專利名稱：電容器電容量減退檢測方法、功率調(diào)節(jié)器和太陽能發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及逆變器(inverter)或者變頻器(converter)等功率調(diào)節(jié)器(power conditioner)內(nèi)的電容器電容量減退檢測方法、實施該方法的功率調(diào)節(jié)器和具有它的太陽能發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在上述太陽能發(fā)電系統(tǒng)中使用的功率調(diào)節(jié)器中，由于在構(gòu)成它的各種部件中，電容器特別容易產(chǎn)生電容量減退等而惡化，所以此前提出了大量電容器的電容量減退等的檢測方法(專利文獻(xiàn)1、2等)?，F(xiàn)有技術(shù)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 特開2006-333661號公報專利文獻(xiàn)2 特開2007-252057號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的課題在這樣的功率調(diào)節(jié)器中，產(chǎn)生了電容量減退的情況下仍然繼續(xù)電力變換動作時， 對從該系統(tǒng)提供電力的系統(tǒng)側(cè)或者負(fù)載側(cè)等都不合適。于是，在這樣的情況下，以往停止系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)等而進(jìn)行發(fā)生了電容量減退的電容器的更換等。在本發(fā)明中，提供檢測上述功率調(diào)節(jié)器內(nèi)的電容器中的電容量減退的新的檢測方法，特別是提供即使在本申請人提出申請的日本專利申請2009-61915的太陽能發(fā)電系統(tǒng)中產(chǎn)生了電容器的電容量減退的情況下，也可以根據(jù)該電容量減退的程度進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的繼續(xù)或者停止的該電容器的電容量減退檢測的方法。本發(fā)明提供功率調(diào)節(jié)器中的電容器電容量減退檢測方法，在對太陽能電池輸出進(jìn)行電力變換而將輸出電力輸出到系統(tǒng)側(cè)的功率調(diào)節(jié)器中包含第1電容器，與太陽能電池并聯(lián)連接；第1斬波器(chopper)電路，由與第1電容器并聯(lián)連接的、至少串聯(lián)連接了兩個的第1開關(guān)元件、第2開關(guān)元件構(gòu)成；第2斬波器電路，由第2電容器、與至少兩個串聯(lián)連接的第3開關(guān)元件、第4開關(guān)元件的并聯(lián)連接構(gòu)成，該并聯(lián)連接的一端側(cè)連接到所述第1開關(guān)元件、所述第2開關(guān)元件的共同連接部；以及第3斬波器電路，將至少兩個串聯(lián)連接的第5 開關(guān)元件、第6開關(guān)元件、與第3電容器、與至少兩個串聯(lián)連接的第7開關(guān)元件、第8開關(guān)元件并聯(lián)連接構(gòu)成，所述第5開關(guān)元件、第6開關(guān)元件的并聯(lián)連接的一端連接到所述第3開關(guān)元件、第4開關(guān)元件的共同連接部，該電容量減退的檢測方法是在所述功率調(diào)節(jié)器中，將所述第2電容器和第3電容器中的至少一個電容器作為電容量減退檢測對象而檢測其電容量減退的檢測方法，其特征在于，包括根據(jù)所述電容量減退檢測對象的電容器的兩端間充電電壓的電壓偏差，檢測為有電容量減退的步驟；以及如果所述檢測到的電容量減退是能夠通過輸出電力的抑制而繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的電容量減退，則抑制輸出電力的步驟。本發(fā)明中優(yōu)選的方式，還包括如果所述電容量減退是即使抑制輸出電力也不能繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的電容量減退，則停止運(yùn)轉(zhuǎn)的步驟。發(fā)明效果按照本發(fā)明，檢測第2電容器或第3電容器的電容量減退，并且即使在檢測到電容量減退的情況下，在為系統(tǒng)能夠繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的程度的電容量減退的情況下通過抑制輸出電力而能夠繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而能夠延長裝置的壽命，另一方面，在電容量減退達(dá)到系統(tǒng)不能繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的程度的情況下使運(yùn)轉(zhuǎn)停止，從而可以提供作為利用該系統(tǒng)的用戶使用方便性上優(yōu)越的系統(tǒng)。


圖1是應(yīng)用了本發(fā)明的實施方式的電容器電容量減退檢測方法的太陽能發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖2的㈧至⑶是供圖1的太陽能發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)的功率調(diào)節(jié)器的動作說明的圖。圖3的㈧、⑶是用于說明圖1的第1斬波器電路的動作原理的圖。圖4的㈧至⑶是用于說明圖1的第2斬波器電路的動作原理的圖。圖5是用于說明圖1的第3斬波器電路的動作原理的圖。圖6的㈧、⑶是表示圖5的各部分的電壓波形的圖。圖7的(A)至(F)是表示通常時的各部分的動作波形的定時圖。圖8的(A)至(F)是表示電容器的電容量減退時的各部分的動作波形的定時圖。圖9的(A)至(F)是表示另一個電容器的電容量減退時的各部分的動作波形的定時圖。圖10是表示供動作說明的流程圖的圖。圖11是表示輸出電力和電容器電壓脈動(ripple)的關(guān)系的圖。圖12是表示太陽能電池1天的輸出變動的圖。圖13是表示通常時的額定輸出時的定時圖的圖。圖14是表示電容器電容量減退時的額定輸出時的定時圖的圖。圖15是表示輸出抑制時的定時圖的圖。標(biāo)號說明1太陽能電池板2商用電源3功率調(diào)節(jié)器5第1斬波器電路6第2斬波器電路7第3斬波器電路9控制電路
具體實施例方式以下，參照

應(yīng)用了本發(fā)明的實施方式的電容器電容量減退檢測方法的太陽能發(fā)電系統(tǒng)。圖1是本發(fā)明的一個實施方式的太陽能發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，表示單相2線的情況的結(jié)構(gòu)。該太陽能發(fā)電系統(tǒng)具有太陽能電池板1、將來自太陽能電池板1的直流電力變換為交流電力并與商用電源2聯(lián)系運(yùn)轉(zhuǎn)的功率調(diào)節(jié)器3。太陽能電池板1構(gòu)成為將多個太陽能電池模塊串聯(lián)、并聯(lián)地連接而得到需要的發(fā)電電力。該實施方式的太陽能電池板1由非晶硅制的薄膜太陽能電池構(gòu)成。該實施方式的功率調(diào)節(jié)器3是不具有絕緣變壓器的非絕緣型(無變壓器的)功率調(diào)節(jié)器。功率調(diào)節(jié)器3具有作為平滑電容器的第1電容器4、第1 第3斬波器電路5 7、噪聲濾波器8、測量各部分的電壓等從而控制各斬波器電路5 7的控制電路9。第1 第3斬波器電路5 7和控制電路9構(gòu)成相對于太陽能電池板1級聯(lián) (cascade)連接的斬波器變頻器(chopper converter)。太陽能電池板1的負(fù)極側(cè)被接地。在圖中所示的(a)點(diǎn)是地，該地的電壓為零。 (b)點(diǎn)是太陽能電池板1的正極側(cè)。在太陽能電池板1的正負(fù)兩極之間，并聯(lián)地連接第1電容器4。第1斬波器電路5與第1電容器4并聯(lián)地連接。第1斬波器電路5包含兩個串聯(lián)連接的第1、第2開關(guān)元件10、11。在第1、第2開關(guān)元件10、11上分別反向并聯(lián)連接有二極管。第1斬波器電路5通過這兩個第1、第2開關(guān)元件10、11構(gòu)成第1開關(guān)電路。在第1斬波器電路5中，第1、第2開關(guān)元件10、11通過來自控制電路9的門(gate) 信號Si，以與系統(tǒng)頻率，例如50Hz相同的第1頻率交替地被導(dǎo)通/截止控制。這些第1、 第2開關(guān)元件10、11與第2、第3斬波器電路6、7的開關(guān)元件12 17 —樣，例如由N溝道 MOSFET構(gòu)成。而且，開關(guān)元件不限于M0SFET，也可以是IGBT、晶體管等其他開關(guān)元件。第2斬波器電路6包含第2電容器18、將反向并聯(lián)連接了二極管的兩個第3、第 4開關(guān)元件12、13串聯(lián)連接構(gòu)成的第2開關(guān)電路。第2電容器18和第2開關(guān)電路互相并聯(lián)連接。第3、第4開關(guān)元件12、13通過來自控制電路9的門信號S2，以作為第1頻率的2 倍的頻率的第2頻率f2，例如100Hz，交替地被導(dǎo)通/截止控制。在該第2斬波器電路6中， 第2電容器18和第2開關(guān)電路并聯(lián)連接的一端側(cè)與第1斬波器電路5中第1、第2開關(guān)元件10、11的串聯(lián)連接部連接，以圖中的(c)表示該連接點(diǎn)。圖中的(c)、(d)相當(dāng)于第2電容器18的兩個電容器電極側(cè)。第3斬波器電路7包含將反向并聯(lián)連接了二極管的兩個第5、第6開關(guān)元件14、 15串聯(lián)連接構(gòu)成的第3開關(guān)電路、第3電容器19、將反向并聯(lián)連接了二極管的兩個第7、第 8開關(guān)元件16、17串聯(lián)連接構(gòu)成的第4開關(guān)電路。在第3斬波器電路7中，這些第3開關(guān)電路、第3電容器19和第4開關(guān)電路相互并聯(lián)連接。分別以圖中的(f)、(g)表示這些電路的并聯(lián)連接一端側(cè)和另一端側(cè)。第3電容器19的兩個電容器電極側(cè)相當(dāng)于該(f)、(g)。第5、第6開關(guān)元件14、15通過來自控制電路9的門信號S3，以第1頻率的3倍的頻率即第3頻率f3，例如150Hz，被交替地導(dǎo)通/截止控制。
第7、第8開關(guān)元件16、17通過來自控制電路9的門信號S4，以高頻率f4，例如 18kHz，被進(jìn)行PWM控制。第3斬波器電路7的第5、第6開關(guān)元件14、15的串聯(lián)連接部與第2斬波器電路6 的第3、第4開關(guān)元件12、13的串聯(lián)連接部連接。用圖中的(e)表示該連接點(diǎn)。而且，由電抗器(reactor) 20和第4電容器21構(gòu)成的噪聲濾波器8連接到第3斬波器電路7的第7、第8開關(guān)元件16、17的串聯(lián)連接部。用圖中(h)表示該連接點(diǎn)。在該噪聲濾波器8上連接有未圖示的負(fù)載和商用電源2?？刂齐娐?測量系統(tǒng)電壓Vs和系統(tǒng)電流Is，并且與以往一樣計算與商用電源2的系統(tǒng)頻率同步的正弦波狀的目標(biāo)電壓的指令值壙，并且測量第1 第3電容器4、18、19兩端的電壓Vdl、Vd2、Vd3，生成用于控制各斬波器電路5 7的門信號。前述電壓Vdl是以作為地的(a)點(diǎn)電壓為基準(zhǔn)，在(b)點(diǎn)呈現(xiàn)的太陽能電池板1 的直流輸出電壓。電壓Vd2是以第2斬波器電路6的第2電容器18的一個電容器電極點(diǎn)(d)為基準(zhǔn)的在另一個電容器電極點(diǎn)(c)的充電電壓。電壓Vd3是以第3斬波器電路7的第3電容器19的一個電容器電極點(diǎn)(f)為基準(zhǔn)的在另一個電容器電極點(diǎn)(g)的充電電壓。圖2是用于說明本實施方式的各斬波器電路5 7的動作的概略的圖，該圖的(A) 是表示圖1的主要部分的結(jié)構(gòu)圖，該圖的(B) (D)分別表示該圖的(A)中的電壓V1、V2、 V3，在該圖的(B)、(C)中，用細(xì)實線表示與上述的系統(tǒng)同步的正弦波狀的目標(biāo)電壓的指令值壙的波形。上述電壓Vl是以地即(a)點(diǎn)的電位為第1基準(zhǔn)電位的第1斬波器電路5的第1、 第2開關(guān)元件10、11的串聯(lián)連接部即(c)點(diǎn)的電壓。電壓V2是以上述(c)點(diǎn)的電位為第2基準(zhǔn)電位的第2斬波器電路6的第3、第4 開關(guān)元件12、13的串聯(lián)連接部即(e)點(diǎn)的電壓。電壓V3是以第3斬波器電路7的第5、第6開關(guān)元件14、15的串聯(lián)連接部即(e) 點(diǎn)為基準(zhǔn)的第7、第8開關(guān)元件16、17的串聯(lián)連接部即(h)點(diǎn)的電壓。在第1斬波器電路5中，在與商用電源2的系統(tǒng)頻率相同的50Hz的情況下，以與系統(tǒng)頻率相同的50Hz的第1頻率交替地對第1、第2開關(guān)元件10、11進(jìn)行導(dǎo)通/截止控制。由此，如該圖的⑶所示，第1、第2開關(guān)元件10、11的串聯(lián)連接部即(c)點(diǎn)的電壓 Vi成為沿正側(cè)上升的多個方波電壓構(gòu)成的第1方波電壓串。該電壓Vi的方波的電壓電平為太陽能電池板1的直流輸出電壓Vdl。在第2斬波器電路6中，以第1頻率的2倍的頻率即IOOHz的第2頻率f2交替地對第3、第4開關(guān)元件12、13進(jìn)行導(dǎo)通/截止控制。由此，如圖(C)所示，作為第3、第4開關(guān)元件12、13的串聯(lián)連接部的(e)點(diǎn)的電壓 V2成為以第1、第2開關(guān)元件10、11的串聯(lián)連接部即(c)點(diǎn)為基準(zhǔn)，由在負(fù)側(cè)下降的多個方波電壓構(gòu)成的第2方波電壓串。該電壓V2的方波的電壓電平被控制為直流輸出電壓Vdl的1/2。如后述的圖4的⑶所示，在以地即(a)點(diǎn)為基準(zhǔn)的情況，即以第1基準(zhǔn)電位為基準(zhǔn)的情況下，該第2斬波器電路6的第3、第4開關(guān)元件12、13的串聯(lián)連接部即(e)點(diǎn)的電壓V2成為合計了(a)-(c)點(diǎn)間的電壓Vl和(c)-(e)點(diǎn)間電壓V2的、與正負(fù)地交替變化的正弦波狀對應(yīng)的階梯狀波形的電壓V1+V2。該階梯狀的電壓V1+V2與圖4的(D)中以細(xì)實線表示的上述的正弦波狀的目標(biāo)電壓的指令值V*同步而正負(fù)地交替變化。在第3斬波器電路7中，以第1頻率的3倍的頻率即150Hz的第3頻率f3對第 5、第6開關(guān)元件14、15交替地進(jìn)行導(dǎo)通/截止控制，以補(bǔ)償該階梯狀波形的電壓V1+V2和正弦波狀的目標(biāo)電壓的指令值壙的差電壓，并且，以18kHz的頻率f4對第7、第8開關(guān)元件 16、17進(jìn)行PWM控制。由此，如圖2的⑶所示，在以第5、第6開關(guān)元件14、15的串聯(lián)連接部即(e)點(diǎn)為基準(zhǔn)而以PWM的平均值表示時，圖2的(A)的第3斬波器電路7的第7、第8的開關(guān)元件 16、17的串聯(lián)連接部即(h)點(diǎn)的電壓V3成為對應(yīng)于階梯狀波形的電壓V1+V2和正弦波狀的目標(biāo)電壓的指令值壙的差電壓的電壓。因此，在以作為地的(a)點(diǎn)的第1基準(zhǔn)電位為基準(zhǔn)的情況下，第3斬波器電路7 的第7、第8開關(guān)元件16、17的串聯(lián)連接部即(h)點(diǎn)的電壓V3成為對應(yīng)于與商用電源2同步的目標(biāo)電壓的指令值壙的正弦波狀的電壓。以下，更詳細(xì)地說明第1 第3斬波器電路5 7的動作原理。圖3是用于說明第1斬波器電路5的動作原理的圖，該圖的(A)表示太陽能電池板1、第1電容器4和第1斬波器電路5，該圖的⑶表示(a) (c)間電壓VI。特別是，在該圖(B)中，用細(xì)實線表示正弦波狀的目標(biāo)電壓的指令值V*。在太陽能電池板1的正極側(cè)即(b)點(diǎn)，呈現(xiàn)以作為地的(a)點(diǎn)的電位為第1基準(zhǔn)電位、被第1電容器4平滑了的太陽能電池板1的直流輸出電壓Vdl。在第1斬波器電路5中，直流輸出電壓Vdl通過以50Hz的第1頻率f\交替地導(dǎo)通/截止控制的第1、第2開關(guān)元件10、11而被斬波。在第1開關(guān)元件10導(dǎo)通、第2開關(guān)元件11截止時，作為(b)點(diǎn)電壓的第1電容器 4的充電電壓Vdl呈現(xiàn)在第1斬波器電路5的第1、第2開關(guān)元件10、11的串聯(lián)連接部即 (c)點(diǎn)。在第1開關(guān)元件10截止、第2開關(guān)元件11導(dǎo)通時，(a)點(diǎn)的地電壓呈現(xiàn)在第1斬波器電路5的第1、第2開關(guān)元件10、11的串聯(lián)連接部即(c)點(diǎn)。因此，如上所述，如該圖⑶所示，第1、第2開關(guān)元件10、11的串聯(lián)連接部即(c) 點(diǎn)的電壓Vl成為以地電位為第1基準(zhǔn)電位的、由在正側(cè)上升的多個方波電壓構(gòu)成的第1方波電壓串。該電壓Vl是以(a)點(diǎn)為基準(zhǔn)的第1、第2開關(guān)元件10、11的串聯(lián)連接部即(c) 點(diǎn)的電壓，方波的電壓電平為太陽能電池板1的直流輸出電壓Vdl，例如為800V。在該第1斬波器電路5中，由于生成與系統(tǒng)的電壓和相位一致的方波電壓串，所以可以輸出有效電力。圖4是用于說明第2斬波器電路6的動作原理的圖，該圖的㈧表示第1斬波器電路5和第2斬波器電路6，該圖的⑶表示電壓VI，該圖的(C)表示電壓V2，該圖的⑶ 表示電壓V1+V2，該圖的(B) (D)都用細(xì)實線表示正弦波狀的目標(biāo)電壓的指令值壙。在第2斬波器電路6中，在該圖的⑶所示的(c)點(diǎn)的電壓Vl通過以IOOHz的第 2頻率f2交替地導(dǎo)通/截止控制的第3、第4開關(guān)元件12、13而被斬波。
7
在第3開關(guān)元件12導(dǎo)通，第4開關(guān)元件13截止時，第3、第4開關(guān)元件12、13的串聯(lián)連接部即(e)點(diǎn)與第1斬波器電路5的第1、第2開關(guān)元件10、11的串聯(lián)連接部即(c) 點(diǎn)同電位，在第3開關(guān)元件12截止，第4開關(guān)元件13導(dǎo)通時，第3、第4開關(guān)元件12、13的串聯(lián)連接部即(e)點(diǎn)與(c)點(diǎn)的電位相比成為負(fù)電位。因此，如上所述，第3、第4開關(guān)元件 12、13的串聯(lián)連接部即(e)點(diǎn)的電壓V2如圖(C)所示那樣，成為以第1、第2開關(guān)元件10、 11的串聯(lián)連接部即(c)點(diǎn)的電位為第2基準(zhǔn)電位的、由沿負(fù)側(cè)下降的多個方波電壓構(gòu)成的第2方波電壓串。而且，在第1斬波器電路5的第1開關(guān)元件10導(dǎo)通，第2開關(guān)元件11截止時，第 2斬波器電路6的第3開關(guān)元件12截止，第4開關(guān)元件13導(dǎo)通，從而第2電容器18被充電。而且，在第1斬波器電路5的第1開關(guān)元件10截止，第2開關(guān)元件11導(dǎo)通時，第2斬波器電路6的第3開關(guān)元件12截止，第4開關(guān)元件13導(dǎo)通，從而第2電容器18的充電電荷經(jīng)由那些導(dǎo)通的開關(guān)元件11、13被放電。這樣，如圖4的(C)所示，第2電容器18交替地重復(fù)在充電期間Tl的充電，在放電期間T2的放電，生成以(c)點(diǎn)的第2基準(zhǔn)電位為基準(zhǔn)而沿負(fù)側(cè)下降的方波電壓。該方波的電壓電平Vd2是太陽能電池板1的直流輸出電壓Vdl 的 1/2 (Vd2 = -Vd 1/2)，例如是 400V。上述電壓V2是以第1、第2開關(guān)元件10、11的串聯(lián)連接部即(c)點(diǎn)為基準(zhǔn)的第3、 第4開關(guān)元件12、13的串聯(lián)連接部即(e)點(diǎn)的電壓。因此，在第2斬波器電路6中，以地即(a)點(diǎn)的電位作為第1基準(zhǔn)電位，在(e)點(diǎn)呈現(xiàn)合計了該圖的⑶的(a)-(c)點(diǎn)間電壓Vl和該圖的(C)的(c)-(e)點(diǎn)間電壓V2的、 與該圖的(D)中表示的正弦波狀的目標(biāo)電壓的指令值V*的變化對應(yīng)而交替地正負(fù)變化的階梯狀波形的電壓V1+V2。在該第2斬波器電路6中，由于生成沿負(fù)側(cè)下降的方波電壓串，所以可以去除偶數(shù)次的高頻諧波，而且，由于以相等的電力重復(fù)進(jìn)行充電和放電，所以原理上的有效功率為零。而且，充放電通過后述的圖9(B)的系統(tǒng)電流Is流過第2電容器18來進(jìn)行。在圖 9(B)的系統(tǒng)電流Is為正時，在圖4的(C)的Tl的期間第2電容器18以正弦波電流被充電。因此，在實際的動作中，在Tl期間V2緩慢地減少。同樣，在圖9的⑶的系統(tǒng)電流Is 為負(fù)時，在圖4的(C)的T2的期間，第2電容器18以正弦波電流放電。因此，在實際的動作中，在T2期間V2緩慢地增加。圖5是用于說明第3斬波器電路7的動作原理的圖，圖6的(A)表示上述階梯狀波形的電壓V1+V2，該圖的(B)表示以第5、第6的開關(guān)元件14、15的串聯(lián)連接部即(e)點(diǎn)作為基準(zhǔn)，以PWM的平均值表示第7、第8開關(guān)元件16、17的串聯(lián)連接部(h)點(diǎn)的電壓V3， 在圖6的(A)中，用細(xì)實線同時表示正弦波狀的目標(biāo)電壓的指令值V*。在與圖6的(A)中所示的(e)點(diǎn)的階梯狀波形的電壓V1+V2和正弦波狀目標(biāo)電壓的指令值壙的差電壓的正負(fù)對應(yīng)的定時對第5、第6開關(guān)元件14、15進(jìn)行導(dǎo)通/截止控制。 其結(jié)果，上述電壓V1+V2在其導(dǎo)通/截止控制的定時對第3電容器19進(jìn)行充放電。換言之，在電壓V1+V2 >正弦波狀的目標(biāo)電壓的指令值V*的關(guān)系式成立時，差電壓為正，第5開關(guān)元件14被導(dǎo)通地控制，第6開關(guān)元件15被截止地控制的結(jié)果，電壓V1+V2 對第3電容器19充電。
另一方面，在電壓V1+V2<E弦波狀的目標(biāo)電壓的指令值V*的關(guān)系式成立時，差電壓為負(fù)，第5開關(guān)元件14被截止地控制，第6開關(guān)元件15被導(dǎo)通地控制的結(jié)果，對第3 電容器19充電了的電壓被放電。上述差電壓的大小關(guān)系的周期是作為第3頻率f3的150Hz，作為結(jié)果，第5、第6開關(guān)元件14、15以該第3頻率f3被交替地導(dǎo)通/截止控制。而且，在第3斬波器電路7中，以校正電壓V1+V2和正弦波狀的目標(biāo)電壓的指令值 V*的差電壓的占空比，以比第1頻率高數(shù)百倍的頻率即18kHz的第4頻率f4對第7、第 8開關(guān)元件16、17進(jìn)行PWM控制。由此，如圖6的(B)所示，在第7、第8開關(guān)元件16、17的串聯(lián)連接部即(h)點(diǎn)呈現(xiàn)對應(yīng)于階梯狀的波形的電壓V1+V2和正弦波狀的目標(biāo)電壓的指令值Ψ的差電壓的電壓V3。該電壓V3表示PWM的平均值，該電壓V3是以第5、第6開關(guān)元件 14、15的串聯(lián)連接部即(e)點(diǎn)為基準(zhǔn)的第7、第8開關(guān)元件16、17的串聯(lián)連接部即(h)點(diǎn)的電壓。因此，在第3斬波器電路7中，以地即(a)點(diǎn)的第1基準(zhǔn)電位為基準(zhǔn)，在第7、第8 的開關(guān)元件16、17的串聯(lián)連接部即(h)點(diǎn)呈現(xiàn)合計了圖6的(A)所示的(a)-(e)點(diǎn)間電壓 V1+V2和圖6的⑶所示的(e)-(h)點(diǎn)間電壓V3的、與用圖6的㈧的細(xì)實線表示的電力系統(tǒng)頻率的變化同相的正弦波狀的目標(biāo)電壓的指令值壙。在該第3斬波器電路7中，以系統(tǒng)頻率的3倍的頻率進(jìn)行斬波，并且消除與正弦波電壓的差分，所以可以抑制第3次以上的高頻諧波。接著，參照圖7以后，說明檢測第2、第3電容器18、19的電容量減退的系統(tǒng)。上述第2、第3電容器18、19分別由多個電容器并聯(lián)連接而構(gòu)成。于是，在構(gòu)成這些第2、第3電容器18、19的多個電容器的某個中發(fā)生電容量減退時，其他的電容器成為過負(fù)荷狀態(tài)，由于這些電容器的內(nèi)部電阻引起產(chǎn)生熱等的不良情況，并且在輸出側(cè)電流Is中產(chǎn)生脈動，從而不能將輸出電力送到系統(tǒng)的商用電源2側(cè)。在這樣的情況下，通常監(jiān)視有無第2、第3電容器18、19的電容量減退，在發(fā)生了電容量減退的情況下，需要停止系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)而將第2、第3電容器18、19更換為新的部件等。 但是，在本實施方式中，在第2、第3電容器18、19中發(fā)生了電容量減退的情況下，不單是使系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)停止，也是能夠繼續(xù)其運(yùn)轉(zhuǎn)從而延長該系統(tǒng)的持續(xù)性，并且在第2、第3電容器 18、19的電容量減退進(jìn)展的時刻，使該系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)停止?？刂齐娐?測量第2、第3電容器18、19的充電電壓Vd2、Vd3、輸出電壓Vs、輸出電流Is，根據(jù)該測量的值，如以下說明的那樣，對第2、第3電容器18、19的電容量減退進(jìn)行需要的控制動作。在圖7中表示第2、第3電容器18、19沒有電容量減退的通常時的各部分中的電壓、電流波形。圖7的㈧表示輸出電壓Vs，圖7的⑶表示輸出電流Is，圖7的(C)表示第2電容器18的充電電壓Vd2，圖7的⑶表示以(c)點(diǎn)的電位為基準(zhǔn)電位的(e)點(diǎn)的電壓v2，圖7的(E)是第3電容器19的充電電壓Vd3，圖7的(F)是以(e)點(diǎn)為基準(zhǔn)的(h) 點(diǎn)的電壓V3。而且，在圖7中為了理解，以數(shù)值表示電壓、電流的值。圖8表示在第2、第3電容器18、19中，在第2電容器18中發(fā)生了電容量減退的情況下的各部分中的電壓、電流波形。圖8的㈧至⑶分別對應(yīng)于圖7的㈧至(D)。而且，圖8的(E)表示第2斬波器電路6的第3開關(guān)元件12的導(dǎo)通/截止，圖8的(F)表示該第2斬波器電路6的第4開關(guān)元件13的導(dǎo)通/截止。如圖7的㈧、⑶和圖8的㈧、 (B)中所示那樣，在輸出電流Is、輸出電壓Vs中，在輸出電流Is的波形上產(chǎn)生了失真。這是因為，通過比較圖7的(C)和圖8的(C)可知那樣，在圖8的(C)中所示的第2電容器18 的充電電壓Vd2中成為存在脈動的狀態(tài)。圖9表示在第2、第3電容器18、19中，第3電容器19中發(fā)生了電容量減退的情況下的各部分中的電壓、電流波形。圖9的㈧、(B)、(C)、(D)分別對應(yīng)于圖7的㈧、(B)、 (E)、(F)。而且，圖9的(E)表示第3斬波器電路7的第5開關(guān)元件14的導(dǎo)通/截止，圖9 的(F)表示該第3斬波器電路7的第6開關(guān)元件15的導(dǎo)通/截止。如圖7的㈧、⑶和圖9的(A)、⑶中所示那樣，在輸出電流Is、輸出電壓Vs中，在輸出電流Is的波形上產(chǎn)生了失真。這是因為，通過比較圖7的(E)和圖9的(C)可知那樣，在圖9的(C)中所示的第 3電容器19的充電電壓Vd3中成為存在脈動的狀態(tài)。參照圖10說明上述第2、第3電容器18、19的電容量減退檢測的流程圖。在步驟nl中，檢測第2電容器18的充電電壓Vd2的在圖7(C)、圖8(C)中表示的電壓偏差Δ Vd2、和第3電容器19的充電電壓Vd3的在圖7(E)、圖9(C)中的電壓偏差A(yù)Vd3。 該電壓偏差A(yù)Vd2、AVd3分別是充電電壓Vd2、Vd3的最大值和最小值之間的電壓差。如圖7的(C)、(E)表示的那樣，與沒有電容量減退時的第2電容器18、第3電容器19的各充電電壓Vd2、Vd3的電壓偏差A(yù)Vd2、AVd3相比，如圖8的(C)、圖9的(C)中所示那樣，在有電容量減退時的第2電容器18、第3電容器19的各充電電壓Vd2、Vd3的電壓偏差A(yù)Vd2、AVd3大。在步驟n2中，為了防止誤檢測電容量減退，計算上述電壓偏差A(yù)Vd2、AVd3的平均值A(chǔ)Vavr。由于電壓偏差Δ Vd2、Δ Vd3是瞬間值，所以有時因噪聲的影響不能準(zhǔn)確地測量電壓偏差A(yù)Vd2、AVd30因此，在不產(chǎn)生因電壓偏差A(yù)Vd2、ΔVd3的測量誤差引起的影響的程度上的一定時間計算上述平均值A(chǔ)Vavr，使得該平均值Δ Vavr可以用于電容量減退檢測的判斷中。在步驟η3中，判斷是否平均值Δ Vavr >閾值Vth。如果平均值八似^>閾值乂讓， 則作為“真”即有電容量減退而轉(zhuǎn)移到步驟n4，如果不是平均值A(chǔ)Vavr >閾值Vth，則作為 “假”而返回步驟nl。閾值Vth可以通過能夠?qū)⑤敵鲭娏鱅s控制為正弦波的范圍的第2電容器18的充電電壓Vd2、第3電容器19的充電電壓Vd3各自的電壓脈動的大小來決定。例如，可以通過圖7的(C)、(E)中表示的無電容量減退時的第2電容器18、第3電容器19的各充電電壓Vd2、Vd3的電壓偏差A(yù)Vd2、AVd3，和圖8的(C)、圖9的(C)中表示的有電容量減退時的第2電容器18、第3電容器19的各充電電壓Vd2、Vd3的電壓偏差A(yù)Vd2、AVd3 的關(guān)系，決定Vth。在步驟n4中，對電容量減退檢測計數(shù)次數(shù)加(+)1。這里，該計數(shù)次數(shù)不過是為了防止誤檢測電容量減退。在步驟η5中，判斷是否電容量減退檢測計數(shù)次數(shù)Nc >規(guī)定次數(shù)Ncmax。該規(guī)定次數(shù)Ncmax不過是防止誤檢測電容量減退所需要的次數(shù)，可以實驗性地決定。如果電容量減退檢測計數(shù)次數(shù)Nc >規(guī)定次數(shù)Ncmax，則作為“真”而轉(zhuǎn)移到步驟n6，如果不是電容量減退檢測計數(shù)次數(shù)Nc >規(guī)定次數(shù)Ncmax，則作為“假”返回步驟nl。在步驟n6中，顯示表示檢測出電容量減退的報警，轉(zhuǎn)移到步驟η7。該顯示可以是任何形態(tài)。既可以以聲音報警，也可以以圖像報警。在步驟π7中，運(yùn)算輸出電力限制(limit)Plim。該輸出電力限制Plim是在發(fā)生了電容量減退時限制電力輸出，以使得不輸出該輸出電力限制以上的電力的情況下的該限制電力的閾值。輸出電力限制Plim可以通過下式運(yùn)算。Plim = G(AVavr-AVavrO) X P。這里，G是系數(shù)，AVavr是電壓偏差A(yù)Vd2、AVd3的平均值，Δ VavrO是沒有電容量減退時的平均值Δ Vavr, P是輸出電力。在步驟η8中，將輸出電力抑制為輸出電力限制Plim以下。將輸出電力抑制為輸出電力限制Plim以下，是為了通過消除輸出電流Is的失真，能夠?qū)ο到y(tǒng)側(cè)進(jìn)行逆流動。通過將輸出電力抑制為輸出電力限制Plim以下來抑制輸出電流Is的失真，是對電容器的電力的充放電量變少，電容器的變壓變化變少。于是，在電容器的電壓變化變少時，成為與電容器的電容量大的狀態(tài)相同的狀態(tài)，所以通過抑制發(fā)電電力，輸出電流Is的失真被緩和。在步驟η9中，判斷是否Plim <輸出界限值。輸出界限是檢測到電容量減退導(dǎo)致的故障而必須使系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)停止的閾值。如果Plim <輸出界限值，則作為“真”而轉(zhuǎn)移到步驟nlO，如果不是Plim <輸出界限值，則作為“假”而返回步驟nl。在步驟nlO中，將輸出界限計數(shù)加(+)1。計數(shù)輸出界限是為了防止誤檢測。在步驟nil中，判斷是否輸出界限計數(shù)Np < Npmax。如果輸出界限計數(shù)Np < Npmax,則作為“真”而轉(zhuǎn)移到步驟nl2，如果不是輸出界限計數(shù)Np < Npmax,則作為“假” 而返回步驟nl。在步驟nl2中，顯示表示檢測出電容量減退的報警，轉(zhuǎn)移到步驟nl3。該顯示可以是任何形態(tài)。既可以以聲音報警，也可以以圖像報警。這里，相對于步驟n6的情況是通過電容量減退抑制輸出電力而繼續(xù)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)，在步驟η12中，是檢測電容量減退造成的故障，在步驟η13中需要使系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)停止的情況。而且，使運(yùn)轉(zhuǎn)停止是因為在由于電容量減退，太陽能電池的最大輸出電力降低，成為作為用戶不能得到電力利用的好處(merit) 的狀態(tài)，而且，在有電容量減退的狀態(tài)下繼續(xù)長期間運(yùn)轉(zhuǎn)則產(chǎn)生不良狀況。在參照圖11說明橫軸的輸出電力(=輸出電壓VsX輸出電流Is)和縱軸的第2、 第3電容器18、19的充電電壓Vd2、Vd3的脈動的關(guān)系的話，第2、第3電容器18、19中沒有電容量減退的情況下，輸出電力為100%，輸出電力對脈動特性為Li，在存在電容量減退的情況下，通過輸出電力的限制調(diào)整，輸出電力對脈動特性如箭頭所示那樣轉(zhuǎn)移，從而轉(zhuǎn)移到輸出界限值的特性L2。該輸出電力的限制調(diào)整與圖10的流程圖的步驟n7_n9對應(yīng)。在參照圖12說明太陽能電池板1的1天的輸出變動的話，在圖12中，橫軸是時間， 縱軸是太陽能電池板1的輸出電力。除了晴天，太陽能電池板1不以100%輸出電力。因此，在圖12中，如陰影所示，將太陽能電池板1的輸出電力限制在從100%至輸出界限值。 該限制范圍是縱軸的100%輸出電力和輸出界限值之間的區(qū)域。該輸出電力的限制調(diào)整也與圖10的流程圖的步驟η7-η9對應(yīng)。參照圖13至圖15，說明輸出電力抑制。圖13表示在第2電容器18、第3電容器 19中沒有電容量減退的通常時的輸出電流Is、輸出電壓Vs、第2電容器18的充電電壓Vd2、 第3電容器19的充電電壓Vd3的波形。圖14表示在第2電容器18、第3電容器19中發(fā)生了電容量減退的情況下各自的波形。圖15表示輸出電力抑制(通常時的輸出電力的1/2)時的各自的波形。通過該輸出電力的抑制，判斷出輸出電流Is的失真被改善。該輸出電力的抑制與圖10的流程圖的步驟n7-n9對應(yīng)。如以上說明的那樣，在本實施方式中，由于包含根據(jù)電容量減退檢測對象的電容器(第2電容器18、第3電容器19)的兩端間充電電壓的電壓偏差檢測為存在電容量減退的步驟、在上述檢測出的電容量減退是能夠通過輸出電力的抑制而繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的電容量減退時，抑制輸出電力的步驟、以及在上述電容量減退是即使抑制輸出電力也不能繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的電容量減退時，停止運(yùn)轉(zhuǎn)的步驟，所以不用僅因電容器產(chǎn)生電容量減退而為了更換該電容量等從而停止運(yùn)轉(zhuǎn)，而且，由于可以在電容量減退進(jìn)展的情況下停止運(yùn)轉(zhuǎn)，所以可以提供對用戶使用方便性上優(yōu)越的系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種功率調(diào)節(jié)器中的電容器電容量減退檢測方法，在對太陽能電池輸出進(jìn)行電力變換而將輸出電力輸出到系統(tǒng)側(cè)的功率調(diào)節(jié)器中包含第1電容器，與太陽能電池并聯(lián)連接；第1斬波器電路，由與第1電容器并聯(lián)連接的、至少串聯(lián)連接了兩個的第1開關(guān)元件、 第2開關(guān)元件構(gòu)成；第2斬波器電路，由第2電容器、與至少兩個串聯(lián)連接的第3開關(guān)元件、第4開關(guān)元件的并聯(lián)連接構(gòu)成，該并聯(lián)連接的一端側(cè)連接到所述第1開關(guān)元件、所述第2開關(guān)元件的共同連接部；以及第3斬波器電路，將至少兩個串聯(lián)連接的第5開關(guān)元件、第6開關(guān)元件、與第3電容器、 與至少兩個串聯(lián)連接的第7開關(guān)元件、第8開關(guān)元件并聯(lián)連接構(gòu)成，所述第5開關(guān)元件、第 6開關(guān)元件的并聯(lián)連接的一端側(cè)連接到所述第3開關(guān)元件、第4開關(guān)元件的共同連接部，該電容量減退的檢測方法是在所述功率調(diào)節(jié)器中，將所述第2電容器和第3電容器中的至少一個電容器作為電容量減退檢測對象而檢測其電容量減退的檢測方法，其特征在于，包括根據(jù)所述電容量減退檢測對象的電容器的兩端間充電電壓的電壓偏差，檢測為有電容量減退的步驟；以及如果所述檢測到的電容量減退是能夠通過輸出電力的抑制而繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的電容量減退， 則抑制輸出電力的步驟。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括如果所述電容量減退是即使抑制輸出電力也不能繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的電容量減退，則停止運(yùn)轉(zhuǎn)的步驟。
3.—種功率調(diào)節(jié)器，對太陽能電池輸出進(jìn)行電力變換而將輸出電力輸出到系統(tǒng)側(cè)，其特征在于，包含第1電容器，與太陽能電池并聯(lián)連接；第1斬波器電路，由與第1電容器并聯(lián)連接的、至少串聯(lián)連接了兩個的第1開關(guān)元件、 第2開關(guān)元件構(gòu)成；第2斬波器電路，由第2電容器、與至少兩個串聯(lián)連接的第3開關(guān)元件、第4開關(guān)元件的并聯(lián)連接構(gòu)成，該并聯(lián)連接的一端連接到所述第1開關(guān)元件、所述第2開關(guān)元件的共同連接部；以及第3斬波器電路，將至少兩個串聯(lián)連接的第5開關(guān)元件、第6開關(guān)元件、與第3電容器、 與至少兩個串聯(lián)連接的第7開關(guān)元件、第8開關(guān)元件并聯(lián)連接構(gòu)成，所述第5開關(guān)元件、第6 開關(guān)元件的并聯(lián)連接的一端側(cè)連接到上述兩個第3開關(guān)元件、第4開關(guān)元件的共同連接部，所述功率調(diào)節(jié)器能夠通過權(quán)利要求1或2所述的方法檢測第2電容器或者第3電容器的電容量減退。
4.一種太陽能發(fā)電系統(tǒng)，包括薄膜太陽能電池和功率調(diào)節(jié)器，該功率調(diào)節(jié)器被配置在該薄膜太陽能電池和商用電源之間，將來自所述薄膜太陽能電池的直流電力變換為與所述商用電源系統(tǒng)聯(lián)系的交流電力而輸出，其特征在于，對所述功率調(diào)節(jié)器使用了權(quán)利要求3所述的功率調(diào)節(jié)器。
全文摘要
本發(fā)明的電容量減退的檢測方法檢測太陽能發(fā)電系統(tǒng)的功率調(diào)節(jié)器內(nèi)的電容器的電容量減退，根據(jù)該電容量減退的程度繼續(xù)或者停止該系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)。該電容量減退的檢測方法是對太陽能電池輸出進(jìn)行電力變換而將輸出電力輸出到系統(tǒng)側(cè)的功率調(diào)節(jié)器中的電容器的電容量減退的檢測方法，包括根據(jù)上述電容量減退檢測對象的電容器的兩端間充電電壓的電壓偏差，檢測為有電容量減退的步驟；如果上述檢測到的電容量減退是能夠通過輸出電力的抑制而繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的電容量減退，則抑制輸出電力的步驟；以及如果所述電容量減退是即使抑制輸出電力也不能繼續(xù)具有該功率調(diào)節(jié)器的太陽能發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)的電容量減退，則停止該系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)的步驟。
文檔編號H02M7/537GK102193042SQ20111004493
公開日2011年9月21日 申請日期2011年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月11日
發(fā)明者中村耕太郎, 宮本美緒, 馬渕雅夫 申請人:歐姆龍株式會社