令和6年度下期機械問10

太陽光発電用パワーコンディショナの構成（昇圧チョッパ・MPPT・連系保護）で誤りを選ぶ

機械A問題配点 5点

出典：一般財団法人電気技術者試験センター令和6年度下期第三種電気主任技術者試験機械科目問題（問題文・選択肢は改変せず、公開PDFの該当ページをそのまま掲載しています）

正解

(1)

正解の出典：同センターが公表している解答

解説

図の回路を見て、チョッパが昇圧か降圧かを判断できるかがカギ。

図のチョッパ部は、太陽電池の正側からリアクトルが直列に入り、その先に下側のスイッチ（短絡用）と上側のスイッチ（直流母線へ送り出す側）が縦に並んでいる。下のスイッチを入れてリアクトルに電流を流してエネルギーをため、切ったときにリアクトルの電圧が電源電圧に上乗せされて直流母線へ送り出される。これは**昇圧チョッパ**の形である。

したがって(1)の「降圧チョッパとインバータを組み合わせて」が誤り。太陽電池の電圧は日射や枚数で変わり、系統電圧のピークより低いことが多いので、いったん昇圧してからインバータで交流にするのが一般的である。

ほかの記述は正しい。(2) 日射・温度で最大電力点が動くので、MPPTで常に最大電力点を追いかける。(3) チョッパとインバータの間のキャパシタが直流電圧を平滑し、容量が大きいほどリプルは小さい。(4) インバータ出力側にフィルタ（図のリアクトルとキャパシタ）を入れ、PWM制御とあわせて高調波を抑える。(5) 系統連系保護装置が、系統の停電や異常、パワコン内の異常で出力を止める（単独運転防止など）。

正解は(1)。

選択肢ごとの理由

(1)誤り（これが答え）。図のチョッパはリアクトルが入力側に直列に入った昇圧チョッパ。太陽電池の電圧を昇圧してからインバータで交流にする。
(2)正しい記述。日射や温度で最大電力点が変わるので、MPPTで追従する。
(3)正しい記述。直流中間のキャパシタが平滑を担い、容量が大きいほどリプルは小さい。
(4)正しい記述。インバータの出力側に高調波抑制フィルタを入れ、PWM制御で系統への高調波を減らす。
(5)正しい記述。系統連系保護装置が系統側・パワコン側の異常時に出力を遮断する。

この論点は、データセンターの現場でこう出てくる

パワーコンディショナの「昇圧チョッパ＋直流中間コンデンサ＋インバータ」という構成は、データセンターのUPSの中身とほぼ同じ形をしている。ダブルコンバージョン方式のUPSは、商用の交流をいったん整流して直流母線をつくり、そこに蓄電池をつなぎ、インバータでもう一度きれいな交流にしてサーバへ送る。蓄電池の電圧を直流母線の電圧に合わせるのに昇降圧チョッパを使う機種も多い。直流中間のコンデンサ、出力側のLCフィルタ、PWM制御による高調波抑制も、この問題の(3)(4)そのまま。また、DCの屋上や敷地に太陽光発電を置いてPUEやCO₂排出を下げる取り組みも増えている。その場合、パワコンの系統連系保護が、DCの受電設備の保護継電器や非常用発電機の運転とぶつからないよう調整する必要がある。停電時に発電機で給電しているところへ太陽光が逆に電力を流し込まないようにするのも、(5)の連系保護の役割。

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