(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自立運転時のパワーコンディショナの制御方法であって、
インバータの出力電圧実効値を目標電圧実効値に一致させるようにフィードバック制御を行うステップと、
前記インバータの出力電圧歪率を補正する補正ステップと、
を含み、
前記補正ステップにおいて、前記フィードバック制御に係る複数の補償成分の少なくとも１つに基づき前記出力電圧歪率を補正する際の補正強度を決定し、
前記フィードバック制御に係る複数の補償成分は、比例制御の操作量、積分制御の操作量又は微分制御の操作量であることを特徴とするパワーコンディショナの制御方法。
【請求項２】
前記補正ステップにおいて、前記フィードバック制御に係る複数の補償成分の部分和又は総和に前記補正強度を連動させることを特徴とする、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】
前記インバータはＰＷＭ信号に基づき出力電圧を出力し、
前記補正ステップは、前記ＰＷＭ信号のデューティ比に加算する値であるオフセット値を決定する決定ステップと、前記ＰＷＭ信号のデューティ比に前記オフセット値を加算する加算ステップとを含み、
前記決定ステップにおいて、前記オフセット値を前記フィードバック制御に係る複数の補償成分の少なくとも１つに基づき決定することを特徴とする、請求項１又は２に記載のパワーコンディショナの制御方法。
【請求項４】
前記オフセット値は、前記フィードバック制御に係る複数の補償成分の少なくとも１つに所定の係数を乗算して算出することを特徴とする、請求項３に記載のパワーコンディショナの制御方法。
【請求項５】
前記オフセット値は、前記フィードバック制御に係る複数の補償成分の少なくとも１つに所定の係数を乗算し、乗算後の値に第２の所定の係数を加算して算出することを特徴とする、請求項３に記載のパワーコンディショナの制御方法。
【請求項６】
自立運転時のパワーコンディショナの制御装置であって、
インバータの出力電圧実効値を目標値に一致させるようにフィードバック制御を行うフィードバック制御部と、
前記インバータの出力電圧歪率を補正する補正制御部と、
を含み、
前記補正制御部が、前記フィードバック制御に係る複数の補償成分の少なくとも１つに基づき前記出力電圧歪率を補正する際の補正強度を決定し、
前記フィードバック制御に係る複数の補償成分は、比例制御の操作量、積分制御の操作量又は微分制御の操作量であることを特徴とする制御装置。
【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と、自立運転が可能な系統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（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１４０１５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のパワーコンディショナにおいて、インバータの出力電圧はインバータの特性に由来する非線形性により歪んでしまう。自立運転時にインバータの出力電圧が歪んでしまうと、パワーコンディショナにより電力を供給する先の機器に悪影響を与えたり、電力損失が増えたりといった問題がある。特にインバータの歪特性は負荷の条件によっても変化するが、従来のインバータにおいて、負荷による歪特性の当該変化は全く考慮されていなかった。
【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、負荷の条件に応じて適応的に出力電圧の歪補正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、自立運転時のパワーコンディショナの制御方法であって、
インバータの出力電圧実効値を目標値に一致させるようにフィードバック制御を行うステップと、
前記インバータの出力電圧歪率を補正する補正ステップと、
を含み、
前記補正ステップにおいて、前記フィードバック制御に係る複数の補償成分の少なくとも１つに基づき前記出力電圧歪率の補正強度を決定することを特徴とする。
【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、
自立運転時のパワーコンディショナの制御装置であって、
インバータの出力電圧実効値を目標値に一致させるようにフィードバック制御を行うフィードバック制御部と、
前記インバータの出力電圧歪率を補正する補正制御部と、
を含み、
前記補正制御部が、前記フィードバック制御に係る複数の補償成分の少なくとも１つに基づき前記出力電圧歪率の補正強度を決定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、負荷の条件に応じて適応的に出力電圧の歪補正ができる。
【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】インバータ制御部の構成を示す図である。
【図３】出力デューティ比と出力電圧波形を示す図である。
【図４】補正後の出力デューティ比と出力電圧波形を示す図である。
【図５】インバータ制御部の構成の変形例を示す図である。
【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）
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８０に給電するものである。パワーコンディショナ１は、インバータ２０と、インバータ制御部３０と、電圧検出部５０と、連系リレー６０と、自立リレー７０とを備える。図１では、インバータ制御部３０をパワーコンディショナの内部に設ける構成であるが、インバータ制御部３０をパワーコンディショナの外部に設ける構成であってもよい。
【００１２】
電源１０は、太陽電池、燃料電池等である。なお、電源１０は、電池と該電池の電圧を適切な電圧に昇圧及び／又は降圧する変換装置（コンバータ）との組み合わせであってもよい。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８０に供給する。負荷８０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。ここで負荷８０は、パワーコンディショナ１の自立リレー７０に接続されている。自立運転時には、連系リレー６０をオフして自立リレーをオンし、電源１０からの電力供給を受ける。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。
【００１３】
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〜Ｄ４）、スイッチング素子（Ｓ１〜Ｓ４）、コンデンサ（Ｃ１）、コイル（Ｌ１〜Ｌ２）を含んで構成される。インバータ２０は、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。なお、インバータ２０は図１の構成に限定されず、他の公知の構成を用いることができるものである。
【００１４】
インバータ制御部３０は、電圧検出部５０が検出したインバータ２０の出力電圧Ｖ（Ｕ相とＷ相間の電位差）に基づき、インバータ２０への駆動信号を生成する。インバータ制御部３０は、フィードバック制御部３１と、補正制御部３２とを含む。概略として本発明の一実施形態に係るパワーコンディショナ１は、自立運転時において、フィードバック制御部３１により、インバータ２０の出力電圧実効値を目標電圧実効値に一致させるようにフィードバック制御を行う。さら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、自律運転時において、補正制御部３２によりインバータ２０の出力電圧歪率を補正する。以下、これらのフィードバック制御及び補正制御ついて詳述する。
【００１５】
インバータ制御部３０のフィードバック制御部３１は、図２に示すように、減算器３３と、Ｐ成分算出器３４と、Ｉ成分算出器３５と、第１加算器３６と、第２加算器３７と、発振器３８と、第１乗算器３９とを備える。また補正制御部３２は、第３加算器４０と、第２乗算器４１と、第３乗算器４２とを備える。
【００１６】
まずフィードバック制御部３１によるフィードバック制御について説明する。減算器３３は、目標電圧実効値Ｖｒｍｓから出力電圧Ｖの実効値を減算して実効値の差分を算出し、算出した差分値をＰ成分算出器３４と、Ｉ成分算出器３５に出力する。ここで目標電圧実効値Ｖｒｍｓとは、管理者等により予め定められた所定値（例えば１００Ｖ）である。また、交流電圧であるインバータ２０の出力電圧Ｖの実効値は、電圧検出部５０により検出された電圧により求まる。
【００１７】
Ｐ成分算出器３４及びＩ成分算出器３５は、目標電圧実効値Ｖｒｍｓと出力電圧Ｖの実効値との差分に基づき、フィードバック制御に係る補償成分（Ｐ成分及びＩ成分）をそれぞれ決定する。なお、Ｐ成分及びＩ成分は、それぞれ比例制御(Ｐ制御)の操作量、積分制御(Ｉ制御)の操作量に相当する。Ｐ成分算出器３４及びＩ成分算出器３５は、決定した補償成分を第１加算器３６に出力する。これらの補償成分は、目標電圧実効値Ｖｒｍｓと出力電圧Ｖの実効値との差分が大きいほど大きく、差分が小さいほど小さい。当該差分は、負荷８０によっても変動する。したがって補償成分の総和をフィードバックすることで、目標電圧実効値Ｖｒｍｓと出力電圧Ｖの実効値との差分を小さくするように制御を行うことができる。
【００１８】
第１加算器３６は、Ｐ成分算出器３４及びＩ成分算出器３５によりそれぞれ出力された補償成分を加算した値（補償成分の総和）を第２加算器３７及び第２乗算器４１に出力する。第２加算器３７は、当該補償成分の総和に、所定の係数（第１係数）を加算した値を第１乗算器３９に出力する。
【００１９】
第１乗算器３９は、基準位相に基づき発振器３８が出力する基準信号に第２加算器３７により出力された値を乗算してＰＷＭ信号のデューティ比を算出する。なお基準信号は、例えば５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの正弦波の信号である。第１乗算器３９は、算出したデューティ比を第３加算器４０に出力する。
【００２０】
ここでインバータ２０の特性は必ずしも線形ではなく、上記のデューティ比に対して歪んだ非線形の特性を持つ。言い換えるとインバータ２０は、所定の出力電圧歪率を有する。当該出力電圧歪率は、負荷８０によって変動する。図３は、出力デューティ比（図３（ａ））と、当該出力デューティ比によりスイッチング素子（Ｓ１〜Ｓ４）を駆動して得た出力電圧波形（図３（ｂ））を示す図である。図３に示すように、出力電圧波形は、歪んだ正弦波となる。そこで、本実施形態のパワーコンディショナ１は、当該出力電圧歪率を補正制御部３２によって補正する。
【００２１】
具体的には補正制御部３２の第２乗算器４１は、第１乗算器３９により出力された補償成分の総和と所定の係数（第２係数）とを乗算し、算出された値を第３乗算器４２に出力する。なお第２係数は、本発明の「第１の所定の係数」に対応する。
【００２２】
第３乗算器４２は、基準位相（発振器３８に入力するものと同一）に基づき、１又は−１を第２乗算器４１の出力値に乗算する。具体的には第３乗算器４２は、基準位相が０より大きくπ以下である場合、１を出力値に乗算する。一方基準位相がπより大きく２π以下である場合、第３乗算器４２は、−１を出力値に乗算する。そして第３乗算器４２は、算出された値（オフセット値）を第３加算器４０に出力する。
【００２３】
第３加算器４０は、第１乗算器３９により出力されたデューティ比に、第３乗算器４２により出力されたオフセット値を加算し、補正後のデューティ比を出力する。
【００２４】
図４は、補正後の出力デューティ比（図４（ａ））と、当該補正後の出力デューティ比によりスイッチング素子（Ｓ１〜Ｓ４）を駆動して得た出力電圧波形（図４（ｂ））を示す図である。図４（ａ）は、図３（ａ）と比較して、オフセット値が加算されている点が相違する。すなわち、０〜πの領域においては、縦軸の正の方向にオフセット分が加算される。一方、π〜２πの領域においては、縦軸の負の方向にオフセット分が加算される。当該オフセットが加算されることにより補正された出力デューティ比によりスイッチング素子（Ｓ１〜Ｓ４）を駆動した場合、図４（ｂ）に示すように、出力電圧波形は歪みの除去された正弦波となる。
【００２５】
ここで出力電圧歪率に比例してフィードバック制御に係る複数の補償成分の総和は大きくなる。またオフセット値は、当該補償成分の総和に連動（ここでは正比例）して大きくなる。すなわち大きな歪みであるほどオフセット値が大きくなることで補正強度を高めて補正を行っている。言い換えると、本実施形態に係るパワーコンディショナ１は、補正制御部３２により、フィードバック制御に係る複数の補償成分の総和に基づき出力電圧歪率の補正強度を決定している。
【００２６】
なお上記の実施形態では、第１加算器３６が補償成分の総和を第２乗算器４１に出力し、第２乗算器４１は、第１乗算器３９により出力された補償成分の総和と第２係数を乗算して、乗算した値に、第３乗算器４２が１又は−１をさらに乗算することでオフセット値を得たがこれに限られない。例えば、Ｐ成分又はＩ成分のいずれか一方のみを、オフセット値の算出に用いてもよい。例えばＰ成分をオフセット値の算出に用いる場合、第２乗算器４１は、Ｐ成分算出器３４からＰ成分を受け取り、Ｐ成分に第２係数を乗算する。第３乗算器４２は、Ｐ成分に第２係数を乗算した値に、基準位相に応じて１又は−１を乗算することでオフセット値を算出する。一方、Ｉ成分をオフセット値の算出に用いる場合、第２乗算器４１は、Ｉ成分算出器３５からＩ成分を受け取り、Ｉ成分に第２係数を乗算する。第３乗算器４２は、Ｉ成分に第２係数を乗算した値に、基準位相に応じて１又は−１を乗算することでオフセット値を算出する。
【００２７】
また、上記の実施形態では、フィードバック制御に係る補償成分として、Ｐ成分とＩ成分を例示したがこれに限られず、他の補償成分（例えばＤ成分）を算出し、当該他の成分をオフセット値の算出に用いてもよい。なおＤ成分は、微分制御(Ｄ制御)の操作量に相当する。例えばＤ成分をオフセット値の算出に用いる場合、第２乗算器４１は、Ｄ成分算出器（不図示）からＤ成分を受け取り、Ｄ成分に第２係数を乗算する。第３乗算器４２は、Ｄ成分に第２係数を乗算した値に、基準位相に応じて１又は−１を乗算することでオフセット値を算出する。
【００２８】
この場合、フィードバック制御に係る補償成分の部分和（例えばＰ成分及びＩ成分、Ｉ成分及びＤ成分、又はＰ成分及びＤ成分）によりオフセット値を算出してもよい。すなわち補正制御部３２は、フィードバック制御に係る複数の補償成分の少なくとも１つに基づきオフセット値を算出し、当該オフセット値に基づき出力電圧歪率の補正強度を決定するようにしてもよい。
【００２９】
この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によれば、インバータ制御部３０がフィードバック制御に係る複数の補償成分の少なくとも１つに基づき前記出力電圧歪率の補正強度を決定するため、負荷の条件に応じて適応的に出力電圧の歪補正ができる。また、演算処理を大きく増加させることなく、負荷に応じて適切な出力電圧の歪み補償を行うことができる。
【００３０】
（変形例）
以下に、上記実施形態の変形例について説明をする。図５は変形例におけるインバータ制御部３０の構成を示す図である。実施の形態１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。変形例に係るインバータ制御部３０は、上記実施の形態にかかる構成と比較して、第４加算器４３を備える点が相違する。
【００３１】
変形例に係るインバータ制御部３０の補正制御部３２は、第２乗算器４１と、第３乗算器４２との間に第４加算器４３を備える。変形例に係る第２乗算器４１は、第４加算器４３に出力値（補償成分の総和に第２係数を乗算した値）を出力する。第４加算器４３は、受け取った出力値に、所定の係数（第３係数）を加算した値を、第３乗算器４２に出力する。なお第３係数は、本発明の「第２の所定の係数」に対応する。
【００３２】
第３乗算器４２は、基準位相（発振器３８に入力するものと同一）に基づき１又は−１を第２乗算器４１の出力値に乗算する。具体的には第３乗算器４２は、基準位相が０より大きくπ以下である場合、１を出力値に乗算する。一方基準位相がπより大きく２π以下である場合、第３乗算器４２は、−１を出力値に乗算する。そして第３乗算器４２は、算出された値（オフセット値）を第３加算器４０に出力する。第３加算器４０は、第１乗算器３９により出力されたデューティ比に、第３乗算器４２により出力されたオフセット値を加算し、補正後のデューティ比を出力する。
【００３３】
なお、上記の変形例において、第４加算器４３は、第２乗算器４１と、第３乗算器４２との間に設けられる例を示したがこれに限られない。第４加算器４３は、第１加算器３６と、第２乗算器４１の間に設けられても構わない。この場合、第１加算器３６は補償成分の総和を、第４加算器４３に出力する。第４加算器４３は、補償成分の総和に所定の係数（第３係数）を加算した値を、第２乗算器４１に出力する。そして第２乗算器４１は受け取った値に第２係数を乗算して、第３乗算器４２に出力する。
【００３４】
なお、上記の変形例において、フィードバック制御に係る補償成分として、Ｐ成分とＩ成分を例示したがこれに限られず、他の補償成分（例えばＤ成分）を算出し、当該他の成分をオフセット値の算出に用いてもよい。
【００３５】
この場合、フィードバック制御に係る補償成分の部分和（例えばＰ成分及びＩ成分、Ｉ成分及びＤ成分、又はＰ成分及びＤ成分）によりオフセット値を算出してもよい。すなわち補正制御部３２は、フィードバック制御に係る複数の補償成分の少なくとも１つに基づきオフセット値を算出し、当該オフセット値に基づき出力電圧歪率の補正強度を決定するようにしてもよい。
【００３６】
このように変形例にかかるパワーコンディショナ１も、インバータ制御部３０がフィードバック制御に係る複数の補償成分の少なくとも１つに基づき前記出力電圧歪率の補正強度を決定するため、負荷の条件に応じて適応的に出力電圧の歪補正ができる。また、演算処理を大きく増加させることなく、負荷に応じて適切な出力電圧の歪み補償を行うことができる。特にデューティ比に加算するオフセット値は、補償成分の少なくとも１つに第３係数を加算した値に連動（ここでは正比例）してオフセット値が大きくなる。そのため出力電圧歪率が、補償成分の部分和や総和に正比例しない場合であっても、第３係数の調整によって適応的に出力電圧の歪補正ができる。
【００３７】
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】
【００３８】
１    パワーコンディショナ
１０  電源
２０  インバータ
３０  インバータ制御部（制御装置）
３１  フィードバック制御部
３２  補正制御部
３３  減算器
３４  Ｐ成分算出器
３５  Ｉ成分算出器
３６  第１加算器
３７  第２加算器
３８  発振器
３９  第１乗算器
４０  第３加算器
４１  第２乗算器
４２  第３乗算器
４３  第４加算器
５０  電圧検出部
６０  連系リレー
７０  自立リレー
８０  負荷
【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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