(57)【要約】      （修正有）【課題】太陽光発電において、出力電力抑制指令に対応して高精度な出力電力の制御が可能な太陽光発電用電力変換装置とその制御方法を提供する。【解決手段】太陽光パネル１０から出力される直流電力を交流電力に変換して系統１１に出力する太陽光発電用電力変換装置１は、太陽光パネル１０から出力される直流電力を昇圧するチョッパ４と、チョッパ４から出力される直流電力を交流電力に変換するインバータ６と、チョッパ４およびインバータ６の動作を制御する制御部９と、を備える。制御部９は、チョッパ４とインバータ６を接続する直流回路の直流電圧を制御する第１の直流電圧制御部２１と、インバータ６の出力電力を制御する有効電力制御部１４と、外部からの出力抑制指令を受けて有効電力制御部１４に出力電力指令を出力する出力抑制制御部１３と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光パネルから出力される直流電力を交流電力に変換して系統に出力する太陽光発電用電力変換装置であって、
前記太陽光パネルから出力される直流電力を昇圧するチョッパと、
前記チョッパから出力される直流電力を交流電力に変換するインバータと、
前記チョッパおよび前記インバータの動作を制御する制御部と、備え、
前記制御部は、前記チョッパと前記インバータを接続する直流回路の直流電圧を制御する第１の直流電圧制御部と、
前記インバータの出力電力を制御する有効電力制御部と、
外部からの出力抑制指令を受けて前記有効電力制御部に出力電力指令を出力する出力抑制制御部と、を有することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の太陽光発電用電力変換装置であって、
前記制御部は、前記太陽光パネルのパネル電圧を制御する最大電力点追従制御部と、
前記チョッパと前記インバータを接続する直流回路の直流電圧を制御する第２の直流電圧制御部と、を備え、
定常時は、前記チョッパは前記最大電力点追従制御部の出力電圧指令に基づき前記太陽光パネルのパネル電圧を制御し、前記インバータは前記第２の直流電圧制御部の出力電流指令に基づき前記チョッパと前記インバータを接続する直流回路の直流電圧を制御し、
前記制御部に出力抑制指令が入力された場合、前記チョッパは前記第１の直流電圧制御部の出力電圧指令に基づき前記チョッパと前記インバータを接続する直流回路の直流電圧を制御し、前記インバータは前記有効電力制御部の出力電流指令に基づき当該インバータの出力電力を制御することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の太陽光発電用電力変換装置であって、
前記制御部は、前記太陽光パネルのパネル電圧を監視するパネル電圧監視部を備え、
前記パネル電圧監視部は、前記太陽光パネルのパネル電圧の低下時に、前記太陽光発電用電力変換装置の出力電力を抑制することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の太陽光発電用電力変換装置であって、
前記制御部は、前記太陽光パネルへの日射量を検出する日射量検出部と、
前記日射量検出部の日射量検出値に基づき前記出力抑制制御部へ出力電力補正指令を出力する日射量監視部と、を備え、
前記太陽光パネルへの日射量の低下時に、前記太陽光発電用電力変換装置の出力電力を抑制することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置。
【請求項５】
請求項１または２に記載の太陽光発電用電力変換装置であって、
前記制御部は、前記太陽光発電用電力変換装置の動作状態を示す評価データを算出する出力評価部と、
前記出力評価部の評価データを外部に出力するデータ送信部と、を備えることを特徴とする太陽光発電用電力変換装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の太陽光発電用電力変換装置であって、
前記制御部に出力抑制指令が入力された場合、前記制御部は、前記太陽光パネルの出力電力と、前記チョッパ或いは前記インバータの出力電力とが一致するまで前記太陽光パネルのパネル電圧を上昇させることを特徴とする太陽光発電用電力変換装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の太陽光発電用電力変換装置であって、
前記チョッパはコンデンサを有し、
前記制御部に出力抑制指令が入力された場合、前記太陽光パネルの出力電力と、前記チョッパ或いは前記インバータの出力電力との差分電力を前記コンデンサに充放電させることで、前記太陽光パネルのパネル電圧を上昇させることを特徴とする太陽光発電用電力変換装置。
【請求項８】
太陽光パネルから出力される直流電力を交流電力に変換して系統に出力する太陽光発電用電力変換装置の制御方法であって、
定常時は、前記太陽光パネルの出力電圧の電圧検出値と出力電流の電流検出値に基づきチョッパにより前記太陽光パネルのパネル電圧を制御する最大電力点追従制御を実施し、インバータの入力側の直流電圧検出値に基づき当該インバータにより前記チョッパと前記インバータを接続する直流回路の直流電圧を制御する直流電圧制御を実施し、
太陽光発電用電力変換装置に出力抑制指令が入力された場合、前記チョッパは当該チョッパと前記インバータを接続する直流回路の直流電圧を制御する直流電圧制御を実施し、前記インバータは当該インバータの出力電力を制御する有効電力制御を実施するように制御方式を切り替えることを特徴とする太陽光発電用電力変換装置の制御方法。
【請求項９】
請求項８に記載の太陽光発電用電力変換装置の制御方法であって、
前記太陽光パネルのパネル電圧が低下した場合、前記チョッパおよび前記インバータに出力電力補正指令を出力し、前記太陽光発電用電力変換装置の出力電力を抑制することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置の制御方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の太陽光発電用電力変換装置の制御方法であって、
前記太陽光パネルへの日射量が低下した場合、前記チョッパおよび前記インバータに出力電力補正指令を出力し、前記太陽光発電用電力変換装置の出力電力を抑制することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置の制御方法。
【請求項１１】
請求項８に記載の太陽光発電用電力変換装置の制御方法であって、
前記太陽光発電用電力変換装置の動作状態を示す評価データを算出し、
当該算出した評価データを外部へ送信することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置の制御方法。
【請求項１２】
請求項８から１１のいずれか１項に記載の太陽光発電用電力変換装置の制御方法であって、
太陽光発電用電力変換装置に出力抑制指令が入力された場合、前記太陽光パネルの出力電力と、前記チョッパ或いは前記インバータの出力電力とが一致するまで前記太陽光パネルのパネル電圧を上昇させることを特徴とする太陽光発電用電力変換装置の制御方法。
【請求項１３】
請求項８から１２のいずれか１項に記載の太陽光発電用電力変換装置の制御方法であって、
太陽光発電用電力変換装置に出力抑制指令が入力された場合、前記太陽光パネルの出力電力と、前記チョッパ或いは前記インバータの出力電力との差分電力を前記太陽光パネルと前記チョッパを接続する直流回路において充放電させることで、前記太陽光パネルのパネル電圧を上昇させることを特徴とする太陽光発電用電力変換装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電用電力変換装置とその制御方法に係り、特に、太陽光発電による電力供給の安定化に有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電用電力変換装置は、太陽光パネルで発電された直流電力を交流電力へ変換して電力系統に電力を供給する電力変換装置である。
【０００３】
太陽光発電用電力変換装置の一例としてチョッパとインバータから構成されるものがある。これは、太陽光パネルが出力する直流電力をチョッパで昇圧し、チョッパの出力する直流電力をインバータが商用周波数の交流電力に変換して、電力系統へ送電するというものである。
【０００４】
このような太陽光発電用電力変換装置においては、一般的に、太陽光パネルの出力電力が最大となるように最大電力点追従（MPPT: Maximum Power Point Tracking)制御を実施する。最大電力点追従制御とは、周囲環境によって変化する太陽光パネルの出力特性に追従して、太陽光パネルの出力電力が最大となるように太陽光パネルのパネル電圧を調整する制御である。このような最大電力点追従制御はチョッパが太陽光パネルのパネル電圧を調整することで実施する。
【０００５】
一方で、電力は需要と供給のバランスを常に図る必要がある。電力の需要に対して供給が多過ぎる場合には、停電が発生するなど電力の安定供給に支障をきたすおそれがある。このような状況を避けるために、太陽光発電用電力変換装置においては、電力会社からの出力指令に従って太陽光パネルの出力電力を制御することが求められる。
【０００６】
本技術分野の背景技術として、例えば、特許文献１のような技術がある。特許文献１には、「出力電力抑制が求められた場合、出力電力抑制指令に従って、最大電力点追従制御を停止し、出力電力を抑制する太陽光発電用電力変換装置」が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−１８３５７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、出力電力抑制指令に従って、最大電力点追従制御を停止し、出力電力を抑制する場合、太陽光パネルの出力特性によっては出力電力抑制を達成できない場合がある。
【０００９】
例えば、雲などの影響で太陽光パネルの一部に影が掛かると、太陽光パネルの出力特性が大きく変化する場合がある。太陽光パネルへの部分的影の発生により、太陽光パネルが一点の極大値を有するような凸形状の出力特性を取らず、複数の極大値を有する出力特性を有するようになる。
【００１０】
そのような太陽光パネルに接続した太陽光発電用電力変換装置において、上記特許文献１のように、最大電力点追従制御を停止し、出力電力を減少させる為にパネル電圧を上昇させると、出力電力抑制指令が出されているにも関わらず、出力電力が上昇傾向に転じる状況が生じてしまう。
【００１１】
また、太陽光パネルに掛かる影は時々刻々変化するので、太陽光パネルの出力特性は時間的にも変化し、それに起因して太陽光発電用電力変換装置の出力電力も変動する。
【００１２】
そこで、本発明は、太陽光発電において、出力電力抑制指令に対応して高精度な出力電力の制御が可能な太陽光発電用電力変換装置とその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明は、太陽光パネルから出力される直流電力を交流電力に変換して系統に出力する太陽光発電用電力変換装置であって、前記太陽光パネルから出力される直流電力を昇圧するチョッパと、前記チョッパから出力される直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記チョッパおよび前記インバータの動作を制御する制御部と、備え、前記制御部は、前記チョッパと前記インバータを接続する直流回路の直流電圧を制御する第１の直流電圧制御部と、前記インバータの出力電力を制御する有効電力制御部と、外部からの出力抑制指令を受けて前記有効電力制御部に出力電力指令を出力する出力抑制制御部と、を有することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、太陽光パネルから出力される直流電力を交流電力に変換して系統に出力する太陽光発電用電力変換装置の制御方法であって、定常時は、前記太陽光パネルの出力電圧の電圧検出値と出力電流の電流検出値に基づきチョッパにより前記太陽光パネルのパネル電圧を制御する最大電力点追従制御を実施し、インバータの入力側の直流電圧検出値に基づき当該インバータにより前記チョッパと前記インバータを接続する直流回路の直流電圧を制御する直流電圧制御を実施し、太陽光発電用電力変換装置に出力抑制指令が入力された場合、前記チョッパは当該チョッパと前記インバータを接続する直流回路の直流電圧を制御する直流電圧制御を実施し、前記インバータは当該インバータの出力電力を制御する有効電力制御を実施するように制御方式を切り替えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、太陽光発電において、出力電力抑制指令に対応して高精度な出力電力の制御が可能な太陽光発電用電力変換装置とその制御方法を実現することができる。
【００１６】
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明によって明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る太陽光発電用電力変換装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る太陽光パネルの特性を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る太陽光発電用電力変換装置の動作を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るチョッパの構成を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る太陽光発電用電力変換装置の構成を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る太陽光パネルの特性を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る太陽光発電用電力変換装置の動作を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る太陽光発電用電力変換装置の構成を示す図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る太陽光発電用電力変換装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る太陽光発電用電力変換装置及びその実施例について図面を参照しながら説明する。なお、各図面において、同一の構成については同一の符号を付し、重複する部分についてはその詳細な説明は省略する。
【実施例１】
【００１９】
図１から図４を参照して、本発明の第一の実施例の太陽光発電用電力変換装置とその制御方法について説明する。図１は本実施例の太陽光発電用電力変換装置の構成概要を示すブロック図である。
【００２０】
本実施例の太陽光発電用電力変換装置１は、図１に示すように、主要な構成として、電圧検出器２、電流検出器３、チョッパ４、電圧検出器５、インバータ６、電圧検出器７、電流検出器８、制御部９を有している。
【００２１】
太陽光パネル１０はチョッパ４の入力側と接続し、チョッパ４の出力側はインバータ６の直流部（入力側）と接続し、インバータ６の交流部（出力側）は三相の電力系統１１と接続されている。チョッパ４は、太陽光パネル１０から供給される直流電力を昇圧してインバータ６に供給する。インバータ６はチョッパ４から供給される直流電力を交流電力に変換して電力系統１１に供給する。
【００２２】
電圧検出器２は太陽光パネル１０の出力側に設けられており、太陽光パネル１０の出力電圧を検出する。なお、太陽光パネル１０の出力電圧はチョッパ４の入力側の直流電圧と同じであり、電圧検出器２はチョッパ４の入力側の直流電圧を検出するということもできる。電流検出器３は太陽光パネル１０の出力側に設けられており、太陽光パネル１０の出力電流を検出する。なお、太陽光パネル１０の出力電流はチョッパ４の入力側への入力電流と同じであり、チョッパ４の入力側への入力電流を検出するということもできる。
【００２３】
電圧検出器５はチョッパ４の出力側に設けられており、チョッパ４の出力側の直流電圧を検出する。なお、チョッパ４の出力側の直流電圧はインバータ６の直流電圧と同じであり、インバータ６の直流電圧を検出するということもできる。
【００２４】
電圧検出器７はインバータ６の出力側に設けられており、インバータ６が連系する系統の系統電圧を検出する。電流検出器８はインバータ６の出力側に設けられており、インバータ６が連系する系統に出力する出力電流を検出する。
【００２５】
電圧検出器２、電流検出器３、電圧検出器５、電圧検出器７、電流検出器８の検出する電圧検出値や電流検出値は制御部９に入力される。また、制御部９には外部指令が入力される。この外部指令は太陽光発電用電力変換装置１の出力電力を抑制（制御）する時に入力される出力抑制指令である。
【００２６】
制御部９は、入力された電圧検出値や電流検出値や外部指令に基づいて所定の演算を実施し、チョッパ４、インバータ６を駆動するためのゲートパルス信号を出力する。
【００２７】
制御部９は、図１に示すように、主要な構成として、外部指令受信部１２、出力抑制制御部１３、有効電力制御部１４、直流電圧制御部１７、電流制御部１８、PWM制御部１９、最大電力点追従制御部２０、直流電圧制御部２１、PWM制御部２２、および切替スイッチ１５，１６を有している。
【００２８】
外部指令受信部１２は外部指令を受信し、出力抑制制御部１３に出力抑制指令を出力する。出力抑制制御部１３は外部指令受信部１２の出力する出力抑制指令を受けて、有効電力制御部１４に出力電力指令を、切替スイッチ１５及び切替スイッチ１６に切替指令を出力する。
【００２９】
有効電力制御部１４はインバータ６の出力側の電圧検出値と電流検出値と出力抑制制御部１３が出力する出力電力指令を入力とし、インバータ６が電力系統１１へ出力する出力電力が出力電力指令と一致するように有効電力制御を実施し、インバータ６への出力電流指令を出力する。
【００３０】
直流電圧制御部１７はインバータ６の直流部（入力側）の直流電圧検出値を入力とし、インバータ６の直流部（入力側）の直流電圧が一定になるように直流電圧制御を実施し、インバータ６への出力電流指令を出力する。
【００３１】
切替スイッチ１５は有効電力制御部１４の出力する出力電流指令と直流電圧制御部１７の出力する出力電流指令と出力抑制制御部１３の出力する切替指令を入力とし、太陽光発電用電力変換装置１の出力電力を抑制させる時は有効電力制御部１４の出力する出力電流指令を選択して出力し、それ以外の時は直流電圧制御部１７の出力する出力電流指令を選択して出力する。
【００３２】
電流制御部１８は切替スイッチ１５が出力する出力電流指令と電力系統１１の系統電圧の電圧検出値とインバータ６から電力系統１１へ流れる出力電流の電流検出値を入力とし、インバータ６から電力系統１１へ流れる出力電流が出力電流指令と一致するように電流制御を実施し、インバータ６の出力電圧指令を出力する。
【００３３】
PWM制御部１９は電流制御部１８の出力する出力電圧指令を入力とし、PWM(Pulse Width Modulation)制御を実施し、インバータ６を駆動するためのゲートパルス信号を出力する。
【００３４】
最大電力点追従制御部２０は太陽光パネル１０の出力電圧の電圧検出値と出力電流の電流検出値を入力とし、太陽光パネル１０の出力電力が最大になるように最大電力点追従制御を実施することで太陽光パネル１０の出力電圧指令を演算し、太陽光パネル１０の出力電圧が出力電圧指令と一致するように直流電圧制御を実施し、チョッパ４への出力電圧指令を出力する。
【００３５】
直流電圧制御部２１はチョッパ４の出力側の直流電圧検出値を入力とし、チョッパ４の出力側の直流電圧が一定になるように直流電圧制御を実施し、チョッパ４への出力電圧指令を出力する。なお、図示しないが、直流電圧制御部２１はチョッパ４の入力側の電流あるいは出力側の電流を取り込んで、電流制御を実施する構成としても良い。
【００３６】
切替スイッチ１６は最大電力点追従制御部２０の出力する出力電圧指令と直流電圧制御部２１の出力する出力電圧指令と出力抑制制御部１３の出力する切替指令を入力とし、太陽光発電用電力変換装置１の出力電力を抑制させる時は直流電圧制御部２１の出力する出力電圧指令を選択して出力し、それ以外の時は最大電力点追従制御部２０の出力する出力電圧指令を選択して出力する。
【００３７】
PWM制御部２２は切替スイッチ１６の出力する出力電圧指令を入力とし、PWM(Pulse Width Modulation)制御を実施し、チョッパ４を駆動するためのゲートパルス信号を出力する。
【００３８】
図２に太陽光パネル１０に部分的に影が掛かった時のパネル特性の一例を示す。図２において、動作点Ｓは太陽光発電用電力変換装置１が最大電力点追従制御を実施している時の動作点である。動作点Ｓで運転している時に、外部から出力抑制指令が与えられて動作点Ｇまで動作点を移行させて出力電力を抑制する時の動作波形を図３に示す。また、図４にチョッパ４の構成を示す。チョッパ４の主回路はコンデンサ４１、リアクトル４２、IGBT等のスイッチング素子４３、ダイオード４４で構成される。
【００３９】
図３において、時刻0から時刻TSまでは、チョッパ４は最大電力点追従制御を行っており、最大電力点追従制御部２０が出力する出力電圧指令に従って動作する。また、インバータ６は直流電圧制御を行っており、直流電圧制御部１７の出力する出力電流指令に従って動作する。
【００４０】
時刻TSから出力抑制動作を開始すると、チョッパ４は出力側の直流電圧制御を開始し、直流電圧制御２１が出力する出力電圧指令に従って動作する。また、インバータ６は出力抑制制御部１３の出力する出力電力指令に従って有効電力制御を開始し、有効電力制御部１４が出力する出力電流指令に従って動作する。その為、出力抑制制御部１３の出力する出力電力指令が低減すると、インバータ６の出力電力は出力電力指令に従って低減する。
【００４１】
チョッパ４は出力側の直流電圧が一定になるように直流電圧制御を実施するので、インバータ６の出力電力とチョッパ４の出力電力はほぼ同じであり、インバータ６の出力電力が低減すると、チョッパ４の出力電力も同様に低減する。チョッパ４の出力電力が低減すると、太陽光パネル１０の出力電力とチョッパ４の出力電力の差分電力が図４に示すチョッパ４のコンデンサ４１に蓄えられることで、チョッパ４の入力側の直流電圧すなわち太陽光パネル１０の出力電圧が上昇する。太陽光パネル１０の出力電圧が上昇すると太陽光パネル１０の出力電力は低下し、インバータ６の出力電力と太陽光パネル１０の出力電力が等しくなるまで、太陽光パネル１０の出力電圧は上昇する。
【００４２】
したがって、時刻TSから時刻TP1にかけて出力電力指令をPSからPP1に低減する時は、インバータ６の出力電力及び太陽光パネル１０の出力電力はPSからPP1に低減し、太陽光パネル１０の出力電圧はVSからVP1まで上昇する。この時、図２において動作点は動作点Ｓから動作点Ｐ１に移行している。
【００４３】
次に、時刻TP1から時刻TP3にかけて出力電力指令をPP1からPP3に低減する時は、インバータ６の出力電力は出力電力指令に従ってPP1からPP3に低減する。一方、太陽光パネル１０の出力電力はPP1から過渡的にPP2まで上昇してからPP3まで低減する。これは、図２に示すように太陽光パネル１０の出力特性が動作点Ｐ２では局所的な極大点になっているためである。太陽光パネル１０の出力電圧はVP1からVP2を経由してVP3まで上昇する。この時、図２において動作点は動作点P1から動作点P2を経由して動作点P3に移行している。なお、図示していないが、太陽光パネル１０の出力電流も過渡的に上昇してから減少する動作となる。
【００４４】
次に、時刻TP3から時刻TGにかけて出力電力指令をPP3からPGに低減する時は、インバータ６の出力電力及び太陽光パネル１０の出力電力は出力電力指令に従ってPP3からPGに低減し、太陽光パネル１０の出力電圧はVP3からVGまで上昇する。この時、図２において動作点は動作点P3から動作点PGに移行している。
【００４５】
時刻TG以降はチョッパ４は最大電力点追従制御部２０が出力する出力電圧指令に従って動作させ、インバータ６は直流電圧制御部１７の出力する出力電流指令に従って動作させる。ただし、この時は最大電力点追従制御部２０が出力する出力電圧指令は、太陽光パネル１０の出力電圧をVGで維持するように制御する。このように制御することで、インバータ６の出力電力をPGで維持することができる。
【００４６】
以上説明したように、本実施例の太陽光発電用電力変換装置とその制御方法によれば、チョッパ４は太陽光パネル１０の出力電圧を制御する最大電力点追従制御から、チョッパ４の出力側の直流電圧を制御する直流電圧制御に制御方式を切り替え、インバータ６はインバータ６の直流電圧を制御する直流電圧制御からインバータ６の出力電力を制御する有効電力制御に制御方式を切り替えることで、外部からの出力抑制指令に追従することが可能となる。
【００４７】
また、その後、チョッパ４は再び太陽光パネル１０の出力電圧を制御し、インバータ６はインバータ６の直流電圧を制御することで、出力電力を抑制した状態を維持することができる。
【実施例２】
【００４８】
図５から図７を参照して、本発明の第二の実施例の太陽光発電用電力変換装置とその制御方法について説明する。図５は本実施例の太陽光発電用電力変換装置の構成概要を示すブロック図である。
【００４９】
本実施例の太陽光発電用電力変換装置２３は、図５に示すように、制御部２４が電圧検出器２の出力する太陽光パネル１０の出力電圧を入力とし、出力抑制制御部２６に出力電力補正指令を出力するパネル電圧監視部２５を備える点が第一の実施例と比べて異なる点である。
【００５０】
パネル電圧監視部２５は太陽光発電用電力変換装置２３において出力抑制動作を実施中に日射量が減少した時の太陽光パネル１０の出力電圧の低下を防止する。日射量が減少すると太陽光パネル１０の出力できる最大電力が低下するため、太陽光パネル１０の出力できる最大電力よりも大きい電力をチョッパ４及びインバータ６が出力しようとすると、不足分の電力を図４に示すチョッパ４のコンデンサ４１に蓄えられているエネルギーから補填することになるため、チョッパ４の入力側の直流電圧すなわち太陽光パネル１０の出力電圧が低下する。
【００５１】
そこで、パネル電圧監視部２５は太陽光パネル１０の出力電圧を監視し、太陽光パネル１０の出力電圧が所定値よりも下がる場合には出力抑制制御部２６に出力電力補正指令を出力することでチョッパ４及びインバータ６の出力電力が小さくなるようにする。
【００５２】
図６に太陽光パネル１０への日射量が変化した時のパネル特性の一例を示す。図６において、動作点Ｓは日射量が大きい場合に最大電力点追従制御を実施している時の動作点である。動作点Ｓから動作点Ｇまで動作点を移行させて出力電力を抑制しようとしている時に、日射量が減少することで動作点Ｇまで移行させることができなくなり、代わりに動作点Ｇ２に移行させる時の動作波形を図７に示す。
【００５３】
図７において、時刻0から時刻TSまでは最大電力点追従制御を行っており、最大電力点追従制御部２０が出力する出力電圧指令に従ってチョッパ４は動作し、直流電圧制御部１７が出力する出力電流指令に従ってインバータ６は動作している。時刻TSから出力抑制動作を開始すると、直流電圧制御部２１が出力する出力電圧指令に従ってチョッパ４は動作し、出力抑制制御部２６が出力する出力電力指令に従って有効電力制御部１４が有効電力制御を実施し、有効電力制御部１４が出力する出力電流指令に従ってインバータ６は動作するようになる。
【００５４】
その為、出力抑制制御部２６の出力する出力電力指令が低減すると、インバータ６の出力電力は出力電力指令に従って低減する。チョッパ４は出力側の直流電圧が一定になるように直流電圧制御を実施するので、インバータ６の出力電力とチョッパ４の出力電力はほぼ同じであり、インバータ６の出力電力が低減すると、チョッパ４の出力電力も同様に低減する。チョッパ４の出力電力が低減すると、太陽光パネル１０の出力電力とチョッパ４の出力電力の差分電力が図４に示すチョッパ４のコンデンサ４１に蓄えられることで、チョッパ４の入力側の直流電圧すなわち太陽光パネル１０の出力電圧が上昇する。太陽光パネル１０の出力電圧が上昇すると太陽光パネル１０の出力電力は低下し、インバータ６の出力電力と太陽光パネル１０の出力電力が等しくなるまで、太陽光パネル１０の出力電圧は上昇する。
【００５５】
次に、時刻TDにおいて日射量が低下し、太陽光パネル１０の出力電力が低下すると、太陽光パネル１０の出力電力とインバータ６の出力電力の差分電力が図４に示すチョッパ４のコンデンサ４１に蓄えられているエネルギーから補填されることでチョッパ４の入力側の直流電圧すなわち太陽光パネル１０の出力電圧が低下する。
【００５６】
次に、時刻TLにおいて、太陽光パネル１０の出力電圧が所定値VLよりも低下すると、パネル電圧監視部２５が出力抑制制御部２６に出力電力補正指令を出力する。出力抑制制御部２６はパネル電圧監視部２５が出力する出力電力補正指令を受けると、太陽光パネル１０の出力電圧の低下が収まるまで有効電力制御部１４に出力する出力電力指令を低減する。
【００５７】
次に、時刻TMにおいて、太陽光パネル１０の出力電圧の低下が収まると、最大電力点追従制御部２０が出力する出力電圧指令に従ってチョッパ４を再び動作させ、直流電圧制御部１７が出力する出力電流指令に従ってインバータ６を再び動作させる。この時、最大電力点追従制御部２０は太陽光パネル１０の出力電圧をVG2に維持する。このように制御することで、インバータ６の出力電力をPG2で維持することができる。
【００５８】
以上説明したように、本実施例の太陽光発電用電力変換装置とその制御方法によれば、チョッパ４は太陽光パネル１０の出力電圧を制御する最大電力点追従制御から、チョッパ４の出力側の直流電圧を制御する直流電圧制御に制御方式を切り替え、インバータ６はインバータ６の直流電圧を制御する直流電圧制御からインバータ６の出力電力を制御する有効電力制御に制御方式を切り替えることで、外部からの出力抑制指令に追従することが可能となる。
【００５９】
また、有効電力制御が動作中に日射量が低減した場合にも、太陽光パネル１０の出力電圧を監視するパネル電圧監視部２５が出力電力補正指令を出力することで太陽光パネル１０の出力電圧の低下を抑制し、運転継続することが可能となる。
【実施例３】
【００６０】
図８を参照して、本発明の第三の実施例の太陽光発電用電力変換装置とその制御方法について説明する。図８は本実施例の太陽光発電用電力変換装置の構成概要を示すブロック図である。
【００６１】
本実施例の太陽光発電用電力変換装置２７は、図８に示すように、制御部２８が日射量を検出する日射量検出部２９及び、日射量検出部２９の出力する日射量検出値を入力として、出力抑制制御部２６に出力電力補正指令を出力する日射量監視部３０を備える点が第一の実施例と比べて異なる点である。
【００６２】
日射量監視部３０は出力抑制動作を実施中に日射量が減少した時の太陽光パネル１０の出力電圧の低下を防止する。日射量が減少すると太陽光パネル１０の出力できる最大電力が低下するため、太陽光パネル１０の出力できる最大電力よりも大きい電力をチョッパ４及びインバータ６が出力しようとすると、不足分の電力を図４に示すチョッパ４のコンデンサ４１に蓄えられているエネルギーから補填することになるため、チョッパ４の入力側の直流電圧すなわち太陽光パネル１０の出力電圧が低下する。
【００６３】
そこで、日射量監視部３０は日射量検出部２９の出力する日射量検出値を監視し、日射量が低下する場合には出力抑制制御部２６に出力電力補正指令を出力することでインバータ６の出力電力が小さくなるようにする。
【００６４】
以上説明したように、本実施例の太陽光発電用電力変換装置とその制御方法によれば、有効電力制御が動作中に日射量が低減した場合にも日射量を監視することで、第二の実施例と同様に太陽光パネル１０の出力電圧の低下を抑制し、運転継続することが可能となる。
【実施例４】
【００６５】
図９を参照して、本発明の第四の実施例の太陽光発電用電力変換装置とその制御方法について説明する。図９は本実施例の太陽光発電用電力変換装置の構成概要を示すブロック図である。
【００６６】
本実施例の太陽光発電用電力変換装置３１は、図９に示すように、制御部３２が太陽光パネル１０の出力電圧を検出する電圧検出器２の出力する電圧検出値、太陽光パネル１０の出力電流を検出する電流検出器３の出力する電流検出値、インバータ６の直流電圧を検出する電圧検出器５の出力する電圧検出値、インバータ６が連系する系統の系統電圧を検出する電圧検出器７の出力する電圧検出値、インバータ６が連系する系統に出力する出力電流を検出する電流検出器８の出力する電流検出値を入力とし、さらに、評価データを出力する出力評価部３３及び、出力評価部３３の出力する評価データを入力として、外部に評価データを送信するデータ送信部３４を備える点が第一の実施例と比べて異なる点である。
【００６７】
出力評価部３３は入力された電圧検出値や電流検出値から太陽光発電用電力変換装置３１の各部の出力電力や効率などの動作状態を示す評価データを演算（算出）して出力し、データ送信部３４はその評価データを外部に送信する。
【００６８】
これにより、太陽光発電用電力変換装置３１の動作状態を外部出力することが可能となり、例えば太陽光発電用電力変換装置３１が外部指令に従って動作していることを確認することができる。
【００６９】
なお、上記の各実施例において、外部指令を単に時刻情報とし、外部指令受信部１２に予め出力抑制指令のスケジュールを登録しておいて、外部指令受信部１２はそのスケジュールに応じて出力抑制指令を出力する構成としても良い。
【００７０】
また、外部から外部指令受信部１２への外部指令（出力抑制指令）の送信やデータ送信部３４から外部への評価データの送信は、太陽光パネル及び太陽光発電用電力変換装置の設置環境等に応じて、有線通信または無線通信のいずれの方法であっても良い。
【００７１】
なお、各実施例で説明した太陽光発電用電力変換装置とその制御方法の実施の有無の確認は、太陽光発電用電力変換装置のシステム構成や装置構成を確認する以外にも、例えば、図３や図７に示すようなパネル出力の波形から判断することもできる。
【００７２】
また、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００７３】
１…太陽光発電用電力変換装置
２…電圧検出器
３…電流検出器
４…チョッパ
５…電圧検出器
６…インバータ
７…電圧検出器
８…電流検出器
９…制御部
１０…太陽光パネル
１１…電力系統
１２…外部指令受信部
１３…出力抑制制御部
１４…有効電力制御部
１５…切替スイッチ
１６…切替スイッチ
１７…（第２の）直流電圧制御部
１８…電流制御部
１９…PWM制御部
２０…最大電力点追従制御部
２１…（第１の）直流電圧制御部
２２…PWM制御部
２３…太陽光発電用電力変換装置
２４…制御部
２５…パネル電圧監視部
２６…出力抑制制御部
２７…太陽光発電用電力変換装置
２８…制御部
２９…日射量検出部
３０…日射量監視部
３１…太陽光発電用電力変換装置
３２…制御部
３３…出力評価部
３４…データ送信部
４１…コンデンサ
４２…リアクトル
４３…スイッチング素子
４４…ダイオード。
【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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