JP2015027238A - 電源機器判定装置、電源機器判定方法及び電力変換装置 - Google Patents

電源機器判定装置、電源機器判定方法及び電力変換装置 Download PDF

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Abstract

【課題】ＤＣリンクを採用した電力変換装置において、接続されている電源機器の種類を自動で判定するための判定装置及び判定方法を提供する。【解決手段】複数の電源機器を接続可能な複数の接続部と、複数の接続部に直列接続される複数の電圧変換部と、複数の電圧変換部通過後の各出力電圧値を測定する電圧測定部と、複数の電圧変換部の昇圧比を同一とした時の電圧測定部による電圧測定結果に基づき複数の電源機器を判定する手段を有する制御部とを備える判定装置により、接続された電源機器を自動判定する。【選択図】図１

Description

本発明は、電源機器の種類を判定するための電源機器判定装置、電源機器判定方法及びそれらを備えた電力変換装置に関するものである。
電力制御システムにおいて、太陽電池、蓄電池、燃料電池、風力発電機及び水力発電機などの複数の電源機器を一元的に管理・運用することが求められている。特に近年、制御の容易化、効率の向上、コストダウン等の観点から各電源機器を直流電力のままで繋ぐＤＣリンクシステムが提案されている。これは、太陽電池、燃料電池等からの電力を直流電力のままリンクさせ、直接蓄電池に充電し、１つのインバータを使って交流電力に変換し負荷に供給するシステムである。従来のように電源機器ごとに出力をインバータで変換する必要がないため変換ロスが少なく効率の向上が見込める他、システムが簡素になりコストダウンが実現できる。また直流電力をリンクさせるので電力の制御も容易になる等の利点がある。
特開２００２−２１８６５４号公報
このＤＣリンクシステムに接続する複数の電源機器は通常、機器ごとに出力電圧が異なる。従って直流電力のままでこれらの機器の出力を接続してＤＣリンクシステムを構成するためには、複数の電源機器からの出力を同一の電圧まで昇圧しなければならない。ところが、従来の電力制御システムにおいては、どのような電源機器がシステムに接続されているのかを自動判定することが困難であった。従って特許文献１のような電力制御システムにおいて、利用者はシステムに接続される複数の電源機器からの出力電力を負荷に合った電力に変換するために機器ごとに個別に設定を行う必要があった。
そして、このＤＣリンクシステムにおいても、利用者は接続されている電源機器の種類を個別に確認し、その機器の種類に対応する昇圧比で出力電圧を昇圧するようにＤＣ／ＤＣ変換器の設定を行う必要があった。
上述した点に鑑みてなされた本発明の目的は、ＤＣリンクを採用した電力変換装置において、接続されている電源機器を自動で判定するための判定装置を提供することである。
上述した諸課題を解決すべく、本発明に係る電源機器の判定装置は、
複数の電源機器を接続可能な電源機器の判定装置であって、
前記複数の電源機器を接続可能な複数の接続部と、
前記複数の接続部に直列接続される複数の電圧変換部と、
前記複数の電圧変換部通過後の各出力電圧値を測定する電圧測定部と、
前記複数の電圧変換部の昇圧比を同一とした時の前記電圧測定部による電圧測定結果に基づき、前記複数の電源機器を判定する手段を有する制御部と
を備えることを特徴とする。
また、前記制御部は、前記複数の電圧変換部の昇圧比を同一とした時の前記電圧測定部による前記電圧測定結果に基づき、前記複数の電源機器を判定する機器判定モードと、前記複数の電圧変換部の昇圧比を個別制御する定常動作モードとを切り替えることが好ましい。
また、前記制御部は、前記機器判定モードによる前記複数の電源機器の判定結果に基づいて、前記複数の電圧変換部の昇圧比の個別制御を行うことが好ましい。
また、前記制御部は、前記定常動作モードにおける前記複数の電圧変換部の出力電圧が同一になるように前記複数の電圧変換部の昇圧比の個別制御を行うことが好ましい。
また、前記複数の電圧変換部からの出力電力の連結をＯＮ／ＯＦＦする為の連結スイッチを更に有し、
前記制御部は、前記機器判定モードにおいて前記連結スイッチをＯＦＦ状態とし、前記定常動作モードにおいて前記連結スイッチをＯＮ状態とすることが好ましい。
また、前記複数の電源機器の判定は、前記複数の電源機器の種類の特定であることが好ましい。
また、前記複数の電源機器の判定は、前記複数の電源機器の最適昇圧比の決定であることが好ましい。
さらに、上述した諸課題を解決すべく、本発明に係る電力変換装置は、
複数の電源機器を接続可能な電力変換装置であって、
前記複数の電源機器を接続可能な複数の接続部と、
前記複数の接続部に直列接続される複数の電圧変換部と、
前記複数の電圧変換部通過後の各出力電圧値を測定する電圧測定部と、
前記複数の電圧変換部の昇圧比を同一とした時の前記電圧測定部による電圧測定結果に基づき、前記複数の電源機器を判定する機器判定モードと、前記複数の電圧変換部の昇圧比を個別制御する定常動作モードとを切り替え可能に制御する制御部と
を備えることを特徴とする。
さらに、上述した諸課題を解決すべく、本発明に係る電源機器の判定方法は、
複数の電源機器を接続可能な電源機器の判定方法であって、
前記複数の電源機器の出力電力を同一の昇圧比で電圧変換を行う第１の電圧変換ステップと、
前記第１の電圧変換ステップにより電圧変換された電圧変換部通過後の各出力電圧値を測定する電圧測定ステップと、
前記電圧測定ステップにより測定された各出力電圧値に基づいて、前記複数の電源機器を判定する判定ステップと
を有することを特徴とする。
また、前記判定ステップによる電源機器の判定情報に基づき、前記複数の電圧変換部の昇圧比を個別制御する第２の電圧変換ステップを更に有することが好ましい。
本発明によれば、ＤＣリンクを採用した電力変換装置において、接続される複数の電源機器を自動で判定しＤＣ／ＤＣ変換後の出力電圧が同一になるように制御することが可能となる。
本発明の第１の実施形態に係る電源機器判定装置及び電力変換装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る電源機器判定装置の機器判定モードの動作手順を示すフローチャート図である。 本発明の第１の実施形態に係る電源機器判定装置における、出力電圧から電源機器を判定する手順を示すフローチャート図である。 本発明の第１の実施形態に係る電源機器判定装置の定常動作モードの動作手順を示すフローチャート図である。 本発明の第２の実施形態に係る電源機器判定装置及び電力変換装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る電源機器判定装置の機器判定モードの動作手順を示すフローチャート図である。 本発明の第２の実施形態に係る電源機器判定装置における、出力電圧から電源機器を判定する手順を示すフローチャート図である。 本発明の第２の実施形態に係る電源機器判定装置の定常動作モードの動作手順を示すフローチャート図である。 本発明の第３の実施形態に係る電源機器判定装置の機器判定モードの動作手順を示すフローチャート図である。 本発明の第３の実施形態に係る電源機器判定装置の定常動作モードの動作手順を示すフローチャート図である。 本発明の第３の実施形態に係る電源機器判定装置における機器判定モードから定常動作モードへの移行を示す図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電源機器判定装置１００を含む電力変換装置１０５の構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る電源機器判定装置１００は、複数の電源機器を接続するための電源機器接続部１０１と、各電源機器からの出力電圧を測定するための電圧測定部１０２と、各構成要素を制御するための制御部１０３とを有する。また、電力変換装置１０５は、負荷と接続するための負荷接続部１０４を更に備える。
まず、電源機器接続部１０１の構成及び動作について説明する。電源機器接続部１０１は、各電源機器１ａ〜１ｅを接続するための電源機器接続端子２ａ〜２ｅ及び各電源機器から入力された電力に対してＤＣ／ＤＣ変換を行うための電圧変換器３ａ〜３ｅを備える。電圧変換器により昇圧又は降圧された電力は、電圧測定部１０２内の電圧測定器４ａ〜４ｅに出力される。
電源機器接続端子２ａ〜２ｅは、各電源機器と本発明の電力変換装置との間で電力の入出力を行うための電力端子の他、制御部１０３が各電源機器の制御を行うための制御信号端子を備えることができる。本実施形態においては、電源機器接続端子２ａ〜２ｃには、それぞれ電源機器１ａ〜１ｃ（太陽電池）が接続される。また、電源機器接続端子２ｄには電源機器１ｄ（燃料電池）が接続される。電源機器接続端子２ｅには電源機器１ｅ（蓄電池）が接続される。
なお、太陽電池は太陽光のエネルギーを直流電力に変換するものであり、例えば光電変換セルを多数直列に接続し、太陽光が照射されたときに所定の電流を出力するように構成される。本実施形態において電源機器接続端子２ａ〜２ｃに接続する太陽電池は、シリコン系多結晶太陽電池を使用しているが、これに限定されるものではなく、シリコン系単結晶太陽電池、あるいはＣＩＧＳ等の薄膜太陽電池等、光電変換可能なものであればよく、太陽電池の種類によっては制限されない。
燃料電池は、水素を燃料に用いて空気中の酸素との化学反応により直流電力を発電するものである。電解質に用いる物質によって固体酸化物形燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell）や固体高分子形燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell）等に分類されるが、本実施形態ではその種類によっては制限されない。
本実施形態に用いられる蓄電池は、リチウムイオン電池であるが、ニッケル水素電池等の他の種類の蓄電池も使用することができる。また、蓄電池単体の他、電気自動車（ＥＶ）やプラグインハイブリッド車（ＰＨＶ）に搭載されている蓄電池に対して充電を行うことも可能である。
なお、電源機器接続端子２ａ〜２ｅに接続する電源機器は、太陽電池、燃料電池及び蓄電池を含むほか、風力発電機、小型水力発電機など、交流電力を整流して出力するものを含んでもよい。
電圧変換器３ａ〜３ｅは、各電源機器の出力電圧に対して制御部１０３からの制御信号１１に基づいて所定の昇圧比でＤＣ／ＤＣ変換を行う。なお、本明細書において、昇圧比とは、各電圧変換器３ａ〜３ｅにおける直流入力電圧値に対する直流出力電圧値の比を指すものとする。
次に電圧測定部１０２の構成及び動作について説明する。電圧測定部１０２は、電圧変換器３ａ〜３ｅから出力された直流電力の電圧を測定するための電圧測定器４ａ〜４ｅを備える。本実施形態においては、各電圧変換器３ａ〜３ｅの出力電圧を個別の電圧測定器４ａ〜４ｅで測定するように構成される。
次に制御部１０３の構成及び動作について説明する。制御部１０３は、図１に示す制御信号１１により、電源機器１ａ〜１ｅ、電圧変換器３ａ〜３ｅ、電圧測定器４ａ〜４ｅ、後述する負荷接続部１０４内のインバータ６、スイッチ７ａ，７ｂ、負荷９と通信可能に構成され、これらの構成要素の各種制御が可能である。具体的には、電源機器１ａ〜１ｅのＯＮ／ＯＦＦ制御、電圧変換器３ａ〜３ｅの昇圧比の設定、電圧測定器４ａ〜４ｅの制御及び測定値の読み出し、インバータ６の設定、スイッチ７ａ，７ｂの制御、負荷９のＯＮ／ＯＦＦ制御等が可能である。
なお、本実施形態において、制御部１０３が各構成要素を制御するための制御信号１１の経路を図１中に実線により示したが、この制御信号の伝送は有線による通信を用いても良いし、無線通信を用いることもできる。
次に負荷接続部１０４の構成及び動作について説明する。この負荷接続部１０４は、本発明の電源機器判定装置１００には含まれないが、本発明の電力変換装置１０５に含まれる。負荷接続部１０４は、電圧測定部１０２から供給される直流電力を変換するインバータ６、並びにインバータ６の出力を負荷９に接続する負荷接続端子８ａを備える。
インバータ６は、電圧測定部１０２からの電力を負荷９に対応した単相３線の交流２００Ｖに変換する。交流２００Ｖに変換された電力は、負荷接続端子８ａに接続された負荷９に供給する。インバータ６は、制御部１０３からの制御信号１１を基に、上述のように接続された負荷に対応した最適な電力への変換を行う。
負荷接続端子８ａは、負荷９との間で電力の入出力を行うための電力端子の他、制御部１０３が負荷９の制御を行い得るように制御信号端子を備えることができる。本実施形態においては、負荷接続端子８ａには、単相３線の交流２００Ｖで動作する負荷９が接続される。ここで負荷９は、交流２００Ｖの単相３線のうちの中性相を含む２線を引き出して供給する交流１００Ｖ駆動の負荷であり、冷蔵庫、非常用電灯、給湯システム又は家庭用ネットワークサーバーなどの停電を極力回避すべき電気製品の他、ドライヤー、家庭用ゲーム機又は音楽鑑賞用オーディオシステムなどの家庭用一般負荷などが挙げられる。
負荷９への電力の供給は、図１に示すように、スイッチ７ａ及び７ｂを切り替えることにより、負荷接続端子８ｂに接続した商用電源系統１０からの供給と、インバータ６からの供給とを切り替え可能に構成する。なお、この切り替えは制御部１０３が監視する商用電源系統１０及びインバータ６の出力電圧等に基づいて行われる。
次に、第１の実施形態における、電源機器の種類を判定するための機器判定モードと、その後の定常動作モードについて、以下に個別に説明する。
（機器判定モードの動作）
機器判定モードにおいて、電源機器接続部１０１内の電圧変換器３ａ〜３ｅは、同一の昇圧比で電源機器１ａ〜１ｅの出力電力を昇圧する。本実施形態においては、電源機器１ａ〜１ｅの出力電力を順次同一の昇圧比１．２で昇圧し、その出力電力を電圧測定器４ａ〜４ｅに入力する。なお、この機器判定モードにおける昇圧比は、１以上２以下の任意の値を設定することができる。
図２は、第１の実施形態における、電源機器判定の手順をフローチャートにより示す。まず、電源機器判定装置１００の制御部１０３は、機器判定モード開始の後、電源機器１ａ〜１ｅをＯＮ状態にする（Ｓ１０１）。次に制御部１０３は電源機器１ａの出力電力のみを電圧変換器３ａにより昇圧する（Ｓ１０２）。この時、電圧変換器３ｂ〜３ｅは動作させておらず、電圧変換器３ｂ〜３ｅのインバータ６入力側は開放されており、電圧変換器３ｂ〜３ｅの出力は電圧変換器３ａの出力電圧及び電圧測定器４ａの測定結果には何ら影響を与えない。制御部１０３は、ステップＳ１０２で昇圧を行った後、電圧測定器４ａにより電源機器１ａの昇圧後の出力電圧の測定を行い（Ｓ１０３）、その結果に基づいて電源機器１ａの判定を行う（Ｓ１０４）。
図３は、ステップＳ１０４における、電源機器１ａ〜１ｅの判定の手順をフローチャートにより詳細に示す。制御部１０３は、判定開始後、電圧測定器４ａによる電圧変換器３ａの出力電圧測定結果が表１に示す所定範囲Ａの範囲内であるかどうか判定し（Ｓ２０１）、所定範囲Ａの範囲内であると判断すると、電源機器１ａは「太陽電池」であると判定され（Ｓ２０２）、電源機器１ａの判定結果を制御部１０３内の記憶部１２に記憶し（Ｓ２０８）、判定は終了する。
Figure 2015027238
次に制御部１０３は電源機器１ｂの出力電力のみを電圧変換器３ｂにより昇圧する（Ｓ１０５）。ステップＳ１０２と同様に、電圧変換器３ａ及び３ｃ〜３ｅは動作させておらず、電圧変換器３ａ及び３ｃ〜３ｅのインバータ６入力側は開放されており、電圧変換器３ａ及び３ｃ〜３ｅの出力は電圧変換器３ｂの出力電圧及び電圧測定器４ｂの測定結果には何ら影響を与えない。これは、以下に説明する電源機器１ｃ〜１ｅの判定においても同様である。制御部１０３は、ステップＳ１０５で昇圧を行った後、電圧測定器４ｂにより電源機器１ｂの昇圧後の出力電圧の測定を行い（Ｓ１０６）、その結果に基づいて電源機器１ｂの判定を行う（Ｓ１０７）。
制御部１０３は、電圧測定器４ｂによる電圧変換器３ｂの出力電圧測定結果が表１に示す所定範囲Ａの範囲内であるかどうか判定し（Ｓ２０１）、所定範囲Ａの範囲内であると判断すると、電源機器１ｂは「太陽電池」であると判定され（Ｓ２０２）、電源機器１ｂの判定結果を制御部１０３内の記憶部１２に記憶し（Ｓ２０８）、判定は終了する。なお、上記と同様の手順により電源機器１ｃについても「太陽電池」であると判定される。
次に制御部１０３は電源機器１ｄの出力電力のみを電圧変換器３ｄにより昇圧する（Ｓ１１１）。ステップＳ１０２と同様に、電圧変換器３ａ〜３ｃ及び３ｅは動作させておらず、電圧変換器３ａ〜３ｃ及び３ｅのインバータ６入力側は開放されており、電圧変換器３ａ〜３ｃ及び３ｅの出力は電圧変換器３ｄの出力電圧及び電圧測定器４ｄの測定結果には何ら影響を与えない。制御部１０３は、ステップＳ１１１で昇圧を行った後、電圧測定器４ｄにより電源機器１ｄの昇圧後の出力電圧の測定を行い（Ｓ１１２）、その結果に基づいて電源機器１ｄの判定を行う（Ｓ１１３）。
制御部１０３は、電圧測定器４ｄによる電圧変換器３ｄの出力電圧測定結果が表１に示す所定範囲Ａの範囲内であるかどうか判定し（Ｓ２０１）、所定範囲Ａの範囲内ではないと判断すると、次に所定範囲Ｂの範囲内であるかどうか判定し（Ｓ２０３）、所定範囲Ｂの範囲内ではないと判断すると、次に所定範囲Ｃの範囲内であるかどうか判定する（Ｓ２０５）。ここで所定範囲Ｃの範囲内であると判断すると、電源機器１ｄは「燃料電池」であると判定され（Ｓ２０６）、電源機器１ｄの判定結果を制御部１０３内の記憶部１２に記憶し（Ｓ２０８）、判定は終了する。なお、ステップＳ２０５で所定範囲Ｃの範囲内に無いと判断すると、想定している電源機器の接続は無いと判定し（Ｓ２０７）、判定結果を制御部１０３内の記憶部１２に記憶し（Ｓ２０８）、判定を終了する。
次に制御部１０３は電源機器１ｅの出力電力のみを電圧変換器３ｅにより昇圧する（Ｓ１１４）。ステップＳ１０２と同様に、電圧変換器３ａ〜３ｄは動作させておらず、電圧変換器３ａ〜３ｄのインバータ６入力側は開放されており、電圧変換器３ａ〜３ｄの出力は電圧変換器３ｅの出力電圧及び電圧測定器４ｅの測定結果には何ら影響を与えないように構成される。制御部１０３は、ステップＳ１１４で昇圧を行った後、電圧測定器４ｅにより電源機器１ｅの昇圧後の出力電圧の測定を行い（Ｓ１１５）、その結果に基づいて電源機器１ｅの判定を行う（Ｓ１１６）。
制御部１０３は、電圧測定器４ｅによる電圧変換器３ｅの出力電圧測定結果が表１に示す所定範囲Ａの範囲内であるかどうか判定し（Ｓ２０１）、所定範囲Ａの範囲内ではないと判断すると、次に所定範囲Ｂの範囲内であるかどうか判断する（Ｓ２０３）。ここで所定範囲Ｂの範囲内であると判断すると、電源機器１ｅは「蓄電池」であると判定され（Ｓ２０４）、電源機器１ｅの判定結果を制御部１０３内の記憶部１２に記憶し（Ｓ２０８）、判定は終了する。
制御部１０３は、全ての電源機器の判定を終えると、機器判定モードを終了する。なお、表１において、太陽電池の出力電圧に対応する所定範囲Ａの範囲が、蓄電池に対応する所定範囲Ｂ及び燃料電池に対応する所定範囲Ｃの範囲よりも広く設定されているが、これは太陽電池が、日光の照射量変動に依存して出力が変動し易いためである。
（定常動作モードの動作）
次に、第１の実施形態における定常動作モードについて、以下に説明する。なお、定常動作モードについては、負荷接続部１０４及び負荷９の制御も含む電力変換装置１０５全体の動作について説明する。
定常動作モードにおいて、電源機器接続部１０１内の電圧変換器３ａ〜３ｅは、機器判定モードにより得た判定結果に基づき、電源機器１ａ〜１ｅに対応した個別の昇圧比で出力電力を昇圧する。図４は、第１の実施形態における、定常動作モードの動作手順をフローチャートにより示す。
図４において、定常動作モードを開始すると、制御部１０３は、機器判定モードを通じて得た機器判定結果を制御部１０３内の記憶部１２から読み出す（Ｓ３０１）。この読み出された機器判定結果に基づき、制御部１０３は、電圧変換器３ａ〜３ｅに対し、表２に記載の昇圧比の設定を行う（Ｓ３０２）。例えば、ステップＳ３０２で読み出された電源機器１ａ〜１ｃの判定結果はいずれも「太陽電池」であるため、制御部１０３は、表２の対応表に基づき電源機器１ａ〜１ｃに対応した電圧変換器３ａ〜３ｃの昇圧比として１．２５を設定する。同様にステップＳ３０１で読み出された電源機器１ｄの判定結果は「燃料電池」であるため、制御部１０３は、表２の対応表に基づき電源機器１ｄに対応した電圧変換器３ｄの昇圧比として１．８８を設定する。更にステップＳ３０１で読み出された電源機器１ｅの判定結果は「蓄電池」であるため、制御部１０３は、表２の対応表に基づき電源機器１ｅに対応した電圧変換器３ｅの昇圧比として１．５８を設定する。これらの昇圧比の設定により、電圧変換器３ａ〜３ｅからの各電源機器の出力電圧は理論上ＤＣリンク電圧である直流３００Ｖとなる。
Figure 2015027238
次に制御部１０３は、インバータ６が直流３００Ｖの入力電力を単相交流２００Ｖの電力に変換するようにインバータ６の設定を行う（Ｓ３０３）。なお、図１に示すように、本実施形態においてインバータ６、スイッチ７ａ，７ｂ、負荷接続端子８ａ，８ｂは本発明の電源機器判定装置には含まれず、本発明の電力変換装置に含まれるものとして記載しているが、電源機器判定装置にこれらを含むように構成しても良い。
次に制御部１０３は、電源機器１ａ〜１ｅからの出力を開始する（Ｓ３０４）と共に、電圧変換器３ａ〜３ｅからの出力電力が直流約３００Ｖになっていることを確認する。電圧変換器３ａ〜３ｅからの出力電力はＤＣリンクされインバータ６に入力される。また制御部１０３は、インバータ６通過後の電圧の監視も行い、所定の交流２００Ｖが得られていることを確認した後、スイッチ７ａをＯＮ状態にして負荷９への電力供給を開始する（Ｓ３０５）。
なお、制御部１０３は、ハードウエアで構成しても良いし、ＣＰＵによりプログラムを実行させることにより機能を実現しても良い。
なお、本実施形態において、電圧変換器３ａ〜３ｅの出力電圧を各々個別の電圧測定器４ａ〜４ｅで測定するように構成したが、本発明はこれに限定されない。例えば単一の電圧測定器４のみを備え、図２のステップＳ１０３，Ｓ１０６，Ｓ１０９，Ｓ１１２，Ｓ１１５となるタイミングで電圧測定器４が電圧変換器３ａ〜３ｅの出力電圧を順次測定可能なように、制御部１０３が電圧測定器４への入力をマルチプレクサにより切り替え可能に構成しても良い。
なお、本実施形態におけるインバータ６は制御部１０３により出力電圧の制御を行う旨記載したが、本発明はこれに限定されず、予め決められた出力電圧になるようにセットアップされていても良い。
なお、本実施形態において、交流電力出力として、単相３線交流２００Ｖを負荷接続端子８ａから出力する構成としているが、業務用の冷蔵庫やエアコン、工場でのモーター駆動等には三相３線２００Ｖがよく用いられるため、インバータ６に代えて三相２００Ｖに変換するためのインバータ６’を配置しても良い。
なお、本実施形態においては、接続する負荷として日本国内で使用可能な電気機器を想定して記載したが、日本国外で使用可能な電気機器の使用を考慮して適宜変更をなし得る。例えば、制御部１０３が交流２２０〜２４０Ｖを出力するようにインバータ６を制御しても良いし、インバータ６の代わりに交流２２０〜２４０Ｖを出力可能なインバータ６”を配置しても良く、これによりアジア、オセアニア及びヨーロッパ地域で使用可能な電気機器を接続可能に構成することも可能である。
以上、本発明の第１の実施形態によれば、接続された電源機器の種類を機器判定モードにより自動的に判定し、その判定結果に基づいて定常動作モードにおいて各電源機器の出力電力に対する昇圧比を自動で設定するように構成した。これにより利用者は接続されている電源機器の種類を個別に確認したり、その機器の種類に対応する昇圧比で出力電圧を昇圧するようにＤＣ／ＤＣ変換器の設定を手動で行うことが不要となる。また、電源機器の電圧監視は定常動作時においても常時行うものであり、その電圧監視に用いる電圧測定器４ａ〜４ｅを利用して電源機器の種類を判定できるように構成したので、何ら特別な回路を付加すること無く電源機器の判定を行うことができる。
（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係る電源機器判定装置１１０を含む電力変換装置１１３の構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る電源機器判定装置１１０は、複数の電源機器を接続するための電源機器接続部１０１と、各電源機器からの出力電圧を測定するための電圧測定部１１１と、各構成要素を制御するための制御部１１２とを備える。また、電力変換装置１１３は、負荷と接続するための負荷接続部１０４を更に備える。
なお、電源機器接続部１０１、負荷接続部１０４の構成は本発明の第１の実施形態と同一であるので再度の詳細な説明は省略し、ここでは第１の実施形態と構成が異なる電圧測定部１１１及び制御部１１２について説明する。
まず、電圧測定部１１１の構成及び動作について説明する。電圧測定部１１１は、電圧変換器３ａ〜３ｅから出力された直流電力の電圧を測定するための電圧測定器４ａ〜４ｅを備えるが、本実施形態においては、電圧変換器３ａ〜３ｅの後段、且つインバータ６の前段に連結スイッチ５ａ〜５ｅを更に備える。この連結スイッチ５ａ〜５ｅは制御部１１２により制御され、機器判定モード時にはＯＦＦ状態とされ、昇圧後の電源機器出力の電圧を個別に監視できるようにする。一方、定常動作モード時には連結スイッチ５ａ〜５ｅはＯＮ状態とされ、インバータ６の前段で各電源機器出力がＤＣリンクされ、インバータ６に入力するように制御される。
次に制御部１１２の構成及び動作について説明する。制御部１１２は、図５に示す制御信号１１により、電源機器１ａ〜１ｅ、電圧変換器３ａ〜３ｅ、電圧測定器４ａ〜４ｅ、連結スイッチ５ａ〜５ｅ、インバータ６、スイッチ７ａ，７ｂ、負荷９と通信可能に構成され、これら構成要素の各種制御が可能である。具体的には、電源機器１ａ〜１ｅのＯＮ／ＯＦＦ制御、電圧変換器３ａ〜３ｅの昇圧比の設定、電圧測定器４ａ〜４ｅの制御及び測定値の読み出し、連結スイッチ５ａ〜５ｅの制御、インバータ６の設定、スイッチ７ａ，７ｂの制御、負荷９のＯＮ／ＯＦＦ制御等が可能である。
次に、第２の実施形態における、電源機器の種類を判定するための機器判定モードと、その後の定常動作モードについて、以下に個別に説明する。
（機器判定モードの動作）
機器判定モードにおいて、電源機器接続部１０１内の電圧変換器３ａ〜３ｅは、同一の昇圧比で電源機器１ａ〜１ｅの出力電力を昇圧する。本実施形態においては、例えば、電源機器１ａ〜１ｅの出力電力を同一の昇圧比１．２で昇圧し、その出力電力を電圧測定器４ａ〜４ｅに入力する。なお、この機器判定モードにおける昇圧比としては、１以上２以下の任意の値を設定することができる。
図６は、第２の実施形態における、電源機器判定の手順をフローチャートにより示す。電源機器判定装置１１０の制御部１１２は、機器判定モード開始の後、まず連結スイッチ５ａ〜５ｅをＯＦＦ状態とし、電圧変換器３ａ〜３ｅからの出力電力のＤＣリンクを解除する（Ｓ４０１）。次に制御部１１２は、電源機器１ａ〜１ｅの出力を一斉にＯＮ状態にし（Ｓ４０２）、電源機器１ａ〜１ｅの出力電力を電圧変換器３ａ〜３ｅにより昇圧する（Ｓ４０３）。制御部１１２は、ステップＳ４０３で昇圧を行った後、電圧測定器４ａ〜４ｅにより電源機器１ａ〜１ｅの昇圧後の出力電圧の測定を行い（Ｓ４０４）、その測定結果を制御部１１２内の記憶部１２に格納する（Ｓ４０５）。制御部１１２は、格納された出力電圧測定結果に基づいて電源機器１ａ〜１ｅの判定を行い（Ｓ４０６〜Ｓ４１０）、機器判定モードを終了する。
図７は、ステップＳ４０６〜Ｓ４１０における、電源機器１ａ〜１ｅの判定の手順をフローチャートにより詳細に示す。判定開始後、制御部１１２は、記憶部１２に格納されている対応する出力電圧測定結果を読み出す（Ｓ５０１）。次に読み出した出力電圧測定結果が表１に示す所定範囲Ａの範囲内であるかどうか判定し（Ｓ５０２）、所定範囲Ａの範囲内であると判断すると、電源機器は「太陽電池」であると判定され（Ｓ５０３）、電源機器１ａの判定結果を制御部１１２内の記憶部１２に記憶し（Ｓ５０９）、判定は終了する。所定範囲Ａの範囲内でないと判断すると、次に制御部１１２は、読み出した出力電圧測定結果が表１に示す所定範囲Ｂの範囲内であるかどうか判断し（Ｓ５０４）、所定範囲Ｂの範囲内であると判断すると、電源機器は「蓄電池」であると判定され（Ｓ５０５）、電源機器の判定結果を制御部１１２内の記憶部１２に記憶し（Ｓ５０９）、判定は終了する。所定範囲Ｂの範囲内でないと判断すると、次に制御部１１２は、読み出した出力電圧測定結果が表１に示す所定範囲Ｃの範囲内であるかどうか判断し（Ｓ５０６）、所定範囲Ｃの範囲内であると判断すると、電源機器は「燃料電池」であると判定され（Ｓ５０７）、電源機器の判定結果を制御部１１２内の記憶部１２に記憶し（Ｓ５０９）、判定は終了する。なお、読み出した出力電圧測定結果が所定範囲Ａ〜Ｃのいずれにも該当しない時は、接続無しと判断し（Ｓ５０８）、電源機器の判定結果を制御部１１２内の記憶部１２に記憶し（Ｓ５０９）、判定を終了する。
制御部１１２は、全ての電源機器の判定を終えると、機器判定モードを終了する。
（定常動作モードの動作）
次に、第２の実施形態における定常動作モードについて、以下に説明する。なお、定常動作モードについては、負荷接続部１０４及び負荷９の制御も含む電力変換装置１１３全体の動作について説明する。
定常動作モードにおいて、電源機器接続部１０１内の電圧変換器３ａ〜３ｅは、機器判定モードにより得た判定結果に基づき、電源機器１ａ〜１ｅに対応した個別の昇圧比で出力電力を昇圧する。図８は、第２の実施形態における、定常動作モードの動作手順をフローチャートにより示す。
図８において、定常動作モードを開始すると、制御部１１２は、機器判定モードを通じて得た機器判定結果を制御部１１２内の記憶部から読み出す（Ｓ６０１）。この読み出された機器判定結果に基づき、制御部１１２は、電圧変換器３ａ〜３ｅに対し、表２に記載の昇圧比の設定を行う（Ｓ６０２）。例えば、ステップＳ６０１で読み出された電源機器１ａ〜１ｃの判定結果はいずれも「太陽電池」であるため、制御部１１２は、表２の対応表に基づき電源機器１ａ〜１ｃに対応した電圧変換器３ａ〜３ｃの昇圧比として１．２５を設定する。同様にステップＳ６０１で読み出された電源機器１ｄの判定結果は「燃料電池」であるため、制御部１１２は、表２の対応表に基づき電源機器１ｄに対応した電圧変換器３ｄの昇圧比として１．８８を設定する。更にステップＳ６０１で読み出された電源機器１ｅの判定結果は「蓄電池」であるため、制御部１１２は、表２の対応表に基づき電源機器１ｅに対応した電圧変換器３ｅの昇圧比として１．５８を設定する。これらの昇圧比の設定により、電圧変換器３ａ〜３ｅからの各電源機器の出力電圧は理論上約３００Ｖとなる。
次に制御部１１２は電源機器からの電力の出力を開始する（Ｓ６０３）。ここで、例として電源機器１ａからの電力について説明すると、制御部は、ＤＣリンク電圧Ｖｄ（本実施形態では３００Ｖ）と電源機器１ａの昇圧後の出力電圧Ｖａｃの比を計算し、所定の閾値εに対して式（１）を満たすことを確認する（Ｓ６０４）。式（１）を満たさない場合には、Ｓ６０２で予め設定された昇圧比を修正する（Ｓ６０５）。具体的には、修正後の昇圧比をＲａｄ、修正前の昇圧比をＲａｃとした時に式（２）で表される昇圧比Ｒａｄとなるように昇圧比を変更する。以上の手順は、全ての電源機器の昇圧後の出力電圧Ｖａｃ〜Ｖｅｃが式（１）を満たすまで継続する。なお、式（１），（２）における添字ａは電源機器１ａについての関係式であることを示し、これを添字ｂ〜ｅに置き換えたものがそれぞれ電源機器１ｂ〜１ｅについての関係式を示すものとする。
｜Ｖｄ／Ｖａｃ−１｜＜ε 式（１）
Ｒａｄ＝Ｒａｃ×Ｖｄ／Ｖａｃ 式（２）
次に制御部１１２は、インバータ６への直流３００Ｖの入力電力を単相交流２００Ｖの電力に変換するようにインバータ６の設定を行う（Ｓ６０６）。なお、図５に示すように、本実施形態においてインバータ６、スイッチ７ａ，７ｂ、負荷接続端子８ａ，８ｂは本発明の電源機器判定装置には含まれず、本発明の電力変換装置に含まれるものとして記載しているが、電源機器判定装置にこれらを含むように構成しても良い。
次に制御部１１２は、連結スイッチ５ａ〜５ｅをＯＮ状態とし、インバータ６通過後の電圧の監視を行い、所定の交流２００Ｖが得られていることを確認した後、スイッチ７ａをＯＮ状態にして負荷９への電力供給を開始する（Ｓ６０８）。
以上、本発明の第２の実施形態によれば、電圧変換器３ａ〜３ｅの後段に連結スイッチ５ａ〜５ｅを設け、機器判定モード時においてはそれらの連結スイッチをＯＦＦ状態とするように構成したので、電圧変換器３ａ〜３ｅを同時に昇圧させても出力電力間の干渉がおこらず、迅速な電源機器判定が可能となる。更に、電源機器の昇圧後の出力電圧とＤＣリンク電圧との比から昇圧比を修正するように構成したので、例えば太陽からの照射量変動により太陽電池の出力電圧が変動しても、昇圧比を自動修正することができるため、安定したＤＣリンク電圧を得ることができる。
（第３の実施形態）
次に本発明の第３の実施形態に係る電源機器判定装置１１０を含む電力変換装置１１３について説明する。なお、本発明の第３の実施形態は、制御部１１２の動作が第１及び第２の実施形態と異なるものの、ハードウエア構成は第２の実施形態と同一である。そのため、以下の説明において本実施形態の構成については図５のブロック図を参照する。
第３の実施形態における、電源機器の種類を判定するための機器判定モードと、その後の定常動作モードについて、以下に個別に説明する。
（機器判定モードの動作）
機器判定モードにおいて、電源機器接続部１０１内の電圧変換器３ａ〜３ｅは、同一の昇圧比で電源機器１ａ〜１ｅの出力電力を昇圧する。本実施形態においては、例えば、電源機器１ａ〜１ｅの出力電力を同一の昇圧比１．２で昇圧し、その出力電力を電圧測定器４ａ〜４ｅに入力する。なお、この機器判定モードにおける昇圧比としては、１以上２以下の任意の値を設定することができる。
図９は、第３の実施形態における、電源機器判定の手順をフローチャートにより示す。電源機器判定装置１１０の制御部１１２は、機器判定モード開始の後、まず連結スイッチ５ａ〜５ｅをＯＦＦ状態とし、電圧変換器３ａ〜３ｅからの出力電力のＤＣリンクを解除する（Ｓ７０１）。次に制御部１１２は、電源機器１ａ〜１ｅの出力を一斉にＯＮ状態にし（Ｓ７０２）、電源機器１ａ〜１ｅの出力電力を電圧変換器３ａ〜３ｅにより昇圧する（Ｓ７０３）。制御部１１２は、ステップＳ７０３で昇圧を行った後、電圧測定器４ａ〜４ｅにより電源機器１ａ〜１ｅの昇圧後の出力電圧の測定を行い（Ｓ７０４）、その測定結果を制御部１１２内の記憶部１２に格納する（Ｓ７０５）。
次に制御部１１２は、格納された出力電圧測定結果に基づいて各電源機器１ａ〜１ｅに最適な昇圧比の算出を行う。より具体的には、例えば電源機器１ａのステップＳ７０３において昇圧比Ｒｆで昇圧後の出力電圧がＶａfであった時、制御部１１２は、電源機器１ａの最適昇圧比ＲａdをＤＣリンク電圧Ｖｄを用いた式（３）により算出する。なお、式（３）における添字ａは電源機器１ａについての関係式であることを示し、これを添字ｂ〜ｅに置き換えたものがそれぞれ電源機器１ｂ〜１ｅについての関係式を示すものとする。
Ｒａd＝Ｒｆ×Ｖｄ／Ｖａf 式（３）
制御部１１２は、電源機器１ａ〜１ｅの全てについて最適昇圧比Ｒａｄ〜Ｒｅｄを算出し（Ｓ７０６）、制御部１１２内の記憶部１２にその算出結果を格納する（Ｓ７０７）。その後、機器判定モードを終了する。
（定常動作モードの動作）
次に、第３の実施形態における定常動作モードについて、以下に説明する。なお、定常動作モードについては、負荷接続部１０４及び負荷９の制御も含む電力変換装置１１３全体の動作について説明する。
定常動作モードにおいて、電源機器接続部１０１内の電圧変換器３ａ〜３ｅは、機器判定モードにより得た判定結果に基づき、電源機器１ａ〜１ｅに対応した個別の最適昇圧比で出力電力を昇圧する。図１０は、第３の実施形態における、定常動作モードの動作手順をフローチャートにより示す。
図１０において、定常動作モードを開始すると、制御部１１２は、機器判定モードを通じて得た機器ごとの最適昇圧比の算出結果を制御部１１２内の記憶部１２から読み出す（Ｓ８０１）。この読み出された算出結果に基づき、制御部１１２は、電圧変換器３ａ〜３ｅに対し、最適昇圧比の設定を行う（Ｓ８０２）。これらの最適昇圧比の設定により、電圧変換器３ａ〜３ｅからの各電源機器の出力電圧は理論上、ＤＣリンク電圧となる。
次に制御部１１２は電源機器からの電力の出力を開始する（Ｓ８０３）。ここで、電源機器１ａの場合を例にとると、制御部は、ＤＣリンク電圧Ｖｄ（本実施形態では３００Ｖ）と電源機器の昇圧後の出力電圧Ｖａｃの比を計算し、所定の閾値εに対して式（１）を満たすことを確認する（Ｓ８０４）。式（１）を満たさない場合には、昇圧比を修正する（Ｓ８０５）。具体的には、修正後の昇圧比をＲａｄ、修正前の昇圧比をＲａｃとした時に式（２）で表される昇圧比となるように昇圧比を変更する。以上の操作は、全ての電源機器１ａ〜１ｅについて昇圧後の出力電圧Ｖａｃ〜Ｖｅｃが式（１）を満たすまで継続する。
次に制御部１１２は、インバータ６への直流３００Ｖの入力電力を単相交流２００Ｖの電力に変換するようにインバータ６の設定を行う（Ｓ８０６）。なお、図５に示すように、本実施形態においてインバータ６、スイッチ７ａ，７ｂ、負荷接続端子８ａ，８ｂは本発明の電源機器判定装置には含まれず、本発明の電力変換装置に含まれるものとして記載しているが、電源機器判定装置にこれらを含むように構成しても良い。
次に制御部１１２は、連結スイッチ５ａ〜５ｅをＯＮ状態とし（Ｓ８０７）、インバータ６通過後の電圧の監視を行い、所定の交流２００Ｖが得られていることを確認した後、スイッチ７ａをＯＮ状態にして負荷９への電力供給を開始する（Ｓ８０８）。
なお、図９及び図１０に示した機器判定モードと定常動作モードは繰り返し実行することができる。具体的には、図１１に示すように機器判定モードから定常動作モードに移行した後も、定期的に機器判定モードを実行し、常に電源機器の最新の出力電圧に基づいて昇圧比を決定するように構成することができる。なお、機器判定モード実行時は、スイッチ７ａをＯＦＦ状態，７ｂをＯＮ状態として、図１１に示すように商用電源系統１０から負荷に電力供給することにより、供給電力の停止を回避することができる。
以上、本発明の第３の実施形態によれば、固定値の昇圧比による出力電圧とＤＣリンク電圧との比率から最適な昇圧比を算出するように構成したので、未知の電源機器が接続された場合にも既知の電源機器と同一の出力電圧を維持することが可能となり、将来的な電源機器の種類の拡張が可能となる。
なお、本発明の第１〜第３の各実施形態において、通常動作モード実行時は常に電源機器のみから電力供給を受けるように記載しているが、本発明はこれに限定されず、電源機器からの電力供給の過不足等に応じて適宜スイッチ７ｂをＯＮ状態として商用電源系統と接続された状態としてもよい。
本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各部材、各手段、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段やステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
１ａ〜１ｃ 電源機器（太陽電池）
１ｄ 電源機器（燃料電池）
１ｅ 電源機器（蓄電池）
２ａ〜２ｅ 電源機器接続端子
３ａ〜３ｅ 電圧変換器
４ａ〜４ｅ 電圧測定器
５ａ〜５ｅ 連結スイッチ
６ インバータ
７ａ，７ｂ スイッチ
８ａ，８ｂ 負荷接続端子
９ 負荷
１０ 商用電源系統
１１ 制御信号
１２ 記憶部
１００，１１０ 電源機器判定装置
１０１ 電源機器接続部
１０２，１１１ 電圧測定部
１０３，１１２ 制御部
１０４ 負荷接続部
１０５，１１３ 電力変換装置

Claims (10)

  1. 複数の電源機器を接続可能な電源機器の判定装置であって、
    前記複数の電源機器を接続可能な複数の接続部と、
    前記複数の接続部に直列接続される複数の電圧変換部と、
    前記複数の電圧変換部通過後の各出力電圧値を測定する電圧測定部と、
    前記複数の電圧変換部の昇圧比を同一とした時の前記電圧測定部による電圧測定結果に基づき、前記複数の電源機器を判定する手段を有する制御部と
    を備える電源機器の判定装置。
  2. 前記制御部は、前記複数の電圧変換部の昇圧比を同一とした時の前記電圧測定部による前記電圧測定結果に基づき、前記複数の電源機器を判定する機器判定モードと、前記複数の電圧変換部の昇圧比を個別制御する定常動作モードとを切り替える、請求項１に記載の電源機器の判定装置。
  3. 前記制御部は、前記機器判定モードによる前記複数の電源機器の判定結果に基づいて、前記複数の電圧変換部の昇圧比の個別制御を行う、請求項２に記載の電源機器の判定装置。
  4. 前記制御部は、前記定常動作モードにおける前記複数の電圧変換部の出力電圧が同一になるように前記複数の電圧変換部の昇圧比の個別制御を行う、請求項２に記載の電源機器の判定装置。
  5. 前記複数の電圧変換部からの出力電力の連結をＯＮ／ＯＦＦする為の連結スイッチを更に有し、
    前記制御部は、前記機器判定モードにおいて前記連結スイッチをＯＦＦ状態とし、前記定常動作モードにおいて前記連結スイッチをＯＮ状態とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の電源機器の判定装置。
  6. 前記複数の電源機器の判定は、前記複数の電源機器の種類の特定である、請求項１から５のいずれか一項に記載の電源機器の判定装置。
  7. 前記複数の電源機器の判定は、前記複数の電源機器の最適昇圧比の決定である、請求項１から５のいずれか一項に記載の電源機器の判定装置。
  8. 複数の電源機器を接続可能な電力変換装置であって、
    前記複数の電源機器を接続可能な複数の接続部と、
    前記複数の接続部に直列接続される複数の電圧変換部と、
    前記複数の電圧変換部通過後の各出力電圧値を測定する電圧測定部と、
    前記複数の電圧変換部の昇圧比を同一とした時の前記電圧測定部による電圧測定結果に基づき、前記複数の電源機器を判定する機器判定モードと、前記複数の電圧変換部の昇圧比を個別制御する定常動作モードとを切り替え可能に制御する制御部と
    を備える電力変換装置。
  9. 複数の電源機器を接続可能な電源機器の判定方法であって、
    前記複数の電源機器の出力電力を同一の昇圧比で電圧変換を行う第１の電圧変換ステップと、
    前記第１の電圧変換ステップにより電圧変換された電圧変換部通過後の各出力電圧値を測定する電圧測定ステップと、
    前記電圧測定ステップにより測定された各出力電圧値に基づいて、前記複数の電源機器を判定する判定ステップと
    を有する電源機器の判定方法。
  10. 前記判定ステップによる電源機器の判定情報に基づき、前記複数の電圧変換部の昇圧比を個別制御する第２の電圧変換ステップを更に有する、請求項９に記載の電源機器の判定方法。
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