JP2019054587A

JP2019054587A - パワーコンディショナシステムおよび太陽光発電システム

Info

Publication number: JP2019054587A
Application number: JP2017175892A
Authority: JP
Inventors: 克也平; Katsuya Taira
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2017-09-13
Filing date: 2017-09-13
Publication date: 2019-04-04

Abstract

【課題】追加設備を必要とせずにＩＶ特性を取得する。【解決手段】パワーコンディショナシステムは、太陽電池アレイから直流電力を受け取るインバータ回路と、前記インバータ回路に入力される直流電流および直流電圧を計測する計測器と、前記インバータ回路を制御する制御回路と、を備えている。前記制御回路は、予め定められた所定信号に応答して、前記太陽電池アレイの動作点が予め定めた動作点範囲を辿るように前記インバータ回路を制御するＩＶスキャン制御を実行する。出力端が前記インバータ回路と接続し、入力端が前記太陽電池アレイに含まれる複数の太陽電池ストリンググループとそれぞれ接続した複数の遮断器を備えてもよい。前記制御回路は、前記複数の遮断器のうち一部の遮断器を遮断した状態で前記ＩＶスキャン制御を実行してもよい。【選択図】図２

Description

本発明は、パワーコンディショナシステムおよび太陽光発電システムに関するものである。

従来、例えば特表２０１３−５３７７２０号公報に開示されているように、太陽電池のＩＶ特性を測定する監視システムが知られている。

特表２０１３−５３７７２０号公報

上記公報にかかる従来の監視システムは、刺激回路、センサ回路、および電気パラメータ算出手段を備えている。従来の監視システムは、これらの専用のハードウェア設備を太陽光発電システムに追加することを要求している。このような専用ハードウェアの追加は、コスト増加等の問題を招くので好ましくない。上記公報の段落００４７には、並列監視ユニットがＰＶモジュール、接続箱、搭載装置、およびインバータなどに一体化されてもよい旨の記載がある。この記載は、刺激回路、センサ回路および電気パラメータ算出手段をＰＶモジュールなどに追加で組み込むことを述べているに過ぎず、「一体化」に関してこれ以上の具体的事項は何ら説明されていない。結局のところ、上記公報に記載された内容はいずれも専用ハードウェア設備の追加を前提とするものであった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、追加設備を必要とせずにＩＶ特性を取得することができるパワーコンディショナシステムおよび太陽光発電システムを提供することを目的とする。

本発明にかかるパワーコンディショナシステムは、
太陽電池アレイから直流電力を受け取るインバータ回路と、
前記インバータ回路を制御する制御回路と、
前記インバータ回路に入力される直流電流および直流電圧を計測する計測器と、
を備え、
前記制御回路は、予め定められた所定信号に応答して、前記計測器が前記直流電流および前記直流電圧を計測しているときに、前記太陽電池アレイの動作点が予め定めた動作点範囲を辿るように前記インバータ回路を制御するＩＶスキャン制御を実行するように構築されている。

本発明にかかる太陽光発電システムは、
太陽電池アレイから直流電力を受け取るインバータ回路と、
前記インバータ回路を制御する制御回路と、
前記太陽電池アレイから前記インバータ回路に入力される直流電流および直流電圧を計測する計測器と、
前記太陽電池アレイの発電状態を監視するためのモニタ装置と、
を備え、
前記モニタ装置は、予め定められた所定操作に応答して、前記インバータ回路の出力電力の大きさを指令するための第一指令値または前記インバータ回路に入力される前記直流電圧の大きさを指令するための第二指令値を、前記太陽電池アレイの動作点が予め定めた動作点範囲を辿るように前記制御回路に対して与えるように構築され、
前記制御回路は、前記計測器が前記直流電流および前記直流電圧を計測しているときに、前記モニタ装置から与えられた前記第一指令値または前記第二指令値に従って前記インバータ回路を制御するように構築されている。

本発明によれば、ＩＶスキャンのための制御を太陽光発電システムの通常設備に実行させるので、追加設備を必要とせずにＩＶ特性を取得することができる。

本発明の実施の形態１にかかるパワーコンディショナシステムおよびこれを備える太陽光発電システムを示す図である。本発明の実施の形態１にかかるパワーコンディショナシステムおよびこれを備える太陽光発電システムの回路図である。本発明の実施の形態１にかかるパワーコンディショナシステムで実行されるルーチンを示すフローチャートである。本発明の実施の形態１にかかるパワーコンディショナシステムで実行される過積載なしの場合のＩＶスキャンの動作を説明するためのグラフである。本発明の実施の形態１にかかるパワーコンディショナシステムで実行される過積載有りの場合のＩＶスキャンの動作を説明するためのグラフである。本発明の実施の形態２にかかるパワーコンディショナシステムで実行されるルーチンを示すフローチャートである。本発明の実施の形態２にかかるパワーコンディショナシステムで実行されるＩＶスキャンの動作を説明するためのグラフである。本発明の実施の形態３にかかるパワーコンディショナシステムで実行されるルーチンを示すフローチャートである。本発明の実施の形態３にかかるパワーコンディショナシステムで実行される過積載なしの場合のＩＶスキャンの動作を説明するためのグラフである。本発明の実施の形態３にかかるパワーコンディショナシステムで実行される過積載有りの場合のＩＶスキャンの動作を説明するためのグラフである。本発明の実施の形態４にかかるパワーコンディショナシステムで実行されるルーチンを示すフローチャートである。本発明の実施の形態４にかかるパワーコンディショナシステムで実行されるＩＶスキャンの動作を説明するためのグラフである。本発明の実施の形態５にかかるパワーコンディショナシステムおよびこれを備える太陽光発電システムの回路図である。

図１は、本発明の実施の形態１にかかるパワーコンディショナシステム６およびこれを備える太陽光発電システム１を示す図である。太陽光発電システム１は、太陽電池アレイ２と、複数の接続箱４と、パワーコンディショナシステム６と、モニタ装置１０と、を備えている。太陽光発電システム１は、電力系統１１と接続されている。以下、パワーコンディショナシステムを、「ＰＣＳ」と簡略に記載することがある。モニタ装置１０には、パーソナルコンピュータを用いることができる。太陽電池アレイ２は、後述する図２でも示すように、複数の太陽電池ストリンググループ２０〜２９を含んでいる。複数の太陽電池ストリンググループ２０〜２９それぞれは、接続箱４を介して、ＰＣＳ６に接続されている。「太陽電池ストリンググループ」とは、複数の太陽電池ストリングを接続して一つのグループにまとめたものである。実施の形態１にかかる複数の太陽電池ストリンググループ２０〜２９それぞれも、複数の太陽電池ストリング２ｓによって構成されている。太陽電池ストリング２ｓは、複数の太陽電池パネルを接続したものである。

図２は、本発明の実施の形態１にかかるＰＣＳ６およびこれを備える太陽光発電システム１の回路図である。太陽電池アレイ２は、複数の太陽電池ストリンググループ２０〜２９を含んでいる。

ＰＣＳ６は、インバータ回路６１と、ゲートドライブ基板６２と、制御回路６３と、ネットワークカード６４と、入力電流計６５と、入力電圧計６６と、出力電流計６７と、出力電圧計６８と、入力遮断部６９と、を備えている。

入力遮断部６９は、複数の遮断器Ｂ１〜Ｂ１０を含んでいる。複数の遮断器Ｂ１〜Ｂ１０の入力端は、太陽電池アレイ２に含まれる複数の太陽電池ストリンググループ２０〜２９とそれぞれ接続している。複数の遮断器Ｂ１〜Ｂ１０の出力端は、インバータ回路６１と接続している。制御回路６３は、複数の遮断器Ｂ１〜Ｂ１０それぞれのオンオフを個別に制御することができる。

インバータ回路６１は、複数の遮断器Ｂ１〜Ｂ１０を介して、太陽電池アレイ２から直流電力を受け取る。インバータ回路６１は、内蔵された複数のスイッチング素子をＰＷＭ制御することで、入力された直流電力を交流電力に変換して出力する。制御回路６３は、ゲートドライブ基板６２を介してインバータ回路６１にＰＷＭ駆動信号を供給することで、インバータ回路６１を制御する。入力電流計６５および入力電圧計６６は、インバータ回路６１に入力される直流電流および直流電圧を計測する。出力電流計６７および出力電圧計６８は、インバータ回路６１が出力した出力電流および出力電圧を計測する。ネットワークカード６４は、モニタ装置１０と制御回路６３との間に介在して両者の通信を仲介する。ＰＣＳ６の出力電力は、連系変圧器１２を介して電力系統１１と接続されている。

図２には、制御回路６３の内部構成も模式的に図示されている。制御回路６３は、ゲートインターフェース基板６３ａと、ＰＷＭ制御部６３ｂと、電力制御部６３ｃと、第一電流電圧スキャン部６３ｄと、表示操作パネル６３ｅと、通信インターフェース６３ｆと、外部インターフェース基板６３ｇと、を備えている。電力制御部６３ｃは、入力直流電流Ｉｉｎと、入力直流電圧Ｖｉｎと、出力交流電流Ｉｏと、出力交流電圧Ｖｏとを受信する。電力制御部６３ｃは、ＰＷＭ制御部６３ｂおよびゲートインターフェース基板６３ａを介して、ゲート駆動信号をゲートドライブ基板６２に供給する。電力制御部６３ｃは、設定された電力制限値Ｐｌｉｍｉｔを上回らない範囲で、できるだけ電力制限値Ｐｌｉｍｉｔに近づくようにインバータ回路６１の出力電力を制御する。

第一電流電圧スキャン部６３ｄは、通信インターフェース６３ｆを通じてＩＶスキャン開始信号を受信すると、電力制御部６３ｃと協働することによって、予め設定されたＩＶスキャン制御を実行する。第一電流電圧スキャン部６３ｄは、制御回路６３内においてロジック回路の形態で備えられても良いし、制御回路６３がマイコン等であればメモリ内にプログラムの形態で備えられても良い。

電力制御部６３ｃは、ＩＶスキャン制御の実行中に入力電流計６５および入力電圧計６６で計測された入力直流電流Ｉｉｎおよび入力直流電圧Ｖｉｎを、通信インターフェース６３ｆおよびネットワークカード６４を介して、モニタ装置１０に伝達する。電力制御部６３ｃは、内蔵メモリを備えても良く、ＩＶスキャン制御の実行中に計測された入力直流電流Ｉｉｎおよび入力直流電圧Ｖｉｎをこの内蔵メモリに記録してもよい。電力制御部６３ｃに記録された入力直流電流Ｉｉｎおよび入力直流電圧Ｖｉｎが、ＩＶ特性カーブの形態で、モニタ装置１０に伝達されてもよい。表示操作パネル６３ｅにＩＶスキャン開始ボタンを表示しておき、ＩＶスキャン開始ボタンが押されるとＩＶスキャン開始信号が第一電流電圧スキャン部６３ｄに伝達されるようにしても良い。

図３は、本発明の実施の形態１にかかるＰＣＳ６で実行されるルーチンを示すフローチャートである。図３のルーチンは、制御回路６３が実行するＩＶスキャン制御の具体例を示したものである。

図３のルーチンでは、まず、制御回路６３が、ＰＣＳ６を通常運転モードで運転する（ステップＳ１００）。通常運転モードは、電力制御部６３ｃに予め設定された標準的な制御ロジックを実行することで実現される。通常運転モードは、ＭＰＰＴモードつまり最大電力点追従モードでもよい。通常運転モードは、外部からの要求発電量に応じて最大電力から一定の電力抑制を行うモードである抑制発電モードであってもよい。通常運転モードは、既に各種公知の電力変換装置で実行されている運転モードを採用すればいいので、これ以上の説明は省略する。

次に、制御回路６３は、ＩＶスキャン開始指令を受け取ったか否かを判定する（ステップＳ１０２）。ステップＳ１０２の判定は、実際には、第一電流電圧スキャン部６３ｄにモニタ装置１０からＩＶスキャン開始指令信号が入力されたか否かによって実現される。ステップＳ１０２の条件が成立していない限り、処理はステップＳ１００に戻り、制御回路６３は通常運転モードを継続する。

ステップＳ１０２の判定結果が肯定となると、制御回路６３は、ステップＳ１０３〜Ｓ１１１の処理を実行する。ステップＳ１０３〜Ｓ１１１の処理は、第一電流電圧スキャン部６３ｄが電力制御部６３ｃの制御に介入することで、実現される。なお、図３のルーチンが実行される上では、第一電流電圧スキャン部６３ｄと電力制御部６３ｃとが協働してＩＶスキャン制御を実現するように制御回路６３が構築されればよいので、両者の機能分担に限定はない。例えば、ステップＳ１０２の判定が成立した場合に、電力制御部６３ｃにおける電力制限値Ｐｌｉｍｉｔの設定権限などを第一電流電圧スキャン部６３ｄに一時的に移すように両者の機能分担が構築されても良い。電力制御部６３ｃが、ＩＶスキャン制御の実行中には、第一電流電圧スキャン部６３ｄからの指示を受け付けるように構築されていれば良い。この場合には、ＩＶスキャン制御の実行中に限り、第一電流電圧スキャン部６３ｄが上位機能ブロックとして電力制御部６３ｃを操作することができる。

ステップＳ１０３では、制御回路６３が、次の三つの処理を実行する。一つ目の処理では、初期電力値Ｐ（ＩＶｓｃａｎＩＮＩ）に、現在の出力電力値Ｐ（現在値）が代入される。二つ目の処理では、スキャン電力値Ｐ（ＩＶｓｃａｎ）に、初期電力値Ｐ（ＩＶｓｃａｎＩＮＩ）が代入される。三つ目の処理では、電力制限値Ｐｌｉｍｉｔに、スキャン電力値Ｐ（ＩＶｓｃａｎ）が代入される。

次に、電流及び電圧の計測が行われる（ステップＳ１０４）。このステップでは、制御回路６３が、入力電流計６５および入力電圧計６６で計測された入力直流電流Ｉｉｎおよび入力直流電圧Ｖｉｎを取得する。取得された入力直流電流Ｉｉｎおよび入力直流電圧Ｖｉｎは、電力制御部６３ｃの内蔵メモリに記録されてもよく、モニタ装置１０に伝達されてもよい。

次に、制御回路６３は、現在のスキャン電力値Ｐ（ＩＶｓｃａｎ）が、出力電力定格値の１．５％以下となっているか否かを判定する（ステップＳ１０５）。出力電力定格値の１．５％という数値は、予め定められた「スキャン電力最小値」である。ステップＳ１０５では、現在のスキャン電力値Ｐ（ＩＶｓｃａｎ）がスキャン電力最小値以下となったかが判定される。

ステップＳ１０５の判定結果が否定である場合には、制御回路６３は、ステップＳ１０６の処理を実行する。ステップＳ１０６では、制御回路６３が、次の二つの処理を実行することで、電力制限値Ｐｌｉｍｉｔおよびスキャン電力値Ｐ（ＩＶｓｃａｎ）をデクリメント更新する。一つ目の処理では、電力制限値Ｐｌｉｍｉｔに、スキャン電力値Ｐ（ＩＶｓｃａｎ）から予め定めた所定値ｋ１を減じた値が代入される。二つ目の処理では、スキャン電力値Ｐ（ＩＶｓｃａｎ）に、現在のスキャン電力値Ｐ（ＩＶｓｃａｎ）から所定値ｋ１を減じた値が代入される。ステップＳ１０６の終了時点で、電力制限値Ｐｌｉｍｉｔおよびスキャン電力値Ｐ（ＩＶｓｃａｎ）はそれぞれ前回値から所定値ｋ１を減じた値となる。

次に、ステップＳ１０４と同様に、電流及び電圧の計測が行われる（ステップＳ１０７）。ステップＳ１０７の後、処理はステップＳ１０５に戻る。これにより、スキャン電力値Ｐ（ＩＶｓｃａｎ）がスキャン電力最小値より大きな値である限り、制御回路６３は、電力制限値Ｐｌｉｍｉｔおよびスキャン電力値Ｐ（ＩＶｓｃａｎ）をデクリメント更新しながら、入力直流電流Ｉｉｎおよび入力直流電圧Ｖｉｎを取得する。

ステップＳ１０５の判定結果が肯定となったら、処理はステップＳ１０８に進む。ステップＳ１０５の判定結果が肯定であるということは、スキャン電力値Ｐ（ＩＶｓｃａｎ）がスキャン電力最小値以下となっているので、ＩＶスキャンが予め設定されたＩＶスキャン範囲の下限に到達したことを意味する。ステップＳ１０８では、制御回路６３は、現在のスキャン電力値Ｐ（ＩＶｓｃａｎ）が、ステップＳ１０３で設定された初期電力値Ｐ（ＩＶｓｃａｎＩＮＩ）以上となっているか否かを判定する。

ステップＳ１０８の判定結果が否定である場合には、制御回路６３は、ステップＳ１０９の処理を実行する。ステップＳ１０９では、制御回路６３が、次の二つの処理を実行することで、電力制限値Ｐｌｉｍｉｔおよびスキャン電力値Ｐ（ＩＶｓｃａｎ）をインクリメント更新する。一つ目の処理では、電力制限値Ｐｌｉｍｉｔに、スキャン電力値Ｐ（ＩＶｓｃａｎ）に所定値ｋ１を加えた値が代入される。二つ目の処理では、スキャン電力値Ｐ（ＩＶｓｃａｎ）に、現在のスキャン電力値Ｐ（ＩＶｓｃａｎ）に所定値ｋ１を加えた値が代入される。ステップＳ１０９の終了時点で、電力制限値Ｐｌｉｍｉｔおよびスキャン電力値Ｐ（ＩＶｓｃａｎ）はそれぞれ前回値に所定値ｋ１を加えた値となる。次に、ステップＳ１０４およびステップＳ１０７と同様に、電流及び電圧の計測が行われる（ステップＳ１１０）。ステップＳ１１０の後、処理はステップＳ１０８に戻る。

これにより、スキャン電力値Ｐ（ＩＶｓｃａｎ）が初期電力値Ｐ（ＩＶｓｃａｎＩＮＩ）より小さな値である限り、制御回路６３は、電力制限値Ｐｌｉｍｉｔおよびスキャン電力値Ｐ（ＩＶｓｃａｎ）をインクリメント更新しながら、入力直流電流Ｉｉｎおよび入力直流電圧Ｖｉｎを取得する。

ステップＳ１０８の判定結果が肯定となったら、処理はステップＳ１１１に進む。ステップＳ１０８の判定結果が肯定であるということは、スキャン電力値Ｐ（ＩＶｓｃａｎ）が初期電力値Ｐ（ＩＶｓｃａｎＩＮＩ）以上となっているので、ＩＶスキャン開始前の電力値へとインバータ回路６１の出力電力が戻ったことを意味する。制御回路６３は、ステップＳ１０８の判定結果が肯定となった時点でＩＶスキャンが完了したものとみなし、ステップＳ１１１において通常運転モードを再開する。これにより、制御回路６３は、初期電力値Ｐ（ＩＶｓｃａｎＩＮＩ）を上限とし、スキャン電力最小値を下限とするＩＶスキャン範囲で、太陽電池アレイ２の動作点を一往復させることができる。その後、今回のルーチンが終了する。

以上説明したとおり、実施の形態１によれば、制御回路６３は、ＩＶスキャン開始信号の入力に応答して、太陽電池アレイ２の動作点が予め定めた所定動作点範囲を辿るように電力制限値Ｐｌｉｍｉｔを増減することができる。電力制限値Ｐｌｉｍｉｔの増減によって、制御回路６３は、太陽電池アレイ２の動作点が所定動作点範囲を辿るようにインバータ回路６１を制御するＩＶスキャン制御を実行することができる。ＰＣＳ６は、太陽光発電システム１に必要不可欠な通常設備である。ＩＶスキャンのための制御を通常設備に実行させるので、追加設備を必要とせずにＩＶ特性を取得することができる。

所定値ｋ１は、固定値に限られず、可変値とされてもよい。所定値ｋ１を大きく設定することでインクリメントおよびデクリメントの変化分を大きくすることができ、ＩＶスキャンの実行時間を短くすることができる。所定値ｋ１を小さく設定することでインクリメントおよびデクリメントを小刻みに行うことができ、ＩＶスキャンの測定精度を高めることができる。モニタ装置１０あるいは表示操作パネル６３ｅから所定値ｋ１を指定することができるようにしてもよい。ステップＳ１０６のデクリメント更新とステップＳ１０９のインクリメント更新とで同じ所定値ｋ１を用いているが、各更新で異なる所定値を用いてデクリメントおよびインクリメントを行う変形例が提供されてもよい。

図４は、本発明の実施の形態１にかかるＰＣＳ６で実行される過積載なしの場合のＩＶスキャンの動作を説明するためのグラフである。図５は、本発明の実施の形態１にかかるＰＣＳ６で実行される過積載有りの場合のＩＶスキャンの動作を説明するためのグラフである。「過積載」とは、太陽電池アレイ２の搭載量がＰＣＳ６容量を超える状態である。

制御回路６３が上記図３のルーチンを実行することで、動作点Ｐ１から動作点Ｐ２まで太陽電池アレイ２の動作点をスキャンすることができる。図４および図５には、ＩＶスキャンによる計測可能範囲Ｘが破線四角で図示されている。計測可能範囲Ｘは、ＰＣＳ６の定格によって決まる。

過積載がされていない場合、図４に示すように太陽電池アレイ２のＰＶカーブのピーク付近まで計測可能範囲Ｘを設定することができる。一方、過積載がされていると、天候状況に応じて太陽電池アレイ２の最大発電可能量がＰＣＳ６の定格発電量を上回ることがある。過積載がされている場合には、制御回路６３は、予め定められた出力上限値ＰＵＬを上回らないように、インバータ回路６１の出力電力を制御する。出力上限値ＰＵＬは、ＰＣＳ６の定格発電量に応じて予め定められた値である。

実施の形態２．
実施の形態２にかかるＰＣＳおよび太陽光発電システムは、実施の形態１のＰＣＳ６および太陽光発電システム１と同様のハードウェア構成を備えている。以下の説明では、実施の形態１との相違点を中心に説明し、実施の形態１と実施の形態２とで同一または対応する構成には同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態１と実施の形態２とで共通する内容については説明を省略または簡略化する。

図５に示すようにＰＣＳ６の定格によってＩＶスキャンの計測可能範囲Ｘが制限を受けるので、過積載がされていると、太陽電池アレイ２のＰＶカーブのピーク値付近まではＩＶスキャンを行うことができない。そこで、実施の形態２においては、第一電流電圧スキャン部６３ｄが、予め定められた規則に従って、ＩＶスキャン制御中に入力遮断部６９に制御信号を送る。入力遮断部６９は、受け取った制御信号に従って、複数の遮断器Ｂ１〜Ｂ１０のオンオフを切り換える。これにより、制御回路６３は、複数の遮断器Ｂ１〜Ｂ１０のうち一部の遮断器を遮断した状態でＩＶスキャン制御を実行する。太陽電池アレイ２の搭載量がＰＣＳ６容量を超えるような過積載が行われている場合でも、なるべく多くの太陽電池ストリンググループのＩＶ特性を計測することができる。

図６は、本発明の実施の形態２にかかるＰＣＳ６で実行されるルーチンを示すフローチャートである。図６のルーチンは、図３のルーチンと次の二点で異なっている。一つ目の相違点は、図６のルーチンでは、ステップＳ１２０およびＳ１２１の処理が追加されていることである。二つ目の相違点は、図６のルーチンでは、ステップＳ１０８の判定結果が肯定であるときに処理がステップＳ１２０に戻るように図３のルーチンが変形されていることである。

図６のルーチンでは、ステップＳ１０２の判定結果が肯定となると、制御回路６３は、ステップＳ１２０の処理を実行する。ステップＳ１２０では、測定済回路数Ｎ_Ｃに、現在の測定済回路数Ｎ_Ｃに１を加えた値が代入される。「測定済回路数」とは、ＩＶ測定を行った回路の数である。ただし、測定済回路数Ｎ_Ｃの初期値はゼロであり、初回のステップＳ１２０では測定済回路数Ｎ_Ｃは１に設定される。さらに、制御回路６３は、測定回路の切り替えを行う。ここで、測定回路の切り替えは、測定済回路数Ｎ_Ｃが１である場合には、複数の遮断器Ｂ１〜Ｂ１０のうち第一の遮断器Ｂ１のみをオンつまり接続状態とする。

次に、制御回路６３は、測定済回路数Ｎ_Ｃが入力回路数Ｎ_Ａ以下であるか否かを判定する（ステップＳ１２１）。入力回路数Ｎ_Ａは、ＰＣＳ６に入力されている太陽電池ストリンググループの回路数である。実施の形態２において、入力回路数Ｎ_Ａは、複数の遮断器Ｂ１〜Ｂ１０に接続された太陽電池ストリンググループ２０〜２９の個数である。実施の形態２では実施の形態１と同じく太陽電池ストリンググループ２０〜２９が合計で１０個なので、入力回路数Ｎ_Ａは１０である。初回のステップＳ１２１では、測定済回路数Ｎ_Ｃは１である。測定済回路数Ｎ_Ｃが入力回路数Ｎ_Ａよりも小さいので、ステップＳ１２１の判定結果は肯定となる。

ステップＳ１２１の判定結果が肯定である場合には、制御回路６３は、実施の形態１と同様にステップＳ１０３〜ステップＳ１０８の処理を実行する。実施の形態１と同様に処理がステップＳ１０８に進むと、ステップＳ１０８の判定結果が否定である限り、ステップＳ１０８〜ステップＳ１１０の処理が繰り返し実行される。これにより、第一の遮断器Ｂ１を介してＰＣＳ６に接続された太陽電池ストリンググループ２０のＩＶスキャンを行うことができる。ステップＳ１０８の判定結果が肯定になると、処理はステップＳ１２０に戻る。

ステップＳ１２０では、測定済回路数Ｎ_Ｃがインクリメントされることで、測定済回路数Ｎ_Ｃが２に更新される。インクリメントにより測定済回路数Ｎ_Ｃが２となった場合には、複数の遮断器Ｂ１〜Ｂ１０のうち第二の遮断器Ｂ２のみをオンつまり接続状態とする。次に、ステップＳ１２１の判定が再び行われる。現在の測定済回路数Ｎ_Ｃは２であり測定済回路数Ｎ_Ｃが入力回路数Ｎ_Ａ以下なので、ステップＳ１２１の判定結果は肯定となる。その後、実施の形態１と同様に、ステップＳ１０３〜ステップＳ１１０の処理が実行される。これにより、第二の遮断器Ｂ２を介してＰＣＳ６に接続された太陽電池ストリンググループ２１に対してＩＶスキャンを行うことができる。ステップＳ１０８の判定結果が肯定になると、処理はステップＳ１２０に戻る。

ステップＳ１２０では、測定済回路数Ｎ_Ｃがインクリメントされることで、測定済回路数Ｎ_Ｃが３に更新される。その後、第三の遮断器Ｂ３のみをオンとした状態で、ステップＳ１０３〜Ｓ１１０の処理が実行されることで、太陽電池ストリンググループ２２に対するＩＶスキャンが行われる。このようにして、初回のステップＳ１２０で遮断器Ｂ１のみがオンとされた後、二回目以降のステップＳ１２０で測定済回路数Ｎ_Ｃが増加される度に遮断器Ｂ２から遮断器Ｂ１０まで順にオン状態のものが切り換えられていく。その結果、ステップＳ１２１の判定結果が否定となるまでに、太陽電池ストリンググループ２０〜２９それぞれに対してＩＶスキャンを実行することができる。制御回路６３は、複数の遮断器Ｂ１〜Ｂ１０のうち一つの遮断器のみを接続させた状態でＩＶスキャン制御を実行するので、太陽電池ストリンググループごとのＩＶ特性を計測することができる。その結果、ステップＳ１２１の判定結果が否定となると処理はステップＳ１１１に進み、制御回路６３が通常運転モードを再開する。その後、今回のルーチンが終了する。

なお、一つずつではなく、太陽電池ストリンググループ２０〜２９を複数グループに分けて、グループごとにＩＶスキャンを行っても良い。例えば、太陽電池ストリンググループ２０、２１を第一グループとし、太陽電池ストリンググループ２２、２３を第二グループとし、太陽電池ストリンググループ２４、２５を第三グループとし、太陽電池ストリンググループ２６、２７を第四グループとし、太陽電池ストリンググループ２８、２９を第五グループとしてもよい。この場合、ステップＳ１２０で測定済回路数Ｎ_Ｃを２ずつインクリメントしながら、第一〜第五グループの接続が切り換えられるように遮断器Ｂ１〜Ｂ１０を２つずつ接続すればよい。これにより、複数の遮断器Ｂ１〜Ｂ１０のうち一部の遮断器を遮断した状態でＩＶスキャン制御を実行することができる。その結果、太陽電池アレイ２の搭載量がＰＣＳ６容量を超えるような過積載が行われている場合でも、なるべく多くの太陽電池ストリンググループのＩＶ特性を計測することができる。

図７は、本発明の実施の形態２にかかるＰＣＳ６で実行されるＩＶスキャンの動作を説明するためのグラフである。実施の形態２では、太陽電池ストリンググループ２０〜２９を一つずつＩＶスキャンするので、計測可能範囲Ｘを太陽電池ストリンググループ２０〜２９それぞれのＰＶカーブ上限値付近までとることができる。従って、過積載の太陽光発電システム１であっても、広範囲のＩＶカーブを取得することができる。

実施の形態３．
実施の形態３にかかるＰＣＳおよび太陽光発電システムは、実施の形態１のＰＣＳ６および太陽光発電システム１と同様のハードウェア構成を備えている。以下の説明では、実施の形態１との相違点を中心に説明し、実施の形態１と実施の形態３とで同一または対応する構成には同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態１と実施の形態３とで共通する内容については説明を省略または簡略化する。

実施の形態３では、制御回路６３は、入力直流電圧Ｖｉｎがスキャン電圧値となるようにインバータ回路６１を制御することができる。制御回路６３は、ＩＶスキャン開始信号の入力に応答して、太陽電池アレイ２の動作点が動作点範囲を辿るようにスキャン電圧値を増減する。実施の形態１では「電力制限値Ｐｌｉｍｉｔ」を増減していたのに対し、実施の形態３では「スキャン電圧値」を増減する点で、実施の形態１と実施の形態３は異なっている。

図８は、本発明の実施の形態３にかかるＰＣＳ６で実行されるルーチンを示すフローチャートである。図８のルーチンでは、まず、実施の形態１と同様にステップＳ１００およびステップＳ１０２が実行される。ステップＳ１０２の判定結果が肯定となると、制御回路６３は、ステップＳ２０３の処理を実行する。ステップＳ２０３では、制御回路６３は、次の二つの処理を実行する。一つ目の処理として、初期電圧値Ｖ（ＩＶｓｃａｎＩＮＩ）に、運転可能電圧Ｖ（ｍｉｎ）が代入される。「運転可能電圧Ｖ（ｍｉｎ）」は、予め定められた値であり、ＰＣＳ６が運転を継続することのできる最小の入力電圧値である。二つ目の処理として、初回のスキャン電圧値Ｖ（ＩＶｓｃａｎ）に、初期電圧値Ｖ（ＩＶｓｃａｎＩＮＩ）が代入される。制御回路６３は、入力直流電圧Ｖｉｎが上記のスキャン電圧値Ｖ（ＩＶｓｃａｎ）となるようにインバータ回路６１を制御する。

次に、電流の計測が行われる（ステップＳ２０４）。このステップでは、制御回路６３が、入力電流計６５で計測された入力直流電流Ｉｉｎを取得する。スキャン電圧値Ｖ（ＩＶｓｃａｎ）と取得された入力直流電流Ｉｉｎの値は、電力制御部６３ｃの内蔵メモリに記録されてもよく、モニタ装置１０に伝達されてもよい。

次に、制御回路６３は、現在のスキャン電圧値Ｖ（ＩＶｓｃａｎ）が運転可能電圧Ｖ（ｍａｘ）よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ２０５）。「運転可能電圧Ｖ（ｍａｘ）」は、予め定められた値であり、ＰＣＳ６が運転可能な最大の入力電圧値である。運転可能電圧Ｖ（ｍａｘ）は、ＰＣＳ６の定格入力電圧と同じでもよい。

ステップＳ２０５の判定結果が肯定である場合には、制御回路６３は、ステップＳ２０６の処理を実行する。ステップＳ２０６では、制御回路６３が、次の処理を実行することで、スキャン電圧値Ｖ（ＩＶｓｃａｎ）をインクリメント更新する。現時点のスキャン電圧値Ｖ（ＩＶｓｃａｎ）に予め定めた所定値ｋ２を加えた値が、初回のスキャン電圧値Ｖ（ＩＶｓｃａｎ）に代入される。

その後、ステップＳ２０４と同様に、電流計測が行われる（ステップＳ２０７）。ステップＳ２０７においても、スキャン電圧値Ｖ（ＩＶｓｃａｎ）と取得された入力直流電流Ｉｉｎの値は、電力制御部６３ｃの内蔵メモリに記録されてもよく、モニタ装置１０に伝達されてもよい。その後、処理はステップＳ２０５に戻る。これにより、スキャン電圧値Ｖ（ＩＶｓｃａｎ）が運転可能電圧Ｖ（ｍａｘ）よりも低い限り、制御回路６３は、スキャン電圧値Ｖ（ＩＶｓｃａｎ）をインクリメント更新しながら、入力直流電流Ｉｉｎを取得する。

ステップＳ２０５の判定結果が否定となったら、処理はステップＳ１１１に進む。ステップＳ２０５の判定結果が否定であるということは、スキャン電圧値Ｖ（ＩＶｓｃａｎ）が運転可能電圧Ｖ（ｍａｘ）以上となっているので、ＩＶスキャンが最大限に行われたことを意味する。制御回路６３は、ステップＳ２０５の判定結果が否定となった時点でＩＶスキャンが完了したものとみなし、ステップＳ１１１において通常運転モードを再開する。これにより、制御回路６３は、運転可能電圧Ｖ（ｍｉｎ）を下限とし運転可能電圧Ｖ（ｍａｘ）を上限とするＩＶスキャン範囲で、太陽電池アレイ２の動作点を片道で移動させることができる。その後、今回のルーチンが終了する。

所定値ｋ２は、固定値に限られず、可変値とされてもよい。モニタ装置１０あるいは表示操作パネル６３ｅから所定値ｋ２を指定することができるようにしてもよい。実施の形態１における所定値ｋ１と同様に、所定値ｋ２を大きく設定することでＩＶスキャンの実行時間を短くしたり、所定値ｋ２を小さく設定することでＩＶスキャンの測定精度を高めたりすることができる。

以上説明したとおり、実施の形態２によれば、制御回路６３は、ＩＶスキャン開始信号の入力に応答して、太陽電池アレイ２の動作点が予め定めた所定動作点範囲を辿るようにスキャン電圧値Ｖ（ＩＶｓｃａｎ）を調節することができる。スキャン電圧値Ｖ（ＩＶｓｃａｎ）の調節によって、制御回路６３は、太陽電池アレイ２の動作点が所定動作点範囲を辿るようにインバータ回路６１を制御するＩＶスキャン制御を実行することができる。したがって、実施の形態２でも、実施の形態１と同様に追加設備を必要とせずにＩＶ特性を取得することができる。

図９は、本発明の実施の形態３にかかるＰＣＳ６で実行される過積載なしの場合のＩＶスキャンの動作を説明するためのグラフである。実施の形態３では、実施の形態１と比べて、計測可能範囲Ｘを、より小さな電圧まで設定することができる。制御回路６３が上記図８のルーチンを実行することで、動作点Ｐ１から動作点Ｐ２まで太陽電池アレイ２の動作点をスキャンすることができる。

図１０は、本発明の実施の形態３にかかるＰＣＳ６で実行される過積載有りの場合のＩＶスキャンの動作を説明するためのグラフである。過積載有りの場合、太陽光発電システム１の発電量はＰＣＳ６の出力上限値ＰＵＬを越えることができないので、実施の形態１の図５と同様に計測可能範囲Ｘは制限される。

実施の形態４．
実施の形態４にかかるＰＣＳおよび太陽光発電システムは、実施の形態１のＰＣＳ６および太陽光発電システム１と同様のハードウェア構成を備えている。以下の説明では、実施の形態１との相違点を中心に説明し、実施の形態１と実施の形態４とで同一または対応する構成には同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態１と実施の形態４とで共通する内容については説明を省略または簡略化する。

図１１は、本発明の実施の形態４にかかるＰＣＳ６で実行されるルーチンを示すフローチャートである。実施の形態４は、実施の形態３にかかる図８のルーチンに、実施の形態２にかかる図６のルーチンのステップＳ１２０およびステップＳ１２１を追加したものである。制御回路６３は、実施の形態３と同様に、ＩＶスキャン開始信号の入力に応答して、太陽電池アレイ２の動作点が動作点範囲を辿るようにスキャン電圧値Ｖ（ＩＶｓｃａｎ）を調節する。ステップＳ１２０およびステップＳ１２１が追加されているので、制御回路６３は、実施の形態２と同様に、複数の遮断器Ｂ１〜Ｂ１０のうち一つの遮断器のみを接続させた状態でＩＶスキャン制御を実行する。これにより太陽電池ストリンググループごとのＩＶ特性を計測することができる。実施の形態４においても、実施の形態３と同様の変形が施されてもよい。

図１２は、本発明の実施の形態４にかかるＰＣＳ６で実行されるＩＶスキャンの動作を説明するためのグラフである。実施の形態２と同様に、過積載の太陽光発電システム１であっても、広範囲のＩＶカーブを取得することができる。

実施の形態５．
図１３は、本発明の実施の形態５にかかるＰＣＳ５０６およびこれを備える太陽光発電システム５０１の回路図である。実施の形態５にかかるＰＣＳ５０６および太陽光発電システム５０１は、実施の形態１のＰＳＣ６および太陽光発電システム１と同様のハードウェア構成を備えている。ただし、実施の形態５では、第一電流電圧スキャン部６３ｄが、第二電流電圧スキャン部５１０に置換されている。実施の形態５は、実施の形態１で第一電流電圧スキャン部６３ｄが担っていた機能を、第二電流電圧スキャン部５１０に担わせるという点で実施の形態１と相違している。以下の説明では、実施の形態１との相違点を中心に説明し、実施の形態１と実施の形態５とで同一または対応する構成には同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態１と実施の形態５とで共通する内容については説明を省略または簡略化する。

モニタ装置１０は、第二電流電圧スキャン部５１０を備えている。第二電流電圧スキャン部５１０は、ロジック回路とプログラムとの少なくとも一方の形態で、モニタ装置１０に備えられている。モニタ装置１０は、ネットワークカード６４および通信インターフェース６３ｆを介して、電力制御部６３ｃおよび入力遮断部６９に制御信号を与えることができる。電力制御部６３ｃは、ＩＶスキャン制御の実行中には、第二電流電圧スキャン部５１０からの指示を受け付けるように構築されている。

モニタ装置１０と制御回路６３とが協働することによって、実施の形態１〜４で説明した図３、図６、図８および図１１のフローチャートのいずれか一つを実行することができる。モニタ装置１０は、キーボード等の入力デバイスを介して、監視者の操作を受け付ける。モニタ装置１０に予め定められた所定操作が入力されると、この所定操作に応答して第二電流電圧スキャン部５１０がＩＶスキャン制御を開始する。

実施の形態５におけるＩＶスキャン制御は、第二電流電圧スキャン部５１０が電力制御部６３ｃの制御に介入することで実現される。具体的には、第二電流電圧スキャン部５１０が、電力制御部６３ｃに対して「スキャン電力指令値」または「スキャン電圧指令値」を与える。

「スキャン電力指令値」は、インバータ回路６１の出力電力の大きさを指令するための値である。スキャン電力指令値に従って、実施の形態１、２で説明した電力制限値Ｐｌｉｍｉｔの値が指定される。「スキャン電圧指令値」は、インバータ回路６１に入力される電圧の大きさを指令するための値である。スキャン電圧指令値に従って、実施の形態３、４で説明した入力直流電圧Ｖｉｎの値が指定される。スキャン電力指令値またはスキャン電圧指令値が与えられることで、実施の形態１〜４およびその変形例と同様に太陽電池アレイ２の動作点が予め定めた動作点範囲を辿るように、電力制御部６３ｃがインバータ回路６１を制御する。第二電流電圧スキャン部５１０は、実施の形態２と同様に、入力遮断部６９に対する制御信号を送ることで複数の遮断器Ｂ１〜Ｂ１０を選択的にオンオフできるように構築されてもよい。

制御回路６３に備えられた電力制御部６３ｃは、スキャン電力指令値またはスキャン電圧指令値に従ってインバータ回路６１を制御することで、実施の形態１〜４およびこれらの変形例にかかるＩＶスキャン制御のうちいずれか一つを実行することができる。モニタ装置１０は太陽光発電システム５０１の監視用に設けられる一般的設備なので、実施の形態５でも、実施の形態１と同様に追加設備を必要とせずにＩＶ特性を取得することができる。

１太陽光発電システム、２太陽電池アレイ、２ｓ太陽電池ストリング、４接続箱、６パワーコンディショナシステム（ＰＣＳ）、１０モニタ装置、１１電力系統、１２連系変圧器、２０〜２９太陽電池ストリンググループ、６１インバータ回路、６２ゲートドライブ基板、６３制御回路、６３ａゲートインターフェース基板、６３ｂＰＷＭ制御部、６３ｃ電力制御部、６３ｄ第一電流電圧スキャン部、６３ｅ表示操作パネル、６３ｆ通信インターフェース、６３ｇ外部インターフェース基板、６４ネットワークカード、６５入力電流計、６６入力電圧計、６７出力電流計、６８出力電圧計、６９入力遮断部、５０１太陽光発電システム、５１０第二電流電圧スキャン部、Ｂ１〜Ｂ１０遮断器

Claims

太陽電池アレイから直流電力を受け取るインバータ回路と、
前記インバータ回路を制御する制御回路と、
前記太陽電池アレイから前記インバータ回路に入力される直流電流および直流電圧を計測する計測器と、
を備え、
前記制御回路は、予め定められた所定信号に応答して、前記計測器が前記直流電流および前記直流電圧を計測しているときに、前記太陽電池アレイの動作点が予め定めた動作点範囲を辿るように前記インバータ回路を制御するＩＶスキャン制御を実行するように構築されたパワーコンディショナシステム。
出力端が前記インバータ回路と接続し、入力端が前記太陽電池アレイに含まれる複数の太陽電池ストリングとそれぞれ接続するように、前記太陽電池アレイと前記インバータ回路との間に設けられた複数の遮断器を備え、
前記制御回路は、前記複数の遮断器のうち一部の遮断器を遮断した状態で前記ＩＶスキャン制御を実行するように構築された請求項１に記載のパワーコンディショナシステム。
前記制御回路は、前記複数の遮断器のうち一つの遮断器のみを接続させた状態で前記ＩＶスキャン制御を実行するように構築された請求項２に記載のパワーコンディショナシステム。
太陽電池アレイから直流電力を受け取るインバータ回路と、
前記インバータ回路を制御する制御回路と、
前記太陽電池アレイから前記インバータ回路に入力される直流電流および直流電圧を計測する計測器と、
前記太陽電池アレイの発電状態を監視するためのモニタ装置と、
を備え、
前記モニタ装置は、予め定められた所定操作に応答して、前記インバータ回路の出力電力の大きさを指令するための第一指令値または前記インバータ回路に入力される前記直流電圧の大きさを指令するための第二指令値を、前記太陽電池アレイの動作点が予め定めた動作点範囲を辿るように前記制御回路に対して与えるように構築され、
前記制御回路は、前記計測器が前記直流電流および前記直流電圧を計測しているときに、前記モニタ装置から与えられた前記第一指令値または前記第二指令値に従って前記インバータ回路を制御するように構築された太陽光発電システム。
出力端が前記インバータ回路と接続し、入力端が前記太陽電池アレイに含まれる複数の太陽電池ストリングとそれぞれ接続するように、前記太陽電池アレイと前記インバータ回路との間に設けられた複数の遮断器を備え、
前記制御回路は、前記複数の遮断器のうち一部の遮断器を遮断した状態で、前記モニタ装置から与えられた前記第一指令値または前記第二指令値に従った前記インバータ回路の制御を実行するように構築された請求項４に記載の太陽光発電システム。
前記制御回路は、前記複数の遮断器のうち一つの遮断器のみを接続させた状態で、前記モニタ装置から与えられた前記第一指令値または前記第二指令値に従った前記インバータ回路の制御を実行するように構築された請求項５に記載の太陽光発電システム。