特許 7475201 パワーコンディショニングシステム、制御装置及び制御方法

(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】

(24)【登録日】2024-04-18

(45)【発行日】2024-04-26

(54)【発明の名称】パワーコンディショニングシステム、制御装置及び制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/35 20060101AFI20240419BHJP

   H02J 3/32 20060101ALI20240419BHJP

   H02J 3/38 20060101ALI20240419BHJP

【ＦＩ】

H02J7/35 K

H02J3/32

H02J3/38 130

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020096952

(22)【出願日】2020-06-03

(65)【公開番号】P2021191183

(43)【公開日】2021-12-13

【審査請求日】2022-12-21

(73)【特許権者】

【識別番号】000006622

【氏名又は名称】株式会社安川電機

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100145012

【弁理士】

【氏名又は名称】石坂 泰紀

(74)【代理人】

【識別番号】100171099

【弁理士】

【氏名又は名称】松尾 茂樹

(72)【発明者】

【氏名】櫛原 俊明

【審査官】下林 義明

(56)【参考文献】

【文献】特開平０９－０５１６３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０２２９１３１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－０２３３８３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ ７／００ － ７／１２

Ｈ０２Ｊ ７／３４ － ７／３６

Ｈ０２Ｊ ３／００ － ５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

太陽光パネルから直流電力が出力される直流ラインに接続され、前記直流電力を交流電力に変換して出力するＤＣ／ＡＣコンバータと、
前記直流ラインに接続され、前記直流電力を蓄電する蓄電池と、
前記直流ラインから前記蓄電池への充電電流と、前記蓄電池の電圧とに基づいて充電時出力を算出し、前記ＤＣ／ＡＣコンバータの出力を前記充電時出力に追従させる制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記蓄電池の電圧が所定の制御電圧に達するまでは、前記直流ラインから前記蓄電池への充電電流を所定の目標充電電流に追従させるように前記充電時出力を算出し、
前記蓄電池の電圧が前記制御電圧に達した後は、前記蓄電池の電圧を前記制御電圧に追従させるように前記充電時出力を算出する、パワーコンディショニングシステム。

【請求項2】

前記制御装置は、前記蓄電池からの放電電流を所定の目標放電電流に追従させるように放電時出力を算出し、前記ＤＣ／ＡＣコンバータの出力を前記放電時出力に追従させる、請求項１記載のパワーコンディショニングシステム。

【請求項3】

前記蓄電池が前記直流ラインに接続されたオンライン状態と、前記蓄電池が前記直流ラインから遮断されたオフライン状態とを切り替える充放電スイッチを更に備え、
前記制御装置は、少なくとも前記蓄電池の充電レベルに基づいて前記充放電スイッチにより前記オンライン状態と前記オフライン状態とを切り替える、請求項１又は２記載のパワーコンディショニングシステム。

【請求項4】

前記制御装置は、
前記蓄電池の充電レベルが所定レベルに達した場合に前記充放電スイッチにより前記オンライン状態を前記オフライン状態に切り替え、
所定の放電開始時刻に前記充放電スイッチにより前記オフライン状態を前記オンライン状態に切り替える、請求項３記載のパワーコンディショニングシステム。

【請求項5】

前記制御装置は、
前記オンライン状態においては、前記直流ラインの電圧を前記蓄電池の電圧に適応させながら前記ＤＣ／ＡＣコンバータの出力を変更し、
前記オフライン状態においては、前記直流ラインの電圧を変更することで前記太陽光パネルの出力を変更する、請求項３又は４記載のパワーコンディショニングシステム。

【請求項6】

前記太陽光パネルの複数のモジュールと、前記直流ラインとの間にそれぞれ介在する複数の解列スイッチを更に備え、
前記制御装置は、
前記オンライン状態において、前記直流ラインに接続されるモジュールの数を前記複数の解列スイッチにより変更することで前記太陽光パネルの出力を変更する、請求項５記載のパワーコンディショニングシステム。

【請求項7】

太陽光パネルからの直流電力が入力される直流ラインに接続され、前記直流電力を蓄電する蓄電池の電圧が所定の制御電圧に達するまでは、前記直流ラインから前記蓄電池への充電電流を所定の目標充電電流に追従させるように充電時出力を算出し、
前記蓄電池の電圧が前記制御電圧に達した後は、前記蓄電池の電圧を前記制御電圧に追従させるように前記充電時出力を算出し、
前記直流ラインに接続され、前記直流電力を交流電力に変換して出力するＤＣ／ＡＣコンバータの出力を前記充電時出力に追従させる、制御装置。

【請求項8】

太陽光パネルからの直流電力が入力される直流ラインに接続され、前記直流電力を蓄電する蓄電池の電圧が所定の制御電圧に達するまでは、前記直流ラインから前記蓄電池への充電電流を所定の目標充電電流に追従させるように充電時出力を算出することと、
前記蓄電池の電圧が前記制御電圧に達した後は、前記蓄電池の電圧を前記制御電圧に追従させるように前記充電時出力を算出することと、
前記直流ラインに接続され、前記直流電力を交流電力に変換して出力するＤＣ／ＡＣコンバータの出力を前記充電時出力に追従させることと、を含む制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、パワーコンディショニングシステム、制御装置及び制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、太陽光パネルが出力する電圧と電流を制御する充放電コントローラと、充放電コントローラから出力される直流電流のレベルを変換して蓄電池に供給する双方向ＤＣ／ＤＣコンバータと、充放電コントローラ及び双方向ＤＣ／ＤＣコンバータからの直流電力を交流電力に変換するインバータと、を備える電力供給システムが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－２０５３０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示は、構成の簡素化に有効なパワーコンディショニングシステムを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一側面に係るパワーコンディショニングシステムは、太陽光パネルから直流電力が出力される直流ラインに接続され、直流電力を交流電力に変換して出力するＤＣ／ＡＣコンバータと、直流ラインに接続され、直流電力を蓄電する蓄電池と、直流ラインから蓄電池への充電電流と、蓄電池の電圧とに基づいて充電時出力を算出し、ＤＣ／ＡＣコンバータの出力を充電時出力に追従させる制御装置と、を備える。

【0006】

本開示の他の側面に係る制御装置は、太陽光パネルからの直流電力が入力される直流ラインに接続され、直流電力を蓄電する蓄電池への充電電流と、蓄電池の電圧とに基づいて充電時出力を算出し、直流ラインに接続され、直流電力を交流電力に変換して出力するＤＣ／ＡＣコンバータの出力を充電時出力に追従させる。

【0007】

本開示の更に他の側面に係る制御方法は、制御装置が実行する制御方法であって、太陽光パネルからの直流電力が入力される直流ラインに接続され、直流電力を蓄電する蓄電池への充電電流と、蓄電池の電圧とに基づいて充電時出力を算出することと、直流ラインに接続され、直流電力を交流電力に変換して出力するＤＣ／ＡＣコンバータの出力を充電時出力に追従させることと、を含む。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、構成の簡素化に有効なパワーコンディショニングシステムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】パワーコンディショニングシステムの構成を例示する模式図である。

【図2】制御装置のハードウェア構成を例示するブロック図である。

【図3】充電制御手順を例示するフローチャートである。

【図4】定電流充電制御手順を例示するフローチャートである。

【図5】定電圧充電制御手順を例示するフローチャートである。

【図6】出力制御手順を例示するフローチャートである。

【図7】放電制御手順を例示するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

【0011】

〔パワーコンディショニングシステム〕
図１に示すパワーコンディショニングシステム１は、太陽光パネル９１により発電された電力の充放電と、電力系統９４への出力とを行うシステムである。太陽光パネル９１は、複数の太陽電池モジュール９２を有する。複数の太陽電池モジュール９２のそれぞれは、太陽光の入力に応じて直流電力を生成し、生成した直流電力を共通の直流ライン９３Ｐ，９３Ｎに直流電力を出力する。なお、太陽電池モジュール９２は、直流ライン９３Ｐ，９３Ｎに接続されるが、図１においては、太陽電池モジュール９２と直流ライン９３Ｎとを接続する配線の図示を省略している。また、図示は省略するが、太陽光パネル９１の負極側（直流ライン９３Ｎ）を接地して太陽光パネル９１の電位を正電位とし、太陽電池モジュール９２のＰＩＤ（Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ：電圧誘起出力低下）現象を抑制するようにしてもよい。電力系統９４は、電力会社が電力需要家に交流電力（例えば三相交流電力）を供給するための発電設備、配電設備、及び送電設備を含むシステムである。

【0012】

パワーコンディショニングシステム１は、ＤＣ／ＡＣコンバータ２と、蓄電池３と、充放電スイッチ４と、電流センサ５と、電圧センサ６と、複数の解列スイッチ７と、制御装置１００とを有する。

【0013】

ＤＣ／ＡＣコンバータ２は、直流ライン９３Ｐ，９３Ｎに接続され、太陽光パネル９１から（複数の太陽電池モジュール９２から）出力された直流電力を交流電力に変換して電力系統９４に出力する。なお、ＤＣ／ＡＣコンバータ２は、直流ライン９３Ｐ，９３Ｎに接続されるが、図１においては、ＤＣ／ＡＣコンバータ２と直流ライン９３Ｎとを接続する配線の図示を省略している。例えばＤＣ／ＡＣコンバータ２は、スイッチング方式のパワーコンディショナであり、複数のスイッチング素子のオン・オフを切り替えることで直流電力を交流電力に変換する。

【0014】

蓄電池３は、太陽光パネル９１とＤＣ／ＡＣコンバータ２との間において直流ライン９３Ｐ，９３Ｎに接続され、太陽光パネル９１から出力された直流電力を蓄電する。蓄電池３の具体例としては、鉛電池、リチウムイオン電池等が挙げられる。蓄電池３は、カーボンフォーム電池であってもよい。カーボンフォーム電池は鉛電池の一種であり、カーボン素材により形成された負極を有する。

【0015】

充放電スイッチ４は、制御信号の入力に応じ、蓄電池３が直流ライン９３Ｐ，９３Ｎに接続された状態と、蓄電池３が直流ライン９３Ｐ，９３Ｎから遮断された状態とを切り替える。蓄電池３が直流ライン９３Ｐ，９３Ｎに接続された状態（以下、「オンライン状態」という。）は、直流ライン９３Ｐ，９３Ｎと蓄電池３との間において少なくとも充電又は放電が可能な状態である。蓄電池３が直流ライン９３Ｐ，９３Ｎから遮断された状態（以下、「オフライン状態」という。）は、直流ライン９３Ｐ，９３Ｎと蓄電池３との間において充電及び放電のいずれも不可能な状態である。このため、蓄電池３と直流ライン９３Ｐとの間、及び蓄電池３と直流ライン９３Ｎとの間の少なくとも一方が遮断されればオフライン状態となる。

【0016】

例えば充放電スイッチ４は、直流ライン９３Ｐと蓄電池３との間に設けられており、直流ライン９３Ｐと蓄電池３との間の接続と遮断とを切り替えることで、オンライン状態とオフライン状態とを切り替える。直流ライン９３Ｎは蓄電池３に常時接続されている。充放電スイッチ４は、蓄電池３と直流ライン９３Ｎとの間に設けられていてもよい。充放電スイッチ４は、直流ライン９３Ｐ，９３Ｎから蓄電池３への充電と、蓄電池３から直流ライン９３Ｐ，９３Ｎへの放電とを個別にオン・オフできるように構成されていてもよい。例えば充放電スイッチ４は、直流ライン９３Ｐと蓄電池３との間又は蓄電池３と直流ライン９３Ｎとの間において互いに逆向きで並列接続され、個別にオン・オフ可能なトランジスタスイッチを有してもよい。

【0017】

電流センサ５は、蓄電池３と直流ライン９３Ｐ，９３Ｎとの間に流れる電流を検出する。電圧センサ６は、蓄電池３の電圧を検出する。

【0018】

複数の解列スイッチ７は、複数の太陽電池モジュール９２が直流ライン９３Ｐ，９３Ｎに接続された状態と、複数の太陽電池モジュール９２が直流ライン９３Ｐ，９３Ｎから遮断された状態とをそれぞれ切り替える。例えば複数の解列スイッチ７は、複数の太陽電池モジュール９２と、直流ライン９３Ｐとの間にそれぞれ介在する。ここでの介在は、電気的な介在を意味し、太陽電池モジュール９２と直流ライン９３Ｐとの間の電流経路に設けられることを意味する。

【0019】

複数の解列スイッチ７のそれぞれは、制御信号の入力に応じ、対応する太陽電池モジュール９２が直流ライン９３Ｐに接続された状態と、直流ライン９３Ｐから遮断された状態とを切り替える。複数の解列スイッチ７は、太陽電池モジュール９２と直流ライン９３Ｎとの間にそれぞれ介在していてもよい。

【0020】

複数のダイオード８は、直流ライン９３Ｐ，９３Ｎから複数の太陽電池モジュール９２への電力の逆流をそれぞれ防止する。例えば複数のダイオード８は、複数の太陽電池モジュール９２と直流ライン９３Ｐとの間にそれぞれ介在する。複数のダイオード８は、複数の太陽電池モジュール９２と複数の解列スイッチ７との間にそれぞれ介在していてもよいし、複数の解列スイッチ７と直流ライン９３Ｐとの間にそれぞれ介在していてもよい。複数のダイオード８のそれぞれは、直流ライン９３Ｐから太陽電池モジュール９２への電流の逆流を防止する。

【0021】

複数のダイオード８は、複数の太陽電池モジュール９２と直流ライン９３Ｎとの間にそれぞれ介在していてもよい。この場合、複数のダイオード８のそれぞれは、太陽電池モジュール９２から直流ライン９３Ｎへの電流の逆流を防止する。

【0022】

制御装置１００は、太陽光パネル９１の出力（発電電力）をＤＣ／ＡＣコンバータ２により調節する。ここで、蓄電池３を備えるパワーコンディショニングシステム１においては、太陽光パネル９１から蓄電池３への充電電力も調節する必要がある。しかしながら、充電電力を調節するための電力変換装置（例えばＤＣ／ＤＣコンバータ）を付加するとシステム構成が複雑化する。また、付加した電力変換装置において電力ロスが生じることとなる。

【0023】

そこで、制御装置１００は、上記充電電力をＤＣ／ＡＣコンバータ２により調節するように構成されている。例えば制御装置１００は、直流ライン９３Ｐ，９３Ｎから蓄電池３への充電電流と、蓄電池３の電圧とに基づいて充電時出力を算出し、ＤＣ／ＡＣコンバータ２の出力を充電時出力に追従させる。これにより、ＤＣ／ＡＣコンバータ２を利用して、蓄電池３への充電電力と蓄電池３の電圧とを制御することが可能となるので、システム構成の簡素化が可能となる。また、充電電力を調節するための電力変換装置を省略することで、パワーコンディショニングシステム１における電力ロスを削減することができる。

【0024】

例えば制御装置１００は、機能上の構成（以下、「機能ブロック」という。）として、接続状態切替部１１２と、発電効率調節部１１１と、充電時出力算出部１１３と、充電制御部１１４と、放電時出力算出部１１７と、放電制御部１１５とを有する。

【0025】

接続状態切替部１１２は、少なくとも蓄電池３の充電レベルに基づいて充放電スイッチ４によりオンライン状態とオフライン状態とを切り替える。また、接続状態切替部１１２は、オンライン状態におけるＤＣ／ＡＣコンバータ２の制御モードを、充電モード又は放電モードにセットする。充電モードは、直流ライン９３Ｐ，９３Ｎから蓄電池３への充電電力を制御するモードであり、放電モードは、蓄電池３から直流ライン９３Ｐ，９３Ｎへの放電電力を制御するモードである。

【0026】

例えば接続状態切替部１１２は、日の出に伴い太陽光パネル９１の出力が上昇し、所定の充電開始レベルに達するのに応じ、オフライン状態をオンライン状態に切り替え、オンライン状態における制御モードを充電モードにセットする。その後接続状態切替部１１２は、蓄電池３の充電レベルが所定レベルに達した場合に充放電スイッチ４によりオンライン状態をオフライン状態に切り替える。

【0027】

所定レベルは、蓄電池３の所定の電圧値であってもよい。この場合、接続状態切替部１１２は、電圧センサ６により検出された電圧値が所定レベルに達した場合に、充放電スイッチ４によりオンライン状態をオフライン状態に切り替える。

【0028】

所定レベルは、蓄電池３に対する充電時間で定められていてもよい。一例として、蓄電池３への充電が、定電流充電制御、及び定電圧充電制御（後述）により行われる場合、所定レベルは定電圧充電制御の所定の継続時間であってもよい。この場合、接続状態切替部１１２は、定電圧充電制御の継続時間が所定レベルに達した場合に、充放電スイッチ４によりオンライン状態をオフライン状態に切り替える。

【0029】

充放電スイッチ４によりオンライン状態をオフライン状態に切り替えた後、接続状態切替部１１２は、所定の放電開始時刻に充放電スイッチ４によりオフライン状態をオンライン状態に切り替え、オンライン状態における制御モードを放電モードにセットする。放電開始時刻は、太陽光パネル９１の出力が十分に得られなくなる時間帯に設定される。放電開始時刻は、ユーザ入力により変更されてもよいし、日照時間の変化に応じて自動的に変更されてもよい。充放電スイッチ４は、蓄電池３の電圧が所定の放電停止電圧に達した場合に充放電スイッチ４によりオンライン状態をオフライン状態に切り替える。

【0030】

充電時出力算出部１１３は、オンライン状態において制御モードが充電モードにセットされている場合に、直流ライン９３Ｐ，９３Ｎから蓄電池３への充電電流と、蓄電池３の電圧とに基づいて充電時出力を算出する。例えば充電時出力算出部１１３は、電圧センサ６が検出する蓄電池３の電圧が所定の制御電圧に達するまでは定電流充電演算を行い、蓄電池３の電圧が制御電圧に達した後は定電圧充電演算を行う。

【0031】

定電流充電演算において、充電時出力算出部１１３は、直流ライン９３Ｐ，９３Ｎから蓄電池３への充電電流を所定の目標充電電流に追従させるように充電時出力を算出する。例えば充電時出力算出部１１３は、目標充電電流と、電流センサ５が検出した電流（以下、「現在の充電電流」という。）との偏差に比例演算、比例・積分演算、又は比例・積分・微分演算等を施して出力変更量を算出し、算出した出力変更量を算出済みの充電時出力から減算することで新たな充電時出力を算出する。現在の充電電流が目標充電電流よりも小さい場合には上記出力変更量が正の値となるので、算出済みの充電時出力よりも小さい充電時出力が新たに算出される。現在の充電電流が目標充電電流よりも大きい場合には上記出力変更量が負の値となるので、算出済みの充電時出力よりも大きい充電時出力が新たに算出される。

【0032】

定電圧充電演算において、充電時出力算出部１１３は、蓄電池３の電圧を所定の目標電圧に追従させるように充電時出力を算出する。例えば充電時出力算出部１１３は、目標電圧と、電圧センサ６が検出した電圧（以下、「現在の電圧」という。）との偏差に比例演算、比例・積分演算、又は比例・積分・微分演算等を施して出力変更量を算出し、算出した出力変更量を算出済みの充電時出力から減算することで新たな充電時出力を算出する。現在の電圧が目標電圧よりも小さい場合には上記出力変更量が正の値となるので、算出済みの充電時出力よりも小さい充電時出力が新たに算出される。現在の電圧が目標電圧よりも大きい場合には上記出力変更量が負の値となるので、算出済みの充電時出力よりも大きい充電時出力が新たに算出される。

【0033】

制御電圧は、例えば太陽光パネル９１の最大電力点に基づき定められていてもよい。例えば制御電圧は、最大電力点に対応する電圧と同じ値とされていてもよい。この場合、定電圧充電制御中における太陽光パネル９１の出力を最大化し、多くの余剰電力を電力系統９４に出力することが可能となる。

【0034】

充電制御部１１４は、オンライン状態において制御モードが充電モードにセットされている場合に、ＤＣ／ＡＣコンバータ２の出力を充電時出力算出部１１３が算出した充電時出力に追従させる。この際に、充電制御部１１４は、直流ライン９３Ｐ，９３Ｎの電圧を蓄電池３の電圧に適応させながらＤＣ／ＡＣコンバータ２の出力を変更する。

【0035】

充電時出力算出部１１３及び充電制御部１１４によれば、現在の充電電流が目標充電電流よりも小さい場合には、ＤＣ／ＡＣコンバータ２の出力を小さくすることで、太陽光パネル９１から蓄電池３に供給される充電電流が増やされる。現在の充電電流が目標充電電流よりも大きい場合には、ＤＣ／ＡＣコンバータ２の出力を大きくすることで、太陽光パネル９１から蓄電池３に供給される充電電流が減らされる。

【0036】

また、現在の電圧が目標電圧よりも小さい場合には、ＤＣ／ＡＣコンバータ２の出力を小さくすることで、太陽光パネル９１から蓄電池３に供給される充電電流が増やされる。これにより、蓄電池３の電圧が上昇する。現在の電圧が目標電圧よりも大きい場合には、ＤＣ／ＡＣコンバータ２の出力を大きくすることで、太陽光パネル９１から蓄電池３に供給される充電電流が減らされる。これにより、蓄電池３の電圧が下がる。

【0037】

放電時出力算出部１１７は、蓄電池３からの放電電流を所定の目標放電電流に追従させるように放電時出力を算出する。例えば放電時出力算出部１１７は、目標放電電流と、電流センサ５が検出した電流（以下、「現在の放電電流」という。）との偏差に比例演算、比例・積分演算、又は比例・積分・微分演算等を施して出力変更量を算出し、算出した出力変更量を算出済みの放電時出力に加算することで新たな放電時出力を算出する。現在の放電電流が目標放電電流よりも小さい場合には上記出力変更量が正の値となるので、算出済みの放電時出力よりも大きい放電時出力が新たに算出される。現在の放電電流が目標放電電流よりも大きい場合には上記出力変更量が負の値となるので、算出済みの放電時出力よりも小さい放電時出力が新たに算出される。

【0038】

放電制御部１１５は、オンライン状態において制御モードが放電モードにセットされているＤＣ／ＡＣコンバータの出力を放電時出力算出部１１７が算出した放電時出力に追従させる。この際に、放電制御部１１５は、直流ライン９３Ｐ，９３Ｎの電圧を蓄電池３の電圧に適応させながらＤＣ／ＡＣコンバータ２の出力を変更する。

【0039】

発電効率調節部１１１は、オフライン状態においてＤＣ／ＡＣコンバータ２により太陽光パネル９１の出力を変更する。例えば発電効率調節部１１１は、直流ライン９３Ｐ，９３Ｎの電圧をＤＣ／ＡＣコンバータ２により変更することで太陽光パネル９１の出力を変更する。一例として、制御装置１００は、ＭＰＰＴ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ）制御を行う。具体的には、直流ライン９３Ｐ，９３Ｎの電圧を、最大電力点に追従させるようにＤＣ／ＡＣコンバータ２を制御する。

【0040】

上記ＭＰＰＴ制御の結果、ＤＣ／ＡＣコンバータ２の出力が所定の上限値を超える場合、制御装置１００は、直流ライン９３Ｐ，９３Ｎの電圧を変更することでＤＣ／ＡＣコンバータ２の出力を上限値以下に抑える。上限値は、例えばＤＣ／ＡＣコンバータ２の定格電圧に基づき予め定められている。例えば発電効率調節部１１１は、太陽光パネル９１による出力が当該上限値未満となるまで、直流ライン９３Ｐ，９３Ｎの電圧を最大電力点から遠ざけるようにＤＣ／ＡＣコンバータ２を制御する。

【0041】

ここで、オンライン状態においては、直流ライン９３Ｐ，９３Ｎの電圧が蓄電池３の電圧により拘束されるので、直流ライン９３Ｐ，９３Ｎの電圧をＤＣ／ＡＣコンバータ２により自在に変更することができない。そこで、制御装置１００は、モジュール数調節部１１６を更に有してもよい。

【0042】

モジュール数調節部１１６は、オンライン状態において、直流ライン９３Ｐ，９３Ｎに接続される太陽電池モジュール９２の数を複数の解列スイッチ７により変更することで太陽光パネル９１の出力を変更する。例えばモジュール数調節部１１６は、ＤＣ／ＡＣコンバータ２の出力が上限値に達した場合に複数の解列スイッチ７の少なくとも１つにより複数の太陽電池モジュール９２の少なくとも一つを直流ライン９３Ｐ，９３Ｎから解列させる。

【0043】

モジュール数調節部１１６は、ＤＣ／ＡＣコンバータ２の現在の出力と上限値とに基づいて出力削減量を算出し、出力削減量に基づいて直流ライン９３Ｐ，９３Ｎから解列させる解列スイッチ７の数を決定してもよい。

【0044】

図２は、制御装置１００のハードウェア構成を例示する図である。制御装置１００は、例えばプログラマブルロジックコントローラ等の制御用コンピュータであり、回路１９０を有する。回路１９０は、一つ又は複数のプロセッサ１９１と、メモリ１９２と、ストレージ１９３と、タイマ１９４と、入出力ポート１９５とを含む。

【0045】

例えばストレージ１９３は、少なくとも一つのハードディスク又は不揮発性メモリ等の記憶媒体である。ストレージ１９３は、蓄電池３への充電電流と、蓄電池３の電圧とに基づいて充電時出力を算出することと、ＤＣ／ＡＣコンバータ２の出力を充電時出力に追従させることと、を含む制御方法を制御装置１００に実行させるプログラムを記憶している。例えばストレージ１９３は、上述した各機能ブロックを制御装置１００に構成させるためのプログラムを記憶している。

【0046】

メモリ１９２は、ストレージ１９３からロードしたプログラム及びプロセッサ１９１による演算結果等を一時的に記憶する。プロセッサ１９１は、メモリ１９２と協働して上記プログラムを実行する。タイマ１９４は、クロックパルスのカウントにより時刻を計測する。入出力ポート１９５は、プロセッサ１９１からの指令に従って、ＤＣ／ＡＣコンバータ２、充放電スイッチ４、電流センサ５、電圧センサ６及び解列スイッチ７との間で電気信号の入出力を行う。

【0047】

制御装置１００は、必ずしもプログラムにより各機能を構成するものに限られない。例えば制御装置１００は、専用の論理回路又はこれを集積したＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）により少なくとも一部の機能を構成してもよい。

【0048】

〔制御手順〕
続いて、制御方法の一例として、制御装置１００が実行する制御手順を例示する。この制御手順は、蓄電池３への充電制御手順と、太陽光パネル９１の出力制御手順と、蓄電池３からの放電制御手順とを含む。各手順は、それぞれの実行条件が整う度に繰り返し実行される。以下、各手順を詳細に例示する。

【0049】

（充電制御手順）
この手順は、蓄電池３への充電電流と、蓄電池３の電圧とに基づいて充電時出力を算出することと、ＤＣ／ＡＣコンバータ２の出力を前記充電時出力に追従させることと、を含む。図３に示すように、制御装置１００は、まずステップＳ０１，Ｓ０２，Ｓ０３，Ｓ０４を実行する。ステップＳ０１では、接続状態切替部１１２が、充放電スイッチ４をオフライン状態に保ちながら、日の出に伴い太陽光パネル９１の出力が上昇し、所定の充電開始レベルに達するのを待機する。

【0050】

ステップＳ０２では、接続状態切替部１１２が、充放電スイッチ４によりオフライン状態をオンライン状態に切り替え、オンライン状態における制御モードを充電モードにセットする。ステップＳ０３では、充電時出力算出部１１３及び充電制御部１１４が、定電流充電制御を行う。ステップＳ０３の具体的内容は後述する。ステップＳ０４では、蓄電池３の電圧（電圧センサ６が検出する電圧）が上記制御電圧に達したか否かを充電時出力算出部１１３が確認する。

【0051】

ステップＳ０４において蓄電池３の電圧が制御電圧に達していないと判定した場合、制御装置１００は処理をステップＳ０３に戻す。以後、蓄電池３の電圧が制御電圧に達するまでは定電流充電制御が繰り返される。

【0052】

ステップＳ０４において蓄電池３の電圧が制御電圧に達したと判定した場合、制御装置１００はステップＳ０５，Ｓ０６を実行する。ステップＳ０５では、充電時出力算出部１１３及び充電制御部１１４が、定電圧充電制御を行う。ステップＳ０５の具体的内容は後述する。ステップＳ０６では、蓄電池３の充電レベルが上記所定レベルに達したか否かを接続状態切替部１１２が確認する。

【0053】

ステップＳ０６において蓄電池３の充電レベルが所定レベルに達していないと判定した場合、制御装置１００は処理をステップＳ０５に戻す。以後、蓄電池３の充電レベルが所定レベルに達するまでは定電圧充電制御が繰り返される。

【0054】

ステップＳ０６において蓄電池３の充電レベルが所定レベルに達したと判定した場合、制御装置１００はステップＳ０７，Ｓ０８を実行する。ステップＳ０７では、接続状態切替部１１２が、充放電スイッチ４によりオンライン状態をオフライン状態に切り替える。ステップＳ０８では、接続状態切替部１１２が、複数の解列スイッチ７のいずれかにより直流ライン９３Ｐ，９３Ｎから遮断された太陽電池モジュール９２がある場合に、複数の解列スイッチ７により全ての太陽電池モジュール９２を直流ライン９３Ｐ，９３Ｎに接続する。以上で充電制御手順が完了する。

【0055】

図４は、ステップＳ０３における定電流充電制御手順を例示するフローチャートである。図４に示すように、制御装置１００は、まずステップＳ１１を実行する。ステップＳ１１では、ＤＣ／ＡＣコンバータ２の出力が上記上限値未満であるか否かをモジュール数調節部１１６が確認する。

【0056】

ステップＳ１１においてＤＣ／ＡＣコンバータ２の出力が上限値以上であると判定した場合、制御装置１００はステップＳ１２を実行する。ステップＳ１２では、モジュール数調節部１１６が、ＤＣ／ＡＣコンバータ２の出力を上記上限値未満にするように、複数の解列スイッチ７の少なくとも１つにより複数の太陽電池モジュール９２の少なくとも一つを直流ライン９３Ｐ，９３Ｎから遮断する。

【0057】

次に、制御装置１００はステップＳ１３，Ｓ１４を実行する。ステップＳ１１においてＤＣ／ＡＣコンバータ２の出力が上限値未満であると判定した場合、制御装置１００はステップＳ１２を実行することなくステップＳ１３，Ｓ１４を実行する。ステップＳ１３では、電流センサ５が検出した電流（上記現在の充電電流）を充電時出力算出部１１３が取得する。ステップＳ１４では、現在の充電電流が目標充電電流を超えているか否かを充電時出力算出部１１３が確認する。

【0058】

ステップＳ１４において現在の充電電流が目標充電電流を超えていると判定した場合、制御装置１００はステップＳ１５を実行する。ステップＳ１５では、充電時出力算出部１１３が、目標充電電流と、現在の充電電流との偏差に基づいて上記出力変更量を算出し、算出した出力変更量を算出済みの充電時出力から減算することで、充電時出力を増大させる。

【0059】

ステップＳ１４において現在の充電電流が目標充電電流を超えていないと判定した場合、制御装置１００はステップＳ１６を実行する。ステップＳ１６では、現在の充電電流が目標充電電流未満であるか否かを充電時出力算出部１１３が確認する。

【0060】

ステップＳ１６において現在の充電電流が目標充電電流未満であると判定した場合、制御装置１００はステップＳ１７を実行する。ステップＳ１７では、充電時出力算出部１１３が、目標充電電流と、現在の充電電流との偏差に基づいて上記出力変更量を算出し、算出した出力変更量を算出済みの充電時出力から減算することで、充電時出力を減少させる。

【0061】

ステップＳ１５，Ｓ１７の後に、制御装置１００は、ステップＳ１８を実行する。ステップＳ１６において現在の充電電流が目標充電電流未満でないと判定した場合、制御装置１００はステップＳ１５，Ｓ１７を実行することなくステップＳ１８を実行する。ステップＳ１８では、充電制御部１１４が、ＤＣ／ＡＣコンバータ２の出力を充電時出力算出部１１３が算出した充電時出力に追従させる。以上で定電流充電制御手順が完了する。

【0062】

図５は、ステップＳ０５における定電圧充電制御手順を例示するフローチャートである。図５に示すように、制御装置１００は、まずステップＳ２１を実行する。ステップＳ２１では、ＤＣ／ＡＣコンバータ２の出力が上記上限値未満であるか否かをモジュール数調節部１１６が確認する。

【0063】

ステップＳ２１においてＤＣ／ＡＣコンバータ２の出力が上記上限値以上であると判定した場合、制御装置１００はステップＳ２２を実行する。ステップＳ２２では、モジュール数調節部１１６が、ＤＣ／ＡＣコンバータ２の出力を上記上限値未満にするように、複数の解列スイッチ７の少なくとも１つにより複数の太陽電池モジュール９２の少なくとも一つを直流ライン９３Ｐ，９３Ｎから遮断する。

【0064】

次に、制御装置１００は、ステップＳ２３，Ｓ２４を実行する。ステップＳ２１においてＤＣ／ＡＣコンバータ２の出力が上限値未満であると判定した場合、制御装置１００はステップＳ２２を実行することなくステップＳ２３，Ｓ２４を実行する。ステップＳ２３では、電圧センサ６が検出した電圧（上記現在の電圧）を充電時出力算出部１１３が取得する。ステップＳ２４では、現在の電圧が目標電圧を超えているか否かを充電時出力算出部１１３が確認する。

【0065】

ステップＳ２４において現在の電圧が目標電圧を超えていると判定した場合、制御装置１００はステップＳ２５を実行する。ステップＳ２５では、充電時出力算出部１１３が、目標電圧と、現在の電圧との偏差に基づいて上記出力変更量を算出し、算出した出力変更量を算出済みの充電時出力から減算することで、充電時出力を増大させる。

【0066】

ステップＳ２４において現在の電圧が目標電圧を超えていないと判定した場合、制御装置１００はステップＳ２６を実行する。ステップＳ２６では、現在の電圧が目標電圧未満であるか否かを充電時出力算出部１１３が確認する。

【0067】

ステップＳ２６において現在の電圧が目標電圧未満であると判定した場合、制御装置１００はステップＳ２７を実行する。ステップＳ２７では、充電時出力算出部１１３が、目標電圧と、現在の電圧との偏差に基づいて上記出力変更量を算出し、算出した出力変更量を算出済みの充電時出力から減算することで、充電時出力を減少させる。

【0068】

ステップＳ２５，Ｓ２７の後に、制御装置１００は、ステップＳ２８を実行する。ステップＳ２６において現在の電圧が目標電圧未満でないと判定した場合、制御装置１００はステップＳ２５，Ｓ２７を実行することなくステップＳ２８を実行する。ステップＳ２８では、充電制御部１１４が、ＤＣ／ＡＣコンバータ２の出力を充電時出力算出部１１３が算出した充電時出力に追従させる。以上で定電圧充電制御手順が完了する。

【0069】

（出力制御手順）
図６に示すように、制御装置１００は、まずステップＳ３１，Ｓ３２を実行する。ステップＳ３１では、発電効率調節部１１１が、充放電スイッチ４によりオンライン状態がオフライン状態に切り替えられるのを待機する。ステップＳ３２では、ＤＣ／ＡＣコンバータ２の出力が上記上限値未満であるか否かを発電効率調節部１１１が確認する。

【0070】

ステップＳ３２においてＤＣ／ＡＣコンバータ２の出力が上限値未満であると判定した場合、制御装置１００はステップＳ３３を実行する。ステップＳ３３では、発電効率調節部１１１が、直流ライン９３Ｐ，９３Ｎの電圧を、最大電力点に追従させるようにＤＣ／ＡＣコンバータ２を制御する。

【0071】

ステップＳ３２においてＤＣ／ＡＣコンバータ２の出力が上限値未満でないと判定した場合、制御装置１００はステップＳ３４を実行する。ステップＳ３４では、太陽光パネル９１による出力が上記上限値未満となるまで、直流ライン９３Ｐ，９３Ｎの電圧を最大電力点から遠ざけるように、発電効率調節部１１１がＤＣ／ＡＣコンバータ２を制御する。

【0072】

ステップＳ３３，Ｓ３４の後、制御装置１００はステップＳ３５を実行する。ステップＳ３５では、充放電スイッチ４によりオフライン状態がオンライン状態に切り替えられたかを発電効率調節部１１１が確認する。

【0073】

ステップＳ３５において充放電スイッチ４によりオフライン状態がオンライン状態に切り替えられていないと判定した場合、制御装置１００は処理をステップＳ３２に戻す。以後、充放電スイッチ４によりオフライン状態がオンライン状態に切り替えられるまでは、ＤＣ／ＡＣコンバータ２による太陽光パネル９１の出力調節が繰り返される。

【0074】

ステップＳ３５において充放電スイッチ４によりオフライン状態がオンライン状態に切り替えられた場合、太陽光パネル９１の出力制御手順が完了する。

【0075】

（放電制御手順）
図７に示すように、制御装置１００は、まずステップＳ４１，Ｓ４２，Ｓ４３，Ｓ４４を実行する。ステップＳ４１では、接続状態切替部１１２が放電開始時刻を待機する。ステップＳ４２では、接続状態切替部１１２が充放電スイッチ４によりオフライン状態をオンライン状態に切り替え、オンライン状態における制御モードを放電モードにセットする。ステップＳ４３では、電流センサ５が検出した電流（上記現在の放電電流）を放電時出力算出部１１７が取得する。ステップＳ４４では、現在の放電電流が目標放電電流を超えているか否かを放電時出力算出部１１７が確認する。

【0076】

ステップＳ４４において現在の放電電流が目標放電電流を超えていると判定した場合、制御装置１００はステップＳ４５を実行する。ステップＳ４５では、放電時出力算出部１１７が、目標放電電流と、現在の放電電流との偏差に基づいて上記出力変更量を算出し、算出した出力変更量を算出済みの放電時出力に加算することで、放電時出力を減少させる。

【0077】

ステップＳ４４において現在の放電電流が目標放電電流を超えていないと判定した場合、制御装置１００はステップＳ４６を実行する。ステップＳ４６では、現在の放電電流が目標放電電流未満であるか否かを放電時出力算出部１１７が確認する。

【0078】

ステップＳ４６において現在の放電電流が目標放電電流未満であると判定した場合、制御装置１００はステップＳ４７を実行する。ステップＳ４７では、放電時出力算出部１１７が、目標放電電流と、現在の放電電流との偏差に基づいて上記出力変更量を算出し、算出した出力変更量を算出済みの放電時出力に加算することで、放電時出力を増大させる。

【0079】

ステップＳ４５，Ｓ４７の後に、制御装置１００は、ステップＳ４８，Ｓ５１，Ｓ５２を実行する。ステップＳ４６において現在の放電電流が目標放電電流未満でないと判定した場合、制御装置１００はステップＳ４５，Ｓ４７を実行することなくステップＳ４８，Ｓ５１，Ｓ５２を実行する。ステップＳ４８では、放電制御部１１５が、ＤＣ／ＡＣコンバータ２の出力を放電時出力算出部１１７が算出した放電時出力に追従させる。ステップＳ５１では、電圧センサ６が検出した電圧（以下、「現在の電圧」という。）を接続状態切替部１１２が取得する。ステップＳ５２では、現在の電圧が上記放電停止電圧に達しているか否かを接続状態切替部１１２が確認する。

【0080】

ステップＳ５２において現在の電圧が放電停止電圧に達していないと判定した場合、制御装置１００は処理をステップＳ４３に戻す。以後、現在の電圧が放電停止電圧に達するまでは、放電電流を目標放電電流に追従させる制御が繰り返される。

【0081】

ステップＳ５２において現在の電圧が放電停止電圧に達していると判定した場合、制御装置１００はステップＳ５３を実行する。ステップＳ５３では、接続状態切替部１１２が、充放電スイッチ４によりオンライン状態をオフライン状態に切り替える。以上で放電制御手順が完了する。

【0082】

〔本実施形態の効果〕
以上に説明したように、パワーコンディショニングシステム１は、太陽光パネル９１から直流電力が出力される直流ライン９３Ｐ，９３Ｎに接続され、直流電力を交流電力に変換して出力するＤＣ／ＡＣコンバータ２と、直流ライン９３Ｐ，９３Ｎに接続され、直流電力を蓄電する蓄電池３と、直流ライン９３Ｐ，９３Ｎから蓄電池３への充電電流と、蓄電池３の電圧とに基づいて充電時出力を算出し、ＤＣ／ＡＣコンバータ２の出力を充電時出力に追従させる制御装置１００と、を備える。

【0083】

本パワーコンディショニングシステム１によれば、直流電力を交流電力に変換して出力するＤＣ／ＡＣコンバータ２を利用して、蓄電池３への充電電流と、蓄電池３の電圧とを制御することができる。従って、構成の簡素化に有効である。また、蓄電池３への充電電流と、蓄電池３の電圧との制御にＤＣ／ＡＣコンバータ２を利用することで、充電制御専用の電力変換装置を省略し、電力変換に伴う電力ロスを削減することもできる。

【0084】

制御装置１００は、蓄電池３の電圧が所定の制御電圧に達するまでは、直流ライン９３Ｐ，９３Ｎから蓄電池３への充電電流を所定の目標充電電流に追従させるように充電時出力を算出し、蓄電池３の電圧が制御電圧に達した後は、蓄電池３の電圧を制御電圧に追従させるように充電時出力を算出してもよい。この場合、ＤＣ／ＡＣコンバータ２を利用して、定電流充電制御と、定電圧充電制御との両方を行うことができる。従って、構成の簡素化に更に有効である。

【0085】

制御装置１００は、蓄電池３からの放電電流を所定の目標放電電流に追従させるように放電時出力を算出し、ＤＣ／ＡＣコンバータ２の出力を放電時出力に追従させてもよい。この場合、ＤＣ／ＡＣコンバータ２を利用して、蓄電池３の放電電流も制御することができる。従って、構成の簡素化に更に有効である。

【0086】

パワーコンディショニングシステム１は、蓄電池３が直流ライン９３Ｐ，９３Ｎに接続されたオンライン状態と、蓄電池３が直流ライン９３Ｐ，９３Ｎから遮断されたオフライン状態とを切り替える充放電スイッチ４を更に備え、制御装置１００は、少なくとも蓄電池３の充電レベルに基づいて充放電スイッチ４によりオンライン状態とオフライン状態とを切り替えてもよい。この場合、蓄電池３への充放電が不要な期間には、蓄電池３を直流ライン９３Ｐ，９３Ｎから切り離すことで、ＤＣ／ＡＣコンバータ２の制御の自由度を高めることができる。

【0087】

制御装置１００は、蓄電池３の充電レベルが所定レベルに達した場合に充放電スイッチ４によりオンライン状態をオフライン状態に切り替え、所定の放電開始時刻に充放電スイッチ４によりオフライン状態をオンライン状態に切り替えてもよい。この場合、蓄電池３への充放電が不要な期間に蓄電池３を直流ラインから切り離すことを、容易に自動化することができる。

【0088】

制御装置１００は、オンライン状態においては、直流ライン９３Ｐ，９３Ｎの電圧を蓄電池３の電圧に適応させながらＤＣ／ＡＣコンバータ２の出力を変更し、オフライン状態においては、直流ライン９３Ｐ，９３Ｎの電圧を変更することで太陽光パネル９１の出力を変更してもよい。この場合、蓄電池３を直流ライン９３Ｐ，９３Ｎから切り離すことで、ＤＣ／ＡＣコンバータ２を太陽光パネル９１の出力抑制に有効活用することができる。

【0089】

パワーコンディショニングシステム１は、太陽光パネル９１の複数の太陽電池モジュール９２と、直流ライン９３Ｐ，９３Ｎとの間にそれぞれ介在する複数の解列スイッチ７を更に備え、制御装置１００は、オンライン状態において、直流ライン９３Ｐ，９３Ｎに接続される太陽電池モジュール９２の数を複数の解列スイッチ７により変更することで太陽光パネル９１の出力を変更してもよい。この場合、直流ライン９３Ｐ，９３Ｎの電圧を自在に変更できないオンライン状態においても、解列スイッチ７をオンからオフに切り替えることによって太陽光パネル９１の出力を容易に抑制することができる。

【0090】

以上、実施形態について説明したが、本開示は必ずしも上述した実施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様々な変更が可能である。

【符号の説明】

【0091】

１…パワーコンディショニングシステム、２…ＤＣ／ＡＣコンバータ、３…蓄電池、４…充放電スイッチ、７…解列スイッチ、９１…太陽光パネル、９３Ｐ，９３Ｎ…直流ライン、１００…制御装置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】