WO2010110383A1 - 電源システムおよび電源管理装置 - Google Patents

Abstract

　電源システムは、太陽電池（１１）と電源線（７０）との間に介在される副電源装置（１０）と、電源管理装置（２０）と、を備える。上記副電源装置（１０）は、上記太陽電池（１１）の出力電流値と出力電圧値とを測定する。上記副電源装置（１０）は、上記太陽電池（１１）より得た電力を元にして上記電源線（７０）に直流を出力する。上記電源管理装置（２０）は、上記副電源装置から上記出力電流値と上記出力電圧値とを間欠的に取得する。取得した上記出力電流値と上記出力電圧値とに基づいて上記太陽電池の最大出力点に対応する最大出力電圧値（目標電圧値）を決定する。電源管理装置（２０）は、上記副電源装置（１０）から上記出力電圧値を取得すると、上記出力電圧値を上記目標電圧値にするための電流指令値を上記副電源装置に送信する。上記副電源装置（１０）は、上記電流指令値を受信すると、上記直流の値を受信した上記電流指令値に設定する。

Description

電源システムおよび電源管理装置

　本発明は、電源システムに関し、特に太陽電池を利用して負荷に直流電力を供給する電源システムに関し、さらにそれに用いられる電源管理装置に関する。

　文献１（特許第３３９４９９６号公報）は、太陽電池の最大電力点（最大出力点）を追尾する装置を開示する。文献１に開示された装置は、太陽電池の出力電力を直流電力に変換する電力変換器としてスイッチングコンバータを備える。文献１に開示された装置は、太陽電池が最大電力点で動作するようにスイッチングコンバータを制御するために、電流検出回路と、弁別回路と、積分回路と、スイッチングパルス発生回路と、をさらに備える。文献１では、太陽電池の出力電力に合わせて電力変換器の動作を連続的に制御することで、最大電力点追尾（ＭＰＰＴ）機能を実現する。このように、電力変換器の動作を連続的に制御すれば、ＭＰＰＴ機能を容易に実現できる。

　しかしながら、通信技術を用いて電力変換器の動作を他の装置から指示する場合には、ＭＰＰＴ機能を実現することが難しい。すなわち、通信技術を用いる場合には、通信路のトラフィックなどの制限によって、電力変換器の動作の指示を間欠的にしか与えることができない。そのため、太陽電池の動作点を最大電力点に維持することが困難である。

　また、ＭＴＴＰ機能を実現するには最大電力点を探索する期間が必要である。上述したように電力変換器への動作の指示を通信により間欠的に行う場合には、太陽電池の最大電力点を探索する処理（探索処理）に比較的長い時間がかかってしまう。

　探索処理が長くなると、太陽電池１１の動作点を最大電力点に維持する処理（ＭＰＰＴ処理）に利用できる時間が短くなってしまう。ＭＰＰＴ処理の時間が短くなれば、それだけ太陽電池が最大電力点で動作する時間が減ってしまう。

　このように、通信により電力変換器の制御を間欠的に行いながらＭＴＴＰ機能を実現しようとすれば、電力変換器を連続的に制御する場合と同様の技術を採用しても、最大電力点を維持することができない。そのため、太陽電池が発生した電力の利用効率が低下してしまうおそれがある。

　本発明は上記事由に鑑みて為された。本発明の目的は、太陽電池の出力電力を直流電力に変換する電力変換器を間欠的に制御しながらも上記太陽電池を最大電力点付近で動作させることができる電源システムおよびそれに用いられる電源管理装置を提供することにある。

　本発明に係る電源システムは、電源線を介して負荷機器に接続され上記電源線に所定の直流電圧を与えることで上記負荷機器に直流電力を供給する主電源装置と、太陽電池と上記電源線との間に介在される副電源装置と、電源管理装置と、を備える。上記副電源装置は、上記太陽電池の出力電流値を測定する電流センサと、上記太陽電池の出力電圧値を測定する電圧センサと、上記太陽電池より得た電力を元にして上記電源線に直流を出力する電力変換器と、を備える。上記電源管理装置は、上記副電源装置と通信して、上記電流センサで測定された上記出力電流値と上記電圧センサで測定された上記出力電圧値とを上記副電源装置から間欠的に取得するデータ入出力部と、上記データ入出力部が取得した上記出力電流値と上記出力電圧値とに基づいて所定の探索範囲で上記太陽電池の最大出力点に対応する最大出力電圧値を決定するサーチ部と、上記サーチ部で決定された上記最大出力電圧値を目標電圧値とし、上記データ入出力部が上記副電源装置から上記出力電圧値を取得すると、上記出力電圧値を上記目標電圧値とするための電流指令値を算出して上記データ入出力部に出力する電圧維持部と、を備える。上記データ入出力部は、上記電圧維持部から得た上記電流指令値を上記電力変換器に送信するように構成される。上記電力変換器は、上記電流指令値を受信すると、上記直流の値を受信した上記電流指令値に設定するように構成される。

　好ましくは、上記副電源装置は、上記太陽電池の上記出力電圧を平滑して上記電力変換器に入力する平滑コンデンサを備える。上記電源管理装置は、判断部と、プレサーチ部を備える。上記判断部は、上記データ入出力部が取得した上記出力電圧値が所定値以下であれば上記プレサーチ部を起動し、上記データ入出力部が取得した上記出力電圧値が所定値を越えれば上記サーチ部を起動するように構成される。上記プレサーチ部は、起動されると、上記データ入出力部を制御して停止信号を上記電力変換器に与えるように構成される。上記電力変換器は、上記停止信号を受け取ると上記電源線に上記直流を出力する動作を停止するように構成される。上記プレサーチ部は、上記電力変換器が上記動作を停止している間に上記データ入出力部が取得した上記出力電圧値と上記出力電流値とに基づいて、上記太陽電池の最大出力点に対応する一時最大出力電圧値を決定するように構成される。上記サーチ部は、起動されると、上記電力変換器が上記動作を停止している間に変化した上記出力電圧値の幅より狭く、上記一時最大出力電圧値を含む所定範囲を上記探索範囲に設定し、上記探索範囲の設定後に上記データ入出力部を制御して開始信号を上記電力変換器に与えるように構成される。上記電力変換器は、上記開始信号を受け取ると、上記動作を開始するように構成される。

　好ましくは、上記電圧維持部は、上記目標電圧値を設定してから所定時間が経過すると、上記サーチ部に上記最大電力電圧値を決定させるように構成される。

　好ましくは、上記電圧維持部は、上記データ入出力部が取得した上記出力電圧値と上記出力電流値とから求めた上記太陽電池の出力電力値と上記太陽電池の最大電力点に対応する電力値との差が所定の電力値を越える、または、上記データ入出力部が取得した上記出力電圧値と上記目標電圧値との差が所定の電圧値を越えると、上記サーチ部に上記最大電力電圧値を決定させるように構成される。

　好ましくは、上記電圧維持部は、上記データ入出力部が取得した上記出力電圧値が上記目標電圧値よりも小さい場合、前回の上記電流指令値よりも小さい上記電流指令値を出力するように構成される。

　好ましくは、上記電圧維持部は、上記データ入出力部が取得した上記出力電圧値が上記目標電圧値よりも大きい場合、前回の上記電流指令値よりも大きい上記電流指令値を出力するように構成される。

　好ましくは、上記電圧維持部は、上記データ入出力部が取得した上記出力電圧値が上記目標電圧値と異なる場合、前回の上記電流指令値よりも所定値だけ変化させた上記電流指令値を出力するように構成される。

　好ましくは、上記電力変換器は、上記電源線に与える直流電圧値を測定するように構成される。上記データ入出力部は、上記電力変換器で測定された上記直流電圧値を上記副電源装置から取得するように構成される。上記電圧維持部は、上記データ入出力部が取得した上記出力電圧値が上記目標電圧値と異なる場合、上記データ入出力部が取得した上記出力電圧値と上記出力電流値とから上記太陽電池の出力電力値を求め、上記太陽電池の出力電力値と上記データ入出力部が取得した上記直流電圧値とに基づいて上記電流指令値を決定するように構成される。

　本発明に係る電源管理装置は、電源線を介して負荷機器に接続され上記電源線に所定の直流電圧を与えることで上記負荷機器に直流電力を供給する主電源装置と、太陽電池と上記電源線との間に介在され上記太陽電池より得た電力を元にして上記電源線に直流を出力する副電源装置と、ともに電源システムを構成する。上記電源管理装置は、上記太陽電池の出力電流値と上記太陽電池の出力電圧値とを受け取るデータ入出力部と、上記データ入出力部が受け取った上記出力電流値と上記出力電圧値とに基づいて所定の探索範囲で上記太陽電池の最大出力点に対応する最大出力電圧値を決定するサーチ部と、上記サーチ部で決定された上記最大出力電圧値を目標電圧値とし、上記データ入出力部が上記出力電圧値を取得すると、上記出力電圧値が上記目標電圧値になるように上記副電源装置が出力する上記直流の値を調整するための電流指令値を算出して上記データ入出力部に出力する電圧維持部と、を備える。上記データ入出力部は、上記電圧維持部から得た上記電流指令値を上記副電源装置に送信するように構成される。

本発明の一実施形態の電源システムを示すブロック図である。 太陽電池の動作特性を示す図である。 電力変換器の出力特性を示す図である。 電力変換器を示すブロック図である。 電源システムの動作を説明する図である。 電源管理装置を示すブロック図である。 電源システムの動作を説明する図である。 電源システムの変形例の動作を説明する図である。

　以下に、本発明の一実施形態の電源システムおよびそれに用いられる電源管理装置２０について説明する。

　本実施形態の電源システムは、図１に示すように、主電源装置３０と、直流電源装置（副電源装置）１０と、電源管理装置２０と、を備える。

　主電源装置３０および直流電源装置１０は、電源線（直流供給線路）７０に接続されている。また、電源線７０には、負荷機器（直流負荷）４０と、補助電源装置５０とが接続されている。なお、電源線７０には、複数の負荷機器４０が接続されていてもよいし、複数の補助電源装置５０が接続されていてもよい。電源線７０は、たとえば、建物内に配線される。

　主電源装置３０は、電力変換器（主電力変換器）３１を備える。電力変換器３１は、商用電源のような交流電源８０から得た交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣコンバータである。より詳しくは、電力変換器３１は、スイッチング電源を用いたＡＣ／ＤＣコンバータであり、定電圧を出力するように構成されている。すなわち、電力変換器３１は、定電圧源である。よって、電力変換器３１は、電源線７０に所定の直流電圧を与えることで負荷機器４０に直流電力を供給する。

　このように、主電源装置３０は、交流電源８０を電源としている。また、主電源装置３０は、出力電圧の変動が実質的に生じない容量を有している。すなわち、電源線７０の電圧は、主電源装置３０の出力電圧によって決定される。したがって、後述する電圧検出部６３の検出電圧は、後述する降圧チョッパ回路６１の出力の変動により瞬時的には変動するものの、ほぼ一定である。

　直流電源装置１０は、太陽電池１１と電力線７０との間に介在される。直流電源装置１０は、平滑コンデンサ１２と、電力変換器１３と、電流センサ１４と、電圧センサ１５と、通信部１６と、を備える。

　電力変換器１３は、太陽電池１１より得た電力を元にして電源線７０に直流を出力するように構成される。電力変換器１３は、太陽電池１１を電源（入力電源）に用いて直流電力を出力する。すなわち、直流電源装置１０は、電源線７０に直流電力を供給する。これによって、直流電源装置１０は、電源線７０を介して負荷機器４０に給電する。太陽電池１１は、たとえば、住宅などの建物の屋根に設置される。

　平滑コンデンサ１２は、太陽電池１１の出力端間に接続されている。言い換えれば、平滑コンデンサ１２は、電力変換器１３の入力端間に接続されている。太陽電池１１の発電量（出力電力）は、日射強度やパネル温度の変化によって変動する。平滑コンデンサ１２は、太陽電池１１の発電量の変動によって、電力変換器１３の入力端間に印加される電圧が変動することを抑制する。よって、電力変換器１３の入力端間に平滑コンデンサ１２を接続することにより、太陽電池１１の発電量の変動が電力変換器１３に与える影響を小さくできる。

　電力変換器１３が太陽電池１１に要求する電力を太陽電池１１の発電量が超えるときは、太陽電池１１の余剰電力を平滑コンデンサ１２が蓄積する。これによって、電力変換器１３が電源線７０に出力する直流電力の増加が抑制される。一方、電力変換器１３が太陽電池１１に要求する電力を太陽電池１１の発電量が下回るときは、平滑コンデンサ１２が放電する。これによって、電力変換器１３が電源線７０に出力する直流電力の低下が抑制される。平滑コンデンサ１２は、たとえば、電気二重層コンデンサ（ＥＤＬＣ＝Electric Double Layer Capacitor）である。

　電流センサ１４は、太陽電池１１の出力電流を検出する。すなわち、電流センサ１４は、太陽電池１１の出力電流値Ａ１１を測定するように構成される。電流センサ１４は、たとえば、太陽電池１１と平滑コンデンサ１２との間に設けられた直流変流器である。

　電圧センサ１５は、太陽電池１１の出力電圧を検出する。電圧センサ１５は、たとえば、電力変換器１３の入力電圧を検出する分圧抵抗である。電力変換器１３の入力電圧は、平滑コンデンサ１２の両端電圧に等しく、太陽電池１１の出力端子の端子電圧に相当する。すなわち、電圧センサ１５は、太陽電池１１の出力電圧値Ｖ１１を測定するように構成される。本実施形態では、電圧センサ１５は、電力変換器１３の入力電圧を太陽電池１１の出力電圧として検出する。

　電力変換器１３は、後述するように、外部から与えられる電流指令値に基づいて電力変換器１３の電源線７０に出力する直流（出力電流）の値を調節する機能を有する。また、電力変換器１３は、電力変換器１３の電源線７０に印加する直流電圧（出力電圧）と、電力変換器１３の電源線７０に出力する直流（出力電流）と、を監視する機能を有する。すなわち、電力変換器１３は、電力変換器１３が電源線７０に印加する直流電圧の値（出力電圧値）Ｖ１３と、電力変換器１３が電源線７０に出力する直流の値（出力電流値）Ａ１３と、を測定するように構成される。

　通信部１６は、電源線７０を介して電源管理装置２０と通信するように構成される。通信部１６は、電流センサ１４が測定した太陽電池１１の出力電流値Ａ１１と、電圧センサ１５が測定した太陽電池１１の出力電圧値Ｖ１１と、電力変換器１３の出力電流値Ａ１３と、電力変換器１３の出力電圧値Ｖ１３とを、電源管理装置２０に送信するように構成される。通信部１６は、出力電流値Ａ１１，Ａ１３と出力電圧値Ｖ１１，Ｖ１３とを定期的に電源管理装置２０に送信してもよいし、電源管理装置２０からの要求に応じて送信してもよい。また、通信部１６は、電源管理装置２０から電流指令値を受信して電力変換器１３に渡すように構成される。

　負荷機器４０は、電源線７０から直流電力が供給されることにより動作する負荷４１と、通信部４２と、を備える。通信部４２は、電源線７０を介して電源管理装置２０と通信するように構成される。

　補助電源装置５０は、直流電源装置１０の余剰電力を蓄える二次電池５１と、通信部５２とを備える。通信部５２は、電源線７０を介して電源管理装置２０と通信するように構成される。

　なお、電源線７０には、風力発電機や、内燃機関で駆動される発電機、燃料電池などを備える直流電源が接続されていてもよい。

　直流電源装置１０と、主電源装置３０に内蔵された電源管理装置２０と、負荷機器４０と、補助電源装置５０とは、電源線７０を介して互いに通信を行う。

　電源管理装置２０は、電源線７０を介して直流電源装置１０と負荷機器４０と補助電源装置５０と通信する通信部２１を備える（図６参照）。電源管理装置２０は、直流電源装置１０と主電源装置３０と負荷機器４０と補助電源装置５０と通信することによって、直流電源装置１０と主電源装置３０と負荷機器４０と補助電源装置５０とのそれぞれの状態を監視したり、直流電源装置１０と主電源装置３０と負荷機器４０と補助電源装置５０との動作を制御したりするように構成される。

　本実施形態において、電源管理装置２０は、負荷機器４０の要求する電力（要求電力）が負荷機器４０に供給されるように、直流電源装置１０と主電源装置３０と補助電源装置５０とからの総電力（供給電力）を負荷機器４０に配分するように構成される。また、電源管理装置２０は、太陽電池１１がつねに最大電力点（最大出力点）で発電を行うように直流電源装置１０および補助電源装置５０の動作を制御するように構成される。

　たとえば、電源管理装置２０は、補助電源装置５０の二次電池５１の充電率が所定範囲内に維持されるように、二次電池５１の充放電を管理する。具体的には、直流電源装置１０が供給可能な電力（直流電源装置１０の出力電力）が負荷機器４０の要求電力よりも大きいときには、直流電源装置１０の余剰電力で二次電池５１を充電する。直流電源装置１０の出力電力が負荷機器４０の要求電力よりも小さく、かつ二次電池５１の充電率が上記所定範囲の下限以上であるときには、二次電池５１を放電させる。このように、補助電源装置５０は、直流電源装置１０の出力電力の変動が負荷機器４０に与える影響を小さくするために用いられる。

　ところで、負荷機器４０の要求電力が直流電源装置１０の出力電力と補助電源装置５０の出力電力との合計値を上回る場合には、主電源装置３０は、負荷機器４０の要求電力の不足分に相当する電力を出力する。主電源装置３０の電力変換器３１は定電圧源であるから、主電源装置３０は、自動的に、負荷機器４０の要求電力の不足分を補う。

　各通信部１６，２１，４２，５２が通信に用いる信号伝送方式は、電源線７０に印加される直流電圧に高周波の伝送信号を重畳させる方式である。すなわち、本実施形態の電源システムは、電源線７０を電力供給と信号伝送とに共用する直流電力線搬送通信を用いる。そのため、本実施形態の電源システムでは、直流電力を供給するための電源線７０とは別に、通信用の信号線を設ける必要がない。本実施形態の電源システムでは、電源管理装置２０は、直流電源装置１０や、負荷機器４０、補助電源装置５０と、比較的長い時間間隔（たとえば、２秒間隔）で通信する。すなわち、本実施形態の電源システムでは、通信は間欠的に行われる。これによって、信号の衝突や輻輳を防止している。

　図２（ａ），（ｂ）は、太陽電池１１の出力電力と出力電圧との関係（電力電圧特性）を示す。太陽電池１１の電力電圧特性は、ピークを１つだけ有する。ピーク（最大電力点）の位置は、日射強度やパネル温度に応じて変化する。図２（ａ）の曲線Ｐ１０は日射強度が高い場合の電力電圧特性を示し、曲線Ｐ１１は日射強度が低い場合の電力電圧特性を示す。曲線Ｐ１０における最大電力は、曲線Ｐ１１よりも多い。曲線Ｐ１０における最大電力点に対応する電圧Ｖ_P10は、曲線Ｐ１１における最大電力点に対応する電圧Ｖ_P11よりも低い。図２（ｂ）の曲線Ｐ１２はパネル温度が高い場合の電力電圧特性を示し、曲線Ｐ１３はパネル温度が低い場合の電力電圧特性を示す。曲線Ｐ１２と曲線Ｐ１１とで最大電力はほぼ同じである。ただし、パネル温度が高くなると最大電力が少なくなる傾向がある。曲線Ｐ１２における最大電力点に対応する電圧Ｖ_P12は、曲線Ｐ１３における最大電力点に対応する電圧Ｖ_P13よりも低い。

　直流電源装置１０（電力変換器１３）は、図３に示すように、電流指令値が一定であるときに電圧電流特性（電力変換器１３の出力電圧と出力電流との関係を示す）が一定の傾きを持つ直線になるように構成されている。電源線７０に電圧Ｖｏが与えられており、電流指令値がＩ１であるとする。この場合、電力変換器１３の電圧電流特性は、一定の傾きを持ち、電圧Ｖｏと電流指令値Ｉ１との交点を通る直線Ｌ１１となる。一方、電源線７０に電圧Ｖｏが与えられており、電流指令値がＩ２であるとする。この場合、電力変換器１３の電圧電流特性は、一定の傾きを持ち、電圧Ｖｏと電流指令値Ｉ２との交点を通る直線Ｌ１２となる。本実施形態では、上述したように、電力変換器１３に上述の特性を持たせる制御を傾斜制御と呼ぶ。

　上述した傾斜制御を行うために、電力変換器１３は、図４に示すように、降圧チョッパ６１と、電流検出部６２と、電圧検出部６３と、誤差増幅器６４と、差動増幅器６５と、三角波発生部６６と、コンパレータ６７と、を備える。

　降圧チョッパ回路６１は、太陽電池１１の出力電圧を低くして得られた電圧を出力するように構成される。降圧チョッパ回路６１は、スイッチング素子（図示せず）を備える。降圧チョッパ回路６１の出力電圧は、スイッチング素子のオンデューティに応じて変化する。特に、降圧チョッパ回路６１の出力電圧は、スイッチング素子のオンデューティが小さくなるほど低くなる。電力変換器１３は、降圧チョッパ回路６１をＰＷＭ制御する。

　電流検出部６２は、降圧チョッパ回路６１の出力電流を検出するように構成される。電流検出部６２は、降圧チョッパ回路６１の出力電流を平滑して得られる検出電流を誤差増幅器６４に出力する。電流検出部６２の時定数は、降圧チョッパ回路６１の出力電流の瞬時的な変動が検出電流に影響を与えないような値である。電流検出部６２の検出電流は、直流電源装置１０（電力変換器１３）の出力電流に対応する。

　電圧検出部６３は、電力変換器１３の出力端間に印加される電圧（つまり、電源線７０に与えられる電圧）を検出するように構成される。電圧検出部６３は、検出した電圧を示す検出電圧を差動増幅器６５に出力する。電圧検出部６３の検出電圧は、直流電源装置１０（電力変換器１３）の出力電圧に対応する。

　誤差増幅器６４は、電流検出部６２の検出電流の値を、外部（電源管理装置２０）から与えられる電流指令値と比較する。誤差増幅器６４は、電流検出部６２の検出電流の値と電流指令値との差に電圧値が比例する電圧信号を差動増幅器６５に与えるように構成される。

　差動増幅器６５は、誤差増幅器６４の電圧信号と電圧検出器６３の検出電圧とに応じて、コンパレータ６７に出力する出力電圧を変化させるように構成される。差動増幅器６５は、電流指令値よりも検出電流の値が小さくなるほどコンパレータ６７に出力する出力電圧を上昇させ、電流指令値よりも検出電流の値が大きくなるほどコンパレータ６７に出力する出力電圧を低下させる。また、差動増幅器６５は、検出電圧が増加するほど出力電圧を低下させる。

　三角波発生部６６は、三角波をコンパレータ６７に出力するように構成される。

　コンパレータ６７は、差動増幅器６５の出力電圧と三角波の電圧とを比較した結果に基づいて、矩形波信号を降圧チョッパ回路６１のスイッチング素子に出力するように構成される。すなわち、降圧チョッパ回路６１のスイッチング素子は、コンパレータ６７の矩形波信号によって制御される。

　電力変換器１３では、電流検出部６２の検出電流の値が電流指令値よりも大きくなれば、差動増幅器６５の出力電圧（コンパレータ６７への入力電圧）が上昇する。これによって、コンパレータ６７の矩形波信号のデューティ比が小さくなって、降圧チョッパ回路６１のスイッチング素子のオン期間が短くなる。その結果、降圧チョッパ回路６１の出力電圧が低くなる。一方、電流検出部６２の検出電流の値が電流指令値よりも小さくなれば、差動増幅器６５の出力電圧が低下する。これによって、コンパレータ６７の矩形波信号のデューティ比が大きくなって、降圧チョッパ回路６１のスイッチング素子のオン期間が長くなる。その結果、降圧チョッパ回路６１の出力電圧が高くなる。このように、電力変換器１３は、電流検出部６２の検出電流の値が電流指令値と等しくなるように、降圧チョッパ回路６１をフィードバック制御する。

　電圧検出部６３の検出電圧が上昇した場合、差動増幅器６５の出力電圧（コンパレータ６７の入力電圧）が低下する。これによって、コンパレータ６７の矩形波信号のデューティ比が大きくなって、降圧チョッパ回路６１のスイッチング素子のオン期間が長くなる。その結果、降圧チョッパ回路６１の出力電圧が上昇する。電圧検出部６３の検出電圧が低下した場合、コンパレータ６７の入力電圧が上昇する。これによって、コンパレータ６７の矩形波信号のデューティ比が小さくなって、降圧チョッパ回路６１のスイッチング素子のオン期間が短くなる。その結果、降圧チョッパ回路６１の出力電圧が低下する。

　このように、電力変換器１３の出力電圧が上昇すると矩形波信号のデューティ比が大きくなり（パルス幅が広くなり）、電力変換器１３の出力電圧が低下すると矩形波信号のデューティ比が小さくなる（パルス幅が狭くなる）。一方、電力変換器１３の出力電流が大きくなると矩形波信号のデューティ比が小さくなり、電力変換器１３の出力電流が低下すると矩形波信号のデューティ比が大きくなる。電力変換器１３の出力電圧の変化は、矩形波信号のデューティ比を、電力変換器１３の出力電流の変化とは反対の方向に変化させる。したがって、上述した傾斜制御が実現される。

　以下に、電力変換器１３の動作をさらに詳しく説明する。

　まず、太陽電池１１の出力電圧が変動した場合について説明する。太陽電池１１の出力電圧が瞬時的に変動したとする。太陽電池１１の瞬時的な変動は、平滑コンデンサ１２によって緩和されるため、電力変換器１３の入力電圧は変化しない。一方、太陽電池１１の出力電圧が平滑コンデンサ１２では抑えきれないほど大きく変動した場合、電力変換器１３の入力電圧が変化する。これによって、電力変換器１３の出力電圧および出力電流が変化する。たとえば、電力変換器１３への負荷量が変化せずに、電力変換器１３の入力電圧が変化すると、電力変換器１３の出力電圧が変化する。電力変換器１３への負荷量とは、電源線７０に接続された負荷（負荷機器４０や充電時の補助電源装置５０）の集合体が、直流電源装置１０に要求する電力である。

　電力変換器１３の出力の電圧電流特性は電流指令値によって決定される。電力変換器１３の入力電圧の変動によって出力電圧が変動すると、矩形波信号のデューティ比が変化し、これによって、電力変換器１３の出力電流値Ａ１３が電流指令値に一致するように、電圧電流特性に従って電力変換器１３の出力電圧値Ｖ１３が変化する。

　ところで、太陽電池１１の発電量は上述したように変動する。そのため、太陽電池１１の出力電力が、電流指令値により定められた出力電流を電力変換器１３が出力するために必要な電力より少なくなったり、多くなったりすることがある。すなわち、太陽電池１１の出力電力に不足や余剰が生じることがある。

　太陽電池１１の出力電力に不足や余剰が生じた場合には、主電源装置２０および補助電源装置５０が、太陽電池１１の出力電力の不足分や余剰分に応じて、供給する電力を調節する。これによって、電力変換器１３の出力電力は、電流指令値が変更されるまで、負荷量の変動によらずに略一定に保たれる。

　次に、電力変換器１３への負荷量が変動した場合について説明する。電力変換器１３への負荷量が変動した直後には、電圧検出部６３の検出電圧が変動する。そのため、降圧チョッパ回路６１に与えられる矩形波信号のデューティ比が変化する。電力変換器１３は傾斜制御を行っているから、電流指令値に応じて決まる直線に沿って出力電流が変化する。電力変換器１３の出力電流は、電力変換器１３の出力電圧値が電源線７０の線間電圧（電源線７０に与えられる電圧）Ｖｏに達するまで変化する。最終的に、電力変換器１３の出力電流の値（出力電流値）Ａ１３は電流指令値により指示された値になる。

　この場合も、太陽電池１１の出力電力に不足や余剰が生じることがある。このような場合においても、上述したように、主電源装置２０および補助電源装置５０が、太陽電池１１の出力電力の不足分や余剰分に応じて、供給する電力を調節する。

　上述したように、太陽電池１１の出力電力の不足分は、主電源装置３０や補助電源装置５０が電力を供給することで補うことができる。

　一方、本実施形態の電源システムでは、図１に示すように、直流電源装置１０が、太陽電池１１の出力電力を直流電力に変換して電源線７０を通して負荷機器４０に供給する。そのため、太陽電池１１の出力電力の余剰分を商用電源の系統に供給する逆潮流を行うことができない。そのため、太陽電池１１の出力電力の余剰分は補助電源装置５０に蓄積する。上述した不足や余剰が生じた場合の主電源装置３０や補助電源装置５０への指示は電源管理装置２０が行う。

　次に、電流指令値を変更する場合について説明する。たとえば、電流指令値がＩ１からＩ２（＜Ｉ１）に変更されたとする。電流指令値がＩ２に変更された直後、電流検出部６２の検出電流値は電流指令値Ｉ２よりも大きい。よって、降圧チョッパ回路６１に出力される方形波信号のデューティ比が短くなる。よって、降圧チョッパ回路６１の出力電圧が低下する。したがって、電圧検出部６３の検出電圧値が低下する。

　電流指令値がＩ２に変更されると、電力変換器１３の電圧電流特性は、電源線７０の線間電圧Ｖｏと電流指令値Ｉ２との交点を通る直線Ｌ１２になる。したがって、降圧チョッパ回路６１に出力される方形波信号のデューティ比は、直線Ｌ１２に沿って検出電流値が変化するように変化していく。最終的に、検出電流値が電流指令値Ｉ２に一致する。つまり、電力変換器１３の出力電流が電流指令値Ｉ２により指示された電流になる。

　上述したように、電源線７０の線間電圧は、主電源装置３０によりほぼ一定に保たれている。よって、電流指令値を変化させて電力変換器１３の出力電流を調節することによって、直流電源装置１０（電力変換器１３）の出力電圧をほぼ一定に保ちながら、電力変換器１３の出力電力を変化させることができる。直流電源装置１０の出力電力が変化すると、電力変換器１３が入力電源（太陽電池１１と平滑コンデンサ１２）に要求する電力（電力変換器１３の要求電力）、すなわち、太陽電池１１への負荷量が変化する。

　したがって、電力変換器１３の要求電力を、太陽電池１１の出力電力が最大になるように決定することによって、ＭＴＴＰ機能が実現される。すなわち、電力変換器１３に適正な電流指令値を与えることにより、太陽電池１１の出力電力を最大電力に維持することが可能になる。言い換えれば、太陽電池１１を最大出力点で動作させることができる。

　本実施形態の電源システムでは、電源管理装置２０が、ＭＴＴＰ機能を実現するための電流指令値を直流電源装置１０の電力変換器１３に与える。

　本実施形態の電源システムでは、ＭＴＴＰ機能を実現するのに必要な情報として、太陽電池１１の出力電流値Ａ１１と、太陽電池１１の出力電圧値Ｖ１１と、太陽電池１１の出力電力と、直流電源装置１０（電力変換器１３）の出力電流値Ａ１３と、直流電源装置１０（電力変換器１３）の出力電圧値Ｖ１３と、直流電源装置１０（電力変換器１３）の出力電力とを用いる。

　図２に示すように、太陽電池１１の電力電圧特性はピーク（最大出力点）を１つだけ有する単峰型である。太陽電池１１の出力電力の最大値は太陽電池１１の出力電圧値と一対一に対応しているから、太陽電池１１の出力電力を最大値に維持する（太陽電池１１を最大出力点で動作させる）には最大電力点に対応する出力電圧が得られるように太陽電池１１の出力電圧を調節すればよい。

　また、通常の使用時においては、比較的短い時間内では最大電力点の変化は小さいと考えられる。したがって、電源管理装置２０は、最大電力点がほとんど変化しないような時間間隔で通信を行って、電力変換器１３の負荷量を調節するように構成される。このようにすれば、太陽電池１１の最大出力点に追従することができる。

　本実施形態の電源管理装置２０は、最初に太陽電池１１の最大電力点に相当する出力電圧値を目標電圧値として求めるように構成される。電源管理装置２０は、太陽電池１１の最大電力点の変化が小さい間は太陽電池１１の出力電圧値が目標電圧値に維持されるように電力変換器１３に与える電流指令値を調節するように構成される。

　すなわち、図５に示すように、電源管理装置２０は、まず太陽電池１１の最大電力点に対応する電圧（実際には電力変換器１３の入力電圧）を探索する（図５における（１），（２）参照）。電源管理装置２０は、検出した電圧の値を目標電圧値Ｖｄとする。電源管理装置２０は、太陽電池１１の出力電圧値が目標電圧値Ｖｄに維持されるように、電力変換器１３に与える電流指令値を調節する。その後、最大電力点が許容範囲Ｖｉｉ－Ｖｓｓを超えるなどの条件が成立するときには、電源管理装置２０は、最大電力点をあらためて探索して目標電圧値Ｖｄを更新する（図５における（３）参照）。これにより、電源管理装置２０は、最大電力点に追従するＭＴＴＰ機能を実現している。

　上述したＭＴＴＰ機能は、主電源装置３０に設けた電源管理装置２０が直流電源装置１０と通信することにより実現される。電源管理装置２０は、マイクロコンピュータを主構成要素とする。電源管理装置２０では、マイクロコンピュータが所定のプログラムを実行することにより以下の機能が実現される。

　電源管理装置２０は、図６に示すように、通信部２１と、データ入出力部２２と、判定部２３と、プレサーチ部２４と、サーチ部（メインサーチ部）２５と、電圧維持部２６と、指示部２７と、監視部２８と、を備える。

　通信部２１は、直流電源装置１０の通信部１６や、負荷機器４０の通信部４２、補助電源装置５０の通信部５２と通信を行うことによりデータを授受するように構成される。

　データ入出力部２２は、通信部２１を通して、直流電源装置１０や、負荷機器４０、補助電源装置５０からデータを受信し、または、直流電源装置１０や、負荷機器４０、補助電源装置５０にデータを送信するように構成される。

　監視部２８は、データ入出力部２２に接続される。監視部２８は、上述したように、負荷機器４０の要求電力を充足させるように、直流電源装置１０および補助電源装置５０の動作を制御するように構成される。

　データ入出力部２２が通信部２１を介して直流電源装置１０から得たデータ（たとえば、太陽電池１１の出力電流値Ａ１１、太陽電池１１の出力電圧値Ｖ１１など）は、判定部２３に与えられる。

　判定部２３は、太陽電池１１の出力電圧値（つまり、電力変換器１３の入力電圧値）Ｖ１１が所定値（たとえば、１０Ｖ）以下であるときには平滑コンデンサ１２が蓄電されていない（太陽電池１１が停止している）停止状態と判断するように構成される。判定部２３は、太陽電池１１の出力電圧値Ｖ１１が上記所定値を超えているときには平滑コンデンサ１２が蓄電されている（太陽電池１１が運転している）運転状態と判断するように構成される。

　判断部２３は、太陽電池１１の初期起動時だけではなく、太陽電池の発電停止後の再起動時も停止状態と判断する。たとえば、判断部２３は、夜間に太陽電池１１の発電が停止して平滑コンデンサ１２の電荷が放電され、翌朝に太陽電池１１の発電が再開された場合も、停止状態と判断する。なお、夜間に太陽電池１１の発電量が低下し、平滑コンデンサ１２の両端電圧が所定値よりも低下したときには、電力変換器１３の動作を停止させることが好ましい。

　判定部２３は、停止状態と判断すると、プレサーチ部２４を起動するように構成される。プレサーチ部２４は、太陽電池１１の出力電圧の下限と上限との略全範囲で、太陽電池１１の最大電力点を探索するように構成される。判定部２３は、運転状態と判断すると、メインサーチ部２５を起動するように構成される。メインサーチ部２５は、太陽電池１１の出力電圧の特定の探索範囲で、太陽電池１の最大電力点を探索するように構成される。

　電圧維持部２６は、プレサーチ部２４またはメインサーチ部２５が最大電力点を検出すると、太陽電池１１が最大電力点で動作するように直流電源装置１０に与える電流指令値を算出するように構成される。電圧維持部２６は、太陽電池１１の最大電力点に対応する太陽電池１１の出力電圧値（たとえば、１７Ｖ）を太陽電池１１の出力電圧の目標電圧値Ｖｄ（図５参照）とする。電圧維持部２６は、太陽電池１１の出力電圧値Ｖ１１が目標電圧値Ｖｄとなるように電流指令値を決定する。

　電圧維持部２６は、電流指令値をデータ入出力部２２に出力するように構成される。データ入出力部２２は、電圧維持部２６から得た電流指令値を電力変換器１３に送信するように構成される。したがって、電圧維持部２６で決定された電流指令値は、データ入出力部２２および通信部２１を通して直流電源装置１０に通知される。

　直流電源装置１０は、電源管理装置２０から受け取った電流指令値に応じた出力電流を出力する。これによって、直流電源装置１０は、太陽電池１１への負荷量を調節して、結果的に太陽電池１１の出力電圧値Ｖ１１を目標電圧値Ｖｄに維持する。このようにして、電源システムは、太陽電池１１のフィードバック制御を行う。

　以下では、電源管理装置２０の判定部２３とプレサーチ部２４とメインサーチ部２５と電圧維持部２６との動作について、図７を用いてさらに詳しく説明する。

　まず、判定部２３は、太陽電池１１の出力電圧値Ｖ１１を取得して所定値と比較する（Ｓ１）。ここで、判定部２３は、太陽電池１１の出力電圧値Ｖ１１が所定値以下であるときには停止状態と判断して（Ｓ１：ｎｏ）、プレサーチ部２４を起動する。プレサーチ部２４は、起動されると、データ入出力部２２を制御して停止信号を電力変換器１３に与える。電力変換器１３は、停止信号を受け取ると電源線８０に直流を出力する動作を停止する。したがって、プレサーチ部２４は、起動されると、電力変換器１３の動作を停止させる（Ｓ２）。これによって、太陽電池１１から電力変換器１３を切り離されたような状態となり、太陽電池１１の負荷が平滑コンデンサ１２のみとなる。この状態では、平滑コンデンサ１２の両端電圧、すなわち太陽電池１１の出力電圧が比較的短時間で上昇する。

　プレサーチ部２４は、電力変換器１３の入力電圧値（太陽電池１１の出力電圧値Ｖ１１）が上記所定値（たとえば、２０Ｖ）に達するまで（Ｓ４）、太陽電池１１の出力電流値Ａ１１と太陽電池１１の出力電圧値Ｖ１１とを取得するとともに記憶する（Ｓ３）。プレサーチ部２４は、太陽電池１１の出力電力値を求める。太陽電池１１の出力電力値は、取得した出力電流値Ａ１１と出力電圧値Ｖ１１との積である。プレサーチ部２４は、太陽電池１１の出力電力値が最大となるときの出力電圧値Ｖ１１を最大電力点に対応する電圧値（最大出力電圧値）とする（Ｓ５）。

　プレサーチ部２４は、電源管理装置２０と直流電源装置１０との通信間隔ごとに出力電圧値Ｖ１１と出力電流値Ａ１１とを直流電源装置１０から取得する。そのため、太陽電池１１の出力電力値は、上記通信間隔ごとにしか得られない。しかしながら、電力変換器１３の入力電圧値（平滑コンデンサ１２の両端電圧値）が上限電圧値（上記所定値）に達するまでの時間よりも上記通信間隔を短くすれば、最大電力点を検出できる。プレサーチ部２４が検出した最大出力電圧値（一時最大出力電圧値）は、電源管理装置２０に保存される。

　プレサーチ部２４は、現在の太陽電池１１の出力電力値と前回の太陽電池１１の出力電力値とを比較する。プレサーチ部２４は、現在の太陽電池１１の出力電力値が前回の太陽電池１１の出力電力値より大きければ、前回の太陽電池１１の出力電力値を現在の太陽電池１１の出力電力値に更新する。一方、プレサーチ部２４は、現在の太陽電池１１の出力電力値が前回の太陽電池１１の出力電力値より小さければ、現在の太陽電池１１の出力電力値を破棄して、前回の太陽電池１１の出力電力値を更新しない。プレサーチ部２４は、このような処理を、電力変換器１３の入力電圧値が上限電圧値に達するまで繰り返し行うことで、最大電力点を求める。このようにして、プレサーチ部２４は、メインサーチ部２５に比べて最大電力点を粗く（低精度で）求める。

　なお、プレサーチ部２４が起動している間は、判定部２３は、電圧の判定（Ｓ１）を行わない。また、上記所定値は、太陽電池１１の開放電圧の値よりも小さい。プレサーチ部２４の動作が終了した時点では、通常は太陽電池１１の出力電圧値Ｖ１１が上記所定値以上になっている。よって、判定部２３は、運転状態と判断して（Ｓ１：ｙｅｓ）、メインサーチ部２５を起動する。

　メインサーチ部２５は、起動されると、最初に、最大電力点を探索する範囲を設定する（Ｓ６）。メインサーチ部２５は、電力変換器１３が動作を停止している間に変化した出力電圧値Ｖ１１の幅より狭く、一時最大出力電圧値を含む所定範囲を探索範囲に設定する。たとえば、探索範囲は、プレサーチ部２４の検出した最大電力点に対応する電圧（一時最大出力電圧値）を中心とする所定範囲（たとえば、±３０％の範囲）に設定される。

　メインサーチ部２５は、探索範囲の設定後にデータ入出力部２２を制御して開始信号を電力変換器１３に与える。電力変換器１３は、開始信号を受け取ると、動作を開始する。したがって、メインサーチ部２５は、電力変換器１３に運転を開始させる（Ｓ７）。メインサーチ部２５は、上記所定値から探索範囲の下限値に向かって電力変換器１３の入力電圧値を変化させる。すなわち、メインサーチ部２５は、電力変換器１３に与える電流指令値を徐々に増加させることによって、電力変換器１３の入力電圧値を低下させる（Ｓ８）。ただし、電流指令値を連続的に変化させることはできないから、１回の通信毎に所定の刻み幅（たとえば、０．１Ａ）ずつ電流指令値を変化させる。すなわち、電流指令値を所定値ずつ変化させる。

　この刻み幅は、最大電力点に対応する電圧を求める精度（探索精度）と最大電力点の探索に用いる時間（探索時間）とに応じて適宜に選択される。つまり、刻み幅を大きくすれば、探索精度は低くなるが、探索時間を短くできる。刻み幅を小さくすれば、探索時間は長くなるが、探索精度は高くなる。

　メインサーチ部２５は、直流電源装置１０から取得した出力電圧値Ｖ１１が探索範囲の下限値に達するまで（Ｓ１０）、電流指令値を徐々に増加させる。メインサーチ部２５は、電流指令値を増加させるたびに、直流電源装置１０から出力電流値Ａ１１と出力電圧値Ｖ１１とを取得する（Ｓ９）。メインサーチ部２５は、出力電流値Ａ１１と出力電圧値Ｖ１１とを取得すると、太陽電池１１の出力電力値を算出する。メインサーチ部２５は、プレサーチ部２４と同様の処理を実行して最大電力点を求め、これによって最大電力点に対応する電圧値（最大出力電圧値）を求める。

　なお、電流指令値を増加させても出力電圧値Ｖ１１が探索範囲の下限値に達しない場合には（Ｓ１０、Ｓ１１）、メインサーチ部２５は、最大電力点が大幅に変化した（太陽電池１１の出力電圧が大幅に低下した）と判断してプレサーチ部２４を再起動する（Ｓ２）。

　メインサーチ部２５は、上述の動作を行うことで最大電力点を求める。そのため、メインサーチ部２５は、プレサーチ部２４よりも高い精度で最大電力点を求めることができる。よって、メインサーチ部２５は、プレサーチ部２４よりも高い精度で最大電力点に対応する電圧値を求めることができる。メインサーチ部２５の探索範囲（電力変換器１３の入力電圧値が変化する範囲）はプレサーチ部２４の探索範囲よりも狭い。よって、電流指令値を比較的小さい刻み幅で変化させても比較的短い時間で最大電力点に対応する電圧値を求めることができる。

　メインサーチ部２５は、太陽電池１１の最大電力点に対応する電圧値（最大出力電圧値）を求めると（Ｓ１１：ｙｅｓ）、最大出力電圧値を電圧維持部２６に与える。電圧維持部２６は、メインサーチ部２５から受け取った最大出力電圧値を目標電圧値Ｖｄ（図５参照）とする（Ｓ１２）。電圧維持部２６は、太陽電池１１の出力電圧値Ｖ１１を目標電圧値Ｖｄに一致させるための電流指令値を生成して、データ入出力部２２に与える。データ入出力部２２は、電圧維持部２６から受け取った電流指令値を直流電源装置１０に送信する。これによって、電力変換器１３が電源管理装置２０から電流指令値を受け取る。このようにして、電源管理装置２０は、直流電源装置１０と通信する毎に電流指令値を電力変換器１３に与える。

　電圧維持部２６は、メインサーチ部２５により目標電圧値Ｖｄが求められると、起動される。電圧維持部２６は、電源管理装置２０が直流電源装置１０と通信する毎に、太陽電池１１の出力電流値Ａ１１と出力電圧値Ｖ１１とを取得する（Ｓ１３）。電圧維持部２６は、太陽電池１１の出力電圧値Ｖ１１を取得すると、出力電圧値Ｖ１１と目標電圧値Ｖｄとを比較する（Ｓ１４、Ｓ１５）。

　電圧維持部２６は、出力電圧値Ｖ１１が目標電圧値Ｖｄよりも小さいと判断すると（Ｓ１５：低）、電流指令値を上記刻み幅（所定値）だけ小さくする（Ｓ１６）。電流指令値が小さくなると、太陽電池１１に対する負荷量（電力変換器１３が太陽電池１１に要求する電力）を減少する。そのため、太陽電池１１の出力電圧が上昇する。一方、電圧維持部２６は、出力電圧値Ｖ１１が目標電圧値Ｖｄよりも大きいと判断すると（Ｓ１５：高）、電流指令値を上記刻み幅だけ大きくする（Ｓ１７）。電流指令値が大きくなると、電力変換器１３が太陽電池１１に要求する電力が増加する。そのため、太陽電池１１の出力電圧が低下する。上述したように、電圧維持部２６は、メインサーチ部２５の動作と同様に、電圧維持部２６を一定の刻み幅（たとえば、０．１Ａ）で変化させる。また、電圧維持部２６は、出力電圧値Ｖ１１が目標電圧値Ｖｄと実質的に一致していると判断すると（出力電圧値Ｖ１１が目標電圧値Ｖｄを含む所定の範囲内であるとき）、電流指令値を変更しない。

　このように、電圧維持部２６は、太陽電池１１の出力電圧値Ｖ１１が目標電圧値Ｖｄに維持されるように、電力変換器１３のフィードバック制御を行う。

　ここで、日射強度やパネル温度が大きく変化しなければ、太陽電池１１の最大電力点は大きく変化しないから、太陽電池１１の最大電力点に対応する電圧値は目標電圧値Ｖｄとほぼ等しいままである。一方、日射強度やパネル温度が大きく変化すると、太陽電池１１の最大電力点は大きく変化するから、太陽電池１１の最大電力点に対応する電圧値は、目標電圧値Ｖｄから大きくずれるおそれがある。

　電圧維持部２６は、太陽電池１１の出力電力値と出力電圧値Ｖ１１との少なくとも一方が許容範囲外であるときには（Ｓ１４）、最大電力点が変化したと判断する。電圧維持部２６は、最大電力点が変化したと判断すると、探索範囲を新たに設定する（Ｓ１８）。探索範囲の設定後、電圧維持部２６は、メインサーチ部２５に最大出力電圧値の再探索を行わせる（Ｓ８）。

　許容範囲は、図５ではＶｉ－Ｖｓで示す範囲である。出力電力値についての許容範囲は、たとえば、メインサーチ部２５が求めた太陽電池１１の最大電力値の±２０％の範囲である。出力電圧値Ｖ１１についての許容範囲は、たとえば、目標電圧値Ｖｄの±０．３Ｖの範囲である。なお、許容範囲は、基準値（最大電力点の電力値や目標電圧値Ｖｄ）に対して変化しない固定幅であってもよいし、基準値に応じて所定の割合で変化する変化幅であってもよい。

　メインサーチ部２５に再探索を行わせるか否かの判断には、太陽電池１１の出力電力値と出力電圧値Ｖ１１とのいずれか一方のみを用いてもよい。たとえば、図７では、太陽電池１１の出力電圧値Ｖ１１のみを用いている。しかしながら、太陽電池１１の最大電力値に応じて、出力電力値と出力電圧値Ｖ１１とを使い分けてもよい。

　上述したように、太陽電池１１の電力電圧特性は単一のピークを持つベル形である。また、最大電力値が大きくなるほどピークの半値幅が狭くなる。そのため、ピークの先端付近では出力電圧値に対する出力電力値の変化率が高くなり、ピークの裾付近では出力電圧値Ｖ１１に対する出力電力値の変化率が低くなる。この点に着目して、最大電力値が所定の閾値以上か閾値未満かに応じて再探索の条件を切り換えてもよい。たとえば、太陽電池の出力電力値が閾値以上であるときには出力電力値が許容範囲外になることを再探索の条件とし、出力電力値が閾値未満であるときには出力電圧値Ｖ１１が許容範囲外になることを再探索の条件としてもよい。

　電圧維持部２６は、再探索を行う際には、まず現状の電流指令値よりも所定の割合（たとえば、３０％）だけ小さい電流指令値を生成する。これによって、電力変換器１３が太陽電池１１に要求する電力を少なくして平滑コンデンサ１２に蓄積される電荷量を増加させる。すなわち、電圧維持部２６は、現状の電流指令値を用いて再探索用の探索範囲Ｖｉｉ－Ｖｓｓ（図５参照）を設定する（Ｓ１８）。これによって、太陽電池１１の出力電圧を一旦上昇させる。この後に、メインサーチ部２５が最大電力点の探索を行う。

　なお、電圧維持部２６は、電力変換器１３を停止させることにより平滑コンデンサ１２の両端電圧を太陽電池１１の開放電圧まで上昇させてもよい。しかしながら、電力変換器１３を停止させると、直流電源装置１０が電源線７０に出力する直流（供給電流）が急激に小さくなる。この場合には、電源線７０の線間電圧が大きく変動し、これによって、負荷機器４０の動作に悪影響を与えてしまうおそれがある。よって、電力変換器１３を停止させずに太陽電池１１の負荷量（電力変換器１３が太陽電池１１に要求する電力）を低下させることが好ましい。

　また、電圧維持部２６は、同じ目標電圧値Ｖｄを用いている時間が所定の維持時間（たとえば、１５分間）に達したか否かを判定する（Ｓ１９）。電圧維持部２６は、太陽電池１１の出力電圧値Ｖ１１が許容範囲内であっても、同じ目標電圧値Ｖｄを用いている時間が上記維持時間に達した場合には、メインサーチ部２５に最大出力電圧値の再探索を行わせる。電圧維持部２６がこのような処理（ステップＳ１９の処理）を行うため、本実施形態の電源システムは、太陽高度の変化、雲の移動、建物や樹木の影の位置変化などに伴う日射強度あるいはパネル温度の変化に対応できる。

　以上説明したように、メインサーチ部２５は、太陽電池１１の最大電力点に対応する電圧値（最大出力電圧値）を検出する。電圧維持部２６は、メインサーチ部２５が検出した最大出力電圧値を目標電圧値Ｖｄとする。電圧維持部２６は、太陽電池１１の最大電力点の変動が許容範囲内であれば、太陽電池１１の出力電圧値Ｖ１１が目標電圧値Ｖｄとなるように電流指令値を調節することによって、電力変換器１３のフィードバック制御を行う。これによって、太陽電池１１が最大電力点の近傍で動作する。また、電圧維持部２６は、太陽電池１１の最大電力点の変動が許容範囲Ｖｉ－Ｖｓを超える場合には、メインサーチ部２５を起動して最大電力点に対応する電圧値の再探索を行わせる。そのため、太陽電池１１の最大電力点が大きく変化したときには、最大電力点の変化に応じて最大出力電圧値（目標電圧値Ｖｄ）を変更できる。このようにして、電源管理装置２０は、直流電源装置１０を制御することで、ＭＴＴＰ機能を実現する。

　ところで、電流指令値Ｉａは、次式（１）により決定してもよい。
Ｉａ＝Ｉｅ－α（Ｉｐ－Ｉｅ）・・・（１）
　ここで、Ｉｐは前回の電流指令値である。Ｉｅは、Ｉｅ＝ε（Ｐｅ／Ｖｅ）である。Ｐｅは、太陽電池１１の最新の出力電力値である。Ｖｅは、電力変換器１３の最新の出力電圧値Ｖ１３である。εは、電力変換器１３の変換効率（たとえば、０．９）である。αは、出力電圧値Ｖ１１を目標電圧値Ｖｄに復帰させる速さを表わす定数である。

　この場合、定数αによって、出力電圧値Ｖ１１が目標電圧値Ｖｄに復帰させる速さを決定できる。このようにすれば、一定の刻み幅で電流指令値を変更する場合とは異なり、太陽電池１１の出力電圧値Ｖ１１を目標電圧値Ｖｄに維持する精度と応答の速さとを両立できる。

　このようにして電流指令値を決定すれば、出力電圧値Ｖ１１と目標電圧値Ｖｄとの比較（図７におけるステップＳ１５）を行わなくて済む。図８は、上式（１）により電流指令値を決定する場合のフローチャートを示す。図８のフローチャートと図７のフローチャートとを比較すればわかるように、図８のフローチャートでは、ステップＳ１５，Ｓ１６，Ｓ１７がステップＳ２０に置き換えられている。ステップＳ２０では、電圧維持部２６は、上式（１）を用いて電流指令値を算出する。電圧維持部２６で算出された電流指令値は、データ入出力部２２により直流電源装置１０に送信される。

　なお、本実施形態において、電源管理装置２０は、主電源装置３０に内蔵されている。しかしながら、電源管理装置２０は必ずしも主電源装置３０に内蔵されている必要はない。すなわち、電源管理装置２０は、主電源装置３０と分離させて設けることが可能である。

　電源管理装置２０は、必ずしも電源線７０を介して直流電源装置１０と通信する必要はない。すなわち、通信路は、電源線７０に限られず、たとえば、電源線７０とは別の有線通信路や無線通信路であってもよい。

　主電源装置３０は、定電圧源であればよく、必ずしも交流電源８０から電力を得る必要はない。特に、主電源装置３０は、負荷機器４０の負荷が変動しても電力を安定に供給できるような容量を有することが好ましい。

　以上述べたように、本実施形態の電源システムは、電源線７０を介して負荷機器４０に接続され電源線７０に所定の直流電圧を与えることで負荷機器４０に直流電力を供給する主電源装置３０と、太陽電池１１と電源線７０との間に介在される副電源装置（直流電源装置）１０と、電源管理装置２０と、を備える。副電源装置１０は、太陽電池１１の出力電流値Ａ１１を測定する電流センサ１４と、太陽電池１１の出力電圧値Ｖ１１を測定する電圧センサ１５と、太陽電池１１より得た電力を元にして電源線７０に直流を出力する電力変換器１３と、を備える。電源管理装置２０は、データ入出力部２２と、サーチ部（メインサーチ部）２５と、電圧維持部２６と、を備える。データ入出力部２２は、副電源装置１０と通信して、電流センサ１４で測定された出力電流値Ａ１１と電圧センサ１５で測定された出力電圧値Ｖ１１とを副電源装置１０から間欠的に取得するように構成される。すなわち、データ入出力部２２は、太陽電池１１の出力電流値Ａ１１と太陽電池１１の出力電圧値Ｖ１１とを受け取るように構成される。メインサーチ部２５は、データ入出力部２２が取得した出力電流値Ａ１１と出力電圧値Ｖ１１とに基づいて所定の探索範囲で太陽電池１１の最大出力点に対応する最大出力電圧値を決定するように構成される。電圧維持部２６は、メインサーチ部２５で決定された最大出力電圧値を目標電圧値Ｖｄとし、データ入出力部２２が副電源装置１０から出力電圧値Ｖ１１を取得すると、副電源装置１０が電源線７０に出力する直流の値を決定する電流指令値を算出してデータ入出力部２２に出力するように構成される。電流指令値は、太陽電池１１の出力電圧値Ｖ１１を目標電圧値Ｖｄとするために用いられる。電流指令値は、出力電圧値Ｖ１１が目標電圧値Ｖｄになるように副電源装置１０が出力する直流の値を調整するための値である。たとえば、電流指令値は、太陽電池１１の出力電圧値Ｖ１１が目標電圧値Ｖｄとなるときの直流の値を示す。データ入出力部２２は、電圧維持部２６から得た電流指令値を電力変換器１３に送信するように構成される。電力変換器１３は、電流指令値を受信すると、直流の値を受信した電流指令値に設定するように構成される。

　本実施形態の電源システムによれば、電源管理装置２０は、太陽電池１１の出力電圧値Ｖ１１および出力電流値Ａ１１を間欠的に取得して、電力変換器１３に電流指令値を間欠的に与える。電源管理装置２０は、太陽電池１１の最大出力点に対応する電圧値を目標電圧値Ｖｄとし、太陽電池１１の出力電圧値Ｖ１１が目標電圧値Ｖｄとなるように電流指令値を決定する。そのため、太陽電池１１の出力電圧値Ｖ１１および出力電流値Ａ１１を取得する時間間隔および電力変換器１３に電流指令値を与える時間間隔が比較的長い場合でも、太陽電池１１を最大電力点付近で動作させることができる。よって、効率よく太陽電池１１に発電を行わせることができる。

　本実施形態の電源システムでは、副電源装置１０は、太陽電池１１の出力電圧を平滑して電力変換器１３に入力する平滑コンデンサ１２を備える。電源管理装置２０は、判断部２３と、プレサーチ部２４を備える。判断部２３は、データ入出力部２２が取得した出力電圧値Ｖ１１が所定値以下であればプレサーチ部２４を起動し、データ入出力部２２が取得した出力電圧値Ｖ１１が上記所定値を越えればメインサーチ部２５を起動するように構成される。プレサーチ部２４は、起動されると、データ入出力部２２を制御して停止信号を電力変換器１３に与えるように構成される。電力変換器１３は、停止信号を受け取ると電源線８０に直流を出力する動作を停止するように構成される。プレサーチ部２４は、電力変換器１３が上記動作を停止している間にデータ入出力部２２が取得した出力電圧値Ｖ１１と出力電流値Ａ１１とに基づいて、太陽電池の最大出力点に対応する一時最大出力電圧値を決定するように構成される。メインサーチ部２５は、起動されると、電力変換器１３が上記動作を停止している間に変化した出力電圧値Ｖ１１の幅より狭く、一時最大出力電圧値を含む所定範囲を探索範囲に設定し、探索範囲の設定後にデータ入出力部２２を制御して開始信号を電力変換器１３に与えるように構成される。電力変換器１３は、開始信号を受け取ると、上記動作を開始するように構成される。

　このように本実施形態の電源システムによれば、太陽電池１１の出力電圧を平滑コンデンサ１２により平滑している。よって、雲の影などによる太陽電池１１の出力電力の一時的な変動によって、電力変換器１３の出力電力が変動することを抑制できる。また、初起動時や朝に起動するときのように、太陽電池の出力電圧が０Ｖや低電圧から上昇する際に、電力変換器１３を停止させた状態で平滑コンデンサ１２の両端電圧を急速に上昇させるから、比較的短時間で最大電力点を検出できる。

　ただし、通信を間欠的に行っているから、平滑コンデンサ１２の充電に伴って太陽電池１１の出力電圧が上昇する間には、最大電力点を精度よく検出することが難しい。そこで、メインサーチ部２５は、プレサーチ部２４が求めた最大電力点に基づいて比較的狭い探索範囲を設定する。メインサーチ部２５は、絞り込んだ探索範囲で最大電力点を求める。そのため、比較的短い時間で最大電力点を精度よく求めることが可能になる。すなわち、最大電力点の探索処理にかかる時間を短くできる。そのため、電源システムの運転期間において、太陽電池１１の動作点を最大電力点付近に維持する処理（維持処理）に利用する時間の割合を増加させることができる。よって、太陽電池で発生された電力の利用効率をさらに高めることができる。

　本実施形態の電源システムでは、電圧維持部２６は、目標電圧値Ｖｄを設定してから所定時間が経過すると、メインサーチ部２５に最大電力電圧値を決定させるように構成される。

　このように本実施形態の電源システムによれば、目標電圧値Ｖｄを更新することなく所定時間（維持時間）が経過したときに、最大電力点が再探索されて目標電圧値Ｖｄが更新される。そのため、太陽の高度の変化などによる日照量やパネル温度の緩やかな変化に対応して目標電圧値Ｖｄを変更できる。したがって、最大電力点の変化に対する追従性を高めることができる。

　本実施形態の電源システムでは、電圧維持部２６は、データ入出力部２２が取得した出力電圧値Ｖ１１と目標電圧値Ｖｄとの差が所定の電圧値を越えると、メインサーチ部２５に最大電力電圧値を決定させるように構成される。

　このように本実施形態の電源システムによれば、太陽電池１１の出力電圧に許容範囲を超える変化が生じたときには、ただちに目標電圧値Ｖｄが更新される。そのため、電源システムは、最大電力点の急激な変化に追従できる。

　なお、電圧維持部２６は、データ入出力部２２が取得した出力電圧値Ｖ１１と出力電流値Ａ１１とから求めた太陽電池１１の出力電力値と太陽電池１１の最大電力点に対応する電力値との差が所定の電力値を越えると、メインサーチ部２５に最大電力電圧値を決定させるように構成されていてもよい。

　この場合、太陽電池１１の出力電力値に許容範囲を超える変化が生じたときには、ただちに目標電圧値Ｖｄが更新される。したがって、電源システムは、最大電力点の急激な変化に追従できる。

　また、電圧維持部２６は、データ入出力部２２が取得した出力電圧値Ｖ１１が目標電圧値Ｖｄよりも小さい場合、前回の電流指令値よりも小さい電流指令値を出力するように構成される。

　電流指令値が小さくなると、太陽電池１１の負荷量（電力変換器１３が太陽電池１１に要求する電力）が少なくなる。その結果、太陽電池１１の出力電圧を上昇させることができる。

　また、電圧維持部２６は、データ入出力部２２が取得した出力電圧値Ｖ１１が目標電圧値Ｖｄよりも大きい場合、前回の電流指令値よりも大きい電流指令値を出力するように構成される。

　電流指令値が大きくなると、太陽電池１１の負荷量が大きくなる。その結果、太陽電池１１の出力電圧を低下させることができる。

　特に、本実施形態の電源システムでは、電圧維持部２６は、データ入出力部２２が取得した出力電圧値Ｖ１１が目標電圧値Ｖｄと異なる場合、前回の電流指令値よりも所定値（一定の刻み幅）だけ変化させた電流指令値を出力するように構成される。

　本実施形態の電源システムによれば、太陽電池１１の出力電圧値Ｖ１１が目標電圧値Ｖｄと異なるときに、電源管理装置２０が直流電源装置１０と通信する毎に電流指令値を一定の刻み幅だけ変化させる。すなわち、電源システムは、太陽電池１１の負荷量を段階的に変化させて、太陽電池１１の出力電圧値Ｖ１１を目標電圧値Ｖｄに近づける。そのため、太陽電池１１の出力電圧が一時的に大きく変化したとしても太陽電池１１の負荷量を緩やかに変化させることができる。したがって、オーバーシュートやアンダーシュートが生じにくくなる。

　また、上述したように、電力変換器１３は、電源線７０に与える直流電圧値を測定するように構成される。データ入出力部２２は、電力変換器１３で測定された直流電圧値を副電源装置１０から取得するように構成される。電圧維持部２６は、データ入出力部２２が取得した出力電圧値Ｖ１１が目標電圧値Ｖｄと異なる場合、データ入出力部２２が取得した出力電圧値Ｖ１１と出力電流値Ａ１１とから太陽電池１１の出力電力値Ｐｅを求め、太陽電池１１の出力電力値Ｐｅとデータ入出力部２２が取得した直流電圧値Ｖ１３（Ｖｅ）とに基づいて電流指令値を決定するように構成されていてもよい。

　この場合、電圧維持部２６は、太陽電池１１の出力電圧値Ｖ１１が目標電圧値Ｖｄと異なるときに、太陽電池１１の出力電力値Ｐｅと電力変換器１３の出力電圧値Ｖｅとに基づいて次の電流指令値Ｉａを決定する（上式（１）参照）。そのため、電流指令値の変化幅を適切に変化させることができる。よって、太陽電池１１の出力電圧値Ｖ１１を目標電圧値Ｖｄに正確かつ迅速に近づけることが可能になる。

Claims (9)

1. 　電源線を介して負荷機器に接続され上記電源線に所定の直流電圧を与えることで上記負荷機器に直流電力を供給する主電源装置と、
   　太陽電池と上記電源線との間に介在される副電源装置と、
   　電源管理装置と、を備え、
   　　上記副電源装置は、
   　　　上記太陽電池の出力電流値を測定する電流センサと、
   　　　上記太陽電池の出力電圧値を測定する電圧センサと、
   　　　上記太陽電池より得た電力を元にして上記電源線に直流を出力する電力変換器と、
   　　を備え、
   　　上記電源管理装置は、
   　　　上記副電源装置と通信して、上記電流センサで測定された上記出力電流値と上記電圧センサで測定された上記出力電圧値とを上記副電源装置から間欠的に取得するデータ入出力部と、
   　　　上記データ入出力部が取得した上記出力電流値と上記出力電圧値とに基づいて所定の探索範囲で上記太陽電池の最大出力点に対応する最大出力電圧値を決定するサーチ部と、
   　　　上記サーチ部で決定された上記最大出力電圧値を目標電圧値とし、上記データ入出力部が上記副電源装置から上記出力電圧値を取得すると、上記出力電圧値を上記目標電圧値にするための電流指令値を算出して上記データ入出力部に出力する電圧維持部と、
   　　を備え、
   　　　上記データ入出力部は、上記電圧維持部から得た上記電流指令値を上記電力変換器に送信するように構成され、
   　　　上記電力変換器は、上記電流指令値を受信すると、上記直流の値を受信した上記電流指令値に設定するように構成される
   　ことを特徴とする電源システム。
2. 　上記副電源装置は、上記太陽電池の上記出力電圧を平滑して上記電力変換器に入力する平滑コンデンサを備え、
   　上記電源管理装置は、判断部と、プレサーチ部を備え、
   　　上記判断部は、上記データ入出力部が取得した上記出力電圧値が所定値以下であれば上記プレサーチ部を起動し、上記データ入出力部が取得した上記出力電圧値が所定値を越えれば上記サーチ部を起動するように構成され、
   　　上記プレサーチ部は、起動されると、上記データ入出力部を制御して停止信号を上記電力変換器に与えるように構成され、
   　　上記電力変換器は、上記停止信号を受け取ると上記電源線に上記直流を出力する動作を停止するように構成され、
   　　上記プレサーチ部は、上記電力変換器が上記動作を停止している間に上記データ入出力部が取得した上記出力電圧値と上記出力電流値とに基づいて、上記太陽電池の最大出力点に対応する一時最大出力電圧値を決定するように構成され、
   　　上記サーチ部は、起動されると、上記電力変換器が上記動作を停止している間に変化した上記出力電圧値の幅より狭く、上記一時最大出力電圧値を含む所定範囲を上記探索範囲に設定し、上記探索範囲の設定後に上記データ入出力部を制御して開始信号を上記電力変換器に与えるように構成され、
   　　上記電力変換器は、上記開始信号を受け取ると、上記動作を開始するように構成される
   　ことを特徴とする請求項１記載の電源システム。
3. 　上記電圧維持部は、上記目標電圧値を設定してから所定時間が経過すると、上記サーチ部に上記最大電力電圧値を決定させるように構成される
   　ことを特徴とする請求項１記載の電源システム。
4. 　上記電圧維持部は、上記データ入出力部が取得した上記出力電圧値と上記出力電流値とから求めた上記太陽電池の出力電力値と上記太陽電池の最大電力点に対応する電力値との差が所定の電力値を越える、または、上記データ入出力部が取得した上記出力電圧値と上記目標電圧値との差が所定の電圧値を越えると、上記サーチ部に上記最大電力電圧値を決定させるように構成される
   　ことを特徴とする請求項１記載の電源システム。
5. 　上記電圧維持部は、上記データ入出力部が取得した上記出力電圧値が上記目標電圧値よりも小さい場合、前回の上記電流指令値よりも小さい上記電流指令値を出力するように構成される
   　ことを特徴とする請求項１記載の電源システム。
6. 　上記電圧維持部は、上記データ入出力部が取得した上記出力電圧値が上記目標電圧値よりも大きい場合、前回の上記電流指令値よりも大きい上記電流指令値を出力するように構成される
   　ことを特徴とする請求項１記載の電源システム。
7. 　上記電圧維持部は、上記データ入出力部が取得した上記出力電圧値が上記目標電圧値と異なる場合、前回の上記電流指令値よりも所定値だけ変化させた上記電流指令値を出力するように構成される
   　ことを特徴とする請求項１記載の電源システム。
8. 　上記電力変換器は、上記電源線に与える直流電圧値を測定するように構成され、
   　上記データ入出力部は、上記電力変換器で測定された上記直流電圧値を上記副電源装置から取得するように構成され、
   　上記電圧維持部は、上記データ入出力部が取得した上記出力電圧値が上記目標電圧値と異なる場合、上記データ入出力部が取得した上記出力電圧値と上記出力電流値とから上記太陽電池の出力電力値を求め、上記太陽電池の出力電力値と上記データ入出力部が取得した上記直流電圧値とに基づいて上記電流指令値を決定するように構成される
   　ことを特徴とする請求項１記載の電源システム。
9. 　電源線を介して負荷機器に接続され上記電源線に所定の直流電圧を与えることで上記負荷機器に直流電力を供給する主電源装置と、太陽電池と上記電源線との間に介在され上記太陽電池より得た電力を元にして上記電源線に直流を出力する副電源装置と、ともに電源システムを構成する電源管理装置であって、
   　　上記電源管理装置は、
   　　　上記太陽電池の出力電流値と上記太陽電池の出力電圧値とを受け取るデータ入出力部と、
   　　　上記データ入出力部が受け取った上記出力電流値と上記出力電圧値とに基づいて所定の探索範囲で上記太陽電池の最大出力点に対応する最大出力電圧値を決定するサーチ部と、
   　　　上記サーチ部で決定された上記最大出力電圧値を目標電圧値とし、上記データ入出力部が上記出力電圧値を取得すると、上記出力電圧値が上記目標電圧値になるように上記副電源装置が出力する上記直流の値を調整するための電流指令値を算出して上記データ入出力部に出力する電圧維持部と、
   　を備え、
   　　　上記データ入出力部は、上記電圧維持部から得た上記電流指令値を上記副電源装置に送信するように構成される
   　ことを特徴とする電源管理装置。

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