(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
連系運転時は単相２線出力方式で動作し、自立運転時は単相３線出力方式で動作する、上アーム及び下アームからなるレグを少なくとも３つの備えたパワーコンディショナの制御方法であって、
前記パワーコンディショナは、Ｕ相を制御するレグ又はＷ相を制御するレグのいずれかの中点端子と、Ｏ相を制御するレグの中点端子とを接続する開閉器とを有し、
自立運転時は、前記開閉器をオフしてＵ相、Ｏ相、Ｗ相のそれぞれを前記少なくとも３組のレグにて制御するステップと、
連系運転時は、前記開閉器をオンして、前記開閉器により接続された２つのレグを同一の制御信号により制御するステップと、
を含むパワーコンディショナの制御方法。
【請求項２】
前記自立運転を行う前に前記開閉器をオフし、自立リレーのオン前に前記開閉器に接続されたレグを個別に動作させるステップと、
前記開閉器の異常を検出するステップと、
前記異常が検出された場合、前記自立運転を開始しないことを特徴とする請求項１に記載のパワーコンディショナの制御方法。
【請求項３】
前記異常を検出するステップにおいて、前記開閉器に接続されたレグの一方に所定の信号を入力した場合の、他方のレグの出力電圧に基づき異常を検出することを特徴とする、請求項２に記載のパワーコンディショナの制御方法。
【請求項４】
連系運転時は単相２線出力方式で動作し、自立運転時は単相３線出力方式で動作するパワーコンディショナであって、
制御部と、
上アーム及び下アームを含む少なくとも３つのレグと、
Ｕ相を制御するレグ又はＷ相を制御するレグのいずれかの中点端子とＯ相を制御するレグの中点端子とを接続する開閉器と、を備え、
前記制御部は、自立運転時において、前記開閉器をオフしてＵ相、Ｏ相、Ｗ相のそれぞれを前記少なくとも３つのレグにて制御し、連系運転時において、前記開閉器をオンして、前記開閉器により接続された２つのレグを同じ制御信号により制御する、制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーコンディショナの制御方法及び制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、商用電源系統に連系する系統連系運転（以下、連系運転という）と、商用電源系統から解列して自立的に運転する自立運転とを切換え可能な太陽電池を用いたインバータを備えるパワーコンディショナが提案されている。特許文献１のパワーコンディショナは、連系運転時は単相２線出力方式で動作し、自立運転時は単相３線出力方式で動作する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１８８５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここでパワーコンディショナにおいてはインバータの損失を低減し変換効率等の特性向上を図ることが望まれている。特に特許文献１のパワーコンディショナは、連系運転時にＯ相（Ｎ相）制御用レグが停止しており、連系運転時の特性向上に寄与することが無かった。
【０００５】
従って、上記のような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、連系運転時の特性向上を図ることができるパワーコンディショナの制御方法及び制御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一実施形態に係るパワーコンディショナの制御方法は、
連系運転時は単相２線出力方式で動作し、自立運転時は単相３線出力方式で動作する、上アーム及び下アームからなるレグを少なくとも３つの備えたパワーコンディショナの制御方法であって、
前記パワーコンディショナは、Ｕ相を制御するレグ又はＷ相を制御するレグのいずれかの中点端子と、Ｏ相を制御するレグの中点端子とを接続する開閉器とを有し、
自立運転時は、前記開閉器をオフしてＵ相、Ｏ相、Ｗ相のそれぞれを前記少なくとも３組のレグにて制御するステップと、
連系運転時は、前記開閉器をオンして、前記開閉器により接続された２つのレグを同一の制御信号により制御するステップと、
を含むことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の一実施形態に係るパワーコンディショナの制御装置は、
連系運転時は単相２線出力方式で動作し、自立運転時は単相３線出力方式で動作するパワーコンディショナであって、
制御部と、
上アーム及び下アームを含む少なくとも３つのレグと、
Ｕ相を制御するレグ又はＷ相を制御するレグのいずれかの中点端子とＯ相を制御するレグの中点端子とを接続する開閉器と、を備え、
前記制御部は、自立運転時において、前記開閉器をオフしてＵ相、Ｏ相、Ｗ相のそれぞれを前記少なくとも３つのレグにて制御し、連系運転時において、前記開閉器をオンして、前記開閉器により接続された２つのレグを同じ制御信号により制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明におけるパワーコンディショナの制御方法及び制御装置によれば、連系運転時の特性向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係るパワーコンディショナの構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るパワーコンディショナの動作を示すフローチャートである。
【図３】開閉器が正常の場合の出力電圧、及び異常の場合の出力電圧を示す図である。
【図４】変形例に係るパワーコンディショナの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１１】
（実施の形態１）
本発明の一実施形態に係るパワーコンディショナ１は、連系運転及び自立運転が可能なパワーコンディショナである。図１に示すように、本発明の一実施形態に係るパワーコンディショナ１は、電源１０に接続され負荷に給電するものであり、インバータ２０と、インバータ制御部３０と、第１電圧検出部５１と、第２電圧検出部５２と、連系リレー６０と、自立リレー７０とを備える。電源１０は、太陽電池、燃料電池等である。電源１０が太陽電池である場合、太陽光の受光に応じて直流電力をインバータ２０に供給し、インバータ２０は直流電力を交流電力に変換して交流電力を負荷に供給する。負荷は、例えば、液晶テレビ、掃除機、電気ストーブなどの全波負荷や、ドライヤなどの半波負荷を含む家庭用電気製品である。図１に示すパワーコンディショナ１は、連系運転時は連系リレー６０をオンし自立リレー７０をオフして単相２線出力方式で動作する。一方、自立運転時は連系リレー６０をオフし自立リレー７０をオンして単相３線出力方式で動作する。なおインバータ制御部３０は、本発明の制御装置に対応する。
【００１２】
インバータ２０は、電圧型制御インバータであって、図示の通り、ダイオード（Ｄ１〜Ｄ６）、スイッチング素子（Ｓ１〜Ｓ６）、コンデンサ（Ｃ１）、コイル（Ｌ１〜Ｌ３）を含んで構成され、インバータ制御部３０からのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）方式の駆動信号に基づき直流の入力電圧を交流の出力電圧に変換する。ダイオードＤ１〜２及びスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ２は、Ｏ相を制御するための上アーム及び下アームからなるＯ相制御レグ２１を構成し、ダイオードＤ３〜４及びスイッチング素子Ｓ３〜Ｓ４は、Ｕ相を制御するための上アーム及び下アームからなるＵ相制御レグ２２を構成し、ダイオードＤ５〜６及びスイッチング素子Ｓ５〜Ｓ６は、Ｗ相を制御するための上アーム及び下アームからなるＷ相制御レグ２３を構成する。インバータ制御部３０は、第１電圧検出部５１及び第２電圧検出部５２が検出したインバータ２０の出力電圧Ｖ（Ｕ相とＯ相間の電位差、及びＯ相とＷ相間の電位差）に基づき、Ｏ相制御レグ２１、Ｕ相制御レグ２２、及びＷ相制御レグ２３への制御信号（各スイッチング素子をスイッチング制御するための信号）を生成する。
【００１３】
さらに本実施形態に係るインバータ２０は、図１に示すようにＯ相制御レグ２１の中点端子とＵ相制御レグ２２の中点端子とを接続する開閉器２４を備える。具体的にはＯ相制御レグ２１のスイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ２との間（中点端子）と、Ｕ相制御レグ２２のスイッチング素子Ｓ３とスイッチング素子Ｓ４との間（中点素子）とが、開閉器２４により接続される。そしてインバータ制御部３０は、連系運転時は、開閉器２４をオン（閉路）して自立運転時にＯ相を制御するレグと接続されたレグとを同一の制御信号により制御する。図１に示す例ではＯ相制御レグ２１とＵ相制御レグ２２とを同一の制御信号により制御する。Ｏ相制御レグ２１とＵ相制御レグ２２とが同一の制御信号で制御されるため、スイッチング素子Ｓ１及びスイッチング素子Ｓ３は、同一のタイミングでオン又はオフする。また、スイッチング素子Ｓ２及びスイッチング素子Ｓ４も、同一のタイミングでオン又はオフする。
【００１４】
一方で自立運転時にはインバータ制御部３０は、開閉器２４をオフ（開放）して各相のそれぞれを各レグ（ここではＯ相制御レグ２１、Ｕ相制御レグ２２、Ｗ相制御レグ２３）により制御することで単相三線出力を行う。
【００１５】
ここで開閉器２４が溶着等によりオフせず自立運転の動作をしてしまうと、Ｕ相制御レグ２２のＰ側素子（スイッチング素子Ｓ３）と、Ｏ相制御レグ２１のＮ側素子（スイッチング素子Ｓ２）とが同時にオンした場合にＰＮ短絡となり、インバータ２０が故障してしまう。そこでインバータ制御部３０は、自立運転をする前に、開閉器２４が正常に動作しているか否かを検出する。自立運転をする前におけるインバータ制御部３０の処理について、図２に示すフローチャートによりその動作を説明する。
【００１６】
はじめにインバータ制御部３０は、自立運転開始前の状態において、開閉器２４をオフ（開放）するように制御する（ステップＳ１０）。そしてインバータ制御部３０は、試運転を行う（ステップＳ２０）。
【００１７】
具体的にはインバータ制御部３０は試運転において、自立リレー７０をオフしたまま、開閉器２４に接続されたレグの一方に所定の信号を入力する。ここでは一例として、Ｕ相制御レグ２２に正弦波を出力する信号を入力する場合について説明する。開閉器２４の正常時には、図３（ａ）に示すようにＵ相の出力電圧（Ｕ−Ｗ相間の電圧）のみが正弦波となり、Ｏ相の出力電圧（Ｗ−Ｏ相間の電圧）は変動しない。一方、開閉器２４の異常時には、図３（ｂ）に示すようにＵ相の出力電圧及び、Ｏ相の出力電圧も正弦波となる。すなわち、Ｕ相の出力電圧とＯ相の出力電圧とは、同一になる。なお図３においてＷ相を基準電位としている。
【００１８】
インバータ制御部３０は、第１電圧検出部５１及び第２電圧検出部５２が検出した電圧を取得し、試運転時におけるＵ相の出力電圧とＯ相の出力電圧を比較して、両方の電圧が等しければ開閉器２４が異常であると検出する。なおインバータ制御部３０は、Ｏ相の出力電圧のみにより、出力電圧が０でなければ異常であると判定してもよい。
【００１９】
インバータ制御部３０は、開閉器２４が正常である場合（ステップＳ３０：はい）、自立リレー７０をオンして、自立運転を開始する（ステップＳ４０）。一方、開閉器２４が正常で無い場合（ステップＳ３０：いいえ）、自立リレー７０をオフにしたままオンせず（自立運転を開始せず）、異常停止をする（ステップＳ５０）。
【００２０】
このように上記実施形態によれば、連系運転時は、開閉器２４をオン（閉路）して、開閉器２４に接続された２つのレグ（上記実施の形態ではＯ相制御レグ２１及びＵ相制御レグ２２）を同一の制御信号により制御するため、Ｏ相制御レグ２１の上アームとＵ相制御レグ２２の上アーム、及びＯ相制御レグ２１の下アームとＵ相制御レグ２２の下アームが並列接続になりオン抵抗等が低減され、連系運転時の特性向上を図ることができる。具体的には、スイッチング素子Ｓ１及Ｓ３、並びにスイッチング素子Ｓ２及びＳ４が並列接続となるため、これらのオン抵抗が低減できる。また、ダイオードＤ１及びＤ３、並びにダイオードＤ２及びＤ４が並列接続となりこれらの抵抗が低減できる。そのため、インバータ２０の損失を低減し、パワーコンディショナ１の変換効率を向上させることができる。
【００２１】
また上記実施形態によれば、自立運転時にはインバータ制御部３０は、開閉器２４をオフして各相のそれぞれを各レグにより制御するため、単相三線出力が可能になる。さらに当該自立運転をする前に、開閉器２４が正常に動作しているか否かを検出して、開閉器２４が正常に動作していない場合、異常停止するため開閉器２４がオフしない場合であっても確実にインバータ２０の動作を停止することができる。そのため、自立運転においてインバータ２０及び負荷を破損させることがない。
【００２２】
なお、上記実施の形態では、Ｏ相制御レグ２１の中点端子とＵ相制御レグ２２の中点端子とを開閉器２４により接続したがこれに限られず、Ｏ相制御レグ２１の中点端子とＷ相制御レグ２３の中点端子とを開閉器２４により接続してもよい。この場合、連系運転時は、開閉器２４をオンして、開閉器により接続された２つのレグ（Ｏ相制御レグ２１とＷ相制御レグ２３）を同一の制御信号により制御するため、Ｏ相制御レグ２１の上アーム及びＷ相制御レグ２３の上アームが並列接続になり、またＯ相制御レグ２１の下アーム及びＷ相制御レグ２３の下アームが並列接続になり、オン抵抗等が低減される。
【００２３】
なお、上記実施の形態では、試運転時にＵ相制御レグ２２に正弦波を出力する信号を入力するように制御したがこれに限られない。例えば、矩形波やパルス波を出力する信号を入力してもよい。
【００２４】
（変形例）
以下に、本発明の実施の形態２について説明をする。図４は変形例に係るパワーコンディショナ１の構成を示す図である。上記実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、説明は省略する。変形例に係るパワーコンディショナ１は、上記実施形態に係る構成と比較して、第１Ｕ相制御レグ２５の中点端子及び第２Ｕ相制御レグ２６の中天端子が元から接続されており、また第１Ｗ相制御レグ２７の中点端子及び第２Ｗ相制御レグ２８の中点端子が元から接続されている点が相違する。
【００２５】
変形例に係るパワーコンディショナ１では、第１Ｕ相制御レグ２５の中点端子及び第２Ｕ相制御レグ２６の中点端子を接続する接続線に、開閉器２９を備える。具体的には第１Ｕ相制御レグ２５のスイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ２との間と、第２Ｕ相制御レグ２６のスイッチング素子Ｓ３とスイッチング素子Ｓ４との間の接続線に、開閉器２９が設けられる。
【００２６】
そしてインバータ制御部３０は、連系運転時は、開閉器２４をオンし、開閉器２４に接続された２つのレグを同一の制御信号により制御する。すなわちここでは第１Ｕ相制御レグ２５と、第２Ｕ相制御レグ２６とを同一の制御信号により制御する。一方で自立運転時にはインバータ制御部３０は、開閉器２９をオフして各相のそれぞれを各レグ（ここでは第１Ｕ相制御レグ２５、第２Ｕ相制御レグ２６、第１Ｗ相制御レグ２７、及び第２Ｗ相制御レグ２８）により制御することで単相三線出力を行う。開閉器２９の溶着等の異常を検出する方法は、上記実施の形態と同様であるので、説明は省略する。
【００２７】
このように変形例に係るパワーコンディショナ１によれば、連系運転時は、開閉器２９をオンして、開閉器２９に接続された２つのレグ（上記例では第１Ｕ相制御レグ２５と第２Ｕ相制御レグ２６）を同一の制御信号により制御するため、第１Ｕ相制御レグ２５の上アームと第２Ｕ相制御レグ２６の上アーム、及び第１Ｕ相制御レグ２５の下アームと第２Ｕ相制御レグ２６の下アームとが並列接続になりオン抵抗等が低減されるため、連系運転時の特性向上を図ることができる。具体的には、スイッチング素子Ｓ１及Ｓ３、並びにスイッチング素子Ｓ２及びＳ４が並列接続となるため、これらのオン抵抗が低減できる。また、ダイオードＤ１及びＤ３、並びにダイオードＤ２及びＤ４が並列接続となりこれらの抵抗が低減できる。
【００２８】
また上記変形例に係るパワーコンディショナ１によれば、自立運転時にはインバータ制御部３０は、開閉器２９をオフして各相のそれぞれを各レグにより制御するため、単相三線出力が可能になる。さらに当該自立運転をする前に、開閉器２９が正常に動作しているか否かを検出して、開閉器２９が正常に動作していない場合、異常停止するため開閉器２９がオフしない場合であっても確実にインバータ２０の動作を停止することができる。
【００２９】
なお上記実施の形態において、インバータ制御部３０が本発明の制御装置に対応するとしたがこれに限られない。例えばパワーコンディショナ１は、インバータ２０の外部に設けられた制御部を設けてもよく、当該制御部がインバータ制御部３０の行う各種制御を行ってもよい。この場合、当該制御部を備えるパワーコンディショナ１自体を、制御装置ということもできる。
【００３０】
本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各手段、各ステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段やステップ等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１  パワーコンディショナ
１０  電源
２０  インバータ
２１  Ｏ相制御レグ
２２  Ｕ相制御レグ
２３  Ｗ相制御レグ
２４  開閉器
２５  第１Ｕ相制御レグ
２６  第２Ｕ相制御レグ
２７  第１Ｗ相制御レグ
２８  第２Ｗ相制御レグ
２９  開閉器
５０  電圧検出部
５１  第１電圧検出部
５２  第２電圧検出部
６０  連系リレー
７０  自立リレー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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