特許 6140037 電力変換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6140037

(24)【登録日】2017年5月12日

(45)【発行日】2017年5月31日

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   G05F 1/67 20060101AFI20170522BHJP

【ＦＩ】

   G05F1/67 A

【請求項の数】9

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2013-187486(P2013-187486)

(22)【出願日】2013年9月10日

(65)【公開番号】特開2015-55920(P2015-55920A)

(43)【公開日】2015年3月23日

【審査請求日】2016年1月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000180025

【氏名又は名称】山洋電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091096

【弁理士】

【氏名又は名称】平木 祐輔

(74)【代理人】

【識別番号】100105463

【弁理士】

【氏名又は名称】関谷 三男

(74)【代理人】

【識別番号】100102576

【弁理士】

【氏名又は名称】渡辺 敏章

(74)【代理人】

【識別番号】100108394

【弁理士】

【氏名又は名称】今村 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100101063

【弁理士】

【氏名又は名称】松丸 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100114546

【弁理士】

【氏名又は名称】頭師 教文

(74)【代理人】

【識別番号】100153903

【弁理士】

【氏名又は名称】吉川 明

(74)【代理人】

【識別番号】100162330

【弁理士】

【氏名又は名称】広瀬 幹規

(72)【発明者】

【氏名】柳沢 実

【審査官】 柳下 勝幸

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０３１６４４７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平０９−００６４４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５６−１４１７３３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０５Ｆ １／１２ − ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

太陽電池の出力電力を微分する電力微分器と、
前記太陽電池の出力電圧を微分する電圧微分器と、
前記電力微分器の微分結果を前記電圧微分器の微分結果で除算する除算器と、
前記除算器の除算結果を積分し前記太陽電池の出力電圧を決定する電圧を出力する積分器と、を有する最大電力点追尾装置と、
前記最大電力点追尾装置が出力する、前記太陽電池の出力電圧を決定する電圧を用いて、前記太陽電池の出力電力を制御する出力電力制御器と、を有し、
前記最大電力点追尾装置の積分器が前記出力電力制御器に出力する、前記太陽電池の出力電圧を決定する電圧の大きさを制限するリミッタをさらに有することを特徴とする電力変換装置。

【請求項2】

太陽電池の出力電力を微分する電力微分器と、
前記太陽電池の出力電圧を微分する電圧微分器と、
前記電力微分器の微分結果と前記電圧微分器の微分結果とを乗算する乗算器と、
前記乗算器の乗算結果を積分し前記太陽電池の出力電圧を決定する電圧を出力する積分器と、を有する最大電力点追尾装置と、
前記最大電力点追尾装置が出力する、前記太陽電池の出力電圧を決定する電圧を用いて、前記太陽電池の出力電力を制御する出力電力制御器と、を有し、
前記最大電力点追尾装置の積分器が前記出力電力制御器に出力する、前記太陽電池の出力電圧を決定する電圧の大きさを制限するリミッタをさらに有することを特徴とする電力変換装置。

【請求項3】

前記電力微分器は、
前記太陽電池の出力電流と出力電圧とを乗算し前記太陽電池の出力電力を算出する乗算器と、
前記乗算器が算出した前記太陽電池の出力電力を微分する微分器と、
を有することを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。

【請求項4】

前記リミッタは、前記出力電力制御器の最高許容電圧を上限値として前記太陽電池の出力電圧を決定する電圧の大きさを制限する一方、前記出力電力制御器の最低許容電圧を下限値として前記太陽電池の出力電圧を決定する電圧の大きさを制限することを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の電力変換装置。

【請求項5】

前記太陽電池の出力電圧から前記リミッタが出力する電圧を減算し、減算後の電圧が一定値以上または一定値未満の場合には、前記積分器に出力する前記減算後の電圧を補償する補償器をさらに有することを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の電力変換装置。

【請求項6】

前記補償器は、前記減算後の電圧が一定値以上の場合には、一定値を超えた電圧の大きさが大きくなるにしたがって補償値を大きくする一方、前記減算後の電圧が一定値未満の場合には、一定値に達するまでの電圧の大きさが大きくなるにしたがって補償値を大きくすることを特徴とする請求項５に記載の電力変換装置。

【請求項7】

前記補償器が出力する補償値の電圧を増幅し前記積分器に出力する増幅器をさらに有することを特徴とする請求項５又は６に記載の電力変換装置。

【請求項8】

前記補償器または前記増幅器が出力する補償値は前記除算器または前記乗算器が出力する除算結果または乗算結果と加算して前記積分器に出力することを特徴とする請求項７に記載の電力変換装置。

【請求項9】

前記電力微分器及び前記電圧微分器は、前記出力電力制御器が前記太陽電池の出力電圧を決定する電圧を用いて制御した前記太陽電池の出力電圧に含まれるリップルを利用して、前記太陽電池の出力電力及び出力電圧を微分することを特徴とする請求項１から８までのいずれか１項に記載の電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、最大電力点を迅速に追尾でき安定した最大電力が得られる最大電力点追尾装置及び電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、商用電源系統と連系し負荷に電力を供給する太陽電池発電システムが用いられている。太陽電池は、その出力電圧によって出力電力が大きく変動するという特性を有している。このため、太陽電池発電システムには、太陽電池の出力電力を最大限に利用するための工夫が施されている。

【0003】

その工夫の１つに、山登り法による最大電力点追尾制御（ＭＰＰＴ制御）がある。

【0004】

図１８は従来のＭＰＰＴ制御の説明図である。太陽電池の出力電力Ｐを太陽電池の出力電圧Ｖに対してプロットすると、プロットした点群は、図の曲線ＡまたはＢに示すようにほぼ山形状の曲線（電圧−電力特性曲線）を形成する。なお、曲線Ａは、太陽の日射量及び温度が比較的大きい場合を示し、曲線Ｂは、曲線Ａの場合よりも太陽の日射量及び温度が小さい場合を示す。

【0005】

曲線Ａの場合、電圧−電力特性曲線の頂点は、太陽電池の出力電力Ｐが最大となる最大電力点Ｐｍａｘである。最大電力点Ｐｍａｘのときの太陽電池の出力電圧Ｖは最適動作点Ｖｍａｘである。電圧−電力特性曲線は、太陽の日射量及び温度の変動に応じて変化する。太陽の日射量及び温度が小さくなり、たとえば、曲線Ａから曲線Ｂのように変化すると、太陽電池の最大出力点Ｐｍａｘ及び最適動作点Ｖｍａｘは、最大出力点ＰｍａｘからＰ´ｍａｘに、及び、最適動作点ＶｍａｘからＶ´ｍａｘに変化する。

【0006】

最大電力点は、太陽の日射量及び温度の変動によって常に変化するので、太陽電池の出力電力を最大限に利用しようとすると、最大電力点を追尾するＭＰＰＴ制御が必要になる。ＭＰＰＴ制御では、太陽電池の出力電力Ｐを周期的に計測し、出力電力Ｐが増加するように、太陽電池の動作電圧を制御する。

【0007】

下記特許文献１に記載されている、山登り法を用いた最大電力点追尾方法は、電圧−電力特性曲線上の２点の電圧値及び電流値を測定し、測定した電圧値及び電流値を用いて２点の電力値を算出する。算出した２点の電力値を比較し、電力値が大きい方に動作電圧を移動させる。そして、電圧−電力特性曲線の頂上付近（最大電力点付近）では、動作電圧がわずかに上昇下降を繰り返しても電力値があまり変化しない領域が有るので、その領域の両端の動作電圧を最大動作点とする。

【0008】

しかし、下記特許文献１に記載されている、最大電力点追尾方法では、最大動作点の移動量分、最大電力点を挟んで太陽電池の出力電力が変動し続ける。したがって、太陽電池の出力電力の変動を小さく抑えるためには、最大動作点の範囲（動作電圧の移動量）は大きくすることができない。一方で、太陽電池の出力電力の変動を小さく抑えるために最大動作点の範囲を小さくしすぎると、動作電圧を現動作点から最大電力点付近まで移動させるのに時間がかかり、最大電力点を太陽の日射量及び温度の変動に追従させることが難しくなる。

【0009】

また、下記特許文献２に記載されている、山登り法を用いた最大電力点追尾方法は、電圧−電力特性曲線上の最大電力点での電力の微分値がゼロ（頂点では傾きが０）であることを利用している。

【0010】

現動作点での動作電圧を微小に変化させたときの電圧及び電流を検出し、検出した電圧及び電流から求めた電力の微分値を演算し、電力の微分値がゼロになるような動作電流を求め、動作電流を繰り返し変動させて最大電力点に到達させる。

【0011】

この制御方法も、特許文献１と同様、最大電力点を挟んで太陽電池の出力電力が変動し続けるという問題がある。

【0012】

特許文献１及び２の問題を解消する技術として、下記特許文献３に示すものがある。特許文献３に開示されている最大電力点追尾方法では、太陽電池の動作電圧が、増加方向または減少方向のいずれかの方向に、設定した回数だけ変化した場合には、動作電圧の変化幅を大きくするように制御する。一方、太陽電池の動作電圧が、増加方向と減少方向とを繰り返すように変化した場合には、動作電圧の変化幅を小さくするように制御する。この制御によって、最大電力点を迅速に追尾するとともに最大電力点付近での太陽電池の出力電力の変動を抑えることができる。

【0013】

しかし、特許文献３に開示されている最大電力点追尾方法では、最大電力点を挟む太陽電池の出力電力の変動をある程度は抑制できるものの、最大電力点の追尾の応答性や安定性の面ではまだ不十分な点がある。

【0014】

さらに、特許文献３に開示されている技術を補う技術として、下記特許文献４に示す技術がある。特許文献４に開示されている太陽電池の発電制御装置では、追尾した最大電力点を所定時間一定に保持することによって、最大電力点付近での出力電力の変動を少なくしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0015】

【特許文献1】特開昭６２−８５３１２号公報

【特許文献2】特開昭６３−５７８０７号公報

【特許文献3】特許２７３１１１７号明細書

【特許文献4】特開平７−３３４２６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0016】

特許文献４に記載された技術を用いれば、最大電力点が一時的に保持されるので、最大電力のふらつきが少しは解消できる。しかし、最大電力点を保持している間に生じる最大電力点の変動には対応することができない。また、最大電力点を保持している間に最大電力点が大きく変動したときには、追尾を再開した後、最大電力点を保持するまでに時間がかかる。

【0017】

以上のように、従来のどの技術を用いたとしても、動作電圧を有限の変化幅で変動させる必要があり、太陽電池の真の最大電力点には追従させることができない。

【0018】

本発明は、以上のような従来の問題を解消するために成されたものであり、最大電力点を迅速に追尾でき安定した最大電力が得られる最大電力点追尾装置及び電力変換装置の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0019】

上記目的を達成するための本発明に係る最大電力点追尾装置は、電力微分器、電圧微分器、除算器及び積分器を有する。

【0020】

電力微分器は、太陽電池の出力電力を微分する。電圧微分器は、太陽電池の出力電圧を微分する。除算器は、電力微分器の微分結果を電圧微分器の微分結果で除算する。積分器は、除算器の除算結果を積分し太陽電池の出力電圧を決定する電圧を出力する。

【0021】

また、上記目的を達成するための本発明に係る最大電力点追尾装置は、電力微分器、電圧微分器、乗算器及び積分器を有する。

【0022】

電力微分器は、太陽電池の出力電力を微分する。電圧微分器は、太陽電池の出力電圧を微分する。乗算器は、電力微分器の微分結果と電圧微分器の微分結果とを乗算する。積分器は、乗算器の乗算結果を積分し太陽電池の出力電圧を決定する電圧を出力する。

【0023】

さらに、上記目的を達成するための本発明に係る電力変換装置は、上記の最大電力点追尾装置と出力電力制御器とを有する。

【0024】

最大電力点追尾装置は、太陽電池の出力電圧を決定する電圧を出力する。出力電力制御器は、最大電力点追尾装置が出力する、太陽電池の出力電圧を決定する電圧を用いて、太陽電池の出力電力を制御する。

【発明の効果】

【0025】

太陽電池の出力電力及び太陽電池の出力電圧を微分し、それらの微分結果を除算又は乗算し、その結果を積分することによって、太陽電池の出力電圧を決定する電圧を求めているので、最大電力点を迅速に追尾でき安定した最大電力が得られる最大電力点追尾装置及び電力変換装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】実施形態１に係る最大電力点追尾装置及び電力変換装置の構成図である。

【図2】実施形態１に係る最大電力点追尾装置及び電力変換装置の動作説明に供する図である。

【図3】動作電圧Ｖが最適動作点Ｖｐｍよりも小さいときの最大電力点追尾装置及び電力変換装置の各部の波形図である。

【図4】動作電圧Ｖが最適動作点Ｖｐｍよりも大きいときの最大電力点追尾装置及び電力変換装置の各部の波形図である。

【図5】動作電圧Ｖが最適動作点Ｖｐｍとほぼ一致しているときの最大電力点追尾装置及び電力変換装置の各部の波形図である。

【図6】実施形態２に係る最大電力点追尾装置及び電力変換装置の構成図である。

【図7】実施形態２に係る最大電力点追尾装置及び電力変換装置の動作説明に供する図である。

【図8】動作電圧Ｖが最適動作点Ｖｐｍよりも小さいときの最大電力点追尾装置及び電力変換装置の各部の波形図である。

【図9】動作電圧Ｖが最適動作点Ｖｐｍよりも大きいときの最大電力点追尾装置及び電力変換装置の各部の波形図である。

【図10】動作電圧Ｖが最適動作点Ｖｐｍとほぼ一致しているときの最大電力点追尾装置及び電力変換装置の各部の波形図である。

【図11】実施形態３に係る最大電力点追尾装置及び電力変換装置の構成図である。

【図12】実施形態３に係る最大電力点追尾装置及び電力変換装置の動作説明に供する図であり、リミッタの動作説明に供する図である。

【図13】実施形態３に係る最大電力点追尾装置及び電力変換装置の動作説明に供する図であり、補償器の動作説明に供する図である。

【図14】電力変換制御器が出力電力または出力電流を制限したときの最大電力点追尾装置及び電力変換装置の各部の波形図である。

【図15】実施形態３の変形例１に係る最大電力点追尾装置及び電力変換装置の構成図である。

【図16】実施形態３の変形例２に係る最大電力点追尾装置及び電力変換装置の構成図である。

【図17】実施形態４に係る最大電力点追尾装置及び電力変換装置の構成図である。

【図18】従来の最大電力点追尾制御（ＭＰＰＴ制御）の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下に、本発明に係る最大電力点追尾装置及び電力変換装置の実施形態を［実施形態１］から［実施形態４］に分けて説明する。

【0028】

［実施形態１］
〔最大電力点追尾装置及び電力変換装置の構成〕
図１は、実施形態１に係る最大電力点追尾装置及び電力変換装置の構成図である。最大電力点追尾装置１００は、乗算器１１０、微分器１２０、電圧微分器１３０、除算器１４０及び積分器１５０を有する。乗算器１１０と微分器１２０とで電力微分器１６０を構成する。電力変換装置２００は、最大電力点追尾装置１００、電力変換制御器２２０及び電力変換器２３０を有する。電力変換制御器２２０と電力変換器２３０とで出力電力制御器２５０を構成する。

【0029】

乗算器１１０は、太陽電池２１０の出力電流と出力電圧とを掛け合わせ、太陽電池２１０の出力電力を算出する。

【0030】

微分器１２０は、乗算器１１０が算出した太陽電池２１０の出力電力を微分する。太陽電池２１０の出力電力は、日照変動や負荷変動の影響により変動する。また、出力電力制御器２５０による太陽電池２１０の出力制御により、太陽電池２１０の出力電力は、微視的に見ても、僅かではあるが、微小時間の間に変動している。したがって、微分器１２０の微分結果によって太陽電池２１０の出力電力が増加傾向にあるのか、減少傾向にあるのか、一定であるのかが分かる。

【0031】

上記のように、乗算器１１０は太陽電池２１０の出力電力を算出し、微分器１２０は太陽電池２１０の出力電力を微分する。このため、乗算器１１０と微分器１２０とで構成される電力微分器１６０は、太陽電池２１０の出力電力を微分し、その微分値を出力する。

【0032】

電圧微分器１３０は、太陽電池２１０の出力電圧を微分する。太陽電池２１０の出力電圧は、日照変動の影響により変動する。また、出力電力制御器２５０による太陽電池２１０の出力制御により、太陽電池２１０の出力電圧は、微視的に見ても、僅かではあるが、微小時間の間に変動している。したがって、電圧微分器１３０の微分結果によって太陽電池２１０の出力電圧が増加傾向にあるのか、減少傾向にあるのかが分かる。

【0033】

除算器１４０は、微分器１２０で算出した太陽電池２１０の出力電力の微分値を、電圧微分器１３０で算出した太陽電池２１０の出力電圧の微分値で除算する。除算した結果は、太陽電池２１０の出力電力を太陽電池２１０の出力電圧で微分した値となる。

【0034】

積分器１５０は、除算器１４０で除算した結果、すなわち、太陽電池２１０の出力電力を太陽電池２１０の出力電圧で微分した値を積分し、積分した結果を、太陽電池の出力電圧を決定する電圧として出力する。

【0035】

最大電力点追尾装置１００は、上記のように、太陽電池２１０の出力電力と出力電圧とから、太陽電池の出力電圧を決定する電圧を求める。太陽電池の出力電圧を決定する電圧は、最大電力点を迅速に追尾するために用いられる。

【0036】

電力変換制御器２２０は、太陽電池２１０の出力電圧を積分器１５０が出力した太陽電池の出力電圧を決定する電圧と比較し、太陽電池２１０の出力電圧を積分器１５０が出力した太陽電池の出力電圧を決定する電圧に一致させるための信号を出力する。

【0037】

電力変換器２３０は、電力変換制御器２２０が出力する、太陽電池２１０の出力電圧を積分器１５０が出力した太陽電池の出力電圧を決定する電圧に一致させるための信号を用いて、太陽電池２１０から出力される直流電力を、負荷２４０に適合する電圧または電流に変換して出力する。なお、電力変換器２３０にはＩＧＢＴ等のスイッチングトランジスタを使用する。

【0038】

電力変換制御器２２０と電力変換器２３０とで出力電力制御器２５０を構成するが、出力電力制御器２５０は、最大電力点追尾装置１００が出力する、太陽電池２１０の出力電圧を決定する電圧を用いて、太陽電池２１０の出力電力を制御する。最大電力点追尾装置１００が出力する、太陽電池２１０の出力電圧を決定する電圧は、太陽電池２１０の最大電力点を追尾するための電圧であるので、出力電力制御器２５０は、太陽電池２１０の最大電力点の直流電力を負荷２４０に供給することになる。

【0039】

上述の太陽電池２１０は、複数の太陽電池が配置された太陽電池パネルであり、負荷２４０は、一般的な電気機器のみならず、入力する電力を直流電力または交流電力に変換する機器、商用電源系統、直流電源系統、蓄電池も含む。最大電力点追尾装置１００及び電力変換装置２００は、回路要素（コンデンサ、コイル、抵抗器、リニアＩＣ）を用いたハードウェアによって形成しても良いし、コンピュータを動作させるソフトウェアを用いてコンピュータ内に形成しても良い。

【0040】

〔最大電力点追尾装置及び電力変換装置の動作〕
次に、実施形態１に係る最大電力点追尾装置１００及び電力変換装置２００の動作を図２から図５を参照しながら説明する。最大電力点追尾装置１００は、太陽電池２１０の最大電力点を追尾するための、太陽電池２１０の出力電圧を決定する電圧を出力し、太陽電池２１０の使用効率を最大化する。なお、太陽電池２１０の出力電圧を決定する電圧を求めるに際しては、太陽電池２１０と出力電力制御器２５０とを接続するラインの電圧及び電流の微小変動を利用する。太陽電池２１０の出力電圧は出力電力制御器２５０により、僅かではあるが振動しており、出力電圧にはリップルが存在するからである。

【0041】

図２は、実施形態１に係る最大電力点追尾装置及び電力変換装置の動作説明に供する図である。具体的には、太陽電池２１０の出力電圧ｖと太陽電池２１０の出力電力ｐとの関係を示す電圧−電力特性曲線を示している。図中の最大電力点Ｐｍａｘは、電圧−電力特性曲線において、その曲線の頂点に位置する電力であり、太陽電池２１０から取り出すことのできる最大電力を示す。図中の最適動作点Ｖｐｍは、太陽電池２１０の出力電力がピークの時の太陽電池２１０の出力電圧である。実施形態１に係る最大電力点追尾装置及び電力変換装置の概略の動作を以下に説明する。

【0042】

（動作の概要）
微分器１２０は、太陽電池２１０の出力電力ｐを時間ｔで微分する。また、電圧微分器１３０は、太陽電池２１０の出力電圧ｖを時間ｔで微分する。図２に示すように、太陽電池２１０の出力電圧ｖが最適動作点Ｖｐｍよりも小さい（ｖ＜Ｖｐｍ）ときには、太陽電池２１０の出力電力ｐの微分（ｄｐ／ｄｔ）が正の場合、太陽電池２１０の出力電圧ｖの微分（ｄｖ／ｄｔ）は正であり、また、太陽電池２１０の出力電力ｐの微分（ｄｐ／ｄｔ）が負の場合、太陽電池２１０の出力電圧ｖの微分（ｄｖ／ｄｔ）は負である。

【0043】

除算器１４０は、太陽電池２１０の出力電力ｐの微分値（ｄｐ／ｄｔ）を、太陽電池２１０の出力電圧ｖの微分値（ｄｖ／ｄｔ）で除算する。つまり、除算器１４０は、（ｄｐ／ｄｔ）／（ｄｖ／ｄｔ）を算出する。その算出結果はｄｐ／ｄｖであり図２の太陽電池の電圧−電力特性曲線からｖ＜Ｖｐｍの領域ではｄｐ／ｄｖは正となることがわかる。したがって、除算器１４０の除算結果が正であれば、（ｖ＜Ｖｐｍ）であることがわかり、積分器１５０から出力される、太陽電池２１０の出力電圧を決定する電圧｛（ｄｐ／ｄｔ）／（ｄｖ／ｄｔ）の積分値｝は、上昇方向にあり、次第に増加する。

【0044】

一方、図２に示すように、太陽電池２１０の出力電圧ｖが最適動作点Ｖｐｍよりも大きい（ｖ＞Ｖｐｍ）ときには、太陽電池２１０の出力電力ｐの微分（ｄｐ／ｄｔ）が正の場合、太陽電池２１０の出力電圧ｖの微分（ｄｖ／ｄｔ）は負であり、太陽電池２１０の出力電力ｐの微分（ｄｐ／ｄｔ）が負の場合、太陽電池２１０の出力電圧ｖの微分（ｄｖ／ｄｔ）は正である。

【0045】

除算器１４０は、太陽電池２１０の出力電力ｐの微分値（ｄｐ／ｄｔ）を、太陽電池２１０の出力電圧ｖの微分値（ｄｖ／ｄｔ）で除算する。つまり、除算器１４０は、（ｄｐ／ｄｔ）／（ｄｖ／ｄｔ）を算出する。その算出結果は（ｄｐ／ｄｖ）であり図２の太陽電池の電圧−電力特性曲線からｖ＞Ｖｐｍの領域ではｄｐ／ｄｖは負となることがわかる。したがって、除算器１４０の除算結果が負であれば、（ｖ＞Ｖｐｍ）であることがわかり、積分器１５０から出力される、太陽電池２１０の出力電圧を決定する電圧｛（ｄｐ／ｄｔ）／（ｄｖ／ｄｔ）の積分値｝は、下降方向にあり、次第に減少する。

【0046】

さらに、図２に示すように、太陽電池２１０の出力電圧ｖが最適動作点Ｖｐｍ付近にある（ｖ≒Ｖｐｍ）ときには、太陽電池２１０の出力電力ｐの微分（ｄｐ／ｄｔ）がほぼ０になる。この場合、除算器１４０の除算結果はほぼ０であるので、（ｖ≒Ｖｐｍ）であることがわかり、積分器１５０から出力される、太陽電池２１０の出力電圧を決定する電圧｛（ｄｐ／ｄｔ）／（ｄｖ／ｄｔ）の積分値｝は、一定になる。

【0047】

（動作電圧Ｖが最適動作点Ｖｐｍよりも小さいとき）
次に、実施形態１に係る最大電力点追尾装置及び電力変換装置の概略の動作をさらに具体的に説明する。図３は、動作電圧Ｖが最適動作点Ｖｐｍよりも小さいときの最大電力点追尾装置及び電力変換装置の各部の波形図である。

【0048】

太陽電池２１０と電力変換器２３０とを接続するラインの電圧（電力変換器２３０の入力電圧）は、前述のように、出力電力制御器２５０により、僅かではあるが振動しており、その電圧にはリップルが存在するため、たとえば図に示すような三角波状に変動する電圧ｖとなる。この電圧ｖが図２の電圧−電力特性曲線上を動くので、太陽電池２１０の出力電力を算出する乗算器１１０から、図に示すように変動する出力電力ｐが出力される。なお、出力電力Ｐの波形は、太陽電池２１０の電圧−電力特性曲線に沿った波形となる。また、太陽電池２１０と電力変換器２３０とを接続するラインの三角波状に変動する電圧は、電圧微分器１３０によって微分され、その微分結果は、たとえば図に示すような矩形状に変動する波形ｄｖ／ｄｔとなる。

【0049】

微分器１２０は乗算器１１０から出力される出力電力ｐを微分するので、微分器１２０からは図に示すようなｄｐ／ｄｔの波形を有する信号が出力され、電圧微分器１３０からは図に示すようなｄｖ／ｄｔの矩形状の波形を有する信号が出力される。なお、増減している出力電力ｐを微分すると、出力電力ｐが増加している領域では正の波形となり、出力電力が減少している領域では負の波形となる。

【0050】

次に、除算器１４０は微分器１２０から出力されるｄｐ／ｄｔの波形を有する信号を電圧微分器１３０から出力されるｄｖ／ｄｔの波形を有する信号で除算する。このため、除算器１４０からは、図に示すような折れ線状の（ｄｐ／ｄｔ）／（ｄｖ／ｄｔ）＝ｄｐ／ｄｖの波形を有する信号が出力される。なお、ｄｖ／ｄｔが正の領域ではｄｐ／ｄｔは正であり、したがってｄｐ／ｄｖは正となる。また、ｄｖ／ｄｔが負の領域ではｄｐ／ｄｔは負であり、したがって動作電圧Ｖが最適動作点Ｖｐｍよりも小さいときにはｄｐ／ｄｖは正となる。

【0051】

積分器１５０は、除算器１４０から出力される、ｄｐ／ｄｖの波形を有する信号を積分する。動作電圧Ｖが最適動作点Ｖｐｍよりも小さい領域では、除算器１４０の出力は正になるので、積分器１５０が出力する、太陽電池２１０の出力電圧を決定する電圧は、時間とともに上昇する。

【0052】

（動作電圧Ｖが最適動作点Ｖｐｍよりも大きいとき）
図４は、動作電圧Ｖが最適動作点Ｖｐｍよりも大きいときの最大電力点追尾装置及び電力変換装置の各部の波形図である。

【0053】

太陽電池２１０と電力変換部２３０とを接続するラインの電圧（電力変換部２３０の入力電圧）は、図に示すような三角波状に変動する電圧ｖとなっている。この電圧ｖが図２の電圧−電力特性曲線上を動くので、太陽電池２１０の出力電力を算出する乗算器１１０から、図に示すように変動する出力電力ｐが出力される。また、太陽電池２１０と電力変換器２３０とを接続するラインの三角波状に変動する電圧は、電圧微分器１３０によって微分され、その微分結果は、たとえば図に示すような矩形状に変動する波形ｄｖ／ｄｔとなる。

【0054】

微分器１２０は乗算器１１０から出力される出力電力ｐを微分するので、微分器１２０からは図に示すようなｄｐ／ｄｔの波形を有する信号が出力され、電圧微分器１３０からは図に示すようなｄｖ／ｄｔの矩形状の波形を有する信号が出力される。なお、増減している出力電力ｐを微分すると、出力電力ｐが減少している領域では負の波形となり、出力電力が増加している領域では正の波形となる。

【0055】

次に、除算器１４０は微分器１２０から出力されるｄｐ／ｄｔの波形を有する信号を電圧微分器１３０から出力されるｄｖ／ｄｔの波形を有する信号で除算する。このため、除算器１４０からは、図に示すような折れ線状の（ｄｐ／ｄｔ）／（ｄｖ／ｄｔ）＝ｄｐ／ｄｖの波形を有する信号が出力される。なお、ｄｖ／ｄｔが正の領域ではｄｐ／ｄｔは負であり、したがってｄｐ／ｄｖは負となる。また、ｄｖ／ｄｔが負の領域ではｄｐ／ｄｔは正であり、したがって動作電圧Ｖが最適動作点Ｖｐｍよりも大きいときにはｄｐ／ｄｖは負となる。

【0056】

積分器１５０は、除算器１４０から出力される、ｄｐ／ｄｖの波形を有する信号を積分する。動作電圧Ｖが最適動作点Ｖｐｍよりも大きい領域では、除算器１４０の出力は負になるので、積分器１５０が出力する、太陽電池２１０の出力電圧を決定する電圧は、時間とともに下降する。

【0057】

（動作電圧Ｖが最適動作点Ｖｐｍほぼ一致しているとき）
図５は、動作電圧Ｖが最適動作点Ｖｐｍとほぼ一致しているときの最大電力点追尾装置及び電力変換装置の各部の波形図である。動作電圧Ｖが最適動作点Ｖｐｍよりも小さい電圧から最適動作点Ｖｐｍまで増加している領域では、電圧微分器１３０から出力されるｄｖ／ｄｔは正であり、また出力電力ｐも増加するので微分器１２０から出力されるｄｐ／ｄｔも正である。したがって、除算器１４０から出力される（ｄｐ／ｄｔ）／（ｄｖ／ｄｔ）＝ｄｐ／ｄｖも正となる。また、動作電圧Ｖが最適動作点Ｖｐｍよりも大きい電圧に増加している領域では、電圧微分器１３０から出力されるｄｖ／ｄｔは正であり、また出力電力ｐは減少するので微分器１２０から出力されるｄｐ／ｄｔは負である。したがって、除算器１４０から出力される（ｄｐ／ｄｔ）／（ｄｖ／ｄｔ）＝ｄｐ／ｄｖは負となる。

【0058】

次に、動作電圧Ｖが最適動作点Ｖｐｍよりも大きい電圧から最適動作点Ｖｐｍまで減少している領域では、電圧微分器１３０から出力されるｄｖ／ｄｔは負であり、また出力電力ｐは増加するので微分器１２０から出力されるｄｐ／ｄｔは正である。したがって、除算器１４０から出力される（ｄｐ／ｄｔ）／（ｄｖ／ｄｔ）＝ｄｐ／ｄｖは負となる。また、動作電圧Ｖが最適動作点Ｖｐｍよりも小さい電圧に減少している領域では、電圧微分器１３０から出力されるｄｖ／ｄｔは負であり、また出力電力ｐは減少するので微分器１２０から出力されるｄｐ／ｄｔは負である。したがって、除算器１４０から出力される（ｄｐ／ｄｔ）／（ｄｖ／ｄｔ）＝ｄｐ／ｄｖは正となる。

【0059】

出力電圧ｖのリップルの中心と最適動作点Ｖｐｍとがほぼ等しくなるところで、除算器１４０から出力される（ｄｐ／ｄｔ）／（ｄｖ／ｄｔ）＝ｄｐ／ｄｖが正負対称となる。したがって、積分器１５０が出力する、太陽電池２１０の出力電圧を決定する電圧は、時間に依らず一定となる。

【0060】

なお、太陽電池２１０の出力電力ｐが最適動作点Ｖｐｍ付近にあるときには、太陽電池２１０と電力変換部２３０とを接続するラインの電圧（電力変換部２３０の入力電圧）は、図３及び図４と同様に、三角波状に変動する電圧ｖとなる。

【0061】

以上のように、太陽電池２１０の出力電圧ｖが、最適動作点Ｖｐｍよりも小さい場合には、最大電力点追尾装置１００の出力は上昇し、太陽電池２１０の出力電圧ｖは最適動作点Ｖｐｍに向かう。さらに、太陽電池２１０の出力電圧ｖが最適動作点Ｖｐｍより離れたところでは，太陽電池２１０の電圧−電力特性曲線のカーブの傾きも大きいので，微分器１２０から出力されるｄｐ／ｄｔの絶対値の値は大きくなり最適動作点Ｖｐｍへより速く向かう。

【0062】

一方、太陽電池２１０の出力電圧ｖが、最適動作点Ｖｐｍよりも大きい場合には、最大電力点追尾装置１００の出力は下降し、太陽電池２１０の出力電圧ｖは最適動作点Ｖｐｍに向かう。さらに，太陽電池２１０の出力電圧ｖが最適動作点Ｖｐｍより離れたところでは，太陽電池２１０の電圧−電力特性曲線のカーブの傾きも大きいので，微分器１２０から出力されるｄｐ／ｄｔの絶対値の値は大きくなり最適動作点Ｖｐｍへより速く向かう。

【0063】

さらに、太陽電池２１０の出力電圧ｖが、最適動作点Ｖｐｍとほぼ一致している場合には、最大電力点追尾装置１００の出力は一定となり出力電圧Ｖｐｍを維持する。

【0064】

以上のように、本実施形態に係る最大電力点追尾装置１００及び電力変換装置２００によれば、最大電力点Ｐｍａｘを迅速に追尾することができ、しかも安定した最大電力を得ることができる。

【0065】

［実施形態２］
〔最大電力点追尾装置及び電力変換装置の構成〕
図６は、実施形態２に係る最大電力点追尾装置及び電力変換装置の構成図である。最大電力点追尾装置１００Ａは、第１乗算器１１５、微分器１２０、電圧微分器１３０、第２乗算器１４５及び積分器１５０を有する。第１乗算器１１５と微分器１２０とで電力微分器１６０を構成する。電力変換装置２００Ａは、最大電力点追尾装置１００Ａ、電力変換制御器２２０及び電力変換器２３０を有する。電力変換制御器２２０と電力変換器２３０とで出力電力制御器２５０を構成する。

【0066】

実施形態２に係る最大電力点追尾装置１００Ａ及び電力変換装置２００Ａは、実施形態１に係る最大電力点追尾装置１００及び電力変換装置２００と比較して、除算器１４０に代えて第２乗算器１４５を有していることが異なり、その他の構成は同一である。

【0067】

実施形態２に係る最大電力点追尾装置１００Ａ及び電力変換装置２００Ａの、第１乗算器１１５、微分器１２０、電圧微分器１３０、積分器１５０、電力変換制御器２２０及び電力変換器２３０は、実施形態１に係る最大電力点追尾装置１００及び電力変換装置２００の、乗算器１１０、微分器１２０、電圧微分器１３０、積分器１５０、電力変換制御器２２０及び電力変換器２３０と同一である。

【0068】

第２乗算器１４５は、微分器１２０で算出した太陽電池２１０の出力電力と電圧微分器１３０で算出した太陽電池２１０の出力電圧とを掛け合わせる。なお、積分器１５０は、第２乗算器１４５で算出した乗算結果を積分し、積分した結果を、太陽電池の出力電圧を決定する電圧として出力する。

【0069】

上述の太陽電池２１０は、複数の太陽電池が配置された太陽電池パネルであり、負荷２４０は、一般的な電気機器のみならず、入力する電力を直流電力または交流電力に変換する機器、商用電源系統、直流電源系統、蓄電池も含む。最大電力点追尾装置１００Ａ及び電力変換装置２００Ａは、回路要素（コンデンサ、コイル、抵抗器、リニアＩＣ）を用いたハードウェアによって形成しても良いし、コンピュータを動作させるソフトウェアを用いてコンピュータ内に形成しても良い。

【0070】

〔最大電力点追尾装置及び電力変換装置の動作〕
次に、実施形態２に係る最大電力点追尾装置１００Ａ及び電力変換装置２００Ａの動作を図７から図１０を参照しながら説明する。最大電力点追尾装置１００Ａは、太陽電池２１０の最大電力点を追尾するための、太陽電池２１０の出力電圧を決定する電圧を出力し、太陽電池２１０の使用効率を最大化する。なお、太陽電池２１０の出力電圧を決定する電圧を求めるに際しては、実施形態１と同様に、太陽電池２１０と出力電力制御器２５０とを接続するラインの電圧及び電流の微小変動を利用する。

【0071】

図７は、実施形態２に係る最大電力点追尾装置及び電力変換装置の動作説明に供する図である。具体的には、太陽電池２１０の出力電圧ｖと太陽電池２１０の出力電力ｐとの関係を示す電圧−電力特性曲線を示している。図中の最大電力点Ｐｍａｘは、電圧−電力特性曲線において、その曲線の頂点に位置する電力であり、太陽電池２１０から取り出すことのできる最大電力を示す。図中の最適動作点Ｖｐｍは、太陽電池２１０の出力電力がピークの時の太陽電池２１０の出力電圧である。実施形態２に係る最大電力点追尾装置及び電力変換装置の概略の動作を以下に説明する。

【0072】

（動作の概要）
微分器１２０は、太陽電池２１０の出力電力ｐを時間ｔで微分する。また、電圧微分器１３０は、太陽電池２１０の出力電圧ｖを時間ｔで微分する。図７に示すように、太陽電池２１０の出力電圧ｖが最適動作点Ｖｐｍよりも小さい（ｖ＜Ｖｐｍ）ときには、太陽電池２１０の出力電力ｐの微分（ｄｐ／ｄｔ）が正の場合、太陽電池２１０の出力電圧ｖの微分（ｄｖ／ｄｔ）は正であり、また、太陽電池２１０の出力電力ｐの微分（ｄｐ／ｄｔ）が負の場合、太陽電池２１０の出力電圧ｖの微分（ｄｖ／ｄｔ）は負である。

【0073】

第２乗算器１４５は、太陽電池２１０の出力電力ｐの微分値（ｄｐ／ｄｔ）と、太陽電池２１０の出力電圧ｖの微分値（ｄｖ／ｄｔ）とを掛け合わせる。つまり、第２乗算器１４５は、（ｄｐ／ｄｔ）・（ｄｖ／ｄｔ）を算出する。その算出結果は正の値となる。したがって、第２乗算器１４５の乗算結果が正であれば、（ｖ＜Ｖｐｍ）であることがわかり、積分器１５０から出力される、太陽電池２１０の出力電圧を決定する電圧｛（ｄｐ／ｄｔ）・（ｄｖ／ｄｔ）の積分値｝は、上昇方向にあり、次第に増加する。

【0074】

一方、図７に示すように、太陽電池２１０の出力電圧ｖが最適動作点Ｖｐｍよりも大きい（ｖ＞Ｖｐｍ）ときには、太陽電池２１０の出力電力ｐの微分（ｄｐ／ｄｔ）が正の場合、太陽電池２１０の出力電圧ｖの微分（ｄｖ／ｄｔ）は負であり、太陽電池２１０の出力電力ｐの微分（ｄｐ／ｄｔ）が負の場合、太陽電池２１０の出力電圧ｖの微分（ｄｖ／ｄｔ）は正である。

【0075】

第２乗算器１４５は、太陽電池２１０の出力電力ｐの微分値（ｄｐ／ｄｔ）と、太陽電池２１０の出力電圧ｖの微分値（ｄｖ／ｄｔ）とを掛け合わせる。つまり、第２乗算器１４５は、（ｄｐ／ｄｔ）・（ｄｖ／ｄｔ）を算出する。その算出結果は負の値となる。したがって、第２乗算器１４５の乗算結果が負であれば、（ｖ＞Ｖｐｍ）であることがわかり、積分器１５０から出力される、太陽電池２１０の出力電圧を決定する電圧｛（ｄｐ／ｄｔ）・（ｄｖ／ｄｔ）の積分値｝は、下降方向にあり、次第に減少する。

【0076】

さらに、図７に示すように、太陽電池２１０の出力電圧ｖが最適動作点Ｖｐｍ付近にある（ｖ≒Ｖｐｍ）ときには、太陽電池２１０の出力電力ｐの微分（ｄｐ／ｄｔ）がほぼ０になる。この場合、第２乗算器１４５の乗算結果はほぼ０であるので、（ｖ≒Ｖｐｍ）であることがわかり、積分器１５０から出力される、太陽電池２１０の出力電圧を決定する電圧｛（ｄｐ／ｄｔ）・（ｄｖ／ｄｔ）の積分値｝は、一定になる。

【0077】

（動作電圧Ｖが最適動作点Ｖｐｍよりも小さいとき）
次に、実施形態２に係る最大電力点追尾装置及び電力変換装置の概略の動作をさらに具体的に説明する。図８は、動作電圧Ｖが最適動作点Ｖｐｍよりも小さいときの最大電力点追尾装置及び電力変換装置の各部の波形図である。

【0078】

太陽電池２１０と電力変換器２３０とを接続するラインの電圧（電力変換器２３０の入力電圧）は、前述のように、出力電力制御器２５０により、僅かではあるが振動しており、その電圧にはリップルが存在するため、たとえば図に示すような三角波状に変動する電圧ｖとなる。この電圧ｖが図７の電圧−電力特性曲線上を動くので、太陽電池２１０の出力電力を算出する第１乗算器１１５から、図に示すように変動する出力電力ｐが出力される。なお、出力電力Ｐの波形は、太陽電池２１０の電圧−電力特性曲線に沿った波形となる。また、太陽電池２１０と電力変換器２３０とを接続するラインの三角波状に変動する電圧は、電圧微分器１３０によって微分され、その微分結果は、たとえば図に示すような矩形状に変動する波形ｄｖ／ｄｔとなる。

【0079】

微分器１２０は第１乗算器１１５から出力される出力電力ｐを微分するので、微分器１２０からは図に示すようなｄｐ／ｄｔの波形を有する信号が出力され、電圧微分器１３０からは図に示すようなｄｖ／ｄｔの矩形状の波形を有する信号が出力される。なお、増減している出力電力ｐを微分すると、出力電力ｐが増加している領域では正の波形となり、出力電力が減少している領域では負の波形となる。

【0080】

次に、第２乗算器１４５は微分器１２０から出力されるｄｐ／ｄｔの波形を有する信号と電圧微分器１３０から出力されるｄｖ／ｄｔの波形を有する信号とを掛け合わせる。このため、第２乗算器１４５からは、図に示すような折れ線状の（ｄｐ／ｄｔ）・（ｄｖ／ｄｔ）の波形を有する信号が出力される。なお、ｄｖ／ｄｔが正の領域ではｄｐ／ｄｔは正であり、したがって（ｄｐ／ｄｔ）・（ｄｖ／ｄｔ）は正となる。また、ｄｖ／ｄｔが負の領域ではｄｐ／ｄｔは負であり、したがって動作電圧Ｖが最適動作点Ｖｐｍよりも小さいときには（ｄｐ／ｄｔ）・（ｄｖ／ｄｔ）は正となる。

【0081】

積分器１５０は、第２乗算器１４５から出力される、（ｄｐ／ｄｔ）・（ｄｖ／ｄｔ）の波形を有する信号を積分する。動作電圧Ｖが最適動作点Ｖｐｍよりも小さい領域では、第２乗算器１４５の出力は正になるので、積分器１５０が出力する、太陽電池２１０の出力電圧を決定する電圧は、時間とともに上昇する。

【0082】

（動作電圧Ｖが最適動作点Ｖｐｍよりも大きいとき）
図９は、動作電圧Ｖが最適動作点Ｖｐｍよりも大きいときの最大電力点追尾装置及び電力変換装置の各部の波形図である。

【0083】

太陽電池２１０と電力変換部２３０とを接続するラインの電圧（電力変換部２３０の入力電圧）は、図に示すような三角波状に変動する電圧ｖとなっている。この電圧ｖが図７の電圧−電力特性曲線上を動くので、太陽電池２１０の出力電力を算出する第１乗算器１１５から、図に示すように変動する出力電力ｐが出力される。また、太陽電池２１０と電力変換器２３０とを接続するラインの三角波状に変動する電圧は、電圧微分器１３０によって微分され、その微分結果は、たとえば図に示すような矩形状に変動する波形ｄｖ／ｄｔとなる。

【0084】

微分器１２０は第１乗算器１１５から出力される出力電力ｐを微分するので、微分器１２０からは図に示すようなｄｐ／ｄｔの波形を有する信号が出力され、電圧微分器１３０からは図に示すようなｄｖ／ｄｔの矩形状の波形を有する信号が出力される。なお、増減している出力電力ｐを微分すると、出力電力ｐが減少している領域では負の波形となり、出力電力が増加している領域では正の波形となる。

【0085】

次に、第２乗算器１４５は微分器１２０から出力されるｄｐ／ｄｔの波形を有する信号と電圧微分器１３０から出力されるｄｖ／ｄｔの波形を有する信号とを掛け合わせる。このため、第２乗算器１４５からは、図に示すような折れ線状の（ｄｐ／ｄｔ）・（ｄｖ／ｄｔ）の波形を有する信号が出力される。なお、ｄｖ／ｄｔが正の領域ではｄｐ／ｄｔは負であり、したがってｄｐ／ｄｖは負となる。また、ｄｖ／ｄｔが負の領域ではｄｐ／ｄｔは正であり、したがって動作電圧Ｖが最適動作点Ｖｐｍよりも大きいときには（ｄｐ／ｄｔ）・（ｄｖ／ｄｔ）は負となる。

【0086】

積分器１５０は、第２乗算器１４５から出力される、（ｄｐ／ｄｔ）・（ｄｖ／ｄｔ）の波形を有する信号を積分する。動作電圧Ｖが最適動作点Ｖｐｍよりも大きい領域では、第２乗算器１４５の出力は負になるので、積分器１５０が出力する、太陽電池２１０の出力電圧を決定する電圧は、時間とともに下降する。

【0087】

（動作電圧Ｖが最適動作点Ｖｐｍほぼ一致しているとき）
図１０は、動作電圧Ｖが最適動作点Ｖｐｍとほぼ一致しているときの最大電力点追尾装置及び電力変換装置の各部の波形図である。動作電圧Ｖが最適動作点Ｖｐｍよりも小さい電圧から最適動作点Ｖｐｍまで増加している領域では、電圧微分器１３０から出力されるｄｖ／ｄｔは正であり、また出力電力ｐも増加するので微分器１２０から出力されるｄｐ／ｄｔも正である。したがって、第２乗算器１４５から出力される（ｄｐ／ｄｔ）・（ｄｖ／ｄｔ）も正となる。また、動作電圧Ｖが最適動作点Ｖｐｍよりも大きい電圧に増加している領域では、電圧微分器１３０から出力されるｄｖ／ｄｔは正であり、また出力電力ｐは減少するので微分器１２０から出力されるｄｐ／ｄｔは負である。したがって、第２乗算器１４５から出力される（ｄｐ／ｄｔ）・（ｄｖ／ｄｔ）は負となる。

【0088】

次に、動作電圧Ｖが最適動作点Ｖｐｍよりも大きい電圧から最適動作点Ｖｐｍまで減少している領域では、電圧微分器１３０から出力されるｄｖ／ｄｔは負であり、また出力電力ｐは増加するので微分器１２０から出力されるｄｐ／ｄｔは正である。したがって、第２乗算器１４５から出力される（ｄｐ／ｄｔ）・（ｄｖ／ｄｔ）は負となる。また、動作電圧Ｖが最適動作点Ｖｐｍよりも小さい電圧に減少している領域では、電圧微分器１３０から出力されるｄｖ／ｄｔは負であり、また出力電力ｐは減少するので微分器１２０から出力されるｄｐ／ｄｔは負である。したがって、第２乗算器１４５から出力される（ｄｐ／ｄｔ）・（ｄｖ／ｄｔ）は正となる。

【0089】

出力電圧ｖのリップルの中心と最適動作点Ｖｐｍとがほぼ等しくなるところで、第２乗算器１４５から出力される（ｄｐ／ｄｔ）・（ｄｖ／ｄｔ）が正負対称となる。したがって、積分器１５０が出力する、太陽電池２１０の出力電圧を決定する電圧は、時間に依らず一定となる。

【0090】

なお、太陽電池２１０の出力電力ｐが最適動作点Ｖｐｍ付近にあるときには、太陽電池２１０と電力変換部２３０とを接続するラインの電圧（電力変換部２３０の入力電圧）は、図８及び図９と同様に、三角波状に変動する電圧ｖとなる。

【0091】

以上のように、太陽電池２１０の出力電圧ｖが、最適動作点Ｖｐｍよりも小さい場合には、最大電力点追尾装置１００Ａの出力は上昇し、太陽電池２１０の出力電圧ｖは最適動作点Ｖｐｍに向かう。さらに、太陽電池２１０の出力電圧ｖが最適動作点Ｖｐｍより離れたところでは，太陽電池２１０の電圧−電力特性曲線のカーブの傾きも大きいので，微分器１２０から出力されるｄｐ／ｄｔの絶対値の値は大きくなり最適動作点Ｖｐｍへより速く向かう。

【0092】

一方、太陽電池２１０の出力電圧ｖが、最適動作点Ｖｐｍよりも大きい場合には、最大電力点追尾装置１００Ａの出力は下降し、太陽電池２１０の出力電圧ｖは最適動作点Ｖｐｍに向かう。さらに，太陽電池２１０の出力電圧ｖが最適動作点Ｖｐｍより離れたところでは，太陽電池２１０の電圧−電力特性曲線のカーブの傾きも大きいので，微分器１２０から出力されるｄｐ／ｄｔの絶対値の値は大きくなり最適動作点Ｖｐｍへより速く向かう。

【0093】

さらに、太陽電池２１０の出力電圧ｖが、最適動作点Ｖｐｍとほぼ一致している場合には、最大電力点追尾装置１００Ａの出力は一定となり出力電圧Ｖｐｍを維持する。

【0094】

以上のように、本実施形態に係る最大電力点追尾装置１００Ａ及び電力変換装置２００Ａによれば、最大電力点Ｐｍａｘを迅速に追尾することができ、しかも安定した最大電力を得ることができる。

【0095】

［実施形態３］
〔最大電力点追尾装置及び電力変換装置の構成〕
図１１は、実施形態３に係る最大電力点追尾装置及び電力変換装置の構成図である。最大電力点追尾装置１００Ａは、第１乗算器１１５、微分器１２０、電圧微分器１３０、第２乗算器１４５及び積分器１５０を有する。第１乗算器１１５と微分器１２０とで電力微分器１６０を構成する。電力変換装置３００は、最大電力点追尾装置１００Ａ、リミッタ１７０、補償器１８０、増幅器１９０、電力変換制御器２２０及び電力変換器２３０を有する。電力変換制御器２２０と電力変換器２３０とで出力電力制御器２５０を構成する。

【0096】

実施形態３に係る最大電力点追尾装置１００Ａ及び電力変換装置３００は、実施形態２に係る最大電力点追尾装置１００Ａ及び電力変換装置２００Ａと比較して、リミッタ１７０、補償器１８０、増幅器１９０を有していることが異なり、その他の構成は同一である。

【0097】

実施形態３に係る最大電力点追尾装置１００Ａ及び電力変換装置３００の、第１乗算器１１５、微分器１２０、電圧微分器１３０、第２乗算器１４５、積分器１５０、電力変換制御器２２０及び電力変換器２３０は、実施形態２に係る最大電力点追尾装置１００Ａ及び電力変換装置２００Ａと同一である。なお、本実施形態の電力変換制御器２２０は、出力電力または出力電流を制限する回路保護機能及び系統電圧が上昇した際に系統を保護する電力制限機能を有している。電力変換制御器２２０は、たとえば、太陽電池２１０から供給される直流電力が電力変換器２３０の最大定格電力を超えるときにその電力を制限する。また、電力変換器２３０は正常に安定して動作できる最低許容電圧および最高許容電圧を有する。

【0098】

リミッタ１７０は、積分器１５０が出力電力制御器２５０に出力する、太陽電池２１０の出力電圧を決定する電圧の大きさを制限する。実施形態１及び２で説明したように、積分器１５０が出力する、太陽電池２１０の出力電圧を決定する電圧は、たとえば、起動時、制御が安定するまでの間、太陽電池２１０の電圧−電力特性曲線上を大きく変動する。リミッタ１７０は、太陽電池２１０の出力電圧を決定する電圧が、設定した最低許容電圧を超えて低下しないように、また、設定した最高許容電圧を超えて増加しないように、太陽電池２１０の出力電圧を決定する電圧の変動幅を制限する。

【0099】

したがって、リミッタ１７０は、積分器１５０が出力する、太陽電池２１０の出力電圧を決定する電圧の変動幅を制限することによって、最大電力点を迅速に追尾できるようにする。

【0100】

補償器１８０は、太陽電池２１０の出力電圧からリミッタ１７０が出力する電圧を減算し、減算後の電圧（偏差）が正側設定値以上または負側設定値以下の場合には、積分器１５０に出力する減算後の電圧を補償する。たとえば、補償器１８０に入力される電圧が正側設定値よりも大きければ、設定値を減算して出力し、補償器１８０に入力される電圧が負側設定値以下であれば、設定値を加算して出力する。さらに、補償器１８０に入力される電圧が負側設定値から正側設定値の範囲内であれば、ゼロの電圧を出力する。

【0101】

補償器１８０は、減算後の電圧が正側設定値以上の場合には、設定値を超えた電圧の大きさが大きくなるにしたがって補償値を大きくする。一方、減算後の電圧が負側設定値以下の場合には、設定値に達するまでの電圧の大きさが大きくなるにしたがって補償値を大きくする。つまり、補償器１８０は、偏差が大きくなると、その偏差を迅速になくすように、より大きな電圧を積分器１５０に出力する。したがって、補償器１８０は、積分器１５０が出力する、太陽電池２１０の出力電圧を決定する電圧を、太陽電池２１０が実際に出力する電圧に収束させる役割を果たす。

【0102】

増幅器１９０は、補償器１８０が補償した補償後の電圧（補償値）を増幅し積分器１５０に出力する。増幅器１９０の増幅率は、太陽電池２１０の出力電圧を決定する電圧の応答性を勘案して、最適な値に設定する。補償器１８０が出力する補償値は、第２乗算器１４５が出力する乗算結果と加算されて、積分器１５０に出力される。

【0103】

〔最大電力点追尾装置及び電力変換装置の動作〕
次に、実施形態３に係る最大電力点追尾装置１００Ａ及び電力変換装置３００の動作を図１２から図１４を参照しながら説明する。最大電力点追尾装置１００Ａは、太陽電池２１０の最大電力点を追尾するための、太陽電池２１０の出力電圧を決定する電圧を出力し、太陽電池２１０の使用効率を最大化する。電力変換装置３００は、最大電力点追尾装置１００Ａが出力する、太陽電池２１０の出力電圧を決定する電圧が、電力変換制御器２２０の回路保護機能または電力制限機能が働くことに起因して大きく変動することを抑制する。なお、太陽電池２１０の出力電圧を決定する電圧を求めるに際しては、実施形態１と同様に、太陽電池２１０と出力電力制御器２５０とを接続するラインの電圧及び電流の微小変動を利用する。

【0104】

図１２は、実施形態３に係る最大電力点追尾装置及び電力変換装置の動作説明に供する図であり、リミッタの動作説明に供する図である。太陽電池２１０の出力電圧ｖと太陽電池２１０の出力電力ｐとの関係を示す電圧−電力特性曲線を用いてリミッタ１７０の動作を説明する。

【0105】

図中の最大電力点ＰｍａｘおよびＰ´ｍａｘは、それぞれの電圧−電力特性曲線において、その曲線の頂点に位置する電力であり、太陽電池２１０から取り出すことのできる最大電力を示す。図中の最適動作点ＶｐｍおよびＶ´ｐｍは、太陽電池２１０の出力電力がピークの時の太陽電池２１０の出力電圧である。また、図中のＶＡｍａｘおよびＶＡｍｉｎは、電力変換器２３０が有する正常に安定して動作できる最低許容電圧および最高許容電圧である。太陽電池２１０の出力電圧を決定する最大許容電圧ＶＡｍａｘ及び最小許容電圧ＶＡｍｉｎは、最大電力点追尾装置１００Ａから出力される値とは異なる値である。

【0106】

なお、図中のＰｍａｘおよびＶｐｍは、太陽電池２１０の動作領域の電圧が高く、かつ、日射量が大きい場合の太陽電池２１０の最大電力点とその時の最適動作電圧である。また、Ｐ´ｍａｘおよびＶ´ｐｍは、太陽電池２１０の動作領域の電圧が低く、かつ、日射量がはるかに小さい場合の太陽電池２１０の最大電力点とその時の最適動作電圧である。日射量が大きい場合の最大電力点はＰｍａｘであり、そのときの太陽電池２１０の出力電圧Ｖｐｍは、電力変換器２３０の最高許容電圧を超えているので、電力変換器２３０が安定して運転することができない。また、太陽電池２１０に対する日射量がはるかに小さい場合の最大電力点はＰ´ｍａｘであり、そのときの太陽電池２１０の出力電圧Ｖ´ｐｍは、電力変換器２３０の最低許容電圧以下であるので、電力変換器２３０が安定して運転することができない。

【0107】

太陽電池２１０に対する日射量が大きく、その最適動作電圧Ｖｐｍが電力変換器２３０の最高許容電圧ＶＡｍａｘより大きい場合に、リミッタ１７０により制限された最大許容電圧ＶＡｍａｘが電力変換制御器２２０に出力され、太陽電池２１０の出力電圧はＶＡｍａｘに制限される。この時、積分器１５０からは最大許容電圧ＶＡｍａｘよりも大きいＶｐｍの電圧が出力されているが、この電圧が最大許容電圧ＶＡｍａｘに制限される。また、太陽電池２１０に対する日射量が小さく、その最適動作電圧Ｖ´ｐｍが電力変換器２３０の最低許容電圧ＶＡｍｉｎより小さい場合に、リミッタ１７０により制限された最小許容電圧ＶＡｍｉｎが電力変換制御器２２０に出力され、太陽電池２１０の出力電圧はＶＡｍｉｎに制限される。この時、積分器１５０からは最小許容電圧ＶＡｍｉｍよりも小さいＶ´ｐｍの電圧しか出力されていないが、この電圧が最小許容電圧ＶＡｍｉｎに上昇される。このように、電力変換装置３００は、太陽電池２１０に対する日射量が変動し、最大電力点が大きく変動したとしても、リミッタ１７０の作用によって、許容範囲内の電圧を出力できる。

【0108】

実施形態３に係る最大電力点追尾装置及び電力変換装置は、電力変換器２３０が入力する動作電圧が最適動作点よりも大きいとき、その動作電圧が最適動作点よりも小さいとき、その動作電圧が最適動作点とほぼ一致しているときの、それぞれの動作が実施形態２の図８から図１０に対応する動作と同一である。しかし、電力変換器２３０の電力制限機能または回路保護機能が働いたときには実施形態２の上記の動作とは異なる。

【0109】

図１３は、実施形態３に係る最大電力点追尾装置及び電力変換装置の動作説明に供する図であり、補償器の動作説明に供する図である。太陽電池２１０の出力電圧ｖと太陽電池２１０の出力電力ｐとの関係を示す電圧−電力特性曲線を用いて補償器１８０の動作を説明する。図中の電圧−電力特性曲線は、太陽電池２１０に対する日射量がはるかに大きく、その最大電力が電力変換装置３００の出力の装置最大定格電力ＰＡｍａｘを越える場合のカーブを示す。

【0110】

図中の最大電力点Ｐｍａｘは、電圧−電力特性曲線において、その曲線の頂点に位置する電力であり、太陽電池２１０から取り出すことのできる最大電力を示す。図中の最適動作点Ｖｐｍは、太陽電池２１０の出力電力がピークの時の太陽電池２１０の出力電圧である。また、図中のＶ１は、電力変換装置３００の電力制限機能または回路保護機能が働き、電力変換装置３００の出力が装置最大定格電力ＰＡｍａｘで制限されたときの太陽電池２１０の動作点である。さらに、図中のＶ２は、補償器１８０が働いたときの積分器１５０が出力する太陽電池２１０の出力電圧を決定する電圧である。

【0111】

図１３に示すように、太陽電池２１０の動作電圧Ｖ１が最適動作電圧Ｖｐｍよりも大きいときは、実施形態２の説明図９のように積分器１５０から出力される太陽電池２１０の出力電圧を決定する電圧の大きさが低下する。

【0112】

この場合、太陽電池２１０の出力電圧を決定する電圧の大きさが０近くまで低下しようとするため、太陽電池２１０の最適動作点Ｖｐｍまでその電圧が復帰するのには時間がかかってしまう。そのため、太陽電池２１０の出力電圧と太陽電池２１０の出力電圧を決定する電圧との偏差が設定値を超えて大きくなったときには、補償器１８０によりその偏差の設定値を越えた量を取り出し、増幅器１９０で増幅し、積分器１５０の前段に加え、太陽電池２１０の出力電圧を決定する電圧の大きさが大幅に低下しないようにしている。つまり、本実施形態の電力変換装置３００では補償器１８０の作用によって、０近くまで低下しようとする太陽電池２１０の出力電圧をＶ１の電圧に収まるようにしている。

【0113】

図１４は、電力変換制御器２３０が出力電力または出力電流を制限したときの最大電力点追尾装置及び電力変換装置の各部の波形図である。

【0114】

太陽電池２１０と電力変換部２３０とを接続するラインの電圧（電力変換部２３０の入力電圧）は、前述のように、出力電力制御器２５０により、僅かではあるが振動しており、その電圧にはリップルが存在するため、たとえば図に示すような三角波状に変動する電圧ｖとなる。太陽電池２１０の出力電力を算出する第１乗算器１１５から、図に示すように変動する出力電力ｐが出力される。また、太陽電池２１０と電力変換器２３０とを接続するラインの三角波状に変動する電圧は、電圧微分器１３０によって微分され、その微分結果は、たとえば図に示すような矩形状に変動する波形ｄｖ／ｄｔとなる。

【0115】

微分器１２０は第１乗算器１１５から出力される出力電力ｐを微分するので、微分器１２０からは図に示すようなｄｐ／ｄｔの波形を有する信号が出力され、電圧微分器１３０からは図に示すようなｄｖ／ｄｔの矩形状の波形を有する信号が出力される。なお、増減している出力電力ｐを微分すると、出力電力ｐが減少している領域では負の波形となり、出力電力が増加している領域では正の波形となる。

【0116】

次に、第２乗算器１４５は微分器１２０から出力されるｄｐ／ｄｔの波形を有する信号と電圧微分器１３０から出力されるｄｖ／ｄｔの波形を有する信号とを掛け合わせる。このため、第２乗算器１４５からは、図に示すような折れ線状の（ｄｐ／ｄｔ）・（ｄｖ／ｄｔ）の波形を有する信号が出力される。なお、ｄｖ／ｄｔが正の領域ではｄｐ／ｄｔは負であり、したがって（ｄｐ／ｄｔ）・（ｄｖ／ｄｔ）は負となる。また、ｄｖ／ｄｔが負の領域ではｄｐ／ｄｔは正であり、したがって（ｄｐ／ｄｔ）・（ｄｖ／ｄｔ）は負となる。

【0117】

積分器１５０は、第２乗算器１４５から出力される、（ｄｐ／ｄｔ）・（ｄｖ／ｄｔ）の波形を有する信号を積分する。動作電圧Ｖが最適動作点Ｖｐｍよりも大きい領域では、第２乗算器１４５の出力は負になるので、積分器１５０が出力する、太陽電池２１０の出力電圧を決定する電圧は、時間とともに下降する。しかし、太陽電池２１０の出力電圧を決定する電圧は太陽電池２１０の出力電圧と比較され、その偏差が補償器１８０に入力される。補償器１８０は、その偏差をなくすような電圧を出力し、増幅器１９０がその電圧を増幅して第２乗算器１４５の出力に加算し積分器１５０に入力する。そのため、積分器１５０から出力される、太陽電池２１０の出力電圧を決定する電圧は、図１４に示すように、ほぼ一定に保たれる。

【0118】

本実施形態に係る最大電力点追尾装置１００Ａ及び電力変換装置３００では、リミッタ１７０と補償器１８０の両方を設けて、安定した最大電力が得られるようにしている。しかし、リミッタ１７０または補償器１８０のどちらかを用いて、最大電力点追尾装置及び電力変換装置を構成することも可能である。

【0119】

［実施形態３の変形例１］
図１５は、実施形態３の変形例１に係る最大電力点追尾装置及び電力変換装置の構成図である。

【0120】

〔最大電力点追尾装置及び電力変換装置の構成〕
図に示すように、変形例１に係る最大電力点追尾装置及び電力変換装置の構成は、実施形態３に係る最大電力点追尾装置１００Ａ及び電力変換装置３００と比較して、補償器１８０及び増幅器１９０を除いていることが異なり、その他の構成は同一である。

【0121】

〔最大電力点追尾装置及び電力変換装置の動作〕
また、変形例１に係る最大電力点追尾装置及び電力変換装置の動作は、実施形態３に係る最大電力点追尾装置１００Ａ及び電力変換装置３００の補償器１８０を除いた動作と同一である。

【0122】

すなわち、電力変換装置３００は、太陽電池２１０に対する日射量が変動し、最適動作電圧が大きく変動したとしても、リミッタ１７０の作用によって、許容範囲内の電圧を出力できる。

【0123】

［実施形態３の変形例２］
図１６は、実施形態３の変形例２に係る最大電力点追尾装置及び電力変換装置の構成図である。

【0124】

〔最大電力点追尾装置及び電力変換装置の構成〕
図に示すように、変形例２に係る最大電力点追尾装置及び電力変換装置の構成は、実施形態３に係る最大電力点追尾装置１００Ａ及び電力変換装置３００と比較して、リミッタ１７０を除いていることが異なり、その他の構成は同一である。

【0125】

〔最大電力点追尾装置及び電力変換装置の動作〕
また、変形例２に係る最大電力点追尾装置及び電力変換装置の動作は、実施形態３に係る最大電力点追尾装置１００Ａ及び電力変換装置３００のリミッタ１７０を除いた動作と同一である。

【0126】

すなわち、電力変換装置３００は、日射量が変動し、最大電力点が大きく変動したとしても、補償器１８０の作用によって、０近くまで低下しようとする積分器１５０の太陽電池２１０の出力電圧を決定する電圧Ｖ１の近くの電圧に収まるようにしている。

【0127】

［実施形態４］
図１７は、実施形態４に係る最大電力点追尾装置及び電力変換装置の構成図である。

【0128】

〔最大電力点追尾装置及び電力変換装置の構成〕
実施形態４に係る最大電力点追尾装置１００Ａ及び電力変換装置４００は、実施形態１に係る最大電力点追尾装置１００Ａ及び電力変換装置２００と比較して、リミッタ１７０、補償器１８０、増幅器１９０を有していることが異なり、その他の構成は同一である。

【0129】

〔最大電力点追尾装置及び電力変換装置の動作〕
上記のような構成を有する、本実施形態に係る最大電力点追尾装置及び電力変換装置の動作は、実施形態３に係る最大電力点追尾装置１００Ａ及び電力変換装置３００と同一である。

【0130】

実施形態４に係る最大電力点追尾装置及び電力変換装置においても、実施形態３と同様に、太陽電池２１０の利用効率を向上させることができる。なお、実施形態４に係る最大電力点追尾装置及び電力変換装置も、実施形態３に係る変形例１及び変形例２と同様の構成を採用しても良い。

【0131】

以上のように、本発明に係る最大電力点追尾装置及び電力変換装置によれば、太陽電池から最大電力を受けるための制御に連続性を持たせながら、最大電力点から離れたところでは最大電力点への追従速度が速くなるようにし、また、最大電力点付近では太陽電池の動作電圧を決定する電圧の変動がなくなり，最大電力点を維持できるようになる。

【0132】

本発明に係る最大電力点追尾装置及び電力変換装置の追従性能を弊社従来製品と比較すると、従来製品の追従速度が数Ｖ／１秒であるのに対して、本発明品は、１００Ｖ／１〜２秒程度と高速化される。さらに、本発明に係る最大電力点追尾装置及び電力変換装置の最大電力点付近での変動性能を弊社従来製品と比較すると、従来製品の変動性能が最大電力点±数Ｖであるのに対して、本発明品は、最大電力点の電圧でほぼ固定される。

【0133】

したがって、本発明に係る最大電力点追尾装置及び電力変換装置によれば、最大電力点を迅速に追尾でき、真の最大電力点で電力変換部を動作させることができる。したがって、太陽電池の利用効率を最大化することができる。

【0134】

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、これらは本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をこれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態とは異なる種々の態様で実施することができる。

【符号の説明】

【0135】

１００、１００Ａ 最大電力点追尾装置、
１１０ 乗算器、
１１５ 第１乗算器、
１２０ 微分器、
１３０ 電圧微分器、
１４０ 除算器、
１４５ 第２乗算器、
１５０ 積分器、
１６０ 電力微分器、
１７０ リミッタ、
１８０ 補償器、
１９０ 増幅器、
２００、２００Ａ、３００、３００Ａ、３００Ｂ、４００ 電力変換装置、
２１０ 太陽電池、
２２０ 電力変換制御器、
２３０ 電力変換器、
２４０ 負荷、
２５０ 出力電力制御器。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】