JP2025012668A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】変換回路の搭載台数を任意に選択でき、かつ交流電流波形のひずみ率を抑制することができる電力変換装置を提供すること。
【解決手段】交流電源と直流バスとの間に並列接続され、交流電源と直流バスとの間で電力変換を行う複数のＡＣ－ＤＣ変換回路と、複数のＡＣ－ＤＣ変換回路をそれぞれ制御する複数のＡＣ－ＤＣ制御部と、複数のＡＣ－ＤＣ制御部を制御するメイン制御部とを備えた電力変換装置であって、メイン制御部は、交流電源の交流電力に応じて生成された交流指令値を複数のＡＣ－ＤＣ制御部へそれぞれ送信し、複数のＡＣ－ＤＣ制御部は、交流電源から複数のＡＣ－ＤＣ変換回路にそれぞれ入力される交流電流が交流指令値に応じた値となるように複数のＡＣ－ＤＣ変換回路をそれぞれ制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電力変換装置に関する。

地球上における二酸化炭素排出量を削減するため、太陽光発電や電気自動車等の導入が求められており、太陽光発電用パワーコンディショナや電気自動車用充電器等の電力変換装置のような電力変換設備の開発が進められている。一方で、太陽光発電の定格電力や、充電すべき電気自動車の台数のような望まれる設置規模は、設備の設置対象サイトによって異なる。したがって、太陽光発電や電気自動車等の導入を拡大するためには、幅広い設置規模に対応可能な電力変換設備を開発し、設置可能なサイトを増やすことが有効である。具体的には、交流電源と直流バスとの間で電力変換するＡＣ－ＤＣ変換回路の搭載台数や、太陽電池と直流バスとの間で電力変換したり、電気自動車や定置型蓄電池と直流バスとの間で電力変換したりするＤＣ－ＤＣ変換回路の搭載台数を任意に選択することができる電力変換装置の実現が望まれる。このような電力変換装置に係る従来技術としては、例えば、特許文献１及び２に記載のものが知られている。

特許文献１には、ＤＣ電力の供給を行う複数台のＤＣ電力供給装置と、前記ＤＣ電力供給装置に接続され、それぞれの前記ＤＣ電力供給装置から入力されたＤＣ電力を合成し、分配する電力合成／分配装置と、前記電力合成／分配装置に接続される複数台のＤＣ／ＡＣコンバータと、前記電力合成／分配装置に接続される複数台のＤＣ／ＤＣコンバータと、一方がＤＣ／ＡＣコンバータに接続され、他方がＡＣ電力を需給するＡＣ機器が接続されるＡＣ機器接続部と、一方がＤＣ／ＤＣコンバータに接続され、他方がＤＣ電力を需給するＤＣ機器が接続されるＤＣ機器接続部と、前記電力合成／分配装置、前記ＤＣ／ＡＣコンバータ、前記ＤＣ／ＤＣコンバータのいずれかを制御することで、ＤＣ電力の合成と、それぞれの前記ＡＣ機器接続部および前記ＤＣ機器接続部への電力の供給と分配と、を制御する制御装置と、を有し、電力系統と電力をやりとりする系統連系時には、前記制御装置が、複数台の前記ＤＣ／ＡＣコンバータからマスターを少なくとも１台選出し、前記マスターのＤＣ／ＡＣコンバータを直流電圧制御することによって前記電力合成／分配装置のＤＣバスのＤＣ電圧を安定化させ、残りの前記ＤＣ／ＡＣコンバータおよび複数台の前記ＤＣ／ＤＣコンバータを有効電力制御する電力需給システムが開示されている。

特許文献２には、太陽電池に並列接続される複数台の電力変換器を備える電力変換装置であって、前記複数台の電力変換器の内の１台の電力変換器が、前記複数台全体としての前記太陽電池の最大電力追従制御を行う一方、残余の電力変換器が電流制御を行う電力変換装置が開示されている。

特開２０２０－５８１６１号公報 特開２０１１－１４１７９４号公報

上記特許文献１に記載の従来技術は、複数の電力需給設備を備え、柔軟な電力の供給と受給の実現を目的とする電力需給システムに関する技術であり、複数の電力変換器から選択したマスターが直流電圧と交流電圧を制御する。しかしながら、１台のマスターで複数の電力需給設備を制御しようとすると、負荷変動時に電圧変動が大きくなってしまう。特許文献１には、このような電圧変動を抑制するために複数のマスターを選択することは示されているももの、複数の電力変換器で共通の電圧を制御するために必要な、各電力変換器の電流をバランスさせる方法については示されていない。

また、特許文献２に記載の従来技術には、より大きな電力変換装置を構成するために、複数台の電力変換器を並列接続した電力変換装置が開示されており、並列接続された複数の電力変換器に電流指令値を送り、各電力変換器が電流制御を行うことで、各電力変換器の電流をバランスさせる方法が示されている。しかしながら、この方法を応用したとしても、直流バスに接続されるＡＣ－ＤＣ変換回路やＤＣ－ＤＣ変換回路の台数が多くなると、各変換回路の電流指令値の演算に要する時間が長くなり、これら各変換回路に送る電流指令値の更新時間間隔が長くなる。このため、ＡＣ－ＤＣ変換回路の時々刻々と変化する交流電流波形のひずみ率を低く抑えることが難しくなる。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、変換回路の搭載台数を任意に選択でき、かつ交流電流波形のひずみ率を抑制することができる電力変換装置を提供することを目的とする。

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、交流電源と直流バスとの間に並列接続され、前記交流電源と前記直流バスとの間で電力変換を行う複数のＡＣ－ＤＣ変換回路と、前記複数のＡＣ－ＤＣ変換回路をそれぞれ制御する複数のＡＣ－ＤＣ制御部と、前記複数のＡＣ－ＤＣ制御部を制御するメイン制御部とを備えた電力変換装置であって、前記メイン制御部は、前記交流電源の交流電力に応じて生成された交流指令値を前記複数のＡＣ－ＤＣ制御部へそれぞれ送信し、前記複数のＡＣ－ＤＣ制御部は、前記交流電源から前記複数のＡＣ－ＤＣ変換回路にそれぞれ入力される交流電流が前記交流指令値に応じた値となるように前記複数のＡＣ－ＤＣ変換回路をそれぞれ制御するものとする。

本発明によれば、変換回路の搭載台数を任意に選択でき、かつ交流電流波形のひずみ率を抑制することができる

第１の実施の形態に係る電力変換装置を関連構成とともに示す図である。 瞬時位相の算出原理を説明する図である。 交流指令値として交流電流の振幅と位相を受信した場合の交流電流制御部における処理原理を説明する図である。 交流指令値として交流電流の振幅と位相を受信した場合の交流電流制御部における処理原理を説明する図である。 第２の実施の形態に係る電力変換装置を関連構成とともに示す図である。 第３の実施の形態に係る電力変換装置を関連構成とともに示す図である。 第４の実施の形態に係る電力変換装置を関連構成とともに示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

＜第１の実施の形態＞
本発明の第１の実施の形態を図１～図４を参照しつつ説明する。

図１は、本実施の形態に係る電力変換装置を関連構成とともに示す図である。

図１において、電力変換装置１は、交流電源３、太陽電池４（ＰＶ：Photovoltaic）、蓄電池５、及び負荷６に接続されており、太陽電池４の発電電力を交流電源３に出力したり、太陽電池４や交流電源３から入力した電力を蓄電池５に充電したり、負荷６に給電したり、蓄電池５から負荷６に給電したりすることが可能である。太陽電池４は発電時には直流電源として機能し、同様に、蓄電池５は放電時には直流電源として機能する。蓄電池５としては、例えば、電気自動車等の電動車両に搭載されたバッテリや、定置型のバッテリ（定置蓄電池）などが接続される。また、負荷６としては、例えば、ＤＣ配電の対象となるサーバなどが接続される。なお、電力変換装置１に接続される直流電源としては、太陽電池４や蓄電池５などの他に、例えば、燃料電池のようなものが考えられる。

電力変換装置１は、交流電源３と直流バス２との間で電力変換する並列接続された複数のＡＣ－ＤＣ変換回路２１，２２，２３と、直流電源である太陽電池４と直流バス２との間で電力変換するＤＣ－ＤＣ変換回路２４と、直流電源である蓄電池５と直流バス２との間で電力変換するＤＣ－ＤＣ変換回路２５と、ＡＣ－ＤＣ変換回路２１，２２，２３を制御するＡＣ－ＤＣ制御部１１，１２，１３と、ＤＣ－ＤＣ変換回路２４、２５を制御するＤＣ－ＤＣ制御部１４，１５と、ＡＣ－ＤＣ制御部１１，１２，１３およびＤＣ－ＤＣ制御部１４，１５と通信するメイン制御部１０とを備えている。

メイン制御部１０は、系統制御部３１と、直流バス電圧制御部３２と、電力配分部３３の各処理部を備えている。

系統制御部３１は、交流電源３の電圧と電流とを検出し、交流電源３の電圧実効値や位相や周波数などを算出するとともに、停電や電圧上昇／低下や周波数上昇／低下などの系統異常を検知する。系統制御部３１で算出した交流電源３の位相と周波数の情報は、信号６０としてＡＣ－ＤＣ制御部１１，１２，１３へ送信される。また、系統制御の制約により交流電源３に入出力する電力や電流の値を制御しなければならない場合は、その目標値である交流電源目標値が信号３５として電力配分部３３に伝達される。この交流電源目標値は、交流電源の電流の位相と振幅、または交流電源の有効電流と無効電流、または交流電源の有効電力と無効電力で表される。

直流バス電圧制御部３２は、直流バス２の電圧を検出し、これを目標値に制御するために必要な直流バス２に入力すべき電力である直流バス電力指令値を生成する。具体的には、検出した直流バス２の電圧が目標値よりも低ければ直流バス電力指令値を増加させ、検出した直流バス２の電圧が目標値よりも高ければ直流バス電力指令値を減少させるフィードバック制御を実施する。直流バス電圧制御部３２で生成した直流バス電力指令値は信号３４として電力配分部３３に伝達される。なお、前述の直流バス電力指令値は、直流バス２に入力すべき電流としてもよい。

電力配分部３３は、系統制御部３１から受信した交流電源目標値（信号３５）と、直流バス電圧制御部３２から受信した直流バス電力指令値（信号３４）と、外部から信号３６として受信または生成した交流電源３や太陽電池４や蓄電池５の電力目標値と、ＤＣ－ＤＣ制御部１４，１５から受信した太陽電池４と蓄電池５の電圧とを用いて、ＡＣ－ＤＣ制御部１１，１２，１３に信号５１，５２，５３として送信する交流指令値と、ＤＣ－ＤＣ制御部１４，１５に信号５４，５５として送信する直流指令値とを生成する。具体的には、交流電源３と太陽電池４と蓄電池５の各電力が、交流電源目標値（信号３５）と電力目標値（信号３６）と太陽電池４および蓄電池５の電圧により制約される交流電源３と太陽電池４と蓄電池５の電力範囲内に収まり、かつ交流電源３と太陽電池４と蓄電池５から入力する電力の合計が直流バス電力指令値（信号３４）と等しくなるようにする。

上記のように、電力配分部３３は、直流バス電力指令値を、ＡＣ－ＤＣ変換回路２１，２２，２３とＤＣ－ＤＣ変換回路２４，２５の各変換回路から直流バス２に入力する電力に配分する。これにより、メイン制御部１０は、交流指令値（信号５１，５２，５３）と直流指令値（信号５４，５５）とを変化させて直流バス２の電圧を制御する。ここで、交流指令値（信号５１，５２，５３）は、ＡＣ－ＤＣ変換回路２１，２２，２３の交流電流の位相と振幅、または有効電流と無効電流、または有効電力と無効電力で表される。また、直流指令値（信号５４，５５）は、ＤＣ－ＤＣ変換回路２４，２５の直流電力または直流電流で表される。

ＡＣ－ＤＣ制御部１１，１２，１３は、瞬時位相演算部４６，４７，４８と、交流電流制御部４１，４２，４３の各処理部を備えている。瞬時位相演算部４６，４７，４８は、メイン制御部１０の系統制御部３１から受信した交流電源３の交流電流の位相と周波数の情報（信号６０）を用いて瞬時位相を算出し、信号６１，６２，６３として交流電流制御部４１，４２，４３に送信する。

図２は、瞬時位相の算出原理を説明する図である。図２においては、横軸に時間を、縦軸に求める瞬時位相をそれぞれ示している。

図２に示すように、時刻ｔ１において、交流電源３の交流電流の位相θ１と周波数ｆ１を受信すると、瞬時位相θを位相θ１にセットし、次に、交流電源３の交流電流の位相と周波数を受信する時刻ｔ２までの間は、時刻ｔ１で受信した周波数ｆ１を用いて瞬時位相θを演算により求める。具体的には、周波数ｆ１を時間ｔで積分し２πを乗じて算出した位相変化量を位相θ１に加算することで瞬時位相θを算出する。その後、時刻ｔ２になり、新たに交流電源３の交流電流の位相θ２と周波数ｆ２を受信すると、瞬時位相θを位相θ２にセットし、時刻ｔ２で受信した周波数ｆ２を用いて瞬時位相θを算出する。以後は同様に瞬時位相θを算出し、瞬時位相θが２πを超えた場合は２πを減じればよい。

上記した瞬時位相演算部４６，４７，４８の処理により、ＡＣ－ＤＣ制御部１１，１２，１３は、メイン制御部１０から交流電源３の交流電流の位相θ１を受信する時間間隔が長い場合であっても、比較的正確に交流電源３の交流電流の瞬時位相を算出して把握することができる。

交流電流制御部４１，４２，４３は、瞬時位相演算部４６，４７，４８で算出した瞬時位相（信号６１，６２、６３）を用いて、検出したＡＣ－ＤＣ変換回路２１，２２，２３の交流電力または電流がメイン制御部１０から受信した交流指令値（信号５１，５２，５３）になるようにＡＣ－ＤＣ変換回路２１～２３を制御する。

図３及び図４は、交流指令値として交流電流の振幅と位相を受信した場合の交流電流制御部における処理原理を説明する図である。

図３においては、横軸に瞬時位相演算部４６，４７，４８で算出した交流電源の瞬時位相θ（信号６１，６２，６３）と、受信した交流指令値（信号５１，５２，５３）の交流電流の位相φとの和を表している。また、縦軸には、流すべきＡＣ－ＤＣ変換回路２１，２２，２３の交流電流Iを表しており、電流値Ｉａは受信した交流指令値（信号５１，５２，５３）の交流電流の振幅を表している。

図３に示すように、瞬時位相θは既知であるため位相φと振幅Ｉａの情報から流すべき電流Ｉの瞬時値を定めることができる。交流電流制御部４１，４２，４３は、ＡＣ－ＤＣ変換回路２１，２２，２３の交流電流を上記の流すべき電流に制御する。

図４においては、横軸に時間ｔを、縦軸に交流電源３の電圧ＶとＡＣ－ＤＣ変換回路２１，２２，２３の交流電流Ｉの波形を表している。

図４に示すように、ＡＣ－ＤＣ変換回路２１，２２，２３の交流電流Ｉは、交流電源３の位相θに対して交流指令値（信号５１，５２，５３）の交流電流の位相φだけ進み、交流指令値（信号５１，５２，５３）の交流電流の振幅Ｉａの振幅となる。なお、交流電流制御部４１，４２，４３は、直流バス２の電圧を検出しており、この電圧が予め設定した値から離れた場合に元に戻すようにＡＣ－ＤＣ変換回路２１，２２，２３の交流電力または電流を補正する機能を備えている。

上記のように、ＡＣ－ＤＣ変換回路２１，２２，２３の交流電力または電流を制御することで、メイン制御部１０から受信する交流指令値（信号５１，５２，５３）の更新時間間隔が長くても比較的正確に交流波形を生成することができ、交流電源３に流れる電流波形のひずみ率を低く抑えることができる。

なお、交流指令値（信号５１，５２，５３）について、交流電源３の基本波周波数の他に、基本波周波数の整数倍の周波数成分を含めることにより、更に交流電源３に流れる電流波形のひずみ率を低く抑えることができる。例えば、３次高調波成分や５次高調波成分を交流指令値（信号５１，５２，５３）に含めることで、交流電源３に流れてしまう３次高調波電流や５次高調波電流を低減することができる。

ＤＣ－ＤＣ制御部１４，１５は、直流電圧電流制御部４４，４５を備えている。直流電圧電流制御部４４，４５は、検出したＤＣ－ＤＣ変換回路２４，２５の直流電力または電流がメイン制御部１０から受信した直流指令値（信号５４，５５）となるようにＤＣ－ＤＣ変換回路２４，２５を制御する。また、ＤＣ－ＤＣ制御部１４，１５は、交流電流制御部４１，４２，４３と同様に、直流バス２の電圧を検出しており、この電圧が予め設定した値から離れた場合に元に戻すようにＤＣ－ＤＣ変換回路２４，２５の直流電力または電流を補正する機能を備えている。また、検出した太陽電池４や蓄電池５の電圧をメイン制御部１０に送信する。

以上のように構成した本実施の形態における効果を説明する。

上記特許文献１に記載の従来技術は、複数の電力需給設備を備え、柔軟な電力の供給と受給の実現を目的とする電力需給システムに関する技術であり、複数の電力変換器から選択したマスターが直流電圧と交流電圧を制御する。しかしながら、１台のマスターで複数の電力需給設備を制御しようとすると、負荷変動時に電圧変動が大きくなってしまう。特許文献１には、このような電圧変動を抑制するために複数のマスターを選択することは示されているももの、複数の電力変換器で共通の電圧を制御するために必要な、各電力変換器の電流をバランスさせる方法については示されていない。

また、特許文献２に記載の従来技術には、より大きな電力変換装置を構成するために、複数台の電力変換器を並列接続した電力変換装置が開示されており、並列接続された複数の電力変換器に電流指令値を送り、各電力変換器が電流制御を行うことで、各電力変換器の電流をバランスさせる方法が示されている。しかしながら、この方法を応用したとしても、直流バスに接続されるＡＣ－ＤＣ変換回路やＤＣ－ＤＣ変換回路の台数が多くなると、各変換回路の電流指令値の演算に要する時間が長くなり、これら各変換回路に送る電流指令値の更新時間間隔が長くなる。このため、ＡＣ－ＤＣ変換回路の時々刻々と変化する交流電流波形のひずみ率を低く抑えることが難しくなる。

これに対して本実施の形態においては、交流電源３と直流バス２との間に並列接続され、交流電源３と直流バス２との間で電力変換を行う複数のＡＣ－ＤＣ変換回路２１，２２，２３と、複数のＡＣ－ＤＣ変換回路２１，２２，２３をそれぞれ制御する複数のＡＣ－ＤＣ制御部１１，１２，１３と、複数のＡＣ－ＤＣ制御部１１，１２，１３を制御するメイン制御部１０とを備えた電力変換装置１であって、メイン制御部１０は、交流電源３の交流電力に応じて生成された交流指令値（信号５１，５２，５３）を複数のＡＣ－ＤＣ制御部１１，１２，１３へそれぞれ送信し、複数のＡＣ－ＤＣ制御部１１，１２，１３は、交流電源３から複数のＡＣ－ＤＣ変換回路２１，２２，２３にそれぞれ入力される交流電流が交流指令値（信号５１，５２，５３）に応じた値となるように複数のＡＣ－ＤＣ変換回路２１，２２，２３をそれぞれ制御するように構成したので、変換回路の搭載台数を任意に選択でき、かつ交流電流波形のひずみ率を抑制することができる。

すなわち、ＡＣ－ＤＣ変換回路やＤＣ－ＤＣ変換回路の搭載台数によって様々な定格電力の電力変換装置を構成することができる。また、変換回路の搭載台数が多くなり、各変換回路の電流指令値の更新時間間隔が長くなっても交流電流波形のひずみ率を低く抑えた電力変換装置を実現することができる。

なお、本実施の形態においては、ＤＣ－ＤＣ変換回路の搭載台数を２台として説明したが、ＤＣ－ＤＣ変換回路の搭載台数を増やし、更にその一部または全てを並列に接続してもよい。例えば、ＤＣ－ＤＣ変換回路を１０台搭載し、そのうち２台を並列接続して太陽電池に接続し、他の３台を並列接続して定置型バッテリに接続し、他の２台を並列接続して電気自動車に接続し、他の２台をそれぞれ別の太陽電池に接続し、残りの１台を他の電気自動車に接続するなどしてもよい。

＜第２の実施の形態＞
本発明の第２の実施の形態を図５を参照しつつ説明する。

本実施の形態は、メイン制御部が特定のＡＣ－ＤＣ制御部またはＤＣ－ＤＣ制御部を経由して他のＡＣ－ＤＣ制御部またはＤＣ－ＤＣ制御部と通信を行うようにしたものである。なお、本実施の形態において、第１の実施の形態と同様の部材や機能などには同じ符号を付し、説明を適宜省略する。

図５は、本実施の形態に係る電力変換装置を関連構成とともに示す図である。

図５において、電力変換装置１００は、交流電源３、太陽電池４（ＰＶ：Photovoltaic）、蓄電池５、及び負荷６に接続されており、太陽電池４の発電電力を交流電源３に出力したり、太陽電池４や交流電源３から入力した電力を蓄電池５に充電したり、負荷６に給電したり、蓄電池５から負荷６に給電したりすることが可能である。太陽電池４は発電時には直流電源として機能し、同様に、蓄電池５は放電時には直流電源として機能する。蓄電池５としては、例えば、電気自動車等の電動車両に搭載されたバッテリや、定置型のバッテリ（定置蓄電池）などが接続される。また、負荷６としては、例えば、ＤＣ配電の対象となるサーバなどが接続される。なお、電力変換装置１に接続される直流電源としては、太陽電池４や蓄電池５などの他に、例えば、燃料電池のようなものが考えられる。

電力変換装置１００は、交流電源３と直流バス１２０との間で電力変換する並列接続された複数のＡＣ－ＤＣ変換回路１２１，１２２，１２３と、直流電源である太陽電池４と直流バス１２０との間で電力変換するＤＣ－ＤＣ変換回路１２４と、直流電源である蓄電池５と直流バス１２０との間で電力変換するＤＣ－ＤＣ変換回路１２５と、ＡＣ－ＤＣ変換回路１２１，１２２，１２３を制御するＡＣ－ＤＣ制御部１１１，１１２，１１３と、ＤＣ－ＤＣ変換回路１２４，１２５を制御するＤＣ－ＤＣ制御部１１４，１１５と、ＡＣ－ＤＣ制御部１１１，１１２，１１３およびＤＣ－ＤＣ制御部１１４，１１５と通信するメイン制御部１１０とを備えている。

ここで、ＡＣ－ＤＣ制御部１１１，１１２，１１３とＡＣ－ＤＣ変換回路１２１，１２２，１２３とは、変換器ユニット１０１，１０２，１０３をそれぞれ構成している。同様に、ＤＣ－ＤＣ制御部１１４，１１５とＤＣ－ＤＣ変換回路１２４，１２５とは、変換器ユニット１０４，１０５をそれぞれ構成している。

メイン制御部１１０は、ＡＣ－ＤＣ制御部１１２，１１３およびＤＣ－ＤＣ制御部１１４と通信する際（具体的には、信号５２，５３，５４，６０等を送信する場合）には、ＡＣ－ＤＣ制御部１１１またはＤＣ－ＤＣ制御部１１５を経由した通信を行う。例えば、メイン制御部１１０がＡＣ－ＤＣ制御部１１３と通信する場合には、メイン制御部１１０とＡＣ－ＤＣ制御部１１１との通信（信号１３０）、ＡＣ－ＤＣ制御部１１１とＡＣ－ＤＣ制御部１１２との通信（信号１３１）、及び、ＡＣ－ＤＣ制御部１１２とＡＣ－ＤＣ制御部１１３との通信（信号１３２）を経由するか、または、メイン制御部１１０とＤＣ－ＤＣ制御部１１５との通信（信号１４０）、ＤＣ－ＤＣ制御部１１５とＤＣ－ＤＣ制御部１１４との通信（信号１４１）、及び、ＤＣ－ＤＣ制御部１１４とＡＣ－ＤＣ制御部１１３との通信（信号１５０）を経由する。なお、メイン制御部１１０が各ユニットと通信する場合の経由の順番については、上記に限定されるものではなく、種々の組み合わせが可能である。

その他の構成は第１の実施の形態と同様である。

以上のように構成した本実施の形態においても第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

また、メイン制御部１１０に必要な通信ポートの数を抑制しつつ、より多くの変換器ユニットを接続することができる。

＜第３の実施の形態＞
本発明の第３の実施の形態を図６を参照しつつ説明する。

本実施の形態は、複数の変換器ユニットがそれぞれメイン制御部を備え、特定のメイン制御部がマスターとして機能するようにしたものである。なお、本実施の形態において、第１及び第２の実施の形態と同様の部材や機能などには同じ符号を付し、説明を適宜省略する。

図６は、本実施の形態に係る電力変換装置を関連構成とともに示す図である。

図６において、電力変換装置２００は、交流電源３、太陽電池４（ＰＶ：Photovoltaic）、蓄電池５、及び負荷６に接続されており、太陽電池４の発電電力を交流電源３に出力したり、太陽電池４や交流電源３から入力した電力を蓄電池５に充電したり、負荷６に給電したり、蓄電池５から負荷６に給電したりすることが可能である。太陽電池４は発電時には直流電源として機能し、同様に、蓄電池５は放電時には直流電源として機能する。蓄電池５としては、例えば、電気自動車等の電動車両に搭載されたバッテリや、定置型のバッテリ（定置蓄電池）などが接続される。また、負荷６としては、例えば、ＤＣ配電の対象となるサーバなどが接続される。なお、電力変換装置１に接続される直流電源としては、太陽電池４や蓄電池５などの他に、例えば、燃料電池のようなものが考えられる。

電力変換装置２００は、交流電源３と直流バス１２０との間で電力変換する並列接続された複数のＡＣ－ＤＣ変換回路２２１，２２２，２２３と、直流電源である太陽電池４と直流バス２２０との間で電力変換するＤＣ－ＤＣ変換回路２２４と、直流電源である蓄電池５と直流バス２２０との間で電力変換するＤＣ－ＤＣ変換回路２２５と、ＡＣ－ＤＣ変換回路２２１，２２２，２２３を制御するＡＣ－ＤＣ制御部２１１，２１２，２１３と、ＤＣ－ＤＣ変換回路２２４，２２５を制御するＤＣ－ＤＣ制御部２１４，２１５と、ＡＣ－ＤＣ制御部２１１，２１２，２１３およびＤＣ－ＤＣ制御部２１４，２１５をそれぞれ制御するメイン制御部２３１，２３２，２３３，２３４，２３５とを備えている。

ここで、ＡＣ－ＤＣ制御部２１１，２１２，２１３、ＡＣ－ＤＣ変換回路２２１，２２２，２２３、及び、メイン制御部２３１，２３２，２３３は、変換器ユニット２０１，２０２，２０３をそれぞれ構成している。同様に、ＤＣ－ＤＣ制御部２１４，２１５、ＤＣ－ＤＣ変換回路２２４，２２５、及び、メイン制御部２３４，２３５は、変換器ユニット２０４，２０５をそれぞれ構成している。

電力変換装置２００では、メイン制御部２３１，２３２，２３３，２３４，２３５のうち１台がマスターとなり、マスターとなったメイン制御部が電力変換装置２００の全体のメイン制御部として機能するとともに、残りのメイン制御部は通信装置として機能する。また、マスターとなったメイン制御部が他の変換器ユニットのＡＣ－ＤＣ制御部やＤＣ－ＤＣ制御部と通信する際には、直列的に通信接続された他のＡＣ－ＤＣ制御部やＤＣ－ＤＣ制御部のメイン制御部を経由して通信を行う。例えば、メイン制御部２３１がマスターとなってＡＣ－ＤＣ制御部２１３と通信する場合には、メイン制御部２３１と変換器ユニット２０２のメイン制御部２３２との通信（信号２４１）、及び、メイン制御部２３２と変換器ユニット２０３のメイン制御部２３３との通信（信号２４２）を経由するか、または、メイン制御部２３１と変換器ユニット２０５のメイン制御部２３５との通信（信号２４５）、メイン制御部２３５と変換器ユニット２０４のメイン制御部２３４との通信（信号２４４）、及び、メイン制御部２３４と変換器ユニット２０３のメイン制御部２３３との通信（信号２４３）を経由する。

その他の構成は第１及び第２の実施の形態と同様である。

以上のように構成した本実施の形態においても第１及び第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

また、メイン制御部の筐体を変換器ユニットと別途に設けることを不要とすることができる。

なお、本実施の形態では、変換器ユニット２０１，２０２，２０３，２０４，２０５の全てがメイン制御部を備えた構成を例示したが、必ずしも全ての変換器ユニット２０１，２０２，２０３，２０４，２０５がメイン制御部を備える必要はなく、例えばＡＣ－ＤＣ変換回路２２１，２２２，２２３を備えた変換器ユニット２０１，２０２，２０３のみがメイン制御部を備えるように構成してもよい。

＜第４の実施の形態＞
本発明の第４の実施の形態を図７を参照しつつ説明する。

本実施の形態は、負荷としてＡＣ配電の対象となる機器などが接続されるようにしたものである。なお、本実施の形態において、第１の実施の形態と同様の部材や機能などには同じ符号を付し、説明を適宜省略する。

図７は、本実施の形態に係る電力変換装置を関連構成とともに示す図である。

図７において、電力変換装置３０１は、複数のＡＣ－ＤＣ変換回路２１，２２，２３と、ＤＣ－ＤＣ変換回路２４と、ＤＣ－ＡＣ変換回路３２５と、ＡＣ－ＤＣ変換回路２１，２２，２３を制御するＡＣ－ＤＣ制御部１１，１２，１３と、ＤＣ－ＤＣ変換回路２４を制御するＤＣ－ＤＣ制御部１４と、ＤＣ－ＡＣ変換回路３２５を制御するＤＣ－ＡＣ制御部３１５と、ＡＣ－ＤＣ制御部１１，１２，１３、ＤＣ－ＤＣ制御部１４、及び、ＤＣ－ＡＣ制御部３１５と通信するメイン制御部１０とを備えている。

ＤＣ－ＡＣ変換回路３２５は、直流バス２とＡＣ配電の対象である負荷３０６との間で電力変換するものである。ＤＣ－ＡＣ制御部３１５は、交流電圧電流制御部３４５を備えている。交流電圧電流制御部３４５は、ＤＣ－ＡＣ変換回路３２５から負荷３０６に供給する交流電圧を検出し、この交流電圧がメイン制御部１０から受信した交流電圧指令値（信号３５５）となるようにＤＣ－ＡＣ変換回路３２５を制御する。

その他の構成は第１の実施の形態と同様である。

以上のように構成した本実施の形態においても第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

＜付記＞
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例や組み合わせが含まれる。また、本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。また、上記の各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。

１…電力変換装置、２…直流バス、３…交流電源、４…太陽電池、５…蓄電池、６…負荷、１０…メイン制御部、１１，１２，１３…ＡＣ－ＤＣ制御部、１４，１５…ＤＣ－ＤＣ制御部、２１，２２，２３…ＡＣ－ＤＣ変換回路、２４，２５…ＤＣ－ＤＣ変換回路、３１…系統制御部、３２…直流バス電圧制御部、３３…電力配分部、４１，４２，４３…交流電流制御部、４４，４５…直流電圧電流制御部、４６，４７，４８…瞬時位相演算部、１００…電力変換装置、１０１，１０２，１０３，１０４，１０５…変換器ユニット、１１０…メイン制御部、１１１，１１２，１１３…ＡＣ－ＤＣ制御部、１１４，１１５…ＤＣ－ＤＣ制御部、１２０…直流バス、１２１，１２２，１２３…ＡＣ－ＤＣ変換回路、１２４，１２５…ＤＣ－ＤＣ変換回路、２００…電力変換装置、２０１，２０２，２０３，２０４，２０５…変換器ユニット、２１１，２１２，２１３…ＡＣ－ＤＣ制御部、２１４，２１５…ＤＣ－ＤＣ制御部、２２０…直流バス、２２１，２２２，２２３…ＡＣ－ＤＣ変換回路、２２４，２２５…ＤＣ－ＤＣ変換回路、２３１，２３２，２３３，２３４，２３５…メイン制御部、３０１…電力変換装置、３０６…負荷、３１５…ＤＣ－ＡＣ制御部、３２５…ＤＣ－ＡＣ変換回路、３４５…交流電圧電流制御部

Claims (13)

1. 交流電源と直流バスとの間に並列接続され、前記交流電源と前記直流バスとの間で電力変換を行う複数のＡＣ－ＤＣ変換回路と、
   前記複数のＡＣ－ＤＣ変換回路をそれぞれ制御する複数のＡＣ－ＤＣ制御部と、
   前記複数のＡＣ－ＤＣ制御部を制御するメイン制御部とを備えた電力変換装置であって、
   前記メイン制御部は、前記交流電源の交流電力に応じて生成された交流指令値を前記複数のＡＣ－ＤＣ制御部へそれぞれ送信し、
   前記複数のＡＣ－ＤＣ制御部は、前記交流電源から前記複数のＡＣ－ＤＣ変換回路にそれぞれ入力される交流電流が前記交流指令値に応じた値となるように前記複数のＡＣ－ＤＣ変換回路をそれぞれ制御することを特徴とする電力変換装置。
2. 請求項１に記載の電力変換装置において、
   前記メイン制御部は、前記交流指令値として交流電流の振幅と位相とを示す指令値を前記複数のＡＣ－ＤＣ制御部へそれぞれ送信し、
   前記複数のＡＣ－ＤＣ制御部は、前記交流電源から前記複数のＡＣ－ＤＣ変換回路にそれぞれ入力される交流電流の振幅と位相とが前記交流指令値に応じた値となるように前記複数のＡＣ－ＤＣ変換回路をそれぞれ制御することを特徴とする電力変換装置。
3. 請求項１に記載の電力変換装置において、
   前記メイン制御部は、前記交流指令値として交流電流の有効電流と無効電流とを示す指令値を前記複数のＡＣ－ＤＣ制御部へそれぞれ送信し、
   前記複数のＡＣ－ＤＣ制御部は、前記交流電源から前記複数のＡＣ－ＤＣ変換回路にそれぞれ入力される交流電流の有効電流と無効電流とが前記交流指令値に応じた値となるように前記複数のＡＣ－ＤＣ変換回路をそれぞれ制御することを特徴とする電力変換装置。
4. 請求項１に記載の電力変換装置において、
   前記メイン制御部は、前記交流指令値として交流電流の有効電力と無効電力とを示す指令値を前記複数のＡＣ－ＤＣ制御部へそれぞれ送信し、
   前記複数のＡＣ－ＤＣ制御部は、前記交流電源から前記複数のＡＣ－ＤＣ変換回路にそれぞれ入力される交流電流の有効電力と無効電力とが前記交流指令値に応じた値となるように前記複数のＡＣ－ＤＣ変換回路をそれぞれ制御することを特徴とする電力変換装置。
5. 請求項１に記載の電力変換装置において、
   前記メイン制御部から前記複数のＡＣ－ＤＣ制御部へそれぞれ送信される前記交流指令値は、交流電流の基本波成分と基本波周波数の整数倍の周波数成分とを含むことを特徴とする電力変換装置。
6. 請求項１に記載の電力変換装置において、
   前記メイン制御部は、前記交流指令値を変化させて前記直流バスの電圧を制御することを特徴とする電力変換装置。
7. 請求項１に記載の電力変換装置において、
   前記メイン制御部は、前記交流電源の位相と周波数とを前記複数のＡＣ－ＤＣ制御部へそれぞれ送信し、
   前記複数のＡＣ－ＤＣ制御部は、前記交流電源の位相と周波数とから前記交流電源の瞬時位相を算出し、算出した瞬時位相を用いて、前記交流電源から前記複数のＡＣ－ＤＣ変換回路にそれぞれ入力される交流電流が前記交流指令値に応じた値となるように前記複数のＡＣ－ＤＣ変換回路をそれぞれ制御することを特徴とする電力変換装置。
8. 請求項１に記載の電力変換装置において、
   複数の直流電源と前記直流バスとの間にそれぞれ接続され、前記複数の直流電源と前記直流バスとの間で電力変換を行う複数のＤＣ－ＤＣ変換回路と、
   前記複数のＤＣ－ＤＣ変換回路をそれぞれ制御する複数のＤＣ－ＤＣ制御部とを備え、
   前記メイン制御部は、直流指令値を前記複数のＤＣ－ＤＣ制御部へ送信し、
   前記複数のＤＣ－ＤＣ制御部は、前記複数の直流電源から前記複数のＤＣ－ＤＣ変換回路にそれぞれ入力される直流電流が前記直流指令値に応じた値となるように前記ＤＣ－ＤＣ変換回路を制御することを特徴とする電力変換装置。
9. 請求項８に記載の電力変換装置において、
   前記メイン制御部は、前記交流指令値と前記直流指令値とを変化させて前記直流バスの電圧を制御することを特徴とする電力変換装置。
10. 請求項８に記載の電力変換装置において、
    前記メイン制御部は、前記直流指令値として直流電流の電力を示す指令値を前記ＤＣ－ＤＣ制御部へそれぞれ送信し、
    前記複数のＤＣ－ＤＣ制御部は、前記複数の直流電源から前記複数のＤＣ－ＤＣ変換回路にそれぞれ入力される直流電流の電力が前記直流指令値に応じた値となるように前記複数のＤＣ－ＤＣ変換回路をそれぞれ制御することを特徴とする電力変換装置。
11. 請求項１に記載の電力変換装置において、
    前記直流バスの電力を負荷に供給する機能を備えたことを特徴とする電力変換装置。
12. 請求項８に記載の電力変換装置において、
    前記メイン制御部は、
    前記交流電源及び前記直流電源の電力目標値を受信または生成し、
    前記直流バスの電圧を制御するために必要な直流バス電流指令値を生成し、
    前記交流電源及び前記直流電源の電力が前記電力目標値に応じた値となるように前記直流バス電流指令値を配分して前記交流指令値と前記直流指令値とを生成することを特徴とする電力変換装置。
13. 請求項８に記載の電力変換装置において、
    前記メイン制御部は、
    前記交流電源及び前記直流電源の電力目標値を受信または生成し、
    前記直流バスの電圧を制御するために必要な直流バス電力指令値を生成し、
    前記交流電源及び前記直流電源の電力が前記電力目標値に応じた値となるように前記直流バス電力指令値を配分して前記交流指令値と前記直流指令値とを生成することを特徴とする電力変換装置。

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