(57)【要約】  電力変換効率の高い、電力変換装置を提供する。本発明による電力変換装置は、直流電力を出力する複数の電源と、該複数の電源の各々に対応して設けられ、直流電力を交流電力に変換する複数の電力変換器と、該複数の電力変換器の出力電力を重畳することによって、複数の電圧レベルを出力できる電力変換装置であって、各電力変換器の動作モードを切り替えることによって、各電力変換器に流れる電力の配分を制御する電力変換装置である。
2014199422.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を出力する複数の電源と、
該複数の電源の各々に対応して設けられ、直流電力を交流電力に変換する複数の電力変換器と、
該複数の電力変換器の出力電力を重畳することによって、３レベル以上の電圧レベルを出力できる電力変換装置であって、
各電力変換器の動作モードを切り替えることによって、
各電力変換器に流れる電力の配分を制御することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置において、
各電源間の電圧が略等しくなるように制御することで、
各電力変換器に流れる電力の配分を制御することを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電力変換装置において、
各電力変換器は、
交流電力の半周期に複数回電圧を出力するチョッパモードと、
前記交流電力の半周期に１回だけ電圧を出力するワンパルスモードと、
の両モードを切り替えて電圧を出力することができ、
両モードの切り替えは、前記交流電力が略零となるタイミングで行われることを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の電力変換装置において、
各電力変換器は一つの制御量を共有し、
各電力変換器のスイッチング状態が等しい時に、
メイン動作モードとサブ動作モードを切り替えることで、
各電力変換器に流れる電力の配分を制御することを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項１または２に記載の電力変換装置において、
電力バランスに関する一つの制御量を演算し、
該制御量が閾値を超えている時に、
充電モードで動作することを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
発電器と、電力変換器と、制御回路を有し、交流電力を入出力する電力変換装置において、
前記発電器とコンバータと蓄電素子と電力変換器を有する発電ユニットが複数台直列に接続され、
前記発電ユニットを制御する制御回路を有し、
前記全ての発電ユニット内の該電力変換器の印加電圧を電圧検出器によって検出し、前記検出された電圧の総和と電圧指令値とを制御量演算器で比較演算し、該演算結果をもとに駆動信号生成器が駆動信号に変換し、全ての発電ユニット内の電力変換器を駆動することで、交流電力を出力することを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
請求項６に記載の電力変換装置において、
前記発電ユニットがN個直列接続されている場合において、
前記電圧検出器は、少なくともN-1個は絶縁型で電圧検出器が構成され、
前記電力変換器の駆動信号は、少なくとのもN-1個の発電ユニットの駆動信号は全て絶縁手段を介して電力変換器を駆動することを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
請求項７に記載の電力変換装置において、
前記交流電力の電圧を、絶縁手段を介して検出し、前記N個の蓄電素子の電圧と、該交流電力の電圧を前記制御回路内で演算し、駆動信号を得ることを特徴とする電力変換装置。
【請求項９】
請求項６から８何れか一項に記載の電力変換装置において、
各発電ユニットに接続される発電器は、各発電条件が略等しいことを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電システムなどの発電システムで用いられ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等の発電システムの電力変換装置に含まれる電力変換器は、発電した電力を、直流から交流に変換する機器である。この電力変換器に印加する直流電圧には、上限と下限が存在する。【０００３】
下限が存在するのは、電力系統のピーク電圧以下の電圧を電力変換器で交流に変換しても、その交流電力を電力系統に電流を流しこめないため、電力系統のピーク電圧よりも電力変換機に印加する直流電圧を大きくする必要があるからである。【０００４】
一方、上限が存在するのは、電力変換器内の素子の各々に耐圧が定められていることに加え、電力変換器に印加される電圧を高めると、高耐圧素子の利用による素子特性の制限、スイッチング素子のスイッチング損失の増大、電流リプルの増加による交流リアクトルACL鉄損の増加などが生じるため、印加電圧を抑制し、これらの不利益を避ける必要があるからである。【０００５】
これに対し、電力変換装置内の電力変換器を多段化することで、各々の電力変換器に印加される電圧を下げ、上述の問題を回避する方法が知られている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開2010-94024号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１は、同文献の図１等に示されるように、印加電圧の異なる複数の電力変換器を直列に接続し、印加電圧の高い電力変換器から充電することにより、印加電圧の低い電力変換器の直流電圧を一定に保ち、上述した問題を解消するものである。【０００８】
しかしながら、特許文献１の構成では、各電力変換器に印加される電圧が異なるため、各電力変換器で使用するスイッチング素子の耐圧が異なり、最も電圧レベルの高い電力変換器に使用するスイッチング素子は高耐圧品を用いなければいけないため、この電力変換器での損失が大きくなるという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の課題は、特許請求の範囲に記載された発明によって、解決される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の電力変換装置を用いることにより、電力変換効率が高く、小型で安価な電力変換装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１の電力変換装置の概略回路図。
【図２】実施例１の電力変換装置の動作波形図。
【図３】実施例２の電力変換装置の動作波形図。
【図４】実施例３の電力変換装置の動作波形図。
【図５】実施例４の電力変換装置の動作波形図。
【図６】実施例１の電力変換装置の詳細回路図。
【図７】実施例５の電力変換装置の概略回路図。
【図８】実施例６の電力変換装置の動作波形図。
【図９】実施例７の電力変換装置の動作波形図。
【図１０】実施例７の電力変換装置の概略回路図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は実施例１の電力変換装置１を示す。ここに示すように、電力変換装置１は、発電ユニットA ２、発電ユニットB ３、制御回路４、平滑フィルタ５を備えている。また、電力変換装置１は交流電力６（Vac）と接続されており、電力変換装置１から交流電力６へ出力された電力は、家庭内のコンセントに接続された負荷や、電力系統へ送られる。また、平滑フィルタ５は交流リアクトルACL７と蓄電素子Cac８から構成される。なお、交流電力６に代えてモータを電力変換装置１に接続する場合は、平滑フィルタ５と交流電力６とを合わせてモータと置き換えることができる。【００１４】
発電ユニットA ２は、電源９、電圧検出器１０、電力変換器１１Ａを備える。電源９は内部で発電した電気エネルギーや、内部に貯蔵しておいた電気エネルギーを直流電圧に変換し、電力変換器１１Ａに印加する。電圧検出器１０は、電力変換器１１Ａに印加された直流電圧値Vcaを検出し、制御回路４内の制御量演算器１２へ送るものである。なお、発電ユニットB ３も発電ユニットA ２と同様の構成であり、発電ユニットB ３内の電圧検出器１０が検出した直流電圧値Vcbは、制御回路４内の制御量演算器１２に送られる。なお、以下では発電ユニットＢ ３内の電力変換器を電力変換器１１Ｂと称することとし、電力変換器１１Ａ、１１Ｂをまとめて電力変換器１１と称することもある。【００１５】
制御量演算器１２は、各電圧検出器１０から送られる直流電圧値(Vca、Vcb)に基づいて電力変換機１１の制御量１７を演算し、駆動信号生成器１３へ送る。なお、交流電力６が電力系統と接続されている場合は、系統と連携するために系統の電圧Vacも制御量演算器１２に送られ、制御量１７が演算される。【００１６】
制御量演算器１２内部には、直流電圧値Vca、Vcbの目標値である電圧指令値Vrefが予め設定されている。なお、この電圧指令値Vrefは外部から与えられているものとしても良い。制御量演算器１２内部では、例えばVc = Vca + Vcbのように、電圧の総和を計算し、Vcと電圧指令値Vrefの２倍とを比較することで、電源Aと電源Bが出力した電力の合計値と、電力変換装置１が出力している電力と、を等しく制御できる制御量を得る。【００１７】
また、駆動信号生成器１３は、制御量演算器１２から送られた制御量１７から、電力変換器１１内の各スイッチング素子（Q1〜Q8）を駆動する駆動信号を生成し、各電力変換器１１へ送る。【００１８】
電力変換器１１は、制御回路４からの駆動信号を受け取り、各スイッチング素子（Q1〜Q8）を駆動する。なお、図１では、各スイッチング素子を駆動するために必要なドライバ回路、ドライバ回路を駆動するために必要な補助電源等を図示していないが、これらは電力変換器１１に含まれている。【００１９】
図６は図１をより詳細に記したものである。ここに示すように、電源９は、発電器２０、コンバータ２１、蓄電素子Ca ２２から構成されている。ここで、発電器２０は、太陽光パネル、熱電変換素子、風力発電機等の、外部エネルギーを電気エネルギーに変換する発電器でも良いし、鉛電池、リチウム電池等の２次電池でも良い。また、コンバータ２１はDC-DCコンバータを想定しているが、発電器２０の発生電力がACであった場合はAC-DCコンバータとしても良い。更に、コンバータ２１は、絶縁型でも非絶縁型でも良いし、単方向動作をするものでも双方向動作をするものでも良い。【００２０】
また、制御回路４と電圧検出手段１０の間、制御回路４と電力変換器１１の間、および、制御回路４と交流電力６の間には、適宜、絶縁手段２３を設けている。ここでは、発電ユニットB ３の負側電位と制御回路４の負側電位が等しい構成を示しているため、直流電圧値Vcb、Q7用の駆動信号、Q8用の駆動信号の信号線には絶縁素子２３を設けておらず、他の信号線には絶縁素子２３を設けた例を示しているが、絶縁素子２３の設置箇所はこの例に限られない。【００２１】
次に、交流電力６の商用周波数１周期分の動作波形を示す図２を用いて、電力変換装置１の基本動作を説明する。【００２２】
図２（Ａ）は、商用周波数１周期分の交流電圧波形Vac １４（実線）と、発電ユニットA ２の出力電圧波形１５（破線）と、発電ユニットB ３の出力電圧波形１６（太実線）の関係を示す図である。ここに示すように、出力電圧波形１５と出力電圧波形１６を重畳した電圧の平均値が交流電圧波形Vac １４と一致するように各発電ユニットが制御されており、具体的には、発電ユニットＡ ２で検出される電圧値Vcaと発電ユニットＢ ３で検出される電圧値Vcbが電圧指令値Vrefと略等しくなるように各電力変換器１１内のスイッチング素子Q1〜Q8が制御される。また、交流電圧波形Vac １４の位相が０、π、２πとなる時刻を夫々t0、t3、t6とし、交流電圧波形Vac １４がVcb（=Vca）と等しくなる時刻を順にt1、t2、t4、t5とする。【００２３】
また、図２（Ｂ）は制御量演算器１２が駆動信号生成器１３に出力する制御量１７を表している。電源Aの出力電流、電源Bの出力電流、交流電力６の電圧実効値、および、電流実効値の夫々が時間変化に対して一定値を維持する定常状態では、VcaとVcbが等しい場合、制御量１７は、Duty = Vac / Vcaで表され、交流電圧波形Vacと同期した正弦波となる。従って、制御量１７は、t0、t3、t6でゼロ、t1、ｔ２で１、t4、t5で−１となる。【００２４】
また、図２（Ｃ）は電力バランスに関する制御量Vba １８である。この制御量Vba １８は、Vba = Vcb - Vcaで演算され、これが略零になるように各電力変換器１１を制御することで、VcaとVcbを略等しくすることができる。すなわち、Vbaが正のときはVcaを上げるかVcbを下げるように電力変換器１１を制御し、Vbaが負のときはVcaを下げるかVcbを上げるように電力変換器１１を制御する。【００２５】
まず、時刻t0〜t3での電力変換装置１の動作を説明する。図２（Ｃ）に示す例では、時刻t0に電力バランスに関する制御量Vba １８が正の値となっている。これは、直流電圧値VcbがVcaよりも大きく、両者のバランスが崩れていることを示しており、例えば、発電ユニットB ３の発電量が過多であり、Vcb = Vrefとするために発電ユニットＢ ３が出力すべき電力よりも、実際の出力電力が少なかった場合等が該当する。この例では、発電ユニットＢ ３の電力出力を促しVcbを下げることで、Vcbを電圧指令値Vrefに近づけることができるので、時刻t0〜t3の時間は、発電ユニットB ３の出力電力が発電ユニットA ２の出力電力よりも多くなるような制御を行う。例えば、発電ユニットB ３を後述するワンパルスモードで動作させるとともに、発電ユニットA ２を後述するチョッパモードで動作させる。これらの動作により、Vcbを電圧指令値Vrefに近づけることでき、結果的に電力バランスに関する制御量Vba １８を小さくできる。【００２６】
なお、本実施例の「ワンパルスモード」とは、交流電圧波形が電力変換器の印加電圧(AならVca)以下の場合は電力変換器の出力をゼロ（短絡）にし、交流電圧が電力変換器以上の電圧ならば電力変換器の出力を電力変換器の印加電圧を出力するモードであり、「チョッパモード」とは、スイッチング周波数に相当する周期で電力変換器の出力電圧をゼロ（短絡）と、電力変換器の印加電圧（BならVcb）とを交互に出力するモードである。【００２７】
ワンパルスモードで動作する発電ユニットB ３は、t0〜t1とt2〜t3では、スイッチング素子Q5、Q6をオン、Q7、Q8をオフにした短絡状態を維持することで発電ユニットBの出力電圧をゼロに維持し（短絡）、t1〜t2では、Q5、Q8をオン、Q6、Q7をオフにした電圧印加状態を維持することで発電ユニットBの出力電圧をVcbに維持している。【００２８】
一方、チョッパモードで動作する発電ユニットA ２は、t0〜t3では、制御量１７に従いスイッチング素子Q1とQ4をオン、Q2とQ3をオフにした電圧印加状態と、スイッチング素子Q1とQ2をオン、Q3とQ4をオフにした短絡状態の両状態を短期間で繰り返すチョッピング動作を実施する。より詳細に説明すると、時刻t0〜t1、t2〜t3では、制御量１７（duty）に連動するように、発電ユニットA ２の電圧印加比を制御し、時刻t1〜t2では、制御量１７から１を除算した制御量１９（duty−１）に連動するように、発電ユニットA ２の電圧印加比を制御する。【００２９】
以上で説明したように、発電ユニットA ２は、t0〜t3の期間、制御量１７または１９に従ったチョッパモードで電力を出力している。また、発電ユニットB ３は、t0〜t1とt2〜t3の期間は電力を出力せず、t1〜t2の期間はワンパルスモードで常に電力を出力する。この結果、電力変換装置１は両発電ユニットの出力電力を重畳した電力を出力する。【００３０】
t0〜t3の期間に、以上で説明した動作をしたときに、ワンパルスモードとチョッパモードの出力電力割合は、Vacと、VcaまたはVcbと、の大小関係によって決まる。【００３１】
本実施例では、ワンパルスモードの出力電力の方がチョッパモードの出力電力よりも大きい場合を想定している。この場合、時刻t0時点で電力バランスに関する制御量１８が正であったとしても、発電ユニットB ３にワンパルスモードを用いることによって直流電圧値Vcbが急激に低下するため、やがて発電ユニットA ２の直流電圧値Vcaが相対的に大となり、Vba = Vcb - Vcaで表される制御量１８は時刻t3に至る前に負になる。すなわち、時刻t3以後も発電ユニットA ２をチョッパモード、発電ユニットB ３をワンパルスモードで動作させると、両発電ユニットの電力バランスが当初とは逆方向に悪化することになるので、適切なタイミングで、各発電ユニットの動作モードを切り替える必要がある。本実施例では、交流電圧波形Vac１４が略零となるタイミングで動作モードの切り替えの要否を再度判定することとする。なお、Vbaは単純な差分として演算するのではなく、PI制御などの演算によってVbaを求めても構わないし、半周期内のどのタイミングでVcaとVcbを読みVbaを計算しても構わない。【００３２】
次に、時刻t3〜t6での電力変換装置１の動作を説明する。交流電圧波形Vac１４が略零となる時刻ｔ3のとき、電力バランスに関する制御量１８が負であるので、Vcaが過大となっていると判断することができる。すなわち、発電ユニットA ２からの電力出力を促し、発電ユニットB ３からの電力出力を抑制すべく、発電ユニットA ２はワンパルスモードで動作し、発電ユニットB ３はチョッパモードで操作する必要がある。【００３３】
時刻t3〜t6での動作も、上記t0〜t3とほぼ同じ動作だが、逆電圧を印加する。すなわち、発電ユニットA ２は短絡時にQ1とQ2とをオン状態にし、電圧印加時はQ2とQ3とをオン状態にする。発電ユニットB ３は短絡時にQ5とQ6をオン状態にし、電圧印加時はQ6とQ7をオン状態にする。【００３４】
以上で説明したように、本実施例の電力変換装置では、直列に接続した複数の発電ユニットを同等の構成とし、各電力変換器１１に印加する電圧Vca,Vcbを直列数分の一となるように制御するため、各電力変換器のスイッチング素子として同等の低耐圧のスイッチング素子を用いることができる。【００３５】
また、本実施例の電力変換装置では、上述の時刻t1〜t6の制御により、発電器２０の発電電力量と電力変換器１１の出力電力量が等しくなるので、発電電力の全てを各発電ユニット外に出力することができる。すなわち、各発電ユニット内の蓄電素子２２に充放電が発生しないため、蓄電素子２２の内部抵抗に起因する損失発生を回避でき、電力変換装置１全体としても損失の発生を抑制できる。【００３６】
なお、本実施例では、２つの発電ユニットＡ、Ｂを直列に接続し、図２（Ａ）に示したように、０、Vcb（＝Vca）、Vca＋Vcbの３レベルの電圧を出力できる電力変換装置を構成したが、３つ以上の発電ユニットを直列に接続して構成した、４レベル以上の電圧を出力できる電力変換装置に本実施例の制御を適用しても良い。
【実施例２】
【００３７】
図３は実施例２の電力変換装置の動作波形を示す。実施例２は、実施例１の、駆動信号生成器１３内の、制御量と駆動信号の関係が変化した形態であり、共通する点は説明を省略する。【００３８】
実施例２では、発電ユニットA ２と発電ユニットB ３の動作を、メイン動作モードとサブ動作モードに分けている。【００３９】
なお、メイン動作モードとは、相対的に大きな電力を出力する動作モードであり、サブ動作モードとは、相対的に小さな電力を出力する動作モードである。図３のt0〜t3を例に説明すると、t0〜t1では、チョッパモードの電力変換器１１Ｂの方が動作していない電力変換器１１Ａよりも大きな電力を出力し、t1〜t2では、ワンパルスモードの電力変換器１１Ｂの方がチョッパモードの電力変換器１１Ａよりも大きな電力を出力し、t2〜t3では、チョッパモードの電力変換器１１Ｂの方が動作していない電力変換器１１Ａよりも大きな電力を出力している。すなわち、t0〜t3では、電力変換器１１Ｂの出力電力が常に大きいため、電力変換器１１Ｂが常にメイン動作モード、電力変換器１１Ａが常にサブ動作モードであることになる。一方、t3〜t6では、電力変換器１１Ａの出力電力が常に大きいため、電力変換器１１Ａが常にメイン動作モード、電力変換器１１Ｂが常にサブ動作モードであることになる。【００４０】
従って、本実施例における、メイン動作モードとは、t0〜t1の期間はチョッパモード、t1〜t2の期間はワンパルスモード、t2〜t3の期間はチョッパモードで動作する動作モードのことであり、サブ動作モードとは、t0〜t1の期間は短絡、t1〜t2の期間はチョッパモード、t2〜t3の期間は短絡で動作する動作モードのことである。【００４１】
発電ユニットA ２がサブ動作モードであり、発電ユニットB ３がメイン動作モードとなる時刻ｔ0〜t3の時間、発電ユニットB ３は制御量Dutyが0以上1未満の時にチョッピングする。Dutyが1以上の時はDuty=1として動作する。つまり、t0〜t1とt2〜t3の期間はチョッパモードで動作し、t1〜t2の期間はワンパルスモードで操作する。【００４２】
一方、発電ユニットA ２は制御量が1以上の時にDuty-1の割合でチョッパモードで動作する。つまり、t0〜t1とt2〜t3の期間は短絡状態であり、t1〜t2の期間はチョッパモードで操作する。【００４３】
以上のように制御すれば、メイン動作モードで駆動している発電ユニットB ３はt0〜t3まで電力を供給でき、サブ動作モードで駆動している発電ユニットA ２はt1〜t2の期間の一部の電力を供給するため、発電ユニットA ２と発電ユニットB ３の発電量バランスが大きく崩れていても対応できる。【００４４】
なお、図３のように電力バランスに関する制御量１８が反転した場合は、実施例１と同様にメイン動作モードとサブ動作モードを切り替えることによって、電力変換器は所望の電力バランスで電力を出力することが可能である。
【実施例３】
【００４５】
図４は実施例３の電力変換装置の動作波形を示す。実施例３は、実施例２の、駆動信号生成器１３内の、動作モード切り替えタイミングが変化した形態であり、共通する点は説明を省略する。【００４６】
実施例１と実施例２では、Vacが略零となるタイミングで動作モードを切り替えた。実施例３は、電力バランスに関する制御量１８が正負切り替わった時に動作モードを切り替えている。【００４７】
ただし、発電ユニットA ２と発電ユニットB ３の動作モードを切り替えるタイミングは、各電力変換器のスイッチング状態が等しい時でなければならない。例えば、両電力変換器が短絡状態のときであれば、Q1とQ2とQ5とQ6がオンの時に切り替える。両電力変換器が正の電圧印加状態であれば、Q1とQ4とQ5とQ8がオンの時に切り替える。両電力変換器が負の電圧印加状態であれば、Q2とQ3とQ6とQ7がオンの時に切り替える。【００４８】
このように切り替えることで、所望の電力配分に対する誤差は最小限に抑えられる。さらに、スイッチング状態が等しい時に切り替えることでノイズの発生を最小限に抑えることができる。
【実施例４】
【００４９】
図５は実施例４の電力変換装置の動作波形を示す。実施例４は、実施例３の、駆動信号生成器１３内に、充電モード切り替え制御を追加した形態であり、共通する点は説明を省略する。【００５０】
図５（Ｃ）に示すように、電力バランスに関する制御量に閾値Vthを設けており、t0〜t7までは閾値を超えている。このとき、充電モードで電力変換装置は動作する。【００５１】
以下、充電モードの動作を説明する。まず、t0〜t1までは、メイン動作モードで動作している発電ユニットB ２からサブ動作モードで動作している発電ユニットA ３へ充電が可能である。そこで、発電ユニットB ２は電圧印加し、発電ユニットA ３は逆電圧を印加する。このように制御すると、t0〜t1の期間は発電ユニットB ３から発電ユニットA ３へ充電することになる。ただし、この時は、発電ユニットA ２がチョッパ動作をするが、逆電圧を印加するため、Dutyは反転する。つまり、Dutyの割合で、Q1とQ2がオン状態の短絡モードとなり、1-Dutyの割合で、Q2とQ3がオン状態となる逆電圧印加モードとなる。【００５２】
次に、t1〜t2の期間は、発電ユニットB ３から発電ユニットA ２へ充電はできないため、実施例３と同様の動作をする。【００５３】
t2〜t3はt0〜t1と同じ条件なので、同様の充電モードで動作する。【００５４】
t3〜t7は、逆電圧で充電モード動作をする。発電ユニットA ２はメイン動作モードで動いているので、Q6とQ7をオン状態にして逆電圧を印加し、発電ユニットB ３は1-Dutyの割合で正電圧を印加するチョッパモードで動作する。【００５５】
t7〜t6は、電力バランスに関する制御量が閾値以下なので、実施例３に示したメイン動作モードとサブ動作モードを、電力バランスに関する制御量に従い切り替えて動作する。【００５６】
なお、充電モードに切り替えるタイミングおよび、充電モードから切り替わるタイミングも、各電力変換器のスイッチング状態が等しい時に行うことが望ましい。【００５７】
以上のように、充電モードを追加することによって、さらに発電量バランスが大きく崩れていても、所望の電力バランスで電力を出力することが可能である。
【実施例５】
【００５８】
図７は実施例５の電力変換装置の動作波形を示す。実施例５は、実施例１の、電源Aおよび電源Bへの電力供給回路３０と電力変換器の状態量検出器３１を追加した形態であり、共通する点は説明を省略する。【００５９】
電力供給部内には、発電器２０と電源C３２と絶縁トランス３３を備える。発電器が発電した電力を電源Cから電源Aと電源Bが受け取る。電源Aと電源Bへ送る電力の配分は電源で調整することも可能である。しかし、電源Aと電源Bが電力配分を制御しなくとも、電力変換器が本実施例のモード切り替え制御を行えば、電力は自由に配分できる。【００６０】
一例として、電力変換器から状態量検出器３１を介して、電力変換器の発熱量を制御回路に送信した場合、発熱量の大きな電力変換器が出力する電力を減らし、発熱量の小さな電力変換器が出力する電力を増やす制御が可能である。【００６１】
これにより、熱分散制御が実現できるため、ファンやフィンなど冷却機構の小型化、筐体の小型化、低コスト化に貢献できる。
【実施例６】
【００６２】
図８は実施例６の電力変換装置の動作波形を示す。実施例６は実施例２の発電ユニットが三段あった場合の実施例であり、共通する点は説明を省略する。【００６３】
各電力変換器に印加される直流電圧は、ほぼ等しい値であり、負荷電力のピーク電圧が、２倍以上であり、かつ、３倍以下となる値とする。【００６４】
電力バランスに関する制御量は各電力変換器の印加電圧を比較して、電力を出力したい発電ユニット順にメイン動作モード、サブ１動作モード、サブ２動作モードを割り当てる。図８（Ｃ）には発電ユニットB ３と発電ユニットC の電力バランスに関する制御量Vba_bcのみ示し、前半周期は動作モードを順に、発電ユニットCをメイン動作モード、発電ユニットBをサブ１動作モード、発電ユニットAをサブ２動作モードとした。後半周期はVba_bcが反転したので、メイン動作モードとサブ１動作モードが切り替わる。【００６５】
図８（Ｂ）に示すように三段なので、制御量１７は３以下の値となる。Duty１以下では、Dutyに従いメイン動作モードの電力変換器が駆動し、Dutyが１以上２以下では、メイン動作モードの電力変換器はDuty=1の動作（つまり、常に電圧印加状態を維持）をし、サブ１動作モードの電力変換器がDuty-1に従いチョッパ動作を行う。Dutyが２以上では、メイン動作モードとサブ１動作モードの電力変換器はDuty=1の動作をし、サブ２動作モードの発電器がDuty-2に従いチョッパ動作を行う。【００６６】
実施例６では略Vac=0の時に動作モードを切り替える場合を記したが、３段以上の動作も電力バランスに関する制御量に従い、切り替える電力変換器の素子状態が等しいときであれば、いつでも切り替えて構わない。【００６７】
以上のように制御すれば、３段以上の時も任意の電力バランスで発電器を駆動することが可能となる。【００６８】
さらに、図９に示すように、例えば電力変換装置をモータに接続し、モータへ供給する電流Ioutが図９（Ｃ）のように大きく変動した場合、制御量Dutyは２以上から１以下へ急減するが、その時の各発電ユニットの動作は、t0〜t1と同じ状態で動作するため、負荷急変にも耐えられる。
【実施例７】
【００６９】
図１０は実施例７の電力変換装置の概略回路図を示す。実施例７は、実施例１の、電力供給部３０が多層構造の太陽光パネルの実施例である。【００７０】
太陽光パネルが２層以上の構造体として製作され、A層とB層の励起準位が異なり、A層を透過した光のスペクトルの一部をB層が発電する構造とする。【００７１】
実施例７のように各層ごとに発電ユニットを分離することで、各層ごとの最大電力点に追従することができる。【００７２】
以上のように、発電ユニットを分離、直列接続することで、多層構造の太陽光パネルの場合、各層ごとに最適制御が行えるし、単層構造の太陽光パネルも配置位置や配置角度が異なる場合、例えば東面と西面に配置した場合など、各動作の条件が等しいパネルごとに最適制御が行えるため、発電効率が良い。これを実現するためには、実施例１〜６に示したインバータの電力バランスを所望のバランスに設定する。【００７３】
これにより、太陽光発電システムにおいて、実施例１〜６で説明した効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００７４】
１  電力変換装置
２  発電ユニットA
３  発電ユニットB
４  制御回路
５  平滑フィルタ
６  交流電力
７  交流リアクトルACL 
８  蓄電素子Cac
９  電源
１０  電圧検出器
１１  電力変換器
１２  制御量演算器
１３  駆動信号生成器
１４  交流電圧波形
１５  発電ユニットA動作波形
１６  発電ユニットB動作波形
１７  制御量Duty
１８  電力バランスに関する制御量Vba
１９  制御量Dutyから1を引いた値。ただし、0 ≦ Duty-1 ≦ 1であり、Duty - 1 < 0  の時はDuty -1 = 0とし、1 < Duty - 1の時はDuty - 1 = 1とする。
２０  発電器
２１  コンバータ
２２  蓄電素子Ca、Cb
２３  絶縁素子
３０  電力供給部
３１  状態量検出器
３２  電源C
３３  絶縁トランス
４０  発電ユニットC動作波形
４１  制御量Dutyから２を引いた値。ただし、0 ≦ Duty-2 ≦ 1であり、Duty - 2 < 0  の時はDuty -2 = 0とし、1 < Duty - 2の時はDuty - 2 = 1とする。
４２  負荷電流
Vca  電力変換器Aの両端電圧情報
Vcb  電力変換器Bの両端電圧情報
Vcc  電力変換器Cの両端電圧情報
Vth  閾値
Vac  交流電力の両端電圧情報
Vba_bc  電力変換器Bと電力変換器Cとの電力バランスに関する制御量
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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