(57)【要約】【課題】基板交換時に補正量を書き換える必要のない、サービス性に優れたパワーコンディショナの制御装置を得ること。【解決手段】実施の形態のパワーコンディショナの制御装置は、パワーコンディショナ１内部の電気信号を検出するセンサ７１，７２，７３と、前記センサの出力を増幅するアンプ回路６４，６５，６６と、前記アンプ回路の個体差を補償する調整係数を保持する不揮発性メモリと、を有する交換可能な基板６１，６２，６３と、前記アンプ回路の出力と前記調整係数とから求めた前記センサの補償された出力に基づいて、前記パワーコンディショナを制御する制御手段２０と、を備える。【選択図】図２
2014027802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワーコンディショナ内部の電気信号を検出するセンサと、
前記センサの出力を増幅するアンプ回路と、前記アンプ回路の個体差を補償する調整係数を保持する不揮発性メモリと、を有する交換可能な基板と、
前記アンプ回路の出力と前記調整係数とから求めた前記センサの補償された出力に基づいて、前記パワーコンディショナを制御する制御手段と、
を備える
ことを特徴とするパワーコンディショナの制御装置。
【請求項２】
前記センサは太陽電池から得た直流電力の電気信号を検出するセンサである
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の制御装置。
【請求項３】
前記直流電力を前記パワーコンディショナが備えるインバータで変換した交流電力の電気信号を検出するセンサ
をさらに備え、
前記制御手段は、前記センサの補償された出力に基づいて前記インバータを制御する
ことを特徴とする請求項２に記載のパワーコンディショナの制御装置。
【請求項４】
前記調整係数は、前記アンプ回路の増幅率の調整係数である
ことを特徴とする請求項１、２または３に記載のパワーコンディショナの制御装置。
【請求項５】
直流電力を交流電力に変換するインバータと、
前記直流電力あるいは前記交流電力の電気信号を検出するセンサと、
前記センサの出力を増幅するアンプ回路と、前記アンプ回路の個体差を補償する調整係数を保持する不揮発性メモリと、を有する交換可能な基板と、
前記アンプ回路の出力と前記調整係数とから求めた前記センサの補償された出力に基づいて、前記インバータを制御する制御手段と、
を備える
ことを特徴とするパワーコンディショナ。
【請求項６】
前記直流電力は太陽電池から得た直流電力である
ことを特徴とする請求項５に記載のパワーコンディショナ。
【請求項７】
前記調整係数は、前記アンプ回路の増幅率の調整係数である
ことを特徴とする請求項５または６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、太陽光発電用パワーコンディショナおよびその制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化の原因となるＣＯ２の排出量削減問題や、いずれ枯渇が予想される化石燃料に対する代替エネルギーへの関心が高まってきている中で、クリーンでかつ無尽蔵のエネルギー源である太陽光による太陽光発電システムが注目を集めている。
【０００３】
太陽光発電システムにおいては、太陽電池モジュールによって発電された直流電力を一般の電気機器で使用可能な交流電力に変換するパワーコンディショナが重要な構成機器となっている。このパワーコンディショナには、住宅用に適した単相出力タイプ、公共施設・業務用に適した三相出力タイプなど、また屋内用、屋外用など設置場所に応じた種類などがある。
【０００４】
上記のようなパワーコンディショナには、太陽電池モジュールからの直流電力を所定の電圧値に昇圧するための昇圧回路や、直流電力を交流電力に変換するためのインバータ回路が搭載されている。これらの昇圧回路、インバータ回路の制御は、直流電流や直流電圧の値、交流電流や交流電圧の値を測定し、それらの値に基づいて、制御回路によって行われている。
【０００５】
しかしながら、このような測定系においてはセンサの個体差、増幅回路のゲインやオフセットに関するばらつきなど種々の誤差要因が存在し、その誤差をそのままにしておくと制御自体に影響を与え、所望の出力を得られないことも生ずる。
【０００６】
このような測定系の誤差を吸収する方法として、特許文献１に示すような、温度検出回路のばらつきを吸収する補正量をＥ２ＰＲＯＭに記憶しておき、コントローラがその補正量を用いて温度検出回路のばらつきによる温度のずれを補正する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−２５２９４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記のような先行技術においては、温度検出回路に何らかの不具合が生じて基板交換を行ったような場合に、Ｅ２ＰＲＯＭには交換前の温度検出回路のばらつきを吸収する補正量しか記憶されていないため、あらためて交換後の温度検出回路のばらつきを吸収する補正量を記憶させる(入力しなおす)必要があった。すなわち、基板交換時に補正量を書き換えなければならないという課題があった。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、そのような課題を解決して、基板交換時に補正量を書き換える必要のない、サービス性に優れたパワーコンディショナおよびその制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、パワーコンディショナ内部の電気信号を検出するセンサと、前記センサの出力を増幅するアンプ回路と、前記アンプ回路の個体差を補償する調整係数を保持する不揮発性メモリと、を有する交換可能な基板と、前記アンプ回路の出力と前記調整係数とから求めた前記センサの補償された出力に基づいて、前記パワーコンディショナを制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、基板交換を実施した際に補正量を書き換える作業が不要となり、サービス性に優れるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、実施の形態に係るパワーコンディショナを含む太陽光発電システムの構成を示した回路ブロック図である。
【図２】図２は、実施の形態に係るパワーコンディショナの主要回路基板の構成を示したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の実施の形態にかかるパワーコンディショナおよびその制御装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１４】
実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態に係るパワーコンディショナ１を含む太陽光発電システム１００の構成を示した回路ブロック図である。図２は、実施の形態に係るパワーコンディショナ１の主要回路基板の構成を示したブロック図である。まず、図１を用いて、実施の形態に係るパワーコンディショナ１を含む太陽光発電システム１００の全体構成について説明する。
【００１５】
屋根上に設置された太陽電池モジュール１１，１２，１３，１４，１５は数枚〜十数枚程度が直列接続され、その直列単位(ストリングス)からの出力ケーブルがパワーコンディショナ１の入力端子台２１，２２，２３，２４，２５に接続される。パワーコンディショナ１には複数の入力端子台２１，２２，２３，２４，２５が準備されており、複数のストリングスからの出力ケーブルが接続可能となっている。
【００１６】
パワーコンディショナ１内においては、入力端子台１組(１ストリングス)あるいは入力端子台２組(２ストリングス)単位でＤＣ開閉器３１，３２，３３に接続される。また、入力端子台単位(ストリングス単位)で逆流防止ダイオード４１，４２，４３，４４，４５が挿入されている。さらに、これらの複数個のＤＣ開閉器３１，３２，３３の出力側は一組にまとめられ、一括ＤＣ開閉器３５の入力に接続される。
【００１７】
一括ＤＣ開閉器３５の出力側には、順番にノイズフィルタ２、入力コンデンサ３、昇圧回路４、母線コンデンサ５が接続される。昇圧回路４は、Ｌ、スイッチ素子、ダイオード、コンデンサなどから構成されている。また、母線コンデンサ５は２個のコンデンサを直列接続した構成であり、バランス回路６が接続されている。
【００１８】
母線コンデンサ５の次段には、順番にインバータ回路７、フィルタ回路８、ノイズフィルタ９が接続される。フィルタ回路８はリアクタ、コンデンサから構成される。ノイズフィルタ９の出力側は２系統に別れ、一方は連系ＭＣ５１、他方は自立ＭＣ５２に接続される。連系ＭＣ５１の出力は連系端子台５３を経由して電力系統(この実施の形態では三相)に接続され、自立ＭＣ５２の出力は自立端子台５４を経由して負荷に接続される。
【００１９】
また、電源回路１０の入力側は入力コンデンサ３両端などの直流電圧部に接続され、出力側は、制御回路２０、ゲート回路３０、表示ユニット４０など各種回路に接続される。また、上記各種回路はパワーコンディショナ１内の関連する箇所に接続されている。
【００２０】
次に本実施の形態に係る太陽光発電システム１００の動作の概要を説明する。
【００２１】
太陽電池モジュール１１，１２，１３，１４，１５は太陽光を受けて直流電力を発電するが、その一枚あたりの電圧値は２０、３０Ｖ程度であり、そのままでは使用しにくいため、モジュール数枚〜十数枚程度を直列接続して１ストリングスあたりの直流電圧を高くしている。
【００２２】
太陽電池モジュール１１，１２，１３，１４，１５の直流電力はＤＣ開閉器３１，３２，３３、一括ＤＣ開閉器３５を経由して、入力コンデンサ３に一旦蓄えられる。ここでＤＣ開閉器３１，３２，３３は１ストリングスあるいは２ストリングス単位で太陽電池モジュール１１，１２，１３，１４，１５からの直流電力を接続あるいは遮断可能な接続箱機能を有することになる。逆流防止ダイオード４１，４２，４３，４４，４５は太陽電池モジュール１１，１２，１３，１４，１５の出力が低下したときに入力コンデンサ３に蓄えられた電力が逆流しないようにするものであり、また、太陽電池モジュールストリングスの逆接続による破損を防止するためのものである。
【００２３】
入力コンデンサ３に蓄えられた直流電力は、昇圧回路４により昇圧されて次段の母線コンデンサ５に蓄えられる。この昇圧後の電圧は次段のインバータ回路７が交流に変換するのに適した電圧値となるように制御される。この昇圧の動作は、制御回路２０による指令に従ったゲート回路３０からのゲート信号により、昇圧回路４が実行する。本実施の形態では、昇圧回路４としてマルチレベルチョッパ方式を採用している。
【００２４】
母線コンデンサ５は２個のコンデンサが直列接続されているが、この各コンデンサの電圧バランスが崩れると、インバータ回路７による交流出力にひずみが生じたり、各素子の耐電圧を超える恐れが生じるため、スイッチ素子とＬによるバランス回路６が接続されていて、各コンデンサの電圧バランスを取るようにしている。バランス回路６の制御は制御回路２０が実行する。
【００２５】
次にインバータ回路７により、母線コンデンサ５に蓄えられた直流電力が交流電力に変換される。この交流電力への変換動作は、制御回路２０による指令に従ったゲート回路３０からのゲート信号により、インバータ回路７が実行する。本実施の形態では、インバータ回路７として３レベルインバータ方式が採用されている。
【００２６】
インバータ回路７の出力は階段状の不連続な成分が残っているため、次段のフィルタ回路８により、滑らかな正弦波に整えられる。この正弦波出力が、連系運転モードの場合は連系ＭＣ５１を介して、電力系統に連系され、施設内の三相負荷で消費されたり、余剰分は電力系統に逆潮流(売電)されたりする。自立運転モードの場合は自立ＭＣ５２を介して、自立端子台５４に接続された負荷に供給される。連系運転モード、自立運転モードの切り換えは使用者の操作を受けて、あるいは自動的に、制御回路２０によって実行される。
【００２７】
また、表示ユニット４０は、太陽光発電システム１００で発電している発電電力の瞬時値や積算電力量を表示し、使用者はそれを見て太陽光発電システム１００の運転状況を把握することができる。
【００２８】
次に、図２により、本実施の形態に係るパワーコンディショナ１について、その制御装置を構成する主要な回路基板を抜粋し説明する。図２において、パワー基板４７にはパワーコンディショナ１の主回路である昇圧回路４、インバータ回路７が搭載されている。昇圧回路４の入力部すなわち太陽電池モジュール１１，１２，１３，１４，１５からの直流電力入力部には、太陽電池電圧を測定するセンサ、太陽電池電流を測定するセンサ等（これらのセンサをセンサ７１で代表して示す）が接続されている。また、昇圧回路４の次段の母線コンデンサ５には母線電圧を測定するセンサ７２が、インバータ回路７の出力部には交流出力電圧を測定するセンサ、交流出力電流を測定するセンサ等（これらのセンサをセンサ７３で代表して示す）が接続されている。図示しないが、他にも系統電圧を測定するセンサなどが接続されている。これらのセンサの具体的種類としては、抵抗で分圧した電圧を取り込んだり、シャント抵抗やＣＴ(カレントトランス)を使って取り込むなど種々のやり方がある。
【００２９】
これらのセンサの出力はそれぞれ交換可能なセンサ基板６１，６２，６３に入力されている。センサ基板６１，６２，６３には微小なセンサ出力を増幅するアンプ回路６４，６５，６６等が搭載されている。また、ＥＰＲＯＭなどの不揮発性メモリがそれぞれ搭載されている。不揮発性メモリとしてはＥＰＲＯＭに限らずフラッシュメモリ等であってもよい。
【００３０】
センサ基板６１，６２，６３のアンプ回路６４，６５，６６の出力は制御基板２６内のＣＰＵなどの制御回路２０に入力されている。制御基板２６にも、ＥＰＲＯＭなどの不揮発性メモリが搭載されている。制御基板２６には、他にゲート基板３６や表示ユニット４０なども接続されている。
【００３１】
上記構成のパワーコンディショナ１の動作の概要を以下に説明する。
【００３２】
各センサで取り込まれた電圧信号あるいは電流信号はそのままでは微小なため、ＣＰＵ２０での処理がしにくいので、まず各センサ基板６１，６２，６３内のアンプ回路６４，６５，６６で増幅される。しかしながら、各アンプ回路６４，６５，６６にはその個体差に起因してゲイン、オフセット等の個々のばらつきがあるため、一定の入力信号に対し、誤差の加わったさまざまな値の出力が出力される。
【００３３】
そこで、生産時の検査工程において、これらのアンプ回路６４，６５，６６の個体差に起因したばらつきを補償する調整係数を予め測定し、その調整係数をセンサ基板６１，６２，６３にそれぞれ搭載したＥＰＲＯＭに書き込んでおく。例えば、１という入力に対して１．５の出力が期待されるアンプ回路の実際の出力が１．８だった場合、増幅率の調整係数として１．５／１．８をＥＰＲＯＭに書き込む。
【００３４】
そして、パワーコンディショナ１の動作時においては、アンプ回路６４，６５，６６の出力とともにこの調整係数をも制御基板２６のＣＰＵ２０に送信する。ＣＰＵ２０はこのアンプ回路６４，６５，６６の出力データにこの調整係数を乗じて、ばらつきの影響を吸収した真値に近いデータを得ることができる。すなわち、上述した調整係数を有するアンプ回路からのデータが１．８ならば、調整係数１．５／１．８を乗じて、１．５を得る。したがって、増幅率のばらつきの影響を吸収して、大元の値１に相当する１．５という補償されたセンサ出力のデータが得られることになる。
【００３５】
そして、このデータを基に、図１のゲート回路３０含んだゲート基板３６等を介して、昇圧回路４やインバータ回路７への制御指令を出す。また、このデータを基に発電電力や積算電力量などの値を算出して、表示ユニット４０に表示させる。これらは大元の値が１であることを把握してなされているため、最も適切な制御であり、最も誤差の少ない表示となる。
【００３６】
なお、センサ基板６１，６２，６３からＣＰＵ２０への調整係数のデータ送信は、たとえばシリアル通信等により行われる。また、調整係数のデータ送信タイミングは、上記ではアンプ出力と同時すなわち常時行われる想定で説明したが、パワーコンディショナ１の毎朝の電源立ち上がり時(太陽電池出力から制御電源を生成している場合)に一回行うだけでもよいし、あるいは基板交換後のパワーコンディショナ１の一回目の電源立ち上がり時に行うだけでもよい。制御基板２６内のＣＰＵ２０のメモリあるいはＥＰＲＯＭに記憶しておけば常時通信で得る必要はない。
【００３７】
ここで何らかの原因により、センサ基板６１の動作が不調になったとする。点検の結果、センサ基板６１の修理は不可能と診断され、新しい基板(センサ基板６１'とする)と交換することになった。センサ基板６１'のアンプ回路は入力１に対し出力１．４という特性を有するものとする。
【００３８】
センサ基板６１をセンサ基板６１'に交換した後、パワーコンディショナ１を動作させる。センサ基板６１'からＣＰＵ２０へは、アンプ回路出力１．４とともに、センサ基板１'の調整係数である１．５／１．４が送られる。ＣＰＵ２０はセンサ基板６１'のアンプ回路からのデータ１．４に、調整係数１．５／１．４を乗じて、１．５を得る。すなわち、基板交換しても、新しい基板のＥＰＲＯＭにはその新しい基板に載っているアンプ回路の特性に応じた調整係数がすでに(生産時の検査工程で)書き込まれているため、ＣＰＵ２０の制御すなわちパワーコンディショナ１の動作には何ら影響が生じない。
【００３９】
従来の構成であれば、検査工程において算出された調整係数は制御基板内のメモリに記憶されていた。従って、新しいアンプ回路からのデータ１．４に対し、旧調整係数１．５／１．８を乗じることになり、約１．２という全く違った出力値を認識してしまうという問題があった。しかし、本実施の形態によればこのような問題を回避することが可能となる。なお、本実施の形態においては、アンプ回路の個体差を補償する調整係数として増幅率に対する調整係数を例にとって説明したが、増幅率に限定されず他の特性に対する調整係数であっても構わない。
【００４０】
すなわち、本実施の形態によれば基板交換の際に、パワーコンディショナとしての再調整を施したり、制御基板２６内に記憶されている調整係数を書き換えたりする必要がなくなり、サービス性に優れたパワーコンディショナを得ることができる。
【００４１】
本実施の形態では、センサの搭載されているパワー基板４７とは別にアンプ回路が搭載されている交換可能なセンサ基板６１，６２，６３が存在するとして説明したが、パワー基板４７内にアンプ回路まで含まれていても同様である。その場合は、パワー基板４７内に、アンプ回路およびセンサのばらつきによる誤差を吸収するための調整係数を書き込むためのＥＰＲＯＭが搭載されることになる。動作不調時には、パワー基板４７を交換すればよいので、制御基板２６には何ら調整を加える必要がない。
【００４２】
さらに、本願発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上記実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出されうる。例えば、上記実施の形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出されうる。更に、異なる実施の形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
以上のように、本発明にかかるパワーコンディショナおよびその制御装置は、太陽電池モジュールに接続される太陽光発電用パワーコンディショナおよびその制御装置に有用であり、特に、センサの個体差、増幅回路のゲインやオフセットに関するばらつきなど種々の誤差要因が存在する測定系を備えたパワーコンディショナおよびその制御装置に適している。
【符号の説明】
【００４４】
１  パワーコンディショナ、  ２，９  ノイズフィルタ、３  入力コンデンサ、４  昇圧回路、５  母線コンデンサ、６  バランス回路、７  インバータ回路、８  フィルタ回路、１０  電源回路、１１，１２，１３，１４，１５  太陽電池モジュール、２０  制御回路（ＣＰＵ）、２１，２２，２３，２４，２５  入力端子台、２６  制御基板、３０  ゲート回路、３１，３２，３３  ＤＣ開閉器、３５  一括ＤＣ開閉器、３６  ゲート基板、４０  表示ユニット、４１，４２，４３，４４，４５  逆流防止ダイオード、４７  パワー基板、５１  連系ＭＣ、５２  自立ＭＣ、５３  連系端子台、５４  自立端子台、６１，６２，６３  センサ基板、６４，６５，６６  アンプ回路、７１，７２，７３  センサ。
【図１】
2014027802.tif 000003
【図２】
2014027802.tif 000004