(57)【要約】【課題】ＤＣ／ＡＣ変換器１３の直流電圧を、商用電源１５との連係をとることができる必要最小限の直流電圧に制御して、各変換器１２，１３のスイッチング損失を抑制した系統連係用電力変換装置を提供する。【解決手段】前記変換器１３の交流電流検出信号を入力とし、直流電源１１の出力電力が最大となる点に追従する制御に沿って決定した指令値と、それに対応したＰＷＭ制御の制御率αとを生成し、前記指令値によって前記変換器１３を電流制御するＤＣ／ＡＣ変換器制御回路２１と、前記変換器１３の電流制御可能な範囲の固定値に設定された制御率の目標値αｃｍｄと前記制御率αの偏差をとって、ＤＣ／ＤＣ変換器１２の直流電圧指令Ｖｄｃ_ｃｍｄを生成する直流電圧指令生成部（２２，２３，２４，２５）と、前記変換器１２の出力電圧を、前記Ｖｄｃ_ｃｍｄとなるように制御するＤＣ／ＤＣ変換器制御回路２６と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源の直流電力を所望の直流電力に変換するＤＣ／ＤＣ変換器と、前記ＤＣ／ＤＣ変換器の直流出力電力をＰＷＭ制御によって交流電力に変換する変換器であって、交流側がフィルタを介して商用電源に接続されたＤＣ／ＡＣ変換器とを備えた系統連係用電力変換装置において、
前記ＤＣ／ＡＣ変換器の交流電流検出信号および交流電圧検出信号を入力とし、前記直流電源の出力電力が最大となる点に追従する制御に沿って決定した交流電流の指令値と、該指令値に対応した前記ＰＷＭ制御の制御率αとを生成し、前記生成した交流電流指令値によって前記ＤＣ／ＡＣ変換器を電流制御するＤＣ／ＡＣ変換器制御回路と、
前記ＤＣ／ＡＣ変換器の電流制御可能な範囲の固定値に設定された制御率の目標値αｃｍｄと前記制御率αの偏差をとって、前記ＤＣ／ＤＣ変換器の直流電圧指令Ｖｄｃ_ｃｍｄを生成する直流電圧指令生成部と、
前記ＤＣ／ＤＣ変換器の出力電圧を、前記生成された直流電圧指令Ｖｄｃ_ｃｍｄとなるように制御するＤＣ／ＤＣ変換器制御回路と、を備えたことを特徴とする系統連係用電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電などを電源とし、ＤＣ／ＤＣ変換器とＤＣ／ＡＣ変換器からなる系統連係用電力変換装置に関わり、特にＤＣ／ＤＣ変換器の出力電圧指令の生成技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
系統連係用電力変換装置の構成を図４に示す。図４において１１は、例えば太陽光発電による直流電源であり、その正側出力端はＤＣ／ＤＣ変換器１２に接続されている。ＤＣ／ＤＣ変換器１２は、半導体スイッチ素子をスイッチング制御することにより直流電源１１の電力を所望の直流電力に変換する。
【０００３】
ＤＣ／ＤＣ変換器１２の出力側は、直流電力を交流電力に変換する、例えばＰＷＭ制御されるインバータを備えたＤＣ／ＡＣ変換器１３に接続されている。
【０００４】
ＤＣ／ＡＣ変換器１３の交流側は系統側のフィルタ１４を介して商用電源１５に接続されている。
【０００５】
ＤＣ／ＡＣ変換器１３から商用電源１５に出力する交流電流を制御するには、商用電源電圧のピーク＋フィルタの電圧降下＋ＤＣ／ＡＣ変換器１３の電圧降下を考慮した直流電圧よりもＤＣ／ＡＣ変換器１３の直流部の電圧が高くなければならない。
【０００６】
一方、ＤＣ／ＡＣ変換器１３の直流電圧が高いとＤＣ／ＤＣ変換器１２および、ＤＣ／ＡＣ変換器１３のスイッチング素子におけるスイッチング損失が増加するという問題がある。
【０００７】
これらを解決するため、商用電源電圧のピークと直流電圧の差が一定になるようにＤＣ／ＤＣ変換器１２の出力である直流電圧を制御することで、ＤＣ／ＡＣ変換器１３の電流制御性を確保しつつ、ＤＣ／ＤＣ変換器１２、ＤＣ／ＡＣ変換器１３でのスイッチング損失の低減を図っている（特許文献１〜３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−１４１１２号公報
【特許文献２】特開２００７−１７４８６６号公報
【特許文献３】特開２００５−３９９３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、ＤＣ／ＡＣ変換器１３の出力電圧にはＰＷＭ制御に起因するリプル電流が含まれているため、これらを除去するフィルタ１４が用いられている。フィルタ１４はインダクタとキャパシタからなるＬＣフィルタが一般的であるが、フィルタ部での電圧ドロップは電流に応じて変化することになる。よって、ＤＣ／ＤＣ変換器１２の直流出力電圧はフィルタ部での最大の電圧ドロップを考慮して決定されなければならず、例えば図３のＶ４に示すように、負荷電流の大小にかかわらず一定の電圧に設定されていた。
【００１０】
図３は、ＤＣ／ＡＣ変換器１３の交流側の負荷電流と直流側の電圧の関係を示しており、軽負荷時においては直流電圧が低くても商用電源１５との連係ができるにもかかわらず、直流電圧設定値Ｖ４に示すように直流電圧が高いままＤＣ／ＡＣ変換器１３を運転することが多く、スイッチング損失が増加することになる。
【００１１】
本発明は上記課題を解決するものであり、その目的は、ＤＣ／ＡＣ変換器の直流電圧を、商用電源との連係をとることができる必要最小限の直流電圧に制御して、ＤＣ／ＤＣ変換器およびＤＣ／ＡＣ変換器のスイッチング損失を抑制した系統連係用電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するための本発明の系統連係用電力変換装置は、直流電源の直流電力を所望の直流電力に変換するＤＣ／ＤＣ変換器と、前記ＤＣ／ＤＣ変換器の直流出力電力をＰＷＭ制御によって交流電力に変換する変換器であって、交流側がフィルタを介して商用電源に接続されたＤＣ／ＡＣ変換器とを備えた系統連係用電力変換装置において、前記ＤＣ／ＡＣ変換器の交流電流検出信号および交流電圧検出信号を入力とし、前記直流電源の出力電力が最大となる点に追従する制御に沿って決定した交流電流の指令値と、該指令値に対応した前記ＰＷＭ制御の制御率αとを生成し、前記生成した交流電流指令値によって前記ＤＣ／ＡＣ変換器を電流制御するＤＣ／ＡＣ変換器制御回路と、前記ＤＣ／ＡＣ変換器の電流制御可能な範囲の固定値に設定された制御率の目標値αｃｍｄと前記制御率αの偏差をとって、前記ＤＣ／ＤＣ変換器の直流電圧指令Ｖｄｃ_ｃｍｄを生成する直流電圧指令生成部と、前記ＤＣ／ＤＣ変換器の出力電圧を、前記生成された直流電圧指令Ｖｄｃ_ｃｍｄとなるように制御するＤＣ／ＤＣ変換器制御回路と、を備えたことを特徴としている。
【００１３】
上記構成によれば、交流電流の指令値は直流電源の能力を考慮した値に決定され、その指令値に対応したＰＷＭ制御の制御率αをフィードバックして制御率の目標値αｃｍｄとの偏差をとってＤＣ／ＤＣ変換器の直流電圧指令Ｖｄｃ_ｃｍｄを求めているので、交流側の負荷電流や商用電源電圧が変化しても常に制御率αを一定に保つことが可能となり、ＤＣ／ＡＣ変換器の交流電流制御性を劣化させることのない範囲で直流電圧を低く制御することができる。
【００１４】
これによってＤＣ／ＤＣ変換器、ＤＣ／ＡＣ変換器におけるスイッチング損失を低減させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、商用電源の変動やＤＣ／ＡＣ変換器出力電流の変動があっても、ＤＣ／ＡＣ変換器の交流出力電流制御性能を確保できる直流電圧に制御することにより、ＤＣ／ＤＣ変換器、ＤＣ／ＡＣ変換器でのスイッチング損失を含む損失を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態例を示す構成図。
【図２】本発明の一実施形態例における直流側電圧と制御率αの関係を示す特性図。
【図３】系統連係用電力変換装置における負荷電流と必要な直流電圧の関係を示す特性図。
【図４】一般的な系統連係用電力変換装置の一例を示す構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明するが、本発明は下記の実施形態例に限定されるものではない。図１は本発明の実施例による系統連係用電力変換装置の構成を示している。図１において図４と同一部分は同一符号をもって示している。
【００１８】
本発明では、図１のＤＣ／ＡＣ変換器１３のスイッチング損失を含めた損失を低減させるため、ＤＣ／ＤＣ変換器１２の出力電圧を、系統側の商用電源１５に電力供給が行える下限に近い直流電圧とすることができるように構成した。
【００１９】
図１においてＤＣ／ＡＣ変換器１３はＰＷＭ制御のインバータにより構成されている。系統側電源（商用電源１５）への電力供給は電流制御で行なう。このためＤＣ／ＡＣ変換器１３の交流側に交流電流検出器ＣＴ１を設け、さらに後述のゲート指令を生成するための同期信号を得る（同期検出の）為に交流電圧検出器ＰＴ１を設ける。
【００２０】
２１は、前記交流電流検出器ＣＴ１の検出電流Ｉａｃおよび交流電圧検出器ＰＴ１の検出電圧Ｖａｃを入力とし、直流電源１１の出力電力が最大となる点に追従する制御（ＭＰＰＴ（Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｐｏｗｅｒ  Ｐｏｉｎｔ  Ｔｒａｃｋｅｒ）制御）に沿って（直流電源１１の能力を考慮した）交流電流の指令値を決定して生成し、この指令値に対応した前記ＤＣ／ＡＣ変換器１３のＰＷＭ制御の制御率αを生成し、前記生成した交流電流の指令値（図示ゲート指令）によってＤＣ／ＡＣ変換器１３の電流制御を行うＤＣ／ＡＣ変換器制御回路である。
【００２１】
２２は、ＤＣ／ＡＣ変換器１３の電流制御可能な範囲の固定値に設定されたＰＷＭの制御率の目標値αｃｍｄを定める制御率指令部である。
【００２２】
２３は、前記制御率指令部２２で設定された制御率の目標値αｃｍｄをプラス入力とし、前記ＤＣ／ＡＣ変換器制御回路２１により生成された制御率αをマイナス入力として両者の偏差をとる加算器である。
【００２３】
２４は、加算器２３の偏差出力を入力してＰＩＤ演算を行う（Ｐ又はＰＩの演算でもよい）ＰＩＤ制御器である。
【００２４】
２５は、ＰＩＤ制御器２４の出力を入力としてリミッタ処理を行い、ＤＣ／ＤＣ変換器１２の直流電圧指令Ｖｄｃ_ｃｍｄを得るリミッタである。
【００２５】
尚、前記制御率指令部２２、加算器２３、ＰＩＤ制御器２４およびリミッタ２５によって、直流電圧指令生成部を構成している。
【００２６】
２６は、図示省略の電圧検出器によってＤＣ／ＤＣ変換器１２の出力電圧を検出した直流電圧検出値Ｖｄｃが、前記リミッタ２５の出力である直流電圧指令Ｖｄｃ_ｃｍｄとなるように制御する（図示ゲート指令）ＤＣ／ＤＣ変換器制御回路である。
【００２７】
尚商用電源１５は単相でも三相でも、ＤＣ／ＡＣ変換器１３をそれぞれに合わせた構成とすることで対応可能である。
【００２８】
上記のように構成された装置において、ＤＣ／ＡＣ変換器制御回路２１はＤＣ／ＡＣ変換器１３の出力電流を所望の値に制御するようにＰＷＭ変調の制御率αを制御している。
【００２９】
ＤＣ／ＡＣ変換器１３における直流電圧と負荷電流（交流電流）の関係を図３に示す。負荷電流によりフィルタ１４の電圧降下が変化するため、インバータ（ＤＣ／ＡＣ変換器１３）が最大の電圧を出力するように制御率αを固定すれば、図３のＡ線に示すように、直流電圧下限値が設定される。この制御率αは、図２に示すように、交流側出力電圧を一定にするためにはＤＣ／ＡＣ変換器１３の直流電圧が高い場合は低く、直流電圧が低くなるにつれ１に近づき、制御率１の場合はＤＣ／ＡＣ変換器１３が出力可能な最大交流電圧を出力していることになる。
【００３０】
本発明は、ＤＣ／ＡＣ変換器１３の制御率の目標値αｃｍｄを指令値、ＤＣ／ＡＣ変換器制御回路２１の制御率αをフィードバック値としてＰＩＤ制御器２４に入力し、その出力をリミッタ２５でリミッタ処理して、ＤＣ／ＤＣ変換器制御回路２６に直流電圧指令Ｖｄｃ_ｃｍｄとして入力するものである。
【００３１】
これにより、商用電源電圧の変動や交流電流に変化がおこっても常に制御率αを一定に保つことが可能になり、図２に示すように負荷電流がＩ１，Ｉ２，Ｉ３のとき直流電圧はＶ１，Ｖ２，Ｖ３となる。ＤＣ／ＡＣ変換器１３の交流電流制御性を劣化させることのない範囲で、直流電圧を低く制御することが可能になるので、ＤＣ／ＤＣ変換器１２、ＤＣ／ＡＣ変換器１３でのスイッチング損失を低減することが可能になる。
【００３２】
ＤＣ／ＡＣ変換器１３が電流制御を行うためには、制御率αを変化させなければならない。目標値αｃｍｄを最大に設定しておけばスイッチング損失を低減することは可能であるが、電流制御ができなくなってしまう。よってαｃｍｄはＤＣ／ＡＣ変換器１３が電流制御可能な範囲の固定値に設定する。
【００３３】
目標値αｃｍｄの決め方は、予め、負荷電流最大値で系統側電圧変動範囲の最大値で、フィルタ１４の電圧降下を考慮し、図２の直流電圧と制御率の関係を考慮してＤＣ／ＡＣ変換器１３の電流制御可能な範囲の中で最大の制御率で決定する。
【００３４】
以上のように、本実施例によれば、図２、図３に示すように、従来では負荷電流にかかわらず、Ｖ４のような高い電圧であった直流電圧が、負荷電流の大小に応じて必要最下限に近いＶ１，Ｖ２，Ｖ３の電圧でインバータ（ＤＣ／ＡＣ変換器１３）を運用できるため、素子損失の低減を実現することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１１…直流電源
１２…ＤＣ／ＤＣ変換器
１３…ＤＣ／ＡＣ変換器
１４…フィルタ
１５…商用電源
２１…ＤＣ／ＡＣ変換器制御回路
２２…制御率指令部
２３…加算器
２４…ＰＩＤ制御器
２５…リミッタ
２６…ＤＣ／ＤＣ変換器制御回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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