(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源からの直流電圧を昇圧する昇圧回路と、昇圧回路からの直流を交流に変換するインバータ回路とを備え、前記インバータ回路からの交流電力を負荷に供給するとともに、系統電圧または前記インバータ回路の出力電流を検出し、それに基づいて、前記昇圧回路の昇圧電圧を可変するように電力系統と連系する系統連系装置であって、
当該系統連系装置は、前記インバータ回路の出力電流のピーク値を検出するピーク電流検出手段と、前記ピーク電流検出手段の出力に基づいて、前記昇圧回路の昇圧電圧を可変する昇圧電圧可変手段を備えることを特徴とする系統連系装置。
【請求項２】
前記ピーク電流検出手段は、前記出力電流の基本波のピーク値と前記出力電流のピーク値とを検出するものであり、前記昇圧電圧可変手段は、前記両ピーク値の相違に基づいて昇圧電圧を可変するものである請求項１記載の系統連系装置。
【請求項３】
前記昇圧電圧可変手段は、前記インバータ回路の出力電流の歪みを検出する電流歪検出手段を備え、この電流歪検出手段の出力に基づいて、前記昇圧回路の昇圧電圧を可変するものである請求項１記載の系統連系装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽光発電等の分散型電源と電力系統とを連系する系統連系装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、太陽光発電による分散型電源と商用電源とを連系し、分散型電源だけでは電力が賄えない場合に、その電力を系統側から供給するようにした太陽光発電システムが開発されている。
【０００３】
図５は、かかる太陽光発電システムの概略構成図であり、同図において、１は直流電源としての太陽電池、２０は系統連系装置、いわゆる、パワーコンディショナであり、この系統連系装置２０は、太陽電池１の直流電圧を一定電圧に昇圧する昇圧回路５と、この昇圧回路５からの直流電力を系統電源４と同期のとれた交流電力に変換するインバータ回路６と、コイルＬおよびコンデンサＣからなるフィルタ回路７と、電流センサ８を介して出力電流検出回路９で検出されたインバータ回路６の出力電流および系統電圧検出回路１０によって検出された系統電圧並びに電流指令回路１１からの電流指令に基づいて、インバータ駆動回路１２を介してインバータ回路６の出力電流を制御する電流制御回路１３と、停電等の系統側の異常を検出してリレー駆動回路１４を介して開閉器１５を開成して系統と切り離すとともに、インバータ回路６の駆動を停止させる系統保護リレー１６と、昇圧電圧検出回路１８で検出された昇圧電圧が、昇圧電圧設定回路３２で設定された昇圧電圧になるように昇圧駆動回路２０を介して昇圧回路５を制御する昇圧電圧制御回路２１とを備えている。なお、３は負荷である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような従来例では、系統電圧の変動を考慮して昇圧回路５の昇圧電圧を、系統電圧のピーク値よりも若干の余裕をもった高い電圧値に設定しており、系統電圧が低いときには、昇圧電圧が不必要に高くなって昇圧回路５で電気エネルギーが無駄に消費されて効率が低下することになる。
【０００５】
そこで、昇圧電圧を低く設定することが考えられるが、低すぎると、図６（ａ）に示されるように、昇圧電圧Ｖ１と系統電圧Ｖ２との差が小さくなって、図６（ｂ）に示されるように、出力電流Ｉに歪み（ピーク）が生じ、系統電圧Ｖ２が昇圧電圧Ｖ１を上回ると、出力電流Ｉが逆流することになる。
【０００６】
本発明は、上述の点に鑑みて為されたものであって、昇圧回路による電力のロスを低減して効率を高めるとともに、出力電流が逆流するといったことのない系統連系装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上述の目的を達成するために、次のように構成している。
【０００８】
すなわち、請求項１の本発明の系統連系装置は、直流電源からの直流電圧を昇圧する昇圧回路と、昇圧回路からの直流を交流に変換するインバータ回路とを備え、前記インバータ回路からの交流電力を負荷に供給するとともに、系統電圧または前記インバータ回路の出力電流を検出し、それに基づいて、前記昇圧回路の昇圧電圧を可変するように電力系統と連系する系統連系装置であって、当該系統連系装置は、前記インバータ回路の出力電流のピーク値を検出するピーク電流検出手段と、前記ピーク電流検出手段の出力に基づいて、前記昇圧回路の昇圧電圧を可変する昇圧電圧可変手段を備える。
【０００９】
請求項２の本発明の系統連系装置は、請求項１の構成において、前記ピーク電流検出手段は、前記出力電流の基本波のピーク値と前記出力電流のピーク値とを検出するものであり、前記昇圧電圧可変手段は、前記両ピーク値の相違に基づいて昇圧電圧を可変するものである。
【００１０】
請求項３の本発明の系統連系装置は、請求項１の構成において、前記昇圧電圧可変手段は、前記インバータ回路の出力電流の歪みを検出する電流歪検出手段を備え、この電流歪検出手段の出力に基づいて、前記昇圧回路の昇圧電圧を可変するものである。
【００１５】
請求項１の本発明の系統連系装置によれば、インバータ回路の出力電流のピークを検出するピーク電流検出手段と、ピーク電流検出手段の出力に基づいて、昇圧回路の昇圧電圧を可変する昇圧電圧可変手段とを備えているので、系統電圧の変動によって昇圧電圧と系統電圧との差が小さくなって出力電流に歪（ピーク）が生じた場合には、昇圧電圧を高めることにより、出力電流の前記歪や逆流を防止できる一方、不必要に昇圧することによる電力ロスを低減して効率を高めることができ、さらに、請求項２の系統連系装置によれば、出力電流の基本波のピーク値と出力電流のピーク値との相違に基づいて昇圧電圧を可変することにより、出力電流の大小に拘わらず、確実にピークを検出して昇圧電圧を可変することができる。
【００１６】
また、請求項３の本発明の系統連系装置によれば、前記昇圧電圧可変手段は、前記インバータ回路の出力電流の歪みを検出する電流歪検出手段を備え、この電流歪検出手段の出力に基づいて、前記昇圧回路の昇圧電圧を可変するものであるので、系統電圧の変動によって昇圧電圧と系統電圧との差が小さくなって出力電流に歪が生じた場合には、昇圧電圧を高めることにより、出力電流の前記歪や逆流を防止できる一方、不必要に昇圧することによる電力ロスを低減して効率を高めることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面によって本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は、本発明に係る太陽光発電システムの概略構成図である。
【００１９】
この実施の形態は、太陽光発電による分散型電源と商用電源とを連系し、分散型電源だけでは電力が賄えない場合に、その電力を系統側から供給するようにしたシステムであり、図５の従来例に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【００２０】
このシステムは、直流電源としての太陽電池１と、本発明に係る系統連系装置２とを備えており、太陽電池１からの直流電力を交流電力に変換して負荷３に供給するとともに、系統電源４の電力系統と連系するものである。
【００２１】
この実施の形態の系統連系装置２は、いわゆる、パワーコンディショナであり、太陽電池１からの直流電圧を後述のように昇圧する昇圧回路５と、この昇圧回路５からの直流電力を系統電源４と同期のとれた交流電力に変換するインバータ回路６と、コイルＬおよびコンデンサＣからなるフィルタ回路７と、電流センサ８を介して出力電流検出回路９で検出されたインバータ回路６の出力電流および系統電圧検出回路１０によって検出された系統電圧並びに電流指令回路１１からの電流指令に基づいて、インバータ駆動回路１２を介してインバータ回路６の出力電流を制御する電流制御回路１３と、停電等の系統側の異常を検出してリレー駆動回路１４を介して開閉器１５を開成して系統と切り離すとともに、インバータ回路６の駆動を停止させる系統保護リレー１６と、系統電圧検出回路１０で検出された系統電圧に基づいて、後述のように昇圧回路５の昇圧電圧を可変する昇圧電圧可変手段１７とを備えている。
【００２２】
この昇圧電圧可変手段１７は、昇圧電圧を検出する昇圧電圧検出回路１８と、検出された系統電圧に基づいて、目標とする昇圧電圧指令値を算出指令する昇圧電圧指令値算出回路１９と、昇圧電圧指令値になるように昇圧駆動回路２０を介して昇圧回路５を制御する昇圧電圧制御回路２１とを備えている。
【００２３】
この実施の形態では、昇圧回路５の昇圧電圧を必要最低限の電圧として効率を高めるとともに、系統電圧の変動によって昇圧電圧と系統電圧との差が小さくなって出力電流に歪み（ピーク）が生じたり、出力電流が逆流するといったことを防止するために、系統電圧検出回路１０で検出した系統電圧に応じて、昇圧電圧可変手段１７で昇圧電圧を可変している。
【００２４】
すなわち、昇圧電圧可変手段１７の昇圧電圧指令値算出回路１９は、系統電圧検出回路１０で検出されたＵＶ間の系統電圧ＶＵＶに、予め定めた一定値ΔＶＤＤを加えた値を、昇圧電圧指令値ＶＤＤｒｅｆ（＝ＶＵＶ＋ΔＶＤＤ）として昇圧電圧制御回路２１に与えるものであり、昇圧電圧制御回路２１は、検出された昇圧電圧ＶＤＤが、昇圧電圧指令値ＶＤＤｒｅｆに一致するように制御するものであり、これによって、昇圧電圧は、系統電圧の変動に応じて、該系統電圧よりも一定値だけ高い電圧に制御されることになる。この一定値ΔＶＤＤは、例えば、出力電流に歪み（ピーク）が生じたり、出力電流が逆流するといったことを防止することができる最低限の値とされる。
【００２５】
したがって、この実施の形態によれば、昇圧回路５による昇圧電圧は、系統電圧の変動に拘わらず、出力電流に歪み（ピーク）が生じたり、出力電流が逆流するといったことのない必要最低限の低い電圧とされるので、昇圧回路５による電力ロスが低減されて効率が向上することになる。
【００２６】
なお、前記一定値ΔＶＤＤは、前記必要最低限の値よりも高くてもよく、要は、出力電流の逆流を防止し、かつ、従来例よりも効率を高められる値であればよい。
【００２７】
また、本発明の他の実施の形態として、昇圧電圧指令値算出回路１９は、系統電圧検出回路１０で検出されたＵＶ間の系統電圧ＶＵＶに、予め定めた一定値Ｋ（≧１）を乗じた値を、昇圧電圧指令値ＶＤＤｒｅｆ（＝Ｋ・ＶＵＶ）として昇圧電圧制御回路２１に与えるように構成してもよく、この一定値Ｋは、上述の実施の形態と同様に定められる。
【００２８】
（実施の形態２）
図２は、本発明の他の実施の形態の太陽光発電システムの概略構成図であり、上述の実施の形態に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【００２９】
上述の実施の形態では、系統電圧を検出して昇圧電圧を最適な電圧に制御し、効率を高めるとともに、出力電流が逆流するといったことを防止したけれども、この実施の形態では、系統電圧に代えて、出力電流のピークを検出し、それに基づいて、昇圧電圧を制御するように構成している。
【００３０】
すなわち、この実施の形態では、インバータ回路６の出力電流のピークを検出するピーク電流検出手段２２と、このピーク電流検出手段２２の出力に基づいて、昇圧回路５の昇圧電圧を可変する昇圧電圧可変手段１７１とを備えている。
【００３１】
ピーク電流検出手段２２は、出力電流検出回路９で検出された出力電流の基本波のピーク値を検出する基本波ピーク検出回路２３と、出力電流のピーク値を検出する出力電流ピーク検出回路２４とを備えており、基本波ピーク検出回路２３は、基本波を通過させるバンドパスフィルタと、基本波のピークをホールドするピークホールド回路とを備えており、出力電流ピーク検出回路２４は、出力電流のピークをホールドするピークホールド回路を備えている。
【００３２】
昇圧電圧可変手段１７１は、昇圧電圧を検出する昇圧電圧検出回路１８と、基本波ピーク検出回路２３からの基本波のピーク値と出力電流ピーク検出回路２４からの出力電流のピーク値とを比較する比較回路２５と、この比較回路２５の比較結果に基づいて、目標とする昇圧電圧指令値を算出指令する昇圧電圧指令値算出回路１９１と、昇圧電圧指令値になるように昇圧駆動回路２０を介して昇圧回路５を制御する昇圧電圧制御回路２１とを備えている。
【００３３】
比較回路２５では、両ピーク値を比較して出力電流のピーク値が、基本波のピーク値よりも予め定めたレベルを越えて大きくなったか否かを判別して対応する出力を与えるものである。上述のように昇圧電圧と系統電圧との差が小さくなって図６（ｂ）に示されるように、出力電流に歪み（ピーク）が生じると、出力電流のピーク値が、基本波（歪のない正弦波）のピーク値を上回ることになるので、出力電流の歪が予め定めたレベルを越えたとき、すなわち、出力電流のピーク値が、基本波のピーク値よりも予め定めたレベルを越えて大きくなったときに、比較回路２５は、対応する出力を昇圧電圧指令値算出回路１９１に与えるものである。
【００３４】
昇圧電圧指令値算出回路１９１は、出力電流のピーク値が、基本波のピーク値よりも予め定めたレベルを越えて大きくなったときには、比較回路２５の出力に基づいて、昇圧電圧指令値ＶＤＤｒｅｆに、予め定めた一定値ΔＶＤＤを加えて新たな昇圧電圧指令値ＶＤＤｒｅｆとして昇圧電圧制御回路２１に与え、また、出力電流のピーク値が、前記予め定めたレベルを越えず、その回数が、所定回数連続したときには、昇圧電圧が系統電圧よりも十分に高い状態が続いているとして、昇圧電圧指令値ＶＤＤｒｅｆから予め定めた一定値ΔＶＤＤを減算して新たな昇圧電圧指令値ＶＤＤｒｅｆとして昇圧電圧制御回路２１に与えるものであり、さらに、出力電流のピーク値が、前記予め定めたレベルを越えず、その回数が、所定回数連続していないときには、昇圧電圧を下げることができる程高くはないとして、昇圧電圧指令値ＶＤＤｒｅｆをそのままとする。
【００３５】
図３は、以上の昇圧電圧指令値ＶＤＤｒｅｆ算出のフローチャートであり、先ず、出力電流の基本波のピーク値（ｉｏｐ）を検出し（ステップｎ１）、出力電流のピーク値（ｉｐ）を検出し（ステップｎ２）、出力電流のピーク値が、基本波のピーク値に予め定めた定数ａを乗じた値（ａ・ｉｏｐ）以上であるか否かを判断し（ステップｎ３）、前記乗じた値以上であるときには、出力電流に歪みが生じているとして昇圧電圧指令値ＶＤＤｒｅｆに、予め定めた一定値ΔＶＤＤ（〉０）を加えて新たな昇圧電圧指令値ＶＤＤｒｅｆとしてステップｎ１に戻る（ステップｎ４）。
【００３６】
ステップｎ３において、出力電流のピーク値が、基本波のピーク値に予め定めた定数ａを乗じた値以上でないときには、昇圧電圧指令値ＶＤＤｒｅｆが所定回数連続して同じであるか否かを判断し（ステップｎ５）、同じでないときには、昇圧電圧を下げることができる程高くはないとして、昇圧電圧指令値ＶＤＤｒｅｆをそのままとしてステップｎ１に戻る（ステップｎ６）。
【００３７】
また、ステップｎ５において、昇圧電圧指令値ＶＤＤｒｅｆが所定回数連続して同じであるときには、昇圧電圧は、系統電圧よりも十分に高いとして、昇圧電圧指令値ＶＤＤｒｅｆから予め定めた一定値ΔＶＤＤを減算して新たな昇圧電圧指令値ＶＤＤｒｅｆとしてステップｎ１に戻る（ステップｎ７）。
【００３８】
昇圧電圧制御回路２１は、検出された昇圧電圧ＶＤＤが、以上のようにして算出された昇圧電圧指令値ＶＤＤｒｅｆに一致するように制御するものであり、これによって、昇圧電圧は、出力電流に歪み（ピーク）が生じると、直ちに昇圧電圧が高められ出力電流の歪が解消され、また、昇圧電圧が系統電圧よりも十分に高い状態が続くと、昇圧電圧が引き下げられて最適な電圧に抑えられることになる。
【００３９】
したがって、この実施の形態によければ、昇圧回路５による昇圧電圧は、系統電圧の変動に拘わらず、出力電流の歪み（ピーク）が大きくなったり、出力電流が逆流するといったことのない必要最低限の低い電圧とされるので、昇圧回路５による電力ロスが低減されて効率が向上することになる。
【００４０】
さらに、この実施の形態では、出力電流の基本波のピーク値と出力電流のピーク値との比率に基づいて昇圧電圧を可変するので、出力電流の大小に拘わらず、確実にピークを検出することができる。
【００４１】
（実施の形態３）
図４は、本発明のさらに他の実施の形態の太陽光発電システムの概略構成図であり、図２の実施の形態に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【００４２】
上述の実施の形態では、出力電流のピークを検出し、それに基づいて、昇圧電圧を制御したけれども、この実施の形態では、出力電流の歪を検出し、それに基づいて、昇圧電圧を制御するように構成している。
【００４３】
すなわち、この実施の形態では、インバータ回路６の出力電流の歪を検出する電流歪検出手段２６と、この電流歪検出手段２６の出力に基づいて、昇圧回路５の昇圧電圧を可変する昇圧電圧可変手段１７２とを備えている。
【００４４】
電流歪検出手段２６は、出力電流検出回路９で検出された出力電流の基本波のみを通過されるバンドパスフィルタ２７と、このバンドパスフィルタ２７の出力を高速フーリエ変換する第１の高速フーリエ変換回路（ＦＦＴ）２８と、出力電流を高速フーリエ変換する第２の高速フーリエ変換回路（ＦＦＴ）２９と、第２の高速フーリエ変換回路２９の出力の内、例えば１次から５次の高調波成分の最大の成分を取り出す最大値回路３０とを備えている。
【００４５】
昇圧電圧可変手段１７２は、昇圧電圧を検出する昇圧電圧検出回路１８と、第１の高速フーリエ変換回路２８の出力と最大値（ＭＡＸ）回路３０の出力とを比較する比較回路３１と、この比較回路３１の比較結果に基づいて、目標とする昇圧電圧指令値を算出指令する昇圧電圧指令値算出回路１９２と、昇圧電圧指令値になるように昇圧駆動回路２０を介して昇圧回路５を制御する昇圧電圧制御回路２１とを備えている。
【００４６】
比較回路３１では、最大値回路３０の出力と第１の高速フーリエ変換回路２８の出力とを比較して、その差が予め定めたレベルを越えたとき、すなわち、出力電流に予め定めたレベル以上の歪が生じたときには、対応する出力を昇圧電圧指令値算出回路１９２に与えるものである。
【００４７】
昇圧電圧指令値算出回路１９２は、上述の実施の形態と基本的に同様であって、出力電流の歪が予め定めたレベルを越えて大きくなったときには、比較回路３１の出力に基づいて、昇圧電圧指令値ＶＤＤｒｅｆに、予め定めた一定値ΔＶＤＤを加えて新たな昇圧電圧指令値ＶＤＤｒｅｆとして昇圧電圧制御回路２１に与え、また、出力電流の歪が予め定めたレベルを越えず、その回数が、所定回数連続したときには、昇圧電圧が系統電圧よりも十分に高い状態が続いているとして、昇圧電圧指令値ＶＤＤｒｅｆから予め定めた一定値ΔＶＤＤを減算して新たな昇圧電圧指令値ＶＤＤｒｅｆとして昇圧電圧制御回路２１に与えるものであり、さらに、出力電流の歪が予め定めたレベルを越えず、その回数が、所定回数連続していないときには、昇圧電圧を下げることができる程高くはないとして、昇圧電圧指令値ＶＤＤｒｅｆをそのままとするものである。
【００４８】
したがって、この実施の形態によれば、昇圧回路５による昇圧電圧は、系統電圧の変動に拘わらず、出力電流の歪が大きくなったり、出力電流が逆流するといったことのない必要最低限の低い電圧とされるので、昇圧回路５による電力ロスが低減されて効率が向上することになる。
【００４９】
（その他の実施の形態）
本発明の他の実施の形態として、上述の各実施の形態を組み合わせてもよく、例えば、系統電圧から昇圧電圧の指令値を算出し、その指令値になった後には、出力電流のピークに基づいて、昇圧電圧の指令値を算出するようにしてもよい。
【００５０】
上述の実施の形態では、太陽電池を直流電源とする太陽光発電システムに適用して説明したけれども、本発明は、太陽光発電システムに限らず、燃料電池などの他の分散型電源システムに適用してもよい。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、系統電圧または出力電流を検出し、それに基づいて昇圧電圧を可変するので、系統電圧の変動に応じて昇圧電圧を可変することができ、これによって、不必要に昇圧することによる電力ロスを低減して効率を高めることができる一方、昇圧電圧が低すぎて出力電流が逆流するといったことを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一つの実施の形態に係る太陽光発電システムの構成図である。
【図２】本発明の他の実施の形態の太陽光発電システムの構成図である。
【図３】昇圧指令値算出のフローチャートである。
【図４】本発明のさらに他の実施の形態の太陽光発電システムの構成図である。
【図５】従来例の構成図である。
【図６】従来例の課題を説明するための波形図である。
【符号の説明】
１                        太陽電池
２，２１，２２              系統連系装置
３                        負荷
４                        系統電源
５                        昇圧回路
６                        インバータ回路
１０                      系統電圧検出回路
１７，１７１，１７２        昇圧電圧可変手段
２２                      ピーク電流検出手段
２６                      電流歪検出手段
【図１】
0003591244.tif 000002
【図２】
0003591244.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003591244.tif 000007