(57)【要約】      （修正有）【課題】リアクトルからの騒音を低減したパワーコンディショナを提供する。【解決手段】直流発電装置からの配線と商用電源系統への配線を接続する端子台１０３と、前記直流発電装置の直流出力電圧を昇圧するＤＣ−ＤＣコンバータ装置１０５と、該ＤＣ−ＤＣコンバータ装置の出力電力を交流電力に変換する系統連系インバータ装置１０６を備える。ＤＣ−ＤＣコンバータ装置と、系統連系インバータ装置のリアクトルからの騒音を、騒音検出手段４０２で検出し、制御部４０１の演算装置でFFT(高速フーリエ変換)などの周波数解析演算によって可聴周波数の範囲内で不快に感じる規定のレベルを超える騒音の周波数を検出し、インバータ装置とコンバータ装置の性能が維持できる範囲で、検出した騒音の周波数の整数倍を避けるキャリア周波数を算出し、半導体スイッチング素子１０５ａ、１０６ａ〜１０６ｄを駆動する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流発電装置からの配線と商用電源系統への配線を接続する端子台と、
前記直流発電装置の直流出力電圧を第１の半導体スイッチング素子とＤＣリアクトルを用いて昇圧するＤＣ−ＤＣコンバータと、
該ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電力を第２の半導体スイッチング素子とＡＣリアクトルを用いて交流電力に変換する系統連系インバータと、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータと系統連系インバータから発生する熱を放熱させるヒートシンクと、
前記直流発電装置からの直流電力が入力される電源と、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータおよび前記系統連係インバータを制御するゲートドライバと、
該ゲートドライバにスイッチング信号を供給する制御部と、
ノイズを軽減するフィルタ回路、を備え、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータと系統連系インバータのリアクトルからの騒音を、騒音検出手段で検出し、制御部の演算装置で周波数解析演算によって、騒音の周波数を算出し、求めた騒音の周波数の整数倍を避けるキャリア周波数によって、半導体スイッチング素子を駆動する
ことを特徴とするパワーコンディショナ。
【請求項２】
請求項１に記載のパワーコンディショナにおいて、
前記騒音検出手段はマイクロフォンで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３】
請求項１または２に記載のパワーコンディショナにおいて、
前記騒音検出手段は振動センサで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４】
請求項１から３に記載のパワーコンディショナにおいて、
前記騒音検出手段はリアクトルの近傍に配置されている
ことを特徴とするパワーコンディショナ。
【請求項５】
太陽電池アレイと、
該太陽電池アレイを前記直流発電装置とする請求項１から請求項４何れか一項に記載の
パワーコンディショナと、
前記太陽電池アレイと前記パワーコンディショナとを接続する接続箱と、
前記パワーコンディショナと商用電源系統とを接続する分電盤と、
を具備することを特徴とする太陽光発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電力を商用電源系統の周波数に対応した交流電力に変換するパワーコンディショナに係り、特に、太陽光発電システム用パワーコンディショナの半導体素子駆動による騒音防止に係る。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽光をエネルギー源として発電した電力を自家使用するのみならず、自家で使用しなかった余剰電力を商用電源系統へ供給する系統連系型発電装置としての太陽光発電装置（太陽光発電システム）が普及している。
【０００３】
この太陽光発電システムでは、太陽電池が発電した直流電力を電源装置で商用電源系統の周波数に対応した交流電力に変換し、発電電力の自家使用及び余剰電力の商用電源系統への供給をおこなっている。この電源装置は一般に、パワーコンディショナと呼ばれる。
【０００４】
パワーコンディショナは、太陽電池からの不安定な出力電圧を昇圧するＤＣ−ＤＣコンバータ装置と、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置の出力である直流電力を商用電源系統の周波数に対応した交流電力に変換する系統連系インバータ装置を備えている。また、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ装置と系統連係インバータ装置からの熱を放熱するヒートシンクを備えており、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ装置とインバータ装置の半導体スイッチング素子が絶縁シートなどの絶縁手段を用いてヒートシンクに固定される。
【０００５】
ＤＣ−ＤＣコンバータ装置には直流電圧の昇圧または降圧のため、系統連系インバータ装置は、電流脈動の平滑化のために回路にリアクタンスを導入することを目的としたリアクトルが使用される。
【０００６】
このようなパワーコンディショナは住宅内に設置され静粛性も要求されるため昨今では放熱方式を自然空冷とした冷却ファンレス構成が増えている。
【０００７】
このようなパワーコンディショナにおいて、コンバータ装置やインバータ装置のリアクトルからの騒音が問題となる場合がある。すなわち、半導体スイッチング素子の駆動周期、つまりキャリア周波数でリアクトルの磁化の強さが変動することによる磁歪により空気に振動を与え騒音となるものが問題となる場合である。
【０００８】
この騒音は、キャリア周波数がリアクトルの構造・大きさに依存する固有振動数の整数倍である時、共振により大きくなる。また、固有振動数はリアクトルの製造ばらつきや組立、取付状態、ワニス含浸状態、コアのギャップ材の接着状態により変化し、パワーコンディショナの取り付け位置や取り付け板の設置状況により外部への伝搬度合いが変化する。
【０００９】
これらによる騒音が、人間の可聴域（一般に２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚ）のうち、人間の感度の高い領域（例えば１００Ｈｚ〜４ｋＨｚ程度）である場合には、パワーコンディショナは、耳障りな騒音の発信源となる。
【００１０】
特許文献１には、車両用電力変換装置において車外の騒音を騒音レベルセンサで検出し、
キャリア周波数に起因したノイズ音が走行の騒音にかき消されてしまう状況ではキャリア周波数を変換効率の良い可聴域まで下げる方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００６−３３３５７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１の方法は周囲の大きな騒音にキャリア周波数に依存する騒音を紛れ込ませるという思想のため、騒音の大きな環境では有効であるが、静かな環境では効果が見込めない。
【００１３】
本発明の目的は、以上のような課題に対してなされるものであり、周囲が静かな環境でリアクトルからの騒音を低減する事である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題は、
リアクトルからの騒音を、例えばマイクロフォンなどの騒音検出手段または振動検出手段で検出し、制御部の演算装置でFFT(高速フーリエ変換)などの周波数解析演算によって、可聴周波数の範囲内で不快に感じる規定のレベルを超える騒音の周波数を検出し、インバータ装置とコンバータ装置の性能が維持できる範囲で、検出した騒音の周波数の整数倍を避けるキャリア周波数を算出し、半導体スイッチング素子を駆動する、
ことを特徴とするパワーコンディショナにより改善される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るパワーコンディショナによれば、キャリア周波数によるリアクトルの共振が抑制され、低騒音化する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態における太陽光発電システム構成を示す図である。
【図２】パワーコンディショナ外観例を示す図である。
【図３】パワーコンディショナの製品構造の一例を示す図である。
【図４】パワーコンディショナの回路構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施例について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１８】
図１に示すように、本実施例の太陽光発電システムは、直流発電装置である複数の太陽電池アレイ１００ａ、１００ｂ（以下、これらをまとめて「太陽電池アレイ１００」と称する。）と、これらからの配線をまとめる接続箱１０１と、接続箱１０１を介して供給される太陽電池アレイ１００からの直流電力を交流電力に変換する系統連係型のパワーコンディショナ１０２と、パワーコンディショナ１０２の出力側に設けられる分電盤１０９と、分電盤１０９を流れる電力を検出する電力センサユニット１１０とで構成されており、太陽電池アレイ１００で発電した電力を商用電源系統１１１に逆潮流させるものである。
【００１９】
また、パワーコンディショナ１０２には、太陽電池アレイ１００からの配線と分電板１０９への配線を接続する端子台１０３と、端子台１０３から供給される直流出力電力の電気的雑音を抑えるフィルタ回路１０４と、フィルタ回路１０４が出力する直流出力電圧を昇圧するＤＣ−ＤＣコンバータ１０５と、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０５からの直流出力電圧を商用電源系統１１１の周波数に対応した交流電力に変換する系統連係インバータ１０６と、系統連係インバータ１０６から出力される交流電力の電気的雑音を抑えるフィルタ回路１０７と、商用電源系統１１１との接続をＯＮ／ＯＦＦする系統連係リレー１０８を備えている。
【００２０】
次に、図２を用いて、パワーコンディショナ１０２の外観を説明する。図２は、後述するフロントパネル３０６を透過して表示したパワーコンディショナ１０２の斜視図である。ここに示すように、パワーコンディショナ１０２は動作状況およびエラーなどを表示する表示装置２００を前面に備えており、内部には前述した端子台１０３を備えている。
【００２１】
図３はパワーコンディショナ１０２の分解斜視図である。ここに示すように、パワーコンディショナ１０２の内部には、メイン基板３００、サブ基板３０１、ヒートシンク３０２、表示装置２００、端子台１０３が配置されている。また、パワーコンディショナ１０２は、外装上ケース３０３、外装下ケース３０４、背面ケース３０５、フロントパネル３０６で覆われている。なお、図３に示すもののうち本実施例を理解するうえで言及不要のものは、符号を省略している。
【００２２】
次に、図４を用いて、端子台１０３、メイン基板３００、サブ基板３０１の各々に配置される構成要素を詳細に説明する。
【００２３】
図４に示すように、端子台１０３には、端子１０３ａ〜１０３ｈが設けられている。これらのうち、端子１０３ａ、１０３ｂは接続箱１０１に接続され、端子１０３ｃ、１０３ｄは分電盤１０９に接続される。また、端子１０３ａと１０３ｅ、端子１０３ｂと１０３ｆ、端子１０３ｃと１０３ｇ、端子１０３ｄと１０３ｈは、それぞれ電気的に接続されている。
【００２４】
メイン基板３００には、フィルタ回路１０４、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０５、系統連係インバータ１０６、フィルタ回路１０７、系統連係リレー１０８、ゲートドライバ４０３が実装されており、メイン基板３００は、ヒートシンク３０２上に固定されている。ヒートシンク３０２は、金属等の導電性材料で形成されており、接地導体に接続されている。ヒートシンク３０２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０５、系統連係インバータ１０６のスイッチング素子１０５ａ、１０６ａ〜１０６ｄに絶縁シートを介して接触して固定され、スイッチング素子１０５ａ、１０６ａ〜１０６ｄを効率的に放熱する。
【００２５】
サブ基板３０１には、電子部品等動作用の電源４００、制御部４０１が実装されている。制御部４０１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０５のスイッチング素子１０５ａ、系統連係インバータ１０６のスイッチング素子１０６ａ〜１０６ｄのＯＮ／ＯＦＦ動作を制御するスイッチング信号をゲートドライバ４０３に送信するとともに、系統連係リレー１０８のＯＮ／ＯＦＦや表示装置２００の表示、図示しないスピーカを制御する。
【００２６】
そして、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０５内には、スイッチング素子１０５ａ、コンデンサ１０５ｂ、ＤＣリアクトル１０５ｃが設けられており、制御部４０１からゲートドライバ４０３に信号が伝わりスイッチング素子１０５ａのＯＮ／ＯＦＦ動作を制御することで端子台１０３を介して入力される直流電力を昇圧し、コンデンサ１０５ｂから所望の電圧の直流電力を出力することができる。系統連系インバータ１０６内には、スイッチング素子１０６ａ〜１０６ｄ、ＡＣリアクトル１０６ｅが設けられており、制御部４０１からゲートドライバ４０３に信号が伝わりスイッチング素子１０６ａ〜１０６ｄのＯＮ／ＯＦＦ動作を制御することで系統連係インバータ１０６から商用電源系統１１１の周波数に対応した周波数の交流電力を出力することができる。以上のＯＮ／ＯＦＦ動作はＰＷＭ(Pulse Width Modulation、パルス幅変調)で制御される。ＰＷＭとはパルスのオンとオフの一定周期を作り、オンの時間幅を変化させる電力制御方式であり、このオンとオフの一定周期をキャリア周波数と呼ぶ。本実施例では、騒音検出手段４０２であるマイクロフォン２０１でリアクトルの騒音を検出し、制御部４０１の演算装置でFFT(高速フーリエ変換)などの周波数解析演算によって、可聴周波数の範囲内で不快に感じる規定のレベルを超える騒音の周波数を検出し、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０５と系統連系インバータ１０６の性能が維持できる範囲で、検出した騒音の周波数の整数倍を避けるキャリア周波数を算出し、半導体スイッチング素子１０５a、１０６ａ〜１０６ｄを算出したキャリア周波数で駆動する。
【００２７】
なお、本実施例においては騒音検出手段としてマイクロフォン２０１を用いたが、共振周波数の検出にはマイクロフォン２０１でなくても良く、例えば、振動センサをリアクトルやその近傍に設置することによっても良い。
【００２８】
以上で説明したように、本実施例によれば、キャリア周波数によるリアクトルの共振が抑制され、低騒音なパワーコンディショナを提供することができる。
【００２９】
なお、本実施例では、直流発電装置の一例として太陽電池アレイを紹介したが、本発明の適用対象はこれに限られず、例えば、直流発電装置として燃料電池を用いても良い。
【符号の説明】
【００３０】
１００、１００ａ、１００ｂ  太陽電池アレイ
１０１  接続箱
１０２  パワーコンディショナ
１０３  端子台
１０４、１０７  フィルタ回路
１０５  ＤＣ−ＤＣコンバータ
１０５ａ  スイッチング素子
１０５ｂ  コンデンサ
１０５ｃ  ＤＣリアクトル
１０６  系統連係インバータ
１０６ａ〜ｄ  スイッチング素子
１０６ｅ  ＡＣリアクトル
１０８  系統連係リレー
１０９  分電盤
１１０  電力センサユニット
１１１  商用電源系統
２００  表示装置
２０１  マイクロフォン
３００  メイン基板
３０１  サブ基板
３０２  ヒートシンク
４００  電源
４０１  制御部
４０２、騒音検出手段
４０３  ゲートドライバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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