分散型電源設備

【課題】コンバータの利用効率を向上させる
【解決手段】分散型電源設備４の双方向電力変換装置１０は、昇降圧型コンバータ装置１１，２１を並列に接続して構成されるとともに、電力を入出力可能な第１電力入出力部（接続点Ｐｃ１）と、電力を入出力可能な複数の第２電力入出力部（接続点Ｐｃ２，３）とを備え、第１電力入出力部または第２電力入出力部から入力した電力を予め設定された電圧値に変換して、それぞれ第２電力入出力部または第１電力入出力部に出力する。選択スイッチＳＷ１は、第１電力入出力部が、直流発電装置２および蓄電池３の何れか一方に接続されるように切り替えるとともに、選択スイッチＳＷ２，ＳＷ３は、第２電力入出力部が、交流電力系統６および蓄電池３の何れか一方に接続されるように電力伝送経路を切り替える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電力系統が連結される分散型電源設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽光発電および風力発電などによる直流発電装置と、蓄電池と、交流電力系統とを連結する分散型電源設備として、双方向ＤＣ／ＡＣコンバータを用いて、交流電力系統から蓄電池への充電と、直流発電装置または蓄電池から交流電力系統への給電とを行うものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。これにより、上記充電と上記給電のそれぞれのために別々の電力変換装置を設けることなく、一つの電力変換装置（すなわち、双方向ＤＣ／ＡＣコンバータ）に統合することができ、電源システムの小型化と低価格化を図ることができる。
【０００３】
また、直流発電装置と双方向ＤＣ／ＡＣコンバータとの接続点と、蓄電池との間の電流経路上に充電用コンバータ（ＤＣ／ＤＣコンバータ）が設置されているため、直流発電装置の出力電圧と蓄電池の電圧を別々の値に設定することができる。このため、直流発電装置の出力電圧を、直流発電装置から最大電力を取り出すことができる電圧に設定することができる。これにより、直流発電装置の発電効率を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−４１３３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載の分散型電源設備は、（１）直流発電装置で発電された電力を双方向ＤＣ／ＡＣコンバータを介して交流電力系統へ給電する機能と、（２）交流電力系統から双方向ＤＣ／ＡＣコンバータを介して蓄電池の充電を行う機能と、（３）直流発電装置から充電用コンバータ（ＤＣ／ＤＣコンバータ）を介して蓄電池の充電を行う機能を有する。
【０００６】
これらの機能のうち、上記（１），（３）の機能では、１つのコンバータのみ（すなわち、双方向ＤＣ／ＡＣコンバータおよび充電用コンバータの何れか一つ）を使用する。つまり、双方向ＤＣ／ＡＣコンバータおよび充電用コンバータのうち何れか一方が使用されない。このため、上記（１），（３）の機能では、コンバータの利用効率が低くなり、システムが冗長となる。つまり、コンバータの要素部品である半導体スイッチ素子、リアクトル、及び平滑コンデンサの数が余分に必要となり、分散型電源設備の低価格化の阻害要因となる。
【０００７】
また、上記（２）の機能では、交流電力系統から蓄電池に到る電流経路上において２つのコンバータが直列に接続されているために、電力変換効率が低くなり、放熱設備の大型化を招いてしまう。
【０００８】
本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、コンバータの利用効率を向上させることができる技術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】
【０００９】
上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の分散型電源設備は、直流電力を発電する直流発電装置と、直流電力を蓄電する蓄電池と、交流電力系統とに接続され、直流発電装置から交流電力系統へ給電する第１機能と、交流電力系統から蓄電池に充電する第２機能と、直流発電装置から蓄電池に充電する第３機能とを有する。
【００１０】
そして双方向電力変換装置は、複数の双方向性を有するＤＣ／ＤＣコンバータにより構成されるとともに、電力を入出力可能な第１電力入出力部と、電力を入出力可能な複数の第２電力入出力部とを備え、第１電力入出力部または第２電力入出力部から入力した電力を予め設定された電圧値に変換して、それぞれ第２電力入出力部または第１電力入出力部に出力する。
【００１１】
また第１切替手段は、第１電力入出力部が、直流発電装置および蓄電池の何れか一方に接続されるように、第１電力入出力部と直流発電装置および蓄電池との間の電力伝送経路を切り替えるとともに、第２切替手段は、第２電力入出力部が、交流電力系統および蓄電池の何れか一方に接続されるように、第２電力入出力部と交流電力系統および蓄電池との間の電力伝送経路を切り替える。
【００１２】
なお、複数の第２電力入出力部の個数は、交流電力系統の相数に等しいかそれ以上である。交流電力系統に接続される複数の第２電力入出力部のそれぞれは、交流電力系統の交流電力を構成する複数の相のうちの１つに接続されるように予め設定され、第２切替手段は、第２電力入出力部と交流電力系統とが接続されるように電力伝送経路を切り替える場合には、複数の第２電力入出力部のそれぞれを、予め設定された相に接続する。
【００１３】
また、第１機能を実行する場合には、第１切替手段は、第１電力入出力部が直流発電装置に接続されるように、電力伝送経路を切り替え、第２切替手段は、第２電力入出力部が交流電力系統に接続されるように、電力伝送経路を切り替える。これにより、直流発電装置と交流電力系統とが双方向電力変換装置を介して電力入出力可能に接続される。
【００１４】
そして双方向電力変換装置は、第１電力入出力部に入力した直流電力を、所定の電圧振幅および所定の周波数を有する交流電力に変換するように、ＤＣ／ＤＣコンバータを制御してＤＣ／ＡＣ変換動作を行う。ここで、双方向電力変換装置は、第１電力入出力部に入力した直流電力を、第２電力入出力部において出力電圧の交流成分と出力電流の交流成分とが同相の交流電力となるように時間変化する電流・電圧に制御することで、ＤＣ／ＡＣ変換動作を行う。これにより、双方向電力変換装置の第２電力入出力部において１周期にわたる平均出力電力が正となり、第１電力入出力部の電力を吸収して第２電力入出力部に出力するように動作する。したがって、双方向電力変換装置から交流電力系統に電力を供給することができる。なお双方向電力変換装置は、交流電力系統の交流電力を構成する複数の相が、相数に応じた位相差を有して振動するように上記動作を行うことで、ＤＣ／ＡＣ変換動作を行う。
【００１５】
次に、第２機能を実行する場合には、第１切替手段は、第１電力入出力部が蓄電池に接続されるように、電力伝送経路を切り替え、第２切替手段は、第２電力入出力部が交流電力系統に接続されるように、電力伝送経路を切り替える。これにより、蓄電池と交流電力系統とが双方向電力変換装置を介して電力入出力可能に接続される。
【００１６】
そして双方向電力変換装置は、第２電力入出力部に入力した交流電力を、所定の電圧値を有する直流電力に変換するようにＤＣ／ＤＣコンバータを制御してＡＣ／ＤＣ変換動作を行う。ここで、双方向電力変換装置は、第２電力入出力部における出力電圧の交流成分と出力電流の交流成分とが逆相の交流電力となるように時間変化する電流・電圧に制御することで、ＤＣ／ＡＣ変換動作を行う。これにより、双方向電力変換装置の第２電力入出力部における１周期にわたる平均出力電力が負となり、第２電力入出力部の電力を吸収して第１電力入出力部に電力を出力するように動作する。したがって、双方向電力変換装置から蓄電池に電力を供給することができる。なお双方向電力変換装置は、交流電力系統の交流電力を構成する複数の相が、相数に応じた位相差を有して振動するように上記動作を行うことで、ＤＣ／ＡＣ変換動作を行う。
【００１７】
さらに、第３機能を実行する場合には、第１切替手段は、第１電力入出力部が直流発電装置に接続されるように、電力伝送経路を切り替え、第２切替手段は、第２電力入出力部が蓄電池に接続されるように、電力伝送経路を切り替える。これにより、直流発電装置と蓄電池とが双方向電力変換装置を介して電力入出力可能に接続される。
【００１８】
そして双方向電力変換装置は、第１電力入出力部に入力した直流電力を、所定の電圧値を有する直流電力に変換するように双方向性を有するＤＣ／ＤＣコンバータを制御してＤＣ／ＤＣ変換動作を行う。これにより、双方向電力変換装置から蓄電池に電力を供給することができる。
【００１９】
このように構成された分散型電源設備によれば、上記第１機能、第２機能、及び第３機能の何れを実行する場合でも、双方向電力変換装置を構成する複数の双方向性を有するＤＣ／ＤＣコンバータが電力変換動作を行う。つまり、上記複数の双方向性を有するＤＣ／ＤＣコンバータは、上記第１，２，３機能の全てで稼動させることとなるため、上記特許文献１に記載の分散型電源設備よりも、分散型電源設備が備える電力変換装置の利用効率を向上させることができる。
【００２０】
また、上記第２機能を実行する場合に、交流電力系統から蓄電池に到る電流経路上において２つの電力変換装置が直列に接続されていないため、上記特許文献１に記載の分散型電源設備よりも、電力変換効率が高くなり、放熱設備の大型化を抑制することができる。
【００２１】
また、請求項１に記載の分散型電源設備において、請求項２に記載のように、電力を入出力可能な１対の電力入出力部である第３電力入出力部および第４電力入出力部を備え、第３電力入出力部または第４電力入出力部から入力した電力を予め設定された電圧値に変換して、対となる他方の電力入出力部に出力する複数の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを双方向電力変換装置は備え、複数の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの個数は、複数の第２電力入出力部の個数に一致しており、複数の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、互いに電気的に並列接続され、複数の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータにおける第３電力入出力部は、第１電力入出力部に接続され、複数の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータにおける第４電力入出力部のそれぞれは、互いに異なる第２電力入出力部に接続されるようにしてもよい。
【００２２】
このように構成された分散型電源設備では、ＤＣ／ＤＣコンバータの個数が、第２電力入出力部の個数に一致しており、必要最低限の個数である。これにより、１つのＤＣ／ＤＣコンバータについて少なくとも１つ必要であるリアクトルの数を必要最低限に抑えることができる。従って、リアクトルの価格が分散型電源設備全体にとって無視できないコスト要因である場合に、分散型電源設備の低コスト化への寄与を高めることができる。
【００２３】
また、請求項１に記載の分散型電源設備において、請求項３に記載のように、双方向電力変換装置は、電力を入出力可能な１対の電力入出力部である第５電力入出力部および第６電力入出力部を備える複数の降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータと、電力を入出力可能な１対の電力入出力部である第７電力入出力部および第８電力入出力部を備える昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータとを備え、複数の降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータの個数は、第２電力入出力部の個数に一致しており、複数の降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータは、互いに電気的に並列接続され、複数の降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータにおける第５電力入出力部は、昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータの第８電力入出力部に接続され、複数の降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータにおける第６電力入出力部のそれぞれは、互いに異なる第２電力入出力部に接続され、昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータにおける第７電力入出力部は、第１電力入出力部に接続されるようにしてもよい。
【００２４】
このように構成された分散型電源設備によれば、直流発電装置の出力電圧が交流電力系統の電圧振幅に比べて非常に低い場合（すなわち、高い昇圧比で電力変換動作を行う場合）において直流発電装置から交流電力系統へ電力を供給する際に、以下に示すように、電力変換効率を向上させることができる。
【００２５】
まず、上記の昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータに流れる電力は、複数の降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータに流れる電力の加算値に等しい。そして、複数の降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータは、交流電力系統の各相に接続されているため、複数の降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータに流れる電力の加算値の瞬時値は、交流出力のどの位相の時点においても交流出力電力に等しい準定常値である。このため、上記昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータはどのような時点においても交流出力電力分のみを電力変換すればよい。
【００２６】
一方、電力変換効率が悪化し易い高い昇圧比での電力変換動作において、交流電力系統の各相について高い昇圧比で電力変換動作を行う場合（例えば、請求項２に記載の構成）は、各相の出力電力が最大となる位相において、各相の出力電力波高値を変換する必要があり、このような時点で上記交流出力電力より大きな電力を昇圧することになるため、昇圧動作に伴い大きな電流が流れる。このような時点では著しく電力変換損失が増加しがちである。このため、請求項３に記載の構成は、請求項２に記載の構成と比較して、電力変換する際に上記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータに瞬時的に流れる最大電流が少なくなるため、電力変換における損失を小さくすることができ、電力変換効率を向上させることができる。
【００２７】
また、請求項２に記載の分散型電源設備において、請求項４に記載のように、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、反転昇降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータであり、第１切替手段は、第１電力入出力部と蓄電池とを接続する場合には、蓄電池を構成する一対の電極のうち一方の第１電極と、第１電力入出力部とを接続するように構成され、第２切替手段は、第２電力入出力部と蓄電池とを接続する場合には、蓄電池を構成する一対の電極のうち他方の第２電極と、第２電力入出力部とを接続するように構成され、第１電極および第２電極の何れか一方が双方向性電力変換装置のコモンに接続されるように、電力伝送経路を切り替える第３切替手段を備え、第２機能を実行する場合には、第３切替手段は、第２電極がコモンに接続されるように、電力伝送経路を切り替え、第３機能を実行する場合には、第３切替手段は、第１電極がコモンに接続されるように、電力伝送経路を切り替えるようにしてもよい。
【００２８】
このように構成された分散型電源設備によれば、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータとして反転昇降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータを用いているため、非反転昇降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータと比較して、リアクトルの数を増加させることなくスイッチ素子の数を低減することができ、分散型電源設備の小型化または低コスト化を図ることができる。反転昇降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータを構成するためには１個のリアクトルと２個のスイッチ素子が必要であるのに対し、非反転昇降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータを構成するためには１個のリアクトルと４個のスイッチ素子が必要であるからである。
【００２９】
なお、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータとして反転昇降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータを用いているため、双方向電力変換装置において入力電圧と出力電圧の極性が反転する。このため、第２機能を実行する場合と第３機能を実行する場合とで、蓄電池にかかる電圧の極性が反転する。この反転に対応するために、蓄電池を構成する一対の電極の何れかがコモンに接続されるように第３切替手段が切り替わる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】分散型電源システム１の構成を示す回路図である。
【図２】昇降圧型コンバータ装置１１，２１による交流出力を説明する図である。
【図３】昇降圧型コンバータ装置１１，２１の力行動作および回生動作を説明する図である。
【図４】分散型電源システム３１の構成を示す回路図である。
【図５】分散型電源システム７１の構成を示す回路図である。
【図６】他の実施形態の双方向電力変換装置の構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
（第１実施形態）
以下に本発明の第１実施形態を図面とともに説明する。
図１は、本実施形態の分散型電源システム１の構成を示す回路図である。図２は、昇降圧型コンバータ装置１１，２１による交流出力を説明する図である。図３は、昇降圧型コンバータ装置１１，２１の力行動作および回生動作を説明する図である。
【００３２】
分散型電源システム１は、図１に示すように、直流発電装置２、蓄電池３、分散型電源設備４、及びフィルタ５を備えており、フィルタ５を介して交流電力系統６に接続されている。
【００３３】
これらのうち直流発電装置２は、例えば太陽光、風力などの自然エネルギーを利用して直流電力の発電を行う。
また蓄電池３は、直流発電装置２で発電した電力、または交流電力系統６から供給される電力を蓄電する。
【００３４】
またフィルタ５は、分散型電源設備４から出力される交流電力から高周波成分を除去し、交流電力系統６へ出力するためのものである。
また分散型電源設備４は、双方向電力変換装置１０と選択スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３を備える。
【００３５】
双方向電力変換装置１０は、昇降圧型コンバータ装置１１，２１と、平滑コンデンサＣ１を備え、昇降圧型コンバータ装置１１，２１を並列接続することにより構成されている。
【００３６】
そして昇降圧型コンバータ装置１１（２１）は、リアクトルＬ１１（Ｌ２１）、コンデンサＣ１１（Ｃ２１）、およびスイッチ素子Ｓ１１（Ｓ２１），Ｓ１２（Ｓ２２），Ｓ１３（Ｓ２３），Ｓ１４（Ｓ２４）を備えている。なお、コンデンサＣ１１（Ｃ２１）は平滑コンデンサであり、スイッチ素子Ｓ１１（Ｓ２１），Ｓ１２（Ｓ２２），Ｓ１３（Ｓ２３），Ｓ１４（Ｓ２４）はＮチャネル型の電界効果トランジスタである。
【００３７】
スイッチ素子Ｓ１１（Ｓ２１）は、ドレインＴｄ１１（Ｔｄ２１）が選択スイッチＳＷ１を介して直流発電装置２または蓄電池３に接続されるとともに、ソースＴｓ１１（Ｔｓ２１）がスイッチ素子Ｓ１２（Ｓ２２）のドレインＴｄ１２（Ｔｄ２２）に接続されている。またスイッチ素子Ｓ１２（Ｓ２２）は、ドレインＴｄ１２（Ｔｄ２２）がスイッチ素子Ｓ１１（Ｓ２１）のソースＴｓ１１（Ｔｓ２１）に接続されるとともに、ソースＴｓ１２（Ｔｓ２２）がコモンに接続されている。なお、ここでのコモンは大地に接地されてはおらず、したがって、交流電力系統の中点電位とは一般に異なる電位である。
【００３８】
またスイッチ素子Ｓ１３（Ｓ２３）は、ドレインＴｄ１３（Ｔｄ２３）が選択スイッチＳＷ２（ＳＷ３）を介して交流電力系統６に接続されるとともに、ソースＴｓ１３（Ｔｓ２３）がスイッチ素子Ｓ１４（Ｓ２４）のドレインＴｄ１４（Ｔｄ２４）に接続されている。またスイッチ素子Ｓ１４（Ｓ２４）は、ドレインＴｄ１４（Ｔｄ２４）がスイッチ素子Ｓ１３（Ｓ２３）のソースＴｓ１３（Ｔｓ２３）に接続されるとともに、ソースＴｓ１４（Ｔｓ２４）がコモンに接続されている。
【００３９】
またリアクトルＬ１１（Ｌ２１）は、一端がスイッチ素子Ｓ１１（Ｓ２１）とスイッチ素子Ｓ１２（Ｓ２２）との接続点に接続されるとともに、他端がスイッチ素子Ｓ１３（Ｓ２３）とスイッチ素子Ｓ１４（Ｓ２４）との接続点に接続されている。
【００４０】
またコンデンサＣ１１（Ｃ２１）は、一端が選択スイッチＳＷ２（ＳＷ３）とスイッチ素子Ｓ１３（Ｓ２３）との接続点に接続されるとともに、他端がコモンに接続されている。
【００４１】
このように構成された昇降圧型コンバータ装置１１（２１）では、スイッチ素子Ｓ１１（Ｓ２１）をオンするとともにスイッチ素子Ｓ１２（Ｓ２２）をオフし、スイッチ素子Ｓ１３（Ｓ２３）とスイッチ素子Ｓ１４（Ｓ２４）とを交互にオン／オフさせることにより、スイッチ素子Ｓ１３（Ｓ２３）のドレインＴｄ１３（Ｔｄ２３）に、スイッチ素子Ｓ１１（Ｓ２１）のドレインＴｄ１１（Ｔｄ２１）より高い電圧を発生させることができる。また、スイッチ素子Ｓ１３（Ｓ２３）をオンするとともにスイッチ素子Ｓ１４（Ｓ２４）をオフし、スイッチ素子Ｓ１１（Ｓ２１）とスイッチ素子Ｓ１２（Ｓ２２）とを交互にオン／オフさせて、スイッチ素子Ｓ１３（Ｓ２３）のドレインＴｄ１３（Ｔｄ２３）に、スイッチ素子Ｓ１１（Ｓ２１）のドレインＴｄ１１（Ｔｄ２１）より低い電圧を発生させることができる。
【００４２】
さらに選択スイッチＳＷ１は、スイッチ素子Ｓ１１のドレインＴｄ１１およびスイッチ素子Ｓ２１のドレインＴｄ２１を、直流発電装置２および蓄電池３の何れか一方に接続する。
【００４３】
また選択スイッチＳＷ２は、スイッチ素子Ｓ１３のドレインＴｄ１３を、蓄電池３および交流電力系統６の何れかに接続する。また選択スイッチＳＷ３は、スイッチ素子Ｓ２３のドレインＴｄ２３を、蓄電池３および交流電力系統６の何れか一方に接続する。
【００４４】
また平滑コンデンサＣ１は、一端がスイッチ素子Ｓ１１のドレインＴｄ１１およびスイッチ素子Ｓ２１のドレインＴｄ２１と選択スイッチＳＷ１との接続点に接続されるとともに、他端がコモンに接続されている。
【００４５】
ところで、昇降圧型コンバータ装置１１，２１は、その出力電圧を、予め設定された基準電圧を中心として振動するように制御することで、図２に示すように、基準電圧を中心とした交流を出力させることができる。そして、上述のように構成された双方向電力変換装置１０において、入力を共有する２つの昇降圧型コンバータ装置１１，２１を、基準電圧を中心として互いに逆位相の振動電圧を出力するように制御すると、両出力の電位差は、０Ｖを中心とする振動電圧となる。この振動電圧の電圧振幅を交流電力系統６の電圧振幅と等しくすることで、交流電源を得ることができる。
【００４６】
また、交流電力系統６に双方向電力変換装置１０を接続する際には、昇降圧型コンバータ装置１１，２１の各出力電流が、０Ａを中心とする互いに逆相の正弦波電流となるように、制御されなくてはならない。なぜなら、昇降圧型コンバータ装置１１，２１の各出力電流の中心電流が０Ａでない場合、または昇降圧型コンバータ装置１１，２１の各出力電流が互いに逆相の正弦波電流でない場合には、交流電力系統６に直流電流が生じたり、接地に対する電流が生じたりするからである。
【００４７】
また、昇降圧型コンバータ装置１１，２１の各出力電流の位相は、出力電圧の位相に一致するか逆でなくてはならない。なぜなら、それ以外の場合では交流電力系統６に無効な電力が供給されるといった問題が生じるからである。
【００４８】
そして、昇降圧型コンバータ装置１１，２１は、以下に示す第１の動作状態および第２の動作状態のときにのみ、上記の条件を満たす。
まず、第１の動作状態は、図３（ａ）に示すように、昇降圧型コンバータ装置１１，２１のそれぞれにおいて、出力電圧と出力電流とが同相となる状態である。この動作状態では、昇降圧型コンバータ装置１１，２１の平均出力電力が正である。このため、昇降圧型コンバータ装置１１，２１から交流電力系統６に電力が供給される。以降、この動作を力行動作という。
【００４９】
次に、第２の動作状態は、図３（ｂ）に示すように、昇降圧型コンバータ装置１１，２１のそれぞれにおいて、出力電圧と出力電流とが逆相となる状態である。この動作状態では、昇降圧型コンバータ装置１１，２１の平均出力電力が負である。このため、交流電力系統６から昇降圧型コンバータ装置１１，２１に電力が供給される。以降、この動作を回生動作という。
【００５０】
以上より、双方向電力変換装置１０は、通常のＤＣ／ＤＣ変換装置として機能するだけではなく、双方向のＤＣ／ＡＣ変換装置として機能させることができる。
そして、分散型電源設備４において、（１）直流発電装置２で発電された電力を双方向電力変換装置１０を介して交流電力系統６へ給電する機能と、（２）交流電力系統６から双方向電力変換装置１０を介して蓄電池３の充電を行う機能と、（３）直流発電装置２から双方向電力変換装置１０を介して蓄電池３の充電を行う機能を実現するには、分散型電源設備４を以下のように動作させる。
【００５１】
まず、（１）直流発電装置２から交流電力系統６へ給電する機能（以下、第１機能ともいう）を実現するには、双方向電力変換装置１０と直流発電装置２とが接続されるように選択スイッチＳＷ１を切り替えるとともに、双方向電力変換装置１０と交流電力系統６とが接続されるように選択スイッチＳＷ２，ＳＷ３を切り替え、さらに、双方向電力変換装置１０に力行動作を実行させる。
【００５２】
また、（２）交流電力系統６から蓄電池３の充電を行う機能（以下、第２機能ともいう）を実現するには、双方向電力変換装置１０と蓄電池３とが接続されるように選択スイッチＳＷ１を切り替えるとともに、双方向電力変換装置１０と交流電力系統６とが接続されるように選択スイッチＳＷ２，ＳＷ３を切り替え、さらに、双方向電力変換装置１０に回生動作を実行させる。
【００５３】
また、（３）直流発電装置２から蓄電池３の充電を行う機能（以下、第３機能ともいう）を実現するには、双方向電力変換装置１０と直流発電装置２とが接続されるように選択スイッチＳＷ１を切り替えるとともに、双方向電力変換装置１０と蓄電池３とが接続されるように選択スイッチＳＷ２，ＳＷ３を切り替え、さらに、双方向電力変換装置１０をＤＣ／ＤＣコンバータとして動作させる。
【００５４】
このように構成された分散型電源設備４では、双方向電力変換装置１０は、複数（本実施形態では２個）の昇降圧型コンバータ装置１１，２１（ＤＣ／ＤＣコンバータ）により構成されるとともに、電力を入出力可能な第１電力入出力部（図１の接続点Ｐｃ１を参照）と、電力を入出力可能な複数の第２電力入出力部（図１の接続点Ｐｃ２，Ｐｃ３を参照）とを備え、第１電力入出力部または第２電力入出力部から入力した電力を予め設定された電圧値に変換して、それぞれ第２電力入出力部または第１電力入出力部に出力する。
【００５５】
また選択スイッチＳＷ１は、第１電力入出力部が、直流発電装置２および蓄電池３の何れか一方に接続されるように、第１電力入出力部と直流発電装置２および蓄電池３との間の電力伝送経路を切り替えるとともに、選択スイッチＳＷ２，ＳＷ３は、第２電力入出力部が、交流電力系統６および蓄電池３の何れか一方に接続されるように、第２電力入出力部と交流電力系統６および蓄電池３との間の電力伝送経路を切り替える。
【００５６】
なお、第２電力入出力部の個数（本実施形態では２個）は、交流電力系統６の相数（本実施形態では２相）に等しいかそれ以上であり、交流電力系統６に選択スイッチＳＷ２，ＳＷ３を介して接続される複数の第２電力入出力部のそれぞれは、交流電力系統の交流電力を構成する複数の相のうちの１つに接続されるように予め設定され、選択スイッチＳＷ２，ＳＷ３は、第２電力入出力部と交流電力系統６とが接続されるように電力伝送経路を切り替える場合には、複数の第２電力入出力部のそれぞれを、予め設定された相に接続する。
【００５７】
また、第１機能を実行する場合には、選択スイッチＳＷ１は、第１電力入出力部が直流発電装置２に接続されるように、電力伝送経路を切り替え、選択スイッチＳＷ２，ＳＷ３は、第２電力入出力部が交流電力系統６に接続されるように、電力伝送経路を切り替える。これにより、直流発電装置２と交流電力系統６とが双方向電力変換装置１０を介して電力入出力可能に接続される。
【００５８】
そして双方向電力変換装置１０は、第１電力入出力部に入力した直流電力を、所定の電圧振幅および所定の周波数を有する交流電力に変換するように、昇降圧型コンバータ装置１１，２１を制御してＤＣ／ＡＣ変換動作を行う。ここで、双方向電力変換装置１０は、第１電力入出力部に入力した直流電力を、第２電力入出力部において出力電圧の交流成分と出力電流の交流成分とが同相の交流電力となるように時間変化する電流・電圧に制御することで、ＤＣ／ＡＣ変換動作を行う。これにより、双方向電力変換装置１０の第２電力入出力部において１周期にわたる平均出力電力が正となり、第１電力入出力部の電力を吸収して第２電力入出力部に出力するように動作する。したがって、双方向電力変換装置１０から交流電力系統６に電力を供給することができる。
【００５９】
次に、第２機能を実行する場合には、選択スイッチＳＷ１は、第１電力入出力部が蓄電池３に接続されるように、電力伝送経路を切り替え、選択スイッチＳＷ２，ＳＷ３は、第２電力入出力部が交流電力系統６に接続されるように、電力伝送経路を切り替える。これにより、蓄電池３と交流電力系統６とが双方向電力変換装置１０を介して電力入出力可能に接続される。
【００６０】
そして双方向電力変換装置１０は、第２電力入出力部に入力した交流電力を、所定の電圧値を有する直流電力に変換するように昇降圧型コンバータ装置１１，２１を制御してＡＣ／ＤＣ変換動作を行う。ここで、双方向電力変換装置１０は、第２電力入出力部における出力電圧の交流成分と出力電流の交流成分とが逆相の交流電力となるように時間変化する電流・電圧に制御することで、ＤＣ／ＡＣ変換動作を行う。これにより、双方向電力変換装置１０の第２電力入出力部における１周期にわたる平均出力電力が負となり、第２電力入出力部の電力を吸収して第１電力入出力部に電力を出力するように動作する。したがって、双方向電力変換装置１０から蓄電池３に電力を供給することができる。
【００６１】
さらに、第３機能を実行する場合には、選択スイッチＳＷ１は、第１電力入出力部が直流発電装置２に接続されるように、電力伝送経路を切り替え、選択スイッチＳＷ２，ＳＷ３は、第２電力入出力部が蓄電池３に接続されるように、電力伝送経路を切り替える。これにより、直流発電装置２と蓄電池３とが双方向電力変換装置１０を介して電力入出力可能に接続される。
【００６２】
そして双方向電力変換装置１０は、第１電力入出力部に入力した直流電力を、所定の電圧値を有する直流電力に変換するように昇降圧型コンバータ装置１１，２１を制御してＤＣ／ＤＣ変換動作を行う。これにより、双方向電力変換装置１０から蓄電池３に電力を供給することができる。
【００６３】
このように構成された分散型電源設備４によれば、上記第１機能、第２機能、及び第３機能の何れを実行する場合でも、双方向電力変換装置１０を構成する複数の昇降圧型コンバータ装置１１，２１が電力変換動作を行う。つまり、上記複数の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、上記第１，２，３機能の全てで稼動させることとなるため、上記特許文献１に記載の分散型電源設備よりも、分散型電源設備４が備える電力変換装置の利用効率を向上させることができる。
【００６４】
また、上記第２機能を実行する場合に、交流電力系統６から蓄電池３に到る電流経路上において２つのコンバータが直列に接続されていないため、上記特許文献１に記載の分散型電源設備よりも、電力変換効率が高くなり、放熱設備の大型化を抑制することができる。
【００６５】
また双方向電力変換装置１０は、電力を入出力可能な１対の電力入出力部である第３電力入出力部（図１の接続点Ｐｃ１１，Ｐｃ２１を参照）および第４電力入出力部（図１の接続点Ｐｃ１２，Ｐｃ２２を参照）を備え、第３電力入出力部または第４電力入出力部から入力した電力を予め設定された電圧値に変換して、対となる他方の電力入出力部に出力する複数の昇降圧型コンバータ装置１１，２１を備え、複数の昇降圧型コンバータ装置１１，２１の個数は、第２電力入出力部の個数に一致しており、複数の昇降圧型コンバータ装置１１，２１は、互いに電気的に並列接続され、複数の昇降圧型コンバータ装置１１，２１における第３電力入出力部は、第１電力入出力部に接続され、第４電力入出力部のそれぞれは、互いに異なる第２電力入出力部に接続される。
【００６６】
このように構成された分散型電源設備４では、昇降圧型コンバータ装置の個数（本実施形態では２個）が、第２電力入出力部の個数（本実施形態では２個）に一致しており、必要最低限の個数である。これにより、１つの昇降圧型コンバータ装置について少なくとも１つ必要であるリアクトルの数を必要最低限に抑えることができる。従って、リアクトルの価格が分散型電源設備全体にとって無視できないコスト要因である場合に、分散型電源設備４の低コスト化への寄与を高めることができる。
【００６７】
以上説明した実施形態において、昇降圧型コンバータ装置１１，２１は本発明における双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ、選択スイッチＳＷ１は本発明における第１切替手段、選択スイッチＳＷ２，ＳＷ３は本発明における第２切替手段である。
【００６８】
（第２実施形態）
以下に本発明の第２実施形態を図面とともに説明する。なお、第２実施形態では、第１実施形態と異なる部分のみを説明する。
【００６９】
図４は、本実施形態の分散型電源システム３１の構成を示す回路図である。
第２実施形態の分散型電源システム３１は、分散型電源設備４の代わりに分散型電源設備３４を備える点以外は第１実施形態と同じである。
【００７０】
そして分散型電源設備３４は、双方向電力変換装置１０の代わりに双方向電力変換装置４０を備える点以外は第１実施形態の分散型電源設備４と同じである。
双方向電力変換装置４０は、図４に示すように、降圧型コンバータ装置４１，５１と、昇圧型コンバータ装置６１と、平滑コンデンサＣ３１を備え、降圧型コンバータ装置４１，５１を並列接続するとともに、昇圧型コンバータ装置６１を降圧型コンバータ装置４１，５１に対して直列接続することにより構成されている。
【００７１】
まず、降圧型コンバータ装置４１（５１）は、リアクトルＬ４１（Ｌ５１）、コンデンサＣ４１（Ｃ５１）、およびスイッチ素子Ｓ４１（Ｓ５１），Ｓ４２（Ｓ５２）を備えている。なおコンデンサＣ４１（Ｃ５１）は平滑コンデンサである。またスイッチ素子Ｓ４１（Ｓ５１），Ｓ４２（Ｓ５２）は、Ｎチャネル型の電界効果トランジスタである。
【００７２】
これらのうちリアクトルＬ４１（Ｌ５１）は、一端が選択スイッチＳＷ２（ＳＷ３）を介して交流電力系統６に接続されるとともに、他端がスイッチ素子Ｓ４１（Ｓ５１）とスイッチ素子Ｓ４２（Ｓ５２）との接続点に接続されている。
【００７３】
またコンデンサＣ４１（Ｃ５１）は、一端がリアクトルＬ４１（Ｌ５１）と選択スイッチＳＷ２（ＳＷ３）との接続点に接続されるとともに、他端がコモンに接続されている。
またスイッチ素子Ｓ４１（Ｓ５１）は、ドレインＴｄ４１（Ｔｄ５１）が昇圧型コンバータ装置６１に接続されるとともに、ソースＴｓ４１（Ｔｓ５１）がスイッチ素子Ｓ４２（Ｓ５２）のドレインＴｄ４２（Ｔｄ５２）に接続されている。またスイッチ素子Ｓ４２（Ｓ５２）は、ドレインＴｄ４２（Ｔｄ５２）がスイッチ素子Ｓ４１（Ｓ５１）のソースＴｓ４１（Ｔｓ５１）に接続されるとともに、ソースＴｓ４２（Ｔｓ５２）がコモンに接続されている。
【００７４】
このように構成された降圧型コンバータ装置４１（５１）においては、スイッチ素子Ｓ４１（Ｓ５１）とスイッチ素子Ｓ４２（Ｓ５２）とを交互にオン／オフさせることにより、コンデンサＣ４１（Ｃ５１）とリアクトルＬ４１（Ｌ５１）との接続点において、スイッチ素子Ｓ４１（Ｓ５１）のドレインＴｄ４１（Ｔｄ５１）より低い電圧を発生させることができる。すなわち、スイッチ素子Ｓ４１（Ｓ５１）がオフからオンに変化してから次にオフからオンに変化するまでの期間（以下、スイッチング周期という）に対する、スイッチ素子Ｓ４１（Ｓ５１）がオン状態である期間（以下、スイッチオン時間という）の比率を変化させ、スイッチング周期に対してスイッチオン時間を短くするほど、コンデンサＣ４１（Ｃ５１）とリアクトルＬ４１（５１）との接続点での電圧を低下させることができる。なお、リアクトルＬ４１（５１）およびコンデンサＣ４１（Ｃ５１）は、コンデンサＣ４１（Ｃ５１）とリアクトルＬ４１（５１）との接続点での電圧を平滑化するための平滑回路を構成する。
【００７５】
次に、昇圧型コンバータ装置６１は、リアクトルＬ６１、およびスイッチ素子Ｓ６１，Ｓ６２を備えている。なお、スイッチ素子Ｓ６１，Ｓ６２は、Ｎチャネル型の電界効果トランジスタである。
【００７６】
これらのうちスイッチ素子Ｓ６１は、ドレインＴｄ６１が降圧型コンバータ装置４１，５１に接続されるとともに、ソースＴｓ６１がスイッチ素子Ｓ６２のドレインＴｄ６２に接続されている。またスイッチ素子Ｓ６２は、ドレインＴｄ６２がスイッチ素子Ｓ６１のソースＴｓ６１に接続されるとともに、ソースＴｓ６２がコモンに接続されている。
【００７７】
またリアクトルＬ６１は、一端が選択スイッチＳＷ１を介して直流発電装置２または蓄電池３に接続されるとともに、他端がスイッチ素子Ｓ６１とスイッチ素子Ｓ６２との接続点に接続されている。
【００７８】
また平滑コンデンサＣ３１は、一端がスイッチ素子Ｓ６１のドレインＴｄ６１と降圧型コンバータ装置４１，５１との接続点に接続されるとともに、他端がコモンに接続されている。
【００７９】
このように構成された昇圧型コンバータ装置６１においては、スイッチ素子Ｓ６１とスイッチ素子Ｓ６２とを交互にオン／オフさせて、スイッチ素子Ｓ６１のドレインＴｄ６１に直流発電装置２または蓄電池３より高い電圧を発生させることができる。すなわち、まずスイッチ素子Ｓ６２をオンすると、リアクトルＬ６１に磁気エネルギーが蓄積される。その後にスイッチ素子Ｓ６２をオフすると、リアクトルＬ６１に蓄積された磁気エネルギーにより、リアクトルＬ６１とスイッチ素子Ｓ６２との接続点での電圧が上昇し、コンデンサＣ３１に電荷が蓄積される。この動作を繰り返すことにより、スイッチ素子Ｓ６１のドレインＴｄ６１の電圧が上昇する。
【００８０】
このように構成された分散型電源設備３４では、双方向電力変換装置４０は、電力を入出力可能な１対の電力入出力部である第５電力入出力部（図４の接続点Ｐｃ４１，Ｐｃ５１を参照）および第６電力入出力部（図４の接続点Ｐｃ４２，Ｐｃ５２を参照）を備える複数の降圧型コンバータ装置４１，５１と、電力を入出力可能な１対の電力入出力部である第７電力入出力部（図４のリアクトルＬ６１の左端部Ｐｃ６１を参照）および第８電力入出力部（図４の接続点Ｐｃ５１を参照）を備える昇圧型コンバータ装置６１とを備え、複数の降圧型コンバータ装置４１，５１の個数（本実施形態では２個）は、第２電力入出力部の個数（本実施形態では２個）に一致しており、複数の降圧型コンバータ装置４１，５１は、互いに電気的に並列接続され、複数の降圧型コンバータ装置４１，５１における第５電力入出力部は、昇圧型コンバータ装置６１の第８電力入出力部に接続され、複数の降圧型コンバータ装置４１，５１における第６電力入出力部のそれぞれは、互いに異なる第２電力入出力部（図４の接続点Ｐｃ２，Ｐｃ３を参照）に接続され、昇圧型コンバータ装置６１における第７電力入出力部は、第１電力入出力部（図４の接続点Ｐｃ１を参照）に接続される。
【００８１】
このように構成された分散型電源設備３４によれば、直流発電装置２の出力電圧が交流電力系統６の電圧振幅に比べて非常に低い場合（すなわち、高い昇圧比で電力変換動作を行う場合）において直流発電装置２から交流電力系統６へ電力を供給する際に、以下に示すように、電力変換効率を向上させることができる。
【００８２】
まず、上記の昇圧型コンバータ装置６１に流れる電力は、複数の降圧型コンバータ装置４１，５１に流れる電力の加算値に等しい。そして、複数の降圧型コンバータ装置４１，５１に流れる電力の加算値の瞬時値は、交流出力のどの位相の時点においても交流出力電力に等しい準定常値である。このため、昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ６１はどのような時点においても交流出力電力分のみを電力変換すればよい。
【００８３】
一方、電力変換効率が悪化し易い高い昇圧比での電力変換動作において、交流電力系統６の各相について高い昇圧比で電力変換動作を行う場合（例えば、第１実施形態）は、各相の出力電力が最大となる位相において、各相の出力電力波高値を変換する必要があり、このような時点で上記交流出力電力より大きな電力を昇圧することになるため、昇圧動作に伴い大きな電流が流れる。このような時点では著しく電力変換損失が増加しがちである。このため、本実施形態では、第１実施形態と比較して、電力変換する際の電流が少なくなるため、電力変換における損失を小さくすることができ、電力変換効率を向上させることができる。
【００８４】
以上説明した実施形態において、降圧型コンバータ装置４１，５１は本発明における降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ、昇圧型コンバータ装置６１は本発明における昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータである。
【００８５】
（第３実施形態）
以下に本発明の第３実施形態を図面とともに説明する。なお、第３実施形態では、第１実施形態と異なる部分のみを説明する。
【００８６】
図５は、本実施形態の分散型電源システム７１の構成を示す回路図である。
第２実施形態の分散型電源システム７１は、分散型電源設備４の代わりに分散型電源設備７４を備える点以外は第１実施形態と同じである。
【００８７】
そして分散型電源設備７４は、双方向電力変換装置８０と、選択スイッチＳＷ７１，ＳＷ７２，ＳＷ７３，ＳＷ７４を備える。
双方向電力変換装置８０は、図５に示すように、反転昇降圧型コンバータ装置８１，９１と、平滑コンデンサＣ７１と、選択スイッチＳＷ７１，ＳＷ７２，ＳＷ７３，ＳＷ７４を備え、反転昇降圧型コンバータ装置８１，９１を並列接続することにより構成されている。
【００８８】
そして反転昇降圧型コンバータ装置８１（９１）は、リアクトルＬ８１（Ｌ９１）、コンデンサＣ８１（Ｃ９１）、およびスイッチ素子Ｓ８１（Ｓ９１），Ｓ８２（Ｓ９２）を備えている。なお、コンデンサＣ８１（Ｃ９１）は平滑コンデンサであり、スイッチ素子Ｓ８１（Ｓ９１），Ｓ８２（Ｓ９２）はＮチャネル型の電界効果トランジスタである。
【００８９】
スイッチ素子Ｓ８１（Ｓ９１）は、ドレインＴｄ８１（Ｔｄ９１）が選択スイッチＳＷ７１を介して直流発電装置２または蓄電池３に接続されるとともに、ソースＴｓ８１（Ｔｓ９１）がスイッチ素子Ｓ８２（Ｓ９２）のドレインＴｄ８２（Ｔｄ９２）に接続されている。またスイッチ素子Ｓ８２（Ｓ９２）は、ドレインＴｄ８２（Ｔｄ９２）がスイッチ素子Ｓ８１（Ｓ９１）のソースＴｓ８１（Ｔｓ９１）に接続されるとともに、ソースＴｓ８２（Ｔｓ９２）が選択スイッチＳＷ７２（ＳＷ７３）を介して交流電力系統６に接続されている。
【００９０】
またリアクトルＬ８１（Ｌ９１）は、一端がスイッチ素子Ｓ８１（Ｓ９１）とスイッチ素子Ｓ８２（Ｓ９２）との接続点に接続されるとともに、他端がコモンに接続されている。
【００９１】
またコンデンサＣ８１（Ｃ９１）は、一端がスイッチ素子Ｓ８２（Ｓ９２）と選択スイッチＳＷ２（ＳＷ３）との接続点に接続されるとともに、他端がコモンに接続されている。
【００９２】
このように構成された反転昇降圧型コンバータ装置８１（９１）では、スイッチ素子Ｓ８２（Ｓ９２）をオフし、スイッチ素子Ｓ８１（Ｓ９１）のオン／オフを繰り返すことにより、スイッチ素子Ｓ８２（Ｓ９２）のソースＴｓ８２（Ｔｓ９２）に、直流発電装置２または蓄電池３の電圧に対して極性が反転した電圧を発生させることができる。なお、スイッチ素子Ｓ８２（Ｓ９２）のソースＴｓ８２（Ｔｓ９２）に発生する電圧の大きさは、スイッチ素子Ｓ８１（Ｓ９１）がオン状態である期間（スイッチオン時間）と、スイッチ素子Ｓ８１（Ｓ９１）がオフ状態である期間（スイッチオフ時間）との比率により制御される。
【００９３】
一方、スイッチ素子Ｓ８１（Ｓ９１）をオフし、スイッチ素子Ｓ８２（Ｓ９２）のオン／オフを繰り返すことにより、スイッチ素子Ｓ８１（Ｓ９１）のドレインＴｄ８１（Ｔｄ９１）に、交流電力系統６の電圧に対して極性が反転した電圧を発生させることができる。なお、スイッチ素子Ｓ８１（Ｓ９１）のドレインＴｄ８１（Ｔｄ９１）に発生する電圧の大きさは、スイッチ素子Ｓ８２（Ｓ９２）がオン状態である期間（スイッチオン時間）と、スイッチ素子Ｓ８２（Ｓ９２）がオフ状態である期間（スイッチオフ時間）との比率により制御される。
【００９４】
さらに選択スイッチＳＷ７１は、スイッチ素子Ｓ８１のドレインＴｄ８１およびスイッチ素子Ｓ９１のドレインＴｄ９１を、直流発電装置２および蓄電池３の一端電極３ａの何れか一方に接続する。
【００９５】
また選択スイッチＳＷ７２は、スイッチ素子Ｓ８２のソースＴｓ８２を、交流電力系統６および蓄電池３の他端電極３ｂの何れか一方に接続する。また選択スイッチＳＷ７３は、スイッチ素子Ｓ９２のソースＴｓ９２を、交流電力系統６および蓄電池３の他端電極３ｂの何れか一方に接続する。
【００９６】
また選択スイッチＳＷ７４は、蓄電池３の一端電極３ａおよび他端電極３ｂの何れか一方をコモンに接続する。
そして、分散型電源設備７４において、（１）直流発電装置２で発電された電力を双方向電力変換装置８０を介して交流電力系統６へ給電する機能と、（２）交流電力系統６から双方向電力変換装置８０を介して蓄電池３の充電を行う機能と、（３）直流発電装置２から双方向電力変換装置８０を介して蓄電池３の充電を行う機能を実現するには、分散型電源設備７４を以下のように動作させる。
【００９７】
まず、（１）直流発電装置２から交流電力系統６へ給電する機能（第１機能）を実現するには、双方向電力変換装置８０と直流発電装置２とが接続されるように選択スイッチＳＷ７１を切り替え、双方向電力変換装置８０と交流電力系統６とが接続されるように選択スイッチＳＷ７２，ＳＷ７３を切り替え、さらに、双方向電力変換装置８０に力行動作を実行させる。なお、選択スイッチＳＷ７４の切替状態は任意である。
【００９８】
また、（２）交流電力系統６から蓄電池３の充電を行う機能（第２機能）を実現するには、双方向電力変換装置８０と蓄電池３とが接続されるように選択スイッチＳＷ７１を切り替え、双方向電力変換装置８０と交流電力系統６とが接続されるように選択スイッチＳＷ７２，７３を切り替え、蓄電池３の他端電極３ｂがコモンに接続されるように選択スイッチＳＷ７４を切り替え、さらに、双方向電力変換装置８０に回生動作を実行させる。
【００９９】
また、（３）直流発電装置２から蓄電池３の充電を行う機能（第３機能）を実現するには、双方向電力変換装置８０と直流発電装置２とが接続されるように選択スイッチＳＷ７１を切り替え、双方向電力変換装置８０と蓄電池３とが接続されるように選択スイッチＳＷ７２，ＳＷ７３を切り替え、蓄電池３の一端電極３ａがコモンに接続されるように選択スイッチＳＷ７４を切り替え、さらに、双方向電力変換装置８０をＤＣ／ＤＣコンバータとして動作させる。
【０１００】
このように構成された分散型電源設備７４によれば、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータとして反転昇降圧型コンバータ装置８１，９１を用いているため、非反転昇降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータと比較して、リアクトルの数を増加させることなくスイッチ素子の数を低減することができ、分散型電源設備７４の小型化または低コスト化を図ることができる。反転昇降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータを構成するためには１個のリアクトルと２個のスイッチ素子が必要であるのに対し、非反転昇降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータを構成するためには１個のリアクトルと４個のスイッチ素子が必要であるからである。
【０１０１】
なお、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータとして反転昇降圧型コンバータ装置８１，９１を用いているため、双方向電力変換装置８０において入力電圧と出力電圧の極性が反転する。このため、第２機能を実行する場合と第３機能を実行する場合とで、蓄電池３にかかる電圧の極性が反転する。この反転に対応するために、蓄電池３を構成する一対の電極３ａ，３ｂの何れかがコモンに接続されるように選択スイッチＳＷ７４が切り替わる。
【０１０２】
以上説明した実施形態において、反転昇降圧型コンバータ装置８１，９１は本発明における反転昇降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ、電極３ａは本発明における第１電極、電極３ｂは本発明における第２電極、選択スイッチＳＷ７１は本発明における第１切替手段、選択スイッチＳＷ７２，ＳＷ７３は本発明における第２切替手段、選択スイッチＳＷ７４は本発明における第３切替手段である。
【０１０３】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採ることができる。
例えば上記実施形態では、交流電力系統６が２相であるものを示したが、３相以上の交流電力系統であってもよい。例えば、図６に示すように、交流電力系統が３相である場合には、交流電力系統の相数に等しいかそれ以上の個数（すなわち、３個以上）の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ装置を並列に接続した双方向電力変換装置を備えるようにするとよい。
【符号の説明】
【０１０４】
１…分散型電源システム、２…直流発電装置、３…蓄電池、３ａ…一端電極、３ｂ…他端電極、４…分散型電源設備、５…フィルタ、６…交流電力系統、１０…双方向電力変換装置、１１，２１…昇降圧型コンバータ装置、３１…分散型電源システム、３４…分散型電源設備、４０…双方向電力変換装置、４１，５１…降圧型コンバータ装置、６１…昇圧型コンバータ装置、７１…分散型電源システム、７４…分散型電源設備、８０…双方向電力変換装置、８１，９１…反転昇降圧型コンバータ装置、ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ７１，ＳＷ７２，ＳＷ７３，ＳＷ７４…スイッチ

【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を発電する直流発電装置と、直流電力を蓄電する蓄電池と、交流電力系統とに接続され、前記直流発電装置から前記交流電力系統へ給電する第１機能と、前記交流電力系統から前記蓄電池に充電する第２機能と、前記直流発電装置から前記蓄電池に充電する第３機能とを有する分散型電源設備であって、
複数の双方向性を有するＤＣ／ＤＣコンバータにより構成されるとともに、電力を入出力可能な第１電力入出力部と、電力を入出力可能な複数の第２電力入出力部とを備え、前記第１電力入出力部または前記第２電力入出力部から入力した電力を予め設定された電圧値に変換して、それぞれ前記第２電力入出力部または前記第１電力入出力部に出力する双方向電力変換装置と、
前記第１電力入出力部が、前記直流発電装置および前記蓄電池の何れか一方に接続されるように、前記第１電力入出力部と前記直流発電装置および前記蓄電池との間の電力伝送経路を切り替える第１切替手段と、
前記第２電力入出力部が、前記交流電力系統および前記蓄電池の何れか一方に接続されるように、前記第２電力入出力部と前記交流電力系統および前記蓄電池との間の電力伝送経路を切り替える第２切替手段とを備え、
前記複数の第２電力入出力部の個数は、前記交流電力系統の相数に等しいもしくはそれ以上の個数であり、
前記交流電力系統に前記第２切替手段を介して接続される複数の第２電力入出力部のそれぞれは、前記交流電力系統の交流電力を構成する複数の相のうちの１つに接続されるように予め設定され、
前記第２切替手段は、前記第２電力入出力部と前記交流電力系統とが接続されるように前記電力伝送経路を切り替える場合には、前記複数の第２電力入出力部のそれぞれを、予め設定された前記相に接続し、
前記第１機能を実行する場合には、
前記第１切替手段は、前記第１電力入出力部が前記直流発電装置に接続されるように、前記電力伝送経路を切り替え、
前記第２切替手段は、前記第２電力入出力部が前記交流電力系統に接続されるように、前記電力伝送経路を切り替え、
前記双方向電力変換装置は、前記第１電力入出力部に入力した直流電力を、所定の電圧振幅および所定の周波数を有する交流電力に変換するように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御してＤＣ／ＡＣ変換動作を行い、
前記第２機能を実行する場合には、
前記第１切替手段は、前記第１電力入出力部が前記蓄電池に接続されるように、前記電力伝送経路を切り替え、
前記第２切替手段は、前記第２電力入出力部が前記交流電力系統に接続されるように、前記電力伝送経路を切り替え、
前記双方向電力変換装置は、前記第２電力入出力部に入力した交流電力を、所定の電圧値を有する直流電力に変換するように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御してＡＣ／ＤＣ変換動作を行い、
前記第３機能を実行する場合には、
前記第１切替手段は、前記第１電力入出力部が前記直流発電装置に接続されるように、前記電力伝送経路を切り替え、
前記第２切替手段は、前記第２電力入出力部が前記蓄電池に接続されるように、前記電力伝送経路を切り替え、
前記双方向電力変換装置は、前記第１電力入出力部に入力した直流電力を、所定の電圧値を有する直流電力に変換するように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御してＤＣ／ＤＣ変換動作を行う
ことを特徴とする分散型電源設備。
【請求項２】
前記双方向電力変換装置は、
電力を入出力可能な１対の電力入出力部である第３電力入出力部および第４電力入出力部を備え、前記第３電力入出力部または前記第４電力入出力部から入力した電力を予め設定された電圧値に変換して、対となる他方の前記電力入出力部に出力する複数の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを備え、
前記複数の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの個数は、前記複数の第２電力入出力部の個数に一致しており、
前記複数の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、互いに電気的に並列接続され、
前記複数の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータにおける前記第３電力入出力部は、前記第１電力入出力部に接続され、
前記複数の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータにおける前記第４電力入出力部のそれぞれは、互いに異なる前記第２電力入出力部に接続される
ことを特徴とする請求項１に記載の分散型電源設備。
【請求項３】
前記双方向電力変換装置は、
電力を入出力可能な１対の電力入出力部である第５電力入出力部および第６電力入出力部を備える複数の双方向性を有する降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータと、
電力を入出力可能な１対の電力入出力部である第７電力入出力部および第８電力入出力部を備える双方向性を有する昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータとを備え、
前記複数の降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータの個数は、前記複数の第２電力入出力部の個数に一致しており、
前記複数の降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータは、互いに電気的に並列接続され、
前記複数の降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータにおける前記第５電力入出力部は、前記昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータの前記第８電力入出力部に接続され、
前記複数の降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータにおける前記第６電力入出力部のそれぞれは、互いに異なる前記第２電力入出力部に接続され、
前記昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータにおける前記第７電力入出力部は、前記第１電力入出力部に接続される
ことを特徴とする請求項１に記載の分散型電源設備。
【請求項４】
前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、反転昇降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータであり、
前記第１切替手段は、前記第１電力入出力部と前記蓄電池とを接続する場合には、前記蓄電池を構成する一対の電極のうち一方の第１電極と、前記第１電力入出力部とを接続するように構成され、
前記第２切替手段は、前記第２電力入出力部と前記蓄電池とを接続する場合には、前記蓄電池を構成する一対の電極のうち他方の第２電極と、前記第２電力入出力部とを接続するように構成され、
前記第１電極および前記第２電極の何れか一方が前記双方向性電力変換装置のコモンに接続されるように、電力伝送経路を切り替える第３切替手段を備え、
前記第２機能を実行する場合には、
前記第３切替手段は、前記第２電極が前記コモンに接続されるように、前記電力伝送経路を切り替え、
前記第３機能を実行する場合には、
前記第３切替手段は、前記第１電極が前記コモンに接続されるように、前記電力伝送経路を切り替える
ことを特徴とする請求項２に記載の分散型電源設備。

【図１】