JP6711250B2

JP6711250B2 - 電力変換装置

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Publication number: JP6711250B2
Application number: JP2016231173A
Authority: JP
Inventors: 康祐野村; 小林　健二; 健二小林; 中村　耕太郎; 耕太郎中村
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Priority date: 2016-11-29
Filing date: 2016-11-29
Publication date: 2020-06-17
Anticipated expiration: 2036-11-29
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Description

本発明は、電力変換装置に関する。

電力変換装置として、並列接続された複数のチョッパ回路を備えた装置（例えば、特許文献１〜３参照）が知られている。また、そのような電力変換装置として、状況（負荷電流等）に応じて、運転するチョッパ回路の数（以下、運転回路数とも表記する）及びスイッチング周波数を変更するタイプの装置（例えば、特許文献３参照）も知られている。

特開２００６−３４０４４２号公報特開２０１４−８７１８５号公報特開２０１５−１３６２０２号公報

太陽電池用の高性能のパワーコンディショナを開発するために、上記タイプの電力変換装置について鋭意研究した結果、上記タイプの電力変換装置では、運転回路数の減少時にチョッパ回路への入力電力値（特に入力電流値）が比較的に大きく変動することを見出した。また、上記タイプの電力変換装置では、運転回路数の増加及びスイッチング周波数の減少時にチョッパ回路への入力電力値（特に入力電圧値）が比較的に大きく変動する場合があることも、見出した。

チョッパ回路への入力電力値が大きく変動すると、ＭＰＰＴ制御に悪影響を与える可能性がある。また、ＭＰＰＴ制御を行わない場合であっても、入力電力値が急変すると、チョッパ回路内の素子が破損する虞がある。従って、並列接続された複数の昇圧チョッパ回路を備えた、状況に応じて運転回路数とスイッチング周波数とを変更する電力変換装置には、運転回路数及びスイッチング周波数の変更時におけるチョッパ回路への入力電力値の変動量が小さいことが望まれる。

そこで、本発明の課題は、並列接続された複数の昇圧チョッパ回路を備えた、状況に応じて運転回路数及びスイッチング周波数を変更する電力変換装置であって、運転回路数の変更時におけるチョッパ回路への入力電力値の変動量を低減できる電力変換装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の電力変換装置は、並列接続されたＮ（≧２）個の昇圧チョッパ回路を含む昇圧部と、ＰＷＭ信号により前記昇圧部内の各昇圧チョッパ回路を運転する制御部であって、運転する昇圧チョッパ回路の数及び前記ＰＷＭ信号の周波数であるスイッチング周波数を、前記昇圧部への入力電力値又は前記昇圧部からの出力電力値を表す判定用状態値に応じて変更する制御部と、を備える。そして、電力変換装置の制御部は、運転する昇圧チョッパ回路の数及びスイッチング周波数を減少させるときに、運転を停止する昇圧チョッパ回路である運転停止予定回路へのＰＷＭ信号のデューティ比を減少させながら、所定時間の間、当該運転停止予定回路を運転し、その後、当該運転停止予定回路の運転を停止すると共に、スイッチング周波数を前記判定用状態値に応じた周波数に変更する。

すなわち、本発明の電力変換装置は、運転停止予定回路の運転が実際に停止される前に、運転停止予定回路へのＰＷＭ信号のデューティ比を減少させつつ、所定時間の間、運転停止予定回路を運転する構成を有する。運転停止予定回路をそのように運転すれば、運転中の各昇圧チョッパ回路への入力電力値（主として入力電流値）が急変しなくなる。従って、本発明によれば、運転回路数の変更時（減少時）におけるチョッパ回路への入力電力値の変動量を低減することが出来る。

また、発明者らが鋭意研究した結果、運転回路数及びスイッチング周波数の増加時に、運転中の昇圧チョッパ回路の動作モードが電流連続モードから電流不連続モードに移行してしまうと、チョッパ回路への入力電力値の変動量が大きくなることが判明している。また、スイッチング周波数（ＰＷＭ信号の周波数）の変更時に、周波数変更前後のパルス幅の間のパルス幅を有する１つ以上のパルスを昇圧チョッパ回路に供給することにより、パルス幅を急変した場合よりもパルス幅の変更に伴う入力電力値の変動量を小さくできることも見出している。

従って、運転回路数及びスイッチング周波数の増加時に昇圧チョッパ回路への入力電力値の変動量が大きくなることを防ぐために、本発明の電力変換装置に、制御部として、１個の昇圧チョッパ回路の運転開始により運転中の他の各昇圧チョッパ回路の動作モードが電流連続モードから電流不連続モードに移行しない前記判定用状態値の値として定められた増加用しきい値を、運転中の昇圧チョッパ回路の数別に保持し、前記判定用状態値が、運転中の昇圧チョッパ回路の数に対応付けられた前記増加用しきい値以上となったときに、運転している各昇圧チョッパ回路へのＰＷＭ信号の周波数を、前記判定用状態値に応じた周波数に変更すると共に、運転を停止していた昇圧チョッパ回路の運転を開始するユニットを採用しておいても良い。

また、本発明の他の態様の電力変換装置は、並列接続されたＮ（≧２）個の昇圧チョッパ回路を含む昇圧部と、ＰＷＭ信号により前記昇圧部内の各昇圧チョッパ回路を運転する制御部であって、運転する昇圧チョッパ回路の数及び前記ＰＷＭ信号の周波数であるスイッチング周波数を、前記昇圧部への入力電力値又は前記昇圧部からの出力電力値を表す判定用状態値に応じて変更する制御部と、を備える。そして、電力変換装置の制御部は、１個の昇圧チョッパ回路の運転を開始しても運転中の他の各昇圧チョッパ回路の各動作モードが電流連続モードから電流不連続モードに移行しない前記判定用状態値の値として定められた増加用しきい値を、運転中の昇圧チョッパ回路の数別に保持し、前記判定用状態値が、運転中の昇圧チョッパ回路の数に対応付けられた前記増加用しきい値以上となったときに、スイッチング周波数を、前記判定用状態値に応じた周波数に変更すると共に、運転を停止していた昇圧チョッパ回路の運転を開始する。

すなわち、本発明の他の態様の電力変換装置は、運転回路数及びスイッチング周波数の増加時に、運転中の昇圧チョッパ回路の動作モードが電流連続モードから電流不連続モードに移行しない構成を有している。従って、本発明によれば、運転回路数の変更時（増加時）におけるチョッパ回路への入力電力値の変動量を低減することが出来る。

また、パルス幅の変更に伴う入力電力値の変動量を小さくするために、本発明の各態様の電力変換装置に、制御部として、運転している各昇圧チョッパ回路へのＰＷＭ信号の周波数を、前記判定用状態値に応じた周波数に変更する前に、ＰＷＭ信号のパルス幅を、一時的に、周波数変更前のＰＷＭ信号のパルス幅と周波数変更後のＰＷＭ信号のパルス幅との間のパルス幅に制御する構成のものを採用しておいても良い。

本発明によれば、並列接続された複数の昇圧チョッパ回路を備えた、状況に応じて運転回路数及びスイッチング周波数を変更する電力変換装置の、運転回路数の変更時における昇圧チョッパ回路への入力電力値の変動量を低減することが出来る。

図１は、本発明の第１実施形態に係る電力変換装置の概略構成及び使用形態の説明図である。図２は、第１実施形態に係る電力変換装置内の昇圧回路の構成図である。図３は、第１実施形態に係る電力変換装置内の制御部が実行する運転回路数変更処理の流れ図である。図４Ａは、判定用電力値の他の算出法を説明するための図である。図４Ｂは、判定用電力値の他の算出法を説明するための図である。図４Ｃは、判定用電力値の他の算出法を説明するための図である。図４Ｄは、判定用電力値の他の算出法を説明するための図である。図５は、Ｄｕｔｙ低減処理の説明図である。図６は、制御部の、運転回路数減少時におけるスイッチング周波数の変更手順の説明図である。図７は、第１実施形態に係る電力変換装置の、運転回路数及びスイッチング周波数の減少手順の説明図である。図８は、第１実施形態に係る電力変換装置の、運転回路数及びスイッチング周波数の増加手順の説明図である。図９は、第１実施形態に係る電力変換装置の、スイッチング周波数の増加手順の説明図である。図１０は、本発明の第２実施形態に係る電力変換装置の概略構成及び使用形態の説明図である。図１１は、第２実施形態に係る電力変換装置内の制御部が実行する運転回路数変更処理の流れ図である。図１２は、第２実施形態に係る電力変換装置の、運転回路数及びスイッチング周波数の減少手順の説明図である。図１３は、昇圧回路として使用可能なチョッパ回路の構成図である。図１４は、電力変換装置の変形形態の説明図である。

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下で説明する実施形態の構成は例示であり、本発明は実施形態の構成に限定されない。

《第１実施形態》
まず、図１及び図２を用いて、本発明の第１実施形態に係る電力変換装置１０の概要を説明する。図１は、電力変換装置１０の概略構成及び使用形態の説明図であり、図２は、電力変換装置１０に使用されている昇圧回路１１の構成図である。

図１に示してあるように、電力変換装置１０は、太陽電池３０と系統４０とに接続されて使用される装置（パワーコンディショナ）であり、２つの昇圧回路１１とインバータ（ＩＮＶ）１２と制御部２０とを備える。以下、電力変換装置１０内の２つの昇圧回路１１のことを、昇圧回路＃１、昇圧回路＃２とも表記する。

電力変換装置１０が備える各昇圧回路１１（昇圧回路＃１、＃２）は、通常の昇圧チョッパ回路である。すなわち、各昇圧回路１１は、図２に示してあるように、リアクトルＬとスイッチング素子ＳとダイオードＤとにより構成されている。なお、スイッチング素子Ｓ（図２では、ＩＧＢＴ）のソース・ドレイン間に配置されているダイオードは、いわゆ
る転流ダイオードである。

図１に示してあるように、各昇圧回路１１の一対の入力端子は、電力変換装置１０の一対の入力端子と接続されている。また、各昇圧回路１１の一対の出力端子は、インバータ１２の一対の入力端子と接続されている。すなわち、電力変換装置１０の２つの昇圧回路１１は、並列接続されている。そして、電力変換装置１０では、２つの昇圧回路１１が並列接続された部分（以下、昇圧部と表記する）により、太陽電池３０の出力電圧が昇圧されてインバータ１２に供給される。

インバータ１２は、昇圧部からの直流電力を、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの交流電力に変換する回路である。図示してあるように、このインバータ１２の各出力端子は、平滑用リアクトル１３を介して電力変換装置１０の特定の出力端子と接続されている。

電力変換装置１０内の各昇圧回路１１の一対の入力端子間には、コンデンサ１５が配置されている。また、インバータ１２の一対の入力端子間（昇圧部の一対の出力端子間）には、コンデンサ１６が配置されており、電力変換装置１０の一対の出力端子間には、コンデンサ１７が配置されている。

電力変換装置１０内には、それぞれ、昇圧回路＃１の入力電流値ＤＣＩ１、入力電圧値ＤＣＶ１を計測するための電流センサ２２、電圧センサ２３が設けられている。電力変換装置１０内には、それぞれ、昇圧回路＃２の入力電流値ＤＣＩ２、入力電圧値ＤＣＶ２を計測するための電流センサ２２、電圧センサ２３も設けられている。なお、図示は省略してあるが、電力変換装置１０の各所には、センサ２２、２３以外の電流センサ、電圧センサも設けられている。

制御部２０は、電力変換装置１０内の２つの昇圧回路１１とインバータ１２とを制御するユニットである。制御部２０は、プロセッサ（ＣＰＵ，マイクロコントローラ等）、ゲートドライバ等から構成されており、図示してあるように、制御部２０には、センサ２２、２３を含む各種センサの出力が入力されている。

以下、制御部２０の機能を説明する。なお、制御部２０がインバータ１２に対して行う制御は、一般的なパワーコンディショナ内の制御部がインバータに対して行う制御と同様のものである。そのため、以下では、昇圧部（２つの昇圧回路１１）に対する制御の内容を中心に、制御部２０の機能を説明する。

制御部２０は、通常は、以下の２処理のいずれかを実行している。
・２回路用周波数ｆ２のＰＷＭ信号を昇圧回路＃１に供給し、当該ＰＷＭ信号に対して位相が１８０°ずれた２回路用周波数ｆ２のＰＷＭ信号を昇圧回路＃２に供給する２回路運転処理
・２回路用周波数ｆ２より低い１回路用周波数ｆ１のＰＷＭ信号を昇圧回路＃１に供給し、昇圧回路＃２の運転を行わない１回路運転処理
なお、各運転処理時、制御部２０は、ＰＷＭ信号のデューティ比（以下、Ｄｕｔｙと表記する）を、ＭＰＰＴ(Max Power Point Tracking)制御等のために調整（変更）する処理も行う。

２回路用周波数ｆ２とは、昇圧回路＃１、＃２を共に運転する場合のスイッチング周波数（ＰＷＭ信号の周波数）として予め定められている周波数のことである。１回路用周波数ｆ１とは、１つの昇圧回路１１（本実施形態では、昇圧回路＃１）だけを運転する場合のスイッチング周波数として予め定められている、ｆ２よりも低い周波数のことである。また、“昇圧回路＃２の運転を行わない”とは、“昇圧回路＃２へ供給するＰＷＭ信号を
、ローレベルの信号（Ｄｕｔｙが０％のＰＷＭ信号）とする”ということである。

要するに、制御部２０は、昇圧回路＃１、＃２を共に運転する場合には、２回路運転処理を行い、昇圧回路＃１だけを運転する場合には、１回路運転処理を行うユニットとなっている。ただし、実行する運転処理を単純に切り替えることにより、運転する昇圧回路１１の数（以下、運転回路数と表記する）が変更されるようにしたのでは、運転回路数の変更時における昇圧回路１１への入力電力値の変動量が大きくなってしまう。当該変動量を低減するために、制御部２０は、図３に示した手順の運転回路数変更処理で運転回路数を変更するように構成されている。なお、この運転回路数変更処理は、昇圧回路＃１、＃２の双方を運転している状態（２回路運転処理を実行している状態）で開始される処理である。換言すれば、図３に示した運転回路数変更処理の流れ図は、太陽電池３０の発電開始時における制御部２０の制御内容を省略したものとなっている。

図３に示してあるように、この運転回路数変更処理を開始した制御部２０は、まず、ステップＳ１０１の処理を繰り返している状態、すなわち、運転回路数減少条件が成立するのを監視している状態となる。

運転回路数減少条件は、運転回路数を減少させる条件として予め設定されている“判定用電力値が減少用しきい値以下となる”という条件である。ここで、減少用しきい値とは、予め設定されている電力値のことである。また、判定用電力値とは、昇圧部への入力電力値、昇圧部の出力電力値等の、昇圧部を入出力する電力の大きさを表す値のことである。

判定用電力値として、昇圧部への入力電力値を用いる場合、当該入力電力値は、式“ＤＣＩ１×ＤＣＶ１＋ＤＣＩ２×ＤＣＶ２”（図１参照）により求めることが出来る。昇圧部への入力電力値は、図４Ａに示してある箇所に配置された電流センサ２２ａによって計測される昇圧部への入力電流値ＤＣＩと、昇圧回路＃１の入力電圧値ＤＣＶ１と、昇圧回路＃２の入力電圧値ＤＣＶ２とから、式“ＤＣＩ×（ＤＣＶ１＋ＤＣＶ２）／２”により求めることも出来る。また、判定用電力値として、昇圧部の出力電力値を用いる場合、当該出力電力値は、図４Ｂに示してある箇所に配置された電流センサ２２ｂ１、電流センサ２２ｂ２、電圧センサ２３ｂにより計測される昇圧回路＃１の出力電流値ＤＤＩ１、昇圧回路＃２の出力電流値ＤＤＩ２、インバータ１２の入力電圧値ＤＤＶから、式“（ＤＣＩ１＋ＤＣＩ２）×ＤＤＶ”により求めることが出来る。昇圧部の出力電力値は、図４Ｃに示してある箇所に配置された電流センサ２２ｃ、電圧センサ２３ｃにより計測されるインバータ１２への入力電流値ＤＤＩ、入力電圧値ＤＤＶから、式“ＤＣＩ×ＤＤＶ”により求めることも出来る。さらに、インバータ１２の出力電力値は、昇圧部の出力電力値とほぼ等しくなる。従って、図４Ｄに示してある箇所に配置された電流センサ２２ｄと電圧センサ２３ｄとにより計測されるインバータ１２の出力電流値ＯＵＴＩと出力電圧値ＯＵＴＶとから、インバータ１２の出力電力値を求め、求めた値を判定用電力値として使用することも出来る。

運転回路数減少条件が成立した場合（ステップＳ１０１；ＹＥＳ）、制御部２０は、ステップＳ１０２にて、Ｄｕｔｙ漸減処理を行う。

Ｄｕｔｙ漸減処理は、運転を停止する昇圧回路＃２へのＰＷＭ信号のＤｕｔｙを徐々に低下させる処理である。このＤｕｔｙ漸減処理としては、様々なものを採用することが出来る。例えば、Ｄｕｔｙ漸減処理として、Ｄｕｔｙを、規定時間をかけて０％まで下げる処理を採用することが出来る。

Ｄｕｔｙ漸減処理時のＤｕｔｙの時間変化パターンも、特に限定されない。例えば、Ｄ
ｕｔｙ漸減処理時のＤｕｔｙの時間変化パターンは、図５の（Ａ）〜（Ｄ）に示されているようなものであっても良い。すなわち、Ｄｕｔｙ漸減処理時のＤｕｔｙの時間変化パターンは、Ｄｕｔｙの減少速度が時間経過に伴い増加していくパターン（図５の（Ａ））であっても、Ｄｕｔｙがステップ状に減少していくパターン（図５の（Ｂ））であっても良い。また、Ｄｕｔｙ漸減処理時のＤｕｔｙの時間変化パターンは、Ｄｕｔｙが一定速度で減少するパターン（図５の（Ｃ））であっても、Ｄｕｔｙの減少速度が時間経過に伴い減少していくパターン（図５の（Ｄ））であっても良い。

さらに、Ｄｕｔｙ漸減処理は、処理開始時のＤｕｔｙの値により規定時間を変更する処理（処理開始時のＤｕｔｙの値が小さいほど、規定時間を短くする処理）であっても良い。また、Ｄｕｔｙ漸減処理は、Ｄｕｔｙを０％まで下げない処理、例えば、Ｄｕｔｙを５％まで下げる処理や、Ｄｕｔｙを処理開始時の値の１０％まで下げる処理であっても良い。

Ｄｕｔｙ漸減処理を終えた制御部２０は、スイッチング周波数（ＰＷＭ信号の周波数）を１回路用周波数ｆ１に変更すると共に、昇圧回路＃２の運転制御を中止する（ステップＳ１０３）。制御部２０は、このステップＳ１０３におけるスイッチング周波数の変更を、図６に示したような形で行う。この図６及び後述する図８において、Ｔｓ_１、Ｔｓ_２は、それぞれ、周波数ｆ１、ｆ２に対応する周期（周波数ｆ１、ｆ２の逆数）であり、Ｄは、Ｄｕｔｙ（デューティー比）である。

すなわち、制御部２０は、ステップＳ１０３の処理時、ＰＷＭ信号のパルス幅を、一時的に（図６では、１パルス分）、周波数変更前のＰＷＭ信号のパルス幅ＤＴｓ_２と周波数変更後のＰＷＭ信号のパルス幅ＤＴｓ_１との間のパルス幅（図６では、ＤＴｓ_１とＤＴｓ_２の平均値）に制御する。

ここで、ここまで説明した処理の作用効果について説明しておくことにする。

時間ｔ０に運転回路数減少条件が成立した場合を考える。この場合、図７に示してあるように、スイッチング周波数がｆ２に維持された状態で、Ｄｕｔｙ漸減処理が開始される。Ｄｕｔｙ漸減処理では、昇圧回路＃２へのＰＷＭ信号のＤｕｔｙが徐々に低下される。従って、Ｄｕｔｙ漸減処理の実行中、昇圧回路＃１への入力電力値（主として入力電流値）は、急増せずに、徐々に増加する。

Ｄｕｔｙ漸減処理が時間ｔ１に終了すると、スイッチング周波数がｆ１に変更されると共に昇圧回路＃２の運転制御が中止される。Ｄｕｔｙ漸減処理がＤｕｔｙを０％まで低下する処理である場合（図７の場合）、昇圧回路＃２の運転制御を中止しても、昇圧回路＃１への入力電力値は変化しない。Ｄｕｔｙ漸減処理がＤｕｔｙを０％まで低下させない処理である場合には、昇圧回路＃２の運転制御の中止により昇圧回路＃１への入力電力値が変化する。ただし、その変化量は僅かなものである。

このように、上記手順で運転回路数を減少させれば、運転回路数の減少時に昇圧回路＃１への入力電力値の変動量が大きくなるのを防止することが出来る。

さらに、上記手順の処理では、スイッチング周波数のｆ２からｆ１への変更時、ＰＷＭ信号のパルス幅が、一時的に、周波数変更前のＰＷＭ信号のパルス幅ＤＴｓ_２と周波数変更後のＰＷＭ信号のパルス幅ＤＴｓ_１との間のパルス幅に制御される（図６参照）。従って、上記手順の処理によれば、スイッチング周波数の変更（パルス幅の変更）に伴う入力電力値の変動量を小さくすることも出来る。

図３に戻って、運転回路数変更処理の説明を続ける。
ステップＳ１０３の処理を終えた制御部２０は、ステップＳ１０４の処理を繰り返している状態、すなわち、運転回路数増加条件が成立するのを監視している状態となる。運転回路数増加条件の詳細については後述する。

運転回路数増加条件が成立した場合（ステップＳ１０４；ＹＥＳ）、制御部２０は、スイッチング周波数を２回路用周波数ｆ２に変更すると共に、昇圧回路＃２の運転制御を開始する（ステップＳ１０５）。すなわち、運転回路数増加条件が成立した場合、制御部２０は、図８に示したように、スイッチング周波数を２回路用周波数ｆ２に変更すると共に、昇圧回路＃２へのＰＷＭ信号のＤｕｔｙであるＤｕｔｙ＃２を、０％から、その時点の状況（入力電圧値等）に応じた値に変更する。

また、制御部２０は、スイッチング周波数の変更に伴う入力電力値の変動量を小さくために、ステップＳ１０５におけるスイッチング周波数の変更を、ステップＳ１０３におけるスイッチング周波数の変更時と同様に、図９に示したような形で行う。すなわち、制御部２０は、ＰＷＭ信号のパルス幅を、一時的に（図９では、１パルス分）、周波数変更前のＰＷＭ信号のパルス幅ＤＴｓ_１と周波数変更後のＰＷＭ信号のパルス幅ＤＴｓ_２との間のパルス幅（図９では、ＤＴｓ_１とＤＴｓ_２の平均値）に制御する。

そして、ステップＳ１０５の処理を終えた制御部２０は、ステップＳ１０１に戻って、運転回路数減少条件が成立するのを監視（待機）する。

以下、運転回路数増加条件について説明する。

運転回路数増加条件は、運転回路数を増加させる条件として予め設定されている“判定用電力値が増加用しきい値以上となる”という条件である。判定用電力値は、既に説明したように、昇圧部への入力電力値、昇圧部の出力電力値等の、昇圧部を入出力する電力の大きさを表す値である。

増加用しきい値は、以下の条件１，２を満たすように予め定められる値である。
条件１：“増加用しきい値＞減少用しきい値”が成立する。
条件２：判定用電力値が増加用しきい値と一致したときに昇圧回路＃２の運転を開始しても、昇圧回路＃１の動作モードが電流連続モードから電流不連続モードに移行しない。

条件１は、運転回路数の変更が頻繁に行われないようにするための条件である。条件２は、並列接続された昇圧回路を備えた電力変換装置について鋭意研究した結果として得られた『運転回路数の増加時に昇圧回路＃１の動作モードが電流連続モードから電流不連続モードに移行すると、電流連続モードが維持される場合に比して、昇圧回路＃１への入力電力値の変動が大きくなる』という知見に基づき、想到された条件である。

すなわち、Ｄｕｔｙが同じであっても、電流連続モードと電流不連続モードとでは、昇圧回路１１の出力電圧（昇圧率）が異なる。そのため、運転回路数の増加時に昇圧回路＃１の動作モードが電流連続モードから電流不連続モードに移行すると、昇圧回路＃１への入力電力値の変動が大きくなってしまう。従って、運転回路数の増加時における昇圧回路＃１への入力電力値の変動を抑制するためには、運転回路数の増加時に昇圧回路＃１の動作モードが電流連続モードから電流不連続モードに移行しないようにすれば良いことになる。そして、増加用しきい値の値を調整すれば、運転回路数の増加時に昇圧回路＃１の動作モードを電流不連続モードに移行させないことが出来るので、上記条件２を満たすように増加用しきい値を定めているのである。

以上、説明したように、本実施形態に係る電力変換装置１０では、運転停止予定回路（昇圧回路＃２）の運転が実際に停止される前に、ＰＷＭ信号のデューティ比を減少させながら、所定時間の間、運転停止予定回路が運転される。運転停止予定回路がそのように運転されれば、運転中の昇圧回路１１（昇圧回路＃１）への入力電力値（主として入力電流値）が急変しなくなる。従って、電力変換装置１０は、運転回路数及びスイッチング周波数の減少時における昇圧回路への入力電力値の変動量が小さい装置として機能する。

また、電力変換装置１０では、昇圧回路＃１の動作モードが電流連続モードから電流不連続モードに移行しない電力値で、運転回路数が増加される（昇圧回路＃２の運転が開始される）。従って、電力変換装置１０は、運転回路数及びスイッチング周波数の減少時における昇圧回路１１（昇圧回路＃１）への入力電力値の変動量が小さい装置としても機能する。

さらに、電力変換装置１０は、スイッチング周波数（ＰＷＭ信号の周波数）を変更する前に、ＰＷＭ信号のパルス幅を、一時的に、周波数変更前のＰＷＭ信号のパルス幅と周波数変更後のＰＷＭ信号のパルス幅との間のパルス幅に制御する。従って、電力変換装置１０によれば、スイッチング周波数の変更（パルス幅の変更）に伴う入力電力値の変動量も小さくできることになる。

《第２実施形態》
以下、本発明の第２実施形態に係る電力変換装置について、上記した第１実施形態に係る電力変換装置１０と異なる部分を中心に説明する。

図１０に、第２実施形態に係る電力変換装置１０の概略構成及び使用形態を示す。
この図１０にから明らかなように、本実施形態に係る電力変換装置１０は、昇圧回路１１、コンデンサ１５等からなる部分の数Ｎ（≧３）が第１実施形態に係る電力変換装置１０よりも多い装置である。以下、説明の便宜上、第１実施形態に係る電力変換装置１０、第２実施形態に係る電力変換装置１０のことを、それぞれ、第１電力変換装置１０、第２電力変換装置１０とも表記する。また、第２電力変換装置１０内のＮ個の昇圧回路１１のことを、昇圧回路＃１〜＃Ｎとも表記する。

第２電力変換装置１０の制御部２０は、第１電力変換装置１０の制御部と同様に、電力変換装置１０内の各昇圧回路１１とインバータ１２とを制御するユニットである。

ただし、第２電力変換装置１０の制御部２０は、運転回路数（運転する昇圧回路１１の数）を、１からＮまでの任意の数とすることができるように構成されている。

具体的には、制御部２０は、運転回路数がｍ（＝１〜Ｎ）である場合、『ｍ回路用周波数の、位相が３６０°／ｍずつずれたＰＷＭ信号＃１〜＃ｍを、昇圧回路＃１〜＃ｍに供給し、ＰＷＭ信号＃（ｍ＋１）〜＃ＮのＤｕｔｙを０％とするｍ回路運転処理』を行う。ここで、ｍ回路用周波数とは、ｍ個の昇圧回路１１を運転する場合のスイッチング周波数として予め定められている周波数のことである。ｍ回路用周波数は、通常、ｍ値が大きくなるほど大きな値となるように定められる。ただし、例えば、１回路用周波数と２回用周波数とを一致させ、３回路用周波数と４回用周波数とを一致させるといったように、スイッチング周波数の総数をＮよりも少なくしておいても良い。

また、制御部２０は、運転回路数の変更を、図１１に示した手順の運転回路数変更処理により行う。

すなわち、運転回路数変更処理を実行している制御部２０は、通常は、ステップＳ２０
１とステップＳ２０２の処理ループを繰り返すことにより、運転回路数減少条件又は運転回路数増加条件が成立することを監視（待機）している。

運転回路数減少条件は、第１電力変換装置１０における運転回路数減少条件と同様に、“判定用電力値が減少用しきい値以下となる”という条件であり、運転回路数増加条件は、第１電力変換装置１０における運転回路数増加条件と同様に、“判定用電力値が増加用しきい値以下となる”という条件である。

ただし、第２電力変換装置１０では、減少用しきい値及び増加用しきい値が、運転回路数別に定められている。なお、各運転回路数ｍ（ｍ＝１〜Ｎ）用の増加用しきい値は、第１電力変換装置１０における増加用しきい値と同様に、以下の条件３、４を満たすように定められている。
条件３：“運転回路数ｍ用の増加用しきい値＞運転回路数ｍ用の減少用しきい値”が成立する。
条件４：判定用電力値が運転回路数ｍ用の増加用しきい値と一致したときに昇圧回路＃（ｍ＋１）の運転を開始しても、昇圧回路＃１〜＃ｍの動作モードが電流連続モードから電流不連続モードに移行しない。

このように、減少用しきい値及び増加用しきい値が運転回路数別に定められているため、ステップＳ２０１では、その時点における運転回路数に対応付けられている減少用しきい値と判定用電力値との比較により、運転回路数減少条件が成立しているか否かが判断される。また、ステップＳ２０２では、その時点における運転回路数に対応付けられている増加用しきい値と判定用電力値との比較により、運転回路数増加条件が成立しているか否かが判断される。

以下、運転回路数減少条件又は運転回路数増加条件の成立時における運転回路数を、ｋと表記する。

運転回路数減少条件が成立した場合（ステップＳ２０１；ＹＥＳ）、制御部２０は、ステップＳ２０３にて、運転を停止する予定の昇圧回路１１である運転停止予定回路に対するＤｕｔｙ漸減処理を行う。上記したｍ回路運転処理の内容から明らかなように、第２電力変換装置１０では、運転回路数がｍである場合、昇圧回路＃１〜＃ｍが運転される。従って、ステップＳ２０１の処理（判定）時の運転回路数がｋである場合、運転停止予定回路は、昇圧回路＃ｋである。

ステップ２０３の処理を終えた制御部２０は、スイッチング周波数を、（ｋ−１）回路用周波数に変更すると共に、運転停止予定回路（昇圧回路＃ｋ）の運転制御を中止する（ステップＳ２０４）。制御部２０は、このステップＳ２０４におけるスイッチング周波数の変更を、ステップＳ１０３におけるスイッチング周波数の変更時と同様の形（図６参照）で行う。

そして、ステップＳ２０４の処理を終えた制御部２０は、（ｋ−１）回路運転処理を実行しながら、運転回路数減少条件又は運転回路数増加条件が成立することを監視（待機）している状態に戻る。

制御部２０は、運転回路数増加条件が成立した場合（ステップＳ２０２；ＹＥＳ）には、スイッチング周波数を（ｋ＋１）回路用周波数に変更すると共に、運転を開始する昇圧回路１１（図では、運転開始対象回路）の運転制御を開始する（ステップＳ２０５）。制御部２０は、このステップＳ２０５におけるスイッチング周波数の変更を、ステップＳ１０５におけるスイッチング周波数の変更時と同様の形（図９参照）で行う。

そして、ステップＳ２０５の処理を終えた制御部２０は、ステップＳ２０１に戻って、（ｋ＋１）回路運転処理を実行しながら、運転回路数減少条件が成立するのを監視（待機）する。

以上、説明したように、第２電力変換装置１０は、昇圧回路１１の数は第１電力変換装置１０よりも多いが、運転回路数及びスイッチング周波数の変更時に第１電力変換装置１０と同じ制御を行う装置となっている。従って、第２電力変換装置１０は、運転回路数及びスイッチングの変更（減少及び増加）時における昇圧回路への入力電力値の変動量が小さく、スイッチング周波数の変更（パルス幅の変更）に伴う入力電力値の変動量も小さい装置として機能する。

なお、判定用電力値は、太陽電池３０への太陽光の入射量に応じた値となる。従って、判定用電力値は、急激に変化（減少、増加）することがある。例えば、運転回路数がＮとなっている状況下、判定用電力値が、運転回路数を１とすべき値まで低下する場合もあるが、第２電力変換装置１０は、運転回路数を１ずつ変更するように構成されている（図１１参照）。そのため、第２電力変換装置１０では、そのような場合における昇圧回路１１への入力電力の変動量も小さくなる。

具体的には、Ｎ＝３である第２電力変換装置１０で、運転回路数が３となっている状況下、判定用電力値が、運転回路数を１とすべき値まで低下した場合を考える。この場合、図１２に示したように、判定用電力値が低下した時間ｔ０に、昇圧回路＃３に対するＤｕｔｙ低減処理が開始されて、昇圧回路＃３へのＰＷＭ信号のＤｕｔｙ＃３が徐々に低下する。そして、昇圧回路＃３に対するＤｕｔｙ低減処理が完了すると、スイッチング周波数が３回路用周波数ｆ３から２回路用周波数ｆ２に変更される。その後、運転回路数減少条件が成立しているか否かが判断されるが、上記場合、この判断時に、運転回路数減少条件が成立していると判断される。従って、図１２に示してあるように、スイッチング周波数の２回路用周波数ｆ２への変更完了時（時間ｔ１）から、昇圧回路＃２に対するＤｕｔｙ低減処理が開始されて、昇圧回路＃２へのＰＷＭ信号のＤｕｔｙ＃２が徐々に低下する。そして、昇圧回路＃２に対するＤｕｔｙ低減処理が完了したときに、スイッチング周波数が１回路用周波数ｆ１に変更される。

第２電力変換装置１０では、上記場合、このような手順で運転回路数が１まで減少される。第２電力変換装置１０では、運転回路数が２以上増加させる必要がある場合にも、同様に、運転回路数が１ずつ増加される。従って、第２電力変換装置１０によれば、他の手順で運転回路数及びスイッチング周波数を変更する場合に比して、判定用電力値の急変時における昇圧回路１１への入力電力の変動量を小さくすることができる。

《変形形態》
上記した各実施形態に係る電力変換装置１０は、各種の変形が可能なものである。例えば、各実施形態に係る電力変換装置１０を、ＤＣ／ＤＣコンバータに変形することが出来る。また、電力変換装置１０を、昇圧回路１１として、図１３に示した構成を有する双方向チョッパ回路を採用して実現しても良い。

電力変換装置１０を、図１４に示した構成の装置、すなわち、昇圧回路１１毎にコンデンサ１５を設ける代わりに、１つのコンデンサ１５′を設けた構成の装置に変形しても良い。

スイッチング周波数変更時に挿入するパルス（以下、中間幅パルスと表記する）のパルス幅は、周波数変更前後のパルス幅の間の幅であれば良い。従って、中間幅パルスのパル
ス幅を、波数変更前後のパルス幅の平均値とは異なる幅にしておいても良い。また、電力変換装置１０を、スイッチング周波数変更時に、中間幅パルスを複数個挿入する装置に変形しても良い。電力変換装置１０を、そのように変形する場合、中間幅パルスのパルス幅が徐々に波数変更後のパルス幅に近づくようにしておくことが出来る。

判定用電力値の代わりに、他の情報、例えば、昇圧部への入力電流値や、昇圧部からの出力電流値を用いても良い。また、第２実施形態に係る電力変換装置１０を、運転回路数のみを変更する場合がある装置、例えば、Ｎ＝４であり、運転回路数を２から３へ増加させる場合と、運転回路数を３から２へ減少させる場合には、スイッチング周波数を変更するが、他の場合には、スイッチング周波数を変更しない装置、に変形することが出来る。なお、そのような変更は、例えば、１回路用周波数＝２回路用周波数、及び、３回路用周波数＝４回路用周波数が成立するように、各回路用周波数の値を決定しておくことにより実現できる。

１０電力変換装置
１１昇圧回路
１２インバータ
１３平滑用リアクトル
１５、１６、１７コンデンサ
３０太陽電池
４０系統

Claims

並列接続されたＮ（≧２）個の昇圧チョッパ回路を含む昇圧部と、
ＰＷＭ信号により前記昇圧部内の各昇圧チョッパ回路を運転する制御部であって、運転する昇圧チョッパ回路の数及び前記ＰＷＭ信号の周波数であるスイッチング周波数を、前記昇圧部への入力電力値又は前記昇圧部からの出力電力値を表す判定用状態値に応じて変更する制御部と、
を備え、
前記制御部は、運転する昇圧チョッパ回路の数及びスイッチング周波数を減少させるときに、運転を停止する昇圧チョッパ回路である運転停止予定回路へのＰＷＭ信号のデューティ比を減少させながら、所定時間の間、当該運転停止予定回路を運転し、その後、当該運転停止予定回路の運転を停止すると共に、スイッチング周波数を前記判定用状態値に応じた周波数に変更する
ことを特徴とする電力変換装置。
前記制御部は、
１個の昇圧チョッパ回路の運転を開始しても運転中の他の各昇圧チョッパ回路の各動作モードが電流連続モードから電流不連続モードに移行しない前記判定用状態値の値として定められた増加用しきい値を、運転中の昇圧チョッパ回路の数別に保持し、
前記判定用状態値が、運転中の昇圧チョッパ回路の数に対応付けられた前記増加用しきい値以上となったときに、スイッチング周波数を、前記判定用状態値に応じた周波数に変更すると共に、運転を停止していた昇圧チョッパ回路の運転を開始する
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
並列接続されたＮ（≧２）個の昇圧チョッパ回路を含む昇圧部と、
ＰＷＭ信号により前記昇圧部内の各昇圧チョッパ回路を運転する制御部であって、運転する昇圧チョッパ回路の数及び前記ＰＷＭ信号の周波数であるスイッチング周波数を、前記昇圧部への入力電力値又は前記昇圧部からの出力電力値を表す判定用状態値に応じて変更する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
１個の昇圧チョッパ回路の運転を開始しても運転中の他の各昇圧チョッパ回路の各動作
モードが電流連続モードから電流不連続モードに移行しない前記判定用状態値の値として定められた増加用しきい値を、運転中の昇圧チョッパ回路の数別に保持し、
前記判定用状態値が、運転中の昇圧チョッパ回路の数に対応付けられた前記増加用しきい値以上となったときに、スイッチング周波数を、前記判定用状態値に応じた周波数に変更すると共に、運転を停止していた昇圧チョッパ回路の運転を開始する
ことを特徴とする電力変換装置。
前記制御部は、スイッチング周波数を、前記判定用状態値に応じた周波数に変更する前に、ＰＷＭ信号のパルス幅を、一時的に、周波数変更前のＰＷＭ信号のパルス幅と周波数変更後のＰＷＭ信号のパルス幅との間のパルス幅に制御する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
前記昇圧部から出力される直流電力を交流電力に変換するインバータを、さらに備える
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の電力変換装置。