JP2017005849A - 蓄電池制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】蓄電池と共に既存の太陽光発電システムに組み合わせることにより、当該太陽光発電システムの、山登り法を用いたMPPT制御を行うPCSの入力電力を、MPPT制御に支障を来さない形で、目標値に制御できる蓄電池制御装置を提供する。【解決手段】蓄電池制御装置10は、PCS32の入力電圧値及び入力電流値の測定結果に基づき、PCS32の入力電力が、山登り法を用いたMPPT制御による電圧変更量とPCS32の入力電流値の測定結果とを乗じた値よりも小さな電力だけ目標値に近づくように、蓄電池20の充放電電力を変更する。【選択図】図1
Description
本発明は、蓄電池制御装置に関する。
近年、太陽電池とパワーコンディショナーとを組み合わせた太陽光発電システムを、系統(商用電力系統)及び負荷(電力使用機器群)に接続することが盛んに行われている。
太陽光発電システム用の一般的なパワーコンディショナー(以下、PCSとも表記する)は、最大電力点追従制御(以下、MPPT(Maximum Power Point Tracking)制御とも表記する)を行う機能を有している。従って、一般に使用されている太陽光発電システムは、PCSによって太陽電池から最大電力を取り出すことが可能なものとなっている。ただし、PCSの入力電力が大きく変動すると、太陽電池により発電された電力を全て利用できないことが生じ得る。
そのため、太陽光発電システムに、蓄電池を追加して、当該蓄電池の充放電電力の調整によりPCSの入力電力を目標値近傍の値に制御することが考えられている(例えば、特許文献1参照)のであるが、蓄電池の充放電電力を調整するという制御は、PCSが行うMPPT制御と干渉し得る制御である。そして、PCSが行うMPPT制御の内容は、メーカーにより異なっており、公開もされていない。
そのため、MPPT制御の内容が不明な既存の太陽光発電システムのPCSが行うMPPT制御の内容によらず、PCSの入力電力をMPPT制御に支障を来さない形で目標値近傍の値に制御できる蓄電池制御装置は未だ開発されていないのが現状である。
本発明の課題は、蓄電池と共に既存の太陽光発電システムに組み合わせることによって、当該太陽光発電システムの、山登り法を用いたMPPT制御を行うパワーコンディショナーの入力電力を、当該MPPT制御に支障を来さない形で、目標値近傍の値に制御できる蓄電池制御装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明の、山登り法を用いた最大電力点追従制御を行うパワーコンディショナーと太陽電池との間を接続する電力線と、蓄電池とに接続される蓄電池制御装置は、前記電力線と前記蓄電池との間で電力を授受させるためのDC/DCコンバータと、前記パワーコンディショナーの入力電圧値に基づき、前記パワーコンディショナーによる山登り法を用いた最大電力点追従制御時における動作電圧の変更量および変更周期を特定する特定手段と、前記パワーコンディショナーの入力電圧値及び入力電流値の測定結果ならびに前記特定手段により特定された変更周期に基づき、前記パワーコンディショナーの入力電力が、前記特定手段により特定された変更量と前記パワーコンディショナーの入力電流値の測定結果とを乗じた値よりも小さな電力だけ目標値に近づくように、前記DC/DCコンバータの制御により前記蓄電池の前記変更周期あたりの充放電電力を変更する制御手段と、を備える。
すなわち、山登り法を用いた最大電力点追従制御(MPPT制御)は、電圧がV0であるときの電流、電圧をV0からΔVだけ変化させてV1としたときの電流を、それぞれ、I0、I1と表記すると、V0・I0<V1・I1が成立した場合には、電圧がさらにΔVだけ変化され、V0・I0>V1・I1が成立した場合には、電圧が−ΔVだけ変化される制御である。従って、電圧の変更前後の電力(V0・I0、V1・I1)の大小関係が変わらないように、蓄電池の充放電電力を調整してやれば、山登り法を用いたMPPT制御に何ら悪影響を与えることなく、PCS(パワーコンディショナー)の入力電力を目標値近傍の値に制御することが出来る。
ここで、I0≒I1であることを考えると、前記特定手段により特定された変更量と前記PCSの入力電流値の測定結果とを乗じた値よりも小さな電力だけ目標値に近づくように、蓄電池の充放電電力を調整してやれば、電圧の変更前後の電力の大小関係を変えないことができることになる。従って、上記構成を有する本発明の蓄電池制御装置によれば、山登り法を用いたMPPT制御を行うPCSの入力電力を、当該MPPT制御に支障を来さない形で、目標値近傍の値に制御することが出来る。
太陽電池の発電電力の急激な変化時にも短時間のうちにPCSの入力電力を目標値とすることが出来るようにするために、本発明の蓄電池制御装置に、前記パワーコンディショナーの入力電圧値及び入力電流値の測定結果から、前記パワーコンディショナーの入力電力を算出し、算出した入力電力と目標値との差が所定値を超える場合には、前記パワーコンディショナーの入力電力が目標値となるように、前記DC/DCコンバータの制御により前記蓄電池の充放電電力を変更し、算出した入力電力と目標値との差が前記所定値以下である場合には、前記パワーコンディショナーの入力電力が、前記特定手段により特定された変更量と前記パワーコンディショナーの入力電流値の測定結果とを乗じた値よりも小さな電力だけ目標値に近づくように、前記DC/DCコンバータの制御により前記蓄電池の充放電電力を変更する制御手段を採用しておいても良い。
また、本発明の蓄電池制御装置の制御手段は、充放電電力の変更周期を変更しない手段であっても良いが、制御手段として、前記太陽電池の発電電力の時間変化量が大きい場合に、充放電電力の変更周期を短くする手段を採用しておけば、太陽電池の発電電力が急激な変化時にパワーコンディショナーの入力電力がより短時間のうちに目標値となる蓄電池制御装置を得ることが出来る。
また、充放電電力の変更周期が、山登り法を用いた最大電力点追従制御時における動作電圧の変更周期以下である方が、パワーコンディショナーの入力電力は安定し易い。従って、本発明の蓄電池制御装置に、前記制御手段は、前記特定手段により特定された変更周期以下の周期で、充放電電力を変更する構成を採用しておいても良い。
本発明の蓄電池制御装置によれば、既存の太陽光発電システムの、山登り法を用いたMPPT制御を行うパワーコンディショナーの入力電力を、MPPT制御に支障を来さない形で、目標値近傍の値に制御することが出来る。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
まず、図1を用いて、本発明の一実施形態に係る蓄電池制御装置10の構成及び使用形態を説明する。尚、この図1は、蓄電池制御装置10を用いて構築された電力供給システムの概略構成図である。
本実施形態に係る蓄電池制御装置10は、負荷34及び系統36とに接続されたパワーコンディショナー32と太陽電池30とをDCライン40で接続した既存の太陽光発電システムに、蓄電池20と共に追加される装置である。そして、図示してあるように、蓄電池制御装置10は、DC/DCコンバータ12と制御部14とを主要構成要素とした装置となっている。
DC/DCコンバータ12は、制御部14により制御されて、DCライン40(太陽電池30)からの電力で蓄電池20を充電するための電圧変換処理や、蓄電池20に蓄えられている電力をDCライン40に出力するための電圧変換処理を行うユニットである。
制御部14は、蓄電池20の充放電電力(蓄電池20への充電電力、蓄電池20からの放電電力)が所望値(詳細は後述)となるように、DC/DCコンバータ12を制御するユニットである。この制御部14は、CPUと、CPUが実行するプログラム(ファームウェア)等を記憶したROM、作業領域として使用されるRAM、各部へのインタフェース回路等から構成されている。
図示してあるように、制御部14には、DCライン40の電圧値を測定するための電圧センサ16からの信号、太陽電池30の出力電流値を測定するための電流センサ41からの信号、パワーコンディショナー32の入力電流値を測定するための電流センサ42からの信号が入力されている。また、制御部14には、各種設定を行うための操作パネル(図示略)が電気的に接続されている。
以下、蓄電池制御装置10の機能を説明する。尚、以下の説明では、太陽電池30、パワーコンディショナー32のことを、それぞれ、PV30,PCS32とも表記する。
蓄電池制御装置10の制御部14は、蓄電池制御装置10の電源が投入されると、図2及び図3に示した手順の蓄電池制御処理を開始するように、構成(プログラミング)されている。
すなわち、蓄電池制御装置10の電源が投入されたため、この蓄電池制御処理を開始した制御部14は、図2に示してあるように、まず、変数ΔtBAT、Nm、nBに、それぞれ、ΔtSAM、1、1を設定する(ステップS101)。
ここで、ΔtSAMとは、ステップS102以降の処理の実行周期のことである。ΔtSAMとしては、一般的な山登り法によるMPPT制御におけるPV30の動作電圧の変更周期よりも十分に短い周期(当該周期でDCライン40の電圧値等を測定すれば、PCS32が行っている山登り法を用いたMPPT制御における動作電圧の変更量及び変更周
期が特定できる周期)が使用されている。
期が特定できる周期)が使用されている。
また、ΔtBATは、蓄電池20の充放電電力(DCライン40から蓄電池20への充電電力、蓄電池20からDCライン40への放電電力)の調整(変更)周期を記憶しておくための変数である。Nmは、PCS32による山登り法を用いたMPPT制御の動作電圧の変更周期ΔtMPPTを求めるために使用される変数である。nBは、蓄電池20の充放電電力の調整(変更)タイミングとなったか否かを判断するために使用される変数である。
ステップS101の処理を終えた制御部14は、DCライン40の電圧値とPV30の出力電流値とPCS32の入力電流値とを測定する(ステップS102)。すなわち、このステップS102において、制御部14は、電圧センサ16と電流センサ41と電流センサ42とから、DCライン40の電圧値とPV30の出力電流値とPCS32の入力電流値とを取得する。
続くステップS103にて、制御部14は、今回、測定したDCライン40の電圧値から、前回、測定したDCライン40の電圧値を減ずることによって、DCライン40の電圧変化量ΔVDCを算出する。また、制御部14は、今回、測定したDCライン40の電圧値とPCS32の入力電流値とから、PCS32の入力電力PINを算出し、今回、測定したDCライン40の電圧値とPV30の出力電流値とから、PV30の出力電力POUTを算出する。さらに、制御部14は、前回、算出した出力電力POUTから、今回、算出した出力電力POUTを減じた値ΔPOUTを算出する。
ステップS103の処理を終えた制御部14は、算出したΔVDCが“0”と見なせるか否かを判断する(ステップS104)。より具体的には、制御部14は、このステップS104にて、ΔVDCの絶対値が、DCライン40の電圧が一定でもノイズや測定誤差により生じ得る電圧差として予め定められている値以下であるか否かを判定することにより、ΔVDCが“0”と見なせるか否かを判断する。
制御部14は、ΔVDCが“0”と見なせると判断した場合(ステップS104;YES)には、変数Nmに“1”を加算する(ステップS106)。一方、ΔVDCが“0”と見なせないと判断した場合(ステップS104;NO)、制御部14は、NmにΔtSAMを乗ずることによりΔtMPPTを算出してから、Nmに“1”を設定する(ステップS105)。
要するに、山登り法を用いたMPPT制御が行われている場合、DCライン40の電圧値VDCは、図4に示したように変化する。ステップS104〜S106の処理では、ΔVDCが“0”と見なせた(VDCがほぼ一定となっていた)サンプリング回数が計数されて、計数結果から、PCS32によって行われる「山登り法を用いたMPPT制御」の動作電圧の変更周期ΔtMPPTが算出される。
ステップS105又はS106の処理を終えた制御部14は、ΔPOUTの絶対値が予め設定されている規定値以下であるか否かを判断する(図3:ステップS111)。
ΔPOUTの絶対値が規定値以下であった場合(ステップS111;YES)、制御部14は、ΔtBATがΔtMPPT未満である場合に限り、ΔtBATにΔtSAMを加算する処理(ステップS112及びS113)を行う。また、ΔPOUTの絶対値が規定値以下ではなかった場合(ステップS111;NO)、制御部14は、ΔtBATがΔtSAMを超えている場合に限り、ΔtBATからΔtSAMを減ずる処理(ステップS114及びS115)を行う。
要するに、ステップS111〜S115の処理では、ΔPOUTが急激に変化している場合(PV30の発電電力が急激に上昇/下降している場合)には、ΔtBATの値を、ΔtSAM〜ΔtMPPTの範囲内で減少させ、そうではない場合には、ΔtBATの値を、ΔtSAM〜ΔtMPPTの範囲内で増加させる処理が行われる。
ステップS111〜S115の処理を終えた制御部14は、nB≧ΔtBAT/ΔtSAMが成立しているか否かを判断する(ステップS116)ことにより、蓄電池20の充放電電力の調整(変更)を行うべきタイミングとなったか否かを判断する。
そして、制御部14は、nB≧ΔtBAT/ΔtSAMが成立していなかった場合(ステップS116;NO)には、充放電電力の調整を行うべきタイミングとなっていないため、nBに“1”を加算(ステップS117)してからステップS102以降の処理を再び開始する。
一方、nB≧ΔtBAT/ΔtSAMが成立していた場合(ステップS116;YES)、制御部14は、充放電電力調整処理(ステップS118)を行う。
この充放電電力調整処理は、図5に示した手順の処理である。
すなわち、充放電電力調整処理を開始した制御部14は、|PIN−目標値|(PCS32の入力電力PINから目標値を減じた値の絶対値)が予め設定されている閾値以下であるか否かを判断する(ステップS201)。尚、蓄電池20の容量やPV30の最大発電電力によって目標値の適正値は異なる。そのため、本実施形態に係る蓄電池制御装置10は、操作パネルの操作により、時間(時刻)に応じて変化しない目標値や時間に応じて変化する目標値を設定できる装置として構成されている。
|PIN−目標値|が閾値以下ではなかった場合(ステップS201;NO)、制御部14は、PINを目標値とするために必要な充放電電力の変更量を算出する(ステップS202)。そして、制御部14は、充放電電力が、算出した変更量分、変化するように、DC/DCコンバータ12を制御する(ステップS202)。
一方、|PIN−目標値|が閾値以下であった場合(ステップS201;YES)、制御部14は、ΔVDC・入力電流値/mを算出して、充放電電力が、算出した値分、変化するように、DC/DCコンバータ14を制御する(ステップS203)。
“ΔVDC・入力電流値/m”におけるmは、ΔtBATとΔtMPPTとから所定のアルゴリズムによって算出されるΔtMPPT/ΔtBATよりも大きな値である。ΔVDCは、今回の(直前に実行された)ステップ103の処理で算出された電圧変化量であり、入力電流値は、今回のステップS102の処理で測定されたPCSの入力電流値である。尚、ステップS203の処理は、充放電電力を、算出した値分、PINが目標値に近づく方向に変化させる処理である。さらに、ステップS203の処理は、算出した値が、|PIN−目標値|よりも小さい場合には、充放電電力を変化させない処理となっている。
ステップS202又はS203の処理を終えた制御部14は、充放電電力調整処理(図5の処理)を終了する。そして、制御部14は、nBに“1”を設定(図3:ステップS119)してから、ステップS102(図2)以降の処理を開始する。
以下、本実施形態に係る蓄電池制御装置10の制御部14を、上記手順で、蓄電池20
の充放電電力を制御するユニットとしている理由を説明する。
の充放電電力を制御するユニットとしている理由を説明する。
山登り法を用いたMPPT制御は、電圧がV0であるときの電流値、電圧をV0からΔVだけ増加させてV1としたときの電流値を、それぞれ、I0、I1と表記すると、V0・I0<V1・I1が成立した場合には、電圧がさらにΔVだけ増加され、V0・I0>V1・I1が成立した場合には、電圧がΔVだけ減少される制御である。
従って、電圧の変更前後の電力(V0・I0、V1・I1)の大小関係が変わらないように、蓄電池20の充放電電力を調整してやれば、山登り法を用いたMPPT制御に何ら悪影響を与えることなく、PCS32の入力電力を目標値近傍の値に制御することが出来る。
そして、I0≒I1であることを考えると、蓄電池20の充放電電力の調整(変更)量をΔVDC・入力電流値/mとしておけば、電圧の変更前後の電力の大小関係が変わらないようにすることが出来ることになる。ただし、蓄電池20の充放電電力の調整量をΔVDC・入力電流値/mとしただけでは、PV30の発電電力が急速に変化した場合等に、PCS32の入力電圧が目標値となるまでに時間がかかってしまう虞がある。そして、|PIN−目標値|が閾値以下ではない場合には、PINを目標値とするために必要な充放電電力の変更量分、充放電電力が変更されるようにしておけば、MPPT制御に短時間の間だけ悪影響を与えることにはなるが、PV30の発電電力が急速に変化した場合等に、PCS32の入力電圧を速やかに目標値近傍の値とすることが出来る。そのため、制御部14を、上記手順で蓄電池20の充放電電力を制御するユニットとして構成しているのである。
《変形形態》
上記した蓄電池制御装置10は、各種の変形を行えるものである。例えば、蓄電池制御装置10を、“ΔVDC・入力電流値/m”分、充放電電力を変化させる処理しか行わない装置に変形することが出来る。また、蓄電池制御装置10を、ΔtBATを変更しない装置に変形することも出来る。
上記した蓄電池制御装置10は、各種の変形を行えるものである。例えば、蓄電池制御装置10を、“ΔVDC・入力電流値/m”分、充放電電力を変化させる処理しか行わない装置に変形することが出来る。また、蓄電池制御装置10を、ΔtBATを変更しない装置に変形することも出来る。
また、山登り法を用いた最大電力点追従制御における動作電圧の変更量や変更周期は、電流値から求めることも可能な情報である。従って、蓄電池制御装置10を、山登り法を用いた最大電力点追従制御における動作電圧の変更量や変更周期は、電流値や、電流値及び電圧値から求める装置に変形しても良い。
蓄電池制御処理(図2及び図3)を、ΔVDCの算出やステップS104〜S106の処理が1度しか行われない処理に変形しても良い。ただし、ΔVDCの算出及びステップS104〜S106の処理が繰り返し行われるようにしておけば、動作電圧の変更量や変更周期を変更するMPPT制御にも対応することができる。従って、蓄電池制御処理は、上記内容の処理や、ΔVDCの算出やステップS104〜S106の処理を定期的に行う処理としておくことが好ましい。
10・・・蓄電池制御装置
12・・・DC/DCコンバータ
14・・・制御部
16・・・電圧センサ
20・・・蓄電池
30・・・太陽電池
32・・・パワーコンディショナー
34・・・負荷
36・・・系統
40・・・DCライン
41・・・電流センサ
42・・・電流センサ
12・・・DC/DCコンバータ
14・・・制御部
16・・・電圧センサ
20・・・蓄電池
30・・・太陽電池
32・・・パワーコンディショナー
34・・・負荷
36・・・系統
40・・・DCライン
41・・・電流センサ
42・・・電流センサ
Claims (4)
- 山登り法を用いた最大電力点追従制御を行うパワーコンディショナーと太陽電池との間を接続する電力線と、蓄電池とに接続される蓄電池制御装置であって、
前記電力線と前記蓄電池との間で電力を授受させるためのDC/DCコンバータと、
前記パワーコンディショナーの入力電圧値に基づき、前記パワーコンディショナーによる山登り法を用いた最大電力点追従制御時における動作電圧の変更量および変更周期を特定する特定手段と、
前記パワーコンディショナーの入力電圧値及び入力電流値の測定結果ならびに前記特定手段により特定された変更周期に基づき、前記パワーコンディショナーの入力電力が、前記特定手段により特定された変更量と前記パワーコンディショナーの入力電流値の測定結果とを乗じた値よりも小さな電力だけ目標値に近づくように、前記DC/DCコンバータの制御により前記蓄電池の前記変更周期あたりの充放電電力を変更する制御手段と、
を備えることを特徴とする蓄電池制御装置。 - 前記制御手段は、前記太陽電池の発電電力の時間変化量が大きい場合に、充放電電力の変更周期を短くする
ことを特徴とする請求項1に記載の蓄電池制御装置。 - 前記制御手段は、前記特定手段により特定された変更周期以下の周期で、充放電電力を変更する
ことを特徴とする請求項1から2のいずれか一項に記載の蓄電池制御装置。 - 前記制御手段は、前記パワーコンディショナーの入力電圧値及び入力電流値の測定結果から、前記パワーコンディショナーの入力電力を算出し、算出した入力電力と目標値との差が所定値を超える場合には、前記パワーコンディショナーの入力電力が目標値となるように、前記DC/DCコンバータの制御により前記蓄電池の充放電電力を変更し、算出した入力電力と目標値との差が前記所定値以下である場合には、前記パワーコンディショナーの入力電力が、前記特定手段により特定された変更量と前記パワーコンディショナーの入力電流値の測定結果とを乗じた値よりも小さな電力だけ目標値に近づくように、前記DC/DCコンバータの制御により前記蓄電池の充放電電力を変更する
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の蓄電池制御装置。
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