JP5887500B2 - 集電箱 - Google Patents

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Description

本発明は、太陽電池で発電される直流電力を交流電力に変換して商用電力系統へ重畳する系統連系システムに関する。
従来、複数の太陽電池を直列に接続した太陽電池ストリング（単に太陽電池と称する）を複数設置した場合、太陽電池の発電電力を昇圧して供給する電力ラインと、太陽電池の発電出力を昇圧することなく直接供給する電力ラインとを有し、これらの両ラインを介して得られる太陽電池の発電出力を集電箱内で単一の電力ラインにまとめて出力した後、この出力を交流電力に変換して商用電力系統へ直接重畳する電力変換装置を有する系統連系システムが提案されている。
（特許文献１）。
特開２００２−２３８２４６
このような系統連系システムでは、集電箱内の昇圧回路は、太陽電池の発電電力が最大になるように昇圧回路における昇圧比を制御するＭＰＰＴ動作（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ）を行う。また、電力変換装置においても同様に、出力される直流電力が最大になるように動作するＭＰＰＴ動作が行われている。
集電箱内で行われるＭＰＰＴ動作は、一般に昇圧回路の昇圧比を増加、或いは減少させて太陽電池の出力電力（電流と電圧の積の値）を監視し、この昇圧比の変更によって太陽電池の発電電力が増加する場合には引き続き同じ方（昇圧比を増加させていれば増加、減少させていれば減少）に昇圧比を変え、電力が減少する場合には反対の方（昇圧比を増加させていれば減少、減少させていれば増加）に昇圧比を変える。
これらの制御により昇圧回路の昇圧比は、太陽電池の出力電力が最大値になる位置に収束する。
電力変換装置のＭＰＰＴ動作は、集電箱４の出力する直流電力が、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路の出力電力とほぼ等しいことを利用して行う。（変換効率は加味しない。）
このＭＰＰＴ動作は、商用電力系統の電圧が安定していれば、インバータ回路２３の出力電流の目標値を増加・減少させて、インバータ回路の出力電力が最大値（即ち、電力変換装置の入力電力が最大値）になる目標電流値を探す。この時、昇圧比は、目標値の電流がインバータ回路から出力されるように決定する。
集電箱４内で昇圧回路のＭＰＰＴ動作を行うと、太陽電池の出力電力が変動し、この変動は電力変換装置の出力電力（出力電流）の変動として現れる。このため、集電箱４の昇圧回路のＭＰＰＴ動作と電力変換装置のＭＰＰＴ動作を同時に行うと、双方のMPPT動作が相互に干渉し昇圧比がなかなか収束に至らない場合があった。
特許文献１に記載の系統連系システムは、このような干渉による不都合を取り除くために、昇圧回路のＭＰＰＴ動作と電力変換装置のＭＰＰＴ動作とを交互に行い、夫々のＭＰＰＴ動作の干渉を無くしていた。
しかしながら、このような系統連系システムにおいては、上述のように、共通の制御回路で、ＭＰＰＴ動作を行わせる回路を選択して順次ＭＰＰＴ動作を行うため、太陽電池（太陽電池ストリング）を増やしたり減らしたりする場合には、増減する昇圧回路の情報を、共通の制御回路に設定する必要があり、回路の変更や、ソフトウェアの更新など、煩わしい作業が必要になるという問題があった。
本発明は上述の問題に鑑みて成された発明であり、集電箱内の昇圧回路が行うＭＰＰＴ動作が電力変換装置の行うＭＰＰＴ動作に干渉することを抑えることができる系統連系システムの集電箱を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、複数の太陽電池セルを直列に接続した太陽電池ストリングが少なくとも２つ以上接続できる数の端子を備え、これら端子から入力した太陽電池ストリングの発電電力を最大値になるように制御した後出力する集電箱において、端子を介して入力された太陽電池ストリングの発電電力の電圧を夫々個別に昇圧する昇圧回路と、これら昇圧回路の出力を全て単一の出力にまとめた後出力する出力回路とを備え、昇圧回路の夫々は夫々所定の周期毎に印加されている電圧を一定時間の間対応する発電電力が最大値になるように昇圧比を制御すると共に、昇圧回路の夫々の作動する周期を異なる値に設定して成ることを特徴とすることを特徴とする。
本発明によれば、夫々の昇圧回路のＭＰＰＴ動作を夫々異なる周期で開始するようにしたため、このＭＰＰＴ動作が複数同時に電力変換装置のＭＰＰＴ動作と重なることを抑制することができる。これにより、ＭＰＰＴ動作が干渉しても、容易に干渉状態を脱却することができる。また、夫々の昇圧回路には特段の設定を行う必要がなく、容易に太陽電池を増やしたり減らしたりすることができる。
また、上述の発明において、周期の一定時間をMPPT動作を行う第１区間とし、残りの時間をMPPT動作を行わず昇圧比を一定の値に固定する第２区間とした際に昇圧回路の夫々の第１区間の長さを合算した時間は、何れの第２区間の時間より短いことを特徴とする。
また、上述の発明において、昇圧回路は、周期を変更可能にすることを特徴とする。
また、上述の発明において、前記第１区間の長さを、変更可能にするとともに、前記第２区間の長さを所定の長さに固定し、前記昇圧回路は、前記第１区間において、昇圧比の制御を行っている際に、前記太陽電池の発電電力の変動量が所定量より小さくなると、前記第１区間の昇圧比の制御を終了して昇圧比を固定した後、第２区間は当該昇圧比で前記昇圧回路の動作を行うことを特徴とする。
また、上述の発明において、前記昇圧回路は、該昇圧回路に入力、或いは出力される電流を検出する電流検出回路を有し、前記昇圧回路は起動時に、前記電流検出回路の検出する電流が所定値を超えている場合に、前記昇圧ＭＰＰＴ動作を開始することを特徴とする。
本発明によれば、昇圧回路が行うＭＰＰＴ動作が電力変換装置の行うＭＰＰＴ動作に干渉することを抑えつつも、容易に太陽電池の出力電圧を昇圧して電力を供給する昇圧回路を介する電力ラインを増やしたり減らしたりできる系統連系システムを提供できる。
第１の実施形態に係る太陽光発電システム１００を示す構成図である。 第１の実施形態の系統連系システムが有する集電箱の昇圧回路の回路図である。 第１の実施形態の系統連系システムが有する電力変換装置の回路図である。 集電箱の昇圧回路の起動時の動作を示すフローチャートである。 昇圧回路のＭＰＰＴ動作と昇圧比一定動作を行う際の集電箱の昇圧回路の動作を示すフローチャートである。 電力変換装置のＭＰＰＴ動作と目標電流一定動作を行う際の電力変換装置の動作を示すフローチャートである。 第１の実施形態における集電箱及び電力変換装置が動作する際のタイムチャートである。 第１の実施形態に係る系統連系システムが有する集電箱４の外観図を示す。 第２の実施形態における集電箱及び電力変換装置が動作する際のタイムチャートである。 電力変換装置２に、昇圧回路２１を設けない構成を採用した太陽光発電システム１００を示す構成図である。 太陽電池１ａを直接他の昇圧回路４１の出力側に接続するようにした太陽光発電システム１００を示す構成図である。 第４期間をゼロにした場合の昇圧回路のＭＰＰＴ動作及び電力変換装置のＭＰＰＴ動作を実行する際のタイムチャートである。 絶縁型の昇圧回路の回路図である。
以下、図面に基づき本発明の第１の実施形態を詳述する。図１は第１の実施形態に係る太陽光発電システム１００を示す構成図である。この図に示すように太陽光発電システム１００は、太陽電池１ａ〜１ｄ、及び系統連系システム５０を備える。また、系統連系システム５０は、太陽電池１ａ〜１ｄの供給する電力をまとめて商用電力系統３０へ供給する。
太陽電池１ａ〜１ｄは、夫々、太陽電池のセルを直列に接続して構成される。各太陽電池１ａ〜１ｄのセルの枚数は、太陽電池１ａ〜１ｄを設置する面積等によって変わるため、太陽電池１ａ〜１ｄによって枚数が異なる。
系統連系システム５０は、集電箱４、及び電力変換装置２を備える。
集電箱４は、複数の太陽電池１ａ〜１ｄに夫々接続されるラインＬａ〜Ｌｄ、及びこのラインＬａ〜Ｌｄに夫々介在する昇圧ユニット４０ａ〜４０ｄを有する。集電箱４は、このラインＬａ〜Ｌｄの出力をまとめて出力する。夫々の昇圧ユニット４０ａ〜４０ｄは、夫々の太陽電池１ａ〜１ｄの出力電圧を昇圧する昇圧回路４１ａ〜４１ｄを有する。また、夫々の昇圧回路４１ａ〜４１ｄは、昇圧回路４１ａ〜４１ｄの昇圧動作の制御を行う昇圧制御回路４２ａ〜４２ｄを有している。夫々の昇圧回路４１ａ〜４１ｄは、ラインＬａ〜Ｌｄに介在する。夫々の昇圧制御回路４２ａ〜４２ｄは、昇圧回路４１ａ〜４１ｄに接続される。また、昇圧回路４１ａ〜４１ｄの出力側は、集電箱４内において単一に接続されている。集電箱４は、これらの昇圧回路４１ａ〜４１ｄが昇圧して出力する電力を単一にまとめ、このまとめた直流電力を電力変換装置２へ出力する。
第１の実施形態では、同様の構成のものには同じ数字の符号（太陽電池であれば１）を、各構成同士で接続関係を有するものには同じ英字の符号を付している（太陽電池１と昇圧回路４１とで接続関係にあるものを、夫々太陽電池１ａと昇圧回路４１ａと符号を付している）。
同様の構成において、同じ動作を行う場合、同じ説明を行うと冗長になるため、以後、同様の構成において、共通の動作を説明する場合は、末尾の符号のａ、ｂ、ｃ、ｄを省いて説明する場合がある。
図２に第１の実施形態の系統連系システムが有する集電箱の昇圧回路の回路図を示す。昇圧回路４１には、一対の端子８８、８９、リアクトル８１、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）のようなスイッチ素子８２、ダイオード８３、及びコンデンサ８４を有して構成される、所謂、非絶縁型昇圧回路が用いられる。一対の端子８８、８９には太陽電池１が接続され、この端子８８、８９の一方の端子（プラス側）８８に直列にリアクトル８１とダイオード８３とが接続される。スイッチ素子８２は、リアクトル８１とダイオード８３との接続点と一対の端子の他方の端子との間を開閉する。また、コンデンサ８４は、ダイオード８３と他方の端子との間に接続される。
昇圧回路４１は、入力電流を検出する電流センサ８５、入力電圧を検出する電圧センサ８６、及び出力電圧を検出する電圧センサ８７を有している。昇圧回路４１は、これらのセンサから得られる情報に基づいて、スイッチ素子８２を周期的に開閉させて所定の昇圧比を得る。
電力変換装置２は、集電箱４の出力する直流電力を昇圧する昇圧回路２１と、昇圧回路２１が出力する直流電力を交流電力に変換するインバータ回路２３と、昇圧回路２１及びインバータ回路２３の動作の制御を行うパワコン制御回路２２とを備えている。また、電力変換装置２は、集電箱４の出力する直流電力を交流電力に変換して商用電力系統３０へ重畳する。
図３に第１の実施形態の系統連系システムが有する電力変換装置の回路図を示す。昇圧回路２１の構成については、昇圧回路４１と同様の回路構成を用いることができるため、ここでは説明を省略する。昇圧回路２１は、同様の回路構成を用いているが、パワコン制御回路２２により別の制御が行われる。
インバータ回路２３は、スイッチ素子５１、５２を直列接続した第１アームと、スイッチ素子５３、５４を直列接続した第２アームとを夫々並列に接続して構成される。スイッチ素子５１〜５４には、ＩＧＢＴのようなスイッチ素子を用いると良い。インバータ回路２３は、パワコン制御回路２２のＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御にしたがって各スイッチ素子５１〜５４を周期的に開閉する。インバータ回路２３は、このスイッチ素子５１〜５４の開閉により、昇圧回路２１から出力される直流電力を三相交流電力に変換する。また、インバータ回路２３の後段には、リアクトル６１、６２、及びコンデンサ６３からなるフィルタ回路（ローパスフィルタ）が設けられており、スイッチ素子５１〜５４の開閉動作による高周波を除去している。
また、インバータ回路２３は、インバータ回路２３の出力電流を検出する電流センサ９１と、インバータ回路２３の出力電圧を検出する電圧センサ９２とを有している。そして、パワコン制御回路２２は、昇圧回路２１の有する電圧センサ８６、８７、及び電流センサ８５、並びにインバータ回路２３の有する電圧センサ９２、電流センサ９１から検出される電流値や電圧値を用いて、昇圧回路２１とインバータ回路２３を制御する。
次に、第１の実施形態の系統連系システム５０が有する集電箱４の昇圧回路４１、電力変換装置２の動作、及び系統連系システム５０について説明する。
（集電箱の昇圧回路の動作）
昇圧回路４１は、起動時に電力変換装置２の起動（連系）を確認してから昇圧を開始する。電力変換装置２は、集電箱４の昇圧回路４１に非絶縁型昇圧回路を用いているため、昇圧回路４１が昇圧動作をしていなくてもリアクトル８１及びダイオード８３を介して電力が供給されるため起動することができる。電力変換装置２が起動して連系を開始すると、電流センサ８５が検出する電流が増加することで、電力変換装置２の起動（連系）が確認できる。この昇圧回路４１が起動する際の動作について図面を用いて説明する。図４に、集電箱４の昇圧回路４１の起動時の動作のフローチャートを示す。
昇圧回路４１の起動処理は、昇圧回路４１への入力電流Ｉｃｉｎを電流センサ８５を用いて検出し（ステップＳ１１）、入力電流Ｉｃｉｎが所定値Ｉｃｔｈを超えたか否かを判断する（ステップＳ１３）。
昇圧回路４１は、入力電流Ｉｃｉｎが所定値Ｉｃｔｈを超えていない場合、電力変換装置が起動していないと判断しステップＳ１１へ移行する。また、入力電流Ｉｃｉｎが増加して所定値Ｉｃｔｈを超えた場合、電力変換装置が起動したと判断し、予め定めた昇圧比ｒで昇圧回路４１の動作を開始し起動処理を終了する。
このようにすることで、起動時に入力電流Ｉｃｉｎが小さいうちは昇圧動作を行うことが無いので、昇圧回路４１のスイッチ素子８２の開閉回数を減らすことができる。
昇圧回路４１は、起動時の動作が終了すると、夫々に接続される太陽電池１の出力電力が最大になるように動作するＭＰＰＴ動作を第1周期毎に開始する。具体的には、第１周期の１周期中を、昇圧回路のＭＰＰＴ動作を可能とする第１期間と昇圧回路のＭＰＰＴ動作を行わない第２期間とに分ける。昇圧回路４１は、第１期間では、ＭＰＰＴ動作を行い、第２期間では、昇圧比ｒを一定（固定）にした昇圧比一定動作を行う。このように、昇圧回路４１は、第１周期毎に、昇圧回路のＭＰＰＴ動作及び昇圧比一定動作を繰り返す。
昇圧回路４１が、ＭＰＰＴ動作及び昇圧比一定動作を繰り返す際の動作について図面を用いて説明する。図５に昇圧回路のＭＰＰＴ動作と昇圧比一定動作を行う際の動作のフローチャートを示す。昇圧回路４１は、この繰り返し動作を開始すると加算型のタイマのカウンタ値Ｔをゼロ（Ｔ＝0）にリセットした後計時を開始し、昇圧回路４１への入力電力Ｐｃを検出して記憶し（記憶している入力電力の値には符号Ｐｃｄを付する）、ステップＳ２１で電力差ｄＰｃ（＝（現在の電力Ｐｃ）-（前回の電力Ｐｃｄ））を求める。この入力電力Ｐｃ（太陽電池の出力電力）は、電圧センサ８６、及び電流センサ８５を用いて昇圧回路４１の入力電圧Ｖｃｉｎ、及び入力電流Ｉｃｉｎを検出し、この入力電圧Ｖｃｉｎと入力電流Ｉｃｉｎとを積算することで求めることができる。
ステップＳ２２で電力差｜ｄＰｃ｜＜ｄＰｃｔｈの判断を行い電力差ｄＰｃが閾値ｄＰｃｔｈより小さい時はこの時の昇圧比ｒを固定する（ステップＳ２４）。電力差ｄＰｃが閾値ｄＰｃｔｈより大きいときはステップＳ２３に進みｒ＝ｒ+ｄｒとして新しい昇圧比ｒを設定する（昇圧回路４１のＭＰＰＴ動作）。即ち、太陽電池１の出力電力Ｐｃが最大値付近である（｜ｄＰｃ｜＜ｄＰｃｔｈがＹｅｓ）場合に昇圧比一定動作を行い、太陽電池１の出力電力Ｐｃが最大値付近でない（｜ｄＰｃ｜＜ｄＰｃｔｈがＮｏ）場合ＭＰＰＴ動作を行う。
昇圧回路４１のＭＰＰＴ動作は、電力差ｄＰｃが正の場合、前回昇圧比ｒを変更した内容と同じ内容で昇圧比ｒを変更し（昇圧比ｒを増加させていれば増加、減少させていれば減少）、電力差ｄＰｃが負であれば、前回昇圧比ｒを変更した内容と異なる内容で昇圧比ｒを変更する（昇圧比ｒを増加させていれば減少、減少させていれば増加）。尚、最初にこのステップＳ３３の処理を行う場合は、予め昇圧比ｒを増加するか減少するかを決めておき、昇圧比ｒはその内容にて変更する。
ステップＳ２５はこのＭＰＰＴ動作を行う期間を制御するステップであり、ステップＳ２５でこのカウント値Ｔが第１期間Ｂの時間に相当する値Ｔｔｈ１（カウンタのクロックに合わせて適に設定する）に達したか否かを判断する（Ｔ＞Ｔｔｈ１）。本フローチャートではステップＳ２４でｄＰｃ＜ｄＰｃｔｈの際に昇圧比ｒを固定しており、Ｔ＞Ｔｔｈ１を判断すると第２期間Ｃに進みこの昇圧比ｒをそのまま継続する。
尚、ステップＳ２２でｄＰｃ＜ｄＰｃｔｈを判断することなくこの第１期間Ｂが計時されるまでＭＰＰＴ動作による昇圧比ｒの変更を行っても良い。
また、ステップＳ２５でタイマにより第１期間Ｂの計時が判断された際に、ｄＰｃ＜ｄＰｃｔｈを満たしていないときは、その時点の昇圧比ｒを用いて第２期間Ｃが開始される。すなわちＭＰＰＴ動作は一旦終了する。
ＭＰＰＴ動作を禁止する第２期間Ｃの動作（昇圧比一定動作）はステップＳ２６〜ステップＳ２８で実行される。具体的には、第２期間Ｃに入るとまずカウンタの値Ｔがリセットされ、この時の昇圧比ｒが記憶される（ステップＳ３６）。その後、記憶された昇圧比ｒに固定して電力変換装置２を制御し（ステップＳ３７）、昇圧比一定動作を行う期間を制御する（ステップＳ３８）。ステップＳ３８では、カウント値Ｔが第２期間Ｃの時間に相当する値Ｔｔｈ２（カウンタのクロックに合わせて適に設定する）に達したか否かを判断する（Ｔ＞Ｔｔｈ２）。
この第２期間Ｃを経過すると、タイマＴのカウント値をゼロにリセット（ステップＳ３９）した後、再度ステップＳ３１に戻り、昇圧比ｒを変えてＭＰＰ動作を開始する。この第２期間Ｃでは、第１期間Ｂの計時が終了した時の昇圧比ｒが固定されて制御に用いられる。
昇圧回路４１は、この様にして、ステップＳ２１〜Ｓ２９を繰り返すことで、昇圧回路のＭＰＰＴ動作及び昇圧比一定動作を繰り返す。
昇圧回路４１は、太陽電池１の出力電力Ｐｃが最大値付近であるか否かを判断しＭＰＰＴ動作、或いは昇圧比変更なし（昇圧比一定）で動作することを決定し、第１期間Ｂ経過後にＭＰＰＴ動作を禁止して昇圧比一定動作を開始するようにしている。このため、昇圧回路４１は、第１期間Ｂ中にＭＰＰＴ動作中に太陽電池１の出力電力が最大値付近になるとＭＰＰＴ動作から昇圧比一定動作に切り替わる（後述の図７、図９、図１２のＢ’参照）。
このようにすることで、固定された第１周期Ａの中で、昇圧比一定動作を行う時間を増やすことができるため、電力変換装置ＭＰＰＴ動作に影響を与える昇圧回路のＭＰＰＴ動作を行う期間を短くすることができる。
（電力変換装置の動作）
電力変換装置２は、入力電圧が所定値（例えばＤＣ１００Ｖ程度）を超えると連系開始前の初期動作を開始する。電力変換装置２は、初期動作において、入力電圧が所定値（例えば１００Ｖ程度）を超えると電力変換装置２内の昇圧回路２１が昇圧を開始する。そして、電力変換装置２は、昇圧回路２１の昇圧電圧が所定値（例えば、３００Ｖ程度）になると、インバータ回路２３により、商用電力系統と位相が同期する交流電力の生成を開始して、系統連系用リレー（図示しない）を閉じて連系を開始する。
電力変換装置２は、系統連系時に、太陽電池１ａ〜１ｄの出力する電力をまとめた直流電力が最大になるように動作する電力変換装置２のＭＰＰＴ動作を所定の第２周期Ｘ毎に開始する。具体的には、第２周期Ｘの１周期中を、電力変換装置２のＭＰＰＴ動作を可能とする第３期間Ｙと電力変換装置２のＭＰＰＴ動作を禁止する第４期間Ｚとに分ける。電力変換装置２は、第３期間Ｙでは、ＭＰＰＴ動作を行い、第４期間Ｚでは、電力変換装置２のインバータ回路２３の出力電流の目標値を一定に保つように動作する目標電流一定動作を行う。このように、電力変換装置２は、系統連系時において、第２周期毎に、電力変換装置２のＭＰＰＴ動作及び目標電流一定動作を繰り返す。
電力変換装置２のＭＰＰＴ動作は一例として次のように行われる。昇圧回路２１に供給される入力電力Ｐｐｉｎ（入力電流Ｉｐｉｎと入力電圧Ｖｐｉｎとの積）は、電力変換装置２の変換効率を１００％とすると商用電力系統３０へ重畳される出力電力Ｐｐｏと実質的に等しくなる。（以下、変換効率は１００％として取り扱うが、この変換効率を考慮する場合は適当な定数を掛けて用いると良い）。太陽電池１の発電出力は集電箱Ｂを経て電力変換装置２に供給され入力電力Ｐｐｉｎとなっているので、太陽電池１の発電量が変動するとこの入力電力Ｐｐｉｎの値も変化する。また、入力電力Ｐｐｉｎと出力電力Ｐｐｏとは実質的に同じであるので、商用電力系統３０の電圧が一定（例えば単相３線式ではＡＣ２００Ｖ）であれば入力電力Ｐｐｉｎは商用電力系統３０へ供給する出力電流Ｉｐｏから求めることができる。従って出力電流Ｉｐｏの値を変えることによって出力電力Ｐｐｏ値を太陽電池１の現在の発電電力に会わせることができる。
インバータ回路２３は搬送波と正弦波状の変調波とを変調して得られるＰＷＭ方式に基づくスイッチング信号でスイッチング素子５１〜５４をＯＮ／ＯＦＦ制御して単相の疑似正弦波を出力する。この時この疑似正弦波の振幅は昇圧回路２１から出力される電圧となるので、出力電流Ｉｐｏは昇圧回路２１の昇圧比を変えることによって制御することができる。従って、この現在の太陽電池１の発電電力の最大値は出力電流Ｉｐｏの目標値Ｉｔを変えた際に入力電力Ｐｐｉｎが最大になる目標値Ｉｔで出力電流Ｉｐｏを制御すればよい。
昇圧回路２１は電流差ｄＩｐ（＝電流Ｉｐｏ−目標値Ｉｔ）に基づいてスイッチング素子８２のＯＮデューティを制御する。電流差ｄＩｐが正であればＯＮデューティの値を小さくし、負であればＯＮデューティの値を大きくする。尚、この際のゲインは適に設定する。
電力変換装置２が、電力変換装置２のＭＰＰＴ動作及び目標電流一定動作を繰り返す際の動作（系統連系時の動作）について図面を用いて説明する。図６に系統連系時の電力変換装置の動作のフローチャートを示す。
電力変換装置２は、系統連系時の動作を開始すると加算型のタイマのカウンタ値Ｔをゼロ（Ｔ＝0）にリセットした後計時を開始し、電力変換装置２への入力電力Ｐｐｉｎを検出して記憶し、ステップＳ３１で電力差ｄＰｐ（＝（現在の電力Ｐｐｉｎ）-（前回の電力Ｐｐｉｎｄ））を求める。
ステップＳ３２で電力差｜ｄＰｐ｜＜ｄＰｐｔｈの判断を行い電力差の絶対値｜ｄＰｐ｜が閾値ｄＰｐｔｈより小さい時はこの時の目標値Ｉｔを固定する（ステップＳ３４）。電力差の絶対値｜ｄＰｐ｜が閾値ｄＰｐｔｈより大きいときはステップＳ３３に進みIｔ＝Ｉｔ+ｄＩとして新しい電流の目標値Ｉｔを設定する（電力変換装置２のＭＰＰＴ動作）。即ち、入力電力Ｐｐｉｎが最大値付近である（｜ｄＰｐ｜＜ｄＰｐｔｈがＹｅｓ）場合に目標電流一定動作を行い、入力電力Ｐｐｉｎが最大値付近でない（｜ｄＰｐ｜＜ｄＰｐｔｈがＮｏ）場合にＭＰＰＴ動作を行う。
電力変換装置２のＭＰＰＴ動作は、電力差ｄＰｐが正の場合、前回目標値Ｉｔを変更した内容と同じ内容で目標値Ｉｔを変更し（目標値を増加させていれば増加、減少させていれば減少）、電力差ｄＰｐが負であれば、前回目標値Ｉｔを変更した内容と異なる内容で目標値Ｉｔを変更する（目標値を増加させていれば減少、減少させていれば増加）。尚、最初にこのステップＳ３３の処理を行う場合は、予め目標値Ｉｔを増加するか減少するかを決めておき、目標値Ｉｔはその内容にて変更する。
ステップＳ３５はこのＭＰＰＴ動作を行う期間を制御するステップであり、ステップＳ３５でこのカウント値Ｔが第３期間Ｙの時間に相当する値Ｔｔｈ３（カウンタのクロックに合わせて適に設定する）に達したか否かを判断する（Ｔ＞Ｔｔｈ３）。本フローチャートではステップＳ３４でｄＰｐ＜ｄＰｐｔｈの際に電流の目標値Ｉｔを固定しており、Ｔ＞Ｔｔｈ３を判断すると第４期間Ｚに進みこの目標値Ｉｔをそのまま継続する。
尚、ステップＳ３２でｄＰｐ＜ｄＰｐｔｈを判断することなくこの第３期間Ｙが計時されるまでＭＰＰＴ動作による電流の目標値Ｉｔの変更を行っても良い。
また、ステップＳ３５でタイマにより第３期間Ｙの計時が判断された際に、ｄＰｐ＜ｄＰｐｔｈを満たしていないときは、その時点の目標値Ｉｔが固定され第４期間Ｚが開始される。すなわちＭＰＰＴ動作は一旦終了する。
ＭＰＰＴ動作を禁止する第４期間Ｚの動作（目標電流一定動作）はステップＳ３６〜ステップＳ３８で実行される。具体的には、第４期間Ｚに入るとまずカウンタの値Ｔがリセットされ、この時の目標値Ｉｔが記憶される（ステップＳ３６）。その後、記憶された目標値Ｉｔに固定して電力変換装置２を制御し（ステップＳ３７）、目標電流一定動作を行う期間を制御する（ステップＳ３８）。ステップＳ３８では、カウント値Ｔが第４期間Ｚの時間に相当する値Ｔｔｈ４（カウンタのクロックに合わせて適に設定する）に達したか否かを判断する（Ｔ＞Ｔｔｈ４）。
この第４期間Ｚを経過すると、タイマＴのカウント値をゼロにリセット（ステップＳ３９）した後、再度ステップＳ３１に戻り、出力電流Ｉｐｏの目標値Ｉｔを変えてＭＰＰ動作を開始する。この第４期間Ｚでは、第３期間Ｙの計時が終了した時の目標値Ｉｔが固定されて制御に用いられる。
尚、第４期間Ｚをゼロ時間とすれば、１周期のＸ期間にわたってこのＭＰＰＴ動作が継続され常に目標値Ｉｔが再計算されることになる。
また、第１の実施形態では入力電力Ｐｐｉｎを昇圧回路２１の入力電圧Ｖｐｉｎと入力電流Ｉｐｉｎとの積で求めているが、インバータ回路２３の入力電圧と入力電流との積に置換えることも可能である。
電力変換装置２は、この様にして、ステップＳ３１〜Ｓ３９を繰り返すことで、電力変換装置２のＭＰＰＴ動作及び目標電流一定動作を繰り返す動作を行う。
電力変換装置４１は、入力電力Ｐｐｉｎが最大値付近であるか否かを判断し、ＭＰＰＴ動作、或いは出力電流の目標値変更なし（目標電流一定）で動作を決定し、第２周期Ｘ経過後にＭＰＰＴ動作を禁止して目標電流一定動作を開始するようにしている。このため、昇圧回路４１は、第３期間Ｙ中にＭＰＰＴ動作中に入力電力Ｐｐｉｎが最大値付近になるとＭＰＰＴ動作から目標電流一定動作に切り替わる（後述の図７、図９のＹ’参照）。
このようにすることで、固定された第３周期Ｘの中で、目標電流一定動作を行う時間を増やすことができるため、昇圧回路ＭＰＰＴ動作と電力変換装置ＭＰＰＴ動作とがバッティングする期間を短くすることができる。
（第１の実施形態）
図７に第１の実施形態における集電箱及び電力変換装置が動作する際のタイムチャートを示す。図７（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、昇圧回路４１ａ〜４１ｄがＭＰＰＴ動作を行う際のタイムチャートを示し、図７（ｅ）は、電力変換装置２がＭＰＰＴ動作を行う際のタイムチャートを示している。
図７（ａ）〜（ｄ）において、白抜きの期間Ｃが上述した、昇圧回路４１のＭＰＰＴ動作を禁止し、昇圧比一定動作を行う第２期間Ｃに相当し、斜線にてハッチングされた期間Ｂが上述した昇圧回路４１のＭＰＰＴ動作を行う第１期間Ｂに相当する。第１期間Ｂ、第２期間Ｃを加えた期間Ａが第１周期Ａに相当する。また、点線で囲われている期間Ｅは昇圧回路４１ａ〜４１ｄが動作していない期間、或いは起動時の動作を行っている期間に相当する。に相当する。
図７（ｅ）においては、白抜きの期間Ｚが上述した、電力変換装置２のＭＰＰＴ動作を禁止し、目標電流一定動作を行う第４期間Ｚに相当し、斜線にてハッチングされた期間Ｙが上述した電力変換装置２のＭＰＰＴ動作を行う第３期間Ｙに相当する。第３期間Ｙ、第４期間Ｚを足した期間Ｘが第２周期Ｘに相当する。また、点にてハッチングされた期間Ｓは電力変換装置２が初期動作を行う期間に相当する。尚、図７（ｅ）において、電力変換装置２が動作していない期間が初期動作を行う期間の前にあるがここでは省略する。
図７を参照してわかるように、第１周期Ａを、昇圧回路４１のＭＰＰＴ動作を可能とする第１期間Ｂと昇圧回路４１のＭＰＰＴ動作を禁止する第２期間Ｃとに分け、第２周期Ｘを、電力変換装置２のＭＰＰＴ動作を可能とする第３期間Ｙと電力変換装置２のＭＰＰＴ動作を禁止する第４期間Ｚとに分けている。そして、第１周期Ａの長さと第２周期Ｘの長さを異なるようにしている。このため、昇圧回路４１のＭＰＰＴ動作と電力変換装置２のＭＰＰＴ動作を行う時間帯をずらすことができ、昇圧回路４１のＭＰＰＴ動作が電力変換装置２のＭＰＰＴ動作に干渉することを抑えることができる。また、昇圧回路４１と電力変換装置２は、制御周期が異なるだけで、他の回路から指令を受けて動作するものではないので、これらの回路を制御する制御回路に特段の設定を行う必要がなく、容易に太陽電池の出力電圧を昇圧して電力を供給する昇圧回路を介するラインを増やしたり減らしたりすることができる。
また、第１周期Ａの長さよりも、第２周期Ｘの長さの方が短くなる。これにより、系統連系システム５０全体としての出力電力の最大化が頻度よく行われ、個別の太陽電池の出力電力の最大化がゆっくりと行われることになる。
また、第２期間Ｃの長さを、前記第３期間Ｙの長さよりも長くしている。このため、昇圧回路４１のＭＰＰＴ動作の影響を受けない第２期間Ｃの中で、１回の電力変換装置２のＭＰＰＴ動作をすべて行うことができる。このため、昇圧回路４１のＭＰＰＴ動作が電力変換装置２のＭＰＰＴ動作に干渉をすることをより抑制することができる。
また、第４期間Ｚの長さを、前記第１期間Ｂの長さよりも長くしている。このため、１回の昇圧回路のＭＰＰＴ動作を第４期間内ですべて行うことができるようになる。これにより、昇圧回路のＭＰＰＴ動作が、電力変換装置２のＭＰＰＴ動作に干渉することをより抑制することができる。
また、昇圧回路の昇圧回路のＭＰＰＴ動作を開始する周期と、他の前記昇圧回路の昇圧回路４１のＭＰＰＴ動作を開始する周期とが異なるようにしている（第１の実施形態においては全ての第１周期Ａが異なる長さに設定されている）。このため、図７に示すように、昇圧回路４１ａ〜４１ｄについて夫々昇圧回路４１のＭＰＰＴ動作を行うタイミングをずらすことができる。また、昇圧回路４１ａ〜４１ｄが複数同時に電力変換装置２のＭＰＰＴ動作を行う時間帯を少なくすることができる。これにより、昇圧回路４１ａ〜４１ｄの昇圧回路４１のＭＰＰＴ動作が同時に電力変換装置２のＭＰＰＴ動作に干渉してしまうことを抑制することができる。
また、昇圧回路４１ａ〜４１ｄの第１周期Ａを異なるようにする場合は、昇圧回路４１ａ〜４１ｄの内、出力（例えば、定格出力電力や太陽電池セルの直列数）の大きい太陽電池ほど第１周期を長くすると、昇圧回路４１のＭＰＰＴ動作を行う際に電力の変動が大きくなる太陽電池に対してＭＰＰＴ動作を行う機会が減る。この場合、電力変換装置２のＭＰＰＴ動作に大きく干渉する昇圧回路４１のＭＰＰＴ動作を行う機会が減り、より昇圧回路４１のＭＰＰＴ動作が電力変換装置２のＭＰＰＴ動作に干渉することを抑制できる。
また、昇圧回路４１ａ〜４１ｄの第１周期Ａを異なるようにする場合に、昇圧回路４１ａ〜４１ｄの内、出力（例えば、定格出力電力や太陽電池セルの直列数）の大きい太陽電池ほど第１周期を短くすると、より電力の取り出せる太陽電池に対して昇圧回路４１のＭＰＰＴ動作をする機会が増えるため、太陽電池１ａ〜１ｄから多くの電力を取り出しやすくなる。
また、昇圧回路４１ａ〜４１ｄの夫々の第１周期Ａ内の第１期間Ｂの長さを加算した長さは、昇圧回路４１ａ〜４１ｄの何れの第２期間Ｃの長さよりも短くなるように設定している。
これにより、最も周期の長い昇圧回路４１の第１周期の中で、何れの昇圧回路４１ａ〜４１ｄにおいても昇圧回路４１のＭＰＰＴ動作を行わない時間帯を作ることができる。このため、ＭＰＰＴ動作に干渉が生じていても一方のＭＰＰＴ動作が行われなくなることによってこの干渉状態を回避することが可能になる。
本実施例の昇圧回路４１ａ〜４１ｄは、第１周期Ａを変更する構成を有している。図８に本実施例の集電箱４の外観図を示す。例えば、図８（ａ）にしめすように、回転式のスイッチ４３ａ〜４３ｄを昇圧回路４１の数設け、夫々の回転式のスイッチ４３ａ〜４３ｄを使用して昇圧回路４１ａ〜４１ｄの第１周期Ａを変更すると良い。この場合は、回転式スイッチ４３ａ〜４３ｄに夫々昇圧回路４１ａ〜４１ｄが割り当てられ、回転式スイッチ４３ａ〜４３ｄの回転位置に応じて第１周期Ａの長さを設定できる。また、例えば、図８（ｂ）に示すように、表示部４４を見ながらボタン４５を操作することで昇圧回路４１ａ〜４１ｄの第１周期Ａを変更できるようにしてもよい。
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、第１周期Ａよりも第２周期Ｘが短い場合について述べたが、第２の実施形態では、第１周期Ａよりも第２周期Ｘが長くしている。これ以外の構成については、これまでに述べた構成と同様の構成を用いることができるため説明を省略する。
図９に第２の実施形態における集電箱及び電力変換装置が動作する際のタイムチャートを示す。図９（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、昇圧回路４１ａ〜４１ｄがＭＰＰＴ動作を行う際のタイムチャートを示し、図９（ｅ）は、電力変換装置２がＭＰＰＴ動作を行う際のタイムチャートを示している。
図９（ａ）〜（ｄ）において、各周期及び期間Ａ〜Ｃ、Ｅ、Ｓ、Ｙ〜Ｚについては図７と同じ表現を行っているためここでは説明を省略する。
図９に示すように、第１周期Ａの長さよりも、第２周期Ｘの長さの方が長くなる。これにより、系統連系システム５０全体としての出力電力の最大化がゆっくり行われ、個別の太陽電池の出力電力の最大化が頻度良くと行われることになる。
また、夫々の昇圧回路の第１周期Ａの長さよりも第４期間の長さを長くしている。これにより、電力変換装置２の第４期間中に、全ての昇圧回路が少なくとも１回ＭＰＰＴ動作を行う期間が設けられる。これにより、個別の太陽電池の出力電力の最大化を全ての昇圧回路４１ａ〜４１ｄで行った上で、電力変換装置２のＭＰＰＴ動作を行うので、系統連系システム５０全体としての出力電力の最大化を行いやすくなる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、以上の説明は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。
（変形例１）
例えば、本実施形態において、昇圧回路４１は、固定された第１期間Ｂ経過後にＭＰＰＴ動作を禁止して昇圧比一定動作を開始するようにしていたが、太陽電池１の出力電力Ｐｃが最大値付近であることを判断した場合に、ＭＰＰＴ動作を禁止して昇圧比一定動作を行うようにしても良い。これにより、第１期間Ｂの長さは太陽電池１の出力電力Ｐｃに応じて変更可能に構成され、第２期間Ｃの長さは一定の長さに固定されることになる。
具体的には、太陽電池１の出力電力Ｐｃが最大値付近になると第２期間Ｂへ移行することになるため、第１期間Ｂの長さは短くなり、第１周期Ａの長さも短くなる（第１周期Ａの長さが変わる）。第１周期Ａの長さが変わると、昇圧回路のＭＰＰＴ制御を開始するタイミングがずれる。このため、昇圧回路のＭＰＰＴ動作と電力変換装置２のＭＰＰＴ動作を同時に行っていた期間をずらすことができるため、昇圧回路４１のＭＰＰＴ動作が電力変換装置２のＭＰＰＴ動作に与える影響を抑制することができる。
（変形例２）
また、例えば、本実施形態において、電力変換装置２は、固定された第３期間Ｙ経過後にＭＰＰＴ動作を禁止して目標電流一定動作を開始するようにしていたが、入力電力Ｐｐｉｎが最大値付近であることを判断した場合に、ＭＰＰＴ動作を禁止して目標電流一定動作を行うようにしても良い。これにより、第３期間Ｙの長さは入力電力Ｐｐｉｎに応じて変更可能に構成され、第４期間Ｚの長さは一定の長さに固定されることになる。
具体的には、入力電力Ｐｐｉｎが最大値付近になると第４期間Ｚへ移行することになるため、第３期間Ｙの長さは短くなり、第２周期Ｘの長さも短くなる（第２周期Ｘの長さが変わる）。第２周期Ｘの長さが変わると、電力変換装置２のＭＰＰＴ制御を開始するタイミングがずれる。このため、昇圧回路のＭＰＰＴ動作と電力変換装置２のＭＰＰＴ動作を同時に行っていた期間をずらすことができるため、昇圧回路４１のＭＰＰＴ動作が電力変換装置２のＭＰＰＴ動作に与える影響を抑制することができる。
（変形例３）
また、例えば、本実施形態において、電力変換装置２にも昇圧回路２１を設けたが、図１０に示すように、電力変換装置２に、昇圧回路２１を設けない構成を採用することもできる。
（変形例４）
また、例えば、本実施形態において、すべての太陽電池１ａ〜１ｄには昇圧回路４１ａ〜４３ｃ（昇圧ユニット４０ａ〜４０ｄ）が接続される構成を用いていたが、図１１に示すように、何れか１つの太陽電池１については、昇圧回路４１（昇圧ユニット４０）を接続せず、太陽電池１ａを直接他の昇圧回路４１の出力側に接続するようにしても良い。
（変形例５）
また、例えば、本実施形態において、電力変換装置２のＭＰＰＴ動作を行う第３期間と電力変換装置２のＭＰＰＴ動作を禁止する第４期間とを設けて一定の第２周期Ｘを設定していたが、第４期間をゼロにしても良い（図１２参照）。この場合、実質的に電力変換装置２のＭＰＰＴ動作は常時行われることになる。第１周期Ａには昇圧回路４１のＭＰＰＴ動作を禁止する期間が設けられており、電力変換装置２のＭＰＰＴ動作と集電箱４の昇圧回路４１のＭＰＰＴ動作とが同時に行われない期間ができるので、仮に両ＭＰＰＴ動作で干渉が生じていてもこの期間で解消されることになる。従って、電力変換装置２のＭＰＰＴ動作は電力変換装置２内のマイコンプログラムのメインルーチンに組み込まれるプログラムのタイミングで繰り返し行われ、この繰り返し周期毎に最大電力の比較動作が行われて昇圧比が更新されるものである。
（変形例６）
また、例えば、本実施形態において、集電箱４の昇圧回路４１に非絶縁型の昇圧回路を用いていたが、図１３に示すようにトランス１４１を用いた絶縁型の昇圧回路１４０を用いることもできる。昇圧回路１４０は、１次側に、トランス１４１の１次側巻き線とスイッチ素子１４２を直列に接続した回路を有している。また、昇圧回路１４０は、２次側に、整流器１４４を有しており、トランス１４１の２次側巻き線が整流器１４４の交流側に接続され、整流器１４４の直流側にダイオード１４３が直列に接続され、コンデンサ１４５が整流器１４４とダイオード１４３の直列回路に並列に接続される回路を有している。
また、昇圧回路１４０は、入力電流を検出する電流センサ８５、入力電圧を検出する電圧センサ８６、及び出力電圧を検出する電圧センサ８７を有しており、これらのセンサから得られる情報に基づいて、スイッチ素子１４２を周期的に開閉させて所定の昇圧比を得る。
このような絶縁型の昇圧回路１４０を利用する場合、スイッチ素子１４２を開いていると、電力変換装置２に太陽電池１の出力電力が供給されないため、集電箱４から起動する必要がある。この様な動作を行う場合、絶縁型昇圧回路１４０の動作は、図４のステップＳ１１の前に昇圧比を一定にして動作するステップを加えることで対応できる。
尚、図１３に示す昇圧回路１４０は、絶縁型の昇圧回路の一例であり、他の絶縁型の昇圧回路でも同様にすると良い。
１ａ〜１ｄ 太陽電池
２ 電力変換装置
４ 集電箱
２１ 昇圧回路
２２ パワコン制御回路
２３ インバータ回路
３０ 商用電力系統
４０ａ〜４０ｄ
昇圧ユニット
４１ａ〜４１ｄ
昇圧回路
４２ａ〜４２ｄ 昇圧制御回路
４３ａ〜４３ｄ
回転式スイッチ
４４ 表示部
４５ ボタン
５０ 系統連系システム

Claims (5)

  1. 複数の太陽電池セルを直列に接続した太陽電池ストリングが少なくとも２つ以上接続で
    きる数の端子を備え、これら端子から入力した前記太陽電池ストリングの発電電力を最大
    値になるように制御した後出力する集電箱において、
    前記端子を介して入力された前記太陽電池ストリングの発電電力の電圧を夫々個別に昇
    圧する昇圧回路と、これら昇圧回路の出力を全て単一の出力にまとめた後出力する出力回
    路とを備え、前記昇圧回路の夫々は夫々所定の周期毎に印加されている電圧を一定時間の
    間対応する発電電力が最大値になるように昇圧比を制御すると共に、昇圧回路の夫々の作
    動する周期を異なる値に設定して成ることを特徴とする集電箱。
  2. 前記周期の一定時間を第１区間とし、残りの時間を昇圧比を一定の値に固定する第２区
    間とした際に前記昇圧回路の夫々の第１区間の長さを合算した時間は、何れの前記第２区
    間の時間より短いことを特徴とする請求項１に記載の集電箱。
  3. 前記昇圧回路は、前記周期を変更可能にすることを特徴とする請求項１又は請求項２に
    記載の集電箱。
  4. 前記昇圧回路は、前記第１区間において、昇圧比の制御を行っている際に、前記太陽電
    池ストリングの発電電力の変動量が所定量より小さくなると、前記第１区間の昇圧比の制
    御を終了して昇圧比を固定した後、第２区間は当該昇圧比で前記昇圧回路の動作を行うこ
    とを特徴とする請求項２に記載の集電箱。
  5. 前記昇圧回路は、該昇圧回路に入力、或いは出力される電流を検出する電流検出回路を
    有し、前記昇圧回路は起動時に、前記電流検出回路の検出する電流が所定値を超えている
    場合に、前記昇圧比の制御を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載
    の集電箱。
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