JP2015225501A - 電力変換装置及びその制御方法並びに電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】電力需給の状態に基づいて太陽光発電の最大電力点追従制御を適切に行う電力変換装置等及びその制御方法を提供する。【解決手段】太陽光発電パネルの出力に対して、追従制御のステップ幅を可変として最大電力点追従制御を行う電力変換装置であって、太陽光発電パネルの出力にＤＣ／ＤＣ変換を施し、ＤＣバスに出力する変換部と、ＤＣバスの電圧を検知する電圧センサと、最大電力点追従制御を行う際のステップ幅を、電圧センサによって検知するＤＣバスの電圧が所定の閾値電圧より低い場合には相対的に大きく設定し、また、ＤＣバスの電圧が閾値電圧より高い場合には相対的に小さく設定する制御部と、を備えている。【選択図】図６

Description

本発明は、太陽光発電の出力にＤＣ／ＤＣ変換を施す電力変換装置及びその制御方法に関する。

太陽光発電においては、時刻、天候、雲、大気の澄み具合等に基づく日照条件の変化により、発電電力が変化する。そこで、太陽光発電パネルの出力が変化しても常にその時点での最大電力を引き出せるように、ＤＣ／ＤＣコンバータによって最大電力点追従（ＭＰＰＴ：Maximum Power Point Tracking）制御が行われる。このＭＰＰＴ制御によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータを介した太陽光発電パネルの出力特性（電圧−電流又は電圧−電力）上で、絶えず、動作点を最大電力点に近づけるステップ（動作点を所定量動かすこと）が繰り返される。

例えば、出力特性上の端点（末端）からＭＰＰＴ制御を開始し、ステップの前後で太陽光発電パネルの出力が増加すれば、最大電力点に近づいていることになるので、次のステップも同じ方向へ動作点を移動させる。これを幾度か繰り返した後、ステップの前後で出力が減少に転じると、最大電力点を通り過ぎたことになるので、方向を反転させ、かつ、ステップ幅を小さくする（例えば、特許文献１の段落［００１０］参照。）。こうして、最終的には、小さなステップ幅で反転を繰り返すようになれば、実質的に、そのステップ幅の範囲内にある最大電力点を捉えた状態となる。

一方、上記のように出力特性上の端点からＭＰＰＴ制御を開始するのではなく、過去の記憶を基に推定した最大電力点から動作点を動かして行くＭＰＰＴ制御も提案されている（例えば、特許文献２の段落［０００８］参照。）。

特開平６−８３４６５号公報 特開２００４−１５３０２９号公報

しかしながら、上記のような従来技術は、いずれも太陽光発電単独で最大電力を引き出す技術の開示にとどまっている。近年、太陽光発電の他に、蓄電池、燃料電池等の他の電源も組み合わせた複合的な電源システムが考えられている。このような電源システムでは、太陽光発電を負荷への電力供給にのみ使用し、売電目的に使用しない場合がある。この場合、太陽光発電から単に最大電力を引き出せばよいというものではなく、負荷の需要電力によっては太陽光発電の出力を制限する場合もあり、このような場合のＭＰＰＴ制御がどのように行われるべきかの明確な提案は、未だなされていない。

かかる課題に鑑み、本発明は、電力需給の状態に基づいて太陽光発電の最大電力点追従制御を適切に行う電力変換装置等及びその制御方法を提供することを目的とする。

本発明は、太陽光発電パネルの出力に対して、追従制御のステップ幅を可変として最大電力点追従制御を行う電力変換装置であって、前記太陽光発電パネルの出力にＤＣ／ＤＣ変換を施し、ＤＣバスに出力する変換部と、前記ＤＣバスの電圧を検知する電圧センサと、前記最大電力点追従制御を行う際の前記ステップ幅を、前記電圧センサによって検知する前記ＤＣバスの電圧が所定の閾値電圧より低い場合には相対的に大きく設定し、また、前記ＤＣバスの電圧が前記閾値電圧より高い場合には相対的に小さく設定する制御部と、を備えている。

また、本発明は、太陽光発電パネルの出力に対して、ＤＣ／ＤＣ変換を施し、ＤＣバスに出力する変換部によって、追従制御のステップ幅を可変として最大電力点追従制御を行う電力変換装置の制御方法であって、前記最大電力点追従制御を行う際の前記ステップ幅を、前記ＤＣバスの電圧が所定の閾値電圧より低い場合には相対的に大きく設定し、また、前記ＤＣバスの電圧が前記閾値電圧より高い場合には相対的に小さく設定する、電力変換装置の制御方法である。

本発明によれば、電力需給の状態に基づいて太陽光発電の最大電力点追従制御を適切に行うことができる。

本発明の一実施形態に係る電力変換装置を含む、電源システムの一例を示す接続図である。 図１における、電力変換装置としてのＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。 定電圧電源装置を使用しない状態（又は最初から定電圧電源装置が無い場合）の電源システムの一例を示す接続図である。 太陽光発電パネルから取り出すことができる電圧・電流の出力特性の一例を示すグラフである。 制御部により実行されるＭＰＰＴ制御の動作の一例を示すフローチャートである。 ステップ幅の設定に関するフローチャートである。 電源システムの他の構成を示す接続図である。

［実施形態の要旨］
本発明の実施形態の要旨としては、少なくとも以下のものが含まれる。

（１）これは、太陽光発電パネルの出力に対して、追従制御のステップ幅を可変として最大電力点追従制御を行う電力変換装置であって、前記太陽光発電パネルの出力にＤＣ／ＤＣ変換を施し、ＤＣバスに出力する変換部と、前記ＤＣバスの電圧を検知する電圧センサと、前記最大電力点追従制御を行う際の前記ステップ幅を、前記電圧センサによって検知する前記ＤＣバスの電圧が所定の閾値電圧より低い場合には相対的に大きく設定し、また、前記ＤＣバスの電圧が前記閾値電圧より高い場合には相対的に小さく設定する制御部と、を備えている。

前記（１）の電力変換装置では、ＤＣバスの電圧が所定の閾値電圧より低い場合に、ステップ幅を相対的に大きく設定することで、最大電力点追従制御の初期動作を迅速にすることができる。これにより、ＤＣバスの電圧を迅速に上昇させることができる。また、ＤＣバスの電圧が所定の閾値電圧より高い場合には、ステップ幅を相対的に小さく設定することで、最大電力点への追従の精度を確保することができる。こうして、電力需給の状態に基づいて太陽光発電の最大電力点追従制御を適切に行うことができる。

（２）また、（１）の電力変換装置において、前記ＤＣバスの電圧が所定の閾値電圧より低い場合とは、最大電力点追従制御の開始時及び追従制御抑制状態から抑制解除された時を含むものであってもよい。
この場合、最大電力点追従制御の開始時、及び、追従制御抑制状態から抑制解除された時に、最大電力点から離れていたとしても、迅速に最大電力点に接近することができる。

（３）また、（１）又は（２）の電力変換装置において、前記太陽光発電パネルから出力される発電電力を検知する電圧センサ及び電流センサを備え、前記最大電力点追従制御を行う際の前記ステップ幅を、少なくとも、大ステップ幅、中ステップ幅、小ステップ幅の３種類として、
（ａ）前記ＤＣバスの電圧が所定の閾値電圧より低い場合には、大ステップ幅、
（ｂ）前記ＤＣバスの電圧が前記閾値電圧より高く、かつ、前記太陽光発電パネルから出力される発電電力が所定の閾値電力より少ない場合には、中ステップ幅、
（ｃ）前記ＤＣバスの電圧が前記閾値電圧より高く、かつ、前記太陽光発電パネルから出力される発電電力が所定の閾値電力より多い場合には、小ステップ幅、
に設定するようにしてもよい。
ここで、（ａ）の場合は、最大電力点に迅速に接近することができる。（ｂ）の場合は、最大電力点に省ステップで接近し、かつ、最大電力点へ精度良く追従することができる。（ｃ）の場合は、最大電力点へ高精度に追従することができる。

（４）また、（３）の電力変換装置において、前記発電電力とは、一定時間における前記太陽光発電パネルの平均電力であってもよい。
この場合、過敏な制御応答を避け、適度に安定した最大電力点追従制御を行うことができる。

（５）また、電源システムとしては、太陽光発電パネルと、前記太陽光発電パネルに接続される（１）〜（４）のいずれかの電力変換装置と、前記電力変換装置から電力の供給を受けるＤＣバスとを備えていればよい。
このような電源システムは、ＤＣバスの電圧が低くなった場合に、迅速に電圧を上昇させることができる。

（６）一方、本発明は、太陽光発電パネルの出力に対して、ＤＣ／ＤＣ変換を施し、ＤＣバスに出力する変換部によって、追従制御のステップ幅を可変として最大電力点追従制御を行う電力変換装置の制御方法であって、前記最大電力点追従制御を行う際の前記ステップ幅を、前記ＤＣバスの電圧が所定の閾値電圧より低い場合には相対的に大きく設定し、また、前記ＤＣバスの電圧が前記閾値電圧より高い場合には相対的に小さく設定する、電力変換装置の制御方法である。

前記（６）の電力変換装置の制御方法では、ＤＣバスの電圧が所定の閾値電圧より低い場合に、ステップ幅を相対的に大きく設定することで、最大電力点追従制御の初期動作を迅速にすることができる。これにより、ＤＣバスの電圧を迅速に上昇させることができる。また、ＤＣバスの電圧が所定の閾値電圧より高い場合には、ステップ幅を相対的に小さく設定することで、最大電力点への追従の精度を確保することができる。こうして、電力需給の状態に基づいて太陽光発電の最大電力点追従制御を適切に行うことができる。

［実施形態の詳細］
以下、実施形態の詳細について図面を参照して説明する。

《電源システムの一例》
図１は、本発明の一実施形態に係る電力変換装置を含む、電源システム１００の一例を示す接続図である。図において、ＤＣバス１と、蓄電池２との間には、双方向性のＤＣ／ＤＣコンバータ３が設けられている。また、商用の交流電源４は、ＡＣ／ＤＣコンバータ５を介して、ＤＣバス１に接続されている。交流電源４及びＡＣ／ＤＣコンバータ５は、安定した定電圧をＤＣバス１に提供する定電圧電源装置６を構成している。

また、複数ストリングの太陽光発電パネル７の出力は、集約されて、電力変換装置としてのＤＣ／ＤＣコンバータ８に提供される。ＤＣ／ＤＣコンバータ８は、ＤＣバス１に電圧・電流を供給する。ＤＣ／ＤＣコンバータ８は、太陽光発電パネル７の出力に対してＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）制御を行うことができる。ＤＣバス１の電圧は例えば、インバータ９により交流の所定電圧に変換され、負荷１０に電力が供給される。なお、直流負荷の場合は、インバータ９は不要である。
ＤＣバス１にはコンデンサ１１が接続されている。

《電力変換装置》
図２は、図１における、電力変換装置としてのＤＣ／ＤＣコンバータ８の回路図である。ＤＣ／ＤＣコンバータ８は、その主回路部分としての変換部８０と、太陽光発電パネル７から出力される発電電力を検知する電圧センサ８６及び電流センサ８７（本例では電流センサ８７は変換部８０内にある。）と、ＤＣバス１の電圧（Ｖ_ｄｃ）を検知する電圧センサ８８と、制御部８９とを備えている。制御部８９は、例えばＣＰＵを内蔵して主にソフトウェアで動作するものであるが、同様の機能をハードウェアのみで構成することも可能である。なお、制御部８９は、ＤＣ／ＤＣコンバータ８内ではなく、外部にあってもよい。

変換部８０は、左側から順に、コンデンサ８１、リアクトル８２、例えばＦＥＴ（Field Effect Transistor）であるスイッチング素子８３，８４、及び、コンデンサ８５を備えた昇圧チョッパ回路であり、図示のように接続されている。
制御部８９は、スイッチング素子８３，８４のオン／オフを制御する。スイッチング素子８３，８４を交互にオン（オフ）し、ＰＷＭ制御することで、任意の電圧を出力することができる。また、スイッチング素子８３，８４のオン／オフを制御することによって、太陽光発電パネル７から引き込む電流を変化させ、太陽光発電パネル７の出力（電圧×電流）を変化させることができる。電圧センサ８６，８８及び電流センサ８７の検知出力情報は、制御部８９に与えられる。

図１の電源システム１００においては、ＤＣバス１に３系統の電源（交流電源４、太陽光発電パネル７、蓄電池２）から電力供給を行うことができる。また、蓄電池２には、ＤＣバス１の電圧に基づいてＤＣ／ＤＣコンバータ３を介して充電を行うことができる。
ここで、交流電源４を含む定電圧電源装置６からＤＣバス１に安定して電源供給している場合は、負荷１０の需要が増大してもＤＣバス１の電圧は下がらない。しかし、例えば交流電源４の停電等により、定電圧電源装置６が働かなくなった場合を考える。

図３は、このような状態（又は最初から定電圧電源装置６が無い場合）の電源システム１００の一例を示す接続図である。この場合、定電圧電源装置６がある場合ほどの安定した電力供給が難しくなるが、自立電源システムとしては実用的で省エネルギー面での価値のあるものである。但し、負荷の需要との関係で、電力供給の調整が必要となる。
以下、この電源システム１００における電力変換装置（ＤＣ／ＤＣコンバータ８）及びその制御方法について説明する。

《ＭＰＰＴ制御の概要》
まず、ＭＰＰＴ制御について具体的に説明する。図４は、太陽光発電パネル７から取り出すことができる電圧・電流の出力特性の一例を示すグラフである。但し、この出力特性は、日照条件が変化するたびに、形状が変化する。この出力特性の状態から日射量が減少すると、例えば、点線で示す出力特性に変化する。
図中に「ＭＰＰ」の文字で示す点において電圧×電流が最大となる。従って、この点が、実線で示す出力特性上での最大電力点（Maximum Power Point）である。

ＭＰＰＴ制御開始から最大電力点に到達するには、例えば電流０から制御処理の１ステップごとに、少しずつ動作点を移動させる。動作点を移動させるには、例えば電流を一定量（ｄＩ）変化させればよい。このｄＩが、「ステップ幅」である。なお、電圧を一定量（ｄＶ）変化させることも可能であり、その場合は、このｄＶがステップ幅となる。

図４において、特性カーブ上の数字はステップ番号である。但し、このステップ番号の位置は、説明上ある程度適当に示したもので、正確なステップ幅をトレースしたものではない。

ここで、例えばステップ幅が大小２種類に設定できるとして、ＭＰＰＴ制御開始後のステップ幅を大とすると、ステップ１からステップ２への動きはＭＰＰに迅速に接近する好ましいものである。しかし、ステップ２からステップ３への動きは、ＭＰＰを大きく通り過ぎ、好ましくない。さらに、ステップ３から反転してステップ４に戻ると、また、ＭＰＰを大きく通り過ぎる。このように、ステップ幅が大きいと、ＭＰＰに近づく初期動作は迅速であるが、ＭＰＰを大きく通り過ぎることも多くなる。

ステップの方向性を反転する際にステップ幅を小さくすることもできるが、例えばＭＰＰにまだ十分接近していないステップ３で方向を反転させ、ステップ幅を小さくすると、その後ＭＰＰを捉えるのが遅れる可能性がある。

また、ステップ幅を最初から小さくした場合は、ＭＰＰＴ制御開始からＭＰＰを捉えるまでの時間が長く（ステップ数が多く）かかる。しかし、一旦ＭＰＰを捉えると、ＭＰＰ近傍に、より安定的に滞在することができる。

《ＭＰＰＴ制御の具体例》
図５は、制御部８９により実行されるＭＰＰＴ制御の動作の一例を示すフローチャートである。まず、制御部８９は、太陽光発電パネル７が出力している電圧（Ｖ_ｐｖ）と電流（Ｉ_ｐｖ）とに基づいて現時点の電力Ｐを算出し（ステップＳ１）、カウンタ加算を行う（ステップＳ２）。このカウンタは、後で平均をとるために求めた電力Ｐの個数をカウントしている。次に、制御部８９は、カウンタのカウント値が所定値であるか否かを判定する（ステップＳ３）。ここで、例えば所定値であるとすると、制御部８９は、所定値の個数の電力Ｐについて、それらの平均値Ｐ_ａｖｅ（Ｉ_ｉ）を求める（ステップＳ４）。

次に、制御部８９は、平均値Ｐ_ａｖｅ（Ｉ_ｉ）が、これまでに記憶している最大値Ｐ_ｍａｘより大きいか否かの判定を行う（ステップＳ５）。ここで、例えば平均値Ｐ_ａｖｅ（Ｉ_ｉ）が、最大値Ｐ_ｍａｘより大きいとすると、最大値Ｐ_ｍａｘを、最新の平均値Ｐ_ａｖｅ（Ｉ_ｉ）に更新する（ステップＳ６）。続いて制御部８９は、フラグ（Ｆｌａｇ＿ｏｎ）が０であるか否かをチェックする（ステップＳ７）。このフラグとは、方向の履歴を見るためのもので、０であれば直前の電流は増加方向であり、０でなければ直前の電流は減少方向である。そこで、０であれば、制御部８９は、次の電流Ｉ_ｉ＋１をステップ幅ｄＩで加算処理する（ステップＳ１４）。また、０でなければ、制御部８９は、次の電流Ｉ_ｉ＋１をステップ幅ｄＩで減算処理し（ステップＳ８）、ステップＳ１に戻る。

一方、ステップＳ５において、平均値Ｐ_ａｖｅ（Ｉ_ｉ）が、最大値Ｐ_ｍａｘ以下であるとすると、最大値Ｐ_ｍａｘを、直前の値（Ｐ_ｍａｘ）のままとする（ステップＳ９）。続いて制御部８９は、平均値Ｐ_ａｖｅ（Ｉ_ｉ）が、Ｐ_ｍａｘに対して明らかに小さいのか、僅かな変動程度なのかを見るために、最大値Ｐ_ｍａｘに係数Ｋ_Ｒ（例えば０．９８）を乗じた値よりも平均値Ｐ_ａｖｅ（Ｉ_ｉ）の方が小さいかどうかを判定する（ステップＳ１０）。この判定結果がイエスであれば、最大電力点を通り過ぎたと解されるので、電流変化の方向反転となり（ステップＳ１２）、ノーであれば方向維持（ステップＳ１１）となる。

続いて制御部８９は、フラグ（Ｆｌａｇ＿ｏｎ）が０であるか否かをチェックする（ステップＳ１３）。０であれば、制御部８９は、次の電流Ｉ_ｉ＋１をステップ幅ｄＩで加算処理する（ステップＳ１４）。また、０でなければ、制御部８９は、次の電流Ｉ_ｉ＋１をステップ幅ｄＩで減算処理し（ステップＳ８）、ステップＳ１に戻る。

《ステップ幅の選択法》
さて、太陽光発電を売電する場合は、ＭＰＰＴ制御は常に行っていればよいが、前述のような電源システム１００（図３）では、負荷の需要等との関係で、常にＭＰＰＴ制御が必要とも限らない。例えば、あえてＭＰＰＴ制御を行わず、出力を抑制する抑制状態でＤＣ／ＤＣコンバータ８を動作させる場合もある。また、日射量の変化があると、出力特性そのものが変わり、最大電力点も移動する。

そこで、どのタイミングで、どのステップ幅を選択すべきかについて以下に説明する。
ここで、ステップ幅ｄＩの値については、例えば、大／中／小の３種類とすることができ、それぞれ、ｄＩ＿Ｌａｒｇｅ、ｄＩ＿Ｍｉｄ、ｄＩ＿Ｓｍａｌｌとする。すなわち、ｄＩ＿Ｌａｒｇｅ＞ｄＩ＿Ｍｉｄ＞ｄＩ＿Ｓｍａｌｌ＞０である。
図６は、ステップ幅の設定に関するフローチャートである。このフローチャートの処理は、制御部８９により、図５の処理と並行して実行される。

図６において、制御部８９は、太陽光発電パネル７が出力している電力の平均値Ｐ_ａｖｅ（Ｉ_ｉ）を取得する（ステップＳ２１）。この平均値Ｐ_ａｖｅ（Ｉ_ｉ）としては、図５のステップＳ４で逐次更新されていく数値を取得すればよい。次に、制御部８９は、ＤＣバスの電圧（Ｖ_ｄｃ）が、所定の閾値電圧（Ｖ_ｔｈとする。）より低いか否かを判定する（ステップＳ２２）。

ＤＣバスの電圧Ｖ_ｄｃが閾値電圧Ｖ_ｔｈより低い場合とは、負荷の需要が急に増大して電力供給が足りなくなった場合である。逆に、ＤＣバスの電圧Ｖ_ｄｃが閾値電圧Ｖ_ｔｈより高い場合とは、負荷の需要に対して十分な電力がＤＣバスに供給されている場合である。なお、ＤＣバスの電圧Ｖ_ｄｃが閾値電圧Ｖ_ｔｈに等しい場合にＹｅｓとするかＮｏとするかは任意に決めうるので、ここでは除外して説明する（以下の他のステップにおける不等号についても同様である。）。

ステップＳ２２において、ＤＣバスの電圧Ｖ_ｄｃが閾値電圧Ｖ_ｔｈより高い場合（Ｎｏ）は、制御部８９は、ステップ幅としてｄＩ＿Ｍｉｄを設定する（ステップＳ２３）。次に、制御部８９は、電力の平均値Ｐ_ａｖｅ（Ｉ_ｉ）を取得する（ステップＳ２４）。続いて、制御部８９はまた、ＤＣバスの電圧Ｖ_ｄｃが、所定の閾値電圧Ｖ_ｔｈより低いか否かを判定する（ステップＳ２５）。ここで、ＤＣバスの電圧Ｖ_ｄｃが閾値電圧Ｖ_ｔｈより高い場合（Ｎｏ）は、制御部８９は、ステップＳ２６に進み、逆に、ＤＣバスの電圧Ｖ_ｄｃが閾値電圧Ｖ_ｔｈより低い場合（Ｙｅｓ）は、ＢすなわちステップＳ２７へ進む。

ステップＳ２６では、制御部８９は、Ｐ_ａｖｅ（Ｉ_ｉ）が所定の閾値電力（Ｐ_ｔｈ）より多いか否かを判定する。これは、日照条件を、ある閾値を境に高日射量／低日射量のどちらであるかを決める判定である。すなわち、Ｐ_ａｖｅ（Ｉ_ｉ）が所定の閾値電力Ｐ_ｔｈより少ないという状態は、低日射量であり、逆に、Ｐ_ａｖｅ（Ｉ_ｉ）が所定の閾値電力Ｐ_ｔｈより多いという状態は、高日射量である。

ステップＳ２６で低日射量の場合（Ｎｏ）は、制御部８９は、ステップＳ２４に戻り、以後、ステップＳ２５，Ｓ２６の判定結果が変わらない限り、ステップＳ２４〜Ｓ２６を繰り返し、ステップ幅をｄＩ＿Ｍｉｄに維持する。

一方、ステップＳ２２においてＤＣバスの電圧Ｖ_ｄｃが閾値電圧Ｖ_ｔｈより低い場合（Ｙｅｓ）、又は、前述のステップＳ２５の判定結果がＹｅｓの場合は、制御部８９は、ステップ幅としてｄＩ＿Ｌａｒｇｅを設定する（ステップＳ２７）。次に、制御部８９は、電力の平均値Ｐ_ａｖｅ（Ｉ_ｉ）を取得する（ステップＳ２８）。続いて、制御部８９はまた、ＤＣバスの電圧Ｖ_ｄｃが、所定の閾値電圧Ｖ_ｔｈより高いか否かを判定する（ステップＳ２９）。ここで、ＤＣバスの電圧Ｖ_ｄｃが閾値電圧Ｖ_ｔｈより低い場合（Ｎｏ）は、制御部８９は、ステップＳ２８，Ｓ２９を繰り返し、ステップＳ２９の判定結果が変わらない限り、ステップ幅をｄＩ＿Ｌａｒｇｅに維持する。

ステップＳ２９において、ＤＣバスの電圧Ｖ_ｄｃが閾値電圧Ｖ_ｔｈより高い場合（Ｙｅｓ）は、制御部８９は、ステップＳ３０に進む。
ステップＳ３０では、制御部８９は、Ｐ_ａｖｅ（Ｉ_ｉ）が所定の閾値電力Ｐ_ｔｈより少ないか否かを判定する。低日射量の場合（Ｙｅｓ）は、制御部８９は、「Ａ」（ステップＳ２３）に進み、前述のステップＳ２３〜Ｓ２６の処理を行う。

また、ステップＳ２６において判定がＹｅｓすなわちＰ_ａｖｅ（Ｉ_ｉ）が所定の閾値電力Ｐ_ｔｈより大きい場合、又は、ステップＳ３０において判定がＮｏすなわちＰ_ａｖｅ（Ｉ_ｉ）が所定の閾値電力Ｐ_ｔｈより大きい場合は、制御部８９は、ステップ幅をｄＩ＿Ｓｍａｌｌに設定する（ステップＳ３１）。

次に、制御部８９は、電力の平均値Ｐ_ａｖｅ（Ｉ_ｉ）を取得する（ステップＳ３２）。続いて、制御部８９は、ＤＣバスの電圧Ｖ_ｄｃが、所定の閾値電圧Ｖ_ｔｈより低いか否かを判定する（ステップＳ３３）。ＤＣバスの電圧Ｖ_ｄｃが閾値電圧Ｖ_ｔｈより高い場合（Ｎｏ）は、制御部８９は、ステップＳ３４に進み、逆に、ＤＣバスの電圧Ｖ_ｄｃが閾値電圧Ｖ_ｔｈより低い場合（Ｙｅｓ）は、「Ｂ」すなわちステップＳ２７へ進む。

ステップＳ３４では、制御部８９は、Ｐ_ａｖｅ（Ｉ_ｉ）が所定の閾値電力（Ｐ_ｔｈ）より少ないか否かを判定する。ステップＳ３４で高日射量の場合（Ｎｏ）は、制御部８９は、ステップＳ３２に戻り、以後、ステップＳ３３，Ｓ３４の判定結果が変わらない限り、ステップＳ３２〜Ｓ３４を繰り返し、ステップ幅をｄＩ＿Ｓｍａｌｌに維持する。そして、ステップＳ３４で低日射量の場合（Ｙｅｓ）には、制御部８９は、「Ａ」すなわちステップＳ２３に戻る。

《ステップ幅の選択法の要旨》
以上の処理動作をまとめると、以下のようになる。
（ａ）ＤＣバスの電圧Ｖ_ｄｃが閾値電圧Ｖ_ｔｈより低い場合には、大ステップ幅（ｄＩ＿Ｌａｒｇｅ）に設定される。この場合、最大電力点（ＭＰＰ）に迅速に接近することができる。
（ｂ）ＤＣバスの電圧Ｖ_ｄｃが閾値電圧Ｖ_ｔｈより高く、かつ、太陽光発電パネルから出力される発電電力が閾値電力Ｐ_ｔｈより少ない場合（低日射量）には、中ステップ幅（ｄＩ＿Ｍｉｄ）に設定される。この場合、例えば図４の点線で示すような出力特性の最大電力点に省ステップ数で接近し、かつ、最大電力点へ精度良く追従することができる。また、発電電力を平均電力とすることで、過敏な制御応答を避け、適度に安定した最大電力点追従制御を行うことができる。
（ｃ）ＤＣバスの電圧が閾値電圧Ｖ_ｔｈより高く、かつ、太陽光発電パネルから出力される発電電力が閾値電力Ｐ_ｔｈより多い場合（高日射量）には、小ステップ幅（ｄＩ＿Ｓｍａｌｌ）に設定される。この場合、最大電力点へ高精度に追従することができる。

そして、ＤＣバスの電圧Ｖ_ｄｃが閾値電圧Ｖ_ｔｈより低い状態となった場合には、まず、上記（ａ）の動作によりＭＰＰに迅速に接近する。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の出力が増大してＤＣバスの電圧は上昇する。この結果、ＤＣバスの電圧Ｖ_ｄｃが閾値電圧Ｖ_ｔｈより高くなると、発電電力に基づいて高日射量又は低日射量かを判定し、判定結果に応じてステップ幅を縮小し、小ステップ幅又は中ステップ幅とする。こうして、ＭＰＰを迅速に捉え、かつ、動作点は、ＭＰＰ付近に精度よく滞在することができる。

ここで、まず根幹にある考え方は、ＤＣバスの電圧Ｖ_ｄｃに基づいてステップ幅の設定を行っているという点である。すなわち、ＤＣバスの電圧Ｖ_ｄｃが閾値電圧Ｖ_ｔｈより低い場合には最大電力点追従制御を行う際のステップ幅を相対的に大きく設定し、また、ＤＣバスの電圧Ｖ_ｄｃが閾値電圧Ｖ_ｔｈより高い場合にはステップ幅を相対的に小さく設定する、ということである。

このような制御方法を実行する制御部８９を備えたＤＣ／ＤＣコンバータ８では、ＤＣバスの電圧Ｖ_ｄｃが閾値電圧Ｖ_ｔｈより低い場合に、ステップ幅を相対的に大きく設定（ｄＩ＿Ｌａｒｇｅ）することで、最大電力点追従制御の初期動作を迅速にすることができる。これにより、ＤＣバスの電圧を迅速に上昇させることができる。また、ＤＣバスの電圧Ｖ_ｄｃが閾値電圧Ｖ_ｔｈより高い場合には、ステップ幅を相対的に小さく（ｄＩ＿Ｓｍａｌｌ又はｄＩ＿Ｍｉｄ）設定することで、最大電力点への追従の精度を確保することができる。

ＤＣバスの電圧Ｖ_ｄｃは、電力需給の状態を反映している。従って、電力需給の状態に基づいて太陽光発電の最大電力点追従制御を適切に行う電力変換装置（ＤＣ／ＤＣコンバータ８）を提供することができる。

さらに具体的には、ＤＣバスの電圧Ｖ_ｄｃに基づいて、大ステップ幅に設定するか、あるいは、中小ステップ幅に設定するかを決めている。そして次に、発電電力に基づいて高日射量のときは小ステップ幅に設定し、低日射量のときは中ステップ幅に設定している。すなわち、ステップ幅を大別する第１次条件はＤＣバスの電圧であり、相対的な小ステップ幅をさらに細分する第２次条件は発電電力である。

なお、ＤＣバスの電圧Ｖ_ｄｃが閾値電圧Ｖ_ｔｈより低い場合とは、最大電力点追従制御の開始時の他、例えば、追従制御抑制状態から抑制解除された時も含む。
すなわち、最大電力点追従制御の開始時、及び、追従制御抑制状態から抑制解除された時に、動作点が最大電力点から離れていたとしても、迅速に最大電力点に接近することができる。

《電源システムの他の構成》
なお、上記の電源システムは、直流電源として、太陽光発電パネル７及び蓄電池２を備えた構成例を示したが、蓄電池の無い構成であっても同様の制御を行うことができる。
図７は、電源システム１００の他の構成を示す接続図である。図３との比較により明らかなように、この電源システム１００は、太陽光発電パネル７のみを電源とする日中専用の電源システムである。なお、負荷１０が直流負荷であれば、インバータ９を省略することができる。

《その他》
なお、上記実施形態では、ステップ幅を３種類としたが、さらに細かく多くの種類のステップ幅を設けることもできる。

なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１ ＤＣバス
２ 蓄電池
３ ＤＣ／ＤＣコンバータ
４ 交流電源
５ ＡＣ／ＤＣコンバータ
６ 定電圧電源装置
７ 太陽光発電パネル
８ ＤＣ／ＤＣコンバータ（電力変換装置）
９ インバータ
１０ 負荷
１１ コンデンサ
８０ 変換部
８１ コンデンサ
８２ リアクトル
８３，８４ スイッチング素子
８５ コンデンサ
８６ 電圧センサ
８７ 電流センサ
８８ 電圧センサ
８９ 制御部
１００ 電源システム

Claims (6)

1. 太陽光発電パネルの出力に対して、追従制御のステップ幅を可変として最大電力点追従制御を行う電力変換装置であって、
   前記太陽光発電パネルの出力にＤＣ／ＤＣ変換を施し、ＤＣバスに出力する変換部と、
   前記ＤＣバスの電圧を検知する電圧センサと、
   前記最大電力点追従制御を行う際の前記ステップ幅を、前記電圧センサによって検知する前記ＤＣバスの電圧が所定の閾値電圧より低い場合には相対的に大きく設定し、また、前記ＤＣバスの電圧が前記閾値電圧より高い場合には相対的に小さく設定する制御部と
   を備えている電力変換装置。
2. 前記ＤＣバスの電圧が所定の閾値電圧より低い場合とは、最大電力点追従制御の開始時及び追従制御抑制状態から抑制解除された時を含む請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記太陽光発電パネルから出力される発電電力を検知する電圧センサ及び電流センサを備え、前記最大電力点追従制御を行う際の前記ステップ幅を、少なくとも、大ステップ幅、中ステップ幅、小ステップ幅の３種類として、
   （ａ）前記ＤＣバスの電圧が所定の閾値電圧より低い場合には、大ステップ幅、
   （ｂ）前記ＤＣバスの電圧が前記閾値電圧より高く、かつ、前記太陽光発電パネルから出力される発電電力が所定の閾値電力より少ない場合には、中ステップ幅、
   （ｃ）前記ＤＣバスの電圧が前記閾値電圧より高く、かつ、前記太陽光発電パネルから出力される発電電力が所定の閾値電力より多い場合には、小ステップ幅、
   に設定する請求項１又は請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記発電電力とは、一定時間における前記太陽光発電パネルの平均電力である請求項３に記載の電力変換装置。
5. 太陽光発電パネルと、
   前記太陽光発電パネルに接続される請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置と、
   前記電力変換装置から電力の供給を受けるＤＣバスと
   を備えている電源システム。
6. 太陽光発電パネルの出力に対して、ＤＣ／ＤＣ変換を施し、ＤＣバスに出力する変換部によって、追従制御のステップ幅を可変として最大電力点追従制御を行う電力変換装置の制御方法であって、
   前記最大電力点追従制御を行う際の前記ステップ幅を、前記ＤＣバスの電圧が所定の閾値電圧より低い場合には相対的に大きく設定し、また、前記ＤＣバスの電圧が前記閾値電圧より高い場合には相対的に小さく設定する、電力変換装置の制御方法。

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