JP2019071708A - 電力変換装置及びその温度上昇抑制方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電力変換装置全体としての出力電力を抑制することなく、温度上昇抑制を実現する。【解決手段】筐体と、この筐体内に設けられ、入力電力が供給されるＤＣバスと、筐体内にあって、ＤＣバスに接続され、ＤＣバスから電力を取り出してそれぞれの出力対象に出力可能な複数の電力変換器と、筐体内の所定部位での温度を検出する温度センサと、複数の電力変換器を制御するとともに、複数の電力変換器の各損失の合計値を最小とするそれぞれの出力電力を目標値として記憶しておき、温度が上昇して閾値に達した場合は、複数の電力変換器のそれぞれについて、出力電力を前記目標値に変更するか又は近づける制御を実行可能な制御部と、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、電力変換装置及びその温度上昇抑制方法に関する。

一般に、電力用の機器は、内部に搭載する電子部品の温度が上昇すると、故障を予防するために出力を抑制する機能を有する。例えば、商用電力系統と系統連系するパワーコンディショナ（電力変換装置）の場合、内部の発熱しやすい部分での温度が上昇すると、商用電力系統への逆潮（売電）電力を抑制して温度を下げる（例えば、特許文献１参照。）。

一方、近年需要が増加しているのは、太陽光発電装置と蓄電装置とを併設したいわゆるハイブリッド型の電源システムである（例えば、特許文献２参照。）。この電源システムでは、例えば、パワーコンディショナに、その定格容量を超える発電電力の太陽光発電装置が接続されている。太陽光発電装置は、上記定格容量を超える分の電力については、これを蓄電装置に蓄えることができる。夜間は、蓄電装置に蓄えられた電力を需要家で消費することができる。

特開２０１６−８２７１８号公報 特開２０１７−２８８２２号公報

しかしながら、上記のような従来の電力変換装置では、太陽光発電中に、パワーコンディショナの温度上昇抑制のために出力電力を抑制すると、発電電力を十分に活用できないことになる。
かかる課題に鑑み、本発明は、電力変換装置全体としての出力電力を抑制することなく、温度上昇抑制を実現することを目的とする。

本発明の一表現に係る電力変換装置は、筐体と、前記筐体内に設けられ、入力電力が供給されるＤＣバスと、前記筐体内にあって、前記ＤＣバスに接続され、前記ＤＣバスから電力を取り出してそれぞれの出力対象に出力可能な複数の電力変換器と、前記筐体内の所定部位での温度を検出する温度センサと、前記複数の電力変換器を制御するとともに、前記複数の電力変換器の各損失の合計値を最小とするそれぞれの出力電力を目標値として記憶しておき、前記温度が上昇して閾値に達した場合は、前記複数の電力変換器のそれぞれについて、出力電力を前記目標値に変更するか又は近づける制御を実行可能な制御部と、を備えている。

また、本発明の一表現に係る電力変換装置の温度上昇抑制方法は、筐体内に、入力電力が供給されるＤＣバスと、前記ＤＣバスに接続され、前記ＤＣバスから電力を取り出してそれぞれの出力対象に出力可能な複数の電力変換器と、を有する電力変換装置を対象とする、電力変換装置の温度上昇抑制方法であって、前記複数の電力変換器の各損失の合計値を最小とするそれぞれの出力電力を目標値として記憶しておき、前記筐体内の所定部位での温度を検出し、前記温度が上昇して閾値に達した場合は、前記複数の電力変換器のそれぞれについて、出力電力を前記目標値に変更するか又は近づける制御を実行する、電力変換装置の温度上昇抑制方法である。

本発明によれば、電力変換装置全体としての出力電力を抑制することなく、温度上昇を抑制することができる。

電力変換装置の一例と、その入出力回路とを示す回路図である。 電力変換装置の内部損失と、中間コンデンサの表面の温度との関係を一例として示すグラフである。 太陽光発電の発電電力に基づいて交流電路への電力供給と、蓄電池への充電とが行われている状態における電力変換装置を、入力／出力の観点から概念的に簡略化したブロック図である。 一例として、出力電力と損失との関係を示すグラフである。 図１におけるインバータ及びＤＣ／ＤＣコンバータについての、出力電力に対する損失の特性例を示すグラフである。 図１におけるインバータ及びＤＣ／ＤＣコンバータについての、出力電力に対する損失の他の特性例を示すグラフである。 制御部によって実行される温度上昇抑制制御の一例を示すフローチャートである。 制御部によって実行される温度上昇抑制制御の他の例を示すフローチャートである。 電力変換装置を、入力／出力の観点から概念的に簡略化したブロック図である。 図９の構成について、制御部によって実行される温度上昇抑制制御のさらに他の例を示すフローチャートである。

［実施形態の要旨］
本発明の実施形態の要旨としては、少なくとも以下のものが含まれる。

（１）これは、筐体と、前記筐体内に設けられ、入力電力が供給されるＤＣバスと、前記筐体内にあって、前記ＤＣバスに接続され、前記ＤＣバスから電力を取り出してそれぞれの出力対象に出力可能な複数の電力変換器と、前記筐体内の所定部位での温度を検出する温度センサと、前記複数の電力変換器を制御するとともに、前記複数の電力変換器の各損失の合計値を最小とするそれぞれの出力電力を目標値として記憶しておき、前記温度が上昇して閾値に達した場合は、前記複数の電力変換器のそれぞれについて、出力電力を前記目標値に変更するか又は近づける制御を実行可能な制御部と、を備えている。
なお、出力対象とは、例えば、商用電力系統に接続された交流電路又は、蓄電池である。

前述のように、従来一般に、電力変換装置の筐体内で検出される温度が上昇して閾値に達した場合、出力電力を抑制して温度上昇を抑制する必要がある。出力電力を抑制すると、入力電力も抑制される。しかしながら、例えば入力電力が太陽光発電に基づくものであれば、発電できる電力を抑制することになり、無駄が生じる。

しかるに、上記のような電力変換装置では、ＤＣバスに供給される入力電力を、複数の電力変換器で分け合うように出力することができる。また、出力電力の増加に伴って電力変換器内の損失も増加するが、出力電力に対する損失の特性は、比例ではなく、出力電力の増加に伴って、若干、加速的に損失も増加する。この状況下では、入力電力が一定であるとすると、複数の電力変換器の出力電力が互いに接近している方が損失の合計値が少ない。但し、複数の電力変換器の出力電力が互いに同じであればよいとは限らず、出力電力に対する損失の特性に依存して、複数の電力変換器の各損失の合計値を最小とするそれぞれの出力電力というものがある。そこで、かかる出力電力を温度上昇抑制の目標値として記憶しておく。

そして、温度が上昇して閾値に達した場合は、複数の電力変換器の各出力電力をそれぞれの目標値に変更するか又は少なくとも近づける。こうして、損失の合計値を減少させ、温度上昇を抑制することができる。すなわち、電力変換装置全体としての出力電力を抑制することなく、温度上昇を抑制することができる。

なお、複数の電力変換器がそれぞれ、商用電力系統と接続された交流電路及び、蓄電池に接続されている場合、逆潮（売電）電力を減らす分を蓄電池に蓄電することになれば、電力を無駄なく活用することができる。また、系統連系する電力変換器に含まれる交流リアクトルは、一般に、蓄電池に接続される電力変換器に含まれる直流リアクトルより発熱量が大きい。従って、発熱量の大きい交流リアクトルに流れる電流を減らせば、温度上昇抑制の効果を高めることができる。

（２）また、（１）の電力変換装置において、前記制御部は、前記複数の電力変換器のうち一方の出力電力の増加量が他方の出力電力の減少量となるよう制御するようにしてもよい。
この場合、入力電力及び、出力電力の合計値を変化させることなく、複数の電力変換器の出力電力をそれぞれの目標値に変更するか又は近づけることができる。従って、例えば、入力電力が太陽光発電に基づくものであれば、発電電力を抑制する無駄を生じさせない。

（３）また、（１）又は（２）の電力変換装置において、前記制御部は、前記複数の電力変換器について、それぞれ、現在の出力電力から前記目標値までの変化量を細分して、段階的に逐次変化させるようにしてもよい。
これにより、例えば、電力変換器が商用電力系統に接続されていて売電単価が比較的高い場合は、なるべく売電に執着すべく、段階的な変化により徐々に変化させて温度抑制効果を見ることができる。逆に、売電単価が比較的安く、電力変換器が蓄電池に接続されている場合は、なるべく蓄電に執着すべく、段階的な変化により徐々に変化させて温度抑制効果を見ることができる。

（４）また、（１）、（２）又は（３）の電力変換装置において、前記複数の電力変換器のうち、第１の電力変換器が商用電力系統に、第２の電力変換器が蓄電池に、第３の電力変換器が他の蓄電池に、それぞれ接続されており、かつ、前記第１の電力変換器、前記第２の電力変換器、前記第３の電力変換器についての本来の前記目標値をそれぞれ、Ｐ_{ｏ１＿ｍｉｎ}、Ｐ_{ｏ２＿ｍｉｎ}、Ｐ_{ｏ３＿ｍｉｎ}とした場合、前記制御部は、前記温度が上昇して閾値に達した場合に、前記目標値を変更し、前記第１の電力変換器の出力電力はＰ_{ｏ１＿ｍｉｎ}、前記第２の電力変換器の出力電力は（Ｐ_{ｏ２＿ｍｉｎ}＋Ｐ_{ｏ３＿ｍｉｎ}）、前記第３の電力変換器の出力電力は０、とする制御オプションを有するようにしてもよい。
このように蓄電池への出力が複数系統ある場合は、そのうちの１系統の電力変換器の出力電力を０にする方が、損失の合計値を、より抑制できる場合もあり得る。この場合、結果的に目標値が立て替えられたことになり、第３の電力変換器の目標値分の出力電力を第２の電力変換器に余分に背負わせた形となる。目標値のトータルの出力電力（Ｐ_{ｏ１＿ｍｉｎ}＋Ｐ_{ｏ２＿ｍｉｎ}＋Ｐ_{ｏ３＿ｍｉｎ}）は不変である。

（５）方法の観点からは、これは、筐体内に、入力電力が供給されるＤＣバスと、前記ＤＣバスに接続され、前記ＤＣバスから電力を取り出してそれぞれの出力対象に出力可能な複数の電力変換器と、を有する電力変換装置を対象とする、電力変換装置の温度上昇抑制方法であって、前記複数の電力変換器の各損失の合計値を最小とするそれぞれの出力電力を目標値として記憶しておき、前記筐体内の所定部位での温度を検出し、前記温度が上昇して閾値に達した場合は、前記複数の電力変換器のそれぞれについて、出力電力を前記目標値に変更するか又は近づける制御を実行する、電力変換装置の温度上昇抑制方法である。

このような電力変換装置の温度上昇抑制方法においては、温度センサが検出する温度が上昇して閾値に達した場合に、複数の電力変換器の各出力電力は、それぞれの目標値に変更されるか又は少なくとも近づけられる。こうして、損失の合計値を減少させ、温度上昇を抑制することができる。すなわち、電力変換装置全体としての出力電力を抑制することなく、温度上昇を抑制することができる。

［実施形態の詳細］
以下、本発明の一実施形態に係る電力変換装置について、図面を参照して説明する。

《電力変換装置の一例》
図１は、電力変換装置１００の一例と、その入出力回路とを示す回路図である。まず、主回路要素から説明すると、電力変換装置１００は、一つの筐体１内に、電力変換器として、ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａ，１Ｃ及びインバータ１Ｂを備えている。電力変換装置１００の直流側（図の左側）には、太陽光発電パネル２及び蓄電池３が接続されている。また、電力変換装置００の交流側（図の右側）には、交流電路４が接続されている。交流電路４には、需要家の負荷４Ｒが接続されると共に、商用電力系統４Ｓが接続されている。

なお、ここでは、太陽光発電の入力系統すなわち、太陽光発電パネル２及びＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａは１系統である最も簡素な例を示しているが、これに限らず、複数系統が存在し、発電出力が並列に接続される回路構成であってもよい。

太陽光発電パネル２からの発電出力は、直流側コンデンサ６を介して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａに入力される。ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａは、直流リアクトル７と、ローサイドのスイッチング素子Ｑ１と、ハイサイドのスイッチング素子Ｑ２とを図示のように接続して構成されている。各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２にはそれぞれ、逆並列にダイオードｄ１，ｄ２が接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａは、昇圧チョッパとして動作すると共に、発電出力についてＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）制御を行う。

なお、図示のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。他のスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８についても同様である。但し、ＩＧＢＴに代えてＭＯＳ−ＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）を使用することもできる。

蓄電池３は、例えばリチウムイオンバッテリであり、直流側コンデンサ１４を介してＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｃと接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｃは、直流リアクトル１５と、ローサイドのスイッチング素子Ｑ３と、ハイサイドのスイッチング素子Ｑ４とを図示のように接続して構成されている。各スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４にはそれぞれ、逆並列にダイオードｄ３，ｄ４が接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｃは、蓄電池３を充電する際は降圧チョッパとして動作し、蓄電池３を放電させる際は昇圧チョッパとして双方向に動作することができる。

２つのＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａ，１Ｃは、ＤＣバス１０に接続されている。ＤＣバス１０の２線間には、中間コンデンサ１２が設けられている。ＤＣバス１０にはインバータ１Ｂが接続されている。インバータ１Ｂは、ブリッジ回路を構成するスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６，Ｑ７，Ｑ８と、交流リアクトル１７及び交流側コンデンサ１９と、を備えている。スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６，Ｑ７，Ｑ８にはそれぞれ、逆並列にダイオードｄ５，ｄ６，ｄ７，ｄ８が接続されている。

インバータ１Ｂの交流側への出力電圧（例えば２００Ｖ）は、例えば、２つの互いに直列なコンデンサ２０，２１を介して単相３線の交流出力となる。すなわち、商用電力系統４Ｓは、単相３線である。

計測・制御に関する要素については、まず、電圧センサ５，１３はそれぞれ、直流側コンデンサ６，１４の両端電圧を検出し、検出出力を制御部３０に送る。電流センサ８，１６はそれぞれ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａ，１Ｃに流れる電流を検出し、検出出力を制御部３０に送る。電圧センサ９は、ＤＣバス１０の２線間の電圧を検出し、検出出力を制御部３０に送る。温度センサ１１は、例えば、中間コンデンサ１２の表面の温度を検出し、検出出力を制御部３０に送る。電流センサ１８は、交流リアクトル１７に流れる電流を検出し、検出出力を制御部３０に送る。電圧センサ２２は、交流電路４の電圧線２線間の電圧を検出し、検出出力を制御部３０に送る。さらに、電力変換装置１００の外部にある電流センサ２３，２４も、商用電力系統４Ｓとの間に流れる電圧線２線の電流を検出し、検出出力を制御部３０に送る。

制御部３０は、各センサからの検出出力に基づいて、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ８を制御する。制御部３０は例えば、コンピュータを含み、ソフトウェア（コンピュータプログラム）をコンピュータが実行することで、必要な制御機能を実現する。ソフトウェアは、制御部の記憶装置（図示せず。）に格納される。

なお、温度センサ１１の検出対象を中間コンデンサ１２の表面の温度とした理由は、筐体１内における中間コンデンサ１２の配置が、発熱量の大きい交流リアクトル１７の近くにあり、交流リアクトル１７の輻射熱により中間コンデンサ１２が温度上昇しやすいからである。但し、温度センサ１１を設ける場所は、これに限定されるわけではなく、筐体１内で、電力変換装置１００の内部損失の影響を受けやすい場所であればよい。また、温度センサ１１を複数箇所に設けて、例えば最も高い温度を、現在の筐体１内の温度としてもよい。

図２は、電力変換装置１００の内部損失と、中間コンデンサ１２の表面の温度との関係を一例として示すグラフである。図の点線上の３つの点は、交流出力電力の大きさを変えずに、損失が増えるように電圧、電流の条件を変更してみた場合の温度である。すなわち、温度は、内部損失の増加に比例して上昇している。

《出力が複数ある場合》
以下、太陽光発電の発電電力に基づいて交流電路４への電力供給と、蓄電池３への充電とが行われている状態における、電力変換装置１００の温度上昇抑制について説明する。
図３は、かかる状態における図１の電力変換装置１００を、入力／出力の観点から概念的に簡略化したブロック図である。図において、電力変換装置１００は、一つの筐体１内に、「入力１」としてのＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａと、「出力１」としてのインバータ１Ｂと、「出力２」としてのＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｃとを備え、ＤＣバス１０を介して相互に接続されている。

ここで、入力１の入力電力をＰ_ｉ、効率をη_ｉ、出力１の出力電力をＰ_ｏ１、効率をη_ｏ１、出力２の出力電力をＰ_ｏ２、効率をη_ｏ２、とすると、
Ｐ_ｉ×η_ｉ＝（Ｐ_ｏ１／η_ｏ１）＋（Ｐ_ｏ２／η_ｏ２）
である。上記式の左辺すなわち、ＤＣバス１０に実際に供給される入力電力は、出力１と出力２とで分け合うことになる。

次に、図４は、一例として、出力電力と損失との関係を示すグラフである。まず、（ａ）は一般的な出力電力と損失との関係を表している。図示のように、出力電力の増加に対して、損失は、比例的にというよりも若干、加速的に増加する。すなわち、特性曲線は直線ではなく、曲線であり、出力電力が増加するほど、損失の増加率が大きくなる。例えば（ａ）が出力１の特性であるとすると、ＤＣバス１０への入力電力が一定であるとすれば、出力１と電力を分け合う出力２の特性は（ｂ）に示すように変化することになる。

そこで、出力１の損失と、出力２の損失との損失合計を考えると、（ｃ）に示す特性となる。このように、出力電力がどちらか一方に偏っているほど損失の合計値が大きく、２つの出力電力の値が接近するほど損失の合計値は小さくなる。（ａ）、（ｂ）の２つの特性が完全に左右対称な関係であれば、２つの出力電力が互いに等しいとき、損失の合計値が最小になるが、特性が少し違えば単純にそうとは言えず、２つの出力電力が互いに接近したところの、ある値の組合せで、損失の合計値が最小になる。

図５は、図１におけるインバータ１Ｂ及びＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｃについての、出力電力に対する損失の特性例を示すグラフである。上段・下段の２つのグラフは、互いに同じ特性であるが、出力電力の振り分け方が異なるとどうなるか、を示している。プロット点が黒塗りの四角の曲線がインバータ１Ｂの特性であり、プロット点が丸印の曲線がＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｃの特性である。

例えば今、上段のグラフにおいて、インバータ１Ｂの出力電力がＰ_ｏ１、損失がη_ｏ１、であり、ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｃの出力電力がＰ_ｏ２、損失がη_ｏ２、であるとする。この場合、出力電力の合計値P_ｓｕｍは、Ｐ_ｓｕｍ＝（Ｐ_ｏ１＋Ｐ_ｏ２）である。また、損失の合計値η_ｓｕｍは、η_ｓｕｍ＝（η_ｏ１＋η_ｏ２）である。
次に、下段のグラフにおいて、インバータ１Ｂの出力電力がＰ_ｏ１’、損失がη_ｏ１’であり、ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｃの出力電力がＰ_ｏ２’_、損失がη_ｏ２’、であるとする。この場合、出力電力の合計値P_ｓｕｍは、Ｐ_ｓｕｍ＝（Ｐ_ｏ１’＋Ｐ_ｏ２’）である。また、損失の合計値η_ｓｕｍ’は、η_ｓｕｍ’＝（η_ｏ１’＋η_ｏ２’）である。

ここで、上段・下段のグラフを比較すると、出力電力の合計値Ｐ_ｓｕｍは変わらないが、損失の合計値は、η_ｓｕｍ＞η_ｓｕｍ’となる。すなわち、２つの出力電力がどちらか一方に偏っている場合よりも、２つの出力電力の値が接近すると損失の合計値は小さくなる。なお、上段のグラフでの出力電力の偏り方を逆にしても同様である。
ただ、図５の下段のグラフにおいて、損失の合計値が最小になる（Ｐ_ｏ１’，Ｐ_ｏ２’）は、Ｐ_ｏ１’＝Ｐ_ｏ２’のときではなく、適切な組合せがある。この組合せは、例えば、予め実験により調べておくことができる。すなわち、損失の合計値が最小になる出力電力の組合せ（Ｐ_{ｏ１＿ｍｉｎ}，Ｐ_{ｏ２＿ｍｉｎ}）は、予め分かっている。

図６は、図１におけるインバータ１Ｂ及びＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｃについての、出力電力に対する損失の他の特性例を示すグラフである。上段・下段の２つのグラフは、互いに同じ特性であるが、出力電力の振り分け方が異なるとどうなるか、を示している。図５とは異なるのは、インバータ１Ｂの特性と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｃの特性とが互いに同じである場合、という点である。

例えば今、上段のグラフにおいて、インバータ１Ｂの出力電力がＰ_ｏ１、損失がη_ｏ１、であり、ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｃの出力電力がＰ_ｏ２、損失がη_ｏ２、であるとする。この場合、出力電力の合計値P_ｓｕｍは、Ｐ_ｓｕｍ＝（Ｐ_ｏ１＋Ｐ_ｏ２）である。また、損失の合計値η_ｓｕｍは、η_ｓｕｍ＝（η_ｏ１＋η_ｏ２）である。
次に、下段のグラフにおいて、インバータ１Ｂの出力電力がＰ_ｏ１’、損失がη_ｏ１’であり、ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｃの出力電力がＰ_ｏ２’_、損失がη_ｏ２’、であるとする。この場合、出力電力の合計値P_ｓｕｍは、Ｐ_ｓｕｍ＝（Ｐ_ｏ１’＋Ｐ_ｏ２’）である。また、損失の合計値η_ｓｕｍ’は、η_ｓｕｍ’＝（η_ｏ１’＋η_ｏ２’）である。

ここで、上段・下段のグラフを比較すると、図５の場合と同様に、出力電力の合計値Ｐ_ｓｕｍは変わらないが、損失の合計値は、η_ｓｕｍ＞η_ｓｕｍ’となる。すなわち、２つの出力電力がどちらか一方に偏っている場合よりも、２つの出力電力の値が接近すると損失の合計値は小さくなる。上段のグラフでの出力電力の偏り方を逆にしても同様である。２つの特性が同じであれば、損失の合計値が最小になる（Ｐ_ｏ１’，Ｐ_ｏ２’）は、Ｐ_ｏ１’＝Ｐ_ｏ２’のときであるといえる。

以上の分析により、少なくとも、２つの出力電力を互いに近づければ損失の合計値が小さくなり、温度上昇の抑制ができるという知見に至った。また、損失の合計値が最小となる２つの出力電力の組合せは、例えば予め実験して調べておくことにより、正確に把握することができる。
以下、温度上昇抑制の制御の例について説明する。

《制御例１》
図７は、制御部３０によって実行される温度上昇抑制制御の一例を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、定期的に実行される。まず、制御部３０は、温度センサ１１の検出値が閾値以上か否かを判定する（ステップＳ７１）。この閾値とは、温度上昇抑制制御が必要となる所定の温度である。温度の検出値が閾値未満であれば、制御部３０は、既に温度上昇抑制中か否かを判定する（ステップＳ７３）。温度上昇抑制中でない場合は、制御部３０は、通常運転を継続する（ステップＳ７５）。

一方、ステップＳ７１において検出値が閾値以上である場合は、制御部３０は、インバータ１Ｂの出力電力Ｐ_０１がＰ_{ｏ１＿ｍｉｎ}となり、かつ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｃの出力電力Ｐ_ｏ２がＰ_{ｏ２＿ｍｉｎ}となるよう電力制御する（ステップＳ７２）。ここで、Ｐ_{ｏ１＿ｍｉｎ}とＰ_{ｏ２＿ｍｉｎ}とはそれぞれ、インバータ１Ｂ及びＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｃの損失の合計値が最小となるインバータ１Ｂの出力電力及びＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｃの出力電力の組合せである。

ステップＳ７１，Ｓ７２は、検出値が閾値以上である限り繰り返し実行される。そして、ステップＳ７１において検出値が閾値未満に下がった場合、制御部３０は、ステップＳ７３において温度上昇抑制中であることを確認し、抑制解除し（ステップＳ７４）通常運転に戻る。なお、この例では、抑制解除の条件は、温度センサの検出値が閾値未満であり、かつ、直前まで温度上昇抑制中であったことであるが、ノイズ等による誤判定防止のためには、さらに慎重な判定によって抑制解除としてもよい。例えば、ステップＳ７１で「Ｎｏ」、ステップＳ７３で「Ｙｅｓ」の判定が複数回連続して成立することにより抑制解除としてもよい。このことは、後述の制御例２，３でも同様である。

《制御例２》
上記制御例１（図７)では、出力電力をいきなり目標値であるＰ_{ｏ１＿ｍｉｎ}とＰ_{ｏ２＿ｍｉｎ}とに変更するが、これに限らず、段階的に目標値に近づけてもよい。例えば売電単価が高く、できるだけ売電に執着したい場合は、売電量を少しでも多く確保すべく段階的に目標値に向けてインバータ１Ｂの出力電力を減少させることができる。逆に、売電単価が比較的安く、できるだけ蓄電に執着したい場合は、蓄電量を少しでも多く確保すべく段階的に目標値に向けてＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｃの出力電力を減少させることができる。

図８は、制御部３０によって実行される温度上昇抑制制御の他の例を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、定期的に実行される。まず、制御部３０は、温度センサ１１の検出値が閾値以上か否かを判定する（ステップＳ８０）。この閾値とは、温度上昇抑制制御が必要となる所定の温度である。温度の検出値が閾値未満であれば、制御部３０は、出力電力の変更後一定時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ８６）。この判定は、最初は「Ｎｏ」であり、出力電力を変更せずに運転が行われる（ステップＳ８９）。

一方、ステップＳ８０において検出値が閾値以上であれば、制御部３０は、その状態になってから一定時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ８１）。この判定は、最初は「Ｎｏ」であり、制御部３０は、出力電力を変更せずに運転を続ける（ステップＳ８５）。また、ステップＳ８１で一定時間が経過すれば制御部３０は、インバータ１Ｂの出力電力Ｐ_ｏ１とＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｃの出力電力Ｐ_ｏ２とを比較する（ステップＳ８２）。

ここで、Ｐ_ｏ１＞Ｐ_ｏ２であれば、制御部３０は、出力電力の制御により温度上昇を抑制する（ステップＳ８３）。具体的には、温度上昇抑制のためのインバータ１Ｂの出力電力の目標値をＰ_{ｏ１＿ｍｉｎ}とすると、現在の出力電力Ｐ_ｏ１から目標値Ｐ_{ｏ１＿ｍｉｎ}までの差（Ｐ_ｏ１−Ｐ_{ｏ１＿ｍｉｎ}）を例えば１０等分した量だけ、出力電力を減少させる。

すなわち、インバータ１Ｂの出力電力Ｐ_ｏ１を、
Ｐ_ｏ１−（Ｐ_ｏ１−Ｐ_{ｏ１＿ｍｉｎ}）×０．１
に変更し（減少させ）、かつ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｃの出力電力Ｐ_ｏ２については、インバータ１Ｂの出力電力の減少分を増加させる。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｃの出力電力Ｐ_ｏ２を、
Ｐ_ｏ２＋（Ｐ_ｏ１−Ｐ_{ｏ１＿ｍｉｎ}）×０．１
に変更する（増加させる）。２つの出力電力の合計値は、インバータ１Ｂの出力電力の減少分とＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｃの出力電力の増加分とが相殺され、変わらない。

また、ステップＳ８２において、Ｐ_ｏ１≦Ｐ_ｏ２であれば、制御部３０は、出力電力の制御により温度上昇を抑制する（ステップＳ８４）。具体的には、温度上昇抑制のためのＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｃの出力電力の目標値をＰ_{ｏ２＿ｍｉｎ}とすると、現在の出力電力Ｐ_ｏ２から目標値Ｐ_{ｏ２＿ｍｉｎ}までの差（Ｐ_ｏ２−Ｐ_{ｏ２＿ｍｉｎ}）を例えば１０等分した量だけ、出力電力を減少させる。

すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｃの出力電力Ｐ_ｏ２を、
Ｐ_ｏ２−（Ｐ_ｏ２−Ｐ_{ｏ２＿ｍｉｎ}）×０．１
に変更し（減少させ）、かつ、インバータ１Ｂの出力電力Ｐ_ｏ１については、ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｃの出力電力の減少分を増加させる。すなわち、インバータ１Ｂの出力電力Ｐ_ｏ１を、
Ｐ_ｏ１＋（Ｐ_ｏ２−Ｐ_{ｏ２＿ｍｉｎ}）×０．１
に変更する（増加させる）。２つの出力電力の合計値は、インバータ１Ｂの出力電力の増加分とＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｃの出力電力の減少分とが相殺され、変わらない。

以後、一定時間経過するまでは出力電力を変更せず（ステップＳ８５）、ステップＳ８０の判定結果が同じである間は、一定時間経過するごとに、ステップＳ８３又はステップＳ８４の処理が行われる。ステップＳ８３又はＳ８４の処理により、現在の出力電力から、損失の合計値が最小値になる出力電力までの変化量を細分して、段階的に逐次、出力電力を変化させることができる。これらの処理が行われている段階で、温度上昇抑制効果が出て、ステップＳ８０において温度センサ１１の検出値が閾値未満となれば、制御部３０は、ステップＳ８６の判定を行う。直前の出力電力の変更から一定時間が経過していない場合は、制御部３０は、出力電力を変更せず運転を行う（ステップＳ８９）。そして、温度センサ１１の検出値が閾値未満で、かつ、直前の出力電力の変更から一定時間が経過すると、制御部３０は、温度上昇抑制中であることを確認して（ステップＳ８７）、抑制を解除する（ステップＳ８８）。

《ここまでのまとめ》
上記制御例１，２に示すように、制御部３０は、インバータ１Ｂ及びＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｃの２つの電力変換器の各損失の合計値を最小とするそれぞれの出力電力を目標値として記憶しておき、温度センサ１１が検出する温度が上昇して閾値に達した場合は、インバータ１Ｂ及びＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｃの各出力電力をそれぞれの目標値に変更するか又は少なくとも近づける。

このような制御を行うことにより、損失の合計値を減少させ、温度上昇を抑制することができる。
なお、インバータ１Ｂが商用電力系統４Ｓに接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｃが蓄電池３に接続されている場合、制御部３０が、インバータ１Ｂの出力電力を減少させ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｃの出力電力を増加させるよう制御したとすると、売電を減らす分を蓄電池３に蓄電することで、電力を無駄なく活用することができる。また、インバータ１Ｂに含まれる交流リアクトル１７は、一般に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｃに含まれる直流リアクトル１５より発熱量が大きい。従って、このときは、発熱量の大きい交流リアクトル１７に流れる電流を減らすことで、温度上昇抑制の効果を高めることができる。

また、制御例１，２ともに、制御部３０は、インバータ１Ｂ及びＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｃの一方の出力電力の増加量が他方の出力電力の減少量となるよう制御している。この場合、入力電力及び、出力電力の合計値を変化させることなく、インバータ１Ｂ及びＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｃの出力電力をそれぞれの目標値に変更するか又は近づけることができる。従って、入力電力が太陽光発電に基づくものであれば、発電電力を抑制する無駄を生じさせない。

また、制御例２の場合、制御部３０は、インバータ１Ｂ及びＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｃについて、それぞれ、現在の出力電力から、損失の合計値が最小値になる出力電力までの変化量を細分して、段階的に逐次変化させる。これにより、インバータ１Ｂが商用電力系統４Ｓに接続されていて売電単価が比較的高い場合は、なるべく売電に執着すべく、段階的な変化により徐々に変化させて温度抑制効果を見ることができる。逆に、売電単価が比較的安く、ＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｃが蓄電池３に接続されている場合は、なるべく蓄電に執着すべく、段階的な変化により徐々に変化させて温度抑制効果を見ることができる。

《その他の構成例》
図９は、図３と同様に、電力変換装置１００を、入力／出力の観点から概念的に簡略化したブロック図である。図３との違いは、蓄電池（図示せず。）に接続されるＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｄが「出力３」として追加されている点である。
すなわち、電力変換装置１００は、一つの筐体１内に、「入力１」としてのＤＣ／ＤＣコンバータ１Ａと、「出力１」としてのインバータ１Ｂと、「出力２」としてのＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｃと、「出力３」としてのＤＣ／ＤＣコンバータ１Ｄとを備え、これらは、ＤＣバス１０を介して相互に接続されている。

ここで、入力１の入力電力をＰ_ｉ、効率をη_ｉ、出力１の出力電力をＰ_ｏ１、効率をη_ｏ１、出力２の出力電力をＰ_ｏ２、効率をη_ｏ２、出力３の出力電力をＰ_ｏ３、効率をη_ｏ３、とすると、
Ｐ_ｉ×η_ｉ＝（Ｐ_ｏ１／η_ｏ１）＋（Ｐ_ｏ２／η_ｏ２）＋（Ｐ_ｏ３／η_ｏ３）
である。上記式の左辺すなわち、ＤＣバス１０に実際に供給される入力電力は、出力１，出力２，出力３で分け合うことになる。

《制御例３》
図１０は、図９の構成について、制御部３０によって実行される温度上昇抑制制御のさらに他の例を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、定期的に実行される。まず、制御部３０は、温度センサ１１の検出値が閾値以上か否かを判定する（ステップＳ１０１）。この閾値とは、温度上昇抑制制御が必要となる所定の温度である。温度の検出値が閾値未満であれば、制御部３０は、温度上昇抑制中か否かを判定する（ステップＳ１０５）。この判定は、最初は「Ｎｏ」であり、通常運転が行われる（ステップＳ１０７）。

次に、ステップＳ１０１において温度センサ１１の検出値が閾値以上となった場合、制御部３０は、損失の大小比較を行う（ステップＳ１０２）。これは、具体的には、図９の出力１（１Ｂ），出力２（１Ｃ），出力３（１Ｄ）の各電力変換器における損失の合計値を最小とするそれぞれの出力電力をＰ_{ｏ１＿ｍｉｎ}、Ｐ_{ｏ２＿ｍｉｎ}、Ｐ_{ｏ３＿ｍｉｎ}、とすると、制御部３０は、これらの目標値を記憶している。

そして、例えば、以下のような２つのパターンで、どちらが損失の合計値が小さいかにより制御を変える。
パターン（１）：
Ｐ_ｏ１がＰ_{ｏ１＿ｍｉｎ}、Ｐ_ｏ２が（Ｐ_{ｏ２＿ｍｉｎ}＋Ｐ_{ｏ３＿ｍｉｎ}）、Ｐ_ｏ３が０、又は、
Ｐ_ｏ１がＰ_{ｏ１＿ｍｉｎ}、Ｐ_ｏ２が０、Ｐ_ｏ３が（Ｐ_{ｏ２＿ｍｉｎ}＋Ｐ_{ｏ３＿ｍｉｎ}）
パターン（２）：
Ｐ_ｏ１がＰ_{ｏ１＿ｍｉｎ}、Ｐ_ｏ２がＰ_{ｏ２＿ｍｉｎ}、Ｐ_ｏ３がＰ_{ｏ３＿ｍｉｎ}

すなわち、３つの出力を全て稼働させることを前提とすれば、パターン（２）を選択すればよいのであるが、出力２（１Ｃ），出力３（１Ｄ）は同種の出力であるため、一方を停止させて、パターン（１）を選択するという制御オプションがある。

そこで、パターン（１）の方が全体として損失が小さい場合には、制御部３０は、ステップＳ１０３において、出力電力の制御による温度上昇制御（１）を実行する。すなわち、これは、パターン（１）となるように出力電力を制御する。
逆に、パターン（２）の方が全体として損失が小さい場合には、制御部３０は、ステップＳ１０４において、出力電力の制御による温度上昇制御（２）を実行する。すなわち、これは、パターン（２）となるように出力電力を制御する。

このような制御の結果、温度上昇が抑制され、ステップＳ１０１において温度センサ１１の検出値が閾値未満となった場合、制御部３０は、温度上昇抑制中であることを確認して（ステップＳ１０５）、抑制を解除する（ステップＳ１０６）。

なお、上記制御例３では、出力電力をいきなりパターン（１）又はパターン（２）により目標値に変更するが、これに限らず、図８の処理の要領で、出力電力を段階的に目標値に近づけてもよい。
また、出力がさらに多い（４以上）であっても、各電力変換器における損失の合計値を最小とするそれぞれの出力電力を温度上昇抑制の目標値として記憶しておくことにより、上記制御例３と同様な考え方を適用することができる。

《補記》
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１ 筐体
１Ａ ＤＣ／ＤＣコンバータ（電力変換器）
１Ｂ インバータ（電力変換器）
１Ｃ ＤＣ／ＤＣコンバータ（電力変換器）
１Ｄ ＤＣ／ＤＣコンバータ（電力変換器）
２ 太陽光発電パネル
３ 蓄電池
４ 交流電路
４Ｒ 負荷
４Ｓ 商用電力系統
５ 電圧センサ
６ 直流側コンデンサ
７ 直流リアクトル
８ 電流センサ
９ 電圧センサ
１０ ＤＣバス
１１ 温度センサ
１２ 中間コンデンサ
１３ 電圧センサ
１４ 直流側コンデンサ
１５ 直流リアクトル
１６ 電流センサ
１７ 交流リアクトル
１８ 電流センサ
１９ 交流側コンデンサ
２０，２１ コンデンサ
２２ 電圧センサ
２３，２４ 電流センサ
３０制御部
１００ 電力変換装置
ｄ１〜ｄ８ ダイオード
Ｑ１〜Ｑ８ スイッチング素子

Claims (5)

1. 筐体と、
   前記筐体内に設けられ、入力電力が供給されるＤＣバスと、
   前記筐体内にあって、前記ＤＣバスに接続され、前記ＤＣバスから電力を取り出してそれぞれの出力対象に出力可能な複数の電力変換器と、
   前記筐体内の所定部位での温度を検出する温度センサと、
   前記複数の電力変換器を制御するとともに、前記複数の電力変換器の各損失の合計値を最小とするそれぞれの出力電力を目標値として記憶しておき、前記温度が上昇して閾値に達した場合は、前記複数の電力変換器のそれぞれについて、出力電力を前記目標値に変更するか又は近づける制御を実行可能な制御部と、
   を備えている電力変換装置。
2. 前記制御部は、前記複数の電力変換器のうち一方の出力電力の増加量が他方の出力電力の減少量となるよう制御する、請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記制御部は、前記複数の電力変換器について、それぞれ、現在の出力電力から前記目標値までの変化量を細分して、段階的に逐次変化させる、請求項１又は請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記複数の電力変換器のうち、第１の電力変換器が商用電力系統に、第２の電力変換器が蓄電池に、第３の電力変換器が他の蓄電池に、それぞれ接続されており、かつ、前記第１の電力変換器、前記第２の電力変換器、前記第３の電力変換器についての本来の前記目標値をそれぞれ、Ｐ_{ｏ１＿ｍｉｎ}、Ｐ_{ｏ２＿ｍｉｎ}、Ｐ_{ｏ３＿ｍｉｎ}とした場合、
   前記制御部は、前記温度が上昇して閾値に達した場合に、前記目標値を変更し、前記第１の電力変換器の出力電力はＰ_{ｏ１＿ｍｉｎ}、前記第２の電力変換器の出力電力は（Ｐ_{ｏ２＿ｍｉｎ}＋Ｐ_{ｏ３＿ｍｉｎ}）、前記第３の電力変換器の出力電力は０、とする制御オプションを有する請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
5. 筐体内に、入力電力が供給されるＤＣバスと、前記ＤＣバスに接続され、前記ＤＣバスから電力を取り出してそれぞれの出力対象に出力可能な複数の電力変換器と、を有する電力変換装置を対象とする、電力変換装置の温度上昇抑制方法であって、
   前記複数の電力変換器の各損失の合計値を最小とするそれぞれの出力電力を目標値として記憶しておき、
   前記筐体内の所定部位での温度を検出し、
   前記温度が上昇して閾値に達した場合は、前記複数の電力変換器のそれぞれについて、出力電力を前記目標値に変更するか又は近づける制御を実行する、
   電力変換装置の温度上昇抑制方法。

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