JP2019200540A - 電力変換装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電力変換装置において太陽光発電パネルの出力を抑制する必要がある場合にも、電力の損失抑制に好適な制御を行う。【解決手段】太陽光発電パネルと接続される電力変換部と、電力変換部のスイッチング動作を制御して最大電力点追従制御を行う機能を有する制御部と、を備え、制御部は、電力変換部から出力される電力を抑制する必要がある場合、電流をより多く引き出して最大電力点の電圧値より低い電圧値となるよう電力変換部の電力抑制制御を行う。【選択図】図３

Description

本発明は、電力変換装置及びその制御方法に関する。

太陽光発電パネルの直流出力を交流出力に変換するには、一般にパワーコンディショナと呼ばれる電力変換装置が用いられる。かかる電力変換装置内では、例えば、太陽光発電パネルの出力する直流電圧をＤＣ／ＤＣコンバータで昇圧し、さらに、インバータ回路により交流電圧に変換する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータを複数搭載する電力変換装置では、太陽光発電パネルの複数のストリングにそれぞれ対応してＤＣ／ＤＣコンバータを接続し、動作させることができる（例えば、特許文献１，２参照。）。各ＤＣ／ＤＣコンバータは、接続された太陽光発電パネルから最大電力を引き出すための、最大電力点追従（ＭＰＰＴ：Maximum Power Point Tracking）制御を行う。

一方、近年、太陽光発電パネルの価格が低下傾向にあり、需要者は多くの太陽光発電パネルを買い求めやすくなってきている。太陽光発電パネルは日照条件等が理想的な場合には定格最大電力を出力できるが、平均的には、１００％の出力に及ばないことが多い。従って、例えば、電力変換装置の定格最大入力電力は６ｋＷであるが、設置した全ての太陽光発電パネルが発電できる電力の最大値は８ｋＷである、というような、いわば「過積載」の状態で太陽光発電システムを運用することも多くなってきた（例えば、特許文献３参照。）。

特開２０１６−４１０１０号公報 特開２０１３−１８３５７８号公報 特開２０１７−２８８２２号公報

しかしながら、過積載の状態で、太陽光発電パネルが理想的発電状態、若しくはそれに近い状態で発電可能な場合には、電力変換装置の定格最大入力電力を超える分の電力については、これを引き出すことができない。すなわち、太陽光発電パネルを最大電力点で使用することはできず、電力変換装置が太陽光発電パネルの出力を抑制する形となる。

ここで、複数の太陽光発電パネルとそれらに対応するＤＣ／ＤＣコンバータがある場合には、効率の観点から、どのように抑制するのが最も良いのか、という課題が生じる。また、太陽光発電パネルが１ストリングであっても、過積載の状態であれば、太陽光発電パネルの出力を抑制することが必要となる場合がある。

なお、過積載以外にも、例えば、電力変換装置の温度が高くなっていること、地域の系統電圧が上昇気味であること、電力管理上、電力の抑制指令があること等の理由により、太陽光発電パネルの出力を抑制する必要が生じる場合も考えられる。

すなわち、太陽光発電パネルの出力を抑制せざるを得ない状況下で、電力の損失をできるだけ抑えるためには、電力変換装置はどのような制御を行うべきか、という解決すべき課題が見えてくる。
かかる課題に鑑み、本発明は、太陽光発電パネルの出力を抑制する必要がある場合にも電力の損失抑制に好適な制御を行う電力変換装置及びその制御方法を提供することを目的とする。

本開示は、以下の発明を含む。但し、本発明は、特許請求の範囲によって定められるものである。

本発明の一表現に係る電力変換装置は、太陽光発電パネルと接続される電力変換部と、前記電力変換部のスイッチング動作を制御して最大電力点追従制御を行う機能を有する制御部と、を備え、前記制御部は、前記電力変換部から出力される電力を抑制する必要がある場合、電流をより多く引き出して最大電力点の電圧値より低い電圧値となるよう前記電力変換部の電力抑制制御を行う、電力変換装置である。

また、本発明の一表現に係る電力変換装置の制御方法は、太陽光発電パネルと接続される電力変換部のスイッチング動作を制御して最大電力点追従制御を行うことを基本制御動作とし、前記電力変換部から出力される電力を抑制する必要がある場合には、電流をより多く引き出して最大電力点の電圧値より低い電圧値となるよう前記電力変換部の電力抑制制御を行うものである。

本発明によれば、電力変換装置において太陽光発電パネルの出力を抑制する必要がある場合にも、電力の損失抑制に好適な制御を行うことができる。

図１は、電力変換装置の回路図の第１の例と、その周辺の接続図である。 図２は、電力変換装置の回路図の第２の例と、その周辺の接続図である。 図３は、制御部によって実行されるＭＰＰＴ制御に関するフローチャートである。 図４は、図３のフローチャートにおけるステップＳ８，Ｓ９，Ｓ１０の処理を出力特性曲線上で示すグラフである。 図５は、電力変換装置の回路図の第３の例と、その周辺の接続図である。 図６は、一例として、４ストリングの太陽光発電パネルについて、出力特性曲線を示す図である。 図７は、図６から太陽光発電パネルの出力特性曲線（２ａ）のみを抜き出した図である。

［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、太陽光発電パネルと接続される電力変換部と、前記電力変換部のスイッチング動作を制御して最大電力点追従制御を行う機能を有する制御部と、を備え、前記制御部は、前記電力変換部から出力される電力を抑制する必要がある場合、電流をより多く引き出して最大電力点の電圧値より低い電圧値となるよう前記電力変換部の電力抑制制御を行う、電力変換装置である。

上記のように構成された電力変換装置では、電力変換部から出力される電力を抑制する必要があって制御上で最大電力点に行けない場合、最大電力点の電圧値より低い電圧値となるように、電流を多く引き出して電力変換部を制御する。これにより、電力を抑制しつつ、電圧に依存する電力変換部の損失を低減することができる。従って、電力を抑制する必要がある状況下でも、より電力変換の効率が良い状態で電力変換装置を動作させることができる。この結果、太陽光発電パネルの出力を抑制する必要がある場合にも、電力の損失抑制に好適な制御を行う電力変換装置を得ることができる。

（２）また、（１）の電力変換装置において、前記制御部は、例えば、前記電力変換部から出力される電力を抑制する必要がある場合、最大電力点追従制御の出力特性曲線における最大電力点の前後で出力可能な、互いに同一の電力が得られる２つの電圧値のうち、低い方の電圧値を目標値として前記電力抑制制御を行う。

すなわち、電力変換部から出力される電力を抑制する必要があって制御上で最大電力点に行けない場合、最大電力点の前後で出力可能な、互いに同一の電力が得られる２つの電圧値のうち、低い方の電圧値を目標値として、電流を多く引き出して電力変換部を制御する。この結果、電力を抑制する必要がある状況下で、できるだけ多くの電力を引き出しつつ、低い方の電圧値を目標値とすることで、高い方の電圧値になるよう電力変換部を制御する場合よりも、電圧に依存する電力変換部の損失を低減することができる。

（３）また、（１）の電力変換装置において、前記電力変換部は、例えば、複数の太陽光発電パネルの各々に対応して接続され、共通のＤＣバスに出力する複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣバスと交流電路との間に設けられたインバータとを含み、前記制御部は、前記電力変換部から出力される電力を抑制する必要がある場合、前記複数の太陽光発電パネルのうち、前記交流電路のピーク電圧より高く、かつ、現時点で最も高い電圧を出力可能な太陽光発電パネルに接続された前記ＤＣ／ＤＣコンバータについて、最大電力点の電圧値より低い所定の電圧値を目標値として前記電力抑制制御を行う。

この場合、電力変換部から出力される電力を抑制する必要がある場合に、最も高い電圧を出力可能な太陽光発電パネルについて、あえて最大電力点を外し、電力を抑制するとともに、最大電力点の電圧値より低い所定の電圧値を目標値とすることで、ＤＣバスの電圧を低減し、電圧に依存する電力変換部の損失を低減することができる。

（４）また、（３）の電力変換装置において、前記制御部は、例えば、前記最も高い電圧を出力可能な太陽光発電パネルについて、最大電力点追従制御の出力特性曲線における最大電力点の前後で出力可能な、互いに同一の電力が得られる２つの電圧値のうち、低い方の電圧値を目標値として、対応する前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することにより前記電力抑制制御を行う。

すなわち、電力変換部から出力される電力を抑制する必要があって制御上で最大電力点に行けない場合、最大電力点の前後で出力可能な、互いに同一の電力が得られる２つの電圧値のうち、低い方の電圧値を目標値として、電流を多く引き出して電力変換部を制御する。この結果、電力を抑制する必要がある状況下で、できるだけ多くの電力を引き出しつつ、低い方の電圧値を目標値とすることで、高い方の電圧値になるよう電力変換部を制御する場合よりも、電圧に依存する電力変換部の損失を低減することができる。

（５）また、（１）〜（４）のいずれかの電力変換装置における直流又は交流の電力が閾値以上である場合に、前記制御部は、最大電力点の電圧値より低い電圧値となるよう前記電力抑制制御を行うようにしてもよい。
いわゆる過積載の場合は、電力変換装置の定格入力電力を超える電力が入力される場合がある。このような場合、ごく短時間であれば問題無いが、そのような過負荷状態が持続すると回路素子が損傷若しくは劣化する恐れがある。そこで、出力する交流電力が閾値以上である場合に、制御部が電力抑制制御を行うことにより、電力の損失を抑制しながら回路素子を保護することができる。

（６）また、（１）〜（４）のいずれかの電力変換装置において、前記電力変換装置は温度センサを有し、当該温度センサが検出する温度が閾値以上である場合に、前記制御部は、最大電力点の電圧値より低い電圧値となるよう前記電力抑制制御を行うようにしてもよい。
温度センサが検出する温度が閾値以上である場合、回路素子が過熱気味になっている可能性がある。そこで、温度が閾値以上である場合に、制御部が電力抑制制御を行うことにより、電力の損失を抑制しながら、回路素子を保護することができる。

（７）また、（１）〜（４）のいずれかの電力変換装置において、前記電力変換装置と接続される商用電力系統の系統電圧が閾値以上である場合に、前記制御部は、最大電力点の電圧値より低い電圧値となるよう前記電力抑制制御を行うようにしてもよい。
系統電圧が閾値以上である場合は、系統側への電力の供給過多になっている可能性がある。そこで、系統電圧が閾値以上である場合に、制御部が電力抑制制御を行うことにより、発電を適切に抑制することができる。

（８）また、（１）〜（４）のいずれかの電力変換装置において、前記制御部は、電力の抑制指令を受信した場合に、最大電力点の電圧値より低い電圧値となるよう前記電力抑制制御を行うようにしてもよい。
この場合、電力の抑制指令を受けて、制御部が電力抑制制御を行うことにより、発電を適切に抑制することができる。

（９）一方、これは、太陽光発電パネルと接続される電力変換部のスイッチング動作を制御して最大電力点追従制御を行うことを基本制御動作とし、前記電力変換部から出力される電力を抑制する必要がある場合には、電流をより多く引き出して最大電力点の電圧値より低い電圧値となるよう前記電力変換部の電力抑制制御を行う、電力変換装置の制御方法でもある。

上記のような電力変換装置の制御方法では、電力変換部から出力される電力を抑制する必要があって制御上で最大電力点に行けない場合、最大電力点の電圧値より低い電圧値となるように、電流を多く引き出して電力変換部を制御する。これにより、電力を抑制しつつ、電圧に依存する電力変換部の損失を低減することができる。従って、電力を抑制する必要がある状況下でも、より電力変換の効率が良い状態で電力変換装置を動作させることができる。この結果、太陽光発電パネルの出力を抑制する必要がある場合にも電力の損失抑制に好適な制御を行うことができる。

［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（その制御方法を含む。）について、図面を参照して説明する。

《インバータのみの回路例》
図１は、電力変換装置の回路図の第１の例と、その周辺の接続図である。図において、電力変換装置１の直流入力側には、例えば１ストリングの太陽光発電（PV: Photovoltaic）パネル２が接続されている。電力変換装置１の交流側には、需要家の交流電路３を経て商用電力系統４が接続されている。

図１の電力変換装置１は、主回路要素として、ＤＣバス８と、直流入力側にある平滑用の直流側コンデンサ５と、フルブリッジのインバータ１０と、ＡＣリアクトル１１と、平滑用の交流側コンデンサ１２とを備えている。インバータ１０は、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）であるスイッチング素子Ｑ_１，Ｑ_２，Ｑ_３，Ｑ_４と、それぞれに逆極性の並列に接続されたダイオードｄ_１，ｄ_２，ｄ_３，ｄ_４と、を含む。なお、スイッチング素子Ｑ_１，Ｑ_２，Ｑ_３，Ｑ_４としては、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）を用いてもよい。ＡＣリアクトル１１及び交流側コンデンサ１２は、インバータ１０のスイッチングノイズを交流電路３に出さないためのＬＣフィルタ回路を構成している。

また、計測・制御用の回路要素として、電力変換装置１は、例えば、太陽光発電パネル２の出力電圧を検出する電圧センサ１３と、ＡＣリアクトル１１に流れる電流を検出する電流センサ１６と、交流電路３の電圧を検出する電圧センサ１７と、電力変換装置１内の温度を測定する温度センサ１９と、制御部１８とを備えている。電圧センサ１３、電流センサ１６、電圧センサ１７、温度センサ１９のそれぞれの検出出力は、制御部１８に送られる。これに基づいて制御部１８は、インバータ１０内のスイッチング素子Ｑ_１，Ｑ_２，Ｑ_３，Ｑ_４のゲートをＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御する。

制御部１８は、例えばコンピュータを含み、コンピュータがソフトウェア（コンピュータプログラム）を実行することで、必要な制御機能を実現する。ソフトウェアは、制御部１８の記憶装置（図示せず。）に格納される。また、制御部１８は、例えばＨＥＭＳゲートウェイ２０とも接続されていることが好ましい。これにより、制御部１８は、ＨＥＭＳゲートウェイ２０からの指示を受けて発電電力の抑制を行うことができる。制御部１８及びＨＥＭＳゲートウェイ２０については、後述の他の回路図（図２，図５）においても同様である。

図１の電力変換装置１では、太陽光発電パネル２から交流電路３の交流電圧のピーク値を超える電圧がＤＣバス８に提供される。インバータ１０は、ＤＣバス８の電圧に基づいて交流電力を生成し、ＡＣリアクトル１１及び交流側コンデンサ１２を介して、交流電路３に交流電力を提供する。

《ＤＣ／ＤＣコンバータが１台の場合》
図２は、電力変換装置の回路図の第２の例と、その周辺の接続図である。図において、電力変換装置１の直流入力側には、例えば１ストリングの太陽光発電パネル２が接続されている。電力変換装置１の交流側には、需要家の交流電路３を経て商用電力系統４が接続されている。

図２の電力変換装置１は、主回路要素として、直流入力側にある平滑用の直流側コンデンサ５と、ＤＣ／ＤＣコンバータ６と、ＤＣバス８と、ＤＣバス８の２線間に接続された中間コンデンサ９と、フルブリッジのインバータ１０と、ＡＣリアクトル１１と、平滑用の交流側コンデンサ１２とを備えている。ＤＣ／ＤＣコンバータ６は、ＤＣリアクトル７と、ローサイドのスイッチング素子Ｑ_Ｌ及び逆極性の並列に接続されたダイオードｄ_Ｌと、ハイサイドのダイオードｄ_Ｈとを備えている。スイッチング素子Ｑ_Ｌは、この例ではＩＧＢＴであるが、ＭＯＳ−ＦＥＴを使ってもよい。インバータ１０は、図１と同様に、スイッチング素子Ｑ_１，Ｑ_２，Ｑ_３，Ｑ_４及びダイオードｄ_１，ｄ_２，ｄ_３，ｄ_４を含む。

また、図２の電力変換装置１は、計測・制御用の回路要素として、例えば、太陽光発電パネル２の出力電圧を検出する電圧センサ１３と、ＤＣリアクトル７に流れる電流を検出する電流センサ１４と、ＤＣバス８の２線間の電圧を検出する電圧センサ１５と、ＡＣリアクトル１１に流れる電流を検出する電流センサ１６と、交流電路３の電圧を検出する電圧センサ１７と、電力変換装置１内の温度を測定する温度センサ１９と、制御部１８とを備えている。電圧センサ１３，１５，１７、電流センサ１４，１６、及び、温度センサ１９の、それぞれの検出出力は、制御部１８に送られる。これに基づいて制御部１８は、スイッチング素子Ｑ_Ｌ，Ｑ_１，Ｑ_２，Ｑ_３，Ｑ_４のゲートをＰＷＭ制御する。

図２の電力変換装置１では、太陽光発電パネル２から出力される電圧がＤＣ／ＤＣコンバータ６により所定の電圧に昇圧され、ＤＣバス８に提供される。インバータ１０は、ＤＣバス８の電圧に基づいて交流電力を生成し、ＡＣリアクトル１１及び交流側コンデンサ１２を介して、交流電路３に交流電力を提供する。

《ＭＰＰＴ制御》
次に、図１又は図２に示した電力変換装置１の制御部１８が実行するＭＰＰＴ制御について説明する。ＭＰＰＴ制御は、太陽光発電パネル２から現時点での最大電力を引き出すべく、太陽光発電パネル２から電力変換装置１に取り込む電圧・電流を最適に制御して最大電力を発揮させようとする制御である。日照条件等、太陽光発電パネル２の発電に影響する状況が同じであるとすれば、電圧と電流とは一対一に対応しており、電流を多く引けば電圧は下がり、逆に、電流を少なく引けば電圧は上がる、という関係になる。図１の場合は、インバータ１０のみのデューティ比を制御することでＭＰＰＴ制御を行うことができる。図２の場合は、ＤＣ／ＤＣコンバータ６による電力の取り込み及びインバータ１０による電力の送出に関して、それぞれのデューティ比を制御することができる。ＭＰＰＴ制御は、ＤＣ／ＤＣコンバータ６又はインバータ１０により行うことができる。

図３は、制御部１８（図１，図２）によって実行されるＭＰＰＴ制御に関するフローチャートである。このフローチャートの処理は、一定の周期で実行される。図において、まず、制御部１８は、交流電力が所定の閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１）。この閾値とは、例えば、定格最大出力電力Ｐ_ｍａｘを一定レベル超える電力値である。制御部１８は、電流センサ１６の検出出力及び、電圧センサ１７の検出出力に基づいて演算により交流電力を求めることができる。交流電力が例えば定格最大出力電力Ｐ_ｍａｘを一定レベル超える電力値以上であれば、過積載の影響で電力変換装置１の処理能力を超える電力が入力されていることがわかる。このような場合、ごく短時間であれば問題無いが、そのような過負荷状態が持続すると回路素子が損傷若しくは劣化する恐れがある。そこで、出力する交流電力が閾値以上である場合には、回路素子保護の観点から制御上の対策が必要である。なお、ステップＳ１では交流電力が閾値以上か否かを判定したが、交流電力に代えて直流電力（電圧センサ１３の検出する電圧×電流センサ１４の検出する電流）を用いて判定してもよい。

ステップＳ１の判定が「Ｎｏ」であれば、制御部１８は、電力変換装置１内の温度が所定の閾値以上であるか否かを温度センサ１９の検出出力に基づいて判定する（ステップＳ２）。この閾値とは、例えば定格電力を出力した場合に、スイッチング素子Ｑ_Ｌ，Ｑ_１，Ｑ_２，Ｑ_３，Ｑ_４の温度が定格温度異常まで上昇する温度である。温度が閾値以上であれば、回路素子、特に主としてスイッチング素子Ｑ_Ｌ，Ｑ_１，Ｑ_２，Ｑ_３，Ｑ_４が過熱気味になっている可能性がある。そこで、このような場合には回路素子保護の観点から制御上の対策が必要である。

ステップＳ２の判定が「Ｎｏ」であれば、制御部１８は、系統電圧が所定の閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ３）。この閾値とは、例えば電力会社との協議により定められた整定値である。系統電圧は、電圧センサ１７の検出出力に基づいて把握することができる。系統電圧が閾値以上であるということは、例えば、共通の柱上変圧器の傘下にある需要家群において、電力消費に比して太陽光発電等の発電電力の供給が過多になっている可能性がある。従って、このような場合には、電力変換装置１の発電電力を抑制する必要がある。

ステップＳ３の判定が「Ｎｏ」であれば、制御部１８は、電力の抑制指令をＨＥＭＳゲートウェイ２０が受信しているか否かを判定する（ステップＳ４）。ＨＥＭＳゲートウェイ２０が電力の抑制指令を受信している場合には、電力変換装置１の発電電力を抑制する必要がある。

ステップＳ４の判定が「Ｎｏ」であれば、ステップＳ１〜Ｓ４の全ての判定が「Ｎｏ」であったことになるので、制御部１８は、そのままＭＰＰＴ制御を継続する（ステップＳ５）。

一方、ステップＳ１〜Ｓ４の１つでも「Ｙｅｓ」の判定となった場合には、制御部１８は、太陽光発電パネル２が現在発電している電力値を記憶する（ステップＳ６）。続いて制御部１８は、太陽光発電パネル２の出力する電圧が閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ７）。ここで、「Ｎｏ」すなわち、太陽光発電パネル２の出力する電圧が閾値に満たない低い電圧である場合は、制御部１８は、太陽光発電パネル２の電圧を変えずに動作させる（ステップＳ１１）。

ステップＳ７において太陽光発電パネル２の出力する電圧が閾値以上である場合は、制御部１８は、太陽光発電パネル２の出力特性曲線上の電圧を所定の割合で減少させる（ステップＳ８）。電圧を減少させるには、例えば、図１の回路では、インバータ１０のデューティ比を１に近づけて電流を、より多く引き出す。図２の回路では、ＤＣ／ＤＣコンバータ６及びインバータ１０のデューティ比を１に近づけて電流を、より多く引き出す。そして、制御部１８は、太陽光発電パネル２の出力する電力がステップＳ６において記憶した電力値より小さいか否かを判定する（ステップＳ９）。

ここで「Ｎｏ」すなわち、電力が増大しているとすると、後述のＭＰＰＴの電圧対電力の出力特性曲線上で、山登りをしていることになる。従って、山の頂上を越えるまで、制御部１８は、ステップＳ８，Ｓ９の処理を繰り返す。電圧を下げて、太陽光発電パネル２の電力が、記憶している電力値より小さくなった場合（ステップＳ９の「Ｙｅｓ」）、出力特性曲線上の頂上を超えて、かつ、記憶している電力値を水平移動した点より下がったことになる。そこで、制御部１８は、太陽光発電パネル２の発電する電力が、記憶した値に近づくよう制御する（ステップＳ１０）。こうして、太陽光発電パネル２の発電電力を抑制する必要が生じたときの電力と同じ値で、かつ、電圧は低くなる出力特性曲線上のポイントに移動することができる。

図４は、図３のフローチャートにおけるステップＳ８，Ｓ９，Ｓ１０の処理を、出力特性曲線上で示すグラフである。図４において、横軸は電圧、縦軸は電力である。太陽光発電パネル２の出力端を開放したとき（Open Circuit）の電圧が最大電圧であり、Ｖ_ＯＣである。通常、この電圧より僅かに低い電圧から徐々に電圧を下げて行くことで「山登り」し、本来ならば、最大電力点であるＰ_ｍｐ（電圧Ｖ_ｍｐ）に到達するのがＭＰＰＴ制御である。

しかし、電力を抑制する必要がある場合には、例えば最大電力点Ｐ_ｍｐ（電圧Ｖ_ｍｐ）より手前の電力点Ｐ_１（電圧Ｖ_１）で制御が頭打ちになる。そこで、制御部１８は、電力値Ｐ_１を記憶し（ステップＳ６）、電圧を徐々に下げていく（ステップＳ８，Ｓ９）。そして、Ｐ_１より低い値であるＰ_ｘに達した後、Ｐ_１と同じ電力値であるＰ_２に到達する（ステップＳ９，Ｓ１０）。これにより、電力を抑制する必要があるという条件下での最大電力であるＰ_１と同じ電力値Ｐ_２を得て、かつ、電圧はＶ_１からＶ_２に低下させることができる。電圧の低下により、主としてインバータ１０のスイッチング損失及びＡＣリアクトル１１の鉄損を低下させ、電力変換装置１全体の損失を低下させることができる。

《ＤＣ／ＤＣコンバータが複数台の場合》
図５は、電力変換装置の回路図の第３の例と、その周辺の接続図である。図において、電力変換装置１の直流入力側には、例えば４ストリングの太陽光発電パネル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが接続されている。電力変換装置１の交流側には、需要家の交流電路３を経て商用電力系統４が接続されている。

太陽光発電パネル２ａの出力電路の２線間には、電圧センサ１３ａ、直流側コンデンサ５ａ、及び、ＤＣ／ＤＣコンバータ６ａが、それぞれ接続されている。太陽光発電パネル２ｂの出力電路の２線間には、電圧センサ１３ｂ、直流側コンデンサ５ｂ、及び、ＤＣ／ＤＣコンバータ６ｂが、それぞれ接続されている。太陽光発電パネル２ｃの出力電路の２線間には、電圧センサ１３ｃ、直流側コンデンサ５ｃ、及び、ＤＣ／ＤＣコンバータ６ｃが、それぞれ接続されている。さらに、太陽光発電パネル２ｄの出力電路の２線間には、電圧センサ１３ｄ、直流側コンデンサ５ｄ、及び、ＤＣ／ＤＣコンバータ６ｄが、それぞれ接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄの各々は、図２におけるＤＣ／ＤＣコンバータ６と同様のものである。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄのそれぞれの出力は共通のＤＣバス８に提供される。それ以外の回路構成は図２と同様である。なお、電圧・電流の各センサから制御部１８への接続線、及び、制御部１８からＤＣ／ＤＣコンバータ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ及びインバータ１０への制御線については図示を省略している。

図５に示すような電力変換装置１の場合、４ストリングの太陽光発電パネル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの各々について、発電可能な電力（電圧・電流）の特性や、設置された場所の日照条件等（例えば方角）が異なる場合がある。その場合、太陽光発電パネル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄについての出力特性曲線が、互いに異なってくる。

図６は、一例として、４ストリングの太陽光発電パネル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄについて、各パネルの出力特性曲線を示す図である。横軸が電圧、縦軸が電流である。この場合、それぞれの最大電力点は、例えば図中の、Ｐ_ｍｐ＿ａ、Ｐ_ｍｐ−ｂ、Ｐ_ｍｐ＿ｃ、Ｐ_ｍｐ＿ｄである。最大電力点における（電圧×電流）が、最大電力となる。
ここで、例えば、太陽光発電パネル２ａの最大電力点Ｐ_ｍｐ＿ａ、における電圧は、交流電路３のピーク電圧より高く、かつ、４ストリングのうち、現時点で最も高い電圧となる。
太陽光発電パネル全体としての出力を抑制する必要が生じた場合、最も電力の大きい太陽光発電パネル２ａの出力を抑制することが効果的である。

図７は、図６から太陽光発電パネル２ａの出力特性曲線のみを抜き出した図である。出力特性曲線は、電流０［Ａ］のときの開放端電圧Ｖ_ｏｃと、電圧０［Ｖ］のときの短絡電流Ｉ_ｓｃとを両端点とする曲線である。制御部１８は、例えば、開放端電圧Ｖ_ｏｃ側からＭＰＰＴ制御を開始し、最大電力点へのアプローチを行う。ところが、出力を抑制する必要性から電力点Ｐ_１より多くの電力は出せなくなる。そこで、制御部１８は、電力値Ｐ_１を記憶した後、制御上、電流をより多く引いて（Ｉ_ｘ）、電力点Ｐ_ｘ（電圧Ｖ_ｘ，電流Ｉ_ｘ）へ飛ぶ。そこから電圧を少しずつ増加させ、記憶した電力値Ｐ_１と同じ電力値Ｐ_２（電圧Ｖ_２，電流Ｉ_２）の点まで到達するよう制御する。すなわち、これは、図４についての説明と同様の処理である。

また、この場合、電圧Ｖ_２が４ストリングのうちの最高電圧であるとすると、制御部１８は、それより少し上の電圧をＤＣバス電圧の目標値とする。すなわち、電圧Ｖ_２を基準としてＤＣバス電圧の目標値を定めたことにより、電圧Ｖ_１，Ｖ_２の差分に応じてＤＣバス電圧が下がるので、その分、ＤＣ／ＤＣコンバータ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄに求められる昇圧比が低下する。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄにおける電力損失も低減される。

《まとめ》
上記した電力変換装置１は、太陽光発電パネル２（又は２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）と接続される電力変換部であるインバータ１０又はそれに加えてＤＣ／ＤＣコンバータ６（又は６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ）と、電力変換部のスイッチング動作を制御して最大電力点追従制御を行う機能を有する制御部１８と、を備えている。そして、制御部１８は、電力変換部から出力される電力を抑制する必要がある場合、電流をより多く引き出して最大電力点の電圧値より低い電圧値となるよう電力変換部の電力抑制制御を行う。

このような電力変換装置１では、電力変換部から出力される電力を抑制する必要があって制御上で最大電力点に行けない場合、最大電力点の電圧値より低い電圧値となるように、電流を多く引き出して電力変換部を制御する。この結果、電力を抑制しつつ、電圧に依存する電力変換部の損失を低減することができる。従って、電力を抑制する必要がある状況下でも、より電力変換の効率が良い状態で電力変換装置１を動作させることができる。

また、より具体的には、制御部１８は、電力変換部から出力される電力を抑制する必要がある場合、最大電力点追従制御の出力特性曲線における最大電力点の前後で出力可能な、互いに同一の電力が得られる２つの電圧値のうち、低い方の電圧値を目標値として電力抑制制御を行う。
すなわち、電力変換部から出力される電力を抑制する必要があって制御上で最大電力点に行けない場合、最大電力点の前後で出力可能な、互いに同一の電力が得られる２つの電圧値のうち、低い方の電圧値を目標値として、電流を多く引き出して電力変換部を制御する。この結果、電力を抑制する必要がある状況下で、できるだけ多くの電力を引き出しつつ、低い方の電圧値を目標値とすることで、高い方の電圧値になるよう電力変換部を制御する場合よりも、電圧に依存する電力変換部の損失を低減することができる。

また、図５に示すように、電力変換部は、複数のストリングを成す太陽光発電パネル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの各々に対応して接続され、共通のＤＣバス８に出力する複数のＤＣ／ＤＣコンバータ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄと、ＤＣバス８と交流電路３との間に設けられたインバータ１０とを含む回路構成である場合もある。この場合、制御部１８は、電力変換部から出力される電力を抑制する必要がある場合、複数の太陽光発電パネルのうち、交流電路３のピーク電圧より高く、かつ、現時点で最も高い電圧を出力可能な太陽光発電パネルに接続されたＤＣ／ＤＣコンバータについて、最大電力点の電圧値より低い所定の電圧値を目標値として電力変換部の電力抑制制御を行う。これにより、電力変換部から出力される電力を抑制する必要がある場合に、最も高い電圧を出力可能な太陽光発電パネルについて、あえて最大電力点を外し、電力を抑制するとともに、最大電力点の電圧値より低い所定の電圧値を目標値とすることでＤＣバス８の電圧を低減し、電圧に依存する電力変換部の損失を低減することができる。

《その他》
なお、図１，図２，図５はいずれも、商用電力系統４と系統連系する電力変換装置１について説明したが、系統連系しない自立運転に使用される電力変換装置であっても、同様の電力抑制制御を行うことができる。

《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 電力変換装置
２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ 太陽光発電パネル
３ 交流電路
４ 商用電力系統
５，５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ 直流側コンデンサ
６，６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ ＤＣ／ＤＣコンバータ
７ ＤＣリアクトル
８ ＤＣバス
９ 中間コンデンサ
１０ インバータ
１１ ＡＣリアクトル
１２ 交流側コンデンサ
１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ 電圧センサ
１４ 電流センサ
１５ 電圧センサ
１６ 電流センサ
１７ 電圧センサ
１８ 制御部
１９ 温度センサ
２０ ＨＥＭＳゲートウェイ
ｄ_１，ｄ_２，ｄ_３，ｄ_４，ｄ_Ｈ，ｄ_Ｌ ダイオード
Ｑ_１，Ｑ_２，Ｑ_３，Ｑ_４，Ｑ_Ｌ スイッチング素子

Claims (9)

1. 太陽光発電パネルと接続される電力変換部と、
   前記電力変換部のスイッチング動作を制御して最大電力点追従制御を行う機能を有する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記電力変換部から出力される電力を抑制する必要がある場合、電流をより多く引き出して最大電力点の電圧値より低い電圧値となるよう前記電力変換部の電力抑制制御を行う、電力変換装置。
2. 前記制御部は、前記電力変換部から出力される電力を抑制する必要がある場合、最大電力点追従制御の出力特性曲線における最大電力点の前後で出力可能な、互いに同一の電力が得られる２つの電圧値のうち、低い方の電圧値を目標値として前記電力抑制制御を行う、請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記電力変換部は、複数の太陽光発電パネルの各々に対応して接続され、共通のＤＣバスに出力する複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣバスと交流電路との間に設けられたインバータとを含み、
   前記制御部は、前記電力変換部から出力される電力を抑制する必要がある場合、前記複数の太陽光発電パネルのうち、前記交流電路のピーク電圧より高く、かつ、現時点で最も高い電圧を出力可能な太陽光発電パネルに接続された前記ＤＣ／ＤＣコンバータについて、最大電力点の電圧値より低い所定の電圧値を目標値として前記電力抑制制御を行う、請求項１に記載の電力変換装置。
4. 前記制御部は、前記最も高い電圧を出力可能な太陽光発電パネルについて、最大電力点追従制御の出力特性曲線における最大電力点の前後で出力可能な、互いに同一の電力が得られる２つの電圧値のうち、低い方の電圧値を目標値として、対応する前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することにより前記電力抑制制御を行う、請求項３に記載の電力変換装置。
5. 前記電力変換装置における直流又は交流の電力が閾値以上である場合に、前記制御部は、最大電力点の電圧値より低い電圧値となるよう前記電力抑制制御を行う、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
6. 前記電力変換装置は温度センサを有し、当該温度センサが検出する温度が閾値以上である場合に、前記制御部は、最大電力点の電圧値より低い電圧値となるよう前記電力抑制制御を行う、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
7. 前記電力変換装置と接続される商用電力系統の系統電圧が閾値以上である場合に、前記制御部は、最大電力点の電圧値より低い電圧値となるよう前記電力抑制制御を行う、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
8. 前記制御部は、電力の抑制指令を受信した場合に、最大電力点の電圧値より低い電圧値となるよう前記電力抑制制御を行う、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
9. 太陽光発電パネルと接続される電力変換部のスイッチング動作を制御して最大電力点追従制御を行うことを基本制御動作とし、
   前記電力変換部から出力される電力を抑制する必要がある場合には、電流をより多く引き出して最大電力点の電圧値より低い電圧値となるよう前記電力変換部の電力抑制制御を行う、
   電力変換装置の制御方法。

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