(57)【要約】【課題】共振周波数と一致するスイッチング周波数をより正確に測定して設定することのできる電力変換装置を提供する。【解決手段】予め設定されたスイッチング周波数に基づいてスイッチング制御が行われる電流共振フルブリッジコンバータ４と、所定条件を満たしたときにスイッチング周波数を変化させることで最大電力変換効率となるスイッチング周波数を測定して再設定するスイッチング周波数設定手段１８と、入出力電力を制限する入出力電力抑制制御手段２０とを備える電力変換装置１において、スイッチング周波数設定手段を、入出力電力抑制制御手段２０により入出力電力の制限が行われている状態が所定時間に亘って継続しているときに限り、スイッチング周波数の再設定を行うように構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め設定されたスイッチング周波数に基づいてスイッチング制御が行われる電流共振ブリッジコンバータと、所定条件を満たしたときに前記スイッチング周波数の再設定を行うスイッチング周波数設定手段と、入出力電力を制限する入出力電力抑制制御手段とを備える電力変換装置において、
前記スイッチング周波数設定手段は、前記入出力電力抑制制御手段により入出力電力の制限が行われている状態が所定時間に亘って継続しているときに限り、前記スイッチング周波数の再設定を行うように構成されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
直流電源からの入力直流電力を昇圧する電流共振ブリッジコンバータと、該コンバータにより昇圧された直流電力を系統電力に系統連系する低周波交流電力に変換して系統に出力する低周波インバータと、前記電流共振ブリッジコンバータの入力側に設けられた入力電流センサ及び入力電圧センサと、前記低周波インバータの出力側に設けられた出力電流センサ及び出力電圧センサと、制御部とを備える電力変換装置であって、前記電流共振ブリッジコンバータは、入力直流電力をスイッチング素子のスイッチング動作により高周波交流電力に変換して出力するブリッジインバータと、該ブリッジインバータの出力側に一次側が接続されたトランスと、該トランスの一次側若しくは二次側に直列に接続された電流共振コンデンサと、前記トランスの二次側に接続された整流回路とを備え、前記制御部は、前記入力電流センサ、入力電圧センサ、出力電流センサ及び出力電圧センサのそれぞれの検出値に基づいて入出力電力変換効率を算出する効率算出手段と、スイッチング周波数を設定するスイッチング周波数設定手段と、該スイッチング周波数設定手段により設定されたスイッチング周波数に基づいて前記スイッチング素子の制御を行うコンバータ制御手段と、前記低周波インバータを制御するインバータ制御手段とを備え、前記コンバータ制御手段及び／又は前記インバータ制御手段は、前記入力電流センサが検出する入力電流、前記出力電流センサが検出する出力電流、前記入力電流センサが検出する入力電流と前記入力電圧センサが検出する入力電圧とに基づいて算出される入力電力、及び、前記出力電流センサが検出する出力電流と前記出力電圧センサが検出する出力電圧とに基づいて算出される出力電力の少なくともいずれか一つに基づいて入出力電力を制限する入出力電力抑制制御機能を備え、前記スイッチング周波数設定手段は、所定条件を満たしたときに、所定範囲内でスイッチング周波数を変化させて複数の周波数ポイントにおける前記効率算出手段の算出結果に基づいてスイッチング周波数を再設定する電力変換装置において、
前記スイッチング周波数設定手段は、前記入出力電力抑制制御機能により入出力電力の制限が行われている状態が所定時間に亘って継続しているときに限り、前記スイッチング周波数の再設定を行うように構成されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電力変換装置において、前記スイッチング周波数設定手段は、スイッチング周波数を所定範囲内で変化させている途中で前記入出力電力抑制制御機能による入出力電力の制限が行われない状態となったときは前記スイッチング周波数の再設定を中止することを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項１，２又は３に記載の電力変換装置において、前記スイッチング周波数設定手段は、前回の再設定から所定期間経過するまでは前記スイッチング周波数の再設定を行わないように構成されていることを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池発電システム用のパワーコンディショナとして好適に利用できる電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池発電システムにおいて燃料電池が出力する直流電力を商用電力系統に系統連系する交流電力に変換して出力するパワーコンディショナに内蔵されるＤＣ／ＤＣコンバータとしては、絶縁型コンバータの中でも高効率な電流共振フルブリッジコンバータが採用されることが多い。
【０００３】
この電流共振フルブリッジコンバータとしては、例えば下記の特許文献１に開示されたものがある。この従来のコンバータでは、共振コンデンサを高周波トランスと直列に接続し、高周波ブリッジインバータを構成するスイッチング素子を電流共振の共振周波数と一致する一定のスイッチング周波数で駆動することによってゼロ電流スイッチングを行い、これによりスイッチングロス及びノイズを低減して高効率化を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−７２１３７公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、トランスの製造時のバラツキや、トランスや共振コンデンサの経年劣化や温度条件等により、トランスの漏れインダクタンスや共振コンデンサのキャパシタンスが設計値からずれることがあり、それにより共振周波数も設計値からずれてしまい、正確にゼロ電流スイッチングを行うことができなくなることがあり、その場合、スイッチングロスの増加による電力変換効率の低下やスイッチングノイズが発生してしまうという問題がある。
【０００６】
上記特許文献１においても、段落番号００６１に、回路素子の個体差により回路定数がばらついていると共振周波数もばらつく可能性があるため、昇圧回路のスイッチング周波数を予め固定的に決めてしまうのではなく、実際に系統連系インバータ装置を動作させた状態でスイッチング周波数が自動的に補正される構成を採用することが好ましいことが言及されている。また、段落番号００６３〜００６４には、スイッチング周波数を自動補正する構成の一例として、昇圧回路およびインバータ回路での電力の変換効率を算出する効率算出手段を昇圧制御部に設け、当該変換効率が最大となるように昇圧制御部にてスイッチング周波数を調節する構成が開示されている。具体的には、昇圧回路の入力電力検出手段と、インバータ回路の出力電力検出手段とを設け、効率算出手段は入力電力検出手段の検出電力に対する出力電力検出手段の検出電力の比率から変換効率を算出する。そして、昇圧制御部は、所定の範囲内で昇圧回路のスイッチング周波数を変化させ、効率算出手段で算出される変換効率が最大となる周波数を新たなスイッチング周波数に設定するようになっている。
【０００７】
しかし、系統連系インバータ装置の動作時においても家庭内負荷が変動し、これにより入出力電力が変動することがあるが、上記の変換効率測定時に入出力電力が変動すると最大変換効率となるスイッチング周波数を正確に把握することができず、これにより設定された新たなスイッチング周波数が共振周波数からずれてしまうことがあるという問題がある。かかる問題点については上記特許文献１には示唆されていない。
【０００８】
そこで、本発明は、共振周波数と一致するスイッチング周波数をより正確に測定して設定することのできる電力変換装置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、次の技術的手段を講じた。
【００１０】
すなわち、本発明は、予め設定されたスイッチング周波数に基づいてスイッチング制御が行われる電流共振ブリッジコンバータと、所定条件を満たしたときに前記スイッチング周波数の再設定を行うスイッチング周波数設定手段と、入出力電力を制限する入出力電力抑制制御手段とを備える電力変換装置において、前記スイッチング周波数設定手段は、前記入出力電力抑制制御手段により入出力電力の制限が行われている状態が所定時間に亘って継続しているときに限り、前記スイッチング周波数の再設定を行うように構成されていることを特徴とするものである（請求項１）。
【００１１】
かかる本発明の電力変換装置によれば、スイッチング周波数設定手段によって、電流共振ブリッジコンバータの現時点の電流共振周波数の実測値に基づくスイッチング周波数や、電力変換装置の入出力電力変換効率が最大となるスイッチング周波数に再設定することにより電流共振ブリッジコンバータにおけるスイッチングロスやノイズ発生を低減することができる。また、入出力電力抑制制御手段によって、入力電力を定格電力に制限したり、出力電力を定格出力に制限したり、燃料電池の制御部から送信される上限電流値を超えないように入力電流を制限するように入出力電力を制限することにより、燃料電池スタックの劣化防止や、電流共振ブリッジコンバータの構成部品の電気的破壊を防止できる。さらに、入出力電力の制限が行われている状態が所定時間に亘って継続しているときは、ある程度大きな電力負荷が継続的に使用されている状態であることが多く、その後も一定時間は電力負荷が使用され続けられることが期待されるので、かかる状態でスイッチング周波数の再設定を実行することにより、スイッチング周波数を現実の電流共振周波数に正確に合致させて、スイッチングロス及びノイズの一層の低減を図ることができる。
【００１２】
また、本発明は、直流電源からの入力直流電力を昇圧する電流共振ブリッジコンバータと、該コンバータにより昇圧された直流電力を系統電力に系統連系する低周波交流電力に変換して系統に出力する低周波インバータと、前記電流共振ブリッジコンバータの入力側に設けられた入力電流センサ及び入力電圧センサと、前記低周波インバータの出力側に設けられた出力電流センサ及び出力電圧センサと、制御部とを備える電力変換装置であって、前記電流共振ブリッジコンバータは、入力直流電力をスイッチング素子のスイッチング動作により高周波交流電力に変換して出力するブリッジインバータと、該ブリッジインバータの出力側に一次側が接続されたトランスと、該トランスの一次側若しくは二次側に直列に接続された電流共振コンデンサと、前記トランスの二次側に接続された整流回路とを備え、前記制御部は、前記入力電流センサ、入力電圧センサ、出力電流センサ及び出力電圧センサのそれぞれの検出値に基づいて入出力電力変換効率を算出する効率算出手段と、スイッチング周波数を設定するスイッチング周波数設定手段と、該スイッチング周波数設定手段により設定されたスイッチング周波数に基づいて前記スイッチング素子の制御を行うコンバータ制御手段と、前記低周波インバータを制御するインバータ制御手段とを備え、前記コンバータ制御手段及び／又は前記インバータ制御手段は、前記入力電流センサが検出する入力電流、前記出力電流センサが検出する出力電流、前記入力電流センサが検出する入力電流と前記入力電圧センサが検出する入力電圧とに基づいて算出される入力電力、及び、前記出力電流センサが検出する出力電流と前記出力電圧センサが検出する出力電圧とに基づいて算出される出力電力の少なくともいずれか一つに基づいて入出力電力を制限する入出力電力抑制制御機能を備え、前記スイッチング周波数設定手段は、所定条件を満たしたときに、所定範囲内でスイッチング周波数を変化させて複数の周波数ポイントにおける前記効率算出手段の算出結果に基づいてスイッチング周波数を再設定する電力変換装置において、前記スイッチング周波数設定手段は、前記入出力電力抑制制御機能により入出力電力の制限が行われている状態が所定時間に亘って継続しているときに限り、前記スイッチング周波数の再設定を行うように構成されていることを特徴とするものである（請求項２）。
【００１３】
かかる本発明の電力変換装置によれば、上記した請求項１に係る電力変換装置の作用効果に加え、系統に接続された電力負荷の消費電力が入出力電力抑制制御機能による制限出力電力（例えば電力変換装置の定格入出力電力や燃料電池の出力許容電流値に応じた電力変換装置の出力電力など）を超えた場合は、入出力電力抑制制御機能によって電力変換装置の入出力電力が所定電力に制限され、不足分は系統電力で賄われる。かかる状態で上記のスイッチング周波数の再設定が行われるようにすることにより、電力負荷の消費電力が多少変動しても変動分は系統電力の消費量の増減として吸収され、電力変換装置の入出力電力は所定電力で安定動作するため、より正確に電力変換効率が最大となる周波数ポイントを探索することが可能となる。
【００１４】
さらに、前記スイッチング周波数設定手段は、スイッチング周波数を所定範囲内で変化させている途中で前記入出力電力抑制制御機能による入出力電力の制限が行われない状態となったときは前記スイッチング周波数の再設定を中止することが好ましい（請求項３）。これによれば、最適周波数の探索中に電力負荷の消費電力が大きく減少するなどして入出力電力の制限が行われなくなった場合に、スイッチング周波数の再設定を中止して、前回設定されたスイッチング周波数を維持することで、共振周波数から大きく外れた値がスイッチング周波数設定手段によって設定されてしまうことを防止できる。
【００１５】
上記本発明の電力変換装置において、前記スイッチング周波数設定手段は、前回の再設定から所定期間経過するまでは前記スイッチング周波数の再設定を行わないように構成されていることが好ましい（請求項４）。スイッチング周波数の再設定のためにスイッチング周波数を所定範囲内で変動させている間は変換効率の低下並びにノイズの発生を誘発してしまうが、上記構成によれば、頻繁にスイッチング周波数の再設定が行われることを回避して、例えば昇圧トランスや電流共振コンデンサの経年劣化に対応するために前回の再設定から３０日以上経過した後の入出力電力が安定したときにスイッチング周波数の再設定を行うように構成できる。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明の請求項１に係る電力変換装置によれば、スイッチング周波数設定手段によって、電流共振ブリッジコンバータの現時点の電流共振周波数の実測値に基づくスイッチング周波数や、電力変換装置の入出力電力変換効率が最大となるスイッチング周波数に再設定することにより電流共振ブリッジコンバータにおけるスイッチングロスやノイズ発生を低減することができる。また、入出力電力抑制制御手段によって、入力電力を定格電力に制限したり、出力電力を定格出力に制限したり、燃料電池の制御部から送信される上限電流値を超えないように入力電流を制限するように入出力電力を制限することにより、燃料電池スタックの劣化防止や、電流共振ブリッジコンバータの構成部品の電気的破壊を防止できる。さらに、入出力電力の制限が行われている状態が所定時間に亘って継続しているときは、ある程度大きな電力負荷が継続的に使用されている状態であることが多く、その後も一定時間は電力負荷が使用され続けられることが期待されるので、かかる状態でスイッチング周波数の再設定を実行することにより、スイッチング周波数を現実の電流共振周波数に正確に合致させて、スイッチングロス及びノイズの一層の低減を図ることができる。
【００１７】
また、本発明の請求項２に係る電力変換装置によれば、系統に接続された電力負荷の消費電力が入出力電力抑制制御機能による制限出力電力（例えば電力変換装置の定格入出力電力や燃料電池の出力許容電流値に応じた電力変換装置の出力電力など）を超えた場合は、入出力電力抑制制御機能によって電力変換装置の入出力電力が所定電力に制限され、不足分は系統電力で賄われる。かかる状態で上記のスイッチング周波数の再設定が行われるようにすることにより、電力負荷の消費電力が多少変動しても変動分は系統電力の消費量の増減として吸収され、電力変換装置の入出力電力は所定電力で安定動作するため、より正確に電力変換効率が最大となる周波数ポイントを探索することが可能となる。
【００１８】
また、本発明の請求項３に係る電力変換装置によれば、最適周波数の探索中に電力負荷の消費電力が大きく減少するなどして入出力電力の制限が行われなくなった場合に、スイッチング周波数の再設定を中止して、前回設定されたスイッチング周波数を維持することで、共振周波数から大きく外れた値がスイッチング周波数設定手段によって設定されてしまうことを防止できる。
【００１９】
また、本発明の請求項４に係る電力変換装置によれば、スイッチング周波数の再設定のためにスイッチング周波数を所定範囲内で変動させている間は変換効率の低下並びにノイズの発生を誘発してしまうが、上記構成によれば、頻繁にスイッチング周波数の再設定が行われることを回避して、例えば昇圧トランスや電流共振コンデンサの経年劣化に対応するために前回の再設定から３０日以上経過した後の入出力電力が安定したときにスイッチング周波数の再設定を行うように構成できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る電力変換装置を用いた燃料電池発電システムの概略回路図である。
【図２】スイッチング周波数設定の制御フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１は本発明の一実施形態に係る電力変換装置としてのパワーコンディショナ１を用いた燃料電池発電システムの概略構成を示しており、該燃料電池発電システムは、電力源となる燃料電池２と、該燃料電池２が出力する直流電力を商用系統電力に系統連系する低周波交流電力に変換して系統３に出力するパワーコンディショナ１とから主構成されている。
【００２３】
燃料電池２としては、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）や固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）などの従来公知の適宜の方式のものを採用できる。
【００２４】
パワーコンディショナ１は、燃料電池２が出力する直流電圧を商用系統電力に系統連系させるために必要な電圧に昇圧する昇圧回路を構成する電流共振フルブリッジコンバータ４と、該コンバータ４が出力する直流電力を低周波の商用系統電力に系統連系する交流電力に変換してフィルタ回路２１を介して系統３に出力する低周波インバータ５と、これらコンバータ４及びインバータ５を構成するスイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御部６と、コンバータ４の入力側に設けられた入力電力検出手段としての入力電圧センサ７及び入力電流センサ８と、コンバータ４の出力側に設けられた出力電力検出手段としての出力電圧センサ９及び出力電流センサ１０とを備えている。なお、本実施形態では、出力電圧センサ９及び出力電流センサ１０は、コンバータ４の出力側であって且つインバータ５の出力側に設けている。
【００２５】
電流共振フルブリッジコンバータ４は、燃料電池２からの入力直流電力をＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチング動作により高周波交流電力に変換する高周波フルブリッジインバータ１１と、該フルブリッジインバータ１１の出力側に一次側が接続された昇圧用高周波トランス１２と、該トランス１２の一次側に直列に接続されたフィルムコンデンサからなる電流共振コンデンサ１３と、トランス１２の二次側に接続されたダイオードブリッジからなる整流回路１４と、該整流回路１４の出力側に設けられた平滑コンデンサ１５（ＤＣリンクコンデンサ）と、フルブリッジインバータ１１の入力側に設けられた平滑コンデンサ１６とを備えている。なお、電流共振コンデンサ１３はトランス１２の二次側に設けることもできる。
【００２６】
本実施形態のフルブリッジインバータ１１は４つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をフルブリッジ接続してなり、スイッチング素子Ｑ１及びＱ４の組とスイッチング素子Ｑ２及びＱ３の組とを制御部６によって交互に高周波スイッチングすることにより入力直流電力を高周波交流電力に変換してトランス１２の一次側へ出力する。各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチング周波数は、電流共振コンデンサ１３、トランス１２及び平滑コンデンサ１５の定数によって定まる電流共振周波数に一致するように予め設定される。本実施形態では、設計値としてのスイッチング周波数は６０ｋＨｚとされている。
【００２７】
制御部６は、マイコンによって主構成されており、上記出力電力検出手段が検出する出力電圧値及び出力電流値と上記入力電力検出手段が検出する入力電圧値及び入力電流値とに基づいて入出力電力変換効率を算出する効率算出手段１７と、スイッチング周波数を設定するスイッチング周波数設定手段１８と、該スイッチング周波数設定手段１８により設定されたスイッチング周波数に基づいてフルブリッジインバータ１１を構成するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の駆動制御を行うコンバータ制御手段１９と、上記低周波インバータ５を構成するブリッジ回路のスイッチング素子（図示せず）の駆動制御を行うインバータ制御手段２０とを備えている。各手段は、マイコンによって実行されるプログラムによって実現されていてもよいし、マイコンとは別途設けられた専用回路やドライバＩＣなどによって実現されていてもよい。
【００２８】
効率算出手段１７は、入力電圧センサ７が検出する入力電圧と入力電流センサ８が検出する入力電流との積として入力電力値を算出するとともに、出力電圧センサ９が検出する出力電圧と出力電流センサ１０が検出する出力電流とに基づいて、交流の出力電力の有効電力成分を出力電力値として算出するように構成できる。そして、算出された入力電力値に対する出力電力値の比率を電力変換効率としてリアルタイムで算出するように構成されている。
【００２９】
上記コンバータ制御手段１９及びインバータ制御手段２０によるスイッチング制御の態様は従来公知のものとすることができるが、特に本実施形態では、コンバータ制御手段１９は、スイッチング周波数設定手段１８の記憶手段に記憶されたスイッチング周波数を参照して、該周波数に基づく駆動パルスを各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に出力する。なお、設定されたスイッチング周波数に基づく制御が行われればよく、駆動パルスの周波数が設定されたスイッチング周波数に厳密に合致している必要はなく、従来周知のようにデッドタイム制御が行われていてもよく、また、位相シフトＰＷＭ制御が行われるものであってよい。さらに、ＰＷＭ制御によりコンバータ４において入出力電力抑制制御を行うものであってもよい。
【００３０】
また、インバータ制御手段２０も、従来周知のように上記入力電力検出手段が検出する入力電力や出力電力検出手段が検出する出力電力に基づき、有効電力制御や無効電力制御が行われるものであってよく、特に本実施形態では、パワーコンディショナ１の入力電流値の上限が所定電流値となるように入出力電力抑制制御を行うように構成されている。すなわち、燃料電池モジュールとしてＳＯＦＣセルスタックを採用する場合には、発電出力が定格出力付近で一定に保たれた状態で運転されるのが一般的であり、このような状態下においてはＳＯＦＣ内部の熱的バランスが保たれ、ＳＯＦＣの反応温度も一定温度に維持されるため発電効率が最適となる。したがって、燃料電池２の制御部は、燃料電池２の起動時には指令電流値として最小値（例えば１Ａ）を設定するとともに、指令電流上限値として定格出力に対応する電流値（例えば７Ａ）を設定した上で、定格出力が得られるまで、すなわち発電電力の電流が指令電流上限値となるまで徐々に指令電流値を増加させていき、その後は指令電流値を指令電流上限値付近で一定に保つよう構成されている。そして、パワーコンディショナ１が過度な電力要求をしないように燃料電池２の制御部からパワーコンディショナ１の制御部６に対して現在の指令電流値を常時出力させ、インバータ制御手段２０が、当該指令電流値に基づき、該指令電流値に近づき且つ指令電流値を超えないようにパワーコンディショナ１の入力電流値の上限（例えば６．９Ａ）を設定して、入力電流センサ８の検出値に基づくフィードバック制御によりインバータ制御手段２０が低周波インバータ５を制御する。而して、本実施形態では、インバータ制御手段２０によって入出力電力抑制制御手段が構成されており、このようにインバータ５によって出力制御を行うことにより、設定されたスイッチング周波数で電流共振フルブリッジコンバータ４をスイッチング動作させることができ、ゼロ電流スイッチングによるスイッチングロス及びノイズの低減が図られる。
【００３１】
スイッチング周波数を設定するスイッチング周波数設定手段１８は、スイッチング周波数を記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶されるスイッチング周波数を書き換える更新プログラムとによって構成されている。この更新プログラムは、所定のスイッチング周波数再設定条件を満たしたときに実行され、設計時の電流共振ブリッジコンバータ４における電流共振周波数を含む所定の周波数範囲内でスイッチング周波数を徐々に変化させながら、複数の周波数ポイントにおいて効率算出手段により電力変換効率をそれぞれ測定し、全周波数範囲内を走査した後に電力変換効率が最大となる周波数をスイッチング周波数として記憶手段に再設定するように構成されている。
【００３２】
かかるスイッチング周波数設定手段１８によるスイッチング周波数の再設定の制御フローの一例を図２に示す。本実施例では、まず、ステップＳ１では、スイッチング周波数の再設定条件として、入力電力が７００Ｗ近傍である状態が１分間継続しているか否かを判定する。これは、燃料電池の出力電圧がほぼ１００Ｖであって、定格出力に対応する電流値が７Ａであることに対応して、燃料電池が定格出力状態であり且つインバータ制御手段２０によって入力電流がそれ以上上昇しないように制限されている状態であることを間接的に判定するための条件である。なお、入力電力が７００Ｗ近傍であることを判定するのに代えて、スイッチング周波数設定手段１８は、インバータ制御手段２０が制御に用いている各種制御値を参照して、現在インバータ制御手段２０が出力電力の制限を行っている状態であるか否かを直接判定することもできる。また、１分間継続しているか否かの判定は、例えば１秒毎乃至数秒毎に瞬間入力電力を測定して、６０秒間間欠的に測定した瞬間入力電力がいずれも７００Ｗ近傍であれば条件成立とすることができる。また、７００Ｗ近傍とは、１０％程度のマージンを包含する。
【００３３】
次に、スイッチング周波数を、設計値としての６０ｋＨｚを包含して±５ｋＨｚの範囲で変更させるために、ステップＳ２においてまず最小値の５５ｋＨｚに変更する。なお、この周波数の可変範囲はシステム毎に種々であって、各システム毎に可変範囲も設計することができる。スイッチング周波数の変更によってコンバータ制御手段１９によるスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の駆動パルスに即座に応答して、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチング周波数が５５ｋＨｚとなる。かかるスイッチング周波数の変更によって一時的に入出力電力が不安定な状態となるため、ステップＳ３において所定のインターバルを設けており、例えば１秒間待機する。
【００３４】
次に、ステップＳ４において、再度入力電力が７００Ｗ近傍のままであるかを判定する。これは、図２の制御フローの実行中に電力負荷の消費電力が大きく減少するなどにより入力電力が大きく減少して、入出力電力抑制制御が行われない状態となると、電力負荷の動作状態によって入出力電力が大きく変動して、最大変換効率となる周波数ポイントを正確に測定できなくなるためである。ここで入力電力が７００Ｗから大きく減少したことを検出すると、ここまでの再設定制御を一旦中断してステップＳ１に戻り、再度７００Ｗ近傍で１分間継続している状態となることを待機する。
【００３５】
次に、ステップＳ５において、現時点の周波数ポイントにおける電力変換効率を、効率算出手段１７によって算出して、所定の記憶手段に記憶しておく。なお、電力変換効率は、所定時間（例えば１０秒間）の平均値として算出することが好ましい。
【００３６】
次にスイッチング周波数を１ｋＨｚ増加させ（ステップＳ６）、以上のステップＳ３〜ステップＳ６をスイッチング周波数が最大の６５ｋＨｚとなるまで繰り返す。これにより、各周波数ポイント毎の電力変換効率が記憶手段に記憶された状態となるため、ステップＳ８において測定されたすべての電力変換効率を比較して、最大の電力変換効率に対応する周波数を中間最大効率周波数として設定する。
【００３７】
次に、より高い精度で最適なスイッチング周波数を探索するために、ステップＳ９では、スイッチング周波数を中間最大効率周波数−０．５ｋＨｚに設定して、上記ステップＳ３〜ステップＳ７と同様であるが周波数増分を０．１ｋＨｚとして中間最大効率周波数＋０．５ｋＨｚまで繰り返す（ステップＳ１０〜ステップＳ１４）。
【００３８】
その後、測定した全ての電力変換効率を比較し（ステップＳ１５）、最大の電力変換効率に対応する周波数をスイッチング周波数として再設定する（ステップＳ１６）。
【００３９】
この再設定が行われた後は、３０日間を経過するまで待機し（ステップＳ１７）、３０日間を経過すればステップＳ１に戻る。
【００４０】
以上説明した本実施形態に係るパワーコンディショナ１によれば、燃料電池２の定格出力電流を超えないようにインバータ５の入出力電力制御を行う構成において、燃料電池２が定格出力状態であるときにインバータ制御手段２０によって入出力電力抑制制御を行わせることにより、コンバータ制御手段１９による電流共振フルブリッジコンバータ４のスイッチング周波数を固定とすることができ、また、スイッチング周波数設定手段によって最適なスイッチング周波数に設定することによって、コンバータ４の高周波スイッチングにおけるスイッチングロス並びにノイズを低減できる。さらに、スイッチング周波数設定手段によるスイッチング周波数の再設定の実行タイミングを、燃料電池２が定格出力状態で安定している状態のときとすることで、周波数を変更しながら測定される電力変換効率の測定精度を担保することができ、より正確に最適なスイッチング周波数に設定できる。
【００４１】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、適宜設計変更できる。例えば、太陽電池用のパワーコンディショナに本願発明を適用することも可能である。また、本発明の電力変換装置は、低周波インバータを具備しないＤＣ／ＤＣコンバータとしても実現可能であり、この場合、入出力電力抑制制御手段は、電流共振ブリッジコンバータの出力側に設けた別の出力抑制回路によって構成することもできるし、電流共振ブリッジコンバータの制御手段において該コンバータの出力電力を抑制するようにスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の駆動パルス幅をＰＷＭ制御するものであってもよい。このような場合でも、駆動パルス周波数（スイッチング周波数）を最適値に設定しておくことで、比較的良好な効率が得られるとともにノイズの発生を可及的に抑えることが可能である。また、本発明の電流共振ブリッジコンバータは、上記実施形態の電流共振フルブリッジコンバータ４に代えて、電流共振ハーフブリッジコンバータにより構成することもできる。
【符号の説明】
【００４２】
１  パワーコンディショナ（電力変換装置）
２  燃料電池（直流電源）
３  系統
４  電流共振フルブリッジコンバータ（電流共振ブリッジコンバータ）
５  低周波インバータ
６  制御部
７  入力電圧センサ
８  入力電流センサ
９  出力電圧センサ
１０  出力電流センサ
１１  フルブリッジインバータ（ブリッジインバータ）
１２  トランス
１３  電流共振コンデンサ
１４  整流回路
１７  効率算出手段
１８  スイッチング周波数設定手段
１９  コンバータ制御手段
２０  インバータ制御手段（入出力電力抑制制御手段）
【図１】
2014217199.tif 000003
【図２】
2014217199.tif 000004