JP2014010705A - 昇圧ユニット、電源システム、昇圧ユニットの制御方法、およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池の出力電力が最大となる出力電圧で太陽電池を動作させられない場合がある。
【解決手段】昇圧ユニットは、入力電圧を昇圧して出力する昇圧ユニットであって、昇圧比を制御することにより、入力電圧を予め定められた目標入力電圧に調整する昇圧制御部と、昇圧制御部による昇圧比の制御に並行して、目標入力電圧を変更する目標電圧設定部とを備える。目標電圧設定部は、昇圧ユニットの出力電圧が、昇圧ユニットの単位時間あたりの出力電圧に基づく基準電圧以下の場合、目標入力電圧を第１目標入力電圧に設定し、昇圧ユニットの出力電圧が基準電圧より大きい場合、目標入力電圧を第１目標入力電圧より大きい第２目標入力電圧に設定してもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、昇圧ユニット、電源システム、昇圧ユニットの制御方法、およびプログラムに関する。

従来、パワーコンディショナは、太陽電池の出力電圧を変動させることにより、太陽電池の出力電力の極大値を探索し、極大値に対応する出力電圧で太陽電池を動作させている。
特許文献１ 特開２００２−２３８２４６号公報

しかしながら、複数の太陽電池を備える太陽光発電システムでは、出力電力に複数の極大値が存在する場合がある。そのため、太陽電池の出力電力が最大となる出力電圧で太陽電池を動作させられない場合がある。

本発明の一態様に係る昇圧ユニットは、入力電圧を昇圧して出力する昇圧ユニットであって、昇圧比を制御することにより、入力電圧を予め定められた目標入力電圧に調整する昇圧制御部と、昇圧制御部による昇圧比の制御に並行して、目標入力電圧を変更する目標電圧設定部とを備える。

上記昇圧ユニットにおいて、目標電圧設定部は、昇圧ユニットの出力電圧が、昇圧ユニットの単位時間あたりの出力電圧に基づく基準電圧より大きい場合、目標入力電圧を変更することで、昇圧ユニットの単位時間あたりの基準出力電力より昇圧ユニットの出力電力を低下させてもよい。

上記昇圧ユニットにおいて、目標電圧設定部は、昇圧ユニットの出力電圧が、昇圧ユニットの単位時間あたりの出力電圧に基づく基準電圧以下の場合、目標入力電圧を第１目標入力電圧に設定し、昇圧ユニットの出力電圧が基準電圧より大きい場合、目標入力電圧を第１目標入力電圧より大きい第２目標入力電圧に設定してもよい。

上記昇圧ユニットにおいて、目標電圧設定部は、昇圧ユニットの出力電圧が、昇圧ユニットの単位時間あたりの出力電圧に基づく基準電圧以下の場合、目標入力電圧を第１目標入力電圧に設定し、昇圧ユニットの出力電圧が基準電圧より大きい場合、目標入力電圧を第１目標入力電圧より小さい第３目標入力電圧に設定してもよい。

上記昇圧ユニットにおいて、目標電圧設定部は、昇圧ユニットの出力電圧が、昇圧ユニットの出力電力の極大値に対応する出力電圧以上で、かつ昇圧ユニットの単位時間あたりの出力電圧に基づく基準電圧以下の場合、目標入力電圧を第１目標入力電圧に設定し、昇圧ユニットの出力電圧が、昇圧ユニットの出力電力の極大値に対応する出力電圧以上で、かつ基準電圧より大きい場合、目標入力電圧を第１目標入力電圧より大きい第２目標入力電圧に設定し、昇圧ユニットの出力電圧が、昇圧ユニットの出力電力の極大値に対応する出力電圧より小さく、かつ昇圧ユニットの単位時間あたりの出力電圧に基づく基準電圧以下の場合、目標入力電圧を第１目標入力電圧に設定し、昇圧ユニットの出力電圧が、昇圧ユニットの出力電力の極大値に対応する出力電圧より小さく、かつ基準電圧より大きい場合、目標入力電圧を第１目標入力電圧より小さい第３目標入力電圧に設定してもよい。

上記昇圧ユニットにおいて、目標電圧設定部は、昇圧ユニットの出力電圧をフィルタリングした値を基準電圧として目標入力電圧を設定してもよい。

上記昇圧ユニットは、昇圧ユニットの出力電力の極大値を探索する第１極大値探索部と、昇圧制御部による昇圧比の制御に並行して、目標電圧設定部に目標入力電圧を変化させながら、第１極大値探索部に極大値を探索させる第１極大値探索制御部とをさらに備えてもよい。

上記昇圧ユニットにおいて、昇圧制御部は、昇圧ユニットの出力電圧が予め定められた閾電圧より大きい場合、昇圧比を一定に制御してもよい。

本発明の一態様に係る電源システムは、第１の電源と、第１の電源と出力電力の特性が異なる第２の電源と、第２の電源の出力電圧を昇圧する上記の昇圧ユニットと、昇圧ユニットの出力端と第１の電源とを並列に接続する並列接続回路と、並列接続回路の出力電力を交流電力に変換するパワーコンディショナとを備える。

上記パワーコンディショナは、並列接続回路の出力電圧を制御する出力電圧制御部と、第１の電源の出力電力と昇圧ユニットの出力電力を含む合成出力電力の極大値を探索する第２極大値探索部と、出力電圧制御部によって並列接続回路の出力電圧を変化させながら、第２極大値探索部に合成出力電力の極大値を探索させる第２極大値探索制御部とを有してもよい。

本発明の一態様に係る制御方法は、入力電圧を昇圧して出力する昇圧ユニットの制御方法であって、昇圧比を制御することにより、入力電圧を予め定められた目標入力電圧に調整する昇圧制御段階と、昇圧制御段階における昇圧比の制御に並行して、目標入力電圧を変更する目標電圧設定段階とを含む。

本発明の一態様に係るプログラムは、入力電圧を昇圧して出力する昇圧回路を制御する制御装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムであって、昇圧回路の昇圧比を制御することにより、入力電圧を予め定められた目標入力電圧に調整する昇圧制御部と、昇圧制御部による昇圧比の制御に並行して、目標入力電圧を変更する目標電圧設定部としてコンピュータを機能させる。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

本実施形態に係る太陽光発電システムの機能ブロックを示す図である。 昇圧回路が昇圧する過程でのＰ−Ｖ曲線の変化の様子を示す図である。 ある時点のＰ−Ｖ曲線を示す図である。 ある時点のＰ−Ｖ曲線を示す図である。 ある時点のＰ−Ｖ曲線を示す図である。 昇圧ユニットの昇圧制御について説明するための図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態に係る太陽光発電システムの機能ブロックを示す。太陽光発電システム３００は、第１の太陽電池１０、第２の太陽電池１２、昇圧ユニット１００、並列接続回路１４、およびパワーコンディショナ２００を備える。太陽光発電システム３００は、電源システムの一例である。第１の太陽電池１０および第２の太陽電池１２は、第１の電源および第２の電源の一例である。

本実施形態において、第１の太陽電池１０または第２の太陽電池１２に対する照度が上昇し、並列接続回路１４を介して入力される合成出力電力が基準値に達すると、パワーコンディショナ２００は、入力される直流電力を交流電力に変換して出力する。動作開始後、パワーコンディショナ２００は、第１の太陽電池１０および第２の太陽電池１２のそれぞれから最大電力が出力されるように、第１の太陽電池１０および第２の太陽電池１２の出力電圧を制御している。

さらに言えば、パワーコンディショナ２００は、第１の太陽電池１０および第２の太陽電池１２から最大電力が得られるように、並列接続回路１４の出力電圧Ｖｐ、つまり、パワーコンディショナ２００への入力電圧を制御している。より具体的には、パワーコンディショナ２００は、ＭＰＰＴ（最大電力追従）方式の一つである山登り法を用いて、第１の太陽電池１０の出力電力および第２の太陽電池１２の出力電力を含む合成出力電力の極大値を追従している。そして、パワーコンディショナ２００は、極大値に対応する電圧が最大の合成出力電力が得られる最適な出力電圧Ｖｐであると判断して、並列接続回路１４を介してその最適な出力電圧Ｖｐが入力されるように、動作している。

また、本実施形態において、第１の太陽電池１０は、第１の枚数の太陽電池モジュールを直列に接続した第１の太陽電池ストリングである。そして、第２の太陽電池１２は、第１の枚数より少ない第２の枚数の太陽電池モジュールを直列に接続した第２の太陽電池ストリングである。したがって、第１の太陽電池１０の出力電力の特性と、第２の太陽電池１２の出力電力の特性とは異なる。なお、本実施形態では、第１の太陽電池１０を構成する太陽電池モジュールと、第２の太陽電池１２を構成する太陽電池モジュールとは、同一種類の太陽電池モジュールである。しかし、第１の太陽電池１０を構成する太陽電池モジュールと、第２の太陽電池１２を構成する太陽電池モジュールとは、異なる種類の太陽電池モジュールでもよい。

このような太陽光発電システム３００において、パワーコンディショナ２００が、第１の太陽電池１０に対する照度が基準値に達しない状態で、第２の太陽電池１２に対する照度が基準値に達したことにより、動作を開始する場合がある。この場合、パワーコンディショナ２００は、第２の太陽電池１２が出力する電力に起因する極大値を追従し、極大値に対応する出力電圧Ｖｐ付近で動作する。その後、第１の太陽電池１０に対する照度が比較的低いものの、第１の太陽電池１０に対する照度が基準値に達した場合に、パワーコンディショナ２００が、第２の太陽電池１２が出力する電力に起因する極大値を追従し続けることがある。これは、第１の太陽電池１０に対する照度が低く、第１の太陽電池１０が最大出力で動作可能な出力電圧Ｖｐが、動作中の出力電圧Ｖｐより小さい場合に起こりうる。しかし、第１の太陽電池１０が、例えば第２の太陽電池１２より枚数の多い太陽電池モジュールで構成されている場合、照度が低くても最大出力電力が、第２の太陽電池１２よりも大きい場合がある。この場合、パワーコンディショナ２００が、第２の太陽電池１２が出力する電力に起因する極大値を追従し続けていると、第１の太陽電池１０の電力を無駄にしてしまう。

そこで、本実施形態では、第１の太陽電池１０に対する照度が基準値には達したものの、第１の太陽電池１０に対する照度が比較的低い場合に、パワーコンディショナ２００が、第１の太陽電池１０からの電力が得られない状態において探索された第２の太陽電池１２が出力する電力に起因する極大値を追従しつづけることを防止する。これにより、第１の太陽電池１０に対する照度が比較的低い場合においても、第１の太陽電池１０の電力を無駄にすることを防止できる。

図２に示すように、第２の太陽電池１２に対する照度のみが基準値に達した場合、昇圧ユニット１００は、第２の太陽電池１２から入力された入力電圧を、パワーコンディショナ２００が動作可能な電圧の範囲を示す動作可能電圧範囲まで昇圧する。破線Ｌｓ１、破線Ｌｓ２および実線Ｌｓ３は、昇圧ユニット１００による昇圧動作に応じて、パワーコンディショナ２００に入力される並列接続回路１４の出力電圧Ｖｐと合成出力電力との間の電気的な特性であるＰ−Ｖ曲線の変化の様子を示す。

昇圧ユニット１００による昇圧動作の開始後、パワーコンディショナ２００に入力される入力電圧が動作可能電圧範囲に達すると、パワーコンディショナ２００は起動を開始する。起動が完了すると、パワーコンディショナ２００は、起動が完了した時点の入力電圧（出力電圧Ｖｐ）を動作電圧として、直流電力を交流電力に変換し出力する変換動作を開始する。変換動作中に、パワーコンディショナ２００は、合成出力電力の極大値を追従し、合成出力電力が最大となる動作電圧を探索する。

このような状況において、図３に示すように、第１の太陽電池１０に対する照度が基準値には達したものの、第１の太陽電池１０に対する照度が比較的低い場合、第１の太陽電池１０の出力電力が極大となる動作電圧が、現在の動作電圧よりも低い場合がある。ここで、破線Ｌｓは、昇圧ユニット１００の出力電力と昇圧ユニット１００の出力電圧との間の電気的な特性であるＰ−Ｖ曲線を示す。破線Ｌｍは、第１の太陽電池１０の出力電力と第１の太陽電池１０の出力電圧との間の電気的な特性であるＰ−Ｖ曲線を示す。実線Ｌｃは、並列接続回路１４から出力される合成出力電力と並列接続回路１４の出力電圧Ｖｐとの間の電気的な特性であるＰ−Ｖ曲線を示す。

通常、パワーコンディショナ２００は、一旦、合成出力電力の極大値が発見されると、その極大値の出力電圧を基準として比較的狭い電圧移動範囲Ｔ１で出力電圧Ｖｐを変化させながら、極大値の探索を行っている。したがって、第１の太陽電池１０の出力電力が極大値を示す動作電圧が、現時点における電圧移動範囲Ｔ１外に存在する場合、パワーコンディショナ２００は、第１の太陽電池１０に起因する極大値を発見できない場合がある。

そこで、本実施形態では、図４に示すように、昇圧ユニット１００から出力される出力電力が、パワーコンディショナ２００が起動した時点において出力されている出力電力を維持できるように、昇圧ユニット１００が昇圧比を制御する。ここで、昇圧ユニット１００の入力電力と出力電力とはほぼ同一である。また、昇圧ユニット１００の出力電圧は、パワーコンディショナ２００の動作に依存する。

そこで、昇圧ユニット１００は、昇圧ユニット１００に入力される入力電圧が一定になるように昇圧比を制御する。これにより、第２の太陽電池１２の出力電力のみに起因する電力がパワーコンディショナ２００に入力されている動作電圧範囲では、合成出力電力は一定になる。そのため、パワーコンディショナ２００は、第２の太陽電池１２の出力電力のみに起因する動作電圧範囲において、少なくともある一定期間において、合成出力電力の極大値の探索を継続する。したがって、パワーコンディショナ２００は、動作電圧（出力電圧Ｖｐ）を降圧させていく。その結果、パワーコンディショナ２００は、第１の太陽電池１０に起因する極大値を発見できる可能性が高まる。

一方、図５に示すように、第１の太陽電池１０に対する照度がさらに低く、第１の太陽電池１０の出力電力が極大となる動作電圧が、パワーコンディショナ２００の動作可能電圧の下限側により近い場合、昇圧ユニット１００の入力電圧を一定に制御するだけでは、パワーコンディショナ２００が、第１の太陽電池１０に起因する極大値を発見できない場合がある。パワーコンディショナ２００は、極大値の探索を開始後、初期期間は、比較的広い範囲で動作電圧（出力電圧Ｖｐ）を変化させて極大値の探索を行っている。

しかし、動作電圧を変化させても合成出力電力の変化が少ない場合、パワーコンディショナ２００は、その時点で発見されている最大の合成出力電力における出力電圧Ｖｐを基準として比較的狭い電圧移動範囲Ｔ１で極大値の探索を行ってしまう。したがって、初期期間において、第１の太陽電池１０に起因する極大値を発見できない場合、パワーコンディショナ２００は、例えば、出力電圧Ｖｐ１を基準とした比較的狭い電圧移動範囲Ｔ１で出力電圧Ｖｐを変化させながら、極大値の探索を継続してしまう。この場合、昇圧ユニット１００の入力電圧を一定に制御するだけでは、パワーコンディショナ２００が、第１の太陽電池１０に起因する極大値を発見できないことがある。

また、太陽光発電システム３００は、朝方に第１の太陽電池１０より先に、昇圧ユニット１００の発電が開始する場合がある。この場合、昇圧ユニット１００の発電する電力を元に、パワーコンディショナ２００が山登り法により、最大の電力を取り出そうとする。この場合、昇圧ユニット１００が入力電圧を一定に制御すると、パワーコンディショナ２００は、出力電圧がどの電圧で最大になるのか特定できない。この時、第１の太陽電池１０の発電が後から出力されて、Ｐ−Ｖ曲線が図５の実線Ｌｃで示すような曲線の形状になる場合がある。この時、動作点Ｖｐ１で山登り法により電力のピーク位置を確認しても、低い電圧にピークがあることが判別できない。

そこで、図６に示すように、パワーコンディショナ２００が、出力電圧Ｖｐを予め定められた電圧値だけ増加させた場合に、増加させる前の出力電力Ｐ１よりも低い出力電力Ｐ３になるように、昇圧ユニット１００が、昇圧ユニット１００の出力電力を制御する。一方、パワーコンディショナ２００が、出力電圧Ｖｐを予め定められた電圧値だけ減少させた場合に、増加させる前の出力電力Ｐ１と同じ出力電力Ｐ２になるように、昇圧ユニット１００が、昇圧ユニット１００の出力電力を制御する。

このように、出力電圧Ｖｐを増加させる前の出力電力Ｐ１よりも出力電圧Ｖｐを増加させた後の出力電力Ｐ３が低く、かつ出力電圧Ｖｐを減少させる前の出力電力Ｐ１が、出力電圧Ｖｐを減少させた後の出力電力Ｐ２より低くなければ、パワーコンディショナ２００は、極大値を発見すべく、出力電圧Ｖｐの降圧を継続しながら、極大値の探索を継続する。したがって、パワーコンディショナ２００は、第１の太陽電池１０からの出力に起因する電力を含まない合成出力電力が入力されている動作電圧の範囲においては、出力電圧Ｖｐを徐々に減少させながら、極大値の探索を継続する。よって、第１の太陽電池１０の出力電力が極大となる動作電圧が、パワーコンディショナ２００の動作可能電圧の下限側により近い場合でも、パワーコンディショナ２００は、第１の太陽電池１０に起因する極大値を発見できる。

昇圧ユニット１００は、第２の太陽電池１２からの入力電圧を昇圧して出力する。昇圧ユニット１００は、昇圧回路１１０、入力電流センサ１１２、入力電圧センサ１１４、出力電圧センサ１１６、昇圧制御部１２０、目標電圧設定部１２２、第１極大値探索部１３０、および第１極大値探索制御部１３２を備える。昇圧回路１１０は、第２の太陽電池１２からの入力電圧を昇圧する。昇圧制御部１２０は、昇圧回路１１０の昇圧比を制御することにより、入力電圧を予め定められた目標入力電圧に調整する。これにより、パワーコンディショナ２００は、第２の太陽電池１２の出力電力のみに起因する動作電圧範囲において、合成出力電力の極大値の探索を少なくともある一定期間継続する。したがって、パワーコンディショナ２００は、動作電圧（出力電圧Ｖｐ）を降圧させていく。その結果、パワーコンディショナ２００は、第１の太陽電池１０に起因する極大値を発見できる可能性を高めることができる。

ここで、パワーコンディショナ２００は、場合によっては、出力を下げて動作しようとする場合がある。しかし、パワーコンディショナ２００が、出力を下げるために動作電圧を上げていった場合でも、昇圧制御部１２０は、入力電圧を予め定められた目標入力電圧を維持することで、出力電力を一定に維持しようとしてしまう。この場合、パワーコンディショナ２００は、出力を下げるために動作電圧を上げていった場合、例えば、動作電圧が動作可能電圧の範囲を超えた時点で、異常と判断して、動作を停止してしまうおそれがある。

そこで、昇圧制御部１２０は、昇圧ユニット１００の出力電圧が予め定められた閾電圧より大きい場合、昇圧比を一定に制御する。これにより、パワーコンディショナ２００が、出力を下げるために動作電圧を上げていった場合に、動作電圧が閾電圧を超えた時点で、昇圧制御部は、昇圧比を固定する。これにより、パワーコンディショナ２００は、動作電圧を上げていった場合に、出力を徐々に下げていくことができる。

目標電圧設定部１２２は、昇圧ユニット１００の入力電圧を一定にするための昇圧制御部１２０による昇圧比の制御に並行して、目標入力電圧を変更する。目標電圧設定部１２２は、昇圧ユニット１００の出力電圧が、昇圧ユニット１００の単位時間あたりの出力電圧に基づく基準電圧より大きい場合、目標入力電圧を変更することで、昇圧ユニット１００の単位時間あたりの基準出力電力より昇圧ユニット１００の出力電力を低下させる。

目標電圧設定部１２２は、昇圧ユニット１００の出力電圧が、昇圧ユニット１００の単位時間あたりの出力電圧に基づく基準電圧以下の場合、目標入力電圧を第１目標入力電圧に設定する。また、目標電圧設定部１２２は、昇圧ユニット１００の出力電圧が基準電圧より大きい場合、目標入力電圧を第１目標入力電圧より大きい第２目標入力電圧に設定する。これにより、パワーコンディショナ２００が、出力電圧Ｖｐを予め定められた電圧値だけ増加させた場合に、増加させる前よりも合成出力電力を低くできる。よって、パワーコンディショナ２００が、極大値の探索の初期期間において、第１の太陽電池１０の出力に起因する極大値を発見できない場合でも、出力電圧Ｖｐの降圧を継続しながら、極大値の探索を継続できる。したがって、パワーコンディショナ２００は、第１の太陽電池１０からの出力に起因する電力を含まない合成出力電力が入力されている動作電圧の範囲においては、出力電圧Ｖｐを徐々に減少させながら、極大値の探索を継続する。よって、第１の太陽電池１０の出力電力が極大となる動作電圧が、パワーコンディショナ２００の動作可能電圧の下限側により近い場合でも、パワーコンディショナ２００は、第１の太陽電池１０に起因する極大値を発見できる。

目標電圧設定部１２２は、昇圧ユニット１００の出力電圧の移動平均を基準電圧として目標入力電圧を設定してもよい。目標電圧設定部１２２は、出力電圧センサ１１６から出力される電圧信号をフィルタリングし、フィルタリングした後の電圧信号が示す電圧値を基準電圧として用いてもよい。目標電圧設定部１２２は、出力電圧センサ１１６から出力される電圧信号をローパスフィルタを通過させ、通過後の電圧信号が示す電圧値を基準電圧として用いてもよい。目標電圧設定部１２２は、ローパスフィルタを通過後の電圧信号が示す電圧値Ｖ１と、出力電圧センサ１１６から出力される電圧信号が示す電圧値Ｖ２とを比較する。比較の結果、目標電圧設定部１２２は、電圧値Ｖ２が電圧値Ｖ１以下の場合、目標入力電圧を第１目標入力電圧に設定する。一方、目標電圧設定部１２２は、電圧値Ｖ２が電圧値Ｖ１より大きい場合、目標入力電圧を第１目標入力電圧より大きい第２目標入力電圧に設定する。これにより、パワーコンディショナ２００が、出力電圧Ｖｐを予め定められた電圧値だけ増加させた場合に、増加させる前よりも合成出力電力を低くできる。

第１極大値探索部１３０は、ＭＰＰＴ（最大電力追従）方式の一つである山登り法を用いて、昇圧ユニット１００の出力電力の極大値を探索する。第１極大値探索制御部１３２は、昇圧制御部１２０による昇圧比の制御に並行して、目標電圧設定部１２２に目標入力電圧を変化させながら、第１極大値探索部１３０に極大値を探索させる。

第１極大値探索制御部１３２は、例えば、目標電圧設定部１２２に第１電圧値だけ目標入力電圧を減少させる。第１極大値探索部１３０は、変化前の出力電力と変化後の出力電力とを比較する。比較の結果、変化前の出力電力が変化後の出力電力より大きい場合には、第１極大値探索制御部１３２は、目標電圧設定部１２２に第１電圧値だけ目標入力電圧を増加させる。変化後の出力電力が変化前の出力電力より大きい場合には、第１極大値探索制御部１３２は、目標電圧設定部１２２に第１電圧値だけ目標入力電圧をさらに減少させる。次いで、第１極大値探索部１３０は、変化前の出力電力と変化後の出力電力とを比較する。第１極大値探索部１３０、第１極大値探索制御部１３２および目標電圧設定部１２２が、この一連の処理を繰り返すことにより、昇圧ユニット１００の出力電力の極大値を特定する。第１極大値探索部１３０は、目標入力電圧を第１電圧値だけ減少させた後の比較の結果、変化前の出力電力が変化後の出力電力より大きい場合には、変化前の出力電力を極大値として特定する。

なお、上記では、パワーコンディショナ２００が、昇圧ユニット１００の出力電力のＰ−Ｖ曲線における極大値に対応する出力電圧より高い動作電圧（出力電圧Ｖｐ）で動作している場合を例に説明している。しかし、パワーコンディショナ２００が、昇圧ユニット１００の出力電力のＰ−Ｖ曲線における極大値に対応する出力電圧より低い動作電圧で動作する場合もある。この場合には、目標電圧設定部１２２は、昇圧ユニット１００の出力電圧が基準電圧より大きい場合、目標入力電圧を第１目標入力電圧より小さい第３目標入力電圧に設定する。例えば、目標電圧設定部１２２は、ローパスフィルタを通過後の電圧信号が示す電圧値Ｖ１と、出力電圧センサ１１６から出力される電圧信号が示す電圧値Ｖ２とを比較する。比較の結果、目標電圧設定部１２２は、電圧値Ｖ２が電圧値Ｖ１以下の場合、目標入力電圧を第１目標入力電圧に設定する。一方、目標電圧設定部１２２は、電圧値Ｖ２が電圧値Ｖ１より大きい場合、目標入力電圧を第１目標入力電圧より小さい第３目標入力電圧に設定する。これにより、パワーコンディショナ２００が、出力電圧Ｖｐを予め定められた電圧値だけ増加させた場合に、増加させる前よりも合成出力電力を低くできる。

目標電圧設定部１２２は、パワーコンディショナ２００の動作電圧、つまり、昇圧ユニット１００の出力電圧Ｖｐと昇圧ユニット１００の出力電力の極大値に対応する出力電圧との比較に基づいて、目標入力電圧を設定してもよい。目標電圧設定部１２２は、昇圧ユニット１００の出力電圧が、昇圧ユニット１００の出力電力の極大値に対応する出力電圧以上で、かつ昇圧ユニット１００の単位時間あたりの出力電圧に基づく基準電圧以下の場合、目標入力電圧を第１目標入力電圧に設定してもよい。また、目標電圧設定部１２２は、昇圧ユニット１００の出力電圧が、昇圧ユニット１００の出力電力の極大値に対応する出力電圧以上で、かつ基準電圧より大きい場合、目標入力電圧を第１目標入力電圧より大きい第２目標入力電圧に設定してもよい。

一方、目標電圧設定部１２２は、昇圧ユニット１００の出力電圧が、昇圧ユニット１００の出力電力の極大値に対応する出力電圧より小さく、かつ昇圧ユニット１００の単位時間あたりの出力電圧に基づく基準電圧以下の場合、目標入力電圧を第１目標入力電圧に設定してもよい。また、目標電圧設定部１２２は、昇圧ユニット１００の出力電圧が、昇圧ユニット１００の出力電力の極大値に対応する出力電圧より小さく、かつ基準電圧より大きい場合、目標入力電圧を第１目標入力電圧より小さい第３目標入力電圧に設定してもよい。これにより、出力電圧Ｖｐの大きさに関わらず、パワーコンディショナ２００が出力電圧Ｖｐを予め定められた電圧値だけ増加させた場合に、増加させる前よりも合成出力電力を低くできる。

目標電圧設定部１２２は、第１極大値探索部１３０による比較結果に基づいて、出力電圧Ｖｐが、昇圧ユニット１００の出力電力の極大値に対応する出力電圧以上か否かを決定してもよい。目標電圧設定部１２２は、第１極大値探索制御部１３２により変化させられる昇圧ユニット１００の出力電力が変化させられた後の出力電力より小さい場合には、出力電圧Ｖｐが極大値に対応する出力電圧以上であると決定してもよい。一方、目標電圧設定部１２２は、変化させられる前の出力電力が変化させられた後の出力電力より大きい場合には、出力電圧Ｖｐが極大値に対応する出力電圧より小さいと決定してもよい。

パワーコンディショナ２００は、並列接続回路１４の出力電力を交流電力に変換する。パワーコンディショナ２００は、インバータ回路２１０、入力電流センサ２１２、入力電圧センサ２１４、出力電圧センサ２１６、インバータ制御部２２０、第２極大値探索部２３０、および第２極大値探索制御部２３２を備える。

インバータ回路２１０は、インバータ制御部２２０によって制御され、並列接続回路１４の出力電圧を直流から交流に変換する。インバータ回路２１０は、インバータ制御部２２０によって制御され、並列接続回路１４からの直流電力を商用電力と同一の位相および同一の周波数を有する交流電力に変換し、商用電力系統３０に供給する。インバータ制御部２２０は、並列接続回路１４の出力電圧Ｖｐをインバータ回路２１０を介して制御し、インバータ回路２１０からの出力電流が最大となるようにインバータ回路２１０を制御する。ここで、インバータ制御部２２０は、出力電圧制御部の一例である。第２極大値探索部２３０は、第１の太陽電池１０の出力電力と昇圧ユニット１００の出力電力を含む合成出力電力の極大値を探索する。第２極大値探索制御部２３２は、インバータ制御部２２０によって並列接続回路１４の出力電圧を変化させながら、第２極大値探索部２３０に合成出力電力の極大値を探索させる。

第２極大値探索部２３０は、合成出力電力が基準値に達した場合に、第１の太陽電池１０の出力電力および昇圧ユニット１００の出力電力を含む合成出力電力の極大値を探索する。第２極大値探索部２３０は、並列接続回路１４の出力電圧をインバータ制御部２２０を介して第２電圧値ずつ変化させることにより、第１の太陽電池１０の出力電力および昇圧回路１１０の出力電力を含む合成出力電力の極大値を探索する。ここで、第２電圧値は、予め定められた固定値でもよい。あるいは、第２電圧値は、予め定められたタイミングで変化させてもよい。また、第２電圧値は、パワーコンディショナ２００に入力される電力または電圧の大きさに基づいて変化させてもよい。インバータ制御部２２０は、並列接続回路１４の出力電圧が、第２極大値探索部２３０により探索された極大値に対応する出力電圧になるように、第１の太陽電池１０、第２の太陽電池１２、および昇圧ユニット１００を動作させる。

第２極大値探索部２３０は、山登り法を用いて合成出力電力の極大値を特定する。例えば、第２極大値探索部２３０は、並列接続回路１４の出力電圧を第２電圧値だけ減少させ、変化前の合成出力電力と変化後の合成出力電力とを比較する。比較の結果、第２極大値探索部２３０は、変化前の合成出力電力が変化後の合成出力電力より大きい場合には、並列接続回路１４の出力電圧を第２電圧値だけ増加させる。一方、第２極大値探索部２３０は、変化前の合成出力電力が変化後の合成出力電力より小さい場合には、並列接続回路１４の出力電圧をさらに第２電圧値だけ減少させる。次いで、第２極大値探索部２３０は、変化前の合成出力電力と変化後の合成出力電力とを比較する。第２極大値探索部２３０は、この一連の処理を繰り返すことにより、合成出力電力の極大値を特定する。第２極大値探索部２３０は、並列接続回路１４の出力電圧を第２電圧値だけ減少させた後の比較の結果、変化前の合成出力電力が変化後の合成出力電力より大きい場合には、変化前の合成出力電力を極大値として特定する。

以上のとおり、本実施形態によれば、昇圧ユニット１００が、出力電圧Ｖｐが減少する場合には、入力電圧を一定に制御することで、昇圧ユニット１００の出力電力が一定になるように制御する。また、パワーコンディショナ２００が、出力電圧Ｖｐを予め定められた電圧値だけ増加させた場合に、増加させる前の合成出力電力よりも低くなるように、昇圧ユニット１００が、昇圧ユニット１００の出力電力を制御する。これにより、パワーコンディショナ２００が、第１の太陽電池１０からの電力が得られない状態において探索された第２の太陽電池１２が出力する電力に起因する極大値を追従しつづけることを防止できる。よって、パワーコンディショナ２００を設計変更することなく、第１の太陽電池１０に対する照度が比較的低い場合において、第１の太陽電池１０の電力を無駄にすることを防止できる。

なお、本実施形態に係る昇圧制御部１２０、目標電圧設定部１２２、第１極大値探索部１３０、および第１極大値探索制御部１３２による各種処理を行うプログラムをインストールし、このプログラムをコンピュータに実行させることで、構成してもよい。つまり、コンピュータに昇圧ユニット１００の入力電圧または昇圧比を制御させる各種処理を行うプログラムを実行させることにより、昇圧制御部１２０、目標電圧設定部１２２、第１極大値探索部１３０、および第１極大値探索制御部１３２としてコンピュータを機能させることで、制御装置を構成してもよい。

コンピュータはＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）等の各種メモリ、通信バス及びインタフェースを有し、予めファームウェアとしてＲＯＭに格納された処理プログラムをＣＰＵが読み出して順次実行することで、制御装置として機能する。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０ 第１の太陽電池
１２ 第２の太陽電池
１４ 並列接続回路
３０ 商用電力系統
１００ 昇圧ユニット
１１０ 昇圧回路
１１２ 入力電流センサ
１１４ 入力電圧センサ
１１６ 出力電圧センサ
１２０ 昇圧制御部
１２２ 目標電圧設定部
１３０ 第１極大値探索部
１３２ 第１極大値探索制御部
２００ パワーコンディショナ
２１０ インバータ回路
２１２ 入力電流センサ
２１４ 入力電圧センサ
２１６ 出力電圧センサ
２２０ インバータ制御部
２３０ 第２極大値探索部
２３２ 第２極大値探索制御部
３００ 太陽光発電システム

Claims (12)

1. 入力電圧を昇圧して出力する昇圧ユニットであって、
   昇圧比を制御することにより、前記入力電圧を予め定められた目標入力電圧に調整する昇圧制御部と、
   前記昇圧制御部による前記昇圧比の制御に並行して、前記目標入力電圧を変更する目標電圧設定部と
   を備える昇圧ユニット。
2. 前記目標電圧設定部は、前記昇圧ユニットの出力電圧が、前記昇圧ユニットの単位時間あたりの出力電圧に基づく基準電圧より大きい場合、前記目標入力電圧を変更することで、前記昇圧ユニットの単位時間あたりの基準出力電力より前記昇圧ユニットの出力電力を低下させる請求項１に記載の昇圧ユニット。
3. 前記目標電圧設定部は、前記昇圧ユニットの出力電圧が、前記昇圧ユニットの単位時間あたりの出力電圧に基づく基準電圧以下の場合、前記目標入力電圧を第１目標入力電圧に設定し、前記昇圧ユニットの前記出力電圧が前記基準電圧より大きい場合、前記目標入力電圧を前記第１目標入力電圧より大きい第２目標入力電圧に設定する請求項１または２に記載の昇圧ユニット。
4. 前記目標電圧設定部は、前記昇圧ユニットの出力電圧が、前記昇圧ユニットの単位時間あたりの出力電圧に基づく基準電圧以下の場合、前記目標入力電圧を第１目標入力電圧に設定し、前記昇圧ユニットの出力電圧が前記基準電圧より大きい場合、前記目標入力電圧を前記第１目標入力電圧より小さい第３目標入力電圧に設定する請求項１または２に記載の昇圧ユニット。
5. 前記目標電圧設定部は、前記昇圧ユニットの出力電圧が、前記昇圧ユニットの出力電力の極大値に対応する出力電圧以上で、かつ前記昇圧ユニットの単位時間あたりの出力電圧に基づく基準電圧以下の場合、前記目標入力電圧を第１目標入力電圧に設定し、前記昇圧ユニットの出力電圧が、前記昇圧ユニットの出力電力の極大値に対応する出力電圧以上で、かつ前記基準電圧より大きい場合、前記目標入力電圧を前記第１目標入力電圧より大きい第２目標入力電圧に設定し、前記昇圧ユニットの出力電圧が、前記昇圧ユニットの出力電力の極大値に対応する出力電圧より小さく、かつ前記昇圧ユニットの単位時間あたりの出力電圧に基づく基準電圧以下の場合、前記目標入力電圧を前記第１目標入力電圧に設定し、前記昇圧ユニットの出力電圧が、前記昇圧ユニットの出力電力の極大値に対応する出力電圧より小さく、かつ前記基準電圧より大きい場合、前記目標入力電圧を前記第１目標入力電圧より小さい第３目標入力電圧に設定する請求項１または請求項２に記載の昇圧ユニット。
6. 前記目標電圧設定部は、
   前記昇圧ユニットの出力電圧をフィルタリングした値を前記基準電圧として前記目標入力電圧を設定する請求項２から請求項４のいずれか１つに記載の昇圧ユニット。
7. 前記昇圧ユニットの出力電力の極大値を探索する第１極大値探索部と、
   前記昇圧制御部による前記昇圧比の制御に並行して、前記目標電圧設定部に前記目標入力電圧を変化させながら、前記第１極大値探索部に前記極大値を探索させる第１極大値探索制御部と
   をさらに備える請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の昇圧ユニット。
8. 前記昇圧制御部は、前記昇圧ユニットの出力電圧が予め定められた閾電圧より大きい場合、前記昇圧比を一定に制御する請求項１から請求項６のいずれか一つに記載の昇圧ユニット。
9. 第１の電源と、
   前記第１の電源と出力電力の特性が異なる第２の電源と、
   前記第２の電源の出力電圧を昇圧する請求項１から請求項７のいずれか一つに記載の昇圧ユニットと、
   前記昇圧ユニットの出力端と前記第１の電源とを並列に接続する並列接続回路と、
   前記並列接続回路の出力電力を交流電力に変換するパワーコンディショナと
   を備える電源システム。
10. 前記パワーコンディショナは、
    前記並列接続回路の出力電圧を制御する出力電圧制御部と、
    前記第１の電源の出力電力と前記昇圧ユニットの出力電力を含む合成出力電力の極大値を探索する第２極大値探索部と、
    前記出力電圧制御部によって前記並列接続回路の出力電圧を変化させながら、前記第２極大値探索部に前記合成出力電力の前記極大値を探索させる第２極大値探索制御部と
    を有する請求項９に記載の電源システム。
11. 入力電圧を昇圧して出力する昇圧ユニットの制御方法であって、
    昇圧比を制御することにより、前記入力電圧を予め定められた目標入力電圧に調整する昇圧制御段階と、
    前記昇圧制御段階における前記昇圧比の制御に並行して、前記目標入力電圧を変更する目標電圧設定段階と
    を含む制御方法。
12. 入力電圧を昇圧して出力する昇圧回路を制御する制御装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムであって、
    前記昇圧回路の昇圧比を制御することにより、前記入力電圧を予め定められた目標入力電圧に調整する昇圧制御部と、
    前記昇圧制御部による前記昇圧比の制御に並行して、前記目標入力電圧を変更する目標電圧設定部と
    して前記コンピュータを機能させるためのプログラム。

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