電力変換装置
【課題】広い入力電流域および出力電流域を持ち、広い範囲での入力電流の変動に対応して最大電力を出力し、かつ、小型化・低コスト化が可能な電力変換装置を提供する。
【解決手段】直流電力として入力される入力電力を電力変換して出力電力を出力する電力変換装置１００であって、入力電力の電流である入力電流を検出する入力電流検出部２と、入力電力を電力変換するものであり、入力電流範囲が互いに異なりかつ隣合う入力電流範囲とは重複する部分を有する複数の電力変換回路部４〜６と、複数の電力変換回路部４〜６のうち、入力電流検出部２により検出された入力電流において最も大きい出力電力が得られる１つの電力変換回路部を選択する電力変換制御部１とを備え、電力変換制御部１は、１つの電力変換回路部を選択するに際し、切換え直前の電力変換回路部の出力電圧と、切換え直後の電力変換回路部の出力電圧とが互いに一致するように制御する。
【解決手段】直流電力として入力される入力電力を電力変換して出力電力を出力する電力変換装置１００であって、入力電力の電流である入力電流を検出する入力電流検出部２と、入力電力を電力変換するものであり、入力電流範囲が互いに異なりかつ隣合う入力電流範囲とは重複する部分を有する複数の電力変換回路部４〜６と、複数の電力変換回路部４〜６のうち、入力電流検出部２により検出された入力電流において最も大きい出力電力が得られる１つの電力変換回路部を選択する電力変換制御部１とを備え、電力変換制御部１は、１つの電力変換回路部を選択するに際し、切換え直前の電力変換回路部の出力電圧と、切換え直後の電力変換回路部の出力電圧とが互いに一致するように制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電力として入力される入力電力を、電力変換して出力する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、化石燃料の枯渇に対応するため、環境への配慮の必要性等から、再生可能な自然エネルギーの普及が望まれている。特に太陽電池は、環境への影響が少なく、今後の一層の発展が期待される。太陽電池により発電された電力は、蓄電池に蓄電されたり、電力会社に売電されることにより、有効に利用されている。太陽電池は日射量により出力が変動することから、天候等により出力が左右されるため、電力の供給量を制御することは困難である。太陽電池は、出力の変動幅の全域において、高い変換効率で出力が取り出されることが好ましい。
【０００３】
図１６は、一般的な太陽電池の特性の例を示すグラフである。図１６において、横軸は、太陽電池の出力電圧を示し、縦軸は太陽電池の出力電流を示す。図１６に示されているように、太陽電池の出力特性は、日射量により大きく変動する。出力電流幅が特に大きく変動することから、太陽電池に接続してその出力を取り出す電力変換装置は、広い入力電流域において高い変換効率を有することが好ましい。
【０００４】
電力変換回路において、広い入力電流域に対して高い変換効率を維持するためには、出力電流域が広い場合であっても高い変換効率が要求される。出力電圧を一定の値に維持する場合には、所定の範囲の出力電流において高い変換効率を有する電力変換回路を作製することは可能であるが、広い出力電流域において高い変換効率を維持する電力変換回路を作製することは困難である。従来の電力変換回路においては、出力電流が所定の範囲から外れると、電力変換回路の変換効率が低下することになる。つまり、出力電流として大電流が必要な場合には、出力電流が大電流である場合に高い変換効率を有する電力変換回路を用いればよいが、その電力変換回路により小電流を出力させる場合には、変換効率が低下する可能性がある。
【０００５】
単一の電力変換回路により、大電流の出力電流および小電流の出力電流のいずれにおいても高い変換効率を実現するために、出力電流の範囲に応じて電力変換における周波数、制御方式（ＰＷＭ・ＰＦＭ）等の制御条件を変更することが行われている。例えば、出力電流が大きい場合は周波数一定のＰＷＭ制御とし、出力電流が小さい場合にはＯＮ幅一定のＰＦＭ制御として回路を制御する。
【０００６】
また、特許文献１には、同じ構成の電力変換回路を複数持ち、出力電流に応じて、使用する回路数を増減する電源装置が開示されている。この電源装置は、複数の回路を組み合わせることで、出力電流に応じた電力変換回路を構成し、単一の電力変換回路を用いる場合よりも広い出力電流域において高い変換効率を維持することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−２３２５８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、単一の電力変換回路において、周波数、制御方式（ＰＷＭ・ＰＦＭ）等を変更することで、ある程度の範囲の出力電流域において高い変換効率を維持することは可能である。しかし、その出力電流域の範囲には限界があり、太陽電池の出力を効率よく取り出すには十分な範囲とは言えない。
【０００９】
特許文献１の電源装置は、組み合わせる回路の数を増やすことにより、高い変換効率を維持できる出力電流域の範囲を広げることができるが、その範囲にも限界があり、太陽電池の出力を効率よく取り出すには十分な範囲とは言えない。特許文献１の電源装置は、同じ構成の回路を組み合わせることから、必要とする回路の数が比較的多くなるため、電源装置が大型化、高コスト化するという問題がある。また、同じ構成の回路を組み合わせることにより、広い出力電流域において最適の電力変換回路を構成するには、回路の設計が複雑になり、回路設計にかかる時間が長くなるという問題がある。
【００１０】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされた発明であり、その目的は、広い入力電流域および出力電流域を持ち、広い範囲での入力電流の変動に対応して効率よく電力を出力し、かつ、小型化・低コスト化が可能な電力変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の電力変換装置は、直流電力として入力される入力電力を電力変換して出力電力を出力する電力変換装置であって、前記入力電力の電流である入力電流を検出する入力電流検出部と、前記入力電力を電力変換するものであり、入力電流範囲が互いに異なりかつ隣合う入力電流範囲とは重複する部分を有する複数の電力変換回路部と、前記複数の電力変換回路部のうち、前記入力電流検出部により検出された入力電流において最も大きい出力電力が得られる１つの電力変換回路部を選択し、選択した電力変換回路部に対して最も大きい出力電力が得られる制御条件で制御を行う、電力変換制御部と、を備え、前記電力変換制御部は、前記１つの電力変換回路部を選択するに際し、その選択により電力変換回路部が切換えられる場合に、切換え直前の電力変換回路部の出力電圧と、切換え直後の電力変換回路部の出力電圧とが互いに一致するように制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の電力変換装置によれば、広い入力電流域および出力電流域を持ち、広い範囲での入力電流の変動に対応して効率よく電力を出力し、かつ、小型化・低コスト化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態に係る電力変換装置を用いた太陽光発電システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態に係る電力変換装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図３】本実施形態に係る電力変換装置の構成の一例の一部を回路図とした説明図である。
【図４】本実施形態に係る電力変換装置の各電力変換回路部の入力電流と出力電力との関係を示すグラフである。
【図５】電力変換回路部における出力電流と変換効率との関係の例を示すグラフである。
【図６】第１電力変換回路部に関する効率対出力電流データの一例を示す図である。
【図７】第２電力変換回路部に関する効率対出力電流データの一例を示す図である。
【図８】第３電力変換回路部に関する効率対出力電流データの一例を示す図である。
【図９】電力変換回路部を切換える際に出力電力が連続する場合の一例における出力電圧と時間との関係を示す図である。
【図１０】電力変換回路部の切換え時における出力電圧の変化について説明するための図である。
【図１１】電力変換回路部を切換える際に出力電圧を制御する場合の一例における出力電圧と時間との関係を示す図である。
【図１２】電力変換回路部の切換え処理の一例を示すフローチャートである。
【図１３】１つの電力変換回路部を選択する選択処理の一例を示すフローチャートである。
【図１４】図１２の＃１２の工程の一例を示すフローチャートである。
【図１５】電力変換回路部を切換える際に出力電圧を制御する場合の他の一例における出力電圧と時間との関係を示す図である。
【図１６】太陽電池の特性の例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、本実施形態に係る電力変換装置を用いた太陽光発電システムの構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態に係る電力変換装置１００および太陽電池ＰＶを用いて、商用電力系統と連系して使用される太陽光発電システムを実現することができる。この太陽光発電システムは、太陽電池ＰＶと、太陽電池ＰＶに接続された電力変換装置１００と、電力変換装置１００により電力変換された出力をさらに変圧したり、直流−交流変換等することで商用電力系統に整合させるための連系用整合装置２００とを備え、連系用整合装置２００は商用電力系統に接続されている。
【００１５】
太陽電池ＰＶは日射量に応じて発電を行い、電力を出力する。
【００１６】
電力変換装置１００は、入力された電力を高い変換効率で変換して出力する。電力変換装置１００の詳細については、後述する。
【００１７】
連系用整合装置２００は、例えばＤＣ−ＡＣインバータ回路を備え、電力変換装置１００からの出力を商用電力系統に送電できるように、１００Ｖ程度の交流電圧へと変換する。
【００１８】
太陽光が入射されることで発電した太陽電池ＰＶから出力された電力が、電力変換装置１００に入力される。電力変換装置１００では、太陽電池ＰＶからの出力を入力とし、その入力電流値の範囲にかかわらず高い変換効率で電力変換して出力する。電力変換装置１００により変換された電力は連系用整合装置２００に入力され、商用電力系統で伝送されるように適宜変換され、商用電力系統へと送電される。このように、太陽電池ＰＶからの出力を有効に売電することができる。
【００１９】
また、電力変換装置１００の入力側は太陽電池ＰＶに接続した状態で、出力側を充電池に接続して、太陽電池ＰＶにより発電された電力を蓄電池に蓄電することもできる。
【００２０】
本実施形態に係る電力変換装置１００を用いることにより、太陽電池ＰＶからの出力を高い変換効率で取り出すことができる太陽光発電システムを構成することができる。本実施形態に係る電力変換装置１００について、図面を参照して説明する。
【００２１】
図２は本実施形態に係る電力変換装置の構成の一例を示すブロック図である。図３は本実施形態に係る電力変換装置の構成の一例の一部を回路図とした説明図であって、電力変換装置１００に太陽電池ＰＶが接続されている。図２に示すように、電力変換装置１００は、電力変換制御部１と、入力電力Ｐｉｎの電流である入力電流Ｉｉｎを検出する入力電流検出部２と、入力電力Ｐｉｎの電圧である入力電圧Ｖｉｎを検出する入力電圧検出部３と、電力変換を行う第１電力変換回路部４、第２電力変換回路部５および第３電力変換回路部６と、出力電力Ｐｏｕｔの電流である出力電流Ｉｏｕｔを検出する出力電流検出部７と、出力電力Ｐｏｕｔの電圧である出力電圧Ｖｏｕｔを検出する出力電圧検出部８と、警報信号を出力する警報出力部９とを備えている。
【００２２】
第１〜３電力変換回路部４〜６は、それぞれ入力電力を変換して出力するように構成された回路であって、これらは互いに入力電流範囲が異なる。第１〜３電力変換回路部４〜６には、電力変換装置１００に入力された電力が入力されるが、その入力は電力変換制御部１により制御されている。
【００２３】
図３に示すように、第１〜３電力変換回路部４〜６は、スイッチング素子ＦＥＴ１、ＦＥＴ２、ＦＥＴ３と、転流ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３と、電力変換時にエネルギーを蓄積するためのインダクタであるコイル（リアクトル）Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３と、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３とを備えている。
【００２４】
スイッチング素子ＦＥＴ１〜３は、いずれもＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor：金属−酸化物−半導体電界効果型トランジスタ）とすればよい。転流ダイオードＤ１〜３は、通常のダイオードであってもツェナーダイオードであってもよい。第１〜３電力変換回路部４〜６は、降圧型のＤＣ／ＤＣコンバーターを構成している。スイッチング素子ＦＥＴ１〜３のゲートは、それぞれ電力変換制御部１に接続されていて、電力変換制御部１から送信される駆動信号Ｓ１〜３により、ＯＮ、ＯＦＦが制御される。電力変換制御部１により、太陽電池ＰＶの出力を変換するために第１〜３電力変換回路部４〜６のいずれを用いるかを選択することができ、さらに電力変換制御部１により、第１〜３電力変換回路部４〜６のそれぞれが制御される。
【００２５】
第１〜３電力変換回路部４〜６において、各コイルＬ１〜３のインダクタンスは互いに異なる値を有しており、それぞれにおける入力電流に対する出力電力の値が互いに異なる。
【００２６】
図４を用いて、第１〜３電力変換回路部４〜６の入力電流Ｉｉｎと出力電力Ｐｏｕｔとの関係について説明する。図４は本実施形態に係る電力変換装置の各電力変換回路部の入力電流と出力電力との関係を示すグラフである。図４に示すように、第１〜３電力変換回路部４〜６は、それぞれ入力電流Ｉｉｎに対する出力電力Ｐｏｕｔの特性が異なる。各第１〜３電力変換回路部４〜６におけるピークの出力電力を得るときの入力電流の値も各電力変換回路部において互いに異なる。
【００２７】
第１〜３電力変換回路部４〜６の各入力電流範囲が互いに異なり、かつ隣合う入力電流範囲とは重複する部分を有している。つまり、図４に示しているように、第１電力変換回路部４および第２電力変換回路５の入力電流範囲は隣合っていて、これらの電流範囲は重複している（図４において破線で示した部分を参照）。同様に、第２電力変換回路部５および第３電力変換回路部６の入力電流範囲は隣合っていて、これらの電流範囲は重複している（図４において破線で示した部分を参照）。
【００２８】
第１〜３電力変換回路部４〜６のいずれか１つを用いて電力変換を行う場合に、最も大きな出力電力Ｐｏｕｔを得ることができる各電力変換回路部の入力電流Ｉｉｎの境界が、しきい値ｔｈ１〜２であり、小電流側に位置するものを小電流側しきい値ｔｈ１とし、大電流側に位置するものを大電流側しきい値ｔｈ２とする。
【００２９】
第１〜３電力変換回路部４〜６は、入力電流Ｉｉｎおよび出力電流Ｉｏｕｔの値により変換効率が変化する。特に、コイルＬ１〜３のインダクタンスおよび直流抵抗により変換効率の高低が決まってくる。図５は、電力変換回路部における出力電流と変換効率との関係の例を示すグラフである。図５（Ａ）は出力電流Ｉｏｕｔが比較的大きい場合に好ましい電力変換回路部に関するグラフであり、図５（Ｂ）は出力電流Ｉｏｕｔが比較的小さい場合に好ましい電力変換回路部に関するグラフである。変換効率ηは入力電力Ｐｉｎに対する出力電力Ｐｏｕｔの比であり、変換効率ηが大きいほど高い効率の電力変換が可能な電力変換部であるといえる。
【００３０】
図５（Ａ）および図５（Ｂ）において用いた電力変換回路部は、いずれも、第１〜３電力変換回路部４〜６と同様の回路構成を有する電力変換回路部であるが、それぞれのコイルのインダクタンスは互いに異なる。
【００３１】
図５（Ａ）の電力変換回路部は、入力電圧１２０Ｖ、出力電圧１００Ｖ、出力電流が０．２Ａ〜１０Ａ程度の条件において動作し、入力電流が１０Ａ付近において最も高い変換効率ηを得ることができるように設計されている。この電力変換回路部には、大電流出力が可能なコイルが選択される。一般的に大電流型のコイルはＬ値が０．１μＨ〜数μＨと比較的小さく、３００ＫＨｚ〜１ＭＨｚの高周波でＰＷＭスイッチング制御することにより、出力電流が１０Ａ付近で変換効率９０％以上を実現できる。しかし、出力電流が１Ａ以下では自己回路損失が大きいため５０％程度まで変換効率ηが落ちる。
【００３２】
図５（Ｂ）の電力変換回路部は、入力電圧１２０Ｖ、出力電圧１００Ｖ、出力電流０〜１Ａ程度の条件において動作し、入力電流が１Ａ付近において最も高い変換効率ηを得ることができるように設計されている。この電力変換回路部には、小電流出力が可能なコイルが選択される。一般的に小電流型のコイルはＬ値が数十μＨ〜数百μＨで、３００ＫＨｚ以下の比較的低い周波数でＰＷＭスイッチング制御することにより、０．０１Ａ〜１Ａ程度の電流域において変換効率９０％前後を実現できる。しかし、出力電流が１Ａを超えると出力が低下し、大電流を出力することができない。
【００３３】
第１〜３電力変換回路部４〜６は、それぞれ異なる入力電流の範囲において高い変換効率の電力変換がなされ、それらの入力電流の範囲により、電力変換装置１００に入力されることが予定されている入力電流の範囲をカバーできる。
【００３４】
なお、第１〜３電力変換回路部４〜６は、それぞれ入力電流の範囲が異なるコンバーターであればよく、図３に示した回路構成に限定されるわけではない。電力変換装置１００の使用目的に応じてそれぞれ設計されればよい。例えば、スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴの代わりにバイポーラトランジスタを用いてもよい。また、転流ダイオードの代わりに、ＭＯＳＦＥＴまたはバイポーラトランジスタといったスイッチング素子を用いて同期整流式としても、第１〜３電力変換回路部４〜６と同様の動作をする電力変換回路部を構成することができる。また、第１〜３電力変換回路部４〜６とは異なる構成の電力変換回路部を用いてもよく、例えば昇圧型でもよい。また、電力変換回路部の数は複数であればよく、３個に限定されるわけではない。電力変換回路部の回路構成およびその数は、電力変換装置１００に接続される電力源の出力等に応じて決定される電力変換装置１００の入力電流の範囲等に応じて適宜調整すればよい。
【００３５】
入力電流検出部２は、入力電流Ｉｉｎの値を随時検出し、電力変換制御部１に送信する。入力電流検出部２は例えば電流検出用の抵抗等を用いて構成され、Ａ／Ｄ変換器を有し、アナログ信号の検出値をデジタル信号へと変換して電力変換制御部１に送信する。
【００３６】
入力電圧検出部３は、入力電圧Ｖｉｎの値を随時検出し、電力変換制御部１に送信する。入力電圧検出部３は例えば分圧抵抗等を用いて構成され、Ａ／Ｄ変換器を有し、アナログ信号の検出値をデジタル信号へと変換して電力変換制御部１に送信する。
【００３７】
出力電流検出部７は、出力電流Ｉｏｕｔの値を随時検出し、電力変換制御部１に送信する。出力電流検出部７は例えば電流検出用の抵抗等を用いて構成され、Ａ／Ｄ変換器を有し、アナログ信号の検出値をデジタル信号へと変換して電力変換制御部１に送信する。
【００３８】
出力電圧検出部８は、出力電圧Ｖｏｕｔの値を随時検出し、電力変換制御部１に送信する。出力電圧検出部８は例えば分圧抵抗等を用いて構成され、Ａ／Ｄ変換器を有し、アナログ信号の検出値をデジタル信号へと変換して電力変換制御部１に送信する。
【００３９】
図２において、電力変換制御部１は、効率対出力電流データ格納部１１と、出力電力取得部１２と、選択部１３と、切換電圧算出部１４とを備えている。電力変換制御部１は、例えばＣＰＵ、不揮発性メモリ等を用いて構成することが可能である。電力変換制御部１は、第１〜３電力変換回路部４〜６のうち、入力電流検出部２により検出された入力電流Ｉｉｎに基づいて最も大きい電力が得られる１つの電力変換回路部を選択し、選択した電力変換回路部が最も大きい出力電力Ｐｏｕｔを得ることができるような制御条件で電力変換回路部を制御する。
【００４０】
効率対出力電流データ格納部１１は、例えば不揮発性メモリであって、図６〜８に示すような効率対出力電流データＴＤ１〜３を格納している。効率対出力電流データＴＤ１〜３は、第１〜３電力変換回路部４〜６ごとに予め測定により求められたデータであって、第１〜３電力変換回路部４〜６のそれぞれにおける変換効率ηと出力電流Ｉｏｕｔとの関係を示すデータである。効率対出力電流データＴＤ１〜３は、図６〜８に示すように入力電流Ｉｉｎおよび出力電圧Ｖｏｕｔをパラメータとするテーブル形式とされる、変換効率ηと出力電流Ｉｏｕｔとの関係を示すグラフで表すことができる。図６〜８は、それぞれ、第１〜３電力変換回路部に関する効率対出力電流データの一例を示す図である。
【００４１】
効率対出力電流データＴＤ１〜３は、各電力変換回路部における、入力電流Ｉｉｎごとおよび出力電圧Ｖｏｕｔごとのデータであり、例えば入力電流Ｉｉｎは１〜９Ａの範囲で２Ａ刻みに５点選択され、出力電圧は８０〜１２０Ｖであり１０Ｖ刻みに５点選択されている。図６〜８に示すように、効率対出力電流データＴＤ１〜３は、入力電流Ｉｉｎおよび出力電圧Ｖｏｕｔにより区分されたテーブル形式のデータである。
【００４２】
効率対出力電流データＴＤ１〜３における入力電流Ｉｉｎの範囲は、電力変換装置１００において実際に使用することが予定されている入力電流Ｉｉｎの範囲である。効率対出力電流データＴＤ１〜３における出力電圧Ｖｏｕｔの範囲は、電力変換装置１００において実際に使用することが予定されている出力電圧Ｖｏｕｔの範囲である。これらの範囲において、上記複数のグラフが多ければ多いほど、より高精度の電力変換ができるといえる。効率対出力電流データＴＤ１〜３を測定により求める際に、入力電流Ｉｉｎの刻みの度合いおよび出力電圧Ｖｏｕｔの刻みの度合いをより小さくすることで、効率対出力電流データＴＤ１〜３の量が増加し、より高精度の電力変換が可能となる。
【００４３】
出力電力取得部１２は、入力電流検出部２により検出した入力電流Ｉｉｎの検出値および入力電圧Ｖｉｎを用いて、効率対出力電流データ格納部１１に格納された第１〜３電力変換回路部４〜６ごとの効率対出力電流データＴＤ１〜３から、第１〜３電力変換回路部４〜６のそれぞれが出力できる最大の出力電力（回路最大出力電力Ｐｈ）を取得する。なお、入力電圧Ｖｉｎが固定である場合は、検出せずにその値を用いればよいし、入力電圧Ｖｉｎが変動する場合は、入力電圧検出部３により入力電圧Ｖｉｎを検出し、その検出値を用いればよい。
【００４４】
選択部１３は、出力電力取得部１２により取得された各回路最大出力電力Ｐｈを互いに比較して、第１〜３電力変換回路部４〜６のうちから最も大きい出力電力が得られる１つの電力変換回路部を選択する。
【００４５】
切換電圧算出部１４は、出力電圧検出部８により検出された出力電圧Ｖｏｕｔの検出値および出力電圧の目標値Ｖｍに基づいて、電力変換回路部の切換えの前後における出力電圧Ｖｏｕｔの目標値である切換電圧Ｖｃｈを算出する。出力電圧の目標値Ｖｍとは、選択された電力変換回路部において最も大きい出力電力Ｐｏｕｔが得られる際の出力電圧Ｖｏｕｔのことである。出力電圧の目標値Ｖｍは選択処理において求められている。
【００４６】
切換電圧Ｖｃｈは、切換え前の電力変換回路部の出力電圧Ｖｏｕｔの検出値および切換後の電力変換回路部の出力電圧の目標値Ｖｍの間の値であり、例えば、これらの値の平均値とすればよい。切換電圧Ｖｃｈとしては、例えば、切換え前の電力変換回路部の出力電圧Ｖｏｕｔの検出値としてもよいし、切換後の電力変換回路部の出力電圧の目標値Ｖｍとしてもよい。
【００４７】
警報出力部９は、電力変換制御部１からの信号を受けて電力変換装置１００の動作に異常が生じていることを操作者に知らせるために警報信号を出力する。警報出力部９としては、警報音を鳴らすことで異常を操作者に知らせるブザー、点灯または点滅により異常を操作者に知らせる警報灯（ランプ）、異常であることを表示画面に文字等を表示することにより操作者に知らせる表示装置等とすればよい。
【００４８】
電力変換装置１００において、切換え時において出力電力Ｐｏｕｔが変化しないように電力変換回路部を切換えると、高い変換効率ηを維持し続けることができるが、切換え前後において出力電圧Ｖｏｕｔが大きく変化する可能性がある。
【００４９】
図９は、電力変換回路部を切換える際に出力電力が連続する場合の一例における出力電圧と時間との関係を示す図である。図９において横軸は時間であり、縦軸は出力電圧Ｖｏｕｔであり、切換え時において入力電流Ｉｉｎが一定の状態で、切換え前後の各電力変換回路部において最も大きな出力電力Ｐｏｕｔ（変換効率η）を得るように切換えた場合における出力電圧Ｖｏｕｔの変化を示している。出力電圧Ｖｆは切換え前の電圧変換回路部における切換え時の出力電圧Ｖｏｕｔであり、出力電圧Ｖａは切換え後の電圧変換回路部における切換え時の出力電圧Ｖｏｕｔである。切換え前後の電力変換回路部において、変換効率ηが最も大きくなるようにすると、出力電圧Ｖｆと出力電圧Ｖａとが異なる可能性があり、出力電圧Ｖｆおよび出力電圧Ｖａの差が大きいと、図９に示すように、切換え時に出力電圧Ｖｏｕｔが大きく変化することになる。図１０を参照して、出力電圧Ｖｆと出力電圧Ｖａとの差が大きくなる理由について以下に説明する。
【００５０】
図１０は、電力変換回路部の切換え時における出力電圧の変化について説明するための図であり、電力変換回路部の切換え動作の前後における出力電流Ｉｏｕｔと変換効率ηとの関係を示す図である。電力変換装置１００において、出力電圧Ｖｏｕｔの範囲が制限されることにより、図１０に示すように出力電流Ｉｏｕｔの範囲も制限されている。また、切換え前の電力変換回路部が最大となる変換効率ηを得ることができるのは、曲線ＣＶ１の頂点である点Ｆの位置である。また、切換え後の電力変換回路部が最大となる変換効率ηを得ることができるのは、曲線ＣＶ２の頂点である点Ａの位置である。各電力変換回路部において、太陽電池ＰＶからの出力の変動により、出力電流Ｉｏｕｔは制限された範囲内で変動し得るが、それぞれ点Ｆの位置および点Ａの位置を維持するように制御（例えば、最大電力追従制御）されることで、各電力変換回路部が最大となる変換効率ηを得ることができる。
【００５１】
切換え前の電力変換回路部において、切換え時は変換効率ηが最大である状態（点Ｆの付近にある状態）である。また、切換え後の電力変換回路部においても、切換え時は変換効率ηが最大である状態（点Ａの付近にある状態）である。つまり、電力変換回路部を切換えることにより、点Ｆから点Ａに移動することになる。図１０に示すように、点Ｆと点Ａとでは出力電流Ｉｏｕｔの差が大きいことから、切換えにより出力電流Ｉｏｕｔが急激に増加するといえる。そのため、出力電圧Ｖｏｕｔは、図９に示すように急激に減少する。
【００５２】
出力電圧Ｖｏｕｔが急激に変化すると、電力変換装置１００の出力側に接続される連系用整合装置２００においては入力電圧が急激に変化することになり、これによって連系用整合装置２００に誤動作が生じる可能性がある。
【００５３】
しかし、本実施形態では、電力変換回路部が切換えられる場合に、切換え直前の電力変換回路部の出力電圧Ｖｏｕｔと、切換え直後の電力変換回路部の出力電圧Ｖｏｕｔとが互いに一致するように制御する。図１１は、電力変換回路部を切換える際に出力電圧を制御する場合の一例における出力電圧と時間との関係を示す図であり、横軸は時間であり、縦軸は出力電圧Ｖｏｕｔである。本実施形態では、切換電圧Ｖｃｈを設定し、切換え前の電力変換回路部の出力電圧Ｖｏｕｔが、出力電圧Ｖｏｕｔの検出値から切換電圧Ｖｃｈに変化するように制御し、切換え後の電力変換回路部の出力電圧Ｖｏｕｔが切換電圧Ｖｃｈを維持したままで電力変換回路部の切換えを行う。切換えが終わった後に、切換え後の電力変換回路部の出力電圧Ｖｏｕｔが、切換電圧Ｖｃｈから出力電圧の目標値Ｖｍに変化するように制御（段階制御）する。これにより、切換え時において出力電圧Ｖｏｕｔの変化がなだらかに行われるため、電力変換装置１００の出力側に接続される機器の誤動作が生じにくくなる。
【００５４】
上記段階制御は、電力変換装置１００において、最大の出力電力を得るような制御、例えば最大電力追従制御と並行して行ってもよく、または、一時的に、最大の出力電力を得るような制御に代えて行うようにしてもよい。
【００５５】
次に、電力変換装置１００の動作について説明する。図１に示す太陽光発電システムにおいて、太陽電池ＰＶで発電された電力が電力変換装置１００に入力されている。電力変換装置１００において、電力変換制御部１は、所定の時間が経過する度ごとに、第１〜３電力変換回路部４〜６のうちから最も大きい出力電力が得られる１つの電力変換回路部を選択する処理（選択処理）を行う。所定の時間として、例えば１０〜１００ｍｓ、１００〜１０００ｍｓまたは１〜１０秒等とすることが可能である。
【００５６】
電力変換制御部１は、選択した電力変換回路部に対してＰＷＭ（Pulse Width Modulation）スイッチング制御を行った場合に、最も大きい出力電力が得られる制御条件を求め、その制御条件により、選択した１つの電力変換回路部を制御する。制御条件としては、スイッチング周波数、出力電圧の目標値Ｖｍ、ＯＮ−ＯＦＦのデューティー比等がある。
【００５７】
選択した電力変換回路部が、現状において使用されている電力変換回路部である場合には、電力変換制御部１は、最も大きい出力電力Ｐｏｕｔが得られるように引き続きその電力変換回路部の制御を続ける。しかし、選択した電力変換回路部が現状において使用されている電力変換回路部と異なる場合には、電力変換制御部１により、選択した電力変換回路部に入力電力Ｐｉｎが入力されるように切換えられて、選択された電力変換回路部が制御される。
【００５８】
図１２〜図１４を参照して、電力変換装置１００の動作について具体的に説明する。図１２は、電力変換回路部の切換え処理の一例を示すフローチャートであり、図１３は、１つの電力変換回路部を選択する選択処理の一例を示すフローチャートであり、図１４は、図１２の＃１２の工程の一例を示すフローチャートである。
【００５９】
図１２に示すように、電力変換制御部１により、例えば所定の時間（１〜１０秒程度）ごとに電力変換回路部の切換えが必要か否かについて判断される（♯１１）。後述する電力変換回路部の選択処理の結果に基づいて、現状において使用している電力変換回路部とは異なる電力変換回路部を電力変換制御部１が選択した場合には、電力変換回路部の切換えが必要である（＃１１でＹｅｓ）。
【００６０】
電力変換回路部の切換えは、電力変換制御部１の駆動信号Ｓ１〜３により行われる。例えば、現状は第１電力変換回路部４が選択されているとすると、駆動信号Ｓ２および駆動信号Ｓ３がＯＦＦであり、駆動信号Ｓ１のみが発信されている。駆動信号Ｓ１は、第１電力変換回路部４がＰＷＭスイッチング制御を行うための信号であり、ＯＮとＯＦＦとを一定の周期で繰り返す信号である。駆動信号Ｓ２および駆動信号Ｓ３がＯＦＦであることから、第２電力変換回路部５および第３電力変換回路部６には入力電力Ｐｉｎは入力されない。第１電力変換回路部４にのみ入力電力Ｐｉｎが入力され、出力電力Ｐｏｕｔが出力される。
【００６１】
選択処理において、第２電力変換回路部５が選択されたとすると、電力変換制御部１は駆動信号Ｓ１をＯＦＦにし、駆動信号Ｓ２のみを発信する。駆動信号Ｓ１および駆動信号Ｓ３がＯＦＦであることから、第１電力変換回路部４および第３電力変換回路部６には入力電力Ｐｉｎは入力されない。第２電力変換回路部５にのみ入力電力Ｐｉｎが入力され、出力電力Ｐｏｕｔが出力される。このようにして、電力変換回路部の切換えが行われる。
【００６２】
電力変換制御部１により、第１電力変換回路部４に代えて第２電力変換回路部５において出力電圧の目標値Ｖｍが設定される（＃１２）。出力電圧の目標値Ｖｍが設定されるとは、出力電圧の目標値Ｖｍが得られるように、第２電力変換回路部５が制御されることをいう。
【００６３】
電力変換制御部１が、検出された値の入力電流Ｉｉｎが第２電力変換回路部５に入力されたとした場合に、ＰＷＭスイッチング制御において、出力電圧の目標値Ｖｍを得ることができるようなスイッチング周波数およびデューティー比を算出する。電力変換制御部１は駆動信号Ｓ２を送信して、算出した制御条件（スイッチング周波数およびデューティー比）により第２電力変換回路部５を制御する。これにより、第２電力変換回路部５が、上記出力電圧の目標値Ｖｍ周辺の出力電圧Ｖｏｕｔを出力することになり、最も大きい出力電力Ｐｏｕｔが得られる。
【００６４】
電力変換制御部１により、出力電圧検出部８により検出された出力電圧Ｖｏｕｔの検出値と、出力電圧の目標値Ｖｍとが比較される（＃１３）。なお、＃１１でＮｏの場合は、現状選択されている第１電力変換回路部４により電力変換を行っておけばよいので、＃１２を行わずに＃１３に進む。＃１３において比較した結果に基づいて電力変換制御部１により、検出された出力電圧Ｖｏｕｔの検出値と、出力電圧の目標値Ｖｍとを合わせるようにフィードバック制御により、デューティー比が調整される（＃１４）。
【００６５】
デューティー比が調整された後、出力電圧の目標値Ｖｍの再設定が必要であるか、電力変換制御部１により判断される（＃１５）。具体的には、電力変換制御部１により、現在の入力電流Ｉｉｎの検出値と、第２電力変換回路部５を選択する際に用いた入力電流Ｉｉｎの検出値とが比較される。選択処理時の入力電流Ｉｉｎの検出値と、現在の入力電流Ｉｉｎの検出値とが異なり、その差が予め設定された所定値以上である場合には、出力電圧の目標値Ｖｍの再設定が必要であると判断される（＃１５のＹｅｓ）。出力電圧の目標値Ｖｍが、第２電力変換回路部５が選択された時の値に比べて大きく変化している可能性があると考えられるためである。
【００６６】
電力変換制御部１により、図７に示す第２電力変換回路部５の効率対出力電流データＴＤ２に基づいて出力電圧の目標値Ｖｍを再度取得し、再設定される（＃１６）。つまり、電力変換制御部１が、入力電流Ｉｉｎが第２電力変換回路部５に流れた場合に、ＰＷＭスイッチング制御により、再度取得した出力電圧の目標値Ｖｍを得ることができるようなスイッチング周波数およびデューティー比を算出し、この制御条件により第２電力変換回路部５を制御する。
【００６７】
出力電圧の目標値Ｖｍの再設定が不要である場合（＃１５のＮｏ）、および出力電圧の目標値Ｖｍの再設定（＃１６）後は、＃１１へと戻り、上記工程を繰り返す。
【００６８】
図１２において、電力変換回路部の制御は、フィードバックにより自動制御が行われている。
【００６９】
図１３を参照して、最も大きい出力電力Ｐｏｕｔが得られる１つの電力変換回路部を選択する選択処理について説明する。入力電流検出部２により、入力電流Ｉｉｎが検出される（＃２１）。入力電流Ｉｉｎの検出値と、効率対出力電流データ格納部１１に格納されている第１〜３電力変換回路部４〜６の効率対出力電流データＴＤ１〜３とに基づいて、所定の時間（例えば１〜１０秒程度）ごとに、出力電力取得部１２により、第１〜３電力変換回路部４〜６のそれぞれに、入力電流Ｉｉｎが流れると仮定した場合の出力電力Ｐｏｕｔが、出力電圧Ｖｏｕｔごとに取得される（＃２２）。
【００７０】
出力電力取得部１２により、第１〜３電力変換回路部４〜６における出力電圧Ｖｏｕｔごとの出力電力Ｐｏｕｔから、出力電圧Ｖｏｕｔが取り得る範囲において、第１〜３電力変換回路部４〜６のそれぞれにおける回路最大出力電力Ｐｈが取得される（＃２３）。出力電圧Ｖｏｕｔの取り得る範囲とは、電力変換装置１００に接続される電力源の出力等に応じて決定される値であり、電力変換装置１００が用いられる出力電圧Ｖｏｕｔの範囲である。また、回路最大出力電力Ｐｈとは、各電力変換回路部において出力できる最も大きい出力電力をいう。
【００７１】
電力変換制御部１の選択部１３により、各電力変換回路部の回路最大出力電力Ｐｈが互いに比較され、最も大きな出力電力が得られる１つの電力変換回路部、すなわち最も大きな回路最大出力電力Ｐｈを有する電力変換回路部が選択される（＃２４）。電力変換制御部１は選択された電力変換回路部に応じて、切換えが必要か否かを判断する（図１２の＃１１）。
【００７２】
上述した、図１３における選択処理について具体的に説明する。例えば、検出された入力電流Ｉｉｎが５Ａであると仮定する（＃２１）。
【００７３】
出力電力取得部１２により、効率対出力電流データ格納部１１から、図６〜８に示す第１〜３電力変換回路部４〜６のそれぞれに対応する効率対出力電流データＴＤ１〜３が取得される。そして、例えば、出力電圧Ｖｏｕｔの取り得る範囲が８０〜１２０Ｖであれば、各効率対出力電流データＴＤ１〜３において、５Ａの行の８０Ｖ、９０Ｖ、１００Ｖ、１１０Ｖ、１２０Ｖの５つのデータのそれぞれにおいて、出力電流Ｉｏｕｔが取り得る範囲における変換効率ηが最大になるデータが選択される。出力電流Ｉｏｕｔの取り得る範囲とは、電力変換装置１００に接続される電力源の出力等に応じて決定される値であり、電力変換装置１００において用いられる出力電流Ｉｏｕｔの範囲である。
【００７４】
出力電力取得部１２により、入力電流Ｉｉｎ（５Ａ）と各入力電圧Ｖｉｎとを乗じることにより入力電力Ｐｉｎが算出される（Ｉｉｎ×Ｖｉｎ＝Ｐｉｎ）。算出された入力電力Ｐｉｎに、選択された最大となる変換効率ηを乗じることで出力電圧Ｖｏｕｔごとの出力電力Ｐｏｕｔが算出される（Ｐｉｎ×η＝Ｐｏｕt）。このようにして、出力電圧Ｖｏｕｔごとの出力電力Ｐｏｕｔが取得される（＃２２）。なお、入力電圧Ｖｉｎが固定である場合は、検出せずにその値を用いればよいし、入力電圧Ｖｉｎが変動する場合は、入力電圧検出部３により検出された値を用いればよい。
【００７５】
出力電力取得部１２により、出力電圧Ｖｏｕｔごとの出力電力Ｐｏｕｔが互いに比較され、電力変換回路部ごとの回路最大出力電力Ｐｈが取得される（＃２３）。第１〜３電力変換回路部４〜６のそれぞれにおいて出力電力が最大となるときの変換効率が、それぞれηMAX１、ηMAX２、ηMAX３であるとする。検出された入力電流Ｉｉｎと入力電圧Ｖｉｎとを乗じた値がＰｉｎなので、第１電力変換回路部４の回路最大出力電力ＰｈはηMAX１×Ｐｉｎであり、第２電力変換回路部５の回路最大出力電力ＰｈはηMAX２×Ｐｉｎであり、第３電力変換回路部６の回路最大出力電力ＰｈはηMAX３×Ｐｉｎである。
【００７６】
これら３つのうち、例えば第２電力変換回路部５の回路最大出力電力Ｐｈ（ηMAX２×Ｐ）が最大であれば、選択部１３により第２電力変換回路部５が選択される（＃２４）。
【００７７】
第２電力変換回路部５の回路最大出力電力Ｐｈ（ηMAX２×Ｐｉｎ）を得ることができる際の出力電圧Ｖｏｕｔが出力電圧の目標値Ｖｍとなる。また、スイッチング周波数およびデューティー比については、入力電流Ｉｉｎが第２電力変換回路部５に流れた場合に、出力電圧の目標値Ｖｍを得ることができるような値とすればよい。
【００７８】
選択処理について説明したが、この方法以外に、図４に示す入力電流Ｉｉｎと出力電力Ｐｏｕｔの関係より、入力電流Ｉｉｎのしきい値ｔｈ１〜２を定義し、このしきい値ｔｈ１〜２により電力変換回路部を選択することもできる。例えば、入力電流検出部２により検出された入力電流Ｉｉｎと、しきい値ｔｈ１〜２とを比較することにより、最も大きい出力電力が得られる１つの電力変換回路部を選択してもよい。
【００７９】
また、第１〜３電力変換回路部４〜６における、入力電流Ｉｉｎに対する最大となる出力電力Ｐｏｕｔを予め測定により求めておき、これらの値についても格納しておけば、選択された電力変換回路部と入力電流Ｉｉｎの検出値とにより、最大となる出力電力Ｐｏｕｔを求め、さらに出力電流Ｉｏｕｔの検出値より、出力電圧の目標値Ｖｍを求めることができる。電力変換制御部１は、入力電流Ｉｉｎの検出値と出力電圧の目標値Ｖｍとに基づいて、デューティー比、スイッチング周波数等を求めて、その制御条件により、選択された電力変換回路部を制御すればよい。
【００８０】
また、電力変換制御部１が第１〜３電力変換回路部４〜６のそれぞれについて上述の効率対出力電流データＴＤ１〜３も格納しており、選択された電力変換回路部の効率対出力電流データに基づいて、入力電流Ｉｉｎの検出値において最も大きな変換効率ηを有する出力電圧Ｖｏｕｔを取得し、その出力電圧Ｖｏｕｔを出力電圧の目標値Ｖｍとして、デューティー比、スイッチング周波数等を求めて、その制御条件により、選択された電力変換回路部を制御してもよい。
【００８１】
次に、図１２の＃１２の工程について図１４を用いて説明する。図１４は、図１２の＃１２の工程の一例を示すフローチャートである。現在は第１電力変換回路部４が選択されて動作していて、次に第２電力変換回路部５が選択された状態であり、第１電力変換回路部４から第２電力変換回路部５への切換えが必要と判断されているとする（＃１１）。
【００８２】
切換電圧設定部１４により、切換電圧Ｖｃｈが算出される（＃３１）。具体的には、切換え前の出力電圧Ｖｏｕｔの検出値と、上記選択処理において求められた出力電圧の目標値Ｖｍとの平均値が算出される。この平均値が切換電圧Ｖｃｈである。
【００８３】
なお、出力電圧Ｖｏｕｔの検出値は、切換え直前の第１電力変換回路部４（切換え前の電力変換回路部）において最も大きい出力電力が得られる出力電圧Ｖｆに相当する。また、出力電圧の目標値Ｖｍは、切換え直後の第２電力変換回路部５（切換え後の電力変換回路部）において最も大きい出力電力が得られる出力電圧Ｖａに相当する。
【００８４】
切換電圧設定部１４により、第１電力変換回路部４に切換電圧Ｖｃｈが設定される（＃３２）。具体的には、第１電力変換回路部４が切換電圧Ｖｃｈを出力するように、切換電圧設定部１４により制御条件が変更される。
【００８５】
制御条件が変更された後に、切換電圧設定部１４により、切換電圧Ｖｃｈと出力電圧Ｖｏｕｔの検出値とが比較され（＃３３）、これらの値が異なれば（＃３３でＮｏ）、これらの値が一致するようにデューティー比が調整され（＃３４）、再び＃３３が行われ、フィードバック制御がなされる。
【００８６】
切換電圧Ｖｃｈと出力電圧Ｖｏｕｔの検出値とが一致すれば（＃３３でＹｅｓ）、切換電圧設定部１４により、出力電圧Ｖｏｕｔが切換電圧Ｖｃｈのままで、第１電力変換回路部４から第２電力変換回路部５に切換えが行われる（＃３５）。具体的には、第２電力変換回路部５が切換電圧Ｖｃｈを出力するように、切換電圧設定部１４により制御される。
【００８７】
切換えられた後に、切換電圧設定部１４により、切換電圧Ｖｃｈと出力電圧Ｖｏｕｔの検出値とが比較され（＃３６）、これらの値が異なれば（＃３６でＮｏ）、これらの値が一致するようにデューティー比が調整され（＃３７）、再び＃３６が行われ、フィードバック制御がなされる。
【００８８】
切換電圧Ｖｃｈと出力電圧Ｖｏｕｔの検出値とが一致すれば（＃３６でＹｅｓ）、切換電圧設定部１４により、第２電力変換回路部５に出力電圧の目標値Ｖｍが設定される（＃３８）。具体的には、切換電圧Ｖｃｈが設定される出力電圧Ｖｏｕｔが出力電圧の目標値Ｖｍとなるように、制御条件が変更される。
【００８９】
そして、図１２の＃１３へと進む。
【００９０】
電力変換回路部の切換え時に、上述のように出力電圧Ｖｏｕｔを制御することにより、図１１に示すように、出力電圧Ｖｏｕｔの変化がなだらかになる。なお、電力変換装置１００は、電力変換回路部の切換え時において、出力電力Ｐｏｕｔが若干低下する可能性があるが、それ以外においては高い変換効率ηを維持することができる。
【００９１】
切換電圧Ｖｃｈは、出力電圧Ｖｏｕｔの検出値と出力電圧の目標値Ｖｍとの平均値としたが、これに限定されるわけではなく、出力電圧Ｖｏｕｔの検出値と出力電圧の目標値Ｖｍとの間の値とすればよい。
【００９２】
また、出力電圧Ｖｏｕｔと出力電圧の目標値Ｖｍとの差が所定値以上である場合は、切換え時において、これらの値の間で出力電圧Ｖｏｕｔの変化が段階的に行われることとしてもよい。図１５は、電力変換回路部を切換える際に出力電圧を制御する場合の他の一例における出力電圧と時間との関係を示す図である。図１５に示すように、切換電圧Ｖｃｈ以外に、出力電圧Ｖｏｕｔの検出値と出力電圧の目標値Ｖｍとの間の値であって、切換電圧Ｖｃｈよりも大きい切換近傍電圧Ｖｃｈｍ１と、切換電圧Ｖｃｈよりも小さい切換近傍Ｖｃｈｍ２とを設定し、電力変換回路部の切換え時において、出力電圧Ｖｏｕｔが段階的に変化していくようにしてもよい。これにより、出力電圧Ｖｏｕｔの検出値と出力電圧の目標値Ｖｍとの差が比較的大きい場合でも、出力電圧Ｖｏｕｔをなだらかに変化させることができる。なお、段階的制御を行う基準となる差電圧の所定値として、絶対値または割合値を求めることができる。例えば、所定値として１Ｖ〜数Ｖ程度の範囲の出力電圧Ｖｏｕｔの値、数％〜１０％程度の範囲の値を用いることができる。
【００９３】
電力変換装置１００において、第１〜３電力変換回路部４〜６の制御は、ＰＷＭスイッチング制御を用いたが、電力変換を行うことができればよく、ＰＦＭ制御等の他の制御法を用いてもよい。また、入力電圧Ｖｉｎが固定値である場合は入力電圧検出部３を設ける必要がないが、入力電圧検出部３を設けて入力電圧Ｖｉｎを検出することにより、より正確な値を用いることができて精度の高い制御が可能である。
【００９４】
また、入力電圧Ｖｉｎの変化が大きい場合は、なんらかの異常が発生している可能性がある。電力変換制御部１により、入力電圧検出部３で検出された入力電圧Ｖｉｎの所定時間当たりの変動幅を算出し、予め記憶されている所定の設定値と比較し、この設定値以上の場合は警報出力部９に信号を送信し、警報出力部９が警報信号を出力し、操作者に知らせることとすればよい。例えば、ランプが点灯したり、警報音が鳴ったり、表示画面に警告表示がなされることとすればよい。
【００９５】
また、電力変換制御部１により、出力電流検出部７で検出された出力電流Ｉｏｕｔと、出力電圧検出部８で検出された出力電圧Ｖｏｕｔとを乗じることで出力電力Ｐｏｕｔを随時算出しておき、出力電力Ｐｏｕｔの値が予め設定された所定の値よりも小さくなった場合には、警報出力部９に信号が送信されることとしてもよい。
【００９６】
上述の説明では、選択処理において、電力変換制御部１が、第１〜３電力変換回路部４〜６のすべての回路最大出力電力Ｐｈを取得した上で、いずれかの電力変換回路部を選択している。しかし、電力変換回路部の切換えは、通常、隣合う入力電流範囲を有する電力変換回路部の間でなされることから、現在選択されている電力変換回路部と、その電力変換回路部の入力電流範囲と隣合う入力電流範囲を有する電力変換回路部との回路最大出力電力Ｐｈを取得し、それらの中からいずれか１つの電力変換回路部を選択してもよい。これにより、選択処理の工程が減少し、時間も短縮される。
【００９７】
つまり、第１電力変換回路部４が現在選択されている場合は、第１電力変換回路部４および第２電力変換回路部５のそれぞれについて回路最大出力電力Ｐｈを求めて、それらを比較することで電力変換回路部を選択すればよい。また、第２電力変換回路部５が現在選択されている場合は、第１電力変換回路部４、第２電力変換回路部５および第３電力変換回路部６のそれぞれについて回路最大出力電力Ｐｈを求めて、それらを比較することで電力変換回路部を選択すればよい。また、第３電力変換回路部６が現在選択されている場合は、第２電力変換回路部５および第３電力変換回路部６のそれぞれについて回路最大出力電力Ｐｈを求めて、それらを比較することで電力変換回路部を選択すればよい。
【００９８】
上述の電力変換装置１００の説明では、電力変換制御部１は、第１〜３電力変換回路部４〜６のいずれかを選択する選択処理を所定時間ごとに行うこととしたが、これ以外のタイミングでこの処理を実行することとしてもよい。例えば、電力変換制御部１は、前回に新しい１つの電力変換回路部を選択する選択処理を実行したときに入力電流検出部２により検出された入力電流Ｉｉｎと、最新に検出された入力電流Ｉｉｎとの差異を算出し、この差異の値が所定の設定値を越えた場合に、第１〜３電力変換回路部４〜６のいずれかを選択する選択処理を実行することとしてもよい。
【００９９】
本実施形態に係る電力変換装置１００によれば、異なる入力電流−出力電力特性を有する電力変換回路部を持ち、それらを切換えることで広い入力電流域において高い変換効率を維持することができる。そのため、構成が複雑でなく、簡素化でき、回路設計も容易である。また、同一の回路を複数有して、それらを組み合わせることで広い入力電流域に対応する電力変換装置に比べて、回路を構成するための部品点数の増加量を抑えて、広い入力電流域に対して、効率よく出力を得ることができる。そのため、小型化・低コスト化が可能である。また、出力電圧Ｖｏｕｔの変化が急激に変化しにくいので、出力側に接続される連系用整合装置２００が誤動作しにくい。出力側に蓄電池を接続した場合には、効率よく蓄電池が蓄電される。
【０１００】
上に述べた実施形態において、電力変換装置１００の全体または各部の構造、形状、寸法、個数、材質、組成などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。
【０１０１】
上に述べた実施形態の電力変換装置１００は、広い入力電流域および出力電流域を持ち、広い範囲の入力電流の変動に対応して全電流域で最大電力を出力することができる。また、小型化・低コスト化が可能である。例えば、太陽電池に接続することで、太陽電池により発電された電力をより有効に取り出すことができる。したがって、太陽光発電システムの構成部品として好適に使用することができる。
【符号の説明】
【０１０２】
１ 電力変換制御部
２ 入力電流検出部
３ 入力電圧検出部
４ 第１電力変換回路部
５ 第２電力変換回路部
６ 第３電力変換回路部
７ 出力電流検出部
８ 出力電圧検出部
９ 警報出力部
１１ 効率対出力電流データ格納部
１２ 出力電力取得部
１３ 選択部
１４ 切換電圧設定部
１００ 電力変換装置
２００ 連系用整合装置
Ｌ１〜３ コイル
Ｃ１〜３ コンデンサ
ＦＥＴ１〜３ スイッチング素子
Ｄ１〜３ 転流ダイオード
ＰＶ 太陽電池
ＴＤ１〜３ 効率対出力電流データ
ｔｈ１ 小電流側しきい値
ｔｈ２ 大電流側しきい値
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電力として入力される入力電力を、電力変換して出力する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、化石燃料の枯渇に対応するため、環境への配慮の必要性等から、再生可能な自然エネルギーの普及が望まれている。特に太陽電池は、環境への影響が少なく、今後の一層の発展が期待される。太陽電池により発電された電力は、蓄電池に蓄電されたり、電力会社に売電されることにより、有効に利用されている。太陽電池は日射量により出力が変動することから、天候等により出力が左右されるため、電力の供給量を制御することは困難である。太陽電池は、出力の変動幅の全域において、高い変換効率で出力が取り出されることが好ましい。
【０００３】
図１６は、一般的な太陽電池の特性の例を示すグラフである。図１６において、横軸は、太陽電池の出力電圧を示し、縦軸は太陽電池の出力電流を示す。図１６に示されているように、太陽電池の出力特性は、日射量により大きく変動する。出力電流幅が特に大きく変動することから、太陽電池に接続してその出力を取り出す電力変換装置は、広い入力電流域において高い変換効率を有することが好ましい。
【０００４】
電力変換回路において、広い入力電流域に対して高い変換効率を維持するためには、出力電流域が広い場合であっても高い変換効率が要求される。出力電圧を一定の値に維持する場合には、所定の範囲の出力電流において高い変換効率を有する電力変換回路を作製することは可能であるが、広い出力電流域において高い変換効率を維持する電力変換回路を作製することは困難である。従来の電力変換回路においては、出力電流が所定の範囲から外れると、電力変換回路の変換効率が低下することになる。つまり、出力電流として大電流が必要な場合には、出力電流が大電流である場合に高い変換効率を有する電力変換回路を用いればよいが、その電力変換回路により小電流を出力させる場合には、変換効率が低下する可能性がある。
【０００５】
単一の電力変換回路により、大電流の出力電流および小電流の出力電流のいずれにおいても高い変換効率を実現するために、出力電流の範囲に応じて電力変換における周波数、制御方式（ＰＷＭ・ＰＦＭ）等の制御条件を変更することが行われている。例えば、出力電流が大きい場合は周波数一定のＰＷＭ制御とし、出力電流が小さい場合にはＯＮ幅一定のＰＦＭ制御として回路を制御する。
【０００６】
また、特許文献１には、同じ構成の電力変換回路を複数持ち、出力電流に応じて、使用する回路数を増減する電源装置が開示されている。この電源装置は、複数の回路を組み合わせることで、出力電流に応じた電力変換回路を構成し、単一の電力変換回路を用いる場合よりも広い出力電流域において高い変換効率を維持することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−２３２５８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、単一の電力変換回路において、周波数、制御方式（ＰＷＭ・ＰＦＭ）等を変更することで、ある程度の範囲の出力電流域において高い変換効率を維持することは可能である。しかし、その出力電流域の範囲には限界があり、太陽電池の出力を効率よく取り出すには十分な範囲とは言えない。
【０００９】
特許文献１の電源装置は、組み合わせる回路の数を増やすことにより、高い変換効率を維持できる出力電流域の範囲を広げることができるが、その範囲にも限界があり、太陽電池の出力を効率よく取り出すには十分な範囲とは言えない。特許文献１の電源装置は、同じ構成の回路を組み合わせることから、必要とする回路の数が比較的多くなるため、電源装置が大型化、高コスト化するという問題がある。また、同じ構成の回路を組み合わせることにより、広い出力電流域において最適の電力変換回路を構成するには、回路の設計が複雑になり、回路設計にかかる時間が長くなるという問題がある。
【００１０】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされた発明であり、その目的は、広い入力電流域および出力電流域を持ち、広い範囲での入力電流の変動に対応して効率よく電力を出力し、かつ、小型化・低コスト化が可能な電力変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の電力変換装置は、直流電力として入力される入力電力を電力変換して出力電力を出力する電力変換装置であって、前記入力電力の電流である入力電流を検出する入力電流検出部と、前記入力電力を電力変換するものであり、入力電流範囲が互いに異なりかつ隣合う入力電流範囲とは重複する部分を有する複数の電力変換回路部と、前記複数の電力変換回路部のうち、前記入力電流検出部により検出された入力電流において最も大きい出力電力が得られる１つの電力変換回路部を選択し、選択した電力変換回路部に対して最も大きい出力電力が得られる制御条件で制御を行う、電力変換制御部と、を備え、前記電力変換制御部は、前記１つの電力変換回路部を選択するに際し、その選択により電力変換回路部が切換えられる場合に、切換え直前の電力変換回路部の出力電圧と、切換え直後の電力変換回路部の出力電圧とが互いに一致するように制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の電力変換装置によれば、広い入力電流域および出力電流域を持ち、広い範囲での入力電流の変動に対応して効率よく電力を出力し、かつ、小型化・低コスト化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態に係る電力変換装置を用いた太陽光発電システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態に係る電力変換装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図３】本実施形態に係る電力変換装置の構成の一例の一部を回路図とした説明図である。
【図４】本実施形態に係る電力変換装置の各電力変換回路部の入力電流と出力電力との関係を示すグラフである。
【図５】電力変換回路部における出力電流と変換効率との関係の例を示すグラフである。
【図６】第１電力変換回路部に関する効率対出力電流データの一例を示す図である。
【図７】第２電力変換回路部に関する効率対出力電流データの一例を示す図である。
【図８】第３電力変換回路部に関する効率対出力電流データの一例を示す図である。
【図９】電力変換回路部を切換える際に出力電力が連続する場合の一例における出力電圧と時間との関係を示す図である。
【図１０】電力変換回路部の切換え時における出力電圧の変化について説明するための図である。
【図１１】電力変換回路部を切換える際に出力電圧を制御する場合の一例における出力電圧と時間との関係を示す図である。
【図１２】電力変換回路部の切換え処理の一例を示すフローチャートである。
【図１３】１つの電力変換回路部を選択する選択処理の一例を示すフローチャートである。
【図１４】図１２の＃１２の工程の一例を示すフローチャートである。
【図１５】電力変換回路部を切換える際に出力電圧を制御する場合の他の一例における出力電圧と時間との関係を示す図である。
【図１６】太陽電池の特性の例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、本実施形態に係る電力変換装置を用いた太陽光発電システムの構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態に係る電力変換装置１００および太陽電池ＰＶを用いて、商用電力系統と連系して使用される太陽光発電システムを実現することができる。この太陽光発電システムは、太陽電池ＰＶと、太陽電池ＰＶに接続された電力変換装置１００と、電力変換装置１００により電力変換された出力をさらに変圧したり、直流−交流変換等することで商用電力系統に整合させるための連系用整合装置２００とを備え、連系用整合装置２００は商用電力系統に接続されている。
【００１５】
太陽電池ＰＶは日射量に応じて発電を行い、電力を出力する。
【００１６】
電力変換装置１００は、入力された電力を高い変換効率で変換して出力する。電力変換装置１００の詳細については、後述する。
【００１７】
連系用整合装置２００は、例えばＤＣ−ＡＣインバータ回路を備え、電力変換装置１００からの出力を商用電力系統に送電できるように、１００Ｖ程度の交流電圧へと変換する。
【００１８】
太陽光が入射されることで発電した太陽電池ＰＶから出力された電力が、電力変換装置１００に入力される。電力変換装置１００では、太陽電池ＰＶからの出力を入力とし、その入力電流値の範囲にかかわらず高い変換効率で電力変換して出力する。電力変換装置１００により変換された電力は連系用整合装置２００に入力され、商用電力系統で伝送されるように適宜変換され、商用電力系統へと送電される。このように、太陽電池ＰＶからの出力を有効に売電することができる。
【００１９】
また、電力変換装置１００の入力側は太陽電池ＰＶに接続した状態で、出力側を充電池に接続して、太陽電池ＰＶにより発電された電力を蓄電池に蓄電することもできる。
【００２０】
本実施形態に係る電力変換装置１００を用いることにより、太陽電池ＰＶからの出力を高い変換効率で取り出すことができる太陽光発電システムを構成することができる。本実施形態に係る電力変換装置１００について、図面を参照して説明する。
【００２１】
図２は本実施形態に係る電力変換装置の構成の一例を示すブロック図である。図３は本実施形態に係る電力変換装置の構成の一例の一部を回路図とした説明図であって、電力変換装置１００に太陽電池ＰＶが接続されている。図２に示すように、電力変換装置１００は、電力変換制御部１と、入力電力Ｐｉｎの電流である入力電流Ｉｉｎを検出する入力電流検出部２と、入力電力Ｐｉｎの電圧である入力電圧Ｖｉｎを検出する入力電圧検出部３と、電力変換を行う第１電力変換回路部４、第２電力変換回路部５および第３電力変換回路部６と、出力電力Ｐｏｕｔの電流である出力電流Ｉｏｕｔを検出する出力電流検出部７と、出力電力Ｐｏｕｔの電圧である出力電圧Ｖｏｕｔを検出する出力電圧検出部８と、警報信号を出力する警報出力部９とを備えている。
【００２２】
第１〜３電力変換回路部４〜６は、それぞれ入力電力を変換して出力するように構成された回路であって、これらは互いに入力電流範囲が異なる。第１〜３電力変換回路部４〜６には、電力変換装置１００に入力された電力が入力されるが、その入力は電力変換制御部１により制御されている。
【００２３】
図３に示すように、第１〜３電力変換回路部４〜６は、スイッチング素子ＦＥＴ１、ＦＥＴ２、ＦＥＴ３と、転流ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３と、電力変換時にエネルギーを蓄積するためのインダクタであるコイル（リアクトル）Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３と、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３とを備えている。
【００２４】
スイッチング素子ＦＥＴ１〜３は、いずれもＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor：金属−酸化物−半導体電界効果型トランジスタ）とすればよい。転流ダイオードＤ１〜３は、通常のダイオードであってもツェナーダイオードであってもよい。第１〜３電力変換回路部４〜６は、降圧型のＤＣ／ＤＣコンバーターを構成している。スイッチング素子ＦＥＴ１〜３のゲートは、それぞれ電力変換制御部１に接続されていて、電力変換制御部１から送信される駆動信号Ｓ１〜３により、ＯＮ、ＯＦＦが制御される。電力変換制御部１により、太陽電池ＰＶの出力を変換するために第１〜３電力変換回路部４〜６のいずれを用いるかを選択することができ、さらに電力変換制御部１により、第１〜３電力変換回路部４〜６のそれぞれが制御される。
【００２５】
第１〜３電力変換回路部４〜６において、各コイルＬ１〜３のインダクタンスは互いに異なる値を有しており、それぞれにおける入力電流に対する出力電力の値が互いに異なる。
【００２６】
図４を用いて、第１〜３電力変換回路部４〜６の入力電流Ｉｉｎと出力電力Ｐｏｕｔとの関係について説明する。図４は本実施形態に係る電力変換装置の各電力変換回路部の入力電流と出力電力との関係を示すグラフである。図４に示すように、第１〜３電力変換回路部４〜６は、それぞれ入力電流Ｉｉｎに対する出力電力Ｐｏｕｔの特性が異なる。各第１〜３電力変換回路部４〜６におけるピークの出力電力を得るときの入力電流の値も各電力変換回路部において互いに異なる。
【００２７】
第１〜３電力変換回路部４〜６の各入力電流範囲が互いに異なり、かつ隣合う入力電流範囲とは重複する部分を有している。つまり、図４に示しているように、第１電力変換回路部４および第２電力変換回路５の入力電流範囲は隣合っていて、これらの電流範囲は重複している（図４において破線で示した部分を参照）。同様に、第２電力変換回路部５および第３電力変換回路部６の入力電流範囲は隣合っていて、これらの電流範囲は重複している（図４において破線で示した部分を参照）。
【００２８】
第１〜３電力変換回路部４〜６のいずれか１つを用いて電力変換を行う場合に、最も大きな出力電力Ｐｏｕｔを得ることができる各電力変換回路部の入力電流Ｉｉｎの境界が、しきい値ｔｈ１〜２であり、小電流側に位置するものを小電流側しきい値ｔｈ１とし、大電流側に位置するものを大電流側しきい値ｔｈ２とする。
【００２９】
第１〜３電力変換回路部４〜６は、入力電流Ｉｉｎおよび出力電流Ｉｏｕｔの値により変換効率が変化する。特に、コイルＬ１〜３のインダクタンスおよび直流抵抗により変換効率の高低が決まってくる。図５は、電力変換回路部における出力電流と変換効率との関係の例を示すグラフである。図５（Ａ）は出力電流Ｉｏｕｔが比較的大きい場合に好ましい電力変換回路部に関するグラフであり、図５（Ｂ）は出力電流Ｉｏｕｔが比較的小さい場合に好ましい電力変換回路部に関するグラフである。変換効率ηは入力電力Ｐｉｎに対する出力電力Ｐｏｕｔの比であり、変換効率ηが大きいほど高い効率の電力変換が可能な電力変換部であるといえる。
【００３０】
図５（Ａ）および図５（Ｂ）において用いた電力変換回路部は、いずれも、第１〜３電力変換回路部４〜６と同様の回路構成を有する電力変換回路部であるが、それぞれのコイルのインダクタンスは互いに異なる。
【００３１】
図５（Ａ）の電力変換回路部は、入力電圧１２０Ｖ、出力電圧１００Ｖ、出力電流が０．２Ａ〜１０Ａ程度の条件において動作し、入力電流が１０Ａ付近において最も高い変換効率ηを得ることができるように設計されている。この電力変換回路部には、大電流出力が可能なコイルが選択される。一般的に大電流型のコイルはＬ値が０．１μＨ〜数μＨと比較的小さく、３００ＫＨｚ〜１ＭＨｚの高周波でＰＷＭスイッチング制御することにより、出力電流が１０Ａ付近で変換効率９０％以上を実現できる。しかし、出力電流が１Ａ以下では自己回路損失が大きいため５０％程度まで変換効率ηが落ちる。
【００３２】
図５（Ｂ）の電力変換回路部は、入力電圧１２０Ｖ、出力電圧１００Ｖ、出力電流０〜１Ａ程度の条件において動作し、入力電流が１Ａ付近において最も高い変換効率ηを得ることができるように設計されている。この電力変換回路部には、小電流出力が可能なコイルが選択される。一般的に小電流型のコイルはＬ値が数十μＨ〜数百μＨで、３００ＫＨｚ以下の比較的低い周波数でＰＷＭスイッチング制御することにより、０．０１Ａ〜１Ａ程度の電流域において変換効率９０％前後を実現できる。しかし、出力電流が１Ａを超えると出力が低下し、大電流を出力することができない。
【００３３】
第１〜３電力変換回路部４〜６は、それぞれ異なる入力電流の範囲において高い変換効率の電力変換がなされ、それらの入力電流の範囲により、電力変換装置１００に入力されることが予定されている入力電流の範囲をカバーできる。
【００３４】
なお、第１〜３電力変換回路部４〜６は、それぞれ入力電流の範囲が異なるコンバーターであればよく、図３に示した回路構成に限定されるわけではない。電力変換装置１００の使用目的に応じてそれぞれ設計されればよい。例えば、スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴの代わりにバイポーラトランジスタを用いてもよい。また、転流ダイオードの代わりに、ＭＯＳＦＥＴまたはバイポーラトランジスタといったスイッチング素子を用いて同期整流式としても、第１〜３電力変換回路部４〜６と同様の動作をする電力変換回路部を構成することができる。また、第１〜３電力変換回路部４〜６とは異なる構成の電力変換回路部を用いてもよく、例えば昇圧型でもよい。また、電力変換回路部の数は複数であればよく、３個に限定されるわけではない。電力変換回路部の回路構成およびその数は、電力変換装置１００に接続される電力源の出力等に応じて決定される電力変換装置１００の入力電流の範囲等に応じて適宜調整すればよい。
【００３５】
入力電流検出部２は、入力電流Ｉｉｎの値を随時検出し、電力変換制御部１に送信する。入力電流検出部２は例えば電流検出用の抵抗等を用いて構成され、Ａ／Ｄ変換器を有し、アナログ信号の検出値をデジタル信号へと変換して電力変換制御部１に送信する。
【００３６】
入力電圧検出部３は、入力電圧Ｖｉｎの値を随時検出し、電力変換制御部１に送信する。入力電圧検出部３は例えば分圧抵抗等を用いて構成され、Ａ／Ｄ変換器を有し、アナログ信号の検出値をデジタル信号へと変換して電力変換制御部１に送信する。
【００３７】
出力電流検出部７は、出力電流Ｉｏｕｔの値を随時検出し、電力変換制御部１に送信する。出力電流検出部７は例えば電流検出用の抵抗等を用いて構成され、Ａ／Ｄ変換器を有し、アナログ信号の検出値をデジタル信号へと変換して電力変換制御部１に送信する。
【００３８】
出力電圧検出部８は、出力電圧Ｖｏｕｔの値を随時検出し、電力変換制御部１に送信する。出力電圧検出部８は例えば分圧抵抗等を用いて構成され、Ａ／Ｄ変換器を有し、アナログ信号の検出値をデジタル信号へと変換して電力変換制御部１に送信する。
【００３９】
図２において、電力変換制御部１は、効率対出力電流データ格納部１１と、出力電力取得部１２と、選択部１３と、切換電圧算出部１４とを備えている。電力変換制御部１は、例えばＣＰＵ、不揮発性メモリ等を用いて構成することが可能である。電力変換制御部１は、第１〜３電力変換回路部４〜６のうち、入力電流検出部２により検出された入力電流Ｉｉｎに基づいて最も大きい電力が得られる１つの電力変換回路部を選択し、選択した電力変換回路部が最も大きい出力電力Ｐｏｕｔを得ることができるような制御条件で電力変換回路部を制御する。
【００４０】
効率対出力電流データ格納部１１は、例えば不揮発性メモリであって、図６〜８に示すような効率対出力電流データＴＤ１〜３を格納している。効率対出力電流データＴＤ１〜３は、第１〜３電力変換回路部４〜６ごとに予め測定により求められたデータであって、第１〜３電力変換回路部４〜６のそれぞれにおける変換効率ηと出力電流Ｉｏｕｔとの関係を示すデータである。効率対出力電流データＴＤ１〜３は、図６〜８に示すように入力電流Ｉｉｎおよび出力電圧Ｖｏｕｔをパラメータとするテーブル形式とされる、変換効率ηと出力電流Ｉｏｕｔとの関係を示すグラフで表すことができる。図６〜８は、それぞれ、第１〜３電力変換回路部に関する効率対出力電流データの一例を示す図である。
【００４１】
効率対出力電流データＴＤ１〜３は、各電力変換回路部における、入力電流Ｉｉｎごとおよび出力電圧Ｖｏｕｔごとのデータであり、例えば入力電流Ｉｉｎは１〜９Ａの範囲で２Ａ刻みに５点選択され、出力電圧は８０〜１２０Ｖであり１０Ｖ刻みに５点選択されている。図６〜８に示すように、効率対出力電流データＴＤ１〜３は、入力電流Ｉｉｎおよび出力電圧Ｖｏｕｔにより区分されたテーブル形式のデータである。
【００４２】
効率対出力電流データＴＤ１〜３における入力電流Ｉｉｎの範囲は、電力変換装置１００において実際に使用することが予定されている入力電流Ｉｉｎの範囲である。効率対出力電流データＴＤ１〜３における出力電圧Ｖｏｕｔの範囲は、電力変換装置１００において実際に使用することが予定されている出力電圧Ｖｏｕｔの範囲である。これらの範囲において、上記複数のグラフが多ければ多いほど、より高精度の電力変換ができるといえる。効率対出力電流データＴＤ１〜３を測定により求める際に、入力電流Ｉｉｎの刻みの度合いおよび出力電圧Ｖｏｕｔの刻みの度合いをより小さくすることで、効率対出力電流データＴＤ１〜３の量が増加し、より高精度の電力変換が可能となる。
【００４３】
出力電力取得部１２は、入力電流検出部２により検出した入力電流Ｉｉｎの検出値および入力電圧Ｖｉｎを用いて、効率対出力電流データ格納部１１に格納された第１〜３電力変換回路部４〜６ごとの効率対出力電流データＴＤ１〜３から、第１〜３電力変換回路部４〜６のそれぞれが出力できる最大の出力電力（回路最大出力電力Ｐｈ）を取得する。なお、入力電圧Ｖｉｎが固定である場合は、検出せずにその値を用いればよいし、入力電圧Ｖｉｎが変動する場合は、入力電圧検出部３により入力電圧Ｖｉｎを検出し、その検出値を用いればよい。
【００４４】
選択部１３は、出力電力取得部１２により取得された各回路最大出力電力Ｐｈを互いに比較して、第１〜３電力変換回路部４〜６のうちから最も大きい出力電力が得られる１つの電力変換回路部を選択する。
【００４５】
切換電圧算出部１４は、出力電圧検出部８により検出された出力電圧Ｖｏｕｔの検出値および出力電圧の目標値Ｖｍに基づいて、電力変換回路部の切換えの前後における出力電圧Ｖｏｕｔの目標値である切換電圧Ｖｃｈを算出する。出力電圧の目標値Ｖｍとは、選択された電力変換回路部において最も大きい出力電力Ｐｏｕｔが得られる際の出力電圧Ｖｏｕｔのことである。出力電圧の目標値Ｖｍは選択処理において求められている。
【００４６】
切換電圧Ｖｃｈは、切換え前の電力変換回路部の出力電圧Ｖｏｕｔの検出値および切換後の電力変換回路部の出力電圧の目標値Ｖｍの間の値であり、例えば、これらの値の平均値とすればよい。切換電圧Ｖｃｈとしては、例えば、切換え前の電力変換回路部の出力電圧Ｖｏｕｔの検出値としてもよいし、切換後の電力変換回路部の出力電圧の目標値Ｖｍとしてもよい。
【００４７】
警報出力部９は、電力変換制御部１からの信号を受けて電力変換装置１００の動作に異常が生じていることを操作者に知らせるために警報信号を出力する。警報出力部９としては、警報音を鳴らすことで異常を操作者に知らせるブザー、点灯または点滅により異常を操作者に知らせる警報灯（ランプ）、異常であることを表示画面に文字等を表示することにより操作者に知らせる表示装置等とすればよい。
【００４８】
電力変換装置１００において、切換え時において出力電力Ｐｏｕｔが変化しないように電力変換回路部を切換えると、高い変換効率ηを維持し続けることができるが、切換え前後において出力電圧Ｖｏｕｔが大きく変化する可能性がある。
【００４９】
図９は、電力変換回路部を切換える際に出力電力が連続する場合の一例における出力電圧と時間との関係を示す図である。図９において横軸は時間であり、縦軸は出力電圧Ｖｏｕｔであり、切換え時において入力電流Ｉｉｎが一定の状態で、切換え前後の各電力変換回路部において最も大きな出力電力Ｐｏｕｔ（変換効率η）を得るように切換えた場合における出力電圧Ｖｏｕｔの変化を示している。出力電圧Ｖｆは切換え前の電圧変換回路部における切換え時の出力電圧Ｖｏｕｔであり、出力電圧Ｖａは切換え後の電圧変換回路部における切換え時の出力電圧Ｖｏｕｔである。切換え前後の電力変換回路部において、変換効率ηが最も大きくなるようにすると、出力電圧Ｖｆと出力電圧Ｖａとが異なる可能性があり、出力電圧Ｖｆおよび出力電圧Ｖａの差が大きいと、図９に示すように、切換え時に出力電圧Ｖｏｕｔが大きく変化することになる。図１０を参照して、出力電圧Ｖｆと出力電圧Ｖａとの差が大きくなる理由について以下に説明する。
【００５０】
図１０は、電力変換回路部の切換え時における出力電圧の変化について説明するための図であり、電力変換回路部の切換え動作の前後における出力電流Ｉｏｕｔと変換効率ηとの関係を示す図である。電力変換装置１００において、出力電圧Ｖｏｕｔの範囲が制限されることにより、図１０に示すように出力電流Ｉｏｕｔの範囲も制限されている。また、切換え前の電力変換回路部が最大となる変換効率ηを得ることができるのは、曲線ＣＶ１の頂点である点Ｆの位置である。また、切換え後の電力変換回路部が最大となる変換効率ηを得ることができるのは、曲線ＣＶ２の頂点である点Ａの位置である。各電力変換回路部において、太陽電池ＰＶからの出力の変動により、出力電流Ｉｏｕｔは制限された範囲内で変動し得るが、それぞれ点Ｆの位置および点Ａの位置を維持するように制御（例えば、最大電力追従制御）されることで、各電力変換回路部が最大となる変換効率ηを得ることができる。
【００５１】
切換え前の電力変換回路部において、切換え時は変換効率ηが最大である状態（点Ｆの付近にある状態）である。また、切換え後の電力変換回路部においても、切換え時は変換効率ηが最大である状態（点Ａの付近にある状態）である。つまり、電力変換回路部を切換えることにより、点Ｆから点Ａに移動することになる。図１０に示すように、点Ｆと点Ａとでは出力電流Ｉｏｕｔの差が大きいことから、切換えにより出力電流Ｉｏｕｔが急激に増加するといえる。そのため、出力電圧Ｖｏｕｔは、図９に示すように急激に減少する。
【００５２】
出力電圧Ｖｏｕｔが急激に変化すると、電力変換装置１００の出力側に接続される連系用整合装置２００においては入力電圧が急激に変化することになり、これによって連系用整合装置２００に誤動作が生じる可能性がある。
【００５３】
しかし、本実施形態では、電力変換回路部が切換えられる場合に、切換え直前の電力変換回路部の出力電圧Ｖｏｕｔと、切換え直後の電力変換回路部の出力電圧Ｖｏｕｔとが互いに一致するように制御する。図１１は、電力変換回路部を切換える際に出力電圧を制御する場合の一例における出力電圧と時間との関係を示す図であり、横軸は時間であり、縦軸は出力電圧Ｖｏｕｔである。本実施形態では、切換電圧Ｖｃｈを設定し、切換え前の電力変換回路部の出力電圧Ｖｏｕｔが、出力電圧Ｖｏｕｔの検出値から切換電圧Ｖｃｈに変化するように制御し、切換え後の電力変換回路部の出力電圧Ｖｏｕｔが切換電圧Ｖｃｈを維持したままで電力変換回路部の切換えを行う。切換えが終わった後に、切換え後の電力変換回路部の出力電圧Ｖｏｕｔが、切換電圧Ｖｃｈから出力電圧の目標値Ｖｍに変化するように制御（段階制御）する。これにより、切換え時において出力電圧Ｖｏｕｔの変化がなだらかに行われるため、電力変換装置１００の出力側に接続される機器の誤動作が生じにくくなる。
【００５４】
上記段階制御は、電力変換装置１００において、最大の出力電力を得るような制御、例えば最大電力追従制御と並行して行ってもよく、または、一時的に、最大の出力電力を得るような制御に代えて行うようにしてもよい。
【００５５】
次に、電力変換装置１００の動作について説明する。図１に示す太陽光発電システムにおいて、太陽電池ＰＶで発電された電力が電力変換装置１００に入力されている。電力変換装置１００において、電力変換制御部１は、所定の時間が経過する度ごとに、第１〜３電力変換回路部４〜６のうちから最も大きい出力電力が得られる１つの電力変換回路部を選択する処理（選択処理）を行う。所定の時間として、例えば１０〜１００ｍｓ、１００〜１０００ｍｓまたは１〜１０秒等とすることが可能である。
【００５６】
電力変換制御部１は、選択した電力変換回路部に対してＰＷＭ（Pulse Width Modulation）スイッチング制御を行った場合に、最も大きい出力電力が得られる制御条件を求め、その制御条件により、選択した１つの電力変換回路部を制御する。制御条件としては、スイッチング周波数、出力電圧の目標値Ｖｍ、ＯＮ−ＯＦＦのデューティー比等がある。
【００５７】
選択した電力変換回路部が、現状において使用されている電力変換回路部である場合には、電力変換制御部１は、最も大きい出力電力Ｐｏｕｔが得られるように引き続きその電力変換回路部の制御を続ける。しかし、選択した電力変換回路部が現状において使用されている電力変換回路部と異なる場合には、電力変換制御部１により、選択した電力変換回路部に入力電力Ｐｉｎが入力されるように切換えられて、選択された電力変換回路部が制御される。
【００５８】
図１２〜図１４を参照して、電力変換装置１００の動作について具体的に説明する。図１２は、電力変換回路部の切換え処理の一例を示すフローチャートであり、図１３は、１つの電力変換回路部を選択する選択処理の一例を示すフローチャートであり、図１４は、図１２の＃１２の工程の一例を示すフローチャートである。
【００５９】
図１２に示すように、電力変換制御部１により、例えば所定の時間（１〜１０秒程度）ごとに電力変換回路部の切換えが必要か否かについて判断される（♯１１）。後述する電力変換回路部の選択処理の結果に基づいて、現状において使用している電力変換回路部とは異なる電力変換回路部を電力変換制御部１が選択した場合には、電力変換回路部の切換えが必要である（＃１１でＹｅｓ）。
【００６０】
電力変換回路部の切換えは、電力変換制御部１の駆動信号Ｓ１〜３により行われる。例えば、現状は第１電力変換回路部４が選択されているとすると、駆動信号Ｓ２および駆動信号Ｓ３がＯＦＦであり、駆動信号Ｓ１のみが発信されている。駆動信号Ｓ１は、第１電力変換回路部４がＰＷＭスイッチング制御を行うための信号であり、ＯＮとＯＦＦとを一定の周期で繰り返す信号である。駆動信号Ｓ２および駆動信号Ｓ３がＯＦＦであることから、第２電力変換回路部５および第３電力変換回路部６には入力電力Ｐｉｎは入力されない。第１電力変換回路部４にのみ入力電力Ｐｉｎが入力され、出力電力Ｐｏｕｔが出力される。
【００６１】
選択処理において、第２電力変換回路部５が選択されたとすると、電力変換制御部１は駆動信号Ｓ１をＯＦＦにし、駆動信号Ｓ２のみを発信する。駆動信号Ｓ１および駆動信号Ｓ３がＯＦＦであることから、第１電力変換回路部４および第３電力変換回路部６には入力電力Ｐｉｎは入力されない。第２電力変換回路部５にのみ入力電力Ｐｉｎが入力され、出力電力Ｐｏｕｔが出力される。このようにして、電力変換回路部の切換えが行われる。
【００６２】
電力変換制御部１により、第１電力変換回路部４に代えて第２電力変換回路部５において出力電圧の目標値Ｖｍが設定される（＃１２）。出力電圧の目標値Ｖｍが設定されるとは、出力電圧の目標値Ｖｍが得られるように、第２電力変換回路部５が制御されることをいう。
【００６３】
電力変換制御部１が、検出された値の入力電流Ｉｉｎが第２電力変換回路部５に入力されたとした場合に、ＰＷＭスイッチング制御において、出力電圧の目標値Ｖｍを得ることができるようなスイッチング周波数およびデューティー比を算出する。電力変換制御部１は駆動信号Ｓ２を送信して、算出した制御条件（スイッチング周波数およびデューティー比）により第２電力変換回路部５を制御する。これにより、第２電力変換回路部５が、上記出力電圧の目標値Ｖｍ周辺の出力電圧Ｖｏｕｔを出力することになり、最も大きい出力電力Ｐｏｕｔが得られる。
【００６４】
電力変換制御部１により、出力電圧検出部８により検出された出力電圧Ｖｏｕｔの検出値と、出力電圧の目標値Ｖｍとが比較される（＃１３）。なお、＃１１でＮｏの場合は、現状選択されている第１電力変換回路部４により電力変換を行っておけばよいので、＃１２を行わずに＃１３に進む。＃１３において比較した結果に基づいて電力変換制御部１により、検出された出力電圧Ｖｏｕｔの検出値と、出力電圧の目標値Ｖｍとを合わせるようにフィードバック制御により、デューティー比が調整される（＃１４）。
【００６５】
デューティー比が調整された後、出力電圧の目標値Ｖｍの再設定が必要であるか、電力変換制御部１により判断される（＃１５）。具体的には、電力変換制御部１により、現在の入力電流Ｉｉｎの検出値と、第２電力変換回路部５を選択する際に用いた入力電流Ｉｉｎの検出値とが比較される。選択処理時の入力電流Ｉｉｎの検出値と、現在の入力電流Ｉｉｎの検出値とが異なり、その差が予め設定された所定値以上である場合には、出力電圧の目標値Ｖｍの再設定が必要であると判断される（＃１５のＹｅｓ）。出力電圧の目標値Ｖｍが、第２電力変換回路部５が選択された時の値に比べて大きく変化している可能性があると考えられるためである。
【００６６】
電力変換制御部１により、図７に示す第２電力変換回路部５の効率対出力電流データＴＤ２に基づいて出力電圧の目標値Ｖｍを再度取得し、再設定される（＃１６）。つまり、電力変換制御部１が、入力電流Ｉｉｎが第２電力変換回路部５に流れた場合に、ＰＷＭスイッチング制御により、再度取得した出力電圧の目標値Ｖｍを得ることができるようなスイッチング周波数およびデューティー比を算出し、この制御条件により第２電力変換回路部５を制御する。
【００６７】
出力電圧の目標値Ｖｍの再設定が不要である場合（＃１５のＮｏ）、および出力電圧の目標値Ｖｍの再設定（＃１６）後は、＃１１へと戻り、上記工程を繰り返す。
【００６８】
図１２において、電力変換回路部の制御は、フィードバックにより自動制御が行われている。
【００６９】
図１３を参照して、最も大きい出力電力Ｐｏｕｔが得られる１つの電力変換回路部を選択する選択処理について説明する。入力電流検出部２により、入力電流Ｉｉｎが検出される（＃２１）。入力電流Ｉｉｎの検出値と、効率対出力電流データ格納部１１に格納されている第１〜３電力変換回路部４〜６の効率対出力電流データＴＤ１〜３とに基づいて、所定の時間（例えば１〜１０秒程度）ごとに、出力電力取得部１２により、第１〜３電力変換回路部４〜６のそれぞれに、入力電流Ｉｉｎが流れると仮定した場合の出力電力Ｐｏｕｔが、出力電圧Ｖｏｕｔごとに取得される（＃２２）。
【００７０】
出力電力取得部１２により、第１〜３電力変換回路部４〜６における出力電圧Ｖｏｕｔごとの出力電力Ｐｏｕｔから、出力電圧Ｖｏｕｔが取り得る範囲において、第１〜３電力変換回路部４〜６のそれぞれにおける回路最大出力電力Ｐｈが取得される（＃２３）。出力電圧Ｖｏｕｔの取り得る範囲とは、電力変換装置１００に接続される電力源の出力等に応じて決定される値であり、電力変換装置１００が用いられる出力電圧Ｖｏｕｔの範囲である。また、回路最大出力電力Ｐｈとは、各電力変換回路部において出力できる最も大きい出力電力をいう。
【００７１】
電力変換制御部１の選択部１３により、各電力変換回路部の回路最大出力電力Ｐｈが互いに比較され、最も大きな出力電力が得られる１つの電力変換回路部、すなわち最も大きな回路最大出力電力Ｐｈを有する電力変換回路部が選択される（＃２４）。電力変換制御部１は選択された電力変換回路部に応じて、切換えが必要か否かを判断する（図１２の＃１１）。
【００７２】
上述した、図１３における選択処理について具体的に説明する。例えば、検出された入力電流Ｉｉｎが５Ａであると仮定する（＃２１）。
【００７３】
出力電力取得部１２により、効率対出力電流データ格納部１１から、図６〜８に示す第１〜３電力変換回路部４〜６のそれぞれに対応する効率対出力電流データＴＤ１〜３が取得される。そして、例えば、出力電圧Ｖｏｕｔの取り得る範囲が８０〜１２０Ｖであれば、各効率対出力電流データＴＤ１〜３において、５Ａの行の８０Ｖ、９０Ｖ、１００Ｖ、１１０Ｖ、１２０Ｖの５つのデータのそれぞれにおいて、出力電流Ｉｏｕｔが取り得る範囲における変換効率ηが最大になるデータが選択される。出力電流Ｉｏｕｔの取り得る範囲とは、電力変換装置１００に接続される電力源の出力等に応じて決定される値であり、電力変換装置１００において用いられる出力電流Ｉｏｕｔの範囲である。
【００７４】
出力電力取得部１２により、入力電流Ｉｉｎ（５Ａ）と各入力電圧Ｖｉｎとを乗じることにより入力電力Ｐｉｎが算出される（Ｉｉｎ×Ｖｉｎ＝Ｐｉｎ）。算出された入力電力Ｐｉｎに、選択された最大となる変換効率ηを乗じることで出力電圧Ｖｏｕｔごとの出力電力Ｐｏｕｔが算出される（Ｐｉｎ×η＝Ｐｏｕt）。このようにして、出力電圧Ｖｏｕｔごとの出力電力Ｐｏｕｔが取得される（＃２２）。なお、入力電圧Ｖｉｎが固定である場合は、検出せずにその値を用いればよいし、入力電圧Ｖｉｎが変動する場合は、入力電圧検出部３により検出された値を用いればよい。
【００７５】
出力電力取得部１２により、出力電圧Ｖｏｕｔごとの出力電力Ｐｏｕｔが互いに比較され、電力変換回路部ごとの回路最大出力電力Ｐｈが取得される（＃２３）。第１〜３電力変換回路部４〜６のそれぞれにおいて出力電力が最大となるときの変換効率が、それぞれηMAX１、ηMAX２、ηMAX３であるとする。検出された入力電流Ｉｉｎと入力電圧Ｖｉｎとを乗じた値がＰｉｎなので、第１電力変換回路部４の回路最大出力電力ＰｈはηMAX１×Ｐｉｎであり、第２電力変換回路部５の回路最大出力電力ＰｈはηMAX２×Ｐｉｎであり、第３電力変換回路部６の回路最大出力電力ＰｈはηMAX３×Ｐｉｎである。
【００７６】
これら３つのうち、例えば第２電力変換回路部５の回路最大出力電力Ｐｈ（ηMAX２×Ｐ）が最大であれば、選択部１３により第２電力変換回路部５が選択される（＃２４）。
【００７７】
第２電力変換回路部５の回路最大出力電力Ｐｈ（ηMAX２×Ｐｉｎ）を得ることができる際の出力電圧Ｖｏｕｔが出力電圧の目標値Ｖｍとなる。また、スイッチング周波数およびデューティー比については、入力電流Ｉｉｎが第２電力変換回路部５に流れた場合に、出力電圧の目標値Ｖｍを得ることができるような値とすればよい。
【００７８】
選択処理について説明したが、この方法以外に、図４に示す入力電流Ｉｉｎと出力電力Ｐｏｕｔの関係より、入力電流Ｉｉｎのしきい値ｔｈ１〜２を定義し、このしきい値ｔｈ１〜２により電力変換回路部を選択することもできる。例えば、入力電流検出部２により検出された入力電流Ｉｉｎと、しきい値ｔｈ１〜２とを比較することにより、最も大きい出力電力が得られる１つの電力変換回路部を選択してもよい。
【００７９】
また、第１〜３電力変換回路部４〜６における、入力電流Ｉｉｎに対する最大となる出力電力Ｐｏｕｔを予め測定により求めておき、これらの値についても格納しておけば、選択された電力変換回路部と入力電流Ｉｉｎの検出値とにより、最大となる出力電力Ｐｏｕｔを求め、さらに出力電流Ｉｏｕｔの検出値より、出力電圧の目標値Ｖｍを求めることができる。電力変換制御部１は、入力電流Ｉｉｎの検出値と出力電圧の目標値Ｖｍとに基づいて、デューティー比、スイッチング周波数等を求めて、その制御条件により、選択された電力変換回路部を制御すればよい。
【００８０】
また、電力変換制御部１が第１〜３電力変換回路部４〜６のそれぞれについて上述の効率対出力電流データＴＤ１〜３も格納しており、選択された電力変換回路部の効率対出力電流データに基づいて、入力電流Ｉｉｎの検出値において最も大きな変換効率ηを有する出力電圧Ｖｏｕｔを取得し、その出力電圧Ｖｏｕｔを出力電圧の目標値Ｖｍとして、デューティー比、スイッチング周波数等を求めて、その制御条件により、選択された電力変換回路部を制御してもよい。
【００８１】
次に、図１２の＃１２の工程について図１４を用いて説明する。図１４は、図１２の＃１２の工程の一例を示すフローチャートである。現在は第１電力変換回路部４が選択されて動作していて、次に第２電力変換回路部５が選択された状態であり、第１電力変換回路部４から第２電力変換回路部５への切換えが必要と判断されているとする（＃１１）。
【００８２】
切換電圧設定部１４により、切換電圧Ｖｃｈが算出される（＃３１）。具体的には、切換え前の出力電圧Ｖｏｕｔの検出値と、上記選択処理において求められた出力電圧の目標値Ｖｍとの平均値が算出される。この平均値が切換電圧Ｖｃｈである。
【００８３】
なお、出力電圧Ｖｏｕｔの検出値は、切換え直前の第１電力変換回路部４（切換え前の電力変換回路部）において最も大きい出力電力が得られる出力電圧Ｖｆに相当する。また、出力電圧の目標値Ｖｍは、切換え直後の第２電力変換回路部５（切換え後の電力変換回路部）において最も大きい出力電力が得られる出力電圧Ｖａに相当する。
【００８４】
切換電圧設定部１４により、第１電力変換回路部４に切換電圧Ｖｃｈが設定される（＃３２）。具体的には、第１電力変換回路部４が切換電圧Ｖｃｈを出力するように、切換電圧設定部１４により制御条件が変更される。
【００８５】
制御条件が変更された後に、切換電圧設定部１４により、切換電圧Ｖｃｈと出力電圧Ｖｏｕｔの検出値とが比較され（＃３３）、これらの値が異なれば（＃３３でＮｏ）、これらの値が一致するようにデューティー比が調整され（＃３４）、再び＃３３が行われ、フィードバック制御がなされる。
【００８６】
切換電圧Ｖｃｈと出力電圧Ｖｏｕｔの検出値とが一致すれば（＃３３でＹｅｓ）、切換電圧設定部１４により、出力電圧Ｖｏｕｔが切換電圧Ｖｃｈのままで、第１電力変換回路部４から第２電力変換回路部５に切換えが行われる（＃３５）。具体的には、第２電力変換回路部５が切換電圧Ｖｃｈを出力するように、切換電圧設定部１４により制御される。
【００８７】
切換えられた後に、切換電圧設定部１４により、切換電圧Ｖｃｈと出力電圧Ｖｏｕｔの検出値とが比較され（＃３６）、これらの値が異なれば（＃３６でＮｏ）、これらの値が一致するようにデューティー比が調整され（＃３７）、再び＃３６が行われ、フィードバック制御がなされる。
【００８８】
切換電圧Ｖｃｈと出力電圧Ｖｏｕｔの検出値とが一致すれば（＃３６でＹｅｓ）、切換電圧設定部１４により、第２電力変換回路部５に出力電圧の目標値Ｖｍが設定される（＃３８）。具体的には、切換電圧Ｖｃｈが設定される出力電圧Ｖｏｕｔが出力電圧の目標値Ｖｍとなるように、制御条件が変更される。
【００８９】
そして、図１２の＃１３へと進む。
【００９０】
電力変換回路部の切換え時に、上述のように出力電圧Ｖｏｕｔを制御することにより、図１１に示すように、出力電圧Ｖｏｕｔの変化がなだらかになる。なお、電力変換装置１００は、電力変換回路部の切換え時において、出力電力Ｐｏｕｔが若干低下する可能性があるが、それ以外においては高い変換効率ηを維持することができる。
【００９１】
切換電圧Ｖｃｈは、出力電圧Ｖｏｕｔの検出値と出力電圧の目標値Ｖｍとの平均値としたが、これに限定されるわけではなく、出力電圧Ｖｏｕｔの検出値と出力電圧の目標値Ｖｍとの間の値とすればよい。
【００９２】
また、出力電圧Ｖｏｕｔと出力電圧の目標値Ｖｍとの差が所定値以上である場合は、切換え時において、これらの値の間で出力電圧Ｖｏｕｔの変化が段階的に行われることとしてもよい。図１５は、電力変換回路部を切換える際に出力電圧を制御する場合の他の一例における出力電圧と時間との関係を示す図である。図１５に示すように、切換電圧Ｖｃｈ以外に、出力電圧Ｖｏｕｔの検出値と出力電圧の目標値Ｖｍとの間の値であって、切換電圧Ｖｃｈよりも大きい切換近傍電圧Ｖｃｈｍ１と、切換電圧Ｖｃｈよりも小さい切換近傍Ｖｃｈｍ２とを設定し、電力変換回路部の切換え時において、出力電圧Ｖｏｕｔが段階的に変化していくようにしてもよい。これにより、出力電圧Ｖｏｕｔの検出値と出力電圧の目標値Ｖｍとの差が比較的大きい場合でも、出力電圧Ｖｏｕｔをなだらかに変化させることができる。なお、段階的制御を行う基準となる差電圧の所定値として、絶対値または割合値を求めることができる。例えば、所定値として１Ｖ〜数Ｖ程度の範囲の出力電圧Ｖｏｕｔの値、数％〜１０％程度の範囲の値を用いることができる。
【００９３】
電力変換装置１００において、第１〜３電力変換回路部４〜６の制御は、ＰＷＭスイッチング制御を用いたが、電力変換を行うことができればよく、ＰＦＭ制御等の他の制御法を用いてもよい。また、入力電圧Ｖｉｎが固定値である場合は入力電圧検出部３を設ける必要がないが、入力電圧検出部３を設けて入力電圧Ｖｉｎを検出することにより、より正確な値を用いることができて精度の高い制御が可能である。
【００９４】
また、入力電圧Ｖｉｎの変化が大きい場合は、なんらかの異常が発生している可能性がある。電力変換制御部１により、入力電圧検出部３で検出された入力電圧Ｖｉｎの所定時間当たりの変動幅を算出し、予め記憶されている所定の設定値と比較し、この設定値以上の場合は警報出力部９に信号を送信し、警報出力部９が警報信号を出力し、操作者に知らせることとすればよい。例えば、ランプが点灯したり、警報音が鳴ったり、表示画面に警告表示がなされることとすればよい。
【００９５】
また、電力変換制御部１により、出力電流検出部７で検出された出力電流Ｉｏｕｔと、出力電圧検出部８で検出された出力電圧Ｖｏｕｔとを乗じることで出力電力Ｐｏｕｔを随時算出しておき、出力電力Ｐｏｕｔの値が予め設定された所定の値よりも小さくなった場合には、警報出力部９に信号が送信されることとしてもよい。
【００９６】
上述の説明では、選択処理において、電力変換制御部１が、第１〜３電力変換回路部４〜６のすべての回路最大出力電力Ｐｈを取得した上で、いずれかの電力変換回路部を選択している。しかし、電力変換回路部の切換えは、通常、隣合う入力電流範囲を有する電力変換回路部の間でなされることから、現在選択されている電力変換回路部と、その電力変換回路部の入力電流範囲と隣合う入力電流範囲を有する電力変換回路部との回路最大出力電力Ｐｈを取得し、それらの中からいずれか１つの電力変換回路部を選択してもよい。これにより、選択処理の工程が減少し、時間も短縮される。
【００９７】
つまり、第１電力変換回路部４が現在選択されている場合は、第１電力変換回路部４および第２電力変換回路部５のそれぞれについて回路最大出力電力Ｐｈを求めて、それらを比較することで電力変換回路部を選択すればよい。また、第２電力変換回路部５が現在選択されている場合は、第１電力変換回路部４、第２電力変換回路部５および第３電力変換回路部６のそれぞれについて回路最大出力電力Ｐｈを求めて、それらを比較することで電力変換回路部を選択すればよい。また、第３電力変換回路部６が現在選択されている場合は、第２電力変換回路部５および第３電力変換回路部６のそれぞれについて回路最大出力電力Ｐｈを求めて、それらを比較することで電力変換回路部を選択すればよい。
【００９８】
上述の電力変換装置１００の説明では、電力変換制御部１は、第１〜３電力変換回路部４〜６のいずれかを選択する選択処理を所定時間ごとに行うこととしたが、これ以外のタイミングでこの処理を実行することとしてもよい。例えば、電力変換制御部１は、前回に新しい１つの電力変換回路部を選択する選択処理を実行したときに入力電流検出部２により検出された入力電流Ｉｉｎと、最新に検出された入力電流Ｉｉｎとの差異を算出し、この差異の値が所定の設定値を越えた場合に、第１〜３電力変換回路部４〜６のいずれかを選択する選択処理を実行することとしてもよい。
【００９９】
本実施形態に係る電力変換装置１００によれば、異なる入力電流−出力電力特性を有する電力変換回路部を持ち、それらを切換えることで広い入力電流域において高い変換効率を維持することができる。そのため、構成が複雑でなく、簡素化でき、回路設計も容易である。また、同一の回路を複数有して、それらを組み合わせることで広い入力電流域に対応する電力変換装置に比べて、回路を構成するための部品点数の増加量を抑えて、広い入力電流域に対して、効率よく出力を得ることができる。そのため、小型化・低コスト化が可能である。また、出力電圧Ｖｏｕｔの変化が急激に変化しにくいので、出力側に接続される連系用整合装置２００が誤動作しにくい。出力側に蓄電池を接続した場合には、効率よく蓄電池が蓄電される。
【０１００】
上に述べた実施形態において、電力変換装置１００の全体または各部の構造、形状、寸法、個数、材質、組成などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。
【０１０１】
上に述べた実施形態の電力変換装置１００は、広い入力電流域および出力電流域を持ち、広い範囲の入力電流の変動に対応して全電流域で最大電力を出力することができる。また、小型化・低コスト化が可能である。例えば、太陽電池に接続することで、太陽電池により発電された電力をより有効に取り出すことができる。したがって、太陽光発電システムの構成部品として好適に使用することができる。
【符号の説明】
【０１０２】
１ 電力変換制御部
２ 入力電流検出部
３ 入力電圧検出部
４ 第１電力変換回路部
５ 第２電力変換回路部
６ 第３電力変換回路部
７ 出力電流検出部
８ 出力電圧検出部
９ 警報出力部
１１ 効率対出力電流データ格納部
１２ 出力電力取得部
１３ 選択部
１４ 切換電圧設定部
１００ 電力変換装置
２００ 連系用整合装置
Ｌ１〜３ コイル
Ｃ１〜３ コンデンサ
ＦＥＴ１〜３ スイッチング素子
Ｄ１〜３ 転流ダイオード
ＰＶ 太陽電池
ＴＤ１〜３ 効率対出力電流データ
ｔｈ１ 小電流側しきい値
ｔｈ２ 大電流側しきい値
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力として入力される入力電力を電力変換して出力電力を出力する電力変換装置であって、
前記入力電力の電流である入力電流を検出する入力電流検出部と、
前記入力電力を電力変換するものであり、入力電流範囲が互いに異なりかつ隣合う入力電流範囲とは重複する部分を有する複数の電力変換回路部と、
前記複数の電力変換回路部のうち、前記入力電流検出部により検出された入力電流において最も大きい出力電力が得られる１つの電力変換回路部を選択し、選択した電力変換回路部に対して最も大きい出力電力が得られる制御条件で制御を行う、電力変換制御部と、を備え、
前記電力変換制御部は、前記１つの電力変換回路部を選択するに際し、その選択により電力変換回路部が切換えられる場合に、切換え直前の電力変換回路部の出力電圧と、切換え直後の電力変換回路部の出力電圧とが互いに一致するように制御する、
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記電力変換制御部は、
前記１つの電力変換回路部を選択するに際し、その選択により前記電力変換回路部が切換えられる場合であって、
切換え前の前記電力変換回路部において最も大きい出力電力が得られるときの出力電圧と、切換え後の前記電力変換回路部において最も大きい出力電力が得られるときの出力電圧との差が、所定の値以上であるときは、
前記電力変換回路部の切換えの前後における出力電圧の変化が段階的に行われるように制御する、
請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記電力変換制御部は、
前記複数の電力変換回路部のうち、現在選択されている電力変換回路部、および、この電力変換回路部の入力電流範囲と隣合う入力電流範囲を有する電力変換回路から、前記入力電流検出部により検出された入力電流に基づいて１つの電力変換回路部を選択する、
請求項１または２記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記入力電力の電圧である入力電圧を検出する入力電圧検出部と、
前記入力電圧検出部で検出された入力電圧の変化が大きいときに警報信号を出力する警報出力部と、
を有する請求項１ないし３のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項１】
直流電力として入力される入力電力を電力変換して出力電力を出力する電力変換装置であって、
前記入力電力の電流である入力電流を検出する入力電流検出部と、
前記入力電力を電力変換するものであり、入力電流範囲が互いに異なりかつ隣合う入力電流範囲とは重複する部分を有する複数の電力変換回路部と、
前記複数の電力変換回路部のうち、前記入力電流検出部により検出された入力電流において最も大きい出力電力が得られる１つの電力変換回路部を選択し、選択した電力変換回路部に対して最も大きい出力電力が得られる制御条件で制御を行う、電力変換制御部と、を備え、
前記電力変換制御部は、前記１つの電力変換回路部を選択するに際し、その選択により電力変換回路部が切換えられる場合に、切換え直前の電力変換回路部の出力電圧と、切換え直後の電力変換回路部の出力電圧とが互いに一致するように制御する、
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記電力変換制御部は、
前記１つの電力変換回路部を選択するに際し、その選択により前記電力変換回路部が切換えられる場合であって、
切換え前の前記電力変換回路部において最も大きい出力電力が得られるときの出力電圧と、切換え後の前記電力変換回路部において最も大きい出力電力が得られるときの出力電圧との差が、所定の値以上であるときは、
前記電力変換回路部の切換えの前後における出力電圧の変化が段階的に行われるように制御する、
請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記電力変換制御部は、
前記複数の電力変換回路部のうち、現在選択されている電力変換回路部、および、この電力変換回路部の入力電流範囲と隣合う入力電流範囲を有する電力変換回路から、前記入力電流検出部により検出された入力電流に基づいて１つの電力変換回路部を選択する、
請求項１または２記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記入力電力の電圧である入力電圧を検出する入力電圧検出部と、
前記入力電圧検出部で検出された入力電圧の変化が大きいときに警報信号を出力する警報出力部と、
を有する請求項１ないし３のいずれかに記載の電力変換装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−１９１８２４（Ｐ２０１２−１９１８２４Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５５５７４（Ｐ２０１１−５５５７４）
【出願日】平成２３年３月１４日（２０１１．３．１４）
【出願人】（０００００１２７０）コニカミノルタホールディングス株式会社 (4,463)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１４日（２０１１．３．１４）
【出願人】（０００００１２７０）コニカミノルタホールディングス株式会社 (4,463)
【Ｆターム（参考）】
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