JP6973239B2

JP6973239B2 - 電力変換装置及び最大電力点追従制御方法

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Publication number: JP6973239B2
Application number: JP2018064811A
Authority: JP
Inventors: 俊宏鳥井; 直樹綾井; 直嗣鵜殿
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2018-03-29
Filing date: 2018-03-29
Publication date: 2021-11-24
Anticipated expiration: 2038-03-29
Also published as: JP2019175278A

Description

本発明は、電力変換装置及び最大電力点追従制御方法に関する。

例えば太陽光発電パネルには電力変換装置としてのパワーコンディショナが接続され、このパワーコンディショナを介して商用電力系統との系統連系を行うことができる。パワーコンディショナは、太陽光発電パネルから、その時点での最大の電力を引き出すため、最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）制御）を行っている（例えば、特許文献１〜５参照。）。

家庭等の小規模需要家では、一般には屋根に太陽光発電パネルが設置される。近隣に高い建物や樹木があると、太陽光発電パネルが、部分的に影に入る場合がある。このような場合も、ＭＰＰＴ制御により、その時点の最大電力を引き出すことは可能である。

国際公開番号ＷＯ２０１６／１２９４６４Ａ１国際公開番号ＷＯ２０１４／００２４７６Ａ１特開２０１０−２７８０３６号公報特許第６０３７５８５号公報特開２０１３−１０５３１８号公報

しかしながら、太陽光発電パネルが複数のストリングの並列体によって構成されている場合には、並列体全体としての出力曲線が、複雑な形になることがある。このような場合には、最大電力点を捉えきれず、発電効率が低下する場合がある。

かかる従来の問題点に鑑み、本発明は、複数ストリングで構成され共通の最大電力点追従制御の対象となる太陽光発電パネルについて、その一部が影になることで生じる、発電機会の無駄を抑制することを目的とする。

本開示は、以下の発明を含む。但し、本発明は、特許請求の範囲によって定められるものである。

本発明の一表現に係る電力変換装置とは、太陽光発電パネルと、電力を引き込む負荷との間に設けられる電力変換装置であって、前記太陽光発電パネルから電力を取り出す電力変換部と、前記電力変換部を制御して最大電力点追従制御を行う機能を有する制御部と、を備え、前記制御部は、前記最大電力点追従制御において、前記太陽光発電パネルの出力曲線における値域の一方側から電力が増大する方向へアプローチする制御を行い、電力点が、最大電力点の候補である第１のピーク電力点に到達した場合に、前記値域の範囲内で、離れた他の値に移動して再び電力が増大する方向へアプローチする制御を行うことにより、前記最大電力点の候補である他のピーク電力点を探索することを少なくとも１回実行する、電力変換装置である。

また、本発明の一表現に係る方法は、太陽光発電パネルと、電力を引き込む負荷との間に設けられる電力変換装置における、最大電力点追従制御方法であって、前記太陽光発電パネルから電力を取り出す電力変換部を制御して最大電力点追従制御を行い、前記最大電力点追従制御において、前記太陽光発電パネルの出力曲線における値域の一方側から電力が増大する方向へアプローチする制御を行い、電力点が、最大電力点の候補である第１のピーク電力点に到達した場合に、前記値域の範囲内で、離れた他の値に移動して再び電力が増大する方向へアプローチする制御を行うことにより、前記最大電力点の候補である他のピーク電力点を探索することを少なくとも１回実行する、最大電力点追従制御方法である。

本発明によれば、複数ストリングで構成され共通の最大電力点追従制御の対象となる太陽光発電パネルについて、その一部が影になることで生じる、発電機会の無駄を抑制することができる。

電力変換装置を中心とした回路図である。太陽光発電パネルの標準的な出力曲線の一例を示す図である。建物や樹木等の影に入って、太陽光発電パネルに部分影ができた状態の一例を概念的に示す略図である。太陽光発電パネルに部分影ができた状態における出力曲線の一例を示す図である。太陽光発電パネルに部分影ができた状態における出力曲線の他の例を示す図である。図２と同様の出力曲線において、新方式のＭＰＰＴ制御を行う一例を示すグラフである。図４と同様の出力曲線において、新方式のＭＰＰＴ制御を行う一例を示すグラフである。図５と同様の出力曲線において、新方式のＭＰＰＴ制御を行う一例を示すグラフである。新方式のＭＰＰＴ制御の一例を示すフローチャート（１／４）である。新方式のＭＰＰＴ制御の一例を示すフローチャート（２／４）である。新方式のＭＰＰＴ制御の一例を示すフローチャート（３／４）である。新方式のＭＰＰＴ制御の一例を示すフローチャート（４／４）である。

［実施形態の要旨］
本発明の実施形態の要旨としては、少なくとも以下のものが含まれる。

（１）これは、太陽光発電パネルと、電力を引き込む負荷との間に設けられる電力変換装置であって、前記太陽光発電パネルから電力を取り出す電力変換部と、前記電力変換部を制御して最大電力点追従制御を行う機能を有する制御部と、を備え、前記制御部は、前記最大電力点追従制御において、前記太陽光発電パネルの出力曲線における値域の一方側から電力が増大する方向へアプローチする制御を行い、電力点が、最大電力点の候補である第１のピーク電力点に到達した場合に、前記値域の範囲内で、離れた他の値に移動して再び電力が増大する方向へアプローチする制御を行うことにより、前記最大電力点の候補である他のピーク電力点を探索することを少なくとも１回実行する、電力変換装置である。

上記のように構成された電力変換装置では、例えば太陽光発電パネルの全体を構成する複数ストリングの一部のストリングに部分影ができる等の現象により、太陽光発電パネルの出力曲線にピーク電力点が２以上ある場合において、電力点が、第１のピーク電力点に到達しても、もっと高い電力値が得られるかもしれない他のピーク電力点を探索することができる。制御部は、探索の結果、最も高い電力値が得られるピーク電力点を最大電力点として制御すればよい。このようにして、より高い電力値が得られるかもしれないピーク電力点を追い求めることにより、複数のピーク電力点を持つ出力曲線となる太陽光発電パネルの発電電力を、より良く活用することができる。従って、複数ストリングで構成され共通の最大電力点追従制御の対象となる太陽光発電パネルについて、その一部が影になることで生じる、発電機会の無駄を抑制することができる。

（２）また、（１）の電力変換装置において、前記制御部は、前記他のピーク電力点としての第２のピーク電力点を探索した後、さらに第３のピーク電力点を探索するか否かを判定するようにしてもよい。
太陽光発電パネルの出力曲線にピーク電力点が１点又は２点以上あるか否かは、時々刻々変化する。例えば、ピーク電力点が１点の場合は、第１のピーク電力点と、第２のピーク電力点とは結果的に同じ位置になるので、第３のピーク電力点を探索することにメリットが無い。従って、このような判定を行うことで、無駄な探索を省略することができる。

（３）また、（２）の電力変換装置において、前記制御部は、前記第１のピーク電力点と前記第２のピーク電力点との、電圧差及び電流差のいずれか一方に基づいて前記判定を行うようにしてもよい。
例えば、第１のピーク電力点と、第２のピーク電力点とで、電圧差（又は電流差）が、僅差であれば、他に、もっと高いピーク電力点がある可能性は低い。従って、そのような場合には、第３のピーク電力点の探索を回避することが合理的である。逆に、第１のピーク電力点と、第２のピーク電力点とで、電圧差（又は電流差）が大きいのであれば、他に、もっと高いピーク電力点がある可能性がある。従って、そのような場合には、第３のピーク電力点の探索を行うことが、より高いピーク電力点を得る点で合理的である。

（４）また、（１）の電力変換装置において、前記制御部は、前記第１のピーク電力点と前記他のピーク電力点とが互いに同じ位置であるとき、さらなる探索を中止するようにしてもよい。
この場合、さらに他のピーク電力点を探索することにメリットが無いので、無駄な探索を省略することができる。

（５）また、（１）〜（４）のいずれかの電力変換装置において、前記制御部は、前記太陽光発電パネルから取り出される電力が所定値以上変化した場合には、現在の最大電力点をリセットして前記最大電力点追従制御をやり直すようにしてもよい。
日照条件の大きな変化により太陽光発電パネルから取り出される電力が所定値以上変化した場合には、出力曲線も変化しているので、その時点で最大電力点追従制御をやり直すことにより、適切な電力点にて電力を取り出すことができる。

（６）また、（１）〜（４）のいずれかの電力変換装置において、前記制御部は、前記最大電力点を決定した後、所定時間経過すれば、現在の最大電力点をリセットして前記最大電力点追従制御をやり直すようにしてもよい。
所定時間経過すれば、日照条件の変化により太陽光発電パネルの出力曲線が大きく変化している場合もあるので、その時点で最大電力点追従制御をやり直すことにより、適切な電力点にて電力を取り出すことができる。

（７）一方、方法の観点からは、太陽光発電パネルと、電力を引き込む負荷との間に設けられる電力変換装置における、最大電力点追従制御方法であって、前記太陽光発電パネルから電力を取り出す電力変換部を制御して最大電力点追従制御を行い、前記最大電力点追従制御において、前記太陽光発電パネルの出力曲線における値域の一方側から電力が増大する方向へアプローチする制御を行い、電力点が、最大電力点の候補である第１のピーク電力点に到達した場合に、前記値域の範囲内で、離れた他の値に移動して再び電力が増大する方向へアプローチする制御を行うことにより、前記最大電力点の候補である他のピーク電力点を探索することを少なくとも１回実行する、最大電力点追従制御方法である。

上記のような最大電力点追従制御方法では、例えば太陽光発電パネルの全体を構成する複数ストリングの一部のストリングに部分影ができる等の現象により、太陽光発電パネルの出力曲線にピーク電力点が２以上ある場合において、第１のピーク電力点に到達しても、もっと高い電力値が得られるかもしれない他のピーク電力点を探索することができる。探索の結果、最も高い電力値が得られるピーク電力点を最大電力点として制御すればよい。このようにして、より高い電力値が得られるかもしれないピーク電力点を追い求めることにより、複数のピーク電力点を持つ出力曲線となる太陽光発電パネルの発電電力を、より良く活用することができる。従って、複数ストリングで構成され共通の最大電力点追従制御の対象となる太陽光発電パネルについて、その一部が影になることで生じる、発電機会の無駄を抑制することができる。

［実施形態の詳細］
以下、本発明の一実施形態に係る電力変換装置について、図面を参照して説明する。なお、本実施形態に登場する数値・数量はいずれも一例に過ぎず、記載した値に限定される訳ではない。

《電力変換装置の回路構成例》
図１は、電力変換装置１（パワーコンディショナ）を中心とした回路図である。図において、電力変換装置１は、太陽光発電パネル２と、交流電路３との間に設けられている。交流電路３は、商用電力系統４と接続されている。また、交流電路３には需要家の負荷Ｌが接続されている。太陽光発電パネル２は複数の(図示の例では３）ストリング２ａ，２ｂ，２ｃの並列体となっており、電力変換装置１は、ストリング２ａ，２ｂ，２ｃの並列体に対して、共通の最大電力点追従制御を行う。

電力変換装置１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ（昇圧チョッパ）５と、ＤＣバス６と、インバータ７とを備えている。主回路要素から順に説明すると、太陽光発電パネル２と接続される直流入力端側には、直流側コンデンサ８が入力に対して並列に設けられている。入力された電圧はＤＣ／ＤＣコンバータ５により所望の電圧に変換され、ＤＣバス６に出力される。ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、ＤＣリアクトル９と、スイッチング素子Ｑｂと、ダイオード１０とを備えている。スイッチング素子Ｑｂは、例えばＭＯＳ−ＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）であり、ボディダイオードを有する。なお、図１の例では、他のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６も全てＭＯＳ−ＦＥＴであるが、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等、他の半導体スイッチであってもよい。ＤＣバス６の２線間には、中間コンデンサ１１が接続されている。

ＤＣバス６の電圧すなわち中間コンデンサ１１の両端電圧は、フルブリッジ回路を成すスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６によって構成されるインバータ７に与えられる。インバータ７は、ＤＣバス６の直流電圧を、単相３線の交流電圧に変換する。ＡＣリアクトル１２，１３，１４及び交流側コンデンサ１５，１６は、インバータ７の発生する高周波ノイズが交流電路３に出ることを防止するフィルタ回路として機能している。交流電路Ｕ−Ｗ線間には例えば２０２Ｖ、Ｕ−Ｏ線間、及びＷ−Ｏ線間にはそれぞれ、Ｏ線を０電位として＋１０１Ｖ、−１０１Ｖが出力される。

計測・制御用の回路要素としては、例えば、電圧センサ１７と、電流センサ１８とが設けられている。電圧センサ１７は、太陽光発電パネル２の発電電圧を検出して、検出出力を制御部２０に送る。電流センサ１８は、太陽光発電パネル２から引き出される電流を検出して、検出出力を制御部２０に送る。なお、他にも、計測・制御用の電圧センサ及び電流センサは随所に設けられているが、ここでは図示を省略している。制御部２０は、各センサから送られてくる検出出力に基づいてスイッチング素子Ｑｂ及びＱ１〜Ｑ６のオン・オフを制御する。

制御部２０は例えば、コンピュータを含み、ソフトウェア（コンピュータプログラム）をコンピュータが実行することで、必要な制御機能を実現する。ソフトウェアは、制御部２０の記憶装置（図示せず。）に格納される。

太陽光発電パネル２の発電中には、電力変換装置１は、交流電路３との系統連系運転を行う。これにより、交流電路３に接続されている需要家の負荷Ｌへの給電、及び、商用電力系統４への逆潮（売電）を行うことができる。

《基本的なＭＰＰＴ制御》
ここで、インバータ９と共に電力変換部を構成するＤＣ／ＤＣコンバータ６は、制御部２０の制御により、最大電力点追従制御（以下、ＭＰＰＴ制御という。）を行う。ＭＰＰＴ制御を行うことにより、太陽からの日射の状況によって発電量が変動する太陽光発電パネル２から、その時点での最大電力を引き出すことができる。

図２は、太陽光発電パネル２の、標準的な出力曲線の一例を示す図である。図において、点線は、横軸の電圧［Ｖ］に対して、太陽光発電パネル２から引き出せる電力［Ｗ］を縦軸に取った出力曲線のグラフである。実線は、横軸の電圧［Ｖ］に対して、太陽光発電パネル２から引き出せる電流［Ａ］を縦軸に取った出力曲線のグラフである。ＭＰＰＴ制御は、電流及び電圧が、点線のピーク電力点の位置になるようにする制御である。電流と電圧とは実線で示す一対一の関係にあるので、ＭＰＰＴ制御は、電流を少しずつ変化させる電流ステップの制御、及び、電圧を少しずつ変化させる電圧ステップの制御のいずれか一方により行うことができる。実線の出力曲線の右端は、太陽光発電パネル２の出力の２線間の開放（電流０Ａ、電圧約３６０Ｖ）を意味し、左端は短絡（電流約７．８Ａ、電圧０Ｖ）を意味する。一般には、開放側からＭＰＰＴ制御を行う方が制御しやすい。

例えば、太陽光発電パネル２から引き出す電流が０のときは、実線の出力曲線上の開放（電流０Ａ、電圧が約３６０Ｖ）に相当する。そこで、点線の出力曲線を「山」に例えると、例えば電流ステップでは、実線の出力曲線の開放側から徐々に電流を増加させ、山登りする。そして、電流指令値を例えば一定値Δｉ増加させると前回より電力が増えれば、さらに電流指令値を一定値Δｉだけ増加させる、という繰り返しにより、迅速に最大電力点Ｐ（電流指令値はＩ_Ｐ）に到達することができる。その後、電流指令値をΔｉ増加させると前回より電力が減少した場合は最大電力点Ｐを通過したことになるので、以後は、電流指令値の減少／増加を繰り返しながら、最大電力点Ｐ又はその直近にとどまることができる。日照条件が変われば出力曲線も変わるが、その都度、最大電力点Ｐを追い求めることができる。

《部分影の影響》
図３は、建物や樹木等の影に入って、太陽光発電パネル２に部分影ができた状態の一例を概念的に示す略図である。このように、複数ストリング２ａ，２ｂ，２ｃのうちの一部のストリング２ａに部分影ができた場合、発電の出力曲線が図２のような標準的な形状ではなくなることがわかっている。具体的には、主にストリングの数の範囲内で複数のピーク電力点ができる場合がある。

図４は、太陽光発電パネル２に部分影ができた状態における出力曲線の一例を示す図である。図において、点線は、横軸の電圧［Ｖ］に対して、太陽光発電パネル２から引き出せる電力［Ｗ］を縦軸に取った出力曲線のグラフである。実線は、横軸の電圧［Ｖ］に対して、太陽光発電パネル２から引き出せる電流［Ａ］を縦軸に取った出力曲線のグラフである。点線の出力曲線に示すように、ピーク電力点としては、第１のピーク電力点Ｐ１と、第２のピーク電力点Ｐ２とがある。２つのピーク電力点Ｐ１，Ｐ２の間には、バレイ（谷）Ｖ１がある。

図５は、太陽光発電パネル２に部分影ができた状態における出力曲線の他の例を示す図である。図において、点線は、横軸の電圧［Ｖ］に対して、太陽光発電パネル２から引き出せる電力［Ｗ］を縦軸に取った出力曲線のグラフである。実線は、横軸の電圧［Ｖ］に対して、太陽光発電パネル２から引き出せる電流［Ａ］を縦軸に取った出力曲線のグラフである。点線の出力曲線に示すように、ピーク電力点としては、第１のピーク電力点Ｐ１、第２のピーク電力点Ｐ２、及び、第３のピーク電力点Ｐ３、がある。ピーク電力点Ｐ１，Ｐ２の間、及び、ピーク電力点Ｐ２，Ｐ３の間には、それぞれ、バレイＶ１及びＶ２がある。

図４の場合、ピーク電力点Ｐ２の電力の方が、ピーク電力点Ｐ１の電力より大きい。しかし、通常通り、開放側からＭＰＰＴ制御を行うと、ピーク電力点Ｐ１には到達できるが、ピーク電力点Ｐ２には到達できない。
また、図５の場合、電力の大きさに関しては、ピーク電力点Ｐ２，Ｐ３，Ｐ１の順である。しかし、通常通り、開放側からＭＰＰＴ制御を行うと、ピーク電力点Ｐ１には到達できるが、ピーク電力点Ｐ２には到達できない。逆に、短絡側からＭＰＰＴ制御を行っても、ピーク電力点Ｐ３には到達できるが、ピーク電力点Ｐ２には到達できない。

そこで、本開示では、複数のピーク電力点がある場合において、より高いピーク電力点に到達すること、及び、開放側又は短絡側から最大電力点にアプローチしても到達できない他のピーク電力点に到達することを、ＭＰＰＴ制御の工夫により可能にしたい。

《新方式のＭＰＰＴ制御》
そこで、制御部２０は、例えば以下のような新方式のＭＰＰＴ制御を行う。
すなわち、制御部２０は、ＭＰＰＴ制御において、太陽光発電パネル２の出力曲線における電流の値域（電圧ステップの場合は電圧の値域、以下同様。）の一方側から電力が増大する方向へアプローチする制御を行い、電力点が、最大電力点の候補である第１のピーク電力点に到達した場合に、電流の値域の範囲内で、離れた他の値にジャンプするように移動して再び電力が増大する方向へアプローチする制御を行うことにより、最大電力点の候補である他のピーク電力点を探索することを少なくとも１回実行する。

図６は、図２と同様の出力曲線において、新方式のＭＰＰＴ制御を行う一例を示すグラフである。図６において、まず、ＭＰＰＴ制御の電力点は、開放側から電流ステップにより最大電力点Ｐ（電流指令値Ｉ_Ｐ）に到達する。但し、もし部分影により複数のピーク電力点がある場合には、電流指令値Ｉ_Ｐが、最大電力点Ｐとなる電流指令値とは限らない。また、制御部２０自身は、その時点での出力曲線の全体形状を把握している訳ではないので、ピーク電力点が１個なのか、あるいは、複数あるのかについては、不明である。

そこで、制御部２０は、ＭＰＰＴ制御上で電流指令値Ｉ_Ｐに到達した場合、その時点での実際の電流及び電圧を、電流センサ１８及び電圧センサ１７の検出出力に基づいて記憶する。例えば電流値は、電流指令値と同じＩ_Ｐであるとし、電圧値はＶ_Ｐであるとする（以下同様に、電流指令値と実際の電流値とは同じである、とする。）。そして次に、制御部２０は、電流指令値を定格最大電流値Ｉ_Ｒに変更する。すなわち、制御部２０のステップ処理としては、Ｉ_Ｐから、離れた他の値Ｉ_Ｒにジャンプするように移動することになる。

その結果、電流指令値Ｉ_Ｒは、点線で示す出力曲線の山の反対側（Ｐの左側）に行く。そして、ここからＭＰＰＴ制御による山登りが行われ、再び最大電力点Ｐとなる電流指令値Ｉ_Ｐに到達する。そして、その時点での電流値Ｉ_Ｐ及び電圧値Ｖ_Ｐを記憶する。この場合、今記憶した電流値及び電圧値並びに電力値（Ｉ_Ｐ×Ｖ_Ｐ）は、前回記憶した値と同じである。つまり、ピーク電力値が１つであれば、出力曲線の値域内で異なるアプローチをしても、結果的には同じ最大電力点に行き着く。従って、制御部２０は、この場合にはさらなるピーク電力値の探索を行う必要は無いと判定することができる。

次に、図７は、図４と同様の出力曲線において、新方式のＭＰＰＴ制御を行う一例を示すグラフである。図７において、まず、ＭＰＰＴ制御の電力点は、開放側から電流ステップによりピーク電力点Ｐ１（電流指令値Ｉ_Ｐ１）に到達する。そして、制御部２０は、その時点での電流値Ｉ_Ｐ１及び電圧値Ｖ_Ｐ１並びに電力値（Ｉ_Ｐ１×Ｖ_Ｐ１）を記憶する。

次に、制御部２０は、電流指令値を定格最大電流値Ｉ_Ｒに変更する。すなわち、ステップ処理としては、Ｉ_Ｐ１から、離れた他の値Ｉ_Ｒにジャンプするように移動することになる。そして、ＭＰＰＴ制御の電力点は、電流値Ｉ_Ｐ２，電圧値Ｖ_Ｐ２のピーク電力点Ｐ２に到達する。ここで、制御部２０は、電流値Ｉ_Ｐ２及び電圧値Ｖ_Ｐ２並びに電力値（Ｉ_Ｐ２×Ｖ_Ｐ２）を記憶する。そして、制御部２０は、今記憶したピーク電力点Ｐ２の電力値、及び、前回記憶したピーク電力点Ｐ１の電力値のうち、大きい方を最大電力点とする。すなわち、図示の例のように電力値に関してＰ２＞Ｐ１でああれば、制御部２０は、ピーク電力点Ｐ２にとどまるよう制御し、Ｐ２＜Ｐ１であればピーク電力点Ｐ１に戻るよう、制御する。

次に、図８は、図５と同様の出力曲線において、新方式のＭＰＰＴ制御を行う一例を示すグラフである。図８において、まず、ＭＰＰＴ制御の電力点は、開放側から電流ステップによりピーク電力点Ｐ１（電流値Ｉ_Ｐ１，電圧値Ｖ_Ｐ１）に到達する。そして、制御部２０は、その時点での電流値Ｉ_Ｐ１及び電圧値Ｖ_Ｐ１並びに電力値（Ｉ_Ｐ１×Ｖ_Ｐ１）を記憶する。

次に、制御部２０は、電流指令値を定格最大電流値Ｉ_Ｒに変更する。すなわち、ステップ処理としては、Ｉ_Ｐ１から、離れた他の値Ｉ_Ｒにジャンプするように移動することになる(図８の移動１）。そして、ＭＰＰＴ制御の電力点は、電流値Ｉ_Ｐ３，電圧値Ｖ_Ｐ３のピーク電力点Ｐ３に到達する。ここで、制御部２０は、電流値Ｉ_Ｐ３及び電圧値Ｖ_Ｐ３並びに電力値（Ｉ_Ｐ３×Ｖ_Ｐ３）を記憶する。このとき、制御部２０は、今記憶したピーク電力点Ｐ３の電圧値Ｖ_Ｐ３と、前回記憶したピーク電力点Ｐ１の電圧値Ｖ_Ｐ１とを互いに比較して、その差が、例えば所定値より小さい（僅差の）ときは、電力値に関して大きい方を最大電力点として、以後のＭＰＰＴ制御を行うことができる。一方、図８に示すように、上記の差が大きい場合は、その間に、他のピーク電力値が存在する可能性が十分にある。

そこで、記憶した２つの電圧値の差が所定値より大きい場合には、出力曲線の値域の範囲内でさらに移動してみる。但し、最初の移動と等量の移動をすると、元に戻るので、最初の移動より移動量を減らす。減らす目安としては例えば、図８における「移動２」の移動量を、Ｉ_Ｐ１，Ｉ_Ｐ３の中間点Ｉ_ＰＸにすることが考えられる。「移動２」の結果、ＭＰＰＴ制御の電力点は、電流値Ｉ_Ｐ２，電圧値Ｖ_Ｐ２のピーク電力点Ｐ２に到達する。ここで、制御部２０は、電流値Ｉ_Ｐ２及び電圧値Ｖ_Ｐ２並びに電力値（Ｉ_Ｐ２×Ｖ_Ｐ２）を記憶する。そして、制御部２０は、これまでに記憶したピーク電力点Ｐ１，Ｐ３，Ｐ２の電力値のうち、最大の値を、最大電力点とする。

上記の「移動２」の適切な移動量は、既に発見したピーク電力点Ｐ１，Ｐ３の電流値の中間点のほか、中間点の前後、例えば中間点を５０％とすれば４０〜６０％程度で設定してもよい。また、移動２で新しいピーク電力点が見つからない場合、さらに、移動する範囲を変更しながら、移動を繰り返してもよい。１つの移動法としては、移動量を徐々に減らすことが考えられる。また、Ｉ_Ｐ１からＩ_Ｐ３までの範囲内でランダムに移動することも考えられる。但し、あまり移動回数を増やすと、トータル的な効率低下も考えられるので、移動回数を制限して、真の最大電力点が発見できなかったとしても、相対的に、より高いピーク電力点が発見できれば、実用上は十分な電力有効活用ができる。

《まとめ》
以上のように、この制御部２０は、ＭＰＰＴ制御において、太陽光発電パネル２の出力曲線における値域（電流の値域又は電圧の値域）の一方側から電力が増大する方向へアプローチする制御を行い、電力点が、最大電力点の候補である第１のピーク電力点に到達した場合に、電流の値域の範囲内で、離れた他の値にジャンプするように移動して再び電力が増大する方向へアプローチする制御を行うことにより、最大電力点の候補である他のピーク電力点を探索することを少なくとも１回実行する。

このようなＭＰＰＴ制御によれば、例えば太陽光発電パネル２の全体を構成する複数ストリング２ａ，２ｂ，２ｃの一部のストリングに部分影ができる等の現象により、太陽光発電パネル２の出力曲線にピーク電力点が２以上ある場合において、第１のピーク電力点に到達しても、もっと高い電力値が得られるかもしれない他のピーク電力点を探索することができる。制御部２０は、探索の結果、いずれか最も高い電力値が得られるピーク電力点を最大電力点として制御すればよい。このようにして、より高い電力値が得られるかもしれないピーク電力点を追い求めることにより、複数のピーク電力点を持つ出力曲線となる太陽光発電パネル２の発電電力を、より良く活用することができる。

また、制御部２０は、他のピーク電力点としての第２のピーク電力点を探索した後、さらに第３のピーク電力点を探索するか否かを判定するようにしてもよい。
太陽光発電パネル２の出力曲線にピーク電力点が１点又は２点以上あるか否かは、時々刻々変化する。例えば、ピーク電力点が１点の場合は、第１のピーク電力点と、第２のピーク電力点とは結果的に同じ位置になるので、第３のピーク電力点を探索することにメリットが無い。従って、このような判定を行うことで、無駄な探索を省略することができる。

また、制御部２０は、第１のピーク電力点と第２のピーク電力点との電圧差又は電流差に基づいて判定を行ってもよい。例えば、電流ステップの制御であれば電圧差、電圧ステップの制御であれば電流差、である。
例えば、第１のピーク電力点と、第２のピーク電力点とで、電圧差（又は電流差）が、僅差であれば、他に、もっと高いピーク電力点がある可能性は低い。従って、そのような場合には、第３のピーク電力点の探索を回避することが合理的である。逆に、第１のピーク電力点と、第２のピーク電力点とで、電圧差（又は電流差）が大きいのであれば、他に、もっと高いピーク電力点がある可能性がある。従って、そのような場合には、第３のピーク電力点の探索を行うことが、より高いピーク電力点を得る点で合理的である。

《その他の補足》
また、制御部２０は、太陽光発電パネル２から取り出される電力が所定値以上変化した場合には、現在の最大電力点をリセットしてＭＰＰＴ制御をやり直すようにしてもよい。例えば、日照条件の大きな変化により太陽光発電パネル２から取り出される電力が所定値以上変化した場合には、出力曲線も変化しているので、その時点でＭＰＰＴ制御をやり直すことにより、適切な電力点にて電力を取り出すことができる。

また、制御部２０は、最大電力点を決定した後、所定時間経過すれば、現在の最大電力点をリセットしてＭＰＰＴ制御をやり直すようにしてもよい。すなわち、所定時間経過すれば、日照条件の変化により太陽光発電パネルの出力曲線が大きく変化している場合もあるので、その時点で最大電力点追従制御をやり直すことにより、適切な電力点にて電力を取り出すことができる。

《フローチャートの一例》
次に、上記のような新方式のＭＰＰＴ制御の具体的な一例を示す。但し、これは一例に過ぎず、普遍的には既に述べた通りである。
図９〜図１２は、新方式のＭＰＰＴ制御の一例を示すフローチャートであり、一つのフローチャートを、図示の便宜上４枚の図面で表している。図９の、丸で囲んだＡ，Ｂ，Ｃは、図１０のＡ，Ｂ，Ｃのところへ繋がっている。図１０のＤは、図１１のＤに繋がっている。図１１のＥは、図１２のＥに繋がっている。

（ピーク判別処理）
図９において、制御部２０は、接続されているストリング数を確認し（ステップＳ１）、太陽光発電パネル２の電圧値、電流値、電力値を取得する（ステップＳ２）。そして、制御部２０は、再探索までの時限のカウントダウンを行う再探索カウンタが、０か否かを判定する（ステップＳ３）。再探索カウンタの初期値は０であり、所定値の設定は後述の、図１２のステップＳ４２において行われる。従って、再探索カウンタが０となるのは、最初にステップＳ３の判定を行うとき、及び、それ以降は、設定された値がカウントダウンにより０になったときである。ステップＳ３において、例えば、「ＮＯ」すなわち０でない場合には、制御部２０は、再探索カウンタを、カウントダウン（−１）する（ステップＳ４）。続いて、制御部２０は、ピーク探索フラグを０に設定し（ステップＳ７）、図１１の処理に向かう。一方、再探索カウンタが０の場合には、制御部２０は、現在の電圧値及び電流値を記録し（ステップＳ５）、現在の電力値が平均電力値（誤差範囲を考慮した値）より大きいか否かを判定する（ステップＳ６）。ステップＳ６での判定が「ＹＥＳ」の場合は、制御部２０は、ピーク探索フラグを０に設定し（ステップＳ７）、図１１の処理に向かう。

ステップＳ６での判定が「ＮＯ」の場合には、制御部２０は、現在の電圧値が平均電圧値（誤差範囲を考慮した値）と同等であり、かつ、現在の電流値が平均電流値（誤差範囲を考慮した値）と同等であるか否かを判定する（ステップＳ８）。ステップＳ８の判定が「ＮＯ」の場合には、制御部２０は、図１１の処理に向かい、また、「ＹＥＳ」の場合にはピークカウンタを（＋１）する（ステップＳ９）。続いて、制御部２０は、ピークカウンタが所定数であるｍ回より多いか否かを判定し（ステップＳ１０）、「ＮＯ」の場合には、図１１の処理に向かう。「ＹＥＳ」の場合には、制御部２０は、ＭＰＰＴ制御上、現在はピークに留まっているとしてピーク探索フラグを１とし（ステップＳ１１）、過去に訪れた（記録した）ことのないピークか否かを判定する（ステップＳ１２）。

ステップＳ１２の判定が「ＹＥＳ」の場合には、制御部２０は、ピーク履歴に電圧値及び電流値を登録し（ステップＳ１３）、残り探索数ｎ（初期値はストリング数）を１減らした後（ステップＳ１４）、図１０の処理に向かう。
ステップＳ１２の判定が「ＮＯ」の場合には、制御部２０は、同じピーク帰還カウンタを（＋１）し（ステップＳ１５）、同じピーク帰還カウンタが所定数ｋより大きいか否かを判定し（ステップＳ１６）、「ＮＯ」の場合は図１０の処理に向かい、「ＹＥＳ」の場合はピーク探索フラグを０に設定して（ステップＳ１７）、図１１の処理に向かう。

（ピーク探索処理）
次に、図１０において、制御部２０は、ピーク探索フラグが１か否かを判定し（ステップＳ１８）、「ＮＯ」であれば図１１の処理に向かうが、「ＹＥＳ」であれば探索回数は１以上か否かを判定する（ステップＳ１９）。制御部２０は、ステップＳ１９において「ＮＯ」であれば、図１１の処理に向かうが、「ＹＥＳ」であれば最初のピークではないか否かを判定する（ステップＳ２０）。

ステップＳ２０において、最初のピークである場合は、制御部２０は、定格電流値を電流指令値に設定する（ステップＳ２２）。これは、図７で言えば「移動」、及び、図８で言えば最初の「移動１」に相当する処理である。最初のピークでない場合は、制御部２０は、１つ前のピーク電流値と現在のピーク電流値との平均値を計算し（ステップＳ２１）、その結果のピーク電流平均値を電流指令値に設定する（ステップＳ２３）。これは、図８で言えば２回目の「移動２」に相当する処理である。

次に制御部２０は、現在の電流値が電流指令値と同じであるか否かを判定し（ステップＳ２４）、「ＮＯ」であれば図１１の処理に向かい、「ＹＥＳ」であればピーク探索フラグを０に設定してから（ステップＳ２５）図１１の処理に向かう。

（ＭＰＰＴ制御の電流ステップ）
次に、図１１において、制御部２０は、現在の電力値が前回の電力値より大きいか否かを判定し（ステップＳ２６）、判定が「ＹＥＳ」であれば、ＭＰＰＴ制御による現在位置は最大電力点（ＭＰＰ点）を通り越したか否かを判定する（ステップＳ２７）。ステップＳ２７の判定が「ＹＥＳ」であれば、制御部２０は、ＭＰＰＴの方向を「山下り」方向に向けて（ステップＳ２８）、電流ステップを山下り方向に設定する（ステップＳ２９）。一方、ステップＳ２７の判定が「ＮＯ」であれば、制御部２０は、電流ステップを山登り方向に設定する（ステップＳ３０）。

また、ステップＳ２６での判定が「ＮＯ」であれば、制御部２０は、ＭＰＰＴ制御による現在位置が、最大電力点より手前か否かを判定する（ステップＳ３１）。ステップＳ３１の判定が「ＹＥＳ」であれば、制御部２０は、ＭＰＰＴの方向を山登り方向に向けて（ステップＳ３２）、電流ステップを山登り方向に設定する（ステップＳ３３）。一方、ステップＳ３１の判定が「ＮＯ」であれば、制御部２０は、電流ステップを山下り方向に設定する（ステップＳ３４）。

なお、図１１は電流ステップの例であるが、電圧ステップの場合は、ステップＳ２９，Ｓ３０，Ｓ３３，Ｓ３４における「電流ステップを・・・」が、「電圧ステップを・・・」に置き換わるだけで、それ以外は同様である。

（ピーク探索終了判定処理、再探索カウンタ設定処理）
次に図１２において、制御部２０は、現在のピーク電圧値が１つ前のピーク電圧値の±Δ％（Δは、所定の微小値）以内か否かを判定し（ステップＳ３５）、「ＹＥＳ」であれば、ピークがこれ以上存在しないと考えてピーク探索フラグを０に設定し（ステップＳ３６）、残り探索回数をリセットする（ステップＳ３７）。そして制御部２０は、現在の電流値が、最大電力となるピーク電流値の又はその近傍の値か否かを判定し（ステップＳ３８）、「ＹＥＳ」の場合は、ＭＰＰＴ制御の結果より、電流指令値を決定する（Ｓ３９）。その後、制御部２０は、再探索カウンタを設定し（ステップＳ４２）、スイッチングのデューティ比を更新して（ステップＳ４３）、処理終了となる。

一方、ステップＳ３５において判定が「ＮＯ」の場合には、制御部２０は、ＭＰＰＴ制御の結果より、電流指令値を決定し（Ｓ４０）、スイッチングのデューティ比を更新して（ステップＳ４３）、処理終了となる。また、ステップＳ３８において判定が「ＮＯ」の場合には、制御部２０は、ピーク履歴の中で電力値が最大となるピーク電流値を電流指令値に設定し（ステップＳ４１）、スイッチングのデューティ比を更新して（ステップＳ４３）、処理終了となる。

《補記》
なお、上記実施形態の電力変換装置１は、商用電力系統に系統連系するパワーコンディショナであるが、系統連系しないスタンドアローンの太陽光発電システムにおける電力変換装置であっても、上記のＭＰＰＴ制御を適用することができる。但し、負荷が接続された状態でなければ電流が流れないので、スタンドアローンの場合は、電力変換装置が太陽光発電パネルから引き出そうとする電流を自在に流してくれる負荷が必要となる。系統連系して逆潮している場合は、商用電力系統が一種の負荷となるので、電流はどのようにでも引き出すことができる。
すなわち、電力変換装置には、電力を引き込む負荷が接続されていることが必要である。

なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１電力変換装置
２太陽光発電パネル
２ａ，２ｂ，２ｃストリング
３交流電路
４商用電力系統
５ＤＣ／ＤＣコンバータ
６ＤＣバス
７インバータ
８直流側コンデンサ
９ＤＣリアクトル
１０ダイオード
１１中間コンデンサ
１２，１３，１４ＡＣリアクトル
１５，１６交流側コンデンサ
１７電圧センサ
１８電流センサ
２０制御部
Ｌ（需要家の）負荷
Ｑｂ，Ｑ１〜Ｑ６スイッチング素子

Claims

太陽光発電パネルと、電力を引き込む負荷との間に設けられる電力変換装置であって、
前記太陽光発電パネルから電力を取り出す電力変換部と、
前記電力変換部を制御して最大電力点追従制御を行う機能を有する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記最大電力点追従制御において、前記太陽光発電パネルの出力曲線における値域の一方側から電力が増大する方向へアプローチする制御を行い、電力点が、最大電力点の候補である第１のピーク電力点に到達した場合に、前記値域の範囲内で、離れた他の値に移動して再び電力が増大する方向へアプローチする制御を行うことにより、前記最大電力点の候補である第２のピーク電力点を探索することを少なくとも１回実行し、
前記制御部は、前記第２のピーク電力点を探索した後、さらに第３のピーク電力点を探索するか否かの判定をする場合に、前記第１のピーク電力点と前記第２のピーク電力点との、電圧差及び電流差のいずれか一方に基づいて前記判定を行う、電力変換装置。
前記制御部は、前記第１のピーク電力点と前記第２のピーク電力点とが互いに同じ位置であるとき、さらなる探索を中止する請求項１に記載の電力変換装置。
前記制御部は、前記太陽光発電パネルから取り出される電力が所定値以上変化した場合には、現在の最大電力点をリセットして前記最大電力点追従制御をやり直す請求項１又は請求項２に記載の電力変換装置。
前記制御部は、前記最大電力点を決定した後、所定時間経過すれば、現在の最大電力点をリセットして前記最大電力点追従制御をやり直す請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
太陽光発電パネルと、電力を引き込む負荷との間に設けられる電力変換装置における、最大電力点追従制御方法であって、
前記太陽光発電パネルから電力を取り出す電力変換部を制御して最大電力点追従制御を行い、
前記最大電力点追従制御において、前記太陽光発電パネルの出力曲線における値域の一方側から電力が増大する方向へアプローチする制御を行い、
電力点が、最大電力点の候補である第１のピーク電力点に到達した場合に、前記値域の範囲内で、離れた他の値に移動して再び電力が増大する方向へアプローチする制御を行うことにより、前記最大電力点の候補である第２のピーク電力点を探索することを少なくとも１回実行し、
前記第２のピーク電力点を探索した後、さらに第３のピーク電力点を探索するか否かの判定をする場合に、前記第１のピーク電力点と前記第２のピーク電力点との、電圧差及び電流差のいずれか一方に基づいて前記判定を行う、
最大電力点追従制御方法。