JP7160214B2

JP7160214B2 - 電力変換装置

Info

Publication number: JP7160214B2
Application number: JP2021563539A
Authority: JP
Inventors: 朋也勝倉; 義大多和田
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2019-12-12
Filing date: 2019-12-12
Publication date: 2022-10-25
Anticipated expiration: 2039-12-12
Also published as: CN114556259A; US11973351B2; CN114556259B; WO2021117192A1; JPWO2021117192A1; US20230318305A1

Description

本出願は、電力変換装置に関するものである。

従来、例えば日本特許第６４６２９６９号に記載されているように、直流電源からの直流電圧に基づいて電力変換回路の動作を切り替える電力変換装置が知られている。当該特許公報における段落００４３によれば、直流電圧が下限電圧未満になった場合に日没と判定され、その後にＳＶＣ運転モードが開始される。これにより、夜間の無効電力補償が実施されている。

日本特許第６４６２９６９号公報

太陽電池パネルの出力直流電圧は、日中に太陽電池パネルに雲がかかると大幅に低下する。上記従来の技術では、そのような電圧低下が起きると、日没であると誤って判定される可能性がある。日没判定精度が低いと、通常発電モードを維持すべきであるにも関わらず運転モードが無効電力補償モードへと切り替わる可能性があるという問題がある。

また、日の出を判定する際にも類似する問題がある。日の出の時刻を過ぎても太陽電池パネルに雲があたり出力直流電圧が不十分である場合、未だ夜間であると誤って判定される可能性がある。日の出の判定精度が低い場合にも、モード切り替えが適切に行われない問題がある。

本出願は、上述のような課題を解決するためになされたもので、太陽電池パネルの発電状況に応じたモード切替を適切に実施するように改良された電力変換装置を提供することを目的とする。

本出願にかかる電力変換装置は、
太陽電池パネルに接続される直流端子と交流電力系統に接続される交流端子とを備え、前記太陽電池パネルで発電した直流電力を交流電力に変換し、前記交流電力を前記交流電力系統に供給する電力変換回路と、
前記太陽電池パネルと前記電力変換回路との間を流れる直流電流を検知する電流検知手段と、
前記太陽電池パネルが発電した前記直流電力の有効電力を前記交流電力系統に出力するように前記電力変換回路を制御する発電モードと、無効電力を前記交流電力系統へ出力させるように前記電力変換回路を制御する無効電力補償モードと、を備え、前記電流検知手段で検出した前記直流電流の大きさに基づいて前記発電モードと前記無効電力補償モードとの間のモード切替を実施する制御回路と、
を備える。

前記制御回路は、前記直流電流の大きさに基づいて、「日没判定」と「日出判定」とのうち少なくとも一方の判定を実施してもよい。前記モード切替は、前記発電モードから前記無効電力補償モードへのモード切替である「日没モード切替」と、前記無効電力補償モードから前記発電モードへのモード切替である「日出モード切替」とのうち少なくとも一方を含んでもよい。前記制御回路は、前記日没判定の結果に基づいて前記日没モード切替を実施してもよい。前記制御回路は、前記日出判定の結果に基づいて前記日出モード切替を実施してもよい。

本出願によれば、太陽電池パネルからの直流電流の大きさに基づいて太陽電池パネルの発電状況を精度良く判定できるので、モード切替を適切に実施することができる。

実施の形態に係る電力変換装置を模式的に表すブロック図である。実施の形態に係る電力変換装置の動作を模式的に表すフローチャートである。実施の形態に係る電力変換装置の効果を説明するために示す比較例（関連技術）の動作を模式的に表すフローチャートである。実施の形態の変形例に係る電力変換装置の動作を模式的に表すフローチャートである。

実施の形態の装置およびシステムの構成．
図１は、実施の形態に係る電力変換装置を模式的に表すブロック図である。図１に表したように、電力変換装置１０は、電力変換回路１２と、直流コンデンサ１４と、フィルタ回路１６と、直流電圧検出器１８と、直流電流検出器２０と、複数の交流電圧検出器２２ａ～２２ｃと、複数の交流電流検出器２４ａ～２４ｃと、複数の直流開閉器２６ａ、２６ｂと、複数の交流開閉器２８ａ～２８ｃと、整流素子３０と、制御回路３４と、を備える。

電力変換装置１０は、直流電源としての太陽電池パネル２と交流の電力系統４とに接続される。電力変換装置１０は、例えば、変圧器６を介して電力系統４に接続される。太陽電池パネル２は、直流電力を電力変換装置１０に供給する。電力変換装置１０は、太陽電池パネル２から入力された直流電力を交流電力に変換し、変換後の交流電力を電力系統４に供給する。

電力変換装置１０は、電力系統４に有効電力、及び多少の無効電力を供給する。電力変換装置１０は、例えば、太陽電池パネル２を分散型電源として機能させる。また、電力変換装置１０は、電力系統４に無効電力を供給することにより、電力系統４の電圧変動を抑制する無効電力補償を行う。電力変換装置１０は、例えば、日中などの太陽電池パネル２の発電量の高い時間帯において、有効電力、及び多少の無効電力を供給する動作を行う。そして、電力変換装置１０は、例えば、夜間などの太陽電池パネル２の発電量の低い時間帯において、無効電力を供給する動作を行う。

このように、電力変換装置１０は、電力系統４に有効電力、及び多少の無効電力を供給する「発電運転モード」と、電力系統４に無効電力を供給する「無効電力補償モード」とを備える。無効電力補償モードをＳＶＣ（Static Var Compensator）運転モードとも称する。

この例では、太陽電池パネル２を直流電源として示している。この例において、電力系統４の交流電力は、三相交流電力である。電力変換装置１０は、直流電力を三相交流電力に変換し、電力系統４に供給する。電力系統４の交流電力は、三相交流電力に限ることなく、単相交流電力などでもよい。電力系統４の交流電圧は、例えば、１００Ｖ（実効値）であってもよい。電力系統４の交流電力の周波数は、例えば、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚであってもよい。

電力変換回路１２は、太陽電池パネル２に接続される一対の直流端子ｄ１、ｄ２と、電力系統４に接続される複数の交流端子ａ１～ａ３と、を有する。直流端子ｄ１は、高圧側の直流端子であり、直流端子ｄ２は、低圧側の直流端子である。これとは反対に、直流端子ｄ１を低圧側、直流端子ｄ２を高圧側としてもよい。

この例において、電力変換回路１２は、三相交流電力の各相に対応した３つの交流端子ａ１～ａ３を有する。例えば、電力系統４の交流電力が単相交流電力である場合には、交流端子の数は、２つでもよい。交流端子の数は、交流電力の形式などに応じて適宜設定すればよい。

電力変換回路１２は、太陽電池パネル２の直流電力を電力系統４に対応した交流電力に変換し、交流電力を電力系統４に供給する。電力変換回路１２は、例えば、複数のスイッチング素子１２ａと、各スイッチング素子１２ａのそれぞれに逆並列に接続された複数の整流素子１２ｂと、を有する。電力変換回路１２は、各スイッチング素子１２ａのオン・オフにより、直流電力を交流電力に変換する。電力変換回路１２は、いわゆる三相電圧型インバータである。

電力変換回路１２は、例えば、三相ブリッジ接続された６つのスイッチング素子１２ａを有し、各スイッチング素子１２ａのオン・オフにより、直流電力を三相交流電力に変換する。各スイッチング素子１２ａには、例えば、ＧＴＯ（Gate Turn-Off thyristor）やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの自己消弧型の半導体素子が用いられる。

直流コンデンサ１４は、一対の直流端子ｄ１、ｄ２の間に接続される。直流コンデンサ１４は、例えば、太陽電池パネル２の直流電圧を平滑化する。直流コンデンサ１４は、換言すれば、平滑コンデンサである。

フィルタ回路１６は、各交流端子ａ１～ａ３と電力系統４との間に設けられる。フィルタ回路１６は、各交流端子ａ１～ａ３に接続されている。フィルタ回路１６は、例えば、インダクタ１６ａと、コンデンサ１６ｂと、を有する。インダクタ１６ａ及びコンデンサ１６ｂは、例えば、交流電力の相毎に設けられる。フィルタ回路１６は、電力変換回路１２から出力された交流電力の高調波成分を抑制し、出力波形をより正弦波に近付ける。

直流電圧検出器１８は、直流コンデンサ１４の直流電圧値Ｖ_ｄｃを検出する。換言すれば、直流電圧検出器１８は、太陽電池パネル２の直流電圧の電圧値を検出する。また、直流電圧検出器１８は、制御回路３４に接続され、検出した直流電圧値Ｖ_ｄｃを制御回路３４に入力する。

直流電流検出器２０は、太陽電池パネル２と電力変換回路１２との間に設けられる。直流電流検出器２０は、電力変換回路１２に入力される直流電流の大きさを表す直流電流値Ｉ_ｄｃを検出する。直流電流検出器２０は、制御回路３４に接続され、検出した電流値を制御回路３４に入力する。

各交流電圧検出器２２ａ～２２ｃは、フィルタ回路１６を介して各交流端子ａ１～ａ３のそれぞれに接続されている。各交流電圧検出器２２ａ～２２ｃは、電力変換回路１２から出力された交流電力の電圧値を検出する。換言すれば、各交流電圧検出器２２ａ～２２ｃは、電力系統４の交流電圧の電圧値を検出する。各交流電圧検出器２２ａ～２２ｃは、例えば、三相交流電力の各相の電圧値（相電圧）を検出する。各交流電圧検出器２２ａ～２２ｃは、制御回路３４に接続されており、検出した電圧値を制御回路３４に入力する。

各交流電流検出器２４ａ～２４ｃは、フィルタ回路１６と電力系統４との間に設けられる。各交流電流検出器２４ａ～２４ｃは、電力変換回路１２から出力された交流電力の電流値を検出する。換言すれば、各交流電流検出器２４ａ～２４ｃは、電力系統４の交流電流の電流値を検出する。各交流電流検出器２４ａ～２４ｃは、三相交流電力の各相の電流値（相電流）を検出する。各交流電流検出器２４ａ～２４ｃは、制御回路３４に接続されており、検出した電流値を制御回路３４に入力する。

各直流開閉器２６ａ、２６ｂは、太陽電池パネル２と電力変換回路１２との間に設けられる。各直流開閉器２６ａ、２６ｂは、例えば手動式であってもよい。各直流開閉器２６ａ、２６ｂは、通常は投入状態であり何らかの異常が生じたとき制御回路３４の働き等により自動的に解放される。

各交流開閉器２８ａ～２８ｃは、電力系統４と電力変換回路１２との間に設けられる。交流電圧検出器２２ａ～２２ｂで検出された電圧値と、変圧器側電圧検出器（図示せず）により変圧器６の電力変換装置側の端子電圧が所定の範囲内で等しいとみなされた場合に、各交流開閉器２８ａ～２８ｃは、例えば、制御回路３４の働きにより自動的に投入される。

各直流開閉器２６ａ、２６ｂおよび各交流開閉器２８ａ～２８ｃは例えばメンテナンスの際などに開放され、この開放により電力変換回路１２が太陽電池パネル２及び電力系統４から切り離される。各直流開閉器２６ａ、２６ｂおよび各交流開閉器２８ａ～２８ｃを投入することにより、電力変換回路１２が太陽電池パネル２及び電力系統４に接続される。

整流素子３０は、直流コンデンサ１４と太陽電池パネル２との間に設けられる。整流素子３０は一例として逆流防止ダイオードである。整流素子３０のアノードは、直流開閉器２６ａを介して太陽電池パネル２の高圧側の出力端子２ａに接続されている。整流素子３０のカソードは、電力変換回路１２の高圧側の直流端子ｄ１に接続されている。これにより、整流素子３０は、電力変換回路１２及び直流コンデンサ１４から太陽電池パネル２への電力の逆流を抑制する。整流素子３０は、太陽電池パネル２の低圧側の出力端子２ｂと電力変換回路１２の低圧側の直流端子ｄ２との間に設けてもよい。

制御回路３４は、電力変換回路１２の動作を制御する。制御回路３４は、電力変換回路１２による電力の変換を制御する。制御回路３４は、例えば、各スイッチング素子１２ａのゲート信号端子に接続されている。制御回路３４は、各スイッチング素子１２ａのオン・オフを制御することにより、電力変換回路１２による電力の変換を制御する。

制御回路３４は、「発電運転モード」の動作と、「ＳＶＣ運転モード」の動作と、を有する。

（発電運転モード）
制御回路３４は、発電運転モードにおいて、例えば、電力系統４の交流電力に同期した交流電力に変換するように、電力変換回路１２の各スイッチング素子１２ａのオン・オフを制御する。制御回路３４は、例えば、各交流電圧検出器２２ａ～２２ｃ及び各交流電流検出器２４ａ～２４ｃのそれぞれの検出結果を基に、電力系統４の交流電力の電圧、周波数、及び位相などを検出し、電力変換回路１２によって変換される交流電力の電圧、周波数及び位相などを、電力系統４の交流電力に合わせる。これにより、電力変換回路１２によって変換された交流電力が、有効電力として電力系統４に出力される。

また、制御回路３４は、発電運転モードの場合、例えば、直流電力を太陽電池パネル２の最大電力点に追従させるＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）方式の制御を行う。制御回路３４は、例えば、直流電圧検出器１８によって検出された直流コンデンサ１４の直流電圧値Ｖ_ｄｃと、直流電流検出器２０によって検出された直流電流の電流値と、に基づいて、太陽電池パネル２の最大電力点（最適動作点）を抽出する。制御回路３４は、この抽出した最大電力点に応じて電力変換回路１２の動作を制御する。

（無効電力補償モードすなわちＳＶＣ運転モード）
制御回路３４は、無効電力補償モード（つまりＳＶＣ運転モード）の場合、電力変換回路１２が電力系統４に出力する無効電力を決定する。無効電力の決定は、例えば、各交流電圧検出器２２ａ～２２ｃ及び各交流電流検出器２４ａ～２４ｃのそれぞれの検出結果に基づいて行われる。制御回路３４は、決定した無効電力に応じて電力変換回路１２の各スイッチング素子１２ａのオン・オフを制御する。このオン・オフ制御により、電力変換回路１２によって変換された交流電力が、無効電力として電力系統４に出力される。これにより、例えば電力系統４の無効電力を制御することができ、例えば電力系統４の安定度を高めることができる。

ＳＶＣ運転モードにおいては、直流コンデンサ１４の直流電圧が、電力変換回路１２によって交流電圧に変換される。また、ＳＶＣ運転モードにおいては、電力変換回路１２の各スイッチング素子１２ａのオン・オフにより、電力系統４側から直流コンデンサ１４が充電される。制御回路３４は、ＳＶＣ運転モードの場合、直流コンデンサ１４の電圧値が所定の値で実質的に一定になるように、電力変換回路１２の各スイッチング素子１２ａのオン・オフを制御する。ＳＶＣ運転モードでは直流コンデンサ電圧を維持するため有効電力を電力系統４から直流コンデンサ１４に供給する方向には制御するが、有効電力を直流コンデンサ１４から電力系統４に供給する方向には制御しないように、制御回路３４が有効電力を制御してもよい。

実施の形態にかかるＳＶＣ運転モードは、有効電力を電力変換回路１２から電力系統４に供給しない。制御回路３４は、ＳＶＣ運転モードにおいては、直流コンデンサ１４の直流電圧値Ｖ_ｄｃが、所定電圧Ｖ_ＳＶＣで実質的に一定になるように、電力変換回路１２の動作を制御してもよい。所定電圧Ｖ_ＳＶＣは、例えば、ＭＰＰＴ制御の上限電圧Ｖ_{ｍａｘ＿ｍｐｐ}と下限電圧Ｖ_{ｍｉｎ＿ｍｐｐ}との間に設定されてもよい。また、ＳＶＣ運転モードでは制御回路３４は電力変換回路１２の動作に伴う損失の発生による直流コンデンサ１４の電圧低下を補い、所定の電圧Ｖ_ＳＶＣを維持するため多少の有効電力を電力系統４から電力変換回路１２に取り入れてもよい。

変形例として、太陽電池パネル２への電力の逆流を抑制する整流素子３０は、逆流防止ダイオードの代わりにサイリスタであってもよい。この変形例では、サイリスタのゲート端子は、制御回路３４に接続されている。制御回路３４は、サイリスタのオン・オフを制御することで、太陽電池パネル２への電力の逆流を抑制することができる。整流素子３０は、太陽電池パネル２から電力変換回路１２に直流電力を供給可能で、太陽電池パネル２への電力の逆流を抑制可能な任意の素子でよい。

実施の形態の具体的処理．
図２は、実施の形態に係る電力変換装置１０の動作を模式的に表すフローチャートである。図２のルーチンは、制御回路３４によって実行される。図２のルーチンは、電力変換装置１０の設置後初回運転で実行されてもよく、メンテナンス等の理由で電力変換装置１０が一旦停止された後に再起動をする場面で実行されてもよい。

なお、図２は一例として直流電圧容量が１５００Ｖの実機についての運転シーケンスを例示する。下記の各ステップで例示する具体的数値は、電力変換装置１０が少なくとも容量１５００Ｖを持つ場合に適用されてもよい。

図２のルーチンのスタート時点では、各交流遮断器２８ａ～２８ｃがオフ（開放）とされており、各直流遮断器２６ａ、２６ｂはオン（投入）とされている。各直流遮断器２６ａ、２６ｂは、遅くともステップＳ１０２が到来するよりも前にオン（投入）とされる。

図２のルーチンでは、まず、電力変換装置１０の電力変換回路１２が停止されている状態で処理が進む（ステップＳ１００）。

次に、「起動判定」が実施される（ステップＳ１０２）。起動判定は、直流電圧値Ｖ_ｄｃの大きさに基づいて、電力変換回路１２の運転を開始するかどうかを決定するものである。起動判定は、直流電圧値Ｖ_ｄｃが予め定めた起動判定電圧値Ｖ_ｓｔａｔを上回っている時間の長さを計測し、計測した時間長が予め定めた起動判定時間Ｔ_ｓｔａｔに達したか否かを判定する。実施の形態では、具体的には、起動判定電圧値Ｖ_ｓｔａｔは一例として１０００Ｖであり、起動判定時間Ｔ_ｓｔａｔは一例として２秒である。よって、「Ｖ_ｄｃ＞１０００Ｖ」が成立している時間が２秒間継続した場合には、ステップＳ１０２の判定結果は肯定（ＹＥＳ）となる。ステップＳ１０２の判定結果が否定（ＮＯ）である期間は、電力変換回路１２は停止状態とされる。

ステップＳ１０２で判定結果が肯定となったら、次に、各交流遮断器２８ａ～２８ｃがオン（投入）とされる（ステップＳ１０４）。

次に、発電運転が開始される（ステップＳ１０６）。このステップでは、制御回路３４が電力変換回路１２を駆動することで発電運転モードの運転が達成される。

実施の形態では、上記のステップＳ１００～Ｓ１０６までの一連の処理を、起動ルーチン（ステップＳ１０）とも称する。

次に、「日没判定」が行われる（ステップＳ１０８）。日没判定は、直流電流値Ｉ_ｄｃの大きさに基づいて、日没が到来したか否かを判定する。具体的には、ステップＳ１０８の処理は、直流電流値Ｉ_ｄｃが予め定めた日没判定電流値Ｉ_ｓｓを下回っている時間の長さを計測し、計測した時間長が予め定めた日没判定時間Ｔ_ｓｓに達したか否かを判定する。実施の形態では、具体的には、日没判定電流値Ｉ_ｓｓは一例として電力変換装置１０の入力定格電流の１％であり、日没判定時間Ｔ_ｓｓは一例として１０分である。よって、「Ｉ_ｄｃ＜入力定格電流の１％」が成立している時間が１０分間継続した場合には、ステップＳ１０８の判定結果は肯定（ＹＥＳ）となる。ステップＳ１０８の判定結果が否定（ＮＯ）である期間は、電力変換回路１２は発電運転モードで引き続き駆動される。

ステップＳ１０８で判定結果が肯定（ＹＥＳ）となったら、次に、制御回路３４は、夜間ＳＶＣ運転を行うために、ＳＶＣ運転モードで電力変換回路１２を駆動する（ステップＳ１１０）。ステップＳ１０８およびＳ１１０は、発電運転モードからＳＶＣ運転モードへの切り替えである「日没モード切替」を達成している。

次に、「日出判定」が行われる（ステップＳ１１２）。日出判定は、直流電流値Ｉ_ｄｃの大きさに基づいて日の出が到来したか否かを判定する。具体的には、ステップＳ１１２の処理は、直流電流値Ｉ_ｄｃが予め定めた日出判定電流値Ｉ_ｓｒを上回っている時間の長さを計測し、計測した時間長が予め定めた日出判定時間Ｔ_ｓｒに達したか否かを判定する。実施の形態では、具体的には、日出判定電流値Ｉ_ｓｒは一例として電力変換装置１０の入力定格電流の３％であり、日出判定時間Ｔ_ｓｒは一例として２秒である。よって、「Ｉ_ｄｃ＞入力定格電流の３％」が成立している時間が２秒間継続した場合には、ステップＳ１１２の判定結果は肯定（ＹＥＳ）となる。ステップＳ１１２の判定結果が否定（ＮＯ）である期間は、電力変換回路１２はＳＶＣ運転モードで引き続き駆動される。

なお、上述した実施の形態の数値例では、一例として日出判定電流値Ｉ_ｓｒのほうが日没判定電流値Ｉ_ｓｓよりも大きくされており、一例として日没判定時間Ｔ_ｓｓのほうが日出判定時間Ｔ_ｓｒよりも長くされている。ただしこの大小関係は逆とされてもよい。

ステップＳ１１２で判定結果が肯定（ＹＥＳ）となったら、次に、制御回路３４は、発電運転モードで電力変換回路１２を駆動する（ステップＳ１０６）。ステップＳ１１２およびＳ１０８は、ＳＶＣ運転モードから発電運転モードへの切り替えである「日出モード切替」を達成している。

その後、「日没→夜間→日の出→日中→日没・・・」のように時間が経過することに伴って、電力変換装置１０はモード切替を繰り返し実施することができる。もし仮に、事故発生、故障発生あるいはメンテナンス発生に伴って電力変換装置１０が停止されると、その後の再起動時に図２のルーチンが再実行される。

以上説明したように、実施の形態にかかる制御回路３４は、直流電流値Ｉ_ｄｃの大きさに基づいて、発電モードと無効電力補償モード（ＳＶＣモード）との間のモード切替を実施する。

日の出から日中であれば、太陽電池パネル２に雲がかかっても、太陽電池パネル２の出力直流電流はある程度の大きさを保持する。太陽電池パネル２に雲がかかったとしても、太陽電池パネル２は例えば定格の１０～２０％程度の直流電流を出力することができる。一方、太陽電池パネル２の出力直流電流の大きさは、日没が到来すると微小となり、夜間にはゼロとなる。これらの事情から、直流電流値Ｉ_ｄｃの大きさは、日の出と日没とを区別しやすいという利点を持っている。この点、実施の形態によれば、太陽電池パネル２からの出力直流電流の大きさに基づいて太陽電池パネル２の発電状況を精度良く判定できるので、日没／夜間／日の出の移り変わりに応じたモード切替を適切に実施することができる。

また、実施の形態において、制御回路３４は、ステップＳ１０８で直流電流値Ｉ_ｄｃが日没判定電流値Ｉ_ｓｓを下回っている時間の長さに基づいて、モード切替を実施する。このとき、プラス電流は太陽電池パネル２から電力変換回路１２へ流れ込む電流であり、逆流電流はマイナス電流とされる。

整流素子３０が設けられていないと、昼間に直流地絡が発生したときに逆電流が流れる。直流地絡は、例えば太陽電池パネル２と各直流開閉器２６ａ、２６ｂとの間で発生する。電流の向きを区別するために、直流電流検出器２０は逆電流の大きさをマイナス値として検知することがある。モード切替判定値をある程度小さな正の値として定めた場合において、制御回路３４の判定ロジックは逆電流の大きさがモード切替判定値を下回ったと判定する。マイナス値はゼロ未満の値なので、逆電流の大きさの絶対値がある程度大きいときには、逆電流の大きさがモード切替判定値を下回ったと判定されてしまう。これは日没の誤判定につながるおそれがある。この点、直流電流値Ｉ_ｄｃに基づく日没判定ロジックに整流素子３０を組み合わせることで、太陽電池パネル２への電力の逆流電流を抑制できるのみならず、直流地絡発生時の日没誤検出をも確実に防止できる利点がある。

特に、実施の形態において、制御回路３４は、ステップＳ１０８で直流電流値Ｉ_ｄｃの大きさが日没判定電流値Ｉ_ｓｓを下回っている時間が日没判定時間Ｔ_ｓｓに達した場合には、モード切替が実施される。

実施の形態では、一例としてステップＳ１０８の日没判定時間Ｔ_ｓｓを１０分に設定している。しかしながら、日没判定時間Ｔ_ｓｓは、２分以上の予め定めた時間に変形されてもよい。実用上は、数分（つまり２分以上）の十分な日没判定時間Ｔ_ｓｓを確保することで高精度な日没判定を実施できる。なお、２分～１０分の範囲内で日没判定時間Ｔ_ｓｓを設定してもよい。日没判定時間Ｔ_ｓｓが長過ぎると判定結果を得るまでの時間が長くなるからである。日没判定時間Ｔ_ｓｓは可変設定されてもよい。

なお、ステップＳ１０８の日没判定時間Ｔ_ｓｓは、１０分よりも短く設定されてもよく、例えば６０秒～２分の任意の時間に設定されてもよく、２分～１０分未満の任意の時間に設定されてもよい。前述したように、太陽電池パネル２に雲がかかったとしても、直流電流値Ｉ_ｄｃはある程度の大きさとなる。その一方で、日没時には、太陽電池パネル２の出力直流電流は大きく低下し、ほぼゼロとなる。このため直流電流値Ｉ_ｄｃに基づいて日没判定を行う場合には、必ずしも長時間の日没判定時間Ｔ_ｓｓを設定しなくともよい。

また、実施の形態において、制御回路３４は、起動処理（ステップＳ１００）を備える。起動処理は、電力変換回路１２が停止している状態において、直流コンデンサ１４の電圧値が予め定めた起動判定値を上回っているときには電力変換回路１２を起動するものである。

電力変換装置１０を設置した後において、初回起動時または再起動時に起動処理が実行される。再起動は、異常停止後またはメンテナンス停止後に行われる。

実施の形態にかかる起動処理（ステップＳ１０２）では、直流電流ではなく直流電圧に基づく判定が実施される。その理由は、日没判定および日出判定と比較すると、起動処理は異なる事情を持つからである。すなわち、理由の一つは、日中に直流開閉器２６ａ、２６ｂを投入した状態であれば直流コンデンサ１４が充電されて直流電流が流れなくなるので、直流電流値Ｉ_ｄｃに基づく検知ではなく直流コンデンサ１４の直流電圧に基づく判定が有効だからである。また、他の理由として、直流電圧判定であっても誤動作リスクが低いからである。誤動作リスクが低いのは、仮に夜間に各直流開閉器２６ａ、２６ｂを投入した状態であっても、夜間には太陽電池パネル２の電圧が低いので、直流コンデンサ１４の直流電圧が起動判定値を上回らないからである。

なお、もし仮にステップＳ１０２を電流判定に置換する場合には、直流遮断器２６ａ、２６ｂの投入に応答して直流コンデンサ１４に流れ込む直流電流値Ｉ_ｄｃを検出してもよい。この直流電流値Ｉ_ｄｃが予め定めた起動判定電流Ｉ_ｓｔａｔを上回ったことが検出されれば、日の出以後であると判定されてもよい。

（比較例：関連技術）
図３は、実施の形態に係る電力変換装置の効果を説明するために示す比較例（関連技術）の動作を模式的に表すフローチャートである。図３のルーチンでは、図２のルーチンと同様に、ステップＳ１００、Ｓ１０２、Ｓ１０４，Ｓ１０６の順で処理が進む。

図３のルーチンでは、ステップＳ１０６の後に、直流電圧値Ｖ_ｄｃに基づく日没判定が実施される（ステップＳ３０８）。具体的には、「Ｖ_ｄｃ＜９００Ｖ」が成立している時間が６０秒継続した場合には、日没であると判定される。日没判定結果が肯定（ＹＥＳ）である場合、各交流遮断器２８ａ～２８ｃがオフとされる（ステップＳ３１０）。その後、処理はステップＳ１００へと戻り電力変換装置１０が停止される。つまり図３の比較例では夜間ＳＶＣ運転が行われない。

その後、再び起動判定（ステップＳ１０２）が行われる。図３の比較例では、ステップＳ１０２が日出判定としても機能する。日の出が到来すると、処理はステップＳ１０２→Ｓ１０４→Ｓ１０６と進み、発電運転が開始される。

ステップＳ３０８のような直流電圧値Ｖ_ｄｃに基づく日没判定を行う場合には、６０秒程度の日没判定時間は短すぎるという問題がある。日没判定時間が短すぎると、誤判定が起きる可能性が高まる。この点、実施の形態は、直流電流値Ｉ_ｄｃに基づく日没判定（ステップＳ１０８）でありしかも十分な日没判定時間Ｔ_ｓｓが設定されているので、判定精度が高いという利点がある。

（実施の形態の具体的処理の変形例）
図４は、実施の形態の変形例に係る電力変換装置の動作を模式的に表すフローチャートである。実施の形態の変形例として、制御回路３４は、直流電流値Ｉ_ｄｃの絶対値｜Ｉ_ｄｃ｜を予め定めた判定値と比較した結果に基づいて、モード切替を実施してもよい。つまり、図２のステップＳ１０８、Ｓ１１２が、直流電流絶対値｜Ｉ_ｄｃ｜についての比較判定を行うステップＳ２０８、Ｓ２１２にそれぞれ変形されてもよい。

整流素子が設けられていないか、或いは整流素子の整流機能に何らかの機能低下が生じている場合には、昼間に直流地絡が発生したときに逆電流が流れる可能性がある。直流電流検出器２０は、逆電流の値をマイナス値として検知する。この点、図４の変形例では、直流電流絶対値｜Ｉ_ｄｃ｜を用いることで直流地絡発生時などの大きな逆電流を除外できるので、日没を精度良く検知することができる。

なお、実施の形態の他の変形例として、上記ステップＳ１０８およびステップＳ１１２のうちいずれか一方が、直流電流値Ｉ_ｄｓではなく、直流電圧値Ｖ_ｄｃと各種判定値との比較に基づく電圧検知に変形されてもよい。各種判定値は、予め定めた日没判定電圧値Ｖ_ｓｓまたは予め定めた日出判定電圧値Ｖ_ｓｒとのいずれかであってもよい。この場合、整流素子３０が設けられていることで逆流電流が抑制されることから、日没判定時間Ｔ_ｓｓを長くして判定精度を高めてもよい。日没判定時間Ｔ_ｓｓは、例えば２分以上でもよく、２分～１０分の範囲内から定めた任意の時間でもよい。

なお、上記ステップＳ１０８およびステップＳ１１２の両方が直流電圧値Ｖ_ｄｃに基づく電圧検知に置換された「他の電力変換装置」が提供されてもよい。この場合、整流素子３０が設けられていることで逆流電流が抑制されることから、日没判定時間Ｔ_ｓｓを長くしてもよい。日没判定時間Ｔ_ｓｓは、例えば２分以上の任意の時間でもよく、例えば２分～１０分の範囲内から定めた任意の時間でもよい。

２太陽電池パネル、２ａ出力端子、２ｂ出力端子、４電力系統、６変圧器、１０電力変換装置、１２電力変換回路、１２ａスイッチング素子、１２ｂ、３０整流素子、１４直流コンデンサ、１６フィルタ回路、１６ａインダクタ、１６ｂコンデンサ、１８直流電圧検出器、２０直流電流検出器、２２ａ～２２ｃ交流電圧検出器、２４ａ～２４ｃ交流電流検出器、２６ａ、２６ｂ直流開閉器（直流遮断器）、２８ａ～２８ｃ交流開閉器（交流遮断器）、３４制御回路、Ｉ_ｄｃ直流電流値、Ｖ_ｄｃ直流電圧値

Claims

太陽電池パネルに接続される直流端子と交流電力系統に接続される交流端子とを備え、前記太陽電池パネルで発電した直流電力を交流電力に変換し、前記交流電力を前記交流電力系統に供給する電力変換回路と、
前記太陽電池パネルと前記電力変換回路との間を流れる直流電流を検知する電流検知手段と、
前記太陽電池パネルが発電した前記直流電力の有効電力を前記交流電力系統に出力するように前記電力変換回路を制御する発電モードと、無効電力を前記交流電力系統へ出力させるように前記電力変換回路を制御する無効電力補償モードと、を備え、前記電流検知手段で検出した前記直流電流の大きさに基づいて前記発電モードと前記無効電力補償モードとの間のモード切替を実施する制御回路と、
を備える電力変換装置。
前記モード切替は、前記発電モードから前記無効電力補償モードへの切り替えである日没モード切替を含み、
前記制御回路は、前記直流電流の大きさが予め定めた日没判定電流値を下回っている時間の長さに基づいて、前記日没モード切替を実施する請求項１に記載の電力変換装置。
前記太陽電池パネルと前記電力変換装置との間に設けられ、前記太陽電池パネルの側への電力の逆流を抑制する整流素子をさらに備え、
前記電流検知手段は、前記太陽電池パネルから前記電力変換回路へ流れ込む電流をプラス電流として検知し、
前記制御回路は、前記直流電流の値が前記日没判定電流値を下回っている前記時間の長さが予め定めた日没判定時間に達した場合に前記日没モード切替を実施し、
前記日没判定時間は、２分以上の予め定めた時間である請求項２に記載の電力変換装置。
前記制御回路は、前記直流電流の大きさの絶対値を予め定めた判定値と比較した結果に基づいて前記モード切替を実施する請求項１に記載の電力変換装置。
前記モード切替は、前記無効電力補償モードから前記発電モードへの切り替えである日出モード切替を含み、
前記制御回路は、前記直流電流の値が予め定めた日出判定電流値を上回っている時間の長さに基づいて、前記日出モード切替を実施する請求項１に記載の電力変換装置。
前記電力変換回路の前記直流端子に入力される直流電圧が印加される直流コンデンサをさらに備え、
前記制御回路は、前記電力変換回路が停止している状態において、前記直流コンデンサの電圧値が予め定めた起動判定値を上回っている時間の長さに基づいて前記電力変換回路の駆動を開始する請求項１に記載の電力変換装置。