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JP2002165357A - 電力変換装置およびその制御方法、および発電システム - Google Patents

電力変換装置およびその制御方法、および発電システム

Info

Publication number
JP2002165357A
JP2002165357A JP2000360201A JP2000360201A JP2002165357A JP 2002165357 A JP2002165357 A JP 2002165357A JP 2000360201 A JP2000360201 A JP 2000360201A JP 2000360201 A JP2000360201 A JP 2000360201A JP 2002165357 A JP2002165357 A JP 2002165357A
Authority
JP
Japan
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deterioration
capacitor
power
suppression
inverter
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2000360201A
Other languages
English (en)
Inventor
Masaki Suzui
正毅 鈴井
Masamichi Kurokami
誠路 黒神
Nobuyoshi Takehara
信善 竹原
Naoki Manabe
直規 真鍋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2000360201A priority Critical patent/JP2002165357A/ja
Priority to US09/993,655 priority patent/US6678174B2/en
Publication of JP2002165357A publication Critical patent/JP2002165357A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
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    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
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  • Photovoltaic Devices (AREA)
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  • Control Of Electrical Variables (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インバータを備える太陽光発電システムにお
いては、該インバータにおける平滑コンデンサが劣化す
るとインバータの運転は中断されるため、発電量の損失
は免れなかった。 【解決手段】 劣化判定部２１１においてコンデンサ２
４が劣化していると判定されると、出力抑制部２１２に
よってインバータ２の出力電流を抑制しつつ、インバー
タ２自体は運転を継続する。また、コンデンサの劣化が
警告部２１３より警告される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電力変換装置および
その制御方法、および発電システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、数ｋＷ〜数十ｋＷの太陽電池と、
該太陽電池より発生した直流電力を交流電力に変換する
電力変換装置（電圧型インバータ）を組み合わせた一般
住宅用の太陽光発電システムが普及している。
【０００３】一般に、直流電力を交流電力に変換する電
圧型インバータにおいては、インバータ主回路の入力部
に平滑コンデンサを備えている。この平滑コンデンサは
その劣化に伴い、静電容量が低下することによって平滑
コンデンサの端子間電圧や直流電流のリップル成分が増
加する。そこで、特開平７−２２２４３６号に開示され
ているように、平滑コンデンサのリップル成分を検出す
ることによって、その寿命を判定する技術が知られてい
る。
【０００４】これにより、従来のインバータにおいて
は、平滑コンデンサの劣化が検出されるとその運転を停
止し、劣化した平滑コンデンサが交換されるまでは運転
を再開しないように制御していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述したようなインバ
ータを備える太陽光発電システムにおいては、該インバ
ータにおける平滑コンデンサが劣化すると、該コンデン
サが交換されるまでインバータの運転は中断されるた
め、システムにおいて発電量の損失は免れなかった。
【０００６】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
であり、平滑コンデンサが劣化した場合でも適切な運転
を継続する電力変換装置およびその制御方法、および発
電システムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は以下の構成を備える。
【０００８】すなわち、コンデンサを有する電力変換装
置であって、前記コンデンサの劣化を判定する劣化判定
手段と、該劣化判定手段によって前記コンデンサの劣化
が判定された場合に、該電力変換装置における最大出力
値を抑制する出力抑制手段と、を有することを特徴とす
る。
【０００９】例えば、前記出力抑制手段は、前記最大出
力値が所定値以下となるまで、所定の抑制量単位で抑制
を繰り返すことを特徴とする。
【００１０】例えば、前記出力抑制手段は、前記最大出
力値の抑制量の総和が所定値を超えると該電力変換装置
の出力を停止させることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る一実施形態に
ついて、図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】＜第１実施形態＞ ●発明概要 本実施形態においては、太陽光発電システムを構成する
電力変換装置（インバータ）において、平滑コンデンサ
の劣化検出およびそれに伴う制御を行う。
【００１３】一般に、太陽光発電システムのインバータ
においては、快晴時に１００％の出力が要求される。し
かしながら、本発明者等の研究によれば、例えば日本に
おける標準日射時間は該システムの全稼動時間の数％に
過ぎない。このような事実を考慮すると、たとえば寿命
により静電容量が減少した平滑コンデンサを、その出力
を制限した状態（リップル抑制をした状態）で使用し
て、該システムを運転したとしても、総発電量に対して
さほどの影響は与えずに済むと考えられる。
【００１４】そこで本実施形態においては、太陽光発電
システムにおけるインバータが必ずしも１００％出力の
状態で使用されるものでは無く、むしろ１００％出力が
要求される場合は少ないという事実に鑑み、平滑コンデ
ンサの劣化時でもインバータの最大出力電流を抑制して
インバータの運転を継続することを特徴とする。なお、
平滑コンデンサの直流電流におけるリップル成分はイン
バータ出力と相関関係にあるため、本実施形態において
は該リップル成分に基づいて平滑コンデンサの劣化を判
断する。
【００１５】●システム構成 図１は、本実施形態の電力変換装置（インバータ）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。本システムは、太陽電池１、系統連系インバータ
２、負荷３、および系統４によって構成される。
【００１６】太陽電池１は、アモルファスシリコン、微
結晶シリコン、多結晶シリコン、単結晶シリコン、ある
いはこれらの組み合わせ、あるいは化合物半導体などを
用いた各種太陽電池である。太陽電池１はさらに、一次
電池や二次電池、燃料電池などの各種直流電源であって
もよい。また、回転形発電機等の各種交流電源を整流し
たもの、またはこれらの組み合わせであっても何ら問題
はない。更に、これら直流電源や交流電源が電圧源であ
るか電流源であるかは問わない。太陽電池１として通常
は、複数の太陽電池モジュールを並列に組み合わせて所
望の電圧および電流が得られるようにアレイ構成を採用
するが、太陽電池１自体の構成や数量は、本実施形態に
おいては重要でない。
【００１７】負荷３は、電熱負荷や電動機負荷など、電
力を消費する各種負荷もしくは、該負荷と他の分散系の
系統連系発電システム群であってもよい。
【００１８】系統４は、２００［Ｖ］６０［Ｈｚ］の商
用系統であり、系統４に他の分散形の系統連系発電シス
テム郡や前記負荷群が接続されても何ら問題はない。
【００１９】以下、系統連系インバータ２（以下、単に
「インバータ２」と称する）の詳細構成について説明す
る。
【００２０】インバータ２は主として、電流検出部２
１、電圧検出部２２、コンバータ部２３、コンデンサ２
４、電圧検出部２６、インバータ部２７、電流検出部２
８、インバータ制御部２１０、劣化判定部２１１、出力
抑制部２１２、警告部２１３、で構成される。
【００２１】電流検出部２１は、インバータ２の入力直
流電流を検出し、電流信号Ｓ２１をインバータ制御部２
１０へ出力する。
【００２２】電圧検出部２２は、インバータ２の入力直
流電圧を検出し、電圧信号Ｓ２２をインバータ部制御部
２１０へ出力する。
【００２３】コンバータ部２３は、コンデンサやインダ
クタ、ダイオード、ＳＷ素子等で構成される一般的なチ
ョッパ回路であり、入力される太陽電池の出力電圧を昇
圧し、コンデンサ２４を充電する。また、太陽電池１の
最大電力点追従制御（Maximum Power Point Tracking、
以下、「ＭＰＰＴ」と称する）を行う。
【００２４】コンデンサ２４は、コンバータ部２３の出
力とインバータ部２７の入力を接続する平滑コンデンサ
である。
【００２５】電圧検出部２６は、コンデンサ２４の端子
間電圧を検出し、電圧信号Ｓ２６をインバータ制御部２
１０および劣化判定部２１１へ出力する。
【００２６】インバータ部２７は、ＳＷ素子のフルブリ
ッジ回路、フィルタリアクトル等で構成される一般的な
インバータ回路であり、コンデンサ２４の端子間電圧で
ある直流電圧をＳＷ素子でスイッチングすることによっ
て矩形波状の交流電圧波形を出力する。なお、フィルタ
リアクトルは矩形波状の交流電流波形を正弦波状に成形
する。
【００２７】電流検出部２８は、インバータ部２７の出
力電流を検出し、電流信号Ｓ２８をインバータ制御部２
１０および出力抑制部２１２へ出力する。
【００２８】インバータ制御部２１０は、インバータ２
を統括的に制御し、電流信号Ｓ２１，Ｓ２８および電圧
信号Ｓ２２，Ｓ２６および、出力抑制部２１２からの最
大出力電流指令値信号Ｓ２１２１を入力し、コンバータ
部２３およびインバータ部２７の各ＳＷ素子のゲート駆
動信号を出力する。
【００２９】劣化判定部２１１は、電圧信号Ｓ２６を入
力してコンデンサ２４の劣化を判定し、劣化信号Ｓ２１
１を出力抑制部２１２へ出力する。
【００３０】出力抑制部２１２は、インバータ２の出力
電力の抑制を指示するために、劣化信号Ｓ２１１および
電流信号Ｓ２８を入力し、最大出力電流指令値信号Ｓ２
１２１をインバータ制御部２１０および警告部２１３へ
出力する。
【００３１】警告部２１３は、最大出力電流指令値信号
Ｓ２１２１が入力された場合に劣化警告信号を発信する
ことによって、コンデンサ２４の劣化を警告する。尚、
警告部２１３は、劣化警告信号Ｓ２１２１として光や音
または機械振動、あるいは電気信号や光信号等を出力す
ることによって、コンデンサ２４の劣化を人や情報端末
等に伝達するが、もちろん伝達方法はこれらに限定され
ず、オペレータや情報端末等にコンデンサ２４の劣化
（および／または劣化の予告）が伝達できれば、どのよ
うな方法を用いても良い。
【００３２】尚、コンバータ部２３やインバータ部２７
のＳＷ素子は、パワートランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ、Ｉ
ＧＢＴ、ＧＴＯなど、あるいはこれらの組み合わせを含
めた各種自己消弧形ＳＷ素子等で構成されるが、素子の
種類は特に限定されない。
【００３３】以下、インバータ２の制御方法について、
詳細に説明する。
【００３４】通常、インバータ制御部２１０は、電圧信
号Ｓ２６が一定電圧となるように、電圧信号Ｓ２６を監
視して、インバータ部２７の出力電流を制御するゲート
信号をインバータ部２７へ出力する。更に、コンバータ
部２３が太陽電池１の出力電圧を昇圧し、そして、太陽
電池１のＭＰＰＴを行うゲート信号をコンバータ部２３
へ出力する。尚、これらの制御技術は周知であるため、
ここでは詳細な説明は省略する。
【００３５】本発明のインバータ２における特徴的な構
成要素は、劣化判定部２１１および出力抑制部２１２で
ある。以下、これらの詳細を図２および図３を参照して
説明する。
【００３６】図２は、劣化判定部２１１の機能構成を示
すブロック図である。劣化判定部２１１は、積分演算回
路２１１０、判定開始電圧設定部２１１１、レベル比較
器２１１２、リップル検出部２１１３、積分演算回路２
１１４、許容リップル電圧設定部２１１５、レベル比較
器２１１６により構成される。
【００３７】積分演算器２１１０は、電圧検出部２６で
検出された電圧信号Ｓ２６を入力し、その積分結果であ
る積分結果信号Ｓ２１１０をレベル比較器２１１２へ出
力する。判定開始電圧設定部２１１１は、コンデンサ２
４の劣化判定の開始を判断するための電圧信号Ｓ２６の
閾値として判定開始電圧値を設定し、開始電圧信号Ｓ２
１１１をレベル比較器２１１２へ出力する。そしてレベ
ル比較器２１１２では、積分結果信号Ｓ２１１０および
開始電圧信号Ｓ２１１１および電圧信号Ｓ２６を入力
し、積分結果信号Ｓ２１１０が開始電圧信号Ｓ２１１１
を超える場合に、電圧信号Ｓ２６をリップル検出部２１
１３へ出力する。
【００３８】リップル検出部２１１３は、入力された電
圧信号Ｓ２６からリップル成分を抽出した結果を、リッ
プル信号Ｓ２１１３として積分演算回路２１１４へ出力
する。積分演算回路２１１４は、リップル信号Ｓ２１１
３の積分結果であるリップル積分結果信号Ｓ２１１４
を、レベル比較器２１１６へ出力する。
【００３９】許容リップル電圧設定部２１１５は、電圧
信号Ｓ２６のリップル成分の許容上限値を設定し、リッ
プル上限値信号Ｓ２１１５をレベル比較器２１１６へ出
力する。レベル比較器２１１６は、リップル積分結果信
号Ｓ２１１４およびリップル上限値信号Ｓ２１１５を入
力し、リップル積分結果信号Ｓ２１１４がリップル上限
値信号Ｓ２１１５を超える場合に、コンデンサ２４に劣
化が生じていると判断し、劣化信号Ｓ２１１を出力す
る。
【００４０】なお、積分演算回路２１１４におけるリッ
プル信号Ｓ２１１３の積分は単位時間ごとに行われ、該
単位時間内で積分されたリップル積分結果信号Ｓ２１１
４が出力された後に、該信号は一旦クリアされ、次の単
位時間分の積分が開始される。従って、レベル比較器２
１１６における比較は、積分演算回路２１１４における
積分の単位時間間隔で行われる。
【００４１】図３は、出力抑制部２１２の機能構成を示
すブロック図である。出力抑制部２１２は、電流上限算
出器２１２１、レベル比較器２１２２で構成される。
【００４２】電流上限算出器２１２１は、劣化判定部２
１１より劣化信号Ｓ２１１を入力すると、インバータ２
の最大出力電流について後述する図７に示す１段階分の
抑制を指示する最大出力電流指令値信号Ｓ２１２１を、
レベル比較器２１２２へ出力する。
【００４３】レベル比較器２１２２は、最大出力電流指
令値信号Ｓ２１２１および電流信号Ｓ２８を入力し、電
流信号Ｓ２８が最大出力電流指令値信号Ｓ２１２１より
も大きい場合に、最大出力電流指令値信号Ｓ２１２１を
出力する。これにより、インバータ２の最大出力電流
は、最大出力電流指令値信号Ｓ２１２１によって抑制さ
れる。
【００４４】ここで、劣化判定部２１１のリップル検出
部２１１３におけるリップル抽出方法について、図４を
参照して説明する。図４（ａ）は本実施形態における電
圧信号Ｓ２６の実測値を示し、横軸は時間ｔで単位は
［ｓｅｃ］、縦軸は電圧信号Ｓ２６で単位は［Ｖ］であ
る。また、図４の（ｂ）は同じくリップル信号Ｓ２１１
３の実測値を示し、横軸は時間ｔで単位は［ｓｅｃ］、
縦軸はリップル信号Ｓ２１１３で単位は［Ｖ］である。
本実施形態では、図４（ａ）に示すように、定常運転時
の電圧信号Ｓ２６からその直流成分を差し引いた部分を
リップル成分とし、すなわち図４の（ｂ）に示す電圧成
分が電圧信号Ｓ２６のリップル成分として得られる。
【００４５】また、一般にコンデンサ２４の端子間電圧
に重畳される上記リップル成分は、インバータ部２７の
スイッチングに伴って発生している。そのため、リップ
ル成分の周波数は通常、インバータ部２７の交流出力の
周波数の整数倍（更に、交流出力の周波数が一定ならば
リップル成分の周波数も一定）である。従って、劣化判
定部２１１において周知のＦＦＴ解析等によりリップル
成分の抽出を行うことにより、リップル成分のみを的確
に抽出することが可能となり、上述した劣化判定をより
正確に行うことが可能となる。
【００４６】なお、インバータ２に入力される太陽電池
１の発電電力をより多く出力するために、上述した１段
階分の最大出力電流の抑制量としては、インバータ制御
部２１０等の能力が許す限りより細かい設定を可能とす
ることが望ましい。例えば、後述する試験においては、
この１段階分の抑制量を、０．２２５［Ａ］に設定し
た。
【００４７】なお、劣化判定部２１１や出力抑制部２１
２をインバータ制御部２１０に内蔵することも可能であ
り、実際にはそのような構成を採用することが望まし
い。なぜなら、インバータ制御部２１０はほとんどの場
合、マイコンを使用したディジタル制御を行うために算
術演算ユニットやメモリを有しており、劣化判定部２１
１および出力抑制部２１２を容易に実現可能とするため
である。
【００４８】●制御フローチャート 以上説明した本実施形態における制御を、図５を参照し
て詳細に説明する。図５は、本実施形態におけるインバ
ータ２の出力電流の抑制方法を示すフローチャートであ
る。
【００４９】まずステップＳＴ２において、インバータ
２が定常運転状態であるかが判断される。具体的には、
レベル比較器２１１２において電圧信号Ｓ２６の積分結
果（積分結果信号Ｓ２１１０）が開始電圧信号Ｓ２１１
１を超えるか否かを判断し、超えればすなわち、コンデ
ンサ２４の端子間電圧が所定の判定開始電圧を超えてい
るため、インバータ２は定常運転状態であると判断して
ステップＳＴ３へ進む。なお、該判定が否であれば処理
はステップＳＴ２に戻る。
【００５０】次にステップＳＴ３においては、レベル比
較器２１１６においてリップル積分結果信号Ｓ２１１４
がリップル上限値信号Ｓ２１１５を超えるか否かを判断
し、超える場合はステップＳＴ４へ進み、そうでなけれ
ばステップＳＴ２へ戻る。
【００５１】ステップＳＴ４では、インバータ２の最大
出力電流が後述するように１段階分だけ抑制される。
【００５２】そしてステップＳＴ５においては、リップ
ル積分結果信号Ｓ２１１４がリップル上限値信号Ｓ２１
１５を超えるか否かを再度判断し、超える場合はステッ
プＳＴ２へ戻り、超えなければ本抑制動作を終了する。
【００５３】以上の出力電流抑制制御により、インバー
タ２はリップル積分結果信号Ｓ２１１４を用いてコンデ
ンサ２４の劣化判定を行い、劣化が検出されると、リッ
プル積分結果信号Ｓ２１１４がリップル上限値信号Ｓ２
１１５以下となるように制御されることにより、その最
大出力電流が抑制される。
【００５４】上述したような最大出力電流制御によって
得られる効果について、図６を参照して説明する。図６
は、太陽電池１の１日の発電電力に対する、コンデンサ
２４の劣化に伴う損失量を表した概念図であり、（Ａ）
は本実施形態の太陽光発電システムにおける出力電流の
抑制に伴う損失量を示し、（Ｂ）は従来の太陽光発電シ
ステムにおける運転停止に伴う損失量を表す。なお、両
図において、横軸が１日の時間経過（日の出〜日の入ま
で）、縦軸が太陽電池の発電電力を示す。
【００５５】図６（Ａ）で示されるように、本実施形態
の出力電流の抑制に伴う電力損失は、日中の発電電力の
ピーク付近のみに限定される。一方、図６（Ｂ）に示す
ように、平滑コンデンサの劣化時にインバータの運転を
停止させた場合には、それ以降の発電電力、場合によっ
ては１日の大半の発電電力を失うことになる。
【００５６】しかも、本実施形態においては、リップル
上限値信号Ｓ２１１５に対応する発電量を超える分が損
失となるため、図６（Ａ）からも分かるように、特に曇
天時など１日を通じて発電電力が小さい場合には、全く
損失が発生しないこともある。もちろん、１年間を通じ
た発電電力においても、同様のことが言える。
【００５７】このように本実施形態においては、コンデ
ンサ２４の劣化時でもインバータ２の最大出力電流を抑
制してインバータの運転を継続することにより、太陽電
池１の発電電力の損失を抑制することができる。
【００５８】●動作確認（試験結果） 以下、上述した本実施形態における制御を試験的に検証
した結果について説明する。すなわち、以下に示す条件
のもとで、太陽電池１が直流電力を出力し、この直流電
力をコンバータ部２３で昇圧した後、インバータ部２７
で商用の交流電力へ変換して負荷３や系統４へ供給する
動作（通常動作）について試験した。
【００５９】［試験条件］まず、試験条件を示す。
【００６０】図４に示されるように、インバータ２の定
常運転時のコンデンサ２４の端子間電圧は約３２０
［Ｖ］であることから、劣化判定を開始するコンデンサ
２４の端子間電圧、すなわち、開始電圧信号Ｓ２１１１
を、３２０［Ｖ］に２０［Ｖ］のマージンを設けた３０
０［Ｖ］に設定した。ただしマージンは、劣化判定に誤
差を生じない範囲で設定すれば良く、特にこの値には限
定されない。
【００６１】また、一般にコンデンサ２４の端子間電圧
に重畳されるリップル成分は、インバータ２の出力波形
の歪として出力されるため、リップル上限値信号Ｓ２１
１５はこの歪み率が負荷３の許容レベル以下に収まる範
囲に設定する必要がある。そこで本実施形態において
は、コンデンサ２４を様々な静電許容量のコンデンサと
置き換え、それぞれのコンデンサにおけるリップル成分
と、インバータ２の出力波形に含まれるリップル成分を
測定し、系統連系インバータ２の認証試験で規定され
た、出力電流波形の各次歪み率３％、総合歪み率５％を
満足するリップル上限値信号Ｓ２１１５として、４
［Ｖ］を選択した。
【００６２】また、通常のシステムにおいては１０００
［μＦ］の静電容量を持つコンデンサ２４を、９００
［μＦ］の静電容量を有するコンデンサと置き換えるこ
とによって、コンデンサ２４の劣化に伴う静電容量の減
少を模擬的に実現した。
【００６３】その他の試験条件としては、太陽電池１の
出力は４．７［ｋＷ］、インバータ２の発電電力は４．
５［ｋＷ］、出力電流（インバータ２の最大出力電流）
は２２．５［Ａ］、出力電圧は２００［Ｖ］（一定）と
した。また、上述した１段階分の最大出力電流の抑制量
としては、インバータ制御部２１０等の能力が許す限り
の細かい設定として、最大出力電流２２．５［Ａ］の１
％、すなわち０．２２５［Ａ］に設定した。なお、警告
部２１３としては赤色のＬＥＤを用いた。
【００６４】［試験結果］上述した条件でコンデンサ２
４の劣化した状態を模擬することにより、本実施形態に
おける出力電流抑制動作の確認試験を行った。その結果
を図７に示す。
【００６５】図７の上部及び下部はそれぞれ、該試験に
おける最大出力電流指令値信号Ｓ２１２１及びリップル
積分結果信号Ｓ２１１４（縦軸）の時間推移を示す図で
あり、横軸が時刻ｔを示す。
【００６６】本試験においては、時刻ｔ(1)で劣化判定
部２１１の電源を投入した。するとこれと同時に、出力
抑制部２１２より一回目の一段階分の抑制を指示する最
大出力電流指令値信号Ｓ２１２１が出力され、これによ
り、抑制前の最大出力電流値の１％（一段階分）だけ、
インバータ２の最大出力電流が抑制された。
【００６７】すると、時刻ｔ(1)から時刻ｔ(2)にかけ
て、リップル積分結果信号Ｓ２１１４のレベルがＲ0か
らＲ1へ減少した。
【００６８】その後更に、上記の動作が繰り返されてイ
ンバータ２の最大出力電流が１％ずつ抑制されていくこ
とにより、時刻ｔ(Q)から時刻ｔ(Q+1)にかけて、リップ
ル積分結果信号Ｓ２１１４がリップル上限値信号Ｓ２１
１５以下であるＲQまで減少した。
【００６９】この時点で、出力抑制に関する一連の制御
を完了し、インバータ２はそのまま運転を継続した。な
お、最大出力電流指令値信号Ｓ２１２１の出力と同時
に、警告部２１３において劣化警告信号を発信してＬＥ
Ｄを点灯させ、コンデンサ２４の劣化を報知した。
【００７０】ここで、出力抑制部２１２より最大出力電
流指令値信号Ｓ２１２１が出力される周期Ｔ（＝ｔ(2)
−ｔ(1)）は、劣化判定部２１１および出力抑制部２１
２およびインバータ制御部２１０等、インバータ制御系
の処理速度に依存する。一般に、本発明における出力抑
制動作は特に高速性を要しないため、周期Ｔは０．０１
〜０．１［ｓｅｃ］程度で十分である。本実験において
は、出力抑制量および上記インバータ制御系の処理能力
を考慮して、Ｔ＝０．１［ｓｅｃ］とした。
【００７１】以上説明したように本実施形態によれば、
太陽光発電システムのインバータにおいて、平滑コンデ
ンサの劣化が検出された場合でも、その最大出力電流値
を抑制して運転を継続させることにより、太陽電池から
の入力電力を有効に活用することができる。
【００７２】更に、平滑コンデンサの劣化を警告するこ
とにより、平滑コンデンサの交換作業の効率化が望め
る。
【００７３】なお、本実施形態においては、コンデンサ
２４の劣化判定をその端子間電圧に重畳されたリップル
成分に基づいて行ったが、コンデンサ２４のリップル電
流を用いて劣化判定を行ってもよい。また、特許第２９
６０４６９号にて開示されているように、コンデンサ２
４の温度上昇に基づいて劣化判定を行うことも可能であ
る。このように、コンデンサ２４の温度上昇を観測する
とその故障をも検出することができるため、より安全な
電力変換装置を提供することができる。
【００７４】なお、本発明の本質は、コンデンサ２４が
劣化した場合にインバータ２の最大出力（あるいは単に
出力）を抑制することにある。従って、上記構成要素群
は、この本発明の本質を歪めない範囲ならば、その位置
や構成物についていかなる変更も可能である。ただし、
本発明におけるコンデンサ２４の劣化とは、コンデンサ
２４の故障等、何らかの異常が発生した場合も含む。
【００７５】例えば、本実施形態においては系統連系シ
ステムを例として説明したが、系統連系しない独立シス
テムであっても、本発明は同様に適用可能である。
【００７６】＜第２実施形態＞以下、本発明に係る第２
実施形態について説明する。
【００７７】第２実施形態においては、コンデンサ２４
の端子間電圧のリップル成分によりコンデンサ２４の劣
化を判定し、劣化と判断した場合に、リップル積分結果
信号Ｓ２１１４がリップル上限値Ｓ２１１５以下となる
ように最大出力電流を抑制する点は、上述した第１実施
形態と同様である。
【００７８】第２実施形態においては、第１実施形態の
抑制動作を繰り返す際に、抑制量の累計が抑制前の最大
出力電流値の所定割合を超えた場合に、コンデンサ２４
は既に寿命であると判断する。そしてコンデンサが寿命
である判断された場合にはインバータの運転を停止して
負荷および系統より解列し、更に、警告部２１３より寿
命警告信号を出力することを特徴とする。
【００７９】以下、第２実施形態における特に第１実施
形態と異なる点について、詳細に説明する。
【００８０】●システム構成 図８は、第２実施形態におけるインバータ５を用いた太
陽光発電システムの構成を示す図である。同図において
上述した第１実施形態に示す図１と同様の構成には同一
番号を付し、説明を省略する。
【００８１】出力抑制部５１２は、インバータ５の出力
電力の抑制を指示するために、劣化信号Ｓ２１１および
電流信号Ｓ２８を入力し、最大出力電流指令値信号Ｓ２
１２１をインバータ制御部２１０、警告部２１３、およ
び遮断器駆動回路２１４へ出力する。
【００８２】警告部２１３は、最大出力電流指令値信号
Ｓ２１２１が入力された場合に劣化警告信号を発信する
ことによって、コンデンサ２４の劣化を警告する。ま
た、最大出力電流をゼロとするような最大出力電流指令
値信号Ｓ２１２１が入力された場合には、寿命警告信号
を発信する。
【００８３】遮断器駆動回路２１４は遮断器２９の駆動
回路であり、最大出力電流をゼロとするような最大出力
電流指令値信号Ｓ２１２１が入力された場合に、遮断信
号を遮断器２９へ出力する。
【００８４】遮断器２９は、遮断器駆動回路２１４によ
って駆動されるインバータ５の解列手段であり、インバ
ータ５を負荷３および系統４から解列する。なお、遮断
器２９においては、機械式スイッチまたは半導体スイッ
チ等の遮断手段を問わない。
【００８５】図９は、出力抑制部５１２の機能構成を示
すブロック図である。出力抑制部５１２は、カウンタ２
１２０、電流上限算出器２１２１、レベル比較器２１２
２で構成される。
【００８６】カウンタ２１２０は、劣化判定部２１１よ
り劣化信号Ｓ２１１を入力して該入力回数ｎをカウント
し、該カウント結果をカウント信号Ｓ２１２０として電
流上限値算出器２１２１へ出力する。
【００８７】電流上限算出器２１２１は、カウント信号
Ｓ２１２０を入力し、１つカウントアップされる度に、
後述する図１１に示す１段階分の最大出力電流の抑制を
指示する最大出力電流指令値信号Ｓ２１２１を、レベル
比較器２１２２へ出力する。また、ｎ＝３１であるカウ
ント信号Ｓ２１２０を入力した場合には、最大出力電流
をゼロとする最大出力電流指令値信号Ｓ２１２１を出力
する。
【００８８】レベル比較器２１２２は、最大出力電流指
令値信号Ｓ２１２１および電流信号Ｓ２８を入力し、電
流信号Ｓ２８が最大出力電流指令値信号Ｓ２１２１より
も大きい場合に、最大出力電流指令値信号Ｓ２１２１を
出力する。
【００８９】●制御フローチャート 図１０は、第２実施形態におけるインバータ５の出力電
流の抑制方法を示すフローチャートである。
【００９０】まずステップＳＴ１において、カウンタ２
１２０のカウントｎをゼロクリアする。そして、第１実
施形態と同様の最大出力電流制御（ＳＴ２〜ＳＴ４）を
行った後、ステップＳＴ７においてカウントｎに１を加
算する。そしてステップＳＴ８において、カウントｎが
３１であればステップＳＴ９へ進み、３１でなければス
テップＳＴ２へ戻る。
【００９１】ここで図１０によれば、出力抑制部５１２
より最大出力電流が１段階分抑制される（ＳＴ４）毎
に、カウンタ２１２０におけるカウントｎが１加算され
る（ＳＴ７）ことが分かる。第２実施形態においてはこ
の１段階の抑制量を、第１実施形態と同様に抑制前の最
大出力電流値の１％とする。従って、ステップＳＴ８に
おいてｎが３１に等しいと判断された時点で、総抑制量
が抑制前の最大出力電流のｎ＝３０に相当する値、すな
わち３０％を超えたと判断される。
【００９２】そして３０％を超えていた場合、ステップ
ＳＴ９においてインバータ５の運転を停止する。
【００９３】以上の処理により、インバータ５はリップ
ル積分結果信号Ｓ２１１４がリップル上限値信号Ｓ２１
１５以下となるように制御されることにより、その最大
出力電流が抑制される。そして、その後再びリップル積
分結果信号Ｓ２１１４がリップル上限値信号Ｓ２１１５
を超えた場合には同様の抑制動作が繰り返され、これま
での出力電流の抑制量の累計、すなわち総抑制量が抑制
前の最大出力電流の所定割合（この場合３０％）を超え
た時点で、インバータ５の運転が停止される。
【００９４】なお、ここでは出力電流の抑制量の限界と
して抑制前の３０％を設定したが、これはコンデンサの
寿命を考慮に入れて設定された値であれば良く、従って
抑制量の限界値は特にこの値に限定されない。
【００９５】●動作確認（試験結果） 以下、第２実施形態における制御を試験的に検証した結
果について説明する。該試験は、基本的に上述した第１
実施形態における試験と同様の条件下において実行した
が、試験用のコンデンサ２４の容量を５００［μＦ］と
した点のみが異なる。
【００９６】［試験結果］第２実施形態における出力電
流抑制動作の確認試験結果を図１１に示す。第１実施形
態に示す図７と同様に、図１１の上部及び下部はそれぞ
れ、該試験における最大出力電流指令値信号Ｓ２１２１
及びリップル積分結果信号Ｓ２１１４（縦軸）の時間推
移を示す図である。
【００９７】本試験においても時刻ｔ(1)で劣化判定部
２１１の電源を投入した。その後、出力抑制部５１２よ
り一段階分（抑制前の最大出力電流値の１％）の抑制を
指示する最大出力電流指令値信号Ｓ２１２１が出力され
ることによる抑制動作が、３１回繰り返されることによ
り、時刻ｔ(1)から時刻ｔ(31)にかけて、リップル積分
結果信号Ｓ２１１４のレベルがＲ0からＲ30へ減少し
た。
【００９８】ここで、リップル積分結果信号Ｓ２１１４
のレベルＲ30は、リップル上限値信号Ｓ２１１５よりも
高いものの、初期の最大出力電流の３０％を超えた値に
相当する。従って、時刻ｔ(31)において３１回目の抑制
動作が終了した時点で、出力制御部５１２より最大出力
電流をゼロとする最大出力電流指令値信号Ｓ２１２１が
出力され、これによりインバータ５が運転を停止した。
そして更に遮断器２９によって、インバータ５は負荷３
および系統４から解列された。
【００９９】なお、本試験においても、最大出力電流指
令値信号Ｓ２１２１の出力と同時に、警告部２１３にお
いて劣化警告信号を発信してＬＥＤを点灯させ、コンデ
ンサ２４の劣化を報知した。また、最大出力電流をゼロ
とする最大出力電流指令値信号Ｓ２１２１の出力と同時
に、寿命警告信号を発信して前記ＬＥＤを点滅させ、コ
ンデンサ２４の寿命を報知した。
【０１００】以上説明したように第２実施形態によれ
ば、太陽光発電システムのインバータにおいて、平滑コ
ンデンサの劣化が検出された場合に、その最大出力電流
値を抑制して運転を継続させるとともに、抑制量の累計
が抑制前の最大出力電流値の所定割合を超えた場合に、
該コンデンサが寿命であると判断してインバータの運転
を停止させることにより、より安全なインバータが提供
できる。
【０１０１】更に、平滑コンデンサの寿命を警告するこ
とにより、平滑コンデンサの交換作業の効率化が望め
る。
【０１０２】なお、第２実施形態におけるコンデンサ２
４の劣化判定も、第１実施形態と同様にリップル積分結
果信号Ｓ２１１４とリップル上限値信号Ｓ２１１５との
比較に基づいて行うとして説明したが、該劣化判定をリ
ップル電流の時間積算量に基づいて行うことも可能であ
る。
【０１０３】＜第３実施形態＞以下、本発明に係る第３
実施形態について説明する。
【０１０４】図１２は、第３実施形態におけるインバー
タ６を用いた太陽光発電システムの構成を示す図であ
る。同図において上述した第２実施形態に示す図８と同
様の構成には同一番号を付し、説明を省略する。
【０１０５】以下、第３実施形態における特に第２実施
形態と異なる点について説明する。
【０１０６】第３実施形態におけるインバータ６は、コ
ンバータ部２３を備えない点、およびコンデンサ２４の
劣化判定を電圧信号Ｓ２２を用いて行う点、を特徴とす
る。
【０１０７】電圧検出部２２は、インバータ６に対する
入力直流電圧（コンデンサ２４の端子間電圧）を検出
し、これを電圧信号Ｓ２２としてインバータ制御部２１
０および劣化判定部２１１へ出力する。劣化判定部２１
１におけるコンデンサ２４の劣化判定処理は、入力信号
を電圧信号Ｓ２２とする点が異なるのみであり、その他
の制御は上述した第２実施形態と同様であるため、ここ
では詳細な説明を省略するインバータ制御部２１０はイ
ンバータ６すなわち、インバータ部２７を制御する手段
であり、電流信号Ｓ２１、電流信号Ｓ２８、電圧信号Ｓ
２２、電圧信号Ｓ２６、および最大出力電流指令値信号
Ｓ２１２１を入力して、インバータ部２７のＳＷ素子に
対するゲート駆動信号を出力する。
【０１０８】なお、第３実施形態においてはインバータ
部２７で太陽電池１のＭＰＰＴを行うが、この制御技術
は周知であるため、ここでは詳細な説明は省略する。た
だし、コンデンサ２４の端子間電圧はＭＰＰＴ動作によ
り変動するため、劣化判定部２１１におけるリップル成
分の抽出の際にＦＴＴ解析等を用いれば、より効果的な
抽出が可能となる。
【０１０９】●動作確認（試験結果） 以下、第３実施形態における制御を試験的に検証した結
果について説明する。該試験は、上述した第１実施形態
における試験と同様の条件下において実行した。
【０１１０】［試験結果］第３実施形態における出力電
流抑制動作の確認試験の結果、上述した第２実施形態の
場合と同様に、インバータ６の最大出力電流の抑制動作
が３１回繰り返され、リップル積分結果信号、すなわち
出力電流の総抑制量が初期の最大出力電流の３０％を最
初に超えた時刻ｔ(31)において、出力抑制部５１２より
最大出力電流をゼロとする最大出力電流指令値信号Ｓ２
１２１が出力され、これによりインバータ６は運転を停
止した。そして更に遮断器２９によって、インバータ６
は負荷３および系統４から解列された。
【０１１１】なお、本試験においても、最大出力電流指
令値信号Ｓ２１２１の出力と同時に、警告部２１３にお
いて劣化警告信号を発信してＬＥＤを点灯させ、コンデ
ンサ２４の劣化を報知した。また、最大出力電流をゼロ
とする最大出力電流指令値信号Ｓ２１２１の出力と同時
に、寿命警告信号を発信して前記ＬＥＤを点滅させ、コ
ンデンサ２４の寿命を報知した。
【０１１２】以上説明したように第３実施形態によれ
ば、インバータへの入力直流電圧に基づいてコンデンサ
の劣化判定を行った場合でも、出力電流制御を適切に行
うことを可能とし、上述した第２実施形態と同様の効果
が得られる。
【０１１３】なお、第３実施形態においては、コンデン
サ２４の劣化判定を電圧信号Ｓ２２に基づいて行うとし
て説明したが、これを電流信号Ｓ２１を用いて行うこと
も可能である。
【０１１４】
【他の実施形態】なお、本発明は、複数の機器（例えば
太陽電池、インバータ装置、ホストコンピュータ、イン
タフェイス機器、その他電気機器など）から構成される
システムに適用しても、一つの機器からなる装置（例え
ば、太陽電池内蔵型装置など）に適用してもよい。
【０１１５】また、本発明の目的は、前述した実施形態
の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記
録した記憶媒体（または記録媒体）を、システムあるい
は装置に供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュ
ータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納された
プログラムコードを読み出し実行することによっても、
達成されることは言うまでもない。この場合、記憶媒体
から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施
形態の機能を実現することになり、そのプログラムコー
ドを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。
また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実
行することにより、前述した実施形態の機能が実現され
るだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、
コンピュータ上で稼働しているオペレーティングシステ
ム（ＯＳ）などが実際の処理の一部または全部を行い、
その処理によって前述した実施形態の機能が実現される
場合も含まれることは言うまでもない。
【０１１６】さらに、記憶媒体から読み出されたプログ
ラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張カー
ドやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わ
るメモリに書込まれた後、そのプログラムコードの指示
に基づき、その機能拡張カードや機能拡張ユニットに備
わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行い、
その処理によって前述した実施形態の機能が実現される
場合も含まれることは言うまでもない。
【０１１７】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、平
滑コンデンサが劣化した場合でも適切な運転を継続する
電力変換装置およびその制御方法、および太陽光発電シ
ステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施形態のインバータを用い
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】本実施形態における劣化判定部の構成を示すブ
ロック図である。
【図３】本実施形態における出力抑制部の構成を示すブ
ロック図である。
【図４】本実施形態において検出されるリップル成分を
説明するための図である。
【図５】本実施形態における出力電流の抑制方法を示す
フローチャートである。
【図６】本実施形態における発電電力の損失量を説明す
る図である。
【図７】本実施形態における出力電流抑制動作の試験結
果を示す図である。
【図８】本発明に係る第２実施形態のインバータを用い
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９】第２の実施形態における出力抑制部の構成を示
すブロック図である。
【図１０】第２実施形態における出力電流の抑制方法を
示すフローチャートである。
【図１１】第２実施形態における出力電流抑制動作の試
験結果を示す図である。
【図１２】本発明に係る第３実施形態のインバータを用
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。
【符号の説明】
１ 太陽電池 ２，５，６ 系統連系インバータ ３ 負荷 ４ 系統 ２１，２８ 電流検出部 ２２，２６ 電圧検出部 ２３ コンバータ部 ２４ コンデンサ ２７ インバータ部 ２９ 遮断器 ２１０ インバータ制御部 ２１１ 劣化判定部 ２１２，５１２ 出力抑制部 ２１３ 警告部 ２１４ 遮断器駆動回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｍ 7/48 Ｈ０１Ｌ 31/04 Ｋ (72)発明者 竹原 信善 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 真鍋 直規 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 Ｆターム(参考） 5F051 BA11 KA03 KA10 5G053 AA06 BA04 BA06 CA02 CA04 DA01 DA03 EA01 EA03 EB01 EB09 FA01 5H007 AA05 AA08 AA17 BB07 CC12 DC02 DC05 FA04 5H420 BB14 CC03 DD03 EA49 EB19 EB37 EB39 FF03 FF04 FF22 FF25 GG03 LL04

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 コンデンサを有する電力変換装置であっ
    て、 前記コンデンサの劣化を判定する劣化判定手段と、 該劣化判定手段によって前記コンデンサの劣化が判定さ
    れた場合に、該電力変換装置における最大出力値を抑制
    する出力抑制手段と、を有することを特徴とする電力変
    換装置。
  2. 【請求項２】 前記出力抑制手段は、前記最大出力値が
    所定値以下となるまで、所定の抑制量単位で抑制を繰り
    返すことを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
  3. 【請求項３】 前記出力抑制手段は、前記最大出力値の
    抑制量の総和が所定値を超えると該電力変換装置の出力
    を停止させることを特徴とする請求項２記載の電力変換
    装置。
  4. 【請求項４】 前記出力抑制手段は、前記抑制量の総和
    が抑制前の最大出力値の所定割合を超えると、該電力変
    換装置の出力を停止させることを特徴とする請求項３記
    載の電力変換装置。
  5. 【請求項５】 前記所定割合は、３０％であることを特
    徴とする請求項４記載の電力変換装置。
  6. 【請求項６】 前記抑制量単位は、抑制前の最大出力値
    の１％であることを特徴とする請求項２記載の電力変換
    装置。
  7. 【請求項７】 前記コンデンサは、電力変換装置の入力
    部に備えられた平滑コンデンサであることを特徴とする
    請求項１乃至３のいずれかに記載の電力変換装置。
  8. 【請求項８】 前記劣化判定手段は、前記コンデンサの
    端子間電圧のリップル成分に基づいて劣化を判定するこ
    とを特徴とする請求項７記載の電力変換装置。
  9. 【請求項９】 前記劣化判定手段は、前記コンデンサの
    直流電流のリップル成分に基づいて劣化を判定すること
    を特徴とする請求項７記載の電力変換装置。
  10. 【請求項１０】 前記劣化判定手段は、前記コンデンサ
    の温度上昇に基づいて劣化を判定することを特徴とする
    請求項７記載の電力変換装置。
  11. 【請求項１１】 さらに、前記劣化判定手段によって前
    記コンデンサの劣化が判定された場合に、該コンデンサ
    の劣化を警告する警告手段を有することを特徴とする請
    求項１乃至３のいずれかに記載の電力変換装置。
  12. 【請求項１２】 さらに、前記劣化判定手段によって前
    記コンデンサの劣化が判定された場合に該コンデンサの
    劣化を警告し、前記出力抑制手段における抑制量の総和
    が所定値を超えると該コンデンサが寿命である旨を警告
    する警告手段を有することを特徴とする請求項３記載の
    電力変換装置。
  13. 【請求項１３】 直流電源と、該直流電源から出力され
    る直流電力を交流電力に変換する電力変換装置と、該交
    流電力によって動作する負荷とによって構成される発電
    システムであって、 前記電力変換装置が、請求項１乃至１２のいずれかに記
    載の電力変換装置であることを特徴とする発電システ
    ム。
  14. 【請求項１４】 前記直流電源が太陽電池であることを
    特徴とする請求項１３記載の発電システム。
  15. 【請求項１５】 コンデンサを有する電力変換装置の制
    御方法であって、 前記コンデンサの劣化を判定する劣化判定工程と、 該劣化判定工程において前記コンデンサの劣化が判定さ
    れた場合に、該電力変換装置における最大出力値を抑制
    する出力抑制工程と、を有することを特徴とする電力変
    換装置の制御方法。
  16. 【請求項１６】 前記出力抑制工程においては、前記最
    大出力値が所定値以下となるまで、所定の抑制量単位で
    抑制を繰り返すことを特徴とする請求項１５記載の電力
    変換装置の制御方法。
  17. 【請求項１７】 前記出力抑制工程においては、前記最
    大出力値の抑制量の総和が所定値を超えると該電力変換
    装置の出力を停止させることを特徴とする請求項１６記
    載の電力変換装置の制御方法。
  18. 【請求項１８】 コンピュータで実行されることによっ
    て請求項１５乃至１７のいずれかに記載の電力変換装置
    の制御方法を実現するプログラム。
  19. 【請求項１９】 請求項１８記載のプログラムを記録し
    た記録媒体。
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