(57)【要約】【課題】パワーコンディショナ等の変換装置において、電解コンデンサのみの取替を容易にする。【解決手段】本発明は、入力側から見て順に、昇圧回路と、ＤＣバスと、インバータ回路とを備える、直流から交流への変換装置１であって、出力すべき交流の電圧目標値の絶対値が、入力される直流電圧を上回るときは昇圧回路１０を昇圧動作させて電圧目標値の絶対値を生成するとともにインバータ回路１１は必要な極性反転のみを行う状態とし、また、電圧目標値の絶対値が、入力される直流電圧を下回るときは昇圧回路１０の昇圧動作を停止させるとともにインバータ回路１１を動作させて電圧目標値を生成する制御部１２と、ＤＣバスＬＢに接続された平滑用の小容量コンデンサ１９と、昇圧回路１０の入力側にあって、独立した基板に単独で設けられ、小容量コンデンサ１９より大容量な電解コンデンサ２６とを備えたものである。【選択図】図２
2015186275.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力側から見て順に、昇圧回路と、ＤＣバスと、インバータ回路とを備える、直流から交流への変換装置であって、
出力すべき交流の電圧目標値の絶対値が、入力される直流電圧を上回るときは前記昇圧回路を昇圧動作させて前記電圧目標値の絶対値を生成するとともに前記インバータ回路は必要な極性反転のみを行う状態とし、また、前記電圧目標値の絶対値が、入力される直流電圧を下回るときは前記昇圧回路の昇圧動作を停止させるとともに前記インバータ回路を動作させて前記電圧目標値を生成する制御部と、
前記ＤＣバスに接続された平滑用の小容量コンデンサと、
前記昇圧回路の入力側にあって、独立した基板に単独で設けられ、前記小容量コンデンサより大容量な電解コンデンサと
を備えている変換装置。
【請求項２】
前記変換装置の筐体の一部を開いて、前記電解コンデンサを前記基板ごと着脱可能とした請求項１記載の変換装置。
【請求項３】
前記変換装置の筐体の本体部とは別に、前記電解コンデンサを収容する電解コンデンサボックスを独立して設け、前記本体部に前記電解コンデンサボックスをコネクタ又は端子接続により着脱可能とした請求項１記載の変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流を交流に変換する変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば図２０は、従来の変換装置（パワーコンディショナ）１００を示す回路図（但し、制御部を除く。）の一例である（例えば、特許文献１（図１）参照。）。変換装置１００は、太陽光発電パネル２の直流出力を交流出力に変換して、商用電力系統３に出力することができる。
図において、昇圧回路１０は、ＤＣリアクトル１５と、ダイオード１６と、例えばＦＥＴ（Field Effect Transistor）からなるスイッチング素子Ｑｂとを備えており、昇圧チョッパ回路を構成している。昇圧回路１０の入力側には、平滑化のための小容量のコンデンサ３６が設けられている。
【０００３】
昇圧回路１０の出力はＤＣバスＬＢに供給される。ＤＣバスＬＢには、平滑用の大容量の電解コンデンサ２９が接続されている。
インバータ回路１１は、例えばＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を備えている。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の高周波スイッチング動作により、インバータ回路１１は、ＤＣバスＬＢの直流電圧を交流電圧に変換し、交流電力を出力する。
【０００４】
また、変換装置１は、インバータ回路１１と、商用電力系統３との間にフィルタ回路２１を備えている。フィルタ回路２１は、２つのＡＣリアクトル２２と、ＡＣリアクトル２２の後段に設けられたコンデンサ２３とを備えて構成されている。フィルタ回路２１は、インバータ回路１１から出力される交流電力に含まれる高周波成分を除去する機能を有している。フィルタ回路２１により高周波成分が除去された交流電力は、商用電力系統３に与えられる。
【０００５】
図２１は、上記変換装置１００の動作中に、電解コンデンサ２９に流れる電流の一例を示すグラフであり、横軸は時間［秒］、縦軸は電流［Ａ］を表している。細かい縦縞は実際には高周波スイッチングによる高周波成分であるが、図示の都合上、このように表している。波形の包絡線は、０．０１秒周期すなわち、商用周波数５０Ｈｚの２倍の周波数で変動している。このような高周波成分を多く含む電流が電解コンデンサ２９に流れるため、電解コンデンサ２９とインバータ回路１１とを繋ぐ配線パターンはできるだけ短くしなければ配線パターンの寄生インダクタンスとスイッチングによる急激な電流変化によりリンギングが発生し、それがノイズ放射源となってしまう。そこで、電解コンデンサ２９は、インバータ回路１１及び昇圧回路１０と共に、これらと近接して、１枚の基板上に実装されている。
【０００６】
さて、太陽光発電パネル２の寿命は、一般には２０年と言われているが、変換装置１００は１０年程度である。従って、１０年を超えると、変換装置１００の点検や交換が必要となる。変換装置１００の構成部品の中で、最も耐用年数が短いのは電解コンデンサ２９であり、これが、１０年程度の寿命となる原因である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１６５２７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
例えば１０年程度の年数が経過して電解コンデンサ２９の取替が必要となったとき、基板に実装されている電解コンデンサ２９のみを取り替えるとすると、その取替作業品質を一定に保つことの困難性が伴う。一定に保つことができなければ、取替後の変換装置１００の信頼性が低下する可能性がある。そこで、信頼性を損なわないことや作業効率を優先して、基板あるいは変換装置ごと交換するのが一般的となっている。
しかし、電解コンデンサ２９以外の部品は、通常、まだ耐用年数がある。従って、まだ使用できる部品も含めて基板あるいは変換装置ごと全て取り替えるのは、資源の節約やコストの観点からは問題がある。
【０００９】
かかる従来の問題点に鑑み、本発明は、パワーコンディショナ等の変換装置において、電解コンデンサのみの取替を容易にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、入力側から見て順に、昇圧回路と、ＤＣバスと、インバータ回路とを備える、直流から交流への変換装置であって、出力すべき交流の電圧目標値の絶対値が、入力される直流電圧を上回るときは前記昇圧回路を昇圧動作させて前記電圧目標値の絶対値を生成するとともに前記インバータ回路は必要な極性反転のみを行う状態とし、また、前記電圧目標値の絶対値が、入力される直流電圧を下回るときは前記昇圧回路の昇圧動作を停止させるとともに前記インバータ回路を動作させて前記電圧目標値を生成する制御部と、前記ＤＣバスに接続された平滑用の小容量コンデンサと、前記昇圧回路の入力側にあって、独立した基板に単独で設けられ、前記小容量コンデンサより大容量な電解コンデンサとを備えたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、パワーコンディショナ等の変換装置において、電解コンデンサのみの取替を容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】直流から交流への変換装置を備えたシステムの一例を示すブロック図である。
【図２】図１における変換装置の内部回路を、より詳細に示す図である。
【図３】制御部のブロック図である。
【図４】直流入力電圧検出値、及び昇圧回路電流検出値の経時変化をシミュレーションにより求めた結果の一例を示すグラフである。
【図５】平均化処理部が行う、直流入力電圧検出値を平均化する際の態様を示す図である。
【図６】制御処理部による制御処理を説明するための制御ブロック図である。
【図７】昇圧回路及びインバータ回路の制御処理を示すフローチャートである。
【図８】（ａ）は、制御処理部がフィードバック制御において求めた昇圧回路電流指令値、及びこれに従って制御した場合の昇圧回路電流検出値をシミュレーションにより求めた結果の一例を示すグラフであり、（ｂ）は、制御処理部がフィードバック制御において求めた昇圧回路電圧目標値、及びこれに従って制御した場合の昇圧回路電圧検出値をシミュレーションにより求めた結果の一例を示すグラフである。
【図９】インバータ出力電圧指令値の一例を示す図である。
【図１０】（ａ）は、昇圧回路用搬送波と、昇圧回路用参照波とを比較したグラフであり、（ｂ）は、昇圧回路制御部が生成したスイッチング素子Ｑｂを駆動するための駆動波形である。
【図１１】（ａ）は、インバータ回路用搬送波と、インバータ回路用参照波とを比較したグラフ、（ｂ）は、インバータ回路制御部が生成したスイッチング素子Ｑ１を駆動するための駆動波形、（ｃ）は、インバータ回路制御部が生成したスイッチング素子Ｑ３を駆動するための駆動波形である。
【図１２】参照波、及び各スイッチング素子の駆動波形の一例とともに、変換装置が出力する交流電力の電流波形の一例を示した図である。
【図１３】（ａ）は、インバータ回路から出力された交流電圧、系統相電源、及びＡＣリアクトルの両端電圧、それぞれの電圧波形を示したグラフであり、（ｂ）は、ＡＣリアクトルに流れる電流波形を示したグラフである。
【図１４】変換装置の動作の特徴を簡略に示す波形図である。
【図１５】変換装置の動作の特徴を簡略に示す波形図である。
【図１６】電解コンデンサに流れる電流の一例を示すグラフであり、横軸は時間［秒］、縦軸は電流［Ａ］を表している。
【図１７】図２の変換装置の主要部を「基板」の観点からみた回路図である（但し、細部は省略している。）。
【図１８】パワーコンディショナとしての変換装置の筐体を示す斜視図である。
【図１９】パワーコンディショナとしての変換装置の筐体についての、他の例を示す斜視図である。
【図２０】従来の変換装置（パワーコンディショナ）を示す回路図（但し、制御部を除く。）の一例である。
【図２１】図２０の変換装置の動作中に、電解コンデンサに流れる電流の一例を示すグラフであり、横軸は時間［秒］、縦軸は電流［Ａ］を表している。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［実施形態の要旨］
本発明の実施形態の要旨としては、少なくとも以下のものが含まれる。
【００１４】
（１）これは、入力側から見て順に、昇圧回路と、ＤＣバスと、インバータ回路とを備える、直流から交流への変換装置であって、出力すべき交流の電圧目標値の絶対値が、入力される直流電圧を上回るときは前記昇圧回路を昇圧動作させて前記電圧目標値の絶対値を生成するとともに前記インバータ回路は必要な極性反転のみを行う状態とし、また、前記電圧目標値の絶対値が、入力される直流電圧を下回るときは前記昇圧回路の昇圧動作を停止させるとともに前記インバータ回路を動作させて前記電圧目標値を生成する制御部と、前記ＤＣバスに接続された平滑用の小容量コンデンサと、前記昇圧回路の入力側にあって、独立した基板に単独で設けられ、前記小容量コンデンサより大容量な電解コンデンサとを備えたものである。
【００１５】
上記（１）のように構成された変換装置では、昇圧回路及びインバータ回路が交互に高周波スイッチングを行い、全体として高周波スイッチングのための変調を最小限に抑える。そのため、ＤＣバスを一定の電圧にする必要が無い。従って、ＤＣバスに接続するコンデンサは、高周波スイッチングを平滑化する程度の小容量コンデンサで足りる。その結果、大容量の電解コンデンサは、ＤＣバスではなく、昇圧回路の入力側に設けることができ、しかも、独立した基板に単独で設けることができる。これにより、比較的寿命の短い電解コンデンサのみを、容易に取り替え得る構成を実現することができる。
【００１６】
（２）また、（１）において、前記変換装置の筐体の一部を開いて、前記電解コンデンサを前記基板ごと着脱可能としてもよい。
この場合、着脱により、電解コンデンサのみを、基板ごと取り替えることができるので、取替作業が容易で、取替に要するコストも低減される。他の基板に実装された昇圧回路やインバータ回路は、引き続き使用することができるので、合理的である。
【００１７】
（３）また、（１）において、前記変換装置の筐体の本体部とは別に、前記電解コンデンサを収容する電解コンデンサボックスを独立して設け、前記本体部に前記電解コンデンサボックスをコネクタ又は端子接続により着脱可能としてもよい。
この場合、コネクタ接続を介した着脱により、電解コンデンサボックスを取り替えることができるので、取替作業が極めて容易で、取替に要するコストも低減される。他の基板に実装された昇圧回路やインバータ回路は、引き続き使用することができるので、合理的である。また、ボックス単位で取り替えることにより、取替作業時に他の基板に例えば異物を落とすなどの可能性がほぼ無くなり、信頼性の高い取替作業を実現することができる。
【００１８】
［実施形態の詳細］
以下、発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
《変換装置の構成》
図１は、直流から交流への変換装置を備えたシステムの一例を示すブロック図である。図中、変換装置１の入力端には、直流電源としての太陽光発電パネル２が接続され、出力端には、交流の商用電力系統３が接続されている。このシステムは、太陽光発電パネル２が発電する直流電力を交流電力に変換し、商用電力系統３に出力する連系運転を行う。
変換装置１は、太陽光発電パネル２が出力する直流電力が与えられる昇圧回路１０と、昇圧回路１０からＤＣバスＬＢに与えられる電力を交流電力に変換して商用電力系統３に出力するインバータ回路１１と、これら両回路１０，１１の動作を制御する制御部１２とを備えている。
【００２０】
図２は、変換装置１の回路図の一例である。
昇圧回路１０は、ＤＣリアクトル１５と、ダイオード１６と、例えばＦＥＴ（Field Effect Transistor）からなるスイッチング素子Ｑｂとを備えており、昇圧チョッパ回路を構成している。
昇圧回路１０の入力側には、第１電圧センサ１７、第１電流センサ１８、及び平滑化のための大容量（ｍＦレベル）の電解コンデンサ２６が設けられている。
【００２１】
第１電圧センサ１７は、太陽光発電パネル２が出力し、昇圧回路１０に入力される直流電力の直流入力電圧検出値Ｖｇ（直流入力電圧値）を検出し、制御部１２に出力する。第１電流センサ１８は、ＤＣリアクトル１５に流れる電流である昇圧回路電流検出値Ｉｉｎ（直流入力電流値）を検出し、制御部１２に出力する。なお、直流入力電流検出値Ｉｇを検出するために、電解コンデンサ２６の前段に、さらに電流センサを設けてもよい。
制御部１２は、直流入力電圧検出値Ｖｇ及び昇圧回路電流検出値Ｉｉｎから入力電力Ｐｉｎを演算し、太陽光発電パネル２に対するＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking：最大電力点追従）制御を行う機能を有している。
【００２２】
また、昇圧回路１０のスイッチング素子Ｑｂは、後述するように、インバータ回路１１との間でスイッチング動作を行う期間が交互に切り替わるように制御される。よって、昇圧回路１０は、スイッチング動作を行っている期間は、昇圧された電力をインバータ回路１１に出力し、スイッチング動作を停止している期間は、太陽光発電パネル２が出力して昇圧回路１０に入力される直流電力を昇圧することなくインバータ回路１１に出力する。
【００２３】
昇圧回路１０と、インバータ回路１１との間には、平滑用の小容量（μＦレベル）のコンデンサ１９（平滑コンデンサ）が接続されている。このコンデンサ１９としては、例えばフィルムコンデンサを使用することができる。
インバータ回路１１は、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）からなるスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を備えている。これらスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、フルブリッジ回路を構成している。
各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、制御部１２に接続されており、制御部１２により制御可能とされている。制御部１２は、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の動作をＰＷＭ制御する。これにより、インバータ回路１１は、昇圧回路１０から与えられる電力を交流電力に変換する。
【００２４】
変換装置１は、インバータ回路１１と、商用電力系統３との間にフィルタ回路２１を備えている。
フィルタ回路２１は、２つのＡＣリアクトル２２と、ＡＣリアクトル２２の後段に設けられたコンデンサ２３（出力平滑コンデンサ）とを備えて構成されている。フィルタ回路２１は、インバータ回路１１から出力される交流電力に含まれる高周波成分を除去する機能を有している。フィルタ回路２１により高周波成分が除去された交流電力は、商用電力系統３に与えられる。
【００２５】
このように、昇圧回路１０及びインバータ回路１１は、太陽光発電パネル２が出力する直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力を、フィルタ回路２１を介して商用電力系統３へ出力する。
【００２６】
また、フィルタ回路２１には、インバータ回路１１による出力の電流値であるインバータ電流検出値Ｉｉｎｖ（ＡＣリアクトル２２に流れる電流）を検出するための第２電流センサ２４が接続されている。さらに、フィルタ回路２１と、商用電力系統３との間には、商用電力系統３側の電圧値（系統電圧検出値Ｖａ）を検出するための第２電圧センサ２５が接続されている。
【００２７】
第２電流センサ２４及び第２電圧センサ２５は、検出した系統電圧検出値Ｖａ（交流系統の電圧値）及びインバータ電流検出値Ｉｉｎｖを制御部１２に出力する。なお、第２電流センサ２４は、図のように、コンデンサ２３の前段でもよいが、コンデンサ２３の後段に設けてもよい。
制御部１２は、これら系統電圧検出値Ｖａ及びインバータ電流検出値Ｉｉｎｖと、上述の直流入力電圧検出値Ｖｇ、昇圧回路電流検出値Ｉｉｎに基づいて、昇圧回路１０及びインバータ回路１１を制御する。
【００２８】
《電力変換装置における最小変調方式》
次に、図１４及び図１５は、変換装置１の動作の特徴を簡略に示す波形図である。両図は同じ内容を示しているが、図１４は特に、直流入力から交流出力までの振幅の関係が見やすいように表示し、図１５は特に、制御のタイミングが見やすいように表示している。図１４の上段及び図１５の左欄はそれぞれ、比較のために、最小変調方式ではない従来の変換装置の動作を表す波形図である。また、図１４の下段及び図１５の右欄はそれぞれ、最小変調方式の変換装置１（図２）の動作を示す波形図である。
【００２９】
まず、図１４の上段（又は図１５の左欄）において、従来の変換装置では、直流入力すなわち直流電圧ＶＤＣに対する昇圧回路の出力（図２で言えば、スイッチング素子Ｑｂ及びＤＣリアクトル１５の相互接続点に現れる電圧）は、ＶＤＣよりも高い値の等間隔のパルス列状である。この出力は平滑化され、ＤＣバスＬＢに、電圧ＶＢとして現れる。これに対してインバータ回路は、ＰＷＭ制御されたスイッチングを半周期で極性反転しながら行う。この結果、フィルタ回路による平滑を経て、交流出力としての正弦波の交流電圧ＶＡＣが得られる。
【００３０】
次に、図１４の下段の最小変調方式では、交流波形の電圧目標値ＶＡＣの絶対値と、入力である直流電圧ＶＤＣとの比較結果に応じて、図２の昇圧回路１０とインバータ回路１１とが動作する。すなわち、電圧目標値の絶対値においてＶＡＣ＜ＶＤＣ（又はＶＡＣ≦ＶＤＣ）のときは、昇圧回路１０は停止し（図中の「ＳＴ」）、ＶＡＣ≧ＶＤＣ（又はＶＡＣ＞ＶＤＣ）のときは、昇圧回路１０が昇圧動作を行う（図中の「ＯＰ」）。昇圧回路１０の出力はコンデンサ１９（図２）により平滑化され、ＤＣバスＬＢに、図示の電圧ＶＢとして現れる。
【００３１】
これに対してインバータ回路１１は、電圧目標値ＶＡＣの絶対値と、直流電圧ＶＤＣとの比較結果に応じて、ＶＡＣ＜ＶＤＣ（又はＶＡＣ≦ＶＤＣ）のときは、高周波スイッチングを行い（図中の「ＯＰ」）、ＶＡＣ≧ＶＤＣ（又はＶＡＣ＞ＶＤＣ）のときは、高周波スイッチングを停止する（図中の「ＳＴ」）。高周波スイッチングを停止しているときのインバータ回路１１は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４がオン、Ｑ２，Ｑ３がオフの状態と、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４がオフ、Ｑ２，Ｑ３がオンの状態のいずれかを選択することにより、必要な極性反転のみを行う。インバータ回路１１の出力はフィルタ回路２１により平滑化され、所望の交流出力が得られる。
【００３２】
ここで、図１５の右欄に示すように、昇圧回路１０とインバータ回路１１とは、交互に高周波スイッチングの動作をしており、昇圧回路１０が昇圧の動作をしているときは、インバータ回路１１は高周波スイッチングを停止し、ＤＣバスＬＢの電圧に対して必要な極性反転のみを行っている。逆に、インバータ回路１１が高周波スイッチング動作するときは、昇圧回路１０は停止して、電路Ｌｉｎ（図２）の電圧を素通りさせている。
【００３３】
上記のような、昇圧回路１０とインバータ回路１１との交互の高周波スイッチング動作を行うことにより、全体としてスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４，Ｑｂのスイッチングの回数が低減され、その分、スイッチング損失が大幅に低減される。なお、高周波スイッチングの周波数は例えば２０ｋＨｚであるのに対して、インバータ回路１１における極性反転のスイッチングは商用周波数の２倍の、１００Ｈｚ又は１２０Ｈｚである。すなわち、極性反転の周波数は高周波スイッチングの周波数に比べると非常に小さく、従って、スイッチング損失も少ない。
【００３４】
また、昇圧回路１０とインバータ回路１１との交互の高周波スイッチング動作を行うことにより、リアクトル（ＤＣリアクトル１５、ＡＣリアクトル２２）の鉄損が小さくなる。
さらに、コンデンサ１９は、スイッチングの高周波を平滑化する程度で足りるため、系統周波数の３倍の低周波交流成分の平滑作用を必要としなくなる。従って、小容量（例えば１０μＦや２２μＦ）のコンデンサを使用することができる。
【００３５】
《変換装置の系統連系》
以下、変換装置１による系統連系について詳細に説明する。
【００３６】
〔１．１  制御部について〕
図３は、制御部１２のブロック図である。制御部１２は、図３に示すように、制御処理部３０と、昇圧回路制御部３２と、インバータ回路制御部３３と、平均化処理部３４とを機能的に有している。
制御部１２の各機能は、その一部又は全部がハードウェア回路によって構成されてもよいし、その一部又は全部が、ソフトウェア（コンピュータプログラム）をコンピュータによって実行させることで実現されていてもよい。制御部１２の機能を実現するソフトウェア（コンピュータプログラム）は、コンピュータの記憶装置（図示省略）に格納される。
【００３７】
昇圧回路制御部３２は、制御処理部３０から与えられる指令値及び検出値に基づいて、昇圧回路１０のスイッチング素子Ｑｂを制御し、前記指令値に応じた電流の電力を昇圧回路１０に出力させる。
また、インバータ回路制御部３３は、制御処理部３０から与えられる指令値及び検出値に基づいて、インバータ回路１１のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を制御し、前記指令値に応じた電流の電力をインバータ回路１１に出力させる。
【００３８】
制御処理部３０には、直流入力電圧検出値Ｖｇ、昇圧回路電流検出値Ｉｉｎ、系統電圧検出値Ｖａ及びインバータ電流検出値Ｉｉｎｖが与えられる。
制御処理部３０は、直流入力電圧検出値Ｖｇ及び昇圧回路電流検出値Ｉｉｎから入力電力Ｐｉｎ及びその平均値〈Ｐｉｎ〉を演算する。
制御処理部３０は、入力電力平均値〈Ｐｉｎ〉に基づいて、直流入力電流指令値Ｉｇ＊（後に説明する）を設定して太陽光発電パネル２に対するＭＰＰＴ制御を行うとともに、昇圧回路１０及びインバータ回路１１それぞれをフィードバック制御する機能を有している。
【００３９】
直流入力電圧検出値Ｖｇ及び昇圧回路電流検出値Ｉｉｎは、平均化処理部３４、及び制御処理部３０に与えられる。
平均化処理部３４は、第１電圧センサ１７及び第１電流センサ１８から与えられる直流入力電圧検出値Ｖｇ及び昇圧回路電流検出値Ｉｉｎを、予め設定された所定の時間間隔ごとにサンプリングし、それぞれの平均値を求め、平均化された直流入力電圧検出値Ｖｇ及び昇圧回路電流検出値Ｉｉｎを制御処理部３０に与える機能を有している。
【００４０】
図４は、直流入力電圧検出値Ｖｇ、及び昇圧回路電流検出値Ｉｉｎの経時変化をシミュレーションにより求めた結果の一例を示すグラフである。
また、直流入力電流検出値Ｉｇは、電解コンデンサ２６よりも入力側で検出される電流値である。
図４に示すように、直流入力電圧検出値Ｖｇ、昇圧回路電流検出値Ｉｉｎ、及び直流入力電流検出値Ｉｇは、系統電圧の１／２の周期で変動していることが判る。
【００４１】
図４に示すように、直流入力電圧検出値Ｖｇ、及び直流入力電流検出値Ｉｇが周期的に変動する理由は、次の通りである。すなわち、昇圧回路電流検出値Ｉｉｎは、昇圧回路１０、及びインバータ回路１１の動作に応じて、交流周期の１／２周期でほぼ０Ａからピーク値まで大きく変動する。そのため、電解コンデンサ２６で変動成分を完全に取り除くことができず、直流入力電流検出値Ｉｇは、交流周期の１／２周期で変動する成分を含む脈流となる。一方、太陽光発電パネルは出力電流によって出力電圧が変化する。
このため、直流入力電圧検出値Ｖｇに生じる周期的な変動は、変換装置１が出力する交流電力の１／２周期となっている。
平均化処理部３４は、上述の周期的変動による影響を抑制するために、直流入力電圧検出値Ｖｇ及び昇圧回路電流検出値Ｉｉｎを平均化する。
【００４２】
図５は、平均化処理部３４が行う、直流入力電圧検出値Ｖｇを平均化する際の態様を示す図である。
平均化処理部３４は、あるタイミングｔ１から、タイミングｔ２までの間の期間Ｌにおいて、予め設定された所定の時間間隔Δｔごとに、与えられる直流入力電圧検出値Ｖｇについて複数回サンプリング（図中、黒点のタイミング）を行い、得られた複数の直流入力電圧検出値Ｖｇの平均値を求める。
【００４３】
ここで、平均化処理部３４は、期間Ｌを商用電力系統３の周期長さの１／２の長さに設定する。また、平均化処理部３４は、時間間隔Δｔを、商用電力系統３の１／２周期の長さよりも十分短い期間に設定する。
これにより、平均化処理部３４は、商用電力系統３の周期と同期して周期的に変動する、直流入力電圧検出値Ｖｇの平均値を、できるだけサンプリングの期間を短くしつつ、精度よく求めることができる。
なお、サンプリングの時間間隔Δｔは、例えば、商用電力系統３の周期の１／１００〜１／１０００、或いは、２０マイクロ秒〜２００マイクロ秒等に設定することができる。
【００４４】
なお、平均化処理部３４は、期間Ｌを予め記憶しておくこともできるし、第２電圧センサ２５から系統電圧検出値Ｖａを取得して商用電力系統３の周期に基づいて期間Ｌを設定することもできる。
また、ここでは、期間Ｌを商用電力系統３の周期長さの１／２の長さに設定したが、期間Ｌは、少なくとも、商用電力系統３の１／２周期に設定すれば、直流入力電圧検出値Ｖｇの平均値を精度よく求めることができる。直流入力電圧検出値Ｖｇは、上述のように、昇圧回路１０、およびインバータ回路１１の動作によって、商用電力系統３の周期長さの１／２の長さで周期的に変動するからである。
よって、期間Ｌをより長く設定する必要がある場合、商用電力系統３の１／２周期の３倍や４倍といったように、期間Ｌを商用電力系統３の１／２周期の整数倍に設定すればよい。これによって、周期単位で電圧変動を把握できる。
【００４５】
上述したように、昇圧回路電流検出値Ｉｉｎも、直流入力電圧検出値Ｖｇと同様、商用電力系統３の１／２周期で周期的に変動する。
よって、平均化処理部３４は、図５に示した直流入力電圧検出値Ｖｇと同様の方法によって、昇圧回路電流検出値Ｉｉｎの平均値も求める。
制御処理部３０は、直流入力電圧検出値Ｖｇの平均値及び昇圧回路電流検出値Ｉｉｎの平均値をそれぞれ、期間Ｌごとに逐次求める。
平均化処理部３４は、求めた直流入力電圧検出値Ｖｇの平均値及び昇圧回路電流検出値Ｉｉｎの平均値を制御処理部３０に与える。
【００４６】
本例では、上述のように、平均化処理部３４が、直流入力電圧検出値Ｖｇの平均値（直流入力電圧平均値〈Ｖｇ〉）及び昇圧回路電流検出値Ｉｉｎの平均値（昇圧回路電流平均値〈Ｉｉｎ〉）を求め、制御処理部３０は、これら値を用いて、太陽光発電パネル２に対するＭＰＰＴ制御を行いつつ、昇圧回路１０及びインバータ回路１１を制御するので、太陽光発電パネル２による直流電流が変動し不安定な場合にも、制御部１２は、太陽光発電パネル２からの出力を、変換装置１の動作による変動成分を取り除いた直流入力電圧平均値〈Ｖｇ〉及び昇圧回路電流平均値〈Ｉｉｎ〉として精度よく得ることができる。この結果、ＭＰＰＴ制御を好適に行うことができ、太陽光発電パネル２の発電効率が低下するのを効果的に抑制することができる。
【００４７】
また、上述したように、変換装置１の動作によって、太陽光発電パネル２が出力する直流電力の電圧（直流入力電圧検出値Ｖｇ）や電流（昇圧回路電流検出値Ｉｉｎ）に変動が生じる場合、その変動周期は、インバータ回路１１が出力する交流電力の１／２周期（商用電力系統３の１／２周期）とほぼ一致する。
この点、本例では、商用電力系統３の周期長さの１／２の長さに設定された期間Ｌの間に、直流入力電圧検出値Ｖｇ及び昇圧回路電流検出値Ｉｉｎのそれぞれについて、交流系統の１／２周期よりも短い時間間隔Δｔで複数回サンプリングし、その結果から直流入力電圧平均値〈Ｖｇ〉及び昇圧回路電流平均値〈Ｉｉｎ〉を求めたので、直流電流の電圧及び電流が周期的に変動したとしても、できるだけサンプリングの期間を短くしつつ、直流入力電圧平均値〈Ｖｇ〉及び昇圧回路電流平均値〈Ｉｉｎ〉を精度よく求めることができる。
【００４８】
制御処理部３０は、上述の入力電力平均値〈Ｐｉｎ〉に基づいて、直流入力電流指令値Ｉｇ＊を設定し、この設定した直流入力電流指令値Ｉｇ＊や、上記値に基づいて、昇圧回路１０及びインバータ回路１１それぞれに対する指令値を求める。
制御処理部３０は、求めた指令値を昇圧回路制御部３２及びインバータ回路制御部３３に与え、昇圧回路１０及びインバータ回路１１それぞれをフィードバック制御する機能を有している。
【００４９】
図６は、制御処理部３０による昇圧回路１０、及びインバータ回路１１のフィードバック制御を説明するための制御ブロック図である。
制御処理部３０は、インバータ回路１１の制御を行うための機能部として、第１演算部４１、第１加算器４２、補償器４３、及び第２加算器４４を有している。
また、制御処理部３０は、昇圧回路１０の制御を行うための機能部として、第２演算部５１、第３加算器５２、補償器５３、及び第４加算器５４を有している。
【００５０】
図７は、昇圧回路１０及びインバータ回路１１の制御処理を示すフローチャートである。図６に示す各機能部は、図７に示すフローチャートに示す処理を実行することで、昇圧回路１０及びインバータ回路１１を制御する。
以下、図７に従って、昇圧回路１０及びインバータ回路１１の制御処理を説明する。
【００５１】
まず、制御処理部３０は、現状の入力電力平均値〈Ｐｉｎ〉を求め（ステップＳ９）、前回演算時の入力電力平均値〈Ｐｉｎ〉と比較して、直流入力電流指令値Ｉｇ＊を設定する（ステップＳ１）。なお、入力電力平均値〈Ｐｉｎ〉は、下記式（１）に基づいて求められる。
入力電力平均値〈Ｐｉｎ〉＝〈Ｉｉｎ×Ｖｇ〉  ・・・（１）
【００５２】
なお、式（１）中、Ｉｉｎは昇圧回路電流検出値、Ｖｇは直流入力電圧検出値（直流入力電圧値）であり、平均化処理部３４によって平均化された値である直流入力電圧平均値〈Ｖｇ〉及び昇圧回路電流平均値〈Ｉｉｎ〉が用いられる。
また、式（１）以外の以下に示す制御に関する各式においては、昇圧回路電流検出値Ｉｉｎ、及び直流入力電圧検出値Ｖｇは、平均化されていない瞬時値が用いられる。
また、「〈  〉」は、括弧内の値の平均値を示している。以下同じである。
【００５３】
制御処理部３０は、設定した直流入力電流指令値Ｉｇ＊を、第１演算部４１に与える。
第１演算部４１には、直流入力電流指令値Ｉｇ＊の他、直流入力電圧検出値Ｖｇ、系統電圧検出値Ｖａも与えられる。
第１演算部４１は、下記式（２）に基づいて、変換装置１としての出力電流指令値の平均値〈Ｉａ＊〉を演算する。
出力電流指令値の平均値〈Ｉａ＊〉＝〈Ｉｇ＊×Ｖｇ〉／〈Ｖａ〉    ・・・（２）
【００５４】
さらに、第１演算部４１は、下記式（３）に基づいて、出力電流指令値Ｉａ＊（出力電流目標値）を求める（ステップＳ２）。
ここで、第１演算部４１は、出力電流指令値Ｉａ＊を系統電圧検出値Ｖａと同位相の正弦波として求める。
出力電流指令値Ｉａ＊＝（√２）×〈Ｉａ＊〉×ｓｉｎωｔ        ・・・（３）
【００５５】
以上のように、第１演算部４１は、入力電力平均値〈Ｐｉｎ〉（直流電力の入力電力値）及び系統電圧検出値Ｖａに基づいて出力電流指令値Ｉａ＊を求める。
次いで、第１演算部４１は、下記式（４）に示すように、インバータ回路１１を制御するための電流目標値であるインバータ電流指令値Ｉｉｎｖ＊（インバータ回路の電流目標値）を演算する（ステップＳ３）。
インバータ電流指令値Ｉｉｎｖ＊＝Ｉａ＊＋ｓ ＣａＶａ    ・・・（４）
【００５６】
ただし、式（４）中、Ｃａは、コンデンサ２３の静電容量、ｓはラプラス演算子である。
式（４）中、右辺第２項は、フィルタ回路２１のコンデンサ２３に流れる電流を考慮して加算した値である。
なお、出力電流指令値Ｉａ＊は、上記式（３）に示すように、系統電圧検出値Ｖａと同位相の正弦波として求められる。つまり、制御処理部３０は、変換装置１が出力する交流電力の電流Ｉａ（出力電流）が系統電圧（系統電圧検出値Ｖａ）と同位相となるようにインバータ回路１１を制御する。
【００５７】
第１演算部４１は、インバータ電流指令値Ｉｉｎｖ＊を求めると、このインバータ電流指令値Ｉｉｎｖ＊を第１加算器４２に与える。
インバータ回路１１は、このインバータ電流指令値Ｉｉｎｖ＊によって、フィードバック制御される。
【００５８】
第１加算器４２には、インバータ電流指令値Ｉｉｎｖ＊の他、現状のインバータ電流検出値Ｉｉｎｖが与えられる。
第１加算器４２は、インバータ電流指令値Ｉｉｎｖ＊と、現状のインバータ電流検出値Ｉｉｎｖとの差分を演算し、その演算結果を補償器４３に与える。
【００５９】
補償器４３は、上記差分が与えられると、比例係数等に基づいて、この差分を収束させインバータ電流検出値Ｉｉｎｖをインバータ電流指令値Ｉｉｎｖ＊とし得るインバータ電圧参照値Ｖｉｎｖ＃を求める。補償器４３は、このインバータ電圧参照値Ｖｉｎｖ＃をインバータ回路制御部３３に与えることで、インバータ回路１１に、インバータ電圧参照値Ｖｉｎｖ＃に従った電圧Ｖｉｎｖで電力を出力させる。
インバータ回路１１が出力した電力は、第２加算器４４によって系統電圧検出値Ｖａで減算された上でＡＣリアクトル２２に与えられ、新たなインバータ電流検出値Ｉｉｎｖとしてフィードバックされる。そして、第１加算器４２によってインバータ電流指令値Ｉｉｎｖ＊とインバータ電流検出値Ｉｉｎｖとの間の差分が再度演算され、上記同様、この差分に基づいてインバータ回路１１が制御される。
【００６０】
以上のようにして、インバータ回路１１は、インバータ電流指令値Ｉｉｎｖ＊と、インバータ電流検出値Ｉｉｎｖとによって、フィードバック制御される（ステップＳ４）。
【００６１】
一方、第２演算部５１には、直流入力電圧検出値Ｖｇ、系統電圧検出値Ｖａの他、第１演算部４１が演算したインバータ電流指令値Ｉｉｎｖ＊が与えられる。
第２演算部５１は、下記式（５）に基づいて、インバータ出力電圧指令値Ｖｉｎｖ＊（インバータ回路の電圧目標値）を演算する（ステップＳ５）。
インバータ出力電圧指令値Ｖｉｎｖ＊＝Ｖａ＋ｓ ＬａＩｉｎｖ＊  ・・・（５）
【００６２】
ただし、式（５）中、Ｌａは、ＡＣリアクトルのインダクタンス、ｓはラプラス演算子である。
式（５）中、右辺第２項は、ＡＣリアクトル２２の両端に発生する電圧を考慮して加算した値である。
このように、本例では、インバータ回路１１が出力する交流電力の電流位相が系統電圧検出値Ｖａと同位相となるようにインバータ回路１１を制御するための電流目標値であるインバータ電流指令値Ｉｉｎｖ＊に基づいてインバータ出力電圧指令値Ｖｉｎｖ＊（電圧目標値）を設定する。
【００６３】
インバータ出力電圧指令値Ｖｉｎｖ＊を求めると、下記式（６）に示すように、第２演算部５１は、直流入力電圧検出値Ｖｇと、インバータ出力電圧指令値Ｖｉｎｖ＊の絶対値とを比較して、大きい方を昇圧回路電圧目標値Ｖｏ＊に決定する（ステップＳ６）。
昇圧回路電圧目標値Ｖｏ＊＝Ｍａｘ（Ｖｇ，Ｖｉｎｖ＊の絶対値）    ・・・（６）
【００６４】
さらに、第２演算部５１は、下記式（７）に基づいて、昇圧回路電流指令値Ｉｉｎ＊を演算する（ステップＳ７）。
昇圧回路電流指令値Ｉｉｎ＊＝
｛|（Ｉｉｎｖ＊×Ｖｉｎｖ＊）|＋（ｓ Ｃ Ｖｏ＊）×Ｖｏ＊｝／Ｖｇ  ・・・（７）
【００６５】
ただし、式（７）中、Ｃは、コンデンサ１９の静電容量、ｓはラプラス演算子である。
式（７）中、インバータ電流指令値Ｉｉｎｖ＊と、インバータ出力電圧指令値Ｖｉｎｖ＊との積の絶対値に加算されている項は、コンデンサ１９を通過する無効電力を考慮した値である。
なお、コンデンサ１９の静電容量Ｃが十分小さい場合、下記式（８）が成立する。
昇圧回路電流指令値Ｉｉｎ＊＝｛|（Ｉｉｎｖ＊×Ｖｉｎｖ＊）|｝／Ｖｇ・・・（８）
【００６６】
第２演算部５１は、昇圧回路電流指令値Ｉｉｎ＊を求めると、この昇圧回路電流指令値Ｉｉｎ＊を第３加算器５２に与える。
昇圧回路１０は、この昇圧回路電流指令値Ｉｉｎ＊によって、フィードバック制御される。
第３加算器５２には、昇圧回路電流指令値Ｉｉｎ＊の他、現状の昇圧回路電流検出値Ｉｉｎが与えられる。
第３加算器５２は、昇圧回路電流指令値Ｉｉｎ＊と、現状の昇圧回路電流検出値Ｉｉｎとの差分を演算し、その演算結果を補償器５３に与える。
【００６７】
補償器５３は、上記差分が与えられると、比例係数等に基づいて、この差分を収束させ昇圧回路電流検出値Ｉｉｎを昇圧回路電流指令値Ｉｉｎ＊とし得る昇圧回路電圧参照値Ｖｂｃ＃を求める。補償器５３は、この昇圧回路電圧参照値Ｖｂｃ＃を昇圧回路制御部３２に与えることで、昇圧回路１０に、昇圧回路電圧参照値Ｖｂｃ＃に従った電圧Ｖｏで電力を出力させる。
昇圧回路１０が出力した電力は、第４加算器５４によって直流入力電圧検出値Ｖｇで減算された上でＤＣリアクトル１５に与えられ、新たな昇圧回路電流検出値Ｉｉｎとしてフィードバックされる。そして、第３加算器５２によって昇圧回路電流指令値Ｉｉｎ＊と昇圧回路電流検出値Ｉｉｎとの間の差分が再度演算され、上記同様、この差分に基づいて昇圧回路１０が制御される。
【００６８】
以上のようにして、昇圧回路１０は、昇圧回路電流指令値Ｉｉｎ＊と、昇圧回路電流検出値Ｉｉｎとによって、フィードバック制御される（ステップＳ８）。
上記ステップＳ８の後、制御処理部３０は、上記式（１）に基づいて、現状の入力電力平均値〈Ｐｉｎ〉を求める（ステップＳ９）。
【００６９】
制御処理部３０は、前回演算時の入力電力平均値〈Ｐｉｎ〉と比較して、入力電力平均値〈Ｐｉｎ〉が最大値となるように（最大電力点に追従するように）、直流入力電流指令値Ｉｇ＊を設定する。
【００７０】
以上によって、制御処理部３０は、太陽光発電パネル２に対するＭＰＰＴ制御を行いつつ、昇圧回路１０及びインバータ回路１１を制御する。
【００７１】
制御処理部３０は、上述したように、インバータ回路１１及び昇圧回路１０を電流指令値によってフィードバック制御する。
図８（ａ）は、制御処理部３０が上記フィードバック制御において求めた昇圧回路電流指令値Ｉｉｎ＊、及びこれに従って制御した場合の昇圧回路電流検出値Ｉｉｎをシミュレーションにより求めた結果の一例を示すグラフであり、（ｂ）は、制御処理部３０が上記フィードバック制御において求めた昇圧回路電圧目標値Ｖｏ＊、及びこれに従って制御した場合の昇圧回路電圧検出値Ｖｏをシミュレーションにより求めた結果の一例を示すグラフである。
【００７２】
図８（ａ）に示すように、昇圧回路電流検出値Ｉｉｎは、制御処理部３０によって、昇圧回路電流指令値Ｉｉｎ＊に沿って制御されていることが判る。
また、図８（ｂ）に示すように、昇圧回路電圧目標値Ｖｏ＊は、上記式（６）によって求められるため、インバータ出力電圧指令値Ｖｉｎｖ＊の絶対値が、概ね直流入力電圧検出値Ｖｇ以上となる期間では、インバータ出力電圧指令値Ｖｉｎｖ＊の絶対値に倣い、それ以外の期間では直流入力電圧検出値Ｖｇに倣うように変化している。
昇圧回路電圧検出値Ｖｏは、制御処理部３０によって、昇圧回路電圧目標値Ｖｏ＊に沿って制御されていることが判る。
【００７３】
図９は、インバータ出力電圧指令値Ｖｉｎｖ＊の一例を示す図である。図中、縦軸は電圧、横軸は時間を示している。破線は、商用電力系統３の電圧波形を示しており、実線は、インバータ出力電圧指令値Ｖｉｎｖ＊の波形を示している。
変換装置１は、図７のフローチャートに従った制御によって、図９に示すインバータ出力電圧指令値Ｖｉｎｖ＊を電圧目標値として電力を出力する。
よって、変換装置１は、図９に示すインバータ出力電圧指令値Ｖｉｎｖ＊の波形に従った電圧の電力を出力する。
【００７４】
図に示すように、両波は、電圧値及び周波数は互いにほぼ同じであるが、インバータ出力電圧指令値Ｖｉｎｖ＊の位相の方が、商用電力系統３の電圧位相に対して数度進相している。
【００７５】
本例の制御処理部３０は、上述のように、昇圧回路１０及びインバータ回路１１のフィードバック制御を実行する中で、インバータ出力電圧指令値Ｖｉｎｖ＊の位相を、商用電力系統３の電圧位相に対して約３度進相させている。
インバータ出力電圧指令値Ｖｉｎｖ＊の位相を商用電力系統３の電圧位相に対して進相させる角度は、数度であればよく、後述するように、商用電力系統３の電圧波形との間で差分を求めたときに得られる電圧波形が、商用電力系統３の電圧波形に対してほぼ９０度進んだ位相となる範囲で設定される。例えば、０度より大きくかつ１０度より小さい値の範囲で設定される。
【００７６】
上記進相させる角度は、上記式（５）に示すように、系統電圧検出値Ｖａ、ＡＣリアクトル２２のインダクタンスＬａ、及びインバータ電流指令値Ｉｉｎｖ＊によって定まる。この内、系統電圧検出値Ｖａ、ＡＣリアクトル２２のインダクタンスＬａは、制御対象外の固定値なので、進相させる角度は、インバータ電流指令値Ｉｉｎｖ＊によって定まる。
インバータ電流指令値Ｉｉｎｖ＊は、上記式（４）に示すように、出力電流指令値Ｉａ＊によって定まる。この出力電流指令値Ｉａ＊が大きくなるほど、インバータ電流指令値Ｉｉｎｖ＊における進相した成分が増加し、インバータ出力電圧指令値Ｖｉｎｖ＊の進み角（進相させる角度）が大きくなる。
【００７７】
出力電流指令値Ｉａ＊は、上記式（２）から求められるため、上記進相させる角度は、直流入力電流指令値Ｉｇ＊によって調整される。
本例の制御処理部３０は、上述のように、インバータ出力電圧指令値Ｖｉｎｖ＊の位相が、商用電力系統３の電圧位相に対して約３度進相するように、直流入力電流指令値Ｉｇ＊を設定している。
【００７８】
〔１．２  昇圧回路及びインバータ回路の制御について〕
昇圧回路制御部３２は、昇圧回路１０のスイッチング素子Ｑｂを制御する。また、インバータ回路制御部３３は、インバータ回路１１のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を制御する。
【００７９】
昇圧回路制御部３２及びインバータ回路制御部３３は、それぞれ昇圧回路用搬送波及びインバータ回路用搬送波を生成し、これら搬送波を制御処理部３０から与えられる指令値である昇圧回路電圧参照値Ｖｂｃ＃、及びインバータ電圧参照値Ｖｉｎｖ＃で変調し、各スイッチング素子を駆動するための駆動波形を生成する。
【００８０】
昇圧回路制御部３２及びインバータ回路制御部３３は、上記駆動波形に基づいて各スイッチング素子を制御することで、昇圧回路電流指令値Ｉｉｎ＊、及びインバータ電流指令値Ｉｉｎｖ＊に近似した電流波形の交流電力を昇圧回路１０及びインバータ回路１１に出力させる。
【００８１】
図１０（ａ）は、昇圧回路用搬送波と、昇圧回路電圧参照値Ｖｂｃ＃の波形とを比較したグラフである。図中、縦軸は電圧、横軸は時間を示している。なお、図１０（ａ）では、理解容易とするために、昇圧回路用搬送波の波長を実際よりも長くして示している。
昇圧回路制御部３２が生成する昇圧回路用搬送波は、極小値が「０」である三角波であり、振幅Ａ１が制御処理部３０から与えられる昇圧回路電圧目標値Ｖｏ＊とされている。
また、昇圧回路用搬送波の周波数は、制御処理部３０による制御命令によって、所定のディーティ比となるように、昇圧回路制御部３２によって設定される。
【００８２】
なお、昇圧回路電圧目標値Ｖｏ＊は、上述したように、インバータ出力電圧指令値Ｖｉｎｖ＊の絶対値が、概ね直流入力電圧検出値Ｖｇ以上となる期間Ｗ１では、インバータ出力電圧指令値Ｖｉｎｖ＊の絶対値に倣い、それ以外の期間では直流入力電圧検出値Ｖｇに倣うように変化している。よって、昇圧回路用搬送波の振幅Ａ１も昇圧回路電圧目標値Ｖｏ＊に応じて変化している。
【００８３】
なお、本例では、直流入力電圧検出値Ｖｇが、２５０ボルトであり、商用電力系統３の電圧振幅が２８８ボルトであるとする。
【００８４】
昇圧回路電圧参照値Ｖｂｃ＃の波形（以下、昇圧回路用参照波Ｖｂｃ＃ともいう）は、制御処理部３０が昇圧回路電流指令値Ｉｉｎ＊に基づいて求める値であり、インバータ出力電圧指令値Ｖｉｎｖ＊の絶対値が直流入力電圧検出値Ｖｇよりも大きな期間Ｗ１において、正の値となっている。昇圧回路用参照波Ｖｂｃ＃は、期間Ｗでは、昇圧回路電圧目標値Ｖｏ＊が成す波形状と近似するような波形となっており、昇圧回路用搬送波に対して交差している。
【００８５】
昇圧回路制御部３２は、昇圧回路用搬送波と昇圧回路用参照波Ｖｂｃ＃とを比較し、ＤＣリアクトル１５の両端電圧の目標値である昇圧回路用参照波Ｖｂｃ＃が昇圧回路用搬送波以上となる部分でオン、搬送波以下となる部分でオフとなるように、スイッチング素子Ｑｂを駆動するための駆動波形を生成する。
【００８６】
図１０（ｂ）は、昇圧回路制御部３２が生成したスイッチング素子Ｑｂを駆動するための駆動波形である。図中、縦軸は電圧、横軸は時間である。横軸は、図１０（ａ）の横軸と一致するように示している。
この駆動波形は、スイッチング素子Ｑｂのスイッチング動作を示しており、スイッチング素子Ｑｂに与えることで、当該駆動波形に従ったスイッチング動作を実行させることができる。駆動波形は、電圧が０ボルトでスイッチング素子のスイッチをオフ、電圧がプラス電圧でスイッチング素子のスイッチをオンとする制御命令を構成している。
【００８７】
昇圧回路制御部３２は、インバータ出力電圧指令値Ｖｉｎｖ＊の絶対値が直流入力電圧検出値Ｖｇ以上となる期間Ｗ１でスイッチング動作が行われるように駆動波形を生成する。よって、直流入力電圧検出値Ｖｇ以下の範囲では、スイッチング動作を停止させるようにスイッチング素子Ｑｂを制御する。
また、各パルス幅は、三角波である昇圧回路用搬送波の切片によって定まる。よって、電圧が高い部分ほどパルス幅が大きくなっている。
【００８８】
以上のように、昇圧回路制御部３２は、昇圧回路用搬送波を昇圧回路用参照波Ｖｂｃ＃で変調し、スイッチングのためのパルス幅を表した駆動波形を生成する。昇圧回路制御部３２は、生成した駆動波形に基づいて昇圧回路１０のスイッチング素子ＱｂをＰＷＭ制御する。
【００８９】
ダイオード１６に並列にダイオードの順方向に導通するスイッチング素子Ｑｂｕ（図示せず。）を設置する場合、スイッチング素子Ｑｂｕは、スイッチング素子Ｑｂの駆動波形と反転した駆動波形を用いる。ただし、スイッチング素子Ｑｂとスイッチング素子Ｑｂｕが同時に導通することを防ぐため、スイッチング素子Ｑｂｕの駆動パルスがオフからオンに移行するときに１マイクロ秒程度のデッドタイムを設ける。
【００９０】
図１１（ａ）は、インバータ回路用搬送波と、インバータ電圧参照値Ｖｉｎｖ＃の波形とを比較したグラフである。図中、縦軸は電圧、横軸は時間を示している。なお、図１１（ａ）においても、理解容易とするために、インバータ回路用搬送波の波長を実際よりも長くして示している。
【００９１】
インバータ回路制御部３３が生成するインバータ回路用搬送波は、振幅中央が０ボルトの三角波であり、その片側振幅が、昇圧回路電圧目標値Ｖｏ＊（コンデンサ２３の電圧目標値）に設定されている。よって、インバータ回路用搬送波の振幅Ａ２は、直流入力電圧検出値Ｖｇの２倍（５００ボルト）の期間と、商用電力系統３の電圧の２倍（最大５７６ボルト）の期間とを有している。
また、周波数は、制御処理部３０による制御命令等によって、所定のデューティ比となるように、インバータ回路制御部３３によって設定される。
【００９２】
なお、昇圧回路電圧目標値Ｖｏ＊は、上述したように、インバータ出力電圧指令値Ｖｉｎｖ＊の絶対値が、概ね直流入力電圧検出値Ｖｇ以上となる期間Ｗ１では、インバータ出力電圧指令値Ｖｉｎｖ＊の絶対値に倣い、それ以外の期間である期間Ｗ２では直流入力電圧検出値Ｖｇに倣うように変化している。よって、インバータ回路用搬送波の振幅Ａ２も昇圧回路電圧目標値Ｖｏ＊に応じて変化している。
【００９３】
インバータ電圧参照値Ｖｉｎｖ＃の波形（以下、インバータ回路用参照波Ｖｉｎｖ＃ともいう）は、制御処理部３０がインバータ電流指令値Ｉｉｎｖ＊に基づいて求める値であり、概ね商用電力系統３の電圧振幅（２８８ボルト）と同じに設定されている。よって、インバータ回路用参照波Ｖｉｎｖ＃は、電圧値が−Ｖｇ〜＋Ｖｇの範囲の部分で、昇圧回路用搬送波に対して交差している。
【００９４】
インバータ回路制御部３３は、インバータ回路用搬送波とインバータ回路用参照波Ｖｉｎｖ＃とを比較し、電圧目標値であるインバータ回路用参照波Ｖｉｎｖ＃がインバータ回路用搬送波以上となる部分でオン、搬送波以下となる部分でオフとなるように、スイッチング素子Ｑ１〜４を駆動するための駆動波形を生成する。
【００９５】
図１１（ｂ）は、インバータ回路制御部３３が生成したスイッチング素子Ｑ１を駆動するための駆動波形である。図中、縦軸は電圧、横軸は時間である。横軸は、図１１（ａ）の横軸と一致するように示している。
インバータ回路制御部３３は、インバータ回路用参照波Ｖｉｎｖ＃の電圧が−Ｖｇ〜＋Ｖｇの範囲Ｗ２でスイッチング動作が行われるように駆動波形を生成する。よって、それ以外の範囲では、スイッチング動作を停止させるようにスイッチング素子Ｑ１を制御する。
【００９６】
図１１（ｃ）は、インバータ回路制御部３３が生成したスイッチング素子Ｑ３を駆動するための駆動波形である。図中、縦軸は電圧、横軸は時間である。
インバータ回路制御部３３は、スイッチング素子Ｑ３については、図中破線で示しているインバータ回路用参照波Ｖｉｎｖ＃の反転波と、搬送波とを比較して駆動波形を生成する。
この場合も、インバータ回路制御部３３は、インバータ回路用参照波Ｖｉｎｖ＃（の反転波）の電圧が、−Ｖｇ〜＋Ｖｇの範囲Ｗ２でスイッチング動作が行われるように駆動波形を生成する。よって、それ以外の範囲では、スイッチング動作を停止させるようにスイッチング素子Ｑ３を制御する。
【００９７】
なお、インバータ回路制御部３３は、スイッチング素子Ｑ２の駆動波形については、スイッチング素子Ｑ１の駆動波形を反転させたものを生成し、スイッチング素子Ｑ４の駆動波形については、スイッチング素子Ｑ３の駆動波形を反転させたものを生成する。
【００９８】
以上のように、インバータ回路制御部３３は、インバータ回路用搬送波をインバータ回路用参照波Ｖｉｎｖ＃で変調し、スイッチングのためのパルス幅を表した駆動波形を生成する。インバータ回路制御部３３は、生成した駆動波形に基づいてインバータ回路１１のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をＰＷＭ制御する。
【００９９】
本例の昇圧回路制御部３２は、ＤＣリアクトル１５に流れる電流が昇圧回路電流指令値Ｉｉｎ＊に一致するように電力を出力させる。この結果、インバータ出力電圧指令値Ｖｉｎｖ＊の絶対値が、概ね直流入力電圧検出値Ｖｇ以上となる期間Ｗ１（図１０）で昇圧回路１０にスイッチング動作を行わせる。昇圧回路１０は、期間Ｗ１で直流入力電圧検出値Ｖｇ以上の電圧をインバータ出力電圧指令値Ｖｉｎｖ＊の絶対値に近似するように電力を出力する。一方、インバータ出力電圧指令値Ｖｉｎｖ＊の絶対値が概ね直流入力電圧検出値Ｖｇ以下の期間では、昇圧回路制御部３２は、昇圧回路１０のスイッチング動作を停止させる。よって、直流入力電圧検出値Ｖｇ以下の期間では、昇圧回路１０は、太陽光発電パネル２が出力する直流電力を昇圧することなくインバータ回路１１に出力する。
【０１００】
また、本例のインバータ回路制御部３３は、ＡＣリアクトル２２に流れる電流が、インバータ電流指令値Ｉｉｎｖ＊に一致するように電力を出力させる。この結果、インバータ出力電圧指令値Ｖｉｎｖ＊が概ね−Ｖｇ〜＋Ｖｇの期間Ｗ２（図１１）でインバータ回路１１にスイッチング動作を行わせる。つまり、インバータ出力電圧指令値Ｖｉｎｖ＊の絶対値が直流入力電圧検出値Ｖｇ以下の期間でインバータ回路１１にスイッチング動作を行わせる。
よって、インバータ回路１１は、昇圧回路１０がスイッチング動作を停止している間、スイッチング動作を行い、インバータ出力電圧指令値Ｖｉｎｖ＊に近似する交流電力を出力する。
なお、インバータ回路用参照波Ｖｉｎｖ＃と、インバータ出力電圧指令値Ｖｉｎｖ＊とは近似するので、図１１（ａ）においては重複している。
【０１０１】
一方、インバータ出力電圧指令値Ｖｉｎｖ＊の電圧が概ね−Ｖｇ〜＋Ｖｇの期間Ｗ２以外の期間では、インバータ回路制御部３３は、インバータ回路１１のスイッチング動作を停止させる。この間、インバータ回路１１には、昇圧回路１０により昇圧された電力が与えられる。よって、スイッチング動作を停止しているインバータ回路１１は、昇圧回路１０から与えられる電力を降圧することなく出力する。
【０１０２】
つまり、本例の変換装置１は、昇圧回路１０とインバータ回路１１とを交互に切り替わるようにスイッチング動作させ、それぞれが出力する電力を重ね合わせることで、インバータ出力電圧指令値Ｖｉｎｖ＊に近似した電圧波形の交流電力を出力する。
【０１０３】
このように、本例では、インバータ出力電圧指令値Ｖｉｎｖ＊の絶対値が、直流入力電圧検出値Ｖｇよりも高い部分の電圧を出力する際には昇圧回路１０を動作させ、インバータ出力電圧指令値Ｖｉｎｖ＊の絶対値が、直流入力電圧検出値Ｖｇよりも低い部分の電圧を出力する際にはインバータ回路１１を動作させるように制御される。よって、インバータ回路１１が、昇圧回路１０によって昇圧された電力を降圧することがないので、電圧を降圧する際の電位差を低く抑えることができるため、昇圧回路のスイッチングによる損失を低減し、より高効率で交流電力を出力することができる。
さらに、昇圧回路１０及びインバータ回路１１は、共に制御部１２が設定したインバータ出力電圧指令値Ｖｉｎｖ＊（電圧目標値）に基づいて動作するため、交互に切り替わるように出力される昇圧回路の電力と、インバータ回路の電力との間で、ずれや歪が生じるのを抑制することができる。
【０１０４】
図１２は、参照波、及びスイッチング素子の駆動波形の一例とともに、変換装置１が出力する交流電力の電流波形の一例を示した図である。
図１２において、最上段から順に、インバータ回路の参照波Ｖｉｎｖ＃及び搬送波、スイッチング素子Ｑ１の駆動波形、昇圧回路の参照波Ｖｂｃ＃及び搬送波、スイッチング素子Ｑｂの駆動波形、及び変換装置１が出力する交流電力の電流波形の指令値及び実測値を示すグラフを表している。これら各グラフの横軸は、時間を示しており、互いに一致するように示している。
【０１０５】
図に示すように、出力電流の実測値Ｉａは指令値Ｉａ＊と一致するように制御されていることが判る。
また、昇圧回路１０のスイッチング素子Ｑｂのスイッチング動作の期間と、インバータ回路１１のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチング動作の期間とは、概ね互いに交互に切り替わるように制御されていることが判る。
【０１０６】
また、本例では、図８（ａ）に示すように、上記式（７）に基づいて求められる昇圧回路はＤＣリアクトル１５を流れる電流が電流指令値Ｉｉｎ＊に一致するように制御される。この結果、昇圧回路とインバータ回路の電圧が、図８（ｂ）に示す波形となり、昇圧回路１０、およびインバータ回路１１の高周波スイッチング動作にそれぞれ停止期間があり、概ね交互にスイッチング動作を行う運転が可能になる。
【０１０７】
〔１．３  出力される交流電力の電流位相について〕
本例の昇圧回路１０及びインバータ回路１１は、制御部１２による制御によって、インバータ出力電圧指令値Ｖｉｎｖ＊に近似した電圧波形の交流電力を、その後段に接続されたフィルタ回路２１に出力する。変換装置１は、フィルタ回路２１を介して商用電力系統３に交流電力を出力する。
【０１０８】
ここで、インバータ出力電圧指令値Ｖｉｎｖ＊は、上述したように、制御処理部３０によって商用電力系統３の電圧位相に対して数度進相した電圧位相として生成される。
従って、昇圧回路１０及びインバータ回路１１が出力する交流電圧も、商用電力系統３の電圧位相に対して数度進相した電圧位相とされる。
【０１０９】
すると、フィルタ回路２１のＡＣリアクトル２２（図２）の両端には、一方が昇圧回路１０及びインバータ回路１１の交流電圧、他方が商用電力系統３と、互いに数度電圧位相がずれた電圧がかかることなる。
【０１１０】
図１３（ａ）は、インバータ回路１１から出力された交流電圧、商用電力系統３、及びＡＣリアクトル２２の両端電圧、それぞれの電圧波形を示したグラフである。図中、縦軸は電圧、横軸は時間を示している。
図に示すように、ＡＣリアクトル２２の両端が互いに数度電圧位相がずれた電圧がかかると、ＡＣリアクトル２２の両端電圧は、ＡＣリアクトル２２の両端にかかる互いに数度電圧位相がずれた電圧同士の差分となる。
【０１１１】
よって、図に示すように、ＡＣリアクトル２２の両端電圧の位相は、商用電力系統３の電圧位相に対してほぼ９０度進んだ位相となる。
【０１１２】
図１３（ｂ）は、ＡＣリアクトル２２に流れる電流波形を示したグラフである。図中、縦軸は電流、横軸は時間を示している。横軸は、図１３（ａ）の横軸と一致するように示している。
ＡＣリアクトル２２の電流位相は、その電圧位相に対して９０度遅延する。よって、図に示すように、ＡＣリアクトル２２を通して出力される交流電力の電流位相は、商用電力系統３の電流位相に対してほぼ同期することとなる。
【０１１３】
従って、インバータ回路１１が出力する電圧位相は、商用電力系統３に対して数度進相しているが、電流位相は、商用電力系統３の電流位相に対してほぼ一致する。
よって、図１２の最下段に示すグラフのように、変換装置１が出力する電流波形は、商用電力系統３の電圧位相とほぼ一致したものとなる。
【０１１４】
この結果、商用電力系統３の電圧とほぼ同位相の交流電流を出力することができるので、当該交流電力の力率が低下するのを抑制することができる。
【０１１５】
《電解コンデンサに流れる電流》
次に、上記のように構成され、動作する変換装置１において、電解コンデンサ２６に流れる電流について説明する。
図２の回路に示すように、電解コンデンサ２６は、インバータ回路１１から離れ、昇圧回路１０の入力側に設けられている。また、ＤＣリアクトル１５の存在により、インバータ回路１１や昇圧回路１０から受ける高周波成分の影響は低減される。
【０１１６】
図１６は、電解コンデンサ２６に流れる電流の一例を示すグラフであり、横軸は時間［秒］、縦軸は電流［Ａ］を表している。この波形は、図４の昇圧回路電流検出値Ｉｉｎと同様に、商用電力系統３の周波数の２倍の周波数（１／２の周期）である。但し、昇圧回路電流検出値Ｉｉｎのような脈流波形ではなく、電解コンデンサ２６の電荷の流入・流出が繰り返されるため、０を中心とした概ね正弦波状の波形となる。また、マイナス側の波形の底近傍に、昇圧回路１０が動作するときの高周波成分が少し含まれている。実線で描いた部分も詳細には微小なリプルが含まれるが、省略している。
【０１１７】
比較のために、図２０に示す従来の変換装置１００の場合、昇圧回路１０と電解コンデンサ２９との間で流れる電流は、昇圧回路１０のスイッチング周期で所定の電流値と０の間で変動する。また、電解コンデンサ２９とインバータ回路１１との間で流れる電流は、インバータ回路１１のスイッチング周期で電流の正負が反転する。このように、従来の変換装置１００の場合、電解コンデンサ２９周辺の配線パターンに流れる電流の変化が激しいため、配線パターンの長さに伴う寄生インダクタンスがリンギングの悪化に顕著に影響する。一方、図２の変換装置１の場合、電解コンデンサ２６と昇圧回路１０のスイッチング素子Ｑｂとの間にＤＣリアクトル１５が存在するため、電解コンデンサ２６と昇圧回路１０のスイッチング素子Ｑｂとの間では、スイッチング周期で変動する電流の高調波成分が抑制される。図１６の波形を図２１の波形と比べると、電解コンデンサ２６へ流出入する電流の高周波成分が劇的に少なくなっていることがわかる。
【０１１８】
従って、図２の電解コンデンサ２６を、インバータ回路１１や昇圧回路１０からケーブル（被覆電線）を介して離隔して設けても、当該ケーブルは、ノイズ放射源として問題になるレベルではなくなる。このことが、以下のような電解コンデンサ２６の単独設置を可能とする。
【０１１９】
《電解コンデンサ用の基板》
図１７は、図２の変換装置１の主要部を「基板」の観点からみた回路図である（但し、細部は省略している。）。図において、例えば、変換装置１における、電解コンデンサ２６以外の回路は、主たる基板ＳＢ１に実装されている。一方、電解コンデンサ２６は主たる基板ＳＢ１から独立した基板ＳＢ２に単独で設けられている。基板ＳＢ１から基板ＳＢ２への接続には例えばケーブル６１が用いられ、基板ＳＢ２に設けられたコネクタ６２を介して、電解コンデンサ２６が接続されている。このような構成により、電解コンデンサ２６の寿命に伴う取替作業時に、電解コンデンサ２６のみを基板ＳＢ２ごと着脱することが容易になる。また、基板ＳＢ１上に実装されている回路部品には手を付ける必要はなく、引き続き使用することができる。
【０１２０】
《まとめ》
以上の説明を総括すると、上記の変換装置１では、昇圧回路１０及びインバータ回路１１が交互に高周波スイッチングを行い、全体として高周波スイッチングのための変調を最小限に抑える。そのため、ＤＣバスＬＢを一定の電圧にする必要が無い。従って、ＤＣバスＬＢに接続するコンデンサ１９は、高周波スイッチングを平滑化する程度の小容量コンデンサで足りる。その結果、大容量の電解コンデンサ２６は、ＤＣバスＬＢではなく、昇圧回路１０の入力側に設けることができ、しかも、独立した基板ＳＢ２に単独で設けることができる。これにより、比較的寿命の短い電解コンデンサ２６のみを、容易に取り替え得る構成を実現することができる。
【０１２１】
《筐体の構造例１》
図１８は、パワーコンディショナとしての変換装置１の筐体１Ａを示す斜視図である。筐体１Ａは、通常、直方体である。例えば、その表面側の一部に着脱可能な蓋１Ａ１が設けられている。蓋１Ａ１を開けると、その中に、電解コンデンサ２６（図示の本数は一例である。）を実装した基板ＳＢ２が装着されている。基板ＳＢ２は、例えば所定の位置に装着することで、他の基板ＳＢ１（図１７）とコネクタ又は端子で接続されるようになっており、取り外しも容易である。
【０１２２】
そこで、電解コンデンサ２６の取替作業時は、蓋１Ａ１を開けて古い電解コンデンサ２６を基板ＳＢ２ごと取り外し、新しい電解コンデンサ２６を基板ＳＢ２と共に所定位置に装着する。この場合、着脱により、電解コンデンサ２６のみを、基板ＳＢ２ごと取り替えることができるので、取替作業が容易で、取替に要するコストも低減される。また、取替作業において他の基板ＳＢ１（図１７）には干渉しなくてよいので、他の基板に例えば異物を落とすなどの可能性が少なくなり、信頼性の高い取替作業を実現することができる。しかも、他の基板ＳＢ１（図１７）に実装された昇圧回路１０やインバータ回路１１は、引き続き使用することができるので、合理的である。
【０１２３】
《筐体の構造例２》
図１９は、パワーコンディショナとしての変換装置１の筐体１Ａについての、他の例を示す斜視図である。図において、この筐体１Ａは、電解コンデンサ２６以外を収容する本体部１Ｂと、この本体部１Ｂから独立した、電解コンデンサ２６を収容する電解コンデンサボックス１Ｃとを備えている。また、本体部１Ｂ及び電解コンデンサボックス１Ｃにはそれぞれ、相互に挿脱して接続／取り外しが可能なコネクタ６３が設けられている。
【０１２４】
この場合、コネクタ接続を介した着脱により、電解コンデンサボックス１Ｃを取り替えることができるので、取替作業が極めて容易で、取替に要するコストも低減される。本体部１Ｂ内の他の基板ＳＢ１（図１７）に実装された昇圧回路１０やインバータ回路１１は、引き続き使用することができるので、合理的である。また、本体部１Ｂを開けることなく、電解コンデンサボックス単位で取り替えることにより、取替作業時に本体部１Ｂ内の他の基板に例えば異物を落とすなどの可能性がほぼ無くなり、信頼性の高い取替作業を実現することができる。なお、本体部１Ｂに装着された電解コンデンサボックス１Ｃは、例えば、ねじ止め等の手段により、本体部１Ｂに、確実に固定される。また、電解コンデンサボックス１Ｃをカセット状にして、本体部１Ｂに装着するだけで電気的に接続され、かつ、機械的に固定されるようにしてもよい。なお、コネクタ接続に代えて着脱容易な端子接続であってもよい。
【０１２５】
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１２６】
１  変換装置
１Ａ  筐体
１Ａ１  蓋
１Ｂ  本体部
１Ｃ  電解コンデンサボックス
２  太陽光発電パネル
３  商用電力系統
１０  昇圧回路
１１  インバータ回路
１２  制御部
１５  ＤＣリアクトル
１６  ダイオード
１７  第１電圧センサ
１８  第１電流センサ
１９  コンデンサ
２１  フィルタ回路
２２  ＡＣリアクトル
２３  コンデンサ
２４  第２電流センサ
２５  第２電圧センサ
２６，２９  電解コンデンサ
３０  制御処理部
３２  昇圧回路制御部
３３  インバータ回路制御部
３４  平均化処理部
３６  コンデンサ
４１  第１演算部
４２  第１加算器
４３  補償器
４４  第２加算器
５１  第２演算部
５２  第３加算器
５３  補償器
５４  第４加算器
６１  ケーブル
６２，６３  コネクタ
１００  変換装置
ＬＢ  ＤＣバス
Ｌｉｎ  電路
Ｑ１〜Ｑ４，Ｑｂ  スイッチング素子
ＳＢ１，ＳＢ２  基板
【図１】
2015186275.tif 000003
【図２】
2015186275.tif 000004
【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2015186275.tif 000015
【図１７】
2015186275.tif 000016
【図１８】
2015186275.tif 000017
【図１９】
2015186275.tif 000018
【図２０】
2015186275.tif 000019
【図２１】
2015186275.tif 000020
【図４】
2015186275.tif 000021
【図８】
2015186275.tif 000022
【図１２】
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