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公開番号2025059837
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-10
出願番号2023170178
出願日2023-09-29
発明の名称電力変換システム、ヒートポンプシステム、及び太陽光発電システム
出願人ダイキン工業株式会社,国立大学法人東京大学
代理人個人,個人
主分類H02M 3/155 20060101AFI20250403BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】太陽電池などのDC電源からの電力を、DC負荷に供給しつつ、系統連系インバータにより交流化して電力系統に逆潮流させる機能を有する電力変換システムにおいて、DC負荷に応じて、DC負荷の運転効率を向上させる。
【解決手段】電力交換システム1は、DC電源40を接続可能なDC/DCコンバータ10と、系統連系インバータ30と、DC/DCコンバータと系統連系インバータ30とを接続したDCリンク20と、を備え、系統連系インバータ30のAC側の系統電圧V_acの半周期内において、DCリンク20に接続可能なDC負荷50に応じてDCリンク電圧V_dcを調整することにより、DC負荷の運転効率を向上させる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
ＤＣ電源を接続可能なＤＣ／ＤＣコンバータと、
系統連系インバータと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータと前記系統連系インバータとを接続したＤＣリンクと、を備え、
前記系統連系インバータのＡＣ側の系統電圧の半周期内において、前記ＤＣリンクに接続可能なＤＣ負荷に応じて当該ＤＣリンクの電圧が調整される、
電力変換システム。
続きを表示（約 870 文字）【請求項２】
前記ＤＣリンクの電圧は、当該ＤＣリンクに接続可能なＤＣ負荷の状態に応じて調整される、請求項１に記載の電力変換システム。
【請求項３】
前記ＤＣリンクは、前記ＤＣ負荷として、当該ＤＣリンクの電圧によって出力が変化するＤＣ負荷が接続可能である、請求項２に記載の電力変換システム。
【請求項４】
前記ＤＣリンクは、前記ＤＣ負荷として、電力変換器を含み、当該電力変換器の電力変換の状態に応じて、当該ＤＣリンクの電圧が調整されるＤＣ負荷が接続可能である、請求項２に記載の電力変換システム。
【請求項５】
前記ＤＣリンクは、前記ＤＣ負荷として、回転電機を可変速運転する前記電力変換器を含み、当該回転電機の運転状態に応じて、当該ＤＣリンクの電圧が調整されるＤＣ負荷が接続可能である、請求項４に記載の電力変換システム。
【請求項６】
前記ＤＣリンクの電圧の調整は、前記系統電圧の半周期内において、当該ＤＣリンクに接続可能な前記ＤＣ負荷に応じて調整する期間と、当該系統電圧に基づく電圧となるように調整する期間とを含む制御を有する、請求項１に記載の電力変換システム。
【請求項７】
前記系統電圧に基づく電圧は、当該系統電圧の絶対値よりも大きい電圧である、請求項６に記載の電力変換システム。
【請求項８】
前記系統連系インバータは、前記ＤＣリンクに接続可能な前記ＤＣ負荷に応じて、ＰＷＭ動作、ＰＡＭ動作、及び整流動作のいずれかで制御される、請求項１に記載の電力変換システム。
【請求項９】
前記ＤＣリンクは、スイッチ回路を介して、前記ＤＣ負荷が接続可能である、請求項１に記載の電力変換システム。
【請求項１０】
前記ＤＣリンクに設けられたコンデンサより容量の大きいコンデンサが、前記ＤＣ負荷の入力側に、当該ＤＣ負荷に並列に設けられている、請求項９に記載の電力変換システム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、電力変換システム、ヒートポンプシステム、及び太陽光発電システムに関する。
続きを表示（約 5,100 文字）【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、発電装置が発電した直流電力を交流電力に変換する電力変換装置であって、発電装置の出力電圧を昇圧する昇圧コンバータ回路と、昇圧コンバータ回路の出力電圧を交流電力に変換して系統に連系するインバータ回路と、昇圧コンバータ回路の出力電力を変換して内部負荷に供給する降圧コンバータ回路と、制御器と、を備え、制御器は、発電装置の出力電力を昇圧コンバータ回路及び降圧コンバータ回路を介して内部負荷に供給する場合は、昇圧コンバータ回路の出力電圧を系統の交流電力の最大値より低い電圧値以下にする電力変換装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
国際公開第２０１１／０９９２８０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
太陽電池などのＤＣ電源からの電力を、ＤＣ負荷に供給しつつ、系統連系インバータにより交流化して電力系統に逆潮流させる機能を有する電力変換システムでは、ＤＣ負荷に適正な電力を供給し、ＤＣ負荷の運転効率を向上させることが求められている。
【０００５】
本開示は、ＤＣ負荷に応じて、ＤＣ負荷の運転効率を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の観点の電力変換システムは、ＤＣ電源を接続可能なＤＣ／ＤＣコンバータと、系統連系インバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータと前記系統連系インバータとを接続したＤＣリンクと、を備え、前記系統連系インバータのＡＣ側の系統電圧の半周期内において、前記ＤＣリンクに接続可能なＤＣ負荷に応じて当該ＤＣリンクの電圧が調整される。これにより、ＤＣ負荷の運転効率が向上する。
第２の観点の電力変換システムは、第１の観点の電力変換システムであって、前記ＤＣリンクの電圧は、当該ＤＣリンクに接続可能な前記ＤＣ負荷の状態に応じて調整される。これにより、ＤＣ負荷に印加される電圧を適正にできる。
第３の観点の電力変換システムは、第２の観点の電力変換システムであって、前記ＤＣリンクは、前記ＤＣ負荷として、当該ＤＣリンクの電圧によって出力が変化するＤＣ負荷が接続可能である。これにより、ＤＣ負荷の出力を適正にできる。
第４の観点の電力変換システムは、第２の観点の電力変換システムであって、前記ＤＣリンクは、前記ＤＣ負荷として、電力変換器を含み、当該電力変換器の電力変換の状態に応じて、当該ＤＣリンクの電圧が調整されるＤＣ負荷が接続可能である。これにより、電力変換器を含むＤＣ負荷に印加される電圧を適正にできる。
第５の観点の電力変換システムは、第４の観点の電力変換システムであって、前記ＤＣリンクは、前記ＤＣ負荷として、回転電機を可変速運転する前記電力変換器を含み、当該回転電機の運転状態に応じて、当該ＤＣリンクの電圧が調整されるＤＣ負荷が接続可能である。これにより、回転電機を可変速運転する電力変換器を含むＤＣ負荷に印加される電圧を適正にできる。
第６の観点の電力変換システムは、第１の観点乃至第５の観点のいずれか１つの電力変換システムであって、前記ＤＣリンクの電圧の調整は、前記系統電圧の半周期内において、当該ＤＣリンクに接続可能な前記ＤＣ負荷に応じて調整する期間と、当該系統電圧に基づく電圧となるように調整する期間とを含む制御を有する。これにより、ＤＣ負荷に過剰な電圧が印加されるのが抑制できる。
第７の観点の電力変換システムは、第６の観点の電力変換システムであって、前記系統電圧に基づく電圧は、当該系統電圧の絶対値よりも大きい電圧である。これにより、ＤＣリンクの電圧の変動にかかわらず、系統連系インバータに必要な電圧が確保できる。
第８の観点の電力変換システムは、第１の観点乃至第７の観点のいずれか１つの電力変換システムであって、前記系統連系インバータは、前記ＤＣリンクに接続可能な前記ＤＣ負荷に応じて、ＰＷＭ動作、ＰＡＭ動作、及び整流動作のいずれかで制御される。これにより、系統連系インバータの制御によりＤＣ負荷に印加される電圧が適正にできる。
第９の観点の電力変換システムは、第１の観点の電力変換システムであって、前記ＤＣリンクは、スイッチ回路を介して、前記ＤＣ負荷が接続可能である。これにより、ＤＣ負荷に過剰な電圧が印加されることが抑制できる。
第１０の観点の電力変換システムは、第９の観点の電力変換システムであって、前記ＤＣリンクに設けられたコンデンサより容量の大きいコンデンサが、前記ＤＣ負荷の入力側に、当該ＤＣ負荷に並列に設けられている。これにより、ＤＣリンクの電圧及びＤＣ負荷の電圧の制御が容易になる。
第１１の観点の電力変換システムは、第９の観点又は第１０の観点の電力変換システムであって、前記スイッチ回路は、前記ＤＣリンクの電圧が前記ＤＣ負荷に応じて予め定められた電圧範囲にある間においてオンに制御される。これにより、ＤＣ負荷に過剰な電圧が印加されることが抑制できる。
第１２の観点の電力変換システムは、第９の観点乃至第１１の観点のいずれか１つの電力変換システムであって、前記スイッチ回路は、前記ＤＣリンクの電圧が前記ＤＣ負荷の入力電圧に応じて予め定められた電圧範囲にある間においてオンに制御される。これにより、スイッチ回路をオンしたときに過剰な電流が流れることが抑制できる。
第１３の観点の電力変換システムは、第９の観点乃至第１２の観点のいずれか１つの電力変換システムであって、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、当該ＤＣ／ＤＣコンバータに接続可能な前記ＤＣ電源と、前記ＤＣリンクに接続可能な前記ＤＣ負荷とを、ダイオードを介して接続する。これにより、ダイオードがオン状態になると、電流経路での損失が低減される。
第１４の観点のヒートポンプシステムは、第１の観点乃至第１３の観点のいずれか１つに記載の電力変換システムと、前記ＤＣ負荷としてヒートポンプ機器と、を備える。これにより、別にＤＣ／ＤＣコンバータを設けることを要しない。
第１５の観点の太陽光発電システムは、第１の観点乃至第１３の観点のいずれか１つに記載の電力変換システムと、前記ＤＣ電源として太陽電池と、を備える。これにより、太陽電池を電力系統に連系させながら、ＤＣ負荷に印加される電圧を適正にできる発電システムを簡素な回路構成で実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
第１の実施の形態に係る電力変換システムの一例を示す図である。
系統連系インバータを並列／逆潮流で動作させた場合において、ＤＣリンク電圧と、電力系統のＡＣ電圧及びＡＣ電流との関係を説明する図である。（ａ）は、ＤＣリンク電圧が３３０Ｖの場合、（ｂ）は、ＤＣリンク電圧が２７０Ｖの場合、（ｃ）は、ＤＣリンク電圧がＡＣ電圧より低い部分を昇圧する調整を行った場合である。
ＤＣ電源とＤＣ／ＤＣコンバータとの組をＮ組備えた電力変換システムを説明する図である。
ＤＣ負荷をＭ個備えた電力変換システムを説明する図である。
ＤＣ電源とＤＣ／ＤＣコンバータとの組をＮ組備え、且つＤＣ負荷をＭ個備える電力変換システムを説明する図である。
系統連系インバータの動作モードを説明する図である。
並列／逆潮流において、ＤＣ負荷に給電する動作モードを説明する図である。
ＤＣ負荷に基づくＤＣリンク電圧目標値の変化によるＤＣリンク電圧目標値を説明する図である。（ａ）は、ＤＣ負荷に基づくＤＣリンク電圧目標値がＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧の下限値より小さい場合、（ｂ）は、ＤＣ負荷に基づくＤＣリンク電圧目標値がＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧の下限値より大きいが、ＡＣ電圧のピーク電圧の絶対値より小さい場合、（ｃ）は、ＤＣ負荷に基づくＤＣリンク電圧目標値がＡＣ電圧のピーク電圧の絶対値より大きい場合である。
電圧マージンを加えた場合におけるＤＣリンク電圧目標値の変化を説明する図である。（ａ）は、ＤＣ負荷に基づくＤＣリンク電圧目標値がＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧の下限値より小さい場合、（ｂ）は、ＤＣ負荷に基づくＤＣリンク電圧目標値がＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧の下限値より大きいが、交流電圧のピーク電圧の絶対値に電圧マージンを加えた値より小さい場合、（ｃ）は、ＤＣ負荷に基づくＤＣリンク電圧目標値がＡＣ電圧のピーク電圧の絶対値に電圧マージンを加えた値より大きい場合である。
並列／逆潮流において、ＤＣ負荷に給電しない動作モードを説明する図である。
並列／逆潮流において、ＤＣ負荷に給電しない動作モードにおけるＤＣリンク電圧目標値を説明する図である。
並列／順潮流において、ＤＣ電源と電力系統とからＤＣ負荷に給電する動作モードを説明する図である。
並列／順潮流において、電力系統からＤＣ負荷に給電する動作モードを説明する図である。
解列において、ＤＣ電源からＤＣ負荷に給電する動作モードを説明する図である。
解列において、ＤＣ電源からＤＣ負荷に給電する動作モードにおけるＤＣリンク電圧目標値を説明する図である。（ａ）は、ＤＣ負荷に基づくＤＣリンク電圧目標値がＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧の下限値より大きい場合、（ｂ）は、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧の下限値がＤＣ負荷に基づくＤＣリンク電圧目標値より大きい場合である。
第２の実施の形態の電力変換システムの一例を示す図である。
ＤＣ負荷に基づくＤＣリンク電圧目標値の変化によるＤＣリンク電圧目標値を説明する図である。（ａ）は、ＤＣ負荷に基づくＤＣリンク電圧目標値がＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧の下限値より小さい場合、（ｂ）は、ＤＣ負荷に基づくＤＣリンク電圧目標値がＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧の下限値より大きいが、交流電圧のピーク電圧の絶対値より小さい場合、（ｃ）は、ＤＣ負荷に基づくＤＣリンク電圧目標値が交流電圧ｖａｃのピーク電圧の絶対値より大きい場合である。
負荷スイッチによって生じる突入電流を抑制する手段を説明する図である。（ａ）は、突入電流が発生する場合、（ｂ）は、突入電流を抑制した場合である。
第２の実施の形態に係る電力変換システムの変形例である電力変換システムの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、添付図面を参照して実施の形態について詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
（電力変換システム１）
図１は、第１の実施の形態に係る電力変換システム１の一例を示す図である。
電力変換システム１は、直流／直流コンバータ１０と、直流リンク２０と、系統連系インバータ３０とを備える。以下では、直流／直流コンバータ１０をＤＣ／ＤＣコンバータ１０と、直流リンク２０をＤＣリンク２０と表記する。ＤＣリンク２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０と系統連系インバータ３０とを接続する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力側、及び系統連系インバータ３０の入力側がＤＣリンク２０である。ＤＣリンク２０には、コンデンサＣ１が設けられている。コンデンサＣ１の両端子間の電圧がＤＣリンク２０の電圧であり、ＤＣリンク電圧ｖ
ｄｃ
と表記する。
【０００９】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の入力側には、直流電源４０が接続されている。以下では、直流をＤＣと表記し、直流電源４０をＤＣ電源４０と表記する。ここでは、ＤＣ電源４０は、太陽電池（photovoltaic cell）であるとし、ＤＣ電源４０の出力電圧をＤＣ電源電圧ｖ
ｐｖ
と表記する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、ＤＣ電源４０が接続可能に構成されている。
【００１０】
ＤＣリンク２０には、直流負荷５０が接続されている。以下では、直流負荷５０をＤＣ負荷５０と表記する。ＤＣ負荷５０は、ＤＣリンク２０から電力が供給される。ＤＣリンク２０は、ＤＣ負荷５０が接続可能に構成されている。
（【００１１】以降は省略されています）

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