JP2024034325A - 電力変換装置、太陽光発電システム、及び電力変換方法 - Google Patents

Abstract

【課題】零相電流の抑制と、交流の生成・出力の継続との両立に有効な電力変換装置を提供する。【解決手段】電力変換装置３は、次側の直流を交流に変換して二次側に出力する電力変換回路１０と、交流の出力に応じて生じる零相電流の増大を交流の大きさの調節により抑制するように電力変換回路１０を制御する制御部１００と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、電力変換装置、太陽光発電システム、及び電力変換方法に関する。

特許文献１には、直流入力部間に直列接続された複数のコンデンサと、複数のコンデンサ同士の接続部を三相３線式の系統電源の接地された相に接続し、接地されていない相と直流入力部との間をオン・オフする電力変換装置が開示されている。

特開２０００－１０２２６５号公報

本開示は、零相電流の抑制と、交流の生成・出力の継続との両立に有効な電力変換装置を提供する。

本開示の一側面に係る電力変換装置は、一次側の直流を交流に変換して二次側に出力する電力変換回路と、交流の出力に応じて生じる零相電流の増大を交流の大きさの調節により抑制するように電力変換回路を制御する制御部と、を備える。

本開示の他の側面に係る太陽光発電システムは、太陽光の入射に応じて直流を生成する太陽光発電装置と、太陽光発電装置が生成した直流を交流に変換して出力する電力変換回路と、交流の出力に応じて生じる零相電流の増大を交流の大きさの調節により抑制するように電力変換回路を制御する制御部と、を備える。

本開示の更に他の側面に係る電力変換方法は、電力変換回路により一次側の直流を交流に変換して二次側に出力することと、交流の出力に応じて生じる零相電流の増大を交流の大きさの調節により抑制するように電力変換回路を制御することと、を含む。

本開示によれば、零相電流の抑制と、交流の生成・出力の継続との両立に有効な電力変換装置を提供することができる。

太陽光発電システムの構成を例示する模式図である。 電流指令補正部の構成を例示するブロック図である。 電流指令補正部の変形例を示すブロック図である。 制御回路のハードウェア構成を例示するブロック図である。 電力変換手順を例示するフローチャートである。 電流指令の補正手順を例示するフローチャートである。 電流指令の補正手順の変形例を示すフローチャートである。

以下、実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

〔太陽光発電システム〕
図１に示す太陽光発電システム１は、太陽光の入射に応じて発生させた直流（直流電流）を、電力系統４に対応する交流（交流電流）に変換し、電力系統４に出力するシステムである。電力系統４は、工場等の需要家に交流電力を供給する系統である。電力系統４は、電力会社等により運営される商用の電力系統であってもよい。電力系統４に対応する交流は、例えば三相交流であり、Ｒ相４Ｒと、Ｓ相４Ｓと、Ｔ相４Ｔとを有する。Ｓ相４Ｓは接地されていてもよい。

図１に示すように、太陽光発電システム１は、太陽光発電装置２と、電力変換装置３とを有する。太陽光発電装置２は、直流電源の一例であり、太陽光の入射に応じて直流を生成し、正極２Ｐ及び負極２Ｎに出力する。例えば太陽光発電装置２は、太陽電池と、ＤＣ／ＤＣコンバータとを含む。ＤＣ／ＤＣコンバータは、太陽電池の出力にＤＣ／ＤＣ変換を行って生成した直流を正極２Ｐ及び負極２Ｎに出力する。電力変換装置３は、太陽光発電装置２が生成した直流を、電力系統４に対応する交流に変換し、電力系統４に出力する。電力変換装置３は、電力変換回路１０と、制御回路１００とを有する。

電力変換回路１０は、電力変換装置３に入力された直流を交流に変換して出力する。例えば電力変換回路１０は、第１点１１と、第２点１２と、第３点１３と、第１コンデンサ１４と、第２コンデンサ１５と、スイッチング回路１６とを有する。第１点１１は、太陽光発電装置２の正極２Ｐに接続される。第２点１２は、太陽光発電装置２の負極２Ｎに接続される。第３点１３は、第１コンデンサ１４を介して第１点１１に接続され、第２コンデンサ１５を介して第２点１２に接続される。

スイッチング回路１６は、例えばインバータ回路であり、複数のスイッチング素子１７により、太陽光発電装置２（一次側）と、電力系統４（二次側）との間の接続状態を変更することで、太陽光発電装置２が生成した直流を交流に変換する。複数のスイッチング素子１７のそれぞれは、例えばパワーＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）又はＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等であり、ゲート駆動信号に応じてオン・オフを切り替える。

一例として、スイッチング回路１６は、第３点１３を電力系統４のいずれか一相（例えばＳ相４Ｓ）に接続した状態を維持しつつ、第１点１１及び第２点１２のそれぞれと電力系統４の残り二相（例えばＲ相４Ｒ及びＴ相４Ｔ）との間を接続及び遮断することで、電力系統４に対応する三相交流を生成する。

電力変換回路１０は、電流センサ２１と、零相電流センサ２２と、漏電ブレーカ２３とを更に有する。電流センサ２１は、スイッチング回路１６と電力系統４の各相（Ｒ相４Ｒ、Ｓ相４Ｓ、及びＴ相４Ｔ）との間に流れる電流の大きさを表す電気信号を出力する。零相電流センサ２２は、スイッチング回路１６と、電力系統４との間に流れる零相電流の大きさを表す電気信号を出力する。例えば零相電流センサ２２は、スイッチング回路１６と、Ｒ相４Ｒ、Ｓ相４Ｓ、Ｔ相４Ｔとを接続する３ラインが発生する合計磁束の励磁電流を検出する変流器が発生する電気信号を出力する。漏電ブレーカ２３は、零相電流の大きさ（例えば漏電ブレーカ２３自体が検出した零相電流を表す信号の大きさ、又は零相電流センサ２２が出力する電気信号の大きさ）が所定の解列レベルを超えた場合に、スイッチング回路１６と電力系統４との間を遮断する。

制御回路１００は、電力系統４に対応する交流を生成し、電力系統４に出力するように電力変換回路１０を制御する。例えば制御回路１００は、ＭＰＰＴ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ）制御を行う。具体的には、正極２Ｐと負極２Ｎとの間の電圧（以下、「直流電圧」という）を、最大電力点（出力電力を最大化する電圧値）に追従させつつ、電力系統４に対応する交流を生成するようにスイッチング回路１６を制御する。

電力変換回路１０においては、正常動作においても零相電流が発生し得る。零相電流の経路は、太陽光発電装置２の太陽光パネルと地面との間の浮遊容量等により形成される。

例えば、以上に例示した電力変換回路１０の構成においては、Ｓ相４Ｓが接地され、第３点１３をＳ相４Ｓに接続した状態が維持される。電力変換回路１０が交流を生成する際に、電力系統４への交流の出力に応じて、第１コンデンサ１４及び第２コンデンサ１５の電位が変動する。この電位変動に起因する電流が、Ｓ相４Ｓの接地と、上記浮遊容量とによってＳ相４Ｓに流れ、零相電流が発生する。このため、スイッチング回路１６が電力系統４に出力する交流と、零相電流の大きさとの相関が強くなる。

浮遊容量は、天候等によって大きく変動するので、同じ交流に対して発生する零相電流の大きさが、天候等によって変動する。このため、太陽光発電装置２及び電力変換装置３に特に異常が生じていない場合であっても、零相電流センサ２２が出力する電気信号が上記解列レベルを超え、スイッチング回路１６と電力系統４との間が漏電ブレーカ２３により遮断される場合があり得る。スイッチング回路１６と電力系統４との間が遮断されると、太陽光発電装置２が発電し得る状況においても、太陽光発電装置２からの電力を電力系統４において有効活用することができなくなる。

そこで、制御回路１００は、スイッチング回路１６による交流の出力に応じて生じる零相電流の増大を交流の大きさの調節により抑制するように構成されている。増大を抑制するように交流の大きさを調節することの例としては、交流の大きさを、零相電流が所定レベルを超えることがないように予め定められた上限値以下に制限すること、及び所定レベルを超えた零相電流が所定レベル以下となるように交流の大きさを縮小すること等が挙げられる。

制御回路１００によれば、交流の大きさの調節により、零相電流の増大を効果的に抑制しつつ、交流の生成・出力を継続することができる。従って、零相電流の抑制と、交流の生成・出力の継続との両立に有効である。

制御回路１００は、電流指令を生成することと、電流指令に対応する交流を二次側に出力した場合に生じる零相電流の増大を抑制するように電流指令を補正することと、電流指令に対応する交流を二次側に出力するように電力変換回路１０を制御することと、を実行するように構成されていてもよい。

例えば制御回路１００は、上述したＭＰＰＴ制御を行う等、零相電流の増大を抑制する制御とは別の制御のために電流指令を生成する。制御回路１００は、生成した電流指令に対応する交流を二次側に出力した場合に生じる零相電流の大きさが所定レベルを超える場合に、零相電流の大きさを所定レベル以下にするように電流指令を補正する。交流を二次側に出力した場合に生じる零相電流の大きさは、実際に交流を出力した結果検出される零相電流の大きさであってもよく、実際に交流を出力することなく、出力予定の交流の大きさに基づき推定される零相電流の大きさであってもよい。所定レベルは、上述した解列レベルより低くてもよい。

零相電流の増大の抑制とは別の目的にて電流指令を生成した上で、零相電流の増大を抑制するように必要に応じて電流指令を補正することで、上記別の目的による制御と、零相電流の増大を抑制することを目的とする制御とを共存させ、より有益な電力変換を電力変換回路１０に継続させることができる。

一例として、制御回路１００は、機能上の構成要素（以下、「機能ブロック」という。）として、電流情報取得部１１４と、零相電流情報取得部１１５と、電流指令生成部１１１と、電流指令補正部１２０と、電圧指令生成部１１２と、スイッチング制御部１１３とを有する。電流情報取得部１１４は、上述した電流センサ２１が出力する電気信号に基づいて、スイッチング回路１６が電力系統４に出力する電流検出値Ｉｏｕｔの情報を取得する。零相電流情報取得部１１５は、上述した零相電流センサ２２が出力する電気信号に基づいて、零相電流検出値Ｉｒｉｐの情報を取得する。

電流指令生成部１１１は、電流指令を生成する。例えば電流指令生成部１１１は、太陽光発電装置２からの入力電力Ｐｉｎを監視しつつ、上記直流電圧を変化させ、入力電力Ｐｉｎを最大化する直流電圧を探索するように電流指令Ｉｒｅｆを生成する。電流指令Ｉｒｅｆには、電流の大きさと位相とを表す電流ベクトルの２成分を含ませてもよい。例えば電流指令Ｉｒｅｆは、電力系統４の交流の位相に応じて回転する回転座標系にて電流ベクトルを表す２成分を含ませてもよい。

電流指令Ｉｒｅｆに２成分を含ませた場合、電流情報取得部１１４が取得する電流検出値Ｉｏｕｔから、電流指令Ｉｒｅｆの２成分に対応する２成分を抽出してもよい。電流指令補正部１２０は、電流指令Ｉｒｅｆに対応する交流を電力系統４に出力した場合に生じる零相電流の増大を抑制するように電流指令Ｉｒｅｆを補正する。例えば電流指令補正部１２０は、電流指令Ｉｒｅｆに対応する交流を電力系統４に出力した場合に生じる零相電流の大きさが所定の零相電流リミットＩｒｉｐ＿ｌｉｍを超える場合に、零相電流検出値Ｉｒｉｐと、電流検出値Ｉｏｕｔとに基づいて、零相電流検出値Ｉｒｉｐが所定の零相電流リミットＩｒｉｐ＿ｌｉｍ以下となるように電流指令Ｉｒｅｆを補正する。

以下、電流指令補正部１２０により補正された電流指令Ｉｒｅｆを補正済電流指令Ｉｒｅｆ＿ｒとし、補正前の電流指令Ｉｒｅｆと区別する。電流指令Ｉｒｅｆに上述した２成分を含ませた場合、補正済電流指令Ｉｒｅｆ＿ｒに電流指令Ｉｒｅｆの２成分に対応する２成分を含ませてもよい。なお、補正前の電流指令Ｉｒｅｆに対応する交流を電力系統４に出力した場合に生じる零相電流の大きさが零相電流リミットＩｒｉｐ＿ｌｉｍを超えない場合、電流指令補正部１２０は電流指令Ｉｒｅｆを補正しない。電流指令補正部１２０が電流指令Ｉｒｅｆを補正しない場合であっても、図１において電流指令補正部１２０を経た電流指令Ｉｒｅｆは補正済電流指令Ｉｒｅｆ＿ｒに含まれる。

電圧指令生成部１１２は、電流検出値Ｉｏｕｔを補正済電流指令Ｉｒｅｆ＿ｒに追従させるように電圧指令Ｖｒｅｆを生成する。例えば電圧指令生成部１１２は、補正済電流指令Ｉｒｅｆ＿ｒと電流検出値Ｉｏｕｔとの偏差を縮小するように電圧指令Ｖｒｅｆを生成する。例えば電圧指令生成部１１２は、補正済電流指令Ｉｒｅｆ＿ｒと電流検出値Ｉｏｕｔとの偏差に比例演算、比例・積分演算、又は比例・積分・微分演算を行った結果に基づいて電圧指令Ｖｒｅｆを生成する。補正済電流指令Ｉｒｅｆ＿ｒに上述した２成分を含ませた場合、電圧指令Ｖｒｅｆに、電流指令Ｉｒｅｆの２成分に対応する２成分を含ませてもよい。

スイッチング制御部１１３は、補正済電流指令Ｉｒｅｆ＿ｒに対応する交流を電力系統４に出力するように電力変換回路１０を制御する。例えばスイッチング制御部１１３は、電流検出値Ｉｏｕｔを補正済電流指令Ｉｒｅｆ＿ｒに追従させるように生成された電圧指令Ｖｒｅｆに基づいて、電圧指令Ｖｒｅｆに対応する電圧を電力系統４に印加するようにスイッチング回路１６を制御する。

なお、以上の構成は、電力変換回路１０が所謂電圧型のインバータである場合を例示しているが、電力変換回路１０は電流型のインバータであってもよい。

図２は、電流指令補正部１２０の構成を例示するブロック図である。電流指令補正部１２０は、電力系統４に出力される交流の大きさを表す第１情報と、零相電流の大きさを表す第２情報とに基づいて、交流の大きさと零相電流の大きさとの関係を特定し、零相電流の大きさが所定レベル以下となるように、特定した関係と所定レベルとに基づいて電流指令を補正してもよい。以下、この補正を「瞬時型の補正」という。電流指令補正部１２０は、零相電流を縮小するように電流指令を小さくすることを、零相電流の大きさが所定レベル以下となるまで繰り返してもよい。以下、この補正を「逐次型の補正」という。

図２に例示する電流指令補正部１２０は、瞬時型の補正と、逐次型の補正とを組み合わせて実行するように構成されている。例えば電流指令補正部１２０は、電力系統４に出力される交流の大きさを表す第１情報と、零相電流の大きさを表す第２情報とに基づいて、交流の大きさと零相電流の大きさとの関係を特定することと、零相電流の大きさが所定レベル以下となるように、特定した関係と所定レベルとに基づいて電流リミットを生成することと、電流リミット以下となるように電流指令を補正することと、電流リミット以下にした電流指令を更に小さくすることを、零相電流の大きさが所定レベル以下となるまで繰り返すことと、を実行するように構成されている。

例えば電流指令補正部１２０は、機能ブロックとして、瞬時制御部１２１と、逐次制御部１２２と、電流制限部１２３とを有する。瞬時制御部１２１は、電力系統４に出力される交流の大きさを表す第１情報と、零相電流の大きさを表す第２情報とに基づいて、交流の大きさと零相電流の大きさとの関係を特定し、零相電流の大きさが所定レベル以下となるように、特定した関係と所定レベルとに基づいて電流リミットを生成する。

例えば瞬時制御部１２１は、第１情報の一例として電流情報取得部１１４から電流検出値Ｉｏｕｔを取得し、第２情報の一例として零相電流情報取得部１１５から零相電流検出値Ｉｒｉｐを取得し、電流検出値Ｉｏｕｔと零相電流検出値Ｉｒｉｐとの関係を特定する。例えば瞬時制御部１２１は、電流検出値Ｉｏｕｔと零相電流検出値Ｉｒｉｐとの関係の一例として、電流検出値Ｉｏｕｔに対する零相電流検出値Ｉｒｉｐの比率を算出し、算出した比率を零相電流リミットＩｒｉｐ＿ｌｉｍに乗算して電流リミットＩｏｕｔ＿ｌｉｍを算出する。

電流制限部１２３は、電流リミットＩｏｕｔ＿ｌｉｍ以下となるように電流指令Ｉｒｅｆを補正する。例えば電流制限部１２３は、電流指令Ｉｒｅｆが電流リミットＩｏｕｔ＿ｌｉｍを超える場合、電流指令Ｉｒｅｆを電流リミットＩｏｕｔ＿ｌｉｍ以下の値に補正し、電流指令Ｉｒｅｆが電流リミットＩｏｕｔ＿ｌｉｍ以下であれば電流指令Ｉｒｅｆを補正しない。逐次制御部１２２は、零相電流リミットＩｒｉｐ＿ｌｉｍと零相電流検出値Ｉｒｉｐとの偏差を縮小するように電流リミットＩｏｕｔ＿ｌｉｍを更に小さくする。例えば逐次制御部１２２は、零相電流リミットＩｒｉｐ＿ｌｉｍから零相電流検出値Ｉｒｉｐを減算して上記偏差を算出し、算出した偏差に比例演算、比例・積分演算、又は比例・積分・微分演算を行って上限補正値ΔＩｒｉｐ＿ｃｍｐを算出する。零相電流検出値Ｉｒｉｐが零相電流リミットＩｒｉｐ＿ｌｉｍより小さい場合、電流リミットＩｏｕｔ＿ｌｉｍを更に補正する必要はない。そこで逐次制御部１２２は、上限補正値ΔＩｒｉｐ＿ｃｍｐをゼロ以下に制限するように構成されていてもよい。

電流制限部１２３は、電流リミットＩｏｕｔ＿ｌｉｍに上限補正値ΔＩｒｉｐ＿ｃｍｐを加算した値以下となるように電流指令Ｉｒｅｆを補正する。上限補正値ΔＩｒｉｐ＿ｃｍｐがゼロ未満である場合、電流リミットＩｏｕｔ＿ｌｉｍに対する上限補正値ΔＩｒｉｐ＿ｃｍｐの加算は、電流リミットＩｏｕｔ＿ｌｉｍから上限補正値ΔＩｒｉｐ＿ｃｍｐの絶対値を減算することに相当する。このため、電流リミットＩｏｕｔ＿ｌｉｍに上限補正値ΔＩｒｉｐ＿ｃｍｐを加算した値以下となるように電流指令Ｉｒｅｆが補正されることによって、電流リミットＩｏｕｔ＿ｌｉｍ以下となるように補正された電流指令Ｉｒｅｆが更に小さくされることとなる。

瞬時制御部１２１、逐次制御部１２２、及び電流制限部１２３は、以上に示した処理を繰り返し実行する。これにより、瞬時制御部１２１は、電流検出値Ｉｏｕｔ及び零相電流検出値Ｉｒｉｐを繰り返し取得し、電流検出値Ｉｏｕｔ及び零相電流検出値Ｉｒｉｐを取得する度に、電流検出値Ｉｏｕｔと零相電流検出値Ｉｒｉｐとの関係を瞬時に更新する。逐次制御部１２２は、零相電流リミットＩｒｉｐ＿ｌｉｍと零相電流検出値Ｉｒｉｐとの偏差に基づき上限補正値ΔＩｒｉｐ＿ｃｍｐ（降下幅）を算出することと、算出した上限補正値ΔＩｒｉｐ＿ｃｍｐにて電流リミットＩｏｕｔ＿ｌｉｍを補正し電流指令Ｉｒｅｆを小さくすることとを、零相電流検出値Ｉｒｉｐが零相電流リミットＩｒｉｐ＿ｌｉｍ以下となるまで逐次繰り返す。

なお、瞬時型の補正と、逐次型の補正を必ずしも組み合わせて実行しなくてもよい。電流指令補正部１２０は、逐次型の補正を行わずに瞬時型の補正を行うように構成されていてもよく、瞬時型の補正を行わずに逐次型の補正を行うように構成されていてもよい。

電流指令補正部１２０が瞬時型の補正を行わずに逐次型の補正を行う場合、電流制限部１２３は、瞬時型の補正のために算出された電流リミットＩｏｕｔ＿ｌｉｍに代えて、予め定められた電流リミットＩｏｕｔ＿ｌｉｍに上限補正値ΔＩｒｉｐ＿ｃｍｐを加算した値以下となるように電流指令Ｉｒｅｆを補正する。

電流指令補正部１２０が瞬時型の補正を行わずに逐次型の補正を行う場合、逐次制御部１２２が、上述した零相電流リミットＩｒｉｐ＿ｌｉｍと零相電流検出値Ｉｒｉｐとの偏差に基づいて電流リミットＩｏｕｔ＿ｌｉｍを算出してもよい。電流制限部１２３は、逐次制御部１２２により算出された電流リミットＩｏｕｔ＿ｌｉｍ以下となるように電流指令Ｉｒｅｆを補正する。例えば逐次制御部１２２は、上記偏差に比例・積分演算又は比例・積分・微分演算を行った結果に基づいて電流リミットＩｏｕｔ＿ｌｉｍを算出してもよい。この場合、零相電流検出値Ｉｒｉｐが零相電流リミットＩｒｉｐ＿ｌｉｍよりも小さい期間に、正の偏差の積分によって電流リミットＩｏｕｔ＿ｌｉｍが上限値まで大きくされる。零相電流検出値Ｉｒｉｐが零相電流リミットＩｒｉｐ＿ｌｉｍよりも大きくなると、負の偏差によって、零相電流検出値Ｉｒｉｐが零相電流リミットＩｒｉｐ＿ｌｉｍ以下となるまで電流リミットＩｏｕｔ＿ｌｉｍが小さくされる。

電流指令補正部１２０が瞬時型の補正を行わずに逐次型の補正を行う場合、逐次制御部１２２は、上述した零相電流リミットＩｒｉｐ＿ｌｉｍと零相電流検出値Ｉｒｉｐとの偏差に基づいて、電流リミットＩｏｕｔ＿ｌｉｍとは別に副電流指令Ｉｒｅｆ２を算出するように構成されていてもよい。電流制限部１２３は、逐次制御部１２２により算出された副電流指令Ｉｒｅｆ２と電流指令Ｉｒｅｆとのいずれか小さい方を補正済電流指令Ｉｒｅｆ＿ｒとして選択するように構成されていてもよい。例えば逐次制御部１２２は、上記偏差に比例・積分演算又は比例・積分・微分演算を行った結果に基づいて副電流指令Ｉｒｅｆ２を算出してもよい。この場合、零相電流検出値Ｉｒｉｐが零相電流リミットＩｒｉｐ＿ｌｉｍよりも小さい期間に、正の偏差の積分によって副電流指令Ｉｒｅｆ２が上限値まで大きくされる。零相電流検出値Ｉｒｉｐが零相電流リミットＩｒｉｐ＿ｌｉｍよりも大きくなると、負の偏差によって、零相電流検出値Ｉｒｉｐが零相電流リミットＩｒｉｐ＿ｌｉｍ以下となるまで副電流指令Ｉｒｅｆ２が小さくされる。この場合、発熱抑制等の目的にて、電流リミットＩｏｕｔ＿ｌｉｍによる電流指令の制限を別途行ってもよい。

電流指令補正部１２０は、零相電流検出値Ｉｒｉｐが零相電流リミットＩｒｉｐ＿ｌｉｍよりも大きい場合に、零相電流リミットＩｒｉｐ＿ｌｉｍと零相電流検出値Ｉｒｉｐとの偏差に基づく上限補正値ΔＩｒｉｐ＿ｃｍｐに代えて、予め定められた一定の降下幅（所定の降下幅）にて零相電流リミットＩｒｉｐ＿ｌｉｍを小さくすることを、零相電流検出値Ｉｒｉｐの大きさが零相電流リミットＩｒｉｐ＿ｌｉｍ以下となるまで繰り返すように構成されていてもよい。また、電流リミットＩｏｕｔ＿ｌｉｍに代わって電流指令Ｉｒｅｆを小さくしてもよい。

図３は、一定の降下幅にて電流指令Ｉｒｅｆを小さくする電流指令補正部１２０を例示するブロック図である。図３に例示する電流指令補正部１２０は、機能ブロックとして、比較部１２４と、比較部１２５と、電流指令増減部１２６とを有する。比較部１２４は、零相電流検出値Ｉｒｉｐが零相電流リミットＩｒｉｐ＿ｌｉｍよりも大きいか否かを判定する比較器である。例えば比較部１２４は、零相電流検出値Ｉｒｉｐが零相電流リミットＩｒｉｐ＿ｌｉｍよりも大きい場合に真値を出力し、零相電流検出値Ｉｒｉｐが零相電流リミットＩｒｉｐ＿ｌｉｍよりも小さい場合に偽値を出力する。比較部１２５は、零相電流検出値Ｉｒｉｐが零相電流リミットＩｒｉｐ＿ｌｉｍよりも小さいか否かを判定する比較器である。例えば比較部１２５は、零相電流検出値Ｉｒｉｐが零相電流リミットＩｒｉｐ＿ｌｉｍよりも小さい場合に真値を出力し、零相電流検出値Ｉｒｉｐが零相電流リミットＩｒｉｐ＿ｌｉｍよりも大きい場合に偽値を出力する。

電流指令増減部１２６は、比較部１２４，１２５による比較結果に基づいて電流指令Ｉｒｅｆを増減させる。例えば電流指令増減部１２６は、比較部１２４が真値を出力している場合に、一定の降下幅にて電流指令Ｉｒｅｆを小さくすることを繰り返し、比較部１２５が真値を出力している場合に、一定の上昇幅にて電流指令Ｉｒｅｆを大きくすることを繰り返す。

一例として、電流指令増減部１２６は、比較部１２４の出力が偽値から真値に切り替わった時点における電流指令Ｉｒｅｆを補正済電流指令Ｉｒｅｆ＿ｒとして記憶する。その後、電流指令増減部１２６は、比較部１２４の出力が真値である場合に、一定の降下幅にて補正済電流指令Ｉｒｅｆ＿ｒを小さくすることを繰り返す。比較部１２４の出力が真値から偽値に切り替わり、比較部１２５の出力が偽値から真値に切り替わると、電流指令増減部１２６は、一定の上昇幅にて補正済電流指令Ｉｒｅｆ＿ｒを大きくする。その後、電流指令増減部１２６は、比較部１２５の出力が真値から偽値に切り替わるまで、補正済電流指令Ｉｒｅｆ＿ｒを大きくすることを繰り返す。比較部１２５の出力が真値から偽値に切り替わり、比較部１２４の出力が偽値から真値に切り替わると、再び比較部１２４が一定の降下幅にて補正済電流指令Ｉｒｅｆ＿ｒを小さくする。以上の処理によって、零相電流検出値Ｉｒｉｐが零相電流リミットＩｒｉｐ＿ｌｉｍの近傍に維持されることとなる。

電流指令増減部１２６が補正済電流指令Ｉｒｅｆ＿ｒを大きくする過程において、比較部１２５の出力が真値から偽値に切り替わる前に補正済電流指令Ｉｒｅｆ＿ｒが電流指令Ｉｒｅｆ以上となった場合、更に補正済電流指令Ｉｒｅｆ＿ｒを上昇させる必要はない。この時点で、電流指令増減部１２６は電流指令Ｉｒｅｆの補正を完了し、再び比較部１２４の出力が真値となるまで、補正前の電流指令Ｉｒｅｆをそのまま補正済電流指令Ｉｒｅｆ＿ｒとして出力する。

比較部１２４が零相電流検出値Ｉｒｉｐと比較する零相電流リミットＩｒｉｐ＿ｌｉｍと、比較部１２５が零相電流検出値Ｉｒｉｐと比較する零相電流リミットＩｒｉｐ＿ｌｉｍとは、互いに異なっていてもよい。例えば、比較部１２４が零相電流検出値Ｉｒｉｐと比較する零相電流リミットＩｒｉｐ＿ｌｉｍは、比較部１２５が零相電流検出値Ｉｒｉｐと比較する零相電流リミットＩｒｉｐ＿ｌｉｍより大きくてもよい。また、降下幅と上昇幅とが互いに異なっていてもよい。

図４は、制御回路１００のハードウェア構成を例示するブロック図である。図４に示すように、例えば制御回路１００は、一以上のプロセッサ１９１と、メモリ１９２と、ストレージ１９３と、入出力ポート１９４と、スイッチング制御回路１９５とを有する。

ストレージ１９３は、フラッシュメモリ又はハードディスク等の不揮発性の記憶媒体を含む。ストレージ１９３は、交流の出力に応じて生じる零相電流の増大を交流の大きさの調節により抑制するように電力変換回路１０を制御することを制御回路１００に実行させるためのプログラムを記憶している。例えばストレージ１９３は、上述した各機能ブロックを制御回路１００に構成させるためのプログラムを記憶している。

メモリ１９２は、ストレージ１９３からロードされたプログラムと、当該プログラムの実行過程で生成されるデータとを一時的に記憶する。一以上のプロセッサ１９１は、メモリ１９２が記憶するプログラムを実行することで、各機能ブロックとして制御回路１００を機能させる。入出力ポート１９４は、一以上のプロセッサ１９１からの指令に応じて、電流センサ２１と、零相電流センサ２２との間で電気信号の入出力を行う。スイッチング制御回路１９５は、一以上のプロセッサ１９１からの指令に応じて、スイッチング回路１６における複数のスイッチング素子１７のオン・オフを切り替える。以上のハードウェア構成はあくまで一例であり、適宜変更可能である。例えば、各機能ブロックの少なくともいずれかが、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等の専用の回路素子により構成されていてもよい。

以上に例示した電力変換装置３の構成はあくまで一例であり適宜変更可能である。例えば、電力変換装置３が適用される直流電源は太陽光発電装置２に限られず、発電した電力を直流で出力する限りいかなる電源であってもよい。

〔電力変換方法〕
電力変換方法の一例として、電力変換装置３が実行する電力変換手順を例示する。この電力変換手順は、電力変換回路１０により一次側の直流を交流に変換して二次側に出力することと、交流の出力に応じて生じる零相電流の増大を交流の大きさの調節により抑制するように電力変換回路１０を制御することと、を含む。図５は、電力変換手順を例示するフローチャートである。図５に示す手順は、一次側の直流電流を交流に変換して二次側に出力することを電力変換回路１０が継続している状態で行われる。

図５に示すように、制御回路１００は、まずステップＳ０１，Ｓ０２，Ｓ０３を実行する。ステップＳ０１では、電流センサ２１が出力する電気信号に基づいて、スイッチング回路１６が電力系統４に出力する電流検出値Ｉｏｕｔの情報を電流情報取得部１１４が取得する。零相電流センサ２２が出力する電気信号に基づいて、零相電流検出値Ｉｒｉｐの情報を零相電流情報取得部１１５が取得する。

ステップＳ０２では、電流指令生成部１１１が、電流指令Ｉｒｅｆを算出する。例えば電流指令生成部１１１は、入力電力Ｐｉｎを最大化する直流電圧を探索するように電流指令Ｉｒｅｆを生成する。

ステップＳ０３では、電流指令補正部１２０が、電流指令Ｉｒｅｆに対応する交流を電力系統４に出力した場合に生じる零相電流の増大を抑制するように電流指令Ｉｒｅｆを補正する。ステップＳ０３の具体的内容については後に例示する。

次に、制御回路１００はステップＳ０４，Ｓ０５，Ｓ０６を実行する。ステップＳ０４では、電圧指令生成部１１２が、電流検出値Ｉｏｕｔを補正済電流指令Ｉｒｅｆ＿ｒに追従させるように電圧指令Ｖｒｅｆを生成する。ステップＳ０５では、スイッチング制御部１１３が、電圧指令Ｖｒｅｆに対応する電圧を電力系統４に印加するようにスイッチング回路１６を制御することを開始する。ステップＳ０６では、スイッチング制御部１１３が、所定の制御周期が経過するのを待機する。その後、制御回路１００は処理をステップＳ０１に戻す。制御回路１００は、以上の処理を上記制御周期にて繰り返し実行する。

図６は、ステップＳ０３における電流指令Ｉｒｅｆの補正手順を例示するフローチャートである。上述のとおり、ステップＳ０３は、所定の制御周期にて繰り返し実行される。図６が示す手順は、１制御周期分の処理手順を示している。図６に示すように、制御回路１００は、まずステップＳ１１，Ｓ１２を実行する。ステップＳ１１では、瞬時制御部１２１が、電流リミットＩｏｕｔ＿ｌｉｍを算出する。例えば瞬時制御部１２１は、電流情報取得部１１４から電流検出値Ｉｏｕｔを取得し、零相電流情報取得部１１５から零相電流検出値Ｉｒｉｐを取得し、電流検出値Ｉｏｕｔと零相電流検出値Ｉｒｉｐとの関係を特定する。瞬時制御部１２１は、電流検出値Ｉｏｕｔと零相電流検出値Ｉｒｉｐとの関係と、零相電流リミットＩｒｉｐ＿ｌｉｍとに基づいて、電流リミットＩｏｕｔ＿ｌｉｍを算出する。

ステップＳ１２では、逐次制御部１２２が上限補正値ΔＩｒｉｐ＿ｃｍｐを算出する。例えば逐次制御部１２２は、零相電流リミットＩｒｉｐ＿ｌｉｍから零相電流検出値Ｉｒｉｐを減算して上記偏差を算出し、算出した偏差に比例演算、比例・積分演算、又は比例・積分・微分演算を行って上限補正値ΔＩｒｉｐ＿ｃｍｐを算出する。

次に、制御回路１００はステップＳ１３，Ｓ１４を実行する。ステップＳ１３では、電流制限部１２３が、電流リミットＩｏｕｔ＿ｌｉｍに上限補正値ΔＩｒｉｐ＿ｃｍｐを加算する。以下、電流リミットＩｏｕｔ＿ｌｉｍに上限補正値ΔＩｒｉｐ＿ｃｍｐを加算した値を「補正済電流リミット」という。

ステップＳ１４では、電流指令Ｉｒｅｆが補正済電流リミットより小さいか否かを電流制限部１２３が確認する。ステップＳ１４において、電流指令Ｉｒｅｆが補正済電流リミットより小さいと判定した場合、制御回路１００はステップＳ１５を実行する。ステップＳ１５では、電流制限部１２３が、補正前の電流指令Ｉｒｅｆと同じ値を補正済電流指令Ｉｒｅｆ＿ｒとする。

ステップＳ１４において、電流指令Ｉｒｅｆが補正済電流リミット以上であると判定した場合、制御回路１００はステップＳ１６を実行する。ステップＳ１６では、電流制限部１２３が、補正済電流リミットと同じ値を補正済電流指令Ｉｒｅｆ＿ｒとする。以上で、ステップＳ０３における電流指令Ｉｒｅｆの補正手順が完了する。

図７は、ステップＳ０３における電流指令Ｉｒｅｆの補正手順の変形例を示すフローチャートである。上述のとおり、ステップＳ０３は、所定の制御周期にて繰り返し実行される。図７が示す手順は、１サイクル分の処理手順を示している。電流指令Ｉｒｅｆの補正は、１サイクルで完了するわけではなく、図７の手順が繰り返されることによって完了する。図７に示すように、制御回路１００は、まずステップＳ２１を実行する。ステップＳ２１では、零相電流検出値Ｉｒｉｐが零相電流リミットＩｒｉｐ＿ｌｉｍより大きい（比較部１２４の出力が真値である）か否かを電流指令増減部１２６が確認する。ステップＳ２１において、零相電流検出値Ｉｒｉｐが零相電流リミットＩｒｉｐ＿ｌｉｍ以下であると判定した場合、制御回路１００はステップＳ２２を実行する。ステップＳ２２では、ステータスが「補正あり」であるか否かを電流指令増減部１２６が確認する。ステップＳ２２において、ステータスが「補正なし」であると判定した場合、制御回路１００はステップＳ２３を実行する。ステップＳ２３では、電流指令増減部１２６が、現在の電流指令Ｉｒｅｆを補正済電流指令Ｉｒｅｆ＿ｒとし、ステップＳ０３における電流指令Ｉｒｅｆの補正を完了する。

ステップＳ２１において、零相電流検出値Ｉｒｉｐが零相電流リミットＩｒｉｐ＿ｌｉｍより大きいと判定した場合、制御回路１００はステップＳ２４を実行する。ステップＳ２４では、ステータスが「補正なし」であるか否かを電流指令増減部１２６が確認する。ステップＳ２４において、ステータスが「補正なし」であると判定した場合、制御回路１００はステップＳ２５を実行する。ステップＳ２５では、電流指令増減部１２６が、ステータスを「補正なし」から「補正あり」に変更する。

次に、制御回路１００はステップＳ２６を実行する。ステップＳ２４において、ステータスが「補正あり」であると判定した場合、制御回路１００はステップＳ２５を実行することなくステップＳ２６を実行する。ステップＳ２６では、電流指令増減部１２６が、所定の降下幅にて補正済電流指令Ｉｒｅｆ＿ｒを小さくし、ステップＳ０３における電流指令Ｉｒｅｆの補正を完了する。

ステップＳ２１において零相電流検出値Ｉｒｉｐが零相電流リミットＩｒｉｐ＿ｌｉｍ以下であると判定し、更にステップＳ２２において、ステータスが「補正あり」であると判定した場合、制御回路１００はステップＳ３１を実行する。ステップＳ３１では、零相電流検出値Ｉｒｉｐが零相電流リミットＩｒｉｐ＿ｌｉｍより小さい（比較部１２５の出力が真値である）か否かを電流指令増減部１２６が確認する。ステップＳ３１において、零相電流検出値Ｉｒｉｐが零相電流リミットＩｒｉｐ＿ｌｉｍより小さいと判定した場合、制御回路１００はステップＳ３２を実行する。ステップＳ３２では、電流指令増減部１２６が、所定の上昇幅にて補正済電流指令Ｉｒｅｆ＿ｒを大きくする。

次に、制御回路１００はステップＳ３３を実行する。ステップＳ３１において、零相電流検出値Ｉｒｉｐが零相電流リミットＩｒｉｐ＿ｌｉｍ以上であると判定した場合、制御回路１００はステップＳ３２を実行することなくステップＳ３３を実行する。ステップＳ３３では、電流指令増減部１２６が、補正済電流指令Ｉｒｅｆ＿ｒが現在の電流指令Ｉｒｅｆ以上であるか否かを確認する。

ステップＳ３３において、補正済電流指令Ｉｒｅｆ＿ｒが現在の電流指令Ｉｒｅｆよりも小さいと判定した場合、電流指令増減部１２６はステップＳ０３における電流指令Ｉｒｅｆの１サイクル分の処理を完了する。ステップＳ３３において、補正済電流指令Ｉｒｅｆ＿ｒが現在の電流指令Ｉｒｅｆ以上であると判定した場合、制御回路１００はステップＳ３４を実行する。ステップＳ３４では、電流指令増減部１２６が、ステータスを「補正あり」から「補正なし」に変更し、ステップＳ０３における電流指令Ｉｒｅｆの１サイクル分の処理を完了する。制御回路１００は、以上の手順を上記制御周期で繰り返す。

〔まとめ〕
以上の開示は、以下の構成を含む。

（１） 一次側の直流を交流に変換して二次側に出力する電力変換回路１０と、交流の出力に応じて生じる零相電流の増大を交流の大きさの調節により抑制するように電力変換回路１０を制御する制御部１００と、を備える電力変換装置３。
この電力変換装置３によれば、交流の大きさの調節により、零相電流の増大を効果的に抑制しつつ、交流の生成・出力を継続することができる。従って、零相電流の抑制と、交流の生成・出力の継続との両立に有効である。

（２） 制御部１００は、電流指令を生成する指令生成部１１１と、電流指令に対応する交流を二次側に出力した場合に生じる零相電流の増大を抑制するように電流指令を補正する指令補正部１２０と、電流指令に対応する交流を二次側に出力するように電力変換回路１０を制御するスイッチング制御部１１３と、を有する、（１）記載の電力変換装置３。
零相電流の増大の抑制とは別の目的にて電流指令を生成した上で、零相電流の増大を抑制するように必要に応じて電流指令を補正することで、上記別の目的による制御と、零相電流の増大を抑制することを目的とする制御とを共存させ、より有益な電力変換を継続させることができる。

（３）電力変換回路１０は、一次側にて直流電源２の正極２Ｐに接続される第１点１１と、一次側にて直流電源２の負極２Ｎに接続される第２点１２と、第１コンデンサ１４を介して第１点１１に接続され、第２コンデンサ１５を介して第２点１２に接続される第３点１３と、第３点１３を二次側に接続しつつ、第１点１１及び第２点１２のそれぞれと二次側との間を接続及び遮断することで、二次側に三相交流を出力するスイッチング回路１６と、を有する、（２）記載の電力変換装置３。
この構成によれば、二次側に出力する交流と、零相電流の大きさとの相関が強くなる。このため、電流指令の補正によって、零相電流をより効果的に抑制することができる。従って、零相電流の抑制と、電力変換の継続との両立に更に有効である。

（４） 指令補正部１２０は、二次側に出力される交流の大きさを表す第１情報と、零相電流の大きさを表す第２情報とに基づいて、交流の大きさと零相電流の大きさとの関係を特定し、零相電流の大きさが所定レベル以下となるように、特定した関係と所定レベルとに基づいて電流指令を補正する、（２）又は（３）記載の電力変換装置３。
交流の大きさと零相電流の大きさとの関係に基づくことで、零相電流を早く抑制することができる。

（５） 指令補正部１２０は、第１情報及び第２情報を繰り返し取得し、第１情報及び第２情報を取得する度に関係を更新する、（４）記載の電力変換装置３。
二次側に出力される交流の大きさと、零相電流の大きさとの関係が、経時的に変化する場合もあり得る。例えば、一次側の直流が太陽光発電装置２により生成される場合には、天候に応じて浮遊容量が変化し、浮遊容量の変化に応じて上記関係が経時的に変化する。第１情報及び第２情報を繰り返し取得し、第１情報及び第２情報を取得する度にプロファイルを更新する構成によれば、上記関係の変化に対応して電流指令をより早く補正することができる。

（６） 指令補正部１２０は、零相電流を縮小するように電流指令を補正することを、零相電流の大きさが所定レベル以下となるまで繰り返す、（２）～（５）のいずれか記載の電力変換装置３。
零相電流をより確実に抑制することができる。

（７） 指令補正部１２０は、所定の降下幅にて電流指令を小さくすることを、零相電流の大きさが所定レベル以下となるまで繰り返す、（６）記載の電力変換装置３。
零相電流を容易な演算で抑制することができる。

（８） 指令補正部１２０は、所定レベルと、零相電流の大きさとの偏差に基づき降下幅を算出することと、算出した降下幅にて電流指令を小さくすることと、を零相電流が所定レベル以下となるまで繰り返す、（６）記載の電力変換装置３。
零相電流をより早く且つより確実に抑制することができる。

（９） 指令補正部１２０は、二次側に出力される交流の大きさを表す第１情報と、零相電流の大きさを表す第２情報とに基づいて、交流の大きさと零相電流の大きさとの関係を特定することと、零相電流の大きさが所定レベル以下となるように、特定した関係と所定レベルとに基づいて電流リミットを生成することと、電流リミット以下となるように電流指令を補正することと、電流リミット以下にした電流指令を更に小さくすることを、零相電流の大きさが所定レベル以下となるまで繰り返すことと、を実行するように構成されている、（２）又は（３）記載の電力変換装置３。
零相電流をより早く且つより確実に抑制することができる。

（１０） 太陽光の入射に応じて直流を生成する太陽光発電装置２と、太陽光発電装置２が生成した直流を交流に変換して出力する電力変換回路１０と、交流の出力に応じて生じる零相電流の増大を交流の大きさの調節により抑制するように電力変換回路１０を制御する制御部１００と、を備える太陽光発電システム１。

（１１） 電力変換回路１０により一次側の直流を交流に変換して二次側に出力することと、交流の出力に応じて生じる零相電流の増大を交流の大きさの調節により抑制するように電力変換回路１０を制御することと、を含む電力変換方法。

１…太陽光発電システム、２…太陽光発電装置、２Ｐ…正極、２Ｎ…負極、２…直流電源、３…電力変換装置、１０…電力変換回路、１１…第１点、１２…第２点、１３…第３点、１４…第１コンデンサ、１５…第２コンデンサ、１６…スイッチング回路、１００…制御回路、１００…制御部、１１１…指令生成部、１２０…指令補正部、１１３…スイッチング制御部。

Claims (11)

1. 一次側の直流を交流に変換して二次側に出力する電力変換回路と、
   前記交流の出力に応じて生じる零相電流の増大を前記交流の大きさの調節により抑制するように前記電力変換回路を制御する制御部と、
   を備える電力変換装置。
2. 前記制御部は、
   電流指令を生成する指令生成部と、
   前記電流指令に対応する前記交流を前記二次側に出力した場合に生じる零相電流の増大を抑制するように前記電流指令を補正する指令補正部と、
   前記電流指令に対応する前記交流を前記二次側に出力するように前記電力変換回路を制御するスイッチング制御部と、
   を有する、
   請求項１記載の電力変換装置。
3. 前記電力変換回路は、
   前記一次側にて直流電源の正極に接続される第１点と、
   前記一次側にて前記直流電源の負極に接続される第２点と、
   第１コンデンサを介して前記第１点に接続され、第２コンデンサを介して前記第２点に接続される第３点と、
   前記第３点を前記二次側に接続しつつ、前記第１点及び前記第２点のそれぞれと前記二次側との間を接続及び遮断することで、前記二次側に三相交流を出力するスイッチング回路と、
   を有する、
   請求項２記載の電力変換装置。
4. 前記指令補正部は、
   前記二次側に出力される前記交流の大きさを表す第１情報と、前記零相電流の大きさを表す第２情報とに基づいて、前記交流の大きさと前記零相電流の大きさとの関係を特定し、
   前記零相電流の大きさが所定レベル以下となるように、特定した前記関係と前記所定レベルとに基づいて前記電流指令を補正する、
   請求項２又は３記載の電力変換装置。
5. 前記指令補正部は、
   前記第１情報及び前記第２情報を繰り返し取得し、
   前記第１情報及び前記第２情報を取得する度に前記関係を更新する、
   請求項４記載の電力変換装置。
6. 前記指令補正部は、前記零相電流を縮小するように前記電流指令を補正することを、前記零相電流の大きさが所定レベル以下となるまで繰り返す、
   請求項２又は３記載の電力変換装置。
7. 前記指令補正部は、所定の降下幅にて前記電流指令を小さくすることを、前記零相電流の大きさが前記所定レベル以下となるまで繰り返す、
   請求項６記載の電力変換装置。
8. 前記指令補正部は、
   前記所定レベルと、前記零相電流の大きさとの偏差に基づき降下幅を算出することと、
   算出した前記降下幅にて前記電流指令を小さくすることと、
   を前記零相電流が前記所定レベル以下となるまで繰り返す、
   請求項６記載の電力変換装置。
9. 前記指令補正部は、
   前記二次側に出力される前記交流の大きさを表す第１情報と、前記零相電流の大きさを表す第２情報とに基づいて、前記交流の大きさと前記零相電流の大きさとの関係を特定することと、
   前記零相電流の大きさが所定レベル以下となるように、特定した前記関係と前記所定レベルとに基づいて電流リミットを生成することと、
   前記電流リミット以下となるように前記電流指令を補正することと、
   前記電流リミット以下にした前記電流指令を更に小さくすることを、前記零相電流の大きさが前記所定レベル以下となるまで繰り返すことと、
   を実行するように構成されている、
   請求項２又は３記載の電力変換装置。
10. 太陽光の入射に応じて直流を生成する太陽光発電装置と、
    前記太陽光発電装置が生成した直流を交流に変換して出力する電力変換回路と、
    前記交流の出力に応じて生じる零相電流の増大を前記交流の大きさの調節により抑制するように前記電力変換回路を制御する制御部と、
    を備える太陽光発電システム。
11. 電力変換回路により一次側の直流を交流に変換して二次側に出力することと、
    前記交流の出力に応じて生じる零相電流の増大を前記交流の大きさの調節により抑制するように前記電力変換回路を制御することと、
    を含む電力変換方法。

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