(57)【要約】【課題】系統電圧が低下しても系統脱落せず、日射量が変動しても常に電力最大化制御を行うことができる太陽光発電用の電力変換装置を実現する。【解決手段】電力変換装置２は、電源１からの直流電力を交流電力に変換して交流系統３へ出力し、系統連系を行っている。このとき、電力最大化制御器７が、発電電力制御用電力変換器４への入力電力値１２が最大となるように電流制御器８へ入力する入力電流指令値１３の制御を行う。電流制御器８は、電力最大化制御器７からの入力電流指令値１３と電源１から発電電力制御用電力変換器４へ入力される入力電流値１１とを一致させる制御を行う。これによって、電力変換装置２は最大電力点追従制御を行うことができる。さらに、電力最大化制御器７は、入力電流指令値１３による制御がその制御可能範囲から逸脱したときには、入力電流指令値１３を入力電流値１１以下に低減させる。【選択図】図１
2012155581.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源から入力される電力を所定の交流電力に変換して交流系統に出力する電力変換装置であって、
前記電源からの入力電圧値を検出する電圧検出器と、入力電流値を検出する電流検出器と、
前記電源からの入力電力を制御する発電電力制御用電力変換器と、
この発電電力制御用電力変換器を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記入力電圧値と前記入力電流値とから算出される前記電源からの入力電力がより大きくなる方向に、前記入力電流値の目標となる入力電流指令値を増減させ、この入力電流指令値に基づいて前記発電電力制御用電力変換器を制御するとともに、
前記入力電流指令値による制御がその制御可能範囲から逸脱したことを検出したときに、前記入力電流指令値をその時点の前記入力電流値以下に低減させる低減処理を行う
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記入力電流値が前記入力電流指令値と比べて所定値以上小さくなったときに、前記制御可能範囲からの逸脱を検出する
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】
前記制御部は、前記入力電圧値が所定時間内に所定値以上小さくなったときに、前記制御可能範囲からの逸脱を検出する
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】
前記制御部が行う前記低減処理は、前記入力電流指令値をゼロとする処理である
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記制御部が行う前記低減処理は、前記入力電流指令値を前記入力電流値と同じ値とする処理である
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記制御部が行う前記低減処理は、前記入力電流指令値を、前記入力電流値から所定の演算によって算出される該入力電流値よりも低い値とする処理である
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
電源から入力される電圧・電流を制御して直流電力に変換する発電電力制御用電力変換器と、この発電電力制御用電力変換器から出力された直流電力を交流電力に変換する系統連系用電力変換器とを備えて構成される電力変換装置であって、
入力電流指令値と前記電源から前記発電電力制御用電力変換器へ入力される入力電流値とを一致させる制御を行う電流制御器と、
前記電源から前記発電電力制御用電力変換器へ入力される入力電力が最大となるように、前記電流制御器へ入力される前記入力電流指令値の制御を行う電力最大化制御器と、を備え、
前記電力最大化制御器は、前記入力電流値が前記入力電流指令値と比べて所定値以上小さくなったときに、前記入力電流指令値を前記入力電流値以下に低減させる低減処理を行う
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
電源から入力される電圧・電流を制御して直流電力に変換する発電電力制御用電力変換器と、この発電電力制御用電力変換器から出力された直流電力を交流電力に変換する系統連系用電力変換器とを備えて構成される電力変換装置であって、
入力電流指令値と前記電源から前記発電電力制御用電力変換器へ入力される入力電流値とを一致させる制御を行う電流制御器と、
前記電源から前記発電電力制御用電力変換器へ入力される入力電力が最大となるように、前記電流制御器へ入力される前記入力電流指令値の制御を行う電力最大化制御器と、を備え、
前記電力最大化制御器は、前記電源から前記発電電力制御用電力変換器へ入力される入力電圧値が所定時間内に所定値以上小さくなったときに、前記入力電流指令値を前記入力電流値以下に低減させる低減処理を行う
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項９】
前記電力最大化制御器が行う前記低減処理は、前記入力電流指令値をゼロとする処理である
ことを特徴とする請求項７または請求項８に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記電力最大化制御器が行う前記低減処理は、前記入力電流指令値を前記入力電流値と同じ値とする処理である
ことを特徴とする請求項７または請求項８に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記電力最大化制御器が行う前記低減処理は、前記入力電流指令値を、前記入力電流値から所定の演算によって算出される該入力電流値よりも低い値とする処理である
ことを特徴とする請求項７または請求項８に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電を行う電源から入力される電圧・電流を制御して連系する交流系統へ電力を供給する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽光発電システムや風力発電システムなどの自然エネルギー発電システムを利用した分散電源システムの導入が世界的に進んでいる。このような分散電源システムが多く接続される商用電力系統などの交流系統において、系統電圧低下が発生したときに分散電源システムが交流系統から脱落すると、電源消失によってさらに系統電圧低下が進行し、ひいては大規模な停電に至るおそれがある。そのため、分散電源システムは系統電圧低下時においても継続して電力を供給することが望ましい。
【０００３】
これらの分散電源システムの多くは、太陽光発電パネルなどの電源で発電された電力をチョッパなどの発電電力制御用電力変換器によって所定電圧の直流電力に変換し、その直流電力をインバータなどの系統連系用電力変換器で交流電力に変換して商用電力系統などの交流系統に出力している。
【０００４】
一方、太陽光発電システムにおいては、太陽光発電パネルの特性に応じて決まる最大電力が得られるように、太陽光発電パネルからの入力電圧および入力電流を制御する電力最大化制御（「最大電力点追従制御」、「ＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）制御」とも言う。）が行われることが多い。この電力最大化制御が行われているときに連系している交流系統の電圧低下が発生すると、電力過剰によって電力変換器の内部に過電圧が発生し、安全装置が働いて交流系統から脱落することがある。この問題を解決するための従来技術として、特許文献１には、系統電圧の低下時に太陽光発電パネルからの入力電力を低減させて電力過剰による過電圧を防止することで、系統電圧低下時においても継続して交流系統に電力を供給する技術が開示されている。
【０００５】
図３は、特許文献１に示されている従来技術による電力変換装置およびその入出力回路の構成を示すブロック図である。すなわち、この図は、太陽光発電を行う電源１で発電された電力を発電電力制御用電力変換器４によって所定電圧の直流電力に変換し、その直流電力を系統連系用電力変換器５で交流電力に変換して交流系統３へ出力するように構成された電力変換装置２０およびその入出力回路を示している。電力変換装置２０は、発電電力制御用電力変換器４の入力電流値１１を入力電流指令値１３に一致させるような制御（以下、このような制御を「入力電流一定制御」と呼ぶ。）を行い、系統連系用電力変換器５から所定の交流電力を商用電力系統などの交流系統３へ出力している。
【０００６】
電力変換装置２０の制御系についてさらに詳しく述べると、入力電力演算部６が、入力電圧値１０と入力電流値１１とから入力電力値１２を演算し、電力最大化制御器７は、入力電力演算部６で演算された入力電力値１２が増大する方向に入力電流指令値１３を微小に増減させることで最大電力が得られるように電力最大化制御を行う。また、電流制御器８は、入力電流指令値１３と入力電流値１１とを一致させるように発電電力制御用電力変換器４を制御する。このとき、系統電圧低下時入力電力低減制御器９が交流系統３の系統電圧値１５の低下を検出すると、電力最大化制御器７で生成される入力電流指令値１３を所定のレベルまで低減させる。これによって、交流系統３の系統電圧が低下したときには、入力電流値１１を低減させて発電電力制御用電力変換器４の入力電力を低下させるので、電力変換装置２０は交流系統３に対して系統連系を維持することができる。
【０００７】
すなわち、特許文献１に示されている前記従来技術においては、交流系統の系統電圧低下時において電源１から電力変換装置２０への入力電力を急速に低減させる方法として、図３に示すように、発電電力制御用電力変換器４の入力電流値１１を入力電流指令値１３と一致させる入力電流一定制御を採用している。その理由は、電力最大化制御の方法として広く利用されている入力電圧一定制御（入力電圧値１０を指令した電圧値に一致させる制御方法）よりも入力電流一定制御の方が、入力電力の絞り込み制御の追従性が高いためである。
【０００８】
図７は、電力変換装置の電源となる太陽光発電パネルから電力変換装置へ入力される入力電圧と入力電流と入力電力との関係を表す特性図であり、横軸に入力電圧、縦軸に入力電流および入力電力を示している。言い換えると、この特性図は、電源１となる太陽光発電パネルで発電されて電力変換装置２０へ入力される入力電圧、入力電流、入力電力の特性を表すものであるが、以下、一まとめで表現するときは入力電圧・電流・電力の特性と言うことにする。図７において、特性ａが日射量の多いときの入力電圧‐入力電流の特性、特性ｂが日射量の多いときの入力電圧‐入力電力の特性である。また、特性ｃが日射量の少ないときの入力電圧‐入力電流の特性、特性ｄが日射量の少ないときの入力電圧‐入力電力の特性である。すなわち、特性ａと特性ｃが入力電圧‐入力電流の特性、特性ｂと特性ｄが入力電圧‐入力電力の特性である。
【０００９】
図７に示すように、太陽光発電パネルの入力電圧・電流・電力の特性は、日射の大きさによって特性カーブが変化する。すなわち、特性ａおよび特性ｂに示すように、日射量が多いほど入力電圧・電流・電力の値は上昇し、特性ｃおよび特性ｄに示すように、日射量が少なくなるにしたがって入力電圧・電流・電力の値は降下している。また、電力最大化制御では、図３における発電電力制御用電力変換器４の入力電流値１１を逐次微小に増減させて特性ｂや特性ｄにおける頂点である最大電力点を追尾する。
【００１０】
図８は、発電電力制御用電力変換器の入力電流値を入力電流指令値に一致させる入力電流一定制御によって電力最大化制御を行う動作を説明するための特性図であり、横軸に入力電圧、縦軸に入力電流および入力電力を示している。図８において、特性ａは、ある日射量、例えば日射量が多いときの入力電圧‐入力電流の特性、特性ｂは、そのときの入力電圧‐入力電力の特性である。図８に示すように、入力電流指令値Ｐを入力電力がより大きくなる方向に逐次微小に増減させて、入力電流値を入力電流指令値Ｐに一致させる入力電流一定制御を行うことにより、いわゆる山登り法によって最大電力点を追尾し、最終的には入力電力が極大になる最大電力点の近傍で図３の電力変換装置２の運転を行うことができる。具体的には、入力電流指令値Ｐを図８の矢印ｍの範囲で微小に増減させて最大電力点を追尾することにより、電力変換装置２０の入力電力を特性ｂのカーブ上の矢印ｎの範囲に収めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００９−２１９２３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、図８の特性図にて説明したような入力電流一定制御によって電力最大化制御を行う従来技術では、電源となる太陽光発電パネルへの日射が急低下して入力電圧・電流・電力の値が急低下した場合には、日射が急低下する前に設定した入力電流指令値のレベルが下方へ変化しないために、電力最大化制御による制御可能範囲から逸脱してしまうという問題がある。
【００１３】
この逸脱現象についてさらに詳しく説明する。図９は、従来技術による電力変換装置の構成における電力最大化制御の制御可能範囲からの逸脱の例を説明するための特性図であり、横軸に入力電圧、縦軸に入力電流および入力電力を示している。すなわち、図９は、入力電流一定制御によって電力最大化制御を行う電力変換装置２０において、日射が急低下したときの運転動作点の軌跡を示している。
【００１４】
図９において、特性ａが日射量の多いときの入力電圧‐入力電流の特性、特性ｂが日射量の多いときの入力電圧‐入力電力の特性である。また、特性ｃが日射量の少ないときの入力電圧‐入力電流の特性、特性ｄが日射量の少ないときの入力電圧‐入力電力の特性である。図９の特性図における事前状態としては、日射量の多いときの特性ａおよび特性ｂで示される入力電圧・電流・電力特性に対して、電力最大化制御によって最大電力点の近傍の運転動作点（特性ａのカーブ上の○印）で入力電流指令値Ｐが決定されていたものとする。
【００１５】
このような日射量が多い状態から、日射が急低下して、特性ｃおよび特性ｄで示される入力電圧・電流・電力特性となったときでも、入力電流指令値Ｐは矢印ｍの範囲で微小変化するだけである。すなわち、日射が急低下すると実際の運転動作点は特性ｃのカーブ上に移動するが、入力電流指令値Ｐは、特性ｃの入力電圧‐入力電流の特性領域まで移動しないため、その入力電流指令値Ｐに対して入力電流値が近くなる特性ｃのカーブ上の矢印の方向に運転動作点が移動し、最終的には最も入力電流値が入力電流指令値Ｐに近い×印の点に運転動作点が移動することとなる。その結果、入力電力は、特性ｄの入力電圧‐入力電力特性に示すようにほぼゼロまで低下してしまう。さらに、この状態で入力電流指令値Ｐを微小に増減させても入力電力はゼロ付近から変化しない。その結果、日射量が回復して特性ａおよび特性ｂで示される入力電圧・電流・電力特性に戻るまで、×印の点に運転動作点が停滞することになる。すなわち、日射量が回復するまでは電力最大化制御の制御可能範囲から逸脱した状態となってしまう。
【００１６】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、交流系統の系統電圧が低下しても系統脱落せず、かつ、日射量が変動しても電力最大化制御を継続して行うことができる太陽光発電用の電力変換装置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】
【００１７】
前記の目的を達成するために、本発明は、電源から入力される電力を所定の交流電力に変換して交流系統に出力する電力変換装置であって、前記電源からの入力電圧値を検出する電圧検出器と、入力電流値を検出する電流検出器と、前記電源からの入力電力を制御する発電電力制御用電力変換器と、この発電電力制御用電力変換器を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記入力電圧値と前記入力電流値とから算出される前記電源からの入力電力がより大きくなる方向に、前記入力電流値の目標となる入力電流指令値を増減させ、この入力電流指令値に基づいて前記発電電力制御用電力変換器を制御するとともに、前記入力電流指令値による制御がその制御可能範囲から逸脱したことを検出したときに、前記入力電流指令値をその時点の前記入力電流値以下に低減させる低減処理を行うことを特徴とする。なお、このときの入力電流指令値の低減レベルは、入力電流指令値をゼロとしてもよいし、入力電流指令値をその時点（例えば、日射が急低下したのち）の入力電流値と同じ値としてもよいし、あるいは、入力電流指令値を、その時点の入力電流値から所定の演算によって算出される該入力電流値よりも低い値としてもよい。
【００１８】
また、前記制御部は、前記入力電流値が前記入力電流指令値と比べて所定値以上小さくなったときと、前記電源から前記発電電力制御用電力変換器へ入力される入力電圧値が所定時間内に所定値以上小さくなったときとに、前記制御可能範囲からの逸脱を検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の電力変換装置によれば、日照等の変化によって入力が急低下したときに電力最大化制御の制御可能範囲から逸脱したままとなる動作を回避できるので、交流系統の系統電圧が低下しても系統脱落せず、かつ、日射量が変動しても電力最大化制御を継続して行うことができる太陽光発電用の電力変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電力変換装置およびその入出力回路の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る電力変換装置およびその入出力回路の構成を示すブロック図である。
【図３】従来技術による電力変換装置およびその入出力回路の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第３実施形態において、日射が急低下したときに入力電流指令値を一旦ゼロにしてから電力最大化制御を行う場合の電力変換装置の動作を説明するための特性図である。
【図５】本発明の第４実施形態において、日射が急低下したときに入力電流指令値をその時点の入力電流値に一致させて電力最大化制御を行う場合の電力変換装置の動作を説明するための特性図である。
【図６】本発明の第５実施形態において、日射が急低下したときに入力電流指令値をその時点の入力電流値から所定の演算によって算出される当該入力電流値よりも低い値にして電力最大化制御を行う場合の電力変換装置の動作を説明するための特性図である。
【図７】電力変換装置の電源となる太陽光発電パネルから電力変換装置へ入力される入力電圧・電流・電力の特性図である。
【図８】発電電力制御用電力変換器の入力電流値を入力電流指令値に一致させる入力電流一定制御によって電力最大化制御を行う動作を説明するための特性図である。
【図９】従来技術による電力変換装置の構成における電力最大化制御の制御可能範囲からの逸脱の例を説明するための特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明（その実施形態）は、連系する交流系統の系統電圧低下時における入力電力の制御性に優れる入力電流一定制御によって電力最大化制御を行う太陽光発電用の電力変換装置において、日射量の変動によらず電力最大化制御を継続して行える電力変換装置の提供を可能とするものである。具体的には、入力電流一定制御によって電力最大化制御を行う場合は、日射が急低下したときに、電力最大化制御の制御可能範囲から逸脱したままとなって日射が回復するまで交流系統への電力供給が途絶えることがあったが、本発明（その実施形態）では、日射の急低下に伴って入力電流値が急激に低下したり、入力電圧値が所定時間内に所定値以上小さくなったりしたときには、入力電流指令値をその時点の入力電流値以下に低減させることによってそのような逸脱状態からの脱出を可能とする。この場合、低減後の入力電流指令値はゼロとしてもよいし、その時点の入力電流値と同じ値にしてもよい。あるいは、低減後の入力電流指令値をその時点の入力電流値から所定の演算によって算出される該入力電流値よりも低い値としてもよい。
【００２２】
以下、本発明に係る電力変換装置の幾つかの実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各実施形態を説明するための全図において、同一要素には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００２３】
《第１実施形態》
図１は、本発明の第１実施形態に係る電力変換装置およびその入出力回路の構成を示すブロック図である。すなわち、この図は、太陽光発電を行う電源１で発電された電力を発電電力制御用電力変換器４によって所定電圧の直流電力に変換し、その直流電力を系統連系用電力変換器５で交流電力に変換して交流系統３へ出力するように構成された電力変換装置２Ａ（２）およびその入出力回路を示している。さらに詳しく述べると、発電電力制御用電力変換器４は、入力電流値１１が入力電流指令値１３と一致するように制御する入力電流一定制御によって入力電力をより大きくする電力最大化制御を行うとともに、入力電流値１１が入力電流指令値１３と比べて所定値以上小さくなったときに入力電流指令値１３を低減させる制御を行う電力変換装置２Ａおよびその入出力回路の構成を示している。
【００２４】
まず、図１に示す電力変換装置２Ａおよびその入出力回路の具体的な構成内容について説明する。電力変換装置２Ａは、入力側が太陽光発電を行う電源１に接続され、出力側が商用電力系統などの交流系統３に接続されて系統連系を行っている。この電力変換装置２Ａの主回路は、電源１で発電された電力を所定電圧の直流電力に変換する発電電力制御用電力変換器４と、この発電電力制御用電力変換器４から出力された直流電力を交流電力に変換して交流系統３へ出力する系統連系用電力変換器５とによって構成されている。
【００２５】
また、電力変換装置２Ａの制御回路は、発電電力制御用電力変換器４へ入力される入力電圧値１０と入力電流値１１とから入力電力値１２を演算する入力電力演算部６と、発電電力制御用電力変換器４へ入力される入力電力値１２が最大となるように入力電流指令値１３の制御を行う電力最大化制御器７と、電力最大化制御器７から出力された入力電流指令値１３と発電電力制御用電力変換器４へ入力される入力電流値１１とを一致させるような発電電力制御用電力変換指令１４を生成し、この発電電力制御用電力変換指令１４によって入力電流値１１を制御する電流制御器８と、交流系統３の系統電圧を検出して、系統電圧が低下したときに発電電力制御用電力変換器４への入力電力を低減させるように電力最大化制御器７へ入力電力低減指令１６を送出する系統電圧低下時入力電力低減制御器９と、入力電流指令値１３と入力電流値１１とを比較して入力電流値１１が入力電流指令値１３より所定値以上低いときに入力電流指令値１３を低減させるための入力電流指令値低減指令１８を電力最大化制御器７へ送出する入力電流指令値／入力電流値比較部１７とによって構成されている。
【００２６】
次に、図１に示す電力変換装置２Ａおよびその入出力回路の動作について説明する。電力変換装置２Ａは、電源（例えば、太陽光発電パネル）１で発電された電力を発電電力制御用電力変換器（例えば、チョッパ回路）４によって所定電圧の直流電力に変換し、その直流電力を系統連系用電力変換器（例えば、インバータ回路）５によって交流電力に変換して交流系統（例えば、商用電力系統）３へ出力している。このようにして、電力変換装置２Ａは交流系統３と系統連系を行っている。
【００２７】
このとき、入力電力演算部６が、発電電力制御用電力変換器４へ入力される入力電圧値１０と入力電流値１１とから入力電力値１２を演算すると、電力最大化制御器７は、記憶されている直前の入力電力値１２と、入力電力演算部６で演算された現時点の入力電力値１２とを比較することで、入力電力値１２の増減方向を判定し、記憶されている直前の入力電流指令値１３とその微小増減方向に基づいて最大電力が得られるであろう方向に微小に増減させた次の入力電流指令値１３を電流制御器８へ送出する。なお、直前の入力電流指令値１３の微小増減方向を記憶する代わりに、直前の入力電流値１１を記憶しておき、現時点の入力電流値１１との比較によって入力電流指令値１３の微小増減方向を判定するものとしてもよい。
【００２８】
電流制御器８は、電力最大化制御器７から送出された入力電流指令値１３と発電電力制御用電力変換器４へ入力される入力電流値１１とを一致させるような発電電力制御用電力変換指令１４を生成して、この発電電力制御用電力変換指令１４を発電電力制御用電力変換器４へ送出し、発電電力制御用電力変換器４の入力電流値１１を制御する。
【００２９】
ここで、交流系統３の系統電圧が低下したときには、系統電圧低下時入力電力低減制御器９で系統電圧値１５の低下を検出して、電力最大化制御器７に対して入力電力低減指令１６を送出し、電力最大化制御器７で生成される入力電流指令値１３を所定のレベルまで低減させる。これによって、系統電圧が低下したときには、入力電流値１１を低減させて発電電力制御用電力変換器４の入力電力を下げることができるので、電力変換装置２Ａは交流系統３に対して系統連系を維持することが可能となる。
【００３０】
また、日射が急低下すると、太陽光発電パネルの特性（図７参照）によって入力電流値１１が急低下する。それにより、入力電流指令値１３と入力電流値１１とを比較する入力電流指令値／入力電流値比較部１７において、入力電流指令値１３に対して入力電流値１１が所定値以上小さいと判定したときには、入力電流指令値／入力電流値比較部１７は電力最大化制御器７に対して入力電流指令値低減指令１８を送出して、電力最大化制御器７で生成される入力電流指令値１３を入力電流値１１以下に低減させる。これによって、日射が急低下したときでも、電流制御器８は低減された入力電流指令値１３と一致させるように入力電流値１１を制御し、発電電力制御用電力変換器４に対して電力最大化制御を行わせることができる。
【００３１】
すなわち、本発明の第１実施形態に係る電力変換装置２Ａによれば、電力最大化制御器７は、電源１から発電電力制御用電力変換器４へ入力される入力電流値１１が入力電流指令値１３に比べて所定値以上小さくなったときには、入力電流指令値１３を入力電流値１１以下に低減させている。これにより、日照等の変化によって入力が急低下したときでも、電力変換装置２は、電力最大化制御の制御可能範囲から逸脱したままとなる動作を回避することができ、交流系統に対して継続して電力を供給することができる。なお、前記所定値は、日射が急低下したときの太陽光発電パネルの特性の変化を実験やシミュレーション等により測定評価して設定するのが好ましい。ちなみに、設定値を小さくすれば電力最大化制御が頻繁に中断され、また設定値を大きくすれば逸脱状態を検出するまでの時間が長くなる。
【００３２】
《第２実施形態》
図２は、本発明の第２実施形態に係る電力変換装置およびその入出力回路の構成を示すブロック図である。すなわち、この図は、太陽光発電パネルなどの電源１から入力される入力電圧値１０が所定時間内に所定値以上小さくなったときに、入力電流指令値１３を低減させる電力変換装置２Ｂ（２）およびその入出力回路の構成例を示したものである。
【００３３】
図２に示す第２実施形態の電力変換装置２Ｂが図１に示す第１実施形態の電力変換装置２Ａと異なる点は、図１の入力電流指令値／入力電流値比較部１７の代わりに、発電電力制御用電力変換器４へ入力される入力電圧値１０が所定時間内に所定値以上小さくなったときに、電力最大化制御器７に対して入力電流指令値低減指令１８を出力して、電力最大化制御器７で生成される入力電流指令値１３を低減させるための入力電圧値急低下検出部１９を設けた点である。したがって、第１実施形態の電力変換装置２Ａと重複する説明は省略し、第２実施形態の電力変換装置２Ｂに固有な内容について説明する。
【００３４】
図７に示すような太陽光発電パネルの特性によって、日射が急低下すると入力電圧値１０が急低下する。それにより、入力電圧値急低下検出部１９が、発電電力制御用電力変換器４の入力電圧値１０が所定時間内に所定値以上小さくなったと判定したときには、入力電圧値急低下検出部１９は電力最大化制御器７に対して入力電流指令値低減指令１８を送出して、電力最大化制御器７で生成される入力電流指令値１３を入力電流値１１以下に低減させる。これによって、所定時間に亘って日射が急低下したときでも、電流制御器８は低減された入力電流指令値１３と入力電流値１１とに基づいて入力電流値１１を制御し、発電電力制御用電力変換器４に対して電力最大化制御を行わせることができる。
【００３５】
すなわち、本発明の第２実施形態に係る電力変換装置２Ｂによれば、電力最大化制御器７は、電源１から発電電力制御用電力変換器４へ入力される入力電圧値１０が所定時間内に所定値以上小さくなったときには、入力電流指令値１３を入力電流値１１以下に低減させている。これにより、日照等の変化によって入力が所定時間に亘って急低下したときでも、電力変換装置２Ｂは、電力最大化制御から逸脱したままとなる動作を回避することができ、交流系統に対して継続して電力を供給することができる。なお、前記所定時間および所定値は、日射が急低下したときの太陽光発電パネルの特性の変化を実験やシミュレーション等により測定評価して設定するのが好ましい。
【００３６】
《第３実施形態》
図４は、本発明の第３実施形態において、日射が急低下したときに入力電流指令値を一旦ゼロにしてから電力最大化制御を行う場合の電力変換装置２（図１の２Ａまたは図２の２Ｂ）の動作を説明するための特性図であり、横軸に入力電圧、縦軸に入力電流および入力電力を示している。すなわち、この図は、太陽光発電パネルから発電電力制御用電力変換器４へ入力される入力電流値を入力電流指令値に一致させる入力電流一定制御で電力最大化制御を行うときの入力電圧・電流・電力の特性図であって、日射が急低下したときに入力電流指令値を一旦ゼロにしてから電力最大化制御を行う場合の動作の一例を示している。
【００３７】
図４において、特性ａが日射量の多いときの入力電圧‐入力電流の特性、特性ｂが日射量の多いときの入力電圧‐入力電力の特性である。また、特性ｃが日射量の少ないときの入力電圧‐入力電流の特性、特性ｄが日射量の少ないときの入力電圧‐入力電力の特性である。すなわち、特性ａと特性ｃが入力電圧‐入力電流の特性、特性ｂと特性ｄが入力電圧‐入力電力の特性である。
【００３８】
図４に示すように、日射量の多いときは、特性ａおよび特性ｂで示される入力電圧・電流・電力特性に対して、電力最大化制御によって最大電力点の近傍の運転動作点（特性ａのカーブ上の○印）で低減直前の入力電流指令値Ｐ１が決定されている。そして、日射が急低下して特性ｃおよび特性ｄで示される入力電圧・電流・電力特性になったときは、低減直後の入力電流指令値Ｐ２を一旦ゼロにする。このようにして低減直後の入力電流指令値Ｐ２をゼロにすることにより、電力最大化制御によって図４の○印にて示した低減直後の運転動作点から特性ｃのカーブ上に付した矢印の方向へ徐々に運転動作点が移動する。そして、日射量の少ないときの特性ｃおよび特性ｄに基づいて、電力最大化制御後の入力電流指令値Ｐ３の微小増減の範囲において最大電力が得られるような運転が実行される。
【００３９】
このようにして、電力変換装置２（２Ａ，２Ｂ）は、日射が急低下して日射量が少なくなったときには、入力電流指令値を一旦ゼロにしてから、日射量の少ないときの電圧・電流・電力特性に対応して入力電流指令値を上昇させて電力最大化制御を行う。
【００４０】
すなわち、本発明の第３実施形態に係る電力変換装置２（２Ａ，２Ｂ）によれば、電力最大化制御器７は、電源１から発電電力制御用電力変換器４へ入力される入力電流値１１が入力電流指令値１３に比べて所定値以上小さくなったとき、または、電源１から発電電力制御用電力変換器４へ入力される入力電圧値１０が所定時間内に所定値以上小さくなったときには、入力電流指令値１３を一旦ゼロに低減させてから、入力電流指令値１３を徐々に上昇させて電力最大化制御を行っている。これによって、日照等の変化によって入力が急低下したときでも、電力変換装置２（２Ａ，２Ｂ）は、電力最大化制御の制御可能範囲から逸脱したままとなる動作を回避することができ、交流系統に対して継続して電力を供給することができる。
【００４１】
《第４実施形態》
図５は、本発明の第４実施形態において、日射が急低下したときに入力電流指令値をその時点の入力電流値に一致させて電力最大化制御を行う場合の電力変換装置２（図１の２Ａまたは図２の２Ｂ）の動作を説明するための特性図であり、横軸に入力電圧、縦軸に入力電流および入力電力を示している。すなわち、この図は、太陽光発電パネルから発電電力制御用電力変換器４へ入力される入力電流値を入力電流指令値に一致させる入力電流一定制御で電力最大化制御を行うときの入力電圧・電流・電力の特性図であって、日射が急低下したときに入力電流指令値をその時点の入力電流値に一致させて電力最大化制御を行う場合の動作の一例を示している。
【００４２】
図５において、特性ａが日射量の多いときの入力電圧‐入力電流の特性、特性ｂが日射量の多いときの入力電圧‐入力電力の特性である。また、特性ｃが日射量の少ないときの入力電圧‐入力電流の特性、特性ｄが日射量の少ないときの入力電圧‐入力電力の特性である。すなわち、特性ａと特性ｃが入力電圧‐入力電流の特性、特性ｂと特性ｄが入力電圧−入力電力の特性である。
【００４３】
図５に示すように、日射量の多いときは、特性ａおよび特性ｂで示される入力電圧・電流・電力特性に対して、電力最大化制御によって最大電力が得られるように低減直前の入力電流指令値Ｐ１が決定されている。そして、日射が急低下して特性ｃおよび特性ｄで示される入力電圧・電流・電力特性になったときは、低減直後の入力電流指令値Ｐ２を、その時点で発電電力制御用電力変換器４へ入力されている入力電流値（すなわち、特性ｃの入力電流値）と同じ値にする。これによって、電力変換装置２（２Ａ，２Ｂ）の運転動作点は、図５の○印にて示した特性ａのカーブ上の低減直前の運転動作点から特性ｃのカーブ上の低減直後の運転動作点に移動するので、日射量の少ないときの特性ｃおよび特性ｄに基づいた電力最大化制御を入力電流指令値Ｐ３の微小増減の範囲で直ちに実行することができる。
【００４４】
このようにして、電力変換装置２（２Ａ，２Ｂ）は、日射が急低下して日射量が少なくなったときには、入力電流指令値をその時点の入力電流値と同じ値にしてから電力最大化制御を行う。
【００４５】
すなわち、本発明の第４実施形態に係る電力変換装置２（２Ａ，２Ｂ）によれば、電力最大化制御器７は、電源１から発電電力制御用電力変換器４へ入力される入力電流値１１が入力電流指令値１３に比べて所定値以上小さくなったとき、または、電源１から発電電力制御用電力変換器４へ入力される入力電圧値１０が所定時間内に所定値以上小さくなったときには、入力電流指令値をその時点の入力電流値と同じ値にして電力最大化制御を行っている。これによって、日照等の変化によって入力が急低下したときでも、電力変換装置２（２Ａ，２Ｂ）は、電力最大化制御の制御可能範囲から逸脱したままとなる動作を回避することができ、交流系統に対して継続して電力を供給することができる。さらに、最大（極大）電力を得られる運転動作点に戻るまでの時間を第３実施形態に比べて短くすることができる。
【００４６】
《第５実施形態》
図６は、本発明の第５実施形態において、日射が急低下したときに入力電流指令値をその時点の入力電流値から所定の演算によって算出される当該入力電流値よりも低い値（以下、「入力電流低減値」という。）にして電力最大化制御を行う場合の電力変換装置２（図１の２Ａまたは図２の２Ｂ）の動作を説明するための特性図であり、横軸に入力電圧、縦軸に入力電流および入力電力を示している。すなわち、この図は、太陽光発電パネルの電源から発電電力制御用電力変換器４へ入力される入力電流値を入力電流指令値に一致させる入力電流一定制御で電力最大化制御を行うときの入力電圧・電流・電力の特性図であって、日射が急低下したときに入力電流指令値を、その時点の入力電流値から所定の演算によって算出される入力電流低減値にして電力最大化制御を行う場合の動作の一例を示している。
【００４７】
図６において、特性ａが日射量の多いときの入力電圧‐入力電流の特性、特性ｂが日射量の多いときの入力電圧‐入力電力の特性である。また、特性ｃが日射量の少ないときの入力電圧‐入力電流の特性、特性ｄが日射量の少ないときの入力電圧‐入力電力の特性である。すなわち、特性ａと特性ｃが入力電圧‐入力電流の特性、特性ｂと特性ｄが入力電圧‐入力電力の特性である。
【００４８】
図６に示すように、日射量の多いときは、特性ａおよび特性ｂで示される入力電圧・電流・電力特性に対して、電力最大化制御によって最大電力が得られるように低減直前の入力電流指令値Ｐ１が決定されている。そして、日射が急低下して特性ｃおよび特性ｄで示される入力電圧・電流・電力特性になったときは、低減直後の入力電流指令値Ｐ２を、その時点で発電電力制御用電力変換器４へ入力されている入力電流値（すなわち、特性ｃの入力電流値）から所定の演算によって算出される入力電流低減値と同じ値にする。これによって、電力変換装置２（２Ａ，２Ｂ）の運転動作点は、図６の○印にて示した特性ａのカーブ上の低減直前の運転動作点から特性ｃのカーブ上の低減直後の運転動作点に移動したのち、電力最大化制御によって特性ｃのカーブ上に付した矢印の方向へ徐々に移動する。、そして、日射量の少ないときの特性ｃおよび特性ｄに基づいて、電力最大化制御後の入力電流指令値Ｐ３の微小増減の範囲で最大電力を得られるように運転を継続することができる。
【００４９】
なお、その時点で発電電力制御用電力変換器４へ入力されている入力電流値から所定の演算によって算出される入力電流低減値は、例えば、入力電流低減値＝入力電流値−α（ただし、αは０以上かつ入力電流値未満の任意の数値）としたり、入力電流低減値＝入力電流値×β（ただし、βは０以上かつ１未満の任意の係数）としたりすることができる。
【００５０】
このようにして、電力変換装置２（２Ａ，２Ｂ）は、日射が急低下して日射量が少なくなったときには、入力電流指令値を、その時点の入力電流値から所定の演算によって算出される入力電流低減値と同じ値にして電力最大化制御を行う。
【００５１】
すなわち、本発明の第５実施形態に係る電力変換装置２（２Ａ，２Ｂ）によれば、電力最大化制御器７は、電源１から発電電力制御用電力変換器４へ入力される入力電流値１１が入力電流指令値１３に比べて所定値以上小さくなったとき、または、電源１から発電電力制御用電力変換器４へ入力される入力電圧値１０が所定時間内に所定値以上小さくなったときには、入力電流指令値をその時点の入力電流値から所定の演算によって算出される入力電流低減値と同じ値にして電力最大化制御を行っている。これによって、日照等の変化によって入力が急低下したときでも、電力変換装置２（２Ａ，２Ｂ）は、電力最大化制御の制御可能範囲から逸脱したままとなる動作を回避することができ、交流系統に対して継続して電力を供給することができる。さらに、最大（極大）電力を得られる運転動作点に戻るまでの時間を第３実施形態に比べて短くすることができる。
【００５２】
以上、本発明を５つの実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記の各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明によれば、日射量が変動しても最大電力点追従制御を実行しながら交流系統に対して安定した系統連系を行うことができるので、系統連系用の太陽光発電電力変換システムとして有効に利用することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１  電源
２，２Ａ，２Ｂ，２０  電力変換装置
３  交流系統
４  発電電力制御用電力変換器
５  系統連系用電力変換器
６  入力電力演算部
７  電力最大化制御器（制御部）
８  電流制御器（制御部）
９  系統電圧低下時入力電力低減制御器
１０  入力電圧値
１１  入力電流値
１２  入力電力値
１３  入力電流指令値
１４  発電電力制御用電力変換指令値
１５  系統電圧値
１６  入力電力低減指令
１７  入力電流指令値／入力電流値比較部
１８  入力電流指令値低減指令
１９  入力電圧値急低下検出部
【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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