特許 6168897 太陽光発電システムの制御システムおよび制御方法

(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】6168897

(24)【登録日】2017年7月7日

(45)【発行日】2017年7月26日

(54)【発明の名称】太陽光発電システムの制御システムおよび制御方法

(51)【国際特許分類】

   G05F 1/67 20060101AFI20170713BHJP

【ＦＩ】

   G05F1/67 A

【請求項の数】15

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2013-157698(P2013-157698)

(22)【出願日】2013年7月30日

(65)【公開番号】特開2015-28694(P2015-28694A)

(43)【公開日】2015年2月12日

【審査請求日】2016年3月29日

(73)【特許権者】

【識別番号】502129933

【氏名又は名称】株式会社日立産機システム

(74)【代理人】

【識別番号】100080001

【弁理士】

【氏名又は名称】筒井 大和

(72)【発明者】

【氏名】藤森 正成

(72)【発明者】

【氏名】河野 亨

(72)【発明者】

【氏名】松永 俊祐

(72)【発明者】

【氏名】栗田 將紀

【審査官】 麻生 哲朗

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−１７１３４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−００９５３７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０５Ｆ １／６７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

太陽電池アレイの動作電圧を設定し、かつ前記太陽電池アレイの出力する直流電力を交流に変換するインバータと、
前記太陽電池アレイの出力する電流および電圧を計測する計測部と、
前記計測部により計測される前記太陽電池アレイの動作電圧および出力電流値を基に前記太陽電池アレイの動作電圧指令値を算出する最大電力点追従部と、
前記計測部より得られる前記太陽電池アレイの動作電圧値と、前記最大電力点追従部より設定される前記太陽電池アレイの動作電圧指令値とを比較し、その差分を基に比例積分制御を行う自動電圧調整部と、
前記自動電圧調整部より出力される電流指令値を基に前記インバータのゲート信号を生成するパルス幅変調信号生成部と、
日の出から日の入りまで、低日射の場合も含めて常に最大電力点追従による電圧指令出力により制御する電力制御部と、
を有し、
前記電力制御部は、太陽光発電システムの電力抑制時の前記太陽電池アレイの動作電圧設定方法として、前記最大電力点追従部による電圧設定方法と、電力抑制時の電圧設定方法とを有する、太陽光発電システムの制御システム。

【請求項2】

請求項１記載の太陽光発電システムの制御システムにおいて、
前記電力制御部は、前記太陽光発電システムの電力抑制時にも前記最大電力点追従部によって前記太陽電池アレイの動作電圧を設定する、太陽光発電システムの制御システム。

【請求項3】

請求項２記載の太陽光発電システムの制御システムにおいて、
前記電力制御部は、前記太陽光発電システムの制御電圧を一定に保つ場合にも、前記最大電力点追従部によって前記太陽電池アレイの動作電圧を設定する、太陽光発電システムの制御システム。

【請求項4】

請求項２記載の太陽光発電システムの制御システムにおいて、
前記太陽光発電システムの動作下限電圧が電圧閾値であり、前記動作下限電圧が最大電力点の電圧となるような動作点の電力値が電力閾値である２つの閾値を持ち、
前記太陽光発電システムの開放電圧が前記電圧閾値以下では、前記最大電力点追従部は、前記動作電圧指令値として０Ｖを出力し、
前記太陽光発電システムの開放電圧が前記電圧閾値以上かつ前記太陽光発電システムの発電電力が前記電力閾値以下である場合には、前記最大電力点追従部は、前記動作電圧指令値として所定の一定値を出力し、
前記太陽光発電システムの発電電力が前記電力閾値以上である場合に、最大電力点追従制御により前記動作電圧指令値を決定して出力する、太陽光発電システムの制御システム。

【請求項5】

請求項２記載の太陽光発電システムの制御システムにおいて、
前記電力制御部は、前記太陽光発電システムの電力抑制時の前記太陽電池アレイの動作電圧設定方法において、前記最大電力点追従部による電圧設定方法と、前記電力抑制時の電圧設定方法とを有し、前記電力抑制時の電圧設定方法を電力抑制値と電力計測値との比較に基づいて決定する、太陽光発電システムの制御システム。

【請求項6】

請求項２記載の太陽光発電システムの制御システムにおいて、
前記電力制御部は、前記太陽光発電システムの電力抑制時の前記太陽電池アレイの動作電圧設定方法において、前記最大電力点追従部による電圧設定方法と、前記電力抑制時の電圧設定方法とを有し、前記電力抑制時の電圧設定方法を事前に準備した電力抑制値と前記電力抑制値に対応する電圧指令値との一覧表から選択する、太陽光発電システムの制御システム。

【請求項7】

請求項２記載の太陽光発電システムの制御システムにおいて、
前記電力制御部は、前記太陽光発電システムの制御において、電力抑制解除時の電圧指令値設定方法を複数有し、前記複数の電圧指令値設定方法を切り替える電圧閾値を、前記太陽光発電システムの最小起動電圧値から決定する、太陽光発電システムの制御システム。

【請求項8】

請求項７記載の太陽光発電システムの制御システムにおいて、
前記複数の電圧指令値設定方法は、二分探索法および山登り法を含み、
前記二分探索法は、前記太陽光発電システムの最小起動電圧から決まる電圧閾値を境に前記二分探索法の探索幅初期値を決定する、太陽光発電システムの制御システム。

【請求項9】

太陽電池アレイの動作電圧を設定し、かつ前記太陽電池アレイの出力する直流電力を交流に変換するインバータと、
前記太陽電池アレイの出力する電流および電圧を計測する計測部と、
前記計測部により計測される前記太陽電池アレイの動作電圧および出力電流値を基に前記太陽電池アレイの動作電圧指令値を算出する最大電力点追従部と、
前記計測部より得られる前記太陽電池アレイの動作電圧値と、前記最大電力点追従部より設定される前記太陽電池アレイの動作電圧指令値とを比較し、その差分を基に比例積分制御を行う自動電圧調整部と、
前記自動電圧調整部より出力される電流指令値を基に前記インバータのゲート信号を生成するパルス幅変調信号生成部と、
電力制御部と、
を有する、太陽光発電システムの制御方法であって、
前記電力制御部は、前記太陽光発電システムの制御を、日の出から日の入りまで、低日射の場合も含めて常に最大電力点追従による電圧指令出力により行い、
さらに、前記電力制御部は、前記太陽光発電システムの電力抑制時の前記太陽電池アレイの動作電圧設定方法として、前記最大電力点追従部による電圧設定方法と、電力抑制時の電圧設定方法とを有する、太陽光発電システムの制御方法。

【請求項10】

請求項９記載の太陽光発電システムの制御方法において、
前記電力制御部は、前記太陽光発電システムの電力抑制時にも前記最大電力点追従部によって前記太陽電池アレイの動作電圧を設定する、太陽光発電システムの制御方法。

【請求項11】

請求項１０記載の太陽光発電システムの制御方法において、
前記電力制御部は、前記太陽光発電システムの制御電圧を一定に保つ場合にも、前記最大電力点追従部によって前記太陽電池アレイの動作電圧を設定する、太陽光発電システムの制御方法。

【請求項12】

請求項１０記載の太陽光発電システムの制御方法において、
前記太陽光発電システムの動作下限電圧が電圧閾値であり、前記動作下限電圧が最大電力点の電圧となるような動作点の電力値が電力閾値である２つの閾値を持ち、
前記太陽光発電システムの開放電圧が前記電圧閾値以下では、前記最大電力点追従部は、前記動作電圧指令値として０Ｖを出力し、
前記太陽光発電システムの開放電圧が前記電圧閾値以上かつ前記太陽光発電システムの発電電力が前記電力閾値以下である場合には、前記最大電力点追従部は、前記動作電圧指令値として所定の一定値を出力し、
前記太陽光発電システムの発電電力が前記電力閾値以上である場合に、最大電力点追従制御により前記動作電圧指令値を決定して出力する、太陽光発電システムの制御方法。

【請求項13】

請求項１０記載の太陽光発電システムの制御方法において、
前記電力制御部は、前記太陽光発電システムの電力抑制時の前記太陽電池アレイの動作電圧設定方法において、前記最大電力点追従部による電圧設定方法と、前記電力抑制時の電圧設定方法とを有し、前記電力抑制時の電圧設定方法を電力抑制値と電力計測値との比較に基づいて決定する、太陽光発電システムの制御方法。

【請求項14】

請求項１０記載の太陽光発電システムの制御方法において、
前記電力制御部は、前記太陽光発電システムの電力抑制時の前記太陽電池アレイの動作電圧設定方法において、前記最大電力点追従部による電圧設定方法と、前記電力抑制時の電圧設定方法とを有し、前記電力抑制時の電圧設定方法を事前に準備した電力抑制値と前記電力抑制値に対応する電圧指令値との一覧表から選択する、太陽光発電システムの制御方法。

【請求項15】

請求項１０記載の太陽光発電システムの制御方法において、
前記電力制御部は、前記太陽光発電システムの制御において、電力抑制解除時の電圧指令値設定方法を複数有し、前記複数の電圧指令値設定方法を切り替える電圧閾値を、前記太陽光発電システムの最小起動電圧値から決定する、太陽光発電システムの制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、太陽光発電システムの制御システムおよび制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

太陽光発電システム（ＰＶシステム）は、太陽電池モジュール（ＰＶモジュール）を組み合わせたＰＶアレイと、ＰＶアレイの動作制御および発電した直流電力を実際に利用する電力形態に変換するパワーコンディショナ（ＰＣＳ）で構成される。ＰＶアレイは、温度や日射量等の運転環境により取り出せる最大電力が変化する。ＰＶアレイが動作している電圧および電流の組み合わせを動作点というが、最大発電電力を取り出せる動作点(最大電力点)も運転環境に応じて変化する。このため、大半のＰＶシステムには、最大電力点を追従するよう動作点を制御する最大電力点追従機構（ＭＰＰＴ）がＰＣＳに組み込まれている。

【0003】

例えば、ＰＶアレイによって発電した電力を電力会社に売電する場合、電力会社が構築した商用の電力系統に電力を供給するために、商用電力系統に擾乱を与えないよう直流電力を交流に変換し、かつ商用電力系統に合わせて電圧、周波数の調整を行う必要がある。ＰＣＳは、ＭＰＰＴにより電圧制御指令値を生成し、ＰＶアレイの動作電圧との差分に応じた比例積分（ＰＩ）制御により電流制御指令値に変換し、その電流制御指令値に基づいてゲート制御信号を発生させ、インバータのＰＷＭ制御によるスイッチング動作で交流電力の調整を行う。

【0004】

ＰＣＳの変換容量は、通常、制御するＰＶアレイの定格発電量より多少余裕ができる程度に設定する。このため、気温が低く日射が強い場合や経時劣化が生じ処理能力が落ちてしまった場合など、ＰＶアレイの発電量がＰＣＳの変換容量を超えてしまうことがある。また、何らかの原因によりＰＣＳの異常加熱が発生した場合など、発電を維持するとＰＣＳが故障する場合がある。こうした状況に対処するため、ＰＣＳには電力抑制機能が付加される。電力抑制機能は、動作点を最大電力点からより低い発電電力点に移すことによりＰＣＳの異常発生を回避しつつ発電を継続する機能である。こうした電力抑制機構は、電力系統保護のために発動することもある。電力系統側で発生した電圧変動などの異常に対し、ＰＶシステムから電力供給を継続すると異常を加速する場合である。

【0005】

ＰＣＳにおける電力抑制の方法は、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１の電力抑制方法は、ＰＶアレイの動作電圧値と出力電流に基づいてＭＰＰＴにて生成した電圧制御指令値をＰＩ制御によって電流制御指令値に変換し、この指令値をリミッタ上限値と比較し、必要に応じて電流制御値を出力することにより電力抑制を実現する方法であった。特許文献１の図１の構成では、ＰＶアレイから出力される電圧および電流が計測部により計測され、そこから算出された電力値がＭＰＰＴへ、計測された電圧値がＡＶＲ（Automatic Voltage Regulator）へそれぞれ出力される。ＭＰＰＴでは、計測された電力値を基に次ステップの電圧指令値を算出し、ＡＶＲへ出力する。ＡＶＲでは、電圧計測値と電圧指令値の差に応じたＰＩ制御によりＰＷＭ制御のための電流指令値を出力する。出力された電流指令値は、電力抑制部に入力される。電力抑制部では、電力抑制信号に応じて発電電力を抑制するよう、ＰＷＭ制御への電流制御値が生成される。これが電流指令値と比較され、インバータの通流率が小さくなる電流値が出力される。すなわち、電力抑制信号起因の電流制御値が出力される場合、ＭＰＰＴ起因の電流指令値はこれに置き換えられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１２−１１３４９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上述した特許文献１の電力抑制方法では、電力抑制が行われている間はＭＰＰＴから出力される電圧指令値に応じて決まる電流指令値を、リミッタ制御から決まる電流値によって置き換え続けるため、電力抑制が行われている間はＭＰＰＴ制御が行われていないことを意味する。従って、電力抑制中に日射変動によってＰＶアレイの出力が電力抑制値を下回った場合など、ＰＶアレイの動作点が適切に制御されず最大電力点へ復帰するまでの制御に時間を要し、発電電力損失をもたらすことになる。

【0008】

そこで、本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、この発明の代表的な目的は、電力抑制中から電力抑制解除の際の電圧制御を最適に行う技術を提供することである。

【0009】

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

【0011】

（１）代表的な太陽光発電システムの制御システムは、太陽電池アレイの動作電圧を設定し、かつ前記太陽電池アレイの出力する直流電力を交流に変換するインバータと、前記太陽電池アレイの出力する電流および電圧を計測する計測部と、前記計測部により計測される前記太陽電池アレイの動作電圧および出力電流値を基に前記太陽電池アレイの動作電圧指令値を算出する最大電力点追従部と、を有する。さらに、前記計測部より得られる前記太陽電池アレイの動作電圧値と、前記最大電力点追従部より設定される前記太陽電池アレイの動作電圧指令値とを比較し、その差分を基に比例積分制御を行う自動電圧調整部と、前記自動電圧調整部より出力される電流指令値を基に前記インバータのゲート信号を生成するパルス幅変調信号生成部と、を有する。そして、日の出から日の入りまで、低日射の場合も含めて常に最大電力点追従による電圧指令出力により制御する電力制御部を有する。

【0012】

（２）代表的な太陽光発電システムの制御方法は、インバータと計測部と最大電力点追従部と自動電圧調整部とパルス幅変調信号生成部と電力制御部とを有する太陽光発電システムの制御方法である。前記太陽光発電システムの制御方法において、前記電力制御部は、前記太陽光発電システムの制御を、日の出から日の入りまで、低日射の場合も含めて常に最大電力点追従による電圧指令出力により行う。

【発明の効果】

【0013】

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。

【0014】

すなわち、代表的な効果は、電力抑制中から電力抑制解除の際の電圧制御を最適に行うことができる。この結果、電力抑制中の日射変動時や電力抑制状態から通常の運転状態への移行時に、発電電力損失を低く抑えることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の実施の形態１における太陽光発電システムの構成の一例を示すブロック図である。

【図2】本発明の実施の形態１において、最大電力点追従の一例を示すフローチャートである。

【図3】本発明の実施の形態１において、太陽電池アレイの電圧−電力特性と、電力抑制が課せられた場合の動作点との一例を示す図である。

【図4】本発明の実施の形態１において、電力抑制時の最大電力点追従制御の一例を示すタイムチャートである。

【図5】本発明の実施の形態２における太陽光発電システムの構成の一例を示すブロック図である。

【図6】本発明の実施の形態２において、最大電力点追従の一例を示すフローチャートである。

【図7】図６におけるＭＰＰＴによる電圧指令値の決定の一例を示すフローチャートである。

【図8】本発明の実施の形態２において、電力抑制時の最大電力点追従制御の一例を示すタイムチャートである。

【図9】本発明の実施の形態３において、最大電力点追従の一例を示すフローチャートである。

【図10】図９におけるＭＰＰＴによる電圧指令値の決定の一例を示すフローチャートである。

【図11】本発明の実施の形態３において、最大電力点追従の動作電圧設定方法におけるルックアップテーブルの作成方法の一例を示す図である。

【図12】本発明の実施の形態３において、図１１により作成されたルックアップテーブルの一例を示す図である。

【図13】本発明の実施の形態３において、電力抑制時の最大電力点追従制御の一例を示すタイムチャートである。

【図14】本発明の実施の形態４において、太陽光発電システムの最低動作電圧から決まる閾値を用いた電力抑制解除時の動作電圧設定方法の一例を示す図である。

【図15】本発明の実施の形態５において、低日射時における一定電圧動作の際にも最大電力点追従制御の一環として定電圧の指令値を出力する制御の一例を示すフローチャートである。

【図16】本発明の実施の形態５において、低日射時における一定電圧制御の説明のための太陽光発電システムにおける電圧−電力関係の一例を示す図である。

【図17】本発明の実施の形態５において、電力抑制時の最大電力点追従制御の一例を示すタイムチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下の実施の形態においては、便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらは互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。

【0017】

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。

【0018】

［実施の形態の概要］
まず、実施の形態の概要について説明する。本実施の形態では、電力抑制解除の際の電圧制御を最適に行う技術を実現するものである。具体的には、電力抑制時にもＭＰＰＴ制御を有効にし、電力抑制解除時にもＭＰＰＴを継続する方法、さらに、電力抑制解除後、太陽電池アレイの動作電圧指令値を算出するにあたり、太陽光発電システムの動作下限値から決まる電圧閾値と電圧計測値との大小関係に応じてＭＰＰＴでの電圧指令値算出方法を変える方法である。電力抑制時にＭＰＰＴ制御を有効にするには、太陽電池アレイの状態を制御する電圧指令値を、電流制御信号に変換した状態で電力抑制をもたらす電流制御値と比較して置き換えるのではなく、電圧制御値に応じた電力を、抑制すべき電力値と比較して制御値を更新すればよい。

【0019】

次に、実施の形態の概要において、代表的な太陽光発電システムの制御システムおよび制御方法について説明する。本実施の形態の概要では、一例として、括弧内に実施の形態の対応する構成要素、符号等を付して説明する。

【0020】

（１）本実施の形態の代表的な太陽光発電システムの制御システム（図１のパワーコンディショナ２、図５のパワーコンディショナ２ａ）は、太陽電池アレイ（ＰＶアレイ１）の動作電圧を設定し、かつ前記太陽電池アレイの出力する直流電力を交流に変換するインバータ（インバータ２１）と、前記太陽電池アレイの出力する電流および電圧を計測する計測部（計測部２２）と、前記計測部により計測される前記太陽電池アレイの動作電圧および出力電流値を基に前記太陽電池アレイの動作電圧指令値を算出する最大電力点追従部（ＭＰＰＴ＋電力制御部２３のＭＰＰＴ、ＭＰＰＴ２３ａ）と、を有する。さらに、前記計測部より得られる前記太陽電池アレイの動作電圧値と、前記最大電力点追従部より設定される前記太陽電池アレイの動作電圧指令値とを比較し、その差分を基に比例積分制御を行う自動電圧調整部（自動電圧調整部２４）と、前記自動電圧調整部より出力される電流指令値を基に前記インバータのゲート信号を生成するパルス幅変調信号生成部（パルス幅変調信号生成部２５）と、を有する。そして、日の出から日の入りまで、低日射の場合も含めて常に最大電力点追従による電圧指令出力により制御する電力制御部（ＭＰＰＴ＋電力制御部２３の電力制御部、電力制御部２３ｂ）を有する。

【0021】

（２）本実施の形態の代表的な太陽光発電システムの制御方法は、インバータと計測部と最大電力点追従部と自動電圧調整部とパルス幅変調信号生成部と電力制御部とを有する太陽光発電システムの制御方法（図２、図６および図７、図９および図１０、図１５）である。前記太陽光発電システムの制御方法において、前記電力制御部（図１のＭＰＰＴ＋電力制御部２３の電力制御部、図５の電力制御部２３ｂ）は、前記太陽光発電システムの制御を、日の出から日の入りまで、低日射の場合も含めて常に最大電力点追従による電圧指令出力により行う。

【0022】

以下、上述した実施の形態の概要に基づいた各実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、各実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

【0023】

［実施の形態１］
本実施の形態１における太陽光発電システムの制御システムおよび制御方法について、図１〜図４を用いて説明する。

【0024】

＜システム構成＞
まず、本実施の形態における太陽光発電システムの構成を図１に示す。図１は、本実施の形態における太陽光発電システムの構成の一例を示すブロック図である。より具体的に、図１では、電力抑制時にもＭＰＰＴ制御を有効にするパワーコンディショナの構成の一例を示している。

【0025】

太陽光発電システムは、太陽電池（ＰＶ）アレイ１と、このＰＶアレイ１に接続されたパワーコンディショナ２と、このパワーコンディショナ２に接続された電力系統３とから構成される。

【0026】

パワーコンディショナ２は、インバータ２１と、計測部２２と、最大電力点追従部（ＭＰＰＴ）＋電力制御部２３と、自動電圧調整部（ＡＶＲ）２４と、パルス幅変調信号生成部（ＰＷＭ）２５とから構成される。

【0027】

インバータ２１は、ＰＶアレイ１の動作電圧を設定し、かつＰＶアレイ１の出力する直流電力を交流に変換するインバータである。

【0028】

計測部２２は、ＰＶアレイ１の出力する電流および電圧を計測する計測部である。

【0029】

ＭＰＰＴ＋電力制御部２３は、ＭＰＰＴの機能部と電力制御部の機能部とを含む。ＭＰＰＴの機能部は、計測部２２により計測されるＰＶアレイ１の電力（動作電圧および出力電流値より算出）を基にＰＶアレイ１の動作電圧指令値を算出する最大電力点追従部である。電力制御部の機能部は、電力抑制信号を入力として、日の出から日の入りまで、低日射の場合も含めて常にＭＰＰＴによる電圧指令出力により制御する電力制御部である。より具体的に、電力制御部の機能部は、太陽光発電システムの電力抑制時にもＭＰＰＴによって太陽電池アレイの動作電圧を設定する機能、太陽光発電システムの制御電圧を一定に保つ場合にも、ＭＰＰＴによって太陽電池アレイの動作電圧を設定する機能などを有する。

【0030】

ＡＶＲ２４は、計測部２２より得られるＰＶアレイ１の動作電圧値と、ＭＰＰＴ＋電力制御部２３より設定されるＰＶアレイ１の動作電圧指令値とを比較し、その差分を基に比例積分制御を行う自動電圧調整部である。

【0031】

ＰＷＭ２５は、ＡＶＲ２４より出力される電流指令値を基にインバータ２１のゲート信号を生成するパルス幅変調信号生成部である。

【0032】

太陽光発電システムにおいて、ＰＶアレイ１で発電される直流電力はパワーコンディショナ２内のインバータ２１によって交流に変換され、電力系統３へと逆潮流される。ＰＶアレイ１の出力電流および電圧は計測部２２により計測され、ＭＰＰＴ＋電力制御部２３へは電力値が渡され、ＡＶＲ２４へは電圧値が渡される。ＭＰＰＴ＋電力制御部２３では、出力した電力指令値に対応した電力計測値を得、それらの値を基に次ステップの電圧指令値を決定する。次ステップの電圧指令値の決定に用いる電圧指令値およびそれに対応する電力計測値は、必ずしも直前のステップの物だけとは限らず、使用するＭＰＰＴの方法に応じて決定される。ＭＰＰＴの方法については、既に多くの提案がなされており、それらの何れの方法を用いてもよい。

【0033】

＜動作フロー＞
本実施の形態では山登り法を例に、電力抑制時にもＭＰＰＴ制御を有効にした状態で電力を抑制する方法を説明する。図１のＭＰＰＴ＋電力制御部２３で示すブロックの動作フローを図２に示す。図２は、電力抑制時にも最大電力点追従制御を有効にする最大電力点追従の一例を示すフローチャートである。

【0034】

まず、ステップＳ１０１において、電圧初期値Ｖ_０、電圧更新幅ΔＶ、向きｓｉｇｎ（←＋１）を設定する。そして、ステップＳ１０２において、初期電圧指令値としてＶ_０を出力し、Ｖ_０における電力計測値Ｐ_０を計測部２２より取得する。次に、ステップＳ１０３，Ｓ１０４において、Ｖ_０よりΔＶだけ大きな電圧Ｖ_１を電圧指令値として出力し（Ｖ_１←Ｖ_０＋ｓｉｇｎ×ΔＶ）、Ｖ_１に対する電力計測値Ｐ_１を計測部２２より取得する。

【0035】

そして、ステップＳ１０５において、Ｐ_０とＰ_１の値を比較（Ｐ_１＞Ｐ_０？）し、更新する電圧指令値を電圧が増加する方向か減少する方向かのどちらにするかを決定する。Ｐ_１の方が大きければ（Ｓ１０５−Ｙｅｓ）、次の電圧指示値をＶ_１より大きくなるよう、Ｖ_１にΔＶを加算する。一方、Ｐ_０の方が大きければ（Ｓ１０５−Ｎｏ）、Ｖ_１から電圧を小さくするようΔＶだけ減算する。実際の電圧指令値の更新は、ステップＳ１１０におけるＶ_１の計算において行うが、計算時のΔＶの符号をＰ_０とＰ_１の大小関係に応じて、ステップＳ１０６Ａ（ｓｉｇｎ←＋１×ｓｉｇｎ）若しくはステップＳ１０６Ｂ（ｓｉｇｎ←−１×ｓｉｇｎ）において決定する。

【0036】

その後、ステップＳ１０７において、電力抑制値Ｐ_{ｌｉｍｉｔ}を更新する。電力抑制が不要な場合はＰ_{ｌｉｍｉｔ}にＰＣＳの定格電力を入力しておけばよい。ステップＳ１０８において、Ｐ_１とＰ_{ｌｉｍｉｔ}を比較（Ｐ_{ｌｉｍｉｔ}＞Ｐ_１？）し、Ｐ_１の方が小さければ（Ｓ１０８−Ｙｅｓ）、電力抑制不要としてそのままステップＳ１１０に進み、電圧指令値と電力計測値の更新を行う（Ｖ_１←Ｖ_１＋ｓｉｇｎ×ΔＶ、Ｐ_０←Ｐ_１）。一方、Ｐ_１がＰ_{ｌｉｍｉｔ}を超えている場合（Ｓ１０８−Ｎｏ）、電力抑制が必要であるため、ステップＳ１０９において、電圧指令値の探索方向を逆転し（ｓｉｇｎ←−１×ｓｉｇｎ）、ステップＳ１１０に進む。

【0037】

ステップＳ１０５およびステップＳ１０６Ａ若しくはＳ１０６Ｂにおいて、電圧指令値の探索方向は電力が増加する方向に電圧を増減する設定となっているため、ステップＳ１０９において、探索方向を逆転することは電力が減少する方向へ電圧指令値を設定することを意味する。

【0038】

以上によって電圧指令値が更新されたので、図２のステップＳ１０４に戻り、新しい電圧指令値に対する電力値の取得を行い、上記のステップを繰り返し行う。

【0039】

ＭＰＰＴ＋電力制御部２３より出力された電圧指令値は、図１に示すように、ＡＶＲ２４に入力される。ＡＶＲ２４では、計測部２２より得た電圧計測値とＭＰＰＴ＋電力制御部２３より得た電圧指令値との差に応じたＰＩ（比例積分）制御を行い、ＰＷＭ制御信号となる電流指令値をＰＷＭ２５へ出力する。ＰＷＭ２５は、電流指令値に応じたゲート信号を出力し、インバータ２１の通流率を変化させ、ＰＶアレイ１の動作電圧を電圧指令値に設定する。ＡＶＲ２４やＰＩ制御、ＰＷＭ２５、インバータ２１によるＰＶアレイ１の動作電圧制御は一般的な制御方法であり、公知となっている方法により実現可能である。

【0040】

以上のフローにより、ＭＰＰＴによる電圧制御を行いながら電力抑制を行うことが可能である。

【0041】

＜ＰＶアレイの電圧−電力特性＞
ＰＶアレイの電圧−電力特性を図３に示す。図３は、ＰＶアレイの電圧−電力特性と、電力抑制が課せられた場合の動作点との一例を示す図である。図３において、横軸は電圧、縦軸は電力であり、また、３０はＰＶアレイの電圧−電力特性曲線、３１は電力抑制が課された時の動作点の一つ（Ａ点）、３２は電力抑制が課された時のもう一つの動作点（Ｂ点）を示す。ＭＰＰは最大電力点、Ｖ_ｍｐｐは最大電力点に対応する電圧、Ｐ_ｍｐｐは最大電力点に対応する電力、Ｐ_{ｌｉｍｉｔ−１}は電力抑制値の一つ、Ｐ_{ｌｉｍｉｔ−２}はもう一つの電力抑制値である。

【0042】

電力抑制が課せられた時点で電圧指令値がＶ_ｍｐｐよりも小さい場合、図２に示す制御によって動作点はＡ点３１を中心として±ΔＶ以内に収束する。一方、電力抑制が課された時点で電圧指令値がＶ_ｍｐｐよりも大きい場合、動作点はＢ点３２を中心として±ΔＶ以内に収束する。どちらか一方に収束する点を限定したい場合、図２のステップＳ１０９でｓｉｇｎの符号を＋か−のどちらか一方に限定すればよい。＋の場合はＢ点３２に、−の場合はＡ点３１に収束する。Ｂ点３２に収束させた場合、電流値がＡ点３１より小さいため、配線部での発熱が抑えられる利点がある。

【0043】

＜タイムチャート＞
図２のフローに従った制御のタイムチャートを図４に示す。図４は、電力抑制時の最大電力点追従制御の一例を示すタイムチャートである。図４において、横軸は時間、縦軸は電圧指令値と電力とｓｉｇｎであり、また、４０は更新後の電力値（図２のＰ_１）、４１は１ステップ前の電力値（図２のＰ_０）を示す。図４では、Ｐ_{ｌｉｍｉｔ−１}の位置で電力抑制がかかっているが、Ｓｔｅｐ−ＡでＰ_{ｌｉｍｉｔ−２}の位置に電力抑制の値が変化する。Ｐ_{ｌｉｍｉｔ−２}は最大電力点であるＰ_ｍｐｐよりも大きな電力値での抑制であり、事実上抑制が無い状態である。その後、Ｓｔｅｐ−Ｂにて再度、Ｐ_{ｌｉｍｉｔ−１}での電力抑制に変化している（図３参照）。

【0044】

＜実施の形態１の効果＞
以上のように、本実施の形態における太陽光発電システムの制御システムおよび制御方法によれば、インバータ２１と計測部２２と最大電力点追従部＋電力制御部２３と自動電圧調整部２４とパルス幅変調信号生成部２５とを有することで、電力抑制時から電力抑制解除の際の電圧制御を最適に行う技術を実現することができる。この結果、電力抑制中に日射変動などによるＰＶアレイ出力変化が生じた際や、電力抑制状態から通常の運転状態への移行時に、発電電力損失を低く抑えることが可能となる。具体的には、電力抑制時にもＭＰＰＴ制御を有効にし、電力抑制解除時にもＭＰＰＴを継続することができる。電力抑制時にＭＰＰＴ制御を有効にするには、ＰＶアレイ１の状態を制御する電圧指令値を、従来のように電流制御信号に変換した状態で電力抑制をもたらす電流制御値と比較して置き換えるのではなく、電圧制御値に応じた電力を、抑制すべき電力値と比較して制御値を更新することで実現することができる。

【0045】

［実施の形態２］
本実施の形態２における太陽光発電システムの制御システムおよび制御方法について、図５〜図８を用いて説明する。以下においては、上記実施の形態１と異なる点を主に説明する。

【0046】

本実施の形態においては、電力抑制時にもＭＰＰＴ制御を有効にするパワーコンディショナの別の構成について述べる。図５がパワーコンディショナを含む太陽光発電システムの構成の一例を示すブロック図で、図６および図７が最大電力点追従の一例を示すフローチャート（図５に示す電力制御部およびＭＰＰＴの制御フロー）である。図８は、これらのフローに従った電力抑制時の最大電力点追従制御の一例を示すタイムチャートである。

【0047】

＜システム構成＞
図５において、パワーコンディショナ２ａは、インバータ２１と、計測部２２と、最大電力点追従部（ＭＰＰＴ）２３ａと、電力制御部２３ｂと、自動電圧調整部（ＡＶＲ）２４と、パルス幅変調信号生成部（ＰＷＭ）２５とから構成される。図１と異なる点は、ＭＰＰＴ２３ａと電力制御部２３ｂとが別々のブロック構成となっている。

【0048】

ＭＰＰＴ２３ａは、電力制御部２３ｂを通して、計測部２２により計測されるＰＶアレイ１の電力（動作電圧および出力電流値）を基に、ＰＶアレイ１の動作電圧指令値を算出する最大電力点追従部である。

【0049】

電力制御部２３ｂは、計測部２２により計測されるＰＶアレイ１の電力を基に、ＭＰＰＴ２３ａより出力される電圧指令値、電力抑制信号を入力として、日の出から日の入りまで、低日射の場合も含めて常に最大電力点追従による電圧指令出力により制御する電力制御部である。より具体的に、電力制御部２３ｂは、太陽光発電システムの電力抑制時にもＭＰＰＴによって太陽電池アレイの動作電圧を設定する機能、太陽光発電システムの制御電圧を一定に保つ場合にも、ＭＰＰＴによって太陽電池アレイの動作電圧を設定する機能などを有する。

【0050】

なお、図５では、電力値は電力制御部２３ｂを通してＭＰＰＴ２３ａへ与える構成となっているが、必ずしもこの構成をとる必要はなく、計測部２２より直接ＭＰＰＴ２３ａへ入力する構成となっていてもよい。

【0051】

＜動作フロー＞
図６において、まず、ステップＳ２０１において、ＭＰＰＴにより電圧指令値の電圧初期値Ｖ_０を設定する。また、電圧更新幅ΔＶ、ｓｉｇｎ_０（←＋１）、ｓｉｇｎ_１（←＋１）も設定する。そして、ステップＳ２０２において、Ｖ_０における電力計測値Ｐ_０を計測部２２より取得する。次に、ステップＳ２０３において、Ｖ_０より電圧更新幅ΔＶだけ大きな電圧Ｖ_１を電圧指令値として設定する（Ｖ_１←Ｖ_０＋ｓｉｇｎ_０×ｓｉｇｎ_１×ΔＶ）。

【0052】

次に、ステップＳ２０４の分岐において、電力抑制が課せられているか（電力抑制信号Ｏｎ）判断し、電力抑制が課せられていなければ（Ｓ２０４−Ｎｏ）、ステップＳ２０５に進み、ＭＰＰＴによる電力指令値の設定を行う。電力抑制が課せられない限り、このフローを繰り返して行う。

【0053】

一方、電力抑制が課せられた場合、ステップＳ２０４（Ｙｅｓ）でステップＳ２０６へ分岐し、ステップＳ２０６〜Ｓ２１１を順に行う。すなわち、ステップＳ２０６（Ｖ_１におけるＰ（Ｖ_１）（＝Ｐ_１）を取得）、ステップＳ２０７（Ｐ_{ｌｉｍｉｔ}を更新）を行う。さらに、ステップＳ２０８（Ｐ_{ｌｉｍｉｔ}＞Ｐ_１？）、ステップＳ２０９（ｓｉｇｎ_０←ｓｉｇｎ_１、ｓｉｇｎ_１←＋１×ｓｉｇｎ_１）、ステップＳ２１０（ｓｉｇｎ_０←ｓｉｇｎ_１、ｓｉｇｎ_１←−１×ｓｉｇｎ_１）を行う。そして、ステップＳ２１１（Ｖ_１←Ｖ_１＋ｓｉｇｎ_０×ｓｉｇｎ_１×ΔＶ、Ｐ_０←Ｐ_１）を行う。

【0054】

このようにして、直前の電圧指令値から電圧更新幅ΔＶずつ電圧指令値を単調に増加若しくは減少させ、電力計測値Ｐ_１が電力抑制値Ｐ_{ｌｉｍｉｔ}を下回るまで更新を続ける。これは、ＰＶアレイの電圧−電力特性が図３に示すように上に凸の形状を持つため、電圧指令値を単調に増加若しくは減少させることにより必ず電力が減少することを利用している。

【0055】

図６のステップＳ２０５に示すＭＰＰＴによる電圧指令値の決定のフローを示したのが図７である。図７において、ステップＳ２０５１（Ｖ_１におけるＰ_１を取得）、ステップＳ２０５２（Ｐ_１＞Ｐ_０？）、ステップＳ２０５３（ｓｉｇｎ_０←ｓｉｇｎ_１、ｓｉｇｎ_１←＋１×ｓｉｇｎ_１）、ステップＳ２０５４（ｓｉｇｎ_０←ｓｉｇｎ_１、ｓｉｇｎ_１←−１×ｓｉｇｎ_１）、ステップＳ２０５５（Ｖ_１←Ｖ_１＋ｓｉｇｎ_０×ｓｉｇｎ_１×ΔＶ、Ｐ_０←Ｐ_１）を順に行う。

【0056】

＜タイムチャート＞
図６のフローに従った制御のタイムチャートを示したのが図８である。図８において、横軸は時間、縦軸は電圧指令値と電力とｓｉｇｎ_１とｓｉｇｎ_０と電力抑制信号である。図８では、電力抑制信号のＯＮ／ＯＦＦにより、電力抑制が課せられているか（ＯＮ）、課せられていないか（ＯＦＦ）が決められる。

【0057】

＜実施の形態２の効果＞
以上のように、本実施の形態における太陽光発電システムの制御システムおよび制御方法によれば、ＭＰＰＴ２３ａと電力制御部２３ｂとを別々のブロック構成とすることで、上記実施の形態１と異なる効果として、以下のような効果を得ることができる。例えば、ＭＰＰＴ２３ａで電力抑制を考慮しなくてもよいため、ＭＰＰＴアリゴリズムの実装が容易となる利点がある。また、電力抑制信号のＯＮ／ＯＦＦにより電力抑制処理への分岐を決めるため、電力抑制が不要な場合の処理時間を短くできる。このように、本実施の形態の構成では電力抑制処理を分離しているため、電力抑制処理として、例えば発電電力の抑制ではなく、抑制すべき電力を蓄電池の充電に用いるなど、異なる電力抑制手法を導入することが上記実施の形態１の構成に比べ容易となる利点がある。

【0058】

［実施の形態３］
本実施の形態３における太陽光発電システムの制御システムおよび制御方法について、図９〜図１３を用いて説明する。以下においては、上記実施の形態１および２と異なる点を主に説明する。

【0059】

本実施の形態では、電力抑制時にもＭＰＰＴを有効にする図５の構成を用いた異なる制御例について述べる。制御フローを図９および図１０に示す。図６および図７に示す制御フローとほぼ同じであるが、電力抑制信号がＯＮの場合の制御が異なる。図６および図７に示す制御フローでは電圧指令値を更新しながら電力値を計測して電圧指令値を決定するが、図９および図１０ではこの過程を、テーブルを利用して置き換える。すなわち、事前に太陽光発電システムの定格発電量に応じた一覧表のルックアップテーブル（ＬＵＴ）を用意しておく。ＬＵＴには太陽光発電システムの最大発電電力に対する電力抑制値の割合に応じて電圧指令値が記載されている。一例を図１１および図１２に示す。また、タイムチャートを図１３に示す。

【0060】

＜動作フロー＞
図９および図１０は、最大電力点追従の一例を示すフローチャートである。

【0061】

図９において、まず、ステップＳ３０１において、ＭＰＰＴにより電圧指令値の電圧初期値Ｖ_０、電圧更新幅ΔＶ、電力差閾値ΔＰ、ｓｉｇｎ（←＋１）を設定する。そして、ステップＳ３０２（Ｖ_０におけるＰ_０を取得）、ステップＳ３０３（Ｖ_１←Ｖ_０＋ｓｉｇｎ×ΔＶ）を行う。

【0062】

次に、ステップＳ３０４の分岐において、電力抑制が課せられているか（電力抑制信号Ｏｎ）判断し、電力抑制が課せられていなければ（Ｓ３０４−Ｎｏ）、ステップＳ３０５に進み、ＭＰＰＴによる電力指令値の設定を行う。電力抑制が課せられない限り、このフローを繰り返して行う。

【0063】

一方、電力抑制が課せられた場合、ステップＳ３０４（Ｙｅｓ）でステップＳ３０６へ分岐し、ステップＳ３０６（Ｐ_{ｌｉｍｉｔ}を更新）、ステップＳ３０７（Ｐ_{ｌｉｍｉｔ}／Ｐ_ｍｐｐに応じたＶ_ＬＵＴをＬＵＴより取得）、ステップＳ３０８（Ｖ_１←Ｖ_ＬＵＴ）、ステップＳ３０９（Ｖ_１におけるＰ（Ｖ_１）（＝Ｐ_１）を取得）を行う。

【0064】

次に、ステップＳ３１０の分岐において、Ｐ_{ｌｉｍｉｔ}−Ｐ_１が０以上でΔＰ以下か（ΔＰ≧Ｐ_{ｌｉｍｉｔ}−Ｐ_１≧０？）判断し、０以上でΔＰ以下の場合（Ｓ３１０−Ｙｅｓ）は、ステップＳ３０４に進み、０以上でΔＰ以下でなくなるまで、このフローを繰り返して行う。

【0065】

一方、Ｐ_{ｌｉｍｉｔ}−Ｐ_１が０以上でΔＰ以下でなくなると（Ｓ３１０−Ｎｏ）、ステップＳ３１１へ分岐し、ステップＳ３１１（Ｐ_０←Ｐ_１、Ｖ_１←Ｖ_１＋ｓｉｇｎ×ΔＶ）、ステップＳ３１２（Ｖ_１におけるＰ（Ｖ_１）（＝Ｐ_１）を取得）を行う。

【0066】

次に、ステップＳ３１３の分岐において、Ｐ_１の方がＰ_０より大きいか（Ｐ_１＞Ｐ_０？）判断し、Ｐ_１の方が大きければ（Ｓ３１３−Ｙｅｓ）、ステップＳ３１４（ｓｉｇｎ←＋１×ｓｉｇｎ）を行い、Ｐ_０の方が大きければ（Ｓ３１３−Ｎｏ）、ステップＳ３１５（ｓｉｇｎ←−１×ｓｉｇｎ）を行う。

【0067】

次に、ステップＳ３１６（Ｐ_０←Ｐ_１、Ｖ_１←Ｖ_１＋ｓｉｇｎ×ΔＶ）、ステップＳ３１７（Ｖ_１におけるＰ（Ｖ_１）（＝Ｐ_１）を取得）を行う。そして、ステップＳ３１８の分岐において、Ｐ_{ｌｉｍｉｔ}−Ｐ_１が０超でΔＰ未満か（ΔＰ＞Ｐ_{ｌｉｍｉｔ}−Ｐ_１＞０？）判断し、０超でΔＰ未満の場合（Ｓ３１８−Ｙｅｓ）は、ステップＳ３０４に進み、０超でΔＰ未満でなくなると（Ｓ３１８−Ｎｏ）、ステップＳ３１３に進み、このフローを繰り返して行う。

【0068】

図９のステップＳ３０５に示すＭＰＰＴによる電圧指令値の決定のフローチャートを示したのが図１０である。図１０において、ステップＳ３０５１（Ｖ_１におけるＰ_１を取得）、ステップＳ３０５２（Ｐ_１＞Ｐ_０？）、ステップＳ３０５３（ｓｉｇｎ←＋１×ｓｉｇｎ）、ステップＳ３０５４（ｓｉｇｎ←−１×ｓｉｇｎ）、ステップＳ３０５５（Ｖ_１←Ｖ_１＋ｓｉｇｎ×ΔＶ、Ｐ_０←Ｐ_１）を順に行う。

【0069】

＜太陽光発電システムの特性とルックアップテーブル＞
図１１は、最大電力点追従の動作電圧設定方法におけるルックアップテーブルの作成方法の一例を示す図である。図１２は、この作成されたルックアップテーブルの一例を示す図である。

【0070】

図１１において、横軸は電圧、縦軸は電力抑制値Ｐ_{ｌｉｍｉｔ}／最大発電電力Ｐ_ｍａｘあり、また、９０はＰＶアレイの定格に対する電圧−電力特性曲線（特性１）、９１は日射が低下した場合のＰＶアレイの電圧−電力特性曲線（特性２）を示す。

【0071】

図１１で示す特性１（９０）に対し、太陽光発電システムの最大発電電力Ｐ_ｍａｘを１として、それに対する任意の割合の電力毎に電圧指令値を太陽光発電システムの特性から求めておく。例えば、電力抑制値Ｐ_{ｌｉｍｉｔ}がＰ_ｍａｘに対して０．６の場合（Ｐ_{ｌｉｍｉｔ}／Ｐ_ｍａｘ＝０．６）、電圧指令値はＶ_６Ｌ若しくはＶ_６Ｈである。これを、各Ｐ_{ｌｉｍｉｔ}／Ｐ_ｍａｘ毎にルックアップテーブル（ＬＵＴ）にまとめたものの例が図１２である。

【0072】

一つのＰ_{ｌｉｍｉｔ}に対して電圧指令値（Ｖ_{ｄｃ−ｌｏｗ}、Ｖ_{ｄｃ−ｈｉｇｈ}）は大小各１つ、合計２つの電圧指令値を取り得るが、どちらの指令値を採用するかは太陽光発電システムの要求に応じて任意に定めればよい。図１１の電圧−電力特性は日射や気温、陰などにより変化するが、これらは概ね発電電力が低下する方向に影響する。太陽光発電システムの定格に対する特性からテーブルを作成しておけば、実際の発電電力はＬＵＴから得た電圧指令値に対応する発電電力を下回る。このため、電力抑制は過剰な方向に働き、太陽光発電システムに悪影響を与えることはない。

【0073】

温度の比較的低い晴れた日など、気象が特定の条件を満たす場合に定格発電量を超えて発電が行われることもあるため、ＬＵＴから得た電圧指令値に対応する発電電力がＰ_{ｌｉｍｉｔ}より大きくなる可能性はある。しかし、図９および図１０に示すようにＰ_{ｌｉｍｉｔ}と対応する電圧指令値を更新し続けるので、必要に応じてＰ_{ｌｉｍｉｔ}がより小さな値に更新され、必要な電力まで抑制されることになる。また、ＬＵＴによる電圧指令値から得られる電力値と、定格発電量から想定される電力値の間に差がある場合も、図９のステップＳ３１３〜Ｓ３１８までのフローに示すように電圧指令値を更新する制御によりこの差を解消することができる。

【0074】

＜タイムチャート＞
図１２に示したＬＵＴを用いて図９および図１０のフローに従った制御のタイムチャートを示したのが図１３である。図１３において、横軸は時間、縦軸は電圧指令値と電力と電力抑制値Ｐ_{ｌｉｍｉｔ}／最大発電電力Ｐ_ｍａｘとｓｉｇｎと電力抑制信号である。

【0075】

上述した図９のステップＳ３１３〜Ｓ３１８までの様子を示したのが、図１３のＳｔｅｐ−Ｃ近傍である。日射の変動を原因として、図１３のＰ_{ｌｉｍｉｔ}／Ｐ_ｍｐｐのグラフ中に示すように、図１１の特性１と特性２がＳｔｅｐ−Ｃで切り替わったとする。Ｐ_{ｌｉｍｉｔ}／Ｐ_ｍａｘ＝０．６で電力抑制が働いているとするとＬＵＴからの電圧指令値は図１１のＶ_６Ｌとなる。（Ｖ_６Ｈでも良いが、図面の分かりやすさからＶ_６Ｌとする）しかし、実際の動作時の特性が特性２であった場合、同じＰ_{ｌｉｍｉｔ}／Ｐ_ｍａｘ＝０．６の電力抑制状態であっても動作電圧はＶ_９Ｌより僅かに高圧側に位置する。ＬＵＴの示す電圧指令値のままであると、特性２では電力抑制値よりも大幅に低電力となるＰ_{ｌｉｍｉｔ}／Ｐ_ｍａｘ≒０．４付近で動作することになる。図９のステップＳ３１３〜Ｓ３１８のフローにより電圧指令値の更新が行われ、特性２でもＰ_{ｌｉｍｉｔ}／Ｐ_ｍａｘ＝０．６の付近まで動作点が変化する。図１３のＳｔｅｐ−Ｃ以降の電圧指令値および電力の変化がこのプロセスに対応する。

【0076】

本実施の形態に示したＬＵＴを用いる方法は、テーブルを制御システムに記憶しておく必要があるが、漸次的にＶ_ｄｃの更新を行って電力抑制をする必要がないため、処理が速くなる。図１３のＳｔｅｐ−Ａ，Ｂでは電力抑制信号がＯＮとなっているため、ＬＵＴによる電圧指令値の変更が働き、それに応じて電力値も急峻に変化している。一方、Ｓｔｅｐ−Ｄ付近の電圧指令値の変化は、電力抑制信号がＯＦＦのため、山登り法による変化となり、それに対応して電力の変化も漸次的に変化する。両者を比較するとその変化にかかるステップ数に大きな差があることが明白である。

【0077】

＜実施の形態３の効果＞
以上のように、本実施の形態における太陽光発電システムの制御システムおよび制御方法によれば、電力抑制時の電圧設定方法を事前に準備した電力抑制値とこの電力抑制値に対応する電圧指令値との一覧表のルックアップテーブルから選択することで、上記実施の形態１および２と異なる効果として、以下のような効果を得ることができる。例えば、ルックアップテーブルを用いる方法は、テーブルを制御システムに記憶しておくことで、漸次的に電圧指令値の更新を行って電力抑制をする必要がないため、処理が速いという利点がある。

【0078】

［実施の形態４］
本実施の形態４における太陽光発電システムの制御システムおよび制御方法について、図１４を用いて説明する。以下においては、上記実施の形態１〜３と異なる点を主に説明する。

【0079】

本実施の形態では、電力抑制時にもＭＰＰＴを有効にする図５の構成を用いた異なる制御例として、電力抑制解除後、ＰＶアレイの動作する電圧指令値を算出するにあたり、太陽光発電システムの動作下限値から決まる電圧閾値と電圧計測値との大小関係に応じてＭＰＰＴでの電圧指令値算出の仕方を変える方法について述べる。この方法を図１４に示す。

【0080】

＜太陽光発電システムの電圧−電力特性＞
図１４は、太陽光発電システムの最低動作電圧から決まる閾値を用いた電力抑制解除時の動作電圧設定方法の一例を示す図である。図１４では、太陽光発電システムの電圧−電力特性曲線を示している。特性１がシステムの定格出力に対応する特性で、特性２〜４は低日射の場合など、特性１に比べて出力が低下している場合の特性である。電圧Ｖ_ｍｉｎは太陽光発電システムの最低動作電圧であり、これより低い電圧しか出力されない場合、システムは待機、もしくは停止状態となる。従って、Ｖ_ｍｉｎが最大電力点（ＭＰＰ）の電圧となる特性（特性４）よりも低出力の場合、ＭＰＰＴ制御を行う必要性はない。経験的に、開放電圧Ｖ_ｏｃと最大電力点電圧Ｖ_ｐｍａｘの比Ｖ_ｐｍａｘ／Ｖ_ｏｃは０．８程度になることが知られているが、この関係を用いると特性４の開放電圧Ｖ_ｏｃ４は、
Ｖ_ｏｃ４≒Ｖ_ｍｉｎ／０．８
となる。

【0081】

この電圧を閾値にして、電力抑制がＯＮの状態からＯＦＦに変わった際の動作電圧(電圧計測値)と閾値との大小関係によりＭＰＰＴによる電圧指令値算出方法を変更する。例えば、山登り法によりＭＰＰを探索するのであれば、閾値を境に探索幅を変え、二分探索法を用いる場合では閾値を境に探索幅の初期値を変える。以下、二分探索を例にして閾値を境にした探索方法の切り替えについて説明する。

【0082】

図１４の特性１にＰ_{ｌｉｍｉｔ}の位置で電力抑制がかかっている状態では、ＭＰＰＴによる動作点はＡ１とＢ１を結ぶ直線状の何れかとなる。動作点がＡ１の時、日射変動などにより特性１が特性２へと変化したとすると動作点はＡ２に移るが、電力抑制が外れるため、ＭＰＰＴは最大電力点の探索を開始する。二分探索法では探索範囲を決める２点を定め、その範囲を二分し、その範囲の代表点を比較して探索を行う。従って、まず範囲を決める２点を指定しなければならない。

【0083】

Ａ２点のように動作電圧が範囲１に属する場合、その２点の初期値は一方をＡ２点の動作電圧Ｖ_Ａ、もう一方をＶ_Ａと閾値電圧の２点の内部から選択すればよい。例えば山登り法の電圧探索幅をΔＶとすれば、Ｖ_ＡとＶ_ｏｃ４との差に応じて、ΔＶ×ｎ（ｎ＝１、２、３、４、…）からＶ_ｏｃ４を超えないもう一点を決める。これにより探索範囲が限定され、過大な電圧を指定する恐れがなくなる。例えば、電圧抑制のかかった状態で特性１から特性３に遷移した場合、Ｖ_ｏｃ４より大きな電圧を探索幅の一端に指定し、発電電力が０の電圧指令値を指定してしまう恐れもある。Ｖ_ｏｃ４より低電圧であればこうした恐れはない。

【0084】

一方、動作点がＢ１からＢ２に遷移した場合、二分探索をＶ_ＢとＶ_ｏｃ４の間、すなわち範囲２に限定し、探索幅を範囲１に比べて大きく取ることができる。探索幅の初期値は一端をＶ_ｏｃ４とし、もう一端をＶ_ｏｃ４＋ΔＶ×ｎ（ｎ＝１、２、３、４、…）の中からＶ_Ｂを超えない最大のものを選ぶ。特性２のＡ２点の場合のように、二分探索だけでは必ずしもＭＰＰへは到達しない場合があるが、その場合は二分探索後に山登り法を用いればよい。

【0085】

このように閾値を設け、ＭＰＰＴの探索方法を変えることで効率よく探索することができ、また、不適当な電圧指令値を探索する恐れも低くなる。さらに、この電圧閾値は太陽光発電システムの最小電圧から妥当性をもって一意に決めることができる。

【0086】

上記の説明では温度の影響を考えなかったが、実際には温度の影響を考慮する必要がある。システムのモジュール直列数をＮ_１、モジュールを構成するセル数をＮ_２、モジュール動作温度と２５℃との温度差をΔＴ、電圧の温度依存性を示す温度係数をβ、電圧変動量をΔＶとすると、
ΔＶ＝β×ΔＴ×Ｎ_１×Ｎ_２
Ｖ_ｏｃ４＝Ｖ_ｏｃ４（２５℃）−ΔＶ
となる。

【0087】

ここで、Ｖ_ｍｉｎ＝３５０Ｖ、βを２ｍＶ／℃、気温２５℃の時のモジュール動作温度をＪＩＳ Ｃ８９０７：２００５に則り気温＋１８．４℃＝４３．４℃、Ｎ_１＝１６、Ｎ_２＝６０とすると、
Ｖ_ｏｃ４（２５℃）＝３５０／０．８＝４３７．５
ΔＶ＝２×１０^−３×１８．４×１６×６０＝３５．３
Ｖ_ｏｃ４＝４３７．５−３５．３≒４０２（Ｖ）
となる。

【0088】

＜実施の形態４の効果＞
以上のように、本実施の形態における太陽光発電システムの制御システムおよび制御方法によれば、複数の電圧指令値設定方法を切り替える電圧閾値を、太陽光発電システムの最小起動電圧値から決定し、この電圧閾値を境に二分探索法の探索幅初期値を決定することで、上記実施の形態１〜３と異なる効果として、以下のような効果を得ることができる。例えば、電圧閾値を設けてＭＰＰＴの探索方法を変えることで、効率よく電圧指令値を探索することができ、また、不適当な電圧指令値を探索する恐れも低くできる利点がある。

【0089】

［実施の形態５］
本実施の形態５における太陽光発電システムの制御システムおよび制御方法について、図１５〜図１７を用いて説明する。以下においては、上記実施の形態１〜４と異なる点を主に説明する。

【0090】

本実施の形態では、低日射の際の制御について述べる。日の出や日の入りなど、日射量が少ない場合、パワーコンディショナはＰＶアレイの動作電圧をＭＰＰＴで設定するのではなく、一定電圧に固定する制御を行う。従って、この一定電圧制御を行う部分をＭＰＰＴで電圧指令値として出力する方式とすれば、パワーコンディショナ起動中は全てＰＶアレイの動作電圧をＭＰＰＴにより制御することができる。このような制御は、例えば図１の構成を用い、図１５に示すフローにより実現できる。低日射の例として日の出の場合を考えてみる。電圧−電力特性を図１６、タイムチャートを図１７に示す。

【0091】

＜低日射の際の制御＞
図１５は、低日射時における一定電圧動作の際にも最大電力点追従制御の一環として定電圧の指令値を出力する制御の一例を示すフローチャートである。図１６は、低日射時における一定電圧制御の説明のための太陽光発電システムにおける電圧−電力関係の一例を示す図である。図１７は、電力抑制時の最大電力点追従制御の一例を示すタイムチャートである。

【0092】

図１５において、ステップＳ４０１，Ｓ４０２で初期値を設定（最低電圧Ｖ_ｍｉｎ、一定動作電圧Ｖ_{ｄｃ＿ｃｏｎｓｔ’}、最低電力Ｐ_ｍｉｎ、電圧初期値Ｖ_０、電圧更新幅ΔＶ、ｓｉｇｎ←＋１、Ｐ_０＝Ｐ_ｍｉｎ）した後、ステップＳ４０３で開放電圧Ｖ_ＯＣを計測する。日の出直後の日射が弱い場合、図１６の特性１のように開放電圧Ｖ_ｏｃがシステムの最低動作電圧Ｖ_ｍｉｎより低い場合、ステップＳ４０３およびＳ４０４（Ｖ_ＯＣ＞Ｖ_ｍｉｎ？）を繰り返し、電圧が上昇するまで待機する。

【0093】

図１６の特性２に示すようにＶ_ｏｃがＶ_ｍｉｎに達するとステップＳ４０５に進み、太陽光発電システムは定められた一定電圧Ｖ_{ｄｃ＿ｃｏｎｓｔ}にて発電を開始する。特別な事情がない限り、Ｖ_{ｄｃ＿ｃｏｎｓｔ}＝Ｖ_ｍｉｎとすればよい。Ｖ_{ｄｃ＿ｃｏｎｓｔ}での一定電圧動作の際も図１５、図１７に示すようにＭＰＰＴの電圧指令値として動作電圧を出力することが肝要である。

【0094】

その後、日射の増加と共に発電量が増え、ステップＳ４０６で取得した発電電力Ｐ（Ｖ_ｄｃ）がある閾値Ｐ_ｍｉｎを超えると（ステップＳ４０７）、特性４、５に示すように最大電力点は_Ｖｍｉｎより高電圧側に位置することになるので、一定電圧制御から山登り法などの最大電力点探索に基づいた電圧指令値設定方法に移行する（ステップＳ４０８〜Ｓ４１７）。閾値となる電力Ｐ_ｍｉｎは、電圧がＶ_ｍｉｎの時に発電電力が最大となるような特性の最大電力である。図１６では特性３の最大電力点ＭＰＰ３の電力値（＝Ｐ_ｍｉｎ）が閾値となる。

【0095】

ＭＰＰＴによる最大電力点動作を行っている際にも、ステップＳ４１０に示すように電圧指令値に対する発電量Ｐ_１を電力の閾値Ｐ_ｍｉｎと比較することにより、発電電力の低下の検出を行う。日没時のように日射量が低下すると、発電電力が低下し、Ｐ_ｍｉｎを下回る。その際、制御は図１５のステップＳ４１０でＢに分岐（Ｎｏ）し、ステップＳ４０３に戻る。その後は、既に説明したアルゴリズムに従い、ある範囲の日射量では一定電圧動作を行う。さらに日射量が低下した場合は発電を停止し、開放電圧の監視状態に入る。

【0096】

上記のように低日射時における一定電圧動作の際にも電圧値を指令値として出力し制御することができる。重要なことは、一定電圧値を指令値としてＡＶＲに入力し、その値がＭＰＰＴ制御と同じ制御経路を辿ってインバータの制御信号へ変換され、ＰＶアレイの動作電圧を制御していることである。これにより、電力抑制時に加え、日の出、日の入り時を代表とした低日射時の一定電圧動作についても、ＭＰＰＴからの指令値を基にＰＶアレイの電圧を制御できる。すなわち、日の出から日の入りまで一貫してＭＰＰＴによる電圧制御が可能となる。

【0097】

＜実施の形態５の効果＞
以上のように、本実施の形態における太陽光発電システムの制御システムおよび制御方法によれば、日射量が少ない場合の一定電圧制御を行う部分をＭＰＰＴで電圧指令値として出力する方式とすることで、上記実施の形態１〜４と異なる効果として、以下のような効果を得ることができる。例えば、低日射時における一定電圧動作の際にも、電圧値を指令値として出力し制御することができる。この結果、日の出から日の入りまで一貫してＭＰＰＴによる電圧制御が可能となる利点がある。

【0098】

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態１〜５に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

【0099】

たとえば、上記した実施の形態１〜５は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。さらに、各実施の形態を組み合わせる形態も、本発明の範囲として変更可能である。

【符号の説明】

【0100】

１…太陽電池（ＰＶ）アレイ、２，２ａ…パワーコンディショナ、３…電力系統、
２１…インバータ、２２…計測部、２３…最大電力点追従部（ＭＰＰＴ）＋電力制御部、２３ａ…最大電力点追従部（ＭＰＰＴ）、２３ｂ…電力制御部、２４…自動電圧調整部（ＡＶＲ）、２５…パルス幅変調信号生成部（ＰＷＭ）、
３０…太陽電池アレイの電圧−電力特性曲線、３１…電力抑制が課された時の動作点の一つ、３２…電力抑制が課された時のもう一つの動作点、
４０…更新後の電力値、４１…１ステップ前の電力値、
９０…太陽電池アレイの定格に対する電圧−電力特性曲線、９１…日射が低下した場合の太陽電池アレイの電圧−電力特性曲線。

【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】