JP2024022766A - 太陽光発電制御装置、太陽光発電システム、方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で、出力抑制に伴う上げ調整力を制御することができる太陽光発電制御装置および太陽光発電システムを提供すること。【解決手段】太陽電池モジュールにおける発電電力を電力系統に出力するための太陽光発電制御装置であって、前記太陽電池モジュールにおける出力電圧の変動量に対する発電電力の変動量を変動割合として算出する変動割合算出部と、前記変動割合の絶対値が所望の発電割合に対応した所定値となるように前記太陽電池モジュールの出力電圧を制御する出力電圧制御部とを有する、太陽光発電制御装置。【選択図】図１

Description

本発明は太陽光発電制御装置および太陽光発電システムに関し、詳細には、太陽電池モジュールの発電状態を制御可能な太陽光発電制御装置および太陽光発電システムに関する。

一般に、電力を安定的に供給するためには、電気の需要と供給を一致させることが重要である。電気の需要と供給を一致させるためには、常時変動する需要に合わせて、電気の安定供給に必要な電源を調整することで需給のバランスを維持している。発電系統において電気が需要以上に発電されて余った時には、需給バランスの制約による出力抑制が発生する。

近年、再生可能エネルギーの導入が進んだことにより、需要が少ない時期などには、火力発電の出力の抑制や地域間連系線の活用等により需給バランスを調整した上で、それでもなお電気が余るおそれがある場合に再生可能エネルギーの出力抑制を行うことが検討されている。

特開２０２０－９１１６号公報

出力抑制に伴う上げ調整力は、周波数制御や慣性応答に活用できる。しかしながら、太陽光発電システムでは、日射量や温度が変動すると、電圧電力特性（以下、ＰＶ特性ともいう。）は異なるパターンになるので、太陽光発電システムにおいては、日射量や温度の変動に応じて上げ調整力も変動してしまうので、その把握は困難である。

例えば、従来の太陽光発電システムでは、ＭＰＰＴ制御（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ）方式での制御が行われている。ＭＰＰＴ制御は、太陽電池モジュールが発電するときに出力を最大化できる電圧を自動で求めることができる制御のことである。すなわち、ＭＰＰＴ制御では、発電電力が最大値となるときを最適動作点として設定する。電圧を増加または減少する一方向に変化させていき、電力が増加から減少または減少から増加に転換するときに電圧を変化させる方向を逆方向にする。これを繰り返していくことで、常に電力が最大となる最適動作点に制御することができる。

図１５は、従来の太陽光発電システムにおける出力抑制について説明する概念図である。図１５において、工場出荷時の特性としてＧ１に示すＰＶ特性を有する太陽電池モジュールにおいては、理想的には、上述したように発電電力が最大値Ｍとなるところを最適動作点として制御する。この太陽電池モジュールにおいて、例えば５０％の出力抑制Ｄをする場合は、Ｇ１に示すＰＶ特性における発電電力の最大値の５０％の電力でリミッタを設けて、出力がそれ以上上がらないように制御することになる。

しかしながら、この場合は、太陽光電池に単に出力のリミッタを設けているだけなので、日射量や温度が変動して、太陽電池モジュールのＰＶ特性がＧ１ではなく、Ｇ２やＧ３に示すＰＶ特性に変動した場合には、ほとんど出力抑制していることにならない。すなわち、Ｇ１のときに５０％の出力抑制となる電力は、Ｇ２の場合はほぼ最大値となる電力と等しいので上げ調整力は「ほぼゼロ」となり、Ｇ３の場合は最大値とかなり近い電力値となるため、上げ調整力Ｃは、理想的な出力抑制Ｄの大きさよりもかなり小さくなってしまう。

将来、中央給電指令所が出力抑制において太陽光発電システム由来の上げ調整力を精度良く活用することが求められた場合、従来技術では日射計を別途設置する等しない限りは、太陽光発電システム由来の上げ調整力を把握することが困難である。

太陽光発電システムでも、出力抑制における上げ調整力（発電予備力）を把握する技術も提案されている。例えば特許文献１には、電力系統の電圧状態によらずに発電予備力を測定することができる発電予備力測定装置が記載されている。この発電予備力測定装置では、予め取得した太陽電池モジュールの第１電流電圧特性に基づいた第１最大電力と太陽電池モジュールの出力電圧を変化させて推定した第２電流電圧特性とを対比して発電予備力を算出している。

特許文献１において太陽電池モジュールの電流電圧特性を推定するためには、発電量をいったんゼロまで下げる必要があり、出力抑制に伴う上げ調整力を把握可能な状態で制御するための新しい手法が求められていた。

本発明は、上記の課題に鑑みなされたものであり、本発明の目的は、簡易な構成で、出力抑制に伴う上げ調整力を把握可能な状態で制御することができる太陽光発電制御装置および太陽光発電システムを提供することにある。

本発明の代表的な実施の形態に係る太陽光発電システムの一部を構成する太陽光発電制御装置は、太陽電池モジュールにおける発電電力を電力系統に出力するための太陽光発電制御装置であって、前記太陽電池モジュールにおける出力電圧の変動量に対する発電電力の変動量を変動割合として算出する変動割合算出部と、前記変動割合の絶対値が、所望の発電割合に対応した所定値となるように前記太陽電池モジュールの出力電圧を制御する出力電圧制御部とを備える。

本発明によれば、簡易な構成で、出力抑制に伴う上げ調整力を把握可能な状態で制御することができる太陽光発電制御装置および太陽光発電システムを提供することができる。

本実施形態に係る太陽光発電システムの概略構成を示す図である。 太陽電池モジュールにおいて温度と日射量とを変化させたときのＰＶ特性を示す図である。 発電割合（Ｐ％）に対応して「－ΔＰ／ΔＶ」の値を決定するためのテーブルを示す図である。 所定の太陽電池モジュールのＩＶ特性を示す図である。 所定の太陽電池モジュールのＰＶ特性を示す図である。 所定の太陽電池モジュールにおけるアレイ電圧Ｖの割合（Ｖ％）に対する「－ΔＰ／ΔＶ」の値の関係を示す図である。 ΔＰ／ΔＶ制御部２３の構成を示すブロック図である。 電圧指令値決定部２３３における制御手法を説明する図である。 ΔＰ／ΔＶ制御部２３における制御フローを示す図である。 ΔＰ／ΔＶ制御部２３における算出対象を示す図である。 調整力算出部２７の構成例を示す図である。 調整力算出部２７における制御フローを示す図である。 従来の太陽光発電システムにおける制御フローを示す図である。 従来の太陽光発電システムにおける制御手法を説明するための図である。 従来の太陽光発電システムにおける出力抑制について説明する概念図である。

１．実施の形態の概要
先ず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。なお、以下の説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の参照符号を、括弧を付して記載している。

〔１〕本発明の代表的な実施の形態に係る太陽光発電制御装置（２０）は、太陽電池モジュール（１０）における発電電力を電力系統に出力するための太陽光発電制御装置であって、前記太陽電池モジュールにおける出力電圧の変動量（ΔＶ）に対する発電電力の変動量（ΔＰ）を変動割合（ΔＰ／ΔＶ）として算出する変動割合算出部（２３２）と、前記変動割合の絶対値が、所望の発電割合に対応した所定値（Ｓ）となるように前記太陽電池モジュールの出力電圧を制御する出力電圧制御部（２３３）とを備える。

〔２〕上記〔１〕に記載の太陽光発電制御装置において、前記変動割合の絶対値が前記所望の発電割合に対応した所定値と一致するときの前記太陽電池モジュールの発電電力が、最大値よりも低くなるように、前記所望の発電割合に対応した所定値が設定されていることとしてもよい。

〔３〕上記〔１〕に記載の太陽光発電制御装置において、前記出力電圧制御部は、前記変動割合の絶対値が前記所望の発電割合に対応した所定値よりも大きい場合に、前記出力電圧を所定量だけ減少させ、前記変動割合の絶対値が前記所望の発電割合に対応した所定値よりも小さい場合に、前記出力電圧を所定量だけ増加させることとしてもよい。

〔４〕上記〔１〕に記載の太陽光発電制御装置において、前記出力電圧制御部において制御する前記太陽電池モジュールの出力電圧が、前記太陽電池モジュールの発電電力が最大となるときの出力電圧よりも大きい値に制御することとしてもよい。

〔５〕上記〔１〕に記載の太陽光発電制御装置において、前記所望の発電割合の値と現在の発電電力とに基づいて、現在の環境条件において可能な最大の発電電力である最大発電力を算出する調整力算出部をさらに備えることとしてもよい。

〔６〕上記〔１〕に記載の太陽光発電制御装置において、前記所望の発電割合の値と現在の発電電力とに基づいて、現在の環境条件において可能な最大の発電電力である最大発電力と現在の発電電力との差分である上げ調整力を算出する調整力算出部をさらに備えることとしてもよい。

〔７〕本発明の代表的な実施の形態に係る太陽光発電システムは、太陽電池モジュールと、上記〔１〕から〔６〕までのいずれか１つに記載の太陽光発電制御装置と、を備えている。

〔８〕本発明の代表的な実施の形態に係る太陽光発電方法は、太陽電池モジュールにおける発電電力を電力系統に出力するための太陽光発電制御方法であって、前記太陽電池モジュールにおける出力電圧の変動量に対する発電電力の変動量を変動割合として算出する変動割合算出ステップと、前記変動割合の絶対値が、所望の発電割合に対応した所定値となるように前記太陽電池モジュールの出力電圧を制御する出力電圧制御ステップとを含む。

〔９〕本発明の代表的な実施の形態に係る太陽光発電プログラムは、コンピュータを、電力系統に接続された太陽電池モジュールにおける出力電圧の変動量に対する発電電力の変動量を変動割合として算出する変動割合算出手段と、前記変動割合の絶対値が、所望の発電割合に対応した所定値となるように前記太陽電池モジュールの出力電圧を制御する出力電圧制御手段として機能させる。

２．実施の形態の具体例
以下、本発明の実施の形態の具体例について図を参照して説明する。なお、以下の説明において、各実施の形態において共通する構成要素には同一の参照符号を付し、繰り返しの説明を省略する。

図１は、本実施の形態に係る太陽光発電システムの概略構成を示す図である。

図１に示すように、太陽光発電システム１は、ＰＶアレイ１０とＰＶアレイ１０の出力に設けられた太陽光発電制御装置２０とを備えて構成される。

ＰＶアレイ１０は、太陽光を受光すると電気を発生する太陽電池モジュールの一例である。ＰＶアレイ１０としては、光電変換素子などをアレイ状に配列した太陽電池モジュールを用いることができる。

太陽光発電制御装置２０は、ＰＶアレイ１０と電力系統との間に設けられた装置であり、ＰＶアレイ１０における発電電力を交流変換した後に電力系統に出力するための装置である。太陽光発電制御装置２０は、ＰＶアレイ１０の出力電圧Ｖ_ＤＣを制御することにより電力系統に出力する交流発電電力の大きさを制御する。太陽光発電制御装置２０は、系統連携インバータとして構成することができる。太陽光発電制御装置２０は、検出部２１と、入力部２２と、ΔＰ／ΔＶ制御部２３と、ＰＷＭ出力部２４と、インバータ２５と、変圧器２６と、調整力算出部２７と、入出力部２８とを有している。変圧器２６は、太陽光発電制御装置２０の構成要素であってもよいし、太陽光発電制御装置２０の外部の構成要素であってもよい。

太陽光発電制御装置２０において、入力部２２と、ΔＰ／ΔＶ制御部２３と、ＰＷＭ出力部２４とは、例えば、ＣＰＵ等のプロセッサ、ＲＯＭやＲＡＭ等の各種メモリ、タイマ（カウンタ）、Ａ／Ｄ変換回路、入出力Ｉ／Ｆ回路、およびクロック生成回路等のハードウェア要素を有し、各構成要素がバスや専用線を介して互いに接続されたプログラム処理装置（例えば、マイクロコントローラ：ＭＣＵ）として構成することができる。プロセッサがメモリ等の記憶装置（図示せず）に記憶されたプログラムに従って各種演算を行うとともにＡ／Ｄ変換回路および入出力Ｉ／Ｆ回路等の周辺回路を制御することによって入力部２２と、ΔＰ／ΔＶ制御部２３と、ＰＷＭ出力部２４との各機能部の構成を実現している。

検出部２１は、ＰＶアレイ１０の出力における電流Ｉ_ＤＣと電圧Ｖ_ＤＣとを検出する。ＰＶアレイ１０の出力は直流であるので、検出部２１としては、直流電流センサおよび直流電圧センサを有する測定手段を用いることができる。

入力部２２は、検出部２１において検出した電流Ｉ_ＤＣと電圧Ｖ_ＤＣとの測定値をデジタルデータとして入力するインタフェースである。

ΔＰ／ΔＶ制御部２３は、ＰＶアレイ１０の出力における電流Ｉ_ＤＣと電圧Ｖ_ＤＣとが所定の値となるように制御する。具体的には、ＰＶアレイ１０における出力電圧の変動量ΔＶに対する発電電力の変動量ΔＰを変動割合ΔＰ／ΔＶとして算出し、算出した変動割合ΔＰ／ΔＶの絶対値が所望の発電割合に対応した所定値となるように調整しながら電圧指令値Ｖ_ｒｅｆを生成する。なお、電圧指令値Ｖ_ｒｅｆの調整は、所定量Ｅずつ変更する。

ここでＰＶアレイ１０の発電電力は、ＰＶアレイ１０の出力における電流Ｉ_ＤＣと電圧Ｖ_ＤＣとを乗算することにより求められる値である。また、「発電割合」とは、ＰＶアレイ１０などの太陽電池モジュールが現在の環境条件において可能な最大の発電電力である最大発電力に対する現在の発電電力の割合（％）である。

ΔＰ／ΔＶ制御部２３は、電圧指令値Ｖ_ｒｅｆを調整して出力することにより、ＰＶアレイ１０の出力電圧Ｖ_ＤＣを制御することができる。ΔＰ／ΔＶ制御部２３の構成および電圧指令値Ｖ_ｒｅｆ生成の詳細については、後述する。

ＰＷＭ出力部２４は、ΔＰ／ΔＶ制御部２３からの電圧指令値Ｖ_ｒｅｆに応じて調整されたＰＷＭ信号を出力する。

出力調整部２５は、インバータ回路で構成されている。出力調整部２５は、ＰＶアレイ１０の出力電圧Ｖ_ＤＣをインバータ回路によって交流電圧に変換する。また、出力調整部２５は、ゲート信号として入力されるＰＷＭ信号に応じて、変換する交流電圧の大きさを調整する。出力調整部２５において、ＰＶアレイ１０の出力電圧Ｖ_ＤＣから変換される交流電圧の大きさを調整することによって、ＰＶアレイ１０の出力電圧Ｖ_ＤＣを変化させ、相応に太陽電池アレイの発電電力が変動することとなる。

変圧器２６は、出力調整部２５から出力されたＰＶアレイ１０の出力を電力系統に出力するために昇圧して出力する。

調整力算出部２７は、各種の調整力を算出する。調整力とは、例えば、現在の環境条件において可能な最大の発電電力である最大発電力、または最大発電力と現在の発電電力との差分である上げ調整力が挙げられる。調整力算出部２７は、現在の発電割合と現在の発電電力とに基づいて、最大可能発電量または上げ調整力を算出する。調整力算出部２７の構成および最大可能発電量または上げ調整力の算出の詳細については、後述する。

入出力部２８は、本実施の形態の太陽光発電制御装置２０に対して、所望の発電割合（Ｐ％）の設定や、各種調整力の算出の指示を入力したり、必要に応じて、算出結果を出力するためのインタフェースである。入出力部２８としてのインタフェースは、太陽光発電制御装置２０に入力画面や出力画面などの形態で設けてもよいし、インターネット等のネットワークを経由して外部のサーバなどから入出力される構成としてもよい。

ここで、ΔＰ／ΔＶ制御部２３における制御についてさらに説明する。

図２は、所定の太陽電池モジュールにおいて温度と日射量とを変化させたときのＰＶ特性を示す図である。図２のＰＶ特性は、所定の太陽電池モジュールおいて、日射量が２０ｍＷ／ｃｍ^２において、２５℃と５０℃との温度条件の場合と、日射量が６０ｍＷ／ｃｍ２において、２５℃と５０℃との温度条件の場合と、日射量が１００ｍＷ／ｃｍ^２において、２５℃と５０℃との温度条件の場合との６つの環境条件のものである。図２から明らかなように、太陽電池モジュールにおけるＰＶ特性は、日射量や温度が異なると、同じ出力電圧Ｖに対して異なる大きさの発電電力Ｐとなる関係を有している。一方で、太陽電池モジュールにおけるＰＶ特性は、大きさとしては異なるが、同様の変化形状となっており、本実施の形態に係る太陽光発電システムではこれらのＰＶ特性を相似とみなしている。

図３は、発電割合（Ｐ％）に対応して「－ΔＰ／ΔＶ」の値を決定するためのテーブルを示す図である。
図４は、所定の太陽電池モジュールのＩＶ特性を示す図である。
図５は、所定の太陽電池モジュールのＰＶ特性を示す図である。

図３に示すテーブルは、太陽電池モジュールにおける発電割合（Ｐ％）に対応する「－ΔＰ／ΔＶ」の値を示している。図３は、所定の太陽電池モジュールおいて、出荷時の製品特性を用いて求められるＰＶ特性から算出したものである。

ここで、一般に、太陽電池モジュールにおいては、その出荷時に製品特性として、図４に示すＩＶ特性のデータを有している。ＩＶ特性のデータは、所定の太陽電池モジュールのアレイにおいてアレイ電圧が変動するときに、アレイ電流がどのように変化するかを示すデータである。このＩＶ特性のデータから、アレイ電圧とアレイ電流とを乗算して電力Ｐを求めて、図５に示すＰＶ特性のデータが得られる。このように、所定の太陽電池モジュールのＰＶ特性は、製品出荷時のＩＶ特性から変換することにより得られる。

図３のテーブルは、製品出荷時のＩＶ特性から変換したＰＶ特性を変換して得られる。例えば、図３に示すテーブルは、図５に示すＰＶ特性において、所定の電力Ｐのときに、電圧の微少量（ΔＶ）変化に対応して変動する電力量（ΔＰ）を「－ΔＰ／ΔＶ」として算出することにより得ることができる。このように、図３に示すテーブルは、太陽電池モジュールの出荷時の製品特性から得られるもので、温度と日射量によって変動するものではない。

本実施の形態の太陽電池モジュールにおいては、図３に示すように、所定の範囲Ｒにおいては「－ΔＰ／ΔＶ」の値と発電割合（Ｐ％）とは一対一に対応した関係があることを利用して制御を行う。図３に示すような関係は太陽電池モジュールの出荷時の製品特性によって決まるものであり、日射量と温度によって変動しないものとみなせる。すなわち、図２に示したように、所定の太陽電池モジュールにおけるＰＶ特性では、出力電圧Ｖに対する発電電力（Ｐ）の値は、日射量と温度によって変動するが、図３のような所定の発電割合（Ｐ％）に対する「－ΔＰ／ΔＶ」の値は日射量と温度とによらず同じ値とみなせる。これは、図２において、日射量と温度とが異なるＰＶ特性が相似とみなしていることからも理解できるといえる。

図６は、所定の太陽電池モジュールにおけるアレイ電圧Ｖの割合（Ｖ％）に対する「－ΔＰ／ΔＶ」の値の関係を示す図である。ここで、アレイ電圧Ｖの割合（Ｖ％）は、太陽電池モジュールにおける定格電圧に対するアレイ電圧の割合である。図６は、所定の太陽電池モジュールにおいて、出荷時の製品特性によって求められるＰＶ特性から算出したものである。図６から明らかなように、太陽電池モジュールにおいては、所定の範囲Ｒにおいては、アレイ電圧Ｖは「－ΔＰ／ΔＶ」の値と比例関係にあることが判る。すなわち、太陽電池モジュールにおける出力電圧Ｖを制御することによって、「－ΔＰ／ΔＶ」の値を調整することができることが判る。図３より、「－ΔＰ／ΔＶ」の値は、発電割合（Ｐ％）と一対一に対応した関係があるので、出力電圧Ｖを制御することによって、発電割合（Ｐ％）を調整することができることが判る。このことを利用して、ΔＰ／ΔＶ制御部２３では、発電割合（Ｐ％）に調整するために、出力電圧Ｖを制御している。このとき、ΔＰ／ΔＶ制御部２３は、発電割合（Ｐ％）を直接監視することなく、所望の発電割合（Ｐ％）に対応する「－ΔＰ／ΔＶ」の値となるように、出力電圧Ｖを制御している。

本実施の形態の太陽光発電システムでは、ΔＰ／ΔＶ制御部２３において、出力電圧Ｖを制御するために、電圧指令値Ｖ_ｒｅｆを所定量ずつ変更して生成している。ＰＷＭ出力部２４が、電圧指令値Ｖ_ｒｅｆに応じて調整されたＰＷＭ信号を出力すると、出力調整部２５は、ゲート信号として入力されるＰＷＭ信号に応じて、変換する交流電圧の大きさを調整する。その結果、ＰＶアレイ１０の出力電圧Ｖ_ＤＣが所定の発電割合（Ｐ％）に応じた値に制御される。

図７はΔＰ／ΔＶ制御部２３の構成を示すブロック図である。

図７に示すように、ΔＰ／ΔＶ制御部２３は、電力算出部２３１と、ΔＰ／ΔＶ算出部２３２と、電圧指令値決定部２３３と、記憶部２３４とを有している。

電力算出部２３１は、入力部２２から入力されたＰＶアレイ１０の出力における電流Ｉ_ＤＣと電圧Ｖ_ＤＣとを乗算して発電電力Ｐを算出する。

ΔＰ／ΔＶ算出部２３２は、入力部２２から入力されるＰＶアレイ１０の電圧Ｖ_ＤＣと電力算出部２３１において算出された発電電力Ｐとをいったん記憶部２３４に記憶し、電圧Ｖを微小量変化させて、異なる２つの電圧Ｖ_ＤＣに対する２つの発電電力Ｐを得る。ΔＰ／ΔＶ算出部２３２は、これらの異なる２つの電圧Ｖ_ＤＣに対する２つの発電電力Ｐに基づいて２点のΔＶとΔＰとを算出し、ΔＰ／ΔＶを算出する。

電圧指令値決定部２３３は、入出力部２８から受け取った所望の発電割合（Ｐ％）に対応する「－ΔＰ／ΔＶ」の所定値（例えばＳ）を予め決定し、決定した所定値を記憶部２３４に記憶しておく。電圧指令値決定部２３３は、受け取った所望の発電割合（Ｐ％）も記憶部２３４に記憶しておく。電圧指令値決定部２３３は、記憶部２３４に予め記憶されている図３に示すテーブルを用いて、所望の発電割合（Ｐ％）に対応する「－ΔＰ／ΔＶ」の値を所定値（例えばＳ）として決定することができる。

電圧指令値決定部２３３は、ΔＰ／ΔＶ算出部２３２で算出されたΔＰ／ΔＶにおける「－ΔＰ／ΔＶ」の値が所定値よりも大きい場合に、出力電圧Ｖを所定量（例えばＥ）だけ減少させ、ΔＰ／ΔＶ算出部２３２で算出されたΔＰ／ΔＶにおける「－ΔＰ／ΔＶ」の値が所定値よりも小さい場合に、出力電圧Ｖを所定量だけ増加させる。具体的には、電圧指令決定部２３３は、前回の電圧指令値Ｖ_ｒｅｆを、必要に応じて所定量Ｅだけ増加又は減少させて生成した電圧指令値Ｖ_ｒｅｆをＰＷＭ出力部２４に出力する。

記憶部２３４は、ΔＰ／ΔＶ算出部２３２におけるΔＰ／ΔＶの算出時において、ＰＶアレイ１０の電圧Ｖ_ＤＣと発電電力Ｐをいったん記憶する。記憶部２３４は、図３に示すような発電割合（Ｐ％）に対応して「－ΔＰ／ΔＶ」の値を決定するためのテーブルを予め記憶している。また、記憶部２３４は、所望の発電割合（Ｐ％）の設定値や、電圧指令値決定部２３３において設定された発電割合（Ｐ％）に対応するΔＰ／ΔＶの所定値（例えばＳ）や、出力電圧を増加又は減少させる際の所定量Ｅを記憶している。

図８は、ΔＰ／ΔＶ制御部２３における制御手法を説明する図である。
本実施の形態の太陽光発電システム１においては、ΔＰ／ΔＶ制御部２３の電圧指令値決定部２３３は、適宜調整した電圧指令値Ｖ_ｒｅｆを生成することにより、所望の発電割合（Ｐ％）となるように制御している。

電圧指令値決定部２３３は、例えば図８に示すように、最大出力点Ｍの時よりもＣ％だけ下げた発電割合（Ｐ％）に制御する場合、上述したように、図３などのテーブルに基づいて、所望の発電割合（Ｐ％）に対応する「－ΔＰ／ΔＶ」の値を所定値（例えばＳ）を特定する。図８に示す特性によれば、所望の発電割合（Ｐ％）よりも低くなる領域では「－ΔＰ／ΔＶ」の値（傾き）が所定値Ｓより大きくなり、所望の発電割合（Ｐ％）よりも高くなる領域では「－ΔＰ／ΔＶ」の値（傾き）が所定値Ｓよりも小さくなることが判る。

電圧指令値決定部２３３は、ＰＶアレイ１０の出力における電流Ｉ_ＤＣおよび電圧Ｖ_ＤＣから算出される「－ΔＰ／ΔＶ」の値を所定値Ｓに制御するように、図８に示す特性に基づいて、電圧指令値Ｖ_ｒｅｆを変更する。このとき変更する電圧指令値Ｖ_ｒｅｆの大きさは所定量Ｅだけである。具体的には、ΔＰ／ΔＶ算出部２３２で算出された「－ΔＰ／ΔＶ」（傾き）が所定値Ｓより大きい場合は、ＰＶアレイ１０の出力における電圧Ｖ_ＤＣが、所定値Ｓに対応する電圧よりも大きいと考えられるので電圧指令値Ｖ_ｒｅｆを所定量Ｅだけ減少させ、ΔＰ／ΔＶ算出部２３２で算出された「－ΔＰ／ΔＶ」（傾き）が所定値Ｓより小さい場合は、ＰＶアレイ１０の出力における電圧Ｖ_ＤＣが、所定値Ｓに対応する電圧よりも小さいと考えられるので電圧指令値Ｖ_ｒｅｆを所定量Ｅだけ増加させる。

次に、上述した太陽光発電システム１におけるΔＰ／ΔＶ制御部２３の動作について説明する。

図９は、ΔＰ／ΔＶ制御部２３における制御フローを示す図である。図１０は、ΔＰ／ΔＶ制御部２３における算出対象を示す図である。

図９において、図１０に示す動作点Ａの電力Ｐ０を計測し（ステップＳ１）、電圧指令値Ｖ_ｒｅｆを微小減少して図１０に示すＢ点における電力Ｐ１を計測する（ステップＳ２）。具体的には、ΔＰ／ΔＶ算出部２３２は、制御開始時に、電圧指令値決定部２３３に制御開始の旨を指示することによって、電圧指令値決定部２３３が電圧指令値Ｖ_ｒｅｆを微小減少させることにより出力電圧を微小減少させることができる。ステップＳ１およびステップＳ２における電力Ｐ０、Ｐ１は、検出部２１において検出して入力部２２から入力された電流Ｉ_ＤＣおよび電圧Ｖ_ＤＣに基づいて電力算出部２３１がそれぞれ算出することができる。

次いで、ΔＰ／ΔＶを算出する（ステップＳ３）。具体的には、ΔＰ／ΔＶ算出部２３２が、ステップＳ１の時の電圧とステップＳ２の時の電圧Ｖ_ＤＣの差分ΔＶと電力Ｐ０と電力Ｐ１との差分ΔＰを算出して、ΔＰ／ΔＶを算出する。ΔＰ／ΔＶ算出部２３２は算出したΔＰ／ΔＶを電圧指令値決定部２３３に渡す。

ステップＳ３でΔＰ／ΔＶを算出すると、算出したΔＰ／ΔＶにおける「－ΔＰ／ΔＶ」の値が所定値Ｓよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ４）。具体的には、電圧指令値決定部２３３は、算出されたΔＰ／ΔＶにおける「－ΔＰ／ΔＶ」の値を記憶部２３４に記憶されている所定値Ｓよりも大きいか否かを判定する。この所定値Ｓは、設定された発電割合（Ｐ％）に対応する「－ΔＰ／ΔＶ」の値を図３に示すテーブルを用いて決定したものであり、記憶部２３４に記憶されている。

ステップＳ４において、－ΔＰ／ΔＶの値が所定値Ｓよりも大きいと判定された場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）は、電圧指令値Ｖ_ｒｅｆを減少させる処理をする（ステップＳ５）具体的には、電圧指令値決定部２３３は、電圧指令値Ｖ_ｒｅｆの現在の値から所定量Ｅだけ減少させた値を電圧指令値Ｖ_ｒｅｆとして出力する。

ステップＳ４において、「－ΔＰ／ΔＶ」の値が所定値Ｓよりも大きくないと判定された場合（ステップＳ４：ＮＯ）は、－ΔＰ／ΔＶが所定値Ｓよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ６）。具体的には、電圧指令値決定部２３３は、算出されたΔＰ／ΔＶにおける「－ΔＰ／ΔＶ」の値を記憶部２３４に記憶されている所定値Ｓよりも小さいかを判定する。

ステップＳ６において、「－ΔＰ／ΔＶ」の値が所定値Ｓよりも小さいと判定された場合（ステップＳ６：ＹＥＳ）は、電圧指令値Ｖ_ｒｅｆを増加させる処理をする（ステップＳ７）。具体的には、電圧指令値決定部２３３は、電圧指令値Ｖ_ｒｅｆの現在の値から所定量Ｅだけ増加させた値を電圧指令値Ｖ_ｒｅｆとして出力する。

ステップＳ６において、「－ΔＰ／ΔＶ」の値が所定値Ｓよりも小さくないと判定された場合（ステップＳ６：ＮＯ）は、－「－ΔＰ／ΔＶ」の値が所定値Ｓと等しいと考えられるので、電圧指令値Ｖ_ｒｅｆを変化させない。具体的には、電圧指令値決定部２３３は、電圧指令値Ｖ_ｒｅｆの現在の値をそのまま電圧指令値Ｖ_ｒｅｆとして出力する。

これらのステップＳ１からＳ８の処理を所定タイミングで繰り返すことにより、図１０における「－ΔＰ／ΔＶ」の値が所望の発電割合（Ｐ％）に対応した所定値Ｓとなるように制御することができる。この所定値Ｓの「－ΔＰ／ΔＶ」の値はＰＶアレイ１０における日射量や温度が変わっても、同じ発電割合（Ｐ％）に対応したものであるといえる。

このように、本実施の形態の太陽光発電システム１における太陽光発電制御装置２０によれば、ΔＰ／ΔＶ制御部２３によって、「－ΔＰ／ΔＶ」の値が所望の発電割合（Ｐ％）に対応した所定値Ｓとなるように調整された電圧指令値Ｖ_ｒｅｆを生成することができるので、その結果、日射量や温度の影響を受けることなくＰＶアレイ１０が所望の発電割合（Ｐ％）となるように制御することができる。

次に、調整力算出部２７について説明する。
上述したように、本実施の形態の太陽光発電制御装置２０において、ΔＰ／ΔＶ制御部２３は、例えば図８に示すように、最大発電力ＭよりＣ％だけ下げた発電割合（Ｐ％）に制御することができる。したがって、現在の発電電力量が判れば、最大発電力Ｍや最大発電力Ｍと現在の発電電力との差分（Ｃ％に相当する電力量）が算出できることが判る。

調整力算出部２７は、現在の発電電力ＰとΔＰ／ΔＶ制御部２３の記憶部２３４に記憶された発電割合（Ｐ％）とに基づいて、最大発電力Ｍや最大発電力Ｍと現在の発電電力との差分（Ｃ％に相当する電力量）を算出する。

図１１は、調整力算出部２７の構成例を示す図である。
調整力算出部２７は、図１１に示すように、発電割合取得部２７１と、発電電力取得部２７２と、演算部２７３とを有している。

発電割合取得部２７１は、入出力部２８から各種調整力の算出の指示を受け取ると、ΔＰ／ΔＶ制御部２３の記憶部２３４に記憶された所望の発電割合（Ｐ％）を取得する。取得した発電割合（Ｐ％）は、演算部２７３に渡す。

発電電力取得部２７２は、入出力部２８から各種調整力の算出の指示を受け取ると、ΔＰ／ΔＶ制御部２３の電力算出部２３１から現在の発電電力Ｐを取得する。取得した現在の発電電力Ｐは、演算部２７３に渡す。なお、現在の発電電力ＰがΔＰ／ΔＶ制御部２３の記憶部２３４に記憶されている場合は、記憶部２３４から取得してもよい。また、発電電力取得部２７２は、入力部２２から受け取った電流Ｉ_ＤＣと電圧Ｖ_ＤＣとを乗算して電力Ｐを取得してもよい。

演算部２７３は、入出力部２８から各種調整力の算出の指示を受け取ると、指示された調整力の算出を実行する。具体的には、演算部２７３は、最大発電力を算出する旨の指示を受け取ると、発電割合取得部２７１から発電割合（Ｐ％）を受け取り、発電電力取得部２７２から現在の発電電力Ｐを受け取る。さらに、演算部２７３は、最大発電力（Ｗ）＝（現在の発電電力Ｐ）×１００／（発電割合（Ｐ％））を演算することによって、最大発電電力を算出する。

演算部２７３は、上げ調整力を算出する旨の指示を受け取ると、発電割合取得部２７１から発電割合（Ｐ％）を受け取り、発電電力取得部２７２から現在の発電電力Ｐを受け取る。さらに、演算部２７３は、上げ調整力（Ｗ）＝（現在の発電電力Ｐ）×（１００－（発電割合（Ｐ％）））／（発電割合（Ｐ％））を演算することによって、最大発電電力を算出する。

演算部２７３は、算出結果を入出力部２８に出力してもよい。

次に、上述した太陽光発電システム１における調整力算出部２７の動作について説明する。

図１２は、調整力算出部２７における制御フローを示す図である。
調整力算出部２７において、入出力部２８から各種調整力の算出の指示を受け取ると、図１２に示すように、発電割合取得部２７１は、所望の発電割合（Ｐ％）を取得する（ステップＳ１０１）。発電割合取得部２７１は、取得した所望の発電割合（Ｐ％）を演算部２７３に渡す。同様に、発電電力取得部２７２は、現在の発電電力Ｐを取得する（ステップＳ１０２）。発電電力取得部２７２は、取得した現在の発電電力Ｐを演算部２７３に渡す。

調整力算出部２７において、演算部２７３は、図１２に示すように、所望の発電割合（Ｐ％）と現在の発電電力Ｐとに基づいて調整力を算出する（ステップＳ１０３）。調整力は、例えば、最大発電力（Ｗ）または上げ調整力（Ｗ）である。

具体的には、演算部２７３は、最大発電力（Ｗ）＝（現在の発電電力Ｐ）×１００／（発電割合（Ｐ％））を演算することによって、最大発電電力を算出する。演算部２７３は、上げ調整力（Ｗ）＝（現在の発電電力Ｐ）×（１００－（発電割合（Ｐ％）））／（発電割合（Ｐ％））を演算することによって、最大発電電力を算出してもよい。

このように、本実施の形態の太陽光発電システム１における太陽光発電制御装置２０によれば、ΔＰ／ΔＶ制御部２３によって、日射量や温度の影響を受けることなくＰＶアレイ１０が所望の発電割合（Ｐ％）となるように制御するので、調整力算出部２７によって、上げ調整力を算出することができる。

図１３は、従来の太陽光発電システムにおける制御フローを示す図である。図１４は、従来の太陽光発電システムにおける制御手法を説明するための図である。

従来の太陽光発電システムでは、まず、動作点の電力Ｐ２を計測し（ステップＳ１１）、電圧を微小減少して電力Ｐ３計測する（ステップＳ１２）。

次いで、計測した２点の電力を比較して、Ｐ２がＰ３より小さいか否かを判定する（ステップＳ１３）。ステップＳ１３において、Ｐ２がＰ３より小さいと判定した場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）は、動作電圧を減少させる（ステップＳ１４）。ステップＳ１３においてＹＥＳと判断された場合は、図１４に示す状態であるので、最適動作点となるためには動作電圧Ｖを減少させる必要があることが判る。

ステップＳ１３において、Ｐ２がＰ３より小さくないと判定した場合（ステップＳ１３：ＮＯ）は、さらに計測した２点の電力を比較して、Ｐ２がＰ３より大きいか否かを判定する（ステップＳ１５）。ステップＳ１５において、Ｐ２がＰ３より大きいと判定した場合（ステップＳ１５：ＹＥＳ）は、動作電圧を増加させる（ステップＳ１６）。

さらに、ステップＳ１５において、Ｐ２がＰ３より大きくないと判定した場合（ステップＳ１５：ＮＯ）は、計測した２点の電力Ｐ２、Ｐ３は等しいと考えられるので、動作電圧を変化させない。計測した２点の電力Ｐ２、Ｐ３が等しい場合は、最大発電電力となっていると考えられる。すなわち、従来の太陽光発電システムにおける制御方法では、最大発電電力に制御することはできるが、所定の出力割合に制御することはできない。

また、従来の太陽光発電システムにおける制御方法においてリミッタをかけて出力抑制をしても、所定の電力量となるように制御することになるので、環境条件が変動すると上げ調整力を把握することができない。

これに対し、以上の本実施の形態の太陽光発電制御装置を備えた太陽光発電システムによれば、簡易な構成で、出力抑制に伴う上げ調整力を把握可能な状態で制御することができる。

（実施の形態の拡張）
以上、本発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。

本実施の形態では、太陽光発電制御装置２０は、系統連携インバータとして構成され、発電した電力を交流に変換して電力系統に出力する態様を例に挙げて説明しているが、これに限定されない。例えば、太陽光発電制御装置２０は、ＰＶアレイ１０で発電した電力を直流のまま出力する態様として構成することもできる。この場合、変圧器２６は、不要であり、出力調整部２５は、直流を交流に変換するのではなく、直流直流変換を行う構成とすることができる。

上記実施の形態の太陽光発電システム１は、ＰＶアレイ１０の出力に設けられた検出部２１で電流Ｉ_ＤＣと電圧Ｖ_ＤＣを検出し、ΔＰ／ΔＶ制御部２３において発電電力を算出する構成であったがこれに限定されない。検出部２１で太陽電池モジュールにおける発電電力Ｐを算出してΔＰ／ΔＶ制御部２３に入力してもよい。この場合は、ΔＰ／ΔＶ制御部２３は電力算出部２３１を有していなくてもよい。

また、上記実施の形態の太陽光発電システム１では、出力電圧Ｖが最大電力の時の出力電圧Ｖ_ｐｍよりも大きくなる範囲Ｒで調整を行うため、ΔＰ／ΔＶ算出部２３２において算出するΔＰ／ΔＶは負の値となる。このため、電圧指令値決定部２３３では、－ΔＰ／ΔＶが所定値であるか否かに基づいて判定をしていた。しかしながら、ΔＰ／ΔＶの絶対値に基づいて判断をおこなっても同様に判断することができる。すなわち、電圧指令値決定部２３３は、算出したΔＰ／ΔＶが所定値に近づくように判定と制御を行えばよい。
上記の実施の形態において、電圧指令値決定部２３３が電圧指令値Ｖ_ｒｅｆを所定量Ｅずつ変更して生成する際に、増加または減少するときの所定量が同じ大きさであったが、異なっていてもよい。

上記の実施の形態における太陽光発電システム１の構成、太陽光発電制御装置２０の構成、ΔＰ／ΔＶ制御部２３の構成は一例であり、これらのブロック構成のものに限定されない。例えば、他の機能ブロックが追加されたりしてもよい。この構成に限定されない。例えば、ΔＰ／ΔＶ算出部２３２において「ΔＰ／ΔＶ」を算出して、電圧指令値決定部２３３が「－ΔＰ／ΔＶ」の値に変換しているが、ΔＰ／ΔＶ算出部２３２「－ΔＰ／ΔＶ」の値を算出するようにしてもよい。

記憶部２３４に記憶されるデータは、上述したものに限定されない。必要に応じてその他のデータが記憶されていてもよい。

また、図９、１１における処理流れを示すフローチャートも一例であり、これらに限定されるものではなく、例えば、各ステップ間に他の処理が挿入されていてもよいし、必要に応じて処理が並列化されていてもよい。

１…太陽光発電システム、１０…ＰＶアレイ、２０…太陽光発電制御装置、２１…検出部、２２…入力部、２３…ΔＰ／ΔＶ制御部、２４…ＰＷＭ出力部、２５…インバータ、２６…変圧器、２３１…電力算出部、２３２…ΔＰ／ΔＶ算出部（変動割合算出部の一例）、２３３…電圧指令値決定部（出力電圧制御部の一例）、２３４…記憶部

Claims (9)

1. 太陽電池モジュールにおける発電電力を電力系統に出力するための太陽光発電制御装置であって、
   前記太陽電池モジュールにおける出力電圧の変動量に対する発電電力の変動量を変動割合として算出する変動割合算出部と、
   前記変動割合の絶対値が、所望の発電割合に対応した所定値となるように前記太陽電池モジュールの出力電圧を制御する出力電圧制御部とを備える、
   太陽光発電制御装置。
2. 請求項１に記載の太陽光発電制御装置において、
   前記変動割合の絶対値が前記所望の発電割合に対応した所定値と一致するときの前記太陽電池モジュールの発電電力が、最大値よりも低くなるように、前記所望の発電割合に対応した所定値が設定されている、
   太陽光発電制御装置。
3. 請求項１に記載の太陽光発電制御装置において、
   前記出力電圧制御部は、前記変動割合の絶対値が前記所望の発電割合に対応した所定値よりも大きい場合に、前記出力電圧を所定量だけ減少させ、前記変動割合の絶対値が前記所望の発電割合に対応した所定値よりも小さい場合に、前記出力電圧を所定量だけ増加させる、
   太陽光発電制御装置。
4. 請求項１に記載された太陽光発電制御装置において、
   前記出力電圧制御部において制御する前記太陽電池モジュールの出力電圧が、前記太陽電池モジュールの発電電力が最大となるときの出力電圧よりも大きい値に制御する、
   太陽光発電制御装置。
5. 請求項１に記載された太陽光発電制御装置において、
   前記所望の発電割合の値と現在の発電電力とに基づいて、現在の環境条件において可能な最大の発電電力である最大発電力を算出する調整力算出部をさらに備える、
   太陽光発電システム。
6. 請求項１に記載された太陽光発電制御装置において、
   前記所望の発電割合の値と現在の発電電力とに基づいて、現在の環境条件において可能な最大の発電電力である最大発電力と現在の発電電力との差分である上げ調整力を算出する調整力算出部をさらに備える、
   太陽光発電システム。
7. 太陽電池モジュールと、
   請求項１から６までのいずれか１項に記載の太陽光発電制御装置と、を備えた
   太陽光発電システム。
8. 太陽電池モジュールにおける発電電力を電力系統に出力するための太陽光発電制御方法であって、
   前記太陽電池モジュールにおける出力電圧の変動量に対する発電電力の変動量を変動割合として算出する変動割合算出ステップと、
   前記変動割合の絶対値が、所望の発電割合に対応した所定値となるように前記太陽電池モジュールの出力電圧を制御する出力電圧制御ステップとを含む、
   太陽光発電制御方法。
9. コンピュータを、
   電力系統に接続された太陽電池モジュールにおける出力電圧の変動量に対する発電電力の変動量を変動割合として算出する変動割合算出手段と、
   前記変動割合の絶対値が、所望の発電割合に対応した所定値となるように前記太陽電池モジュールの出力電圧を制御する出力電圧制御手段として機能させる、
   太陽光発電制御プログラム。
   
   

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