特許第6804266号(P6804266)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(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】6804266
(24)【登録日】2020年12月4日
(45)【発行日】2020年12月23日
(54)【発明の名称】パワーコンディショナ
(51)【国際特許分類】
   H02M 3/00 20060101AFI20201214BHJP
   H02J 3/38 20060101ALI20201214BHJP
   H02S 50/10 20140101ALI20201214BHJP
【FI】
   H02M3/00 C
   H02M3/00 W
   H02J3/38 130
   H02S50/10
【請求項の数】4
【全頁数】15
(21)【出願番号】特願2016-215072(P2016-215072)
(22)【出願日】2016年11月2日
(65)【公開番号】特開2018-74847(P2018-74847A)
(43)【公開日】2018年5月10日
【審査請求日】2019年8月19日
(73)【特許権者】
【識別番号】000006013
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100118762
【弁理士】
【氏名又は名称】高村 順
(72)【発明者】
【氏名】押目 哲成
【審査官】 栗栖 正和
(56)【参考文献】
【文献】 米国特許出願公開第2014/0049117(US,A1)
【文献】 特表2014−514898(JP,A)
【文献】 国際公開第2013/161307(WO,A1)
【文献】 特開2014−093368(JP,A)
【文献】 特開2002−044869(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H02M 3/00
H02J 3/38
H02S 50/10
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の外部直流電源と電路を介して接続され、前記外部直流電源からの入力を任意の直流電圧として出力する複数のDC/DCコンバータと、
前記電路に設けられ、前記DC/DCコンバータと任意の前記外部直流電源とを電気的に接続状態もしくは開放状態にするコンバータ切替回路と、
前記DC/DCコンバータの動作状態を検出するコンバータ状態判別部と、
前記コンバータ切替回路を制御する制御部と
前記外部直流電源の発電電力量のデータを蓄積する運転状況蓄積部と、を備え、
前記制御部は、前記コンバータ状態判別部が前記DC/DCコンバータから故障したDC/DCコンバータを検出した場合、前記コンバータ切替回路を操作して前記故障したDC/DCコンバータと前記外部直流電源との電気的接続を開放し、前記故障したDC/DCコンバータの代わりを前記DC/DCコンバータから選出して前記外部直流電源と電気的に接続し、前記故障したDC/DCコンバータの代わりを、前記運転状況蓄積部に蓄積された積算発電電力量が最も少ない前記外部直流電源に接続された前記DC/DCコンバータとすることを特徴とするパワーコンディショナ。
【請求項2】
前記制御部は、
前記故障したDC/DCコンバータの代わりを、
前記運転状況蓄積部に蓄積された過去の平均発電電力量が最も少ない前記外部直流電源に接続された前記DC/DCコンバータとすることを特徴とする、請求項1に記載のパワーコンディショナ。
【請求項3】
前記運転状況蓄積部は、前記DC/DCコンバータの出力電力量を前記外部直流電源の発電電力量として蓄積することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のパワーコンディショナ。
【請求項4】
外部機器と接続して前記制御部と通信するための外部通信部をさらに有し、前記外部機器は、前記制御部から送信される情報により、前記制御部に代わり前記コンバータ切替回路を制御することを特徴とする、請求項1から請求項のいずれか1項に記載のパワーコンディショナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、太陽電池で発電した直流電力を交流に変換して出力するよう構成されたパワーコンディショナに関する。
【背景技術】
【0002】
従来のパワーコンディショナを含む太陽光発電システムでは、複数の太陽電池モジュールを直列に接続した太陽電池ストリングや、太陽電池ストリングを並列に接続した太陽電池アレイが用いられている。以降、太陽電池モジュール、太陽電池ストリング、太陽電池アレイなどの、パワーコンディショナに接続する太陽電池の単位を総称して太陽電池ユニットと表す。
太陽電池ユニットが接続されたパワーコンディショナでは、太陽電池ユニット個々の発電電力を最大限引き出すために、太陽電池ユニット個々の発電電力に対してDC/DCコンバータを設け、このDC/DCコンバータにてMPPT(Maximum Power Point Tracking)と呼ばれる制御を行う方法が提案されている(例えば特許文献1)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2012−137830号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、上記した従来のパワーコンディショナでは、DC/DCコンバータが故障した場合、接続されている太陽電池ユニットから発電電力を取り出すことができなくなるという問題があった。
【0005】
この発明は、上記した問題点を解決するためになされたものであり、DC/DCコンバータが故障しても、接続されている太陽電池ユニットの発電電力を継続して利用することができるパワーコンディショナを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
複数の外部直流電源と電路を介して接続され、外部直流電源からの入力を任意の直流電圧として出力する複数のDC/DCコンバータと、電路に設けられ、前記DC/DCコンバータの入力と、任意の外部直流電源の出力とを電気的に接続状態もしくは開放状態にするコンバータ切替回路と、DC/DCコンバータの動作状態を検出するコンバータ状態判別部と、コンバータ切替回路を電気的に接続状態もしくは開放状態に設定する制御部と、外部直流電源の発電電力量のデータを蓄積する運転状況蓄積部と、を備え、制御部は、DC/DCコンバータの動作状態から故障したDC/DCコンバータを検出した場合、コンバータ切替回路を操作して故障したDC/DCコンバータに接続されている第1の外部直流電源との電気的接続を開放し、DC/DCコンバータの中から故障したDC/DCコンバータの代替可能なDC/DCコンバータを判定し、代替可能と判定されたDC/DCコンバータと第1の外部直流電源とを電気的に接続する。制御部は、故障したDC/DCコンバータの代わりを、運転状況蓄積部に蓄積された積算発電電力量が最も少ない外部直流電源に接続されたDC/DCコンバータとする。
【発明の効果】
【0007】
上記のように構成されたパワーコンディショナは、DC/DCコンバータが故障しても、接続されている太陽電池ユニットの発電電力を継続して利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
図1】この発明の実施の形態1における、パワーコンディショナ1の全体図である。
図2】この発明の実施の形態1における、パワーコンディショナ1で、DC/DCコンバータが故障した場合の全体図である。
図3】この発明の実施の形態1における、パワーコンディショナ1で、DC/DCコンバータが故障した場合の動作フロー図である。
図4】この発明の実施の形態1における、コンバータ切替回路11の制御を外部機器5にて行う場合の全体図である。
図5】この発明の実施の形態2における、パワーコンディショナ100の全体図である。
図6】この発明の実施の形態2における、パワーコンディショナ100の動作フロー図である。
図7】この発明の実施の形態2における、パワーコンディショナ100の動作フロー図である。
図8】この発明の実施の形態2における、パワーコンディショナ100の動作フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
実施の形態1.
以下実施の形態1について、図1図4を用いて説明する。なお本実施の形態1では、外部直流電源は太陽電池ユニットを用いたシステムにて説明する。なお、外部直流電源は太陽電池以外を用いてもよい。
図1は実施の形態1における、パワーコンディショナ1の全体図である。図において、パワーコンディショナ1は、コンバータ切替回路11、複数のDC/DCコンバータ12、DC/ACインバータ13、コンバータ状態判別部14、制御部15、から構成される。また、DC/DCコンバータ12は、それぞれ、DC/DCコンバータ回路18、状態計測回路19から構成される。
【0010】
太陽電池ユニット2a、2bが出力する発電電力は、コンバータ切替回路11を介して、DC/DCコンバータ12a、12bに入力され、任意の直流電圧に変換される。DC/DCコンバータ12a、12bの出力電力は加算されてDC/ACインバータ13に出力される。DC/ACインバータ13に入力された直流電力は、交流電力に変換されて系統電源3に出力される。
【0011】
コンバータ切替回路11は複数の入力端子20a〜20dと出力端子21a〜21dを持つ。入力端子20a及び20bにはそれぞれ太陽電池ユニット2a、2bが接続される。また入力端子20c及び20dには太陽電池ユニットが接続されていない。また、コンバータ切替回路11は複数の出力端子21a〜21dを持ち、各出力端子には個々にDC/DCコンバータ12a〜12dが接続されている。コンバータ切替回路11内部には、複数の出力端子21a〜21dと複数の入力端子20a〜20dとを一対一で電気的に接続状態、もしくは非接続状態にする接続スイッチ11a〜11dが設けられている。制御部15は、制御信号30によって接続スイッチ11a〜11dを自由に制御することができ、出力端子21a〜21dと入力端子20a〜20から任意の入力端子と接続する接続状態か、あるいはどの入力端子とも接続しない非接続状態のいずれかに設定できる。なお、制御部15からの制御信号30が入力されない場合は、接続スイッチ11a〜11dは全て非接続状態となる。
図1では、制御信号30による指示にて、接続スイッチ11a〜11dは入力端子20a〜20dと出力端子21a〜21dに対し、接続スイッチ11aは入力端子20aと出力端子21a、接続スイッチ11bは入力端子20bと出力端子21b、接続スイッチ11cは入力端子20cと出力端子21c、接続スイッチ11dは入力端子20dと出力端子21dを接続している。例えば太陽電池ユニット2aの出力電圧を任意のDC/DCコンバータ、ここではDC/DCコンバータ12dに入力し、太陽電池ユニット2bの出力電圧をDC/DCコンバータ12aに出力する場合は、接続スイッチ11aは入力端子20bと出力端子21a、接続スイッチ11bは開放状態、接続スイッチ11cは入力端子20cと出力端子21c、接続スイッチ11dは入力端子20aと出力端子21dを接続するように設定する。
【0012】
DC/DCコンバータ12a〜12dは、コンバータ切替回路11から出力された直流電圧を任意の直流電圧に変換する。DC/DCコンバータ12a〜12dはいずれも同一の回路で構成され、例えばDC/DCコンバータ12aは、DC/DCコンバータ回路18及び状態計測回路19で構成される。出力端子21aとDC/DCコンバータ回路18及び状態計測回路19とは接続され、出力端子21aの直流電圧は、DC/DCコンバータ回路18及び状態計測回路19に入力される。DC/DCコンバータ回路18は直流入力電圧を制御部15からの制御信号22a〜22dに基づき任意の直流電圧に変換して、DC/ACインバータ13に出力する。制御部15は制御信号22a〜22dによって、各DC/DCコンバータの入力電圧に対する出力電圧の比率(以降昇圧率と称す)Bsの情報をDC/DCコンバータ12a〜12dに送信する。例えば、DC/DCコンバータ12aの昇圧率をBsa、DC/DCコンバータ12bの昇圧率をBsb、DC/DCコンバータ12c、12dの昇圧率をBsc,Bsdとして、制御信号22a〜22dを介して各DC/DCコンバータに送信する。各DC/DCコンバータ12a〜12dは、入力電圧に昇圧率Bsa〜Bsd乗じた電圧を出力するよう、入力電圧を昇圧する。
状態計測回路19は、DC/DCコンバータ回路18の動作状態を検出する。状態計測回路19は、電圧計測機能や電流計測機能、周波数計測機能を有し、例えば電流電圧計31及び32にてDC/DCコンバータ回路18の入出力電圧や入出力電流、あるいはDC/DCコンバータ回路18内部に設けられたスイッチング回路のスイッチング周波数等を計測し、計測値をコンバータ状態判別部14に出力する。
【0013】
DC/DCコンバータ12a〜12dの出力電力は加算され、DC/ACインバータ13に入力される。DC/ACインバータ13は直流入力電力に対して直流交流変換を行い、系統電源3に交流電力を出力する。コンバータ状態判別部14は、制御部15から出力される制御信号22a〜22dと状態計測回路19で計測された計測値とから、DC/DCコンバータ12a〜12dの動作状態を判別し、判別結果を制御部15に出力する。コンバータ状態判別部14は、各DC/DCコンバータが正常動作しているか故障しているか、あるいは入力端子20a〜20dに太陽電池ユニットが未接続状態であるか等を判別することが出来る。
コンバータ状態判別部14におけるDC/DCコンバータ12a〜12d個々の状態判別方法はいろいろ考えられる。例えば状態計測回路19にてDC/DCコンバータ回路18の入力電圧と出力電圧を常時計測し、一定期間入力電圧が0Vである場合、コンバータ状態判別部14はコンバータ切替回路11を介して接続される太陽電池ユニットが存在しないと判断する。また各DC/DCコンバータ12a〜12dが、制御部15からの制御信号22a〜22dにて入力電圧に対して所定の電圧値に昇圧するよう制御されたにもかかわらず、状態計測回路19のDC/DCコンバータ回路18の出力電圧が入力電圧に対して昇圧されていない場合、コンバータ状態判別部14はDC/DCコンバータ回路18が故障していると判断する。
制御部15は太陽電池ユニット2a、2bからの出力電力に対して、MPPT制御を行う。このために制御部15はDC/DCコンバータ12a〜12dに対して、DC/DCコンバータ12a〜12dの入力電圧を昇圧/降圧する制御量を、制御信号22a〜22dとして出力する。また制御部15は、コンバータ状態判別部14からの各DC/DCコンバータ12a〜12dの状態に関する判断結果から、コンバータ切替回路11を制御して、コンバータ切替回路11の各出力端子21a〜21を、入力端子20a〜20dのいずれかと接続状態とするか、あるいはどの入力端子とも接続しない非接続状態とするかのいずれかに設定する。
【0014】
次に、パワーコンディショナ1が日中正常に動作している最中に、DC/DCコンバータ12a〜12dのうち、DC/DCコンバータ12bのみが故障した場合のパワーコンディショナ1の動作の一例を、図2及び図3を用いて説明する。図2はDC/DCコンバータ12bが故障した際のパワーコンディショナ1の全体構成図で、図1と同一構成である。また図3は、パワーコンディショナ1における動作フロー図である。
太陽電池ユニット2a、および2bがコンバータ切替回路11の入力端子20aおよび20bに接続され、入力端子20c、20dには太陽電池ユニットが接続されていない。
太陽電池ユニット2a、2bからの発電が正常に行なわれている日中において、コンバータ切替回路11内の接続スイッチ11a〜11dは、制御部15からの制御信号30により、接続スイッチ11aは入力端子20aと出力端子21a、接続スイッチ11bは入力端子20bと出力端子21b、接続スイッチ11cは入力端子20cと出力端子21c、接続スイッチ11dは入力端子20dと出力端子21dを接続する。この結果、太陽電池ユニット2a、2bの発電電力はDC/DCコンバータ12a、12bに入力される。また入力端子20c及び入力端子20dには太陽電池ユニットが接続されていないので、DC/DCコンバータ12cとDC/DCコンバータ12dの出力電力は0となる。よってDC/DCコンバータ12aとDC/DCコンバータ12bの出力電力のみが加算されて、DC/ACインバータ13に入力される。また、各DC/DCコンバータ12a〜12dの昇圧率Bsa〜Bsdは、Via〜VidをDC/DCコンバータ12a〜12dの入力電圧、Voa〜VodをDC/DCコンバータ12a〜12dの出力電圧とすると、制御部15からはBsa=Voa/Via、Bsb=Vob/Vib (昇圧率Bsa>1,BSb>1),Bsc=Bsd=1という値が制御信号22a〜22dを介して各DC/DCコンバータ12a〜12dに設定され、各DC/DCコンバータ12a〜12dはこの昇圧率にて昇圧動作を行う。
【0015】
ここで、各DC/DCコンバータの状態計測回路19は以下の計測値をコンバータ状態判別部14に出力する(S1)。
DC/DCコンバータ12aの入力電圧=Via>0、出力電圧=Voa>0
DC/DCコンバータ12bの入力電圧=Vib>0、出力電圧=0
DC/DCコンバータ12cの入力電圧=0、出力電圧=0
DC/DCコンバータ12dの入力電圧=0、出力電圧=0
コンバータ状態判別部14は、上記状態計測回路19からの計測値と、制御信号22a〜22dにより得られる各DC/DCコンバータ12a〜12dの昇圧率Bsa〜Bsdとを用いて、各DC/DCコンバータの状態を以下のように正常動作、故障状態、未使用状態のいずれに該当するかを判定する(S2)。
(i)DC/DCコンバータ12aは入力電圧と出力電圧の関係から、昇圧率Bsa=Voa/Viaとなり、制御部15からの指示通り昇圧/降圧処理が行われるので正常状態。
(ii)DC/DCコンバータ12bは、制御部15から設定された昇圧率Bsb>1であるにもかかわらず、出力電圧=0なので故障状態。
(iii)DC/DCコンバータ12c、12dは入力電圧が0なので、DC/DCコンバータ12c、12dは未使用状態。
制御部15は、コンバータ状態判別部14の判定結果(S2)から、各DC/DCコンバータ12a〜12dに故障があるか否かを検出し、全てのDC/DCコンバータ12a〜12dに故障が発見されない場合は処理を終了する(S3)。DC/DCコンバータに故障が発見された場合、すなわちDC/DCコンバータ12bが故障していることが検出された場合、制御部15は未使用状態のDC/DCコンバータの有無を検出する(S4)。未使用のDC/DCコンバータが検出できない場合は処理を終了するが、未使用のDC/DCコンバータが存在する場合、すなわちDC/DCコンバータ12c、12dが未使用であることが検出された場合、制御部15は、故障したDC/DCコンバータ12bの入力端子に接続される接続スイッチ11bを非接続状態に設定する。さらに制御部15は、故障したDC/DCコンバータ12bに接続されていた太陽電池ユニット2bからの出力電力が未使用のDC/DCコンバータ12cに入力されるよう、すなわち太陽電池ユニット2bとDC/DCコンバータ12cとが接続状態になるように接続スイッチ11cを設定する(S5)。この結果、故障したDC/DCコンバータ12bに接続されていた太陽電池ユニット2bの発電電力は、引き続き未使用のDC/DCコンバータ12cを介して、正常に動作しているDC/DCコンバータ12aの出力電力と加算されて、DC/ACインバータ13へ出力される。
【0016】
本実施の形態においては、DC/DCコンバータが故障した場合も代替のDC/DCコンバータを用いることにより、故障したDC/DCコンバータに接続されていた太陽電池ユニットの発電を継続することが可能となることから、DC/DCコンバータの故障時における太陽電池ユニットからの発電電力の損失を極力防ぐことができる。
また、DC/DCコンバータが故障した際に、正常に動作する未使用のDC/DCコンバータが存在する場合は、故障したDC/DCコンバータを修理することなく発電が継続できる。この結果、故障個所の修理のためにパワーコンディショナ全体を停止する必要がないので、修理費用を抑制しつつ、太陽電池ユニットからの出力電力を最大限使用することができる。
さらに、故障したDC/DCコンバータの修理を行う場合も、修理が完了するまでの間、未使用のDC/DCコンバータを利用して応急的に発電を継続することが可能であるので、DC/DCコンバータの故障による太陽電池ユニットからの発電の停止状態を最小限に抑え、故障修理が完了するまので間に発電された電力を有効に使用することができる。
【0017】
なお、図1図2では、パワーコンディショナ1全体の制御を制御部15にて実施し、あらかじめ定められた処理方法によって、コンバータ切替回路11を制御していたが、パワーコンディショナ1の外部からコンバータ切替回路11を制御できるようにしてもよい。
図4は、図1のパワーコンディショナ1に外部通信部17を加え、パワーコンディショナ1がインターネット4を介して外部機器5と接続されるように構成したものである。外部機器5は例えばパソコンや、スマートホン等の情報端末などのネットワーク経由にて情報を送受信できるものである。図2において制御部15はコンバータ状態判別部14からの情報をもとにコンバータ切替回路11を制御していたが、この制御を外部機器5にて行う。具体的には、外部機器5はインターネット4、外部通信部17を介して制御部15にアクセスする。また、制御部15は外部機器5からアクセスされた場合は、外部機器5からの制御指示により制御部15が持つ情報、例えばコンバータ状態判別部14から得た各DC/DCコンバータの動作状態等を外部機器5に対して送信する。また制御部15は、外部機器5からコンバータ切替回路11の制御命令を受信した場合は、外部機器5からの命令を優先してコンバータ切替回路11を制御する。
外部機器5は、制御部15から外部通信部17、インターネット4を経由して制御部15の持つDC/DCコンバータ12a〜12dの動作状態の情報を受信し、この情報を用いて制御部15に対してコンバータ切替回路11の制御信号を送信する。
このように構成することにより、制御部15にて行うコンバータ切替回路11への制御を、パワーコンディショナ1の外部に設けられた外部機器5にて制御することが可能になる。この結果、外部機器5は制御部15であらかじめ想定しているコンバータ切替回路11の切替方法とは異なる任意の切替方法を用いてコンバータ切替回路11の制御を行うことが可能となり、制御部15にて想定された制御以外の、パワーコンディショナ1の状態により適したコンバータ切替回路11を行うことができる。さらに外部機器5においては、パワーコンディショナ1ネットワークを介して遠隔地より監視することができるので、DC/DCコンバータ12a〜12dが制御部15であらかじめ想定していない故障状態の場合にも、任意の制御方法にてコンバータ切替回路11を制御できる。この結果あらゆるDC/DCコンバータの故障状態に対応したコンバータ切替回路11の制御を行うことができるので、DC/DCコンバータ故障時の太陽電池ユニットの発電電力の損失をさらに抑えることができる。
【0018】
実施の形態2.
この発明の実施の形態2のパワーコンディショナ100について、図5図6図7図8を用いて説明する。なお、図5中、図1と同一符号は同一または相当部分を示す。図5における図1図2との差異は、すべてのDC/DCコンバータ12に各太陽電池ユニットが接続され、図1の構成に運転状況蓄積部16を新たに設けている。運転状況蓄積部16は、各太陽電池ユニットの発電量のデータとしてコンバータ状態判別部14から出力されるDC/DCコンバータ12a〜12d個々の過去の動作状態の情報を蓄積し、制御部15からの要求に応じて蓄積した情報を制御部15に出力するものである。また制御部15は、運転状況蓄積部16に蓄積されたDC/DCコンバータ12a〜12dの動作状態をもとに、コンバータ切替回路11を制御するものであり、他の構成については図2と同一符号は同一機能を有する。
実施の形態1においては、DC/DCコンバータ12bが故障した際には太陽電池ユニットが接続されていない未使用のDC/DCコンバータ12cを検出し、故障したDC/DCコンバータ12bの代替として使用することにより、太陽電池ユニット2bの発電電力の利用を継続するものであった。本実施の形態2におけるパワーコンディショナ100は、DC/DCコンバータ故障時に代替のDC/DCコンバータを選択する方法として、各DC/DCコンバータの出力電力値をデータとして蓄積し、未使用のDC/DCコンバータが存在しない場合には、その発電電力量がもっとも少ないDC/DCコンバータを故障したDC/DCコンバータの代替えとして使う方法について説明する。
【0019】
以下、図5について各部の動作を説明する。パワーコンディショナ100において、太陽電池ユニット2a〜2dは入力端子20a〜20dに接続されており、パワーコンディショナ100が正常動作時は、太陽電池ユニット2a〜2dは接続スイッチ11a〜11dによってDC/DCコンバータ12a〜12dと一対一で電気的に接続されている。この状態では太陽電池ユニット2a〜2dの出力電力は、接続スイッチ11a〜11dを介して、DC/DCコンバータ12a〜12dに入力され、制御信号22a〜22dから得られる昇圧率の情報に基づき、昇圧を行う。DC/DCコンバータ12a〜12dの出力電力は加算されてDC/ACインバータ13に出力される。
コンバータ状態判別部14は、DC/DCコンバータ12a〜12dの動作状態、例えば各DC/DCコンバータ12a〜12dが正常動作しているか故障しているか、あるいは入力端子20a〜20dに太陽電池ユニットが接続されているのか否か等を判別し、判別結果を制御部15および運転状況蓄積部16に出力する。また、コンバータ状態判別部14は、状態計測回路19にて計測されたDC/DCコンバータ12a〜12d個々の出力電力値を制御部15および運転状況蓄積部16に出力する。
運転状況蓄積部16は、コンバータ状態判別部14が出力したDC/DCコンバータ12a〜12d個々の出力電力値を一定期間蓄積し、各DC/DCコンバータ12a〜12dの出力電力量の積算値を算出し、この値を蓄積する。なお、この蓄積された出力電力量の積算値は、制御部15からの要求があれば、随時制御部15へ出力することができる。また、運転状況蓄積部16はDC/DCコンバータ12a〜12d個々の正常動作/故障状態/未使用状態を示す情報を一定期間蓄積し、制御部15からの要求があれば、この蓄積情報を制御部15に出力する。
制御部15は、コンバータ状態判別部14から得られるDC/DCコンバータ12a〜12d個々の動作状態の情報と、運転状況蓄積部16から得られる、DC/DCコンバータ12a〜12d個々の過去の出力電力値の情報をもとに、接続スイッチ11a〜11dを制御する。
なお、運転状況蓄積部16に蓄積する情報は、上述のように各DC/DCコンバータ12a〜12d個々の出力電力量を蓄積するだけでもよいし、コンバータ切替回路11の接続情報を利用して各太陽電池ユニット2a〜2dの発電量として蓄積してもよい。さらに運転状況蓄積部16は、太陽電池ユニット2a〜2dとコンバータ切替回路11の間から直接発電量を入手して、各太陽電池ユニット2a〜2dの発電量として蓄積してもよい。
【0020】
ここで制御部15における接続スイッチ11a〜11dの制御方法の説明のために、一例としてDC/DCコンバータ12a〜12d個々で発生した過去の出力電力量の積算値がそれぞれPa、Pb、Pc、Pd(Pa>Pc>Pb>Pd)であった時の制御方法について説明する。またこの状態で、DC/DCコンバータ12bが故障し、それ以外のDC/DCコンバータは正常に動作している場合を想定する。なお、パワーコンディショナ100の構成において、太陽電池ユニット2a〜2dの発電電力はそのまま各DC/DCコンバータ12a〜12dの入力電力となるので、DC/DCコンバータ12a〜12dの入力電力または出力電力量を計測することにより、太陽電池ユニット2a〜2d個々の発電電力を得ることができる。
【0021】
DC/DCコンバータ12bに故障が発生すると、コンバータ状態判別部14はDC/DCコンバータ12bのみ故障状態であり、他のDC/DCコンバータ12a、12c、12dは正常状態であることを検出し、その検出結果を制御部15に出力する。制御部15は、DC/DCコンバータ12bの故障を検出した場合、コンバータ状態判別部14における各DC/DCコンバータの12a〜12dの動作状態の情報から、未使用のDC/DCコンバータが存在するか否かを検出する。未使用のDC/DCコンバータが存在する場合は、実施の形態1にて説明したように、未使用のDC/DCコンバータを故障したDC/DCコンバータ12bの代替えとして使用し、太陽電池ユニット2bからの発電電力を継続してDC/ACインバータ13に供給する。未使用のDC/DCコンバータが存在しない場合、制御部15は、コンバータ状態判別部から得られた検出結果と、運転状況蓄積部16に蓄積された各DC/DCコンバータ12a〜12d個々の過去の積算出力電力量の値とから、太陽電池ユニット2a〜2dにおける個々の積算出力電力量Pa、Pb、Pc、Pdを運転状況蓄積部16から読み出す。
さらに、制御部15は、故障したDC/DCコンバータ12bに接続されている太陽電池ユニット2bの積算出力電力量Pbと、他の太陽電池ユニット2a、2c、2dの積算出力電力量Pa、Pc、Pdを運転状況蓄積部16から読み出して比較する。ここで、Pa>Pc>Pb>Pdであることから、太陽電池ユニット2bの積算出力電力量Pbより発電量が少ないのは積算出力電力量Pdの太陽電池ユニット2dである。この結果から、今後も太陽電池ユニット2dによる発電出力は、故障したDC/DCコンバータ12bに接続されていた太陽電池ユニット2bに比べ少ないと推定できる。
以上のことから、パワーコンディショナ100においては、一番発電量の少ない太陽電池ユニット2dからの発電電力を使用せずに、太陽電池ユニット2bの発電電力を優先して使用する。すなわち故障したDC/DCコンバータ12bに代えて、太陽電池ユニット2dに接続されていたDC/DCコンバータ12dを用いて発電電力を継続使用する。これによりDC/DCコンバータの故障によるパワーコンディショナ100全体の発電量の低下を抑えた状態で発電を継続することができる。
【0022】
次に図5におけるパワーコンディショナ100の具体的な動作について、図6図7図8を用いて説明する。図6図7図8はこの発明の実施の形態2に示すパワーコンディショナ100の動作を示すフロー図である。パワーコンディショナ100は、太陽電池ユニット2a〜2dが接続されており、通常動作時、各太陽電池ユニット2a〜2dの発電電力はコンバータ切替回路11を介してDC/DCコンバータ12a〜12dに一対一で入力する。DC/DCコンバータ12a〜12dの出力電力は加算されたのちDC/ACインバータ13に出力され、直流交流変換の処理を行ったのち交流電力は系統電源3に出力される。
また、各DC/DCコンバータ12a〜12dの昇圧率Bsa〜Bsdは、Via〜VidをDC/DCコンバータ12a〜12dの入力電圧、Voa〜VodをDC/DCコンバータ12a〜12dの出力電圧とすると、制御部15はBsa=Voa/Via>1、Bsb=Vob/Vib>1,Bsc=Voc/Vic>1、Bsd=Vod/Vid>1という値が制御信号22a〜22dを介して各DC/DCコンバータ12a〜12dに設定され、各DC/DCコンバータ12a〜12dはこの昇圧率にて昇圧動作を行う。
ここで、状態計測回路19にて検出される各DC/DCコンバータ12a〜12dの動作状態、例えばDC/DCコンバータ12a〜12dの出力電圧値および出力電流値は、コンバータ状態判別部14に出力される(S11)。ここで、各DC/DCコンバータ12a〜12dの入出力電圧は以下の通りである。
DC/DCコンバータ12aの入力電圧=Via>0、出力電圧=Voa>0
DC/DCコンバータ12bの入力電圧=Vib>0、出力電圧=Voa=0
DC/DCコンバータ12cの入力電圧=Vic>0、出力電圧=Voc>0
DC/DCコンバータ12dの入力電圧=Vid>0、出力電圧=Vod>0
【0023】
コンバータ状態判別部14は、各DC/DCコンバータの出力電圧値と、制御信号22a〜22dにより得られるDC/DCコンバータの昇圧率Bsa〜Bsdとを用いて、各DC/DCコンバータの状態を、正常状態/故障/未使用のいずれの状態であるかを判定する。ここでコンバータ状態判別部14におけるDC/DCコンバータの12a〜12dの動作状態を以下のように判定する。
(i)DC/DCコンバータ12aの昇圧率は入力電圧と出力電圧の関係から、Voa/Via=Bsaとなり、制御部15から指示のあった昇圧率にて昇圧/降圧処理が行われるので正常状態と判断。同様に、DC/DCコンバータ12cの昇圧率=Voc/Vic=Bsc、12dの昇圧率=Vod/Vid=Bsdとなり、正常状態と判断。
(ii)DC/DCコンバータ12bは、昇圧率=Vob/Vib=0となり、制御部15から設定された昇圧率Bsb>1と異なるので故障状態と判断。
(iii)(i)、(ii)の判別結果から、未使用のDC/DCコンバータは存在しないと判断。
さらにコンバータ状態判別部14は、各状態計測回路19から出力されるDC/DCコンバータ12a〜12d個々における現在の出力電圧値および出力電流値から、DC/DCコンバータ個々の現在の出力電力を算出する。コンバータ状態判別部14は制御部15にDC/DCコンバータ12a〜12dの動作状態を出力するとともに、運転状況蓄積部16にDC/DCコンバータ12a〜12dの消費電力量を出力する(S12)。
【0024】
制御部15は、コンバータ状態判別部14から出力されたDC/DCコンバータの動作状態の情報から、故障したDC/DCコンバータの有無を確認する(S13)。各DC/DCコンバータ12a〜12dに故障が無い場合は処理を終了するが、DC/DCコンバータ12a〜12dのうちいずれかの故障を検出した場合、制御部15は接続スイッチ11a〜11dを制御して、故障したDC/DCコンバータとそれに接続される太陽電池ユニット(A)との電気的接続を開放する(S14)。
【0025】
次に制御部15は、コンバータ状態判別部14から、各DC/DCコンバータ12a〜12dの動作状態の情報から、未使用のDC/DCコンバータの存在を判別する(S15)。未使用のDC/DCコンバータが存在する場合は、故障したDC/DCコンバータ12bの入力端子と、太陽電池ユニット2bとを接続する接続スイッチ11bを開放状態にする(S16)。さらに、接続スイッチ11a〜11dを制御して、太陽電池ユニット2bと未使用のDC/DCコンバータとを接続状態にする(S17)。
S15にて、未使用のDC/DCコンバータが存在しないと判断された場合、制御部15は、運転状況蓄積部16からDC/DCコンバータ12a〜12dすべてにおける過去の積算出力電力量を読み出す。ここで、正常に動作しているDC/DCコンバータの中から、過去最も出力電力が少ないDC/DCコンバータの積算出力電力量(a)と、故障したDC/DCコンバータの過去の積算出力電力量(b)とを比較する(S18)。ここで制御部15は、(a)≧(b)の場合は、特に処理を行わず現在発電している太陽電池ユニットからの発電を継続使用する。一方(a)<(b)の場合は、接続スイッチ11a〜11dを操作して正常に動作しているDC/DCコンバータの中で最も積算出力電力量の少ないDC/DCコンバータと、それに接続されている太陽電池ユニット(B)との電気的な接続を開放する(S19)。さらに制御部15は、接続スイッチ11a〜11dを操作して、正常に動作しているDC/DCコンバータの中で最も積算出力電力量の少ないDC/DCコンバータ(B)と、故障したDC/DCコンバータに接続されている太陽電池ユニット(A)とを電気的に接続する(S20)。この結果、故障したDC/DCコンバータに接続されていた太陽電池ユニット(A)からの発電電力は、正常動作していたDC/DCコンバータ(B)を用いて、他の正常に動作しているDC/DCコンバータの出力電力と加算され、系統電源3に出力される。
【0026】
次に図5におけるパワーコンディショナ100における動作について、各太陽電池ユニットの積算出力電力量に具体的な数値を用いて説明する。なお、各太陽電池ユニット2a〜2dにおける、過去の積算出力電力量Pa〜Pdについては、それぞれPa=2000Wh、Pb=1000Wh、Pc=1500Wh、Pd=800Wh(Pa>Pc>Pb>Pd)とする。
パワーコンディショナ100において、各DC/DCコンバータ12a〜12dの動作状態及び各太陽電池ユニット2a〜2dにおける過去の発電電力量の積算値は、S11〜S13によって、運転状況蓄積部16に保存される。ここで、DC/DCコンバータ12bのみが故障し、他のDC/DCコンバータ12a、12c、12dは正常な場合は、運転状況蓄積部16に保存されているDC/DCコンバータ12bの動作状態の情報はS12にて“故障中”、DC/DCコンバータ12a、12c,12dは“正常状態”と記録される。制御部15は、S13にてDC/DCコンバータ12bが故障中であることを検知すると、S14にて接続スイッチ11bを制御して太陽電池ユニット2bとDC/DCコンバータ12bの電気的な接続を開放する。次にS15にて未使用状態のDC/DCコンバータが存在しないことを確認する。
ここで、正常に動作しているDC/DCコンバータ12a、12c、12dの過去の積算出力電力の中で最も少ないのはDC/DCコンバータ12dのPd=800Wh、一方故障したDC/DCコンバータ12bの過去の積算出力電力量Pb=1000Whであり、Pd<Pbとなる(S18)。この結果、S19にてDC/DCコンバータ12dと、それに接続されている太陽電池ユニット2dは接続スイッチ11dにより電気的に開放される。この後S20にて太陽電池ユニット2bとDC/DCコンバータ12dが接続スイッチ11dによって電気的に接続される。この結果、太陽電池ユニット2bの発電電力は、DC/DCコンバータ12dを介して他のDC/DCコンバータ12a、12c、12dの出力電力とともに加算され、DC/ACインバータ13を経由して交流電力を系統電源3に出力する。
【0027】
本実施の形態においては、各DC/DCコンバータ12a〜12dに接続された太陽電池ユニットにおける過去の発電電力量の積算値を算出し、DC/DCコンバータの故障を検知した際に未使用のDC/DCコンバータが存在しない場合は、一番積算発電量の少ない太陽電池ユニットに接続されたDC/DCコンバータを故障したDC/DCコンバータと入れ替えて発電を続けるように動作させる。この結果、各DC/DCコンバータ12a〜12dに故障が発生した際には、過去の積算発電量の多い太陽電池ユニットを優先して動作させることができるので、DC/DCコンバータの故障時もパワーコンディショナ全体の出力電力量を極力低下させずにパワーコンディショナを継続運転できる。
【0028】
なお、前記図5から図8では、パワーコンディショナ100において正常動作しているDC/DCコンバータ12a〜12dの中から、各DC/DCコンバータの過去の積算発電電力量を用いて、故障したDC/DCコンバータ12bの代替のDC/DCコンバータを選択していた。しかし各DC/DCコンバータ12a〜12dの過去の積算発電電力量以外に、各DC/DCコンバータ12a〜12dの過去の平均発電電力量を運転状況蓄積部16に蓄積し、制御部15にてこの情報を用いて代替のDC/DCコンバータを選択するようにしてもよい。
例えば、複数の太陽電池ユニットの接続されたパワーコンディショナにおいて、一部の太陽電池ユニットが未接続の状態で運転中、新たに太陽電池ユニットが追加接続された場合は、この太陽電池ユニットに関する過去の積算発電電力量を用いることができない。このような場合には、太陽電池ユニットに接続されたDC/DCコンバータの中から、過去の平均発電電力量が少ないDC/DCコンバータを代替えとして選択することができる。
【0029】
具体的には各DC/DCコンバータ12a〜12dに接続された太陽電池ユニットにおける現在の発電電力を運転状況蓄積部16から読み出し、DC/DCコンバータの故障を検知した際には、正常に動作しているDC/DCコンバータの中から一番発電電力の少ない太陽電池ユニットに接続されたDC/DCコンバータを故障したDC/DCコンバータと入れ替えて発電を続ける。
この結果、DC/DCコンバータの故障が発生した際には現在の発電電力が大きい太陽電池ユニットからの発電電力を優先して使用することから、DC/DCコンバータの故障に伴うパワーコンディショナ全体の出力電力量を極力低下させずにパワーコンディショナを継続運転できる。
【符号の説明】
【0030】
1 :パワーコンディショナ
2a :太陽電池ユニット
2b :太陽電池ユニット
2c :太陽電池ユニット
2d :太陽電池ユニット
3 :系統電源
4 :インターネット
5 :外部機器
11 :コンバータ切替回路
11a :接続スイッチ
11b :接続スイッチ
11c :接続スイッチ
11d :接続スイッチ
12 :DC/DCコンバータ
12a :DC/DCコンバータ
12b :DC/DCコンバータ
12c :DC/DCコンバータ
12d :DC/DCコンバータ
13 :DC/ACインバータ
14 :コンバータ状態判別部
15 :制御部
16 :運転状況蓄積部
17 :外部通信部
18 :DC/DCコンバータ回路
19 :状態計測回路
20a :入力端子
20b :入力端子
20c :入力端子
20d :入力端子
21a :出力端子
21b :出力端子
21c :出力端子
21d :出力端子
22a :制御信号
22b :制御信号
22c :制御信号
22d :制御信号
30 :制御信号
31 :電流電圧系
100 :パワーコンディショナ
Bsa :昇圧率
Bsb :昇圧率
Pa :積算出力電力量
Pb :積算出力電力量
Pc :積算出力電力量
Pd :積算出力電力量
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8