JP7067155B2 - パワーコンディショナ - Google Patents
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Description
前記第1の太陽電池とは別の太陽電池にそれぞれ接続されるとともに前記第1DC/DCコンバータと並列に接続されるDC/DCコンバータを少なくとも一つ含むコンバータセットと、
前記第1DC/DCコンバータと、前記コンバータセットの前記DC/DCコンバータとを制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記第1DC/DCコンバータにおいて正常時の方向と逆方向に流れる電流を検出した場合に、前記第1の太陽電池に、前記コンバータセットから入力される電力,電圧又は電流の少なくともいずれかが所定の第1閾値以下となるように、該コンバータセットの前記DC/DCコンバータを制御することを特徴とするパワーコンディショナである。
電圧又は電流が所定の第1閾値以下とされることにより、第1の太陽電池の損傷を防止するとともに、コンバータセットに接続される第1の太陽電池とは別の太陽電池からの電力を利用することができる。特に、制御装置の電源をDC/DCコンバータから取得している場合に、コンバータセットのDC/DCコンバータからの出力を制御電源として利用することができ、制御装置の動作が不安定になることを防止することができる。
また、第1DC/DCコンバータ及びコンバータセットのDC/DCコンバータは、太陽電池の直流電力を他の直流電力に変換する。第1DC/DCコンバータ及びコンバータセットのDC/DCコンバータは、昇圧チョッパに限らず、降圧チョッパ等の直流電力を直流電力に変換する他の回路を含む。コンバータセットは、第1の太陽電池とは別の太陽電池に接続される少なくともDC/DCコンバータを含む。すなわち、コンバータセットに含まれるDC/DCコンバータは一つでもよいし、第1の太陽電池とは別の複数の太陽電池にそれぞれ接続される複数のDC/DCコンバータであってもよい。なお、正常時の方向と逆方向に流れる電流を検出した場合には、正常時とは逆方向の電流を検出した場合に限らず、逆方向の電流が所定の値以上であることを検出した場合のように基準となる電流値が設定される場合も含む。
前記制御装置は、前記第1DC/DCコンバータにおいて正常時の方向と逆方向に流れる電流を検出した場合に、前記制御装置から前記各スイッチング素子に出力される制御信号のデューティー比をそれぞれ所定の第3閾値以下となるように制御するようにしてもよい。
ここで、スイッチング素子は、DC/DCコンバータによる電力変換のためにオンオフのスイッチングを行う。スイッチング素子は、例えば、IGBT,MOS-FET,SiC,GaN又はトランジスタであってもよい。
なお、本発明のパワーコンディショナが、第1DC/DCコンバータと、コンバータセ
ットに含まれるDC/DCコンバータに加えて、さらに第1太陽電池とは別の太陽電池に接続されるDC/DCコンバータを含む場合も排除されない。例えば、コンバータセット以外に、スイッチング素子を常時オフさせたり、常時オン(短絡)させてたりするようなDC/DCコンバータが存在する場合も排除されない。
前記制御装置は、前記第1DC/DCコンバータにおいて正常時の方向と逆方向に流れる電流を検出した場合に、前記第1スイッチング素子をオフさせるようにしてもよい。
前記制御装置は、前記第1DC/DCコンバータにおいて正常時の方向と逆方向に流れる電流を検出した場合に、前記インバータを停止させるようにしてもよい。
前記制御装置は、前記第1DC/DCコンバータにおいて正常時の方向と逆方向に流れる電流を検出した場合に、前記開閉手段を開放するようにしてもよい。
以下、本発明の適用例について、図面を参照しつつ説明する。本発明は例えば、図2に示すような並列に接続されたDC/DCコンバータの一例である昇圧チョッパ2-1~2~4を備えたパワーコンディショナに適用される。昇圧チョッパ2-1では、ダイオード25-1により正常時には、実線の矢印の方向に電流が流れるが、ダイオード25-1が短絡故障すると、破線の矢印で示すような正常時とは逆方向の電流が流れる可能性がある。昇圧チョッパ2-1に接続された太陽電池に対して、破線の矢印方向に過大な電流が流れ込むと、発熱等によって損傷する可能性がある。しかし、太陽電池の特性に応じて、一定量以下であれば、正常時と逆方向に電流又は電力が流入しても、必ずしも破損するわけではない。また、昇圧チョッパ2-1~2-4からの直流電力を制御電源として制御装置で利用する場合もあり、このような場合には、太陽電池PV-1への逆方向の電流をながれないようにするために、正常に動作する昇圧チョッパ2-2~2-4からの出力が停止してしまうと制御装置の動作が不安定となってしまう可能性もある。本発明は、太陽電池PV-1へ流入する逆方向の電流又は電力等を可能な範囲で小さく抑えることにより、太
陽電池の破損を防止するとともに、他の太陽電池からの電力を利用できるようにしたものである。このような条件を実現するための制御としては、太陽電池PV-1に、太陽電池PV-2~PV-4から入力される電力,電圧又は電流の少なくともいずれかや、太陽電池PV-2~PV-4からそれぞれ出力される電力又は電圧や、昇圧チョッパ2-2~2-4のIGBT24-2~24-4を駆動制御するPWM信号のデューティー比を指標として行うことができるが、他の指標を用いて制御してもよい。
以下では、本発明の実施例に係る電力変換装置について、図面を用いて、より詳細に説明する。
図1は、本実施例に係る電力変換装置の一例であるパワーコンディショナ1を含む太陽電池システムの概略構成図である。
態と同様にIGBT24-2~24-4が駆動されているか、またはスイッチング停止されていると、破線の矢印のように、他の昇圧チョッパ2-2~2-4から出力される電力が、昇圧チョッパ2-1を通じて太陽電池ストリングPV-1側に入力される可能性がある。太陽電池ストリングPV-1に入力される電力が過大であれば、発熱によって損傷する可能性がある。以下では、昇圧チョッパ2-1のダイオード25-1に短絡故障が生じた場合について説明するが、いずれの昇圧チョッパのダイオードに短絡故障が生じても同様であり、三つ以上の太陽電池ストリングが接続されたシステムにおいて、短絡故障が生じているダイオードが複数あり、少なくとも一つ以上の他のチョッパ部は正常に動作している場合でも同様である。また、短絡故障が生じた旨や、故障個所等の情報を、パワーコンディショナ1に設けた不図示の表示部や、ネットワークを介して接続されたPC等の端末の表示部に表示させるようにしてもよい。ここでは、コンバータセット6は、DC/DCコンバータ2-1~2-4、すなわち昇圧チョッパ2-1~2-4を含む。
このため、本実施例では、図3に示すフローチャートに示す手順に従って、パワーコンディショナ1を制御する。まず、ステップ1において、電流センサ21-1~21-4によって、電流(方向を含む)を検出する。そして、ステップ2において、検出された電流が正常か否かを判断する。検出された電流が正常とは、検出された電流が、正常な状態において流れる方向に流れていることである。電流が正常であれば処理を終了する。そして、検出された電流が正常でない、すなわち、正常な状態とは逆の方向の電流が検出されると、ステップ3において、所定の保護動作サブルーチンを実行して、処理を終了する。なお、検出された電流が正常でないと判断される場合には、正常な状態とは逆方向の電流が検出される場合に限らず、逆方向の電流が所定の値以上であることが検出された場合のように基準となる電流値が設定される場合も含む。
まず、インバータ4を停止させるとともにリレー5を開放する(ステップ31)。
次に、逆電流が検出された電流センサ21-1を含む昇圧チョッパ2-1のIGBT24-1のゲートをオープン(オフ)にする(ステップ32)。
そして、正常に動作している昇圧チョッパ2-2~2-4を駆動する(ステップ33)。このとき、昇圧チョッパ2-2~2-4は、各太陽電池ストリングPV-2~PV-4から太陽電池ストリングPV-1に入力される電力,電圧又は電流の少なくともいずれかが所定の閾値(第1閾値)以下となる条件で駆動する。この所定の閾値の具体的な値については、これらの電力が入力される太陽電池ストリングPV-1が損傷しない程度の値として、その特性に応じて設定することができる。太陽電池ストリングPV-1に入力される電流が電流センサ21-1の電流値を検出しながら、所定の閾値以下となるように昇圧チョッパ2-2~2-4をフィードバック制御により駆動する。
ステップ31及びステップ32については、図4に示す保護動作1サブルーチンと同様であるので、説明を省略する。
ステップ32の次に、正常に動作している昇圧チョッパ2-2~2-4を駆動する(ステップ35)。このとき、昇圧チョッパ2-2~2-4は、それぞれのIGBT24-2~24-4を駆動制御するために、制御装置5から出力されるPWM信号のデューティー比をそれぞれ所定の閾値(第3閾値)以下とする条件で駆動する。この所定の閾値のそれぞれの具体的な値については、昇圧チョッパ2-2~2-4から出力される電力によって、太陽電池ストリングPV-1が損傷しない程度の値として、その特性に応じて設定することができる。本実施例では、IGBT24-2~24-4をPWM制御しているが、DC/DCコンバータの回路方式によってはPFM制御を行う場合がある。ここで、第3閾値は、具体的には、それぞれの昇圧チョッパ2-2~2-4に対して設定される複数の値であり、必ずしも一つの値を指すものではない。
<発明1>
第1の太陽電池(PV-1)に接続される第1DC/DCコンバータ(2-1)と、
前記第1の太陽電池(PV-1)とは別の太陽電池(PV-2~PV-4)にそれぞれ接続されるとともに前記第1DC/DCコンバータ(2-1)と並列に接続されるDC/DCコンバータ(2-2~2-4)を少なくとも一つ含むコンバータセット(6)と、
前記第1DC/DCコンバータ(2-1)と、前記コンバータセット(6)の前記DC/DCコンバータ(2-2~2-4)とを制御する制御装置(4)と、を備え、
前記制御装置(4)は、前記第1DC/DCコンバータ(2-1)において正常時の方向と逆方向に流れる電流を検出した場合に、前記第1の太陽電池(PV-1)に、前記コンバータセット(6)から入力される電力,電圧又は電流の少なくともいずれかが所定の第1閾値以下となるように、該コンバータセット(6)の前記DC/DCコンバータ(2-2~2-4)を制御することを特徴とするパワーコンディショナ(1)。
<発明2>
前記制御装置(4)は、前記第1DC/DCコンバータ(2-1)において正常時の方向と逆方向に流れる電流を検出した場合に、前記第1の太陽電池(PV-1)に、前記コンバータセット(6)の前記DC/DCコンバータ(2-2~2-4)にそれぞれ接続された前記太陽電池(PV-2~PV-4)から出力される電力又は電圧がそれぞれ所定の第2閾値以下となるように、該コンバータセット(6)の前記DC/DCコンバータ(2-2~2-4)を制御す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。
<発明3>
前記コンバータセット(6)の前記DC/DCコンバータ(2-2~2-4)は、前記制御装置(4)からの制御信号に応じてオンオフ制御される第2スイッチング素子(24-2~24-4)を有し、
前記制御装置(4)は、前記第1DC/DCコンバータ(2-1)において正常時の方向と逆方向に流れる電流を検出した場合に、前記制御装置(4)から前記第2スイッチング素子(24-2~24-4)に出力される制御信号のデューティー比をそれぞれ所定の
第3閾値以下となるように制御することを特徴とする請求項2に記載のパワーコンディショナ(1)。
<発明4>
前記第1DC/DCコンバータ(2-1)は、前記制御装置(4)4からの制御信号に応じてオンオフ制御される第1スイッチング素子(24-1)を有し、
前記制御装置4は、前記第1DC/DCコンバータ(2-1)において正常時の方向と逆方向に流れる電流を検出した場合に、前記第1スイッチング素子(24-1)をオフさせることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のパワーコンディショナ。
<発明5>
前記第1DC/DCコンバータ(2-1)及び前記コンバータセット(6)の前記DC/DCコンバータ(2-2~2-4)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(3)を備え、
前記制御装置4は、前記第1DC/DCコンバータ(2-1)において正常時の方向と逆方向に流れる電流を検出した場合に、前記インバータ(3)を停止させることを特徴とする請求項4に記載のパワーコンディショナ(1)。
<発明6>
前記インバータ(3)と商用電源又は負荷に接続する回路を開閉する開閉手段(5)を備え、
前記制御装置(4)は、前記第1DC/DCコンバータ(2-1)において正常時の方向と逆方向に流れる電流を検出した場合に、前記開閉手段(5)を開放することを特徴とする請求項5に記載のパワーコンディショナ(1)。
1:パワーコンディショナ
2-1,2-2,2-3,2-4:DC/DCコンバータ
3:インバータ
4:制御装置
5:リレー
6:コンバータセット
21-1,21-2,21-3,21-4:電流センサ
24-1,24-2,24-3,24-4:IGBT
Claims (6)
- 第1の太陽電池に接続される第1DC/DCコンバータと、
前記第1の太陽電池とは別の太陽電池にそれぞれ接続されるとともに前記第1DC/DCコンバータと並列に接続されるDC/DCコンバータを少なくとも一つ含むコンバータセットと、
前記第1DC/DCコンバータと、前記コンバータセットの前記DC/DCコンバータとを制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記第1DC/DCコンバータにおいて正常時の方向と逆方向に流れる電流を検出した場合に、前記第1の太陽電池に、前記コンバータセットから入力される電力,電圧又は電流の少なくともいずれかが所定の第1閾値以下となるように、該コンバータセットの前記DC/DCコンバータを制御し、該第1閾値は、該コンバータセットの前記DC/DCコンバータを介して出力される電力が利用可能な値であることを特徴とするパワーコンディショナ。 - 前記制御装置は、前記第1DC/DCコンバータにおいて正常時の方向と逆方向に流れる電流を検出した場合に、前記第1の太陽電池に、前記コンバータセットの前記DC/DCコンバータにそれぞれ接続された前記太陽電池から出力される電力又は電圧がそれぞれ所定の第2閾値以下となるように、該コンバータセットの前記DC/DCコンバータを制御す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。
- 前記コンバータセットの前記DC/DCコンバータは、前記制御装置からの制御信号に応じてオンオフ制御されるスイッチング素子をそれぞれ有し、
前記制御装置は、前記第1DC/DCコンバータにおいて正常時の方向と逆方向に流れる電流を検出した場合に、前記制御装置から前記各スイッチング素子に出力される制御信号のデューティー比をそれぞれ所定の第3閾値以下となるように制御することを特徴とする請求項2に記載のパワーコンディショナ。 - 前記第1DC/DCコンバータは、前記制御装置からの制御信号に応じてオンオフ制御される第1スイッチング素子を有し、
前記制御装置は、前記第1DC/DCコンバータにおいて正常時の方向と逆方向に流れる電流を検出した場合に、前記第1スイッチング素子をオフさせることを特徴とする請求
項1乃至3のいずれか1項に記載のパワーコンディショナ。 - 前記第1DC/DCコンバータ及び前記コンバータセットの前記DC/DCコンバータ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備え、
前記制御装置は、前記第1DC/DCコンバータにおいて正常時の方向と逆方向に流れる電流を検出した場合に、前記インバータを停止させることを特徴とする請求項4に記載のパワーコンディショナ。 - 前記インバータと商用電源又は負荷に接続する回路を開閉する開閉手段を備え、
前記制御装置は、前記第1DC/DCコンバータにおいて正常時の方向と逆方向に流れる電流を検出した場合に、前記開閉手段を開放することを特徴とする請求項5に記載のパワーコンディショナ。
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