特許 6437807 インバータ回路を制御する制御回路、および、当該制御回路を備えたインバータ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6437807

(24)【登録日】2018年11月22日

(45)【発行日】2018年12月12日

(54)【発明の名称】インバータ回路を制御する制御回路、および、当該制御回路を備えたインバータ装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20181203BHJP

   G05F 1/67 20060101ALI20181203BHJP

   H02J 3/38 20060101ALI20181203BHJP

【ＦＩ】

   H02M7/48 R

   G05F1/67 A

   H02J3/38 150

【請求項の数】5

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2014-246802(P2014-246802)

(22)【出願日】2014年12月5日

(65)【公開番号】特開2016-111810(P2016-111810A)

(43)【公開日】2016年6月20日

【審査請求日】2017年5月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000262

【氏名又は名称】株式会社ダイヘン

(74)【代理人】

【識別番号】100086380

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 稔

(74)【代理人】

【識別番号】100168044

【弁理士】

【氏名又は名称】小淵 景太

(72)【発明者】

【氏名】大堀 彰大

【審査官】 佐藤 匡

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−１６８３５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−２０７７７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１３６６６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−３０８７０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１６１１９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２５２５３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０４２３８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０８３５８６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ ７／４８

Ｇ０５Ｆ １／６７

Ｈ０２Ｊ ３／３８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

直流電源が出力する直流電力を交流電力に変換するインバータ回路を制御する制御回路であって、
前記インバータ回路の三相の出力電流を検出した三相の電流信号を、回転座標系の直交する２つの成分であるｄ軸電流信号とｑ軸電流信号とに変換して、それぞれを目標値に制御する電流制御部と、
前記ｄ軸電流信号の目標値を生成するｄ軸電流目標値生成部と、
前記ｄ軸電流信号の目標値を所定の範囲に制限するｄ軸目標制限部と、
を備え、
前記ｄ軸電流目標値生成部は、前記直流電源の出力電圧を目標値に制御するための補償値を、前記ｄ軸電流信号の目標値として生成する、
ことを特徴とする制御回路。

【請求項2】

直流電源が出力する直流電力を交流電力に変換するインバータ回路を制御する制御回路であって、
前記インバータ回路の三相の出力電流を検出した三相の電流信号を、回転座標系の直交する２つの成分であるｄ軸電流信号とｑ軸電流信号とに変換して、それぞれを目標値に制御する電流制御部と、
前記ｄ軸電流信号の目標値を生成するｄ軸電流目標値生成部と、
前記ｄ軸電流信号の目標値を所定の範囲に制限するｄ軸目標制限部と、
を備え、
前記ｄ軸電流目標値生成部は、前記直流電源の出力電流を目標値に制御するための補償値を、前記ｄ軸電流信号の目標値として生成する、
ことを特徴とする制御回路。

【請求項3】

直流電源が出力する直流電力を交流電力に変換するインバータ回路を制御する制御回路であって、
前記インバータ回路の三相の出力電流を検出した三相の電流信号を、回転座標系の直交する２つの成分であるｄ軸電流信号とｑ軸電流信号とに変換して、それぞれを目標値に制御する電流制御部と、
前記ｄ軸電流信号の目標値を生成するｄ軸電流目標値生成部と、
前記ｄ軸電流信号の目標値を所定の範囲に制限するｄ軸目標制限部と、
を備え、
前記ｄ軸電流目標値生成部は、前記インバータ回路が出力する有効電力を目標値に制御するための補償値を、前記ｄ軸電流信号の目標値として生成する、
ことを特徴とする制御回路。

【請求項4】

直流電源が出力する直流電力を交流電力に変換するインバータ回路を制御する制御回路であって、
前記インバータ回路の三相の出力電流を検出した三相の電流信号を、回転座標系の直交する２つの成分であるｄ軸電流信号とｑ軸電流信号とに変換して、それぞれを目標値に制御する電流制御部と、
前記ｑ軸電流信号の目標値を生成するｑ軸電流目標値生成部と、
前記ｑ軸電流信号の目標値を所定の範囲に制限するｑ軸目標制限部と、
を備え、
前記ｑ軸電流目標値生成部は、前記インバータ回路が出力する無効電力を目標値に制御するための補償値を、前記ｑ軸電流信号の目標値として生成する、
ことを特徴とする制御回路。

【請求項5】

請求項１ないし４のいずれかに記載の制御回路と、前記インバータ回路とを備えていることを特徴とするインバータ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、太陽電池などが出力する直流電力を交流電力に変換するインバータ回路を制御する制御回路、および、当該制御回路を備えたインバータ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、太陽電池などによって生成される直流電力を交流電力に変換して、電力系統に供給する系統連系インバータシステムが開発されている。

【0003】

図８は、従来の一般的な系統連系インバータシステムを説明するためのブロック図である。

【0004】

系統連系インバータシステムＡ１００は、太陽電池を備える直流電源１が生成した直流電力を交流電力に変換して、電力系統Ｂに供給するものである。インバータ回路２は、制御回路６００から入力されるＰＷＭ信号に基づいてスイッチング素子（図示しない）のスイッチングを行うことで、直流電源１から入力される直流電圧を交流電圧に変換する。制御回路６００は、インバータ回路２を制御するためのＰＷＭ信号を生成して出力する。制御回路６００の制御部３００は、直流電源１からインバータ回路２に入力される直流電圧が所定の電圧になるように制御している。すなわち、直流電圧センサ８２が検出した直流電圧Ｖｄｃを、直流電圧目標値設定部４００が設定する電圧目標値Ｖｄｃ^*に一致させるように、制御部３００がフィードバック制御を行っている。

【0005】

直流電圧目標値設定部４００は、電圧目標値Ｖｄｃ^*を設定するものである。一般的に、太陽電池の出力電力をできるだけ大きくするために、最大電力点追従（ＭＰＰＴ：Maximum Power Point Tracking）制御が行われる。最大電力点追従制御は、太陽電池の例えば出力電圧を変化させて太陽電池の出力電力を検出し、当該出力電力が最大になる最大電力点を探索するものである。太陽電池の電圧−電力特性は、図９に示す曲線のようになる。すなわち、所定の電圧Ｖmaxのときに電力が最大値Ｐmaxになり、この時の電圧Ｖmaxから離れるに従って電力が小さくなるという特性がある。この特性を利用した、いわゆる山登り法が、最大電力点追従制御に用いられている。すなわち、出力電圧を増加させた時に出力電力が大きくなれば続けて出力電圧を増加させ、出力電力が小さくなれば最大電力点（図９の点Ｍmax参照）を超えたとして、出力電圧を減少させる。出力電圧を減少させた時に出力電力が大きくなれば続けて出力電圧を減少させ、出力電力が小さくなれば最大電力点Ｍmaxを超えたとして、出力電圧を増加させる。これを繰り返すことで、動作点を最大電力点Ｍmaxの近傍に位置させて、出力電力をできるだけ最大の状態に保つ。直流電圧目標値設定部４００は、電圧目標値Ｖｄｃ^*を変化させて、直流電圧センサ８２が検出した直流電圧Ｖｄｃと、直流電流センサ８１が検出した直流電流Ｉｄｃとから、直流電源１の出力電力を算出する。そして、山登り法を用いて、当該出力電力ができるだけ最大の状態を保つように電圧目標値Ｖｄｃ^*を調整する。

【0006】

太陽電池は日射強度に応じて、出力電力が変化する。日射が強い場合には出力電力が大きくなり、最大電力点追従制御による出力電力の最大値Ｐmaxも大きくなる。日射が強すぎるときに、出力電力を最大値Ｐmaxとすると、インバータ回路２から過大な電力が出力されることになる。インバータ回路２を過電流から保護するために、太陽電池の出力電力を抑制する必要がある。

【0007】

特許文献１には、太陽電池の出力電力が所定の制限値Ｐ_Lを超えた場合には出力電圧を大きくする発明が記載されている。すなわち、直流電圧目標値設定部４００は、太陽電池の出力電力が制限値Ｐ_Lを超えている場合には、その前に電圧目標値Ｖｄｃ^*を増加させたか減少させたかに関係なく、電圧目標値Ｖｄｃ^*を増加させる。これにより、図９に示すように、動作点が最大電力点Ｍmaxではなく、制限値Ｐ_Lに対応する動作点Ｍ_Lに位置するように制御され、太陽電池の出力電力が所定の制限値Ｐ_Lに制限される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開平１０−７４１１３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

特許文献１に記載の発明の場合でも、日射変動により電圧−電力特性の曲線が変化した場合に対応できるように山登り法が用いられており、直流電圧目標値設定部４００は常に電圧目標値Ｖｄｃ^*を変化させている。最大電力点Ｍmax近傍で電圧目標値Ｖｄｃ^*を変化させても、太陽電池の出力電力の変化量は小さい。しかし、動作点Ｍ_L近傍で電圧目標値Ｖｄｃ^*を変化させた場合、太陽電池の出力電力は大きく変化する。このため、太陽電池の出力電力を制限するようにした場合、太陽電池の出力電力が大きく変動するという問題がある。

【0010】

本発明は上述した事情のもとで考え出されたものであって、太陽電池の出力電力を大きく変動させることなく抑制制御を行う、インバータ回路の制御回路を提供することをその目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。

【0012】

本発明の第１の側面によって提供される制御回路は、直流電源が出力する直流電力を交流電力に変換するインバータ回路を制御する制御回路であって、前記インバータ回路の三相の出力電流を検出した三相の電流信号を、回転座標系の直交する２つの成分であるｄ軸電流信号とｑ軸電流信号とに変換して、それぞれを目標値に制御する電流制御部と、前記ｄ軸電流信号の目標値を生成するｄ軸電流目標値生成部と、前記ｄ軸電流信号の目標値を所定の範囲に制限するｄ軸目標制限部とを備えていることを特徴とする。

【0013】

本発明の好ましい実施の形態においては、前記ｄ軸電流目標値生成部は、前記直流電源の出力電圧を目標値に制御するための補償値を、前記ｄ軸電流信号の目標値として生成する。

【0014】

本発明の好ましい実施の形態においては、前記制御回路は、前記直流電源の出力電圧の目標値である直流電圧目標値を設定する直流電圧目標値設定手段をさらに備え、前記直流電圧目標値設定手段は、前記直流電圧目標値を変化させて、前記直流電源の出力電力がより大きくなるように、前記直流電圧目標値を調整する。

【0015】

本発明の好ましい実施の形態においては、前記制御回路は、前記直流電源の出力電圧の目標値である直流電圧目標値を設定する直流電圧目標値設定手段をさらに備え、前記直流電圧目標値設定手段は、前記直流電圧目標値を変化させて、前記インバータ回路が出力する有効電力がより大きくなるように、前記直流電圧目標値を調整する。

【0016】

本発明の好ましい実施の形態においては、前記ｄ軸目標制限部は、前記ｄ軸電流信号の目標値を下記上限値Ｉｄmax以下に制限する。

【数1】

なお、Ｐ₁は前記インバータ回路の出力有効電力の上限値であり、Ｖrmsは前記インバータ回路の出力線間電圧の実効値であり、ａは所定の係数である。

【0017】

本発明の好ましい実施の形態においては、前記ｄ軸目標制限部は、前記ｄ軸電流信号の目標値を下記上限値Ｉｄmax以下に制限する。

【数2】

なお、Ｉ₁は前記インバータ回路の出力電流の上限値であり、Ｋは前記インバータ回路の出力電力の力率であり、ｂは所定の係数である。

【0018】

本発明の第２の側面によって提供される制御回路は、直流電源が出力する直流電力を交流電力に変換するインバータ回路を制御する制御回路であって、前記インバータ回路の三相の出力電流を検出した三相の電流信号を、回転座標系の直交する２つの成分であるｄ軸電流信号とｑ軸電流信号とに変換して、それぞれを目標値に制御する電流制御部と、前記ｑ軸電流信号の目標値を生成するｑ軸電流目標値生成部と、前記ｑ軸電流信号の目標値を所定の範囲に制限するｑ軸目標制限部とを備えていることを特徴とする。

【0019】

本発明の好ましい実施の形態においては、前記ｑ軸電流目標値生成部は、前記インバータ回路が出力する無効電力を目標値に制御するための補償値を、前記ｑ軸電流信号の目標値として生成する。

【0020】

本発明の好ましい実施の形態においては、前記ｑ軸目標制限部は、前記ｑ軸電流信号の目標値を下限値である「０」以上、下記上限値Ｉｑmax以下に制限する。

【数3】

なお、Ｋminは前記インバータ回路の出力電力の力率の下限値であり、Ｐは前記インバータ回路の出力有効電力であり、Ｖrmsは前記インバータ回路の出力線間電圧の実効値であり、ｃは所定の係数である。

【0021】

本発明の好ましい実施の形態においては、前記直流電源が太陽電池を備えている。

【0022】

本発明の第１の側面によって提供されるインバータ装置は、本発明の第１または第２の側面によって提供される制御回路と、前記インバータ回路とを備えていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0023】

本発明によると、ｄ軸電流目標値生成部が生成したｄ軸電流信号の目標値を、ｄ軸目標制限部が所定の範囲に制限することで、抑制制御を行う。したがって、直流電源の出力電力を大きく変動させることなく、抑制制御を行うことができる。

【0024】

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】第１実施形態に係る制御回路を備えた系統連系インバータシステムを説明するための図である。

【図2】第１実施形態に係る制御部の内部構成を説明するための機能ブロック図である。

【図3】インバータ回路の出力有効電力を抑制制御しているときの、動作点の変化を説明するための図である。

【図4】第２実施形態に係る制御回路の内部構成を説明するための機能ブロック図である。

【図5】第２実施形態に係る直流電圧目標値設定部が行う最大電力点の探索処理を説明するためのフローチャートである。

【図6】第３実施形態に係る制御部の内部構成を説明するための機能ブロック図である。

【図7】第４実施形態に係る系統連系インバータシステムを説明するための図である。

【図8】従来の一般的な系統連系インバータシステムを説明するためのブロック図である。

【図9】太陽電池の電圧−電力特性を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下、本発明の実施の形態を、本発明に係る制御回路を系統連系インバータシステムに用いた場合を例として、図面を参照して具体的に説明する。

【0027】

図１は、第１実施形態に係る制御回路を備えた系統連系インバータシステムを説明するための図である。

【0028】

系統連系インバータシステムＡ１は、分散電源であり、直流電源１、インバータ回路２、制御回路６、電流センサ７１、電圧センサ７２、直流電流センサ８１、および、直流電圧センサ８２を備えている。系統連系インバータシステムＡ１は、三相の電力系統Ｂに連系している。なお、以下では３つの相をＵ相、Ｖ相およびＷ相とする。系統連系インバータシステムＡ１は、直流電源１が出力する直流電力をインバータ回路２によって交流電力に変換し、図示しない負荷に供給する。負荷には、電力系統Ｂからも電力が供給される。また、系統連系インバータシステムＡ１は、逆潮流ありのシステムであり、交流電力を電力系統Ｂにも供給する。なお、図示しないが、インバータ回路２の出力側には、交流電圧を昇圧（または降圧）するための変圧器が設けられている。インバータ回路２、制御回路６、電流センサ７１、電圧センサ７２、直流電流センサ８１、および、直流電圧センサ８２をまとめたものがインバータ装置であり、いわゆるパワーコンディショナと呼ばれるものである。

【0029】

直流電源１は、直流電力を出力するものであり、太陽電池を備えている。太陽電池は、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換することで、直流電力を生成する。直流電源１は、生成された直流電力を、インバータ回路２に出力する。

【0030】

インバータ回路２は、直流電源１から入力される直流電力を交流電力に変換して出力するものである。インバータ回路２は、図示しないＰＷＭ制御インバータとフィルタとを備えている。ＰＷＭ制御インバータは、図示しない３組６個のスイッチング素子を備えた三相インバータであり、制御回路６から入力されるＰＷＭ信号に基づいて各スイッチング素子のオンとオフとを切り替えることで直流電力を交流電力に変換する。フィルタは、スイッチングによる高周波成分を除去する。インバータ回路２の入力側の正極および負極は、直流電源１の正極および負極にそれぞれ接続されているので、インバータ回路２の入力電圧は直流電源１の出力電圧に一致し、インバータ回路２の入力電流は直流電源１の出力電流に一致する。

【0031】

電流センサ７１は、インバータ回路２の三相の出力電流の瞬時値をそれぞれ検出するものである。電流センサ７１は、検出した瞬時値をディジタル変換して、電流信号ｉ_u，ｉ_v，ｉ_w（３つの電流信号をまとめて「電流信号ｉ」と記載する場合がある。）として制御回路６に出力する。電圧センサ７２は、インバータ回路２の三相の出力電圧の瞬時値をそれぞれ検出するものである。電圧センサ７２は、検出した瞬時値をディジタル変換して、電圧信号ｖ_u，ｖ_v，ｖ_w（３つの電圧信号をまとめて「電圧信号ｖ」と記載する場合がある。）として制御回路６に出力する。また、電圧センサ７２は、検出した瞬時値から線間電圧の実効値Ｖrmsを算出して制御回路６に出力する。

【0032】

直流電流センサ８１は、インバータ回路２の入力電流（すなわち、直流電源１の出力電流）の瞬時値を検出するものである。直流電流センサ８１は、検出した瞬時値をディジタル変換して、直流電流信号Ｉｄｃとして制御回路６に出力する。直流電圧センサ８２は、インバータ回路２の入力電圧（すなわち、直流電源１の出力電圧）の瞬時値を検出するものである。直流電圧センサ８２は、検出した瞬時値をディジタル変換して、直流電圧信号Ｖｄｃとして制御回路６に出力する。直流電圧センサ８２は、インバータ回路２の入力側の正極と負極との間に設けられた電解コンデンサ（図示しない）の端子間電圧を検出している。

【0033】

制御回路６は、インバータ回路２を制御するものであり、例えばマイクロコンピュータなどによって実現されている。制御回路６は、電流センサ７１より入力される電流信号ｉ、電圧センサ７２より入力される電圧信号ｖと線間電圧の実効値Ｖrms、直流電流センサ８１より入力される直流電流信号Ｉｄｃ、および、直流電圧センサ８２より入力される直流電圧信号Ｖｄｃに基づいてＰＷＭ信号を生成して、インバータ回路２に出力する。制御回路６は、制御部３、直流電圧目標値設定部４、および、電力算出部５を備えている。

【0034】

直流電圧目標値設定部４は、直流電圧信号Ｖｄｃの目標値である電圧目標値Ｖｄｃ^*を設定するものである。直流電圧目標値設定部４は、いわゆる最大電力点追従制御を行うためのものであり、電圧目標値Ｖｄｃ^*を変化させて、直流電源１から入力される入力電力が最大になるように、電圧目標値Ｖｄｃ^*を調整する。具体的には、直流電圧目標値設定部４は、直流電流センサ８１より入力される直流電流信号Ｉｄｃと直流電圧センサ８２より入力される直流電圧信号Ｖｄｃとから、直流電源１より入力される入力電力を算出する。そして、電圧目標値Ｖｄｃ^*を変化させたときに、算出された入力電力が大きくなっていれば、電圧目標値Ｖｄｃ^*を同じ方向に変化させ、算出された入力電力が小さくなっていれば、最大電力点（図９の点Ｍmax参照）を超えたとして、電圧目標値Ｖｄｃ^*を逆の方向に変化させる。これを繰り返すことで、動作点を最大電力点の近傍に位置させて、直流電源１から入力される入力電力をできるだけ最大の状態に保つ。

【0035】

なお、直流電圧目標値設定部４が行う最大電力点の探索処理は、上述したものに限定されない。例えば、電圧目標値Ｖｄｃ^*を所定値だけ減少させたときと、所定値だけ増加させたときとで、それぞれ入力電力を算出し、より大きくなる方向に電圧目標値Ｖｄｃ^*を変化させるようにしてもよい。また、増減幅を変化させたり、遺伝的アルゴリズム処理を用いることで、いわゆる「２山問題」を解消するようにしてもよい。また、山登り法に限定されず、最大電力点追従制御で用いられるあらゆるアルゴリズムを用いることができる。

【0036】

電力算出部５は、インバータ回路２が出力する有効電力および無効電力を算出するものである。電力算出部５は、電流センサ７１より入力される電流信号ｉと電圧センサ７２より入力される電圧信号ｖとに基づいて、有効電力Ｐおよび無効電力Ｑを算出して、制御部３に出力する。

【0037】

電力算出部５は、電流センサ７１より入力される電流信号ｉおよび電圧センサ７２より入力される電圧信号ｖから、それぞれ正相分の信号のみを抽出してから、有効電力Ｐおよび無効電力Ｑを算出する。算出された有効電力Ｐおよび無効電力Ｑは、制御部３に入力される。一般的に、電力系統Ｂには基本波の正相分の交流信号の他に逆相分の交流信号や、高調波成分の交流信号が含まれている。これら正相分以外の成分のために、交流信号の有効電力や無効電力を精度よく計測することは難しい。したがって、電力算出部５は、電流信号ｉおよび電圧信号ｖから、それぞれ逆相分や高調波成分などの成分を除去して、正相分の信号のみを抽出したうえで、有効電力Ｐおよび無効電力Ｑの算出を行う。電力算出部５の具体例としては、発明者らが出願した特願２０１１‐２２４５０３号および特願２０１１‐２５４１２３号に記載の電力計測装置がある。この電力計測装置は、三相の電流信号ｉ_u，ｉ_v，ｉ_wを後述する下記（５）式に示す三相/二相変換処理（αβ変換処理）によって、α軸電流信号ｉαおよびβ軸電流信号ｉβに変換し、α軸電流信号ｉαおよびβ軸電流信号ｉβから正相分の信号のみを抽出する。三相の電圧信号ｖ_u，ｖ_v，ｖ_wも同様に変換を行って、正相分の信号のみを抽出する。そして、これらを用いて有効電力Ｐおよび無効電力Ｑを算出する。正相分の信号のみを抽出する具体的な方法は、複素係数フィルタを通す方法、後述する下記（６）式に示す回転座標変換処理（ｄｑ変換処理）を行ってからローパスフィルタを通す方法、回転座標変換処理、ローパスフィルタ処理および静止座標変換処理を統合した伝達関数による処理などがあるが、詳細は省略する。なお、その他の方法を用いてもよい。

【0038】

制御部３は、インバータ回路２を制御するものであり、電流センサ７１より入力される電流信号ｉ、電圧センサ７２より入力される線間電圧の実効値Ｖrms、電力算出部５より入力される有効効電力Ｐと無効電力Ｑ、直流電圧センサ８２より入力される直流電圧信号Ｖｄｃ、および、直流電圧目標値設定部４より入力される電圧目標値Ｖｄｃ^*に基づいてＰＷＭ信号を生成して、インバータ回路２に出力する。

【0039】

図２は、制御部３の内部構成を説明するための機能ブロック図である。

【0040】

制御部３は、直流電圧制御部３１、無効電力制御部３２、ｄ軸目標制限部３３、ｄ軸範囲設定部３４、ｑ軸目標制限部３５、ｑ軸範囲設定部３６、電流制御部３７、および、ＰＷＭ信号生成部３８を備えている。

【0041】

直流電圧制御部３１は、直流電源１の出力電圧の制御を行うためのものである。直流電圧制御部３１は、直流電圧センサ８２より入力される直流電圧信号Ｖｄｃと直流電圧目標値設定部４より入力される直流電圧目標値Ｖｄｃ^*との偏差ΔＶｄｃ（＝Ｖｄｃ^*−Ｖｄｃ）を算出し、当該偏差をゼロにするための直流電圧補償値をｄ軸電流の目標値Ｉｄ^*として、電流制御部３７に出力する。直流電圧制御部３１は、本実施形態では、ＰＩ制御（比例積分制御）を行っている。なお、ＰＩ制御以外の制御（例えばＰＩＤ制御など）を行うようにしてもよい。

【0042】

無効電力制御部３２は、インバータ回路２が出力する無効電力の制御を行うためのものである。無効電力制御部３２は、電力算出部５より入力される無効電力Ｑとあらかじめ設定されている無効電力目標値Ｑ^*との偏差ΔＱ（＝Ｑ^*−Ｑ）を算出し、当該偏差をゼロにするための無効電力補償値をｑ軸電流の目標値Ｉｑ^*として、電流制御部３７に出力する。無効電力制御部３２は、本実施形態では、ＰＩ制御を行っている。なお、ＰＩ制御以外の制御（例えばＰＩＤ制御など）を行うようにしてもよい。

【0043】

上述したように、直流電圧制御部３１および無効電力制御部３２は、ＰＩ制御を行っている。積分動作が含まれる制御において、出力された補償値に制限を設けた場合には、いわゆるワインドアップという問題が発生する。したがって、このワインドアップに対する対策を行う必要がある。ワインドアップに対する対策については、従来知られている方法を用いればよいので、詳細についての説明は省略する。

【0044】

ｄ軸目標制限部３３は、直流電圧制御部３１より出力される目標値Ｉｄ^*を、ｄ軸範囲設定部３４によって設定された範囲に制限するためのものである。ｄ軸目標制限部３３は、設定された範囲に制限された目標値Ｉｄ^*を、電流制御部３７に出力する。ｄ軸範囲設定部３４は、ｄ軸目標制限部３３における、目標値Ｉｄ^*の制限範囲を設定するものである。

【0045】

本実施形態では、インバータ回路２の出力有効電力を上限値Ｐ₁以下に抑制するために、ｄ軸範囲設定部３４は、電圧センサ７２より入力される線間電圧の実効値Ｖrmsに基づいて、下記（１）式により上限値Ｉｄmaxを逐次算出し、ｄ軸目標制限部３３に目標値Ｉｄ^*の上限値として当該上限値Ｉｄmaxを設定する。Ｐ₁はあらかじめ設定されている。また、ａは、ｄ軸目標制限部３３に設定されるｄ軸の値へ変換するための所定の係数であって、電流センサ７１のＣＴ比、電圧センサ７２のＶＴ比、ディジタル変換時のＡＤ比などに基づいて算出されて、あらかじめ設定されている。ｄ軸目標制限部３３は、目標値Ｉｄ^*を上限値Ｉｄmax以下に制限する。

【数4】

【0046】

なお、ｄ軸範囲設定部３４が設定する範囲は、これに限られない。例えば、インバータ回路２の出力電流を上限値Ｉ₁以下に抑制するのであれば、下記（２）式により算出した上限値Ｉｄmaxを目標値Ｉｄ^*の上限値として設定すればよい。Ｉ₁はあらかじめ設定されており、力率Ｋは、電力算出部５が算出した有効電力Ｐおよび無効電力Ｑより算出される。また、ｂは、ｄ軸目標制限部３３に設定されるｄ軸の値へ変換するための所定の係数であって、上記係数ａと同様に算出されて、あらかじめ設定される。

【数5】

【0047】

ｑ軸目標制限部３５は、無効電力制御部３２より出力される目標値Ｉｑ^*を、ｑ軸範囲設定部３６によって設定された範囲に制限するためのものである。ｑ軸目標制限部３５は、設定された範囲に制限された目標値Ｉｑ^*を、電流制御部３７に出力する。ｑ軸範囲設定部３６は、ｑ軸目標制限部３５における、目標値Ｉｑ^*の制限範囲を設定するものである。

【0048】

本実施形態では、インバータ回路２の出力電力の力率をＫmin以上1.00以下に制限するために、ｑ軸範囲設定部３６は、目標値Ｉｑ^*の上限値および下限値として、上限値Ｉｑmaxおよび下限値Ｉｑminをｑ軸目標制限部３５に設定する。上限値Ｉｑmaxは、電圧センサ７２より入力される線間電圧の実効値Ｖrmsと、電力算出部５より入力される有効電力Ｐとに基づいて、下記（３）式により逐次算出される。Ｋminはあらかじめ設定されている。また、ｃは、ｑ軸目標制限部３５に設定されるｑ軸の値へ変換するための所定の係数であって、上記係数ａと同様に算出されて、あらかじめ設定されている。下限値Ｉｑminは、「０」である。ｑ軸目標制限部３５は、目標値Ｉｑ^*を上限値Ｉｑmax以下、下限値Ｉｑmin以上に制限する。なお、ｑ軸範囲設定部３６が設定する範囲は、これに限られない。

【数6】

【0049】

なお、有効電力Ｐ、無効電力Ｑ、力率Ｋの関係から下記（４）式が導かれ、上限値Ｉｑmaxを算出する上記（３）式が導かれる。

【数7】

【0050】

電流制御部３７は、インバータ回路２の出力電流の制御を行うためのものである。電流制御部３７は、電流センサ７１より入力される電流信号ｉに基づいて電流補償値を生成して、ＰＷＭ信号生成部３８に出力する。

【0051】

図２（ｂ）は、電流制御部３７の内部構成を説明するための機能ブロック図である。

【0052】

電流制御部３７は、三相/二相変換部３７１、回転座標変換部３７２、ＬＰＦ３７３、ＬＰＦ３７４、ＰＩ制御部３７５、ＰＩ制御部３７６、静止座標変換部３７７、および、二相/三相変換部３７８を備えている。

【0053】

三相/二相変換部３７１は、いわゆる三相/二相変換処理（αβ変換処理）を行うものである。三相/二相変換処理とは、三相の交流信号をそれと等価な二相の交流信号に変換する処理であり、三相の交流信号を静止した直交座標系（以下、「静止座標系」という。）における直交するα軸とβ軸の成分にそれぞれ分解して各軸の成分を足し合わせることで、α軸成分の交流信号とβ軸成分の交流信号に変換するものである。三相/二相変換部３７１は、電流センサ７１から入力された三相の電流信号ｉ_u，ｉ_v，ｉ_wを、α軸電流信号ｉαおよびβ軸電流信号ｉβに変換して、回転座標変換部３７２に出力する。

【0054】

三相/二相変換部３７１で行われる変換処理は、下記（５）式に示す行列式で表される。

【数8】

【0055】

回転座標変換部３７２は、いわゆる回転座標変換処理（ｄｑ変換処理）を行うものである。回転座標変換処理とは、静止座標系の二相の信号を回転座標系の二相の信号に変換する処理である。回転座標系は、直交するｄ軸とｑ軸とを有し、連系点電圧の基本波と同一の角速度で同一の回転方向に回転する直交座標系である。回転座標変換部３７２は、三相/二相変換部３７１から入力される静止座標系のα軸電流信号ｉαおよびβ軸電流信号ｉβを、連系点電圧の基本波の位相θに基づいて、回転座標系のｄ軸電流信号ｉ_dおよびｑ軸電流信号ｉ_qに変換して出力する。

【0056】

回転座標変換部３７２で行われる変換処理は、下記（６）式に示す行列式で表される。

【数9】

【0057】

ＬＰＦ３７３およびＬＰＦ３７４は、ローパスフィルタであり、それぞれｄ軸電流信号ｉ_dおよびｑ軸電流信号ｉｑの直流成分だけを通過させる。回転座標変換処理によって、α軸電流信号ｉαおよびβ軸電流信号ｉβの基本波成分が、それぞれｄ軸電流信号ｉ_dおよびｑ軸電流信号ｉ_qの直流成分に変換されている。つまり、ＬＰＦ３７３およびＬＰＦ３７４は、不平衡成分や高調波成分を除去して、基本波成分のみを通過させるものである。

【0058】

ＰＩ制御部３７５は、ｄ軸電流信号ｉ_dの直流成分と目標値との偏差に基づいてＰＩ制御を行い、電流補償値ｘ_dを出力するものである。直流電圧制御部３１より出力され、ｄ軸目標制限部３３で設定された範囲に制限された目標値Ｉｄ^*が、ｄ軸電流信号ｉ_dの直流成分の目標値として用いられる。ＰＩ制御部３７６は、ｑ軸電流信号ｉ_qの直流成分と目標値Ｉｑ^*との偏差に基づいてＰＩ制御を行い、電流補償値ｘ_qを出力するものである。無効電力制御部３２より出力され、ｑ軸目標制限部３５で設定された範囲に制限された目標値Ｉｑ^*が、ｑ軸電流信号ｉ_qの直流成分の目標値として用いられる。

【0059】

静止座標変換部３７７は、ＰＩ制御部３７５およびＰＩ制御部３７６からそれぞれ入力される電流補償値ｘ_d，ｘ_qを、静止座標系の電流補償値ｘα，ｘβに変換するものであり、回転座標変換部３７２とは逆の変換処理を行うものである。静止座標変換部３７７は、いわゆる静止座標変換処理（逆ｄｑ変換処理）を行うものであり、回転座標系の電流補償値ｘ_d，ｘ_qを、位相θに基づいて、静止座標系の電流補償値ｘα，ｘβに変換する。

【0060】

静止座標変換部３７７で行われる変換処理は、下記（７）式に示す行列式で表される。

【数10】

【0061】

二相/三相変換部３７８は、静止座標変換部３７７から入力される電流補償値ｘα，ｘβを、三相の電流補償値ｘ_u，ｘ_v，ｘ_wに変換するものである。二相/三相変換部３７８は、いわゆる二相/三相変換処理（逆αβ変換処理）を行うものであり、三相/二相変換部３７１とは逆の変換処理を行うものである。

【0062】

二相/三相変換部３７８で行われる変換処理は、下記（８）式に示す行列式で表される。

【数11】

【0063】

ＰＷＭ信号生成部３８は、ＰＷＭ信号を生成するものである。ＰＷＭ信号生成部３８は、電流制御部３７より入力される三相の補償信号ｘ_u，ｘ_v，ｘ_wに基づいて、インバータ回路２の各相の出力電圧の波形を指令するための指令信号を生成し、指令信号とキャリア信号とに基づいて、三角波比較法によりＰＷＭ信号を生成する。例えば、指令信号がキャリア信号より大きい場合にハイレベルとなり、指令信号がキャリア信号以下の場合にローレベルとなるパルス信号が、ＰＷＭ信号として生成される。生成されたＰＷＭ信号は、インバータ回路２に出力される。なお、ＰＷＭ信号生成部３８は、三角波比較法によりＰＷＭ信号を生成する場合に限定されず、例えば、ヒステリシス方式でＰＷＭ信号を生成するようにしてもよい。

【0064】

本実施形態では、制御回路６をディジタル回路として実現した場合について説明したが、アナログ回路として実現してもよい。また、各部が行う処理をプログラムで設計し、当該プログラムを実行させることでコンピュータを制御回路６として機能させてもよい。また、当該プログラムを記録媒体に記録しておき、コンピュータに読み取らせるようにしてもよい。

【0065】

次に、本発明の作用と効果について説明する。

【0066】

本実施形態によると、電流制御部３７は、電流センサ７１から入力された三相の電流信号ｉ_u，ｉ_v，ｉ_wをｄ軸電流信号ｉ_dおよびｑ軸電流信号ｉ_qに変換して、ｄ軸電流信号ｉ_dおよびｑ軸電流信号ｉ_qの直流成分をそれぞれ目標値に制御する。ｄ軸電流信号ｉ_dの直流成分の目標値Ｉｄ^*は、直流電圧制御部３１より出力され、ｄ軸目標制限部３３で設定された範囲に制限される。ｄ軸目標制限部３３は、目標値Ｉｄ^*を上記（１）式に示す上限値Ｉｄmax以下に制限する。これにより、インバータ回路２の出力有効電力は、上限値Ｐ₁以下に抑制される。

【0067】

図３は、インバータ回路２の出力有効電力を抑制制御しているときの、動作点の変化を説明するための図である。

【0068】

直流電源１の出力電力を所定の制限値Ｐ_Lに抑制したい場合、インバータ回路２の出力有効電力を制限値Ｐ_Lに対応する制限値Ｐ_L’に抑制する。この場合、目標値Ｉｄ^*が制限値Ｐ_L’に対応する上限値Ｉｄmax以下に制限される。これにより、インバータ回路２の出力有効電力は、制限値Ｐ_L’に抑制される。例えば、図３（ａ）に示す動作点Ｍ１（最大電力点）で最大電力点追従制御が行われていた場合、インバータ回路２の入力電力（直流電源１の出力電力）がインバータ回路２の出力有効電力より大きくなるので、インバータ回路２の入力電圧（直流電源１の出力電圧）が上昇して、インバータ回路２の入力電力が低下する。そして、インバータ回路２の入力電圧（直流電源１の出力電圧）は、インバータ回路２の入力電力とインバータ回路２の出力有効電力とが釣り合う電圧Ｖ_Lになる（図３（ａ）に示す動作点Ｍ２参照）。直流電圧目標値設定部４は、ＭＰＰＴ制御を行っているので、電圧目標値Ｖｄｃ^*は電圧Ｖ_Lより小さい値（例えばＶmax）で変動している。しかし、ｄ軸電流信号ｉ_dの目標値Ｉｄ^*が上限値Ｉｄmax以下に制限されることで、インバータ回路２の出力有効電力が抑制され、インバータ回路２の入力電圧（直流電源１の出力電圧）が電圧Ｖ_Lより小さくならない（動作点がＭ２に固定される）ので、インバータ回路２の入力電力（直流電源１の出力電力）は変動しない。したがって、直流電源１の出力電力を大きく変動させることなく、抑制制御を行うことができる。

【0069】

なお、制限値Ｐ_Lと最大電力点Ｍ１における電力値との差が小さい場合、ＭＰＰＴ制御による目標値の変動幅によっては、電圧目標値Ｖｄｃ^*が電圧Ｖ_Lより大きい値になってしまう場合がある。この場合、インバータ回路２の出力電力にチャタリングが発生する場合がある。これを回避するために、ｄ軸目標制限部３３において目標値Ｉｄ^*が上限値Ｉｄmaxになっている間（目標値Ｉｄ^*が設定範囲による制限を受けている間）、直流電圧目標値設定部４がＭＰＰＴ制御を停止し、電圧目標値Ｖｄｃ^*を電圧Ｖ_Lより所定値Ｖ_Xだけ小さい値（Ｖ_L−Ｖ_X）の固定値として出力するようにしてもよい。

【0070】

次に、図３（ｂ）に示すように、日射強度が変化して、直流電源１の電圧−電力特性が、実線の曲線から破線の曲線に変化した場合、動作点はＭ２からＭ３に変化する。この場合、直流電源１の出力電力が制限値Ｐ_Lより小さいので、ｄ軸電流信号ｉ_dの目標値Ｉｄ^*が上限値Ｉｄmaxに届かず制限されない。したがって、直流電源１の出力電圧は、直流電圧目標値設定部４が設定する電圧目標値Ｖｄｃ^*に制御される。これにより、最大電力点追従制御が働いて、動作点がＭ３からＭ４（最大電力点）に移動して、Ｍ４近傍に位置することになる。

【0071】

一方、図３（ｃ）に示すように、変化後の直流電源１の電圧−電力特性が破線の曲線の場合、動作点はＭ３に変化した後、直流電源１の出力電力が制限値Ｐ_Lまで上昇して、Ｍ４’（電圧Ｖ_L’）に移動する。そして、ｄ軸電流信号ｉ_dの目標値Ｉｄ^*が上限値Ｉｄmax以下に制限されることで、インバータ回路２の入力電圧（直流電源１の出力電圧）は、電圧Ｖ_L’より小さくならない（動作点がＭ４’に固定される）。

【0072】

また、本実施形態によると、ｑ軸電流信号ｉ_qの直流成分の目標値Ｉｑ^*は、無効電力制御部３２より出力され、ｑ軸目標制限部３５で設定された範囲に制限される。ｑ軸目標制限部３５は、目標値Ｉｑ^*を上記（３）式に示す上限値Ｉｑmax以下、下限値Ｉｑmin（＝０）以上に制限する。これにより、インバータ回路２の出力電力の力率は、Ｋmin以上1.00以下に制限される。

【0073】

なお、本実施形態においては、ｄ軸目標制限部３３が、目標値Ｉｄ^*を常に設定された範囲に制限し、ｑ軸目標制限部３５が、目標値Ｉｑ^*を常に設定された範囲に制限する場合について説明したが、これに限られない。ある条件に一致した場合にのみ、ｄ軸目標制限部３３（ｑ軸目標制限部３５）が、目標値Ｉｄ^*（目標値Ｉｑ^*）を設定された範囲に制限するようにしてもよい。例えば、インバータ装置内の温度が所定の温度以上になった場合や、連系点の電圧が所定値以上になった場合に、ｄ軸目標制限部３３が、目標値Ｉｄ^*を設定された範囲に制限するようにしてもよい。

【0074】

本実施形態においては、目標値Ｉｄ^*および目標値Ｉｑ^*の両方とも制限する場合について説明したが、これに限られない。いずれか一方のみを制限するようにしてもよい。例えば、目標値Ｉｄ^*のみを制限する場合は、ｑ軸目標制限部３５およびｑ軸範囲設定部３６を設けなくてもよい。

【0075】

本実施形態においては、直流電源１の出力電圧を制御する場合について説明したが、これに限られない。直流電源１の出力電流を制御するようにしてもよい。すなわち、直流電圧目標値設定部４に代えて、直流電流の目標値を設定する直流電流目標値設定部を備え、直流電圧制御部３１に代えて、直流電流センサ８１より入力される直流電流信号Ｉｄｃと直流電流の目標値との偏差を算出し、当該偏差をゼロにするための補償値を出力する直流電流制御部を備えるようにしてもよい。

【0076】

本実施形態においては、インバータ回路２が電力系統Ｂに電力を供給する場合について説明したが、これに限られず、負荷のみに電力を供給するようにしてもよい。

【0077】

上記第１実施形態においては、直流電圧目標値設定部４がＭＰＰＴ制御により、直流電源１から入力される入力電力が最大になるように、電圧目標値Ｖｄｃ^*を調整する場合について説明したが、これに限られない。例えば、インバータ回路２の出力有効電力が最大になるように電圧目標値Ｖｄｃ^*を調整するようにしてもよい。この場合の例を第２実施形態として、以下に説明する。

【0078】

図４は、第２実施形態に係る系統連系インバータシステムＡ２の制御回路６の内部構成を説明するための機能ブロック図である。同図において、第１実施形態に係る制御回路６（図１参照）と同一または類似の要素には、同一の符号を付している。

【0079】

第２実施形態に係る制御回路６は、直流電圧目標値設定部４に代えて、インバータ回路２の出力電力が最大になるように電圧目標値Ｖｄｃ^*を調整する直流電圧目標値設定部４’を備えている点で、第１実施形態に係る制御回路６と異なる。

【0080】

直流電源１の出力電圧Ｖｄｃに対する、インバータ回路２の出力有効電力の特性曲線は、図１０に示す太陽電池の電圧−電力特性と同様の曲線になる。すなわち、所定の電圧Ｖmaxのときに出力有効電力が最大値になり、この時の電圧Ｖmaxから離れるに従って小さくなるという特性がある。したがって、この特性を利用した山登り法を用いることができる。

【0081】

直流電圧目標値設定部４’は、電圧目標値Ｖｄｃ^*を変化させて、電力算出部５から入力される有効電力Ｐが最大になるように、電圧目標値Ｖｄｃ^*を調整する。第１実施形態に係る直流電圧目標値設定部４が、いわゆる最大電力点追従制御を行って、直流電源１の出力電力を最大にするように制御するのに対して、直流電圧目標値設定部４’は、インバータ回路２の出力有効電力を最大にするように制御する点が異なっている。

【0082】

図５は、直流電圧目標値設定部４’が行う最大電力点の探索処理を説明するためのフローチャートである。当該探索処理は、インバータ回路２が電力変換動作を開始するときに、実行が開始される。

【0083】

まず、電圧目標値Ｖｄｃ^*に初期値Ｖ₀が設定され、探索方向が設定される（Ｓ１）。本実施形態では、初期値Ｖ₀として開放電圧が設定されている。また、探索方向としては、電圧目標値Ｖｄｃ^*を減少させる減少方向が設定される。なお、各設定はこれに限定されない。次に、電圧目標値Ｖｄｃ^*が出力され（Ｓ２）、直流電圧制御により直流電源１の出力電圧が電圧目標値Ｖｄｃ^*に制御される。そして、電力算出部５が算出した有効電力Ｐが取得され（Ｓ３）、前回有効電力Ｐ₀に設定される（Ｓ４）。

【0084】

次に、現在設定されている探索方向が減少方向であるか否かが判別される（Ｓ５）。探索方向が減少方向である場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、電圧目標値Ｖｄｃ^*をΔＶだけ減少させ（Ｓ６）、探索方向が減少方向でない場合（Ｓ５：ＮＯ）、すなわち増加方向である場合、電圧目標値Ｖｄｃ^*をΔＶだけ増加させる（Ｓ７）。そして、電圧目標値Ｖｄｃ^*が出力されて（Ｓ８）、有効電力Ｐが取得される（Ｓ９）。なお、増減幅ΔＶは、小さすぎると最大電力点の探索に時間がかかりすぎ、大きすぎると精度と安定性が悪くなるので、適宜適切な値を設定する必要がある。

【0085】

次に、有効電力Ｐが前回有効電力Ｐ₀より大きいか否かが判別される（Ｓ１０）。有効電力Ｐが前回有効電力Ｐ₀より大きい場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）、探索方向は変更されずに、前回有効電力Ｐ₀に有効電力Ｐが設定されて（Ｓ１２）、ステップＳ５に戻る。一方、有効電力Ｐが前回有効電力Ｐ₀以下の場合（Ｓ１０：ＮＯ）、最大電力点を超えたとして探索方向は反転され（Ｓ１１）、すなわち、減少方向であった場合は増加方向が設定され、増加方向であった場合は減少方向が設定され、前回有効電力Ｐ₀に有効電力Ｐが設定されて（Ｓ１２）、ステップＳ５に戻る。その後は、ステップＳ５〜Ｓ１２が繰り返される。

【0086】

なお、直流電圧目標値設定部４’が行う最大電力点の探索処理は、上述したものに限定されない。例えば、電圧目標値Ｖｄｃ^*をΔＶだけ減少させたときと、ΔＶだけ増加させたときとで、それぞれ有効電力Ｐを取得し、より大きくなる方向に電圧目標値Ｖｄｃ^*を変化させるようにしてもよい。また、増減幅ΔＶを変化させたり、遺伝的アルゴリズム処理を用いることで、いわゆる「２山問題」を解消するようにしてもよい。また、山登り法に限定されず、最大電力点追従制御で用いられるあらゆるアルゴリズムを用いることができる。従来の最大電力点追従制御で用いられるあらゆるアルゴリズムにおいて、直流電源１からの出力電力を最大にするように追従するのではなく、インバータ回路２の出力電力を最大にするように追従するようにすればよい。

【0087】

第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。また、第３実施形態においては、直流電圧目標値設定部４’は、インバータ回路２の出力有効電力が略最大になるように制御を行う。したがって、直流電源１が出力する直流電力が略最大になるときにインバータ回路の出力有効電力が略最大にならない場合でも、システムとしての出力電力を略最大にすることができる。これにより、直流電源１が出力する直流電力が略最大になるように制御を行った場合よりも、発電効率を向上させることができる。

【0088】

上記第１および第２実施形態においては、直流電圧制御および無効電力制御を行う場合について説明したが、これに限られない。いずれか一方のみを行うようにしてもよい。例えば、無効電力制御を行わない場合は、電流制御部３７に入力される目標値Ｉｑ^*として固定値を用いるようにすればよい。

【0089】

また、直流電圧制御および無効電力制御以外の制御を行うようにしてもよい。例えば、直流電圧制御に代えて、有効電力制御を行う場合の例を、第３実施形態として、以下に説明する。

【0090】

図６は、第３実施形態に係る系統連系インバータシステムＡ３の制御部の内部構成を説明するための機能ブロック図である。同図において、第１実施形態に係る制御部３（図２（ａ）参照）と同一または類似の要素には、同一の符号を付している。

【0091】

図６に示す制御部３は、直流電圧制御に代えて、有効電力制御を行う点で、第１実施形態に係る制御部３と異なる。

【0092】

有効電力制御部３１’は、インバータ回路２が出力する有効電力の制御を行うためのものである。有効電力制御部３１’は、電力算出部５より入力される有効電力Ｐと有効電力目標値Ｐ^*との偏差ΔＰ（＝Ｐ^*−Ｐ）を算出し、当該偏差をゼロにするための有効電力補償値をｄ軸電流の目標値Ｉｄ^*として、電流制御部３７に出力する。有効電力制御部３１’は、例えば、ＰＩ制御を行っている。なお、ＰＩ制御以外の制御（例えばＰＩＤ制御など）を行うようにしてもよい。電流制御部３７は、有効電力制御部３１’より出力される有効電力補償値をｄ軸電流信号ｉ_dの目標値として用いる。有効電力制御部３１’より出力された目標値Ｉｄ^*は、ｄ軸目標制限部３３で、ｄ軸範囲設定部３４によって設定された範囲に制限されて、電流制御部３７に入力される。

【0093】

第３実施形態においても、ｄ軸目標制限部３３は、目標値Ｉｄ^*を上記（１）式に示す上限値Ｉｄmax以下に制限する。これにより、インバータ回路２の出力有効電力は、上限値Ｐ₁以下に抑制される。したがって、太陽電池の出力電力を大きく変動させることなく、抑制制御を行うことができる。

【0094】

本発明は、直流電源１とインバータ回路２との間にＤＣ／ＤＣコンバータ回路が設けられている場合にも適用することができる。ＤＣ／ＤＣコンバータ回路が設けられている場合を第４実施形態として、以下に説明する。

【0095】

図７は、第４実施形態に係る系統連系インバータシステムＡ４を説明するための図である。同図において、第１実施形態に係る系統連系インバータシステムＡ１（図１参照）と同一または類似の要素には、同一の符号を付している。

【0096】

図７に示す系統連系インバータシステムＡ４は、インバータ回路２の前段にＤＣ／ＤＣコンバータ回路２’が設けられており、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２’を制御するための制御回路６’が設けられている点で、第１実施形態に係る系統連系インバータシステムＡ１と異なる。

【0097】

ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２’は、直流電源１の出力電圧を昇圧または降圧して、インバータ回路２に出力するものである。ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２’は、制御回路６’から入力されるＰＷＭ信号に基づいて、図示しないスイッチング素子のオンとオフとを切り替えることで、入力電圧を昇圧または降圧して出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２’の入力側の正極および負極は、直流電源１の正極および負極にそれぞれ接続されているのでＤＣ／ＤＣコンバータ回路２’の入力電圧は直流電源１の出力電圧に一致し、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２’の入力電流は直流電源１の出力電流に一致する。

【0098】

直流電流センサ８１’は、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２’の入力電流（すなわち、直流電源１の出力電流）の瞬時値を検出するものである。直流電流センサ８１’は、検出した瞬時値をディジタル変換して、直流電流信号Ｉ’ｄｃとして制御回路６’に出力する。直流電圧センサ８２’は、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２’の入力電圧（すなわち、直流電源１の出力電圧）の瞬時値を検出するものである。直流電圧センサ８２’は、検出した瞬時値をディジタル変換して、直流電圧信号Ｖ’ｄｃとして制御回路６’に出力する。直流電圧センサ８２’は、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２’の入力側の正極と負極との間に設けられた電解コンデンサ（図示しない）の端子間電圧を検出している。

【0099】

制御回路６’は、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２’を制御するものであり、例えばマイクロコンピュータなどによって実現されている。制御回路６’は、直流電流センサ８１’より入力される直流電流信号Ｉ’ｄｃ、および、直流電圧センサ８２’より入力される直流電圧信号Ｖ’ｄｃに基づいてＰＷＭ信号を生成して、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２’に出力する。制御回路６’は、制御部３’、および、直流電圧目標値設定部４を備えている。

【0100】

直流電圧目標値設定部４は、第１実施形態に係る直流電圧目標値設定部４と同様のものであって、直流電圧信号Ｖ’ｄｃの目標値である電圧目標値Ｖ’ｄｃ^*を設定するものであり、電圧目標値Ｖ’ｄｃ^*を変化させて、直流電源１から入力される入力電力が最大になるように、電圧目標値Ｖ’ｄｃ^*を調整する。

【0101】

制御部３’は、直流電圧制御部３１、および、ＰＷＭ信号生成部３８を備えている。直流電圧制御部３１は、第１実施形態に係る直流電圧制御部３１と同様のものであり、直流電源１の出力電圧の制御を行うためのものである。直流電圧制御部３１は、直流電圧センサ８２’より出力される直流電圧信号Ｖ’ｄｃと直流電圧目標値設定部４より入力される直流電圧目標値Ｖ’ｄｃ^*との偏差ΔＶ’ｄｃ（＝Ｖ’ｄｃ^*−Ｖ’ｄｃ）を算出し、当該偏差をゼロにするための直流電圧補償値をＰＷＭ信号生成部３８に出力する。系統連系インバータシステムＡ４においては、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２’が、ＭＰＰＴ制御を行っている。

【0102】

ＰＷＭ信号生成部３８は、第１実施形態に係るＰＷＭ信号生成部３８と同様の機能を有し、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２’に出力するＰＷＭ信号を生成するものである。ＰＷＭ信号生成部３８は、直流電圧制御部３１より入力される信号とキャリア信号とに基づいて、三角波比較法によりＰＷＭ信号を生成する。生成されたＰＷＭ信号は、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２’に出力される。また、ＰＷＭ信号生成部３８は、制御回路３において目標値Ｉｄ^*が設定範囲による制限を受けている間、デューティ比を固定したＰＷＭ信号を生成する。つまり、目標値Ｉｄ^*が設定範囲による制限を受けている間は、ＭＰＰＴ制御が停止される。

【0103】

なお、制御回路６’の構成は上記に限られない。また、本実施形態では、制御回路６’をディジタル回路として実現した場合について説明したが、アナログ回路として実現してもよい。また、各部が行う処理をプログラムで設計し、当該プログラムを実行させることでコンピュータを制御回路６’として機能させてもよい。また、当該プログラムを記録媒体に記録しておき、コンピュータに読み取らせるようにしてもよい。

【0104】

インバータ回路２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２’から入力される直流電力を交流電力に変換する。インバータ回路２の入力側の正極および負極は、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２’の出力側の正極および負極にそれぞれ接続されているので、インバータ回路２の入力電圧はＤＣ／ＤＣコンバータ回路２’の出力電圧に一致し、インバータ回路２の入力電流はＤＣ／ＤＣコンバータ回路２’の出力電流に一致する。制御回路６は、直流電圧目標値設定部４（図１参照）を備えておらず、直流電圧目標値Ｖｄｃ^*を固定値としている。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２’の出力電圧は、直流電圧目標値Ｖｄｃ^*に固定される。

【0105】

第４実施形態によると、直流電源１の出力電圧が、直流電圧目標値設定部４が設定する直流電圧目標値Ｖ’ｄｃ^*に制御される。第４実施形態においても、制御部３は第１実施形態に係る制御部３と同様の制御を行うので、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

【0106】

上記第１〜第４実施形態においては、直流電源１が太陽電池により直流電力を生成する場合について説明したが、これに限られない。例えば、直流電源１は、風力タービン発電機などにより生成された交流電力を直流電力に変換して出力する装置であってもよい。自然エネルギーなどの出力を制御できないエネルギーを電力に変換するシステムにおいて、効率よく電力を取り出す場合に、本発明は有効になる。

【0107】

本発明に係る制御回路、および、当該制御回路を備えたインバータ装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る制御回路、および、当該制御回路を備えたインバータ装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

【符号の説明】

【0108】

Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４ 系統連系インバータシステム（インバータ装置）
１ 直流電源
２ インバータ回路
２’ ＤＣ／ＤＣコンバータ回路
３，３’ 制御部
３１ 直流電圧制御部（ｄ軸電流目標値生成部）
３１’ 有効電力制御部（ｄ軸電流目標値生成部）
３２ 無効電力制御部（ｑ軸電流目標値生成部）
３３ ｄ軸目標制限部
３４ ｄ軸範囲設定部
３５ ｑ軸目標制限部
３６ ｑ軸範囲設定部
３７ 電流制御部
３８ ＰＷＭ信号生成部
４，４’ 直流電圧目標値設定部
５ 電力算出部
６，６’ 制御回路
７１ 電流センサ
７２ 電圧センサ
８１，８１’ 直流電流センサ
８２，８２’ 直流電圧センサ
Ｂ 電力系統

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】