功率調節器、太陽能電池系統以及異常判斷方法
2023-05-29 10:41:16 3
功率調節器、太陽能電池系統以及異常判斷方法
【專利摘要】本發明涉及功率調節器、太陽能電池系統以及異常判斷方法。期望在不增加電晶體等新的電路的情況下就能檢測出太陽能電池等電源的短路電流值。控制部通過控制連接部的電壓，在使第一升壓電路的輸出側電壓高於第一升壓電路的輸入側電壓的狀態下，接通第一開關，使第一電源的輸出端子之間短路，形成第一電源的第一閉合電路。電流值獲取部通過控制部控制連接部的電壓，在第一升壓電路的輸出側電壓高於第一升壓電路的輸入側電壓的狀態下，在接通第一開關期間獲取在第一閉合電路中流動的第一短路電流值。電源異常判斷部根據對第一短路電流值和基於第一電源的特性預先確定的第一基準電流值的比較來判斷第一電源是否異常。
【專利說明】功率調節器、太陽能電池系統以及異常判斷方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及功率調節器、太陽能電池系統以及異常判斷方法。
【背景技術】
[0002]在判斷太陽能電池等電源是否異常的情況下，有時將電源的短路電流值作為參數使用。在專利文獻I中公開了這樣的太陽能發電系統:經由在串聯了多個太陽能電池模塊的串(string)中並聯的電晶體來形成串的閉合電路，從而檢測串的短路電流值。
[0003]專利文獻1:特開2001-257377號公報
【發明內容】
[0004]期望在無需增加電晶體等新的電路的情況下檢測太陽能電池等電源的短路電流值。
[0005]本發明的一個實施方式涉及的功率調節器是使從第一電源輸出的直流電升壓並將升壓後的直流電轉換成交流電後輸出到系統電源側的功率調節器，具備:第一升壓電路，具有在第一電源的輸出端子之間連接的第一開關，通過接通斷開第一開關，使來自第一電源的直流電升壓；逆變器，將從第一升壓電路輸出的直流電轉換成交流電；連接部，連接第一升壓電路的輸出側和逆變器的輸入側；控制部，通過控制連接部的電壓使第一升壓電路的輸出側電壓高於第一升壓電路的輸入側電壓的狀態下，接通第一開關，使第一電源的輸出端子之間短路，形成第一電源的第一閉合電路；短路電流值獲取部，通過控制部控制連接部的電壓，從而在第一升壓電路的輸出側電壓高於第一升壓電路的輸入側電壓的狀態下，在接通第一開關期間獲取在第一閉合電路中流動的第一短路電流值；電源異常判斷部，所述電源異常判斷部根據對第一短路電流值和基於第一電源的特性預先確定的第一基準電流值的比較來判斷第一電源是否異常。
[0006]在上述功率調節器上，第一升壓電路還可以包括防止電流從第一升壓電路的輸出側流入的第一逆電流防止電路。
[0007]上述功率調節器還具備第二升壓電路，所述第二升壓電路具有在第二電源的輸出端子之間連接的第二開關，通過接通斷開第二開關，使來自第二電源的直流電升壓，連接部將第一升壓電路的輸出側與第二升壓電路的輸出側並聯連接，控制部可以通過接通斷開上述第二開關，從而控制連接部的電壓，使第一升壓電路的輸出側電壓高於第一升壓電路的輸入側電壓。
[0008]在上述功率調節器上，控制部通過接通斷開第二開關，從而控制連接部的電壓，在不能使第一升壓電路的輸出側電壓高於第一升壓電路的輸入側電壓的情況下，可以通過控制逆變器，控制連接部的電壓，使第一升壓電路的輸出側電壓高於第一升壓電路的輸入側電壓。
[0009]在上述功率調節器上，控制部通過接通斷開第一開關來控制連接部的電壓，從而在使第二升壓電路的輸出側電壓高於第二升壓電路的輸入側電壓的狀態下，接通第二開關，使第二電源的輸出端子間短路，形成第二電源的第二閉合電路，短路電流值獲取部通過控制部接通斷開第一開關來控制連接部的電壓，在第二升壓電路的輸出側電壓高於第二升壓電路的輸入側電壓的狀態下，在接通第二開關期間獲取在第二閉合電路中流動的第二短路電流值，電源異常判斷部可以根據比較第二短路電流值和基於第二電源的特性預先確定的第二基準電流值來判斷第二電源是否異常。
[0010]在上述功率調節器上，第二升壓電路還可以包括防止電流從第二升壓電路的輸出側流入的第二逆電流防止電路。
[0011]在上述功率調節器，控制部也可以控制逆變器，通過將系統電源的電力輸出到連接部側來控制連接部的電壓，使第一升壓電路的輸出側電壓高於第一升壓電路的輸入側電壓。
[0012]本發明的一個實施方式涉及的太陽能電池系統具備:作為第一電源的第一太陽能電池和將第一太陽能電池的直流電轉換成交流電後輸出到系統電源側的上述功率調節器。
[0013]本發明的一個實施方式涉及的太陽能電池系統具備:作為第一電源的第一太陽能電池、與第一太陽能電池並聯的作為第二電源的第二太陽能電池以及將第一太陽能電池和第二太陽能電池的直流電轉換成交流電後輸出到系統電源側的上述功率調節器。
[0014]本發明的一個實施方式涉及的判斷方法，所述異常判斷方法判斷與功率調節器連接的第一電源是否異常，所述功率調節器具備:第一升壓電路，具有在第一電源的輸出端子之間連接的第一開關，通過接通斷開上述第一開關使上述第一電源的直流電升壓；逆變器，將從上述第一升壓電路輸出的直流電轉換成交流電；連接部，連接上述第一升壓電路的輸出側和上述逆變器的輸入側；功率調節器使從上述第一電源輸出的直流電升壓，將升壓後的直流電轉換成交流電後輸出到系統電源側，所述異常判斷方法包括以下步驟:通過控制連接部的電壓，在使第一升壓電路的輸出側電壓高於第一升壓電路的輸入側電壓的狀態下，接通第一開關，使第一電源的輸出端子之間短路，形成第一電源的第一閉合電路；通過控制連接部的電壓，在第一升壓電路的輸出側電壓高於第一升壓電路的輸入側電壓的狀態下，在接通第一開關期間獲取在第一閉合電路中流動的第一短路電流值；根據比較第一短路電流值和基於第一電源的特性預先確定的第一基準電流值來判斷第一電源是否異常。
[0015]在上述異常判斷方法中，功率調節器還具備第二升壓電路，所述第二升壓電路具有在第二電源的輸出端子間連接的第二開關，通過接通斷開第二開關，使第二電源的直流電升壓，連接部將第一升壓電路的輸出側和上述第二升壓電路的輸出側進行並聯連接；形成第一閉合電路的步驟可以是通過接通斷開第二開關來控制連接部的電壓，使第一升壓電路的輸出側電壓高於第一升壓電路的輸入側電壓。
[0016]在上述異常判斷方法中，形成第一閉合電路的步驟可以是通過接通斷開第二開關來控制連接部的電壓，在不能使第一升壓電路的輸出側電壓高於第一升壓電路的輸入側電壓的情況下，通過控制逆變器來控制連接部的電壓，使第一升壓電路的輸出側電壓高於第一升壓電路的輸入側電壓。
[0017]在上述異常判斷方法中，還可以包括以下步驟:通過接通斷開第一開關來控制連接部的電壓，從而在使第二升壓電路的輸出側電壓聞於第二升壓電路的輸入側電壓的狀態下，接通第二開關，使第二電源的輸出端子間短路，形成第二電源的第二閉合電路；通過接通斷開第一開關來控制連接部的電壓，在第二升壓電路的輸出側電壓高於第二升壓電路的輸入側電壓的狀態下，在接通第二開關期間獲取在第二閉合電路中流動的第二短路電流值；根據比較第二短路電流值和基於第二電源的特性預先確定的第二基準電流值來判斷第二電源是否異常。
[0018]另外，上述的發明概要並沒有列舉本發明的全部特徵。另外這些特徵群的子組合也能成為發明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1是示出本實施方式的太陽能電池系統的整體構成的一個例子的系統構成圖。
[0020]圖2是示出本實施方式的控制裝置的功能塊的一個例子的圖。
[0021]圖3是示出控制裝置判斷太陽能電池串是否異常的順序的一個例子的流程圖。
[0022]圖4是示出開關控制部將連接部的電壓控制到大於等於與作為判斷對象的太陽能電池串連接的對象的升壓電路的輸入側電壓的順序的一個例子的流程圖。
[0023]圖5是示出本實施方式的變形例的太陽能電池系統的整體構成的一個例子的系統構成圖。
[0024]圖6是示出本實施方式的變形例的控制裝置判斷太陽能電池串是否異常的順序的一個例子的流程圖。
【具體實施方式】
[0025]以下通過發明的實施方式就本發明進行說明，但以下的實施方式並不是對權利要求範圍涉及的發明的限制。另外，在實施方式中說明的特徵的全部組合併不是發明的解決方案所必須的。
[0026]圖1是示出本實施方式的太陽能電池系統的整體構成的一個例子的系統構成圖。太陽能電池系統具有多個太陽能電池串200a和200b以及功率調節器10。多個太陽能電池串200a和200b具有串聯的多個太陽能電池模塊。多個太陽能電池串200a和200b是輸出直流電壓的第一電源和第二電源的一個例子。第一電源和第二電源可以是串聯或並聯太陽能電池的太陽能電池模塊，也可以是燃料電池等太陽能電池以外的其他電源。
[0027]功率調節器10使從多個太陽能電池串200a和200b輸出的直流電壓升壓，將升壓後的直流電壓轉換成交流電壓後輸出到系統電源300偵U。
[0028]功率調節器10具備電容器Cla和Clb、升壓電路20a和20b、連接部30、電容器C2、逆變器40、線圈L2、電容器C3、互聯繼電器50、供給電源60以及控制裝置100。
[0029]電容器Cla的一端和另一端與太陽能電池串200a的正極端子和負極端子電連接，將從太陽能電池串200a輸出的直流電壓平滑化。升壓電路20a具有線圈Lla、開關Tra和二極體Da。升壓電路20a可以是斬波型開關調節器。
[0030]開關Tra是與太陽能電池串200a的正極端子和負極端子間連接的第一開關的一個例子，例如可以是絕緣柵雙極電晶體(IGBT)。線圈Lla的一端與電容器Cla的一端連接，線圈Lla的另一端與開關Tra的集電極連接。開關Tra的集電極與二極體Da的陽極連接，開關Tra的發射極與電容器Cla的另一端連接。線圈Lla在開關Tra接通期間積蓄基於來自太陽能電池串200a的電力的能量，在開關Tra斷開期間釋放所積蓄的能量。由此，升壓電路20a將太陽能電池串200a的直流電壓進行升壓。二極體Da被設置在開關Tra與連接部30之間，防止被升壓的直流電壓從升壓電路20a的輸出側流入輸入側。二極體Da是第一逆電流防止元件的一個例子。
[0031]電容器Clb的一端和另一端與太陽能電池串200b的正極端子和負極端子電連接，將從太陽能電池串200b輸出的直流電壓平滑化。升壓電路20b具有線圈Lib、開關Trb和二極體Db。升壓電路20a可以是斬波型開關調節器。
[0032]開關Trb是在太陽能電池串200b的正極端子和負極端子之間連接的第二開關的一個例子，例如可以是絕緣柵雙極電晶體(IGBT)。線圈Llb的一端與電容器Clb的一端連接，線圈Llb的另一端與開關Trb的集電極連接。開關Trb的集電極與二極體Db的陽極連接，開關Trb的發射極與電容器Clb的另一端連接。線圈Llb在開關Trb接通期間積蓄基於來自太陽能電池串200b的電力的能量，在開關Trb斷開期間釋放所積蓄的能量。由此，升壓電路20b將太陽能電池串200b的直流電壓進行升壓。二極體Db被設置在開關Trb與連接部30之間，防止被升壓的直流電壓從升壓電路20b的輸出側流入輸入側。二極體Db是第二逆電流防止元件的一個例子。
[0033]此外，升壓電路20a和20b不局限於上述的構成，例如也可以由半橋升壓電路、全橋升壓電路等具有包含初級繞組和次級繞組的變壓器繞組的絕緣型升壓電路構成。絕緣型升壓電路具有多個在太陽能電池串200a或太陽能電池串200b等電源的輸出端子之間連接的開關。多個開關與初級繞組串聯連接，通過接通斷開多個開關，在初級繞組上流動勵磁電流，在次級繞組上流動感應電流。太陽能電池系統具有的升壓電路如果是全橋升壓電路等的具有變壓器繞組的絕緣型升壓電路，則與初級繞組串聯連接且在電源的輸出端子之間連接的多個開關用作第一開關或第二開關。
[0034]連接部30將升壓電路20a的輸出側和升壓電路20b的輸出側並聯連接。電容器C2將從連接部30輸出的直流電壓平滑化。逆變器40包含開關，通過接通開關，將從升壓電路20a和20b輸出的直流電壓轉換成交流電壓。逆變器40例如可以由包含橋接的四個半導體開關的單相全橋PWM逆變器構成。在四個半導體開關中，一方的一對半導體開關被串聯連接。在四個半導體開關中，另一方的一對半導體開關被串聯且與所述一方的一對半導體開關並聯連接。
[0035]在逆變器40與系統電源300之間設置線圈L2和電容器C3。線圈L2和電容器C3從逆變器40輸出的交流電壓中去除噪聲。在電容器C3與系統電源300之間設置互聯繼電器50。通過接通互聯繼電器50，功率調節器10與系統電源300被電連接，通過斷開互聯繼電器50，功率調節器10與系統電源300被電隔斷。
[0036]供給電源60例如由電源IC晶片構成。供給電源60連接到連接部30的兩端，由從連接部30取出的直流電壓生成表示向控制裝置100提供的預先確定的電壓值的電力，將所生成的電力向控制裝置100提供。
[0037]控制裝置100為了從太陽能電池串200a和200b得到最大電力，控制升壓電路20a和20b、逆變器40的開關動作，使從太陽能電池串200a和200b輸出的直流電壓升壓，將升壓後的直流電壓轉換成交流電壓，然後輸出到系統電源300偵U。
[0038]功率調節器10還具有電壓傳感器12a和12b、電流傳感器14a和14b以及電壓傳感器16。電壓傳感器12a檢測與太陽能電池串200a兩端的電位差對應的電壓值Vain。電壓傳感器12b檢測與太陽能電池串200b兩端的電位差對應的電壓值Vbin。電流傳感器14a檢測與從太陽能電池串200a輸出的電流對應的電流值Iain。電流傳感器14b檢測與從太陽能電池串200b輸出的電流對應的電流值Ibin。電壓傳感器16檢測與連接部30的兩端的電位差對應的電壓值Vout。
[0039]在如上所述構成的太陽能電池系統上，檢測太陽能電池串200a和200b的短路電流值，根據所檢測的短路電流值判斷太陽能電池串200a和200b是否異常。
[0040]圖2是示出控制裝置100的功能塊的一個例子的圖。控制裝置100具有開關控制部102、短路電流值獲取部104、電源異常判斷部106、氣象信息獲取部108、發送接收部110、時間(timing)決定部112以及存儲部114。開關控制部102、短路電流值獲取部104、電源異常判斷部106、氣象信息獲取部108、時間決定部112以及存儲部114可以通過微型計算機構成。發送接收部110可以通過無線天線構成。
[0041]開關控制部102是控制部的一個例子，通過接通斷開升壓電路20a中的開關Tra，在接通開關Tra期間將基於來自太陽能電池串200a的電力的能量積蓄在線圈Lla中，在斷開開關Tra期間從線圈Lla中釋放能量，從而通過升壓電路20a使太陽能電池串200a的電壓升壓。開關控制部102通過接通斷開升壓電路20b中的開關Trb，在接通開關Trb期間將基於來自太陽能電池串200b的電力的能量積蓄在線圈Llb中，在斷開開關Trb期間從線圈Llb中釋放能量，從而通過升壓電路20b使太陽能電池串200b的電壓升壓。
[0042]另外，開關控制部102在獲取作為太陽能電池串200a的短路電流值的第一短路電流值的情況下，通過停止升壓電路20a的升壓動作，接通開關Tra，從而形成太陽能電池串200a的第一閉合電路。開關控制部102在獲取作為太陽能電池串200b的短路電流值的第二短路電流值的情況下，通過停止升壓電路20b的升壓動作，接通開關Trb，從而形成太陽能電池串200b的第二閉合電路。
[0043]短路電流值獲取部104在升壓電路20a的升壓動作停止時，獲取在接通開關Tra期間在第一閉合電路中流動的第一短路電流值。短路電流值獲取部104在升壓電路20b的升壓動作停止時，獲取在接通開關Trb期間在第二閉合電路中流動的第二短路電流值。
[0044]在此，供給電源60也可以從連接部30獲取用於驅動本身的電力的驅動電力。升壓電路20a的輸出側電壓低於輸入側電壓的情況下，太陽能電池串200a的一部分電流經二極體Da流入逆變器40側。由此，電容器C2兩端的電壓發生波動。即，連接部30兩端的電壓發生波動。一旦連接部30兩端的電壓發生波動，向供給電源60供應的電力就不穩定，有可能不能從供給電源60穩定地向控制裝置100供電。因此，優選使升壓電路20a的輸出側電壓的大小大於輸入側電壓的大小。由此可以防止太陽能電池串200a的一部分電流經二極體Da流入逆變器40側。因此，連接部30兩端的電壓穩定，從而向供給電源60供應的電力穩定，可以從供給電源60穩定地向控制裝置100供電。此外，供給電源60也可以直接採用來自系統電源300的電力，基於來自系統電源300的電力生成向控制裝置100供應的電力。
[0045]開關控制部102在短路電流值獲取部104獲取第一短路電流值的情況下，為了從供給電源60向控制裝置100穩定地供電，也可以通過控制連接部30的電壓，使升壓電路20a的輸出側電壓高於升壓電路20a的輸入側電壓。開關控制部102也可以通過接通斷開升壓電路20b中的開關Trb，將連接部30的電壓控制到大於等於升壓電路20a的輸入側電壓。開關控制部102在短路電流值獲取部104獲取第一短路電流值的情況下，也可以在使升壓電路20a的輸出側電壓高於升壓電路20a的輸入側電壓的狀態下，接通開關Tra，使太陽能電池串200a的輸出端子間短路，形成太陽能電池串200a的第一閉合電路。開關控制部102在短路電流值獲取部104獲取第二短路電流值的情況下，為了從供給電源60向控制裝置100穩定地供電，也可以通過控制連接部30的電壓，使升壓電路20b的輸出側電壓高於升壓電路20b的輸入側電壓。開關控制部102也可以通過控制升壓電路20a中的開關Tra，將連接部30的電壓控制到大於等於升壓電路20b的輸入側電壓。開關控制部102在短路電流值獲取部104獲取第二短路電流值的情況下，也可以在使升壓電路20b的輸出側電壓高於升壓電路20b的輸入側電壓的狀態下，接通開關Trb，使太陽能電池串200b的輸出端子間短路，形成太陽能電池串200b的第二閉合電路。
[0046]在此，由於氣象條件等，從太陽能電池串200a或太陽能電池串200b犾得的電力少，有可能通過升壓電路20a或20b的升壓動作不能使連接部30的電壓大於等於升壓電路20b的輸入側電壓或升壓電路20a的輸入側電壓。這種情況下，開關控制部102也可以通過控制逆變器40中的開關，基於來自系統電源300的電力使連接部30的電壓大於等於升壓電路20b的輸入側電壓或升壓電路20a的輸入側電壓。
[0047]開關控制部102在通過控制升壓電路20b中的開關Trb不能將連接部30的電壓控制到大於等於升壓電路20a的輸入側電壓的情況下，也可以通過接通斷開逆變器40中的各開關，向連接部30側輸出來自系統電源300的電力，從而將連接部30的電壓控制到大於等於升壓電路20a的輸入側電壓。並且，開關控制部102在通過控制升壓電路20a中的開關Tra不能將連接部30的電壓控制到大於等於升壓電路20a的輸入側電壓的情況下，也可以通過接通斷開逆變器40中的各開關，向連接部30側輸出來自系統電源300的電力，從而將連接部30的電壓控制到大於等於升壓電路20b的輸入側電壓。另外，開關控制部102為了使從逆變器40輸出的電流的相位與系統電源300的電壓的相位形成逆相位，通過對逆變器40中包含的各開關進行PWM控制，從而可以將逆變器40中來自系統電源300的電力向連接部30側輸出。
[0048]電源異常判斷部106根據對第一短路電流值與基於太陽能電池串200a的特性預先確定的第一基準電流值的比較，判斷太陽能電池串200a是否異常。另外，電源異常判斷部106根據對第二短路電流值與基於太陽能電池串200b的特性預先確定的第二基準電流值的比較，判斷太陽能電池串200b是否異常。太陽能電池串200a和太陽能電池串200b的發電量有可能因劣化等降低。如果發電量降低，所檢測出的短路電流也變小。因此，如果第一短路電流值或第二短路電流值小於根據第一基準電流值或第二基準電流值預先確定的值，電源異常判斷部106就可以判斷太陽能電池串200a或200b異常。
[0049]電源異常判斷部106也可以將在預先確定的氣象條件下通過短路電流值獲取部104最初獲取的第一短路電流值或第二短路電流值定為第一基準電流值或第二基準電流值。電源異常判斷部106也可以將在太陽能電池串200a和太陽能電池串200b的發電量是預先確定的發電量時通過短路電流值獲取部104最初獲取的第一短路電流值或第二短路電流值定為第一基準電流值或第二基準電流值。電源異常判斷部106也可以將在功率調節器10的輸出電力是預先確定的輸出電力時通過短路電流值獲取部104最初獲取的第一短路電流值或第二短路電流值定為第一基準電流值或第二基準電流值。電源異常判斷部106在功率調節器10的內部溫度是預先確定的溫度時，也可以將首先通過短路電流值獲取部104獲取的第一短路電流值或第二短路電流值定為第一基準電流值或第二基準電流值。
[0050]電源異常判斷部106對所決定的第一基準電流值或第二電流值與目前通過短路電流值獲取部104獲取的第一短路電流值或第二短路電流值進行比較。如果第一基準電壓值或第二基準電流值與第一短路電流值或第二短路電流值之差大於預先確定的基準差，則電源異常判斷部106可以判斷太陽能電池串200a或太陽能電池串200b異常。
[0051]氣象信息獲取部108獲取作為對太陽能電池串200a和太陽能電池串200b的發電量有影響的參數的太陽能電池串200a和太陽能電池串200b的設置地點附近的氣象信息。氣象信息包括氣溫、照度等。發送接收部110通過無線或有線與外部進行通訊。發送接收部110也可以從外部的管理裝置接收判斷太陽能電池串200a和200b異常的指令。另外，發送接收部110也可以將電源異常判斷部106的判斷結果發送到外部的管理裝置等。發送接收部110也可以將短路電流值獲取部104獲取的第一短路電流值和第二短路電流值發送到外部管理裝置等。
[0052]時間決定部112決定判斷時間，所述判斷時間表示電源異常判斷部106進行太陽能電池串200a和太陽能電池串200b的異常判斷的時間(timing)。時間決定部112例如可以根據氣象信息獲取部108獲取的氣象信息來決定判斷時間。時間決定部112也可以在目前的氣象條件與決定第一基準電流值和第二基準電流值時的氣象條件一致的情況下，決定當時為判斷時間。
[0053]另外，時間決定部112也可以在太陽能電池串200a和太陽能電池串200b的每一個的當時的發電量在基於獲取第一基準電流值和第二基準電流值時的發電量所決定的基準範圍內的情況下，決定當時為判斷時間。時間決定部112可以在功率調節器10的當時的輸出電力在基於獲取第一基準電流值和第二基準電流值時的輸出電力所決定的基準範圍內的情況下，決定當時為判斷時間。時間決定部112可以在功率調節器10的當時的內部溫度在基於獲取第一基準電流值和第二基準電流值時的內部溫度所決定的基準範圍內的情況下，決定當時為判斷時間。
[0054]另外，時間決定部112也可以在當前的日期是預先確定的日期的情況下，決定當時為判斷時間。或者，時間決定部112也可以在每當功率調節器10的啟動次數達到預先確定的次數時，決定為判斷時間。進一步地，時間決定部112也可以在當前的日期變成預先確定的日期後或者功率調節器10的啟動次數達到預先確定的次數後，決定在氣象條件、太陽能電池串200a和太陽能電池串200b的發電量、功率調節器10的輸出電力、功率調節器10的內部溫度中的至少一個參數在最初預先確定的基準範圍內時為判斷時間。
[0055]時間決定部112也可以在發送接收部110從外部管理裝置接收到命令執行異常判斷的信息的情況下，決定當時為判斷時間。另外，時間決定部112也可以在發送接收部110從外部管理裝置接收到命令執行異常判斷的信息之後，決定在氣象條件、太陽能電池串200a和太陽能電池串200b的發電量、功率調節器10的輸出電力、功率調節器10的內部溫度中的至少一個參數在最初預先確定的基準範圍內時為判斷時間。
[0056]存儲部114存儲第一基準電流值和第二基準電流值、用於決定進行異常判斷的時間的氣象條件、太陽能電池串200a和太陽能電池串200b的發電量、功率調節器10的輸出電力以及內部溫度等。
[0057]圖3是示出控制裝置100判斷太陽能電池串200a和200b是否異常的順序的一個例子的流程圖。
[0058]在滿足上述任意一個條件的情況下，時間決定部112決定當時為判斷太陽能電池串200a和200b是否異常的判斷時間(S100)。控制裝置100為了抑制不必要的耗電，斷開互聯繼電器50，電隔斷功率調節器10和系統電源300 (S102)。
[0059]然後，開關控制部102斷開與作為判斷對象的太陽能電池串連接的目標升壓電路的開關，停止目標升壓電路的升壓動作(S104)。例如，開關控制部102斷開與作為判斷對象的太陽能電池串200a連接的升壓電路20a的開關Tra，停止升壓電路20a的升壓動作。
[0060]開關控制部102通過電壓傳感器12a和電壓傳感器16，獲取目標升壓電路的輸入側電壓值和輸出側電壓值。開關控制部102將目標升壓電路的輸出側電壓(即連接部30的電壓)控制到大於等於目標升壓電路的輸入側電壓(S106)。
[0061]然後，開關控制部102接通目標升壓電路的開關，形成包含作為判斷對象的太陽能電池串的閉合電路。短路電流值獲取部104在接通目標升壓電路的開關期間，獲取在通過接通目標升壓電路的開關形成的閉合電路中流動的電流值作為短路電流值(S108)。短路電流值獲取部104例如在升壓電路20a的開關Tra接通期間，通過電流傳感器14a獲取在第一閉合電路中流動的電流值作為第一短路電流值。
[0062]電源異常判斷部106對所獲取的短路電流值和與作為判斷對象的太陽能電池串對應的基準電流值進行比較，從而判斷判斷對象的太陽能電池串是否異常(S112)。然後，控制裝置100判斷是否對所有的太陽能電池串都進行了是否異常的判斷(S114)。如果未對所有的太陽能電池串都進行了是否異常的判斷，則控制裝置100就重複進行步驟S102到步驟S112的處理。控制裝置100例如在判斷太陽能電池串200a是否異常之後，判斷太陽能電池串200b是否異常。
[0063]電源異常判斷部106也可以根據每次短路電流值獲取部104獲取的存儲在存儲部114的多個短路電流值和基準電流值來對作為判斷對象的太陽能電池串是否異常進行判斷。電源異常判斷部106也可以計算該多個短路電流值的平均值，根據平均值與基準電流值的比較來判斷太陽能電池串是否異常。另外，電源異常判斷部106也可以在所獲取的短路電流值與基準電流值的差大於等於所定的基準差的情況下，且在獲取短路電流值時的照度等氣象信息相關條件與對應於基準電流值的照度等氣象信息相關條件一致的情況下，判斷作為判斷對象的太陽能電池串異常。例如電源異常判斷部106也可以在所獲取的短路電流值與基準電流值的差大於所定的基準差的情況下，且在獲取短路電流值時的照度在根據決定基準電流值時的照度所定的基準照度的範圍內的情況下，判斷作為判斷對象的太陽能電池串異常。
[0064]圖4是示出開關控制部102將連接部30的電壓控制到大於等於與作為判斷對象的太陽能電池串連接的目標升壓電路的輸入側電壓的順序的一個例子的流程圖。
[0065]開關控制部102獲取與作為判斷對象的太陽能電池串連接的升壓電路的輸入側電壓Vin (S200)。開關控制部102使目標升壓電路以外的其他升壓電路進行升壓動作，將連接部30的電壓Vbus控制到大於等於電壓Vin (S202)。然後，開關控制部102判斷通過其他升壓電路的升壓動作，電壓Vbus是否已大於等於電壓Vin (S204)。
[0066]例如，對於與其他升壓電路連接的太陽能電池串的照度低，該太陽能電池串的發電量低，有可能通過其他升壓電路的升壓動作不能將連接部30的電壓Vbus控制到大於等於電壓Vin。這種情況下，開關控制部102就接通互聯繼電器50，使功率調節器10與系統電源300進行電連接(S206)。而且，開關控制部102控制逆變器40，通過系統電源300的電力將電壓Vbus控制到大於等於電壓Vin(S208)。例如，開關控制部102為了與系統電源300的交流電壓的相位成為逆相位而控制逆變器40的輸出電流的相位，為此對逆變器40中的各開關進行PWM控制。通過以上的處理，開關控制部102可以將電壓Vbus控制到大於等於電壓Vin。
[0067]在上述的實施方式中，就功率調節器10具有兩個升壓電路的例子進行了說明。然而，功率調節器10也可以具有三個升壓電路。功率調節器10具有三個升壓電路的情況下，開關控制部102也可以在三個升壓電路中的與作為判斷對象的太陽能電池串連接的目標升壓電路中的開關接通的狀態下，使三個升壓電路中的任意一個其他升壓電路進行升壓動作，將連接部30的電壓Vbus控制到大於等於電壓Vin。
[0068]圖5是示出本實施方式的變形例的太陽能電池系統的整體構成的一個例子的系統構成圖。與圖1所示的太陽能電池系統不同的是本變形例的太陽能電池系統在功率調節器10的外部設置升壓電路20b。另外，本變形例的太陽能電池系統具有獲取太陽能電池串200b的短路電流值的控制裝置IOOb和向控制裝置IOOb提供驅動電力的供給電源60b，這點與圖1所示的太陽能電池系統不同。
[0069]使從太陽能電池串200b輸出的直流電壓進行升壓的升壓電路20b的輸出側與設置在功率調節器10上的升壓電路20a的輸入側連接。在升壓電路20b的輸出側的兩端連接供給電源60b。供給電源60b通過從升壓電路20b的輸出側取出的直流電壓生成表示提供給控制裝置IOOb的預先確定的電壓值的電力，然後將所生成的電力提供給控制裝置100b。
[0070]控制裝置IOOb例如通過無線或有線與控制裝置100進行通訊。另外，控制裝置IOOb也可以與控制裝置100 —樣構成為包含微型計算機和無線天線。控制裝置IOOb根據控制裝置100的要求，在停止了升壓電路20b的升壓動作之後，接通開關Trb，形成太陽能電池串200b的第二閉合電路。並且，控制裝置IOOb在接通開關Trb期間，通過電流傳感器14b獲取太陽能電池串200的第二短路電流值，然後將所獲取的第二短路電流值發送到控制裝置100。另外，控制裝置IOOb也可以根據對所獲取的第二短路電流值與預先存儲的第二基準電流值的比較，判斷太陽能電池串200b是否異常，將判斷結果發送到控制裝置100。[0071 ] 在此，太陽能電池串200b的發電量可以少於太陽能電池串200a的發電量。構成太陽能電池串200a和太陽能電池串200b的太陽能電池模塊可以是不同規格的模塊。另一方面，如果構成太陽能電池串200a和太陽能電池串200b的太陽能電池模塊是相同規格的模塊，則構成太陽能電池串200b的太陽能電池模塊的數量可以少於構成太陽能電池串200a的太陽能電池模塊的數量。
[0072]太陽能電池串200a和200b被如上所述地構成的情況下，從太陽能電池串200a輸出的電壓高於從太陽能電池串200b輸出的電壓。因此，在停止了升壓電路20b的升壓動作的狀態下，升壓電路20b的輸出側電壓高於升壓電路20b的輸入側電壓。這種情況下，為了獲取太陽能電池串200b的第二短路電流值，在停止了升壓電路20b的升壓動作的狀態下，在接通開關Trb的情況下，升壓電路20b的輸出側電壓不發生變化。
[0073]圖6是示出通過本實施方式的變形例涉及的控制裝置100判斷太陽能電池串異常的順序的一個例子的流程圖。[0074]時間決定部112基於來自外部管理裝置等的表示要求判斷異常的消息的接收、氣象條件、太陽能電池串200a和200b的發電量、功率調節器10的輸出電力或內部溫度等，決定進行異常判斷的判斷時間(S300)。開關控制部102斷開與作為判斷對象的各太陽能電池串200a和200b連接的各升壓電路20a和20b的開關，使各升壓電路20a和20b停止升壓動作。例如，開關控制部102可以通過發送接收部110向控制裝置IOOb發送用於使升壓電路20a停止升壓動作的消息，通過控制裝置IOOb使升壓電路20b停止升壓動作。
[0075]然後，開關控制部102控制逆變器40，為了與系統電源300的輸出電壓的相位形成逆相位而控制逆變器40的輸出電流的相位，利用來自系統電源300的電力將連接部30的電壓Vbus控制到大於等於升壓電路20a的輸入側電壓Vin (S304)。
[0076]開關控制部102接通升壓電路20a的開關Tra(S306)。短路電流值獲取部104在接通升壓電路20a期間，通過電流傳感器14a獲取在含有太陽能電池串200a的第一閉合電路中流動的第一短路電流值和在含有太陽能電池串200b的第二閉合電路中流動的第二短路電流值的總電流值。
[0077]然後，開關控制部102斷開升壓電路20a的開關Tra，接通升壓電路20b的開關Trb (S310)。在此，通過斷開升壓電路20a的開關Tra，供給電源60b可以利用來自太陽能電池串200a的電力，將驅動電力供應到控制裝置100b。一旦驅動控制裝置100b，控制裝置IOOb的開關控制部就根據來自控制裝置100的消息，接通升壓電路20b的開關Trb。控制裝置IOOb通過電流傳感器14b獲取太陽能電池串200b的第二短路電流值後發送到控制裝置100 (S312)。控制裝置IOOb在發送第二短路電流值之後，斷開升壓電路20b的開關Trb(S314)。
[0078]然後，電源異常判斷部106根據所獲取的總電流值和第二短路電流值獲取第一短路電流值(S316)。電源異常判斷部106可以通過從總電流值減去第二短路電流值，從而得到第一短路電流值。電源異常判斷部106通過比較所獲取的第一短路電流值和第二短路電流值與對應於第一短路電流值和第二短路電流值的各基準電流值，判斷各太陽能電池串200a和200b是否異常(S318)。
[0079]如上所述，根據本變形例的太陽能電池系統，即使在功率調節器10的內部和外部設置了升壓電路的情況下，也可以獲取與各個升壓電路連接的各太陽能電池串的短路電流值，從而判斷各太陽能電池串是否異常。
[0080]上文中，根據上述各太陽能電池系統，可以利用設置在太陽能電池系統中的現有的升壓電路，形成太陽能電池串的閉合電路。因此，為了獲取太陽能電池串的短路電流值，無需新設置電晶體等電路。另外，通過遠程控制升壓電路，檢察員不用親臨太陽能電池串的設置地點，就可以通過遠程操作根據太陽能電池串的短路電流值檢查太陽能電池串是否異
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[0081]另外，在太陽能電池串與大地之間存在雜散電容。因此，一旦太陽能電池串短路，有可能在通過短路形成的閉合電路中有因雜散電容引起的相對較大的電流流動。因此，為了使太陽能電池串短路，簡單地設置電晶體的情況下，為了防止因雜散電容產生的電流導致電晶體故障，需要設置大型電晶體。但是，根據本實施方式的太陽能電池系統，作為使太陽能電池串短路的電晶體，使用設置在升壓電路上的電晶體。在升壓電路上設置了使所輸入的電壓升壓的線圈或變壓器繞組。可以通過線圈或變壓器繞組吸收因雜散電容產生的電流。因此，沒有必要為了防止因雜散電容產生的電流導致電晶體故障而新添加用於獲取短路電流值的大型電晶體。
[0082]而且，也可以通過使用了來自作為判斷對象的太陽能電池串以外的太陽能電池串的電力的另外的升壓電路的升壓動作，實現將連接部30的電壓控制到大於等於與作為判斷對象的太陽能電池串連接的目標升壓電路的輸入側電壓的電壓控制動作。由此，可以儘量抑制伴隨電壓控制動作的系統電源300的耗電。
[0083]另外，也可以這樣構成控制裝置100具有的各部分，將進行與獲取太陽能電池串的短路電流值和判斷是否異常相關的各種處理的、存儲在計算機可讀取的記錄介質上的程序安裝在計算機上，使計算機執行該程序。即，也可以這樣構成控制裝置100，通過在計算機上執行用於進行與獲取太陽能電池串的短路電流值和判斷是否異常相關的各種處理的程序，使計算機發揮控制裝置100具有的各部分的功能。
[0084]計算機具有CPU、ROM、RAM、EEPROM (註冊商標)等各種存儲器、通信總線和接口，(PU通過讀出事先作為固件存儲在ROM中的處理程序並依次執行，從而發揮控制裝置100的功能。
[0085]以上利用實施方式對本發明進行了說明，但本發明的技術範圍不受上述實施方式所述的範圍的限制。對於本領域的技術人員來說，明顯地可以對上述的實施方式進行各種修改或改進。由專利要求的範圍的記載可以知道這樣的修改或改進的方式也可以包含在本發明的技術範圍內。
[0086]應該注意的是，權利要求的範圍、說明書以及附圖中所示的裝置、系統、程序以及方法中的動作、順序、步驟以及階段等的各處理的執行順序，只要沒有特別明確表示「在...之前」、「事先」等並且不將前面處理的輸出用於後面的處理，就可以用任意的順序來實施。關於權利要求的範圍、說明書以及附圖中的動作流程，為了方便起見使用了「首先」、「然後」等進行說明，但並不意味著必須以該順序實施。
[0087]符號說明
[0088]10 功率調節器20a、20b 升壓電路
[0089]30 連接部40逆變器
[0090]50 互聯繼電器60供給電源
[0091]100 控制裝置102開關控制部
[0092]104 短路電流值獲取部106電源異常判斷部
[0093]108 氣象信息獲取部110發送接收部
[0094]112 時間決定部114存儲部 [0095]200a、200b太陽能電池串 300系統電源
[0096]Da、Db 二極體Lla、Llb 線圈
[0097]Tra> Trb 開關。
【權利要求】
1.一種功率調節器，使從第一電源輸出的直流電升壓並且將升壓後的直流電轉換成交流電後輸出到系統電源側，所述功率調節器具備: 第一升壓電路，具有在所述第一電源的輸出端子之間連接的第一開關，並且通過接通斷開所述第一開關使來自所述第一電源的直流電升壓； 逆變器，將從所述第一升壓電路輸出的直流電轉換成交流電； 連接部，連接所述第一升壓電路的輸出側和所述逆變器的輸入側； 控制部，通過控制所述連接部的電壓，從而在使所述第一升壓電路的輸出側的電壓高於所述第一升壓電路的輸入側的電壓的狀態下，接通所述第一開關以使所述第一電源的所述輸出端子之間短路，形成所述第一電源的第一閉合電路； 短路電流值獲取部，在通過所述控制部控制所述連接部的電壓而使所述第一升壓電路的輸出側的電壓高於所述第一升壓電路的輸入側的電壓的狀態下，在接通所述第一開關的期間獲取在所述第一閉合電路中流動的第一短路電流值；以及 電源異常判斷部，根據對所述第一短路電流值與基於所述第一電源的特性預先確定的第一基準電流值的比較來判斷所述第一電源是否異常。
2.根據權利要求1所述的功率調節器，其中，所述第一升壓電路還包括防止電流從所述第一升壓電路的輸出側流入的第一逆電流防止電路。
3.根據權利要求1或2所述的功率調節器，其中，還具備第二升壓電路，所述第二升壓電路具有在第二電源的輸出端子之間連接的第二開關，並且通過接通斷開所述第二開關來使來自所述第二電源的直流電升壓， 其中，所述連接部將所述第一升壓電路的輸出側與所述第二升壓電路的輸出側並聯連接， 所述控制部通過接通斷開所述第二開關來控制所述連接部的電壓，從而使所述第一升壓電路的輸出側的電壓高於所述第一升壓電路的輸入側的電壓。
4.根據權利要求3所述的功率調節器，其中，所述控制部在通過接通斷開所述第二開關來控制所述連接部的電壓而不能使所述第一升壓電路的輸出側的電壓高於所述第一升壓電路的輸入側的電壓的情況下，通過控制所述逆變器來控制所述連接部的電壓，從而使所述第一升壓電路的輸出側的電壓高於所述第一升壓電路的輸入側的電壓。
5.根據權利要求3所述的功率調節器，其中， 所述控制部通過接通斷開所述第一開關來控制所述連接部的電壓，從而在使所述第二升壓電路的輸出側的電壓高於所述第二升壓電路的輸入側的電壓的狀態下，接通所述第二開關以使所述第二電源的所述輸出端子之間短路，從而形成所述第二電源的第二閉合電路， 所述短路電流值獲取部在通過所述控制部接通斷開所述第一開關來控制所述連接部的電壓而使所述第二升壓電路的輸出側的電壓高於所述第二升壓電路的輸入側的電壓的狀態下，在接通所述第二開關的期間獲取在所述第二閉合電路中流動的第二短路電流值， 所述電源異常判斷部根據對所述第二短路電流值與基於所述第二電源的特性預先確定的第二基準電流值的比較來判斷所述第二電源是否異常。
6.根據權利要求4所述的功率調節器，其中， 所述控制部通過接通斷開所述第一開關來控制所述連接部的電壓，從而在使所述第二升壓電路的輸出側的電壓高於所述第二升壓電路的輸入側的電壓的狀態下，接通所述第二開關以使所述第二電源的所述輸出端子之間短路，從而形成所述第二電源的第二閉合電路， 所述短路電流值獲取部在通過所述控制部接通斷開所述第一開關來控制所述連接部的電壓而使所述第二升壓電路的輸出側的電壓高於所述第二升壓電路的輸入側的電壓的狀態下，在接通所述第二開關的期間獲取在所述第二閉合電路中流動的第二短路電流值， 所述電源異常判斷部根據對所述第二短路電流值與基於所述第二電源的特性預先確定的第二基準電流值的比較來判斷所述第二電源是否異常。
7.根據權利要求3所述的功率調節器，其中，所述第二升壓電路還包括防止電流從所述第二升壓電路的輸出側流入的第二逆電流防止電路。
8.根據權利要求4至6中任一項所述的功率調節器，其中，所述第二升壓電路還包括防止電流從所述第二升壓電路的輸出側流入的第二逆電流防止電路。
9.根據權利要求1或2所述的功率調節器，其中，所述控制部通過控制所述逆變器以將所述系統電源的電力輸出至所述連接部側來控制所述連接部的電壓，從而使所述第一升壓電路的輸出側的電壓高於所述第一升壓電路的輸入側的電壓。
10.一種太陽能電池系統,具備作為所述第一電源的第一太陽能電池和將所述第一太陽能電池的直流電轉換成交流電後輸出到系統電源側的權利要求1至9中任一項所述的功率調節器。
11.一種太陽能電池系統,具備作為所述第一電源的第一太陽能電池、與所述第一太陽能電池並聯連接的作為所述第二電源的第二太陽能電池、以及將所述第一太陽能電池和所述第二太陽能電池的直流電轉換成交流電後輸出到系統電源側的權利要求3至8中任一項所述的功率調節器。
12.—種異常判斷方法，所述異常判斷方法判斷與功率調節器連接的第一電源是否異常，所述功率調節器具備:第一升壓電路，具有在所述第一電源的輸出端子之間連接的第一開關並且通過接通斷開所述第一開關使所述第一電源的直流電升壓；逆變器，將從所述第一升壓電路輸出的直流電轉換成交流電；以及連接部，連接所述第一升壓電路的輸出側和所述逆變器的輸入側；其中，所述功率調節器使從所述第一電源輸出的直流電升壓並且將升壓後的直流電轉換成交流電後輸出到系統電源側，所述異常判斷方法包括以下步驟: 在通過控制所述連接部的電壓而使所述第一升壓電路的輸出側的電壓高於所述第一升壓電路的輸入側的電壓的狀態下，接通所述第一開關以使所述第一電源的所述輸出端子之間短路，從而形成所述第一電源的第一閉合電路； 通過控制所述連接部的電壓而在所述第一升壓電路的輸出側的電壓高於所述第一升壓電路的輸入側的電壓的狀態下，在接通所述第一開關的期間獲取在所述第一閉合電路中流動的第一短路電流值； 根據對所述第一短路電流值與基於所述第一電源的特性預先確定的第一基準電流值的比較來判斷所述第一電源是否異常。
13.根據權利要求12所述的異常判斷方法，其中，所述功率調節器還具備第二升壓電路，所述第二升壓電路具有在第二電源的輸出端子間連接的第二開關並且通過接通斷開所述第二開關來使所述第二電源的直流電升壓，所述連接部並聯連接所述第一升壓電路的輸出側和所述第二升壓電路的輸出偵牝 形成所述第一閉合電路的步驟通過接通斷開所述第二開關來控制所述連接部的電壓，從而使所述第一升壓電路的輸出側的電壓高於所述第一升壓電路的輸入側的電壓。
14.根據權利要求13所述的異常判斷方法，其中，形成所述第一閉合電路的步驟在通過接通斷開所述第二開關來控制所述連接部的電壓而不能使所述第一升壓電路的輸出側的電壓高於所述第一升壓電路的輸入側的電壓的情況下，通過控制所述逆變器來控制所述連接部的電壓，從而使所述第一升壓電路的輸出側的電壓高於所述第一升壓電路的輸入側的電壓。
15.根據權利要求13或14所述的異常判斷方法，其中，還包括以下步驟: 在通過接通斷開所述第一開關來控制所述連接部的電壓而使所述第二升壓電路的輸出側電壓高於所述第二升壓電路的輸入側電壓的狀態下，接通所述第二開關以使所述第二電源的所述輸出端子之間短路，從而形成所述第二電源的第二閉合電路； 通過接通斷開所述第一開關來控制所述連接部的電壓，從而在所述第二升壓電路的輸出側的電壓高於所述第二升壓電路的輸入側的電壓的狀態下，在接通所述第二開關的期間獲取在所述第二閉合電路中流動的第二短路電流值； 根據對所述第二短路電流值與基於所述第二電源的特性預先確定的第二基準電流值的比較來判斷所 述第二電源是否異常。
【文檔編號】H02M7/537GK103973149SQ201410035238
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年1月24日 優先權日:2013年1月24日
【發明者】坪田康弘, 馬渕雅夫, 中村耕太郎, 中井琢也 申請人:歐姆龍株式會社