JP2014063282A

JP2014063282A - パワーコンディショナ及びその制御方法

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Publication number: JP2014063282A
Application number: JP2012207089A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Baba; 雅博馬場
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2012-09-20
Filing date: 2012-09-20
Publication date: 2014-04-10
Anticipated expiration: 2032-09-20
Also published as: EP2899606B1; WO2014045563A1; US20150236589A1; CN104662484A; EP2899606A4; JP5940946B2; CN104662484B; EP2899606A1

Abstract

【課題】自立運転の際に、発電電力を効率良く且つ安定して利用する。
【解決手段】ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、電力系統から解列して独自に電力供給可能とする自立運転時において、電力変換器１３，１６の入力電圧の変動に応じて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の出力電圧を目標電圧に制御する中間リンク電圧一定モードと、直流入力電源の出力電力が最大になるように制御するＭＰＰＴモードとを個別に切り替える。
【選択図】図４

Description

本発明は、ＤＣ／ＤＣコンバータを複数有するパワーコンディショナ、及び該パワーコンディショナの制御方法に関する。

従来、電力系統に連系する太陽光発電システムにおいて、電力系統に停電が発生した際に連系を解除して太陽光発電の自立運転を行うものがある。例えば、特許文献１では、電力系統の停電発生時に、負荷に対して無停電状態で電流制御モードから電圧制御モードへ切り替えるインバータが提案されている。

特開平８−６６０４８号公報

近年太陽電池の設置は、屋根の形状や面積に応じて直列接続するモジュール数が異なる複数のストリングで構成するマルチストリング形式が主流となりつつある。特許文献１に記載の技術は単独のストリングに対しては他の選択肢もなく有効である。しかし、マルチストリングの構成において自立運転時に全てのストリングを同じ電圧制御モードで制御することは、負荷に応じた電圧制御で最大電力点を超えてしまうことにつながり、複数ストリングによる発電電力を最大限に利用することは困難となる。

かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、複数のストリングの中で負荷の消費電力に応じてＭＰＰＴ（最大電力点追従：Maximum Power Point Tracking）制御と電圧制御のモードを混在させて用いることで、発電電力を効率良く、且つ安定して利用することが可能なパワーコンディショナ及びその制御方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係るパワーコンディショナは、
直流入力電源の電圧変換を行う複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、該複数のＤＣ／ＤＣコンバータに接続される電力変換器とを備えるパワーコンディショナであって、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、電力系統から解列して独自に電力供給可能とする自立運転時において、前記電力変換器の入力電圧の変動に応じて、当該ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を目標電圧に制御する中間リンク電圧一定モードと、前記直流入力電源の出力電力が最大になるように制御するＭＰＰＴモードとを個別に切り替えることを特徴とする。

さらに、本発明に係るパワーコンディショナにおいて、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記電力変換器の入力電圧が第１の閾値未満になった場合は前記ＭＰＰＴモードの制御に切り替え、前記電力変換器の入力電圧が第２の閾値以上になった場合は前記中間リンク電圧一定モードの制御に切り替えることを特徴とする。

さらに、本発明に係るパワーコンディショナにおいて、
前記第１の閾値は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータごとに異なることを特徴とする。

さらに、本発明に係るパワーコンディショナにおいて、
前記第１の閾値は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータで共通であり、前記電力変換器の入力電圧が前記第１の閾値未満になってから前記ＭＰＰＴモードの制御に切り替わるまでの時間が、前記ＤＣ／ＤＣコンバータごとに異なることを特徴とする。

さらに、本発明に係るパワーコンディショナにおいて、
前記中間リンク電圧一定モードにおける前記目標電圧は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータごとに異なることを特徴とする。

さらに、本発明に係るパワーコンディショナにおいて、
前記電力変換器は、双方向コンバータを含むことを特徴とする。

また、上記課題を解決するため、本発明に係るパワーコンディショナの制御方法は、
直流入力電源の電圧変換を行う複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、該複数のＤＣ／ＤＣコンバータに接続される電力変換器とを備えるパワーコンディショナを制御する方法であって、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータにより、電力系統から解列して独自に電力供給可能とする自立運転時において、前記電力変換器の入力電圧の変動に応じて、当該ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を目標電圧に制御する中間リンク電圧一定モードと、前記直流入力電源の出力電力が最大になるように制御するＭＰＰＴモードとを切り替えるステップを含むことを特徴とする。

本発明によれば、自立運転の際に負荷の消費電力に応じて、ＭＰＰＴモードで動作するＤＣ／ＤＣコンバータと電圧制御のモードで動作するＤＣ／ＤＣコンバータとを混在させて制御することで、発電電力を効率良く、且つ安定して利用することが可能となる。また、複数入力電源を有するパワーコンディショナの自立運転で、従来の制御と比較して、消費電力の大きい負荷を動かすことができる。

本発明の一実施形態に係るパワーコンディショナの第１の構成例を示すブロック図である。本発明の一実施形態に係るパワーコンディショナの第２の構成例を示すブロック図である。本発明の一実施形態に係るパワーコンディショナにおけるＤＣ／ＤＣコンバータの回路図を示す図である。本発明の一実施形態に係るパワーコンディショナにおける制御部の機能を示すブロック図である。本発明の一実施形態に係るパワーコンディショナにおけるデューティ比制御部の動作を示すフローチャートである。本発明の一実施形態に係るパワーコンディショナの１つのＤＣ／ＤＣコンバータに着目した制御例を示す図である。本発明の一実施形態に係るパワーコンディショナの第１の制御例を示す図である。本発明の一実施形態に係るパワーコンディショナの第２の制御例を示す図である。本発明の一実施形態に係るパワーコンディショナの第３の制御例を示す図である。本発明の一実施形態に係るパワーコンディショナの各直流入力電源の発電電力を示す図である。

以下、本発明による一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明による一実施形態に係るパワーコンディショナの第１の構成例を示すブロック図である。図１に示すように、パワーコンディショナ１は、複数のＤＣ／ＤＣコンバータ１１（１１−１，１１−２，１１−３）と、中間リンクコンデンサ１２と、インバータ１３と、制御部１４と、を備える。なお、図１における出力は単相２線式であるが、出力の形式はこれに限らず例えば３相式であってもよい。

マルチストリング入力タイプのパワーコンディショナ１は、直流入力電源１０からの直流電力の入力部を複数有する。直流入力電源１０は、本実施形態では太陽光を直流電力に変換する複数の太陽電池モジュールを直列接続した太陽電池ストリングであるものとして説明するが、入力電源１０は太陽電池ストリングに限られず、風力発電や燃料電池等の分散型電源であってもよい。

各ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、接続される各太陽電池ストリング１０から入力される電圧を昇圧して一定の電圧に揃える。なお、本実施形態ではＤＣ／ＤＣコンバータ１１の数が３つの場合について説明するが、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の数は２つ以上であればよい。

中間リンクコンデンサ１２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１により昇圧された直流電圧を平滑化し、インバータ１３への入力電圧を安定させる。なお、各ＤＣ／ＤＣコンバータ１１内に、出力電圧を安定させるために、更に平滑化用のコンデンサを設けてもよい。

インバータ１３は、中間リンクコンデンサ１２により平滑化された直流電圧を交流に変換する。インバータ１３は、通常時には電力系統に連系するが、停電時等には自立運転を行い、電力系統から解列して交流入力機器１５に交流電力を供給する。図１では、自立運転時におけるパワーコンディショナ１と交流入力機器１５との接続を示している。

制御部１４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１及びインバータ１３のスイッチング素子のデューティ比を制御することにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１及びインバータ１３の出力を制御する。

図２は、本発明による一実施形態に係るパワーコンディショナの第２の構成例を示すブロック図である。図２に示すパワーコンディショナ１は、図１に示したパワーコンディショナ１と比較して、更にＤＣ／ＤＣコンバータ１６を備える。ＤＣ／ＤＣコンバータ１６は、中間リンクコンデンサ１２により平滑化された直流電圧を所定の直流電圧に変換し、自立運転時に直流入力機器１７に直流電力を供給する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１６を備えることで、直流入力機器１７に対して直接電力を供給することができる。

このように、パワーコンディショナ１は、出力側に電力変換器を備える。電力変換器は、図１に示すようにインバータ１３のみであってもよいし、図２に示すように並列接続されたインバータ１３及びＤＣ／ＤＣコンバータ１６であってもよい。また、図示していないが、電力変換器はＤＣ／ＤＣコンバータ１６のみであってもよいし、インバータ１３及びＤＣ／ＤＣコンバータ１６をそれぞれ任意の個数並列接続したものであってもよい。

さらに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６を双方向コンバータとし、入力側として動くときは他のＤＣ／ＤＣコンバータ１１と同じ制御を適用し、出力側として動くときは別の制御を適用するようにしてもよい。具体例としては、パワーコンディショナ１の入力電源に蓄電池が含まれていた場合に、蓄電池の残量に応じて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６を入力側として制御したり、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６を蓄電池へ充電する出力側とし制御したりする。

図３は、パワーコンディショナ１におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１１の回路図の一例を示す図である。あわせて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１に対する制御を行う制御部１４も示している。図３には一般的な非絶縁型ブーストコンバータを示しているが、具体的な回路構成はこれに限定されるものではなく、入力電源から見たインピーダンスを変更可能で、各入力電力を所望の値に独立して制御できる機能を有するものであればよい。

制御部１４は、入力電圧センサ１９（１９−１，１９−２，１９−３）により検出される各ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の電圧と、入力電流センサ２０（２０−１，２０−２，２０−３）により検出される各ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の入力電流と、中間リンク電圧センサ２１により検出されるインバータ１３の入力電圧（中間リンク電圧）とを監視し、これらに基づいて各ＤＣ／ＤＣコンバータ１１のスイッチング素子１８（１８−１，１８−２，１８−３）に対するＰＷＭ信号を生成する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１に対する制御の詳細については後述する。

図４は、パワーコンディショナ１における制御部１４の機能を示すブロック図である。図４を参照して制御部１４の動作を説明する。

デューティ比制御部１４１−１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−１に対するＰＷＭ信号を生成するために用いられるデューティ比を制御する。同様に、デューティ比制御部１４１−２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−２に対するＰＷＭ信号を生成するために用いられるデューティ比を制御し、デューティ比制御部１４１−３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−３に対するＰＷＭ信号を生成するために用いられるデューティ比を制御する。なお、デューティ比制御部１４１−２，１４１−３はデューティ比制御部１４１−１と同じ制御を行い、内部のブロック図はデューティ比制御部１４１−１同じであるため、図示を省略している。

制御モード判定部１４２は、電力系統に連系時には制御モードをＭＰＰＴモードに決定する。一方、制御モード判定部１４２は、自立運転時には中間リンク電圧センサ２１により検出した中間リンク電圧に応じて、制御モードをＭＰＰＴモード又は中間リンク電圧一定モードのいずれかに決定する。ここで、ＭＰＰＴモードとは、直流入力電源の出力電力が最大になるようにＭＰＰＴ制御するモードである。中間リンク電圧一定モードとは、負荷の消費電力と入力電源の発電電力とが同じになるようにＤＣ／ＤＣコンバータ１１の出力電圧を目標電圧に制御するモードである。制御モードの切り替え時は、切り替え前後で動作電圧が不連続にならないよう、直前の動作電圧を参照して滑らかに制御が切り替わるようにする。

ＭＰＰＴ制御部１４３は、入力電圧センサ１９により検出した入力電圧、及び入力電流センサ２０により検出した入力電流を監視している。そして、ＭＰＰＴ制御部１４３は、制御モード判定部１４２によりＭＰＰＴモードと決定された場合に、パワーコンディショナ１への入力電力を最大限とするための動作電圧を決定する。なお、図４に示す例では入力電圧による追従を行っているが、ＭＰＰＴの具体的な方式はこれに限られるものではない。

中間リンク電圧一定制御部１４４は、制御モード判定部１４２により中間リンク電圧一定モードと決定された場合に、中間リンク電圧センサ２１により検出した中間リンク電圧が目標電圧となるように、動作電圧を決定する。

入力電圧制御部１４５は、入力電圧センサ１９により検出した入力電圧と、ＭＰＰＴ制御部１４３又は中間リンク電圧一定制御部１４４により決定された動作電圧指令値とを比較し、その差が０に等しくなるようデューティ比を変化させるフィードバック制御を行う。図４に示す例では入力電源の動作電圧を指令値とする制御を行っているが、制御部１４が中間リンク電圧によりＭＰＰＴモードと中間リンク電圧一定モードとを切り替えるように制御するものであればよい。よって、入力電源の動作電流で制御(入力電流でフィードバック制御)を行ってもよい。

ＰＷＭユニット１４７は、クロック生成部１４６により生成されたクロックに同期した基準波形と、入力電圧制御部１４５によって生成されたデューティ比とを比較することで、ＰＷＭ信号を生成する。そして、各ＤＣ／ＤＣコンバータ１１に対してＰＷＭ信号を出力する。

図５は、自立運転時のデューティ比制御部１４１の動作を示すフローチャートである。デューティ比制御部１４１は、パワーコンディショナ１の現在の動作モードを把握している。パワーコンディショナ１が中間リンク電圧一定モードで動作している場合には（ステップＳ１０１−Ｎｏ）、制御モード判定部１４２により、中間リンク電圧センサ２１により取得した中間リンク電圧が第１の閾値未満であるか否かを判定する（ステップＳ１０３）。中間リンク電圧が第１の閾値未満になるまでの間は（ステップＳ１０３−Ｎｏ）中間リンク電圧一定モードを維持する（ステップＳ１０５）。そして、中間リンク電圧一定制御部１４４により動作電圧を決定し、入力電圧制御部１４５に出力する（ステップＳ１０６）。中間リンク電圧が第１の閾値未満になると（ステップＳ１０３−Ｙｅｓ）、動作モードをＭＰＰＴモードに切り替える（ステップＳ１０４）。そして、ＭＰＰＴ制御部１４３により動作電圧を決定し、入力電圧制御部１４５に出力する（ステップＳ１０６）。

一方、パワーコンディショナ１がＭＰＰＴモードで動作している場合には（ステップＳ１０１−Ｙｅｓ）、制御モード判定部１４２により、中間リンク電圧センサ２１により取得した中間リンク電圧が第２の閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。中間リンク電圧が第２の閾値以上になるまでの間は（ステップＳ１０２−Ｎｏ）ＭＰＰＴモードを維持する（ステップＳ１０４）。そして、ＭＰＰＴ制御部１４３により動作電圧を決定し、入力電圧制御部１４５に出力する（ステップＳ１０６）。中間リンク電圧が第２の閾値以上になると（ステップＳ１０２−Ｙｅｓ）、動作モードを中間リンク電圧一定モードに切り替える（ステップＳ１０５）。そして、中間リンク電圧一定制御部１４４により動作電圧を決定し、入力電圧制御部１４５に出力する（ステップＳ１０６）。

図６は、１つのＤＣ／ＤＣコンバータ１１に着目した自立運転時の制御例を示す図である。図６の上部には太陽電池（入力電源）のＰＶ特性を示している。自立運転時に負荷の消費電力が４００Ｗであり、接続された直流入力電源１０の発電最大電力が４００Ｗ以上である場合、パワーコンディショナ１は中間リンク電圧一定モードで動作する。ＰＶ特性によると入力電力が４００Ｗになるときの電圧は２００Ｖであるため、中間リンク電圧一定モードにより動作電圧が２００Ｖになるように制御する。

その後、負荷の消費電力が４００Ｗから８００Ｗに増加したとする。すると、出力電力のほうが入力電力よりも大きくなるため、中間リンク電圧は減少する。制御モード判定部１４２は、中間リンク電圧を監視し、中間リンク電圧が第１の閾値未満まで減少した場合には、中間リンク電圧一定モードをＭＰＰＴモードに切り替える。ＭＰＰＴモードに切り替えることにより、直流入力電源１０から最大の電力を得ることができる。ただし、図６に示す例では、直流入力電源１０の最大電力が８００Ｗには満たないため、不足分の電力は他の直流入力電源１０が補充する。

続いて、負荷の消費電力が８００Ｗから４００Ｗに減少したとする。すると、入力電力のほうが出力電力よりも大きくなるため、中間リンク電圧は増加する。制御モード判定部１４２は、中間リンク電圧を監視し、中間リンク電圧が第２の閾値以上まで増加した場合には、ＭＰＰＴモードを中間リンク電圧一定モードに切り替える。

中間リンク電圧一定モードからＭＰＰＴモードへの切り替えは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ごとに異なるタイミングで行うのが好適である。このため、中間リンク電圧一定モードをＭＰＰＴモードに切り替えるか否かを判定するための第１の閾値をＤＣ／ＤＣコンバータ１１ごとに異なるようにする。以下、この方法を、切り替えタイミングの第１の調整方法と称する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の第１の閾値は共通にしておき、中間リンク電圧が第１の閾値未満になってからＭＰＰＴモードの制御に切り替わるまでの時間を、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ごとに異なるようにしてもよい。以下、この方法を、切り替えタイミングの第２の調整方法と称する。また、中間リンク電圧一定モードにおける目標電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ１１ごとに異なるようにしてもよい。以下、この方法を、切り替えタイミングの第３の調整方法と称する。

図７及び図８は、パワーコンディショナ１の自立運転時の制御を、切り替えタイミングの第１の調整方法により行う例を示す図である。（ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−１に対する第１の閾値）＞（ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−２に対する第１の閾値）＞（ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−３に対する第１の閾値）とすると、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−１、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−２、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−３の順に中間リンク電圧一定モードからＭＰＰＴモードに切り替わる。

図７に示す例では、最初はＤＣ／ＤＣコンバータ１１−１，１１−２，１１−３は全て中間リンク電圧一定モードで動作しており、負荷の消費電力と直流入力電源１０の発電電力とが等しくなっている。その後、負荷の消費電力が増加すると、中間リンク電圧は減少する。中間リンク電圧がＤＣ／ＤＣコンバータ１１−１の第１の閾値未満となると、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−１の動作モードは中間リンク電圧一定モードからＭＰＰＴモードに切り替わる。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−１がＭＰＰＴモードで動作することにより入力電源１０の発電電力が増加し、負荷の消費電力まで発電可能となると、中間リンク電圧は増加し、やがて一定値となる。

図８に示す例も、図７と同様に、（ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−１に対する第１の閾値）＞（ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−２に対する第１の閾値）＞（ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−３に対する第１の閾値）とし、最初はＤＣ／ＤＣコンバータ１１−１，１１−２，１１−３は全て中間リンク電圧一定モードで動作しており、負荷の消費電力と直流入力電源１０の発電電力とが等しくなっている。その後、負荷の消費電力が増加すると、中間リンク電圧は減少する。図８に示す例では、図７に示した例よりも負荷の消費電力の増加量が大きいものとする。

中間リンク電圧がＤＣ／ＤＣコンバータ１１−１の第１の閾値未満となると、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−１の動作モードは中間リンク電圧一定モードからＭＰＰＴモードに切り替わる。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−１がＭＰＰＴモードで動作することにより直流入力電源１０の発電電力が増加しても、負荷の消費電力まで発電可能とならない場合には、図８に示すように中間リンク電圧はさらに減少する。中間リンク電圧がＤＣ／ＤＣコンバータ１１−２の第１の閾値未満となると、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−２の動作モードも中間リンク電圧一定モードからＭＰＰＴモードに切り替わる。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−１及びＤＣ／ＤＣコンバータ１１−２がＭＰＰＴモードで動作することにより直流入力電源１０が負荷の消費電力まで発電可能となると、中間リンク電圧は増加し、やがて一定値となる。

図９は、パワーコンディショナ１の自立運転時の制御を、切り替えタイミングの第２の調整方法により行う例を示す図である。図９に示す例では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の第１の閾値は共通であり、中間リンク電圧が第１の閾値未満になってからＭＰＰＴモードの制御に切り替わるまでの切替待機時間が、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−１，１１−２，１１−３の順に長くなるように設定する。

図９においても、最初はＤＣ／ＤＣコンバータ１１−１，１１−２，１１−３は全て中間リンク電圧一定モードで動作しており、負荷の消費電力と直流入力電源１０の発電電力とが等しくなっている。その後、負荷の消費電力が増加すると、中間リンク電圧は減少する。中間リンク電圧がＤＣ／ＤＣコンバータ１１の第１の閾値未満となると、各ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、それぞれの所定の切替待機時間が経過するまで、中間リンク電圧一定モードを維持する。

図９に示す例では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−１の所定の切替待機時間の経過後に、中間リンク電圧が第１の閾値未満であるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−１の動作モードは中間リンク電圧一定モードからＭＰＰＴモードに切り替わる。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−２の所定の切替待機時間の経過後も、中間リンク電圧が第１の閾値未満であるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−２の動作モードも中間リンク電圧一定モードからＭＰＰＴモードに切り替わる。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−１及び１１−２がＭＰＰＴモードで動作することにより直流入力電源１０が負荷の消費電力まで発電可能となると、中間リンク電圧は増加し、やがて一定値となる。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−３の所定の切替待機時間の経過後には、中間リンク電圧は第１の閾値以上になっているので、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−３の動作モードは中間リンク電圧一定モードを維持することとなる。

パワーコンディショナ１の自立運転時の制御を、切り替えタイミングの第３の調整方法により行う例については図示していないが、例えばＤＣ／ＤＣコンバータ１１−１の中間リンク電圧一定モードにおける目標電圧を２５０Ｖとし、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−２の中間リンク電圧一定モードにおける目標電圧を２４９Ｖとし、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−３の中間リンク電圧一定モードにおける目標電圧を２４８Ｖとすることで、同様に中間リンク電圧一定モードからＭＰＰＴモードに切り替わるタイミングをＤＣ／ＤＣコンバータ１１ごとにずらすことができる。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータは、自らの目標電圧より低い目標電圧を持つ他のＤＣ／ＤＣコンバータの出力が予め定めた電力を超えたときに、動作モードを中間リンク電圧一定モードからＭＰＰＴモードに切り替えてもよい。

図１０は、自立運転時の各直流入力電源１０の発電電力を示す図である。図１０に示す例では、直流入力電源１０−１の最大発電電力を２５０Ｗ、直流入力電源１０−２の最大発電電力を１５０Ｗ、直流入力電源１０−３の最大発電電力を２００Ｗとする。負荷の消費電力が２００Ｗである場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−１は中間リンク電圧一定モードで動作して、直流入力電源１０−１により２００Ｗを発電する。直流入力電源１０−２，１０−３は発電しない。

負荷の消費電力が３３０Ｗになった場合には、上述した調整方法により、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−１は中間リンク電圧一定モードからＭＰＰＴモードへの切り替わり、直流入力電源１０−１により２５０Ｗを発電する。足りない８０Ｗについては、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−２が中間リンク電圧一定モードで動作して、直流入力電源１０−２により８０Ｗを発電する。直流入力電源１０−３は発電しない。

負荷の消費電力が５２０Ｗになった場合には、上述した調整方法により、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−２も中間リンク電圧一定モードからＭＰＰＴモードへの切り替わり、直流入力電源１０−２により１５０Ｗを発電する。足りない１２０Ｗについては、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−３が中間リンク電圧一定モードで動作して、直流入力電源１０−３により１２０Ｗを発電する。

このように、本発明に係るパワーコンディショナ１は、自立運転を行う際に、中間リンク電圧（電力変換器１３，１６の入力電圧）の変動に応じて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の出力電圧を目標電圧に制御する中間リンク電圧一定モードと、直流入力電源１０の出力電力が最大になるように制御するＭＰＰＴモードとを個別に切り替える。

自立運転時に全てのＤＣ／ＤＣコンバータ１１がＭＰＰＴモードに切り替わってしまうと、負荷の消費電力と直流入力電源１０発電のバランスが崩れてしまう。また、自立運転時に全てのＤＣ／ＤＣコンバータ１１が中間リンク電圧一定モードのままだと、直流入力電源１０は最大電力で発電することができない。負荷の消費電力に追従しようとしてある直流入力電源１０が最大電力点を乗り越えると、その直流入力電源１０の発電電力が減少し、他の直流入力電源１０が連鎖的に最大電力点を乗り越えるため、最終的に発電電力不足で停止するおそれがある。

しかし、本発明では、あるＤＣ／ＤＣコンバータ１１がＭＰＰＴモードで動作して、該ＤＣ／ＤＣコンバータ１１に接続された直流入力電源１０を最大電力で発電させるとともに、他のＤＣ／ＤＣコンバータ１１は中間リンク電圧一定モードで動作して、負荷の消費電力に合わせて直流入力電源１０の発電電力を調整することができる。そのため、発電電力を効率良く、且つ安定して利用することが可能となる。また、自立運転時に、従来の制御と比較して、消費電力の大きい負荷を動かすことができる。

上述の実施形態は、代表的な例として説明したが、本発明の趣旨および範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

１パワーコンディショナ
１０直流入力電源（太陽電池ストリング）
１１ＤＣ／ＤＣコンバータ
１２中間リンクコンデンサ
１３インバータ
１４制御部
１５交流入力機器
１６ＤＣ／ＤＣコンバータ
１７直流入力機器
１８スイッチング素子
１９入力電圧センサ
２０入力電流センサ
２１中間リンク電圧センサ
１４１デューティ比制御部
１４２制御モード判定部
１４３ＭＰＰＴ制御部
１４４中間リンク電圧一定制御部
１４５入力電圧制御部
１４６クロック生成部
１４７ＰＷＭユニット

Claims

直流入力電源の電圧変換を行う複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、該複数のＤＣ／ＤＣコンバータに接続される電力変換器とを備えるパワーコンディショナであって、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、電力系統から解列して独自に電力供給可能とする自立運転時において、前記電力変換器の入力電圧の変動に応じて、当該ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を目標電圧に制御する中間リンク電圧一定モードと、前記直流入力電源の出力電力が最大になるように制御するＭＰＰＴモードとを個別に切り替えることを特徴とするパワーコンディショナ。
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記電力変換器の入力電圧が第１の閾値未満になった場合は前記ＭＰＰＴモードの制御に切り替え、前記電力変換器の入力電圧が第２の閾値以上になった場合は前記中間リンク電圧一定モードの制御に切り替えることを特徴とする、請求項１に記載のパワーコンディショナ。
前記第１の閾値は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータごとに異なることを特徴とする、請求項２に記載のパワーコンディショナ。
前記第１の閾値は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータで共通であり、前記電力変換器の入力電圧が前記第１の閾値未満になってから前記ＭＰＰＴモードの制御に切り替わるまでの時間が、前記ＤＣ／ＤＣコンバータごとに異なることを特徴とする、請求項２に記載のパワーコンディショナ。
前記中間リンク電圧一定モードにおける前記目標電圧は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータごとに異なることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のパワーコンディショナ。
前記電力変換器は、双方向コンバータを含むことを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のパワーコンディショナ。
直流入力電源の電圧変換を行う複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、該複数のＤＣ／ＤＣコンバータに接続される電力変換器とを備えるパワーコンディショナを制御する方法であって、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータにより、電力系統から解列して独自に電力供給可能とする自立運転時において、前記電力変換器の入力電圧の変動に応じて、当該ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を目標電圧に制御する中間リンク電圧一定モードと、前記直流入力電源の出力電力が最大になるように制御するＭＰＰＴモードとを切り替えるステップを含むことを特徴とするパワーコンディショナの制御方法。