JP4988018B2 - 太陽光発電制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、太陽電池の最大電力動作点を追跡制御する太陽光発電制御装置に係り、特にその追跡制御の速度を高めて太陽電池の発電環境の変化が激しい場合にも的確な制御を可能とするものである。

光があたることによって直流電力を発電する太陽電池は、天候（光の照度）や太陽電池の素子の温度等の発電環境によって最大出力電力を発生するポイント（電圧、電流値）が変化する。図９は、放射照度（Ｗ／ｍ^２）が変化した場合の太陽電池の電流、電力−電圧特性を示す。
太陽光発電システムでは、限られた太陽電池出力を有効に利用するために、最大電力点追跡（ＭＰＰＴ：Maximum Power Point Tracking）制御が不可欠である。
ＭＰＰＴ制御は、発電環境に応じて変化する太陽電池の出力電力が常時最大となるように、太陽電池の動作電圧、電流をコントロールするものである。現在、ほとんどの太陽光発電システムで採用されている。
太陽電池の最大電力点を追跡する方法としては各種方法が考案されているが、発電環境の変化が激しい場合には、必ずしも発電環境に対応して素早く追跡しきれているとは言い難い。

図１０は従来のＭＰＰＴ制御を行うためのブロック図である。図において、１は太陽光発電システムで、２は太陽電池、３は太陽電池２の出力電圧をモニターする回路、４は太陽電池２の出力電流をモニターする回路、５はマイクロプロセッサによりＭＰＰＴ制御を行うコントローラで、マイクロプロセッサには太陽電池動作電圧値、電流値を読み込むためのＡＤ変換器が付属されている。６は太陽光発電システムの電力変換器であるＤＣ／ＤＣコンバータ（あるいはＤＣ／ＡＣインバータ）、７は負荷、または系統連系型の場合は商用の系統電源となる。
ここで、コントローラ５のマイクロプロセッサは太陽電池２の電圧と電流とを乗算することによって太陽電池２の出力電力を算出し、メモリー内にその時の電圧、電力値を記憶することができる。また、コントローラ５はＤＣ／ＤＣコンバータ（あるいはＤＣ／ＡＣインバータ）６の出力をコントロールして、太陽電池２の動作電圧を変化させることができる。

次にＭＰＰＴ制御の動作について説明する。コントローラ５は太陽電池２の動作電圧を定期的に変化させることにより太陽電池の出力電力を変化させ、その値をモニターすることによって、どの太陽電池動作電圧が最も出力電力が大きいかを判断する。出力電力が大きい太陽電池動作電圧が見付かれば、その電圧を次の動作電圧の基準値とし、そこから再び太陽電池２の動作電圧を変化させてその時の太陽電池２の出力電力をモニターし最も出力電力が大きい電圧を探す。この繰り返しによって太陽電池２の最大電力点を追跡する。

図１１および図１２のフローチャートを元にこの制御内容を更に詳しく説明する。当初、太陽電池動作電圧がＶ１の時、コントローラ５のマイクロプロセッサは太陽電池２の出力電圧Ｖ１と出力電流Ｉ１とをモニターして、Ｖ１とＩ１とを乗算することにより太陽電池出力電力Ｗ１を算出し、メモリーにＶ１とＷ１との値を記憶する（ステップＳ１〜Ｓ３）。
次に、コントローラ５の指示により、ＤＣ／ＤＣコンバータ６はその出力電力を増減することによって、太陽電池２から見たＤＣ／ＤＣコンバータ６のインピーダンスを変化させて、太陽電池２の動作電圧をＶ１に比べて数Ｖ高い電圧である任意の電圧値Ｖ２へステップ状に変化させる（ステップＳ４）。
コントローラ５のマイクロプロセッサは、太陽電池２の動作電圧がＶ２に整定するであろう任意のある一定の期間（例えば０．５秒）をおいて（ステップＳ５）、Ｖ２の時の太陽電池出力電流Ｉ２を測定し、Ｖ２とＩ２とを乗算して太陽電池出力電力Ｗ２を算出し、メモリーにＶ２とＷ２との値を記憶する（ステップＳ６〜Ｓ８）。

このようにして太陽電池２の動作電圧、出力電力を２点づつ記憶し、より多く電力を出力している太陽電池動作電圧を新たな基準点とする。太陽電池動作電圧を当初のＶ１からより高い電圧点Ｖ２へ変化させた時に電力が増えた場合（ステップＳ９でＹＥＳ）は次の基準点をＶ２とし、次に移動させる点もＶ２より高い点へ変化させる（ステップＳ１０）。逆に電力が減った場合（ステップＳ９でＮＯ）には次に移動させる点はＶ１よりも任意の電圧値だけ低い電圧値Ｖ３に変化させる（ステップＳ１１）。

ここで、整定のための一定の期間（０．５秒）をおいて（ステップＳ１２）、Ｖ３の時の太陽電池出力電流Ｉ３を測定し、Ｖ３とＩ３を乗算して太陽電池出力電力Ｗ３を算出し、メモリーにＶ３とＷ３との値を記憶する（ステップＳ１３〜Ｓ１５）。
そして、電圧Ｖ３へ変化させた時に電力が増えた場合（ステップＳ１６でＹＥＳ）には次の基準点をＶ３とし、ステップＳ１１に戻って、更に電圧を降下させる方向に移行する。
逆に電力が減った場合（ステップＳ１６でＮＯ）には、ステップＳ４に戻り、再度、電圧を上昇させる方向に移行する。

このようにして、各太陽電池動作電圧における出力電力を比較し、より大きい電力を出力している太陽電池動作電圧を新たに基準動作点Ｖ１とする。このような制御を繰り返すことによって、太陽電池の最大出力電力を追跡する。

太陽電池の最大出力電力を追跡する方式として、更に、例えば、特許文献１−３に記載されたものが紹介されている。

特開平７−６４６６０号公報 特開平６−３５５５５号公報 特開平９−１３１０８１号公報

しかし、上述した方法では日射の変動が連続的に発生した場合、必ずしも正確に最大電力点を追跡しきれない場合がある。すなわち、連続的に日射量が増加し、太陽電池の発電電力が連続的に増加している時、本来なら太陽電池動作電圧は高い方が最大電力点に近いにもかかわらず、発電量が連続して増加しているため正しく最大電力点の追跡を行うことができず、追跡する動作電圧が逆方向である低い方へ進んでしまうことなどが考えられる。
更に、この弊害は、電圧が異なる２つの動作点における出力電力の計測時点の間隔が長時間化することで助長されることになる。即ち電圧設定値を現状の値からステップ状に変化させた次の設定値に移行させ、この移行後の電圧における正確な出力電力を計測するためには、太陽電池が当該移行後の電圧で安定した動作状態に至るまでの時間、整定時間が必要となる。

ところで、この整定に必要な時間は、太陽電池の特性や設置条件、太陽電池のユニット間やＤＣ／ＤＣコンバータに至る接続配線の長さ、更にはＤＣ／ＤＣコンバータを含む回路条件等によって大きく変化するため、正確な出力電力を求める観点から、通常は、上述したように、余裕をみて０．５秒程度の長目の時間に設定せざるを得ずこのため計測間隔が長くなり、これが日射量変動時の最大電力動作点追跡の制御に悪影響を及ぼす要因となっている訳である。勿論、この整定に長時間を要すると、日射量の変動が存在しない場合にも、最大電力動作点に到達するのが遅くなるので、太陽電池の平均的な運転効率の低下を招くことにもなる。

以上の欠点の解決策として従来から上掲の種々の案が検討されている。即ち、例えば、特許文献１は、重畳電圧源または重畳電流源を新たに設けることにより、新たな電圧設定値または電流設定値への追従を速めることができる太陽電池の最大電力追尾方法を開示している。
しかるに、この方式は、重畳電圧源または重畳電流源という高価なハードウェアが必要になるとともに、主回路構成が複雑になるという問題点がある。

また、日射量の変化を同時に検出する方式として、例えば、特許文献２は、電圧設定値をＶ１からＶ２に変化させ再びＶ１に戻すことで、３時点における出力電力を計測し、これらの比較から太陽電池の最大電力点追跡を行う制御法を開示している。
しかるに、この場合、３時点における３つのデータを基に１回の比較演算を行い次ステップの電圧設定値を決めるので、制御動作がその分遅くならざるを得ず、しかも、その３点の内、２点のデータは同一動作電圧であって日射量変化の判定のみに利用され電力−電圧特性上の現在位置探知のためのデータには成り得ないので、結果として最大電力点追跡の制御応答としては不十分と言わざるを得ない。

更に、例えば、特許文献３は、電圧または電流の複数の動作点における出力電力を計測し、これらデータから求める電圧（電流）−電力特性曲線の曲率に応じて最大電力点の方向を追跡する電池電源の電力制御装置を開示している。
ここでは、少なくとも、複数の計測データから有極の関数式により決定される近似曲線の曲率を求めるという複雑な演算処理が必要となり、その分ソフトウェアが複雑になるとともに、演算処理時間が大となって迅速な追跡制御を実現することが困難となる。

この発明は以上のような問題点を解消するためになされたもので、日射量等発電環境の変化を加味するとともに速やかな最大電力点追跡制御を可能とする太陽光発電制御装置を得ることを目的とする。

この発明の請求項１に係る太陽光発電制御装置は、太陽電池からの電力をその電圧を変換して負荷または系統に供給する電力変換手段、上記太陽電池の出力電力を検出する電力検出手段、および上記電力変換手段を制御することにより上記太陽電池の電圧または電流の設定値を順次ステップ状に変化させ、これら設定値が互いに異なる複数の動作点における上記太陽電池の出力電力の比較から採用すべき動作設定値を決定し太陽電池の最大電力動作点を追跡制御する電力制御手段を備えた太陽光発電制御装置において、
出力電力の比較を、第１の設定値で動作させたときの出力電力検出値Ｗ１と、上記第１の設定値より所定量増加または減少させた第２の設定値で動作させたときの出力電力検出値Ｗ２と、上記第１の設定値より所定量減少または増加させた第３の設定値で動作させたときの出力電力検出値Ｗ３との３者について行い、
第１の条件（Ｗ１＞Ｗ２かつＷ１＞Ｗ３）と第２の条件（Ｗ１＜Ｗ２かつＷ１＜Ｗ３）とのいずれかが成立するときは上記第１の設定値を動作設定値に決定し、
上記第１および第２の条件が共に不成立のときは、上記３者の内、出力電力検出値が最大となるものの設定値を動作設定値に決定するものである。

また、請求項２に係る太陽光発電制御装置は、太陽電池からの電力をその電圧を変換して負荷または系統に供給する電力変換手段、上記太陽電池の出力電力を検出する電力検出手段、および上記電力変換手段を制御することにより上記太陽電池の電圧または電流の設定値を順次ステップ状に変化させ、これら設定値が互いに異なる複数の動作点における上記太陽電池の出力電力の比較から採用すべき動作設定値を決定し太陽電池の最大電力動作点を追跡制御する電力制御手段を備えた太陽光発電制御装置において、
出力電力の比較を、第１の設定値で動作させたときの出力電力検出値Ｗ１と、上記第１の設定値より所定量増加または減少させた第２の設定値で動作させたときの出力電力検出値Ｗ２と、上記第１の設定値より所定量減少または増加させた第３の設定値で動作させたときの出力電力検出値Ｗ３との３者について行い、
第１の条件（Ｗ１＞Ｗ２かつＷ１＞Ｗ３）と第２の条件（Ｗ１＜Ｗ２かつＷ１＜Ｗ３）とのいずれかが成立するときは上記第１の設定値を動作設定値に決定し、
上記第１および第２の条件が共に不成立で、それぞれ
第３の条件（Ｗ２＞Ｗ１）が成立するときは上記第２の設定値を動作設定値に決定し、
上記第３の条件が不成立のときは上記第３の設定値を動作設定値に決定するものである。

この発明の請求項１に係る太陽光発電制御装置は、太陽電池からの電力をその電圧を変換して負荷または系統に供給する電力変換手段、上記太陽電池の出力電力を検出する電力検出手段、および上記電力変換手段を制御することにより上記太陽電池の電圧または電流の設定値を順次ステップ状に変化させ、これら設定値が互いに異なる複数の動作点における上記太陽電池の出力電力の比較から採用すべき動作設定値を決定し太陽電池の最大電力動作点を追跡制御する電力制御手段を備えた太陽光発電制御装置において、
出力電力の比較を、第１の設定値で動作させたときの出力電力検出値Ｗ１と、上記第１の設定値より所定量増加または減少させた第２の設定値で動作させたときの出力電力検出値Ｗ２と、上記第１の設定値より所定量減少または増加させた第３の設定値で動作させたときの出力電力検出値Ｗ３との３者について行い、
第１の条件（Ｗ１＞Ｗ２かつＷ１＞Ｗ３）と第２の条件（Ｗ１＜Ｗ２かつＷ１＜Ｗ３）とのいずれかが成立するときは上記第１の設定値を動作設定値に決定し、
上記第１および第２の条件が共に不成立のときは、上記３者の内、出力電力検出値が最大となるものの設定値を動作設定値に決定するので、発電環境の変化を加味するとともに速やかな最大電力動作点追跡制御が可能となり、全体として大きな発電電力量が確保できる。

また、請求項２に係る太陽光発電制御装置は、太陽電池からの電力をその電圧を変換して負荷または系統に供給する電力変換手段、上記太陽電池の出力電力を検出する電力検出手段、および上記電力変換手段を制御することにより上記太陽電池の電圧または電流の設定値を順次ステップ状に変化させ、これら設定値が互いに異なる複数の動作点における上記太陽電池の出力電力の比較から採用すべき動作設定値を決定し太陽電池の最大電力動作点を追跡制御する電力制御手段を備えた太陽光発電制御装置において、
出力電力の比較を、第１の設定値で動作させたときの出力電力検出値Ｗ１と、上記第１の設定値より所定量増加または減少させた第２の設定値で動作させたときの出力電力検出値Ｗ２と、上記第１の設定値より所定量減少または増加させた第３の設定値で動作させたときの出力電力検出値Ｗ３との３者について行い、
第１の条件（Ｗ１＞Ｗ２かつＷ１＞Ｗ３）と第２の条件（Ｗ１＜Ｗ２かつＷ１＜Ｗ３）とのいずれかが成立するときは上記第１の設定値を動作設定値に決定し、
上記第１および第２の条件が共に不成立で、それぞれ
第３の条件（Ｗ２＞Ｗ１）が成立するときは上記第２の設定値を動作設定値に決定し、
上記第３の条件が不成立のときは上記第３の設定値を動作設定値に決定するので、発電環境の変化を加味するとともに速やかな最大電力動作点追跡制御が可能となり、全体として大きな発電電力量が確保できる。

この発明の実施の形態１における太陽光発電制御装置のＭＰＰＴ制御の動作を説明するためのフローチャートである。 太陽電池の電力−電圧特性上の動作点を示す図である。 日照量が変化した場合の動作点の移動を説明するための図である。 この発明の実施の形態２における太陽光発電制御装置の構成を示すブロック図である。 太陽電池の電力−電圧特性上の動作点を示す図である。 実施の形態２におけるＭＰＰＴ制御の動作を説明するためのフローチャートである。 整定時の電圧上昇の過程を示す図である。 実器モデルにおける実測波形を示す図である。 放射照度が変化した場合の太陽電池の電流、電力−電圧特性を示す図である。 従来の太陽光発電制御装置の構成を示すブロック図である。 太陽電池の電力−電圧特性上の動作点を示す図である。 従来のＭＰＰＴ制御の動作を説明するためのフローチャートである。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における太陽光発電制御装置のＭＰＰＴ制御を説明するためのフローチャートである。なお、制御装置のハード構成は従来の図１０と同様であるので重複を避けるため図示は省略する。
今回提案するＭＰＰＴ制御も、太陽電池の電圧または電流の設定値を順次ステップ状に変化させ、これら設定値が互いに異なる複数の動作点における太陽電池の出力電力の比較から太陽電池の最大電力動作点を追跡制御するものであるが、従来の図１２では電圧値が互いに異なる２つの動作点における出力電力の比較から次に採用すべき動作電圧値を決定するのに対し、ここでは電圧値が互いに異なる３つの動作点における出力電力の比較から次に採用すべき動作電圧値を決定する。

以下、太陽電池の電力−電圧特性上の動作点を示す図２を参照しながら、制御動作を図１のフローチャートに従って詳細に説明する。
先ず、現状の太陽電池動作電圧Ｖ１を第１の設定値として太陽電池出力電流Ｉ１を計測し（ステップＴ１）、コントローラ５のマイクロプロセッサは、Ｖ１とＩ１とを乗算することにより太陽電池出力電力Ｗ１を算出し（ステップＴ２）、メモリーにＶ１とＷ１との値を記憶する（ステップＴ３）。
次に、設定目標値をＶ１より所定量高い第２の設定値であるＶ２へ移動し（ステップＴ４）、これに応じてＤＣ／ＤＣコンバータ６はその出力電力を増減させ、太陽電池２から見たＤＣ／ＤＣコンバータ６のインピーダンスを変化させることにより、動作電圧を上昇させ、この整定のために０．５秒待機する（ステップＴ５）。なお、実施の形態１においてこの整定のために一定時間（０．５秒）待機するという点は従来と同様である。

整定後の動作電圧Ｖ２、出力電流Ｉ２を計測し（ステップＴ６）、コントローラ５のマイクロプロセッサは、Ｖ２とＩ２とを乗算することにより太陽電池出力電力Ｗ２を算出し（ステップＴ７）、メモリーにＶ２とＷ２との値を記憶する（ステップＴ８）。

次に、設定目標値を当初のＶ１より所定量低い第３の設定値であるＶ３へ移動し（ステップＴ９）、これに応じてＤＣ／ＤＣコンバータ６はその出力電力を増減させ、太陽電池２から見たインピーダンスを変化させることにより、動作電圧を降下させ、この整定のために０．５秒待機する（ステップＴ１０）。
整定後の動作電圧Ｖ３、出力電流Ｉ３を計測し（ステップＴ１１）、コントローラ５のマイクロプロセッサは、Ｖ３とＩ３とを乗算することにより太陽電池出力電力Ｗ３を算出し（ステップＴ１２）、メモリーにＶ３とＷ３との値を記憶する（ステップＴ１３）。

以上のステップＴ１〜Ｔ１３によりメモリーに記憶された、互いに異なる動作電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３（Ｖ３＜Ｖ１＜Ｖ２）における出力電力Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３の相互大小比較を後述するステップＴ１４、Ｔ１６、Ｔ１７で行い、その結果に基づき次に採用すべき動作設定値を決定する。

ところで、３つの出力電力計測値Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３の大小関係は、純数学的には表１に示すＫ１〜Ｋ６の６つのケースが考えられる。

ここで、計測の時刻はＷ１→Ｗ２→Ｗ３の順で経過していること、また、発電環境としての日射量は、時間の経過と共に減少する場合、増加する場合、ほとんど変化しない場合の３つの場合が想定されること、更に、図３に示すように、日射量の変動によって出力電力の値が変動しても、各日射量における太陽電池の最大電力点となる電圧はあまり変化しないという現象が認められることから、３点の出力電力の比較の結果、その間に日射量が変化したと判断される場合には、動作電圧は変化させない方が追跡制御動作の全体としては出力電力量は大きくなると考えられる。

以上の前提条件を踏まえ、表１の各ケース毎に、可能性の高い判定内容とその判定の結果として採用すべき設定電圧値の出力について説明する。
先ず、ケースＫ１（Ｗ１＞Ｗ２＞Ｗ３）は、計測時間が経過するにつれて出力電力が単調減少しているので、一つはこの間で日射量が連続的に減少していることが考えられる。この場合は、上述した通り、設定電圧値は移動させないのが得策であり、元の電圧Ｖ１を採用する。また、３点の電圧の中央にある電圧Ｖ１における出力電力Ｗ１が最大であるので、別の可能性として、この間に日射量の変化がなく、しかも、電圧Ｖ１が最大電力動作点またはその近傍にあることが考えられる。従って、この場合も採用すべき電圧はＶ１となる。

次にケースＫ２（Ｗ１＞Ｗ３＞Ｗ２）は、日射量の連続的な変化は考えにくく、日射量の変化がなく、ケースＫ１と同様、電圧Ｖ１が最大電力動作点近傍にある可能性が高く、この場合は当然電圧Ｖ１を採用すべきである。
以上のように、ケースＫ１、Ｋ２の場合は、次設定値としてＶ１を採用すべきことから、図１のフローチャートでは、これをステップＴ１４の第１の条件（Ｗ１＞Ｗ２かつＷ１＞Ｗ３）の成立（ＹＥＳ）で判別し、この場合、動作電圧をＶ１に戻す（ステップＴ１５）。

ステップＴ１４でＮＯとなるケースＫ３〜Ｋ６の内、ケースＫ４（Ｗ２＞Ｗ３＞Ｗ１）は特異な発電環境の変化を仮定しないと生じないので、現実的には起こり難いと考えられここでは対象外としてよい。ケースＫ６（Ｗ３＞Ｗ２＞Ｗ１）は、計測時間が経過するにつれて出力電力が単調増加しているので、この間で日射量が連続的に増加していることが考えられる。この場合は、上述した通り、設定電圧値は移動させないのが得策であり、元の電圧Ｖ１を採用する。
従って、このケースＫ４、Ｋ６をステップＴ１６の第２の条件（Ｗ１＜Ｗ２かつＷ１＜Ｗ３）の成立（ＹＥＳ）で判別し、動作電圧をＶ１に戻す（ステップＴ１５）。

ステップＴ１６でＮＯとなった残りの２ケースＫ３、Ｋ５の内、ケースＫ３（Ｗ２＞Ｗ１＞Ｗ３）の場合は、これまでのステップＴ１４、Ｔ１６における判別により日射量変化有（減少または増加）の可能性は排除されているので日射量の変化はほとんど無しと考えてよく、３点の内、最大の出力電力Ｗ２における動作電圧Ｖ２を採用すべきである。
これを、ステップＴ１７の第３の条件（Ｗ２＞Ｗ１）の成立（ＹＥＳ）で判別し、動作電圧Ｖ２に上昇させる（ステップＴ１８）。なお、このケースＫ３は、図２において、３点の電圧が最大電力点の電圧より手前に位置する場合が相当する。

残りのケースＫ５（Ｗ３＞Ｗ１＞Ｗ２）の場合は、ケースＫ３と同様、日射量変化無としてよいので、３点の内、最大の出力電力Ｗ３における動作電圧Ｖ３を採用すべきである。このケースＫ５は、図２において、３点の電圧が最大電力点の電圧を越えた部分にある場合が相当する。
図１のフローチャートでは、このケースＫ５の場合をステップＴ１７における不成立（ＮＯ）で判別し、現状の動作電圧、即ち、３点の内最終時点の動作電圧Ｖ３を、新たなＶ１、従って、次回の比較演算の３点値の中央電圧値に設定する（ステップＴ１）。

なお、以上では、３点の出力電力のいずれかの間で等号が成立する場合（Ｗ１＝Ｗ２、Ｗ２＝Ｗ３、Ｗ３＝Ｗ１またはＷ１＝Ｗ２＝Ｗ３）については触れていないが、これら等号が成立する場合、即ち、動作電圧を変化させても太陽電池の出力電力が変化しない場合は、日没時や曇等、日射量が非常に弱い状態であると判断される。従って、この等号が成立する場合は、必ずしも表１で説明した内容による判定および出力結果が得られないが、このような極低出力状態が一定時間継続すると、図示しない監視手段でこれを検知し、太陽電池を負荷や系統から切り離すことになるので特に問題とはならない。

以上のように、この発明の実施の形態１の太陽光発電制御装置においては、日射量変化の有無の判別も可能となり、日射量の変化有と判断される場合は、動作電圧を移動させることなく、全体として出力電力量が大きくなる合理的な運転ができ、また、日射量の変化無と判断される場合は、電圧が互いに異なる３点のいずれか出力電力が最大となる動作点の電圧を直ちに決定することができ、最大電力点追跡の制御動作を速めることができる。

なお、図１のフローチャートのステップＴ１７では、第３の条件としてＷ２＞Ｗ１の成立または不成立を判別するようにしたが、３者の出力電力Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３の内、最大のもの（ここではＷ２またはＷ３のいずれかとなる）を選別し、当該出力電力最大動作点の電圧を採用するようにしてもよい。

また、以上の説明では、設定電圧として、電圧Ｖ１の次に、これを所定量増加させた電圧Ｖ２とし、更にその次に、電圧Ｖ１を所定量減少させた電圧Ｖ３としたが、上記とは逆に、電圧Ｖ１の次にこれを所定量減少させた電圧Ｖ２とし、更にその次に、電圧Ｖ１を所定量増加させた電圧Ｖ３としても、図１と同様の要領で迅速な最大電力点追跡制御を実現することができる。

実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２における太陽光発電制御装置を示すブロック図である。この形態２は従来技術で説明した整定に要する時間の短縮を図ることで、追跡制御の制御速度の向上を実現するものである。ここでは、図４のコントローラ５の内部に常時監視手段５１を設けている。この常時監視手段５１は、常に（あるいは、１秒間に１００回程度の非常に速い繰り返し周期で）太陽電池の動作電圧をモニターする構成となっている。

次に、太陽電池の電力−電圧特性上の動作点を示す図５と処理の流れを示すフローチャート図６に基づき動作について詳細に説明する。なお、図６に示すフローチャートは、常時監視手段５１によって整定の時間を実質的に短縮する構成を、先の形態１で説明した３点の電圧における出力電力Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３の比較から採用すべき動作電圧値を決定する方式の追跡制御に適用したものである。従って、説明が重複する部分は適宜省略する。

図６において、ステップＵ１〜Ｕ３は図１のステップＴ１〜Ｔ３と全く同一で、メモリーにＶ１とＷ１との値を記憶する。
次に、ステップＵ４で、設定目標値をＶ１より所定量高い第２の設定値Ｖ２へ移動し、これに応じてＤＣ／ＤＣコンバータ６はその出力電力を増減させ、太陽電池の動作電圧を上昇させていく。

この電圧上昇の過程を図７に示す。電圧は時刻ｔ１でのＶ１の値から、太陽電池２を含む配線、更にはＤＣ／ＤＣコンバータ６や負荷７を含む回路の諸定数で決定される時定数で上昇を続け目標設定値Ｖ２に至る。
この実施の形態２においては、常時監視手段５１によりこの電圧変化を常時監視し、この監視電圧とＶ２との差がΔＶ＝｜Ｖ２−Ｖ１｜の３％以内になったか否かを常時判別する（ステップＵ５１）。電圧差が３％以内でなければ（ステップＵ５１でＮＯ）、動作設定値をＶ２に移動させた時点（図７では時刻ｔ１が相当）からの経過時間が、回路条件にかかわらず整定に必要な十分な時間として従来から設定されている時間０．５秒以上であるか否かを判別する（ステップＵ５２）。０．５秒未満の間はステップＵ５１の判別動作を繰り返す。

ステップＵ５１で電圧差が３％以内になると（同ステップＵ５１でＹＥＳ）、その時点の動作電圧Ｖ２′、出力電流Ｉ２′を計測し（ステップＵ６）、コントローラ５のマイクロプロセッサは、Ｖ２′とＩ２′とを乗算することにより太陽電池出力電力Ｗ２′を算出し（ステップＵ７）、メモリーにＶ２′とＷ２′との値を記憶する（ステップＵ８）。
動作設定値をＶ２に移動させた時点からの経過時間が０．５秒になっても電圧差が３％以内にならないときは（ステップＵ５２でＹＥＳ）、この時点で電圧監視を打ち切り、ステップＵ６〜Ｕ８で、Ｖ２′とＷ２′との値を記憶する。このケースは監視動作等に何らかの異常が発生してこの整定の時間が無駄に長大化することを防止することを想定したもので、通常の制御動作では起こり得ないと考えられる。

ステップＵ９〜Ｕ１３の動作も同様であるので、詳細な説明は割愛するが、ステップＵ１０１では、監視電圧と、Ｖ１より所定量低下させた動作設定値Ｖ３との差がΔＶ＝｜Ｖ３−Ｖ１｜の３％以内になったか否かを常時判別する。電圧差が３％以内になると（ステップＵ１０１でＹＥＳ）、その時点の動作電圧Ｖ３′、出力電流Ｉ３′を計測し、コントローラ５のマイクロプロセッサは、Ｖ３′とＩ３′とを乗算することにより太陽電池出力電力Ｗ３′を算出し、メモリーにＶ３′とＷ３′との値を記憶する（ステップＵ１１〜Ｕ１３）。

ステップＵ１４〜Ｕ１８の動作は、Ｗ２→Ｗ２′、Ｗ３→Ｗ３′、Ｖ２→Ｖ２′、Ｖ３→Ｖ３′とした点を除けば実施の形態１の図１で説明した内容と全く同一であるので再度の説明は省略する。

以上のように、この実施の形態２においては、動作電圧をＶ１からＶ２へ、また、Ｖ２からＶ３へ移行させる場合、従来のように、種々の回路条件を想定し整定のため十分余裕をもって設定された時間（ここでは０．５秒）、一律に経過させるのではなく、常時監視手段５１により動作電圧を常時監視し、ほぼ整定したとみなし得るレベル（ここでは、例えば、監視電圧とＶ２との差がΔＶ＝｜Ｖ２−Ｖ１｜の３％以内となったレベルとしている）に達した時点で電圧Ｖ２′、Ｗ３′等を求め以後の出力電力比較演算処理に移行する。
このため、全体として、最大電力点追跡制御の速度が高まり、また、３点の出力電力の計測の時間ずれがその分短縮されるので、その間における日射量の変化による影響も低減し、追跡制御の精度の向上が期待できる。

ちなみに、インバータを使用した太陽光発電制御装置の実器モデルにおいて出力電圧を変化させた場合の実測波形を図８に示す。この例は現状の出力電圧Ｖ０＝２００Ｖから設定目標値電圧Ｖ１＝１９８Ｖに移行させる場合で、同図（ａ）は太陽電池出力電圧、同図（ｂ）は系統電圧、同図（ｃ）はインバータ出力電流を示す。ここでは、出力電圧は約０．０５秒で整定しており、この実施の形態２を適用することにより、０．５秒一律で処理していた従来の場合に比較して、追跡制御の速度が大幅に上昇する。

なお、図６のステップＵ５１、Ｕ１０１やステップＵ５２、Ｕ１０２で用いた判別基準の具体的数値（３％、０．５秒）は、装置の能力や特性等に応じて適宜変更し得ることは言うまでもない。

また、図６では、常時監視手段５１を導入して整定のための時間の実質的な短縮を実現する発明を、先の実施の形態１の、互いに異なる３点の電圧における出力電力の比較から最大電力点追跡制御を行う発明に適用したが、前者の発明は、互いに異なる任意の複数の電圧における出力電力の比較から最大電力点追跡制御を行う場合に広く適用でき、その制御速度を高めるという同等の効果を奏するものである。

更に、以上の各形態例においては、複数点の出力電力を計測する場合の設定値として電圧値を採用したが、電流値を設定値とし、計測された出力電圧とから出力電力を求め、また、電流値を常時監視するようにしてもよい。

１ 太陽光発電システム、２ 太陽電池、３ 電圧モニター回路、
４ 電流モニター回路、５ コントローラ、５１ 常時監視手段、
６ ＤＣ／ＤＣコンバータ、７ 負荷。

Claims (4)

1. 太陽電池からの電力をその電圧を変換して負荷または系統に供給する電力変換手段、上記太陽電池の出力電力を検出する電力検出手段、および上記電力変換手段を制御することにより上記太陽電池の電圧または電流の設定値を順次ステップ状に変化させ、これら設定値が互いに異なる複数の動作点における上記太陽電池の出力電力の比較から採用すべき動作設定値を決定し太陽電池の最大電力動作点を追跡制御する電力制御手段を備えた太陽光発電制御装置において、
   出力電力の比較を、第１の設定値で動作させたときの出力電力検出値Ｗ１と、上記第１の設定値より所定量増加または減少させた第２の設定値で動作させたときの出力電力検出値Ｗ２と、上記第１の設定値より所定量減少または増加させた第３の設定値で動作させたときの出力電力検出値Ｗ３との３者について行い、
   第１の条件（Ｗ１＞Ｗ２かつＷ１＞Ｗ３）と第２の条件（Ｗ１＜Ｗ２かつＷ１＜Ｗ３）とのいずれかが成立するときは上記第１の設定値を動作設定値に決定し、
   上記第１および第２の条件が共に不成立のときは、上記３者の内、出力電力検出値が最大となるものの設定値を動作設定値に決定することを特徴とする太陽光発電制御装置。
2. 太陽電池からの電力をその電圧を変換して負荷または系統に供給する電力変換手段、上記太陽電池の出力電力を検出する電力検出手段、および上記電力変換手段を制御することにより上記太陽電池の電圧または電流の設定値を順次ステップ状に変化させ、これら設定値が互いに異なる複数の動作点における上記太陽電池の出力電力の比較から採用すべき動作設定値を決定し太陽電池の最大電力動作点を追跡制御する電力制御手段を備えた太陽光発電制御装置において、
   出力電力の比較を、第１の設定値で動作させたときの出力電力検出値Ｗ１と、上記第１の設定値より所定量増加または減少させた第２の設定値で動作させたときの出力電力検出値Ｗ２と、上記第１の設定値より所定量減少または増加させた第３の設定値で動作させたときの出力電力検出値Ｗ３との３者について行い、
   第１の条件（Ｗ１＞Ｗ２かつＷ１＞Ｗ３）と第２の条件（Ｗ１＜Ｗ２かつＷ１＜Ｗ３）とのいずれかが成立するときは上記第１の設定値を動作設定値に決定し、
   上記第１および第２の条件が共に不成立で、それぞれ
   第３の条件（Ｗ２＞Ｗ１）が成立するときは上記第２の設定値を動作設定値に決定し、
   上記第３の条件が不成立のときは上記第３の設定値を動作設定値に決定することを特徴とする太陽光発電制御装置。
3. 設定値とする太陽電池の電圧または電流の変化を監視する監視手段を備え、
   第１の動作点における電力検出が終了した後、設定目標値を次ステップの設定目標値に変更して次に電力を検出すべき第２の動作点に移行する場合、上記監視手段の出力と上記次ステップの設定目標値との偏差量を検出し、この偏差量が予め定めた所定範囲内になった時点における出力電力検出値を上記第２の動作点における出力電力とすることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽光発電制御装置。
4. 第１の動作点から第２の動作点に移行する場合、設定目標値を次ステップの設定目標値に変更してからの経過時間を検出し、この経過時間が予め定めた所定時間となった時点で偏差量が所定範囲内になっていないときは、当該所定時間における出力電力検出値を上記第２の動作点における出力電力とすることを特徴とする請求項３記載の太陽光発電制御装置。

Images