圧が所定値になるように前記蓄電池に供給する電力を調整する
電力変換システム。

【請求項2】

太陽電池の出力を受け取り、中間電路に直流電力を供給するＰＶコンバータと、
蓄電池と前記中間電路との間で双方向の電力変換を行うＢＴコンバータと、
前記中間電路の電圧である中間電圧を交流電圧に変換し、交流電流を系統電路に出力する連系動作を行うインバータと、
前記ＢＴコンバータ及び前記インバータを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記太陽電池の出力の大きさが閾値以下であれば、前記インバータの前記連系動作を停止し、前記中間電路を介して供給される前記直流電力を用いて前記ＢＴコンバータに前記蓄電池を充電させる強制充電制御を行い、
前記ＰＶコンバータは、少なくとも１つのＰＶスイッチング素子を備え、前記少なくとも１つのＰＶスイッチング素子がオン状態又はオフ状態を維持することで、前記太陽電池の発電電圧を前記中間電路に印加するＰＶ短絡動作を行い、
前記ＢＴコンバータは、少なくとも１つのＢＴスイッチング素子を備え、前記少なくとも１つのＢＴスイッチング素子がオン状態又はオフ状態を維持することで、前記中間電圧を前記蓄電池に印加するＢＴ短絡動作を行う
電力変換システム。

【請求項3】

前記ＰＶコンバータ及び前記ＢＴコンバータのそれぞれは、ハーフブリッジコンバータである
請求項２の電力変換システム。

【請求項4】

前記強制充電制御時において、
前記発電電圧が前記蓄電池の電池電圧より低ければ、前記ＰＶコンバータは、前記少なくとも１つのＰＶスイッチング素子をスイッチングさせる最大出力電力追従制御によって、前記太陽電池の出力を前記直流電力に変換し、前記ＢＴコンバータは、前記ＢＴ短絡動作を行い、
前記発電電圧が前記電池電圧より高ければ、前記ＰＶコンバータは、前記ＰＶ短絡動作を行い、前記ＢＴコンバータは、前記少なくとも１つのＢＴスイッチング素子をスイッチングさせる最大出力電力追従制御によって前記蓄電池を充電する
請求項２又は３の電力変換システム。

【請求項5】

前記閾値は、前記太陽電池の出力の大きさが前記閾値より大きければ前記連系動作が不安定にならない値である
請求項１乃至４のいずれか１つの電力変換システム。

【請求項6】

前記閾値は、０より大きく、かつ、前記太陽電池の出力の上限値の２５％以下の値である
請求項１乃至５のいずれか１つの電力変換システム。

【請求項7】

前記閾値は、前記太陽電池の出力の上限値の５％以上、かつ、前記上限値の２５％以下の値である
請求項１乃至６のいずれか１つの電力変換システム。

【請求項8】

前記閾値は、停止閾値、及び前記停止閾値より大きい起動閾値で構成され、
前記制御部は、
前記太陽電池の出力の大きさが前記停止閾値以下になれば、前記強制充電制御を開始し、
前記太陽電池の出力の大きさが前記起動閾値より大きくなれば、前記強制充電制御を停止する
請求項１乃至７のいずれか１つの電力変換システム。

【請求項9】

前記太陽電池の出力の大きさを測定する出力測定部を更に備える
請求項１乃至８のいずれか１つの電力変換システム。

【請求項10】

前記ＰＶコンバータ、前記ＢＴコンバータ、及び前記インバータの少なくとも１つは、窒化ガリウム又は炭化ケイ素を含む半導体を材料とする少なくとも１つのスイッチング素子を備える
請求項１乃至９のいずれか１つの電力変換システム。

【請求項11】

太陽電池の出力を受け取り、中間電路に直流電力を供給するＰＶコンバータに、前記中間電路を介して電気的に接続する電源装置であって、
蓄電池と前記中間電路との間で双方向の電力変換を行うＢＴコンバータと、
前記ＢＴコンバータを制御するＢＴ制御部と、を備え、
前記ＢＴ制御部は、前記太陽電池の出力の大きさが閾値以下であれば、前記中間電路を介して供給される前記直流電力を用いて前記ＢＴコンバータに前記蓄電池を充電させる強制充電制御を行い、
前記ＰＶコンバータは、最大出力電力追従制御によって前記太陽電池の出力を前記直流電力に変換し、
前記ＢＴコンバータは、前記強制充電制御時において、前記中間電路の電圧である中間電圧が所定値になるように前記蓄電池に供給する電力を調整する
電源装置。

【請求項12】

太陽電池の出力を受け取り、中間電路に直流電力を供給するＰＶコンバータに、前記中間電路を介して電気的に接続する電源装置であって、
蓄電池と前記中間電路との間で双方向の電力変換を行うＢＴコンバータと、
前記ＢＴコンバータを制御するＢＴ制御部と、を備え、
前記ＢＴ制御部は、前記太陽電池の出力の大きさが閾値以下であれば、前記中間電路を介して供給される前記直流電力を用いて前記ＢＴコンバータに前記蓄電池を充電させる強制充電制御を行い、
前記ＰＶコンバータは、少なくとも１つのＰＶスイッチング素子を備え、前記少なくとも１つのＰＶスイッチング素子がオン状態又はオフ状態を維持することで、前記太陽電池の発電電圧を前記中間電路に印加するＰＶ短絡動作を行い、
前記ＢＴコンバータは、少なくとも１つのＢＴスイッチング素子を備え、前記少なくとも１つのＢＴスイッチング素子がオン状態又はオフ状態を維持することで、前記中間電路の電圧である中間電圧を前記蓄電池に印加するＢＴ短絡動作を行う
電源装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電力変換システム、及び電源装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１の電力変換システムは、電力変換装置と、太陽光発電装置と、連系リレーと、蓄電池とを備える。電力変換装置は、第１のＤＣ／ＤＣコンバータと、第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、インバータと、制御部とを備える。

【0003】

第１のＤＣ／ＤＣコンバータは、太陽光発電装置から供給される第１のＤＣ電圧を、ＤＣリンク電圧に昇圧可能に構成されている。第２のＤＣ／ＤＣコンバータは、ＤＣリンク電圧を第２のＤＣ電圧に降圧して、蓄電池に供給可能に構成されている。インバータは、ＤＣリンク電圧をＡＣ電圧に変換し、ＡＣ電圧を系統に出力する。

【0004】

制御部は、電力変換装置全体を制御及び管理し、かつ連系リレーをオン、オフすることで、電力変換装置を系統と連系させるか、又は、系統から解列させるかを切り替える。例えば、充電モードでは、制御部は、電力変換装置を系統から解列して、太陽光発電装置が発電した電力を全て蓄電池に充電する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１５－１３３８７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

太陽光発電装置（太陽電池）の出力は、天候及び時刻などによって変動する。しかしながら、太陽光発電装置の出力が低過ぎると、電力変換装置（電力変換システム）の動作が不安定になって、電力変換装置は、太陽光発電装置の出力を有効に利用できなかった。

【0007】

そこで、本開示の目的は、太陽電池の出力が低いときでも、システムの動作を安定させて、太陽電池の出力を有効に利用できる電力変換システム、及び電源装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示の一態様に係る電力変換システムは、ＰＶコンバータと、ＢＴコンバータと、インバータと、制御部と、を備える。前記ＰＶコンバータは、太陽電池の出力を受け取り、中間電路に直流電力を供給する。前記ＢＴコンバータは、蓄電池と前記中間電路との間で双方向の電力変換を行う。前記インバータは、前記中間電路の電圧である中間電圧を交流電圧に変換し、交流電流を系統電路に出力する連系動作を行う。前記制御部は、前記ＢＴコンバータ及び前記インバータを制御する。前記制御部は、前記太陽電池の出力の大きさが閾値以下であれば、前記インバータの前記連系動作を停止し、前記中間電路を介して供給される前記直流電力を用いて前記ＢＴコンバータに前記蓄電池を充電させる強制充電制御を行う。前記ＰＶコンバータは、最大出力電力追従制御によって前記太陽電池の出力を前記直流電力に変換する。前記ＢＴコンバータは、前記強制充電制御時において、前記中間電圧が所定値になるように前記蓄電池に供給する電力を調整する。
本開示の一態様に係る電力変換システムは、ＰＶコンバータと、ＢＴコンバータと、インバータと、制御部と、を備える。前記ＰＶコンバータは、太陽電池の出力を受け取り、中間電路に直流電力を供給する。前記ＢＴコンバータは、蓄電池と前記中間電路との間で双方向の電力変換を行う。前記インバータは、前記中間電路の電圧である中間電圧を交流電圧に変換し、交流電流を系統電路に出力する連系動作を行う。前記制御部は、前記ＢＴコンバータ及び前記インバータを制御する。前記制御部は、前記太陽電池の出力の大きさが閾値以下であれば、前記インバータの前記連系動作を停止し、前記中間電路を介して供給される前記直流電力を用いて前記ＢＴコンバータに前記蓄電池を充電させる強制充電制御を行う。前記ＰＶコンバータは、少なくとも１つのＰＶスイッチング素子を備え、前記少なくとも１つのＰＶスイッチング素子がオン状態又はオフ状態を維持することで、前記太陽電池の発電電圧を前記中間電路に印加するＰＶ短絡動作を行う。前記ＢＴコンバータは、少なくとも１つのＢＴスイッチング素子を備え、前記少なくとも１つのＢＴスイッチング素子がオン状態又はオフ状態を維持することで、前記中間電圧を前記蓄電池に印加するＢＴ短絡動作を行う。

【0009】

本開示の一態様に係る電源装置は、太陽電池の出力を受け取り、中間電路に直流電力を供給するＰＶコンバータに、前記中間電路を介して電気的に接続する。前記電源装置は、蓄電池と前記中間電路との間で双方向の電力変換を行うＢＴコンバータと、前記ＢＴコンバータを制御するＢＴ制御部と、を備える。前記ＢＴ制御部は、前記太陽電池の出力の大きさが閾値以下であれば、前記中間電路を介して供給される前記直流電力を用いて前記ＢＴコンバータに前記蓄電池を充電させる強制充電制御を行う。前記ＰＶコンバータは、最大出力電力追従制御によって前記太陽電池の出力を前記直流電力に変換する。前記ＢＴコンバータは、前記強制充電制御時において、前記中間電路の電圧である中間電圧が所定値になるように前記蓄電池に供給する電力を調整する。
本開示の一態様に係る電源装置は、太陽電池の出力を受け取り、中間電路に直流電力を供給するＰＶコンバータに、前記中間電路を介して電気的に接続する。前記電源装置は、蓄電池と前記中間電路との間で双方向の電力変換を行うＢＴコンバータと、前記ＢＴコンバータを制御するＢＴ制御部と、を備える。前記ＢＴ制御部は、前記太陽電池の出力の大きさが閾値以下であれば、前記中間電路を介して供給される前記直流電力を用いて前記ＢＴコンバータに前記蓄電池を充電させる強制充電制御を行う。前記ＰＶコンバータは、少なくとも１つのＰＶスイッチング素子を備え、前記少なくとも１つのＰＶスイッチング素子がオン状態又はオフ状態を維持することで、前記太陽電池の発電電圧を前記中間電路に印加するＰＶ短絡動作を行う。前記ＢＴコンバータは、少なくとも１つのＢＴスイッチング素子を備え、前記少なくとも１つのＢＴスイッチング素子がオン状態又はオフ状態を維持することで、前記中間電路の電圧である中間電圧を前記蓄電池に印加するＢＴ短絡動作を行う。

【発明の効果】

【0010】

以上説明したように、本開示では、太陽電池の出力が低いときでも、システムの動作を安定させて、太陽電池の出力を有効に利用できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、実施形態に係る電力変換システムを備える電源システムを示すブロック図である。

【図2】図２は、同上の電力変換システムが備えるＰＶコンバータを示す回路図である。

【図3】図３は、同上の電力変換システムが備えるＢＴコンバータを示す回路図である。

【図4】図４は、同上の電力変換システムが備えるインバータを示す回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下の実施形態は、一般に、電力変換システム、及び電源装置に関する。より詳細には、太陽電池及び蓄電池と電気的に接続される電力変換システム、及び電源装置に関する。なお、以下の実施形態は、本開示の実施形態の一例にすぎない。本開示は、以下の実施形態に限定されず、本開示の効果を奏することができれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。

【0013】

実施形態の電力変換システム、及び電源装置は、主に、集合住宅、戸建住宅、オフィスビル、商業ビル、ホテル、工場、又は店舗などで用いられる。但し、実施形態の電力変換システム、及び電源装置は、上記以外の他の施設に用いられてもよい。

【0014】

（実施形態）
（１）電源システムの概要
図１は、本実施形態の電力変換システム２を備える電源システム１の構成を示す。

【0015】

電源システム１は、電力変換システム２、太陽電池３、及び蓄電池４を備える。電力変換システム２は、太陽電池３、及び蓄電池４に電気的に接続されている。さらに、電力変換システム２は、フィルタ２７及びスイッチ２８を介して系統電路５にも電気的に接続されている。

【0016】

電力変換システム２は、太陽電池３、蓄電池４、及び系統電路５の各間で授受される電力を制御する。例えば、電力変換システム２は、太陽電池３の出力（発電電力）を、蓄電池４に充電したり、系統電路５に逆潮流させたりする。また、電力変換システム２は、蓄電池４の放電電力を、系統電路５に逆潮流させる。

【0017】

太陽電池３は、受光した太陽光によって直流の発電電力を生成する太陽光パネルを有する。すなわち、太陽電池３の出力は、直流の発電電力である。

【0018】

蓄電池４は、充電及び放電が可能な二次電池であり、例えばリチウムイオン電池、ニッケル・水素電池、又は鉛蓄電池などを有する。

【0019】

系統電路５は、例えば公称電圧２００Ｖ又は１００Ｖ、周波数５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの商用電力系統の電路である。系統電路５には様々な電気負荷が接続されており、電気負荷は、系統電路５から供給される交流電力によって動作する。

【0020】

そして、電力変換システム２は、ＰＶ（Photovoltaics）コンバータ２１、ＢＴ（Battery）コンバータ２２、インバータ２３、制御部２４、及び中間電路２５を備える。ＰＶコンバータ２１、ＢＴコンバータ２２、インバータ２３は、共通の中間電路２５に電気的に接続している。ＰＶコンバータ２１は、太陽電池３の出力を直流電力に変換し、直流電力を中間電路２５に供給する。ＢＴコンバータ２２は、蓄電池４及び中間電路２５に電気的に接続し、蓄電池４と中間電路２５との間で双方向の電力変換を行う。インバータ２３は、中間電路２５の電圧である中間電圧Ｖｉを交流電圧に変換し、交流電流を系統電路５に出力する連系動作を行う。制御部２４は、ＢＴコンバータ２２及びインバータ２３を制御する。制御部２４は、太陽電池３の出力の大きさが閾値以下であれば、インバータ２３の連系動作を停止し、中間電路２５を介して供給される直流電力を用いてＢＴコンバータ２２に蓄電池４を充電させる強制充電制御を行う。

【0021】

また、電源装置ＰＳ２は、ＰＶコンバータ２１に中間電路２５を介して電気的に接続する電源装置である。ＰＶコンバータ２１は、太陽電池３の出力を直流電力に変換し、直流電力を中間電路２５に供給する。電源装置ＰＳ２は、ＢＴコンバータ２２と、ＢＴ制御部２４２と、を備える。ＢＴコンバータ２２は、蓄電池４及び中間電路２５に電気的に接続し、蓄電池４と中間電路２５との間で双方向の電力変換を行う。ＢＴ制御部２４２は、ＢＴコンバータ２２を制御する。ＢＴ制御部２４２は、太陽電池３の出力の大きさが閾値以下であれば、中間電路２５を介して供給される直流電力を用いてＢＴコンバータ２２に蓄電池４を充電させる強制充電制御を行う。

【0022】

上述の電力変換システム２及び電源装置ＰＳ２は、太陽電池３の出力が低いときでも、システムの動作を安定させて、太陽電池３の出力を有効に利用できる。

【0023】

（２）電力変換システムの構成
以下、電力変換システム２の構成について説明する。

【0024】

電力変換システム２は、電源装置ＰＳ１－ＰＳ３を備える。

【0025】

電源装置ＰＳ１は、ＰＶコンバータ２１、及びＰＶ制御部２４１を備える。電源装置ＰＳ２は、ＢＴコンバータ２２、及びＢＴ制御部２４２を備える。電源装置ＰＳ３は、インバータ２３、及びＩＮＶ（Inverter）制御部２４３を備える。ＰＶ制御部２４１、ＢＴ制御部２４２、及びＩＮＶ制御部２４３は、制御部２４を構成する。ＰＶ制御部２４１、ＢＴ制御部２４２、及びＩＮＶ制御部２４３は、無線経路又は有線経路を介して互いに信号を授受可能に構成されており、ＰＶコンバータ２１、ＢＴコンバータ２２、及びインバータ２３の各動作を連携させることができる。また、電力変換システム２は、中間電路２５、コンデンサ２６、フィルタ２７、スイッチ２８、及び出力測定部２９を更に備えることが好ましい。

【0026】

（２．１）中間電路
中間電路２５は、一対の導体を備えており、ＰＶコンバータ２１、ＢＴコンバータ２２、及びインバータ２３に電気的に接続している。すなわち、ＰＶコンバータ２１、ＢＴコンバータ２２、及びインバータ２３は、共通の中間電路２５に電気的に接続している。

【0027】

中間電路２５の一対の導体間にはコンデンサ２６が接続されている。コンデンサ２６は、中間電路２５に印加された直流電圧を平滑する。この場合、中間電路２５の電圧である中間電圧Ｖｉは、コンデンサ２６の両端電圧（中間電路２５の一対の導体間の電圧）となる。

【0028】

（２．２）ＰＶコンバータ
ＰＶコンバータ２１の入力端は太陽電池３に電気的に接続し、ＰＶコンバータ２１の出力端は中間電路２５に電気的に接続している。そして、ＰＶコンバータ２１は、太陽電池３の出力を直流電力に変換し、直流電力を中間電路２５に供給する。

【0029】

具体的に、本実施形態のＰＶコンバータ２１は昇圧チョッパ回路を含む。そして、ＰＶコンバータ２１は、太陽電池３が出力する直流の発電電圧Ｖｇを昇圧し、直流の昇圧電圧を中間電路２５に印加する。ＰＶコンバータ２１の昇圧電圧によって中間電路２５に発生する中間電圧Ｖｉは、系統電路５の公称電圧が２００Ｖであれば、２８３Ｖ以上になる。また、ＰＶコンバータ２１が昇圧動作を停止すると、ＰＶコンバータ２１の入力端と出力端との間が電気的に短絡されて、ＰＶコンバータ２１は、発電電圧Ｖｇを中間電路２５に印加するＰＶ短絡動作を行う。

【0030】

図２は、本実施形態のＰＶコンバータ２１の回路構成を示す。ＰＶコンバータ２１は、ＰＶスイッチング素子２１ａ、２１ｂ、ダイオード２１ｃ、２１ｄ、インダクタ２１ｅ、及びフィルタ２１ｆを備える。

【0031】

フィルタ２１ｆは、ＰＶコンバータ２１の入力段に設けられており、太陽電池３の出力に含まれるノイズ成分を減衰させる。例えば、フィルタ２１ｆは、コンデンサ２１ｇ、２１ｈ、及びコモンモードチョークコイル２１ｉを備える。コモンモードチョークコイル２１ｉは、太陽電池３の出力端に直列接続されて、コモンモードノイズを減衰させる。コンデンサ２１ｇは、太陽電池３の出力端間に接続されて、Ｘコンデンサとして機能し、ノーマルモードノイズを減衰させる。コンデンサ２１ｈは、コモンモードチョークコイル２１ｉを介してコンデンサ２１ｇに並列接続されており、Ｘコンデンサとして機能してノーマルモードノイズを減衰させる。

【0032】

インダクタ２１ｅは、フィルタ２１ｆを介して太陽電池３の正極に直列接続されている。なお、インダクタ２１ｅは、フィルタ２１ｆを介して太陽電池３の負極に直列接続されてもよい。また、インダクタ２１ｅは、１つのインダクタで構成されてもよいし、２つ以上のインダクタで構成されてもよい。また、ＰＶコンバータ２１は、フィルタ２１ｆを介して太陽電池３の正極及び負極にそれぞれ直列接続されている２つ以上のインダクタを備えていてもよい。また、太陽電池３に対するインダクタ２１ｅの接続形態は、特定の接続形態に限定されない。

【0033】

ＰＶスイッチング素子２１ａ、２１ｂのそれぞれは、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。ＰＶスイッチング素子２１ａのコレクタは、インダクタ２１ｅ及びフィルタ２１ｆを介して、太陽電池３の正極に電気的に接続している。ＰＶスイッチング素子２１ａのエミッタは、ＰＶスイッチング素子２１ｂのコレクタに電気的に接続している。ＰＶスイッチング素子２１ｂのエミッタは、フィルタ２１ｆを介して、太陽電池３の負極に電気的に接続している。すなわち、ＰＶコンバータ２１は、ＰＶスイッチング素子２１ａ、２１ｂの直列回路を有するハーフブリッジコンバータであり、ＰＶスイッチング素子２１ａがハイサイド側のスイッチング素子となり、ＰＶスイッチング素子２１ｂがローサイド側のスイッチング素子となる。

【0034】

ＰＶスイッチング素子２１ａ、２１ｂの各ゲートはＰＶ制御部２４１に電気的に接続している。ＰＶ制御部２４１は、ＰＶスイッチング素子２１ａ、２１ｂの各ゲートに印加するゲート信号を出力して、ＰＶスイッチング素子２１ａ、２１ｂのそれぞれをオンオフ駆動するスイッチング制御を行う。

【0035】

ダイオード２１ｃは、ＰＶスイッチング素子２１ａに逆並列接続されている。すなわち、ダイオード２１ｃのアノードはＰＶスイッチング素子２１ａのエミッタに電気的に接続し、ダイオード２１ｃのカソードはＰＶスイッチング素子２１ａのコレクタに電気的に接続している。

【0036】

ダイオード２１ｄは、ＰＶスイッチング素子２１ｂに逆並列接続されている。すなわち、ダイオード２１ｄのアノードはＰＶスイッチング素子２１ｂのエミッタに電気的に接続し、ダイオード２１ｄのカソードはＰＶスイッチング素子２１ｂのコレクタに電気的に接続している。

【0037】

そして、ＰＶ制御部２４１は、ＰＶスイッチング素子２１ａ、２１ｂのそれぞれを交互にオン（オフ）することで、ＰＶコンバータ２１に昇圧動作を行わせる。昇圧動作を行うＰＶコンバータ２１では、ＰＶスイッチング素子２１ａ、２１ｂのそれぞれが交互にオン（オフ）するスイッチング動作を行うことで、太陽電池３の発電電圧Ｖｇを昇圧し、直流の昇圧電圧を中間電路２５に印加する。

【0038】

ＰＶ制御部２４１は、太陽電池３の発電電圧Ｖｇを直流の昇圧電圧に変換する際、最大出力電力追従制御（MPPT：Maximum Power Point Tracking）を行う。すなわち、ＰＶ制御部２４１は、動作点が最大電力点になるように、ＰＶコンバータ２１の昇圧動作を制御する。

【0039】

また、ＰＶ制御部２４１は、ＰＶスイッチング素子２１ａ、２１ｂのそれぞれをオフ状態に維持することで、ＰＶコンバータ２１の昇圧動作を停止する。昇圧動作を停止したＰＶコンバータ２１では、太陽電池３の発電電圧Ｖｇによってダイオード２１ｃが導通する。この結果、ＰＶコンバータ２１の入力端と出力端との間が電気的に短絡されて、ＰＶコンバータ２１は、発電電圧Ｖｇを中間電路２５に印加するＰＶ短絡動作を行う。

【0040】

（２．３）ＢＴコンバータ
ＢＴコンバータ２２の第１入出力端は蓄電池４に電気的に接続し、ＢＴコンバータ２２の第２入出力端は中間電路２５に電気的に接続している。そして、ＢＴコンバータ２２は、蓄電池４の放電電力から、中間電路２５に供給する直流電力を生成する。また、ＢＴコンバータ２２は、中間電路２５から直流電力を供給されて、蓄電池４を充電する充電電力を生成する。すなわち、ＢＴコンバータ２２は、蓄電池４と中間電路２５との間で双方向の電力変換を行う。

【0041】

具体的に、本実施形態のＢＴコンバータ２２はチョッパ回路を含む。そして、ＢＴコンバータ２２は、蓄電池４の直流の電池電圧Ｖｂを昇圧し、直流の昇圧電圧を中間電路２５に印加する。また、ＢＴコンバータ２２は、中間電圧Ｖｉを降圧し、直流の降圧電圧を蓄電池４に印加することで、蓄電池４に充電電流を供給する。また、ＢＴコンバータ２２は、中間電圧Ｖｉを蓄電池４に印加するＢＴ短絡動作を行うことも可能である。

【0042】

図３は、本実施形態のＢＴコンバータ２２の回路構成を示す。ＢＴコンバータ２２は、ＢＴスイッチング素子２２ａ、２２ｂ、ダイオード２２ｃ、２２ｄ、インダクタ２２ｅ、及びフィルタ２２ｆを備える。

【0043】

フィルタ２２ｆは、蓄電池４の充電電流及び放電電流に含まれるノイズ成分を減衰させる。例えば、フィルタ２２ｆは、コンデンサ２２ｇ、２２ｈ、及びコモンモードチョークコイル２２ｉを備える。コモンモードチョークコイル２２ｉは、蓄電池４に直列接続されて、コモンモードノイズを減衰させる。コンデンサ２２ｇは、蓄電池４の正極と負極との間に電気的に接続されて、Ｘコンデンサとして機能し、ノーマルモードノイズを減衰させる。コンデンサ２２ｈは、コモンモードチョークコイル２２ｉを介してコンデンサ２２ｇに並列接続されており、Ｘコンデンサとして機能してノーマルモードノイズを減衰させる。

【0044】

インダクタ２２ｅは、フィルタ２２ｆを介して蓄電池４の正極に直列接続されている。なお、インダクタ２２ｅは、フィルタ２２ｆを介して蓄電池４の負極に直列接続されてもよい。また、インダクタ２２ｅは、１つのインダクタで構成されてもよいし、２つ以上のインダクタで構成されてもよい。また、ＢＴコンバータ２２は、フィルタ２２ｆを介して蓄電池４の正極及び負極にそれぞれ直列接続されている２つ以上のインダクタを備えていてもよい。また、蓄電池４に対するインダクタ２２ｅの接続形態は、特定の接続形態に限定されない。

【0045】

ＢＴスイッチング素子２２ａ、２２ｂのそれぞれは、例えばＩＧＢＴである。ＢＴスイッチング素子２２ａのコレクタは、インダクタ２２ｅ及びフィルタ２２ｆを介して、蓄電池４の正極に電気的に接続している。ＢＴスイッチング素子２２ａのエミッタは、ＢＴスイッチング素子２２ｂのコレクタに電気的に接続している。ＢＴスイッチング素子２２ｂのエミッタは、フィルタ２２ｆを介して、蓄電池４の負極に電気的に接続している。すなわち、ＢＴコンバータ２２は、ＢＴスイッチング素子２２ａ、２２ｂの直列回路を有するハーフブリッジコンバータであり、ＢＴスイッチング素子２２ａがハイサイド側のスイッチング素子となり、ＢＴスイッチング素子２２ｂがローサイド側のスイッチング素子となる。

【0046】

ＢＴスイッチング素子２２ａ、２２ｂの各ゲートはＢＴ制御部２４２に電気的に接続している。ＢＴ制御部２４２は、ＢＴスイッチング素子２２ａ、２２ｂの各ゲートに印加するゲート信号を出力して、ＢＴスイッチング素子２２ａ、２２ｂのそれぞれをオンオフ駆動するスイッチング制御を行う。

【0047】

ダイオード２２ｃは、ＢＴスイッチング素子２２ａに逆並列接続されている。すなわち、ダイオード２２ｃのアノードはＢＴスイッチング素子２２ａのエミッタに電気的に接続し、ダイオード２２ｃのカソードはＢＴスイッチング素子２２ａのコレクタに電気的に接続している。

【0048】

ダイオード２２ｄは、ＢＴスイッチング素子２２ｂに逆並列接続されている。すなわち、ダイオード２２ｄのアノードはＢＴスイッチング素子２２ｂのエミッタに電気的に接続し、ダイオード２２ｄのカソードはＢＴスイッチング素子２２ｂのコレクタに電気的に接続している。

【0049】

そして、ＢＴ制御部２４２は、ＢＴスイッチング素子２２ａ、２２ｂのそれぞれを交互にオン（オフ）することで、ＢＴコンバータ２２に昇圧動作又は降圧動作を行わせる。

【0050】

昇圧動作を行うＢＴコンバータ２２では、ＢＴスイッチング素子２２ａ、２２ｂのそれぞれを交互にオン（オフ）するスイッチング動作を行うことで、蓄電池４の電池電圧Ｖｂを昇圧し、直流の昇圧電圧を中間電路２５に印加する。ＢＴコンバータ２２の昇圧動作によって中間電路２５に発生する中間電圧Ｖｉは、系統電路５の公称電圧が２００Ｖであれば、２８３Ｖ以上になる。

【0051】

降圧動作を行うＢＴコンバータ２２では、ＢＴスイッチング素子２２ａ、２２ｂのそれぞれが交互にオン（オフ）するスイッチング動作を行うことで、中間電圧Ｖｉを降圧し、直流の充電電圧を蓄電池４に印加する。

【0052】

また、ＢＴ制御部２４２は、ＢＴスイッチング素子２２ａをオン状態に維持し、ＢＴスイッチング素子２２ｂをオフ状態に維持することで、中間電圧Ｖｉを蓄電池４に印加するＢＴ短絡動作を行う。ＢＴ短絡動作を行っているＢＴコンバータ２２では、中間電圧ＶｉがＢＴスイッチング素子２２ａを介して蓄電池４に印加される。

【0053】

（２．４）インバータ
インバータ２３は、中間電圧Ｖｉを交流電圧に変換し、フィルタ２７及びスイッチ２８を介して系統電路５に交流電力を逆潮流させる連系動作を行う。インバータ２３は、連系動作を行うことによって、インバータ２３が出力する交流電力を、商用電源から系統電路５に供給されている系統電力に協調させる。

【0054】

図４は、本実施形態のインバータ２３の回路構成を示す。インバータ２３は、スイッチング素子２３ａ－２３ｄ、ダイオード２３ｅ－２３ｈ、インダクタ２３ｉ、２３ｊ、及びコンデンサ２３ｋを備える。

【0055】

４個のスイッチング素子２３ａ－２３ｄはフルブリッジ接続されている。具体的に、スイッチング素子２３ａ、２３ｂの直列回路とスイッチング素子２３ｃ、２３ｄの直列回路とが並列接続されている。スイッチング素子２３ａ、２３ｂの直列回路及びスイッチング素子２３ｃ、２３ｄの直列回路のそれぞれは、中間電路２５のコンデンサ２６に並列接続されている。なお、スイッチング素子２３ａ、２３ｂのうち、スイッチング素子２３ａがハイサイド側のスイッチング素子であり、スイッチング素子２３ｂがローサイド側のスイッチング素子である。スイッチング素子２３ｃ、２３ｄのうち、スイッチング素子２３ｃがハイサイド側のスイッチング素子であり、スイッチング素子２３ｄがローサイド側のスイッチング素子である。

【0056】

４個のダイオード２３ｅ－２３ｈは、スイッチング素子２３ａ－２３ｄにそれぞれ逆並列接続されている。

【0057】

インダクタ２３ｉの一端は、スイッチング素子２３ａ、２３ｂの接続点に電気的に接続されている。インダクタ２３ｊの一端は、スイッチング素子２３ｃ、２３ｄの接続点に電気的に接続されている。コンデンサ２３ｋの両端は、インダクタ２３ｉ、２３ｊの各他端に電気的に接続されている。すなわち、インダクタ２３ｉ、２３ｊ、及びコンデンサ２３ｋは、インバータ２３の出力に含まれるノイズ成分を減衰させるフィルタとして機能する。

【0058】

スイッチング素子２３ａ－２３ｄの各ゲートはＩＮＶ制御部２４３に電気的に接続している。ＩＮＶ制御部２４３は、スイッチング素子２３ａ－２３ｄの各ゲートに印加するゲート信号を出力して、スイッチング素子２３ａ－２３ｄのそれぞれをオンオフ駆動するスイッチング制御を行う。そして、ＩＮＶ制御部２４３は、スイッチング素子２３ａ、２３ｄの組とスイッチング素子２３ｂ、２３ｃの組とを交互にオン（オフ）することで、インバータ２３に中間電圧Ｖｉを交流電圧に変換するＤＣ／ＡＣ変換を行わせる。インバータ２３が出力する交流電力は、フィルタ２７及びスイッチ２８を介して系統電路５に供給される。

【0059】

フィルタ２７は、インバータ２３の出力に含まれるノイズ成分を減衰させる。例えば、フィルタ２７は、コンデンサ２７ａ、２７ｂ、及びコモンモードチョークコイル２７ｃを備える。コモンモードチョークコイル２７ｃは、インバータ２３の出力端に直列接続されて、コモンモードノイズを減衰させる。コンデンサ２７ａは、インバータ２３の出力端間に接続されて、Ｘコンデンサとして機能し、ノーマルモードノイズを減衰させる。コンデンサ２７ｂは、コモンモードチョークコイル２７ｃを介してコンデンサ２７ａに並列接続されており、Ｘコンデンサとして機能してノーマルモードノイズを減衰させる。

【0060】

スイッチ２８は、フィルタ２７と系統電路５との間の電路に設けられている。そして、スイッチ２８がオンすると、フィルタ２７と系統電路５との間の電路が導通する。スイッチ２８がオフすると、フィルタ２７と系統電路５との間の電路が遮断される。なお、図４において、スイッチ２８は両切構成であるが、片切構成であってもよい。

【0061】

（２．５）制御部
制御部２４は、ＰＶコンバータ２１、ＢＴコンバータ２２、及びインバータ２３を制御する機能を有する。本実施形態の制御部２４は、ＰＶ制御部２４１、ＢＴ制御部２４２、及びＩＮＶ制御部２４３を備える。ＰＶ制御部２４１はＰＶコンバータ２１を制御し、ＢＴ制御部２４２はＢＴコンバータ２２を制御し、ＩＮＶ制御部２４３はインバータ２３を制御する。

【0062】

電源装置ＰＳ１－ＰＳ３のそれぞれは、コンピュータを備えている。各コンピュータがそれぞれのプログラムを実行することによって、ＰＶ制御部２４１、ＢＴ制御部２４２、及びＩＮＶ制御部２４３のそれぞれの一部又は全部の機能が実現される。コンピュータは、プログラムに従って動作するプロセッサを主なハードウェア構成として備える。プロセッサは、プログラムを実行することによって機能を実現することができれば、その種類は問わない。プロセッサは、半導体集積回路（Integrated Circuit）、又はＬＳＩ（Large Scale Integration）を含む一つ又は複数の電子回路で構成される。ここでは、ＩＣやＬＳＩと呼んでいるが、集積の度合いによって呼び方が変わり、システムＬＳＩ、ＶＬＳＩ（Very Large Scale Integration）若しくはＵＬＳＩ（Ultra Large Scale Integration）と呼ばれるものであってもよい。ＬＳＩの製造後にプログラムされる、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、又はＬＳＩ内部の接合関係の再構成又はＬＳＩ内部の回路区画のセットアップができる再構成可能な論理デバイスも同じ目的で使うことができる。複数の電子回路は、一つのチップに集積されてもよいし、複数のチップに設けられてもよい。複数のチップは一つの装置に集約されていてもよいし、複数の装置に備えられていてもよい。プログラムは、コンピュータが読み取り可能なＲＯＭ、光ディスク、ハードディスクドライブなどの非一時的記録媒体に記録される。プログラムは、記録媒体に予め格納されていてもよいし、インターネット等を含む広域通信網を介して記録媒体に供給されていてもよい。

【0063】

（２．６）出力測定部
出力測定部２９は、太陽電池３の出力の大きさ（出力値）を測定する機能を有する。出力測定部２９は、測定した太陽電池３の出力値のデータを、ＰＶ制御部２４１、ＢＴ制御部２４２、及びＩＮＶ制御部２４３に送信する。

【0064】

具体的に、出力測定部２９は、ＰＶ制御部２４１が行うＭＰＰＴの結果又は過程を監視することで、太陽電池３の出力値として発電電力値を測定する。そして、出力測定部２９は、発電電力値のデータを、ＰＶ制御部２４１、ＢＴ制御部２４２、及びＩＮＶ制御部２４３に送信する。この場合、出力測定部２９の一部又は全部の機能は、電源装置ＰＳ１が有するコンピュータがプログラムを実行することによって実現されることが好ましい。

【0065】

あるいは、出力測定部２９は、太陽電池３の発電電圧Ｖｇ及び発電電流を検出することで、発電電力値を測定してもよい。

【0066】

（３）電力変換システムの動作
以下、電力変換システム２の動作について説明する。

【0067】

出力測定部２９は、太陽電池３の発電電力値を測定する。そして、出力測定部２９は、発電電力値のデータを、ＰＶ制御部２４１、ＢＴ制御部２４２、及びＩＮＶ制御部２４３に送信する。したがって、ＰＶ制御部２４１、ＢＴ制御部２４２、及びＩＮＶ制御部２４３は、発電電力値のデータを取得することで、太陽電池３の発電電力値を監視できる。

【0068】

そして、ＰＶ制御部２４１、ＢＴ制御部２４２、及びＩＮＶ制御部２４３は、太陽電池３の発電電力値を予め決められた閾値と比較する。ＰＶ制御部２４１、ＢＴ制御部２４２、及びＩＮＶ制御部２４３は、発電電力値が閾値以上、又は０（ゼロ）であれば、それぞれの動作モードを通常モードとする。ＰＶ制御部２４１、ＢＴ制御部２４２、及びＩＮＶ制御部２４３は、発電電力値が０より大きく、かつ、閾値未満であれば、それぞれの動作モードを強制充電モードとする。すなわち、制御部２４は、発電電力値と閾値との比較結果に応じて、制御部２４の動作モードを通常モードと強制充電モードとのいずれかに切り替える。例えば、明け方及び夕方に比べて日射量が多い昼間、及び夜間などに、動作モードは通常モードに設定される。また、昼間に比べて日射量が少ない明け方及び夕方、並びに雨天時及び曇天時の昼間などに、動作モードは強制充電モードに設定される。

【0069】

閾値は、太陽電池３の出力の大きさが閾値より大きければインバータ２３の連系動作が不安定にならない値である、ことが好ましい。インバータ２３は、入力が小さ過ぎるときにＤＣ／ＡＣ変換を行うと、ＤＣ／ＡＣ変換動作が不安定になりやすくなる。そこで、閾値を上述のように設定することで、太陽電池３の発電電力値が閾値より大きければ、インバータ２３が安定してＤＣ／ＡＣ変換を行うことができる。

【0070】

具体的に、閾値は、０より大きく、かつ、太陽電池３の出力の上限値の２５％以下の値であることが好ましい。さらには、閾値は、太陽電池３の出力の上限値の５％以上、かつ、上限値の２５％以下の値であることが好ましい。

【0071】

（３．１）通常モード
通常モードで動作するＰＶ制御部２４１は、太陽電池３の発電量、蓄電池４の充電レベル、及び系統電路５における電力の需要と供給のバランスなどに応じて、ＰＶコンバータ２１の昇圧動作を制御する。例えば、ＰＶ制御部２４１は、必要に応じて、ＭＰＰＴによってＰＶコンバータ２１の昇圧動作を制御したり、最大電力点より出力が低くなる動作点でＰＶコンバータ２１の昇圧動作を制御したりする。

【0072】

通常モードで動作するＢＴ制御部２４２は、太陽電池３の発電量、蓄電池４の充電レベル、及び系統電路５における電力の需要と供給のバランスなどに応じて、ＢＴコンバータ２２による蓄電池４の充電制御及び放電制御を行う。

【0073】

通常モードで動作するＩＮＶ制御部２４３は、太陽電池３の発電量、蓄電池４の充電レベル、及び系統電路５における電力の需要と供給のバランスなどに応じて、インバータ２３による逆潮流制御を行う。

【0074】

（３．２）強制充電モード
強制充電モードで動作するＰＶ制御部２４１、ＢＴ制御部２４２、及びＩＮＶ制御部２４３は、以下の強制充電制御を行う。

【0075】

まず、強制充電制御時には、ＩＮＶ制御部２４３又は図示しないスイッチ制御部が、スイッチ２８をオフすることで、インバータ２３（電力変換システム２）を系統電路５から解列させる。

【0076】

強制充電モードで動作するＰＶ制御部２４１は、ＭＰＰＴによってＰＶコンバータ２１の昇圧動作を制御する強制充電制御を行う。

【0077】

強制充電モードで動作するＩＮＶ制御部２４３は、インバータ２３を停止させる強制充電制御を行う。具体的に、ＩＮＶ制御部２４３は、インバータ２３のスイッチング素子２３ａ－２３ｄのそれぞれをオフ状態に維持し、ＤＣ／ＡＣ変換を停止させる。

【0078】

強制充電モードで動作するＢＴ制御部２４２は、中間電路２５を介して供給される直流電力を用いてＢＴコンバータ２２に蓄電池４を充電させる強制充電制御を行う。強制充電モードではインバータ２３が停止しているので、ＢＴコンバータ２２は、太陽電池３の発電電力の全てを用いて、蓄電池４を充電する。

【0079】

具体的に、強制充電制御を行うＢＴ制御部２４２は、中間電圧Ｖｉが所定値になるように、ＢＴコンバータ２２が蓄電池４に供給する電力を調整する。すなわち、ＢＴコンバータ２２は、入力である中間電圧Ｖｉを定電圧制御しながら、中間電圧Ｖｉを降圧して直流の降圧電圧を生成し、直流の降圧電圧を蓄電池４に印加することで、蓄電池４に充電電流を供給する。例えば、系統電路５の公称電圧が２００Ｖであれば、中間電圧Ｖｉが２８３Ｖ以上の一定値になるように、蓄電池４の充電電流を調整する。このように、強制充電モードの充電制御時において蓄電池４を充電するときに、中間電圧Ｖｉは一定値に維持される。この結果、強制充電モードから通常モードに戻って、インバータ２３が連系動作を開始したときでも、迅速に、インバータ２３が出力する交流電力を系統電路５の系統電力に協調させることができる。

【0080】

インバータ２３は、入力が小さ過ぎるときにＤＣ／ＡＣ変換を行うと、インバータ２３の動作が不安定になりやすくなる。そこで、ＩＮＶ制御部２４３は、発電電力値が０より大きく、かつ、閾値未満となる強制充電モードでは、インバータ２３を停止させる。したがって、発電電力が小さいときでも、インバータ２３の動作が不安定になることを回避できる。また、ＢＴコンバータ２２は、太陽電池３の発電電力の全てを用いて、蓄電池４を充電する。したがって、発電電力が小さいときでも、発電電力を有効に利用できる。

【0081】

すなわち、電力変換システム２は、太陽電池３の出力が低いときでも、システムの動作を安定させて、太陽電池３の出力を有効に利用できる。

【0082】

（４）第１変形例
制御部２４（ＰＶ制御部２４１、ＢＴ制御部２４２、及びＩＮＶ制御部２４３）による発電電力値と閾値との比較処理は、ヒステリシス特性を有することが好ましい。この場合、閾値は、停止閾値及び起動閾値で構成される。起動閾値は、停止閾値より大きい値である。そして、制御部２４は、通常モードで動作しているときに発電電力値が停止閾値以下になれば、通常モードから強制充電モードに移行して、強制充電制御を行う。制御部２４は、強制充電モードで動作しているときに発電電力値が停止閾値より大きくなれば、強制充電モードから通常モードに移行して、通常制御を行う。すなわち、制御部２４は、太陽電池３の出力の大きさが停止閾値以下になれば、強制充電制御を開始し、太陽電池３の出力の大きさが起動閾値より大きくなれば、強制充電制御を停止する。起動閾値と停止閾値との差分であるヒステリシス幅は、太陽電池３の出力の上限値の２－３％程度であることが好ましい。

【0083】

本変形例では、電力変換システム２は、強制充電制御の開始、停止のチャタリングの発生を抑えることができる。

【0084】

（５）第２変形例
強制充電モードで動作する制御部２４（ＰＶ制御部２４１、ＢＴ制御部２４２、及びＩＮＶ制御部２４３）は、以下の強制充電制御を行ってもよい。

【0085】

強制充電モードで動作するＩＮＶ制御部２４３は、インバータ２３を停止させる強制充電制御を行う。

【0086】

強制充電モードで動作するＰＶ制御部２４１及びＢＴ制御部２４２は、発電電圧Ｖｇと電池電圧Ｖｂとの大小関係に応じて、強制充電制御の内容を切り替える。

【0087】

具体的に、発電電圧Ｖｇが電池電圧Ｖｂ未満であれば、ＰＶコンバータ２１は、発電電圧Ｖｇを入力として、ＰＶスイッチング素子２１ａ、２１ｂをスイッチングさせるＭＰＰＴによって太陽電池３の発電電圧Ｖｇを昇圧して中間電路２５に出力する。そして、ＢＴコンバータ２２は、中間電圧Ｖｉを蓄電池４に印加するＢＴ短絡動作を行うことで、蓄電池４に充電電流を供給する。

【0088】

また、発電電圧Ｖｇが電池電圧Ｖｂ以上であれば、ＰＶコンバータ２１は、発電電圧Ｖｇを中間電路２５に印加するＰＶ短絡動作を行う。そして、ＢＴコンバータ２２は、中間電圧Ｖｉを入力として、ＢＴスイッチング素子２２ａ、２２ｂをスイッチングさせるＭＰＰＴによって、中間電圧Ｖｉを降圧した降圧電圧を蓄電池４に印加することで、蓄電池４に充電電流を供給する。

【0089】

上述のように、本変形例の制御部２４は、発電電圧Ｖｇと電池電圧Ｖｂとの大小関係に応じて、強制充電制御の内容を切り替える。この結果、電力変換システム２は、強制充電制御の電力変換効率を向上させることができる。

【0090】

（６）第３変形例
ＰＶコンバータ２１のＰＶスイッチング素子２１ａ、２１ｂ、ＢＴコンバータ２２のＢＴスイッチング素子２２ａ、２２ｂ、及びインバータ２３のＩＮＶスイッチング素子２１ａ－２１ｄは、窒化ガリウム（ＧａＮ）又は炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含む半導体を材料とするスイッチング素子であることが好ましい。

【0091】

ＧａＮ又はＳｉＣを含む半導体を材料とするスイッチング素子は、所謂ワイドバンドギャップデバイスであり、ワイドバンドギャップデバイスを用いることでスイッチング周波数の高周波化、スイッチングによる電力損失の低減を図ることができる。

【0092】

ＳｉＣを含む半導体を材料とするスイッチング素子は寄生ダイオードを有するＦＥＴとして構成される。この場合、ＦＥＴの寄生ダイオードをダイオード２１ｃ、２１ｄ、２２ｃ、２２ｄ、２３ｅ～２３ｈとして用いることができる。

【0093】

ＧａＮを含む半導体を材料とするスイッチング素子は寄生ダイオードを備えていない。そこで、逆並列ダイオードをスイッチング素子と別付けする代わりに、スイッチング素子を逆導通モードで動作させてもよい。この場合、ダイオード２１ｃ、２１ｄ、２２ｃ、２２ｄ、２３ｅ～２３ｈを省略できる。

【0094】

（７）第４変形例
図２のＰＶコンバータ２１において、スイッチング素子２１ａは必須の構成ではなく、省略可能である。

【0095】

また、ＰＶコンバータ２１は、少なくとも１つのＰＶスイッチング素子を備える構成であれば、具体的な回路構成はハーフブリッジ回路に限定されない。また、ＰＶコンバータ２１は、少なくとも１つのＰＶスイッチング素子がオン状態又はオフ状態を維持することで、太陽電池３の発電電圧Ｖｇを中間電路２５に印加するＰＶ短絡動作を行う構成であればよい。

【0096】

ＢＴコンバータ２２は、少なくとも１つのＢＴスイッチング素子を備える構成であれば、具体的な回路構成はハーフブリッジコンバータに限定されない。また、ＢＴコンバータ２２は、少なくとも１つのＢＴスイッチング素子がオン状態又はオフ状態を維持することで、中間電圧Ｖｉを蓄電池４に印加するＢＴ短絡動作を行う構成であればよい。

【0097】

また、ＰＶスイッチング素子２１ａ、２１ｂ、ＢＴスイッチング素子２２ａ、２２ｂ、及びスイッチング素子２３ａ－２３ｄは、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）であってもよい。この場合、ダイオード２１ｃ、２１ｄ、２２ｃ、２２ｄ、２３ｅ－２３ｈとして、ＦＥＴの寄生ダイオードを用いることができる。

【0098】

また、制御部２４は、電源装置ＰＳ１－ＰＳ３と別体に設けられて、ＰＶコンバータ２１、ＢＴコンバータ２２、及びインバータ２３を集中制御する構成であってもよい。この場合、ＰＶ制御部２４１、ＢＴ制御部２４２、及びＩＮＶ制御部２４３の機能は、１つのコンピュータがプログラムを実行することによって実現されてもよい。

【0099】

また、電力変換システム２は、系統電路５から供給された電力を蓄電池４に充電する構成を備えていてもよい。このとき、インバータ２３は、双方向の電力変換を行うことが好ましい。

【0100】

（８）まとめ
実施形態に係る第１の態様の電力変換システム（２）は、ＰＶコンバータ（２１）と、ＢＴコンバータ（２２）と、インバータ（２３）と、制御部（２４）と、を備える。ＰＶコンバータ（２１）は、太陽電池（３）の出力を受け取り、中間電路（２５）に直流電力を供給する。ＢＴコンバータ（２２）は、蓄電池（４）と中間電路（２５）との間で双方向の電力変換を行う。インバータ（２３）は、中間電路（２５）の電圧である中間電圧（Ｖｉ）を交流電圧に変換し、交流電流を系統電路（５）に出力する連系動作を行う。制御部（２４）は、ＢＴコンバータ（２２）及びインバータ（２３）を制御する。制御部（２４）は、太陽電池（３）の出力の大きさが閾値以下であれば、インバータ（２３）の連系動作を停止し、中間電路（２５）を介して供給される直流電力を用いてＢＴコンバータ（２２）に蓄電池（４）を充電させる強制充電制御を行う。

【0101】

上述の電力変換システム（２）は、太陽電池（３）の出力が低いときでも、システムの動作を安定させて、太陽電池（３）の出力を有効に利用できる。

【0102】

実施形態に係る第２の態様の電力変換システム（２）では、第１の態様において、閾値は、太陽電池（３）の出力の大きさが閾値より大きければ連系動作が不安定にならない値であることが好ましい。

【0103】

上述の電力変換システム（２）は、システムの動作を安定させることができる。

【0104】

実施形態に係る第３の態様の電力変換システム（２）では、第１又は第２の態様において、閾値は、０より大きく、かつ、太陽電池（３）の出力の上限値の２５％以下の値であることが好ましい。

【0105】

上述の電力変換システム（２）は、システムの動作をより確実に安定させることができる。

【0106】

実施形態に係る第４の態様の電力変換システム（２）では、第１乃至第３の態様のいずれか１つにおいて、閾値は、太陽電池（３）の出力の上限値の５％以上、かつ、上限値の２５％以下の値であることが好ましい。

【0107】

上述の電力変換システム（２）は、システムの動作をより確実に安定させることができる。

【0108】

実施形態に係る第５の態様の電力変換システム（２）では、第１乃至第４の態様のいずれか１つにおいて、閾値は、停止閾値、及び停止閾値より大きい起動閾値で構成されることが好ましい。制御部（２４）は、太陽電池（３）の出力の大きさが停止閾値以下になれば、強制充電制御を開始し、太陽電池（３）の出力の大きさが起動閾値より大きくなれば、強制充電制御を停止する。

【0109】

上述の電力変換システム（２）は、太陽電池（３）の出力の大きさと閾値との比較処理にヒステリシス特性を与えることができる。

【0110】

実施形態に係る第６の態様の電力変換システム（２）では、第１乃至第５の態様のいずれか１つにおいて、ＰＶコンバータ（２１）は、最大出力電力追従制御によって太陽電池（３）の出力を直流電力に変換することが好ましい。ＢＴコンバータ（２２）は、強制充電制御時において、中間電圧（Ｖｉ）が所定値になるように蓄電池（４）に供給する電力を調整することが好ましい。

【0111】

上述の電力変換システム（２）は、強制充電制御を停止したときに、迅速に連系動作を開始することができる。

【0112】

実施形態に係る第７の態様の電力変換システム（２）では、第１乃至第５の態様のいずれか１つにおいて、ＰＶコンバータ（２１）は、少なくとも１つのＰＶスイッチング素子（２１ａ、２１ｂ）を備え、少なくとも１つのＰＶスイッチング素子（２１ａ、２１ｂ）がオン状態又はオフ状態を維持することで、太陽電池（３）の発電電圧（Ｖｇ）を中間電路（２５）に印加するＰＶ短絡動作を行うことが好ましい。ＢＴコンバータ（２２）は、少なくとも１つのＢＴスイッチング素子（２２ａ、２２ｂ）を備え、少なくとも１つのＢＴスイッチング素子（２２ａ、２２ｂ）がオン状態又はオフ状態を維持することで、中間電圧（Ｖｉ）を蓄電池（４）に印加するＢＴ短絡動作を行うことが好ましい。

【0113】

上述の電力変換システム（２）は、強制充電制御の電力変換効率を向上させることができる。

【0114】

実施形態に係る第８の態様の電力変換システム（２）では、第７の態様において、ＰＶコンバータ（２１）及びＢＴコンバータ（２２）のそれぞれは、ハーフブリッジコンバータであることが好ましい。

【0115】

上述の電力変換システム（２）は、ＰＶ短絡動作及びＢＴ短絡動作を容易に実現できる。

【0116】

実施形態に係る第９の態様の電力変換システム（２）では、第７又は第８の態様において、強制充電制御時において、発電電圧（Ｖｇ）が蓄電池（４）の電池電圧（Ｖｂ）より低ければ、ＰＶコンバータ（２１）は、少なくとも１つのＰＶスイッチング素子（２１ａ、２１ｂ）をスイッチングさせる最大出力電力追従制御によって、太陽電池（３）の出力を直流電力に変換し、ＢＴコンバータ（２２）は、ＢＴ短絡動作を行うことが好ましい。発電電圧（Ｖｇ）が電池電圧（Ｖｂ）より高ければ、ＰＶコンバータ（２１）は、ＰＶ短絡動作を行い、ＢＴコンバータ（２２）は、少なくとも１つのＢＴスイッチング素子（２２ａ、２２ｂ）をスイッチングさせる最大出力電力追従制御によって蓄電池（４）を充電することが好ましい。

【0117】

上述の電力変換システム（２）は、強制充電制御の電力変換効率を向上させることができる。

【0118】

実施形態に係る第１０の態様の電力変換システム（２）は、第１乃至第９の態様のいずれか１つにおいて、太陽電池（３）の出力の大きさを測定する出力測定部（２９）を更に備えることが好ましい。

【0119】

上述の電力変換システム（２）は、太陽電池（３）の出力の大きさを容易に監視できる。

【0120】

実施形態に係る第１１の態様の電力変換システム（２）では、第１乃至第１０の態様のいずれか１つにおいて、ＰＶコンバータ（２１）、ＢＴコンバータ（２２）、及びインバータ（２３）の少なくとも１つは、窒化ガリウム又は炭化ケイ素を含む半導体を材料とする少なくとも１つのスイッチング素子（２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂ、２３ａ－２３ｄ）を備えることが好ましい。

【0121】

上述の電力変換システム（２）は、スイッチング周波数の高周波化、スイッチングによる電力損失の低減を図ることができる。

【0122】

実施形態に係る第１２の態様の電源装置（ＰＳ２）は、太陽電池（３）の出力を受け取り、中間電路（２５）に直流電力を供給するＰＶコンバータ（２１）に、中間電路（２５）を介して電気的に接続する。電源装置（ＰＳ２）は。ＢＴコンバータ（２２）と、ＢＴ制御部（２４２）と、を備える。ＢＴコンバータ（２２）は、蓄電池（４）と中間電路（２５）との間で双方向の電力変換を行う。ＢＴ制御部（２４２）は、ＢＴコンバータ（２２）を制御する。ＢＴ制御部（２４２）は、太陽電池（３）の出力の大きさが閾値以下であれば、中間電路（２５）を介して供給される直流電力を用いてＢＴコンバータ（２２）に蓄電池（４）を充電させる強制充電制御を行う。

【0123】

上述の電源装置（ＰＳ２）は、太陽電池（３）の出力が低いときでも、システムの動作を安定させて、太陽電池（３）の出力を有効に利用できる。

【符号の説明】

【0124】

２ 電力変換システム
２１ ＰＶコンバータ
２２ ＢＴコンバータ
２３ インバータ
２４ 制御部
２４１ ＰＶ制御部（制御部）
２４２ ＢＴ制御部（制御部）
２４３ ＩＮＶ制御部（制御部）
２５ 中間電路
２９ 出力測定部
２１ａ、２１ｂ ＰＶスイッチング素子（スイッチング素子）
２２ａ、２２ｂ ＢＴスイッチング素子（スイッチング素子）
２３ａ－２３ｄ スイッチング素子
３ 太陽電池
４ 蓄電池
５ 系統電路
ＰＳ２ 電源装置
Ｖｉ 中間電圧
Ｖｇ 発電電圧
Ｖｂ 電池電圧

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】