JP2009247187A - 電力変換装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】直流電力を交流電力に変換して出力する電力変換装置において、リレーの寿命低下を抑制すること。
【解決手段】入力された直流電圧を降圧する降圧インバータ１６および昇圧する昇圧チョッパ１７を具備する直流電圧変換回路１８と、直流電圧変換回路１８から出力される直流電圧を交流電圧に変換して出力するインバータ回路５と、直流電圧変換回路１８の入力端側の電圧を検出する第１の電圧検出部１９と、直流電圧変換回路１８の機能をバイパスする第１のリレー９と、第１の電圧検出部１９が検出した電圧が所定値の範囲内にあり、かつ、直流電圧変換回路１８が所定時間停止していたときに、第１のリレー９をオンに制御するリレー駆動制御部２４と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置およびその制御方法に関するものである。

直流電力を交流電力に変換する電力変換装置として、下記特許文献１，２などに示されたものがある。これらの文献のうち、特許文献１に示された電力変換装置では、太陽光エネルギーによって発電された直流電力を交流電力に変換して負荷あるいは商用電力系統（以下単に「系統」という）に供給する構成において、入力された直流電圧を昇降圧する直流電圧変換回路の入出力間に並列に接続されたバイパスリレーを有し、入力電圧が所定値以上になると、直流電圧変換回路を停止するとともに、リレーをオンにする制御を行い、入力電圧が所定値以下になると、リレーをオフに制御するとともに、直流電圧変換回路を動作させる制御を行うこととしている。

また、特許文献２に示された電力変換装置では、太陽光エネルギーによって発電された直流電力を交流電力に変換して負荷あるいは系統に供給する構成において、入力された直流電圧を昇圧する昇圧コンバータの入出力間に並列に接続される第１のリレーと、この第１のリレーに並列に接続される半導体素子と、入力された直流電圧を降圧する降圧コンバータの入出力間に並列に接続される第２のリレーと、を有し、入力電圧に基づいて昇圧コンバータおよび降圧コンバータを動作させるか否かを判定するとともに、第１、第２のリレーのオン／オフを判定する制御を行うこととしている。なお、この制御では、第１のリレーをオンする場合には、並列に接続されている半導体素子をオンに制御し、リレー接点間の電位差を小さくしてから、リレーをオンに制御することが行われる。

特開２００６−２３８６２９号公報 特開２００７−１６６７８３号公報

しかしながら、上記従来の電力変換装置、すなわち直流電圧変換回路に並列に接続されるバイパスリレーを有する電力変換装置では、以下に示すような課題があった。

まず、特許文献１に示される電力変換装置では、リレー接点間に回路要素として存在するリアクトルや半導体素子によって、数Ｖの電圧降下成分が存在するため、リレーオンの制御を行う際に、突入電流が流れ、リレーの寿命が低下する可能性があるという課題があった。また、この特許文献１による制御手法では、入力電圧のみの情報を用いてリレーの制御を行っているので、入力電圧が不安定の場合には、リレーオン／オフの回数が増加して、リレーの寿命低下に繋がる可能性があるという課題があった。

また、特許文献２に示される電力変換装置では、リレーと並列に半導体素子を追加する必要があるため、コストが増大するという課題があった。また、特許文献１と同様に、入力電圧のみの情報を用いてリレーの制御を行う手法であるため、入力電圧が不安定の場合には、リレーオン／オフの回数が増加して、リレーの寿命低下に繋がる可能性があるという課題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、リレーの寿命低下を抑制可能とする電力変換装置およびその制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる電力変換装置は、直流電力を交流電力に変換して出力する電力変換装置において、入力された直流電圧を降圧する降圧回路および昇圧する昇圧回路を具備する直流電圧変換回路と、前記直流電圧変換回路から出力される直流電圧を交流電圧に変換して出力するインバータ回路と、前記直流電圧変換回路の入力端側の電圧を検出する第１の電圧検出部と、前記直流電圧変換回路の機能をバイパスするバイパスリレーと、前記第１の電圧検出器が検出した電圧が所定値の範囲内にあり、かつ、前記直流電圧変換回路が所定時間停止していたときに、前記バイパスリレーをオンに制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。

本発明にかかる電力変換装置によれば、第１の電圧検出部が検出した電圧が所定値の範囲内にあり、かつ、直流電圧変換回路が所定時間停止していたときに、バイパスリレーをオンに制御するので、バイパスリレーの寿命低下を抑制することができるという効果を奏する。

以下に添付図面を参照して、本発明に好適な電力変換装置およびその制御方法にかかる実施の形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。

（発電システムの構成）
図１は、本発明にかかる電力変換装置を直流電源を入力源とする発電システムに適用した場合の一例を示す図である。なお、直流電源としては、太陽電池モジュールや、燃料電池等によって発電された直流電力を用いることができる。

図１において、電力変換装置３の直流入力端である入力端３０には、直流電源２が接続され、交流出力端の一方である出力端３２には、５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚの電力を供給する系統２８が接続されている。このように構成された発電システム１では、直流電源２によって発電された直流電力は、電力変換装置３によって交流電力に変換されて系統２８に供給される。この際、系統２８との連系によって、余剰電力は系統２８側に回生され、不足電力は系統２８側から供給される。

（電力変換装置の構成）
つぎに、以下の各実施の形態に共通する電力変換装置３の構成について説明する。図１において、電力変換装置３は、電力変換装置３を構成する主回路部として、直流電圧変換回路１８、インバータ回路５、フィルタ回路６、開閉器４、ならびに直流電圧変換回路１８の入力端に接続される第１のコンデンサとしてのコンデンサ７、および直流電圧変換回路１８の出力端に接続される第２のコンデンサとしてのコンデンサ８、を備えている。

また、直流電圧変換回路１８は、降圧回路としての降圧コンバータ１６と、昇圧回路としての昇圧チョッパ１７とが、直列に接続されている。降圧コンバータ１６は、例えばＩＧＢＴ等の自己消弧型半導体スイッチング素子である降圧用スイッチング素子１１、リアクトル１５および、これらの回路要素の接続点にカソードが接続された降圧用ダイオード１３を備え、昇圧チョッパ１７は、降圧コンバータ１６と兼用して用いられるリアクトル１５、整流用素子としての昇圧用ダイオード１４および、これらの回路要素の接続点に一端が接続された、例えばＩＧＢＴ等の自己消弧型半導体スイッチング素子である昇圧用スイッチング素子１２を備えている。

さらに、電力変換装置３は、直流電圧変換回路１８をバイパスするためのバイパスリレーである第１のリレー９、および降圧コンバータ１６をバイパスするためのバイパスリレーである第２のリレー１０を備えている。

一方、電力変換装置３は、電力変換装置３を構成するセンサ部あるいは制御部として、第１の電圧検出部１９、第２の電圧検出部２０、電力検出部２１、インバータ制御部２２、直流電圧変換回路制御部２３、およびリレー駆動制御部２４を備えている。第１の電圧検出部１９は、コンデンサ７の電圧を検出し、第２の電圧検出部２０は、コンデンサ８の電圧を検出する。電力検出部２１は、電力変換装置３から系統２８への供給電力を検出する。インバータ制御部２２は、インバータ回路５、開閉器４、リレー駆動制御部２４などを制御する。直流電圧変換回路制御部２３は、主として直流電圧変換回路１８を制御する。リレー駆動制御部２４は、第１のリレー９および第２のリレー１０のオン／オフのタイミングを制御する。

（電力変換装置を構成する各部の機能）
つぎに、電力変換装置３を構成する各部の機能について説明する。直流電圧変換回路１８は、直流電源２から供給されコンデンサ７に蓄積される電圧（以下「直流電圧変換回路入力電圧」あるいは、単に「入力電圧」という）を昇圧または降圧してインバータ回路５に出力する。ここで、直流電圧変換回路１８における降圧機能は、降圧コンバータ１６によって具現され、直流電圧変換回路１８における昇圧機能は、昇圧チョッパ１７によって具現される。

インバータ回路５は、直流電圧変換回路１８から印加される直流電圧を交流電圧に変換して出力する。フィルタ回路６は、インバータ回路５による交流電圧を平滑する。開閉器４は、フィルタ回路６と系統２８との間に挿入され、フィルタ回路６の出力を系統２８に伝達するか否かの切り換え動作を実行する。

第１の電圧検出部１９は、コンデンサ７の電圧（直流電圧変換回路入力電圧）を検出し、第２の電圧検出部２０は、コンデンサ８の電圧（以下「直流電圧変換回路出力電圧」という）を検出する。

インバータ制御部２２は、インバータ回路５を制御してインバータ回路５から出力される電圧を好適な値に調整するとともに、開閉器４のリレーを制御し、インバータ回路５と系統２８との接続を制御する。

直流電圧変換回路制御部２３は、インバータ回路５への出力が適正な電圧となるように、直流電圧変換回路１８の降圧コンバータ１６、および昇圧チョッパ１７を制御する。

リレー駆動制御部２４は、第１の電圧検出部１９および第２の電圧検出部２０による各検出電圧に基づき、第１のリレー９および第２のリレー１０を制御する。直流電源２の発電電圧が大きくて、降圧コンバータ１６を動作させる必要がある場合には、第１のリレー９および第２のリレー１０をオフに制御した状態で、降圧用スイッチング素子１１を好適にスイッチング制御することにより、降圧した電圧をインバータ回路５に供給することが可能となる。一方、直流電源２の発電電圧が小さくて、昇圧チョッパ１７を動作させる必要がある場合には、第１のリレー９をオフに制御し、昇圧用スイッチング素子１２を好適にスイッチング制御することにより、昇圧した電圧をインバータ回路５に供給することが可能となる。この際、第２のリレー１０をオンに制御してもよい。

なお、図１では、直流電圧変換回路１８の入力端にコンデンサ７を接続し、直流電圧変換回路１８の出力端にコンデンサ８を接続する構成について示したが、例えば直流電源２の出力側に電圧安定化用のコンデンサが設けられていたり、インバータ回路２の入力側に電圧安定化用のコンデンサが設けられていれば、これらのコンデンサ７，８については、省略することも可能である。

また、図１では、インバータ回路５および開閉器４等を制御する制御部（インバータ制御部２２）、直流電圧変換回路１８を制御する制御部（直流電圧変換回路制御部２３）、第１のリレー９および第２のリレー１０を制御する制御部（リレー駆動制御部２４）をそれぞれ別に備える構成について示したが、これらの各制御機能の全体を統括する制御部を設けるようにしても構わない。

＜実施の形態１＞
つぎに、実施の形態１にかかる電力変換装置の動作について、図２を参照して説明する。なお、図２は、実施の形態１にかかる第１のリレーの制御処理フローを直流電圧変換回路の状態を表す状態遷移図上に示した図である。

図２において、直流電圧変換回路では、ＲＸ１〜ＲＸ４による、以下の４つの状態が定義されている。
（１）ＲＸ１
第１のリレー接点がオフの状態で、直流電圧変換回路を動作させている状態
（２）ＲＸ２
第１のリレー接点がオフの状態で、直流電圧変換回路を停止させている状態
（３）ＲＸ３
第１のリレー接点がオフの状態で、第１のリレーに対するリレーオン信号が出力されている状態
（４）ＲＸ４
第１のリレー接点がオンの状態

まず、状態ＲＸ１において、状態遷移判定処理１が実行される（ステップＳ２１）。この処理では、入力電圧が所定値の範囲内にあるか否かの判定が行われる。入力電圧が所定値の範囲内でなければ（ステップＳ２１，Ｎｏ）、状態ＲＸ１に戻る。一方、入力電圧が所定値の範囲内であれば（ステップＳ２１，Ｙｅｓ）、状態ＲＸ２に遷移する。

状態ＲＸ２に遷移した後、状態遷移判定処理２が実行される（ステップＳ２２）。この処理では、直流電圧変換回路が所定時間停止していたか否かの判定が行われる。所定時間停止していなければ（ステップＳ２２，Ｎｏ）、状態ＲＸ１に戻る。一方、所定時間停止してれば（ステップＳ２２，Ｙｅｓ）、第１のリレーの接点がオフの状態で、第１のリレーのリレーオン信号が出力されている状態である状態ＲＸ３に遷移し、さらに第１のリレーの接点がオンの状態となる状態ＲＸ４に遷移する。

（補足説明）
直流電圧変換回路が動作中の場合、第１のリレーにおけるリレー接点間の電位差が大きくなる。この状態で、リレーをオンに制御するとリレー接点に大きな電流（突入電流）が流れる可能性がある。一方、この実施の形態では、入力電圧が所定値の範囲内にあり、かつ、状態遷移判定処理２によって、直流電圧変換回路が所定時間停止していたときに、リレー接点をオンに制御するようこととしているので、突入電流の軽減が可能となる。

また、この実施の形態では、例えば直流電源である太陽電池モジュールの発電電圧が頻繁に変動する場合でも、直流電圧変換回路が所定時間停止しているときのみ、リレーをオンに制御するので、リレー接点オンの回数の増加を抑制することが可能となる。

なお、図１において、第２のリレーでは、並列に半導体素子が接続され、直列にリアクトルが接続されるので、突入電流の軽減が可能な回路構成となっている。したがって、第２のリレーでは、上述した第１のリレーのような制御を行わなくとも、突入電流の抑制が可能である。

＜実施の形態２＞
つぎに、実施の形態２にかかる電力変換装置の動作について、図３を参照して説明する。図３は、実施の形態２にかかる第１のリレーの制御処理フローを直流電圧変換回路の状態を表す状態遷移図上に示した図である。なお、図３に示すフローには図２に共通した処理が存在するので、説明の冗長性を省く観点から、重複した説明は必要な場合にのみ行う。また、以後の説明においても同様とする。

図３において、直流電圧変換回路では、実施の形態１によるＲＸ１〜ＲＸ４の状態に加えて、以下の状態が定義されている。
（１）ＲＸ５
第１のリレー接点がオフの状態で、昇圧コンバータを動作させている状態
なお、昇圧コンバータを動作させるのは、直流電圧変換回路出力電圧を微調整するためである。

図３において、状態遷移判定処理２までの処理は、実施の形態１と同一であり、説明を省略する。つぎに、状態ＲＸ５において、第１のリレー接点をオフの状態のまま、直流電圧変換回路の昇圧コンバータを動作させ、直流電圧変換回路出力電圧の微調整を行う。このとき、状態遷移判定処理３が実行される（ステップＳ２３）。この処理では、直流電圧変換回路入力電圧と、直流電圧変換回路出力電圧との偏差であるリレー接点間電圧が所定値以下であるか否かの判定が行われる。リレー接点間電圧が所定値を超えていれば（ステップＳ２３，Ｎｏ）、状態ＲＸ５に戻る。一方、リレー接点間電圧が所定値以下であれば（ステップＳ２３，Ｙｅｓ）、状態ＲＸ３に遷移し、これ以後、実施の形態１と同様な動作となる。

（補足説明）
この実施の形態では、直流電圧変換回路出力電圧を微調整し、直流電圧変換回路入力電圧とほぼ同電位の状態にしてからリレーオン信号を出力するようにしている。すなわち、リレー接点間の電位差が約０Ｖの状態でリレーオン信号を出力するので、突入電流の軽減効果を実施の形態１よりも大きくすることが可能となる。

なお、状態遷移判定処理２から状態遷移判定処理３への移行に際し、昇圧コンバータを動作させる前に、リレー接点間電圧が所定値以下となっている場合には、昇圧コンバータを動作させることなく、第１のリレーに対するリレーオン信号を出力するようにしてもよいことは無論である。

また、この実施の形態では、例えば直流電源である太陽電池モジュールの発電電圧が頻繁に変動する場合でも、直流電圧変換回路が所定時間停止しているときのみ、リレーをオンに制御するので、実施の形態１と同様に、リレー接点オンの回数の増加を抑制することが可能となる。

＜実施の形態３＞
つぎに、実施の形態３にかかる電力変換装置の動作について、図４を参照して説明する。図４は、実施の形態３にかかる第１のリレーの制御処理フローを直流電圧変換回路の状態を表す状態遷移図上に示した図である。

図４において、直流電圧変換回路では、実施の形態２によるＲＸ１〜ＲＸ５の状態に加えて、以下の状態が定義されている。
（１）ＲＸ６
第１のリレー接点がオフの状態で、リレーオンの遅れ時間の分だけ昇圧コンバータの動作を継続させている状態
なお、昇圧コンバータを動作させるのは、直流電圧変換回路出力電圧を微調整するためである。

図４において、状態ＲＸ３に遷移するまでの処理は、実施の形態２と同一であり、説明を省略する。つぎに、状態ＲＸ３において、第１のリレーに対するリレーオン信号が出力される。すると、第１のリレーの接点がオフの状態で、第１のリレーのリレーオン時間だけ昇圧コンバータの動作が継続されている状態である状態ＲＸ６に遷移し、さらに第１のリレーの接点がオンの状態となる状態ＲＸ４に遷移する。

（補足説明）
この実施の形態では、直流電圧変換回路出力電圧を微調整し、リレー接点間の電位差が約０Ｖの状態でリレーオン信号を出力し、かつ、リレー接点が実際にオンするまでの遅れ時間を考慮し、昇圧コンバータの動作を継続した状態でリレーオン信号を出力するようにしているので、突入電流の軽減効果を実施の形態１，２よりも大きくすることが可能となる。

なお、状態遷移判定処理２から状態遷移判定処理３への移行に際し、昇圧コンバータを動作させる前に、リレー接点間電圧が所定値以下となっている場合には、昇圧コンバータを動作させることなく、第１のリレーに対するリレーオン信号を出力するようにしてもよいことは無論である。

また、この実施の形態では、例えば直流電源である太陽電池モジュールの発電電圧が頻繁に変動する場合でも、直流電圧変換回路が所定時間停止しているときのみ、リレーをオンに制御するので、実施の形態１，２と同様に、リレー接点オンの回数の増加を抑制することが可能となる。

＜実施の形態４＞
つぎに、実施の形態４にかかる電力変換装置の動作について、図５を参照して説明する。図５は、実施の形態４にかかる第１のリレーの制御処理フローを直流電圧変換回路の状態を表す状態遷移図上に示した図である。

図５において、直流電圧変換回路では、実施の形態３によるＲＸ１〜ＲＸ６の状態に加えて、以下の状態が定義されている。
（１）ＲＸ７
第１のリレー接点がオンの状態で、第１のリレーに対するリレーオフ信号が出力されている状態
（２）ＲＸ８
第１のリレー接点がオンの状態で、リレーオフの遅れ時間の分だけ直流電圧変換回路の動作を停止させている状態

図５において、状態ＲＸ４に遷移するまでの処理は、実施の形態３と同一であり、説明を省略する。つぎに、状態ＲＸ４において、第１のリレー接点がオンの状態のまま、状態遷移判定処理４が実行される（ステップＳ２４）。この処理では、入力電圧が所定値の範囲内にあるか否かの判定が行われる。入力電圧が所定値の範囲外でなければ（ステップＳ２４，Ｎｏ）、状態ＲＸ４に戻る。一方、入力電圧が所定値の範囲外であれば（ステップＳ２４，Ｙｅｓ）、状態ＲＸ７に遷移する。状態ＲＸ７では、第１のリレーに対するリレーオフ信号が出力される。すると、第１のリレーの接点がオンの状態で、第１のリレーのリレーオフ遅れ時間だけ直流電圧変換回路の停止が継続されている状態である状態ＲＸ８に遷移し、さらに第１のリレーの接点がオフの状態となる状態ＲＸ１に遷移する。

（補足説明）
この実施の形態では、直流電圧変換回路出力電圧を微調整し、リレー接点間の電位差が約０Ｖの状態でリレーオン信号を出力し、かつ、リレー接点が実際にオンするまでの遅れ時間を考慮し、昇圧コンバータの動作を継続した状態でリレーオン信号を出力するようにしているので、実施の形態３と同様な、突入電流の抑制効果が得られる。

また、この実施の形態では、例えば直流電源である太陽電池モジュールの発電電圧が頻繁に変動する場合でも、直流電圧変換回路が所定時間停止しているときのみ、リレーをオンに制御するので、実施の形態１〜３と同様に、リレー接点オンの回数の増加を抑制することが可能となる。

また、この実施の形態では、リレーをオフする際に、リレーオフの遅れ時間の分だけ、直流電圧変換回路の動作を停止させる制御を行っている。このため、リレー接点が実際にオフするまでの遅れ時間により、接点が閉じているのに直流電圧変換回路が動作してリレー接点に過大な電流が流れるのを防止することができ、リレーをオフする際のアーク発生の可能性を大幅に抑止することが可能となる。

なお、この実施の形態では、状態遷移判定処理４による判定処理を図４に示す実施の形態３のフローに適用する実施形態について示したが、実施の形態１，２の処理フローに適用することも可能である。

＜実施の形態５＞
つぎに、実施の形態５にかかる電力変換装置の動作について、図６を参照して説明する。図６は、実施の形態５にかかる第１のリレーの制御処理フローを直流電圧変換回路の状態を表す状態遷移図上に示した図である。なお、図６に示すフローと図５に示すフローとの差異は、状態ＲＸ２と状態ＲＸ５との間の判定処理が、状態遷移判定処理２から状態遷移判定処理５に置換されている点のみ相違しており、その他については同一または同等である。このため、相違点についてのみ説明する。

図６に示す状態ＲＸ２では、第１のリレー接点がオンの状態のまま、状態遷移判定処理５が実行される（ステップＳ２５）。この処理では、直流電圧変換回路が所定時間停止していたか否かの判定処理と、前回のリレーオンから所定時間経過しているか否かの判定処理と、が実行される（ステップＳ２５）。直流電圧変換回路が所定時間停止しておらず、または、前回のリレーオンから所定時間経過していなければ（ステップＳ２５，Ｎｏ）、状態ＲＸ２に戻る。一方、直流電圧変換回路が所定時間停止しており、かつ、前回のリレーオンから所定時間経過していれば（ステップＳ２５，Ｙｅｓ）、状態ＲＸ５に遷移する。

（補足説明）
この実施の形態では、直流電圧変換回路出力電圧を微調整し、リレー接点間の電位差が約０Ｖの状態でリレーオン信号を出力し、かつ、リレー接点が実際にオンするまでの遅れ時間を考慮し、昇圧コンバータの動作を継続した状態でリレーオン信号を出力するようにしているので、実施の形態３，４と同様な、突入電流の抑制効果が得られる。

また、この実施の形態では、例えば直流電源である太陽電池モジュールの発電電圧が頻繁に変動する場合でも、直流電圧変換回路が所定時間停止し、かつ、前回のリレーオンから所定時間経過しているときのみ、リレーをオンに制御するので、実施の形態１〜４に比して、リレー接点オンの回数の増加を確実に抑制することが可能となる。

また、この実施の形態では、リレーをオフする際に、リレーオフの遅れ時間の分だけ、直流電圧変換回路の動作を停止させる制御を行っている。このため、リレー接点が実際にオフするまでの遅れ時間により、接点が閉じているのに直流電圧変換回路が動作してリレー接点に過大な電流が流れるのを防止することができ、実施の形態４と同様に、リレーをオフする際のアーク発生の可能性を大幅に抑止することが可能となる。

なお、この実施の形態では、状態遷移判定処理５による判定処理を図５に示す実施の形態４のフローに適用する実施形態について示したが、実施の形態１〜３の処理フローに適用することも可能である。

＜実施の形態６＞
つぎに、実施の形態６にかかる電力変換装置の動作について、図７を参照して説明する。図７は、実施の形態６にかかる第１のリレーの制御処理フローを直流電圧変換回路の状態を表す状態遷移図上に示した図である。なお、図７に示すフローと図６に示すフローとの差異は、状態ＲＸ２と状態ＲＸ５との間の判定処理が、状態遷移判定処理５から状態遷移判定処理６に置換されている点のみ相違しており、その他については同一または同等である。このため、相違点についてのみ説明する。

図７に示す状態ＲＸ２では、第１のリレー接点がオンの状態のまま、状態遷移判定処理６が実行される（ステップＳ２６）。この処理では、図６に示した状態遷移判定処理５に加え、さらに、電力捻出部２１によって検出された電力変換装置の出力電力が所定値以上であるか否かの判定処理と、入力電圧の変動が所定値以下であるか否かの判定処理と、電力変換装置に出力制限がかかっているか否かの判定処理と、が実行される（ステップＳ２６）。ここで、これらの５つの条件のうちの少なくとも一つの条件を満足しない場合には（ステップＳ２６，Ｎｏ）、状態ＲＸ２に戻る。一方、上記５つの条件の全ての条件を満足する場合には（ステップＳ２６，Ｙｅｓ）、状態ＲＸ５に遷移する。

（補足説明）
この実施の形態では、直流電圧変換回路出力電圧を微調整し、リレー接点間の電位差が約０Ｖの状態でリレーオン信号を出力し、かつ、リレー接点が実際にオンするまでの遅れ時間を考慮し、昇圧コンバータの動作を継続した状態で第１のリレーに対するリレーオン信号を出力するようにしているので、実施の形態３〜５と同様な、突入電流の抑制効果が得られる。

また、この実施の形態では、例えば直流電源である太陽電池モジュールの発電電圧が頻繁に変動する場合に、例えば
（１）直流電圧変換回路が所定時間停止
（２）前回のリレーオンから所定時間経過している
（３）電力変換装置の出力電力が所定値以上である
（４）入力電圧の変動が所定値以下である
（５）電力変換装置に出力制限がかかっていない
という５つの条件に関する判定処理を行い、これらの５つの条件が全て満足するときに第１のリレーに対するリレーオン信号を出力するようにしているので、実施の形態５に比して、リレー接点オンの回数の増加を確実に抑制することが可能となる。

なお、上記５つの条件のうち、（３）〜（５）の条件については、少なくとも一つの条件が満足するときに、第１のリレーに対するリレーオン信号を出力するようにしてもよく、リレー接点オンの回数の抑制に効果がある。

また、この実施の形態では、リレーをオフする際に、リレーオフの遅れ時間の分だけ、直流電圧変換回路の動作を停止させる制御を行っている。このため、リレー接点が実際にオフするまでの遅れ時間により、接点が閉じているのに直流電圧変換回路が動作してリレー接点に過大な電流が流れるのを防止することができ、実施の形態４，５と同様に、リレーをオフする際のアーク発生の可能性を大幅に抑止することが可能となる。

なお、この実施の形態では、状態遷移判定処理６による判定処理を図６に示す実施の形態５のフローに適用する実施形態について示したが、実施の形態１〜４の処理フローに適用することも可能である。

以上説明したように、上述した実施の形態１〜６の電力変換装置およびその制御方法によれば、必要最小限の部品により、リレー接点の寿命を長くすることができるので、必要な耐用年数の確保が容易となる。また、リレーの寿命が耐用年数を決定してしまうような場合でも、不必要に高寿命かつ高コストのものを採用する必要がないので、コスト増の一因を排除することが可能となる。

以上のように、本発明にかかる電力変換装置およびその制御方法は、リレーの寿命低下を抑制することができる発明として有用である。

本発明にかかる電力変換装置を直流電源を入力源とする発電システムに適用した場合の一例を示す図である。 実施の形態１にかかる第１のリレーの制御処理フローを直流電圧変換回路の状態を表す状態遷移図上に示した図である。 実施の形態２にかかる第１のリレーの制御処理フローを直流電圧変換回路の状態を表す状態遷移図上に示した図である。 実施の形態３にかかる第１のリレーの制御処理フローを直流電圧変換回路の状態を表す状態遷移図上に示した図である。 実施の形態４にかかる第１のリレーの制御処理フローを直流電圧変換回路の状態を表す状態遷移図上に示した図である。 実施の形態５にかかる第１のリレーの制御処理フローを直流電圧変換回路の状態を表す状態遷移図上に示した図である。 実施の形態６にかかる第１のリレーの制御処理フローを直流電圧変換回路の状態を表す状態遷移図上に示した図である。

符号の説明

１ 発電システム
２ 直流電源
３ 電力変換装置
４ 開閉器
５ インバータ回路
６ フィルタ回路
７ コンデンサ
８ コンデンサ
９ リレー
１０ リレー
１１ 降圧用スイッチング素子
１２ 昇圧用スイッチング素子
１３ 降圧用ダイオード
１４ 昇圧用ダイオード
１５ リアクトル
１６ 降圧コンバータ
１７ 昇圧チョッパ
１８ 直流電圧変換回路
１９ 電圧検出部
２０ 電圧検出部
２１ 電力検出部
２２ インバータ制御部
２３ 直流電圧変換回路制御部
２４ リレー駆動制御部
２８ 系統
３０ 入力端
３２ 出力端

Claims (10)

1. 直流電力を交流電力に変換して出力する電力変換装置において、
   入力された直流電圧を降圧する降圧回路および昇圧する昇圧回路を具備する直流電圧変換回路と、
   前記直流電圧変換回路から出力される直流電圧を交流電圧に変換して出力するインバータ回路と、
   前記直流電圧変換回路の入力端側の電圧を検出する第１の電圧検出部と、
   前記直流電圧変換回路の機能をバイパスするバイパスリレーと、
   前記第１の電圧検出器が検出した電圧が所定値の範囲内にあり、かつ、前記直流電圧変換回路が所定時間停止していたときに、前記バイパスリレーをオンに制御する制御部と、
   を備えたことを特徴とする電力変換装置。
2. 直流電力を交流電力に変換して出力する電力変換装置において、
   入力された直流電圧を降圧する降圧回路および昇圧する昇圧回路を具備する直流電圧変換回路と、
   前記直流電圧変換回路から出力される直流電圧を交流電圧に変換して出力するインバータ回路と、
   前記直流電圧変換回路の入力端側の電圧を検出する第１の電圧検出器と、
   前記直流電圧変換回路の出力端側の電圧を検出する第２の電圧検出部と、
   前記第１の電圧検出器が検出した電圧が所定値の範囲内にあり、かつ、前記直流電圧変換回路が所定時間停止しており、かつ、前回のリレーオン信号が出力されてから所定時間経過している場合に、前記バイパスリレーをオンに制御する制御部と、
   を備えたことを特徴とする電力変換装置。
3. 直流電力を交流電力に変換して出力する電力変換装置において、
   入力された直流電圧を降圧する降圧回路および昇圧する昇圧回路を具備する直流電圧変換回路と、
   前記直流電圧変換回路から出力される直流電圧を交流電圧に変換して出力するインバータ回路と、
   前記直流電圧変換回路の入力端側の電圧を検出する第１の電圧検出部と、
   前記直流電圧変換回路の出力端側の電圧を検出する第２の電圧検出器と、
   前記インバータ回路の出力電力を検出する電力検出部と、
   前記第１の電圧検出部が検出した電圧が所定値の範囲内にあるという第１条件、前記直流電圧変換回路が所定時間停止しているという第２条件、前回のリレーオン信号が出力されてから所定時間経過しているという第３条件、前記インバータ回路の出力電力が所定値以上であるという第４条件、前記第１の電圧検出器による検出電圧の変動が所定値以下であるという第５条件、および外部への出力が制限されていないという第６条件のうち、前記第１〜第３の条件の全てを満足し、前記第４〜第６の条件のうちの少なくとも一つの条件を満足するときに、前記バイパスリレーをオンに制御する制御部と、
   を備えたことを特徴とする電力変換装置。
4. 前記制御部は、前記バイパスリレーにリレーオン信号を出力する際に、前記昇圧回路を動作させ、前記直流電圧変換回路の出力電圧を制御することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の電力変換装置。
5. 前記制御部は、前記バイパスリレーにリレーオン信号を出力する際に、該バイパスリレーの接点が実際にオンするまでの遅れ時間を考慮して、当該リレーオン信号を出力することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の電力変換装置。
6. 前記制御部は、前記バイパスリレーにリレーオフ信号を出力する際に、該バイパスリレーの接点が実際にオフするまでの遅れ時間を考慮して、当該リレーオフ信号を出力することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の電力変換装置。
7. 入力された直流電圧を昇降圧する直流電圧変換回路と、該直流電圧変換回路の出力電圧を交流電圧に変換して出力するインバータ回路と、前記直流電圧変換回路の機能をバイパスするバイパスリレーと、を具備する電力変換装置の制御方法であって、
   前記直流電圧変換回路への入力電圧が所定値の範囲内にあり、かつ、前記直流電圧変換回路が所定時間停止していたときに、前記バイパスリレーをオンに制御する信号を出力する
   ことを特徴とする電力変換装置の制御方法。
8. 前記バイパスリレーにリレーオン信号を出力する際に、前記直流電圧変換回路の昇圧機能を有効にして、前記直流電圧変換回路の出力電圧を制御することを特徴とする請求項７に記載の電力変換装置の制御方法。
9. 前記バイパスリレーにリレーオン信号を出力する際に、該バイパスリレーの接点が実際にオンするまでの遅れ時間を考慮して、当該リレーオン信号を出力することを特徴とする請求項７または８に記載の電力変換装置の制御方法。
10. 前記制御部は、前記バイパスリレーにリレーオフ信号を出力する際に、該バイパスリレーの接点が実際にオフするまでの遅れ時間を考慮して、当該リレーオフ信号を出力することを特徴とする請求項７〜９の何れか１項に記載の電力変換装置の制御方法。

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