JP7491270B2

JP7491270B2 - パワーコンディショナ

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Publication number: JP7491270B2
Application number: JP2021101062A
Authority: JP
Inventors: 寛幸安井
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2021-06-17
Filing date: 2021-06-17
Publication date: 2024-05-28
Anticipated expiration: 2041-06-17
Also published as: JP2023000317A

Description

本開示は、パワーコンディショナに関するものである。

従来、電力供給システムは、太陽電池で発電される電力、または蓄電池から放電される電力を交流電力に変換して出力する電力変換装置などのパワーコンディショナを備える。たとえば、特許文献１には、直流バスに双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを通して蓄電池が接続され、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータによって蓄電池に対して充電と放電とを制御し、蓄電池から放電される電力を交流電力に変換して出力する電力変換装置が開示されている。

特開２０１４－６４３７４号公報

ところで、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを省略し、直流バスに蓄電池を直接接続する構成が考えられる。この場合、意図しない電流が流れることがある。

本開示の一態様であるパワーコンディショナは、自然エネルギーを利用する電源に接続され、第１スイッチング素子とインダクタとを有し、前記第１スイッチング素子のオンオフ動作によって前記電源から供給される第１電圧を昇圧する昇圧コンバータと、前記昇圧コンバータによって昇圧された直流電圧が出力されるバスラインと、前記バスラインに接続される蓄電池と、前記バスラインの直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、前記電源と前記昇圧コンバータとの間に接続され、前記第１電圧を検出する第１電圧センサと、前記電源と前記昇圧コンバータとの間に流れる第１電流を検出する第１電流センサと、前記蓄電池の第２電圧を検出する第２電圧センサと、制御回路と、を備え、前記制御回路は、前記第１電圧と前記第１電流とから第１電力量を算出し、前記第１スイッチング素子をオンオフ動作して前記第１電圧が前記第２電圧以下となる範囲で前記第１電圧を変化させ、前記第１電圧を前記第１電力量が最も大きくなる電圧となるよう制御する。

本開示の一態様であるパワーコンディショナは、自然エネルギーを利用する電源に接続され、第１スイッチング素子とインダクタとを有し、前記第１スイッチング素子のオンオフ動作によって前記電源から供給される第１電圧を昇圧する昇圧コンバータと、前記昇圧コンバータによって昇圧された直流電圧が出力されるバスラインと、前記バスラインに接続された第１開閉器と、前記第１開閉器を通して前記バスラインに接続される蓄電池と、前記バスラインの直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、前記電源と前記昇圧コンバータとの間に接続され、前記第１電圧を検出する第１電圧センサと、前記電源と前記昇圧コンバータとの間に流れる第１電流を検出する第１電流センサと、前記蓄電池の第２電圧を検出する第２電圧センサと、制御回路と、を備え、前記制御回路は、前記第１電圧と前記第１電流とから第１電力量を算出し、前記第１スイッチング素子をオンオフ動作して前記第１電圧が前記第２電圧以下となる範囲で前記第１電圧を変化させ、前記第１電圧を前記第１電力量が最も大きくなる電圧となるよう制御し、前記第２電圧よりも前記第１電圧が大きくなるとき前記第１開閉器を閉状態とする。

本開示の一態様によれば、意図しない電流が流れることを抑制可能としたパワーコンディショナを提供することができる。

図１は、パワーコンディショナを示すブロック図である。図２は、パワーコンディショナの回路図である。図３は、太陽電池の電流－電圧（Ｉ－Ｖ）特性図である。図４は、太陽電池の電力－電圧（Ｐ－Ｖ）特性図である。図５は、第１実施形態の制御を示す電力－電圧（Ｐ－Ｖ）特性図である。図６は、第２実施形態の制御を示す電力－電圧（Ｐ－Ｖ）特性図である。図７は、第３実施形態の制御を示す電力－電圧（Ｐ－Ｖ）特性図である。

（第１実施形態）
以下、第１実施形態を説明する。
図１に示すように、電力供給システム１０は、パワーコンディショナ１１、太陽電池１２を備える。太陽電池１２は、自然エネルギーを利用する電源の一例である。電力供給システム１０は、たとえば、一般家屋に設置される。なお、電力供給システム１０は、集合住宅、商業施設、工場、等に設置されてもよい。

パワーコンディショナ１１は、電力線１１０により商用電力系統１００に接続される。電力線１１０は、分電盤、電力量計、屋内に敷設された電力線、屋内に配設されたコンセント（アウトレット）などの図示しない電気設備を含む。また、電力線１１０は、パワーコンディショナ１１内の接続部材を含む。接続部材は、パワーコンディショナ１１の内部配線、接続端子（端子板）、等を含む。電力線１１０には、負荷１２０が接続される。負荷１２０は、電力線１１０により供給される交流電力により動作する電気機器である。負荷１２０としては、たとえば、照明器具、テレビ、冷蔵庫、洗濯機、空気調和機、電子レンジ、空気清浄機、等が含まれる。

パワーコンディショナ１１は、太陽電池１２にて発電した第１電圧を交流電圧に変換して電力線１１０に出力する。この電力線１１０には、商用電力系統１００から商用交流電力が供給される。つまり、パワーコンディショナ１１は、商用電力系統１００に接続される電力線１１０に向けて、交流電力を出力する。

太陽電池１２は、自然エネルギーとして太陽光を利用して発電を行う電源である。太陽電池１２は、光電変換を行う複数のセルを直列に接続して構成された太陽電池ストリング、並列に接続された複数のストリングにより構成される太陽電池アレイ、等を含む。

パワーコンディショナ１１は、蓄電池（バッテリ）１３を備える。蓄電池１３は、充放電可能とされた電池（二次電池）である。蓄電池１３は、たとえばリチウムイオン電池である。蓄電池１３は、パワーコンディショナ１１に内蔵され、またはパワーコンディショナ１１に接続される。パワーコンディショナ１１は、蓄電池１３から放電される第２電圧を交流電圧に変換して電力線１１０に出力する。また、パワーコンディショナ１１は、太陽電池１２の電圧と、商用電力系統１００の商用交流電圧を変換した直流の電圧との少なくとも一方により蓄電池１３を充電する。

パワーコンディショナ１１は、昇圧コンバータ２１、リレー（バッテリリレー）２２、インバータ２３、フィルタ２４、リレー２５、制御回路２６、電源回路２７，２８を有している。また、パワーコンディショナ１１は、複数のセンサ３１～３６を有している。リレー２２は第１開閉器の一例、リレー２５は第２開閉器の一例である。

太陽電池１２は、昇圧コンバータ２１に接続される。昇圧コンバータ２１は、バスライン４０を通してインバータ２３に接続されている。インバータ２３は、フィルタ２４とリレー２５とを通して電力線１１０に接続される。

蓄電池１３は、バスライン４０に対して接続されている。ここでいる接続とは、蓄電池１３とバスライン４０との間において、電圧変化が実質的にゼロ（０）となる接続を意図している。つまり、本実施形態のように、蓄電池１３がリレー２２を通してバスライン４０に接続される場合と、蓄電池１３がバスライン４０に直接接続される場合と、を含む。

制御回路２６は、昇圧コンバータ２１、インバータ２３、リレー２２，２５を制御する。リレー２２，２５は、たとえば半導体スイッチであり、制御回路２６からの制御信号に応答してオンオフする。リレー２２は、第１開閉器（スイッチ）の一例である。リレー２５は、第２開閉器（スイッチ）の一例である。

昇圧コンバータ２１は、太陽電池１２から供給される電圧を所定の電圧に昇圧してバスライン４０に出力する機能を有している。
蓄電池１３の電圧は、オン状態のリレー２２を通してバスライン４０に放電される。また、バスライン４０の電圧により、オン状態のリレー２２を通して蓄電池１３に充電のための電流が供給される。

インバータ２３は、直流交流変換回路である。インバータ２３は、制御回路２６からの制御信号により動作する。インバータ２３は、バスライン４０の直流電圧を交流電圧に変換して出力する。また、インバータ２３は、商用電力系統１００から供給される交流電圧を直流電圧に変換してバスライン４０に出力する。

フィルタ２４は、インバータ２３から出力される交流電力の高周波成分を低減する。このフィルタ２４は、パワーコンディショナ１１は、インバータ２３の出力電圧および出力電流を正弦波に近づける。

電源回路２７は、ダイオードＤ１１を通してバスライン４０に接続されている。ダイオードＤ１１は、バスライン４０から電源回路２７に向けて順方向に接続されている。つまり、ダイオードＤ１１のアノード端子は、バスライン４０に接続され、ダイオードＤ１１のカソード端子は電源回路２７に接続されている。また、電源回路２７は、ダイオードＤ１２を通して電源回路２８に接続されている。ダイオードＤ１２は、電源回路２８から電源回路２７に向けて順方向に接続されている。つまり、ダイオードＤ１２のアノード端子は電源回路２８に接続され、ダイオードＤ１２のカソード端子は電源回路２７に接続されている。両ダイオードＤ１１，Ｄ１２は、それぞれのカソード端子が互いに接続されている。

電源回路２８は、電力線１１０に接続されている。たとえば、電源回路２８は、パワーコンディショナ１１の内部の接続部材に接続されている。電源回路２８は、たとえば整流回路を含み、電力線１１０の交流電圧から直流電圧を生成する。なお、電源回路２８は、平滑回路を含んでいてもよい。２８にて生成された直流電圧は、ダイオードＤ１２を通して電源回路２７に供給される。電源回路２７は、バスライン４０の電圧、または電源回路２８にて生成された直流電圧、つまり商用交流電圧により、制御回路２６の制御電源（動作電源）を生成する。制御回路２６は、その制御電源により動作する。

図２は、パワーコンディショナ１１の構成の一例を示す回路図である。
昇圧コンバータ２１は、スイッチング素子２１ａ、インダクタ２１ｂ、ダイオード２１ｃを有している。スイッチング素子２１ａは、たとえばパワーＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）である。スイッチング素子２１ａは、第１スイッチング素子の一例である。

インダクタ２１ｂの第１端子は太陽電池１２のプラス側端子に接続されている。インダクタ２１ｂの第２端子は、スイッチング素子２１ａの第１端子（たとえばドレイン端子）とダイオード２１ｃのアノード端子に接続されている。スイッチング素子２１ａの第２端子（たとえばソース端子）は太陽電池１２のマイナス側端子に接続されている。バスライン４０は、高圧側バスライン４０ａと低圧側バスライン４０ｂとを含む。ダイオード２１ｃのカソード端子は高圧側バスライン４０ａに接続されている。スイッチング素子２１ａの第２端子は低圧側バスライン４０ｂに接続されている。スイッチング素子２１ａの制御端子（たとえばゲート端子）には、制御回路２６から制御信号が供給される。

制御回路２６は、スイッチング素子２１ａをオンオフ動作する。詳しくは、制御回路２６は、スイッチング素子２１ａをオンオフ動作する制御信号をスイッチング素子２１ａに供給する。また、制御回路２６は、スイッチング素子２１ａに供給する制御信号のパルス幅を、たとえばパルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）方式により調整する。制御信号の周波数は、数十ｋＨｚ程度（たとえば２０ｋＨｚ）に設定される。昇圧コンバータ２１は、スイッチング素子２１ａのオンオフ動作によって入力電圧、つまり太陽電池１２からの電圧を所定の電圧に昇圧する。

センサ３１は、電流センサ３１ａと電圧センサ３１ｂとを含む。電流センサ３１ａは、太陽電池１２と昇圧コンバータ２１との間、詳しくは太陽電池１２のプラス側端子とインダクタ２１ｂとの間に接続されている。電流センサ３１ａは、太陽電池１２から流れる電流、つまり第１電流Ｉｐｖを検出する。制御回路２６は、電流センサ３１ａにより太陽電池１２の第１電流Ｉｐｖを取得できる。太陽電池１２から流れる第１電流Ｉｐｖは、昇圧コンバータ２１に入力される。したがって、第１電流Ｉｐｖは、昇圧コンバータ２１の入力電流ともいえる。電流センサ３１ａは、第１電流センサの一例である。電圧センサ３１ｂは、第１電圧センサの一例である。

電圧センサ３１ｂは、太陽電池１２の端子間に接続されている。電圧センサ３１ｂは、太陽電池１２の端子間電圧、つまり第１電圧Ｖｐｖを検出する。制御回路２６は、電圧センサ３１ｂにより太陽電池１２の第１電圧Ｖｐｖを取得できる。そして、制御回路２６は、第１電圧Ｖｐｖと第１電流Ｉｐｖとにより、太陽電池１２の第１電力量Ｐｐｖを算出する。

センサ３２は、電流センサ３２ａと電圧センサ３２ｂとを含む。電流センサ３２ａは、蓄電池１３とリレー２２との間、詳しくは蓄電池１３のプラス側端子とリレー２２との間に接続されている。電流センサ３２ａは、蓄電池１３のプラス側端子とリレー２２との間に流れる電流Ｉｂａｔｔを検出する。電流Ｉｂａｔｔは、蓄電池１３から流れる電流と蓄電池１３に向かう電流と、を含み、これらは符号が異なる。たとえば、蓄電池１３から流れる電流をプラスとし、蓄電池１３に流れる電流をマイナスとする。したがって、制御回路２６は、蓄電池１３から放電される電流と、蓄電池１３を充電する電流とを取得できる。

電圧センサ３２ｂは、蓄電池１３の端子間に接続されている。電圧センサ３２ｂは、蓄電池１３の端子間電圧、つまり蓄電池１３の第２電圧Ｖｂａｔｔを検出する。制御回路２６は、電圧センサ３２ｂにより蓄電池１３の第２電圧Ｖｂａｔｔを取得できる。電圧センサ３２ｂは、第２電圧センサの一例である。

本実施形態のパワーコンディショナ１１は、リレー２２とバスライン４０との間に接続されたフィルタ２９を備えている。蓄電池１３は、リレー２２とフィルタ２９とを通してバスライン４０に接続されている。蓄電池１３のプラス側端子はリレー２２を通してフィルタ２９に接続されている。蓄電池１３のマイナス側端子はバスライン４０の低圧側バスライン４０ｂに接続されている。

フィルタ２９は、コンデンサ２９ａとインダクタ２９ｂとを有している。コンデンサ２９ａは、たとえばフィルムコンデンサである。コンデンサ２９ａの第１端子はリレー２２に接続され、コンデンサ２９ａの第２端子はバスライン４０の低圧側バスライン４０ｂに接続されている。インダクタ２９ｂの第１端子はリレー２２に接続され、インダクタ２９ｂの第２端子はバスライン４０の高圧側バスライン４０ａに接続されている。なお、インダクタ２９ｂは、コンデンサ２９ａとリレー２２との間に接続されてもよい。

センサ３３は、バスライン４０に接続された電圧センサであり、高圧側バスライン４０ａと低圧側バスライン４０ｂとの間に接続されている。センサ３３は、バスライン４０のバス電圧Ｖｈｖｄｃを検出する。制御回路２６は、センサ３３によりバスライン４０のバス電圧Ｖｈｖｄｃを取得できる。

バスライン４０には、電解コンデンサＣ１１が接続されている。電解コンデンサＣ１１のプラス側端子は、高圧側バスライン４０ａに接続され、電解コンデンサＣ１１のマイナス側端子は低圧側バスライン４０ｂに接続されている。電解コンデンサＣ１１は、バスライン４０の電圧を平滑化する。なお、電解コンデンサＣ１１は、省略されてもよい。

インバータ２３は、スイッチング素子２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄを有している。スイッチング素子２３ａ～２３ｄは、たとえばｎチャネルＭＯＳＦＥＴである。スイッチング素子２３ａ，２３ｃの第１端子（たとえばドレイン端子）は高圧側バスライン４０ａに接続されている。スイッチング素子２３ａ，２３ｃの第２端子（たとえばソース端子）は、スイッチング素子２３ｂ，２３ｄの第１端子（たとえばドレイン端子）にそれぞれ接続されている。スイッチング素子２３ｂ，２３ｄの第２端子（たとえばソース端子）は低圧側バスライン４０ｂに接続されている。スイッチング素子２３ａ～２３ｄは、第２スイッチング素子の一例である。

つまり、インバータ２３は、バスライン４０ａ，４０ｂの間に直列に接続されたスイッチング素子２３ａ，２３ｂからなる直列回路と、バスライン４０ａ，４０ｂの間に直列に接続されたスイッチング素子２３ｃ，２３ｄからなる直列回路とを含む。スイッチング素子２３ａ，２３ｃは、ハイサイドスイッチング素子の一例であり、スイッチング素子２３ｂ，２３ｄは、ローサイドスイッチング素子の一例である。スイッチング素子２３ａ～２３ｄの制御端子（たとえばゲート端子）には、制御回路２６から制御信号がそれぞれ供給される。スイッチング素子２３ａとスイッチング素子２３ｂとの間の接続点Ｎ１と、スイッチング素子２３ｃとスイッチング素子２３ｄとの間の接続点Ｎ２は、フィルタ２４に接続される。

制御回路２６は、インバータ２３のスイッチング素子２３ａ～２３ｄをそれぞれオンオフ動作する。制御回路２６は、スイッチング素子２３ａ～２３ｄをそれぞれオンオフ動作する制御信号を各スイッチング素子２３ａ～２３ｄに供給する。制御回路２６は、所定の周波数の制御信号を生成する。所定の周波数は、パワーコンディショナ１１が連系する商用電力系統１００の交流電圧の周波数（商用周波数：たとえば６０Ｈｚ）よりも高い周波数に設定される。制御回路２６は、電力線１１０に出力する交流電圧を正弦波に近づけるように、制御信号のパルス幅を、たとえばパルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）方式により調整する。所定の周波数は、数十ｋＨｚ程度（たとえば２０ｋＨｚ）に設定される。インバータ２３は、スイッチング素子２３ａ～２３ｄのオンオフ動作によって、バスライン４０の直流電圧を交流電圧に変換する。

フィルタ２４は、インダクタ２４ａ，２４ｂ，２４ｃと、コンデンサ２４ｄとを有している。
インダクタ２４ａの第１端子はインバータ２３の接続点Ｎ１に接続され、インダクタ２４ｂの第１端子はインバータ２３の接続点Ｎ２に接続されている。インダクタ２４ａの第２端子はコンデンサ２４ｄの第１端子とインダクタ２４ｃの第２端子とに接続されている。インダクタ２４ｂの第２端子は、コンデンサ２４ｄの第２端子とリレー２５とに接続されている。インダクタ２４ｃの第２端子はリレー２５に接続されている。

リレー２５は、第１リレー２５ａと第２リレー２５ｂとを有している。第１リレー２５ａと第２リレー２５ｂは、フィルタ２４と電力線１１０との間に接続されている。リレー２５は、フィルタ２４と電力線１１０との間を開閉する。フィルタ２４はインバータ２３に接続されている。電力線１１０は商用電力系統１００に接続されている。したがって、リレー２５は、インバータ２３と商用電力系統１００との間に接続されているといえる。そして、リレー２５（第１リレー２５ａ、第２リレー２５ｂ）は、インバータ２３と商用電力系統１００とを接離するといえる。

センサ３４は、電流センサである。このセンサ３４は、フィルタ２４とリレー２５との間、詳しくはフィルタ２４のインダクタ２４ｃとリレー２５の第１リレー２５ａとの間に接続されている。センサ３４は、インバータ２３から出力される電流を検出する。制御回路２６は、センサ３４により、インバータ２３の出力電流を取得できる。

商用電力系統１００は、たとえば単相３線式の電力線であり、Ｕ相電力線１１０ｕ、Ｏ相電力線１１０ｏ、Ｗ相電力線１１０ｗとを含む。第１リレー２５ａは、Ｕ相電力線１１０ｕに接続され、第２リレー２５ｂはＷ相電力線１１０ｗに接続されている。本実施形態のパワーコンディショナ１１は、実効値２００Ｖの交流電圧をＵ相電力線１１０ｕとＷ相電力線１１０ｗとに出力する。Ｏ相電力線１１０ｏは接地されている。

Ｕ相電力線１１０ｕとＯ相電力線１１０ｏとの間には負荷１２０ａが接続される。Ｗ相電力線１１０ｗとＯ相電力線１１０ｏとの間には負荷１２０ｂが接続される。負荷１２０ａ，１２０ｂは、１００Ｖ系の負荷である。なお、Ｕ相電力線１１０ｕとＷ相電力線１１０ｗとの間に、２００Ｖ系の負荷が接続されてもよい。

センサ３５は、電圧センサ３５ａ，３５ｂを含む。電圧センサ３５ａは、Ｕ相電力線１１０ｕとＯ相電力線１１０ｏとの間に接続されている。電圧センサ３５ｂは、Ｗ相電力線１１０ｗとＯ相電力線１１０ｏとの間に接続されている。電圧センサ３５ａ，３５ｂは、電力線１１０により供給される商用電力系統１００から供給される商用交流電圧（系統電圧）を検出する。制御回路２６は、センサ３５（電圧センサ３５ａ，３５ｂ）により商用交流電圧を取得できる。なお、センサ３５の電圧センサ３５ａ，３５ｂは、いずれか一方が省略されてもよい。センサ３５（電圧センサ３５ａ，３５ｂ）は、第３電圧センサの一例である。

図１に示すように、電力線１１０には、センサ３６が接続されている。センサ３６は、電流センサである。このセンサ３６は、商用電力系統１００から供給される電流（系統電流）を検出する。制御回路２６は、センサ３６により、系統電流を取得できる。

制御回路２６は、たとえば、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）２６ａ、メモリ２６ｂを有する。ＭＣＵ２６ａは、各センサ３１～３６による検出値（測定値）や各種の信号を入力する入力回路、各制御信号を出力する出力回路、動作クロック信号を生成する回路、リセット回路、銅を含む。制御回路２６は、ＭＣＵ２６ａがメモリ２６ｂに記憶されたプログラムを実行することにより、パワーコンディショナ１１の各部を制御する。

（作用）
次に、本実施形態のパワーコンディショナ１１の作用を説明する。
図３、図４を参照して、太陽電池１２に対する昇圧コンバータ２１の制御について説明する。

制御回路２６は、センサ３１の電流センサ３１ａおよび電圧センサ３１ｂと、センサ３３（電圧センサ）との検出結果により、昇圧コンバータ２１を制御する。昇圧コンバータ２１において、入力電圧つまり第１電圧Ｖｐｖと、出力電圧つまりバス電圧Ｖｈｖｄｃとの比（昇圧比）は、スイッチング素子２１ａのオン期間とオフ期間、つまりスイッチング素子２１ａをオンオフ動作する制御信号のデューティ比により変更できる。制御回路２６は、昇圧比、つまりスイッチング素子２１ａに供給する制御信号のデューティ比を、たとえば例えばパルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）制御により調整する。そして、制御回路２６は、第１電圧Ｖｐｖと第１電流Ｉｐｖとに基づいて、太陽電池１２の第１電力量Ｐｐｖを最大とするように最大電力点追従（ＭＰＰＴ：Maximum Power Point Tracking）制御を実行する。

図３は、太陽電池１２の出力電流と出力電圧の特性（Ｉ－Ｖ特性）を示す。図４は、太陽電池１２の出力電力と出力電圧の特性（Ｐ－Ｖ特性）を示す。太陽電池１２は、日照によって発電し始める。太陽電池１２は、出力電圧の広い範囲においてほぼ一定の出力電流となる定電流特性を有している。図３において、出力電流が流れない（＝０）のときの電圧は開放電圧Ｖｏｃである。図４において、出力電力が最大となる点を最大電力点Ｐｍａｘとし、その時の出力電圧を最適動作電圧Ｖｏｐとする。

太陽電池１２は、日照強度や表面温度等により出力特性が変化する。つまり、最大電力点Ｐｍａｘ（最適動作電圧Ｖｏｐ）が変化する。このため、制御回路２６は、第１電圧Ｖｐｖを最適動作電圧Ｖｏｐに追従させる、つまり昇圧コンバータ２１のスイッチング素子２１ａをオンオフ動作する制御信号のデューティ比を変化させ、最大電力点Ｐｍａｘを探索する制御を行う。

上記したように、制御回路２６は、太陽電池１２の第１電力量Ｐｐｖを最大とするように最大電力点追従（ＭＰＰＴ）制御を実行する。つまり、制御回路２６は、図４に示す最大電力点Ｐｍａｘとなるように、つまり電圧センサ３１ｂにより検出した第１電圧Ｖｐｖを上記の最適動作電圧Ｖｏｐとするように、スイッチング素子２１ａをオンオフ動作する。これにより、太陽電池１２から効率のよい電力が得られる。

本実施形態のパワーコンディショナ１１は、バスライン４０に対してリレー２２を用いて蓄電池１３が接続されている。図５に示すように、リレー２２をオン状態、つまり蓄電池１３をバスライン４０に接続しているとき、蓄電池１３の第２電圧Ｖｂａｔｔに対して、太陽電池１２の最適動作電圧Ｖｏｐが高くなる場合がある。この場合、太陽電池１２の第１電力量Ｐｐｖが供給されるバスライン４０から蓄電池１３に向けて電流が流れる。たとえば、蓄電池１３が満充電の場合、蓄電池１３に向かう電流は、蓄電池１３にとって意図しない電流となる。そこで、制御回路２６は、蓄電池１３の第２電圧Ｖｂａｔｔに対して、太陽電池１２の動作電圧が超えないように、昇圧コンバータ２１のスイッチング素子２１ａをオンオフ動作する。これにより、制御回路２６は、蓄電池１３に対して流れる意図しない電流を低減する。

詳述すると、制御回路２６は、電圧センサ３１ｂにより、太陽電池１２の第１電圧Ｖｐｖを検出する。また、制御回路２６は、電圧センサ３２ｂにより、蓄電池１３の第２電圧Ｖｂａｔｔを検出する。制御回路２６は、第１電圧Ｖｐｖと第２電圧Ｖｂａｔｔとを大小比較する。そして、制御回路２６は、第１電圧Ｖｐｖを第２電圧Ｖｂａｔｔ以下とするように、昇圧コンバータ２１のスイッチング素子２１ａをオンオフ動作する。このとき、制御回路２６は、第１電圧Ｖｐｖが第２電圧Ｖｂａｔｔ以下となる範囲において、太陽電池１２の第１電力量Ｐｐｖを最大とするようにスイッチング素子２１ａをオンオフ動作する。これにより、太陽電池１２により発電量を大きくしながら、意図しない電流が蓄電池１３に向けて流れることを抑制できる。

なお、インバータ２３から電力線１１０に向けて出力される電力量について、制限されることがある。インバータ２３の出力電力は、交流電圧を出力する電力線１１０に対して供給する電力量であり、第２電力量に相当する。出力電力の制限は、たとえば、商用電力系統１００からの出力抑制、系統電圧の上昇、による。出力電力が制限される値を制限電力量Ｐｌｉｍとする。出力電力が制限される値は、商用電力系統１００から、たとえば図示しないコントローラを通して指示される。制御回路２６は、電流センサ３１ａにより検出された第１電流Ｉｐｖと、電圧センサ３１ｂにより検出された第１電圧Ｖｐｖとにより、太陽電池１２の第１電力量Ｐｐｖを算出する。そして、制御回路２６は、第１電力量Ｐｐｖを制限電力量Ｐｌｉｍ以下とするように、昇圧コンバータ２１のスイッチング素子２１ａをオンオフ動作する。

なお、太陽電池１２の最大電力点Ｐｍａｘが制限電力量Ｐｌｉｍよりも低い場合がある。たとえば、上述したように、太陽電池１２の発電電力は、日照強度等の状態により変化する。この場合、制御回路２６は、太陽電池１２の最大電力点Ｐｍａｘが制限電力量Ｐｌｉｍ以下の場合、たとえば上記のＭＰＰＴ制御によって太陽電池１２の第１電力量Ｐｐｖを最大電力点Ｐｍａｘとするように、昇圧コンバータ２１を制御する。

図６に示すように、太陽電池１２の最大電力点Ｐｍａｘが制限電力量Ｐｌｉｍより大きい場合、制限電力量Ｐｌｉｍ以下となる第１電力量Ｐｐｖについて、第１電力量Ｐｐｖが最大となる２つの動作点Ｐ１，Ｐ２が存在する。この場合、最大電力点Ｐｍａｘを挟んで、第１電圧Ｖｐｖが低い側の動作点Ｐ１と、第１電圧Ｖｐｖが高い側の動作点Ｐ２ととなる。一般に、第１電力量Ｐｐｖを制限する場合、第１電流Ｉｐｖを小さくする方向に昇圧コンバータ２１を制御する。つまり、動作点Ｐ２にて動作させることが多い。しかしながら、本実施形態のパワーコンディショナ１１では、蓄電池１３がバスライン４０に対して直接的に接続されている。図６に示す例では、２つの動作点Ｐ１，Ｐ２は、蓄電池１３の第２電圧Ｖｂａｔｔを挟むように設定されている。したがって、制御回路２６は、動作点Ｐ１，Ｐ２の電圧と蓄電池１３の第２電圧Ｖｂａｔｔとを比較し、第２電圧Ｖｂａｔｔ以下となる電圧の動作点Ｐ１を選択する。そして、制御回路２６は、太陽電池１２の第１電力量Ｐｐｖを動作点Ｐ１とするように、昇圧コンバータ２１のスイッチング素子２１ａをオンオフ動作する。これにより、インバータ２３の出力電力が制限された場合であっても、太陽電池１２を効率よく発電しながら、蓄電池１３に対して意図しない電流が流れることを抑制できる。

なお、図６では、動作点Ｐ１，Ｐ２の間に蓄電池１３の第２電圧Ｖｂａｔｔがある場合について説明した。これに対し、動作点Ｐ２の電圧よりも第２電圧Ｖｂａｔｔが高い場合がある。この場合、制御回路２６は、第２電圧Ｖｂａｔｔよりも電圧が低い動作点Ｐ１，Ｐ２のうちの電圧が高い動作点Ｐ２を選択する。そして、制御回路２６は、太陽電池１２の第１電力量Ｐｐｖを動作点Ｐ２とするように、昇圧コンバータ２１のスイッチング素子２１ａをオンオフ動作する。これにより、インバータ２３の出力電力が制限された場合であっても、太陽電池１２を効率よく発電しながら、蓄電池１３に対して意図しない電流が流れることを抑制できる。

インバータ２３の出力電力について、パワーコンディショナ１１の構成により制限される場合がある。たとえば、パワーコンディショナ１１が出力可能な電力量よりも、発電可能電力が大きな太陽電池１２が接続されることがある。パワーコンディショナ１１の出力可能な電力量は、昇圧コンバータ２１やインバータ２３等の回路の最大定格電力により決定され、たとえば４ｋＷに設定される。パワーコンディショナ１１の出力可能な電力量は、第１電力値としてたとえばメモリ２６ｂに記憶される。なお、第１電力値は、パワーコンディショナ１１が接続された図示しないコントローラのメモリに記憶され、パワーコンディショナ１１に対して指示されてもよい。

制御回路２６は、第１電力値を図６に示す制限電力量Ｐｌｉｍとして、上記と同様に、太陽電池１２の第１電力量Ｐｐｖを動作点Ｐ１とするように、昇圧コンバータ２１のスイッチング素子２１ａをオンオフ動作する。これにより、インバータ２３の出力電力が制限された場合であっても、太陽電池１２を効率よく発電しながら、蓄電池１３に対して意図しない電流が流れることを抑制できる。

なお、図６では、動作点Ｐ１，Ｐ２の間に蓄電池１３の第２電圧Ｖｂａｔｔがある場合について説明した。これに対し、図７に示すように、制限電力量Ｐｌｉｍによる２つの動作点Ｐ１，Ｐ２の電圧よりも蓄電池１３の第２電圧Ｖｂａｔｔが低い場合がある。制御回路２６は、制限電力量Ｐｌｉｍによる動作点Ｐ１，Ｐ２の電圧と、蓄電池１３の第２電圧Ｖｂａｔｔとを比較する。蓄電池１３の第２電圧Ｖｂａｔｔよいも低い電圧の動作点が存在しないため、制御回路２６は、電圧の制限範囲（上限値）を蓄電池１３の第２電圧Ｖｂａｔｔとする。そして、制御回路２６は、太陽電池１２の第１電圧Ｖｐｖを蓄電池１３の第２電圧Ｖｂａｔｔ以下とするように、昇圧コンバータ２１のスイッチング素子２１ａをオンオフ動作する。これにより、インバータ２３の出力電力が制限された場合であっても、太陽電池１２を効率よく発電しながら、蓄電池１３に対して意図しない電流が流れることを抑制できる。

（第１実施形態の効果）
以上記述したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１－１）パワーコンディショナ１１は、バスライン４０に対してリレー２２を用いて蓄電池１３が接続されている。制御回路２６は、第１電圧Ｖｐｖと第１電流Ｉｐｖとから第１電力量Ｐｐｖを算出する。そして、制御回路２６は、スイッチング素子２１ａをオンオフ動作して、第１電圧Ｖｐｖが第２電圧Ｖｂａｔｔ以下となる範囲で第１電圧Ｖｐｖを変化させ、第１電圧Ｖｐｖを第１電力量Ｐｐｖが最も大きくなる電圧となるよう制御する。これにより、制御回路２６は、蓄電池１３に対して流れる意図しない電流を低減する。

（１－２）太陽電池１２の最大電力点Ｐｍａｘが制限電力量Ｐｌｉｍより大きい場合、制限電力量Ｐｌｉｍ以下となる第１電力量Ｐｐｖについて、第１電力量Ｐｐｖが最大となる２つの動作点Ｐ１，Ｐ２が存在する。制御回路２６は、動作点Ｐ１，Ｐ２の電圧と蓄電池１３の第２電圧Ｖｂａｔｔとを比較し、第２電圧Ｖｂａｔｔ以下となる電圧の動作点Ｐ１を選択する。そして、制御回路２６は、太陽電池１２の第１電力量Ｐｐｖを動作点Ｐ１とするように、昇圧コンバータ２１のスイッチング素子２１ａをオンオフ動作する。これにより、インバータ２３の出力電力が制限された場合であっても、太陽電池１２を効率よく発電しながら、蓄電池１３に対して意図しない電流が流れることを抑制できる。

（１－３）制御回路２６は、メモリ２６ｂに記憶された第１電力値を制限電力量Ｐｌｉｍとして、上記と同様に、太陽電池１２の第１電力量Ｐｐｖを動作点Ｐ１とするように、昇圧コンバータ２１のスイッチング素子２１ａをオンオフ動作する。これにより、インバータ２３の出力電力が制限された場合であっても、太陽電池１２を効率よく発電しながら、蓄電池１３に対して意図しない電流が流れることを抑制できる。

（１－４）制御回路２６は、制限電力量Ｐｌｉｍによる動作点Ｐ１，Ｐ２の電圧と、蓄電池１３の第２電圧Ｖｂａｔｔとを比較する。蓄電池１３の第２電圧Ｖｂａｔｔよいも低い電圧の動作点が存在しないため、制御回路２６は、電圧の制限範囲（上限値）を蓄電池１３の第２電圧Ｖｂａｔｔとする。そして、制御回路２６は、太陽電池１２の第１電圧Ｖｐｖを蓄電池１３の第２電圧Ｖｂａｔｔ以下とするように、昇圧コンバータ２１のスイッチング素子２１ａをオンオフ動作する。これにより、インバータ２３の出力電力が制限された場合であっても、太陽電池１２を効率よく発電しながら、蓄電池１３に対して意図しない電流が流れることを抑制できる。

（第２実施形態）
以下、第２実施形態を説明する。
なお、この第２実施形態は、第１実施形態と同じ構成であり、制御回路２６による制御が異なる。このため、第２実施形態の構成を示す図面および説明を省略し、第１実施形態の構成を示す図面を参照して制御回路２６による制御について説明する。

制御回路２６は、電圧センサ３１ｂにより、太陽電池１２の第１電圧Ｖｐｖを検出する。また、制御回路２６は、電圧センサ３２ｂにより、蓄電池１３の第２電圧Ｖｂａｔｔを検出する。制御回路２６は、第１電圧Ｖｐｖと第２電圧Ｖｂａｔｔとを大小比較する。そして、制御回路２６は、第１電圧Ｖｐｖが第２電圧Ｖｂａｔｔよりも大きくなるとき、蓄電池１３とバスライン４０との間のリレー２２を開状態（オフ状態）に制御する。これにより、太陽電池１２により発電量を大きくしながら、意図しない電流が蓄電池１３に向けて流れることを抑制できる。

なお、蓄電池１３の第２電圧Ｖｂａｔｔにより、リレー２２の状態を制御してもよい。たとえば、制御回路２６は、蓄電池１３の第２電圧Ｖｂａｔｔにより、蓄電池１３が満充電か否かを判定する。そして、蓄電池１３が満充電の場合、リレー２２を開状態（オフ状態）とする。これにより、制御回路２６は、第１電圧Ｖｐｖが第２電圧Ｖｂａｔｔより大きい場合であっても、蓄電池１３に向けて電流が流れることを抑制できる。つまり、制御回路２６は、蓄電池１３に対する過充電を抑制できる。

また、制御回路２６は、リレー２２を閉状態（オン状態）としているとき、負荷１２０の消費電力と、太陽電池１２の第１電力量Ｐｐｖとを比較する。そして、負荷１２０の消費電力が太陽電池１２の第１電力量Ｐｐｖを上回るとき、リレー２２を開状態（オフ状態）とする。そして、制御回路２６は、ＭＰＰＴ制御によって太陽電池１２に対して最大電力点Ｐｍａｘとなるように昇圧コンバータ２１のスイッチング素子２１ａをオンオフ動作する。これにより、制御回路２６は、蓄電池１３に対する意図しない電流を抑制するとともに、負荷１２０に対して商用電力系統１００からの交流電圧の供給を抑えることができる。

（第２実施形態の効果）
以上記述したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（２－１）制御回路２６は、電圧センサ３１ｂにより、太陽電池１２の第１電圧Ｖｐｖを検出する。また、制御回路２６は、電圧センサ３２ｂにより、蓄電池１３の第２電圧Ｖｂａｔｔを検出する。制御回路２６は、第１電圧Ｖｐｖと第２電圧Ｖｂａｔｔとを大小比較する。そして、制御回路２６は、第１電圧Ｖｐｖが第２電圧Ｖｂａｔｔよりも大きくなるとき、蓄電池１３とバスライン４０との間のリレー２２を開状態（オフ状態）に制御する。これにより、太陽電池１２により発電量を大きくしながら、意図しない電流が蓄電池１３に向けて流れることを抑制できる。

（２－２）制御回路２６は、蓄電池１３の第２電圧Ｖｂａｔｔにより、蓄電池１３が満充電か否かを判定する。そして、蓄電池１３が満充電の場合、リレー２２を開状態（オフ状態）とする。これにより、制御回路２６は、第１電圧Ｖｐｖが第２電圧Ｖｂａｔｔより大きい場合であっても、蓄電池１３に向けて電流が流れることを抑制できる。つまり、制御回路２６は、蓄電池１３に対する過充電を抑制できる。

（２－３）制御回路２６は、リレー２２を閉状態（オン状態）としているとき、負荷１２０の消費電力と、太陽電池１２の第１電力量Ｐｐｖとを比較する。そして、負荷１２０の消費電力が太陽電池１２の第１電力量Ｐｐｖを上回るとき、リレー２２を開状態（オフ状態）とする。そして、制御回路２６は、ＭＰＰＴ制御によって太陽電池１２に対して最大電力点Ｐｍａｘとなるように昇圧コンバータ２１のスイッチング素子２１ａをオンオフ動作する。これにより、制御回路２６は、蓄電池１３に対する意図しない電流を抑制するとともに、負荷１２０に対して商用電力系統１００からの交流電圧の供給を抑えることができる。

（変更例）
上記実施形態は例えば以下のように変更できる。上記実施形態と以下の各変更例は、技術的な矛盾が生じない限り、互いに組み合せることができる。なお、以下の変更例において、上記実施形態と共通する部分については、上記実施形態と同一の符号を付してその説明を省略する。

・上記第１実施形態において、制御回路２６は、第１電圧Ｖｐｖが第２電圧Ｖｂａｔｔを超えたことを検出したときに、第１電圧Ｖｐｖを第２電圧Ｖｂａｔｔ以下とするようにスイッチング素子２１ａをオンオフ動作するようにしてもよい。

・昇圧コンバータ２１のスイッチング素子２１ａとして、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor）等としてもよい。また、インバータ２３のスイッチング素子２３ａ～２３ｄとして、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor）等としてもよい。

・リレー２２，２５は、機械式リレー等を用いることができる。また、リレー２２，２５は、直列または並列に接続された複数の半導体スイッチや機械式リレーにより構成されてもよい。また、リレー２２，２５は、異なる構成の開閉器（スイッチ）、たとえば半導体スイッチと機械式リレーとを組み合わせた構成であってもよい。

・制御回路２６のメモリ２６ｂは、ＭＣＵ２６ａに接続されてもよく、ＭＣＵ２６ａに内蔵されていてもよい。また、メモリ２６ｂは、制御回路２６に接続されていてもよい。
・上記実施形態及び変更例では、自然エネルギーを利用した電源としての太陽電池１２に接続されたパワーコンディショナ１１について説明した。自然エネルギーを利用した電源としては、太陽光発電装置、太陽熱発電装置、風力発電装置、ガス発電装置、地熱発電装置、等の発電装置、またはこれらを組み合わせて用いることができる。

以上の説明は単に例示である。本開示の技術を説明する目的のために列挙された構成要素および方法（製造プロセス）以外に、より多くの考えられる組み合わせおよび置換が可能であることを当業者は認識し得る。本開示は、特許請求の範囲を含む本開示の範囲内に含まれるすべての代替、変形、および変更を包含することが意図される。

１０電力供給システム
１１パワーコンディショナ
１２太陽電池
１３蓄電池
２１昇圧コンバータ
２１ａスイッチング素子
２１ｂインダクタ
２１ｃダイオード
２２リレー
２３インバータ
２３ａ～２３ｄスイッチング素子
２４フィルタ
２４ａ～２４ｃインダクタ
２４ｄコンデンサ
２５リレー
２５ａ第１リレー
２５ｂ第２リレー
２６制御回路
２６ａＭＣＵ
２６ｂメモリ
２７，２８電源回路
２９フィルタ
２９ａコンデンサ
２９ｂインダクタ
３１～３７センサ
３１ａ電流センサ
３１ｂ電圧センサ
３２ｂ電圧センサ
３５ａ電圧センサ
３５ｂ電圧センサ
４０バスライン
４０ａ高圧側バスライン
４０ｂ低圧側バスライン
１００商用電力系統
１１０電力線
１１０ｏＯ相電力線
１１０ｕＵ相電力線
１１０ｗＷ相電力線
１２０，１２０ａ，１２０ｂ負荷
Ｃ１１電解コンデンサ
Ｄ１１，Ｄ１２ダイオード
Ｉａ電流
Ｉｂａｔｔ電流
Ｉｐｖ第１電流
Ｎ１接続点
Ｎ２接続点
Ｐｐｖ第１電力量
Ｐｍａｘ最大電力点
Ｐ１，Ｐ２動作点
Ｖｂａｔｔ第２電圧
Ｖｈｖｄｃバス電圧
Ｖｐｖ第１電圧
Ｖｏｃ開放電圧
Ｖｏｐ動作電圧

Claims

自然エネルギーを利用する電源に接続され、第１スイッチング素子とインダクタとを有し、前記第１スイッチング素子のオンオフ動作によって前記電源から供給される第１電圧を昇圧する昇圧コンバータと、
前記昇圧コンバータによって昇圧された直流電圧が出力されるバスラインと、
前記バスラインに接続された第１開閉器と、
前記第１開閉器を通して前記バスラインに接続される蓄電池と、
前記バスラインの直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、
前記電源と前記昇圧コンバータとの間に接続され、前記第１電圧を検出する第１電圧センサと、
前記電源と前記昇圧コンバータとの間に流れる第１電流を検出する第１電流センサと、
前記蓄電池の第２電圧を検出する第２電圧センサと、
制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、前記第１電圧と前記第１電流とから第１電力量を算出し、前記第１スイッチング素子をオンオフ動作して前記第１電圧が前記第２電圧以下となる範囲で前記第１電圧を変化させ、前記第１電圧を前記第１電力量が最も大きくなる電圧となるよう制御し、前記第２電圧よりも前記第１電圧が大きくなるとき前記第１開閉器を閉状態とする、
パワーコンディショナ。
前記インバータは、電力線を通して商用電力系統に接続され、
前記制御回路は、前記インバータにて変換した前記交流電圧を前記商用電力系統に対して供給可能であるときに前記第１開閉器を開状態にする、
請求項１に記載のパワーコンディショナ。
前記制御回路は、前記蓄電池が満充電であるときに前記第１開閉器を開状態にする、
請求項１に記載のパワーコンディショナ。
前記インバータは、電力線を通して負荷が接続され、
前記制御回路は、前記負荷における消費電力が前記第１電力量よりも大きいときに前記第１開閉器を開状態にする、
請求項１に記載のパワーコンディショナ。
第１電力値が記憶されたメモリを有し、
前記制御回路は、前記第１電力量が前記第１電力値を超えた場合に、前記第１電力量が前記第１電力値以下となるように前記第１スイッチング素子をオンオフ動作する、
請求項１～４のいずれか一項に記載のパワーコンディショナ。
前記制御回路は、前記交流電圧を出力する電力線に対して供給する第２電力量を検出し、
前記電力線に対して出力が制限され電力の制限電力量を前記第２電力量が超える場合に、前記第２電力量が前記制限電力量以下となるように前記第１スイッチング素子をオンオフ動作する、
請求項１～５のいずれか一項に記載のパワーコンディショナ。