WO2013061703A1

WO2013061703A1 - 最大電力点追従装置および電力変化量測定方法

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Publication number: WO2013061703A1
Application number: PCT/JP2012/073305
Authority: WO
Inventors: 秀一長門
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2011-10-28
Filing date: 2012-09-12
Publication date: 2013-05-02
Also published as: JP2015007814A

Abstract

　電力変換装置（６）を制御する制御装置（５）が、電圧変化部（１１）により太陽光発電装置（１）の出力電圧をΔｔ毎にΔＶ変化させ、電圧探索部（１２）により変化前後の発電電力変化量（Ｐ２－Ｐ１）を演算して太陽光発電装置（１）の発電電力が最大となる出力電圧を探索する。また、電力変化検出部（１３）により、Δｔより長い時間間隔毎に電圧一定にする電圧固定期間（ΔＴ）を設けて日射量変化による発電電力変化を検出し、補正部（１４）により、Δｔ毎にその期間で生じた日射量変化による発電電力を補正量として演算して、Δｔ毎の発電電力変化量（Ｐ２－Ｐ１）を補正して、出力電圧の変化のみに対する発電電力変化量（ΔＰ）を求める。

Description

最大電力点追従装置および電力変化量測定方法

　この発明は、太陽電池を用いた太陽光発電装置から最大電力を取り出すための最大電力点追従装置および太陽光発電装置の発電電力変化量を測定する電力変化量測定方法である。

　太陽電池は、日射量（照度）の変化や温度変化によってその電力－電圧特性が変化するために、最大電力点もずれてしまう。このため最大電力点追従装置では、太陽電池の出力電圧（動作電圧）を変化させてそれによる電力の増減に基づいて、最大電力が得られる点、すなわち、最適動作電圧を探すという動作を絶えず行って太陽電池から最大電力を取り出そうとしている。最大電力点の一般的な探索動作は山登り法と称される。山登り法では、太陽電池の出力電圧を、例えばΔＶ変化させて電力差ΔＰを演算し、ΔＰ＞０であれば、最大電力点よりも左側（低電圧側）に現在の電圧があることになるので、前回と同じ方向に電圧を変化させる。ΔＰ＜０であれば、最大電力点よりも右側（高電圧側）に現在の電圧があることになるので、前回と逆方向に電圧を変化させる。ΔＰ＝０であれば、現在の電圧が最大電力点にあることになるので、電圧を変化させない。これによって、最大電力点追従装置が最大電力点を探索するものである。

　山登り法を用いた従来の最大電力点追従装置に以下に示すものがある。
　太陽電池の出力電圧を実際に変化させて電力を演算するモード０と、太陽電池の出力電圧を一定期間変化させずに休止させて電力を演算するモード１とを一定周期で交互に行う。この場合、モード０において、出力電圧を変化させてその間の電力変化ΔＰ_ＡＣを演算し、モード１において、出力電圧を変化させることなく休止させてこの休止期間における照度変化による電力変化ΔＰ_ＣＤを演算する。そして、モード０における電力変化ΔＰ_ＡＣから、モード１（休止期間）における電力変化ΔＰ_ＣＤを差し引くことにより、出力電圧の変化のみによる電力変化分ΔＰを演算して出力電圧を変化させる方向を決定する。
　これによって、最大電力点追従装置は、温度や日射量などの環境変化によって太陽電池の出力特性が大きく変化したような場合でも誤動作することなく、最大電力点を正確に探索追従できるものである（例えば、特許文献１参照）。

特許第３５１６０７７号公報

　上記特許文献１記載の従来の最大電力点追従装置では、太陽電池の出力電圧の変化ΔＶに対して、必ず一定の休止期間を要するため、日射量の変化が少ない場合でも応答性能が早くならず最大電力点の追従性能の向上を図るのに限界があった。

　この発明は、上記のような問題点を解消するために成されたものであって、温度や日射量などの環境変化に依らず、太陽光発電装置の出力電圧の変化のみに対する発電電力変化量を速やかに取得でき、最大電力点を速やかに信頼性良く探索して追従性能の高い最大電力点追従装置を得ることを第１の目的とする。
　また、温度や日射量などの環境変化に依らず、太陽光発電装置の出力電圧の変化のみに対する発電電力変化量を、速やかに測定できる電力変化量測定方法を得ることを第２の目的とする。

　この発明による最大電力点追従装置は、太陽光発電装置の発電電力を負荷に応じた電力に変換する電力変換装置と、上記太陽光発電装置の出力電圧および出力電流を検出する検出部と、検出された上記出力電圧および上記出力電流に基づいて上記太陽光発電装置の発電電力を演算する電力演算部と、上記電力変換装置を制御して上記太陽光発電装置の出力電圧を変化させる電圧変化部、および上記電圧変化部を制御して上記電力演算部で演算される上記発電電力が最大となる出力電圧を探索する電圧探索部を有して、上記発電電力が最大となるように上記電力変換装置を制御する制御装置とを備える。上記制御装置は、上記電圧変化部により、第１の周期毎に上記太陽光発電装置の出力電圧を正方向あるいは負方向に変化させ、上記電圧探索部により、上記出力電圧の変化前後の発電電力変化量を演算して、その極性に基づいて次回周期における上記出力電圧の変化方向を決定して上記発電電力が最大となる出力電圧を探索する。そして、上記制御装置は、上記第１の周期より長い時間周期である第２の周期毎に、その時点の出力電圧に固定する電圧固定期間を設けて、該電圧固定期間での上記太陽光発電装置の発電電力の変化を検出する電力変化検出部と、該電力変化検出部からの検出結果を上記第２の周期毎に入手し、直前の上記検出結果に基づいて補正量を演算して、上記第１の周期毎に上記電圧探索部により演算される上記発電電力変化量を補正する補正部とをさらに備えるものである。

　また、この発明による電力変化量測定方法は、第１の周期毎に太陽光発電装置の出力電圧を変化させ、出力電圧の変化前後の発電電力変化量を演算する。そして、上記第１の周期より長い時間周期である第２の周期毎に、その時点の出力電圧に固定する電圧固定期間を設けて、該電圧固定期間での上記太陽光発電装置の発電電力の変化を検出する処理と、上記第１の周期毎に、上記出力電圧の変化前後に検出された電圧、電流に基づいて上記発電電力変化量を演算し、直前の上記電圧固定期間で検出した発電電力の変化に基づいて補正量を演算して上記発電電力変化量を補正する処理とを備えるものである。

　上記最大電力点追従装置によると、温度や日射量などの環境変化に依らず太陽光発電装置の出力電圧の変化のみに対する発電電力変化量を速やかに取得でき、最大電力点を速やかに信頼性良く探索でき最大電力点の追従性能が向上する。
　また、上記電力変化量測定方法によると、温度や日射量などの環境変化に依らず太陽光発電装置の出力電圧の変化のみに対する発電電力変化量を速やかに信頼性良く測定できる。また、この測定結果を太陽光発電装置の出力制御に用いることで、高精度で信頼性の高い出力制御が行える。

この発明の実施の形態１による最大電力点追従装置を用いた太陽光発電システムの概略構成図である。この発明の実施の形態１による最大電力点追従装置の動作を説明する電圧－電力特性図である。この発明の実施の形態１による最大電力点追従装置の動作を説明するフローチャートである。この発明の実施の形態２による最大電力点追従装置における補間関数を説明する図である。この発明の実施の形態２による最大電力点追従装置の動作を説明するフローチャートである。この発明の実施の形態３による最大電力点追従装置の動作を説明するフローチャートである。この発明の実施の形態３による最大電力点追従装置における、固定電圧－電力変化検出周期の調整を説明するフローチャートである。この発明の実施の形態３の別例による最大電力点追従装置の動作を説明するフローチャートである。この発明の実施の形態４による最大電力点追従装置の動作を説明するフローチャートである。この発明の実施の形態４の別例による最大電力点追従装置の動作を説明するフローチャートである。この発明の実施の形態４による最大電力点追従装置における、固定電圧－電力変化検出周期の調整を説明するフローチャートである。

実施の形態１．
　以下、この発明の実施の形態１による最大電力点追従装置について、図面を参照して詳細に説明する。
　図１は、この発明の実施の形態１による最大電力点追従装置１０を用いた太陽光発電システムの概略構成図である。
　図に示すように、最大電力点追従装置１０は、太陽電池を用いた太陽光発電装置１の出力電圧を検出する電圧検出部２と、太陽光発電装置１の出力電流を検出する電流検出部３と、検出された出力電圧、出力電流から太陽光発電装置１の出力電力、即ち発電電力を演算する電力演算部４と、電力変換装置６と、電力変換装置６を制御する制御装置５と、を備える。そして、制御装置５は、電力変換装置６が太陽光発電装置１から最大電力を取り出すように電力変換装置６を制御する。

　電力変換装置６は、制御装置５から電圧指令Ｖｒを用いて制御されるＤＣ／ＤＣコンバータ、あるいはＤＣ／ＡＣインバータであり、太陽光発電装置１からの出力電圧が電圧指令Ｖｒと一致するように太陽光発電装置１から発電電力を取り出し、負荷７に応じた直流あるいは交流の電力に変換する。
　制御装置５は、電力変換装置６を制御して太陽光発電装置１の出力電圧を変化させる電圧変化部１１と、電圧変化部１１を制御して電力演算部４で演算される太陽光発電装置１の発電電力が最大となる出力電圧を探索する電圧探索部１２と、電圧固定期間ΔＴを設けて太陽光発電装置１の発電電力の変化を検出する電力変化検出部１３と、電力変化検出部１３からの検出結果に基づいて、電圧探索部１２による探索過程で演算される発電電力変化量を補正する補正部１４とを備える。

　電圧変化部１１は、第１の周期Δｔ毎に電圧指令Ｖｒを変化させて電力変換装置６を制御して、太陽光発電装置１の出力電圧を正方向あるいは負方向にΔＶだけ変化させる。電圧検出部２および電流検出部３は、第１の周期毎の出力電圧の変化前後の出力電圧および出力電流を検出し、それらの検出値に基づいて電力演算部４は、第１の周期毎の出力電圧の変化前後の太陽光発電装置１の各発電電力を演算する。電圧探索部１２は、出力電圧の変化前から変化後の発電電力を減算して発電電力変化量（Ｐ２－Ｐ１）を演算し、その極性に基づいて次回周期における出力電圧の変化方向を決定して発電電力が最大となる出力電圧を探索する。
　この場合、第１の周期Δｔは一定時間の周期ではなく、電圧指令Ｖｒを正方向あるいは負方向にΔＶだけ変化させた後、太陽光発電装置１が出力する出力電圧が電圧指令Ｖｒに追従し、出力電圧、出力電流が確定して発電電力が演算できるまでの時間（Δｔｎ）とする。

　電力変化検出部１３は、第１の周期Δｔ（例えば１秒）より長い所定の時間間隔ｔｍａｘ（例えば２０秒）である第２の周期で、その時点の太陽光発電装置１の出力電圧に固定する電圧固定期間ΔＴを設けて、電圧固定期間ΔＴでの太陽光発電装置１の発電電力の変化を検出する。その際、電圧固定期間ΔＴ前後の出力電圧、出力電流を電圧検出部２、電流検出部３で検出し、それらの検出値に基づいて電力演算部４が電圧固定期間ΔＴ前後の各発電電力を演算して変化となる電力差を検出する。
　補正部１４は、電力変化検出部１３により検出される電力差から単位時間当たりの発電電力変化量Ｐｔを演算し、このＰｔに基づいて、第１の周期毎に電圧探索部１２により演算される発電電力変化量（Ｐ２－Ｐ１）を次のように補正する。即ち、対象の第１の周期時間Δｔｎを発電電力変化量Ｐｔに乗算して補正量（Ｐｔ×Δｔｎ）を演算する。そして、（Ｐ２－Ｐ１）から補正量を減算して補正する。電圧探索部１２は、補正後の発電電力変化量ΔＰの極性に基づいて次回周期における出力電圧の変化方向を決定する。

　次に、最大電力点追従装置１０の動作、特に、出力電圧の変化のみに対する発電電力変化量ΔＰ１２を取得する動作を、太陽光発電装置１の電圧－電力特性を用いて説明する。
　図２は、ｔ０（＝０）、ｔ１、ｔ２、ｔ３の各時刻における太陽光発電装置１の電圧－電力特性の波形を示している。この場合ｔ０－ｔ３では日射量などの環境変化（以下、単に日射量変化と称す）により時間経過と共に発電量が増大している。時刻ｔ０における太陽光発電装置１の発電電力はＰ０であり、第２の周期毎の電圧固定期間ΔＴ（例えば１秒）を設ける。最大電力点追従装置１０は、太陽光発電装置１の出力電圧を一定にした条件で時刻ｔ０から時間ΔＴだけ経過した時刻ｔ１（＝ｔ０＋ΔＴ）における発電電力Ｐ１を求める。そして、電圧固定期間ΔＴ前後の各発電電力Ｐ０、Ｐ１の電力差（Ｐ１－Ｐ０）を演算し、さらに単位時間当たりの発電電力変化量Ｐｔを以下のように演算する。
　Ｐｔ＝（Ｐ１－Ｐ０）／ΔＴ　　・・・数式（１）

　次に、最大電力点追従装置１０は、太陽光発電装置１の出力電圧をΔＶだけ、例えば正方向に変化させて発電電力Ｐ２を求める。電圧指令Ｖｒを変化させてから発電電力Ｐ２が確定する時刻ｔ２までの時間変化をΔｔ１（例えば１秒）とする。この時間変化Δｔ１による発電電力変化量は（Ｐ２－Ｐ１）であるが、この時間変化Δｔ１で生じた日射量変化による発電電力は（Ｐｔ×Δｔ１）と表される。このため、最大電力点追従装置１０は、この間における出力電圧の変化のみに対する発電電力変化量ΔＰ１２を、（Ｐｔ×Δｔ１）を補正量としてΔｔ１による発電電力変化量（Ｐ２－Ｐ１）を補正して以下のように演算する。
　ΔＰ１２＝Ｐ２－Ｐ１－Ｐｔ×Δｔ１　　・・・数式（２）

　そして最大電力点追従装置１０は、補正後の発電電力変化量ΔＰ１２の極性に応じて電圧指令Ｖｒの変化方向を決定する。この場合ΔＰ１２の極性は正であり、電圧指令Ｖｒを正方向にさらにΔＶだけ変化させて発電電力Ｐ３を求める。電圧指令Ｖｒを変化させてから発電電力Ｐ３が確定する時刻ｔ３までの時間変化をΔｔ２とする。この時間変化Δｔ２による発電電力変化量は（Ｐ３－Ｐ２）で、この時間変化Δｔ２で生じた日射量変化による発電電力は（Ｐｔ×Δｔ２）となる。このため、最大電力点追従装置１０は、この間における出力電圧の変化のみに対する発電電力変化量ΔＰ２３を、（Ｐｔ×Δｔ２）を補正量としてΔｔ２による発電電力変化量（Ｐ３－Ｐ２）を補正して以下のように演算する。
　ΔＰ２３＝Ｐ３－Ｐ２－Ｐｔ×Δｔ２　　・・・数式（３）

　最大電力点追従装置１０は、次の電圧固定期間ΔＴまで同様に、電圧指令ＶｒをΔＶだけ変化させて、発電電力を求め、時間変化Δｔｎによる発電電力変化量を、補正量（Ｐｔ×Δｔｎ）を差し引いて補正し、出力電圧の変化のみに対する発電電力変化量ΔＰｎ（ｎ＋１）を演算する。なお、電圧指令Ｖｒを変化させているが、第１の周期Δｔｎ毎に太陽光発電装置１の出力電圧をΔＶだけ変化させることと、結果的に同等である。
　上述したように、第２の周期ｔｍａｘで電圧固定期間ΔＴが設けられ、次の電圧固定期間ΔＴになると、その電圧固定期間ΔＴにおける単位時間当たりの発電電力変化量Ｐｔが新たに演算される。そして、それ以後の補正量（Ｐｔ×Δｔｎ）の演算は、新たに演算された発電電力変化量Ｐｔ、即ち直前の電圧固定期間ΔＴでの単位時間当たりの発電電力変化量Ｐｔに基づいて演算される。

　次に、最大電力点追従装置１０の動作を、図３に基づいて説明する。なお、図２での説明は、ｔ０～ｔ３の各時刻の発電電力をＰ０～Ｐ３としたが、図３は制御装置５内の演算処理のフローチャートを示すもので、発電電力、出力電圧の変化前後の符号は、全てＰ１、Ｐ２およびＶ１、Ｖ２を用いる。
　まず、制御装置５では、ある電圧指令Ｖｒ（＝Ｖ１）が設定されて、電圧検出部２から出力電圧Ｖ１を取得し、電流検出部３から出力電流を取得し、電力演算部４は、検出された出力電圧と出力電流との積から発電電力Ｐ１を求める（Ｓ１）。制御装置５は、日射量変化による発電電力を検出する時間間隔ｔｍａｘ（第２の周期）をカウントするために時間ｔをゼロに設定し、日射量変化による単位時間当たりの発電電力変化量Ｐｔをゼロに設定し、もしくは、時間ｔをｔｍａｘに設定する（Ｓ２）。
　次いで、時間ｔとｔｍａｘを比較する（Ｓ３）。
　ステップＳ３において、時間ｔがｔｍａｘより小さい時は、ステップＳ８へ進む。

　ステップＳ３において、時間ｔがｔｍａｘ以上になると、時間ｔをゼロに設定する（Ｓ４）。次いで制御装置５では、出力電圧をＶ１に一定にした状態で、電流検出部３から出力電流を取得し、電力演算部４にて出力電圧と出力電流との積から発電電力Ｐ２を求める。そして、発電電力Ｐ１を求めてから発電電力Ｐ２を求めるまでの間隔時間（電圧固定期間）をΔＴとする（Ｓ５）。次いで、制御装置５は、日射量変化による単位時間当たりの発電電力変化量Ｐｔを、上記数式（１）に倣って、以下のように求める（Ｓ６）。
　Ｐｔ＝（Ｐ２－Ｐ１）／ΔＴ
　次いで、発電電力Ｐ２を発電電力Ｐ１に置き換える（Ｓ７）。

　次いで、制御装置５は、電圧指令Ｖｒを変化させ、出力電圧Ｖ１よりもΔＶだけ変化させた出力電圧Ｖ２において、発電電力Ｐ２を確定し、電圧指令Ｖｒを変化させてから発電電力Ｐ２が確定するまでの経過時間をΔｔとし（Ｓ８）、時間ｔに経過時間Δｔを加算する（Ｓ９）。次いで、制御装置５は、この経過時間Δｔで生じた日射量変化による発電電力（Ｐｔ×Δｔ）を補正量として、経過時間Δｔによる発電電力変化量（Ｐ２－Ｐ１）を補正する。即ち、出力電圧の変化のみに対する発電電力変化量ΔＰは、上記数式（２）（３）に倣って、以下のように求める（Ｓ１０）。
　ΔＰ＝Ｐ２－Ｐ１－Ｐｔ×Δｔ

　次いで、制御装置５は、算出された発電電力変化量ΔＰの極性を判定し（Ｓ１１）、極性が正の時は、出力電圧を変化させる方向を正方向としてΔＶの極性符号はプラスとしてステップＳ１４に進む（Ｓ１３）。ステップＳ１１で発電電力変化量ΔＰの極性が負の場合は、出力電圧を変化させる方向を負方向としてΔＶの極性符号はマイナスとする（Ｓ１２）。
　次いで、発電電力Ｐ２を発電電力Ｐ１に置き換え、出力電圧Ｖ２を出力電圧Ｖ１に置き換える（Ｓ１４）。次いで、制御装置５は、停止指令の有無を判定し（Ｓ１５）、停止指令がなければステップＳ３へ戻り、停止指令があれば終了する。

　以上のように、この実施の形態では、最大電力点追従装置１０が、太陽光発電装置１の出力電圧をΔｔ（第１の周期）毎にΔＶ変化させ、出力電圧の変化前後の発電電力変化量（Ｐ２－Ｐ１）を求め、この期間Δｔで生じた日射量変化による発電電力（Ｐｔ×Δｔ）を（Ｐ２－Ｐ１）に対する補正量として演算する。そして発電電力変化量（Ｐ２－Ｐ１）から補正量（Ｐｔ×Δｔ）を減算して補正することで、出力電圧の変化のみに対する発電電力変化量ΔＰを求める。補正量（Ｐｔ×Δｔ）は、所定の時間間隔ｔｍａｘ（第２の周期）で電圧一定にした電圧固定期間ΔＴで検出された電力変化に基づいて算出される単位時間当たりの発電電力変化量Ｐｔを用いて演算される。

　このように、Δｔより長い、例えばΔｔの１０倍～数十倍のｔｍａｘの間隔で、Δｔと同程度の時間である電圧固定期間ΔＴを設けることで、発電電圧を変化させるΔｔ（第１の周期）毎に、出力電圧の変化のみに対する発電電力変化量ΔＰを求めることができる。日射量変化によって生じる発電電力を求める為に電圧を固定させる期間は、上記電圧固定期間ΔＴのみで、それ以外は不要であり、このため、最大電力点追従装置１０は、太陽光発電装置１の出力電圧の変化のみに対する発電電力変化量ΔＰを速やかに取得できる。これにより、日射量変化による発電量を考慮して、発電電力が最大となる最大電力点の出力電圧を速やかに信頼性良く探索でき最大電力点の追従性能が向上する。

　また、最大電力点追従装置１０は、電圧固定期間ΔＴでの単位時間当たりの発電電力変化量Ｐｔを算出し、太陽光発電装置１の出力電圧の変化前後の発電電力変化量（Ｐ２－Ｐ１）を、補正量（Ｐｔ×Δｔ）を演算して補正するため、出力電圧の変化のみに対する発電電力変化量ΔＰを容易に信頼性良く演算できる。

　なお、第１の周期Δｔは、電圧指令Ｖｒを変化させてから発電電力Ｐ２が確定するまでの経過時間としたため、日射量変化が小さい場合などΔｔが短くなり応答性能が良くなるが、第１の周期Δｔは一定の時間周期としても良い。

　また、上記実施の形態は、最大電力点追従装置１０による最大電力点追従制御について説明したが、出力電圧の変化のみに対する発電電力変化量ΔＰを測定する方法は、最大電力点追従制御に限るものではない。即ち、Δｔより長い所定の時間間隔ｔｍａｘで電圧一定にした電圧固定期間ΔＴで検出された電力変化に基づいて、補正量（Ｐｔ×Δｔ）を演算し、出力電圧の変化前後の発電電力変化量（Ｐ２－Ｐ１）を補正することにより、出力電圧の変化のみに対する発電電力変化量ΔＰを速やかに信頼性良く測定できる。また、この測定結果を太陽光発電装置１の出力制御に用いることで、最大電力点追従制御に限らず高精度で信頼性の高い出力制御が行える。

実施の形態２．
　次に、この発明の実施の形態２による最大電力点追従装置１０について説明する。この実施の形態では、電圧固定期間ΔＴでの電力変化の検出手法と、補正量の求め方とが、上記実施の形態１と異なる。その他の部分は図１の構成を含め、上記実施の形態１と同様である。
　この場合、電力変化検出部１３は、第１の周期Δｔ（例えば１秒）より長い所定の時間間隔ｔｍａｘ（例えば２０秒）である第２の周期で、その時点の出力電圧に固定する電圧固定期間ΔＴを設けて、電圧固定期間ΔＴでの太陽光発電装置１の発電電力の変化を検出する。その際、電力変化検出部１３は、電圧固定期間ΔＴにおいて、所定の間隔で上記太陽光発電装置の発電電力を複数回検出する。
　補正部１４は、電力変化検出部１３からの複数回の検出結果に基づいて、時間に対する発電電力の補間関数ｆ（ｔ）を導出し、第１の周期毎に電圧探索部１２により演算される発電電力変化量ΔＰを、補間関数ｆ（ｔ）を用いて演算した補正量を減算して補正する。

　図４は、補間関数ｆ（ｔ）およびその導出方法を示す図である。
　図４に示すように、電圧固定期間ΔＴ内の始点Ｔ０、終点Ｔｎを含めた複数個の各時刻Ｔ０、Ｔ１～Ｔｎ－１、Ｔｎにおける太陽光発電装置１の発電電力ＰＴ０、ＰＴ１～ＰＴｎ－１、ＰＴｎを求め、補間関数ｆ（ｔ）を導出する。この補間関数ｆ（ｔ）は、時間ｔに対する日射量変化による発電電力の変化を表すものとなる。

　次に、この実施の形態２による最大電力点追従装置１０の動作を図５に示すフローチャートに基づいて説明する。図５は制御装置５内の演算処理のフローチャートを示す。
　まず、制御装置５では、ある電圧指令Ｖｒ（＝Ｖ１）が設定されて、電圧検出部２から出力電圧Ｖ１を取得して、電流検出部３から出力電流を取得し、電力演算部４は、出力電圧と出力電流との積から発電電力Ｐ１を求める（ＳＳ１）。制御装置５は、日射量変化による発電電力を検出する時間間隔ｔｍａｘ（第２の周期）をカウントするために時間ｔをゼロに設定して補間関数ｆ（ｔ）をゼロに設定する、もしくは、時間ｔをｔｍａｘに設定する（ＳＳ２）。
　次いで、時間ｔとｔｍａｘを比較する（ＳＳ３）。
　ステップＳＳ３において、時間ｔがｔｍａｘより小さい時は、ステップＳＳ８へ進む。

　ステップＳＳ３において、時間ｔがｔｍａｘ以上になると、時間ｔをゼロに設定する（ＳＳ４）。制御装置５は、時間Ｔ０＝０、ＰＴ０＝０とおいて、出力電圧をＶ１に一定にした状態で、電流検出部３から出力電流を取得し、電力演算部４にて出力電圧と出力電流との積から発電電力ＰＴ１を求め、時間Ｔ０からの経過時間Ｔ１を測定する。この操作を繰り返してＴｎ＝ΔＴ（電圧固定期間）となるｎ個の経過時間Ｔ１、Ｔ２～Ｔｎ－１、Ｔｎと発電電力ＰＴ０、ＰＴ１～ＰＴｎ－１、ＰＴｎとを測定し、時間ｔに対する日射量変化による発電電力の変化を示す補間関数ｆ（ｔ）を導出する（ＳＳ５）。
　次いで、発電電力ＰＴｎ（＝ｆ（ΔＴ））を発電電力Ｐ１に置き換える（ＳＳ７）。

　次いで、制御装置５は、電圧指令Ｖｒを変化させ、出力電圧Ｖ１よりもΔＶだけ変化させた出力電圧Ｖ２において、発電電力Ｐ２を確定し、電圧指令Ｖｒを変化させてから発電電力Ｐ２が確定するまでの経過時間をΔｔとし（ＳＳ８）、時間ｔに経過時間Δｔを加算する（ＳＳ９）。次いで、制御装置５は、この経過時間Δｔで生じた日射量変化による発電電力を補正量として補間関数ｆ（ｔ）を用いて演算し、経過時間Δｔによる発電電力変化量（Ｐ２－Ｐ１）を補正する。即ち、補正量は（ｆ（ｔ＋ΔＴ）－ｆ（ｔ－Δｔ+ΔＴ））となり、出力電圧の変化のみに対する発電電力変化量ΔＰは、以下のように求める（ＳＳ１０）。
　ΔＰ＝Ｐ２－Ｐ１－（ｆ（ｔ＋ΔＴ）－ｆ（ｔ－Δｔ+ΔＴ））

　次いで、制御装置５は、算出された発電電力変化量ΔＰの極性を判定し（ＳＳ１１）、極性が正の時は、出力電圧を変化させる方向を正方向としてΔＶの極性符号はプラスとしてステップＳＳ１４に進む（ＳＳ１３）。ステップＳＳ１１で発電電力変化量ΔＰの極性が負の場合は、出力電圧を変化させる方向を負方向としてΔＶの極性符号はマイナスとする（ＳＳ１２）。
　次いで、発電電力Ｐ２を発電電力Ｐ１に置き換え、出力電圧Ｖ２を出力電圧Ｖ１に置き換える（ＳＳ１４）。次いで、停止指令の有無を判定し（ＳＳ１５）、停止指令がなければステップＳＳ３へ戻り、停止指令があれば終了する。

　この実施の形態においても、上記実施の形態１と同様に、最大電力点追従装置１０が、太陽光発電装置１の出力電圧をΔｔ（第１の周期）毎にΔＶ変化させ、出力電圧の変化前後の発電電力変化量（Ｐ２－Ｐ１）を求め、この期間Δｔで生じた日射量変化による発電電力を（Ｐ２－Ｐ１）に対する補正量として演算する。そして発電電力変化量（Ｐ２－Ｐ１）から補正量を減算して補正することで、出力電圧の変化のみに対する発電電力変化量ΔＰを求める。補正量は、所定の時間間隔ｔｍａｘ（第２の周期）で電圧一定にした電圧固定期間ΔＴで検出された複数個の発電電力に基づいて導出される補間関数ｆ（ｔ）を用いて演算される。

　また、最大電力点追従装置１０は、電圧固定期間ΔＴにおいて所定の間隔で検出される複数個の発電電力に基づいて導出される補間関数ｆ（ｔ）を用いて、第１の周期Δｔ毎に、その期間で生じた日射量変化による発電電力を補正量として演算する。このため、日射量変化が直線的でない場合にも、第１の周期Δｔ毎に、その期間で生じた日射量変化による発電電力（補正量）を精度良く推定演算することができ、出力電圧の変化のみに対する発電電力変化量ΔＰを容易に高精度に演算できる。

　なお、この実施の形態内で示した、発電電力変化量ΔＰを測定する方法についても、第１の周期Δｔ毎に、その期間で生じた日射量変化による発電電力（補正量）を精度良く推定演算することができ、出力電圧の変化のみに対する発電電力変化量ΔＰを容易に高精度に演算できる。また、この測定結果を太陽光発電装置１の出力制御に用いることで、最大電力点追従制御に限らず高精度で信頼性の高い出力制御が行える。

実施の形態３．
　上記実施の形態１では、電圧固定期間ΔＴを設ける時間間隔ｔｍａｘ（第２の周期）は、固定の時間としたが、この実施の形態３では、電圧固定期間ΔＴで検出された電力変化に基づいて算出される単位時間当たりの発電電力変化量Ｐｔに応じて変更する。
　図６は、この実施の形態３による最大電力点追従装置１０の動作を示す、制御装置５内の演算処理のフローチャートである。図に示すように、上記実施の形態１と同様にステップＳ６において、制御装置５が日射量変化による単位時間当たりの発電電力変化量Ｐｔを求め、ステップＳ７において発電電力Ｐ２を発電電力Ｐ１に置き換えた後、時間間隔ｔｍａｘを変更するルーチンＳＵＢ１処理を呼び出す（Ｓ２０）。なお、ルーチンＳＵＢ１処理を呼び出すステップＳ２０以外は、上記実施の形態１と同様のフローである。

　図７は、時間間隔ｔｍａｘを変更するルーチンＳＵＢ１のフローチャートを示した図である。
　まず、制御装置５が、演算された単位時間当たりの発電電力変化量Ｐｔと予め設定された上限としての最大許容電力Ｐβとを比較する（Ｓ２１）。時間間隔ｔｍａｘには、予め最小値ｔｍｉｎ０と上限ｔｍａｘ０とを有する設定範囲が決められており、Ｐｔ＞Ｐβの時は、時間間隔ｔｍａｘを最小値ｔｍｉｎ０に設定して（Ｓ２３）、ＳＵＢ１処理を終了する。ステップＳ２１において、Ｐｔ≦Ｐβの時は、時間間隔ｔｍａｘと上限ｔｍａｘ０とを比較し（Ｓ２２）、ｔｍａｘ＞ｔｍａｘ０の時は、ＳＵＢ１処理を終了する。ステップＳ２２において、ｔｍａｘ≦ｔｍａｘ０の時は、時間間隔ｔｍａｘに所定の時間増分ｔβを加算して（Ｓ２４）、ＳＵＢ１処理を終了する。

　この実施の形態では、最大電力点追従装置１０は、電圧固定期間ΔＴでの単位時間当たりの発電電力変化量Ｐｔに応じて時間間隔ｔｍａｘを調整するため、日射量変化による電力変化を、検出頻度を調整して効率的に検出することができる。この場合、日射量変化が大きいと時間間隔ｔｍａｘを短くして電力変化を高頻度で検出し、日射量変化が小さいと時間間隔ｔｍａｘを長くして電力変化を低頻度で検出する。このため、上記実施の形態１と同様の効果が得られると共に、最大電力点追従装置１０は、日射量変化による電力変化を効率的に検出できて、日射量変化による発電量を考慮して最大電力点の出力電圧を効率的に探索でき、最大電力点の追従性能がさらに向上する。

　また、この場合、単位時間当たりの発電電力変化量Ｐｔが上限ｔｍａｘ０より大きいと、時間間隔ｔｍａｘを最小値ｔｍｉｎ０に設定し、それ以外は、時間間隔ｔｍａｘを設定範囲内で段階的に増加させる。このため、最大電力点追従装置１０は、日射量の急変時においても迅速に対応でき、日射量変化による発電量を考慮して最大電力点の出力電圧をさらに効率的に探索できる。

　なお、上記実施の形態で示した時間間隔ｔｍａｘを変更するルーチンＳＵＢ１の処理は、上記実施の形態２にも適用でき、同様の効果が得られる。この場合のフローチャートを図８に示す。図８に示すように、上記実施の形態２と同様にステップＳＳ５において、制御装置５は、時間ｔに対する日射量変化による発電電力の変化を示す補間関数ｆ（ｔ）を導出し、ステップＳＳ７において発電電力ＰＴｎ（＝ｆ（ΔＴ））を発電電力Ｐ１に置き換えた後、日射量変化による単位時間当たりの発電電力変化量Ｐｔ（＝ｆ（ΔＴ）／ΔＴ）を求め（ＳＳ６）、時間間隔ｔｍａｘを変更するルーチンＳＵＢ１処理を呼び出す（ＳＳ２０）。なお、ルーチンＳＵＢ１処理を呼び出すステップＳＳ２０以外は、上記実施の形態２と同様のフローであり、ルーチンＳＵＢ１処理は図７に示すものと同様である。

実施の形態４．
　上記実施の形態３で示した、時間間隔ｔｍａｘを変更するルーチン処理を変形した実施の形態を以下に示す。
　図９は、この実施の形態４による最大電力点追従装置１０の動作を示す、制御装置５内の演算処理のフローチャートである。この例では、時間間隔ｔｍａｘを変更するルーチンＳＵＢ２処理を、上記実施の形態１に適用する。
　図９に示すように、ステップＳ７において発電電力Ｐ２を発電電力Ｐ１に置き換えた後、時間間隔ｔｍａｘを変更するルーチンＳＵＢ２処理を呼び出す（Ｓ３０）。なお、ルーチンＳＵＢ２処理を呼び出すステップＳ３０以外は、上記実施の形態１と同様のフローである。

　また、図１０は、この実施の形態４の別例による最大電力点追従装置１０の動作を示す、制御装置５内の演算処理のフローチャートである。この例では、時間間隔ｔｍａｘを変更するルーチンＳＵＢ２処理を、上記実施の形態２に適用する。
　図１０に示すように、ステップＳＳ７において発電電力ＰＴｎ（＝ｆ（ΔＴ））を発電電力Ｐ１に置き換えた後、制御装置５は、日射量変化による単位時間当たりの発電電力変化量Ｐｔ（＝ｆ（ΔＴ）／ΔＴ）を求め（ＳＳ６）、時間間隔ｔｍａｘを変更するルーチンＳＵＢ２処理を呼び出す（ＳＳ３０）。なお、ルーチンＳＵＢ２処理を呼び出すステップＳＳ３０以外は、上記実施の形態２と同様のフローである。

　図１１は、時間間隔ｔｍａｘを変更するルーチンＳＵＢ２のフローチャートを示した図である。
　まず、制御装置５は、演算された単位時間当たりの発電電力変化量Ｐｔと予め設定された上限としての最大許容電力Ｐβとを比較する（Ｓ３１）。時間間隔ｔｍａｘには、予め最小値ｔｍｉｎ０と上限ｔｍａｘ０とを有する範囲が決められており、Ｐｔ＞Ｐβの時は、時間間隔ｔｍａｘを最小値ｔｍｉｎ０に設定して（Ｓ３３）、ＳＵＢ２処理を終了する。ステップＳ３１において、Ｐｔ≦Ｐβの時、さらにＰｔと所定の比較値Ｐαとを比較する（Ｓ３２）。Ｐｔ＜Ｐαの時は、時間間隔ｔｍａｘを上限ｔｍａｘ０と比較し(Ｓ３５)、ｔｍａｘ＞ｔｍａｘ０の時は、ＳＵＢ２処理を終了する。ステップＳ３５において、ｔｍａｘ≦ｔｍａｘ０の時は、時間間隔ｔｍａｘに所定の時間増分ｔβを加算して（Ｓ３７）、ＳＵＢ２処理を終了する。ステップＳ３２において、Ｐｔ≧Ｐαの時、時間間隔ｔｍａｘを最小値ｔｍｉｎ０と比較し(Ｓ３４)、ｔｍａｘ＜ｔｍｉｎ０の時は、ＳＵＢ２処理を終了する。ステップＳ３４において、ｔｍａｘ≧ｔｍｉｎ０の時は、時間間隔ｔｍａｘに所定の時間増分ｔβを減算して（Ｓ３６）、ＳＵＢ２処理を終了する。

　この実施の形態においても上記実施の形態３と同様に、最大電力点追従装置１０は、電圧固定期間ΔＴを設ける時間間隔ｔｍａｘを、単位時間当たりの発電電力変化量Ｐｔに応じて調整する。日射量変化が大きいと時間間隔ｔｍａｘを短くして電力変化を高頻度で検出し、日射量変化が小さいと時間間隔ｔｍａｘを長くして電力変化を低頻度で検出する。このため、最大電力点追従装置１０は、上記実施の形態３と同様に、日射量変化による電力変化を、検出頻度を調整して効率的に検出することができる。
　また、この場合、単位時間当たりの発電電力変化量Ｐｔが上限ｔｍａｘ０より大きいと、時間間隔ｔｍａｘを最小値ｔｍｉｎ０に設定し、単位時間当たりの発電電力変化量Ｐｔが所定の比較値より高いと時間間隔ｔｍａｘを設定範囲内で段階的に減少させ、単位時間当たりの発電電力変化量Ｐｔが所定の比較値より低いと時間間隔ｔｍａｘを設定範囲内で段階的に増加させる。このため、日射量変化による電力変化の検出頻度を、日射量変化に応じてきめ細かく調節して、日射量変化による電力変化をより精度良く効率的に検出できる。これにより、最大電力点追従装置１０は、日射量変化による発電量を考慮して最大電力点の出力電圧をより精度良く効率的に探索でき、最大電力点の追従性能がさらに向上する。

　なお、この発明は、発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

Claims

太陽光発電装置の発電電力を負荷に応じた電力に変換する電力変換装置と、
上記太陽光発電装置の出力電圧および出力電流を検出する検出部と、
検出された上記出力電圧および上記出力電流に基づいて上記太陽光発電装置の発電電力を演算する電力演算部と、
上記電力変換装置を制御して上記太陽光発電装置の出力電圧を変化させる電圧変化部、および上記電圧変化部を制御して上記電力演算部で演算される上記発電電力が最大となる出力電圧を探索する電圧探索部を有して、上記発電電力が最大となるように上記電力変換装置を制御する制御装置と、を備えた最大電力点追従装置において、
上記制御装置は、
　上記電圧変化部により、第１の周期毎に上記太陽光発電装置の出力電圧を正方向あるいは負方向に変化させ、上記電圧探索部により、上記出力電圧の変化前後の発電電力変化量を演算して、その極性に基づいて次回周期における上記出力電圧の変化方向を決定して上記発電電力が最大となる出力電圧を探索し、
上記制御装置は、
　上記第１の周期より長い時間周期である第２の周期毎に、その時点の出力電圧に固定する電圧固定期間を設けて、該電圧固定期間での上記太陽光発電装置の発電電力の変化を検出する電力変化検出部と、
　該電力変化検出部からの検出結果を上記第２の周期毎に入手し、直前の上記検出結果に基づいて補正量を演算して、上記第１の周期毎に上記電圧探索部により演算される上記発電電力変化量を補正する補正部とをさらに備える、
最大電力点追従装置。
上記補正部は、上記検出結果に基づいて上記電圧固定期間での単位時間当たりの発電電力変化量を演算し、該発電電力変化量に基づいて上記補正量を演算する、
請求項１に記載の最大電力点追従装置。
上記電力変化検出部は、上記電圧固定期間において上記太陽光発電装置の発電電力を時間差を設けて複数回検出し、上記補正部は、時間に対する発電電力の補間関数を導出し、この補間関数を用いて上記補正量を演算する、
請求項１に記載の最大電力点追従装置。
上記制御装置は、上記電圧固定期間での上記太陽光発電装置の発電電力の変化に応じて上記第２の周期を調整する、
請求項１から３のいずれか１項に記載の最大電力点追従装置。
上記制御装置は、
　上記第２の周期の設定範囲を決定し、
　上記電圧固定期間での上記太陽光発電装置の発電電力の変化が設定された上限より大きいと、上記第２の周期を上記設定範囲の最小値に設定し、
　上記電圧固定期間での上記太陽光発電装置の発電電力の変化が上記上限以下であるとき、上記第２の周期を上記設定範囲内で所定時間長くする、
請求項４に記載の最大電力点追従装置。
上記制御装置は、
　上記第２の周期の設定範囲を決定し、
　上記電圧固定期間での上記太陽光発電装置の発電電力の変化が設定された上限より大きいと、上記第２の周期を上記設定範囲の最小値に設定し、
　上記電圧固定期間での上記太陽光発電装置の発電電力の変化が上記上限以下であるとき、設定された比較値より大きい時は上記第２の周期を上記設定範囲内で所定時間短くし、上記比較値以下の時は上記第２の周期を上記設定範囲内で上記所定時間長くする、
請求項４に記載の最大電力点追従装置。
第１の周期毎に太陽光発電装置の出力電圧を変化させ、出力電圧の変化前後の発電電力変化量を演算する電力変化量測定方法において、
上記第１の周期より長い時間周期である第２の周期毎に、その時点の出力電圧に固定する電圧固定期間を設けて、該電圧固定期間での上記太陽光発電装置の発電電力の変化を検出する処理と、
上記第１の周期毎に、上記出力電圧の変化前後に検出された電圧、電流に基づいて上記発電電力変化量を演算し、直前の上記電圧固定期間で検出した発電電力の変化に基づいて補正量を演算して上記発電電力変化量を補正する処理と、
を備えた電力変化量測定方法。
上記電圧固定期間での単位時間当たりの発電電力変化量を演算し、該発電電力変化量に基づいて上記補正量を演算する、
請求項７に記載の電力変化量測定方法。
上記電圧固定期間で検出する発電電力の変化は、上記太陽光発電装置の発電電力を時間差を設けて複数回検出して得るものであり、この検出結果から、時間に対する発電電力の補間関数を導出し、この補間関数を用いて上記補正量を演算する、
請求項７に記載の電力変化量測定方法。