JP2020145781A - パワーコンディショナ及び制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インバータの運転台数制御を実現する回路を小型化可能なパワーコンディショナを提供する。【解決手段】太陽光発電システム１００において、パワーコンディショナ１０は、相互に並列に接続され、発電装置（太陽電池２１）から出力された直流電力を交流電力に変換する複数のインバータ１２ａ、１２ｂと、直流電力の電力値を演算する電力演算部１１１と、電力演算部１１１により演算された電力値に基づいて、複数のインバータ１２ａ、１２ｂのうち運転対象又は停止対象のインバータの台数を決定する台数決定部１１８と、複数のインバータ１２ａ、１２ｂを駆動するためのゲート信号を出力する制御部１２０と、を備える。制御部１２０は、台数決定部により決定された台数に応じて、停止対象のインバータへのゲート信号をオフする。【選択図】図１

Description

本発明は、パワーコンディショナ及び制御装置に関する。

太陽電池が発電した電力は直流電力であるので、電力系統に送電するためには交流電力へ変換する必要がある。これを行うために、太陽光パワーコンディショナが使われている。太陽光パワーコンディショナは、直流電力を交流電力に変換するインバータを含む装置である。

太陽光パワーコンディショナに使われるインバータでは、電力変換の際に導通損やスイッチング損が発生する。インバータの出力電力が小さくなるほど、出力電力に対するこれらの損失の割合は大きくなるので、インバータの変換効率は、低負荷領域で悪化する。また、メガソーラなどの大容量の太陽電池向けに設計されたパワーコンディショナでは、装置の大容量化を図るために、インバータを複数備える場合がある。この場合、前述の損失の割合は、更に大きくなり、複数のインバータ全体での変換効率は、更に悪化する。

これに対し、負荷率に応じてインバータの運転台数を適切に切り替えることで、高い変換効率を維持する運転台数制御に関する技術が存在する。太陽光発電においては、インバータの負荷率は、天候や季節などの影響を受けやすい。そのため、効率の高い定格負荷率で運転できる時間が短くなる場合がある。しかしながら、運転台数制御を適用することで、太陽光発電で取り出せる電力を増加させることができる。

インバータの運転台数制御に関する技術として、２つのインバータのうち一方のインバータをサイリスタにより切り離すことによって、インバータの運転台数を減少させる技術が存在する（例えば、特許文献１参照）。また、２つのインバータのうち一方のインバータを接点スイッチにより切り離すことによって、インバータの運転台数を減少させる技術が存在する（例えば、特許文献２参照）。

特許第５２１１７７２号公報 特許第３１１２５８４号公報

しかしながら、インバータの運転台数を変更するために、従来の技術のように、サイリスタや接点スイッチなどの切り離し回路を追加すると、インバータの運転台数制御を実現する回路を小型化することが難しい。

そこで、本開示は、インバータの運転台数制御を実現する回路の小型化が可能なパワーコンディショナ及び制御装置を提供する。

本開示は、
相互に並列に接続され、発電装置から出力された直流電力を交流電力に変換する複数のインバータと、
前記直流電力の電力値を演算する電力演算部と、
前記電力演算部により演算された前記電力値に基づいて、前記複数のインバータのうち運転対象又は停止対象のインバータの台数を決定する台数決定部と、
前記複数のインバータを駆動するためのゲート信号を出力する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記台数決定部により決定された前記台数に応じて、前記停止対象のインバータへのゲート信号をオフする、パワーコンディショナを提供する。

また、本開示は、
発電装置から出力された直流電力を交流電力に変換する複数のインバータを制御する制御装置であって、
前記直流電力の電力値を演算する電力演算部と、
前記電力演算部により演算された前記電力値に基づいて、相互に並列に接続された前記複数のインバータのうち運転対象又は停止対象のインバータの台数を決定する台数決定部と、
前記複数のインバータを駆動するためのゲート信号を出力する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記台数決定部により決定された前記台数に応じて、前記停止対象のインバータへのゲート信号をオフする、制御装置を提供する。

本開示の技術によれば、インバータの運転台数制御を実現する回路の小型化が可能なパワーコンディショナ及び制御装置を提供できる。

一実施形態における制御装置及び太陽光発電システムの構成例を示す図である。 ２台運転から１台運転に切り替えるためのアルゴリズムの一例を示すフローチャートである。 １台運転から２台運転に切り替えるためのアルゴリズムの一例を示すフローチャートである 切替指令部の構成例を示す図である。 各電流指令値の変化例を示す図である。 インバータの負荷率と変換効率の特性の一例を示す図である。 一実施形態における制御装置を実現するためのハードウェア構成例を示す図である。

以下、図面を参照しながら発明を実施するための形態を詳細に説明する。

図１は、一実施形態における制御装置及びその制御装置を含む太陽光発電システムの構成例を示す図である。図１に示す太陽光発電システム１００は、パワーコンディショナ１０及び太陽電池２１を含む。パワーコンディショナ１０は、太陽電池２１からの直流電力を交流電力に変換し、太陽電池２１を系統連系ブレーカ５０を介して電力系統４０に連系させるように構成されている。

パワーコンディショナ１０は、制御装置１１、複数のインバータ１２ａ，１２ｂ、複数のインダクタ１３ａ，１３ｂ、複数のコンデンサ１４ａ，１４ｂを含む。また、パワーコンディショナ１０は、発電電圧センサ１５、出力電圧センサ１６、系統電圧センサ１７、発電電流センサ１８、複数の出力電流センサ１９ａ，１９ｂ、系統電流センサ２０を更に含む。

太陽電池２１は、発電装置の一例であり、複数のインバータ１２ａ，１２ｂの入力側に共通に接続される。太陽電池２１から出力された直流電力は、複数のインバータ１２ａ，１２ｂのうち一方又は両方により交流電力に変換される。インバータ１２ａから出力された交流電力は、インダクタ１３ａ及びコンデンサ１４ａを介して、電力系統４０へ出力され、インバータ１２ｂから出力された交流電力は、インダクタ１３ｂ及びコンデンサ１４ｂを介して、電力系統４０へ出力される。インダクタ１３ａ及びコンデンサ１４ａは、ＬＣフィルタを構成し、インダクタ１３ｂ及びコンデンサ１４ｂは、ＬＣフィルタを構成する。ＬＣフィルタは、電力系統４０へ出力される交流電流に含まれる高調波電流を除去するノイズ除去フィルタの一例である。

複数のインバータ１２ａ，１２ｂは、相互に並列に接続され、太陽電池２１から出力された直流電力を交流電力に変換する。複数のインバータ１２ａ，１２ｂは、それぞれ、ゲート信号によって駆動される複数のスイッチング素子を有し、それらの複数のスイッチング素子がスイッチングすることによって、直流電力を交流電力に変換する構成を有する。

なお、図１は、相互に並列に接続される２台のインバータ１２ａ，１２ｂを備える構成を例示する。しかしながら、本開示の技術は、相互に並列に接続される３台以上のインバータを制御する制御装置、又は、相互に並列に接続される３台以上のインバータを備えるパワーコンディショナにも適用可能である。

制御装置１１は、太陽電池２１から可及的に大電力が出力されるように、太陽電池２１からの出力電力を制御するように構成されている。具体的には、制御装置１１は、太陽電池２１からの出力電圧が目標電圧値に一致するように、複数のインバータ１２ａ，１２ｂからの出力電流又は出力電力を制御する。以下の説明において、太陽電池２１からの出力電力、出力電圧及び出力電流を、便宜的に、Ｐ_ＰＶ、Ｖ_ＰＶ、Ｉ_ＰＶとそれぞれ記載する場合がある。また、電力系統４０の系統電圧及び電力系統４０への出力電流を、便宜的に、Ｖ_ａｃ、Ｉ_ａｃとそれぞれ記載する場合がある。電力系統４０への出力電流Ｉ_ａｃは、複数のインバータ１２ａ，１２ｂからの出力電流が重畳された交流電流を表す。

制御装置１１は、電力演算部１１１、台数決定部１１８及び制御部１２０を備える。電力演算部１１１は、太陽電池２１から出力された直流電力の電力値を演算する。台数決定部１１８は、電力演算部１１１により演算された電力値に基づいて、複数のインバータのうち運転対象又は停止対象のインバータの台数を決定し、決定した台数に応じた運転台数制御信号を制御部１２０に出力する。制御部１２０は、複数のインバータを駆動するためのゲート信号を出力する。制御部１２０は、台数決定部１１８により決定された台数に応じた運転台数制御信号に基づいて、運転対象のインバータへのゲート信号を繰り返しオンオフし、停止対象のインバータへのゲート信号をオフする。

したがって、本実施形態によれば、停止対象のインバータへのゲート信号をオフすることで、当該停止対象のインバータを運転対象のインバータから切り離すことができる。したがって、サイリスタや接点スイッチなどの切り離し回路が無くても、インバータの運転台数制御を実現できるので、運転台数制御を実現する回路の小型化が可能となる。

次に、本実施形態の構成について、より詳細に説明する。

本実施形態では、制御部１２０は、ＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）制御部１１２、有効電流制御部１１３、無効電流制御部１１４及び電流指令演算部１１５を含む。また、本実施形態では、制御部１２０は、複数の乗算器１１９ａ，１１９ｂ、複数の電流制御演算部１１６ａ，１１６ｂ及び複数のＰＷＭ（Pulse Width Modulation）演算部１１７ａ，１１７ｂを更に含む。

電力演算部１１１は、発電電圧センサ１５により測定された出力電圧Ｖ_ＰＶの電圧値と、発電電流センサ１８により測定された出力電流Ｉ_ＰＶの電流値とを用いて、太陽電池２１の出力電力Ｐ_ＰＶの電力値を逐次（例えば、所定間隔で）演算するように構成されている。出力電力Ｐ_ＰＶは、太陽電池２１から出力された直流電力に相当する。電力演算部１１１は、演算した出力電力Ｐ_ＰＶの電力値を制御部１２０のＭＰＰＴ制御部１１２へ出力する。

ＭＰＰＴ制御部１１２は、例えば山登り法を用いて、電力演算部１１１により演算された出力電力Ｐ_ＰＶの電力値が最大になるように、出力電圧Ｖ_ＰＶの目標電圧値を演算する。ＭＰＰＴ制御部１１２は、演算した出力電圧Ｖ_ＰＶの目標電圧値を有効電流制御部１１３へ出力する。

有効電流制御部１１３は、発電電圧センサ１５により測定された出力電圧Ｖ_ＰＶの電圧値と、ＭＰＰＴ制御部１１２により演算された出力電圧Ｖ_ＰＶの目標電圧値との差分値に基づいて、有効電流指令値を演算するように構成されている。有効電流制御部１１３は、演算した有効電流指令値を電流指令演算部１１５へ出力する。

無効電流制御部１１４は、系統電圧Ｖ_ａｃの維持や太陽光発電システム１００の単独運転状態の検出のための無効電流指令値を演算するように構成されている。無効電流制御部１１４は、系統電圧センサ１７により測定された電力系統４０の系統電圧Ｖ_ａｃの電圧値と系統電流センサ２０により測定された電力系統４０への出力電流Ｉ_ａｃの電流値とに基づいて、無効電流指令値を演算する。無効電流制御部１１４は、演算した無効電流指令値を電流指令演算部１１５へ出力する。

電流指令演算部１１５は、入力された有効電流指令値および無効電流指令値に基づいて、電流指令を演算するとともに、演算した電流指令を、乗算器１１９ａ，１１９ｂに出力するように構成されている。

乗算器１１９ａは、電流指令演算部１１５から入力された電流指令に第１の指令係数Ｉ_{ｉｎｖ１＊}を乗算する補正演算をすることによって第１の交流電流指令を生成し、第１の交流電流指令を第１の電流制御演算部１１６ａに出力するように構成された第１の補正演算部である。乗算器１１９ｂは、電流指令演算部１１５から入力された電流指令に第２の指令係数Ｉ_{ｉｎｖ２＊}を乗算する補正演算をすることによって第２の交流電流指令を生成し、第２の交流電流指令を第２の電流制御演算部１１６ｂに出力するように構成された第２の補正演算部である。第１の指令係数Ｉ_{ｉｎｖ１＊}及び第２の指令係数Ｉ_{ｉｎｖ２＊}は、台数決定部１１８により生成される。

第１の電流制御演算部１１６ａは、入力された第１の交流電流指令と、出力電圧センサ１６によって測定されたインバータ１２ａの出力電圧Ｖ_ｉｎｖと、出力電流センサ１９ａによって測定されたインバータ１２ａの出力電流Ｉ_ｉｎｖ１とに基づいて、インバータ１２ａの第１の電圧指令値を演算する。電流制御演算部１１６ａは、演算した第１の電圧指令値を、第１のＰＷＭ演算部１１７ａに出力する。

第２の電流制御演算部１１６ｂは、入力された第２の交流電流指令と、出力電圧センサ１６によって測定されたインバータ１２ｂの出力電圧Ｖ_ｉｎｖと、出力電流センサ１９ｂによって測定されたインバータ１２ｂの出力電流Ｉ_ｉｎｖ２とに基づいて、インバータ１２ｂの第２の電圧指令値を演算する。電流制御演算部１１６ｂは、演算した第２の電圧指令値を、第２のＰＷＭ演算部１１７ｂに出力する。

第１のＰＷＭ演算部１１７ａは、入力された第１の電圧指令値に基づいて、インバータ１２ａに含まれる複数のスイッチング素子（図示せず）を動作させるためのゲートパルスを演算し、演算されたゲートパルスをインバータ１２ａに出力する。インバータ１２ａは、入力されたゲートパルスに基づいて複数のゲート信号を生成するゲート駆動回路と、ゲート駆動回路により生成された複数のゲート信号のうち対応するゲート信号によって駆動される複数のスイッチング素子とを有する。同様に、第２のＰＷＭ演算部１１７ｂは、入力された第２の電圧指令値に基づいて、インバータ１２ｂに含まれる複数のスイッチング素子（図示せず）のゲートパルスを演算し、演算されたゲートパルスをインバータ１２ｂに出力する。インバータ１２ｂは、入力されたゲートパルスに基づいて複数のゲート信号を生成するゲート駆動回路と、ゲート駆動回路により生成された複数のゲート信号のうち対応するゲート信号によって駆動される複数のスイッチング素子とを有する。

インバータ１２ａは、制御装置１１の第１のＰＷＭ演算部１１７ａから出力されたＰＷＭ信号（ゲートパルス）に従って、複数のスイッチング素子を繰り返しオンオフし、太陽電池２１から供給される直流電力を、電力系統４０で使われる交流電力に変換する。同様に、インバータ１２ｂは、制御装置１１の第２のＰＷＭ演算部１１７ｂから出力されたＰＷＭ信号（ゲートパルス）に従って、複数のスイッチング素子を繰り返しオンオフし、太陽電池２１から供給される直流電力を、電力系統４０で使われる交流電力に変換する。このように、インバータ１２ａ，１２ｂのそれぞれには、電力系統４０に連系するために必要な変調波信号をキャリア信号と比較することで生成されたＰＷＭ信号が入力されることによって、複数のスイッチング素子がスイッチングする。

インバータの一方又は両方がこのように動作することにより、太陽電池２１からの出力電圧Ｖ_ＰＶは、所望の目標電圧に制御される。その結果、可及的に最大電力が太陽電池２１から出力される。

台数決定部１１８は、電力演算部１１１により演算された電力値に基づいて、複数のインバータのうち運転対象又は停止対象のインバータの台数を決定し、決定した台数に応じた運転台数制御信号（この場合、指令係数Ｉ_{ｉｎｖ１＊}，Ｉ_{ｉｎｖ２＊}）を制御部１２０に出力する。台数決定部１１８は、切替判定部１１８１および切替指令部１１８２を有する。

切替判定部１１８１は、太陽電池２１の出力電圧Ｖ_ＰＶの検出値、太陽電池２１の出力電力Ｐ_ＰＶの検出値及び電力系統４０の系統電圧Ｖ_ａｃの検出値に基づき、２台運転から１台運転へ切り替えてよいか、１台運転から２台運転へ切り替えてよいか、の判定を行う。

切替判定部１１８１のアルゴリズムは、例えば図２，３に示すフローチャートのように作成される。

図２は、２台運転から１台運転に切り替えるためのアルゴリズムの一例を示すフローチャートである。

２台運転から１台運転に切り替えるための第１の条件Ｓ１０は、電力演算部１１１により演算された太陽電池２１の出力電力Ｐ_ＰＶの電力値が閾値Ａよりも低いことである。閾値Ａは、第１の電力閾値の一例である。閾値Ａは、運転対象のインバータの台数減少後の総定格電力（この場合、１台の運転対象のインバータの定格電力）を超えない範囲で自由に設定可能である。複数のインバータの定格電力は同じため、閾値Ａは、インバータ１台当たりの定格電力と、運転対象のインバータの減少後の台数との積を超えない範囲で設定されてもよい。閾値Ａは、太陽電池２１への日射の急変などを考慮して、ある程度定格電力に対してマージンを持たせておくことが好ましい。

２台運転から１台運転に切り替えるための第２の条件Ｓ２０は、交流電力が供給される電力系統４０の系統電圧Ｖ_ａｃの電圧値（系統電圧センサ１７により測定される値）が、Ｂ < Ｖ_ａｃ < Ｃの所定の電圧範囲内にあることである。閾値Ｂ，Ｃは、パワーコンディショナ１０の定格電圧範囲内で自由に設定することができる。系統電圧Ｖ_ａｃの変動が起こっているとき、パワーコンディショナ１０側で系統電圧Ｖ_ａｃの変動を安定化させるために動的に無効電力制御を行う場合がある。第２の条件Ｓ２０の意味は、この無効電力制御と運転台数変更を同時に行って不用意な動作となるのを回避することにある。よって、系統電圧Ｖ_ａｃでの判定の代わりに、動的な無効電力制御が動作していることを表すフラグを用いて判定を行ってもよい。

２台運転から１台運転に切り替えるための第３の条件Ｓ３０は、発電電圧センサ１５により測定された太陽電池２１の出力電圧Ｖ_ＰＶの電圧値が閾値Ｄよりも高いことである。閾値Ｄは、第１の電圧閾値の一例である。閾値Ｄは、系統電圧Ｖ_ａｃの整流電圧値以上で、かつ、定格直流電圧値以下の範囲で自由に設定可能である。しかし、閾値Ｄは、系統電圧Ｖ_ａｃの整流電圧値に対してある程度マージンを持たせておくことが好ましい。

また、切替判定部１１８１は、系統電圧Ｖ_ａｃの電圧値（系統電圧センサ１７により測定される値）に応じて閾値Ｄを変更してもよい。これにより、系統電圧Ｖ_ａｃの電圧値が変化しても適切な閾値Ｄを設定可能である。また、閾値Ｄは、パワーコンディショナ１０の定格交流電圧値に応じて決まる固定値として設定されてもよい。

切替判定部１１８１は、第１〜３の条件Ｓ１０，２０，３０が全て成立すると、インバータ運転台数を２台から１台に切り替えると判定する（インバータの運転台数を減少させると判定する）。

図３は、１台運転から２台運転に切り替えるためのアルゴリズムの一例を示すフローチャートである。

１台運転から２台運転に切り替えるための第１の条件Ｓ４０は、電力演算部１１１により演算された太陽電池２１の出力電力Ｐ_ＰＶの電力値が閾値Ｅよりも高いことである。閾値Ｅは、第２の電力閾値の一例である。閾値Ｅは、現在運転しているインバータの総定格電力（この場合、現在運転中の１台のインバータの定格電力）を超えない範囲で、かつ、閾値Ａより大きい値に設定可能である。閾値Ｅは、太陽電池２１への日射の急変等により太陽電池２１の出力が閾値Ｅ付近を変動して、台数切替が断続的に発生することがないように、閾値Ａに対してマージンを持たせておくことが好ましい。

１台運転から２台運転に切り替えるための第２の条件Ｓ５０は、系統電圧Ｖ_ａｃの電圧値（系統電圧センサ１７により測定される値）が、Ｂ < Ｖ_ａｃ < Ｃの所定の電圧範囲内にない（当該範囲を逸脱する）ことである。第２の条件Ｓ５０が成立する状況では、上述の無効電力制御が行われていないと考えられるからである。

１台運転から２台運転に切り替えるための第３の条件Ｓ６０は、発電電圧センサ１５により測定された太陽電池２１の出力電圧Ｖ_ＰＶの電圧値が閾値Ｆよりも低いことである。閾値Ｆは、第２の電圧閾値の一例である。閾値Ｆは、系統電圧Ｖ_ａｃの整流電圧値以上で、かつ、閾値Ｄよりも小さい値に設定可能である。閾値Ｆは、太陽電池２１への日射の急変等により太陽電池２１の出力電圧が閾値Ｆ付近を変動して、台数切替が断続的に発生することがないように、閾値Ｄに対してマージンを持たせておくことが好ましい。

切替判定部１１８１は、第１〜３の条件Ｓ４０，５０，６０のうちいずれか一つが成立すると、インバータ運転台数を１台から２台に切り替えると判定する（インバータの運転台数を増加させると判定する）。

図２，３のフローチャートの各条件Ｓ１０〜６０のうち一部又は全部は、時限を設定することができる。例えば、条件Ｓ１０は、出力電力Ｐ_ＰＶの電力値が閾値Ａよりも低い状態が所定の時間継続した場合、成立する（ＹＥＳ）と判定され、所定の時間継続する前に出力電力Ｐ_ＰＶの電力値が閾値Ａよりも高いことが測定された場合、不成立（ＮＯ）と判定される。このように、時限の設定により、例えば太陽電池２１の出力電力Ｐ_ＰＶが閾値Ａ付近を変動する場合、台数切替が断続的に発生するのを防ぐことができる。他の条件Ｓ２０等についても同様である。

また、図２，３は、運転台数を２台から１台又は１台から２台に切り替えるときのフローチャートを示す。しかしながら、図２，３は、３台以上相互に並列接続されるインバータを有するパワーコンディショナにおいても、適用可能である（例えば、運転台数を３台から２台又は２台から３台に切り替える場合など）。３台以上のインバータ間で運転又は停止を切り替える場合、閾値Ａおよび閾値Ｅは、例えば、インバータの運転台数の切り替え後に運転継続するインバータの総定格電力を超えない範囲で設定される。

また、図２において、Ｓ１０，２０，３０が全て成立した場合に限られず、切替判定部１１８１は、Ｓ１０が成立した場合、運転対象のインバータの台数を減少させると判定してもよい。また、図２において、切替判定部１１８１は、Ｓ１０が成立し、且つ、Ｓ３０が成立した場合、運転対象のインバータの台数を減少させると判定してもよい。

切替指令部１１８２（図１参照）は、図４のように、切替判定部１１８１の判定結果に基づき、各インバータの電流指令を切り替え、切り替え時のステップ指令をローパスフィルタ（ＬＰＦ４１，４２）に通す。これにより、なだらかに変化する電流指令（この場合、指令係数Ｉ_{ｉｎｖ１＊}，Ｉ_{ｉｎｖ２＊}）を生成でき、電力系統４０に与える出力急変等のショックを抑制できる。このとき、電力系統４０にショックを与えないようにするという目的を逸脱しなければ、ＬＰＦ以外の方法を用いて、電流指令を生成してもよい。例えば、ある変化率で直線的に指令値を減らす、もしくは増やすようにしてもよい。また、ＬＰＦの時定数については、ＬＰＦ４１，４２で同じ値であれば任意に設定してもよい。

図５は、図４における各電流指令値の動作例を示す図である。台数運転条件成立前（つまり、切替判定部１１８１が台数変更すると判定する前）は、インバータ１２ａ，１２ｂの電流指令（この場合、指令係数Ｉ_{ｉｎｖ１＊}、Ｉ_{ｉｎｖ２＊}）は、ともに５０％（＝０．５）である。台数運転条件が成立すると（つまり、切替判定部１１８１が運転台数を２台から１台に変更すると判定すると）、切替指令部１１８２は、Ｉ_{ｉｎｖ１＊}を５０％から１００％（＝１）にＬＰＦ４１等により漸増させ、Ｉ_{ｉｎｖ２＊}を５０％から０％（＝０）にＬＰＦ４２等により漸減させる。ここで、Ｉ_{ｉｎｖ２＊}が０％となると、インバータ１２ｂ内の複数のスイッチング素子の全てのゲート信号が完全にオフとなる。この状態は、機械的な開閉器を用いて、停止対象のインバータを運転対象のインバータから切り離すことに相当する動作となる。よって、制御部１２０は、切替指令部１１８２からの指令係数に基づき、停止対象のインバータ１２ｂの電流を零まで漸減させる期間に、運転対象のインバータ１２ａの電流を漸増させることになる。

また、Ｉ_{ｉｎｖ１＊}を５０％から１００％に増加させる一方で、Ｉ_{ｉｎｖ２＊}を５０％から０％に減少させるので、停止対象のインバータ１２ｂが停止する前に出力していた電流値を、運転対象のインバータ１２ａが負担することになる。このように、制御部１２０は、台数決定部１１８により決定された台数に応じて、停止対象のインバータが出力していた電流値を負担するためのゲート信号を運転対象のインバータへ出力する。これにより、台数の変更前後で電力系統４０に対する出力電流の急変を抑制できる。

インバータ１２ｂを停止させた後、切替判定部１１８１が運転台数を１台から２台に変更すると判定すると、切替指令部１１８２は、Ｉ_{ｉｎｖ１＊}を１００％から５０％にＬＰＦ４１等により漸減させ、Ｉ_{ｉｎｖ２＊}を０％から５０％にＬＰＦ４２等により漸増させる。よって、制御部１２０は、切替指令部１１８２からの指令係数に基づき、停止対象のインバータ１２ｂの電流を零から漸増させる期間に、運転対象のインバータ１２ａの電流を漸減させることになる。

ここで、図５において、切替指令部１１８２は、Ｉ_{ｉｎｖ１＊}とＩ_{ｉｎｖ２＊}の総和が一定（この場合、１００％（＝１））に維持されるように、Ｉ_{ｉｎｖ１＊}とＩ_{ｉｎｖ２＊}を調整することが好ましい。これにより、パワーコンディショナ１０全体として見たときの有効電流および無効電流の出力は、インバータの台数変更の実施前後でほとんど変化しないので、電力系統４０に対する出力急変を抑制できる。よって、制御部１２０は、電流指令演算部１１５により演算された電流指令が一定に維持されるように、乗算器１１９ａから出力される第１の交流電流指令及び乗算器１１９ｂから出力される第２の交流電流指令を調整できる。このように、制御部１２０は、切替指令部１１８２からの指令係数に基づき、複数のインバータの総出力が、運転対象のインバータの台数を変更する前後で変化しないように、それらの複数のインバータのゲートを制御することが好ましい。

図４，５は、インバータが２台構成のパワーコンディショナについて示したが、相互に並列接続された３台以上のインバータを備えるパワーコンディショナにおいても適用可能である。その場合、切替指令部１１８２は、例えば、運転台数変更後に停止対象となるインバータの出力電流指令値を０％に設定し、運転対象のインバータの出力電流指令値を、台数変更前の指令値に、インバータの停止により不足する分の指令値を合算した値に設定する。つまり、停止対象のインバータが停止する前に出力していた電流値を、運転対象のインバータが負担する。

このように、本実施形態では、インバータの運転台数の変更を実施する負荷率となったとき、停止するインバータのゲート信号をオフにする。停止するインバータのゲート信号をオフさせるにより、サイリスタや機械的な開閉器などの切り離し回路を追加しなくても、インバータの運転台数制御を行うことができる。よって、インバータの運転台数制御を実現する回路の小型化が可能となり、ひいては、パワーコンディショナの小型化が可能となる。また、図６に示すように、インバータの負荷率が低い領域でも、運転台数制御を行うことによって、運転台数制御を行わない場合に比べて、複数のインバータ全体での変換効率を改善できる。

また、接続する電力系統４０の系統電圧Ｖ_ａｃの整流電圧値よりも、太陽電池２１の出力電圧Ｖ_ＰＶが低くなると、何ら対策をしなければ、インバータ内の還流ダイオードを通して太陽電池２１に逆充電が発生するおそれがある。これを防ぐため、本実施形態では、太陽電池２１の出力電圧Ｖ_ＰＶを監視し、出力電圧Ｖ_ＰＶが逆充電が発生するレベルよりも高い場合に、運転台数を減少させる（図２の条件Ｓ３０参照）。これにより、逆充電が発生していない状況のときに、運転台数を減少させることができ、運転台数の減少による負荷が太陽電池２１又は電力系統４０にかかることを防止できる。また、逆充電の検出のための出力電圧Ｖ_ＰＶの測定は、ＭＰＰＴ制御に使用する測定値と共通化でき、つまり、発電電圧センサ１５を共通化できるので、新たなセンサを追加しなくても、逆充電を検出できる。

また、運転台数の変更時には、停止対象のインバータの電流を徐々に減らし、運転継続するインバータの電流を徐々に増やす制御を行うことで、ゼロクロス検出回路などの追加回路がなくても、電力系統４０に与える出力急変等のショックを抑制できる。

図７は、一実施形態における制御装置を実現するためのハードウェア構成例を示す図である。制御装置１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサ３０と、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）などで構成されるメモリ３１と、入出力インターフェース３２とにより実現することが可能である。プロセッサ３０、メモリ３１及び入出力インターフェース３２は、バス３３に接続され、バス３３を介して、データ、制御情報などの受け渡しを相互に行うことが可能である。

制御装置１１を実現する場合、制御装置１１用のプログラムをメモリ３１に格納しておき、このプログラムをプロセッサ３０が実行することにより、制御装置１１の台数決定部１１８等の各機能部が実現される。

以上、パワーコンディショナ及び制御装置を実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。

例えば、本実施形態における制御装置及びパワーコンディショナは、太陽電池の発電電力を複数のインバータを用いて制御する太陽光発電システムに用いられる場合に限られない。例えば、本実施形態における制御装置及びパワーコンディショナは、風力発電システム又は水力発電システムといった、常時変動する電力を複数のインバータを用いて変換する、その他の発電システムにも適用可能である。

１０ パワーコンディショナ
１１ 制御装置
１２ａ，１２ｂ インバータ
１５ 発電電圧センサ
１６ 出力電圧センサ
１７ 系統電圧センサ
１８ 発電電流センサ
１９ａ，１９ｂ 出力電流センサ
２０ 系統電流センサ
２１ 太陽電池
４０ 電力系統
１００ 太陽光発電システム
１１１ 電力演算部
１１８ 台数決定部
１２０ 制御部

Claims (17)

1. 相互に並列に接続され、発電装置から出力された直流電力を交流電力に変換する複数のインバータと、
   前記直流電力の電力値を演算する電力演算部と、
   前記電力演算部により演算された前記電力値に基づいて、前記複数のインバータのうち運転対象又は停止対象のインバータの台数を決定する台数決定部と、
   前記複数のインバータを駆動するためのゲート信号を出力する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記台数決定部により決定された前記台数に応じて、前記停止対象のインバータへのゲート信号をオフする、パワーコンディショナ。
2. 前記制御部は、前記台数決定部により決定された前記台数に応じて、前記停止対象のインバータが出力していた電流値を負担するためのゲート信号を前記運転対象のインバータへ出力する、請求項１に記載のパワーコンディショナ。
3. 前記台数決定部は、前記電力演算部により演算された前記電力値が第１の電力閾値よりも低い場合、前記運転対象のインバータの台数を減少させる、請求項１又は２に記載のパワーコンディショナ。
4. 前記台数決定部は、前記電力演算部により演算された前記電力値が前記第１の電力閾値よりも大きな第２の電力閾値よりも高い場合、前記運転対象のインバータの台数を増加させる、請求項３に記載のパワーコンディショナ。
5. 前記第１の電力閾値は、前記運転対象のインバータの台数減少後の総定格電力を超えない範囲で設定される、請求項３又は４に記載のパワーコンディショナ。
6. 前記第１の電力閾値は、インバータ１台当たりの定格電力と、前記運転対象のインバータの減少後の台数との積を超えない範囲で設定される、請求項３から５のいずれか一項に記載のパワーコンディショナ。
7. 前記台数決定部は、前記電力演算部により演算された前記電力値が前記第１の電力閾値よりも低く、且つ、前記直流電力の電圧値が第１の電圧閾値よりも高い場合、前記運転対象のインバータの台数を減少させる、請求項３から６のいずれか一項に記載のパワーコンディショナ。
8. 前記台数決定部は、前記電力演算部により演算された前記電力値が前記第１の電力閾値よりも大きな第２の電力閾値よりも高く、又は、前記直流電力の電圧値が前記第１の電圧閾値よりも小さな第２の電圧閾値よりも低い場合、前記運転対象のインバータの台数を増加させる、請求項７に記載のパワーコンディショナ。
9. 前記第１の電圧閾値は、前記交流電力が供給される電力系統の系統電圧の電圧値に応じて可変である、請求項７又は８に記載のパワーコンディショナ。
10. 前記台数決定部は、前記電力演算部により演算された前記電力値が前記第１の電力閾値よりも低く、且つ、前記直流電力の電圧値が前記第１の電圧閾値よりも高く、且つ、前記交流電力が供給される電力系統の系統電圧の電圧値が所定の電圧範囲内にある場合、前記運転対象のインバータの台数を減少させる、請求項７から９のいずれか一項に記載のパワーコンディショナ。
11. 前記台数決定部は、前記電力演算部により演算された前記電力値が前記第１の電力閾値よりも大きな第２の電力閾値よりも高く、又は、前記直流電力の電圧値が前記第１の電圧閾値よりも小さな第２の電圧閾値よりも低く、又は、前記系統電圧の電圧値が前記所定の電圧範囲内にない場合、前記運転対象の台数を増加させる、請求項１０に記載のパワーコンディショナ。
12. 前記台数決定部は、前記運転対象のインバータの台数を変更するための条件が所定の時間継続した場合、前記運転対象のインバータの台数を変更する、請求項１から１１のいずれか一項に記載のパワーコンディショナ。
13. 前記制御部は、前記停止対象のインバータの電流を零まで漸減させる期間に、前記運転対象のインバータの電流を漸増させる、請求項１から１２のいずれか一項に記載のパワーコンディショナ。
14. 前記制御部は、前記停止対象のインバータの電流を零から漸増させる期間に、前記運転対象のインバータの電流を漸減させる、請求項１から１３のいずれか一項に記載のパワーコンディショナ。
15. 前記制御部は、前記複数のインバータの総出力が、前記運転対象のインバータの台数を変更する前後で変化しないように、前記複数のインバータのゲートを制御する、請求項１から１４のいずれか一項に記載のパワーコンディショナ。
16. 前記制御部は、前記運転対象のインバータの第１の電流指令と前記停止対象のインバータの第２の電流指令との総和が一定に維持されるように、前記第１の電流指令と前記第２の電流指令とを調整する、請求項１から１５のいずれか一項に記載のパワーコンディショナ。
17. 発電装置から出力された直流電力を交流電力に変換する複数のインバータを制御する制御装置であって、
    前記直流電力の電力値を演算する電力演算部と、
    前記電力演算部により演算された前記電力値に基づいて、相互に並列に接続された前記複数のインバータのうち運転対象又は停止対象のインバータの台数を決定する台数決定部と、
    前記複数のインバータを駆動するためのゲート信号を出力する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、前記台数決定部により決定された前記台数に応じて、前記停止対象のインバータへのゲート信号をオフする、制御装置。

Images