パワーコンディショナの運転制御装置および太陽光発電システム
【課題】複数の太陽電池アレイからの直流電力を交流電力に変換する複数台の非絶縁型のパワーコンディショナを、機械的な開閉器を用いることなく、高い効率で運転できるようにする。
【解決手段】太陽電池の発電電力が低いときには、第１，第２のサイリスタ２０，２１をオンして第２の発電システムの太陽電池アレイ５からの直流電力を第１の発電システムのパワーコンディショナ４に入力し、パワーコンディショナ４によって、第１の発電システムの太陽電池アレイ２からの直流電力および第２の発電システムの太陽電池アレイ５から直流電力を交流電力に変換するとともに、ＩＧＢＴ２２をオフして第２の発電システムのパワーコンディショナへ７の直流電力の供給を遮断することにより、パワーコンディショナ７の運転を停止する。
【解決手段】太陽電池の発電電力が低いときには、第１，第２のサイリスタ２０，２１をオンして第２の発電システムの太陽電池アレイ５からの直流電力を第１の発電システムのパワーコンディショナ４に入力し、パワーコンディショナ４によって、第１の発電システムの太陽電池アレイ２からの直流電力および第２の発電システムの太陽電池アレイ５から直流電力を交流電力に変換するとともに、ＩＧＢＴ２２をオフして第２の発電システムのパワーコンディショナへ７の直流電力の供給を遮断することにより、パワーコンディショナ７の運転を停止する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池や燃料電池などの直流電源で発電される直流電力を交流電力に変換して系統電源に連系するパワーコンディショナの運転を制御する装置、および、それを用いた太陽光発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電システムでは、太陽電池で発電した直流電力を交流電力に変換するインバータと系統連系ための保護装置とを有するパワーコンディショナが使用されるが、かかるパワーコンディショナは、一般に、図５に示すように、定格出力電力に対し、低出力時には、変換効率が低下するという特性を持っている。
【０００３】
このため、複数のインバータを複数台並列に接続し、太陽電池の出力電力に応じて運転するインバータの台数を切換え、出力電力が低いときには、運転するインバータの台数を減らして、低出力時の変換効率の低下を抑制するものがある(例えば、特許文献１参照)。
【特許文献１】特許第３１１２５８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１には、絶縁トランスを用いて直流部と交流部とを電気的に絶縁する実施例が開示されているが、パワーコンディショナとしては、絶縁トランスを用いない非絶縁型のパワーコンディショナが、効率が良いことから多く使用されている。
【０００５】
かかる非絶縁型のパワーコンディショナの複数台、例えば、２台の非絶縁型のパワーコンディショナ４０，４１を、図６に示すように、２つの太陽電池アレイ４２，４３に、逆流防止ダイオード４９，５０および開閉器５１，５２を有する接続箱４４，４５を介してそれぞれ接続し、各太陽電池アレイ４２，４３からの直流電力を交流電力に変換して系統電源４６に連系させ、太陽電池の出力電力が低いときには、１台のパワーコンディショナ４０のみを運転し、太陽電池の出力電力が高いときには、２台のパワーコンディショナ４０，４１を運転することが考えられる。
【０００６】
しかし、一方の太陽電池アレイ４２とパワーコンディショナ４０との間の直流電力ライン４７と、他方の太陽電池アレイ４３とパワーコンディショナ４１との間の直流電力ライン４８の正極４７Ｐ，４８Ｐ同士および負極４７Ｎ，４８Ｎ同士を、図６に示すように単純に接続したのでは、パワーコンディショナ４０，４１が非絶縁型であるために、運転中には、矢符で示すように、直流電力ライン４７の正極側４７Ｐ、パワーコンディショナ４０，４１、直流電力ライン４８の負極側４８Ｎを介して閉ループが構成されることになり、正常に動作しないという課題がある。
【０００７】
また、電磁リレーなどの機械的な開閉器を用いて前記直流電力ラインを接続することが考えられるが、方向性を持たせて直流電流を開閉する必要があることから困難であり、更に、開閉回数などの寿命やアークによる接点の溶着といった課題もある。
【０００８】
本発明は、上述のような点に鑑みて為されたものであって、複数の直流電源からの直流電力を交流電力に変換する複数台の非絶縁型のパワーコンディショナを、機械的な開閉器を用いることなく、高い効率で運転できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明のパワーコンディショナの運転制御装置は、複数の直流電源にそれぞれ接続されて、前記直流電源で発電された直流電力を交流電力にそれぞれ変換して系統電源に連系する複数台の非絶縁型のパワーコンディショナの運転を制御する装置であって、前記直流電源と該直流電源に個別に接続される前記パワーコンディショナとを一組とした複数組の発電システムの内、或る組の発電システムを主発電システムとするとともに、他の一組以上の発電システムを副発電システムとし、前記主発電システムの直流電源とパワーコンディショナとの間の直流電力ラインの正極側および負極側が、前記副発電システムの直流電源とパワーコンディショナとの間の直流電力ラインの正極側および負極側に、それぞれ単方向性スイッチング素子を介して接続されるとともに、前記副発電システムの前記直流電力ラインの、前記単方向性スイッチング素子の接続点よりもパワーコンディショナ側にスイッチング素子が挿入され、前記正極側を接続する前記単方向性スイッチング素子が、前記副発電システムから前記主発電システムへ電流が流れる向きに挿入される一方、前記負極側を接続する前記単方向性スイッチング素子が、前記主発電システムから前記副発電システムへ電流が流れる向きに挿入され、前記パワーコンディショナの出力電力または前記直流電源の出力電力に基づいて、前記単方向性スイッチング素子および前記スイッチング素子のオンオフを制御して前記複数台のパワーコンディショナの運転台数を制御するものである。
【００１０】
直流電源とは、太陽電池、風力発電、燃料電池などの直流電力を発生する電源をいう。
非絶縁型のパワーコンディショナとは、変圧器を有しないトランスレス方式のパワーコンディショナをいう。
【００１１】
主発電システムのパワーコンディショナは、直流電源の出力電力が低いために、副発電システムのパワーコンディショナの運転を停止しているときでも運転されるものであり、複数組の発電システムのパワーコンディショナの内で最も優先して運転されるものである。
【００１２】
副発電システムは、一組であってもよいし、二組以上であってもよい。
【００１３】
単方向性スイッチング素子とは、一方向に電流を流すスイッチング用の半導体素子、例えば、サイリスタをいう。
【００１４】
スイッチング素子とは、スイッチング用の半導体素子をいい、例えば、トランジスタ、ＦＥＴ、ＩＧＢＴなどをいう。
【００１５】
当該運転制御装置の制御機能を、パワーコンディショナ、例えば、主発電システムのパワーコンディショナに内蔵させてもよい。
【００１６】
本発明のパワーコンディショナの運転制御装置によると、直流電源の出力電力が低いときには、主発電システムと副発電システムとの間の単方向性スイッチング素子をオンして副発電システムの直流電源からの直流電力を主発電システムのパワーコンディショナに入力し、該パワーコンディショナによって、両発電システムの直流電源からの直流電力を交流電力に変換するとともに、副発電システムのスイッチング素子をオフして副発電システムのパワーコンディショナへの直流電力の供給を遮断することにより、副発電システムのパワーコンディショナの運転を停止することができる。これによって、直流電源の出力電力が低いときには、運転するパワーコンディショナの台数を減らし、低出力時の変換効率の低下を抑制して、高い変換効率でパワーコンディショナを運転することが可能となる。
【００１７】
しかも、副発電システムのスイッチング素子をオフして副発電システムのパワーコンディショナへの直流電力の供給を遮断し、パワーコンディショナを停止させるので、該パワーコンディショナで電力が消費されることもなく、上述の図６に示すような閉ループが構成されることもない。更に、機械的な開閉器ではなく、半導体素子によってスイッチングを行うので、寿命が長く、接点が溶着するといったこともない。
【００１８】
（２）本発明のパワーコンディショナの運転制御装置の一つの実施形態では、前記直流電源が、太陽電池アレイであり、前記主発電システムのパワーコンディショナの出力電力が、閾値以上である場合には、前記正極側および前記負極側を接続する前記単方向性スイッチング素子をオフするとともに、前記スイッチング素子をオンして前記副発電システムのパワーコンディショナを運転し、前記主発電システムのパワーコンディショナの出力電力が、前記閾値未満である場合には、前記正極側および前記負極側を接続する前記単方向性スイッチング素子をオンするとともに、前記スイッチング素子をオフして前記副発電システムのパワーコンディショナの運転を停止するものである。
【００１９】
単方向性スイッチング素子をオフするとともに、スイッチング素子をオンするときの閾値と、単方向性スイッチング素子をオンするとともに、前記スイッチング素子をオフするときの閾値を異ならせて、ヒステリシスを持たせるようにしてもよい。
【００２０】
副発電システムが、複数組存在する場合には、各組に対応させて閾値を設定し、各組毎に、単方向性スイッチング素子およびスイッチング素子のオンオフを制御するのが好ましい。
【００２１】
この実施形態によると、太陽電池の出力電力が高く、主発電システムのパワーコンディショナの出力電力が閾値以上である場合には、主発電システムと副発電システムとの間の単方向性スイッチング素子をオフするとともに、副発電システムのスイッチング素子をオンして副発電システムのパワーコンディショナを運転する一方、太陽電池の出力電力が低く、主発電システムのパワーコンディショナの出力電力が閾値未満である場合には、主発電システムと副発電システムとの間の単方向性スイッチング素子をオンするとともに、副発電システムのスイッチング素子をオフして副発電システムのパワーコンディショナを停止するので、低出力時の変換効率の低下を抑制して、高い変換効率でパワーコンディショナを運転することが可能となる。
【００２２】
（３）上記（２）の実施形態では、前記各パワーコンディショナは、平滑コンデンサを有し、前記単方向性スイッチング素子が、サイリスタであり、前記主発電システムの前記パワーコンディショナの出力電力が、閾値以上である場合には、前記副発電システムの前記パワーコンディショナの入力電圧が所定電圧以下に低下しているときに、前記スイッチング素子をオンするようにしてもよい。
【００２３】
前記所定電圧は、前記副発電システムのパワーコンディショナの平滑コンデンサが放電している状態の電圧であるのが好ましい。
【００２４】
主発電システムの直流電力ラインと副発電システムの直流電力ラインとの間のサイリスタを、オンからオフにするには、サイリスタに逆バイアスの電圧を印加してアノードからカソードに流れる電流を保持電流以下にする必要がある。
【００２５】
この実施形態によると、副発電システムのパワーコンディショナの入力電圧が所定電圧以下のとき、すなわち、パワーコンディショナの平滑コンデンサが放電している状態のときに、スイッチング素子をオンするので、このスイッチング素子のオンによって、副発電システムの太陽電池アレイからパワーコンディショナの平滑コンデンサに充電電流が流れ、副発電システムの太陽電池アレイの出力電圧が、主発電システムの太陽電池アレイの出力電圧よりも低くなって、サイリスタが逆バイアスされることになり、これによって、サイリスタをオフして、主発電システムの直流電力ラインと副発電システムの直流電力ラインとを遮断し、発電システム毎に、太陽電池アレイからの直流電力をパワーコンディショナで交流電力にそれぞれ変換することができる。
【００２６】
（４）本発明の太陽光発電システムは、複数の太陽電池アレイと、前記太陽電池アレイにそれぞれ接続される複数台の非絶縁型のパワーコンディショナとを備え、前記太陽電池アレイで発電された直流電力を、前記パワーコンディショナで交流電力にそれぞれ変換して系統電源に連系する太陽光発電システムであって、前記太陽電池アレイと該太陽電池アレイに個別に接続される前記パワーコンディショナとを一組とした複数組の発電システムの内、或る組の発電システムを主発電システムとするとともに、他の一組以上の発電システムを副発電システムとし、前記主発電システムの太陽電池アレイとパワーコンディショナとの間の直流電力ラインの正極側および負極側が、前記副発電システムの太陽電池アレイとパワーコンディショナとの間の直流電力ラインの正極側および負極側に、それぞれ単方向性スイッチング素子を介して接続されるとともに、前記副発電システムの前記直流電力ラインの、前記単方向性スイッチング素子の接続点よりもパワーコンディショナ側にスイッチング素子が挿入され、前記正極側を接続する前記単方向性スイッチング素子が、前記副発電システムから前記主発電システムへ電流が流れる向きに挿入される一方、前記負極側を接続する前記単方向性スイッチング素子が、前記主発電システムから前記副発電システムへ電流が流れる向きに挿入され、前記パワーコンディショナの出力電力または前記太陽電池アレイの出力電力に基づいて、前記単方向性スイッチング素子および前記スイッチング素子のオンオフを制御して前記複数台のパワーコンディショナの運転台数を制御する制御装置を備えている。
【００２７】
本発明の太陽光発電システムによると、太陽電池の出力電力が低いときには、主発電システムと副発電システムとの間の単方向性スイッチング素子をオンして副発電システムの太陽電池アレイからの直流電力を主発電システムのパワーコンディショナに入力し、該パワーコンディショナによって、両発電システムの太陽電池アレイからの直流電力を交流電力に変換するとともに、副発電システムのスイッチング素子をオフして副発電システムのパワーコンディショナへの直流電力の供給を遮断することにより、副発電システムのパワーコンディショナの運転を停止することができる。これによって、太陽電池の出力電力が低いときには、運転するパワーコンディショナの台数を減らし、低出力時の変換効率の低下を抑制して、高い変換効率でパワーコンディショナを運転することが可能となる。
【００２８】
しかも、スイッチング素子をオフして副発電システムのパワーコンディショナへの直流電力の供給を遮断し、パワーコンディショナを停止させるので、該パワーコンディショナで電力が消費されることもなく、上述の図６に示すような閉ループが構成されることもない。更に、機械的な開閉器ではなく、半導体素子によってスイッチングを行うので、寿命が長く、接点が溶着するといったこともない。
【００２９】
(５)本発明の太陽光発電システムの一つの実施形態では、前記制御装置は、前記主発電システムのパワーコンディショナの出力電力が、閾値以上である場合には、前記正極側および前記負極側を接続する前記単方向性スイッチング素子をオフするとともに、前記スイッチング素子をオンして前記副発電システムのパワーコンディショナを運転し、前記主発電システムのパワーコンディショナの出力電力が、前記閾値未満である場合には、前記正極側および前記負極側を接続する前記単方向性スイッチング素子をオンするとともに、前記スイッチング素子をオフして前記副発電システムのパワーコンディショナの運転を停止するようにしてもよい。
【００３０】
この実施形態によると、太陽電池の発電電力が高く、主発電システムのパワーコンディショナの出力電力が閾値以上である場合には、主発電システムと副発電システムとの間の単方向性スイッチング素子をオフするとともに、副発電システムのスイッチング素子をオンして副発電システムのパワーコンディショナを運転する一方、太陽電池の出力電力が低く、主発電システムのパワーコンディショナの出力電力が閾値未満である場合には、主発電システムと副発電システムとの間の単方向性スイッチング素子をオンするとともに、副発電システムのスイッチング素子をオフして副発電システムのパワーコンディショナを停止するので、低出力時の変換効率の低下を抑制して、高い変換効率でパワーコンディショナを運転することが可能となる。
【００３１】
(６)上記(５)の実施形態では、前記各パワーコンディショナは、平滑コンデンサを有し、前記単方向性スイッチング素子が、サイリスタであり、前記制御装置は、前記主発電システムのパワーコンディショナの出力電力が、閾値以上である場合には、前記副発電システムのパワーコンディショナの入力電圧が所定電圧以下に低下しているときに、前記スイッチング素子をオンするようにしてもよい。
【００３２】
この実施形態によると、副発電システムのパワーコンディショナの入力電圧が所定電圧以下のとき、すなわち、パワーコンディショナの平滑コンデンサが放電している状態のときに、スイッチング素子をオンするので、このスイッチング素子のオンによって、副発電システムの太陽電池アレイからパワーコンディショナの平滑コンデンサに充電電流が流れ、副発電システムの太陽電池アレイの出力電圧が、主発電システムの太陽電池アレイの出力電圧よりも低くなって、サイリスタが逆バイアスされることになり、これによって、サイリスタをオフして、主発電システムの直流電力ラインと副発電システムの直流電力ラインとを遮断し、発電システム毎に、太陽電池アレイからの直流電力を、交流電力に変換することができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、太陽電池などの直流電源の出力電力が低いときには、副発電システムの直流電源からの直流電力を主発電システムのパワーコンディショナに入力し、主発電システムのパワーコンディショナによって、両発電システムの直流電源からの直流電力を交流電力に変換するとともに、副発電システムのパワーコンディショナへの直流電力の供給を遮断することにより、副発電システムのパワーコンディショナの運転を停止することができ、これによって、直流電源の出力電力が低いときには、運転するパワーコンディショナの台数を減らし、低出力時の変換効率の低下を抑制して、高い変換効率でパワーコンディショナを運転することが可能となる。
【００３４】
しかも、副発電システムのパワーコンディショナへの直流電力の供給を遮断し、パワーコンディショナを停止させるので、該パワーコンディショナで電力が消費されることもなく、また、正常な動作を妨げるような閉ループが構成されることもない。更に、機械的な開閉器ではなく、半導体素子によってスイッチングを行うので、寿命が長く、接点が溶着するといったこともない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、図面によって本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００３６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の一つの実施の形態に係る太陽光発電システムの構成図である。
【００３７】
この実施の形態の太陽光発電システム１は、第１の太陽電池アレイ２、第１の接続箱３および第１のパワーコンディショナ４を備える主発電システムとしての第１の発電システムと、第２の太陽電池アレイ５、第２の接続箱６および第２のパワーコンディショナ７を備える副発電システムとしての第２の光発電システムとの二組の発電システムとを並列接続して、制御装置８によって、後述のようにパワーコンディショナの運転台数を制御するものである。
【００３８】
各太陽電池アレイ２，５は、複数の太陽電池モジュールを直列、並列に接続して所要の発電電力を得られるように構成されており、その定格出力は、例えば、４ｋＷである。
【００３９】
各接続箱３，６は、逆流防止ダイオード９，１０および開閉器１１，１２をそれぞれ有し、太陽電池アレイ２，５で発電した電力をそれぞれ集電する。
【００４０】
太陽電池アレイ２，５と系統電源１３との間に介在する各パワーコンディショナ４，７は、絶縁トランスを備えていない非絶縁型(トランスレス)のパワーコンディショナであり、その定格出力は、例えば、４ｋＷである。
【００４１】
このパワーコンディショナ４，７は、図２に示すように、平滑用の電解コンデンサＣ１と、スイッチ素子Ｓ１，Ｓ２、インダクタＬ１および平滑用の電解コンデンサＣ２を有する昇圧回路１４と、スイッチ素子Ｓ３〜Ｓ６およびインダクタＬ２，Ｌ３を有するインバータ回路１５と、系統側開閉器１６と、図示しないパワーコンディショナ制御部とを備えている。
【００４２】
このパワーコンディショナ４，７では、平滑用の電解コンデンサＣ１で平滑化された太陽電池アレイ２，５からの入力電圧は、昇圧回路１４で昇圧されてインバータ回路１５に与えられ、インバータ回路１５で交流電力に変換されて系統側開閉器１６を介して出力される。
【００４３】
この実施形態では、太陽電池の発電電力が高いときには、第１，第２のパワーコンディショナ４，７を運転して第１，第２の太陽電池アレイ２，５からの直流電力をそれぞれ交流電力に変換する一方、太陽電池の発電電力が低いときには、第１のパワーコンディショナ４のみを運転して第１，第２の太陽電池アレイ２，５からの直流電力を交流電力に変換することにより、低出力時の変換効率の低下を抑制するものである。
【００４４】
このため、図１に示すように、第１の発電システムの第１の太陽電池アレイ２と第１のパワーコンディショナ４との間の直流電力ライン１８の正極側１８Ｐおよび負極側１８Ｎが、第２の発電システムの第２の太陽電池アレイ５と第２のパワーコンディショナ７との間の直流電力ライン１９の正極側１９Ｐおよび負極側１９Ｎに、第１，第２のサイリスタ２０，２１を介してそれぞれ接続される。
【００４５】
第１のサイリスタ２０は、第２の発電システムの直流電力ライン１９の正極側１９Ｐから第１の発電システムの直流電力ライン１８の正極側１８Ｐへ電流が流れるように、カソードが第１の発電システムの直流電力ライン１８の正極側１８Ｐに接続されるとともに、アノードが第２の発電システムの直流電力ライン１９の正極側１９Ｐに接続される。また、第２のサイリスタ２１は、第１の発電システムの直流電力ライン１８の負極側１８Ｎから第２の発電システムの直流電力ライン１９の負極側１９Ｎへ電流が流れるように、カソードが第２の発電システムの直流電力ライン１９の負極側１９Ｎに接続されるとともに、アノードが第１の発電システムの直流電力ライン１８の負極側１８Ｎに接続される。各サイリスタ２０，２１のゲートには、制御装置８からの第１の制御信号ｓｉｇＡが与えられる。
【００４６】
第２の発電システムの直流電力ライン１９の正極側１９Ｐには、ＩＧＢＴ２２が挿入されており、このＩＧＢＴ２２は、そのエミッタが第２のパワーコンディショナ７側に接続されるとともに、コレクタが接続箱６側に接続され、ゲートには、制御装置８からの第２の制御信号ｓｉｇＢが与えられる。
【００４７】
制御装置８は、電力計測器１７で計測される第１のパワーコンディショナ４の出力電力に基づいて、第１，第２のサイリスタ２０，２１およびＩＧＢＴ２２のオンオフを制御してパワーコンディショナの運転台数を制御する。この制御装置８には、後述のように第２のパワーコンディショナ２の入力電圧の検出値ＤＣ１が与えられる。
【００４８】
図３は、この実施形態の動作説明に供するタイムチャートであり、同図（ａ）は第１のパワーコンディショナ４の出力電力、同図（ｂ）は第１，第２のサイリスタ２０，２１に対する第１の制御信号ｓｉｇＡ、同図（ｃ）はＩＧＢＴ２２に対する第２の制御信号ｓｉｇＢ、同図（ｄ）は第１のパワーコンディショナ４の運転状態、同図（ｅ）は第２のパワーコンディショナ７の運転状態をそれぞれ示している。
【００４９】
朝の起動時など太陽電池の発電電力が低く、同図（ａ）に示す第１のパワーコンディショナ４の出力電力が、予め設定した第１の閾値Ｌ１未満、例えば、４ｋＷ未満であるときには、例えば、期間Ｔ１に示すように、第１の制御信号ｓｉｇＡはオンして第１，第２のサイリスタ２０，２１はオンしている一方、第２の制御信号ｓｉｇＢはオフしてＩＧＢＴ２２はオフしている。これによって、第１，第２の太陽電池アレイ２，５からの直流電力を、第１のパワーコンディショナ４のみに入力し、第１のパワーコンディショナ４によって、交流電力に変換して系統電源１３に連系する。このとき、第２のパワーコンディショナ７には、太陽電池アレイ５から直流電力が供給されておらず、同図（ｅ）に示すように停止しており、上述の図６に示す閉ループが構成されることがなく、また、第２のパワーコンディショナ７で電力を消費することもない。
【００５０】
次に、同図(ａ)に示す第１のパワーコンディショナ４の出力電力が、第１の閾値Ｌ１以上になると、例えば、期間Ｔ２に示すように、第１のパワーコンディショナ４に加えて、第２のパワーコンディショナ７も運転するように、第１の制御信号ｓｉｇＡを同図(ｂ)に示すようにオフするとともに、同図（ｃ）に示すように第２の制御信号ｓｉｇＢをオンする。
【００５１】
第２の制御信号ｓｉｇＢがオンすることによって、ＩＧＢＴ２２がオンして第２の太陽電池アレイ５からの直流電力が、第２のパワーコンディショナ７に供給されて第２のパワーコンディショナ７が運転を開始する。ＩＧＢＴ２２がオンすると、後述のように、第２のパワーコンディショナ７の図２に示される平滑用の電解コンデンサＣ１，Ｃ２がチャージされて第２の太陽電池アレイ５の出力電圧が低下し、第１のサイリスタ２０が逆バイアスされてオフし、第２のサイリスタ２１もオフする。
【００５２】
第１のサイリスタ２０を、逆バイアスしてオフするためには、後述のように平滑用の電解コンデンサＣ１，Ｃ２にチャージする必要があるので、制御装置８は、電解コンデンサＣ１，Ｃ２が放電して第２のパワーコンディショナ７の入力電圧の検出値ＤＣ１が、所定電圧以下まで低下していることを確認した後に、ＩＧＢＴ２２をオンする。
【００５３】
次に、第１のパワーコンディショナ４と第２のパワーコンディショナ７の出力電力はほぼ同じと想定し、第１のパワーコンディショナ４の出力電力が、同図（ａ）に示すように、予め設定した第２の閾値Ｌ２未満、例えば、１ｋＷ未満になると、例えば、期間Ｔ３に示すように、第２のパワーコンディショナ７の運転を停止させて第１のパワーコンディショナ４のみ運転するように制御する。すなわち、同図(ｂ)に示すように、第１の制御信号ｓｉｇＡをオンして第１，第２のサイリスタ２０，２１をオンする一方、第２の制御信号ｓｉｇＢをオフしてＩＧＢＴ２２をオフする。これによって、第１，第２の太陽電池アレイ２，５からの直流電力を、第１のパワーコンディショナ４のみに入力する一方、第２のパワーコンディショナ７への太陽電池アレイ５からの直流電源を遮断して運転を停止させる。
【００５４】
このように太陽電池の発電電力に応じた第１のパワーコンディショナ４の出力電力に応じて、自動的にパワーコンディショナの運転台数を制御することができる。
【００５５】
なお、第２の閾値Ｌ２は、同図（ａ）に示すように、第１の閾値Ｌ１に比べて低い値に設定してヒステリシスを持たせており、これによって、オンオフが繰り返して発生しないようにしている。
【００５６】
次に、第１，第２のサイリスタ２０，２１の動作について説明する。
【００５７】
サイリスタは、オンすると、逆電圧を印加しないとオフしないために、直流回路では使用できない。しかし、この実施形態では、第２のパワーコンディショナ７の内部の平滑用の電解コンデンサＣ１，Ｃ２への突入電流による電圧降下により電位差が発生し、逆電圧が発生することで、第１，第２のサイリスタ２０，２１をオフさせるようにしている。以下にその詳細を説明する。
【００５８】
先ず、図１のＩＧＢＴ２２がオフしている状態で、第１，第２のサイリスタ２０，２１のゲートに、オンするための第１の制御信号ｓｉｇＡを入力すると、直流電流が流れ始め、０V電圧、負電圧、もしくは電流がゼロになるまで流れ続ける。したがって、第２の太陽電池アレイ５の発電出力があり、第１のパワーコンディショナ４が動作している限り、ゲートに電圧を加えなくても電流は流れ続ける。
【００５９】
この状態から、太陽電池の発電出力が高くなって、第２のパワーコンディショナ７を運転させるために、ＩＧＢＴ２２にオンの第２の制御信号ｓｉｇＢを与えてＩＧＢＴ２２をオンさせると、第２のパワーコンディショナ７の内部の平滑用の電解コンデンサＣ１，Ｃ２に電圧が印加され、突入電流が流れる。
【００６０】
第２の発電システムは、この時は第１の発電システムの第１のパワーコンディショナ４に直流電力を供給している関係から、第１の発電システムとほぼ同電位にある。
【００６１】
第１のパワーコンディショナ４に供給している電流に加えて、電解コンデンサＣ１，Ｃ２へのチャージ電流が流れると、第２の太陽電池アレイ５は、太陽電池の内部抵抗の関係で必ず第１の太陽電池アレイ２より電圧が低くなり、サイリスタの特性から第２の発電システムの電圧が低くなったために電流はカットオフされ、第１，第２のサイリスタ２０，２１は、オフし続ける。
【００６２】
次に、第１，第２のサイリスタ２０，２１をオンさせる時は、ＩＧＢＴ２２のエミッタ側電圧をチェックし、ＩＧＢＴ２２により電流をカットした時に確実に電圧が下がった事を確認しておく。
【００６３】
以上のようにして、この実施形態では、第１，第２のサイリスタ２０，２１のオンオフを制御している。
【００６４】
本発明は、３台以上のパワーコンディショナの運転の制御にも同様に適用できるものである。
【００６５】
例えば、図４に示すように、第３の太陽電池アレイ２５、第３の接続箱２６および第３のパワーコンディショナ２７を備える副発電システムとしての第３の発電システムを追加し、第１の発電システムの直流電力ライン１８の正極側１８ｐおよび負極側１８Ｎと、第３の発電システムの直流電力ライン２８の正極側２８Ｐおよび負極側２８Ｎとを、第３,第４のサイリスタ２９，３０を介してそれぞれ接続するとともに、第３の発電システムの直流電力ライン２８の正極側２８ＰにＩＧＢＴ３１を挿入してもよい。
【００６６】
この図４の構成では、太陽電池の発電電力が高いときには、第１〜第３のパワーコンディショナ４，７，２７の３台を運転し、太陽電池の発電電力が低くなると、第１，第２のパワーコンディショナ４，７の２台を運転し、太陽電池の発電電力がさらに低くなると、第１のパワーコンディショナ４の１台のみで運転することになる。
【００６７】
その他の構成は、上述の図１と同様である。
【００６８】
上述の各実施形態では、第１のパワーコンディショナ４の出力電力に基づいて、パワーコンディショナの運転台数を制御したけれども、本発明の他の実施形態として、太陽電池アレイの発電電力に基づいて、パワーコンディショナの運転台数を制御するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、発電電力が変動する太陽光発電システムなどに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施形態に係る太陽光発電システムの構成図である。
【図２】図１のパワーコンディショナのブロック図である。
【図３】動作説明に供するタイムチャートである。
【図４】本発明の他の実施形態の太陽光発電システムの構成図である。
【図５】パワーコンディショナの特性を示す図である。
【図６】課題を説明するための図である。
【符号の説明】
【００７１】
１ 太陽光発電システム
２，５，２５ 第１，第２，第３の太陽電池アレイ
４，７，２７ 第１，第２，第３のパワーコンディショナ
８，８−１ 制御装置
２０，２１，２９，３０ 第１〜第４のサイリスタ
２２，３１ ＩＧＢＴ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池や燃料電池などの直流電源で発電される直流電力を交流電力に変換して系統電源に連系するパワーコンディショナの運転を制御する装置、および、それを用いた太陽光発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電システムでは、太陽電池で発電した直流電力を交流電力に変換するインバータと系統連系ための保護装置とを有するパワーコンディショナが使用されるが、かかるパワーコンディショナは、一般に、図５に示すように、定格出力電力に対し、低出力時には、変換効率が低下するという特性を持っている。
【０００３】
このため、複数のインバータを複数台並列に接続し、太陽電池の出力電力に応じて運転するインバータの台数を切換え、出力電力が低いときには、運転するインバータの台数を減らして、低出力時の変換効率の低下を抑制するものがある(例えば、特許文献１参照)。
【特許文献１】特許第３１１２５８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１には、絶縁トランスを用いて直流部と交流部とを電気的に絶縁する実施例が開示されているが、パワーコンディショナとしては、絶縁トランスを用いない非絶縁型のパワーコンディショナが、効率が良いことから多く使用されている。
【０００５】
かかる非絶縁型のパワーコンディショナの複数台、例えば、２台の非絶縁型のパワーコンディショナ４０，４１を、図６に示すように、２つの太陽電池アレイ４２，４３に、逆流防止ダイオード４９，５０および開閉器５１，５２を有する接続箱４４，４５を介してそれぞれ接続し、各太陽電池アレイ４２，４３からの直流電力を交流電力に変換して系統電源４６に連系させ、太陽電池の出力電力が低いときには、１台のパワーコンディショナ４０のみを運転し、太陽電池の出力電力が高いときには、２台のパワーコンディショナ４０，４１を運転することが考えられる。
【０００６】
しかし、一方の太陽電池アレイ４２とパワーコンディショナ４０との間の直流電力ライン４７と、他方の太陽電池アレイ４３とパワーコンディショナ４１との間の直流電力ライン４８の正極４７Ｐ，４８Ｐ同士および負極４７Ｎ，４８Ｎ同士を、図６に示すように単純に接続したのでは、パワーコンディショナ４０，４１が非絶縁型であるために、運転中には、矢符で示すように、直流電力ライン４７の正極側４７Ｐ、パワーコンディショナ４０，４１、直流電力ライン４８の負極側４８Ｎを介して閉ループが構成されることになり、正常に動作しないという課題がある。
【０００７】
また、電磁リレーなどの機械的な開閉器を用いて前記直流電力ラインを接続することが考えられるが、方向性を持たせて直流電流を開閉する必要があることから困難であり、更に、開閉回数などの寿命やアークによる接点の溶着といった課題もある。
【０００８】
本発明は、上述のような点に鑑みて為されたものであって、複数の直流電源からの直流電力を交流電力に変換する複数台の非絶縁型のパワーコンディショナを、機械的な開閉器を用いることなく、高い効率で運転できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明のパワーコンディショナの運転制御装置は、複数の直流電源にそれぞれ接続されて、前記直流電源で発電された直流電力を交流電力にそれぞれ変換して系統電源に連系する複数台の非絶縁型のパワーコンディショナの運転を制御する装置であって、前記直流電源と該直流電源に個別に接続される前記パワーコンディショナとを一組とした複数組の発電システムの内、或る組の発電システムを主発電システムとするとともに、他の一組以上の発電システムを副発電システムとし、前記主発電システムの直流電源とパワーコンディショナとの間の直流電力ラインの正極側および負極側が、前記副発電システムの直流電源とパワーコンディショナとの間の直流電力ラインの正極側および負極側に、それぞれ単方向性スイッチング素子を介して接続されるとともに、前記副発電システムの前記直流電力ラインの、前記単方向性スイッチング素子の接続点よりもパワーコンディショナ側にスイッチング素子が挿入され、前記正極側を接続する前記単方向性スイッチング素子が、前記副発電システムから前記主発電システムへ電流が流れる向きに挿入される一方、前記負極側を接続する前記単方向性スイッチング素子が、前記主発電システムから前記副発電システムへ電流が流れる向きに挿入され、前記パワーコンディショナの出力電力または前記直流電源の出力電力に基づいて、前記単方向性スイッチング素子および前記スイッチング素子のオンオフを制御して前記複数台のパワーコンディショナの運転台数を制御するものである。
【００１０】
直流電源とは、太陽電池、風力発電、燃料電池などの直流電力を発生する電源をいう。
非絶縁型のパワーコンディショナとは、変圧器を有しないトランスレス方式のパワーコンディショナをいう。
【００１１】
主発電システムのパワーコンディショナは、直流電源の出力電力が低いために、副発電システムのパワーコンディショナの運転を停止しているときでも運転されるものであり、複数組の発電システムのパワーコンディショナの内で最も優先して運転されるものである。
【００１２】
副発電システムは、一組であってもよいし、二組以上であってもよい。
【００１３】
単方向性スイッチング素子とは、一方向に電流を流すスイッチング用の半導体素子、例えば、サイリスタをいう。
【００１４】
スイッチング素子とは、スイッチング用の半導体素子をいい、例えば、トランジスタ、ＦＥＴ、ＩＧＢＴなどをいう。
【００１５】
当該運転制御装置の制御機能を、パワーコンディショナ、例えば、主発電システムのパワーコンディショナに内蔵させてもよい。
【００１６】
本発明のパワーコンディショナの運転制御装置によると、直流電源の出力電力が低いときには、主発電システムと副発電システムとの間の単方向性スイッチング素子をオンして副発電システムの直流電源からの直流電力を主発電システムのパワーコンディショナに入力し、該パワーコンディショナによって、両発電システムの直流電源からの直流電力を交流電力に変換するとともに、副発電システムのスイッチング素子をオフして副発電システムのパワーコンディショナへの直流電力の供給を遮断することにより、副発電システムのパワーコンディショナの運転を停止することができる。これによって、直流電源の出力電力が低いときには、運転するパワーコンディショナの台数を減らし、低出力時の変換効率の低下を抑制して、高い変換効率でパワーコンディショナを運転することが可能となる。
【００１７】
しかも、副発電システムのスイッチング素子をオフして副発電システムのパワーコンディショナへの直流電力の供給を遮断し、パワーコンディショナを停止させるので、該パワーコンディショナで電力が消費されることもなく、上述の図６に示すような閉ループが構成されることもない。更に、機械的な開閉器ではなく、半導体素子によってスイッチングを行うので、寿命が長く、接点が溶着するといったこともない。
【００１８】
（２）本発明のパワーコンディショナの運転制御装置の一つの実施形態では、前記直流電源が、太陽電池アレイであり、前記主発電システムのパワーコンディショナの出力電力が、閾値以上である場合には、前記正極側および前記負極側を接続する前記単方向性スイッチング素子をオフするとともに、前記スイッチング素子をオンして前記副発電システムのパワーコンディショナを運転し、前記主発電システムのパワーコンディショナの出力電力が、前記閾値未満である場合には、前記正極側および前記負極側を接続する前記単方向性スイッチング素子をオンするとともに、前記スイッチング素子をオフして前記副発電システムのパワーコンディショナの運転を停止するものである。
【００１９】
単方向性スイッチング素子をオフするとともに、スイッチング素子をオンするときの閾値と、単方向性スイッチング素子をオンするとともに、前記スイッチング素子をオフするときの閾値を異ならせて、ヒステリシスを持たせるようにしてもよい。
【００２０】
副発電システムが、複数組存在する場合には、各組に対応させて閾値を設定し、各組毎に、単方向性スイッチング素子およびスイッチング素子のオンオフを制御するのが好ましい。
【００２１】
この実施形態によると、太陽電池の出力電力が高く、主発電システムのパワーコンディショナの出力電力が閾値以上である場合には、主発電システムと副発電システムとの間の単方向性スイッチング素子をオフするとともに、副発電システムのスイッチング素子をオンして副発電システムのパワーコンディショナを運転する一方、太陽電池の出力電力が低く、主発電システムのパワーコンディショナの出力電力が閾値未満である場合には、主発電システムと副発電システムとの間の単方向性スイッチング素子をオンするとともに、副発電システムのスイッチング素子をオフして副発電システムのパワーコンディショナを停止するので、低出力時の変換効率の低下を抑制して、高い変換効率でパワーコンディショナを運転することが可能となる。
【００２２】
（３）上記（２）の実施形態では、前記各パワーコンディショナは、平滑コンデンサを有し、前記単方向性スイッチング素子が、サイリスタであり、前記主発電システムの前記パワーコンディショナの出力電力が、閾値以上である場合には、前記副発電システムの前記パワーコンディショナの入力電圧が所定電圧以下に低下しているときに、前記スイッチング素子をオンするようにしてもよい。
【００２３】
前記所定電圧は、前記副発電システムのパワーコンディショナの平滑コンデンサが放電している状態の電圧であるのが好ましい。
【００２４】
主発電システムの直流電力ラインと副発電システムの直流電力ラインとの間のサイリスタを、オンからオフにするには、サイリスタに逆バイアスの電圧を印加してアノードからカソードに流れる電流を保持電流以下にする必要がある。
【００２５】
この実施形態によると、副発電システムのパワーコンディショナの入力電圧が所定電圧以下のとき、すなわち、パワーコンディショナの平滑コンデンサが放電している状態のときに、スイッチング素子をオンするので、このスイッチング素子のオンによって、副発電システムの太陽電池アレイからパワーコンディショナの平滑コンデンサに充電電流が流れ、副発電システムの太陽電池アレイの出力電圧が、主発電システムの太陽電池アレイの出力電圧よりも低くなって、サイリスタが逆バイアスされることになり、これによって、サイリスタをオフして、主発電システムの直流電力ラインと副発電システムの直流電力ラインとを遮断し、発電システム毎に、太陽電池アレイからの直流電力をパワーコンディショナで交流電力にそれぞれ変換することができる。
【００２６】
（４）本発明の太陽光発電システムは、複数の太陽電池アレイと、前記太陽電池アレイにそれぞれ接続される複数台の非絶縁型のパワーコンディショナとを備え、前記太陽電池アレイで発電された直流電力を、前記パワーコンディショナで交流電力にそれぞれ変換して系統電源に連系する太陽光発電システムであって、前記太陽電池アレイと該太陽電池アレイに個別に接続される前記パワーコンディショナとを一組とした複数組の発電システムの内、或る組の発電システムを主発電システムとするとともに、他の一組以上の発電システムを副発電システムとし、前記主発電システムの太陽電池アレイとパワーコンディショナとの間の直流電力ラインの正極側および負極側が、前記副発電システムの太陽電池アレイとパワーコンディショナとの間の直流電力ラインの正極側および負極側に、それぞれ単方向性スイッチング素子を介して接続されるとともに、前記副発電システムの前記直流電力ラインの、前記単方向性スイッチング素子の接続点よりもパワーコンディショナ側にスイッチング素子が挿入され、前記正極側を接続する前記単方向性スイッチング素子が、前記副発電システムから前記主発電システムへ電流が流れる向きに挿入される一方、前記負極側を接続する前記単方向性スイッチング素子が、前記主発電システムから前記副発電システムへ電流が流れる向きに挿入され、前記パワーコンディショナの出力電力または前記太陽電池アレイの出力電力に基づいて、前記単方向性スイッチング素子および前記スイッチング素子のオンオフを制御して前記複数台のパワーコンディショナの運転台数を制御する制御装置を備えている。
【００２７】
本発明の太陽光発電システムによると、太陽電池の出力電力が低いときには、主発電システムと副発電システムとの間の単方向性スイッチング素子をオンして副発電システムの太陽電池アレイからの直流電力を主発電システムのパワーコンディショナに入力し、該パワーコンディショナによって、両発電システムの太陽電池アレイからの直流電力を交流電力に変換するとともに、副発電システムのスイッチング素子をオフして副発電システムのパワーコンディショナへの直流電力の供給を遮断することにより、副発電システムのパワーコンディショナの運転を停止することができる。これによって、太陽電池の出力電力が低いときには、運転するパワーコンディショナの台数を減らし、低出力時の変換効率の低下を抑制して、高い変換効率でパワーコンディショナを運転することが可能となる。
【００２８】
しかも、スイッチング素子をオフして副発電システムのパワーコンディショナへの直流電力の供給を遮断し、パワーコンディショナを停止させるので、該パワーコンディショナで電力が消費されることもなく、上述の図６に示すような閉ループが構成されることもない。更に、機械的な開閉器ではなく、半導体素子によってスイッチングを行うので、寿命が長く、接点が溶着するといったこともない。
【００２９】
(５)本発明の太陽光発電システムの一つの実施形態では、前記制御装置は、前記主発電システムのパワーコンディショナの出力電力が、閾値以上である場合には、前記正極側および前記負極側を接続する前記単方向性スイッチング素子をオフするとともに、前記スイッチング素子をオンして前記副発電システムのパワーコンディショナを運転し、前記主発電システムのパワーコンディショナの出力電力が、前記閾値未満である場合には、前記正極側および前記負極側を接続する前記単方向性スイッチング素子をオンするとともに、前記スイッチング素子をオフして前記副発電システムのパワーコンディショナの運転を停止するようにしてもよい。
【００３０】
この実施形態によると、太陽電池の発電電力が高く、主発電システムのパワーコンディショナの出力電力が閾値以上である場合には、主発電システムと副発電システムとの間の単方向性スイッチング素子をオフするとともに、副発電システムのスイッチング素子をオンして副発電システムのパワーコンディショナを運転する一方、太陽電池の出力電力が低く、主発電システムのパワーコンディショナの出力電力が閾値未満である場合には、主発電システムと副発電システムとの間の単方向性スイッチング素子をオンするとともに、副発電システムのスイッチング素子をオフして副発電システムのパワーコンディショナを停止するので、低出力時の変換効率の低下を抑制して、高い変換効率でパワーコンディショナを運転することが可能となる。
【００３１】
(６)上記(５)の実施形態では、前記各パワーコンディショナは、平滑コンデンサを有し、前記単方向性スイッチング素子が、サイリスタであり、前記制御装置は、前記主発電システムのパワーコンディショナの出力電力が、閾値以上である場合には、前記副発電システムのパワーコンディショナの入力電圧が所定電圧以下に低下しているときに、前記スイッチング素子をオンするようにしてもよい。
【００３２】
この実施形態によると、副発電システムのパワーコンディショナの入力電圧が所定電圧以下のとき、すなわち、パワーコンディショナの平滑コンデンサが放電している状態のときに、スイッチング素子をオンするので、このスイッチング素子のオンによって、副発電システムの太陽電池アレイからパワーコンディショナの平滑コンデンサに充電電流が流れ、副発電システムの太陽電池アレイの出力電圧が、主発電システムの太陽電池アレイの出力電圧よりも低くなって、サイリスタが逆バイアスされることになり、これによって、サイリスタをオフして、主発電システムの直流電力ラインと副発電システムの直流電力ラインとを遮断し、発電システム毎に、太陽電池アレイからの直流電力を、交流電力に変換することができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、太陽電池などの直流電源の出力電力が低いときには、副発電システムの直流電源からの直流電力を主発電システムのパワーコンディショナに入力し、主発電システムのパワーコンディショナによって、両発電システムの直流電源からの直流電力を交流電力に変換するとともに、副発電システムのパワーコンディショナへの直流電力の供給を遮断することにより、副発電システムのパワーコンディショナの運転を停止することができ、これによって、直流電源の出力電力が低いときには、運転するパワーコンディショナの台数を減らし、低出力時の変換効率の低下を抑制して、高い変換効率でパワーコンディショナを運転することが可能となる。
【００３４】
しかも、副発電システムのパワーコンディショナへの直流電力の供給を遮断し、パワーコンディショナを停止させるので、該パワーコンディショナで電力が消費されることもなく、また、正常な動作を妨げるような閉ループが構成されることもない。更に、機械的な開閉器ではなく、半導体素子によってスイッチングを行うので、寿命が長く、接点が溶着するといったこともない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、図面によって本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００３６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の一つの実施の形態に係る太陽光発電システムの構成図である。
【００３７】
この実施の形態の太陽光発電システム１は、第１の太陽電池アレイ２、第１の接続箱３および第１のパワーコンディショナ４を備える主発電システムとしての第１の発電システムと、第２の太陽電池アレイ５、第２の接続箱６および第２のパワーコンディショナ７を備える副発電システムとしての第２の光発電システムとの二組の発電システムとを並列接続して、制御装置８によって、後述のようにパワーコンディショナの運転台数を制御するものである。
【００３８】
各太陽電池アレイ２，５は、複数の太陽電池モジュールを直列、並列に接続して所要の発電電力を得られるように構成されており、その定格出力は、例えば、４ｋＷである。
【００３９】
各接続箱３，６は、逆流防止ダイオード９，１０および開閉器１１，１２をそれぞれ有し、太陽電池アレイ２，５で発電した電力をそれぞれ集電する。
【００４０】
太陽電池アレイ２，５と系統電源１３との間に介在する各パワーコンディショナ４，７は、絶縁トランスを備えていない非絶縁型(トランスレス)のパワーコンディショナであり、その定格出力は、例えば、４ｋＷである。
【００４１】
このパワーコンディショナ４，７は、図２に示すように、平滑用の電解コンデンサＣ１と、スイッチ素子Ｓ１，Ｓ２、インダクタＬ１および平滑用の電解コンデンサＣ２を有する昇圧回路１４と、スイッチ素子Ｓ３〜Ｓ６およびインダクタＬ２，Ｌ３を有するインバータ回路１５と、系統側開閉器１６と、図示しないパワーコンディショナ制御部とを備えている。
【００４２】
このパワーコンディショナ４，７では、平滑用の電解コンデンサＣ１で平滑化された太陽電池アレイ２，５からの入力電圧は、昇圧回路１４で昇圧されてインバータ回路１５に与えられ、インバータ回路１５で交流電力に変換されて系統側開閉器１６を介して出力される。
【００４３】
この実施形態では、太陽電池の発電電力が高いときには、第１，第２のパワーコンディショナ４，７を運転して第１，第２の太陽電池アレイ２，５からの直流電力をそれぞれ交流電力に変換する一方、太陽電池の発電電力が低いときには、第１のパワーコンディショナ４のみを運転して第１，第２の太陽電池アレイ２，５からの直流電力を交流電力に変換することにより、低出力時の変換効率の低下を抑制するものである。
【００４４】
このため、図１に示すように、第１の発電システムの第１の太陽電池アレイ２と第１のパワーコンディショナ４との間の直流電力ライン１８の正極側１８Ｐおよび負極側１８Ｎが、第２の発電システムの第２の太陽電池アレイ５と第２のパワーコンディショナ７との間の直流電力ライン１９の正極側１９Ｐおよび負極側１９Ｎに、第１，第２のサイリスタ２０，２１を介してそれぞれ接続される。
【００４５】
第１のサイリスタ２０は、第２の発電システムの直流電力ライン１９の正極側１９Ｐから第１の発電システムの直流電力ライン１８の正極側１８Ｐへ電流が流れるように、カソードが第１の発電システムの直流電力ライン１８の正極側１８Ｐに接続されるとともに、アノードが第２の発電システムの直流電力ライン１９の正極側１９Ｐに接続される。また、第２のサイリスタ２１は、第１の発電システムの直流電力ライン１８の負極側１８Ｎから第２の発電システムの直流電力ライン１９の負極側１９Ｎへ電流が流れるように、カソードが第２の発電システムの直流電力ライン１９の負極側１９Ｎに接続されるとともに、アノードが第１の発電システムの直流電力ライン１８の負極側１８Ｎに接続される。各サイリスタ２０，２１のゲートには、制御装置８からの第１の制御信号ｓｉｇＡが与えられる。
【００４６】
第２の発電システムの直流電力ライン１９の正極側１９Ｐには、ＩＧＢＴ２２が挿入されており、このＩＧＢＴ２２は、そのエミッタが第２のパワーコンディショナ７側に接続されるとともに、コレクタが接続箱６側に接続され、ゲートには、制御装置８からの第２の制御信号ｓｉｇＢが与えられる。
【００４７】
制御装置８は、電力計測器１７で計測される第１のパワーコンディショナ４の出力電力に基づいて、第１，第２のサイリスタ２０，２１およびＩＧＢＴ２２のオンオフを制御してパワーコンディショナの運転台数を制御する。この制御装置８には、後述のように第２のパワーコンディショナ２の入力電圧の検出値ＤＣ１が与えられる。
【００４８】
図３は、この実施形態の動作説明に供するタイムチャートであり、同図（ａ）は第１のパワーコンディショナ４の出力電力、同図（ｂ）は第１，第２のサイリスタ２０，２１に対する第１の制御信号ｓｉｇＡ、同図（ｃ）はＩＧＢＴ２２に対する第２の制御信号ｓｉｇＢ、同図（ｄ）は第１のパワーコンディショナ４の運転状態、同図（ｅ）は第２のパワーコンディショナ７の運転状態をそれぞれ示している。
【００４９】
朝の起動時など太陽電池の発電電力が低く、同図（ａ）に示す第１のパワーコンディショナ４の出力電力が、予め設定した第１の閾値Ｌ１未満、例えば、４ｋＷ未満であるときには、例えば、期間Ｔ１に示すように、第１の制御信号ｓｉｇＡはオンして第１，第２のサイリスタ２０，２１はオンしている一方、第２の制御信号ｓｉｇＢはオフしてＩＧＢＴ２２はオフしている。これによって、第１，第２の太陽電池アレイ２，５からの直流電力を、第１のパワーコンディショナ４のみに入力し、第１のパワーコンディショナ４によって、交流電力に変換して系統電源１３に連系する。このとき、第２のパワーコンディショナ７には、太陽電池アレイ５から直流電力が供給されておらず、同図（ｅ）に示すように停止しており、上述の図６に示す閉ループが構成されることがなく、また、第２のパワーコンディショナ７で電力を消費することもない。
【００５０】
次に、同図(ａ)に示す第１のパワーコンディショナ４の出力電力が、第１の閾値Ｌ１以上になると、例えば、期間Ｔ２に示すように、第１のパワーコンディショナ４に加えて、第２のパワーコンディショナ７も運転するように、第１の制御信号ｓｉｇＡを同図(ｂ)に示すようにオフするとともに、同図（ｃ）に示すように第２の制御信号ｓｉｇＢをオンする。
【００５１】
第２の制御信号ｓｉｇＢがオンすることによって、ＩＧＢＴ２２がオンして第２の太陽電池アレイ５からの直流電力が、第２のパワーコンディショナ７に供給されて第２のパワーコンディショナ７が運転を開始する。ＩＧＢＴ２２がオンすると、後述のように、第２のパワーコンディショナ７の図２に示される平滑用の電解コンデンサＣ１，Ｃ２がチャージされて第２の太陽電池アレイ５の出力電圧が低下し、第１のサイリスタ２０が逆バイアスされてオフし、第２のサイリスタ２１もオフする。
【００５２】
第１のサイリスタ２０を、逆バイアスしてオフするためには、後述のように平滑用の電解コンデンサＣ１，Ｃ２にチャージする必要があるので、制御装置８は、電解コンデンサＣ１，Ｃ２が放電して第２のパワーコンディショナ７の入力電圧の検出値ＤＣ１が、所定電圧以下まで低下していることを確認した後に、ＩＧＢＴ２２をオンする。
【００５３】
次に、第１のパワーコンディショナ４と第２のパワーコンディショナ７の出力電力はほぼ同じと想定し、第１のパワーコンディショナ４の出力電力が、同図（ａ）に示すように、予め設定した第２の閾値Ｌ２未満、例えば、１ｋＷ未満になると、例えば、期間Ｔ３に示すように、第２のパワーコンディショナ７の運転を停止させて第１のパワーコンディショナ４のみ運転するように制御する。すなわち、同図(ｂ)に示すように、第１の制御信号ｓｉｇＡをオンして第１，第２のサイリスタ２０，２１をオンする一方、第２の制御信号ｓｉｇＢをオフしてＩＧＢＴ２２をオフする。これによって、第１，第２の太陽電池アレイ２，５からの直流電力を、第１のパワーコンディショナ４のみに入力する一方、第２のパワーコンディショナ７への太陽電池アレイ５からの直流電源を遮断して運転を停止させる。
【００５４】
このように太陽電池の発電電力に応じた第１のパワーコンディショナ４の出力電力に応じて、自動的にパワーコンディショナの運転台数を制御することができる。
【００５５】
なお、第２の閾値Ｌ２は、同図（ａ）に示すように、第１の閾値Ｌ１に比べて低い値に設定してヒステリシスを持たせており、これによって、オンオフが繰り返して発生しないようにしている。
【００５６】
次に、第１，第２のサイリスタ２０，２１の動作について説明する。
【００５７】
サイリスタは、オンすると、逆電圧を印加しないとオフしないために、直流回路では使用できない。しかし、この実施形態では、第２のパワーコンディショナ７の内部の平滑用の電解コンデンサＣ１，Ｃ２への突入電流による電圧降下により電位差が発生し、逆電圧が発生することで、第１，第２のサイリスタ２０，２１をオフさせるようにしている。以下にその詳細を説明する。
【００５８】
先ず、図１のＩＧＢＴ２２がオフしている状態で、第１，第２のサイリスタ２０，２１のゲートに、オンするための第１の制御信号ｓｉｇＡを入力すると、直流電流が流れ始め、０V電圧、負電圧、もしくは電流がゼロになるまで流れ続ける。したがって、第２の太陽電池アレイ５の発電出力があり、第１のパワーコンディショナ４が動作している限り、ゲートに電圧を加えなくても電流は流れ続ける。
【００５９】
この状態から、太陽電池の発電出力が高くなって、第２のパワーコンディショナ７を運転させるために、ＩＧＢＴ２２にオンの第２の制御信号ｓｉｇＢを与えてＩＧＢＴ２２をオンさせると、第２のパワーコンディショナ７の内部の平滑用の電解コンデンサＣ１，Ｃ２に電圧が印加され、突入電流が流れる。
【００６０】
第２の発電システムは、この時は第１の発電システムの第１のパワーコンディショナ４に直流電力を供給している関係から、第１の発電システムとほぼ同電位にある。
【００６１】
第１のパワーコンディショナ４に供給している電流に加えて、電解コンデンサＣ１，Ｃ２へのチャージ電流が流れると、第２の太陽電池アレイ５は、太陽電池の内部抵抗の関係で必ず第１の太陽電池アレイ２より電圧が低くなり、サイリスタの特性から第２の発電システムの電圧が低くなったために電流はカットオフされ、第１，第２のサイリスタ２０，２１は、オフし続ける。
【００６２】
次に、第１，第２のサイリスタ２０，２１をオンさせる時は、ＩＧＢＴ２２のエミッタ側電圧をチェックし、ＩＧＢＴ２２により電流をカットした時に確実に電圧が下がった事を確認しておく。
【００６３】
以上のようにして、この実施形態では、第１，第２のサイリスタ２０，２１のオンオフを制御している。
【００６４】
本発明は、３台以上のパワーコンディショナの運転の制御にも同様に適用できるものである。
【００６５】
例えば、図４に示すように、第３の太陽電池アレイ２５、第３の接続箱２６および第３のパワーコンディショナ２７を備える副発電システムとしての第３の発電システムを追加し、第１の発電システムの直流電力ライン１８の正極側１８ｐおよび負極側１８Ｎと、第３の発電システムの直流電力ライン２８の正極側２８Ｐおよび負極側２８Ｎとを、第３,第４のサイリスタ２９，３０を介してそれぞれ接続するとともに、第３の発電システムの直流電力ライン２８の正極側２８ＰにＩＧＢＴ３１を挿入してもよい。
【００６６】
この図４の構成では、太陽電池の発電電力が高いときには、第１〜第３のパワーコンディショナ４，７，２７の３台を運転し、太陽電池の発電電力が低くなると、第１，第２のパワーコンディショナ４，７の２台を運転し、太陽電池の発電電力がさらに低くなると、第１のパワーコンディショナ４の１台のみで運転することになる。
【００６７】
その他の構成は、上述の図１と同様である。
【００６８】
上述の各実施形態では、第１のパワーコンディショナ４の出力電力に基づいて、パワーコンディショナの運転台数を制御したけれども、本発明の他の実施形態として、太陽電池アレイの発電電力に基づいて、パワーコンディショナの運転台数を制御するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、発電電力が変動する太陽光発電システムなどに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施形態に係る太陽光発電システムの構成図である。
【図２】図１のパワーコンディショナのブロック図である。
【図３】動作説明に供するタイムチャートである。
【図４】本発明の他の実施形態の太陽光発電システムの構成図である。
【図５】パワーコンディショナの特性を示す図である。
【図６】課題を説明するための図である。
【符号の説明】
【００７１】
１ 太陽光発電システム
２，５，２５ 第１，第２，第３の太陽電池アレイ
４，７，２７ 第１，第２，第３のパワーコンディショナ
８，８−１ 制御装置
２０，２１，２９，３０ 第１〜第４のサイリスタ
２２，３１ ＩＧＢＴ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の直流電源にそれぞれ接続されて、前記直流電源で発電された直流電力を交流電力にそれぞれ変換して系統電源に連系する複数台の非絶縁型のパワーコンディショナの運転を制御する装置であって、
前記直流電源と該直流電源に個別に接続される前記パワーコンディショナとを一組とした複数組の発電システムの内、或る組の発電システムを主発電システムとするとともに、他の一組以上の発電システムを副発電システムとし、
前記主発電システムの直流電源とパワーコンディショナとの間の直流電力ラインの正極側および負極側が、前記副発電システムの直流電源とパワーコンディショナとの間の直流電力ラインの正極側および負極側に、それぞれ単方向性スイッチング素子を介して接続されるとともに、前記副発電システムの前記直流電力ラインの、前記単方向性スイッチング素子の接続点よりもパワーコンディショナ側にスイッチング素子が挿入され、
前記正極側を接続する前記単方向性スイッチング素子が、前記副発電システムから前記主発電システムへ電流が流れる向きに挿入される一方、前記負極側を接続する前記単方向性スイッチング素子が、前記主発電システムから前記副発電システムへ電流が流れる向きに挿入され、
前記パワーコンディショナの出力電力または前記直流電源の出力電力に基づいて、前記単方向性スイッチング素子および前記スイッチング素子のオンオフを制御して前記複数台のパワーコンディショナの運転台数を制御することを特徴とするパワーコンディショナの運転制御装置。
【請求項２】
前記直流電源が、太陽電池アレイであり、
前記主発電システムのパワーコンディショナの出力電力が、閾値以上である場合には、前記正極側および前記負極側を接続する前記単方向性スイッチング素子をオフするとともに、前記スイッチング素子をオンして前記副発電システムのパワーコンディショナを運転し、前記主発電システムのパワーコンディショナの出力電力が、前記閾値未満である場合には、前記正極側および前記負極側を接続する前記単方向性スイッチング素子をオンするとともに、前記スイッチング素子をオフして前記副発電システムのパワーコンディショナの運転を停止する請求項１に記載のパワーコンディショナの運転制御装置。
【請求項３】
前記各パワーコンディショナは、平滑コンデンサを有し、前記単方向性スイッチング素子が、サイリスタであり、
前記主発電システムの前記パワーコンディショナの出力電力が、閾値以上である場合には、前記副発電システムの前記パワーコンディショナの入力電圧が所定電圧以下に低下しているときに、前記スイッチング素子をオンする請求項２に記載のパワーコンディショナの運転制御装置。
【請求項４】
複数の太陽電池アレイと、前記太陽電池アレイにそれぞれ接続される複数台の非絶縁型のパワーコンディショナとを備え、前記太陽電池アレイで発電された直流電力を、前記パワーコンディショナで交流電力にそれぞれ変換して系統電源に連系する太陽光発電システムであって、
前記太陽電池アレイと該太陽電池アレイに個別に接続される前記パワーコンディショナとを一組とした複数組の発電システムの内、或る組の発電システムを主発電システムとするとともに、他の一組以上の発電システムを副発電システムとし、
前記主発電システムの太陽電池アレイとパワーコンディショナとの間の直流電力ラインの正極側および負極側が、前記副発電システムの太陽電池アレイとパワーコンディショナとの間の直流電力ラインの正極側および負極側に、それぞれ単方向性スイッチング素子を介して接続されるとともに、前記副発電システムの前記直流電力ラインの、前記単方向性スイッチング素子の接続点よりもパワーコンディショナ側にスイッチング素子が挿入され、
前記正極側を接続する前記単方向性スイッチング素子が、前記副発電システムから前記主発電システムへ電流が流れる向きに挿入される一方、前記負極側を接続する前記単方向性スイッチング素子が、前記主発電システムから前記副発電システムへ電流が流れる向きに挿入され、
前記パワーコンディショナの出力電力または前記太陽電池アレイの出力電力に基づいて、前記単方向性スイッチング素子および前記スイッチング素子のオンオフを制御して前記複数台のパワーコンディショナの運転台数を制御する制御装置を備えることを特徴とする太陽光発電システム。
【請求項５】
前記制御装置は、前記主発電システムのパワーコンディショナの出力電力が、閾値以上である場合には、前記正極側および前記負極側を接続する前記単方向性スイッチング素子をオフするとともに、前記スイッチング素子をオンして前記副発電システムのパワーコンディショナを運転し、前記主発電システムのパワーコンディショナの出力電力が、前記閾値未満である場合には、前記正極側および前記負極側を接続する前記単方向性スイッチング素子をオンするとともに、前記スイッチング素子をオフして前記副発電システムのパワーコンディショナの運転を停止する請求項４に記載の太陽光発電システム。
【請求項６】
前記各パワーコンディショナは、平滑コンデンサを有し、前記単方向性スイッチング素子が、サイリスタであり、前記制御装置は、前記主発電システムのパワーコンディショナの出力電力が、閾値以上である場合には、前記副発電システムのパワーコンディショナの入力電圧が所定電圧以下に低下しているときに、前記スイッチング素子をオンする請求項５に記載の太陽光発電システム。
【請求項１】
複数の直流電源にそれぞれ接続されて、前記直流電源で発電された直流電力を交流電力にそれぞれ変換して系統電源に連系する複数台の非絶縁型のパワーコンディショナの運転を制御する装置であって、
前記直流電源と該直流電源に個別に接続される前記パワーコンディショナとを一組とした複数組の発電システムの内、或る組の発電システムを主発電システムとするとともに、他の一組以上の発電システムを副発電システムとし、
前記主発電システムの直流電源とパワーコンディショナとの間の直流電力ラインの正極側および負極側が、前記副発電システムの直流電源とパワーコンディショナとの間の直流電力ラインの正極側および負極側に、それぞれ単方向性スイッチング素子を介して接続されるとともに、前記副発電システムの前記直流電力ラインの、前記単方向性スイッチング素子の接続点よりもパワーコンディショナ側にスイッチング素子が挿入され、
前記正極側を接続する前記単方向性スイッチング素子が、前記副発電システムから前記主発電システムへ電流が流れる向きに挿入される一方、前記負極側を接続する前記単方向性スイッチング素子が、前記主発電システムから前記副発電システムへ電流が流れる向きに挿入され、
前記パワーコンディショナの出力電力または前記直流電源の出力電力に基づいて、前記単方向性スイッチング素子および前記スイッチング素子のオンオフを制御して前記複数台のパワーコンディショナの運転台数を制御することを特徴とするパワーコンディショナの運転制御装置。
【請求項２】
前記直流電源が、太陽電池アレイであり、
前記主発電システムのパワーコンディショナの出力電力が、閾値以上である場合には、前記正極側および前記負極側を接続する前記単方向性スイッチング素子をオフするとともに、前記スイッチング素子をオンして前記副発電システムのパワーコンディショナを運転し、前記主発電システムのパワーコンディショナの出力電力が、前記閾値未満である場合には、前記正極側および前記負極側を接続する前記単方向性スイッチング素子をオンするとともに、前記スイッチング素子をオフして前記副発電システムのパワーコンディショナの運転を停止する請求項１に記載のパワーコンディショナの運転制御装置。
【請求項３】
前記各パワーコンディショナは、平滑コンデンサを有し、前記単方向性スイッチング素子が、サイリスタであり、
前記主発電システムの前記パワーコンディショナの出力電力が、閾値以上である場合には、前記副発電システムの前記パワーコンディショナの入力電圧が所定電圧以下に低下しているときに、前記スイッチング素子をオンする請求項２に記載のパワーコンディショナの運転制御装置。
【請求項４】
複数の太陽電池アレイと、前記太陽電池アレイにそれぞれ接続される複数台の非絶縁型のパワーコンディショナとを備え、前記太陽電池アレイで発電された直流電力を、前記パワーコンディショナで交流電力にそれぞれ変換して系統電源に連系する太陽光発電システムであって、
前記太陽電池アレイと該太陽電池アレイに個別に接続される前記パワーコンディショナとを一組とした複数組の発電システムの内、或る組の発電システムを主発電システムとするとともに、他の一組以上の発電システムを副発電システムとし、
前記主発電システムの太陽電池アレイとパワーコンディショナとの間の直流電力ラインの正極側および負極側が、前記副発電システムの太陽電池アレイとパワーコンディショナとの間の直流電力ラインの正極側および負極側に、それぞれ単方向性スイッチング素子を介して接続されるとともに、前記副発電システムの前記直流電力ラインの、前記単方向性スイッチング素子の接続点よりもパワーコンディショナ側にスイッチング素子が挿入され、
前記正極側を接続する前記単方向性スイッチング素子が、前記副発電システムから前記主発電システムへ電流が流れる向きに挿入される一方、前記負極側を接続する前記単方向性スイッチング素子が、前記主発電システムから前記副発電システムへ電流が流れる向きに挿入され、
前記パワーコンディショナの出力電力または前記太陽電池アレイの出力電力に基づいて、前記単方向性スイッチング素子および前記スイッチング素子のオンオフを制御して前記複数台のパワーコンディショナの運転台数を制御する制御装置を備えることを特徴とする太陽光発電システム。
【請求項５】
前記制御装置は、前記主発電システムのパワーコンディショナの出力電力が、閾値以上である場合には、前記正極側および前記負極側を接続する前記単方向性スイッチング素子をオフするとともに、前記スイッチング素子をオンして前記副発電システムのパワーコンディショナを運転し、前記主発電システムのパワーコンディショナの出力電力が、前記閾値未満である場合には、前記正極側および前記負極側を接続する前記単方向性スイッチング素子をオンするとともに、前記スイッチング素子をオフして前記副発電システムのパワーコンディショナの運転を停止する請求項４に記載の太陽光発電システム。
【請求項６】
前記各パワーコンディショナは、平滑コンデンサを有し、前記単方向性スイッチング素子が、サイリスタであり、前記制御装置は、前記主発電システムのパワーコンディショナの出力電力が、閾値以上である場合には、前記副発電システムのパワーコンディショナの入力電圧が所定電圧以下に低下しているときに、前記スイッチング素子をオンする請求項５に記載の太陽光発電システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−２２５４８９（Ｐ２００９−２２５４８９Ａ）
【公開日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−６３８０２（Ｐ２００８−６３８０２）
【出願日】平成２０年３月１３日（２００８．３．１３）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月１３日（２００８．３．１３）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]