JP2005235082A

JP2005235082A - 最大電力追尾制御方法及び電力変換装置

Info

Publication number: JP2005235082A
Application number: JP2004046358A
Authority: JP
Inventors: Akira Yoshitake; 晃吉武; Hiroaki Koshin; 博昭小新; Kiyoshi Goto; 潔後藤; Shinichiro Okamoto; 信一郎岡本
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2004-02-23
Filing date: 2004-02-23
Publication date: 2005-09-02
Anticipated expiration: 2024-02-23
Also published as: JP4457692B2

Abstract

【課題】太陽電池の最大出力動作点付近における出力電力の損失を減少させ、太陽電池の利用効率を向上させることができる最大電力追尾制御方法及び電力変換装置を提供することにある。
【解決手段】マイクロコンピュータ９の動作電圧演算機構１０は太陽電池１の最大出力動作点付近の動作を判断すると、太陽電池２の最大出力電力値をマイクロコンピュータ９に内のＲＡＭのような記憶手段に記憶させ、この記憶した最大出力電力値となる動作電圧を固定するようにインバータ部２を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、日射量・温度等によりその出力特性を変化させる太陽電池の出力を最大にするための最大電力追尾制御方法及びそれを用いた電力変換装置に関するものである。

太陽電池を電源とする太陽光発明装置においては、日射・温度等により刻々と変化する太陽電池の最大出力動作点を追尾する、最大電力追尾制御が従来から行われている（例えば、特開平８−４４４４５号公報）。

図１２を用いて従来の最大電力追尾制御方法について説明する。図１２はある日射量における太陽電池の動作電圧と出力電力の特性を示す図である。最大電力追尾制御は太陽電池の動作電圧を変化させ、変化前後の出力電力を比較することで行われる。動作電圧を増加方向または減少方向に変化させ、変化させた結果出力電力が増加すれば次の動作電圧の変化方向も同一方向、変化させた結果出力電力が減少すれば次の動作電圧の変化方向を反転方向とし、前記動作を繰り返し行うことで太陽電池の最大出力動作点を検出する。図１２で具体的に動作を説明する。動作電圧Ｖ１で電力Ｐ１を出力している太陽電池の動作電圧を減少方向Ｖ１→Ｖ２に変化させると、太陽電池の出力電力はＰ１→Ｐ２に変化する。Ｐ１＞Ｐ２であるので次に動作電圧を変化させる方向はＶ１→Ｖ２と同じく減少方向となる。よって動作電圧をＶ２→Ｖ３に変化させる。前記と同様に出力はＰ２→Ｐ３と変化しＰ３＞Ｐ２であるので次の動作電圧の変化方向は同じく減少方向となる。このように出力電力が増加であれば、動作電圧を減少方向に変化させることを繰り返すのである。そして動作電圧Ｖ５で太陽電池が電力Ｐ５を出力するとすると、この場合もＰ５＞Ｐ４であるため動作電圧をＶ５からＶ６に減少させる。結果出力電力はＰ６となり、Ｐ５＞Ｐ６であるため次に動作電圧を変化させる方向は反転方向、すなわち増加方向となる。

前記動作を繰り返し行うことで太陽電池の最大出力動作点を探索し、この探索により最大出力動作点付近で動作することが可能となる。図１３に太陽電池の最大出力動作点に到達するまでの動作と最大出力動作点に到達してからの動作を時系列に示す。
特開平８−４４４４５号公報

ところで上記の従来の最大電力追尾制御方法においては最大出力動作点付近において動作電圧を変化させるため常に電力損失が発生する。図１４は最大出力動作点付近で発生する損失を示しており、図中ΔＰ５４、ΔＰ５６が最大出力動作点付近で動作電圧を変化させることで発生する電力損失となる。この損失を低減するために動作電圧の変化幅ΔＶを減少させる方法が対策として考えられる。しかし変化幅ΔＶが少ないと、最大出力動作点の電圧と現在の動作電圧に幅がある場合最大出力動作点までの到達時間が長くなるという問題点がある。また動作電圧を変化させることによる電力変化幅が少ないため、電流検出回路および電圧検出回路の精度との関係により最大電力追尾制御に誤動作が発生する等の問題点がある。

また、日照量の変動時には以下に示す問題が発生する。つまり従来の最大電力追尾制御方法では常に動作電圧を変化させ電圧変化前後における出力電力の変化により次の動作電圧の変化方向を決定しているため、日照量の変動に伴う最大出力動作点の電圧の変化方向と実際の動作電圧の変化方向が逆方向となり、最大出力動作点の電圧と実際の動作電圧の電位差が増加してしまうという誤動作が考えられる。図１５は日射量の増加時に従来の最大電力追尾制御方法を実施した場合に発生する誤動作の例を示す。動作電圧がＶ１、出力電力がＰ１である状態で、動作電圧をＶ１→Ｖ２に変化させた場合、日射パターン１で一定であれば動作電圧がＶ２、出力電力がＰ２’で、Ｐ１＞Ｐ２’のため動作電圧の変化方向は反転するが、Ｖ１→Ｖ２に変化させたと同時に日射パターンが日射パターン１→日射パターン２と変化した場合、動作電圧がＶ２、出力電力がＰ２となるが、Ｐ２＞Ｐ１であるため、動作電圧の変化方向は同一方向となる。つまり、太陽電池の最大出力動作点の電圧の変化方向は増加方向であるにもかかわらず、最大電力追尾制御方法により決定される動作電圧の変化方向は減少方向となる。日照量の変動中に前記制御を繰り返し行うと、最大出力動作点の電圧がＶ１→Ｖａ→Ｖｂと変化するに関わらず、動作電圧はＶ１→Ｖ２→Ｖ３、つまり最大出力動作点の変化方向とは逆方向に変化してしまい、電位差が大きくなってしまう。

また、朝・夕方など低日射量の時においては、図１６に示すようにインバータの停止電圧Vstopと最大出力動作点の電圧Vmaxとに電位差が無いため日照変動が発生すると動作電圧が停止電圧以下になりインバータが停止してしまうという問題点がある。

本発明は、上述の問題に鑑みて為されたもので、その目的とするところは太陽電池の最大出力動作点付近における出力電力の損失を減少させ、太陽電池の利用効率を向上させることができる最大電力追尾制御方法及びそれを用いた電力変換装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の最大電力追尾制御方法の発明では、太陽電池を入力電源として交流をインバータ部で得る太陽光発電に用いられ、太陽電池の動作電圧を変化させ、太陽電池の出力電力が増加すれば前記変化方向と同一の方向に動作電圧を変化させ、太陽電池出力電力が減少すれば前記変化方向を反転させて動作電圧を変化させる動作を繰り返して実行することにより、太陽電池の最大出力動作点を検出する最大電力追尾制御方法において、前記太陽電池の最大出力動作点付近の動作が判断されると、太陽電池の最大出力電力値を記憶手段に記憶し、該記憶手段で記憶した最大出力電力値となる動作電圧を固定するように前記インバータ部を制御することを特徴とする。

請求項１の最大電力追尾制御方法の発明によれば、太陽電池を最大出力動作点のみで動作させることができ、そのため最大出力動作点付近における出力電力損失を減少させることが可能となり、結果太陽電池の利用効率を向上させ、太陽電池の出力電力を常に最大限に利用することが可能となる。

請求項２の最大電力追尾制御方法の発明では、請求項１の発明において、前記太陽電池の動作電圧が少なくとも３つの電位で繰り返して変化させるときに前記最大出力動作点付近での動作であると判断し、これら電位の中央値を前記最大出力電力値となる動作電圧とすることを特徴とする。

請求項２の最大電力追尾制御方法の発明によれば、太陽電池の出力電力を考慮せず動作電圧のみ監視することで最大出力動作点を検出することができ、最大出力動作点の検出が容易となる。

請求項３の最大電力追尾制御方法の発明では、請求項１又は２の発明において、太陽電池の出力電力値を検出し、この検出される出力電力値と、前記記憶手段で記憶した前記最大出力電力値との差分が所定値以上になるまで、前記インバータの制御を継続させることを特徴とする。

請求項３の最大電力追尾制御方法の発明によれば、請求項１の発明の作用を日射量が一定の間継続させることができる。

請求項４の最大電力追尾制御方法の発明では、請求項３の発明において、前記差分が前記所定値以上になったときに、検出する前記太陽電池の出力電力値の変化が収束するまでは前記動作電圧を維持し、収束後に前記動作電圧を変化させて最大出力動作点を検出することを特徴とする。

請求項４の最大電力追尾制御方法の発明によれば、日照量の変動が発生した場合、発生した日射量の変動が収束した後に太陽電池の動作電圧を変化させることで、日照量の変動に伴う最大電力対揖斐制御の誤動作を防止すること可能となる。

請求項５の最大電力追尾制御方法の発明では、請求項４の発明において、前記収束後に動作電圧を変化させる方向は、収束後の太陽電池の出力電力値が前記記憶手段に記憶した最大出力電力値に対して増加していれば電圧増加方向に、収束後の出力電力が記憶した最大出力電力に対して減少していれば電圧減少方向に変化させることを特徴とする。

請求項５の最大電力追尾制御方法の発明によれば、日照量の変動が発生した場合、発生した日照変動が収束した後に、日照量の変動による日射量の増減を基に太陽電池の動作電圧の変化方向を設定することで、変動した日射量の最大出力動作点によりはやく到達することが可能となる。

請求項６の最大電力追尾制御方法の発明では、請求項１乃至５の何れかの発明において、記憶した最大出力電力値が所定値より低いときに、前記記憶手段で記憶した最大出力電力値に対して、一定の電力変動範囲内であれば前記動作電圧を増加させることを特徴とする。

請求項６の最大電力追尾制御方法の発明によれば、低日射時において、出力電力損失を最低限に抑えながらインバータ部の停止電圧からより高電圧で太陽電池を動作させることができ、そのため朝・夕方などにおいて日射量が変化した場合でも安定して動作を継続することが可能となる。

請求項７の発明の電力変換装置の発明では、太陽電池を入力電源として交流に変換するインバータ部を備えた電力変換装置において、前記太陽電池の出力を検出する検出手段と、この検出手段が検出する前記太陽電池の最大出力動作点付近の動作を判断する判断手段と、該判断手段で前記太陽電池の最大出力動作点付近の動作が判断されると、前記太陽電池の最大出力電力値を記憶する記憶手段と、該記憶手段で記憶した最大出力電力値となる動作電圧を固定するように前記インバータ部を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする。

請求項７の電力変換装置の最大電力追尾制御方法の発明によれば、太陽電池を最大出力動作点のみで動作させることができ、そのため最大出力動作点付近における出力電力損失を減少させることが可能となり、結果太陽電池の利用効率を向上させ、太陽電池の出力電力を常に最大限に利用することが可能となる。

本発明は、日射量が一定である場合に、太陽電池を最大出力動作点のみで動作させることができ、そのため最大出力動作点付近における出力電力損失を減少させることが可能となり、結果太陽電池の利用効率を向上させ、太陽電池の出力電力を常に最大限に利用することが可能となるという効果がある。

図１は本発明の最大電力追尾制御方法を用いて構成される電力変換装置を利用した太陽光発電装置の構成を示しており、この装置では太陽電池１と、インバータ部２と、連系保護部３とで構成され、インバータ部２によって太陽電池１からの直流電力を交流電力に変換し、商用電源ＡＣに連系保護部３を介して連系させるようになっている。

インバータ部２は、太陽電池１から出力される直流電圧を所定の直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ４と、このＤＣ／ＤＣコンバータ４から出力される直流電圧を交流電圧に変換するＤＣ／ＡＣインバータ５と、ＤＣ／ＤＣコンバータ用のドライブ回路６１と、ＤＣ／ＡＣインバータ用のドライブ回路６２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ制御回路７と、電流制御回路８と、マイクロコンピュータ９とからなり、マイクロコンピュータ９には動作電圧演算機能１０、電流振幅演算機能１１、位相演算機能１２がソフトウェアにより実現されている。

尚電流検出用トランスＣＴ１は太陽電池１からの出力電流Iinを検出する手段を構成するものであり、また電圧検出用トランスＰＴ１は太陽電池１の出力電圧Vinを検出する手段を構成するものであって、両トランスＣＴ１，ＰＴ１の検出出力は動作電圧演算機能１０に取り込まれ、また電圧検出用トランスＰＴ１の検出出力は電流振幅演算機能１１に取り込まれるようになっている。また電流検出用トランスＣＴ２はＤＣ／ＡＣインバータ５から連系保護部３へ出力される出力電流Ｉoutを検出するためのものであってその検出出力は電流制御回路８に取り込まれ、また電圧検出用トランスＰＴ２はＤＣ／ＡＣインバータ５からの出力電圧Ｖoutを検出するものであってその検出出力は位相演算機能１２に取り込まれるようになっている。更に電圧検出用トランスＰＴ３はＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力電圧Ｖｂを検出するものであって、その検出出力はＤＣ／ＤＣコンバータ制御回路７に取り込まれるようになっている。

次に図１に示す太陽光発電装置を用いて本発明の実施形態を説明する。

（実施形態１）
図１のインバータ部２は太陽電池１から出力される直流電力を交流電力に変換して、商用電源ＡＣに対し連系させるようになっている。ここでインバータ部２に入力される太陽電池１の出力電圧Vinは商用電源ＡＣに対して低電圧であるためＤＣ／ＤＣコンバータ４により昇圧した後、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の後段に設置される直交変電装置であるＤＣ／ＡＣインバータ５により交流に変換し、連系保護部３を介して商用電源ＡＣと連系させるようになっている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ４やＤＣ／ＡＣインバータ５の制御装置は、マイクロコンピュータ１０を用いて構成される動作電圧演算機能１０、電流振幅演算機能１１、位相演算機能１２と、アナログ回路や高速演算可能なＤＳＰからなるＤＣ／ＤＣコンバータ制御回路７，電流制御回路８により構成される。

太陽電池１の出力電圧Vin、出力電流Iinは電圧検出用トランスＰＴ１及び電流検出用トランスＣＴ１により検出し、マイクロコンピュータ９により構成される動作電圧演算機能１０に入力される。動作電圧演算機能１０は出力電圧Vin及び出力電流Iinより周期的に予め設定されたタイミングで太陽電池１の出力電力Pinを演算し、演算された出力電力Pinと前回サンプリング時に演算された出力電力Pinにより太陽電池１の目標動作電圧Vrefを算出し、マイクロコンピュータ９の電流振幅演算機能１１へ信号を出力する。電流振幅演算機能１１では目標動作電圧Vrefと太陽電池１の出力電圧Vinとが一致するように商用電源ＡＣへ出力する交流電流のピーク値Ｉpeakを出力する。

また、位相演算機能１２はインバータ部２の出力電流Ioutが系統電圧に対し力率１となるように、系統電圧の零点を検出するとともに零点からの位相を算出して位相データｓｉｎθを出力する。電流振幅演算機能１１の出力値Ipeakと位相演算機能１２の出力値は乗算機能１３で乗算され、出力電流の瞬時指令値Ｉを電流制御回路８に出力する。

電流制御回路８は瞬時指令値Ｉと商用電源ＡＣへの出力電流Ioutが一致するようにフィードバック制御演算により必要なパルス幅信号ＰＷＭ２を算出し、ドライバ回路６２を介してＤＣ／ＡＣインバータ５に出力している。

また、ＤＣ／ＤＣコンバータ制御回路７はＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力電圧Ｖｂが一定となるようにフィードハック制御演算により必要なパルス幅信号ＰＷＭ１を算出しドライバ回路６１を介しＤＣ／ＤＣコンバータ４に出力している。

更にまた、インバータ部２は連系保護部３を介して商用電源ＡＣに対して連系運転を行う。連系保護部３は商用電源ＡＣの周波数変動や電圧変動、あるいは停電等を検出してインバータ部２と商用電源ＡＣを解列する。

図２は動作電圧演算機能１０の動作の詳細を示したフローチャートである。動作電圧演算機能１０はサンプリング毎に太陽電池１の出力電圧Vin，出力電流Iinから太陽電池１の出力電力Pinを算出する（ステップＳ１）、その時の出力電力Pin及び動作電圧Vinをマイクロコンピュータ９内蔵のＲＡＭなどの記憶手段に保存する（ステップＳ２）。動作電圧演算機能１０は動作電圧を変化させて最大出力動作点を探索するモード〈Ｍｏｄｅ１：以下探索モードという）と、動作電圧を保持するモード（Ｍｏｄｅ２：以下電圧保持モードという）を切り替えて演算を行う（ステップＳ３）。

次に各モードでの動作を説明する。探索モードではまず最大出力動作点付近で動作しているかの判断を行い（ステップＳ４）、最大出力動作付近で動作していない判断されると、動作目標動作電圧Vrefを変化させて最大出力動作点を探索する。探索の方法は現在の出力電力Pinと保存された前回サンプリング時の出力電力Pin’とを比較し（ステップＳ５）、増加していれば目標動作電圧Vrefを前回と同一方向にΔＶ変化させ（ステップＳ６）、減少していれば目標動作電圧Vrefを前回と反対方向にΔＶ変化させる。上記探索モードを繰り返して行うことにより太陽電池１の動作電圧は図３のＡ期間に示すように最大出力動作点付近に徐々に近づき、最大出力動作点付近に到達すれば図３のＢ期間に示すような動作を行う。

Ｂ期間では電力の変化量は動作電圧ΔＶ変化させる毎に増減を繰り返し、動作電圧も最大出力動作点の電圧周辺で動作することになる。

前記Ｂ期間での動作が（ステップＳ４）において検出された場合、（ステップＳ２）によって保存されている最大出力動作点付近での複数の出力電力Pin、Vinのうち出力電力の最大値をＰmax、最大値Ｐmaxを出力する動作電圧をVmaxとし（ステップＳ８）、動作モードを探索モードから電圧保持モードに切り替える。電圧保持モードでは以下の処理を行う。

電圧保持モードでは目標動作電圧Vrefは常に（ステップＳ８）で設定された電圧Vmaxに設定する（ステップＳ１０）。同様に（ステップＳ８）において設定された電力Pmaxと現在の発電電力（出力電力）Pinとの差分と所定の閾値αとを比較し（ステップＳ１１）、所定の閾値α以内であれば電圧保持モードを継続し、閾値α以上であれば目標動作電圧VrefをΔＶ変化させて、（ステップＳ１５）の電圧保持モードから探索モードに動作モードを切り替える（ステップＳ１２）。

以上に示した最大電力追尾制御方法を行う場合の実際の動作を図４に基づいて説明する。

日射パターン１や日射パターン２のように日照量変動が無い場合、動作電圧演算機能１０は探索モードにより最大出力動作点の電圧を探索後、電圧保持モードにより最大出力動作点（１）（３）の電圧（日射パターン１：Vmax1、日射パターン２：Vmax2）を保持するように動作する。

また日射パターン１→日射パターン２のように日照量の変動が発生した場合、電圧保持モードにより保持される動作電圧Vmax1における出力電力が変化するため、動作電圧演算機能１０は閾値α以上の電力変化（２）を検出すると、モードを電圧保持モードから探索モードに切り替え、目標動作電圧Vrefを変化させて日照量の変動後における最大出力動作点の電圧Vmax2を探索し、電圧Vmax2の検出後は電圧保持モードに切り替え、電圧Vmax2を保持するように動作する。日射パターンがパタン２→日射パターン１と変化した場合においても同様に動作する。

（実施形態２）
本実施形態を図５に基づいて説明する。

上述した探索モードにおいて最大出力動作点付近で動作している場合、図５（ｂ）に示すように太陽電池１の動作電圧は最大出力動作点の電圧Ｖ１を中心にほぼ三つの電位Ｖ２，Ｖ１，Ｖ３で動作する。よって図２のフローチャート中で探索モードから電圧保持モードへの切り替えを判断（ステップＳ４）する処理において、太陽電池２の動作電圧の履歴を監視することのみで判断することが可能となり、電圧保持モードで目標動作電圧Vrefとなる最大出力動作点の電圧Vmaxは三電位中の中央値とすることで最大出力動作点の電圧の一電位での動作が可能となる。例えば図５（ａ）では、動作点（１）（３）（５）（７）の動作電圧が等しく且つ動作点（４）（８）及び動作点（２）（６）の動作電圧が等しい場合、最大出力動作点の付近での動作であると判断し、最大出力動作点の電圧Vmaxは三電位中の中央値である動作点（１）（３）（５）（７）での動作電圧Ｖ１として、探索モードから電圧保持モードに切り替える。

尚三つの電位Ｖ２，Ｖ１，Ｖ３で動作する場合を説明したが、五つの電位で動作する場合や、平均をとって最大出力動作点の電圧を見つけるようにしても勿論よい。

（実施形態３）
本実施形態を図６、図７に基づいて説明する。図６のフローチャートは本実施形態における動作電圧演算機能１０の動作の詳細を示す。本実施形態では、動作電圧演算機能１０が電圧保持モードで動作中に日射量の変動が発生し、出力電力Pinの変化幅が上記の閾値α以上あることを検出した（ステップＳ１２）場合においても、サンプリング毎の電力変化幅（｜Pin−Pin’｜）が所定の閾値β以上であれば電圧保持モードを継続し、閾値β以下の場合（ステップＳ１３）のみ動作モードを電圧保持モードから探索モードに切り替える（ステップＳ１２）処理を行う。つまり本実施形態では実施形態１でのフローチャートにステップＳ１３を追加した点で実施形態１と相違し、その他のステップでの処理は実施形態１と同じある。

而して前記処理によれば、電圧保持モード動作中に日射量の変動が発生した場合、日照量の変動中は電圧保持モードの目標動作電圧Vrefは日照量の変動前の最大出力動作点の電圧Vmaxを保持し、日射量の変動が収束した後に電圧保持モードから探索モードに動作モードの切り替えが行われることとなる。

次に本実施形態を用いた場合の太陽電池１の動作を図７により説明する。この図７は日射量の変動が日射パターン１→日射パターン２のように発生した場合の太陽電池１の動作を示す。（１）〜（８）はサンプリング毎の動作点を示し、（１）→（８）の順位に変化するものとする。日射パターン１において動作点（１）で電圧保持モード動作中に日照変動が発生した場合、動作電圧Vmax1においてサンプリング毎に（１）→（２）→（３）→（４）と動作点が変化する。動作点（１）→（２）の変化により電力変化量：｜Pmax−Pin｜が閾値α以上となるが、サンプリング毎の電力変化量が閾値β以上であるため電圧保持モードを維持する。同様に（２）→（３）、（３）→（４）も電力変化量が閾値β以上であるので同様に電圧保持モードを維持する。（４）→（５）で電力変化量が閾値β以下となるため動作電圧演算機能１０は日射量の変動が日射パターン２のように収束したと判断し動作モードを電圧保持モードから探索モードに切り替える。探索モードでは（５）→（６）→（７）→（８）のように動作点を変化させて、日射パターン２での最大出力動作点の電圧Vmax2を検出する。

（実施形態４）
本実施形態を図８、図９に基づいて説明する。

図８のフローチャートは本実施形態における動作電圧演算機能１０の動作の詳細を示す。図８に示すように、｜Pmax−Pin｜＞閾値α（ステップＳ１１）で且つ｜Pin−Pin’｜＜閾値β（ステップＳ１３）のとき、つまり電圧保持モード動作中に日照量の変動が発生し、その日照量の変動が収まった時点で、Pmax＜Pinのとき、つまり日射量が増加した場合は日照量変化後の最大出力動作電圧は電圧保持モードでの動作電圧対して高くなっていると判断し（ステップＳ１４）、次の目標動作電圧VrefをΔＶ増加させて探索モードに切り替え、Pmax＞Pinのとき、つまり日射量が減少した場合は変化した日射量での最大出力動作点の電圧は電圧保持モードの動作電圧に対して低くなっていると判断し（ステップＳ１４）、次の目標動作電圧VrefをΔＶ減少させて（ステップＳ１６）、探索モードに切り替える。つまり本実施形態では実施形態３でのフローチャートにステップＳ１４及びＳ１６を追加した点で実施形態３と相違し、その他のステップでの処理は実施形態３と同じある。

次に本実施形態を用いた場合の太陽電池１の動作を図９により説明する。

まず電圧保持モードでの動作点を（１）、｜Pmax−Pin｜＞閾値αで且つ｜Pin−Pin’｜＜閾値β（ステップＳ１３）となったときの動作点を（２）（２）’とする。

日射パターンが日射パターン１→日射パターン２のように出力電力Pinが増加して変動が収束した場合、最大出力動作点の電圧はVmax1→Vmax2と高くなっている。動作点（２）の出力電力は動作点（１）に対して増加しているので探索モードへの切り替え時の目標動作電圧Vrefの変化方向は電圧増加方向となる。一方、日射パターンが日射パターン１→日射パターン２’のように減少して変動が収束した場合、最大出力動作点の電圧はVmax1１→Vmax2’と低くなっている。動作点（２）の出力電力は動作点（１）に対して減少しているので探索モードへの切り替え時の目標動作電圧Vrefの変化方向は電圧減少方向となる。

本実施形態では以上のように動作するため日照量の変動後における最大出力動作電圧の方向と、目標動作電圧Vrefの変化方向は一致することになる。

（実施形態５）
本実施形態を図１０、図１１に基づいて説明する。図１０のフローチャートは本実施形態における動作電圧演算機能１０の詳細な動作を示す。図１０に示すように電圧保持モードにおいて出力電力Pinが低出力である時（ステップＳ１７）、最大出力電力Pmaxが所定の閾値δ未満であれば（ステップＳ１８）、目標動作電圧Vrefを増加させる（ステップＳ１９）。前記動作を継続して閾値δ以上となれば（ステップＳ１８）、目標動作電圧Vrefを減少させる（ステップ２０）。この場合閾値δの設定方法は、探索モードへの切り替え判定に用いられる閾値αより小さくすることが必要である。また、閾値δをあまり大きくしてしまうと最大出力電力Pmaxに対して電力損失が発生してしまうため、実使用上問題とならない程度の値に設定することが望ましい。

また図１０のフローチャートでは実施形態１の図２に示すフローチャートに対して前記機能（ステップＳ１８〜Ｓ２０）を付加したものであるが、勿論図６や図８のフローチャートに前記機能を増加しても良い。

次に本実施形態を用いた場合の太陽電池１の動作を図１１により説明する。図１１中（１）〜（７）はサンプリング毎の動作点を示し、（１）→（７）の順に変化するものとする。最大出力電力の動作点（１）で電圧保持モードで動作している場合、サンプリング毎に目標動作電圧VrefをΔＶずつ増加させると動作点は（２）→（３）→（４）→（５）→（６）→（７）へと変化する。動作点（７）での出力電力Ｐ７と最大出力電力Pmaxの差分は閾値δ以上となっているため目標動作電圧VrefをΔＶ減少させ動作点（６）へと変化させる。動作点（６）での出力電力は閾値δ以下であるので目標動作電圧VrefをΔＶ増加させる。これにより動作点は（７）に変化する。Ｐ７は動作点（７）の出力電力を示す。

以上に示すように日射量の変動が発生しない限りは動作点（６）と動作点（７）でサンプリング毎に交互に動作することとなる。

本発明に係る電力変換装置の全体構成を示すフロック図である。実施形態１における最大電力追尾制御方法のフローチャートである。実施形態１における最大出力動作点付近の動作説明図である。実施形態１における最大電力追尾制御方法を用いた場合の太陽電池の動作説明図である。実施形態２における最大出力動作点の電圧の設定方法の説明図である。実施形態３における最大電力追尾制御方法のフローチャートである。実施形態３における最大電力追尾制御方法を用いた場合の太陽電池の動作説明図である。実施形態４における最大電力追尾制御方法のフローチャートである。実施形態４における最大電力追尾制御方法を用いた場合の太陽電池の動作説明図である。実施形態５における最大電力追尾制御方法のフローチャートである。実施形態５における最大電力追尾制御方法を用いた場合合の太陽電池の動作説明図である。従来の最大電力追尾制御方法を用いた場合の太陽電池の動作説明図である。従来の最大電力追尾制御方法を用いた場合の動作点の変化の説明図である。従来の最大電力追尾制御方法を用いた場合の最大出力動作点付近での電力損失の説明図である。従来の最大電力追尾制御方法を用いた場合の日照量の変動時に発生する誤動作の説明図である。従来の最大電力追尾制御を用いた場合の低日射量時での動作の説明図である。

符号の説明

１太陽電池
２インバータ部
３連系保護部
４ＤＣ／ＤＣコンバータ
５ＤＣ／ＡＣインバータ
６１ドライブ回路
６２ドライブ回路
７ＤＣ／ＤＣコンバータ制御回路
８電流制御回路
９マイクロコンピュータ
１０動作電圧演算機能
１１電流振幅演算機能
１２位相演算機能
１３乗算機能
ＡＣ商用電源

Claims

太陽電池を入力電源として交流をインバータ部で得る太陽光発電に用いられ、太陽電池の動作電圧を変化させ、太陽電池の出力電力が増加すれば前記変化方向と同一の方向に動作電圧を変化させ、太陽電池出力電力が減少すれば前記変化方向を反転させて動作電圧を変化させる動作を繰り返して実行することにより、太陽電池の最大出力動作点を検出する最大電力追尾制御方法において、
前記太陽電池の最大出力動作点付近の動作が判断されると、太陽電池の最大出力電力値を記憶手段に記憶し、該記憶手段で記憶した最大出力電力値となる動作電圧を固定するように前記インバータ部を制御することを特徴とする最大電力追尾制御方法。
前記太陽電池の動作電圧が少なくとも３つの電位で繰り返して変化させるときに前記最大出力動作点付近での動作であると判断し、これら電位の中央値を前記最大出力電力値となる動作電圧とすることを特徴とする請求項１記載の最大電力追尾制御方法。
太陽電池の出力電力値を検出し、この検出される出力電力値と、前記記憶手段で記憶した前記最大出力電力値との差分が所定値以上になるまで、前記インバータの制御を継続させることを特徴とする請求項１又は２記載の最大電力追尾制御方法。
前記差分が前記所定値以上になったときに、検出する前記太陽電池の出力電力値の変化が収束するまでは前記動作電圧を維持し、収束後に前記動作電圧を変化させて最大出力動作点を検出することを特徴とする請求項３記載の最大電力追尾制御方法。
前記収束後に動作電圧を変化させる方向は、収束後の太陽電池の出力電力値が前記記憶手段に記憶した最大出力電力値に対して増加していれば電圧増加方向に、収束後の出力電力が記憶した最大出力電力に対して減少していれば電圧減少方向に変化させることを特徴とする請求項４記載の最大電力追尾制御方法。
記憶した最大出力電力値が所定値より低いときに、前記記憶手段で記憶した最大出力電力値に対して、一定の電力変動範囲内であれば前記動作電圧を増加させることを特徴とする請求項１乃至５の何れか記載の最大電力追尾制御方法。
太陽電池を入力電源として交流に変換するインバータ部を備えた電力変換装置において、前記太陽電池の出力を検出する検出手段と、この検出手段が検出する前記太陽電池の最大出力動作点付近の動作を判断する判断手段と、該判断手段で前記太陽電池の最大出力動作点付近の動作が判断されると、前記太陽電池の最大出力電力値を記憶する記憶手段と、該記憶手段で記憶した最大出力電力値となる動作電圧を固定するように前記インバータ部を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする電力変換装置。