(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池の出力電圧を制御して太陽電池の出力電力を最大とする制御装置において、前記太陽電池の出力電圧を所望の電圧までランプ状に変化させる手段を備え、太陽電池の出力電圧を所望の電圧までランプ状に変化させる手段は、太陽電池の出力電圧をランプ状に変化させた後、その電圧を一定時間維持した状態で、太陽電池の出力電圧と出力電力の所定時間内の平均値を演算し、その平均値を利用して太陽電池の出力電力が最大となる動作点を探索するように構成したことを特徴とする系統連系用太陽光発電システムの制御装置。
【請求項２】
前記太陽電池の出力電圧を所望の電圧までランプ状に変化させる手段は、演算した太陽電池の出力電圧および出力電力の所定時間内の平均値と、既定時間前に同様に演算した太陽電池の出力電圧と出力電力の所定時間内の平均値との大小比較によって、前記太陽電池の出力電力が最大となる動作点を探索するようにしたことを特徴とする請求項１記載の系統連系用太陽光発電システムの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池の動作電圧を制御して最大電力を出力させる太陽光発電システムの制御装置において、特に電力変換装置としてのインバータの出力電流や出力電力が急激に変動することのないように制御する手段を備えて構成した装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池の出力特性は日射量によって大きく変化し、太陽の移動に伴って変化する日射量に応じて出力電力が最大となる動作点も移動する。そのため、日射量に追従して太陽電池の出力電力が最大となるように前記太陽電池に接続する変換装置としてのインバータやチョッパ等を制御する装置が種々存在する。
【０００３】
図５は前記太陽電池が発電した直流電力をインバータによって交流電力に変換して系統に供給する系統連系用太陽光発電システムの一例を示しており、図５において、１は太陽電池２と既存の電力系統３との連系をとる直交変換器としてのインバータであり、４は前記インバータ１の制御装置である。
【０００４】
つづいて、前記制御装置４の構成について説明する。前記制御装置４は、太陽電池２の出力電圧Ｖｄと出力電流Ｉｄから太陽電池２の動作電圧を決定する直流電圧指令値Ｖｄｒを作成する最大電力制御部５と、太陽電池２の出力電圧Ｖｄが前記直流電圧指令値Ｖｄｒと一致するように電流指令値Ｉａｒを作成する直流電圧制御部６、および、インバータ１の出力電流ＩａがＩａｒになるようにインバータ１を制御する交流電流制御部７から構成されている。
【０００５】
そして、前記最大電力制御部５は図６に示すフローチャートに従って時間Ｔ０秒毎に動作する。すなわち、前記最大電力制御部５は、最初に、太陽電池２の現在の出力電圧Ｖｄと出力電流Ｉｄを計測する。そして、前記計測した太陽電池２の出力電圧Ｖｄと出力電流Ｉｄから現在の太陽電池２の出力電力Ｐｄを演算する。
【０００６】
つづいて、前記現在の出力電力Ｐｄと過去（Ｔ０秒前）に同様の手順により求めた出力電力Ｐｄ’との大小比較をし、その結果、現在の出力電力Ｐｄが過去の出力電力Ｐｄ’未満である場合は、前記計測した太陽電池２の現在の出力電圧Ｖｄと過去の出力電圧Ｖｄ’との大小比較をする。
【０００７】
そして、現在の出力電圧Ｖｄが過去の出力電圧Ｖｄ’未満であった場合は、現在の直流電圧指令値Ｖｄｒから予め設定した電圧値ΔＶ分だけ直流電圧指令値Ｖｄｒを増加させる。また、現在の出力電圧Ｖｄが過去の出力電圧Ｖｄ’以上であった場合は、前記直流電圧指令値Ｖｄｒを予め設定した電圧値ΔＶ分だけ減少させる。
【０００８】
さらに、前記太陽電池２の現在の出力電力Ｐｄが過去の出力電力Ｐｄ’以上であった場合も前述した制御動作同様、現在の出力電圧Ｖｄと過去の出力電圧Ｖｄ’とを比較し、現在の出力電圧Ｖｄが過去の出力電圧Ｖｄ’以上であった場合は、直流電圧指令値Ｖｄｒを予め設定した電圧値ΔＶ分だけ増加させ、現在の出力電圧Ｖｄが過去の出力電圧Ｖｄ’未満であった場合は、直流電圧指令値Ｖｄｒを電圧値ΔＶ分だけ減少させる。
【０００９】
このようにして、前記直流電圧指令値Ｖｄｒが時間Ｔ０秒毎に変更されると、図５に示す直流電圧制御部６は、太陽電池２の出力電圧Ｖｄが前記変更した直流電圧指令値Ｖｄｒと同値になるような電流指令値Ｉａｒを作成し、交流電流制御部７に出力する。すると、前記交流電流制御部７はインバータ１の出力電流Ｉａが前記作成した電流指令値Ｉａｒと等しくなるように前記インバータ１を制御する。
【００１０】
これにより、図５に示す従来の系統連系用太陽光発電システムでは、図７に示すように、太陽電池２の出力電圧ＶｄがＴ０秒毎に予め設定した電圧幅ΔＶだけステップ状に変化する。その結果、前記系統連系用太陽光発電システムの出力電力Ｐａは、前記出力電圧Ｖｄの変化に追従して電力幅ΔＰだけステップ状に変化する。但し、ここではインバータ１による電力損失は無視している。
【００１１】
また、このとき、一般的に系統３における電圧は一定であることから、系統連系用太陽光発電システムの出力電流Ｉａも電力幅ΔＰに相当する分だけＴ０秒毎にステップ状に変化する。
【００１２】
最後に、過去の出力電圧Ｖｄ’および出力電力Ｐｄ’を現在の出力電圧Ｖｄおよび出力電力Ｐｄに置換える。そして、時間Ｔ０秒経過後、再び図６のフローチャートに示す動作を行う。この動作を繰返し行うことによって、図４に示した太陽電池２のＰ−Ｖ特性からわかるように、太陽電池２の出力電力Ｐｄが常に最大となる付近に制御されるのである。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、前記従来の系統連系用太陽光発電システムは、太陽電池２の出力電力Ｐｄが最大となる動作点近傍で前記太陽電池２を動作させることはできるが、太陽電池２の最大電力動作点を探索する際、前記系統連系用太陽光発電システムの出力電力Ｐａや出力電流Ｉａはステップ状に変動する。このため、このステップ状の変動が系統に接続される機器に好ましくない影響を与え、特に系統が商用の場合、電力の急激な変動は電力品質の面でも好ましくないといった問題があった。
【００１４】
そこで前記問題点を解決するために、例えば、太陽電池２の出力電圧Ｖｄの変化幅ΔＶを小さくすることにより、前記出力電力Ｐａおよび出力電流Ｉａの変動を小さくして、系統に接続された機器への影響を抑制するようにしたとする。しかし、この場合、電力の変化速度が小さくなるため、必然的に最大電力動作点に達するまでの時間が長くなり、太陽電池２の発電効率が低下してしまう。
【００１５】
また、前記太陽電池２は日射量をパラメータとした場合、前記日射量の増大にしたがって前記出力電力Ｐａおよび出力電流Ｉａの変動分の変動は増大する。このため、日射量の増加に伴う出力電力Ｐａおよび出力電流Ｉａの増加は、系統に接続された機器に一層好ましくない影響を与えることとなり、電力品質を低下させることとなる。
【００１６】
本発明は前記問題点を解決するようにしたものであり、太陽電池２の発電電力を系統に供給する系統連系用太陽光発電システムにおいて、太陽電池を最大電力動作点で動作させるように制御する際、系統に急激な電流や電力の変動を与えることなく、前記太陽電池の最大電力動作点を探索することのできる系統連系用太陽光発電システムの制御装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【問題を解決するための手段】
請求項１記載の系統連系用太陽光発電システムの制御装置は、太陽電池の出力電圧を所望の電圧までランプ状に変化させる手段を備え、太陽電池の出力電圧を所望の電圧までランプ状に変化させる手段は、太陽電池の出力電圧をランプ状に変化させた後、その電圧を一定時間維持した状態で、太陽電池の出力電圧と出力電力の所定時間内の平均値を演算し、この平均値を利用して太陽電池の出力電力が最大となる動作点を探索するようにしたことを特徴とする。
【００１９】
請求項２記載の系統連系用太陽光発電システムの制御装置は、太陽電池の出力電圧を所望の電圧までランプ状に変化させる手段において、演算した太陽電池の出力電圧および出力電力の所定時間内の平均値と、既定時間前に同様に演算した太陽電池の出力電圧と出力電力の所定時間内の平均値との大小比較によって、前記太陽電池の出力電力が最大となる動作点を探索するようにしたことを特徴とする。
【００２０】
本発明は、太陽電池の出力電圧をランプ状に変化させて太陽電池の出力電力が最大となる動作点を探索するように構成したので、系統に悪影響を及ぼす電流および電力の急激な変動を確実に防止することができ、電力品質の低下を未然に阻止することができる。
【００２１】
また本発明は、太陽電池の出力電圧および出力電力の平均値を計算する際、前記出力電圧を一定時間維持するように構成したので、系統に供給される電流や電力の変動を一層緩和することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１ないし図４により説明する。なお、図１において図５と同一部品は同一符号を付して簡単に説明する。図１は本発明の実施の一形態である制御装置を備えた系統連系用太陽光発電システムの構成を示すものであり、図２は本発明の制御装置を構成する後述する最大電力制御部の動作アルゴリズムを示すフローチャートである。
【００２３】
図３は太陽電池２の出力電圧Ｖｄ，出力電流Ｉｄ，出力電力Ｐｄとインバータ１が系統３に供給する交流出力電流Ｉａ，交流出力電力Ｐａの時間的変化を示す波形図であり、図４は前記太陽電池２のＩ−Ｖ特性およびＰ−Ｖ特性を示す特性図である。なお、ここでもインバータ１による電力損失は無視している。
【００２４】
最初に図１に示す系統連系用太陽光発電システムの構成について説明する。図１において、１は直交変換器としてのインバータであり、２は太陽電池、３は電力系統、４ａはインバータ１の制御装置を示している。前記制御装置４ａは、Δｔ秒毎に計測した太陽電池２の出力電圧Ｖｄと出力電流Ｉｄから図２のフローチャートにしたがって、太陽電池２の動作電圧を決定する直流電圧指令値Ｖｄｒを作成する最大電力制御部５ａと、太陽電池２の出力電圧Ｖｄが前記作成した直流電圧指令値Ｖｄｒと同値となるように電流指令値Ｉａｒを作成する直流電圧制御部６、および、インバータ１の出力電流Ｉａが前記電流指令値Ｉａｒと等しくなるようにインバータ１を制御する交流電流制御部７から構成されている。
【００２５】
つづいて、前記制御装置４ａの動作について説明する。なお、図２に示す一連の動作Ｓ１  〜Ｓ１０はΔｔ秒毎に繰返し行われるものであり、そのうち、太陽電池２の出力電力Ｐｄを最大にする出力電圧Ｖｄの判定動作Ｓ３  〜Ｓ７  はＴ０秒毎に行われる。
【００２６】
まず最初に、図１に示す最大電力制御部５ａは図２（ａ）のＳ１  において、図示しないタイマのカウント値ＴをΔｔ秒分増加させ、つづいて、Ｓ２  においてタイマのカウント値ＴがＴ０秒以上になったか否かの判定を行う。その結果、Ｔ０秒未満の場合は、同図（ｂ）に示すＳ８  に移行して、それ以降の動作を行う。
【００２７】
前記Ｓ８  において、タイマのカウント値ＴがＴ１秒以下（Ｔ≦Ｔ１）であった場合（当然、Ｔ＜Ｔ０）は、Ｓ９  に移行して、直流電圧指令値Ｖｄｒを以下の計算式より作成する。
【００２８】
【数１】
0003630589.tif 000002
【００２９】
なお、前記〔数１〕においてＶｄｒ０は、直流電圧指令値Ｖｄｒをランプ状に変化させる際の開始値であり、ΔＶｒは図２（ａ）に示すＳ６ａまたはＳ６ｂにて設定される直流電流指令値Ｖｄｒの変化分である。
【００３０】
Ｓ８  において、タイマのカウント値Ｔを判定した結果、前記カウント値ＴがＴ１＜Ｔ＜Ｔ０の範囲内にある場合は、直流電圧指令値ＶｄｒをＶｄｒ０＋ΔＶｒに維持する。
【００３１】
また、前記タイマのカウント値ＴがＴ０−Ｔ３≦Ｔ＜Ｔ０の範囲内にあるときは、Ｓ１０に移行して、太陽電池２の出力電圧Ｖｄと出力電力Ｐｄの平均値Ｖａｖｅ  ，Ｐａｖｅ  を求める。そして、Δｔ秒経過後、図１に示す最大電力制御部５ａは、図２（ａ）に示すＳ１  まで戻り、それ以降の動作を繰返し実行する。
【００３２】
つまり、前記制御装置４ａの最大電力制御部５ａは、太陽電池２の出力電圧Ｖｄをランプ状に変化させる直流電圧指令値Ｖｄｒの作成（演算動作Ｓ９  ）をＴ１秒間行い、その後、直流電圧指令値ＶｄｒをＴ２（＝Ｔ０−Ｔ１）秒間一定に維持した状態で、太陽電池２の出力電圧Ｖｄと出力電力ＰｄのＴ３秒間の平均値Ｖａｖｅ  ，Ｐａｖｅ  を求める（Ｓ１０）のである（図３（ａ）参照）。
【００３３】
なお、前述した時間Ｔ０〜Ｔ３の間には、それぞれＴ０＝Ｔ１＋Ｔ２，Ｔ３＜Ｔ２の関係があり、ΔｔはＴ０〜Ｔ３と比較して十分小さい値である。
【００３４】
タイマのカウント値ＴがＴ０秒以上の場合、図２（ａ）に示すＳ３  において、前記カウント値Ｔを０にリセットし、つづいて、同図（ｂ）のＳ１０にて計算した太陽電池２の出力電力平均値Ｐａｖｅ  が、過去（Ｔ０秒前）に計算した出力電力平均値Ｐａｖｅ  ’と比べて増加しているか否かを判定する（Ｓ４  ）。
【００３５】
その結果、現在の出力電力平均値Ｐａｖｅ  が、過去の出力電力平均値Ｐａｖｅ  ’以上であった場合は、Ｓ５ａに移行して、現在の出力電圧平均値Ｖａｖｅ  が過去の出力電圧平均値Ｖａｖｅ  ’（Ｔ０秒前にＳ１０で計算した値）と比較して増加しているかどうかを判定する。
【００３６】
そして、現在の出力電圧平均値Ｖａｖｅ  が過去の出力電圧平均値Ｖａｖｅ  ’以上である場合は、Ｓ６ａに移行して、時間Ｔ１秒の間に増加させる直流電圧指令値Ｖｄｒの変化分ΔＶｒを、予め設定したΔＶにする。
【００３７】
また、前記Ｓ５ａにおいて、現在の出力電圧平均値Ｖａｖｅ  が過去の出力電圧平均値Ｖａｖｅ  ’未満であった場合は、Ｓ６ｂに移行して、Ｔ１秒間に減少させる直流電圧指令値Ｖｄｒの変化分ΔＶｒを予め設定した−ΔＶにする。
【００３８】
さらに、前記Ｓ４  において現在の出力電力平均値Ｐａｖｅ  が過去の出力電力平均値Ｐａｖｅ  ’未満である場合は、Ｓ５ｂに移行して、現在の出力電圧平均値Ｖａｖｅ  と過去の出力電圧平均値Ｖａｖｅ  ’との大小を比較し、その結果、現在の出力電圧平均値Ｖａｖｅ  が過去の出力電圧平均値Ｖａｖｅ  ’以上である場合は、Ｓ６ｂに移行して、Ｔ１秒間に減少させる直流電圧指令値Ｖｄｒの変化分ΔＶｒを−ΔＶに設定する。
【００３９】
また、前記Ｓ５ｂにおいて、現在の出力電圧平均値Ｖａｖｅ  が過去の出力電圧平均値Ｖａｖｅ  ’未満である場合は、Ｓ６ａに移行して、Ｔ１秒間に増加させる直流電圧指令値Ｖｄｒの変化分ΔＶｒをΔＶにする。
【００４０】
このようにして、直流電圧指令値Ｖｄｒの変化分ΔＶｒを予め設定したΔＶもしくは−ΔＶにすることによって、前記直流電圧指令値ＶｄｒはＴ１秒間にΔＶまたは−ΔＶ分ランプ状に変化することとなる（〔数１〕参照）。
【００４１】
そして、図１に示す直流電圧制御部６は、前記太陽電池２の出力電圧Ｖｄが、Δｔ秒毎に設定される電圧指令値Ｖｄｒになるように電流指令値Ｉａｒを作成し、つづいて、交流電流制御部７はインバータ１の出力電流Ｉａが直流電圧制御部６にて作成した電流指令値Ｉａｒと同値となるようにインバータ１を制御する。
【００４２】
その後、図２（ａ）に示すＳ７  において、直流電圧指令値Ｖｄｒの初期値Ｖｄｒ０と、過去の出力電圧平均値Ｖａｖｅ  ’および出力電力平均値Ｐａｖｅ  ’を、前記Ｓ９  およびＳ１０（図２（ｂ）参照）で求めた直流電圧指令値Ｖｄｒの最終値Ｖｄｒ０＋ΔＶｒと現在の出力電圧平均値Ｖａｖｅ  および出力電力平均値Ｐａｖｅ  にそれぞれ変更する。
【００４３】
以上のルーチン（図２のフローチャート）をΔｔ秒毎に繰返すことにより、太陽電池２の出力電圧Ｖｄは図３に示すように、時間ｔの経過とともに予め設定した電圧値ΔＶ分ずつランプ状に増減を繰返すこととなる。このとき、前記太陽電池２の出力電流Ｉｄと出力電力Ｐｄも前記太陽電池２の出力電圧Ｖｄの増減に追従してランプ状に変動する。
【００４４】
以上のように前記太陽電池２の出力電圧Ｖｄを増減させると、図４の矢印で示すように、太陽電池２の動作点は出力電力Ｐｄが増加する方向に移動していく。
【００４５】
そして、前記出力電力Ｐｄが最大となる動作点に近づいていき、最大電力動作点近傍になると、太陽電池２の出力電圧Ｖｄは、最大電力動作点近傍の一点を中心に±ΔＶの電圧幅で増減を繰返すことになる（図４参照）。
【００４６】
このとき、系統連系用太陽光発電システムの出力電流Ｉａや出力電力Ｐａ、太陽電池２の出力電圧Ｖｄや出力電流Ｉｄ，出力電力Ｐｄは、時間ｔとともに図３に示すように推移していく。
【００４７】
以上説明したように、本発明の系統連系用太陽光発電システムの制御装置は、太陽電池２の出力電圧Ｖｄを変化させて、前記太陽電池２の出力電力Ｐｄが最大となる動作点を探索する際に、前記太陽電池２の出力電圧Ｖｄをステップ状に変化させるのではなく、ΔＶｒ／Ｔ１の傾きでランプ状に変化させる。これにより、系統に接続された機器に急激な電力変動を与えることはなく、電力品質を低下させることもない。
【００４８】
また、本発明の系統連系用太陽光発電システムの制御装置は、直流電圧指令値Ｖｄｒをランプ状に変化させた後、その値を一定時間維持するように構成したので、系統に供給する電流や電力の変動をより緩和させることができ、電力系統に急激な電力変動や電流変動を与えて、前記系統に接続される機器に好ましくない影響を及ぼすことを確実に防止することができる。
【００４９】
【発明の効果】
本発明の系統連系用太陽光発電システムの制御装置は、太陽電池の出力電圧を任意に設定可能な所定の電圧幅でランプ状に変化させていくことにより、前記太陽電池の出力電力が最大となる動作点を探索するように構成したので、本システムが電力系統に供給する電流や電力の変動を緩々とすることができ、前記系統上に接続される各種機器に悪影響が及ぶことを未然に阻止することができるため、非常に便利である。
【００５０】
また、本発明の系統連系用太陽光発電システムの制御装置は、太陽電池の出力電圧をランプ状に変化させた後、一定時間その電圧を維持した状態で、太陽電池の出力電圧および出力電力の平均値を演算するように構成したので、系統に供給する電流や電力の変動をより緩やかにすることができ、系統の電力品質の低下を招くこともない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る制御装置を備えた系統連系用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】前記制御装置を構成する最大電力制御部の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】前記系統連系用太陽光発電システムの電流および電圧、電力の時間的推移を示す波形図である。
【図４】太陽電池のＩ−Ｖ特性とＰ−Ｖ特性を示す特性図である。
【図５】従来の制御装置を備えた系統連系用太陽光発電システムの構成を示すブロック図である。
【図６】従来の制御装置を構成する最大電力制御部の動作を説明するためのフローチャートである。
【図７】従来の系統連系用太陽光発電システムの電流および電圧、電力の時間的推移を示す波形図である。
【符号の説明】
１  インバータ
２  太陽電池
３  電力系統
４，４ａ  制御装置
５，５ａ  最大電力制御部
６  直流電圧制御部
７  交流電流制御部
【図１】
0003630589.tif 000003
【図２】
0003630589.tif 000004
【図３】
0003630589.tif 000005
【図４】
0003630589.tif 000006
【図５】
0003630589.tif 000007
【図６】
0003630589.tif 000008
【図７】
0003630589.tif 000009