CN105359051B - 太阳能发电系统的控制系统和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供最优地进行功率抑制解除时的功率控制的技术。太阳能发电系统的控制系统包括逆变器(21)、计测部(22)、MPPT+功率控制部(23)、AVR(24)、PWM(25)，MPPT+功率抑制部(23)包括：基于由计测部(22)测得的PV阵列(1)的工作电压和输出电流值计算PV阵列(1)的工作电压指令值的MPPT的功能部，和从日出到日落包括低日照的情况在内始终基于最大功率点追踪状态下的电压指令输出进行控制的功率控制部的功能部。

Description

太阳能发电系统的控制系统和控制方法

技术领域

本发明涉及太阳能发电系统的控制系统和控制方法。

背景技术

太阳能发电系统(PV系统)包括由太阳能电池组件(PV组件)组合而成的PV阵列，和进行PV阵列的动作控制，并将产生的直流电力转换为实际使用的电力形态的功率调节器(PCS)。PV阵列的能获取的最大功率随温度和日照量等运行环境而发生变化。PV阵列工作中的电压和电流的组合称为工作点，能获取最大发电功率的工作点(最大功率点)也随运行环境而变化。因此，大多的PV系统在PCS中安装了对工作点进行控制以追踪最大功率点的最大功率点追踪机构(MPPT)。

例如，在将PV阵列发出的电力出售给电力公司的情况下，为了将电力供给到电力公司建设的商用电力系统中，需要将直流电力转换为交流以不对商用电力系统造成干扰，并且根据商用电力系统相应进行电压、频率的调整。PCS通过MPPT生成电压控制指令值，根据其与PV阵列的工作电压的差通过比例积分(PI)控制将该电压控制指令值转换为电流控制指令值，基于该电流控制指令值产生栅极控制信号，利用逆变器的PWM控制下的开关动作来进行交流电力的调整。

PCS的转换容量通常设定为与所控制的PV阵列的额定发电量相比能够稍微有些裕量的程度。因此，在气温低但日照强的情况下，或因发生时效老化导致处理能力下降等情况下，PV阵列的发电量可能会超过PCS的转换容量。并且，还存在若维持发电则PCS将会故障的情况，例如因某种原因导致PCS发生异常加热的情况。为了应对这样的状况，PCS上附加有功率抑制功能。功率抑制功能指的是，通过使工作点从最大功率点转移至较低的发电功率点来在避免PCS发生异常的同时继续维持发电的功能。这样的功率抑制机构也会因电力系统保护之目的而启动。对于电力系统一侧发生的电压变动等异常，存在若继续从PV系统供给电力则会加速异常的情况。

PCS中的功率抑制的方法，例如专利文献1中已有公开。专利文献1的功率抑制方法中，基于PV阵列的工作电压值和输出电流通过MPPT生成电压控制指令值，通过PI控制将其转换为电流控制指令值，并将该指令值与上限极限值比较，根据需要输出电流控制值来实现功率抑制。在专利文献1的图1的结构中，从PV阵列输出的电压和电流由计测部计测，此处计算出的功率值被输出到MPPT，测得的电压值被输出到AVR(Automatic VoltageRegulator：自动电压调节器)。在MPPT中，基于测得的功率值计算下一步骤的电压指令值，将其输出到AVR。在AVR中，基于电压计测值与电压指令值的差通过PI控制输出用于进行PWM控制的电流指令值。输出的电流指令值被输入到功率抑制部。功率抑制部以根据功率抑制信号抑制发电功率的方式生成用于PWM控制的电流控制值。与电流指令值相较，输出的是使逆变器的导通比减小的电流值。即，在基于功率抑制信号输出电流控制值的情况下，基于MPPT产生的电流指令值被其取代。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-113495号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

上述专利文献1的功率抑制方法中，在进行功率抑制的期间，持续使用基于极限控制而决定的电流值取代根据从MPPT输出的电压指令值而决定的电流指令值，因此意味着在进行功率抑制的期间中，MPPT控制没有在进行。因而，在功率抑制期间因日照变动导致PV阵列的输出低于功率抑制值等情况下，PV阵列的工作点不能被适当地控制，恢复至最大功率点的控制需要花费时间，导致发电功率损耗。

因此，本发明为解决上述问题而实施，本发明的有代表性的目的为，提供一种最优地进行从功率抑制期间中解除功率抑制时的电压控制的技术。

本发明的上述及其它目的和新颖的技术特征，能够根据本说明书的记载和附图而明确。

解决问题的技术方案

本申请公开的技术方案中，有代表性者的概要简单说明如下。

(1)本发明有代表性的太阳能发电系统的控制系统包括：设定太阳能电池阵列的工作电压，并将上述太阳能电池阵列输出的直流电力转换为交流的逆变器；计测上述太阳能电池阵列输出的电流和电压的计测部；和基于由上述计测部测得的上述太阳能电池阵列的工作电压和输出电流值计算上述太阳能电池阵列的工作电压指令值的最大功率点追踪部。此外还包括：对由上述计测部测得的上述太阳能电池阵列的工作电压值与由上述最大功率点追踪部设定的上述太阳能电池阵列的工作电压指令值进行比较，基于它们的差进行比例积分控制的自动电压调整部；和基于由上述自动电压调整部输出的电流指令值生成上述逆变器的栅极信号的脉冲宽度调制信号生成部。此外还包括从日出到日落包括低日照的情况在内始终基于最大功率点追踪状态下的电压指令输出来进行控制的功率控制部。

(2)本发明有代表性的太阳能发电系统的控制方法是包括逆变器、计测部、最大功率点追踪部、自动电压调整部、脉冲宽度调制信号生成部和功率控制部的太阳能发电系统的控制方法。在上述太阳能发电系统的控制方法中，上述功率控制部从日出到日落包括低日照的情况在内始终基于最大功率点追踪状态下的电压指令输出进行上述太阳能发电系统的控制。

发明效果

本申请公开的技术方案中，根据有代表性者而获得的技术效果简单说明如下。

即，有代表性的技术效果是，能够最优地进行从功率抑制期间中解除功率抑制时的电压控制。其结果是，在功率抑制期间中发生日照变动时，或从功率抑制状态向通常运行状态转移时，能够将发电功率损耗抑制得较低。

附图说明

图1是表示本发明实施方式1中太阳能发电系统的结构之一例的框图。

图2是表示本发明实施方式1中最大功率点追踪之一例的流程图。

图3是表示本发明实施方式1中太阳能电池阵列的电压－功率特性与实施了功率抑制的情况下的工作点之一例的图。

图4是表示本发明实施方式1中功率抑制时的最大功率点追踪控制之一例的时序图。

图5是表示本发明实施方式2中太阳能发电系统的结构之一例的框图。

图6是表示本发明实施方式2中最大功率点追踪之一例的流程图。

图7是表示图6中通过MPPT决定电压指令值之一例的流程图。

图8是表示本发明实施方式2中功率抑制时的最大功率点追踪控制之一例的时序图。

图9是表示本发明实施方式3中最大功率点追踪之一例的流程图。

图10是表示图9中通过MPPT决定电压指令值之一例的流程图。

图11是表示本发明实施方式3中最大功率点追踪的工作电压设定方法中的查找表的生成方法之一例的图。

图12是表示本发明实施方式3中通过图11生成的查找表之一例的图。

图13是表示本发明实施方式3中功率抑制时的最大功率点追踪控制之一例的时序图。

图14是表示本发明实施方式4中，使用了根据太阳能发电系统的最低工作电压决定的阈值的功率抑制解除时的工作电压设定方法之一例的图。

图15是表示本发明实施方式5中，在低日照下的恒压工作时也作为最大功率点追踪控制的一个环节输出恒压指令值的控制之一例的流程图。

图16是表示本发明实施方式5中用于说明低日照下的恒压控制的太阳能发电系统的电压-功率关系之一例的图。

图17是表示本发明实施方式5中功率抑制时的最大功率点追踪控制之一例的时序图。

具体实施方式

在以下的实施方式中，在有必要时为了便于说明而分成多个章节或实施方式来描述，但除了特别明确说明的情况之外，它们之间并非无关而是存在这样的关系，即，其中的一方为另一方的一部分或全部变形例、细节、补充说明等。此外，在以下实施方式中，在提及要素的数字等(包括个数、数值、量、范围等)的情况下，除了特别明确说明的情况和从原理上明显限定为特定数字的情况之外，并不限定于该特定数字，可为特定数字以上或以下。

进一步地，在以下的实施方式中，其结构要素(包括步骤要素等)除了特别明确说明的情况和从原理上明显理解为是必须的情况之外，都不一定是必须的，这一点无需明言。同样地，在以下的实施方式中，在提及结构要素等的形状、位置关系等时，除了特别明确说明的情况和从原理上明显地理解为并不可行的情况之外，包括实质上与其形状等近似或类似的要素。这一点对于上述数值和范围也是同样的。

[实施方式概要]

首先对实施方式概要进行说明。本实施方式用于实现最优地进行功率抑制解除时的电压控制。具体而言，涉及在功率抑制时也使MPPT控制有效，在功率抑制解除时也继续进行MPPT的方法，此外，在功率抑制解除后计算太阳能电池阵列的工作电压指令值时，根据由太阳能(太阳光)发电系统的工作下限值决定的电压阈值与电压测量值的大小关系来改变MPPT中的电压指令值计算方法。为了在功率抑制时使MPPT控制有效，不采用将用于控制太阳能电池阵列的状态的电压指令值在转换为电流控制信号的状态下与带来功率抑制的电流控制值比较而进行取代的方法，而是采用将与电压控制值相应的功率与要抑制的功率值比较来更新控制值的方法。

接着，在实施方式概要中，针对有代表性的太阳能发电系统的控制系统和控制方法进行说明。在本实施方式概要中，作为一例，在括号内标注与实施方式对应的结构要素、符号等进行说明。

(1)本实施方式的有代表性的太阳能发电系统的控制系统(图1的功率调节器2、图5的功率调节器2a)包括：设定太阳能电池阵列(PV阵列1)的工作电压，并将上述太阳能电池阵列输出的直流电力转换为交流的逆变器(逆变器21)；计测(测量)上述太阳能电池阵列输出的电流和电压的计测部(计测部22)；和基于由上述计测部测得的上述太阳能电池阵列的工作电压和输出电流值计算上述太阳能电池阵列的工作电压指令值的最大功率点追踪部(MPPT+功率控制部23的MPPT、MPPT23a)。此外还包括：对由上述计测部测得的上述太阳能电池阵列的工作电压值与由上述最大功率点追踪部设定的上述太阳能电池阵列的工作电压指令值进行比较，基于它们的差进行比例积分控制的自动电压调整部(自动电压调整部24)；和基于由上述自动电压调整部输出的电流指令值生成上述逆变器的栅极信号的脉冲宽度调制信号生成部(脉冲宽度调制信号生成部25)。此外还包括从日出到日落包括低日照的情况在内始终基于最大功率点追踪状态下的电压指令输出来进行控制的功率控制部(MPPT+功率控制部23的功率控制部、功率控制部23b)。

(2)本实施方式的有代表性的太阳能发电系统的控制方法是包括逆变器、计测部、最大功率点追踪部、自动电压调整部、脉冲宽度调制信号生成部和功率控制部的太阳能发电系统的控制方法(图2、图6和图7、图9和图10、图15)。上述太阳能发电系统的控制方法，上述功率控制部(图1的MPPT+功率控制部23的功率控制部、图5的功率控制部23b)中，从日出到日落包括低日照的情况在内始终基于最大功率点追踪状态下的电压指令输出进行上述太阳能发电系统的控制。

以下根据附图对基于上述实施方式概要的各实施方式进行详细说明。在用于说明各实施方式的所有图中，原则上对具有相同功能的部分标注相同符号，省略重复说明。

[实施方式1]

使用图1～图4对本实施方式1的太阳能发电系统的控制系统和控制方法进行说明。

＜系统结构＞

首先，图1表示本实施方式的太阳能发电系统的结构。图1是表示本实施方式中太阳能发电系统的结构之一例的框图。更具体而言，图1中表示了在功率抑制时也使MPPT控制有效的功率调节器的结构之一例。

太阳能发电系统包括太阳能电池(PV)阵列1、与该PV阵列1连接的功率调节器2和与该功率调节器2连接的电力系统3。

功率调节器2包括逆变器21、计测部22、最大功率点追踪部(MPPT)+功率控制部23、自动电压调整部(AVR)24和脉冲宽度调制信号生成部(PWM)25。

逆变器21是设定PV阵列1的工作电压，并将PV阵列1输出的直流电力转换为交流的逆变器。

计测部22是计测PV阵列1输出的电流和电压的计测部。

MPPT+功率控制部23包括MPPT的功能部和功率控制部的功能部。MPPT的功能部是基于由计测部22测得的PV阵列1的功率(根据工作电压和输出电流值计算)计算PV阵列1的工作电压指令值的最大功率点追踪部。功率控制部的功能部是以功率抑制信号为输入，从日出到日落包括低日照的情况在内始终基于MPPT下的电压指令输出进行控制的功率控制部。更具体而言，功率控制部的功能部具有在太阳能发电系统的功率被抑制时也通过MPPT设定太阳能电池阵列的工作电压的功能，和在将太阳能发电系统的控制电压保持为一定的情况下也通过MPPT设定太阳能电池阵列的工作电压的功能等。

AVR24是对由计测部22测得的PV阵列1的工作电压值与由MPPT+功率控制部23设定的PV阵列1的工作电压指令值进行比较，基于它们的差进行比例积分控制的自动电压调整部。

PWM25是基于由AVR24输出的电流指令值生成逆变器21的栅极信号的脉冲宽度调制信号生成部。

在太阳能发电系统中，PV阵列1产生的直流电力被功率调节器2内的逆变器21转换为交流，逆向潮流到电力系统3中。PV阵列1的输出电流和电压由计测部22计测，将功率值发送给MPPT+功率控制部23，将电压值发送给AVR24。MPPT+功率控制部23中，获得与输出的功率指令值对应的功率计测值，基于它们的值决定下一步骤的电压指令值。决定下一步骤的电压指令值时使用的电压指令值和与其对应的功率计测值并不仅限于其前一步骤的值，是根据所使用的MPPT的方法而决定的。MPPT的方法已有众多提案，可以使用它们中的任一方法。

＜动作流程＞

本实施方式中，以爬山法为例说明在功率抑制时也使MPPT控制有效的状态下对功率进行抑制的方法。图1的MPPT+功率控制部23所示的模块的动作流程表示在图2中。图2是表示在功率抑制时也使最大功率点追踪控制有效的最大功率点追踪之一例的流程图。

首先，在步骤S101中设定电压初始值V₀、电压更新幅度ΔV、方向sign(←+1)。接着，在步骤S102中，作为初始电压指令值输出V₀，通过计测部22获取V₀下的功率计测值P₀。然后，在步骤S103、S104中，作为电压指令值输出比V₀大ΔV的电压V₁(V₁←V₀+sign×ΔV)，通过计测部22获取V₁下的功率计测值P₁。

接着，在步骤S105中比较P₀与P₁(P₁＞P₀？)，决定要更新的电压指令值在使电压增大的方向还是减小的方向。若P₁较大(S105：“是”)，则对V₁加上ΔV以使下一电压指示值大于V₁。而若P₀较大(S105：“否”)，则从V₁减去ΔV以使电压减小。实际的电压指令值的更新在步骤S110的V₁的计算中进行，计算时的ΔV的符号是根据P₀与P₁的大小关系在步骤S106A(sign←+1×sign)或步骤S106B(sign←－1×sign)中决定的。

之后，在步骤S107中更新功率抑制值P_limit。在不需要功率抑制的情况下，输入PCS的额定功率作为P_limit即可。在步骤S108中，比较P₁与P_limit(P_limit＞P₁？)，若P₁较小(S108：“是”)，则不需要功率抑制，直接前进至步骤S110，进行电压指令值和功率计测值的更新(V₁←V₁+sign×ΔV、P₀←P₁)。而在P₁超过P_limit的情况下(S108：“否”)，则需要进行功率抑制，在步骤S109中，使电压指令值的搜索方向反转(sign←－1×sign)，前进至步骤S110。

在步骤S105和步骤S106A或S106B中，电压指令值的搜索方向的设定为在功率增大的方向上增减电压，因此步骤S109中搜索方向反转意味着在功率减小的方向上设定电压指令值。

通过以上步骤，电压指令值被更新，因此返回图2的步骤S104，获取新的电压指令值下的功率值，反复上述步骤。

MPPT+功率控制部23输出的电压指令值如图1所示被输入到AVR24。在AVR24中，根据由计测部22测得的电压计量值和由MPPT+功率控制部23获得的电压指令值的差，进行PI(比例积分)控制，将作为PWM控制信号的电流指令值输出到PWM25。PWM25输出与电流指令值对应的栅极信号，使逆变器21的导通比变化，将PV阵列1的工作电压设定为电压指令值。AVR24和PI控制、PWM25、逆变器21对PV阵列1的工作电压的控制为通常的控制方法，能够通过采用公知的方法来实现。

通过以上的流程，通过在通过MPPT进行电压控制的同时进行功率抑制。

<PV阵列的电压－功率特性>

将PV阵列的电压－功率特性表示在图3中。图3是表示PV阵列的电压－功率特性与实施了功率抑制的情况下的工作点之一例的图。在图3中，横轴是电压、纵轴是功率，30表示PV阵列的电压－功率特性曲线，31表示实施了功率抑制时的一个工作点(A点)，32表示实施了功率抑制时的另一个工作点(B点)。MPP是最大功率点，V_mpp是与最大功率点对应的电压，P_mpp是与最大功率点对应的功率，P_limit-1是一个功率抑制值，P_limit-2是另一个功率抑制值。

在实施功率抑制的时刻电压指令值小于V_mpp的情况下，通过图2所示的控制，工作点以A点31为中心被收敛在±ΔV以内。而在实施功率抑制的时刻电压指令值大于V_mpp的情况下，工作点以B点32为中心被收敛在±ΔV以内。在想要将收敛的点限定到任一者的情况下，在图2的步骤S109中限定sign的符号为+和-中的任一者即可。在+的情况下收敛到B点32，在-的情况下收敛到A点31。在收敛到B点32的情况下，由于电流值小于A点31，因此具有能够抑制配线部的发热的优点。

<时序图>

将依照图2之流程的控制的时序图表示在图4中。图4是表示功率抑制时的最大功率点追踪控制之一例的时序图。在图4中，横轴是时间，纵轴是电压指令值、功率和sign，40表示更新后的功率值(图2的P₁)，41表示一个步骤前的功率值(图2的P₀)。图4中，在P_limit-1的位置实施功率抑制，在Step-A处，功率抑制的值变化至P_limit-2的位置。P_limit-2是比最大功率点P_mpp还大的功率值处的抑制，是事实上没有抑制的状态。之后，在Step-B处，再次变化为P_limit-1处的功率抑制(参照图3)。

<实施方式1的效果>

如上所述，根据本实施方式的太阳能发电系统的控制系统和控制方法，由于具有逆变器21、计测部22、最大功率点追踪部+功率控制部23、自动电压调整部24和脉冲宽度调制信号生成部25，能够实现最优地进行从功率抑制期间解除功率抑制时的电压控制的技术。其结果是，在功率抑制期间中因日照变动等导致发生PV阵列的输出变化时，或从功率抑制状态向通常运行状态转移时，能够将发电功率损耗抑制得较低。具体而言，能够在功率抑制时也使MPPT控制有效，在功率抑制解除时也继续进行MPPT。为了在功率抑制时使MPPT控制有效，不采用将用于控制PV阵列1的状态的电压指令值在像以往那样转换为电流控制信号的状态下与带来功率抑制的电流控制值比较而进行取代的方法，而是能够采用将与电压控制值相应的功率与要抑制的功率值比较来更新控制值的方法来实现。

[实施方式2]

使用图5～图8对本实施方式2的太阳能发电系统的控制系统和控制方法进行说明。以下主要说明与上述实施方式1的不同之处。

在本实施方式中，针对在功率抑制时也使MPPT控制有效的功率调节器的另一结构进行说明。图5是表示包含功率调节器的太阳能发电系统的结构之一例的框图，图6和图7是表示最大功率点追踪之一例的流程图(图5所示的功率控制部和MPPT的控制流程)。图8是表示依照这些流程的功率抑制时的最大功率点追踪控制之一例的时序图。

＜系统结构＞

在图5中，功率调节器2a包括逆变器21、计测部22、最大功率点追踪部(MPPT)23a、功率控制部23b、自动电压调整部(AVR)24和脉冲宽度调制信号生成部(PWM)25。与图1的不同之处在于，MPPT23a和功率控制部23b为各自独立的模块结构。

MPPT23a是基于由计测部22测得、经功率控制部23b获得的PV阵列1的功率(工作电压和输出电流值)，计算PV阵列1的工作电压指令值的最大功率点追踪部。

功率控制部23b是以功率抑制信号、基于由计测部22测得的PV阵列1的功率而从MPPT23a输出的电压指令值为输入，从日出到日落包括低日照的情况在内始终基于最大功率点追踪状态下的电压指令输出进行控制的功率控制部。更具体而言，功率控制部23b具有在太阳能发电系统的功率被抑制时也通过MPPT设定太阳能电池阵列的工作电压的功能，和在将太阳能发电系统的控制电压保持为一定的情况下也通过MPPT设定太阳能电池阵列的工作电压的功能等。

另外，图5中采用了功率值经功率控制部23b提供给MPPT23a的结构，但并非必须采用该结构，也可以采用从计测部22直接输入到MPPT23a的结构。

＜动作流程＞

图6中，首先在步骤S201中通过MPPT设定电压指令值的电压初始值V₀。并且，还设定电压更新幅度ΔV、sign₀(←+1)、sign₁(←+1)。接着，在步骤S202中，通过计测部22获取V₀下的功率计测值P₀。然后在步骤S203中，作为电压指令值设定比V₀大电压更新幅度ΔV的电压V₁(V₁←V₀+sign₀×sign₁×ΔV)。

之后，在步骤S204的分支点，判断是否被实施功率抑制(功率抑制信号On)，若没有实施功率抑制(S204：“否”)则前进至步骤S205，通过MPPT进行功率指令值的设定。只要没有实施功率抑制，就反复进行这样的流程。

而在实施了功率抑制的情况下，在步骤S204(“是”)中向步骤S206分支，依次执行步骤S206～S211。即，进行步骤S206(获取V₁下的P(V₁)(＝P₁))、步骤S207(更新P_limit)。接着，进行步骤S208(P_limit＞P₁？)、步骤S209(sign₀←sign₁、sign₁←+1×sign₁)、步骤S210(sign₀←sign₁、sign₁←－1×sign₁)。之后进行步骤S211(V₁←V₁+sign₀×sign₁×ΔV、P₀←P₁)。

这样，使电压指令值相对于前一个电压指令值按电压更新幅度ΔV单调递增或递减，功率计测值P₁在低于功率抑制值P_limit前持续更新。其利用的是，PV阵列的电压－功率特性如图3所示具有凸出的形状，所以通过使电压指令值单调递增或递减，功率必然减小这一点。

图7表示图6的步骤S205所示的通过MPPT决定电压指令值的流程。在图7中，依次进行步骤S2051(获取V₁下的P₁)、步骤S2052(P₁＞P₀？)、步骤S2053(sign₀←sign₁、sign₁←+1×sign₁)、步骤S2054(sign₀←sign₁、sign₁←－1×sign₁)、步骤S2055(V₁←V₁+sign₀×sign₁×ΔV、P₀←P₁)。

<时序图>

图8是表示依照图6之流程的控制的时序图。在图8中，横轴为时间，纵轴为电压指令值、功率、sign₁、sign₀和功率抑制信号。图8中通过功率抑制信号的ON/OFF(有效/无效)来决定实施了功率抑制(ON)还是没有实施功率抑制(OFF)。

<实施方式2的效果>

如上所述，根据本实施方式的太阳能发电系统的控制系统和控制方法，通过使MPPT23a与功率控制部23b为各自独立的模块结构，作为与上述实施方式1不同的效果，能够获得如下效果。例如，在MPPT23a中可以无需考虑功率抑制，因此具有MPPT算法易于实现的优点。并且，根据功率抑制信号的ON/OFF来决定前往功率抑制处理的分支，所以能够缩短不需要功率抑制的情况下的处理时间。这样，在本实施方式的结构中，由于将功率抑制处理分离，所以作为功率抑制处理与上述实施方式1的结构相比更易于引入不同的功率抑制方法，例如不是发电功率的抑制，而是将应当抑制的功率用于蓄电池的充电等。

[实施方式3]

使用图9～图13对本实施方式3的太阳能发电系统的控制系统和控制方法进行说明。以下主要说明与上述实施方式1和2的不同之处。

在本实施方式中，针对在功率抑制时也使MPPT有效的使用了图5的结构的不同控制例进行说明。控制流程表示在图9和图10中。与图6和图7所示的控制流程大致相同，但功率抑制信号为ON的情况下的控制存在不同。图6和图7所示的控制流程中，一边更新电压指令值一边计测功率值来决定电压指令值，但图9和图10中使用表取代了该过程。即，事先准备与太阳能发电系统的额定发电量相应的作为一览表的查找表(LUT)。在LUT中，根据功率抑制值相对于太阳能发电系统的最大发电功率的比例相应地记载了电压指令值。图11和图12表示一例。图13表示时序图。

＜动作流程＞

图9和图10是表示最大功率点追踪之一例的流程图。

图9中，首先在步骤S301中通过MPPT设定电压指令值的电压初始值V₀、电压更新幅度ΔV、功率差阈值ΔP、sign(←+1)。接着，进行步骤S302(获取V₀下的P₀)、步骤S303(V₁←V₀+sign×ΔV)。

之后，在步骤S304的分支点，判断是否被实施功率抑制(功率抑制信号On)，若没有实施功率抑制(S304：“否”)则前进至步骤S305，通过MPPT进行功率指令值的设定。只要没有实施功率抑制，就反复进行这样的流程。

而在实施了功率抑制的情况下，在步骤S304(“是”)中向步骤S306分支，进行步骤S306(更新P_limit)、步骤S307(从LUT中获取与P_limit/P_mpp相应的V_LUT)、步骤S308(V₁←V_LUT)和步骤S309(获取V₁下的P(V₁)(＝P₁))。

接着，在步骤S310的分支点，判断P_limit-P₁是否为0以上ΔP以下(ΔP≥P_limit-P₁≥0？)，在为0以上ΔP以下的情况下(S310：“是”)，前进至步骤S304，反复该流程直至不为0以上ΔP以下。

而若P_limit-P₁不为0以上ΔP以下(S310：“否”)，则向步骤S311分支，进行步骤S311(P₀←P₁、V₁←V₁+sign×ΔV)和步骤S312(获取V₁下的P(V₁)(＝P₁))。

接着，在步骤S313的分支点，判断P₁是否大于P₀(P₁＞P₀？)，若P₁较大(S313：“是”)则进行步骤S314(sign←+1×sign)，若P₀较大(S313：“否”)则进行步骤S315(sign←－1×sign)。

然后，进行步骤S316(P₀←P₁、V₁←V₁+sign×ΔV)和步骤S317(获取V₁下的P(V₁)(＝P₁))。接着，在步骤S318的分支点，判断P_limit-P₁是否为大于0且小于ΔP(ΔP＞P_limit-P₁＞0？)，在为大于0且小于ΔP的情况下(S318：“是”)，前进至步骤S304，若不为大于0且小于ΔP(S318：“否”)，则前进至步骤S313反复进行该流程。

图10表示图9的步骤S305所示的通过MPPT决定电压指令值的流程图。在图10中，依次进行步骤S3051(获取V₁下的P₁)、步骤S3052(P₁＞P₀？)、步骤S3053(sign←+1×sign)、步骤S3054(sign←－1×sign)和步骤S3055(V₁←V₁+sign×ΔV、P₀←P₁)。

<太阳能发电系统的特性与查找表>

图11是表示最大功率点追踪的工作电压设定方法中的查找表的生成方法之一例的图。图12是表示该生成的查找表之一例的图。

在图11中，横轴为电压，纵轴为功率抑制值P_limit/最大发电功率P_max，90表示PV阵列的额定的电压－功率特性曲线(特性1)，91表示日照降低的情况下的PV阵列的电压－功率特性曲线(特性2)。

对于图11中所示的特性1(90)，令太阳能发电系统的最大发电功率P_max为1，对于与P_max相比为任意比例的每个功率根据太阳能发电系统的特性预先求取电压指令值。例如，在功率抑制值P_limit相对于P_max为0.6(P_limit/P_max＝0.6)的情况下，电压指令值为V_6L或V_6H。将其按每个P_limit/P_max归结在查找表(LUT)中，得到的示例为图12。

对于一个P_limit，电压指令值(V_dc-low，V_dc-high)能够获得一大一小共计2个电压指令值，采用哪个指令值可根据太阳能发电系统的要求任意确定。图11的电压－功率特性随日照、气温、背阴等而变化，但这些的影响大致都在导致发电功率降低的方向上。若预先根据太阳能发电系统的额定的特性生成表，则实际的发电功率会低于与从LUT得到的电压指令值对应的发电功率。因此，功率抑制在过剩的方向上作用，对太阳能发电系统不会造成不良影响。

在温度较低的晴天等气象满足特定条件的情况下，发电可能会超过额定发电量，所以与从LUT得到的电压指令值对应的发电功率可能会大于P_limit。不过，由于如图9和图10所示持续更新与P_limit对应的电压指令值，所以根据需要P_limit被更新为更小的值，发电功率被抑制至必要的功率。另外，在基于从LUT中的电压指令值得到的功率值与根据额定发电量推定的功率值之间存在差的情况下，通过如图9的步骤S313～S318之间的流程所示那样的更新电压指令值的控制，能够消除该差。

<时序图>

图13是表示使用图12所示的LUT，依照图9和图10之流程的控制的时序图。在图13中，横轴为时间，纵轴为电压指令值、功率、功率抑制值P_limit/最大发电功率P_max、sign和功率抑制信号。

上述图9的步骤S313～S318的状况表示在图13的Step-C附近。由于日照的变动这一原因，如图13的P_limit/P_mpp的图形所示，图11的特性1与特性2在Step-C处切换。若功率抑制以P_limit/P_max＝0.6作用，则根据LUT获得的电压指令值为图11的V_6L。(虽然也可以为V_6H，但为了图示易于识别采用了V_6L)不过，在实际工作时的特性为特性2的情况下，即使同为P_limit/P_max＝0.6的功率抑制状态，工作电压却位于比V_9L稍靠高压侧。若原样采用LUT所示的电压指令值，则在特性2下将在功率大幅低于功率抑制值的P_limit/P_max≈0.4附近工作。通过图9的步骤S313～S318的流程进行电压指令值的更新，即使在特性2下，工作点也会变化至P_limit/P_max＝0.6附近。图13的Step-C以后的电压指令值与功率的变化对应于该过程。

本实施方式所示的使用LUT的方法，需要将表预先存储在控制系统中，但不需要逐步先进行V_dc的更新再进行功率抑制，所以处理速度加快。图13的Step-A、B处功率抑制信号成为ON，所以基于LUT的电压指令值的变更发挥作用，相应地功率值也急剧地变化。而Step-D附近的电压指令值的变化则由于功率抑制信号为OFF所以为基于爬山法的变化，相应地功率的变化也为逐步的变化。对两者进行比较，明显可知其变化所花费的步骤数存在很大的差。

<实施方式3的效果>

如上所述，根据本实施方式的太阳能发电系统的控制系统和控制方法，作为功率抑制时的电压设定方法，通过从事先准备的作为功率抑制值和与该功率抑制值对应的电压指令值的一览表的查找表中进行选择，从而作为与上述实施方式1和2不同的效果，能够获得如下效果。例如，使用查找表的方法通过将表预先存储在控制系统中，从而不需要逐步先进行电压指令值的更新再进行功率抑制，所以具有处理速度快这一优点。

[实施方式4]

使用图14对本实施方式4的太阳能发电系统的控制系统和控制方法进行说明。以下主要说明与上述实施方式1～3的不同之处。

本实施方式中，作为在功率抑制时也使MPPT有效的使用了图5的结构的不同控制例，在此说明的是，在功率抑制解除后计算PV阵列工作的电压指令值时，根据由太阳能发电系统的工作下限值决定的电压阈值与电压测量值的大小关系来改变MPPT中的电压指令值的计算方式的方法。该方法表示于图14。

<太阳能发电系统的电压－功率特性>

图14是表示使用了根据太阳能发电系统的最低工作电压决定的阈值的功率抑制解除时的工作电压设定方法之一例的图。图14表示太阳能发电系统的电压－功率特性曲线。特性1是与系统的额定输出对应的特性，特性2～4是低日照等情况下的输出与特性1相比发生降低的情况下的特性。电压V_min是太阳能发电系统的最低工作电压，在只能输出低于它的电压的情况下，系统成为待机或停止状态。因而，在与V_min为最大功率点(MPP)的电压的特性(特性4)相比为低输出的情况下，不需要进行MPPT控制。经验上来说，已知开路电压V_oc与最大功率点电压V_Pmax的比V_Pmax/V_oc为0.8左右，使用这样的关系，则特性4的开路电压V_oc4为

V_oc4≈V_min/0.8。

以该电压作为阈值，根据功率抑制从ON状态变化为OFF状态时的工作电压(电压测量值)与阈值的大小关系，改变MPPT中的电压指令值计算方法。例如，若利用爬山法搜索MPP则以阈值为边界改变搜索幅宽，而在使用二分搜索法的情况下，以阈值为边界改变搜索幅宽的初始值。以下以二分搜索为例说明以阈值为边界的搜索方法的切换。

在图14的特性1中，在P_limit的位置实施了功率抑制的状态下，MPPT的工作点为连接A1和B1的直线状的任一个。在工作点为A1时，若因日照变动等从特性1变化为特性2，则工作点转移至A2，但由于功率抑制不再起作用，因此MPPT开始搜索最大功率点。在二分搜索法中，确定用于决定搜索范围的2个点，将该范围一分为二，对范围的代表点进行比较而进行搜索。因而，首先必须指定用于决定范围的2个点。

在像A2点那样，工作电压属于范围1的情况下，该2个点的初始值中的一个选为A2点的工作电压V_A，另一个从V_A与阈值电压这2个点的内部选择即可。例如，若爬山法的电压搜索幅宽为ΔV，则根据V_A与V_oc4的差，从ΔV×n(n＝1、2、3、4、…)中选择不超过V_oc4的另一个点。这样，搜索范围被限定，不存在指定过大电压的风险。例如，在实施了电压抑制的状态从特性1转移至特性3的情况下，可能会将搜索幅宽的一端指定到大于V_oc4的电压，即指定到发电功率为0的电压指令值。如果是低于V_oc4的电压则不存在这样的风险。

另一方面，在工作点从B1转移至B2的情况下，将二分搜索限定在V_B与V_oc4之间，即范围2，能够获得与范围1大的搜索幅宽。搜索幅宽的初始值的一端为V_oc4，另一端从V_oc4+ΔV×n(n＝1、2、3、4、…)中选择不超过V_B的最大值。如特性2的A2点那样，存在仅通过二分搜索不一定到达MPP的情况，这样的情况下在二分搜索后使用爬山法即可。

通过这样设置阈值，改变MPPT的搜索方法，能够有效地进行搜索，并且搜索到不适当的电压指令值的可能性也会降低。并且，该电压阈值能够根据太阳能发电系统的最小电压从合理性的角度唯一确定。

上述说明中没有考虑温度的影响，但实际上需要考虑到温度的影响。令系统的组件串联数为N₁，构成组件的电池数为N₂，组件工作温度与25℃之间的温度差为ΔT，表示电压的温度依赖性的温度系数为β，电压变动量为ΔV，则

ΔV＝β×ΔT×N₁×N₂

V_oc4＝V_oc4(25℃)－ΔV。

此处，若V_min＝350V，β为2mV/℃，气温25℃时的组件工作温度按照JIS C8907：2005为气温+18.4℃＝43.4℃，N₁＝16，N₂＝60，则

V_oc4(25℃)＝350/0.8＝437.5

ΔV＝2×10^－3×18.4×16×60＝35.3

V_oc4＝437.5－35.3≈402(V)。

<实施方式4的效果>

如上所述，根据本实施方式的太阳能发电系统的控制系统和控制方法，根据太阳能发电系统的最小启动电压值决定用于切换多种电压指令值设定方法的电压阈值，并通过以该电压阈值为边界决定二分搜索法的搜索幅宽初始值，从而作为与上述实施方式1～3不同的效果，能够获得如下效果。例如，通过设置电压阈值来改变MPPT的搜索方法，具有能够有效地搜索电压指令值，并且搜索到不适当的电压指令值的可能性也会降低这一优点。

[实施方式5]

使用图15～图17对本实施方式5的太阳能发电系统的控制系统和控制方法进行说明。以下主要说明与上述实施方式1～4的不同之处。

在本实施方式中，对低日照时的控制进行说明。在日出或日落等日照量小的情况下，功率调节器不通过MPPT设定PV阵列的工作电压，而是进行将其固定为恒压的控制。因而，若使该进行恒压控制的部分采用在MPPT中作为电压指令值输出的方式，则功率调节器启动期间能够全部通过MPPT对PV阵列的工作电压进行控制。这样的控制例如能够使用图1的结构通过图15所示的流程而实现。作为低日照的例子可考虑日出时的情况。电压－功率特性表示在图16中，时序图表示在图17中。

<低日照时的控制>

图15是在低日照下的恒压工作时也作为最大功率点追踪控制的一个环节输出恒压指令值的控制之一例的流程图。图16是表示用于说明低日照下的恒压控制的太阳能发电系统的电压-功率关系之一例的图。图17是表示功率抑制时的最大功率点追踪控制之一例的时序图。

在图15中，通过步骤S401、S402设定初始值(最低电压V_min、恒定工作电压V_{dc_const’}、最低功率P_min、电压初始值V₀、电压更新幅度ΔV、sign←+1、P₀＝P_min)，之后通过步骤S403计测开路电压V_oc。在刚刚日出后日照较弱的情况下，如图16的特性1那样，开路电压V_oc低于系统最低工作电压V_min时，反复进行步骤S403和步骤S404(V_oc＞V_min？)，待机直至电压上升。

如图16的特性2所示，当V_oc到达V_min时，前进至步骤S405，太阳能发电系统以确定的恒压V_{dc_const}开始发电。在没有特殊情况时，V_{dc_const}＝V_min即可。在V_{dc_const}下进行恒压工作时，也像图15、图17所示，作为MPPT的电压指令值输出工作电压，这一点是最关键的。

之后，随着日照的增大发电量增大，当步骤S406中获得的发电功率P(V_dc)超过某阈值P_min(步骤S407)时，如特性4、5所示，最大功率点相比V_min位于高电压一侧，因此从恒压控制转移至基于爬山法等最大功率点搜索的电压指令值设定方法(步骤S408～S417)。作为阈值的功率P_min是发电功率在电压为V_min时最大的特性的最大功率。图16中，特性3的最大功率点MPP3的功率值(＝P_min)为阈值。

在基于MPPT进行最大功率点工作时，如步骤S410所示通过比较对应于电压指令值的发电量P₁与功率的阈值P_min，来检测发电功率的降低。在像日落时这样日照量降低时，发电功率下降，低于P_min。此时，控制在图15的步骤S410向B分支(“否”)，返回步骤S403。之后按照已经说明的算法，在一定范围的日照量下进行恒压工作。在日照量进一步降低的情况下停止发电，转入监视开路电压的状态。

如上所述，能够在低日照下进行恒压工作时也将电压值作为指令值输出进行控制。重要的是，将恒压值作为指令值输入AVR，该值与MPPT控制经相同控制路径转换为逆变器的控制信号，对PV阵列的工作电压进行控制。由此，除了功率抑制期间外，以日出、日落时为代表的低日照下的恒压工作期间，也能够基于来自MPPT的指令值控制PV阵列的电压。即，从日出到日落能够始终基于MPPT进行电压控制。

<实施方式5的效果>

如上所述，根据本实施方式的太阳能发电系统的控制系统和控制方法，通过采用将日照量小的情况下的进行恒压控制的部分在MPPT中作为电压指令值输出的方式，作为与上述实施方式1～4不同的效果，能够获得如下效果。例如，能够在低日照下进行恒压工作时也将电压值作为指令值输出进行控制。其结果，具有从日出到日落能够始终基于MPPT进行电压控制这一优点。

以上基于实施方式1～5对发明人实施的发明进行了具体说明，但本发明并不限定于上述实施方式，可在不脱离其思想的范围内进行各种变更，这无需明言。

例如，上述实施方式1～5中，为了易于理解地说明本发明而进行了详细说明，但本发明并不限定于必需包括所说明的全部结构。其中，可以将某一实施方式的结构的一部分替换为其它实施方式的结构，或在某一实施方式的结构上添加其它实施方式的结构。而且，对于各实施方式的结构的一部分，能够添加、删除、置换成其它结构。另外，将各实施方式组合而形成的技术方案，也能够变更为本发明的范围。

附图标记说明

1…太阳能电池(PV)阵列，2、2a…功率调节器，3…电力系统，

21…逆变器，22…计测部，23…最大功率点追踪部(MPPT)+功率控制部，23a…最大功率点追踪部(MPPT)，23b…功率控制部，24…自动电压调整部(AVR)，25…脉冲宽度调制信号生成部(PWM)，

30…太阳能电池阵列的电压－功率特性曲线，31…实施了功率抑制时的一个工作点，32…实施了功率抑制时的另一工作点，

40…更新后的功率值，41…1个步骤前的功率值，

90…太阳能电池阵列的额定的电压－功率特性曲线，91…日照降低的情况下的太阳能电池阵列的电压－功率特性曲线。

Claims (13)

1.一种太阳能发电系统的控制系统，其特征在于，包括：

设定太阳能电池阵列的工作电压，并将所述太阳能电池阵列输出的直流电力转换为交流的逆变器；

计测所述太阳能电池阵列输出的电流和电压的计测部；

基于由所述计测部测得的所述太阳能电池阵列的工作电压和输出电流值计算所述太阳能电池阵列的工作电压指令值的最大功率点追踪部；

对由所述计测部测得的所述太阳能电池阵列的工作电压值与由所述最大功率点追踪部设定的所述太阳能电池阵列的工作电压指令值进行比较，基于它们的差进行比例积分控制的自动电压调整部；

基于由所述自动电压调整部输出的电流指令值生成所述逆变器的栅极信号的脉冲宽度调制信号生成部；和

从日出到日落包括低日照的情况在内始终基于最大功率点追踪状态下的电压指令输出进行控制的功率控制部，

所述功率控制部在所述太阳能发电系统的功率被抑制时也通过所述最大功率点追踪部设定所述太阳能电池阵列的工作电压。

2.如权利要求1所述的太阳能发电系统的控制系统，其特征在于：

所述功率控制部在所述太阳能发电系统的控制电压保持恒定的情况下也通过所述最大功率点追踪部设定所述太阳能电池阵列的工作电压。

3.如权利要求1所述的太阳能发电系统的控制系统，其特征在于：

所述功率控制部在功率抑制时的所述太阳能电池阵列的工作电压设定方法中，将所述最大功率点追踪部中的所述太阳能电池阵列的每个设定工作电压下的功率计测值与功率抑制值进行比较来决定电压设定值。

4.如权利要求1所述的太阳能发电系统的控制系统，其特征在于：

所述功率控制部在功率抑制时的所述太阳能电池阵列的工作电压设定方法中，具有基于所述最大功率点追踪部的电压设定方法和功率抑制时的电压设定方法，基于功率抑制值与功率计测值的比较来决定所述功率抑制时的电压设定方法。

5.如权利要求1所述的太阳能发电系统的控制系统，其特征在于：

所述功率控制部在功率抑制时的所述太阳能电池阵列的工作电压设定方法中，具有基于所述最大功率点追踪部的电压设定方法和功率抑制时的电压设定方法，从事先准备的功率抑制值和与所述功率抑制值对应的电压指令值的一览表中选择所述功率抑制时的电压设定方法。

6.如权利要求1所述的太阳能发电系统的控制系统，其特征在于：

所述功率控制部在所述太阳能发电系统的控制中具有多种功率抑制解除时的电压指令值设定方法，根据所述太阳能发电系统的最小启动电压值决定用于切换所述多种电压指令值设定方法的电压阈值。

7.如权利要求6所述的太阳能发电系统的控制系统，其特征在于：

所述多个电压指令值设定方法包括二分搜索法和爬山法，

所述二分搜索法以根据所述太阳能发电系统的最小启动电压决定的电压阈值为边界，决定所述二分搜索法的搜索幅宽初始值。

8.一种太阳能发电系统的控制方法，其特征在于：

所述太阳能发电系统包括：

设定太阳能电池阵列的工作电压，并将所述太阳能电池阵列输出的直流电力转换为交流的逆变器；

计测所述太阳能电池阵列输出的电流和电压的计测部；

基于由所述计测部测得的所述太阳能电池阵列的工作电压和输出电流值计算所述太阳能电池阵列的工作电压指令值的最大功率点追踪部；

对由所述计测部测得的所述太阳能电池阵列的工作电压值与由所述最大功率点追踪部设定的所述太阳能电池阵列的工作电压指令值进行比较，基于它们的差进行比例积分控制的自动电压调整部；

基于由所述自动电压调整部输出的电流指令值生成所述逆变器的栅极信号的脉冲宽度调制信号生成部；和

功率控制部，

在所述太阳能发电系统的控制方法中，

所述功率控制部从日出到日落包括低日照的情况在内始终基于最大功率点追踪状态下的电压指令输出进行所述太阳能发电系统的控制，

所述功率控制部在所述太阳能发电系统的功率被抑制时也通过所述最大功率点追踪部设定所述太阳能电池阵列的工作电压。

9.如权利要求8所述的太阳能发电系统的控制方法，其特征在于：

所述功率控制部在所述太阳能发电系统的控制电压保持恒定的情况下也通过所述最大功率点追踪部设定所述太阳能电池阵列的工作电压。

10.如权利要求8所述的太阳能发电系统的控制方法，其特征在于：

所述功率控制部在功率抑制时的所述太阳能电池阵列的工作电压设定方法中，将所述最大功率点追踪部中的所述太阳能电池阵列的每个设定工作电压下的功率计测值与功率抑制值进行比较，决定电压设定值。

11.如权利要求8所述的太阳能发电系统的控制方法，其特征在于：

所述功率控制部在功率抑制时的所述太阳能电池阵列的工作电压设定方法中，具有基于所述最大功率点追踪部的电压设定方法和功率抑制时的电压设定方法，基于功率抑制值与功率计测值的比较来决定所述功率抑制时的电压设定方法。

12.如权利要求8所述的太阳能发电系统的控制方法，其特征在于：

所述功率控制部在功率抑制时的所述太阳能电池阵列的工作电压设定方法中，具有基于所述最大功率点追踪部的电压设定方法和功率抑制时的电压设定方法，从事先准备的功率抑制值和与所述功率抑制值对应的电压指令值的一览表中选择所述功率抑制时的电压设定方法。

13.如权利要求8所述的太阳能发电系统的控制方法，其特征在于：

所述功率控制部在所述太阳能发电系统的控制中具有多种功率抑制解除时的电压指令值设定方法，根据所述太阳能发电系统的最小启动电压值决定用于切换所述多种电压指令值设定方法的电压阈值。