(57)【要約】【課題】太陽電池の発電出力の変化に対する最大電力点追従速度の高速化を図りながら、出力電力の時間安定性を向上する。【解決手段】太陽電池２の出力電力を演算する電力演算部４と、太陽電池２に接続される電力変換器５と、電力変換器５を制御する最大電力点追従制御部６と、を備える太陽光発電制御装置３である。最大電力点追従制御部６は可変周期決定手段６１を備え、可変周期決定手段６１は、出力電圧を電圧ステップ幅ΔＶ変化させた前後の出力電力差の絶対値が大きいほど、短い可変周期（Ｔ1、Ｔ2またはＴ3）を設定する。最大電力点追従制御部６は、可変周期決定手段６１で設定された可変周期（Ｔ1、Ｔ2またはＴ3）毎に、太陽電池２の出力電圧を電圧ステップ幅ΔＶ変化させ、太陽電池２の出力電力が最大電力点となるように電力変換器５を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池の直流出力を電力変換器で交流に変換する太陽光発電制御装置であって、太陽電池の出力電力を最大電力点追従制御部に入力して電圧指令値を生成し、生成された電圧指令値に基づいて自動電圧調整器及び電力変換器を介して周期的に電圧変動させながらＭＰＰＴ制御を行うものにおいて、
前記最大電力点追従制御部に可変周期決定手段が設けられ、
前記可変周期決定手段は、前記太陽電池の前記電圧変動前後の出力電力の変化量の大きさに応じて、前記電圧変動させる制御周期の長さを変更し、
前記最大電力点追従制御部は、変更された制御周期にしたがってＭＰＰＴ制御を行う
ことを特徴とする太陽光発電制御装置。
【請求項２】
太陽電池の直流出力を電力変換器で交流に変換し、太陽電池の出力電力を最大電力点追従制御部に入力して電圧指令値を生成し、生成された電圧指令値に基づいて自動電圧調整器及び電力変換器を介して周期的に電圧変動させながらＭＰＰＴ制御を行う太陽光発電制御装置の最大電力点追従制御方法であって、
前記太陽電池の前記電圧変動前後の出力電力の変化量の大きさに応じて、前記電圧変動させる制御周期の長さを変更し、
変更された制御周期にしたがってＭＰＰＴ制御を行う
ことを特徴とする最大電力点追従制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電制御装置とその制御方法に係わる。特に、太陽電池に接続した電力変換器（パワーコンディショナ（ＰＣＳ））を制御することによって、太陽電池から現時点の最大電力を取り出す制御装置と制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電システムでは、太陽光パネル（すなわち、太陽電池）の発電電力を最大電力とするために最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ制御）が行われる。ＭＰＰＴ制御では、気候（日射量や気温）によって変動する太陽光パネルの出力電力を最大電力点により早く到達するように制御し、太陽光パネルの変換効率の向上が図られている（例えば、特許文献１乃至６）。
【０００３】
一般的なＭＰＰＴ制御では、例えば、図５のフローに示すような山登り法と称される手法が用いられる。山登り法は、ある固定周期Ｔ毎に、太陽電池の出力電圧Ｖを予め定められた電圧ステップ幅ΔＶ変化（出力電圧を増加させたらＶflag＝１、出力電圧を減少させたらＶflag＝０）させる。そして、ステップＳ６で出力電圧がＶ＋ΔＶ（または、Ｖ−ΔＶ）のときの太陽電池の出力電力Ｐと、出力電圧がＶのときの太陽電池の出力電力Ｐoldと、の大きさを比較する。Ｐ＞Ｐoldの場合、ステップＳ７に移り出力電力が増加したと設定（Ｐflag＝１）される。また、Ｐ＜Ｐoldの場合、ステップＳ８に移り出力電力が減少したと設定（Ｐflag＝０）される。なお、Ｐ＝Ｐoldの場合（すなわち、動作電圧を変化させても太陽電池の出力電力が変化しない場合）は、日没時や曇等、日射量が非常に弱い状態であると判断される。このような極低出力状態が一定時間継続すると、太陽電池は負荷や系統から切り離されることとなるので、Ｐ＝Ｐoldの場合に出力電力が増加と設定しても減少と設定しても特に問題とはならない。次に、ステップＳ９で電圧ステップ幅ΔＶの変化方向（Ｖflag）と出力電力の変化方向（Ｐflag）の論理演算が行われ、次に変化させる電圧ステップ幅ΔＶの変化方向の設定が行われる。具体的には、ΔＶ増加で出力電力増加またはΔＶ減少で出力電力減少であれば、ステップＳ１０に移り電圧ステップ幅ΔＶの変化方向が増加（Ｖflag＝１）に設定され、ΔＶ増加で出力電力減少またはΔＶ減少で出力電力増加であればステップＳ１１に移り電圧ステップ幅ΔＶの変化方向が減少（Ｖflag＝０）に設定される。最後に、ステップＳ１２で現在の出力電力がＰoldに設定される。そして、固定周期Ｔ後にステップＳ１０（または、ステップＳ１１）で設定された方向に太陽電池の出力電圧が電圧ステップ幅ΔＶ変化させられ、再びステップＳ６〜Ｓ１２のフローが繰り返されることとなる。つまり、この手法では、太陽電池の出力電圧Ｖを電圧ステップ幅ΔＶ変化させ、出力電圧を変化させた方向と、そのときの出力電力の変化方向で、次に太陽電池の出力電圧をどちらかに変化させるかを決める方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１４６２７９号公報
【特許文献２】特開２０１４−１６６９０号公報
【特許文献３】特開平９−２５８８３８号公報
【特許文献４】特開２０１４−６７４７号公報
【特許文献５】特開２０１０−２５０６０５号公報
【特許文献６】特開２０１０−２３８２６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、この方法では、固定周期Ｔで太陽電池の出力電圧を変化させるため、最大電力点への到達に時間がかかるおそれがある。また、最大電力点においても固定周期Ｔで太陽電池の電圧を変動させるため、出力電圧は固定周期Ｔで振動的になる。
【０００６】
上記事情に鑑み、本発明は、太陽電池の発電出力の変化に対する最大電力点追従速度の高速化を図りながら、出力電力の時間安定性の向上に貢献する技術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】
【０００７】
上記目的を達成する本発明の太陽光発電制御装置は、太陽電池の直流出力を電力変換器で交流に変換する太陽光発電制御装置であって、太陽電池の出力電力を最大電力点追従制御部に入力して電圧指令値を生成し、生成された電圧指令値に基づいて自動電圧調整器及び電力変換器を介して周期的に電圧変動させながらＭＰＰＴ制御を行うものにおいて、前記最大電力点追従制御部に可変周期決定手段が設けられ、前記可変周期決定手段は、前記太陽電池の前記電圧変動前後の出力電力の変化量の大きさに応じて、前記電圧変動させる制御周期の長さを変更し、前記最大電力点追従制御部は、変更された制御周期にしたがってＭＰＰＴ制御を行うことを特徴としている。
【０００８】
また、上記目的を達成する本発明の最大電力点追従制御方法は、太陽電池の直流出力を電力変換器で交流に変換し、太陽電池の出力電力を最大電力点追従制御部に入力して電圧指令値を生成し、生成された電圧指令値に基づいて自動電圧調整器及び電力変換器を介して周期的に電圧変動させながらＭＰＰＴ制御を行う太陽光発電制御装置の最大電力点追従制御方法であって、前記太陽電池の前記電圧変動前後の出力電力の変化量の大きさに応じて、前記電圧変動させる制御周期の長さを変更し、変更された制御周期にしたがってＭＰＰＴ制御を行うことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
以上の発明によれば、太陽電池の発電出力の変化に対する最大電力点追従速度の高速化を図りながら、出力電力の時間安定性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る太陽光発電システムの概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る可変周期の設定手順のフローを示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係るＭＰＰＴ制御のフローを示す図である。
【図４】太陽電池の出力電圧と出力電力の関係の一例を示す特性図である。
【図５】従来技術に係るＭＰＰＴ制御のフローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態に係る太陽光発電制御装置及び最大電力点追従制御方法について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
図１に示すように、本発明の実施形態に係る太陽光発電システム１は、太陽電池２と、太陽光発電制御装置３と、を備える。
【００１３】
太陽光発電制御装置３は、太陽電池２の出力電力を演算する電力演算部４と、太陽電池２に接続される電力変換器５と、電力変換器５を制御する最大電力点追従制御部６と、を備える。
【００１４】
電力演算部４は、太陽電池２の出力電流を検出する電流検出器７及び太陽電池２の出力電圧を検出する電圧検出器８からの信号が入力され、太陽電池２の出力電力を演算する。演算により得られた出力電力は最大電力点追従制御部６に入力される。
【００１５】
電力変換器５は、例えば、ＤＣ／ＡＣ変換機能を有するＰＷＭインバータである。電力変換器５は、電力系統９に連系されており、太陽電池２の太陽光パネルで発生した直流電力が交流電力に変換されて電力系統９に出力される。
【００１６】
最大電力点追従制御部６は、可変周期（制御周期）毎に自動電圧調整器１０（ＡＶＲ）に電圧指令値を送信し、太陽電池２の出力電力が最大電力点となるように電力変換器５を制御する。最大電力点追従制御部６は、可変周期を決定する可変周期決定手段６１を有し、可変周期決定手段６１により決定された可変周期毎に、太陽電池２の出力電圧を現在の出力電圧より電圧ステップ幅ΔＶだけ増加（若しくは、減少）させる電圧指令値を自動電圧調整器１０に送信する。自動電圧調整器１０は、太陽電池２の出力電圧が、電圧検出器８で検出された出力電圧から電圧ステップ幅ΔＶ増加（若しくは、減少）した電圧となるように電力変換器５を制御する。つまり、ＭＰＰＴ制御を行うパラメータは電圧指令値のみであり、電力変換器５への電圧指令値を変化させて太陽電池２の直流電圧動作点を調整することでＭＰＰＴ制御が行われることとなる。
【００１７】
図２，３を参照して最大電力点追従制御部６におけるＭＰＰＴ制御手順について説明する。
【００１８】
［可変周期の設定手順］
可変周期の設定は、図２のフローにしたがって行われる。なお、現在の出力電圧Ｖから増加させる電圧ステップ幅ΔＶは、予め定められた一定値である。また、可変周期を変更するしきい値をＡ，Ｂ（Ａ＜Ｂ）、設定される可変周期をＴ1，Ｔ2，Ｔ3（Ｔ1＜Ｔ2＜Ｔ3）として説明する。
【００１９】
最大電力点追従制御部６は、設定された可変周期（Ｔ1，Ｔ2またはＴ3）毎に太陽電池２の出力電圧を、電圧ステップ幅ΔＶ増加（若しくは、減少）させる電圧指令値を自動電圧調整器１０に送信する。自動電圧調整器１０は、電圧検出器８で得られた現在の太陽電池２の出力電圧Ｖから電圧ステップ幅ΔＶだけ増加（若しくは、減少）した出力電圧Ｖ＋ΔＶ（若しくは、Ｖ−ΔＶ）となるように電力変換器５を制御する。
【００２０】
最大電力点追従制御部６の可変周期決定手段６１では、ステップＳ１で出力電圧がＶのときの有効電力Ｐoldと、出力電圧がＶ＋ΔＶ（若しくは、Ｖ−ΔＶ）のときの有効電力Ｐの差分の絶対値（以下、差分という）を取り、この差分に応じて可変周期を設定する。つまり、出力電力の差分がＡ以下であればステップＳ５で可変周期はＴ3に設定される。また、差分がＡより大きい場合にはステップＳ２に移って差分がＢ以下であるか否かが判断される。差分がＢ以下であればステップＳ４で可変周期はＴ2に設定され、それ以外であればステップＳ３で可変周期はＴ1に設定される。
【００２１】
具体例を挙げて説明すると、Ａ＝１ｋＷ、Ｂ＝５ｋＷ、Ｔ1＝１秒、Ｔ2＝１０秒、Ｔ3＝２０秒の場合、｜Ｐ−Ｐold｜≦１ｋＷのときは、２０秒毎にＭＰＰＴ制御が行われる。また、１ｋＷ＜｜Ｐ−Ｐold｜≦５ｋＷのときは、１０秒毎にＭＰＰＴ制御が行われ、｜Ｐ−Ｐold｜＞５ｋＷのときは、１秒毎にＭＰＰＴ制御が行われる。
【００２２】
［ＭＰＰＴ制御手順］
最大電力点追従制御部６は、設定された可変周期毎に図３のフローにしたがってＭＰＰＴ制御を行う。なお、最大電力点追従制御部６のＭＰＰＴ制御方法は、図５に示した従来のＭＰＰＴ制御方法において制御周期を可変周期としたものである。よって、従来のＭＰＰＴ制御方法と同じステップについては同じ符号を付して説明する。
【００２３】
まず、ステップＳ６で太陽電池２の出力電圧を電圧ステップ幅ΔＶ変化させる前後の出力電力の増減（すなわち、Ｐ＞Ｐoldであるか否か）を判定する。つまり、Ｐ＞Ｐoldであれば、出力電圧を電圧ステップ幅ΔＶ変化させたことにより出力電力が増加しており、ステップＳ７に移って出力電力が増加（Ｐflag＝１）に設定される。また、Ｐ＜Ｐoldであれば、出力電圧を電圧ステップ幅ΔＶ変化させたことにより出力電力が減少しており、ステップＳ８に移って出力電力が減少（Ｐflag＝０）に設定される。
【００２４】
次に、ステップＳ９で出力電力の増減方向（Ｐflag）と電圧ステップ幅ΔＶの増減方向（Ｖflag）に応じて、最大電力点追従制御部６が電圧ステップ幅ΔＶ増加させるか減少させるかの判定が行われる。
【００２５】
具体的に説明すると、電圧ステップ幅ΔＶを増加させたときに、出力電力が増加（Ｖflag＝１＆Ｐflag＝１）したら、ステップＳ１０に移って電圧ステップ幅ΔＶを増加（Ｖflag＝１）させるように設定し、出力電力が減少（Ｖflag＝１＆Ｐflag＝０）したら、ステップＳ１１に移って電圧ステップ幅ΔＶを減少（Ｖflag＝０）させるように設定する。同様に、電圧ステップ幅ΔＶを減少させたときに、出力電力が増加（Ｖflag＝０＆Ｐflag＝１）したら、ステップＳ１１に移って電圧ステップ幅ΔＶを減少（Ｖflag＝０）させるように設定し、出力電力が減少（Ｖflag＝０＆Ｐflag＝０）したら、ステップＳ１０に移って電圧ステップ幅ΔＶを増加（Ｖflag＝１）させるように設定する。
【００２６】
つまり、最大電力点追従制御部６は、電圧を一方向に変化（増加または減少）させていき、出力電力が増加から減少に転換すると、電圧を変化させる方向を逆方向にする。この手順を繰り返すことにより、太陽電池２は出力電力が常に最大となる最適動作点に制御されることとなる。
【００２７】
この制御では、図３のフローのＥＮＤに来たら、設定された可変周期（Ｔ1，Ｔ2またはＴ3）後に図２のフローのＳＴＡＲＴに戻り可変周期が設定された後に再び図３のフローにしたがったＭＰＰＴ制御が行われる。つまり、ＭＰＰＴ制御を行う時間間隔は、設定された可変周期（Ｔ1，Ｔ2またはＴ3）となる。したがって、最大出力点付近で出力電力の偏差が小さいときはＭＰＰＴ制御を行う時間間隔が長くなり太陽電池２からの出力電力の振動が抑制される。また、出力電圧が最大出力点をはずれて出力電力の偏差が大きくなったときは、ＭＰＰＴ制御を行う時間間隔が短くなり、最大電力点に到達する時間が早くなる。
【００２８】
以上のような本発明の実施形態に係る太陽光発電制御装置３及び最大電力点追従制御方法によれば、最大電力点に近づくまでは太陽電池２の動作電圧を変化させて発生電力の様子を見る時間間隔を短くし、最大電力点付近では太陽電池２の動作電圧を変化させる時間間隔を長くし、出力電圧の振動を抑制することができる。その結果、最大電力点に達する時間を短くし、最大電力点付近では出力電圧の時間安定性が向上する。
【００２９】
すなわち、演算された電力偏差が大きいほど可変周期を短くすることで、最大電力点に到達する時間を短くすることができる。また、最大電力点付近では演算周期を長くすることで、出力電圧の時間軸に対する安定性が向上する。
【００３０】
図４に示すように、最大電力点である動作点Ｘにおいて安定して出力電力Ｐxで動作している場合、日射量、温度が安定していれば、最大電力点（すなわち、動作点Ｘ）の移動はほとんどなく、ＭＰＰＴ制御の演算を短い時間間隔でする必要性は低下する。
【００３１】
しかし、動作点Ｘに到達後、日照、温度が変化した場合、最大電力点となる動作点が移動するので、移動した最大電力点（図４では、動作点Ｚ）に早く到達させる必要がある。例えば、太陽電池２の直流電圧が同一であれば、日射量や温度が低減したときの太陽電池２の出力電力はＰyとなる。そこで、ＭＰＰＴ制御を行い、太陽電池２の動作点を、動作点Ｙから動作点Ｚに移動させる必要がある。
【００３２】
このとき、太陽光発電制御装置３では、動作点Ｙで電圧ステップ幅ΔＶ変化させたときの電力出力変動がＢより大きければ可変周期はＴ1に設定され、Ａより大きくＢ以下であれば可変周期はＴ2に設定されることとなる。そして、設定された可変周期Ｔ1（またはＴ2）毎に電圧ステップ幅ΔＶを変化させるとことで、安定性に欠けるものの、より早く太陽電池２の出力電力を動作点Ｚに移動させることができる。また、動作点Ｚに到達した後は、可変周期Ｔ1（またはＴ2）より長い可変周期Ｔ3でＭＰＰＴ制御を継続することで、太陽電池２の出力電力を動作点Ｚ付近で維持できるとともに、時間的な出力変動が少ない安定な出力電力とすることができる。さらに、ＭＰＰＴ制御を行う演算量も少なく演算部での負荷を低減することができる。
【００３３】
なお、本発明の実施形態の説明では、本発明の好ましい態様を示して説明したが、本発明は実施形態に限定されるものではなく、発明の特徴を損なわない範囲において適宜設計変更が可能である。
【００３４】
例えば、実施形態の説明では、２点のしきい値Ａ，Ｂを設定し、可変周期を３段階（Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3）に変化させているが、可変周期は２段階や４段階以上に変更させることもできる。
【符号の説明】
【００３５】
１…風力発電システム
２…太陽電池
３…太陽光発電制御装置
４…電力演算部
５…電力変換器
６…最大電力点追従制御部
６１…可変周期決定手段
７…電流検出器
８…電圧検出器
９…電力系統
１０…自動電圧調整器
【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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