JP6693390B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力変換装置に関する。

太陽電池用のパワーコンディショナとして、太陽電池（太陽電池アレイ）及び蓄電池を接続できるハイブリッドパワーコンディショナ（例えば、特許文献１参照）が知られている。ハイブリッドパワーコンディショナによれば、太陽電池の発電電力を蓄電池に蓄電すること等が可能となるため、太陽電池の発電電力をより有効に利用することが出来る。

ただし、ハイブリッドパワーコンディショナは、蓄電池を接続できないパワーコンディショナに比して高価なものとならざるを得ない。そのため、パワーコンディショナには、蓄電装置（ＤＣ／ＤＣコンバータと蓄電池とを組合せた装置）を追加（後付）できることが望まれる。

特開２０１６−１６５２１８号公報

パワーコンディショナに蓄電装置を追加できるようにするために、追加された蓄電装置の入力端子がパワーコンディショナ内のインバータ（ＤＣ／ＡＣインバータ）のＤＣ端子に並列接続されるようにしておくことが考えられる。ただし、単に、追加された蓄電装置の入力端子がパワーコンディショナ内のインバータのＤＣ端子に並列接続されるようにしておいただけでは、蓄電装置内のコンデンサの容量が、インバータの動作に悪影響（詳細は後述）を与えてしまう。そして、蓄電装置内のコンデンサの容量が、インバータの動作に悪影響を与えるという問題は、太陽電池用のパワーコンディショナ以外の、インバータを備えた電力変換装置でも生ずるものである。

そこで、本発明の課題は、蓄電装置を、インバータの動作に悪影響を与えない形で接続（追加）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、ＤＣ／ＡＣインバータと、前記ＤＣ／ＡＣインバータのＤＣ端子間に並列接続された装置内コンデンサと、複数の制御パラメータを用いて前記ＤＣ／ＡＣインバータを制御する制御部と、を備える。そして、本発明の第１の態様の電力変換装置の制御部は、前記装置内コンデンサと前記ＤＣ／ＡＣインバータのＤＣ端子間に並列接続されている各蓄電装置内のコンデンサとを合成した合成コンデンサの容量を特定し、前記複数の制御パラメータの中の少なくとも１つの制御パラメータの値を、特定した容量に応じた値に変更する。

すなわち、ＤＣ／ＡＣインバータの制御に用いられている制御パラメータの中には、装置内コンデンサの容量に応じてその値が決定されているもの（以下、容量依存パラメータと表記する）がある。そして、蓄電装置内にも、コンデンサがあるため、１台又は複数台の蓄電装置が装置内コンデンサに並列接続されると、ＤＣ／ＡＣインバータのＤＣ端子間に、装置内コンデンサと各蓄電装置内のコンデンサとを合成した合成コンデンサが並列接続されている状態となる。当該状態においても、装置内コンデンサの容量からその値を決
定した容量依存パラメータを使用し続けると、インバータが適正に制御されなくなり、インバータの動作に悪影響を与えてしまう。

一方、本発明の電力変換装置の制御部は、『前記装置内コンデンサと前記ＤＣ／ＡＣインバータのＤＣ端子間に並列接続されている各蓄電装置内のコンデンサとを合成した合成コンデンサの容量を特定し、前記複数の制御パラメータの中の少なくとも１つの制御パラメータ（容量依存パラメータ）の値を、特定した容量に応じた値に変更する』ことが出来る。従って、本発明の第１の態様の電力変換装置は、蓄電装置を、インバータの動作に悪影響を与えない形で接続できる装置として機能することになる。

本発明の電力変換装置の制御部としては、具体的な構成が異なる様々なものを採用することが出来る。例えば、電力変換装置に、前記ＤＣ／ＡＣインバータのＤＣ端子間に並列接続された１台又は複数台の蓄電装置に関する情報である蓄電装置情報の入力を受け付ける受付手段を付加して、制御部として、前記受付手段により受け付けられた蓄電装置情報に基づき、前記合成コンデンサの容量を特定するものを採用しても良い。なお、蓄電装置情報は、既知情報（装置内コンデンサの容量等）と組み合わせることにより、上記合成コンデンサの容量を算出できる情報でありさえすれば良い。従って、蓄電装置情報は、各蓄電装置内のコンデンサの容量であっても、各蓄電装置の型式を示す情報であっても良い。また、電力変換装置に接続される蓄電装置を同仕様のもの（同容量のコンデンサを備えたもの）に限る場合には、蓄電装置情報として、電力変換装置に接続した蓄電装置の台数を使用することも出来る。

また、本発明の電力変換装置に、前記装置内コンデンサの端子間電圧値と前記ＤＣ／ＡＣインバータへの入力電流値とから、前記合成コンデンサの容量を算出することで、前記合成の容量を特定する制御部を採用しても良い。

本発明の電力変換装置に、そのような制御部を採用しておけば、自動的に、容量依存パラメータ（少なくとも１つの制御パラメータ）が、現状（合成コンデンサの容量）に適した値に変更される電力変換装置を得ることが出来る。

本発明の電力変換装置に、前記ＤＣ／ＡＣインバータのＤＣ端子間に並列接続された１台又は複数台の蓄電装置に関する情報である蓄電装置情報の入力を受け付ける受付手段を付加し、前記制御部として、前記受付手段により受け付けられた蓄電装置情報に基づき、前記合成コンデンサの容量を特定する第１処理と、前記装置内コンデンサの端子間電圧値と前記ＤＣ／ＡＣインバータへの入力電流値とから、前記合成コンデンサの容量を算出する第２処理とを、前記ＤＣ／ＡＣインバータの運転制御開始前に行い、前記第１処理で特定された容量に対する前記第２処理で算出された容量の比が所定範囲内の値であった場合には、前記複数の制御パラメータの中の少なくとも１つの制御パラメータの値を、前記第２処理で算出された容量に変更してから、前記ＤＣ／ＡＣインバータの運転制御を開始し、そうでなかった場合には、前記ＤＣ／ＡＣインバータの運転制御を開始しないものを採用しても良い。

この構成を採用した電力変換装置では、ＤＣ／ＡＣインバータの運転制御の開始時に、原則として、容量依存パラメータ（少なくとも１つの制御パラメータ）が、装置内コンデンサの端子間電圧値とＤＣ／ＡＣインバータへの入力電流値とから算出された容量に応じた値に変更される。ただし、ユーザが入力した蓄電装置情報から特定した合成コンデンサの容量と、装置内コンデンサの端子間電圧値及びＤＣ／ＡＣインバータへの入力電流値から算出した合成コンデンサの容量とが大きく異なっていた場合には、ＤＣ／ＡＣインバータの運転制御が開始されない。従って、上記構成を採用した電力変換装置は、蓄電装置をインバータの動作に悪影響を与えない形で接続できる装置であると共に、ユーザにより蓄
電装置情報が誤って入力された場合や第２処理により誤った（誤差の大きな）合成コンデンサの容量が算出された場合に、容量依存パラメータが不適切な値に補正されることを防止できる装置として機能する。

なお、第１処理と第２処理とを行う制御部に、前記第１処理で特定された容量と前記第２処理で算出された容量との差が前記所定範囲内の値でなかった場合には、その旨を示す情報を出力する機能を付与しておいても良い。

本発明によれば、蓄電装置を、インバータの動作に悪影響を与えない形で接続（追加）できる電力変換装置を提供することが出来る。

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の使用例の説明図である。 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処理の流れ図である。 図４は、本発明の第２実施形態に係る電力変換装置内の制御部が実行する処理の流れ図である。 図５は、本発明の第３実施形態に係る電力変換装置内の制御部が実行する処理の要部の内容を示す流れ図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

《第１実施形態》
図１に、本発明の第１実施形態に係る電力変換装置１０の構成及び使用形態を示す。
まず、この図１を用いて、本実施形態に係る電力変換装置１０の構成及び使用形態を説明する。

本実施形態に係る電力変換装置１０は、太陽電池３０と系統４０とに接続されて使用されるパワーコンディショナである。図示してあるように、電力変換装置１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ（ＤＣ／ＤＣ）１１と、ＤＣ／ＡＣインバータ（ＩＮＶ）１２と、一対の蓄電装置接続用端子１８と、制御部２０と、を備えている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、太陽電池３０からの電圧を所望電圧に変換するための回路である。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１としては、太陽電池３０の出力電圧に応じたコンバータ（昇圧コンバータ、降圧コンバータ又は昇降圧コンバータ）が使用される。

ＤＣ／ＡＣインバータ１２（以下、インバータ１２とも表記する）は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１から出力される直流電力を、系統４０と同じ周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）の交流電力に変換するための回路である。図示してあるように、インバータ１２のＤＣ端子間（インバータ１２の、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１と接続されている方の端子間）には、コンデンサ１５が並列に接続されている。また、電力変換装置１０内には、インバータ１２への入力電力値を測定するための電流センサ２２、及び、コンデンサ１５の端子間電圧を測定するための電圧センサ２３が設けられている。図示は省略してあるが、電力変換装置１０の各所には、電流センサ２２、電圧センサ２３以外の電流センサ、電圧センサも設けられている。

一対の蓄電装置接続用端子１８は、蓄電装置を接続するための端子である。図示してあるように、各蓄電装置接続用端子１８は、インバータ１２の、互いに異なるＤＣ端子と接続されている。

制御部２０は、インバータ１２から交流電力が出力されるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ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、電流センサ２２、電圧センサ２３を含む各種センサの出力が入力されている。また、制御部２０には、ユーザが各種設定を行うために操作する操作ユニット２５が電気的接続されている。

以下、電力変換装置１０についてさらに具体的に説明する。

本実施形態に係る電力変換装置１０は、蓄電機能を利用したくなったときに、図２に示したように、何台か（図では、２台）の、所定仕様の蓄電装置３５を追加することを想定して開発した装置である。ここで、所定仕様の蓄電装置３５とは、装置内のコンデンサの容量Ｃ２が既知の蓄電装置のことである。

蓄電装置３５の追加は、運転スイッチのＯＦＦ、太陽光発電用ブレーカのＯＦＦ等により電力変換装置１０の動作を停止させてから行われる。ここで、運転スイッチとは、電力変換装置１０の筐体に設けられている、電力変換装置１０にパワーコンディショナとしての動作を開始させるときに、ユーザが操作する（ＯＮする）スイッチのことである。

蓄電装置３５の追加後には、太陽光発電用ブレーカのＯＮ等が行われて、電力変換装置１０の制御部２０が動作する状態（制御部２０に電力が供給される状態）が形成される。この状態を形成した後、ユーザは、操作ユニット２５を操作することにより、追加した蓄電装置３５の台数を制御部２０に設定してから、運転スイッチをＯＮする。

制御部２０は、運転スイッチがＯＮされると、図３に示した手順の処理を開始するように構成されている。

すなわち、運転スイッチがＯＮされると、制御部２０は、まず、設定されている蓄電装置台数に基づき、現コンデンサ容量を特定する（ステップＳ１０１）。ここで、現コンデンサ容量とは、コンデンサ１５と各蓄電装置３５内のコンデンサとを合成した合成コンデンサの容量のことである。すなわち、設定されている蓄電装置台数がＮである場合、制御部２０は、ステップＳ１０１にて、コンデンサ１５の容量Ｃ１＋Ｎ×Ｃ２を算出して、現コンデンサ容量とする。

次いで、制御部２０は、所定の制御パラメータの値を、現コンデンサ容量に応じた値に変更する（ステップＳ１０２）。このステップＳ１０２で値が変更される制御パラメータは、その値を、コンデンサ１５の容量に応じて変更すべき制御パラメータであれば良い。従って、所定の制御パラメータは、例えば、インバータ１２内のインダクタ電流のフィードバック制御（ＰＩ制御）に用いるＰ項ゲインであっても良い。

そして、ステップＳ１０２の処理を終えた制御部２０は、値を変更した制御パラメータを含む複数の制御パラメータを用いてインバータ１２及びＤＣ／ＤＣコンバータ１１を制御する処理を開始する。

次に、制御部２０に上記制御を行わせている理由を説明する。
インバータ１２の制御に用いられている制御パラメータの中には、コンデンサ１５の容
量に応じてその値が決定されているもの（以下、容量依存パラメータと表記する）がある。蓄電装置３５内にもコンデンサがあるため、１台又は複数台の蓄電装置３５がコンデンサ１５（インバータ１２のＤＣ端子間）に並列接続されると、インバータ１２のＤＣ端子間に、コンデンサ１５と各蓄電装置３５内のコンデンサとを合成した合成コンデンサが並列接続されている状態となる。当該状態においても、コンデンサ１５の容量からその値を決定した容量依存パラメータを使用し続けると、インバータ１２が適正に制御されなり、インバータ１２の動作に悪影響を与えてしまう。

蓄電装置３５の接続台数が分かれば、当該台数と、蓄電装置３５内のコンデンサの容量と、コンデンサ１５の容量とから、上記合成コンデンサの容量を算出できる。また、算出した容量から、容量依存パラメータの値をより適切な値に変更することにより、蓄電装置３５を追加しても、インバータ１２の動作に悪影響を与えないようにすることが出来る。そのため、制御部２０に上記制御を行わせているのである。

《第２実施形態》
本発明の第２実施形態に係る電力変換装置は、上記した第１実施形態に係る電力変換装置１０の制御部２０を、運転スイッチＯＮ時に異なる処理を行うように変形したものである。そのため、以下では、第１実施形態の電力変換装置１０の説明時に用いたものと同じ符号を用いて、第２実施形態に係る電力変換装置１０内の制御部２０の機能のみを説明することにする。

本実施形態に係る電力変換装置１０の制御部２０は、運転スイッチがＯＮされると、図４に示した手順の処理を開始するように構成されている。

すなわち、運転スイッチがＯＮされると、制御部２０は、まず、現コンデンサ容量算出処理（ステップＳ２０１）を行う。この現コンデンサ容量算出処理は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１及びインバータ１２の制御により、上記した合成コンデンサの容量を算出しやすいように、コンデンサ１５の端子間電圧値を時間変化させて、コンデンサ１５の端子間電圧値の時間変化パターンから合成コンデンサの容量を算出する処理である。この処理としては、例えば、定電流を供給したときのコンデンサ１５の充電速度（コンデンサ１５の端子間電圧値の変化速度）を計測する処理や、所定電圧まで充電したコンデンサ１５の放電速度を計測する処理を採用することが出来る。

次いで、制御部２０は、ステップＳ２０２にて、上記したステップＳ１０２と同じ処理を行う。そして、ステップＳ２０２の処理を終えた制御部２０は、値を変更した制御パラメータを含む複数の制御パラメータを用いてインバータ１２及びＤＣ／ＤＣコンバータ１１を制御する処理を開始する。

すなわち、本実施形態に係る電力変換装置１０は、合成コンデンサの容量を実際に測定し、測定した容量から、容量依存パラメータの値をより適切な値に変更する装置となっている。従って、本実施形態に係る電力変換装置１０も、第１実施形態に係る電力変換装置１０と同様に、蓄電装置３５を追加してもインバータ１２の動作に悪影響が与えない装置として機能する。

《第３実施形態》
本発明の第３実施形態に係る電力変換装置は、上記した第１実施形態に係る電力変換装置１０の制御部２０を、運転スイッチＯＮ時に異なる処理を行うように変形したものである。そのため、以下では、第１実施形態の電力変換装置１０の説明時に用いたものと同じ符号を用いて、第２実施形態に係る電力変換装置１０内の制御部２０の機能のみを説明することにする。

本実施形態に係る電力変換装置１０の制御部２０は、運転スイッチがＯＮされると、図５に示した手順の処理を開始するように構成されている。

すなわち、運転スイッチがＯＮされると、制御部２０は、現コンデンサ容量算出処理（ステップＳ３０１）を行う。この現コンデンサ容量算出処理は、上記したステップＳ２０１の現コンデンサ容量算出処理と同じものである。次いで、制御部２０は、設定されている蓄電装置台数に基づき現コンデンサ容量を特定する処理（ステップＳ３０２）を行う。この処理は、上記したステップＳ１０１の処理と同じものである。

その後、制御部２０は、ステップＳ３０２の処理で特定された容量に対する、現コンデンサ容量算出処理で算出された容量の比が、所定範囲内の値であるか否かを判断する（ステップＳ３０２）。ここで、所定範囲とは、１近傍の範囲（例えば、０．９〜１．１や、０．８〜１．２）のことである。

上記２容量の比が所定範囲内の値であった場合（ステップＳ３０３；ＹＥＳ）、制御部２０は、所定の制御パラメータの値を現コンデンサ容量算出処理で算出された現コンデンサ容量に応じた値に変更する（ステップＳ３０４）。そして、制御部２０は、値を変更した制御パラメータを含む複数の制御パラメータを用いてインバータ１２及びＤＣ／ＤＣコンバータ１１を制御する処理を開始する。

一方、上記２容量の比が所定範囲内の値ではなかった場合（ステップＳ３０３；ＹＥＳ）、制御部２０は、蓄電装置３５の台数から推定されるコンデンサ容量と、現コンデンサ容量算出処理にて算出されたコンデンサ容量とが大きく異なっている旨のエラー情報を出力する（ステップＳ３０５）。このステップにおけるエラー情報の出力先／出力方法は、特に限定されない。ステップＳ３０５では、例えば、操作ユニット２５が備えるディスプレイに、エラーメッセージを表示させる処理が行われる。そして、ステップＳ３０５の処理を終えた制御部２０は、蓄電装置３５の台数が入力し直されること等を待機する状態に移行する。

以上の説明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、現コンデンサ容量算出処理で算出された現コンデンサ容量の正当性を、ユーザによって設定された蓄電装置３５の台数で確認するように、第２実施形態に係る電力変換装置１０を変形した装置となっている。

従って、本実施形態に係る電力変換装置１０は、蓄電装置３５をインバータの動作に悪影響を与えない形で接続できる装置であると共に、ユーザにより蓄電装置３５の台数が誤って入力された場合や現コンデンサ容量算出処理により誤った（誤差の大きな）容量が算出された場合に、容量依存パラメータが不適当な値に補正されることを防止できる装置となっていると言うことが出来る。

《変形形態》
上記した各実施形態に係る電力変換装置１０は、各種の変形を行えるものである。例えば、各実施形態に係る電力変換装置１０を、ステップＳ１０１、Ｓ２０１、Ｓ３０１の処理の実行前に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１及びインバータ１２の制御が開始される装置に変形することが出来る。各実施形態に係る電力変換装置１０を、常時、合成コンデンサの容量を特定又は算出し、容量依存パラメータを、特定又は算出した容量に応じた値に変更する装置に変形することも出来る。また、各実施形態に係る電力変換装置１０を、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１を有さない装置に変形しても良い。なお、電力変換装置１０を、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１を有さないパワーコンディショナに変形する場合には、蓄電装置接
続用端子１８を省略して、太陽電池３０の接続端子に蓄電装置３５を接続するようにしても良い。

第１、第２実施形態に係る電力変換装置１０を、接続されている蓄電装置３５の台数ではなく、接続されている各蓄電装置３５内のコンデンサの容量や、接続されている各蓄電装置３５の型式を設定する装置に変形しても良い。そのような情報を入力するための機器が、操作ユニット２５以外の機器（例えば、制御部２０と無線通信可能な装置や、電力変換装置１０の筐体に設けられた操作パネル）であっても良いことは当然のことである。

１０ 電力変換装置
１１ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１２ ＡＣ／ＤＣコンバータ
１５ コンデンサ
１８ 蓄電装置接続用端子
２０ 制御部
２５ 操作ユニット

Claims (3)

1. 蓄電装置を接続可能な電力変換装置であって、
   ＤＣ／ＡＣインバータと、
   前記ＤＣ／ＡＣインバータのＤＣ端子間に並列接続された装置内コンデンサと、
   複数の制御パラメータを用いて前記ＤＣ／ＡＣインバータを制御する制御部と、
   前記ＤＣ／ＡＣインバータのＤＣ端子間に並列接続された１台又は複数台の蓄電装置に関する情報である蓄電装置情報の入力を受け付ける受付手段と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記装置内コンデンサと前記ＤＣ／ＡＣインバータのＤＣ端子間に並列接続されている各蓄電装置内のコンデンサとを合成した合成コンデンサの容量を特定し、前記複数の制御パラメータの中の少なくとも１つの制御パラメータの値を、特定した容量に応じた値に変更し、
   前記受付手段により受け付けられた蓄電装置情報に基づき、前記合成コンデンサの容量を特定する第１処理と、前記装置内コンデンサの端子間電圧値と前記ＤＣ／ＡＣインバータへの入力電流値とから、前記合成コンデンサの容量を算出する第２処理とを、前記ＤＣ／ＡＣインバータの運転制御開始前に行い、
   前記第１処理で特定された容量に対する前記第２処理で算出された容量の比が所定範囲内の値であった場合には、前記複数の制御パラメータの中の少なくとも１つの制御パラメータの値を、前記第２処理で算出された容量に変更してから、前記ＤＣ／ＡＣインバータの運転制御を開始し、前記比が前記所定範囲内の値でなかった場合には、前記ＤＣ／ＡＣインバータの運転制御を開始しない
   ことを特徴とする電力変換装置。
2. 前記蓄電装置情報が、前記ＤＣ／ＡＣインバータのＤＣ端子間に並列接続された蓄電装置の台数である
   ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記制御部は、
   前記比が前記所定範囲内の値でなかった場合には、前記比が前記所定範囲内の値でなかったことを示す情報を出力する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電力変換装置。

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