JPH1083223A - 電力制御装置及びそれを用いた太陽光発電システム - Google Patents

電力制御装置及びそれを用いた太陽光発電システム

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JPH1083223A
JPH1083223A JP8236568A JP23656896A JPH1083223A JP H1083223 A JPH1083223 A JP H1083223A JP 8236568 A JP8236568 A JP 8236568A JP 23656896 A JP23656896 A JP 23656896A JP H1083223 A JPH1083223 A JP H1083223A
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誠路 黒神
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信善 竹原
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公俊 深江
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低電流時にも太陽電池から最大出力を取り出
す電力制御装置を提供する。 【解決手段】 常時は通常のMPPT制御を行い、低電流時
には、前記MPPT制御より長い周期にて広い探索範囲で太
陽電池の動作点を変動させて電圧信号及び電流信号を取
り込み、電力が複数の極大値を持つ場合で元の動作点が
最大電力を得られる点を含む範囲にあるときには元の動
作点を選択し、範囲外にある時には別の動作点を選択す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電力変換装置を有し
た太陽光発電システムの電力制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】太陽電池の出力は、日射量、温度、動作
点電圧などによりかなり変動するために、太陽電池から
見た負荷を調整して、常に最大の電力を取り出すことが
要望される。このため、複数の太陽電池から構成される
太陽電池アレイの動作点の電圧や電流を変動させて、そ
の時の電力変動を調べて太陽電池アレイの最大電力又は
最大電力近傍の動作点を追尾する最大電力点追尾制御、
いわゆるＭＰＰＴ制御が提案されている。
【０００３】例えば、特公昭６３−５７８０７号公報に
記載される電力の電圧微分値を利用するものや特開昭６
２−８５３１２号公報に記載されている電力変化量が正
の方向に探索する、いわゆる山登り法などがある。
【０００４】また、特開平７−２２５６２４号公報に記
載されるものにおいては、太陽電圧の開放電圧から最低
電圧までの間を極大点を検出し、極大点のなかで最大電
力となる極大点の電圧を設定している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の方法には以下の
問題点がある。
【０００６】太陽電池の発生電力が小さく、電流が少な
い場合に、電流検出において、分解能による読み取り精
度の問題やノイズの影響から、電流値が正しく検出でき
ないことがあり、通常の最大電力点追尾動作を行なって
も、極大点に捕われて、最大点を追尾できないことがあ
った。
【０００７】通常は太陽電池アレイの電圧−電力特性
は、図10a（横軸は電圧、縦軸は電力）に示したような
形状であるが、低電流時に電流値の分解能の影響で、図
10bのように複数の極大点が生じる。また、ノイズなど
の影響により、図10cのような極大点が生じることもあ
る。
【０００８】このような場合に、従来の山登り法では、
動作点を変化させたことによる電力変化量の正負によ
り、電圧−電力特性曲線の「山」の頂上のある方向を見
いだすものであるので、動作点がまたは近傍にある
場合には、動作点はの「山」の頂上を追いかけて、太
陽電池アレイからは最大電力を取り出すことが出来る。
【０００９】しかし、動作点がまたは近傍にある場
合には、動作点はもしくはの「山」の頂上を最大電
力点と誤認して追従し、太陽電池アレイからは最大電力
を取り出すことができない。
【００１０】特に、図10bのような場合には、日射量の
変化により、図10eのように電圧−電力特性が変化した
場合には、動作電圧が上昇する方向に力が働きやすい。
【００１１】以上、山登り法での動作について説明した
が、電力の電圧微分値を利用する制御方法でも同様の結
果となる。
【００１２】これに対して、特開平7-225624号公報記載
の方法では、複数の「山」の電力の大きいものの頂上を
取ることができる。しかし、太陽電池に接続される電力
変換装置の動作可能範囲は図10dのように限定されるの
で、動作可能範囲内での最大電力動作点は極大点には
なく、前記方法では最大電力を取り出せない。また、前
記方法は太陽電池の開放電圧から最低電圧までという極
めて広い範囲をスキャンするので、スキャン時の電力損
失が懸念される。このため長いインターバルで上記方法
を行うと、最適動作点は常時変動するので最適動作点か
らずれて精密に追尾は出来ず、最大電力を取り出すこと
ができない。また、広範囲を探索する最中に日射変動が
生じると、異なった電圧−電力特性での動作点をサンプ
リングして、それに基づいて動作点を設定するので、誤
動作して出力が低下する恐れがある。
【００１３】本発明の目的は、従来の太陽電池の電力制
御方法の欠点を補完し、太陽電池から最大出力を取り出
す電力制御装置を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する手段
は、太陽電池の出力を変換する電力変換手段と、第１の
周期にて太陽電池の動作点を第１変動範囲で変動させて
電圧値および電流値をサンプリングし、前記電圧値と前
記電流値に基づいて太陽電池からの電力が最大となるよ
うに太陽電池の出力電圧を設定する出力電圧設定手段
と、太陽電池の発生電流または電力が所定の電流値以下
または所定の電力値以下の場合、前記第１の周期より長
い周期である第2の周期で、前記第1の変動範囲より広い
第2の変動範囲にて動作点を変動させて電圧値及び電流
値をサンプリングし、前記電圧値と前記電流値に基づい
て前記太陽電池からの電力が最大となるように太陽電池
の出力電圧を設定する前記電力変換手段の制御手段と、
を有することを特徴とする電力制御装置である。
【００１５】常時、もしくは所定の電流値または電力値
以上のときには、前記第2の周期より長い周期である第3
の周期で、前記第2の変動範囲と等しいかまたはより広
い第3の変動範囲にて動作点を変動させて電圧値及び電
流値をサンプリングし、前記電圧値と前記電流値に基づ
いて前記太陽電池からの電力が最大になるように太陽電
池の出力電圧を設定する前記電力変換手段の制御手段
と、を有することを特徴とする。
【００１６】前記制御手段は、前記第2の変動範囲内も
しくは第3の変動範囲内の電力の極大値が複数あるかを
前記電圧値と前記電流値に基づいて判断し、複数ある場
合には前記電圧値および電流値に基づき最大電力点が存
在する電圧範囲内に太陽電池の出力電圧を設定すること
を特徴とする。
【００１７】前記制御手段は、前記第2の周期もしくは
第3の周期において、現在の動作点を基準動作点として
電圧値および電流値をサンプリングして記憶し、それぞ
れ前記第2の変動範囲もしくは第3の変動範囲で動作点を
変動させて電圧値および電流値をサンプリングし、前記
電圧値と前記電流値から各動作点での電力値を算出し、
前記太陽電池の出力電力の極大点および第2の変動範囲
端での動作点の電圧値と、電流値もしくは電力値を記憶
して、これらの中の最大電力値となるように太陽電池の
出力電圧を設定することを特徴とする。
【００１８】前記制御手段は、前記第2の周期もしくは
第3の周期において、それぞれ第2の変動範囲もしくは第
3の変動範囲で、前記電圧値と前記電流値から各動作点
での電力値を算出し、サンプリングされたうちの3点以
上の動作点の検出値を用いてその電圧-電力曲線を有極
関数により近似し、前記有極関数の極大値の電圧を太陽
電池の出力電圧に設定することを特徴とする。
【００１９】前記制御手段は、前記第2の周期もしくは
第3の周期において、前記第2の変動範囲もしくは第3の
変動範囲にて動作点を変動させて電圧値と電流値をサン
プリングして、同一電圧の複数の動作点の電流値の差、
または電圧値と電流値の乗算により算出される電力値の
差が所定値以上であれば所定回数を上限として前記サン
プリングおよび前記判定をやり直すか、または、設定動
作を取り消して元の動作点を設定し、前記電流値の差、
もしくは電力値の差が所定値未満であれば、前記電圧値
と前記電力値に基づいて前記太陽電池からの電力が最大
となるように太陽電池の出力電圧を設定することを特徴
とする。
【００２０】又、太陽電池の出力を変換する電力変換手
段と、第１の周期にて太陽電池の動作点を第１変動範囲
で変動させて電圧値および電流値をサンプリングし、前
記電圧値と前記電流値に基づいて太陽電池からの電力が
最大となるように太陽電池の出力電圧を設定する出力電
圧設定手段と、サンプリングされた前記電圧値と電流値
をA/D変換して得られたディジタル値から算出した電力
値の分解能がCPU内の算術論理演算装置が処理できるデ
ータ長より大きい場合には、前記電力値の分解能を前記
CPU内の算術論理演算装置が処理できるデータ長に合致
させてから、各種演算を行なう前記電力変換手段の制御
手段と、を有することを特徴とする電力制御装置とす
る。
【００２１】又、太陽電池の出力を変換する電力変換手
段と、第１の周期にて太陽電池の動作点を第１変動範囲
で変動させて電圧値および電流値をサンプリングし、前
記電圧値と前記電流値に基づいて太陽電池からの電力が
最大となるように太陽電池の出力電圧を設定する出力電
圧設定手段と、サンプリングされた前記電圧値と電流値
をA/D変換して得られたディジタル値から算出した電力
値を、所定の電流値以下の場合には、CPU内の算術論理
演算装置が処理できるデータ長で表現が可能になるまで
右シフトしてから、各種演算を行なう前記電力変換手段
の制御装置と、を有することを特徴とする電力制御装置
とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
〔実施形態1〕以下、図面を参照して本発明の実施形態
を説明する。
【００２３】図１に本発明の一実施形態に係る電力制御
装置を用いた太陽光発電システムの構成を示す図であ
る。図中、太陽電池１の直流電力は、電力変換手段２に
て電力変換され、負荷３に供給される。
【００２４】（太陽電池）太陽電池１としては、アモル
ファスシリコン、微結晶シリコン、多結晶シリコン、単
結晶シリコンあるいは化合物半導体などを用いた太陽電
池がある。通常は、複数の太陽電池モジュールを直並列
に組み合わせて、所望の電圧および電流が得られるよう
にアレイを構成する。
【００２５】（電力変換手段）電力変換手段２として
は、パワートランジスタ、パワーＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢ
Ｔ、ＧＴＯなどの自己消弧型スイッチングデバイスを用
いたＤＣ／ＤＣコンバータ、自励式電圧型ＤＣ／ＡＣイ
ンバータなどがある。この電力変換手段２は、ゲートパ
ルスのＯＮ／ＯＦＦデューティ比を変えることで電力潮
流、入出力電圧、出力周波数などを制御できる。
【００２６】（負荷）負荷３としては、電熱負荷や電動
機負荷あるいは商用交流系統およびそれらの組み合わせ
などがある。負荷３が商用交流系統の場合は、系統連系
太陽光発電システムと呼ばれおり、系統に投入され得る
電力は制限されないので、太陽電池１からより多くの電
力を取り出す本発明が適用される対象として非常に好ま
しい。
【００２７】（制御装置）太陽電池１の出力電圧および
出力電流は、通常用いられる電圧検出手段４および電流
検出手段５により検出された、検出された電圧信号が出
力電圧設定手段６および制御手段７に入力され、電流信
号は出力電圧設定手段６に入力される。
【００２８】出力電圧設定手段６は、検出され記憶され
た電圧信号、電流信号をもとに、電圧設定値を決定す
る。出力電圧設定手段６は、制御用マイクロコンピュー
タであり、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、Ｉ／Ｏなどで構成
される。
【００２９】制御手段７は、電力変換手段２の出力制御
回路とゲート駆動回路である。例えば、出力電圧設定手
段６からの電圧設定値と電圧検出手段４からの電圧信号
との偏差である電圧誤差信号が入力され、これが零とな
るように制御するＰＩ制御回路と、ＰＩ制御回路からの
出力に応じて三角波比較方式や瞬時電流追従制御などに
よりゲート駆動用のＰＷＭパルスを生成するＰＷＭ回路
などからなる。これにより、電力変換手段２のオン／オ
フデューティ比を制御して、太陽電池の出力電圧を制御
する。
【００３０】（制御方法）次に、図2、図3を用いて、本
発明の電力制御装置において最大電力が得られる動作点
の探索について説明する。図2は、横軸が電圧、縦軸が
電力を示しており、電圧−電力出力特性曲線を示してい
る。また、図3、4に本実施形態に係るフローチャートが
示されている。
【００３１】本発明の実施にあたっては、まず、初期動
作電圧V0、ステップ変動幅dV、探索方向、変動範囲下限
電圧VL、変動範囲上限電圧VH、探索周期、探索制御判定
電流IWASをあらかじめ決めておき、ROMに記憶させてお
くとよい。初期動作電圧V0は太陽電池アレイの構成によ
って決められる。
【００３２】ステップ変動幅dVは電力変換手段2の動作
可能電圧範囲の1乃至3％程度にしておく。探索方向は増
加方向、減少方向のどちらでもよい。
【００３３】変動範囲下限電圧VLおよび変動範囲上限電
圧VHは電力変換手段2の動作可能電圧範囲内で設定す
る。探索は、通常のMPPT制御よりも長い周期で広範囲に
探索する。これをWASとよぶ。その周期は数分程度とな
るように設定する。本実施形態の場合、3分とした。
【００３４】WAS制御判定電流IWASは、WAS制御を行なう
ための電流で、ノイズの影響を受けやすい電流範囲や、
A/D変換により生じる量子化誤差を無視できない領域を
指定する。通常のMPPTのサンプリング電圧の間隔をΔ
V、動作電圧領域をVopr、電流の量子数(=アナログ電流
値のフルスケール/分解能)をIlsbとした場合、IWASはお
およそ、 IWAS=Vopr×Ilsb/ΔV で求められる。
【００３５】電力変換開始時には、動作電圧Vを初期動
作電圧V0に設定した後、常時は山登り法によるMPPT制御
を行い、時々WAS周期に応じてWAS制御を行う。
【００３６】実際の動作は、以下のようになる。
【００３７】（1） MPPT制御を開始すると、まず始め
に、WAS周期をカウントするタイマーをリセットする（S
tepM01）。
【００３８】（2） 次に、設定されている動作点での電
圧、電流をサンプリングし、電力値P0を算出・記憶する
（StepM02）。
【００３９】（3） 次に、タイマーをみてWAS周期にな
ったか否かを判定する（StepM03）。WAS周期になってい
ないのであれば通常のMPPT制御を行うものとしてStepM0
4へ移り、WAS周期であるなら、電流値が所定の電流値以
下か調べ(stepM05)、所定の電流値以下ならば、WAS制御
を行うものとしてStepW00へ移動しWASルーチン図4には
いる。所定の電流値以上なら通常のMPPT制御を行うもの
としてstepM04に移る。WAS周期は長くとってあるので、
多くの場合は通常MPPT制御のStepM04へ行く。
【００４０】（4） StepM04では、探索方向に応じて分
岐し、探索方向が「増加」ならStepM06へ進み、動作点
電圧をステップ変動幅dVほど高い電圧に設定し、探索方
向が「減少」ならStepM07へ進み、動作点電圧をステッ
プ変動幅dVほど低い電圧に設定する。そして、StepM08
に進む。
【００４１】（5） 次に、設定されている動作点での電
圧および電流をサンプリングし、電力値P1を算出・記憶
する（StepM08）。
【００４２】（6） 現在の動作点の電力値P1と以前の動
作点の電力値P0の電力値を比較する（StepM09）。も
し、電力値P1が電力値P0以下であれば、最適動作点を通
りすぎたと判断し、StepM10にて探索方向を反転させ
る。電力値P1が電力値P0より大きいのであれば、最適動
作点はまだ先にあるので、探索方向はそのままとして、
StepM10はバイパスする。
【００４３】（7） そして、電力値P1を電力値P0として
記憶してから（StepM11）、StepM03に戻り、上記動作を
繰り返す。StepM03において、WAS周期になったと判断す
る上記と同じく、StepM05の電流判定を行う。
【００４４】以下図4を参照して、WASルーチンを説明す
る。
【００４５】（1）WASルーチンでは、まず始めに、現在
の動作点の電圧及び電流をサンプリングして電力値を計
算し、その電圧値及び電力値を基準動作点電圧VR及び基
準動作点電力PRとして記憶する（StepW01）。
【００４６】（2）次に、変動範囲下限電圧VLから変動
範囲上限電圧VHの間の変動範囲で動作点を変動させて、
電圧及び電流をサンプリングして電力値を計算する。そ
して、電力値の極大点を検出し、極大点の電圧及び電力
を記憶する。また、変動範囲下限電圧VL及び変動範囲上
限電圧VHでの動作点の電力値PVL及びPVHを記憶する（St
epW02）。
【００４７】（3）次に、極大点の有無を判定し、極大
点が無い場合は探索範囲内には複数の山は無いと判断し
てStepW12へ処理を飛ばし、極大点がある場合には次のS
tepW03に進む。そして、極大点がある場合は、極大点の
数が１つだけか２つ以上あるかに応じて分岐する（Step
W04）。
【００４８】（4）極大点の数が1つだけの場合は、前記
極大点を前記基準動作点として前記極大点の電圧V極大
点1及び電力P極大点1を前記基準動作点電圧VR及び電力P
Rに設定を行い（StepW08）、次のStepW09へ進む。
【００４９】（5）極大点の数が２つ以上の場合は、前
記極大点の電力値Ｐ極大点ｘ（ｘ＝１、２、…、極大点
の数）と前記基準動作点の電力PRを比較し、前記基準動
作点電力PRのほうが小さい時には、前記極大点を前記基
準動作点となるよう設定して（StepW07）、次のStepW09
へ進む。
【００５０】（6）StepW09では、前記基準動作点の電力
PRと前記探索範囲下限電圧VLでの電力PVLの大小関係を
比較し、前記基準動作点電力PRのほうが小さい時には、
前記探索範囲下限電圧VLでの動作点を基準動作点として
前記動作点の電圧VL及び電力PVLを前記基準動作点の電
圧VR及び電力PRに設定して（StepW10）、次のStepW11へ
進む。
【００５１】（7）StepW11では、前記基準動作点の電力
PRと前記探索範囲上限電圧VHでの電力PVHの大小関係を
比較し、前記基準動作点電力PRのほうが小さい時には、
前記探索範囲上限電圧VHでの動作点を基準動作点として
前記動作点の電圧VH及び電力PVHを前記基準動作点の電
圧VR及び電力PRに設定して（StepW12）、次のStepW13へ
進む。
【００５２】（8）そして、StepW13で前記基準動作点電
圧VRを動作電圧Vに設定して、WASルーチンの処理は終了
する。
【００５３】（9）StepW00にてWAS制御を行った後は、
図3のStepM01に戻りWAS周期をカウントするタイマーを
リセットし、前述の動作を繰り返す。
【００５４】このように、常時は通常のMPPT制御を行
い、長い周期にて広範囲探索し電圧−電力特性の電力カ
ーブの極大点の数から「山」に応じた動作点を設定する
WAS制御により、いつもは精密に追従し、複数の「山」
があった場合でも時々は極大点及び探索範囲端動作点に
基づき最大電力が得られる「山」に移動を行い、太陽電
池から最大電力が取り出せることが出来る。
【００５５】〔実施例１〕ΔV=2.5V、Vopr=150乃至180
V、Ilsb=0.034Vである本実施例の場合、IWASは2.45Aと
なり、マージンを考慮してIWASを2.5Aに設定し、WAS制
御をこの電流値以下で行うようにした。
【００５６】制御用マイクロコンピュータとして、M377
10(三菱電機製)を使用した。このマイクロコンピュータ
は10ビットのA/D変換器と16ビットのCPU(16ビット算術
論理演算装置を含む)を内蔵している。この時、電力値
を算出すると20ビットになり、本CPUでの処理は、大き
な負荷となる。このために、20ビットの電力値を16ビッ
トに丸めてその後の計算を行って、高速処理を可能にし
た。本実施例の場合、1つの動作点の電圧値と電流値か
ら電力値を算出し、以前の動作点の電力値と比較する時
のサイクル数は、20ビットのまま処理した場合の85サイ
クルに比べて、60サイクルと、約30%高速化できた。こ
のように高速化のためには、どんなCPUであっても電力
値のデータ長を算術論理演算装置の幅(処理可能なデー
タ長)に合わせることが効果的である。例えばCPUが8086
なら電力値も16ビット、68040のような32ビットである
ものは、電力値を32ビットにすればよい。特に太陽光発
電システムの場合、電力変換装置の扱う最大電力は、ほ
ぼ決まっているが、システムの太陽電池の直列数・並列
数によって電圧、電流が異なるため、電力制御装置の扱
う必要のある電圧・電流範囲が広くなる。このような場
合、その範囲に応じて電圧値・電力値のA/D変換器の分
解能を上げる必要があるため、このように電力値値を算
出してからこのディジタル値を算術論理演算装置のデー
タ長に合致させ、その後演算処理することが処理の高速
化に対して効果がある。
【００５７】なお、常時行う通常のMPPT制御は、前記山
登り法だけに限定するものではなく、他の方法でもよ
い。
【００５８】〔実施形態2〕本実施形態の電力制御方法
を用いた太陽光発電システムは、実施形態１と同様に図
１のような構成をとる。以下、図5及び図6、7により実
施形態１とは違った電力制御方法について説明する。
【００５９】図5は、横軸が電圧、縦軸が電力を示して
おり、電圧−電力出力特性曲線を示している。また、図
6、7に本実施形態に係るフローチャートが示されてい
る。
【００６０】StepM21からStepM32までの常時行われるMP
PT制御は実施形態1と同様の山登り法である。ただし、
所定の電流値を基準にWAS制御を行うタイミングを変更
する。フローチャートのWAS1周期(StepMO5)は、低電流
時のノイズの影響や量子化誤差の影響を考慮して数分に
する。またWAS2周期は、パーシャルシェードによって電
圧-電力特性に複数の極大点を持つ場合に、最大電力点
を追尾するために、数十分程度とする。
【００６１】続いて、実施形態1と異なるWAS制御(StepW
20)について説明する。
【００６２】WASルーチンでは、まず初めに、現在の動
作点の電圧及び電流をサンプリングして電力値を計算
し、その電圧値及び電力値を基準動作点電圧VR及び基準
動作点電力PRとして記憶する（StepW21）。
【００６３】次に、変動範囲下限電圧VLから変動範囲上
限電圧VHの間の変動範囲で動作点を変動させて、電圧及
び電流をサンプリングして電力値を計算する。変動範囲
下限電圧VLおよび変動範囲上限電圧VHでの動作点の電力
値PVL及びPVHを記憶するとともに、もし電力値の極小点
が検出されたなら、前記極小点より変動範囲の外側にお
ける極大点の動作点を検出して、その電圧V極大点x及び
電力P極大点ｘ（ｘ=１、２、…、極大点の数）を記憶す
る（StepW22）。次のStepW23にて極小点の有無を判断し
て処理を分岐する。
【００６４】もし極小点があるのなら、探索した変動範
囲内に2つ以上の山が存在しており他の山に最大電力点
がある可能性があることを意味しており、以下のように
極大点及び探索範囲端の動作点について吟味する。ま
ず、前記極大点の電力P極大点xと前記基準動作点の電力
PRを比較し、基準動作点電力PRのほうが小さいなら、前
記極大点を前記基準動作点となるよう設定して（StepW2
5）、次のStepW26へ進む。
【００６５】StepW26では、前記基準動作点の電力PRと
前記探索範囲下限電圧VLでの電力PVLの大小関係を比較
し、前記基準動作点電力PRのほうが小さい時には、前記
探索範囲下限電圧VLでの動作点を基準動作点として前記
動作点の電圧VL及び電力PVLを前記基準動作点の電圧VR
及び電力PRに設定して（StepW27）、次のStepW28へ進
む。
【００６６】StepW28では、前記基準動作点の電力PRと
前記探索範囲上限電圧VHでの電力PVHの大小関係を比較
し、前記基準動作点電力PRのほうが小さい時には、前記
探索範囲上限電圧VHでの動作点を基準動作点として前記
動作点の電圧VH及び電力PVHを前記基準動作点の電圧VR
及び電力PRに設定して（StepW29）、次のStepW30へ進
む。
【００６７】もし極小点がないのであれば、探索範囲内
には1山しか存在しないので、通常のMPPT制御により最
大電力を取り出すことができ、StepW30へ飛ぶ。
【００６８】そして、StepW30で前記基準動作点電圧VR
を動作電圧Vに設定して、WASルーチンの処理は終了す
る。
【００６９】StepW20にてＷＡＳ制御を行った後は、Ste
pM01に戻りＷＡＳ周期をカウントするタイマーをリセッ
トし、前述の動作を繰り返す。
【００７０】このように、常時は通常のMPPT制御を行
い、長い周期にて広範囲探索し電圧−電力特性の電力カ
ーブの極小点の有無を判断し、極大点及び探索範囲端動
作点を吟味して、「山」に応じた動作点を設定し、さら
に、低電流時とそれ以外でWAS周期を変更することによ
り、常に精密に追従し、太陽電池から最大電力が取り出
せることが出来る。
【００７１】〔実施形態３〕本実施形態の電力制御方法
を用いた太陽光発電システムは、実施形態1及び2と同様
に図1のような構成をとる。以下、図8及び図9により実
施形態1及び2とは違った電力制御方法について説明す
る。
【００７２】図8は、横軸が電圧、縦軸が電力を示して
おり、電圧−電力出力特性曲線を示している。また、図
9に本実施形態に係るフローチャートが示されている。
常時行われるMPPT制御は実施形態1または実施形態2と同
様の山登り法であり、実施例1及び2と異なるWAS制御に
ついて説明する。
【００７３】WASルーチンでは、まず初めに、現在の動
作点の電圧及び電流をサンプリングして電力値を計算す
る。（StepW41）。
【００７４】次に、検出された動作点の中から電力が最
大となる動作点を検出し（StepW42)、前記検出電力最大
動作点及び前記検出電力最大動作点のすぐ近傍の２つの
動作点を抽出し、各々（V1、P1）（V2、P2）（V3、P3）
に設定する（StepW43）。
【００７５】上記（V1、P1）（V2、P2）（V3、P3）の3
つの動作点をもとに電圧−電力特性曲線を二次曲線によ
り近似し、前記近似二次曲線の電力が最大となる電圧Ｖ
ｐｍａｘを算出する（ＳｔｅｐＷ４４、StepW45）。
【００７６】そして、StepW46で前記Vpmaxを動作電圧V
に設定して、WASルーチンの処理は終了する。
【００７７】WAS制御を行った後は、StepM01に戻りタイ
マーをリセットし、前述の動作を繰り返す。
【００７８】このように、常時は通常のMPPT制御を行
い、長い周期にて広範囲探索し電圧−電力特性の電力カ
ーブを有極関数により特性を近似して近似曲線が最大と
なる電圧を動作点を設定するWAS制御により、いつもは
精密に追従し、「２山」があった場合でも時々は最大電
力が得られる「山」に移動を行い、太陽電池から最大電
力が取り出せることが出来る。
【００７９】〔実施例２〕本実施例で使用の制御用マイ
クロコンピュータ(M37710、三菱電機製)は、10ビットの
A/D変換器と16ビットのCPU(16ビット算術論理演算装置
を含む)を内蔵している。この時、電力値を算出すると2
0ビットになり、そのままのデータ処理では、16ビット
のCPUでは、大きな負荷となる。
【００８０】本実施例の場合、電流値のフルスケールが
35Aに設定してあるので、2分の1の17.5A以下、4分の1の
8.75A以下を閾値にして、20ビットの電力値のディジタ
ル値を右シフトのビット演算を行い、最下位から20ビッ
ト目の値がそれぞれ17ビット目、18ビット目にくるよう
にして、これらのディジタル値を16ビットとして扱っ
て、疑似的に精度を上げた。この時、2つの領域にまた
がるときには、右シフト量の大きい方に合わせるとよ
い。
【００８１】このようにして、疑似的に精度を上げるこ
とにより、曲線近似を行うMPPT制御の精度を上げること
ができる。
【００８２】
【発明の効果】
（1） 本発明の電力制御装置では、第1の周期の短い周
期にて第1の変動範囲の狭い動作点変動範囲にてMPPT制
御を行うことで、常時は精密に太陽電池の最適動作点を
追尾する。
【００８３】（2） また、低電流時には、第1の周期と
比較して長い周期の第2の周期にて、第1の変動範囲より
広い第2の変動範囲の動作点変動範囲を探索し、電力の
極大点の数により複数の山があるかどうかを判断し、複
数の極大点が存在する場合には最も電力が大きい「山」
の動作点を設定することで、太陽電池から最大電力と取
り出すことができる。
【００８４】（3） また、あらかじめ定めた電流時以上
または常時、第2の周期より長い第3の周期にて、第2の
変動範囲と等しいか広い第3の変動範囲の動作点変動範
囲を探索し、太陽電池に陰ができるパーシャルシェード
により、電圧-電力特性に複数の極大点を持った場合に
も、電力の極大点があるかどうかを判断し、電力が大き
いほうの「山」の動作点を設定することで、太陽電池か
ら最大電力と取り出すことができる。
【００８５】（4） また、第1の周期と比較して長い周
期の第2の周期にて、第1の変動範囲と広い第2の変動範
囲の動作点変動範囲を探索し、探索範囲の一部または全
部の電圧−電力特性曲線の有極な近似曲線の極大点の電
圧に動作点を設定することにより、太陽電池から最大電
力と取り出すことができる。
【００８６】（5） さらに、同じ電圧の複数の動作点の
電流値または電力値の差に基づき日射変動の有無を判定
することにより誤動作を抑制し、出力低下を抑制出来
る。
【００８７】（6） 更に、高分解能でAD変換を行った後
の電流値と電力値のディジタル値より電力値を算出した
後、CPUの並列処理能力(CPU内の算術論理演算装置で処
理できるデータ長)に合致するようにしたため、高速演
算が可能になり、日射変動に強いMPPT制御を行うことが
できる。
【００８８】（7） プログラムのステップ数を減らすこ
とができて、プログラムに必要なメモリの量が減らすこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電力制御方法を使用した太陽光発電シ
ステムの一例である。
【図２】本発明の電力制御方法の最適動作点探索の例で
ある。
【図３】本発明の電力制御方法の最適動作点探索の例を
説明するフローチャートである。
【図４】本発明の電力制御方法の最適動作点探索の例を
説明するフローチャートである。
【図５】本発明の電力制御方法の最適動作点探索の他の
例である。
【図６】本発明の電力制御方法の最適動作点探索の例を
説明するフローチャートである。
【図７】本発明の電力制御方法の最適動作点探索の例を
説明するフローチャートである。
【図８】本発明の電力制御方法の最適動作点探索の他の
例である。
【図９】本発明の電力制御方法の最適動作点探索の例を
説明するフローチャートである。
【図１０】太陽電池の電圧−電力特性の例である。
【符号の説明】
１ 太陽電池 ２ 電力変換手段 ３ 負荷 ４ 電圧検出手段 ５ 電流検出手段 ６ 出力電圧設定手段 ７ 制御手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 深江 公俊 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノ ン株式会社内

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 太陽電池の出力を変換する電力変換手段
    と、 第１の周期にて太陽電池の動作点を第１変動範囲で変動
    させて電圧値および電流値をサンプリングし、前記電圧
    値と前記電流値に基づいて太陽電池からの電力が最大と
    なるように太陽電池の出力電圧を設定する出力電圧設定
    手段と、 太陽電池の発生電流または電力が所定の電流値以下また
    は所定の電力値以下の場合、前記第１の周期より長い周
    期である第2の周期で、前記第1の変動範囲より広い第2
    の変動範囲にて動作点を変動させて電圧値及び電流値を
    サンプリングし、前記電圧値と前記電流値に基づいて前
    記太陽電池からの電力が最大となるように太陽電池の出
    力電圧を設定する前記電力変換手段の制御手段と、を有
    することを特徴とする電力制御装置。
  2. 【請求項２】 太陽電池の出力を変換する電力変換手段
    と、 第１の周期にて太陽電池の動作点を第１変動範囲で変動
    させて電圧値および電流値をサンプリングし、前記電圧
    値と前記電流値に基づいて太陽電池からの電力が最大と
    なるように太陽電池の出力電圧を設定する出力電圧設定
    手段と、 太陽電池の発生電流または電力が所定の電流値以下また
    は所定の電力値以下の場合、前記第１の周期より長い周
    期である第2の周期で、前記第1の変動範囲より広い第2
    の変動範囲にて動作点を変動させて電圧値及び電流値を
    サンプリングし、前記電圧値と前記電流値に基づいて前
    記太陽電池からの電力が最大となるように太陽電池の出
    力電圧を設定する前記電力変換手段の制御手段と、 常時、もしくは所定の電流値または電力値以上のときに
    は、第2の周期より長い周期である第3の周期で、前記第
    2の変動範囲と等しいかまたはより広い第3の変動範囲に
    て動作点を変動させて電圧値及び電流値をサンプリング
    し、前記電圧値と前記電流値に基づいて前記太陽電池か
    らの電力が最大になるように太陽電池の出力電圧を設定
    する前記電力変換手段の制御手段と、を有することを特
    徴とする電力制御装置。
  3. 【請求項３】 前記制御手段は、前記第2の変動範囲内
    もしくは第3の変動範囲内の電力の極大値が複数あるか
    を前記電圧値と前記電流値に基づいて判断し、複数ある
    場合には前記電圧値および電流値に基づき最大電力点が
    存在する電圧範囲内に太陽電池の出力電圧を設定するこ
    とを特徴とする請求項1又は2記載の電力制御装置。
  4. 【請求項４】 前記制御手段は、前記第2の周期もしく
    は第3の周期において、現在の動作点を基準動作点とし
    て電圧値および電流値をサンプリングして記憶し、それ
    ぞれ前記第2の変動範囲もしくは第3の変動範囲で動作点
    を変動させて電圧値および電流値をサンプリングし、前
    記電圧値と前記電流値から各動作点での電力値を算出
    し、前記太陽電池の出力電力の極大点および第2の変動
    範囲端での動作点の電圧値と、電流値もしくは電力値を
    記憶して、これらの中の最大電力値となるように太陽電
    池の出力電圧を設定することを特徴とする請求項1又は2
    記載の電力変換装置。
  5. 【請求項５】 前記制御手段は、前記第2の周期もしく
    は第3の周期において、それぞれ第2の変動範囲もしくは
    第3の変動範囲で、前記電圧値と前記電流値から各動作
    点での電力値を算出し、サンプリングされたうちの3点
    以上の動作点の検出値を用いてその電圧-電力曲線を有
    極関数により近似し、前記有極関数の極大値の電圧を太
    陽電池の出力電圧に設定することを特徴とする請求項1
    又は2記載の電力変換装置。
  6. 【請求項６】 前記制御手段は、前記第2の周期もしく
    は第3の周期において、前記第2の変動範囲もしくは第3
    の変動範囲にて動作点を変動させて電圧値と電流値をサ
    ンプリングして、同一電圧の複数の動作点の電流値の
    差、または電圧値と電流値の乗算により算出される電力
    値の差が所定値以上であれば所定回数を上限として前記
    サンプリングおよび前記判定をやり直すか、または、設
    定動作を取り消して元の動作点を設定し、前記電流値の
    差、もしくは電力値の差が所定値未満であれば、前記電
    圧値と前記電力値に基づいて前記太陽電池からの電力が
    最大となるように太陽電池の出力電圧を設定することを
    特徴とする請求項1又は2記載の電力制御装置。
  7. 【請求項７】 太陽電池の出力を変換する電力変換手段
    と、 第１の周期にて太陽電池の動作点を第１変動範囲で変動
    させて電圧値および電流値をサンプリングし、前記電圧
    値と前記電流値に基づいて太陽電池からの電力が最大と
    なるように太陽電池の出力電圧を設定する出力電圧設定
    手段と、 サンプリングされた前記電圧値と電流値をA/D変換して
    得られたディジタル値から算出した電力値の分解能がCP
    U内の算術論理演算装置が処理できるデータ長より大き
    い場合には、前記電力値の分解能を前記CPU内の算術論
    理演算装置が処理できるデータ長に合致させてから、各
    種演算を行なう前記電力変換手段の制御手段と、を有す
    ることを特徴とする電力制御装置。
  8. 【請求項８】 太陽電池の出力を変換する電力変換手段
    と、 第１の周期にて太陽電池の動作点を第１変動範囲で変動
    させて電圧値および電流値をサンプリングし、前記電圧
    値と前記電流値に基づいて太陽電池からの電力が最大と
    なるように太陽電池の出力電圧を設定する出力電圧設定
    手段と、 サンプリングされた前記電圧値と電流値をA/D変換して
    得られたディジタル値から算出した電力値を、所定の電
    流値以下の場合には、CPU内の算術論理演算装置が処理
    できるデータ長で表現が可能になるまで右シフトしてか
    ら、各種演算を行なう前記電力変換手段の制御装置と、
    を有することを特徴とする電力制御装置。
  9. 【請求項９】 太陽電池と、該太陽電池の出力を変換す
    る電力変換手段と、 第１の周期にて太陽電池の動作点を第１変動範囲で変動
    させて電圧値および電流値をサンプリングし、前記電圧
    値と前記電流値に基づいて太陽電池からの電力が最大と
    なるように太陽電池の出力電圧を設定する出力電圧設定
    手段と、 太陽電池の発生電流または電力が所定の電流値以下また
    は所定の電力値以下の場合、前記第１の周期より長い周
    期である第2の周期で、前記第1の変動範囲より広い第2
    の変動範囲にて動作点を変動させて電圧値及び電流値を
    サンプリングし、前記電圧値と前記電流値に基づいて前
    記太陽電池からの電力が最大となるように太陽電池の出
    力電圧を設定する前記電力変換手段の制御手段と、を有
    することを特徴とする太陽光発電システム。
  10. 【請求項１０】 太陽電池と、該太陽電池の出力を変換
    する電力変換手段と、 第１の周期にて太陽電池の動作点を第１変動範囲で変動
    させて電圧値および電流値をサンプリングし、前記電圧
    値と前記電流値に基づいて太陽電池からの電力が最大と
    なるように太陽電池の出力電圧を設定する出力電圧設定
    手段と、 太陽電池の発生電流または電力が所定の電流値以下また
    は所定の電力値以下の場合、前記第１の周期より長い周
    期である第2の周期で、前記第1の変動範囲より広い第2
    の変動範囲にて動作点を変動させて電圧値及び電流値を
    サンプリングし、前記電圧値と前記電流値に基づいて前
    記太陽電池からの電力が最大となるように太陽電池の出
    力電圧を設定する前記電力変換手段の制御手段と、 常時、もしくは所定の電流値または電力値以上のときに
    は、第2の周期より長い周期である第3の周期で、前記第
    2の変動範囲と等しいかまたはより広い第3の変動範囲に
    て動作点を変動させて電圧値及び電流値をサンプリング
    し、前記電圧値と前記電流値に基づいて前記太陽電池か
    らの電力が最大になるように太陽電池の出力電圧を設定
    する前記電力変換手段の制御手段と、を有することを特
    徴とする太陽光発電システム。
  11. 【請求項１１】 前記制御手段は、前記第2の変動範囲
    内もしくは第3の変動範囲内の電力の極大値が複数ある
    かを前記電圧値と前記電流値に基づいて判断し、複数あ
    る場合には前記電圧値および電流値に基づき最大電力点
    が存在する電圧範囲内に太陽電池の出力電圧を設定する
    ことを特徴とする請求項9又は10記載の太陽光発電シス
    テム。
  12. 【請求項１２】 前記制御手段は、前記第2の周期もし
    くは第3の周期において、現在の動作点を基準動作点と
    して電圧値および電流値をサンプリングして記憶し、そ
    れぞれ前記第2の変動範囲もしくは第3の変動範囲で動作
    点を変動させて電圧値および電流値をサンプリングし、
    前記電圧値と前記電流値から各動作点での電力値を算出
    し、前記太陽電池の出力電力の極大点および第2の変動
    範囲端での動作点の電圧値と、電流値もしくは電力値を
    記憶して、これらの中の最大電力値となるように太陽電
    池の出力電圧を設定することを特徴とする請求項9又は1
    0記載の太陽光発電システム。
  13. 【請求項１３】 前記制御手段は、前記第2の周期もし
    くは第3の周期において、それぞれ第2の変動範囲もしく
    は第3の変動範囲で、前記電圧値と前記電流値から各動
    作点での電力値を算出し、サンプリングされたうちの3
    点以上の動作点の検出値を用いてその電圧-電力曲線を
    有極関数により近似し、前記有極関数の極大値の電圧を
    太陽電池の出力電圧に設定することを特徴とする請求項
    9又は10記載の太陽光発電システム。
  14. 【請求項１４】 前記制御手段は、前記第2の周期もし
    くは第3の周期において、前記第2の変動範囲もしくは第
    3の変動範囲にて動作点を変動させて電圧値と電流値を
    サンプリングして、同一電圧の複数の動作点の電流値の
    差、または電圧値と電流値の乗算により算出される電力
    値の差が所定値以上であれば所定回数を上限として前記
    サンプリングおよび前記判定をやり直すか、または、設
    定動作を取り消して元の動作点を設定し、前記電流値の
    差、もしくは電力値の差が所定値未満であれば、前記電
    圧値と前記電力値に基づいて前記太陽電池からの電力が
    最大となるように太陽電池の出力電圧を設定することを
    特徴とする請求項9又は10記載の太陽光発電システム。
  15. 【請求項１５】 太陽電池と、該太陽電池の出力を変換
    する電力変換手段と、 第１の周期にて太陽電池の動作点を第１変動範囲で変動
    させて電圧値および電流値をサンプリングし、前記電圧
    値と前記電流値に基づいて太陽電池からの電力が最大と
    なるように太陽電池の出力電圧を設定する出力電圧設定
    手段と、 サンプリングされた前記電圧値と電流値をA/D変換して
    得られたディジタル値から算出した電力値の分解能がCP
    U内の算術論理演算装置が処理できるデータ長より大き
    い場合には、前記電力値の分解能を前記CPU内の算術論
    理演算装置が処理できるデータ長に合致させてから、各
    種演算を行なう前記電力変換手段の制御手段と、を有す
    ることを特徴とする太陽光発電システム。
  16. 【請求項１６】 太陽電池と、該太陽電池の出力を変換
    する電力変換手段と、 第１の周期にて太陽電池の動作点を第１変動範囲で変動
    させて電圧値および電流値をサンプリングし、前記電圧
    値と前記電流値に基づいて太陽電池からの電力が最大と
    なるように太陽電池の出力電圧を設定する出力電圧設定
    手段と、 サンプリングされた前記電圧値と電流値をA/D変換して
    得られたディジタル値から算出した電力値を、所定の電
    流値以下の場合には、CPU内の算術論理演算装置が処理
    できるデータ長で表現が可能になるまで右シフトしてか
    ら、各種演算を行なう前記電力変換手段の制御装置と、
    を有することを特徴とする太陽光発電システム。
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