(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池からの直流電力を平滑化する直流部コンデンサと前記直流部コンデンサにて平滑化した直流電力を交流電力に変換するインバータ部を備える主回路部と、
前記主回路部のインバータ部にスイッチング指令を送るスイッチングパルス生成部と、
前記スイッチングパルス生成部により送られたスイッチング指令に基づき、前記インバータ部で電力を消費している際の前記直流部コンデンサの直流電圧値と前記直流部コンデンサの開放電圧値との差分と、予め定めた運転可能降下電圧値とを比較する比較部とを備える起動判定処理部と、
を備えるパワーコンディショナ。
【請求項２】
請求項１記載のパワーコンディショナであって、
前記起動判定処理部は、前記直流部コンデンサの開放電圧と予め設定した基準電圧値とを比較し、比較により得られた結果に基づき前記スイッチングパルス生成部から前記インバータ部にスイッチング指令を送るか否かを決定することを特徴とするパワーコンディショナ。
【請求項３】
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、太陽電池からの直流電力を交流電力に変換するインバータ部及び該太陽電池からの直流電力を平滑化する直流部コンデンサを備える主回路部を備えており、
スイッチングパルス生成部にて生成したスイッチング指令を該インバータ部に出力する出力工程と、
前記出力工程にて出力したスイッチング指令に基づき該インバータ部で電力を消費している際の前記直流部コンデンサの直流電圧値と前記直流部コンデンサの開放電圧値との差分と、予め定めた運転可能降下電圧値とを比較する比較工程と、
を備えるパワーコンディショナの制御方法。
【請求項４】
請求項３記載のパワーコンディショナの制御方法であって、
該直流部コンデンサの開放電圧と予め設定した基準電圧値とを比較し、比較により得られた結果に基づき前記スイッチングパルス生成部から前記インバータ部にスイッチング指令を送るか否かを決定する工程と、
を備えることを特徴とするパワーコンディショナの制御方法。
【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およびパワーコンディショナの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本技術分野の背景技術として、特開２０１２−２０５３２８号公報（特許文献１）がある。この公報には、「連系運転が可能な電力を太陽電池が供給できるか否かを判定する際に電力が供給される負荷やスイッチ回路について、耐圧の低いものが利用できる系統連系装置を提供する。」と記載されている。また、特許第３７６２０３６号公報（特許文献２）がある。この公報には、「太陽電池の出力特性が変化してもパワーコンディショナを安定的に運転可能とする。」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２０５３２８号
【特許文献２】特許第３７６２０３６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
太陽光発電システムにおいて、パワーコンディショナは、起動時に電力系統と連系し、太陽電池が出力する直流電力を交流電力に変換することで、電力系統に供給する。
【０００５】
パワーコンディショナは、太陽電池の出力電力が、パワーコンディショナの起動に必要な電力を上回ると起動し、太陽電池の出力電力が減少してパワーコンディショナの起動に必要な電力を下回ると停止する。
【０００６】
このパワーコンディショナの起動において、電力系統と連系を行う前の状態では、通常、太陽電池の開放電圧（電流が流れていないのときの直流電圧）しか得られる情報がない。そのため、温度によって開放電圧値が変化してしまう太陽電池の特性により、太陽電池の出力電力が、パワーコンディショナの起動に必要な電力を上回っているかが、開放電圧からは明解にわからない。そのため、太陽電池の出力電力が不十分だと、パワーコンディショナの起動と同時に、パワーコンディショナが太陽電池の出力電力を消費し、低下した直流電圧がパワーコンディショナの運転条件を満足しないため、パワーコンディショナは停止する。この際、電力系統と連系する際に投入する系統連系用リレー（以下、ＭＣ）の、不要な開閉動作が発生する。ＭＣの不要な開閉動作が発生すると、ＭＣの寿命低下や騒音の影響があるため、避けることが望ましい。
【０００７】
前記特許文献１には、パワーコンディショナの外部に設けた交流負荷回路に電力を消費させ、太陽電池がパワーコンディショナの運転に必要な電力を出力しているかを判断する手段を記載している。また、前記特許文献２には、パワーコンディショナの内部に追加で設けた放電回路内の放電抵抗に電力を消費させ、太陽電池がパワーコンディショナの運転に必要な電力を出力しているかを判断する手段を記載している。
【０００８】
しかし、前記特許文献１においては、パワーコンディショナの外部に、起動判定用の交流負荷回路や、回路切替装置等の追加部品が必要となる。また、前記特許文献２においては、直流部に放電抵抗が別途必要となる。
【０００９】
そこで、本願では、信頼性が高く、また、より安価に、太陽電池がパワーコンディショナの運転に必要な電力を出力しているかを判断し、パワーコンディショナの起動と停止の繰り返しを避けるパワーコンディショナおよびパワーコンディショナの制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲の構成を採用する。
【００１１】
太陽電池からの直流電力を交流電力に変換するインバータ部を備える主回路部と、前記主回路部のインバータ部にスイッチング指令を送るスイッチングパルス生成部と、前記スイッチングパルス生成部により送られたスイッチング指令に基づき前記インバータ部で電力を消費している際の直流電圧値と予め定めた運転可能最小電圧値とを比較する比較部と、を備える起動判定処理部と、を備えるパワーコンディショナである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、信頼性が高く、また、より安価なパワーコンディショナおよびパワーコンディショナの制御方法を提供することができる。
【００１３】
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例１におけるパワーコンディショナの構成図の例である。
【図２】起動判定処理部１５０の処理を説明するフローチャートの例である。
【図３】発電電力量が少ない場合と多い場合とを比較したＰ−Ｖカーブの例である。
【図４】比較演算部１５２の判定基準を説明するためのＰ−Ｖカーブの例である。
【図５】有効電力（Ｐ）と周波数（ｆ）の関係を表す図の例である。
【図６】スイッチングパルス生成部１６０で行われる動作の例である。
【図７】スイッチングパルス生成部１６０で行われる動作の例である。
【図８】実施例２におけるパワーコンディショナの構成図の例である。
【図９】起動判定処理部２５０の処理を説明するフローチャートの例である。
【図１０】パワーコンディショナ内部で電力を消費した際のＰ−Ｖカーブの例である。
【図１１】実施例３におけるパワーコンディショナの構成図の例である。
【図１２】起動判定処理部３５０の処理を説明するフローチャートの例である。
【図１３】ある条件下での太陽電池のＰ−Ｖカーブの例である。
【図１４】ある条件下での太陽電池のＩ−Ｖカーブの例である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、実施例を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１６】
本実施例では、連系運転を行う前に、パワーコンディショナの内部に備えた交流負荷を用いて電力を消費し、太陽電池が、パワーコンディショナの運転に必要な最小電力（以下、運転可能最小電力）を発電可能かどうかを判断する方法について説明する。
【００１７】
図１は、本実施例のパワーコンディショナの構成図の例である。
【００１８】
本実施例のパワーコンディショナは、パワーコンディショナ主回路部１００と起動判定処理部１５０を備えて構成され、太陽電池１と電力系統２はパワーコンディショナ主回路部１００に接続される。
【００１９】
パワーコンディショナ主回路部１００は、絶縁トランス１１、ＭＣ１２、系統側ブレーカ１３、直流側ブレーカ１４、直流部コンデンサ１５、インバータ部２０を備えて構成される。インバータ部２０は、主素子２１、主回路フィルタ３０を有し、主回路フィルタ３０はリアクトル３１、ダンパ抵抗３２、フィルタコンデンサ３３を有する。  
起動判定処理部１５０は、推定処理起動判定部１５１、比較演算部１５２、スイッチングパルス生成部１６０を有する。
【００２０】
太陽電池１は、発電した直流電力をパワーコンディショナ主回路部１００へ出力する。電力系統２は、交流電力をパワーコンディショナ主回路部１００と受け渡しする。絶縁トランス１１は、インバータ部２０と電力系統２との間に設けられたトランスであり、インバータ部２０と電力系統２とを絶縁する。ＭＣ１２は、系統側ブレーカ１３を介して、インバータ部２０と電力系統２とを連系させる際に投入する。系統側ブレーカ１３は、電力系統２とパワーコンディショナ主回路部１００とを接続する際に投入するブレーカであり、交流側の保護としても使用する。直流側ブレーカ１４は、太陽電池１とパワーコンディショナ主回路部１００とを接続する際に投入するブレーカであり、直流側の保護としても使用する。直流部コンデンサ１５は、パワーコンディショナ主回路部１００の直流側に設けられたコンデンサであり、直流電圧の平滑化を行う。また、このコンデンサを監視することで、太陽電池１が出力する直流電圧を計測することができる。
【００２１】
主素子２１はスイッチングパルス生成部１６０よりスイッチング指令を受け、太陽電池１が出力した直流電力を交流電力に変換し、主回路フィルタ３０へ出力する。主回路フィルタ３０は、主素子２１が出力した交流電流の高調波を除去する。出力された電力は、絶縁トランス１１、ＭＣ１２、系統側ブレーカ１３を介して電力系統２へ出力される。リアクトル３１、ダンパ抵抗３２、フィルタコンデンサ３３は、交流電力の高調波を抑制するための部品として主回路フィルタ３０の内部に搭載されている。主素子２１がスイッチングを行った際は、後述のようにダンパ抵抗３２にて電力が消費される。
【００２２】
推定処理起動判定部１５１は、直流部コンデンサ１５の開放電圧（直流電流が流れていないときの直流電圧）を監視し、推定処理を起動するかどうかの判定を行う。推定処理を起動可能と判断した場合に、スイッチングパルス生成部１６０へ推定処理起動指令を出力する。
【００２３】
スイッチングパルス生成部１６０は、推定処理起動判定部１５１より推定処理起動指令を入力されると、主素子２１へスイッチング指令を出力する。この詳細については後述する。
【００２４】
比較演算部１５２は、ダンパ抵抗３２が電力を消費している時の直流部コンデンサ１５の直流電圧（以下、負荷投入時の直流電圧）と、運転可能最小電圧を比較し、負荷投入時の直流電圧が運転可能最小電圧を上回っている場合には起動可能と判断して起動指令を出力する。
【００２５】
運転可能最小電圧とは、直流電力を交流電力に変換する際、必要とされる直流電圧の最小値である。直流電力を交流電力に変換する際には、変調率を変化させることで、変換される交流電圧値を調整することが可能だが、電力系統２の交流電圧は定められているため、変換に必要とされる直流電圧の最小値が存在する。この直流電圧の最小値が運転可能最小電圧である。運転可能最小電圧は、例えば工場出荷時に予め定められる値である。
【００２６】
図２は起動判定処理部１５０の処理を説明するフローチャートの例である。図２を用いて、起動判定処理部１５０が行う処理について説明する。
【００２７】
まず、推定処理起動判定部１５１にて、直流部コンデンサ１５の開放電圧と、予め設定されていた基準電圧とを比較し（Ｓ２０１）、開放電圧が基準電圧より大きい場合に推定処理起動指令を出力する（Ｓ２０２）。この際、系統連系規程上の理由等から、電力系統２が復帰状態であることを条件に追加してもよい。また、安全上の理由から、運転指令を条件に追加してもよい。
【００２８】
スイッチングパルス生成部１６０は推定処理起動判定部１５１から推定処理起動指令を入力されると、主素子２１をスイッチングするためのスイッチングパルスを生成し（Ｓ２０３）、主素子２１へスイッチング指令を出力する（Ｓ２０４）。
【００２９】
主素子２１がスイッチングを行うと、太陽電池１が発電した直流電力が交流電力へと変換される。変換された交流電力は主回路フィルタ３０内のダンパ抵抗３２が消費する。
【００３０】
このとき、パワーコンディショナの内部で消費する電力の合計が運転可能最小電力を超えるよう、ダンパ抵抗３２の消費電力を調整することとする。運転可能最小電力とは、パワーコンディショナの運転時に最小限必要な電力で、主素子２１の無負荷状態でのスイッチングロスや、冷却ファン、各種回路の電源等の消費電力の合計となる。例えば、起動判定処理中の動作状態が、主素子２１はスイッチングし、冷却ファンは停止し、各種回路の電源は投入されているような場合、ダンパ抵抗３２に消費させる電力は、冷却ファンの駆動のために消費される電力と、その他運転を開始することによって追加で発生する消費電力を加えたものとする。ダンパ抵抗３２が消費する電力の調整方法は後述する。
【００３１】
比較演算部１５２では、負荷投入時の直流電圧と、運転可能最小電圧とを比較する（Ｓ２０５）。運転可能最小電圧より負荷投入時の直流電圧の方が大きい場合には、後述の理由により、太陽電池１の発電電力は運転可能最小電力を上回る。よって、運転可能最小電圧より負荷投入時の直流電圧の方が小さい場合には、運転不可と判断し、スイッチング指令の出力を止め、一定時間の待機を行い（Ｓ２０６）、起動判定処理部１５０の最初から判定処理をやり直す。
【００３２】
一方、運転可能最小電圧より負荷投入時の直流電圧の方が大きい場合には、運転可能と判断し、比較演算部１５２は起動指令を出力する（Ｓ２０７）。
【００３３】
このように、太陽電池１の発電電力と運転可能最小電力の比較を行った上で運転の可否を判定することで、パワーコンディショナの起動と停止の繰り返しを回避することが可能となる。
【００３４】
以下、比較演算部１５２が起動指令を出力する判定基準の根拠について説明する。
【００３５】
図３は太陽電池１の出力電力（Ｐ）と出力電圧（Ｖ）の関係を表すＰ−Ｖカーブの例である。太陽電池１の発電電力量が少ない場合と多い場合とを比較する。
【００３６】
図３に示す記号はそれぞれ、ＶＯＰが開放電圧、ＶＲＵＮが運転可能最小電圧、ＰＣＯＭがダンパ抵抗３２が電力を消費した際にパワーコンディショナ全体で消費される電力、ＶＣＯＭがＰＣＯＭ消費時の電圧、ＰＭＡＸがＰ−Ｖカーブ上で電力が最大となる点、とする。  
まず、図３において、ＰＣＯＭよりＰＭＡＸの方が小さい場合のパワーコンディショナの動作について説明する。起動判定処理部１５０の処理が始まる時点で、太陽電池１は直流電流を出力できていないため、開放電圧点であるＶＯＰをとる。ＶＯＰがＶＲＵＮより大きいため、起動判定処理が開始する。ダンパ抵抗３２が電力を消費すると、対応する直流電力が太陽電池から放出される。結果、直流部コンデンサ１５の直流電圧が下がり、太陽電池１の出力する直流電力はＰ−Ｖカーブに沿って徐々に上昇する。しかし、ＰＣＯＭを供給できる電圧点は存在しないため、直流電力はＰＭＡＸを超えて０点まで減少する。
【００３７】
次に、ＰＣＯＭよりＰＭＡＸの方が大きい場合のパワーコンディショナの動作について説明する。上述の場合と同様に、ダンパ抵抗３２が電力を消費すると、対応する直流電力が太陽電池から放出される。結果、直流部コンデンサ１５の直流電圧が下がり、太陽電池１の出力する直流電力はＰ−Ｖカーブに沿って徐々に上昇する。直流電圧がＶＣＯＭなった時点で、直流部コンデンサ１５へ流入する電力が、放出される直流電力と一致するため、平衡状態となる。よって、この時点のＰ−Ｖカーブ上の点で安定して動作する。
【００３８】
電力を消費すると、その電力に見合ったＰ−Ｖカーブ上の点をとるため、電力消費時の電圧は開放電圧より小さくなる。よって、さらにＶＣＯＭとＶＲＵＮを比較し、後述のように運転に必要な電圧があるかを確認する必要がある。
【００３９】
図４を用いて比較演算部１５２の判定基準について説明する。
【００４０】
図４は、図３のＰＣＯＭよりＰＭＡＸの方が大きい場合のＰ−Ｖカーブに対して、ＶＯＰがＶＲＵＮに比較的近い値をとる場合のＰ−Ｖカーブの例である。図４に示す記号は、図３で示された同一の記号名と同一の意味をとる。図４より、ＶＯＰはＶＲＵＮより大きいが、ダンパ抵抗３２が電力を消費すると、ＶＣＯＭはＶＲＵＮより小さくなることがわかる。このように、電力を消費すると、その電力に見合ったＰ−Ｖカーブ上の点をとるため、電力消費時の電圧は開放電圧より小さくなる。よって、比較演算部１５２では、ＶＣＯＭとＶＲＵＮの比較を行い、運転に必要な電圧があるかを確認する。
【００４１】
次に、ダンパ抵抗３２に電力を消費させる方法について説明する。
【００４２】
数１は、ＲＬＣ回路の電力を求める式である。
【００４３】
【数１】
0006681162.tif 000002
【００４４】
正弦波の交流電圧を印加した時のダンパ抵抗３２で消費される電力は、数１で求められる。
【００４５】
数１において、Ｐはダンパ抵抗３２に消費させる有効電力、Ｖは印可電圧（相電圧の振幅値）、Ｌはリアクトル３１のインダクタンス、Ｒはダンパ抵抗３２の抵抗値、Ｃはフィルタコンデンサ３３の静電容量、ωは角速度である。Ｌ、Ｒ、Ｃの値として相換算値を用いれば、一相当たりの電力が数１より算出されるので、３倍することで三相合計の電力となる。Ｌ、Ｒ、Ｃを固定値とすると、有効電力Ｐは角速度ωと印可電圧Ｖの関数となる。
【００４６】
図５は、印可電圧Ｖを一定とした場合の有効電力Ｐと周波数ｆの関係を表した図の例である。ここで、周波数ｆは角速度ωを２πで除したものであり、ｆＲは共振周波数である。図５より、周波数を変更することで、共振周波数ｆＲでの最大電力以下の、任意の電力Ｐを消費することが可能となる。
【００４７】
次に、上記電力Ｐを消費するときの周波数とその際のコンデンサ両端の電圧ＶＣについて示す。接続される電力系統２の周波数より高い周波数領域では、コンデンサの電圧ＶＣは印可電圧Ｖよりも高くなり得る。結果、通常運転時以上の電圧がコンデンサ両端に発生する可能性がある。ここで、周波数としては連系される系統の周波数を含んだ共振周波数ｆＲよりも小さい領域を利用するものと仮定する。電力Ｐを消費するときの周波数は数１を角速度ωについて解くことで得られる。これは数２のようになる。
【００４８】
【数２】
0006681162.tif 000003
【００４９】
この角速度ωでのコンデンサ両端の電圧ＶＣは数３で表されるが、数３の角速度ωに数２を代入すると、印可電圧Ｖで電力Ｐを消費する場合のコンデンサ両端の電圧ＶＣが求まる。
【００５０】
【数３】
0006681162.tif 000004
【００５１】
この式により、印可電圧Ｖによるコンデンサ両端の電圧ＶＣの調整が可能となりコンデンサの部品定格範囲内での電力消費が可能となる。
【００５２】
主素子２１のスイッチングによってＰＷＭ変調を行ったＰＷＭ交流電圧を印加する場合は、電圧波形に高周波成分を含む。この高周波成分を含む場合の電力の計算について説明する。まず、フーリエ変換にてＰＷＭ電圧波形中に含まれる周波数成分を求めれば、それぞれの周波数ごとに数１より電力を計算できる。この電力を含有される全ての周波数について積算することで計算可能となる。また、実際の出力条件に従う環境を準備して予め電力を計測しておくことで周波数と電力の関係を把握してもよい。
【００５３】
ダンパ抵抗３２に電圧を印加してから、実際に数１で示される電力が発生するまでの概略の時間は主回路フィルタのＬとＲから構成されるＬＲ回路の時定数で求めることができる。この時定数は通常、約１秒以下となる。
【００５４】
実際に数１で示される電力が発生した後に直流電圧の計測を行うが、通常、前記時定数と同程度以下の時間で行うことが可能である。また、運転開始判定のためのスイッチング指令出力の間隔は数秒から数分と思われるが、この間隔を調整すればダンパ抵抗３２の使用率を決めることができる。
【００５５】
数１で示される電力が発生するまでの時間と、直流電圧の計測を行う時間と、ダンパ抵抗３２の使用率が短時間定格の範囲であれば、短時間定格での電力消費を行うことが可能となる。短時間定格は通常、連続定格の数倍であるので、正弦波フィルタの目的で供されるダンパ抵抗であっても、多くの場合運転可能最小電力と同程度の電力消費が可能となる。
【００５６】
ここで、ダンパ抵抗３２に電力を消費させた際の、フィルタコンデンサ３３の電圧を求める。ダンパ抵抗３２に電力を消費させる際の周波数を共振周波数より小さい周波数とする場合、主回路フィルタ３０内において、フィルタコンデンサ３３にかかる電圧がより大きくなる。そのため、以下のようにフィルタコンデンサ３３にかかる電圧を求めることで、フィルタコンデンサ３３の故障を防ぐことが可能となる。
【００５７】
次に、スイッチングパルス生成部１６０が行う動作について説明する。
【００５８】
図６はスイッチングパルス生成部１６０内で行われる動作の具体例である。図６において、スイッチングパルス生成部１６０は、積算部１６１、変換部１６２、及び、ＰＷＭパルス生成部１６３を有する。スイッチングパルス生成部１６０は、推定処理起動判定部１５１から推定処理起動指令を入力されると、以下の動作を行う。
【００５９】
まず、積算部１６１に角速度２πｆ（ｆは周波数）を入力し、時間積算を行い、位相θを出力する。
【００６０】
次に、変換部１６２に位相θとｄ軸の電圧指令Ｖｄ＊とｑ軸の電圧指令Ｖｑ＊を入力する。ただし、Ｖｑ＊の電圧指令値は０とする。変換部１６２にて、Ｖｄ＊、Ｖｑ＊のｄｑ軸上の電圧が三相の交流電圧信号に変換され、ＰＷＭパルス生成部１６４へ出力する。ＰＷＭパルス生成部１６４では、三相の交流電圧からＰＷＭパルスとなる６本のスイッチングパルス信号を生成し、主素子２１へスイッチング指令として出力する。
【００６１】
また、電圧フィードバック処理を備えた場合のスイッチングパルス生成部１６０の動作について説明する。
【００６２】
図７は、電圧フィードバック処理を備えた場合のスイッチングパルス生成部１６０内で行われる動作の具体例である。図７において、スイッチングパルス生成部１６０は、積算部１６１、変換部１６２、ＰＷＭパルス生成部１６３、電力演算部１６４、周波数演算部１６５を有する。
【００６３】
スイッチングパルス生成部１６０は、図６のスイッチングパルス生成部１６０に加えて、電力演算部１６４と周波数演算部１６５を備えたものである。すでに説明した図６に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有するので、それらの説明は省略する。
【００６４】
電力演算部１６４は、主素子２１と主回路フィルタ３０間の交流電流と交流電圧から電力演算を行う。このとき、交流電圧は変換部１６２に入力した電圧指令から換算することも可能である。また、電力演算部１６４で使用する電流と電圧は、直流側で検出してもよい。
【００６５】
電力演算部１６４が出力した電力と、予め設定されていたダンパ抵抗３２に消費させる電力とが比較され、差分の電力が出力される。周波数演算部１６５は、電力演算部１６４から出力された差分の電力に比例係数と積分係数をかけて和をとることで、周波数指令を出力する。
【００６６】
図７のようなスイッチングパルス生成部１６０を備えることで、ダンパ抵抗３２に、固体間の抵抗誤差や温度等による抵抗変化が発生した場合にも、所望の電力を消費させることが可能となる。
【００６７】
また、パワーコンディショナ主回路部１００の直流側に昇圧チョッパ回路を搭載した場合においても、本発明は有効である。
【００６８】
また、本発明では、電力系統２との接続は三相としているが、単相接続でも同様の手法が適応可能である。
【実施例２】
【００６９】
本実施例では、連系運転を行う前に、パワーコンディショナの内部に備えた交流負荷を用いて電力を消費し、電力を消費する前と後の直流電圧の降下分から、太陽電池が、パワーコンディショナの運転に必要な最小電力を発電可能かどうかを判断する方法について説明する。
【００７０】
図８は、本実施例のパワーコンディショナの構成図の例である。
【００７１】
本実施例のパワーコンディショナは、パワーコンディショナ主回路部１００と起動判定処理部２５０を備えて構成され、太陽電池１と電力系統２はパワーコンディショナ主回路部１００に接続される。
【００７２】
パワーコンディショナ主回路部１００は、絶縁トランス１１、ＭＣ１２、系統側ブレーカ１３、直流側ブレーカ１４、直流部コンデンサ１５、インバータ部２０を備えて構成される。インバータ部２０は、主素子２１、主回路フィルタ３０を有し、主回路フィルタ３０はリアクトル３１、ダンパ抵抗３２、フィルタコンデンサ３３を有する。
【００７３】
起動判定処理部２５０は、推定処理起動判定部１５１、比較演算部２５２、スイッチングパルス生成部１６０を有する。
【００７４】
図１のパワーコンディショナの構成図のうち、比較演算部１５２を比較演算部２５２に変更したものである。その他の構成は、すでに説明した図１に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有するので、それらの説明は省略する。
【００７５】
比較演算部２５２は、直流部コンデンサ１５の開放電圧と、負荷投入時の直流部コンデンサ１５の直流電圧と、予め定められた運転可能降下電圧を比較する。開放電圧と負荷投入時の直流電圧の差（以下、直流降下電圧）が運転可能降下電圧よりも小さい場合に、起動指令を出力する。
【００７６】
運転可能降下電圧とは、任意の固定電圧や、開放電圧をもとに算出した電圧の割合であり、起動指令を出力する条件の比較に使用する直流降下電圧である。
【００７７】
図９は起動判定処理部２５０の処理を説明するフローチャートの例である。図９を用いて、起動判定処理部２５０が行う処理について説明する。
【００７８】
推定処理起動判定部１５１、スイッチングパルス生成部１６０が行う処理については、実施例１で説明した内容と同一のため省略する。
【００７９】
ただし、ダンパ抵抗３２が消費する電力は、運転可能最小電力を超える必要はなく、任意の固定電力とする。本実施例では、ダンパ抵抗３２が消費する電力を、運転可能最小電力より小さい電力とする。
【００８０】
しかし、ダンパ抵抗３２が消費する電力には、例えば、電圧検出精度、あるいはその他の推定方法等によって制約がある。
【００８１】
比較演算部２５２では、直流降下電圧と運転可能降下電圧とを比較する（Ｓ９０５）。
【００８２】
運転可能降下電圧より直流降下電圧の方が大きい場合には、スイッチング指令の出力をやめ、一定時間の待機を行い（Ｓ９０６）、起動判定処理部２５０の最初から判定処理をやり直す。運転可能降下電圧より直流降下電圧の方が小さい場合には、後述の理由により、太陽電池１の発電電力は運転可能最小電力を上回る。よって、比較演算部２５２は起動指令を出力する（Ｓ９０７）。
【００８３】
したがって、比較演算部２５２が起動指令を出力してから運転を開始することで、パワーコンディショナの起動と停止を繰り返すことなく運転を継続させることが可能となる。
【００８４】
ここで、比較演算部２５２が起動指令を出力する判定基準の根拠について説明する。
【００８５】
図１０は、パワーコンディショナ内部で電力を消費した際の、Ｐ−Ｖカーブの例である。図１０に示す記号はそれぞれ、ＶＯＰが開放電圧、ＶＤが運転可能降下電圧、ＰＲＵＮが運転可能最小電力、ＰＤが電圧降下消費電力、とする。
【００８６】
また、Ｃ１は電力の最大点がＰＲＵＮを十分に超えるＰ−Ｖカーブ、Ｃ２は電力の最大点がＰＲＵＮを少し超えるＰ−Ｖカーブ、Ｃ３は電力の最大点がＰＲＵＮは超えないが、ＰＤを超えるＰ−Ｖカーブ、Ｃ４は電力の最大点がＰＤを超えないＰ−Ｖカーブとする。Ｃ１にてＰＤを消費した際の直流電圧をＶ１、Ｃ２にてＰＤを消費した際の直流電圧をＶ２、Ｃ３にてＰＤを消費した際の直流電圧をＶ３、Ｃ４にてＰＤを消費した際の直流電圧をＶ４（０点）とする。
【００８７】
図１０において、Ｃ１とＣ２で電力ＰＤを消費した際の電圧Ｖ１とＶ２は、ＶＤよりも大きく、Ｃ３とＣ４で電力ＰＤを消費した際の電圧Ｖ３とＶ４は、ＶＤよりも小さいことがわかる。
【００８８】
このことから、ＰＤを消費した際の直流降下電圧を、ＶＤと比較することで、太陽電池がＰＲＵＮを超える電力を発電可能かどうかが判定できる。
【００８９】
本実施例では、交流側の負荷としてダンパ抵抗３２を例に挙げたが、パワーコンディショナの内部に予め備えられている部品により、交流側の電力を消費する手段であればこの限りではない。また、交流側の負荷の代わりに、直流側の負荷を用いて電力を消費しても良い。
【実施例３】
【００９０】
本実施例では、連系運転を行う前に、パワーコンディショナの内部に備えた交流負荷を用いて電力を消費し、消費した電力と、電力を消費した際の直流電圧と、開放電圧から、太陽電池が発電可能な最大電力を推定する方法について説明する。
【００９１】
図１１は、本実施例のパワーコンディショナの構成図の例である。本実施例のパワーコンディショナは、パワーコンディショナ主回路部１００と起動判定処理部３５０を備えて構成され、太陽電池１と電力系統２はパワーコンディショナ主回路部１００に接続される。
【００９２】
パワーコンディショナ主回路部１００は、絶縁トランス１１、ＭＣ１２、系統側ブレーカ１３、直流側ブレーカ１４、直流部コンデンサ１５、インバータ部２０を備えて構成される。インバータ部２０は、主素子２１、主回路フィルタ３０を有し、主回路フィルタ３０はリアクトル３１、ダンパ抵抗３２、フィルタコンデンサ３３を有する。
【００９３】
起動判定処理部３５０は、推定処理起動判定部１５１、スイッチングパルス生成部１６０、比較演算部３５２、太陽電池最大電力推定処理部３５３を有する。
【００９４】
図１のパワーコンディショナの構成図のうち、比較演算部１５２を比較演算部３５２に変更し、起動判定処理部３５０に太陽電池最大電力推定処理部３５３を備えたものである。その他の構成は、すでに説明した図１に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有するので、それらの説明は省略する。
【００９５】
比較演算部３５２は、太陽電池最大電力推定処理部３５３が出力した推定最大電力と、運転可能最小電力とを比較する。運転可能最小電力より推定最大電力の方が大きい場合に、起動指令を出力する。
【００９６】
太陽電池最大電力推定処理部３５３は、負荷投入時の消費電力と、負荷投入時の直流部コンデンサ１５の直流電圧から、推定最大電力（太陽電池１が発電できる最大電力を計算により求めた値）を算出して出力する。
【００９７】
負荷投入時の消費電力とは、ダンパ抵抗３２が消費する電力のことであり、消費させる電力は予め定められた電力とする。
【００９８】
図１２は起動判定処理部３５０の処理を説明するフローチャートの例である。図１２を用いて、起動判定処理部３５０が行う処理について説明する。
【００９９】
推定処理起動判定部１５１、スイッチングパルス生成部１６０が行う処理については、実施例１で説明した内容と同一のため省略する。
【０１００】
ただし、ダンパ抵抗３２が消費する電力は、運転可能最小電力を超える必要はなく、任意の固定電力とする。本実施例では、ダンパ抵抗３２が消費する電力を、運転可能最小電力より小さい電力とする。
【０１０１】
太陽電池最大電力推定処理部３５３では、負荷投入時の消費電力と、開放電圧と、負荷投入時の直流電圧から、最大電力を推定し、比較演算部３５２へ出力する（Ｓ１２０５）。最大電力の推定方法は後述する。
【０１０２】
比較演算部３５２では、太陽電池最大電力推定処理部３５３から入力された推定最大電力と、運転可能最小電力とを比較する（Ｓ１２０６）。
【０１０３】
推定最大電力が運転可能最小電力より小さい場合には、スイッチング指令の出力を止め、一定時間の待機を行い（Ｓ１２０７）、起動判定処理部３５０の最初から判定処理をやり直す。
【０１０４】
推定最大電力が運転可能最小電力より大きい場合には、後述の理由により、太陽電池１の発電電力は運転可能最小電力を上回る。よって、比較演算部３５２は起動指令を出力する（Ｓ１２０８）。
【０１０５】
したがって、比較演算部３５２が起動指令を出力してから運転を開始することで、パワーコンディショナの起動と停止を繰り返すことなく運転を継続させることが可能となる。
【０１０６】
ここで、太陽電池最大電力推定処理部３５３が出力する最大電力の推定方法について説明する。
【０１０７】
数４、数５は、それぞれ太陽電池の動作方程式である。
【０１０８】
【数４】
0006681162.tif 000005
【０１０９】
【数５】
0006681162.tif 000006
【０１１０】
数４、数５において、Ｉは直流電流、Ｖは直流電圧、Ｉｐｈは日射による起電流、Ｒｓは直列抵抗、Ｒｓｈは並列抵抗、Ｉｓは逆方向飽和電流、ｑは素荷量、ｎは接合定数、ｋはボルツマン定数、Ｔは温度、Ｉｓ（Ｔ１）は温度Ｔ１における逆方向飽和電流、Ｉｓ（Ｔ０）は温度Ｔ０における逆方向飽和電流、ＸＴＩは飽和電流温度係数、Ｎはエミッション定数、Ｅｇはエネルギーギャップである。
【０１１１】
図１３は、ある条件下での太陽電池のＰ−Ｖカーブの例である。
【０１１２】
図１４は、図１３と同様の条件下での太陽電池のＩ−Ｖカーブの例である。
【０１１３】
Ｉ−Ｖカーブとは、太陽電池の直流電流（Ｉ）と直流電圧（Ｖ）の関係を表すカーブのことである。
【０１１４】
太陽電池が、図１３のＰ−Ｖカーブ上の動作点をとる場合、Ｉ−Ｖカーブでは、図１４に示されるＩ−Ｖカーブ上の動作点をとる。このＩ−Ｖカーブ上の動作点の直流電圧をＶ２、直流電流をI２とする。同様に、開放電圧点の直流電圧をＶ１とする。
【０１１５】
数４に、温度Ｔ1と開放電圧点の直流電圧Ｖ１、動作点の直流電圧Ｖ２と動作点の直流電流I２をそれぞれ代入し、数６と数７を導く。
【０１１６】
【数６】
0006681162.tif 000007
【０１１７】
【数７】
0006681162.tif 000008
【０１１８】
数７と数６の差をとると、数８が導かれ、数８に数５を代入すると、数９が導かれる。
【０１１９】
【数８】
0006681162.tif 000009
【０１２０】
【数９】
0006681162.tif 000010
【０１２１】
数９において、ＲsＩ２の項と右辺の第２項は、微小な値となるため、本計算から除外すると、数１０が求められる。
【０１２２】
【数１０】
0006681162.tif 000011
【０１２３】
数１０において未知数は温度Ｔ1のみとなるため、温度Ｔ1が求められる。
【０１２４】
ここで、数６を数１１のように変形させ、求めた温度Ｔ1を代入することで、日射による起電流Ｉｐｈが求められる。このとき、右辺の第２項は微小な値となるため、計算から除外する。
【０１２５】
【数１１】
0006681162.tif 000012
【０１２６】
最大電力点において、∂（ＶＩ）/∂Ｖ＝０が成り立つことから、数１２が導かれる。数１２におけるＶは最大電力点の直流電圧、Ｉは最大電力点の直流電流を表す。
【０１２７】
【数１２】
0006681162.tif 000013
【０１２８】
数４の両辺をＶで偏微分すると、数１３が求められ、数１３に数１２を代入すると、数１４が導かれる。
【０１２９】
【数１３】
0006681162.tif 000014
【０１３０】
【数１４】
0006681162.tif 000015
【０１３１】
数１４において、ＲsＩの項は微小な値となるため、本計算からは除外し、数１５を導く。
【０１３２】
【数１５】
0006681162.tif 000016
【０１３３】
数１５を数４に代入すると、数１６となり、未知数がＶのみとなるため、最大電力点の直流電圧Ｖが求まる。
【０１３４】
【数１６】
0006681162.tif 000017
【０１３５】
求めた最大電力点の直流電圧Ｖを数１５に代入することで、最大電力点の直流電流Ｉが求まるため、最大電力点を推定することができる。
【０１３６】
以上の内容より、ダンパ抵抗３２が電力を消費している際のＰ−Ｖカーブ上の点を動作点とし、計算を行うことで、最大電力点を推定することができる。
【０１３７】
負荷投入時の消費電力を求める方法を明記していないが、同様の条件下にて前もって計測しておいてもよいし、負荷投入時の直流電圧と、負荷投入時の直流電流を計測して掛け合わせてもよい。
【０１３８】
本実施例においては、電流検出は行わないが、負荷投入時の消費電力と負荷投入時の直流電圧が得られることから、動作点の直流電流は求められる。
【０１３９】
本実施例では、交流側の負荷としてダンパ抵抗３２を例に挙げたが、パワーコンディショナの内部に予め備えられている部品により、交流側の電力を消費する手段であればこの限りではない。また、交流側の負荷の代わりに、直流側の負荷を用いて電力を消費しても良い。
【０１４０】
上述した実施例より、パワーコンディショナの外部に、太陽電池１の発電電力を消費するための、起動判定時に用いる負荷回路や、回路切替装置等を備えることなく、パワーコンディショナ内部に予め備えられている部品を使用することで、太陽電池がパワーコンディショナの運転に必要な最小電力を発電可能かどうかを判断することができる。
【０１４１】
また、日射強度や温度等の天候に影響を受けることがなく、新たな部品追加も無いため、安価で、信頼性の高いパワーコンディショナを実現できる。
【０１４２】
本実施例の内容は、連系運転時のみでなく、自立運転時にも利用可能である。
【０１４３】
自立運転時のパワーコンディショナの発電電力は、ユーザが取り付けた任意の負荷で消費される電力と等しい。そのため、自立運転時に一定の電圧にて交流電圧を出力するためには、パワーコンディショナは、前記負荷が消費する電力を超える電力を発電する必要がある。しかし、取り付けられた負荷が消費する電力を知る手段がないため、太陽電池の発電可能な電力が、前記負荷が消費する電力を超えていなければ、運転と同時に停止してしまう。
【０１４４】
そこで、負荷の電力をユーザが入力できる手段を設け、入力された電力よりパワーコンディショナの推定最大電力が大きい場合に運転を開始する条件とすることで、運転開始を判断することが可能となる。
【０１４５】
また、パワーコンディショナの推定最大電力をユーザに出力する手段もある。この場合、ユーザにて運転の可否を判断できるということに加え、詳細な起動やシステム全体の動作条件をユーザにて決定できることから、利用範囲が拡大する。
【０１４６】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 
また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。 
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
【符号の説明】
【０１４７】
１００…パワーコンディショナ主回路部
１…太陽電池
２０…インバータ部
１６０…スイッチングパルス生成部
１５０…起動判定処理部
１５２…比較演算部
１５…直流部コンデンサ
１５１…推定処理起動判定部
２５２…比較演算部
３５２…比較演算部
３５３…太陽電池最大電力推定処理部
【図１】
0006681162.tif 000018
【図２】
0006681162.tif 000019
【図３】
0006681162.tif 000020
【図４】
0006681162.tif 000021
【図５】
0006681162.tif 000022
【図６】
0006681162.tif 000023
【図７】
0006681162.tif 000024
【図８】
0006681162.tif 000025
【図９】
0006681162.tif 000026
【図１０】
0006681162.tif 000027
【図１１】
0006681162.tif 000028
【図１２】
0006681162.tif 000029
【図１３】
0006681162.tif 000030
【図１４】
0006681162.tif 000031