JP5522458B2 - 電圧変換装置および電圧変換方法、太陽光発電システム、並びに管理装置 - Google Patents

Description

本発明は、電圧変換装置および電圧変換方法、太陽光発電システム、並びに管理装置に関し、特に、より高出力を得られるようにした電圧変換装置および電圧変換方法、太陽光発電システム、並びに管理装置に関する。

近年、二酸化炭素の排出量削減などの地球環境についての観点から、太陽電池により発電を行う太陽光発電システムの普及が推進されている。

図１０を参照して、太陽光発電システムの構成について説明する。

図１０の左下には、太陽電池の構成の最小単位である太陽電池セル１００が示されており、太陽電池セル１００は、太陽光の照射を受けることによる光電効果によって、電力を発生する。

また、複数の太陽電池セル１００が直列に接続されて太陽電池クラスタ１０２が構成される。図１０に示す例では、太陽電池クラスタ１０２は、６個の太陽電池セル１００_１乃至１００_６により構成されており、その両端の太陽電池セル１００_１と１００_６とは、バイパスダイオード１０１を介して接続される。

そして、複数の太陽電池クラスタ１０２が直列に接続されて太陽電池モジュール（パネル）１０４が構成される。図１０に示す例では、太陽電池モジュール１０４は、３個の太陽電池クラスタ１０２_１乃至１０２_３により構成されており、太陽電池クラスタ１０２_１乃至１０２_３それぞれが備えるバイパスダイオード１０１_１乃至１０１_３は端子箱１０３に収納される。

また、複数の太陽電池モジュール１０４が直列に接続されて太陽電池ストリング１０５が構成される。図１０に示す例では、太陽電池ストリング１０５は、３個の太陽電池モジュール１０４_１乃至１０４_３により構成されている。

さらに、複数の太陽電池ストリング１０５が並列に接続されて太陽電池アレイ１０６が構成される。図１０に示す例では、太陽電池アレイ１０６は、４個の太陽電池ストリング１０５_１乃至１０５_４により構成されている。太陽電池ストリング１０５_１乃至１０５_４は、接続箱１０７において接続された後、パワーコンディショナ１０８に接続される。

パワーコンディショナ１０８は、太陽電池アレイ１０６から出力される直流の電力を、交流の電力に変換し、負荷１０９に供給したり、電力会社が提供する商用の電力系統１１０に戻したりする。また、パワーコンディショナ１０８は、最大電力追従（MPPT：Maximum Power Point Tracking）制御に基づいて、太陽電池アレイ１０６から最大の出力を得られるような制御を行う機能を備えている。

このように構成されている太陽光発電システムでは、太陽光エネルギーを、より効率的に電力に変換することが望まれており、様々な技術が開発されている。例えば、太陽電池アレイごとにＤＣ／ＤＣコンバータを設け、太陽電池アレイから出力される電力の電圧および電流の検出結果に基づいて、太陽電池アレイからの出力を直流状態のままＤＣ／ＤＣコンバータにより最大電力追従制御を行う技術が開示されている（特許文献１参照）。

さらに、太陽電池ストリング単位や太陽電池モジュール単位で最大電力追従制御を行う技術も開発されている。

特開２０００−１１２５４５号公報

ところで、例えば、太陽電池モジュールごとにＤＣ／ＤＣコンバータを設けて最大電力追従制御を行うような太陽光発電システムでは、それぞれの太陽電池モジュールから出力される電力の電圧および電流が変動することになる。このような太陽光発電システムにおいては、パワーコンディショナにおいても最大電力が得られるように制御されるため、太陽光発電システム全体として電力の電圧および電流が発振してしまい（ふらついてしまい）、発電量が確実に向上するとは限らない。従って、太陽電池モジュールごとにＤＣ／ＤＣコンバータが設けられた太陽光発電システムにおいては、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力特性を安定させて、より高出力を得られるような最適な制御を行うことが必要である。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、より高出力を得られるようにするものである。

本発明の電圧変換装置は、太陽光により発電された電力の電圧を変換する処理を実行する変換処理手段と、少なくとも前記変換処理手段の動作状況に基づいて、前記変換処理手段の動作を変換比率固定または最大電力点追従制御のいずれかに切り替える切替手段とを備えることを特徴とする。

本発明の電圧変換方法は、太陽光により発電された電力の電圧を変換する処理を実行する変換処理を実行し、少なくとも前記変換処理の動作状況に基づいて、前記変換処理の動作を変換比率固定または最大電力点追従制御のいずれかに切り替えるステップを含むことを特徴とする。

かかる構成においては、太陽光により発電された電力の電圧を変換する処理を実行する変換処理の動作状況に基づいて、変換処理の動作が変換比率固定または最大電力点追従制御のいずれかに切り替えられるので、より高出力な発電を行うことができる。

また、本発明の電圧変換装置は、他の電圧変換装置と通信して、前記他の電圧変換装置が有する変換処理手段の動作状況を取得する動作状況取得手段と、前記動作状況取得手段により取得された動作状況である出力電力量と、前記変換処理手段の動作状況である出力電力量とを比較して、前記変換処理手段における電圧の変換比率を固定させるか否かを判断して前記切替手段に通知する比較手段とをさらに備えることができる。

かかる構成においては、他の電圧変換装置と通信して、他の電圧変換装置が有する変換処理手段の動作状況が取得され、その取得された動作状況である出力電力量と、変換処理手段の動作状況である出力電力量とを比較して、変換処理手段における電圧の変換比率を固定させるか否かが判断されるので、最も出力の大きな変換処理手段を変換比率固定することにより、より高出力を得ることができる。

また、本発明の太陽光発電システムは、太陽光により発電された電力の電圧を変換する電圧変換装置が、太陽電池モジュールごとに設けられており、前記電圧変換装置は、前記電圧を変換する処理を実行する変換処理手段と、少なくとも前記変換処理手段の動作状況に基づいて、前記変換処理手段の動作を変換比率固定または最大電力点追従制御のいずれかに切り替える切替手段とを有することを特徴とする。

かかる構成においては、太陽光により発電された電力の電圧を変換する電圧変換装置が、太陽電池モジュールごとに設けられており、電圧を変換する処理を実行する変換処理の動作状況に基づいて、変換処理の動作が変換比率固定または最大電力点追従制御のいずれかに切り替えられるので、より高出力を得ることができる。

また、本発明の管理装置は、太陽光により発電された電力の電圧を変換する処理を実行する変換処理手段と、少なくとも前記変換処理手段の動作状況に基づいて、前記変換処理手段の動作を変換比率固定または最大電力点追従制御のいずれかに切り替える切替手段とを有する複数の電圧変換装置と通信して、全ての前記電圧変換装置が有する前記変換処理手段の動作状況を取得する動作状況取得手段と、前記動作状況取得手段により取得された動作状況である出力電力量を比較して、前記変換処理手段における電圧の変換比率を固定させる前記電圧変換装置を決定する決定手段とを備えることを特徴とする。

かかる構成においては、複数の電圧変換装置と通信して、全ての電圧変換装置が有する変換処理手段の動作状況が取得され、取得された動作状況である出力電力量を比較して、変換処理手段における電圧の変換比率を固定させる電圧変換装置が決定されるので、より高出力を得ることができる。

本発明の電圧変換装置および電圧変換方法、太陽光発電システム、並びに管理装置によれば、より高出力を得ることができる。

本発明を適用した太陽光発電システムの一実施の形態の構成例を示すブロック図である。 出力変換機の構成例を示すブロック図である。 制御部の構成例を示すブロック図である。 DC/DC変換部の動作を切り替える処理を説明するフローチャートである。 制御部の他の構成例を示すブロック図である。 制御部における処理を説明するフローチャートである。 本発明を適用した太陽光発電システムの他の実施の形態の構成例を示すブロック図である。 管理ユニットの構成例を示すブロック図である。 出力変換機に対して動作の変更を指示する処理を説明するフローチャートである。 太陽光発電システムの構成について説明する図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明を適用した太陽光発電システムの一実施の形態の構成例を示すブロック図である。なお、本明細書において、システムとは、複数の装置により構成される装置全体を表すものである。

図１において、太陽光発電システム１１は、パワーコンディショナ１２と太陽電池ストリング１３とが接続されて構成されており、太陽電池ストリング１３で発電されてパワーコンディショナ１２において交流に変換された電力が負荷や電力系統（図１０参照）に供給される。なお、図１の太陽光発電システム１１では、１つの太陽電池ストリング１３がパワーコンディショナ１２に接続された構成となっているが、図１０を参照して説明したように、パワーコンディショナ１２には、複数の太陽電池ストリングが並列に接続されており、それらの図示は省略されている。

パワーコンディショナ１２は、太陽電池ストリング１３から出力される電力を、図示しない負荷に供給可能なように調整して出力する。

太陽電池ストリング１３では、８個の出力変換機２１−１乃至２１−８が直列に接続されており、出力変換機２１−１乃至２１−８に太陽電池モジュール２２−１乃至２２−８がそれぞれ接続されている。また、直列に接続された両端の出力変換機２２−１および出力変換機２２−８がパワーコンディショナ１２に接続されている。なお、出力変換機２１−１乃至２１−８はそれぞれ同様に構成されており、以下、適宜、出力変換機２１−１乃至２１−８を区別する必要がない場合には出力変換機２１と称し、図２を参照して後述するように出力変換機２１−１乃至２１−８の内部構成についても同様とする。また、太陽電池モジュール２２−１乃至２２−８についても同様に、太陽電池モジュール２２と称する。

このように、太陽光発電システム１１は、太陽電池モジュール２２ごとに出力変換機２１が設けられた構成となっている。そして、太陽電池モジュール２２が太陽光の照射に応じて出力する直流の電力が、電圧変換装置である出力変換機２１により所定の電圧の直流の電力に変換されて、パワーコンディショナ１２に供給される。

図２を参照して、出力変換機２１の構成について説明する。図２には、太陽電池ストリング１３の一部分（出力変換機２１−１乃至２１−３および太陽電池モジュール２２−１乃至２２−３）が示されている。

図２に示すように、出力変換機２１は、DC/DC変換部３１、電圧検出部３２、電流検出部３３、電力線通信部３４、および制御部３５を備えて構成される。

DC/DC変換部３１（変換処理手段）の入力側の端子には太陽電池モジュール２２が接続されており、太陽電池モジュール２２により発電された直流の電力がDC/DC変換部３１に供給され、DC/DC変換部３１は、太陽電池モジュール２２から出力される電力の電圧を、制御部３５の制御に従った変換比率の電圧に変換する。また、DC/DC変換部３１の出力側の端子には、パワーコンディショナ１２に直接または間接的に接続される電力線が接続されており、DC/DC変換部３１は、変換後の電圧の電力を、その電力線に出力する。

電圧検出部３２は、太陽電池モジュール２２からDC/DC変換部３１に供給される電力の電圧、即ち、太陽電池モジュール２２とDC/DC変換部３１とを接続する２本の配線間の電圧を検出し、その電圧値を示す信号を制御部３５に供給する。

電流検出部３３は、太陽電池モジュール２２からDC/DC変換部３１に供給される電力の電流を検出し、その電流値を示す信号を制御部３５に供給する。例えば、電流検出部３３は、太陽電池モジュール２２とDC/DC変換部３１とを接続する配線に配置された抵抗（図示せず）の両端の電圧を測定することにより電流を求めることができる。

電力線通信部３４は、パワーコンディショナ１２への電力の供給に使用される電力線を介して、他の出力変換機２１の制御部３５と通信を行うための通信部である。なお、本実施の形態では、電力線通信により通信が行われるが、電力線通信以外の手段で通信が行われてもよい。

制御部３５には、DC/DC変換部３１に供給される電力の電圧値および電流値を示す信号が、電圧検出部３２および電流検出部３３からそれぞれ供給される。また、制御部３５には、DC/DC変換部３１の出力側の電力線が接続されており、制御部３５は、DC/DC変換部３１から出力される電力の電圧および電流を測定する。そして、制御部３５は、DC/DC変換部３１に入力される電力の電圧および電流と、DC/DC変換部３１から出力される電力の電圧および電流とに基づいて、DC/DC変換部３１の出力が最大となるDuty値を探索し、そのDuty値で動作するようにDC/DC変換部３１を制御（最大動作点制御）する。また、制御部３５は、必要に応じて、電力線通信部３４を介して他の出力変換機２１の制御部３５と通信を行う。

このように出力変換機２１は構成されており、出力変換機２１−１乃至２１−８それぞれにおいて最大の出力が得られるような制御が行われる。そのため、出力変換機２１−１乃至２１−８それぞれからは異なる電圧の電力が出力され、パワーコンディショナ１２には、それらの電圧を加算した電圧値の電力が供給される。

このように、出力変換機２１−１乃至２１−８それぞれにおいて最大動作点制御が行われるような構成において、パワーコンディショナ１２においても最大動作点制御が行われると、太陽光発電システム全体として電力が発振してしまい、発電が不安定になる。

そこで、太陽光発電システム１１では、出力変換機２１−１乃至２１−８の制御部３５同士が通信を行い、最も出力電力量（発電量）の大きな出力変換機２１では、DC/DC変換部３１の変換比率を一定の比率に固定（または、Duty値を100に設定）する処理が太陽電池ストリング１３ごとに行われる。これにより、DC/DC変換部３１の変換比率を固定した出力変換機２１の出力特性が、他の出力変換機２１の出力特性を収束させる基準となり、出力変換機２１−１乃至２１−８およびパワーコンディショナ１２の動作が安定する。

次に、図３は、互いに通信を行ってDC/DC変換部３１の動作を切り替えることができる制御部３５の構成例を示すブロック図である。

図３において、制御部３５は、受信部４１、送信部４２、タイマ４３、検出部４４、申告判断部４５、比較部４６、および指令部４７を備えて構成される。

受信部４１は、電力線通信部３４（図２）を介して、他の出力変換機２１の制御部３５から送信されてくる信号を受信する。例えば、受信部４１は、他の出力変換機２１の制御部３５が、その出力変換機２１の出力電力量を申告する信号を送信すると、その信号を受信して比較部４６に供給したり、申告があった旨を申告判断部４５に通知する。即ち、受信部４１は、他の出力変換機２１の制御部３５から送信されてくる、出力変換機２１が有するDC/DC変換部３１の動作状況の１つを表す出力電力量を取得する動作状況取得手段である。

送信部４２は、電力線通信部３４を介して、他の出力変換機２１の制御部３５に対して信号を送信する。例えば、送信部４２は、申告判断部４５から自身の出力変換機２１の出力電力量が供給されると、その出力電力量と自身の出力変換機２１の識別番号とが含まれる情報を示す信号を送信して、出力電力量を申告する。

タイマ４３は、時刻の計時を行い、出力電力量の申告を行う時刻になると、その時刻になった旨を申告判断部４５に通知する。例えば、太陽光発電システム１１においては、１０秒ごとや１分ごとなど、出力変換機２１−１乃至２１−８どうしで出力電力量の申告を行う時間が設定されている。

検出部４４は、図２の電圧検出部３２および電流検出部３３を介して、DC/DC変換部３１に入力される電力の電圧値および電流値を取得するとともに、DC/DC変換部３１の出力側に接続されている電力線を介して、DC/DC変換部３１から出力される電力の電圧値および電流値を取得する。そして、検出部４４は、DC/DC変換部３１に入力される電力の電圧値および電流値と、DC/DC変換部３１から出力される電力の電圧値および電流値を指令部４７に供給する。

また、検出部４４は、DC/DC変換部３１に入力される電力が急激に変化（急上昇および急降下）した場合、DC/DC変換部３１に入力される電力が急激に変化した旨を申告判断部４５に通知する。また、検出部４４は、申告判断部４５からの要求に応じて、DC/DC変換部３１の出力電力量を申告判断部４５に通知する。

申告判断部４５は、出力変換機２１の出力電力量の申告を行うか否かを判断する。例えば、申告判断部４５は、出力電力量の申告を行う時刻になった旨がタイマ４３から通知された場合、出力電力量の申告を行うと判断する。また、さらに、申告判断部４５は、他の出力変換機２１から出力電力量の申告があった旨が受信部４１から通知された場合、または、DC/DC変換部３１に入力される電力が急激に変化した旨が検出部４４から通知された場合にも、出力電力量の申告を行うと判断する。

そして、申告判断部４５は、出力電力量の申告を行うと判断した場合、検出部４４を介してDC/DC変換部３１の出力電力量を取得して送信部４２に供給し、他の出力変換機２１の制御部３５に対して、DC/DC変換部３１の出力電力量を申告する信号を送信させる。また、申告判断部４５は、取得したDC/DC変換部３１の出力電力量を比較部４６に供給する。

比較部４６には、他の出力変換機２１の制御部３５から送信されてくる、その出力変換機２１のDC/DC変換部３１の出力電力量が受信部４１から供給される。そして、比較部４６は、申告判断部４５から供給される自身のDC/DC変換部３１の出力電力量と、受信部４１から供給される他の出力変換機２１のDC/DC変換部３１の出力電力量とを比較する比較手段である。比較部４６は、比較を行った結果、自身のDC/DC変換部３１の出力電力量が最大である場合には、自身のDC/DC変換部３１における変換比率を固定する旨を指令部４７に通知して、動作を切り替える。なお、DC/DC変換部３１の変換比率が既に固定されている場合には、比較部４６は、その指令を出力せず、DC/DC変換部３１の変換比率を固定したままの動作が継続される。

一方、比較部４６は、比較を行った結果、自身のDC/DC変換部３１の出力電力量が最大でない場合、即ち、自身のDC/DC変換部３１よりも大きな出力電力量である他の出力変換機２１のDC/DC変換部３１がある場合、自身のDC/DC変換部３１において最大電力点追従制御を行う旨を指令部４７に通知して、動作を切り替える。なお、DC/DC変換部３１において最大電力点追従制御が既に行われている場合には、比較部４６は、その指令を出力せず、DC/DC変換部３１では最大電力点追従制御で動作が継続される。

指令部４７は、DC/DC変換部３１が最大電力点追従制御に従った出力を行うための適切な変換比率を指示する指令を出力したり、DC/DC変換部３１の変換比率を固定するための指令を出力する。即ち、指令部４７は、比較部４６からの通知に従って、DC/DC変換部３１の動作を、変換比率固定または最大電力点追従制御のいずれかに切り替える切替手段である。

例えば、指令部４７は、DC/DC変換部３１において最大電力点追従制御を行っている場合に、比較部４６から変換比率を固定する旨が通知されたとき、DC/DC変換部３１の変換比率を固定するための指令を出力する。一方、指令部４７は、DC/DC変換部３１において変換比率が固定されている場合に、比較部４６から最大電力点追従制御を行う旨が通知されたとき、DC/DC変換部３１に対して、検出部４４により検出された電圧値および電流値に基づいて、最大電力点追従制御に従った出力を行うための適切な変換比率を指示する指令の出力を開始する。

次に、図４は、制御部３５が、DC/DC変換部３１の動作を切り替える処理を説明するフローチャートである。

例えば、太陽光の照射に応じて太陽電池モジュール２２からDC/DC変換部３１による変換に必要な電力量以上の発電量が出力されると処理が開始され、ステップＳ１１において、申告判断部４５は、タイマ４３に従って、DC/DC変換部３１の出力電力量を申告する時刻となったか否かを判定する。例えば、タイマ４３は、前回の申告が行われてからの時刻を計時しており、出力電力量の申告を行う時間が経過したとき、その旨を申告判断部４５に通知する。

ステップＳ１１において、DC/DC変換部３１の出力電力量を申告する時刻となっていないと判定された場合、処理はステップＳ１２に進み、申告判断部４５は、DC/DC変換部３１に入力される電力が急激に変化したか否かを判定する。例えば、申告判断部４５は、DC/DC変換部３１に入力される電力が急激に変化した旨が検出部４４から通知された場合、DC/DC変換部３１に入力される電力が急激に変化したと判定する。

ステップＳ１２において、DC/DC変換部３１に入力される電力が急激に変化していないと判定された場合、処理はステップＳ１３に進み、申告判断部４５は、他の出力変換機２１から出力電力量の申告があったか否かを判定する。例えば、他の出力変換機２１においてDC/DC変換部３１に入力される電力が急激に変化した場合、その出力変換機２１から出力電力量が申告され、受信部４１が申告があった旨を申告判断部４５に通知すると、申告判断部４５は、他の出力変換機２１から出力電力量の申告があったと判定する。

ステップＳ１３において、申告判断部４５が、他の出力変換機２１から出力電力量の申告がなかったと判定した場合、処理はステップＳ１１に戻り、以下、同様の処理が繰り返される。一方、ステップＳ１１でDC/DC変換部３１の出力電力量を申告する時刻となったと判定された場合、ステップＳ１２でDC/DC変換部３１に入力される電力が急激に変化したと判定された場合、または、ステップＳ１３で他の出力変換機２１から出力電力量の申告があったと判定された場合、処理はステップＳ１４に進む。

ステップＳ１４において、申告判断部４５は、検出部４４に介してDC/DC変換部３１から出力されている電力の電圧値および電流値を取得し、DC/DC変換部３１の出力電力量を求めて比較部４６に通知する。また、申告判断部４５は、求めた出力電力量を送信部４２に供給し、送信部４２は、その出力電力量と自身の出力変換機２１の識別番号とが含まれる情報を示す信号を、太陽電池ストリング１３を構成する他の全ての出力変換機２１に対して送信して、出力電力量を通知する。

ステップＳ１５において、受信部４１は、他の出力変換機２１の制御部３５から送信されてくる出力電力量を申告する情報を取得し、他の出力変換機２１のDC/DC変換部３１の出力電力量を比較部４６に供給して、処理はステップＳ１６に進む。

ステップＳ１６において、比較部４６は、ステップＳ１５で供給された他の出力変換機２１のDC/DC変換部３１の出力電力量と、ステップＳ１４で申告判断部４５が求めた自身のDC/DC変換部３１の出力電力量とを比較する。

ステップＳ１６の処理後、処理はステップＳ１７に進み、比較部４６は、ステップＳ１６での比較の結果、自身のDC/DC変換部３１の出力電力量が最大であるか否かを判定する。

ステップＳ１７において、自身のDC/DC変換部３１の出力電力量が最大であると判定された場合、処理はステップＳ１８に進み、比較部４６は、DC/DC変換部３１における変換比率を固定する旨を指令部４７に通知する。これに応じて、指令部４７は、変換比率を固定するための指令をDC/DC変換部３１に出力する。

一方、ステップＳ１７において、自身のDC/DC変換部３１の出力電力量が最大でないと判定された場合、処理はステップＳ１９に進み、比較部４６は、最大電力点追従制御を行う旨を指令部４７に通知する。これに応じて、指令部４７は、最大電力点追従制御に従った出力を行うための適切な変換比率を指示する指令を出力する。

ステップＳ１８またはＳ１９の処理後、処理はステップＳ１１に戻り、以下、同様の処理が繰り返される。なお、例えば、太陽電池モジュール２２への太陽光の照射量が低下し、DC/DC変換部３１による変換可能な電力量以下の発電量となった場合、処理は終了される。

以上のように、DC/DC変換部３１の出力電力量が最大である出力変換機２１での変換比率が固定されるので、その出力変換機２１の出力特性が収束基準となり、出力変換機２１−１乃至２１−８全体として出力される電力の電圧および電流が安定する。これにより、太陽光発電システム１１全体として発電量を増加させることができる。即ち、太陽光発電システム１１が、より高出力で発電することができる。

なお、図４のフローチャートでは、DC/DC変換部３１の出力電力量が最大である出力変換機２１だけが変換比率を固定するとしたが、その１つの出力変換機２１だけでなく、出力特性が類似している複数の出力変換機２１において変換比率を固定してもよい。例えば、DC/DC変換部３１の出力電力量が大きな上位グループ、つまり、DC/DC変換部３１の出力電力量が最大のものから所定台数（例えば、３台）までの出力変換機２１の変換比率を固定したり、DC/DC変換部３１の出力電力量の最大値から数％以内である出力変換機２１の変換比率を固定してもよい。このように出力特性が類似している複数の出力変換機２１において変換比率を固定することで、出力変換機２１−１乃至２１−８全体としてより安定するとともに、安定化するまでの時間を短縮することができる。

例えば、図５は、互いに通信を行ってDC/DC変換部３１の動作を切り替えることができる制御部の他の構成例を示すブロック図である。

図５において、制御部３５’は、受信部４１、送信部４２、検出部４４、指令部４７、および動作判断部４８を備えて構成される。制御部３５’は、受信部４１、送信部４２、検出部４４、指令部４７を備える点で、図３の制御部３５と共通しており、それらの詳細な説明は省略する。

動作判断部４８は、検出部４４から供給されるDC/DC変換部３１から出力される電力の電圧値および電流値と、設計時に設定された太陽電池モジュール２２の最大出力電力量とに基づいて、DC/DC変換部３１のDuty値を常に算出しており、一定の基準時間以上、Duty値が基準値（例えば、９０）以上である場合、DC/DC変換部３１の変換比率を固定する処理を行う。このとき、動作判断部４８は、送信部４２を介して、他の出力変換機２１に対して変換比率を固定する旨を通知し、その通知を受け取ったというレスポンスを受信部４１が受信すると、DC/DC変換部３１における変換比率を固定する旨を指令部４７に通知する。即ち、動作判断部４８は、DC/DC変換部３１のDuty値と一定の基準時間に基づいて、DC/DC変換部３１の変換比率を固定させるか否かを判断する判断手段であり、送信部４２は、その旨を他の出力変換機２１に対して通知する通知手段である。また、DC/DC変換部３１のDuty値が基準値以上である期間は、出力変換機２１が有するDC/DC変換部３１の動作状況の１つを表すものである。

また、自身のDC/DC変換部３１の変換比率を固定しているときに、他の出力変換機２１の制御部３５から変換比率を固定する旨の通知を受信部４１が受信すると、動作判断部４８は、その通知を受け取ったというレスポンスを送信させるとともに、自身のDC/DC変換部３１において最大電力点追従制御を行う旨を指令部４７に通知する。

次に、図６は、制御部３５’における処理を説明するフローチャートである。

例えば、太陽光の照射に応じて太陽電池モジュール２２が所定の最低発電量以上の電力を出力すると処理が開始され、ステップＳ２１において、動作判断部４８は、自身のDC/DC変換部３１の変換比率を固定するか否かを判定する。例えば、動作判断部４８は、DC/DC変換部３１のDuty値が基準値（例えば、９０）以上である期間が、一定の基準時間以上である場合、自身のDC/DC変換部３１の変換比率を固定すると判定する。

ステップＳ２１において、動作判断部４８が、自身のDC/DC変換部３１の変換比率を固定すると判定するまで処理は待機され、自身のDC/DC変換部３１の変換比率を固定すると判定した場合、処理はステップＳ２２に進む。

ステップＳ２２において、動作判断部４８は、変換比率を固定する旨を送信部４２に通知し、送信部４２は、自身の出力変換機２１の識別番号を含めて、変換比率を固定する通知を、太陽電池ストリング１３を構成する他の全ての出力変換機２１に対して送信する。

ステップＳ２２の処理後、処理はステップＳ２３に進み、受信部４１は、ステップＳ２２で送信した通知に対して送信されてくるレスポンスを受信して、動作判断部４８に供給する。そして、他の全ての出力変換機２１からのレスポンスが動作判断部４８に供給されると、処理はステップＳ２４に進む。

ステップＳ２４において、動作判断部４８は、DC/DC変換部３１における変換比率を固定する旨を指令部４７に通知する。これに応じて、指令部４７は、変換比率を固定するための指令をDC/DC変換部３１に出力して、処理はステップＳ２５に進む。

ステップＳ２５において、動作判断部４８は、他の出力変換機２１の制御部３５が変換比率を固定する通知を送信して、受信部４１が通知を受信したか否かを判定し、受信部４１が通知を受信したと判定するまで処理を待機する。

ステップＳ２５において、受信部４１が通知を受信したと判定されると、処理はステップＳ２６に進み、動作判断部４８は、送信部４２を介して、その通知に対するレスポンスを送信させ、処理はステップＳ２７に進む。

ステップＳ２７において、動作判断部４８は、最大電力点追従制御を行う旨を指令部４７に通知する。これに応じて、指令部４７は、最大電力点追従制御に従った出力を行うための適切な変換比率を指示する指令の出力を開始し、処理はステップＳ２１に戻り、以下、同様の処理が繰り返される。

以上のような処理により、DC/DC変換部３１の出力電力量が最大である出力変換機２１での変換比率を固定し、その出力変換機２１の出力特性を収束基準とすることで、出力変換機２１−１乃至２１−８全体として出力される電力の電圧および電流が安定し、発電量を増加させることができる。

また、他の全ての出力変換機２１から送信されてくるレスポンスを受信した後に、DC/DC変換部３１における変換比率を固定するように処理を行うことで、確実に通信が行われたことが確認され、より安定的な処理を行うことができる。

なお、複数のDC/DC変換部３１において略同時に変換比率を固定する処理が行われ、その動作が重なると、変換比率の固定と変動とが繰り返されることになる。従って、例えば、DC/DC変換部３１の変換比率を固定してから一定時間内（例えば、数秒程度）は、他の出力変換機２１から変換比率を固定する旨が通知されても、自身のDC/DC変換部３１の変換比率を固定したままとすることで、そのような繰り返しを回避することができる。

さらに、動作判断部４８は、DC/DC変換部３１のDuty値に基づいて変換比率を固定するか否かを判定する他、例えば、DC/DC変換部３１の入出力の電圧比率または電流比率に基づいて判定したり、DC/DC変換部３１の変換損失が一定値以上であるか否かに基づいて判定してもよい。また、変換比率の固定とは、例えば、Duty値を90以上の一定値にすることを含むものとする。

次に、図７は、本発明を適用した太陽光発電システムの他の実施の形態の構成例を示すブロック図である。

図７において、太陽光発電システム１１’は、パワーコンディショナ１２、太陽電池ストリング１３、および管理ユニット１４を備えて構成されている。なお、太陽光発電システム１１’は、パワーコンディショナ１２と太陽電池ストリング１３とが接続されて構成されている点で、図１の太陽光発電システム１１と同様に構成されており、その詳細な説明は省略する。一方、太陽光発電システム１１’は、管理ユニット１４を備える点で、図１の太陽光発電システム１１と異なっている。

管理ユニット１４は、太陽電池ストリング１３の出力変換機２１−１乃至２１−８と通信を行い、それぞれの状態を考慮して、最大電力点追従制御を行う処理と、変換効率を固定する処理とのいずれかに切り替えるように指示する。

例えば、管理ユニット１４と出力変換機２１−１乃至２１−８それぞれの制御部３５（図２）とは信号線を介して接続されており、制御部３５は、現在のDC/DC変換部３１からの出力電力量を示す信号を管理ユニット１４に供給する。なお、管理ユニット１４と制御部３５とは信号線を介して通信を行う他、例えば、パワーコンディショナ１２に電力を供給する電力線を介して通信を行ったり、無線により通信を行ってもよい。

図８を参照して、管理ユニット１４の構成例について説明する。

図８において、管理ユニット１４は、通信部５１、タイマ５２、要求判断部５３、比較部５４、および指令部５５を備えて構成される。

通信部５１は、出力変換機２１−１乃至２１−８それぞれの制御部３５と通信を行う。通信部５１は、制御部３５との通信により、出力変換機２１−１乃至２１−８それぞれのDC/DC変換部３１の出力電力量を取得し、比較部５４に供給する。即ち、通信部５１は、出力変換機が有するDC/DC変換部３１の動作状況の１つを表す出力電力量を取得する動作状況取得手段である。

タイマ５２は、時刻の計時を行い、出力電力量を要求する時刻になると、その時刻になった旨を要求判断部５３に通知する。例えば、太陽光発電システム１１’においては、１０秒ごとや１分ごとなど、出力変換機２１−１乃至２１−８から出力電力量を取得する時間が設定されている。

要求判断部５３は、出力変換機２１−１乃至２１−８に対して出力電力量を要求するか否かを判断し、出力電力量を要求する場合には、通信部５１に対して、出力電力量を要求する通知を送信させる。例えば、要求判断部５３は、タイマ５２から出力電力量を要求する時刻になった旨が通知された場合、出力変換機２１−１乃至２１−８に対して出力電力量を要求すると判断する。また、要求判断部５３は、いずれかの出力変換機２１から出力電力量が送信されてきた場合、出力電力量を送信してきた出力変換機２１以外の出力変換機２１に対して、出力電力量を要求すると判断する。

比較部５４には、通信部５１が受信した全ての出力変換機２１の出力電力量が供給され、比較部５４は、それらの出力電力量を比較し、最大の出力電力量となっている出力変換機２１が、前回の処理と同一の出力変換機２１でない場合、新しく最大の出力電力量となった出力変換機２１の識別番号（出力電力量とともに送信されてくる識別番号）を指令部５５に通知する。即ち、比較部５４は、新しく最大の出力電力量となった出力変換機２１を、電圧の変換比率を固定させるものとして決定する決定手段である。

指令部５５は、比較部５４からの通知に従って、新しく最大の出力電力量となった出力変換機２１に対して変換比率を固定するように動作を変更する指令を送信するとともに、前回の処理において最大の出力電力量であった出力変換機２１に対して最大電力点追従制御を行うように動作を変更する指令を送信する。

次に、図９は、管理ユニット１４が、出力変換機２１−１乃至２１−８に対して動作の変更を指示する処理を説明するフローチャートである。

ステップＳ３１において、要求判断部５３は、タイマ５２からの通知に従って、出力電力量を要求する時刻になったか否かを判定する。

ステップＳ３１において、出力電力量を要求する時刻になっていないと判定された場合、処理はステップＳ３２に進み、要求判断部５３は、いずれかの出力変換機２１から出力電力量が送信されてきたか否かを判定する。

ステップＳ３２において、要求判断部５３が、出力電力量が送信されてきていないと判定した場合、処理はステップＳ３１に戻り、以下、同様の処理が繰り返される。一方、ステップＳ３１において、要求判断部５３が、出力電力量を要求する時刻になったと判定した場合、または、ステップＳ３２において、出力電力量が送信されてきたと判定した場合、処理はステップＳ３３に進む。ここで、出力変換機２１からは、管理ユニット１４からの要求（後述のステップＳ３３）に応じて出力電力量が送信される他、例えば、DC/DC変換部３１に入力される電力が急激に変化したことが感知された場合に、出力変換機２１の自らの判断によって、出力電力量が送信される。即ち、ステップＳ３２では、電力の急激な変化に応じて出力変換機２１が出力電力量を送信した場合に、出力電力量が送信されてきたと判定される。

ステップＳ３３において、要求判断部５３は、通信部５１を介して、出力変換機２１に出力電力量を要求する通知を送信する。なお、ステップＳ３１で出力電力量を要求する時刻になったと判定した場合には、全ての出力変換機２１に出力電力量を要求する通知を送信し、ステップＳ３２で出力電力量が送信されてきたと判定した場合には、その出力電力量を送信してきた出力変換機２１以外の出力変換機２１に出力電力量を要求する通知を送信する。そして、通信部５１は、その通知に応じて、出力変換機２１から送信されている出力電力量を示す情報を受信して、比較部５４に供給し、処理はステップＳ３４に進む。

ステップＳ３４において、比較部５４は、ステップＳ３３で供給された出力電力量を比較し、ステップＳ３５において、出力変換機２１の動作を変更する必要があるか否かを判定する。例えば、比較部５４は、最大の出力電力量であった出力変換機２１が直前の処理から変更している場合、出力変換機２１の動作を変更する必要があると判定する。

ステップＳ３５において、出力変換機２１の動作を変更する必要があると判定された場合、処理はステップＳ３６に進み、比較部５４は、新たに最大の出力電力量となった出力変換機２１の識別番号を指令部５５に通知する。これに応じて、指令部５５は、通信部５１を介して、その識別番号で識別される出力変換機２１、即ち、新たに最大の出力電力量となった出力変換機２１に対して変換比率を固定するように動作を変更する指令を送信する。また、指令部５５は、前回の処理において最大の出力電力量であった出力変換機２１、即ち、変換比率を固定している出力変換機２１に対して最大電力点追従制御を行うように動作を変更する指令を送信する。

ステップＳ３６の処理後、または、ステップＳ３５で出力変換機２１の動作を変更する必要がないと判定された場合、処理はステップＳ３１に戻り、以下、同様の処理が繰り返される。

以上のように、管理ユニット１４において、出力変換機２１−１乃至２１−８それぞれのDC/DC変換部３１の出力電力量を比較して処理を切り替える指令を送信することで、出力変換機２１−１乃至２１−８それぞれにおいて、出力電力量を比較する処理を行うよりも、全体としての処理量を削減することができる。これにより、最大電力点追従制御を行う処理と変換効率を固定する処理との切り替えを安定して動作させることができ、発電量を増加させることができる。

なお、管理ユニット１４が、DC/DC変換部３１の出力電力量が最大である出力変換機２１だけが変換比率を固定する他、DC/DC変換部３１の出力電力量が大きな上位グループである出力変換機２１の変換比率を固定してもよい。

なお、上述のフローチャートを参照して説明した各処理は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいは個別に実行される処理（例えば、並列処理あるいはオブジェクトによる処理）も含むものである。

また、各制御部は、CPU（Central Processing Unit）、ROM（Read Only Memory）、RAM（Random Access Memory）、フラッシュメモリ（例えば、EEPROM（Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory））などを備えて構成されており、ROMまたはフラッシュメモリに記憶されているプログラムをRAMにロードして実行することで、電力システム１１の各部を制御する。なお、CPUが実行するプログラムは、あらかじめROMおよびフラッシュメモリに記憶されているものの他、適宜、フラッシュメモリにダウンロードして更新することができる。さらに、プログラムは、遠方のコンピュータに転送されて実行されるものであっても良い。

なお、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

１１ 太陽光発電システム
１２ パワーコンディショナ
１３ 太陽電池ストリング
１４ 管理ユニット
２１ 出力変換機
２２ 太陽電池モジュール
３１ DC/DC変換部
３２ 電圧検出部
３３ 電流検出部
３４ 電力線通信部
３５ 制御部

Claims (7)

1. 太陽光により発電された電力の電圧を変換する処理を実行する変換処理手段と、
   少なくとも前記変換処理手段の動作状況に基づいて、前記変換処理手段の動作を変換比率固定または最大電力点追従制御のいずれかに切り替える切替手段と
   を備えることを特徴とする電圧変換装置。
2. 他の電圧変換装置と通信して、前記他の電圧変換装置が有する変換処理手段の動作状況を取得する動作状況取得手段と、
   前記動作状況取得手段により取得された動作状況である出力電力量と、前記変換処理手段の動作状況である出力電力量とを比較して、前記変換処理手段における電圧の変換比率を固定させるか否かを判断して前記切替手段に通知する比較手段と
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の電圧変換装置。
3. 前記比較手段は、前記変換処理手段の動作状況である出力電力量が最大である場合、前記変換処理手段における電圧の変換比率を固定させると判断する
   ことを特徴とする請求項２に記載の電圧変換装置。
4. 前記変換処理手段の動作状況として、前記変換処理手段のDuty値が基準値以上である期間が一定の時間以上である場合、前記変換処理手段における電圧の変換比率を固定させると判断して前記切替手段に通知する判断手段と、
   他の電圧変換装置に対して、変換比率を固定させる旨を通知する通知手段と
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の電圧変換装置。
5. 太陽光により発電された電力の電圧を変換する処理を実行する変換処理を実行し、
   少なくとも前記変換処理の動作状況に基づいて、前記変換処理の動作を変換比率固定または最大電力点追従制御のいずれかに切り替える
   ステップを含むことを特徴とする電圧変換方法。
6. 太陽光により発電された電力の電圧を変換する電圧変換装置が、太陽電池モジュールごとに設けられており、
   前記電圧変換装置は、
   前記電圧を変換する処理を実行する変換処理手段と、
   少なくとも前記変換処理手段の動作状況に基づいて、前記変換処理手段の動作を変換比率固定または最大電力点追従制御のいずれかに切り替える切替手段と
   を有する
   ことを特徴とする太陽光発電システム。
7. 太陽光により発電された電力の電圧を変換する処理を実行する変換処理手段と、少なくとも前記変換処理手段の動作状況に基づいて、前記変換処理手段の動作を変換比率固定または最大電力点追従制御のいずれかに切り替える切替手段とを有する複数の電圧変換装置と通信して、全ての前記電圧変換装置が有する前記変換処理手段の動作状況を取得する動作状況取得手段と、
   前記動作状況取得手段により取得された動作状況である出力電力量を比較して、前記変換処理手段における電圧の変換比率を固定させる前記電圧変換装置を決定する決定手段と
   を備えることを特徴とする管理装置。

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