JP4916510B2 - 太陽光発電擬似電力の生成方法と太陽光発電シミュレータ電源装置 - Google Patents

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は，太陽光発電インバータの完成試験に必要な入力電源、とくに太陽光発電モジュールの出力特性を擬似的に再現して出力する太陽光発電シミュレータ電源に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電システムの大容量化傾向が進展しており、例えば１,０００ｋＶＡインバータ完成試験時には１,２００ｋＷ級の太陽電池パネルを常設しておく代りに、これより設備コストが安く取扱い容易な試験用電源としての擬似電源装置が要求されている。擬似電源装置は、太陽光発電インバータの入力側に接続され、太陽電池の出力電流・電圧特性を擬似的に作り出す電源装置である。上記の要求を充たす電源の特性値として参考にできる技術開示内容としては、特許文献１がある。
【０００３】
太陽電池モジュールを必要な数だけ直列接続して、その出力を被試験インバータの入力側に接続して、可変負荷を接続したインバータの出力特性（出力電圧、電流、電力）およびインバータ入力電圧、電流を測定し、インバータ効率などの特性を算出するのであるが、自然光日照の状態では太陽電池モジュール出力が常に変動しているので特性試験の測定には不向きである。測定時の日照が安定して所望値のインバータ入力電圧、電流値に安定する状態を、擬似的に作り出し再現できる電源としたい。
【０００４】
単純な小型負荷に適用できる電源に関しては特許文献１が開示情報であり、出力電流が大きい電源には内部の電力ロスが多く発生して実用に適しないという問題がある。特許文献１の（段落００１４）には以下の記述がある。「本発明に係わる電源装置の一例を図１（この明細書の図５）に示す。この電源装置は、定電流源ｌに遮光された太陽電池２と非オーム性抵抗３が並列に接続されており、これらに非オーム性抵抗４が直列に接続された構成をしている。定電流源１の電流値はいろいろ選ベるが、例えば、標準光（１００ｍＷ／ｃｍ² ）での太陽電池の短絡電流値に一致させれば良い。また非オーム性抵抗３および４は、電源装置の希望の電圧−電流特性に従って、それぞれの電圧−電流特性を持つものを適宜選択してやれば良い。即ち、より具体的には、直列接続の非オーム性抵抗４には、印加電圧の増加とともに抵抗値が増加するもの、例えばタングステン線やニクロム線のように比較的抵抗の高い抵抗線等が使用される。また並列接続の非オーム性抵抗３には、印加電圧の増加とともに抵抗値が減少するもの、例えばＳｉＣバリスタ、セレン整流素子、ＢａＴｉＯ_８バリスタ、Ｓｉダイオードバリスタなどが使用される。」の記述がある。しかし、ここで構成された直列接続の非オーム性抵抗が消費する電力ロスの問題が、大容量電源においては発熱量が多く、社会的な省資源要請に対し負の効果を有するから産業化を阻む原因となる。
［０００５］
特許文献１：「特開平６−１９５１４０」公報。名称「電源装置」
発明の開示
発明が解決しようとする課題
［０００６］
電源装置の内部で消費する電力ロスは、大容量の電源の場合では発熱量が多くなって、社会的要請に対しマイナス効果を有するから、この内部電力ロスを削減した太陽光発電モジュールの出力特性を擬似的に生成する方法と，該出力特性を擬似的に生成して出力する電源装置とする。
課題を解決するための手段
［０００７］
入力電流に基づいて電力制御用半導体スイッチング素子をフィードフォワード制御するステップと、出力電流に基づいて電力制御用半導体スイッチング素子をフィードバック制御するステップであって、日射量の年間変動値を基に作成して、予め記憶手段に記憶させておいた太陽電池の出力特性の中から特定の電流・電圧値の関係曲線（指定ＩＶ曲線）を読出し、直流電力制御部の出力特性値が該ＩＶパターン上の電流・電圧関係を満足させるような制御信号を生成し、電力制御用半導体スイッチング素子に対して供給することによって直流電力制御部の出力特性を太陽電池の指定した電流・電圧値関係曲線に合致させるように制御するステップとを備えた太陽光発電擬似電力の生成方法とした。
［０００８］
ここで、実例を示して太陽光発電の擬似特性について説明すると、太陽光発電の出力特性の中から電流・電圧値の関係曲線を、本発明の説明に必要な要点のみを図２に示して説明する。無負荷に近い破線で示した小電流値を出力したときの直流電圧は、強い日照時の曲線Ａ１から弱い日照時の曲線Ａ２に変化したとき、これにつれて電圧値はＶ１からＶ２に変化する。昼間の日照があれば出力電圧Ｖ１，日が落ちる直前はＶ２の電圧値であり、ＩＶ記憶手段に記憶しているＩＶ曲線群の中から、第１のＩＶ読み出し手段が曲線Ａ２を読み出し、第２のＩＶ読み出し手段が破線で示した小電流の場合に合致する電圧値Ｖ２を読み出す。日が落ちる直前にインバータ運転する場合を想定し、無負荷に近い小電流値を出力したときの直流電圧は、Ｖ２の電圧である。この電圧に保持して擬似特性を出力するように本電源装置が運転することが出来た。
［０００９］
温度が低いときのＩＶ特性曲線Ｂ１は、標準温度での曲線Ａ１に於ける電圧値Ｖｓは、Ｖｓｓにずれるから、これらどちらの曲線も記憶させておくと、温度の低い時のＶｓｓが記憶されるので温度変化に対応して擬以特性を出力することができる。このように先ず指定ＩＶ曲線を読出して、この曲線の中のどの電流値で負荷のインバータに給電するのかを、指定して対応する電圧を読み出すことでこの電圧値で保持する制御をさせる。
［００１０］
請求項２に関しては、前記、制御信号の生成は、記憶させた前記ＩＶパターンの中から１つを指定したＩＶ曲線上の電流点Ｙ＝Ｉ１が指示セットされたときの、指定ＩＶ曲線のＰ１に対応した電圧Ｘ＝Ｖ１を読出して、Ｙ＝Ｉ１、Ｘ＝Ｖ１が制御の目標設定値となるように、自動設定され制御されることを特徴とする請求項１記載の太陽光発電擬似電力の生成方法とした。
［００１１］
請求項３に関しては、前記制御信号の生成は、指定ＩＶ曲線上の電流点Ｙ＝Ｉ１が指示セットされた後に、負荷が変動したときは、変動した電流点Ｙ＝Ｉ２に対応した電圧Ｘ＝Ｖ２を読出して、Ｙ＝Ｉ２、Ｘ＝Ｖ２が制御の新目標設定値となるように自動設定されて、指定ＩＶ曲線上をトレースするように直流電力の出力が制御されることを特徴とする請求項２記載の太陽光発電擬似電力の生成方法とした。
［００１２］
請求項４に関しては、入力端子、交流を直流化するコンバータ回路、該コンバータ回路の出力側に順次接続される平滑用コンデンサ、入力電流検出部、半導体スイッチング素子でスイッチング制御するチョッパ、出力電圧／出力電流検出器、出力端子とで構成される電力変換主回路と、該電力変換主回路の出力電圧／出力電流を制御する制御信号回路とを備えている。制御信号回路は、フィードフォワード制御回路と、フィードバック制御回路とを有している。フィードフォワード制御回路は、入力電流検出部から得られた入力電流に基づいて電力制御チョッパをフィードフォワード制御する。フィードバック制御回路は、出力電圧検出部および出力電流検出部から得られた出力電圧及び出力電流に基づいて、電力制御チョッパをフィードバック制御する回路であり、太陽電池の出力特性に合致した電流・電圧値の関係曲線をＩＶ曲線として記憶させたＩＶ記憶手段と、ＩＶ曲線読出し手段、読出したＩＶ曲線の中から１つのＩＶ曲線を選択して指定する選択・指定手段、指定されたＩＶ曲線の電流・電圧値特性を出力させる制御の目標値設定手段とを具備する事を特徴とする太陽光発電シミュレータ電源装置とした。
［００１３］
請求項５に関しては、前記、制御の目標値設定手段は、記憶させた前記ＩＶ曲線の中から１つを指定して読み出すＩＶ読出し手段と、その指令電流点Ｙ＝Ｉ１を指令者が指示セットしたときの、指定ＩＶ曲線上の電流Ｉ１に対応した電圧Ｘ＝Ｖ１を読出し、これに自動設定されるＹ＝Ｉ１、Ｘ＝Ｖ１が制御の目標値となるように自動設定する手段を具備する目標値設定手段であることを特徴とする請求項４記載の太陽光発電シミュレータ電源装置とした。
［００１４］
請求項６に関しては、制御信号の生成は、指定ＩＶ曲線上の電流点Ｙ＝Ｉ１が指示セットされた後に負荷が変動したときは、変動した電流点Ｙ＝Ｉ２に対応した電圧Ｘ＝Ｖ２を読出して、Ｙ＝Ｉ２、Ｘ＝Ｖ２が制御の新目標設定値となるように自動再設定する手段を具備する目標値設定手段であることを特徴とする請求項４乃至５記載の太陽光発電シミュレータ電源装置とした。
［００１５］
［００１６］
請求項８に関しては、前記制御信号回路は変調信号からＰＷＭ制御信号を生成し前記半導体スイッチング素子の制御極に出力して電力変換主回路で電力制御させる、該変調信号は直流出力電圧検出信号と基準電圧Ｖ１との差を増幅した信号Ｓ１と、直流入力電流と基準電圧Ｖ２との差を増幅した信号Ｓ２とを加算し生成する変調信号であることを特徴とした請求項４乃至６記載の太陽光発電シミュレータ電源装置とした。
［００１７］
日射量の年間変動値を基に作成した太陽光発電の電圧・電流特性をＩＶ曲線として記憶させ、読出した特定のＩＶ特性を自動制御の出力目標値として設定する手段を備え、特定のＩＶ曲線の電流値Ｉに対応したこの曲線上の電圧値Ｖを保持する制御信号を生成させる制御信号回路から、チョッパで構成された電力変換主回路で電力制御する半導体スイッチング素子に供給することによって、指定ＩＶ曲線上をトレースするように電力制御させる直列抵抗を排除した電力変換主回路とからなる太陽光発電シミュレータとしたので、半導体スイッチング素子以外には大きい電力ロスが生じない電源となった。
［００１８］
太陽電池の出力特性の中から電流・電圧値の関係曲線を、本発明の説明に必要な要点のみを図２に示して説明する。無負荷に近い破線で示した小電流を出力したときの直流電圧は、曲線Ａ１からＡ２に変化したとき、これにつれて電圧値はＶ１からＶ２に変化する。昼間の日照がある時がＶ１，日が落ちる直前はＶ２の電圧値であり、ＩＶ記憶手段に記憶しているＩＶ曲線群から第１のＩＶ読み出し手段１９が曲線Ａ２を読出し、第２のＩＶ読み出し手段２０が小電流の場合に合致する電圧値Ｖ２を読み出す。日が落ちる直前にインバータ運転する場合を想定し、無負荷に近い小電流値を出力したときの直流電圧は、Ｖ２の電圧である。この電圧に保持して擬似特性を出力するように本電源装置が運転する。
温度が低いときの曲線Ｂ１は、標準温度での曲線Ａ１に於ける電圧値ＶｓはＶｓｓにずれるから、これらどちらの曲線も記憶させておくと、温度の低い時のＶｓｓが記憶されるので温度変化に対応して擬似特性を出力することができる。
［００１９］
請求項９に記載の太陽光発電シミュレータのフィードバック制御回路の出力目標値設定方法は、太陽光発電疑似電力を生成する電力変換回路と、電力変換回路の入力電流に基づいて電力変換回路をフィードフォワード制御するフィードフォワード制御回路と、電力変換回路の出力電流・電圧に基づいて電力変換回路をフィードバック制御するフィードバック制御回路とを備えた太陽光発電シミュレータにおいて、フィードバック制御回路のための出力目標値を設定する方法である。この方法は以下のステップを備えている。
◎日射量の年間変動値を基に予め作成された複数のＩＶ曲線の中から１つのＩＶ曲線を選択する選択ステップ
◎電力制御の出力特性が選択されたＩＶ曲線を満たすようにフィードバック制御回路が電力変換回路を制御するために、フィードバック制御回路に出力目標値を設定する設定ステップ
この方法では、予め用意しておいた複数のＩＶ曲線から最適なＩＶ曲線を選択でき、さらに電力制御の出力特性がＩＶ曲線に合致するように制御される。
［００２０］
請求項１０に記載の太陽光発電シミュレータのフィードバック制御回路の出力目標値設定方法では、請求項９において、設定ステップは以下のステップを有している。
◎選択ステップで選択されたＩＶ曲線上の電流値を指定する指定ステップ
◎電流値に対応する電圧値を読み出す読み出しステップ
◎電流値と電圧値を制御回路に出力目標値として設定する電圧値・電流値設定ステップ。
この方法では、電流値に対応する電圧値が読み出されて両者が出力目標値になるため、自動制御が可能となる。
［００２１］
請求項１１に記載の太陽光発電シミュレータのフィードバック制御回路の出力目標値設定方法では、請求項１０において、指定ステップでは、出力電流の値と一致する電流値を指定している。
［００２２］
請求項１２に記載のコンピュータ・プログラムは、請求項９〜１１のいずれかに記載の方法をコンピュータに実施させるための命令を含んでいる。
［００２３］
請求項１３に記載の太陽光発電シミュレータは、請求項１２に記載のコンピュータプログラムを備えている。
［００２４］
請求項１４に記載の太陽光発電シミュレータの制御回路の出力目標値設定装置は、太陽光発電疑似電力を生成する電力変換回路と、電力変換回路の入力電流に基づいて電力変換回路をフィードフォワード制御するフィードフォワード制御回路と、電力変換回路の出力電流・電圧に基づいて電力変換回路をフィードバック制御するフィードバック制御回路とを備えた太陽光発電シミュレータにおいて、フィードバック制御回路のための出力目標値を設定する装置である。この装置は、複数のＩＶ曲線を記憶するメモリと、複数のＩＶ曲線の中から１つのＩＶ曲線を読み出す読み出しユニットと、電力制御の出力特性が選択されたＩＶ曲線を満たすようにフィードバック制御回路が電力変換回路を制御するために、フィードバック制御回路に出力目標値を設定する設定ユニットとを備えている。
この装置では、読み出しユニットがメモリから１つのＩＶ曲線を読み出して、次に設定ユニットがフィードバック制御回路のために出力目標値を設定する。その結果、フィードバック制御回路が電力変換回路を制御して、電力制御の出力特性が選択されたＩＶ曲線を満たすようになる。
［００２５］
請求項１５に記載の太陽光発電シミュレータのフィードバック制御回路の出力目標値設定装置は、請求項１４において、読み出しユニットが読み出すべきＩＶ曲線を指定するＩＶ曲線指定ユニットをさらに備えている。
この装置では、ＩＶ曲線指定ユニットがＩＶ曲線を指定して、次に読み出しユニットが指定されたＩＶ曲線を読み出す。
［００２６］
請求項１６に記載の太陽光発電シミュレータのフィードバック制御回路の出力目標値設定装置は、請求項１４又は１５において、選択されたＩＶ曲線上の電流値を指定する電流値指定ユニットと、電流値に対応する電圧値を読み出す電圧値読み出しユニットとをさらに備えている。
この装置では、電流値に対応する電圧値が読み出されて両者が出力目標値になるため、自動制御が可能となる。
［００２７］
請求項１７に記載の太陽光発電シミュレータのフィードバック制御回路の出力目標値設定装置は、請求項１６において、負荷変動に伴って変動した出力電流の値を検出して、電流値指定ユニットに電流値を提供する操作指令ユニットとをさらに備えている。
［００２８］
請求項１８に記載の太陽光発電シミュレータは、太陽光発電疑似電力を生成する電力変換回路と、電力変換回路の入力電流に基づいて電力変換回路をフィードフォワード制御するフィードフォワード制御回路と、電力変換回路の出力電流・電圧に基づいて電力変換回路をフィードバック制御するフィードバック制御回路と、請求項１４〜１７のいずれかに記載の出力目標値設定装置とを備えている。
発明の効果
［００２９］
従来、インバータの特性試験時に太陽電池は常に出力が変動しているので、負荷としてのインバータの入力電源に用いるには不向きであったが、電圧、電流値を所望値に安定させた状態の、太陽電池特性が再現できる。
【図面の簡単な説明】
［００３０］
［図１］本発明による一実施形態のブロック図
［図２］太陽光発電パネルの出力が日射量及び温度によって変化する状態を示す図。
［図３］本発明による実施例を説明するための太陽光発電特性のＩＶ曲線図。
［図４］本発明による実施例を説明するための太陽光発電特性のＩＶ曲線図。
［図５］従来（特許文献１）の電源装置のブロック図。
［図６］本発明に係る出力目標値設定方法のフローチャート。
符号の説明
［００３１］
１ 定電流源
２ 遮光された太陽電池
３ 非オーム性抵抗
４ 非オーム性抵抗
５ 商用電源の受電端
６ コンバータ回路
７ 平滑用コンデンサ
８ 半導体スイッチング素子
９ 電力変換主回路の出力端
１０ 電力制御チョッパ
１１ 出力電圧検出部
１２ 出力電流検出部
１３ 入力電流検出部
１４ 電力変換主回路
１５ 制御信号回路
１６ 制御の目標値設定手段
１７ 目標値生成手段
１８ ＩＶ記憶手段
１９ 第１のＩＶ読出し手段
２０ 第２のＩＶ読出し手段
２１ 第１の誤差増幅器
２２ 第２の誤差増幅器
２３ 第１の基準値生成器
２４ 第２の基準値生成器
２５ 変調信号生成回路
２６ ＰＷＭ制御信号生成回路
２８ 切り替え手段
３０ ＩＶ曲線番号指定手段
３１ 電流値指定手段
４０ 操作指令手段
５０ フィードバック回路
５１ フィードフォワード回路
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
図１に本発明による実施の形態をブロック配線図で示し、これを参照して説明する。太陽光発電シミュレータ電源装置は、直列接続の抵抗器を含まない電力変換主回路１４と、制御信号回路１５とによって構成される。該電力変換主回路１４は、商用交流電源の受電端５、直流化のためのコンバータ回路６、その出力側に平滑用コンデンサ７、半導体スイッチング素子８を有する電力制御チョッパ１０、電力変換主回路の出力端９とで構成される。制御信号回路１５は、電力変換主回路１４から出力電圧検出部１１、出力電流検出部１２、入力電流検出部１３が接続されて制御信号回路１５への入力信号を得る。制御信号回路１５のＰＷＭ制御信号生成回路２６から該半導体スイッチング素子８へＰＷＭ制御信号を供給し電力変換主回路１４の出力端９から太陽電池モジュール出力特性を擬似的につくり出して出力する。
【００３３】
制御信号回路１５はフィードバック制御回路５０及びフィードフォワード制御回路５１を有し、制御の目標値設定手段１６と目標値生成手段１７とがフィードバック制御回路５０に於ける制御の基準値を形成する。目標値生成手段１７は、ＩＶ記憶手段１８、第１のＩＶ読出し手段１９、第２のＩＶ読出し手段２０、およびＩＶ曲線番号指定手段３０からの信号で指定ＩＶ曲線のＹ＝Ｉ、Ｘ＝Ｖの指定を得て制御の目標値Ｐ１（図４）を生成する。目標値設定手段１６は制御の目標値Ｐ１に第１の基準値生成器２３をデジタル設定する。
【００３４】
切り替え手段２８を介して出力電圧検出部１１、出力電流検出部１２の出力信号を指令入力として、第１の基準値生成器２３の出力信号との誤差である第１の誤差増幅器２１の出力信号を変調信号生成回路２５に供給し、ＰＷＭ制御信号生成回路２６でドライブ信号を生成し半導体素子の制御極に与えるフィードバック制御回路５０が構成される。
【００３５】
ＩＶ記憶手段１８は、太陽電池の出力特性の電流・電圧値の関係曲線（ＩＶ曲線）数値のテーブルとして記憶させる手段である。第１のＩＶ読出し手段１９は、記憶させたＩＶ曲線の中からＩＶ曲線番号指定手段３０で指定された１つのＩＶ曲線を指定する。第２のＩＶ読み出し手段２０は、ＩＶ曲線の電流値と電圧値の関係特性を読み出して目標値生成手段１７に出力させる。制御の目標値生成手段１７は指定ＩＶ曲線の電流値Ｉ１に対応した電流・電圧値から制御の目標値を生成し制御の目標値設定手段１６へ与えて設定する。運転中の異常等の実用例を次に述べる。
【００３６】
フィードフォワード制御回路５１について以下に説明する。現実の太陽光発電シミュレータ運転中は、異常発生のため大電流が流れようとするとき、この出力電圧を大幅に急降下するのを防ぎ抑制させる、フィードフォワード制御回路５１が入力電流検出部１３を指令入力として、第２の基準値生成器２４との誤差である第２の誤差増幅器２２の出力を変調信号生成回路２５に供給し、変調信号でＰＷＭ制御信号生成回路２６がドライブ信号を生成し、この電圧急降下を停止させるように、大電流を正帰還させるので出力電圧を下降から上昇へ切り替え、電圧の大幅に急降下するのを抑制させる。フィードバック制御回路５０が、電圧低下した結果の値を検出してから半導体素子の制御極にドライブ信号を与えて制御するので応答が少し遅れるので、これより早く大電流の立ち上がりの初期段階から正帰還させて電圧瞬時低下を早く軽減する効果がある。
【００３７】
本発明による実施の形態を説明するための太陽光発電の電圧特性を図３に曲線図で示して説明する。太陽光発電シミュレータの出力特性は、この図３を擬似的に生成しようとするものである。日照の状態では太陽電池モジュール出力が常に変動しているので特性試験の測定には不向きであるから、測定時の日照が安定し、所望値のインバータ入力電圧、電流値に擬似的に作り出し再現する基礎とする特性値である。曲線Ｃ１、曲線Ｃ２、曲線Ｃ３、曲線Ｃｎ等、日照の強いＣ１から弱いＣｎへとＹ軸に電流値Ｉを刻み、Ｘ軸に電圧値Ｖを刻んだ平面の範囲に例えば１０本の曲線が、日射量の年間変動値を基に作成されている。この１０本の曲線がＸを点１から点１００迄、Ｙを点１から点１００迄の数値を付与した１０，０００個の交点の所在ポイント値を予めＩＶ記憶手段１８に記憶させて、曲線Ｃ１、曲線Ｃ２、曲線Ｃｎ、を点描で描いた太陽電池の出力特性曲線群として保存する。この出力特性曲線群の中から指定の曲線（指定ＩＶ曲線）を読出して、この指定ＩＶ曲線をトレースするように擬似曲線を出力する制御目標値として設定して、現時点の電流に対応した電圧を保持する様に制御する方法で擬似電源特性を生成する。
【００３８】
本発明による実施の形態を説明するための太陽光発電の電圧特性を図４に曲線図で示して説明する。制御信号の生成は、記憶させた前記出力特性曲線群の中から１つを指定ＩＶ曲線とし、この指定ＩＶ曲線上の電流点Ｙ＝Ｉ１が指示セットされたときの、指定ＩＶ曲線のＰ１に対応した電圧Ｘ＝Ｖ１を読出して、Ｙ＝Ｉ１、Ｘ＝Ｖ１が制御の目標設定値となるように、自動設定される。
【００３９】
指定ＩＶ曲線Ｃ１上の電流点Ｙ＝Ｉ１が指示セットされた後の電源装置運転中に、負荷（インバータ電流）が変動したときは、変動した電流点Ｙ＝Ｉ２に対応したＣ１上の電圧Ｘ＝Ｖ２を読み出して、Ｙ＝Ｉ２、Ｘ＝Ｖ２が制御の新目標設定値となるように自動設定されて制御される。運転中さらに、負荷（インバータ電流）が変動したときは、変動した電流点Ｙ＝Ｉ３に対応したＣ１上の電圧Ｘ＝Ｖ３を読み出して、Ｙ＝Ｉ３、Ｘ＝Ｖ３が制御の新たな目標設定値となるように自動的に設定されて指定ＩＶ曲線上をトレースするように制御される。このように制御の目標値が刻々と変動する負荷の電流に対応して、曲線Ｃ１上で擬似電源としての特性を出力する方法が本発明の特徴的な技術である。
【００４０】
図１のブロック配線図で制御信号回路１５の作用について示して説明する。制御信号回路１５は、電力変換主回路から出力電圧検出部１１、出力電流検出部１２、入力電流検出部１３が接続されて制御の為の入力信号を得ている。ＰＷＭ制御信号を供給し電力変換主回路の出力端９から太陽電池モジュール出力特性を擬似的に作り出し出力するために、フィードバック制御回路５０を有し、制御の基準値を形成するために、目標値生成手段１７は、第１のＩＶ読出し手段１９とＩＶ曲線番号指定手段３０からの信号で、図３の曲線Ｃ１を読み出した信号を受ける。
【００４１】
第２のＩＶ読出し手段２０およびＩＶ曲線上の電流値指定手段３１からの信号で、指定ＩＶ曲線のＹ＝Ｉを指定し、Ｘ＝Ｖの指定を得て制御の目標値Ｐ１を生成する。目標値設定手段１６は制御の目標値Ｐ１に合致するように第１の基準値生成器２３の数値をデジタル設定する。出力電圧検出部１１、出力電流検出部１２の出力信号を指令入力として、第１の基準値生成器２３との誤差である第１の誤差増幅器２１の出力信号を変調信号生成回路２５に供給し、ＰＷＭ制御信号生成回路２６でドライブ信号を生成し半導体素子の制御極に与えフィードバック制御回路５０の信号によって電圧を維持する制御が行われる。
【００４２】
ＩＶ記憶手段１８は、太陽電池出力特性のＩとＶの関係曲線（ＩＶ曲線）数値のテーブルとして記憶させる手段である。第１のＩＶ読出し手段１９は、記憶させたＩＶ曲線の中から１つのＩＶ曲線を選択して指定するＩＶ曲線番号指定手段３０で指定されたＩＶ曲線上の電流値と電圧値の関係特性を出力させる。以上のような制御の手順は、ＣＰＵを含む操作指令手段４０にコントロールさせるソフトウエアに具備されている。
【００４３】
制御の目標値生成手段１７は指定ＩＶ曲線の電流値Ｉ１に対応した電流・電圧値から制御の目標値を生成し制御の目標値設定手段１６が第１の基準値生成器２３に設定値を設定する。
【００４４】
制御の目標値設定手段１６が第１の基準値生成器２３に設定する設定値は、第１の誤差増幅器２１で電圧検出値と比較されて電圧変動を抑える基準となる値である、これはその時点の出力電流値Ｉ１と指定ＩＶ曲線上で対応している電圧Ｖ１の値に比例した値である。
【００４５】
瞬時の負荷（インバータ）電流の変化に対しては、過渡的な制御出力電圧の変動が大きくなるのを抑制する配慮をするため、フィードバック制御にフィードフォワード制御を加えて応答速度を改善した。
（詳細な説明）
【００４６】
前述の装置及び制御方法について別の表現を用いて説明する。図１に示す太陽光発電シミュレータは、太陽光発電疑似電力を生成する電力変換主回路１４と、電力変換主回路１４の出力電流・電圧に基づいて電力変換主回路１４をフィードバック制御するフィードバック制御回路５０と、出力目標値設定装置とを備えている。
【００４７】
出力目標値設定装置は、フィードバック制御回路５０のための出力目標値を設定する装置である。この装置は、複数のＩＶ曲線を記憶するＩＶ記憶手段１８と、複数のＩＶ曲線の中から１つのＩＶ曲線を読み出す第１のＩＶ読み出し手段１９と、電力制御の出力特性が選択されたＩＶ曲線を満たすようにフィードバック制御回路５０が電力変換主回路１４を制御するために、フィードバック制御回路５０に出力目標値を設定する設定ユニット（１６，１７）とを備えている
【００４８】
この装置では、第１のＩＶ読み出し手段１９がＩＶ記憶手段１８から１つのＩＶ曲線を読み出して、次に設定ユニット（１６，１７）がフィードバック制御回路５０のために出力目標値を設定する。その結果、フィードバック制御回路５０が電力変換主回路１４を制御して、電力制御の出力特性が選択されたＩＶ曲線を満たすようになる。
【００４９】
出力目標値設定装置は、第１のＩＶ読み出し手段１９が読み出すべきＩＶ曲線を指定するＩＶ曲線番号指定手段３０をさらに備えている。この装置では、ＩＶ曲線番号指定手段３０がＩＶ曲線を指定して、次に第１のＩＶ読み出し手段１９が指定されたＩＶ曲線を読み出す。
【００５０】
出力目標値設定装置は、選択されたＩＶ曲線上の電流値を指定する電流値指定手段３１と、電流値に対応する電圧値を読み出す第２のＩＶ読み出し手段２０とをさらに備えている。この装置では、電流値に対応する電圧値が読み出されて両者が出力目標値になるため、自動制御が可能となる。
出力目標値設定装置は、負荷変動に伴って変動した出力電流の値を検出して、電流値指定手段３１に電流値を提供する操作指令手段４０をさらに備えている。
【００５１】
次に、図６のフローチャートを用いて、出力目標値設定装置の動作を説明する。
ステップＳ１では、複数のＩＶ曲線の中から１つのＩＶ曲線を選択する。具体的には、ＩＶ曲線番号指定手段３０が１つのＩＶ曲線を指定して、それに基づいて第１のＩＶ読み出し手段１９が当該ＩＶ曲線を読み出して、その情報を制御の目標値生成手段１７に送る。
【００５２】
ステップＳ２〜Ｓ４では、電力制御の出力特性が選択されたＩＶ曲線を満たすようにフィードバック制御回路５０が電力変換主回路１４を制御するために、フィードバック制御回路５０に出力目標値を設定する。ここでは、予め用意しておいた複数のＩＶ曲線から最適なＩＶ曲線を選択でき、さらに電力制御の出力特性がＩＶ曲線に合致するように制御される。
【００５３】
ステップＳ２では、ステップＳ１で選択されたＩＶ曲線上の電流値を指定する。具体的には、操作指令手段４０が負荷電流を測定し、それに基づいてＩＶ曲線上の電流値指定手段３１が電流値を指定する。なお、出力電流の値と一致する電流値が指定されている。
【００５４】
ステップＳ３では、電流値に対応する電圧値を読み出す。具体的には、第２のＩＶ読み出し手段２０が、ＩＶ記憶手段１８内の選択されたＩＶ曲線上における指定電流値に対応する電圧値を読み出して、それを制御の目標生成手段１７に送る。
【００５５】
ステップＳ４では、電流値と電圧値をフィードバック制御回路５０に出力目標値として設定する。ここでは、電流値に対応する電圧値が読み出されて両者が出力目標値になるため、自動制御が可能となる。具体的には、制御の目標生成手段１７が電流値と電圧値からなる制御目標値を生成して、それ目標値設定手段１６に送る。目標値設定手段１６は、第１の基準値生成器２３に制御の目標値を設定する。
【００５６】
ステップＳ５では、選択すべきＩＶ曲線が変更されているか否かを判断する。変更されている場合は、ステップＳ１に戻る。変更されていない場合はステップＳ２に戻る。選択すべきＩＶ曲線が変更されるのは、例えば、異なる日照条件における太陽光発電疑似電力を発生させるためにオペレータが変更操作を行った場合である。
【００５７】
なお、以上に述べた動作は、電子回路等のハードウェアのみならず、コンピュータ・プログラムによっても実現可能である。その場合は、プログラムは、ＣＰＵやメモリからなるコンピュータに上述の動作を実施させるための命令を含んでいる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
この発明による電源は、太陽光発電モジュールの出力特性を擬似的に生成し出力するから安定した負荷試験が時間の制約なく可能となった。日照が理想の状態を擬似的に作り出し得る太陽電池出力特性の電源となった。更に電源装置の内部電力ロスを削減したので発熱対策の必要が無く、大容量の蓄電池設備や太陽光発電モジュールなどの資源消費型の設備を排除したので、社会的な省資源に貢献し、産業上の貢献度が高い。

Claims (17)

1. 入力電流に基づいて電力制御用半導体スイッチング素子をフィードフォワード制御するステップと、
   出力電流に基づいて前記電力制御用半導体スイッチング素子をフィードバック制御するステップであって、日射量の年間変動値を基に予め作成され記憶手段に記憶させておいた太陽光発電モジュールの出力特性の中から特定の電流・電圧値の関係曲線（ＩＶ曲線）を読出し、電力制御の出力特性値が該ＩＶ曲線を満足させるような制御信号を生成し、前記電力制御用半導体スイッチング素子に対して供給することによって出力特性を太陽光発電モジュールのＩＶ曲線上に合致させるように制御するステップと、
   を備えた太陽光発電擬似電力の生成方法。
2. 前記、制御信号の生成は、記憶させた前記ＩＶ曲線の中から１つを指定したＩＶ曲線上の電流点Ｙ＝Ｉ１が指示セットされたときの、指定ＩＶ曲線のＩ１に対応した電圧Ｘ＝Ｖ１を読出して、Ｙ＝Ｉ１、Ｘ＝Ｖ１が制御の目標設定値となるように、操作指令手段が制御目標値生成手段を作動させることを特徴とする請求項１記載の太陽光発電擬似電力の生成方法。
3. 前記、制御信号の生成は、指定ＩＶ曲線上の電流点Ｙ＝Ｉ１が指示セットされた後に、負荷が変動したときは、変動した電流点Ｙ＝Ｉ２に対応した電圧Ｘ＝Ｖ２を読出して、Ｙ＝Ｉ２、Ｘ＝Ｖ２が制御の新目標設定値となるように自動設定されて、指定ＩＶ曲線上をトレースするように直流電力の出力が制御されることを特徴とする請求項２記載の太陽光発電擬似電力の生成方法。
4. 商用電源の受電端、直流化するコンバータ回路、該コンバータ回路の出力側に順次接続される平滑用コンデンサ、入力電流検出部、半導体でスイッチング制御する電力制御チョッパ、出力電圧検出部、出力電流検出部、出力端子とで構成される電力変換主回路と、該電力変換主回路の出力電圧・出力電流を制御する制御信号回路とを備え、
   該制御信号回路は、フィードフォワード制御回路と、フィードバック制御回路とを有し、
   前記フィードフォワード制御回路は、前記入力電流検出部から得られた入力電流に基づいて前記電力制御チョッパをフィードフォワード制御し、
   前記フィードバック制御回路は、前記出力電圧検出部および出力電流検出部から得られた出力電圧及び出力電流に基づいて、前記電力制御チョッパをフィードバック制御する回路であり、太陽光発電モジュールの出力特性に合致した電流・電圧値の関係曲線をＩＶ曲線として記憶させたＩＶ記憶手段と、ＩＶ読出し手段、読出したＩＶ曲線の中から１つのＩＶ曲線を選択して指定するＩＶ曲線番号指定手段、指定ＩＶ曲線の電流・電圧値特性を出力させる制御の目標値設定手段とを有する、太陽光発電シミュレータ電源装置。
5. 前記、制御の目標値設定手段は、記憶させた前記ＩＶ曲線の中から１つを指定して読み出す第１のＩＶ読出し手段と、その指令電流点Ｙ＝Ｉ１を指令者が指示セットしたときの、指定ＩＶ曲線のＰ１に対応した電圧Ｘ＝Ｖ１を読出す第２のＩＶ読出し手段と、これに自動設定されるＹ＝Ｉ１、Ｘ＝Ｖ１が制御の設定値となるように、目標値生成手段の出力信号を受けて制御の目標値を自動設定する目標値設定手段であることを特徴とする請求項４記載の太陽光発電シミュレータ電源装置。
6. 制御信号の生成は、指定ＩＶ曲線上の電流点Ｙ＝Ｉ１が指示セットされた後に負荷が変動したときは、変動した電流点Ｙ＝Ｉ２に対応した電圧Ｘ＝Ｖ２を読出して、Ｙ＝Ｉ２、Ｘ＝Ｖ２が制御の新目標値となるように自動目標値生成を指令する操作指令手段を具備することを特徴とする請求項４乃至５記載の太陽光発電シミュレータ電源装置。
7. 前記制御信号回路のＰＷＭ制御信号生成器に供給する変調信号は，直流出力電圧検出信号と第１の基準電圧生成器の基準電圧Ｖ１との差を第１誤差増幅器が増幅した信号と、チョッパ入力電流と第２基準電圧生成器の基準電圧Ｖ２との差を第２誤差増幅器が増幅した信号とを変調信号生成回路で加算して生成する変調信号であることを特徴とした請求項４乃至６記載の太陽光発電シミュレータ電源装置。
8. 太陽光発電疑似電力を生成する電力変換回路と、前記電力変換回路の入力電流に基づいて前記電力変換回路をフィードフォワード制御するフィードフォワード制御回路と、
   前記電力変換回路の出力電流・電圧に基づいて前記電力変換回路をフィードバック制御するフィードバック制御回路とを備えた太陽光発電シミュレータにおいて、
   前記フィードバック制御回路のための出力目標値を設定する方法であって、
   日射量の年間変動値を基に予め作成された複数のＩＶ曲線の中から１つのＩＶ曲線を選択する選択ステップと、
   電力制御の出力特性が前記選択されたＩＶ曲線を満たすように前記フィードバック制御回路が前記電力変換回路を制御するために、前記フィードバック制御回路に前記出力目標値を設定する設定ステップと、
   を備えた太陽光発電シミュレータのフィードバック制御回路の出力目標値設定方法。
9. 前記設定ステップは、
   前記選択ステップで選択された前記ＩＶ曲線上の電流値を指定する指定ステップと、
   前記電流値に対応する電圧値を読み出す読み出しステップと、
   前記電流値と前記電圧値を前記制御回路に前記出力目標値として設定する電流値・電圧値設定ステップとを有している、請求項９に記載の太陽光発電シミュレータのフィードバック制御回路の出力目標値設定方法。
10. 前記指定ステップでは、出力電流の値と一致する電流値を指定している、請求項１０に記載の太陽光発電シミュレータのフィードバック制御回路の出力目標値設定方法。
11. 請求項９〜１１のいずれかに記載の方法をコンピュータに実施させるための命令を含んだコンピュータ・プログラム。
12. 請求項１２に記載のコンピュータプログラムを備えた太陽光発電シミュレータ。
13. 太陽光発電疑似電力を生成する電力変換回路と、前記電力変換回路の入力電流に基づいて前記電力変換回路をフィードフォワード制御するフィードフォワード制御回路と、
    前記電力変換回路の出力電流・電圧に基づいて前記電力変換回路をフィードバック制御するフィードバック制御回路とを備えた太陽光発電シミュレータにおいて、
    前記フィードバック制御回路のための出力目標値を設定する装置であって、
    複数のＩＶ曲線を記憶するメモリと、
    複数のＩＶ曲線の中から１つのＩＶ曲線を読み出す読み出しユニットと、
    電力制御の出力特性が前記選択されたＩＶ曲線を満たすように前記フィードバック制御回路が前記電力変換回路を制御するために、前記フィードバック制御回路に前記出力目標値を設定する設定ユニットと、
    を備えた太陽光発電シミュレータのフィードバック制御回路の出力目標値設定装置。
14. 前記読み出しユニットが読み出すべきＩＶ曲線を指定するＩＶ曲線指定ユニットをさらに備えている、請求項１４に記載の太陽光発電シミュレータのフィードバック制御回路の出力目標値設定装置。
15. 選択された前記ＩＶ曲線上の電流値を指定する電流値指定ユニットと、
    前記電流値に対応する電圧値を読み出す電圧値読み出しユニットとをさらに備えている、請求項１４又は１５に記載の太陽光発電シミュレータのフィードバック制御回路の出力目標値設定装置。
16. 負荷変動に伴って変動した出力電流の値を検出して、前記電流値指定ユニットに前記電流値を提供する操作指令ユニットとをさらに備えている、請求項１６に記載の太陽光発電シミュレータのフィードバック制御回路の出力目標値設定装置。
17. 太陽光発電疑似電力を生成する電力変換回路と、
    前記電力変換回路の入力電流に基づいて前記電力変換回路をフィードフォワード制御するフィードフォワード制御回路と、
    前記電力変換回路の出力電流・電圧に基づいて前記電力変換回路をフィードバック制御するフィードバック制御回路と、
    請求項１４〜１７のいずれかに記載の出力目標値設定装置と、
    を備えた太陽光発電シミュレータ。

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