JP6106568B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の太陽電池モジュールを有する太陽光発電システムにおいて、太陽電池モジュール全体の発電電力を最大限に引き出すことができる電力変換装置に関する。

近年、商用電源系統と連系し負荷に電力を供給する太陽電池発電システムが用いられている。太陽電池モジュール（複数の太陽電池が直列接続されている）は、その出力電圧によって出力電力が大きく変動するという特性を有している。このため、太陽電池発電システムには、太陽電池モジュールの出力電力を最大限に利用するための工夫が施されている。

その工夫の１つに、山登り法による最大電力点追尾制御（ＭＰＰＴ制御）がある。

図９は従来のＭＰＰＴ制御の説明図である。太陽電池モジュールの出力電力Ｐを太陽電池モジュールの出力電圧Ｖに対してプロットすると、プロットした点群は、図の曲線Ａ又はＢに示すようにほぼ山形状の曲線（電圧−電力特性曲線）を形成する。なお、曲線Ａは、比較的太陽の日射量が大きく太陽電池モジュールの温度が低い場合を示し、曲線Ｂは、曲線Ａの場合よりも太陽の日射量が小さく太陽電池モジュールの温度が高い場合を示す。

曲線Ａの場合、電圧−電力特性曲線の頂点は、太陽電池モジュールの出力電力Ｐが最大となる最大電力点Ｐｍａｘである。最大電力点Ｐｍａｘのときの太陽電池モジュールの出力電圧Ｖは最適動作点Ｖａである。電圧−電力特性曲線は、太陽の日射量及び温度の変動に応じて変化する。太陽の日射量及び温度が小さくなり、たとえば、曲線Ａから曲線Ｂのように変化すると、太陽電池モジュールの最大出力点Ｐｍａｘ及び最適動作点Ｖａは、最大出力点ＰｍａｘからＰ´ｍａｘに、及び、最適動作点ＶａからＶｂに変化する。

最大電力点は、太陽の日射量及び温度の変動によって常に変化するので、太陽電池モジュールの出力電力を最大限に利用しようとすると、最大電力点を追尾するＭＰＰＴ制御が必要になる。ＭＰＰＴ制御では、太陽電池モジュールの出力電力Ｐを周期的に計測し、出力電力Ｐが増加するように、太陽電池モジュールの動作電圧を制御する。

以上は、太陽電池発電システムにおいて１台の太陽電池モジュールを設けた場合であるが、太陽電池発電システムによっては複数の太陽電池モジュールを設けたものもある。複数の太陽電池モジュールを有する太陽電池発電システムでは、太陽電池モジュールごとに上記のＭＰＰＴ制御が実施される必要がある。たとえば２系統の太陽電池モジュールが曲線Ａ、曲線Ｂであったとして、それぞれの最大出力点Ｐｍａｘ、Ｐ´ｍａｘにおける太陽電池モジュールの出力電圧は異なるＶａ、Ｖｂである。ＭＰＰＴ制御を実施しないで、双方の太陽電池モジュールから電力を取り出すと、それぞれの出力電圧は同じ電圧で動作する。このため、たとえばＶａ、Ｖｂ、Ｖｃのどこで動作しても、それぞれの太陽電池モジュールの発電電力は、点Ｐｍａｘ、Ｐ´ｍａｘからずれており、総和の発電電力は最大ではない。よって、総和の発電電力が最大となるように運転するためには、太陽電池モジュールごとにＭＰＰＴ制御を実施することで出力電圧を個々に調整し、曲線Ａ側はＶａ、曲線Ｂ側はＶｂで運転する必要がある。

下記特許文献１では、それぞれの太陽電池モジュールの出力電圧を個別に調整して、それぞれの太陽電池モジュールの発電電力を最大限に利用できるようにしている。

特開２０１３−１０１４９８号公報

しかし、上記特許文献１に記載されている技術では、それぞれの昇圧チョッパ回路のみでＭＰＰＴ制御を実施しているため、昇圧チョッパ回路の動作の依存度が高い。このため、各入力系統の太陽電池の発電電力が変動した場合などに、その変動が、総合の発電電力に影響を与えやすい問題がある。

本発明は、以上のような従来の問題を解消するために成されたものであり、複数の太陽電池モジュールを有する太陽光発電システムにおいて、太陽電池モジュール全体の発電電力を安定的にかつ、より最大限に引き出すことができる電力変換装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る電力変換装置は、複数のＤＣ/ＤＣコンバータ、ＤＣ/ＡＣインバータ及び最大電力点制御部を有する。

複数のＤＣ/ＤＣコンバータは、複数の太陽電池モジュールのそれぞれに対して独立して設ける。各ＤＣ/ＤＣコンバータは、太陽電池モジュールの出力する電圧を所望の電圧に変換する。

ＤＣ/ＡＣインバータは、複数のＤＣ/ＤＣコンバータが出力する直流電力を交流電力に変換する。

最大電力点制御部は、ＤＣ/ＤＣコンバータのそれぞれとＤＣ/ＡＣインバータに対して最大電力点制御を実施する。

本発明に係る電力変換装置は、最大電力点制御部が、複数のＤＣ/ＤＣコンバータ及び、ＤＣ/ＡＣインバータの双方において、最大電力点制御を実施するので、太陽電池モジュール全体の発電電力を最大限に引き出すことができる。

本実施形態に係る電力変換装置の概略構成を示すブロック図である。 本実施形態に係る電力変換装置の詳細な構成図である。 本実施形態に係る最大電力点追従制御部の機能ブロック図である。 本実施形態に係る最大電力点制御部のメインフローチャートである。 タスクスイッチの切替処理を示すフローチャートである。 ＭＰＰＴ０処理を示すフローチャートである。 ＭＰＰＴ１処理を示すフローチャートである。 ＭＰＰＴ２処理を示すフローチャートである。 従来のＭＰＰＴ制御の説明図である。

以下、本発明に係る電力変換装置の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

〔電力変換装置の構成〕
（概略構成）
図１は、本実施形態に係る電力変換装置の概略構成を示すブロック図である。電力変換装置１００は、ＤＣ/ＤＣコンバータ１１０、ＤＣ/ＤＣコンバータ１２０、ＤＣ/ＡＣインバータ１３０、最大電力点制御部１４０及び電力制御部１４８により構成される。

ＤＣ/ＤＣコンバータ１１０は、太陽電池モジュール２１０に対し独立して接続する。ＤＣ/ＤＣコンバータ１１０は、太陽電池モジュール２１０が出力する直流電圧を所望の異なる電圧に変換する。

ＤＣ/ＤＣコンバータ１２０は、太陽電池モジュール２２０に対し独立して接続する。ＤＣ/ＤＣコンバータ１２０は、太陽電池モジュール２２０が出力する直流電圧を所望の異なる電圧に変換する。

ＤＣ/ＡＣインバータ１３０は、ＤＣ/ＤＣコンバータ１１０及びＤＣ/ＤＣコンバータ１２０が出力する直流電力を入力し、所望の周波数の交流電力に変換する。ＤＣ/ＡＣインバータ１３０が変換した交流電力は商用電源２３０に供給され、商用電源系統と並列に接続された負荷２４０等で消費される。

電力制御部１４８は、ＤＣ/ＤＣコンバータ１１０、ＤＣ/ＤＣコンバータ１２０及びＤＣ/ＡＣインバータ１３０の全てに対して基本的な電力制御を実施する。最大電力点制御部１４０は、ＤＣ/ＤＣコンバータ１１０に対する最大電力点制御を後述するＭＰＰＴ１処理によって演算し、電力制御部１４８に指令を与えることでＭＰＰＴを実施する。最大電力点制御部１４０は、ＤＣ/ＤＣコンバータ１２０に対する最大電力点制御を後述するＭＰＰＴ２処理によって演算し、電力制御部１４８に指令を与えることでＭＰＰＴを実施する。最大電力点制御部１４０は、ＤＣ/ＡＣインバータ１３０に対する最大電力点制御を後述するＭＰＰＴ０処理によって演算し、電力制御部１４８に指令を与えることでＭＰＰＴを実施する。

ＭＰＰＴ1処理、ＭＰＰＴ２処理、ＭＰＰＴ０処理のそれぞれは、ＤＣ/ＤＣコンバータ１１０とＤＣ/ＤＣコンバータ１２０とから出力される直流電力の和が最大になるように、又は、ＤＣ/ＡＣインバータ１３０から出力される交流電力が最大になるように、最大電力点制御を実施する。

（詳細構成）
図２は、本実施形態に係る電力変換装置の詳細な構成図である。ＤＣ/ＤＣコンバータ１１０及びＤＣ/ＤＣコンバータ１２０は、同一の構成を有し、コンデンサＣ、リアクトルＬ及びスイッチングトランジスタＴＲを有する。

コンデンサＣ及びリアクトルＬは平滑回路を形成する。平滑回路は太陽電池モジュール２１０又は太陽電池モジュール２２０が出力する直流電流の波形を平滑化しながら、太陽電池モジュールの電圧を、ＭＰＰＴを行うに最適な直流電圧に変換する。図２は昇圧回路を例にあげているが、昇圧か降圧は問わない。

スイッチングトランジスタＴＲは、平滑回路で平滑化された直流電流を、入力されるＰＷＭパルスにしたがってスイッチングし、平滑回路から出力される直流電圧とは異なる電圧の直流電圧に変換する。

最大電力点制御は、最大電力点制御部１４０、電力演算部１４２、電力演算部１４４、電力演算部１４６及びＤＣ/ＤＣコンバータ制御１、２、ＤＣ/ＡＣインバータ制御機能を有する電力制御部１４８により実施される。

電力演算部１４２は、太陽電池モジュール２１０が出力する直流電圧Ｅ１と平滑回路が出力する直流電流Ｉ１とを掛け合わせて、太陽電池モジュール２１０が出力する直流電力Ｐ１を演算する。

電力演算部１４４は、太陽電池モジュール２２０が出力する直流電圧Ｅ２と平滑回路が出力する直流電流Ｉ２とを掛け合わせて、太陽電池モジュール２２０が出力する直流電力Ｐ２を演算する。

電力演算部１４６は、ＤＣ/ＡＣインバータ１３０が出力する交流電圧Ｖ０と交流電流Ｉ０とを掛け合わせて、ＤＣ/ＡＣインバータ１３０が出力する交流電力Ｗ０を演算する。

最大電力追従制御部１４０は、電力演算部１４２から直流電力Ｐ１を、電力演算部１４４から直流電力Ｐ２を、電力演算部１４６から交流電力Ｗ０を、それぞれ入力する。最大電力追従制御部１４０は、ＤＣ/ＤＣコンバータ１１０とＤＣ/ＤＣコンバータ１２０とから出力される直流電力の和が最大になるように、又は、ＤＣ/ＡＣインバータ１３０から出力される交流電力が最大になるように、ＤＣ/ＤＣコンバータ１１０、ＤＣ/ＤＣコンバータ１２０、ＤＣ/ＡＣインバータ１３０の電力制御を司る電力制御部１４８に指令を与え、それぞれに出力するＰＷＭパルスのデューティー比を調整する。つまり、最大電力追従制御部１４０は、ＭＰＰＴ1処理、ＭＰＰＴ２処理、ＭＰＰＴ０処理を実施する。

図３は、本実施形態に係る最大電力点追従制御部の機能ブロック図である。最大電力点追従制御部１４０は、ＤＣ/ＤＣコンバータ１１０のＭＰＰＴ1処理を実施するコンバータ制御１、ＤＣ/ＤＣコンバータ１２０のＭＰＰＴ２処理を実施するコンバータ制御２及びＤＣ/ＡＣインバータ１３０のＭＰＰＴ０処理を実施するインバータ制御の、それぞれの機能を有する。

コンバータ制御１は次のようにしてＭＰＰＴ１処理からの指令を受け、ＭＰＰＴを実施する。

ＤＣ/ＤＣコンバータ１１０とＤＣ/ＤＣコンバータ１２０とがＤＣ/ＡＣインバータ１３０に出力する直流電圧Ｖｄｃｏの目標値をＶｄｃｏ指令値１として入力し、ＭＰＰＴ１処理によるＶｄｃｏ調整値１と加算する。Ｖｄｃｏ指令値１＋ＭＰＰＴ１処理によるＶｄｃｏ調整値1の値から直流電圧Ｖｄｃｏを減算してＫ１倍する。Ｋ１（Ｖｄｃｏ指令値１＋ＭＰＰＴ１処理によるＶｄｃｏ調整値１−Ｖｄｃｏ）からＩ１を引いてＫ２倍した値と、Ｋ１（Ｖｄｃｏ指令値１＋ＭＰＰＴ１処理によるＶｄｃｏ調整値１−Ｖｄｃｏ）とを加算し、これをＰＷＭ制御にかけることで、ＰＷＭパルスを生成する。

コンバータ制御２は次のようにしてＭＰＰＴ２処理からの指令を受け、ＭＰＰＴを実施する。

ＤＣ/ＤＣコンバータ１１０とＤＣ/ＤＣコンバータ１２０とがＤＣ/ＡＣインバータ１３０に出力する直流電圧Ｖｄｃｏの目標値をＶｄｃｏ指令値２として入力し、ＭＰＰＴ２処理によるＶｄｃｏ調整値２と加算する。Ｖｄｃｏ指令値２＋ＭＰＰＴ２処理によるＶｄｃｏ調整値２の値から直流電圧Ｖｄｃｏを減算してＫ１倍する。Ｋ１（Ｖｄｃｏ指令値２＋ＭＰＰＴ２処理によるＶｄｃｏ調整値２−Ｖｄｃｏ）からＩ２を引いてＫ２倍した値と、ｋ１（Ｖｄｃｏ指令値２＋ＭＰＰＴ２処理によるＶｄｃｏ調整値２−Ｖｄｃｏ）とを加算し、これをＰＷＭ制御にかけることで、ＰＷＭパルスを生成する。

インバータ制御は次のようにしてＭＰＰＴ０処理からの指令を受け、ＭＰＰＴを実施する。

ＤＣ/ＡＣインバータ１３０が出力する交流電圧Ｖ０を基にした正弦波情報と、ＤＣ/ＡＣインバータ１３０のＭＰＰＴ０処理による電力指令値とを掛け合わせる。この掛け合わせた値から交流電圧Ｖ０を減算した値をＫ３倍し、Ｋ３倍した値からＤＣ/ＡＣインバータ１３０が出力する交流電流Ｉ０を差し引き、これをＰＷＭ制御にかけることでＰＷＭパルスを生成する。

〔電力変換装置の動作〕
（概略動作）
最大電力点制御部１４０は、インバータ電流Ｉ０を調整して、ＤＣ/ＡＣコンバータ１３０が出力する電力Ｗ０を最大にする、ＭＰＰＴ０処理を実施し、次に、ＭＰＰＴ１処理によるＶｄｃｏ調整値１を調整して、ＤＣ/ＤＣコンバータ１１０が出力する電力Ｐ１を最大にする、ＭＰＰＴ１処理を実施し、次に、ＭＰＰＴ２処理によるＶｄｃｏ調整値２を調整して、ＤＣ/ＤＣコンバータ１２０が出力する電力Ｐ２を最大にする、ＭＰＰＴ２処理を実施する。

ＤＣ/ＤＣコンバータ１１０が出力する電力Ｐ１がＤＣ/ＤＣコンバータ１２０が出力する電力Ｐ２よりも小さいとき（Ｐ１＜Ｐ２）には、ＭＰＰＴ１処理が実施され、その後、ＭＰＰＴ０処理が実施される。

また、ＤＣ/ＤＣコンバータ１１０が出力する電力Ｐ１がＤＣ/ＤＣコンバータ１２０が出力する電力Ｐ２よりも大きいとき（Ｐ１＞Ｐ２）には、ＭＰＰＴ２処理が実施され、その後、ＭＰＰＴ０処理が実施される。

つまり、Ｐ１＜Ｐ２のときには、ＭＰＰＴ０処理→ＭＰＰＴ１処理→ＭＰＰＴ０処理→ＭＰＰＴ１処理…となり、ＭＰＰＴ０処理とＭＰＰＴ１処理とが交互に繰り返される。このとき、電力Ｗ０又は電力Ｐ１＋Ｐ２が最大になる点を探す電力点制御が行われる。

また、Ｐ１≧Ｐ２のときには、ＭＰＰＴ０処理→ＭＰＰＴ２処理→ＭＰＰＴ０処理→ＭＰＰＴ２処理…となり、ＭＰＰＴ０処理とＭＰＰＴ２処理とが交互に繰り返される。このとき、電力Ｗ０又は電力Ｐ１＋Ｐ２が最大になる点を探す電力点制御が行われる。

以上のように、本実施形態に係る電力変換装置１００は、電力Ｐ１と電力Ｐ２との大小関係が入れ替わらない限り、ＭＰＰＴ１処理かＭＰＰＴ２処理かがＭＰＰＴ０処理と交互に実施される。電力Ｐ１と電力Ｐ２との大小関係が入れ替わると、ＭＰＰＴ１処理からＭＰＰＴ２処理に、又は、ＭＰＰＴ２処理からＭＰＰＴ１処理に、処理が変更される。

なお、処理が頻繁に変更されることのないように、電力Ｐ１と電力Ｐ２の大小判定にはヒステリシスを持たせておく。たとえば、ヒステリシス量は、電力Ｐ１＋Ｐ２の１０％から５０％の間に設定しておく。このようにしておけば、電力Ｐ１と電力Ｐ２の大小関係が頻繁に変わったとしても、安定したＭＰＰＴ処理ができる。

以上のようにＭＰＰＴ処理１、ＭＰＰＴ処理２を切り替える理由は、より安定的にＭＰＰＴを実施するためであり、どちらかのＤＣ/ＤＣコンバータ一方のみでＭＰＰＴ１処理、又はＭＰＰＴ２処理を実施してもよい。

（詳細動作）
図４は、本実施形態に係る最大電力点制御部のメインフローチャートである。メインフローチャートの処理について説明する。

プログラムがスタートすると、タスクスイッチの切替処理を実施する。タスクスイッチの切替処理は、ＭＰＰＴ０処理を実施させるのか、ＭＰＰＴ１処理を実施させるのか、ＭＰＰＴ２処理を実施させるのか、を選択的に指示するための処理である。タスクスイッチ切替処理では、ＭＰＰＴ０処理は必ず実施させるようにしてあり、ＭＰＰＴ０処理を実施した次回の処理に、ＭＰＰＴ１処理かＭＰＰＴ２処理のいずれかを実施させる（ステップＳ１００）。

次に、タスクスイッチによる分岐処理を実施する。タスクスイッチによる分岐処理は、前段のタスクスイッチの切替処理によって、選択的に指示されたＭＰＰＴ０処理、ＭＰＰＴ１処理、ＭＰＰＴ２処理を実施するために、次に処理するプログラムを選択する（ステップＳ１１０）。

前段のタスクスイッチによる分岐処理でＭＰＰＴ０処理が選択された場合には、ＭＰＰＴ０処理が実施される。ＭＰＰＴ０処理は、図１に示すように、最大電力点制御部１４０がＤＣ/ＡＣインバータ１３０に対して行うＭＰＰＴ制御である。ＭＰＰＴ０処理は、図２及び図３に示すように、ＤＣ/ＡＣインバータ１３０から出力される交流電力Ｗ０を変化させるための、ＭＰＰＴ０処理による電力指令値を増減し、これを電力制御部１４８に指令として与えることで、太陽電池モジュール２１０から出力される電力Ｐ１と太陽電池モジュール２２０から出力される電力Ｐ２の和が最大になるようにするか、又は、ＤＣ/ＡＣインバータ１３０から出力される電力Ｗ０が最大になるようにする（ステップＳ１２０）。

前段のタスクスイッチによる分岐処理でＭＰＰＴ１処理が選択された場合には、ＭＰＰＴ１処理が実施される。ＭＰＰＴ１処理は、図１に示すように、最大電力点制御部１４０がＤＣ/ＤＣコンバータ１１０に対して行うＭＰＰＴ制御である。ＭＰＰＴ１処理は、図２及び図３に示すように、ＤＣ/ＤＣインバータ１１０から出力される電力Ｐ１を変化させるための、ＭＰＰＴ１処理によるＶｄｃｏ調整値１を増減し、これを電力制御部１４８に指令として与えることで、太陽電池モジュール２１０から出力される電力Ｐ１と太陽電池モジュール２２０から出力される電力Ｐ２の和が最大になるようにするか、又は、ＤＣ/ＡＣインバータ１３０から出力される電力Ｗ０が最大になるようにする（ステップＳ１３０）。

前段のタスクスイッチによる分岐処理でＭＰＰＴ２処理が選択された場合には、ＭＰＰＴ２処理が実施される。ＭＰＰＴ２処理は、図１に示すように、最大電力点制御部１４０がＤＣ/ＤＣコンバータ１２０に対して行うＭＰＰＴ制御である。ＭＰＰＴ２処理は、図２及び図３に示すように、ＤＣ/ＤＣインバータ１２０から出力される電力Ｐ２を変化させるための、ＭＰＰＴ２処理によるＶｄｃｏ調整値２を増減し、これを電力制御部１４８に指令として与えることで、太陽電池モジュール２１０から出力される電力Ｐ１と太陽電池モジュール２２０から出力される電力Ｐ２の和が最大になるようにするか、又は、ＤＣ/ＡＣインバータ１３０から出力される電力Ｗ０が最大になるようにする（ステップＳ１４０）。

図５は、タスクスイッチの切替処理を示すフローチャートである。タスクスイッチの切替処理のフローチャートの処理について説明する。

最大電力点制御部１４０は、プログラムがスタートすると、まず、ＭＰＰＴ処理を指示する（ステップＳ１０１）。

次に、最大電力点制御部１４０（パワーコンディショナの監視部）は、ＤＣ/ＤＣコンバータ１１０及びＤＣ/ＤＣコンバータ１２０が正常に運転可能な条件か判断する。太陽電池モジュール２１０及び太陽電池モジュール２２０の発電量が十分であれば運転し、十分でなければ停止する。この判断は、たとえば、図２に示した直流電圧Ｅ１及び直流電圧Ｅ２の大きさで判断する。直流電圧Ｅ１が設定値を超えていればＤＣ/ＤＣコンバータ１１０は運転可能、超えていなければ運転不可と判断し、電力制御部１４８に運転または停止の指令を与える。また、直流電圧Ｅ２が設定値を超えていればＤＣ/ＤＣコンバータ１２０は運転可能、超えていなければ運転不可と判断し、電力制御部１４８に運転または停止の指令を与える。

最大電力点制御部１４０はＤＣ/ＤＣコンバータ１１０及びＤＣ/ＤＣコンバータ１２０が運転状態であるか否かを判断する（ステップＳ１０２）。

ステップＳ１０２の処理でＤＣ/ＤＣコンバータ１１０またはＤＣ/ＤＣコンバータ１２０が正常に動作していないと判断されたときには（ステップＳ１０２：ＮＯ）、再びＭＰＰＴ０処理を指示する。したがって、タスクスイッチの切替処理では、ＤＣ/ＤＣコンバータ１１０またはＤＣ/ＤＣコンバータ１２０が正常に動作していないときには、最大電力点制御部１４０は、Ｖｄｃｏ調整値１及びＶｄｃｏ調整値２を０にして（ステップＳ１０７）、ＭＰＰＴ０処理だけを指示する（ステップＳ１０３）。

ステップＳ１０２の処理でＤＣ/ＤＣコンバータ１１０及びＤＣ/ＤＣコンバータ１２０が正常に動作していると判断されたときには（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、最大電力点制御部１４０は、ＤＣ/ＤＣコンバータ１１０が出力している電力Ｐ１とＤＣ/ＤＣコンバータ１２０が出力している電力Ｐ２との大小関係を比較する。なお、ＤＣ/ＤＣコンバータ１１０が出力している電力Ｐ１は、図２に示す電力演算部１４２がＥ１とＩ１とを用いて演算し、ＤＣ/ＤＣコンバータ１２０が出力している電力Ｐ２は、図２に示す電力演算部１４４がＥ２とＩ２とを用いて演算する（ステップＳ１０４）。

ステップＳ１０４の処理でＤＣ/ＤＣコンバータ１１０が出力している電力Ｐ１がＤＣ/ＤＣコンバータ１２０が出力している電力Ｐ２よりも小さい（Ｐ１＜Ｐ２）と判断されたときには（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、最大電力点制御部１４０は、ＭＰＰＴ１処理を指示する（ステップＳ１０５）。

ステップＳ１０４の処理でＤＣ/ＤＣコンバータ１１０が出力している電力Ｐ１がＤＣ/ＤＣコンバータ１２０が出力している電力Ｐ２よりも小さくない（Ｐ１≧Ｐ２）と判断されたときには（ステップＳ１０４：ＮＯ）、最大電力点制御部１４０は、ＭＰＰＴ２処理を指示する（ステップＳ１０６）。

以上のように、ＤＣ/ＤＣコンバータ１１０が出力している電力Ｐ１とＤＣ/ＤＣコンバータ１２０が出力している電力Ｐ２との大小関係によって、ＭＰＰＴ１処理を指示するのか、ＭＰＰＴ２処理を指示するのかが選択される。ただし、前述のようにＭＰＰＴ処理１、ＭＰＰＴ処理２を切り替える理由は、より安定的にＭＰＰＴを実施するためであり、どちらかのＤＣ/ＤＣコンバータ一方のみでＭＰＰＴ１処理、又はＭＰＰＴ２処理を実施してもよい。

図６は、ＭＰＰＴ０処理を示すフローチャートである。ＭＰＰＴ０処理のフローチャートについて説明する。

最大電力点追従制御部１４０は、図６のステップＳ１２１のように、インバータの電力指令値を増減し、Ｐ１＋Ｐ１またはＷ０が最大の点を探すことが基本動作である。この電力指令値が図３のインバータ制御部に入力され、最終的にインバータ電流Ｉ０が増減されることで、パワーコンディショナの出力電力Ｗ０が最大になる点を探す。この動作がＭＰＰＴの基礎となる。

図３に示すように、ＤＣ/ＡＣインバータ１３０が出力する交流電圧Ｖ０を基にした正弦波情報と、ＭＰＰＴ０処理による電力指令値とを乗算し、乗算後の値からＤＣ/ＡＣインバータ１３０の出力電圧Ｖ０を差し引く。差し引いた後の値をＫ３倍してＤＣ/ＡＣインバータ１３０のインバータ電流Ｉ０を差し引き、差し引いた後の値に基づいて、これをＰＷＭ制御にかけることで、ＤＣ/ＡＣインバータ１３０に出力するＰＷＭパルスを生成する。生成したＰＷＭパルスに基づいてインバータ電流Ｉ０が増減されることで、ＭＰＰＴが実施される（ステップＳ１２１）。

最大電力点追従制御部１４０は、電力演算部１４２が演算した電力Ｐ１、電力演算部１４４が演算した電力Ｐ２及び電力演算部１４６が演算した電力Ｗ０を見て、電力Ｐ１＋Ｐ２又は電力Ｗ０が最大となる点を探す（ステップＳ１２２）。

ステップＳ１２１とステップＳ１２２とが繰り返されることによって、太陽電池モジュール全体の発電電力を最大限に引き出すことができる。

図７は、ＭＰＰＴ１処理を示すフローチャートである。ＭＰＰＴ１処理のフローチャートについて説明する。

電力制御部１４８は、図３に示すように、ＤＣ/ＡＣインバータ１３０に入力される電圧Ｖｄｃｏを制御するためのＶｄｃｏ指令値１と、最大電力点追従制御部１４０のＭＰＰＴ１処理によるＶｄｃｏ指令値１とを加算し、加算後の値からＶｄｃｏを差し引く。差し引いた後の値をＫ１倍し、Ｋ１倍後の値とＫ１倍後の値からコンバータ電流Ｉ１を差し引いてＫ２倍した値とを加算し、加算後の値に基づいて、これをＰＷＭ制御にかけることで、ＤＣ/ＤＣコンバータ１１０に出力するＰＷＭパルスを生成する。生成したＰＷＭ制御パルスに基づいてＶｄｃｏを増減し、最大電力点追従制御部１４０は、ＤＣ/ＤＣコンバータ１１０のＭＰＰＴ制御を行う（ステップＳ１３１）。なお、ＤＣ/ＤＣコンバータの回路形態及び電力制御部１４８の制御式は一例であり、この限りではない。

最大電力点追従制御部１４０は、電力演算部１４２が演算した電力Ｐ１、電力演算部１４４が演算した電力Ｐ２及び電力演算部１４６が演算した電力Ｗ０を見て、電力Ｐ１＋Ｐ２又は電力Ｗ０が最大となる点を探す（ステップＳ１３２）。

最大電力点追従制御部１４０は、以上の処理が終了したら、図７に示すように、ＭＰＰＴ２処理で用いられるＶｄｃｏ調整値２を０に初期化する。

図８は、ＭＰＰＴ２処理を示すフローチャートである。ＭＰＰＴ２処理のフローチャートについて説明する。

電力制御部１４８は、図３に示すように、ＤＣ/ＡＣインバータ１３０に入力される電圧Ｖｄｃｏを制御するためのＶｄｃｏ指令値２と、最大電力点追従制御部１４０のＭＰＰＴ２処理によるＶｄｃｏ指令値２とを加算し、加算後の値からＶｄｃｏを差し引く。差し引いた後の値をＫ１倍し、Ｋ１倍後の値とＫ１倍後の値からコンバータ電流Ｉ２を差し引いてＫ２倍した値とを加算し、加算後の値に基づいて、これをＰＷＭ制御にかけることで、ＤＣ/ＤＣコンバータ１２０に出力するＰＷＭパルスを生成する。生成したＰＷＭパルスに基づいてＶｄｃｏを増減し、最大電力点追従制御部１４０は、ＤＣ/ＤＣコンバータ１２０のＭＰＰＴ制御を行う（ステップＳ１４１）。なお、ＤＣ/ＤＣコンバータの回路形態及び電力制御部１４８の制御式は一例であり、この限りではない。

最大電力点追従制御部１４０は、電力演算部１４２が演算した電力Ｐ１、電力演算部１４４が演算した電力Ｐ２及び電力演算部１４６が演算した電力Ｗ０を見て、電力Ｐ１＋Ｐ２又は電力Ｗ０が最大となる点を探す（ステップＳ１４２）。

最大電力点追従制御部１４０は、以上の処理が終了したら、図８に示すように、ＭＰＰＴ１処理で用いられるＶｄｃｏ調整値１を０に初期化する。

本実施形態に係る電力変換装置１００は以上のように動作する。したがって、ＤＣ/ＤＣコンバータ１１０、ＤＣ/ＤＣコンバータ１２０、ＤＣ/ＡＣインバータ１３０の全てに対してＭＰＰＴ制御をすることができるので、太陽電池モジュール全体の発電電力を最大限に引き出すことができる。

また、太陽電池モジュール２１０または太陽電池モジュール２２０のいずれか又は両方の出力電圧が設定値に満たない場合には、ＤＣ/ＡＣインバータ１３０に対してだけＭＰＰＴ制御をするので、日射量の少ない場合でも、太陽電池モジュール全体の発電電力を最大限に引き出すことができる。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、これらは本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をこれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態とは異なる種々の態様で実施することができる。

たとえば、本実施形態では、太陽電池モジュールを発電源として例示したが、風力発電機、水力発電機、波力発電機など、太陽電池モジュール以外の自然エネルギーから電力を生成する発電源に対しても、本発明を適用することができる。

１００ 電力変換装置、
１１０、１２０ ＤＣ/ＤＣコンバータ、
１３０ ＤＣ/ＡＣインバータ、
１４０ 最大電力点制御部、
１４２、１４４，１４６ 電力演算部、
１４８ 電力制御部
２１０、２２０ 太陽電池モジュール、
２３０ 商用電源、
２４０ 負荷。

Claims (6)

1. 複数の太陽電池モジュールのそれぞれに対して独立して設け、前記太陽電池モジュールが出力する電圧を所望の電圧に変換する複数のＤＣ/ＤＣコンバータと、
   前記複数のＤＣ/ＤＣコンバータが出力する直流電力を交流電力に変換するＤＣ/ＡＣインバータと、
   前記ＤＣ/ＤＣコンバータのそれぞれと前記ＤＣ/ＡＣインバータに対して最大電力点制御を実施する最大電力点制御部と、
   を有し、
   前記最大電力点制御部は、
   前記複数のＤＣ/ＤＣコンバータの内のいずれかが動作できない場合には、前記ＤＣ/ＡＣインバータが出力する電力が最大になるように、前記ＤＣ/ＡＣインバータに対して最大電力点制御を実施することを特徴とする電力変換装置。
2. 複数の太陽電池モジュールのそれぞれに対して独立して設け、前記太陽電池モジュールが出力する電圧を所望の電圧に変換する複数のＤＣ/ＤＣコンバータと、
   前記複数のＤＣ/ＤＣコンバータが出力する直流電力を交流電力に変換するＤＣ/ＡＣインバータと、
   前記ＤＣ/ＤＣコンバータのそれぞれと前記ＤＣ/ＡＣインバータに対して最大電力点制御を実施する最大電力点制御部と、
   を有し、
   前記複数のＤＣ/ＤＣコンバータの内の一方のＤＣ/ＤＣコンバータの出力電力が他方のＤＣ/ＤＣコンバータの出力電力よりも小さいときには、前記最大電力点制御部は、前記一方のＤＣ/ＤＣコンバータ及び前記ＤＣ/ＡＣインバータに対して最大電力点制御を実施することを特徴とする電力変換装置。
3. 複数の太陽電池モジュールのそれぞれに対して独立して設け、前記太陽電池モジュールが出力する電圧を所望の電圧に変換する複数のＤＣ/ＤＣコンバータと、
   前記複数のＤＣ/ＤＣコンバータが出力する直流電力を交流電力に変換するＤＣ/ＡＣインバータと、
   前記ＤＣ/ＤＣコンバータのそれぞれと前記ＤＣ/ＡＣインバータに対して最大電力点制御を実施する最大電力点制御部と、
   を有し、
   前記複数のＤＣ/ＤＣコンバータの内の一方のＤＣ/ＤＣコンバータの出力電力が他方のＤＣ/ＤＣコンバータの出力電力よりも大きいときには、前記最大電力点制御部は、前記他方のＤＣ/ＤＣコンバータ及び前記ＤＣ/ＡＣインバータに対して最大電力点制御を実施することを特徴とする電力変換装置。
4. 前記最大電力点制御部は、前記一方のＤＣ/ＤＣコンバータに対する最大電力点制御と前記ＤＣ/ＡＣインバータに対する最大電力点制御とを交互に行うことを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
5. 前記最大電力点制御部は、前記他方のＤＣ/ＤＣコンバータに対する最大電力点制御と前記ＤＣ/ＡＣインバータに対する最大電力点制御とを交互に行うことを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
6. 前記太陽電池モジュールに換えて、風力発電機、水力発電機、波力発電機のいずれかを用いることを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の電力変換装置。

Images