(57)【要約】【課題】太陽電池出力電圧あるいは出力電流が小さい場合にも正確に最大電力点を追尾できる電力変換装置を提供する。【解決手段】電力変換装置１は、電力変換部２５と、直流電力検出部１２と、制御部１４とを備える。電力変換部２５は太陽電池２から取り出す直流電力を、商用電力系統３と同一の位相及び周波数（５０または６０Ｈｚ）をもつ交流電力に変換する。直流電力検出部１２は太陽電池２から出力された直流電力の変化に応じて分解能を変化させて、直流電力を検出する。制御部１４は直流電力検出部１２の検出結果に応じて電力変換部２５を制御して、太陽電池２から取り出す直流電力が最大になるように直流電力を制御する。【選択図】図１
2007193739.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力源から受ける直流電力を交流電力に変換する電力変換部と、
前記直流電力に応じて分解能を変化させて、前記直流電力を検出する電力検出部と、
前記電力検出部からの検出結果に基づいて前記電力変換部を制御して、前記直流電力を調整する制御部とを備える、電力変換装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記直流電力源から出力される前記直流電力が最大になるように、前記電力変換部を制御する、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記直流電力源は、太陽電池である、請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記電力検出部は、
前記直流電力源から出力される直流電圧を、互いに異なる倍率で変換する複数の変換部を含む、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記電力検出部は、
前記複数の変換部のそれぞれと前記制御部との間に設けられる複数のスイッチをさらに含む、請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記倍率は、前記複数の変換部の各々が変換可能な前記直流電圧の最大値と、前記制御部の入力範囲の最大値とに応じて定められる、請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記電力検出部は、
前記直流電力源から出力される直流電流を、互いに異なる倍率で電圧に変換する複数の変換部を含む、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記電力検出部は、
前記複数の変換部のそれぞれと前記制御部との間に設けられる複数のスイッチをさらに含む、請求項７に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記倍率は、前記複数の変換部の各々が変換可能な前記直流電流の最大値と、前記制御部の入力範囲の最大値とに応じて定められる、請求項７に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は太陽電池が発生する直流電力を交流電力に変換して、家庭用や事務用の一般交流負荷、あるいは既存の商用電力系統に電力を供給する電力変換装置に関し、特に最大電力点追尾制御を行なう電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池から家庭用の一般交流負荷あるいは商用電力系統に電力を供給するためには、その直流電力を交流電力に変換する電力変換装置が必要である。このような電力変換装置では、一般に太陽電池から取り出す電力を最大とするために最大電力点追尾制御が行われている。つまり、電力変換装置は太陽電池から取り出した直流電力を検出することにより、太陽電池からの最大の電力が取り出すように制御を行なっている。
【０００３】
たとえば特開平８−１７１４３０号公報（特許文献１）では、太陽電池からインバータに入力される直流入力電圧に基づいて、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）変調制御における制御量の変化量を決定するインバータ装置が開示されている。
【０００４】
図１３は、従来の電力変換装置の例を示すブロック図である。
図１３を参照して、太陽電池２から出力される直流電力は電力変換装置１０１内の電力変換部２５に出力され、直流コンデンサ４によってその電圧変動が抑えられる。次に直流電力は高周波インバータブリッジ５によって高周波（数十〜数百ｋＨｚ）の交流電力に変換される。そして交流電力は太陽電池２（一次側）と商用電力系統３（二次側）とを絶縁する機能をもった高周波トランス６の一次側に供給される。高周波トランス６により変圧された交流電圧はダイオードブリッジ７により整流されて、ＤＣリアクトル８と並列に接続されたコンデンサ２４とで構成されるフィルタ回路に入力される。フィルタ回路では、全波整流波形に含まれる高周波成分の除去、及び、平滑が行なわれる。そして低周波インバータブリッジ９による低周波（５０または６０Ｈｚ〜数百Ｈｚ）での折返し制御によって低周波の正弦波交流に変換された電圧は、連系リレー１０に出力される。
【０００５】
連系リレー１０では、商用電力系統３と電力変換装置１０１との連系、つまり、太陽電池２から商用電力系統３への直流電力の供給が行なわれる。また太陽電池２の出力低下時等には、連系リレー１０により商用電力系統３と電力変換装置１０１との切り離しが行なわれる。インバータ出力電流検出部１３は高周波トランス６の一次側または二次側に接続される。また、電力変換部２５の前段には直流電力検出部１２が接続される。直流電力検出部１２は直流入力電圧ＶINを制御部１４に適した電圧を有する信号ＶVに変換する電圧−電圧変換部２６と、直流入力電流ＩINを制御部１４に適した電圧を有する信号ＶIに変換する電流−電圧変換部２７とから構成される。
【０００６】
低周波インバータブリッジ９のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４は、ゲートドライブ信号生成部２２が発生した信号により、オン／オフ制御される。ゲートドライブ信号生成部２２はスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４をオン／オフするためのゲート信号を発生する。折返し制御部２３は商用電力系統３の電圧信号ＶOUTに基づいてゲートドライブ信号生成部２２を制御する。これによって、電力変換装置１０１が出力する交流電圧の波形が電圧信号ＶOUTと同期する。
【０００７】
高周波インバータブリッジ５を構成するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、ゲートドライブ信号生成部１５が発生した信号によりオン／オフ制御される。ゲートドライブ信号生成部１５はＰＷＭ変調制御部１６で生成されたパルス列に基づいて信号を発生する。このと
きの制御量は、ＰＷＭ変調制御で得られるパルス列信号のデューティ比、すなわち、キャリア信号の振幅に対する正弦波信号の振幅の割合である。ＰＷＭ変調制御部１６は、その制御量を変化させることにより、インバータ出力電流検出部１３で検出するインバータ出力電流信号Ｉtを調節するというフィードバック制御を行なっている。
【０００８】
次に、太陽電池２から最大電力を取り出すための最大電力点追尾制御について説明する。一般的に、太陽電池はある程度まで電圧が低下すると出力電流がほとんど変化しなくなるという特性を有する。電力は電圧と電流との積なので、結果として太陽電池の出力特性はピークを持つ。
【０００９】
図１３の直流入力電圧ＶINと直流入力電流ＩINとは、信号ＶVと信号ＶIとにそれぞれ変換されて制御部１４に入力される。電力演算部１８では信号ＶVと信号ＶIとから直流電力Ｐ（すなわち直流入力電圧ＶINと直流入力電流ＩINとの積）が算出され、その値が制御量演算部１７に入力される。
【００１０】
制御量演算部１７は、前回算出されて一時記憶していた直流電力Ｐｂと今回算出された直流電力Ｐｎとの比較を行なって得た電力の増減値と、一時記憶していた前回の制御量からの増減符号とから、制御量を新たに決定する。そして、新たに決定された制御量により、ＰＷＭ変調制御部１６で得られるパルス列信号のデューティ比を変化させることにより、太陽電池特性曲線上の太陽電池動作点を変動させて太陽電池２の出力が最大となる最大電力点を追尾する。なお、以上の操作は一定のサンプリング時間毎に繰り返し行なわれる。
【００１１】
図１４は、ＰＷＭ変調の制御量と太陽電池特性曲線上の動作点との関係を示す図である。
【００１２】
図１４を参照して、グラフの横軸は図１３の直流入力電圧ＶINを、縦軸は電力演算部１８で計算された直流電力Ｐをそれぞれ示している。
【００１３】
太陽電池特性曲線上の任意の動作点Ａにおいて、制御量ＫＡでのＰＷＭ変調制御により、高周波インバータブリッジ５のスイッチング素子がオン／オフ制御されているとする。更に、この動作点Ａで、制御量を＋△Ｋだけ変化させた場合に、太陽電池２から取り出せる電力が増加し、動作点が点Ｂに移動するものとする。このとき、制御部１４は前回の電力値であるＰＡと今回の電力値ＰＢとを比較し、電力が増加していること、及び、点Ａから点Ｂへ移動した際の制御量の増減符号が正（＋△Ｋ）であることから、制御量を新たに＋△Ｋだけ変化させる。次に、この新たに決定された制御量に基づいて制御部１４がＰＷＭ変調制御を行ない、電力変換部２５をスイッチングさせると、動作点は点Ｃに移動する。点Ｃでは、前回の点Ｂと同様に、電力が増加し、制御量の増減符号が正であるため、制御部１４は、さらに制御量を＋△Ｋだけ変化させる。すると、動作点は点Ｄに移動する。点Ｄでは、前回の電力値ＰＣと今回の電力値との比較の結果、電力が減少しており、また点Ｃから点Ｄへ移動した際、制御量の増減符号が正（＋△Ｋ）であることから、制御部１４は制御量を−△Ｋだけ変化させる。以上の処理を繰り返して、動作点を最大電力の取り出せる最大電力点に追尾させる。
【特許文献１】特開平８−１７１４３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
図１３に示す電力変換装置では、電圧−電圧変換部２６および電流−電圧変換部２７の変換倍率が直流入力電圧ＶINあるいは直流入力電流ＩINの最大値に合わせて設定される。たとえば直流入力電圧ＶINの最大値が３００Ｖであり、制御部１４に入力される制御信号
の最大電圧値が５Ｖであれば変換倍率は５／３００となる。
【００１５】
たとえば低日射時等の直流入力電圧あるいは直流入力電流が小さい場合には制御信号の電圧変化が小さいため制御部における検出精度が低くなる。その結果、前回算出された直流電力Ｐｂと今回算出された直流電力Ｐｎとの大小を判別できなくなり、最大電力点を正確に追尾できないという問題が生じる。
【００１６】
特開平８−１７１４３０号公報（特許文献１）などに開示される従来技術では、最大電力点付近で動作を安定させることができる。しかし従来技術では、正確な最大電力点と異なる動作点で動作が安定してしまう原因となる、検出精度の低さの問題は解決されない。
【００１７】
本発明は、以上の問題点を解決するため創案されたものであって、太陽電池出力電圧あるいは出力電流が小さい場合にも正確に最大電力点を追尾できる電力変換装置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】
【００１８】
本発明は要約すれば電力変換装置であって、電力変換部と、電力検出部と、制御部とを備える。電力変換部は、直流電力源から受ける直流電力を交流電力に変換する。電力検出部は、直流電力に応じて分解能を変化させて、直流電力を検出する。制御部は、電力検出部からの検出結果に基づいて電力変換部を制御して、直流電力を調整する。
【００１９】
好ましくは、制御部は、直流電力源から出力される直流電力が最大になるように、電力変換部を制御する。
【００２０】
より好ましくは、直流電力源は、太陽電池である。
好ましくは、電力検出部は、直流電力源から出力される直流電圧を、互いに異なる倍率で変換する複数の変換部を含む。
【００２１】
より好ましくは、電力検出部は、複数の変換部のそれぞれと制御部との間に設けられる複数のスイッチをさらに含む。
【００２２】
より好ましくは、倍率は、複数の変換部の各々が変換可能な直流電圧の最大値と、制御部の入力範囲の最大値とに応じて定められる。
【００２３】
好ましくは、電力検出部は、直流電力源から出力される直流電流を、互いに異なる倍率で電圧に変換する複数の変換部を含む。
【００２４】
より好ましくは、電力検出部は、複数の変換部のそれぞれと制御部との間に設けられる複数のスイッチをさらに含む。
【００２５】
より好ましくは、倍率は、複数の変換部の各々が変換可能な直流電流の最大値と、制御部の入力範囲の最大値とに応じて定められる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の電力変換装置によれば、電力変換装置に入力する直流電力の検出を、その大きさに応じた分解能で検出するため、直流入力電圧あるいは直流入力電流が小さい場合でも制御部における検出精度を高くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下において、本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図
中同一符号は同一または相当部分を示す。
【００２８】
図１は、本実施の形態の電力変換装置を示すブロック図である。なお図１では図１３と同一部分に同一符号を付している。
【００２９】
図１を参照して、電力変換装置１は直流電力源である太陽電池２から出力された直流電力を商用電力系統３と同一の位相及び周波数（５０または６０Ｈｚ）をもつ交流電力に変換して商用電力系統３に供給する。なお、本発明における直流電力源は太陽電池に限定されず、たとえば燃料電池等であってもよい。
【００３０】
電力変換装置１は、電力変換部２５と、直流電力検出部１２と、制御部１４とを備える。電力変換部２５は太陽電池２から取り出す直流電力を、商用電力系統３と同一の位相及び周波数（５０または６０Ｈｚ）をもつ交流電力に変換する。直流電力検出部１２は太陽電池２から出力された直流電力に応じて分解能を変化させて、直流電力を検出する。制御部１４は直流電力検出部１２の検出結果に基づいて電力変換部２５を制御して、太陽電池２から取り出す直流電力が最大になるように直流電力を調整する。
【００３１】
たとえば低日射時に直流入力電圧あるいは直流入力電流が小さくなった場合には、直流電力検出部１２の検出分解能を高くすることにより、制御部１４では直流電力の変化を検知することができる。よって、太陽電池２の出力電圧あるいは出力電流が小さい場合にも正確に最大電力点を追尾することが可能になる。
【００３２】
次に、電力変換装置１の構成を詳細に説明する。電力変換部２５は、直流コンデンサ４と、高周波インバータブリッジ５と、高周波トランス６とを含む。直流コンデンサ４は太陽電池２から出力された直流電力の変動を抑制する。高周波インバータブリッジ５は、太陽電池２から出力された直流電力を高周波交流（数十〜数百ｋＨｚ）に変換する。高周波トランス６は、太陽電池２（一次側）と商用電力系統３（二次側）とを絶縁する役割を果たす。
【００３３】
電力変換部２５は、さらに、ダイオードブリッジ７と、ＤＣリアクトル８と、コンデンサ２４と、低周波インバータブリッジ９とを含む。ダイオードブリッジ７は高周波交流を整流する。コンデンサ２４はＤＣリアクトル８と並列接続される。ＤＣリアクトル８およびコンデンサ２４は整流波形に含まれる高周波成分の除去および平滑を行なうフィルタ回路を構成する。低周波インバータブリッジ９はフィルタ回路からの直流出力を受けて、低周波（５０または６０Ｈｚ〜数百Ｈｚ）での折返し制御によって、低周波の正弦波交流電圧を出力する。
【００３４】
電力変換部２５は、さらに、商用電力系統３との連系、及び切り離しを行なう連系リレー１０と、ＡＣフィルタ１１と、高周波インバータブリッジ５の出力電流を検出するインバータ出力電流検出部１３とを含む。
【００３５】
制御部１４は、ゲートドライブ信号生成部１５と、ＰＷＭ変調制御部１６と、制御量演算部１７と、電力演算部１８と、ゲートドライブ信号生成部２２と、折り返し制御部２３とを含む。
【００３６】
ゲートドライブ信号生成部１５は高周波インバータブリッジ５をオン／オフ制御するパルス列信号を生成する。ＰＷＭ変調制御部１６はキャリア信号と正弦波信号（これらの信号は図示せず）とを用いてＰＷＭ変調を行なう。制御量演算部１７はＰＷＭ変調制御に用いられる制御量を決定する。この制御量は、キャリア信号の振幅に対する正弦波信号の振幅の割合で表わされる。
【００３７】
電力演算部１８は太陽電池２からの直流入力電圧ＶINと直流入力電流ＩINとにそれぞれ対応する２つの信号を用いて直流電力を算出する。ゲートドライブ信号生成部２２は低周波インバータブリッジ９をオン／オフ制御するパルス列信号を生成する。折り返し制御部２３はゲートドライブ信号生成部２２を制御することにより、電力変換装置１が出力する交流電圧の波形と電圧信号ＶOUTとを同期させる。
【００３８】
直流電力検出部１２は、複数（図１では３つ）の電圧−電圧変換部２６１〜２６３と、複数（図１では３つ）の電流−電圧変換部２７１〜２７３と、複数の第１のスイッチ２８１〜２８３と、複数の第２のスイッチ２９１〜２９３とを含む。
【００３９】
電圧−電圧変換部２６１〜２６３は直流入力電圧ＶINを制御部１４に適した電圧を有する信号ＶV1〜ＶV3にそれぞれ変換する。電流−電圧変換部２７１〜２７３は直流入力電流ＩINを制御部１４に適した電圧を有する信号ＶI1〜ＶI3にそれぞれ変換する。電圧−電圧変換部２６１〜２６３の各々は、たとえば入力端子と接地端子との間に直列に接続される抵抗を利用した抵抗分圧回路により実現可能である。また、詳細は説明しないが電流−電圧変換部２７１〜２７３の各々についても抵抗を用いれば、オームの法則によって電流の大きさに比例して電圧を変えることが可能になる。
【００４０】
なお以下では、信号ＶV1〜ＶV3を「直流入力電圧信号」とも称し、信号ＶI1〜ＶI3を「直流入力電流信号」とも称する。また「制御部１４に適した電圧信号」とは「制御部１４の入力電圧範囲内の電圧を有する信号」を意味する。
【００４１】
第１のスイッチ２８１〜２８３は電圧−電圧変換部２６１〜２６３のそれぞれと制御部１４との間に設けられて、制御部１４により導通状態と非導通状態とを適宜切換える。第２のスイッチ２９１〜２９３は電流−電圧変換部２７１〜２７３のそれぞれと制御部１４との間に設けられて、制御部１４により導通状態と非導通状態とを適宜切換える。
【００４２】
次に、電圧−電圧変換部２６１〜２６３および電流−電圧変換部２７１〜２７３に対する変換倍率の与え方について説明する。
【００４３】
電圧−電圧変換部２６１〜２６３における変換倍率は互いに異なる。また、変換倍率は複数の電圧−電圧変換部の各々が変換可能な直流入力電圧ＶINの最大値と、制御部１４の入力電圧範囲の最大値とに応じて定められる。
【００４４】
電流−電圧変換部２７１〜２７３における変換倍率も、電圧−電圧変換部２６１〜２６３と同様に互いに異なる。また、変換倍率は複数の電流−電圧変換部の各々が変換可能な直流入力電流ＩINの最大値と、制御部１４の入力電圧範囲の最大値とに応じて定められる。以下の具体例では電力変換装置１の直流入力電圧の上限を３００Ｖとし、直流入力電流の上限を３０Ａとする。
【００４５】
図２は、電圧−電圧変換部２６１〜２６３の変換倍率の例を示す図である。
図２を参照して、変換倍率ＫＶ１〜ＫＶ３は電圧−電圧変換部２６１〜２６３のそれぞれの変換倍率である。具体的に説明すると、変換倍率ＫＶ１は０〜３００Ｖの直流入力電圧ＶINを０〜５Ｖの信号ＶV1に変換するときの倍率であるのでＫＶ１＝５／３００［Ｖ／Ｖ］となる。同様に変換倍率ＫＶ２＝５／２００［Ｖ／Ｖ］となり、変換倍率ＫＶ３＝５／１００［Ｖ／Ｖ］となる。
【００４６】
なお、本実施の形態では、直流入力電圧（または直流入力電流）の最大値が高い電圧−電圧変換部（または電流−電圧変換部）ほど、その変換倍率は高いものとする。
【００４７】
図３は、電流−電圧変換部２７１〜２７３の変換倍率の例を示す図である。
図３を参照して、変換倍率ＫＩ１〜ＫＩ３は電流−電圧変換部２７１〜２７３のそれぞれの変換倍率である。変換倍率ＫＩ１は０〜３０Ａの直流入力電流ＩINを０〜５Ｖの信号ＶI1に変換するときの変換倍率であるのでＫＩ１＝５／３０［Ｖ／Ａ］となる。同様に変換倍率ＫＩ２＝５／１５［Ｖ／Ａ］となり、変換倍率ＫＩ３＝５／５［Ｖ／Ｖ］となる。
【００４８】
例えば、変換倍率がＫＩ１の電流−電圧変換部が１つのみの場合、信号ＶI1の１Ｖの変動は、直流入力電流ＩINの全範囲において６Ａの変動を示す。本実施の形態では電流−電圧変換部は３つ設けられ、それぞれの変換倍率はＫＩ１，ＫＩ２，ＫＩ３である。よって直流入力電流信号の１Ｖの変動は、直流入力電流ＩINが０〜５Ａ，５〜１５Ａ，１５〜３０Ａの各範囲では１Ａ，３Ａ，６Ａの変動を示す。このように変換倍率を電流−電圧変換部２７１〜２７３の間で互いに異ならせることによって、直流入力電流が低くなるのに応じて直流電流の変動をより細かく検出できる。
【００４９】
また、複数の電流−電圧変換部における変換倍率を、各々が変換可能な直流入力電流ＩINの最大値と、制御部１４の入力電圧範囲の最大値とに応じて定めることによって、制御部１４に過大な電圧が入力されるのを防ぐことができる。なお、複数の電圧−電圧変換部についても上述と同様の効果が得られる。
【００５０】
次に、直流入力電圧信号ＶV1〜ＶV3の各々に対応する直流入力電圧ＶINの範囲、および直流入力電流信号ＶI1〜ＶI3の各々に対応する直流入力電流ＩINの範囲について説明する。
【００５１】
図４は、直流入力電圧信号と直流入力電圧ＶINの範囲との対応関係の一例を示す図である。
【００５２】
図４を参照して、信号ＶV1〜ＶV3は１８０〜３００Ｖ，８０〜２００Ｖ，０〜１００Ｖの範囲の直流入力電圧ＶINをそれぞれ変換した結果得られる信号である。
【００５３】
複数の電圧−電圧変換部の各々が変換する直流入力電圧は、複数の電圧−電圧変換部の間で、変換倍率が高くなるほど高くなるように、段階的に割り当てられる。これにより、直流入力電圧が低くなるに従い、直流電圧の変動をより細かく検出できる。また、後に詳細に説明するが、電圧−電圧変換部２６１，２６２の各々が変換可能な直流入力電圧の範囲は隣り合うとともに一部（１８０〜２００Ｖ）が互いに重なり合っている。同様に、電圧−電圧変換部２６２，２６３の各々が変換可能な直流入力電圧の範囲は隣り合うとともに一部（８０〜１００Ｖ）が互いに重なり合っている。
【００５４】
図５は、直流入力電流信号と直流入力電流ＩINの範囲との対応関係の一例を示す図である。
【００５５】
図５を参照して、直流入力電流信号ＶI1〜ＶI3は１０〜３０Ａ，３〜１５Ａ，０〜５Ａの範囲の直流入力電流ＩINをそれぞれ変換した結果得られる信号である。
【００５６】
図４と同様に、複数の電流−電圧変換部の各々が変換する直流入力電流は、複数の電流−電圧変換部の間で、倍率が高くなるほど高くなるように、段階的に割り当てられる。これにより、直流入力電流が低くなるに従い、直流電流の変動をより細かく検出できる。また、電流−電圧変換部２７１，２７２の各々が変換可能な直流入力電流の範囲は、隣り合うとともに一部（１０〜１５Ｖ）が互いに重なり合っている。同様に、電流−電圧変換部２７２，２７３の各々が変換可能な直流入力電流の範囲は、隣り合うとともに一部（３〜
５Ａ）が互いに重なり合っている。
【００５７】
次に、制御部１４での制御に用いられる直流入力電圧信号および直流入力電流信号の選択について説明する。以下では直流入力電流信号の選択を例に説明する。
【００５８】
制御部１４では複数の電流−電圧変換部のうち選択した電流−電圧変換部からの出力信号を直流電力検出部１２の検出結果として受ける。よって信号ＶI1〜ＶI3のうちの１つが制御部１４での制御に用いられる。直流入力電流ＩINが０〜３Ａ、５〜１０Ａ、１５〜３０Ａの各範囲にあるときには、制御部１４内の電力演算部１８は、信号ＶI3，ＶI2，ＶI1を制御用の信号としてそれぞれ選択する。すなわち、制御部１４は直流電流の上昇または下降に応じて、信号ＶI1〜ＶI3を順次切換えて受ける。これにより直流入力電流ＩINの変化に応じて検出分解能を切換えることができる。
【００５９】
変換可能な直流入力電流ＩINの範囲が隣り合う２つの電流−電圧変換部において、その範囲の重なり領域に直流入力電流ＩINがあるときには、直流入力電流ＩINが増加傾向にあるか減少傾向にあるかによって、制御部１４は２つの電流−電圧変換部のどちらから直流入力電流信号を受けるかを決定する。
【００６０】
つまり直流入力電流ＩINが３〜５Ａの範囲や１０〜１５Ａの範囲にあるときには、電力演算部１８は直流入力電流ＩINの変化の方向に応じて選択する信号を異ならせる。直流入力電流ＩINが３Ａ以下の値から増加して３〜５Ａの範囲に入った場合には信号ＶI3が制御用の信号として選択される。直流入力電流ＩINが５Ａを超えるまでは信号ＶI3が制御用の信号として採用され続け、５Ａを超えた時点で信号ＶI2が制御用の信号として新たに選択される。
【００６１】
逆に、直流入力電流ＩINが５Ａより上の値から減少して３〜５Ａの範囲に入った場合には信号ＶI2が制御用の信号として選択される。直流入力電流ＩINが３Ａを下回るまでは信号ＶI2が制御に用いる信号として採用され続け、３Ａを下回った時点で信号ＶI3が制御用の信号として新たに選択される。直流入力電流ＩINが１０〜１５Ａの範囲にあるときも同様の信号選択が行なわれる。
【００６２】
このように信号の選択切替えに履歴（ヒステリシス）を持たせることにより、直流入力電流信号の選択を切換える際に、頻繁な切替え（いわゆるチャタリング）が生じることを防止することができる。
【００６３】
図６は、直流入力電流信号の選択を表形式で示す図である。
図６を参照して、制御に用いる直流入力電流信号を記号○で示し、制御に用いられない信号を記号×で示す。直流入力電流ＩINが１０〜１５Ａの範囲において、直流入力電流ＩINが増加の際には信号ＶI2が選択され、直流入力電流ＩINが減少の際には信号ＶI1が選択される。また、直流入力電流ＩINが３〜５Ａの範囲では、直流入力電流ＩINが増加の際には信号ＶI3が選択され、直流入力電流ＩINが減少の際には信号ＶI2が選択される。
【００６４】
図７は、制御部１４における直流入力電流信号の切換処理を示すフローチャートである。
【００６５】
図７を参照して、処理が開始されると、まずステップＳＴ１において直流入力電流ＩIN≧３０Ａか否かが判定される。ＩIN≧３０Ａの場合（ステップＳＴ１においてＹ）、ステップＳＴ１４において「オーバーレンジ処理」が行なわれ、図１に図示しない保護回路が動作する。一方、ＩIN＜３０Ａの場合（ステップＳＴ１においてＮ）、処理はステップＳＴ２に進む。
【００６６】
ステップＳＴ２において、１５Ａ≦ＩIN≦３０Ａという条件を満たすか否かが判定される。１５Ａ≦ＩIN≦３０Ａの場合（ステップＳＴ２においてＹ）、ステップＳＴ３において制御部１４は第２のスイッチ２９１を導通状態に設定し、信号ＶI1を制御用の信号として選択する。一方、ＩIN＜１５Ａ、またはＩIN＞３０Ａの場合（ステップＳＴ２においてＮ）、処理はステップＳＴ６に進む。
【００６７】
ステップＳＴ３に続いてステップＳＴ４ではＩIN≦１０Ａという条件を満たすか否かが判定される。ＩIN≦１０Ａの場合（ステップＳＴ４においてＹ）、ステップＳＴ７において、制御部１４は第２のスイッチ２９２を導通状態に設定し、信号ＶI2を制御用の信号として選択する。一方、ＩIN＞１０Ａの場合（ステップＳＴ４においてＮ）、処理はステップＳＴ５に進む。
【００６８】
ステップＳＴ５では、ＩIN≧３０Ａという条件を満たすか否かが判定される。ＩIN＜３０Ａの場合（ステップＳＴ５においてＮ）、処理は再びステップＳＴ４に戻る。一方、ＩIN≧３０Ａの場合（ステップＳＴ５においてＹ）、ステップＳＴ１４において上述の「オーバーレンジ処理」が行なわれる。
【００６９】
図７のフローチャートに示す処理では直流入力電流ＩINは常に検出され続けている。ステップＳＴ３で信号ＶI1を制御用の信号として一旦選択しても、直流入力電流ＩINは常に変化し続けているので、新たに検出した直流入力電流ＩINに適した直流入力電流信号の選択が必要となる。このため、ステップＳＴ５で再びＩIN≧３０Ａか否かの判定が行なわれる。
【００７０】
次にステップＳＴ６以降の処理について説明する。ステップＳＴ６では５Ａ≦ＩIN≦１５Ａという条件を満たすか否かが判定される。５Ａ≦ＩIN≦１５Ａの場合（ステップＳＴ６においてＹ）、処理は上述のステップＳＴ７に進む。一方、ＩIN＜５ＡあるいはＩIN＞１５Ａの場合（ステップＳＴ６においてＮ）、処理はステップＳＴ１０に進む。
【００７１】
ステップＳＴ７に続くステップＳＴ８では、ＩIN≦３Ａという条件を満たすか否かが判定される。ＩIN＞３Ａの場合（ステップＳＴ８においてＮ）、処理はステップＳＴ９に進む。一方、ＩIN≦３Ａの場合（ステップＳＴ８においてＹ）、処理はステップＳＴ１１に進む。
【００７２】
ステップＳＴ９では、ＩIN≧１５Ａという条件を満たすか否かが判定される。ＩIN≧１５Ａの場合（ステップＳＴ９においてＹ）、処理は上述のステップＳＴ３に進む。一方、ＩIN＜１５Ａの場合（ステップＳＴ９においてＮ）、処理は再びステップＳＴ８に戻る。
【００７３】
ステップＳＴ１０では、０Ａ≦ＩIN≦５Ａという条件を満たすか否かが判定される。０Ａ≦ＩIN≦５Ａの場合（ステップＳＴ１０においてＹ）、ステップＳＴ１１において制御部１４は第２のスイッチ２９３を導通状態に設定し、信号ＶI3を制御用の信号として選択する。一方、ＩIN＜０ＡあるいはＩIN＞５Ａの場合（ステップＳＴ１０においてＮ）、ステップＳＴ１４において「オーバーレンジ処理」が行なわれる。
【００７４】
ステップＳＴ１１に続くステップＳＴ１２では、ＩIN≧５Ａという条件を満たすか否かが判定される。ＩIN≧５Ａの場合（ステップＳＴ１２においてＹ）、処理は上述のステップＳＴ７に戻る。一方、ＩIN＜５Ａの場合（ステップＳＴ１２においてＮ）、処理はステップＳＴ１３に進む。
【００７５】
ステップＳＴ１３では、ＩIN＜０Ａという条件を満たすか否かが判定される。ＩIN≦０
Ａの場合（ステップＳＴ１３においてＹ）、ステップＳＴ１４において「オーバーレンジ処理」が行なわれる。一方、ＩIN＞０Ａの場合（ステップＳＴ１３においてＮ）、処理は再びステップＳＴ１２に戻る。
【００７６】
なお制御部１４における直流入力電圧信号の選択は、直流入力電流信号と同様に選択される。制御部１４は直流入力電圧ＶINの上昇または下降に応じて、信号ＶV1〜ＶV3を順次切換えて受ける。これにより直流入力電圧ＶINの変化に応じて検出分解能を切換えることができる。
【００７７】
たとえば直流入力電圧ＶINが８０Ｖ以下の値から増加して８０〜１００Ｖの範囲に入った場合には、１００Ｖを超えるまで信号ＶV3が制御用の信号として選択され、１００Ｖを超えた時点で信号ＶV2が制御用の信号として選択される。逆に、直流入力電圧ＶINが１００Ｖより上の値から減少して８０〜１００Ｖの範囲に入った場合には、直流入力電圧ＶINが８０Ｖを下回るまでは信号ＶV2が制御に用いる信号として選択され、８０Ｖを下回った時点で信号ＶV3が制御用の信号として新たに選択される。直流入力電圧ＶINが１８０〜２００Ｖの範囲にあるときも同様の信号選択が行なわれる。これにより直流入力電圧信号の選択を切換える際に、チャタリングが生じることを防止することができる。
【００７８】
図８は、直流入力電圧信号の選択を表形式で示す図である。
図８を参照して、制御に用いる直流入力電圧信号を記号○で示す。直流入力電圧ＶINが１８０〜２００Ｖの範囲において、直流入力電圧ＶINが増加の際には信号ＶV2が選択され、直流入力電圧ＶINが減少の際には信号ＶV1が選択される。このように、直流入力電圧信号の選択も直流入力電流信号と同様に行なわれる。
【００７９】
このようにして、電力演算部１８は直流入力電圧信号および直流入力電流信号を選択して電力演算を行なう。また制御量演算部１７はその求められた電力を用いて制御量の演算を行なう。
【００８０】
制御部１４では直流入力電圧ＶINおよび直流入力電流ＩINについての大小関係を内部で保持する必要がある。以下では直流入力電流ＩINについて、具体的方法を説明する。ただし以下の方法は直流入力電圧ＶINにも適用される。
【００８１】
たとえば直流入力電流ＩINが３Ａより下の値から増加して３〜５Ａの範囲に入り、そのまま増加して５Ａを超えた場合を考える。直流入力電流ＩINが５Ａを超えたときには制御に用いられる信号が信号ＶI3から信号ＶI2に切替わる。しかしながら切替前後では電流−電圧変換部の変換倍率が異なる。このため、制御部１４では直流入力電流ＩINの大きさの比較ができない。
【００８２】
そこで直流入力電流ＩINが３〜５Ａの範囲に入った時点で、電力演算部１８は信号ＶI2の値の保持を開始する。なお、上述のように、この範囲では電力演算部１８は入力される信号ＶI3を制御用の信号として選択する。信号ＶI2の値は、一定のサンプリング時間毎に更新される。切換前後での大きさ比較の際には、切替前に電力演算部１８が保持しておいた信号ＶI2の値と、切替後に電力演算部１８に入力される信号ＶI2の値とを比較することにより大小関係が判定される。また、逆に直流入力電流ＩINが５Ａよりも高い電流から低下して３〜５Ａの範囲に入った場合には、電力演算部１８は信号ＶI3の値の保持を開始するとともに、入力される信号ＶI2を制御用の信号として選択する。信号ＶI3の値は一定のサンプリング時間毎に更新される。他の選択切替えにおける前後でも電力演算部１８は同様の動作を行なう。
【００８３】
このように、２つの電流−電圧変換部の電流変換範囲の重なり領域では、制御部は２つ
の電流−電圧変換部の各々から出力される２つの信号を受ける。制御部は、２つの信号のうちの一方を制御に用い、他方の信号値を電力演算部１８に保持する。これにより制御部１４は信号値の連続性を確保することができる。
【００８４】
また、２つの電圧−電圧変換部の電圧変換範囲の重なり領域では、制御部は２つの電圧−電圧変換部の各々から出力される２つの信号を受ける。制御部は２つの信号のうちの一方を制御に用い、他方を電力演算部１８に保持する。
【００８５】
たとえば直流入力電圧ＶINが８０〜１００Ｖの範囲に入った時点で、電力演算部１８は信号ＶV2の値の保持を開始する。この範囲では電力演算部１８は入力される信号ＶV3を制御用の信号として選択するとともに、入力される信号ＶV2の値を一定のサンプリング時間ごとに更新する。逆に直流入力電圧ＶINが１００Ｖより高い電圧から低下して８０〜１００Ｖの範囲に入った場合には、電力演算部１８は信号ＶV3の値の保持を開始するとともに、信号ＶV2を制御用の信号として選択する。信号ＶV3の値は一定のサンプリング時間毎に更新される。他の選択切替えにおける前後でも電力演算部１８は同様の動作を行なう。よって、上記と同様に制御部では電圧−電圧変換部の信号値の連続性を確保することができる。
【００８６】
図９は、直流入力電流ＩINの範囲と、第２のスイッチ２９１〜２９３の接続／切り離しとの関係を示す図である。
【００８７】
図９を参照して、スイッチの接続を記号○、スイッチの切り離しを記号×で表現する。図９からわかるように、直流入力電流ＩINが電流−電圧変換部に割り当てられた電流の大きさを超えた場合にその電流−電圧変換部に対応する第２のスイッチは切り離され、他の場合には第２のスイッチは接続される。第２のスイッチが切り離されるときの電流の大きさは、第２のスイッチ２９２に対しては１５Ａ、第２のスイッチ２９３に対しては５Ａである。これらの電流の大きさは電流−電圧変換部２７１〜２７３のそれぞれが電圧変換を行なう直流入力電流ＩINの入力範囲の最大値である。
【００８８】
低い電流範囲で用いられる電流−電圧変換部によって、その範囲を上回る直流入力電流ＩINが電圧変換されると、制御部１４に高電圧の信号が入力することにより制御部１４が故障したり破壊したりする可能性が高くなる。
【００８９】
直流入力電流ＩINが電流−電圧変換部の入力範囲の最大値を超えた場合、制御部１４は、その電流−電圧変換部に対応して設けられる第２のスイッチを非導通状態に設定する。そして制御部１４はその電流−電圧変換部よりも変換後の電圧が低くなる電流−電圧変換部に対応する第２のスイッチを導通状態に設定し、その電流−電圧変換部から直流入力電流信号を受ける。これにより、制御部の故障を防ぐことができる。
【００９０】
なお、図９において第２のスイッチ２９１は例外的に直流入力電流ＩINが０Ａ以下や３０Ａ以上（オーバーレンジ領域）の場合にも接続している。その理由は直流入力電流がオーバーレンジ領域から設定レンジ領域（この場合は０〜３０Ａ）内に入ったことを制御部１４が判定するための電流検出が必要だからである。つまり、第２のスイッチ２９１は常に導通状態である。何らかの異常動作のために３０Ａ以上の過大な電流や０Ａ以下の負電流が電力変換装置１に入力された場合には、例えばダイオードを用いた保護回路（図１には示さず）により制御部１４の保護が行なわれる。
【００９１】
なお、制御部１４は電圧−電圧変換部に対応して設けられる第１のスイッチに対しても第２のスイッチと同様の制御を行なう。つまり、直流入力電流ＶINが電圧−電圧変換部の入力範囲の最大値を超えた場合、制御部１４は、その電圧−電圧変換部に対応して設けら
れる第１のスイッチを非導通状態に設定する。そして制御部１４はその電圧−電圧変換部よりも変換後の電圧が低くなる電圧−電圧変換部に対応する第１のスイッチを導通状態に設定し、その電圧−電圧変換部から直流入力電圧信号を受ける。これにより、制御部の故障を防ぐことができる。
【００９２】
図１０は、直流入力電圧ＶINの範囲と、第１のスイッチ２８１〜２８３の接続／切り離しとの関係を示す図である。
【００９３】
図１０を参照して、スイッチの接続を図９と同様に記号○で示す。直流入力電圧ＶINが電圧−電圧変換部に割り当てられた電圧の大きさを超えた場合に、その電圧−電圧変換部に対応する第１のスイッチが切り離されて非導通状態になることが分かる。
【００９４】
また、制御部１４は直流入力電圧が３００Ｖを超えたり０Ｖを下回ったりしたことを検知するため、第１のスイッチ２８１は常に導通状態になっている。
【００９５】
なお、本実施の形態の電力変換装置は、図１の構成に限定されるものではない。たとえば、直流電力検出部１２において電圧−電圧変換部の数を電流−電圧変換部の数よりも多くすることで、直流入力電圧ＶINの範囲に応じて分解能をより細かく変化させるようにしてもよい。
【００９６】
また、本実施の形態の電力装置は、以下のような構成を有していてもよい。
図１１は、本実施の形態の電力変換装置の変形例を示すブロック図である。
【００９７】
図１１を参照して、電力変換装置１Ａは直流電力検出部１２に代えて直流電力検出部１２Ａを備えるが、他の部分の構成は図１の電力変換装置１と同様であるので以後の説明は繰り返さない。
【００９８】
直流電力検出部１２Ａには電圧−電圧変換部が１つのみ設けられる点で直流電力検出部１２と異なるが、他の部分は直流電力検出部１２と同様であるので以後の説明は繰り返さない。この場合、電力変換装置１と比較して、直流入力電圧の検出精度は低くなるが、電流−電圧変換部２７１〜２７３により直流入力電流が検出されるので、従来の電力変換装置よりも直流電力の検出精度を高めることができる。
【００９９】
図１２は、本実施の形態の電力変換装置の別の変形例を示すブロック図である。
図１２を参照して、電力変換装置１Ｂは直流電力検出部１２に代えて直流電力検出部１２Ｂを備えるが、他の部分の構成は図１の電力変換装置１と同様であるので以後の説明は繰り返さない。
【０１００】
直流電力検出部１２Ｂは電流−電圧変換部が１つのみ設けられる点で直流電力検出部１２と異なるが、他の部分は直流電力検出部１２と同様であるので以後の説明は繰り返さない。この場合には電圧−電圧変換部２６１〜２６３により直流入力電圧が検出されるので、従来の電力変換装置よりも直流電力の検出精度を高めることができる。
【０１０１】
以上のように、本実施の形態によれば、太陽電池から電力変換装置に入力する直流入力電圧あるいは直流入力電流をその大きさに適した変換倍率で検出するため、低日射時等の直流入力電圧あるいは直流入力電流が小さい場合でも制御部における検出精度を高く取れる。そしてその高い精度の検出信号を用いて電力演算を行うため、正確に最大電力点を追尾できる。従って、太陽電池の直流電力を効率良く引き出し、負荷または商用電力系統に供給することができる。
【０１０２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本実施の形態の電力変換装置を示すブロック図である。
【図２】電圧−電圧変換部２６１〜２６３の変換倍率の例を示す図である。
【図３】電流−電圧変換部２７１〜２７３の変換倍率の例を示す図である。
【図４】直流入力電圧信号と直流入力電圧ＶINの範囲との対応関係の一例を示す図である。
【図５】直流入力電流信号と直流入力電流ＩINの範囲との対応関係の一例を示す図である。
【図６】直流入力電流信号の選択を表形式で示す図である。
【図７】制御部１４における直流入力電流信号の切換処理を示すフローチャートである。
【図８】直流入力電圧信号の選択を表形式で示す図である。
【図９】直流入力電流ＩINの範囲と、第２のスイッチ２９１〜２９３の接続／切り離しとの関係を示す図である。
【図１０】直流入力電圧ＶINの範囲と、第１のスイッチ２８１〜２８３の接続／切り離しとの関係を示す図である。
【図１１】本実施の形態の電力変換装置の変形例を示すブロック図である。
【図１２】本実施の形態の電力変換装置の別の変形例を示すブロック図である。
【図１３】従来の電力変換装置の例を示すブロック図である。
【図１４】ＰＷＭ変調の制御量と太陽電池特性曲線上の動作点との関係を示す図である。
【符号の説明】
【０１０４】
１，１Ａ，１Ｂ，１０１  電力変換装置、２  太陽電池、３  商用電力系統、４  直流コンデンサ、５  高周波インバータブリッジ、６  高周波トランス、７  ダイオードブリッジ、８  リアクトル、９  低周波インバータブリッジ、１０  連系リレー、１１  フィルタ、１２，１２Ａ，１２Ｂ  直流電力検出部、１３  インバータ出力電流検出部、１４
制御部、１５  ゲートドライブ信号生成部、１６  ＰＷＭ変調制御部、１７  制御量演算部、１８  電力演算部、２２  ゲートドライブ信号生成部、２３  折返し制御部、２４
コンデンサ、２５  電力変換部、２６，２６１〜２６３  電圧−電圧変換部、２７，２７１〜２７３  電流−電圧変換部、２８１〜２８３  第１のスイッチ、２９１〜２９３  第２のスイッチ、Ｑ１〜Ｑ４  スイッチング素子、Ｓ１〜Ｓ４  スイッチング素子、ＳＴ１〜ＳＴ１４  ステップ。
【図１】
2007193739.tif 000003
【図２】
2007193739.tif 000004
【図３】
2007193739.tif 000005
【図４】
2007193739.tif 000006
【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】
2007193739.tif 000011
【図１０】
2007193739.tif 000012
【図１１】
2007193739.tif 000013
【図１２】
2007193739.tif 000014
【図１３】
2007193739.tif 000015
【図１４】
2007193739.tif 000016