(57)【要約】【課題】マルチストリング構成の発電システムにおいて、入力電源の接続状態を判定可能なパワーコンディショナ、及び接続判定方法を提供することである。【解決手段】複数の入力電源２がそれぞれ接続される複数のＤＣ／ＤＣコンバータ１０３と、複数のＤＣ／ＤＣコンバータ１０３にそれぞれ対応する複数の直流電流検出部１０２と、を備え、複数のＤＣ／ＤＣコンバータ１０３は、単独に切換動作可能に構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の入力電源がそれぞれ接続される複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、該複数のＤＣ／ＤＣコンバータにそれぞれ対応する複数の直流電流検出部と、を備えるパワーコンディショナにおいて、
前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータは、単独に切換動作可能に構成されることを特徴とする、パワーコンディショナ。
【請求項２】
前記単独で動作させたＤＣ／ＤＣコンバータに対応する前記直流電流検出部により測定される直流電流に基づいて、当該ＤＣ／ＤＣコンバータに対する入力電源の接続状態を判定する接続判定部を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。
【請求項３】
前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータ全てについてそれぞれを順次単独で動作させる制御部を備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載のパワーコンディショナ。
【請求項４】
複数の入力電源がそれぞれ接続される複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、該複数のＤＣ／ＤＣコンバータにそれぞれ対応する複数の直流電流検出部と、を備えるパワーコンディショナの接続判定方法であって、
前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータのうち何れか１つを単独で動作させるステップと、
前記動作させたＤＣ／ＤＣコンバータに対応する前記直流電流検出部により直流電流を測定するステップと、
前記測定した直流電流値に基づいて、当該ＤＣ／ＤＣコンバータに対する入力電源の接続状態を判定するステップと、
を含むことを特徴とする、接続判定方法。
【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、及びパワーコンディショナに接続される入力電源の接続判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、太陽光発電システムにおいて、複数の太陽電池アレイを並列接続するパワーコンディショナが、各太陽電池アレイに対して独立に最大電力点に追従させるＭＰＰＴ（最大電力点追従：Maximum Power Point Tracking）制御を行い、システム発電効率の向上を図ることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３１８０４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような複数の入力電源を並列接続するマルチストリング構成においては、設置時に入力電源の配線を誤ってパワーコンディショナに接続してしまうことが懸念される。入力電源が正しく接続されていない場合、ＭＰＰＴ制御の処理を行っても最大電力点に収束できないため、システムの発電効率は低下する。しかし、ある程度の発電電力が得られるために、誤接続に気付くことは困難である。
【０００５】
従って、かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、マルチストリング構成の発電システムにおいて、入力電源の接続状態を判定可能なパワーコンディショナ、及び接続判定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する本発明に係るパワーコンディショナは、
複数の入力電源がそれぞれ接続される複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、該複数のＤＣ／ＤＣコンバータにそれぞれ対応する複数の直流電流検出部と、を備え、
前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータは、単独に切換動作可能に構成されることを特徴とする。
【０００７】
更に、本発明に係るパワーコンディショナは、
前記単独で動作させたＤＣ／ＤＣコンバータに対応する前記直流電流検出部により測定される直流電流に基づいて、当該ＤＣ／ＤＣコンバータに対する入力電源の接続状態を判定する接続判定部を備えることを特徴とする。
【０００８】
更に、本発明に係るパワーコンディショナにおいて、
前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータ全てについてそれぞれを順次単独で動作させる制御部を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、上記課題を解決する本発明に係る接続判定方法は、
複数の入力電源がそれぞれ接続される複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、該複数のＤＣ／ＤＣコンバータにそれぞれ対応する複数の直流電流検出部と、を備えるパワーコンディショナの接続判定方法であって、
前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータのうち何れか１つを単独で動作させるステップと、
前記動作させたＤＣ／ＤＣコンバータに対応する前記直流電流検出部により直流電流を測定するステップと、
前記測定した直流電流値に基づいて、当該ＤＣ／ＤＣコンバータに対する入力電源の接続状態を判定するステップと、
を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、マルチストリング構成の発電システムにおいて、パワーコンディショナに対する入力電源の接続状態を判定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態によるパワーコンディショナの構成例を示す回路図である。
【図２】本発明の一実施形態によるパワーコンディショナにおける制御部の機能を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態によるパワーコンディショナに、入力電源を誤接続している例を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態によるパワーコンディショナに、入力電源を誤接続している例を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態によるパワーコンディショナによる接続判定処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について、図を参照して説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態に係るパワーコンディショナ１の要部の回路構成例である。図１に示すように、パワーコンディショナ１は、複数の直流ノイズフィルタ１００と、複数の直流電圧検出部１０１と、複数の直流電流検出部１０２と、複数の入力端子を介して複数の入力電源２が接続される複数のＤＣ／ＤＣコンバータ１０３と、インバータ１０４と、交流電圧検出部１０５と、交流電流検出部１０６と、交流ノイズフィルタ１０７と、交流系統３を接続する連系リレー１０８と、操作部１０９と、通知部１１０と、制御部１１１と、を備える。また、本実施形態ではパワーコンディショナ１に接続可能な入力電源２が３つの場合について説明するが、接続可能な入力電源２の数は２つ以上であればよい。
【００１４】
直流ノイズフィルタ１００は、入力電源２の直流出力から放射ノイズ等を除去する。
【００１５】
複数の直流電圧検出部１０１及び複数の直流電流検出部１０２は、複数のＤＣ／ＤＣコンバータ１０３にそれぞれ対応しており、対応するＤＣ／ＤＣコンバータ１０３の入力直流電圧値及び入力直流電流値をそれぞれ測定し、制御部１１１に入力する。
【００１６】
各ＤＣ／ＤＣコンバータ１０３は、それぞれ接続される入力電源２からの入力について電圧変換を行う。図１のＤＣ／ＤＣコンバータ１０３は、チョークコイルと、コンデンサと、コンデンサからの逆流電流を防ぐダイオードと、半導体スイッチング素子と、半導体スイッチング素子に並列接続されるフリーホイールダイオードとからなる一般的な非絶縁型昇圧コンバータを示しているが、具体的な回路構成はこれに限定されるものではない。
【００１７】
インバータ１０４は、各ＤＣ／ＤＣコンバータ１０３から出力される直流電力を交流に変換し、交流系統３に交流電力を供給する。図１のインバータ１０４は、フルブリッジ回路を構成する４つの半導体スイッチング素子と、単相の各相に挿入されたリアクトルからなる一般的な単相インバータを示しているが、具体的な回路構成はこれに限定されるものではない。
【００１８】
交流電圧検出部１０５及び交流電流検出部１０６は、インバータ１０４と連系リレー１０８との間における交流電圧及び交流電流をそれぞれ測定し、制御部１１１に入力する。
【００１９】
交流ノイズフィルタ１０７は、インバータ１０４の交流出力から高周波ノイズ等を除去する。
【００２０】
連系リレー１０８は、パワーコンディショナ１自身の故障発生時や、ユーザによる運転動作の停止操作時等に開路し、交流系統３を解列する。
【００２１】
操作部１０９は、パワーコンディショナ１に対する操作者の操作を受け付け、制御部１１１に入力する。例えば、操作部１０９を介した操作者の入力に基づいて、制御部１１１はパワーコンディショナ１の通常運転動作を開始／停止し、又はパワーコンディショナ１に対する入力電源２の接続判定処理を行う。接続判定処理については、図５の説明で詳述する。
【００２２】
通知部１１０は、直流電流検出部１０２が測定した直流電流測定値、及び／又は入力電源２の接続判定結果を操作者に対して通知する。通知部１１０は、例えば、スピーカや、ＬＥＤ等の発光素子による７セグメント表示パネル等とすることができる。
【００２３】
制御部１１１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０３、インバータ１０４、連系リレー１０８、及び通知部１１０を制御し、パワーコンディショナ１の運転動作を制御する。また制御部１１１は、パワーコンディショナ１に対する入力電源２の接続判定処理において、複数のＤＣ／ＤＣコンバータ１０３の動作をそれぞれ独立に制御する。これらの制御の詳細については図２の説明で詳述する。
【００２４】
図２は、図１の制御部１１１の機能を示すブロック図である。制御部１１１は、センサ値取得部１１２と、コンバータ制御部１１３と、インバータ制御部１１４と、連系／系統制御部１１５と、操作受付部１１６と、通知制御部１１７と、接続判定部１１８とを備える。
【００２５】
センサ値取得部１１２は、直流電圧検出部１０１及び直流電流検出部１０２から直流電圧測定値及び直流電流測定値をそれぞれ取得する。またセンサ値取得部１１２は、交流電圧検出部１０５及び交流電流検出部１０６から交流電圧測定値及び交流電流測定値をそれぞれ取得する。
【００２６】
コンバータ制御部１１３は、パワーコンディショナ１の通常運転動作において、センサ値取得部１１２が取得した直流電圧測定値及び直流電流測定値に基づき、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０３に対してＭＰＰＴ制御を行う。
【００２７】
またコンバータ制御部１１３は、パワーコンディショナ１に対する入力電源２の接続判定処理において、接続状態の判定を行う１つのＤＣ／ＤＣコンバータ１０３を単独で動作させ、その他の各ＤＣ／ＤＣコンバータ１０３を停止（半導体スイッチング素子をＯＦＦ）する。ここで何れのＤＣ／ＤＣコンバータ１０３について接続状態の判定を行うかは、後述する操作受付部１１６が受け付ける操作者の入力に基づいて決定してもよく、又はコンバータ制御部１１３が決定してもよい。
【００２８】
インバータ制御部１１４は、センサ値取得部１１２が取得した交流電圧測定値及び交流電流測定値に基づいて、インバータ１０４の出力を制御する。
【００２９】
連系／系統制御部１１５は、パワーコンディショナ１自身の故障発生時や、操作受付部１１６が操作者による運転動作停止の入力を受け付けた時等に連系リレー１０８を開路し、交流系統３を解列する。
【００３０】
操作受付部１１６は、操作部１０９から操作者の入力を受け付ける。この入力に基づいて、制御部１１１はパワーコンディショナ１の通常運転動作を開始／停止し、又はパワーコンディショナ１に対する入力電源２の接続判定処理を行う。
【００３１】
通知制御部１１７は、通知部１１０を制御して、センサ値取得部１１２が取得した直流電流測定値、及び／又は接続判定部１１８から取得した入力電源２の接続判定結果を操作者に対して通知する。
【００３２】
接続判定部１１８は、パワーコンディショナ１に対する入力電源２の接続判定処理において、センサ値取得部１１２が取得した直流電流測定値が正常であるか否かを判断する。直流電流測定値が正常である場合、接続判定部１１８は、単独で動作しているＤＣ／ＤＣコンバータ１０３に入力電源２が正しく接続されていると判定する。一方、直流電流測定値が異常である場合、接続判定部１１８は、単独で動作しているＤＣ／ＤＣコンバータ１０３に入力電源２が正しく接続されていないと判定する。ここで直流電流測定値が異常とは、直流電流測定値が所定の閾値以下であることをいう。なお、接続状態の判定の原理については、図３及び図４の説明にて詳述する。
【００３３】
また接続判定部１１８は、入力電源２の接続判定結果を、通知制御部１１７及び通知部１１０を介して操作者に通知する。
【００３４】
図３及び図４を参照して、本発明の一実施形態による接続状態の判定の原理を説明する。図３は、第１の入力電源２−１のＮ端子と第２の入力電源２−２のＮ端子とを誤って逆に接続している例を示す。電流経路４（４−１、４−２）は、パワーコンディショナ１に接続された入力電源２（２−１、２−２）の電流経路である。第１の電流経路４−１は、第１の入力電源２−１のＰ端子から、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ１０３−１のチョークコイル及びダイオードを通過し、図中のＡ点を経てインバータ１０４に入力され、第２の直流電流検出部１０２−２を通過して第１の入力電源２−１のＮ端子に戻る。第２の電流経路４−２は、第２の入力電源２−２のＰ端子から、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ１０３−２のチョークコイル及びダイオードを通過し、図中のＡ点を経てインバータ１０４に入力され、第１の直流電流検出部１０２−１を通過して第２の入力電源２−２のＮ端子に戻る。なお図３では、第３の入力電源２−３に対応する第３の電流経路４−３は図示していない。
【００３５】
まずコンバータ制御部１１３は、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ１０３−１を単独で動作させ、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ１０３−２及び第３のＤＣ／ＤＣコンバータ１０３−３を停止させる。ここで、一般的に中間リンク電圧（図３におけるＡ点の電圧）は入力電源２の開放電圧より高く設定されている。このため、動作させた第１のＤＣ／ＤＣコンバータ１０３−１に接続している第１の入力電源２−１からは電流が流れるが、停止させたＤＣ／ＤＣコンバータ１０３−２及び１０３−３に接続している入力電源２−２及び２−３からは電流が流れない。
【００３６】
すなわち、発電可能な起動電圧以上の電圧値において、電流経路４−２には電流が流れず、第１の直流電流検出部１０２−１の直流電流測定値は０Ａとなる。
【００３７】
図４は、入力電源２のＰ端子を第１のＤＣ／ＤＣコンバータ１０３−１のＮ端子に、及び入力電源２のＮ端子を第２のＤＣ／ＤＣコンバータ１０３−２のＰ端子に誤って接続している例を示す。電流経路４は、入力電源２のＰ端子から、第１の直流電流検出部１０２−１を通過し、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ１０３−２のフリーホイールダイオード及びチョークコイルを通過して入力電源２のＮ端子に戻る。従って、第１の直流電流検出部１０２−１には正常接続時とは逆方向に電流が流れる。従って、第１の直流電流検出部１０２−１の直流電流測定値は負の値を示す。
【００３８】
以上より、動作させた第１のＤＣ／ＤＣコンバータ１０３−１に対応する第１の直流電流検出部１０２−１の直流電流測定値が０Ａ以下である場合、すなわち直流電流測定値が所定の閾値以下である場合、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ１０３−１について入力電源２が誤接続されていると判定することができる。この閾値は、例えば、測定誤差の範囲で０Ａと判定できる値である。なお、直流電流測定値が異常であるか否かの判断は、例えば通知部１１０を介して直流電流測定値を通知された操作者が行ってもよく、又は接続判定部１１８が所定の閾値との比較に基づいて自動的に行ってもよい。
【００３９】
図５は、本発明の一実施形態によるパワーコンディショナ１に対する入力電源２の接続判定処理を示すフローチャートである。図５を参照して、接続状態の自己診断機能を説明する。自己診断機能は、例えば操作部１０９を介して起動することができる。はじめに制御部１１１は、パワーコンディショナ１の通常運転を停止する（ステップＳ１０）。
【００４０】
次にコンバータ制御部１１３は、初期設定として変数ｎを１に設定する（ステップＳ１１）。なおｎは１からＮまでの値をとる整数値であり、Ｎはパワーコンディショナ１に接続される入力電源２の数を表す。
【００４１】
続いてコンバータ制御部１１３は、第ｎのＤＣ／ＤＣコンバータ１０３−ｎを動作させる（ステップＳ１２）。そしてコンバータ制御部１１３は、第ｎのＤＣ／ＤＣコンバータ１０３−ｎ以外の各ＤＣ／ＤＣコンバータ１０３を停止する（ステップＳ１３）。
【００４２】
次にセンサ値取得部１１２は、第ｎの直流電流検出部１０２−ｎから直流電流測定値を取得する（ステップＳ１４）。
【００４３】
次に接続判定部１１８は、予め設定された所定の閾値との比較に基づいて、センサ値取得部１１２が取得した直流電流測定値が正常であるか否かを判断する（ステップＳ１５）。直流電流測定値が正常である場合、すなわち所定の閾値よりも大きい場合、ステップＳ１６に進む。
【００４４】
次にコンバータ制御部１１３は、ｎの値をインクリメントし、ｎの値がＮを超過しているか否かを判断する（ステップＳ１６）。Ｎを超過していない場合、ステップＳ１２に戻る。Ｎを超過している場合、ステップＳ１７に進む。
【００４５】
ステップＳ１６においてＮを超過している場合、接続判定部１１８は、全てのＤＣ／ＤＣコンバータ１０３について全ての入力電源２がそれぞれ正常接続されていると判定する（ステップＳ１７）。
【００４６】
次に通知制御部１１７は、正常接続である旨を、通知部１１０を介して操作者に通知する（ステップＳ１８）。
【００４７】
次に制御部１１１は、パワーコンディショナ１の通常運転を再開する（ステップＳ１９）。
【００４８】
一方、ステップＳ１５において直流電流測定値が異常である場合、すなわち所定の閾値以下である場合、接続判定部１１８は、第ｎのＤＣ／ＤＣコンバータ１０３−ｎに対して入力電源２が正しく接続されていないと判定する（ステップＳ２０）。
【００４９】
次に通知制御部１１７は、誤接続である旨を、通知部１１０を介して操作者に通知する（ステップＳ２１）。
【００５０】
このように、本発明によれば、制御部１１１は複数のＤＣ／ＤＣコンバータ１０３のうち１つを単独で動作させ、他のＤＣ／ＤＣコンバータ１０３を停止する。そして動作させたＤＣ／ＤＣコンバータ１０３に対応する直流電流検出部１０２の直流電流測定値が異常である場合、入力電源２が正しく接続されていないと判定する。これにより、マルチストリング構成の発電システムにおいて、パワーコンディショナ１に対する入力電源２の接続状態を判定することが可能となる。
【００５１】
本発明を諸図面に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。例えば、上述の実施形態では、接続判定処理において制御部１１１が入力電源２の接続判定を行うようにしたが、操作者が、手動により１つのＤＣ／ＤＣコンバータ１０３を単独で動作させるように構成してもよい。この場合、動作させたＤＣ／ＤＣコンバータ１０３に対応する入力直流電流から、操作者により、入力電源２の接続判定を行うことが可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１        パワーコンディショナ
１００    直流ノイズフィルタ
１０１    直流電圧検出部
１０２    直流電流検出部
１０３    ＤＣ／ＤＣコンバータ
１０４    インバータ
１０５    交流電圧検出部
１０６    交流電流検出部
１０７    交流ノイズフィルタ
１０８    連系リレー
１０９    操作部
１１０    通知部
１１１    制御部
１１２    センサ値取得部
１１３    コンバータ制御部
１１４    インバータ制御部
１１５    連系／系統制御部
１１６    操作受付部
１１７    通知制御部
１１８    接続判定部
２        入力電源
３        交流系統
【図１】
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【図２】
2014155352.tif 000004
【図３】
2014155352.tif 000005
【図４】
2014155352.tif 000006
【図５】
2014155352.tif 000007