(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池の出力を変換する電力変換手段と、第１の周期にて太陽電池の動作点を第１変動範囲で変動させて電圧値および電流値をサンプリングし、前記電圧値と前記電流値に基づいて太陽電池からの電力が最大となるように太陽電池の出力電圧を設定する出力電圧設定手段と、太陽電池の発生電流または電力が所定の電流値以下または所定の電力値以下の場合、前記第１の周期より長い周期である第２の周期で、前記第１の変動範囲より広い第２の変動範囲にて動作点を変動させて電圧値及び電流値をサンプリングし、前記電圧値と前記電流値に基づいて前記太陽電池からの電力が最大となるように太陽電池の出力電圧を設定する前記電力変換手段の制御手段と、を有することを特徴とする電力制御装置。
【請求項２】
太陽電池の出力を変換する電力変換手段と、第１の周期にて太陽電池の動作点を第１変動範囲で変動させて電圧値および電流値をサンプリングし、前記電圧値と前記電流値に基づいて太陽電池からの電力が最大となるように太陽電池の出力電圧を設定する出力電圧設定手段と、太陽電池の発生電流または電力が所定の電流値以下または所定の電力値以下の場合、前記第１の周期より長い周期である第２の周期で、前記第１の変動範囲より広い第２の変動範囲にて動作点を変動させて電圧値及び電流値をサンプリングし、前記電圧値と前記電流値に基づいて前記太陽電池からの電力が最大となるように太陽電池の出力電圧を設定する前記電力変換手段の制御手段と、常時、もしくは所定の電流値または電力値以上のときには、第２の周期より長い周期である第３の周期で、前記第２の変動範囲と等しいかまたはより広い第３の変動範囲にて動作点を変動させて電圧値及び電流値をサンプリングし、前記電圧値と前記電流値に基づいて前記太陽電池からの電力が最大になるように太陽電池の出力電圧を設定する前記電力変換手段の制御手段と、を有することを特徴とする電力制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記第２の変動範囲内もしくは第３の変動範囲内の電力の極大値が複数あるかを前記電圧値と前記電流値に基づいて判断し、複数ある場合には前記電圧値および電流値に基づき最大電力点が存在する電圧範囲内に太陽電池の出力電圧を設定することを特徴とする請求項１又は２記載の電力制御装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記第２の周期もしくは第３の周期において、現在の動作点を基準動作点として電圧値および電流値をサンプリングして記憶し、それぞれ前記第２の変動範囲もしくは第３の変動範囲で動作点を変動させて電圧値および電流値をサンプリングし、前記電圧値と前記電流値から各動作点での電力値を算出し、前記太陽電池の出力電力の極大点および第２の変動範囲端での動作点の電圧値と、電流値もしくは電力値を記憶して、これらの中の最大電力値となるように太陽電池の出力電圧を設定することを特徴とする請求項１又は２記載の電力制御装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記第２の周期もしくは第３の周期において、それぞれ第２の変動範囲もしくは第３の変動範囲で、前記電圧値と前記電流値から各動作点での電力値を算出し、サンプリングされたうちの３点以上の動作点の検出値を用いてその電圧−電力曲線を有極関数により近似し、前記有極関数の極大値の電圧を太陽電池の出力電圧に設定することを特徴とする請求項１又は２記載の電力制御装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記第２の周期もしくは第３の周期において、前記第２の変動範囲もしくは第３の変動範囲にて動作点を変動させて電圧値と電流値をサンプリングして、同一電圧の複数の動作点の電流値の差、または電圧値と電流値の乗算により算出される電力値の差が所定値以上であれば所定回数を上限として前記サンプリングおよび前記判定をやり直すか、または、設定動作を取り消して元の動作点を設定し、前記電流値の差、もしくは電力値の差が所定値未満であれば、前記電圧値と前記電力値に基づいて前記太陽電池からの電力が最大となるように太陽電池の出力電圧を設定することを特徴とする請求項１又は２記載の電力制御装置。
【請求項７】
太陽電池の出力を変換する電力変換手段と、第１の周期にて太陽電池の動作点を第１変動範囲で変動させて電圧値および電流値をサンプリングし、前記電圧値と前記電流値に基づいて太陽電池からの電力が最大となるように太陽電池の出力電圧を設定する出力電圧設定手段と、サンプリングされた前記電圧値と電流値をＡ／Ｄ変換して得られたディジタル値から算出した電力値の分解能がＣＰＵ内の算術論理演算装置が処理できるデータ長より大きい場合には、前記電力値の分解能を前記ＣＰＵ内の算術論理演算装置が処理できるデータ長に合致させてから、各種演算を行なう前記電力変換手段の制御手段と、を有することを特徴とする電力制御装置。
【請求項８】
太陽電池の出力を変換する電力変換手段と、第１の周期にて太陽電池の動作点を第１変動範囲で変動させて電圧値および電流値をサンプリングし、前記電圧値と前記電流値に基づいて太陽電池からの電力が最大となるように太陽電池の出力電圧を設定する出力電圧設定手段と、サンプリングされた前記電圧値と電流値をＡ／Ｄ変換して得られたディジタル値から算出した電力値を、所定の電流値以下の場合には、ＣＰＵ内の算術論理演算装置が処理できるデータ長で表現が可能になるまで右シフトしてから、各種演算を行なう前記電力変換手段の制御装置と、を有することを特徴とする電力制御装置。
【請求項９】
太陽電池と、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の電力制御装置と、を有することを特徴とする太陽光発電システム。
【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を有した太陽光発電システムの電力制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池の出力は、日射量、温度、動作点電圧などによりかなり変動するために、太陽電池から見た負荷を調整して、常に最大の電力を取り出すことが要望される。このため、複数の太陽電池から構成される太陽電池アレイの動作点の電圧や電流を変動させて、その時の電力変動を調べて太陽電池アレイの最大電力又は最大電力近傍の動作点を追尾する最大電力点追尾制御、いわゆるＭＰＰＴ制御が提案されている。
【０００３】
例えば、特公昭６３−５７８０７号公報に記載される電力の電圧微分値を利用するものや特開昭６２−８５３１２号公報に記載されている電力変化量が正の方向に探索する、いわゆる山登り法などがある。
【０００４】
また、特開平７−２２５６２４号公報に記載されるものにおいては、太陽電圧の開放電圧から最低電圧までの間を極大点を検出し、極大点のなかで最大電力となる極大点の電圧を設定している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の方法には以下の問題点がある。
【０００６】
太陽電池の発生電力が小さく、電流が少ない場合に、電流検出において、分解能による読み取り精度の問題やノイズの影響から、電流値が正しく検出できないことがあり、通常の最大電力点追尾動作を行なっても、極大点に捕われて、最大点を追尾できないことがあった。
【０００７】
通常は太陽電池アレイの電圧−電力特性は、図１０ａ（横軸は電圧、縦軸は電力）に示したような形状であるが、低電流時に電流値の分解能の影響で、図１０ｂのように複数の極大点が生じる。また、ノイズなどの影響により、図１０ｃのような極大点が生じることもある。
【０００８】
このような場合に、従来の山登り法では、動作点を変化させたことによる電力変化量の正負により、電圧−電力特性曲線の「山」の頂上のある方向を見いだすものであるので、動作点が▲１▼または▲１▼近傍にある場合には、動作点は▲１▼の「山」の頂上を追いかけて、太陽電池アレイからは最大電力を取り出すことが出来る。
【０００９】
しかし、動作点が▲２▼または▲２▼近傍にある場合には、動作点は▲２▼もしくは▲３▼の「山」の頂上を最大電力点と誤認して追従し、太陽電池アレイからは最大電力を取り出すことができない。
【００１０】
特に、図１０ｂのような場合には、日射量の変化により、図１０ｅのように電圧−電力特性が変化した場合には、動作電圧が上昇する方向に力が働きやすい。
【００１１】
以上、山登り法での動作について説明したが、電力の電圧微分値を利用する制御方法でも同様の結果となる。
【００１２】
これに対して、特開平７−２２５６２４号公報記載の方法では、複数の「山」の電力の大きいものの頂上を取ることができる。しかし、太陽電池に接続される電力変換装置の動作可能範囲は図１０ｄのように限定されるので、動作可能範囲内での最大電力動作点▲３▼は極大点にはなく、前記方法では最大電力を取り出せない。また、前記方法は太陽電池の開放電圧から最低電圧までという極めて広い範囲をスキャンするので、スキャン時の電力損失が懸念される。このため長いインターバルで上記方法を行うと、最適動作点は常時変動するので最適動作点からずれて精密に追尾は出来ず、最大電力を取り出すことができない。また、広範囲を探索する最中に日射変動が生じると、異なった電圧−電力特性での動作点をサンプリングして、それに基づいて動作点を設定するので、誤動作して出力が低下する恐れがある。
【００１３】
本発明の目的は、従来の太陽電池の電力制御方法の欠点を補完し、太陽電池から最大出力を取り出す電力制御装置を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する手段は、太陽電池の出力を変換する電力変換手段と、
第１の周期にて太陽電池の動作点を第１変動範囲で変動させて電圧値および電流値をサンプリングし、前記電圧値と前記電流値に基づいて太陽電池からの電力が最大となるように太陽電池の出力電圧を設定する出力電圧設定手段と、
太陽電池の発生電流または電力が所定の電流値以下または所定の電力値以下の場合、前記第１の周期より長い周期である第２の周期で、前記第１の変動範囲より広い第２の変動範囲にて動作点を変動させて電圧値及び電流値をサンプリングし、前記電圧値と前記電流値に基づいて前記太陽電池からの電力が最大となるように太陽電池の出力電圧を設定する前記電力変換手段の制御手段と、を有することを特徴とする電力制御装置である。
【００１５】
常時、もしくは所定の電流値または電力値以上のときには、前記第２の周期より長い周期である第３の周期で、前記第２の変動範囲と等しいかまたはより広い第３の変動範囲にて動作点を変動させて電圧値及び電流値をサンプリングし、前記電圧値と前記電流値に基づいて前記太陽電池からの電力が最大になるように太陽電池の出力電圧を設定する前記電力変換手段の制御手段と、を有することを特徴とする。
【００１６】
前記制御手段は、前記第２の変動範囲内もしくは第３の変動範囲内の電力の極大値が複数あるかを前記電圧値と前記電流値に基づいて判断し、複数ある場合には前記電圧値および電流値に基づき最大電力点が存在する電圧範囲内に太陽電池の出力電圧を設定することを特徴とする。
【００１７】
前記制御手段は、前記第２の周期もしくは第３の周期において、現在の動作点を基準動作点として電圧値および電流値をサンプリングして記憶し、それぞれ前記第２の変動範囲もしくは第３の変動範囲で動作点を変動させて電圧値および電流値をサンプリングし、前記電圧値と前記電流値から各動作点での電力値を算出し、前記太陽電池の出力電力の極大点および第２の変動範囲端での動作点の電圧値と、電流値もしくは電力値を記憶して、これらの中の最大電力値となるように太陽電池の出力電圧を設定することを特徴とする。
【００１８】
前記制御手段は、前記第２の周期もしくは第３の周期において、それぞれ第２の変動範囲もしくは第３の変動範囲で、前記電圧値と前記電流値から各動作点での電力値を算出し、サンプリングされたうちの３点以上の動作点の検出値を用いてその電圧−電力曲線を有極関数により近似し、前記有極関数の極大値の電圧を太陽電池の出力電圧に設定することを特徴とする。
【００１９】
前記制御手段は、前記第２の周期もしくは第３の周期において、前記第２の変動範囲もしくは第３の変動範囲にて動作点を変動させて電圧値と電流値をサンプリングして、同一電圧の複数の動作点の電流値の差、または電圧値と電流値の乗算により算出される電力値の差が所定値以上であれば所定回数を上限として前記サンプリングおよび前記判定をやり直すか、または、設定動作を取り消して元の動作点を設定し、前記電流値の差、もしくは電力値の差が所定値未満であれば、前記電圧値と前記電力値に基づいて前記太陽電池からの電力が最大となるように太陽電池の出力電圧を設定することを特徴とする。
【００２０】
又、太陽電池の出力を変換する電力変換手段と、
第１の周期にて太陽電池の動作点を第１変動範囲で変動させて電圧値および電流値をサンプリングし、前記電圧値と前記電流値に基づいて太陽電池からの電力が最大となるように太陽電池の出力電圧を設定する出力電圧設定手段と、
サンプリングされた前記電圧値と電流値をＡ／Ｄ変換して得られたディジタル値から算出した電力値の分解能がＣＰＵ内の算術論理演算装置が処理できるデータ長より大きい場合には、前記電力値の分解能を前記ＣＰＵ内の算術論理演算装置が処理できるデータ長に合致させてから、各種演算を行なう前記電力変換手段の制御手段と、を有することを特徴とする電力制御装置とする。
【００２１】
又、太陽電池の出力を変換する電力変換手段と、
第１の周期にて太陽電池の動作点を第１変動範囲で変動させて電圧値および電流値をサンプリングし、前記電圧値と前記電流値に基づいて太陽電池からの電力が最大となるように太陽電池の出力電圧を設定する出力電圧設定手段と、
サンプリングされた前記電圧値と電流値をＡ／Ｄ変換して得られたディジタル値から算出した電力値を、所定の電流値以下の場合には、ＣＰＵ内の算術論理演算装置が処理できるデータ長で表現が可能になるまで右シフトしてから、各種演算を行なう前記電力変換手段の制御装置と、を有することを特徴とする電力制御装置とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
〔実施形態１〕
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００２３】
図１に本発明の一実施形態に係る電力制御装置を用いた太陽光発電システムの構成を示す図である。図中、太陽電池１の直流電力は、電力変換手段２にて電力変換され、負荷３に供給される。
【００２４】
（太陽電池）
太陽電池１としては、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化合物半導体などを用いた太陽電池がある。通常は、複数の太陽電池モジュールを直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を構成する。
【００２５】
（電力変換手段）
電力変換手段２としては、パワートランジスタ、パワーＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、ＧＴＯなどの自己消弧型スイッチングデバイスを用いたＤＣ／ＤＣコンバータ、自励式電圧型ＤＣ／ＡＣインバータなどがある。この電力変換手段２は、ゲートパルスのＯＮ／ＯＦＦデューティ比を変えることで電力潮流、入出力電圧、出力周波数などを制御できる。
【００２６】
（負荷）
負荷３としては、電熱負荷や電動機負荷あるいは商用交流系統およびそれらの組み合わせなどがある。負荷３が商用交流系統の場合は、系統連系太陽光発電システムと呼ばれおり、系統に投入され得る電力は制限されないので、太陽電池１からより多くの電力を取り出す本発明が適用される対象として非常に好ましい。
【００２７】
（制御装置）
太陽電池１の出力電圧および出力電流は、通常用いられる電圧検出手段４および電流検出手段５により検出された、検出された電圧信号が出力電圧設定手段６および制御手段７に入力され、電流信号は出力電圧設定手段６に入力される。
【００２８】
出力電圧設定手段６は、検出され記憶された電圧信号、電流信号をもとに、電圧設定値を決定する。出力電圧設定手段６は、制御用マイクロコンピュータであり、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、Ｉ／Ｏなどで構成される。
【００２９】
制御手段７は、電力変換手段２の出力制御回路とゲート駆動回路である。例えば、出力電圧設定手段６からの電圧設定値と電圧検出手段４からの電圧信号との偏差である電圧誤差信号が入力され、これが零となるように制御するＰＩ制御回路と、ＰＩ制御回路からの出力に応じて三角波比較方式や瞬時電流追従制御などによりゲート駆動用のＰＷＭパルスを生成するＰＷＭ回路などからなる。これにより、電力変換手段２のオン／オフデューティ比を制御して、太陽電池の出力電圧を制御する。
【００３０】
（制御方法）
次に、図２、図３を用いて、本発明の電力制御装置において最大電力が得られる動作点の探索について説明する。図２は、横軸が電圧、縦軸が電力を示しており、電圧−電力出力特性曲線を示している。また、図３、４に本実施形態に係るフローチャートが示されている。
【００３１】
本発明の実施にあたっては、まず、初期動作電圧Ｖ０、ステップ変動幅ｄＶ、探索方向、変動範囲下限電圧ＶＬ、変動範囲上限電圧ＶＨ、探索周期、探索制御判定電流ＩＷＡＳをあらかじめ決めておき、ＲＯＭに記憶させておくとよい。初期動作電圧Ｖ０は太陽電池アレイの構成によって決められる。
【００３２】
ステップ変動幅ｄＶは電力変換手段２の動作可能電圧範囲の１乃至３％程度にしておく。探索方向は増加方向、減少方向のどちらでもよい。
【００３３】
変動範囲下限電圧ＶＬおよび変動範囲上限電圧ＶＨは電力変換手段２の動作可能電圧範囲内で設定する。探索は、通常のＭＰＰＴ制御よりも長い周期で広範囲に探索する。これをＷＡＳとよぶ。その周期は数分程度となるように設定する。本実施形態の場合、３分とした。
【００３４】
ＷＡＳ制御判定電流ＩＷＡＳは、ＷＡＳ制御を行なうための電流で、ノイズの影響を受けやすい電流範囲や、Ａ／Ｄ変換により生じる量子化誤差を無視できない領域を指定する。通常のＭＰＰＴのサンプリング電圧の間隔をΔＶ、動作電圧領域をＶｏｐｒ、電流の量子数（＝アナログ電流値のフルスケール／分解能）をＩｌｓｂとした場合、ＩＷＡＳはおおよそ、
ＩＷＡＳ＝Ｖｏｐｒ×Ｉｌｓｂ／ΔＶ
で求められる。
【００３５】
電力変換開始時には、動作電圧Ｖを初期動作電圧Ｖ０に設定した後、常時は山登り法によるＭＰＰＴ制御を行い、時々ＷＡＳ周期に応じてＷＡＳ制御を行う。
【００３６】
実際の動作は、以下のようになる。
【００３７】
（１）  ＭＰＰＴ制御を開始すると、まず始めに、ＷＡＳ周期をカウントするタイマーをリセットする（ＳｔｅｐＭ０１）。
【００３８】
（２）  次に、設定されている動作点での電圧、電流をサンプリングし、電力値Ｐ０を算出・記憶する（ＳｔｅｐＭ０２）。
【００３９】
（３）  次に、タイマーをみてＷＡＳ周期になったか否かを判定する（ＳｔｅｐＭ０３）。ＷＡＳ周期になっていないのであれば通常のＭＰＰＴ制御を行うものとしてＳｔｅｐＭ０４へ移り、ＷＡＳ周期であるなら、電流値が所定の電流値以下か調べ（ｓｔｅｐＭ０５）、所定の電流値以下ならば、ＷＡＳ制御を行うものとしてＳｔｅｐＷ００へ移動しＷＡＳルーチン図４にはいる。所定の電流値以上なら通常のＭＰＰＴ制御を行うものとしてｓｔｅｐＭ０４に移る。ＷＡＳ周期は長くとってあるので、多くの場合は通常ＭＰＰＴ制御のＳｔｅｐＭ０４へ行く。
【００４０】
（４）  ＳｔｅｐＭ０４では、探索方向に応じて分岐し、探索方向が「増加」ならＳｔｅｐＭ０６へ進み、動作点電圧をステップ変動幅ｄＶほど高い電圧に設定し、探索方向が「減少」ならＳｔｅｐＭ０７へ進み、動作点電圧をステップ変動幅ｄＶほど低い電圧に設定する。そして、ＳｔｅｐＭ０８に進む。
【００４１】
（５）  次に、設定されている動作点での電圧および電流をサンプリングし、電力値Ｐ１を算出・記憶する（ＳｔｅｐＭ０８）。
【００４２】
（６）  現在の動作点の電力値Ｐ１と以前の動作点の電力値Ｐ０の電力値を比較する（ＳｔｅｐＭ０９）。もし、電力値Ｐ１が電力値Ｐ０以下であれば、最適動作点を通りすぎたと判断し、ＳｔｅｐＭ１０にて探索方向を反転させる。電力値Ｐ１が電力値Ｐ０より大きいのであれば、最適動作点はまだ先にあるので、探索方向はそのままとして、ＳｔｅｐＭ１０はバイパスする。
【００４３】
（７）  そして、電力値Ｐ１を電力値Ｐ０として記憶してから（ＳｔｅｐＭ１１）、ＳｔｅｐＭ０３に戻り、上記動作を繰り返す。ＳｔｅｐＭ０３において、ＷＡＳ周期になったと判断する上記と同じく、ＳｔｅｐＭ０５の電流判定を行う。
【００４４】
以下図４を参照して、ＷＡＳルーチンを説明する。
【００４５】
（１）ＷＡＳルーチンでは、まず始めに、現在の動作点の電圧及び電流をサンプリングして電力値を計算し、その電圧値及び電力値を基準動作点電圧ＶＲ及び基準動作点電力ＰＲとして記憶する（ＳｔｅｐＷ０１）。
【００４６】
（２）次に、変動範囲下限電圧ＶＬから変動範囲上限電圧ＶＨの間の変動範囲で動作点を変動させて、電圧及び電流をサンプリングして電力値を計算する。そして、電力値の極大点を検出し、極大点の電圧及び電力を記憶する。また、変動範囲下限電圧ＶＬ及び変動範囲上限電圧ＶＨでの動作点の電力値ＰＶＬ及びＰＶＨを記憶する（ＳｔｅｐＷ０２）。
【００４７】
（３）次に、極大点の有無を判定し、極大点が無い場合は探索範囲内には複数の山は無いと判断してＳｔｅｐＷ１２へ処理を飛ばし、極大点がある場合には次のＳｔｅｐＷ０３に進む。そして、極大点がある場合は、極大点の数が１つだけか２つ以上あるかに応じて分岐する（ＳｔｅｐＷ０４）。
【００４８】
（４）極大点の数が１つだけの場合は、前記極大点を前記基準動作点として前記極大点の電圧Ｖ極大点１及び電力Ｐ極大点１を前記基準動作点電圧ＶＲ及び電力ＰＲに設定を行い（ＳｔｅｐＷ０８）、次のＳｔｅｐＷ０９へ進む。
【００４９】
（５）極大点の数が２つ以上の場合は、前記極大点の電力値Ｐ極大点ｘ（ｘ＝１、２、…、極大点の数）と前記基準動作点の電力ＰＲを比較し、前記基準動作点電力ＰＲのほうが小さい時には、前記極大点を前記基準動作点となるよう設定して（ＳｔｅｐＷ０７）、次のＳｔｅｐＷ０９へ進む。
【００５０】
（６）ＳｔｅｐＷ０９では、前記基準動作点の電力ＰＲと前記探索範囲下限電圧ＶＬでの電力ＰＶＬの大小関係を比較し、前記基準動作点電力ＰＲのほうが小さい時には、前記探索範囲下限電圧ＶＬでの動作点を基準動作点として前記動作点の電圧ＶＬ及び電力ＰＶＬを前記基準動作点の電圧ＶＲ及び電力ＰＲに設定して（ＳｔｅｐＷ１０）、次のＳｔｅｐＷ１１へ進む。
【００５１】
（７）ＳｔｅｐＷ１１では、前記基準動作点の電力ＰＲと前記探索範囲上限電圧ＶＨでの電力ＰＶＨの大小関係を比較し、前記基準動作点電力ＰＲのほうが小さい時には、前記探索範囲上限電圧ＶＨでの動作点を基準動作点として前記動作点の電圧ＶＨ及び電力ＰＶＨを前記基準動作点の電圧ＶＲ及び電力ＰＲに設定して（ＳｔｅｐＷ１２）、次のＳｔｅｐＷ１３へ進む。
【００５２】
（８）そして、ＳｔｅｐＷ１３で前記基準動作点電圧ＶＲを動作電圧Ｖに設定して、ＷＡＳルーチンの処理は終了する。
【００５３】
（９）ＳｔｅｐＷ００にてＷＡＳ制御を行った後は、図３のＳｔｅｐＭ０１に戻りＷＡＳ周期をカウントするタイマーをリセットし、前述の動作を繰り返す。
【００５４】
このように、常時は通常のＭＰＰＴ制御を行い、長い周期にて広範囲探索し電圧−電力特性の電力カーブの極大点の数から「山」に応じた動作点を設定するＷＡＳ制御により、いつもは精密に追従し、複数の「山」があった場合でも時々は極大点及び探索範囲端動作点に基づき最大電力が得られる「山」に移動を行い、太陽電池から最大電力が取り出せることが出来る。
【００５５】
〔実施例１〕
ΔＶ＝２．５Ｖ、Ｖｏｐｒ＝１５０乃至１８０Ｖ、Ｉｌｓｂ＝０．０３４Ｖである本実施例の場合、ＩＷＡＳは２．４５Ａとなり、マージンを考慮してＩＷＡＳを２．５Ａに設定し、ＷＡＳ制御をこの電流値以下で行うようにした。
【００５６】
制御用マイクロコンピュータとして、Ｍ３７７１０（三菱電機製）を使用した。このマイクロコンピュータは１０ビットのＡ／Ｄ変換器と１６ビットのＣＰＵ（１６ビット算術論理演算装置を含む）を内蔵している。この時、電力値を算出すると２０ビットになり、本ＣＰＵでの処理は、大きな負荷となる。このために、２０ビットの電力値を１６ビットに丸めてその後の計算を行って、高速処理を可能にした。本実施例の場合、１つの動作点の電圧値と電流値から電力値を算出し、以前の動作点の電力値と比較する時のサイクル数は、２０ビットのまま処理した場合の８５サイクルに比べて、６０サイクルと、約３０％高速化できた。このように高速化のためには、どんなＣＰＵであっても電力値のデータ長を算術論理演算装置の幅（処理可能なデータ長）に合わせることが効果的である。例えばＣＰＵが８０８６なら電力値も１６ビット、６８０４０のような３２ビットであるものは、電力値を３２ビットにすればよい。特に太陽光発電システムの場合、電力変換装置の扱う最大電力は、ほぼ決まっているが、システムの太陽電池の直列数・並列数によって電圧、電流が異なるため、電力制御装置の扱う必要のある電圧・電流範囲が広くなる。このような場合、その範囲に応じて電圧値・電力値のＡ／Ｄ変換器の分解能を上げる必要があるため、このように電力値値を算出してからこのディジタル値を算術論理演算装置のデータ長に合致させ、その後演算処理することが処理の高速化に対して効果がある。
【００５７】
なお、常時行う通常のＭＰＰＴ制御は、前記山登り法だけに限定するものではなく、他の方法でもよい。
【００５８】
〔実施形態２〕
本実施形態の電力制御方法を用いた太陽光発電システムは、実施形態１と同様に図１のような構成をとる。以下、図５及び図６、７により実施形態１とは違った電力制御方法について説明する。
【００５９】
図５は、横軸が電圧、縦軸が電力を示しており、電圧−電力出力特性曲線を示している。また、図６、７に本実施形態に係るフローチャートが示されている。
【００６０】
ＳｔｅｐＭ２１からＳｔｅｐＭ３２までの常時行われるＭＰＰＴ制御は実施形態１と同様の山登り法である。ただし、所定の電流値を基準にＷＡＳ制御を行うタイミングを変更する。フローチャートのＷＡＳ１周期（ＳｔｅｐＭＯ５）は、低電流時のノイズの影響や量子化誤差の影響を考慮して数分にする。またＷＡＳ２周期は、パーシャルシェードによって電圧−電力特性に複数の極大点を持つ場合に、最大電力点を追尾するために、数十分程度とする。
【００６１】
続いて、実施形態１と異なるＷＡＳ制御（ＳｔｅｐＷ２０）について説明する。
【００６２】
ＷＡＳルーチンでは、まず初めに、現在の動作点の電圧及び電流をサンプリングして電力値を計算し、その電圧値及び電力値を基準動作点電圧ＶＲ及び基準動作点電力ＰＲとして記憶する（ＳｔｅｐＷ２１）。
【００６３】
次に、変動範囲下限電圧ＶＬから変動範囲上限電圧ＶＨの間の変動範囲で動作点を変動させて、電圧及び電流をサンプリングして電力値を計算する。変動範囲下限電圧ＶＬおよび変動範囲上限電圧ＶＨでの動作点の電力値ＰＶＬ及びＰＶＨを記憶するとともに、もし電力値の極小点が検出されたなら、前記極小点より変動範囲の外側における極大点の動作点を検出して、その電圧Ｖ極大点ｘ及び電力Ｐ極大点ｘ（ｘ＝１、２、…、極大点の数）を記憶する（ＳｔｅｐＷ２２）。次のＳｔｅｐＷ２３にて極小点の有無を判断して処理を分岐する。
【００６４】
もし極小点があるのなら、探索した変動範囲内に２つ以上の山が存在しており他の山に最大電力点がある可能性があることを意味しており、以下のように極大点及び探索範囲端の動作点について吟味する。まず、前記極大点の電力Ｐ極大点ｘと前記基準動作点の電力ＰＲを比較し、基準動作点電力ＰＲのほうが小さいなら、前記極大点を前記基準動作点となるよう設定して（ＳｔｅｐＷ２５）、次のＳｔｅｐＷ２６へ進む。
【００６５】
ＳｔｅｐＷ２６では、前記基準動作点の電力ＰＲと前記探索範囲下限電圧ＶＬでの電力ＰＶＬの大小関係を比較し、前記基準動作点電力ＰＲのほうが小さい時には、前記探索範囲下限電圧ＶＬでの動作点を基準動作点として前記動作点の電圧ＶＬ及び電力ＰＶＬを前記基準動作点の電圧ＶＲ及び電力ＰＲに設定して（ＳｔｅｐＷ２７）、次のＳｔｅｐＷ２８へ進む。
【００６６】
ＳｔｅｐＷ２８では、前記基準動作点の電力ＰＲと前記探索範囲上限電圧ＶＨでの電力ＰＶＨの大小関係を比較し、前記基準動作点電力ＰＲのほうが小さい時には、前記探索範囲上限電圧ＶＨでの動作点を基準動作点として前記動作点の電圧ＶＨ及び電力ＰＶＨを前記基準動作点の電圧ＶＲ及び電力ＰＲに設定して（ＳｔｅｐＷ２９）、次のＳｔｅｐＷ３０へ進む。
【００６７】
もし極小点がないのであれば、探索範囲内には１山しか存在しないので、通常のＭＰＰＴ制御により最大電力を取り出すことができ、ＳｔｅｐＷ３０へ飛ぶ。
【００６８】
そして、ＳｔｅｐＷ３０で前記基準動作点電圧ＶＲを動作電圧Ｖに設定して、ＷＡＳルーチンの処理は終了する。
【００６９】
ＳｔｅｐＷ２０にてＷＡＳ制御を行った後は、ＳｔｅｐＭ０１に戻りＷＡＳ周期をカウントするタイマーをリセットし、前述の動作を繰り返す。
【００７０】
このように、常時は通常のＭＰＰＴ制御を行い、長い周期にて広範囲探索し電圧−電力特性の電力カーブの極小点の有無を判断し、極大点及び探索範囲端動作点を吟味して、「山」に応じた動作点を設定し、さらに、低電流時とそれ以外でＷＡＳ周期を変更することにより、常に精密に追従し、太陽電池から最大電力が取り出せることが出来る。
【００７１】
〔実施形態３〕
本実施形態の電力制御方法を用いた太陽光発電システムは、実施形態１及び２と同様に図１のような構成をとる。以下、図８及び図９により実施形態１及び２とは違った電力制御方法について説明する。
【００７２】
図８は、横軸が電圧、縦軸が電力を示しており、電圧−電力出力特性曲線を示している。また、図９に本実施形態に係るフローチャートが示されている。常時行われるＭＰＰＴ制御は実施形態１または実施形態２と同様の山登り法であり、実施例１及び２と異なるＷＡＳ制御について説明する。
【００７３】
ＷＡＳルーチンでは、まず初めに、現在の動作点の電圧及び電流をサンプリングして電力値を計算する。（ＳｔｅｐＷ４１）。
【００７４】
次に、検出された動作点の中から電力が最大となる動作点を検出し（ＳｔｅｐＷ４２）、前記検出電力最大動作点及び前記検出電力最大動作点のすぐ近傍の２つの動作点を抽出し、各々（Ｖ１、Ｐ１）（Ｖ２、Ｐ２）（Ｖ３、Ｐ３）に設定する（ＳｔｅｐＷ４３）。
【００７５】
上記（Ｖ１、Ｐ１）（Ｖ２、Ｐ２）（Ｖ３、Ｐ３）の３つの動作点をもとに電圧−電力特性曲線を二次曲線により近似し、前記近似二次曲線の電力が最大となる電圧Ｖｐｍａｘを算出する（ＳｔｅｐＷ４４、ＳｔｅｐＷ４５）。
【００７６】
そして、ＳｔｅｐＷ４６で前記Ｖｐｍａｘを動作電圧Ｖに設定して、ＷＡＳルーチンの処理は終了する。
【００７７】
ＷＡＳ制御を行った後は、ＳｔｅｐＭ０１に戻りタイマーをリセットし、前述の動作を繰り返す。
【００７８】
このように、常時は通常のＭＰＰＴ制御を行い、長い周期にて広範囲探索し電圧−電力特性の電力カーブを有極関数により特性を近似して近似曲線が最大となる電圧を動作点を設定するＷＡＳ制御により、いつもは精密に追従し、「２山」があった場合でも時々は最大電力が得られる「山」に移動を行い、太陽電池から最大電力が取り出せることが出来る。
【００７９】
〔実施例２〕
本実施例で使用の制御用マイクロコンピュータ（Ｍ３７７１０、三菱電機製）は、１０ビットのＡ／Ｄ変換器と１６ビットのＣＰＵ（１６ビット算術論理演算装置を含む）を内蔵している。この時、電力値を算出すると２０ビットになり、そのままのデータ処理では、１６ビットのＣＰＵでは、大きな負荷となる。
【００８０】
本実施例の場合、電流値のフルスケールが３５Ａに設定してあるので、２分の１の１７．５Ａ以下、４分の１の８．７５Ａ以下を閾値にして、２０ビットの電力値のディジタル値を右シフトのビット演算を行い、最下位から２０ビット目の値がそれぞれ１７ビット目、１８ビット目にくるようにして、これらのディジタル値を１６ビットとして扱って、疑似的に精度を上げた。この時、２つの領域にまたがるときには、右シフト量の大きい方に合わせるとよい。
【００８１】
このようにして、疑似的に精度を上げることにより、曲線近似を行うＭＰＰＴ制御の精度を上げることができる。
【００８２】
【発明の効果】
（１）  本発明の電力制御装置では、第１の周期の短い周期にて第１の変動範囲の狭い動作点変動範囲にてＭＰＰＴ制御を行うことで、常時は精密に太陽電池の最適動作点を追尾する。
【００８３】
（２）  また、低電流時には、第１の周期と比較して長い周期の第２の周期にて、第１の変動範囲より広い第２の変動範囲の動作点変動範囲を探索し、電力の極大点の数により複数の山があるかどうかを判断し、複数の極大点が存在する場合には最も電力が大きい「山」の動作点を設定することで、太陽電池から最大電力と取り出すことができる。
【００８４】
（３）  また、あらかじめ定めた電流時以上または常時、第２の周期より長い第３の周期にて、第２の変動範囲と等しいか広い第３の変動範囲の動作点変動範囲を探索し、太陽電池に陰ができるパーシャルシェードにより、電圧−電力特性に複数の極大点を持った場合にも、電力の極大点があるかどうかを判断し、電力が大きいほうの「山」の動作点を設定することで、太陽電池から最大電力と取り出すことができる。
【００８５】
（４）  また、第１の周期と比較して長い周期の第２の周期にて、第１の変動範囲と広い第２の変動範囲の動作点変動範囲を探索し、探索範囲の一部または全部の電圧−電力特性曲線の有極な近似曲線の極大点の電圧に動作点を設定することにより、太陽電池から最大電力と取り出すことができる。
【００８６】
（５）  さらに、同じ電圧の複数の動作点の電流値または電力値の差に基づき日射変動の有無を判定することにより誤動作を抑制し、出力低下を抑制出来る。
【００８７】
（６）  更に、高分解能でＡＤ変換を行った後の電流値と電力値のディジタル値より電力値を算出した後、ＣＰＵの並列処理能力（ＣＰＵ内の算術論理演算装置で処理できるデータ長）に合致するようにしたため、高速演算が可能になり、日射変動に強いＭＰＰＴ制御を行うことができる。
【００８８】
（７）  プログラムのステップ数を減らすことができて、プログラムに必要なメモリの量が減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電力制御方法を使用した太陽光発電システムの一例である。
【図２】本発明の電力制御方法の最適動作点探索の例である。
【図３】本発明の電力制御方法の最適動作点探索の例を説明するフローチャートである。
【図４】本発明の電力制御方法の最適動作点探索の例を説明するフローチャートである。
【図５】本発明の電力制御方法の最適動作点探索の他の例である。
【図６】本発明の電力制御方法の最適動作点探索の例を説明するフローチャートである。
【図７】本発明の電力制御方法の最適動作点探索の例を説明するフローチャートである。
【図８】本発明の電力制御方法の最適動作点探索の他の例である。
【図９】本発明の電力制御方法の最適動作点探索の例を説明するフローチャートである。
【図１０】太陽電池の電圧−電力特性の例である。
【符号の説明】
１  太陽電池
２  電力変換手段
３  負荷
４  電圧検出手段
５  電流検出手段
６  出力電圧設定手段
７  制御手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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