直流集配電のための双方向電力変換装置に関する研究

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太陽光発電システムなどの分散型電源を直流の共通線路でまとめることにより電圧変動や高調波を低減し、直流負荷にも電気を供給して既存の交流の高圧配電線路に連系する集配電システムを開発中である。この集配電システムでは既存の配電線と連系するための双方向電力変換装置の開発が重要である。本研究では、集配電システムに適した実用的な双方向電力変換装置の設計、試作・試験を行った。(1)双方向電力変換装置の設計電圧型電流制御形インバータをモデルにして設計を行った。双方向電力変換装置の交流電圧は配電用変圧器二次側と接続することを想定して三相200V、直流電圧は三相ブリッジ回路で発生する280Vを定格とした。主スイッチング素子には定格500V、10AのNチャンネル・エンハンスメント型パワーMOSFETを用いた。ドライブ回路には、フォトカプラを用いた制御信号インターフェイス、絶縁トランスを用いた各素子の独立駆動電源、ソフトスイッチング回路、過電流・過電圧保護回路を備えた。制御システムは16ビットCPUによりPWM制御信号を生成し、I/Oポートを介してドライブ回路を駆動する。(2)試作・試験上記設計に基づいて双方向電力変換装置を試作した。制御プログラムはパソコン上でC言語を用いて開発した。検出した電力値と目標値との偏差を小さくするように出力電圧波形を生成するアルゴリズムを組んだ。交流側を屋内の三相200V線路に、直流側をバッテリ-につないで試験運転し、交流電力の双方向制御が行えることを確認した。