(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力する直流電圧を交流電圧に変換して系統側へ供給するインバータと、を備えたパワーコンディショナにおいて、
前記インバータは、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力ラインに並列に接続される第１上下アームおよび第２上下アームを有するスイッチング回路部と、前記第１上下アームの接続点に一端が接続される第１インダクタと、前記第１インダクタの他端に一端が接続される第１コンデンサと、前記第１コンデンサの他端に一端が接続される第２コンデンサと、一端が前記第２コンデンサの他端に接続され、他端が前記第２上下アームの接続点に接続される第２インダクタと、を備え、
前記第１コンデンサと前記第２コンデンサとの接続点は接地され、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力ラインには正負が異なる同じ大きさの電圧が印加され、
前記第１上下アームの第１上アームと前記第２上下アームの第２下アーム、および前記第１上下アームの第１下アームと前記第２上下アームの第２上アームをそれぞれ対として、一方の対を同時オンオフ制御すると共に他方の対はオフ状態を維持する制御を、出力する正弦波の半周期ごとに交互に行う制御部をさらに備え、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力に太陽電池が接続可能であり、且つ前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力に直流給電システムが接続可能であることを特徴とするパワーコンディショナ。
【請求項２】
前記インバータは、直列で接続され接続点が接地される第３コンデンサおよび第４コンデンサを前記スイッチング回路部の前段に備えることを特徴とする請求項１に記載のパワーコンディショナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーコンディショナの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から太陽光発電システムは、太陽電池の発電電力を交流電力に変換し交流電力を系統側へ供給するパワーコンディショナを備えており、様々なパワーコンディショナが開発されている（例えば、特許文献１、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２５８１６０号公報（第５図、第６図、第８図等）
【特許文献２】特開２００７−６８３８５号公報（第１０図等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、従来のパワーコンディショナでは、系統側が接地された場合、太陽電池の対地電位に対する浮遊容量の影響で、高周波ノイズ電流が流れる等の問題が生ずる場合がある。以下、高周波ノイズ電流が流れる原因を説明する。
【０００５】
パワーコンディショナは、太陽電池からの直流電力を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータと、そのＤＣ／ＤＣコンバータからの直流電力を交流電力に変換するインバータとからなる。例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を３８０Ｖとし、これを直流バス電圧と呼ぶと、ＤＣ／ＤＣコンバータからの直流電力を交流電力に変換するインバータがスイッチングする際、直流バス電圧が系統側の接地とつながる瞬間があり、接地電位から見た直流バス電圧が０Ｖから３８０Ｖまで変動する。直流バスは太陽電池までつながっており、インバータのスイッチングの速度（例えば、２０ｋＨｚ）で直流バスから太陽電池までが接地電位に対して大きく電圧変動し、そのため太陽電池の接地電位に対する浮遊容量を介してリーク電流（高周波ノイズ電流）が流れることになる。
【０００６】
また、昨今、ＣＯ２低減に対応するため、太陽光発電の電力を交流変換することなく直流のまま使うという考えが進んでいる。この考えでは、上記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力の直流バスを直流給電システムに接続する方法が採用される。ところが、直流給電システムには、直流電力の供給源である蓄電池や系統側からの交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣコンバータ、負荷としてのエアコン、ＴＶ等が含まれ、パワーコンディショナを接続すると更に接地電位に対する浮遊容量が増加し、高周波ノイズ電流が流れる問題が発生する。
【０００７】
なお、特許文献１のような、ダブルキャリア方式を採用しスイッチング周波数を減らして、高周波ノイズ電流を低減する方法があり、太陽電池、ＤＣ／ＤＣコンバータ並びにインバータからなる構成では高周波ノイズ電流は低減できている（図４に、特許文献１のパワーコンディショナの直流バス電圧Ｖｄｃおよび出力交流電圧Ｖａｃの波形例を示す）。しかしながら、直流給電システムに接続した場合、接地電位に対する浮遊容量が増加し高周波ノイズ電流が発生する場合がある。また、特許文献２のように、昇圧回路とインダクタにより接地電位を中心にして符号が異なるが同じ電圧を上下に発生させる方法がある。しかしながら、スイッチングに従い、直流バス電圧の変動を抑えることができず、高周波ノイズ電流を抑えることはできなかった。
【０００８】
上記問題点を鑑み、本発明は、直流バス電圧の変動を抑え、直流給電システムを接続しても高周波ノイズ電流の発生を抑えることができるパワーコンディショナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明は、ＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力する直流電圧を交流電圧に変換して系統側へ供給するインバータと、を備えたパワーコンディショナにおいて、
前記インバータは、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力ラインに並列に接続される第１上下アームおよび第２上下アームを有するスイッチング回路部と、前記第１上下アームの接続点に一端が接続される第１インダクタと、前記第１インダクタの他端に一端が接続される第１コンデンサと、前記第１コンデンサの他端に一端が接続される第２コンデンサと、一端が前記第２コンデンサの他端に接続され、他端が前記第２上下アームの接続点に接続される第２インダクタと、を備え、
前記第１コンデンサと前記第２コンデンサとの接続点は接地され、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力ラインには正負が異なる同じ大きさの電圧が印加され、
前記第１上下アームの第１上アームと前記第２上下アームの第２下アームおよび前記第１上下アームの第１下アームと前記第２上下アームの第２上アームをそれぞれ対として交互に同時オンオフ制御し、一方の対を同時オンオフ制御している期間、他方の対はオフ状態を維持する制御部をさらに備えた構成とする。
【００１０】
このような構成によれば、直流バス電圧が系統側の接地電位とつながることがなく、直流バス電圧の変動を抑えることができ、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力の直流バスに直流給電システムを接続した場合でも高周波ノイズ電流の発生を抑えることが可能となる。
【００１１】
また、上記構成において、前記インバータは、直列で接続され接続点が接地される第３コンデンサおよび第４コンデンサを前記スイッチング回路部の前段に備える構成としてもよい。これにより、直流バス電圧を安定化することができる。
【００１２】
また、上記いずれかの構成において、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力に太陽電池が接続される構成としてもよい。これにより、太陽光発電システムに直流給電システムを接続した場合でも高周波ノイズ電流の発生を抑えることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のパワーコンディショナによると、直流バス電圧の変動を抑え、直流給電システムを接続しても高周波ノイズ電流の発生を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係るパワーコンディショナおよびこれに接続される直流給電システムの一構成例を示す図である。
【図２】インバータにおける各スイッチ素子のスイッチングパターンを示す図である。
【図３】インバータの出力電圧および直流バス電圧の一例を示す図である。
【図４】従来のパワーコンディショナの直流バス電圧および出力交流電圧の波形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。本発明に係るパワーコンディショナおよびこれに接続される直流給電システムの一構成例を図１に示す。
【００１６】
パワーコンディショナ１は、太陽電池１１の出力電力を３８０Ｖまで昇圧する太陽電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２と、太陽電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電力を交流電力に変換して系統側へ供給するインバータ３とから構成される。太陽電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力には直流バス４を介して直流給電システム１２が接続される。
【００１７】
直流給電システム１２は、直流バス４と、系統ＡＣ／ＤＣコンバータ５と、蓄電池６と、蓄電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ７と、ＤＣ駆動エアコン８と、ＤＣ駆動ＴＶ９と、ＤＣ駆動冷蔵庫１０とから構成される。直流バス４には、系統側の交流電力を直流電力に変換して供給する系統ＡＣ／ＤＣコンバータ５と、蓄電池６の充放電を行う蓄電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ７と、ＤＣ駆動エアコン８と、ＤＣ駆動ＴＶ９と、ＤＣ駆動冷蔵庫１０とが接続される。
【００１８】
以下、パワーコンディショナ１のより具体的な構成について説明する。
【００１９】
太陽電池ＤＣ／ＤＣコンバータ２は、いわゆる電流共振形絶縁コンバータで構成されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ制御部２Ｆがメインスイッチ素子２Ａと補助スイッチ素子２Ｂを交互にオンオフして、後段の高周波トランス２Ｄを駆動する。高周波トランス２Ｄは漏れインダクタンスを有するリーケージトランスよりなり、巻数比は１．５〜２倍の範囲としている。トランスの漏れインダクタンス成分と共振用コンデンサ２Ｃとの電流共振を利用して、メインスイッチ素子２Ａおよび補助スイッチ素子２Ｂのソフトスイッチングが達成される。メインスイッチ素子２Ａおよび補助スイッチ素子２Ｂは、１５ｋＨｚ〜７０ｋＨｚの範囲で駆動周波数が可変するＰＦＭ（パルス周波数変調）方式で交互に駆動される。また、高周波トランス２Ｄの２次側には倍電圧整流回路２Ｅを備えているので、高周波トランス２Ｄで昇圧された二次巻線電圧はさらに２倍の直流電圧３８０Ｖに変換される。
【００２０】
インバータ３は、１００μＦのコンデンサ３Ｊと、１００μＦのコンデンサ３Ｋと、スイッチング回路部３Ｌと、２．５ｍＨのインダクタ３Ｅと、１０μＦのコンデンサ３Ｆと、１０μＦのコンデンサ３Ｇと、２．５ｍＨのインダクタ３Ｈと、インバータ制御部３Ｉとを備える。
【００２１】
太陽電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力にコンデンサ３Ｊの一端およびコンデンサ３Ｋの一端がそれぞれ接続され、コンデンサ３Ｊの他端とコンデンサ３Ｋの他端との接続点が接地される。
【００２２】
コンデンサ３Ｊ、コンデンサ３Ｋの後段にスイッチング回路部３Ｌが設けられる。スイッチング回路部３Ｌは、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）で構成される各スイッチ素子３Ａ、３Ｂからなる第１上下アームと、ＩＧＢＴで構成される各スイッチ素子３Ｃ、３Ｄからなる第２上下アームとから構成される。各スイッチ素子のスイッチング制御はインバータ制御部３Ｉにより行われる。
【００２３】
スイッチ素子３Ａとスイッチ素子３Ｂとの接続点はインダクタ３Ｅの一端に接続され、インダクタ３Ｅの他端がコンデンサ３Ｆの一端に接続される。スイッチ素子３Ｃとスイッチ素子３Ｄとの接続点はインダクタ３Ｈの一端に接続され、インダクタ３Ｈの他端がコンデンサ３Ｇの一端に接続される。コンデンサ３Ｆとコンデンサ３Ｇとの接続点は接地される。
【００２４】
コンデンサ３Ｊおよびコンデンサ３Ｋは、太陽電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧３８０Ｖを均等に分割し、コンデンサ３Ｊ側の電圧は１９０Ｖ、コンデンサ３Ｋ側の電圧は−１９０Ｖとなる。
【００２５】
ここで、スイッチング回路部３Ｌにおける各スイッチ素子のスイッチングパターンを図２に示す。図２（Ａ）は、スイッチ素子３Ａのスイッチングパターンを、図２（Ｂ）は、スイッチ素子３Ｂのスイッチングパターンを、図２（Ｃ）は、スイッチ素子３Ｃのスイッチングパターンを、図２（Ｄ）は、スイッチ素子３Ｄのスイッチングパターンをそれぞれ示す。各スイッチ素子は、ゲートエミッタ間電圧がＶ０でオフ、Ｖ１でオンとなる。
【００２６】
各スイッチ素子のスイッチングパターンとしては、スイッチ素子３Ａ（第１上アーム）とスイッチ素子３Ｄ（第２下アーム）およびスイッチ素子３Ｂ（第１下アーム）とスイッチ素子３Ｃ（第２上アーム）が対になって同時にオンオフ制御される。より具体的には、６０Ｈｚの半周期である８．３ｍｓの期間、スイッチ素子３Ａとスイッチ素子３ＤがＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御により同時にオンオフ制御され、その期間スイッチ素子３Ｂとスイッチ素子３Ｃはオフとされる。そして、次の８．３ｍｓの期間はスイッチ素子３Ｂとスイッチ素子３ＣがＰＷＭ制御により同時にオンオフ制御され、その期間スイッチ素子３Ａとスイッチ素子３Ｄはオフとされる。
【００２７】
このようなスイッチング制御により、図３に示すよう、インダクタ３Ｅ側の出力電圧Ｖａｃ１（図１）は、スイッチ素子３Ａとスイッチ素子３Ｄのオンオフ制御期間では０Ｖから１４０Ｖまでの正弦波状となり、スイッチ素子３Ｂとスイッチ素子３Ｃのオンオフ制御期間では０Ｖから−１４０Ｖまでの正弦波状となり、交流電圧が系統側へ供給される（なお、インダクタ３Ｈ側の出力電圧Ｖａｃ２は、上記Ｖａｃ１の波形を０Ｖ中心に正負逆にした波形となる）。
【００２８】
また、スイッチ素子３Ａとスイッチ素子３Ｄおよびスイッチ素子３Ｂとスイッチ素子３Ｃが対になって同時にオンオフ制御され、例えば、スイッチ素子３Ａとスイッチ素子３Ｄとが同時にオンとされると、インダクタ３Ｅの一端に１９０Ｖ、インダクタ３Ｈの一端に−１９０Ｖが発生するように電流が流れ、直流バス電圧Ｖｄｃ１、Ｖｄｃ２（図１）は０Ｖになることがなく、図３に示すよう直流バス電圧Ｖｄｃ１は１９０Ｖ、Ｖｄｃ２は−１９０Ｖで安定化する。これにより、直流給電システム１２を接続した場合でも高周波ノイズ電流の発生を抑えることができる（仮に例えば、スイッチ素子３Ａのみをオンとした場合は、スイッチ素子３Ａからスイッチ素子３Ｄの経路で電流が流れず、直流バス電圧Ｖｄｃ１は０Ｖとなってしまう）。
【００２９】
また、コンデンサ３Ｊおよびコンデンサ３Ｋの容量を１００μＦにすることで直流バス電圧を安定化できる。なお、１００μＦより容量を大きくしてもよい。
【００３０】
なお、スイッチング回路部３Ｌのスイッチ素子はＩＧＢＴに限らず、ＭＯＳＦＥＴでもよく、窒化物半導体により構成された電界効果トランジスタでもよい。
【００３１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨の範囲内であれば実施形態は種々変更可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１  パワーコンディショナ
２  太陽電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ
３  インバータ
４  直流バス
５  系統ＡＣ／ＤＣコンバータ
６  蓄電池
７  蓄電池用ＤＣ／ＤＣコンバータ
８  ＤＣ駆動エアコン
９  ＤＣ駆動ＴＶ
１０  ＤＣ駆動冷蔵庫
１１  太陽電池
１２  直流給電システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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