(57)【要約】【課題】簡易な構成で系統電源からの逆流電流を防止する電力変換装置を得る。【解決手段】電力変換装置１は、太陽電池２からの直流電力の電圧値に基づいた直流電圧を平滑化する第１の平滑コンデンサ６と、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路７と、インバータ回路７からの出力電圧を平滑化する第２の平滑コンデンサ９と、第２の平滑コンデンサ９と系統電源４の接続状態を切り換える連系リレー１０と、インバータ回路７への入力電力値を算出する入力電力算出部１３と、系統周波数を算出する系統周波数算出部１５と、入力電力値、系統電源の電圧値および系統周波数に基づいてインバータ出力電流指令値を算出する電流指令値算出部１６と、入力電力値およびインバータ出力電流指令値に基づいてインバータ回路７を制御する制御部２０を備える。制御部２０は、インバータ回路７が有効電流を出力できない状態においてインバータ回路７に無効電流を出力させる。【選択図】図１
2019097307.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部電源から入力される直流電力の電圧値に基づいた直流電圧を平滑化する第１の平滑コンデンサと、
前記第１の平滑コンデンサによって電圧が平滑化された直流電力を系統電源と同期が取れた交流電力に変換して出力するインバータ回路と、
前記インバータ回路からの出力電圧を平滑化する第２の平滑コンデンサと、
前記第２の平滑コンデンサと前記系統電源との接続の状態を切り換える連系リレーと、
前記外部電源から入力される直流電力に依存した電圧値および電流値に基づいて、前記インバータ回路への入力電力値を算出する入力電力算出部と、
前記系統電源から出力される交流電力の電圧値に基づいて系統周波数を算出する系統周波数算出部と、
前記入力電力値、前記系統電源から出力される交流電力の電圧値および前記系統周波数に基づいてインバータ出力電流指令値を算出する電流指令値算出部と、
前記入力電力値および前記インバータ出力電流指令値に基づいて前記インバータ回路を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記インバータ回路が有効電流を出力できない状態において前記インバータ回路に無効電流を出力させる
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記外部電源から入力される直流電力の電圧値を変更して、変更された電圧値の直流電圧を前記第１の平滑コンデンサに与えるコンバータ回路をさらに備える
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記入力電力値に基づいて前記連系リレーの接続の状態を切り換えさせる
ことを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記インバータ回路が有効電流を出力する動作が可能な下限値より前記入力電力値が大きい場合に前記連系リレーを接続状態に制御し、前記インバータ回路が無効電流を出力する動作が可能な下限値より前記入力電力値が小さい場合に前記連系リレーを遮断状態に制御する
ことを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記インバータ回路が無効電流のみの出力を開始した時間からの経過時間に基づいて、前記連系リレーを遮断状態に制御する
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記連系リレーを遮断状態にした後、前記インバータ回路の出力を停止させる
ことを特徴とする請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記インバータ回路が無効電流のみの出力を開始した時間からの経過時間に基づいて、前記インバータ回路の出力を停止させる
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池といった外部電源の直流電力を交流電力へ変換する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池で発電した直流電力を交流電力に変換する電力変換装置は、太陽電池から出力される直流電力の電圧を昇圧するコンバータ回路、コンバータ回路からの出力を平滑する平滑コンデンサ、コンバータ回路から出力される直流電力を系統電源と同期が取れた交流電力に変換するインバータ回路、交流電力から高調波成分を減少させるフィルタ回路、系統電源に交流電力を供給するために系統電源と交流側を連系させるための連系リレー、などから構成される。連系リレーは、太陽電池が発電していて電力変換が行われる状態では接続状態となり、太陽電池が発電しないで電力変換が行われない状態では遮断状態となる。
【０００３】
太陽電池が発電する前に連系リレーが接続状態となると、系統電源からインバータ回路に使用されるスイッチング素子の還流ダイオードを経由して、コンバータ回路の出力側に接続される平滑コンデンサに逆流電流が流れる。逆流電流の経路は、低インピーダンスであるためこの逆流電流は大電流となることがある。逆流電流を抑制するために、スイッチング素子を用いる技術が特許文献１に報告されている。
【０００４】
特許文献１の技術では、平滑コンデンサの両端の電圧が系統電源の電圧よりも低い場合に上記スイッチング素子をオフとして逆流電流を抑制するが、スイッチング素子などのハードウェアの追加および配置スペースの確保が必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−１００９６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、従来技術においては、系統電源からの逆流電流を抑制するためには、ハードウェアの追加などが必要であった。また、このようなハードウェアを用いた制御を行わなければ、日射量の低下時など、インバータ回路が有効電流を出力できないくらい小さい発電電力となった場合に、連系リレーが接続されたままインバータ回路が動作を停止すると、系統電源から平滑コンデンサへ逆流電流が流れるといった問題がある。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成で系統電源からの逆流電流を防止することが可能な電力変換装置を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、外部電源から入力される直流電力の電圧値に基づいた直流電圧を平滑化する第１の平滑コンデンサと、第１の平滑コンデンサによって電圧が平滑化された直流電力を系統電源と同期が取れた交流電力に変換して出力するインバータ回路と、インバータ回路からの出力電圧を平滑化する第２の平滑コンデンサと、第２の平滑コンデンサと系統電源との接続の状態を切り換える連系リレーと、を備える。さらに、本発明は、外部電源から入力される直流電力に依存した電圧値および電流値に基づいて、インバータ回路への入力電力値を算出する入力電力算出部と、系統電源から出力される交流電力の電圧値に基づいて系統周波数を算出する系統周波数算出部と、入力電力値、系統電源から出力される交流電力の電圧値および系統周波数に基づいてインバータ出力電流指令値を算出する電流指令値算出部と、入力電力値およびインバータ出力電流指令値に基づいてインバータ回路を制御する制御部と、を備える。そして、本発明は、制御部が、インバータ回路が有効電流を出力できない状態においてインバータ回路に無効電流を出力させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、簡易な構成で系統電源からの逆流電流を防止することが可能な電力変換装置を実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる電力変換装置の一構成例を示す図
【図２】実施の形態１にかかる電力変換装置が無効電流指令値および有効電流指令値の初期値を生成するまでの処理を示すフローチャート
【図３】実施の形態１にかかる電力変換装置において運転スイッチがオン状態になってからの処理を示すフローチャート
【図４】本発明の実施の形態２にかかる電力変換装置の一構成例を示す図
【図５】実施の形態２にかかる電力変換装置が無効電流指令値および有効電流指令値の初期値を生成する処理に加えて経過時間Ｔの初期化の処理までを示すフローチャート
【図６】実施の形態２にかかる電力変換装置において運転スイッチがオン状態になってからの処理を示すフローチャート
【図７】実施の形態１および２にかかるマイクロコンピュータの構成を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施の形態にかかる電力変換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。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる電力変換装置１の一構成例を示す図である。図１において、電力変換装置１の入力側には、直流電力を出力する外部電源である太陽電池２が接続され、電力変換装置１の出力側には、電力メーター３を介して系統電源４が接続されている。系統電源４は、商用の配電線網から電力が供給される電源である。電力変換装置１は、太陽電池２からの直流電力を変換した交流電力を出力側の系統電源４または図示せぬ交流負荷である家庭内負荷に供給することが可能である。
【００１３】
系統電源４は、単相交流電源であり、電力変換装置１から出力される交流電力は、系統電源４と同期がとられる。電力メーター３は、電力変換装置１と系統電源４との間の電流値および系統電圧値を計測し、買電電力および売電電力を算出する。ここで、電力メーター３は、予め定めた値以上の電流が流れた場合に経路の遮断を行う機能を備えた遮断機能付き電力メーターである。
【００１４】
電力変換装置１は、コンバータ回路５と、第１の平滑コンデンサ６と、インバータ回路７と、リアクトル８と、第２の平滑コンデンサ９と、連系リレー１０と、入力電圧計測部１１と、入力電流計測部１２と、入力電力算出部１３と、出力電圧計測部１４と、系統周波数算出部１５と、電流指令値算出部１６と、制御部２０と、運転スイッチ２１と、を備える。
【００１５】
コンバータ回路５は、太陽電池２から入力される直流電力の電圧値を制御または昇圧することにより目標とする直流電圧値に変更して、変更された直流電圧値の直流電圧を第１の平滑コンデンサ６に与える。第１の平滑コンデンサ６は、コンバータ回路５から与えられた直流電圧を平滑化する。すなわち、第１の平滑コンデンサ６は、太陽電池２から電力変換装置１に入力される直流電力の電圧値に基づいた直流電圧を平滑化する。
【００１６】
インバータ回路７は、第１の平滑コンデンサ６によって電圧が平滑化されたコンバータ回路５の出力である直流電力を交流電力に変換して、系統電源４に出力する。インバータ回路７は、この後説明する系統周波数算出部１５が求めた系統周波数ｆに基づいて制御部２０によって制御されて、第１の平滑コンデンサ６によって電圧が平滑化された直流電力を系統電源４と同期が取れた交流電力に変換して出力する。
【００１７】
リアクトル８および第２の平滑コンデンサ９は、インバータ回路７の出力から高調波成分を減少させるフィルタ回路を構成する。リアクトル８は、フィルタ回路用リアクトルであり、リアクトル８ａおよびリアクトル８ｂにより構成される。第２の平滑コンデンサ９は、フィルタ回路用コンデンサであり、インバータ回路７からの交流電力の出力電圧を平滑化する。連系リレー１０は、電力変換装置１と系統電源４との接続状態を切り換える。連系リレー１０は、具体的には、並列に配置されたリレー１０ａおよびリレー１０ｂにより構成され、第２の平滑コンデンサ９の両端と、交流電源である系統電源４との接続の状態を接続状態または遮断状態に切り替える。
【００１８】
入力電圧計測部１１は、第１の平滑コンデンサ６の両端の電圧を計測することによりインバータ回路７への入力電圧Ｖｉを取得する。この結果、入力電圧Ｖｉは太陽電池２から電力変換装置１に入力される直流電力に依存した電圧値になる。
【００１９】
入力電流計測部１２は、コンバータ回路５およびインバータ回路７を接続するＰ母線１ａの電流を計測してインバータ回路７への入力電流Ｉｉを取得する。図１においては、入力電流計測部１２が入力電流Ｉｉとして計測するのはＰ母線１ａの電流とするが、コンバータ回路５およびインバータ回路７を接続するＮ母線１ｂの電流を計測するようにしてもよい。この結果、入力電流Ｉｉは太陽電池２から電力変換装置１に入力される直流電力に依存した電流値になる。
【００２０】
入力電力算出部１３は、入力電圧計測部１１が取得した入力電圧Ｖｉと入力電流計測部１２が取得した入力電流Ｉｉとの積から入力電力Ｐｉを算出する。ここで、入力電力Ｐｉの算出式は、Ｐｉ＝Ｖｉ×Ｉｉである。入力電力Ｐｉはインバータ回路７への入力電力値である。
【００２１】
なお、電力変換装置１の運転停止時には、太陽電池２は開放電圧を出力し電流を出力しない。つまり、入力電流Ｉｉが０となるため入力電力Ｐｉの測定ができない。従って、電力変換装置１の運転停止時には、予め定めた時間Δｔの間コンバータ回路５によって入力電圧Ｖｉを太陽電池２の開放電圧の０．８倍になるように制御し、入力電流Ｉｉを流すことで入力電力Ｐｉの測定を行う。ここでは、入力電圧Ｖｉが太陽電池２の開放電圧の０．８倍の電圧であるときに入力電力Ｐｉが最大となる一般的な関係を考慮して０．８倍としたが、この値は太陽電池２に応じて適宜設定すればよい。また、予め定めた時間Δｔが長すぎると、第１の平滑コンデンサ６が充電され続けて、第１の平滑コンデンサ６の両端の電圧が第１の平滑コンデンサ６の定格値を超えてしまう。したがって、予め定めた時間Δｔは、第１の平滑コンデンサ６の両端の電圧が第１の平滑コンデンサ６の定格値を超えて充電されない範囲で適宜設定すればよい。上記したコンバータ回路５による制御の設定は、後述するように制御部２０により実行される。
【００２２】
出力電圧計測部１４は、電力変換装置１に接続される系統電源４から出力される交流電力の電圧値を計測して出力電圧Ｖｏを取得する。
【００２３】
系統周波数算出部１５は、出力電圧計測部１４から取得した出力電圧Ｖｏに基づいて、系統電源４の交流周波数である系統周波数ｆを算出する。具体的には、系統周波数算出部１５は、出力電圧Ｖｏの符号が負(−)から正（＋）に切り替わる点をゼロクロス点として検出し、ゼロクロス点を検出する周期Ｔ０から系統周波数ｆを算出する。あるゼロクロス点をｔ１とし、次のゼロクロス点をｔ２とすると、周期Ｔ０は、ｔ１からｔ２までの時間である。また、系統周波数ｆの算出式は、ｆ＝１／Ｔ０である。ここでは、負(−)から正（＋）に切り替わる点をゼロクロス点としたが、正（＋）から負(−)に切り替わる点をゼロクロス点としてもよい。
【００２４】
電流指令値算出部１６は、有効電流指令値算出部１７と、無効電流指令値算出部１８と、出力電流指令値算出部１９と、を備える。有効電流指令値算出部１７は、インバータ回路７に出力させる有効電流を有効電流指令値Ｉｓｐとして算出する。無効電流指令値算出部１８は、インバータ回路７に出力させる無効電流を無効電流指令値Ｉｓｑとして算出する。出力電流指令値算出部１９は、有効電流指令値Ｉｓｐおよび無効電流指令値Ｉｓｑに基づいてインバータ出力電流指令値Ｉｓを算出する。
【００２５】
有効電流指令値算出部１７は、入力電力算出部１３が求めた入力電力Ｐｉと、効率ηと、出力電圧計測部１４が取得した出力電圧Ｖｏとから有効電流指令値Ｉｓｐを算出する。ここで、有効電流指令値Ｉｓｐの算出式は、Ｉｓｐ＝（Ｐｉ／η）／Ｖｏである。なお、ηは、電力変換装置１の出力電力を太陽電池２の出力電力で割った電力変換効率であり、電力変換装置１に応じて適宜設定された値であってもよいし、電力変換装置１の出力電力と太陽電池２の出力電力とを測定することにより算出された値であってもよい。有効電流指令値算出部１７は、算出した有効電流指令値Ｉｓｐを出力電流指令値算出部１９へ出力する。
【００２６】
無効電流指令値算出部１８は、出力電圧計測部１４が取得した出力電圧Ｖｏと、系統周波数算出部１５が求めた系統周波数ｆとから無効電流指令値Ｉｓｑを算出する。ここで、無効電流指令値Ｉｓｑの算出式は、Ｉｓｑ＝２×π×ｆ×ｃ×Ｖｏである。なお、ｃは、インバータ回路７の出力側に接続された第２の平滑コンデンサ９の容量値であり、使用する部品に応じて適宜設定すればよい。無効電流指令値算出部１８は、算出した無効電流指令値Ｉｓｑを出力電流指令値算出部１９へ出力する。
【００２７】
出力電流指令値算出部１９は、制御部２０の指示に従って、無効電流指令値Ｉｓｑ、または有効電流指令値Ｉｓｐと無効電流指令値Ｉｓｑとを加算した電流値を、インバータ出力電流指令値Ｉｓとして制御部２０へ出力する。
【００２８】
制御部２０は、入力電力算出部１３が求めた入力電力Ｐｉと、出力電流指令値算出部１９から出力されるインバータ出力電流指令値Ｉｓとに基づいて、インバータ回路７の動作および連系リレー１０の動作を制御する。制御部２０は、インバータ回路７が無効電流を出力する動作が可能な入力電力Ｐｉの下限値である無効電力判定値Ｐｑと、インバータ回路７が有効電流を出力する動作が可能な入力電力Ｐｉの下限値である有効電力判定値Ｐｐとを記憶部に保持している。ここで、（有効電力判定値Ｐｐ）＞（無効電力判定値Ｐｑ）である。制御部２０は、無効電力判定値Ｐｑおよび有効電力判定値Ｐｐと入力電力Ｐｉとを比較した結果に基づいて制御を実行する。なお、無効電力判定値Ｐｑおよび有効電力判定値Ｐｐは、インバータ回路７の特性に基づいて適宜設定しておけばよい。さらに、制御部２０は、太陽電池２の開放電圧を０．８倍にした電圧を入力電圧Ｖｉとして出力するコンバータ回路５の処理の制御も行う。
【００２９】
運転スイッチ２１は、電力変換装置１の状態を切替えるスイッチである。運転スイッチ２１がオン状態である場合においては、太陽電池２からの直流電圧および系統電源４からの交流電圧が印加されていれば、制御部２０は、コンバータ回路５およびインバータ回路７を動作可能な状態とする。運転スイッチ２１がオン状態の場合であっても、太陽電池２からの直流電圧が印加されていない場合、系統電源４からの交流電圧が印加されていない場合、またはその両方が印加されていない場合は、制御部２０は、コンバータ回路５およびインバータ回路７を動作不可能な停止状態にする。また、運転スイッチ２１がオフ状態である場合は、制御部２０は、コンバータ回路５およびインバータ回路７を動作不可能な停止状態にする。
【００３０】
図１に示す電力変換装置１の制御部２０は、系統電源４から第１の平滑コンデンサ６および第２の平滑コンデンサ９へ逆流電流が流れないようにインバータ回路７の出力電流および連系リレー１０の開閉動作を制御する。
【００３１】
図２は、実施の形態１にかかる電力変換装置１が無効電流指令値および有効電流指令値の初期値を生成するまでの処理を示すフローチャートである。すなわち、図２は、運転スイッチ２１がオフ状態であるときに、太陽電池２からの直流電圧および系統電源４からの交流電圧の印加時に電力変換装置１において無効電流指令値および有効電流指令値の初期値が生成される初期設定の処理を示すフローチャートである。なお、図２に示す初期設定の処理は、コンバータ回路５およびインバータ回路７が動作停止状態であり且つ連系リレー１０が遮断状態である場合において、電力変換装置１に系統電源４からの交流電圧が印加されて且つ太陽電池２が発電した直流電圧が電力変換装置１に印加された状態において実行される。
【００３２】
まず、始めに、系統周波数算出部１５は、出力電圧計測部１４が取得した出力電圧Ｖｏから系統周波数ｆを算出する（ステップＳ１）。
【００３３】
次に、無効電流指令値算出部１８は、出力電圧計測部１４が取得した出力電圧Ｖｏと、ステップＳ１で求められた系統周波数ｆとから無効電流指令値Ｉｓｑを算出する（ステップＳ２）。上述したように、無効電流指令値ＩｓｑはＩｓｑ＝２×π×ｆ×ｃ×Ｖｏの式で算出される。したがって、例えば、ｆ＝５０Ｈｚ、ｃ＝２０μＦ、Ｖｏ＝２００Ｖと仮定すると、Ｉｓｑは約１．２６Ａとなる。
【００３４】
そして、有効電流指令値算出部１７は、有効電流指令値Ｉｓｐを０に設定して（ステップＳ３）、初期設定の処理は終了する。
【００３５】
図３は、実施の形態１にかかる電力変換装置１において運転スイッチ２１がオン状態になってからの処理を示すフローチャートである。図３は、運転スイッチ２１がオン状態になってからの出力電流指令値算出部１９によるインバータ出力電流指令値Ｉｓの算出の処理と、制御部２０によるコンバータ回路５およびインバータ回路７の動作の制御の処理と、制御部２０による連系リレー１０の開閉動作の制御の処理と、を示すフローチャートになっている。なお、図３のフローチャートのステップＳ１０２以降に示す処理は、コンバータ回路５およびインバータ回路７が動作停止状態であり且つ連系リレー１０が遮断状態である場合において、運転スイッチ２１をオン状態にした時点から運転スイッチ２１をオフ状態にする時点まで常に実行される。
【００３６】
まず、図２に示した初期設定の処理をあらかじめ完了し、且つ連系リレー１０が遮断状態であり、太陽電池２からの直流電圧および系統電源４からの交流電圧が電力変換装置１に印加されている状態で図３の処理をスタートし、ユーザの操作によって運転スイッチ２１をオン状態にする（ステップＳ１０１）。次に、制御部２０に制御されたコンバータ回路５によって、予め定めた時間Δｔの間、Ｖｉ＝（太陽電池２の開放電圧）×０．８となるように制御される（ステップＳ１０２）。そして、予め定めた時間Δｔの間に、入力電力算出部１３は、入力電圧Ｖｉおよび入力電流Ｉｉから入力電力Ｐｉを算出する（ステップＳ１０３）。
【００３７】
次に、制御部２０は、入力電力Ｐｉと無効電力判定値Ｐｑとを比較して、Ｐｉ＞Ｐｑであるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。Ｐｉ＞Ｐｑではないと判定された場合（ステップＳ１０４：Ｎｏ）、系統電源４から電力変換装置１に電流が流れ込むおそれがあるので、制御部２０は連系リレー１０を遮断状態にする（ステップＳ１０５）。制御部２０は、さらにインバータ回路７の出力動作を停止する（ステップＳ１０６）。ステップＳ１０６の処理を行った後は、ステップＳ１０２に戻る。
【００３８】
Ｐｉ＞Ｐｑであると判定された場合（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、制御部２０は出力電流指令値算出部１９に、インバータ出力電流指令値Ｉｓとして無効電流指令値Ｉｓｑを出力させる（ステップＳ１０７）。その後、制御部２０は、出力電流指令値算出部１９から指令されたインバータ出力電流指令値Ｉｓに基づいてインバータ回路７の出力動作を開始する（ステップＳ１０８）。これにより、インバータ回路７は無効電流を出力する。
【００３９】
次に、入力電力算出部１３は、入力電圧Ｖｉおよび入力電流Ｉｉから入力電力Ｐｉを算出する（ステップＳ１０９）。そして、制御部２０は、入力電力Ｐｉと有効電力判定値Ｐｐとを比較して、Ｐｉ＞Ｐｐであるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。Ｐｉ＞Ｐｐではないと判定された場合（ステップＳ１１０：Ｎｏ）、インバータ回路７が有効電流を出力できる入力電力Ｐｉに達しておらず、入力電力Ｐｉが無効電力判定値Ｐｑ以下まで減少していないか判定する必要があるため、制御部２０は、ステップＳ１０４の処理に戻る。
【００４０】
Ｐｉ＞Ｐｐであると判定された場合（ステップＳ１１０：Ｙｅｓ）、インバータ回路７が無効電流および有効電流を出力可能であり、系統電源４から電力変換装置１への電流の流れ込みがないと判断できるので、制御部２０は、連系リレー１０が接続状態になるように制御する（ステップＳ１１１）。
【００４１】
次に、有効電流指令値算出部１７は入力電力Ｐｉと、効率ηと、出力電圧Ｖｏとから有効電流指令値Ｉｓｐ＝（Ｐｉ／η）／Ｖｏを算出する（ステップＳ１１２）。そして、出力電流指令値算出部１９は、有効電流指令値Ｉｓｐに無効電流指令値Ｉｓｑを加算した値をインバータ出力電流指令値Ｉｓとする（ステップＳ１１３）。そして、制御部２０はインバータ回路７の出力電流がステップＳ１１３で求められたインバータ出力電流指令値Ｉｓになるようにインバータ回路７を制御する。その後、ステップＳ１０９の処理に戻る。
【００４２】
以上説明したように、実施の形態１にかかる電力変換装置１によれば、Ｐｉ＜Ｐｐとなっている場合のようにインバータ回路７が有効電流を出力することができないくらい少ない入力電力Ｐｉになっている場合でも、Ｐｉ＞Ｐｑが成立して無効電流が出力できる状態であればインバータ回路７は無効電流を出力する。すなわち、入力電力Ｐｉが低下して、Ｐｉ＜Ｐｐとなってインバータ回路７が有効電流を出力できない状態になった場合、連系リレー１０が接続状態になっていてもインバータ回路７から第２の平滑コンデンサ９へ無効電流を出力するため、系統電源４から第１の平滑コンデンサ６および第２の平滑コンデンサ９への逆流電流を防止することができる。
【００４３】
このように、実施の形態１にかかる電力変換装置１によれば、インバータ回路７から有効電流を出力できないくらい小さな入力電力となった場合にも、無効電流を出力させることにより、新たに部品を追加することなく系統電源４から平滑コンデンサへの逆流電流を抑制することができるという効果が得られる。すなわち、簡易な構成で系統電源４からの逆流電流を防止することが可能となる。
【００４４】
実施の形態１にかかる電力変換装置１によれば、連系リレー１０の動作に対して２つの閾値を設けて、有効電流が出力できる入力電力Ｐｉとなった場合（Ｐｉ＞Ｐｐ）に連系リレー１０を接続状態とし、無効電流が出力できないくらい少ない入力電力Ｐｉになった場合（Ｐｉ＜Ｐｑ）に連系リレー１０を遮断するため、連系リレー１０の動作にヒステリシス特性をもたせることができる。これにより、入力電力Ｐｉが少なく安定しない際の連系リレー１０の頻繁な動作を抑制することができるため、連系リレー１０の長寿命化を図ることも可能になる。
【００４５】
また、電力メーター３の過電流閾値が逆流電流の大きさ以下に設定されていた場合、系統電源４から電力変換装置１への逆流電流によって電力メーター３の遮断動作が発生する。これにより、電力変換装置１と並列に電力メーター３を介して系統電源４と接続されている家庭内負荷も遮断され、停電を引き起こしていた。しかし、実施の形態１にかかる電力変換装置１によれば、電力メーター３が遮断するような逆流電流自体が発生しないので、逆流電流が要因で停電になることを防止することが可能となる。なお、家庭内負荷が重負荷となり系統電源４から供給する電流が過電流閾値を超過した際には、従来どおり遮断動作を行う。
【００４６】
実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２にかかる電力変換装置１Ａの一構成例を示す図である。実施の形態１の図１と共通の構成要素には図４において同一の符号を付し、共通の構成要素の同一の動作についての説明は以下では省略する。図４の電力変換装置１Ａは図１の電力変換装置１に対して、カウンタ部２２を追加したものである。
【００４７】
カウンタ部２２は、インバータ回路７が無効電流のみの出力を開始した時からの経過時間Ｔを保持しており、制御部２０により時間増分ΔＴが加算されていく。ΔＴは経過時間Ｔをカウントするための時間増分であり、カウント毎の経過時間Ｔの算出式は、Ｔ＝Ｔ+ΔＴとする。
【００４８】
時間増分ΔＴを例えば０．１秒とし、あるタイミングにおける経過時間Ｔが１０秒であるとすると、次のカウントを行うタイミングでは経過時間Ｔが１０．１秒となる。この処理を続けることでインバータ回路７が無効電流のみの出力を開始した時からの経過時間Ｔを計測する。制御部２０は、入力電力Ｐｉ、インバータ出力電流指令値Ｉｓおよび経過時間Ｔに基づいて、インバータ回路７の動作および連系リレー１０の動作を制御する。
【００４９】
図５は、実施の形態２にかかる電力変換装置１Ａが無効電流指令値および有効電流指令値の初期値を生成する処理に加えて経過時間Ｔの初期化の処理までを示すフローチャートである。すなわち、図５は、運転スイッチ２１がオフ状態であるときに、太陽電池２からの直流電圧および系統電源４からの交流電圧の印加時に電力変換装置１Ａにおいて無効電流指令値、有効電流指令値および経過時間Ｔの初期値が生成されるまでの処理を示すフローチャートである。したがって、図５のフローチャートは、実施の形態１における図２のフローチャートに、経過時間Ｔをリセットする、即ち、経過時間Ｔを初期化する処理を加えたフローチャートである。
【００５０】
図５に示す初期設定の処理も、コンバータ回路５およびインバータ回路７が動作停止状態であり且つ連系リレー１０が遮断状態である場合において、電力変換装置１Ａに系統電源４からの交流電圧が印加されて且つ太陽電池２が発電し直流電圧が電力変換装置１Ａに印加された状態において実行される。
【００５１】
なお、図５では、図２と同じ処理には同一の符号を付して、その説明は省略する。ステップＳ３において、有効電流指令値算出部１７が有効電流指令値Ｉｓｐを０と算出した後、カウンタ部２２は経過時間Ｔを初期化して０にリセットして（ステップＳ４）、初期設定の処理は終了する。
【００５２】
図６は、実施の形態２にかかる電力変換装置１Ａにおいて運転スイッチ２１がオン状態になってからの処理を示すフローチャートである。図６のフローチャートは、実施の形態１における図３のフローチャートに、インバータ回路７が無効電流のみの出力を開始した時からの経過時間Ｔについての制御部２０による判定および処理を加えたフローチャートになっている。図６のフローチャートのステップＳ１０２以降に示す処理は、コンバータ回路５およびインバータ回路７が動作停止状態であり且つ連系リレー１０が遮断状態である場合において、運転スイッチ２１をオン状態にした時点から運転スイッチ２１をオフ状態にする時点まで常に実行される。なお、図６における図３と共通する処理には同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００５３】
図６のフローチャートでは、Ｐｉ＞Ｐｑであると判定された場合（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、インバータ回路７が無効電流のみを出力している時間が、予め定めた経過時間閾値Ｔｓ継続していないかを制御部２０は判定する。すなわち、制御部２０は、カウンタ部２２が保持している経過時間Ｔと経過時間閾値Ｔｓとを比較して、Ｔ＜Ｔｓであるか否かを判定する（ステップＳ１１４）。
【００５４】
Ｔ＜Ｔｓでない場合（ステップＳ１１４：Ｎｏ）、インバータ回路７が無効電流のみを出力している時間が経過時間閾値Ｔｓ以上継続しているので、制御部２０は、カウンタ部２２をリセットして経過時間Ｔ＝０とし（ステップＳ１１５）、連系リレー１０を遮断する（ステップＳ１０５）。なお、経過時間閾値Ｔｓは、電力変換装置１Ａに応じて、インバータ回路７を保護するために連系リレー１０を遮断するのに適切な値を適宜設定して制御部２０が保持していればよい。Ｔ＜Ｔｓである場合（ステップＳ１１４：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０７に進む。
【００５５】
また、図６のフローチャートでＰｉ＞Ｐｐではないと判定された場合（ステップＳ１１０：Ｎｏ）、経過時間Ｔが経過時間閾値Ｔｓより短いので次のカウントに移るため、制御部２０は、保持されている経過時間Ｔに時間増分ΔＴを加えた値を新たな経過時間Ｔとしてカウンタ部２２に保持させて（ステップＳ１１６）、ステップＳ１０４の処理に戻る。なお、時間増分ΔＴは、電力変換装置１Ａに応じて、経過時間Ｔをカウントするのに適切な値を適宜設定すればよい。
【００５６】
また、図６のフローチャートでは、ステップＳ１１３の後、制御部２０はカウンタ部２２をリセットして経過時間Ｔ＝０としてから（ステップＳ１１７）、ステップＳ１０９の処理に戻る。
【００５７】
以上説明したように、実施の形態２にかかる電力変換装置１Ａにおいては、連系リレー１０を遮断するか否かの判定処理に、実施の形態１で用いた入力電力Ｐｉに加えて、インバータ回路７が無効電流のみを出力する経過時間Ｔを追加する。
【００５８】
実施の形態１にかかる電力変換装置１は、夕暮れなどの日射量低下時に、入力電力Ｐｉ＜有効電力判定値Ｐｐが成立して有効電流を出力することは不可能であるが、入力電力Ｐｉ＞無効電力判定値Ｐｑが成立して無効電流が出力可能な入力電力Ｐｉが長時間続く場合でも、系統電源４からの逆流電流を防止するためにインバータ回路７は無効電流を出力し続ける。そこで、実施の形態２にかかる電力変換装置１Ａにおいては、入力電力Ｐｉが無効電力判定値Ｐｑを下回らなくても、経過時間Ｔが経過時間閾値Ｔｓ以上となれば、連系リレー１０を遮断して、インバータ回路７の出力を停止することができる。
【００５９】
つまり、実施の形態２にかかる電力変換装置１Ａにおいては、低日射量が長時間続く場合には、インバータ回路７から出力される無効電流により系統電源４からの逆流電流を防止し、経過時間閾値Ｔｓ経過後にインバータ回路７の出力を停止する。これにより、インバータ回路７の動作時間を短縮することができ、インバータ回路７に使用する部品であるスイッチング素子を長寿命化することができる。加えて、インバータ回路７からコンデンサへ無効電流が流れる回数が減少するため、第２の平滑コンデンサ９の長寿命化を図ることもできる。
【００６０】
実施の形態１および実施の形態２にかかる制御部２０、入力電力算出部１３、系統周波数算出部１５および電流指令値算出部１６は、例えばマイクロコンピュータといったコンピュータシステムで実現可能である。図７は、実施の形態１および２にかかるマイクロコンピュータ５０の構成を示すブロック図である。マイクロコンピュータ５０は、演算および制御を実行するＣＰＵ（Central  Processing  Unit）５１と、ＣＰＵ５１がワークエリアに用いるＲＡＭ（Random  Access  Memory）５２と、プログラムおよびデータを記憶するＲＯＭ（Read  Only  Memory）５３と、外部と信号をやりとりするハードウェアであるＩ／Ｏ（Input／Output）５４と、クロックを生成する発振子を含む周辺装置５５と、を備える。マイクロコンピュータ５０が実行する実施の形態１および２において説明した制御部２０、入力電力算出部１３、系統周波数算出部１５および電流指令値算出部１６が図２、図３、図５および図６に示したフローチャートに従って実行する制御は、ＲＯＭ５３に記憶されるソフトウェアであるプログラムをＣＰＵ５１が実行することにより実現される。ＲＯＭ５３は、書き換え可能なフラッシュメモリといった不揮発性のメモリであってもよい。
【００６１】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１  電力変換装置、２  太陽電池、３  電力メーター、４  系統電源、５  コンバータ回路、６  第１の平滑コンデンサ、７  インバータ回路、８，８ａ，８ｂ  リアクトル、９  第２の平滑コンデンサ、１０  連系リレー、１０ａ，１０ｂ  リレー、１１  入力電圧計測部、１２  入力電流計測部、１３  入力電力算出部、１４  出力電圧計測部、１５  系統周波数算出部、１６  電流指令値算出部、１７  有効電流指令値算出部、１８  無効電流指令値算出部、１９  出力電流指令値算出部、２０  制御部、２１  運転スイッチ、２２  カウンタ部、５０  マイクロコンピュータ、５１  ＣＰＵ、５２  ＲＡＭ、５３  ＲＯＭ、５４  Ｉ／Ｏ、５５  周辺装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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