JP2024067448A - 制御装置および出力制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】直流母線電圧が下降した場合に、直流母線電圧の変動を高速に抑制可能な制御装置を実現する。【解決手段】制御部（４１）は、太陽電池パネルのパネル出力を変換して直流母線に直流電力を出力する変換部（４２）を制御する制御部であって、母線電圧が定常母線電圧範囲の下限電圧よりも下降した場合には、パネル電圧が、下限電圧からの下降分に応じた第１変動抑制電圧を目標電圧から減算した値となるように、変換部を制御する。【選択図】図６

Description

本発明は、直流配電システムに含まれる太陽電池パネルの出力を変換する変換装置を制御する制御装置、および当該制御装置を備える出力制御装置に関する。

特許文献１には、直流母線電圧の変動を高速に抑制できる制御装置が開示されている。当該制御装置は、通常時には、太陽電池パネルのパネル電圧が、パネル出力が最大となる最大電力電圧となるように、パネル電圧の変換装置を制御する。一方、当該制御装置は、直流母線電圧が定常値から上昇した場合には、パネル電圧が、母線電圧の定常値からの上昇分に応じた電圧値である変動抑制電圧を最大電力電圧に加算した値となるように、パネル電圧の変換装置を制御する。

特開２０２１－１４９７９９号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている制御装置では、直流母線電圧が定常値から下降した場合の制御については考慮されていない。

本発明の一態様は、直流母線電圧が定常範囲の下限電圧よりも下降した場合に、直流母線電圧の変動を高速に抑制可能な制御装置等を実現することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る制御装置は、太陽電池パネルのパネル出力を変換して直流母線に直流電力を出力する変換装置を制御する制御装置であって、前記直流母線の母線電圧が所定の定常母線電圧範囲内である場合に、前記パネル出力が最大となる最大電力電圧以上の範囲で、前記太陽電池パネルのパネル電圧が、指示された前記パネル出力に相当する目標電圧となるように、前記変換装置を制御し、前記母線電圧が前記定常母線電圧範囲の下限電圧よりも下降した場合には、前記パネル電圧が、前記下限電圧からの下降分に応じた電圧値である第１変動抑制電圧を前記目標電圧から減算した値となるように、前記変換装置を制御する。

本発明の各態様に係る制御装置は、コンピュータによって実現してもよく、この場合には、コンピュータを前記制御装置が備える各部（ソフトウェア要素）として動作させることにより前記制御装置をコンピュータにて実現させる制御装置の制御プログラム、およびそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本発明の範疇に入る。

本発明の一態様によれば、直流母線電圧が定常範囲の下限電圧よりも下降した場合に、直流母線電圧の変動を高速に抑制可能な制御装置等を実現できる。

本発明の実施形態に係る出力制御装置が適用される直流配電システムの構成を示す図である。 太陽電池パネルのパネル温度と、開放電圧、ＭＰＰＴ電圧、Ｖｏｍ、およびαの値との関係の一例を示す表である。 図２に示した例とは別の太陽電池パネルについて、開放電圧、ＭＰＰＴ電圧、Ｖｏｍ、およびαの値の例を示す表である。 太陽電池パネルの特性とＤＣ－ＤＣコンバータによる制御との関係を示すグラフである。 直流母線電圧と第２変動抑制電圧との関係を示すグラフである。 ＤＣ－ＤＣコンバータの構成の例を示す図である。 実験例に係る直流配電システムの状態を示す図である。 実験例における交流電圧、交流電流、直流電圧、および直流電流の変動を示すグラフである。

以下、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る出力制御装置が適用される直流配電システム１の構成を示す図である。図１に示すように、直流配電システム１は、商用電源１０、蓄電池２０、太陽電池パネル３０、直流負荷６１、ＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）急速充電器６２、および直流母線５０を備える。また、直流配電システム１は、直流母線５０の母線電圧（直流母線電圧）を検出する直流母線電圧検出器（不図示）を備える。また、直流配電システム１は、太陽電池パネル３０の出力電圧（パネル電圧）を検出するパネル電圧検出器（不図示）、および、太陽電池パネル３０の出力電流（パネル電流）を検出するパネル電流検出器（不図示）を備える。

商用電源１０は、直流母線５０に対してＡＣ（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ Ｃｕｒｒｅｎｔ）により電力を供給する。商用電源１０は、変圧器１１、ＡＣ－ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）コンバータ１２、およびブレーカー１３を介して直流母線５０に接続される。変圧器１１は、商用電源１０から入力されるＡＣの電圧を変圧する。ＡＣ－ＤＣコンバータ１２は、変圧器１１から入力されるＡＣをＤＣに変換して出力する。ブレーカー１３は、ＡＣ－ＤＣコンバータ１２から出力されるＤＣの電流が過大になった場合に、ＡＣ－ＤＣコンバータ１２と直流母線５０との間を遮断する。

直流母線５０は、商用電源１０、蓄電池２０、および太陽電池パネル３０から供給される電力を直流負荷へ供給する電力線である。図１に示す例では、直流負荷として、直流負荷６１およびＥＶ急速充電器６２が示されている。直流負荷６１は、ＤＣ－ＤＣコンバータ６３およびブレーカー６４を介して直流母線５０に接続される。ＥＶ急速充電器６２は、ブレーカー６５を介して直流母線５０に接続される。ただし、直流配電システム１における直流負荷、およびその接続方法は、これらに限られない。

蓄電池２０は、電力を内部にエネルギーとして保持し、保持したエネルギーを必要に応じてＤＣにより直流母線５０へ供給する。蓄電池２０は、ＤＣ－ＤＣコンバータ２１およびブレーカー２２を介して直流母線５０に接続されていてもよい。

蓄電池２０は、リチウムイオン電池、ＮａＳ（ナトリウム・硫黄）電池、レドックスフロー電池または鉛蓄電池等の、２次電池を備えた装置であり得る。しかし蓄電池２０は２次電池を備えた装置に限られるものではない。蓄電池２０として、キャパシタ、超伝導電力貯蔵ユニット、フライホイール式電力貯蔵ユニットまたは圧縮空気式電力貯蔵ユニットなど、電気エネルギーを貯蔵する機能を備えた任意のユニットを用いることができる。

太陽電池パネル３０は、太陽光の日射量に応じて発電した電力をＤＣにより直流母線５０へ供給する。太陽電池パネル３０は、ＤＣ－ＤＣコンバータ４０およびブレーカー３１を介して直流母線５０に接続される。ＤＣ－ＤＣコンバータ４０（出力制御装置）は、太陽電池パネル３０から入力されるＤＣの電圧を変換して出力する。ＤＣ－ＤＣコンバータ４０は、太陽電池パネル３０が供給する電力についての指示の入力を外部から受け付け可能である。太陽電池パネル３０は、電力についての指示が外部からＤＣ－ＤＣコンバータ４０に入力されている場合には、当該指示に応じた電力を直流母線５０へ供給してよい。ＤＣ－ＤＣコンバータ４０の具体的な構成については後述する。ブレーカー３１は、ＤＣ－ＤＣコンバータ４０から出力されるＤＣの電流が過大になった場合に、ＤＣ－ＤＣコンバータ４０と直流母線５０との間を遮断する。

図２は、太陽電池パネル３０のパネル温度と、開放電圧、ＭＰＰＴ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ）電圧（最大電力電圧）、Ｖｏｍ（＝開放電圧－ＭＰＰＴ電圧）、およびα（＝Ｖｏｍ／公称ＭＰＰＴ電圧）の値との関係の一例を示す表である。ＭＰＰＴ電圧とは、太陽電池パネル３０のパネル出力が最大となるパネル電圧である。開放電圧とは、ＭＰＰＴ電圧を超えてパネル電圧を上昇させた場合に、太陽電池パネル３０のパネル出力が０になる電圧である。

太陽電池パネル３０のパネル電圧が０である場合には、パネル出力は０である。パネル電圧の上昇に伴い、パネル出力も上昇する。パネル電圧がＭＰＰＴ電圧である場合において、パネル出力は最大となる。パネル電圧がＭＰＰＴ電圧を超えると、パネル電圧の上昇に伴い、パネル出力は低下する。パネル電圧が所定の開放電圧になると、パネル出力は０となる。開放電圧を超えてパネル電圧を上昇させても、パネル出力は０のままである。

公称ＭＰＰＴ電圧とは、所定のパネル温度におけるＭＰＰＴ電圧であり、太陽電池パネル３０の種類およびサイズなどに応じた既知の値である。所定の温度は例えば２５℃である。図２においては公称ＭＰＰＴ電圧を網掛けで示している。

図２に示すように、パネル温度の上昇に伴い、開放電圧およびＭＰＰＴ電圧は低下する。一方で、パネル温度の上昇に伴い、Ｖｏｍおよびαの値は上昇する。しかしながら、その上昇の幅は、開放電圧およびＭＰＰＴ電圧の低下の幅と比較すると小さい。特に、αの値については、上昇の幅が極めて小さいため、略一定とみなすことができる。

図３は、図２に示した例とは別の太陽電池パネル３０について、開放電圧、ＭＰＰＴ電圧、Ｖｏｍ、およびαの値の例を示す表である。図３には、４種の太陽電池パネル３０についての例が示されている。図３に示したいずれの例においても、開放電圧、ＭＰＰＴ電圧、およびＶｏｍの値は、図２に示した例における値とは大きく異なっている。一方で、αの値は、図３に示したいずれの例においても、図２に示した例における値と大きくは変わらない。

（直流母線電圧の下降時）
図４は、太陽電池パネル３０の特性とＤＣ－ＤＣコンバータ４０による制御との関係を示すグラフである。図４においては、太陽電池パネル３０のパネル電圧とパネル出力との関係が符号４０１に示されている。符号４０１において、横軸はパネル電圧、縦軸はパネル出力を示す。また、図４においては、直流母線５０における直流母線電圧とＤＣ－ＤＣコンバータ４０における第１変動抑制電圧との関係が符号４０２に示されている。符号４０２において、横軸は直流母線電圧、縦軸は第１変動抑制電圧を示す。また、符号４０２における第１変動抑制電圧は、目標電圧が開放電圧である場合のものである。目標電圧および第１変動抑制電圧については後述する。

符号４０１に示すように、太陽電池パネル３０のパネル電圧が０である場合には、パネル出力は０である。パネル電圧の上昇に伴い、パネル出力も上昇する。パネル電圧がＭＰＰＴ電圧である場合において、パネル出力は最大となる。パネル電圧がＭＰＰＴ電圧を超えると、パネル電圧の上昇に伴い、パネル出力は低下する。パネル電圧が所定の開放電圧になると、パネル出力は０となる。開放電圧を超えてパネル電圧を上昇させても、パネル出力は０のままである。

後述するが、ＤＣ－ＤＣコンバータ４０は、太陽電池パネル３０のパネル出力を変換して直流母線５０に直流電力を出力する変換部４２（変換装置）と、変換部４２を制御する制御部４１（制御装置）と、を備える（図６参照）。ＤＣ－ＤＣコンバータ４０において、制御部４１は、直流母線電圧が所定の定常母線電圧範囲内である場合に、パネル出力が外部から指示された目標出力となるように、変換部４２を制御する。具体的には、制御部４１は、パネル電圧が、外部から指示された目標出力に相当する目標電圧となるように、変換部４２を制御する。

一方、制御部４１は、直流母線電圧が定常母線電圧範囲の下限電圧よりも下降した場合には、パネル電圧が、下限電圧からの下降分に応じた電圧値である第１変動抑制電圧を上述した目標電圧から減算した値となるように、変換部４２を制御する。この制御は、目標電圧がＭＰＰＴ電圧よりも大きい場合に可能な制御である。具体的には、パネル電圧の制御電圧をＶｐ、目標電圧をＶｔ、第１変動抑制電圧をＶｃ１とすると、制御部４１は、制御電圧Ｖｐを下記式（１）により算出してよい。
Ｖｐ＝Ｖｔ＋Ｖｃ１ ・・・（１）
後述するとおり、Ｖｃ１は、計算上は０または負の値を取る。したがって、Ｖｃ１の絶対値を第１変動抑制電圧と称するのであれば、式（１）は、目標電圧から第１変動抑制電圧を減算する式と言える。

制御部４１は、Ｖｃ１の値を、下記式（２）により算出してよい。
Ｖｃ１＝ｋ１×α×Ｖｎ ・・・（２）
Ｖｎは公称ＭＰＰＴ電圧を示す。ｋ１の値は、直流母線電圧の、定常母線電圧範囲の下限電圧からの下降量を示すものである。ｋ１の値は、－１以上かつ０以下である。αおよびＶｎは正の値を取る。したがって、Ｖｃ１は０または負の値を取る。

直流母線電圧には、太陽電池パネル３０からの電力供給を最大とする電圧であるシステム下限電圧が設定されている。例えば目標電圧が開放電圧である場合、制御部４１は、ｋ１の値を、例えば直流母線電圧が定常母線電圧範囲の下限電圧である場合に０、直流母線電圧がシステム下限電圧である場合に－１となるように、直流母線電圧の下降量に比例する値として算出する。具体的には、制御部４１は、ｋ１の値を、下記式（３）により算出してよい。
ｋ１＝（Ｖｂｕｓ－Ｖｂｕｓ＿ＰＶＬＳ）／（Ｖｂｕｓ＿ＰＶＬＳ－Ｖｂｕｓ＿ＰＶＬＦ） ・・・（３）
式（３）において、Ｖｂｕｓは、直流母線電圧の計測値である。Ｖｂｕｓ＿ＰＶＬＳは、定常母線電圧範囲の下限電圧である。Ｖｂｕｓ＿ＰＶＬＦは、システム下限電圧である。

式（３）により算出されるｋ１が－１未満の場合には、式（２）においてはｋ１の値を－１とする。また、式（３）により算出されるｋ１が０よりも大きい場合には、式（２）においてはｋ１の値を０とする。

目標電圧が開放電圧であり、かつ、直流母線電圧が定常母線電圧範囲内である場合には、図４の符号４０２に示すように、第１変動抑制電圧は０である。直流母線電圧が定常母線電圧範囲の下限電圧よりも下降すると、直流母線電圧の下降量に比例してｋ１の値が減少するため、第１変動抑制電圧が小さくなる。直流母線電圧がシステム下限電圧まで下降すると、第１変動抑制電圧は－α×Ｖｎ、すなわちＶｏｍと等しくなる。すなわち、制御部４１は、パネル電圧をＭＰＰＴ電圧に制御する。

このように、制御部４１は、太陽電池パネル３０のパネル電圧を、直流母線電圧の下降分に応じた第１変動抑制電圧を目標電圧から減算した値とすることで、パネル出力を増加させ、直流母線電圧の変動を抑制できる。パネル電圧をこのように決定することで、一般的な制御手法である、パネル出力の変化を測定しながらパネル電圧を変動させていく手法と比較して、直流母線電圧の変動を高速に抑制できる。

図２および図３に示したように、実際のαの値は完全に一定というわけではなく、パネルの種類および温度といった条件に応じて若干の変動を示す。制御部４１において変動抑制電圧の算出に用いられるαの値は、ＤＣ－ＤＣコンバータ４０の設計段階において、想定される条件におけるαの最大値、またはその近傍の値に予め決定されていることが好ましい。例えば図２に示した太陽電池パネル３０を、図２に示した温度範囲（－１０℃～７０℃）で使用する場合には、αの値は０．２４程度に決定されていることが好ましい。

αの値をこのように決定することで、制御部４１は、太陽電池パネル３０のパネル温度に依存しない値として第１変動抑制電圧Ｖｃ１を算出する。したがって、制御部４１における制御を、簡易なものとすることができる。

ただし、αの値は、太陽電池パネル３０のパネル温度に応じて変動する値であってもよい。すなわち、制御部４１は、太陽電池パネル３０のパネル温度に依存する値として第１変動抑制電圧Ｖｃ１を算出してもよい。この場合、太陽電池パネル３０は、パネル温度を示す信号を出力する温度センサを備えていればよい。制御部４１は、当該温度センサからの信号を用いてαの値を決定してもよい。

また、上記の式では、αおよびＶｎはともに定数である。また、上述したとおり、制御部４１は、ｋ１の値を直流母線電圧の下降量に比例する値として算出する。このため、制御部４１は、直流母線電圧の下降分に比例する値として第１変動抑制電圧Ｖｃ１を算出する。したがって、制御部４１における制御を、簡易なものとすることができる。

ただし、制御部４１は、直流母線電圧の下降分に比例する値とは異なる値として第１変動抑制電圧Ｖｃ１を算出してもよい。例えば、制御部４１は、上記のｋ１を、直流母線電圧の下降量の２乗、または平方根に比例する値として算出してもよい。

また、制御部４１は、直流母線電圧が定常母線電圧範囲の下限電圧よりも下降した場合における、制御部４１によるパネル電圧の制御目標値の最小値を、開放電圧から、公称ＭＰＰＴ電圧と、太陽電池パネル３０のＭＰＰＴ電圧が公称ＭＰＰＴ電圧となる温度における開放電圧との差電圧Ｖｏｍを減算した値として、前記変換装置を制御する。上述したとおり、αの値は太陽電池パネル３０によらず略一定である。このため、ここでいう差電圧は、上記のＶｏｍ＝α×Ｖｎに等しい。この結果、制御部４１によるパネル電圧の制御目標値の最小値は、ＭＰＰＴ電圧に略等しくなる。
通常、直流配電システム１の運転中には、制御部４１は、太陽電池パネル３０における実際の開放電圧を把握することはできない。直流配電システム１の運転中に、太陽電池パネル３０の温度の計測が可能であれば、制御部４１は、当該温度における開放電圧から上記のＶｏｍを減算した値を制御目標値の最小値とする。

パネル電圧がＭＰＰＴ電圧未満になると、パネル出力が減少に転じる。このため、直流母線電圧を上昇させることで変動を抑制する観点からは、パネル電圧の制御目標値をＭＰＰＴ電圧未満とすることは不適切である。制御部４１によるパネル電圧の制御目標値の最小値をＭＰＰＴ電圧に略等しくすることで、パネル電圧を適切な範囲内で制御できる。ただし、制御部４１によるパネル電圧の制御目標値の最小値は、必ずしも上記のとおりでなくてもよい。

（直流母線電圧の上昇時）
制御部４１は、直流母線電圧が定常母線電圧範囲の上限電圧よりも上昇した場合には、パネル電圧が、上限電圧からの上昇分に応じた電圧値である第２変動抑制電圧を上述した目標電圧に加算した値となるように、変換部４２を制御する。この制御は、目標電圧が開放電圧未満である場合に可能な制御である。具体的には、第２変動抑制電圧をＶｃ２とすると、制御部４１は、制御電圧Ｖｐを下記式（４）により算出してよい。
Ｖｐ＝Ｖｔ＋Ｖｃ２ ・・・（４）
後述するとおり、Ｖｃ２は正の値となる。したがって、式（４）は、目標電圧に第２変動抑制電圧を加算する式と言える。

制御部４１は、Ｖｃ２の値を、下記式（５）により算出してよい。
Ｖｃ２＝ｋ２×α×Ｖｎ ・・・（５）
ｋ２の値は、直流母線電圧の、定常母線電圧範囲の上限電圧からの上昇量を示すものである。ｋ２の値は、０以上かつ１以下である。αおよびＶｎは正の値を取る。したがって、Ｖｃ２は０または正の値を取る。

直流母線電圧には、太陽電池パネル３０からの電力供給を０とする電圧であるシステム上限電圧が設定されている。例えば目標電圧がＭＰＰＴ電圧である場合、制御部４１は、ｋ２の値を、例えば直流母線電圧が定常母線電圧範囲の上限電圧である場合に０、直流母線電圧がシステム上限電圧である場合に１となるように、直流母線電圧の上昇量に比例する値として算出する。具体的には、制御部４１は、ｋ２の値を、下記式（６）により算出してよい。
ｋ２＝（Ｖｂｕｓ－Ｖｂｕｓ＿ＰＶＨＳ）／（Ｖｂｕｓ＿ＰＶＨＦ－Ｖｂｕｓ＿ＰＶＨＳ） ・・・（６）
式（６）において、Ｖｂｕｓ＿ＰＶＨＳは、定常母線電圧範囲の上限電圧である。Ｖｂｕｓ＿ＰＶＨＦは、システム上限電圧である。

式（６）により算出されるｋ２が０未満の場合には、式（５）においてはｋ２の値を０とする。また、式（６）により算出されるｋ２が１よりも大きい場合には、式（５）においてはｋ２の値を１とする。

図５は、直流母線５０における直流母線電圧とＤＣ－ＤＣコンバータ４０における第２変動抑制電圧との関係を示すグラフである。図５において、横軸は直流母線電圧、縦軸は第２変動抑制電圧を示す。また、図５における第２変動抑制電圧は、目標電圧がＭＰＰＴ電圧である場合のものである。

目標電圧がＭＰＰＴ電圧であり、かつ、直流母線電圧が定常母線電圧範囲内である場合には、図５に示すように、第２変動抑制電圧は０である。直流母線電圧が定常母線電圧範囲の上限電圧よりも上昇すると、直流母線電圧の上昇量に比例してｋ２の値が増加するため、第２変動抑制電圧が大きくなる。直流母線電圧がシステム上限電圧まで上昇すると、第２変動抑制電圧はα×Ｖｎ、すなわちＶｏｍと等しくなる。すなわち、制御部４１は、パネル電圧を開放電圧に制御する。

（ＤＣ－ＤＣコンバータの構成）
図６は、ＤＣ－ＤＣコンバータ４０の構成の例を示す図である。上述したとおり、ＤＣ－ＤＣコンバータ４０は、制御部４１および変換部４２を備える。図６に示す例では、制御部４１は、第１算出部４１ａ、第２算出部４１ｂ、加算器４１ｋ、加算器４１ｍ、および点弧指令信号生成部４１ｎを備える。

第１算出部４１ａは、第１変動抑制電圧を算出する。第１算出部４１ａは、減算器４１ｃ、ゲイン４１ｄ、リミッタ４１ｅ、および乗算器４１ｆを備える。

減算器４１ｃは、直流母線電圧の測定値から定常母線電圧範囲の下限電圧を減算した値を出力する。ゲイン４１ｄは、減算器４１ｃの出力を、定常母線電圧範囲の下限電圧からシステム下限電圧を減算した値で除算した値を出力する。すなわち、減算器４１ｃおよびゲイン４１ｄは、上述した式（３）の計算を行う。

リミッタ４１ｅは、ゲイン４１ｄの出力を－１以上かつ０以下の範囲に制限した値を出力する。具体的には、リミッタ４１ｅは、ゲイン４１ｄの出力が－１未満である場合には、－１を出力する。リミッタ４１ｅは、ゲイン４１ｄの出力が－１以上かつ０以下である場合には、ゲイン４１ｄの出力をそのまま出力する。リミッタ４１ｅは、ゲイン４１ｄの出力が０よりも大きい場合には０を出力する。

乗算器４１ｆは、リミッタ４１ｅの出力に、上記のαおよびＶｎを乗算した値を出力する。乗算器４１ｆの出力は、第１変動抑制電圧を、負の値として算出した値となる。すなわち、乗算器４１ｆは、上述した式（２）の計算を行う。

第２算出部４１ｂは、第２変動抑制電圧を算出する。第２算出部４２ｂは、減算器４１ｇ、ゲイン４１ｈ、リミッタ４１ｉ、および乗算器４１ｊを備える。

減算器４１ｇは、直流母線電圧の測定値から定常母線電圧範囲の上限電圧を減算した値を出力する。ゲイン４１ｈは、減算器４１ｇの出力を、直流配電システム１における上限電圧から定常母線電圧範囲の上限電圧を減算した値で除算した値を出力する。すなわち、減算器４１ｇおよびゲイン４１ｈは、上述した式（６）の計算を行う。

リミッタ４１ｉは、ゲイン４１ｈの出力を０以上かつ１以下の範囲に制限した値を出力する。具体的には、リミッタ４１ｉは、ゲイン４１ｈの出力が０未満である場合には、０を出力する。リミッタ４１ｉは、ゲイン４１ｈの出力が０以上かつ１以下である場合には、ゲイン４１ｈの出力をそのまま出力する。リミッタ４１ｉは、ゲイン４１ｈの出力が１以上である場合には１を出力する。

乗算器４１ｊは、リミッタ４１ｉの出力に、上記のαおよびＶｎを乗算した値を出力する。乗算器４１ｊの出力は、第２変動抑制電圧となる。すなわち、乗算器４１ｊは、上述した式（５）の計算を行う。

加算器４１ｋは、第１算出部４１ａの出力と、第２算出部４１ｂの出力との和を出力する。第１算出部４１ａの出力は、直流母線電圧が定常母線電圧範囲の下限電圧以上である場合には０である。また、第２算出部４１ｂの出力は、直流母線電圧が定常母線電圧範囲の上限電圧以下である場合には０である。このため、直流母線電圧が定常母線電圧範囲の下限電圧未満である場合には、加算器４１ｋの出力は、第１算出部４１ａの出力と等しくなる。直流母線電圧が定常母線電圧範囲の下限電圧以上、かつ定常母線電圧範囲の上限電圧以下である場合には、加算器４１ｋの出力は、０となる。直流母線電圧が定常母線電圧範囲の上限電圧よりも大きい場合には、加算器４１ｋの出力は、第２算出部４１ｂの出力と等しくなる。

加算器４１ｍは、目標電圧と、加算器４１ｋの出力と、の和を出力する。加算器４１ｍの出力が、パネル電圧の制御電圧を示す信号となる。すなわち、加算器４１ｍは、上述した式（１）または式（４）の計算を行う。

直流母線電圧が定常母線電圧範囲の下限電圧未満である場合には、制御電圧は、負の値として算出された第１変動抑制電圧を目標電圧に加算した値となる。直流母線電圧が定常母線電圧範囲の下限電圧以上、かつ上限電圧以下である場合には、制御電圧は、目標電圧そのままとなる。直流母線電圧が定常母線電圧範囲の上限電圧よりも大きい場合には、制御電圧は、第２変動抑制電圧を目標電圧に加算した値となる。

点弧指令信号生成部４１ｎは、加算器４１ｍの出力に基づいて、点弧指令信号を生成して出力する。具体的には、点弧指令信号生成部４１ｎは、加算器４１ｍの出力をＰＩＤ制御により電流制御指令値に変換する。さらに、点弧指令信号生成部４１ｎは、電流制御指令値から点弧指令信号を生成する。

変換部４２は、点弧指令信号生成部４１ｎが出力する点弧指令信号に基づいて、パネル出力電流を制御して、直流母線５０に出力する。変換部４２は、公知のＤＣ－ＤＣコンバータ回路からなり、点弧指令信号によりスイッチングされるスイッチング素子を備える。変換部４２のスイッチング素子は、制御部４１の点弧指令信号に従い、スイッチングのデューティや位相が制御され、変換部４２での出力電流が調整される。変換部４２での出力電流に応じて太陽電池パネル３０のパネル電圧が変動する。

一般に、ＤＣ－ＤＣコンバータ回路における出力電流は、スイッチング素子のオフ時間に対するオン時間の比率（デューティ比）または位相差によって決まる。制御部４１において、点弧指令信号生成部４１ｎは、加算器４１ｍの出力から生成した電流制御指令値が現在のパネル電流よりも大きければ、変換部４２における出力電流を増加させるように、点弧指令信号を生成する。また、点弧指令信号生成部４１ｎは、加算器４１ｍの出力から生成した電流制御指令値がパネル電流よりも小さければ、変換部４２における出力電流を減少させるように、点弧指令信号を生成する。

以上のとおり、制御部４１は、直流母線電圧の下降時に、下降分に応じた第１変動抑制電圧を目標電圧から減算した値にパネル電圧を制御する。したがって、ＤＣ－ＤＣコンバータ４０、特に制御部４１によれば、直流母線電圧の下降時に、直流母線電圧の変動を高速に抑制し、直流配電システム１の運転を継続することができる。
特に、直流配電システム１において、商用電源１０が停電し、かつ蓄電池２０が停止した場合には、直流母線電圧を制御可能な機器が太陽電池パネル３０のみとなる。この場合に、制御部４１によれば、直流負荷における消費電力よりも太陽電池パネル３０における発電電力の方が大きければ、パネル電圧の制御のみで直流配電システム１の運転を継続することができる。

また、制御部４１は、直流母線電圧の上昇時に、上昇分に応じた第２変動抑制電圧を目標電圧に加算した値にパネル電圧を制御する。したがって、制御部４１によれば、直流母線電圧の上昇時にも、直流母線電圧の変動を高速に抑制できる。

ただし、直流配電システム１の構成および使用状況等によっては、直流母線電圧の上昇時の制御が不要であることも考えられる。このような場合には、制御部４１は、直流母線電圧の上昇時に、上昇分に応じた第２変動抑制電圧を目標電圧に加算した値にパネル電圧を制御しなくてもよい。また、このような場合には、制御部４１は、第２算出部４１ｂを備えなくてよい。

（実験例）
直流配電システム１における実験例について、以下に説明する。

図７は、実験例に係る直流配電システム１の状態を示す図である。実験例では、直流配電システム１において、蓄電池２０が停止しているものとした。また、実験例では、商用電源１０が停電しているものとした。また、実験例では、ＥＶ急速充電器６２については直流母線５０に接続されていないものとした。したがって、実験例では、太陽電池パネル３０から直流負荷６１へ、直流母線５０等を介して電力が供給される。実験例では、定常母線電圧範囲の上限電圧を６３０Ｖ、下限電圧を５７０Ｖとした。また、システム下限電圧を５４０Ｖとした。

図８は、実験例における交流電圧、交流電流、直流電圧、および直流電流の変動を示すグラフである。図８において、符号８０１は、商用電源１０から供給される交流電圧を示すグラフである。符号８０２は、商用電源１０から供給される交流電流を示すグラフである。符号８０３は、パネル電圧および直流母線電圧を示すグラフである。符号８０４は、直流負荷電流、パネル電流および直流母線電流を示すグラフである。それぞれのグラフにおいて、横軸は時間、縦軸は電圧または電流を示す。

上述したとおり、本実験例においては、商用電源１０が停電しているものとした。このため、符号８０１，８０２に示すとおり、商用電源１０から供給される交流電圧および交流電流は、いずれも０である。

符号８０３において、グラフ８０３ａは、直流母線電圧を示すグラフである。また、グラフ８０３ｂは、パネル電圧を示すグラフである。グラフ８０３ａで示すように、実験の開始時には、直流母線電圧は定常母線電圧範囲の上限電圧近傍の値であった。時刻Ｔの近傍において直流負荷を増大させると、直流母線電圧は急速に下降した。

直流母線電圧が定常母線電圧範囲の下限電圧を超えて下降すると、制御部４１が上述したとおり変換部を制御し、グラフ８０３ｂで示すようにパネル電圧を下降させた。その結果、直流母線電圧はシステム下限電圧未満にまでは下降しなかった。以上のとおり、制御部４１によれば、直流母線電圧を制御可能な機器が太陽電池パネル３０のみである場合に、直流母線電圧の変動を高速に抑制された。その結果、直流母線電圧をシステム下限電圧以上に維持し、直流配電システム１の運転を継続することができた。

符号８０４において、グラフ８０４ａは、直流負荷電流を示す。グラフ８０４ｂは、パネル電流を示す。グラフ８０４ｃは、直流母線電流を示す。時刻Ｔの近傍において直流負荷が増大したことで、グラフ８０４ａに示すように、直流負荷に流れる電流は減少した。一方で、グラフ８０４ｂに示すように、パネル電流は増大した。その結果、グラフ８０４ｃに示すように、直流母線電流は、直流負荷が増大したタイミングで一時的に増大したことを除いて、実験の期間中は概ね一定であった。

〔ソフトウェアによる実現例〕
ＤＣ－ＤＣコンバータ４０（以下、「装置」と呼ぶ）の機能は、当該装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムであって、当該装置の各制御ブロック（特に制御部４１に含まれる各部）としてコンピュータを機能させるためのプログラムにより実現することができる。

この場合、上記装置は、上記プログラムを実行するためのハードウェアとして、少なくとも１つの制御装置（例えばプロセッサ）と少なくとも１つの記憶装置（例えばメモリ）を有するコンピュータを備えている。この制御装置と記憶装置により上記プログラムを実行することにより、上記実施形態で説明した各機能が実現される。

上記プログラムは、一時的ではなく、コンピュータ読み取り可能な、１または複数の記録媒体に記録されていてもよい。この記録媒体は、上記装置が備えていてもよいし、備えていなくてもよい。後者の場合、上記プログラムは、有線または無線の任意の伝送媒体を介して上記装置に供給されてもよい。

また、上記各制御ブロックの機能の一部または全部は、論理回路により実現することも可能である。例えば、上記各制御ブロックとして機能する論理回路が形成された集積回路も本発明の範疇に含まれる。この他にも、例えば量子コンピュータにより上記各制御ブロックの機能を実現することも可能である。

また、上記実施形態で説明した各処理は、ＡＩ（Artificial Intelligence：人工知能）に実行させてもよい。この場合、ＡＩは上記制御装置で動作するものであってもよいし、他の装置（例えばエッジコンピュータまたはクラウドサーバ等）で動作するものであってもよい。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る制御装置は、太陽電池パネルのパネル出力を変換して直流母線に直流電力を出力する変換装置を制御する制御装置であって、前記直流母線の母線電圧が所定の定常母線電圧範囲内である場合に、前記パネル出力が最大となる最大電力電圧以上の範囲で、前記太陽電池パネルのパネル電圧が、指示された前記パネル出力に相当する目標電圧となるように、前記変換装置を制御し、前記母線電圧が前記定常母線電圧範囲の下限電圧よりも下降した場合には、前記パネル電圧が、前記下限電圧からの下降分に応じた電圧値である第１変動抑制電圧を前記目標電圧から減算した値となるように、前記変換装置を制御する。

本発明の態様２に係る制御装置は、態様１において、前記母線電圧が前記定常母線電圧範囲の上限電圧よりも上昇した場合には、前記パネル電圧が、前記上限電圧からの上昇分に応じた電圧値である第２変動抑制電圧を前記目標電圧に加算した値となるように、前記変換装置を制御する。

本発明の態様３に係る制御装置は、態様１または２において、前記太陽電池パネルのパネル温度に依存しない値として前記第１変動抑制電圧を算出する。

本発明の態様４に係る制御装置は、態様１から３のいずれかにおいて、前記母線電圧の前記下限電圧からの下降分に比例する値として前記第１変動抑制電圧を算出する。

本発明の態様５に係る制御装置は、態様１から４のいずれかにおいて、直流母線電圧が前記定常母線電圧範囲の下限電圧よりも下降した場合における、前記パネル電圧の制御目標値の最小値を、前記パネル出力が０となる開放電圧から、前記太陽電池パネルの所定のパネル温度における前記最大電力電圧と開放電圧との差電圧を減算した値として、前記変換装置を制御する。

本発明の態様６に係る出力制御装置は、態様１～５のいずれかの制御装置と、前記変換装置と、を備える。

３０ 太陽電池パネル
４０ ＤＣ－ＤＣコンバータ（出力制御装置）
４１ 制御部（制御装置）
４２ 変換部（変換装置）
５０ 直流母線

Claims (6)

1. 太陽電池パネルのパネル出力を変換して直流母線に直流電力を出力する変換装置を制御する制御装置であって、
   前記直流母線の母線電圧が所定の定常母線電圧範囲内である場合に、前記パネル出力が最大となる最大電力電圧以上の範囲で、前記太陽電池パネルのパネル電圧が、指示された前記パネル出力に相当する目標電圧となるように、前記変換装置を制御し、
   前記母線電圧が前記定常母線電圧範囲の下限電圧よりも下降した場合には、前記パネル電圧が、前記下限電圧からの下降分に応じた電圧値である第１変動抑制電圧を前記目標電圧から減算した値となるように、前記変換装置を制御することを特徴とする、制御装置。
2. 前記母線電圧が前記定常母線電圧範囲の上限電圧よりも上昇した場合には、前記パネル電圧が、前記上限電圧からの上昇分に応じた電圧値である第２変動抑制電圧を前記目標電圧に加算した値となるように、前記変換装置を制御することを特徴とする、請求項１に記載の制御装置。
3. 前記太陽電池パネルのパネル温度に依存しない値として前記第１変動抑制電圧を算出することを特徴とする、請求項１に記載の制御装置。
4. 前記母線電圧の前記下限電圧からの下降分に比例する値として前記第１変動抑制電圧を算出することを特徴とする、請求項１に記載の制御装置。
5. 直流母線電圧が前記定常母線電圧範囲の下限電圧よりも下降した場合における、前記パネル電圧の制御目標値の最小値を、前記パネル出力が０となる開放電圧から、前記太陽電池パネルの所定のパネル温度における前記最大電力電圧と開放電圧との差電圧を減算した値として、前記変換装置を制御することを特徴とする、請求項１に記載の制御装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の制御装置と、
   前記変換装置と、を備えることを特徴とする、出力制御装置。

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