分散電源システム
【課題】交流電力系統に連系される分散電源システムにおいて、直流電源部からの電力を効率的に利用する。
【解決手段】分散電源システム１０において、交流母線６は、交流電力系統１と接続される。直流電源部２０は、直流電力を発生して出力する。第１の変換器３０は、直流電源部２０から出力された直流電力を交流電力に変換して交流母線６に供給する。電力貯蔵部６０は、直流電力の充放電を行なう。第２の変換器４０は、電力貯蔵部６０からの直流電力を交流電力に変換して交流母線６に供給するか、もしくは交流母線６からの交流電力を直流電力に変換して電力貯蔵部６０に供給する双方向の変換を行なう。直流線路１７は、第１の変換器３０の直流側端子と、第２の変換器４０の直流側端子との間を接続する。電流阻止部７０は、直流線路１７上に設けられ、第２の変換器４０の直流側端子から第１の変換器３０の直流側端子へ流れる電流を阻止する。
【解決手段】分散電源システム１０において、交流母線６は、交流電力系統１と接続される。直流電源部２０は、直流電力を発生して出力する。第１の変換器３０は、直流電源部２０から出力された直流電力を交流電力に変換して交流母線６に供給する。電力貯蔵部６０は、直流電力の充放電を行なう。第２の変換器４０は、電力貯蔵部６０からの直流電力を交流電力に変換して交流母線６に供給するか、もしくは交流母線６からの交流電力を直流電力に変換して電力貯蔵部６０に供給する双方向の変換を行なう。直流線路１７は、第１の変換器３０の直流側端子と、第２の変換器４０の直流側端子との間を接続する。電流阻止部７０は、直流線路１７上に設けられ、第２の変換器４０の直流側端子から第１の変換器３０の直流側端子へ流れる電流を阻止する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、交流電力系統に連系される分散電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
自然エネルギーの普及に伴って、交流電力系統に連系して運転される分散電源システムが実用化されている。以下、図１３、図１４を参照して、従来の分散電源システムの構成例について説明する。
【０００３】
図１３は、第１の従来例としての分散電源システム９１０の構成を示す図である。図１３に示す分散電源システム９１０では、交流電力系統１に接続された交流母線６に、太陽光発電（ＰＶ：Photovoltaic）装置２１および蓄電池６１がそれぞれ電力変換器を介して接続されている。具体的に、ＰＶ装置２１は、直流／直流（ＤＣ／ＤＣ）変換器２２および直流／交流（ＤＣ／ＡＣ）変換器３０を介在して交流母線６に接続される。蓄電池６１は、双方向の交流／直流（ＡＣ／ＤＣ）変換器４０を介在して交流母線６に接続される。交流母線６にはさらに負荷として交流家電機器４が接続される。
【０００４】
図１３において、ＰＶ装置２１が発生した直流電力は、交流電力に変換された後、交流母線６を介して交流家電機器４に供給される。さらに、ＰＶ装置２１が発生した余剰電力は、交流電力系統１に逆潮流することもできるし、双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０によって直流電力に変換してから蓄電池６１に充電することもできる。
【０００５】
なお、現在、一般家庭用の分散電源では、太陽光発電の余剰電力についてのみ電気会社による買取りが行なわれている。このため、ＰＶ装置以外の家庭用燃料電池、ガスエンジン、蓄電池などの他の発電設備を併設している場合には、通常、他の発電設備に逆潮流防止リレーが設置されている。
【０００６】
図１３の従来例の場合には、双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０と交流母線６との接続点１１よりも上流側（交流母線６と交流電力系統１との接続点１２寄りの位置）に電力検出部１３が設けられている。さらに、双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０の交流側端子に接続される線路上にスイッチ１４が設けられている。スイッチ１４は、電力検出部１３によって逆潮流が検出された場合にはスイッチ１４がオフ状態に切替わることによって蓄電池からの逆潮流を防止する。
【０００７】
図１３に示すように、交流母線に太陽光発電装置や蓄電池などの複数の分散電源が接続される例は、たとえば、特開２００５−２８７１３２号公報（特許文献１）に開示されている。この文献の例では、交流母線であるコージェネ用供給ラインに、太陽光発電装置がインバータを介して接続されるとともに、ガスエンジンによって発電装置を駆動するように構成された熱電併給装置が接続されている。
【０００８】
図１４は、第２の従来例としての分散電源システム９１０Ａの構成を示す図である。図１４に示す分散電源システム９１０Ａは、直流母線７が設けられている点で、図１３の分散電源システム９１０と異なる。直流母線７には、双方向ＡＣ／ＤＣ変換器３０Ａを介在して交流電力系統１が接続される。直流母線７には、さらに、ＤＣ／ＤＣ変換器２２を介在してＰＶ装置２１が接続されるとともに、蓄電池６１および直流家電機器５が接続されている。
【０００９】
図１４において、ＰＶ装置２１で発生した電力および蓄電池６１からの放電電力は、直流家電機器５に供給されるとともに、双方向ＡＣ／ＤＣ変換器３０Ａによって交流電力に変換された後に、交流家電機器４に供給される。さらに、ＰＶ装置２１で発生した電力は、直流母線７を介して蓄電池６１に充電することもできるし、双方向ＡＣ／ＤＣ変換器３０Ａによって交流電力に変換して逆潮流することも可能である。
【００１０】
なお、図１４において、ＰＶ装置２１で発生した電力を交流電力系統１に逆潮流しているときには、電力検出部１３によって逆潮流電力が検出されるので、スイッチ１４がオフ状態になり、この結果、蓄電池６１が直流母線７から切り離され、蓄電池６１からの逆潮流が防止される。
【００１１】
図１４に示すように、直流母線に複数の分散電源が接続されている例は、たとえば、特開２００３−３３９１１８号公報（特許文献２）や特開２００８−４２９９９号公報（特許文献３）に開示されている。前者の文献の例では、風力電力ユニット、太陽光発電ユニット、電力貯蔵ユニット、フライホイールユニット、負荷ユニットとがＤＣバスによって相互に接続されている。ＤＣバスは系統連系ユニットを介在してＡＣバスと連結される。後者の文献の例では、直流給電路に、バッテリユニットと、太陽電池を含む発電手段とが接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００５−２８７１３２号公報
【特許文献２】特開２００３−３３９１１８号公報
【特許文献３】特開２００８−４２９９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
図１３に示す従来の分散電源システム９１０の場合、ＰＶ装置２１からの電力を蓄電池６１に充電する場合、ＰＶ装置２１で発生した直流電力は、一旦、交流電力に変換された後、直流電力に再変換されてから蓄電池６１に供給される。このため、電力変換器での損失が多くなるという欠点がある。
【００１４】
これに対して、図１４に示す従来の分散電源システム９１０Ａの場合には、ＰＶ装置２１で発生した直流電力は、交流電力に変換されることなく蓄電池６１に供給されるので、図１３の場合に比べて電力変換器での損失は少ない。
【００１５】
しかしながら、図１４に示す分散電源システム９１０Ａでは、蓄電池６１からの電力が電力系統に逆潮流されるのを防止する必要があるために、ＰＶ装置２１で発生した電力は、交流電力系統１に逆潮流するのと同時に蓄電池６１に充電することはできない。同様の理由で、蓄電池６１の放電電力を交流家電機器４に供給しながら、ＰＶ装置２１で発生した電力を交流電力系統１に逆潮流することもできない。このように、図１４の分散電源システムでは、運転方法に制限があるためにＰＶ装置で発生した電力を無駄なく効率的に利用できていない。
【００１６】
この発明の目的は、ＰＶ装置などの直流電源部と蓄電池などの電力貯蔵部とを含み、交流電力系統に連系される分散電源システムにおいて、直流電源部で発生した電力の効率的な利用を可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この発明は、一局面において分散電源システムであって、交流母線と、直流電源部と、第１の変換器と、電力貯蔵部と、第２の変換器と、直流線路と、電流阻止部とを備える。交流母線は、交流電力系統と接続される。直流電源部は、直流電力を発生して出力する。第１の変換器は、直流電源部から出力された直流電力を交流電力に変換して交流母線に供給する。電力貯蔵部は、直流電力の充放電を行なう。第２の変換器は、電力貯蔵部からの直流電力を交流電力に変換して交流母線に供給するか、もしくは交流母線からの交流電力を直流電力に変換して電力貯蔵部に供給する双方向の変換を行なう。直流線路は、第１の変換器の直流側端子と、第２の変換器の直流側端子との間を接続する。電流阻止部は、直流線路上に設けられ、第２の変換器の直流側端子から第１の変換器の直流側端子へ流れる電流を阻止する。
【００１８】
好ましい実施の一形態において、電流阻止部は、第１の変換器の直流側端子に接続されたアノードと第２の変換器の直流側端子に接続されたカソードとを有するダイオードを含む。
【００１９】
好ましい実施の他の形態において、電流阻止部は、直流線路に挿入されたスイッチと、直流線路を流れる直流電流を検出する電流検出部とを含む。ここで、スイッチは、第２の変換器の直流側端子から第１の変換器の直流側端子の方向へ電流が流れている場合にオン状態からオフ状態に切替わる。
【００２０】
上記の実施の他の形態における好ましい一例では、電流阻止部は、スイッチの両側の電圧を検出する電圧検出部をさらに含む。この場合、スイッチは、第１の変換器の直流側端子の電圧が第２の変換器の直流側端子の電圧よりも高い状態が所定の時間継続したとき、オフ状態からオン状態に切替わる。
【００２１】
上記の実施の他の形態における他の好ましい例では、スイッチは、オン状態からオフ状態に切替わってから所定の時間が経過したとき、オフ状態からオン状態に切替わる。
【００２２】
好ましい実施のさらに他の形態において、電力貯蔵部は、蓄電池と、第３の変換器とを含む。第３の変換器は、蓄電池からの直流電圧を大きさの異なる直流電圧に変換して第２の変換器の直流側端子に供給する第１の変換動作、および第２の変換器からの直流電圧を大きさの異なる直流電圧に変換して蓄電池に充電電圧として供給する第２の変換動作の一方を選択的に行なう。電流阻止部は、直流線路に挿入されたスイッチを含む。このスイッチは、第３の変換器が第１の変換動作を行なっているときにオフ状態になり、第３の変換器が第２の変換動作を行なっているときにオン状態になる。
【００２３】
上記の実施の各形態において、好ましくは、第１の変換器は、直流電源部から出力された直流電力を交流電力に変換して交流母線に供給するか、もしくは交流母線からの交流電力を直流電力に変換して直流電源部に供給する双方向の変換を行なう。
【発明の効果】
【００２４】
この発明によれば、直流線路を介して直流電源部からの電力を電力貯蔵部に充電できるのに対して、電力貯蔵部からの電力は電流阻止部によって阻止されるために直流線路および第１の変換部を介して電力系統に逆潮流されることはない。この結果、従来の分散電源システムで問題となっていた運転方法の制限を緩和することができるので、直流電源部で発生した電力をより効率的に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明の実施の形態１による分散電源システム１０の構成を示すブロック図である。
【図２】図１のＤＣ／ＤＣ変換器２２の構成の一例を示す回路図である。
【図３】図１のＤＣ／ＡＣ変換器３０の構成の一例を示す回路図である。
【図４】図１の双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０の構成の一例を示す回路図である。
【図５】図４のＡＣ／ＤＣ変換器４４の構成の一例を示す回路図である。
【図６】図１の分散電源システム１０の変形例としての分散電源システム１０Ａの構成を示すブロック図である。
【図７】この発明の実施の形態２による分散電源システム１０Ｂの構成を示すブロック図である。
【図８】図７のスイッチ制御部７４による制御動作を示すフローチャートである。
【図９】図７の分散電源システム１０Ｂの変形例としての分散電源システム１０Ｃの構成を示すブロック図である。
【図１０】図９のスイッチ制御部７４Ａにおる制御動作を示すフローチャートである。
【図１１】この発明の実施の形態３による分散電源システム１０Ｄの構成を示すブロック図である。
【図１２】図１１の双方向ＤＣ／ＤＣ変換器６２の構成の一例を示す回路図である。
【図１３】第１の従来例としての分散電源システム９１０の構成を示す図である。
【図１４】第２の従来例としての分散電源システム９１０Ａの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰り返さない。
【００２７】
＜実施の形態１＞
［分散電源システムの構成］
図１は、この発明の実施の形態１による分散電源システム１０の構成を示すブロック図である。図１を参照して分散電源システム１０は、交流母線６と、直流電力を発生して出力する直流電源部２０と、直流電力の充放電を行なう電力貯蔵部６０と、ＤＣ／ＡＣ変換器３０と、双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０と、直流母線７と、電流阻止部７０と、電力検出部１３と、スイッチ１４とを含む。
【００２８】
交流母線６は、交流電力系統１と接続される。交流母線６には、商用電源３によって生成された交流電力が変圧器２によって電圧変換されてから供給される。図１の場合、交流母線６は単相３線式（Ｒ相線路６Ｒ、Ｓ相線路６Ｓ、中性線６Ｏ）であり、中性線６Ｏが接地されている。Ｒ相線路６ＲとＳ相線路６Ｓの線間電圧は、たとえば、２００Ｖ（実効値）である。交流母線６には、交流電力によって動作する交流家電機器４が接続されている。交流家電機器４の一例として、家庭で使用される空調機、冷蔵庫、洗濯機、およびテレビ受像機などが挙げられる。
【００２９】
直流電源部２０は、直流電力を発生する分散電源であり、発電した電力は交流電力系統に逆潮流可能（電力会社によって買取可能）である。この実施の形態では、分散電源の代表例として太陽光発電（ＰＶ）装置が例示されている。この場合、直流電源部２０は、太陽光発電（ＰＶ）装置２１と、ＤＣ／ＤＣ変換器２２とを含む。
【００３０】
ＤＣ／ＤＣ変換器２２は、ＰＶ装置２１から出力された直流電圧を昇圧する。図１の場合、ＤＣ／ＤＣ変換器２２は、その入力電圧、入力電流を、ＰＶ装置２１が最大電力点で動作するように制御する。ただし、ＤＣ／ＤＣ変換器２２は、その出力電圧がある電圧（機器を保護するために素子耐圧などで決められた最大電圧（たとえば、４２０Ｖ））よりも高くなると出力を抑制する。したがって、通常の場合にはＰＶ装置２１の発電量が多くなると、ＤＣ／ＤＣ変換器２２の出力電圧（すなわち、直流母線７との接続点１６の電圧）が大きくなる。ＤＣ／ＤＣ変換器２２の出力電圧が蓄電池６１の充電電圧よりも高くなると蓄電池に電流が流れるので（充電状態）、結果的にＤＣ／ＤＣ変換器２２の出力電圧は蓄電池６１の電圧に一致した状態になる。ＰＶ装置２１の発電電力が低下したり、ＤＣ／ＡＣ変換器３０のＡＣ出力が増加したりすると、接続点１６の電圧が下がる。この接続点１６の電圧が蓄電池６１の電圧より低くなると蓄電池６１への充電が停止する。このとき接続点１６の電圧は、ＤＣ／ＡＣ変換器３０によって制御される。
【００３１】
電力会社による電力買取りの対象が他の分散電源に対して認められている場合には、ＰＶ装置２１に代えて、燃料電池発電装置、可変速風力発電装置、およびマイクロガスタービン発電装置などを設けることもできる。可変速風力発電装置およびマイクロガスタービン発電装置の場合には、ＤＣ／ＤＣ変換器２２に代えて交流電力を直流電力に変換する整流装置が設けられる。
【００３２】
ＤＣ／ＡＣ変換器（インバータ）３０は、直流電源部２０から出力された直流電力を交流電力に変換して交流母線６に供給する。ＤＣ／ＡＣ変換器３０は、たとえば、通常の電圧形インバータの交流側端子に連系リアクトルを接続することによって電力系統に連系可能なように構成されている。
【００３３】
電力貯蔵部６０は、直流電力を充放電する蓄電池（二次電池）６１によって構成される。蓄電池６１の例として、リチウムイオン二次電池や鉛蓄電池などを挙げることができる。蓄電池６１に代えて電気二重層キャパシタなどの大容量キャパシタを用いることもできる。
【００３４】
双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０は、蓄電池６１から放電された直流電力を交流電力に変換して交流母線６に供給するか、もしくは交流母線６からの交流電力を直流電力に変換して蓄電池６１に充電電力として供給する双方向の変換を行なう。双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０は、たとえば、直流電力を交流電力に変換するＤＣ／ＡＣ変換器（インバータ）と、交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換器とを並列に接続することによって構成される。後者のＡＣ／ＤＣ変換器は、たとえば、全波整流回路と昇圧チョッパなどのＤＣ／ＤＣ変換器とを含む。
【００３５】
直流母線７（正極側線路７Ｐ、負極側線路７Ｎ）は、ＤＣ／ＤＣ変換器２２の２次側端子、ＤＣ／ＡＣ変換器３０のＤＣ側端子、電力貯蔵部６０の出力端子、および双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０のＤＣ側端子と接続されている。直流母線７には、さらに、直流電力によって動作する直流家電機器５が接続されている。直流家電機器５の一例として、電動機を可変速制御するためのインバータが組み込まれた家電機器（空調機、冷蔵庫、洗濯機など）が挙げられる。この場合、インバータの入力端子が直流母線７に接続される。
【００３６】
なお、図１の場合、蓄電池６１は、直流母線７に直結される。ここで、「直結」とは、直流母線７と蓄電池６１との間に、ＤＣ／ＤＣ変換器のような電力変換器が介在していないことを意味する。したがって、直流母線７の電圧は、蓄電池６１の端子電圧にほぼ等しくなる。蓄電池６１を直流母線７に直結することによって、蓄電池６１が有する高い電圧安定化能力を生かして、急激な負荷変動（直流家電機器５の消費電力の変動）による直流母線７の電圧変動を抑制することができる。
【００３７】
電流阻止部７０は、直流母線７（７Ｐ，７Ｎ）とＤＣ／ＡＣ変換器３０との接続点１６（１６Ｐ，１６Ｎ）と、直流母線７と双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０との接続点１５（１５Ｐ，１５Ｎ）との間の直流母線７上（言い換えると、ＤＣ／ＡＣ変換器３０の直流側端子と、双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０の直流側端子とを接続する直流線路１７（１７Ｐ，１７Ｎ）上）に設けられる。電流阻止部７０は、接続点１６から接続点１５の方向には電流を流すが、接続点１５から接続点１６の方向（言い換えると、双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０の直流側端子からＤＣ／ＡＣ変換器３０の直流側端子の方向）には電流を流さない。図１の場合、電流阻止部７０は、正極側線路７Ｐ上に設けられたダイオード７１によって構成される。ダイオード７１のアノードは、接続点１６Ｐ側に接続され、カソードは接続点１５Ｐ側に接続される。
【００３８】
電力検出部１３は、交流母線６（６Ｒ，６Ｓ）と交流電力系統１との接続点１２（１２Ｒ，１２Ｓ）と、交流母線６と双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０との接続点１１（１１Ｒ，１１Ｓ）との間の交流母線６上（言い換えると、電力検出部１３は、接続点１１よりも上流側の交流母線６上）に設けられる。電力検出部１３は、設置場所における交流母線６の瞬時電圧と瞬時電流を検出し、これらの検出値に基づいて瞬時電力を求める。電力検出部１３は、求めた瞬時電力に基づいて、接続点１１から接続点１２の方向（言い換えると、双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０の交流側端子から交流電力系統１の方向）に潮流（逆潮流）が生じているか否かを判定し、逆潮流が生じている場合にはスイッチ１４をオフ状態にする。
【００３９】
より詳細には図１に示すように、電力検出部１３は、Ｒ相線路６Ｒを流れる瞬時電流を検出する計器用変流器１３Ａと、Ｓ相線路６Ｓを流れる瞬時電流を検出する計器用変流器１３Ｂと、Ｒ相線路６ＳおよびＳ相線路６Ｓ間の線間電圧の瞬時値を検出する交流電圧計１３Ｃと、演算部１３Ｄとを含む。交流家電機器４として１００Ｖの家電機器が接続されている場合は、Ｒ相およびＳ相のいずれか一方が使用されるためＲ相とＳ相とのバランスが均一でなくなるので、Ｒ相およびＳ相の両方の電流を検出する必要がある。
【００４０】
演算部１３Ｄは、計器用変流器１３Ａ，１３Ｂおよび交流電圧計１３Ｃの検出結果に基づいて、瞬時電力を求める。演算部１３Ｄは、さらに、１周期（５０Ｈｚの場合は２０ｍｓｅｃ）で瞬時電力を平均した平均電力（有効電力）を求め、この１周期当たりの平均電力の正負で電力の方向（逆潮流しているか否か）を判定する。
【００４１】
簡易的な方法として、電圧の正負の切替わり点（ゼロクロス）を検出して、その間の電流の測定値と、電圧の推定値とを積算することによって、電力の方向を（逆潮流しているか否か）を判定することができる。
【００４２】
スイッチ１４は、双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０の交流側端子と交流母線６とを接続する交流線路上に設けられている。電力検出部１３からの指令を受けてスイッチ１４がオフ状態になった場合には、双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０から交流母線の方向またはその逆方向への電力の供給が遮断される。
【００４３】
たとえば、蓄電池６１から放電された電力が双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０によって交流電力に変換されてから交流家電機器４に供給されている場合、蓄電池６１からの放電電力が交流家電機器４の消費電力を上回ると逆潮流が生じる。この場合、スイッチ１４がオフ状態に切替わることによって蓄電池６１からの逆潮流を防止することができる。
【００４４】
［分散電源システムの動作］
次に、以上の構成の分散電源システム１０の動作について説明する。
【００４５】
（交流電力系統１からの電力供給）
交流電力系統１からの交流電力は、交流母線６を介して交流家電機器４に供給される。さらに、交流電力系統１からの交流電力は、双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０によって直流電力に変換される。変換後の直流電力は、直流母線７を介して直流家電機器５に供給され、さらには電力貯蔵部６０に充電される。
【００４６】
（直流電源部２０からの電力供給）
直流電源部２０からの直流電力は、直流母線７を介して直流家電機器５に供給され、さらには、電力貯蔵部６０に充電される。さらに、直流電源部２０からの直流電力は、ＤＣ／ＡＣ変換器３０によって交流電力に変換される。変換によって得られた交流電力は、交流電力系統１に逆潮流され、さらには交流母線６を介して交流家電機器４に供給される。なお、図１の構成では、直流電源部２０からの直流電力を双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０によって交流電力に変換し、変換後の交流電力を交流家電機器４に供給することもできる。
【００４７】
ここで、直流電源部２０からの直流電力は、交流電力に変換されることなく電力貯蔵部６０に充電されるので、図１３で説明した従来の分散電源システム９１０に比べて電力変換に伴う損失を少なくすることができる。さらに、図１の分散電源システム１０では、直流電源部２０からの電力を交流電力系統１に逆潮流するのと同時に電力貯蔵部６０に充電することができる。したがって、図１４で説明した従来の分散電源システム９１０Ａに比べて直流電源部２０の発電電力を有効利用することができる。
【００４８】
（電力貯蔵部６０からの電力供給）
電力貯蔵部６０からの直流電力は、直流母線７を介して直流家電機器５に供給される。さらに、電力貯蔵部６０からの直流電力は、双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０によって交流電力に変換される。変換によって得られた交流電力は、交流母線６を介して交流家電機器４に供給される。
【００４９】
なお、電流阻止部７０によって阻止されるために、電力貯蔵部６０からの直流電力が直流母線７を介してＤＣ／ＡＣ変換器３０の方向へ流れることはない。電力貯蔵部６０からの直流電力が双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０によって交流電力に変換された場合には、変換後の交流電力が交流母線６を介して交流電力系統１の方向へ流れることはない。なぜなら、もし双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０による変換後の交流電力が交流母線６を介して交流電力系統１の方向へ流れると、電力検出部１３によって検出される結果、スイッチ１４が開放するからである。このように、図１の分散電源システム１０は、電力貯蔵部６０から交流電力系統１への逆潮流が生じない構成となっている。
【００５０】
［各変換器の構成の一例］
以下、各変換器２２，３０，４０の構成の一例について説明する。
【００５１】
（ＤＣ／ＤＣ変換器２２の構成）
図２は、図１のＤＣ／ＤＣ変換器２２の構成の一例を示す回路図である。図２を参照して、ＤＣ／ＤＣ変換器２２は、入力電圧検出部２７と、出力電圧検出部２９と、直流電流検出部２８と、昇圧チョッパ回路２５と、制御部２６とを含む。
【００５２】
入力電圧検出部２７は、ＤＣ／ＤＣ変換器２２の入力端子２３Ｐ，２３Ｎ間の電圧を検出し、その検出結果を制御部２６に出力する。なお、入力端子２３Ｐは図１のＰＶ装置２１の正極側出力端子に接続され、入力端子２３Ｎは図１のＰＶ装置２１の負極側出力端子に接続される。
【００５３】
出力電圧検出部２９は、ＤＣ／ＤＣ変換器２２の出力端子２４Ｐ，２４Ｎ間の電圧を検出し、その検出結果を制御部２６に出力する。なお、出力端子２４Ｐは、図１の直流母線７を構成する正極側線路７Ｐに接続され、出力端子２４Ｎは、図１の直流母線７を構成する負極側線路７Ｎに接続される。
【００５４】
直流電流検出部２８は、負極側の入力端子２３Ｎを流れる電流（すなわち、ＰＶ装置２１からＤＣ／ＤＣ変換器２２に供給される直流電力の電流値）を検出して、その検出結果を制御部２６に出力する。なお、負極側の入力端子２３Ｎと負極側の出力端子２４Ｎとは直結されている。
【００５５】
昇圧チョッパ回路２５は、リアクトルＬ１と、ダイオードＤ１，Ｄ２と、トランジスタＱ１と、コンデンサＣ１，Ｃ２とを含む。リアクトルＬ１およびダイオードＤ２は、この順で、ダイオードＤ２のカソードが出力端子２４Ｐ側となるように、入出力端子２３Ｐ，２４Ｐ間に接続される。トランジスタＱ１は、リアクトルＬ１とダイオードＤ２との接続ノードＮ１と出力端子２４Ｎとの間に接続される。ダイオードＤ１は、トランジスタＱ１と並列にかつ逆バイアス方向となるように接続される。コンデンサＣ１は、入力端子２３Ｐ，２３Ｎ間に接続される。コンデンサＣ２は、出力端子２４Ｐ，２４Ｎ間に接続される。
【００５６】
上記のトランジスタＱ１として、図２の場合にはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が用いられている。トランジスタＱ１として、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）などの他の電力用半導体素子を用いても構わない。
【００５７】
以下、昇圧チョッパ回路２５の動作について簡単に説明する。トランジスタＱ１がオンの期間では、正極側の入力端子２３Ｐ、リアクトルＬ１、トランジスタＱ１、負極側の入力端子２３Ｎの順に電流が流れる。これによってリアクトルＬ１を流れる電流が次第に増加し、リアクトルＬ１に電磁エネルギーが蓄積される。トランジスタＱ２がオフの期間では、リアクトルＬ１を流れる電流はダイオードＤ２を介してコンデンサＣ２に流入し、コンデンサＣ２の両端間の電圧を増加させる。このオフ期間において、リアクトルＬ１を流れる電流は次第に減少し、リアクトルＬ１の電磁エネルギーが放出される。最終的にリアクトルＬ１を流れる電流はオン時間の比率が大きければ大きいほど際限なく大きくなるので、最終的なコンデンサＣ２の電圧（昇圧電圧）はオン時間の比率に応じて決まる。
【００５８】
制御部２６は、入力電圧検出部２７、出力電圧検出部２９、および直流電流検出部２８の各々の検出結果に基づいて、トランジスタＱ１のオン・オフを制御する制御信号を生成する。より詳細には、制御部２６は、ＤＣ／ＤＣ変換器２２の出力電圧が予め決められた電圧（機器の保護のために素子の耐圧などで決まる電圧）以上にならない限り、ＰＶ装置２１が最大電力点で動作するようにＤＣ／ＤＣ変換器２２の入力電圧を制御する。
【００５９】
（ＤＣ／ＡＣ変換器３０の構成）
図３は、図１のＤＣ／ＡＣ変換器３０の構成の一例を示す回路図である。図３を参照して、ＤＣ／ＡＣ変換器３０は、ＤＣ側電圧検出部３６と、直流電流検出部３５と、単相ブリッジ回路３３と、連系リアクトルＬ２，Ｌ３と、制御部３４とを含む。
【００６０】
ＤＣ側電圧検出部３６は、ＤＣ／ＡＣ変換器３０のＤＣ側端子３１Ｐ，３１Ｎ間の電圧を検出し、その検出結果を制御部３４に出力する。なお、ＤＣ側端子３１Ｐは、図１の直流母線７を構成する正極側線路７Ｐに接続され、ＤＣ側端子３１Ｎは、図１の直流母線７を構成する負極側線路７Ｎに接続される。
【００６１】
直流電流検出部３５は、ＤＣ側端子３１Ｎを流れる電流（すなわち、図１の直流電源部２０からＤＣ／ＡＣ変換器３０に供給される直流電力の電流値）を検出して、その検出結果を制御部３４に出力する。
【００６２】
単相ブリッジ回路３３は、トランジスタＱ３〜Ｑ６と、ダイオードＤ３〜Ｄ６とを含む。トランジスタＱ３，Ｑ４は、この順で、ＤＣ側端子３１Ｐ，３１Ｎ間に直列に接続される。トランジスタＱ５，Ｑ６は、この順で、ＤＣ側端子３１Ｐ，３１Ｎ間に直列にかつトランジスタＱ３，Ｑ４の直列接続体と並列に接続される。ダイオードＤ３〜Ｄ６はトランジスタＱ３〜Ｑ６にそれぞれ対応し、対応のトランジスタＱ３〜Ｑ６と並列にかつ逆バイアス方向に接続される。
【００６３】
上記のトランジスタＱ３〜Ｑ６として、図３の場合にはＩＧＢＴが用いられている。トランジスタＱ３〜Ｑ６として、パワーＭＯＳＦＥＴなどの他の電力用半導体素子を用いても構わない。
【００６４】
連系リアクトルＬ２は、トランジスタＱ３，Ｑ４の接続ノードＮ３と、ＤＣ／ＡＣ変換器３０のＡＣ側端子３２Ｒとの間に接続される。連系リアクトルＬ３は、トランジスタＱ５，Ｑ６の接続ノードＮ４と、ＤＣ／ＡＣ変換器３０のＡＣ側端子３２Ｓとの間に接続される。なお、ＡＣ側端子３２Ｒは図１の交流母線６を構成するＲ相線路６Ｒに接続され、ＡＣ側端子３２Ｓは図１の交流母線６を構成するＳ相線路６Ｓに接続される。
【００６５】
制御部３４は、ＤＣ側電圧検出部３６および直流電流検出部３５の各々の検出結果に基づいて、ＤＣ／ＡＣ変換器３０のＡＣ側端子間の電圧が交流母線６の線間電圧に一致するように、トランジスタＱ３〜Ｑ６のスイッチングをＰＷＭ（Pulse Width Modulation）変調によって制御する。
【００６６】
（双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０の構成）
図４は、図１の双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０の構成の一例を示す回路図である。図４を参照して、双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０は、直流電力を交流電力に変換するＤＣ／ＡＣ変換器４３と、交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換器４４とを含む。ＤＣ／ＡＣ変換器４３およびＡＣ／ＤＣ変換器４４は、ＤＣ側端子４１Ｐ，４１ＮとＡＣ側端子４２Ｒ，４２Ｓとの間に互いに並列に接続される。
【００６７】
図４では、ＤＣ／ＡＣ変換器４３およびＡＣ／ＤＣ変換器４４について、電力の流れる方向に矢印を付している。なお、双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０のＤＣ側端子４１Ｐは、図１の直流母線７を構成する正極側線路７Ｐに接続され、ＤＣ側端子４１Ｎは、図１の直流母線７を構成する負極側線路７Ｎに接続される。双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０のＡＣ側端子４２Ｒは図１の交流母線６を構成するＲ相線路６Ｒに接続され、ＡＣ側端子４２Ｓは図１の交流母線６を構成するＳ相線路６Ｓに接続される。図４のＤＣ／ＡＣ変換器４３の構成は、図３に示したものと同じであるので説明を繰り返さない。
【００６８】
図５は、図４のＡＣ／ＤＣ変換器４４の構成の一例を示す回路図である。図５を参照して、ＡＣ／ＤＣ変換器４４は、ＤＣ側電圧検出部５２と、直流電流検出部５１と、全波整流回路４８と、昇圧チョッパ回路４９と、制御部５０とを含む。
【００６９】
ＤＣ側電圧検出部５２は、ＡＣ／ＤＣ変換器４４のＤＣ側端子４７Ｐ，４７Ｎ間の電圧を検出し、その検出結果を制御部５０に出力する。なお、ＤＣ側端子４７Ｐ，４７Ｎは、図４のＤＣ側端子４１Ｐ，４１Ｎにそれぞれ接続される。
【００７０】
直流電流検出部５１は、ＤＣ側端子４７Ｎを流れる電流を検出して、その検出結果を制御部５０に出力する。
【００７１】
全波整流回路４８は、ダイオードＤ７〜Ｄ１０を含む。ダイオードＤ７，Ｄ８は、正極側ノードＮ５と負極側ノードＮ６との間にこの順で直列にかつ逆バイアス方向となるように接続される。ダイオードＤ９，Ｄ１０は、ノードＮ５，Ｎ６間にこの順で直列にかつ逆バイアス方向となるように、ダイオードＤ７，Ｄ８の直列接続体とは並列に接続される。ダイオードＤ７，Ｄ８の接続ノードはＡＣ側端子４６Ｒと接続され、ダイオードＤ９，Ｄ１０の接続ノードはＡＣ側端子４６Ｓと接続される。なお、ＡＣ側端子４６Ｒ，４６Ｓは、図４のＡＣ側端子４２Ｒ，４２Ｓにそれぞれ接続される。
【００７２】
昇圧チョッパ回路４９は、リアクトルＬ４と、ダイオードＤ１１，Ｄ１２と、トランジスタＱ１１と、コンデンサＣ１，Ｃ３とを含む。リアクトルＬ４およびダイオードＤ１２は、この順で、ダイオードＤ１２のカソードがＤＣ側端子４７Ｐ側となるように、ノードＮ５とＤＣ側端子４７Ｐとの間に接続される。トランジスタＱ１１は、リアクトルＬ４とダイオードＤ１２との接続ノードＮ７とＤＣ側端子４７Ｎとの間に接続される。ダイオードＤ１１は、トランジスタＱ１１と並列にかつ逆バイアス方向となるように接続される。コンデンサＣ３は、ＤＣ側端子４７Ｐ，４７Ｎ間に接続される。昇圧チョッパ回路４９の動作は、図２で説明した昇圧チョッパ回路２５の動作と同じである。
【００７３】
上記のトランジスタＱ１１として、図５の場合にはＩＧＢＴが用いられている。トランジスタＱ１１として、パワーＭＯＳＦＥＴなどの他の電力用半導体素子を用いても構わない。
【００７４】
制御部５０は、ＤＣ側電圧検出部５２および直流電流検出部５１の各々の検出結果に基づいて、ＡＣ／ＤＣ変換器４４のＤＣ出力電流がある決まった値（蓄電池６１の定格電流およびＡＣ／ＤＣ変換器４４の定格電流で決まる値、通常、両者は等しい）を超えない限り、ある一定のＤＣ出力電圧（たとえば、蓄電池６１がほぼ満充電時の電圧）になるように制御する。すなわち、蓄電池６１が満充電になるまでは、ＡＣ／ＤＣ変換器４４は、蓄電池６１の充電電圧よりも高い電圧を出力しようとし、蓄電池６１は、ある決まった最大限の電流値で充電される（定電流充電）。蓄電池６１が満充電近くなると、この最大限の電流値よりも小さな値の電流で充電されることになる。したがって、蓄電池６１が充電中の場合および満充電に近い場合のいずれも、結果的にはＡＣ／ＤＣ変換器４４の出力電圧は蓄電池６１とほぼ同じ電圧になる。
【００７５】
＜実施の形態１の変形例＞
図６は、図１の分散電源システム１０の変形例としての分散電源システム１０Ａの構成を示すブロック図である。図６の分散電源システム１０Ａは、ＤＣ／ＡＣ変換器３０に代えて双方向ＡＣ／ＤＣ変換器３０Ａを含む点で、図１の分散電源システム１０と異なる。双方向ＡＣ／ＤＣ変換器３０Ａの構成および動作は、双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０と同様である。図６のその他の点は図１の場合と同じであるので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。
【００７６】
図６の場合、交流電力系統１からの電力を電力貯蔵部６０に充電するとき、電力が伝達する経路は２つある。第１の経路は、交流電力系統１から交流母線６および双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０を経由して電力貯蔵部６０に至る経路であり、図１の分散電源システム１０の場合と同じである。第２の経路は、交流電力系統１から双方向ＡＣ／ＤＣ変換器３０Ａおよび直流母線７を経由して電力貯蔵部６０に至る経路であり、この変形例によって新たに追加された経路である。
【００７７】
直流電源部２０から交流家電機器４に至る給電経路も２つある。第１の経路は、直流電源部２０から双方向ＡＣ／ＤＣ変換器３０Ａおよび交流母線６を経由して交流家電機器４に至る経路であり、第２の経路は、直流電源部２０から直流母線７および双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０を経由して交流家電機器４に至る経路である。ただし、これらの経路は、図１の分散電源システム１０の場合と同じである。
【００７８】
実施の形態１の変形例による分散電源システム１０Ａによれば、直流電源部２０の発電量および電力貯蔵部６０の容量が増大した場合でも、２台の双方向ＡＣ／ＤＣ変換器３０Ａ，４０によって電力変換できる。このため、１台の電力変換器を用いて直流と交流の変換をするよりも効率的であり、各変換器の定格（許容）電流も小さくて済むというメリットがある。
【００７９】
＜実施の形態２＞
図７は、この発明の実施の形態２による分散電源システム１０Ｂの構成を示すブロック図である。図７の電流阻止部７０Ａは、ダイオード７１に代えてスイッチ７２を含む点で図１の電流阻止部７０と異なる。さらに、図７の電流阻止部７０Ａは、直流電流検出部７３およびスイッチ制御部７４を含む。スイッチ７２は、ＤＣ／ＡＣ変換器３０のＤＣ側端子と双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０のＤＣ側端子との間の正極側線路７Ｐに挿入される。直流電流検出部７３は、スイッチ７２がオン状態のときにスイッチ７２に流れる電流を検出し、検出結果をスイッチ制御部７４に出力する。図７のその他の点は図１の場合と同じであるので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。
【００８０】
なお、図７において、ＤＣ／ＡＣ変換器３０のＤＣ側端子から双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０のＤＣ側端子の方向（図１のダイオード７１の順方向）に流れる電流を順方向電流Ｉｆとし、その逆方向（図１のダイオード７１の逆方向）に流れる電流を逆方向電流Ｉｒとする。
【００８１】
図８は、図７のスイッチ制御部７４による制御動作を示すフローチャートである。図７、図８を参照して、スイッチ制御部７４は、直流電流検出部７３の検出結果に基づいてスイッチ７２のオン・オフを制御する。
【００８２】
スイッチ制御部７４は、最初に、スイッチ７２をオン状態にし（ステップＳ１０１）、直流電流検出部７３で逆方向電流Ｉｒが検出されない場合には（ステップＳ１０２でＮＯ、すなわち、Ｉｒ≦０の場合には）、スイッチ７２のオン状態を維持する。
【００８３】
この状態で、直流電流検出部７３によって逆方向電流が検出されると（ステップＳ１０２でＹＥＳ、すなわち、Ｉｒ＞０となると）、スイッチ制御部７４は、スイッチ７２をオフする（ステップＳ１０３）。
【００８４】
スイッチ制御部７４は、スイッチ７２をオフ状態にしてから所定時間が経過すると（ステップＳ１０４でＹＥＳ）、再びスイッチ７２をオンする（ステップＳ１０１）。その後の処理は上記の繰返しである。したがって、依然として逆方向電流Ｉｒが検出されている場合には（ステップＳ１０２でＹＥＳ）、直流電流検出部７３はすぐにスイッチ７２をオフする（ステップＳ１０３）。スイッチ制御部７４は、逆方向電流Ｉｒが検出されなくなると（ステップＳ１０２でＮＯ）、スイッチ７２のオン状態を維持する。
【００８５】
上記の構成によれば、実施の形態１の場合と同様に、直流母線７を逆方向に流れる電流が電流阻止部７０Ａによって阻止される。この結果、図７の分散電源システム１０Ｂは、電力貯蔵部６０から交流電力系統１への逆潮流が生じない構成となっている。
【００８６】
したがって、実施の形態２による分散電源システム１０Ｂにおいても、実施の形態１の場合と同様に、直流電源部２０からの直流電力を、交流電力に変換することなく電力貯蔵部６０に充電することができるので、電力変換に伴う損失を従来よりも少なくすることができる。さらに、図７の分散電源システム１０Ｂでは、直流電源部２０からの電力を交流電力系統１に逆潮流するのと同時に電力貯蔵部６０に充電することができるので、直流電源部２０の発電電力を従来よりも有効利用することができる。
【００８７】
さらに、図７の分散電源システム１０Ｂにおいても、実施の形態１の変形例の場合と同様に、ＤＣ／ＡＣ変換器３０に代えて双方向ＡＣ／ＤＣ変換器３０Ａを用いることができる。この結果、直流電源部２０の発電量および電力貯蔵部６０の容量が増大した場合でも、２台の双方向ＡＣ／ＤＣ変換器３０Ａ，４０によって電力変換できるので効率的であり、各変換器の定格（許容）電流も小さくて済む。
【００８８】
＜実施の形態２の変形例＞
図９は、図７の分散電源システム１０Ｂの変形例としての分散電源システム１０Ｃの構成を示すブロック図である。図９の電流阻止部７０Ｂは、スイッチ７２の両端の電圧Ｖ１，Ｖ２をそれぞれ検出する直流電圧検出部７５，７６をさらに含む点で、図７の電流阻止部７０Ａと異なる。
【００８９】
図９の直流電圧検出部７５は、スイッチ７２に対してＤＣ／ＡＣ変換器３０寄りの位置での正極側線路７Ｐの電圧Ｖ１を検出し、検出結果をスイッチ制御部７４Ａに出力する。直流電圧検出部７６は、スイッチ７２に対して双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０寄りの位置での正極側線路７Ｐの電圧Ｖ２を検出し、検出結果をスイッチ制御部７４Ａに出力する。スイッチ制御部７４Ａは、直流電流検出部７３および直流電圧検出部７５，７６の各々の検出結果に基づいてスイッチ７２のオン・オフを制御する。図９のその他の点は図７の場合と同じであるので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。
【００９０】
図１０は、図９のスイッチ制御部７４Ａにおる制御動作を示すフローチャートである。以下、図９、図１０を参照して、スイッチ制御部７４Ａの動作について説明する。
【００９１】
スイッチ制御部７４Ａは、最初にスイッチ７２をオン状態にし（ステップＳ２０１）、直流電流検出部７３で逆方向電流Ｉｒが検出されない場合には（ステップＳ２０２でＮＯ、すなわち、Ｉｒ≦０の場合には）、スイッチ７２のオン状態を維持する。
【００９２】
この状態で、直流電流検出部７３で逆方向電流が検出されると（ステップＳ２０２でＹＥＳ、すなわち、Ｉｒ＞０となると）、スイッチ制御部７４Ａは、スイッチ７２をオフする（ステップＳ２０３）。
【００９３】
その後、スイッチ制御部７４Ａは、直流電圧検出部７５，７６の検出結果に基づいて、電圧Ｖ１が電圧Ｖ２よりも大きいか否か、すなわち、スイッチ７２に順方向電圧がかかっているか否かを判定する（ステップＳ２０４）。電圧Ｖ１が電圧Ｖ２よりも大きい場合には、スイッチ制御部７４Ａはタイマーを初期化する（ステップＳ２０５）。そして、スイッチ制御部７４Ａはタイマーで計時することによって、電圧Ｖ１が電圧Ｖ２よりも大きい状態が所定時間継続しているか（ステップＳ２０６でＹＥＳかつステップＳ２０７でＹＥＳとなっているか）を判定する。電圧Ｖ１が電圧Ｖ２よりも大きい状態が所定時間継続している場合には、スイッチ制御部７４Ａは、再びスイッチ７２をオンする（ステップＳ２０１）。以下、上記の手順が繰り返される。
【００９４】
上記の構成によっても、実施の形態１の場合と同様に、直流母線７を逆方向に流れる電流が電流阻止部７０Ｂによって阻止される。この結果、図９の分散電源システム１０Ｃは、電力貯蔵部６０から交流電力系統１への逆潮流が生じない構成となっている。
【００９５】
したがって、実施の形態２の変形例による分散電源システム１０Ｃにおいても、実施の形態１の場合と同様に、直流電源部２０からの直流電力を、交流電力に変換することなく電力貯蔵部６０に充電することができるので、電力変換に伴う損失を従来よりも少なくすることができる。さらに、図９の分散電源システム１０Ｃでは、直流電源部２０からの電力を交流電力系統１に逆潮流するのと同時に電力貯蔵部６０に充電することができるので、直流電源部２０の発電電力を従来よりも有効利用することができる。
【００９６】
さらに、図９の分散電源システム１０Ｃにおいても、実施の形態１の変形例の場合と同様に、ＤＣ／ＡＣ変換器３０に代えて双方向ＡＣ／ＤＣ変換器３０Ａを用いることができる。この結果、直流電源部２０の発電量および電力貯蔵部６０の容量が増大した場合でも、２台の双方向ＡＣ／ＤＣ変換器３０Ａ，４０によって電力変換できるので効率的であり、各変換器の定格（許容）電流も小さくて済む。
【００９７】
＜実施の形態３＞
図１１は、この発明の実施の形態３による分散電源システム１０Ｄの構成を示すブロック図である。図１１の電流阻止部７０Ｃは、ダイオード７１に代えてスイッチ７２を含む点で図１の電流阻止部７０と異なる。さらに、図１１の電力貯蔵部６０Ａは、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器６２を含む点で図１の電力貯蔵部６０と異なる。
【００９８】
双方向ＤＣ／ＤＣ変換器６２は、蓄電池６１からの直流電圧を昇圧して直流母線７および双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０のＤＣ側端子に出力する第１の変換動作、ならびに直流母線７および双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０のＤＣ側端子からの直流電圧を降圧して蓄電池６１に供給する第２の変換動作のうち一方を選択的に行なう。ＤＣ／ＤＣ変換器６２は、さらに、上記の第１の変換動作を行なっているのときにはスイッチ７２がオフ状態になり、上記の第２の変換動作を行なっているときにはスイッチ７２がオン状態になるように、スイッチ７２のオン・オフを制御する。
【００９９】
図１１のその他の点は図１の場合と同じであるので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。
【０１００】
図１２は、図１１の双方向ＤＣ／ＤＣ変換器６２の構成の一例を示す回路図である。図１２に示す双方向ＤＣ／ＤＣ変換器６２の構成は、図２に示すＤＣ／ＤＣ変換器２２の構成と類似したものであるので、以下では図２と異なる部分を主として説明する。
【０１０１】
なお、以下の説明において、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器６２の蓄電池６１側の端子を一次端子６３Ｐ，６３Ｎと称し、直流母線７と接続される端子６４Ｐ，６４Ｎを二次端子６４Ｐ，６４Ｎと称する。一次端子６３Ｐは図１１の蓄電池６１の正極側端子に接続され、一次端子６３Ｎは図１１の蓄電池６１の負極側端子に接続される。二次端子６４Ｐは直流母線７を構成する正極側線路７Ｐに接続され、二次端子６４Ｎは直流母線７を構成する負極側線路７Ｎに接続される。
【０１０２】
図１２を参照して、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器６２は、一次電圧検出部６７と、二次電圧検出部６９と、直流電流検出部６８と、チョッパ回路６５と、制御部６６とを含む。
【０１０３】
一次電圧検出部６７は、図２の入力電圧検出部２７と同様に、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器６２の一次端子６３Ｐ，６３Ｎ間の電圧を検出し、その検出結果を制御部６６に出力する。
【０１０４】
二次電圧検出部６９は、図２の出力電圧検出部２９と同様に、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器６２の二次端子６４Ｐ，６４Ｎ間の電圧を検出し、その検出結果を制御部６６に出力する。
【０１０５】
直流電流検出部６８は、図２の直流電流検出部２８と同様に、負極側の一次端子６３Ｎを流れる電流（すなわち、蓄電池６１と双方向ＤＣ／ＤＣ変換器６２との間を伝達する直流電力の電流値）を検出して、その検出結果を制御部６６に出力する。なお、負極側の一次端子６３Ｎと負極側の二次端子６４Ｎとは直結されている。
【０１０６】
チョッパ回路６５は、ダイオードＤ２と並列に接続されたトランジスタＱ１２をさらに含む点で、図２の昇圧チョッパ回路２５と異なる。その他のチョッパ回路６５の構成は図２の昇圧チョッパ回路２５と同一であるので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。なお、図１２の一次端子６３Ｐ，６３Ｎが図２の入力端子２３Ｐ，２３Ｎにそれぞれ対応し、図１２の二次端子６４Ｐ，６４Ｎが図２の出力端子２４Ｐ，２４Ｎにそれぞれ対応する。
【０１０７】
図１２の場合には、チョッパ回路６５を構成するトランジスタＱ１，Ｑ１２としてＩＧＢＴが用いられているが、パワーＭＯＳＦＥＴなどの他の電力用半導体素子を用いても構わない。
【０１０８】
制御部６６は、一次電圧検出部６７、二次電圧検出部６９、および直流電流検出部６８の各々の検出結果に基づいて、トランジスタＱ１，Ｑ１２のオン・オフを制御する制御信号を生成する。一次端子６３Ｐ，６３Ｎに入力された電圧を昇圧して、二次端子６４Ｐ，６４Ｎから出力する昇圧動作の場合には、制御部６６は、所望の昇圧電圧が得られるようにトランジスタＱ１のオン時間とオフ時間を制御するとともに、トランジスタＱ１２を同期整流素子としてトランジスタＱ１がオフ状態のときにオン状態になるように制御する。この場合の回路動作は、図２の昇圧チョッパ回路２５の動作と同様である。
【０１０９】
二次端子６４Ｐ，６４Ｎから入力された電圧を降圧して、一次端子６３Ｐ，６３Ｎから出力する降圧動作の場合には、制御部６６は、所望の降圧電圧が得られるようにトランジスタＱ１２のオン時間とオフ時間を制御するとともに、トランジスタＱ１を同期整流素子としてトランジスタＱ１２がオフ状態のときにオン状態になるように制御する。
【０１１０】
以下、チョッパ回路６５が降圧チョッパ回路として動作する降圧動作について簡単に説明する。トランジスタＱ１２がオンの期間では、正極側の二次端子６４Ｐから供給された電流は、トランジスタＱ１２、リアクトルＬ１、正極側の一次端子６３Ｐの順に流れる。これによってリアクトルＬ１を流れる電流が次第に増加し、リアクトルＬ１に電磁エネルギーが蓄積されるとともに、コンデンサＣ１の電圧が増加する。ただし、コンデンサＣ１の電圧は、入力側の電圧（コンデンサＣ２の電圧）を超えることはない。トランジスタＱ１２がオフの期間では、リアクトルＬ１、正極側の一次端子６３Ｐ、蓄電池６１、負極側の一次端子６３Ｎ、トランジスタＱ１、リアクトルＬ１の順で循環する。これによってリアクトルＬ１を流れる電流は次第に減少し、リアクトルＬ１の電磁エネルギーが放出されるとともに、コンデンサＣ１の電圧が減少する。最終的なコンデンサＣ１の電圧（降圧電圧）は、オン時間の比率に応じて決まる。
【０１１１】
制御部６６は、さらに、上記の昇圧動作を行なっているときには、スイッチ７２がオフ状態になるようにし、上記の降圧動作を行なっているときには、スイッチ７２がオン状態になるようにする。これによって、直流母線７を逆方向に流れる電流が電流阻止部７０Ｃによって阻止される。この結果、図１１の分散電源システム１０Ｄは、電力貯蔵部６０から交流電力系統１への逆潮流が生じない構成となっている。
【０１１２】
上記の構成の分散電源システム１０Ｄにおいても、実施の形態１の場合と同様に、直流電源部２０からの直流電力を、交流電力に変換することなく電力貯蔵部６０Ａに充電することができるので、電力変換に伴う損失を従来よりも少なくすることができる。さらに、図１１の分散電源システム１０Ｄでは、直流電源部２０からの電力を交流電力系統１に逆潮流するのと同時に電力貯蔵部６０Ａに充電することができるので、直流電源部２０の発電電力を従来よりも有効利用することができる。
【０１１３】
さらに、図１１の分散電源システム１０Ｄにおいても、実施の形態１の変形例の場合と同様に、ＤＣ／ＡＣ変換器３０に代えて双方向ＡＣ／ＤＣ変換器３０Ａを用いることができる。この結果、直流電源部２０の発電量および電力貯蔵部６０Ａの容量が増大した場合でも、２台の双方向ＡＣ／ＤＣ変換器３０Ａ，４０によって電力変換できるので効率的であり、各変換器の定格（許容）電流も小さくて済む。
【０１１４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１１５】
１ 交流電力系統、４ 交流家電機器、５ 直流家電機器、６ 交流母線、７ 直流母線、１０，１０Ａ〜１０Ｄ 分散電源システム、１３ 電力検出部、１４，７２ スイッチ、１７ 直流線路、２０ 直流電源部、２１ ＰＶ装置、２２ ＤＣ／ＤＣ変換器、３０，４３ ＤＣ／ＡＣ変換器、３０Ａ，４０ 双方向ＡＣ／ＤＣ変換器、４４ ＡＣ／ＤＣ変換器、６２ 双方向ＤＣ／ＤＣ変換器、６０，６０Ａ 電力貯蔵部、６１ 蓄電池、７０，７０Ａ〜７０Ｃ 電流阻止部、７１ ダイオード、７３ 直流電流検出部、７４，７４Ａ スイッチ制御部、７５，７６ 直流電圧検出部。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、交流電力系統に連系される分散電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
自然エネルギーの普及に伴って、交流電力系統に連系して運転される分散電源システムが実用化されている。以下、図１３、図１４を参照して、従来の分散電源システムの構成例について説明する。
【０００３】
図１３は、第１の従来例としての分散電源システム９１０の構成を示す図である。図１３に示す分散電源システム９１０では、交流電力系統１に接続された交流母線６に、太陽光発電（ＰＶ：Photovoltaic）装置２１および蓄電池６１がそれぞれ電力変換器を介して接続されている。具体的に、ＰＶ装置２１は、直流／直流（ＤＣ／ＤＣ）変換器２２および直流／交流（ＤＣ／ＡＣ）変換器３０を介在して交流母線６に接続される。蓄電池６１は、双方向の交流／直流（ＡＣ／ＤＣ）変換器４０を介在して交流母線６に接続される。交流母線６にはさらに負荷として交流家電機器４が接続される。
【０００４】
図１３において、ＰＶ装置２１が発生した直流電力は、交流電力に変換された後、交流母線６を介して交流家電機器４に供給される。さらに、ＰＶ装置２１が発生した余剰電力は、交流電力系統１に逆潮流することもできるし、双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０によって直流電力に変換してから蓄電池６１に充電することもできる。
【０００５】
なお、現在、一般家庭用の分散電源では、太陽光発電の余剰電力についてのみ電気会社による買取りが行なわれている。このため、ＰＶ装置以外の家庭用燃料電池、ガスエンジン、蓄電池などの他の発電設備を併設している場合には、通常、他の発電設備に逆潮流防止リレーが設置されている。
【０００６】
図１３の従来例の場合には、双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０と交流母線６との接続点１１よりも上流側（交流母線６と交流電力系統１との接続点１２寄りの位置）に電力検出部１３が設けられている。さらに、双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０の交流側端子に接続される線路上にスイッチ１４が設けられている。スイッチ１４は、電力検出部１３によって逆潮流が検出された場合にはスイッチ１４がオフ状態に切替わることによって蓄電池からの逆潮流を防止する。
【０００７】
図１３に示すように、交流母線に太陽光発電装置や蓄電池などの複数の分散電源が接続される例は、たとえば、特開２００５−２８７１３２号公報（特許文献１）に開示されている。この文献の例では、交流母線であるコージェネ用供給ラインに、太陽光発電装置がインバータを介して接続されるとともに、ガスエンジンによって発電装置を駆動するように構成された熱電併給装置が接続されている。
【０００８】
図１４は、第２の従来例としての分散電源システム９１０Ａの構成を示す図である。図１４に示す分散電源システム９１０Ａは、直流母線７が設けられている点で、図１３の分散電源システム９１０と異なる。直流母線７には、双方向ＡＣ／ＤＣ変換器３０Ａを介在して交流電力系統１が接続される。直流母線７には、さらに、ＤＣ／ＤＣ変換器２２を介在してＰＶ装置２１が接続されるとともに、蓄電池６１および直流家電機器５が接続されている。
【０００９】
図１４において、ＰＶ装置２１で発生した電力および蓄電池６１からの放電電力は、直流家電機器５に供給されるとともに、双方向ＡＣ／ＤＣ変換器３０Ａによって交流電力に変換された後に、交流家電機器４に供給される。さらに、ＰＶ装置２１で発生した電力は、直流母線７を介して蓄電池６１に充電することもできるし、双方向ＡＣ／ＤＣ変換器３０Ａによって交流電力に変換して逆潮流することも可能である。
【００１０】
なお、図１４において、ＰＶ装置２１で発生した電力を交流電力系統１に逆潮流しているときには、電力検出部１３によって逆潮流電力が検出されるので、スイッチ１４がオフ状態になり、この結果、蓄電池６１が直流母線７から切り離され、蓄電池６１からの逆潮流が防止される。
【００１１】
図１４に示すように、直流母線に複数の分散電源が接続されている例は、たとえば、特開２００３−３３９１１８号公報（特許文献２）や特開２００８−４２９９９号公報（特許文献３）に開示されている。前者の文献の例では、風力電力ユニット、太陽光発電ユニット、電力貯蔵ユニット、フライホイールユニット、負荷ユニットとがＤＣバスによって相互に接続されている。ＤＣバスは系統連系ユニットを介在してＡＣバスと連結される。後者の文献の例では、直流給電路に、バッテリユニットと、太陽電池を含む発電手段とが接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００５−２８７１３２号公報
【特許文献２】特開２００３−３３９１１８号公報
【特許文献３】特開２００８−４２９９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
図１３に示す従来の分散電源システム９１０の場合、ＰＶ装置２１からの電力を蓄電池６１に充電する場合、ＰＶ装置２１で発生した直流電力は、一旦、交流電力に変換された後、直流電力に再変換されてから蓄電池６１に供給される。このため、電力変換器での損失が多くなるという欠点がある。
【００１４】
これに対して、図１４に示す従来の分散電源システム９１０Ａの場合には、ＰＶ装置２１で発生した直流電力は、交流電力に変換されることなく蓄電池６１に供給されるので、図１３の場合に比べて電力変換器での損失は少ない。
【００１５】
しかしながら、図１４に示す分散電源システム９１０Ａでは、蓄電池６１からの電力が電力系統に逆潮流されるのを防止する必要があるために、ＰＶ装置２１で発生した電力は、交流電力系統１に逆潮流するのと同時に蓄電池６１に充電することはできない。同様の理由で、蓄電池６１の放電電力を交流家電機器４に供給しながら、ＰＶ装置２１で発生した電力を交流電力系統１に逆潮流することもできない。このように、図１４の分散電源システムでは、運転方法に制限があるためにＰＶ装置で発生した電力を無駄なく効率的に利用できていない。
【００１６】
この発明の目的は、ＰＶ装置などの直流電源部と蓄電池などの電力貯蔵部とを含み、交流電力系統に連系される分散電源システムにおいて、直流電源部で発生した電力の効率的な利用を可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この発明は、一局面において分散電源システムであって、交流母線と、直流電源部と、第１の変換器と、電力貯蔵部と、第２の変換器と、直流線路と、電流阻止部とを備える。交流母線は、交流電力系統と接続される。直流電源部は、直流電力を発生して出力する。第１の変換器は、直流電源部から出力された直流電力を交流電力に変換して交流母線に供給する。電力貯蔵部は、直流電力の充放電を行なう。第２の変換器は、電力貯蔵部からの直流電力を交流電力に変換して交流母線に供給するか、もしくは交流母線からの交流電力を直流電力に変換して電力貯蔵部に供給する双方向の変換を行なう。直流線路は、第１の変換器の直流側端子と、第２の変換器の直流側端子との間を接続する。電流阻止部は、直流線路上に設けられ、第２の変換器の直流側端子から第１の変換器の直流側端子へ流れる電流を阻止する。
【００１８】
好ましい実施の一形態において、電流阻止部は、第１の変換器の直流側端子に接続されたアノードと第２の変換器の直流側端子に接続されたカソードとを有するダイオードを含む。
【００１９】
好ましい実施の他の形態において、電流阻止部は、直流線路に挿入されたスイッチと、直流線路を流れる直流電流を検出する電流検出部とを含む。ここで、スイッチは、第２の変換器の直流側端子から第１の変換器の直流側端子の方向へ電流が流れている場合にオン状態からオフ状態に切替わる。
【００２０】
上記の実施の他の形態における好ましい一例では、電流阻止部は、スイッチの両側の電圧を検出する電圧検出部をさらに含む。この場合、スイッチは、第１の変換器の直流側端子の電圧が第２の変換器の直流側端子の電圧よりも高い状態が所定の時間継続したとき、オフ状態からオン状態に切替わる。
【００２１】
上記の実施の他の形態における他の好ましい例では、スイッチは、オン状態からオフ状態に切替わってから所定の時間が経過したとき、オフ状態からオン状態に切替わる。
【００２２】
好ましい実施のさらに他の形態において、電力貯蔵部は、蓄電池と、第３の変換器とを含む。第３の変換器は、蓄電池からの直流電圧を大きさの異なる直流電圧に変換して第２の変換器の直流側端子に供給する第１の変換動作、および第２の変換器からの直流電圧を大きさの異なる直流電圧に変換して蓄電池に充電電圧として供給する第２の変換動作の一方を選択的に行なう。電流阻止部は、直流線路に挿入されたスイッチを含む。このスイッチは、第３の変換器が第１の変換動作を行なっているときにオフ状態になり、第３の変換器が第２の変換動作を行なっているときにオン状態になる。
【００２３】
上記の実施の各形態において、好ましくは、第１の変換器は、直流電源部から出力された直流電力を交流電力に変換して交流母線に供給するか、もしくは交流母線からの交流電力を直流電力に変換して直流電源部に供給する双方向の変換を行なう。
【発明の効果】
【００２４】
この発明によれば、直流線路を介して直流電源部からの電力を電力貯蔵部に充電できるのに対して、電力貯蔵部からの電力は電流阻止部によって阻止されるために直流線路および第１の変換部を介して電力系統に逆潮流されることはない。この結果、従来の分散電源システムで問題となっていた運転方法の制限を緩和することができるので、直流電源部で発生した電力をより効率的に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明の実施の形態１による分散電源システム１０の構成を示すブロック図である。
【図２】図１のＤＣ／ＤＣ変換器２２の構成の一例を示す回路図である。
【図３】図１のＤＣ／ＡＣ変換器３０の構成の一例を示す回路図である。
【図４】図１の双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０の構成の一例を示す回路図である。
【図５】図４のＡＣ／ＤＣ変換器４４の構成の一例を示す回路図である。
【図６】図１の分散電源システム１０の変形例としての分散電源システム１０Ａの構成を示すブロック図である。
【図７】この発明の実施の形態２による分散電源システム１０Ｂの構成を示すブロック図である。
【図８】図７のスイッチ制御部７４による制御動作を示すフローチャートである。
【図９】図７の分散電源システム１０Ｂの変形例としての分散電源システム１０Ｃの構成を示すブロック図である。
【図１０】図９のスイッチ制御部７４Ａにおる制御動作を示すフローチャートである。
【図１１】この発明の実施の形態３による分散電源システム１０Ｄの構成を示すブロック図である。
【図１２】図１１の双方向ＤＣ／ＤＣ変換器６２の構成の一例を示す回路図である。
【図１３】第１の従来例としての分散電源システム９１０の構成を示す図である。
【図１４】第２の従来例としての分散電源システム９１０Ａの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰り返さない。
【００２７】
＜実施の形態１＞
［分散電源システムの構成］
図１は、この発明の実施の形態１による分散電源システム１０の構成を示すブロック図である。図１を参照して分散電源システム１０は、交流母線６と、直流電力を発生して出力する直流電源部２０と、直流電力の充放電を行なう電力貯蔵部６０と、ＤＣ／ＡＣ変換器３０と、双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０と、直流母線７と、電流阻止部７０と、電力検出部１３と、スイッチ１４とを含む。
【００２８】
交流母線６は、交流電力系統１と接続される。交流母線６には、商用電源３によって生成された交流電力が変圧器２によって電圧変換されてから供給される。図１の場合、交流母線６は単相３線式（Ｒ相線路６Ｒ、Ｓ相線路６Ｓ、中性線６Ｏ）であり、中性線６Ｏが接地されている。Ｒ相線路６ＲとＳ相線路６Ｓの線間電圧は、たとえば、２００Ｖ（実効値）である。交流母線６には、交流電力によって動作する交流家電機器４が接続されている。交流家電機器４の一例として、家庭で使用される空調機、冷蔵庫、洗濯機、およびテレビ受像機などが挙げられる。
【００２９】
直流電源部２０は、直流電力を発生する分散電源であり、発電した電力は交流電力系統に逆潮流可能（電力会社によって買取可能）である。この実施の形態では、分散電源の代表例として太陽光発電（ＰＶ）装置が例示されている。この場合、直流電源部２０は、太陽光発電（ＰＶ）装置２１と、ＤＣ／ＤＣ変換器２２とを含む。
【００３０】
ＤＣ／ＤＣ変換器２２は、ＰＶ装置２１から出力された直流電圧を昇圧する。図１の場合、ＤＣ／ＤＣ変換器２２は、その入力電圧、入力電流を、ＰＶ装置２１が最大電力点で動作するように制御する。ただし、ＤＣ／ＤＣ変換器２２は、その出力電圧がある電圧（機器を保護するために素子耐圧などで決められた最大電圧（たとえば、４２０Ｖ））よりも高くなると出力を抑制する。したがって、通常の場合にはＰＶ装置２１の発電量が多くなると、ＤＣ／ＤＣ変換器２２の出力電圧（すなわち、直流母線７との接続点１６の電圧）が大きくなる。ＤＣ／ＤＣ変換器２２の出力電圧が蓄電池６１の充電電圧よりも高くなると蓄電池に電流が流れるので（充電状態）、結果的にＤＣ／ＤＣ変換器２２の出力電圧は蓄電池６１の電圧に一致した状態になる。ＰＶ装置２１の発電電力が低下したり、ＤＣ／ＡＣ変換器３０のＡＣ出力が増加したりすると、接続点１６の電圧が下がる。この接続点１６の電圧が蓄電池６１の電圧より低くなると蓄電池６１への充電が停止する。このとき接続点１６の電圧は、ＤＣ／ＡＣ変換器３０によって制御される。
【００３１】
電力会社による電力買取りの対象が他の分散電源に対して認められている場合には、ＰＶ装置２１に代えて、燃料電池発電装置、可変速風力発電装置、およびマイクロガスタービン発電装置などを設けることもできる。可変速風力発電装置およびマイクロガスタービン発電装置の場合には、ＤＣ／ＤＣ変換器２２に代えて交流電力を直流電力に変換する整流装置が設けられる。
【００３２】
ＤＣ／ＡＣ変換器（インバータ）３０は、直流電源部２０から出力された直流電力を交流電力に変換して交流母線６に供給する。ＤＣ／ＡＣ変換器３０は、たとえば、通常の電圧形インバータの交流側端子に連系リアクトルを接続することによって電力系統に連系可能なように構成されている。
【００３３】
電力貯蔵部６０は、直流電力を充放電する蓄電池（二次電池）６１によって構成される。蓄電池６１の例として、リチウムイオン二次電池や鉛蓄電池などを挙げることができる。蓄電池６１に代えて電気二重層キャパシタなどの大容量キャパシタを用いることもできる。
【００３４】
双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０は、蓄電池６１から放電された直流電力を交流電力に変換して交流母線６に供給するか、もしくは交流母線６からの交流電力を直流電力に変換して蓄電池６１に充電電力として供給する双方向の変換を行なう。双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０は、たとえば、直流電力を交流電力に変換するＤＣ／ＡＣ変換器（インバータ）と、交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換器とを並列に接続することによって構成される。後者のＡＣ／ＤＣ変換器は、たとえば、全波整流回路と昇圧チョッパなどのＤＣ／ＤＣ変換器とを含む。
【００３５】
直流母線７（正極側線路７Ｐ、負極側線路７Ｎ）は、ＤＣ／ＤＣ変換器２２の２次側端子、ＤＣ／ＡＣ変換器３０のＤＣ側端子、電力貯蔵部６０の出力端子、および双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０のＤＣ側端子と接続されている。直流母線７には、さらに、直流電力によって動作する直流家電機器５が接続されている。直流家電機器５の一例として、電動機を可変速制御するためのインバータが組み込まれた家電機器（空調機、冷蔵庫、洗濯機など）が挙げられる。この場合、インバータの入力端子が直流母線７に接続される。
【００３６】
なお、図１の場合、蓄電池６１は、直流母線７に直結される。ここで、「直結」とは、直流母線７と蓄電池６１との間に、ＤＣ／ＤＣ変換器のような電力変換器が介在していないことを意味する。したがって、直流母線７の電圧は、蓄電池６１の端子電圧にほぼ等しくなる。蓄電池６１を直流母線７に直結することによって、蓄電池６１が有する高い電圧安定化能力を生かして、急激な負荷変動（直流家電機器５の消費電力の変動）による直流母線７の電圧変動を抑制することができる。
【００３７】
電流阻止部７０は、直流母線７（７Ｐ，７Ｎ）とＤＣ／ＡＣ変換器３０との接続点１６（１６Ｐ，１６Ｎ）と、直流母線７と双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０との接続点１５（１５Ｐ，１５Ｎ）との間の直流母線７上（言い換えると、ＤＣ／ＡＣ変換器３０の直流側端子と、双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０の直流側端子とを接続する直流線路１７（１７Ｐ，１７Ｎ）上）に設けられる。電流阻止部７０は、接続点１６から接続点１５の方向には電流を流すが、接続点１５から接続点１６の方向（言い換えると、双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０の直流側端子からＤＣ／ＡＣ変換器３０の直流側端子の方向）には電流を流さない。図１の場合、電流阻止部７０は、正極側線路７Ｐ上に設けられたダイオード７１によって構成される。ダイオード７１のアノードは、接続点１６Ｐ側に接続され、カソードは接続点１５Ｐ側に接続される。
【００３８】
電力検出部１３は、交流母線６（６Ｒ，６Ｓ）と交流電力系統１との接続点１２（１２Ｒ，１２Ｓ）と、交流母線６と双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０との接続点１１（１１Ｒ，１１Ｓ）との間の交流母線６上（言い換えると、電力検出部１３は、接続点１１よりも上流側の交流母線６上）に設けられる。電力検出部１３は、設置場所における交流母線６の瞬時電圧と瞬時電流を検出し、これらの検出値に基づいて瞬時電力を求める。電力検出部１３は、求めた瞬時電力に基づいて、接続点１１から接続点１２の方向（言い換えると、双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０の交流側端子から交流電力系統１の方向）に潮流（逆潮流）が生じているか否かを判定し、逆潮流が生じている場合にはスイッチ１４をオフ状態にする。
【００３９】
より詳細には図１に示すように、電力検出部１３は、Ｒ相線路６Ｒを流れる瞬時電流を検出する計器用変流器１３Ａと、Ｓ相線路６Ｓを流れる瞬時電流を検出する計器用変流器１３Ｂと、Ｒ相線路６ＳおよびＳ相線路６Ｓ間の線間電圧の瞬時値を検出する交流電圧計１３Ｃと、演算部１３Ｄとを含む。交流家電機器４として１００Ｖの家電機器が接続されている場合は、Ｒ相およびＳ相のいずれか一方が使用されるためＲ相とＳ相とのバランスが均一でなくなるので、Ｒ相およびＳ相の両方の電流を検出する必要がある。
【００４０】
演算部１３Ｄは、計器用変流器１３Ａ，１３Ｂおよび交流電圧計１３Ｃの検出結果に基づいて、瞬時電力を求める。演算部１３Ｄは、さらに、１周期（５０Ｈｚの場合は２０ｍｓｅｃ）で瞬時電力を平均した平均電力（有効電力）を求め、この１周期当たりの平均電力の正負で電力の方向（逆潮流しているか否か）を判定する。
【００４１】
簡易的な方法として、電圧の正負の切替わり点（ゼロクロス）を検出して、その間の電流の測定値と、電圧の推定値とを積算することによって、電力の方向を（逆潮流しているか否か）を判定することができる。
【００４２】
スイッチ１４は、双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０の交流側端子と交流母線６とを接続する交流線路上に設けられている。電力検出部１３からの指令を受けてスイッチ１４がオフ状態になった場合には、双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０から交流母線の方向またはその逆方向への電力の供給が遮断される。
【００４３】
たとえば、蓄電池６１から放電された電力が双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０によって交流電力に変換されてから交流家電機器４に供給されている場合、蓄電池６１からの放電電力が交流家電機器４の消費電力を上回ると逆潮流が生じる。この場合、スイッチ１４がオフ状態に切替わることによって蓄電池６１からの逆潮流を防止することができる。
【００４４】
［分散電源システムの動作］
次に、以上の構成の分散電源システム１０の動作について説明する。
【００４５】
（交流電力系統１からの電力供給）
交流電力系統１からの交流電力は、交流母線６を介して交流家電機器４に供給される。さらに、交流電力系統１からの交流電力は、双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０によって直流電力に変換される。変換後の直流電力は、直流母線７を介して直流家電機器５に供給され、さらには電力貯蔵部６０に充電される。
【００４６】
（直流電源部２０からの電力供給）
直流電源部２０からの直流電力は、直流母線７を介して直流家電機器５に供給され、さらには、電力貯蔵部６０に充電される。さらに、直流電源部２０からの直流電力は、ＤＣ／ＡＣ変換器３０によって交流電力に変換される。変換によって得られた交流電力は、交流電力系統１に逆潮流され、さらには交流母線６を介して交流家電機器４に供給される。なお、図１の構成では、直流電源部２０からの直流電力を双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０によって交流電力に変換し、変換後の交流電力を交流家電機器４に供給することもできる。
【００４７】
ここで、直流電源部２０からの直流電力は、交流電力に変換されることなく電力貯蔵部６０に充電されるので、図１３で説明した従来の分散電源システム９１０に比べて電力変換に伴う損失を少なくすることができる。さらに、図１の分散電源システム１０では、直流電源部２０からの電力を交流電力系統１に逆潮流するのと同時に電力貯蔵部６０に充電することができる。したがって、図１４で説明した従来の分散電源システム９１０Ａに比べて直流電源部２０の発電電力を有効利用することができる。
【００４８】
（電力貯蔵部６０からの電力供給）
電力貯蔵部６０からの直流電力は、直流母線７を介して直流家電機器５に供給される。さらに、電力貯蔵部６０からの直流電力は、双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０によって交流電力に変換される。変換によって得られた交流電力は、交流母線６を介して交流家電機器４に供給される。
【００４９】
なお、電流阻止部７０によって阻止されるために、電力貯蔵部６０からの直流電力が直流母線７を介してＤＣ／ＡＣ変換器３０の方向へ流れることはない。電力貯蔵部６０からの直流電力が双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０によって交流電力に変換された場合には、変換後の交流電力が交流母線６を介して交流電力系統１の方向へ流れることはない。なぜなら、もし双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０による変換後の交流電力が交流母線６を介して交流電力系統１の方向へ流れると、電力検出部１３によって検出される結果、スイッチ１４が開放するからである。このように、図１の分散電源システム１０は、電力貯蔵部６０から交流電力系統１への逆潮流が生じない構成となっている。
【００５０】
［各変換器の構成の一例］
以下、各変換器２２，３０，４０の構成の一例について説明する。
【００５１】
（ＤＣ／ＤＣ変換器２２の構成）
図２は、図１のＤＣ／ＤＣ変換器２２の構成の一例を示す回路図である。図２を参照して、ＤＣ／ＤＣ変換器２２は、入力電圧検出部２７と、出力電圧検出部２９と、直流電流検出部２８と、昇圧チョッパ回路２５と、制御部２６とを含む。
【００５２】
入力電圧検出部２７は、ＤＣ／ＤＣ変換器２２の入力端子２３Ｐ，２３Ｎ間の電圧を検出し、その検出結果を制御部２６に出力する。なお、入力端子２３Ｐは図１のＰＶ装置２１の正極側出力端子に接続され、入力端子２３Ｎは図１のＰＶ装置２１の負極側出力端子に接続される。
【００５３】
出力電圧検出部２９は、ＤＣ／ＤＣ変換器２２の出力端子２４Ｐ，２４Ｎ間の電圧を検出し、その検出結果を制御部２６に出力する。なお、出力端子２４Ｐは、図１の直流母線７を構成する正極側線路７Ｐに接続され、出力端子２４Ｎは、図１の直流母線７を構成する負極側線路７Ｎに接続される。
【００５４】
直流電流検出部２８は、負極側の入力端子２３Ｎを流れる電流（すなわち、ＰＶ装置２１からＤＣ／ＤＣ変換器２２に供給される直流電力の電流値）を検出して、その検出結果を制御部２６に出力する。なお、負極側の入力端子２３Ｎと負極側の出力端子２４Ｎとは直結されている。
【００５５】
昇圧チョッパ回路２５は、リアクトルＬ１と、ダイオードＤ１，Ｄ２と、トランジスタＱ１と、コンデンサＣ１，Ｃ２とを含む。リアクトルＬ１およびダイオードＤ２は、この順で、ダイオードＤ２のカソードが出力端子２４Ｐ側となるように、入出力端子２３Ｐ，２４Ｐ間に接続される。トランジスタＱ１は、リアクトルＬ１とダイオードＤ２との接続ノードＮ１と出力端子２４Ｎとの間に接続される。ダイオードＤ１は、トランジスタＱ１と並列にかつ逆バイアス方向となるように接続される。コンデンサＣ１は、入力端子２３Ｐ，２３Ｎ間に接続される。コンデンサＣ２は、出力端子２４Ｐ，２４Ｎ間に接続される。
【００５６】
上記のトランジスタＱ１として、図２の場合にはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が用いられている。トランジスタＱ１として、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）などの他の電力用半導体素子を用いても構わない。
【００５７】
以下、昇圧チョッパ回路２５の動作について簡単に説明する。トランジスタＱ１がオンの期間では、正極側の入力端子２３Ｐ、リアクトルＬ１、トランジスタＱ１、負極側の入力端子２３Ｎの順に電流が流れる。これによってリアクトルＬ１を流れる電流が次第に増加し、リアクトルＬ１に電磁エネルギーが蓄積される。トランジスタＱ２がオフの期間では、リアクトルＬ１を流れる電流はダイオードＤ２を介してコンデンサＣ２に流入し、コンデンサＣ２の両端間の電圧を増加させる。このオフ期間において、リアクトルＬ１を流れる電流は次第に減少し、リアクトルＬ１の電磁エネルギーが放出される。最終的にリアクトルＬ１を流れる電流はオン時間の比率が大きければ大きいほど際限なく大きくなるので、最終的なコンデンサＣ２の電圧（昇圧電圧）はオン時間の比率に応じて決まる。
【００５８】
制御部２６は、入力電圧検出部２７、出力電圧検出部２９、および直流電流検出部２８の各々の検出結果に基づいて、トランジスタＱ１のオン・オフを制御する制御信号を生成する。より詳細には、制御部２６は、ＤＣ／ＤＣ変換器２２の出力電圧が予め決められた電圧（機器の保護のために素子の耐圧などで決まる電圧）以上にならない限り、ＰＶ装置２１が最大電力点で動作するようにＤＣ／ＤＣ変換器２２の入力電圧を制御する。
【００５９】
（ＤＣ／ＡＣ変換器３０の構成）
図３は、図１のＤＣ／ＡＣ変換器３０の構成の一例を示す回路図である。図３を参照して、ＤＣ／ＡＣ変換器３０は、ＤＣ側電圧検出部３６と、直流電流検出部３５と、単相ブリッジ回路３３と、連系リアクトルＬ２，Ｌ３と、制御部３４とを含む。
【００６０】
ＤＣ側電圧検出部３６は、ＤＣ／ＡＣ変換器３０のＤＣ側端子３１Ｐ，３１Ｎ間の電圧を検出し、その検出結果を制御部３４に出力する。なお、ＤＣ側端子３１Ｐは、図１の直流母線７を構成する正極側線路７Ｐに接続され、ＤＣ側端子３１Ｎは、図１の直流母線７を構成する負極側線路７Ｎに接続される。
【００６１】
直流電流検出部３５は、ＤＣ側端子３１Ｎを流れる電流（すなわち、図１の直流電源部２０からＤＣ／ＡＣ変換器３０に供給される直流電力の電流値）を検出して、その検出結果を制御部３４に出力する。
【００６２】
単相ブリッジ回路３３は、トランジスタＱ３〜Ｑ６と、ダイオードＤ３〜Ｄ６とを含む。トランジスタＱ３，Ｑ４は、この順で、ＤＣ側端子３１Ｐ，３１Ｎ間に直列に接続される。トランジスタＱ５，Ｑ６は、この順で、ＤＣ側端子３１Ｐ，３１Ｎ間に直列にかつトランジスタＱ３，Ｑ４の直列接続体と並列に接続される。ダイオードＤ３〜Ｄ６はトランジスタＱ３〜Ｑ６にそれぞれ対応し、対応のトランジスタＱ３〜Ｑ６と並列にかつ逆バイアス方向に接続される。
【００６３】
上記のトランジスタＱ３〜Ｑ６として、図３の場合にはＩＧＢＴが用いられている。トランジスタＱ３〜Ｑ６として、パワーＭＯＳＦＥＴなどの他の電力用半導体素子を用いても構わない。
【００６４】
連系リアクトルＬ２は、トランジスタＱ３，Ｑ４の接続ノードＮ３と、ＤＣ／ＡＣ変換器３０のＡＣ側端子３２Ｒとの間に接続される。連系リアクトルＬ３は、トランジスタＱ５，Ｑ６の接続ノードＮ４と、ＤＣ／ＡＣ変換器３０のＡＣ側端子３２Ｓとの間に接続される。なお、ＡＣ側端子３２Ｒは図１の交流母線６を構成するＲ相線路６Ｒに接続され、ＡＣ側端子３２Ｓは図１の交流母線６を構成するＳ相線路６Ｓに接続される。
【００６５】
制御部３４は、ＤＣ側電圧検出部３６および直流電流検出部３５の各々の検出結果に基づいて、ＤＣ／ＡＣ変換器３０のＡＣ側端子間の電圧が交流母線６の線間電圧に一致するように、トランジスタＱ３〜Ｑ６のスイッチングをＰＷＭ（Pulse Width Modulation）変調によって制御する。
【００６６】
（双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０の構成）
図４は、図１の双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０の構成の一例を示す回路図である。図４を参照して、双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０は、直流電力を交流電力に変換するＤＣ／ＡＣ変換器４３と、交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換器４４とを含む。ＤＣ／ＡＣ変換器４３およびＡＣ／ＤＣ変換器４４は、ＤＣ側端子４１Ｐ，４１ＮとＡＣ側端子４２Ｒ，４２Ｓとの間に互いに並列に接続される。
【００６７】
図４では、ＤＣ／ＡＣ変換器４３およびＡＣ／ＤＣ変換器４４について、電力の流れる方向に矢印を付している。なお、双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０のＤＣ側端子４１Ｐは、図１の直流母線７を構成する正極側線路７Ｐに接続され、ＤＣ側端子４１Ｎは、図１の直流母線７を構成する負極側線路７Ｎに接続される。双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０のＡＣ側端子４２Ｒは図１の交流母線６を構成するＲ相線路６Ｒに接続され、ＡＣ側端子４２Ｓは図１の交流母線６を構成するＳ相線路６Ｓに接続される。図４のＤＣ／ＡＣ変換器４３の構成は、図３に示したものと同じであるので説明を繰り返さない。
【００６８】
図５は、図４のＡＣ／ＤＣ変換器４４の構成の一例を示す回路図である。図５を参照して、ＡＣ／ＤＣ変換器４４は、ＤＣ側電圧検出部５２と、直流電流検出部５１と、全波整流回路４８と、昇圧チョッパ回路４９と、制御部５０とを含む。
【００６９】
ＤＣ側電圧検出部５２は、ＡＣ／ＤＣ変換器４４のＤＣ側端子４７Ｐ，４７Ｎ間の電圧を検出し、その検出結果を制御部５０に出力する。なお、ＤＣ側端子４７Ｐ，４７Ｎは、図４のＤＣ側端子４１Ｐ，４１Ｎにそれぞれ接続される。
【００７０】
直流電流検出部５１は、ＤＣ側端子４７Ｎを流れる電流を検出して、その検出結果を制御部５０に出力する。
【００７１】
全波整流回路４８は、ダイオードＤ７〜Ｄ１０を含む。ダイオードＤ７，Ｄ８は、正極側ノードＮ５と負極側ノードＮ６との間にこの順で直列にかつ逆バイアス方向となるように接続される。ダイオードＤ９，Ｄ１０は、ノードＮ５，Ｎ６間にこの順で直列にかつ逆バイアス方向となるように、ダイオードＤ７，Ｄ８の直列接続体とは並列に接続される。ダイオードＤ７，Ｄ８の接続ノードはＡＣ側端子４６Ｒと接続され、ダイオードＤ９，Ｄ１０の接続ノードはＡＣ側端子４６Ｓと接続される。なお、ＡＣ側端子４６Ｒ，４６Ｓは、図４のＡＣ側端子４２Ｒ，４２Ｓにそれぞれ接続される。
【００７２】
昇圧チョッパ回路４９は、リアクトルＬ４と、ダイオードＤ１１，Ｄ１２と、トランジスタＱ１１と、コンデンサＣ１，Ｃ３とを含む。リアクトルＬ４およびダイオードＤ１２は、この順で、ダイオードＤ１２のカソードがＤＣ側端子４７Ｐ側となるように、ノードＮ５とＤＣ側端子４７Ｐとの間に接続される。トランジスタＱ１１は、リアクトルＬ４とダイオードＤ１２との接続ノードＮ７とＤＣ側端子４７Ｎとの間に接続される。ダイオードＤ１１は、トランジスタＱ１１と並列にかつ逆バイアス方向となるように接続される。コンデンサＣ３は、ＤＣ側端子４７Ｐ，４７Ｎ間に接続される。昇圧チョッパ回路４９の動作は、図２で説明した昇圧チョッパ回路２５の動作と同じである。
【００７３】
上記のトランジスタＱ１１として、図５の場合にはＩＧＢＴが用いられている。トランジスタＱ１１として、パワーＭＯＳＦＥＴなどの他の電力用半導体素子を用いても構わない。
【００７４】
制御部５０は、ＤＣ側電圧検出部５２および直流電流検出部５１の各々の検出結果に基づいて、ＡＣ／ＤＣ変換器４４のＤＣ出力電流がある決まった値（蓄電池６１の定格電流およびＡＣ／ＤＣ変換器４４の定格電流で決まる値、通常、両者は等しい）を超えない限り、ある一定のＤＣ出力電圧（たとえば、蓄電池６１がほぼ満充電時の電圧）になるように制御する。すなわち、蓄電池６１が満充電になるまでは、ＡＣ／ＤＣ変換器４４は、蓄電池６１の充電電圧よりも高い電圧を出力しようとし、蓄電池６１は、ある決まった最大限の電流値で充電される（定電流充電）。蓄電池６１が満充電近くなると、この最大限の電流値よりも小さな値の電流で充電されることになる。したがって、蓄電池６１が充電中の場合および満充電に近い場合のいずれも、結果的にはＡＣ／ＤＣ変換器４４の出力電圧は蓄電池６１とほぼ同じ電圧になる。
【００７５】
＜実施の形態１の変形例＞
図６は、図１の分散電源システム１０の変形例としての分散電源システム１０Ａの構成を示すブロック図である。図６の分散電源システム１０Ａは、ＤＣ／ＡＣ変換器３０に代えて双方向ＡＣ／ＤＣ変換器３０Ａを含む点で、図１の分散電源システム１０と異なる。双方向ＡＣ／ＤＣ変換器３０Ａの構成および動作は、双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０と同様である。図６のその他の点は図１の場合と同じであるので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。
【００７６】
図６の場合、交流電力系統１からの電力を電力貯蔵部６０に充電するとき、電力が伝達する経路は２つある。第１の経路は、交流電力系統１から交流母線６および双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０を経由して電力貯蔵部６０に至る経路であり、図１の分散電源システム１０の場合と同じである。第２の経路は、交流電力系統１から双方向ＡＣ／ＤＣ変換器３０Ａおよび直流母線７を経由して電力貯蔵部６０に至る経路であり、この変形例によって新たに追加された経路である。
【００７７】
直流電源部２０から交流家電機器４に至る給電経路も２つある。第１の経路は、直流電源部２０から双方向ＡＣ／ＤＣ変換器３０Ａおよび交流母線６を経由して交流家電機器４に至る経路であり、第２の経路は、直流電源部２０から直流母線７および双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０を経由して交流家電機器４に至る経路である。ただし、これらの経路は、図１の分散電源システム１０の場合と同じである。
【００７８】
実施の形態１の変形例による分散電源システム１０Ａによれば、直流電源部２０の発電量および電力貯蔵部６０の容量が増大した場合でも、２台の双方向ＡＣ／ＤＣ変換器３０Ａ，４０によって電力変換できる。このため、１台の電力変換器を用いて直流と交流の変換をするよりも効率的であり、各変換器の定格（許容）電流も小さくて済むというメリットがある。
【００７９】
＜実施の形態２＞
図７は、この発明の実施の形態２による分散電源システム１０Ｂの構成を示すブロック図である。図７の電流阻止部７０Ａは、ダイオード７１に代えてスイッチ７２を含む点で図１の電流阻止部７０と異なる。さらに、図７の電流阻止部７０Ａは、直流電流検出部７３およびスイッチ制御部７４を含む。スイッチ７２は、ＤＣ／ＡＣ変換器３０のＤＣ側端子と双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０のＤＣ側端子との間の正極側線路７Ｐに挿入される。直流電流検出部７３は、スイッチ７２がオン状態のときにスイッチ７２に流れる電流を検出し、検出結果をスイッチ制御部７４に出力する。図７のその他の点は図１の場合と同じであるので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。
【００８０】
なお、図７において、ＤＣ／ＡＣ変換器３０のＤＣ側端子から双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０のＤＣ側端子の方向（図１のダイオード７１の順方向）に流れる電流を順方向電流Ｉｆとし、その逆方向（図１のダイオード７１の逆方向）に流れる電流を逆方向電流Ｉｒとする。
【００８１】
図８は、図７のスイッチ制御部７４による制御動作を示すフローチャートである。図７、図８を参照して、スイッチ制御部７４は、直流電流検出部７３の検出結果に基づいてスイッチ７２のオン・オフを制御する。
【００８２】
スイッチ制御部７４は、最初に、スイッチ７２をオン状態にし（ステップＳ１０１）、直流電流検出部７３で逆方向電流Ｉｒが検出されない場合には（ステップＳ１０２でＮＯ、すなわち、Ｉｒ≦０の場合には）、スイッチ７２のオン状態を維持する。
【００８３】
この状態で、直流電流検出部７３によって逆方向電流が検出されると（ステップＳ１０２でＹＥＳ、すなわち、Ｉｒ＞０となると）、スイッチ制御部７４は、スイッチ７２をオフする（ステップＳ１０３）。
【００８４】
スイッチ制御部７４は、スイッチ７２をオフ状態にしてから所定時間が経過すると（ステップＳ１０４でＹＥＳ）、再びスイッチ７２をオンする（ステップＳ１０１）。その後の処理は上記の繰返しである。したがって、依然として逆方向電流Ｉｒが検出されている場合には（ステップＳ１０２でＹＥＳ）、直流電流検出部７３はすぐにスイッチ７２をオフする（ステップＳ１０３）。スイッチ制御部７４は、逆方向電流Ｉｒが検出されなくなると（ステップＳ１０２でＮＯ）、スイッチ７２のオン状態を維持する。
【００８５】
上記の構成によれば、実施の形態１の場合と同様に、直流母線７を逆方向に流れる電流が電流阻止部７０Ａによって阻止される。この結果、図７の分散電源システム１０Ｂは、電力貯蔵部６０から交流電力系統１への逆潮流が生じない構成となっている。
【００８６】
したがって、実施の形態２による分散電源システム１０Ｂにおいても、実施の形態１の場合と同様に、直流電源部２０からの直流電力を、交流電力に変換することなく電力貯蔵部６０に充電することができるので、電力変換に伴う損失を従来よりも少なくすることができる。さらに、図７の分散電源システム１０Ｂでは、直流電源部２０からの電力を交流電力系統１に逆潮流するのと同時に電力貯蔵部６０に充電することができるので、直流電源部２０の発電電力を従来よりも有効利用することができる。
【００８７】
さらに、図７の分散電源システム１０Ｂにおいても、実施の形態１の変形例の場合と同様に、ＤＣ／ＡＣ変換器３０に代えて双方向ＡＣ／ＤＣ変換器３０Ａを用いることができる。この結果、直流電源部２０の発電量および電力貯蔵部６０の容量が増大した場合でも、２台の双方向ＡＣ／ＤＣ変換器３０Ａ，４０によって電力変換できるので効率的であり、各変換器の定格（許容）電流も小さくて済む。
【００８８】
＜実施の形態２の変形例＞
図９は、図７の分散電源システム１０Ｂの変形例としての分散電源システム１０Ｃの構成を示すブロック図である。図９の電流阻止部７０Ｂは、スイッチ７２の両端の電圧Ｖ１，Ｖ２をそれぞれ検出する直流電圧検出部７５，７６をさらに含む点で、図７の電流阻止部７０Ａと異なる。
【００８９】
図９の直流電圧検出部７５は、スイッチ７２に対してＤＣ／ＡＣ変換器３０寄りの位置での正極側線路７Ｐの電圧Ｖ１を検出し、検出結果をスイッチ制御部７４Ａに出力する。直流電圧検出部７６は、スイッチ７２に対して双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０寄りの位置での正極側線路７Ｐの電圧Ｖ２を検出し、検出結果をスイッチ制御部７４Ａに出力する。スイッチ制御部７４Ａは、直流電流検出部７３および直流電圧検出部７５，７６の各々の検出結果に基づいてスイッチ７２のオン・オフを制御する。図９のその他の点は図７の場合と同じであるので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。
【００９０】
図１０は、図９のスイッチ制御部７４Ａにおる制御動作を示すフローチャートである。以下、図９、図１０を参照して、スイッチ制御部７４Ａの動作について説明する。
【００９１】
スイッチ制御部７４Ａは、最初にスイッチ７２をオン状態にし（ステップＳ２０１）、直流電流検出部７３で逆方向電流Ｉｒが検出されない場合には（ステップＳ２０２でＮＯ、すなわち、Ｉｒ≦０の場合には）、スイッチ７２のオン状態を維持する。
【００９２】
この状態で、直流電流検出部７３で逆方向電流が検出されると（ステップＳ２０２でＹＥＳ、すなわち、Ｉｒ＞０となると）、スイッチ制御部７４Ａは、スイッチ７２をオフする（ステップＳ２０３）。
【００９３】
その後、スイッチ制御部７４Ａは、直流電圧検出部７５，７６の検出結果に基づいて、電圧Ｖ１が電圧Ｖ２よりも大きいか否か、すなわち、スイッチ７２に順方向電圧がかかっているか否かを判定する（ステップＳ２０４）。電圧Ｖ１が電圧Ｖ２よりも大きい場合には、スイッチ制御部７４Ａはタイマーを初期化する（ステップＳ２０５）。そして、スイッチ制御部７４Ａはタイマーで計時することによって、電圧Ｖ１が電圧Ｖ２よりも大きい状態が所定時間継続しているか（ステップＳ２０６でＹＥＳかつステップＳ２０７でＹＥＳとなっているか）を判定する。電圧Ｖ１が電圧Ｖ２よりも大きい状態が所定時間継続している場合には、スイッチ制御部７４Ａは、再びスイッチ７２をオンする（ステップＳ２０１）。以下、上記の手順が繰り返される。
【００９４】
上記の構成によっても、実施の形態１の場合と同様に、直流母線７を逆方向に流れる電流が電流阻止部７０Ｂによって阻止される。この結果、図９の分散電源システム１０Ｃは、電力貯蔵部６０から交流電力系統１への逆潮流が生じない構成となっている。
【００９５】
したがって、実施の形態２の変形例による分散電源システム１０Ｃにおいても、実施の形態１の場合と同様に、直流電源部２０からの直流電力を、交流電力に変換することなく電力貯蔵部６０に充電することができるので、電力変換に伴う損失を従来よりも少なくすることができる。さらに、図９の分散電源システム１０Ｃでは、直流電源部２０からの電力を交流電力系統１に逆潮流するのと同時に電力貯蔵部６０に充電することができるので、直流電源部２０の発電電力を従来よりも有効利用することができる。
【００９６】
さらに、図９の分散電源システム１０Ｃにおいても、実施の形態１の変形例の場合と同様に、ＤＣ／ＡＣ変換器３０に代えて双方向ＡＣ／ＤＣ変換器３０Ａを用いることができる。この結果、直流電源部２０の発電量および電力貯蔵部６０の容量が増大した場合でも、２台の双方向ＡＣ／ＤＣ変換器３０Ａ，４０によって電力変換できるので効率的であり、各変換器の定格（許容）電流も小さくて済む。
【００９７】
＜実施の形態３＞
図１１は、この発明の実施の形態３による分散電源システム１０Ｄの構成を示すブロック図である。図１１の電流阻止部７０Ｃは、ダイオード７１に代えてスイッチ７２を含む点で図１の電流阻止部７０と異なる。さらに、図１１の電力貯蔵部６０Ａは、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器６２を含む点で図１の電力貯蔵部６０と異なる。
【００９８】
双方向ＤＣ／ＤＣ変換器６２は、蓄電池６１からの直流電圧を昇圧して直流母線７および双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０のＤＣ側端子に出力する第１の変換動作、ならびに直流母線７および双方向ＡＣ／ＤＣ変換器４０のＤＣ側端子からの直流電圧を降圧して蓄電池６１に供給する第２の変換動作のうち一方を選択的に行なう。ＤＣ／ＤＣ変換器６２は、さらに、上記の第１の変換動作を行なっているのときにはスイッチ７２がオフ状態になり、上記の第２の変換動作を行なっているときにはスイッチ７２がオン状態になるように、スイッチ７２のオン・オフを制御する。
【００９９】
図１１のその他の点は図１の場合と同じであるので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。
【０１００】
図１２は、図１１の双方向ＤＣ／ＤＣ変換器６２の構成の一例を示す回路図である。図１２に示す双方向ＤＣ／ＤＣ変換器６２の構成は、図２に示すＤＣ／ＤＣ変換器２２の構成と類似したものであるので、以下では図２と異なる部分を主として説明する。
【０１０１】
なお、以下の説明において、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器６２の蓄電池６１側の端子を一次端子６３Ｐ，６３Ｎと称し、直流母線７と接続される端子６４Ｐ，６４Ｎを二次端子６４Ｐ，６４Ｎと称する。一次端子６３Ｐは図１１の蓄電池６１の正極側端子に接続され、一次端子６３Ｎは図１１の蓄電池６１の負極側端子に接続される。二次端子６４Ｐは直流母線７を構成する正極側線路７Ｐに接続され、二次端子６４Ｎは直流母線７を構成する負極側線路７Ｎに接続される。
【０１０２】
図１２を参照して、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器６２は、一次電圧検出部６７と、二次電圧検出部６９と、直流電流検出部６８と、チョッパ回路６５と、制御部６６とを含む。
【０１０３】
一次電圧検出部６７は、図２の入力電圧検出部２７と同様に、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器６２の一次端子６３Ｐ，６３Ｎ間の電圧を検出し、その検出結果を制御部６６に出力する。
【０１０４】
二次電圧検出部６９は、図２の出力電圧検出部２９と同様に、双方向ＤＣ／ＤＣ変換器６２の二次端子６４Ｐ，６４Ｎ間の電圧を検出し、その検出結果を制御部６６に出力する。
【０１０５】
直流電流検出部６８は、図２の直流電流検出部２８と同様に、負極側の一次端子６３Ｎを流れる電流（すなわち、蓄電池６１と双方向ＤＣ／ＤＣ変換器６２との間を伝達する直流電力の電流値）を検出して、その検出結果を制御部６６に出力する。なお、負極側の一次端子６３Ｎと負極側の二次端子６４Ｎとは直結されている。
【０１０６】
チョッパ回路６５は、ダイオードＤ２と並列に接続されたトランジスタＱ１２をさらに含む点で、図２の昇圧チョッパ回路２５と異なる。その他のチョッパ回路６５の構成は図２の昇圧チョッパ回路２５と同一であるので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。なお、図１２の一次端子６３Ｐ，６３Ｎが図２の入力端子２３Ｐ，２３Ｎにそれぞれ対応し、図１２の二次端子６４Ｐ，６４Ｎが図２の出力端子２４Ｐ，２４Ｎにそれぞれ対応する。
【０１０７】
図１２の場合には、チョッパ回路６５を構成するトランジスタＱ１，Ｑ１２としてＩＧＢＴが用いられているが、パワーＭＯＳＦＥＴなどの他の電力用半導体素子を用いても構わない。
【０１０８】
制御部６６は、一次電圧検出部６７、二次電圧検出部６９、および直流電流検出部６８の各々の検出結果に基づいて、トランジスタＱ１，Ｑ１２のオン・オフを制御する制御信号を生成する。一次端子６３Ｐ，６３Ｎに入力された電圧を昇圧して、二次端子６４Ｐ，６４Ｎから出力する昇圧動作の場合には、制御部６６は、所望の昇圧電圧が得られるようにトランジスタＱ１のオン時間とオフ時間を制御するとともに、トランジスタＱ１２を同期整流素子としてトランジスタＱ１がオフ状態のときにオン状態になるように制御する。この場合の回路動作は、図２の昇圧チョッパ回路２５の動作と同様である。
【０１０９】
二次端子６４Ｐ，６４Ｎから入力された電圧を降圧して、一次端子６３Ｐ，６３Ｎから出力する降圧動作の場合には、制御部６６は、所望の降圧電圧が得られるようにトランジスタＱ１２のオン時間とオフ時間を制御するとともに、トランジスタＱ１を同期整流素子としてトランジスタＱ１２がオフ状態のときにオン状態になるように制御する。
【０１１０】
以下、チョッパ回路６５が降圧チョッパ回路として動作する降圧動作について簡単に説明する。トランジスタＱ１２がオンの期間では、正極側の二次端子６４Ｐから供給された電流は、トランジスタＱ１２、リアクトルＬ１、正極側の一次端子６３Ｐの順に流れる。これによってリアクトルＬ１を流れる電流が次第に増加し、リアクトルＬ１に電磁エネルギーが蓄積されるとともに、コンデンサＣ１の電圧が増加する。ただし、コンデンサＣ１の電圧は、入力側の電圧（コンデンサＣ２の電圧）を超えることはない。トランジスタＱ１２がオフの期間では、リアクトルＬ１、正極側の一次端子６３Ｐ、蓄電池６１、負極側の一次端子６３Ｎ、トランジスタＱ１、リアクトルＬ１の順で循環する。これによってリアクトルＬ１を流れる電流は次第に減少し、リアクトルＬ１の電磁エネルギーが放出されるとともに、コンデンサＣ１の電圧が減少する。最終的なコンデンサＣ１の電圧（降圧電圧）は、オン時間の比率に応じて決まる。
【０１１１】
制御部６６は、さらに、上記の昇圧動作を行なっているときには、スイッチ７２がオフ状態になるようにし、上記の降圧動作を行なっているときには、スイッチ７２がオン状態になるようにする。これによって、直流母線７を逆方向に流れる電流が電流阻止部７０Ｃによって阻止される。この結果、図１１の分散電源システム１０Ｄは、電力貯蔵部６０から交流電力系統１への逆潮流が生じない構成となっている。
【０１１２】
上記の構成の分散電源システム１０Ｄにおいても、実施の形態１の場合と同様に、直流電源部２０からの直流電力を、交流電力に変換することなく電力貯蔵部６０Ａに充電することができるので、電力変換に伴う損失を従来よりも少なくすることができる。さらに、図１１の分散電源システム１０Ｄでは、直流電源部２０からの電力を交流電力系統１に逆潮流するのと同時に電力貯蔵部６０Ａに充電することができるので、直流電源部２０の発電電力を従来よりも有効利用することができる。
【０１１３】
さらに、図１１の分散電源システム１０Ｄにおいても、実施の形態１の変形例の場合と同様に、ＤＣ／ＡＣ変換器３０に代えて双方向ＡＣ／ＤＣ変換器３０Ａを用いることができる。この結果、直流電源部２０の発電量および電力貯蔵部６０Ａの容量が増大した場合でも、２台の双方向ＡＣ／ＤＣ変換器３０Ａ，４０によって電力変換できるので効率的であり、各変換器の定格（許容）電流も小さくて済む。
【０１１４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１１５】
１ 交流電力系統、４ 交流家電機器、５ 直流家電機器、６ 交流母線、７ 直流母線、１０，１０Ａ〜１０Ｄ 分散電源システム、１３ 電力検出部、１４，７２ スイッチ、１７ 直流線路、２０ 直流電源部、２１ ＰＶ装置、２２ ＤＣ／ＤＣ変換器、３０，４３ ＤＣ／ＡＣ変換器、３０Ａ，４０ 双方向ＡＣ／ＤＣ変換器、４４ ＡＣ／ＤＣ変換器、６２ 双方向ＤＣ／ＤＣ変換器、６０，６０Ａ 電力貯蔵部、６１ 蓄電池、７０，７０Ａ〜７０Ｃ 電流阻止部、７１ ダイオード、７３ 直流電流検出部、７４，７４Ａ スイッチ制御部、７５，７６ 直流電圧検出部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電力系統と接続された交流母線と、
直流電力を発生して出力する直流電源部と、
前記直流電源部から出力された直流電力を交流電力に変換して前記交流母線に供給する第１の変換器と、
直流電力の充放電を行なう電力貯蔵部と、
前記電力貯蔵部からの直流電力を交流電力に変換して前記交流母線に供給するか、もしくは前記交流母線からの交流電力を直流電力に変換して前記電力貯蔵部に供給する双方向の変換を行なう第２の変換器と、
前記第１の変換器の直流側端子と、前記第２の変換器の直流側端子との間を接続する直流線路と、
前記直流線路上に設けられ、前記第２の変換器の直流側端子から前記第１の変換器の直流側端子へ流れる電流を阻止する電流阻止部とを備えた分散電源システム。
【請求項２】
前記電流阻止部は、前記第１の変換器の直流側端子に接続されたアノードと前記第２の変換器の直流側端子に接続されたカソードとを有するダイオードを含む、請求項１に記載の分散電源システム。
【請求項３】
前記電流阻止部は、
前記直流線路に挿入されたスイッチと、
前記直流線路を流れる直流電流を検出する電流検出部とを含み、
前記スイッチは、前記第２の変換器の直流側端子から前記第１の変換器の直流側端子の方向へ電流が流れている場合にオン状態からオフ状態に切替わる、請求項１に記載の分散電源システム。
【請求項４】
前記電流阻止部は、前記スイッチの両側の電圧を検出する電圧検出部をさらに含み、
前記スイッチは、前記第１の変換器の直流側端子の電圧が前記第２の変換器の直流側端子の電圧よりも高い状態が所定の時間継続したとき、オフ状態からオン状態に切替わる、請求項３に記載の分散電源システム。
【請求項５】
前記スイッチは、オン状態からオフ状態に切替わってから所定の時間が経過したとき、オフ状態からオン状態に切替わる、請求項３に記載の分散電源システム。
【請求項６】
前記電力貯蔵部は、
蓄電池と、
前記蓄電池からの直流電圧を大きさの異なる直流電圧に変換して前記第２の変換器の直流側端子に供給する第１の変換動作、および前記第２の変換器からの直流電圧を大きさの異なる直流電圧に変換して前記蓄電池に充電電圧として供給する第２の変換動作の一方を選択的に行なう第３の変換器とを含み、
前記電流阻止部は、前記直流線路に挿入されたスイッチを含み、
前記スイッチは、前記第３の変換器が前記第１の変換動作を行なっているときにオフ状態になり、前記第３の変換器が前記第２の変換動作を行なっているときにオン状態になる、請求項１に記載の分散電源システム。
【請求項７】
前記第１の変換器は、前記直流電源部から出力された直流電力を交流電力に変換して前記交流母線に供給するか、もしくは前記交流母線からの交流電力を直流電力に変換して前記直流電源部に供給する双方向の変換を行なう、請求項１〜６のいずれか１項に記載の分散電源システム。
【請求項１】
交流電力系統と接続された交流母線と、
直流電力を発生して出力する直流電源部と、
前記直流電源部から出力された直流電力を交流電力に変換して前記交流母線に供給する第１の変換器と、
直流電力の充放電を行なう電力貯蔵部と、
前記電力貯蔵部からの直流電力を交流電力に変換して前記交流母線に供給するか、もしくは前記交流母線からの交流電力を直流電力に変換して前記電力貯蔵部に供給する双方向の変換を行なう第２の変換器と、
前記第１の変換器の直流側端子と、前記第２の変換器の直流側端子との間を接続する直流線路と、
前記直流線路上に設けられ、前記第２の変換器の直流側端子から前記第１の変換器の直流側端子へ流れる電流を阻止する電流阻止部とを備えた分散電源システム。
【請求項２】
前記電流阻止部は、前記第１の変換器の直流側端子に接続されたアノードと前記第２の変換器の直流側端子に接続されたカソードとを有するダイオードを含む、請求項１に記載の分散電源システム。
【請求項３】
前記電流阻止部は、
前記直流線路に挿入されたスイッチと、
前記直流線路を流れる直流電流を検出する電流検出部とを含み、
前記スイッチは、前記第２の変換器の直流側端子から前記第１の変換器の直流側端子の方向へ電流が流れている場合にオン状態からオフ状態に切替わる、請求項１に記載の分散電源システム。
【請求項４】
前記電流阻止部は、前記スイッチの両側の電圧を検出する電圧検出部をさらに含み、
前記スイッチは、前記第１の変換器の直流側端子の電圧が前記第２の変換器の直流側端子の電圧よりも高い状態が所定の時間継続したとき、オフ状態からオン状態に切替わる、請求項３に記載の分散電源システム。
【請求項５】
前記スイッチは、オン状態からオフ状態に切替わってから所定の時間が経過したとき、オフ状態からオン状態に切替わる、請求項３に記載の分散電源システム。
【請求項６】
前記電力貯蔵部は、
蓄電池と、
前記蓄電池からの直流電圧を大きさの異なる直流電圧に変換して前記第２の変換器の直流側端子に供給する第１の変換動作、および前記第２の変換器からの直流電圧を大きさの異なる直流電圧に変換して前記蓄電池に充電電圧として供給する第２の変換動作の一方を選択的に行なう第３の変換器とを含み、
前記電流阻止部は、前記直流線路に挿入されたスイッチを含み、
前記スイッチは、前記第３の変換器が前記第１の変換動作を行なっているときにオフ状態になり、前記第３の変換器が前記第２の変換動作を行なっているときにオン状態になる、請求項１に記載の分散電源システム。
【請求項７】
前記第１の変換器は、前記直流電源部から出力された直流電力を交流電力に変換して前記交流母線に供給するか、もしくは前記交流母線からの交流電力を直流電力に変換して前記直流電源部に供給する双方向の変換を行なう、請求項１〜６のいずれか１項に記載の分散電源システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−１１０８５２（Ｐ２０１３−１１０８５２Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５３９４７（Ｐ２０１１−２５３９４７）
【出願日】平成２３年１１月２１日（２０１１．１１．２１）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２１日（２０１１．１１．２１）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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