特許 6281649 電力管理装置、増設用発電システム、発電システム、及び電力管理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6281649

(24)【登録日】2018年2月2日

(45)【発行日】2018年2月21日

(54)【発明の名称】電力管理装置、増設用発電システム、発電システム、及び電力管理方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 3/38 20060101AFI20180208BHJP

   H02J 3/32 20060101ALI20180208BHJP

   H02J 7/35 20060101ALI20180208BHJP

   H02J 7/10 20060101ALI20180208BHJP

   H02J 3/00 20060101ALI20180208BHJP

   G05F 1/67 20060101ALI20180208BHJP

【ＦＩ】

   H02J3/38 150

   H02J3/38 110

   H02J3/32

   H02J7/35 B

   H02J7/10 B

   H02J3/38 160

   H02J3/00 180

   G05F1/67 A

【請求項の数】15

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2017-24237(P2017-24237)

(22)【出願日】2017年2月13日

【審査請求日】2017年2月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】592001296

【氏名又は名称】株式会社ニプロン

(74)【代理人】

【識別番号】100074561

【弁理士】

【氏名又は名称】柳野 隆生

(74)【代理人】

【識別番号】100124925

【弁理士】

【氏名又は名称】森岡 則夫

(74)【代理人】

【識別番号】100141874

【弁理士】

【氏名又は名称】関口 久由

(74)【代理人】

【識別番号】100143373

【弁理士】

【氏名又は名称】大西 裕人

(72)【発明者】

【氏名】山本 直樹

(72)【発明者】

【氏名】三宅 重和

(72)【発明者】

【氏名】廣岡 重英

(72)【発明者】

【氏名】吉川 斗志

【審査官】 古河 雅輝

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−１９９７３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０９８７９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１３７７５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１５／０２９１３８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０５Ｆ １／１２− １／４４

Ｇ０５Ｆ １／４５− ７／００

Ｈ０２Ｊ ３／００− ７／１２

Ｈ０２Ｊ ７／３４− ７／３６

Ｈ０２Ｍ ５／００− ５／４８

Ｈ０２Ｍ ７／４２− ７／９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

自然エネルギーを用いて発電する主発電装置から出力される主発電電力が入力される主受電部を備えて当該主受電部に入力される主入力電力を最大化するようにその主受電部への入力電圧である主入力電圧を調節すると共に、前記主入力電力の上限を規定する電力上限値が予め設定された変換装置の前記主受電部に接続されるための電力管理装置であって、
自然エネルギーを用いて発電する発電装置の発電電力に基づく入力電力が入力される受電部と、
前記電力上限値を記憶する記憶部と、
前記主入力電力を示す情報を取得する主電力情報取得部と、
前記主入力電力が前記電力上限値に満たないときに前記主入力電力が前記電力上限値を超えないように前記入力電力に基づく出力電力を前記主受電部へ出力する出力調節処理を実行する出力制御部とを備える電力管理装置。

【請求項2】

前記出力制御部は、前記主入力電力が前記電力上限値と略等しくなるように、前記出力電力を調節する請求項１記載の電力管理装置。

【請求項3】

前記出力制御部は、前記出力調節処理において、前記出力電力を変更可能なタイミングを予め設定された設定時間間隔とし、当該タイミング以外では前記出力電力を一定に維持する請求項１又は２に記載の電力管理装置。

【請求項4】

前記設定時間は、前記主入力電力を最大化できる主入力電圧をピーク点として、前記変換装置が、前記主入力電力の変化に応じて変化する前記ピーク点を探索して当該主入力電圧を調節するのにかかる処理時間以上である請求項３記載の電力管理装置。

【請求項5】

前記主入力電圧の値である主電圧値を取得する主電圧取得部をさらに備え、
前記主電力情報取得部は、前記主発電電力を示す情報をさらに取得し、
前記出力制御部は、前記設定時間間隔の間の期間において前記主発電電力が略ゼロとなった場合、前記主電圧取得部によって取得された主電圧値が当該略ゼロとなった時点の主電圧値よりも大きくなるほど前記出力電力を減少させる請求項３又は４に記載の電力管理装置。

【請求項6】

前記主電力情報取得部は、前記主発電電力を示す情報をさらに取得し、
前記出力制御部は、前記主発電電力が予め設定された基準電力に満たないとき、予め設定された基準電圧と前記主入力電圧との差が増大するほど前記出力電力を減少させるように、当該出力電力を調節する請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力管理装置。

【請求項7】

前記基準電圧は、前記主入力電力を最大化できる主入力電圧をピーク点として、前記主発電装置が自然エネルギーから発電可能な最大の主発電電力に対応した前記ピーク点よりも低い請求項６記載の電力管理装置。

【請求項8】

前記主電力情報取得部は、前記主発電電力を示す情報をさらに取得し、
前記出力制御部は、前記主発電電力が予め設定された基準電力に満たない場合、前記主入力電圧が予め設定された基準電圧範囲内のとき前記出力電力を一定に維持し、前記主入力電圧が前記基準電圧範囲外のとき当該主入力電圧が前記基準電圧範囲から遠ざかるほど前記出力電力を減少させる請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力管理装置。

【請求項9】

請求項１〜８に記載の電力管理装置と、
前記発電装置と、
前記発電電力を充電する蓄電池とを備え、
前記入力電力は、前記発電電力及び前記蓄電池の放電電力のうち少なくとも一方である増設用発電システム。

【請求項10】

前記受電部の電圧が予め設定された充電開始電圧以上になると、前記発電装置の発電電力を前記蓄電池に充電し、前記受電部の電圧が前記充電開始電圧より低い電圧に予め設定された放電開始電圧以下になると、前記蓄電池を放電させて、その蓄電池に蓄電されていた前記発電電力を前記受電部へ供給する充放電装置と、
前記発電装置の発電電力を、前記充電開始電圧より高い目標出力電圧を目標に調節して前記受電部へ出力する発電制御装置とをさらに備える請求項９記載の増設用発電システム。

【請求項11】

前記充放電装置は、前記受電部の電圧が前記充電開始電圧以上になると、前記充電開始電圧を目標にして前記受電部の電圧を一定に維持するように前記発電装置の発電電力を前記蓄電池に充電し、前記受電部の電圧が前記放電開始電圧以下になると、前記放電開始電圧を目標にして前記受電部の電圧を一定に維持するように前記蓄電池を放電させる請求項１０記載の増設用発電システム。

【請求項12】

前記出力制御部は、前記出力調節処理において、前記放電開始電圧より低い電圧に予め設定された設定電圧を目標にして前記受電部の電圧を一定に維持するように前記出力電力を調節する請求項１１に記載の増設用発電システム。

【請求項13】

請求項９〜１２のいずれか１項に記載の増設用発電システムと、
前記変換装置とを備える発電システム。

【請求項14】

前記増設用発電システムを複数備え、
前記複数の増設用発電システムにおける各受電部が並列接続されている請求項１３記載の発電システム。

【請求項15】

自然エネルギーを用いて発電する主発電装置から出力される主発電電力が入力される主受電部を備えて当該主受電部に入力される主入力電力を最大化するようにその主受電部への入力電圧である主入力電圧を調節すると共に、前記主入力電力の上限を規定する電力上限値が予め設定された変換装置の前記主受電部への電力供給を行うための電力管理方法であって、
自然エネルギーを用いて発電する発電装置の発電電力に基づく入力電力を受け付ける受電工程と、
前記主入力電力を示す情報を取得する主電力取得工程と、
前記主入力電力が前記電力上限値に満たない場合、前記主入力電力が前記電力上限値を超えないように前記入力電力に基づく出力電力を前記主受電部へ出力する出力調節処理を実行する出力制御工程とを含む電力管理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、自然エネルギーを用いて発電する発電装置の発電電力を管理する電力管理装置、電力管理方法、及び、これを用いた増設用発電システム、発電システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、太陽光発電、風力発電、水力発電等の自然エネルギーを用いて発電された電力を、電気事業者の電力線に供給して売電することが行われている。このような自然エネルギーの発電電力を電力線に供給して売電するためには、例えばパワーコンディショナ（Power Conditioning System：PCS）と称される変換装置が用いられる。

【0003】

一方、太陽光発電に用いられる太陽電池は、その出力電圧（動作電圧）をある所定の電圧にしたときに、その出力電力が最大になることが知られている（例えば、特許文献１、図２参照。）。そこで、上述のＰＣＳ等の変換装置は、太陽電池の出力電圧を変化させて最大の出力電力が得られる出力電圧を探索し、その出力電圧に制御することで、太陽電池から最大の出力電力を得るように制御する最大電力点追従制御（Maximum power point tracking：MPPT）を実行する（例えば、特許文献１参照。）。

【0004】

太陽光発電以外の風力発電や水力発電等の発電方式の場合であっても、発電に用いられる発電機は、その発電電力が上述のような変換装置を介して電気事業者の電力線へ売電される。このとき、変換装置は発電機から見た負荷に相当し、変換装置が発電機から引き出す電流が増加すれば（負荷が大きくなれば）、発電機の出力電圧が低下すると共に発電機を回転させるために必要なトルクが増大し、変換装置が発電機から引き出す電流が減少すれば（負荷が小さくなれば）、発電機の出力電圧が上昇すると共に発電機を回転させるために必要なトルクが減少する。

【0005】

一方、発電機を回転させるためのトルクが大きすぎたり小さすぎたりすると、自然エネルギーを効率よく発電機の回転エネルギーに変換することができない。そのため、風力発電や水力発電等、発電機を用いる発電方式においても、太陽光発電の場合と同様、最大電力点追従制御によって、発電機から得られる出力電力を最大化できる。

【0006】

また、上述の変換装置には、定格電力容量がある。定格電力容量は、変換装置が電気事業者の電力線に供給可能な電力量の上限、すなわち発電装置等から変換装置へ入力可能な電力量の上限（以下、電力上限値と称する）である。上述のように最大電力点追従制御によって発電装置から得られた発電電力が、電力上限値を超えてしまうと発電電力が無駄になってしまう。一方、自然エネルギーによる発電電力量は、昼夜の時間帯や気象条件等に左右され、変動が大きい。そのため、自然エネルギーによる発電電力の変動を吸収できるように、電力上限値に余裕のある、すなわち定格電力容量の大きい変換装置が用いられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開平７−２２５６２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

ところで、上述の変換装置は、上述したように自然エネルギーによる発電電力の変動を吸収できるように電力上限値が設定されている。そのため、自然エネルギーによる発電電力が小さいときは、変換装置の能力が一部しか活用されず、変換装置の能力を充分に活用することができない。

【0009】

本発明の目的は、自然エネルギーによる発電電力を電力線に供給するための変換装置の能力を効率よく活用することが可能な電力管理装置、増設用発電システム、発電システム、及び電力管理方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明に係る電力管理装置は、自然エネルギーを用いて発電する主発電装置から出力される主発電電力が入力される主受電部を備えて当該主受電部に入力される主入力電力を最大化するようにその主受電部への入力電圧である主入力電圧を調節すると共に、前記主入力電力の上限を規定する電力上限値が予め設定された変換装置の前記主受電部に接続されるための電力管理装置であって、自然エネルギーを用いて発電する発電装置の発電電力に基づく入力電力が入力される受電部と、前記電力上限値を記憶する記憶部と、前記主入力電力を示す情報を取得する主電力情報取得部と、前記主入力電力が前記電力上限値に満たないときに前記主入力電力が前記電力上限値を超えないように前記入力電力に基づく出力電力を前記主受電部へ出力する出力調節処理を実行する出力制御部とを備える。

【0011】

また、本発明に係る電力管理方法は、自然エネルギーを用いて発電する主発電装置から出力される主発電電力が入力される主受電部を備えて当該主受電部に入力される主入力電力を最大化するようにその主受電部への入力電圧である主入力電圧を調節すると共に、前記主入力電力の上限を規定する電力上限値が予め設定された変換装置の前記主受電部への電力供給を行うための電力管理方法であって、自然エネルギーを用いて発電する発電装置の発電電力に基づく入力電力を受け付ける受電工程と、前記主入力電力を示す情報を取得する主電力取得工程と、前記主入力電力が前記電力上限値に満たない場合、前記主入力電力が前記電力上限値を超えないように前記入力電力に基づく出力電力を前記主受電部へ出力する出力調節処理を実行する出力制御工程とを含む。

【0012】

これらの構成によれば、変換装置に入力される主入力電力が変換装置の電力上限値に満たない場合、すなわち変換装置の能力に余裕がある場合、主入力電力が電力上限値を超えないように、自然エネルギーを用いて発電する発電装置の発電電力に基づき得られた入力電力に基づく出力電力が、変換装置の主受電部へ出力されて変換装置に入力される。その結果、変換装置の能力の余裕分が活用されることになるので、自然エネルギーによる発電電力を電力線に供給するための変換装置の能力を効率よく活用することが可能となる。

【0013】

また、前記出力制御部は、前記主入力電力が前記電力上限値と略等しくなるように、前記出力電力を調節することが好ましい。

【0014】

この構成によれば、変換装置の能力の略すべてを活用することができる。

【0015】

また、前記出力制御部は、前記出力調節処理において、前記出力電力を変更可能なタイミングを予め設定された設定時間間隔とし、当該タイミング以外では前記出力電力を一定に維持することが好ましい。

【0016】

この構成によれば、出力電力が変更される可能性のあるタイミングが設定時間間隔とされ、設定時間間隔の間の期間は電力管理装置の出力電力が一定に維持されるので、電力管理装置の出力電力が一定になっている期間内に、変換装置がピーク探索を行うことが可能となる。その結果、電力管理装置の出力調節処理によって、変換装置のピーク探索が阻害されるおそれが低減される。

【0017】

また、前記設定時間は、前記主入力電力を最大化できる主入力電圧をピーク点として、前記変換装置が、前記主入力電力の変化に応じて変化する前記ピーク点を探索して当該主入力電圧を調節するのにかかる処理時間以上であることが好ましい。

【0018】

この構成によれば、設定時間間隔の間における電力管理装置の出力電力が一定になっている期間内に、変換装置が主入力電圧を調節する処理が完了する確実性が増大する。その結果、変換装置がピークを検出できなくなるおそれを低減できる確実性が増大する。

【0019】

また、前記主入力電圧の値である主電圧値を取得する主電圧取得部をさらに備え、前記主電力情報取得部は、前記主発電電力を示す情報をさらに取得し、前記出力制御部は、前記設定時間間隔の間の期間において前記主発電電力が略ゼロとなった場合、前記主電圧取得部によって取得された主電圧値が当該略ゼロとなった時点の主電圧値よりも大きくなるほど前記出力電力を減少させることが好ましい。

【0020】

主発電電力が略ゼロとなった場合に、設定時間間隔の間の期間において出力制御部による出力電力が一定に維持されると、変換装置から見ると、主発電装置の出力特性が平坦に見えるため、変換装置はピークを検出できなくなってしまう。この構成によれば、設定時間間隔の間の期間において主発電電力が略ゼロとなった場合は、主電圧取得部によって取得された主電圧値が当該略ゼロとなった時点の主電圧値よりも大きくなるほど出力電力が減少されるので、変換装置から主発電装置の出力特性が平坦に見えることがなくなる。その結果、変換装置がピークを検出できなくなるおそれが低減される。

【0021】

また、前記主電力情報取得部は、前記主発電電力を示す情報をさらに取得し、前記出力制御部は、前記主発電電力が予め設定された基準電力に満たないとき、予め設定された基準電圧と前記主入力電圧との差が増大するほど前記出力電力を減少させるように、当該出力電力を調節することが好ましい。

【0022】

この構成によれば、主発電装置の主発電電力が予め設定された基準電力に満たず、略ゼロに近い場合、発電装置の発電電力に基づく出力電力が、基準電圧と前記主入力電圧との差が増大するほど前記出力電力を減少させるように変換装置へ出力されるので、変換装置からは、主入力電圧が基準電圧となるときにピークがあるようにみえる。その結果、変換装置がピークを検出することができるので、変換装置の動作が安定化される。

【0023】

また、前記基準電圧は、前記主入力電力を最大化できる主入力電圧をピーク点として、前記主発電装置が自然エネルギーから発電可能な最大の主発電電力に対応した前記ピーク点よりも低いことが好ましい。

【0024】

主発電電力が予め設定された基準電力に満たない状態、例えば太陽光発電であれば夜間や日が陰っている状態、風力発電であれば風が止んでいる状態から、主発電電力が増大するときは、主発電電力は、低電力から徐々に増大して基準電力に達する。ここで、主発電装置が自然エネルギーから発電可能な最大の主発電電力に対応したピーク点の電圧に基準電圧が設定されていると、変換装置からは最大の主発電電力に応じた主入力電圧にピークがあるようにみえる。そうすると、主発電電力が低電力から徐々に増大して基準電力に達したとき、それ以前に変換装置からみえていたピーク点と、本来のピーク点との差が大きいために変換装置によるピーク探索が困難になるおそれがある。そこで、この構成によれば、基準電圧が、最大の主発電電力に応じた主入力電圧よりも低い電圧となる。その結果、主発電電力が低電力から徐々に増大して基準電力に達したとき、それ以前に変換装置からみえていたピーク点と、本来のピーク点との差が、最大の主発電電力に対応したピーク点の電圧に基準電圧が設定されているときよりも小さくなるため、変換装置によるピーク探索が困難になるおそれが低減される。

【0025】

また、前記主電力情報取得部は、前記主発電電力を示す情報をさらに取得し、前記出力制御部は、前記主発電電力が予め設定された基準電力に満たない場合、前記主入力電圧が予め設定された基準電圧範囲内のとき前記出力電力を一定に維持し、前記主入力電圧が前記基準電圧範囲外のとき当該主入力電圧が前記基準電圧範囲から遠ざかるほど前記出力電力を減少させることが好ましい。

【0026】

この構成によれば、主発電装置の主発電電力が予め設定された基準電力に満たず、略ゼロに近い場合、主入力電圧が基準電圧範囲内のとき発電装置の発電電力に基づく出力電力が一定に維持され、主入力電圧が基準電圧範囲外のとき当該主入力電圧が前記基準電圧範囲から遠ざかるほど出力電力が減少される。これにより、変換装置から主発電装置の出力特性が平坦にみえる主入力電圧の領域が、基準電圧範囲内に限られるので、変換装置がピークを検出しにくくなる領域が狭い範囲に限られる。その結果、変換装置がピークを検出できなくなるおそれを低減できる。

【0027】

また、本発明に係る増設用発電システムは、上述の電力管理装置と、前記発電装置と、前記発電電力を充電する蓄電池とを備え、前記入力電力は、前記発電電力及び前記蓄電池の放電電力のうち少なくとも一方である。

【0028】

この構成によれば、発電装置の発電電力を蓄電池に充電しておき、発電装置の発電電力及び蓄電池の放電電力のうち少なくとも一方を変換装置に供給することができるので、主入力電力が電力上限値に満たなくなるタイミングに合わせて発電装置の発電電力を変換装置に供給することができる。

【0029】

また、 前記受電部の電圧が予め設定された充電開始電圧以上になると、前記発電装置の発電電力を前記蓄電池に充電し、前記受電部の電圧が前記充電開始電圧より低い電圧に予め設定された放電開始電圧以下になると、前記蓄電池を放電させて、その蓄電池に蓄電されていた前記発電電力を前記受電部へ供給する充放電装置と、前記発電装置の発電電力を、前記充電開始電圧より高い目標出力電圧を目標に調節して前記受電部へ出力する発電制御装置とをさらに備えることが好ましい。

【0030】

受電部へ供給される電力が、受電部から電力管理装置へ引き込まれて出力電力に変換される電力を上回って余剰となると、受電部の電圧が上昇して充電開始電圧以上になる。受電部の電圧が充電開始電圧以上になると、充放電装置は、余剰電力を蓄電池に充電する。また、受電部へ供給される電力が受電部から電力管理装置へ引き込まれて出力電力に変換される電力を下回って不足すると、受電部の電圧が低下して放電開始電圧以下になる。受電部の電圧が放電開始電圧以下になると、充放電装置は、蓄電されていた電力を蓄電池から放電する。これにより、発電電力の過不足を蓄電池の充放電により補うことができる。

【0031】

また、前記充放電装置は、前記受電部の電圧が前記充電開始電圧以上になると、前記充電開始電圧を目標にして前記受電部の電圧を一定に維持するように前記発電装置の発電電力を前記蓄電池に充電し、前記受電部の電圧が前記放電開始電圧以下になると、前記放電開始電圧を目標にして前記受電部の電圧を一定に維持するように前記蓄電池を放電させることが好ましい。

【0032】

この構成によれば、受電部の電圧を一定に維持するように蓄電池の充放電が行われるので、受電部の電圧が変動することが抑制される。その結果、受電部の電圧が安定化され、電力管理装置の動作が不安定になるおそれが低減される。

【0033】

また、前記出力制御部は、前記出力調節処理において、前記放電開始電圧より低い電圧に予め設定された設定電圧を目標にして前記受電部の電圧を一定に維持するように前記出力電力を調節することが好ましい。

【0034】

外部から受電部へ供給される電力が、受電部から取り込まれる入力電力より多く余剰となれば受電部の電圧は上昇し、少なく不足すれば低下する。出力制御部は、入力電力に基づく出力電力を調節することによって受電部から取り込まれる入力電力を調節し、ひいては受電部の電圧を、設定電圧を目標にして受電部の電圧を一定に維持するように調節する。設定電圧は、蓄電池の放電開始電圧よりも低くされているので、蓄電池が充電された状態であって空でなければ、受電部の電圧が設定電圧になれば、蓄電池が放電されて受電部へ供給される。蓄電池は満充電になると余剰電力を充電することができず、発電電力が無駄になるおそれがある。しかしながらこの構成によれば、設定電圧が蓄電池の放電開始電圧よりも低くされ、優先的に蓄電池が放電されるようにされているので、蓄電池が満充電になるおそれが低減され、ひいては発電電力が無駄になるおそれが低減される。

【0035】

また、本発明に係る発電システムは、上述の増設用発電システムと、前記変換装置とを備える。

【0036】

この構成によれば、上述の増設用発電システムによって、変換装置の能力の余裕分が活用されることになるので、自然エネルギーによる発電電力を電力線に供給するための変換装置の能力を効率よく活用することが可能となる。

【0037】

また、前記増設用発電システムを複数備え、前記複数の増設用発電システムにおける各受電部が並列接続されていることが好ましい。

【0038】

この構成によれば、各増設用発電システムの発電装置の発電電力に差が生じた場合であっても、各増設用発電システムの各受電部が並列接続されていることによって、各増設用発電システムの各蓄電池をバランスよく充放電させることができる。

【発明の効果】

【0039】

このような構成の電力管理装置、増設用発電システム、発電システム、及び電力管理方法は、自然エネルギーによる発電電力を電力線に供給するための変換装置の能力を効率よく活用することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0040】

【図1】本発明の一実施形態に係る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】図１に示す電力管理装置の構成の一例を示すブロック図である。

【図3】図１に示す太陽電池の出力特性の一例を示すグラフである。

【図4】図１に示す発電システムの動作を説明するための説明図である。

【図5】図１に示す発電システムの動作を説明するための説明図である。

【図6】図１に示す発電システムの動作を説明するための説明図である。

【図7】図６に示す発電システムの動作の別の一例を説明するための説明図である。

【図8】図４に示す発電システムの動作の別の一例を説明するための説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0041】

以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。図１は、本発明の一実施形態に係る発電システムの構成の一例を示すブロック図である。図１に示す発電システム１は、太陽電池４（主発電装置）と、変換装置５と、電流計６と、増設用発電システム２，３とを備えている。

【0042】

太陽電池４は、自然エネルギーである太陽光によって発電を行う主発電装置の一例に相当している。変換装置５は、いわゆるパワーコンディショナ（Power Conditioning System：PCS）である。変換装置５は、太陽電池４を接続するための入力端子５１，５１（主受電部）を備えている。入力端子５１，５１は、主配線ＭＬを介して太陽電池４と接続されている。太陽電池４で発電された主発電電力は、入力端子５１，５１によって受け付けられて、変換装置５に入力される。

【0043】

また、変換装置５には、電気事業者等の商用の電力線ＰＬが接続されている。変換装置５は、入力端子５１，５１によって受け付けられた主発電電力を、電力線ＰＬの交流周波数、電圧に変換して電力線ＰＬへ出力する。これにより、太陽電池４で発電された主発電電力を、電気事業者へ売電することができるようになっている。

【0044】

変換装置５は、上述の最大電力点追従制御（Maximum power point tracking：MPPT）を実行することによって、入力端子５１，５１に入力される主入力電力Ｐを最大化するようにその入力端子５１，５１への入力電圧である主入力電圧Ｖを調節する。変換装置５が入力端子５１，５１から変換装置５へ流入する電流を増大させると、変換装置５の見かけの入力インピーダンスが低下し、主入力電圧Ｖが低下する。変換装置５が入力端子５１，５１から変換装置５へ流入する電流を減少させると、変換装置５の見かけの入力インピーダンスが増大し、主入力電圧Ｖが上昇する。このようにして、変換装置５は、主入力電圧Ｖを調節可能にされている。

【0045】

また、変換装置５は、主入力電圧Ｖと、主配線ＭＬから変換装置５へ流入する主入力電流Ｉとを検出し、主入力電圧Ｖ及び主入力電流Ｉを示す信号を増設用発電システム２，３へ出力する。

【0046】

変換装置５は、主入力電力Ｐ、すなわち電力線ＰＬへ出力されて電気事業者へ売電される電力、の上限が、電力上限値Ｐｍとして予め設定されている。電力上限値Ｐｍは、変換装置５の定格電力容量に相当する。なお、変換装置５の電力変換効率により、主入力電力Ｐと変換装置５の出力電力とは必ずしも一致せず、電力上限値Ｐｍと定格電力容量とは必ずしも一致しない場合があるが、実質的に電力上限値Ｐｍが定格電力容量に相当するものとして説明する。

【0047】

電気事業者による再生可能エネルギー電気の買い取り価格は、経済産業省が定める固定価格買取制度によって、規定されている。また、電気事業者へ電力を売電するためには、電気事業者と接続契約を締結する必要がある。接続契約は、変換装置５（ＰＣＳ）の定格電力容量（電力上限値Ｐｍ）を規定して定められる。そのため、もし仮に、太陽電池４を増設して変換装置５の定格電力容量（電力上限値Ｐｍ）を増大させると、接続契約を締結し直す必要がある。

【0048】

一方、固定価格買取制度の電力買い取り価格は、接続契約の締結時期の価格が適用される。また、電力買い取り価格は、年々低額化しており、接続契約を新たに締結し直すと、電力買い取り価格が安くなってしまうという不都合があった。

【0049】

また、太陽光、風力、水力等の自然エネルギーによる発電電力量は、昼夜の時間帯や気象条件等に左右され、変動が大きい。そのため、変換装置５の電力上限値Ｐｍは、自然エネルギーによる発電電力の変動を吸収可能なように、太陽電池４の最大発電電力以上にされている。従って、太陽電池４の発電電力が最大発電電力に満たないときは、変換装置５の能力に余裕がある状態となっている。変換装置５は、電力上限値Ｐｍが大きいものほど高価になるので、変換装置５を、主発電電力が電力上限値Ｐｍに満たない、その能力に余裕がある状態で運用することは、設備の有効利用の観点で無駄が生じることになる。

【0050】

太陽光発電の場合、朝、夕、曇天時などの日射が弱くなり、太陽電池の発電電力がＰＣＳの定格電力を下回る時間帯においては、ＰＣＳの定格電力に対して太陽電池の発電電力が小さくなるため、ＰＣＳの定格電力に対して余力が生じる。このような場合、ＰＣＳの定格電力を超える太陽電池を増設接続（過積載）することで、日射が低下する時間帯において、ＰＣＳの余力を有効活用することができるようになる。

【0051】

しかし、従来、太陽電池を増設することにより、日射が強くなる時間帯においては、ＰＣＳの定格電力を超える過剰な電力がＰＣＳに入力されたり、ＰＣＳの入力電圧が上昇してしまったりする等により、ＰＣＳの動作の安定性や信頼性を低下させてしまう可能性があった。

【0052】

また、従来、上記のようにＰＣＳの定格電力を超える太陽電池をＰＣＳに接続する場合、日射の強くなる時間帯においては、ＰＣＳの定格電力に対して、太陽電池の発電能力に余剰が生じ、電力の無駄が発生する。

【0053】

増設用発電システム２，３は、変換装置５の能力を有効利用して変換装置５（ＰＣＳ）の定格電力を超えないように、変換装置５へ増設された太陽電池の発電電力を供給する。これにより、増設用発電システム２，３は、変換装置５の定格電力を超える太陽電池を接続する場合に発生する変換装置５への過電力あるいは入力電圧の上昇等に起因する安定性や信頼性の低下が発生するおそれを低減することが可能にされている。

【0054】

また、増設用発電システム２，３は、変換装置５の定格電力を超過しないように、変換装置５への電力供給量を調節し、変換装置５の能力を有効利用することによって、変換装置５の定格電力容量（電力上限値Ｐｍ）を変更することなく太陽電池を増設可能にされている。これにより、接続契約を新たに締結し直す必要がなく、電力買い取り価格が安くなってしまうおそれを低減することができる。なお、増設用発電システムは、二つに限らず、一つであってもよく、三つ以上であってもよい。

【0055】

電流計６は、主配線ＭＬにおける、増設用発電システム２，３が接続される位置よりも上流側（太陽電池４側）に配設されている。これにより、電流計６は、太陽電池４の主発電電流Ｉｇを検出し、検出された主発電電流Ｉｇを示す信号を増設用発電システム２，３へ出力する。なお、発電システム１は、必ずしも電流計６を備えていなくてもよい。

【0056】

増設用発電システム２は、電力管理装置２１、太陽電池２２（発電装置）、太陽電池制御装置２３（発電制御装置）、蓄電池２４、及び充放電装置２５を備えている。増設用発電システム３は、増設用発電システム２と同様に構成されているのでその説明を省略する。

【0057】

太陽電池２２は、既存の太陽電池４に対して増設される太陽電池である。太陽電池２２は、その発電電力を太陽電池制御装置２３へ出力する。太陽電池制御装置２３は、配線Ｌを介して電力管理装置２１及び充放電装置２５と接続されている。なお、主発電装置及び発電装置の一例として太陽電池を示したが、主発電装置及び発電装置は、自然エネルギーを用いて発電するものであればよく、例えば風力発電機や水力発電機等であってもよい。

【0058】

充放電装置２５は、配線Ｌの電圧ＶＬを監視する。充放電装置２５は、電圧ＶＬが予め設定された充電開始電圧Ｖｃ以上になると、太陽電池制御装置２３から配線Ｌへ出力された発電電力を蓄電池２４に充電する。充放電装置２５は、電圧ＶＬが充電開始電圧Ｖｃで一定になるように蓄電池２４への充電電力を調節することがより好ましい。

【0059】

また、充放電装置２５は、電圧ＶＬが充電開始電圧Ｖｃより低い電圧に予め設定された放電開始電圧Ｖｄ以下になると、蓄電池２４を放電させて、蓄電池２４に蓄電されていた太陽電池２２の発電電力を、主配線ＭＬを介して変換装置５へ供給する。充放電装置２５は、電圧ＶＬが一定になるように蓄電池２４からの放電電力を調節することがより好ましい。

【0060】

充電開始電圧Ｖｃを例えば８５０Ｖ、放電開始電圧Ｖｄを例えば７５０Ｖとすることができる。

【0061】

太陽電池制御装置２３は、太陽電池２２の発電電力を最大にするように最大電力点追従制御（Maximum power point tracking：MPPT）を実行し、その発電電力を配線Ｌへ出力する。太陽電池制御装置２３は、昇圧回路を備え、太陽電池２２の発電電力を、充電開始電圧Ｖｃ以上の目標出力電圧Ｖｔを目標に昇圧して配線Ｌへ出力する。目標出力電圧Ｖｔは、例えば９００Ｖとすることができる。

【0062】

図２は、図１に示す電力管理装置２１の構成の一例を示すブロック図である。図２に示す電力管理装置２１は、入力端子２１１，２１１（受電部）、出力端子２１２，２１２、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１３（出力部）、制御部２１４、記憶部２１５、通信Ｉ／Ｆ回路２１６、電圧検出部２１７、電流検出部２１８、及び電圧検出部２１９を備えている。

【0063】

入力端子２１１，２１１は、配線Ｌに接続されている。これにより、入力端子２１１，２１１には、太陽電池制御装置２３の出力電力及び充放電装置２５の放電電力、すなわち太陽電池２２の発電電力に基づく入力電力Ｐｉを、配線Ｌを介して受電する受電工程を実行する。入力端子２１１，２１１は、受電部の一例に相当している。出力端子２１２，２１２は、主配線ＭＬに分岐配線等を介して接続されている。

【0064】

増設用発電システム２，３の各配線Ｌは、並列配線Ｌｈによって並列接続されている。すなわち、増設用発電システム２，３における各入力端子２１１，２１１が、並列配線Ｌｈによって並列接続されている。

【0065】

ＤＣ／ＤＣコンバータ２１３は、制御部２１４からの制御信号に応じて、入力端子２１１，２１１によって受け付けられた入力電力Ｐｉを、出力端子２１２，２１２及び主配線ＭＬを介して変換装置５へ出力する。

【0066】

電圧検出部２１９は、入力端子２１１，２１１間の電圧すなわち受電部の電圧ＶＬを検出し、電圧ＶＬを示す信号を制御部２１４へ出力する。電圧検出部２１７は、出力端子２１２，２１２間の電圧すなわち主入力電圧Ｖを検出し、主入力電圧Ｖを示す信号を制御部２１４へ出力する。電流検出部２１８は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１３の出力電流を検出し、その出力電流値を示す信号を制御部２１４へ出力する。

【0067】

通信Ｉ／Ｆ回路２１６は、変換装置５から出力された、主入力電圧Ｖ及び主入力電流Ｉを示す信号、及び電流計６から出力された主発電電流Ｉｇを受信する通信インターフェイス回路である。

【0068】

記憶部２１５は、例えばフラッシュメモリやＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）等の不揮発性の記憶部である。記憶部２１５には、変換装置５の電力上限値Ｐｍが記憶されている。電力上限値Ｐｍは、予め記憶部２１５に記憶されていてもよく、変換装置５から通信Ｉ／Ｆ回路２１６へ電力上限値Ｐｍを送信し、通信Ｉ／Ｆ回路２１６で受信された電力上限値Ｐｍを記憶部２１５に記憶させてもよく、図略の操作端末やキースイッチ等を用いて電力上限値Ｐｍを入力して記憶部２１５に記憶させるようにしてもよい。

【0069】

制御部２１４は、例えば、所定の演算処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）、所定の制御プログラムを記憶するフラッシュメモリやＲＯＭ（Read Only Memory）等の不揮発性記憶部、タイマ回路、及びこれらの周辺回路等を含んで構成されている。制御部２１４は、例えば不揮発性記憶部に記憶された制御プログラムを実行することにより、主電力情報取得部４１、主電圧取得部４２、及び出力制御部４３として機能する。

【0070】

主電力情報取得部４１は、通信Ｉ／Ｆ回路２１６によって受信された、主入力電圧Ｖと主入力電流Ｉとを乗算することによって変換装置５に入力される主入力電力Ｐを算出し、主入力電力Ｐを取得する主電力取得工程を実行する。また、主電力情報取得部４１は、通信Ｉ／Ｆ回路２１６によって受信された主入力電圧Ｖと主発電電流Ｉｇとを乗算することによって、太陽電池４から出力された主発電電力Ｐｇを算出し、主発電電力Ｐｇを取得する。

【0071】

なお、変換装置５は、主入力電力Ｐを示す信号又は主発電電力Ｐｇを示す信号を通信Ｉ／Ｆ回路２１６へ送信し、主電力情報取得部４１は、通信Ｉ／Ｆ回路２１６で受信された主入力電力Ｐ又は主発電電力Ｐｇを示す情報をそのまま取得してもよい。また、変換装置５は、主入力電圧Ｖ、主入力電流Ｉ、主入力電力Ｐ、及び主発電電力Ｐｇ等の情報を送信せず、主配線ＭＬに、主入力電圧Ｖ及び主入力電流Ｉを検出する検出回路を設け、その検出回路で検出された検出値が増設用発電システム２，３へ送信される構成としてもよい。

【0072】

また、発電システム１は、増設用発電システム３を備えず、増設用発電システム２のみであった場合、変換装置５は主入力電圧Ｖ及び主入力電流Ｉを送信せず、主入力電圧Ｖ及び主入力電流Ｉを検出する検出回路も備えず、主電力情報取得部４１は、主発電電力Ｐｇに電力管理装置２１の出力電力を加算することによって、主入力電力Ｐを算出し、取得する構成としてもよい。

【0073】

また、発電システム１は、増設用発電システム３を備えず、増設用発電システム２のみであった場合、電流計６を備えず、主電力情報取得部４１は、主入力電力Ｐから、電力管理装置２１の出力電力を減算することによって、主発電電力Ｐｇを算出し、取得する構成としてもよい。また、主電力情報取得部４１は、主発電電力Ｐｇを取得しなくてもよい。

【0074】

主電圧取得部４２は、電圧検出部２１７によって検出された主入力電圧Ｖを取得する。なお、電力管理装置２１は、電圧検出部２１７を備えず、主電圧取得部４２は、変換装置５又は図略の検出回路で検出された主入力電圧Ｖを受信する構成であってもよい。

【0075】

出力制御部４３は、主入力電力Ｐが電力上限値Ｐｍに満たない場合、主入力電力Ｐが電力上限値Ｐｍを超えないように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１３によって、入力電力Ｐｉに基づく出力電力Ｐｏを、主配線ＭＬを介して変換装置５の入力端子５１，５１へ出力させる出力調節処理（出力制御工程）を実行する。

【0076】

出力制御部４３は、出力調節処理において、出力電力Ｐｏを変更可能なタイミングＴを予め設定された設定時間ｔｓ間隔とし、当該タイミングＴ以外では出力電力Ｐｏを一定に維持する。設定時間ｔｓは、変換装置５が、主入力電力Ｐの変化に応じて変化するピーク点を探索して当該主入力電圧Ｖを調節するのにかかる処理時間以上にされている。

【0077】

なお、出力制御部４３は、電圧ＶＬが予め設定された設定電圧Ｖｓを超え、かつ主入力電力Ｐが電力上限値Ｐｍに満たない場合に、出力調節処理において、予め設定された設定電圧Ｖｓを目標にして電圧ＶＬを一定に維持するように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１３によって、入力電力Ｐｉに基づく出力電力Ｐｏを、主配線ＭＬを介して変換装置５の入力端子５１，５１へ出力させてもよい。設定電圧Ｖｓは、例えば放電開始電圧Ｖｄに満たない電圧、例えば７００Ｖとされている。

【0078】

電圧ＶＬが設定電圧Ｖｓに満たない、すなわち出力制御部４３が電圧ＶＬを目標の設定電圧Ｖｓにしようとしてもできないときは、蓄電池２４の蓄電量が空の状態でかつ太陽電池２２の発電電力が、電力管理装置２１が変換装置５へ出力しようとする電力量に対して不足している（例えば発電電力が略ゼロである）ことになる。従って、出力制御部４３は、電圧ＶＬが設定電圧Ｖｓに満たないときは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１３による出力電力Ｐｏの出力を停止する。

【0079】

また、蓄電池２４の蓄電量が空の状態でかつ太陽電池２２の発電電力が、主入力電力Ｐが電力上限値Ｐｍを超えない範囲内で電力管理装置２１が出力可能な出力電力Ｐｏに対応する入力電力Ｐｉ以下であれば、出力制御部４３は、出力電力Ｐｏすなわち入力電力Ｐｉを調節することによって、設定電圧Ｖｓを目標にして電圧ＶＬを一定に維持することができる。このとき、太陽電池２２の発電電力と入力電力Ｐｉとが略等しい状態に維持される。

【0080】

また、蓄電池２４の蓄電量が空ではなく放電可能な場合には、設定電圧Ｖｓが放電開始電圧Ｖｄに満たない電圧にされているので、充放電装置２５によって蓄電池２４が放電される。蓄電池２４は満充電になると余剰電力を充電することができず、太陽電池２２の発電電力が無駄になるおそれがある。しかしながら、設定電圧Ｖｓが放電開始電圧Ｖｄよりも低くされ、優先的に蓄電池２４が放電されるようにされているので、蓄電池２４が満充電になるおそれが低減され、ひいては発電電力が無駄になるおそれが低減される。

【0081】

太陽電池２２の発電電力が、主入力電力Ｐが電力上限値Ｐｍを超えない範囲内で電力管理装置２１が出力可能な出力電力Ｐｏに対応する入力電力Ｐｉを超えたとき、発電電力が余剰となる。そうすると、出力制御部４３は、電圧ＶＬを設定電圧Ｖｓに維持することができなくなって電圧ＶＬが上昇し、充電開始電圧Ｖｃに到達する。そうすると、充放電装置２５が余剰分の発電電力を蓄電池２４に充電することで、電圧ＶＬが充電開始電圧Ｖｃで一定に維持される。

【0082】

以下、図３〜図８を参照しつつ、発電システム１の動作について説明する。図３は、図１に示す太陽電池４の出力特性の一例を示すグラフである。横軸は太陽電池４の出力電圧Ｖｏ、縦軸は太陽電池４の主発電電力Ｐｇを示している。グラフＧ１は日照強度が最大の場合の太陽電池４の出力特性を示し、グラフＧ２は日照強度が中程度の場合の太陽電池４の出力特性を示し、グラフＧ３は日照強度が弱い場合の太陽電池４の出力特性を示している。

【0083】

図３に示すように、太陽電池４の主発電電力Ｐｇは、日照強度に応じて変化すると共に、同じ日照強度であっても、出力電圧Ｖｏに応じて主発電電力Ｐｇが変化し、所定の出力電圧Ｖｏで主発電電力Ｐｇが最大（ピーク）になる特性を有している。

【0084】

変換装置５は、最大電力点追従制御によって、常時出力電圧Ｖｏすなわち主入力電圧Ｖを変動させ、主発電電力Ｐｇが最大になる主入力電圧Ｖを探索することによって、最大の主発電電力Ｐｇが得られるように、出力電圧Ｖｏを制御する。変換装置５の電力上限値Ｐｍは、例えば、日照強度が最強であって、かつ太陽電池４の主発電電力Ｐｇがピークになるときの動作点ｐ１の電力値とされている。

【0085】

動作点ｐ１のとき、主発電電力Ｐｇすなわち主入力電力Ｐは電力上限値Ｐｍに達しているから、出力制御部４３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１３を停止させ、出力電力Ｐｏを出力しない。これにより、変換装置５の主入力電力Ｐは、電力上限値Ｐｍを超えない状態に維持される。このとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１３には電流が流入しないので、入力端子２１１，２１１の見かけの入力インピーダンスはハイインピーダンスになる。

【0086】

この状態で、太陽電池２２で発電され、その発電電力が太陽電池制御装置２３に入力されると、その発電電力に基づき太陽電池制御装置２３によって、配線Ｌへ電力が出力される。そうすると、即座に電圧ＶＬが上昇し、太陽電池制御装置２３によって、電圧ＶＬを、目標の目標出力電圧Ｖｔとするべく出力電力Ｐｏが調節される。

【0087】

電圧ＶＬが目標出力電圧Ｖｔになると、目標出力電圧Ｖｔは充電開始電圧Ｖｃ以上なので、電圧ＶＬが充電開始電圧Ｖｃ以上になる。そうすると、充放電装置２５は、太陽電池制御装置２３から配線Ｌへ出力された発電電力を蓄電池２４に充電する。充放電装置２５は、電圧ＶＬを充電開始電圧Ｖｃで一定に維持するように蓄電池２４の充電電力を制御する。これにより、電力上限値Ｐｍに余裕がなく、電力管理装置２１から変換装置５へ電力を供給できない場合であっても、太陽電池２２の発電電力を無駄にすることなく蓄電池２４に充電することができる。

【0088】

このとき、増設用発電システム２，３における各太陽電池２２の発電電力に差が生じている場合であっても、増設用発電システム２，３の各配線Ｌが並列配線Ｌｈによって並列接続されていることによって、増設用発電システム２，３の各蓄電池２４をバランスよく充放電させることができる。

【0089】

図４は、日照強度が中程度であって、グラフＧ２で示す出力特性が得られているときの発電システム１の動作を説明するための説明図である。横軸は主入力電圧Ｖ、縦軸は主入力電力Ｐを示している。図４は、タイミングＴとその次のタイミングＴとの間の期間Ｔｗにおける発電システム１の動作を示している。図４に示すように、期間Ｔｗの間は、主発電電力Ｐｇがゼロを超えている範囲では、出力電力Ｐｏが一定に維持される。

【0090】

グラフＧ２で示す出力特性で太陽電池４が発電を行っているとき、変換装置５の最大電力点追従制御によって、動作点ｐ２で動作している。このとき、主入力電力Ｐは電力上限値Ｐｍに満たないから、出力制御部４３は、例えば主入力電力Ｐが電力上限値Ｐｍと略等しくなるように、すなわち主入力電力Ｐの電力上限値Ｐｍに対する不足分を補うように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１３によって電力値Ｐｏ１の出力電力Ｐｏを出力させる。なお、「略等しく」とは、検出誤差や制御精度等を考慮して、その差が−５％〜＋５％程度の範囲を意味する。

【0091】

なお、出力制御部４３は、必ずしも主入力電力Ｐが電力上限値Ｐｍと略等しくなるように出力電力Ｐｏを出力する例に限らない。出力制御部４３は、主入力電力Ｐが電力上限値Ｐｍに満たないとき、主入力電力Ｐが電力上限値Ｐｍを超えない範囲で出力電力Ｐｏを出力することによって、主入力電力Ｐの電力上限値Ｐｍに対する不足分を減少させることができればよい。

【0092】

これにより、変換装置５の電力上限値Ｐｍに余裕がある場合、増設された太陽電池２２の発電電力を変換装置５へ供給することができるので、変換装置５の能力を効率よく活用することができる。また、変換装置５の電力上限値Ｐｍを変更することなく増設用発電システム２，３を増設することができるので、接続契約を締結し直す必要がなく、電力買い取り価格が安くなってしまうおそれを低減することができる。

【0093】

変換装置５は、太陽電池４の出力変化に応じた最大電力点に追従し、最大の主発電電力Ｐｇを維持するために、ピーク点の移動を見つけるように常時小刻みに主入力電圧Ｖを変化させ、主入力電力Ｐが最大になるピーク点を探索し、見つかったピーク点に動作点を移動させることを繰り返す。このピーク探索によって例えば動作点が図４に示す動作点ｐ２から動作点ｐ３に移動した場合、主入力電力Ｐが電力上限値Ｐｍを下回る。

【0094】

しかしながら、もし仮に、ただちに出力制御部４３が、主入力電力Ｐが電力上限値Ｐｍと略等しくなるようにＤＣ／ＤＣコンバータ２１３から出力電力Ｐｏを出力させると、変換装置５から見ると、太陽電池４の出力特性が平坦に見えるため、ピークを検出することができなくなってしまう。そうすると、変換装置５が最大電力点追従制御を正常に実行することができず、その結果、太陽電池４の発電効率が低下してしまうおそれがある。

【0095】

そこで、出力制御部４３は、主発電電力Ｐｇの変化に応じてＤＣ／ＤＣコンバータ２１３の出力電力Ｐｏを変更しようとする場合であっても、設定時間ｔｓ間隔のタイミングＴでのみ、出力電力Ｐｏを変更する。設定時間ｔｓは、変換装置５が、主入力電力Ｐの変化に応じて変化するピーク点を探索して当該主入力電圧Ｖを調節するのにかかる処理時間ｔｃ以上にされているので、期間Ｔｗの間における出力電力Ｐｏが一定の期間内に、変換装置５が主入力電圧Ｐを調節する処理が完了する確実性が増大する。その結果、変換装置５がピークを検出できなくなるおそれを低減できる確実性が増大する。

【0096】

設定時間ｔｓは、処理時間ｔｃより充分長い時間にされている。設定時間ｔｓは、処理時間ｔｃの５倍以上の時間、例えば１０秒〜２０秒程度の時間とされている。

【0097】

これにより、期間Ｔｗ内は、太陽電池４の主発電電力Ｐｇがピークになる主入力電圧Ｖと、主入力電力Ｐがピークになる主入力電圧Ｖとが一致しているので、変換装置５は正常に最大電力点追従制御を実行することができる。その結果、太陽電池４の発電効率が低下してしまうおそれが低減される。

【0098】

また、ピーク探索において、例えば変換装置５が動作点を動作点ｐ２から動作点ｐ４へ移動させた場合、動作点ｐ４では主発電電力Ｐｇはゼロである。この状態からさらにピーク探索で主入力電圧Ｖが上昇された場合に、期間Ｔｗの間出力電力Ｐｏの電力値がＰｏ１のまま一定に維持されると、変換装置５から見ると、太陽電池４の出力特性が平坦に見えるため、ピークを検出することができなくなってしまう。そうすると、変換装置５が最大電力点追従制御を正常に実行することができず、その結果、太陽電池４の発電効率が低下してしまうおそれがある。

【0099】

そこで、出力制御部４３は、期間Ｔｗの間に主発電電力Ｐｇが略ゼロとなった場合は、主電圧取得部４２によって取得された現在の主入力電圧Ｖの値（主電圧値）が当該略ゼロとなった時点の主入力電圧Ｖの値（主電圧値）である電圧Ｖ１よりも大きくなるほど出力電力Ｐｏを減少させる（矢示Ｐｘ）。これにより、変換装置５から太陽電池４の出力特性が平坦に見えることが防止されるので、変換装置５は正常に最大電力点追従制御を実行することができる。その結果、太陽電池４の発電効率が低下してしまうおそれが低減される。なお、略ゼロとは、主電力情報取得部４１によって取得される主発電電力Ｐｇの測定誤差等の範囲もゼロに含む意味であり、実質的にゼロであることを意味する。

【0100】

なお、図４では、主入力電圧Ｖが０の位置で電力値Ｐｏ１が出力されるように図示されているが、主入力電圧Ｖが０では電力値は出ない。しかしながら、実際の最大電力点追従制御では、主入力電圧Ｖが０の範囲までピーク探索しても意味が無く、主入力電圧Ｖが０の範囲までピーク探索が行われることはないので、グラフＧ２を破線で示しているように、主入力電圧Ｖが０付近については考慮しなくてもよい。また、主入力電圧Ｖが０に近い側で期間Ｔｗの間に主発電電力Ｐｇが略ゼロになることも通常ないが、出力制御部４３は、変換装置５のピーク探索に伴う主入力電圧Ｖの増大の過程で期間Ｔｗの間に主発電電力Ｐｇが略ゼロとなった場合に、主電圧取得部４２によって取得された現在の主入力電圧Ｖの値（主電圧値）が電圧Ｖ１よりも大きくなるほど出力電力Ｐｏを減少させるようにしてもよい。

【0101】

次に、太陽電池４の主発電電力Ｐｇが変化した場合の発電システム１の動作について説明する。日照量が減少して主発電電力Ｐｇが減少した場合、太陽電池４の出力特性は、例えば図３のグラフＧ３に示すように変化し、変換装置５は、最大電力点追従制御によって、グラフＧ３のピーク位置の動作点ｐ５で動作する。

【0102】

このとき、電力管理装置２１から見ると、主入力電力Ｐが電力上限値Ｐｍを下回るのであるが、電力管理装置２１からは、日照量（自然エネルギー）の減少により主発電電力Ｐｇが低下したのか、変換装置５の最大電力点追従制御によるピーク探索により主発電電力Ｐｇが低下したのか区別できない。

【0103】

そこで、出力制御部４３は、主入力電力Ｐが減少した場合であっても、期間Ｔｗの間は、変換装置５のピーク点の移動を見つけるためのピーク探索を阻害しないようにＤＣ／ＤＣコンバータ２１３の出力電力Ｐｏを変化させない。出力制御部４３は、設定時間ｔｓ間隔のタイミングＴで、図５に示すように、主入力電力Ｐが電力上限値Ｐｍと略等しくなるように出力電力Ｐｏを増大させる。

【0104】

以後、出力制御部４３は、上述の図４で示した場合と同様の動作を実行する。これにより、変換装置５のピーク探索を阻害することなく、変換装置５による最大電力点追従制御を正常に実行可能にしつつ、変換装置５の能力を効率よく活用することができる。

【0105】

ところで、太陽電池４は、夜間は太陽光発電できないため、主発電電力Ｐｇがゼロになる。自然エネルギーを用いて発電する主発電装置は、例えば風力発電であれば風が止むと主発電電力Ｐｇがゼロになり、水力発電であれば水量がゼロになると主発電電力Ｐｇがゼロになる。このように、自然エネルギーを用いて発電する主発電装置は、主発電電力Ｐｇがゼロになるときがある。

【0106】

主発電電力Ｐｇがゼロのときは、電力上限値Ｐｍと主発電電力Ｐｇとの差が最大になるので、電力管理装置２１が出力可能な出力電力Ｐｏも最大になる。しかしながら、主発電電力Ｐｇがゼロのときに、もし仮に電力管理装置２１が主入力電圧Ｖに関わらず一定の出力電力Ｐｏを出力すると、主入力電力Ｐもまた主入力電圧Ｖに関わらず一定の値になるため、変換装置５がピーク点の移動を見つけるためのピーク探索を実行することができなくなる結果、変換装置５の動作が不安定になるおそれがある。

【0107】

図６は、主発電電力Ｐｇがゼロのときの発電システム１の動作の一例を説明するための説明図である。出力制御部４３は、主発電電力Ｐｇが予め設定された基準電力Ｐｒｅｆに満たない状態が設定時間ｔｓを超えて継続したとき、予め設定された基準電圧Ｖｒｅｆと主入力電圧Ｖとの差が増大するほど出力電力Ｐｏを減少させるように、出力電力Ｐｏを調節する。基準電力Ｐｒｅｆとしては、主発電電力Ｐｇが略ゼロであることを判定するための電力値が適宜設定されている。

【0108】

これにより、出力電力Ｐｏすなわち主入力電力Ｐは、主入力電圧Ｖが基準電圧Ｖｒｅｆのときにピークとなるので、変換装置５がピークを探索することができ、変換装置５の動作が不安定になるおそれが低減される。

【0109】

基準電圧Ｖｒｅｆとしては、任意の電圧値を設定することができるが、太陽電池４の主発電電力Ｐｇが、ピークとなり得る電圧値が設定されることが好ましい。これにより、変換装置５は、太陽電池４から発電電力が得られているときと同様のピーク位置で最大電力点追従制御を実行することができるので、変換装置５の動作が安定する。

【0110】

また、基準電圧Ｖｒｅｆとしては、太陽電池４が自然エネルギーから発電可能な最大の主発電電力Ｐｇに対応したピーク点、すなわち日照強度が最大のときに太陽電池４の主発電電力Ｐｇが最大となる動作点ｐ１に対応する主入力電圧Ｖよりも低い電圧が、より好ましい。日照強度が弱いときのピーク点、例えば、図３に示す動作点ｐ５に対応する主入力電圧Ｖが基準電圧Ｖｒｅｆとして好ましい。

【0111】

主発電電力Ｐｇが予め設定された基準電力に満たない状態、例えば太陽光発電であれば夜間や日が陰っている状態、風力発電であれば風が止んでいる状態から、主発電電力Ｐｇが増大するときは、主発電電力Ｐｇは、低電力から徐々に増大すると共に出力可能な電圧も徐々に上昇する。ここで、太陽電池４が自然エネルギーから発電可能な最大の主発電電力Ｐｇに対応した高い電圧値のピーク点（動作点ｐ１）の電圧に基準電圧Ｖｒｅｆが設定されていると、変換装置５からは最大の主発電電力Ｐｇに応じた高い電圧値の主入力電圧Ｖにピークがあるようにみえる。そのため、変換装置５によるピーク探索により、変換装置５の入力電圧（動作点）は、この高い電圧値である基準電圧Ｖｒｅｆの主入力電圧Ｖに移動していることになる。

【0112】

一方、太陽電池２２は、その発電により出力可能な電圧が基準電圧Ｖｒｅｆを上回らなければ主配線ＭＬへ電流を出力することができず、従ってその主発電電力Ｐｇを入力端子５１，５１へ出力することができない。従って、主発電電力Ｐｇが低電力から徐々に増大すると共に出力可能な電圧が徐々に上昇しても、出力可能な電圧が基準電圧Ｖｒｅｆを超えなければ太陽電池４はその主発電電力Ｐｇを出力することができないから、基準電圧Ｖｒｅｆが高い電圧に設定されていると、太陽電池４が主発電電力Ｐｇを出力することができなくなるおそれが増大する。

【0113】

そこで、基準電圧Ｖｒｅｆを、最大の主発電電力Ｐｇに応じた主入力電圧Ｖよりも低い電圧にすることによって、主発電電力Ｐｇが低電力から徐々に増大すると共に出力可能な電圧が徐々に上昇したとき、変換装置５の入力電圧（動作点）が低い電圧に設定された基準電圧Ｖｒｅｆになっているため、出力可能な電圧が基準電圧Ｖｒｅｆを超えることが容易となり、従って太陽電池４が主発電電力Ｐｇを出力することができなくなるおそれが低減される。

【0114】

変換装置５は、太陽電池４の主発電電力Ｐｇが充分に得られているときは、主発電電力Ｐｇが基準電力Ｐｒｅｆに満たず、ほぼゼロに近くなるような主入力電圧Ｖの領域までピーク探索を行う必要はない。従って、変換装置５は、主入力電力Ｐが基準電力Ｐｒｅｆに満たない主入力電圧Ｖの領域はピーク探索を実行しない構成としてもよい。

【0115】

このような構成では、太陽電池４の主発電電力Ｐｇが充分に得られているときに、変換装置５のピーク探索によって主発電電力Ｐｇが基準電力Ｐｒｅｆに満たなくなることはない。従って、出力制御部４３は、主発電電力Ｐｇが基準電力Ｐｒｅｆに満たない状態の継続時間にかかわらず、主発電電力Ｐｇが基準電力Ｐｒｅｆに満たないとき、基準電圧Ｖｒｅｆと主入力電圧Ｖとの差が増大するほど出力電力Ｐｏを減少させるように、出力電力Ｐｏを調節するようにしてもよい。

【0116】

また、出力制御部４３は、図３に示すグラフＧ５と同様の電圧−電力特性を示すように、出力電力Ｐｏを出力することが、より好ましい。グラフＧ５と同様の電圧−電力特性を示すように出力電力Ｐｏが出力されると、変換装置５からは、太陽電池４と同様の特性に見えるので、変換装置５は太陽電池４を対象にした場合と同様に最大電力点追従制御を実行することができる結果、変換装置５の動作が安定する。

【0117】

また、出力制御部４３は、図６に示すグラフＧ４のように、基準電圧Ｖｒｅｆで主入力電力Ｐがピークになり、例えば電力上限値Ｐｍになるように、出力電力Ｐｏを直線的に変化させてもよい。

【0118】

図７は、主発電電力Ｐｇがゼロのときの発電システム１の動作の別の一例を説明するための説明図である。図７に示す例では、出力制御部４３は、主発電電力Ｐｇが基準電力Ｐｒｅｆに満たず、かつ主入力電圧Ｖが予め設定された基準電圧範囲Ａ内のとき出力電力Ｐｏを一定に維持し、主発電電力Ｐｇが基準電力Ｐｒｅｆに満たず、かつ主入力電圧Ｖが基準電圧範囲Ａの範囲外のとき当該主入力電圧Ｖが基準電圧範囲Ａから遠ざかるほど出力電力Ｐｏを減少させる。

【0119】

図７に示すような動作を行う場合、最大電力点となる主入力電圧Ｖの電圧範囲が基準電圧範囲Ａ内に限られ、最大電力点追従制御（MPPT）動作により主入力電圧Ｖが上昇し過ぎたり低下し過ぎたりすることで、変換装置５あるいはＤＣ／ＤＣコンバータ２１３の動作が不安定になるおそれが低減される。また、基準電圧範囲Ａ内のとき出力電力Ｐｏを一定に維持することは、図６に示すグラフＧ３の場合と比べて出力電力Ｐｏの制御が単純化されるので、出力制御部４３の構成を簡素化することが容易となる。

【0120】

なお、図４では、主発電電力Ｐｇが略ゼロでなければ、出力電力Ｐｏを一定に維持する例を示したが、図８に示すように、出力制御部４３は、主発電電力Ｐｇに関わらず、主入力電圧Ｖが基準電圧範囲Ａ内のとき出力電力Ｐｏを一定に維持し、主入力電圧Ｖが基準電圧範囲Ａ外のとき当該主入力電圧Ｖが基準電圧範囲Ａから遠ざかるほど出力電力Ｐｏを減少させるようにしてもよい。

【符号の説明】

【0121】

１ 発電システム
２，３ 増設用発電システム
４ 太陽電池（主発電装置）
５ 変換装置
６ 電流計
２１ 電力管理装置
２２ 太陽電池（発電装置）
２３ 太陽電池制御装置（発電制御装置）
２４ 蓄電池
２５ 充放電装置
４１ 主電力情報取得部
４２ 主電圧取得部
４３ 出力制御部
５１，５１ 入力端子（主受電部）
２１１，２１１ 入力端子（受電部）
２１３ ＤＣ／ＤＣコンバータ
２１４ 制御部
２１５ 記憶部
２１６ 通信Ｉ／Ｆ回路
２１７，２１９ 電圧検出部
２１８ 電流検出部
Ａ 基準電圧範囲
Ｉ 主入力電流
Ｉｇ 主発電電流
Ｌ 配線
Ｌｈ 並列配線
ＭＬ 主配線
Ｐ 主入力電力
ｐ１〜ｐ５ 動作点
Ｐｇ 主発電電力
Ｐｉ 入力電力
ＰＬ 電力線
Ｐｍ 電力上限値
Ｐｏ 出力電力
Ｐｒｅｆ 基準電力
Ｔ タイミング
ｔｃ 処理時間
ｔｓ 設定時間
Ｔｗ 期間
Ｖ 主入力電圧
Ｖｃ 充電開始電圧
Ｖｄ 放電開始電圧
Ｖｏ 出力電圧
Ｖｒｅｆ 基準電圧
Ｖｓ 設定電圧
Ｖｔ 目標出力電圧

【要約】      （修正有）

【課題】自然エネルギーによる発電電力を電力線に供給するための変換装置の能力を効率よく活用することが可能な電力管理装置、増設用発電システム、発電システム、及び電力管理方法を提供する。
【解決手段】電力管理装置２１は、太陽電池の発電電力に基づく入力電力が入力される受電部２１１と、電力上限値を記憶する記憶部２１５と、主入力電力を示す情報を取得する主電力情報取得部４１と、主入力電力が電力上限値に満たないときに主入力電力が電力上限値を超えないように入力電力に基づく出力電力を主受電部へ出力する出力調節処理を実行する出力制御部４３と、を備える。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】