(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源から出力される直流電圧を異なるレベルの直流電圧に変換する第１ＤＣ−ＤＣコンバータと、
前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータから出力される直流電力を交流電力に変換して交流負荷に供給するＤＣ−ＡＣコンバータと、
前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータと前記ＤＣ−ＡＣコンバータの間のノードから分岐される電流路に接続される可変負荷部と、
前記交流負荷の消費電力と前記可変負荷部の消費電力の合計値が所定電力値以上となるよう、前記可変負荷部を調整する制御部と、
を備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記交流負荷に供給される有効電力をもとに、前記可変負荷部の消費電力を決定す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ＤＣ−ＡＣコンバータの出力電圧および出力電流をもとに、前記交流負荷に供給される有効電力を求めることを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記ＤＣ−ＡＣコンバータの入力電圧および入力電流をもとに、前記交流負荷に供給される有効電力を求めることを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記可変負荷部は、
前記ノードに接続され、固定負荷とスイッチとが直列接続された直列回路を含み、
前記制御部は、前記スイッチのデューティ比を調整して前記固定負荷で消費される電力を調整することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記可変負荷部は、
前記ノードに接続された補助電源用の第２ＤＣ−ＤＣコンバータと、所定の処理を実行する処理装置を含み、
前記制御部は、前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータを制御して前記処理装置で消費される電力を調整することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記所定電力値は、前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電流が連続的に流れる最小の電力値に設定されることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記交流負荷の消費電力と前記可変負荷部の消費電力の合計値が、前記所定電力値になるよう、前記可変負荷部を調整することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記交流負荷の消費電力と前記可変負荷部の消費電力の合計値が、前記所定電力値にオフセット値を加えた値となるよう、前記可変負荷部を調整することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記オフセット値は、前記交流負荷の変動に対して前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電流が途切れない値に設定されることを特徴とする請求項９に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記制御部は、前記交流負荷の消費電力と前記可変負荷部の消費電力の合計値が、前記所定電力値を下限とした所定のレンジ内に収まるよう、前記可変負荷部を調整することを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項１２】
前記レンジの幅は、前記所定電力値より小さいことを特徴とする請求項１１に記載の電力変換装置。
【請求項１３】
前記ＤＣ−ＡＣコンバータは、変換した交流電力を通常時において系統に出力し、停電時において前記交流負荷に出力することを特徴とする請求項１から１２のいずれか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、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電システムや蓄電池に接続されるパワーコンディショナ（例えば、特許文献１参照）は停電時、系統連系モードから自立運転モードに切り替わり、パワーコンディショナから特定の負荷に電力を供給することができる。自立運転モードにおいて無負荷または軽負荷のとき、パワーコンディショナ内のＤＣ−ＤＣコンバータの出力電流がゼロになる期間が発生する（以下、電流不連続モードという）。電流不連続モードでは急激な負荷変動に応答できないため、自立出力端子の負荷が急激に増加した場合、負荷への電力供給を正常に行うことができくなくなる。例えば、自立出力用のコンセントに電気機器のプラグが差し込まれた際、出力電圧が急低下し、電圧不足で当該電気機器を起動することが困難になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３５７３９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
急激な負荷変動に対して、大型のコンデンサを接続して負荷への電流を維持する方法が考えられる。ただしこの方法ではコスト及び回路面積が増大する。そこで、ダミー負荷を接続してＤＣ−ＤＣコンバータの出力電流がゼロになる期間が発生しないように電流を連続的に流し続ける（以下、電流連続モードという）方法が考えられる。この方法ではダミー負荷の消費電力を抑えることが重要となる。
【０００５】
本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、無駄な消費電力を抑えつつ、急激な負荷変動に対応できる電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の電力変換装置は、直流電源から出力される直流電圧を異なるレベルの直流電圧に変換する第１ＤＣ−ＤＣコンバータと、前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータから出力される直流電力を交流電力に変換して交流負荷に供給するＤＣ−ＡＣコンバータと、前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータと前記ＤＣ−ＡＣコンバータの間のノードから分岐される電流路に接続される可変負荷部と、前記交流負荷の消費電力と前記可変負荷部の消費電力の合計値が所定電力値以上となるよう、前記可変負荷部を調整する制御部と、を備える。
【０００７】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせ、本発明の表現を方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、無駄な消費電力を抑えつつ、急激な負荷変動に対応できる電力変換装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態に係る電力変換装置の構成を説明するための図である。
【図２】図２（ａ）−（ｄ）は、可変負荷部を制御する際に使用される所定の電力値を説明するための図である。
【図３】変形例１に係る電力変換装置の構成を説明するための図である。
【図４】変形例２に係る電力変換装置の構成を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、本発明の実施の形態に係る電力変換装置２０の構成を説明するための図である。電力変換装置２０は直流電源１０と系統３０との間に設置され、直流電源１０から供給される直流電力を交流電力に変換して系統３０に逆潮流させる。本実施の形態では直流電源１０として太陽電池を想定し、電力変換装置２０が太陽電池により発電された直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナとして機能する例を説明する。
【００１１】
パワーコンディショナとして機能する電力変換装置２０は、基本構成として第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２１、ＤＣ−ＡＣコンバータ２２及び制御部２５を備える。ＤＣ−ＡＣコンバータ２２はインバータ部２２ａとフィルタ部２２ｂを含む。電力変換装置２０は、系統連系モードと自立運転モードを有し、停電時、系統連系モードから自立運転モードに切り替わる。電力変換装置２０の出力となるフィルタ部２２ｂの出力経路は２つに分岐され、系統連系用の経路は系統連系スイッチＲＹ１を介して系統連系端子Ｔ１に繋がり、自立出力用の経路は自立出力スイッチＲＹ２を介して自立出力端子Ｔ２に繋がる。系統連系スイッチＲＹ１及び自立出力スイッチＲＹ２には例えば、リレーを使用することができる。
【００１２】
制御部２５は系統連系モードでは、系統連系スイッチＲＹ１をオン状態に制御し、自立出力スイッチＲＹ２をオフ状態に制御する。自立運転モードでは、系統連系スイッチＲＹ１をオフ状態に制御し、自立出力スイッチＲＹ２をオン状態に制御する。本明細書では自立運転モード時の電力変換装置２０の動作に注目する。自立出力端子Ｔ２には交流負荷４０が接続され、停電時にも直流電源１０から給電を受けることができる。
【００１３】
例えば、電力変換装置２０が家庭用の小型パワーコンディショナである場合、当該パワーコンディショナの筐体に自立出力端子Ｔ２としてＡＣコンセントが設けられることが多い。また室内の非常用ＡＣコンセントと自立出力端子Ｔ２が配線接続されていてもよい。ユーザは停電時、電気製品のＡＣプラグを当該ＡＣコンセントに差し込むことにより、当該電気製品を使用することができる。
【００１４】
また電力変換装置２０がオフィスやマンション用の大型パワーコンディショナである場合、自立出力端子Ｔ２と特定の交流負荷４０（例えば、照明灯やエレベータ）を予め接続しておいてもよい。
【００１５】
第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２１は、直流電源１０から出力される直流電圧を異なるレベルの直流電圧に変換してＤＣ−ＡＣコンバータ２２に出力する。図１では第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２１として昇圧チョッパを使用する例を描いている。当該昇圧チョッパは、直流電源１０としての太陽電池の出力電圧を昇圧してＤＣ−ＡＣコンバータ２２に出力する。
【００１６】
当該昇圧チョッパは、第１リアクトルＬ１、第１ダイオードＤ１、第１スイッチング素子Ｓ１を含む。第１リアクトルＬ１及び第１ダイオードＤ１は、直流電源１０の正極に接続されるハイサイド基準線に直列に挿入される。第１スイッチング素子Ｓ１は、第１リアクトルＬ１と第１ダイオードＤ１との間のノードと、直流電源１０の負極に接続されるローサイド基準線との間に接続される。
【００１７】
第１スイッチング素子Ｓ１には例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）またはＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)を使用することができる。第２ダイオードＤ２は還流用のダイオードであり、第１スイッチング素子Ｓ１に並列に、逆向きに接続される。第１スイッチング素子Ｓ１にＭＯＳＦＥＴが使用される場合、ソースからドレイン方向に形成される寄生ダイオードを利用できる。制御部２５は、第１スイッチング素子Ｓ１のゲート端子に入力する駆動信号により、第１スイッチング素子Ｓ１のデューティ比を制御して、当該昇圧チョッパの昇圧率を調整する。なお図１では第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２１として昇圧チョッパを使用する例を示したが、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ等の他のコンバータを使用してもよい。
【００１８】
第１コンデンサＣ１は第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の出力電圧を平滑化する。ＤＣ−ＡＣコンバータ２２は、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２１から出力された直流電力を交流電力に変換して出力する。本実施の形態では自立運転モード時を想定しているため、変換した交流電力を交流負荷４０に供給する。
【００１９】
図１ではＤＣ−ＡＣコンバータ２２のインバータ部２２ａをフルブリッジ回路で構成する例を示している。フルブリッジ回路は、ハイサイド基準線とローサイド基準線の間に、第２スイッチング素子Ｓ２と第３スイッチング素子Ｓ３が直列接続された第１アームと、第４スイッチング素子Ｓ４と第５スイッチング素子Ｓ５が直列接続された第２アームを含み、第１アームと第２アームが並列接続される。第１アームの中点と第２アームの中点から交流電力が出力される。
【００２０】
第２スイッチング素子Ｓ２〜第５スイッチング素子Ｓ５には例えば、ＩＧＢＴを使用できる。第２スイッチング素子Ｓ２のコレクタ端子および第４スイッチング素子Ｓ４のコレクタ端子がハイサイド基準線に接続される。第３スイッチング素子Ｓ３のエミッタ端子および第５スイッチング素子Ｓ５のエミッタ端子がローサイド基準線に接続される。第２スイッチング素子Ｓ２のエミッタ端子と第３スイッチング素子Ｓ３のコレクタ端子が接続され、第４スイッチング素子Ｓ４のエミッタ端子と第５スイッチング素子Ｓ５のコレクタ端子が接続される。
【００２１】
第３ダイオードＤ３〜第６ダイオードＤ６は還流用のダイオードであり、第２スイッチング素子Ｓ２〜第５スイッチング素子Ｓ５にそれぞれ並列に、逆向きに接続される。なお第２スイッチング素子Ｓ２〜第５スイッチング素子Ｓ５にＭＯＳＦＥＴを使用する場合、第３ダイオードＤ３〜第６ダイオードＤ６は、ソースからドレイン方向に形成される寄生ダイオードを利用できる。
【００２２】
フィルタ部２２ｂは、第２リアクトルＬ２、第３リアクトルＬ３及び第２コンデンサＣ２を含み、インバータ部２２ａから出力される交流電力の高調波成分を減衰させて、インバータ部２２ａの出力電圧および出力電流を正弦波に近づける。
【００２３】
電流検出部２３は、ＤＣ−ＡＣコンバータ２２から出力される交流電流を電流センサＣＴを用いて検出する。電流検出部２３は、電流センサＣＴで検出された電流の瞬時値を電圧信号に変換して制御部２５に出力する。電圧検出部２４は、ＤＣ−ＡＣコンバータ２２から出力される交流電圧の瞬時値を検出して制御部２５に出力する。
【００２４】
制御部２５は電力変換装置２０全体を制御する。制御部２５の構成は、ハードウェア資源とソフトウェア資源の協働、またはハードウェア資源のみにより実現できる。ハードウェア資源としてアナログ素子、マイクロコンピュータ、ＤＳＰ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＦＰＧＡ、その他のＬＳＩを利用できる。ソフトウェア資源としてファームウェア等のプログラムを利用できる。
【００２５】
制御部２５は、電圧指令値をもとにインバータ部２２ａの駆動信号を生成し、当該駆動信号をインバータ部２２ａに供給する。本実施の形態では駆動信号としてＰＷＭ信号を生成して、第２スイッチング素子Ｓ２〜第５スイッチング素子Ｓ５のゲート端子に供給する。ＰＷＭ信号のデューティ比を上げることによりインバータ部２２ａの出力電力を上げることができ、ＰＷＭ信号のデューティ比を下げることによりインバータ部２２ａの出力電力を下げることができる。制御部２５は、検出されるＤＣ−ＡＣコンバータ２２の出力電圧および／または出力電流をもとに、当該出力電圧および／または出力電流が安定化するよう当該ＰＷＭ信号のデューティ比を調整する。
【００２６】
可変負荷部２６は、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２１とＤＣ−ＡＣコンバータ２２の間のノードＮ１（第１コンデンサＣ１の後段であることが望ましい。）から分岐される電流路に接続される。可変負荷部２６は、自立出力端子Ｔ２に接続された交流負荷４０を実負荷とした場合の、ダミー負荷としての役割を担う。図１に示す例では、可変負荷部２６は固定負荷２６ａ及び第７スイッチＳ７を含む。固定負荷２６ａ及び第７スイッチＳ７は、ノードＮ１と所定の基準電位（例えば、グラウンド電位）との間に直列に接続される。固定負荷２６ａには例えば、ヒータ抵抗を使用することができる。第７スイッチＳ７には例えば、半導体スイッチまたはリレーを使用することができる。
【００２７】
制御部２５は、交流負荷４０の消費電力と可変負荷部２６の消費電力の合計値が所定電力値以上となるよう可変負荷部２６を調整する。即ち、実負荷としての交流負荷４０の大きさが、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２１が間欠動作してしまう大きさの場合（電流不連続モード）、交流負荷４０とダミー負荷としての可変負荷部２６の合計が、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２１が間欠動作しない大きさを超えるように（電流連続モード）、ダミー負荷の大きさを調整する。図１に示す例では制御部２５は、第７スイッチＳ７のオン／オフ時間のデューティ比を調整することにより、可変負荷部２６で消費される電力を調整する。
【００２８】
制御部２５は可変負荷部２６で消費すべき電力を、交流負荷４０に供給される有効電力をもとに決定する。即ち、電力変換装置２０から交流負荷４０に供給される有効電力を、可変負荷部２６を調整するためのパラメータとして使用する。制御部２５は、ＤＣ−ＡＣコンバータ２２の出力電圧および出力電流をもとに、交流負荷４０に供給される有効電力を求める。具体的には制御部２５は、電流検出部２３で検出される瞬時的な電流値と、電圧検出部２４で検出される瞬時的な電圧値を乗算して瞬時電力を算出する。制御部２５は、瞬時電力の単位周期の平均を算出して有効電力を算出する。なお有効電力は、出力電圧の位相を測定し、回転座標変換により求めてもよい。三相交流の場合、有効電力は回転座標変換により求める。交流負荷４０に供給される電力には無効電力も含まれるため、可変負荷部２６で消費されるべき電力は、電力変換装置２０から出力される電流ではなく有効電力に基づき判断することが精度の観点から望ましい。
【００２９】
なお図１に示す例ではＤＣ−ＡＣコンバータ２２の出力電流および出力電圧をもとに、交流負荷４０に供給される有効電力を算出したが、ＤＣ−ＡＣコンバータ２２の入力電流および入力電圧をもとに、交流負荷４０に供給される有効電力を算出してもよい。この場合、ＤＣ−ＡＣコンバータ２２の入力側にも電流検出部と電圧検出部を設ける必要があるが、ＤＣ−ＡＣコンバータ２２の損失の影響を計測値に含めることができるため、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の負荷をより正確に計測することができる。
【００３０】
図２（ａ）−（ｄ）は、可変負荷部２６を制御する際に使用される所定の電力値を説明するための図である。図２（ａ）は、所定の電力値を、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２１が電流連続モードで動作する電力値の範囲と、電流不連続モードで動作する電力値の範囲の境界値に設定する例を示している。即ち、所定の電力値を、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２１が電流連続モードで動作する下限の電力値に設定する。制御部２５は、実負荷とダミー負荷の和が所定の電力値と一致するよう、ダミー負荷の大きさを制御する。具体的には実負荷が低下するとダミー負荷を上昇させ、実負荷が上昇するとダミー負荷を低下させる。
【００３１】
なお電流連続モードと電流不連続モードの境界は第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の入力電力に依存するため、所定の電力値を固定値ではなく、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の入力電力をパラメータとする変動値としてもよい。制御部２５は、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の入力電力に応じて所定の電力値を適応的に変化させる。
【００３２】
図２（ｂ）は、制御部２５が、実負荷とダミー負荷の和が所定の電力値以上となるよう、ダミー負荷の大きさを制御する例である。図２（ａ）に示したように、実負荷とダミー負荷の和が所定の電力値と一致した状態が最も損失が少ない状態であるが、実負荷の急低下に対して制御部２５によるダミー負荷の上昇制御が追従できなくなると、電流不連続モードに突入してしまう。図２（ｂ）に示す例では、マージンを持たせて運用することにより、実負荷の急低下に対して電流不連続モードに突入してしまうことを回避する設定である。
【００３３】
図２（ｃ）は、制御部２５が、実負荷とダミー負荷の和が、所定の電力値＋オフセット値αと一致するよう、ダミー負荷の大きさを制御する例である。図２（ｂ）に示す例と比較して、実負荷とダミー負荷の和が所定の電力値から大きく離れることがなくなるので、損失を抑えることができる。オフセット値αは、想定される実負荷の急低下および使用する制御部２５の応答性を考慮して、実負荷の急低下時にも第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２１が電流連続モードを維持することができる値に設定される。設計者は仕様値、実験により得られた実験値、シミュレーションにより得られたシミュレーション値の少なくとも１つに基づき、オフセット値αを設定する。
【００３４】
図２（ｄ）は、制御部２５が、実負荷とダミー負荷の和が、所定の電力値１と所定の電力値２の間のレンジに収まるよう、ダミー負荷の大きさを制御する例である。所定の電力値１は、上記の所定の電力値に対応する。所定の電力値２は、所定の電力値１との差が、所定の電力値１より小さくなる値に設定される。制御部２５は、実負荷とダミー負荷の和が、所定の電力値１を下回るとダミー負荷を上昇させ、実負荷とダミー負荷の和が、所定の電力値２を上回るとダミー負荷を低下させる。
【００３５】
これにより、ダミー負荷のつなぎ過ぎとならない制御が実現でき、かつ実負荷とダミー負荷の和が一定のレンジ内でよいため、制御が容易である。例えば、ダミー負荷の制御単位が大きい場合（例えば、後述の図４参照）、ダミー負荷の大きさを切り替える度に、実負荷とダミー負荷の和が図２（ａ）−（ｃ）の所定の電力値を上下に超えてしまう現象（チャタリング）が発生し得る。一例としてダミー負荷の制御単位が１００Ｗ単位で、所定の電力値が１５０Ｗの場合、ダミー負荷が１００Ｗ→２００Ｗ→１００Ｗ→２００Ｗ・・・とチャタリングしてしまう。図２（ｄ）に示すレンジを使用すれば、このようなチャタリングを防止することができる。
【００３６】
図３は、変形例１に係る電力変換装置２０の構成を説明するための図である。図３に示す電力変換装置２０は、図１に示した電力変換装置２０と比較して可変負荷部２６の構成が異なる。変形例１の可変負荷部２６は、補助電源用の第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２６ｂと、マイコン２６ｃを含み、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２６ｂとマイコン２６ｃは、ノードＮ１と所定の基準電位との間に直列に接続される。第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２６ｂは、マイコン２６ｃの電源電圧を生成する降圧チョッパである。マイコン２６ｃは、電力変換装置２０内において所定の処理を実行する処理装置の一例である。当該処理装置は、図３に示すように制御部２５の内部に設けられる装置であってもよいし、外部に設けられる装置であってもよい。制御部２５は、補助電源用の第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２６ｂを制御して可変負荷部２６で消費される電力を調整する。具体的には交流負荷４０が低下した場合は第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２６ｂの出力電圧を上昇させ、交流負荷４０が上昇した場合は第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２６ｂの出力電圧を低下させる。
【００３７】
図４は、変形例２に係る電力変換装置２０の構成を説明するための図である。図４に示す電力変換装置２０は、図１に示した電力変換装置２０と比較して可変負荷部２６の構成が異なる。変形例２の可変負荷部２６は、ノードＮ１と所定の基準電位との間に、第１抵抗Ｒ１と第７スイッチＳ７が直列に接続された第１直列回路と第２抵抗Ｒ２と第８スイッチＳ８が直列に接続された第２直列回路の並列回路を含む。なお並列に接続される直列回路の数は２に限るものではなく、３以上であってもよい。また並列に接続される抵抗の抵抗値は同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００３８】
制御部２５は、スイッチのオン／オフ期間のデューティ比を調整するのではなく、オン状態に制御するスイッチの数を調整することにより、可変負荷部２６で消費される電力を調整する。並列数を多くすれば制御単位を細かくでき、並列数を少なくすれば回路面積およびコストを低減できる。
【００３９】
以上説明したように本実施の形態によれば、可変負荷部２６を第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の出力に接続することにより、自立運転モード時において、無駄な消費電力を抑えつつ、急激な交流負荷４０の変動に対応できる。即ち、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２１が電流不連続モードに突入することを回避でき、交流負荷４０の電圧不足を回避できる。
【００４０】
また変形例１によれば、マイコン２６ｃ等の処理装置の消費電力により、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の電流連続モードを維持することにより、ヒータ抵抗などの負荷を使用する場合と比較して、無駄な損失を低減することができる。また変形例２によれば、スイッチのデューティ制御が不要になるため、制御系の構成を簡素化することができる。
【００４１】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００４２】
上述の実施の形態では直流電源１０として太陽電池を想定したが、燃料電池や蓄電池であってもよい。蓄電池の場合、系統３０からの交流電力を電力変換装置２０で直流電力に変換して蓄電池に充電することもできる。この場合、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２１及びＤＣ−ＡＣコンバータ２２には、それぞれ双方向タイプが用いられる。
【００４３】
上述の実施の形態ではＤＣ−ＡＣコンバータ２２、系統３０、及び交流負荷４０が単相交流の例を示したが、ＤＣ−ＡＣコンバータ２２、系統３０、及び交流負荷４０が三相交流の場合にも適用可能である。
【００４４】
上述の実施の形態では、電力変換装置２０として系統連系モードと自立運転モードを有するパワーコンディショナを想定したが、上述の実施の形態に係る技術は、系統連系しない電力変換装置２０にも適用可能である。例えば、照明灯に固定的に接続されている用途でも、照度センサに応じて点灯／消灯する際に負荷変動が生じるため、本技術が有効である。
【００４５】
なお、実施の形態は、以下の項目によって特定されてもよい。
【００４６】
［項目１］
直流電源（１０）から出力される直流電圧を異なるレベルの直流電圧に変換する第１ＤＣ−ＤＣコンバータ（２１）と、
前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータ（２１）から出力される直流電力を交流電力に変換して交流負荷（４０）に供給するＤＣ−ＡＣコンバータ（２２）と、
前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータ（２１）と前記ＤＣ−ＡＣコンバータ（２２）の間のノード（Ｎ１）から分岐される電流路に接続される可変負荷部（２６）と、
前記交流負荷（４０）の消費電力と前記可変負荷部（２６）の消費電力の合計値が所定電力値以上となるよう、前記可変負荷部（２６）を調整する制御部（２５）と、
を備えることを特徴とする電力変換装置（２０）。
交流負荷（４０）の大きさに応じて、可変負荷部（２６）の大きさを変化させることにより、交流負荷（４０）の急激な変動に対しても、交流負荷（４０）に安定的な電力供給を行うことができる。
［項目２］
前記制御部（２５）は、前記交流負荷（４０）に供給される有効電力をもとに、前記可変負荷部（２６）の消費電力を決定することを特徴とする項目１に記載の電力変換装置（２０）。
交流負荷（４０）は力率によって電力値が負になることがあるため、力率が小さくなると可変負荷部（２６）を適切に制御できなくなるが、有効電力を測定することにより、交流負荷（４０）で実際に消費される電力に基づいた、可変負荷部（２６）の適切な調整が可能となる。
［項目３］
前記制御部（２５）は、前記ＤＣ−ＡＣコンバータ（２２）の出力電圧および出力電流をもとに、前記交流負荷（４０）に供給される有効電力を求めることを特徴とする項目２に記載の電力変換装置（２０）。
電力変換装置（２０）はＤＣ−ＡＣコンバータ（２２）の出力側に電流検出回路と電圧検出回路を設ける構成が一般的であるため、交流負荷（４０）に供給される有効電力を、新たな検出回路を追加することなく計測することができる。
［項目４］
前記制御部（２５）は、前記ＤＣ−ＡＣコンバータ（２２）の入力電圧および入力電流をもとに、前記交流負荷（４０）に供給される有効電力を求めることを特徴とする項目２に記載の電力変換装置（２０）。
これによれば、ＤＣ−ＡＣコンバータ（２２）の損失も計測することができる。第１ＤＣ−ＤＣコンバータ（２１）にとっては、ＤＣ−ＡＣコンバータ（２２）の損失も負荷になるため、より正確に第１ＤＣ−ＤＣコンバータ（２１）の負荷を計測することができる。
［項目５］
前記可変負荷部（２６）は、
前記ノード（Ｎ１）に接続され、固定負荷（２６ａ）とスイッチ（Ｓ６）とが直列接続された直列回路を含み、
前記制御部（２５）は、前記スイッチ（Ｓ６）のデューティ比を調整して前記固定負荷（２６ａ）で消費される電力を調整することを特徴とする項目１から４のいずれかに記載の電力変換装置（２０）。
簡単な構成で可変負荷部（２６）を実現できる。
［項目６］
前記可変負荷部（２６）は、
前記ノード（Ｎ１）に接続された補助電源用の第２ＤＣ−ＤＣコンバータ（２６ｂ）と、所定の処理を実行する処理装置（２６ｃ）を含み、
前記制御部（２５）は、前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータ（２６ｂ）を制御して前記処理装置（２６ｃ）で消費される電力を調整することを特徴とする項目１から４のいずれかに記載の電力変換装置（２０）。
負荷として抵抗ではなく処理装置を使用することにより、可変負荷部（２６）での電力消費を有効活用することができる。
［項目７］
前記所定電力値は、前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータ（２１）の出力電流が連続的に流れる最小の電力値に設定されることを特徴とする項目１から６のいずれかに記載の電力変換装置（２０）。
可変負荷部（２６）で消費すべき電力の算出が容易となり、より正確に電流不連続モードを回避することができる。
［項目８］
前記制御部（２５）は、前記交流負荷（４０）の消費電力と前記可変負荷部（２６）の消費電力の合計値が、前記所定電力値になるよう、前記可変負荷部（２６）を調整することを特徴とする項目１から７に記載の電力変換装置（２０）。
第１ＤＣ−ＤＣコンバータ（２１）の電流不連続モードを回避できる最小の消費電力で、可変負荷部（２６）を動作させることができ、可変負荷部（２６）での無駄な電力消費をなくすことができる。
［項目９］
前記制御部（２５）は、前記交流負荷（４０）の消費電力と前記可変負荷部（２６）の消費電力の合計値が、前記所定電力値にオフセット値を加えた値となるよう、前記可変負荷部（２６）を調整することを特徴とする項目１から７に記載の電力変換装置（２０）。
オフセット値がマージンとして作用し、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ（２１）の電流不連続モードをより確実に回避することができる。
［項目１０］
前記オフセット値は、前記交流負荷（４０）の変動に対して前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータ（２１）の出力電流が途切れない値に設定されることを特徴とする項目９に記載の電力変換装置（２０）。
第１ＤＣ−ＤＣコンバータ（２１）の電流不連続モードを回避しつつ、損失を抑えることができる。
［項目１１］
前記制御部（２５）は、前記交流負荷（４０）の消費電力と前記可変負荷部（２６）の消費電力の合計値が、前記所定電力値を下限とした所定のレンジ内に収まるよう、前記可変負荷部（２６）を調整することを特徴とする項目１から１０に記載の電力変換装置（２０）。
可変負荷部（２６）の制御単位（分解能）が粗い場合において、可変負荷部２６がチャタリングすることを防止することができる。
［項目１２］
前記レンジの幅は、前記所定電力値より小さいことを特徴とする項目１０に記載の電力変換装置（２０）。
ダミー負荷を単純に接続／非接続する制御を行う構成と比較して、無駄な電力消費を確実に減らすことができる。
［項目１３］
前記ＤＣ−ＡＣコンバータ（２２）は、変換した交流電力を通常時において系統に出力し、停電時において前記交流負荷（４０）に出力することを特徴とする項目１から１２のいずれかに記載の電力変換装置（２０）。
自立運転モード時における第１ＤＣ−ＤＣコンバータ（２１）の電流不連続モードを回避することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１０  直流電源、  ２０  電力変換装置、  ２１  第１ＤＣ−ＤＣコンバータ、  ２２  ＤＣ−ＡＣコンバータ、  ２２ａ  インバータ部、  ２２ｂ  フィルタ部、  ２３  電流検出部、  ２４  電圧検出部、  ２５  制御部、  ２６  可変負荷部、  ２６ａ  固定負荷、  ２６ｂ  第２ＤＣ−ＤＣコンバータ、  ２６ｃ  マイコン、  ３０  系統、  ４０  交流負荷、  Ｌ１  第１リアクトル、  Ｌ２  第２リアクトル、  Ｌ３  第３リアクトル、  Ｄ１  第１ダイオード、  Ｄ２  第２ダイオード、  Ｄ３  第３ダイオード、  Ｄ４  第４ダイオード、  Ｄ５  第５ダイオード、  Ｄ６  第６ダイオード、  Ｃ１  第１コンデンサ、  Ｃ２  第２コンデンサ、  Ｓ１  第１スイッチング素子、  Ｓ２  第２スイッチング素子、  Ｓ３  第３スイッチング素子、  Ｓ４  第４スイッチング素子、  Ｓ５  第５スイッチング素子、  Ｓ６  第６スイッチ、  Ｓ７  第７スイッチ、  Ｓ８  第８スイッチ、  Ｒ１  第１抵抗、  Ｒ２  第２抵抗、  ＲＹ１  系統連系スイッチ、  ＲＹ２  自立出力スイッチ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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