(57)【要約】【課題】直流発電装置に対して、ＭＰＰＴ制御を行うパワーコンディショナ（パワコン）と、電力変換装置を並列に接続する電力供給システムを構築する場合に、電圧制御の相互干渉という問題を回避し、併せて、パワコンについて変更・交換・改変等を加えることなしに直流発電装置に対する高精度で安定性の高いＭＰＰＴ制御を実現する。【解決手段】電力変換装置１は、直流発電装置２の出力側に対してＭＰＰＴ制御機能を有するパワコン３と並列の状態で接続され、その接続点Ｎとエネルギー貯蔵装置（例えば蓄電装置）４との間で直流電力Ｉ2 を一方向に入力、出力または双方向に入出力する。直流発電装置２の発電電力Ｐ0 のパワコン３の入力電力目標値Ｐ1rに対する過不足の割合を表す変数ｋを求め、直流発電装置２の発電電流Ｉ0 に変数ｋを乗算した結果の電流値を入出力の電流における電流指令値Ｉ2rとして求め、入出力の電流Ｉ2 が電流指令値Ｉ2rとなるように制御する。【選択図】図１
2018124716.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を発電する直流発電装置の出力側に対して、最大電力点追従制御機能を有するとともに、直流電力に基づいて交流電力を出力するパワーコンディショナと並列の状態で接続され、その接続点とエネルギー貯蔵装置との間で直流電力を一方向に入力、出力または双方向に入出力することが可能な電力変換装置であって、
前記接続点に対して入出力される電流が所定の電流指令値となるように制御され、
前記電流指令値は、
前記直流発電装置の発電電力の前記パワーコンディショナの入力電力目標値に対する過不足の割合を表す変数を、前記直流発電装置の発電電流に乗算した値に設定されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記変数を求める手段と、前記直流発電装置の発電電流に前記変数を乗算した結果の電流値を前記電流指令値として求める手段とを有する制御部とを備え、
前記制御部は、前記接続点に対して入出力される電流値が前記電流指令値となるように制御するように構成されている請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記変数について、移動平均により平均化された変数が適用される請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
直流電力を発電する直流発電装置と、
前記直流発電装置の出力側に接続され、最大電力点追従制御機能を有するとともに、直流電力に基づいて交流電力を出力するパワーコンディショナと、
前記直流発電装置と前記パワーコンディショナとをつなぐ直流ラインに接続され、エネルギー貯蔵装置との間で直流電力を一方向に入力、出力または双方向に入出力することが可能な電力変換装置と、
前記直流ラインと前記電力変換装置との接続点に対して入出力される電流が所定の電流指令値となるように、前記電力変換装置を制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、前記直流発電装置の発電電力の前記パワーコンディショナの入力電力目標値に対する過不足の割合を表す変数を、前記直流発電装置の発電電流に乗算することにより前記電流指令値を設定するように構成されていることを特徴とする電力供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流発電装置の出力側に対して最大電力点追従（ＭＰＰＴ）制御機能を有するパワーコンディショナと並列の状態で接続されるもので、その接続点と蓄電装置などのエネルギー貯蔵装置との間で直流電力を双方向に入出力する電力変換装置およびその電力変換装置を備えた電力供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電力系統（商用交流電源）から電力供給を受ける需要家の負荷装置に対して直流発電装置（太陽光発電装置など）が発電した電力をパワーコンディショナを介して供給する電力供給システム（系統連系システム）において、パワーコンディショナは直流発電装置の発電電力が常時的に最大電力点を維持する最大電力点追従制御機能を有している。ＭＰＰＴ制御においては、直流発電装置の発電電力を監視しながら直流発電装置の発電電圧を調整することにより発電電力の最大化を実現する（電圧制御）。この場合、発電電圧を制御する機能と発電電力を監視する機能とが必要である。
【０００３】
上記のような構成の電力供給システムにおいて従来から大きな課題となっているのが、直流発電装置とパワーコンディショナとを接続する直流ラインに対してエネルギー貯蔵装置を接続する場合に、制御安定性の高いシステムを構築することが挙げられる。
【０００４】
そのような電力供給システムにおいては、ＭＰＰＴ制御機能を有するパワーコンディショナと直流発電装置との接続点にエネルギー貯蔵装置との間で直流電力の双方向の入出力を行う電力変換装置が接続される（例えば特許文献１〜３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−３１５２５号公報
【特許文献２】特開２０１３−１３８５３０号公報
【特許文献３】特開２０１３−１６１１３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＭＰＰＴ制御機能を有するパワーコンディショナと電力変換装置とを直流発電装置に並列に接続するシステムにおいては、パワーコンディショナによる電圧制御と電力変換装置による電圧制御とが相互に干渉して制御が発散し（収束安定化しない）、制御不能に陥ってしまうおそれがある。
【０００７】
そこで、パワーコンディショナと電力変換装置が互いに非干渉な出力形態をとる必要がある。また、電力制御の結果としての発電電力を電圧制御に反映させる必要がある。すなわち、パワーコンディショナは直流発電装置の電圧制御を行いながら、電力変換装置と電力情報を共有して互いに協調動作する必要があり、そのためには何らかの統括的な制御系が必要となる。
【０００８】
例えば、直流発電装置とＭＰＰＴ制御機能を有するパワーコンディショナとが接続された既存の電力供給システムにおいて、直流発電装置とパワーコンディショナとをつなぐ直流ラインに対して後付けでエネルギー貯蔵装置のための電力変換装置を並列に接続する場合には、次のような問題を生じる。
【０００９】
すなわち、直流発電装置の電圧制御に関しては、既存のＭＰＰＴ制御機能を有するパワーコンディショナでの電圧制御に対して、後付けの電力変換装置の制御形態を電流制御とすることによって（制御対象の棲み分け）、電圧制御の相互干渉を回避することは可能である。しかし、そうすると、既存のパワーコンディショナが直流発電装置の発電電力の値を正確に把握することができなくなって、ＭＰＰＴ制御を高精度で安定性の高い状態で遂行することができなくなってしまう。
【００１０】
このような事情があるために、従来にあっては、直流発電装置とＭＰＰＴ制御機能を有するパワーコンディショナとが接続された既存の電力供給システムにおいて、パワーコンディショナについて変更・交換・改変等を加えることなしに、そのパワーコンディショナが想定していない電力変換装置を後付けで接続することは困難であった。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑みて創作したものであり、直流発電装置に対して、ＭＰＰＴ制御を行うパワーコンディショナと、エネルギー貯蔵装置のための電力変換装置を並列に接続する電力供給システムを構築する場合に、電圧制御の相互干渉という問題を回避し、併せて、パワーコンディショナについて変更・交換・改変等を加えることなしに直流発電装置に対する高精度で安定性の高いＭＰＰＴ制御を実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、次の手段を講じることにより上記の課題を解決する。
【００１３】
本発明による電力変換装置は、
直流電力を発電する直流発電装置の出力側に対して、最大電力点追従制御機能を有するとともに、直流電力に基づいて交流電力を出力するパワーコンディショナと並列の状態で接続され、その接続点とエネルギー貯蔵装置との間で直流電力を一方向に入力、出力または双方向に入出力することが可能な電力変換装置であって、
前記接続点に対して入出力される電流が所定の電流指令値となるように制御され、
前記電流指令値は、
前記直流発電装置の発電電力の前記パワーコンディショナの入力電力目標値に対する過不足の割合を表す変数を、前記直流発電装置の発電電流に乗算した値に設定されていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明による電力供給システムは、
直流電力を発電する直流発電装置と、
前記直流発電装置の出力側に接続され、最大電力点追従制御機能を有するとともに、直流電力に基づいて交流電力を出力するパワーコンディショナと、
前記直流発電装置と前記パワーコンディショナとをつなぐ直流ラインに接続され、エネルギー貯蔵装置との間で直流電力を一方向に入力、出力または双方向に入出力することが可能な電力変換装置と、
前記直流ラインと前記電力変換装置との接続点に対して入出力される電流が所定の電流指令値となるように、前記電力変換装置を制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、前記直流発電装置の発電電力の前記パワーコンディショナの入力電力目標値に対する過不足の割合を表す変数を、前記直流発電装置の発電電流に乗算することにより前記電流指令値を設定するように構成されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の上記の構成によれば、次のような作用が発揮される。
【００１６】
直流発電装置とＭＰＰＴ制御機能を有するパワーコンディショナとが接続された電力供給システムにおいて、直流発電装置とパワーコンディショナとの間の直流ラインに電力変換装置を介してエネルギー貯蔵装置を接続する場合に、上記のように構成された本発明の電力変換装置を適用すると、直流発電装置の発電電力の制御を行う形態が電圧制御であるパワーコンディショナに対して、電力変換装置の制御形態を電流制御としているから、電圧制御の相互干渉の問題（収束せずに発散してしまう）については、これを回避することが可能となる。
【００１７】
次に、パワーコンディショナに高精度で安定性の高いＭＰＰＴ制御を適正に遂行させるためのパワーコンディショナと電力変換装置との間の電力情報の共有について説明する。
【００１８】
〈１〉発電電力Ｐ0 がパワーコンディショナの入力電力目標値に相当するパワコン電力Ｐ1 よりも大きいとき（充電モード）
直流発電装置の発電電力Ｐ0 がパワコン電力Ｐ1 よりも大きいとき、両者の差分が（Ｐ0 −Ｐ1 ）であり、発電電力Ｐ0 を基準とした過不足の割合を表す変数κは、
κ＝（Ｐ0 −Ｐ1 ）／Ｐ0 ＝１−Ｐ1 ／Ｐ0   ………（１）
である。ここで、κ＞０であり、これは発電電力Ｐ0 がパワコン電力Ｐ1 に対して余剰の状態にあることを意味する。
【００１９】
直流発電装置の出力における電力Ｐ0 と電圧Ｖ0 と電流Ｉ0 の関係は、
Ｐ0 ＝Ｖ0 ×Ｉ0   ………（２）
である。式（１）と式（２）から、
Ｐ1 ＝Ｖ0 ×｛（１−κ）×Ｉ0 ｝  ………（３）
である。ただし、０＜κ＜１である。
【００２０】
〈２〉パワコン電力Ｐ1 が発電電力Ｐ0 よりも大きいとき（放電モード）
パワコン電力Ｐ1 が直流発電装置の発電電力Ｐ0 がよりも大きいとき、（−κ×Ｐ0 ）の電力をエネルギー貯蔵装置から電力変換装置を介してパワーコンディショナ側へ補給することになるので、
Ｐ1 ＝Ｐ0 ＋（−κ×Ｐ0 ）  ………（４）
となる。ここで、過不足の割合を表す変数κはκ＜０であり、これは発電電力Ｐ0 がパワコン電力Ｐ1 に対して不足の状態にあることを意味する。
【００２１】
式（４）と式（２）から、
Ｐ1 ＝Ｖ0 ×｛（１−κ）×Ｉ0 ｝  ………（５）
である。ただし、−１＜κ＜０である。式（３）と式（５）は同じ形である。
【００２２】
以上、〈１〉の充電モードの場合も〈２〉の放電モードの場合も、パワコン電力Ｐ1 は、直流発電装置の発電電圧Ｖ0 と、直流発電装置の発電電流Ｉ0 の（１−κ）倍の電流値との積で表すことができる。ここで、変数κは、正値も負値もとり得るものであり、直流発電装置の発電電力Ｐ0 とパワコン電力Ｐ1 の差分（Ｐ0 −Ｐ1 ）の、発電電力Ｐ0 を基準とした過不足の割合を表すものとなっている。
【００２３】
式（３），（５）の右辺の第１項Ｖ0 は電圧値であり、第２項（１−κ）×Ｉ0 は電流値である。
【００２４】
すなわち、パワーコンディショナが処理するのは第１項の電圧値Ｖ0 を用いる電圧制御であり、他方、第２項の電流値（１−κ）×Ｉ0 を用いた電流制御を電力変換装置が担う。この場合、前述のとおり制御対象を電圧制御と電流制御とに棲み分けしているので、課題としていた電圧制御の相互干渉を回避することができる。
【００２５】
加えて、式（３），（５）に基づいた電力変換の制御は、パワーコンディショナと電力変換装置とが電力情報を共有した統括的な制御を成立させているので、パワーコンディショナによる高精度で安定性の高いＭＰＰＴ制御を適正に遂行することが可能となる。すなわち、ＭＰＰＴ制御機能を有するパワーコンディショナについて変更・交換・改変等を加えることなしに、その電力変換装置が想定していない電力変換装置を後付けで接続することも可能となる。換言すれば、パワーコンディショナについては何ら改変を伴うことなく、既存のものをそのまま適用することが可能となる。
【００２６】
これは、例えば、再生可能エネルギーから電力を生成する場合に余剰の電力を蓄電し、生成電力が不足しがちな夜間に放電する高効率な電力供給システムの構築に有利に作用する。
【００２７】
また、直流発電装置が太陽光発電装置である場合に、その太陽電池モジュールや太陽電池アレイを増設した場合に、パワーコンディショナとしては増設前のものをそのまま利用することが可能となる。
【００２８】
上記構成の電力変換装置、電力供給システムにおける好ましい態様として、次のものを挙げることができる。
【００２９】
すなわち、前記変数を求める手段と、前記直流発電装置の発電電流に前記変数を乗算した結果の電流値を前記電流指令値として求める手段とを有する制御部とを備え、前記制御部は、前記接続点に対して入出力される電流値が前記電流指令値となるように制御するように構成されている、という態様である。
【００３０】
式（３），（５）のＰ1 ＝Ｖ0 ×｛（１−κ）×Ｉ0 ｝において変数κにつき、移動平均等で平均化された変数ｋを用いれば、直流発電装置の発電電力ひいては式（１）の（１−Ｐ1 ／Ｐ0 ）が時間経過に伴って頻繁に変化しても、それに引きずられてＭＰＰＴ制御が乱されるといったことは生じない。すなわち、移動平均によって変化が緩やかにされた変数ｋを用いることで、より高精度で安定性の高いＭＰＰＴ制御を支障なく遂行することが可能となる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、直流発電装置のＭＰＰＴ制御を行うパワーコンディショナに対して電力変換装置を介してエネルギー貯蔵装置を接続する電力供給システムを構築する場合に、パワーコンディショナに変更・交換・改変等を加えることなしに、その電力変換装置とパワーコンディショナとの電圧制御の相互干渉という問題を回避しながら、直流発電装置に対する高精度で安定性の高いＭＰＰＴ制御を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１の実施例における電力変換装置が適用された電力供給システムの構成を示すブロック図
【図２】第１の実施例における電力変換装置の構成を示すブロック図
【図３】第１の実施例における直流発電装置の能力をパワーコンディショナに対して実際より小さく見せるときの電力の流れを示す状態説明図
【図４】図３に対応して直流発電装置の発電電流と電力変換装置への充電の変換電流の時間的推移の一例を示す波形図
【図５】第１の実施例における直流発電装置の能力をパワーコンディショナに対して実際より大きく見せるときの電力の流れを示す状態説明図
【図６】図５に対応して直流発電装置の発電電流と電力変換装置から出力される放電の変換電流の時間的推移の一例を示す波形図
【図７】本発明の第２の実施例における電力変換装置のマイクロコンピュータにかかわる動作説明のためのフローチャート
【図８】本発明の第１の変形例における電力変換装置が適用された電力供給システムの構成を示すブロック図
【図９】本発明の第２の変形例における電力変換装置が適用された電力供給システムの構成を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、上記構成の本発明の電力変換装置が適用された電力供給システム（系統連系システム）につき、その実施の形態を具体的な実施例のレベルで詳しく説明する。
【００３４】
〔第１の実施例〕
図１は本発明の第１の実施例における電力変換装置が適用された電力供給システムの構成を示すブロック図である。
【００３５】
図１において、１は電力変換装置、２は太陽光発電装置などの直流発電装置、３は最大電力点追従（ＭＰＰＴ）制御機能を有するパワーコンディショナ、４は蓄電装置（本発明の「エネルギー貯蔵装置」に相当）、５は電力系統（商用電源）、６は直流発電装置２の出力電圧（発電電力）、出力電流を検知するセンサである。この電力供給システムにおいては、直流発電装置２とパワーコンディショナ３とが接続される直流ラインに、蓄電のための電力変換装置１が分岐接続されている。すなわち、直流発電装置２に対してパワーコンディショナ３と電力変換装置１との２つの電力変換手段が並列に接続されている。
【００３６】
電力変換装置１は、直流発電装置２およびパワーコンディショナ３との接続点Ｎと蓄電装置４との間で直流電力の双方向の入出力を行うものである。電力変換装置１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ（図示せず）と、当該ＤＣ−ＤＣコンバータを制御する制御部１０を有している。なお、後述するように、制御部１０は、ＤＣ−ＤＣコンバータの駆動を直接制御する駆動制御部とは別に電力変換装置１の外部に設け、当該駆動制御部を制御するように構成してもよい。入力側が直流発電装置２に接続されたパワーコンディショナ３は、その出力側が電力系統５に対して図示しない解列遮断器を介して接続されている。なお。解列遮断器とパワーコンディショナ３との間に需要家の負荷装置（図示せず）が接続されている。
【００３７】
直流発電装置２とパワーコンディショナ３とが接続される直流ラインに蓄電装置４と当該蓄電装置４のための電力変換装置１を接続した電力供給システムを構築するに当たり、パワーコンディショナ３と電力変換装置１との間で電圧制御の干渉の問題を生じさせず、かつパワーコンディショナ３によるＭＰＰＴ制御に不具合を生じさせないことが肝要である。本実施例では、接続点Ｎと蓄電装置４との間で直流電力の双方向の入出力を行う電力変換装置１は、その入出力の制御対象として電流を用いるものとなっている。
【００３８】
パワーコンディショナ３による直流発電装置２の制御は電圧制御（山登り法）とし、電力変換装置１は電流制御とすることで電圧制御の相互干渉の問題は回避される。
【００３９】
しかし、これだけでは、パワーコンディショナ３が直流発電装置２の発電電力を正確に把握することができず、パワーコンディショナ３によるＭＰＰＴ制御に不具合が生じることを回避できない。つまり、２つの電力変換手段において電力情報を共有するための何らかの統括的な制御系が必要となる。
【００４０】
そこで、本実施例の電力変換装置１においては、入出力の変換電流Ｉ2 が所定の電流指令値Ｉ2rとなるように制御することを通じて、接続点Ｎと蓄電装置４との間で双方向に入出力される直流電力を制御するように構成されている。詳しくは次のとおりである。
【００４１】
直流発電装置２の発電電力をＰ0 、パワーコンディショナ３の入力電力目標値をＰ1rとする。そして、入力電力目標値Ｐ1rに対する発電電力Ｐ0 の過不足の割合（発電電力Ｐ0 基準）を表す即時（リアルタイム）の変数をｋr とする。これらの関係は、
ｋr ＝（Ｐ0 −Ｐ1r）／Ｐ0   ………（６）
と表すことができる。
【００４２】
即時の変数ｋr の符号について説明すると、Ｐ0 ＞Ｐ1rつまり発電電力Ｐ0 が入力電力目標値Ｐ1rよりも大きいときはｋr ＞０であり、逆にＰ0 ＜Ｐ1rつまり発電電力Ｐ0 が入力電力目標値Ｐ1rよりも小さいときはｋr ＜０である。
【００４３】
すなわち、発電電力Ｐ0 が入力電力目標値Ｐ1rに対して余剰のときには即時の変数ｋr は正の値をもち、発電電力Ｐ0 が入力電力目標値Ｐ1rに対して不足のときには即時の変数ｋr は負の値をもつ。
【００４４】
式（６）は、
ｋr ＝１−Ｐ1r／Ｐ0   ………（７）
とも表すことができる。式（７）より、Ｐ0 ＞Ｐ1rのときにＰ1r／Ｐ0 ＜１であってｋr ＞０となり、Ｐ0 ＜Ｐ1rのときにＰ1r／Ｐ0 ＞１であってｋr ＜０となることが分かる。
【００４５】
図２は電力変換装置１の制御部１０の機能構成を示すブロック図である。図２において、１１は第１の乗算器、１２は演算部、１３は移動平均フィルタ、１４は第２の乗算器である。第１の乗算器１１は直流発電装置２の発電電流Ｉ0 と発電電圧Ｖ0 とを入力として、その両者を乗算し、直流発電装置２の発電電力Ｐ0 を求めるものである。ここで、
Ｐ0 ＝Ｖ0 ×Ｉ0   ………（８）
である。つまり、式（７）は、
ｋr ＝１−Ｐ1r／（Ｖ0 ×Ｉ0 ）  ………（７）′
とも表すことができる。
【００４６】
直流発電装置２の発電電力Ｐ0 （＝Ｖ0 ×Ｉ0 、式（８））は、センサ６の検出結果から求められ、制御部１０は、パワーコンディショナ３の入力電力が入力電力目標値Ｐ1rとなるように、電力変換装置１の蓄電装置４に対する充放電電流を制御する。
【００４７】
本発明においては、パワーコンディショナ３から出力される交流電力が出力電力目標値Ｐ1rとなるように電力変換装置１を制御するのではなく、パワーコンディショナ３に入力される入力電力が入力電力目標値Ｐ1rとなるように電力変換装置１を制御する。その理由は、発電電力Ｐ0 が比較的速く変化し、パワーコンディショナ３の出力電力との比較に基づき制御すると電力変換装置１に対する制御が追従できなくなってしまうおそれがあるからである。
【００４８】
演算部１２は第１の乗算器１１からの直流発電装置２の発電電力Ｐ0 とパワーコンディショナ３の入力電力目標値Ｐ1rとを入力として、上記式（６）の即時の変数ｋr を求めるものである。
【００４９】
移動平均フィルタ１３は演算部１２からの即時の変数ｋr を入力として、それを一定の時間をかけて平均化するものである。例えば、一定時間内での即時の変数ｋr の測定回数をｎ回として、各回の即時の変数ｋr の値をｋr1，ｋr2，ｋr3，……，ｋrnとすれば、平均化処理（移動平均によるフィルタリング処理）された変数ｋは、
ｋ＝Σｋrn／ｎ  ………（９）
となる。移動平均の演算においては、測定を繰り返すごとに最新の測定値を採用するとともに、最も古い測定値を廃棄するという更新を行う。平均化された変数ｋの数値範囲は、−１＜ｋ＜１である。
【００５０】
第２の乗算器１４は直流発電装置２の発電電流Ｉ0 と移動平均フィルタ１３からの平均化された変数ｋとを入力として、その両者を乗算し、当該の電力変換装置１における電流指令値Ｉ2rを求めるものである。すなわち、
Ｉ2r＝ｋ×Ｉ0   ………（１０）
となる。
【００５１】
次に、上記のように構成された電力変換装置１を適用した電力供給システムの動作を説明する。
【００５２】
（ａ）Ｐ0 ＞Ｐ1rで充電モードのとき
図３は直流発電装置２の能力をパワーコンディショナ３に対して実際より小さく見せるときの電力の流れを示している。図４は図３に対応して直流発電装置２の発電電流Ｉ0 と電力変換装置１への充電の変換電流Ｉ2 の時間的推移の一例を示す。この場合、発電電力Ｐ0 が入力電力目標値Ｐ1rよりも大きく（Ｐ0 ＞Ｐ1r）、パワーコンディショナ３への供給電流Ｉ1 は発電電流Ｉ0 よりも小さくなっている（Ｉ0 ＞Ｉ1 ）。発電電力Ｐ0 は入力電力目標値Ｐ1rに対して余剰の状態となっている。
【００５３】
直流発電装置２からの発電電流Ｉ0 のうちの一部の変換電流Ｉ2 が接続点Ｎから電力変換装置１へ分流され、残りの部分の電流Ｉ1 がパワーコンディショナ３へ供給される。Ｉ0 ，Ｉ2 ，Ｉ1 の関係は、
Ｉ0 ＝Ｉ1 ＋Ｉ2   ………（１１）
である。
【００５４】
電力変換装置１は、直流発電装置２から取り込むべき変換電流Ｉ2 が電流指令値Ｉ2r＝ｋ×Ｉ0 （ｋ＞０）と等しくなるように電力変換の制御を行う。そして、このように制御された変換電流Ｉ2 （＝Ｉ2r＝ｋ×Ｉ0 ）が蓄電装置４へと充電される。
【００５５】
図４に示すように、直流発電装置２の発電電流Ｉ0 は時間経過とともに変動する。そして、これに応動して蓄電装置４に充電するために電力変換装置１が直流発電装置２から取り込むべき変換電流Ｉ2 （＝Ｉ2r＝ｋ×Ｉ0 ）も時間経過とともに変動する。変換電流Ｉ2 は発電電流Ｉ0 と比例関係にあり、その比例定数が平均化された変数ｋである。発電電流Ｉ0 が増加すれば変換電流Ｉ2 も増加し、発電電流Ｉ0 が減少すれば変換電流Ｉ2 も減少する。
【００５６】
式（１１）からも明らかなように、発電電流Ｉ0 と変換電流Ｉ2 との差分（Ｉ0 −Ｉ2 （＞０））がパワーコンディショナ３への供給電流Ｉ1 である。すなわち、
Ｉ1 ＝Ｉ0 −Ｉ2   ………（１２）
である。
【００５７】
なお、図４は一例としてｋ＝０．７５の場合を図示している。
【００５８】
（ｂ）Ｐ0 ＜Ｐ1rで放電モードのとき
図５は直流発電装置２の能力をパワーコンディショナ３に対して実際より大きく見せるときの電力の流れを示している。図６は図５に対応して直流発電装置２の発電電流Ｉ0 と電力変換装置１から出力される放電の変換電流Ｉ2 の時間的推移の一例を示す。この場合、発電電力Ｐ0 が入力電力目標値Ｐ1rよりも小さく（Ｐ0 ＜Ｐ1r）、パワーコンディショナ３への供給電流Ｉ1 は発電電流Ｉ0 よりも大きくなっている（Ｉ0 ＜Ｉ1 ）。発電電力Ｐ0 は入力電力目標値Ｐ1rに対して不足の状態となっている。
【００５９】
パワーコンディショナ３の入力側の接続点Ｎに対して直流発電装置２からの発電電流Ｉ0 のすべてと蓄電装置４から放電されて電力変換装置１から供給される変換電流Ｉ2 とが合流される。Ｉ0 ，Ｉ2 ，Ｉ1 の関係は、
Ｉ0 ＋Ｉ2 ′＝Ｉ1   ………（１３）
である。Ｉ2 ′は（ａ）の場合のＩ2 とは逆方向の電流を表している。すなわち、Ｉ2 ′＝−Ｉ2 であり、この関係を用いると、
Ｉ0 −Ｉ2 ＝Ｉ1 
であるから、
Ｉ0 ＝Ｉ1 ＋Ｉ2   ………（１４）
となり、これは（ａ）の場合の式（１１）と同じ形式となっている。
【００６０】
電力変換装置１は、蓄電装置４からパワーコンディショナ３へ送り込むべき変換電流Ｉ2 が電流指令値Ｉ2r＝ｋ×Ｉ0 （ｋ＜０）となるように電力変換の制御を行う。そして、このように制御された変換電流Ｉ2 （＝Ｉ2r＝ｋ×Ｉ0 ）が蓄電装置４から放電される。
【００６１】
図６に示すように、直流発電装置２の発電電流Ｉ0 は時間経過とともに変動する。そして、これに応動して電力変換装置１が蓄電装置４から取り込んでパワーコンディショナ３に供給すべき変換電流Ｉ2 （＝Ｉ2r＝ｋ×Ｉ0 ）も時間経過とともに変動する。ここで、ｋ＜０であるから、変換電流Ｉ2 はマイナス値をとっている。変換電流Ｉ2 は発電電流Ｉ0 と逆比例関係にあり、その比例定数が平均化された変数ｋ（＜０）である。発電電流Ｉ0 が増加すれば変換電流Ｉ2 は減少し、発電電流Ｉ0 が減少すれば変換電流Ｉ2 は増加する。
【００６２】
式（１３）からも明らかなように、発電電流Ｉ0 と変換電流Ｉ2 ′との合計がパワーコンディショナ３への供給電流Ｉ1 であるが、
Ｉ1 ＝Ｉ0 ＋｜Ｉ2 ′｜＝Ｉ0 ＋（−Ｉ2 ）＝Ｉ0 −Ｉ2 
であるから、
Ｉ1 ＝Ｉ0 −Ｉ2   ………（１５）
であり、これは（ａ）の場合の式（１２）と等価である。
【００６３】
なお、図６は一例としてｋ＝−０．２５の場合を図示している。
【００６４】
次に、パワーコンディショナ３と電力変換装置１との２つの電力変換手段において電力情報を共有した統括的な制御について考察する。
【００６５】
接続点Ｎでの電圧をＶN とし、この接続点電圧ＶN と各電流Ｉ0 ，Ｉ2 ，Ｉ1 とから各電力Ｐ0 ，Ｐ2 ，Ｐ1 を求めると、
Ｐ0 ＝Ｉ0 ×ＶN   ………（１６）
Ｐ2 ＝Ｉ2 ×ＶN   ………（１７）
Ｐ1 ＝Ｉ1 ×ＶN   ………（１８）
これら３つの式を変形して式（１２）または式（１５）に代入すると、
Ｐ1 ／ＶN ＝Ｐ0 ／ＶN −Ｐ2 ／ＶN   ………（１９）
であり、さらに式（１９）からＶN を消去して、
Ｐ1 ＝Ｐ0 −Ｐ2   ………（２０）
この式（２０）で表されるパワコン電力Ｐ1 が接続点Ｎからパワーコンディショナ３に向けて供給される。
【００６６】
電力変換装置１においては、変換電流Ｉ2 が電流指令値Ｉ2rとなるように電力変換の制御が行われる。式（１０）より電流指令値Ｉ2rは、Ｉ2r＝ｋ×Ｉ0 である。電力変換装置１は直流発電装置２から取り込むべき変換電流Ｉ2 が電流指令値Ｉ2rとなるように電力変換の制御を行うのであるから、
Ｉ2 ＝Ｉ2r＝ｋ×Ｉ0   ………（２１）
となる。パワーコンディショナ３への供給電流Ｉ1 は式（１２）または式（１５）より、
Ｉ1 ＝Ｉ0 −Ｉ2 
で、これに、式（２１）のＩ2 ＝ｋ×Ｉ0 を代入すると、
Ｉ1 ＝（１−ｋ）×Ｉ0   ………（２２）
となる。この式（２２）は電流についての式であるが、両辺に接続点Ｎでの電圧である接続点電圧ＶN とを乗算して、この式を電力の式に変換することができる。すなわち、
Ｉ1 ×ＶN ＝（１−ｋ）×Ｉ0 ×ＶN   ………（２３）
この式において左辺のＩ1 ×ＶN は接続点Ｎからパワーコンディショナ３へ供給されるパワコン電力Ｐ1 であり、右辺のＩ0 ×ＶN は直流発電装置２の発電電力をＰ0 である。ここで、接続点電圧ＶN は共通である。したがって、
Ｐ1 ＝（１−ｋ）×Ｐ0   ………（２４）
となる。すなわち、パワーコンディショナ３にとって直流発電装置２の発電電力Ｐ0 が（１−ｋ）×Ｐ0 のように見えている。（ａ）の場合はｋ＞０であるので、パワーコンディショナ３にとっては実際の発電電力Ｐ0 より小さく見えている。また、（ｂ）の場合はｋ＜０であるので、パワーコンディショナ３にとっては実際の発電電力Ｐ0 より大きく見えている。
【００６７】
ところで、（１−ｋ）×Ｐ0 とＰ1rとの関係を考察すると、平均化された変数ｋについて議論の簡略化のために即時の変数ｋr と同じとみて、式（６）より、
ｋ＝ｋr ＝（Ｐ0 −Ｐ1r）／Ｐ0 
として、これを式（２４）に代入すると、
Ｐ1 ＝（１−ｋ）×Ｐ0 ＝｛１−（Ｐ0 −Ｐ1r）／Ｐ0 ｝×Ｐ0 
＝Ｐ0 −（Ｐ0 −Ｐ1r）
つまり、
Ｐ1 ＝Ｐ1r  ………（２７）
となる。
【００６８】
すなわち、パワーコンディショナ３にとって直流発電装置２の規模が実際とは異なって見えるものの、接続点Ｎからのパワコン電力Ｐ1 が入力電力目標値Ｐ1rと一致したものとなっている。その結果として、直流発電装置２とパワーコンディショナ３とが接続される直流ラインに蓄電のための電力変換装置１を並列に接続した電力供給システムを構築するに当たり、パワーコンディショナ３と電力変換装置１との間で電圧制御の干渉の問題に遭遇することなく、かつパワーコンディショナ３によるＭＰＰＴ制御に不具合を生じさせることなく構築することができる。
【００６９】
このことは、次の内容を実現化することにつながる。
【００７０】
直流発電装置２とパワーコンディショナ３とが接続された既存の電力供給システム（系統連系システム）において、直流発電装置２とパワーコンディショナ３との間の直流ラインにパワーコンディショナ３側で想定していない電力変換装置１を介して蓄電装置４を並列に接続しようとする場合に、パワーコンディショナ３については何ら改変を伴うことなく、既存のものをそのまま適用することが可能となる。
【００７１】
これは、再生可能エネルギーから電力を生成する場合に余剰の電力を蓄電し、また生成電力が不足しがちな夜間に放電する高効率な電力供給システムの構築に有利に作用する。
【００７２】
また、直流発電装置２が太陽光発電装置である場合に、その太陽電池モジュールや太陽電池アレイを増設した場合に、パワーコンディショナ３としては増設前の既存のものをそのまま利用することを可能とする。
【００７３】
式（２４）のＰ1 ＝（１−ｋ）×Ｐ0 における変数につき、式（７）における即時の変数ｋr ではなく、式（９）の移動平均等で平均化された変数ｋを用いているので、直流発電装置２による発電電力ひいては式（７）のｋr ＝１−Ｐ1r／Ｐ0 が頻繁に変化しても、それに引きずられてＭＰＰＴ制御が乱されるといったことは生じない。すなわち、式（９）のｋ＝Σｋrn／ｎによって平均化され変化が緩やかにされた変数ｋを用いることで、より高精度で安定性の高いＭＰＰＴ制御を支障なく遂行することが可能となる。
【００７４】
〔第２の実施例〕
本発明の第２の実施例では、電力変換装置１における制御部がマイクロコンピュータで構成され、中央演算処理装置としてのＣＰＵ、ＣＰＵでの制御のためのプログラムを格納しているＲＯＭ（リードオンリーメモリ）、ＣＰＵの制御を補助するとともにデータを一時的に格納するワーキングメモリとしてのＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）を備えている。
【００７５】
図７はＣＰＵが実行する動作の説明に供するフローチャートである。以下、このフローチャートに従って動作を説明する。
【００７６】
まずステップＳ１において、直流発電装置２に付設してあるセンサ６から発電電流Ｉ0 と発電電圧Ｖ0 のデータを取得する。
【００７７】
次いでステップＳ２において、ステップＳ１で取得した発電電流Ｉ0 と発電電圧Ｖ0 の両データを乗算することにより直流発電装置２の発電電力Ｐ0 を求める（式（８）参照）。
【００７８】
次いでステップＳ３において、ステップＳ２で求めた発電電力Ｐ0 とパワーコンディショナ３の入力電力目標値Ｐ1rとから式（７）に従って即時の変数ｋr を求める。
【００７９】
次いでステップＳ４において、即時の変数ｋr につき測定回数ｎ回分の値に対して移動平均によるフィルタリング処理を施して平均化された変数ｋを求める（式（９）参照）。
【００８０】
次いでステップＳ５において、ステップＳ１で取得した発電電流Ｉ0 とステップＳ４で求めた平均化された変数ｋとを乗算して、当該の電力変換装置１における電流指令値Ｉ2rを求める（式（１０）参照）。
【００８１】
次いでステップＳ６において、接続点Ｎとの間で入出力を行う変換電流Ｉ2 がステップＳ５で求めた電流指令値Ｉ2rに等しくなる状態での電力変換を実行する。
【００８２】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明の内容は上記実施例に限定されない。例えば、制御部１０は電力変換装置１内に設けるほか、電力変換装置１の外部に設けてもよい。つまり、電力供給システムが制御部を有してもよい。
【００８３】
また、上記した実施例では、電力変換装置１は、直流発電装置２およびパワーコンディショナ３との接続点Ｎと蓄電装置４（エネルギー貯蔵装置）との間で直流電力を双方向に入出力していたが、これに限定されず、直流発電装置２およびパワーコンディショナ３との接続点Ｎとエネルギー貯蔵装置との間で直流電力を一方向に入力または出力してもよい。
【００８４】
図８は、本発明の第１の変形例における電力変換装置が適用された電力供給システムの構成を示すブロック図である。この第１の変形例では、直流発電装置２およびパワーコンディショナ３との接続点Ｎと蓄電装置４（エネルギー貯蔵装置）との間で電力変換装置１Ａが接続点Ｎに対し直流電力の出力のみを行う。すなわち、電力変換装置１Ａは、Ｐ0 （発電電力）＜Ｐ1r（入力電力目標値）のときに、蓄電装置４からの電力をパワーコンディショナ３に対して放電するように構成されている。接続点Ｎからの蓄電装置４への充電は行われない。
【００８５】
直流発電装置２′（太陽電池）からの発電電力は、電力変換装置１Ａとは別に設けられた電力変換装置７に供給され、電力変換装置７は発電電力を蓄電装置４に充電する。すなわち、電力変換装置７は蓄電装置４の充電のみを行う。
【００８６】
この構成では、電力変換装置１Ａがパワーコンディショナ３によるＭＰＰＴ制御に干渉することなく、直流発電装置２およびパワーコンディショナ３との接続点Ｎとの間で直流電流を制御することによって、パワーコンディショナ３に入力される入力電力が所定の入力電力目標値Ｐ1rとなるように制御される。
【００８７】
図９は、本発明の第２の変形例における電力変換装置が適用された電力供給システムの構成を示すブロック図である。この第２の変形例では、直流発電装置２およびパワーコンディショナ３との接続点Ｎと水素変換貯蔵装置８（エネルギー貯蔵装置）との間で電力変換装置１Ｂが接続点Ｎから直流電力の入力のみを行う。すなわち、電力変換装置１Ｂは、Ｐ0 （発電電力）＞Ｐ1r（入力電力目標値）のときに、直流発電装置２からの発電電力を水素変換貯蔵装置８に対して供給するように構成されている。水素変換貯蔵装置８から接続点Ｎへの電力供給は行われない。
【００８８】
水素変換貯蔵装置８では電力変換装置１Ｂから供給される電力を利用して水素を発生させ貯蔵する。なお、エネルギー貯蔵装置としては、水素変換貯蔵装置８に代えて他のガスその他の物質を発生させて貯蔵する装置としてもよい。
【００８９】
この構成では、電力変換装置１Ｂがパワーコンディショナ３によるＭＰＰＴ制御に干渉することなく、直流発電装置２およびパワーコンディショナ３との接続点Ｎとの間で直流電流を制御することによって、パワーコンディショナ３に入力される入力電力が所定の入力電力目標値Ｐ1rとなるように制御される。
【００９０】
なお、上記の実施例における直流発電装置２としては再生可能エネルギーを利用するものであれば、太陽光発電装置のほか風力発電装置などであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明は、パワーコンディショナが想定していない電力変換装置を用いる場合に、電圧制御の相互干渉の回避とともに、直流発電装置に対するパワーコンディショナのＭＰＰＴ制御が高精度で安定性の高いものになるようにする技術として有用である。
【符号の説明】
【００９２】
１  電力変換装置
１Ａ  電力変換装置
１Ｂ  電力変換装置
２  直流発電装置
３  パワーコンディショナ
４  蓄電装置（エネルギー貯蔵装置）
８  水素変換貯蔵装置（エネルギー貯蔵装置）
１０  制御部
１１  第１の乗算器
１２  演算部
１３  移動平均フィルタ
１４  第２の乗算器
【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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