JP4896044B2

JP4896044B2 - 電力変換装置

Info

Publication number: JP4896044B2
Application number: JP2008000392A
Authority: JP
Inventors: 寛伊藤; 知之川上; 賢司藤原; 弘一中林; 一平竹内
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-01-07
Filing date: 2008-01-07
Publication date: 2012-03-14
Anticipated expiration: 2028-01-07
Also published as: JP2009165265A

Description

本発明は、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置に関し、特に分散電源を系統に連系するパワーコンディショナ等に用いる電力変換装置に関するものである。

従来のパワーコンディショナでは、太陽電池である分散電源から昇圧して生成した第１の直流電源を入力とする第１の単相インバータと、第１の直流電源より低電圧の第２の直流電源を入力とする第２の単相インバータとの交流側を直列に接続して、各単相インバータの発生電圧の総和にて出力電圧を得る。また、第２の単相インバータを介した第２の直流電源の放電と充電とによる総変動電力量が略０になるように制御する（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−２３８６２８号公報

上記のような電力変換装置では、第２の直流電源を入力とする第２の単相インバータは、全体の出力目標電圧と第１の単相インバータの出力との差分を補うように出力され、このとき、第２の単相インバータの電力収支が１周期で略０となるように制御される。しかしながら、負荷（系統）の電圧が瞬低などにより急に低下すると、電力変換装置の出力目標電圧もそれに応じて低下し、第２の単相インバータの電力収支を１周期で略０とする制御ができず、第２の直流電源を充電する状態の方が多くなる。第２の直流電源にコンデンサを用いる場合には、過充電によりコンデンサに印加される電圧が増大するものであった。

この発明は、上記のような問題点を解消するために成されたものであって、負荷（系統）の電圧が急変しても、第２の単相インバータの直流電源を構成するコンデンサが過充電状態となるのを回避し、安定したコンデンサ電圧を得ることを目的とする。

この発明による電力変換装置は、第１の直流電源と、該第１の直流電源から電力供給される第１のコンデンサの直流電力を交流電力に変換する第１の単相インバータの交流側、および上記第１のコンデンサより低電圧の第２のコンデンサの直流電力を交流電力に変換する第２の単相インバータの交流側を直列接続し、上記第１、第２の単相インバータの各発生電圧の総和により電圧を出力するインバータ部と、負荷に応じて生成された電圧指令に基づき、上記第２の単相インバータを上記第１のインバータより多パルスで出力するように上記インバータ部を制御する制御部とを備える。そして、上記制御部は上記第２の単相インバータの半周期あるいは１周期での出力電力収支が略０となるように上記インバータ部を制御すると共に、上記第２のコンデンサの電圧が予め設定された所定の電圧値以上になると、上記第１の単相インバータからの出力電力量を減少させるものである。

この発明による電力変換装置は、第２のコンデンサの電圧が所定の電圧値以上になると、第１の単相インバータからの出力電力量を減少させるため、負荷の電圧急変により電圧指令が急に低下しても、第２のコンデンサの充電量が増大するのを速やかに抑制でき、過充電状態となるのが回避できる。このため第２のコンデンサの電圧を安定化できる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１による電力変換装置（以下、パワーコンディショナと称す）を図に基づいて説明する。
図１は、この発明の実施の形態１によるパワーコンディショナを示す概略構成図である。図１に示すように、複数（この場合２個）の第１、第２の単相インバータ２、４の交流側を直列に接続してインバータ部を構成する。各単相インバータ２、４は、ダイオードを逆並列に接続した複数個のＩＧＢＴ等の自己消弧型半導体スイッチング素子（図示せず）で構成され、第１の単相インバータ２の一方の交流端子４０ａを第２の単相インバータ４の一方の交流端子４１ａに接続し、他方の交流端子４０ｂ、４１ｂを出力フィルタ６に接続する。

また、第１の単相インバータ２の入力となる第１のコンデンサ３は、第１の直流電源としての太陽光パネル１（以下、太陽電池１と称す）から充電される。第２の単相インバータ４の入力となる第２のコンデンサ５は、独立の直流電源として備えられ、第１のコンデンサ３の電圧Ｖ１は、第２のコンデンサ５の電圧Ｖ２よりも高くなるように設定される。これら第１、第２のコンデンサ３、５の電圧Ｖ１、Ｖ２は、それぞれ電圧検出器８、９にて検出されて検出信号が制御部１０に入力される。制御部１０では、第１、第２の単相インバータ２、４をそれぞれ制御するための制御信号１１、１２を生成して出力する。各単相インバータ２、４は出力として正負、ゼロのいずれかの電圧を発生することができ、インバータ部は、これらの発生電圧を組み合わせた総和としての電圧を出力する。この出力電圧は出力フィルタ６により平滑され、交流電圧Ｖ_ｏｕｔを系統（負荷）７に供給する。

次に、このパワーコンディショナの動作について説明する。パワーコンディショナおよび各単相インバータ２、４の出力電圧、出力電流の波形を図２に示す。１３はパワーコンディショナの出力電圧、１６は第１の単相インバータ２の出力電圧、２０は第２の単相インバータ４の出力電圧、２１はパワーコンディショナの出力電流を示す波形である。また、１４、１５は、第１の単相インバータ２が出力するタイミングに使用される、絶対値の等しい正および負の電圧閾値である。
系統７に接続されたパワーコンディショナの出力電圧１３は系統電圧の波形に略等しく、この出力電圧１３は、第１の単相インバータ２の出力電圧１６と第２の単相インバータ４の出力電圧２０の和で生成される。実際の制御では、パワーコンディショナの電圧指令１３ａが系統電圧に略等しい電圧で生成され、この電圧指令１３ａに基づいて第１、第２の単相インバータ２、４が制御される。

図２（ａ）に示すように、第１の単相インバータ２は、電圧指令１３ａが電圧閾値１４、１５を超えるとき出力する。即ち、第１の単相インバータ２は、電圧指令１３ａが電圧閾値１４より高い時に正の電圧パルスを出力し、電圧指令１３ａが電圧閾値１５より低い時に負の電圧パルスを出力し、半周期に１パルスの出力電圧１６となる。そして、図２（ｂ）に示すように、電圧指令１３ａと第１の単相インバータ２の出力電圧１６との差分を補うように第２の単相インバータ４から出力電圧２０が出力される。この出力電圧２０は、波形形状が複雑であり、この場合ＰＷＭ制御により出力される。

次に、第２の単相インバータ４の直流入力となる第２のコンデンサ５のエネルギ収支について説明する。
図３は第２のコンデンサ５のエネルギ収支を示した図である。第２のコンデンサ５は第２の単相インバータ４を介して充放電され、そのエネルギ収支は、第２の単相インバータ４の出力電力量にて示される。即ち、パワーコンディショナの出力電流２１と第２の単相インバータ４の出力電圧２０とより第２の単相インバータ４の瞬時電力を求め、その瞬時電力を時間積分した瞬時電力積算値（出力電力量）にて第２のコンデンサ５のエネルギ収支を示す。
第２のコンデンサ５は独立した直流電源であり、通常のパワーコンディショナの運転では、通常時エネルギ収支２２が示すように、半周期あるいは１周期でエネルギ収支が略０になるように制御される。即ち、半周期あるいは１周期で出力電力量が略０になるように第２の単相インバータ４が制御される。

第２の単相インバータ４の出力電力量を略０とするように制御するのは、第１の単相インバータ２の出力を決定するための電圧閾値１４、１５を適切に設定することにより達成できる。この電圧閾値１４、１５は、予め設定して用いても良いが、例えば、直前の半周期あるいは１周期の第２の単相インバータ４の出力電力量やパワーコンディショナの出力電圧１３あるいは系統電圧から演算して随時改訂すると、第２の単相インバータ４の通常時の出力電力量が略０となるように高精度に制御できる。
図４は、第２のコンデンサ５の電圧変化を示す図である。通常のパワーコンディショナの運転では、第２のコンデンサ５のエネルギ収支が略０になるため、第２のコンデンサ５の電圧は、通常時コンデンサ電圧２４が示すように、半周期毎あるいは１周期毎にみると変化しない。例えば、２１０Ｖｒｍｓの系統電圧に４ｋＷの電力をパワーコンディショナから出力し、０から２πまでパワーコンディショナを動作させると、第２のコンデンサ５の電圧は１４０Ｖで始まり、１４０Ｖで終了する。

ところで、系統７の電圧が瞬低などにより急に低下すると、パワーコンディショナの電圧指令１３ａもそれに応じて低下するが、第１の単相インバータ２の出力を決定するための電圧閾値１４、１５は変化しない。電圧閾値１４、１５が演算により改訂される場合も、遅れて改訂されるため直ぐには変化しない。そして、電圧指令１３ａと第１の単相インバータ２の出力電圧１６との差分を補うように第２の単相インバータ４から電圧を出力すると、第２のコンデンサ５のエネルギ収支は充電過多に変わり、第２のコンデンサ５の電圧が増大する。

この実施の形態では、第２のコンデンサ５の通常時の電圧範囲以上である所定の電圧値２６を予め設定し、第２のコンデンサ５の電圧が増大して所定の電圧値２６以上になると、第２のコンデンサ５が充電過多になるのを抑制し第２のコンデンサ５の電圧上昇を抑制する制御を行うが、この制御の詳細については後述する。ここでは、系統７の電圧急変の場合に、電圧閾値１４、１５が変化せず第１の単相インバータ２の出力が同様に継続する場合の例を比較例として以下に示す。例えば、２１０Ｖｒｍｓの系統電圧に４ｋＷの電力をパワーコンディショナから出力中に、瞬時に系統電圧が１８０Ｖｒｍｓに変わった場合、第２のコンデンサ５のエネルギ収支は、図３の比較例エネルギ収支２３が示すように、充電過多の状態になる。この場合、０から２πまでパワーコンディショナを動作させた時の第２のコンデンサ５の電圧は、図４の比較例コンデンサ電圧２５が示すように、１４０Ｖで始まり１６０Ｖ程度まで上昇する。

次に、第２のコンデンサ５の電圧上昇を抑制する制御について以下に詳述する。
第１、第２のコンデンサ５の電圧は電圧検出器８、９で検出され、その検出信号は制御部１０に入力される。制御部１０では、第１、第２の単相インバータ２、４をそれぞれ制御するための制御信号１１、１２を生成して出力する。また制御部１０は、第２のコンデンサ５の通常時の電圧範囲以上で予め設定された所定の電圧値２６を保持し、第２のコンデンサ５の電圧が所定の電圧値２６以上になると、直ちに第２の単相インバータ４を以下に示す制御により出力負担を増加させ、第２のコンデンサ５の放電量を増大させエネルギ収支を充電過多から放電過多へ変更する。

第２の単相インバータ４の出力負担を増加させて、第２のコンデンサ５の放電量を増大させる制御を、図５に示す電圧波形図に基づいて説明する。図５（ａ）は第１の単相インバータ２の出力電圧波形を示し、図５（ｂ）は第２の単相インバータ４の出力電圧波形を示す。
図５（ａ）に示すように、第１の単相インバータ２は電圧指令１３ａが設定された電圧閾値を超えるとき出力する。第２のコンデンサ５の電圧が所定の電圧値２６以上になると、直ちに通常時の電圧閾値１４、１５を絶対値が大きな電圧閾値１７、１８に強制的に変更する。第１の単相インバータ２は半周期に１パルスの電圧を出力するが、電圧閾値の変更により、通常時の電圧閾値１４、１５に基づく出力電圧１６から、電圧閾値１７、１８に基づく、パルス幅の短い出力電圧１９に移行し、第１の単相インバータ２の出力電力量が減少する。なお、出力電圧と出力電流とは同位相とする。

図５（ｂ）に示すように、第２の単相インバータ４は、電圧指令１３ａと第１の単相インバータ２の出力電圧との差分を補うようにＰＷＭ制御により出力する。第１の単相インバータ２が、パルス幅の短い出力電圧１９に移行して出力電力量が減少するため、第２の単相インバータ４は、出力電圧２０から出力電圧２７に移行して出力電力量が増大する。ここで、０からπまでは、第２の単相インバータ４の出力電圧が正の時、第２のコンデンサ５は放電状態であり、πから２πでは第２の単相インバータ４の出力電圧が負極の時、第２のコンデンサ５は放電状態である。

このため、図６に示すように、第２のコンデンサ５のエネルギ収支２８は放電過多の状態になり、第２のコンデンサ５の電圧上昇を抑制することができる。なお、図６中の２２、２３は、図３と同様である。図７に、第２のコンデンサ５の電圧上昇が抑制される様子を示す。図に示すように、第２のコンデンサ５の電圧が上昇して所定の電圧値２６に達した時３５、それを検出して上記のように第１の単相インバータ２の出力電圧のパルス幅を短くするよう調整するため、抑制時コンデンサ電圧２９が示すように第２のコンデンサ５の電圧上昇が抑制される。

以上のように、第２のコンデンサ５の電圧が増大すると、第２のコンデンサ５の電圧上昇を抑制するようにインバータ部は制御されるが、このような制御と通常時の制御とを含めた制御部１０によるインバータ部の出力制御フローを図８に基づいて以下に示す。
まず、第１の単相インバータ２が出力するための正負の電圧閾値１４、１５の初期値が設定される（Ｓ１）。電圧検出器８、９から第１、第２のコンデンサ３、５の電圧を取り込み（Ｓ２）、第２のコンデンサ５の電圧が予め設定された所定の電圧値２６以上であるかどうか判定する（Ｓ３）。第２のコンデンサ５の電圧が所定の電圧値２６以上である時は、電圧閾値１４、１５を絶対値の大きい電圧閾値１７、１８に変更する。このとき電圧閾値の変化量は一定であっても、また、第２のコンデンサ５の電圧と所定の電圧値２６との誤差を考慮しながら変化させても良い（Ｓ４）。
次いで、系統電圧と略同一に変化する電圧指令１３ａと電圧閾値１４（１７）、１５（１８）とを比較し（Ｓ５）、電圧指令１３ａが電圧閾値１４（１７）、１５（１８）を超えるとき第１の単相インバータ２から第１のコンデンサ３の電圧を正または負で出力するように設定し（Ｓ６）、それ以外は第１の単相インバータ２から出力０となるように設定する（Ｓ７）。

次いで、電圧指令１３ａから第１の単相インバータ２の出力電圧を減算して第２の単相インバータ４の電圧目標値を計算する（Ｓ８）。次いで、第２の単相インバータ４の出力電力量を積算して電力収支を演算する（Ｓ９）。異常が検出されると、この時点で割り込み停止処理を行う（Ｓ１０）。次いで、第１、第２の単相インバータ２、４に対して各単相インバータ２、４内のスイッチング素子を駆動するための制御信号１１、１２を生成して出力する（Ｓ１１）。
上記Ｓ２〜Ｓ１１の処理を予め設定された出力電圧の規定周期（例えば半周期あるいは１周期）繰り返し、該規定周期が終了すると（Ｓ１２）、ｓ９にて積算された第２の単相インバータ４の電力収支から電圧閾値１４、１５を計算して設定することで電圧閾値１４、１５を更新し（Ｓ１３）、積算された第２の単相インバータ４の電力収支の値を初期化して（Ｓ１４）、ｓ２に戻る。

なお、第２の単相インバータ４の出力電力量を規定周期、積算した電力収支から電圧閾値１４、１５を計算して設定するものを示したが、上述したように半周期あるいは１周期におけるパワーコンディショナの出力電圧１３あるいは系統電圧から演算してもよい。

この実施の形態では、第２のコンデンサ５の電圧と所定の電圧値２６とを比較して、第２のコンデンサ５の電圧が所定の電圧値２６以上になると、通常時の電圧閾値１４、１５を絶対値が大きな電圧閾値１７、１８に強制的に変更する。この処理は、１周期のうちどのタイミングでも実施でき、所定の周期でエネルギ収支に基づいて電圧閾値１４、１５を更新する処理を待つことなく速やかに実施できる。これにより、負荷（系統）７の電圧が急変しても、第２のコンデンサ５が過充電状態となるのを回避して第２のコンデンサ５の電圧上昇を抑制することができる。

なお、電圧閾値１４、１５に、予め設定された固定の値を用いる場合は、第２のコンデンサ５の電圧が所定の電圧値２６以上になり絶対値が大きな電圧閾値１７、１８に変更した後、所定の期間後に元の電圧閾値１４、１５に戻す、あるいは第２のコンデンサ５の電圧の下限値を設定し、第２のコンデンサ５の電圧が下限値以下になると元の電圧閾値１４、１５に戻すようにしても良い。この場合も、速やかに第２のコンデンサ５の電圧上昇を抑制することができ、同様の効果が得られる。

また、上記実施の形態では、第１の単相インバータ２は電圧指令１３ａが設定された電圧閾値を超えるとき出力するようにしたため、電圧閾値の絶対値を大きくすることで容易に半周期に１パルスの電圧パルスの幅を短くして第１の単相インバータ２の出力電力量が減少できるが、第１の単相インバータ２の出力電圧のパルス幅の調整を他の方法で行うものでも良い。その場合も、第２のコンデンサ５の電圧が所定の電圧値２６以上になると、通常時の第１の単相インバータ２の出力電圧のパルス幅を短くするように調整することで、速やかに第２のコンデンサ５の電圧上昇を抑制することができる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２による電力変換装置（以下、パワーコンディショナと称す）を図９に基づいて説明する。
図９に示すように、太陽電池１の後段に電圧調整回路３０を設けて、太陽電池１の電圧を所望の電圧に調整して第１のコンデンサ３に出力する。この電圧調整回路３０は電圧を上昇させる昇圧回路３１ａと下降させる降圧回路３１ｂとで構成され、必要に応じて太陽電池１の電圧を昇圧あるいは降圧する。制御部１０は、第１、第２の単相インバータ２、４をそれぞれ制御するための制御信号１１、１２を生成して出力すると共に、電圧調整回路３０に対し電圧調整信号３２を出力する。その他の構成は、図１で示した上記実施の形態１のものと同様である。

次に、このパワーコンディショナの動作について説明する。
第１、第２のコンデンサ５の電圧は電圧検出器８、９で検出され、その検出信号は制御部１０に入力される。制御部１０では、第１、第２の単相インバータ２、４をそれぞれ制御するための制御信号１１、１２を生成して出力する。また制御部１０は、第２のコンデンサ５の通常時の電圧範囲以上で予め設定された所定の電圧値２６を保持し、第２のコンデンサ５の電圧が所定の電圧値２６以上になると、直ちに電圧調整回路３０に対し電圧調整信号３２を出力する。
系統７に接続されたパワーコンディショナは、電圧指令１３ａが系統電圧に略等しい電圧で生成され、この電圧指令１３ａに基づいて第１、第２の単相インバータ２、４が制御される。通常時には、上記実施の形態１と同様に、第１の単相インバータ２は電圧指令１３ａが電圧閾値１４、１５を超えるとき出力する。即ち、第１の単相インバータ２は、電圧指令１３ａが電圧閾値１４より高い時に正の電圧パルスを出力し、電圧指令１３ａが電圧閾値１５より低い時に負の電圧パルスを出力し、半周期に１パルスの出力電圧１６となる。そして、電圧指令１３ａと第１の単相インバータ２の出力電圧１６との差分を補うように第２の単相インバータ４からＰＷＭ制御により出力電圧２０が出力される（図２参照）。

また、上記実施の形態１と同様に、第１の単相インバータ２の出力を決定するための電圧閾値１４、１５を適切に設定して、第２の単相インバータ４の出力電力量を略０とするように制御する。この電圧閾値１４、１５は、予め設定して用いても良いが、例えば、直前の半周期あるいは１周期の第２の単相インバータ４の出力電力量やパワーコンディショナの出力電圧１３あるいは系統電圧から演算して随時改訂すると、第２の単相インバータ４の通常時の出力電力量が略０となるように高精度に制御できる。
この実施の形態においても、系統７の電圧が瞬低などにより急に低下すると、パワーコンディショナの電圧指令１３ａもそれに応じて低下し、上記実施の形態１と同様に第２のコンデンサ５のエネルギ収支は充電過多に変わり、第２のコンデンサ５の電圧が増大する。このため、第２のコンデンサ５の通常時の電圧範囲以上である所定の電圧値２６を予め設定し、第２のコンデンサ５の電圧が増大して所定の電圧値２６以上になると、第２のコンデンサ５が充電過多になるのを抑制し第２のコンデンサ５の電圧上昇を抑制する制御を行う。

次に、第２のコンデンサ５の電圧上昇を抑制する制御について以下に詳述する。
制御部１０は、第２のコンデンサ５の電圧が所定の電圧値２６以上になると、電圧調整回路３０に対し、直ちに出力電圧を低減させる電圧調整信号３２を出力する。電圧調整回路３０では、太陽電池１の電圧を昇圧回路３１ａにて昇圧中の場合、昇圧回路３１ａの電圧目標値を低減して出力電圧を下げる、あるいは降圧回路３１ｂによる動作に切り換える。また、電圧調整回路３０が停止、あるいは太陽電池１の電圧を降圧回路３１ｂにて降圧中の場合、降圧回路３１ｂの電圧目標値を低減して出力電圧を下げる。

図１０に第１の単相インバータ２の出力電圧波形を示す。
図１０に示すように、第１の単相インバータ２は電圧指令１３ａが設定された電圧閾値１４、１５を超えるとき出力する。第２のコンデンサ５の電圧が所定の電圧値２６以上になると、電圧調整回路３０の出力は、直ちに通常時の出力電圧よりも低減され、第１の単相インバータ２の直流電源である第１のコンデンサ３の電圧が低下する。第１の単相インバータ２は、第１のコンデンサ３の電圧を半周期に１パルスで出力するが、第１のコンデンサ３の電圧低下により、通常時の出力電圧１６から、電圧の大きさが低減した出力電圧３１に移行し、第１の単相インバータ２の出力電力量が減少する。なお、出力電圧と出力電流とは同位相とする。

第２の単相インバータ４は、電圧指令１３ａと第１の単相インバータ２の出力電圧との差分を補うようにＰＷＭ制御により出力する。第１の単相インバータ２が、電圧の大きさが低減した出力電圧３１に移行して出力電力量が減少するため、第２の単相インバータ４は出力電力量が増大する。このように第２の単相インバータ４は出力負担を増加させ、第２のコンデンサ５の放電量を増大させエネルギ収支を充電過多から放電過多へ変更する。
このため、図１１に示すように、第２のコンデンサ５のエネルギ収支３３は放電過多の状態になり、第２のコンデンサ５の電圧上昇を抑制することができる。なお、図１１は、２１０Ｖｒｍｓの系統電圧に４ｋＷの電力をパワーコンディショナから出力中に、瞬時に系統電圧が１８０Ｖｒｍｓに変わった場合の制御を例とするもので、図中の２３は、上記実施の形態１の図３と同様に、系統７の電圧急変時に通常の制御を継続した場合の比較例エネルギ収支である。

図１２に、第２のコンデンサ５の電圧上昇が抑制される様子を示す。また、この時の第１の単相インバータ２の出力電圧の変化を図１３に示す。第２のコンデンサ５の電圧が上昇して所定の電圧値２６に達した時３５、それを検出して第１のコンデンサ３の電圧を低下させる調整を行い、第１の単相インバータ２の出力を、通常時の出力電圧１６から電圧の大きさが低減した出力電圧３１に移行させる。これにより、抑制時コンデンサ電圧３４が示すように第２のコンデンサ５の電圧上昇が抑制される。

以上のように、第２のコンデンサ５の電圧が増大すると、第２のコンデンサ５の電圧上昇を抑制するようにインバータ部および電圧調整回路３０は制御されるが、このような制御と通常時の制御とを含めた制御部１０による出力制御フローを図１４に基づいて以下に示す。
まず、第１の単相インバータ２が出力するための正負の電圧閾値１４、１５の初期値が設定される（ｔ１）。電圧検出器８、９から第１、第２のコンデンサ３、５の電圧を取り込み（ｔ２）、第２のコンデンサ５の電圧が予め設定された所定の電圧値２６以上であるかどうか判定する（ｔ３）。第２のコンデンサ５の電圧が所定の電圧値２６以上である時は、電圧調整回路３０の出力の目標電圧を下げる。このとき目標電圧の変化量は一定であっても、また、第２のコンデンサ５の電圧と所定の電圧値２６との誤差を考慮しながら変化させても良い（ｔ４）。
次いで、系統電圧と略同一に変化する電圧指令１３ａと電圧閾値１４、１５とを比較し（ｔ５）、電圧指令１３ａが電圧閾値１４、１５を超えるとき第１の単相インバータ２から第１のコンデンサ３の電圧を正または負で出力するように設定し（ｔ６）、それ以外は第１の単相インバータ２から出力０となるように設定する（ｔ７）。

次いで、電圧指令１３ａから第１の単相インバータ２の出力電圧を減算して第２の単相インバータ４の電圧目標値を計算する（ｔ８）。次いで、第２の単相インバータ４の出力電力量を積算して電力収支を演算する（ｔ９）。異常が検出されると、この時点で割り込み停止処理を行う（ｔ１０）。次いで、第１、第２の単相インバータ２、４に対して各単相インバータ２、４内のスイッチング素子を駆動するための制御信号１１、１２を生成して出力し（ｔ１１）、電圧調整回路３０に対して目標電圧に基づく電圧調整信号３２を出力する（ｔ１２）。
上記ｔ２〜ｔ１２の処理を予め設定された出力電圧の規定周期（例えば半周期あるいは１周期）繰り返し、該規定周期が終了すると（ｔ１３）、ｔ９にて積算された第２の単相インバータ４の電力収支から電圧閾値１４、１５を計算して設定することで電圧閾値１４、１５を更新し（ｔ１４）、積算された第２の単相インバータ４の電力収支の値を初期化して（ｔ１５）、ｔ２に戻る。

この実施の形態では、第２のコンデンサ５の電圧と所定の電圧値２６とを比較して、第２のコンデンサ５の電圧が所定の電圧値２６以上になると、太陽電池１の電圧を調整する電圧調整回路３０の出力電圧を低減することにより第１のコンデンサ３の電圧を強制的に低下させる。この処理は、１周期のうちどのタイミングでも実施でき、所定の周期でエネルギ収支に基づいて電圧閾値１４、１５を更新する処理を待つことなく速やかに実施できる。これにより、負荷（系統）７の電圧が急変しても、第２のコンデンサ５が過充電状態となるのを回避して第２のコンデンサ５の電圧上昇を抑制することができる。

なお、第２のコンデンサ５の電圧が所定の電圧値２６以上になり電圧調整回路３０の出力電圧を調整した後、電圧調整回路３０の出力は、所定の期間後に元の出力電圧に戻す、あるいは第２のコンデンサ５の電圧の下限値を設定して第２のコンデンサ５の電圧が下限値以下になると元の出力電圧に戻すようにしても良い。

また、電圧閾値１４、１５に予め設定された固定の値を用い、電圧調整装置３０の出力電圧、即ち第１のコンデンサ３の電圧を、直前の半周期あるいは１周期の第２の単相インバータ４の出力電力量やパワーコンディショナの出力電圧１３あるいは系統電圧から演算して随時改訂するように制御しても良い。この場合も、第２のコンデンサ５の電圧が所定の電圧値２６以上になるとき、電圧調整回路３０の出力電圧を低減させて第１のコンデンサ３の電圧を強制的に低下させる処理は、１周期のうちどのタイミングでも実施でき、所定の周期での更新処理を待つことなく速やかに実施でき、同様の効果が得られる。

また、上記実施の形態では、第２のコンデンサ５の電圧が所定の電圧値２６以上である時に電圧調整回路３０の出力電圧を所定の変化量で低減させたものを示したが、図１５に示すように、徐々に低減させるように変化させても良い。また、第２のコンデンサ５の電圧に目標電圧を設けて、検出された第２のコンデンサ５の電圧が目標電圧になるように電圧調整回路３０の出力電圧を制御しても良い。

また、上記実施の形態は、降圧機能のない電圧調整回路３０にも適用でき、その場合、電圧調整回路３０は昇圧回路３０ａにて構成される。

また、上記実施の形態１、２では、２つの単相インバータ２、４を直列接続したものを示したが、独立したコンデンサ３を直流電源とする第２の単相インバータ４を複数個備えて、３以上の単相インバータの交流側を直列接続してパワーコンディショナを構成しても良い。この場合、複数の第２の単相インバータ４を同様に制御し、複数の第２のコンデンサ５の電圧上昇も上記各実施の形態と同様に抑制できる。

また、上記実施の形態１、２では、第１の直流電源を太陽電池１としたが、その他の分散電源にも適用できる。

この発明の実施の形態１によるパワーコンディショナを示す概略構成図である。この発明の実施の形態１によるパワーコンディショナの通常時における各部の動作波形を示す図である。この発明の実施の形態１による第２のコンデンサの通常時におけるエネルギ収支を示す図である。この発明の実施の形態１による第２のコンデンサの通常時における電圧変化を示す図である。この発明の実施の形態１によるパワーコンディショナの制御を各部の動作波形に基づいて説明する図である。この発明の実施の形態１による第２のコンデンサのエネルギ収支を示す図である。この発明の実施の形態１による第２のコンデンサの電圧変化を示す図である。この発明の実施の形態１によるパワーコンディショナの出力制御フローを示す図である。この発明の実施の形態２によるパワーコンディショナを示す概略構成図である。この発明の実施の形態２による第１の単相インバータの出力電圧波形を示す図である。この発明の実施の形態２による第２のコンデンサのエネルギ収支を示す図である。この発明の実施の形態２による第２のコンデンサの電圧変化を示す図である。この発明の実施の形態１によるパワーコンディショナの制御を第１の単相インバータの動作波形に基づいて説明する図である。この発明の実施の形態２によるパワーコンディショナの出力制御フローを示す図である。この発明の実施の形態２の別例によるパワーコンディショナの制御を第１の単相インバータの動作波形に基づいて説明する図である。

符号の説明

１第１の直流電源としての太陽電池、２第１の単相インバータ、
３第１のコンデンサ、４第２の単相インバータ、５第２のコンデンサ、
７系統（負荷）、８，９電圧検出器、１０制御部、１３出力電圧、
１３ａ電圧指令、１４，１５，１７，１８電圧閾値、
１６，１９，３１，３２第１の単相インバータ出力電圧、
２０，２７第２の単相インバータ出力電圧、２６所定の電圧値、
３０電圧調整回路、３１ａ昇圧回路、３１ｂ降圧回路。

Claims

第１の直流電源と、
該第１の直流電源から電力供給される第１のコンデンサの直流電力を交流電力に変換する第１の単相インバータの交流側、および上記第１のコンデンサより低電圧の第２のコンデンサの直流電力を交流電力に変換する第２の単相インバータの交流側を直列接続し、上記第１、第２の単相インバータの各発生電圧の総和により電圧を出力するインバータ部と、
負荷に応じて生成された電圧指令に基づき、上記第２の単相インバータを上記第１のインバータより多パルスで出力するように上記インバータ部を制御する制御部とを備え、
上記制御部は、上記第２の単相インバータの半周期あるいは１周期での出力電力収支が略０となるように上記インバータ部を制御すると共に、上記第２のコンデンサの電圧が予め設定された所定の電圧値以上になると、上記第１の単相インバータからの出力電力量を減少させることを特徴とする電力変換装置。
上記第１の単相インバータは半周期に１パルスの電圧を出力し、上記第２の単相インバータは、上記電圧指令と上記第１の単相インバータの出力との差分を補うように電圧出力し、
上記制御部は、上記第２のコンデンサの電圧が上記所定の電圧値以上になると、上記第１の単相インバータの出力電圧のパルス幅を短くして出力電力量を減少させることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
上記第１の単相インバータは、上記電圧指令が所定の閾値を超えるときに上記第１のコンデンサの電圧を出力することにより半周期に１パルスの電圧を出力し、上記所定の閾値の大きさを増大させて上記単相インバータの出力電圧のパルス幅を短くすることを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
上記第１の直流電源の電圧を調整して上記第１のコンデンサに出力する電圧調整回路を備え、
上記制御部は、上記第２のコンデンサの電圧が上記所定の電圧値以上になると、上記電圧調整回路の出力電圧を低減させて上記第１の単相インバータからの出力電力量を減少させることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
上記電圧調整回路が昇圧機能を有することを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
上記電圧調整回路が昇圧機能と降圧機能との双方を有することを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。