JP2013183578A - 制御装置、及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マルチストリング入力パワーコンディショナにおいて系統電圧を規定値以下としつつ最大入力電力が得られるような出力電力抑制を行う。
【解決手段】制御装置に、複数の太陽電池ストリングからそれぞれ入力される入力電力を調節して、商用電源系統との連系点へ出力する調節部と、前記太陽電池ストリングごとに発電される最大の電力が入力されるように前記調節部に各入力電力を調節させる第１の制御を行い、前記第１の制御を行っているときに前記連系点における系統電圧が第１の基準電圧以上のときは、前記調節部に各入力電力の所定の割合に対応する調節量で当該入力電力を減少させる第２の制御に切り替える制御部と、を設けたことにより、マルチストリング入力パワーコンディショナにおいて入力電力抑制を各入力電力に応じた調節量で行い、系統電圧を規定値以下としつつ最大入力電力が得られるような出力電力抑制が可能になる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、複数の太陽電池ストリングからそれぞれ入力される入力電力を調節する制御装置、及び制御方法に関する。

太陽光発電用パワーコンディショナは、太陽電池の特性を利用して、太陽電池が発電する最大の電力を常時取り出すように動作する。太陽電池の特性は、電圧が上昇すると電流が下降し、電圧が下降すると電流が上昇する特性であり、この特性は縦軸を電流、横軸を電圧としたＩ−Ｖ曲線や縦軸を電力としたＰ−Ｖ曲線として知られている。太陽光発電用パワーコンディショナは、最大電力点追跡(ＭＰＰＴ: Maximum Power Point Tracking)制御と呼ばれる技術を用いてＰ−Ｖ曲線の最大動作点で動作して、太陽電池から最大電力を取り出す。

しかし、太陽電池による発電電力のうちの余剰電力を商用電源系統（以下、単に系統という）に対し逆潮流により売却する家庭用の太陽光発電システム（たとえば、特許文献１）では、一方で、系統との連系点における電圧（以下、系統電圧という）を適正に保つことが求められる。たとえば、電気事業法には、標準電圧１００Ｖ（ボルト）に対して１０１±６Ｖ、標準電圧２００Ｖに対して２０２±２０Ｖ以内に維持するよう、規定されている（非特許文献１）。

このため、太陽光発電用パワーコンディショナにおいては、運転中に系統電圧が上昇し、規定の電圧を超えるような場合に、系統電圧が適正値となるような調節を行うことが求められる。一般的に、パワーコンディショナには、進相無効電力制御や出力電力抑制により自動的に系統電圧を適正値に調節する機能を備えたものがある。一般的な家庭用パワーコンディショナの場合、低圧配電系統では系統のリアクタンス成分が小さいため、進相無効電力制御による電圧調節効果は小さい。そのため、家庭用パワーコンディショナでは、出力電力抑制が採用される。家庭用パワーコンディショナの出力電力抑制機能は、たとえば、太陽電池からの入力電力を低下させることで系統との連系点への出力電力を抑制し、系統電圧を低下させる。

特開２００１−３０９５６０号公報

電力品質確保に係る系統連系技術要件ガイドライン、第２節低圧配電線との連系（平成１６年１０月１日、資源エネルギー庁）

ところで、家庭用の太陽光発電用パワーコンディショナは、太陽電池との接続方法に応じて２種類に大別される。一つ目は、複数の太陽電池ストリング（複数枚の太陽電池モジュールを直列接続して出力電圧を上昇させたもの）をいわゆる接続箱等で並列接続し、１つに集電することで直流電流を上昇させてからパワーコンディショナに入力する形態である。二つ目は、例えば、上記特許文献１のように、複数の太陽電池ストリングをパワーコンディショナにそれぞれ直接入力する形態である。後者の形態のように、太陽電池ストリングごとの直流電力が入力されるＤＣ／ＤＣ変換部を有するパワーコンディショナは、一般に、マルチストリング入力パワーコンディショナと呼ばれる。

接続箱で集電する形態のパワーコンディショナでは、１つの系列の太陽電池ストリングからの入力に対してＭＰＰＴ制御が行われる。よって、系統電圧の調節を行うために出力電力を抑制するためには、１つの系列の太陽電池ストリングのＭＰＰＴ制御を停止して入力電力を低下させればよい。すなわち、系統電圧が規定値以下となるように、ＭＰＰＴ制御で求めたＰ−Ｖ曲線上の最大動作点からより電力が低い動作点へと、入力動作点を変化させればよい。ただし、入力電力を低下させすぎると、本来逆潮流できる出力電力までも出力できなくなる。よって、動作点は最適値となるように制御されることが望ましい。すなわち、出力電力抑制を行う際には、系統電圧が規定値以下となる範囲において、最大入力電力が得られるような動作点に制御することが求められる。

一方、マルチストリング入力パワーコンディショナでは、入力される太陽電池ストリングそれぞれに対してＭＰＰＴ制御が行われる。また、マルチストリング入力パワーコンディショナの場合、一般的に、太陽電池ストリングごとに発電電力が異なる。これは、太陽電池ストリングごとに太陽電池を異なる方位に設置することで日射量が異なったり、太陽電池ストリングごとに接続される太陽電池モジュールの数が異なったりすることによる。すると、系統電圧の調節を行うために入力電力を低下させるには、複数の太陽電池ストリングに対するより複雑な制御が必要になる。たとえば、系統電圧を低下させるためだけなら、いずれかの太陽電池ストリングの入力を停止することも可能である。しかし、これでは、系統電圧が規定値以下となる範囲において最大入力電力を得るという細かい調節ができず、逆潮流に支障を来たす。

そこで、上記に鑑みてなされた本発明の目的は、マルチストリング入力パワーコンディショナにおいて、系統電圧を規定値以下としつつ最大入力電力が得られるような、出力電力抑制を行う制御装置等を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の一側面における制御装置は、複数の太陽電池ストリングからそれぞれ入力される入力電力を調節して、商用電源系統との連系点へ出力する調節部と、前記太陽電池ストリングごとに発電される最大の（または最大に近い）電力が入力されるように前記調節部に各入力電力を調節させる第１の制御を行い、前記第１の制御を行っているときに前記連系点における系統電圧が第１の基準電圧以上のときは、前記調節部に各入力電力の第１の割合に対応する調節量で当該入力電力を減少させる第２の制御に切り替える制御部と、を有する。

上記側面の一態様では、前記制御部は、前記第２の制御を行っているときに前記系統電圧が前記第１の基準電圧以下の第２の基準電圧を下回るときは、前記調節部に各入力電力の第２の割合に対応する調節量で当該入力電力を増加させ、前記第１の制御に切り替える。

上記側面の別の態様では、前記調節部は、前記第２の制御が行われるとき、各入力電力が所定の下限値を下回らないように当該入力電力を調節する。

上記側面のさらに別の態様では、前記調節部は、前記第２の制御が行われるとき、前記太陽電池ストリングから入力される入力電圧を上昇させることにより前記入力電力を減少させる。

上記側面によれば、調節部に各入力電力の所定の割合に対応する調節量で当該入力電力を減少させることで、マルチストリング入力パワーコンディショナにおいて系統電圧を規定値以下としつつ最大入力電力が得られるような出力電力抑制を行うことが可能になる。

本実施形態における制御装置が適用される、マルチストリング入力パワーコンディショナの構成を説明する図である。 調節部８の動作について説明する図である。 出力電力抑制について説明する図である 本実施形態におけるパワーコンディショナ１０の動作手順を説明するフローチャート図である。 本実施形態におけるパワーコンディショナ１０の入力電力抑制手順を示すフローチャート図である。 変形例におけるパワーコンディショナ１０の入力電力抑制方法について説明する図である。

以下、図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。

図１は、本実施形態における制御装置が適用される、マルチストリング入力パワーコンディショナの構成を説明する図である。図１に示す太陽光発電装置１１は、２つの太陽電池ストリング１ａ、１ｂと、太陽電池ストリング１ａ、１ｂの発電電力が入力されるパワーコンディショナ１０とを有する。太陽電池ストリング１ａ、１ｂにおける太陽電池は、たとえば、シリコン系多結晶太陽電池、シリコン系単結晶太陽電池、またはＣＩＧＳ等薄膜系太陽電池等である。光電変換可能なものであれば、その種類は制限されない。ここでは、パワーコンディショナ１０が、本実施形態の制御装置の例である。なお、以下では、説明の便宜上、２つの太陽電池ストリングから発電電力が入力されるパワーコンディショナを例とするが、３つ以上の太陽電池ストリングから発電電力が入力される場合も、本発明の技術的範囲に含まれる。

パワーコンディショナ１０は、太陽電池ストリング１ａ、１ｂに対応して、それぞれ入力される直流電圧を昇圧するＤＣ／ＤＣ変換部２ａ、２ｂを有する。また、パワーコンディショナ１０は、ＤＣ／ＤＣ変換部２ａ、２ｂが出力する直流電力を交流にＤＣ／ＡＣ変換する電力変回路３を有する。電力変換回路３は、ＤＣ／ＡＣ変換回路を有するが、その他各種制御回路で構成されていてもよい。電力変換回路３は、リレー７を介して商用電源系統（以下、系統という）５に並列接続される。これにより、交流に変換された発電電力が、系統５に逆潮流される。なお、以下では、太陽電池ストリング１ａ、１ｂで発電された直流電力を発電電力、電力変換回路３で変換された交流電力を出力電力という。

ＤＣ／ＤＣ変換部２ａ、２ｂ、及び電力変換回路３のいずれか一方または両方は、後述するように、太陽電池ストリング１ａ、１ｂからの発電電力の入力電力を調節して、系統５への出力電力を抑制する。たとえば、ＤＣ／ＤＣ変換部２ａ、２ｂは、太陽電池ストリング１ａ、１ｂからの入力電力をそれぞれ調節する。または、電力変換回路３は、出力電力自体を調節することで、太陽電池ストリング１ａ、１ｂからＤＣ／ＤＣ変換部２ａ、２ｂへの入力電力を調節する。本実施形態では、ＤＣ／ＤＣ変換部２ａ、２ｂ、及び電力変換回路３のいずれか一方または両方が、複数の太陽電池ストリングからそれぞれ入力される入力電力を調節して系統５との連系点へ出力する調節部８に対応する。

パワーコンディショナ１０は、ＤＣ／ＤＣ変換部２ａ、２ｂ、電力変換回路３、及びリレー７を制御する制御部４を有する。制御部４には、系統電圧検出センサ６から、系統５との連系点における電圧（以下、系統電圧）の計測値が送信される。制御部４は、系統電圧検出センサ６の計測値から系統電圧が法定の定格値（または定格値に対応する基準値）以上になったことを検出すると、調節部８に対して出力電力抑制を指示する出力電力抑制指示信号を発信する。制御部４は、出力電力抑制指示信号を発信してからは、出力電圧が定格値（または基準値）未満になったことを検出すると、調節部８に対して出力電力抑制を解除する出力電力抑制解除信号を発信する。また、制御部４は、出力電圧の異常時にはリレー７に対し連系を解除する指示信号を送信する連系保護機能を有する。制御部４は、たとえば、マイクロコンピュータである。上記の制御動作は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）が記憶媒体内に格納された制御プログラムに従って動作することで、実行される。

図２は、調節部８の動作について説明する図である。図２における説明は、太陽電池ストリング１ａを例とするが、太陽電池ストリング１ｂにも適用される。図２（Ａ）には、ある日射量での、太陽電池ストリング１ａの発電電力の電流・電圧特性ＩＶが示される。横軸は電圧、縦軸は電流を示す。また、図２（Ｂ）には、図２（Ａ）に対応する電力・電圧特性ＰＶが示される。横軸は電圧、縦軸は電力を示す。

図２（Ａ）の電流・電圧特性ＩＶと、図２（Ｂ）の電力・電圧特性ＰＶの関係は、次のとおりである。図２（Ａ）の電流・電圧特性ＩＶにおいて、電圧軸の切片と電流軸の切片が、それぞれ太陽電池ストリング１ａの開放電圧Ｖｏと短絡電流Ｉｓに対応する。電流・電圧特性ＩＶに示されるように、太陽電池ストリング１ａの発電電力は、発電電圧が開放電圧Ｖｏから電圧Ｖｃに降下するにつれて電流が上昇し、発電電圧が電圧Ｖｃを下回ると短絡電流Ｉｓと略一致するという特性を有する。これに対応して、図２（Ｂ）の電力・電圧特性ＰＶは、電圧Ｖｃで電力が最大Ｐｍａｘとなる凸形状の曲線を描く。この電力Ｐｍａｘが、太陽電池ストリング１ａの発電電力の最大値である。なお、かかる電流・電圧特性ＩＶと、これに対応する電力・電圧特性ＰＶは、日照と温度によって変動する。

調節部８におけるＤＣ／ＤＣ変換部２ａは、太陽電池ストリング１ａの発電電力（電圧および電流）を太陽電池ストリング１ａとＤＣ／ＤＣ変換部２ａとの間に配置されたセンサなど（図示省略）によって検出し、自身に接続されている太陽電池ストリング１ａに対してＭＰＰＴ制御を行う。ＭＰＰＴ制御は、太陽電池ストリング１ａから常時最大電力（または最大近くの電力）を入力するように、電力・電圧特性ＰＶのピークをトラッキングする制御である。たとえば、ＤＣ／ＤＣ変換部２ａは、太陽電池ストリング１ａの電圧を開放電圧Ｖｏから降圧させながら電力（または電流）を監視する。このとき、たとえば図２（Ａ）、（Ｂ）の動作点Ｗ１の電圧（開放電圧Ｖｏ）から降圧するにしたがい、電流及び電力は増加する（矢印２１）。そして、電圧Ｖｃのとき、電流及び電力は最大となる。かかる動作点が、最大動作点ＭＰＰである。ＤＣ／ＤＣ変換部２ａは、たとえば、降下させる単位電圧あたりの電流または電流の増加量が所定の基準量を下回るか、あるいはゼロになったとき、最大動作点ＭＰＰを検出する。または、電力が減少に転じたときに最大動作点ＭＰＰを検出してもよい。

そして、調節部８は、制御部４からの出力電力抑制指示信号を受信した場合は、ＭＰＰＴ制御を停止し、入力電力を減少させて（矢印２２）動作点Ｗ２まで移動させる。そうすることで、出力電力が抑制される。

ところで、マルチストリング入力パワーコンディショナでは、太陽電池ストリングが異なる方位に設置されてそれぞれの日射量が異なり、あるいは、直列接続されるモジュール数が太陽電池ストリングごとに異なる場合がある。すると、各太陽電池ストリングの発電電力が設置方位における日照量やモジュール数に依存して異なり、したがって、各太陽電池ストリングからの入力電力が異なる場合がある。かかる場合に、本実施形態の一態様は、太陽電池ストリングごとに、その入力電力に応じた異なる調節量で入力電力を減少させる、出力電力抑制を行う。

図３は、出力電力抑制について説明する図である。図３（Ａ）は、太陽電池ストリング１ａの電流電圧特性ＩＶａを示し、図３（Ｂ）は、太陽電池ストリング１ｂの電流電圧特性ＩＶｂを示す。図３（Ａ）、（Ｂ）では、横軸が電圧、縦軸が電流を示す。ここでは、太陽電池ストリング１ａに対する日射量「１．０」が、太陽電池ストリング１ｂに対する日射量「０．５」より強い場合が示される。この場合、太陽電池ストリング１ａの発電電力の方が太陽電池ストリング１ｂの発電電力より大きいので、太陽電池ストリング１ａにおける最大動作点ＭＰＰａの電力の方が、太陽電池ストリング１ｂにおける最大動作点ＭＰＰｂの電力より大きくなる。このため、太陽電池ストリング１ａからの入力電力の方が太陽電池ストリング１ｂからの入力電力より大きい。

本実施形態では、調節部８は、太陽電池ストリング１ａ、１ｂの入力電力に対する補正割合（ゲイン）を「１」以下に減少させて、すなわち減少ゲインを用いて入力電力を減少させる。たとえば、図３（Ａ）、（Ｂ）で、ゲインを「０．５」としたとき、図３（Ａ）では、太陽電池ストリング１ａの最大動作点ＭＰＰａに対応する電流１０Ａ（アンペア）は５Ａ（＝１０Ａ×０．５）に減少する（動作点Ｗａ）。一方、図３（Ｂ）では、太陽電池ストリング１ｂの最大動作点ＭＰＰｂに対応する電流５Ａは２．５Ａ（＝５Ａ×０．５）に減少する（動作点Ｗｂ）。このとき、太陽電池ストリング１ａの入力電流の減少幅は５Ａであり、太陽電池ストリング１ｂの入力電流の減少幅は２．５Ａである。このようにして、入力電力が大きいほど大きい減少量で、入力電力が減少される。

このとき、本実施形態では、入力電力調節のための入力電流指令値が、次式で算出される。

入力電流指令値[単位：Ａ] ＝ 出力電力抑制開始前の電流指令値[単位：Ａ]×減少ゲイン
具体的には、出力電力抑制の開始時の入力電流指令の初期値は、開始直前のＭＰＰＴ制御で決定された入力電流指令値とし、また、減少ゲインの初期値を「１．０」とされる。そして、減少ゲインを徐々に減少させていくことで、入力電流指令値を減少させていく制御が行われる。なお、入力電流の減少率は減少ゲインの変化速度で定義される（たとえば１００ミリ秒毎に減少ゲイン０．０１とすれば、出力電力抑制開始から１０秒で最小０Ａまで抑制される）。このように、入力電流指令値を０Ａに向けて減少していくことで、動作点は必ず電流・電圧曲線上の最大動作点ＭＰＰａまたはＭＰＰｂから開放電圧側（図３中、右側）へ向かって移動する。そうすることで、出力電力抑制中は必ず最大動作点に対し開放側で動作する入力電圧が確保され、短絡側に移動して不意にパワーコンディショナ１０が電源を喪失するといった危険性が減少する。

また、上記のようにして減少ゲインを用いて入力電力を減少させることで、次のような効果が得られる。たとえば、各太陽電池ストリングの減少ゲインがさらに低下して「０．１」となった場合、太陽電池ストリング１ａ、１ｂの入力電流は、下記のように同レベルに近づくが、入力電流が０Ａに至ることはない。

太陽電池ストリング１ａ：１０Ａ×０．１＝１．０Ａ
太陽電池ストリング１ｂ：５．０Ａ×０．１＝０．５Ａ
これに対し、たとえば、一律の減少幅で入力電力を減少させる場合には、入力電流が０Ａになるストリングが生じる可能性がある。たとえば、減少幅を一律に５Ａとした場合、太陽電池ストリング１ａ、１ｂの入力電流は、下記のようになる。

太陽電池ストリング１ａ：１０Ａ−５．０Ａ＝５．０Ａ
太陽電池ストリング１ｂ：５．０Ａ−５．０Ａ＝０Ａ
すると、太陽電池ストリング１ｂでは、動作点が太陽電池の開放電圧点となるので、ＤＣ/ＤＣ変換部２ｂが停止してしまう。一旦ＤＣ/ＤＣ変換部２ｂが停止すると、再起動時には過電流抑止のためにソフトスタートが必要になり、また開放電圧点から最大動作点ＭＰＰに到達するまで時間を要することで発電にロスが生じる。そこで、本実施形態では、減少ゲインを用いて、入力電力が大きいほど大きい減少量で入力電力を減少させる。そうすることで、かかる事態を回避できる。

図４は、本実施形態におけるパワーコンディショナ１０の動作手順を説明するフローチャート図である。図４の手順は、所定周期（たとえば、数十ミリ秒ごと）に実行される。

まず、制御部４は、系統電圧検出センサ６により系統電圧を計測し（Ｓ４０１）、計測値から系統電圧の実効値を算出する（Ｓ４０２）。そして、制御部４は、前回の処理サイクルまでに出力電力抑制を開始していた場合（Ｓ４０３のＹｅｓ）は手順Ｓ４０５へ進み、出力電力抑制の解除判定を行う。出力電力抑制を開始していない場合（Ｓ４０３のＮｏ）は手順Ｓ４０４へ進み、出力電力抑制の開始判定を行う。

手順Ｓ４０４で系統電圧が上限基準値以上の場合（Ｓ４０４のＹｅｓ）、制御部４は、出力電力抑制を開始する（Ｓ４０８）。この場合、後述する図５の手順が実行され、出力電力が抑制される。一方、上限基準値未満の場合（Ｓ４０４のＮｏ）は、制御部４は、出力電力抑制の必要はないため何も処理を行わない。なお、出力電力抑制のための電圧の上限基準値は、接続される系統の標準電圧が１００Ｖの場合には、たとえば、１０７Ｖである。または、標準電圧が２００Ｖの場合は、たとえば、２２２Ｖである。ただし、かかる基準値は、たとえば１０７Ｖ以下の数ボルト（最大６Ｖ）または２２２Ｖ以下の数Ｖ（最大２０Ｖ）の範囲で任意に設定される。なお、系統側の交流電圧は、送電距離に応じた送電線の抵抗や周波数変動、近隣地域での発電状況などに依存して、標準電圧（１００Ｖまたは２００Ｖ）を中心に変動する場合がある。かかる場合に、たとえば、上記のような上限基準値を設けておけば、系統側の電圧が変動した場合においても、法規制を遵守した対応が可能になる。

一方、手順Ｓ４０５で、系統電圧が下限基準値未満の場合（Ｓ４０５のＹｅｓ）、制御部４は、出力電力抑制を解除する（Ｓ４１０）。たとえば、下限基準値を上限基準値から１Ｖ下回った電圧値として、これを系統電圧が下回った場合は出力電力を増加方向に転じる。この場合、出力制御を解除することで、再び、ＭＰＰＴ制御が実行され、出力電力が増加する。そうすることで、系統電圧を下げすぎて逆潮流に支障を来たすことを回避できる。

一方、系統電圧が下限基準値以上の場合（手順Ｓ４０５のＮｏ）、制御部４は、出力電力抑制を継続する（Ｓ４１２）。この場合、後述する図５の手順によりさらに出力電力が抑制され、系統電圧を低下させる方向に制御が行われる。

そして、制御部４は、図３で説明した処理により決定した減少ゲインに基づく入力電流指令値を調節部８に与え（Ｓ４１４）、調節部８が太陽電池ストリング１ａ、１ｂの入力電力を調節する。たとえば、ＤＣ／ＤＣ変換部２ａ、２ｂが、それぞれの入力電流を減少ゲインに応じた電流に調節する。または、電力変換回路３が、入力電流が入力電流指令値に対応一致するようにＰＷＭ制御で内部のスイッチング素子を駆動する。そうすることで、ＤＣ／ＤＣ変換部２ａ、２ｂからの入力電力がそれぞれ減少ゲインに対応する減少量で減少される。

図５は、本実施形態におけるパワーコンディショナ１０の出力電力抑制手順を示すフローチャート図である。図５の手順は、調節部８（ＤＣ／ＤＣ変換部２ａ、２ｂ、電力変換回路３の両方またはいずれか）により、制御部４からの出力電力抑制指示信号または解除信号に応答して実行される。調節部８は、出力電力抑制中ならば自身の入力電力を低下させ、解除ならば入力電力を出力電力抑制前のレベルまで増加させる。

調節部８は、制御部４からの出力電力抑制指示信号を受信し、出力電力抑制中ならば（Ｓ５０１のＹｅｓ）、手順Ｓ５０２へ進む。調節部８は、前回の処理サイクルまでに出力電力抑制の指示を受信して、入力電力の調節（抑制）を開始しているかの判定を行う（Ｓ５０２）。入力電力の調節を開始していなければ（Ｓ５０２のＮｏ）、手順Ｓ５０３へ進む。調節部８は、手順Ｓ５０３で、ＭＰＰＴ制御を停止して、入力電力調節を開始する。調節部８は、現時点の入力電流をＤＣ／ＤＣ変換部２ａ、２ｂ、または電力変換回路３の内部メモリに抑制前の入力電流として格納し（Ｓ５０３ａ）、減少ゲインを初期値「１．０」に設定する（Ｓ５０３ｂ）。

一方、手順Ｓ５０２で、既に入力電力抑制中ならば（Ｓ５０２のＹｅｓ）、出力電力抑制要求に従い入力電力を低下させるため手順Ｓ５０４へ進む。調節部８は、手順Ｓ５０４で、現時点の減少ゲインを所定量ずつ減少させて、入力電流を減少させる。たとえば、現時点の減少ゲインから「０．０１」ずつ減算する。ただし、このとき、入力電流が０Ａ以下にならないように、減少ゲインの減算を途中で停止する。

また、手順Ｓ５０１で出力電力抑制が解除されていれば（Ｓ５０１のＮｏ）手順Ｓ５０５へ進む。制御部４にて出力電力抑制が解除された時点で減少ゲインが「１．０」未満の場合（Ｓ５０５のＮｏ）、調節部８は、減少ゲインを徐々に増加させて入力電流を抑制開始前まで復帰させる（Ｓ５０５ａ）。たとえば、現時点の減少ゲインに「０．０１」を加算して、減少ゲインを徐々に増加させ、入力電流を増加させる。この場合、各太陽電池ストリングでは、入力電力に応じた減少量で入力電力を減少させたところ、増加する際も入力電力に応じた増加量で入力電力を増加できる。よって、太陽電池ストリングごとの入力電力の大小にかかわらず、ＭＰＰＴ制御への復帰を迅速に行うことができる。

そして、調節部８は、出力電力抑制中の入力電流指令値を新しく算出して更新する（Ｓ５０７）。たとえば、入力電流指令値は、次式により算出される。

入力電流指令値＝出力電力抑制前の入力電流指令値×減少ゲイン

また、減少ゲインが「１．０」以上の場合（Ｓ５０５のＹｅｓ）、すなわち減少ゲインが回復した時点で、調節部８は、入力電力抑制を終了してＭＰＰＴ制御へ移行する（Ｓ５０６）。なお、ここでのＭＰＰＴ制御は、太陽電池の入力電流から最大動作点を求める制御方法であってもよいし、入力電圧から最大動作点を求める制御であってもよい。

上述の手順によれば、出力電力抑制開始直前のＭＰＰＴ制御で決定している入力電流指令値を出力電力抑制時の入力電流指令の初期値とし、出力電力抑制開始時の減少ゲインを「１．０」として、減少ゲインの値を徐々に減少させていくので、入力電流指令値を徐々に減少させていくことができる。

また、上述の手順によれば、太陽電池ストリング１ａ、１ｂのいずれかの入力電力を完全に停止するような場合と比べて、次のような効果が得られる。たとえば、太陽電池ストリング１ａ、１ｂのいずれかの入力電力を完全に停止すると、系統電圧が低下しすぎて逆潮流に支障を来たし、再度、停止したストリングのＭＭＰＴ制御を実行するような場合に、ＭＭＰＴ制御まで復帰するまで時間がかかり、発電のロスになる。一方、上述の手段によれば、太陽電池ストリングごとに入力電力に応じた減少量で入力電力を減少させることで、入力電力が停止するストリングが生じることがない。よって、ＭＭＰＴ制御へ迅速に復帰でき、発電ロスを最小限とすることができる。

なお、上述の手順では、太陽電池ストリング１ａ、１ｂに対し、同じ減少ゲインを用いて入力電力抑制を行うことで、入力電力が大きいほど大きい減少幅で入力電力を減少させた。しかし、減少ゲインに対し、入力電力に応じた重み付けをする場合も、本実施形態に含まれる。たとえば、減少ゲインに対し入力電力が大きいほど大きい重みを付けることで、入力電力が大きいほどさらに大きい減少量で入力電力を減少させることができる。あるいは、減少ゲインに対し入力電力が小さいほど大きい重みを付けることで、太陽電池ストリングごとの減少量を平準化、あるいは入力電力が小さいほど大きい減少量で入力電力を減少させることができる。その場合であっても、減少ゲインを用いることで、一律な減少幅で入力電力を減少させる場合のように、入力電流が０ＡになってＤＣ／ＤＣ変換部の再起動が必要となるような事態を回避できる。減少ゲインに重み付けをする場合、制御部４は、太陽電池ストリング１ａ、１ｂごとに異なる重みを算出し、調節部８に指令する。調節部８では、たとえば、ＤＣ／ＤＣ変換部２ａ、２ｂが、それぞれの指令値に従って太陽電池ストリング１ａ、１ｂからの入力電流を調節することで、入力電力を調節する。
［変形例］

次に、本実施形態における変形例について説明する。上述した手順において、入力電力の抑制が大きく働いた場合、ストリングによっては動作点が開放電圧に近づき、入力電流が０Ａ付近まで低下する場合がある。入力電流が０Ａまでではないにしろ非常に小さくなると、ＤＣ／ＤＣ変換部２ａ、２ｂが電流制御を行っている場合に昇圧動作が困難になることがある。たとえば、ＤＣ／ＤＣ変換部２ａ、２ｂが、入出力の直流電流を計測してフィードバック制御を行うことで所望の入力電流となるように電流制御を行っている、または、計測した電流値から制御異常を検出しているような場合であって、直流電流を計測するセンサの精度が低い場合に、入力電流が微小になると、入力電流の大きさに対する誤差の割合が大きくなる。そして、フィードバック制御が有効に機能できなくなると、昇圧動作が安定しなくなるおそれがある。そこで、次の変形例では、入力電力調節動作により入力電流がある程度以下にならないように、入力電力の抑制が制限される。

図６は、変形例におけるパワーコンディショナ１０の入力電力調節動作について説明する図である。図６（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ、太陽電池ストリング１ａ、１ｂがＭＰＰＴ制御により最大動作点ＭＰＰａ、ＭＰＰｂで動作している場合を示す。ここでは、図６（Ａ）における太陽電池ストリング１ａの日射量を「１．０」、最大動作点ＭＰＰａにおける電流を１０Ａとする。また、図６（Ｂ）における太陽電池ストリング１ｂの日射量を「０．１」、最大動作点ＭＰＰｂにおける電流を１Ａとする。

ここで、減少ゲインを「０．４」とすると、各太陽電池ストリングにおける入力電流は次のように減少される。

太陽電池ストリング１ａ： １０Ａ×０．４＝４．０Ａ
太陽電池ストリング１ｂ： １Ａ×０．４＝０．４Ａ
本変形例では、両ストリングとも、入力電流を０．５Ａ以下に低下させないように制限を設ける。すると、太陽電池ストリング１ａにおける減少ゲインによる入力電流指令値は０．５Ａを上回る４．０Ａになる（図６（Ａ）の動作点Ｗａ´）が、太陽電池ストリング１ａにおける減少ゲインによる入力電流指令値は、０．５Ａを下回る０．４Ａとなる（図６（Ｂ）の動作点Ｗｂ´）。このとき、制御部４は、太陽電池ストリング１ｂの入力電流指令値を０．５Ａに制限する（動作点Ｗｂ´´）。そうすることで、たとえば、ＤＣ／ＤＣ変換部２ｂの昇圧動作が困難になることを回避できる。

ただし、系統電圧を基準値以下にすべく出力電力を抑制するためには、太陽電池ストリング１ｂで制限された入力電流指令値０．１Ａ（＝０．５Ａ−０．４Ａ）分の入力電力を別の太陽電池ストリングで分担して減少する必要がある。そのため、太陽電池ストリング１ａにおいて、入力電流をさらに０．１Ａだけ低下させ、３．９Ａ（＝４．０Ａ−０．１Ａ）とする（動作点Ｗａ´´）。そうすることで、全体としての出力電力を抑制しつつ、個々の太陽電池ストリングでは入力電流をある程度以上に保つことで、良好なフィードバック制御を可能にすることができる。

変形例におけるパワーコンディショナ１０の動作手順には、図５で示した手順のうち手順Ｓ５０４を変形した手順が適用される。たとえば、手順Ｓ５０４で、ＤＣ／ＤＣ変換部２ａ、２ｂがそれぞれ減少ゲインを「０．０１」ずつ減少させて入力電流を減少させるときの入力電流の下限値を、「０Ａ」の代わりに、たとえば、「０．５Ａ」など所望の電流値に設定する。そうすることで、たとえば、図６（Ａ）、（Ｂ）の例では、まず、ＤＣ／ＤＣ変換部２ｂが先に下限値に達するので、入力電力の減少を停止する。その場合、図４の手順Ｓ４０３では、ＤＣ／ＤＣ変換部２ｂが入力電力抑制を停止したことにより依然として出力電力抑制中と判断される（Ｓ４０３のＹｅｓ）。その結果、出力電力は下限基準値以上であるので（Ｓ４０５のＮｏ）、出力電力抑制が継続される（Ｓ４１２、Ｓ４１４）。この判断を受けて、ＤＣ／ＤＣ変換部２ａは、図５の手順において出入力電力抑制中と判断し（Ｓ５０１のＹｅｓ、Ｓ５０２のＹｅｓ）、手順Ｓ５０４で入力電力抑制を継続する。このとき、太陽電池ストリング１ａは下限値まで余裕があるので、継続して入力電力が抑制される。そうすることで、太陽電池ストリング１ｂの入力電力の抑制が停止された分を分担して抑制できる。そうすることで、系統電圧が基準値以下になるように、全体としての出力電力が制御される。

上述の説明では、理解を容易にするために２つの太陽電池ストリングが入力されるパワーコンディショナ１０を示した。ここで、３つの太陽電池ストリングが入力される例を示す。ここでは、太陽電池ストリング１ａ、１ｂに加え、３つ目の太陽電池ストリングを１ｃとする。たとえば、出力電力抑制前の各太陽電池ストリングの入力電流は次のとおりである。

太陽電池ストリング１ａ：１０Ａ
太陽電池ストリング１ｂ：５Ａ
太陽電池ストリング１ｃ：１Ａ
［第１実施例］
まず、減少ゲインを「０．５」とする場合を示す。この場合、各太陽電池ストリングの入力電流は、次のように調節される。

太陽電池ストリング１ａ：１０Ａ×０．５＝５Ａ
太陽電池ストリング１ｂ：５Ａ×０．５＝２．５Ａ
太陽電池ストリング１ｃ：１Ａ×０．５＝０．５Ａ

上記において、最も入力電力が大きい太陽電池ストリング１ａが最大の減少幅５Ａで、最も入力電力が小さい太陽電池ストリング１ｃが最小の減少幅０．５Ａで減少される。そして、全体として、１６Ａから８Ａまで入力電流が低下される。
［第２実施例］

次に、各太陽電池ストリングの減少ゲインがさらに低下して０．１となった場合を示す。下記に示すように、各太陽電池ストリングで入力電力はほぼ同レベルに近づくが、０Ａに至るストリングはない。

太陽電池ストリング１ａ：１０Ａ×０．１＝１Ａ
太陽電池ストリング１ｂ：５Ａ×０．１＝０．５Ａ
太陽電池ストリング１ｃ：１Ａ×０．１＝０．１Ａ
このとき、全体としては、１６Ａから１．６Ａまで入力電流が低下される。
[第３実施例]
さらに、入力電流の下限値が設定される場合であって減少ゲインが「０．３５」の場合を示す。

太陽電池ストリング１ａ：１０Ａ×０．３５＝３．５Ａ
太陽電池ストリング１ｂ：５Ａ×０．３５＝１．７５Ａ
太陽電池ストリング１ｃ：１Ａ×０．３５＝０．３５Ａ
ここで、入力電流の下限値が「０．５Ａ」だとすると、太陽電池ストリング１ｃはこれを下回ることになるので、抑制後の電流値は「０．５Ａ」に制限される。よって、全体であと「０．１５Ａ」抑制する必要がある。そこで、上述した変形例の手順によれば、次の処理サイクル移行の手順Ｓ５０４（図５）で、太陽電池ストリング１ａ、１ｂの入力電力が、それぞれ減少ゲイン「０．０１」ずつ減少する。よって、１０サイクル後には、全体として０．１５Ａの電流を追加的に抑制することができ、目標とする電流値を得ることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、各調節部に入力電力に応じた調節量で当該入力電力を減少させることで、マルチストリング入力パワーコンディショナにおいて系統電圧を規定値以下としつつ最大入力電力が得られるような出力電力抑制を行うことが可能になる。

１ａ、ｂ：太陽電池ストリング、 ２ａ、ｂ：ＤＣ／ＤＣ変換部、 ３：電力変換回路、４：制御部、 ５：商用電源系統、１０：パワーコンディショナ、 １１：太陽光発電装置

Claims (5)

1. 複数の太陽電池ストリングからそれぞれ入力される入力電力を調節して、商用電源系統との連系点へ出力する調節部と、
   前記太陽電池ストリングごとに発電される最大の電力が入力されるように前記調節部に各入力電力を調節させる第１の制御を行い、前記第１の制御を行っているときに前記連系点における系統電圧が第１の基準電圧以上のときは、前記調節部に各入力電力の第１の割合に対応する調節量で当該入力電力を減少させる第２の制御に切り替える制御部と、
   を有する制御装置。
2. 請求項１において、
   前記制御部は、前記第２の制御を行っているときに前記系統電圧が前記第１の基準電圧以下の第２の基準電圧を下回るときは、前記調節部に各入力電力の第２の割合に対応する調節量で当該入力電力を増加させ、前記第１の制御に切り替える、
   制御装置。
3. 請求項１または２において、
   前記調節部は、前記第２の制御が行われるとき、各入力電力が所定の下限値を下回らないように当該入力電力を調節する、
   制御装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかにおいて、
   前記調節部は、前記第２の制御が行われるとき、前記太陽電池ストリングから入力される入力電圧を上昇させることにより前記入力電力を減少させる、
   制御装置。
5. 複数の太陽電池ストリングからそれぞれ電力が入力される制御装置にて各入力電力を調節して商用電源系統との連系点へ出力する制御方法であって、
   前記太陽電池ストリングごとに発電される最大の電力が入力されるように各入力電力を調節する第１の制御を行う工程と、
   前記第１の制御を行っているときに前記連系点における系統電圧が第１の基準電圧以上のときは、各入力電力の第１の割合に対応する調節量で当該入力電力を減少させる第２の制御に切り替える工程と、
   前記第２の制御を行っているときに前記系統電圧が前記第１の基準電圧以下の第２の基準電圧を下回るときは、各入力電力の第２の割合に対応する調節量で当該入力電力を増加させ、前記第１の制御に切り替える工程と、
   を有する制御方法。

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