JP2013090364A - 直流電源のパワーコンディショナ、及び、電力変換用プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】直流電源の出力電圧を一律に、当該直流電源の出力電圧の最大値まで昇圧する構成に比べて、インバータ回路での電力変換ロスを軽減すること。
【解決手段】直流電源のパワーコンディショナは、電圧検出回路からの前記検出信号に基づき、直流電源の出力電圧が、基準値未満であると判断した場合に、出力電圧を昇圧回路で昇圧した電圧を、入力直流電圧として前記インバータ回路に与えつつ、当該入力直流電圧を前記基準値に維持する昇圧電圧付与処理を実行し、出力電圧が基準値以上であると判断した場合に、出力電圧を、昇圧回路で昇圧せずに、入力直流電圧としてインバータ回路に与えつつ、当該入力電流電圧を、前記出力電圧に応じて変更させる出力電圧付与処理と、を実行する。
【選択図】図２

Description

本明細書によって開示される発明は、太陽電池などの直流電源で生成された直流電力を、交流電力に変換する技術に関する。

従来から、太陽電池などの直流電源で生成された直流電力を、交流電力に変換するパワーコンディショナがある。この種のパワーコンディショナの一例として、導通率（昇圧比）を増減させることで、太陽電池の出力電圧を最適値にする昇圧チョッパと、その昇圧チョッパの出力電力を交流電力に変換するインバータ回路とを備えるものがある（特許文献１参照）。ここで、インバータ回路からの交流電力の電圧は、供給先で定められた規定値に一致させる必要がある。例えば供給先が商用電力系統である場合、上記規定値は２００Ｖであるため、インバータ回路は系統変動範囲も考慮して、３３０Ｖ程度の直流電圧が入力されればよい。

その一方で、直流電源の出力電圧の最適値は、その動作状態や周囲環境によって変化することがある。特に、太陽電池の出力電圧の最適値は、太陽電池の直列数や外気温度、天候等によって変化するため、最大電力を追従するための電圧制御範囲は２００〜５５０Ｖ程度まで考慮する必要がある。従って、仮に、インバータ回路の入力電圧を３３０Ｖにすると、昇圧チョッパにより、直流電源の出力電圧を、当該３３０Ｖを超える最適値にすることができなくなる。

そこで、従来のパワーコンディショナでは、インバータ回路により、その入力電圧を、太陽電池の出力電圧の最大値、例えば５５０Ｖに一定に維持するよう制御し、昇圧チョッパにより、その５５０Ｖに対して、直流電源の出力電圧が上記最適値になるよう導通率を増減させる構成になっている。

特開２０１０−２７８０３６号公報

ところが、上記従来のパワーコンディショナでは、たとえ太陽電池の出力電圧が最大値未満である場合でも、インバータ回路では、常に、最大値まで昇圧された直流電圧を、規定値の交流電圧に変換する必要があるため、インバータ回路での電力変換ロスが大きいという問題があった。

本明細書では、インバータ回路の入力電圧を、常に、直流電源の出力電圧の最大値に維持する構成に比べて、インバータ回路での電力変換ロスを軽減することが可能な技術を開示する。

本明細書によって開示される直流電源のパワーコンディショナは、直流電源の出力電圧を昇圧する昇圧回路と、入力直流電圧を、予め定められた規定値の交流電圧に変換するインバータ回路と、前記直流電源の出力電圧に応じた検出信号を出力する電圧検出回路と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記電圧検出回路からの前記検出信号に基づき、前記出力電圧が、前記インバータ回路により前記規定値に変換可能な電圧値以上であって且つ前記直流電源の出力電圧の最大値よりも低い基準値未満であるかどうかを判断する電圧判断処理と、前記電圧判断処理で前記出力電圧が前記基準値未満であると判断した場合に、前記出力電圧を前記昇圧回路で昇圧した電圧を、前記入力直流電圧として前記インバータ回路に与えつつ、当該入力直流電圧を前記基準値に維持する昇圧電圧付与処理と、前記電圧判断処理で前記出力電圧が前記基準値以上であると判断した場合に、前記出力電圧を、前記昇圧回路で昇圧せずに、前記入力直流電圧として前記インバータ回路に与えつつ、当該入力電流電圧を、前記出力電圧に応じて変更させる出力電圧付与処理と、を実行する構成を有する。

本発明によれば、直流電源の出力電圧が基準値未満であると判断した場合に、出力電圧を昇圧回路で昇圧した電圧を、入力直流電圧としてインバータ回路に与える昇圧電圧付与処理が実行される。ここで、基準値は、インバータ回路により規定値に変換可能な電圧値以上であって且つ直流電源の出力電圧の最大値よりも低い値である。一方、直流電源の出力電圧が基準値以上であると判断した場合に、出力電圧を、昇圧回路で昇圧せずに、入力直流電圧として前記インバータ回路に与える出力電圧付与処理が実行される。従って、インバータ回路の入力電圧を、常に、直流電源の出力電圧の最大値に維持する構成に比べて、インバータ回路での電力変換ロスを軽減することができる。

上記直流電源のパワーコンディショナでは、前記制御部は、前記出力電圧付与処理において、前記昇圧回路の昇圧比を１に設定することにより、前記出力電圧を、前記昇圧回路で昇圧せずに、前記入力直流電圧として前記インバータ回路に与える構成でもよい。

本発明によれば、出力電圧付与処理において、昇圧回路の昇圧比が１に設定され昇圧回路の昇圧動作が停止されることにより、出力電圧が、前記昇圧回路で昇圧されずに、入力直流電圧としてインバータ回路に与えられる。これにより、出力電圧付与処理において、昇圧回路の昇圧動作による電力ロスを軽減することができる。

上記直流電源のパワーコンディショナでは、前記基準値は、前記インバータ回路により前記規定値に変換可能な電圧値でもよい。
本発明によれば、基準値は、インバータ回路により規定値に変換可能な電圧値である。従って、基準値が、当該変換可能な電圧値よりも大きい値に設定された場合に比べて、インバータ回路での電力変換ロスを、より効果的に軽減することができる。

なお、この発明は、電力変換方法、当該方法または上記直流電源のパワーコンディショナの機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体等の種々の態様で実現することができる。

本発明によれば、直流電源の出力電圧を一律に、当該直流電源の出力電圧の最大値まで昇圧する構成に比べて、インバータ回路での電力変換ロスを軽減することができる。

一実施形態に係る太陽光発電システムの全体構成図 系統連系処理を示すフローチャート 第１電力変換処理を示すフローチャート 太陽電池パネルの出力特性を示すグラフ 第２電力変換処理を示すフローチャート 太陽電池パネルの出力電圧と、インバータ回路の入力電圧との関係を示すグラフ

一実施形態係る太陽光発電システム１について図１〜図６を参照しつつ説明する。

（太陽光発電システムの構成）
図１に示すようには、太陽光発電システム１は、太陽電池パネル２、及び、パワーコンディショナ３を備える。太陽電池パネル２は、太陽エネルギーを光電変換して直流電力を出力するものであり、直流電源の一例である。太陽電池パネル２は、複数の太陽電池モジュールが直列接続されて１つのストリングが形成され、このストリングが複数、並列に接続されて構成された２次元アレイである。

パワーコンディショナ３は、系統連系インバータであって、太陽電池パネル２の動作を制御しつつ、太陽電池パネル２で生成された直流電力Ｐｘを、系統電圧値Ｖ１の交流電力に変換して、商用の系統電源４に供給する。系統電圧値Ｖ１は、交流２００Ｖであり、規定値の一例である。具体的には、パワーコンディショナ２は、昇圧チョッパ回路１１、インバータ回路１２、電圧センサ１３、及び、電流センサ１４、及び、制御ユニット１５を備える。

昇圧チョッパ回路１１は、インバータ回路１２への入力電圧Ｖｙの値を上限値として、昇圧比を増減させることにより、太陽電池パネル２の出力電圧Ｖｘを変更する。具体的には、昇圧チョッパ回路１１は、コンデンサ１１Ａ、コイル１１Ｂ、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やサイリスタなどのスイッチング素子１１Ｃ、ダイオードなどの整流素子１１Ｄを有する、チョッパ方式の昇圧回路である。

インバータ回路１２は、電圧型電流制御方式のＤＣ−ＡＣインバータ回路であり、昇圧チョッパ回路１１の出力電力を、系統電圧値Ｖ１の交流電力に変換する。具体的には、インバータ回路１２は、例えば、４組のスイッチング素子及び整流素子を有する単相のフルブリッジ回路１２Ａを有する。フルブリッジ回路１２Ａの一対の入力端は、平滑コンデンサ１６を介して、昇圧チョッパ回路１１の出力端に接続されている。また、フルブリッジ回路１２Ａの一対の出力端はそれぞれ、低域通過型フィルタ１２Ｂを介して系統電源４に接続されている。低域通過型フィルタ１２Ｂにより、後述するインバータ回路１２のスイッチング動作に伴う高周波漏洩電流が外部回路に流れ込むことを抑制することができる。

電圧センサ１３は、電圧検出回路の一例であり、太陽電池パネル２の出力電圧Ｖｘを検出し、その検出値に応じた検出信号ＳＧ１を出力する。電流センサ１４は、太陽電池パネル２の出力電流Ｉｘを検出し、その検出値に応じた検出信号ＳＧ２を出力する。制御ユニット１５は、ＣＰＵ１５Ａ及びメモリ１５を有し、メモリ１５には、パワーコンディショナ３全体を制御するためのプログラム等が記憶されている。また、制御ユニット１５は、電圧センサ１３からの検出信号ＳＧ１、及び、電流センサ１４からの検出信号ＳＧ２を受けることにより、太陽電池パネル２の動作電圧Ｖｘ、及び、太陽電池パネル２が出力する直流電力Ｗｘを把握することができる。また、制御ユニット１５は、昇圧チョッパ回路１１のスイッチング素子１１Ｃに制御信号ＳＧ３を与えてスイッチング制御を行い、インバータ回路１２のスイッチング素子に制御信号ＳＧ４を与えてスイッチング制御を行う。本実施形態では、これらのスイッチング制御は、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御により実行される。

（パワーコンディショナの動作）
制御ユニット１５は、電圧センサ１３からの検出信号ＳＧ１に基づき、太陽電池パネル２の開放電圧が、所定の起動電圧以上になった状態で所定時間経過したことを条件に、図２に示す系統連系処理を実行し、連系運転を開始する。具体的には、ＣＰＵ１５Ａが、メモリ１５Ｂから上記プログラムを読み出して系統連系処理を実行する。なお、起動電圧は、例えば２７５Ｖ、３３０Ｖ、４４０Ｖであり、所定時間は、例えば１０秒である。

ＣＰＵ１５Ａは、まずカウント値Ｋを１に初期化し（Ｓ１）、電圧センサ１３及び電流センサ１４からの検出信号ＳＧ１、ＳＧ２に基づき、太陽電池パネル２の出力電圧Ｖｘ（１）、出力電流Ｉｘ（１）を検出する（Ｓ２）。次に、ＣＰＵ１５Ａは、検出した出力電圧Ｖｘ（Ｋ）が、系統電圧値Ｖ１に変換可能な電圧値Ｖ２未満であるかどうかを判断する、電圧判断処理を実行する（Ｓ３）。系統電圧値Ｖ１に変換可能な電圧値Ｖ２は、例えば３３０Ｖであり、基準値の一例である。

（１）第１電力変換処理
ＣＰＵ１５Ａは、出力電圧Ｖｘ（Ｋ）が系統電圧値Ｖ１に変換可能な電圧値Ｖ２未満であると判断した場合には（Ｓ３：ＹＥＳ）、図３に示す第１電力変換処理を実行する（Ｓ４）。この第１電力変換処理では、ＣＰＵ１５Ａは、昇圧チョッパ回路１１のスイッチング素子１１Ｃの導通率を制御することにより、最大電力点追従制御を実行しつつ、インバータ回路１２の各スイッチング素子の導通率を制御することにより、当該インバータ回路１２への入力電圧Ｖｙを系統電圧値Ｖ１に変換可能な電圧値Ｖ２に維持させる。以下、昇圧チョッパ回路１１の導通率を、昇圧導通率といい、インバータ回路１２の導通率を、インバータ導通率という。なお、導通率は、制御ユニット１５によるＰＷＭ制御のオンデューティ比、ＰＷＭ値に比例して変化する。

ここで、太陽電池パネル２の出力特性は、日射量、温度等によって変動し、太陽電池パネル２から最大出力を取り出すには、これらの変動に対して太陽電池パネル２の出力電圧Ｖｘ、即ち、動作電圧を変化させることが好ましい。最大電力点追従制御は、太陽電池パネル２からの出力電力が最大となるように、その出力電圧Ｖｘを追従制御することをいい、以下、ＭＰＰＴ（Ｍａｘｉｍｕｎ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ）制御という。本実施形態では、太陽電池パネル２の出力電圧の追従範囲は、２００Ｖ〜５５０Ｖであるものとする。なお、以下では、ＭＰＰＴ制御の一例を説明するが、これに以外に、
一般的な山登り法など、公知の方法を利用することができる。

ＣＰＵ１５Ａは、昇圧導通率を、Ｓ２で検出した出力電圧Ｖｘ（Ｋ）に対応した値Ｄ１（Ｋ）に設定し、昇圧チョッパ回路１１をスイッチング制御する（Ｓ１１）。この設定値は、上記値Ｄ１（Ｋ）をＶ１に変換可能な電圧Ｖ２で除算した値に対応する。また、ＣＰＵ１５Ａは、インバータ回路１２のインバータ導通率を、基準率Ｄ２ｔｈに固定し、当該インバータ回路１２をスイッチング制御する（Ｓ１１）。基準率Ｄ２ｔｈは、インバータ回路１２への入力電圧Ｖｙを、Ｖ１に変換可能な電圧Ｖ２に維持するのに必要な導通率である。

次に、ＣＰＵ１５Ａは、昇圧導通率を、現在の値Ｄ１（Ｋ）にαだけ加算したＤ１（Ｋ＋１）に変更し、太陽電池パネル２の出力電圧Ｖｘを微少量だけ増加させる（Ｓ１２）。その後、ＣＰＵ１５Ａは、電圧センサ１３及び電流センサ１４からの検出信号ＳＧ１、ＳＧ２に基づき、太陽電池パネル２の出力電圧Ｖｘ（Ｋ＋１）、出力電流Ｉｘ（Ｋ＋１）を検出する（Ｓ１２）。続いて、ＣＰＵ１５Ａは、昇圧導通率の変更前の出力電力Ｐｘ（Ｋ）（＝Ｖｘ（Ｋ）×Ｉｘ（Ｋ））が、昇圧導通率の変更後の出力電力Ｐｘ（Ｋ＋１）（＝Ｖｘ（Ｋ＋１）×Ｉｘ（Ｋ＋１））より小さいかどうかを判断する（Ｓ１３）。即ち、ＣＰＵ１５Ａは、太陽電池パネル２の出力電圧Ｖｘを増加させることにより出力電力Ｐｘが増加したかどうかを判断する。

ＣＰＵ１５Ａは、出力電力Ｐｘが増加したと判断すれば（Ｓ１３：ＹＥＳ）、昇圧導通率を、Ｄ１（Ｋ＋１）からＤ１（Ｋ）に戻し、再び、太陽電池パネル２の出力電圧Ｖｘ（Ｋ）、出力電流Ｖｘ（Ｋ）を検出する（Ｓ１４）。そして、ＣＰＵ１５Ａは、昇圧導通率の変更前の出力電力Ｐｘ（Ｋ＋１）（＝Ｖｘ（Ｋ＋１）×Ｉｘ（Ｋ＋１））が、昇圧導通率の変更後の出力電力Ｐｘ（Ｋ）（＝Ｖｘ（Ｋ）×Ｉｘ（Ｋ））より大きいかどうかを判断する（Ｓ１５）。即ち、ＣＰＵ１５Ａは、太陽電池パネル２の出力電圧Ｖｘを減少させることにより出力電力Ｐｘが減少したかどうかを判断する。

ＣＰＵ１５Ａは、出力電力Ｐｘが減少したと判断すれば（Ｓ１５：ＹＥＳ）、Ｓ１３、Ｓ１５の出力電力Ｐｘの増減は、太陽電池パネル２の出力電圧Ｖｘの変化によるものであるとして、昇圧導通率をＤ１（Ｋ＋１）に変更し（Ｓ１６）、本第１電力変換処理から、図２のＳ６に戻る。これに対して、ＣＰＵ１５Ａは、出力電力Ｐｘが減少していないと判断すれば（Ｓ１５：ＮＯ）、Ｓ１３、Ｓ１５の出力電力Ｐｘの増減は、日射量の変化によるものであるとして、昇圧導通率をＤ１（Ｋ）のまま変更せずに、本第１電力変換処理から、図２のＳ６に戻る。ＣＰＵ１５Ａは、Ｓ６でカウント値Ｋに１加算してＳ２に戻る。

一方、ＣＰＵ１５Ａは、Ｓ１３において、出力電力Ｐｘが増加していないと判断すれば（Ｓ１３：ＹＥＳ）、昇圧導通率を、Ｄ１（Ｋ＋１）からＤ１（Ｋ）に戻し、再び、太陽電池パネル２の出力電圧Ｖｘ（Ｋ）、出力電流Ｖｘ（Ｋ）を検出する（Ｓ１７）。そして、ＣＰＵ１５Ａは、昇圧導通率の変更後の出力電力Ｐｘ（Ｋ）（＝Ｖｘ（Ｋ）×Ｉｘ（Ｋ））が、昇圧導通率の変更前の出力電力Ｐｘ（Ｋ＋１）（＝Ｖｘ（Ｋ＋１）×Ｉｘ（Ｋ＋１））より大きいかどうかを判断する（Ｓ１８）。即ち、ＣＰＵ１５Ａは、太陽電池パネル２の出力電圧Ｖｘを減少させることにより出力電力Ｐｘが増加したかどうかを判断する。

ＣＰＵ１５Ａは、出力電力Ｐｘが増加したと判断すれば（Ｓ１８：ＹＥＳ）、Ｓ１３、Ｓ１８の出力電力Ｐｘの増減は、太陽電池パネル２の出力電圧Ｖｘの変化によるものであるとして、昇圧導通率を、Ｄ１（Ｋ）にαだけ減算したＤ１（Ｋ−１）に変更し、太陽電池パネル２の出力電圧Ｖｘを微少量だけ減少させて（Ｓ１９）、本第１電力変換処理から、図２のＳ６に戻る。これに対して、ＣＰＵ１５Ａは、出力電力Ｐｘが増加していないと判断すれば（Ｓ１８：ＮＯ）、Ｓ１３、Ｓ１８の出力電力Ｐｘの増減は、日射量の変化によるものであるとして、昇圧導通率をＤ１（Ｋ）のまま変更せずに、本第１電力変換処理から、図２のＳ６に戻る。

図４には、太陽電池パネル２の出力特性、即ち、出力電力Ｐｘと出力電圧Ｖｘとの関係を示すグラフが示されている。第１電力変換処理の実行中において、太陽電池パネル２が同図中のＡ点で動作している場合、出力電圧ＶｘをＶａからＶｂに変化させてＰｂがＰａよりも大きくなり、再びＶｂからＶａに戻してＰａがＰｂよりも小さくなれば、出力電圧ＶｘをＶｂに変更するよう、昇圧導通率を変更する。これに対して、ＶｂからＶａに戻したときにＰａがＰｂ以上であれば、その出力電力Ｐｘの変化は日射量によるものであるとして、昇圧導通率を変更せずに、出力電圧ＶｘをＶａのまま維持する。

一方、第１電力変換処理の実行中において、太陽電池パネル２が同図中のＤ点で動作している場合、出力電圧ＶｘをＶｄからＶｅに変化させてＰｄがＰｅよりも大きくなり、再びＶｅからＶｄに戻してＰｅがＰｄよりも小さくなれば、出力電圧ＶｘをＶｃに変更するよう、昇圧導通率を変更する。これに対して、ＶｅからＶｄに戻したときにＰｅがＰｄ以上であれば、その出力電力Ｐｘの変化は日射量によるものであるとして、昇圧導通率を変更せずに、出力電圧ＶｘをＶｄのまま維持する。このように、第１電力変換処理のＭＰＰＴ制御では、出力電力Ｐｘの変化が、日射量の変化によるものであるのか、出力電圧Ｖｘの変化によるものであるのかを区別して出力電圧Ｖｘを増減させているから、日射量の急変時にも安定に追従制御を行うことができる。

（２）第２電力変換処理
ＣＰＵ１５Ａは、出力電圧Ｖｘ（Ｋ）が系統電圧値Ｖ１に変換可能な電圧値Ｖ２以上であると判断した場合には（Ｓ３：ＮＯ）、図５に示す第２電力変換処理を実行する（Ｓ５）。この第２電力変換処理では、ＣＰＵ１５Ａは、インバータ導通率を制御することにより、第１電力変換処理と同様のＭＰＰＴ制御を実行しつつ、太陽電池パネル２の出力電圧Ｖｘを、昇圧チョッパ回路１１により昇圧せずに、インバータ回路１２により、交流電圧に変換させる。

ＣＰＵ１５Ａは、昇圧導通率を、基準率Ｄ１ｔｈに固定し、昇圧チョッパ回路１１による昇圧を停止させる（Ｓ３１）。基準率Ｄ１ｔｈは、昇圧チョッパ回路１１による昇圧を停止させるための導通率であり、具体的には１である。これは、昇圧比が１であることを意味する。また、ＣＰＵ１５Ａは、インバータ導通率を、Ｓ２で検出した出力電圧Ｖｘ（Ｋ）に対応した値Ｄ１（Ｋ）に設定し、インバータ回路１２をスイッチング制御する（Ｓ３１）。この設定値は、当該出力電圧Ｖｘ（Ｋ）を、系統電圧値Ｖ１の交流電圧に変換するのに必要な値である。即ち、インバータ回路１２への入力電圧Ｖｙは、一定ではなく、出力電圧Ｖｘ（Ｋ）に応じて変化する。

次に、ＣＰＵ１５Ａは、インバータ導通率を、現在の値Ｄ２（Ｋ）にαだけ加算したＤ２（Ｋ＋１）に変更し、太陽電池パネル２の出力電圧Ｖｘを微少量だけ増加させる（Ｓ３２）。その後、ＣＰＵ１５Ａは、太陽電池パネル２の出力電圧Ｖｘ（Ｋ＋１）、出力電流Ｉｘ（Ｋ＋１）を検出する（Ｓ３２）。続いて、ＣＰＵ１５Ａは、インバータ導通率の変更前の出力電力Ｐｘ（Ｋ）（＝Ｖｘ（Ｋ）×Ｉｘ（Ｋ））が、インバータ導通率の変更後の出力電力Ｐｘ（Ｋ＋１）（＝Ｖｘ（Ｋ＋１）×Ｉｘ（Ｋ＋１））より小さいかどうかを判断する（Ｓ３３）。即ち、ＣＰＵ１５Ａは、太陽電池パネル２の出力電圧Ｖｘを増加させることにより出力電力Ｐｘが増加したかどうかを判断する。

ＣＰＵ１５Ａは、出力電力Ｐｘが増加したと判断すれば（Ｓ３３：ＹＥＳ）、インバータ導通率を、Ｄ２（Ｋ＋１）からＤ２（Ｋ）に戻し、再び、太陽電池パネル２の出力電圧Ｖｘ（Ｋ）、出力電流Ｉｘ（Ｋ）を検出する（Ｓ３４）。そして、ＣＰＵ１５Ａは、インバータ導通率の変更前の出力電力Ｐｘ（Ｋ＋１）（＝Ｖｘ（Ｋ＋１）×Ｉｘ（Ｋ＋１））が、インバータ導通率の変更後の出力電力Ｐｘ（Ｋ）（＝Ｖｘ（Ｋ）×Ｉｘ（Ｋ））より大きいかどうかを判断する（Ｓ３５）。即ち、ＣＰＵ１５Ａは、太陽電池パネル２の出力電圧Ｖｘを減少させることにより出力電力Ｐｘが減少したかどうかを判断する。

ＣＰＵ１５Ａは、出力電力Ｐｘが減少したと判断すれば（Ｓ３５：ＹＥＳ）、Ｓ３３、Ｓ３５の出力電力Ｐｘの増減は、太陽電池パネル２の出力電圧Ｖｘの変化によるものであるとして、インバータ導通率をＤ２（Ｋ＋１）に変更し（Ｓ３６）、本第２電力変換処理から、図２のＳ６に戻る。これに対して、ＣＰＵ１５Ａは、出力電力Ｐｘが減少していないと判断すれば（Ｓ３５：ＮＯ）、Ｓ３３、Ｓ３５の出力電力Ｐｘの増減は、日射量の変化によるものであるとして、インバータ導通率をＤ２（Ｋ）のまま変更せずに、本第２電力変換処理から、図２のＳ６に戻る。

一方、ＣＰＵ１５Ａは、Ｓ３３において、出力電力Ｐｘが増加していないと判断すれば（Ｓ３３：ＹＥＳ）、インバータ導通率を、Ｄ２（Ｋ＋１）からＤ２（Ｋ）に戻し、再び、太陽電池パネル２の出力電圧Ｖｘ（Ｋ）、出力電流Ｉｘ（Ｋ）を検出する（Ｓ３７）。そして、ＣＰＵ１５Ａは、インバータ導通率の変更後の出力電力Ｐｘ（Ｋ）（＝Ｖｘ（Ｋ）×Ｉｘ（Ｋ））が、インバータ導通率の変更前の出力電力Ｐｘ（Ｋ＋１）（＝Ｖｘ（Ｋ＋１）×Ｉｘ（Ｋ＋１））より大きいかどうかを判断する（Ｓ３８）。即ち、ＣＰＵ１５Ａは、太陽電池パネル２の出力電圧Ｖｘを減少させることにより出力電力Ｐｘが増加したかどうかを判断する。

ＣＰＵ１５Ａは、出力電力Ｐｘが増加したと判断すれば（Ｓ３８：ＹＥＳ）、Ｓ３３、Ｓ３８の出力電力Ｐｘの増減は、太陽電池パネル２の出力電圧Ｖｘの変化によるものであるとして、インバータ導通率を、Ｄ２（Ｋ）にαだけ減算したＤ２（Ｋ−１）に変更し、太陽電池パネル２の出力電圧Ｖｘを微少量だけ減少させて（Ｓ３９）、本第２電力変換処理から、図２のＳ６に戻る。これに対して、ＣＰＵ１５Ａは、出力電力Ｐｘが増加していないと判断すれば（Ｓ３８：ＮＯ）、Ｓ３３、Ｓ３８の出力電力Ｐｘの増減は、日射量の変化によるものであるとして、インバータ導通率をＤ２（Ｋ）のまま変更せずに、本第２電力変換処理から、図２のＳ６に戻る。このように、第２電力変換処理のＭＰＰＴ制御でも、出力電力Ｐｘの変化が、日射量の変化によるものであるのか、出力電圧Ｖｘの変化によるものであるのかを区別して出力電圧Ｖｘを増減させているから、日射量の急変時にも安定に追従制御を行うことができる。

（本実施形態の効果）
本実施形態によれば、太陽電池パネル２の出力電圧Ｖｘが、系統電圧値Ｖ１に変換可能な電圧値Ｖ２未満であると判断した場合に（図２のＳ３：ＹＥＳ）、出力電圧Ｖｘを昇圧チョッパ回路１１で昇圧した電圧を、入力直流電圧としてインバータ回路１２に与えつつ、当該入力直流電圧をＶ１に変換可能な電圧Ｖ２に維持する第１電力変換処理が実行される（図３参照）。一方、太陽電池パネル２の出力電圧Ｖｘが、系統電圧値Ｖ１に変換可能な電圧Ｖ２以上であると判断した場合に（図２のＳ３：ＮＯ）、出力電圧Ｖｘを、昇圧チョッパ回路１１で昇圧せずに、入力直流電圧としてインバータ回路１２に与えつつ、当該入力電流電圧を、出力電圧に応じて変更させる第２電力変換処理が実行される（図５参照）。従って、インバータ回路の入力電圧を、常に、当該太陽電池パネル２の出力電圧Ｖｘの最大値Ｖ３に維持する構成に比べて、インバータ回路１２での電力変換ロスを軽減することができる。

また、第２電力変換処理において、昇圧チョッパ回路１１の昇圧比が１に設定され昇圧チョッパ回路１１の昇圧動作が停止されることにより、太陽電池パネル２の出力電圧Ｖｘが、昇圧チョッパ回路１１で昇圧されずに、入力直流電圧としてインバータ回路１２に与えられる。これにより、第２電力変換処理において、昇圧チョッパ回路１１の昇圧動作による電力ロスを軽減することができる。

また、太陽電池パネル２の出力電圧Ｖｘが、系統電圧値Ｖ１に変換可能な電圧値Ｖ２以上になったことを条件に、第１電力変換処理から第２電力変換処理に切り替える（図３参照）。従って、太陽電池パネル２の出力電圧Ｖｘが、系統電圧値Ｖ１に変換可能な電圧値Ｖ２よりも高い電圧値になったことを条件に、第１電力変換処理から第２電力変換処理に切り替える構成に比べて、インバータ回路１２での電力変換ロスを、より効果的に軽減することができる。

図６には、太陽電池パネル２の出力電圧Ｖｘと、インバータ回路１２への入力電圧Ｖｙとの関係を示すグラフである。同図中の実線グラフＧ１は、太陽電池パネル２の出力電圧Ｖｘについて、上記図２の系統連系処理を実行した場合を示す。同図の一点鎖線グラフＧ２は、比較例として、昇圧チョッパ回路１１により、太陽電池パネル２の出力電圧Ｖｘを一律に最大値Ｖ３まで昇圧した場合を示す。

グラフＧ１に示されるように、太陽電池パネル２の出力電圧Ｖｘが系統電圧値Ｖ１に変換可能な電圧値Ｖ２未満である場合には、第１電力変換処理により、出力電圧Ｖｘが系統電圧値Ｖ１に変換可能な電圧値Ｖ２まで昇圧される。そして、太陽電池パネル２の出力電圧Ｖｘが系統電圧値Ｖ１に変換可能な電圧値Ｖ２以上になった場合には、昇圧チョッパ回路１１による昇圧が停止され、太陽電池パネル２の出力電圧Ｖｘに比例した電圧が、インバータ回路１２に与えられるようになる。このように本実施形態によれば、第１電力変換処理では、昇圧チョッパ回路１１は、太陽電池パネル２の出力電圧Ｖｘを必要最小限の電圧までしか昇圧しない。このため、上記比較例に比べて、無用な昇圧動作を抑制し、インバータ回路１２での電力変換ロスを軽減することができる。

また、本実施形態によれば、第２電力変換処理では、昇圧チョッパ回路１１は停止されるので、上記比較例に比べて、昇圧チョッパ回路１１のスイッチング動作による電力ロスを抑制することができる。しかも、インバータ回路１２には、太陽電池パネル２の出力電圧Ｖｘに比例した電圧が入力されるので、上記比較例に比べて、無用な昇圧動作を抑制し、インバータ回路１２での電力変換ロスを軽減することができる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような種々の態様も本発明の技術的範囲に含まれる。

上記実施形態では、直流電源の一例として太陽電池パネル２を例に挙げた。しかし、直流電源は、これに限らず、蓄電装置など、直流電力を出力するものであればよい。なお、蓄電装置も、その充電状態等に応じて出力電圧が変化し得る。

上記実施形態では、パワーコンディショナ２が出力する直流電力の供給先として、系統電源４を例に挙げた。しかし、他の最大電力追従制御タイプにも応用可能である。

上記実施形態では、昇圧回路の一例として、チョッパ方式の昇圧チョッパ回路１１を例に挙げた。しかし、昇圧回路は、これに限らず、例えば昇圧トランスを有するトランス方式の昇圧回路でもよい。但し、上記実施形態の構成であれば、第２電力変換処理において、スイッチング素子１１Ｃをオフすることにより、スイッチング動作による電力ロスをほぼゼロにすることができるため、トランス方式の昇圧回路に比べて、パワーコンディショナ全体の電力変換効率を向上させることができる。

上記実施形態では、基準値の一例として、系統電圧Ｖ１に変換可能な電圧値Ｖ２を挙げた。しかし、基準値は、これに限らず、系統電圧Ｖ１に変換可能な電圧Ｖ２よりも高く、太陽電池パネル２の出力電圧の最大値Ｖ３よりも低い電圧値でもよい。

上記実施形態では、直流電源の出力電圧を昇圧回路で昇圧した電圧を、入力直流電圧としてインバータ回路に与える昇圧電圧付与処理の一例として、第１電力変換処理を例に挙げた。しかし、昇圧電圧付与処理は、これに限らず、例えば蓄電装置の充電電圧など、直流電源側の動作により出力電圧が能動的に変動する場合には、ＭＰＰＴ制御を実行しない構成でもよい。

上記実施形態では、出力電圧を、昇圧回路で昇圧せずに、入力直流電圧としてインバータ回路に与える出力電圧付与処理の一例として、第２電力変換処理を例に挙げた。しかし、出力電圧付与処理は、これに限らず、例えば蓄電装置の充電電圧など、直流電源側の動作により出力電圧が能動的に変動する場合には、ＭＰＰＴ制御を実行しない構成でもよい。

上記実施形態では、第２電力変換処理において、昇圧チョッパ回路１１の昇圧動作が停止される構成とした。しかし、これに限らず、例えば次の構成が挙げられる。ます図１において、太陽電池パネル２から、昇圧チョッパ回路１１を経由せずにインバータ回路１２に接続されるバイパス経路、及び、太陽電池パネル２の出力側を、昇圧チョッパ回路１１とバイパス経路とに選択的に接続するスイッチ回路を設ける。そして、制御ユニット１５は、スイッチ回路を制御して、第１電力変換処理では、太陽電池パネル２の接続先を昇圧チョッパ回路１１とし、第２電力変換処理では、太陽電池パネル２の接続先をバイパス経路とする構成である。

上記実施形態では、制御ユニット１５は、１つのＣＰＵを備える構成であった。しかし、制御ユニット１５は、複数のＣＰＵを備える構成でもよく、画像処理回路など、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）などのハード回路で構成してもよく、更に、ＣＰＵとハード回路により構成したものでもよい。また、複数のＣＰＵやハード回路を備える構成では、例えば上記電圧判断処理、第１電力変換処理、第２電力変換処理などの各処理の一部または全部を、複数のＣＰＵ等で分担して処理させてもよい。

上記実施形態では、電力変換用プログラムの一例として、メモリ１５Ｂに記憶されたものを例に挙げた。しかし、電力変換用プログラムは、これに限らず、ハードディスク装置、フラッシュメモリ（登録商標）などの不揮発性メモリや、ＣＤ−Ｒなどの記憶媒体などに記憶されたものでもよい。

２：太陽電池パネル ３：パワーコンディショナ １１：昇圧チョッパ回路 １２：インバータ回路 １３：電圧センサ １５：制御ユニット Ｖ２：実効値

Claims (4)

1. 直流電源の出力電圧を昇圧する昇圧回路と、
   入力直流電圧を、予め定められた規定値の交流電圧に変換するインバータ回路と、
   前記直流電源の出力電圧に応じた検出信号を出力する電圧検出回路と、
   制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記電圧検出回路からの前記検出信号に基づき、前記出力電圧が、前記インバータ回路により前記規定値に変換可能な電圧値以上であって且つ前記直流電源の出力電圧の最大値よりも低い基準値未満であるかどうかを判断する電圧判断処理と、
   前記電圧判断処理で前記出力電圧が前記基準値未満であると判断した場合に、前記出力電圧を前記昇圧回路で昇圧した電圧を、前記入力直流電圧として前記インバータ回路に与えつつ、当該入力直流電圧を前記基準値に維持する昇圧電圧付与処理と、
   前記電圧判断処理で前記出力電圧が前記基準値以上であると判断した場合に、前記出力電圧を、前記昇圧回路で昇圧せずに、前記入力直流電圧として前記インバータ回路に与えつつ、当該入力電流電圧を、前記出力電圧に応じて変更させる出力電圧付与処理と、を実行する構成を有する、直流電源のパワーコンディショナ。
2. 請求項１に記載の直流電源のパワーコンディショナであって、
   前記制御部は、前記出力電圧付与処理において、前記昇圧回路の昇圧比を１に設定することにより、前記出力電圧を、前記昇圧回路で昇圧せずに、前記入力直流電圧として前記インバータ回路に与える構成である、直流電源のパワーコンディショナ。
3. 請求項１または２に記載の直流電源のパワーコンディショナであって、
   前記基準値は、前記インバータ回路により前記規定値に変換可能な電圧値である、直流電源のパワーコンディショナ。
4. 直流電源の出力電圧を昇圧する昇圧回路と、入力直流電圧を、予め定められた規定値の交流電圧に変換するインバータ回路と、前記直流電源の出力電圧に応じた検出信号を出力する電圧検出回路と、を備える直流電源のパワーコンディショナが有するコンピュータに、
   前記電圧検出回路からの前記検出信号に基づき、前記出力電圧が、前記インバータ回路により前記規定値に変換可能な電圧値以上であって且つ前記直流電源の出力電圧の最大値よりも低い基準値未満であるかどうかを判断する電圧判断処理と、
   前記電圧判断処理で前記出力電圧が前記基準値未満であると判断した場合に、前記出力電圧を前記昇圧回路で昇圧した電圧を、前記入力直流電圧として前記インバータ回路に与えつつ、当該入力直流電圧を前記基準値に維持する昇圧電圧付与処理と、
   前記電圧判断処理で前記出力電圧が前記基準値以上であると判断した場合に、前記出力電圧を、前記昇圧回路で昇圧せずに、前記入力直流電圧として前記インバータ回路に与えつつ、当該入力電流電圧を、前記出力電圧に応じて変更させる出力電圧付与処理と、を実行させる電力変換用プログラム。

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