WO2020255351A1

WO2020255351A1 - 直流直流変換システムおよび太陽光発電システム

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Publication number: WO2020255351A1
Application number: PCT/JP2019/024572
Authority: WO
Inventors: 航佑関; 達明安保
Original assignee: 東芝三菱電機産業システム株式会社
Priority date: 2019-06-20
Filing date: 2019-06-20
Publication date: 2020-12-24
Also published as: EP3989391A4; EP3989391A1; US20210344216A1; JPWO2020255351A1; CN112823463A; JP7127741B2; US11502539B2

Abstract

直流直流変換システムは、太陽電池パネルから電力変換装置へ流れる電流を検出する電流検出手段と、電池設備と電力変換装置との間に介在し、電池設備から出力される第一直流電力を変換した第二直流電力を電力変換装置の側へ出力し、電流検出手段で検出された電流値に応じて出力電流および出力電圧が太陽電池電流電圧特性を模擬するように第二直流電力を生成する第一動作モードを含む直流直流変換装置と、を備える。直流直流変換装置は、接続点の電位を高める昇圧動作である第二動作モードと、電池設備を充電するように接続点の電圧を変換する第三動作モードと、を含んでもよい。直流直流変換装置は、第一動作モードと第二動作モードと第三動作モードとの間で選択的にモードを切り替えるように構築されてもよい。

Description

直流直流変換システムおよび太陽光発電システム

　本出願は、太陽光発電システムに適用可能な直流直流変換システムに関するものである。

　従来、例えば日本特許第６４７５９４５号に記載されているように、ＤＣリンクシステムとして構築された太陽光発電システムが知られている。この特許文献の段落００２４にも記載されているように、ＤＣリンクシステムとは、太陽電池および蓄電池等からの電力を直流電力のままリンクさせ、一つのインバータを使って交流電力に変換し負荷に供給するシステムである。

日本特許第６４７５９４５号

　従来、上記従来のＤＣリンクシステムが提供される際には、太陽電池と電力変換装置とＤＣ／ＤＣコンバータとが当初から一つのシステムとして設計されている。その一方で、本来はＤＣリンクシステムとして設計されていない非ＤＣリンクタイプの太陽光発電システムに対してＤＣ／ＤＣコンバータを追加適用するという技術は一般的ではない。そのような技術が一般的ではない理由は、ハードウェアおよびソフトウェアの両方について煩雑な設計変更が必要となる等の問題があったからである。そのような設計変更の問題には、一例として、通信線およびセンサの追加と上位システムとの協調制御のための制御内容変更とが含まれる。

　本出願は、上述のような課題を解決するためになされたもので、太陽光発電システムへの追加が容易な直流直流変換システムおよびこれを備えた太陽光発電システムを提供することを目的とする。

　本出願にかかる直流直流変換システムは、
　太陽電池パネルから電力変換装置へ流れる電流を検出する電流検出手段と、
　電池設備と前記電力変換装置との間に介在し、前記電池設備から出力される第一直流電力を変換した第二直流電力を前記電力変換装置の側へ出力し、前記電流検出手段で検知した電流値により前記太陽電池パネルが発電していないことが検知されたときには、出力電流および出力電圧が予め定められた太陽電池電流電圧模擬特性カーブに従って変化するように前記第二直流電力を生成する第一動作モードを含む直流直流変換装置と、
　を備える。

　本出願にかかる太陽光発電システムは、
　太陽電池パネルと、
　前記太陽電池パネルからの直流電力をアノードに受ける逆流阻止ダイオードと、
　前記逆流阻止ダイオードのカソードから前記直流電力を受け取る電力変換装置と、
　前記逆流阻止ダイオードを介して前記太陽電池パネルから前記電力変換装置へ流れる電流を検出する電流検出手段と、
　電池設備と、
　前記逆流阻止ダイオードの前記カソードと前記電力変換装置との接続点に接続され、前記電池設備から出力される第一直流電力を変換した第二直流電力を前記接続点へ出力し、前記電流検出手段で検知した電流値により前記太陽電池パネルが発電していないことが検知されたときには、出力電流および出力電圧が予め定められた太陽電池電流電圧模擬特性カーブに従って変化するように前記第二直流電力を生成する第一動作モードを含む直流直流変換装置と、
　を備える。

　本出願によれば、直流直流変換装置が太陽電池パネルを模擬するように予め定められた太陽電池電流電圧模擬特性カーブに従って動作するので、電力変換装置からは他の太陽電池パネルが追加された場合と同様の取扱をすることができる。これにより、太陽光発電システムに対する直流直流変換システムの追加が容易となる。

実施の形態にかかる直流直流変換システムおよび太陽光発電システムを示す構成図である。実施の形態にかかる直流直流変換システムが模擬する電流電圧特性カーブの一例を示すグラフである。実施の形態にかかる直流直流変換システムおよび太陽光発電システムを示す構成図である。実施の形態にかかる直流直流変換システムおよび太陽光発電システムを示す構成図である。

　図１は、実施の形態にかかる直流直流変換システム１０および太陽光発電システムを示す構成図である。図１の太陽光発電システムは、電力系統１と系統連系するシステムである。

　図１の太陽光発電システムは、太陽電池アレイ２と、電力変換装置３と、逆流阻止ダイオード４と、電池設備９と、直流直流変換システム１０と、を備えている。図１の矢印Ｐ０は、サイト合成電力を表している。サイト合成電力Ｐ０は、太陽光発電システムにおける太陽電池アレイ２および電池設備９の出力電力の合計値である。

　太陽電池アレイ２は、複数の太陽電池パネルを並べて設置したものである。図１には便宜上一つの太陽電池アレイ２が図示されているが、実際の太陽光発電システムでは複数の太陽電池アレイ２が設けられて互いに並列または直列に接続されてもよい。

　電力変換装置３は、太陽電池アレイ２が発電した直流電力を交流電力に変換する。具体的には、電力変換装置３は、インバータ回路と、このインバータ回路を制御するインバータ制御回路とを含んでいる。インバータ回路は、ＩＧＢＴ等の複数のスイッチング素子で構築されている。インバータ制御回路は、スイッチング素子のゲート駆動信号であるパルス幅変調信号を生成する。電力変換装置３は、パワーコンディショニングシステム（ＰＣＳ）とも称される。

　電力変換装置３は、公知の最大電力点追従制御（Ｍａｘｉｍｕｍ　ｐｏｗｅｒ　ｐｏｉｎｔ　ｔｒａｃｋｉｎｇ：ＭＰＰＴ）を実施するように構築されている。ＭＰＰＴ制御は、太陽電池アレイ２からの電力が最大になる出力電圧で電流を取り出すための制御機能である。電力変換装置３には出力リミッタ機能も設けられていることが好ましい。

　逆流阻止ダイオード４のアノードは、太陽電池アレイ２に接続されている。電力変換装置３は、逆流阻止ダイオード４のカソードに接続されている。なお、実施の形態では、図１に示すように、太陽電池アレイ２と電力変換装置３との間の直列回路に、他のＤＣ／ＤＣコンバータが直列に挿入されていない。この点は、実施の形態にかかるシステムと日本特許第６４７５９４５号の図１等に記載されたシステムとの間の相違点の一つである。

　電池設備９は、充電および放電が可能な蓄電池本体と、この蓄電池本体のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ　ｏｆ　Ｃｈａｒｇｅ）等に関する管理を行うバッテリマネジメントシステムと、を備えている。電池設備９の蓄電池本体は、その種類は問わないが、例えば燃料電池とリチウムイオン電池と鉛蓄電池とナトリウム硫黄電池とを含む群からなる一つの電池であってもよい。なお、蓄電池本体の出力特性は、その構造および材料で決まるものではあるが、一例として電流と電圧とが逆比例するものであってもよく、あるいは他の例としてＳＯＣの変化に応じて出力電流と出力電圧の少なくとも一方が低下するものであってもよい。

　直流直流変換システム１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１と、電流センサ１２と、を備えている。逆流阻止ダイオード４のカソードと電力変換装置３とが、ＤＣバスを介して接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、逆流阻止ダイオード４のカソードと電力変換装置３との間の接続点Ｐｘに接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、電池設備９と電力変換装置３との間に介在している。なお、電力変換装置３とＤＣ／ＤＣコンバータ１１とは互いに通信をすることなく別々に制御を実行してもよいので、電力変換装置３とＤＣ／ＤＣコンバータ１１との間には通信線が設けられていなくともよい。

　ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、直流電圧の昇圧と降圧とを実施するように構築された直流直流変換装置である。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、コンバータ回路と、コンバータ制御装置１１ａと、電池設備９との間で入出力される電流と電圧とを計測する第一電流電圧センサと、接続点Ｐｘとの間で入出力される電流と電圧とを計測する第二電流電圧センサと、を備える。コンバータ回路と第一電流電圧センサと第二電流電圧センサは図示を省略する。コンバータ回路の一例は、昇圧チョッパ回路と降圧チョッパ回路とを組み合わせた昇降圧コンバータ回路であってもよい。コンバータ制御装置１１ａは、第一電流電圧センサと第二電流電圧センサとで計測した電流と電圧とに基づいて、指令値で指示される出力値を実現するように、昇圧チョッパ回路と降圧チョッパ回路それぞれの半導体スイッチング素子に駆動信号（つまりゲートパルス）を与える。コンバータ制御装置１１ａは公知の昇降圧制御ロジックを備えており、例えば目標電流指令値Ｉ_ｏｕｔ ^＊に基づく定電流制御と目標電圧指令値Ｖ_ｏｕｔ ^＊に基づく定電圧制御と目標電力指令値Ｐ_ｏｕｔ ^＊に基づく定電力制御とのうち一つまたは複数の制御を含んでもよい。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、放電動作と充電動作とを選択的に実行できるように構築されている。放電動作は、電池設備９が蓄えた電力を接続点Ｐｘへと放電する動作である。充電動作は、接続点Ｐｘから電力を取り入れて電池設備９を充電する動作である。

　ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、指令値に従って、電池設備９から出力される第一直流電力を変換した第二直流電力を電力変換装置３の側へ出力する。また、電流センサ１２は、太陽電池アレイ２から電力変換装置３へと逆流阻止ダイオード４を介して流れる電流を検出する。

　ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の動作モードには、「第一動作モード」が含まれる。第一動作モードは、出力電流および出力電圧が太陽電池電流電圧特性を模擬するように、第二直流電力を出力するモードである。第一動作モードではＤＣ／ＤＣコンバータ１１が「予め定められた太陽電池電流電圧模擬特性カーブＳｒ１」に従って太陽電池アレイ２の発電特性を模擬するように動作する。その結果、電力変換装置３から見ると、他の太陽電池アレイが単純に追加並列接続された場合と同様の取り扱いをすることができる。このため、直流直流変換システム１０の追加適用が容易となる。

　実施の形態にかかる直流直流変換システム１０による効果を、さらに詳細に説明する。実施の形態によれば、本来はＤＣリンクシステムとして設計されていない非ＤＣリンクタイプの太陽光発電システムに対して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１を容易に追加することができる。

　当初から一つのシステムとしてＤＣリンクシステムが設計されるのであれば、システム構成（つまり太陽電池アレイと電池設備とＤＣ／ＤＣコンバータと電力変換装置）を同時に開発および設計できるので、ハードウェア設計およびソフトウェア設計の両方に融通が利くという利点がある。

　これに対し、本来はＤＣリンクシステムとして設計されていない非ＤＣリンクタイプの太陽光発電システムに対して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１を追加適用するという技術は一般的ではない。その理由は、ハードウェア設計およびソフトウェア設計について多大な設計変更作業が必要となるからである。設計変更作業には、通信線およびセンサの追加が必要となったり、上位システムとの協調制御に設計変更が必要となったりすることが含まれる。このような事情があったので、非ＤＣリンクシステムの場合にＤＣ／ＤＣコンバータ１１を追加適用することは現実的に困難であった。

　実施の形態によれば、太陽電池アレイ２と電力変換装置３とを含む太陽光発電システムに対して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１を容易に適用することができる。実施の形態のハードウェア構成は、太陽電池アレイ２側に逆流阻止ダイオード４を挿入した後のＤＣバスに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１を並列に接続したものである。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１において太陽電池アレイ２の発電状況を把握するために、電流センサ１２も設けられている。

　このような構成によれば、太陽電池アレイ２および電力変換装置３の側のハードウェアおよびソフトウェアの構成を設計変更することなく、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１を追加することが可能である。その結果、電力変換装置３にかかるコストの節減およびリードタイムの削減が可能である。また、太陽電池アレイ２および電力変換装置３の側のハードウェアおよびソフトウェアの構成に依存しないので、他社の太陽電池アレイ２を用いた太陽光発電システムへの適用も可能である。

　実施の形態にかかる直流直流変換システム１０においてＤＣ／ＤＣコンバータ１１が実行する制御内容を更に詳細に説明する。実施の形態では、第一動作モードと第二動作モードと第三動作モードとが設けられている。

（第一動作モード）
　第一動作モードは、太陽電池アレイ２の発電停止中の動作モードである。第一動作モードでは、図１の矢印Ｐ１の方向に放電電力が放出され、その放電電力は電流電圧特性カーブＳ１に従って変化する。つまり、第一動作モードは「ＰＶ模擬動作モード」である。

　図２は、実施の形態にかかる直流直流変換システム１０が模擬する電流電圧特性カーブ（ＩＶカーブ）の一例を示すグラフである。第一動作モードでは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１で太陽電池アレイ２の電流電圧特性カーブＳ１を模擬するような放電制御を行う。図２には、電力電圧特性カーブ（ＰＶカーブ）Ｓ２も図示されている。図２には、電流電圧特性カーブＳ１を模擬するように予め設定された太陽電池電流電圧模擬特性カーブＳｒ１と、電力特性カーブＳ２を模擬するように予め設定された太陽電池電力模擬特性カーブＳｒ２とが図示されている。

　図２には、最適動作点Ｐｍｐｐと、最大出力動作電圧Ｖｍｐｐと、最大出力動作電流Ｉｍｐｐと、開放電圧Ｖｏｃと、短絡電流Ｉｓｃと、が図示されている。最適動作点Ｐｍｐｐは、電流電圧特性カーブＳ１における動作電圧と動作電流の積である電力特性カーブＳ２が最も大きくなる極大点である。最大出力動作電圧Ｖｍｐｐは、最適動作点（図２のＭＰＰ点）での動作電圧である。

　最大出力動作電流Ｉｍｐｐは、最適動作点での動作電流である。開放電圧Ｖｏｃは、太陽電池の出力端子に負荷等を何も接続せず、開放した状態での電圧である。短絡電流Ｉｓｃは、太陽電池の出力端子間を短絡させたときに流れる電流である。

　図２では、便宜上、実際の特性カーブ（Ｓ１，Ｓ２）と模擬特性カーブ（Ｓｒ１，Ｓｒ２）とを重ねて図示しているが、これは例示である。実施の形態にかかる「模擬」では、基準とすべき特性カーブ（Ｓ１、Ｓ２）と模擬特性カーブ（Ｓｒ１、Ｓｒ２）とが同一形状とされてもよく、それらが略同一形状（つまり近似形状）とされてもよい。

　正常な電流電圧特性カーブＳ１は、最適動作点ＭＰＰ付近に屈曲部を持つ略矩形状のカーブを描いている。電力特性カーブＳ２は、電圧ゼロボルトから最適動作点Ｐｍｐｐに向かって直線上に立ち上がり、最適動作点Ｐｍｐｐから急峻に立ち下がる。これらの正常な特性カーブがなるべく正確に模擬されるようにＤＣ／ＤＣコンバータ１１が直流直流変換制御を実施することが好ましい。

　第一動作モード（ＰＶ模擬動作モード）は、太陽電池アレイ２の電流電圧特性カーブＳ１を模擬した太陽電池電流電圧模擬特性カーブＳｒ１に従って放電量が変化するように、電池設備９の放電出力を制御するモードである。実施の形態では、「特性カーブ情報」が、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１のコンバータ制御装置１１ａに記憶されている。特性カーブ情報は、太陽電池電流電圧模擬特性カーブＳｒ１を表す電子データである。コンバータ制御装置１１ａが特性カーブ情報に基づいて指令値を生成することで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の出力値を太陽電池電流電圧模擬特性カーブＳｒ１に近似させることができる。特性カーブ情報は、一例として、テーブル等の数値データの形態であるいは近似関数等の数式データの形態で、コンバータ制御装置１１ａが持つ不揮発性メモリに記憶されていてもよい。

　一例として、第一動作モードは、下記のようにしてＤＣ／ＤＣコンバータ１１に搭載することができる。コンバータ制御装置１１ａには、前述した特性カーブ情報に基づいて指令値を生成する指令値設定ロジックを実行する。コンバータ制御装置１１ａは、指令値に従って電池設備９の放電制御を実行する放電制御ロジックも組み込まれている。この指令値設定ロジックと放電制御ロジックは、コンバータ制御装置１１ａの不揮発メモリにソフトウェアプログラムの形態で組み込まれてもよいし、コンバータ制御装置１１ａの一部に処理回路としてハードウェア的に組み込まれてもよい。

　図１の太陽光発電システムにおいて、第一動作モードで実現される放電ロジックの具体例を説明する。ステップＳ１０１において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、指令値と第一電流電圧センサおよび第二電流電圧センサそれぞれの計測値とに基づいて、直流直流変換制御を実施する。指令値は、太陽電池アレイ２と同等の出力電力容量を得ることを想定して予め設定される。指令値は、例えば電力指令値あるいは電圧指令値であってもよい。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、上述したように特性カーブ情報に基づく指令値に従ってスイッチング制御を実施する。その結果、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、接続点Ｐｘにおける電流電圧特性が太陽電池アレイ２の電流電圧特性カーブに近似するように、接続点Ｐｘに出力する出力電圧と出力電流とを制御する。

　次に、ステップＳ１０２において、電力変換装置３は、接続点Ｐｘの電流及び電圧に基づいて、ＭＰＰＴ制御を実施する。このとき、電力変換装置３からみると、接続点Ｐｘの電流電圧は太陽電池パネル電流電圧特性カーブ（図２のＳ１）と同等である。従って、電力変換装置３は、ＭＰＰＴ制御あるいはセンサ情報取り込み等について変更、調整を要することなく、電力変換制御を継続することができる。

　なお、実施の形態にかかる太陽電池電流電圧模擬特性カーブＳｒ１、太陽電池電力模擬特性カーブＳｒ２およびこれらの特性カーブ情報は、次の点を考慮して定められてもよい。太陽電池には、単結晶または多結晶のシリコン太陽電池と、アモルファスシリコン太陽電池と、化合物系太陽電池とを含む様々な材料および構造のものがある。また、測定状態に応じて、太陽電池の電流電圧特性カーブの形状が異なることもある。測定状態は、太陽電池の温度と分光分布と放射照度とを含む。

　一つの具体的実施例として、前述した特性カーブ情報は、実際の太陽電池アレイ２の材料および構造と同種の太陽電池パネルを特定の規格で定められた基準状態で測定して得られる電流電圧特性カーブ実測値に基づいて定められてもよい。特定の規格として例えばＪＩＳ規格が知られており、ＪＩＳ規格の基準状態は太陽電池の温度が２５℃であり、分光分布が基準太陽光であり、放射照度が１０００Ｗ／ｍ^２である状態と定められているので、この条件を流用してもよい。

　あるいは、他の具体的実施例として、例えば複数の太陽電池電流電圧模擬特性カーブＳｒ１に対応した複数グループの特性カーブ情報がＤＣ／ＤＣコンバータ１１に記憶されていてもよい。この場合には、コンバータ制御装置１１ａが、予め定められた規則に従って複数の特性カーブ情報のなかから特定の一つが選択されるように構築されてもよい。この場合には、その選択された特性カーブ情報を用いて指令値設定ロジックが指令値を算出し、その指令値に従って第一動作モードが実施されてもよい。

　太陽電池アレイ２が発電を停止しているときに、電池設備９の放電量を太陽電池アレイ２の発電ピーク時の発電量と一致させるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１が放電制御を行うことが好ましい。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の第一動作モードに並行して、電力変換装置３は発電量が最大になるようにＭＰＰＴ制御を行うことが好ましい。

　好ましくは直流電圧がＭＰＰＴ範囲の下限付近となるように直流電圧を制御することで、効率を上げることも可能となる。第一動作モードによれば、太陽電池アレイ２と電力変換装置３の側から見ると、他の太陽電池アレイが追加されて常時発電しているかのように見えるので、電力変換装置３は通常通りにＭＰＰＴ制御を行うことができる。

（第二動作モード、第三動作モード）
　図３および図４は、実施の形態にかかる直流直流変換システム１０および太陽光発電システムを示す構成図である。図３および図４を用いて、実施の形態にかかる第二動作モードおよび第三動作モードを説明する。第二動作モードおよび第三動作モードは、太陽電池アレイ２と電池設備９とを並列運転する時における動作モードである。図３および図４では太陽光発電による発電電力Ｐｇが発生しており、これは図１とは異なる点である。

　太陽電池アレイ２と電池設備９とが両方とも発電中である場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１が第二動作モードで作動する。第二動作モードでは、図３の矢印Ｐ２の方向に電力が放出される。第二動作モードの実施中には、太陽電池アレイ２と電力変換装置３の側が通常通りＭＰＰＴ制御を行い、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１が太陽電池アレイ２側の不足分を放電制御によって補う。

　第二動作モードは、接続点Ｐｘの電位を高める放電動作を含む。具体的には、放電動作モードでは、接続点Ｐｘの電圧が予め定めた所定電圧Ｖｔｈ以下であるときには接続点Ｐｘの電位を高めるようにＤＣ／ＤＣコンバータ１１が放電動作する。ＭＰＰＴ制御対象の電圧は電力変換装置３のインバータが制御することで、所望の一定直流電力を電池設備９から放電させることができる。

　第三動作モードは、太陽電池アレイ２は発電中であり、電池設備９を充電する場合のモードである。第三動作モードでは、図４の矢印Ｐ３の方向に電力が取り込まれる。電池設備９とＤＣ／ＤＣコンバータ１１との間の電力の向きが第二動作モードと反対になるだけで、制御内容は第二動作モードと同様である。第三動作モードは、電池設備９の蓄電池本体を充電するように接続点Ｐｘの電圧を変換するモードを含む。つまり、第三動作モードは、接続点Ｐｘの電圧が予め定めた所定電圧Ｖｔｈよりも高いときには、電池設備９を充電するように接続点Ｐｘの電圧を変換する。

　実施の形態によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、電流センサ１２で検知した電流値により太陽電池アレイ２が発電していないことが検知されたときには、第一動作モード（ＰＶ模擬動作モード）で動作する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、電流センサ１２で検知した電流値により太陽電池アレイ２が発電していることが検知されたときには、接続点Ｐｘの電圧と所定電圧Ｖｔｈとの大小関係に応じて、第二動作モード（放電動作モード）と第三動作モード（充電動作モード）との間で選択的にモードを切り替える。

　これにより、太陽電池アレイ２の発電停止中に、太陽電池アレイ２を模擬する第一動作モードを用いることができる。その一方で、太陽電池アレイ２の発電中には、発電不足を補うように放電動作を行う第二動作モードと、発電が十分であるときに電池設備９を充電する第三動作モードとを、更に使い分けることもできる。

　実施の形態によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１が第一動作モードと第二動作モードと第三動作モードとを実行するときに、電力変換装置３がＭＰＰＴ最大出力点追尾制御を実施する。第一動作モード～第三動作モードによって電力変換装置３のＭＰＰＴ制御が妨げられるということが無いので、電力変換装置３がＭＰＰＴ制御をシームレスに実施することができる。

　実施の形態によれば、第一動作モードは、電力変換装置３のＭＰＰＴ制御におけるＭＰＰＴ範囲の下限付近の動作点における電圧および電流を出力するように構築されている。直流電圧がＭＰＰＴ範囲の下限付近で制御することで効率を上げることが可能である。

　以上説明したように、実施の形態によれば、電流センサ１２から取得した太陽電池アレイ２の発電状況に応じてＤＣ／ＤＣコンバータ１１の制御モードを切り替えることができる。実施の形態では、上位システムを含めた太陽電池アレイ２および電力変換装置３の側のハードウェアおよびソフトウェアに対して、煩雑な設計変更が不要であるという利点がある。電力変換装置３とＤＣ／ＤＣコンバータ１１との間の通信線を省略でき、さらに電力変換装置３の制御系の設計変更も省略できるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の後付が容易であるという利点がある。

　実施の形態にかかる直流直流変換システム１０において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の制御内容から第一動作モードが省略された変形例が提供されてもよい。この場合において、第一変形例であるＤＣ／ＤＣコンバータ１１が、電池設備９と接続され、逆流阻止ダイオードのカソードと電力変換装置３との接続点Ｐｘに接続され、電池設備９から出力された第一直流電力を変換した第二直流電力を接続点Ｐｘに出力し、接続点Ｐｘの電圧が予め定めた所定電圧以下であるときには接続点Ｐｘの電位を高めるように放電動作する放電動作モードを含むように構築されてもよい。

　あるいは、第二変形例であるＤＣ／ＤＣコンバータ１１が、電池設備９と接続され、逆流阻止ダイオードのカソードと電力変換装置３との接続点Ｐｘに接続され、電池設備９から出力された第一直流電力を変換した第二直流電力を接続点Ｐｘに出力し、接続点Ｐｘの電圧が予め定めた所定電圧よりも高いときには電池設備９を充電するように接続点Ｐｘの電圧を変換する充電動作モードを含むように構築されてもよい。

　なお、図２に示すように、電流電圧特性カーブＳ１は「略矩形状」のグラフを描いているので、太陽電池電流電圧模擬特性カーブＳｒ１も同様の略矩形状に設定されてもよい。この略矩形状は、一例として三つの区間に大別されてもよい。第一区間は、図２に示すように、電圧ゼロボルトからの低電圧範囲においては電圧増大に応じてＩｓｃがほぼ一定値を保つ区間である。第二区間は、第一区間よりも電圧が増大したときに電圧増大に応じてなだらかな凸カーブで電流低下を示す区間であり、図２のＶ_ｍｐｐ付近の所定区間として定めることができる。第三区間は、第二区間からさらに電圧が増大して一定の電圧に達することで急峻に立ち下がる区間である。コンバータ制御装置１１ａが持つ指令値設定ロジックは、少なくともこの三つの区間に分けて個別の指令値生成を行うように構築されてもよい。例えば、指令値設定ロジックは、前述した図２の電流電圧特性カーブＳ１における第一区間～第三区間それぞれを個別に模擬するように指令値を生成する複数の設定ロジックで構成されてもよく、これらの複数の設定ロジックが切り替えられてもよい。

　実施の形態の変形例として、太陽電池電流電圧模擬特性カーブＳｒ１を電流電圧特性カーブＳ１に近似させるときの近似形状のバリエーションについて説明する。図２に示すように、電流電圧特性カーブＳ１は、低電圧領域では概ね一定値を取り、Ｖｍｐｐから急峻に立ち下がる。電流電圧特性カーブＳ１と電流軸（図２の縦軸）及び電圧軸（図２の横軸）とで略矩形状が構成されている。そこで、太陽電池電流電圧模擬特性カーブＳｒ１の変形例は、例えば、半台形グラフと、第一略台形グラフと、第二略台形グラフと、第一略矩形グラフと、第二略矩形グラフと、のうちいずれか一つであってもよい。半台形グラフは、一つの上底と一つの脚とからなる半台形の折れ線グラフにおいて、上底と脚とが成す角部がＭＰＰ点に対応する。第一略台形グラフは、上記の半台形グラフにおいて、ＭＰＰ点に対応する角部が一回または複数回斜めに面取りされたものである。第二略台形グラフは、上記の半台形グラフにおいて、ＭＰＰ点に対応する角部が丸くされたものである。第一略矩形グラフは、電圧軸と平行な一つの長辺と電流軸と平行な一つの短辺とからなる直角折れ線グラフにおいて、ＭＰＰ点に対応する角部が一回または複数回斜めに面取りされたものである。第二略矩形グラフは、上記の直角折れ線グラフにおいて、ＭＰＰ点に対応する角部が丸くされたものである。

　一方、太陽電池電力模擬特性カーブＳｒ２の変形例について説明すると、電力特性カーブＳ１は、電圧軸（図２の横軸）を底辺とし、この底辺に対する頂点がＰｍｐｐに対応する三角形（より具体的には鋭角三角形）と類似している。そこで、太陽電池電力模擬特性カーブＳｒ２の変形例は、Ｐｍｐｐを頂点に持つ鋭角三角形状グラフと、Ｐｍｐｐに対応する角に対して斜め面取りまたは水平面取りが一回又は複数回施された第一略三角形状グラフと、Ｐｍｐｐに対応する角が丸くされた第二略三角形状グラフと、のうちいずれか一つでもよい。

　なお、変形例として、コンバータ制御装置１１ａが記憶する特性カーブ情報は、太陽電池電流電圧模擬特性カーブＳｒ１のみならず、太陽電池電力模擬特性カーブＳｒ２（図２参照）を含んでもよい。コンバータ制御装置１１ａが電力指令値に基づく制御を実施するときには、太陽電池電力模擬特性カーブＳｒ２を実現するように特性カーブ情報から電力指令値が生成されてもよい。

　なお、第一動作モードにおいて電池設備９の出力特性がＤＣ／ＤＣコンバータ１１の入力電流と入力電圧とを決めるので、指令値の設定には電池設備９が持つ蓄電池本体の出力特性が算入されてもよい。なお、変形例として、特性カーブ情報の代わりに、「特性カーブ情報から生成した一つまたは複数の指令値データ」がコンバータ制御装置１１ａに記憶されていてもよい。この変形例では予め定められた複数の指令値データが記憶されてもよく、この場合には予め定められた規則に従ってこの複数の指令値データから特定の一つを選択するようにコンバータ制御装置１１ａが構築されてもよい。この変形例のように指令値データのみがコンバータ制御装置１１ａに記憶されていたとしても、この指令値データが太陽電池電流電圧模擬特性カーブＳｒ１あるいは太陽電池電力模擬特性カーブＳｒ２に基づいて生成することでＤＣ／ＤＣコンバータ１１の出力特性を太陽電池アレイ２の出力特性に近似させることができる。

１　電力系統、２　太陽電池アレイ、３　電力変換装置、４　逆流阻止ダイオード、９　電池設備、１０　直流直流変換システム、１１　ＤＣ／ＤＣコンバータ、１２　電流センサ、Ｐｘ　接続点、Ｓ１　電流電圧特性カーブ、Ｓ２　電力特性カーブ、Ｓｒ１　太陽電池電流電圧模擬特性カーブ、Ｓｒ２　太陽電池電力模擬特性カーブ、Ｐ０　サイト合成電力、Ｐｇ　発電電力

Claims

　太陽電池パネルから電力変換装置へ流れる電流を検出する電流検出手段と、
　電池設備と前記電力変換装置との間に介在し、前記電池設備から出力される第一直流電力を変換した第二直流電力を前記電力変換装置の側へ出力し、前記電流検出手段で検知した電流値により前記太陽電池パネルが発電していないことが検知されたときには、出力電流および出力電圧が予め定められた太陽電池電流電圧模擬特性カーブに従って変化するように前記第二直流電力を生成する第一動作モードを含む直流直流変換装置と、
　を備える直流直流変換システム。
　前記電池設備は、充放電が可能であり、
　前記直流直流変換装置は、前記電力変換装置と前記直流直流変換装置との接続点の電位を高める昇圧動作である第二動作モードと、前記電池設備を充電するように前記接続点の電圧を変換する第三動作モードと、を含み、
　前記直流直流変換装置は、前記電流検出手段で検知した電流値により前記太陽電池パネルが発電していることが検知されたときには前記接続点の電圧に応じて前記第二動作モードと前記第三動作モードとの間で選択的にモードを切り替えるように構築された請求項１に記載の直流直流変換システム。
　前記直流直流変換装置が前記第一動作モードと前記第二動作モードと前記第三動作モードとを実行するときに、前記電力変換装置がＭＰＰＴ最大出力点追尾制御を実施する請求項２に記載の直流直流変換システム。
　前記第一動作モードは、前記電力変換装置のＭＰＰＴ制御におけるＭＰＰＴ範囲の下限付近の動作点における電圧および電流を出力するように構築された請求項１に記載の直流直流変換システム。
　太陽電池パネルと、
　前記太陽電池パネルからの直流電力をアノードに受ける逆流阻止ダイオードと、
　前記逆流阻止ダイオードのカソードから前記直流電力を受け取る電力変換装置と、
　前記逆流阻止ダイオードを介して前記太陽電池パネルから前記電力変換装置へ流れる電流を検出する電流検出手段と、
　電池設備と、
　前記逆流阻止ダイオードの前記カソードと前記電力変換装置との接続点に接続され、前記電池設備から出力される第一直流電力を変換した第二直流電力を前記接続点へ出力し、前記電流検出手段で検知した電流値により前記太陽電池パネルが発電していないことが検知されたときには、出力電流および出力電圧が予め定められた太陽電池電流電圧模擬特性カーブに従って変化するように前記第二直流電力を生成する第一動作モードを含む直流直流変換装置と、
　を備える太陽光発電システム。
　前記電力変換装置と前記直流直流変換装置とが互いに通信せずに別々に制御動作を実行するように構築された請求項５に記載の太陽光発電システム。
　前記太陽電池パネルと前記電力変換装置との間の直列回路に他の直流直流変換装置が設けられていない請求項５に記載の太陽光発電システム。