(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池電源と、前記電池電源からの電力を変換して負荷に供給する電力変換手段と、前記電池電源の電圧値を検出する電圧検出手段と、前記電池電源の電流値を検出する電流検出手段と、前記電圧検出手段と前記電流検出手段の検出値に基づいて前記電池電源の出力値を設定する出力値設定手段と、前記電池電源の出力値が前記出力値設定手段の設定値に一致するように前記電力変換手段を制御する制御手段とを備え、前記出力値設定手段は、第１周期にて前記電池電源の動作点を第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前記電池電源からの電力が最大となるように前記設定値を設定するとともに、前記第１周期より長い周期である第２周期においては、前記第１変動範囲より広い第２変動範囲にて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に基づいて前記電池電源からの電力が最大となるように前記設定値を設定するものであることを特徴とする電力制御装置。
【請求項２】
電池電源と、前記電池電源からの電力を変換して負荷に供給する電力変換手段と、前記電池電源の電圧値を検出する電圧検出手段と、前記電池電源の電流値を検出する電流検出手段と、前記電圧検出手段と前記電流検出手段の検出値に基づいて前記電池電源の出力値を設定する出力値設定手段と、前記電池電源の出力値が前記出力値設定手段の設定値に一致するように前記電力変換手段を制御する制御手段とを備え、前記出力値設定手段は、第１周期にて前記電池電源の動作点を第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前記電池電源からの電力が最大となるように前記設定値を設定するとともに、前記第１周期より長い周期である第２周期においては、前記第１変動範囲より広い第２変動範囲にて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に基づいて第２変動範囲内の電圧−電力特性が２山以上あるかを判断し、２山以上なら前記電圧値および電流値に基づき最大電力が得られる動作点が存在する山の中の動作点の電圧に前記設定値を設定するものであることを特徴とする電力制御装置。
【請求項３】
電池電源と、前記電池電源からの電力を変換して負荷に供給する電力変換手段と、前記電池電源の電圧値を検出する電圧検出手段と、前記電池電源の電流値を検出する電流検出手段と、前記電圧検出手段と前記電流検出手段の検出値に基づいて前記電池電源の出力値を設定する出力値設定手段と、前記電池電源の出力値が前記出力値設定手段の設定値に一致するように前記電力変換手段を制御する制御手段とを備え、前記出力値設定手段は、第１周期にて前記電池電源の動作点を第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前記電池電源からの電力が最大となるように前記設定値を設定するとともに、前記第１周期より長い周期である第２周期にて、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、前記第１変動範囲より広い第２変動範囲にて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、前記電池電源の出力電力の極大点および第２変動範囲端での動作点を記憶し、前記極大点が１つのみの場合には、前記極大点を前記基準動作点に設定するとともに、前記第２変動範囲端の動作点と前記基準動作点の電力値を比較して前記第２変動範囲端の動作点の電力値のほうが大きい時は、前記第２変動範囲端の動作点を前記基準動作点に設定する第１比較設定を行い、前記極大点が２つ以上ある場合には、前記第１比較設定とともに、複数の前記極大点の中から電力が最大となる極大点を選び、前記選択された極大点と前記基準動作点の電力値を比較して前記極大点のほうが大きい時は、前記極大点を前記基準動作点に設定する第２比較設定を行い、前記基準動作点の電圧を前記設定値に設定するものであることを特徴とする電力制御装置。
【請求項４】
電池電源と、前記電池電源からの電力を変換して負荷に供給する電力変換手段と、前記電池電源の電圧値を検出する電圧検出手段と、前記電池電源の電流値を検出する電流検出手段と、前記電圧検出手段と前記電流検出手段の検出値に基づいて前記電池電源の出力値を設定するための出力値設定手段と、前記電池電源の出力値が前記出力値設定手段の設定値に一致するように前記電力変換手段を制御する制御手段とを備え、前記出力値設定手段は、第１周期にて前記電池電源の動作点を第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前記電池電源からの電力が最大となるように前記設定値を設定するとともに、前記第１周期より長い周期である第２周期にて、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、前記第１変動範囲より広い第２変動範囲にて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、前記電池電源の出力電力の極小点を検出し、前記極小点が検出された場合には、前記極小点より前記第２変動範囲の端側にある極大点および前記第２変動範囲端の動作点を検出、記憶し、前記第２変動範囲端の動作点と前記基準動作点の電力値を比較して前記第２変動範囲端の動作点の電力値のほうが大きい時は、前記第２変動範囲端の動作点を前記基準動作点に設定する第１比較設定を行い、前記極大点がある場合には、前記第１比較設定とともに、複数の前記極大点の中から電力が最大となる極大点を選び、前記選んだ極大点と前記基準動作点の電力値を比較して前記極大点のほうが大きい時は、前記極大点を前記基準動作点に設定する第２比較設定を行い、前記基準動作点の電圧を前記設定値に設定するものであることを特徴とする電力制御装置。
【請求項５】
電池電源と、前記電池電源からの電力を変換して負荷に供給する電力変換手段と、前記電池電源の電圧値を検出する電圧検出手段と、前記電池電源の電流値を検出する電流検出手段と、前記電圧検出手段と前記電流検出手段の検出値に基づいて前記電池電源の出力値を設定するための出力値設定手段と、前記電池電源の出力値が前記出力値設定手段の設定値に一致するように前記電力変換手段を制御する制御手段とを備え、前記出力値設定手段は、第１周期にて前記電池電源の動作点を第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前記電池電源からの電力が最大となるように前記設定値を設定するとともに、前記第１周期より長い周期である第２周期にて、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、前記第１変動範囲より広い第２変動範囲にて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、前記電池電源の出力電力の極小点を検出し、極小点が検出された場合には、前記極小点より前記第２変動範囲の端側にある最大電力の動作点を検出、記憶し、前記最大電力動作点と前記基準動作点の電力値を比較して前記最大電力動作点の電力値のほうが大きい時は、前記最大電力動作点を前記基準動作点に設定し、前記基準動作点の電圧を前記設定値に設定するものであることを特徴とする電力制御装置。
【請求項６】
電池電源と、前記電池電源からの電力を変換して負荷に供給する電力変換手段と、前記電池電源の電圧値を検出する電圧検出手段と、前記電池電源の電流値を検出する電流検出手段と、前記電圧検出手段と前記電流検出手段の検出値に基づいて前記電池電源の出力値を設定するための出力値設定手段と、前記電池電源の出力値が前記出力値設定手段の設定値に一致するように前記電力変換手段を制御する制御手段とを備え、前記出力値設定手段は、第１周期にて前記電池電源の動作点を第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前記電池電源からの電力が最大となるように前記設定値を設定するとともに、前記第１周期より長い周期である第２周期にて、前記第１変動範囲より広い第２変動範囲にて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、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対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となる点の電圧を前記設定値に設定するものであることを特徴とする電力制御装置。
【請求項７】
電池電源と、前記電池電源からの電力を変換して負荷に供給する電力変換手段と、前記電池電源の電圧値を検出する電圧検出手段と、前記電池電源の電流値を検出する電流検出手段と、前記電圧検出手段と前記電流検出手段の検出値に基づいて前記電池電源の出力値を設定するための出力値設定手段と、前記電池電源の出力値が前記出力値設定手段の設定値に一致するように前記電力変換手段を制御する制御手段とを備え、前記出力値設定手段は、第１周期にて前記電池電源の動作点を第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前記電池電源からの電力が最大となるように前記設定値を設定するとともに、前記第１周期より長い周期である第２周期においては、前記第１変動範囲より広い第２変動範囲にて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、同一電圧の複数の動作点の電流値、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なら所定回数まで前記サンプリングをやり直すか、または、設定動作を取り消して元の動作点を設定し、前記電力値の差が所定値未満であれば、前記電圧値と前記電流値に基づいて前記電池電源からの電力が最大となるように前記設定値を設定するものであることを特徴とする電力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は電力変換装置を有する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】
今日、地球環境に対する意識の高まりから、クリーンエネルギーを提供する太陽光発電、風力発電等の電池電源システムに大きな期待が寄せられている。例えば、太陽電池を電池電源として、既存の商用交流系統と接続した場合には、家庭内負荷に給電するとともに商用交流系統を無限大の負荷とみなして余剰電力を売電することができることから、その太陽電池やその出力を交流電力に変換する電力変換装置および家庭内負荷を含む電源システムは、全体として最も効率よく稼働することが求められている。
【０００３】
光電変換素子を用いた太陽電池では、その出力は、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また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。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、太陽電池の開放電圧から最低電圧までの間で極大点を検出し、極大点の中で最大電力となる極大点の電圧を設定している。
【０００５】
従来は、このような方法を利用して、太陽電池から最大電力を取り出すように電力変換装置などを制御していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の方法には以下の問題点がある。
通常、太陽電池アレイの電圧−電力特性は、図８（ａ）に示したような形状（横軸は電圧、縦軸は電力）であるが、太陽電池アレイの一部に雪や建物の影が落ちる場合には、図８（ｂ）に示すような電圧−電力特性となる場合がある。図８（ｂ）中の動作点▲１▼は太陽電池アレイから最大電力を取り出すことができるが、動作点▲２▼は極大点ではあるが最大電力点ではない。
【０００７】
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できる。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▼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。
【０００８】
このように、いわゆる「２山問題」が生じる場合がある。
【０００９】
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。
【００１０】
これに対して、特開平７−２２５６２４号公報記載の方法では、２つの「山」のどちらかの電力の大きいほう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８（ｃ）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できず、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。
【００１１】
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。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明では、常時は、通常のＭＰＰＴ制御を行うとともに、前記ＭＰＰＴ制御より長い周期にて広い探索範囲で太陽電池の動作点を変動させてその動作点の電圧および電流を取り込んで電力を算出し、電圧ー電力特性が２山であるときは元の動作点が最大電力が得られる山にいるか否かを判定し、最大電力が得られる山にいるなら元の動作点を選択し、最大電力が得られる動作点が他の山にあるならその山にある動作点を選択し、前記選択動作点の電圧を前記ＭＰＰＴ制御する際の設定値とすることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
より具体的には、上記目的は、電池電源と、前記電池電源からの電力を変換して負荷に供給する電力変換手段と、前記電池電源の電圧値を検出する電圧検出手段と、前記電池電源の電流値を検出する電流検出手段と、前記電圧検出手段と前記電流検出手段の検出値に基づいて前記電池電源の出力値を設定するための出力値設定手段と、前記電池電源の出力値が前記出力値設定手段の設定値に一致するように前記電力変換手段を制御する制御手段とを備え、前記出力値設定手段は、第１周期にて前記電池電源の動作点を第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前記電池電源からの電力が最大となるように前記設定値を設定するとともに、前記第１周期より長い周期である第２周期においては、前記第１変動範囲より広い第２変動範囲にて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に基づいて前記電池電源からの電力が最大となるように前記設定値を設定するものであることを特徴とする電力制御装置により達成される。
【００１４】
また上記目的は、電池電源と、前記電池電源からの電力を変換して負荷に供給する電力変換手段と、前記電池電源の電圧値を検出する電圧検出手段と、前記電池電源の電流値を検出する電流検出手段と、前記電圧検出手段と前記電流検出手段の検出値に基づいて前記電池電源の出力値を設定するための出力値設定手段と、前記電池電源の出力値が前記出力値設定手段の設定値に一致するように前記電力変換手段を制御する制御手段とを備え、前記出力値設定手段は、第１周期にて前記電池電源の動作点を第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前記電池電源からの電力が最大となるように前記設定値を設定するとともに、前記第１周期より長い周期である第２周期においては、前記第１変動範囲より広い第２変動範囲にて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に基づいて第２変動範囲内の電圧−電力特性が２山以上あるかを判断し、２山以上なら前記電圧値および電流値に基づき最大電力が得られる動作点が存在する山の中の動作点の電圧に前記設定値を設定するものであることを特徴とする電力制御装置により達成される。
【００１５】
また上記目的は、電池電源と、前記電池電源からの電力を変換して負荷に供給する電力変換手段と、前記電池電源の電圧値を検出する電圧検出手段と、前記電池電源の電流値を検出する電流検出手段と、前記電圧検出手段と前記電流検出手段の検出値に基づいて前記電池電源の出力値を設定するための出力値設定手段と、前記電池電源の出力値が前記出力値設定手段の設定値に一致するように前記電力変換手段を制御する制御手段とを備え、前記出力値設定手段は、第１周期にて前記電池電源の動作点を第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前記電池電源からの電力が最大となるように前記設定値を設定するとともに、前記第１周期より長い周期である第２周期にて、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、前記第１変動範囲より広い第２変動範囲にて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、前記電池電源の出力電力の極大点および第２変動範囲端での動作点を記憶し、前記極大点が１つのみの場合には、前記極大点を前記基準動作点として設定した後、前記第２変動範囲端の動作点と前記基準動作点の電力値を比較して前記第２変動範囲端の動作点の電力値のほうが大きい時は、前記第２変動範囲端の動作点を前記基準動作点に設定する第１比較設定を行い、前記極大点が２つ以上ある場合には、前記第１比較設定とともに、複数の前記極大点の中から電力が最大となる極大点を選び、前記選んだ極大点と前記基準動作点の電力値を比較して前記極大点のほうが大きい時は、前記極大点を前記基準動作点に設定する第２比較設定を行い、前記基準動作点の電圧を前記設定値に設定するものであることを特徴とする電力制御装置により達成される。
【００１６】
また上記目的は、電池電源と、前記電池電源からの電力を変換して負荷に供給する電力変換手段と、前記電池電源の電圧値を検出する電圧検出手段と、前記電池電源の電流値を検出する電流検出手段と、前記電圧検出手段と前記電流検出手段の検出値に基づいて前記電池電源の出力値を設定するための出力値設定手段と、前記電池電源の出力値が前記出力値設定手段の設定値に一致するように前記電力変換手段を制御する制御手段とを備え、前記出力値設定手段は、第１周期にて前記電池電源の動作点を第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前記電池電源からの電力が最大となるように前記設定値を設定するとともに、前記第１周期より長い周期である第２周期にて、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、前記第１変動範囲より広い第２変動範囲にて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、前記電池電源の出力電力の極小点を検出し、前記極小点が検出された場合には、前記極小点より前記第２変動範囲の端側にある極大点および前記第２変動範囲端の動作点を検出、記憶し、前記第２変動範囲端の動作点と前記基準動作点の電力値を比較して前記第２変動範囲端の動作点の電力値のほうが大きい時は、前記第２変動範囲端の動作点を前記基準動作点に設定する第１比較設定を行い、前記極大点がある場合には、前記第１比較設定とともに、複数の前記極大点の中から電力が最大となる極大点を選び、前記選んだ極大点と前記基準動作点の電力値を比較して前記極大点のほうが大きい時は、前記極大点を前記基準動作点に設定する第２比較設定を行い、前記基準動作点の電圧を前記設定値に設定するものであることを特徴とする電力制御装置により達成される。
【００１７】
また上記目的は、電池電源と、前記電池電源からの電力を変換して負荷に供給する電力変換手段と、前記電池電源の電圧値を検出する電圧検出手段と、前記電池電源の電流値を検出する電流検出手段と、前記電圧検出手段と前記電流検出手段の検出値に基づいて前記電池電源の出力値を設定するための出力値設定手段と、前記電池電源の出力値が前記出力値設定手段の設定値に一致するように前記電力変換手段を制御する制御手段とを備え、前記出力値設定手段は、第１周期にて前記電池電源の動作点を第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前記電池電源からの電力が最大となるように前記設定値を設定するとともに、前記第１周期より長い周期である第２周期にて、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、前記第１変動範囲より広い第２変動範囲にて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、前記電池電源の出力電力の極小点を検出し、極小点が検出された場合には、前記極小点より前記第２変動範囲の端側にある最大電力の動作点を検出、記憶し、前記最大電力動作点と前記基準動作点の電力値を比較して前記最大電力動作点の電力値のほうが大きい時は、前記最大電力動作点を前記基準動作点に設定し、前記基準動作点の電圧を前記設定値に設定するものであることを特徴とする電力制御装置により達成される。
【００１８】
また上記目的は、電池電源と、前記電池電源からの電力を変換して負荷に供給する電力変換手段と、前記電池電源の電圧値を検出する電圧検出手段と、前記電池電源の電流値を検出する電流検出手段と、前記電圧検出手段と前記電流検出手段の検出値に基づいて前記電池電源の出力値を設定するための出力値設定手段と、前記電池電源の出力値が前記出力値設定手段の設定値に一致するように前記電力変換手段を制御する制御手段とを備え、前記出力値設定手段は、第１周期にて前記電池電源の動作点を第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前記電池電源からの電力が最大となるように前記設定値を設定するとともに、前記第１周期より長い周期である第２周期にて、前記第１変動範囲より広い第２変動範囲にて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、サンプリングされたうちの３点以上の動作点を検出値を用いてその電圧対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となる点の電圧を前記設定値に設定するものであることを特徴とする電力制御装置により達成される。
【００１９】
また上記目的は、電池電源と、前記電池電源からの電力を変換して負荷に供給する電力変換手段と、前記電池電源の電圧値を検出する電圧検出手段と、前記電池電源の電流値を検出する電流検出手段と、前記電圧検出手段と前記電流検出手段の検出値に基づいて前記電池電源の出力値を設定するための出力値設定手段と、前記電池電源の出力値が前記出力値設定手段の設定値に一致するように前記電力変換手段を制御する制御手段とを備え、前記出力値設定手段は、第１周期にて前記電池電源の動作点を第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前記電池電源からの電力が最大となるように前記設定値を設定するとともに、前記第１周期より長い周期である第２周期においては、前記第１変動範囲より広い第２変動範囲にて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、同一電圧の複数の動作点の電流値、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なら所定回数まで前記サンプリングをやり直すか、または、設定動作を取り消して元の動作点を設定し、前記電力値の差が所定値未満であれば、前記電圧値と前記電流値に基づいて前記電池電源からの電力が最大となるように前記設定値を設定するものであることを特徴とする電力制御装置により達成される。
【００２０】
【作用】
本発明の電力制御装置では、第１周期の短い周期にて第１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。
【００２１】
また、第１周期と比較して長い周期の第２周期にて、第１変動範囲より広い第２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「２山」になってるかを判断し、極大点および探索範囲端動作点を元にして、「２山」の場合には電力が大きいほうの「山」の動作点を設定することで、２山問題を解決して、太陽電池から最大電力と取り出すことができる。
【００２２】
また、第１周期と比較して長い周期の第２周期にて、第１変動範囲より広い第２変動範囲の動作点変動範囲を探索し、電力の極小点が有るか否かにより「２山」になっているかを判断し、極大点および探索範囲端動作点を元にして、「２山」の場合には電力が大きいほうの「山」の動作点を設定することで、２山問題を解決して、太陽電池から最大電力と取り出すことができる。
【００２３】
また、第１周期と比較して長い周期の第２周期にて、第１変動範囲より広い第２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ー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、２山問題を解決して、太陽電池から最大電力と取り出すことができる。
【００２４】
また、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、出力低下を抑制できる。
【００２５】
【実施例１】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【００２６】
図１に本発明の一実施例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。図中、電池電源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。
【００２７】
電池電源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。
【００２８】
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などの自己消孤型スイッチングデバイスを用いたＤＣ／ＤＣコンバータ、自動式電圧型ＤＣ／ＡＣインバータなどがある。この電力変換手段２は、ゲートパルスのオン／オフ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。
【００２９】
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ており、系統に投入され得る電力は制限されないので、電池電源１からより多くの電力を取出す本実施例が適用される対象として非常に好ましい。
【００３０】
電池電源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、電圧検出信号は出力電圧設定手段６および制御手段７に入力され、電流検出信号は出力電圧設定手段６に入力される。出力電圧設定手段６はこれらの電圧検出信号および電流検出信号を記憶する。
【００３１】
出力電圧設定手段６は、記憶された電圧検出信号、電流検出信号をもとに、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。
【００３２】
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からの電圧検出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のスイッチングデバイスのオン／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。
【００３３】
次に、図２、図３を用いて、本実施例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、電圧ー電力出力特性曲線を示している。また、図３に本実施例に係るフローチャートが示されている。
本実施例においては、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、広範囲探索による電力制御の周期（以下、ＷＡＳ周期という）を予め決めておき、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。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１〜３％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。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。ＷＡＳ周期は、通常のＭＰＰＴ制御よりも長い周期で行う広範囲探索の電力制御（ここではＷＡＳ制御と呼ぶ）の周期であり、例えば、数十分程度となるように設定する。
【００３４】
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。
実際の動作は、以下のようになる。
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）。
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）。
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ＷＡＳ制御を行うものとしてＳｔｅｐＷ００へ移動する。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。
【００３５】
ＳｔｅｐＭ０４では、探索方向に応じて分岐し、探索方向が「増加」ならＳｔｅｐＭ０５へ進んで動作点電圧を現在の電圧よりステップ変動幅ｄＶほど高い電圧に設定し、探索方向が「減少」ならＳｔｅｐＭ０６へ進んで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、ＳｔｅｐＭ０７に進む。
【００３６】
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（ＳｔｅｐＭ０７）。
ＳｔｅｐＭ０８では現在の動作点の電力値Ｐ１と以前の動作点の電力値Ｐ０を比較する。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、ＳｔｅｐＭ０９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、ＳｔｅｐＭ０９はバイパスとする。
そして、電力値Ｐ１を電力値Ｐ０として記憶してから（ＳｔｅｐＭ１０）、ＳｔｅｐＭ０３に戻り、上記動作を繰り返す。
【００３７】
ＳｔｅｐＭ０３において、ＷＡＳ周期になったと判断するとＳｔｅｐＭ００のＷＡＳルーチンに飛ぶ。
ＷＡＳルーチンでは、まず始めに、現在の動作点の電圧および電流値をサンプリングして電力値を計算し、その電圧値および電力値を基準動作点電圧ＶＲおよび基準動作点電力ＰＲとして記憶する（ＳｔｅｐＷ０１）。
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、電圧およ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、極大点の電圧および電力を記憶する。また、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およびＰＶＨを記憶する（ＳｔｅｐＷ０２）。
【００３８】
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２山は無いと判断してＳｔｅｐＷ１３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）。
【００３９】
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および電力Ｐ極大点１を前記基準動作点電圧ＶＲおよび電力ＰＲに設定し（ＳｔｅｐＷ０８）、次のＳｔｅｐＷ０９へ進む。
【００４０】
極大点の数が２つ以上の場合は、前記極大点の中から電力が最大となる極大点（電圧Ｖ極大点ｘ、電力Ｐ極大点ｘ）を抽出し（ＳｔｅｐＭ０５）、前記電力最大極大点の電力値Ｐ極大点ｘと前記基準動作点の電力ＰＲを比較し（ＳｔｅｐＷ０６）、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。
【００４１】
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および電力ＰＶＬを前記基準動作点の電圧ＶＲおよび電力ＰＲに設定して（ＳｔｅｐＷ１０）、次のＳｔｅｐＷ１１へ進む。
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および電力ＰＶＨを前記基準動作点の電圧ＶＲおよび電力ＰＲに設定して（ＳｔｅｐＷ１２）、次のＳｔｅｐＷ１３へ進む。
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。
【００４２】
ＳｔｅｐＷ００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。
【００４３】
このように、常時は通常のＭＰＰＴ制御を行うことにより、現在の「山」における最大電力点を精密に追従し、長い周期にて広範囲探索し電圧ー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、「２山」があった場合でも時々は極大点および探索範囲端動作点に基づき最大電力が得られる「山」に移動を行う。これにより、動作中の大部分の時間において電池電源から最大電力を取り出すことが出来る。
【００４４】
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。
【００４５】
【実施例２】
次に、本発明の他の実施例について説明する。
本発明の電力制御方法を用いた太陽光発電システムは、実施例１と同様に図１のような構成をとる。以下、図４および図５により実施例１とは違った電力制御方法について説明する。図４は、横軸が電圧、縦軸が電力を示しており、電圧ー電力出力特性曲線を示している。また、図５に本実施例に係るフローチャートが示されている。
図５において、ＳｔｅｐＭ０１からＳｔｅｐＭ１０までの常時行われるＭＰＰＴ制御は実施例１と同様の山登り法であり、以下においては、実施例１と異なるＷＡＳ制御（ＳｔｅｐＷ２０）について説明する。
【００４６】
ＳｔｅｐＷ２０のＷＡＳルーチンでは、まず初めに、現在の動作点の電圧および電流をサンプリングして電力値を計算し、その電圧値および電力値を基準動作点電圧ＶＲおよび基準動作点電力ＰＲとして記憶する（ＳｔｅｐＷ２１）。
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、電圧およ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および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、前記変動範囲内で前記極小点より外側における極大点の動作点を検出して記憶する（ＳｔｅｐＷ２２）。
【００４７】
次のＳｔｅｐＷ２３にて極小点の有無を判断して分岐する。
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および探索範囲端の動作点について吟味する。
まず、前記極大点の中から電力が最大となる極大点（電圧Ｖ極大点ｘ、電力Ｐ極大点ｘ）を抽出し（ＳｔｅｐＷ２４）、前記最大電力極大点の電力Ｐ極大点ｘと前記基準動作点の電力ＰＲを比較し（ＳｔｅｐＷ２５）、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（ＳｔｅｐＷ２６）、次のＳｔｅｐＷ２７へ進む。
【００４８】
ＳｔｅｐＷ２７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、前記探索範囲上限電圧ＶＬでの動作点を基準動作点として前記動作点の電圧ＶＬおよび電力ＰＶＬを前記基準動作点の電圧ＶＲおよび電力ＰＲに設定して（ＳｔｅｐＷ２８）、次のＳｔｅｐＷ２９へ進む。
【００４９】
ＳｔｅｐＷ２９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および電力ＰＶＨを前記基準動作点の電圧ＶＲおよび電力ＰＲに設定して（ＳｔｅｐＷ３０）、次のＳｔｅｐＷ３１へ進む。
【００５０】
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、ＳｔｅｐＷ３１へ飛ぶ。そして、ＳｔｅｐＷ３１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。
【００５１】
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。
【００５２】
このように、常時は通常のＭＰＰＴ制御を行うことにより、現在の「山」における最大電力点を精密に追従し、長い周期にて広範囲探索し電圧ー電力特性の電力カーブの極小点の有無を判断し、極小点が有れば「２山」であるとして極大点および探索範囲端動作点を吟味し、「山」に応じた動作点を設定するＷＡＳ制御を行うことにより、「２山」があった場合でも時々は最大電力が得られる「山」に移動を行うことにより、電池電源から最大電力を取り出すことが出来る。
【００５３】
【実施例３】
次に、さらに他の実施例について説明する。
【００５４】
本発明の電力制御方法を用いた太陽光発電システムは、実施例１および２と同様に図１のような構成をとる。以下、図６および図７により実施例１および２とは違った電力制御方法について説明する。図６は、横軸が電圧、縦軸が電力を示しており、電圧ー電力出力特性曲線を示している。また、図７に本実施例に係るフローチャートが示されている。
【００５５】
ＳｔｅｐＭ０１からＳｔｅｐＭ１０までの常時行われるＭＰＰＴ制御は実施例１および２と同様の山登り法であり、以下、実施例１および２と異なるＷＡＳ制御（ＳｔｅｐＷ４０）について説明する。
【００５６】
ＳｔｅｐＷ４０のＷＡＳルーチンでは、まず初めに、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、電圧および電流をサンプリングして電力値を計算する（ＳｔｅｐＷ４１）。
次に、サンプリング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およ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）。
上記（Ｖ１、Ｐ１）（Ｖ２、Ｐ２）（Ｖ３、Ｐ３）の３つの動作点をもとに電圧ー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）。
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。
【００５７】
ＳｔｅｐＷ４０にて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。
【００５８】
このように、常時は通常のＭＰＰＴ制御を行うことにより、現在の「山」における最大電力点を精密に追従し、長い周期にて広範囲探索し電圧ー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として設定するＷＡＳ制御を行うことにより、「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、電池電源から最大電力を取り出すことができる。
【００５９】
【実施例の変形例】
なお、ＷＡＳ制御における曲線近似を用いる手法に、特開平６ー３４８３５２号公報などに開示されている方法を適用してもよい。
【００６０】
また、ＷＡＳ制御においては、「山」の数が２つ以上あるか否かを判定し、「山」の数が２つ以上なら最大電力が得られる「山」に移動する（「山」と「山」の間の「谷」を越える）ものであればよい。また、必ずしも最大電力が得られる「山」の中の最大電力が得られる動作点を設定する必要はない。これらは、本発明の主旨に反しない。
【００６１】
さらに、ＷＡＳ制御において、同じ電圧で電流値を２回以上、所定回数以下で毎回の電流値または電力値の差が所定値以下になるまでサンプリングを行うようにしてもよい。この場合、日射変動の影響を取り除いたより確実なＷＡＳ制御を行うことができる。この複数回のサンプリングは、同一電圧を持続した状態で連続して行ってもよく、電圧を繰り返しスキャンする等して電圧を変化させながら行ってもよい。
【００６２】
【発明の効果】
以上述べてきたように、本発明の電力制御装置では、以下の効果を有する。
（１）電圧ー電力特性曲線で２山が生じる場合でも、電力が大きいほうの山へ移動でき、最大電力を取り出すことができる。
（２）常時は通常のＭＰＰＴ制御を行っているので、最適動作点を精密に追尾出来る。
（３）長いインターバルにてＷＡＳ制御を行うので、広範囲探索によるロスを極力抑えられる。
（４）動作可能な範囲の中で電力が最大となる動作点が極大点でない場合でも追従できる。
（５）ＷＡＳ制御にてサンプリング動作点の間の動作点を精密に設定できる。
（６）日射変動の有無を検出することによりＷＡＳ制御の誤動作による出力低下を抑制出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る電力制御装置を備えた太陽光発電システムの一構成例を示すブロック図である。
【図２】図１のシステムにおける最適動作点探索の説明図である。
【図３】図１のシステムにおける最適動作点探索動作を説明するフローチャートである。
【図４】本発明の他の実施例に係る最適動作点探索の説明図である。
【図５】本発明の他の実施例に係る最適動作点探索動作を説明するフローチャートである。
【図６】本発明のさらに他の実施例に係る最適動作点探索の説明図である。
【図７】本発明のさらに他の実施例に係る最適動作点探索動作を説明するフローチャートである。
【図８】太陽電池の電圧ー電力特性の例を示すグラフである。
【符号の説明】１：電池電源、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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