電力変換装置、蓄電システムおよびその制御方法
【課題】蓄電装置の遮断時に発生するアーク放電を、小型および低コストのシステム構成で抑制することが可能な蓄電システムを提供する。
【解決手段】蓄電システムは、系統電力４０および直流負荷５の間に配設された直流バス１と、電源電圧を直流バス１に出力する蓄電装置３と、直流バス１および系統電力４０の間で電力変換する双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２と、直流バス１および蓄電装置３の間を接続／遮断するための開閉器７とを備える。蓄電装置３を直流バス１から遮断するための電源遮断手段は、蓄電装置１の充放電電流が零となるように双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２の電力変換動作を制御し、上記電力変換動作の制御によって蓄電装置３の充放電電流が零となったときに、開閉器７により蓄電装置３を直流バス１から遮断する。
【解決手段】蓄電システムは、系統電力４０および直流負荷５の間に配設された直流バス１と、電源電圧を直流バス１に出力する蓄電装置３と、直流バス１および系統電力４０の間で電力変換する双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２と、直流バス１および蓄電装置３の間を接続／遮断するための開閉器７とを備える。蓄電装置３を直流バス１から遮断するための電源遮断手段は、蓄電装置１の充放電電流が零となるように双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２の電力変換動作を制御し、上記電力変換動作の制御によって蓄電装置３の充放電電流が零となったときに、開閉器７により蓄電装置３を直流バス１から遮断する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、蓄電システムおよびその制御方法に関し、より特定的には、蓄電システムにおいて、蓄電装置と直流バスとの間の電路を遮断するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽電池、風力発電装置および燃料電池のような分散電源装置が普及し始めている。現状では、分散電源装置が発電した直流電力を交流電力に変換し、さらに、その交流電力を、電力を消費する機器において直流電力に変換して使用する。このように、直流−交流変換および交流−直流変換が行なわれるため、その電力変換のたびに電力損失が生じる。そこで、分散電源装置が発電する直流電力を交流電力に変換することなく、直流電力のまま送電して機器で使用することにより、変換損失を低減させる蓄電システムが提案されている。
【０００３】
このような蓄電システムとして、たとえば特開２０１１−９７８１８号公報（特許文献１）には、複数の電力源としての太陽電池、商用電源および蓄電池と、これらの複数の電力源にそれぞれ対応して設けられ、接続された電力源から供給される電力を基に所定の電圧レベルの直流電力を出力する複数の出力用コンバータと、複数の出力用コンバータの出力電圧を制御する出力電圧制御部と、出力電圧制御部に指令値を与えて出力電圧制御動作を指示するシステム制御部とを備えた配電システムが開示される。この特許文献１に記載される配電システムは、複数の出力用コンバータとして、太陽電池に接続される太陽電池用コンバータと、蓄電池に接続される蓄電池用コンバータと、商用電源に接続されるＡＣ／ＤＣコンバータとを備えている。そして、各出力用コンバータの出力電圧を個別に制御するために、出力用コンバータごとに独立したフィードバック制御系が設けられている。
【０００４】
しかしながら、この特許文献１に記載の配電システムでは、電力源ごとに出力用コンバータを設ける必要があるため、出力用コンバータで発生する変換損失が増大する、また、システムのコストアップが発生するという問題があった。
【０００５】
このような問題を解決するためには、蓄電池のような電圧安定化能力の高い電源を、コンバータを介さず直流バスに直結することによって、直流バスの電圧を無制御で安定化させることが可能となる。
【０００６】
一方で、蓄電池を直流バスに直結させる構成では、システム内に異常が検知された場合には、蓄電池を過充電や過放電などから保護するために蓄電池を直流バスから遮断する必要が生じる。しかしながら、直流電流は交流電流とは異なり零点を持たないため、高電圧・高電流下において、開閉器によって直流電流を遮断する際に、開閉器内の接点にアーク放電が発生する虞がある。
【０００７】
直流電流を遮断する際に発生するアーク放電を抑制する技術として、たとえば特開２００６−３２０７７号公報（特許文献２）には、直流電流を遮断する直流遮断器と並列に転流回路を設ける構成が開示される。この転流回路には、転流スイッチ、リアクトルおよび転流コンデンサが直列接続され、転流コンデンサが負荷側に設けられている。上記構成において、直流回路に事故電流が流れた場合には、主遮断器が開放される一方で、転流スイッチが閉じられ、事故電流に転流回路からの振動性の転流電流を重畳して主遮断器で事故電流を遮断する。
【０００８】
また、特開２０１０−８０２００号公報（特許文献３）には、直流電源と負荷との間に接続された遮断器と、遮断器と負荷との間に介在され、遮断器から負荷への電流の流れを許容するダイオードと、ダイオードに対して並列に設けられ、遮断器側がベースに接続されるとともに負荷側がエミッタに接続されるトランジスタと、インダクタとキャパシタとの直列回路の一端を直流電源と遮断器との間に接続し、他端をトランジスタのコレクタに接続する外部並列回路とを備えた直流遮断装置が開示される。この特許文献３では、直流電流を遮断した際に発生するアーク放電は、外部並列回路のキャパシタの作用により外部並列回路に流れ、アーク電流が減少することにより早期に除去される。そして、アーク電流が除去されると、トランジスタのベース電圧もなくなるため、トランジスタの電気的導通が遮断され、このトランジスタの遮断機能により、外部並列回路への電流の流れ込みが素子され、回路の完全停止が図られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−９７８１８号公報
【特許文献２】特開２００６−３２０７７号公報
【特許文献３】特開２０１０−８０２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記の特許文献２および３に記載される直流遮断装置においては、遮断時に発生するアーク放電を分流させるために、遮断器に対して並列に転流回路もしくは外部並列回路を設ける必要がある。そのため、直流遮断装置の大型化およびコストアップが課題となっていた。さらに、特許文献２では、直流電流を遮断するためには、主遮断器、副遮断器および転流スイッチの各々を動作させるシーケンス制御が必要となるため、直流遮断装置を複雑かつ高価なものとしていた。
【００１１】
そして、このような直流遮断装置を上述した蓄電システムに適用すると、システム全体の大型化およびコストアップを招くという不具合が懸念される。なお、このような直流電流を遮断する際に発生するアーク放電を抑制する対策について、上記の特許文献１に記載の配電システムは何ら言及していない。
【００１２】
それゆえ、この発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、蓄電装置の遮断時に発生するアーク放電を、小型および低コストのシステム構成で抑制することが可能な蓄電システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明のある局面に従えば、蓄電システムであって、直流電力を伝達するための直流バスと、電源電圧を直流バスに出力する蓄電装置と、直流バスおよび系統電力の間で電力変換する電力変換装置と、直流バスおよび蓄電装置の間を接続／遮断するための開閉器と、蓄電装置を直流バスから遮断するための電源遮断手段とを備える。電源遮断手段は、蓄電装置の充放電電流が零となるように電力変換装置の電力変換動作を制御する電力変換制御手段と、電力変換制御手段による前記電力変換動作の制御中に、開閉器により蓄電装置を直流バスから遮断する開閉制御手段とを含む。
【００１４】
好ましくは、蓄電システムは、充放電電流を検出するための充放電電流検出部をさらに備える。電力変換装置は、電力変換動作の実行時、充放電電流に系統電力の周波数に応じた周波数の交流成分を発生するように構成される。電力変換制御手段は、充放電電流検出部の検出値を用いて、充放電電流の波形が零を経由するように電力変換動作を制御する。開閉制御手段は、電力変換制御手段による電力変換動作の制御中に、開閉器により蓄電装置を直流バスから遮断する。
【００１５】
好ましくは、電源遮断手段は、蓄電装置の遮断指令を開閉器に出力する前に、遮断予告信号を電力変換装置に出力するように構成される。電力変換制御手段は、遮断予告信号を受けたときに、電力変換動作の制御を開始する。開閉制御手段は、遮断指令を受けると、電力変換動作の制御中に、開閉器により蓄電装置を直流バスから遮断する。
【００１６】
好ましくは、電力変換装置は、直流バスおよび系統電力の間に設けられたフルブリッジインバータを含む。
【００１７】
この発明の別の局面に従えば、蓄電システムの制御方法であって、蓄電システムは、直流電力を伝達するための直流バスと、電源電圧を直流バスに出力する蓄電装置と、直流バスおよび系統電力の間で電力変換する電力変換装置と、直流バスおよび蓄電装置の間を接続／遮断するための開閉器とを含む。制御方法は、蓄電装置の充放電電流が零となるように電力変換装置の電力変換動作を制御するステップと、電力変換動作を制御するステップの実行中に、開閉器により蓄電装置を直流バスから遮断するステップとを備える。
【発明の効果】
【００１８】
この発明によれば、蓄電装置の遮断時に発生するアーク放電を、小型および低コストのシステム構成で抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明の実施の形態に従う蓄電システムの全体の構成を概略的に示す図である。
【図２】図１における双方向ＤＣ／ＡＣ変換器の詳細な構成を示す回路図である。
【図３】図２における制御部の制御構造を示す図である。
【図４】双方向ＤＣ／ＡＣ変換器における電力変換動作の制御態様について説明する図である（その１）。
【図５】双方向ＤＣ／ＡＣ変換器における電力変換動作の制御態様について説明する図である（その２）。
【図６】双方向ＤＣ／ＡＣ変換器における電力変換動作の制御態様について説明する図である（その３）。
【図７】蓄電装置および双方向ＤＣ／ＡＣ変換器の間で電力の授受を行なう態様を説明する図である（その１）
【図８】蓄電装置および双方向ＤＣ／ＡＣ変換器の間で電力の授受を行なう態様を説明する図である（その２）。
【図９】蓄電装置および双方向ＤＣ／ＡＣ変換器の間で電力の授受を行なう態様を説明する図である（その３）。
【図１０】直流負荷、蓄電装置および双方向ＤＣ／ＡＣ変換器の間で電力の授受を行なう態様を説明する図である（その１）。
【図１１】直流負荷、蓄電装置および双方向ＤＣ／ＡＣ変換器の間で電力の授受を行なう態様を説明する図である（その２）。
【図１２】太陽光発電システム、直流負荷、蓄電装置および双方向ＤＣ／ＡＣ変換器の間で電力の授受を行なう態様を説明する図である（その１）。
【図１３】太陽光発電システム、直流負荷、蓄電装置および双方向ＤＣ／ＡＣ変換器の間で電力の授受を行なう態様を説明する図である（その２）。
【図１４】太陽光発電システム、直流負荷、蓄電装置および双方向ＤＣ／ＡＣ変換器の間で電力の授受を行なう態様を説明する図である（その３）。
【図１５】太陽光発電システム、直流負荷、蓄電装置および双方向ＤＣ／ＡＣ変換器の間で電力の授受を行なう態様を説明する図である（その４）。
【図１６】本発明の実施の形態に従う蓄電システムに適用される双方向ＤＣ／ＡＣ変換器の構成例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当する部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００２１】
（蓄電システムの構成）
図１は、この発明の実施の形態に従う蓄電システムの全体の構成を概略的に示す図である。
【００２２】
図１を参照して、本実施の形態に従う蓄電システムは、直流バス１と、太陽光発電システム２と、蓄電装置３と、系統電力システム４と、直流負荷５と、電池監視ユニット６と、開閉器７とを備える。
【００２３】
直流バス１は、直流負荷５に直流電力を供給する。直流負荷５は、一例として、家庭で使用される空調機、冷蔵庫、洗濯機、テレビ、照明装置またはパーソナルコンピュータのような電気機器である。あるいは、オフィスで使用されるコンピュータ、複写機またはファクシミリのような電気機器や、または、店舗で使用されるショーケースまたは照明装置のような電気機器であってもよい。直流バス１には、太陽光発電システム２、蓄電装置３および系統電力システム４が接続されている。
【００２４】
なお、本実施の形態に従う蓄電システムにおいては、直流バス１、太陽光発電システム２、蓄電装置３、系統電力システム４および直流負荷５をそれぞれ１個ずつ備える場合について説明するが、これらの個数には制限がなく、１個でも複数個であってもよい。
【００２５】
直流バス１は、電力線対である正母線ＰＬおよび負母線ＮＬで構成される。
太陽光発電システム２は、太陽電池２０と、ＤＣ／ＤＣ変換器３０とを含む。ＤＣ／ＤＣ変換器３０は、太陽電池２０と直流バス１との間に配置されており、太陽電池２０から受ける直流電力を電圧変換して直流バス１へ供給する。ＤＣ／ＤＣ変換器３０における電圧変換動作は、太陽電池２０の出力電圧と、直流バス１の電圧（正母線ＰＬおよび負母線ＮＬの間の線間電圧）とに応じて、図示しない制御部からのスイッチング指令に従って制御される。
【００２６】
蓄電装置３は、再充電可能な電力貯蔵要素であり、代表的にリチウムイオン二次電池やニッケル水素電池などの二次電池で構成される。蓄電装置３は、複数の電池セルを直列接続して構成されており、一例として、定格電圧３８０Ｖおよび１０Ａｈを有している。
【００２７】
図１に示す構成において、蓄電装置３は、直流バス１に「直結」されており、直流バス１との間で直流電力の授受を行なう。ここで、「直結」とは、直流バス１と蓄電装置３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、直流バス１の電圧は、蓄電装置３の電源電圧とほぼ等しくなる。このように蓄電装置３を直流バス１に直結する構成としたことにより、蓄電装置３が有する高い電圧安定化能力を活かして、急激な負荷変動による直流バス１の電圧変動を抑制することが可能となる。
【００２８】
開閉器７は、蓄電装置３と直流バス１との間に配設される。開閉器７は、電池監視ユニット６からのシャットダウン信号ＳＤが非活性化（導通指令に相当する。）されると、蓄電装置３と直流バス１とを電気的に接続し、シャットダウン信号ＳＤが活性化（遮断指令に相当する。）されると、蓄電装置３と直流バス１との間の電路を遮断する。
【００２９】
電池監視ユニット６は、過充電、過放電および温度上昇などから蓄電装置３を保護するために、蓄電装置３の状態を監視する。具体的には、充放電電流検出部６０は、直流バス１に介挿され、蓄電装置３に対して入出力される充放電電流Ｉｂを検出し、その検出値を電池監視ユニット６へ出力する。充放電電圧検出部６２は、蓄電装置３の充放電電圧Ｖｂを検出し、その検出値を電池監視ユニット６へ出力する。温度検出部６４は、蓄電装置３の温度Ｔｂを検出し、その検出値を電池監視ユニット６へ出力する。なお、充放電電流検出部６０は、蓄電装置３からの放電電流を、正値の充放電電流Ｉｂとして検出し、蓄電装置３への充電電流を、負値の充放電電流Ｉｂとして検出する。電池監視ユニット６は、充放電電流検出部６０からの充放電電流Ｉｂ、充放電電圧検出部６２からの充放電電圧Ｖｂの検出値および温度検出部６４からの電池温度Ｔｂの検出値に基づいて、蓄電装置３の状態（充電状態および温度状態）を監視する。電池監視ユニット６は、蓄電装置３の過充電／過放電、過電流および温度異常、蓄電装置３の水没、および、逆電力継電器からの逆潮流の検知信号などの有無を監視する。そして、蓄電装置３の異常が検知されると、電池監視ユニット６は、蓄電装置３を保護するためにシャットダウン信号ＳＤを活性化（遮断指令）することにより、開閉器７によって蓄電装置３と直流バス１との間の電路を遮断する。
【００３０】
さらに電池監視ユニット６は、上述のシャットダウン信号ＳＤを活性化（遮断指令）するのに先行して、蓄電装置３の遮断を予告するためのシャットダウン予告信号ＳＤＮを活性化する。この活性化されたシャットダウン予告信号ＳＤＮは、系統電力システム４内の双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２へ送信される。双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２は、電池監視ユニット６からシャットダウン予告信号ＳＤＮを受けると、後述する方法によって、蓄電装置３の充放電電流Ｉｂが零となるように、電力変換動作を実行する。
【００３１】
（系統電力システムの構成）
図１に示す構成において、系統電力システム４は、直流バス１との間で直流電力の授受を行なう。系統電力システム４は、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２と、系統電力４０とを含む。
【００３２】
系統電力４０は、電力会社等から受電する電力（たとえば、ＡＣ２００Ｖとする）である。系統電力４０は、例えば、単相３線式の商用交流電力系統から供給される。単相３線式の商用交流電力系統は、中性線が抵抗を介して接地されており、中性線以外の２線（Ｒ相線ＲＬおよびＴ相線ＴＬ）を使用してＡＣ２００Ｖを供給する。
【００３３】
双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２は、直流バス１および系統電力４０の間に接続される。双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２は、直流バス１から受ける直流電力を交流電力に変換して系統電力４０へ供給する。また、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２は、系統電力４０から受ける交流電力を直流電力に変換して直流バス１へ供給する。本実施の形態に従う蓄電システムにおいては、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２を介して電力会社等から系統電力を買う（買電）するとともに、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２を介して余剰電力を電力会社等に売る（売電）することを可能に構成されている。
【００３４】
なお、図１では、買電時に双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２に流れる電流をＩｂｕｙ、売電時に双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２に流れる電流をＩｓｅｌｌと表記する。また、直流負荷５に供給される電流をＩｌｏａｄと表記し、太陽光発電システム２から直流バス１に供給される電流をＩｐｖと表記する。買電時においては、電流Ｉｐｖおよび電流Ｉｂｕｙの和から電流Ｉｌｏａｄを差し引いた電流が、蓄電装置３の充電電流となる。また、売電時においては、電流Ｉｐｖおよび蓄電装置３の放電電流の和から電流Ｉｌｏａｄを差し引いた電流が、電流Ｉｓｅｌｌとなる。電流ＩｓｅｌｌおよびＩｂｕｙをどのような値にするかについては、蓄電システムの使用者または管理者が自在に設定することができる。
【００３５】
（双方向ＤＣ／ＡＣ変換器の構成）
次に、図面を参照して、この発明の実施の形態に従う電力変換装置の一形態である双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２の構成について説明する。
【００３６】
図２は、図１における双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２の詳細な構成を示す回路図である。
図２を参照して、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２は、双方向インバータ４００と、連系リアクトル４１０，４１２と、自経路電流検出部４２０と、直流電圧検出部４３０と、交流電圧検出部４３２と、制御部４４０とを含む。
【００３７】
双方向インバータ４００は、売電時には、制御部４４０からのスイッチング制御信号Ｓ１〜Ｓ４に応じて、直流バス１から受けた直流電力を交流電力に変換して系統電力４０に出力する。また、双方向インバータ４００は、買電時には、制御部４４０からのスイッチング制御信号Ｓ１〜Ｓ４に応じて、系統電力４０から受けた交流電力を直流電力に変換して直流バス１に出力する。
【００３８】
具体的には、双方向インバータ４００は、スイッチング素子であるトランジスタＱ１〜Ｑ４と、ダイオードＤ１〜Ｄ４とを含む。トランジスタＱ１，Ｑ２は、直流バス１を構成する正母線ＰＬおよび負母線ＮＬの間に直列に接続される。トランジスタＱ１とトランジスタＱ２との中間点はＲ相線ＲＬに接続される。連系リアクトル４１０は、Ｒ相線ＲＬに介挿接続される。
【００３９】
トランジスタＱ３，Ｑ４は、正母線ＰＬおよび負母線ＮＬの間に直列に接続される。トランジスタＱ３とトランジスタＱ４との中間点はＴ相線ＴＬに接続される。連系リアクトル４１２は、Ｔ相線ＴＬに介挿接続される。各トランジスタＱ１〜Ｑ４のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ１〜Ｄ４がそれぞれ接続されている。トランジスタＱ１〜Ｑ４およびダイオードＤ１〜Ｄ４は、フルブリッジ回路を構成する。
【００４０】
なお、トランジスタＱ１〜Ｑ４として、たとえば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いることができる。または、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor）等の電力スイッチング素子を用いてもよい。
【００４１】
自経路電流検出部４２０は、Ｔ相線ＴＬに介挿され、直流バス１と双方向インバータ４００との間で授受される電力の電流値（自経路電流）Ｉａｃを検出し、その検出結果を制御部４４０へ出力する。
【００４２】
直流電圧検出部４３０は、正母線ＰＬと負母線ＮＬとの間に接続され、直流バス１と双方向インバータ４００の間で授受される直流電力の電圧Ｖｄｃを検出し、その検出結果を制御部４４０へ出力する。交流電圧検出部４３２は、Ｒ相線ＲＬとＴ相線ＴＬとの間に接続され、系統電力４０の交流電圧Ｖａｃを検出し、その検出結果を制御部４４０へ出力する。
【００４３】
制御部４４０は、自経路電流検出部４２０から受けた自経路電流値Ｉａｃと、直流電圧検出部４３０から受けた直流電圧Ｖｄｃと、交流電圧検出部４３２から受けた交流電圧Ｖａｃと、充放電電流検出部６０から受けた充放電電流Ｉｂと、電池監視ユニット６から受けたシャットダウン予告信号ＳＤＮとに基づいて、後述する制御構造に従って、トランジスタＱ１〜Ｑ４のオン・オフを制御するためのスイッチング制御信号Ｓ１〜Ｓ４を生成し、双方向インバータ４００を制御する。
【００４４】
図３は、図２における制御部４４０の制御構造を示す図である。
図３を参照して、制御部４４０は、減算部５００，５１０と、制御目標値選択部５２０と、切替部５３０と、スイッチング制御信号生成部５４０とを含む。
【００４５】
制御目標値選択部５２０は、自経路電流Ｉａｃの電流目標値Ｉａｃ＊を決定する。この電流目標値Ｉａｃ＊は、たとえば日時に応じて異なる電流値となるように事前に決定し、図示しない記憶部に格納しておくことができる。あるいは、制御部４４０と蓄電システムの外部との間で通信を行なうことによって、所望の電流値を適宜取得するようにしてもよい。なお、電流目標値Ｉａｃ＊は、買電時の自経路電流Ｉｂｕｙの電流目標値Ｉｂｕｙ＊と、売電時の自経路電流Ｉｓｅｌｌの電流目標値Ｉｓｅｌｌ＊とを含む。
【００４６】
制御目標値選択部５２０は、さらに、充放電電流Ｉｂの電流目標値Ｉｂ＊を決定する。この電流目標値Ｉｂ＊は、予め「０Ａ」に設定されている。
【００４７】
制御目標値選択部５２０は、電池監視ユニット６から活性化されたシャットダウン予告信号ＳＤＮを受けたときには、切替信号を非活性化して切替部５３０へ出力する。一方、シャットダウン予告信号ＳＤＮが非活性化されているときには、制御目標値選択部５２０は、切替信号を活性化して切替部５３０へ出力する。
【００４８】
減算部５００は、自経路電流Ｉａｃと電流目標値Ｉａｃ＊との差から電流偏差ΔＩａｃを演算し、切替部５３０へ出力する。減算部５１０は、充放電電流Ｉｂと電流目標値Ｉｂ＊（＝０Ａ）との差から電流偏差ΔＩｂを演算し、切替部５３０へ出力する。
【００４９】
切替部５３０は、制御目標値選択部５２０から出力された切替信号に基づいて、減算部５００から受けた電流偏差ΔＩａｃおよび減算部５１０から受けた電流偏差ΔＩｂのいずれか一方を選択してスイッチング制御信号生成部５４０へ出力する。具体的には、切替部５３０は、切替信号が活性化されているとき、すなわち、シャットダウン予告信号ＳＤＮが非活性化されているときには、減算部５００から受けた電流偏差ΔＩａｃを選択してスイッチング制御信号生成部５４０へ出力する。一方、切替部５３０は、切替信号が非活性化されているとき、すなわちシャットダウン予告信号ＳＤＮが活性化されているときには、減算部５１０から受けた電流偏差ΔＩｂを選択してスイッチング制御信号生成部５４０へ出力する。
【００５０】
スイッチング制御信号生成部５４０は、少なくとも比例要素（Ｐ：proportional element）および積分要素（Ｉ：integral element）を含んで構成され、切替部５３０から電流偏差を受けると、この入力された電流偏差に応じて操作信号を生成する。そして、スイッチング制御信号生成部５４０は、この操作信号に基づいて双方向インバータ４００のトランジスタＱ１〜Ｑ４のオンデューティーを規定するデューティー指令を生成すると、この生成したデューティー指令と搬送波とを比較して、スイッチング制御信号Ｓ１〜Ｓ４を生成して、双方向インバータ４００を制御する。
【００５１】
スイッチング制御信号生成部５４０は、スイッチング制御信号Ｓ１〜Ｓ４の生成において、系統電力４０と双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２との間で授受される交流電力（交流電圧Ｖａｃ、交流電流（自経路電流）Ｉａｃ）に対して、力率改善（Power Factor Correction）制御を実行する。具体的には、スイッチング制御信号生成部５４０は、交流電圧Ｖａｃの位相に交流電流Ｉａｃの位相を合わせるように、交流電流Ｉａｃの波形を補正することによって力率を改善する。
【００５２】
なお、図３では、スイッチング制御信号生成部５４０は、交流電圧検出部４３２により検出される交流電圧Ｖａｃに基づいて、交流電流Ｉａｃの波形を補正する構成を例示したが、商用電力系統から供給される交流電圧Ｖａｃのゼロクロス点は既知であることから、ゼロクロス点から導出される系統周波数の正弦波電流を目標電流とすることで、図３に示す制御構造から交流電圧検出部４３２を省略することも可能である。
【００５３】
以上のように、シャットダウン予告信号ＳＤＮが非活性化されているとき、すなわち、蓄電装置３の異常が検知されていないときには、制御部４４０は、自経路電流Ｉａｃが所定の電流目標値Ｉａｃ＊（Ｉｓｅｌｌ＊／Ｉｂｕｙ＊）となるようにスイッチング制御信号Ｓ１〜Ｓ４を生成して双方向インバータ４００を制御する。
【００５４】
これに対して、シャットダウン予告信号ＳＤＮが活性化されているとき、すなわち、蓄電装置３の異常が検知されたときには、制御部４４０は、充放電電流Ｉｂが電流目標値Ｉｂ＊＝０Ａとなるようにスイッチング制御信号Ｓ１〜Ｓ４を生成して双方向インバータ４００を制御する。
【００５５】
このように、シャットダウン予告信号ＳＤＮが活性化されたときには、制御部４４０は、充放電電流Ｉｂが零となるように双方向インバータ４００を制御する。そして、電池監視ユニット６は、シャットダウン予告信号ＳＤＮが活性化された時点からの充放電電流検出部６０の検出値を監視する。充放電電流Ｉｂが零となったことが検出されると、電池監視ユニット６は、シャットダウン信号ＳＤを活性化する。このシャットダウン信号ＳＤの活性化に応じて、開閉器７によって蓄電装置３と直流バス１との間の電路が遮断される。
【００５６】
蓄電装置３の異常が検知された場合には、蓄電装置３の保護の観点から蓄電装置３を直流バス１から遮断させる必要があるが、充放電電流Ｉｂは零点を持たないため、開閉器７により蓄電装置３と直流バス１との間の電路を遮断する際に、開閉器７の接点にアーク放電が発生する虞がある。
【００５７】
そこで、本実施の形態に従う蓄電システムでは、蓄電装置３を遮断するのに先行して、蓄電装置３の充放電電流Ｉｂが零となるように双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２を制御する。そして、充放電電流Ｉｂが零となったことに応じて蓄電装置３を直流バス１から遮断する。これにより、蓄電装置３を直流バス１から遮断するときにアーク放電が発生するのを抑制できる。
【００５８】
以下、図４〜図６を参照して、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２における電力変換動作の制御態様について説明する。
【００５９】
図４には、本発明の実施の形態に従う蓄電システムの動作態様の一例として、太陽光発電システム２から受ける直流電力によって蓄電装置３を充電している状態が示される。具体的には、図４（ａ）を参照して、太陽光発電システム２から出力される３ｋＷの直流電力が直流バス１を介して蓄電装置３に供給されている。同図には、この状態での直流バス１の直流電圧Ｖｄｃ、充放電電流Ｉｂおよび、系統電力４０と双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２との間で授受される交流電力（交流電圧Ｖａｃ、交流電流Ｉａｃ）の時間波形が示される。この時間波形図において、充放電電流Ｉｂは蓄電装置３への充電電流（Ｉｂ＜０）に相当する。
【００６０】
図４（ａ）に示す状態において、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２が電池監視ユニット６（図１）から活性化されたシャットダウン予告信号ＳＤＮを受けると、蓄電システムは図４（ｂ）に示す状態に切替わる。双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２においては、充放電電流Ｉｂの電流目標値Ｉｂ＊が０Ａに設定される。そして、充放電電流検出部６０の検出値Ｉｂと電流目標値Ｉｂ＊（＝０Ａ）との電流偏差に基づいて電力変換動作が制御される。
【００６１】
このような制御を行なうことにより、太陽光発電システム２から出力される３ｋＷの直流電力はすべて双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２に供給されることとなる。双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２は、太陽光発電システム２から直流バス１を経由して供給される３ｋＷの直流電力を交流電力に変換して系統電力４０へ売電する。
【００６２】
なお、図４（ｂ）の時間波形図において、直流電圧Ｖｄｃおよび充放電電流Ｉｂには、系統電力４０の周波数に応じた周波数の交流成分が重畳される。双方向インバータ４００における電力変換動作は、フルブリッジインバータを構成するトランジスタＱ１〜Ｑ４のうち、トランジスタＱ１およびＱ４を１組のスイッチペアとし、トランジスタＱ２およびＱ３をもう１組のスイッチペアとして、系統電力４０の半周期ごとに、これら２組のスイッチペアを交互にオン・オフさせることにより行なわれる。このトランジスタＱ１〜Ｑ４のスイッチング動作により、双方向インバータ４００の直流側、すなわち直流バス１を流れる直流電流には系統電力４０の周波数に応じた交流成分が重畳する。その結果、直流バス１に直結される蓄電装置３の充放電電流Ｉｂにおいても交流成分が重畳される。図４（ｂ）では、充放電電流Ｉｂは、直流成分である０Ａを中心として脈動が生じている。
【００６３】
図示しない電池監視ユニット６は、充放電電流検出部６０による充放電電流Ｉｂの検出値を監視し、充放電電流Ｉｂが零となるタイミングで開閉器７により蓄電装置３と直流バス１との間の電路を遮断する。
【００６４】
図５には、本発明の実施の形態に従う蓄電システムの動作態様の他の例として、太陽光発電システム２から受ける直流電力によって蓄電装置３を充電するとともに直流負荷５を駆動している状態が示される。具体的には、図５（ａ）を参照して、太陽光発電システム２から出力される６ｋＷの直流電力のうち、３ｋＷの直流電力が直流バス１を介して直流負荷５へ供給され、残りの３ｋＷの直流電力が直流バス１を介して蓄電装置３に供給されている。同図には、この状態での直流バス１の直流電圧Ｖｄｃ、充放電電流Ｉｂおよび、系統電力４０と双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２との間で授受される交流電力（交流電圧Ｖａｃ、交流電流Ｉａｃ）の時間波形が示される。この時間波形図において、充放電電流Ｉｂは蓄電装置３の充電電流（Ｉｂ＜０）に相当する。
【００６５】
図５（ａ）に示す状態において、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２が電池監視ユニット６（図１）から活性化されたシャットダウン予告信号ＳＤＮを受けると、蓄電システムは図５（ｂ）に示す状態に切替わる。双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２においては、充放電電流Ｉｂの電流目標値Ｉｂ＊が０Ａに設定される。そして、充放電電流検出部６０の検出値Ｉｂと電流目標値Ｉｂ＊（＝０Ａ）との電流偏差に基づいて電力変換動作が制御される。
【００６６】
このような制御を行なうことにより、太陽光発電システム２から出力される６ｋＷの直流電力のうち、３ｋＷの直流電力が直流負荷５へ供給され、残りの３ｋＷの直流電力が双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２に供給されることとなる。双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２は、供給される３ｋＷの直流電力を交流電力に変換して系統電力４０へ売電する。図５（ｂ）の時間波形図は、図４（ｂ）の時間波形図とほぼ同様となる。すなわち、直流電圧Ｖｄｃおよび充放電電流Ｉｂには系統電力４０の周波数に応じた周波数の交流成分が重畳される。電池監視ユニット６は、充放電電流検出部６０による充放電電流Ｉｂの検出値が零となるタイミングで開閉器７により蓄電装置３と直流バス１との間の電路を遮断する。
【００６７】
図６には、本発明の実施の形態に従う蓄電システムの動作態様の他の例として、系統電力４０からの交流電力を双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２により直流電力に変換して蓄電装置３を充電している状態が示される。具体的には、図６を参照して、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２から出力される３ｋＷの直流電力が直流バス１を介して蓄電装置３に供給されている。同図には、この状態での直流バス１の直流電圧Ｖｄｃ、充放電電流Ｉｂおよび、系統電力４０と双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２との間で授受される交流電力（交流電圧Ｖａｃ、交流電流Ｉａｃ）の時間波形が示される。この時間波形図において、充放電電流Ｉｂは蓄電装置３の充電電流（Ｉｂ＜０）に相当する。
【００６８】
図６に示す状態において双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２が電池監視ユニット６（図１）から活性化されたシャットダウン予告信号ＳＤＮを受けると、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２においては、充放電電流Ｉｂの電流目標値Ｉｂ＊が０Ａに設定される。そして、充放電電流検出部６０の検出値Ｉｂと電流目標値Ｉｂ＊（＝０Ａ）との電流偏差に基づいて電力変換動作が制御される。
【００６９】
なお、図６では、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２は、系統電力４０から受ける交流電力を直流電力に変換して直流バス１へ供給する。この時の電力変換動作は、系統電力４０の半周期ごとに、ダイオードＤ１およびＤ４からなるブリッジ回路と、ダイオードＤ２およびＤ３からなるブリッジ回路とが交互に交流電力を直流電力に整流することにより行なわれる。そして、ダイオードＤ１〜Ｄ４による全波整流により、双方向インバータ４００の直流側、すなわち直流バス１を流れる直流電流には系統電力４０の周波数に応じた交流成分が重畳する。その結果、直流バス１に直結される蓄電装置３の充放電電流Ｉｂにも交流成分が重畳されるため、図６に示す時間波形図では、充放電電流Ｉｂの波形は、零付近を経由して脈動する電流波形となっている。したがって、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２に対して、上述した充放電電流Ｉｂを電流目標値Ｉｂ＊＝０Ａとするための制御を行なわなくとも、充放電電流検出部６０による充放電電流Ｉｂの検出値が零付近となるタイミングで開閉器７により蓄電装置３と直流バス１との間の電路を遮断することにより、開閉器７におけるアーク放電の発生を抑制できる。
【００７０】
開閉器７でのアーク放電の発生を抑制するためには、充放電電流Ｉｂが零付近に減少させてから開閉器７を開放する必要がある。そのため、本実施の形態では、シャットダウン信号ＳＤに先行して活性化されたシャットダウン予告信号ＳＤＮを受けると、充放電電流Ｉｂの電流目標値Ｉｂ＊を０Ａに設定して双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２における電力変換動作を制御する構成としている。
【００７１】
一方、本発明の実施の形態に従う蓄電システムでは、直流バス１に蓄電装置３を直結するとともに、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２を、フルブリッジインバータ（双方向インバータ４００）により構成したことにより、双方向インバータ４００の電力変換動作によって蓄電装置３の充放電電流Ｉｂには系統電力４０の周波数に応じた周波数の交流成分が重畳される。したがって、この充放電電流Ｉｂが零もしくは零付近を経由する電流波形となっていれば、必ずしも充放電電流Ｉｂの直流成分を零に一致させなくても、アーク放電の発生を抑制することができる。
【００７２】
したがって、図６の時間波形図に示されるように、シャットダウン予告信号ＳＤＮが活性化されたときの充放電電流Ｉｂが零を経由する電流波形であれば、充放電電流Ｉｂを零とするための制御が不要となり、充放電電流Ｉｂが零となるタイミングで蓄電装置３を直ちに遮断することができる。
【００７３】
また、上記の説明では、充放電電流Ｉｂが零付近で開閉器７を開放すると述べてきたが、実際の充放電電流Ｉｂが零を経由して脈動している状態であれば、開閉器７をどのタイミングで開放しても、開放後に充放電電流Ｉｂが零を経由するタイミングを迎えた時点でアーク消弧されるため、開閉器７を安全に開放することができる。
【００７４】
以下では、本発明の実施の形態に従う蓄電システムの動作態様のバリエーションと、各々の動作態様に適用される双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２の制御とについて、図面を用いて説明する。
【００７５】
最初に、図７から図９には、太陽光発電システム２、蓄電装置３および双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２の間で電力の授受を行なう態様のバリエーションが示される。具体的には、図７（ａ）を参照して、太陽光発電システム２から出力される６ｋＷの直流電力のうち、３ｋＷの直流電力が直流バス１を介して双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２へ供給され、残りの３ｋＷの直流電力が直流バス１を介して蓄電装置３に供給されている。双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２は、直流バス１から受ける３ｋＷの直流電力を交流電力に変換して系統電力４０へ供給（売電）する。
【００７６】
図７（ａ）に示す状態において、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２が電池監視ユニット６（図１）から活性化されたシャットダウン予告信号ＳＤＮを受けると、蓄電システムは図７（ｂ）に示す状態に切替わる。双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２は、充放電電流Ｉｂの電流目標値Ｉｂ＊＝０Ａに設定され、充放電電流検出部６０の検出値Ｉｂと電流目標値Ｉｂ＊（＝０Ａ）との電流偏差に基づいて電力変換動作が制御される。これにより、太陽光発電システム２から出力される６ｋＷの直流電力はすべて双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２に供給されることとなる。双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２は、供給される６ｋＷの直流電力を交流電力に変換して系統電力４０へ売電する。
【００７７】
図８（ａ）では、太陽光発電システム２から出力される１ｋＷの直流電力と、蓄電装置３から供給される２ｋＷの直流電力とが直流バス１を介して双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２に供給されている。双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２は、直流バス１から受ける合計３ｋＷの直流電力を交流電力に変換して系統電力４０へ供給（売電）する。
【００７８】
そして、図８（ａ）に示す状態において、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２が電池監視ユニット６（図１）から活性化されたシャットダウン予告信号ＳＤＮを受けると、蓄電システムは図８（ｂ）に示す状態に切替わる。双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２は、充放電電流Ｉｂの電流目標値Ｉｂ＊＝０Ａに設定され、充放電電流検出部６０の検出値Ｉｂと電流目標値Ｉｂ＊（＝０Ａ）との電流偏差に基づいて電力変換動作が制御される。これにより、太陽光発電システム２から出力される１ｋＷの直流電力のみが双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２に供給されることとなる。双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２は、供給される１ｋＷの直流電力を交流電力に変換して系統電力４０へ売電する。
【００７９】
図９（ａ）では、太陽光発電システム２から出力される２ｋＷの直流電力と、系統電力４０から双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２を経由して供給（買電）される２ｋＷの直流電力とが直流バス１を介して蓄電装置３に供給されている。
【００８０】
そして、図９（ａ）に示す状態において、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２が電池監視ユニット６（図１）から活性化されたシャットダウン予告信号ＳＤＮを受けると、蓄電システムは図９（ｂ）に示す状態に切替わる。双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２は、充放電電流Ｉｂの電流目標値Ｉｂ＊＝０Ａに設定され、充放電電流検出部６０の検出値Ｉｂと電流目標値Ｉｂ＊（＝０Ａ）との電流偏差に基づいて電力変換動作が制御される。これにより、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２は、太陽光発電システム２から出力される２ｋＷの直流電力を交流電力に変換して系統電力４０へ売電するように切替えられる。
【００８１】
次に、図１０および図１１には、直流負荷５、蓄電装置３および双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２の間で電力の授受を行なう態様のバリエーションが示される。具体的には、図１０（ａ）を参照して、系統電力４０から双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２を経由して供給（買電）される３ｋＷの直流電力と、蓄電装置３から供給される１ｋＷの直流電力とを合わせた合計３ｋＷの直流電力が、直流バス１を介して直流負荷５に供給されている。
【００８２】
そして、図１０（ａ）に示す状態において、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２が電池監視ユニット６（図１）から活性化されたシャットダウン予告信号ＳＤＮを受けると、蓄電システムは図１０（ｂ）に示す状態に切替わる。双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２は、充放電電流Ｉｂの電流目標値Ｉｂ＊＝０Ａに設定され、充放電電流検出部６０の検出値Ｉｂと電流目標値Ｉｂ＊（＝０Ａ）との電流偏差に基づいて電力変換動作が制御される。これにより、系統電力４０から双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２を経由して供給される直流電力は２ｋＷから３ｋＷに増加する。そして、この３ｋＷの直流電力が直流バス１を介して直流負荷５に供給される。
【００８３】
図１１（ａ）では、蓄電装置３から供給される５ｋＷの直流電力のうち、３ｋＷの直流電力が直流バス１を介して直流負荷５に供給され、残りの２ｋＷの直流電力が双方向ＤＣ／ＡＤ変換器４２を経由して系統電力４０に売電されている。
【００８４】
そして、図１１（ａ）に示す状態において、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２が電池監視ユニット６（図１）から活性化されたシャットダウン予告信号ＳＤＮを受けると、蓄電システムは図１１（ｂ）に示す状態に切替わる。双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２は、充放電電流Ｉｂの電流目標値Ｉｂ＊＝０Ａに設定され、充放電電流検出部６０の検出値Ｉｂと電流目標値Ｉｂ＊（＝０Ａ）との電流偏差に基づいて電力変換動作が制御される。これにより、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２は、系統電力４０から受ける交流電力を３ｋＷの直流電力に変換して直流バス１へ供給する。そして、この３ｋＷの直流電力が直流バス１を介して直流負荷５に供給される。
【００８５】
最後に、図１２から図１５には、太陽光発電システム２、直流負荷５、蓄電装置３および双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２の間で電力の授受を行なう態様のバリエーションが示される。具体的には、図１２（ａ）を参照して、太陽光発電システム２から出力される６ｋＷの直流電力と、蓄電装置３から供給される１ｋＷの直流電力とを合わせた合計７ｋＷの直流電力のうち、４ｋＷの直流電力が直流バス１を介して直流負荷５に供給され、残りの３ｋＷの直流電力が双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２を経由して系統電力４０へ売電されている。
【００８６】
そして、図１２（ａ）に示す状態において、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２が電池監視ユニット６（図１）から活性化されたシャットダウン予告信号ＳＤＮを受けると、蓄電システムは図１２（ｂ）に示す状態に切替わる。双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２は、充放電電流Ｉｂの電流目標値Ｉｂ＊＝０Ａに設定され、充放電電流検出部６０の検出値Ｉｂと電流目標値Ｉｂ＊（＝０Ａ）との電流偏差に基づいて電力変換動作が制御される。これにより、直流バス１から双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２を経由して系統電力４０へ売電される直流電力は３ｋＷから２ｋＷに減少する。
【００８７】
図１３（ａ）では、太陽光発電システム２から出力される６ｋＷの直流電力のうち、２ｋＷの直流電力が直流バス１を介して直流負荷５に供給され、１ｋＷの直流電力が直流バス１を介して蓄電装置３に供給され、残りの２ｋＷの直流電力が双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２を経由して系統電力４０へ売電されている。
【００８８】
そして、図１３（ａ）に示す状態において、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２が電池監視ユニット６（図１）から活性化されたシャットダウン予告信号ＳＤＮを受けると、蓄電システムは図１３（ｂ）に示す状態に切替わる。双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２は、充放電電流Ｉｂの電流目標値Ｉｂ＊＝０Ａに設定され、充放電電流検出部６０の検出値Ｉｂと電流目標値Ｉｂ＊（＝０Ａ）との電流偏差に基づいて電力変換動作が制御される。これにより、直流バス１から双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２を経由して系統電力４０へ売電される直流電力は３ｋＷから４ｋＷに増加する。
【００８９】
図１４（ａ）では、太陽光発電システム２から出力される１ｋＷの直流電力と、系統電力４０から双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２を経由して供給（買電）される５ｋＷの直流電力とを合わせた合計６ｋＷの直流電力のうち、４ｋＷの直流電力が直流バス１を介して直流負荷５に供給され、残りの２ｋＷの直流電力が直流バス１を介して蓄電装置３に供給されている。
【００９０】
そして、図１４（ａ）に示す状態において、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２が電池監視ユニット６（図１）から活性化されたシャットダウン予告信号ＳＤＮを受けると、蓄電システムは図１４（ｂ）に示す状態に切替わる。双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２は、充放電電流Ｉｂの電流目標値Ｉｂ＊＝０Ａに設定され、充放電電流検出部６０の検出値Ｉｂと電流目標値Ｉｂ＊（＝０Ａ）との電流偏差に基づいて電力変換動作が制御される。これにより、系統電力４０から双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２を経由して直流バス１へ供給される直流電力は５ｋＷから３ｋＷに減少する。
【００９１】
図１５（ａ）では、太陽光発電システム２から出力される１ｋＷの直流電力と、系統電力４０から双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２を経由して供給（買電）される２ｋＷの直流電力と、蓄電装置３から供給される１ｋＷの直流電力とを合わせた合計４ｋＷの直流電力が、直流バス１を介して直流負荷５に供給されている。
【００９２】
そして、図１５（ａ）に示す状態において、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２が電池監視ユニット６（図１）から活性化されたシャットダウン予告信号ＳＤＮを受けると、蓄電システムは図１５（ｂ）に示す状態に切替わる。双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２は、充放電電流Ｉｂの電流目標値Ｉｂ＊＝０Ａに設定され、充放電電流検出部６０の検出値Ｉｂと電流目標値Ｉｂ＊（＝０Ａ）との電流偏差に基づいて電力変換動作が制御される。これにより、系統電力４０から双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２を経由して直流バス１へ供給される直流電力は２ｋＷから３ｋＷに増加する。
【００９３】
［変更例］
本発明の実施の形態に従う蓄電システムでは、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２を、双方向インバータ４００および連系リアクトル４１０，４１２を備える構成としたが（図２参照）、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２の構成はこれに限定されるものではない。たとえば、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２に代えて、図１６に示される双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２Ａを適用してもよい。
【００９４】
図１６を参照して、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２Ａは、ＤＣ／ＡＣ変換回路４７０と、ＤＣ／ＡＣ変換回路４７０の直流側に接続された平滑用コンデンサ４６０と、平滑用コンデンサ４６０と直流バス１との間に設けられたＤＣ／ＤＣ変換回路４５０とを備える。
【００９５】
ＤＣ／ＡＣ変換回路４７０は、双方向インバータ４００と、連系リアクトル４１０，４１２とを含む。ＤＣ／ＡＣ変換回路４７０の回路構成は、図２に示した双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２の回路構成と同じである。
【００９６】
平滑用コンデンサ４６０は、双方向インバータ４００の直流側電圧の電圧変動を減少させる。
【００９７】
ＤＣ／ＤＣ変換回路４５０は、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータであり、フルブリッジ回路を構成するトランジスタＱ５〜Ｑ８と、トランスＴｒと、フルブリッジ回路を構成するトランジスタＱ９〜Ｑ１２とを含む。トランジスタＱ５〜Ｑ１２にそれぞれ対応して、逆並列ダイオードＤ５〜Ｄ１２が設けられる。トランジスタＱ５〜Ｑ８のオンオフは、制御部４４０Ａからのスイッチング制御信号Ｓ５〜Ｓ８に応じて制御される。トランジスタＱ９〜Ｑ１２のオンオフは、制御部４４０Ａからのスイッチング制御信号Ｓ９〜Ｓ１２に応じて制御される。
【００９８】
トランジスタＱ５〜Ｑ８からなるフルブリッジ回路は、直流バス１からの直流電圧Ｖｄｃを交流電圧に変換して、トランスＴｒの一次側コイルに出力する。
【００９９】
トランスＴｒの二次側コイルには、一次側コイルの電圧に応じた交流電圧が発生する。二次側コイルに生じる交流電圧の振幅は、一次側コイルの交流電圧と、一次側コイルおよび二次側コイルの巻線比とによって決まる。
【０１００】
トランジスタＱ９〜Ｑ１２からなるフルブリッジ回路は、二次側コイルに発生した交流電圧を直流電圧に変換して平滑用コンデンサ４６０に出力する。
【０１０１】
なお、図１６に示す双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２Ａによれば、ＤＣ／ＡＣ変換回路４７０の直流側の電圧および電流に含まれる交流成分は、平滑用コンデンサ４６０によって吸収される。そのため、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２Ａの直流側に交流成分の電流を重畳させないように制御することも可能である。そのような制御方式において、充放電電流Ｉｂが零となるように双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２Ａの電力変換動作を制御すると、充放電電流Ｉｂは、図４〜図６で示したような交流成分を含まず、直流成分（０Ａ）のみを含む。したがって、充放電電流検出部６０による充放電電流Ｉｂの検出値が零となるタイミングで開閉器７により蓄電装置３と直流バス１との間の電路が遮断される。
【０１０２】
以上のように、この発明の実施の形態に従う蓄電システムによれば、蓄電装置が直流バスに直結される構成において、蓄電装置と直流バスとの間の電路を遮断するのに先行して、蓄電装置の充放電電流が零となるように、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器を制御する。これにより、蓄電装置を遮断するときには充放電電流が零を経由する電流に制御されているため、開閉器にアーク放電が発生するのを抑制できる。したがって、従来の直流遮断装置において遮断器と並列に設けられていた転流回路や外部並列回路の設置が不要となる。この結果、蓄電装置の遮断時に発生するアーク放電を、小型および低コストのシステム構成で抑制することが可能となる。
【０１０３】
また、本実施の形態では、電力変換装置として、直流バスおよび系統電力の間に、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器を設置する構成としたが、直流バスおよび系統電力の間に、ＤＣ／ＡＣ変換器およびＡＣ／ＤＣ変換器を並列に設置する構成に対しても、本発明による電力変換制御を適用することができる。
【０１０４】
また、本実施の形態では、蓄電システムの一例として、直流電力を伝達するための直流バス１に、蓄電装置３、太陽光発電システム２、系統電力システム４および直流負荷５が接続される構成について説明したが、本発明の適用はこのような蓄電システムに限定されるものではない。具体的には、直流バス１に直結された蓄電装置３を遮断するのに先行して蓄電装置３の充放電電流を零とするための電力変換装置が搭載されていれば、本発明を適用することが可能である点について確認的に記載する。たとえば、図１とは異なる蓄電システムの構成（たとえば、太陽光発電システム２を含まない構成や、直流負荷５を含まない構成）についても本発明は適用可能である。
【０１０５】
さらに、本実施の形態では、蓄電装置３の異常が検知されたときに電池監視ユニット６から出力されるシャットダウン予告信号ＳＤＮに応答して、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２が充放電電流Ｉｂが零となるように電力変換動作を実行する構成について例示したが、本発明の適用はこのような構成に限定されるものではない。具体的には、系統電力システム４内に異常が検知されたことによって、蓄電装置３と直流バス１との間の電路を遮断させる場面においても、本発明は適用可能である。その一例として、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２において直流側の電圧が上昇する過電圧や過電流が発生している場合には、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２は、蓄電装置３を保護するために、シャットダウン信号ＳＤを活性化（遮断指令）して開閉器７に出力する。このシャットダウン信号ＳＤを活性化するのに先行して、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２は、蓄電装置３の充放電電力Ｉｂが零となるように電力変換動作を実行する。
【０１０６】
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はないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許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】
【０１０７】
１ 直流バス、２ 太陽光発電システム、３ 蓄電装置、４ 系統電力システム、５ 直流負荷、６ 電池監視ユニット、７ 開閉器、２０ 太陽電池、３０ ＤＣ／ＤＣ変換器、４０ 系統電力、４２，４２Ａ 双方向ＤＣ／ＡＣ変換器、６０ 充放電電流検出部、６２ 充放電電圧検出部、６４ 温度検出部、４００ 双方向インバータ、４１０，４１２ 連系リアクトル、４２０ 自経路電流検出部、４３０ 直流電圧検出部、４３２ 交流電圧検出部、４４０，４４０Ａ 制御部、４５０ ＤＣ／ＡＣ変換回路、４６０ 平滑用コンデンサ、４７０ ＤＣ／ＤＣ変換回路、５００，５１０ 減算部、５２０ 制御目標値選択部、５３０ 切替部、５４０ スイッチング制御信号生成部。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、蓄電システムおよびその制御方法に関し、より特定的には、蓄電システムにおいて、蓄電装置と直流バスとの間の電路を遮断するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽電池、風力発電装置および燃料電池のような分散電源装置が普及し始めている。現状では、分散電源装置が発電した直流電力を交流電力に変換し、さらに、その交流電力を、電力を消費する機器において直流電力に変換して使用する。このように、直流−交流変換および交流−直流変換が行なわれるため、その電力変換のたびに電力損失が生じる。そこで、分散電源装置が発電する直流電力を交流電力に変換することなく、直流電力のまま送電して機器で使用することにより、変換損失を低減させる蓄電システムが提案されている。
【０００３】
このような蓄電システムとして、たとえば特開２０１１−９７８１８号公報（特許文献１）には、複数の電力源としての太陽電池、商用電源および蓄電池と、これらの複数の電力源にそれぞれ対応して設けられ、接続された電力源から供給される電力を基に所定の電圧レベルの直流電力を出力する複数の出力用コンバータと、複数の出力用コンバータの出力電圧を制御する出力電圧制御部と、出力電圧制御部に指令値を与えて出力電圧制御動作を指示するシステム制御部とを備えた配電システムが開示される。この特許文献１に記載される配電システムは、複数の出力用コンバータとして、太陽電池に接続される太陽電池用コンバータと、蓄電池に接続される蓄電池用コンバータと、商用電源に接続されるＡＣ／ＤＣコンバータとを備えている。そして、各出力用コンバータの出力電圧を個別に制御するために、出力用コンバータごとに独立したフィードバック制御系が設けられている。
【０００４】
しかしながら、この特許文献１に記載の配電システムでは、電力源ごとに出力用コンバータを設ける必要があるため、出力用コンバータで発生する変換損失が増大する、また、システムのコストアップが発生するという問題があった。
【０００５】
このような問題を解決するためには、蓄電池のような電圧安定化能力の高い電源を、コンバータを介さず直流バスに直結することによって、直流バスの電圧を無制御で安定化させることが可能となる。
【０００６】
一方で、蓄電池を直流バスに直結させる構成では、システム内に異常が検知された場合には、蓄電池を過充電や過放電などから保護するために蓄電池を直流バスから遮断する必要が生じる。しかしながら、直流電流は交流電流とは異なり零点を持たないため、高電圧・高電流下において、開閉器によって直流電流を遮断する際に、開閉器内の接点にアーク放電が発生する虞がある。
【０００７】
直流電流を遮断する際に発生するアーク放電を抑制する技術として、たとえば特開２００６−３２０７７号公報（特許文献２）には、直流電流を遮断する直流遮断器と並列に転流回路を設ける構成が開示される。この転流回路には、転流スイッチ、リアクトルおよび転流コンデンサが直列接続され、転流コンデンサが負荷側に設けられている。上記構成において、直流回路に事故電流が流れた場合には、主遮断器が開放される一方で、転流スイッチが閉じられ、事故電流に転流回路からの振動性の転流電流を重畳して主遮断器で事故電流を遮断する。
【０００８】
また、特開２０１０−８０２００号公報（特許文献３）には、直流電源と負荷との間に接続された遮断器と、遮断器と負荷との間に介在され、遮断器から負荷への電流の流れを許容するダイオードと、ダイオードに対して並列に設けられ、遮断器側がベースに接続されるとともに負荷側がエミッタに接続されるトランジスタと、インダクタとキャパシタとの直列回路の一端を直流電源と遮断器との間に接続し、他端をトランジスタのコレクタに接続する外部並列回路とを備えた直流遮断装置が開示される。この特許文献３では、直流電流を遮断した際に発生するアーク放電は、外部並列回路のキャパシタの作用により外部並列回路に流れ、アーク電流が減少することにより早期に除去される。そして、アーク電流が除去されると、トランジスタのベース電圧もなくなるため、トランジスタの電気的導通が遮断され、このトランジスタの遮断機能により、外部並列回路への電流の流れ込みが素子され、回路の完全停止が図られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−９７８１８号公報
【特許文献２】特開２００６−３２０７７号公報
【特許文献３】特開２０１０−８０２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記の特許文献２および３に記載される直流遮断装置においては、遮断時に発生するアーク放電を分流させるために、遮断器に対して並列に転流回路もしくは外部並列回路を設ける必要がある。そのため、直流遮断装置の大型化およびコストアップが課題となっていた。さらに、特許文献２では、直流電流を遮断するためには、主遮断器、副遮断器および転流スイッチの各々を動作させるシーケンス制御が必要となるため、直流遮断装置を複雑かつ高価なものとしていた。
【００１１】
そして、このような直流遮断装置を上述した蓄電システムに適用すると、システム全体の大型化およびコストアップを招くという不具合が懸念される。なお、このような直流電流を遮断する際に発生するアーク放電を抑制する対策について、上記の特許文献１に記載の配電システムは何ら言及していない。
【００１２】
それゆえ、この発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、蓄電装置の遮断時に発生するアーク放電を、小型および低コストのシステム構成で抑制することが可能な蓄電システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明のある局面に従えば、蓄電システムであって、直流電力を伝達するための直流バスと、電源電圧を直流バスに出力する蓄電装置と、直流バスおよび系統電力の間で電力変換する電力変換装置と、直流バスおよび蓄電装置の間を接続／遮断するための開閉器と、蓄電装置を直流バスから遮断するための電源遮断手段とを備える。電源遮断手段は、蓄電装置の充放電電流が零となるように電力変換装置の電力変換動作を制御する電力変換制御手段と、電力変換制御手段による前記電力変換動作の制御中に、開閉器により蓄電装置を直流バスから遮断する開閉制御手段とを含む。
【００１４】
好ましくは、蓄電システムは、充放電電流を検出するための充放電電流検出部をさらに備える。電力変換装置は、電力変換動作の実行時、充放電電流に系統電力の周波数に応じた周波数の交流成分を発生するように構成される。電力変換制御手段は、充放電電流検出部の検出値を用いて、充放電電流の波形が零を経由するように電力変換動作を制御する。開閉制御手段は、電力変換制御手段による電力変換動作の制御中に、開閉器により蓄電装置を直流バスから遮断する。
【００１５】
好ましくは、電源遮断手段は、蓄電装置の遮断指令を開閉器に出力する前に、遮断予告信号を電力変換装置に出力するように構成される。電力変換制御手段は、遮断予告信号を受けたときに、電力変換動作の制御を開始する。開閉制御手段は、遮断指令を受けると、電力変換動作の制御中に、開閉器により蓄電装置を直流バスから遮断する。
【００１６】
好ましくは、電力変換装置は、直流バスおよび系統電力の間に設けられたフルブリッジインバータを含む。
【００１７】
この発明の別の局面に従えば、蓄電システムの制御方法であって、蓄電システムは、直流電力を伝達するための直流バスと、電源電圧を直流バスに出力する蓄電装置と、直流バスおよび系統電力の間で電力変換する電力変換装置と、直流バスおよび蓄電装置の間を接続／遮断するための開閉器とを含む。制御方法は、蓄電装置の充放電電流が零となるように電力変換装置の電力変換動作を制御するステップと、電力変換動作を制御するステップの実行中に、開閉器により蓄電装置を直流バスから遮断するステップとを備える。
【発明の効果】
【００１８】
この発明によれば、蓄電装置の遮断時に発生するアーク放電を、小型および低コストのシステム構成で抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明の実施の形態に従う蓄電システムの全体の構成を概略的に示す図である。
【図２】図１における双方向ＤＣ／ＡＣ変換器の詳細な構成を示す回路図である。
【図３】図２における制御部の制御構造を示す図である。
【図４】双方向ＤＣ／ＡＣ変換器における電力変換動作の制御態様について説明する図である（その１）。
【図５】双方向ＤＣ／ＡＣ変換器における電力変換動作の制御態様について説明する図である（その２）。
【図６】双方向ＤＣ／ＡＣ変換器における電力変換動作の制御態様について説明する図である（その３）。
【図７】蓄電装置および双方向ＤＣ／ＡＣ変換器の間で電力の授受を行なう態様を説明する図である（その１）
【図８】蓄電装置および双方向ＤＣ／ＡＣ変換器の間で電力の授受を行なう態様を説明する図である（その２）。
【図９】蓄電装置および双方向ＤＣ／ＡＣ変換器の間で電力の授受を行なう態様を説明する図である（その３）。
【図１０】直流負荷、蓄電装置および双方向ＤＣ／ＡＣ変換器の間で電力の授受を行なう態様を説明する図である（その１）。
【図１１】直流負荷、蓄電装置および双方向ＤＣ／ＡＣ変換器の間で電力の授受を行なう態様を説明する図である（その２）。
【図１２】太陽光発電システム、直流負荷、蓄電装置および双方向ＤＣ／ＡＣ変換器の間で電力の授受を行なう態様を説明する図である（その１）。
【図１３】太陽光発電システム、直流負荷、蓄電装置および双方向ＤＣ／ＡＣ変換器の間で電力の授受を行なう態様を説明する図である（その２）。
【図１４】太陽光発電システム、直流負荷、蓄電装置および双方向ＤＣ／ＡＣ変換器の間で電力の授受を行なう態様を説明する図である（その３）。
【図１５】太陽光発電システム、直流負荷、蓄電装置および双方向ＤＣ／ＡＣ変換器の間で電力の授受を行なう態様を説明する図である（その４）。
【図１６】本発明の実施の形態に従う蓄電システムに適用される双方向ＤＣ／ＡＣ変換器の構成例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当する部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００２１】
（蓄電システムの構成）
図１は、この発明の実施の形態に従う蓄電システムの全体の構成を概略的に示す図である。
【００２２】
図１を参照して、本実施の形態に従う蓄電システムは、直流バス１と、太陽光発電システム２と、蓄電装置３と、系統電力システム４と、直流負荷５と、電池監視ユニット６と、開閉器７とを備える。
【００２３】
直流バス１は、直流負荷５に直流電力を供給する。直流負荷５は、一例として、家庭で使用される空調機、冷蔵庫、洗濯機、テレビ、照明装置またはパーソナルコンピュータのような電気機器である。あるいは、オフィスで使用されるコンピュータ、複写機またはファクシミリのような電気機器や、または、店舗で使用されるショーケースまたは照明装置のような電気機器であってもよい。直流バス１には、太陽光発電システム２、蓄電装置３および系統電力システム４が接続されている。
【００２４】
なお、本実施の形態に従う蓄電システムにおいては、直流バス１、太陽光発電システム２、蓄電装置３、系統電力システム４および直流負荷５をそれぞれ１個ずつ備える場合について説明するが、これらの個数には制限がなく、１個でも複数個であってもよい。
【００２５】
直流バス１は、電力線対である正母線ＰＬおよび負母線ＮＬで構成される。
太陽光発電システム２は、太陽電池２０と、ＤＣ／ＤＣ変換器３０とを含む。ＤＣ／ＤＣ変換器３０は、太陽電池２０と直流バス１との間に配置されており、太陽電池２０から受ける直流電力を電圧変換して直流バス１へ供給する。ＤＣ／ＤＣ変換器３０における電圧変換動作は、太陽電池２０の出力電圧と、直流バス１の電圧（正母線ＰＬおよび負母線ＮＬの間の線間電圧）とに応じて、図示しない制御部からのスイッチング指令に従って制御される。
【００２６】
蓄電装置３は、再充電可能な電力貯蔵要素であり、代表的にリチウムイオン二次電池やニッケル水素電池などの二次電池で構成される。蓄電装置３は、複数の電池セルを直列接続して構成されており、一例として、定格電圧３８０Ｖおよび１０Ａｈを有している。
【００２７】
図１に示す構成において、蓄電装置３は、直流バス１に「直結」されており、直流バス１との間で直流電力の授受を行なう。ここで、「直結」とは、直流バス１と蓄電装置３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、直流バス１の電圧は、蓄電装置３の電源電圧とほぼ等しくなる。このように蓄電装置３を直流バス１に直結する構成としたことにより、蓄電装置３が有する高い電圧安定化能力を活かして、急激な負荷変動による直流バス１の電圧変動を抑制することが可能となる。
【００２８】
開閉器７は、蓄電装置３と直流バス１との間に配設される。開閉器７は、電池監視ユニット６からのシャットダウン信号ＳＤが非活性化（導通指令に相当する。）されると、蓄電装置３と直流バス１とを電気的に接続し、シャットダウン信号ＳＤが活性化（遮断指令に相当する。）されると、蓄電装置３と直流バス１との間の電路を遮断する。
【００２９】
電池監視ユニット６は、過充電、過放電および温度上昇などから蓄電装置３を保護するために、蓄電装置３の状態を監視する。具体的には、充放電電流検出部６０は、直流バス１に介挿され、蓄電装置３に対して入出力される充放電電流Ｉｂを検出し、その検出値を電池監視ユニット６へ出力する。充放電電圧検出部６２は、蓄電装置３の充放電電圧Ｖｂを検出し、その検出値を電池監視ユニット６へ出力する。温度検出部６４は、蓄電装置３の温度Ｔｂを検出し、その検出値を電池監視ユニット６へ出力する。なお、充放電電流検出部６０は、蓄電装置３からの放電電流を、正値の充放電電流Ｉｂとして検出し、蓄電装置３への充電電流を、負値の充放電電流Ｉｂとして検出する。電池監視ユニット６は、充放電電流検出部６０からの充放電電流Ｉｂ、充放電電圧検出部６２からの充放電電圧Ｖｂの検出値および温度検出部６４からの電池温度Ｔｂの検出値に基づいて、蓄電装置３の状態（充電状態および温度状態）を監視する。電池監視ユニット６は、蓄電装置３の過充電／過放電、過電流および温度異常、蓄電装置３の水没、および、逆電力継電器からの逆潮流の検知信号などの有無を監視する。そして、蓄電装置３の異常が検知されると、電池監視ユニット６は、蓄電装置３を保護するためにシャットダウン信号ＳＤを活性化（遮断指令）することにより、開閉器７によって蓄電装置３と直流バス１との間の電路を遮断する。
【００３０】
さらに電池監視ユニット６は、上述のシャットダウン信号ＳＤを活性化（遮断指令）するのに先行して、蓄電装置３の遮断を予告するためのシャットダウン予告信号ＳＤＮを活性化する。この活性化されたシャットダウン予告信号ＳＤＮは、系統電力システム４内の双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２へ送信される。双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２は、電池監視ユニット６からシャットダウン予告信号ＳＤＮを受けると、後述する方法によって、蓄電装置３の充放電電流Ｉｂが零となるように、電力変換動作を実行する。
【００３１】
（系統電力システムの構成）
図１に示す構成において、系統電力システム４は、直流バス１との間で直流電力の授受を行なう。系統電力システム４は、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２と、系統電力４０とを含む。
【００３２】
系統電力４０は、電力会社等から受電する電力（たとえば、ＡＣ２００Ｖとする）である。系統電力４０は、例えば、単相３線式の商用交流電力系統から供給される。単相３線式の商用交流電力系統は、中性線が抵抗を介して接地されており、中性線以外の２線（Ｒ相線ＲＬおよびＴ相線ＴＬ）を使用してＡＣ２００Ｖを供給する。
【００３３】
双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２は、直流バス１および系統電力４０の間に接続される。双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２は、直流バス１から受ける直流電力を交流電力に変換して系統電力４０へ供給する。また、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２は、系統電力４０から受ける交流電力を直流電力に変換して直流バス１へ供給する。本実施の形態に従う蓄電システムにおいては、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２を介して電力会社等から系統電力を買う（買電）するとともに、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２を介して余剰電力を電力会社等に売る（売電）することを可能に構成されている。
【００３４】
なお、図１では、買電時に双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２に流れる電流をＩｂｕｙ、売電時に双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２に流れる電流をＩｓｅｌｌと表記する。また、直流負荷５に供給される電流をＩｌｏａｄと表記し、太陽光発電システム２から直流バス１に供給される電流をＩｐｖと表記する。買電時においては、電流Ｉｐｖおよび電流Ｉｂｕｙの和から電流Ｉｌｏａｄを差し引いた電流が、蓄電装置３の充電電流となる。また、売電時においては、電流Ｉｐｖおよび蓄電装置３の放電電流の和から電流Ｉｌｏａｄを差し引いた電流が、電流Ｉｓｅｌｌとなる。電流ＩｓｅｌｌおよびＩｂｕｙをどのような値にするかについては、蓄電システムの使用者または管理者が自在に設定することができる。
【００３５】
（双方向ＤＣ／ＡＣ変換器の構成）
次に、図面を参照して、この発明の実施の形態に従う電力変換装置の一形態である双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２の構成について説明する。
【００３６】
図２は、図１における双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２の詳細な構成を示す回路図である。
図２を参照して、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２は、双方向インバータ４００と、連系リアクトル４１０，４１２と、自経路電流検出部４２０と、直流電圧検出部４３０と、交流電圧検出部４３２と、制御部４４０とを含む。
【００３７】
双方向インバータ４００は、売電時には、制御部４４０からのスイッチング制御信号Ｓ１〜Ｓ４に応じて、直流バス１から受けた直流電力を交流電力に変換して系統電力４０に出力する。また、双方向インバータ４００は、買電時には、制御部４４０からのスイッチング制御信号Ｓ１〜Ｓ４に応じて、系統電力４０から受けた交流電力を直流電力に変換して直流バス１に出力する。
【００３８】
具体的には、双方向インバータ４００は、スイッチング素子であるトランジスタＱ１〜Ｑ４と、ダイオードＤ１〜Ｄ４とを含む。トランジスタＱ１，Ｑ２は、直流バス１を構成する正母線ＰＬおよび負母線ＮＬの間に直列に接続される。トランジスタＱ１とトランジスタＱ２との中間点はＲ相線ＲＬに接続される。連系リアクトル４１０は、Ｒ相線ＲＬに介挿接続される。
【００３９】
トランジスタＱ３，Ｑ４は、正母線ＰＬおよび負母線ＮＬの間に直列に接続される。トランジスタＱ３とトランジスタＱ４との中間点はＴ相線ＴＬに接続される。連系リアクトル４１２は、Ｔ相線ＴＬに介挿接続される。各トランジスタＱ１〜Ｑ４のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ１〜Ｄ４がそれぞれ接続されている。トランジスタＱ１〜Ｑ４およびダイオードＤ１〜Ｄ４は、フルブリッジ回路を構成する。
【００４０】
なお、トランジスタＱ１〜Ｑ４として、たとえば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いることができる。または、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor）等の電力スイッチング素子を用いてもよい。
【００４１】
自経路電流検出部４２０は、Ｔ相線ＴＬに介挿され、直流バス１と双方向インバータ４００との間で授受される電力の電流値（自経路電流）Ｉａｃを検出し、その検出結果を制御部４４０へ出力する。
【００４２】
直流電圧検出部４３０は、正母線ＰＬと負母線ＮＬとの間に接続され、直流バス１と双方向インバータ４００の間で授受される直流電力の電圧Ｖｄｃを検出し、その検出結果を制御部４４０へ出力する。交流電圧検出部４３２は、Ｒ相線ＲＬとＴ相線ＴＬとの間に接続され、系統電力４０の交流電圧Ｖａｃを検出し、その検出結果を制御部４４０へ出力する。
【００４３】
制御部４４０は、自経路電流検出部４２０から受けた自経路電流値Ｉａｃと、直流電圧検出部４３０から受けた直流電圧Ｖｄｃと、交流電圧検出部４３２から受けた交流電圧Ｖａｃと、充放電電流検出部６０から受けた充放電電流Ｉｂと、電池監視ユニット６から受けたシャットダウン予告信号ＳＤＮとに基づいて、後述する制御構造に従って、トランジスタＱ１〜Ｑ４のオン・オフを制御するためのスイッチング制御信号Ｓ１〜Ｓ４を生成し、双方向インバータ４００を制御する。
【００４４】
図３は、図２における制御部４４０の制御構造を示す図である。
図３を参照して、制御部４４０は、減算部５００，５１０と、制御目標値選択部５２０と、切替部５３０と、スイッチング制御信号生成部５４０とを含む。
【００４５】
制御目標値選択部５２０は、自経路電流Ｉａｃの電流目標値Ｉａｃ＊を決定する。この電流目標値Ｉａｃ＊は、たとえば日時に応じて異なる電流値となるように事前に決定し、図示しない記憶部に格納しておくことができる。あるいは、制御部４４０と蓄電システムの外部との間で通信を行なうことによって、所望の電流値を適宜取得するようにしてもよい。なお、電流目標値Ｉａｃ＊は、買電時の自経路電流Ｉｂｕｙの電流目標値Ｉｂｕｙ＊と、売電時の自経路電流Ｉｓｅｌｌの電流目標値Ｉｓｅｌｌ＊とを含む。
【００４６】
制御目標値選択部５２０は、さらに、充放電電流Ｉｂの電流目標値Ｉｂ＊を決定する。この電流目標値Ｉｂ＊は、予め「０Ａ」に設定されている。
【００４７】
制御目標値選択部５２０は、電池監視ユニット６から活性化されたシャットダウン予告信号ＳＤＮを受けたときには、切替信号を非活性化して切替部５３０へ出力する。一方、シャットダウン予告信号ＳＤＮが非活性化されているときには、制御目標値選択部５２０は、切替信号を活性化して切替部５３０へ出力する。
【００４８】
減算部５００は、自経路電流Ｉａｃと電流目標値Ｉａｃ＊との差から電流偏差ΔＩａｃを演算し、切替部５３０へ出力する。減算部５１０は、充放電電流Ｉｂと電流目標値Ｉｂ＊（＝０Ａ）との差から電流偏差ΔＩｂを演算し、切替部５３０へ出力する。
【００４９】
切替部５３０は、制御目標値選択部５２０から出力された切替信号に基づいて、減算部５００から受けた電流偏差ΔＩａｃおよび減算部５１０から受けた電流偏差ΔＩｂのいずれか一方を選択してスイッチング制御信号生成部５４０へ出力する。具体的には、切替部５３０は、切替信号が活性化されているとき、すなわち、シャットダウン予告信号ＳＤＮが非活性化されているときには、減算部５００から受けた電流偏差ΔＩａｃを選択してスイッチング制御信号生成部５４０へ出力する。一方、切替部５３０は、切替信号が非活性化されているとき、すなわちシャットダウン予告信号ＳＤＮが活性化されているときには、減算部５１０から受けた電流偏差ΔＩｂを選択してスイッチング制御信号生成部５４０へ出力する。
【００５０】
スイッチング制御信号生成部５４０は、少なくとも比例要素（Ｐ：proportional element）および積分要素（Ｉ：integral element）を含んで構成され、切替部５３０から電流偏差を受けると、この入力された電流偏差に応じて操作信号を生成する。そして、スイッチング制御信号生成部５４０は、この操作信号に基づいて双方向インバータ４００のトランジスタＱ１〜Ｑ４のオンデューティーを規定するデューティー指令を生成すると、この生成したデューティー指令と搬送波とを比較して、スイッチング制御信号Ｓ１〜Ｓ４を生成して、双方向インバータ４００を制御する。
【００５１】
スイッチング制御信号生成部５４０は、スイッチング制御信号Ｓ１〜Ｓ４の生成において、系統電力４０と双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２との間で授受される交流電力（交流電圧Ｖａｃ、交流電流（自経路電流）Ｉａｃ）に対して、力率改善（Power Factor Correction）制御を実行する。具体的には、スイッチング制御信号生成部５４０は、交流電圧Ｖａｃの位相に交流電流Ｉａｃの位相を合わせるように、交流電流Ｉａｃの波形を補正することによって力率を改善する。
【００５２】
なお、図３では、スイッチング制御信号生成部５４０は、交流電圧検出部４３２により検出される交流電圧Ｖａｃに基づいて、交流電流Ｉａｃの波形を補正する構成を例示したが、商用電力系統から供給される交流電圧Ｖａｃのゼロクロス点は既知であることから、ゼロクロス点から導出される系統周波数の正弦波電流を目標電流とすることで、図３に示す制御構造から交流電圧検出部４３２を省略することも可能である。
【００５３】
以上のように、シャットダウン予告信号ＳＤＮが非活性化されているとき、すなわち、蓄電装置３の異常が検知されていないときには、制御部４４０は、自経路電流Ｉａｃが所定の電流目標値Ｉａｃ＊（Ｉｓｅｌｌ＊／Ｉｂｕｙ＊）となるようにスイッチング制御信号Ｓ１〜Ｓ４を生成して双方向インバータ４００を制御する。
【００５４】
これに対して、シャットダウン予告信号ＳＤＮが活性化されているとき、すなわち、蓄電装置３の異常が検知されたときには、制御部４４０は、充放電電流Ｉｂが電流目標値Ｉｂ＊＝０Ａとなるようにスイッチング制御信号Ｓ１〜Ｓ４を生成して双方向インバータ４００を制御する。
【００５５】
このように、シャットダウン予告信号ＳＤＮが活性化されたときには、制御部４４０は、充放電電流Ｉｂが零となるように双方向インバータ４００を制御する。そして、電池監視ユニット６は、シャットダウン予告信号ＳＤＮが活性化された時点からの充放電電流検出部６０の検出値を監視する。充放電電流Ｉｂが零となったことが検出されると、電池監視ユニット６は、シャットダウン信号ＳＤを活性化する。このシャットダウン信号ＳＤの活性化に応じて、開閉器７によって蓄電装置３と直流バス１との間の電路が遮断される。
【００５６】
蓄電装置３の異常が検知された場合には、蓄電装置３の保護の観点から蓄電装置３を直流バス１から遮断させる必要があるが、充放電電流Ｉｂは零点を持たないため、開閉器７により蓄電装置３と直流バス１との間の電路を遮断する際に、開閉器７の接点にアーク放電が発生する虞がある。
【００５７】
そこで、本実施の形態に従う蓄電システムでは、蓄電装置３を遮断するのに先行して、蓄電装置３の充放電電流Ｉｂが零となるように双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２を制御する。そして、充放電電流Ｉｂが零となったことに応じて蓄電装置３を直流バス１から遮断する。これにより、蓄電装置３を直流バス１から遮断するときにアーク放電が発生するのを抑制できる。
【００５８】
以下、図４〜図６を参照して、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２における電力変換動作の制御態様について説明する。
【００５９】
図４には、本発明の実施の形態に従う蓄電システムの動作態様の一例として、太陽光発電システム２から受ける直流電力によって蓄電装置３を充電している状態が示される。具体的には、図４（ａ）を参照して、太陽光発電システム２から出力される３ｋＷの直流電力が直流バス１を介して蓄電装置３に供給されている。同図には、この状態での直流バス１の直流電圧Ｖｄｃ、充放電電流Ｉｂおよび、系統電力４０と双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２との間で授受される交流電力（交流電圧Ｖａｃ、交流電流Ｉａｃ）の時間波形が示される。この時間波形図において、充放電電流Ｉｂは蓄電装置３への充電電流（Ｉｂ＜０）に相当する。
【００６０】
図４（ａ）に示す状態において、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２が電池監視ユニット６（図１）から活性化されたシャットダウン予告信号ＳＤＮを受けると、蓄電システムは図４（ｂ）に示す状態に切替わる。双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２においては、充放電電流Ｉｂの電流目標値Ｉｂ＊が０Ａに設定される。そして、充放電電流検出部６０の検出値Ｉｂと電流目標値Ｉｂ＊（＝０Ａ）との電流偏差に基づいて電力変換動作が制御される。
【００６１】
このような制御を行なうことにより、太陽光発電システム２から出力される３ｋＷの直流電力はすべて双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２に供給されることとなる。双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２は、太陽光発電システム２から直流バス１を経由して供給される３ｋＷの直流電力を交流電力に変換して系統電力４０へ売電する。
【００６２】
なお、図４（ｂ）の時間波形図において、直流電圧Ｖｄｃおよび充放電電流Ｉｂには、系統電力４０の周波数に応じた周波数の交流成分が重畳される。双方向インバータ４００における電力変換動作は、フルブリッジインバータを構成するトランジスタＱ１〜Ｑ４のうち、トランジスタＱ１およびＱ４を１組のスイッチペアとし、トランジスタＱ２およびＱ３をもう１組のスイッチペアとして、系統電力４０の半周期ごとに、これら２組のスイッチペアを交互にオン・オフさせることにより行なわれる。このトランジスタＱ１〜Ｑ４のスイッチング動作により、双方向インバータ４００の直流側、すなわち直流バス１を流れる直流電流には系統電力４０の周波数に応じた交流成分が重畳する。その結果、直流バス１に直結される蓄電装置３の充放電電流Ｉｂにおいても交流成分が重畳される。図４（ｂ）では、充放電電流Ｉｂは、直流成分である０Ａを中心として脈動が生じている。
【００６３】
図示しない電池監視ユニット６は、充放電電流検出部６０による充放電電流Ｉｂの検出値を監視し、充放電電流Ｉｂが零となるタイミングで開閉器７により蓄電装置３と直流バス１との間の電路を遮断する。
【００６４】
図５には、本発明の実施の形態に従う蓄電システムの動作態様の他の例として、太陽光発電システム２から受ける直流電力によって蓄電装置３を充電するとともに直流負荷５を駆動している状態が示される。具体的には、図５（ａ）を参照して、太陽光発電システム２から出力される６ｋＷの直流電力のうち、３ｋＷの直流電力が直流バス１を介して直流負荷５へ供給され、残りの３ｋＷの直流電力が直流バス１を介して蓄電装置３に供給されている。同図には、この状態での直流バス１の直流電圧Ｖｄｃ、充放電電流Ｉｂおよび、系統電力４０と双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２との間で授受される交流電力（交流電圧Ｖａｃ、交流電流Ｉａｃ）の時間波形が示される。この時間波形図において、充放電電流Ｉｂは蓄電装置３の充電電流（Ｉｂ＜０）に相当する。
【００６５】
図５（ａ）に示す状態において、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２が電池監視ユニット６（図１）から活性化されたシャットダウン予告信号ＳＤＮを受けると、蓄電システムは図５（ｂ）に示す状態に切替わる。双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２においては、充放電電流Ｉｂの電流目標値Ｉｂ＊が０Ａに設定される。そして、充放電電流検出部６０の検出値Ｉｂと電流目標値Ｉｂ＊（＝０Ａ）との電流偏差に基づいて電力変換動作が制御される。
【００６６】
このような制御を行なうことにより、太陽光発電システム２から出力される６ｋＷの直流電力のうち、３ｋＷの直流電力が直流負荷５へ供給され、残りの３ｋＷの直流電力が双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２に供給されることとなる。双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２は、供給される３ｋＷの直流電力を交流電力に変換して系統電力４０へ売電する。図５（ｂ）の時間波形図は、図４（ｂ）の時間波形図とほぼ同様となる。すなわち、直流電圧Ｖｄｃおよび充放電電流Ｉｂには系統電力４０の周波数に応じた周波数の交流成分が重畳される。電池監視ユニット６は、充放電電流検出部６０による充放電電流Ｉｂの検出値が零となるタイミングで開閉器７により蓄電装置３と直流バス１との間の電路を遮断する。
【００６７】
図６には、本発明の実施の形態に従う蓄電システムの動作態様の他の例として、系統電力４０からの交流電力を双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２により直流電力に変換して蓄電装置３を充電している状態が示される。具体的には、図６を参照して、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２から出力される３ｋＷの直流電力が直流バス１を介して蓄電装置３に供給されている。同図には、この状態での直流バス１の直流電圧Ｖｄｃ、充放電電流Ｉｂおよび、系統電力４０と双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２との間で授受される交流電力（交流電圧Ｖａｃ、交流電流Ｉａｃ）の時間波形が示される。この時間波形図において、充放電電流Ｉｂは蓄電装置３の充電電流（Ｉｂ＜０）に相当する。
【００６８】
図６に示す状態において双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２が電池監視ユニット６（図１）から活性化されたシャットダウン予告信号ＳＤＮを受けると、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２においては、充放電電流Ｉｂの電流目標値Ｉｂ＊が０Ａに設定される。そして、充放電電流検出部６０の検出値Ｉｂと電流目標値Ｉｂ＊（＝０Ａ）との電流偏差に基づいて電力変換動作が制御される。
【００６９】
なお、図６では、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２は、系統電力４０から受ける交流電力を直流電力に変換して直流バス１へ供給する。この時の電力変換動作は、系統電力４０の半周期ごとに、ダイオードＤ１およびＤ４からなるブリッジ回路と、ダイオードＤ２およびＤ３からなるブリッジ回路とが交互に交流電力を直流電力に整流することにより行なわれる。そして、ダイオードＤ１〜Ｄ４による全波整流により、双方向インバータ４００の直流側、すなわち直流バス１を流れる直流電流には系統電力４０の周波数に応じた交流成分が重畳する。その結果、直流バス１に直結される蓄電装置３の充放電電流Ｉｂにも交流成分が重畳されるため、図６に示す時間波形図では、充放電電流Ｉｂの波形は、零付近を経由して脈動する電流波形となっている。したがって、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２に対して、上述した充放電電流Ｉｂを電流目標値Ｉｂ＊＝０Ａとするための制御を行なわなくとも、充放電電流検出部６０による充放電電流Ｉｂの検出値が零付近となるタイミングで開閉器７により蓄電装置３と直流バス１との間の電路を遮断することにより、開閉器７におけるアーク放電の発生を抑制できる。
【００７０】
開閉器７でのアーク放電の発生を抑制するためには、充放電電流Ｉｂが零付近に減少させてから開閉器７を開放する必要がある。そのため、本実施の形態では、シャットダウン信号ＳＤに先行して活性化されたシャットダウン予告信号ＳＤＮを受けると、充放電電流Ｉｂの電流目標値Ｉｂ＊を０Ａに設定して双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２における電力変換動作を制御する構成としている。
【００７１】
一方、本発明の実施の形態に従う蓄電システムでは、直流バス１に蓄電装置３を直結するとともに、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２を、フルブリッジインバータ（双方向インバータ４００）により構成したことにより、双方向インバータ４００の電力変換動作によって蓄電装置３の充放電電流Ｉｂには系統電力４０の周波数に応じた周波数の交流成分が重畳される。したがって、この充放電電流Ｉｂが零もしくは零付近を経由する電流波形となっていれば、必ずしも充放電電流Ｉｂの直流成分を零に一致させなくても、アーク放電の発生を抑制することができる。
【００７２】
したがって、図６の時間波形図に示されるように、シャットダウン予告信号ＳＤＮが活性化されたときの充放電電流Ｉｂが零を経由する電流波形であれば、充放電電流Ｉｂを零とするための制御が不要となり、充放電電流Ｉｂが零となるタイミングで蓄電装置３を直ちに遮断することができる。
【００７３】
また、上記の説明では、充放電電流Ｉｂが零付近で開閉器７を開放すると述べてきたが、実際の充放電電流Ｉｂが零を経由して脈動している状態であれば、開閉器７をどのタイミングで開放しても、開放後に充放電電流Ｉｂが零を経由するタイミングを迎えた時点でアーク消弧されるため、開閉器７を安全に開放することができる。
【００７４】
以下では、本発明の実施の形態に従う蓄電システムの動作態様のバリエーションと、各々の動作態様に適用される双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２の制御とについて、図面を用いて説明する。
【００７５】
最初に、図７から図９には、太陽光発電システム２、蓄電装置３および双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２の間で電力の授受を行なう態様のバリエーションが示される。具体的には、図７（ａ）を参照して、太陽光発電システム２から出力される６ｋＷの直流電力のうち、３ｋＷの直流電力が直流バス１を介して双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２へ供給され、残りの３ｋＷの直流電力が直流バス１を介して蓄電装置３に供給されている。双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２は、直流バス１から受ける３ｋＷの直流電力を交流電力に変換して系統電力４０へ供給（売電）する。
【００７６】
図７（ａ）に示す状態において、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２が電池監視ユニット６（図１）から活性化されたシャットダウン予告信号ＳＤＮを受けると、蓄電システムは図７（ｂ）に示す状態に切替わる。双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２は、充放電電流Ｉｂの電流目標値Ｉｂ＊＝０Ａに設定され、充放電電流検出部６０の検出値Ｉｂと電流目標値Ｉｂ＊（＝０Ａ）との電流偏差に基づいて電力変換動作が制御される。これにより、太陽光発電システム２から出力される６ｋＷの直流電力はすべて双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２に供給されることとなる。双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２は、供給される６ｋＷの直流電力を交流電力に変換して系統電力４０へ売電する。
【００７７】
図８（ａ）では、太陽光発電システム２から出力される１ｋＷの直流電力と、蓄電装置３から供給される２ｋＷの直流電力とが直流バス１を介して双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２に供給されている。双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２は、直流バス１から受ける合計３ｋＷの直流電力を交流電力に変換して系統電力４０へ供給（売電）する。
【００７８】
そして、図８（ａ）に示す状態において、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２が電池監視ユニット６（図１）から活性化されたシャットダウン予告信号ＳＤＮを受けると、蓄電システムは図８（ｂ）に示す状態に切替わる。双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２は、充放電電流Ｉｂの電流目標値Ｉｂ＊＝０Ａに設定され、充放電電流検出部６０の検出値Ｉｂと電流目標値Ｉｂ＊（＝０Ａ）との電流偏差に基づいて電力変換動作が制御される。これにより、太陽光発電システム２から出力される１ｋＷの直流電力のみが双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２に供給されることとなる。双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２は、供給される１ｋＷの直流電力を交流電力に変換して系統電力４０へ売電する。
【００７９】
図９（ａ）では、太陽光発電システム２から出力される２ｋＷの直流電力と、系統電力４０から双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２を経由して供給（買電）される２ｋＷの直流電力とが直流バス１を介して蓄電装置３に供給されている。
【００８０】
そして、図９（ａ）に示す状態において、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２が電池監視ユニット６（図１）から活性化されたシャットダウン予告信号ＳＤＮを受けると、蓄電システムは図９（ｂ）に示す状態に切替わる。双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２は、充放電電流Ｉｂの電流目標値Ｉｂ＊＝０Ａに設定され、充放電電流検出部６０の検出値Ｉｂと電流目標値Ｉｂ＊（＝０Ａ）との電流偏差に基づいて電力変換動作が制御される。これにより、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２は、太陽光発電システム２から出力される２ｋＷの直流電力を交流電力に変換して系統電力４０へ売電するように切替えられる。
【００８１】
次に、図１０および図１１には、直流負荷５、蓄電装置３および双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２の間で電力の授受を行なう態様のバリエーションが示される。具体的には、図１０（ａ）を参照して、系統電力４０から双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２を経由して供給（買電）される３ｋＷの直流電力と、蓄電装置３から供給される１ｋＷの直流電力とを合わせた合計３ｋＷの直流電力が、直流バス１を介して直流負荷５に供給されている。
【００８２】
そして、図１０（ａ）に示す状態において、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２が電池監視ユニット６（図１）から活性化されたシャットダウン予告信号ＳＤＮを受けると、蓄電システムは図１０（ｂ）に示す状態に切替わる。双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２は、充放電電流Ｉｂの電流目標値Ｉｂ＊＝０Ａに設定され、充放電電流検出部６０の検出値Ｉｂと電流目標値Ｉｂ＊（＝０Ａ）との電流偏差に基づいて電力変換動作が制御される。これにより、系統電力４０から双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２を経由して供給される直流電力は２ｋＷから３ｋＷに増加する。そして、この３ｋＷの直流電力が直流バス１を介して直流負荷５に供給される。
【００８３】
図１１（ａ）では、蓄電装置３から供給される５ｋＷの直流電力のうち、３ｋＷの直流電力が直流バス１を介して直流負荷５に供給され、残りの２ｋＷの直流電力が双方向ＤＣ／ＡＤ変換器４２を経由して系統電力４０に売電されている。
【００８４】
そして、図１１（ａ）に示す状態において、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２が電池監視ユニット６（図１）から活性化されたシャットダウン予告信号ＳＤＮを受けると、蓄電システムは図１１（ｂ）に示す状態に切替わる。双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２は、充放電電流Ｉｂの電流目標値Ｉｂ＊＝０Ａに設定され、充放電電流検出部６０の検出値Ｉｂと電流目標値Ｉｂ＊（＝０Ａ）との電流偏差に基づいて電力変換動作が制御される。これにより、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２は、系統電力４０から受ける交流電力を３ｋＷの直流電力に変換して直流バス１へ供給する。そして、この３ｋＷの直流電力が直流バス１を介して直流負荷５に供給される。
【００８５】
最後に、図１２から図１５には、太陽光発電システム２、直流負荷５、蓄電装置３および双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２の間で電力の授受を行なう態様のバリエーションが示される。具体的には、図１２（ａ）を参照して、太陽光発電システム２から出力される６ｋＷの直流電力と、蓄電装置３から供給される１ｋＷの直流電力とを合わせた合計７ｋＷの直流電力のうち、４ｋＷの直流電力が直流バス１を介して直流負荷５に供給され、残りの３ｋＷの直流電力が双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２を経由して系統電力４０へ売電されている。
【００８６】
そして、図１２（ａ）に示す状態において、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２が電池監視ユニット６（図１）から活性化されたシャットダウン予告信号ＳＤＮを受けると、蓄電システムは図１２（ｂ）に示す状態に切替わる。双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２は、充放電電流Ｉｂの電流目標値Ｉｂ＊＝０Ａに設定され、充放電電流検出部６０の検出値Ｉｂと電流目標値Ｉｂ＊（＝０Ａ）との電流偏差に基づいて電力変換動作が制御される。これにより、直流バス１から双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２を経由して系統電力４０へ売電される直流電力は３ｋＷから２ｋＷに減少する。
【００８７】
図１３（ａ）では、太陽光発電システム２から出力される６ｋＷの直流電力のうち、２ｋＷの直流電力が直流バス１を介して直流負荷５に供給され、１ｋＷの直流電力が直流バス１を介して蓄電装置３に供給され、残りの２ｋＷの直流電力が双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２を経由して系統電力４０へ売電されている。
【００８８】
そして、図１３（ａ）に示す状態において、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２が電池監視ユニット６（図１）から活性化されたシャットダウン予告信号ＳＤＮを受けると、蓄電システムは図１３（ｂ）に示す状態に切替わる。双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２は、充放電電流Ｉｂの電流目標値Ｉｂ＊＝０Ａに設定され、充放電電流検出部６０の検出値Ｉｂと電流目標値Ｉｂ＊（＝０Ａ）との電流偏差に基づいて電力変換動作が制御される。これにより、直流バス１から双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２を経由して系統電力４０へ売電される直流電力は３ｋＷから４ｋＷに増加する。
【００８９】
図１４（ａ）では、太陽光発電システム２から出力される１ｋＷの直流電力と、系統電力４０から双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２を経由して供給（買電）される５ｋＷの直流電力とを合わせた合計６ｋＷの直流電力のうち、４ｋＷの直流電力が直流バス１を介して直流負荷５に供給され、残りの２ｋＷの直流電力が直流バス１を介して蓄電装置３に供給されている。
【００９０】
そして、図１４（ａ）に示す状態において、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２が電池監視ユニット６（図１）から活性化されたシャットダウン予告信号ＳＤＮを受けると、蓄電システムは図１４（ｂ）に示す状態に切替わる。双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２は、充放電電流Ｉｂの電流目標値Ｉｂ＊＝０Ａに設定され、充放電電流検出部６０の検出値Ｉｂと電流目標値Ｉｂ＊（＝０Ａ）との電流偏差に基づいて電力変換動作が制御される。これにより、系統電力４０から双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２を経由して直流バス１へ供給される直流電力は５ｋＷから３ｋＷに減少する。
【００９１】
図１５（ａ）では、太陽光発電システム２から出力される１ｋＷの直流電力と、系統電力４０から双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２を経由して供給（買電）される２ｋＷの直流電力と、蓄電装置３から供給される１ｋＷの直流電力とを合わせた合計４ｋＷの直流電力が、直流バス１を介して直流負荷５に供給されている。
【００９２】
そして、図１５（ａ）に示す状態において、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２が電池監視ユニット６（図１）から活性化されたシャットダウン予告信号ＳＤＮを受けると、蓄電システムは図１５（ｂ）に示す状態に切替わる。双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２は、充放電電流Ｉｂの電流目標値Ｉｂ＊＝０Ａに設定され、充放電電流検出部６０の検出値Ｉｂと電流目標値Ｉｂ＊（＝０Ａ）との電流偏差に基づいて電力変換動作が制御される。これにより、系統電力４０から双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２を経由して直流バス１へ供給される直流電力は２ｋＷから３ｋＷに増加する。
【００９３】
［変更例］
本発明の実施の形態に従う蓄電システムでは、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２を、双方向インバータ４００および連系リアクトル４１０，４１２を備える構成としたが（図２参照）、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２の構成はこれに限定されるものではない。たとえば、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２に代えて、図１６に示される双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２Ａを適用してもよい。
【００９４】
図１６を参照して、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２Ａは、ＤＣ／ＡＣ変換回路４７０と、ＤＣ／ＡＣ変換回路４７０の直流側に接続された平滑用コンデンサ４６０と、平滑用コンデンサ４６０と直流バス１との間に設けられたＤＣ／ＤＣ変換回路４５０とを備える。
【００９５】
ＤＣ／ＡＣ変換回路４７０は、双方向インバータ４００と、連系リアクトル４１０，４１２とを含む。ＤＣ／ＡＣ変換回路４７０の回路構成は、図２に示した双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２の回路構成と同じである。
【００９６】
平滑用コンデンサ４６０は、双方向インバータ４００の直流側電圧の電圧変動を減少させる。
【００９７】
ＤＣ／ＤＣ変換回路４５０は、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータであり、フルブリッジ回路を構成するトランジスタＱ５〜Ｑ８と、トランスＴｒと、フルブリッジ回路を構成するトランジスタＱ９〜Ｑ１２とを含む。トランジスタＱ５〜Ｑ１２にそれぞれ対応して、逆並列ダイオードＤ５〜Ｄ１２が設けられる。トランジスタＱ５〜Ｑ８のオンオフは、制御部４４０Ａからのスイッチング制御信号Ｓ５〜Ｓ８に応じて制御される。トランジスタＱ９〜Ｑ１２のオンオフは、制御部４４０Ａからのスイッチング制御信号Ｓ９〜Ｓ１２に応じて制御される。
【００９８】
トランジスタＱ５〜Ｑ８からなるフルブリッジ回路は、直流バス１からの直流電圧Ｖｄｃを交流電圧に変換して、トランスＴｒの一次側コイルに出力する。
【００９９】
トランスＴｒの二次側コイルには、一次側コイルの電圧に応じた交流電圧が発生する。二次側コイルに生じる交流電圧の振幅は、一次側コイルの交流電圧と、一次側コイルおよび二次側コイルの巻線比とによって決まる。
【０１００】
トランジスタＱ９〜Ｑ１２からなるフルブリッジ回路は、二次側コイルに発生した交流電圧を直流電圧に変換して平滑用コンデンサ４６０に出力する。
【０１０１】
なお、図１６に示す双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２Ａによれば、ＤＣ／ＡＣ変換回路４７０の直流側の電圧および電流に含まれる交流成分は、平滑用コンデンサ４６０によって吸収される。そのため、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２Ａの直流側に交流成分の電流を重畳させないように制御することも可能である。そのような制御方式において、充放電電流Ｉｂが零となるように双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２Ａの電力変換動作を制御すると、充放電電流Ｉｂは、図４〜図６で示したような交流成分を含まず、直流成分（０Ａ）のみを含む。したがって、充放電電流検出部６０による充放電電流Ｉｂの検出値が零となるタイミングで開閉器７により蓄電装置３と直流バス１との間の電路が遮断される。
【０１０２】
以上のように、この発明の実施の形態に従う蓄電システムによれば、蓄電装置が直流バスに直結される構成において、蓄電装置と直流バスとの間の電路を遮断するのに先行して、蓄電装置の充放電電流が零となるように、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器を制御する。これにより、蓄電装置を遮断するときには充放電電流が零を経由する電流に制御されているため、開閉器にアーク放電が発生するのを抑制できる。したがって、従来の直流遮断装置において遮断器と並列に設けられていた転流回路や外部並列回路の設置が不要となる。この結果、蓄電装置の遮断時に発生するアーク放電を、小型および低コストのシステム構成で抑制することが可能となる。
【０１０３】
また、本実施の形態では、電力変換装置として、直流バスおよび系統電力の間に、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器を設置する構成としたが、直流バスおよび系統電力の間に、ＤＣ／ＡＣ変換器およびＡＣ／ＤＣ変換器を並列に設置する構成に対しても、本発明による電力変換制御を適用することができる。
【０１０４】
また、本実施の形態では、蓄電システムの一例として、直流電力を伝達するための直流バス１に、蓄電装置３、太陽光発電システム２、系統電力システム４および直流負荷５が接続される構成について説明したが、本発明の適用はこのような蓄電システムに限定されるものではない。具体的には、直流バス１に直結された蓄電装置３を遮断するのに先行して蓄電装置３の充放電電流を零とするための電力変換装置が搭載されていれば、本発明を適用することが可能である点について確認的に記載する。たとえば、図１とは異なる蓄電システムの構成（たとえば、太陽光発電システム２を含まない構成や、直流負荷５を含まない構成）についても本発明は適用可能である。
【０１０５】
さらに、本実施の形態では、蓄電装置３の異常が検知されたときに電池監視ユニット６から出力されるシャットダウン予告信号ＳＤＮに応答して、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２が充放電電流Ｉｂが零となるように電力変換動作を実行する構成について例示したが、本発明の適用はこのような構成に限定されるものではない。具体的には、系統電力システム４内に異常が検知されたことによって、蓄電装置３と直流バス１との間の電路を遮断させる場面においても、本発明は適用可能である。その一例として、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２において直流側の電圧が上昇する過電圧や過電流が発生している場合には、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２は、蓄電装置３を保護するために、シャットダウン信号ＳＤを活性化（遮断指令）して開閉器７に出力する。このシャットダウン信号ＳＤを活性化するのに先行して、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２は、蓄電装置３の充放電電力Ｉｂが零となるように電力変換動作を実行する。
【０１０６】
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はないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許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】
【０１０７】
１ 直流バス、２ 太陽光発電システム、３ 蓄電装置、４ 系統電力システム、５ 直流負荷、６ 電池監視ユニット、７ 開閉器、２０ 太陽電池、３０ ＤＣ／ＤＣ変換器、４０ 系統電力、４２，４２Ａ 双方向ＤＣ／ＡＣ変換器、６０ 充放電電流検出部、６２ 充放電電圧検出部、６４ 温度検出部、４００ 双方向インバータ、４１０，４１２ 連系リアクトル、４２０ 自経路電流検出部、４３０ 直流電圧検出部、４３２ 交流電圧検出部、４４０，４４０Ａ 制御部、４５０ ＤＣ／ＡＣ変換回路、４６０ 平滑用コンデンサ、４７０ ＤＣ／ＤＣ変換回路、５００，５１０ 減算部、５２０ 制御目標値選択部、５３０ 切替部、５４０ スイッチング制御信号生成部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を伝達するための直流バスと、
電源電圧を前記直流バスに出力する蓄電装置と、
前記直流バスおよび系統電力の間で電力変換する電力変換装置と、
前記直流バスおよび前記蓄電装置の間を接続／遮断するための開閉器と、
前記蓄電装置を前記直流バスから遮断するための電源遮断手段とを備え、
前記電源遮断手段は、
前記蓄電装置の充放電電流が零となるように前記電力変換装置の電力変換動作を制御する電力変換制御手段と、
前記電力変換制御手段による前記電力変換動作の制御中に、前記開閉器により前記蓄電装置を前記直流バスから遮断する開閉制御手段とを含む、蓄電システム。
【請求項２】
前記充放電電流を検出するための充放電電流検出部をさらに備え、
前記電力変換装置は、前記電力変換動作の実行時、前記充放電電流に前記系統電力の周波数に応じた周波数の交流成分を発生するように構成され、
前記電力変換制御手段は、前記充放電電流検出部の検出値を用いて、前記充放電電流の波形が零を経由するように前記電力変換動作を制御し、
前記開閉制御手段は、前記電力変換制御手段による前記電力変換動作の制御中に、前記開閉器により前記蓄電装置を前記直流バスから遮断する、請求項１に記載の蓄電システム。
【請求項３】
前記電源遮断手段は、前記蓄電装置の遮断指令を前記開閉器に出力する前に、遮断予告信号を前記電力変換装置に出力するように構成され、
前記電力変換制御手段は、前記遮断予告信号を受けたときに、前記電力変換動作の制御を開始し、
前記開閉制御手段は、前記遮断指令を受けると、前記電力変換動作の制御中に、前記開閉器により前記蓄電装置を前記直流バスから遮断する、請求項２に記載の蓄電システム。
【請求項４】
前記電力変換装置は、前記直流バスおよび前記系統電力の間に設けられたフルブリッジインバータを含む、請求項２に記載の蓄電システム。
【請求項５】
蓄電システムの制御方法であって、
前記蓄電システムは、
直流電力を伝達するための直流バスと、
電源電圧を前記直流バスに出力する蓄電装置と、
前記直流バスおよび系統電力の間で電力変換する電力変換装置と、
前記直流バスおよび前記蓄電装置の間を接続／遮断するための開閉器とを含み、
前記制御方法は、
前記蓄電装置の充放電電流が零となるように前記電力変換装置の電力変換動作を制御するステップと、
前記電力変換動作を制御するステップの実行中に、前記開閉器により前記蓄電装置を前記直流バスから遮断するステップとを備える、蓄電システムの制御方法。
【請求項１】
直流電力を伝達するための直流バスと、
電源電圧を前記直流バスに出力する蓄電装置と、
前記直流バスおよび系統電力の間で電力変換する電力変換装置と、
前記直流バスおよび前記蓄電装置の間を接続／遮断するための開閉器と、
前記蓄電装置を前記直流バスから遮断するための電源遮断手段とを備え、
前記電源遮断手段は、
前記蓄電装置の充放電電流が零となるように前記電力変換装置の電力変換動作を制御する電力変換制御手段と、
前記電力変換制御手段による前記電力変換動作の制御中に、前記開閉器により前記蓄電装置を前記直流バスから遮断する開閉制御手段とを含む、蓄電システム。
【請求項２】
前記充放電電流を検出するための充放電電流検出部をさらに備え、
前記電力変換装置は、前記電力変換動作の実行時、前記充放電電流に前記系統電力の周波数に応じた周波数の交流成分を発生するように構成され、
前記電力変換制御手段は、前記充放電電流検出部の検出値を用いて、前記充放電電流の波形が零を経由するように前記電力変換動作を制御し、
前記開閉制御手段は、前記電力変換制御手段による前記電力変換動作の制御中に、前記開閉器により前記蓄電装置を前記直流バスから遮断する、請求項１に記載の蓄電システム。
【請求項３】
前記電源遮断手段は、前記蓄電装置の遮断指令を前記開閉器に出力する前に、遮断予告信号を前記電力変換装置に出力するように構成され、
前記電力変換制御手段は、前記遮断予告信号を受けたときに、前記電力変換動作の制御を開始し、
前記開閉制御手段は、前記遮断指令を受けると、前記電力変換動作の制御中に、前記開閉器により前記蓄電装置を前記直流バスから遮断する、請求項２に記載の蓄電システム。
【請求項４】
前記電力変換装置は、前記直流バスおよび前記系統電力の間に設けられたフルブリッジインバータを含む、請求項２に記載の蓄電システム。
【請求項５】
蓄電システムの制御方法であって、
前記蓄電システムは、
直流電力を伝達するための直流バスと、
電源電圧を前記直流バスに出力する蓄電装置と、
前記直流バスおよび系統電力の間で電力変換する電力変換装置と、
前記直流バスおよび前記蓄電装置の間を接続／遮断するための開閉器とを含み、
前記制御方法は、
前記蓄電装置の充放電電流が零となるように前記電力変換装置の電力変換動作を制御するステップと、
前記電力変換動作を制御するステップの実行中に、前記開閉器により前記蓄電装置を前記直流バスから遮断するステップとを備える、蓄電システムの制御方法。
【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１５】
【図１６】
【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１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１３−９９１８８（Ｐ２０１３−９９１８８Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４２０１５（Ｐ２０１１−２４２０１５）
【出願日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【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５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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