JP2015154517A - Ｐｖパワーコンディショナ - Google Patents

Abstract

【課題】 入力可能な直流電圧の範囲を広げつつ、太陽電池を効率良く動作させて発電電力を系統電源へ供給することができるＰＶパワーコンディショナを提供する。
【解決手段】 太陽電池２の出力電力Ｐ１が最大となるように、参照電圧Ｖ１ｒｅｆを調整するＭＰＰＴ制御部１５と、入力電圧Ｖ１を参照電圧Ｖ２ｒｅｆよりも高い切替電圧閾値Ｖｔｈと比較した比較結果に基づいて、動作モードをチョッパ駆動モード及びチョッパ停止モード間で切り替えるチョッパモード切替部１７とを備えて構成される。チョッパ駆動モードでは、インバータ制御部３０が、中間電圧Ｖ２及び参照電圧Ｖ２ｒｅｆの差分に基づいて、インバータ回路１３のスイッチング動作を制御し、チョッパ停止モードでは、インバータ制御部３０が、中間電圧Ｖ２及び参照電圧Ｖ１ｒｅｆの差分に基づいて、インバータ回路１３のスイッチング動作を制御する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ＰＶパワーコンディショナに係り、さらに詳しくは、太陽電池から入力される直流電圧を交流電圧に変換して系統電源へ出力するＰＶパワーコンディショナの改良に関する。

太陽光を受光して電力に変換する太陽電池が、ＰＶ（Photo Voltaic）パワーコンディショナと呼ばれるインバータ装置を介し、系統電源に接続された連系システムが従来から知られている（例えば、特許文献１）。例えば、ＰＶパワーコンディショナは、太陽電池から入力される直流電圧を昇圧するチョッパ回路と、チョッパ回路から入力される直流電圧を交流電圧に変換し、系統電源へ出力するインバータ回路とを備える。通常、チョッパ回路への入力電圧と参照電圧との差分、すなわち、電圧誤差が小さくなるように、チョッパ回路のスイッチング動作が制御される。また、太陽電池の動作点を最適化するために、太陽電池の出力電力が最大となるように、上記参照電圧を調整する動作点制御が行われる。

特開２００１−１６９５６４号公報

図８は、太陽電池の出力特性を示した図であり、各種の太陽電池における出力電力Ｐと出力電圧Ｖとの関係を表す特性曲線Ａ〜Ｃが示されている。特性曲線Ａは、結晶系の太陽電池の出力特性であり、特性曲線Ｂは、アモルファス系の太陽電池の出力特性である。また、特性曲線Ｃは、Ｂと同じアモルファス系の太陽電池であるが、太陽光発電パネルの枚数をＢよりも多く直列接続した場合の出力特性である。

特性曲線ＡとＢを比較すれば、出力電力Ｐが最大となる出力電圧Ｖｐｍは、ＡがＶｐｍ−ａであり、ＢがＶｐｍ−ｂであることから、ほぼ同程度である。しかし、開放電圧Ｖｏｃは、ＡがＶｏｃ−ａであり、ＢがＶｏｃ−ｂであることから、Ｂの開放電圧Ｖｏｃ−ｂの方がＡの開放電圧Ｖｏｃ−ａよりも高い。このため、入力電圧の定格がＡの太陽電池の出力電圧Ｖの範囲をぎりぎりカバーするＰＶパワーコンディショナには、出力電圧Ｖの範囲がＡよりも広いＢの太陽電池を接続することができない。

また、同じ種類の太陽電池であっても、太陽光発電パネルを並列接続する場合と直列接続する場合とでは出力電圧Ｖが異なることから、太陽光発電パネルの接続方法によっては、ＰＶパワーコンディショナの入力定格に入らないことがある。

また、設置場所や在庫等の理由によって取り付けられる太陽電池の種類、太陽光発電パネルの枚数及び接続方法に制限が生じる。そこで、例えば、ＡやＢの太陽電池を取り付ける場合、出力電圧Ｖが比較的に低いので、系統電源に合わせるためには低い入力電圧に対応する必要があることから、昇圧チョッパを備えたＰＶパワーコンディショナを採用することが考えられる。ところが、Ｃの太陽電池を取る付ける場合は、出力電圧Ｖが比較的に高いので、昇圧チョッパを備えないＰＶパワーコンディショナを採用しても系統電源に合わせることができる。施工業者からすれば、複数種類の定格のＰＶパワーコンディショナを用意しなければならず、不便である。このため、低い入力電圧から高い入力電圧まで、広範囲に使えるＰＶパワーコンディショナが望まれる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、入力可能な直流電圧の範囲を広げつつ、太陽電池を効率良く動作させて発電電力を系統電源へ供給することができるＰＶパワーコンディショナを提供することを目的とする。

第１の本発明によるＰＶパワーコンディショナは、太陽電池から入力される直流電圧を昇圧するチョッパ回路と、上記チョッパ回路から入力される直流電圧を交流電圧に変換し、系統電源へ出力するインバータ回路と、上記チョッパ回路への入力電圧及び入力電流を検出するチョッパ入力検出手段と、上記チョッパ回路及び上記インバータ回路間の中間電圧を検出する中間電圧検出手段と、上記入力電圧及び第１参照電圧の差分に基づいて、上記チョッパ回路のスイッチング動作を制御するチョッパ制御手段と、上記入力電圧及び上記入力電流に基づいて、上記太陽電池の出力電力が最大となるように、第１参照電圧を調整する動作点制御手段と、上記中間電圧及び第２参照電圧の差分に基づいて、上記インバータ回路のスイッチング動作を制御するインバータ制御手段と、上記入力電圧を第２参照電圧よりも高い切替電圧閾値と比較した比較結果に基づいて、動作モードをチョッパ駆動モード及びチョッパ停止モード間で切り替えるチョッパモード切替手段とを備え、上記チョッパ駆動モードでは、上記インバータ制御手段が、上記中間電圧及び第２参照電圧の差分に基づいて、上記インバータ回路のスイッチング動作を制御し、上記チョッパ停止モードでは、上記チョッパ制御手段が上記チョッパ回路を停止させ、上記インバータ制御手段が、上記中間電圧及び第１参照電圧の差分に基づいて、上記インバータ回路のスイッチング動作を制御するように構成される。

このＰＶパワーコンディショナでは、チョッパ回路への入力電圧を切替電圧閾値と比較した比較結果に基づいて、動作モードがチョッパ駆動モード及びチョッパ停止モード間で切り替えられる。チョッパ駆動モードでは、中間電圧及び第２参照電圧の差分に基づいて、インバータ回路のスイッチング動作を制御するので、系統電源の交流電圧に応じた第２参照電圧を指定することにより、インバータ回路を効率良く動作させることができる。一方、チョッパ停止モードでは、中間電圧及び第１参照電圧の差分に基づいて、インバータ回路のスイッチング動作を制御するので、第１参照電圧を調整することにより、太陽電池の出力電力を最大化させることができる。

また、チョッパ回路への入力電圧を第２参照電圧よりも高い切替電圧閾値と比較して動作モードを切り替えるので、インバータ回路１３の変換効率を低下させることなく、太陽電池を効率良く動作させることができる。

第２の本発明によるＰＶパワーコンディショナは、上記構成に加え、動作モードが上記チョッパ駆動モード又は上記チョッパ停止モードのいずれであるのかに応じて、第２参照電圧及び第１参照電圧のいずれか一方を目標電圧として出力する目標電圧切替スイッチを備え、上記インバータ制御手段が、上記中間電圧及び上記目標電圧の差分に基づいて、上記インバータ回路のスイッチング動作を制御するように構成される。この様な構成によれば、動作モードに応じて目標電圧切替スイッチを切り替えることにより、第１参照電圧を調整する動作点制御手段をチョッパ回路及びインバータ回路間で共通化することができる。

本発明によれば、入力可能な直流電圧の範囲を広げつつ、太陽電池を効率良く動作させて発電電力を系統電源へ供給することができるＰＶパワーコンディショナを提供することができる。

本発明の実施の形態によるＰＶパワーコンディショナ３を含む連系システム１の一構成例を示したシステム図である。 図１のＰＶパワーコンディショナ３の構成例を示したブロック図である。 図２のチョッパ制御部２０の構成例を示したブロック図である。 図２のインバータ制御部３０の構成例を示したブロック図である。 図２のＰＶパワーコンディショナ３におけるＭＰＰＴ制御の一例を示した図である。 チョッパ制御の一例を示したフローチャートである。 インバータ制御の一例を示したフローチャートである。 太陽電池の出力特性を示した図である。

＜連系システム１＞
図１は、本発明の実施の形態によるＰＶパワーコンディショナ３を含む連系システム１の一構成例を示したシステム図である。この連系システム１は、太陽電池２、ＰＶパワーコンディショナ３及び系統電源４により構成され、太陽電池２の発電電力がＰＶパワーコンディショナ３を介して系統電源４へ供給される。

太陽電池２は、太陽光を受光して電力に変換する発電装置である。太陽電池２では、光起電力効果を利用して、太陽光のエネルギーが直流電力に直接に変換される。例えば、太陽電池２は、複数のセルを直列又は並列に接続した太陽光発電モジュール（photovoltaic module）からなる。また、ＰＶパワーコンディショナ３には、発電容量４ｋＷの太陽電池２が接続される。

系統電源４は、電力会社の電力網、すなわち、商用系統を介して供給される商用電源である。例えば、ＰＶパワーコンディショナ３には、単相三線、交流電圧２００Ｖの系統電源４が接続される。

ＰＶパワーコンディショナ３は、太陽電池２から入力される直流電圧を交流電圧に変換し、系統電源４へ出力するインバータ装置であり、その出力を系統電源４の波形と同期させる系統連系制御を行っている。また、ＰＶパワーコンディショナ３は、系統電源４の停電及び復電を判断し、出力を停止又は再開させる系統保護制御を行っている。さらに、ＰＶパワーコンディショナ３は、太陽電池２の動作点を制御し、発電電力を最大化させる動作点制御を行っている。

＜ＰＶパワーコンディショナ３＞
図２は、図１のＰＶパワーコンディショナ３の構成例を示したブロック図である。このＰＶパワーコンディショナ３は、チョッパ入力検出部１０、チョッパ回路１１、中間電圧検出部１２、インバータ回路１３、インバータ出力検出部１４、ＭＰＰＴ制御部１５、参照電圧生成部１６、チョッパモード切替部１７、チョッパ制御部２０及びインバータ制御部３０により構成される。

チョッパ回路１１は、太陽電池２から入力される直流電圧Ｖ１を昇圧し、中間電圧Ｖ２を生成するＤＣ−ＤＣコンバータである。インバータ回路１３は、チョッパ回路１１から入力される直流電圧Ｖ２を交流電圧Ｖ３に変換し、系統電源４へ出力する。

チョッパ入力検出部１０は、チョッパ回路１１への入力電圧Ｖ１及び入力電流Ｉ１を検出する直流計測手段であり、入力電圧Ｖ１を計測する電圧計と、入力電流Ｉ１を計測する電流計により構成される。中間電圧検出部１２は、チョッパ回路１１及びインバータ回路１３間の中間電圧Ｖ２を検出する直流電圧計測手段であり、中間電圧Ｖ２を計測する電圧計により構成される。インバータ出力検出部１４は、インバータ回路１３の出力電圧Ｖ３及び出力電流Ｉ３を検出する交流計測手段であり、出力電圧Ｖ３を計測する電圧計と、出力電流Ｉ３を計測する電流計により構成される。

チョッパ制御部２０は、入力電圧Ｖ１及び第１参照電圧Ｖ１ｒｅｆの差分に基づいて、チョッパ回路１１のスイッチング動作を制御する。例えば、チョッパ制御部２０は、電圧誤差ΔＶ１＝（Ｖ１ｒｅｆ−Ｖ１）が小さくなるように、チョッパ回路１１のスイッチング動作を制御する。

ＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking：最大電力点追従）制御部１５は、入力電圧Ｖ１及び入力電流Ｉ１に基づいて、太陽電池２の出力電力Ｐ１が最大となるように、第１参照電圧Ｖ１ｒｅｆを調整する動作点制御手段である。出力電力Ｐ１は、Ｐ１＝Ｖ１×Ｉ１である。

太陽電池２は、日射量や温度によって出力特性（Ｖ−Ｉ特性）が変化する。このため、ＭＰＰＴ（最大電力点追従）制御により、太陽電池２の出力電圧、すなわち、入力電圧Ｖ１を制御し、出力特性上における動作点を最適化すれば、出力電力Ｐ１を最大化することができる。

ＭＰＰＴ制御部１５では、山登り法を利用して、参照電圧Ｖ１ｒｅｆの最適値が求められる。山登り法では、現在の入力電圧Ｖ１及び出力電力Ｐ１をＶｏ，Ｐｏとし、参照電圧Ｖ１ｒｅｆを一定量ΔＶｒｅｆだけ変化させる。そして、チョッパ制御の周期Ｔ１よりも長い一定時間Ｔ２が経過した後、再度、現在の出力電力Ｐ１を取得し、Ｐｏと比較することを繰り返すことにより、参照電圧Ｖ１ｒｅｆの最適値が求められる。

インバータ制御部３０は、中間電圧Ｖ２及び第２参照電圧Ｖ２ｒｅｆの差分に基づいて、インバータ回路１３のスイッチング動作を制御する。例えば、インバータ制御部３０は、電圧誤差ΔＶ２＝（Ｖ２ｒｅｆ−Ｖ２）が小さくなるように、インバータ回路１３のスイッチング動作を制御する。

参照電圧生成部１６は、出力電圧Ｖ３に基づいて、第２参照電圧Ｖ２ｒｅｆを生成する。この参照電圧生成部１６は、系統電源４の交流電圧が変動した場合であっても、良好な変換効率でインバータ回路１３を動作させるために、出力電圧Ｖ３に応じて参照電圧Ｖ２ｒｅｆを変化させる。

例えば、出力電圧Ｖ３の基準値をＶｂａｓｅとして、出力電圧Ｖ３がＶｂａｓｅの８０％以上１２０％以下の範囲内において、参照電圧Ｖ２ｒｅｆは、下限値Ｖ２ｕｎｄｅｒから上限値Ｖ２ｕｐｐｅｒまで、直線的に変化する。また、出力電圧Ｖ３がＶｂａｓｅの８０％未満の範囲において、参照電圧Ｖ２ｒｅｆは、下限値Ｖ２ｕｎｄｅｒに固定され、出力電圧Ｖ３がＶｂａｓｅの１２０％を超える範囲において、参照電圧Ｖ２ｒｅｆは、上限値Ｖ２ｕｐｐｅｒに固定される。この様な出力電圧Ｖ３と参照電圧Ｖ２ｒｅｆとの対応関係は、テーブルとして予め保持される。

チョッパモード切替部１７は、入力電圧Ｖ１を第２参照電圧Ｖ２ｒｅｆよりも高い切替電圧閾値Ｖｔｈと比較した比較結果に基づいて、動作モードをチョッパ駆動モード及びチョッパ停止モード間で切り替える。切替電圧閾値Ｖｔｈは、正の数αを用いて、Ｖｔｈ＝（Ｖ２ｒｅｆ＋α）により表される。

チョッパ駆動モードは、入力電圧Ｖ１が最大電力点に一致するように、電圧指令値、すなわち、第１参照電圧Ｖ１ｒｅｆを定めるＭＰＰＴ制御を行い、チョッパ回路１１で定電圧に昇圧する動作モードである。このチョッパ駆動モードでは、チョッパ制御部２０が、入力電圧Ｖ１及び第１参照電圧Ｖ１ｒｅｆの差分に基づいて、チョッパ回路１１のスイッチング動作を制御する。また、チョッパ駆動モードでは、インバータ制御部３０が、中間電圧Ｖ２及び第２参照電圧Ｖ２ｒｅｆの差分に基づいて、インバータ回路１３のスイッチング動作を制御する。

一方、チョッパ停止モードは、入力電圧Ｖ１がチョッパ回路１１で昇圧する電圧値よりも高い場合に、インバータ回路１３の入力電圧をＭＰＰＴ制御により変化させる動作モードである。このチョッパ停止モードでは、チョッパ制御部２０がチョッパ回路１１を停止させる。また、チョッパ停止モードでは、入力電圧Ｖ１がチョッパ回路１１をスルーし、入力電圧Ｖ１がそのまま中間電圧Ｖ２としてインバータ回路１３に付加される。このチョッパ停止モードでは、インバータ制御部３０が、中間電圧Ｖ２及び第１参照電圧Ｖ１ｒｅｆの差分に基づいて、インバータ回路１３のスイッチング動作を制御する。

チョッパモード切替部１７は、入力電圧Ｖ１が切替電圧閾値Ｖｔｈ以下である場合に、チョッパ駆動モードを選択し、入力電圧Ｖ１が切替電圧閾値Ｖｔｈを超えている場合に、チョッパ停止モードを選択する。モード選択信号は、チョッパモード切替部１７が選択した動作モードを示す制御信号であり、チョッパ制御部２０及びインバータ制御部３０へ出力される。

＜チョッパ制御部２０＞
図３は、図２のチョッパ制御部２０の構成例を示したブロック図である。このチョッパ制御部２０は、参照電流生成部２１，２３、セレクタ２２、ＰＷＭ制御部２４及び論理ゲート２５により構成される。

参照電流生成部２１は、入力電圧Ｖ１及び第１参照電圧Ｖ１ｒｅｆの差分、すなわち、電圧誤差ΔＶ１に基づいて、第１参照電流Ｉ１ｒｅｆの第１候補Ｉ１ｒｅｆａを生成する。第１参照電圧Ｖ１ｒｅｆは、ＭＰＰＴ制御によって求められた最大電力点の電圧値である。参照電流生成部２３は、中間電圧Ｖ２及び切替電圧閾値Ｖｔｈの差分に基づいて、第１参照電流Ｉ１ｒｅｆの第２候補Ｉ１ｒｅｆｂを生成する。

セレクタ２２は、インバータ回路１３の保護装置であり、第１候補Ｉ１ｒｅｆａ及び第２候補Ｉ１ｒｅｆｂを比較し、第１候補Ｉ１ｒｅｆａ及び第２候補Ｉ１ｒｅｆｂのいずれか小さい方を第１参照電流Ｉ１ｒｅｆとして出力する。例えば、Ｉ１ｒｅｆｂ＝（Ｉ１ｒｅｆａ＋α）であり、通常は、セレクタ２２がＩ１ｒｅｆａを選択する。そのため、チョッパ回路１１が中間電圧Ｖ２を一定にする制御よりも、入力電圧Ｖ１のＭＰＰＴ制御が優先される。

一方、停電等の異常時には、中間電圧Ｖ２が昇圧することにより、Ｉ１ｒｅｆａが大きくなり、その結果、セレクタ２２がＩ１ｒｅｆｂを選択する。そのため、チョッパ回路１１が中間電圧Ｖ２を一定に保つようにする出力制御が優先され、Ｖ２がＶｔｈを超えないようにして、インバータ回路１３を保護する。

ＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）制御部２４は、入力電流Ｉ１及び第１参照電流Ｉ１ｒｅｆの差分に基づいて、ＰＷＭ信号のデューティ比を調整する。例えば、ＰＷＭ制御部２４は、電流誤差ΔＩ１＝（Ｉ１ｒｅｆ−Ｉ１）が小さくなるように、ＰＷＭ信号のデューティ比を調整する。このＰＷＭ信号は、チョッパ回路１１のスイッチング素子を駆動するためのパルス幅変調された駆動信号である。デューティ比は、パルス（矩形波）の繰り返し間隔に対するパルス幅の比率である。ＰＷＭ制御部２４では、一定の周期Ｔ１で電流誤差ΔＩ１をサンプリングし、ＰＷＭ信号のデューティ比を更新する定電流制御が行われる。

論理ゲート２５は、ＰＷＭ制御部２４からのＰＷＭ信号と、チョッパモード切替部１７からのモード選択信号との論理積をチョッパ回路１１へ出力する演算回路である。この論理ゲート２５は、チョッパ駆動モードが選択されている場合に、ＰＷＭ信号をそのままチョッパ回路１１へ出力する一方、チョッパ停止モードが選択されていれば、ＰＷＭ信号を遮断し、チョッパ回路１１のスイッチング動作を停止させる。

＜インバータ制御部３０＞
図４は、図２のインバータ制御部３０の構成例を示したブロック図である。このインバータ制御部３０は、リミッタ３１、目標電圧切替ＳＷ（スイッチ）３２、参照電流生成部３３，３４、セレクタ３５及びＰＷＭ制御部３６により構成される。

リミッタ３１は、インバータ回路１３の保護装置であり、第１参照電圧Ｖ１ｒｅｆを上限値Ｖ１ｕｐｐｅｒ及び下限値Ｖ１ｕｎｄｅｒと比較し、参照電圧Ｖ１ｒｅｆが上限値Ｖ１ｕｐｐｅｒ以下、かつ、下限値Ｖ１ｕｎｄｅｒ以上であれば、参照電圧Ｖ１ｒｅｆをそのまま出力する。

一方、リミッタ３１は、参照電圧Ｖ１ｒｅｆが上限値Ｖ１ｕｐｐｅｒを超えているか、或いは、下限値Ｖ１ｕｎｄｅｒ未満であれば、参照電圧Ｖ１ｒｅｆを遮断する。例えば、上限値Ｖ１ｕｐｐｅｒは、固定値であり、下限値Ｖ１ｕｎｄｅｒは、切替電圧閾値Ｖｔｈである。この様なリミッタ３１を設けることにより、中間電圧Ｖ２が上限値Ｖ１ｕｐｐｅｒを超えるのを防止することができる。

目標電圧切替ＳＷ（スイッチ）３２は、チョッパモード切替部１７からのモード選択信号を参照し、動作モードがチョッパ駆動モード又はチョッパ停止モードのいずれであるのかに応じて、第２参照電圧Ｖ２ｒｅｆ及び第１参照電圧Ｖ１ｒｅｆのいずれか一方を選択し、目標電圧Ｖｍとして出力する。この切替ＳＷ３２は、チョッパ駆動モードが選択されている場合に、第２参照電圧Ｖ２ｒｅｆを目標電圧Ｖｍとして参照電流生成部３３へ出力する一方、チョッパ停止モードが選択されていれば、第１参照電圧Ｖ１ｒｅｆを目標電圧Ｖｍとして参照電流生成部３３へ出力する。

参照電流生成部３３は、中間電圧Ｖ２及び目標電圧Ｖｍの差分、すなわち、電圧誤差ΔＶ２に基づいて、第３参照電流Ｉ３ｒｅｆの第１候補Ｉ３ｒｅｆａを生成する。電圧誤差ΔＶ２は、ΔＶ２＝（Ｖｍ−Ｖ２）である。参照電流生成部３４は、出力電力Ｐ３及び参照電力Ｐ３ｒｅｆの差分に基づいて、第３参照電流Ｉ３ｒｅｆの第２候補Ｉ３ｒｅｆｂを生成する。出力電力Ｐ３は、Ｐ３＝Ｖ３×Ｉ３である。参照電力Ｐ３ｒｅｆは、予め定められる固定値である。

セレクタ３５は、インバータ回路１３の保護装置であり、第１候補Ｉ３ｒｅｆａ及び第２候補Ｉ３ｒｅｆｂを比較し、第１候補Ｉ３ｒｅｆａ及び第２候補Ｉ３ｒｅｆｂのいずれか小さい方を第３参照電流Ｉ３ｒｅｆとして出力する。例えば、参照電圧Ｖ１ｒｅｆがＶ１ｕｎｄｅｒ≦Ｖ１ｒｅｆ≦Ｖ１ｕｐｐｅｒであり、かつ、動作モードがチョッパ停止モードである場合、通常は、セレクタ３５がＩ３ｒｅｆａを選択する。このＩ３ｒｅｆａは、ＭＰＰＴ制御により求められた最大電力点の電圧値Ｖ１ｒｅｆを目標電圧Ｖｍとし、この目標電圧Ｖｍと中間電圧Ｖ２との差分から生成された電流指令値であることから、インバータ回路１３の入力電圧がＭＰＰＴ制御される。

一方、停電等の異常時には、中間電圧Ｖ２が昇圧するため、ΔＶ２が大きくなり、Ｉ３ｒｅｆａがＩ３ｒｅｆｂよりも大きくなることから、セレクタ３５がＩ３ｒｅｆｂを選択する。

ＰＷＭ制御部３６は、出力電流Ｉ３及び第３参照電流Ｉ３ｒｅｆの差分に基づいて、ＰＷＭ信号のデューティ比を調整する。例えば、ＰＷＭ制御部３６は、電流誤差ΔＩ３＝（Ｉ３ｒｅｆ−Ｉ３）が小さくなるように、ＰＷＭ信号のデューティ比を調整する。このＰＷＭ信号は、インバータ回路１３のスイッチング素子を駆動するためのパルス幅変調された駆動信号である。ＰＷＭ制御部３６では、一定の周期Ｔ１で電流誤差ΔＩ３をサンプリングし、ＰＷＭ信号のデューティ比を更新する定電流制御が行われる。

図５は、図２のＰＶパワーコンディショナ３におけるＭＰＰＴ制御の一例を示した図である。図中には、出力特性が異なる太陽電池２を用いる場合の特性曲線Ａ，Ｃが示されている。特性曲線Ａの太陽電池２を用いる場合、正常時には、入力電圧Ｖ１と第１参照電圧Ｖ１ｒｅｆとの差分に基づいて生成した第１候補Ｉ１ｒｅｆａをＩ１ｒｅｆとして、チョッパ回路１１が駆動される。

異常時には、Ｉ１ｒｅｆｂをＩ１ｒｅｆとしてチョッパ回路１１を駆動することにより、ＭＰＰＴ制御よりもチョッパ回路１１が中間電圧Ｖ２を一定にする制御が優先される。この様な異常時には、チョッパ回路１１及びインバータ回路１３を停止する。

特性曲線Ｃの太陽電池２を用いる場合、入力電圧Ｖ１がＶｔｈ＝Ｖ１ｕｎｄｅｒに達するまでは、Ａと同様である。入力電圧Ｖ１がＶｔｈ以上になれば、チョッパモード切替部１７からのモード選択信号に基づいてチョッパ制御部２０がチョッパ回路１１を停止させ、入力電圧Ｖ１をスルーさせる。そして、Ｖ１ｒｅｆに基づいて生成されたＩ３ｒｅｆａによりインバータ回路１３の入力電圧がＭＰＰＴ制御され、インバータ回路１３から系統電源４に逆潮流する。

異常時には、インバータ回路１３の出力電力Ｐ３に基づいて生成されたＩ３ｒｅｆｂによりインバータ回路１３が定電圧制御される。この様な異常時には、インバータ回路１３を停止する。

図６のステップＳ１０１〜Ｓ１０６は、チョッパ制御の一例を示したフローチャートであり、入力電圧Ｖ１が切替電圧閾値Ｖｔｈ以下である場合が示されている。図中には、チョッパ制御部２０の動作が示されている。まず、チョッパ制御部２０は、ＭＰＰＴ制御部１５により、参照電圧Ｖ１ｒｅｆが生成されれば、入力電圧Ｖ１と参照電圧Ｖ１ｒｅｆとから電圧誤差ΔＶ１を求めて、参照電流Ｉ１ｒｅｆの第１候補Ｉ１ｒｅｆａを生成する（ステップＳ１０１）。次に、チョッパ制御部２０は、中間電圧Ｖ２と切替電圧閾値Ｖｔｈとの差分を求めて、参照電流Ｉ１ｒｅｆの第２候補Ｉ１ｒｅｆｂを生成する（ステップＳ１０２）。

次に、チョッパ制御部２０は、第１候補Ｉ１ｒｅｆａ及び第２候補Ｉ１ｒｅｆｂを比較し（ステップＳ１０３）、第１候補Ｉ１ｒｅｆａ及び第２候補Ｉ１ｒｅｆｂのいずれか小さい方を参照電流Ｉ１ｒｅｆとして選択する（ステップＳ１０４，Ｓ１０６）。そして、チョッパ制御部２０は、入力電流Ｉ１と参照電流Ｉ１ｒｅｆとから電流誤差ΔＩ１を求めて、ＰＷＭ信号のデューティ比を調整する（ステップＳ１０５）。

チョッパ制御部２０では、参照電流Ｉ１ｒｅｆに基づく定電流制御を周期Ｔ１で繰り返すことにより、入力電圧Ｖ１を参照電圧Ｖ１ｒｅｆに近づける定電圧制御が行われる。ＭＰＰＴ制御部１５は、現在の入力電圧Ｖ１及び出力電力Ｐ１をＶｏ，Ｐｏとし、参照電圧Ｖ１ｒｅｆを一定量ΔＶｒｅｆだけ変化させる。そして、チョッパ制御の周期Ｔ１よりも長い一定時間Ｔ２が経過した後、再度、現在の出力電力Ｐ１を取得し、Ｐｏと比較することを繰り返すことにより、参照電圧Ｖ１ｒｅｆの最適値を求める。

図７のステップＳ２０１〜Ｓ２０７は、インバータ制御の一例を示したフローチャートである。図中には、インバータ制御部３０の動作が示されている。まず、インバータ制御部３０は、参照電圧生成部１６により、参照電圧Ｖ２ｒｅｆが生成され（ステップＳ２０１）、ＭＰＰＴ制御部１５により、参照電圧Ｖ１ｒｅｆが生成されれば（ステップＳ２０２）、入力電圧Ｖ１及び切替電圧閾値Ｖｔｈを比較する（ステップＳ２０３）。

このとき、インバータ制御部３０は、入力電圧Ｖ１がＶｔｈ以下であれば、参照電圧Ｖ２ｒｅｆを選択し（ステップＳ２０４）、中間電圧Ｖ２と参照電圧Ｖ２ｒｅｆとから電圧誤差ΔＶ２を求めて、参照電流Ｉ３ｒｅｆを生成する（ステップＳ２０５）。一方、インバータ制御部３０は、入力電圧Ｖ１がＶｔｈを超えていれば、参照電圧Ｖ１ｒｅｆを選択し（ステップＳ２０７）、中間電圧Ｖ２と参照電圧Ｖ１ｒｅｆとから電圧誤差ΔＶ２を求めて、参照電流Ｉ３ｒｅｆを生成する（ステップＳ２０５）。

次に、インバータ制御部３０は、出力電流Ｉ３と参照電流Ｉ３ｒｅｆとから電流誤差ΔＩ３を求めて、ＰＷＭ信号のデューティ比を調整する（ステップＳ２０６）。インバータ制御部３０では、チョッパ駆動モードが選択されている場合、参照電流Ｉ３ｒｅｆに基づく定電流制御を周期Ｔ１で繰り返すことにより、中間電圧Ｖ２を参照電圧Ｖ２ｒｅｆに近づける定電圧制御が行われる。

一方、チョッパ停止モードが選択されている場合には、参照電流Ｉ３ｒｅｆに基づく定電流制御を周期Ｔ１で繰り返すことにより、中間電圧Ｖ２を参照電圧Ｖ１ｒｅｆに近づける定電圧制御が行われる。ＭＰＰＴ制御部１５は、この参照電圧Ｖ１ｒｅｆを調整することにより、太陽電池２の出力電力Ｐ１を最大化する。

本実施の形態によれば、チョッパ回路１１への入力電圧Ｖ１が切替電圧閾値Ｖｔｈよりも低いか、或いは、入力電圧Ｖ１が切替電圧閾値Ｖｔｈよりも高いかに応じて、動作モードがチョッパ駆動モード及びチョッパ停止モード間で切り替えられる。チョッパ駆動モードでは、中間電圧Ｖ２及び参照電圧Ｖ２ｒｅｆの差分に基づいて、インバータ回路１３のスイッチング動作を制御するので、系統電源４の交流電圧に応じた参照電圧Ｖ２ｒｅｆを指定することにより、インバータ回路１３を効率良く動作させることができる。

一方、チョッパ停止モードでは、中間電圧Ｖ２及び参照電圧Ｖ１ｒｅｆの差分に基づいて、インバータ回路１３のスイッチング動作を制御するので、参照電圧Ｖ１ｒｅｆを調整することにより、太陽電池２の出力電力Ｐ１を最大化させることができる。

また、チョッパ回路１１への入力電圧Ｖ１を参照電圧Ｖ２ｒｅｆよりも高い切替電圧閾値Ｖｔｈと比較して動作モードを切り替えるので、インバータ回路１３の変換効率を低下させることなく、太陽電池２を効率良く動作させることができる。従って、入力可能な直流電圧の範囲を広げつつ、太陽電池２を効率良く動作させて発電電力を系統電源４へ供給することができる。例えば、入力電圧Ｖ１の範囲を広くすることができるので、太陽電池２の種類、太陽光発電パネルの枚数及び接続方法を自由に選ぶことができる。

１ 連系システム
２ 太陽電池
３ ＰＶパワーコンディショナ
４ 系統電源
１０ チョッパ入力検出部
１１ チョッパ回路
１２ 中間電圧検出部
１３ インバータ回路
１４ インバータ出力検出部
１５ ＭＰＰＴ制御部
１６ 参照電圧生成部
１７ チョッパモード切替部
２０ チョッパ制御部
２１，２３ 参照電流生成部
２２ セレクタ
２４ ＰＷＭ制御部
２５ 論理ゲート
３０ インバータ制御部
３１ リミッタ
３２ 目標電圧切替ＳＷ
３３，３４ 参照電流生成部
３５ セレクタ
３６ ＰＷＭ制御部

Claims (2)

1. 太陽電池から入力される直流電圧を昇圧するチョッパ回路と、
   上記チョッパ回路から入力される直流電圧を交流電圧に変換し、系統電源へ出力するインバータ回路と、
   上記チョッパ回路への入力電圧及び入力電流を検出するチョッパ入力検出手段と、
   上記チョッパ回路及び上記インバータ回路間の中間電圧を検出する中間電圧検出手段と、
   上記入力電圧及び第１参照電圧の差分に基づいて、上記チョッパ回路のスイッチング動作を制御するチョッパ制御手段と、
   上記入力電圧及び上記入力電流に基づいて、上記太陽電池の出力電力が最大となるように、第１参照電圧を調整する動作点制御手段と、
   上記中間電圧及び第２参照電圧の差分に基づいて、上記インバータ回路のスイッチング動作を制御するインバータ制御手段と、
   上記入力電圧を第２参照電圧よりも高い切替電圧閾値と比較した比較結果に基づいて、動作モードをチョッパ駆動モード及びチョッパ停止モード間で切り替えるチョッパモード切替手段とを備え、
   上記チョッパ駆動モードでは、上記インバータ制御手段が、上記中間電圧及び第２参照電圧の差分に基づいて、上記インバータ回路のスイッチング動作を制御し、
   上記チョッパ停止モードでは、上記チョッパ制御手段が上記チョッパ回路を停止させ、上記インバータ制御手段が、上記中間電圧及び第１参照電圧の差分に基づいて、上記インバータ回路のスイッチング動作を制御することを特徴とするＰＶパワーコンディショナ。
2. 動作モードが上記チョッパ駆動モード又は上記チョッパ停止モードのいずれであるのかに応じて、第２参照電圧及び第１参照電圧のいずれか一方を目標電圧として出力する目標電圧切替スイッチを備え、
   上記インバータ制御手段は、上記中間電圧及び上記目標電圧の差分に基づいて、上記インバータ回路のスイッチング動作を制御することを特徴とする請求項１に記載のＰＶパワーコンディショナ。

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