(57)【要約】【課題】パワーコンディショナーにおいて、簡易な構成により、中間電圧におけるリップル成分を抑制可能にし、平滑化コンデンサの低容量化を実現する。【解決手段】パワーコンディショナー１において、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１，２２から出力された直流電力は、インバータ３０によって商用電源系統４に向けた交流電力に変換され、また、ＤＣ電源１０によって所定電圧の直流電力に変換され、パワーコンディショナー１の外部に出力される。ＤＣ電源１０はアクティブフィルタ（ＡＦ）を有し、このアクティブフィルタから、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１，２２の出力線２３の電圧Ｖｄｃが安定するように、出力線２３に交流電流Ｉａｆが供給される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワーコンディショナーであって、
前記パワーコンディショナーの外部から受けた直流電力を、昇圧または降圧する１つ以上のＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータから出力された直流電力を、商用電源系統に向けて交流電力に変換するインバータと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力線に、一端が接続された平滑化コンデンサと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータから出力された直流電力を受け、この直流電力を所定電圧の直流電力に変換して前記パワーコンディショナーの外部に出力するＤＣ電源とを備え、
前記ＤＣ電源は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力線の電圧が安定するように、当該出力線に交流電流を供給するアクティブフィルタを有する
ことを特徴とするパワーコンディショナー。
【請求項２】
請求項１記載のパワーコンディショナーにおいて、
前記ＤＣ電源は、２以上の直流電力を出力可能なように構成されている
ことを特徴とするパワーコンディショナー。
【請求項３】
請求項１または２記載のパワーコンディショナーにおいて、
前記インバータは、前記ＤＣ／ＤＣコンバータから出力された直流電力を、所定電圧の交流電力に変換し、前記パワーコンディショナーの外部に出力可能なように構成されている
ことを特徴とするパワーコンディショナー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電力を、商用電源系統に向けて、交流電力に変換するパワーコンディショナーに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽電池パネルを用いた太陽光発電装置や、天然ガスや水素を燃料とする燃料電池発電装置が普及しつつある。これらの発電装置では、出力できる電力が直流であるため、パワーコンディショナーが、この直流電力を商用周波数の交流電力に変換して商用電源系統に連系させる。
【０００３】
パワーコンディショナーでは、従来、平滑化コンデンサとして、例えば５００μＦ等の大容量の電解コンデンサが採用されている。しかしながら、この電解コンデンサは電子部品の中ではかなり寿命の短い部品であり、この電解コンデンサの短寿命がパワーコンディショナーの長寿命化に対する制約の１つになっている。一方、電解コンデンサの代わりに、フィルムコンデンサやＭＬＣＣ（Multi-Layered Ceramic Capacitor、積層セラミックコンデンサ）等を用いて大容量の平滑化コンデンサを実現しようとすると、コストが高くなり、実装面積も大きくなる。このため、平滑化コンデンサの容量を小さくする必要があるが、この場合には、パワーコンディショナー内の中間電圧に大きなリップル成分が重畳してしまうという問題が生じる。
【０００４】
特許文献１では、小型かつ長寿命の平滑コンデンサを採用可能なパワーコンディショナーの構成が開示されている。この構成では、複数枚の太陽光パネルにそれぞれ対応する複数のチョッパ回路を備え、そのチョッピングのタイミングを循環的に異ならせてリップルの波形を互いに均すことによって、リップル成分を抑えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−１７１１７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、特許文献１の構成では、パワーコンディショナー内の中間電圧のリップル成分を抑えるために、複数のチョッパ回路を設けているため、構成が過大になってしまう。また、複数の直流電力の入力があることが前提になる方策をとっているため、入力が１系統の場合には対処できない。
【０００７】
また、考慮している中間電圧のリップル成分は、チョッパ回路のスイッチング動作によって生じるものだけであり、インバータからの交流電力の入出力によって生じる系統周波数の２倍のリップル成分の低減には効果がない。したがって、平滑コンデンサの低容量化と小形化には寄与しない。
【０００８】
前記の問題に鑑み、本発明は、パワーコンディショナーにおいて、簡易な構成により、パワーコンディショナー内の中間電圧におけるリップル成分を抑制可能にし、平滑化コンデンサの低容量化を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の態様では、パワーコンディショナーは、前記パワーコンディショナーの外部から受けた直流電力を、昇圧または降圧する１つ以上のＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータから出力された直流電力を、商用電源系統に向けて交流電力に変換するインバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力線に、一端が接続された平滑化コンデンサと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータから出力された直流電力を受け、この直流電力を所定電圧の直流電力に変換して前記パワーコンディショナーの外部に出力するＤＣ電源とを備え、前記ＤＣ電源は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力線の電圧が安定するように、当該出力線に交流電流を供給するアクティブフィルタを有する。
【００１０】
この態様によると、パワーコンディショナーにおいて、外部から受けた直流電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータによって昇圧または降圧される。ＤＣ／ＤＣコンバータから出力された直流電力は、インバータによって、商用電源系統に向けた交流電力に変換される。また、ＤＣ／ＤＣコンバータから出力された直流電力は、ＤＣ電源によって所定電圧の直流電力に変換され、パワーコンディショナーの外部に出力される。さらに、このＤＣ電源はアクティブフィルタを有しており、このアクティブフィルタから、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力線の電圧が安定するように、当該出力線に交流電流が供給される。これにより、ＤＣ電源にアクティブフィルタを設けるだけで、簡易な構成により、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力線の電圧におけるリップル成分を抑制することができる。したがって、平滑化コンデンサの低容量化を実現することができるので、例えば、寿命の短い電解コンデンサに代えて、フィルムコンデンサやＭＬＣＣ等を用いることが可能になる。
【００１１】
そして、前記態様において、前記ＤＣ電源は、２以上の直流電力を出力可能なように構成されている、としてもよい。
【００１２】
この構成により、パワーコンディショナーから、２以上の直流電力を出力することができる。
【００１３】
さらに、前記態様において、前記インバータは、前記ＤＣ／ＤＣコンバータから出力された直流電力を、所定電圧の交流電力に変換し、前記パワーコンディショナーの外部に出力可能なように構成されている、としてもよい。
【００１４】
この構成により、パワーコンディショナーから、交流電力を出力することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によると、簡易な構成により、パワーコンディショナーの中間電圧におけるリップル成分を抑制でき、平滑化コンデンサの低容量化が実現される。したがって、例えば、寿命の短い電解コンデンサに代えて、フィルムコンデンサやＭＬＣＣ等を用いることが可能になり、パワーコンディショナーの長寿命化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態に係るパワーコンディショナーの全体構成を示すブロック図
【図２】アクティブフィルタ（ＡＦ）付きＤＣ電源の回路構成例
【図３】アクティブフィルタの制御系の構成例
【図４】パワーコンディショナーの電圧電流波形の一例であって、（ａ）はアクティブフィルタなしの場合、（ｂ）はアクティブフィルタありの場合
【図５】アクティブフィルタ付きＤＣ電源の他の回路構成例
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は実施形態に係るパワーコンディショナーの全体構成を示すブロック図である。図１に示すパワーコンディショナー１は、ＡＣ／ＤＣ給電用すなわち交流電力および直流電力の両方を供給可能な装置であり、例えば家庭用として用いられる。パワーコンディショナー１は、太陽光パネル２や蓄電池３から直流電力を受けて、この直流電力を交流電力に変換して、商用電源系統４に出力する。また、パワーコンディショナー１は、ノートＰＣ、スマートフォン等のようなＤＣ負荷５に直流電力を供給することができ、また冷蔵庫、洗濯機、テレビ等のようなＡＣ負荷６に交流電力を供給することができる。
【００１９】
パワーコンディショナー１において、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は、太陽光パネル２から出力された直流電力を、所定電圧の直流電力に昇圧または降圧する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、蓄電池３から出力された直流電力を、所定電圧の直流電力に昇圧または降圧する。平滑化コンデンサＣｄｃは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１，２２の出力線２３に一端が接続されており、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１，２２から出力された直流電圧を平滑化する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２１，２２から出力された直流電力は、インバータ３０に与えられる。インバータ３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１，２２から出力された直流電力を、商用電源系統４に向けて、商用電源の周波数と同一周波数の交流電力に変換する。また、インバータ３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１，２２から出力された直流電力を、所定電圧例えば１００Ｖの交流電力に変換し、パワーコンディショナー１の外部に出力可能である。この交流電力が上述したようなＡＣ負荷６に供給される。
【００２０】
パワーコンディショナー１には、アクティブフィルタ（ＡＦ）付きのＤＣ電源１０が設けられている。ＤＣ電源１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１，２２の出力線２３に接続されており、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１，２２から出力された直流電力を受け、この直流電力を所定電圧例えば１２Ｖの直流電力に変換してパワーコンディショナー１の外部に出力する。この直流電力が上述したようなＤＣ負荷５に供給される。また、ＤＣ電源１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１，２２の出力線２３の電圧Ｖｄｃに応じて、出力線２３に交流電流Ｉａｆを供給するアクティブフィルタを有している。このアクティブフィルタは、電圧Ｖｄｃのリップルを抑制し、安定した直流電圧になるように、フィードバック制御を行う。
【００２１】
なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１，２２の昇降圧動作、インバータ３０のスイッチング動作等のパワーコンディショナー１の動作は、図示しない制御部によって行われる。制御部は具体的には例えば、マイクロコンピュータとプログラムの組合せによって実現される。あるいは、ＤＳＰ(Digital Signal Processor)等によって実現されていてもよい。
【００２２】
図２はＤＣ電源１０の具体的な回路構成の例である。図２の構成では、ＤＣ電源１０は、アクティブフィルタ１１と、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２とを備えている。アクティブフィルタ１１は、４個のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４を有しており、直列接続されたスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、直列接続されたスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４とが、並列に接続されている。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続点と、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の接続点とから、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４のオンオフ動作によって、交流電流Ｉａｆが出力される。また、図２では、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２としてフライバック型の構成を示しているが、これに限られるものでなく、プッシュプル型やフォーワード型の構成であってもよい。
【００２３】
図３はアクティブフィルタ１１の制御系の構成例である。制御系１３は、出力線２３の電圧Ｖｄｃを検出し、これが所定のＤＣ電圧Ｖｄｃｒｅｆになるようにフィードバック制御を行う。補償器１３１は例えばＤＣゲインと安定化補償器とから構成されており、ＤＣ電圧Ｖｄｃｒｅｆと電圧ｖｄｃとの差を受ける。コンパレータ１３２は、ＤＣ電圧Ｖｄｃｒｅｆに補償器１３１の出力を加えた電圧と、三角波とを比較する。コンパレータ１３２の出力から、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４のゲート信号が生成される。なお、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４のゲート信号は、デューティ比がほぼ一定のパルス信号になる。また、アクティブフィルタ１１の制御系１３は、パワーコンディショナー１の制御部の内部に構成してもよいし、パワーコンディショナー１の制御部とは別個に設けてもかまわない。
【００２４】
図４はパワーコンディショナー１の電圧電流波形の一例であり、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１，２２の出力線２３の電圧Ｖｄｃ、インバータ３０の出力電圧Ｖｃｓ、およびインバータ３０の出力電流Ｉｏを示している。平滑化コンデンサＣｄｃの容量値は２００μＦである。同図中、（ａ）は比較例としてのアクティブフィルタがない場合、（ｂ）は本実施形態すなわちアクティブフィルタがある場合である。図４（ａ），（ｂ）を対比すると分かるように、アクティブフィルタの動作によりＤＣ−ＤＣコンバータ２１，２２の出力線２３の電圧Ｖｄｃのリップル電圧は抑制されており、また、インバータ３０の出力電流Ｉｏの歪みが改善されている。すなわち、アクティブフィルタがない場合は、インバータ３０の入力電流Ｉｉｉのリップル電流は、全て平滑化コンデンサＣｄｃが供給する。これに対して、アクティブフィルタを動作させると、入力電流Ｉｉｉのリップル電流の一部をアクティブフィルタが供給することになり、これにより、電圧Ｖｄｃのリップル電圧が小さくなる。
【００２５】
以上のように本実施形態によると、パワーコンディショナー１において、外部から受けた直流電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１，２２によって昇圧または降圧される。ＤＣ／ＤＣコンバータ２１，２２から出力された直流電力は、インバータ３０によって、商用電源系統４に向けた交流電力に変換される。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１，２２から出力された直流電力は、ＤＣ電源１０によって所定電圧の直流電力に変換され、パワーコンディショナー１の外部に出力される。さらに、ＤＣ電源１０はアクティブフィルタ１１を有しており、このアクティブフィルタ１１から、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１，２２の出力線２３の電圧Ｖｄｃが安定するように、出力線Ｖｄｃに交流電流Ｉａｆが供給される。これにより、ＤＣ電源１０にアクティブフィルタ１１を設けるだけで、簡易な構成により、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１，２２の出力線２３の電圧Ｖｄｃにおけるリップル成分を抑制することができる。したがって、平滑化コンデンサＣｄｃとして、容量の小さいコンデンサを用いることができるので、寿命の短い電解コンデンサに代えて、例えばフィルムコンデンサやＭＬＣＣ等を平滑化コンデンサＣｄｃとして用いることができる。
【００２６】
なお、ＤＣ電源１０は、２以上の直流電力を出力可能なように構成されていてもよい。図５はＤＣ電源１０の具体的な回路構成の他の例である。図５の構成では、ＤＣ電源１０は、多出力のＤＣ−ＤＣコンバータ１２Ａを備えている。図５の例では、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２Ａは５出力である。図５のような構成により、ＤＣ電源１０は、２以上の直流電力を出力できる。なお、出力する直流電力は、同じ電圧であってもよいし、異なる電圧であってもよい。また、図５の構成に代えて、アクティブフィルタ１１に共通に接続された複数のＤＣ−ＤＣコンバータを設けた構成としてもよい。この構成でも、ＤＣ電源１０は２以上の直流電力を出力可能となる。
【００２７】
なお、上述の実施形態では、パワーコンディショナー１は、家庭用であるものとしたが、これに限られるものではない。また、入力される直流電力の生成元は太陽光発電に限定されるものではなく、例えば風力発電や燃料電池等に対応したものであってもかまわない。また、図１では、入力される直流電力は２系統であり、２個のＤＣ／ＤＣコンバータ２１，２２が設けられた構成を示したが、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１，２２の個数はこれに限られるものではない。また、インバータ３０は、ＡＣ負荷６に向けた交流電力を出力可能であるものとしたが、このような交流電力を出力しないものとしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明では、パワーコンディショナーにおいて、平滑化コンデンサとして、寿命の短い電解コンデンサに代えて、フィルムコンデンサやＭＬＣＣ等を用いることが可能になるため、例えば、パワーコンディショナーの長寿命化に有用である。
【符号の説明】
【００２９】
１  パワーコンディショナー
４  商用電源系統
１０  ＤＣ電源
１１  アクティブフィルタ
１２，１２Ａ  ＤＣ／ＤＣコンバータ
２１，２２  ＤＣ／ＤＣコンバータ
２３  出力線
３０  インバータ
Ｃｄｃ  平滑化コンデンサ
【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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