(57)【要約】  実施形態に係る電力変換装置は、目標指令制御部と、フィードバック制御部と、ゲイン調整部とを備える。目標指令制御部は、発電源から電力変換部への供給電力が発電源の最大供給電力に追従するように目標指令を増減する。フィードバック制御部は、発電源から電力変換部への供給電圧および供給電流の少なくとも一方と目標指令との偏差に基づくフィードバック制御によって電力変換部を制御する。ゲイン調整部は、前記供給電圧、前記供給電流および前記目標指令のうちの少なくとも一つに基づいて前記フィードバック制御部のゲインを調整する。
2015181983.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電源の電力を所定の電力へ変換する電力変換部と、
前記発電源から前記電力変換部への供給電力が前記発電源の最大供給電力に追従するように目標指令を増減する目標指令制御部と、
前記発電源から前記電力変換部への供給電圧および供給電流の少なくとも一方と前記目標指令との偏差に基づくフィードバック制御によって前記電力変換部を制御するフィードバック制御部と、
前記供給電圧、前記供給電流および前記目標指令のうち少なくとも一つに基づいて前記フィードバック制御部のゲインを調整するゲイン調整部と、を備える
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記ゲイン調整部は、
前記供給電圧、前記供給電流および前記目標指令のうちの少なくとも一つと前記フィードバック制御部のゲインとを関係付ける演算式またはテーブルに基づき、前記フィードバック制御部のゲインを調整する
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記ゲイン調整部は、
前記供給電圧が高い場合の前記フィードバック制御のゲインを、前記供給電圧が低い場合の前記フィードバック制御のゲインよりも大きくする
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記ゲイン調整部は、
前記供給電流が低い場合の前記フィードバック制御のゲインを、前記供給電流が高い場合の前記フィードバック制御のゲインよりも大きくする
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記ゲイン調整部は、
前記供給電圧が高くなるほどまたは前記供給電流が低くなるほど前記フィードバック制御部のゲインを大きくする
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記発電源は、太陽電池であり、
前記ゲイン調整部は、
前記太陽電池への日照量に応じて前記フィードバック制御部のゲインを調整する
ことを特徴とする請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記ゲイン調整部は、
前記供給電圧または前記供給電流が前記最大供給電力に対応する電圧または電流に到達するまでの制御ゲインを、前記供給電圧または前記供給電流が前記最大供給電力に対応する電圧または電流に到達した後の制御ゲインよりも大きくする
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記フィードバック制御部は、
前記供給電流および前記供給電圧の少なくとも一方と前記目標指令との差分に対し、Ｐ制御、ＰＩ制御、ＰＩＤ制御またはＰＤ制御を行う指令生成部と、
前記指令生成部からの出力に基づいて前記電力変換部を駆動する駆動信号を生成する駆動制御部と、を備え、
前記フィードバック制御のゲインは、前記指令生成部の比例ゲイン、比例積分ゲイン、比例積分微分ゲイン、または、比例微分ゲインである
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記フィードバック制御部は、
前記発電源の電力供給特性に応じた電力指令に基づいて前記電力変換部の出力を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記目標指令制御部は、
前記目標指令として、電圧指令を生成し、
前記フィードバック制御部は、
前記供給電圧と前記電圧指令とに基づき電流指令を生成する指令生成器と、
前記電流指令または前記供給電流と前記電圧指令または前記供給電圧とに基づいて前記電力指令を生成する電力指令生成器と、
前記電力指令に基づいて出力電流指令を生成する出力電流指令生成器と、
前記出力電流指令に基づいて前記電力変換部を駆動する駆動信号を生成する駆動信号生成器と、を備える
ことを特徴とする請求項９に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記目標指令制御部は、
前記目標指令として、電流指令を生成し、
前記フィードバック制御部は、
前記供給電流と前記電流指令とに基づき電圧指令を生成する指令生成器と、
前記電圧指令または前記供給電圧と前記電流指令または前記供給電流とに基づいて前記電力指令を生成する電力指令生成器と、
前記電力指令に基づいて出力電流指令を生成する出力指令生成器と、
前記出力電流指令に基づいて前記電力変換部を駆動する駆動信号を生成する駆動信号生成器と、を備える
ことを特徴とする請求項９に記載の電力変換装置。
【請求項１２】
前記供給電圧および前記供給電流の少なくとも一方が前記目標指令よりも所定値以上大きいか否かを判定する偏差判定部と、
前記目標指令制御部は、
前記供給電圧または前記供給電流が前記目標指令よりも所定値以上大きいと判定された場合に、前記目標指令を前記供給電圧または前記供給電流に応じた値に設定する
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項１３】
前記目標指令制御部は、
前記供給電力を最大化するように前記目標指令を出力する第１目標指令制御器と、
前記供給電力の変動に非追従の目標指令を出力する第２目標指令制御器と、
前記供給電力が極大点に達したか否かを判定する第１判定器と、
前記第１判定器によって前記供給電力が前記極大点に達したと判定された場合に、前記第１目標指令制御器の目標指令に代えて、前記第２目標指令制御器の前記目標指令を前記フィードバック制御部へ出力する出力切替器と、
前記第２目標指令制御器の前記目標指令が前記フィードバック制御部へ出力された場合の前記供給電力が、前記極大点に達したと判定された前記供給電力よりも大きいか否かを判定する第２判定器と、を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項１４】
前記出力切替器は、
前記第２目標指令制御器の前記目標指令を前記フィードバック制御部へ出力した後、前記フィードバック制御部への前記第１目標指令制御器の目標指令の出力を再開し、
前記第１目標指令制御器は、
前記第２目標指令制御器の前記目標指令が出力された場合の前記供給電力が、前記極大点に達したと判定された前記供給電力よりも大きいと前記第２判定器によって判定された場合、前記出力を再開する目標指令を前記第２目標指令制御器の前記目標指令に応じて設定する
ことを特徴とする請求項１３に記載の電力変換装置。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１つに記載の電力変換装置と、前記発電源とを備える
ことを特徴とする発電システム。
【請求項１６】
発電源から電力変換部への供給電力が前記発電源の最大供給電力に追従するように目標指令を増減する目標指令制御部と、
前記発電源から前記電力変換部への供給電圧および供給電流の少なくとも一方と前記目標指令との偏差に基づくフィードバック制御によって前記電力変換部を制御するフィードバック制御部と、
前記供給電圧、前記供給電流および前記目標指令のうちの少なくとも一つに基づいて前記フィードバック制御部のゲインを調整するゲイン調整部と、を備える
ことを特徴とする制御装置。
【請求項１７】
発電源から電力変換部への供給電力が前記発電源の最大供給電力に追従するように目標指令を増減する目標指令制御工程と、
前記発電源から前記電力変換部への供給電圧および供給電流の少なくとも一方と前記目標指令との偏差に基づくフィードバック制御によって前記電力変換部を制御するフィードバック制御工程と、
前記供給電圧、前記供給電流および前記目標指令のうちの少なくとも一つに基づいて前記フィードバック制御のゲインを調整するゲイン調整工程と、を含む
ことを特徴とする制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示の実施形態は、電力変換装置、発電システム、制御装置および制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発電システムにおいて、太陽電池などの発電源から供給される電力を所定の電力へ変換する電力変換装置が知られている。かかる電力変換装置は、一般に、最大電力点追従制御と呼ばれる機能を有しており、発電源から電力変換部へ供給される電流および電圧に基づき、発電源の出力電力が最大になるように電力変換部を制御する（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１６６９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した電力変換装置においては、最大電力点追従制御における最大電力点追従性を高めることが望まれる。【０００５】
実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、最大電力点追従制御における最大電力点追従性を高めることができる電力変換装置、発電システム、制御装置および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】
【０００６】
実施形態の一態様に係る電力変換装置は、電力変換部と、目標指令制御部と、フィードバック制御部と、ゲイン調整部とを備える。前記電力変換部は、発電源の電力を所定の電力へ変換する。前記目標指令制御部は、前記発電源から前記電力変換部への供給電力が前記発電源の最大供給電力に追従するように目標指令を増減する。前記フィードバック制御部は、前記発電源から前記電力変換部への供給電圧および供給電流の少なくとも一方と前記目標指令との偏差に基づくフィードバック制御によって前記電力変換部を制御する。前記ゲイン調整部は、前記供給電圧、前記供給電流および前記目標指令のうちの少なくとも一つに基づいて前記フィードバック制御のゲインを調整する。
【発明の効果】
【０００７】
実施形態の一態様によれば、最大電力点追従制御における最大電力点追従性を高めることができる電力変換装置、発電システム、制御装置および制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】図１Ａは、実施形態に係る発電システムの構成例を示す図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、発電源の電力供給特性と電力変換装置のフィードバック制御のゲインとの関係例を示す図である。
【図２】図２は、図１Ａに示す電力変換装置の構成の一例を示す図である。
【図３】図３は、図２に示す電力変換部の構成の一例を示す図である。
【図４】図４は、発電源の電力供給特性を示す図である。
【図５】図５は、２つの極大点を有する発電源の電力供給特性の一例を示す図である。
【図６】図６は、電源電流指令を目標指令とする目標指令制御部の一例を示す図である。
【図７】図７は、制御部におけるフィードバック制御部の他の例を示す図である。
【図８】図８は、電源電流指令を目標指令とするフィードバック制御部の一例を示す図である。
【図９】図９は、制御ゲインと供給電圧との関係の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、発電源の電力供給特性が急変した場合の動作を説明するための図である。
【図１１】図１１は、制御部の制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照して、本願の開示する電力変換装置、発電システム、制御装置および制御方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１０】
［１．発電システム］
図１Ａは、実施形態に係る発電システムの構成例を示す図である。図１Ａに示す発電システム１００は、電力変換装置１および発電源２を備える。電力変換装置１は、発電源２で発電された直流電力を交流電力へ変換して負荷３へ出力する。なお、発電源２は、例えば、太陽電池、直流発電機、燃料電池などであり、負荷３は、例えば、電力系統、交流電力で動作する機器である。
【００１１】
電力変換装置１は、電力変換部１０と、電圧検出部１１と、電流検出部１２と、制御部２０とを備える。電力変換部１０は、制御部２０による制御に基づき、発電源２から供給される直流電力を交流電力へ変換して負荷３へ出力する。
【００１２】
電圧検出部１１は、発電源２から電力変換部１０へ供給される電圧の値（以下、供給電圧Ｖｉｎと記載する）を検出する。また、電流検出部１２は、発電源２から電力変換部１０へ供給される電流の値（以下、供給電流Ｉｉｎと記載する）を検出する。
【００１３】
制御部２０は、最大電力点追従制御（以下、ＭＰＰＴ制御と記載する）により電力変換部１０を制御する。例えば、制御部２０は、供給電流Ｉｉｎおよび供給電圧Ｖｉｎに基づき、発電源２が供給できる最大の電力（以下、最大供給電力と記載する）を発電源２から引き出すように電力変換部１０を制御する。
【００１４】
かかる制御部２０は、目標指令制御部２１と、フィードバック制御部２２と、ゲイン調整部２３とを備える。目標指令制御部２１は、発電源２から電力変換部１０へ供給される電力（以下、供給電力Ｐｉｎと記載する）が発電源２の最大供給電力に追従するように電源電圧指令Ｖｉｎ*（目標指令の一例）を増減する。
【００１５】
フィードバック制御部２２は、供給電圧Ｖｉｎと電源電圧指令Ｖｉｎ*との偏差に基づくフィードバック制御によって電力変換部１０を制御する。フィードバック制御部２２は、例えば、供給電圧Ｖｉｎと電源電圧指令Ｖｉｎ*との偏差がゼロになるように、電力変換部１０を制御する。
【００１６】
ゲイン調整部２３は、フィードバック制御部２２によるフィードバック制御のゲイン（以下、フィードバックゲインと記載する）を調整する。ゲイン調整部２３は、例えば、供給電圧Ｖｉｎ、供給電流Ｉｉｎまたは電源電圧指令Ｖｉｎ*に応じたフィードバックゲインをフィードバック制御部２２に出力する。これにより、フィードバック制御部２２は、例えば、発電源２の電力供給特性に応じたフィードバックゲインによってフィードバック制御を行うことができる。
【００１７】
図１Ｂは、発電源２の電力供給特性と電力変換装置１のフィードバック制御のゲインとの関係例を示す図であり、横軸は供給電圧Ｖｉｎを示し、縦軸は、供給電力Ｐｉｎを示す。また、供給電力Ｐｉｎが最大供給電力Ｐｍｐｐである点を最大電力点ＭＰＰと呼び、最大電力点ＭＰＰの場合の供給電圧Ｖｉｎを最大電力電圧Ｖｍｐｐと呼ぶ。
【００１８】
図１Ｂに示す特性例において、供給電圧Ｖｉｎの変化に対する供給電力Ｐｉｎの変化は、供給電圧Ｖｉｎが最大電力電圧Ｖｍｐｐよりも小さい領域（以下、左側領域と記載する）よりも、供給電圧Ｖｉｎが最大電力電圧Ｖｍｐｐよりも大きい領域（以下、右側領域と記載する）の方が大きい。
【００１９】
そこで、ゲイン調整部２３は、例えば、供給電圧Ｖｉｎが右側領域にある場合のフィードバックゲインの大きさが、供給電圧Ｖｉｎが左側領域にある場合のフィードバックゲインの大きさよりも大きくなるように目標指令制御部２１のフィードバックゲインを調整する。図１Ｂにおいて、供給電力Ｐｉｎの曲線上に示される矢印は、応答性のイメージを示す。
【００２０】
このようにフィードバックゲインを調整することにより、最大電力電圧Ｖｍｐｐよりも供給電圧Ｖｉｎが大きい右側領域のように、供給電圧Ｖｉｎの変化に対する供給電力Ｐｉｎの変化が大きい領域において、ＭＰＰＴ制御の応答性、すなわち、最大電力点追従制御性を高めることができる。
【００２１】
また、例えば、発電源２の開放電圧ＶｏｃからＭＰＰＴ制御を行う場合に、最大電力点ＭＰＰへ早く到達させることができ、一方、左側領域では、フィードバックゲインが小さいため、例えば、過度な応答を抑制できる。
【００２２】
なお、発電源２の電力供給特性は、図１Ｂに示す特性に限られるものではなく、電力変換装置１は、発電源２の電力供給特性に応じたフィードバックゲインでフィードバック制御を行うことができる。例えば、供給電圧Ｖｉｎの変化に対する供給電力Ｐｉｎの変化が左側領域よりも右側領域の方が小さい特性を有する発電源２に対して、ゲイン調整部２３は、供給電圧Ｖｉｎが左側領域の場合のフィードバックゲインよりも右側領域の場合のフィードバックゲインの大きさを小さくする。
【００２３】
以下、図１Ａに示す電力変換装置１の構成例についてさらに詳細に説明する。
【００２４】
［２．電力変換装置］
図２は、図１Ａに示す電力変換装置１の構成の一例を示す図である。図２に示すように、電力変換装置１は、電力変換部１０と、電圧検出部１１、１３、１４と、電流検出部１２、１５と、入力端子Ｔｐ、Ｔｎと、出力端子Ｔ１、Ｔ２とを備える。
【００２５】
電力変換部１０は、昇圧回路３１と、インバータ回路３２とを備える。昇圧回路３１は、例えば、昇圧チョッパ回路やＤＣ−ＤＣコンバータであり、また、インバータ回路３２は、例えば、単相インバータや３相インバータである。なお、電力変換部１０は、昇圧回路３１に代えて、供給電圧Ｖｉｎを所定の電圧に昇圧する降圧回路を備えることもでき、また、電力変換部１０は、昇圧回路３１を設けない構成であってもよい。
【００２６】
図３は、電力変換部１０の構成の一例を示す図である。図３に示す昇圧回路３１は、スイッチング素子Ｑ５を有するチョッパ回路である。かかるスイッチング素子Ｑ５は、制御部２０から出力される駆動信号Ｓ５によってＯＮ／ＯＦＦが制御され、これにより、昇圧回路３１において供給電圧Ｖｉｎが所定の電圧に昇圧される。なお、図示しないが昇圧回路３１は、例えば、制御部２０から出力される駆動信号Ｓ５を増幅してスイッチング素子Ｑ５のベースへ入力する増幅回路を有する。
【００２７】
また、図３に示すインバータ回路３２は、ブリッジ接続された複数のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を含む単相インバータである。かかるスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、制御部２０から出力される駆動信号Ｓ１〜Ｓ４によりＯＮ／ＯＦＦが制御され、これにより、インバータ回路３２において、直流電圧が単相交流電圧へ変換される。なお、図示しないがインバータ回路３２は、例えば、制御部２０から出力される駆動信号Ｓ１〜Ｓ４を増幅してスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のベースへ入力する増幅回路を有する。
【００２８】
図２に戻って電力変換装置１の説明を続ける。電圧検出部１１は、供給電圧Ｖｉｎを検出し、電流検出部１２は、供給電流Ｉｉｎを検出する。また、電圧検出部１３は、昇圧回路３１から出力される昇圧後の直流電圧の値（以下、直流電圧Ｖｐｎと記載する）を検出する。
【００２９】
電圧検出部１４は、電力変換部１０から負荷３へ出力される交流電圧の実効値（以下、出力電圧Ｖｏｕｔと記載する）を検出する。また、電流検出部１５は、電力変換部１０から負荷３へ出力される交流電流の実効値（以下、出力電流Ｉｏｕｔと記載する）を検出する。
【００３０】
制御部２０は、目標指令制御部２１と、フィードバック制御部２２と、ゲイン調整部２３と、偏差判定部２４と、昇圧制御部２５とを備える。以下、制御部２０の構成について詳細に説明する。
【００３１】
なお、制御部２０は、例えば、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、入出力ポートなどを有するマイクロコンピュータや各種の回路を含む。かかるマイクロコンピュータのＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されているプログラムを読み出して実行することにより、目標指令制御部２１、フィードバック制御部２２、ゲイン調整部２３、偏差判定部２４および昇圧制御部２５の制御を実現することができる。
【００３２】
また、目標指令制御部２１、フィードバック制御部２２、ゲイン調整部２３、偏差判定部２４および昇圧制御部２５の少なくともいずれかまたは全部をＡＳＩＣ（Application  Specific  Integrated  Circuit）やＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）等のハードウェアで構成することもできる。
【００３３】
［２．１．目標指令制御部２１］
目標指令制御部２１は、供給電力Ｐｉｎが最大電力点ＭＰＰに追従するように電源電圧指令Ｖｉｎ*を増減する。例えば、目標指令制御部２１は、供給電力Ｐｉｎの極大点を探索する処理（以下、山登り処理と記載する）と、山登り処理で探索された極大点の他に極大点がないかを探索する処理（以下、山探り処理と記載する）とを行う。
【００３４】
目標指令制御部２１は、供給電力検出器４１と、追従指令制御器４２（第１目標指令制御器の一例）と、第１判定器４３と、非追従指令制御器４４（第２目標指令制御器の一例）と、切替器４５（出力切替器の一例）と、第２判定器４６とを備える。
【００３５】
供給電力検出器４１は、供給電圧Ｖｉｎと供給電流Ｉｉｎとに基づき、供給電力Ｐｉｎを求める。例えば、供給電力検出器４１は、供給電圧Ｖｉｎに供給電流Ｉｉｎを乗算することにより、供給電力Ｐｉｎを求める。
【００３６】
追従指令制御器４２は、供給電力Ｐｉｎが最大化するように電源電圧指令Ｖｉｎ*を生成して山登り処理を行う。追従指令制御器４２は、例えば、電力変換部１０による電力変換が開始される際に、電源電圧指令Ｖｉｎ*を増減して供給電力Ｐｉｎの最大電力点ＭＰＰを探索し、その後、供給電力Ｐｉｎが最大電力点ＭＰＰと一致するように、電源電圧指令Ｖｉｎ*を生成する。
【００３７】
ここで、追従指令制御器４２における山登り処理の一例を説明する。図４は、発電源２の電力供給特性を示す図であり、横軸は供給電圧Ｖｉｎを示し、縦軸は、供給電流Ｉｉｎおよび供給電力Ｐｉｎを示す。
【００３８】
追従指令制御器４２は、山登り処理において、例えば、供給電圧Ｖｉｎから所定値ΔＶ１を減算した値を、電源電圧指令Ｖｉｎ*の初期値Ｖ０（＝Ｖｉｎ−ΔＶ１）として設定し、フィードバック制御部２２へ出力する。なお、山登り処理の開始時点では、電力変換部１０による電力変換が開始されていないため、供給電圧Ｖｉｎは、発電源２の開放電圧Ｖｏｃである。
【００３９】
所定値ΔＶ１は、開放電圧Ｖｏｃから最大電力電圧Ｖｍｐｐを減算した値よりも小さい値に設定される。そのため、初期値Ｖ０の電源電圧指令Ｖｉｎ*と供給電圧Ｖｉｎが一致した場合に、供給電圧Ｖｉｎは開放電圧Ｖｏｃと最大電力電圧Ｖｍｐｐとの間の大きさであり、供給電力Ｐｉｎは増加する。
【００４０】
追従指令制御器４２は、供給電力Ｐｉｎの増加が継続する限り、電源電圧指令Ｖｉｎ*を所定値ΔＶ１ずつ減少させてフィードバック制御部２２へ出力し、供給電圧Ｖｉｎを所定値ΔＶ１ずつ減少させる。これにより、供給電圧Ｖｉｎが開放電圧Ｖｏｃから最大電力電圧Ｖｍｐｐへ近づくため、供給電力Ｐｉｎが最大電力点ＭＰＰに近づいていく。
【００４１】
そして、供給電力Ｐｉｎが減少した場合、追従指令制御器４２は、供給電力Ｐｉｎが最大電力点ＭＰＰを通過したと判定し、電源電圧指令Ｖｉｎ*を所定値ΔＶ２（＜ΔＶ１）だけ増加させてフィードバック制御部２２へ出力する。かかる電源電圧指令Ｖｉｎ*により、供給電力Ｐｉｎが増加した場合、追従指令制御器４２は、供給電力Ｐｉｎが最大電力点ＭＰＰを通過したと判定し、電源電圧指令Ｖｉｎ*を所定値ΔＶ３（＜ΔＶ２）だけ減少させてフィードバック制御部２２へ出力する。
【００４２】
以降、追従指令制御器４２は、例えば、最大電力点ＭＰＰの通過の判定と電源電圧指令Ｖｉｎ*を増減させる所定値の減少を繰り返すことにより、供給電力Ｐｉｎを最大電力点ＭＰＰに追従させる。なお、追従指令制御器４２は、最大電力点ＭＰＰが変動した場合、例えば、電源電圧指令Ｖｉｎ*を増減させる所定値を所定値ΔＶ１に戻して上述した処理を行うことで、供給電力Ｐｉｎを最大電力点ＭＰＰに追従させる。
【００４３】
図２に戻って目標指令制御部２１の説明を続ける。第１判定器４３は、追従指令制御器４２による電源電圧指令Ｖｉｎ*の増減により供給電力Ｐｉｎが極大点に到達したか否かを判定し、かかる判定結果を、非追従指令制御器４４、切替器４５および第２判定器４６に通知する。
【００４４】
第１判定器４３は、例えば、供給電力Ｐｉｎが最大電力点ＭＰＰを通過したことを示す情報を追従指令制御器４２から取得した場合に、供給電力Ｐｉｎが極大点に到達したと判定する。なお、第１判定器４３は、例えば、追従指令制御器４２で電源電圧指令Ｖｉｎ*の増減に用いられる所定値が閾値以下になった場合や供給電力Ｐｉｎの変化率が閾値以下になった場合に供給電力Ｐｉｎが極大点に到達したと判定することもできる。
【００４５】
切替器４５は、第１判定器４３によって供給電力Ｐｉｎが極大点に到達したと判定された場合、追従指令制御器４２の電源電圧指令Ｖｉｎ*に代えて、非追従指令制御器４４の電源電圧指令Ｖｉｎ*をフィードバック制御部２２へ出力する。
【００４６】
切替器４５は、非追従指令制御器４４からの電源電圧指令Ｖｉｎ*の出力処理が終了すると、非追従指令制御器４４の電源電圧指令Ｖｉｎ*に代えて、追従指令制御器４２の電源電圧指令Ｖｉｎ*のフィードバック制御部２２への出力を再開する。
【００４７】
非追従指令制御器４４は、例えば、供給電力Ｐｉｎの変動に関わらず、電源電圧指令Ｖｉｎ*を強制的に所定値ΔＶａずつ繰り返し減少させる。これにより、非追従指令制御器４４からステップ状に減少する電源電圧指令Ｖｉｎ*が切替器４５を介してフィードバック制御部２２へ出力され、供給電圧Ｖｉｎが段階的に減少する。なお、所定値ΔＶａは、山登り処理における所定値ΔＶ１よりも大きな値に設定することで、山探り処理の処理速度を高めることができる。
【００４８】
非追従指令制御器４４は、例えば、供給電圧Ｖｉｎが許容電圧Ｖｔｈより小さくなった場合、または、供給電力Ｐｉｎが許容電力Ｐｔｈより小さくなった場合、電源電圧指令Ｖｉｎ*を出力する処理を終了する。これにより、例えば、発電源２から供給される電力により制御部２０が動作する場合でも、制御部２０が電力不足等で停止することを回避できる。
【００４９】
第２判定器４６は、第１判定器４３によって供給電力Ｐｉｎが極大点に到達したと判定された場合、かかる極大点における供給電力Ｐｉｎを記憶する。その後、第２判定器４６は、非追従指令制御器４４から、電源電圧指令Ｖｉｎ*が出力されている間に、供給電力検出器４１から出力される供給電力Ｐｉｎが極大点における供給電力Ｐｉｎよりも大きくなったか否かを判定する。
【００５０】
第２判定器４６は、供給電力検出器４１から出力される供給電力Ｐｉｎが極大点における供給電力Ｐｉｎよりも大きくなった場合、他に極大点があると判定し、非追従指令制御器４４から最後に出力された電源電圧指令Ｖｉｎ*の値を追従指令制御器４２へ通知する。一方、供給電力検出器４１から出力される供給電力Ｐｉｎが極大点における供給電力Ｐｉｎよりも大きくならない場合、第２判定器４６は、他に極大点がないと判定する。
【００５１】
追従指令制御器４２は、第２判定器４６による判定結果に応じて、電源電圧指令Ｖｉｎ*の値を変える。これにより、他に極大点があるか否かに応じて適切に電源電圧指令Ｖｉｎ*を出力することができる。
【００５２】
例えば、追従指令制御器４２は、第２判定器４６により他に極大点がないと判定された場合、最後に出力した電源電圧指令Ｖｉｎ*（前回値）と同じ値の電源電圧指令Ｖｉｎ*を出力する。これにより、追従指令制御器４２は、山登り処理を再開し、探索済みの極大点を最大電力点ＭＰＰとして供給電力Ｐｉｎが最大電力点ＭＰＰと一致するように、電源電圧指令Ｖｉｎ*を生成することができる。
【００５３】
一方、追従指令制御器４２は、第２判定器４６により他に極大点があると判定された場合、非追従指令制御器４４が最後に出力した電源電圧指令Ｖｉｎ*と同じ値の電源電圧指令Ｖｉｎ*を出力する。これにより、他の極大点に対して追従指令制御器４２による山登り処理が開始される。
【００５４】
例えば、発電源２の電力供給特性が図５に示す状態であるとする。図５は、２つの極大点を有する発電源２の電力供給特性の一例を示す図である。図５に示す電力供給特性は、例えば、発電源２が太陽電池である場合に、太陽電池への部分影の影響によって現れる。
【００５５】
目標指令制御部２１は、山登り処理において、図５に示す極大点ＭＰ１を探索した後、山探り処理により、探索済みの極大点ＭＰ１の値Ｐｍｐ１よりも大きな供給電力Ｐｉｎがあるか否かを判定する。図５に示す例では、山探り処理によって極大点ＭＰ１の値Ｐｍｐ１よりも大きな供給電力Ｐｉｎの値Ｐ１が発見されるため、目標指令制御部２１は、他の極大点ＭＰ２に対する山登り処理を行う。
【００５６】
これにより、目標指令制御部２１は、極大点が２つ以上であったとしても、最大電力点ＭＰＰを探索することができ、最大電力点ＭＰＰに応じた電源電圧指令Ｖｉｎ*を出力することができる。すなわち、発電源２の供給電力Ｐｉｎに極大点が２つ以上あり、山登り処理だけで最大電力点ＭＰＰを探索することが難しい場合であっても、精度よく最大電力点ＭＰＰを探索することができる。
【００５７】
なお、図２に示す目標指令制御部２１は、電源電圧指令Ｖｉｎ*を目標指令としたが、目標指令制御部２１は、電源電流指令Ｉｉｎ*を目標指令とすることもできる。図６は、電源電流指令Ｉｉｎ*を目標指令とする目標指令制御部２１の一例を示す図である。
【００５８】
図６に示す目標指令制御部２１は、図２に示す目標指令制御部２１において電圧を電流に置き換えたものである。例えば、図６に示す目標指令制御部２１は、電源電圧指令Ｖｉｎ*、供給電圧Ｖｉｎ、最大電力電圧Ｖｍｐｐ、開放電圧Ｖｏｃ、初期値Ｖ０、所定値ΔＶ１〜ΔＶ３、許容電圧Ｖｔｈに代えて、電源電流指令Ｉｉｎ*、供給電流Ｉｉｎ、最大電力電流Ｉｍｐｐ、開放電流Ｉｏｃ、初期値Ｉ０、所定値ΔＩ１〜ΔＩ３、許容電流Ｉｔｈを用いる。
【００５９】
［２．２．フィードバック制御部２２］
次に、図２に示すフィードバック制御部２２について説明する。フィードバック制御部２２は、目標指令制御部２１から出力される電源電圧指令Ｖｉｎ*に基づいて電力変換部１０を制御する。かかるフィードバック制御部２２は、図２に示すように、減算器５１と、指令生成部５２と、駆動制御部５３とを備える。
【００６０】
減算器５１は、例えば、電源電圧指令Ｖｉｎ*から供給電圧Ｖｉｎを減算することにより、電源電圧指令Ｖｉｎ*と供給電圧Ｖｉｎとの差分ΔＶｉｎを求める。
【００６１】
指令生成部５２は、例えば、ＰＩ制御器である。かかる指令生成部５２は、差分ΔＶｉｎに対しＰＩ（比例積分）制御を行うことにより、電源電流指令Ｉｉｎ*を求める。指令生成部５２には、ゲイン調整部２３により制御ゲインＫ（フィードバックゲインの一例）が設定される。指令生成部５２は、かかる制御ゲインＫにより差分ΔＶｉｎに対しＰＩ制御を行う。なお、制御ゲインＫは、比例積分ゲイン（比例ゲインおよび積分ゲイン）であるが、例えば、比例ゲインのみを制御ゲインＫとしてもよい。
【００６２】
指令生成部５２は、ゲイン調整部２３によって調整された制御ゲインＫに応じたＰＩ制御を行うことができるため、ＭＰＰＴ制御における最大電力点追従性を高めることができる。かかる制御ゲインＫの調整については後で詳述する。
【００６３】
なお、指令生成部５２は、ＰＩ制御器に代えて、ＰＩＤ（Proportional  Integral  Derivative  Control）を行うＰＩＤ制御器、Ｐ（Proportional  Control）制御を行うＰ制御器、または、ＰＤ（Proportional  Derivative  Control）制御を行うＰＤ制御器を設けることもできる。この場合も同様に、ゲイン調整部２３により制御ゲインＫが設定される。なお、ＰＩＤ制御器の場合、制御ゲインＫは、比例積分微分ゲイン（比例ゲイン、積分ゲインおよび微分ゲイン）であるが、例えば、比例ゲインのみを制御ゲインＫとしてもよい。また、ＰＤ制御器の場合、制御ゲインＫは、比例ゲイン、微分ゲインであるが、例えば、比例ゲインのみを制御ゲインＫとしてもよい。
【００６４】
駆動制御部５３は、指令生成部５２から出力される電源電流指令Ｉｉｎ*に基づいて電力変換部１０を駆動する駆動信号Ｓ１〜Ｓ４を生成する。かかる駆動制御部５３は、電力指令生成器５４と、出力電流指令生成器５５（出力指令生成器の一例）と、リミッタ５６と、駆動信号生成器５７とを備える。
【００６５】
電力指令生成器５４は、例えば、電源電流指令Ｉｉｎ*に電源電圧指令Ｖｉｎ*を乗算することによって、電源電力指令Ｐｉｎ*を求める。なお、電力指令生成器５４は、電力変換部１０における電力変換の効率ζを考慮して、電源電力指令Ｐｉｎ*を求めることもできる。例えば、電力指令生成器５４は、電源電流指令Ｉｉｎ*と電源電圧指令Ｖｉｎ*との乗算結果を効率ζで除算することにより、電源電力指令Ｐｉｎ*を求めることもできる。
【００６６】
また、電力指令生成器５４は、例えば、電源電流指令Ｉｉｎ*に供給電圧Ｖｉｎを乗算することによって、電源電力指令Ｐｉｎ*を求めることができ、また、供給電流Ｉｉｎに電源電圧指令Ｖｉｎ*を乗算することによって、電源電力指令Ｐｉｎ*を求めることができる。また、電力指令生成器５４は、例えば、供給電流Ｉｉｎに供給電圧Ｖｉｎを乗算することによって、電源電力指令Ｐｉｎ*を求めることができる。
【００６７】
なお、電力指令生成器５４は、発電源２の電力供給特性に応じた電源電力指令Ｐｉｎ*を求めることができればよく、上記の演算以外によって電源電力指令Ｐｉｎ*を求めることもできる。例えば、電力指令生成器５４は、電源電流指令Ｉｉｎ*と供給電流Ｉｉｎとの平均値に電源電圧指令Ｖｉｎ*と供給電圧Ｖｉｎとの平均値を乗算することによって電源電力指令Ｐｉｎ*を求めることもできる。
【００６８】
出力電流指令生成器５５は、例えば、電源電力指令Ｐｉｎ*を出力電圧Ｖｏｕｔにより除算することによって、出力電流指令Ｉｏｕｔ*を求める。リミッタ５６は、出力電流指令Ｉｏｕｔ*が所定値以下になるように、出力電流指令Ｉｏｕｔ*を制限する。駆動信号生成器５７は、例えば、出力電流Ｉｏｕｔが出力電流指令Ｉｏｕｔ*と一致するように駆動信号Ｓ１〜Ｓ４を生成し、かかる駆動信号Ｓ１〜Ｓ４をインバータ回路３２へ出力する。なお、出力電流指令生成器５５は、電力変換部１０の出力（例えば、出力電力）が電源電力指令Ｐｉｎ*に応じて制御さればよく、例えば、出力電流Ｉｏｕｔの他、出力電圧Ｖｏｕｔを制御することもできる。
【００６９】
このように、フィードバック制御部２２は、指令生成部５２により電源電圧指令Ｖｉｎ*と供給電圧Ｖｉｎとが一致するように電源電流指令Ｉｉｎ*を生成し、かかる電源電流指令Ｉｉｎ*に基づき電源電力指令Ｐｉｎ*を生成する。
【００７０】
そして、かかる電源電力指令Ｐｉｎ*に基づき、フィードバック制御部２２は、出力電流指令Ｉｏｕｔ*を生成する。そのため、例えば、指令生成部５２により電源電圧指令Ｖｉｎ*と供給電圧Ｖｉｎとが一致するように出力電流指令Ｉｏｕｔ*を生成する場合に比べ、最大電力点追従性を高めることができる。
【００７１】
例えば、図７に示すように、電源電圧指令Ｖｉｎ*と供給電圧Ｖｉｎとが一致するようにＰＩ制御により出力電流指令Ｉｏｕｔ*が生成されるとする。図７は、制御部２０におけるフィードバック制御部の他の例を示す図である。
【００７２】
図７に示すフィードバック制御部２２’は、供給電圧Ｖｉｎが電源電圧指令Ｖｉｎ*より小さくなると出力電流指令Ｉｏｕｔ*を減少させるため、出力電力Ｐｏｕｔ（＝Ｉｏｕｔ×Ｖｏｕｔ）が減少する。また、フィードバック制御部２２’は、供給電圧Ｖｉｎが電源電圧指令Ｖｉｎ*より大きくなると出力電流指令Ｉｏｕｔ*を増加させるため、出力電力Ｐｏｕｔが増加する。
【００７３】
目標指令制御部２１が山登り処理を開始した場合、電源電圧指令Ｖｉｎ*が減少するため、供給電圧Ｖｉｎが電源電圧指令Ｖｉｎ*より大きくなり、フィードバック制御部２２’は、出力電流指令Ｉｏｕｔ*を増加させる。そのため、出力電力Ｐｏｕｔが増加し、供給電力Ｐｉｎが最大電力点ＭＰＰへ近づき、山登り処理が適切に行われる。
【００７４】
一方、供給電圧Ｖｉｎが最大電力電圧Ｖｍｐｐ以下である左側領域に入った場合に、供給電圧Ｖｉｎが電源電圧指令Ｖｉｎ*よりも大きくなると、フィードバック制御部２２’は、出力電流指令Ｉｏｕｔ*を増加させる。出力電流指令Ｉｏｕｔ*が増加すると、電力変換部１０は、発電源２から電力をさらに取り込もうとするため、供給電圧Ｖｉｎが電源電圧指令Ｖｉｎ*よりも低下し、右側領域に比べ、最大電力点追従性が低下する。また、供給電圧Ｖｉｎが電源電圧指令Ｖｉｎ*よりも過度に低下するおそれもある。
【００７５】
一方、図２に示すフィードバック制御部２２は、電源電圧指令Ｖｉｎ*と供給電圧Ｖｉｎとが一致するように電源電流指令Ｉｉｎ*を生成し、かかる電源電流指令Ｉｉｎ*に基づき出力電流指令Ｉｏｕｔ*を生成する。
【００７６】
これにより、電源電流指令Ｉｉｎ*によって供給電流Ｉｉｎが制御され、電源電圧指令Ｖｉｎ*によって供給電圧Ｖｉｎが制御される。そのため、電源電流指令Ｉｉｎ*と電源電圧指令Ｖｉｎ*とによって生成される電源電力指令Ｐｉｎ*の供給電圧Ｖｉｎに対する変化は、図４に示す供給電力Ｐｉｎの変化とほぼ一致する。
【００７７】
例えば、フィードバック制御部２２は、左側領域において、供給電圧Ｖｉｎが電源電圧指令Ｖｉｎ*よりも大きくなると、電源電流指令Ｉｉｎ*を増加させる。左側領域では、電源電流指令Ｉｉｎ*が増加すると電源電力指令Ｐｉｎ*が減少するため、出力電流指令Ｉｏｕｔ*が減少し、これにより、出力電力Ｐｏｕｔが低減する。
【００７８】
また、フィードバック制御部２２は、左側領域において、供給電圧Ｖｉｎが電源電圧指令Ｖｉｎ*よりも小さくなると、電源電流指令Ｉｉｎ*を低減させる。左側領域では、電源電流指令Ｉｉｎ*が減少すると電源電力指令Ｐｉｎ*が増加するため、出力電流指令Ｉｏｕｔ*が増加し、これにより、出力電力Ｐｏｕｔが増加する。
【００７９】
このように、フィードバック制御部２２は、左側領域において、供給電圧Ｖｉｎが電源電圧指令Ｖｉｎ*よりも大きくなると、出力電力Ｐｏｕｔを低減し、供給電圧Ｖｉｎが電源電圧指令Ｖｉｎ*よりも小さくなると、出力電力Ｐｏｕｔを増加する。そのため、フィードバック制御部２２は、発電源２の電力供給特性に沿って出力電力Ｐｏｕｔを制御できることから、供給電圧Ｖｉｎを電源電圧指令Ｖｉｎ*に適切に追従させることができ、フィードバック制御部２２’に比べ、最大電力点追従性を高めることができる。
【００８０】
また、フィードバック制御部２２は、右側領域において、供給電圧Ｖｉｎが電源電圧指令Ｖｉｎ*よりも大きくなると、電源電流指令Ｉｉｎ*を増加させ、出力電力Ｐｏｕｔを増加させる。また、フィードバック制御部２２は、右側領域において、供給電圧Ｖｉｎが電源電圧指令Ｖｉｎ*よりも小さくなると、電源電流指令Ｉｉｎ*を低減し、出力電力Ｐｏｕｔを低減する。そのため、フィードバック制御部２２は、フィードバック制御部２２’と同様に、最大電力点追従性を高めることができる。
【００８１】
なお、制御部２０は、フィードバック制御部２２に代えて、フィードバック制御部２２’が設けられた場合でも、ゲイン調整部２３によって調整された制御ゲインＫに応じたフィードバック制御を行う。そのため、左側領域において、電源電圧指令Ｖｉｎ*と供給電圧Ｖｉｎとの差に対する応答性を低減でき、供給電圧Ｖｉｎの過度の低下が抑制され、制御ゲインＫを固定にする場合に比べ、最大電力点追従性を向上させることができる。
【００８２】
また、目標指令制御部２１が電源電流指令Ｉｉｎ*を目標指令とする場合、フィードバック制御部２２は、電源電流指令Ｉｉｎ*を目標指令とすることができる。図８は、電源電流指令Ｉｉｎ*を目標指令とするフィードバック制御部２２の一例を示す図である。
【００８３】
図８に示すフィードバック制御部２２は、減算器５１、指令生成部５２、駆動制御部５３を備える。減算器５１は、例えば、電源電流指令Ｉｉｎ*から供給電流Ｉｉｎを減算することにより、電源電流指令Ｉｉｎ*と供給電流Ｉｉｎとの差分ΔＩｉｎを求める。
【００８４】
指令生成部５２は、差分ΔＩｉｎに対しＰＩ制御を行うことにより、電源電圧指令Ｖｉｎ*を求める。指令生成部５２には、ゲイン調整部２３により制御ゲインＫが設定される。指令生成部５２は、かかる制御ゲインＫにより差分ΔＩｉｎに対しＰＩ制御を行う。なお、図８に示すフィードバック制御部２２は、ＰＩ制御器に代えて、ＰＩＤ制御器、Ｐ制御器またはＰＤ制御器を設けることもできる。
【００８５】
また、指令生成部５２が例えばＰ制御器やＰＤ制御器である場合、指令生成部５２は、電源電圧指令Ｖｉｎ*、電源電流指令Ｉｉｎ*および定常偏差に基づいて電源電力指令Ｐｉｎ*を生成することができる。これにより、定常偏差がある場合であっても、電源電力指令Ｐｉｎ*を精度よく生成できる。
【００８６】
例えば、指令生成部５２は、定常偏差が正値である場合、電源電圧指令Ｖｉｎ*から定常偏差を減算した結果を電源電流指令Ｉｉｎ*に積算することで電源電力指令Ｐｉｎ*を生成することができる。また、指令生成部５２は、定常偏差が負値である場合、電源電圧指令Ｖｉｎ*に定常偏差を加算した結果を電源電流指令Ｉｉｎ*に積算することで電源電力指令Ｐｉｎ*を生成することができる。
【００８７】
駆動制御部５３は、図２に示す駆動制御部５３と同様の構成であり、指令生成部５２から出力される電源電圧指令Ｖｉｎ*に基づいて電力変換部１０を駆動する駆動信号Ｓ１〜Ｓ４を生成する。
【００８８】
このように、図８に示す指令生成部５２も、図２に示す指令生成部５２と同様に、ゲイン調整部２３によって調整された制御ゲインＫに応じたＰＩ制御、ＰＩＤ制御、Ｐ制御またはＰＤ制御を行うため、ＭＰＰＴ制御における最大電力点追従性を高めることができる。
【００８９】
また、図８に示すフィードバック制御部２２は、指令生成部５２により電源電流指令Ｉｉｎ*と供給電流Ｉｉｎとが一致するように電源電圧指令Ｖｉｎ*を生成し、かかる電源電圧指令Ｖｉｎ*に基づき電源電力指令Ｐｉｎ*を生成する。そして、かかる電源電力指令Ｐｉｎ*に基づき、フィードバック制御部２２は、出力電流指令Ｉｏｕｔ*を生成する。そのため、出力電流指令Ｉｏｕｔ*を指令生成部５２から出力する場合（図７参照）に比べ、最大電力点追従性を高めることができる。
【００９０】
［２．３．ゲイン調整部２３］
次に、図２に示すゲイン調整部２３について説明する。ゲイン調整部２３は、制御ゲインＫと供給電圧Ｖｉｎまたは供給電流Ｉｉｎとを関係付けるテーブルまたは演算式を有し、供給電圧Ｖｉｎまたは供給電流Ｉｉｎに応じて制御ゲインＫを調整する。
【００９１】
ゲイン調整部２３は、例えば、以下の演算式（１）に基づき、供給電圧Ｖｉｎに応じた制御ゲインＫを求めることができる。ゲイン調整部２３は、求めた制御ゲインＫをフィードバック制御部２２の指令生成部５２に設定する。なお、Ｋ１は係数であり、所定の値に設定される。
Ｋ＝Ｋ１×Ｖｉｎ    ・・・（１）
【００９２】
これにより、図９に示すように、供給電圧Ｖｉｎに応じた制御ゲインＫをフィードバック制御部２２の指令生成部５２に設定することができる。図９は、制御ゲインＫと供給電圧Ｖｉｎとの関係の一例を示す図である。
【００９３】
また、Ｖｉｎ（例えば、所定値Ｖｍｉｎから定格入力電圧Ｖｍａｘまで）に対する上記式（１）の演算結果をテーブルとしてゲイン調整部２３に記憶することもできる。この場合、ゲイン調整部２３は、記憶されているテーブルから供給電圧Ｖｉｎに応じた制御ゲインＫを取得し、かかる制御ゲインＫをフィードバック制御部２２の指令生成部５２に設定する。
【００９４】
このように、ゲイン調整部２３は、左側領域よりも右側領域での制御ゲインＫを大きくすることができる。そのため、電力変換装置１は、ＭＰＰＴ制御における最大電力点追従性を高めることができ、また、供給電圧Ｖｉｎが左側領域にある場合にも供給電圧Ｖｉｎが過度に減少することを抑制できる。
【００９５】
例えば、発電源２の供給特性が図４に示す状態の場合、供給電流Ｉｉｎは、左側領域に比べ、右側領域の方が、供給電圧Ｖｉｎの変化に対する供給電流Ｉｉｎの変化が大きい。そのため、左側領域の制御ゲインＫに対して右側領域の制御ゲインＫを大きくすることで、右側領域において、電源電流指令Ｉｉｎ*に対する供給電流Ｉｉｎの追従性を向上させることができる。これにより、例えば、山登り処理において供給電力Ｐｉｎが最大電力点ＭＰＰに到達するまでの時間を短縮することができる。
【００９６】
また、フィードバック制御部２２は、右側領域において、供給電圧Ｖｉｎが電源電圧指令Ｖｉｎ*よりも小さくなると、出力電流指令Ｉｏｕｔ*を増加する。そのため、左側領域のように制御ゲインＫを大きくすると、出力電流指令Ｉｏｕｔ*の増加の応答性が高くなり、供給電圧Ｖｉｎが低下する度合いが大きくなる。そして、供給電圧Ｖｉｎと電源電圧指令Ｖｉｎ*との差が大きい場合には、供給電圧Ｖｉｎが過度に減少するおそれがある。
【００９７】
しかしながら、ゲイン調整部２３は、右側領域の制御ゲインＫよりも左側領域の制御ゲインＫを小さくするため、左側領域において、電源電圧指令Ｖｉｎ*に対して供給電圧Ｖｉｎが小さくなった場合でも、供給電圧Ｖｉｎが過度に減少することを抑制できる。
【００９８】
また、ゲイン調整部２３は、図９に示すように、供給電圧Ｖｉｎが高くなるほど制御ゲインＫを大きくする。そのため、最大電力電圧Ｖｍｐｐ（図４参照）が変化した場合であっても、左側領域よりも右側領域での制御ゲインＫを大きくすることができる。また、ゲイン調整部２３は、供給電圧Ｖｉｎに基づいて制御ゲインＫを決定するため、供給電圧Ｖｉｎが電源電圧指令Ｖｉｎ*よりも小さくなるとそれに伴って制御ゲインＫも小さくなり、供給電圧Ｖｉｎの過度の減少を効果的に抑制できる。
【００９９】
また、発電源２が太陽電池である場合、ゲイン調整部２３は、太陽電圧への日照量に応じてさらに制御ゲインＫを調整することができる。例えば、ゲイン調整部２３は、日照量が多いほど制御ゲインＫが大きくなるようにする。
【０１００】
制御部２０が電力変換部１０を制御していない状態では、供給電圧Ｖｉｎは開放電圧Ｖｏｃである。開放電圧Ｖｏｃは、太陽電圧への日照量が多いほど大きくなる。そこで、制御部２０は、電力変換部１０の制御を開始する際に、開放電圧Ｖｏｃに応じた制御ゲインＫを設定する。
【０１０１】
例えば、ゲイン調整部２３は、例えば、以下の演算式（２）に基づき、供給電圧Ｖｉｎに応じた制御ゲインＫを求める。ゲイン調整部２３は、求めた制御ゲインＫをフィードバック制御部２２の指令生成部５２に設定する。なお、ｆ（Ｖｏｃ）は、開放電圧Ｖｏｃに応じた調整係数の演算式である。
Ｋ＝Ｋ１×Ｖｉｎ×ｆ（Ｖｏｃ）    ・・・（２）
【０１０２】
このようにすることで、電力変換部１０は、例えば、山登り処理において供給電力Ｐｉｎが最大電力点ＭＰＰに到達するまでの時間をさらに短縮することができ、最大電力点追従性をさらに高めることができる。
【０１０３】
ところで、ＭＰＰＴ制御を開始した後は、開放電圧Ｖｏｃは検出することができないが、最大電力点ＭＰＰにおける供給電力Ｐｉｎ（以下、最大供給電力Ｐｍｐｐと記載する）は、太陽電圧への日照量が多いほど大きくなる。そこで、ゲイン調整部２３は、供給電力Ｐｉｎが最大電力点ＭＰＰに到達した後、最大供給電力Ｐｍｐｐの大きさに基づいて、制御ゲインＫを調整する。
【０１０４】
例えば、ゲイン調整部２３は、例えば、以下の演算式（３）に基づき、供給電圧Ｖｉｎに応じた制御ゲインＫを求めることができる。ゲイン調整部２３は、求めた制御ゲインＫをフィードバック制御部２２の指令生成部５２に設定する。
Ｋ＝Ｋ１×Ｖｉｎ×ｆ（Ｐｍｐｐ）    ・・・（３）
【０１０５】
なお、ｆ（Ｐｍｐｐ）は、最大供給電力Ｐｍｐｐに応じた調整係数の演算式であり、例えば、以下の演算式（４）で表される。
ｆ（Ｐｍｐｐ）＝Ｋ２×Ｐｍｐｐ    ・・・（４）
【０１０６】
また、ゲイン調整部２３は、開放電圧Ｖｏｃや最大供給電力Ｐｍｐｐに代えて、日照量を直接検出する検出部を設け、かかる検出部による検出結果に基づいて制御ゲインＫを調整することもできる。
【０１０７】
また、ゲイン調整部２３は、供給電流Ｉｉｎと制御ゲインＫとを関係付けるテーブルまたは演算式により、供給電流Ｉｉｎに応じた制御ゲインＫを取得し、かかる制御ゲインＫをフィードバック制御部２２に設定することもできる。ゲイン調整部２３は、例えば、演算式（１）〜（３）において、「Ｖｉｎ」を「１／Ｉｉｎ」に置き換えた演算式に基づいて、供給電流Ｉｉｎに応じた制御ゲインＫを求めることができる。
【０１０８】
また、ゲイン調整部２３は、演算式（１）〜（３）による制御ゲインＫの演算に代えて、供給電圧Ｖｉｎと最大電力電圧Ｖｍｐｐ（図４参照）との関係または供給電流Ｉｉｎと最大電力電流Ｉｍｐｐ（図４参照）との関係に基づいて制御ゲインＫを調整することもできる。これによっても、右側領域の制御ゲインＫを左側領域の制御ゲインＫよりも高くすることができる。
【０１０９】
例えば、ゲイン調整部２３は、目標指令制御部２１が山登り処理を開始した後、供給電圧Ｖｉｎまたは供給電流Ｉｉｎが最大電力電圧Ｖｍｐｐまたは最大電力電流Ｉｍｐｐに到達するまでは、制御ゲインＫを所定値ｋ１に設定する。また、ゲイン調整部２３は、供給電圧Ｖｉｎまたは供給電流Ｉｉｎが最大電力電圧Ｖｍｐｐまたは最大電力電流Ｉｍｐｐに到達した後は、制御ゲインＫを所定値ｋ２（＜ｋ１）に設定する。
【０１１０】
このように、ゲイン調整部２３は、供給電圧Ｖｉｎまたは供給電流Ｉｉｎが最大供給電力Ｐｍｐｐに対応する最大電力電圧Ｖｍｐｐまたは最大電力電流Ｉｍｐｐに到達する前と後とで制御ゲインＫを変更することができる。そのため、例えば、山登り処理において供給電力Ｐｉｎが最大電力点ＭＰＰに到達するまでの時間を短縮することができ、最大電力点追従性を高めることができる。
【０１１１】
また、ゲイン調整部２３は、例えば、開放電圧Ｖｏｃと最大電力電圧Ｖｍｐｐとの関係を示す情報を記憶し、電力変換部１０の制御を開始する際に、開放電圧Ｖｏｃに応じて最大電力電圧Ｖｍｐｐを判定することもできる。この場合、ゲイン調整部２３は、供給電圧Ｖｉｎが最大電力電圧Ｖｍｐｐより高い場合に制御ゲインＫを所定値ｋ１とし、供給電圧Ｖｉｎが最大電力電圧Ｖｍｐｐ未満の場合に制御ゲインＫを所定値ｋ２（＜ｋ１）とすることができる。
【０１１２】
なお、ゲイン調整部２３は、供給電圧Ｖｉｎおよび供給電流Ｉｉｎに応じて制御ゲインＫを求めることもできる。例えば、ゲイン調整部２３は、供給電圧Ｖｉｎに対応する制御ゲインと供給電流Ｉｉｎに対応する制御ゲインとの平均値を制御ゲインＫとすることができる。
【０１１３】
また、ゲイン調整部２３は、電源電圧指令Ｖｉｎ*に応じた制御ゲインＫを調整することもできる。電源電圧指令Ｖｉｎ*に応じた制御ゲインＫは、上述した「Ｖｉｎ」を「Ｖｉｎ*」を置き換えることによって行うことができる。例えば、ゲイン調整部２３は、下記式（５）に示す演算式に基づいて電源電圧指令Ｖｉｎ*に応じた制御ゲインＫを求めることができる。
Ｋ＝Ｋ１×Ｖｉｎ*    ・・・（５）
【０１１４】
また、ゲイン調整部２３は、電源電流指令Ｉｉｎ*に応じた制御ゲインＫを求め、求めた制御ゲインＫをフィードバック制御部２２の指令生成部５２に設定することもできる。電源電流指令Ｉｉｎ*に応じた制御ゲインＫは、上述した「Ｉｉｎ」を「Ｉｉｎ*」を置き換えることによって行うことができる。
【０１１５】
［２．４．偏差判定部２４］
偏差判定部２４は、供給電圧Ｖｉｎが電源電圧指令Ｖｉｎ*よりも所定値Ｖｌｉｍ以上大きいか否かを判定し、判定結果を追従指令制御器４２に通知する。
【０１１６】
追従指令制御器４２は、偏差判定部２４によって供給電圧Ｖｉｎが電源電圧指令Ｖｉｎ*よりも所定値Ｖｌｉｍ以上大きいと判定されると、供給電圧Ｖｉｎを電源電圧指令Ｖｉｎ*に設定する。これにより、電源電圧指令Ｖｉｎ*が供給電圧Ｖｉｎに一致するため、減算器５１の出力がゼロになり、指令生成部５２の出力変動が停止する。そのため、電源電圧指令Ｖｉｎ*が右側領域になり、目標指令制御部２１による山登り処理が右側領域から開始される。
【０１１７】
図１０は、発電源２の電力供給特性が急変した場合の動作を説明するための図である。図１０に示すように、発電源２の電力供給特性がＰｉｎ１からＰｉｎ２へ急変し、最大電力点がＭＰＰ１からＭＰＰ２へ変化したとする。例えば、発電源２が太陽電池である場合、かかる太陽電池への日照量が低い状態から高い状態へ急変した場合に、図１０に示すような最大電力点の変化が発生する。
【０１１８】
発電源２の電力供給特性が急変する直前の供給電圧Ｖｉｎが最大電力電圧Ｖｍｐｐ１であった場合、供給電流Ｉｉｎは、最大電力電流Ｉｍｐｐ１である。発電源２の電力供給特性がＰｉｎ１からＰｉｎ２へ急変した瞬間は、出力電流指令Ｉｏｕｔ*は変化していないため、供給電流Ｉｉｎは最大電力電流Ｉｍｐｐ１である。そのため、供給電圧Ｖｉｎが電圧Ｖｂへ変化する。
【０１１９】
一方、電源電圧指令Ｖｉｎ*は、最大電力電圧Ｖｍｐｐ１と同じ値であるため、電源電圧指令Ｖｉｎ*と供給電圧Ｖｉｎとの差は、電圧Ｖｂから最大電力電圧Ｖｍｐｐ１を減算した値ΔＶｂである。
【０１２０】
偏差判定部２４は、値ΔＶｂが所定値Ｖｌｉｍ以上であるか否かを判定する。値ΔＶｂが所定値Ｖｌｉｍ以上である場合、追従指令制御器４２は、電圧Ｖｂを電源電圧指令Ｖｉｎ*に設定する。電源電圧指令Ｖｉｎ*が電圧Ｖｂに一致するため、減算器５１の出力がゼロになり、指令生成部５２の出力変動が瞬間的に停止した後、右側領域から山登り処理が開始される。
【０１２１】
このように、制御部２０は、発電源２の電力供給特性が急変した場合であっても、目標指令制御部２１による山登り処理が右側領域から開始されるため、最大電力点追従性を高めることができ、また、発電源２から瞬間的に過度な電力が引き出されることを抑制できる。
【０１２２】
なお、フィードバック制御部２２が図８に示す構成である場合、供給電流Ｉｉｎが電源電流指令Ｉｉｎ*よりも所定値Ｉｌｉｍ以上大きいか否かを判定する。偏差判定部２４は、供給電流Ｉｉｎが電源電流指令Ｉｉｎ*よりも所定値Ｉｌｉｍ以上であるか否かの情報を追従指令制御器４２に通知する。
【０１２３】
この場合、追従指令制御器４２は、偏差判定部２４によって供給電流Ｉｉｎが電源電流指令Ｉｉｎ*よりも所定値Ｉｌｉｍ以上大きいと判定されると、供給電流Ｉｉｎを電源電流指令Ｉｉｎ*に設定する。これにより、電源電流指令Ｉｉｎ*が供給電流Ｉｉｎに一致するため、減算器５１の出力がゼロになり、指令生成部５２の出力変動が停止する。これにより、供給電圧Ｖｉｎが右側領域になり、目標指令制御部２１による山登り処理が右側領域から開始される。
【０１２４】
［２．５．昇圧制御部２５］
昇圧制御部２５は、昇圧回路３１による昇圧電圧である直流電圧Ｖｐｎが所定値になるように駆動信号Ｓ５を生成して昇圧回路３１へ出力する。駆動信号Ｓ５は例えばＰＷＭ信号である。
【０１２５】
［３．制御部２０の制御フロー］
図１１は、制御部２０の制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。制御部２０は、図１１に示す制御処理を所定周期で繰り返し実行する。制御部２０は、例えば、電力変換部１０による電力変換を開始する際に、図１１に示す制御処理を開始する。
【０１２６】
図１１に示すように、制御部２０は、例えば、上述した山登り処理や山探り処理において目標指令を生成する（ステップＳ１０）。目標指令は、電源電圧指令Ｖｉｎ*または電源電流指令Ｉｉｎ*である。制御部２０は、例えば、山登り処理や山探り処理において生成した電源電圧指令Ｖｉｎ*に供給電圧Ｖｉｎが一致した場合や電源電圧指令Ｖｉｎ*を生成して所定時間経過した場合などに新たな電源電圧指令Ｖｉｎ*を生成する。また、制御部２０は、例えば、供給電圧Ｖｉｎが電源電圧指令Ｖｉｎ*よりも所定値以上高い場合、供給電圧Ｖｉｎを電源電圧指令Ｖｉｎ*に設定する。
【０１２７】
また、制御部２０は、制御ゲインＫの調整を行う（ステップＳ１１）。かかる処理において、制御部２０は、例えば、供給電圧Ｖｉｎまたは供給電流Ｉｉｎに応じた制御ゲインＫを求め、かかる制御ゲインＫをフィードバック制御部２２に設定する。
【０１２８】
制御部２０は、ステップＳ１１において調整した制御ゲインＫに基づき、出力電流指令Ｉｏｕｔ*を生成する（ステップＳ１２）。例えば、制御部２０は、ステップＳ１１において調整した制御ゲインＫによるＰＩ制御によって、電源電流指令Ｉｉｎ*を求め、かかる電源電流指令Ｉｉｎ*に基づき、出力電流指令Ｉｏｕｔ*を生成する。
【０１２９】
その後、制御部２０は、指令生成部５２から出力される電源電流指令Ｉｉｎ*に基づいて電力変換部１０を駆動する駆動信号Ｓ１〜Ｓ４を生成する（ステップＳ１３）。
【０１３０】
このように、電力変換装置１は、供給電圧Ｖｉｎまたは供給電流Ｉｉｎに応じて制御ゲインＫを調整することにより、最大電力点追従性を高めることができる。
【０１３１】
なお、上述した実施形態の電力変換部１０は、直流電力を交流電力へ変換するものであるが、電力変換部１０は、発電源２の直流電力を所定電圧の直流電力へ変換するものであってもよい。この場合、電力変換部１０は、例えば、インバータ回路３２を有しない構成であり、また、電力変換装置１は、昇圧回路３１の出力電流の値を検出する電圧検出部を備える。そして、制御部２０は、昇圧回路３１の出力電流と出力電流指令Ｉｏｕｔ*とに基づき、駆動信号Ｓ５を生成する。このように、フィードバック制御部２２が昇圧制御部２５の機能を有することになる。
【０１３２】
なお、例えば、図２、図６〜図８の矢印は、情報（例えば、データや信号）や制御などの流れについての方向を補助的に示すもので、他の流れを否定するものでも、方向の限定を意味するものでもない。
【０１３３】
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【０１３４】
１  電力変換装置
２  発電源
３  負荷
１０  電力変換部
１１、１３、１４  電圧検出部
１２、１５  電流検出部
２０  制御部
２１  目標指令制御部
２２、２２’  フィードバック制御部
２３  ゲイン調整部
２４  偏差判定部
２５  昇圧制御部
３１  昇圧回路
３２  インバータ回路
４１  供給電力検出器
４２  追従指令制御器
４３  第１判定器
４４  非追従指令制御器
４５  切替器
４６  第２判定器
５１  減算器
５２  指令生成部
５３  駆動制御部
５４  電力指令生成器
５５  出力電流指令生成器
５６  リミッタ
５７  駆動信号生成器
１００  発電システム
【図１Ａ】
2015181983.tif 000003
【図１Ｂ】
2015181983.tif 000004
【図２】
2015181983.tif 000005
【図３】
2015181983.tif 000006
【図４】
2015181983.tif 000007
【図５】
2015181983.tif 000008
【図６】
2015181983.tif 000009
【図７】
2015181983.tif 000010
【図８】
2015181983.tif 000011
【図９】
2015181983.tif 000012
【図１０】
2015181983.tif 000013
【図１１】
2015181983.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成29年1月17日(2017.1.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電源の電力を所定の電力へ変換する電力変換部と、
前記発電源から前記電力変換部への供給電力が前記発電源の最大供給電力に追従するように目標指令を増減する目標指令制御部と、
前記発電源から前記電力変換部への供給電圧および供給電流の少なくとも一方と前記目標指令との偏差に基づくフィードバック制御によって前記電力変換部を制御するフィードバック制御部と、
前記供給電圧、前記供給電流および前記目標指令のうち少なくとも一つに基づいて前記フィードバック制御部のゲインを調整するゲイン調整部と、を備え、
前記ゲイン調整部は、
前記供給電圧が高くなるほど前記フィードバック制御のゲインを大きくする
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
発電源の電力を所定の電力へ変換する電力変換部と、
前記発電源から前記電力変換部への供給電力が前記発電源の最大供給電力に追従するように目標指令を増減する目標指令制御部と、
前記発電源から前記電力変換部への供給電圧および供給電流の少なくとも一方と前記目標指令との偏差に基づくフィードバック制御によって前記電力変換部を制御するフィードバック制御部と、
前記供給電圧、前記供給電流および前記目標指令のうち少なくとも一つに基づいて前記フィードバック制御部のゲインを調整するゲイン調整部と、を備え、
前記ゲイン調整部は、
前記供給電流が低くなるほど前記フィードバック制御のゲインを大きくする
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
前記ゲイン調整部は、
前記供給電圧、前記供給電流および前記目標指令のうちの少なくとも一つと前記フィードバック制御部のゲインとを関係付ける演算式またはテーブルに基づき、前記フィードバック制御部のゲインを調整する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記発電源は、太陽電池であり、
前記ゲイン調整部は、
前記太陽電池への日照量に応じて前記フィードバック制御部のゲインを調整する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記フィードバック制御部は、
前記供給電流および前記供給電圧の少なくとも一方と前記目標指令との差分に対し、Ｐ制御、ＰＩ制御、ＰＩＤ制御またはＰＤ制御を行う指令生成部と、
前記指令生成部からの出力に基づいて前記電力変換部を駆動する駆動信号を生成する駆動制御部と、を備え、
前記フィードバック制御のゲインは、前記指令生成部の比例ゲイン、比例積分ゲイン、比例積分微分ゲイン、または、比例微分ゲインである
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の電力変換装置。 
【請求項６】
前記フィードバック制御部は、
前記発電源の電力供給特性に応じた電力指令に基づいて前記電力変換部の出力を制御する
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の電力変換装置。 
【請求項７】
前記目標指令制御部は、
前記目標指令として、電圧指令を生成し、
前記フィードバック制御部は、
前記供給電圧と前記電圧指令とに基づき電流指令を生成する指令生成器と、
前記電流指令または前記供給電流と前記電圧指令または前記供給電圧とに基づいて前記電力指令を生成する電力指令生成器と、
前記電力指令に基づいて出力電流指令を生成する出力電流指令生成器と、
前記出力電流指令に基づいて前記電力変換部を駆動する駆動信号を生成する駆動信号生成器と、を備える
ことを特徴とする請求項６に記載の電力変換装置。 
【請求項８】
前記目標指令制御部は、
前記目標指令として、電流指令を生成し、
前記フィードバック制御部は、
前記供給電流と前記電流指令とに基づき電圧指令を生成する指令生成器と、
前記電圧指令または前記供給電圧と前記電流指令または前記供給電流とに基づいて前記電力指令を生成する電力指令生成器と、
前記電力指令に基づいて出力電流指令を生成する出力指令生成器と、
前記出力電流指令に基づいて前記電力変換部を駆動する駆動信号を生成する駆動信号生成器と、を備える
ことを特徴とする請求項６に記載の電力変換装置。 
【請求項９】
前記供給電圧および前記供給電流の少なくとも一方が前記目標指令よりも所定値以上大きいか否かを判定する偏差判定部と、
前記目標指令制御部は、
前記供給電圧または前記供給電流が前記目標指令よりも所定値以上大きいと判定された場合に、前記目標指令を前記供給電圧または前記供給電流に応じた値に設定する
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の電力変換装置。 
【請求項１０】
前記目標指令制御部は、
前記供給電力を最大化するように前記目標指令を出力する第１目標指令制御器と、
前記供給電力の変動に非追従の目標指令を出力する第２目標指令制御器と、
前記供給電力が極大点に達したか否かを判定する第１判定器と、
前記第１判定器によって前記供給電力が前記極大点に達したと判定された場合に、前記第１目標指令制御器の目標指令に代えて、前記第２目標指令制御器の前記目標指令を前記フィードバック制御部へ出力する出力切替器と、
前記第２目標指令制御器の前記目標指令が前記フィードバック制御部へ出力された場合の前記供給電力が、前記極大点に達したと判定された前記供給電力よりも大きいか否かを判定する第２判定器と、を備える
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の電力変換装置。 
【請求項１１】
前記出力切替器は、
前記第２目標指令制御器の前記目標指令を前記フィードバック制御部へ出力した後、前記フィードバック制御部への前記第１目標指令制御器の目標指令の出力を再開し、
前記第１目標指令制御器は、
前記第２目標指令制御器の前記目標指令が出力された場合の前記供給電力が、前記極大点に達したと判定された前記供給電力よりも大きいと前記第２判定器によって判定された場合、前記出力を再開する目標指令を前記第２目標指令制御器の前記目標指令に応じて設定する
ことを特徴とする請求項１０に記載の電力変換装置。 
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１つに記載の電力変換装置と、前記発電源とを備える
ことを特徴とする発電システム。 
【請求項１３】
発電源から電力変換部への供給電力が前記発電源の最大供給電力に追従するように目標指令を増減する目標指令制御部と、
前記発電源から前記電力変換部への供給電圧および供給電流の少なくとも一方と前記目標指令との偏差に基づくフィードバック制御によって前記電力変換部を制御するフィードバック制御部と、
前記供給電圧、前記供給電流および前記目標指令のうちの少なくとも一つに基づいて前記フィードバック制御部のゲインを調整するゲイン調整部と、を備え、
前記ゲイン調整部は、
前記供給電圧が高くなるほど前記フィードバック制御のゲインを大きくする
ことを特徴とする制御装置。
【請求項１４】
発電源から電力変換部への供給電力が前記発電源の最大供給電力に追従するように目標指令を増減する目標指令制御工程と、
前記発電源から前記電力変換部への供給電圧および供給電流の少なくとも一方と前記目標指令との偏差に基づくフィードバック制御によって前記電力変換部を制御するフィードバック制御工程と、
前記供給電圧、前記供給電流および前記目標指令のうちの少なくとも一つに基づいて前記フィードバック制御のゲインを調整するゲイン調整工程と、を含み、
前記ゲイン調整工程は、
前記供給電圧が高くなるほど前記フィードバック制御のゲインを大きくする
ことを特徴とする制御方法。
【国際調査報告】
2015181983.tif 000015
2015181983.tif 000016
2015181983.tif 000017
2015181983.tif 000018