JP2014049079A - 太陽光発電用電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池から出力される直流電力が低くなっても電力系統への電力供給ができ、かつ、電力損失を最小限に抑えられる太陽光発電用電力変換装置を提供する。
【解決手段】電力変換器２０と変圧器４０とを有する太陽光発電用電力変換装置ＰＣＳにおいて、変圧器４０は電力変換器２０と接続可能な複数のタップtap1，tap2，tap3を有し、出力される直流電力Ｐdcの電圧値（直流電圧Ｖdc）または交流電力Ｐacの電圧値（交流電圧Ｖac）を検出し、検出した電圧値が所定の電圧値になると、電力変換器２０と複数のタップtap1，tap2，tap3との接続を切り換える切換制御手段３０を有する。この構成によれば、直流電力の電圧値に応じて切換制御手段３０がタップtap1，tap2，tap3を切り換えるので電力系統５０への電力供給ができ、電力損失が最小限に抑えられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池（電力源）と、電力変換器と、変圧器とを有する太陽光発電用電力変換装置に関する。

従来では、スイッチング素子がインピーダンスを持ったまま短絡した場合、入力側の太陽電池モジュールを切り離すことを目的とする電源装置に関する技術の一例が開示されている（例えば特許文献１を参照）。この電源装置は、入力部が短絡しているか否かの判定結果を出力する判定処理と、短絡していると判定された場合には入力部から電力源を切り離す入力切り離し処理とを備える。

また、電力系統が瞬低から正常復帰した場合に瞬低発生直前の状態に迅速に復帰させることを目的とするパワーコンディショナに関する技術の一例が開示されている（例えば特許文献２を参照）。このパワーコンディショナは、瞬低モードにおいて、内部直流電圧が予め設定された目標値に一致するように直流入力電流を変化させる昇圧チョッパ制御部と、運転モードが瞬低モードから通常モードに戻された際に直流入力電流の電流変化指令を瞬時電圧低下現象の発生直前の指令に戻す最大電力追従制御部を備える。

特開２０１２−０２９４３５号公報 特開２０１２−０５５０３６号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、入力部が短絡している場合には入力部から電力源を切り離せることができるものの、太陽電池から出力される直流電力（特に直流電圧）が低くなると電力系統への電力供給ができなくなるという問題がある。

また、特許文献２の技術では、太陽電池から出力される直流電力（特に直流電圧）が低くなっても電力系統への電力供給ができるものの、昇圧チョッパ制御部が常時動作するためにチョッパ制御による電力損失が発生するという問題がある。

本発明はこのような点に鑑みてなしたものであり、太陽電池から出力される直流電力（特に直流電圧）が低くなっても電力系統への電力供給ができ、かつ、電力損失を最小限に抑えることができる太陽光発電用電力変換装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、電力源となる太陽電池から出力される直流電力を交流電力に変換する電力変換器と、変換された前記交流電力を昇圧して電力系統に供給する変圧器とを有する太陽光発電用電力変換装置において、前記変圧器は、前記電力変換器と電気的に接続可能な複数のタップを有し、前記直流電力の電圧値または前記交流電力の電圧値を検出し、検出した前記電圧値が所定の電圧値になると、前記電力変換器と前記複数のタップとの電気的な接続を切り換える切換制御手段を有することを特徴とする。この構成によれば、太陽電池（電力源）から出力される直流電力（特に直流電圧）が低くなっても切換制御手段がタップを切り換えるので電力系統への電力供給ができる。また、特許文献２の技術のように常時動作する昇圧チョッパ制御部を必要としないので、電力損失を最小限に抑えることができる。

請求項２に記載の発明は、前記所定の電圧値は、前記タップごとに規定する電圧範囲に含まれ、前記切換制御手段は、前記電圧値が含まれる前記電圧範囲の前記タップを特定し、特定された前記タップとの電気的な接続を切り換えることを特徴とする。この構成によれば、タップごとに設定される電圧範囲に含まれる所定の電圧値になると、タップの切り換えを行う。検出される電圧値が電圧範囲内であればタップの切り換えを行わないので、切り換えの頻発を抑制することができる。

請求項３に記載の発明は、前記電圧範囲は、巻数比が近い前記タップどうしで部分的に重複し、前記切換制御手段は、現時点で検出される前記電圧値が前記現時点で特定されている前記電圧範囲に含まれる前記所定の電圧値になると、前記電力変換器と前記タップとの電気的な接続を切り換えることを特徴とする。この構成によれば、電圧範囲にヒステリシス特性を持たせて、タップの切り換えが頻繁に発生するチャタリングを防止することができる。

請求項４に記載の発明は、前記電圧値を検出する電圧センサを有することを特徴とする。この構成によれば、電圧値をいつでも検出することができる。

請求項５に記載の発明は、前記切換制御手段は、リレーまたは半導体スイッチの切換部と、前記切換部の作動を制御する制御部とを含むことを特徴とする。この構成によれば、制御部がリレーまたは半導体スイッチの作動を制御する。よって、タップの切り換えを確実に行うとともに、電力損失を最小限に抑えることができる。

請求項６に記載の発明は、前記切換制御手段は、前記電力変換器と前記タップとの電気的な接続を切り換える場合には、前記電力系統に供給する出力電力の電圧値が許容範囲内に収まるように、前記電力変換器が出力する交流電力を変化させることを特徴とする。この構成によれば、電力変換器が出力する交流電力を変化させることで、結果として電力系統に供給する出力電力を許容範囲内に収める。よって、電力系統への電力供給を許容範囲内で維持することができる。

請求項７に記載の発明は、前記切換制御手段は、前記電圧値が含まれる前記電圧範囲の前記タップを特定できない場合には、前記電力変換器と前記タップとの電気的な接続を行わないことを特徴とする。この構成によれば、タップを特定できない場合には電気的な接続を行わないので、電力系統からの逆流を防止することができる。

なお「電力源」は、太陽電池（太陽光発電機）のほか、自然エネルギーを利用して発電するものの自然条件に応じて出力する電力が必ずしも安定しない発電機（例えば風力発電機，潮力発電機，波力発電機，地熱発電機，バイオ発電機等）を含めてもよい。「複数のタップ」は、巻数比（変圧比，変成比，巻線比とも呼ぶ。以下同じである。）が全て異なるタップを想定する。ただし、同一巻数比のタップを複数含めてもよく、変圧しない（電力を供給しない）タップを含めてもよい。「電力系統」は、商用の電力系統（連系系統を含む）に限らず、一定範囲の電圧を維持する必要がある電力系統を含めてもよい。「電圧範囲」は、必ずしも最大電圧値と最小電圧値とで設定される範囲に限らない。例えば、基準電圧値を基準とする相対電圧値で設定される範囲などのように、結果として最大電圧値と最小電圧値を有する範囲であればよい。「所定の電圧値」は電圧範囲に含まれるが、必ずしも最大電圧値や最小電圧値に限られない。

電力変換装置の構成例を示す模式図である。 切換制御手段の第１構成例を示す模式図である。 太陽電池の特性例と電圧範囲の設定例とを示すグラフ図である。 変圧器の特性例を示す図表である。 切換制御処理の手続き例を示すフローチャート図である。 高電圧値の場合のシミュレーション結果を示すグラフ図である。 低電圧値の場合のシミュレーション結果を示すグラフ図である。 切換制御手段の第２構成例を示す模式図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。なお、特に明示しない限り、「接続する」という場合には電気的に接続することを意味する。各図は、本発明を説明するために必要な要素を図示し、実際の全要素を図示しているとは限らない。上下左右等の方向を言う場合には、図面の記載を基準とする。以下では簡素化のために、太陽光発電用電力変換装置を単に「電力変換装置」と呼ぶことにする。

〔実施の形態１〕
実施の形態１は図１〜図７を参照しながら説明する。図１には、電力源となる太陽電池１０から出力される直流電力Ｐdcを、電力変換装置ＰＣＳで変換して出力電力Ｐoutとして電力系統５０に供給する例を示す。なお説明の都合上、変圧器４０は電力系統５０側を「１次側」とし、電力変換器２０側を「２次側」とする。

図１に示す太陽電池１０は、光起電力効果を利用し、光エネルギーを直流電力Ｐdcに変換して出力する発電機（電力機器）である。本形態で用いる太陽電池１０は、図３に特性線Ｌspで示す特性を有する。具体的には、０[Ｖ]から電圧値Ｖ６（例えば４８０[Ｖ]付近）までは高い直流電流Ｉdc（例えば３００[Ａ]以上）を出力する。一方、電圧値Ｖ６を超えると直流電流Ｉdcが大きく減少するものの、開放電圧(例えば６００[Ｖ]）まで出力できる。なお、０[Ｖ]時の短絡電流は３４５．５[Ａ]である。電力系統５０には、３相交流で定格電圧が６６００[Ｖ]の商用電力系統を適用（連系）する。

図２に示す電力変換装置ＰＣＳは、電力変換器２０、切換制御手段３０、変圧器４０などを有する。電力変換器２０は、スイッチング素子（例えばＩＧＢＴやＦＥＴ等）やダイオード等を有し、太陽電池１０から出力される直流電力Ｐdcを交流電力Ｐacに変換して出力する。交流電力Ｐacの相数は問わないが、本形態では３相（例えばＵ相，Ｖ相，Ｗ相）の機器を用いる。電力変換率は、電力変換器２０固有の変換率でもよく、後述する制御部３４から伝達される制御信号Ｃs1に基づいて変化する変換率でもよい。本形態では、定格電圧が１２００[Ｖ]、定格電流が２４００[Ａ]のものを用いて、デッドタイムを６[μｓ]とし、キャリア周波数を６[ｋＨｚ]とするＩＧＢＴを用いる。

切換制御手段３０は、太陽電池１０から出力される直流電力Ｐdcの電圧値（直流電圧Ｖdc）に応じて、接続する変圧器４０のタップtap1，tap2，tap3のいずれかに切り換えるか、あるいは無接続にする。この切換制御手段３０は、図２に示すように、リレー３１，３２，３３や制御部３４などを有する。二点鎖線で示すように、電圧センサ３５，３７および記録媒体３６のうちで一方または双方を備えてもよい。

リレー３１，３２，３３は、それぞれ接点と電磁コイルとを有する。リレー３１の接点はタップtap1に接続され、リレー３２の接点はタップtap2に接続され、リレー３３の接点はタップtap3に接続される。各電磁コイルは制御部３４に接続され、当該制御部３４から出力される制御信号Ｃs2（励磁信号）に基づいて励磁または非励磁する。電磁コイルを励磁するための電力は、変圧器４０の出力電力Ｐoutを降圧して利用するが、商用電源やバッテリを利用してもよい。なお、電磁リレーに代えて（あるいは併用して）、半導体リレーを用いてもよい。

制御部３４は、切換制御手段３０の制御を司る。具体的には、リレー３１，３２，３３の作動制御や、電力変換器２０の作動制御などを行う。リレー３１，３２，３３の作動制御では、太陽電池１０から出力される直流電力Ｐdcの電圧値（直流電圧Ｖdc）を電圧センサ３５を介して取得し、当該電圧値が含まれる電圧範囲のタップを特定し、特定されたタップとの接続を行うように対応するリレーに制御信号Ｃs2を出力する。上述した機能を実現する限りにおいて、ＣＰＵがプログラムを実行するソフトウェア構成であると、ハードウェアロジックで作動するハードウェア構成であるとを問わない。

所定の電圧値を含む電圧範囲とタップとの関係は、任意の設定手段で設定しておく。例えば、記録媒体３６に記録したり、コンパレータ（演算増幅器や作動増幅回路等）の一端子に入力する電圧などが該当する。本形態では、前者の記録媒体３６としてＲＯＭ（ＥＰＲＯＭやＥＥＰＲＯＭを含む）を用いる。記録例として、タップtap1は電圧範囲Ｖr1に対応し、タップtap2は電圧範囲Ｖr2に対応し、タップtap3は電圧範囲Ｖr3に対応する。電圧範囲Ｖr1，Ｖr2，Ｖr3は、それぞれ最大電圧値と最小電圧値とを定める（図３を参照）。電圧範囲の具体的な設定例は図３を参照しながら後述する。「所定の電圧値」は電圧範囲Ｖr1，Ｖr2，Ｖr3に含まれる電圧値であり、本形態では最大電圧値と最小電圧値を適用する。

変圧器４０は、電力変換器２０と接続可能な複数（本形態では３つ）のタップtap1，tap2，tap3を有する。図１に示す漏れインダクタンスＬ１および抵抗値Ｒ１は１次巻線の特性を示し、漏れインダクタンスＬ21，Ｌ22，Ｌ23および抵抗値Ｒ21，Ｒ22，Ｒ23は２次巻線の特性を示す（図４を参照）。いずれも巻線の漏れインダクタンスおよび抵抗値を示すものであり、実際にはインダクタや抵抗器を接続しない。この変圧器４０は電力系統５０と連系するため、１次側はデルタ（Δ）接続され、２次側はＹ接続されている。

本形態の変圧器４０には、定格電力が１５０[ｋＶＡ]のものを用いる。定格電力時の短絡インピーダンスは、リアクタンス分が４％であり、巻線抵抗分が１．５％であり、１次側と２次側とで折半する。２次側のタップの線間電圧は、タップtap1が２１０[Ｖ]であり、タップtap2が１０５[Ｖ]であり、タップtap3が５２．５[Ｖ]である。

図３には、電圧範囲とタップとの関係を示す一例であり、横軸を直流電圧Ｖdcとし、縦軸を直流電流Ｉdcとする。各タップに対する電圧範囲の最大電圧値と最小電圧値とをどのように定めるかは任意である。基準電圧値と相対電圧値とで定めてもよい。電力変換器２０や変圧器４０の仕様（例えば定格電圧や定格電流等）に応じて設定するとよい。なお、最大電圧値には∞[Ｖ]（開放）を含めてもよく、最小電圧値には０[Ｖ]（未発電）を含めてもよい。

本形態では、タップtap1に対応する電圧範囲Ｖr1は、電圧値Ｖ４（例えば３２０[Ｖ]）から電圧値Ｖ７（例えば５９０[Ｖ]）までの範囲が設定される。タップtap2に対応する電圧範囲Ｖr2は、電圧値Ｖ２（例えば１６０[Ｖ]）から電圧値Ｖ５（例えば３７０[Ｖ]）までの範囲が設定される。タップtap3に対応する電圧範囲Ｖr3は、電圧値Ｖ１（例えば７５[Ｖ]）〜電圧値Ｖ３（例えば１８０[Ｖ]）の範囲までの範囲が設定される。本形態の「所定の電圧値」は、電圧値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ７が該当する。

電圧値Ｖ２から電圧値Ｖ３までの間は電圧範囲Ｖr2と電圧範囲Ｖr3とで重複し、電圧値Ｖ４から電圧値Ｖ５までの間は電圧範囲Ｖr1と電圧範囲Ｖr2とで重複する。タップtap1，tap2，tap3の巻数比は、tap1＜tap2＜tap3である。すなわちヒステリシス特性を持たせるため、電圧範囲Ｖr1，Ｖr2，Ｖr3は巻数比が近いタップtap1，tap2，tap3どうしで部分的に重複する。タップtap3のときに直流電圧Ｖdcが１８０[Ｖ]である場合、短絡電流値と定格電流値との折線近似により、直流電流Ｉdcは３３３．１[Ａ]が求まる。直流電圧Ｖdcが７５[Ｖ]（平均電圧Ｖrmsが５２．５[Ｖ]）時には、損失を無視すれば交流電圧Ｖacの平均値は６５９．４[Ａ]になり、最大電流値になる。

図４は、変圧器４０の特性を示す一例である。１次側（電力系統５０側）の巻線特性と、２次側（電力変換器２０側）の巻線特性とを一覧にして示す。１次側巻線は、漏れインダクタンスＬ１が例えば１５．４１[ｍＨ]であり、抵抗値Ｒ１が２．１８[Ω]である。

２次側巻線は、タップtap1，tap2，tap3ごとに異なる。タップtap1の巻線は、漏れインダクタンスＬ21が１５．６[μＨ]であり、抵抗値Ｒ21が４４．１[μΩ]である。タップtap2の巻線は、漏れインダクタンスＬ22が７．８[μＨ]であり、抵抗値Ｒ22が２２．０５[μΩ]である。タップtap3の巻線は、漏れインダクタンスＬ23が３．９[μＨ]であり、抵抗値Ｒ23が１１．０３[μΩ]である。

図５は、制御部３４によって繰り返し実行される切換制御処理の一例を示す。この切換制御処理は、まず電圧センサ３５を介して直流電力Ｐdcの電圧値（直流電圧Vdc）を取得し〔ステップＳ１０〕、記録媒体３６を参照して取得した電圧値に対応する電圧範囲を特定する〔ステップＳ１１〕。この特定には、電圧値に対応する電圧範囲が存在しない場合を含む。ステップＳ１１で特定した電圧範囲が以前に特定された電圧範囲と同じ範囲か否かに基づいて分岐する〔ステップＳ１２〕。もし同じ電圧範囲ならば（ＹＥＳ）、ヒステリシス特性を持たせるために切換制御処理をリターン（終了）する。

一方、ステップＳ１１で特定した電圧範囲が以前に特定された電圧範囲内の場合には、ステップＳ１０で取得した電圧値が所定の電圧に達したか否かで分岐する〔ステップＳ１３〕。もし所定の電圧に達しなければ（ＮＯ）、現時点で接続しているタップを維持するために切換制御処理をリターン（終了）する。

これに対して、所定の電圧に達すれば（ＹＥＳ）、ステップＳ１１で特定した電圧範囲に対応するタップに切り換える制御信号Sc2を出力する〔ステップＳ１４〕。この制御信号Sc2が流れたリレー３１，３２，３３は接点がオンしたりオフしたりする。電圧値（直流電圧Vdc）に対応する電圧範囲が存在しない場合には、リレー３１，３２，３３の全部について接点をオフにする。いずれにせよタップの切り換えに伴って、変圧器４０の巻数比も変化するので、出力電力Ｐoutも変化する。

電力系統５０によっては、出力電圧Ｖoutの電圧値（出力電圧Ｖout）が許容範囲内に収まることが要求される場合がある。許容範囲は、例えば系統の定格電圧を基準とする許容範囲（一例として６６００〜６７００[Ｖ]の範囲）などが該当する。上記要求がある場合には、出力電圧Ｖoutが許容範囲に収まるようにするステップＳ１５〜Ｓ１７を実行する。

具体的には、電圧センサ３７を介して出力電圧Ｖoutの電圧値（出力電圧Ｖout）を取得し〔ステップＳ１５〕、当該出力電圧Ｖoutが許容範囲内に収まるか否か基づいて分岐する〔ステップＳ１６〕。もし出力電圧Ｖoutが許容範囲内に収まっていれば（ＹＥＳ）、電力系統５０への影響が無いので切換制御処理をリターン（終了）する。一方、出力電圧Ｖoutが許容範囲外であれば（ＮＯ）、電力変換器２０に対して制御信号Sc1を出力する。この制御信号Sc1は、出力電圧Ｖoutが許容範囲内に収まるような交流電圧Ｖacを出力するような指令信号や指令情報等である。

上述した電力変換装置ＰＣＳについて、タップtap1に切り換えた場合のシミュレーション結果を図６に示し、タップtap3に切り換えた場合のシミュレーション結果を図７に示す。図６および図７には、横軸を時間ｔとし、上段の縦軸を直流電圧Ｖdc[Ｖ]とし、下段の縦軸を出力電力ＰoutにかかるＵ相電流Ｉｕ[Ａ]とする経時的変化を示す。タップtap1とタップtap3とで切り換えても、電力系統５０に供給する出力電力Ｐoutにかかる出力電圧Ｖoutは６６００[Ｖ]以上が確保され、Ｕ相電流Ｉｕも２８０[Ａ]以上が確保される。

上述した実施の形態１によれば、以下に示す各効果を得ることができる。

（１）電力変換装置ＰＣＳにおいて、変圧器４０は、電力変換器２０と接続可能な複数のタップtap1，tap2，tap3を有し、直流電力Ｐdcの電圧値（直流電圧Ｖdc）を検出し、検出した直流電圧Ｖdcが所定の電圧値になると、電力変換器２０と複数のタップtap1，tap2，tap3との接続を切り換える切換制御手段３０を有する構成とした（図１，図２を参照）。この構成によれば、太陽電池１０（電力源）から出力される直流電力Ｐdc（特に直流電圧Ｖdc）が低くなっても切換制御手段３０がタップtap1，tap2，tap3を切り換えるので電力系統５０への電力供給が安定して行える。また、特許文献２の技術のように常時動作する昇圧チョッパ制御部を必要としないので、電力損失が最小限に抑えられる。直流電圧Ｖdcに代えて、交流電力Ｐacの交流電圧Ｖacを検出しても同様の作用効果が得られる。

（２）所定の電圧値は、タップtap1，tap2，tap3ごとに規定する電圧範囲に含まれ、切換制御手段３０は、直流電圧Ｖdcが含まれる電圧範囲Ｖr1，Ｖr2，Ｖr3のタップtap1，tap2，tap3を特定し、特定されたタップとの電気的な接続を切り換える構成とした（図２，図３を参照）。タップtap1，tap2，tap3ごとに設定される電圧範囲Ｖr1，Ｖr2，Ｖr3に含まれる所定の電圧値になると、タップの切り換えを行う。検出される直流電圧Ｖdcが所定の電圧値でなければタップの切り換えを行わないので、切り換えの頻発を抑制することができる。

（３）電圧範囲Ｖr1，Ｖr2，Ｖr3は巻数比が近いタップtap1，tap2，tap3どうしで部分的に重複し、切換制御手段３０は現時点で検出される電圧値（直流電圧Ｖdc）が現時点で特定されている電圧範囲Ｖr1，Ｖr2，Ｖr3に含まれる所定の電圧値になると電力変換器２０とタップtap1，tap2，tap3との接続を切り換える構成とした（図２，図３を参照）。この構成によれば、電圧範囲Ｖr1，Ｖr2，Ｖr3にヒステリシス特性を持たせて、タップtap1，tap2，tap3の切り換えが頻繁に発生するチャタリングを防止することができる。

（４）直流電力Ｐdcの電圧値（直流電圧Ｖdc）または交流電力Ｐacの電圧値（交流電力Ｐac）を検出する電圧センサ３５や、出力電力Ｐoutの電圧値（出力電圧Ｖout）を検出する電圧センサ３７のうちで一以上を有する構成とした（図１，図２を参照）。この構成によれば、記録媒体３６に電圧範囲Ｖr1，Ｖr2，Ｖr3が記録されるので、いつでも参照することができる。電圧センサ３５は、太陽電池１０から出力される直流電力Ｐdcの電圧値（直流電圧Ｖdc）をいつでも検出することができる。電圧センサ３７は、変圧器４０から供給される出力電力Ｐoutの電圧値（出力電圧Ｖout）をいつでも検出することができる。

（５）切換制御手段３０は、リレー３１，３２，３３（切換部）と、リレー３１，３２，３３の作動を制御する制御部３４とを含む構成とした（図２，図３を参照）。この構成によれば、制御部３４がリレー３１，３２，３３の作動を制御するので、タップtap1，tap2，tap3の切り換えを確実に行うとともに、電力損失を最小限に抑えることができる。

（６）切換制御手段３０は、電力変換器２０とタップtap1，tap2，tap3との接続を切り換える場合には、電力系統５０に供給する出力電力Ｐoutの電圧値（出力電圧Ｖout）が許容範囲内に収まるように、電力変換器２０が出力する交流電力Ｐacを変化させる構成とした（図５を参照）。この構成によれば、タップtap1，tap2，tap3の切り換えが行われて出力電力Ｐoutが変動しても、電力変換器２０が出力する交流電力Ｐacを変化させることで、結果として電力系統５０に供給する出力電力Ｐoutを許容範囲内に収める。よって、電力系統５０への電力供給を許容範囲内で維持することができる。

（７）切換制御手段３０は、電圧値が含まれる電圧範囲Ｖr1，Ｖr2，Ｖr3のタップtap1，tap2，tap3を特定できない場合には、電力変換器２０とタップtap1，tap2，tap3との接続を行わない構成とした（図２，図３を参照）。この構成によれば、タップtap1，tap2，tap3を特定できない場合には接続を行わないので、電力系統５０からの逆流を防止することができる。

〔実施の形態２〕
実施の形態２は図８を参照しながら説明する。なお、電力変換装置ＰＣＳの構成等は実施の形態１と同様であり、図示および説明を簡単にするために実施の形態２では実施の形態１と異なる点について説明する。よって実施の形態１で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。

図８に示す電力変換装置ＰＣＳの構成が図２と異なるのは、リレー３１，３２，３３に代えて半導体スイッチＱ１，Ｑ２，Ｑ３およびダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３を用いる点である。半導体スイッチＱ１，Ｑ２，Ｑ３には、電力変換器２０と同様にＩＧＢＴを用いてもよく、ＦＥＴやトランジスタ等を用いてもよい。この場合の制御信号Ｃs2は、半導体スイッチＱ１，Ｑ２，Ｑ３の作動（オンまたはオフ）を制御するための信号になる。

ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３は、順番に半導体スイッチＱ１，Ｑ２，Ｑ３に並列接続される。これらのダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３は、１次側の電圧変動（特に停電発生時であって瞬間的な停電を含む）に伴って生じるサージ電流（還流電流とも呼ぶ）を回避するフリーホイールダイオードとして機能する。

上述した実施の形態２によれば、切換制御手段３０は、半導体スイッチＱ１，Ｑ２，Ｑ３の切換部と、半導体スイッチＱ１，Ｑ２，Ｑ３の作動を制御する制御部３４とを含む構成とした（図８を参照）。この構成によれば、制御部３４が半導体スイッチＱ１，Ｑ２，Ｑ３の作動を制御する。よって、タップtap1，tap2，tap3の切り換えを確実に行うとともに、電力損失を最小限に抑えることができる。なお、半導体スイッチＱ１，Ｑ２，Ｑ３以外の構成については実施の形態１と同様であるので、実施の形態１と同様の作用効果を得ることができる。

〔他の実施の形態〕
以上では本発明を実施するための形態について実施の形態１，２に従って説明したが、本発明は当該形態に何ら限定されるものではない。言い換えれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施することもできる。例えば、次に示す各形態を実現してもよい。

上述した実施の形態１，２では、電力源として太陽電池１０を用いる構成とした（図１を参照）。この形態に代えて、自然エネルギーを利用して発電するものの自然条件に応じて出力する電力が必ずしも安定しない発電機（例えば風力発電機，潮力発電機，波力発電機，地熱発電機，バイオ発電機等）を用いてもよい。特に図３に示す特性線Ｌsp（これに近似する特性を含む）を有する発電機であればなおよい。当該発電機から出力される直流電力が自然条件によって変化しても、切換制御手段３０がタップtap1，tap2，tap3を切り換えて出力電力Ｐoutを一定以上に維持する。よって、実施の形態１，２と同様の作用効果を得ることができる。

上述した実施の形態１，２では、変圧器４０は３つのタップtap1，tap2，tap3を備える構成とした（図１，図２，図８を参照）。この形態に代えて、２つ以外の複数のタップを備える構成としてもよい。タップごとの巻数比は全て異なってもよく、同一巻数比のタップを複数含めてもよく、変圧しない（電力を供給しない）タップを含めてもよい。単にタップの数が異なるに過ぎず、タップごとに対応する電圧範囲を記録媒体３６に記録しておけばよいので、実施の形態１，２と同様の作用効果を得ることができる。

上述した実施の形態１，２では、電力系統５０には商用電力系統を適用（連系）する構成とした（図１を参照）。この形態に代えて、一定範囲の電圧を維持する必要がある電力系統を適用（連系）してもよい。単に電力系統の相違に過ぎないので、実施の形態１，２と同様の作用効果を得ることができる。

上述した実施の形態１，２では、記録媒体３６としてＲＯＭを用いる構成とした（図２，図８を参照）。この形態に代えて、電圧範囲とタップとの関係を記録可能な他の記録媒体を用いてもよい。他の記録媒体は、例えばフラッシュメモリ（ＳＳＤを含む）や、ハードディスク、光ディスク（光磁気ディスク等を含む）、フレキシブルディスク、ＲＡＭなどのうちで一以上が該当する。電源遮断後も記録内容を保持可能な不揮発性メモリを用いるとなおよい。いずれの記録媒体にせよ電圧範囲とタップとの関係が記録されるので、実施の形態１，２と同様の作用効果を得ることができる。

上述した実施の形態１，２では、制御部３４と、電圧センサ３５，３７や記録媒体３６とを別体で構成した（図２，図８を参照）。この形態に代えて、電圧センサ３５，３７および記録媒体３６のうちで一以上を制御部３４と一体に構成してもよい。いわゆるマイコンチップ、マイクロコントローラ、ＩＣ（ＡＳＩＣ（Application Specific IC）やシステムＬＳＩ等を含む）などが適例である。別体構成か一体構成かの相違に過ぎないので、実施の形態１，２と同様の作用効果を得ることができる。

上述した実施の形態１では切換部としてリレー３１，３２，３３を適用し（図２を参照）、実施の形態２では切換部として半導体スイッチＱ１，Ｑ２，Ｑ３を適用した（図８を参照）。この形態に代えて、複数のタップtap1，tap2，tap3の切り換えが可能な他の切換部を適用してもよい。他の切換部は、例えばトランジスタや、制御信号Ｃs2に基づいて作動の切り換えが可能な開閉器などが該当する。単に切換部として適用する素子の相違に過ぎないので、実施の形態１，２と同様の作用効果を得ることができる。

ＰＣＳ 太陽光発電用電力変換装置
１０ 太陽電池（自然エネルギーを利用する発電機）
２０ 電力変換器
３０ 切換制御手段
３１，３２，３３ リレー（切換部）
３４ 制御部
３５，３７ 電圧センサ
３６ 記録媒体
４０ 変圧器
５０ 電力系統
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３ 半導体スイッチ（切換部）
tap1，tap2，tap3 タップ

Claims (7)

1. 電力源となる太陽電池から出力される直流電力を交流電力に変換する電力変換器と、変換された前記交流電力を昇圧して電力系統に供給する変圧器とを有する太陽光発電用電力変換装置において、
   前記変圧器は、前記電力変換器と電気的に接続可能な複数のタップを有し、
   前記直流電力の電圧値または前記交流電力の電圧値を検出し、検出した前記電圧値が所定の電圧値になると、前記電力変換器と前記複数のタップとの電気的な接続を切り換える切換制御手段を有することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置。
2. 前記所定の電圧値は、前記タップごとに規定する電圧範囲に含まれ、
   前記切換制御手段は、前記電圧値が含まれる前記電圧範囲の前記タップを特定し、特定された前記タップとの電気的な接続を切り換えることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電用電力変換装置。
3. 前記電圧範囲は、巻数比が近い前記タップどうしで部分的に重複し、
   前記切換制御手段は、現時点で検出される前記電圧値が前記現時点で特定されている前記電圧範囲に含まれる前記所定の電圧値になると、前記電力変換器と前記タップとの電気的な接続を切り換えることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽光発電用電力変換装置。
4. 前記電圧値を検出する電圧センサを有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の太陽光発電用電力変換装置。
5. 前記切換制御手段は、リレーまたは半導体スイッチの切換部と、前記切換部の作動を制御する制御部とを含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の太陽光発電用電力変換装置。
6. 前記切換制御手段は、前記電力変換器と前記タップとの電気的な接続を切り換える場合には、前記電力系統に供給する出力電力の電圧値が許容範囲内に収まるように、前記電力変換器が出力する前記交流電力を変化させることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の太陽光発電用電力変換装置。
7. 前記切換制御手段は、前記電圧値が含まれる前記電圧範囲の前記タップを特定できない場合には、前記電力変換器と前記タップとの電気的な接続を行わないことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の太陽光発電用電力変換装置。

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