(57)【要約】  直流電力として入力される入力電力を電力変換して出力する電力変換装置であって、入力電力の電流である入力電流の所定時間にわたる積算値である入力電流積算値を反復して検出する入力電流積算検出部と、入力電力を電力変換するものであり、入力電流範囲が互いに異なりかつ隣合う入力電流範囲とは重複する部分を有する複数の電力変換回路部と、検出された入力電流積算値に基づいて、複数の電力変換回路部から１つの電力変換回路部を選択し、選択した電力変換回路部に対して最も大きい出力電力が得られる制御条件で制御を行う電力変換制御部とを有する。
2012137403.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力として入力される入力電力を電力変換して出力する電力変換装置であって、
前記入力電力の電流である入力電流の所定時間にわたる積算値である入力電流積算値を反復して検出する入力電流積算検出部と、
前記入力電力を電力変換するものであり、入力電流範囲が互いに異なりかつ隣合う入力電流範囲とは重複する部分を有する複数の電力変換回路部と、
検出された前記入力電流積算値に基づいて、前記複数の電力変換回路部から１つの電力変換回路部を選択し、選択した前記１つの電力変換回路部に対して最も大きい出力電力が得られる制御条件で制御を行う電力変換制御部と、
を有する電力変換装置。
【請求項２】
前記電力変換制御部は、前記入力電流積算検出部により検出された前記入力電流積算値が、前記複数の電力変換回路部ごとに対応する前記入力電流積算値の最適範囲である複数の最適積算値範囲のうちのいずれの前記最適積算値範囲内に含まれるかを判断し、該当する最適積算値範囲に対応する前記電力変換回路部を前記１つの電力変換回路部として選択する選択部を備える、
請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
入力電流を検出する入力電流検出部をさらに備え、
前記電力変換制御部は、前記入力電流検出部により検出される入力電流から、前記所定時間内における最大入力電流を反復して算出する最大入力電流算出部と、
前記１つの電力変換回路部を選択するにあたり、前記入力電流積算値に基づいて電力変換回路部の第１候補を選択し、前記最大入力電流に基づいて電力変換回路部の第２候補を選択し、前記第１候補および前記第２候補となった電力変換回路部のうちから、入力電流範囲がより大きい前記電力変換回路部を前記１つの電力変換回路部として選択する選択部とを備える、
請求項１記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記電力変換制御部は、前記最大入力電流に基づいて電力変換回路部を選択するにあたり、算出された前記最大入力電流において最も大きい出力電力が得られる電力変換回路部を選択する、
請求項３記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記電力変換制御部は、前記入力電流積算検出部により検出された前記入力電流積算値が、前記複数の電力変換回路部ごとに対応する前記入力電流積算値の最適範囲である複数の最適積算値範囲のうちのいずれの最適積算値範囲内に含まれるかを反復して判断し、前記入力電流積算値が所定回数だけ連続して、同一の最適積算値範囲内に含まれるときに、当該最適積算値範囲に対応する前記電力変換回路部を前記１つの電力変換回路部として選択する選択部を備える、
請求項１記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記所定回数は、選択される前記電力変換回路部によって異なっていて、
入力電流範囲が小さい前記電力変換回路部を前記１つの電力変換回路部として選択するときの前記所定回数の方が、入力電流範囲が大きい前記電力変換回路部を前記１つの電力変換回路部として選択するときの前記所定回数よりも多い、
請求項５記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記最適積算値範囲は、前記入力電流積算値が大きい範囲である大電流側最適範囲と、前記入力電流積算値が小さい範囲である小電流側最適範囲とを含み、
前記選択部は、前記入力電流積算検出部により検出された前記入力電流積算値が、現在選択されている電力変換回路部よりも前記入力電流範囲が大きい前記電力変換回路部に対応する前記最適積算値範囲の前記大電流側最適範囲内に含まれる場合は、当該最適積算値範囲に対応する前記電力変換回路部を前記１つの電力変換回路部として選択し、
前記選択部は、前記入力電流積算検出部により検出された入力電流積算値が、現在選択されている電力変換回路部よりも前記入力電流範囲が大きい前記電力変換回路部に対応する前記最適積算値範囲の前記小電流側最適範囲に２回以上の前記所定回数だけ連続して含まれた場合は、当該最適積算値範囲に対応する前記電力変換回路部を前記１つの電力変換回路部として選択する、
請求項５記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記複数の電力変換回路部は、それぞれ、スイッチング素子、電力変換時にエネルギーを蓄積するためのコイル、およびコンデンサを備え、
前記複数の電力変換回路部のそれぞれが備える前記コイルのインダクタンスが互いに異なっている、
請求項１から７のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項９】
入射光を変換して電力を出力する太陽電池と、
前記太陽電池の出力を電力変換する請求項１から８のいずれか１項に記載の電力変換装置と、
前記電力変換装置の出力を商用電力の周波数および電圧に変換する連系用整合装置と、
を備える太陽光発電システム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明は、直流電力として入力される入力電力を、電力変換して出力する電力変換装置、およびその電力変換装置を用いた太陽光発電システムに関する。【０００２】
近年、化石燃料の枯渇に対応するため、環境への配慮の必要性等から、再生可能な自然エネルギーの普及が望まれている。特に太陽電池は、環境への影響が少なく、今後の一層の発展が期待される。太陽電池により発電された電力は、蓄電池に蓄電されたり、電力会社に売電されることにより有効に利用されている。太陽電池は日射量により出力が変動することから、天候等により出力が左右されるため、電力の供給量を制御することは困難である。太陽電池の出力の変動幅の全域において、高い変換効率で出力が取り出されることが好ましい。【０００３】
図２１は、一般的な太陽電池の特性の例を示すグラフである。図２１において、横軸は、太陽電池の出力電圧を示し、縦軸は太陽電池の出力電流を示す。図２１に示されているように、太陽電池の出力特性は、日射量により大きく変動し、出力電流幅が特に大きく変動する。【０００４】
例えば、太陽電池により発電された電力を商用電力として利用する場合は、太陽電池の直流の出力電力を商用電力の交流周波数と電圧とに整合させる必要がある。この整合を行う装置を連系用整合装置と呼ぶが、連系用整合装置での整合の効率を高く保つために、太陽電池の出力を連系用整合装置に直接に入力するのではなく、連系用整合装置の効率を高く保てる範囲の入力電圧および入力電流に変換してから連系用整合装置に入力することが好ましい。この変換を行う回路を電力変換回路と呼ぶ。そして、電力変換回路は、変動幅の大きい太陽電池の出力特性に合わせて、広い入力電流域において高い変換効率を有することが好ましい。【０００５】
電力変換回路において、広い入力電流域に対して高い変換効率を維持するためには、出力電流域が広い場合であっても高い変換効率が要求される。出力電圧を一定の値に維持する場合には、所定の範囲の出力電流において高い変換効率を有する電力変換回路を実現することは可能であるが、広い出力電流域において高い変換効率を維持する電力変換回路を実現することは困難である。従来の電力変換回路においては、出力電流が所定の範囲から外れると、電力変換回路の変換効率が低下することになる。つまり、出力電流として大電流が必要な場合には、出力電流が大電流である場合に高い変換効率を有する電力変換回路を用いればよいが、その電力変換回路により小電流を出力させる場合には、変換効率が低下する可能性がある。【０００６】
単一の電力変換回路により、大電流の出力電流および小電流の出力電流のいずれにおいても高い変換効率を実現するために、出力電流の範囲に応じて電力変換における周波数、制御方式（ＰＷＭ・ＰＦＭ）等の制御条件を変更することが行われている。例えば、出力電流が大きい場合は周波数一定のＰＷＭ制御とし、出力電流が小さい場合にはＯＮ幅一定のＰＦＭ制御として回路を制御する。【０００７】
また、特許文献１には、同じ構成の電力変換回路を複数持ち、出力電流に応じて、使用する回路数を増減する電源装置が開示されている。この電源装置は、複数の回路を組み合わせることで、出力電流に応じた電力変換回路を構成し、単一の電力変換回路を用いる場合よりも広い出力電流域において高い変換効率を維持することができる。【０００８】
上述したように、単一の電力変換回路において、周波数、制御方式（ＰＷＭ・ＰＦＭ）等を変更することで、ある程度の範囲の出力電流域において高い変換効率を維持することは可能である。しかし、その出力電流域の範囲には限界があり、太陽電池の出力を効率よく取り出すには十分な範囲とは言えない。【０００９】
特許文献１の電源装置は、組み合わせる回路の数を増やすことにより、高い変換効率を維持できる出力電流域の範囲を広げることができるが、その範囲にも限界があり、太陽電池の出力を効率よく取り出すには十分な範囲とは言えない。特許文献１の電源装置は、同じ構成の回路を組み合わせることから、必要とする回路の数が比較的多くなるため、電源装置が大型化、高コスト化するという問題がある。また、同じ構成の回路を組み合わせることにより、広い出力電流域において最適の電力変換回路を構成するには、回路の設計が複雑になり、回路設計にかかる時間が長くなるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００９−２３２５８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、広い入力電流域および出力電流域を持ち、広い範囲での入力電流の変動に対応して効率よく電力を出力し、かつ、小型化・低コスト化が可能な電力変換装置を提供することである。【００１２】
本発明に係る一実施形態の電力変換装置は、直流電力として入力される入力電力を電力変換して出力する電力変換装置であって、前記入力電力の電流である入力電流の所定時間にわたる積算値である入力電流積算値を反復して検出する入力電流積算検出部と、前記入力電力を電力変換するものであり、入力電流範囲が互いに異なりかつ隣合う入力電流範囲とは重複する部分を有する複数の電力変換回路部と、検出された前記入力電流積算値に基づいて、前記複数の電力変換回路部から１つの電力変換回路部を選択し、選択した前記１つの電力変換回路部に対して最も大きい出力電力が得られる制御条件で制御を行う電力変換制御部と、を有する。【００１３】
一実施形態の電力変換装置によれば、広い入力電流域および出力電流域を持ち、広い範囲での入力電流の変動に対応して効率よく電力を出力し、かつ、小型化・低コスト化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態に係る電力変換装置を用いた太陽光発電システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態に係る電力変換装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図３】本実施形態に係る電力変換装置の構成の一例の一部を回路図とした説明図である。
【図４】本実施形態に係る電力変換装置の各電力変換回路部の入力電流と出力電力との関係を示すグラフである。
【図５】電力変換回路部における出力電流と変換効率との関係の例を示すグラフである。
【図６】第１電力変換回路部に関する効率対出力電流データの一例を示す図である。
【図７】第２電力変換回路部に関する効率対出力電流データの一例を示す図である。
【図８】第３電力変換回路部に関する効率対出力電流データの一例を示す図である。
【図９】電力変換回路部の切換え処理の一例を示すフローチャートである。
【図１０】電力変換回路部の選択処理の一例を示すフローチャートである。
【図１１】図１０のフローチャートの選択処理を用いた電力変換回路部の切換えの一例を示すタイミングチャートである。
【図１２】電力変換回路部の切換え有りと、切換え無しとの出力電力の違いを説明するための図である。
【図１３】電力変換回路部の選択処理の他の一例を示すフローチャートである。
【図１４】図１３のフローチャートの選択処理を用いた電力変換回路部の切換えの一例を示すタイミングチャートである。
【図１５】電力変換回路部の選択処理のさらに他の一例を示すフローチャートである。
【図１６】図１５のフローチャートの選択処理を用いた電力変換回路部の切換えの一例を示すタイミングチャートである。
【図１７】他の実施形態に係る電力変換装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図１８】他の実施形態に係る電力変換回路部の選択処理の一例を示すフローチャートである。
【図１９】入力電流積算値による選択結果および最大入力電流による選択結果の組合せと、選択される電力変換回路部との関係を示すテーブルである。
【図２０】最大電流値に基づいて１つの電力変換回路部を選択するときの一例を示すフローチャートである。
【図２１】太陽電池の特性の例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、本実施形態に係る電力変換装置を用いた太陽光発電システムの構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態に係る電力変換装置１００および太陽電池ＰＶを用いて、商用電力系統と連系して使用される太陽光発電システムを実現することができる。この太陽光発電システムは、太陽電池ＰＶと、太陽電池ＰＶに接続された電力変換装置１００と、電力変換装置１００により電力変換された出力をさらに変圧したり、直流−交流変換等を行うことで商用電力系統に整合させるための連系用整合装置２００とを備え、連系用整合装置２００は商用電力系統に接続されている。
【００１６】
太陽電池ＰＶは日射量に応じて発電を行い、電力を出力する。
【００１７】
電力変換装置１００は、入力された電力を高い変換効率で変換して出力する。電力変換装置１００の詳細については、後述する。
【００１８】
連系用整合装置２００は、例えばＤＣ−ＡＣインバータ回路を備え、電力変換装置１００からの出力を商用電力系統に送電できるように、１００Ｖ程度または２００Ｖ程度の商用電力の交流電圧へと変換する。
【００１９】
太陽光が入射することで発電した太陽電池ＰＶから出力された電力が、電力変換装置１００に入力される。電力変換装置１００では、太陽電池ＰＶからの出力を入力とし、その入力電流値の範囲にかかわらず高い変換効率で電力変換して出力する。電力変換装置１００により変換された電力は連系用整合装置２００に入力され、商用電力系統で伝送されるように適宜変換され、商用電力系統へと送電される。このように、太陽電池ＰＶからの出力を有効に売電することができる。
【００２０】
また、電力変換装置１００の入力側は太陽電池ＰＶに接続した状態で、出力側を蓄電池に接続して、太陽電池ＰＶにより発電された電力を蓄電池に蓄電することもできる。
【００２１】
本実施形態に係る電力変換装置１００を用いることにより、太陽電池ＰＶからの出力を高い変換効率で取り出すことができる太陽光発電システムを構成することができる。本実施形態に係る電力変換装置１００について、図面を参照して説明する。
【００２２】
図２は本実施形態に係る電力変換装置の構成の一例を示すブロック図である。図３は本実施形態に係る電力変換装置の構成の一例の一部を回路図とした説明図であって、電力変換装置１００に太陽電池ＰＶが接続されている。
【００２３】
図２に示すように、電力変換装置１００は、電力変換制御部１と、入力電力Ｐｉｎの電流である入力電流Ｉｉｎを検出する入力電流検出部２と、入力電力Ｐｉｎの電圧である入力電圧Ｖｉｎを検出する入力電圧検出部３と、電力変換を行う第１電力変換回路部４、第２電力変換回路部５および第３電力変換回路部６と、出力電力Ｐｏｕｔの電流である出力電流Ｉｏｕｔを検出する出力電流検出部７と、出力電力Ｐｏｕｔの電圧である出力電圧Ｖｏｕｔを検出する出力電圧検出部８と、警報信号を出力する警報出力部９と、入力電流積算検出部１０とを備えている。
【００２４】
第１〜３電力変換回路部４〜６は、それぞれ入力電力を変換して出力するように構成された回路であって、これらは互いに入力電流範囲が異なる。第１〜３電力変換回路部４〜６には、電力変換装置１００に入力された電力が入力されるが、その入力は電力変換制御部１により制御されている。
【００２５】
図３に示すように、第１〜３電力変換回路部４〜６は、スイッチング素子ＦＥＴ１、ＦＥＴ２、ＦＥＴ３と、転流ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３と、電力変換時にエネルギーを蓄積するためのインダクタであるコイル（リアクトル）Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３と、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３とを備えている。
【００２６】
スイッチング素子ＦＥＴ１〜３は、いずれもＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor ：金属−酸化物−半導体電界効果型トランジスタ）とすればよい。転流ダイオードＤ１〜３は、通常のダイオードであってもツェナーダイオードであってもよい。第１〜３電力変換回路部４〜６は、降圧型のＤＣ／ＤＣコンバーターを構成している。
【００２７】
スイッチング素子ＦＥＴ１〜３のゲートは、それぞれ電力変換制御部１に接続されていて、電力変換制御部１から送信される駆動信号Ｓ１〜３により、ＯＮ、ＯＦＦが制御される。電力変換制御部１により、太陽電池ＰＶの出力を変換するために第１〜３電力変換回路部４〜６のいずれを用いるかを選択することができ、さらに電力変換制御部１により、第１〜３電力変換回路部４〜６のそれぞれが制御される。
【００２８】
第１〜３電力変換回路部４〜６において、各コイルＬ１〜３のインダクタンスは互いに異なる値を有しており、それぞれにおける入力電流に対する出力電力の値が互いに異なる。
【００２９】
図４を用いて、第１〜３電力変換回路部４〜６の入力電流Ｉｉｎと出力電力Ｐｏｕｔとの関係について説明する。図４は本実施形態に係る電力変換装置の各電力変換回路部の入力電流と出力電力との関係を示すグラフである。
【００３０】
図４に示すように、第１〜３電力変換回路部４〜６は、それぞれ入力電流Ｉｉｎに対する出力電力Ｐｏｕｔの特性が異なる。各第１〜３電力変換回路部４〜６におけるピークの出力電力を得るときの入力電流Ｉｉｎの値も各電力変換回路部において互いに異なる。
【００３１】
第１〜３電力変換回路部４〜６の各入力電流範囲が互いに異なり、かつ隣合う入力電流範囲とは重複する部分を有している。つまり、図４に示しているように、第１電力変換回路部４および第２電力変換回路部５の入力電流範囲は隣合っていて、これらの電流範囲は重複している（図４において破線で示した部分を参照）。同様に、第２電力変換回路部５および第３電力変換回路部６の入力電流範囲は隣合っていて、これらの電流範囲は重複している（図４において破線で示した部分を参照）。
【００３２】
第１〜３電力変換回路部４〜６のいずれか１つを用いて電力変換を行う場合に、最も大きな出力電力Ｐｏｕｔを得ることができる各電力変換回路部の入力電流Ｉｉｎの境界が、しきい値ｔｈ１およびｔｈ２であり、小電流側に位置するものを小電流側しきい値ｔｈ１とし、大電流側に位置するものを大電流側しきい値ｔｈ２とする。
【００３３】
入力電流Ｉｉｎが小電流側しきい値ｔｈ１よりも小さい場合は第１電力変換回路部４により電力変換を行うことが好ましく、入力電流Ｉｉｎが小電流側しきい値ｔｈ１以上で大電流側しきい値ｔｈ２よりも小さい場合は第２電力変換回路部５により電力変換を行うことが好ましく、入力電流Ｉｉｎが大電流側しきい値ｔｈ２以上である場合は第３電力変換回路部６により電力変換を行うことが好ましい。
【００３４】
第１〜３電力変換回路部４〜６は、入力電流Ｉｉｎおよび出力電流Ｉｏｕｔの値により変換効率が変化する。特に、コイルＬ１〜３のインダクタンスおよび直流抵抗により変換効率の高低が決まってくる。図５は、電力変換回路部における出力電流と変換効率との関係の例を示すグラフである。図５（Ａ）は出力電流Ｉｏｕｔが比較的大きい場合に好ましい電力変換回路部に関するグラフであり、図５（Ｂ）は出力電流Ｉｏｕｔが比較的小さい場合に好ましい電力変換回路部に関するグラフである。変換効率ηは入力電力Ｐｉｎに対する出力電力Ｐｏｕｔの比であり、変換効率ηが大きいほど高い効率の電力変換が可能な電力変換部であるといえる。
【００３５】
図５（Ａ）および図５（Ｂ）において用いた電力変換回路部は、いずれも、第１〜３電力変換回路部４〜６と同様の回路構成を有する電力変換回路部であるが、それぞれのコイルのインダクタンスは互いに異なる。
【００３６】
図５（Ａ）の電力変換回路部は、入力電圧１２０Ｖ、出力電圧１００Ｖ、出力電流が０．２Ａ〜１０Ａ程度の条件において動作し、入力電流が１０Ａ付近において最も高い変換効率ηを得ることができるように設計されている。この電力変換回路部には、大電流出力が可能なコイルが選択される。一般的に大電流型のコイルはＬ値が０．１μＨ〜数μＨと比較的小さく、３００ＫＨｚ〜１ＭＨｚの高周波でＰＷＭスイッチング制御することにより、出力電流が１０Ａ付近で変換効率９０％以上を実現できる。しかし、出力電流が１Ａ以下では自己回路損失が大きいため５０％程度まで変換効率ηが低下する。
【００３７】
図５（Ｂ）の電力変換回路部は、入力電圧１２０Ｖ、出力電圧１００Ｖ、出力電流０Ａ〜１Ａ程度の条件において動作し、入力電流が１Ａ付近において最も高い変換効率ηを得ることができるように設計されている。この電力変換回路部には、小電流出力が可能なコイルが選択される。一般的に小電流型のコイルはＬ値が数十μＨ〜数百μＨで、３００ＫＨｚ以下の比較的低い周波数でＰＷＭスイッチング制御することにより、０．０１Ａ〜１Ａ程度の電流域において変換効率９０％前後を実現できる。しかし、出力電流が１Ａを超えると出力が低下し、大電流を出力することができない。
【００３８】
第１〜３電力変換回路部４〜６は、それぞれ異なる入力電流の範囲において高い変換効率の電力変換がなされ、それらの入力電流の範囲により、電力変換装置１００に入力されることが予定されている入力電流の範囲をカバーできる。
【００３９】
なお、第１〜３電力変換回路部４〜６は、それぞれ高い変換効率を得ることができる入力電流の範囲が異なるコンバーターであればよく、図３に示した回路構成に限定されるわけではない。電力変換装置１００の使用目的に応じてそれぞれ設計されればよい。例えば、スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴの代わりにバイポーラトランジスタを用いてもよい。また、転流ダイオードの代わりに、ＭＯＳＦＥＴまたはバイポーラトランジスタといったスイッチング素子を用いて同期整流式としても、第１〜３電力変換回路部４〜６と同様の動作をする電力変換回路部を構成することができる。
【００４０】
また、第１〜３電力変換回路部４〜６とは異なる構成の電力変換回路部を用いてもよく、例えば昇圧型や昇降圧型でもよい。また、電力変換回路部の数は複数であればよく、３個に限定されるわけではない。電力変換回路部の回路構成およびその数は、電力変換装置１００に接続される電力源の出力等に応じて決定される電力変換装置１００の入力電流の範囲等に応じて適宜調整すればよい。
【００４１】
入力電流検出部２は、入力電流Ｉｉｎの値を随時検出し、電力変換制御部１に送信する。入力電流検出部２は例えば電流検出用の抵抗等を用いて構成され、Ａ／Ｄ変換器を有し、アナログ信号の検出値をデジタル信号へと変換して電力変換制御部１に送信する。
【００４２】
入力電圧検出部３は、入力電圧Ｖｉｎの値を随時検出し、電力変換制御部１に送信する。入力電圧検出部３は例えば分圧抵抗等を用いて構成され、Ａ／Ｄ変換器を有し、アナログ信号の検出値をデジタル信号へと変換して電力変換制御部１に送信する。
【００４３】
入力電流積算検出部１０は、入力電流Ｉｉｎの積算値を所定時間ごとに検出し、電力変換制御部１に送信する。入力電流積算検出部１０は例えば電流検出用の抵抗等を用いて構成され、Ａ／Ｄ変換器を有し、アナログ信号の検出値をデジタル信号へと変換して電力変換制御部１に送信する。
【００４４】
なお、入力電流積算検出部１０を設けることなく、入力電流検出部２で検出され、デジタル信号へと変換されて電力変換制御部１に送信された入力電流の検出値を、電力変換制御部１の後述するＣＰＵ等により積算することで入力電流Ｉｉｎの積算値を算出してもよい。
【００４５】
出力電流検出部７は、出力電流Ｉｏｕｔの値を随時検出し、電力変換制御部１に送信する。出力電流検出部７は例えば電流検出用の抵抗等を用いて構成され、Ａ／Ｄ変換器を有し、アナログ信号の検出値をデジタル信号へと変換して電力変換制御部１に送信する。
【００４６】
出力電圧検出部８は、出力電圧Ｖｏｕｔの値を随時検出し、電力変換制御部１に送信する。出力電圧検出部８は例えば分圧抵抗等を用いて構成され、Ａ／Ｄ変換器を有し、アナログ信号の検出値をデジタル信号へと変換して電力変換制御部１に送信する。
【００４７】
図２において、電力変換制御部１は、効率対出力電流データ格納部１２と、最適積算値範囲格納部１３と、選択部１４と、制御条件決定部１５とを備えている。電力変換制御部１は、例えばＣＰＵ、不揮発性メモリ、ＲＡＭ等を用いて構成することが可能である。電力変換制御部１は、入力電流積算検出部１０により検出された入力電流Ｉｉｎの積算値に基づいて、第１〜３電力変換回路部４〜６のうちから１つの電力変換回路部を選択し、選択された電力変換回路部が最も大きい出力電力Ｐｏｕｔを得ることができるような制御条件で電力変換回路部を制御する。
【００４８】
効率対出力電流データ格納部１１は、例えば不揮発性メモリであって、図６〜図８に示すような効率対出力電流データＴＤ１〜３を格納している。効率対出力電流データＴＤ１〜３は、第１〜３電力変換回路部４〜６ごとに予め測定により求められたデータであって、第１〜３電力変換回路部４〜６のそれぞれにおける変換効率ηと出力電流Ｉｏｕｔとの関係を示すデータである。効率対出力電流データＴＤ１〜３は、図６〜図８に示すように入力電流Ｉｉｎおよび出力電圧Ｖｏｕｔをパラメータとするテーブル形式とされる、変換効率ηと出力電流Ｉｏｕｔとの関係を示すグラフで表すことができる。図６〜図８は、それぞれ、第１〜３電力変換回路部４〜６に関する効率対出力電流データの一例を示す図である。
【００４９】
効率対出力電流データＴＤ１〜３は、各電力変換回路部における、入力電流Ｉｉｎごとおよび出力電圧Ｖｏｕｔごとのデータであり、例えば入力電流Ｉｉｎは１Ａ〜９Ａの範囲で２Ａ刻みに５点選択され、出力電圧は８０〜１２０Ｖであり１０Ｖ刻みに５点選択されている。図６〜図８に示すように、効率対出力電流データＴＤ１〜３は、入力電流Ｉｉｎおよび出力電圧Ｖｏｕｔにより区分されたテーブル形式のデータである。
【００５０】
効率対出力電流データＴＤ１〜３における入力電流Ｉｉｎの範囲は、電力変換装置１００において実際に使用することが予定されている入力電流Ｉｉｎの範囲である。効率対出力電流データＴＤ１〜３における出力電圧Ｖｏｕｔの範囲は、電力変換装置１００において実際に使用することが予定されている出力電圧Ｖｏｕｔの範囲である。これらの範囲において、上記複数のグラフが多ければ多いほど、より高精度の電力変換ができるといえる。効率対出力電流データＴＤ１〜３を測定により求める際に、入力電流Ｉｉｎの刻みの度合いおよび出力電圧Ｖｏｕｔの刻みの度合いをより小さくすることで、効率対出力電流データＴＤ１〜３の量が増加し、より高精度の電力変換が可能となる。
【００５１】
最適積算値範囲格納部１３は例えば不揮発性メモリであって、各電力変換回路部に対応する最適積算値範囲を格納している。最適積算値範囲とは電力変換回路部ごとに設定された範囲であり、入力電流Ｉｉｎの積算値である入力電流積算値Ｉｉｎｔが含まれている最適積算値範囲に対応する電力変換回路部により電力変換することが、変換効率ηの点で好ましい。
【００５２】
第１電力変換回路部４、第２電力変換回路部５および第３電力変換回路部６にそれぞれ対応する最適積算値範囲は、それぞれ第１最適積算値範囲、第２最適積算値範囲および第３最適積算値範囲である。本実施形態の電力変換装置１００は、入力電流積算値Ｉｉｎｔがいずれの最適積算値範囲に含まれるかに応じて、電力変換回路部を切換えることにより、高い変換効率ηを維持する。
【００５３】
なお、本実施形態のように電力変換回路部が３つである場合は、入力電流積算値Ｉｉｎｔが第１最適積算値範囲内にある場合は第１電力変換回路部４を選択することが好ましく、入力電流積算値Ｉｉｎｔが第２最適積算値範囲内にある場合は第２電力変換回路部５を選択することが好ましい。入力電流積算値Ｉｉｎｔが第２最適積算値範囲内よりも大きい場合は、第３電力変換回路部６を選択することとすればよいので、第３最適積算値範囲を格納しておかなくてもよい。これら最適積算値範囲については予め測定により求め、最適積算値範囲格納部１３に格納しておけばよい。
【００５４】
さらに、第２最適積算値範囲のみを格納しておき、入力電流積算値Ｉｉｎｔが第２最適積算値範囲以下である場合は第１電力変換回路部４を選択し、入力電流積算値Ｉｉｎｔが第２最適積算値範囲内にある場合は第２電力変換回路部５を選択し、入力電流積算値Ｉｉｎｔが第２最適積算値範囲内よりも大きい場合は、第３電力変換回路部６を選択してもよい。
【００５５】
選択部１４は、入力電流積算検出部１０により検出された入力電流積算値Ｉｉｎｔと、最適積算値範囲格納部１３に格納されている最適積算値範囲とを比較し、入力電流積算値Ｉｉｎｔが含まれる最適積算値範囲を求めて、当該最適積算値範囲に対応する１つの電力変換回路部を選択する。
【００５６】
制御条件決定部１５は、効率対出力電流データ格納部１２に格納された効率対出力電流データＴＤ１〜３に基づいて、選択された電力変換回路部を動作させる場合に最も高い変換効率ηを得ることができる出力電圧Ｖｏｕｔを取得し、取得した出力電圧Ｖｏｕｔを出力電圧Ｖｏｕｔの目標値とする。出力電圧Ｖｏｕｔの目標値とは、選択された電力変換回路部において最も大きい出力電力Ｐｏｕｔが得られる際の出力電圧Ｖｏｕｔのことである。
【００５７】
警報出力部９は、電力変換制御部１からの信号を受けて電力変換装置１００の動作に異常が生じていることを操作者に知らせるために警報信号を出力する。警報出力部９としては、警報音を鳴らすことで異常を操作者に知らせるブザー、点灯または点滅により異常を操作者に知らせる警報灯（ランプ）、異常であることを表示画面に文字等を表示することにより操作者に知らせる表示装置等とすればよい。
【００５８】
次に、電力変換装置１００の動作について説明する。図１に示す太陽光発電システムにおいて、太陽電池ＰＶで発電された電力が電力変換装置１００に入力されている。電力変換装置１００において、電力変換制御部１は、入力電流積算値Ｉｉｎｔを検出するための所定時間（積算時間）が経過する度ごとに、第１〜３電力変換回路部４〜６のうちから好ましい出力電力が得られる１つの電力変換回路部を選択する処理（選択処理）を行う。入力電流積算検出部１０が、この積算時間にわたる入力電流の積算値を検出し、選択部１４がこの検出値に基づいて電力変換回路部を選択する。積算時間は、例えば数十秒〜数分程度とすればよい。好ましくは３０秒程度である。
【００５９】
電力変換制御部１は、選択された電力変換回路部に対してＰＷＭ（Pulse Width Modulation）スイッチング制御を行った場合に、最も大きい出力電力が得られる制御条件を求め、その制御条件により、選択された１つの電力変換回路部を制御する。制御条件としては、スイッチング周波数、出力電圧の目標値Ｖｍ、ＯＮ−ＯＦＦのデューティー比等がある。
【００６０】
選択された電力変換回路部が、現状において使用されている電力変換回路部である場合には、電力変換制御部１は、最も大きい出力電力Ｐｏｕｔが得られるように引き続きその電力変換回路部の制御を続ける。しかし、新たに選択された電力変換回路部が現状において使用されている電力変換回路部と異なる場合には、電力変換制御部１により、選択された電力変換回路部に入力電力Ｐｉｎが入力されるように切換えられて、選択された電力変換回路部が制御される。
【００６１】
図９および図１０を参照して、電力変換装置１００の動作について具体的に説明する。図９は、電力変換回路部の切換え処理の一例を示すフローチャートであり、図１０は、電力変換回路部の選択処理の一例を示すフローチャートである。
【００６２】
図９に示すように、電力変換制御部１が、所定時間（例えば３０秒）ごとに電力変換回路部の切換えが必要か否かについて判断する（＃１１）。この所定時間は、入力電流積算値Ｉｉｎｔの積算時間と等しい。後述する電力変換回路部の選択処理の結果に基づいて、現状において使用している電力変換回路部とは異なる電力変換回路部を電力変換制御部１が選択した場合には、電力変換回路部の切換えが必要である（＃１１でＹｅｓ）。
【００６３】
電力変換回路部の切換えは、電力変換制御部１の駆動信号Ｓ１〜３により行われる。例えば、現状は第１電力変換回路部４が選択されているとすると、駆動信号Ｓ２および駆動信号Ｓ３がＯＦＦであり、駆動信号Ｓ１のみが発信されている。駆動信号Ｓ１は、第１電力変換回路部４がＰＷＭスイッチング制御を行うための信号であり、ＯＮとＯＦＦとを一定の周期で繰り返す信号である。駆動信号Ｓ２および駆動信号Ｓ３がＯＦＦであることから、第２電力変換回路部５および第３電力変換回路部６には入力電力Ｐｉｎは入力されない。第１電力変換回路部４にのみ入力電力Ｐｉｎが入力され、出力電力Ｐｏｕｔが出力される。
【００６４】
選択処理において、第２電力変換回路部５が選択されたとすると、電力変換制御部１は駆動信号Ｓ１をＯＦＦにし、駆動信号Ｓ２のみを発信する。駆動信号Ｓ１および駆動信号Ｓ３がＯＦＦであることから、第１電力変換回路部４および第３電力変換回路部６には入力電力Ｐｉｎは入力されない。第２電力変換回路部５にのみ入力電力Ｐｉｎが入力され、出力電力Ｐｏｕｔが出力される。このようにして、電力変換回路部の切換えが行われる。
【００６５】
電力変換制御部１は、第１電力変換回路部４に代えて第２電力変換回路部５の出力電圧Ｖｏｕｔの目標値を設定する（＃１２）。出力電圧Ｖｏｕｔの目標値とは、上述したように、選択された電力変換回路部において最も大きい出力電力Ｐｏｕｔが得られる際の出力電圧Ｖｏｕｔのことである。出力電圧Ｖｏｕｔの目標値は、選択処理において求められている。出力電圧Ｖｏｕｔの目標値を設定するとは、出力電圧Ｖｏｕｔの目標値が得られるように、この電力変換回路部を制御することをいう。
【００６６】
電力変換制御部１が、この入力電流Ｉｉｎが第２電力変換回路部５に流れた場合に、ＰＷＭスイッチング制御において、出力電圧Ｖｏｕｔの目標値を得ることができるようなスイッチング周波数およびデューティー比も、選択処理において求められている。電力変換制御部１は駆動信号Ｓ２を送信して、求められた制御条件（スイッチング周波数およびデューティー比）により第２電力変換回路部５を制御する。これにより、第２電力変換回路部５が、上記出力電圧Ｖｏｕｔの目標値周辺の出力電圧Ｖｏｕｔを出力することになり、最も大きい出力電力Ｐｏｕｔが得られる。
【００６７】
電力変換制御部１により、出力電圧検出部８により検出された出力電圧Ｖｏｕｔの検出値と、出力電圧Ｖｏｕｔの目標値とが比較される（＃１３）。なお、＃１１でＮｏの場合は、現状選択されている第１電力変換回路部４により電力変換を行っておけばよいので、＃１２を行わずに＃１３に進む。＃１３において、比較した結果に基づいて電力変換制御部１により、検出された出力電圧Ｖｏｕｔの検出値と、出力電圧Ｖｏｕｔの目標値とを合わせるようにフィードバック制御により、デューティー比が調整される（＃１４）。
【００６８】
デューティー比が調整された後、出力電圧Ｖｏｕｔの目標値の再設定が必要であるか、電力変換制御部１により判断される（＃１５）。具体的には、電力変換制御部１により、現在の入力電流Ｉｉｎの検出値と、出力電圧Ｖｏｕｔの目標値を求める際に用いた入力電流Ｉｉｎの検出値とが比較される。これらの値が異なり、その差が予め設定された所定値以上である場合には、出力電圧Ｖｏｕｔの目標値の再設定が必要であると判断される（＃１５でＹｅｓ）。出力電圧Ｖｏｕｔの目標値が、第２電力変換回路部５が選択された時の値に比べて大きく変化している可能性があると考えられるためである。
【００６９】
電力変換制御部１により、図７に示す第２電力変換回路部５の効率対出力電流データＴＤ２に基づいて出力電圧Ｖｏｕｔの目標値が再度取得され、再設定される（＃１６）。つまり、電力変換制御部１が、現在の入力電流Ｉｉｎの検出値が第２電力変換回路部５に入力された場合に、ＰＷＭスイッチング制御により、再度取得した出力電圧Ｖｏｕｔの目標値を得ることができるようなスイッチング周波数およびデューティー比を算出し、この制御条件により第２電力変換回路部５を制御する。
【００７０】
出力電圧Ｖｏｕｔの目標値の再設定が不要である場合（＃１５でＮｏ）、および出力電圧Ｖｏｕｔの目標値の再設定（＃１６）後は、＃１１へと戻り、上記工程を繰り返す。
【００７１】
図９において、電力変換回路部は、フィードバックにより自動制御されている。例えば日没等により太陽電池ＰＶでの発電ができなくなった等で電力変換回路部の動作を終了する場合には、例えば電力変換制御部１に、入力電流検出部２からの出力電流が所定値以下となった状態を検出し、割り込み処理等により図９のループを終了する機能を持たせればよい。
【００７２】
図１０を参照して、１つの電力変換回路部を選択する選択処理について説明する。選択処理は、図９の＃１１の工程に先行して行われる。入力電流積算検出部１０により、積算時間ごとに入力電流積算値Ｉｉｎｔが検出される（＃２１）。入力電流積算値Ｉｉｎｔは、入力電流Ｉｉｎを時間の経過とともに積算したものである。積算時間が経過するごとに入力電流積算値Ｉｉｎｔが検出され、入力電流積算値Ｉｉｎｔが検出されると入力電流積算検出部１０における検出値はリセットされ、再び入力電流積算値Ｉｉｎｔが０の状態から入力電流Ｉｉｎの積算が開始される。
【００７３】
選択部１４により、検出された入力電流積算値Ｉｉｎｔが最適積算値範囲格納部１３に格納されている第１最適積算値範囲内に含まれるか否かが判断される（＃２２）。検出された入力電流積算値Ｉｉｎｔが第１最適積算値範囲内に含まれる場合は（＃２２でＹｅｓ）、選択部１４により第１電力変換回路部４が選択される（＃２３）。
【００７４】
検出された入力電流積算値Ｉｉｎｔが第１最適積算値範囲内に含まれない場合は（＃２２でＮｏ）、選択部１４により、検出された入力電流積算値Ｉｉｎｔが最適積算範囲格納部１３に格納されている第２最適積算値範囲内に含まれるか否かが判断される（＃２４）。検出された入力電流積算値Ｉｉｎｔが第２最適積算値範囲内に含まれる場合は（＃２４でＹｅｓ）、選択部１４により第２電力変換回路部５が選択される（＃２５）。
【００７５】
検出された入力電流積算値Ｉｉｎｔが第２最適積算値範囲内に含まれない場合は（＃２４でＮｏ）、選択部１４により第３電力変換回路部６が選択される（＃２６）。
【００７６】
＃２３、＃２５、＃２６の各工程において、第１〜３電力変換回路部４〜６がそれぞれ選択された後、制御条件決定部１５により、選択された各電力変換回路部において、最も大きい出力電力が得られる制御条件（デューティー比、出力電圧Ｖｏｕｔの目標値、スイッチング周波数等）が決定される（＃２７）。そして、図９の＃１１の工程へと進めばよい。
【００７７】
制御条件決定部１５における、選択された電力変換回路部における出力電圧Ｖｏｕｔの目標値の決定方法について具体的に説明する。
【００７８】
選択部１４において第２電力変換回路部５が選択されたとし、入力電流Ｉｉｎの検出値が５Ａであり、出力電圧の取り得る範囲が８０〜１２０Ｖであるとする。出力電圧Ｖｏｕｔの取り得る範囲とは、電力変換装置１００に接続される電力源の出力等に応じて決定される値であり、電力変換装置１００において用いられる出力電圧Ｖｏｕｔの範囲である。制御条件決定部１５は、図７に示される効率対出力電流データＴＤ２から、５Ａの行の８０Ｖ、９０Ｖ、１００Ｖ、１１０Ｖ、１２０Ｖの５つのデータを抽出する。
【００７９】
それらのデータにおいて、出力電流Ｉｏｕｔの取り得る範囲における変換効率ηが最大になるデータを選択する。出力電流Ｉｏｕｔの取り得る範囲とは、電力変換装置１００に接続される電力源の出力等に応じて決定される値であり、電力変換装置１００において用いられる出力電流Ｉｏｕｔの範囲である。変換効率ηが最大となる場合の出力電流Ｉｏｕｔが求められれば、その値から出力電圧Ｖｏｕｔの目標値を求める。
【００８０】
検出された入力電流Ｉｉｎ（５Ａ）と各入力電圧Ｖｉｎとを乗じることにより入力電力Ｐｉｎが算出される（Ｉｉｎ×Ｖｉｎ＝Ｐｉｎ）。入力電圧Ｖｉｎが固定である場合は、検出せずにその値を用いればよいし、入力電圧Ｖｉｎが変動する場合は、入力電圧検出部３により検出された値を用いればよい。算出された入力電力Ｐｉｎに、選択された最大となる変換効率ηを乗じることで、第２電力変換回路部５における最も大きい出力電力Ｐｏｕｔが算出される（Ｐｉｎ×η＝Ｐｏｕt ）。このＰｏｕｔを、変換効率ηが最大になるＩｏｕｔにより除することで、出力電圧Ｖｏｕｔの目標値を求めることができる（Ｐｏｕｔ／Ｉｏｕｔ＝Ｖｏｕｔ）。
【００８１】
なお、電力変換制御部１は、効率対出力電流データＴＤ１〜３を格納せず、第１〜３電力変換回路部４〜６における、入力電流Ｉｉｎに対する最大となる出力電力Ｐｏｕｔを予め測定により求めておき、それらの値を格納していることとしてもよい。その場合は、電力変換制御部１は、入力電流Ｉｉｎの検出値により、選択された電力変換回路部において最大となる出力電力Ｐｏｕｔを取得することができ、さらに出力電流Ｉｏｕｔの検出値より、出力電圧Ｖｏｕｔの目標値を求めることができる。
【００８２】
また、入力電流Ｉｉｎに対する、最大となる出力電力Ｐｏｕｔ、そのときの出力電圧Ｖｏｕｔの目標値、デューティー比、スイッチング周波数についても予め測定により求めておき、それらの値を電力変換制御部１が格納していることとしてもよい。
【００８３】
電力変換装置１００において、第１〜３電力変換回路部４〜６の制御は、ＰＷＭスイッチング制御を用いたが、電力変換を行うことができればよく、ＰＦＭ制御等の他の制御法を用いてもよい。また、入力電圧Ｖｉｎが固定値である場合は入力電圧検出部３を設けなくてもよいが、入力電圧検出部３を設けて入力電圧Ｖｉｎを検出することにより、より正確な値を用いることができ、精度の高い制御が可能である。
【００８４】
また、入力電圧Ｖｉｎの変化が大きい場合は、なんらかの異常が発生している可能性がある。電力変換制御部１により、入力電圧検出部３で検出された入力電圧Ｖｉｎの所定時間当たりの変動幅を算出し、予め記憶されている所定の設定値と比較し、この設定値以上の場合は警報出力部９に信号を送信し、警報出力部９が警報信号を出力し、操作者に知らせることとすればよい。例えば、ランプが点灯したり、警報音が鳴ったり、表示画面に警告表示がなされることとすればよい。
【００８５】
また、電力変換制御部１により、出力電流検出部７で検出された出力電流Ｉｏｕｔと、出力電圧検出部８で検出された出力電圧Ｖｏｕｔとを乗じることで出力電力Ｐｏｕｔを随時算出しておき、出力電力Ｐｏｕｔの値が予め設定された所定の値よりも小さくなった場合には、警報出力部９に信号が送信されることとしてもよい。
【００８６】
上記電力変換装置１００における電力変換回路部の切換えについて、図１１を用いて説明する。図１１は図１０のフローチャートの選択処理を用いた電力変換回路部の切換えの一例を示すタイミングチャートである。
【００８７】
図１１において、上段は入力電流積算値Ｉｉｎｔと時間との関係を示す図であり、下段は入力電流積算値Ｉｉｎｔが上段に示すような時間的変化をした場合における、選択される電力変換回路部を示す図である。図１１では説明を簡単にするために、第１電力変換回路部４および第２電力変換回路部５の２つの電力変換回路部の切換えがなされた場合について説明する。
【００８８】
図１１において、第１最適積算値範囲は０以上Ｉ１以下とする。第２最適積算値範囲は、Ｉ１よりも大きくＩ２以下とする。
【００８９】
上段および下段において横軸は時間を示していて、入力電流積算値Ｉｉｎｔを検出する積算時間間隔に数字が付されている。隣接する数字の間（積算時間）において入力電流Ｉｉｎが積算されて入力電流積算値Ｉｉｎｔが検出され、電力変換回路部の選択に用いられる。選択に用いられる入力電流積算値Ｉｉｎｔが検出されると、一旦入力電流積算値Ｉｉｎｔは０にリセットされて再び入力電流積算値Ｉｉｎｔが検出される。図１１では時間とともに入力電流積算値Ｉｉｎｔが増加しているが、入力電流積算値Ｉｉｎｔの検出は積算時間ごと（数字が付されているタイミングごと）に行えばよく、絶えず入力電流積算値Ｉｉｎｔを測定し続けているわけではない。
【００９０】
以後の説明において、横軸に記載された数字の「０」から数字の「１」までを１周期目、数字の「１」から数字の「２」までを２周期目、数字の「２」から数字の「３」までを３周期目、…として記載する。
【００９１】
１周期目において、入力電流積算値ＩｉｎｔはＩ１を超えていて、第２最適積算値範囲内に含まれる。そこで、電力変換制御部１により第２電力変換回路部５が選択されるので、電力変換回路部が切換えられる。
【００９２】
２周期目においても、入力電流積算値Ｉｉｎｔは第２最適積算値範囲内に含まれるので、電力変換制御部１により第２電力変換回路部５が選択される。
【００９３】
３周期目において、入力電流積算値ＩｉｎｔがＩ１以下なので第１最適積算値範囲内に含まれる。そこで、電力変換制御部１により第１電力変換回路部４が選択されるので、電力変換回路部が切換えられる。
【００９４】
４周期目においても、入力電流積算値Ｉｉｎｔは第１最適積算値範囲内に含まれるので、電力変換制御部１により第１電力変換回路部４が選択される。
【００９５】
５周期目において、入力電流積算値Ｉｉｎｔは第２最適積算値範囲内に含まれるので、電力変換制御部１により第２電力変換回路部５が選択されるので、電力変換回路部が切換えられる。
【００９６】
６周期目において、入力電流積算値Ｉｉｎｔは第１最適積算値範囲内に含まれるので、電力変換制御部１により第１電力変換回路部４が選択されるので、電力変換回路部が切り換えられる。
【００９７】
７〜９周期目において、入力電流積算値Ｉｉｎｔは第１最適積算値範囲内に含まれるので、電力変換制御部１により第１電力変換回路部４が選択される。
【００９８】
１０周期目において、入力電流積算値Ｉｉｎｔは第２最適積算値範囲内に含まれるので、電力変換制御部１により第２電力変換回路部５が選択されるので、電力変換回路部が切換えられる。
【００９９】
１１周期目において、入力電流積算値Ｉｉｎｔは第２最適積算値範囲内に含まれるので、電力変換制御部１により第２電力変換回路部５が選択される。
【０１００】
本実施形態では、積算時間にわたる入力電流Ｉｉｎの積算値（入力電流積算値Ｉｉｎｔ）を反復検出し、この値に基づいて好ましい電力変換回路部を選択する。これにより、複数の第１〜３電力変換回路部４〜６の中から好ましい電力変換回路部を１つ選択して、この電力変換回路部により電力変換を行うため、入力電流Ｉｉｎの電流値範囲が広い場合であっても高い変換効率ηを維持することができる。
【０１０１】
また、第１〜３電力変換回路部４〜６の内のいずれを選択するかの判断である選択処理は、入力電流積算値Ｉｉｎｔが検出される積算時間ごとに行われることから、入力電流Ｉｉｎの値の変化に応じて電力変換回路部の選択処理を随時行う場合に比べて選択処理の回数が減るため、電力変換回路部の切換え回数が少なくなる。そのため、電力変換回路部を切換えることにより生じる損失が発生しにくく、電力の損失が低い。
【０１０２】
電力変換回路部を切換えることにより生じる損失としては、選択処理において電力変換制御部１で消費される電力損失がある。また、第１〜３電力変換回路部４〜６においても、起動・停止時に損失が生じる。例えば、動作している電力変換回路部への入力が切り換えにより停止した際には、すでに当該回路部内に蓄えられている電力があり、その電力に関しての損失が生じる。また、切換えにより動作し始めた電力変換回路部において、切換えた瞬間は高い変換効率ηは実現されず損失が生じる。
【０１０３】
入力電流Ｉｉｎの値の変化に応じて電力変換回路部の選択処理を随時行う場合は、入力電流Ｉｉｎの変化に応じて好ましい電力変換回路部を選択することができるため、電力変換回路部においては高い変換効率ηが実現されるが、入力電流Ｉｉｎの変換に追従して第１〜３電力変換回路部４〜６を随時切換えることにより損失が生じている。切換えが頻繁に行われすぎると損失が高くなり、電力変換装置全体としては効率が低下することになる。
【０１０４】
特に太陽電池ＰＶの出力は滑らかではなく、微小範囲では絶えず変動している可能性が高い。つまり、電力変換装置の入力電流Ｉｉｎも絶えず変動していることから、入力電流Ｉｉｎが電力変換回路部の切換え境界付近に位置している場合には、入力電流の大きな変動がなくても電力変動回路部の切換えが頻繁に行われる可能性が高い。このような場合は、切換えによる損失が大きくなり、太陽電池ＰＶからの電力を効率よく取り出すことができない。
【０１０５】
本実施形態のように、入力電流積算値Ｉｉｎｔに基づいて電力変換回路部の切換えを行うことにより、電力変換回路部の無駄な切換をなくして、高い変換効率ηを維持することができる。
【０１０６】
電力変換回路部の切換えを行う場合と、切換えを行わない場合との電力変換回路部における出力電力の差について図１２を用いて説明する。図１２は、電力変換回路部の切換え有りと、切換え無しとの出力電力の違いを説明するための図である。図１２は、縦軸を電力変換回路部の出力電力とし、横軸を時間としている。第１電力変換回路部４と第２電力変換回路部５とを用いて切換を行う場合について示している。
【０１０７】
図１２において切換えを行った場合の出力電力の変化を実線で示している。説明を簡単にするために、第１電力変換回路部４と第２電力変換回路部５とがそれぞれ切換えられる周期は一定とし、その周期はＴとする。出力電力が８０Ｗ以下であれば第１電力変換回路部４を用いて電力変換を行うと変換効率が高く、出力電力が８０Ｗよりも大きい場合には第２電力変換回路部５を用いて電力変換を行うと変換効率が高いとする。説明を簡単にするために出力電力に基づいて電力変換回路部の選択を行っているが、入力電流Ｉｉｎに基づいて電力変換回路部の選択を行っても同様である。切換えを行わず、すべて第２電力変換回路部５を用いて電力変換を行った場合の出力電力の変化を破線で示している。
【０１０８】
電力変換回路部を切換える場合には出力電力が８０Ｗ以下のときに第１電力変換回路部４が用いられ、出力電力が８０Ｗよりも大きい場合には第２電力変換回路部５が用いられる。電力変換回路部を切換えない場合には、出力電力の値に関係なく第２電力変換回路部５が用いられる。
【０１０９】
出力電力が８０Ｗよりも大きい場合は、両者はともに第２電力変換回路部５を用いるので、その特性は等しくなる。８０Ｗ以下の場合には、切換えない場合の方がΔＰだけ出力電力が低くなる。これは、第１電力変換部４を用いることが好ましい範囲において、第２電力変換部５を用いたことにより、変換効率ηが低くなったためである。しかし、ΔＰによる出力電力の低下よりも、電力変換回路部を切換えることによる損失の方が大きければ、電力変換回路部を切換えない方が好ましい。
【０１１０】
電力変換回路部の切換えにおける電力の消費量（Ｐｃｈｇ）と、切換え回数（Ｎ）と、第１電力変換回路部４を用いることが好ましい場合に、第２電力変換回路部５を用いた場合の出力電力と第１電力変換回路部４を用いた場合の出力電力との差（ΔＰ）と、第１電力変換回路部４を用いることが好ましい時間（Ｔ）とを用いて、以下の式で表される関係が成り立つ場合には、切換えをしない方が好ましい。なお、Ｎは第１電力変換回路部４から第２電力変換回路部５に切換わって、再び第１電力変換回路部４に切換わったとき、あるいは第２電力変換回路部５から第１電力変換回路部４に切換わって再び第２電力変換回路部５に切換わったときを、それぞれ１回とする。
【０１１１】
Ｐｃｈｇ×２×Ｎ＞ΔＰ×Ｔ
この式を用いて切換えを行わない場合と切換えを行う場合のいずれを用いることが好ましいかを判断することができる。
【０１１２】
なお、電流範囲が異なる電力変換回路部を用いる場合に、小電流側の電力変換回路部すなわち入力電流範囲が小さい電力変換回路部を大電流で用いる場合に比べて、大電流側の電力変換回路部すなわち入力電流範囲が大きい電力変換回路部を小電流で用いる場合の方が損失は低い。そこで上記図１２を参照して説明した例において、出力電力にかかわらずすべて第１電力変換回路部４を用いて電力変換を行った場合（切換え無し）は、ΔＰが大きくなるためあまり好ましくはない。
【０１１３】
本実施形態の電力変換装置１００では、入力電流積算値Ｉｉｎｔに基づいて電力変換回路部を選択し、その電力変換回路部を用いて電力変換を行うことから、入力電流Ｉｉｎの範囲が広い場合でも、その範囲全域において高い変換効率ηを有する電力変換を行うことができる。さらに、電力変換回路部の切換え回数を抑制して、無駄な切換を抑え、切換えにより生じる損失を低くすることができる。それにより、効率のよい電力変換を行うことができる。
【０１１４】
上に説明した例では、入力電流積算値Ｉｉｎｔを検出するための積算時間ごとに、検出した入力電流積算値Ｉｉｎｔを用いて電力変換回路部の選択を行う電力変換装置１００について説明したが、これ以外に、例えば、入力電流積算値Ｉｉｎｔの検出を複数回数行い、その値が所定回数連続して同一の最適積算値範囲内に含まれた場合に電力変換回路部を選択することとしてもよい。それにより、入力電流Ｉｉｎが広い範囲で変動する場合でもより好ましい電力変換回路部をもちいて電力変換を行え、かつ電力変換回路の切換えの回数を抑制できる。
【０１１５】
この場合の電力変換装置１００の構成は上述したものと同様であるが、選択処理における選択部１４の動作が少し異なる。選択部１４は、各最適積算値範囲において所定の回数が決められていて、その所定の回数（選択設定回数）だけ入力電流積算値Ｉｉｎｔが連続して同一の最適積算値範囲内に含まれていた場合に、選択部１４はその最適積算値範囲に対応する電力変換回路部を選択する。
【０１１６】
より具体的に説明すると、選択部１４は、入力電流積算検出部１０により検出された入力電流積算値Ｉｉｎｔと最適積算値範囲格納部１３に格納されている最適積算値範囲とを比較し、入力電流積算値Ｉｉｎｔが含まれる最適積算値範囲を求める。選択部１４は、この結果だけで電力変換回路部を選択せず、入力電流積算検出部１０により次の入力電流積算値Ｉｉｎｔが検出されるのを待つ。このように、選択部１４は、入力電流積算値Ｉｉｎｔが検出されることを繰り返し待ち、そのたびに入力電流積算値Ｉｉｎｔがいずれの最適積算値範囲内に含まれるかを判断する。選択部１４は、入力電流積算値Ｉｉｎｔが連続して同一の最適積算値範囲内に含まれていて、その回数がその最適積算値範囲の選択設定回数であると判断できるまで待つ。判断できた場合にはその最適積算値範囲に対応する電力変換回路部を選択する。
【０１１７】
なお、選択設定回数は複数とすればよく、第１〜３電力変換回路部４〜６において互いに異なる回数とすればよい。上述したように、電流範囲が異なる電力変換回路部を用いる場合に、小電流側の電力変換回路部を大電流で用いるより、大電流側の電力変換回路部を小電流で用いる方が損失は少ない。入力電流Ｉｉｎが電力変換部を切換える境界付近である場合には、大電流側の電力変換回路部を用いる方が好ましいことから、小電流側の電力変換回路部に比べて大電流側の電力変換回路部が選択されやすくすることが好ましい。そこで、大電流側の電力変換回路部に対応する最適積算値範囲の選択設定回数は少なく、小電流側の電力変換回路部に対応する最適積算値範囲の選択設定回数は多く設定すればよい。
【０１１８】
図１３を参照して１つの電力変換回路部を選択する選択処理について説明する。図１３は電力変換回路部の選択処理の他の一例を示すフローチャートである。なお、説明を簡単にするために第１電力変換回路部４および第２電力変換回路部５の２つから電力変換回路部を選択する場合について説明する。電力変換回路部が３つ以上の場合でも同様である。第１電力変換回路部４に対応する第１最適積算値範囲の選択設定回数は３回とし、第２電力変換回路部５に対応する第２最適積算値範囲の選択設定回数は２回とする。なお、電力変換回路部が２つしかないので、第２最適積算値範囲については上限値を設けなくてもよい。
【０１１９】
まず、入力電流積算検出部１０により検出された入力電流積算値Ｉｉｎｔが、最適積算値範囲格納部１３に格納されている第２最適積算値範囲内に含まれるか否かについて選択部１４により判断される（＃３１）。
【０１２０】
検出された入力電流積算値Ｉｉｎｔが第２最適積算値範囲内に含まれる場合は（＃３１でＹｅｓ）、選択部１４により入力電流積算値Ｉｉｎｔが連続して第２最適積算値範囲内に含まれるか検出される（＃３２）。
【０１２１】
入力電流積算値Ｉｉｎｔが連続して第２最適積算値範囲内に含まれる回数が選択設定回数であるか、すなわち２回連続して入力電流積算値Ｉｉｎｔが第２最適積算値範囲内であるかが選択部１４により判断される（＃３３）。
【０１２２】
２回連続して入力電流積算値Ｉｉｎｔが第２最適積算値範囲内である場合は（＃３３でＹｅｓ）、選択部１４により第２電力変換回路部５が選択される（＃３４）。
【０１２３】
＃３１の工程において選択部１４により、入力電流積算値Ｉｉｎｔが第２最適積算値範囲内に含まれていないと判断された場合は（＃３１でＮｏ）、入力電流積算値Ｉｉｎｔは第１最適積算値範囲内に含まれるはずである。選択部１４により入力電流積算値Ｉｉｎｔが連続して第１最適積算値範囲内に含まれるか検出される（＃３５）。
【０１２４】
入力電流積算値Ｉｉｎｔが連続して第１最適積算値範囲内に含まれる回数が選択設定回数であるか、すなわち３回連続して入力電流積算値Ｉｉｎｔが第１最適積算値範囲内であるかが選択部１４により判断される（＃３６）。
【０１２５】
３回連続して入力電流積算値Ｉｉｎｔが第１最適積算値範囲内である場合は（＃３６でＹｅｓ）、選択部１４により第１電力変換回路部４が選択される（＃３７）。
【０１２６】
＃３４、＃３７の各工程において、第１〜２電力変換回路部４〜５がそれぞれ選択された後、制御条件決定部１５により、選択された各電力変換回路部において最も大きい出力電力が得られる制御条件（デューティー比、出力電圧Ｖｏｕｔの目標値、スイッチング周波数等）が決定され（＃３８）、選択処理が終了する。
【０１２７】
＃３３の工程において、入力電流積算値Ｉｉｎｔが第２最適積算値範囲内である回数が２回に満たなかった場合、すなわち２回続く前に入力電流積算値Ｉｉｎｔが第１最適積算値範囲内であった場合は（＃３３でＮｏ）、選択処理を終了する。
【０１２８】
また、＃３６の工程において、入力電流積算値Ｉｉｎｔが第１最適積算値範囲内である回数が３回に満たなかった場合、すなわち３回続く前に入力電流積算値Ｉｉｎｔが第２最適積算値範囲内であった場合は（＃３６でＮｏ）、選択処理を終了する。
【０１２９】
選択された電力変換回路部における出力電圧Ｖｏｕｔの目標値等の決定方法については上述したのと同様とすればよい。選択処理が終了すると、図９の＃１１で電力変換回路部の切換えが必要か判断される。
【０１３０】
図１３のフローチャートによる選択処理を用いた電力変換装置１００における電力変換回路部の切換えについて、図１４を用いて説明する。図１４は図１３のフローチャートの選択処理を用いた電力変換回路部の切換えの一例を示すタイミングチャートである。
【０１３１】
図１４において、上段は入力電流積算値Ｉｉｎｔと時間との関係を示す図であり、下段は入力電流積算値Ｉｉｎｔが上段に示すような時間的変化をした場合において選択される電力変換回路部を示す図である。なお、図１４は、下段で示した電力変換回路部の切換えタイミングが異なる点以外は図１１と同様であるので、詳細な説明は省略する。図１４の上段における入力電流積算値Ｉｉｎｔも図１１の上段と同様とした。なお、電力変換回路部が２つしかないので、第２最適積算値範囲については上限値（Ｉ２）を設けず、Ｉ１よりも大きい範囲としてもよい。
【０１３２】
１周期目において、入力電流積算値ＩｉｎｔはＩ１を超えていて、第２最適積算値範囲内に含まれる。しかし、入力電流積算値Ｉｉｎｔが第２最適積算値範囲内に含まれるのは今回で１回目なので、次の入力電流積算値Ｉｉｎｔが検出されるまで待つ。
【０１３３】
２周期目においても、入力電流積算値Ｉｉｎｔは第２最適積算値範囲内に含まれる。これで入力電流積算値Ｉｉｎｔが連続して第２最適積算値範囲内に含まれた回数が２回となる。第２最適積算値範囲の選択設定回数は２回なので、電力変換制御部１により第２電力変換回路部５が選択され、電力変換回路部が切換えられる。
【０１３４】
３周期目において、入力電流積算値ＩｉｎｔがＩ１以下なので第１最適積算値範囲内に含まれる。しかし、入力電流積算値Ｉｉｎｔが第１最適積算値範囲内に含まれるのは今回で１回目なので、次の入力電流積算値Ｉｉｎｔが検出されるまで待つ。
【０１３５】
４周期目においても、入力電流積算値Ｉｉｎｔは第１最適積算値範囲内に含まれる。しかし、第１最適積算値範囲の選択設定回数は３回であり、入力電流積算値Ｉｉｎｔが第１最適積算値範囲内に含まれるのは今回で２回目なので、次の入力電流積算値Ｉｉｎｔが検出されるまで待つ。
【０１３６】
５周期目において、入力電流積算値Ｉｉｎｔは第２最適積算値範囲内に含まれる。入力電流積算値Ｉｉｎｔが第１最適積算値範囲内に含まれた回数が、連続して３回に満たなかったので今回の選択処理は終了する。そして、入力電流積算値Ｉｉｎｔが第２最適積算値範囲内に含まれ、入力電流積算値Ｉｉｎｔが第２最適積算値範囲内に含まれるのは今回で１回目なので、次の入力電流積算値Ｉｉｎｔが検出されるまで待つ。
【０１３７】
６周期目において、入力電流積算値Ｉｉｎｔは第１最適積算値範囲内に含まれる。入力電流積算値Ｉｉｎｔが第２最適積算値範囲内に含まれた回数が、連続して２回に満たなかったので今回の選択処理は終了する。そして、入力電流積算値Ｉｉｎｔが第１最適積算値範囲内に含まれ、入力電流積算値Ｉｉｎｔが第１最適積算値範囲内に含まれるのは今回で１回目なので、次の入力電流積算値Ｉｉｎｔが検出されるまで待つ。
【０１３８】
７周期目においても、入力電流積算値Ｉｉｎｔは第１最適積算値範囲内に含まれる。入力電流積算値Ｉｉｎｔが第１最適積算値範囲内に含まれるのは今回で２回目なので、次の入力電流積算値Ｉｉｎｔが検出されるまで待つ。
【０１３９】
８周期目においても、入力電流積算値Ｉｉｎｔは第１最適積算値範囲内に含まれる。これで入力電流積算値Ｉｉｎｔが連続して第１最適積算値範囲内に含まれた回数が３回となり、電力変換制御部１により第１電力変換回路部４が選択されるので、電力変換回路部が切換えられる。
【０１４０】
９周期目においても、入力電流積算値Ｉｉｎｔは第１最適積算値範囲内に含まれる。８周期目において第１電力変換回路部４が選択されて選択処理が終了したので、入力電流積算値Ｉｉｎｔが第１最適積算値範囲内に含まれるのは今回で１回目である。そこで、次の入力電流積算値Ｉｉｎｔが検出されるまで待つ。
【０１４１】
１０周期目において、入力電流積算値Ｉｉｎｔは第２最適積算値範囲内に含まれる。入力電流積算値Ｉｉｎｔが第１最適積算値範囲内に含まれた回数が、連続して３回に満たなかったので今回の選択処理は終了する。そして、入力電流積算値Ｉｉｎｔが第２最適積算値範囲内に含まれ、入力電流積算値Ｉｉｎｔが第２最適積算値範囲内に含まれるのは今回で１回目なので、次の入力電流積算値Ｉｉｎｔが検出されるまで待つ。
【０１４２】
１１周期目においても、入力電流積算値Ｉｉｎｔは第２最適積算値範囲内に含まれる。これで入力電流積算値Ｉｉｎｔが連続して第２最適積算値範囲内に含まれた回数が２回となり、電力変換制御部１により第２電力変換回路部５が選択されるので、電力変換回路部が切換えられる。
【０１４３】
本実施形態によれば、入力電流積算値Ｉｉｎｔが連続して同一最適積算値範囲に選択設定回数含まれた場合に、電力変換回路部を選択することとした。入力電流積算値Ｉｉｎｔを検出するごとに選択処理を行うわけではないので、電力変換回路部の切換え回数を低減できる。入力電流積算値Ｉｉｎｔに基づいて電力変換回路部を選択しているので、高い変換効率ηを維持しながら、切換え回数を抑制できる。
【０１４４】
また、小電流側の電力変換回路部に比べて大電流側の電力変換回路部が選択されやすくしていることから、仮に入力電流Ｉｉｎに対応しない電力変換回路部が選択されている場合であっても、変換効率ηが大幅に低下することがない。
【０１４５】
上述した、入力電流積算値Ｉｉｎｔが連続して同一最適積算値範囲に選択設定回数だけ含まれた場合に電力変換回路部を選択する電力変換装置１００は、急激に入力電流Ｉｉｎが増加したとしても、入力電流積算値Ｉｉｎｔが選択設定回数だけ検出されなければ電力変換回路部を切換えることはない。
【０１４６】
例えば、雲がかかっていた太陽が急に出てきた場合等のように、太陽電池ＰＶの出力が急激に増加した場合であっても、小電流側から大電流側の電力変換回路部に切換わるのは、入力電流積算値Ｉｉｎｔの検出に必要な積算時間×選択設定回数だけ経過した後になる。このような場合は、上記時間については小電流側の電力変換回路部により大電流の入力を変換しなければならないことから損失が増加する。
【０１４７】
そこで、大電流側の電力変換回路部の最適積算値範囲を２つに分けて、大電流側の範囲（大電流側最適範囲）と小電流側の範囲（小電流側最適範囲）とを設定し、小電流側の電力変換回路部が選択されて動作している場合に、それより大電流側の電力変換回路部の最適積算値範囲内の大電流側最適範囲内に入力電流積算値Ｉｉｎｔが含まれた場合には、選択設定回数を待つことなく当該最適積算値範囲に対応する電力変換回路部が選択されることとすることが好ましい。大電流側最適範囲の下限については、大電流側最適範囲内に入力電流積算値Ｉｉｎｔが含まれた場合には電力変換回路部が切換えられるという点を考慮して設定すればよく、小電流側最適範囲は大電流側最適範囲より低い範囲とすればよい。
【０１４８】
小電流側の電力変換回路部が選択されて制御されている場合に、それより大電流側の電力変換回路部の最適積算値範囲内の大電流側最適範囲内に入力電流積算値Ｉｉｎｔが含まれる場合には、選択部１４が当該最適積算値範囲に対応する電力変換回路部を選択することとすればよい。
【０１４９】
また、最適積算値範囲格納部１３には、各電力変換回路部に対応する最適積算値範囲に加えて、各最適積算値範囲内に設定された大電流側最適範囲および小電流側最適範囲も格納されていることとすればよい。なお、大電流側最適範囲および小電流側最適範囲の設定は、入力電流Ｉｉｎの急激な増加に対応して、より早く大電流側の電力変換回路部に切換えるために行うものであるから、最も小さい入力電流範囲を有する電力変換回路部（第１電力変換回路部４）においては、大電流側最適範囲および小電流側最適範囲を設定しなくてもよい。
【０１５０】
この電力変換装置１００における１つの電力変換回路部を選択する選択処理について、図１５を参照して説明する。図１５は電力変換回路部の選択処理のさらに他の一例を示すフローチャートである。なお、図１３の選択処理の説明と同様に第１電力変換回路部４および第２電力変換回路部５の２つから電力変換回路部を選択する場合について説明する。また、図１３の選択処理と同様に、第１電力変換回路部４に対応する第１最適積算値範囲の選択設定回数は３回とし、第２電力変換回路部５に対応する第２最適積算値範囲の選択設定回数は２回とする。
【０１５１】
まず、入力電流積算検出部１０により検出された入力電流積算値Ｉｉｎｔが、最適積算値範囲格納部１３に格納されている第２最適積算値範囲内の大電流側最適範囲内に含まれるか否かについて選択部１４により判断される（＃４１）。
【０１５２】
検出された入力電流積算値Ｉｉｎｔが大電流側最適範囲内に含まれる場合は（＃４１でＹｅｓ）、選択部１４により第２電力変換回路部５が選択される（＃４５）。検出された入力電流積算値Ｉｉｎｔが大電流側最適範囲内に含まれない場合は（＃４１でＮｏ）、検出された入力電流積算値Ｉｉｎｔが、最適積算値範囲格納部１３に格納されている第２最適積算値範囲内の小電流側最適範囲内に含まれるか否かについて選択部１４により判断される（＃４２）。
【０１５３】
検出された入力電流積算値Ｉｉｎｔが小電流側最適範囲内に含まれる場合は（＃４２でＹｅｓ）、選択部１４により入力電流積算値Ｉｉｎｔが連続して小電流側最適範囲内に含まれるか検出される（＃４３）。
【０１５４】
入力電流積算値Ｉｉｎｔが連続して小電流側最適範囲内に含まれる回数が選択設定回数であるか、すなわち２回連続して入力電流積算値Ｉｉｎｔが小電流側最適範囲内であるかが選択部１４により判断される（＃４４）。
【０１５５】
２回連続して入力電流積算値Ｉｉｎｔが小電流側最適範囲内である場合は（＃４４でＹｅｓ）、選択部１４により第２電力変換回路部５が選択される（＃４５）。
【０１５６】
＃４２の工程において選択部１４により、入力電流積算値Ｉｉｎｔが小電流側最適範囲内に含まれていないと判断された場合は（＃４２でＮｏ）、入力電流積算値Ｉｉｎｔは第１最適積算値範囲内に含まれるはずである。選択部１４により入力電流積算値Ｉｉｎｔが連続して第１最適積算値範囲内に含まれるか検出される（＃４６）。
【０１５７】
入力電流積算値Ｉｉｎｔが連続して第１最適積算値範囲内に含まれる回数が選択設定回数であるか、すなわち３回連続して入力電流積算値Ｉｉｎｔが第１最適積算値範囲内であるかが選択部１４により判断される（＃４７）。
【０１５８】
３回連続して入力電流積算値Ｉｉｎｔが第１最適積算値範囲内である場合は（＃４７でＹｅｓ）、選択部１４により第１電力変換回路部４が選択される（＃４８）。
【０１５９】
＃４５、＃４８の各工程において、第１〜２電力変換回路部４〜５がそれぞれ選択された後、制御条件決定部１５により、選択された各電力変換回路部において最も大きい出力電力が得られる制御条件（デューティー比、出力電圧Ｖｏｕｔの目標値、スイッチング周波数等）が決定され（＃４９）、選択処理が終了する。
【０１６０】
＃４４の工程において、入力電流積算値Ｉｉｎｔが小電流側最適範囲内である回数が２回に満たなかった場合は（＃３３でＮｏ）、選択処理を終了する。
【０１６１】
また、＃４８の工程において、入力電流積算値Ｉｉｎｔが第１最適積算値範囲内である回数が３回に満たなかった場合は（＃３６でＮｏ）、選択処理を終了する。
【０１６２】
選択された電力変換回路部における出力電圧Ｖｏｕｔの目標値等の決定方法については上述したのと同様とすればよい。選択処理が終了すると、図９の＃１１で電力変換回路部の切換えが必要か判断される。
【０１６３】
図１５のフローチャートによる選択処理を用いた電力変換装置１００における電力変換回路部の切換えについて、図１６を用いて説明する。図１６は図１５のフローチャートの選択処理を用いた電力変換回路部の切換えの一例を示すタイミングチャートである。
【０１６４】
図１６において、上段および下段の図における縦軸横軸は、図１１の上段および下段の図と同様であるが、上段の入力電流積算値Ｉｉｎｔの変化および下段の切換えタイミングは図１１と異なる。また、図１６の上段の図において、第２最適積算値範囲内の大電流側最適範囲と小電流側最適範囲との境界であるＩ２１が追加されている。
【０１６５】
第２最適積算値範囲のうち、Ｉ１よりも大きくＩ２１以下の範囲を小電流側最適範囲とし、Ｉ２１よりも大きくＩ２以下の範囲を大電流側最適範囲とする。なお、電力変換回路部が２つしかないので、第２最適積算値範囲については上限値（Ｉ２）を設けなくてもよく、大電流側最適範囲はＩ２１よりも大きい範囲としてもよい。
【０１６６】
１周期目において、入力電流積算値ＩｉｎｔはＩ１より大きくＩ２１以下なので、小電流側最適範囲内に含まれる。しかし、入力電流積算値Ｉｉｎｔが小電流側最適範囲内に含まれるのは今回で１回目なので、次の入力電流積算値Ｉｉｎｔが検出されるまで待つ。
【０１６７】
２周期目においても、入力電流積算値Ｉｉｎｔは小電流側最適範囲内に含まれる。これで入力電流積算値Ｉｉｎｔが連続して小電流側最適範囲内に含まれた回数が２回となる。第２最適積算値範囲（小電流側最適範囲）の選択設定回数は２回なので、電力変換制御部１により第２電力変換回路部５が選択され、電力変換回路部が切換えられる。
【０１６８】
３周期目において、入力電流積算値ＩｉｎｔがＩ１以下なので第１最適積算値範囲内に含まれる。しかし、入力電流積算値Ｉｉｎｔが第１最適積算値範囲内に含まれるのは今回で１回目なので、次の入力電流積算値Ｉｉｎｔが検出されるまで待つ。
【０１６９】
４周期目においても、入力電流積算値Ｉｉｎｔは第１最適積算値範囲内に含まれる。しかし、第１最適積算値範囲の選択設定回数は３回であり、入力電流積算値Ｉｉｎｔが第１最適積算値範囲内に含まれるのは今回で２回目なので、次の入力電流積算値Ｉｉｎｔが検出されるまで待つ。
【０１７０】
５周期目においても、入力電流積算値Ｉｉｎｔは第１最適積算値範囲内に含まれる。これで入力電流積算値Ｉｉｎｔが連続して第１最適積算値範囲内に含まれた回数が３回となり、電力変換制御部１により第１電力変換回路部４が選択されるので、電力変換回路部が切換えられる。
【０１７１】
６周期目において、入力電流積算値ＩｉｎｔはＩ２１よりも大きいので、入力電流積算値Ｉｉｎｔは第２最適積算値範囲内の大電流側最適範囲内に含まれる。そこで、電力変換制御部１により第２電力変換回路部５が選択され、電力変換回路部が切換えられる。
【０１７２】
７周期目において、入力電流積算値Ｉｉｎｔは小電流側最適範囲内に含まれる。入力電流積算値Ｉｉｎｔが第１最適積算値範囲内に含まれるのは今回で１回目なので、次の入力電流積算値Ｉｉｎｔが検出されるまで待つ。
【０１７３】
８周期目においても、入力電流積算値Ｉｉｎｔは小電流側最適範囲内に含まれる。これで入力電流積算値Ｉｉｎｔが連続して第２最適積算値範囲内に含まれた回数が２回となり、電力変換制御部１により第２電力変換回路部４が選択されるが、すでに第２電力変換回路部５が選択されているので、電力変換回路部を切換えずに選択処理が終了する。
【０１７４】
９周期目において、入力電流積算値Ｉｉｎｔは第１最適積算値範囲内に含まれる。しかし、入力電流積算値Ｉｉｎｔが第１最適積算値範囲内に含まれるのは今回で１回目なので、次の入力電流積算値Ｉｉｎｔが検出されるまで待つ。
【０１７５】
１０周期目において、入力電流積算値Ｉｉｎｔは第１最適積算値範囲内に含まれる。しかし、第１最適積算値範囲の選択設定回数は３回であり、入力電流積算値Ｉｉｎｔが第１最適積算値範囲内に含まれるのは今回で２回目なので、次の入力電流積算値Ｉｉｎｔが検出されるまで待つ。
【０１７６】
１１周期目においても、入力電流積算値Ｉｉｎｔは第１最適積算値範囲内に含まれる。これで入力電流積算値Ｉｉｎｔが連続して第１最適積算値範囲内に含まれた回数が３回となり、電力変換制御部１により第１電力変換回路部４が選択されるので、電力変換回路部が切換えられる。
【０１７７】
本実施形態によれば、入力電流積算値Ｉｉｎｔが連続して同一最適積算値範囲に選択設定回数含まれた場合に電力変換回路部が選択されることに加えて、最適積算値範囲内に大電流側最適範囲を設定し、小電流側の電力変換回路部が選択されて動作している場合に、それより大電流側の電力変換回路部の最適積算値範囲内の大電流側最適範囲内に入力電流積算値Ｉｉｎｔが含まれる場合には選択設定回数を待つことなく、当該最適積算値範囲に対応する電力変換回路部が選択されることとした。それにより、急激に入力電流Ｉｉｎが変化した場合であっても、入力電流Ｉｉｎの変化に対応して電力変換回路部を迅速に切換えることができ、高い変換効率ηを維持することができる。
【０１７８】
（他の実施形態）
上記、本実施形態に係る電力変換装置１００は、入力電流積算値Ｉｉｎｔに基づいていずれか１つの電力変換回路部を選択するが、入力電流積算値Ｉｉｎｔに基づくだけでなく、所定時間内における入力電流Ｉｉｎの最大値（最大入力電流Ｉｍａｘ）にも基づいて、いずれか１つの電力変換回路部を選択してもよい。他の実施形態に係る電力変換装置１００Ｂは、入力電流積算値Ｉｉｎｔおよび最大入力電流Ｉｍａｘの両者に基づいて、いずれか１つの電力変換回路部を選択する。なお、最大入力電流Ｉｍａｘは、積算時間内における入力電流Ｉｉｎの最大値とすればよい。
【０１７９】
他の実施形態に係る電力変換装置１００Ｂの構成について図１７を参照して説明する。図１７は、他の実施形態に係る電力変換装置の構成の一例を示すブロック図である。電力変換装置１００Ｂにおいて上述の電力変換装置１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、説明を省略する。電力変換装置１００Ｂは最大入力電流算出部１６および入力電流しきい値格納部１７を有し、選択部１４の代わりに選択部１４Ｂを有している点が電力変換装置１００とは異なる。
【０１８０】
選択部１４Ｂは、上述の選択部１４の機能に加えて、最大入力電流Ｉｍａｘに基づいていずれか１つの電力変換回路部を選択し、その電力変換回路部と入力電流積算値Ｉｉｎｔに基づいて選択された電力変換回路部とを比較して、いずれかの電力変換回路部を選択する機能を有する。
【０１８１】
具体的には、選択部１４Ｂは、図１０を用いて説明したように入力電流積算値Ｉｉｎｔに基づいて電力変換回路部の第１候補を選択する。さらに、選択部１４Ｂは最大入力電流Ｉｍａｘと、入力電流しきい値格納部１７に格納されているしきい値とを比較することにより電力変換回路部の第２候補を選択する。選択部１４Ｂは、第１候補および第２候補となったこれら２つの電力変換回路部が同一のものである場合は、当該電力変換回路部を最終的に選択する。第１候補および第２候補となったこれら２つの電力変換回路部が互いに異なる場合には、それらの内からより大電流側の電力変換回路部、すなわち入力電流範囲がより大きい電力変換回路部を最終的に選択する。
【０１８２】
選択した電力変換回路部が異なる場合には、大電流側の電力変換回路部を選択することとしたのは、上述したように、小電流側の電力変換回路部を大電流で用いるより、大電流側の電力変換回路部を小電流で用いる方が損失は低いためである。
【０１８３】
最大入力電流算出部１６は、データを一時的に格納できるＲＡＭ等の記憶素子を含んで構成される。最大入力電流算出部１６は、積算時間内における入力電流Ｉｉｎの最大値を算出する。具体的には、入力電流積算値Ｉｉｎｔが積算され始めると同時に、最大入力電流算出部１６には入力電流Ｉｉｎの検出値が入力され記憶するが、新たに入力された入力電流Ｉｉｎの検出値が現在記憶している検出値よりも大きい場合には、新たに入力された検出値を記憶し、現在記憶している検出値を消去する。そして入力電流積算値Ｉｉｎｔの検出が終了するまでその動作を行い、最終的に記憶している入力電流Ｉｉｎの検出値を最大入力電流Ｉｍａｘとして選択部１４Ｂに送る。
【０１８４】
入力電流しきい値格納部１７は不揮発性メモリ等により構成されている。入力電流しきい値格納部１７は、第１〜３電力変換回路部４〜６を用いて電力変換を行う場合に、最も大きな出力電力Ｐｏｕｔを得るために、電力変換回路部を切換えることが好ましい入力電流Ｉｉｎの値であるしきい値ｔｈ１およびｔｈ２を格納している。しきい値ｔｈ１、ｔｈ２については、図４を用いてすでに説明したので、ここでは説明を省略する。小電流側しきい値ｔｈ１および大電流側しきい値ｔｈ２については予め測定により求め、入力電流しきい値格納部１７に格納しておけばよい。
【０１８５】
他の実施形態に係る電力変換装置１００Ｂにおける、電力変換回路部の切換え処理は図９に示すフローチャートと同様である。
【０１８６】
図１８を参照して、他の実施形態に係る電力変換装置１００Ｂにおける電力変換回路部の選択処理について説明する。まず、選択部１４Ｂにより、図１０で示した＃２１〜＃２６の工程が行われて、第１〜３電力変換回路部４〜６の内、いずれか１つの電力変換回路部が選択される（＃５１）。
【０１８７】
＃５１の工程に並行して、選択部１４Ｂによって、最大入力電流Ｉｍａｘに基づいていずれか１つの電力変換回路部が選択される（＃５２）。この工程については後で詳述する。
【０１８８】
選択部１４Ｂにより、＃５１の工程で選択された電力変換回路部と、＃５２の工程で選択された電力変換回路部とが比較される（＃５３）。
【０１８９】
比較された電力変換回路部の両者が同じである場合は（＃５３でＹｅｓ）、選択部１４Ｂにより当該電力変換回路部が最終的に選択される（＃５４）。
【０１９０】
比較された電力変換回路部の両者が異なる場合は（＃５３でＮｏ）、選択部１４Ｂにより、それらの内から大電流側の電力変換回路部が最終的に選択され（＃５５）、選択処理が終了する。
【０１９１】
最終的に選択された電力変換回路部において最も大きい出力電力が得られる制御条件（デューティー比、出力電圧Ｖｏｕｔの目標値、スイッチング周波数等）が、制御条件決定部１５により決定される（＃５６）。
【０１９２】
選択された電力変換回路部における出力電圧Ｖｏｕｔの目標値等の決定方法については上述したのと同様とすればよい。選択処理が終了すると、図９の＃１１で電力変換回路部の切換えが必要か判断される。
【０１９３】
図１９を参照して、＃５１の工程で選択された電力変換回路部と、＃５２の工程で選択された電力変換回路部との組合せと、これらの組合せにおいて最終的に選択される電力変換回路部について説明する。図１９は、入力電流積算値による選択結果および最大入力電流による選択結果の組合せと、選択される電力変換回路部との関係を示すテーブルである。
【０１９４】
図１９に示すように、入力電流積算値Ｉｉｎｔに基づいて第１電力変換回路部４が選択された場合は、最大入力電流Ｉｍａｘに基づいて選択された電力変換回路部が最終的に選択される。
【０１９５】
また、入力電流積算値Ｉｉｎｔに基づいて第２電力変換回路部５が選択された場合は、最大入力電流Ｉｍａｘに基づいて第３電力変換回路部６が選択された場合以外は第２電力変換回路部５が最終的に選択され、最大入力電流Ｉｍａｘに基づいて第３電力変換回路部６が選択された場合は第３電力変換回路部６が最終的に選択される。
【０１９６】
また、入力電流積算値Ｉｉｎｔに基づいて第３電力変換回路部５が選択された場合は、最大入力電流Ｉｍａｘに基づいて選択された電力変換回路部に関係なく、第３電力変換回路部６が最終的に選択される。
【０１９７】
次に、図２０を参照して、図１８の＃５２の工程である最大入力電流Ｉｍａｘに基づく電力変換回路部の選択方法について説明する。まず、最大入力電流Ｉｍａｘの算出について説明する。具体的には、図２０の＃６１〜＃６４の工程により最大入力電流Ｉｍａｘが算出される。
【０１９８】
入力電流積算値Ｉｉｎｔを検出するための入力電流Ｉｉｎの積算を開始するタイミングと同時に、入力電流検出部２により入力電流Ｉｉｎが検出される（＃６１）。
【０１９９】
最大入力電流算出部１６により、入力電流Ｉｉｎの検出値と最大入力電流算出部１６に格納されている最大入力電流Ｉｍａｘとが比較される（＃６２）。最大入力電流Ｉｍａｘの測定開始時は、最大入力電流算出部１６に格納されている最大入力電流Ｉｍａｘは０Ａとされる。
【０２００】
入力電流Ｉｉｎの検出値が現在格納されている最大入力電流Ｉｍａｘよりも大きくない場合は（＃６２でＮｏ）、＃６４の工程に進む。
【０２０１】
入力電流Ｉｉｎの検出値が現在格納されている最大入力電流Ｉｍａｘよりも大きい場合は（＃６２でＹｅｓ）、最大入力電流Ｉｍａｘはその入力電流Ｉｉｎの検出値に更新される（＃６３）。
【０２０２】
最大入力電流算出部１６により、入力電流積算値Ｉｉｎｔを検出するための所定時間である積算時間が経過したかが判断され（＃６４）、経過していない場合は（＃６４でＮｏ）、再び＃６１の工程に戻る。
【０２０３】
積算時間が経過した場合は（＃６４でＹｅｓ）、そのときに最大入力電流算出部１６に格納されている最大入力電流Ｉｍａｘが、算出された最大入力電流Ｉｍａｘであり、選択部１４Ｂに送られて＃６５の工程以降の選択処理が行われる。最大入力電流算出部１６は、格納している最大入力電流Ｉｍａｘを０Ａにリセットして、次の積算時間内における最大入力電流Ｉｍａｘの算出を開始する。
【０２０４】
選択部１４Ｂにより、算出され最大入力電流Ｉｍａｘと、入力電流しきい値格納部１７に格納されている大電流側しきい値ｔｈ２が比較される（＃６５）。
【０２０５】
最大入力電流Ｉｍａｘが大電流側しきい値ｔｈ２以上であれば（＃６５でＹｅｓ）、選択部１４Ｂにより、第３電力変換回路部６が選択される（＃６６）。
【０２０６】
最大入力電流Ｉｍａｘが大電流側しきい値ｔｈ２よりも小さい場合は（＃６５でＮｏ）、選択部１４Ｂにより、最大入力電流Ｉｍａｘと入力電流しきい値格納部１７に格納された小電流側しきい値ｔｈ１とが比較される（＃６７）。最大入力電流Ｉｍａｘが小電流側しきい値ｔｈ１以上であれば（＃６７でＹｅｓ）、選択部１４Ｂにより、第２電力変換回路部５が選択される（＃６８）。
【０２０７】
最大入力電流Ｉｍａｘが小電流側しきい値ｔｈ１よりも小さい場合は（＃６７でＮｏ）、選択部１４Ｂにより、第１電力変換回路部４が選択される（＃６９）。
【０２０８】
他の実施形態に係る電力変換装置１００Ｂは、上述のように、入力電流積算値Ｉｉｎｔに基づくだけでなく、最大入力電流Ｉｍａｘにも基づいてそれぞれ電力変換回路部を選択するため、好ましい電力変換回路部の選択がより高精度で行われる。また、選択処理は積算時間ごとに行われるので、電力変換回路部の切換え回数が抑制され、切換えにより損失が大きくなることを抑制できる。
【０２０９】
なお、上記説明では、入力電流積算値Ｉｉｎｔに基づいて電力変換回路部を選択するにあたり、図１０に示すフローチャートによる方法を用いたが、図１３または図１５に示したフローチャートによる方法を用いてもよい。
【０２１０】
本実施形態に係る電力変換装置１００、１００Ｂによれば、異なる入力電流−出力電力特性を有する複数の電力変換回路部を持ち、それらを切換えることで広い入力電流域において高い変換効率を維持することができる。そのため、構成が複雑でなく、簡素化でき、回路設計も容易である。また、同一の回路を複数有して、それらを組み合わせることで広い入力電流域に対応する電力変換装置に比べて、回路を構成するための部品点数の増加量を抑えて、広い入力電流域に対して、効率よく出力を得ることができる。そのため、小型化・低コスト化が可能である。
【０２１１】
また、入力電流積算値に基づいて電力変換回路部を切換えるので、電力変換回路部の切換え回数を抑制し、無駄な切換をなくすことができるため、切換えにより生じる損失が少なく、効率よく電力変換を行うことができる。
【０２１２】
上に述べた実施形態において、電力変換装置１００、１００Ｂの全体または各部の構造、形状、寸法、個数、材質、組成などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。
【０２１３】
上に述べた実施形態の電力変換装置１００、１００Ｂは、広い入力電流域および出力電流域を持ち、広い範囲の入力電流の変動に対応して全電流域で最大電力を出力することができるうえ、損失も少ない。また、小型化・低コスト化が可能である。例えば、太陽電池に接続することで、太陽電池により発電された電力をより有効に取り出すことができる。したがって、太陽光発電システムの構成部品として好適に使用することができる。
【符号の説明】
【０２１４】
１  電力変換制御部
２  入力電流検出部
３  入力電圧検出部
４  第１電力変換回路部
５  第２電力変換回路部
６  第３電力変換回路部
７  出力電流検出部
８  出力電圧検出部
９  警報出力部
１０  入力電流積算検出部
１２  効率対出力電流データ格納部
１３  最適積算値範囲格納部
１４、１４Ｂ  選択部
１５  制御条件決定部
１６  最大入力電流算出部
１７  入力電流しきい値格納部
１００、１００Ｂ  電力変換装置
２００  連系用整合装置
Ｌ１〜３  コイル
Ｃ１〜３  コンデンサ
ＦＥＴ１〜３  スイッチング素子
Ｄ１〜３  転流ダイオード
ＤＴ１〜３  効率対出力電流データ
ＰＶ  太陽電池
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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