JP2014050156A

JP2014050156A - パワーコンディショナ及びその制御方法

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Publication number: JP2014050156A
Application number: JP2012189194A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Nakamura; 浩明中村
Original assignee: Kyocera Corp
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Priority date: 2012-08-29
Filing date: 2012-08-29
Publication date: 2014-03-17
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Also published as: JP2016041010A; JP5856028B2; JP6063031B2

Abstract

【課題】商用電力系統の瞬時電圧低下時にも運転を安定して継続させ、かつ商用電力系統の回復時には速やかに瞬時電圧低下前の出力に戻す。
【解決手段】パワーコンディショナ１は、直流電力の電圧を一定の電圧に近づくよう変換する複数のＤＣ／ＤＣコンバータ１１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１により変換された直流電圧を交流に変換するインバータ１３と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１及びインバータ１３を制御する制御部１４とを備える。制御部１４は、商用電力系統１５の瞬時電圧低下時に、商用電力系統１５の電圧の低下度合を元に総入力電流目標値を算出し、総入力電流目標値を各ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の瞬時電圧低下の発生前の入力電力の大きさに応じて分配した電流分配値を、各ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の入力電流目標値とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、直流電力の入力部を複数有するパワーコンディショナパワーコンディショナ及びその制御方法に関するものである。

従来、パワーコンディショナは、商用電力系統（以下、「系統」ともいう）の瞬時電圧低下（以下、「瞬低」ともいう）に対して、対策を施して対応することが求められている。具体的には、系統へ連系しているパワーコンディショナの不要な解列を極力防ぐため、瞬低の電圧低下時間が一定時間以内の場合は、パワーコンディショナを解列せず、運転継続又は自動復帰できるシステムとすることが求められている（例えば、非特許文献１参照）。

図８を用いて、従来のパワーコンディショナ２において運転中に瞬低が発生した場合の動作について述べる。一般的に、太陽光発電用パワーコンディショナは、制御部２４において、太陽電池からの入力電力を最大限に引き出すために最大電力点追従（ＭＰＰＴ：Maximum Power Point Tracking）制御を行うことが知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

制御部２４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１を制御することで、太陽電池の入力電圧を調整する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２１でＭＰＰＴ制御することにより、系統２５の状況とは関係なく、常に太陽電池２０から最大電力を得て、それをインバータ２３で系統電圧値や出力電流値を用いて系統２５に逆潮流している。そのため、系統２５の瞬低が発生すると、系統電圧の低下度合いに比例して出力電流が急増することになる。

例として、系統電圧２００Ｖ、出力電流２０Ａで逆潮流していた場合に、図９に示すように２００Ｖから４０Ｖまでｔ_１秒間の瞬低が発生した状況を考える。ＤＣ／ＤＣコンバータ２１のＭＰＰＴ制御により、インバータ２３は瞬低発生後も２０Ａを系統２５へ出力しようとする。この場合、瞬低前の出力電力Ｐ_１は、Ｐ_１＝２０Ａ×ｖ_１＝２０Ａ×２００Ｖ＝４０００Ｗとなる。ＭＰＰＴ制御の働きにより、瞬低後も電力Ｐ_１を出力し続けようとする。そのため、瞬低後の出力電力Ｐ_２は、Ｐ_２＝４０００Ｗ＝Ｉ_２×４０Ｖより、Ｉ_２＝１００Ａとなり、パワーコンディショナ２は瞬低が発生すると１００Ａを出力しようとする。

このように、瞬低が発生するとパワーコンディショナ２の出力電流は増加する。ただし、実際の出力電流の上限はハードウエアの定格電流で規制されるため、通常は出力過電流として運転停止に至る。また、出力電流を規制することで、出力できない入力電力は平滑コンデンサ２２にエネルギーが蓄積され、平滑コンデンサ２２の端子間電圧（内部直流電圧）が急激に上昇することになる。この場合は、平滑コンデンサ２２の過電圧保護のため、過電圧異常としてやはり運転停止に至る。

近年では、太陽光発電の普及に伴い、パワーコンディショナが広く普及しつつある。今後さらに普及が進むと、大量に導入されたパワーコンディショナが系統に与える影響が大きくなる。特に、系統の瞬低が発生した場合にパワーコンディショナが一斉に運転停止したり、瞬低回復後もしばらく運転を再開しないような状況になったりすると、系統が不安定になる危険性がある。そのため、今後開発されるパワーコンディショナには、瞬低時にも安定して運転できること、及び瞬低回復時に瞬低前の出力まで速やかに復帰することの２点が新たに求められている（例えば、非特許文献２参照）。

瞬低回復時に出力を迅速に復帰させる運転安定化方法として、瞬低中の出力電流を瞬低発生前の値となるように出力制御を行うと共に、内部直流電圧（平滑コンデンサの端子間電圧）を予め設定された目標電圧となるように直流入力電流を変化させる自動制御方法が知られている（例えば、特許文献３参照）。この方法では、系統電圧低下による出力過電流及び平滑コンデンサの過電圧がともに抑制されることで運転継続が可能である。

また、系統電圧の電圧低下度合いに合わせて出力電力を絞るため、入力電流の上限値を制限する方法が知られている（例えば、特許文献４参照）。

特許第３４２６９４７号公報特開２００５−７３３２１号公報特開２０１２−５５０３６号公報特開２００８−２２８４９４号公報

「系統連系規程ＪＥＡＣ９７０１−２００６」、社団法人日本電気協会「多数台連系対応型太陽光発電システム用系統連系保護装置等の個別試験方法ＪＥＴＧＲ０００３−４−１．０（２０１１）」、一般財団法人電気安全環境研究所

パワーコンディショナに搭載されている平滑コンデンサは、経年変化による容量抜けを考慮して比較的容量を大きくしたいため、制御の遅れ時間が大きくなる。この場合、適切に内部直流電圧を入力電流から制御するためには、自動制御の性能が必要になる。自動制御の第１の性能として、制御ゲインを上げて必要な追従性能を得る必要がある。特に系統急変のような過渡状態では、定常状態とは異なるゲイン選定を行う場合もある。遅れ時間が大きい場合は、一般的には、比例ゲインと積分ゲインを上げる方向だが、一方で、ゲインを上げると制御ループが発振するリスクが高くなるため、この手法では適切なゲインを決めるチューニングが困難となる。

また、自動制御の第２の性能として、制御ループ周期を早くして応答性能を得る必要がある。そのためには、ある程度高いスペックを持つ制御手段（ここでは記憶装置が接続されたＣＰＵとする）でプログラムを高速に動作させることになるが、そのため高価なＣＰＵを使用することで製品価格が上がる。例えば特許文献３に開示された制御を、安価な制御手段（ＣＰＵ）を用いた安価なパワーコンディショナにより実現することは困難である。

ここで、家庭用の太陽光発電用パワーコンディショナは、太陽電池との接続方法に注目すると大きく２種類に分けられる。１つ目は、太陽電池モジュールを複数枚直列接続して出力電圧を上昇させたもの（以降、「太陽電池ストリング」という）を接続箱等で複数系統を並列接続し、１系統に集電することで直流電流を上昇させてパワーコンディショナに入力する従来型の形態である。

２つ目は、複数系統の太陽電池ストリングをパワーコンディショナにそれぞれ直接入力する形態である。直流電力の入力部及びＤＣ／ＤＣコンバータを複数持つパワーコンディショナは、一般的にマルチストリング入力パワーコンディショナと呼ばれる。近年、太陽電池パネルの設置が柔軟なマルチストリング入力パワーコンディショナが普及してきている。

特許文献３や特許文献４に開示された手法では、パワーコンディショナに対して直流電力が１入力のみの場合には適用できるが、直流電力が複数入力となるマルチストリング入力パワーコンディショナには適用できないという問題がある。

かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、マルチストリング入力パワーコンディショナにおいて、簡易な制御方法によりコストを増大させることなく、商用電力系統の瞬時電圧低下時にも運転を安定して継続させ、かつ商用電力系統の回復時には、速やかに瞬時電圧低下前の出力に戻すことが可能なパワーコンディショナを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係るパワーコンディショナは、
太陽電池によって発電された直流電力の入力部を複数有するパワーコンディショナであって、
前記直流電力の電圧を一定の電圧に近づくよう変換する複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータにより変換された直流電圧を交流に変換するインバータと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記インバータを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、商用電力系統の瞬時電圧低下時に、商用電力系統の電圧の低下度合を元に総入力電流目標値を算出し、該総入力電流目標値を各ＤＣ／ＤＣコンバータの瞬時電圧低下の発生前の入力電力の大きさに応じて分配した電流分配値を、各ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電流目標値とすることを特徴とする。

さらに、本発明に係るパワーコンディショナにおいて、
前記制御部は、商用電力系統の瞬時電圧低下時に、前記インバータからの出力電流目標上限値を低下させることにより、出力電流目標値を瞬時電圧低下の発生前の値よりも低下させることを特徴とする。

さらに、本発明に係るパワーコンディショナにおいて、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータにより変換された直流電圧を平滑化し、前記インバータに出力する平滑コンデンサを備え、
前記制御部は、商用電力系統の瞬時電圧低下時に、前記平滑コンデンサの端子間電圧を監視して、該端子間電圧が所定の閾値以上となった場合には、前記入力電流目標値を低下させることを特徴とする。

さらに、本発明に係るパワーコンディショナにおいて、
前記制御部は、前記端子間電圧が所定の閾値未満である場合には前記直流電力の最大入力電流値とし、前記端子間電圧が所定の閾値以上となった場合には前記最大入力電流値から段階的に低下させた値とする補正用入力電流目標値と、前記電流分配値とを比較し、小さい方を前記入力電流目標値とすることを特徴とする。

また、上記課題を解決するため、本発明に係るパワーコンディショナの制御方法は、
太陽電池によって発電された直流電力の入力部を複数有し、該直流電力の電圧を一定の電圧に近づくよう変換する複数のＤＣ／ＤＣコンバータを備えるパワーコンディショナの制御方法であって、
商用電力系統の瞬時電圧低下時に、商用電力系統の電圧の低下度合を元に総入力電流目標値を算出するステップと、
前記総入力電流目標値を各ＤＣ／ＤＣコンバータの瞬時電圧低下の発生前の入力電力の大きさに応じて分配した電流分配値を、各ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電流目標値とするステップと、
を含むことを特徴とする。

本発明によれば、マルチストリング入力パワーコンディショナにおいて、簡易な制御方法によりコストを増大させることなく、商用電力系統の瞬時電圧低下時にも安定して継続することができ、かつ、商用電力系統の回復時には、速やかに瞬時電圧低下前の出力に戻すことができる。

本発明の一実施形態に係るパワーコンディショナの構成例を示すブロック図である。本発明の一実施形態に係るパワーコンディショナの制御部の機能ブロック図である。本発明の一実施形態に係るパワーコンディショナの制御部の制御動作を示すフローチャートである。本発明の一実施形態に係るパワーコンディショナの制御部の通常動作時の制御を示す模式図である。直線近似した太陽電池のＩＶカーブを示す図である。本発明の一実施形態に係るパワーコンディショナの制御部の瞬低発生直後の制御を示す模式図である。本発明の一実施形態に係るパワーコンディショナの制御部の瞬低発生中の制御を示す模式図である。従来のパワーコンディショナの構成例を示すブロック図である。商用電力系統の瞬低発生の例を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るパワーコンディショナの構成例を示すブロック図である。本実施形態のマルチストリング入力タイプのパワーコンディショナ１は、入力される太陽電池ストリング１０の数を３つ（１０−１，１０−２，１０−３）としているが、太陽電池ストリング１０の数は３つに限定されるものではない。パワーコンディショナ１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１と、平滑コンデンサ１２と、インバータ１３と、制御部１４とを備える。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１１（１１−１，１１−２，１１−３）は、太陽電池ストリング１０から入力される電圧を昇圧して一定の電圧に揃える。

平滑コンデンサ１２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１により昇圧された直流電圧を平滑化する。

インバータ１３は、平滑コンデンサ１２により平滑化された直流電圧を交流に変換し、商用電力系統１５に連系する。商用電力系統１５における交流電圧は、日本では実効値が単相１００Ｖ、周波数が５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの電圧である。

制御部１４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１及びインバータ１３の動作を制御する。瞬低を検出した際には、通常動作から瞬低時用の動作（以下、「瞬低中動作」という）に切り替えるように制御する。

図２は、制御部１４の機能ブロックを示す図である。図２に示すように、制御部１４は、ＭＰＰＴ制御部１４１と、インバータ制御部１４２と、瞬低検出部１４３と、瞬低時コンバータ制御部１４４と、瞬低時インバータ制御部１４５とを備える。制御部１４は、瞬低検出部１４３により瞬低が検出されない場合には、ＭＰＰＴ制御部１４１及びインバータ制御部１４２により通常動作を行い、瞬低検出部１４３により瞬低が検出された場合には、瞬低時コンバータ制御部１４４及び瞬低時インバータ制御部１４５により瞬低中動作を行う。なお、制御部１４はハードウエアで構成してもよいし、ＣＰＵによりプログラムを実行させることで機能を実現してもよい。

図３は、制御部１４の制御動作を示すフローチャートである。以下、図３を参照して制御部１４の制御動作について説明する。

（通常動作時の制御）
制御部１４は通常動作時（瞬低が発生していない時）には、ＭＰＰＴ制御部１４１により、各太陽電池ストリング１０からの入力電力を最大限に引き出すように各ＤＣ／ＤＣコンバータ１１を制御する（ステップＳ１１）。

図４は、制御部１４の通常動作時のＭＰＰＴ制御部１４１の制御を示す模式図である。図４に示すように、太陽電池ストリング１０の入力電流Ｉpv及び入力電圧Ｖpvから入力電力を算出し、入力電力が最大となるように入力電流目標値Ｉpvtgtを決定し、入力電流Ｉpvが入力電流目標値Ｉpvtgtに近づくように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１を制御するゲート信号を生成する。なお、ＭＰＰＴ制御は電圧型と電流型があるが、本実施形態では電流型としているため、目標電流指令としている。

また、制御部１４は通常動作時には、インバータ制御部１４２により、平滑コンデンサ１２の端子間電圧（内部直流電圧）Ｖdc及び内部直流電圧目標値Ｖdctgtの差分から出力電流目標値Ｉactgtを決定し、出力電流Ｉacが出力電流目標値Ｉactgtに近づくように、インバータ１３を制御するゲート信号を生成する（ステップＳ１２）。

制御部１４は、瞬低検出部１４３により、絶えず商用電力系統１５の電圧（以下、「系統電圧」ともいう）を監視し、瞬低発生の有無を判定する（ステップＳ２０）。また、瞬低中の制御に使用するため、瞬低直前のセンサ値情報や制御状態の一時的な記録を行う。瞬低の検出方法は特に限定されないが、系統電圧を半周期以下で監視するなど可能な限り早く検出することが望ましい。この瞬低の検出が遅れると、入力電力が絞られない状態で出力電力が絞られる状態となるため、平滑コンデンサ１２の過電圧により運転停止に至るリスクが高まることになる。ステップＳ２０により瞬低が検出されると、制御部１４は通常動作を停止して瞬低中動作に制御を切り替える。

（瞬低発生直後の制御）
制御部１４は、瞬低中動作を開始するにあたり、まず瞬低発生直後の手順を行う。制御部１４は出力過電流を抑制するために、瞬低時インバータ制御部１４５により、インバータ１３からの出力電流目標上限値Ｉactgt_maxを低下させることにより、出力電流目標値Ｉactgtを瞬低発生前の値よりも低下させる（ステップＳ３３）。出力電流目標上限値Ｉactgt_maxは、通常動作時にはハードウエア部品から制限される定格電流であるが、瞬低中はこの出力電流目標上限値Ｉactgt_maxを低下させることで出力電流を制限し、出力過電流を防止する。そして、制御部１４は、瞬低時インバータ制御部１４５により、出力電流Ｉacが出力電流指令となるようにインバータ１３のゲートを駆動する。

例えば４ｋＷパワーコンディショナの場合、通常動作時の出力電流目標上限値Ｉactgt_maxが２０Ａ、瞬低発生直前の出力電流目標が１０Ａならば、瞬低から回復するまでの間、出力電流目標上限値Ｉactgt_maxを、瞬低発生直前の出力電流目標である１０Ａに制限する。ここでは、瞬低中の出力電流目標値Ｉactgtを１０Ａに固定とはせず、出力電流目標上限値Ｉactgt_maxを制限することで、瞬低回復時に滑らかに通常動作に復帰することができる。

次に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の制御については、制御部１４は、まずＭＰＰＴ制御部１４１によるＭＰＰＴ制御を停止する（ステップＳ３１）。そして、入力電流Ｉpvを瞬低レベルに応じて素早く低下させる。既に出力電流Ｉacを出力電流目標上限値Ｉactgt_maxに制限している状態であり、平滑コンデンサ１２への入力電力を低下させて、パワーコンディショナ１の入出力バランスを均衡させることで、平滑コンデンサ１２の電圧過上昇を回避することを目的とする。そのため、制御部１４は、瞬低時コンバータ制御部１４４により、入力電流Ｉpvが入力電流指令となるようにＤＣ／ＤＣコンバータ１１のゲート信号を駆動して入力動作点を移動させる。

ここで、特許文献３に開示された手法では、瞬低発生と同時に、内部直流電圧を予め設定されている目標値に制御するため、入力電流Ｉpvを調整する制御ループを動作させている。この構成では、内部直流電圧制御ループと入力電流制御ループがそれぞれフィードバック制御を構成しており、瞬低直後の入力電流目標値Ｉpvtgtの決定は制御ループの性能に依存している。前述の通り、特許文献３に開示された手法のようにフィードバック制御で入力電流Ｉpvを素早く低下させることには課題がある。よって、本発明の制御部１４は、瞬低時コンバータ制御部１４４により、瞬低発生直後の入力電流目標値Ｉpvtgtを、フィードバック制御による算出ではなく、瞬低前後の電圧及び瞬低直前の入力電力から算出し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１への入力電流指令を瞬低直後に即座に決定する（ステップＳ３２）。

具体的には、複数あるＤＣ／ＤＣコンバータ１１に対して、瞬低中の入力電流目標値Ｉpvtgtを以下のように決定とする。系統電圧が瞬低により１／Ｎ倍に低下すると、前述の通りパワーコンディショナ１の出力電流ＩacはＮ倍となる。本発明では、瞬低中の出力電流目標上限値Ｉactgt_maxを瞬低前の出力電流値とすることから、系統電圧が瞬低により１／Ｎ倍に低下した場合に、出力電流Ｉacを瞬低前の値に維持すると、パワーコンディショナ１の出力電力は１／Ｎ倍に低下することとなる。そこで、平滑コンデンサ１２の電圧過上昇を防止するため、出力電力が１／Ｎ倍に低下することに合わせて、入力電力を１／Ｎ倍に低下させる。厳密には、出力低下による変換効率悪化などの損失分等を考慮すると１／Ｎ倍とはならないが、演算を単純化することで高速処理が可能となる。

入力電力を正確に１／Ｎ倍に低下させるためには、太陽電池のＩＶカーブを認識していることが必要になる。しかしＩＶカーブは日射や気温により常に変化しており、また太陽電池に陰がかかる場合にはＩＶカーブ上に凹凸ができるため、運転中のＩＶカーブをリアルタイムに把握することは困難である。本発明は、安価な低スペックのＣＰＵでも実現できることを目指しているため、太陽電池特性を簡略化して、直線近似とする。

図５は、直線近似した太陽電池のＩＶカーブを示す図である。瞬低直前において、通常はＭＰＰＴ制御の働きにより入力動作点は最適動作点（ＭＰＰ）にある。この状態で瞬低が発生した時に、入力電力を１／Ｎ倍まで低下させたい。ここで太陽電池のＩＶ特性を図５に示すように直線近似して考えると、入力電力を１／Ｎ倍とするためには、入力電圧Ｖpvが一定のままで入力電流Ｉpvだけ１／Ｎ倍に低下させればよい。これより、瞬低中の入力電流指令を決定する。前提として、瞬低中の短時間に日射変化や温度変化は生じないものとみなして、瞬低前の各太陽電池ストリング１０の入力電流Ｉpvを一時記録した値を用いて、商用電力系統１５の電圧の低下度合を元に総入力電流目標値を算出する。そして、総入力電流目標値を瞬低発生直前の入力電力の大きさに応じて分配し、下式により電流分配値Ｉpvtgt0を求める。

Ｉpvtgt0＝（１／Ｎ）×Ｉpv
Ｉpvtgt0-n＝（Ｐpv-n／Ｐpv-all）×Ｉpvtgt0
ここで、Ｉpvは瞬低直前の総入力電流であり、通常はＭＰＰＴ動作により最大入力電流となっている。Ｉpvtgt0は、瞬低中の総入力電流目標値である。また、Ｉpvtgt0-nは太陽電池ストリング１０−ｎの電流分配値であり、Ｐpv-nは瞬低直前の太陽電池ストリング１０−ｎの入力電力であり、Ｐpv-allは瞬低直前の全体の入力電力であり、Ｉpv-nは太陽電池ストリング１０−ｎの瞬低直前の入力電流である。

本実施形態のような３ストリング入力の場合、太陽電池ストリング１０−１の電流分配値Ｉpvtgt0-1、太陽電池ストリング１０−２の電流分配値Ｉpvtgt0-2、及び太陽電池ストリング１０−３の瞬低中の電流分配値Ｉpvtgt0-3を求め、各太陽電池ストリング１０の入力電流目標値Ｉpvtgtとする。瞬低時コンバータ制御部１４４にて、入力電流目標値Ｉpvtgtである電流分配値Ｉpvtgt0に従い、各太陽電池ストリング１０の入力電流Ｉpvを低下させることで、パワーコンディショナ１の入力電力を全体として１／Ｎ倍まで素早く低下させることができる。

図６は、制御部１４の瞬低発生直後の瞬低時コンバータ制御部１４４の制御を示す模式図である。図６に示すように、瞬低発生前後の系統電圧値と、瞬低発生直前の太陽電池ストリング１０の入力電流Ｉpv及び入力電圧Ｖpv（入力電力）とから、入力電流目標値Ｉpvtgtとして電流分配値Ｉpvtgt0を決定し、入力電流Ｉpvが入力電流目標値Ｉpvtgtに近づくように、各ＤＣ／ＤＣコンバータ１１を制御するゲート信号を生成する。

（瞬低中動作の制御）
制御部１４は、インバータ１３の制御については、瞬低時インバータ制御部１４５により、ステップＳ３３により決定した出力電流目標上限値Ｉactgt_maxを継続する（ステップＳ４２）。

上記瞬低発生直後の制御にて、出力電流Ｉacを瞬低発生直前の値以下となるように制限し、それと電力バランスをとるために入力電流Ｉpvを演算で決定した入力目標値Ｉpvtgt0まで低下させることで、出力過電流と平滑コンデンサ１２の過電圧による運転停止を回避することができる。理想では、瞬低中は出力電力と入力電力が平衡する入力電流目標となり、平滑コンデンサ１２の電圧が一定レベルを維持する状況となることだが、入力電流目標値Ｉpvtgt0は簡略化された近似演算で行っているため、実際のＩＶカーブ上では電力が平衡するとは限らない。出力電流Ｉacに対して入力電流Ｉpvが大きいと、平滑コンデンサ１２の内部直流電圧Ｖdcが徐々に上昇して、いずれ過電圧で運転停止に至る。反対に、出力電流Ｉacに対して入力電流Ｉpvが小さいと、内部直流電圧Ｖdcが徐々に低下して、交流波形の生成に必要な電圧以下（例えば系統電圧が２００Ｖならば最低でも２８２Ｖ）になれば電圧不足で運転停止に至る。

例えば、４００Ｖ耐圧の平滑コンデンサ１２を使用し、通常動作時は内部直流電圧目標値Ｖdctgtを３３０Ｖとして制御し、過電圧レベルを３９０Ｖとしたとき、内部直流電圧目標値Ｖdctgtの３３０Ｖに対して内部直流電圧Ｖdcが３００Ｖ以下となった場合に、電圧不足として制御異常と判断する。

そこで、瞬低中では、制御部１４は瞬低時コンバータ制御部１４４により、内部直流電圧Ｖdcが内部直流電圧閾値Ｖth（例えば３６０Ｖ）以上となった場合には、入力電流目標値Ｉpvtgtを低下させる（ステップＳ４１）。例えば、補正用入力電流目標値Ｉpvtgt1を、内部直流電圧Ｖdcが内部直流電圧閾値Ｖth未満である場合には太陽電池ストリング１０が許容する最大入力電流値（例えば１０Ａ）とし、内部直流電圧Ｖdcが内部直流電圧閾値Ｖth以上となった場合には最大入力電流値から０Ａに向かって段階的に低下するように自動制御をした電流値とする。そして、瞬低時コンバータ制御部１４４は、補正用入力電流目標値Ｉpvtgt1と、瞬低直後に演算で求めた電流分配値Ｉpvtgt0とを比較して、小さい方を入力電流目標値Ｉpvtgtとする。

電流分配値Ｉpvtgt0よりも補正用入力電流目標値Ｉpvtgt1が小さい場合、入力電力＜出力電力となり、内部直流電圧Ｖdcは徐々に低下する。そして内部直流電圧Ｖdcが３６０Ｖ未満まで低下すれば、補正用入力電流目標値Ｉpvtgt1が最大入力電流値まで段階的に上昇することで、今度は電流分配値Ｉpvtgt0の方が小さくなる。すると、瞬低時コンバータ制御部１４４は、再び電流分配値Ｉpvtgt0を入力電流目標値Ｉpvtgtに選択することになる。

この電圧制御ループは、入力電流目標値Ｉpvtgtを補正するための補助的な位置づけであり、瞬低中の入力電流目標値Ｉpvtgtは瞬低直後に演算で求めた電流分配値Ｉpvtgt0を使用する。したがって制御ループには高い応答性は必要無く、低スペックのＣＰＵであっても容易に実現可能である。

一方で、内部直流電圧Ｖdcの電圧不足については、本実施形態では特に考慮する必要は無かった。系統電圧の監視中、瞬低が発生してプログラムが瞬低と判断するまで半周期かかるとすると、その半周期間は、入力電力＞出力電力となるため、平滑コンデンサ１２に入力電力が溜まることで内部直流電圧Ｖdcが上昇してしまう。瞬低動作開始前にすでに内部直流電圧Ｖdcには数Ｖから数十Ｖの上昇があるため、ごく短期間の瞬低発生中に内部直流電圧Ｖdcが大きく低下することは想定されないため、本実施形態では省略している。なお、電圧不足の対策を行う場合は、内部直流電圧Ｖdcが低下した場合には入力電流目標値を上昇させる制御ループを組み込めばよい。

図７は、制御部１４の瞬低発生中の瞬低時コンバータ制御部１４４の制御を示す模式図である。図７に示すように、瞬低時コンバータ制御部１４４は、内部直流電圧Ｖdc及び内部直流電圧閾値Ｖthから求まる入力電流目標値Ｉpvtgt1と、瞬低発生直後に決定した入力電流目標値Ｉpvtgt0とを比較して小さいほうの値に、入力電流Ｉpvが近づくように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１に対してゲート信号を生成する。

（瞬低回復時の制御）
制御部１４は、瞬低検出部１４３により、瞬低中に系統電圧を監視して、瞬低からの回復を検出する（ステップＳ５０）。すると、制御部１４は、瞬低中動作を終了して通常動作に切り替える。瞬低回復の検出方法については特に限定されないが、系統電圧を半周期以下で監視するなど可能な限り早い検出が望ましい。この瞬低回復の検出が遅れると、出力電流は瞬低発生前の値に制限されたままとなり、今後求められる高速復帰性能を満足できないことになる。

通常動作に復帰する時、制御部１４は瞬低時コンバータ制御部１４４による内部直流電圧Ｖdcの電圧制限制御を終了する。同時に、制御部１４は、ＭＰＰＴ制御部１４１によるＭＰＰＴ制御を再開させる（ステップＳ６１）。また、制御部１４は、瞬低時インバータ制御部１４５により、出力電流目標上限値Ｉactgt_maxを通常動作時の値に戻す（ステップＳ６２）。

上述したように、本発明に係るパワーコンディショナ１の制御部１４は、商用電力系統１５の瞬時電圧低下時に、商用電力系統１５の電圧の低下度合を元に全体の入力電流目標値を算出し、それを各ＤＣ／ＤＣコンバータの瞬時電圧低下の発生前の入力電力の大きさに応じて分配した分配値を、各ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電流目標値Ｉpvtgt0とする。そのため、本発明によれば、マルチストリング入力パワーコンディショナにおいて、瞬時電圧低下時に運転を停止させることなく、安価な手法で運転を継続させることできる。また、瞬時電圧低下時に複数の太陽電池ストリングのうちの１つのみの入力電流Ｉpvを低下させるのではなく、入力電力に応じて各太陽電池ストリングの入力電流Ｉpvを低下させることができるので、商用電力系統１５の回復時には、各ＤＣ／ＤＣコンバータの瞬低前の最適動作点への復帰に要する時間を均一化でき、その結果、速やかに瞬時電圧低下前の出力に戻すことができる。

また、制御部１４は、商用電力系統１５の瞬時電圧低下時に、インバータ１３からの出力電流目標上限値Ｉactgt_maxを低下させることにより、出力電流目標値Ｉactgtを瞬時電圧低下の発生前の値よりも低下させる。これにより、出力過電流を防止し、かつ、瞬低回復時に滑らかに通常動作に復帰することができる。

また、パワーコンディショナ１はＤＣ／ＤＣコンバータ１１により変換された直流電圧を平滑化し、インバータ１３に出力する平滑コンデンサ１２を備え、制御部１４は商用電力系統１５の瞬時電圧低下時に、平滑コンデンサ１２の端子間電圧（内部直流電圧）Ｖdcを監視して、内部直流電圧Ｖdcが所定の閾値以上となった場合には、入力電流目標値を低下させる。例えば、内部直流電圧Ｖdcが所定の閾値Ｖth未満である場合には太陽電池ストリング１０により発電された直流電力の最大入力電流値とし、内部直流電圧Ｖdcが所定の閾値Ｖth以上となった場合には最大入力電流値から段階的に低下させた値とする補正用入力電流目標値Ｉpvtgt１と、入力電流目標値Ｉpvtgt0とを比較し、小さい方を最終的な入力電流目標値とする。これにより、平滑コンデンサ１２の過電圧及び電圧不足による運転停止を防止することができる。

上述の実施形態は、代表的な例として説明したが、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

１パワーコンディショナ
１０太陽電池ストリング
１１ＤＣ／ＤＣコンバータ
１２平滑コンデンサ
１３インバータ
１４制御部
１５商用電力系統
１４１ＭＰＰＴ制御部
１４２インバータ制御部
１４３瞬低検出部
１４４瞬低時コンバータ制御部
１４５瞬低時インバータ制御部

Claims

直流電力の入力部を複数有するパワーコンディショナであって、
前記直流電力の電圧を一定の電圧に近づくよう変換する複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータにより変換された直流電圧を交流に変換するインバータと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記インバータを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、商用電力系統の瞬時電圧低下時に、商用電力系統の電圧の低下度合を元に総入力電流目標値を算出し、該総入力電流目標値を各ＤＣ／ＤＣコンバータの瞬時電圧低下の発生前の入力電力の大きさに応じて分配した電流分配値を、各ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電流目標値とすることを特徴とするパワーコンディショナ。
前記制御部は、商用電力系統の瞬時電圧低下時に、前記インバータからの出力電流目標上限値を低下させることにより、出力電流目標値を瞬時電圧低下の発生前の値よりも低下させることを特徴とする、請求項１に記載のパワーコンディショナ。
前記ＤＣ／ＤＣコンバータにより変換された直流電圧を平滑化し、前記インバータに出力する平滑コンデンサを備え、
前記制御部は、商用電力系統の瞬時電圧低下時に、前記平滑コンデンサの端子間電圧を監視して、該端子間電圧が所定の閾値以上となった場合には、前記入力電流目標値を低下させることを特徴とする、請求項１又は２に記載のパワーコンディショナ。
前記制御部は、前記端子間電圧が所定の閾値未満である場合には前記直流電力の最大入力電流値とし、前記端子間電圧が所定の閾値以上となった場合には前記最大入力電流値から段階的に低下させた値とする補正用入力電流目標値と、前記電流分配値とを比較し、小さい方を前記入力電流目標値とすることを特徴とする、請求項３に記載のパワーコンディショナ。
太陽電池によって発電された直流電力の入力部を複数有し、該直流電力の電圧を一定の電圧に近づくよう変換する複数のＤＣ／ＤＣコンバータを備えるパワーコンディショナの制御方法であって、
商用電力系統の瞬時電圧低下時に、商用電力系統の電圧の低下度合を元に総入力電流目標値を算出するステップと、
前記総入力電流目標値を各ＤＣ／ＤＣコンバータの瞬時電圧低下の発生前の入力電力の大きさに応じて分配した電流分配値を、各ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電流目標値とするステップと、
を含むことを特徴とするパワーコンディショナの制御方法。