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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2025006573
(43)【公開日】2025-01-17
(54)【発明の名称】電力変換システム
(51)【国際特許分類】
G05F 1/67 20060101AFI20250109BHJP
【ＦＩ】
G05F1/67 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023107456
(22)【出願日】2023-06-29
(71)【出願人】
【識別番号】000003942
【氏名又は名称】日新電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000338
【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ
(72)【発明者】
【氏名】麻植 実
【テーマコード（参考）】
5H420
【Ｆターム（参考）】
5H420BB17
5H420CC02
5H420CC03
5H420DD03
5H420DD09
5H420EB39
5H420FF05
5H420FF22
5H420KK10
(57)【要約】
【課題】従来とは異なる構成の電力変換システムを提供する。
【解決手段】電力変換システム（１００）は、蓄電装置（ＢＴ）に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ（１）と、再生可能エネルギー発電装置（ＲＥ）から第１直流電力（例：Ｐｐｖ）を供給されるＰＣＳ（４）と、を備えている。ＤＣ／ＤＣコンバータ（１）は、蓄電装置（ＢＴ）から供給された直流電力を変換することにより、第１直流電力に対する補償電力としての第２直流電力をＰＣＳ（４）に対して出力し、第１直流電力と再生可能エネルギー発電装置（ＲＥ）の最大電力点電力との差である差分電力に基づいて、第２直流電力を決定する。
【選択図】図１
【解決手段】電力変換システム（１００）は、蓄電装置（ＢＴ）に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ（１）と、再生可能エネルギー発電装置（ＲＥ）から第１直流電力（例：Ｐｐｖ）を供給されるＰＣＳ（４）と、を備えている。ＤＣ／ＤＣコンバータ（１）は、蓄電装置（ＢＴ）から供給された直流電力を変換することにより、第１直流電力に対する補償電力としての第２直流電力をＰＣＳ（４）に対して出力し、第１直流電力と再生可能エネルギー発電装置（ＲＥ）の最大電力点電力との差である差分電力に基づいて、第２直流電力を決定する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
蓄電装置に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータと、
再生可能エネルギー発電装置から第１直流電力を供給されるＰＣＳと、を備えており、
上記ＤＣ／ＤＣコンバータは、
上記蓄電装置から供給された直流電力を変換することにより、上記第１直流電力に対する補償電力としての第２直流電力を上記ＰＣＳに対して出力し、
上記第１直流電力と上記再生可能エネルギー発電装置の最大電力点電力との差である差分電力に基づいて、上記第２直流電力を決定する、電力変換システム。
再生可能エネルギー発電装置から第１直流電力を供給されるＰＣＳと、を備えており、
上記ＤＣ／ＤＣコンバータは、
上記蓄電装置から供給された直流電力を変換することにより、上記第１直流電力に対する補償電力としての第２直流電力を上記ＰＣＳに対して出力し、
上記第１直流電力と上記再生可能エネルギー発電装置の最大電力点電力との差である差分電力に基づいて、上記第２直流電力を決定する、電力変換システム。
【請求項2】
上記差分電力をＰｉとして表し、
上記ＤＣ／ＤＣコンバータのサンプリング期間毎の上記第２直流電力の変化量の上限値をＰｍとして表し、
現サンプリング期間における上記第１直流電力をＰｐｖ０として表し、
前回サンプリング期間における上記第１直流電力をＰｐｖ１として表した場合に、
上記ＤＣ／ＤＣコンバータは、
Ｔｓ＝Ｐｉ／Ｐｍ
として与えられるＴｓを算出するとともに、
Ｔｐ＝Ｐｉ／（Ｐｐｖ０－Ｐｐｖ１）
として与えられるＴｐを算出し、
ＴｓとＴｐとの比較結果に基づいて、次サンプリング期間における上記第２直流電力を決定する、請求項１に記載の電力変換システム。
上記ＤＣ／ＤＣコンバータのサンプリング期間毎の上記第２直流電力の変化量の上限値をＰｍとして表し、
現サンプリング期間における上記第１直流電力をＰｐｖ０として表し、
前回サンプリング期間における上記第１直流電力をＰｐｖ１として表した場合に、
上記ＤＣ／ＤＣコンバータは、
Ｔｓ＝Ｐｉ／Ｐｍ
として与えられるＴｓを算出するとともに、
Ｔｐ＝Ｐｉ／（Ｐｐｖ０－Ｐｐｖ１）
として与えられるＴｐを算出し、
ＴｓとＴｐとの比較結果に基づいて、次サンプリング期間における上記第２直流電力を決定する、請求項１に記載の電力変換システム。
【請求項3】
上記ＤＣ／ＤＣコンバータは、Ｔｓ＞Ｔｐである場合には、上記次サンプリング期間における上記第２直流電力と上記現サンプリング期間における上記第２直流電力との差の絶対値を、Ｐｍよりも小さい値に決定する、請求項２に記載の電力変換システム。
【請求項4】
上記ＤＣ／ＤＣコンバータは、Ｔｓ＞Ｔｐでない場合には、上記次サンプリング期間における上記第２直流電力と上記現サンプリング期間における上記第２直流電力との差の絶対値を、Ｐｍに等しい値に決定する、請求項２に記載の電力変換システム。
【請求項5】
上記再生可能エネルギー発電装置は、太陽光発電装置である、請求項１に記載の電力変換システム。
【請求項6】
上記ＰＣＳは、ＭＰＰＴ制御によって上記最大電力点電力を決定する、請求項１に記載の電力変換システム。
【請求項7】
上記蓄電装置および上記再生可能エネルギー発電装置をさらに備えている、請求項１に記載の電力変換システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の一態様は、電力変換システムに関する。
【背景技術】
【0002】
下記の特許文献１には、再生可能エネルギー発電装置から供給された直流電力と、蓄電装置から供給された別の直流電力と、をそれぞれ変換する電力変換システムの一構成例が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２０－１３７２９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明の一態様は、従来とは異なる構成の電力変換システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る電力変換システムは、蓄電装置に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータと、再生可能エネルギー発電装置から第１直流電力を供給されるＰＣＳと、を備えており、上記ＤＣ／ＤＣコンバータは、上記蓄電装置から供給された直流電力を変換することにより、上記第１直流電力に対する補償電力としての第２直流電力を上記ＰＣＳに対して出力し、上記第１直流電力と上記再生可能エネルギー発電装置の最大電力点電力との差である差分電力に基づいて、上記第２直流電力を決定する。
【発明の効果】
【0006】
本発明の一態様によれば、従来とは異なる構成の電力変換システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】実施形態１における電力変換システムの一構成例を示す。
【図2】実施形態１のＤＣコンバータにおける制御部の一構成例を示す。
【図3】電力変換システムにおける各信号値の時間変化の様子を例示する。
【図4】ＰｐｖｍａｘとＰｐｃｓとの対応関係について説明するための図である。
【図5】電力変換システムにおけるＭＰＰＴ制御の一例を示す。
【図6】ＭＰＰＴ制御におけるトラッキング手法について説明するための図である。
【図7】ＴｓおよびＴｐの例を示す。
【発明を実施するための形態】
【0008】
〔実施形態１〕
実施形態１の電力変換システム１００について以下に説明する。説明の便宜上、実施形態１にて説明したコンポーネント（構成要素）と同じ機能を有するコンポーネントについては、以降の各実施形態では同じ符号を付し、その説明を繰り返さない。簡潔化のため、公知の技術事項についても説明を適宜省略する。
実施形態１の電力変換システム１００について以下に説明する。説明の便宜上、実施形態１にて説明したコンポーネント（構成要素）と同じ機能を有するコンポーネントについては、以降の各実施形態では同じ符号を付し、その説明を繰り返さない。簡潔化のため、公知の技術事項についても説明を適宜省略する。
【0009】
本明細書において述べる各コンポーネント、各材料、および各数値はいずれも、内容上矛盾のない限り、単なる例示である。それゆえ、内容上矛盾のない限り、例えば各コンポーネントの位置関係および接続関係は各図の例に限定されない。また、各図は必ずしもスケール通りに図示されていない。本明細書における「接続されている」という記載は、特に矛盾のない限り、「電気的に接続されている」ことを意味する。
【0010】
（電力変換システム１００の一構成例）
図１は、電力変換システム１００の一構成例を示す。図１では、電力変換システム１００およびその周囲の要素が概略的に示されている。図１に示す通り、電力変換システム１００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１とＰＣＳ（Power Conditioning System）４とを備えている。電力変換システム１００は、当該電力変換システム１００の外部の商用系統ＰＷと接続されていてよい。
図１は、電力変換システム１００の一構成例を示す。図１では、電力変換システム１００およびその周囲の要素が概略的に示されている。図１に示す通り、電力変換システム１００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１とＰＣＳ（Power Conditioning System）４とを備えている。電力変換システム１００は、当該電力変換システム１００の外部の商用系統ＰＷと接続されていてよい。
【0011】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１は、蓄電装置ＢＴに接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１は、自身の電力変換動作を制御する制御部１０を有している。図２は、制御部１０の一構成例を示す。制御部１０の詳細については後述する。蓄電装置ＢＴは、直流電力を蓄電または充電する蓄電池を有している。したがって、蓄電装置ＢＴは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１に直流電力を供給できる。
【0012】
図１の例におけるＰＣＳ４は、商用系統ＰＷと接続されている。ＰＣＳ４は、直流電力を交流電力へと変換する。図１に示す通り、ＰＣＳ４は、再生可能エネルギー発電装置ＲＥにも接続されている。再生可能エネルギー発電装置ＲＥは、直流電力を出力可能な装置であればよい。
【0013】
本明細書では、再生可能エネルギー発電装置ＲＥから出力される直流電力を、第１直流電力と称する。実施形態１では、再生可能エネルギー発電装置ＲＥが太陽光発電装置である場合を例示する。このことから、図１では、再生可能エネルギー発電装置ＲＥから出力される直流電力をＰｐｖと表記している。Ｐｐｖは、第１直流電力の例である。
【0014】
図１では、蓄電装置ＢＴおよび再生可能エネルギー発電装置ＲＥは、電力変換システム１００の外部のコンポーネントとして例示されている。ただし、当業者であれば明らかである通り、蓄電装置ＢＴおよび再生可能エネルギー発電装置ＲＥの少なくとも一方は、電力変換システム１００の内部のコンポーネントであってもよい。したがって、例えば、電力変換システム１００は、蓄電装置ＢＴおよび再生可能エネルギー発電装置ＲＥを有していてもよい。
【0015】
図１の例におけるＰＣＳ４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１にも接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１は、蓄電装置ＢＴから供給された直流電力を変換することにより、別の直流電力Ｐｄｄを出力してよい。ＤＣ／ＤＣコンバータ１は、第１直流電力（例：Ｐｐｖ）に対する補償電力としての第２直流電力をＰＣＳ４に対して出力してよい。Ｐｄｄは、第２直流電力の例である。
【0016】
上記の説明から明らかである通り、Ｐｄｄが正であることは、蓄電装置ＢＴが放電動作を行っていることを表す。その一方、Ｐｄｄが負であることは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１から蓄電装置ＢＴへと直流電力が供給されている（すなわち、蓄電装置ＢＴが充電動作を行っている）ことを表す。また、Ｐｄｄが０であることは、蓄電装置ＢＴが休止状態であることを表す。
【0017】
図１の例では、ＰＣＳ４には、再生可能エネルギー発電装置ＲＥからＰｐｖが供給されるとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１からＰｄｄが供給される。本明細書では、ＰＣＳ４に入力される直流電力をＰｐｃｓと表記する。Ｐｐｃｓは、ＰＣＳ入力電力とも称される。図１の例におけるＰｐｃｓは、ＰｐｖとＰｄｄとの和として表される。一例として、ＰＣＳ４は、Ｐｐｃｓを所定の商用周波数の交流電力へと変換してよい。
【0018】
図１に示す通り、電力変換システム１００は、電圧センサ９１Ｖおよび電流センサ９２Ａを備えていてよい。電圧センサ９１Ｖは、再生可能エネルギー発電装置ＲＥが出力する直流電圧Ｖｐｖを検出する。電流センサ９２Ａは、再生可能エネルギー発電装置ＲＥが出力する直流電流Ｉｐｖを検出する。
【0019】
図１の例では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１は、電圧センサ９１ＶからＶｐｖを取得するとともに、電流センサ９２ＡからＩｐｖを取得する（図２も参照）。ＤＣ／ＤＣコンバータ１は、取得したＶｐｖおよびＩｐｖを用いて、
Ｐｐｖ＝Ｖｐｖ×Ｉｐｖ …（１）
として、Ｐｐｖを算出してよい。
Ｐｐｖ＝Ｖｐｖ×Ｉｐｖ …（１）
として、Ｐｐｖを算出してよい。
【0020】
（電力変換システム１００における各信号値の例）
図３は、電力変換システム１００における各信号値の時間変化の様子の例を示す。図３の各グラフにおける横軸は時刻（ｔ）を示し、縦軸は信号値を示す。図３の符号３１０には、Ｐｐｖの時間変化の例が示されている。
図３は、電力変換システム１００における各信号値の時間変化の様子の例を示す。図３の各グラフにおける横軸は時刻（ｔ）を示し、縦軸は信号値を示す。図３の符号３１０には、Ｐｐｖの時間変化の例が示されている。
【0021】
符号３１０におけるＰｐｖｍａｘは、再生可能エネルギー発電装置ＲＥの最大電力点電力を示す。一例として、電力変換システム１００では、Ｐｐｖｍａｘは、ＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking，最大電力点追従）制御によって決定されてよい。ＭＰＰＴ制御は、ＰＣＳ４によって実行されてよい。Ｐｐｖｍａｘは、第１直流電力の理想値とも表現できる。
【0022】
実施形態１の例では、Ｐｐｖｍａｘは、所定の時間毎にＭＰＰＴ制御が実行されることによって更新される。したがって、Ｐｐｖｍａｘは、更新されるまでは、環境条件の変化（例：日射量の変化）によらず一定値を取る。図３の例では、説明の平明化のために、全ての時間範囲に亘ってＰｐｖｍａｘが一定値を取るものとする。
【0023】
Ｐｐｖは、Ｐｐｖｍａｘとは異なり、環境条件の変化に応じてリアルタイムで変化しうる。例えば、日射量が想定値から減少した場合には、日射量の低下に伴ってＰｐｖが減少する。この場合、ＰｐｖはＰｐｖｍａｘよりも小さくなる。すなわち、ＰｐｖｍａｘとＰｐｖとの乖離が大きくなる。
【0024】
次いで、日射量が増加した場合には、日射量の増加に伴ってＰｐｖが増加する。すなわち、ＰｐｖｍａｘとＰｐｖとの乖離が小さくなる。その後、日射量が想定値へと回復すると、ＰｐｖはＰｐｖｍａｘに一致する。
【0025】
以上の通り、日射量の変化が生じた場合には、ＰｐｖｍａｘとＰｐｖとの間に乖離が生じうる。そこで、電力変換システム１００では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１は、Ｐｐｖの変化を補償するようにＰｄｄを出力する。
【0026】
図３の符号３２０には、Ｐｄｄの時間変化の例が示されている。図３に示す通り、ＤＣ／ＤＣコンバータ１は、Ｐｐｖの変化を補償するように、Ｐｄｄを決定してよい。例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１は、Ｐｐｃｓを一定値に維持するように、Ｐｄｄを決定してよい。
【0027】
そこで、実施形態１におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１は、第１直流電力と上記再生可能エネルギー発電装置の最大電力点電力との差である差分電力を算出する。本明細書では、差分電力をＰｉと表記する。実施形態１では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１は、
Ｐｉ＝Ｐｐｖ－Ｐｐｖｍａｘ …（２）
の通り、Ｐｉを算出する。Ｐｉは、ＰｐｖｍａｘとＰｐｖとの乖離の程度を示す指標値として用いられてよい。
Ｐｉ＝Ｐｐｖ－Ｐｐｖｍａｘ …（２）
の通り、Ｐｉを算出する。Ｐｉは、ＰｐｖｍａｘとＰｐｖとの乖離の程度を示す指標値として用いられてよい。
【0028】
ＰｐｖｍａｘおよびＰｐｖに関する上述の説明から明らかである通り、Ｐｉは０または負値を取る。符号３２０には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１によって算出されるＰｉの例が示されている。実施形態１では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１が、所定のサンプリング期間毎にＰｉを算出する場合を例示する。したがって、符号３２０の例におけるＰｉは、サンプリング期間毎に値が離散的に変化する信号である。
【0029】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１は、Ｐｉに基づいてＰｄｄを決定してよい。例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１は、Ｐｉの減少に伴ってＰｄｄを増加させてよい。これにより、Ｐｐｖが減少した場合に、Ｐｄｄを増加させることができる。その一方、ＤＣ／ＤＣコンバータ１は、Ｐｉの増加に伴ってＰｄｄを減少させてよい。これにより、Ｐｐｖが増加した場合には、Ｐｄｄを減少させることができる。
【0030】
また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１は、Ｐｉ＝０の場合には、Ｐｄｄを０に設定してよい。ＰｐｖがＰｐｖｍａｘに等しい場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１からＰＣＳ４に補償電力を供給する必要はないためである。
【0031】
符号３２０では、図示の平明化のために、Ｐｄｄが滑らかな信号として示されている。ただし、実施形態１におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１は、実際にはサンプリング期間毎にＰｉおよびＰｄｄを算出する。したがって、Ｐｄｄは、実際にはサンプリング期間毎に値が離散的に変化する信号であることに留意されたい。このことは、以下に述べるＰｄｄ＿ｃ、ならびに、後述するＰｐｃｓおよびＰｐｃｓ＿ｃにも当てはまる。
【0032】
符号３２０におけるＰｄｄ＿ｃは、従来手法によってＤＣ／ＤＣコンバータ１からＰＣＳ４に供給される第２直流電力の例を示す。従来手法の処理の例については後述する。符号３２０に示す通り、本発明の一態様に係る手法（以下、本件手法とも称する）によれば、従来手法に比べて早期に、第２直流電力が０に維持される定常状態に至る。すなわち、本件手法によれば、従来手法に比べて、Ｐｐｖの変化に対するＤＣ／ＤＣコンバータ１の応答性を高めることができる。本件手法の処理の例についても後述する。
【0033】
また、符号３２０に示す通り、本件手法によれば、従来手法に比べて、第２直流電力が負値を取る時間が短くなる。それゆえ、本件手法によれば、従来手法に比べて、蓄電装置ＢＴにおける不要な充電動作が生じにくくなる。また、本件手法によれば、従来手法に比べて、蓄電装置ＢＴにおける不要な放電動作も生じにくくなる。符号３２０における表記Ｐｄｄ０およびＰｄｄ１については後述する。
【0034】
図３の符号３３０には、Ｐｐｃｓの時間変化の例が示されている。符号３３０におけるＰｐｃｓは、符号３２０におけるＰｄｄに対応する。符号３３０では、参考のために、符号３１０の例と同等のＰｐｖが点線にて表されている。また、符号３３０におけるＰｐｃｓ＿ｃは、符号３２０におけるＰｄｄ＿ｃに対応する。すなわち、符号３３０におけるＰｐｃｓ＿ｃは、電力変換システム１００において従来手法によってＤＣ／ＤＣコンバータ１を動作させた場合に生じるＰＣＳ入力電力を表す。
【0035】
符号３３０に示す通り、本件手法によれば、従来手法に比べて早期に、ＰＣＳ入力電力が一定値に維持される定常状態に至る。このことも、本件手法によれば、従来手法に比べて、Ｐｐｖの変化に対するＤＣ／ＤＣコンバータ１の応答性を高めることができることを示している。
【0036】
図４は、ＰｐｖｍａｘとＰｐｃｓとの対応関係について説明するための図である。図４では、図３の例とは異なり、Ｐｐｖｍａｘが時間経過に伴って変化する場合が例示されている。符号４１０には、ＰｐｖｍａｘおよびＰｐｃｓの波形の一例が示されている。上述の通り説明したＰｄｄの変化に起因して、Ｐｐｃｓは、Ｐｐｖｍａｘの変化に追従するように変化する。
【0037】
符号４２０には、符号４１０における領域ＲＧの拡大図が示されている。実施形態１におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１は、サンプリング期間毎のＰｄｄの変化量が所定の範囲内（具体的には、±Ｐｍ以内）となるように、Ｐｄｄを更新する。Ｐｍについては後述する。したがって、符号４２０に示す通り、Ｐｐｃｓも、サンプリング期間毎の変化量が所定量以内となるように変化する。
【0038】
このため、Ｐｐｃｓの変化速度は、Ｐｐｖｍａｘの変化速度に比べて小さくなりうる。例えば、Ｐｐｖｍａｘが減少する場合には、Ｐｐｃｓも減少する。ただし、上述の変化速度の違いに起因して、時間の経過に伴って、ＰｐｖｍａｘとＰｐｃｓとの乖離が顕著となる。その一方、Ｐｐｖｍａｘが増加に転じた場合には、時間の経過に伴って、ＰｐｖｍａｘとＰｐｃｓとの乖離が低減される。そして、ＰｐｖｍａｘがＰｐｃｓを越えた場合には、Ｐｐｃｓが増加に転じる。
【0039】
（電力変換システム１００におけるＭＰＰＴ制御の例）
図５は、電力変換システム１００におけるＭＰＰＴ制御の一例を示す。図５では、ＰＣＳ４によってＭＰＰＴ制御が行われる場合を例示する。図５には、再生可能エネルギー発電装置ＲＥのＰＶ（電力－電圧）特性曲線が示されている。図５のグラフにおいて、横軸は電圧（Ｖ）を示し、縦軸は電力（Ｐ）を示す。本明細書では、ＭＰＰＴ制御における１つのサンプリング期間におけるＰの変化量およびＶの変化量を、ΔＰおよびΔＶとそれぞれ表記する。
図５は、電力変換システム１００におけるＭＰＰＴ制御の一例を示す。図５では、ＰＣＳ４によってＭＰＰＴ制御が行われる場合を例示する。図５には、再生可能エネルギー発電装置ＲＥのＰＶ（電力－電圧）特性曲線が示されている。図５のグラフにおいて、横軸は電圧（Ｖ）を示し、縦軸は電力（Ｐ）を示す。本明細書では、ＭＰＰＴ制御における１つのサンプリング期間におけるＰの変化量およびＶの変化量を、ΔＰおよびΔＶとそれぞれ表記する。
【0040】
図５では、ＭＰＰＴ制御によって、ＰＶ特性曲線上の動作点が点Ａから点Ｇまで移動する場合が例示されている。図５の例における点Ａは、ＭＰＰＴ制御におけるトラッキングの始点である。その一方、点Ｇは、トラッキングの結果として決定された最大電力点（すなわち、トラッキングの終点）である。
【0041】
図５では、例えば点Ａから次の動作点である点Ｂへと向かうトラッキング経路が、経路ａｂとして表記されている。したがって、経路ｆｇは、点Ｆから次の動作点Ｇへと向かうトラッキング経路を表す。図５の例における点Ｆは、終点の１つ前の動作点である。
【0042】
図５では、例えば、経路ａｂにおけるΔＰを、ΔＰａｂと表記する。図５の例では、サンプリング期間ごとにＰを一定値ずつ変化させて最大電力点を探索する手法である定電力シフトが用いられている。したがって、図５の例では、ΔＰａｂ＝ΔＰｂｃ＝ΔＰｃｄ＝ΔＰｄｅ＝ΔＰｅｆ＞０である。このように、図５の例では、点Ａから点Ｆに至るまでは、時間の変化に伴ってＰが一定値ずつ増加する。
【0043】
その一方、図５の例では、ΔＰｆｇ＝０である。定電力シフトでは、ある動作点から次の動作点へと移動した場合に、ΔＰが変化しなかった場合には、当該次の動作点が最大電力点として決定される。したがって、図５の例では、点Ｇが最大電力点として決定される。このように、図５の例では、点ＧにおけるＰの値がＰｐｖｍａｘとして決定される。
【0044】
図６は、ＭＰＰＴ制御におけるトラッキング手法について説明するための図である。図６における符号６１０は、定電力シフトの例を示す。上述の通り、定電力シフトでは、ΔＰａｂ＝ΔＰｂｃ＝ΔＰｃｄ＝ΔＰｄｅ＝ΔＰｅｆ＞０であり、その一方、ΔＰｆｇ＝０である。なお、図５からも明らかである通り、定電力シフトでは、ΔＶは必ずしも一定ではない。
【0045】
図６における符号６２０は、定電圧シフトの例を示す。定電圧シフトは、サンプリング期間ごとにＶを一定値ずつ変化させて最大電力点を探索する手法である。したがって、定電圧シフトでは、ΔＶは一定である。本発明の一態様では、定電圧シフトによって、最大電力点である点Ｇが決定されてもよい。定電圧シフトにおいても、ある動作点から次の動作点へと移動した場合に、ΔＰが変化しなかった場合には、当該次の動作点が最大電力点として決定される。
【0046】
符号６２０に示す通り、定電圧シフトにおけるΔＰは必ずしも一定ではない。符号６２０の例では、ΔＰａｂ＞ΔＰｂｃ＞ΔＰｃｄ＞ΔＰｄｅ＞ΔＰｅｆ＞０である。符号６２０は、定電圧シフトによって、点Ｇが最大電力点として決定される場合を例示している。したがって、符号６２０の例においても、ΔＰｆｇ＝０である。
【0047】
（従来手法における処理の例）
本件手法との対比のために、従来手法における処理の例について述べる。従来手法では、ＤＣ／ＤＣコンバータは、
（条件式Ａ）Ｐｐｃｓ０＞Ｐｐｖ＋Ｐｍ …（３）
（条件式Ｂ）Ｐｐｖ＞Ｐｐｃｓ０＋Ｐｍ …（４）
のいずれが満たされているかを判定する。式（３）および式（４）におけるＰｐｃｓ０は、現サンプリング期間におけるＰｐｃｓを表す。
本件手法との対比のために、従来手法における処理の例について述べる。従来手法では、ＤＣ／ＤＣコンバータは、
（条件式Ａ）Ｐｐｃｓ０＞Ｐｐｖ＋Ｐｍ …（３）
（条件式Ｂ）Ｐｐｖ＞Ｐｐｃｓ０＋Ｐｍ …（４）
のいずれが満たされているかを判定する。式（３）および式（４）におけるＰｐｃｓ０は、現サンプリング期間におけるＰｐｃｓを表す。
【0048】
次いで、ＤＣ／ＤＣコンバータは、条件式Ａが満たされている場合には、下記の式（５）、
Ｐｄｄ＝Ｐｐｃｓ０－Ｐｐｃｓ１－Ｐｍ …（５）
に従ってＰｄｄを決定する。
Ｐｄｄ＝Ｐｐｃｓ０－Ｐｐｃｓ１－Ｐｍ …（５）
に従ってＰｄｄを決定する。
【0049】
その一方、ＤＣ／ＤＣコンバータは、条件式Ｂが満たされている場合には、下記の式（６）、
Ｐｄｄ＝Ｐｐｃｓ０－Ｐｐｃｓ１＋Ｐｍ …（６）
に従ってＰｄｄを決定する。
Ｐｄｄ＝Ｐｐｃｓ０－Ｐｐｃｓ１＋Ｐｍ …（６）
に従ってＰｄｄを決定する。
【0050】
式（５）および式（６）におけるＰｐｃｓ１は、前回サンプリング期間におけるＰｐｃｓを表す。また、Ｐｍは、サンプリング期間毎のＰｄｄの変化量の上限値を表す。式（５）および式（６）から明らかである通り、従来手法では、１回のサンプリングが実行された結果、ＰｄｄがＰｍまたは－Ｐｍだけ変化する。
【0051】
以上の通り、従来手法では、Ｐｐｖに関する条件式Ａ～Ｂに応じて、Ｐｄｄの決定式として、式（５）または式（６）の一方が選択される。すなわち、従来手法では、Ｐｐｖに応じて、Ｐｄｄの決定式が切り替えられる。したがって、例えば、条件式Ａまたは条件式Ｂのいずれが満たされているかを判定する処理が迅速に実行されない場合には、Ｐｄｄを迅速にＰｐｖに追従させることができない。このように、従来手法では、ＤＣ／ＤＣコンバータの応答性について改善の余地がある。
【0052】
（本件手法における処理の例）
本件手法では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１は、上述の式（２）に従ってＰｉを算出する。次いで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１は、下記の式（７）、
Ｔｓ＝Ｐｉ／Ｐｍ …（７）
に従ってＴｓを算出するとともに、下記の式（８）、
Ｔｐ＝Ｐｉ／（Ｐｐｖ０－Ｐｐｖ１） …（８）
に従ってＴｐを算出する。式（８）において、Ｐｐｖ０は現サンプリング期間におけるＰｐｖを表し、Ｐｐｖ１は前回サンプリング期間におけるＰｐｖを表す。
本件手法では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１は、上述の式（２）に従ってＰｉを算出する。次いで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１は、下記の式（７）、
Ｔｓ＝Ｐｉ／Ｐｍ …（７）
に従ってＴｓを算出するとともに、下記の式（８）、
Ｔｐ＝Ｐｉ／（Ｐｐｖ０－Ｐｐｖ１） …（８）
に従ってＴｐを算出する。式（８）において、Ｐｐｖ０は現サンプリング期間におけるＰｐｖを表し、Ｐｐｖ１は前回サンプリング期間におけるＰｐｖを表す。
【0053】
本明細書では、現サンプリング期間におけるＰｄｄをＰｄｄ０と表記し、前回サンプリング期間におけるＰｄｄをＰｄｄ１と表記する。上述の図３の符号３２０における表記「Ｐｄｄ０（Ｋ）」および「Ｐｄｄ１（Ｋ）」は、Ｋ回目のサンプリング期間におけるＰｄｄ０およびＰｄｄ１をそれぞれ示す。同様に、表記「Ｐｄｄ０（Ｌ）」および「Ｐｄｄ１（Ｋ）」は、Ｌ回目のサンプリング期間におけるＰｄｄおよびＰｄｄ１をそれぞれ示す。ＫおよびＬは、Ｋ＜Ｌを満たす任意の整数である。
【0054】
式（７）によって与えられるＴｓは、サンプリング期間毎のＰｄｄの変化量をＰｍに維持した場合に、Ｐｉを補償するために必要であると考えられる時間に対応する指標値である。その一方、式（８）によって与えられるＴｐは、直近のＰｐｖの変化量が維持された場合に、Ｐｉに達するまでに必要であると考えられる時間に対応する指標値である。
【0055】
そこで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１は、ＴｓとＴｐとの比較結果に基づいて、次サンプリング期間におけるＰｄｄを決定してよい。例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１は、
（条件式Ｃ）Ｔｓ＞Ｔｐ …（９）
が満たされているか否かを判定してよい。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ１は、条件式Ｃが満たされているかに応じて、Ｐｄｄの決定手法を変更してよい。
（条件式Ｃ）Ｔｓ＞Ｔｐ …（９）
が満たされているか否かを判定してよい。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ１は、条件式Ｃが満たされているかに応じて、Ｐｄｄの決定手法を変更してよい。
【0056】
条件式Ｃが満たされている場合には、例えばＰｐｖの回復が急速であり、サンプリング期間毎のＰｄｄの変化量を最大値Ｐｍに設定しなくとも、ＰＣＳ４に対する適切な電力補償ができると考えられる。そこで、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１は、条件式Ｃが満たされている場合には、次サンプリング期間におけるＰｄｄとＰｄｄ０との差の絶対値を、Ｐｍよりも小さい値に決定してよい。
【0057】
その一方、条件式Ｃが満たされていない場合には、例えばＰｐｖの回復がそれほど急速ではなく、ＰＣＳ４に対する適切な電力補償をするためには、サンプリング期間毎のＰｄｄの変化量を最大値Ｐｍに設定することが好ましいと考えられる。そこで、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１は、条件式Ｃが満たされていない場合には、次サンプリング期間におけるＰｄｄとＰｄｄ０との差の絶対値を、Ｐｍに等しい値に決定してよい。
【0058】
図７は、ＴｓおよびＴｐの例を示す。図７では、Ｎ回目のサンプリングおよびＭ回目のサンプリングが行われる場合が例示されている。ＮおよびＭは、Ｎ＜Ｍを満たす任意の整数である。図７では、例えばＮ回目のサンプリング期間におけるＴｓおよびＴｐをそれぞれ、Ｔｓ（Ｎ）およびＴｐ（Ｎ）と表記している。また、Ｎ回目のサンプリング期間におけるＰｐｖ０（Ｎ）－Ｐｐｖ１（Ｎ）を、Ｌ（Ｎ）と表記している。
【0059】
図７では、Ｐｐｖが回復してＰｐｖｍａｘに至り、その後Ｐｐｖの定常状態が維持される場合が例示されている。そして、図７の例では、Ｔｓ（Ｎ）＜Ｔｐ（Ｎ）であり、かつ、Ｔｓ（Ｍ）＞Ｔｐ（Ｍ）である。このように、条件式Ｃが満たされるか否かは、例えばＰｐｖの変化トレンド（より具体的には、Ｐｐｖの時間変化率）に応じて異なりうる。
【0060】
本件手法によれば、従来手法とは異なり、Ｐｐｖの変化トレンドに応じてＰｄｄを柔軟に設定できる。例えば、本件手法によれば、Ｐｐｖの回復が急速であると考えられる場合には、Ｐｐｖの増加に先立ってＰｄｄの変化量を調整できる。
【0061】
以上の通り、ＤＣ／ＤＣコンバータ１によれば、従来とは異なる構成の電力変換システム１００を提供できる。また、本件手法によれば、従来手法に比べて、ＤＣ／ＤＣコンバータの応答性を向上させることができる。
【0062】
（制御部１０の一構成例）
図２を参照し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１における制御部１０の一構成例について述べる。図２の例における制御部１０は、本件手法を実行できるように構成されている。制御部１０は、再生可能エネルギー発電装置ＲＥおよびＰＣＳ４から各種データを取得できるように、再生可能エネルギー発電装置ＲＥおよびＰＣＳ４と通信可能に接続されていてよい。制御部１０では、現サンプリング期間におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力値に対して、次サンプリング期間におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力指令値が決定される。
図２を参照し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１における制御部１０の一構成例について述べる。図２の例における制御部１０は、本件手法を実行できるように構成されている。制御部１０は、再生可能エネルギー発電装置ＲＥおよびＰＣＳ４から各種データを取得できるように、再生可能エネルギー発電装置ＲＥおよびＰＣＳ４と通信可能に接続されていてよい。制御部１０では、現サンプリング期間におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力値に対して、次サンプリング期間におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力指令値が決定される。
【0063】
以下の説明では、現サンプリング期間がＮ回目のサンプリング期間である場合を例示する。そこで、以下の説明では、現サンプリング期間におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力値をＰｄｄ（Ｎ）と表記し、次サンプリング期間におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力指令値をＰｄｄ（Ｎ＋１）と表記する。
【0064】
図２の例における制御部１０は、積演算部１１、加減演算部１２Ａ～１２Ｅ、遅延要素１３Ａ～１３Ｃ、電力算出部１４、時間算出部１５、セレクタ１６、および出力部１７を有している。以下、制御部１０の各部の主な動作について述べる。本明細書では、加減演算部１２Ａ～１２Ｅを総称的に加減演算部１２と称し、遅延要素１３Ａ～１３Ｃを総称的に遅延要素１３と称する。
【0065】
積演算部１１は、電圧センサ９１ＶからＶｐｖを取得するとともに、電流センサ９２ＡからＩｐｖを取得する。積演算部１１は、上述の式（１）に従ってＰｐｖを算出する。加減演算部１２は、自身に入力された２つの信号に対し、所定の加算演算または減算演算を実行し、その演算結果を出力する。遅延要素１３は、自身に入力された信号を、１サンプリング期間に亘って保持したのち、当該信号を出力する。すなわち、遅延要素１３によれば、所定の信号を１サンプリング期間だけ遅延させることができる。
【0066】
電力算出部１４は、上述の通り説明した各電力を算出する。例えば、電力算出部１４は、上述の式（２）に従ってＰｉを算出する。時間算出部１５は、上述の通り説明した各時間を算出する。例えば、時間算出部１５は、電力算出部１４の演算結果に基づいて、上述の式（７）～（８）に従ってＴｓおよびＴｐを算出する。
【0067】
セレクタ１６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１における各選択処理を実行する。例えば、セレクタ１６は、時間算出部１５が算出したＴｓおよびＴｐについて、上述の条件式Ｃが満たされているか否かを判定する。
【0068】
出力部１７は、セレクタ１６の判定結果に基づき、Ｐｄｄ（Ｎ）に対して所定の加算演算または減算演算を実行することにより、自身の出力値であるＰｄｄ（Ｎ＋１）を決定する。出力部１７は、決定したＰｄｄ（Ｎ＋１）を、次サンプリング期間におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力指令値として、制御部１０の外部に出力する。
【0069】
〔実施形態２〕
本発明の一態様に係る再生可能エネルギー発電装置ＲＥは、自然エネルギーから直流電力を発生させることが可能な装置であればよく、太陽光発電装置に限定されない。例えば、再生可能エネルギー発電装置ＲＥは、風力発電装置であってもよい。風力発電装置の出力は、例えば風況に応じて変化しうる。また、当業者であれば明らかである通り、ＭＰＰＴ制御は、風力発電装置に対しても適用可能である。したがって、例えばＰＣＳ４によって、風力発電装置の最大電力点電力が決定されてよい。
本発明の一態様に係る再生可能エネルギー発電装置ＲＥは、自然エネルギーから直流電力を発生させることが可能な装置であればよく、太陽光発電装置に限定されない。例えば、再生可能エネルギー発電装置ＲＥは、風力発電装置であってもよい。風力発電装置の出力は、例えば風況に応じて変化しうる。また、当業者であれば明らかである通り、ＭＰＰＴ制御は、風力発電装置に対しても適用可能である。したがって、例えばＰＣＳ４によって、風力発電装置の最大電力点電力が決定されてよい。
【0070】
加えて、当業者であれば明らかである通り、本発明の一態様における最大電力点電力の決定手法は、ＭＰＰＴ制御に限定されない。したがって、本発明の一態様に係る再生可能エネルギー発電装置ＲＥは、直流電力を発生させることができ、かつ、任意の手法によって最大電力点電力が決定されうる装置であればよい。
【0071】
〔ソフトウェアによる実現例〕
電力変換システム１００（以下では、便宜上「装置」と呼ぶ）の機能は、当該装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムであって、当該装置の各制御ブロック（特に制御部１０に含まれる各部）としてコンピュータを機能させるためのプログラムにより実現することができる。
電力変換システム１００（以下では、便宜上「装置」と呼ぶ）の機能は、当該装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムであって、当該装置の各制御ブロック（特に制御部１０に含まれる各部）としてコンピュータを機能させるためのプログラムにより実現することができる。
【0072】
この場合、上記装置は、上記プログラムを実行するためのハードウェアとして、少なくとも１つの制御装置（例えばプロセッサ）と少なくとも１つの記憶装置（例えばメモリ）を有するコンピュータを備えている。この制御装置と記憶装置により上記プログラムを実行することにより、上記各実施形態で説明した各機能が実現される。
【0073】
上記プログラムは、一時的ではなく、コンピュータ読み取り可能な、１または複数の記録媒体に記録されていてもよい。この記録媒体は、上記装置が備えていてもよいし、備えていなくてもよい。後者の場合、上記プログラムは、有線または無線の任意の伝送媒体を介して上記装置に供給されてもよい。
【0074】
また、上記各制御ブロックの機能の一部または全部は、論理回路により実現することも可能である。例えば、上記各制御ブロックとして機能する論理回路が形成された集積回路も本発明の範疇に含まれる。この他にも、例えば量子コンピュータにより上記各制御ブロックの機能を実現することも可能である。
【0075】
また、上記各実施形態で説明した各処理は、ＡＩ（Artificial Intelligence：人工知能）に実行させてもよい。この場合、ＡＩは上記制御装置で動作するものであってもよいし、他の装置（例えばエッジコンピュータまたはクラウドサーバ等）で動作するものであってもよい。
【0076】
〔まとめ〕
本発明の態様１に係る電力変換システムは、蓄電装置に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータと、再生可能エネルギー発電装置から第１直流電力を供給されるＰＣＳと、を備えており、上記ＤＣ／ＤＣコンバータは、上記蓄電装置から供給された直流電力を変換することにより、上記第１直流電力に対する補償電力としての第２直流電力を上記ＰＣＳに対して出力し、上記第１直流電力と上記再生可能エネルギー発電装置の最大電力点電力との差である差分電力に基づいて、上記第２直流電力を決定する。
本発明の態様１に係る電力変換システムは、蓄電装置に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータと、再生可能エネルギー発電装置から第１直流電力を供給されるＰＣＳと、を備えており、上記ＤＣ／ＤＣコンバータは、上記蓄電装置から供給された直流電力を変換することにより、上記第１直流電力に対する補償電力としての第２直流電力を上記ＰＣＳに対して出力し、上記第１直流電力と上記再生可能エネルギー発電装置の最大電力点電力との差である差分電力に基づいて、上記第２直流電力を決定する。
【0077】
本発明の態様２に係る電力変換システムでは、上記態様１において、上記差分電力をＰｉとして表し、上記ＤＣ／ＤＣコンバータのサンプリング期間毎の上記第２直流電力の変化量の上限値をＰｍとして表し、現サンプリング期間における上記第１直流電力をＰｐｖ０として表し、前回サンプリング期間における上記第１直流電力をＰｐｖ１として表した場合に、上記ＤＣ／ＤＣコンバータは、
Ｔｓ＝Ｐｉ／Ｐｍ
として与えられるＴｓを算出するとともに、
Ｔｐ＝Ｐｉ／（Ｐｐｖ０－Ｐｐｖ１）
として与えられるＴｐを算出してよく、
ＴｓとＴｐとの比較結果に基づいて、次サンプリング期間における上記第２直流電力を決定してよい。
Ｔｓ＝Ｐｉ／Ｐｍ
として与えられるＴｓを算出するとともに、
Ｔｐ＝Ｐｉ／（Ｐｐｖ０－Ｐｐｖ１）
として与えられるＴｐを算出してよく、
ＴｓとＴｐとの比較結果に基づいて、次サンプリング期間における上記第２直流電力を決定してよい。
【0078】
本発明の態様３に係る電力変換システムでは、上記態様２において、上記ＤＣ／ＤＣコンバータは、Ｔｓ＞Ｔｐである場合には、上記次サンプリング期間における上記第２直流電力と上記現サンプリング期間における上記第２直流電力との差の絶対値を、Ｐｍよりも小さい値に決定してよい。
【0079】
本発明の態様４に係る電力変換システムでは、上記態様２または３において、上記ＤＣ／ＤＣコンバータは、Ｔｓ＞Ｔｐでない場合には、上記次サンプリング期間における上記第２直流電力と上記現サンプリング期間における上記第２直流電力との差の絶対値を、Ｐｍに等しい値に決定してよい。
【0080】
本発明の態様５に係る電力変換システムでは、上記態様１から４のいずれか１つにおいて、上記再生可能エネルギー発電装置は、太陽光発電装置であってよい。
【0081】
本発明の態様６に係る電力変換システムでは、上記態様１から５のいずれか１つにおいて、上記ＰＣＳは、ＭＰＰＴ制御によって上記最大電力点電力を決定してよい。
【0082】
本発明の態様７に係る電力変換システムは、上記態様１から６のいずれか１つにおいて、上記蓄電装置および上記再生可能エネルギー発電装置をさらに備えていてよい。
【0083】
〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0084】
１ ＤＣ／ＤＣコンバータ
４ ＰＣＳ
１０ 制御部
１００ 電力変換システム
ＳＴ 蓄電装置
ＲＥ 再生可能エネルギー発電装置（太陽光発電装置）
Ｐｐｖ 第１直流電力
Ｐｐｖｍａｘ 最大電力点電力
Ｐｄｄ 第２直流電力
Ｐｉ 差分電力
４ ＰＣＳ
１０ 制御部
１００ 電力変換システム
ＳＴ 蓄電装置
ＲＥ 再生可能エネルギー発電装置（太陽光発電装置）
Ｐｐｖ 第１直流電力
Ｐｐｖｍａｘ 最大電力点電力
Ｐｄｄ 第２直流電力
Ｐｉ 差分電力
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】