JP2013026516A - 電力制御装置及び電力システム - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の太陽電池ストリングにおける発電効率の低下を抑制しつつ、逆流による太陽電池ストリングの故障を防止することが可能な電力制御装置及び電力システムを提供する。
【解決手段】
電力制御装置（接続装置１００）は、複数の太陽電池ストリングによって発電される直流電力を電力変換装置に出力する。電力線に並列に接続されている複数の太陽電池ストリングの各々と電力線との間において、太陽電池ストリングから入力される直流電力を電力線に出力する出力状態と、当該直流電力を電力線に出力しない停止状態とを切り替える切替器と、電力線を介して電力変換装置に出力される直流電力の出力電力値を検出する出力検出器と、出力電力値に基づいて、複数の太陽電池ストリングの各々に接続される切替器の内、一の切替器を出力状態に制御し、他の切替器を停止状態に制御する制御回路とを備え、複数の太陽電池ストリングの各々は互いに通電可能である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数の太陽電池ストリングによって発電される直流電力を入力し、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置に出力する電力制御装置及び電力システムに関する。

一般家庭等の電力の需要家において、直流電力を発電する太陽発電装置と、当該太陽発電装置によって発電される直流電力を交流電力に変換する電力変換装置とを備える電力システムが普及している。このような電力システムでは、太陽発電装置によって発電した電力を用いて、宅内に設けられる負荷機器の電力需要をまかなうとともに、電力系統と連系して、交流電力を電力系統に逆潮流することによって、電力を売却（売電）することもできる。

このような電力システムにおいて、太陽発電装置は、並列に接続される複数の太陽電池ストリングによって構成されている。なお、電力システムは、複数の太陽電池ストリングを並列に接続するための接続装置を備えており、当該接続装置から電力変換装置に直流電力を出力するように構成されている。

ここで、太陽発電装置では、例えば、日射環境などの影響によって、複数の太陽電池ストリングの内、特定の太陽電池ストリングの一部が影になる場合、太陽電池ストリングによって発電される電力にばらつきが発生する。なお、太陽電池ストリングは、故障によっても電力にばらつきが発生するため、このような太陽電池ストリングを早期に検出することを目的として、電圧計を太陽電池ストリングの各々に設けて、電圧の低下した太陽電池ストリングを検出する電力システムも提案されている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、太陽発電装置は、太陽電池ストリングを並列に接続するように構成されているため、上述のように、太陽電池ストリングによって発電される電力にばらつきが発生すると、電力の高い太陽電池ストリングから、電力の低い太陽電池ストリングに電流が流れる逆流が発生する。特に、各々の太陽電池ストリングが電力を発電している際に、出力先の電力変換装置の動作が停止すると、逆流する電流量が大きくなる。このような逆流が発生すると、太陽電池ストリングが発熱するとともに、故障に至る可能性もある。

上述した問題を解消するため、電力システムでは、ダイオードなどの整流素子を用いた逆流防止回路が設けられており、太陽電池ストリングによって発電される電力にばらつきが発生する場合であっても、逆流を防止して、太陽電池ストリングを保護することが可能になっている。

特開平７−１７７６５２号公報

しかしながら、従来技術には次のような問題があった。すなわち、従来技術に係る電力システムでは、逆流防止回路に用いられている整流素子によって、常時、電力損失が発生してしまい、その結果、発電効率が低下するという問題があった。

そこで、本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、複数の太陽電池ストリングにおける発電効率の低下を抑制しつつ、逆流による太陽電池ストリングの故障を防止することが可能な電力制御装置及び電力システムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明は以下のような特徴を有している。まず、本発明の第１の特徴は、複数の太陽電池ストリング（太陽電池ストリング２０_１乃至２０_ｎ）によって発電される直流電力を入力し、前記直流電力を交流電力に変換する電力変換装置（パワーコンディショナ２００）に出力する電力制御装置（接続装置１００）であって、前記複数の太陽電池ストリングの各々は、電力線（電力線１１０）に並列に接続されており、前記複数の太陽電池ストリングの各々と前記電力線との間において前記複数の太陽電池ストリングの各々と直列に接続するとともに、前記太陽電池ストリングから入力される直流電力を前記電力線に出力する出力状態と、当該直流電力を前記電力線に出力しない停止状態とを切り替える切替器（切替器１２０_１乃至１２０_ｎ）と、前記電力線を介して前記電力変換装置に出力される直流電力の出力電力値を検出する出力検出器（出力検出器１３０）と、前記出力電力値に基づいて、前記複数の太陽電池ストリングの各々に接続される前記切替器の内、一の切替器を前記出力状態に制御し、他の切替器を前記停止状態に制御する制御回路（制御回路１５０）とを備え、前記複数の太陽電池ストリングの各々に接続される前記切替器が前記出力状態である場合、前記複数の太陽電池ストリングの各々は、前記電力線を介して互いに通電可能であることを要旨とする。

本発明に係る第２の特徴は、上記特徴に係り、前記切替器（例えば、切替器１２０_ｎ）は、前記出力状態に制御される際、前記太陽電池ストリングと前記電力線とを接続し、前記停止状態に制御される際、前記太陽電池ストリングと前記電力線とを切離することを要旨とする。

本発明に係る第３の特徴は、前記太陽電池ストリングは、直流電力を出力する正極端子と負極端子とを備え、前記切替器（例えば、切替器１２１_ｎ）は、前記出力状態に制御される際、正極端子と負極端子との間を開放し、前記停止状態に制御される際、正極端子と負極端子との間を短絡することを要旨とする。

本発明に係る第４の特徴は、複数の太陽電池ストリングによって発電される直流電力を入力し、前記直流電力を交流電力に変換する電力変換装置に出力する電力制御装置であって、前記複数の太陽電池ストリングの各々は、電力線に並列に接続されており、前記複数の太陽電池ストリングの各々と前記電力線との間において前記複数の太陽電池ストリングの各々と直列に接続するとともに、前記太陽電池ストリングから入力される直流電力を前記電力線に出力する出力状態と、当該直流電力を前記電力線に出力しない停止状態とを切り替える切替器と、前記電力線を介して前記電力変換装置に出力される直流電力の出力電力値を検出する出力検出器と、前記出力電力値に基づいて、前記複数の太陽電池ストリングの各々に接続される前記切替器を前記停止状態に制御する制御回路と、前記複数の太陽電池ストリングの各々から入力される前記直流電力の入力電圧を検出する入力検出器とを備え、前記制御回路は、全ての前記切替器を停止状態にした後、入力電圧が他の入力電圧に対して所定比率以上低い太陽電池ストリングに接続する切替器を停止状態に制御するとともに、他の太陽電池ストリングに接続する切替器を出力状態に制御し、前記複数の太陽電池ストリングの各々に接続される切替器が出力状態である場合、前記複数の太陽電池ストリングの各々は、前記電力線を介して互いに通電可能であることを要旨とする。

本発明に係る電力システムの特徴は、複数の太陽電池ストリングと、電力変換装置と、上記の特徴に係る電力制御装置とを備えることを要旨とする。

本発明によれば、複数の太陽電池ストリングにおける発電効率の低下を抑制しつつ、逆流による太陽電池ストリングの故障を防止することが可能な電力制御装置及び電力システムを提供することができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る電力システムの構成を示す概略構成図である。 図２は、本発明の第１実施形態に係る電源入力回路１４０において、整流素子としてダイオードを用いたＯＲ回路の一例を示す図である。 図３は、本発明の第１実施形態に係る制御回路１５０のブロック図が示されている。 図４は、本発明の第１実施形態に係る接続装置１００の動作を示すシーケンス図である。 図５は、本発明の本変更例に係る切替器１２１_ｎの構成を示す図である。 図６は、本発明の第２実施形態に係る接続装置１００の動作を示すシーケンス図である。 図７は、パワーコンディショナ２００がＭＰＰＴ方式によって電力変換制御を行った際の電圧値、電流値、電力値の関係を示すグラフ図である。

［第１実施形態］
次に、図面を参照して、本発明の第1実施形態を説明する。具体的には、（１）電力システムの構成、（２）制御回路の構成、（３）接続装置の動作、（４）作用及び効果について説明する。なお、以下の実施形態における図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。

（１）電力システムの構成
図１は、本実施形態に係る電力システム１の概略構成図である。かかる電力システム１は、一般家庭などの需要家に設けられている。なお、同図において、電力用の配線は実線で示し、制御信号用の配線は破線で示している。

図１に示すように、電力システム１は、直流電力を発電する太陽発電装置２０、接続装置１００、パワーコンディショナ２００を有する。電力システム１は、これ以外にも、分電盤や電力系統配線２１０に接続する負荷機器なども備えているが、本実施形態では説明を省略する。なお、電力系統配線２１０は、電力系統１０とパワーコンディショナ２００とに接続する配電線である。

太陽発電装置２０は、太陽光を受光し、受光した太陽光に応じて直流電力を発電することができる。太陽発電装置２０は、発電した直流電力を接続装置１００に出力する。
具体的に、太陽発電装置２０は、複数の太陽電池ストリング２０_１乃至２０_ｎによって構成されている。なお、複数の太陽電池ストリング２０_１乃至２０_ｎの各々は、直列に接続された複数の太陽電池モジュールによって構成されている。

このような構成の太陽発電装置２０は、太陽電池アレイとも称される。なお、本実施形態では、太陽発電装置２０が、２つ以上の太陽電池ストリング２０_１乃至２０_ｎを有することとする。

複数の太陽電池ストリング２０_１乃至２０_ｎの各々は、正極端子と負極端子とを有する。図１の例では、太陽電池ストリング２０_１は、正極端子２０ａ_１と、負極端子２０ｂ_１とを有し、太陽電池ストリング２０_ｎは、正極端子２０ａ_ｎと、負極端子２０ｂ_ｎとを有する。また、複数の太陽電池ストリング２０_１乃至２０_ｎの各々が有する正極端子に接続する配線と、負極端子に接続する配線とが、接続装置１００と接続している。複数の太陽電池ストリング２０_１乃至２０_ｎの各々は、これらの配線を介して、発電した直流電力を接続装置１００に出力する。

接続装置１００は、複数の太陽電池ストリング２０_１乃至２０_ｎによって発電される直流電力を入力するとともに、入力した直流電力を、直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナ２００に出力する。また、本実施形態に係る接続装置１００は、電力線１１０と、切替器１２０_１乃至１２０_ｎと、出力検出器１３０と、電源入力回路１４０と、制御回路１５０とを備える。
なお、接続装置１００には、利用者に運転状況などの情報を表示する表示器や、利用者からの指示を受け付ける入力器など備えていてもよい。本実施形態において、接続装置１００は、電力制御装置を構成する。

電力線１１０は、複数の太陽電池ストリング２０_１乃至２０_ｎの正極端子２０ａ_１乃至２０ａ_ｎに接続する正極線と、負極端子２０ｂ_１乃至２０ｂ_ｎに接続する負極線とを備える。電力線１１０は、正極線と負極線とによって、複数の太陽電池ストリング２０_１乃至２０_ｎの各々と並列に接続する。例えば、図１の例では、電力線１１０は、切替器１２０_１を介して、電力線１１０の接続点１２０ａ_１において、太陽電池ストリング２０_１の正極端子２０ａ_１と接続する。また、電力線１１０は、切替器１２０_１を介して、電力線１１０の接続点１２０ｂ_１において、太陽電池ストリング２０_１の負極端子２０ｂ_１と接続する。このように、電力線１１０は、切替器１２０_１乃至１２０_ｎを介して、複数の太陽電池ストリング２０_１乃至２０_ｎの各々と並列に接続する。なお、電力線１１０は、パワーコンディショナ２００に接続しており、複数の太陽電池ストリング２０_１乃至２０_ｎの各々から入力された直流電力を、パワーコンディショナ２００に出力する。

切替器１２０_１乃至１２０_ｎは、複数の太陽電池ストリング２０_１乃至２０_ｎの各々と電力線１１０との間において複数の太陽電池ストリング２０_１乃至２０_ｎの各々と直列に接続する。切替器１２０_１乃至１２０_ｎは、太陽電池ストリング２０_１乃至２０_ｎから入力される直流電力を電力線１１０に出力する出力状態と、当該直流電力を電力線１１０に出力しない停止状態とを切り替える。

具体的に、切替器１２０_１乃至１２０_ｎは、制御回路１５０の制御によって開閉動作を行う。なお、切替器１２０_１乃至１２０_ｎは、リレーを用いて開閉動作を行ってもよいし、ＩＧＢＴやＦＥＴなどのパワートランジスタ素子を用いて開閉動作を行ってもよい。

切替器１２０_１乃至１２０_ｎは、出力状態（閉動作）に制御される際、太陽電池ストリングと電力線１１０とを接続し、停止状態（開動作）に制御される際、太陽電池ストリングと電力線１１０とを切離する。図１の例では、切替器１２０_１は、出力状態に制御される際、太陽電池ストリング２０_１と電力線１１０とを接続し、停止状態に制御される際、太陽電池ストリング２０_１と電力線１１０とを切離する。

ここで、本実施形態において、太陽電池ストリング２０_１乃至２０_ｎの各々に接続される切替器１２０_１乃至１２０_ｎが出力状態である場合、太陽電池ストリング２０_１乃至２０_ｎの各々は、電力線１１０を介して互いに通電可能である。つまり、本実施形態に係る接続装置１００では、複数の太陽電池ストリング２０_１乃至２０_ｎの各々と電力線１１０との間の電路において、整流素子を用いた逆流防止回路が設けられていない。

出力検出器１３０は、電力線１１０を介してパワーコンディショナ２００に出力される直流電力の出力電力値を検出する。なお、出力検出器１３０は、直流電力の電流値を検出してもよい。また、例えば、パワーコンディショナ２００が動作していない場合、パワーコンディショナ２００に出力される出力電力値は、“０Ｗ”もしくは“０Ｗ”近傍の値になる。出力検出器１３０は、検出した直流電力を制御回路１５０に出力する。

電源入力回路１４０は、複数の太陽電池ストリング２０_１乃至２０_ｎの各々に接続する。なお、電源入力回路１４０は、複数の太陽電池ストリング２０_１乃至２０_ｎの各々と、切替器１２０_１乃至１２０_ｎの各々との間において、複数の太陽電池ストリング２０_１乃至２０_ｎの各々との接続点を有する。電源入力回路１４０は、太陽電池ストリング２０_１乃至２０_ｎの各々から、直流電力を入力して、所望の直流電力を制御回路１５０に出力する。

具体的に、電源入力回路１４０は、整流素子としてダイオードを用いたＯＲ回路を有する。ここで、図２には、ダイオードを用いたＯＲ回路の一例が示されている。図２に示すように、電源入力回路１４０は、複数の太陽電池ストリング２０_１乃至２０_ｎの各々から直流電力を入力して、電圧値の高い直流電力を制御回路１５０に出力するように構成されている。なお、同図において、ＯＲ回路は、抵抗Ｒを備えるように示されているが、抵抗Ｒを備えていなくともよい。

制御回路１５０は、接続装置１００内の各種機能を制御する。また、制御回路１５０は、パワーコンディショナ２００に出力される直流電力に基づいて、太陽電池ストリング２０_１乃至２０_ｎの各々に接続される切替器１２０_１乃至１２０_ｎの各々を制御する。

具体的に、制御回路１５０は、パワーコンディショナ２００に出力される直流電力の出力電力値に基づいて、パワーコンディショナ２００の運転状態を判定する。詳細には、制御回路１５０は、出力検出器１３０から取得した出力電力値に基づいて、パワーコンディショナ２００が運転を停止しているか否か、又は、運転を抑制しているか否かを判定する。

ここで、本実施形態において、パワーコンディショナ２００が運転を抑制するとは、パワーコンディショナ２００が、直流電力を交流電力に変換する動作を抑えて、“０Ｗ”近傍の交流電力を出力している運転状態を示す。つまり、パワーコンディショナ２００が運転を抑制する場合、運転を停止している状態に近い状態となり、入力する直流電力も少なくなる。

制御回路１５０は、パワーコンディショナ２００が運転を停止している、又は、運転を抑制していると判定した場合、太陽電池ストリング２０_１乃至２０_ｎの各々に接続される切替器１２０_１乃至１２０_ｎの内、一の切替器１２０_１を出力状態に制御し、他の切替器１２０_２乃至１２０_ｎを停止状態に制御する。なお、制御回路１５０が出力状態に制御する切替器は、切替器１２０_１に限定されず、いずれであってもよい。また、制御回路１５０の詳細な構成は、後述する。

パワーコンディショナ２００は、接続装置１００と、電力系統配線２１０に接続されている。また、パワーコンディショナ２００は、接続装置１００から出力される直流電力を交流電力に変換することができる。パワーコンディショナ２００は、交流電力を電力系統配線２１０に出力する連系運転を行うことができる。電力系統配線２１０へ出力された交流電力は、適宜、負荷機器において使用され、あるいは、電力系統１０への逆潮流の電力となる。

パワーコンディショナ２００は、上述した連系運転と、交流電力を自立系統配線（図示せず）に出力する自立運転とを切り替えることができる。自立系統配線へ出力された交流電力は、需要家内に設けられている負荷機器によって消費される。

（２）制御回路の構成
次に、制御回路１５０の構成について、図を参照して具体的に説明する。図３には、制御回路１５０のブロック図が示されている。

図３に示すように、制御回路１５０は、受信部１５１と、電源部１５２と、出力判定部１５３と、切替制御部１５４と、送信部１５５とを備える。なお、制御回路１５０は、これ以外にも、制御回路１５０によって実行されるプログラム及びデータを記憶する記憶部なども備えているが、ここでは説明を省略する。

受信部１５１は、接続装置１００内の各種機器から送信される情報を受信する。受信部１５１は、パワーコンディショナ２００に出力する直流電力の出力電力値を、出力検出器１３０から受信する。

電源部１５２は、電源入力回路１４０から出力される直流電力を入力する。なお、入力された直流電力は、接続装置１００の電源として、接続装置１００を動作させるために使用される。

出力判定部１５３は、パワーコンディショナ２００に出力される直流電力の出力電力値に基づいて、パワーコンディショナ２００の運転状態を判定する。具体的に、出力判定部１５３は、出力検出器１３０から取得した出力電力値に基づいて、パワーコンディショナ２００が運転を停止しているか否か、又は、運転を抑制しているか否かを判定する。

出力判定部１５３は、出力電力値が所定電力閾値以下であるか否かを判定することで、パワーコンディショナ２００が運転を停止しているか否か、又は、運転を抑制しているか否かを判定する。ここで、所定電力閾値は、パワーコンディショナ２００が運転を停止している、又は、運転を抑制している際に、接続装置１００から出力される可能性のある出力電力値である。所定電力閾値は、予め測定することで取得してもよいし、設計値から取得してもよい。出力判定部１５３は、このようにして取得された所定電力閾値を予め記憶する。

なお、出力判定部１５３は、電源入力回路１４０から、太陽電池ストリング２０_１乃至２０_ｎの各々から入力された直流電力の入力電圧値V１乃至Vｎを取得して、出力電力値と入力電圧値V１乃至Vｎとを比較することによって、パワーコンディショナ２００が運転を停止しているか否か、又は、運転を抑制しているか否かを判定してもよい。

切替制御部１５４は、パワーコンディショナ２００が運転を停止している、又は、運転を抑制していると判定した場合、太陽電池ストリング２０_１乃至２０_ｎの各々に接続される切替器１２０_１乃至１２０_ｎの内、一の切替器を出力状態に制御し、他の切替器を停止状態に制御する。

具体的に、切替制御部１５４は、出力判定部１５３によって、パワーコンディショナ２００が運転を停止している、又は、運転を抑制していると判定された場合、太陽電池ストリング２０_１に接続される切替器１２０_１を出力状態である“オン状態”のまま維持する。また、切替制御部１５４は、一つ又は複数の他の切替器１２０_２（図示せず）乃至１２０_ｎを制御するため、停止状態である“オフ状態”に指示する切替信号を生成する。送信部１５５は、切替制御部１５４によって生成された切替信号を、切替器１２０_２乃至１２０_ｎに送信する。

以上のようにして、制御回路１５０は、パワーコンディショナ２００に出力される直流電力に基づいて、太陽電池ストリング２０_１乃至２０_ｎの各々に接続される切替器１２０_１乃至１２０_ｎの内、一の切替器を出力状態に制御し、他の切替器を停止状態に制御する。

（３）接続装置の動作
次に、図を参照して、接続装置１００の動作を説明する。図４は、接続装置１００の動作を示すシーケンス図である。

まず、ステップＳ１０１において、接続装置１００では、出力検出器１３０が、電力線１１０を介してパワーコンディショナ２００に出力される直流電力の出力電力値を検出する。
出力検出器１３０は、制御回路１５０に出力電力値を通知する。制御回路１５０は、出力検出器１３０から出力電力値を取得する。

ステップＳ１０２において、接続装置１００では、制御回路１５０が、パワーコンディショナ２００に出力される直流電力の出力電力値に基づいて、パワーコンディショナ２００の運転状態を判定する。具体的に、制御回路１５０は、出力検出器１３０から取得した出力電力値が所定電力閾値以下であるか否かを判定することで、パワーコンディショナ２００が運転を停止しているか否か、又は、運転を抑制しているか否かを判定する。なお、制御回路１５０は、パワーコンディショナ２００が運転を停止していない、又は、運転を抑制していないと判定した場合、ステップＳ１０１の動作が繰り返される。

ステップＳ１０３において、制御回路１５０は、パワーコンディショナ２００が運転を停止している、又は、運転を抑制していると判定した場合、太陽電池ストリング２０_１乃至２０_ｎの各々に接続される切替器１２０_１乃至１２０_ｎの内、一の切替器を出力状態に制御し、他の切替器を停止状態に制御する。

具体的に、制御回路１５０は、パワーコンディショナ２００が運転を停止している、又は、運転を抑制していると判定した場合、太陽電池ストリング２０_１に接続される切替器１２０_１に対して、出力状態である“オン状態”のまま維持する。また、制御回路１５０は、一つ又は複数の他の切替器１２０_２（図示せず）乃至１２０_ｎに対しては、停止状態である“オフ状態”に指示する信号を出力する。

以上のように、制御回路１５０は、ステップＳ１０２乃至Ｓ１０３において、パワーコンディショナ２００に出力される直流電力に基づいて、太陽電池ストリング２０_１乃至２０_ｎの各々に接続される切替器１２０_１乃至１２０_ｎの内、一の切替器を出力状態に制御し、他の切替器を停止状態に制御する。

（４）作用及び効果
本実施形態に係る接続装置１００では、切替器１２０_１乃至１２０_ｎが出力状態である場合、複数の太陽電池ストリング２０_１乃至２０_ｎの各々は、電力線を介して互いに通電可能である。つまり、太陽電池ストリング２０_１乃至２０_ｎと電力線との間には、従来技術のように整流素子を用いた逆潮流防止回路が配置されていないため、逆潮流防止回路による電力損失を抑制して、太陽電池ストリング２０_１乃至２０_ｎによる発電効率の低下を抑制できる。

また、接続装置１００によれば、パワーコンディショナ２００が運転を停止又は運転を抑制して、パワーコンディショナ２００に出力される直流電力が所定電力閾値以下になる場合、一の太陽電池ストリング２０_１に接続する切替器１２０_１を出力状態に制御し、他の太陽電池ストリングに接続する切替器１２０_２乃至１２０_ｎを停止状態に制御する。

ここで、複数の太陽電池ストリング２０_１乃至２０_ｎの各々の間に逆流する電流値は、パワーコンディショナ２００に対する直流電力の出力が停止する場合に大きくなるが、それ以外の場合には、逆流する電流値は大きくない。

よって、本実施形態に係る接続装置１００は、パワーコンディショナ２００が運転を停止又は運転を抑制して、パワーコンディショナ２００に出力される直流電力が所定電力閾値以下になる場合、すなわち、逆流が大きくなる場合にのみ、一つの切替器１２０_１を除き、他の切替器１２０_２乃至１２０_ｎを停止状態するので、複数の太陽電池ストリング２０_１乃至２０_ｎの各々の間において、逆流が発生することを的確に防止することができる。

以上のように、本実施形態に係る接続装置１００によれば、複数の太陽電池ストリング２０_１乃至２０_ｎによる発電効率の低下を抑制しつつ、逆流による太陽電池ストリング２０_１乃至２０_ｎの故障を防止することが可能になる。

なお、接続装置１００は、パワーコンディショナ２００に出力される直流電力に基づいて、一つの太陽電池ストリングを出力状態のまま維持するので、例えば、パワーコンディショナ２００が停止した後、パワーコンディショナ２００が再起動するための電力を確保することができる。

［変更例１］
次に、本実施形態に係る変更例１について説明する。本変更例に係る切替器１２１_ｎは、開閉動作によって、短絡と開放とを行うことによって、出力状態と停止状態とを切り替えるように構成されている。

ここで、図５には、本変更例に係る切替器１２１_ｎの構成が示されている。図５に示すように、切替器１２１_ｎは、開閉動作によって、出力状態に制御される際、正極端子２０ａ_ｎと負極端子２０ｂ_ｎとの間を開放し、停止状態に制御される際、正極端子２０ａ_ｎと負極端子２０ｂ_ｎとの間を短絡するように構成されていてもよい。なお、この場合も、切替器１２１_ｎは、制御回路１５０の制御によって出力状態と停止状態とが切り替えられる。

また、本変更例に係る制御回路１５０は、切替器１２１_ｎを制御する際、停止状態として“オン状態”を指示する信号を切替器１２１_ｎに送信する。また、制御回路１５０は、出力状態の“オフ状態”を指示する信号を切替器１２１_ｎに送信する。

［変更例２］
次に本実施形態に係る変更例２について説明する。上述した実施形態に係る接続装置１００の制御回路１５０では、出力判定部１５３が、出力検出器１３０によって検出された出力電力値に基づいて、パワーコンディショナ２００の運転状態を判定していた。本変更例に係る制御回路１５０では、出力判定部１５３が、パワーコンディショナ２００から運転状態を示す状態識別情報を受信するように構成されている。具体的に、パワーコンディショナ２００は、自装置が運転している状態、運転を停止している状態、又は、運転を抑制している状態を示す状態識別情報を制御回路１５０に送信することができる。なお、パワーコンディショナ２００は、それぞれの状態を変更する際に、変更後の状態を示す状態識別情報を制御回路１５０に送信する。

制御回路１５０では、出力判定部１５３は、状態識別情報に基づいて、パワーコンディショナ２００が運転を停止している状態、又は、運転を抑制している状態であることを判定する。

本変更例に係る接続装置１００によれば、パワーコンディショナ２００に出力する出力電力値を検出する出力検出器１３０が不要になるので、接続装置１００の装置規模の増加を抑制するとともに、装置コストを抑制することもできる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。具体的には、（１）接続装置の構成、（２）接続装置の動作、（３）作用及び効果について説明する。

（１）接続装置の構成
まず、本実施形態に係る接続装置１００の構成について説明する。ここで、上述した第１実施形態に係る接続装置１００において、接続装置１００は、パワーコンディショナ２００が運転を停止している状態、又は、運転を抑制している状態である場合に一の切替器１２０_１を除き、他の切替器１２０_２乃至１２０_ｎを停止状態に制御するように構成されていた。

本実施形態に係る接続装置１００は、全ての切替器１２０_１乃至１２０_ｎを停止状態にした後、特定の太陽電池ストリングに接続する切替器を停止状態に制御し、他の切替器を出力状態に制御するように構成されている。以下に、本実施形態に係る接続装置１００の構成について、第１実施形態との差異を中心に詳細を説明する。

本実施形態に係る接続装置１００では、全ての切替器１２０_１乃至１２０_ｎを停止状態にした後、電源入力回路１４０が複数の太陽電池ストリングの各々から入力される直流電力の入力電圧を検出する。具体的に、電源入力回路１４０は、複数の太陽電池ストリング２０_１乃至２０_ｎの各々から入力した直流電力の入力電圧値Ｖ１乃至Ｖｎを検出する。電源入力回路１４０は、検出した入力電圧値Ｖ１乃至Ｖｎを制御回路１５０に出力する。なお、本実施形態において、電源入力回路１４０は、入力される直流電力の入力電圧を検出する入力検出部を構成する。

制御回路１５０は、全ての切替器１２０_１乃至１２０_ｎを停止状態にした後、入力電圧が他の入力電圧に対して所定比率以上低い太陽電池ストリングに接続する切替器を停止状態に制御するとともに、他の太陽電池ストリングに接続する切替器を出力状態に制御する。なお、本実施形態において、上述した所定比率は、８．５％であることとするが、これに限定されるものではない。

具体的に、制御回路１５０では、出力判定部１５３が、パワーコンディショナ２００が運転を停止している状態、又は、運転を抑制している状態であると判定すると、切替制御部１５４が、全ての切替器１２０_１乃至１２０_ｎに対して、停止状態の“オフ状態”を指示する信号を生成する。送信部１５６は、切替制御部１５４によって生成された停止状態の“オフ状態”を指示する信号を全ての切替器１２０_１乃至１２０_ｎに対して送信する。

また、切替制御部１５４は、全ての切替器１２０_１乃至１２０_ｎを停止状態に制御した後、電源入力回路１４０によって検出された複数の入力電圧値Ｖ１乃至Ｖｎと、入力電圧値Ｖ１乃至Ｖｎの各々に対応する太陽電池ストリング２０_１乃至２０_ｎの識別情報を取得する。

切替制御部１５４は、複数の入力電圧値Ｖ１乃至Ｖｎの中に、他の入力電圧値と比べて、８．５％以上低い入力電圧値があるか否かを判定する。例えば、太陽電池ストリング２０_１から入力した直流電力の入力電圧値Ｖ１を例に挙げると、切替制御部１５４は、入力電圧値Ｖ１≦入力電圧値Ｖｍ×０．９１５の関係を満たすか否かを判定する。なお、ｍは、太陽電池ストリング２０_２乃至２０_ｎから入力した直流電力の入力電圧値Ｖ２乃至ｎに対応する。また、切替制御部１５４は、複数の入力電圧値Ｖ１乃至Ｖｎの一つ一つを対象として、上述した関係を満たすか否かを判定する。

切替制御部１５４は、判定した結果、他の入力電圧値と比べて、８．５％以上低い入力電圧値があると判定した場合、識別情報に基づいて、当該入力電圧値（例えば、入力電圧値Ｖ１）となる直流電力を出力した太陽電池ストリング（例えば、太陽電池ストリング２０_１）を特定する。

切替制御部１５４は、特定した太陽電池ストリング（例えば、太陽電池ストリング２０_１）に接続する切替器（例えば、切替器１２０_１）に対して、停止状態の“オフ状態”を指示する信号を生成する。また、切替制御部１５４は、特定した太陽電池ストリング以外の太陽電池ストリング（例えば、太陽電池ストリング２０_２乃至２０_ｎ）に接続する切替器（例えば、切替器１２０_２乃至１２０_ｎ）に対して、出力状態の“オン状態”を指示する信号を生成する。

送信部１５６は、特定した太陽電池ストリング（例えば、太陽電池ストリング２０_１）に接続する切替器（例えば、切替器１２０_１）に対して、停止状態の“オフ状態”を指示する信号を送信する。また、送信部１５６は、特定した太陽電池ストリング以外の太陽電池ストリング（例えば、太陽電池ストリング２０_２乃至２０_ｎ）に接続する切替器（例えば、切替器１２０_２乃至１２０_ｎ）に対して、出力状態の“オン状態”を指示する信号を送信する。

一方、切替制御部１５４は、他の入力電圧値と比べて、１０％以上低い入力電圧値がないと判定した場合、全ての切替器１２０_１乃至１２０_ｎに対して、出力状態の“オン状態”を指示する信号を生成する。送信部１５６は、全ての切替器１２０_１乃至１２０_ｎに対して、出力状態の“オン状態”を指示する信号を送信する。

（２）接続装置の動作
次に、図６を参照して、本実施形態に係る接続装置１００の動作を説明する。図６は、本実施形態に係る接続装置１００の動作を示すシーケンス図である。ここで、ステップＳ２０１乃至Ｓ２０２の動作は、上述した第１実施形態のステップＳ１０１乃至Ｓ１０２の動作と同様であるため、説明を省略する。

ステップＳ２０３において、制御回路１５０は、パワーコンディショナ２００が運転を停止している状態、又は、運転を抑制している状態であると判定すると、全ての切替器１２０_１乃至１２０_ｎに対して、停止状態の“オフ状態”を指示する信号を送信する。

ステップＳ２０４において、制御回路１５０は、電源入力回路１４０から、入力電圧値Ｖ１乃至Ｖｎと、入力電圧値Ｖ１乃至Ｖｎの各々に対応する太陽電池ストリング２０_１乃至２０_ｎの識別情報を取得する。

ステップＳ２０５において、制御回路１５０は、複数の入力電圧値Ｖ１乃至Ｖｎの中に、他の入力電圧値と比べて、８．５％以上低い入力電圧値があるか否かを判定する。

ステップＳ２０６において、制御回路１５０は、他の入力電圧値と比べて、８．５％以上低い入力電圧値があると判定した場合、識別情報に基づいて、当該入力電圧値となる直流電力を出力した太陽電池ストリングを特定する。

制御回路１５０は、特定した太陽電池ストリングに接続する切替器に対して、停止状態の“オフ状態”を指示する。また、制御回路１５０は、特定した太陽電池ストリング以外の太陽電池ストリングに接続する切替器に対して、出力状態の“オン状態”を指示する。なお、切替器１２０_１乃至１２０_ｎの各々は、この指示に基づいて、出力状態又は停止状態に切り替える。

ステップＳ２０７において、制御回路１５０は、他の入力電圧値と比べて、８．５％以上低い入力電圧値がないと判定した場合、全ての切替器１２０_１乃至１２０_ｎに対して、出力状態の“オン状態”を指示する信号を送信する。なお、切替器１２０_１乃至１２０_ｎの各々は、この指示に基づいて、出力状態に切り替える。

（３）作用及び効果
次に、本実施形態に係る接続装置１００の作用及び効果について説明する。ここで、本発明の検討にあたり、発明者等は、ＤＣ／ＤＣ変換に一般的に用いられているＭＰＰＴ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ）方式によって運転するパワーコンディショナ２００が停止した際、太陽電池ストリングに逆流する電流値の大きさについてシミュレーションを行った。図７は、太陽電池ストリング（短絡電流定格８Ａ、開放電圧定格３００V、モジュール温度６０℃想定）４並列入力のシステムにおいて、1つの太陽電池ストリングの電圧が何らかの理由により８．５％低下した場合のシミュレーション結果を示すグラフである。具体的に、図７は、ＭＰＰＴ方式によってＤＣ／ＤＣ変換制御を行った際の電圧値、電流値、電力値の関係を示すグラフ図である。

なお、同図において、横軸は、電圧値（Ｖ）を示し、縦軸は電流値（Ａ）及び電力値（Ｗ）を示す。なお、縦軸において、負の値（マイナス値）は、太陽電池ストリングに逆流する電流値及び電力値を示す。また、同図において、入力電圧値が高い通常動作の太陽電池ストリング３並列分の電流がＩａとして示されている。また、通常動作の太陽電池ストリングの入力電圧値に対して、入力電圧値が８．５％低下した太陽電池ストリング１並列分の電流がＩｂとして示されている。また、パワーコンディショナに入力される合成電流がＩとして示されている。また、その合成電力がＰとして示されている。

図７に示すように、パワーコンディショナ２００が、ＭＰＰＴ方式によって制御する際、最適動作点での電圧値Ｖａにおいて、入力電圧値が８．５％低下した太陽電池ストリングの電流Ｉｂは、６．１Ａであり逆流はしていない。一方、パワーコンディショナ２００が、停止すると出力電力がゼロになるので、合成電力Ｐがゼロと交差する点、すなわち電圧値Ｖｂが動作電圧となる。この時、入力電圧値が８．５％低下した太陽電池ストリングの電流Ｉｂは、−１０．５Ａとなり、１０．５Ａの電流が逆流する。つまり、パワーコンディショナ２００が、ＭＰＰＴ方式によって制御する運転時では逆流は見られないが、停止時では短絡電流定格８Ａに対して、約１．３倍の電流が逆流する。なお、太陽電池ストリングを構成する太陽電池モジュールに逆流する電流が１．３５倍以上になる場合、太陽電池モジュールがより故障する可能性が高くなるため、１．３５倍を基準の値とすることが好ましい。

また、発明者等は、太陽電池ストリングに逆流する電流が約１．３５倍以上になる条件として、通常動作の太陽電池ストリングの電圧値と、入力電圧値が低下した太陽電池ストリングの電圧値との差に着目した。その結果、図７に示すように、入力電圧値が低下した太陽電池ストリングの電流Ｉｂに対応する開放電圧値が、通常動作の太陽電池ストリングの電流Ｉａに対応する開放電圧値に対して、約８．５％以上低い値であると、逆流する電流が約１．３５倍以上になる可能性があることを発見した。

かかる知見を踏まえて、本実施形態に係る接続装置１００では、制御回路１５０が、全ての切替器１２０_１乃至１２０_ｎを停止状態にした後、入力電圧が他の入力電圧と比べて８．５％（所定比率）以上低い特定の太陽電池ストリングに接続する切替器を停止状態に制御する。また、制御回路１５０は、他の太陽電池ストリングに接続する切替器を出力状態に制御する。

つまり、本実施形態に係る接続装置１００によれば、パワーコンディショナ２００が停止する際に、故障の発生する可能性が高い特定の太陽電池ストリングに接続される切替器１２０を停止状態にするので、太陽電池ストリングに故障が発生することを的確に防止することができる。また、かかる接続装置１００によれば、他の太陽電池ストリングに接続される切替器１２０を出力状態にするので、パワーコンディショナ２００が再運転する際には、パワーコンディショナ２００は、すぐに運転を実行することができる。

なお、上述した実施形態では、所定比率を８．５％とした場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。かかる所定比率は、上述した仕様の太陽電池ストリングを４並列入力したシステムを対象とした場合の値である。したがって、かかる所定比率は、並列する太陽電池ストリングの数、太陽電池ストリング及び太陽電池モジュールの仕様（故障条件など）によって、適宜、最適な値を決定することが好ましい。
［その他の実施形態］
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなる。

例えば、上述した実施形態において、接続装置１００の制御回路１５０の機能は、パワーコンディショナ２００に備えてもよいし、ＨＥＭＳ（Ｈｏｍｅ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）やＢＥＭＳ（Ｂｕｉｌｄｉｎｇ ａｎｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）等、スマートグリッド技術における様々なシステムに備えてもよい。

また、上述した実施形態及び変更例は組み合わせることも可能である。このように本発明は、ここでは記載していない様々な実施形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ限定されるものである。

１…電力システム、１０…電力系統、２０_１乃至２０_ｎ…太陽電池ストリング、２０…太陽発電装置、１００…接続装置、１１０…電力線、１２０_１乃至１２０_ｎ…切替器、１３０…出力検出器、１４０…電源入力回路、１５０…制御回路、１５１…受信部、１５２…電源部、１５３…出力判定部、１５４…切替制御部、１５５…送信部、１５６…送信部、２００…パワーコンディショナ

Claims (5)

1. 複数の太陽電池ストリングによって発電される直流電力を入力し、前記直流電力を交流電力に変換する電力変換装置に出力する電力制御装置であって、
   前記複数の太陽電池ストリングの各々は、電力線に並列に接続されており、
   前記複数の太陽電池ストリングの各々と前記電力線との間において前記複数の太陽電池ストリングの各々と直列に接続するとともに、前記太陽電池ストリングから入力される直流電力を前記電力線に出力する出力状態と、当該直流電力を前記電力線に出力しない停止状態とを切り替える切替器と、
   前記電力線を介して前記電力変換装置に出力される直流電力の出力電力値を検出する出力検出器と、
   前記出力電力値に基づいて、前記複数の太陽電池ストリングの各々に接続される前記切替器の内、一の切替器を前記出力状態に制御し、他の切替器を前記停止状態に制御する制御回路とを備え、
   前記複数の太陽電池ストリングの各々に接続される前記切替器が前記出力状態である場合、前記複数の太陽電池ストリングの各々は、前記電力線を介して互いに通電可能である
   ことを特徴とする電力制御装置。
2. 前記切替器は、前記出力状態に制御される際、前記太陽電池ストリングと前記電力線とを接続し、前記停止状態に制御される際、前記太陽電池ストリングと前記電力線とを切離する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電力制御装置。
3. 前記太陽電池ストリングは、直流電力を出力する正極端子と負極端子とを備え、
   前記切替器は、前記出力状態に制御される際、正極端子と負極端子との間を開放し、前記停止状態に制御される際、正極端子と負極端子との間を短絡する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電力制御装置。
4. 複数の太陽電池ストリングによって発電される直流電力を入力し、前記直流電力を交流電力に変換する電力変換装置に出力する電力制御装置であって、
   前記複数の太陽電池ストリングの各々は、電力線に並列に接続されており、
   前記複数の太陽電池ストリングの各々と前記電力線との間において前記複数の太陽電池ストリングの各々と直列に接続するとともに、前記太陽電池ストリングから入力される直流電力を前記電力線に出力する出力状態と、当該直流電力を前記電力線に出力しない停止状態とを切り替える切替器と、
   前記電力線を介して前記電力変換装置に出力される直流電力の出力電力値を検出する出力検出器と、
   前記出力電力値に基づいて、前記複数の太陽電池ストリングの各々に接続される全ての前記切替器を前記停止状態に制御する制御回路と、
   前記複数の太陽電池ストリングの各々から入力される前記直流電力の入力電圧を検出する入力検出器とを備え、
   前記制御回路は、全ての前記切替器を停止状態にした後、入力電圧が他の入力電圧に対して所定比率以上低い太陽電池ストリングに接続する切替器を停止状態に制御するとともに、他の太陽電池ストリングに接続する切替器を出力状態に制御し、
   前記複数の太陽電池ストリングの各々に接続される切替器が出力状態である場合、前記複数の太陽電池ストリングの各々は、前記電力線を介して互いに通電可能である
   ことを特徴とする電力制御装置。
5. 複数の太陽電池ストリングと、
   電力変換装置と、
   請求項１乃至４の何れか１項に記載の電力制御装置とを備える
   ことを特徴とする電力システム。

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