(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端側にスイッチング素子を介して交流入力が供給され、他端側に１次巻線と２次巻線を備えた変圧器を介して前記１次巻線から負荷に交流出力を供給する給電ラインと、
前記変圧器の２次巻線に接続され電力変換を行う直列インバータと、
前記給電ラインに接続され電力変換を行う並列コンバータと、
前記直列インバータの直流側と前記並列コンバータの直流側の双方に接続された蓄電デバイスと、を備えることで無停電電源部を構成する一方、
前記変圧器に接続される負荷に対して並列接続され、発電電力抑制制御機能を備える太陽光発電部と、
前記太陽光発電部に生じる逆潮流の電流値を検出する電流検出器と、
前記逆潮流の電流値が０になるように前記直列インバータを制御して前記変圧器の出力電圧を調整する直列インバータ制御部と、
を備えたことを特徴とする太陽光発電電力制御装置。
【請求項２】
前記スイッチング素子と前記変圧器との間に第１の入力巻線と第２の入力巻線を有する別の変圧器を接続し、
前記並列コンバータは、前記別の変圧器の第２の入力巻線に接続され、
前記変圧器は、前記別の変圧器の漏れインダクタンスを有する出力巻線に接続された
請求項１に記載の太陽光発電電力制御装置。
【請求項３】
前記変圧器の２次巻線に対して、前記直列インバータ、前記並列コンバータ、前記蓄電デバイスをそれぞれ並列に接続して成る請求項１に記載の太陽光発電電力制御装置。
【請求項４】
前記電流検出器は、前記スイッチング素子に対して交流入力側に接続する請求項１から請求項３のいずれかに記載の太陽光発電電力制御装置。
【請求項５】
前記電流検出器は、前記直列インバータの直流ラインと前記蓄電デバイスの接続点より前記並列コンバータ側に接続する請求項１から請求項３のいずれかに記載の太陽光発電電力制御装置。
【請求項６】
前記スイッチング素子は、逆並列接続された一対のサイリスタから構成される請求項１から請求項５のいずれかに記載の太陽光発電電力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は太陽光発電電力制御装置に関し、特に太陽光発電において、交流入力側へ電力を逆潮流させることなく負荷が要求する分だけ発電する電力制御を行う太陽光発電電力制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電パネルを使用した電力供給システムは、例えば特許文献１に示す構造が提案されている。
この電力供給システム２０１は、図２０に示すように、商用電力供給源２０５と太陽光発電システム２０３と電力貯蔵電池２２３を備え、太陽光発電システム２０３は太陽光発電パネル２１１と電力変換装置２１３を備えている。電力供給システム２０１は、電力切替器を備えることで、商用電力供給源２０５との間で逆潮流、電圧上昇を検知したときは、商用電力供給源２０５を解列して太陽光発電システム２０３から供給された余剰電力を電力貯蔵電池２２３に蓄電させ、商用電力供給源２０５の停電を検知したときは、商用電力供給源２０５を解列して太陽光発電システム２０３と電力貯蔵電池２２３から電力を負荷２０９に供給する。
【０００３】
この電力供給システム２０１によれば、電力貯蔵装置により太陽光発電の電力を売電したり、余剰電力は電力貯蔵電池２２３へ蓄電したり、負荷２０９の電力が不足する場合は、太陽光発電の電力と電力貯蔵からの電力を足して負荷２０９へ電力を供給したり、深夜電力にて電力貯蔵電池２２３を充電することが行われる。
また、太陽光発電システム２０３から逆潮流が発生した場合、系統電圧が上昇した場合、停電が発生した場合においては、スイッチ２４１を開状態とすることで系統から太陽光発電システム２０３を切り離して負荷２０９への電力供給を制御することが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４８５６６９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の電力供給システムによれば、太陽光発電システム２０３を自家消費型とする場合、太陽光発電システム２０３から商用系統（商用電力供給源２０５）側に逆潮流が発生した場合、スイッチ２４１の開閉によって逆潮流を制御することになるため、オン・オフ制御となるのでアナログ的なきめ細かな制御ができないという欠点が生じる。開閉動作によるスイッチの劣化も予測される。
また、系統の電圧上昇抑制のために、余剰電力が発生した場合は系統をスイッチ２４１で切り離し電力貯蔵電池２２３へ充電することになるが、電力貯蔵電池２２３が満充電になった場合においても系統電圧が高い場合であれば、太陽光発電は切り離されたままであり、負荷の消費電力が太陽光発電電力よりも大きくなった場合、余剰電力を消費する負荷がないため、スイッチ２４３をオフする必要がある。このため、太陽光発電装置（太陽光発電システム２０３）を自家消費型とすることはできない。また、太陽光発電電力の有効活用ができない。
【０００６】
また、負荷に交流入力を供給する場合、交流電源が正常である場合には交流電源から負荷に電力を供給し、交流電源に停電や瞬低などの異常が発生した場合には蓄電池に蓄積されている電力を負荷に供給する無停電電源装置が知られている（例えば、特許第６６１８２１０号公報参照）。
【０００７】
太陽光発電装置に無停電電源装置を使用する場合、停電時のバックアップに対応するため、負荷の前段に設置されることが行われる。すなわち、図２１に示すように、商用電源５０にＡＣスイッチＳ１を介して接続された無停電電源装置１０の入力側にＡＣスイッチＳ２を介して太陽光発電装置３０を接続する。太陽光発電装置３０は、電力最大追従運転制御（Pmax制御）にて系統連系運転動作を行って系統ライン（給電ライン）へ電力を供給する。
商用電源５０の正常運転時において、太陽光発電電力が負荷４０の消費電力より上回った場合、その余剰電力は商用電源５０へ逆潮流させて売電する。太陽光発電電力が負荷４０の消費電力より下回った場合、その不足電力は商用電源５０から供給される。
なお、従来の方式では太陽光発電装置側に逆潮流防止装置が付いてない場合、必ず商用系統側へ逆潮流するため、太陽光発電装置３０を自家消費型とすることはできない。自家消費型とするためには、逆潮流を検出するとＡＣスイッチＳ２をオン・オフする制御を行う必要がある。
【０００８】
商用電源５０が自然災害等で停電した場合、図２２に示すように、ＡＣスイッチＳ１及びＡＣスイッチＳ２をオフにして太陽光発電装置３０は系統ラインから切り離され、系統連系運転動作から自立運転動作に切り替わる。このとき、太陽光発電装置３０の自立運転用コンセント３１には電圧が供給されるが、系統連系運転は停止するため、ＡＣスイッチＳ２の太陽光発電装置側には電圧を発生することができない。したがって、ＡＣスイッチＳ１をオフしてその後ＡＣスイッチＳ２をオンにしても太陽光発電装置３０からは電力を負荷４０へ供給することはできないので、無停電電源装置１０から負荷４０へ電力が供給されることになる。
すなわち、上述した接続構成において太陽光発電装置３０に無停電電源装置１０を使用する場合、ＡＣスイッチＳ２をオフする必要があるため、太陽光発電装置３０の有効使用を阻害していた。
【０００９】
本発明は上記実情に鑑みて提案されたもので、既存の太陽光発電装置を何ら改造することなく、無停電電源機能を有するとともに逆潮流防止機能を備えて電力制御を行うように改造可能な太陽光発電電力制御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】
【００１０】
上記目的を達成するため本発明の請求項１に係る太陽光発電電力制御装置は、
一端側にスイッチング素子（１２）を介して交流入力が供給され、他端側に１次巻線と２次巻線を備えた変圧器（第２のトランス１３）を介して前記１次巻線から負荷（４０）に交流出力を供給する給電ラインと、
前記変圧器（第２のトランス１３）の２次巻線に接続され電力変換を行う直列インバータ（１４）と、
前記給電ラインに接続され電力変換を行う並列コンバータ（１５）と、
前記直列インバータ（１４）の直流側と前記並列コンバータ（１５）の直流側の双方に接続された蓄電デバイス（１６）と、を備えることで無停電電源部（無停電電源装置１０）を構成する一方、
前記変圧器（第２のトランス１３）に接続される負荷（４０）に対して並列接続され、発電電力抑制制御機能を備える太陽光発電部（太陽光発電装置３０）と、
前記太陽光発電部（太陽光発電装置３０）に生じる逆潮流の電流値を検出する電流検出器（２０）と、
前記逆潮流の電流値が０になるように前記直列インバータ（１４）を制御して前記変圧器（第２のトランス１３）の出力電圧を調整する直列インバータ制御部（８１）と、
を備えたことを特徴としている。
【００１１】
請求項２は、請求項１の太陽光発電電力制御装置において、前記スイッチング素子（１２）と前記変圧器（第２のトランス１３）との間に第１の入力巻線と第２の入力巻線を有する別の変圧器（第１のトランス１１）を接続し、前記並列コンバータ（１５）は、前記別の変圧器（第１のトランス１１）の第２の入力巻線に接続され、前記変圧器（第２のトランス１３）は、前記別の変圧器（第１のトランス１１）の漏れインダクタンスを有する出力巻線に接続されることを特徴としている。
【００１２】
請求項３は、請求項１の太陽光発電電力制御装置において、前記変圧器（第２のトランス１３）の２次巻線に対して、前記直列インバータ（１４）、前記並列コンバータ（１５）、前記蓄電デバイス（１６）をそれぞれ並列に接続して成ることを特徴としている。
【００１３】
請求項４は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の太陽光発電電力制御装置において、前記電流検出器（２０）は、前記スイッチング素子（１２）に対して交流入力側に接続されることを特徴としている。
【００１４】
請求項５は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の太陽光発電電力制御装置において、前記電流検出器（２０）は、前記直列インバータ（１４）の直流ラインと前記蓄電デバイス（１６）の接続点より前記並列コンバータ（１５）側に接続されることを特徴としている。
【００１５】
請求項６は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の太陽光発電電力制御装置において、前記スイッチング素子（１２）は、逆並列接続された一対のサイリスタから構成されることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の太陽光発電電力制御装置によれば、交流入力側へ逆潮流が発生した場合、電流検出器（２０）によってその逆潮流電流を検出し、その検出量に応じて直列インバータ（１４）が変圧器（第２のトランス１３）に電圧を与えることによって負荷（４０）に印加される電圧を上昇させ、太陽光発電部（太陽光発電装置３０）の持つ発電電力抑制制御機能を働かせることにより発電電力を絞らせ、交流入力側へ電力を逆潮流させることなく負荷（４０）が要求する分だけの発電をさせる自家消費型の太陽光発電装置を実現することができる。
【００１７】
また、無停電電源部（無停電電源装置１０）を設けることで、直列インバータ（１４）により交流入力が変動した場合でも負荷（４０）に安定した電力を供給し、停電や瞬低が発生した場合においては、太陽光発電部（太陽光発電装置３０）や並列コンバータ（１５）により蓄電デバイス（１６）に蓄積された電力を負荷（４０）へ供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る太陽光発電電力制御装置の基本構成を示すブロック図（商用電源正常時）である。
【図２】本発明に係る太陽光発電電力制御装置の基本構成を示すブロック図（商用電源停電時）である。
【図３】太陽光発電電力制御装置の実施形態の一例を示す回路図である。
【図４】太陽光発電電力制御装置の回路図において、太陽光発電電力が負荷の消費電力より小さい場合のパワーフローを示す図（商用電源正常時）である。
【図５】太陽光発電電力制御装置の回路図において、太陽光発電電力が負荷の消費電力より大きい場合のパワーフローを示す図（商用電源正常時）である。
【図６】太陽光発電電力制御装置の回路図において、太陽光発電電力が負荷の消費電力より大きく、蓄電デバイスに過剰な電力が発生した場合のパワーフローを示す図（商用電源正常時）である。
【図７】太陽光発電電力制御装置の回路図において、太陽光発電電力が負荷の消費電力より小さい場合のパワーフローを示す図（商用電源停電時）である。
【図８】太陽光発電電力制御装置の回路図において、太陽光発電電力が負荷の消費電力より大きい場合のパワーフローを示す図（商用電源停電時）である。
【図９】太陽光発電電力制御装置の実施形態の他例（電流検出器の接続位置が異なる）を示す回路図である。
【図１０−１】太陽光発電電力制御装置の実施形態の他例（別の構成の無停電電源装置を適用）を示す回路図である。
【図１０−２】太陽光発電電力制御装置の実施形態の他例（別の構成の無停電電源装置を適用）を示す回路図である。
【図１１】図３の太陽光発電電力制御装置を具現化した実施形態を示すブロック図である。
【図１２】交流入力の電圧が正常であるときの直列インバータ制御部による制御の一例を示すブロック図である。
【図１３】交流入力の電圧が正常であるときの並列コンバータ制御部による制御の一例を示すブロック図である。
【図１４】交流入力の電圧が異常になったときの並列コンバータ制御部による制御の一例を示すブロック図である。
【図１５】太陽光発電電力制御装置に適用可能な無停電電源装置の第２の基本構成を示すブロック図である。
【図１６】第２の基本構成において第１のトランスの第１の入力巻線および第２の入力巻線に印加される電圧を示す図である。
【図１７】図１５の太陽光発電電力制御装置を具現化した実施形態を示すブロック図である。
【図１８】本発明の無停電電源装置を３相機とした場合の実施形態を示す。
【図１９】第１のトランスの具体的構成の例を示す図である。
【図２０】特許文献１に記載された太陽光発電パネルを使用した電力供給システムのブロック図である。
【図２１】従来の無停電電源装置を太陽光発電装置に接続する場合のブロック図（商用電源正常時）である。
【図２２】従来の無停電電源装置を太陽光発電装置に接続する場合のブロック図（商用電源異常時）である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明に係る太陽光発電電力制御装置の一実施形態の概要について、図１及び図２を参照して説明する。
本発明に係る太陽光発電電力制御装置は、商用電源５０の給電ラインにＡＣスイッチＳ１を介して接続された無停電電源装置（無停電電源部）１０と、無停電電源装置１０に対して接続される負荷４０に対してＡＣスイッチＳ２を介して並列に接続された太陽光発電装置（太陽光発電部）３０を備えて構成されている。太陽光発電装置３０は、図１７の太陽光発電システム２０３と同様に、太陽光により発電する太陽光発電パネルと、所望の電力を供給する電力変換装置を備えた既存の太陽光発電装置から構成されている。
【００２０】
商用正常時には、図１に示すように、ＡＣスイッチＳ１及びＡＣスイッチＳ２をオンにすることで、太陽光発電装置３０から負荷４０への電力供給が行われる。また、負荷４０への太陽光発電装置３０からの電力供給が不足する場合には、商用電源５０からの電力供給が行われる。
【００２１】
商用停電時には、図２に示すように、ＡＣスイッチＳ１をオフにして給電ラインから商用電源５０を切り離し、無停電電源装置１０が電圧源となって商用電源５０の代わり負荷４０への電力供給を行う。無停電電源装置１０の出力ラインに太陽光発電装置３０を連系することによって、負荷４０にも太陽光発電装置３０の電力を無停電電源装置１０の電力と併せて供給することができる。
また、太陽光発電装置３０は自立運転用コンセント３１を備えることで、自立運転用コンセント３１に接続された負荷への電圧供給が可能となる。
【００２２】
無停電電源装置１０は、商用電源正常時において交流入力側へ逆潮流が発生した場合に、逆潮流電流を検出することで負荷４０への供給電力を制御して太陽光発電装置３０の自家消費型での運転を可能としている。この機能を実現させるための無停電電源装置１０の具体的な構成については後述する。
【００２３】
以下、本発明の太陽光発電電力制御装置に適用する無停電電源装置１０の構成について、図３を参照しながら説明する。
この無停電電源装置１０は、商用電源５０の交流入力を負荷４０への交流出力に調整する第１のトランス（変圧器）１１及び第２のトランス（変圧器）１３、商用電源５０と第１のトランス１１との間に介在されたスイッチング素子１２、第２のトランス１３の出力を制御する直列インバータ１４、第１のトランス１１への入力電力及び蓄電デバイス１６への入力電力を双方向に制御する並列コンバータ１５、太陽光発電装置３０からの過剰電力を貯蔵する蓄電デバイス１６、高周波成分を除去するローパスフィルタとなるＬＣフィルタ１７、太陽光発電装置３０からの逆潮流電流を検出する電流検出器２０、交流入力の電圧が正常であるか異常であるかを検出する検出手段（図示せず）を備えて構成されている。
【００２４】
すなわち、給電ラインの一端側にはスイッチング素子１２を介して商用電源５０からの交流入力が供給され、給電ラインの他端側は第１のトランス（変圧器）１１の入力巻線に接続され、第１のトランス（変圧器）１１の出力巻線は、第２のトランス（変圧器）１３の１次巻線を介して負荷４０に接続され、負荷４０に対して交流出力が供給されている。第２のトランス（変圧器）１３の２次巻線には、直列インバータ１４が接続されている。給電ラインに接続された第１のトランス１１には、ＬＣフィルタ１７を介して並列コンバータ１５が接続されている。
蓄電デバイス１６は、直列インバータ１４の直流側と並列コンバータ１５の直流側の双方に接続されている。
【００２５】
また、太陽光発電装置３０は、第２のトランス（変圧器）１３に接続される負荷４０に対して並列に接続されている。太陽光発電装置３０は、発電電力抑制制御機能を備えている。
【００２６】
直列インバータ１４の入力側には直列インバータ制御部（図示せず）が接続され、太陽光発電装置３０により逆潮流が給電ラインに発生した場合に、逆潮流の電流値が０になるように直列インバータ１４を制御して第２のトランス（変圧器）１３の出力電圧を調整するようになっている。直列インバータ制御部における制御の詳細は後述する。
【００２７】
以上の構成により、商用電源５０から給電ラインを介して第１のトランス１１の入力側に交流入力が供給され、第１のトランス１１の出力側から第２のトランス１３の１次巻線を介して調整された交流出力が負荷４０に供給される。
そして、商用電源５０とスイッチング素子１２との間には、給電ラインを流れる電流値を検出する電流検出器２０が接続され、太陽光発電装置３０に生じる逆潮流の電流値を検出可能なように構成されている。
【００２８】
第１のトランス１１は、第１の入力巻線と第２の入力巻線と１つの出力巻線を同一の鉄心に配置することにより構成され、第１の入力巻線と出力巻線との間および第２の入力巻線と出力巻線との間にそれぞれ意図的に漏れインダクタンス１，２が設けられている。第１のトランス１１の具体的構造については後述する。
【００２９】
スイッチング素子１２は、逆並列接続された一対のサイリスタからなり、交流入力と第１のトランス１１の第１の入力巻線との間に設けられる。このスイッチング素子１２は、交流入力の電圧が許容範囲内にあるとき、すなわち、交流入力の電圧が正常であるとき、オンにされ、交流入力の電圧が許容範囲内でなくなると、すなわち、交流入力の電圧が異常になると、オフにされる。
【００３０】
第２のトランス（変圧器）１３は、１次巻線と２次巻線を有し、１次巻線は、第１のトランス１１の出力巻線と負荷（交流出力側）との間に直列に接続され、２次巻線は、直列インバータ１４の交流側に接続される。
【００３１】
直列インバータ１４は、交流側が第２のトランス１３の２次巻線に接続され、直流側が蓄電デバイス１６に接続される。直列インバータ１４は、商用電源５０による交流入力の電圧変動に応じて第２のトランス１３の電圧を上げたり下げたりするように制御することで、負荷電圧を一定に保つように動作する。
【００３２】
並列コンバータ１５は、交流側がＬＣフィルタ１７を通して第１のトランス１１の第２の入力巻線に接続され、直流側が蓄電デバイス１６に接続される。並列コンバータ１５は、双方向に電力を制御することができる。並列コンバータ１５は、蓄電デバイス１６の充電電流及び充電電圧を定格値に保つよう制御する。
【００３３】
蓄電デバイス１６は蓄電池で構成され、直列インバータ１４の直流側と並列コンバータ１５の直流側の双方に接続することでバックアップ動作時のエネルギー源となる。
【００３４】
ＬＣフィルタ１７は、並列コンバータ１５の交流側と第１のトランス１１の第２入力巻線との間に接続される。
【００３５】
交流入力の電圧が正常であるか異常であるかを検出する検出手段は、交流入力の電圧が異常であるか否かを検出する。
【００３６】
次に、商用電源が正常な場合の太陽光発電電力制御装置の動作について、図４〜図６を参照して説明する。
【００３７】
交流入力の電圧が正常であるとき、スイッチング素子１２をオンにする。これにより、交流入力の電力は、スイッチング素子１２、第１のトランス１１の第１の入力巻線と出力巻線、および第２のトランス１３の１次巻線を通して負荷４０に供給される。このとき、直列インバータ１４は、第２のトランス１３の１次巻線に生起される電圧を制御して、負荷４０に印加される電圧を安定化させる。
【００３８】
交流入力の電力は、第１のトランス１１の第１の入力巻線と第２の入力巻線、およびＬＣフィルタ１７を通して並列コンバータ１５に供給される。並列コンバータ１５は、直流出力を生成し、蓄電デバイス１６を充電する。
【００３９】
商用電源５０が正常な状態において、太陽光発電装置３０による発電電力が負荷４０の消費電力より小さい場合のパワーフローを図４に示す。
この場合、太陽光発電の電力と交流入力の電力で負荷４０へ電力を供給する。この時併せて、交流入力側から蓄電デバイス１６を充電する。直列インバータ１４は、負荷４０に供給される負荷電圧を一定に保つように動作する。
【００４０】
次に、太陽光発電装置３０による発電電力が負荷４０の消費電力より大きい場合のパワーフローを図５に示す。
この場合、太陽光発電の発電電力は負荷４０へ供給されるとともに、第２のトランス１３の１次側を通過して交流入力側へ流れようとする。このとき、第２のトランス１３の１次側の巻線にかかる電圧が上昇するため、負荷４０に印加される電圧も上昇する。このとき直列インバータ１４は交流入力の電圧上昇分を第２のトランス１３から吸収して負荷４０に印加される電圧を安定化し、負荷４０に供給される電力の増加分を直流電力に変換し蓄電デバイス（蓄電池）１６を充電する。 
【００４１】
次に、太陽光発電装置３０による発電電力が負荷４０の消費電力より大きく、蓄電デバイス１６が必要とする充電電力以上に過剰な電力が発生した場合のパワーフローを図６に示す。
このとき、直列インバータ１４は負荷電圧を一定に保つように制御を行っており、蓄電デバイス１６の充電電力および過剰な電力は蓄電デバイス１６側へ流れ込む。並列コンバータ１５は蓄電デバイス１６の充電電流及び充電電圧を定格値に保つように制御を行っており、蓄電デバイス１６に対して過剰な電力が流れ込もうとすると、その過剰な電力は並列コンバータ１５から第２の入力巻線及び第１の入力巻線を通過して交流入力側へ流れ込む（太陽光発電電力の逆潮流の発生）。
【００４２】
この逆潮流する電流は電流検出器２０によって検出され、この検出値に応じて直列インバータ１４は第２のトランス１３の１次巻線の電圧を上げる動作を行う。
このとき、負荷４０に印加される電圧も上昇する。負荷電圧が上昇することは、太陽光発電装置３０の出力電圧も上昇することになり、太陽光発電装置３０は自身が持つ発電抑制制御が働き、発電電力を絞り込む動作を行う（太陽光発電装置は系統電圧が上昇すると、系統電圧を下げようとする動作を行うため、自身の発電電力を絞り込む）。
逆潮流の電流検出値がゼロとなるように直列インバータ１４の出力電圧の制御を行えば、太陽光発電装置３０と直列インバータ（第１の電力変換装置）１４とのシステム全体でフィードバック制御がかかることになり、逆潮流することなく太陽光発電の電力は自家消費とすることができる。
【００４３】
すなわち、電流検出器２０を備えた無停電電源装置１０によれば、電流検出器２０が逆潮流電流を検出し、その検出量に応じて直列インバータ１４が第２のトランス（変圧器）１３に電圧を与えることによって負荷４０に印加される電圧を上昇させ、太陽光発電装置３０の持つ発電電力抑制制御機能を働かせることにより発電電力を絞らせ、交流入力側へ電力を逆潮流させることなく負荷４０が要求する分だけの発電をさせる自家消費型の太陽光発電装置３０とすることができる。
【００４４】
次に、商用電源５０が自然災害等で停電した場合の商用停電時における太陽光発電電力制御装置のパワーフローを図７及び図８に示す。
太陽光発電電力制御装置は、図７に示すように、停電が発生するとスイッチング素子１２をオフにして交流入力を切り離す。そして、並列コンバータ１５が交流入力との同期運転から自走運転に切り替わり電圧源として動作を行う。直列インバータ１４は負荷電圧を一定に保つように制御を行う。太陽光発電電力が負荷消費電力より少ない場合は蓄電デバイス１６からの電力で不足分を補う。
【００４５】
商用停電時において太陽光発電装置３０の発電電力が負荷電力より大きくなった場合のパワーフローを図８に示す。
このとき、余剰電力は直列インバータ１４を通して蓄電デバイス１６を充電するが、蓄電バイアス１６が満充電になったとき、直列インバータ１４が負荷電圧を上げるように制御を行う。これにより、太陽光発電装置３０は自身の電力抑制制御が働き、太陽光発電電力量と負荷消費電力量は等しくなるようになる。その結果、従来例に比較して太陽光発電電力を有効に取り出せることができる。
【００４６】
次に、太陽光発電電力制御装置の別の実施形態を図９に示す。この例では、電流検出器２０を給電ラインの交流入力側ではなくて、直列インバータ１４の直流ラインと蓄電デバイス１６との接続点よりも並列コンバータ１５側に設置している。 
【００４７】
また、太陽光発電電力制御装置に適用可能な無停電電源装置１０は、上述した例の他に図１０−１に示すように、変圧器１３の２次巻線に対して、直列インバータ１４、並列コンバータ１５、蓄電デバイス１６をそれぞれ並列に接続し、給電ラインに入力リアクトルと直列インバータ１４が接続された電力変換装置（特開２００３−２５９５６７号公報参照）において、交流入力側に電流検出器２０を接続した構成で実現できる。又は、並列コンバータ１５と蓄電デバイス１６間の直流ライン上に電流検出器２０（点線で表示）を接続した構成でも良い。
【００４８】
また、無停電電源装置１０は，図１０−２に示すように、変圧器１３の２次巻線に対して、直列インバータ１４、並列コンバータ１５、蓄電デバイス１６をそれぞれ並列に接続し、交流入力側の給電ラインに直列インバータ１４と負荷側に並列コンバータ１５とが接続された電力変換装置（特許第４３０４５１９号公報参照）において、交流入力側に電流検出器２０を接続した構成で実現できる。又は、並列コンバータ１５と蓄電デバイス１６間の直流ライン上に電流検出器２０（点線で表示）を接続した構成でも良い。
これらの太陽光発電電力制御装置において、直列インバータ１４に対して、図３の太陽光発電電力制御装置と同様の制御を行えば、太陽光発電装置３０に並列接続した負荷４０に対して、図３と同様の動作を行わせることができる。
【００４９】
図１１は、図３の無停電電源装置１０を具現化した実施形態を示すブロック図である。図１１において、図３と同一あるいは同等部分には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００５０】
交流入力の電圧が正常であるとき、スイッチング素子１２のサイリスタのゲートにオン信号を与え導通状態にする。これにより、交流入力の電力は、第１のトランス１１の第１の入力巻線と出力巻線、および第２のトランス１３の１次巻線（出力巻線）を通して負荷４０に供給される。
【００５１】
直列インバータ１４は、負荷電圧検出器８２の負荷電圧検出値Ｖoを入力とする直列インバータ制御部８１により、負荷電圧検出値Ｖoが直列インバータ出力電圧指示値となるように、第２のトランスの２次巻線（入力巻線）に印加する電圧をフィードバック制御される。
【００５２】
図１２は、交流入力の電圧が正常であるときの直列インバータ制御部８１による制御の一例を示すブロック図である。
【００５３】
交流入力の電圧が正常であるとき、直列インバータ制御部８１は、負荷電圧検出値Ｖoと直列インバータ出力電圧指示値Ｖorefの差分を算出し、その差分によりＰＷＭ制御部９１を制御する。
【００５４】
ＰＷＭ制御部９１は、直列インバータ出力電圧指示値Ｖorefより負荷電圧検出値Ｖoが低い場合、その不足分の電圧を第２のトランス１３が加算し、直列インバータ出力電圧指示値Ｖorefより負荷電圧検出値Ｖoが高い場合は、その過剰分の電圧を第２のトランス１３が減算するようなパルス変調信号を生成し、直列インバータ１４を駆動する。これにより、負荷４０に印加される電圧が安定化される。
【００５５】
図１１に戻って、並列コンバータ制御部８３は、交流入力1電圧検出器８４の交流入力１電圧検出値Ｖi1、交流入力２電圧検出器８５の交流入力２電圧検出値Ｖi2、直流電流検出器８６の直流電流検出値Ｉdc、直流電圧検出器８７の直流電圧検出値Ｖdc、および並列コンバータ交流出力電圧検出器８８の並列コンバータ交流出力電圧検出値Ｖacを入力として、並列コンバータ１５を制御する。
【００５６】
逆潮流が発生した場合、この逆潮流する電流は電流検出器２０によって検出されてVorefと比較されて、直列インバータ１４の電圧指示値は高い値が選択（逆潮流検出値がゼロのときにVorefと同じ値になるように設定する）され、逆潮流検出値（Vgref）がVorefよりも高い場合は出力電圧指示値はVgrefに置き換えられて、逆潮流が防止することになる。
【００５７】
図１３は、交流入力の電圧が正常であるときの並列コンバータ制御部８３による制御の一例を示すブロック図である。
【００５８】
交流入力の電圧が正常であるか否かを交流入力１電圧検出器８４の交流入力１電圧検出値Ｖi1により検出する。したがって、並列コンバータ制御部８３は、交流入力の電圧が正常であるか異常であるかを検出する検出手段としても機能する。
【００５９】
交流入力の電圧が正常であるとき、並列コンバータ１５は、蓄電デバイス１６を定電流・定電圧充電する。この定電流・定電圧充電は、交流入力の電圧を検出し、その検出値をＰＬＬに与えてＰＬＬ内部の基準正弦波が交流入力の電圧に同期するようにし、さらに、ＰＬＬに位相スライド指示値を与えて基準正弦波の位相を制御することにより実現することができる。
【００６０】
並列コンバータ１５は、交流入力の電圧と同期をとりながら出力する交流電圧の位相を制御する。このとき、交流入力の電圧は、第１のトランス１１の第１の入力巻線に印加されており、並列コンバータ１５から第１のトランス１１の第２の入力巻線に交流電圧が印加される。これにより、蓄電デバイス１６が定電圧・定電流充電される。
【００６１】
具体的には、交流入力２電圧検出値Ｖi2をＰＬＬ１０１に入力する。ＰＬＬ１０１は、ＰＬＬ内部の基準正弦波を交流入力２電圧Ｖi2に同期させる。また、直流電流検出器８６の直流電流検出値Ｉdcと充電電流指示値Ｉdcrefの差分を増幅した値と直流電圧検出器８７の直流電圧検出値Ｖdcと充電電圧指示値Ｖdcfefの差分を増幅した値とを比較して小さい方の値を選択し、選択した値を位相スライド指示値としてＰＬＬ１０１に与える。
【００６２】
例えば、直流電流の検出値と充電電流指示値との差分を増幅した値と直流電圧の検出値
と充電電圧の指示値との差分を増幅した値の論理和(OR)求め、蓄電デバイス１６の直流電圧が指示値よりも低く、蓄電デバイス１６へ流れる直流電流が大きい場合には、直流電流の検出値と充電電流の指示値の差分を位相スライド指示値として選択し、蓄電デバイス１６の充電電圧が指示値よりも高く、蓄電デバイス１６へ流れる電流が小さい場合は、直流電圧の検出値と充電電圧の指示値の差分をスライド指示値として選択する。
【００６３】
ＰＬＬ１０１は、交流入力の電圧と同期した基準正弦波の位相をスライド指示値により制御する。これにより、ＰＬＬ１０１から交流入力の電圧と同期し、かつスライド指示値で指示された位相の基準正弦波が出力される。
【００６４】
また、並列コンバータ制御部８３は、並列コンバータ１５の出力電圧の実効値が交流入力の電圧の実効値となるように、並列コンバータ１５を駆動する。この駆動のために、交流入力２電圧検出値Ｖi2および並列コンバータ出力電圧検出値Ｖacをそれぞれ実行値演算器１０２，１０３に入力してそれらの実効値を算出する。そして、交流入力２電圧検出値Ｖi2の実効値と並列コンバータ出力電圧検出値Ｖacの実行値の差分を増幅して乗算器１０４に入力し、ＰＬＬ１０１から出力された基準正弦波と乗算する。ＰＷＭ制御部１０６は、乗算器１０４の出力を入力としてパルス変調信号を生成し、並列コンバータ１５を駆動する。
【００６５】
以上のようにして生成されたパルス変調信号で駆動される並列コンバータ１５からの交流電圧を第１のトランス１１の第２の入力巻線に印加することにより、蓄電デバイス１６を定電圧・定電流充電することができる。また、交流入力の電圧が正常であるとき、並列コンバータ１５の交流電圧の実効値は、交流入力の電圧の実効値に追従するので、交流入力の電圧が低下しても、スイッチング素子１２へ流れる短絡電流は抑制される。
【００６６】
図１４は、交流入力の電圧が異常になったときの並列コンバータ制御部８３による制御の一例を示すブロック図である。
【００６７】
交流入力の電圧が異常になったとき、第１のスイッチング素子１２(図１１)をオフにする。上述したように、並列コンバータ１５は、蓄電デバイス１６を充電する動作からバックアップ動作に切り替わる。
【００６８】
並列コンバータ制御部８３は、並列コンバータ交流出力電圧検出器８９の並列コンバータ交流電圧検出値Ｖacと並列コンバータ交流出力電圧指示値Ｖacrefの差分を算出し、その差分によりＰＷＭ制御部１０５を制御する。ＰＷＭ制御部１０５は、パルス変調信号を生成し、これにより並列コンバータ１５を駆動する。これにより、並列コンバータ１５は、並列コンバータ交流出力電圧Ｖacが並列コンバータ交流出力電圧指示値Ｖacrefとなるように、フィードバック制御される。
【００６９】
蓄電デバイス１６の電力は、並列コンバータ１５、第１のトランス１１の第２の入力巻線と出力巻線、および第２のトランス１３の１次巻線を通して負荷に供給される。また、負荷に印加される電圧は、直列インバータ１４および第２のトランス１３により安定化される。
【００７０】
このとき、第１のトランス１１の第２の入力巻線から出力巻線および第１の入力巻線を通してスイッチング素子１２へ流れる短絡電流は、第１のトランス１１の第１の入力巻線と出力巻線との間の漏れインダクタンス１および第２の入力巻線と出力巻線との間の漏れインダクタンス２の双方により抑制される。
【００７１】
以上の一連の動作により、交流入力の電圧が異常になったときでも、負荷には定格電圧が維持された完全に無瞬断の電力を供給することができる。
【００７２】
図１５は、本発明の太陽光発電電力制御装置に適用可能な無停電電源装置の第２の基本構成を示すブロック図である。
【００７３】
図１５の無停電電源装置が図３の無停電電源装置と異なるのは、充電器１８が蓄電デバイス１６を充電し、並列コンバータ１５が片方向に電力を制御して蓄電デバイス１６の電力を負荷に供給する点である。
【００７４】
交流入力の電圧が正常であるとき、交流入力の電力は、スイッチング素子１２、第１のトランス１１の第１の入力巻線と出力巻線、および第２のトランス１３の１次巻線を通して負荷に供給される。このとき、負荷に印加される電圧は、直列インバータ１４および第２のトランス１３により安定化される。また、このとき、蓄電デバイス１６は、充電器１８により定電圧・定電流充電される。
【００７５】
また、このとき、並列コンバータ１５からＬＣフィルタ１７を通して第１のトランス１１の第２の入力巻線に交流電圧が印加される。並列コンバータ１５は、交流入力と同期動作し、また、図１６に示すように、ＬＣフィルタ１７のコンデンサの電圧の振幅値が第１のトランス１１の第１の入力巻線に供給されている交流入力の電圧の振幅値と等しくなるように、電圧制御モードで動作する。
【００７６】
並列コンバータ１５は、片方向に電力を制御するものであり、第１のトランス１１の第２の入力巻線に印加される電圧の位相と振幅値を、交流入力により第１のトランス１１の第１の入力巻線に印加されている電圧の位相と振幅値と位相に合わせるように動作する。したがって、並列コンバータ１５は、蓄電デバイス１６を充電しない。
【００７７】
交流入力の電圧が異常になったとき、スイッチング素子１２をオフにして、バックアップ動作に切り替える。これにより、蓄電デバイス１６の電力は、並列コンバータ１５、第１のトランス１の第２の入力巻線と出力巻線、および第２のトランス１３の１次巻線を通して負荷に供給される。
【００７８】
バックアップ動作へ切り替えられても、第１のトランス１１の第２の入力巻線には、交流入力により第１のトランス１１の第１の入力巻線に印加されている電圧の位相と振幅値と位相に合った交流電圧が、並列コンバータ１５から予め印加されているので、負荷４０には定格電圧が維持された完全に無瞬断の電力が供給される。このとき、負荷４０に印加される電圧は、直列インバータ１４および第２のトランス１３により安定化される。
【００７９】
交流入力の電圧が異常になっても、上記の一連の動作により、負荷４０に印加される電圧を定格電圧に維持しつつ無瞬断の電力を負荷に供給することができる。また、バックアック動作への切り替え時に、並列コンバータ１５から第１のトランス１１の第２の入力巻線、出力巻線および第１の入力巻線を通してスイッチング素子１２へ流れる過電流は、第１のトランス１１の第２の入力巻線から第１の入力巻線の間の漏れインダクタンス１，２により抑制される。
【００８０】
図１７は、図１５の無停電電源装置１０を具現化した実施形態を示すブロック図である。図１７において、図１５と同一あるいは同等部分には同じ符号を付してある。
【００８１】
交流入力の電圧が正常であるとき、並列コンバータ制御部１４３は、並列コンバータ１５の交流電圧が交流入力の電圧に同期し、かつ並列コンバータ１５の交流電圧の位相が交流入力の電圧の位相に合うように、並列コンバータ１５を制御する。
【００８２】
また、並列コンバータ制御部１４３は、直流電流検出器１４６の直流電流検出値Ｉdcおよび直流電圧検出器１４７の直流電圧検出値Ｖdcを元にして、充電器１８を制御する。充電器１８は、蓄電デバイス１６を定電流・定電圧充電する。直列インバータ１４および第２のトランス１３は、負荷４０へ印加される電圧を安定化する。その動作は、図１１の実施形態と同じであるので、説明を省略する。
【００８３】
交流入力の電圧が異常になったとき、並列コンバータ１５は、図１１の実施形態と同様にバックアップ動作を行う。このとき、充電器１８は動作を停止し、蓄電デバイス２６を充電しない。
【００８４】
このように、並列コンバータ１５は、交流入力が正常であるときに、蓄電デバイス１６を充電せず、交流入力の電圧が異常になったときに、バックアップ動作を行う。また、バックアップ動作への切り替え時に、並列コンバータ１５から第１のトランス１１を通してスイッチング素子１２へ流れる短絡電流は、第１のトランス１１の第１の入力巻線と出力巻線との間の漏れインダクタンス１および第２の入力巻線と出力巻線との間の漏れインダクタンス２により抑制される。
【００８５】
上記実施形態は、単相機として構成された無停電電源装置であるが、無停電電源装置は、３相機として構成することもできる。
【００８６】
図１８は、本発明の無停電電源装置を３相機とした場合の実施形態を示す。
【００８７】
この実施形態は、図１５に示される構成の無停電電源装置を３個用い、それらの第１のトランス１１−１，１１−２，１１−３をΔ-Ｙ結線したものである。なお、第１のトランスの結線は、Δ-Δ、Ｙ−ΔあるいはＹ−Ｙでもよい。また、図３に示される構成の無停電電源装置を３個用いても３相機を構成することができる。
【００８８】
図１９は、第１のトランス１１(１１−１，１１−２，１１−３)の具体的構成の一例を示す図である。
【００８９】
この例の第１のトランス１１(１１−１，１１−２，１１−３)は、第１の入力巻線１６２、第２の入力巻線１６３および出力巻線１６４を同一鉄心１６１に配置した構造を有する。鉄心１６１は、外周コアと中央コアを有し、第１の入力巻線１６２、第２の入力巻線１６３および出力巻線１６４は中央コアに巻回され、外周コアと第１の入力巻線および第２の入力巻線との間にはスペーサ１６５が配置される。
【００９０】
第１の入力巻線１６２は、出力巻線１６４の上に配置され、第２の入力巻線１６３は、出力巻線１６４の下に配置され、第１の入力巻線１６２と出力巻線１６４との間および出力巻線１６４と第２の入力巻線１６３との間にはそれぞれ、磁性体、例えばケイ素鋼板を積み重ね合わせてブロック状にした"パスコア"１６６が挿入される。これにより、第１の入力巻線１６２と出力巻線１６４との間および出力巻線１６４と第２の入力巻線１６３との間にそれぞれ意図的な漏れインダクタンス１が設けられる。
【００９１】
以上、実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものでなく、特許請求の範囲に記載された発明の技術的思想の範囲内で種々に変形されたものを含むものである。
【符号の説明】
【００９２】
１０…無停電電源装置（無停電電源部）
１１…第１のトランス（別の変圧器）
１２…スイッチング素子（サイリスタ）
１３…第２のトランス（変圧器）
１４…直列インバータ
１５…並列コンバータ
１６…蓄電デバイス（蓄電池）
１７…ＬＣフィルタ
１８…充電器
２０…電流検出器
３０…太陽光発電装置（太陽光発電部）
３１…自立運転用コンセント
４０…負荷
５０…商用電源
８１…直列インバータ制御部
８２…負荷電圧検出器
８３…並列コンバータ制御部
８４…交流入力１電圧検出器
８５…交流入力２電圧検出器
８６…直流電流検出器
８７…直流電圧検出器
８８…並列コンバータ交流出力電圧検出器
９１…ＰＷＭ制御部
１０１…ＰＬＬ
１０２…実効値演算器
１０３…実効値演算器
１０４…乗算器
１０５…ＰＷＭ制御部
１６１…鉄心
１６２…第１の入力巻線
１６３…第２の入力巻線
１６４…出力巻線
１６５…スペーサ
１６６…パスコア
【要約】
【課題】既存の太陽光発電装置を何ら改造することなく、無停電電源機能を有するとともに逆潮流防止機能を備えて電力制御を行うように改造可能な太陽光発電電力制御装置を得る。
【解決手段】負荷４０に交流出力を供給する給電ラインと、第２のトランス１３の２次巻線に接続され電力変換を行う直列インバータ１４と、給電ラインに接続され電力変換を行う並列コンバータ１５と、直列インバータ１４の直流側と並列コンバータ１５の直流側の双方に接続された蓄電デバイス１６と、を備えることで無停電電源部を構成する一方、負荷４０に対して並列接続され、発電電力抑制制御機能を備える太陽光発電装置３０と、太陽光発電装置３０に生じる逆潮流の電流値を検出する電流検出器２０と、逆潮流の電流値が０になるように直列インバータ１４を制御して第２のトランス１３の出力電圧を調整する直列インバータ制御部８１と、を備える。
【選択図】図１１【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０−１】
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【図１０−２】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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