(57)【要約】【課題】  装置全体にわたって応答性のよい安定した制御を可能とし、しかもスイッチング損失を極力減少できて効率の向上が図れる電源装置を提供する。【解決手段】  系統連系運転では、インバータ１０が高い周波数１２ｋＨｚでスイッチングされるとともに、昇圧チョッパー４のスイッチング周波数がインバータ１０のスイッチング周波数と同じ１２ｋＨｚに設定される。商用電源系統との連系が不要な自立運転時は、インバータ１０が低い周波数６ｋＨｚでスイッチングされるとともに、昇圧チョッパー４のスイッチング周波数がインバータ１０のスイッチング周波数と同じ６ｋＨｚに設定される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池の出力をスイッチングにより昇圧する昇圧手段と、この昇圧手段の出力をスイッチングにより交流に変換するインバータと、このインバータを商用電源系統に連系して動作させる系統連系運転および前記商用電源系統と関わりなく動作させる自立運転を選択的に実行する制御手段と、前記インバータのスイッチング周波数を前記系統連系運転時に高い値に設定して前記自立運転時に低い値に設定するとともに、そのスイッチング周波数と同じ値に前記昇圧手段のスイッチング周波数を設定する制御手段と、を備えたことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記インバータの出力を前記商用電源系統に出力するための系統出力端子と、前記インバータの出力を機器の運転用に出力するための自立出力端子と、前記インバータの出力端と前記系統出力端子との間に設けられた第１スイッチ手段と、前記インバータの出力端と前記自立出力端子との間に設けられた第２スイッチ手段とを備え、前記制御手段は、前記系統運転時に第１スイッチ手段を導通させ、前記自立運転時に第２スイッチ手段を導通させる、ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、太陽電池の出力をインバータにより交流に変換して負荷に供給する電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池の出力（直流電圧）をインバータにより交流に変換して負荷に供給する電源装置の例として、インバータを商用電源系統と連系して動作させる系統連系運転、およびインバータを商用電源系統と関わりなく動作させる自立運転を可能とするものがある（例えば、特許文献１，２）。
【０００３】
系統連系運転では、太陽電池の出力が商用電源系統に供給される。自立運転では、太陽電池の出力により、家庭電化製品などの電気機器が直接的に運転される。
【０００４】
このような電源装置では、系統連系運転時、商用電源系統との連系を確実にするため、商用電源の周波数よりも十分に高い周波数でインバータがスイッチングされる。スイッチング周波数が高いことにより、そのスイッチング周期に同期して行われる割り込み制御が頻繁となり、商用電源の状態変化などに十分に追従し得る応答性のよい制御が可能となる。自立運転では、商用電源系統との連系がそもそも不要であること、しかも図４に示すように、インバータのスイッチング周波数（ｆｃ）が低いほどスイッチング損失が減少して効率の向上が図れることから、低い周波数でインバータがスイッチングされる。
【特許文献１】特開平８−３１７６６５号公報
【特許文献２】特開平９−３０８２６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の電源装置では、太陽電池の出力がスイッチングによって一旦昇圧されてからインバータに供給される。昇圧用のスイッチング周波数は、インバータのスイッチング周波数よりも低い。
【０００６】
系統連系運転時に高い周波数でインバータがスイッチングされて、割り込み制御が頻繁になったとしても、それはインバータ側の制御についてだけのことであって、装置全体で見ると必ずしも応答性がよいとはいえない。
【０００７】
この発明は、上記事情を考慮したもので、装置全体にわたって応答性のよい安定した制御を可能とし、しかもスイッチング損失を極力減少できて効率の向上が図れる電源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】
【０００８】
請求項１に係る発明の電源装置は、太陽電池の出力を昇圧手段のスイッチングにより昇圧する昇圧手段と、この昇圧手段の出力をスイッチングにより交流に変換するインバータと、このインバータを商用電源系統に連系して動作させる系統連系運転および上記商用電源系統と関わりなく動作させる自立運転を選択的に実行する制御手段と、上記インバータのスイッチング周波数を上記系統連系運転時に高い値に設定して上記自立運転時に低い値に設定するとともに、そのスイッチング周波数と同じ値に上記昇圧手段のスイッチング周波数を設定する制御手段と、を備えている。
【発明の効果】
【０００９】
この発明の電源装置によれば、装置全体にわたって応答性のよい安定した制御が可能となる。しかも、スイッチング損失を極力減少できて、効率の向上が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、この発明の一実施形態について図面を参照して説明する。  
図１において、１は太陽電池（ＰＶ）で、光を受けることにより、直流電圧を出力する。この出力が本発明の電源装置であるパワーコンディショナー２に供給される。
【００１１】
パワーコンディショナー２は、太陽電池１の出力電圧が印加されるコンデンサ３、このコンデンサ３の電圧を昇圧する昇圧チョッパー４、この昇圧チョッパー４の出力を交流電圧に変換するインバータ１０を備えている。
【００１２】
昇圧チョッパー４は、直流リアクトル５、トランジスタたとえばＩＧＢＴ６、逆流防止用ダイオード７、およびコンデンサ８を有するいわゆるＤＣ−ＤＣコンバータであり、主制御部であるＭＣＵ３０から供給されるＰＷＭ信号に応じてＩＧＢＴ６がオン，オフすることにより、入力電圧（直流電圧）を所定レベルの直流電圧に昇圧する。インバータ１０は、４つのトランジスタたとえばＩＧＢＴ１１，１２，１３，１４からなるフルブリッジ回路、およびＩＧＢＴ１１，１２，１３，１４にそれぞれ逆並列接続された還流ダイオードＤを有し、ＭＣＵ３０から供給されるＰＷＭ信号に応じたＩＧＢＴ１１，１２，１３，１４のオン，オフにより、入力電圧（直流電圧）を所定周波数の交流電圧に変換する。
【００１３】
このインバータ１０の出力端に交流リアクトル１４を介してコンデンサ１５が接続され、そのコンデンサ１５に第１スイッチ手段たとえばリレー接点１６，１７および出力用コンデンサ１８，１９を介して系統出力端子（１００Ｖ／２００Ｖ）２０が接続されている。そして、系統出力端子２０に商用電源系統が接続され、その商用電源系統に各種電気機器が接続されている。また、上記コンデンサ１５に、第２スイッチ手段たとえばリレー接点２１および出力用コンデンサ２２を介して自立出力端子（１００Ｖ）２３が接続されている。この自立出力端子２３に、上記各種電気機器が直接的に接続されている。
【００１４】
上記リレー接点１６，１７，１８は、ＭＣＵ３０により制御される。そして、リレー接点１６とリレー接点１７との間の通電路における系統電圧（および周波数）、太陽電池１の出力電圧・電流、および昇圧チョッパー４の昇圧電圧が、それぞれＭＣＵ３０により監視される。ＭＣＵ３０には、さらに、運転切替スウィッチ３１および表示部３２が接続されている。
【００１５】
ＭＣＵ３０は、主要な機能として、次の（１）（２）の手段を有している。  
（１）運転切替スウィッチ３１の操作に応じて、インバータ１０を商用電源系統に連系して動作させる系統連系運転および商用電源系統と関わりなく動作させる自立運転を選択的に実行する制御手段。  
（２）インバータ１０のスイッチング周波数を系統連系運転時に高い値に設定して自立運転時に低い値に設定するとともに、そのスイッチング周波数と同じ値に昇圧チョッパー４のスイッチング周波数を設定する制御手段。
【００１６】
つぎに、上記の構成の作用を図２の信号波形図および図３のフローチャートを参照しながら説明する。  
図２に示すように、正弦波状電圧の指令信号と三角波状電圧のキャリア信号との電圧比較により、パルス波状電圧のＰＷＭ信号が生成される。このＰＷＭ信号は、周波数がキャリア信号の周波数と一致し、パルス幅（オン，オフデューティ）が指令信号の電圧レベルに応じて変化する。
【００１７】
こうして、昇圧チョッパー４を駆動するためのＰＷＭ信号が生成されるとともに、インバータ１０を駆動するためのＰＷＭ信号が生成される。
【００１８】
運転切替スウィッチ３１で系統連系運転が設定されると、インバータ１０用のＰＷＭ信号を生成するためのキャリア信号の周波数ｆが高めの１２ｋＨｚに設定されるとともに、昇圧チョッパー４用のＰＷＭ信号を生成するためのキャリア信号の周波数ｆが同じ１２ｋＨｚに設定される。こうして、昇圧チョッパー４およびインバータ１０が共に１２ｋＨｚの周波数でスイッチングされ、そのインバータ１０の出力による系統連系運転が開始される。
【００１９】
系統連系運転では、初めに、リレー接点１６がオフの状態でリレー接点１７がオンされ、リレー接点１６とリレー接点１７との間の通電路において商用電源系統の電圧および周波数がチェックされる。この系統電圧および系統周波数が規定の範囲内に収まったまま、一定の連系待機時間（例えば３００秒）が経過すると、商用電源系統が正常であるとの判断の下に、リレー接点１６がオンされる。これにより、インバータ１０の出力が商用電源系統に供給される。
【００２０】
この系統連系運転時、系統電圧が所定値以上上昇した場合には、インバータ１０から商用電源系統に無効電力を注入する無効電力注入制御が実行され、これにより系統電圧の上昇が抑制される。
【００２１】
また、系統連系運転時、昇圧チョッパー４の出力電圧が監視されており、負荷側の電力消費の増大などによって昇圧チョッパー４の出力電圧が下降すると、昇圧チョッパー４用のＰＷＭ信号のオン，オフデューティが増大されて、昇圧チョッパー４の出力電圧が上昇方向に調整される。
【００２２】
運転切替スウィッチ３１で運転停止が指示されると、昇圧チョッパー４およびインバータ１０の駆動が停止される。これにより、系統連系運転が終了する。
【００２３】
一方、運転切替スウィッチ３１で自立運転が設定されると、インバータ１０用のＰＷＭ信号を生成するためのキャリア信号の周波数ｆが低めの６ｋＨｚに設定されるとともに、昇圧チョッパー４用のＰＷＭ信号を生成するためのキャリア信号の周波数ｆが同じ６ｋＨｚに設定される。こうして、昇圧チョッパー４およびインバータ１０が共に６ｋＨｚの周波数でスイッチングされ、そのインバータ１０の出力による自立運転が開始される。
【００２４】
自立運転では、リレー接点２１がオンされ、インバータ１０の出力が電気機器に直接的に供給される。
【００２５】
また、この自立運転時、昇圧チョッパー４の出力電圧が監視されており、負荷側の電力消費の増大などによって昇圧チョッパー４の出力電圧が下降すると、昇圧チョッパー４用のＰＷＭ信号のオン，オフデューティが増大されて、昇圧チョッパー４の出力電圧が上昇方向に調整される。
【００２６】
運転切替スウィッチ３１で運転停止が指示されると、昇圧チョッパー４およびインバータ１０の駆動が停止される。これにより、自立運転が終了する。
【００２７】
以上のように、系統連系運転では、インバータ１０が商用電源の周波数よりも十分に高い周波数１２ｋＨｚでスイッチングされることにより、そのスイッチング周期に同期して行われる割り込み制御が頻繁となり、商用電源の状態変化などに十分に追従し得る応答性のよい制御が可能となる。しかも、昇圧チョッパー４のスイッチング周波数がインバータ１０のスイッチング周波数と同じ１２ｋＨｚに設定されるので、インバータ１０の制御に昇圧チョッパー４の制御が応答性よく追従することになり（ちぐはぐな動作がなくなり）、パワーコンディショナー２の全体にわたって応答性のよい安定した制御が可能となる。
【００２８】
商用電源系統との連系が不要な自立運転時は、インバータ１０が低い周波数６ｋＨｚでスイッチングされることにより、スイッチング損失が減少して効率の向上が図れる。しかも、この場合、昇圧チョッパー４のスイッチング周波数がインバータ１０のスイッチング周波数と同じ６ｋＨｚに設定されるので、インバータ１０の制御に昇圧チョッパー４の制御が応答性よく追従することになり（ちぐはぐな動作がなくなり）、パワーコンディショナー２の全体にわたって応答性のよい安定した制御が可能となる。
【００２９】
なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】この発明の一実施形態の構成を示すブロック図。
【図２】一実施形態におけるＰＷＭ信号の生成を説明するための信号波形図。
【図３】一実施形態の作用を説明するためのフローチャート。
【図４】一実施形態におけるインバータのスイッチング周波数と効率の関係を示す図。
【符号の説明】
【００３１】
１…太陽電池、２…パワーコンディショナー（電源装置）、４…昇圧チョッパー（昇圧手段）、１０…インバータ、１６，１７，２１…リレー接点、２０…系統出力端子、２３…自立出力端子、３０…ＭＣＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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