JP2015007814A - 最大電力点追従装置および電力変化量測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽光発電装置１が最大電力点で出力するように電力変換装置６を制御する最大電力点追従装置１０において、日射量変化を考慮して、出力電圧の変化のみに対する発電電力変化量ΔＰを速やかに取得して最大電力点追従性能を向上させる。【解決手段】電圧変化手段１１により太陽光発電装置１の出力電圧をΔｔ毎にΔＶ変化させ、電圧探索手段１２により変化前後の発電電力変化量（Ｐ２−Ｐ１）を演算する。また、電力変化検出手段１３によりΔｔより長い時間間隔ｔｍａｘで電圧一定にする電圧固定期間ΔＴを設けて日射量変化による発電電力変化を検出して、補正手段１４によりΔｔ毎にその期間で生じた日射量変化による発電電力を演算し、この発電電力を補正量としてΔｔ毎の発電電力変化量（Ｐ２−Ｐ１）を補正して、出力電圧の変化のみに対する発電電力変化量ΔＰを求める。【選択図】図１

Description

この発明は、太陽電池を用いた太陽光発電装置から最大電力を取り出すための最大電力点追従装置および太陽光発電装置の発電電力変化量を測定する電力変化量測定方法である。

太陽電池は、日射量（照度）の変化や温度変化によってその電力−電圧特性が変化するために、最大電力点もずれてしまう。このため最大電力点追従装置では、太陽電池の出力電圧（動作電圧）を変化させてそれによる電力の増減に基づいて、最大電力が得られる点、すなわち、最適動作電圧を探すという動作を絶えず行って太陽電池から最大電力を取り出そうとしている。最大電力点の一般的な探索動作は山登り法と称され、先ず、電圧を、例えばΔＶ変化させ、電力差ΔＰを演算し、ΔＰ＞０であれば、最大電力点よりも左側（低電圧側）に現在の電圧があることになるので、前回と同じ方向に電圧を変化させ、ΔＰ＜０であれば、最大電力点よりも右側（高電圧側）に現在の電圧があることになるので、前回と逆方向に電圧を変化させ、ΔＰ＝０であれば、最大電力点にあることになるので、電圧を変化させないものであり、これによって、最大電力点を探索するものである。

山登り法を用いた従来の最大電力点追従装置に以下に示すものがある。
出力電圧を実際に変化させて電力を演算するモード０と、出力電圧を一定期間変化させずに休止させて電力を演算するモード１とを一定周期で交互に行う。すなわち、モード０において、出力電圧を変化させてその間の電力変化ΔＰ_ＡＣを演算し、モード１において、出力電圧を変化させることなく休止させてこの休止期間における照度変化による電力変化ΔＰ_ＣＤを演算し、モード０における電力変化ΔＰ_ＡＣから差し引くことにより、出力電圧の変化のみによる電力変化分ΔＰを演算して出力電圧を変化させる方向を決定する。
これによって、温度や日射量などの環境変化によって太陽電池の出力特性が大きく変化したような場合でも誤動作することなく、最大電力点を正確に探索追従できるものである（例えば、特許文献１参照）。

特許第３５１６０７７号公報

上記特許文献１記載の従来の最大電力点追従装置では、出力電圧の変化ΔＶに対して、必ず一定の休止期間を要するため、日射量の変化が少ない場合でも応答性能が早くならず最大電力点の追従性能の向上を図るのに限界があった。

この発明は、上記のような問題点を解消するために成されたものであって、温度や日射量などの環境変化に依らず、太陽光発電装置の出力電圧の変化のみに対する発電電力変化量を速やかに取得でき、最大電力点を速やかに信頼性良く探索して追従性能の高い最大電力点追従装置を得ることを第１の目的とする。
また、温度や日射量などの環境変化に依らず、太陽光発電装置の出力電圧の変化のみに対する発電電力変化量を、速やかに測定できる電力変化量測定方法を得ることを第２の目的とする。

この発明による最大電力点追従装置は、太陽光発電装置の発電電力を負荷に応じた電力に変換する電力変換部と、上記太陽光発電装置の出力電圧および出力電流を検出する手段と、検出された上記出力電圧および上記出力電流に基づいて上記太陽光発電装置の発電電力を演算する演算手段と、上記電力変換部を制御して上記太陽光発電装置の出力電圧を変化させる電圧変化手段、および上記電圧変化手段を制御して上記演算手段で演算される上記発電電力が最大となる出力電圧を探索する電圧探索手段を有して、上記発電電力が最大となるように上記電力変換部を制御する制御装置とを備える。上記制御装置は、上記電圧変化手段により、第１の周期毎に上記太陽光発電装置の出力電圧を正方向あるいは負方向に変化させ、上記電圧探索手段により、上記出力電圧の変化前後の発電電力変化量を演算して、その極性に基づいて次回周期における上記出力電圧の変化方向を決定して上記発電電力が最大となる出力電圧を探索する。そして、上記制御装置は、上記第１の周期より長い所定の時間周期である第２の周期毎に、その時点の出力電圧に固定する電圧固定期間を設けて、該電圧固定期間での上記太陽光発電装置の発電電力の変化を検出する電力変化検出手段と、該電力変化検出手段からの検出結果を上記第２の周期毎に入手し、直前の上記検出結果に基づいて補正量を演算して、上記第１の周期毎に上記電圧探索手段により演算される上記発電電力変化量を補正する補正手段とを備えるものである。

また、この発明による電力変化量測定方法は、第１の周期毎に太陽光発電装置の出力電圧を変化させ、出力電圧の変化前後の発電電力変化量を演算する。そして、上記第１の周期より長い所定の時間周期である第２の周期毎に、その時点の出力電圧に固定する電圧固定期間を設けて、該電圧固定期間での上記太陽光発電装置の発電電力の変化を検出する処理と、上記第１の周期毎に、上記出力電圧の変化前後に検出された電圧、電流に基づいて上記発電電力変化量を演算し、直前の上記電圧固定期間で検出した発電電力の変化に基づいて補正量を演算して上記発電電力変化量を補正する処理とを備えるものである。

上記最大電力点追従装置によると、温度や日射量などの環境変化に依らず太陽光発電装置の出力電圧の変化のみに対する発電電力変化量を速やかに取得でき、最大電力点を速やかに信頼性良く探索でき最大電力点の追従性能が向上する。
また、上記電力変化量測定方法によると、温度や日射量などの環境変化に依らず太陽光発電装置の出力電圧の変化のみに対する発電電力変化量を速やかに信頼性良く測定できる。また、この測定結果を太陽光発電装置の出力制御に用いることで、高精度で信頼性の高い出力制御が行える。

この発明の実施の形態１による最大電力点追従装置を用いた太陽光発電システムの概略構成図である。 この発明の実施の形態１による最大電力点追従装置の動作を説明する電圧−電力特性図である。 この発明の実施の形態１による最大電力点追従装置の動作を説明するフローチャートである。 この発明の実施の形態２による最大電力点追従装置における補間関数を説明する図である。 この発明の実施の形態２による最大電力点追従装置の動作を説明するフローチャートである。 この発明の実施の形態３による最大電力点追従装置の動作を説明するフローチャートである。 この発明の実施の形態３による最大電力点追従装置における、固定電圧−電力変化検出周期の調整を説明するフローチャートである。 この発明の実施の形態３の別例による最大電力点追従装置の動作を説明するフローチャートである。 この発明の実施の形態４による最大電力点追従装置の動作を説明するフローチャートである。 この発明の実施の形態４の別例による最大電力点追従装置の動作を説明するフローチャートである。 この発明の実施の形態４による最大電力点追従装置における、固定電圧−電力変化検出周期の調整を説明するフローチャートである。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１による最大電力点追従装置について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の実施の形態１による最大電力点追従装置１０を用いた太陽光発電システムの概略構成図である。
図に示すように、最大電力点追従装置１０は、太陽光発電装置１の出力電圧を検出する手段としての電圧検出部２と、太陽光発電装置１の出力電流を検出する手段としての電流検出部３と、検出された出力電圧、出力電流から太陽光発電装置１の出力電力、即ち発電電力を演算する演算手段として電力演算部４と、制御装置５と、電力変換部としての電力変換装置６とを備えて、制御装置５により電力変換装置６を制御して、太陽電池を用いた太陽光発電装置１から最大電力を取り出し、負荷７に応じた電力を出力する。

電力変換装置６は、制御装置５から電圧指令Ｖｒを用いて制御されるＤＣ／ＤＣコンバータ、あるいはＤＣ／ＡＣインバータであり、太陽光発電装置１からの出力電圧が電圧指令Ｖｒと一致するように太陽光発電装置１から発電電力を取り出し、負荷７に応じた直流あるいは交流の電力に変換する。
制御装置５は、電力変換装置６を制御して太陽光発電装置１の出力電圧を変化させる電圧変化手段１１と、電圧変化手段１１を制御して電力演算部４で演算される発電電力が最大となる出力電圧を探索する電圧探索手段１２と、電圧固定期間ΔＴを設けて太陽光発電装置１の発電電力の変化を検出する電力変化検出手段としてのＶ固定電力変化検出手段１３と、Ｖ固定電力変化検出手段１３からの検出結果に基づいて、電圧探索手段１２による探索過程で演算される発電電力変化量を補正する補正手段１４とを備える。

電圧変化手段１１は、第１の周期Δｔ毎に電圧指令Ｖｒを変化させて電力変換装置６を制御して、太陽光発電装置１の出力電圧を正方向あるいは負方向にΔＶだけ変化させる。電圧検出部２および電流検出部３は、第１の周期毎の出力電圧の変化前後の出力電圧、出力電流を検出し、それらの検出値に基づいて電力演算部４は、第１の周期毎の出力電圧の変化前後の各発電電力を演算する。電圧探索手段１２は、出力電圧の変化前後の発電電力を減算して発電電力変化量（Ｐ_２−Ｐ_１）を演算し、その極性に基づいて次回周期における出力電圧の変化方向を決定して発電電力が最大となる出力電圧を探索する。
この場合、第１の周期Δｔは一定時間の周期ではなく、電圧指令Ｖｒを正方向あるいは負方向にΔＶだけ変化させた後、太陽光発電装置１が出力する出力電圧が電圧指令Ｖｒに追従し、出力電圧、出力電流が確定して発電電力が演算できるまでの時間Δｔ_ｎとする。

Ｖ固定電力変化検出手段１３は、第１の周期Δｔ（例えば１秒）より長い所定の時間間隔ｔ_ｍａｘ（例えば２０秒）である第２の周期で、その時点の出力電圧に固定する電圧固定期間ΔＴを設けて、電圧固定期間ΔＴでの太陽光発電装置１の発電電力の変化を検出する。その際、電圧固定期間ΔＴ前後の出力電圧、出力電流を電圧検出部２、電流検出部３で検出し、それらの検出値に基づいて電力演算部４が電圧固定期間ΔＴ前後の各発電電力を演算して変化となる電力差を検出する。
補正手段１４は、Ｖ固定電力変化検出手段１３からの電力差から単位時間当たりの発電電力変化量Ｐｔを演算し、第１の周期毎に電圧探索手段１２により演算される発電電力変化量（Ｐ_２−Ｐ_１）を、Ｐｔに当該周期時間Δｔ_ｎを乗算して演算した補正量（Ｐｔ×Δｔ_ｎ）を減算して補正する。電圧探索手段１２は、補正後の発電電力変化量ΔＰの極性に基づいて次回周期における出力電圧の変化方向を決定する。

次に、最大電力点追従装置１０の動作、特に、出力電圧の変化のみに対する発電電力変化量ΔＰ_１２を取得する動作を、太陽光発電装置１の電圧−電力特性を用いて説明する。
図２は、ｔ_０（＝０）からｔ_１、ｔ_２、ｔ_３の各時刻における太陽光発電装置１の電圧−電力特性の波形を示している。この場合ｔ_０〜ｔ_３では日射量などの環境変化（以下、単に日射量変化と称す）により時間経過と共に発電量が増大している。時刻ｔ_０における太陽光発電装置１の出力電圧では発電電力Ｐ_０であり、第２の周期毎の電圧固定期間ΔＴ（例えば１秒）を設ける。即ち、電圧を一定にした条件で時間ΔＴだけ経過した時刻ｔ_１（＝ｔ_０＋ΔＴ）における発電電力Ｐ_１を求める。電圧固定期間ΔＴ前後の各発電電力Ｐ_０、Ｐ_１の電力差（Ｐ_１−Ｐ_０）を演算し、さらに単位時間当たりの発電電力変化量である単位時間電力変化量Ｐｔを以下のように演算する。
Ｐｔ＝（Ｐ_１−Ｐ_０）／ΔＴ ・・・数式（１）

次に出力電圧をΔＶだけ、例えば正方向に変化させて発電電力Ｐ_２を求める。電圧指令Ｖｒを変化させてから発電電力Ｐ_２が確定する時刻ｔ_２までの時間変化をΔｔ_１（例えば１秒）とする。この時間変化Δｔ_１による発電電力変化量は（Ｐ_２−Ｐ_１）であるが、この時間変化Δｔ_１で生じた日射量変化による発電電力は（Ｐｔ×Δｔ_１）と表される。このため、この間における出力電圧の変化のみに対する発電電力変化量ΔＰ_１２は、（Ｐｔ×Δｔ_１）を補正量としてΔｔ_１による発電電力変化量（Ｐ_２−Ｐ_１）を補正して以下のように演算する。
ΔＰ_１２＝Ｐ_２−Ｐ_１−Ｐｔ×Δｔ_１ ・・・数式（２）

補正後の発電電力変化量ΔＰ_１２の極性に応じて電圧指令Ｖｒの変化方向を決定する。この場合ΔＰ_１２の極性は正であり、電圧指令Ｖｒを正方向にさらにΔＶだけ変化させて発電電力Ｐ_３を求める。電圧指令Ｖｒを変化させてから発電電力Ｐ_３が確定する時刻ｔ_３までの時間変化をΔｔ_２とする。この時間変化Δｔ_２による発電電力変化量は（Ｐ_３−Ｐ_２）で、この時間変化Δｔ_２で生じた日射量変化による発電電力は（Ｐｔ×Δｔ_２）となる。このため、この間における出力電圧の変化のみに対する発電電力変化量ΔＰ_２３は、（Ｐｔ×Δｔ_２）を補正量としてΔｔ_２による発電電力変化量（Ｐ_３−Ｐ_２）を補正して以下のように演算する。
ΔＰ_２３＝Ｐ_３−Ｐ_２−Ｐｔ×Δｔ_２ ・・・数式（３）

次の電圧固定期間ΔＴまで同様に、電圧指令ＶｒをΔＶだけ変化させて、発電電力を求め、時間変化Δｔ_ｎによる発電電力変化量を、補正量（Ｐｔ×Δｔ_ｎ）を差し引いて補正し、出力電圧の変化のみに対する発電電力変化量ΔＰ_{ｎ（ｎ＋１）}を演算する。なお、電圧指令Ｖｒを変化させているが、第１の周期Δｔ_ｎ毎に太陽光発電装置１の出力電圧をΔＶだけ変化させることと、結果的に同等である。
上述したように、第２の周期ｔ_ｍａｘで電圧固定期間ΔＴが設けられ、次の電圧固定期間ΔＴになると、その電圧固定期間ΔＴにおける単位時間電力変化量Ｐｔが新たに演算される。そして、それ以後の補正量（Ｐｔ×Δｔ_ｎ）の演算は、新たに演算された単位時間電力変化量Ｐｔ、即ち直前の電圧固定期間ΔＴでの単位時間電力変化量Ｐｔに基づいて演算される。

次に、最大電力点追従装置１０の動作を図３に示すフローチャートに基づいて説明する。なお、図２での説明は、ｔ_０〜ｔ_３の各時刻の発電電力をＰ_０〜Ｐ_３としたが、制御装置５内演算処理を示す図３では、発電電力、出力電圧の変化前後の符号は、全てＰ_１、Ｐ_２およびＶ_１、Ｖ_２を用いる。
まず、ある電圧指令Ｖｒ（＝Ｖ_１）が設定されて、電圧検出部２から出力電圧Ｖ_１を検出して、電流検出部３から出力電流を検出し、電力演算部４は、検出された出力電圧と出力電流との積から発電電力Ｐ_１を求める（Ｓ１）。日射量変化による発電電力を検出する時間間隔ｔ_ｍａｘ（第２の周期）をカウントするために時間ｔをゼロに設定し、日射量変化による単位時間電力変化量Ｐｔをゼロに設定し、もしくは、時間ｔをｔ_ｍａｘに設定する（Ｓ２）。
次いで、時間ｔとｔ_ｍａｘを比較する（Ｓ３）。
ステップＳ３において、時間ｔがｔ_ｍａｘより小さい時は、ステップＳ８へ進む。

ステップＳ３において、時間ｔがｔ_ｍａｘ以上になると、時間ｔをゼロに設定する（Ｓ４）。次いで出力電圧をＶ_１に一定にした状態で、電流検出部３から出力電流を検出し、電力演算部４にて出力電圧と出力電流との積から発電電力Ｐ_２を求め、発電電力Ｐ_１を求めてから発電電力Ｐ_２を求めるまでの間隔時間（電圧固定期間）をΔＴとする（Ｓ５）。次いで、日射量変化による単位時間電力変化量Ｐｔを、上記数式（１）に倣って、以下のように求める（Ｓ６）。
Ｐｔ＝（Ｐ_２−Ｐ_１）／ΔＴ
次いで、発電電力Ｐ_２を発電電力Ｐ_１に置き換える（Ｓ７）。

次いで、電圧指令Ｖｒを変化させ、出力電圧Ｖ_１よりもΔＶだけ変化させた出力電圧Ｖ_２において、発電電力Ｐ_２を確定し、電圧指令Ｖｒを変化させてから発電電力Ｐ_２が確定するまでの経過時間をΔｔとし（Ｓ８）、時間ｔに経過時間Δｔを加算する（Ｓ９）。次いで、この経過時間Δｔで生じた日射量変化による発電電力（Ｐｔ×Δｔ）を補正量として、経過時間Δｔによる発電電力変化量（Ｐ_２−Ｐ_１）を補正する。即ち、出力電圧の変化のみに対する発電電力変化量ΔＰは、上記数式（２）（３）に倣って、以下のように求める（Ｓ１０）。
ΔＰ＝Ｐ_２−Ｐ_１−Ｐｔ×Δｔ

次いで、算出された発電電力変化量ΔＰの極性を判定し（Ｓ１１）、極性が正の時は、出力電圧を変化させる方向を正方向としてΔＶの極性符号はプラスとしてステップＳ１４に進む（Ｓ１３）。ステップＳ１１で発電電力変化量ΔＰの極性が負の場合は、出力電圧を変化させる方向を負方向としてΔＶの極性符号はマイナスとする（Ｓ１２）。
次いで、発電電力Ｐ_２を発電電力Ｐ_１に置き換え、出力電圧Ｖ_２を出力電圧Ｖ_１に置き換える（Ｓ１４）。次いで、停止指令の判定を行い（Ｓ１５）、停止指令がなければステップＳ３へ戻り、停止指令があれば終了する。

以上のように、この実施の形態では、太陽光発電装置１の出力電圧をΔｔ（第１の周期）毎にΔＶ変化させ、出力電圧の変化前後の発電電力変化量（Ｐ_２−Ｐ_１）を求め、この期間Δｔで生じた日射量変化による発電電力（Ｐｔ×Δｔ）を補正量として演算する。そして発電電力変化量（Ｐ_２−Ｐ_１）から補正量（Ｐｔ×Δｔ）を減算して補正することで、出力電圧の変化のみに対する発電電力変化量ΔＰを求める。補正量（Ｐｔ×Δｔ）は、所定の時間間隔ｔ_ｍａｘ（第２の周期）で電圧一定にした電圧固定期間ΔＴで検出された電力変化に基づいて算出される単位時間電力変化量Ｐｔを用いて演算される。
このため、Δｔより長い、例えば１０倍〜数十倍のｔ_ｍａｘの間隔で、Δｔと同程度の時間である電圧固定期間ΔＴを要するのみで、それ以外は日射量変化によって生じる発電電力を求める為に電圧を固定させる期間が不要で、発電電圧変化させるΔｔ（第１の周期）毎に、出力電圧の変化のみに対する発電電力変化量ΔＰを求めることができる。このため出力電圧の変化のみに対する発電電力変化量ΔＰを速やかに取得できる。これにより、日射量変化による発電量を考慮して、発電電力が最大となる最大電力点の出力電圧を速やかに信頼性良く探索でき最大電力点の追従性能が向上する。

また、電圧固定期間ΔＴでの単位時間電力変化量Ｐｔを算出し、出力電圧の変化前後の発電電力変化量（Ｐ_２−Ｐ_１）を、補正量（Ｐｔ×Δｔ）を演算して補正するため、出力電圧の変化のみに対する発電電力変化量ΔＰを容易に信頼性良く演算できる。

なお、第１の周期Δｔは、電圧指令Ｖｒを変化させてから発電電力Ｐ_２が確定するまでの経過時間としたため、日射量変化が小さい場合などΔｔが短くなり応答性能が良くなるが、第１の周期Δｔは一定の時間周期としても良い。

また、上記実施の形態は、最大電力点追従装置１０について説明したが、Δｔより長い所定の時間間隔ｔ_ｍａｘで電圧一定にした電圧固定期間ΔＴで検出された電力変化に基づいて、補正量（Ｐｔ×Δｔ）を演算し、出力電圧の変化前後の発電電力変化量（Ｐ_２−Ｐ_１）を補正することにより、出力電圧の変化のみに対する発電電力変化量ΔＰを速やかに信頼性良く測定できる。また、この測定結果を太陽光発電装置１の出力制御に用いることで、最大電力点追従制御に限らず高精度で信頼性の高い出力制御が行える。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２による最大電力点追従装置１０について説明する。この実施の形態では、電圧固定期間ΔＴでの電力変化の検出手法と、補正量の求め方とが、上記実施の形態１と異なり、図１の構成を含め、その他の部分は同様である。
この場合、Ｖ固定電力変化検出手段１３は、第１の周期Δｔ（例えば１秒）より長い所定の時間間隔ｔ_ｍａｘ（例えば２０秒）である第２の周期で、その時点の出力電圧に固定する電圧固定期間ΔＴを設けて、電圧固定期間ΔＴでの太陽光発電装置１の発電電力の変化を検出する。その際、電圧固定期間ΔＴにおいて、所定の間隔で上記太陽光発電装置の発電電力を複数回検出する。
補正手段１４は、Ｖ固定電力変化検出手段１３からの複数回の検出結果に基づいて、時間に対する発電電力の補間関数ｆ（ｔ）を導出し、第１の周期毎に電圧探索手段１２により演算される発電電力変化量ΔＰを、補間関数ｆ（ｔ）を用いて演算した補正量を減算して補正する。

図４は、補間関数ｆ（ｔ）およびその導出方法を示す図である。
図４に示すように、電圧固定期間ΔＴ内の始点Ｔ_０、終点Ｔ_ｎを含めた複数個の各時刻Ｔ_０、Ｔ_１〜Ｔ_ｎ−１、Ｔ_ｎにおける太陽光発電装置１の発電電力ＰＴ_０、ＰＴ_１〜ＰＴ_ｎ−１、ＰＴ_ｎを求め、補間関数ｆ（ｔ）を導出する。この補間関数ｆ（ｔ）は、時間ｔに対する日射量変化による発電電力の変化を表すものとなる。

次に、この実施の形態２による最大電力点追従装置１０の動作を図５に示すフローチャートに基づいて説明する。
まず、ある電圧指令Ｖｒ（＝Ｖ_１）が設定されて、電圧検出部２から出力電圧Ｖ_１を検出して、電流検出部３から出力電流を検出し、電力演算部４は、検出された出力電圧と出力電流との積から発電電力Ｐ_１を求める（ＳＳ１）。日射量変化による発電電力を検出する時間間隔ｔ_ｍａｘ（第２の周期）をカウントするために時間ｔをゼロに設定し、補間関数ｆ（ｔ）をゼロに設定し、もしくは、時間ｔをｔ_ｍａｘに設定する（ＳＳ２）。
次いで、時間ｔとｔ_ｍａｘを比較する（ＳＳ３）。
ステップＳＳ３において、時間ｔがｔ_ｍａｘより小さい時は、ステップＳＳ８へ進む。

ステップＳＳ３において、時間ｔがｔ_ｍａｘ以上になると、時間ｔをゼロに設定する（ＳＳ４）。時間Ｔ_０＝０、ＰＴ_０＝０とおいて、発電電圧をＶ_１に一定にした状態で、電流検出部３から出力電流を検出し、電力演算部４にて出力電圧と出力電流との積から発電電力ＰＴ_１を求め、時間Ｔ_０からの経過時間Ｔ_１を測定する。この操作を繰り返してＴ_ｎ＝ΔＴ（電圧固定期間）となるｎ個の経過時間Ｔ_１、Ｔ_２〜Ｔ_ｎ−１、Ｔ_ｎと発電電力ＰＴ_０、ＰＴ_１〜ＰＴ_ｎ−１、ＰＴ_ｎとを測定し、時間ｔに対する日射量変化による発電電力の変化を示す補間関数ｆ（ｔ）を導出する（ＳＳ５）。
次いで、発電電力ＰＴ_ｎ（＝ｆ（ΔＴ））を発電電力Ｐ_１に置き換える（ＳＳ７）。

次いで、電圧指令Ｖｒを変化させ、出力電圧Ｖ_１よりもΔＶだけ変化させた出力電圧Ｖ_２において、発電電力Ｐ_２を確定し、電圧指令Ｖｒを変化させてから発電電力Ｐ_２が確定するまでの経過時間をΔｔとし（ＳＳ８）、時間ｔに経過時間Δｔを加算する（ＳＳ９）。次いで、この経過時間Δｔで生じた日射量変化による発電電力を補正量として補間関数ｆ（ｔ）を用いて演算し、経過時間Δｔによる発電電力変化量（Ｐ_２−Ｐ_１）を補正する。即ち、補正量は（ｆ（ｔ＋ΔＴ）−ｆ（ｔ−Δｔ+ΔＴ））となり、出力電圧の変化のみに対する発電電力変化量ΔＰは、以下のように求める（ＳＳ１０）。
ΔＰ＝Ｐ_２−Ｐ_１−（ｆ（ｔ＋ΔＴ）−ｆ（ｔ−Δｔ+ΔＴ））

次いで、算出された発電電力変化量ΔＰの極性を判定し（ＳＳ１１）、極性が正の時は、出力電圧を変化させる方向を正方向としてΔＶの極性符号はプラスとしてステップＳＳ１４に進む（ＳＳ１３）。ステップＳＳ１１で発電電力変化量ΔＰの極性が負の場合は、出力電圧を変化させる方向を負方向としてΔＶの極性符号はマイナスとする（ＳＳ１２）。
次いで、発電電力Ｐ_２を発電電力Ｐ_１に置き換え、出力電圧Ｖ_２を出力電圧Ｖ_１に置き換える（ＳＳ１４）。次いで、停止指令の判定を行い（ＳＳ１５）、停止指令がなければステップＳＳ３へ戻り、停止指令があれば終了する。

この実施の形態においても、上記実施の形態１と同様に、太陽光発電装置１の出力電圧をΔｔ（第１の周期）毎にΔＶ変化させ、出力電圧の変化前後の発電電力変化量（Ｐ_２−Ｐ_１）を求め、この期間Δｔで生じた日射量変化による発電電力を補正量として演算する。そして発電電力変化量（Ｐ_２−Ｐ_１）から補正量を減算して補正することで、出力電圧の変化のみに対する発電電力変化量ΔＰを求める。補正量は、所定の時間間隔ｔ_ｍａｘ（第２の周期）で電圧一定にした電圧固定期間ΔＴで検出された複数個の発電電力に基づいて導出される補間関数ｆ（ｔ）を用いて演算される。
このため、Δｔより長い、例えば１０倍〜数十倍のｔ_ｍａｘの間隔で、電圧固定期間ΔＴを要するのみで、それ以外は日射量変化によって生じる発電電力を求める為に電圧を固定させる期間が不要で、発電電圧変化させるΔｔ（第１の周期）毎に、出力電圧の変化のみに対する発電電力変化量ΔＰを求めることができる。このため出力電圧の変化のみに対する発電電力変化量ΔＰを速やかに取得できる。これにより、日射量変化による発電量を考慮して、発電電力が最大となる最大電力点の出力電圧を速やかに信頼性良く探索でき最大電力点の追従性能が向上する。

また、電圧固定期間ΔＴにおいて所定の間隔で複数個の発電電力に基づいて導出される補間関数ｆ（ｔ）を用いて、第１の周期Δｔ毎に、その期間で生じた日射量変化による発電電力を補正量として演算する。このため、日射量変化が直線的でない場合にも、第１の周期Δｔ毎に、その期間で生じた日射量変化による発電電力（補正量）を精度良く推定演算することができ、出力電圧の変化のみに対する発電電力変化量ΔＰを容易に高精度に演算できる。

なお、この実施の形態内で示した、発電電力変化量ΔＰを測定する方法についても、第１の周期Δｔ毎に、その期間で生じた日射量変化による発電電力（補正量）を精度良く推定演算することができ、出力電圧の変化のみに対する発電電力変化量ΔＰを容易に高精度に演算できる。また、この測定結果を太陽光発電装置１の出力制御に用いることで、最大電力点追従制御に限らず高精度で信頼性の高い出力制御が行える。

実施の形態３．
上記実施の形態１では、電圧固定期間ΔＴを設ける時間間隔ｔ_ｍａｘ（第２の周期）は、固定の時間としたが、この実施の形態３では、電圧固定期間ΔＴで検出された電力変化に基づいて算出される単位時間電力変化量Ｐｔに応じて変更する。
図６は、この実施の形態３による最大電力点追従装置１０の動作を示すフローチャートである。図に示すように、上記実施の形態１と同様にステップＳ６において日射量変化による単位時間電力変化量Ｐｔを求め、ステップＳ７において発電電力Ｐ_２を発電電力Ｐ_１に置き換えた後、時間間隔ｔ_ｍａｘを変更するルーチンＳＵＢ１処理を呼び出す（Ｓ２０）。なお、ルーチンＳＵＢ１処理を呼び出すステップＳ２０以外は、上記実施の形態１と同様のフローである。

図７は、時間間隔ｔ_ｍａｘを変更するルーチンＳＵＢ１のフローチャートを示した図である。
まず、演算された単位時間電力変化量Ｐｔと予め設定された上限としての最大許容電力Ｐ_βとを比較する（Ｓ２１）。時間間隔ｔ_ｍａｘには、予め最小値ｔ_ｍｉｎ０と上限ｔ_ｍａｘ０とを有する範囲が決められており、Ｐｔ＞Ｐ_βの時は、時間間隔ｔ_ｍａｘを最小値ｔ_ｍｉｎ０に設定して（Ｓ２３）、ＳＵＢ１処理を終了する。ステップＳ２１において、Ｐｔ≦Ｐ_βの時は、時間間隔ｔ_ｍａｘと上限ｔ_ｍａｘ０とを比較し（Ｓ２２）、ｔ_ｍａｘ＞ｔ_ｍａｘ０の時は、ＳＵＢ１処理を終了する。ステップＳ２２において、ｔ_ｍａｘ≦ｔ_ｍａｘ０の時は、時間間隔ｔ_ｍａｘに所定の時間増分ｔ_βを加算して（Ｓ２４）、ＳＵＢ１処理を終了する。

この実施の形態では、電圧固定期間ΔＴでの発電電力変化を示す単位時間電力変化量Ｐｔに応じて時間間隔ｔ_ｍａｘを調整するため、日射量変化による電力変化を、検出頻度を調整して効率的に検出することができる。この場合、日射量変化が大きいと時間間隔ｔ_ｍａｘを短くして電力変化を高頻度で検出し、日射量変化が小さいと時間間隔ｔ_ｍａｘを長くして電力変化を低頻度で検出する。このため、上記実施の形態１と同様の効果が得られると共に、日射量変化による電力変化を効率的に検出できて、日射量変化による発電量を考慮して最大電力点の出力電圧を効率的に探索でき、最大電力点の追従性能がさらに向上する。

また、この場合、単位時間電力変化量Ｐｔが上限ｔ_ｍａｘ０より大きいと、時間間隔ｔ_ｍａｘを最小値ｔ_ｍｉｎ０に設定し、それ以外は、時間間隔ｔ_ｍａｘを設定範囲内で段階的に増加させる。このため、日射量の急変時においても迅速に対応でき、日射量変化による発電量を考慮して最大電力点の出力電圧をさらに効率的に探索できる。

なお、上記実施の形態で示した時間間隔ｔ_ｍａｘを変更するルーチンＳＵＢ１の処理は、上記実施の形態２にも適用でき、同様の効果が得られる。この場合のフローチャートを図８に示す。図８に示すように、上記実施の形態２と同様にステップＳＳ５において時間ｔに対する日射量変化による発電電力の変化を示す補間関数ｆ（ｔ）を導出し、ステップＳＳ７において発電電力ＰＴ_ｎ（＝ｆ（ΔＴ））を発電電力Ｐ_１に置き換えた後、日射量変化による単位時間電力変化量Ｐｔ（＝ｆ（ΔＴ）／ΔＴ）を求め（ＳＳ６）、時間間隔ｔ_ｍａｘを変更するルーチンＳＵＢ１処理を呼び出す（ＳＳ２０）。なお、ルーチンＳＵＢ１処理を呼び出すステップＳＳ２０以外は、上記実施の形態２と同様のフローであり、ルーチンＳＵＢ１処理は図７に示すものと同様である。

実施の形態４．
上記実施の形態３で示した、時間間隔ｔ_ｍａｘを変更するルーチン処理を変形した実施の形態を以下に示す。
図９は、この実施の形態４による時間間隔ｔ_ｍａｘを変更するルーチンＳＵＢ２処理を、上記実施の形態１に適用した最大電力点追従装置１０の動作を示すフローチャートである。
図９に示すように、ステップＳ７において発電電力Ｐ_２を発電電力Ｐ_１に置き換えた後、時間間隔ｔ_ｍａｘを変更するルーチンＳＵＢ２処理を呼び出す（Ｓ３０）。なお、ルーチンＳＵＢ２処理を呼び出すステップＳ３０以外は、上記実施の形態１と同様のフローである。
また、図１０は、この実施の形態４による時間間隔ｔ_ｍａｘを変更するルーチンＳＵＢ２処理を、上記実施の形態２に適用した最大電力点追従装置１０の動作を示すフローチャートである。図１０に示すように、ステップＳＳ７において発電電力ＰＴ_ｎ（＝ｆ（ΔＴ））を発電電力Ｐ_１に置き換えた後、日射量変化による単位時間電力変化量Ｐｔ（＝ｆ（ΔＴ）／ΔＴ）を求め（ＳＳ６）、時間間隔ｔ_ｍａｘを変更するルーチンＳＵＢ２処理を呼び出す（ＳＳ３０）。なお、ルーチンＳＵＢ２処理を呼び出すステップＳＳ３０以外は、上記実施の形態２と同様のフローである。

図１１は、時間間隔ｔ_ｍａｘを変更するルーチンＳＵＢ２のフローチャートを示した図である。
まず、演算された単位時間電力変化量Ｐｔと予め設定された上限としての最大許容電力Ｐ_βとを比較する（Ｓ３１）。時間間隔ｔ_ｍａｘには、予め最小値ｔ_ｍｉｎ０と上限ｔ_ｍａｘ０とを有する範囲が決められており、Ｐｔ＞Ｐ_βの時は、時間間隔ｔ_ｍａｘを最小値ｔ_ｍｉｎ０に設定して（Ｓ３３）、ＳＵＢ２処理を終了する。ステップＳ３１において、Ｐｔ≦Ｐ_βの時、さらにＰｔと所定の比較値Ｐ_αとを比較する（Ｓ３２）。Ｐｔ＜Ｐ_αの時は、時間間隔ｔ_ｍａｘを上限ｔ_ｍａｘ０と比較し(Ｓ３５)、ｔ_ｍａｘ＞ｔ_ｍａｘ０の時は、ＳＵＢ２処理を終了する。ステップＳ３５において、ｔ_ｍａｘ≦ｔ_ｍａｘ０の時は、時間間隔ｔ_ｍａｘに所定の時間増分ｔ_βを加算して（Ｓ３７）、ＳＵＢ２処理を終了する。ステップＳ３２において、Ｐｔ≧Ｐ_αの時、時間間隔ｔ_ｍａｘを最小値ｔ_ｍｉｎ０と比較し(Ｓ３４)、ｔ_ｍａｘ＜ｔ_ｍｉｎ０の時は、ＳＵＢ２処理を終了する。ステップＳ３４において、ｔ_ｍａｘ≧ｔ_ｍｉｎ０の時は、時間間隔ｔ_ｍａｘに所定の時間増分ｔ_βを減算して（Ｓ３６）、ＳＵＢ２処理を終了する。

この実施の形態においても上記実施の形態３と同様に、電圧固定期間ΔＴを設ける時間間隔ｔ_ｍａｘを、単位時間電力変化量Ｐｔに応じて調整しており、日射量変化が大きいと時間間隔ｔ_ｍａｘを短くして電力変化を高頻度で検出し、日射量変化が小さいと時間間隔ｔ_ｍａｘを長くして電力変化を低頻度で検出する。このため、上記実施の形態３と同様に、日射量変化による電力変化を、検出頻度を調整して効率的に検出することができる。
また、この場合、単位時間電力変化量Ｐｔが上限ｔ_ｍａｘ０より大きいと、時間間隔ｔ_ｍａｘを最小値ｔ_ｍｉｎ０に設定し、単位時間電力変化量Ｐｔが所定の比較値より高いと時間間隔ｔ_ｍａｘを設定範囲内で段階的に減少させ、単位時間電力変化量Ｐｔが所定の比較値より低いと時間間隔ｔ_ｍａｘを設定範囲内で段階的に増加させる。このため、日射量変化による電力変化の検出頻度を、日射量変化に応じてきめ細かく調節して、日射量変化による電力変化をより精度良く効率的に検出できる。これにより、日射量変化による発電量を考慮して最大電力点の出力電圧をより精度良く効率的に探索でき、最大電力点の追従性能がさらに向上する。

なお、この発明は、発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ 太陽光発電装置、２ 電圧検出部、３ 電流検出部、４ 電力演算部、
５ 制御装置、６ 電力変換部としての電力変換装置、７ 負荷、
１０ 最大電力点追従装置、１１ 電圧変化手段、１２ 電圧探索手段、
１３ Ｖ固定電力変化検出手段、１４ 補正手段、ｆ（ｔ） 補間関数、
Ｐｔ 単位時間電力変化量、Ｐｔ×Δｔ_ｎ 補正量、
ｔ_ｍａｘ 所定時間間隔（第２の周期）、ΔＴ 電圧固定期間、
Δｔ（Δｔ_ｎ） 第１の周期。

Claims (9)

1. 太陽光発電装置の発電電力を負荷に応じた電力に変換する電力変換部と、
   上記太陽光発電装置の出力電圧および出力電流を検出する手段と、
   検出された上記出力電圧および上記出力電流に基づいて上記太陽光発電装置の発電電力を演算する演算手段と、
   上記電力変換部を制御して上記太陽光発電装置の出力電圧を変化させる電圧変化手段、および上記電圧変化手段を制御して上記演算手段で演算される上記発電電力が最大となる出力電圧を探索する電圧探索手段を有して、上記発電電力が最大となるように上記電力変換部を制御する制御装置とを備えた最大電力点追従装置において、
   上記制御装置は、
   上記電圧変化手段により、第１の周期毎に上記太陽光発電装置の出力電圧を正方向あるいは負方向に変化させ、上記電圧探索手段により、上記出力電圧の変化前後の発電電力変化量を演算して、その極性に基づいて次回周期における上記出力電圧の変化方向を決定して上記発電電力が最大となる出力電圧を探索し、
   上記第１の周期より長い所定の時間周期である第２の周期毎に、その時点の出力電圧に固定する電圧固定期間を設けて、該電圧固定期間での上記太陽光発電装置の発電電力の変化を検出する電力変化検出手段と、
   該電力変化検出手段からの検出結果を上記第２の周期毎に入手し、直前の上記検出結果に基づいて補正量を演算して、上記第１の周期毎に上記電圧探索手段により演算される上記発電電力変化量を補正する補正手段とを備えることを特徴とする最大電力点追従装置。
2. 上記補正手段は、上記検出結果に基づいて上記電圧固定期間での単位時間当たりの発電電力変化量を演算し、該発電電力変化量に基づいて上記補正量を演算することを特徴とする請求項１に記載の最大電力点追従装置。
3. 上記電力変化検出手段は、上記電圧固定期間において、所定の間隔で上記太陽光発電装置の発電電力を複数回検出し、上記補正手段は、時間に対する発電電力の補間関数を導出し、この補間関数を用いて上記補正量を演算することを特徴とする請求項１に記載の最大電力点追従装置。
4. 上記制御装置は、上記電圧固定期間での上記太陽光発電装置の発電電力の変化に応じて上記第２の周期を調整することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の最大電力点追従装置。
5. 上記制御装置は、上記第２の周期の範囲を設定し、
   上記電圧固定期間での上記太陽光発電装置の発電電力の変化が設定された上限より大きいと、上記第２の周期を上記範囲の最小値に設定し、
   上記電圧固定期間での上記太陽光発電装置の発電電力の変化が上記上限以下であるとき、上記第２の周期を上記範囲内で所定時間長くすることを特徴とする請求項４に記載の最大電力点追従装置。
6. 上記制御装置は、上記第２の周期の範囲を設定し、
   上記電圧固定期間での上記太陽光発電装置の発電電力の変化が設定された上限より大きいと、上記第２の周期を上記範囲の最小値に設定し、
   上記電圧固定期間での上記太陽光発電装置の発電電力の変化が上記上限以下であるとき、所定の比較値より大きい時は上記第２の周期を上記範囲内で所定時間短くし、上記比較値以下の時は上記第２の周期を上記範囲内で上記所定時間長くすることを特徴とする請求項４に記載の最大電力点追従装置。
7. 第１の周期毎に太陽光発電装置の出力電圧を変化させ、出力電圧の変化前後の発電電力変化量を演算する電力変化量測定方法において、
   上記第１の周期より長い所定の時間周期である第２の周期毎に、その時点の出力電圧に固定する電圧固定期間を設けて、該電圧固定期間での上記太陽光発電装置の発電電力の変化を検出する処理と、
   上記第１の周期毎に、上記出力電圧の変化前後に検出された電圧、電流に基づいて上記発電電力変化量を演算し、直前の上記電圧固定期間で検出した発電電力の変化に基づいて補正量を演算して上記発電電力変化量を補正する処理とを備えた電力変化量測定方法。
8. 上記電圧固定期間での単位時間当たりの発電電力変化量を演算し、該発電電力変化量に基づいて上記補正量を演算することを特徴とする請求項７に記載の電力変化量測定方法。
9. 上記電圧固定期間で検出する発電電力の変化は、所定の間隔で上記太陽光発電装置の発電電力を複数回検出して得るものであり、この検出結果から、時間に対する発電電力の補間関数を導出し、この補間関数を用いて上記補正量を演算することを特徴とする請求項７に記載の電力変化量測定方法。

Images