JP2017028950A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の直流電源に接続された昇圧回路の入力電流検出器を不要とし、直流電源出力変化時にも全直流電源に対してＭＰＰＴ制御を行える電力変換装置を提供する。【解決手段】複数の直流電源２１１〜２１４に接続した昇圧回路２１〜２４と、昇圧回路２１〜２４の入力電圧を検出する第１電圧検出器３１〜３４と、昇圧回路２１〜２４の出力を並列接続した母線３と、母線コンデンサ４と、母線電圧を調整して出力する電力変換器７と、母線電流を検出する第１電流検出器５と、母線電圧を検出する第２電圧検出器６と、昇圧回路２１〜２４を制御する昇圧回路制御器２０８と、昇圧回路２１〜２４を制御するスイッチング信号と母線電流とに基づき昇圧回路２１〜２４の入力電流を復元する入力電流復元部８１とを備える。【選択図】図２

Description

この発明は、太陽光発電用のパワーコンディショナ等の直流電圧を調整変換する昇圧回路を複数台並列に備える電力変換システムにおいて、各昇圧回路の各入力電流検出器を削減できる電力変換装置に関するものである。

近年、住宅用太陽光発電装置の市場が拡大しており、複数の太陽電池と昇圧回路を持つ太陽光発電装置は太陽電池電圧を個々に調整することで最大電力点追従制御ができるため、設置制約条件を緩和できる。しかし、この構成では各太陽電池の最大電力点追従制御（以降、ＭＰＰＴ制御と記載）を行うために昇圧回路と同数の電圧検出器および電流検出器を必要とする。
これに対して、太陽電池をグループ化し、各グループをＭＰＰＴ制御と電圧一定制御とを組み合わせて制御し、各昇圧回路を順次ＭＰＰＴ制御に切り替えることで、太陽電池電流の検出を必要とせず最大電力点追従を可能とする系統連系インバータが開示されている（例えば、特許文献１）。

特許第３７４７３１３号公報（段落［００３５］〜［００４３］、［０１１１］、図１）

しかし、特許文献１開示発明では、各昇圧回路の１台のみしかＭＰＰＴ制御を行えないため日射急変などの太陽電池出力変化時に全ての太陽電池が最大電力点に達するまで時間がかかるという問題点がある。

この発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、太陽電池を例とする複数の直流電源に接続された各昇圧回路の各入力電流検出器を不要とし、かつ直流電源出力変化時にも全直流電源に対してＭＰＰＴ制御を行える電力変換装置を提供することを目的とする。

この発明に係る電力変換装置は、複数の直流電源のそれぞれに接続した複数の昇圧回路と、それぞれの昇圧回路の入力電圧を検出する第１電圧検出器と、複数の昇圧回路の出力を並列接続した母線と、母線に接続した母線電圧平滑用の母線コンデンサと、母線に接続し母線電圧を調整して出力する電力変換器と、母線電流を検出する第１電流検出器と、母線電圧を検出する第２電圧検出器と、昇圧回路を制御する昇圧回路制御器と、昇圧回路を制御するスイッチング信号と第１電流検出器で検出した母線電流とに基づき各昇圧回路の入力電流を復元する入力電流復元部とを備えるものである。

この発明に係る電力変換装置は、昇圧回路を制御するスイッチング信号と母線電流とに基づき各昇圧回路の入力電流を復元する入力電流復元部とを備えるため、複数の直流電源に接続された各昇圧回路の各入力電流検出器を不要とし、かつ直流電源出力変化時にも全直流電源に対してＭＰＰＴ制御を行うことができる。

この発明の実施の形態１の電力変換装置に係る構成図である。 この発明の実施の形態１の電力変換装置に係る適用例の構成図である。 この発明の実施の形態１の電力変換装置に係る昇圧回路の動作説明図である。 この発明の実施の形態２の電力変換装置に係る昇圧回路の動作説明図である。 この発明の実施の形態２の電力変換装置に係る昇圧回路の動作説明図である。 この発明の実施の形態３の電力変換装置に係る昇圧回路の動作説明図である。 この発明の電力変換装置に係る入力電流復元手段の適用フローである。

実施の形態１．
実施の形態１は、複数の直流電源のそれぞれに接続した複数の昇圧回路と、それぞれの昇圧回路の入力電圧を検出する第１電圧検出器と、複数の昇圧回路の出力を並列接続した母線と、母線電圧平滑用の母線コンデンサと、母線電圧を調整して出力する電力変換器と、母線電流および母線電圧を検出する第１電流検出器および第２電圧検出器と、昇圧回路を制御する昇圧回路制御器とを備え、昇圧回路制御器は昇圧回路を制御するスイッチング信号と母線電流に基づき各昇圧回路の入力電流を復元する入力電流復元部を備える電力変換装置に関するものである。

以下、本願発明の実施の形態１に係る電力変換装置の構成、動作について、電力変換装置を含むシステム全体の構成図である図１、具体的な直流電源として太陽光発電装置を適用した電力変換装置の構成図である図２、および昇圧回路の動作説明図である図３に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施の形態１の電力変換装置１００を含むシステムの全体構成を示す。
図１において、システム全体は、電力変換装置１００を中心として、電力変換の対象である直流電源部１と、直流電源部１から供給される直流電圧を電力変換装置１００で交流電圧に変換して供給する対象である負荷１０１および／または電力系統を含む電源１０２とから成る。

直流電源部１は、直流電源１１、直流電源１２、直流電源１３、・・・、直流電源１ｎ、すなわちｎ台（ｎは２以上の整数）の直流電源から構成される。なお、各直流電源の出力電圧はそれぞれ異なる場合を想定している。例えば、直流電源が太陽光発電装置の場合、直列に接続される太陽電池パネルの枚数が異なる場合を想定している。

電力変換装置１００は、主要機器として昇圧回路部２と、昇圧回路部２から出力される電力を調整して負荷１０１などに供給する電力変換器７と、昇圧回路制御器８と、電力変換器７の制御を行う電力変換器制御器９とを備える。

昇圧回路部２は、直流電源部１の各直流電源１１〜１ｎに対応して、昇圧回路２１、昇圧回路２２、昇圧回路２３、・・・、昇圧回路２ｎ、すなわちｎ台の昇圧回路から構成される。各昇圧回路２１〜２ｎは、各直流電源１１〜１ｎの出力に接続され、昇圧回路制御器８の制御によって、各直流電源１１〜１ｎの出力電圧を調整する。
電力変換装置１００は、さらに各昇圧回路２１〜２ｎの入力電圧、すなわち各直流電源１１〜１ｎの出力電圧を検出する第１電圧検出器３１〜３ｎを備える。

各昇圧回路２１〜２ｎの出力は並列に接続され、母線３を構成する。この母線３には、母線電圧平滑用の母線コンデンサ４が接続され、さらに、母線３はこの母線の直流電圧を所望の直流電圧に調整する電力変換器７の入力に接続されている。

また、電力変換装置１００は、母線３の電流を検出する第１電流検出器５と母線３の母線電圧を検出する第２電圧検出器６とを備える。

次に、各昇圧回路２１〜２ｎの内部構成を、昇圧回路２１を代表例として、説明する。
昇圧回路２１は、コンデンサＣ１、リアクトルＬ１、昇圧用の直列に接続された半導体スイッチング素子Ｓ１ａ、Ｓ１ｂから構成される。

半導体スイッチング素子Ｓ１ａ、Ｓ１ｂは、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などに代表される自己消弧形の半導体スイッチング素子が使用され、それぞれ逆並列にフリーホイールダイオードが接続されている。ＭＯＳＦＥＴの場合は寄生ダイオードを利用してもよい。また、半導体スイッチング素子Ｓ１ｂは、ダイオードのみで構成してもよい。

昇圧回路２１の半導体スイッチング素子Ｓ１ａがオンのとき、半導体スイッチング素子Ｓ１ａに対応する直流電源１１はリアクトルＬ１にエネルギーを蓄える。半導体スイッチング素子Ｓ１ａがオフのとき、リアクトルＬ１に蓄えられたエネルギーは母線コンデンサ４と、電力変換器７に供給される。電力変換器７は昇圧回路２１から出力される電力を負荷１０１、電源１０２などに供給する。
なお、半導体スイッチング素子Ｓ１ｂは、Ｓ１ａがオンのときはオフ、Ｓ１ａがオフのときはオンに制御される。

各昇圧回路２１〜２ｎをそれぞれ制御する昇圧回路制御器８の三角波キャリアは３６０度（＝２π［ｒａｄ］）を昇圧回路台数で割った間隔で位相シフトしており、第１電流検出器５のサンプリングは各三角波キャリアの山と谷のどちらか一方で三角波キャリアの（（昇圧回路台数＋１）／昇圧回路台数）倍の固定周期で実施する。三角波キャリアと各昇圧回路２１〜２ｎの通流率指令値とを比較し、通流率指令値が三角波キャリアより大きいとき昇圧回路２１〜２ｎの対応する半導体スイッチング素子Ｓ１ａ〜Ｓｎａをオンし、通流率指令値が三角波キャリアより小さいとき、半導体スイッチング素子Ｓ１ａ〜Ｓｎａをオフする。なお、通流率指令値の生成については、後で説明する。

次に昇圧回路制御器８の構成と動作を説明する。
昇圧回路制御器８は、入力電流復元部８１と、ＰＷＭ変調回路８２と、電圧制御回路８３と、電流制御回路８４とを備える。
通常、例えば直流電源１１の出力電圧を昇圧回路２１で調整する場合、昇圧回路２１の入力電圧および入力電流を用いて、昇圧回路２１の半導体スイッチング素子Ｓ１ａ、Ｓ１ｂのオン／オフ制御が行われる。しかし、本発明では、昇圧回路２１の入力電流の検出器を省略して、入力電流復元部８１において、母線３の母線電流と半導体スイッチング素子Ｓ１ａ〜Ｓｎａのスイッチングパターンから昇圧回路２１の入力電流を復元する。入力電流復元部８１の動作については後で、具体的に説明する。

各直流電源１１〜１ｎを制御する電圧制御回路８３は、各昇圧回路２１〜２ｎの入力電圧と、図示されていない外部の上位制御装置等から入力される入力電圧指令とに基づいて、電圧制御信号を生成する。電流制御回路８４は、入力電流復元部８１で復元された各昇圧回路２１〜２ｎの入力電流と、電圧制御回路８３の出力とに基づいて、各昇圧回路２１〜２ｎのリアクトルＬ１〜Ｌｎの電流を制御する通流率指令値を生成する。ＰＷＭ変調回路８２は、電流制御回路８４からの通流率指令値に基づいて、各昇圧回路２１〜２ｎの半導体スイッチング素子Ｓ１ａ、Ｓ１ｂ、・・・Ｓｎａ、Ｓｎｂのオン／オフ制御を行ない、所望の母線電圧に、各直流電源１１〜１ｎの出力電圧を調整する。

なお、電力変換器制御器９の構成、動作については、太陽光発電装置に適用した具体例を説明する際、図２に基づいて説明する。

母線コンデンサ４の電圧は、第２電圧検出器６、電力変換器７、および電力変換器制御器９により一定に制御される。
各直流電源１１〜１ｎの出力電圧、すなわち各昇圧回路２１〜２ｎの入力電圧は、第１電圧検出器３１〜３ｎ、昇圧回路２１〜２ｎ、および昇圧回路制御器８により一定に制御される。
なお、昇圧回路制御器８と電力変換器制御器９は、各制御器の性能に応じて台数の増減や共通化を行ってもよい。

図１において、昇圧回路制御器８のＰＷＭ変調回路８２等は、各直流電源１１〜１ｎに別の回路があるように図示しているが、１つの回路に統合してもよい。また別の種類の回路（例えば、電圧制御回路と電流制御回路）を統合してもよい。

次に、本発明の電力変換装置を太陽光発電装置に適用した具体例を図２に基づいて説明する。
図２は、直流電源として４台の太陽光発電装置２１１〜２１４を適用した具体例である。図１の電力変換装置１００と区別するために、図２において電力変換装置２００、太陽光発電装置部２０１、太陽光発電装置２１１〜２１４、昇圧回路部２０２、および昇圧回路制御器２０８としている。
なお、図２において、図１と同一あるいは相当部分には、同一の符号を付している。

次に、図２において、内部構成をより具体的に示した電力変換器７、電力変換器制御器９、および太陽光発電装置２１１〜２１４に内部構成を対応させた昇圧回路制御器２０８について説明する。

まず、電力変換器７について、説明する。
電力変換器７は、インバータ７１、リアクトル７２、および出力コンデンサ７３から構成される。さらに、電力変換器７はインバータ７１の半導体スイッチング素子の制御と出力電力の演算に必要な電力変換器７の出力電圧および出力電流を検出する第３電圧検出器７４および第２電流検出器７５を備える。
インバータ７１は、電力変換器制御器９から出力される半導体スイッチング素子の制御用スイッチング信号によって制御されて、母線３の母線電圧の直流電圧を後で説明する母線電圧指令と一致する交流電圧に調整する。

次に、電力変換器制御器９について、説明する。
電力変換器制御器９は、母線電圧制御回路９１、出力電流制御回路９２、ＰＷＭ変調回路９３、および電力演算回路９４から構成される。
電力変換器制御器９は、母線電圧指令を電源１０２等の状況に基づいて生成する。
母線３の母線電圧を制御する母線電圧制御回路９１は、母線電圧指令と第２電圧検出器６からの母線電圧とに基づいて、出力電流指令を生成する。電力変換器７の出力電流を制御する出力電流制御回路９２は、母線電圧制御回路９１からの出力電流指令と第２電流検出器７５で検出した電力変換器７の出力電流とに基づいて、通流率指令値を生成する。ＰＷＭ変調回路９３は、出力電流制御回路９２からの通流率指令値に基づいて、電力変換器７のインバータ７１の半導体スイッチング素子の制御用スイッチング信号を生成して、電力変換器７に出力する。

電力演算回路９４は、第３電圧検出器７４で検出した電力変換器７の出力電圧と第２電流検出器７５で検出した電力変換器７の出力電流とを用いて、電力変換器７の出力電力を演算して、出力電力情報として、昇圧回路制御器２０８に出力する。
この出力電力情報を使用して、昇圧回路２１〜２４の入力電流を復元する入力電流復元部８１の動作については、後で説明する。
なお、本実施の形態１では、電力変換器７の出力電力を演算して、出力電力情報として、昇圧回路制御器８に出力しているが、第２電圧検出器および第１電流検出器の検出値から演算した電力変換器７の入力電力を入力電力情報として昇圧回路制御器２０８に出力してもよい。

次に、昇圧回路制御器２０８について、説明する
昇圧回路制御器２０８の構成は、図１の汎用的な昇圧回路制御器８の構成を太陽光発電装置に適用した場合に対応させたものである。具体的には、図１の電圧制御回路８３と電流制御回路８４を、図２ではＭＰＰＴ制御回路８５と電圧制御回路８６とにしている。
すなわち、昇圧回路制御器２０８は、入力電流復元部８１と、ＰＷＭ変調回路８２と、ＭＰＰＴ制御回路８５と、電圧制御回路８６とを備える。
入力電流復元部８１およびＰＷＭ変調回路８２は、図１と同じであるため、ＭＰＰＴ制御回路８５および電圧制御回路８６について説明する。

ＭＰＰＴ制御回路８５は、第１電圧検出器３１〜３４で検出した各昇圧回路２１〜２４の入力電圧と、入力電流復元部８１で復元された各昇圧回路２１〜２４の入力電流とを用い、太陽電池の最大電力点追従（ＭＰＰＴ：Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ）制御を行う。ＭＰＰＴ制御回路８５は、このＭＰＰＴ制御の結果である入力電圧指令を生成する。電圧制御回路８６は、ＭＰＰＴ制御回路８５からの入力電圧指令と各昇圧回路２１〜２４の入力電圧とに基づいて通流率指令値を生成する。
なお、図１においては、外部の上位制御装置等から与えられる入力電圧指令を昇圧回路制御器８に入力していた。しかし、直流電源が太陽光発電装置の場合は、昇圧回路の入力電圧と復元された入力電流とを用いて、ＭＰＰＴ制御を行えるため、外部からの入力電圧指令は必要ない。

次に入力電流復元部８１の動作を説明する。昇圧回路２１〜２ｎの動作状態によって、昇圧回路２１〜２ｎの入力電流を復元するために適用する手段が異なり、本発明では３種類の復元手段（第１から第３入力電流復元手段）に分けている。
本実施の形態１では、基本的な第１入力電流復元手段について説明し、第２、第３入力電流復元手段についてはそれぞれ実施の形態２、３で説明する。
なお、入力電流復元部８１の動作説明は、まず図１の汎用的な電力変換装置１００の場合について説明し、次に図２の４台の太陽光発電装置に適用した具体例について説明する。

昇圧回路２１〜２ｎの動作状態は、昇圧回路２１〜２ｎの入力電圧、すなわち直流電源１１〜１ｎの出力電圧と母線３の母線電圧の関係で決まる。母線３の母線電圧が昇圧回路２１〜２ｎの入力電圧よりも高い場合は、昇圧回路２１〜２ｎはＭＰＰＴ制御を行う、すなわち動作する。しかし、いずれかの昇圧回路２１〜２ｎの入力電圧が母線３の母線電圧以上の場合は、その昇圧回路は動作を停止する。
実施の形態１では、すべての昇圧回路２１〜２ｎが動作している場合の昇圧回路の入力電流の復元について説明する。

本実施の形態１の入力電流復元部８１の動作、すなわち第１入力電流復元手段の動作について説明する。
第１入力電流復元手段は、昇圧回路２１〜２ｎの半導体スイッチング素子Ｓ１ａ〜Ｓｎａのオン／オフ状態と、第１電流検出器５に流れる母線電流を用いて、昇圧回路２１〜２ｎの入力電流を復元する。昇圧回路２１〜２ｎの入力電流は第１電流検出器５に流れる母線電流と、昇圧回路２１〜２ｎのオン／オフ信号を用いて（１）式で表すことができる。

（１）式のようにｎ入力のとき、入力数と同数のｎ回のサンプリングｓｐ１からｓｐｎが必要となる。なお、ｎは昇圧回路の台数であり、２以上の整数である。
（１）式に用いるＩｓｐ１からＩｓｐｎは、第１電流検出器５のサンプリングタイミングｓｐ１からｓｐｎで検出した母線電流である。Ｓ１ｓｐ１からＳｎｓｐ１は、第１電流検出器５のサンプリングタイミングｓｐ１における昇圧回路２１〜２ｎの半導体スイッチング素子Ｓ１ａ〜Ｓｎａのオン／オフ信号の０／１に対応する。
例えば、サンプリングタイミングｓｐ１のとき、Ｓ１ｓｐ１はＳ１ａがオンならば「０」、Ｓ１ａがオフならば「１」となる。Ｓ１ｓｐ２からＳｎｓｐｎも、同様に添え字のサンプリングタイミングに対応した昇圧回路２１〜２ｎの半導体スイッチング素子Ｓ１ａ〜Ｓｎａのオン／オフ信号の０／１に対応する。

（１）式は、逆行列を用いて（２）式で表せるため、入力電流の復元が可能である。

しかし、（１）式から（２）式の変換は（３）式を満足する必要がある。

サンプリングタイミングｓｐ１からｓｐｎは、昇圧回路２１〜２ｎに対応する昇圧回路制御器８の三角波キャリアの山または谷のどちらか一方であり、このサンプリングタイミングで第１電流検出器５のサンプリングを行う。
このサンプリングタイミングを中心に対応するＳｋｓｐｋをＳｋ０と表し、このサンプリングタイミングの中心からｍサンプリング前後のＳｋｓｐ（ｋ＋ｍ）とＳｋｓｐ（ｋ−ｍ）を共にＳｋｍと表すと、（１）式は（４）式で表すことができる。
なお、Ｓｋｓｐ（ｋ＋ｍ）のｋ＋ｍがｎ以上のとき、Ｓｋｓｐ（ｋ＋ｍ−ｎ）をＳｋ（ｋ＋ｍ）とする。同様に、Ｓｋｓｐ（ｋ−ｍ）のｋ−ｍが０より小さいとき、Ｓｋｓｐ（ｋ−ｍ＋ｎ）をＳｋ（ｋ−ｍ）とする。また、ｍは０からｎ／２に含まれる正の整数に対応する。

第１電流検出器５のサンプリングタイミングが昇圧回路制御器８の三角波キャリアの山で実行されるとき、Ｓｋ０は必ず「０」である。同様に、第１電流検出器５のサンプリングタイミングが昇圧回路制御器８の三角波キャリアの谷で実行されるとき、Ｓｋ０は必ず「１」である。特定のサンプリングタイミングにＳｋ０が集中すると、（４）式の右辺のｎ×ｎ行列に同一の列が複数発生しやすくなるため（４）式の右辺のｎ×ｎ行列の逆行列導出が困難になる。
本実施の形態１では、昇圧回路２１〜２ｎの三角波キャリアを位相シフトすることで、特定のサンプリングタイミングにＳｋ０が集中することを防止している。

次に、図２の４台の太陽光発電装置に適用した具体的事例について、昇圧回路２１〜２４の動作と入力電流復元部８１の動作を図３に基づいて説明する。

図３は、昇圧回路２１〜２４の動作説明図であり、第１入力電流復元手段が適用できる動作状況の一例を示している。
図３（ａ）は、４台の太陽光発電装置２１１〜２１４に対応した昇圧回路２１〜２４の三角波キャリア波形と、三角波キャリア波形の山で実行される第１電流検出器５のサンプリングタイミング４００と、第１電流検出器５に流れる母線電流と、昇圧回路２１〜２４の半導体スイッチング素子Ｓ１ａ〜Ｓ４ａのオン／オフ信号（５０１〜５０４）を表す。
図３（ｂ）は、昇圧回路２１〜２４の電流経路を表す。

図３に対応する（４）式、（３）式は（５）式、（６）式で表すことができる。

（５）式における４行４列の行列の各行は、左辺のＩｓｐｋの添え字ｓｐｋの第１電流検出器５の検出値を検出するサンプリングタイミング４００に対応する昇圧回路２１〜２４の半導体スイッチング素子Ｓ１ａ〜Ｓ４ａのオン／オフ信号である。
図３（ｂ）の回路における各昇圧回路２１〜２４の電流経路は（５）式のサンプリングタイミングｓｐ１に対応する。昇圧回路２１〜２４の半導体スイッチング素子Ｓ１ａ〜Ｓ４ａがオンのとき昇圧回路２１〜２４のリアクトル電流は第１電流検出器５に流れないため「０」である。昇圧回路２１〜２４の半導体スイッチング素子Ｓ１ａ〜Ｓ４ａがオフのとき昇圧回路２１〜２４のリアクトル電流は第１電流検出器５に流れるため「１」となる。
半導体スイッチング素子Ｓ１ａ〜Ｓ４ａのオン／オフに対応する三角波キャリア３０１、３０２、３０３、３０４を均等に位相シフトすることで、半導体スイッチング素子Ｓ１ａ〜Ｓ４ａのオン／オフ信号５０１、５０２、５０３、５０４がキャリア周期に対して常にオン、もしくは常にオフとならない限り、（５）式における４行４列の行列の各行は変化する。

図３に対応する（６）式は（３）式を満足するため、（５）式は逆行列を用いて（７）式で表すことができる。

（７）式より、第１電流検出器５に流れる母線電流と、昇圧回路２１〜２４の半導体スイッチング素子Ｓ１ａ〜Ｓ４ａのオン／オフ信号を用いて昇圧回路２１〜２４の入力電流を復元できる。すなわち、（３）式を満足すれば、第１入力電流復元手段を適用して昇圧回路の入力電流を復元できる。

図２において、入力電流復元部８１は、第１入力電流復元手段により昇圧回路２１〜２４の入力電流を復元し、ＭＰＰＴ制御回路８５に出力する。ＭＰＰＴ制御回路８５は、この復元された昇圧回路２１〜２４の入力電流（ＩＬ１〜ＩＬ４）と、第１電圧検出器３１〜３４で検出した各昇圧回路２１〜２４の入力電圧とを用い、太陽光発電装置のＭＰＰＴ制御を行う。

実施の形態１において、直流電源の具体例として、太陽光発電装置を適用した場合を説明したが、燃料電池、直流出力可能な発電機、および蓄電池にも適用できる。

なお、実施の形態１において、入力電流復元部８１を昇圧回路制御器８（２０８）内に設ける構成としたが、昇圧回路制御器８（２０８）外に別に設けることもできる。

以上説明したように、実施の形態１の電力変換装置は、複数の直流電源のそれぞれに接続した複数の昇圧回路と、それぞれの昇圧回路の入力電圧を検出する第１電圧検出器と、複数の昇圧回路の出力を並列接続した母線と、母線電圧平滑用の母線コンデンサと、母線電圧を調整して出力する電力変換器と、母線電流および母線電圧を検出する第１電流検出器および第２電圧検出器と、昇圧回路を制御する昇圧回路制御器とを備え、昇圧回路制御器は昇圧回路を制御するスイッチング信号と母線電流に基づき各昇圧回路の入力電流を復元する入力電流復元部を備えるものである。したがって、複数の直流電源に接続された各昇圧回路の各入力電流検出器を不要とし、かつ直流電源出力変化時にも全直流電源に対してＭＰＰＴ制御を行うことができる。また全直流電源に対して、常にＭＰＰＴ制御を行うことができるため、省エネルギーの効果がある。

実施の形態２．
実施の形態２の電力変換装置は、１台または２台の昇圧回路が動作を停止している場合、第２入力電流復元手段を適用し、電力変換器の電力情報を用いて、昇圧回路２１〜２ｎの入力電流を復元するものである。

以下、実施の形態２の電力変換装置の動作について、電力変換装置の昇圧回路の動作説明図である図４および図５に基づいて説明する。

図４は１台の昇圧回路が動作を停止している場合の昇圧回路の動作説明図であり、図５は２台の昇圧回路が動作を停止している場合の昇圧回路の動作説明図である。
なお、入力電流復元部８１の動作説明は、実施の形態１と同様に、まず図１の汎用的な電力変換装置１００の場合について説明し、次に図２の４台の太陽光発電装置に適用した具体例について説明する。

本実施の形態２にかかる第２入力電流復元手段は、実施の形態１で説明した第１入力電流復元手段を用いることができない場合、電力変換器７の入力電力あるいは出力電力の電力情報を用いて、昇圧回路の入力電流を復元するものである。
すなわち、第２入力電流復元手段は、第１電流検出器５に流れる母線電流と、昇圧回路２１〜２ｎの半導体スイッチング素子Ｓ１ａ〜Ｓｎａのオン／オフ信号と、第１電圧検出器３１〜３ｎで検出する昇圧回路２１〜２ｎの入力電圧（ＶＳ１〜ＶＳｎ）と、電力変換器７の電力情報Ｐとを用いて、昇圧回路２１〜２ｎの入力電流を復元する。
電力変換器７の電力情報Ｐは（８）式で表すことができる。

（３）式が成立しないとき、（４）式のｎ×ｎ行列のいずれかの行を（８）式と入れ替えることができる。（９）式は（４）式のｋ行目を（８）式と入れ替えた式である。

（９）式は逆行列を用いて（１０）式で表せるため、入力電流の復元が可能である。

しかし、（９）式から（１０）式の変換は（１１）式を満足する必要がある。

（１１）式が成立しないとき、再度、（４）式のｎ×ｎ行列のいずれかの行を（８）式と入れ替えてもよい。

次に、次に図２の４台の太陽光発電装置に適用した場合について説明する。
図４は、昇圧回路２１〜２４の動作説明図であり、第２入力電流復元手段が適用できる動作状況の一例を示している。
図４（ａ）は、４台の太陽光発電装置２１１〜２１４に対応した昇圧回路２１〜２４の三角波キャリア波形と、三角波キャリア波形の山で実行される第１電流検出器５のサンプリングタイミング４００と、第１電流検出器５に流れる母線電流と、昇圧回路２１〜２４の半導体スイッチング素子Ｓ１ａ〜Ｓ４ａのオン／オフ信号（５０１〜５０４）を表す。
図４（ｂ）は、昇圧回路２１〜２４の電流経路を表す。
ここで、実施の形態１の図３との違いは、昇圧回路２３が停止している、すなわち、昇圧回路２３の半導体スイッチング素子Ｓ３ａがオフのままである。

図４に対応する（４）式、（３）式はそれぞれ（１２）式、（１３）式で表すことができる。

（１２）式における４行４列の行列の各行は左辺に示されるＩｓｐｋの添え字ｓｐｋの第１電流検出器５の母線電流を検出するサンプリングタイミング４００に対応する昇圧回路２１〜２４の半導体スイッチング素子Ｓ１ａ〜Ｓ４ａのオン／オフ信号である。図４（ｂ）の回路における各昇圧回路２１〜２４の電流経路は（１２）式のサンプリングタイミングｓｐ１に対応する。昇圧回路２１〜２４の半導体スイッチング素子Ｓ１ａ〜Ｓ４ａがオンのとき昇圧回路２１〜２４のリアクトル電流は第１電流検出器５に流れないため「０」、昇圧回路２１〜２４の半導体スイッチング素子Ｓ１ａ〜Ｓ４ａがオフのとき昇圧回路２１〜２４のリアクトル電流は第１電流検出器５に流れるため「１」となる。

（１３）式より、第１入力電流復元手段は適用できないと判断できる。ここで、（１２）式の４×４行列の各行を比較すると、３行目と４行目が同じであるため、（１２）式の４×４行列の４行目を（８）式と入れ替えると、（１４）式、（１５）式が求まる。

（１５）式が成り立つとき、（１４）式は逆行列を用いて（１６）式で表すことができる。

（１６）式より、昇圧回路２１〜２４の入力電流を復元することができる。

次に、別の事例を図５に基づいて説明する。
図５は、昇圧回路２１〜２４の内、２台が動作を停止している場合の昇圧回路２１〜２４の動作説明図であり、第２入力電流復元手段が適用できる動作状況を示している。
図５（ａ）は、４台の太陽光発電装置２１１〜２１４に対応した昇圧回路２１〜２４の三角波キャリア波形と、三角波キャリア波形の山で実行される第１電流検出器５のサンプリングタイミング４００と、第１電流検出器５に流れる母線電流と、昇圧回路２１〜２４の半導体スイッチング素子Ｓ１ａ〜Ｓ４ａのオン／オフ信号（５０１〜５０４）を表す。
図５（ｂ）は、昇圧回路２１〜２４の電流経路を表す。
ここで、実施の形態１の図３および本実施の形態２の図４との違いは、昇圧回路２３、２４が停止している、すなわち、昇圧回路２３、２４の半導体スイッチング素子Ｓ３ａ、Ｓ４ａがオフのままである。

図５に対応する（４）式、（３）式はそれぞれ（１７）式、（１８）式で表すことができる。

（１７）式における４行４列の行列の各行は左辺に示されるＩｓｐｋの添え字ｓｐｋの第１電流検出器５の母線電流を検出するサンプリングタイミング４００に対応する昇圧回路２１〜２４の半導体スイッチング素子Ｓ１ａ〜Ｓ４ａのオン／オフ信号である。図５の回路における各昇圧回路２１〜２４の電流経路は（１７）式のサンプリングタイミングｓｐ１に対応する。昇圧回路２１〜２４の半導体スイッチング素子Ｓ１ａ〜Ｓ４ａがオンのとき昇圧回路２１〜２４のリアクトル電流は第１電流検出器５に流れないため「０」、昇圧回路２１〜２４の半導体スイッチング素子Ｓ１ａ〜Ｓ４ａがオフのとき昇圧回路２１〜２４のリアクトル電流は第１電流検出器５に流れるため「１」となる。

（１８）式より、第１入力電流復元手段は適用できないと判断できる。
（１７）式の４×４行列の各行を比較すると、３行目と４行目は同じであるため、（１２）式の４×４行列の４行目を（８）式と入れ替えると、（１９）式、（２０）式が求まる。

（２０）式が成り立つとき、（１９）式は逆行列を用いて（２１）式で表すことができる。

（２１）式より、昇圧回路２１〜２４の入力電流を復元することができる。つまり、第２入力電流復元手段は（１２）、（１７）式のような右辺の各行の式に同一の式が２つ存在するとき、一方を（８）式に置き換えることで昇圧回路２１〜２４の入力電流を復元できる。

以上説明したように、実施の形態２の電力変換装置は、１台または２台の昇圧回路が動作を停止している場合、第２入力電流復元手段を適用し、電力変換器の電力情報を用いて、昇圧回路２１〜２ｎの入力電流を復元するものである。したがって、１台または２台の昇圧回路が動作を停止している場合でも、複数の直流電源に接続された各昇圧回路の各入力電流検出器を不要とし、すべての昇圧回路２１〜２ｎの入力電流を復元でき、直流電源出力変化時にも動作中の全直流電源に対してＭＰＰＴ制御を行うことができる。
なお、第２入力電流復元手段は、昇圧回路の台数が２台以上（昇圧回路１台が動作停止）あるいは３台以上（昇圧回路２台が動作停止）の場合に適用できる。

実施の形態３．
実施の形態３の電力変換装置は、３台以上の昇圧回路が動作を停止している場合、第３入力電流復元手段を適用し、復元可能な動作中の昇圧回路２１〜２ｎの入力電流を復元するものである。

以下、実施の形態３の電力変換装置の動作について、電力変換装置の昇圧回路の動作説明図である図６に基づいて説明する。さらに、実施の形態１、２で説明した第１および第２入力電流復元手段を含めた第１から第３入力電流復元手段の適用フローを図７に基づいて説明する。

本実施の形態３にかかる昇圧回路２１〜２ｎの特定入力電流の復元可否判定は、昇圧回路２１〜２ｎの昇圧動作の状況（動作／停止）で行い、その後、第１入力電流復元手段と同様の手順で、動作中の昇圧回路の入力電流の復元を行う。

（４）式の右辺の各行の式に同一の式が３以上存在するとき、第１、２入力電流復元手段を用いて全ての昇圧回路２１〜２ｎの入力電流の復元はできない。しかし、（４）式の右辺の各列が複数同一であれば、（４）式、（９）式を変形することで特定の入力電流を復元できる条件が存在する。昇圧回路２１〜２ｎの半導体スイッチング素子Ｓ１ａ〜Ｓｎａは昇圧動作を行っているとき昇圧回路２１〜２ｎの三角波キャリア周期に応じてオン／オフが切り替わるため、昇圧回路２１〜２ｎが全て昇圧動作しているとき（４）式の右辺に同一の列は発生しない。したがって、（４）式の右辺に発生する同一の列数は昇圧回路２１〜２ｎの昇圧動作が停止した台数と同数である。

図６は、昇圧回路２１〜２４の動作説明図であり、第３入力電流復元手段を適用する動作状況の一例を示している。
図６（ａ）は、４台の太陽光発電装置２１１〜２１４に対応した昇圧回路２１〜２４の三角波キャリア波形と、三角波キャリア波形の山で実行される第１電流検出器５のサンプリングタイミング４００と、第１電流検出器５に流れる母線電流と、昇圧回路２１〜２４の半導体スイッチング素子Ｓ１ａ〜Ｓ４ａのオン／オフ信号（５０１〜５０４）を表す。
図６（ｂ）は、昇圧回路２１〜２４の電流経路を表す。
ここで、実施の形態１の図３、実施の形態２の図４、図５との違いは、３台の昇圧回路２２〜２４が停止している、すなわち、昇圧回路２２〜２４の半導体スイッチング素子Ｓ２ａ〜２４ａがオフのままである。

（４）式、（３）式はそれぞれ（２２）式、（２３）式で表すことができる。

（２２）式における４行４列の行列の各行は左辺に示されるＩｓｐｋの添え字ｓｐｋの第１電流検出器５の母線電流を検出するサンプリングタイミング４００に対応する昇圧回路２１〜２４の半導体スイッチング素子Ｓ１ａ〜Ｓ４ａのオン／オフ信号である。図６（ｂ）の回路における昇圧回路２１〜２４ごとの電流経路は（２２）式のサンプリングタイミングｓｐ１に対応する。昇圧回路２１〜２４の半導体スイッチング素子Ｓ１ａ〜Ｓ４ａがオンのとき昇圧回路２１〜２４のリアクトル電流は第１電流検出器５に流れないため「０」、昇圧回路２１〜２４の半導体スイッチング素子Ｓ１ａ〜Ｓ４ａがオフのとき昇圧回路２１〜２４のリアクトル電流は第１電流検出器５に流れるため「１」となる。

（２３）式より、第１入力電流復元手段は適用できないと判断できる。
（２２）式の４×４行列の各行を比較すると、２行目から４行目は同じであるため第２入力電流復元手段も適用できない。
ここで、（２２）式の４×４行列の各列を比較すると、２列目から４列目が同じであるため、（２２）式は（２４）式で表すことができる。

第１入力電流復元手段の適用過程と同様に、（２４）式の逆行列化はそれぞれ（２５）式より判定できる。

（２５）式より、（２４）式は逆行列を用いて（２６）式で表すことができる。

したがって、第３入力電流復元手段は、図６のように３台の昇圧回路２２〜２４の動作を停止している場合、（２２）式において昇圧回路の特定入力電流の復元可否判定を行い、復元可能な昇圧回路２１の入力電流（ＩＬ１）のみを第１入力電流復元手段と同様の手順で復元するものである。
つまり、第３入力電流復元手段は、例えば（２２）式のような第１、２入力電流復元手段を適用できないとき、具体的には行列の行を比較して同じ行が２組以上、または同じ行が３行以上あるときに適用することで一部の入力電流を復元するものである。ただし、この場合、残りの入力電流は復元できない。

次に、実施の形態１から実施の形態３で説明した第１から第３入力電流復元手段の適用フローを、図７に基づいて説明する。

入力電流復元処理を開始する（Ｓ０１）と、まず（３）式の条件を満足するか判定する（Ｓ０２）。
Ｓ０２で（３）式の条件を満足する場合は、第１入力電流復元手段を適用する（Ｓ０３）。具体的には、（２）式により昇圧回路の入力電流を復元する。
Ｓ０２で（３）式の条件を満足しない場合は、（４）式の右辺のｎ×ｎ行列の各行を比較し（Ｓ０４）、重複行があるかどうかを判定する（Ｓ０５）。
Ｓ０５の判定の結果、重複行がある場合は、（重複行数＝２かつ重複行の種類＝１）の条件を満足するか判定する（Ｓ０６）。
Ｓ０６で、条件を満足する場合は、第２入力電流復元手段を適用する（Ｓ０７）。具体的には、同一行のうち一方を電力情報の（８）式と入れ替えて（１１）式が成り立つことを確認後に、（１０）式により昇圧回路の入力電流を復元する。
Ｓ０５の判定の結果、重複行がない場合は、復元不可（Ｓ０８）であるため、入力電流復元処理を終了する（Ｓ１１）。
Ｓ０６で、条件を満足しない場合は、（（重複行数の和−重複行種類数）≦（昇圧回路の昇圧動作停止台数））の条件を満足するか判定する（Ｓ０９）。
Ｓ０９で、条件を満足する場合は、第３入力電流復元手段を適用する（Ｓ１０）。具体的には、特定入力電流の復元判定を行い、復元可能な動作している昇圧回路の入力電流を復元する。
Ｓ０９で、条件を満足しない場合は、復元不可（Ｓ０８）であるため、入力電流復元処理を終了する（Ｓ１１）。
第１入力電流復元手段（Ｓ０３）、第２入力電流復元手段（Ｓ０７）、および第３入力電流復元手段（Ｓ１０）適用後、入力電流復元処理を終了する（Ｓ１１）。

以上説明したように、実施の形態３の電力変換装置は、３台以上の昇圧回路が動作を停止している場合、第３入力電流復元手段を適用し、復元可能な動作している昇圧回路２１〜２ｎの入力電流を復元するものである。したがって、３台以上の昇圧回路が動作を停止している場合でも、複数の直流電源に接続された各昇圧回路の各入力電流検出器を不要とし、復元可能な動作している昇圧回路の入力電流を復元でき、直流電源出力変化時にも動作中の全直流電源に対してＭＰＰＴ制御を行うことができる。
なお、第３入力電流復元手段は、昇圧回路の台数が４台以上の場合に適用できる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

１ 直流電源部、２，２０２ 昇圧回路部、３ 母線、４ 母線コンデンサ、
５ 第１電流検出器、６ 第２電圧検出器、７ 電力変換器、
８，２０８ 昇圧回路制御器、９ 電力変換器制御器、１１〜１ｎ 直流電源、
２１〜２ｎ 昇圧回路、３１〜３ｎ 第１電圧検出器、７１ インバータ、
７２ リアクトル、７３ 出力コンデンサ、７４ 第３電圧検出器、
７５ 第２電流検出器、８１ 入力電流復元部、８２，９３ ＰＷＭ変調回路、
８３，８６ 電圧制御回路、８４ 電流制御回路、８５ ＭＰＰＴ制御回路、
９１ 母線電圧制御回路、９２ 出力電流制御回路、９４ 電力演算回路、
１００，２００ 電力変換装置、１０１ 負荷、１０２ 電源、
２０１ 太陽光発電装置部、２１１〜２１４ 太陽光発電装置、
Ｓ１ａ〜Ｓｎａ，Ｓ１ｂ〜Ｓｎｂ 半導体スイッチング素子、Ｃ１〜Ｃｎ コンデンサ、Ｌ１〜Ｌｎ リアクトル、３０１〜３０４ 三角波キャリア、
４００，４０１〜４０４ サンプリングタイミング、５０１〜５０４ オン／オフ信号。

Claims (9)

1. 複数の直流電源のそれぞれに接続した複数の昇圧回路と、それぞれの前記昇圧回路の入力電圧を検出する第１電圧検出器と、複数の前記昇圧回路の出力を並列接続した母線と、前記母線に接続した母線電圧平滑用の母線コンデンサと、前記母線に接続し母線電圧を調整して出力する電力変換器と、母線電流を検出する第１電流検出器と、前記母線電圧を検出する第２電圧検出器と、前記昇圧回路を制御する昇圧回路制御器と、前記昇圧回路を制御するスイッチング信号と前記第１電流検出器で検出した前記母線電流とに基づき各前記昇圧回路の入力電流を復元する入力電流復元部と、を備える電力変換装置。
2. 前記昇圧回路制御器が生成する通流率指令値と、３６０度を前記昇圧回路の台数で割った等間隔の位相差を有する三角波との比較に基づき、前記昇圧回路のスイッチング信号のオン／オフを決定し、前記三角波の周期の（（前記昇圧回路の台数＋１）／前記昇圧回路の台数）倍の周期で前記母線電流を前記第１電流検出器で検出する請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記入力電流復元部は、すべての前記昇圧回路の昇圧動作が動作の場合、
   前記昇圧回路の前記入力電流を、前記昇圧回路を制御する前記スイッチング信号と前記母線電流とを用いて行列で表し、前記行列の行列式から復元する請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記入力電流復元部は、前記昇圧回路の昇圧動作が１または２回路が停止の場合、
   前記昇圧回路の入力電流を、前記スイッチング信号と、前記母線電流と、前記電力変換器の入力電力または出力電力のいずれかの電力とを用いて行列で表し、前記行列の行列式から復元する請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
5. 前記入力電流復元部は、前記昇圧回路の昇圧動作が３回路以上停止の場合、
   復元可能な前記昇圧回路の入力電流を判定し、前記復元可能な昇圧回路の入力電流を、前記スイッチング信号と、前記母線電流とを用いて行列で表し、前記行列の行列式から復元する請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
6. 前記直流電源は太陽光発電装置である請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
7. 前記直流電源は燃料電池である請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
8. 前記直流電源は直流出力可能な発電機である請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
9. 前記直流電源は蓄電池である請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電力変換装置。

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