JP2001309561A

JP2001309561A - 連系装置

Info

Publication number: JP2001309561A
Application number: JP2000122751A
Authority: JP
Inventors: Hideo Iwamoto; 英雄岩本; Takahiko Iida; 隆彦飯田; Nobuyuki Ryu; 展幸笠
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-04-24
Filing date: 2000-04-24
Publication date: 2001-11-02
Anticipated expiration: 2020-04-24
Also published as: JP3949350B2

Abstract

(57)【要約】【課題】連系装置において、太陽電池の出力の平滑化
用コンデンサの容量値の経年変化によってインバータの
制御に不調を来たしてインバータに過電流が流れるのを
防止する。【解決手段】最大電力追従制御部２０ａが、山登り法
によってインバータを制御する際にコンデンサ６の電流
ｉ_Cおよび電圧ｖ_DCの変化をも検出し、容量値算出部２
０１において電流ｉ_Cおよび電圧ｖ_DCの値を用いつつ同
定アルゴリズムに基づいてコンデンサ６の容量値を同定
する。そして、指令値発生部２０２において、同定した
コンデンサ６の容量値の変化を反映させつつ電力特性に
基づいて指令値ｉ^*を算出する。指令値ｉ^*によりＰＷＭ
パルス発生部２０３でゲート信号ｖ _G1が生成され、増幅
器２１で信号増幅されたゲート信号ｖ_G2がインバータ１
０内の各スイッチング素子を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、その出力電力が
刻々と変化する直流電源から常時、最大電力を取り出し
て商用周波交流電源や交流負荷に与える連系装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】現在、太陽電池を用いた発電システムの
開発が進んでおり、太陽電池から生じる直流電力を効率
よく交流負荷や既存の交流電力系統に与えるための研究
が広く行われている。

【０００３】図７は、従来の連系装置を示したものであ
る。この連系装置は、太陽電池１と、既存の電力系統で
ある商用交流電源１５と、ＩＧＢＴ等のスイッチング素
子を複数含み、太陽電池１の直流電力を交流電力に変換
して逆潮流させるインバータ１０とを備えている。そし
て、太陽電池１の負極であるノード３には変流器４の一
端が接続されている。変流器４は太陽電池１が出力する
電流ｉ_DCの検出のために設けられる。なお、ノード３に
は接地電位ＧＮＤが与えられている。また、太陽電池１
の正極であるノード２と変流器４の他端であるノード５
との間には、コンデンサ６および電圧検出部９が互いに
並列に接続されている。コンデンサ６は太陽電池１が出
力する電圧ｖ_DCの平滑化のために、電圧検出部９は電圧
ｖ_DCの検出のために、それぞれ設けられる。

【０００４】インバータ１０の両入力端はそれぞれノー
ド２およびノード５に接続されている。また、インバー
タ１０の一つの出力端であるノード１１にはインダクタ
１７の一端が接続されている。また、インダクタ１７の
他端であるノード１６およびインバータ１０の他の出力
端であるノード１２の間にはコンデンサ１９が接続され
ている。インダクタ１７およびコンデンサ１９はＬＣ回
路を構成し、インバータ１０の出力電圧から高調波を除
去するフィルタとして機能する。また、電圧検出部１８
がコンデンサ１９と並列に接続され、ノード１２には変
流器１３の一端が接続されている。そして、ノード１６
および変流器１３の他端であるノード１４の間に商用交
流電源１５が接続されている。変流器１３は商用交流電
源１５に流れる電流ｉ_ACの検出のために、電圧検出部１
８は商用交流電源１５の両端にかかる電圧ｖ_ACの検出の
ために、それぞれ設けられる。

【０００５】さて一般に、太陽電池の出力電力特性は気
象（日射量）や温度等の環境条件によって刻々と変化す
る。すなわち、環境条件によって出力電力が最大となる
ときの出力電圧および出力電流の値が変化する。このこ
とを示したのが図８である。図８はＰ−Ｖ特性とも称さ
れる特性図であり、太陽電池の出力電圧ｖ_DCと出力電力
Ｐ_DC（＝ｉ_DC×ｖ_DC）との関係を表わしている。太陽電
池のＰ−Ｖ特性は、図８に示すように山形のグラフとな
る。そして、そのグラフのうち山の頂上にあたる部分が
最大電力点となる。例えば図８に示すように、ある環境
条件下でのＰ−Ｖ特性がＣ１であればそのときの最大電
力点はＰ１であり、最大電力点Ｐ１に対応する出力電力
Ｐ_DC1がそのときの最大電力である。また、この出力電
力Ｐ_DC1を太陽電池に発生させるためには、太陽電池が
最大電力点Ｐ１に対応する出力電圧ｖ_DC1を発生するよ
う、太陽電池に接続された外部回路を制御すればよい。

【０００６】さて、時間の経過とともにＰ−Ｖ特性がＣ
１からＣ２へと変化したとすると、最大電力点もＰ１か
らＰ２へと変化し、最大電力点に対応する出力電圧の値
もｖ _DC1からｖ_DC2へと変化する。その場合、太陽電池に
最大電力を発生させるためには、太陽電池の出力電圧が
ｖ_DC1でなくｖ_DC2となるように外部回路を制御する必要
がある。

【０００７】よって、連系装置において太陽電池を最も
有効に利用するためには、常に最大電力を出力するよう
太陽電池の出力電圧または出力電流を制御する最大電力
追従制御機能が必要となる。

【０００８】図７の連系装置の場合、インバータ１０が
制御すべき外部回路にあたる。よって、このインバータ
１０の含む各スイッチング素子を最適に制御して、商用
交流電源１５に対しては適切な商用交流周波数や商用交
流電圧を与えながら、かつ、太陽電池１が最大電力点に
対応する電圧を出力するようにしなければならない。そ
のために最大電力追従制御部２０ｂが設けられる。

【０００９】検出された電圧ｖ_DC，ｖ_AC、電流ｉ_DC，ｉ
_ACの各値の情報は、いずれも最大電力追従制御部２０ｂ
に入力される。最大電力追従制御部２０ｂでは、これら
の情報に基づいて、インバータ１０の含む各スイッチン
グ素子を最適に制御するため、ＰＷＭ（Pulse Width Mo
dulation）パルスであるゲート信号ｖ_G1を発生させる。
なお、ゲート信号ｖ_G1は増幅器２１により増幅され、各
スイッチング素子を駆動するのに充分なパルス電力に増
幅されたゲート信号ｖ_G2としてインバータ１０に与えら
れる。

【００１０】最大電力追従制御部２０ｂは、図９に示す
ように、機能的には２つの部分に分別できる。すなわ
ち、最大電力追従制御部２０ｂは、ゲート信号ｖ_G1を商
用交流電源１５の位相や電圧値に合わせて発生させるた
めのＰＷＭパルス発生部２０３と、ＰＷＭパルス発生部
２０３に対して最大電力点に適したパルス幅やパルス強
度を指定する指令値ｉ^*を発生させるための指令値発生
部２０４とを備える。ゲート信号ｖ_G1の発生には商用交
流電源１５の電力の位相や電圧値を知る必要があるた
め、ＰＷＭパルス発生部２０３には電圧ｖ_ACおよび電流
ｉ_ACの情報が入力される。また、指令値ｉ^*を発生させ
るためには太陽電池１の最大電力点を知る必要があるた
め、指令値発生部２０４には電圧ｖ_DCおよび電流ｉ_DCの
情報が入力される。なお、指令値発生部２０４はＲＯＭ
およびＲＡＭ等が接続された一般的なＣＰＵ内において
所定のソフトウェアプログラムによって動作する。

【００１１】指令値発生部２０４において太陽電池１の
最大電力点を求める方法としては、例えば特願平１１−
１６０４３５号公報に記載の技術や、よく知られた「山
登り法」等を用いればよい。「山登り法」とは、はじめ
に太陽電池１の出力電圧が低めの値となるようインバー
タ１０を設定しておき、インバータ１０を制御して出力
電圧を徐々に上げて太陽電池１の出力電力の変化を検出
することで最大電力点に適した指令値ｉ^*を発生させ、
このような動作を定期的にまたは変動があったときに繰
り返す制御方法のことである。

【００１２】図１０では、例として「山登り法」のアル
ゴリズムを指令値発生部２０４が採用した場合のブロッ
ク図を示している。すなわち、入力された電圧ｖ_DCおよ
び電流ｉ_DCの値が乗算されて、ある時刻ｔ_kにおける電
力Ｐ_DC（ｋ）が求められる。なお、ｋは電圧ｖ_DCおよび
電流ｉ_DCのサンプリング番号を示す整数であり、Ｐ
_DC（ｋ）など（ｋ）が添付されている物理量は、時刻ｔ
_kにおけるその物理量の値を示す。

【００１３】そして、遅延バッファ２０４ａにおいて時
刻ｔ_kより１サンプリング周期前の電力Ｐ_DC（ｋ−１）
の値の情報が記憶され、電力Ｐ_DC（ｋ）と電力Ｐ_DC（ｋ
−１）との差が計算される。そして、指令値算出部２０
４ｂにおいて、その結果が正であるか負であるかが判定
される。結果が正であった場合は電力の値が増加してお
り、結果が負であった場合は電力の値が減少しているこ
とになる。また、結果が０である場合には、例えば増加
とみなせばよい。

【００１４】そして、指令値算出部２０４ｂにおいて電
力の増減に応じて指令値ｉ^*の増減を決定する。すなわ
ち、電力Ｐ_DC（ｋ）と電力Ｐ_DC（ｋ−１）との差が正ま
たは０であるときは、サンプリング時刻ｔ_k-1において
出力した指令値ｉ^*（ｋ−１）を増加させていた場合に
は今回出力する指令値ｉ^*（ｋ）をｉ^*（ｋ−１）に比べ
ａ（ｋ）だけ増加させ、サンプリング時刻ｔ_k-1におい
て出力した指令値ｉ^*（ｋ−１）を減少させていた場合
には今回出力する指令値ｉ^*（ｋ）をｉ^*（ｋ−１）に比
べａ（ｋ）だけ減少させる。一方、電力Ｐ_DC（ｋ）と電
力Ｐ_DC（ｋ−１）との差が負であるときは、サンプリン
グ時刻ｔ_k-1において出力した指令値ｉ^*（ｋ−１）を増
加させていた場合には今回出力する指令値ｉ^*（ｋ）を
ｉ^*（ｋ−１）に比べａ（ｋ）だけ減少させ、サンプリ
ング時刻ｔ_k-1において出力した指令値ｉ^*（ｋ−１）を
減少させていた場合には今回出力する指令値ｉ^*（ｋ）
をｉ^*（ｋ−１）に比べａ（ｋ）だけ増加させる。そし
て最終的には、指令値ｉ^*はＰ−Ｖ特性の全区間にわた
ってこれらの増減量が積分された値として出力される。

【００１５】なお、指令値算出部２０４ｂから出力され
るのは増減いずれかを示す情報（例えば＋１，−１）だ
けであり、その情報は増幅器２０４ｃによって制御ゲイ
ンＫ _Mだけ定数倍される。そして、この制御ゲインＫ_Mが
指令値ｉ^*（ｋ）への増加分（または減少分）ａ（ｋ）
となる。この制御ゲインＫ_Mの値は、制御が最適に行え
るよう連系装置ごとに試行錯誤を経て調節される。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】太陽光発電システムと
しての連系装置においては、日照条件等が急変し太陽電
池の発生し得る最大電力が急激に変化した場合、この変
化に応じて商用交流電源に逆潮流している電力を速やか
に制御する必要がある。

【００１７】ところで太陽電池１の発生電力に変動が生
じた場合、慎重に逆潮流電力を制御しないと過渡現象が
生じ、一時的にインバータ１０内のスイッチング素子に
過電流が流れる場合がある。この過電流によって過渡的
ではあるもののスイッチング素子の温度が急上昇し、素
子の信頼性が低下したり、最悪の場合には破損してしま
うこともある。また、スイッチング素子がこの過電流を
オン・オフするときに、大きなスパイク電圧が発生し
て、スイッチング素子の周辺に接続された他のデバイス
を破損させてしまう場合もある。

【００１８】さて、太陽電池１内には内部抵抗が存在
し、また連系装置内には太陽電池１の平滑化のためのコ
ンデンサ６が接続されているため、制御理論におけるい
わゆる「一次遅れ」現象が生じる。したがって、最大電
力追従制御部２０ｂでの制御用プログラムは、コンデン
サ６の容量値の大きさに依存した「一次遅れ要素」を考
慮して作成されねばならず、この「一次遅れ」現象への
対策が不十分であるとインバータ１０内のスイッチング
素子に過電流が流れてしまう。従来の連系装置において
は、制御ゲインＫ_Mの値を調節することで「一次遅れ」
現象による制御への悪影響を抑制していた。

【００１９】連系装置内の「一次遅れ」現象は主として
コンデンサ６の容量値の大きさに依存し、容量値が少な
いほど「一次遅れ」現象は抑制される。一方、太陽電池
１の出力電圧を充分に平滑化するためには大きな容量値
が必要であるので、通常、コンデンサ６には種々のコン
デンサの中でも比較的容量値が大きい電解コンデンサが
選択される。

【００２０】しかし、電解コンデンサの容量値は、よく
知られているように初期値ですら公称値に対して±50％
程度の誤差があり、さらに経年変化によって初期値の半
分以下にその容量値が減少する。また、容量値が大幅に
減少する「容量抜け」や容量値が０となってしまう「パ
ンク」と呼ばれる現象が、極少ない確率ではあるが発生
する。

【００２１】従来の連系装置において、コンデンサ６の
初期値のバラツキに対しては、最初に制御ゲインＫ_Mの
値を厳密に調節しておくことで対処できるが、コンデン
サ６の経年変化に対しては、制御ゲインＫ_Mの値を最適
に保つ配慮がなされてはいなかった。よって、従来の連
系装置では、太陽電池１の発生電力に変動が生じた場
合、制御ゲインＫ_Mの値がコンデンサ６の経年変化に対
して最適ではないためにスイッチング素子に過電流が流
れやすかった。

【００２２】これに対する対策として、過渡現象時は過
電流が発生しないように極端に逆潮流電力を絞ることな
どが考えられているが、このような方法では例えば過渡
現象時に充分な交流電圧を発生させることができずに商
用交流電源１５に悪影響を与える可能性もある。

【００２３】そこで、この発明は、太陽電池の出力の平
滑化用コンデンサの容量値の経年変化によってインバー
タの制御に不調を来たしてインバータに過電流が流れる
のを防止することが可能な連系装置を実現するものであ
る。

【００２４】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、直流電源と、前記直流電源に並列に接続された第１
のコンデンサと、前記直流電源が出力する直流電力を受
けて交流電力に変換するインバータと、前記直流電力が
最大となるよう前記インバータを制御する最大電力追従
制御手段とを備え、前記最大電力追従制御手段は前記第
１のコンデンサの容量値の変化を検出し、前記容量値の
変化を前記インバータの制御に反映させる連系装置であ
る。

【００２５】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の連系装置であって、前記直流電源が発生する電圧を異
なる電圧値に変換して前記インバータに与えることによ
り前記直流電力を伝達するコンバータと、前記コンバー
タの出力する電圧が所定の値となるよう制御するコンバ
ータ制御手段とをさらに備える連系装置である。

【００２６】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
の連系装置であって、前記コンバータの出力側に並列に
接続された第２のコンデンサをさらに備える連系装置で
ある。

【００２７】請求項４に記載の発明は、請求項１ないし
請求項３のいずれかに記載の連系装置であって、前記最
大電力追従制御手段は、前記第１のコンデンサに流れる
電流および前記第１のコンデンサに印加される電圧を前
記インバータの制御により変化させつつ検出し、検出し
た前記第１のコンデンサの前記電流および電圧の値を用
いつつ同定アルゴリズムに基づいて前記第１のコンデン
サの容量値を同定することで前記第１のコンデンサの容
量値の変化を検出する連系装置である。

【００２８】請求項５に記載の発明は、請求項４に記載
の連系装置であって、前記最大電力追従制御手段は、電
力について山登り法により前記インバータを制御する連
系装置である。

【００２９】

【発明の実施の形態】＜実施の形態１＞図１はこの発明
の実施の形態１にかかる連系装置を示す図である。図１
に示すように、この連系装置は、図７に示した従来の連
系装置と同様、太陽電池１と、既存の電力系統である商
用交流電源１５と、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子を複
数含み、太陽電池１の直流電力を交流電力に変換して逆
潮流させるインバータ１０とを備えている。なお、図１
では太陽電池１を可変電圧源１ａとその内部抵抗１ｂと
の直列接続として表示している。

【００３０】そして、太陽電池１の負極であるノード３
には変流器４の一端が接続され、接地電位ＧＮＤが与え
られている。また、太陽電池１の正極であるノード２と
変流器４の他端であるノード５との間には、電圧検出部
９が接続されている。

【００３１】インバータ１０の両入力端はそれぞれノー
ド２およびノード５に接続されている。また、インバー
タ１０の一つの出力端であるノード１１にはインダクタ
１７の一端が接続されている。また、インダクタ１７の
他端であるノード１６およびインバータ１０の他の出力
端であるノード１２の間にはコンデンサ１９が接続され
ている。インダクタ１７およびコンデンサ１９はＬＣ回
路を構成し、インバータ１０の出力電圧から高調波を除
去するフィルタとして機能する。また、電圧検出部１８
がコンデンサ１９と並列に接続され、ノード１２には変
流器１３の一端が接続されている。そして、ノード１６
および変流器１３の他端であるノード１４の間に商用交
流電源１５が接続されている。

【００３２】一方、この連系装置では図７に示した従来
の連系装置と異なり、ノード５にはコンデンサ６の一端
が接続され、コンデンサ６の他端であるノード７には変
流器８の一端が接続されている。そして、変流器８の他
端はノード２に接続されている。コンデンサ６は従来と
同様、太陽電池１が出力する電圧ｖ_DCの平滑化のために
設けられるが、変流器８はコンデンサ６に流れる電流ｉ
_Cの検出のために設けられる。なお、このコンデンサ６
と太陽電池１の内部抵抗１ｂとがいわゆるＣＲ回路を構
成し、この連系装置における「一次遅れ」現象を発生さ
せる。

【００３３】さらに、インバータ１０の含む各スイッチ
ング素子を最適に制御するための最大電力追従制御部２
０ａの構成も従来の最大電力追従制御部２０ｂとは異な
っている。

【００３４】検出された電圧ｖ_DC，ｖ_AC、電流ｉ_DC，ｉ
_AC，ｉ_Cの各値の情報は、いずれも最大電力追従制御部
２０ａに入力される。最大電力追従制御部２０ａでは、
これらの情報に基づいて、インバータ１０の含む各スイ
ッチング素子を最適に制御するため、ＰＷＭパルスであ
るゲート信号ｖ_G1を発生させる。なお、ゲート信号ｖ _G1
は増幅器２１により増幅され、各スイッチング素子を駆
動するのに充分なパルス電力に増幅されたゲート信号ｖ
_G2としてインバータ１０に与えられる。

【００３５】最大電力追従制御部２０ａは、図１に示す
ように、機能的には３つの部分に分別できる。すなわ
ち、最大電力追従制御部２０ａは、ゲート信号ｖ_G1を交
流電源の位相や電圧値に合わせて発生させるためのＰＷ
Ｍパルス発生部２０３と、ＰＷＭパルス発生部２０３に
対して最大電力点に適したパルス幅を指定する指令値ｉ
^*を発生させるための指令値発生部２０２と、コンデン
サ６の容量値を算出する容量値算出部２０１とを備え
る。ゲート信号ｖ_G1の発生には商用交流電源１５の電力
の位相や電圧値を知る必要があるため、ＰＷＭパルス発
生部２０３には電圧ｖ_ACおよび電流ｉ_ACの情報が入力さ
れる。また、指令値ｉ^*を発生させるためには太陽電池
１の最大電力点を知る必要があるため、指令値発生部２
０２には電圧ｖ_DCおよび電流ｉ_DCの情報が入力される。
また、コンデンサ６の容量値を算出するためにはコンデ
ンサ６に流れる電流およびコンデンサ６に印加される電
圧の情報が必要となるため、容量値算出部２０１には電
圧ｖ_DCおよび電流ｉ_Cの情報が入力される。なお、容量
値算出部２０１および指令値発生部２０２は、ＲＯＭお
よびＲＡＭ等が接続された一般的なＣＰＵ内において所
定のソフトウェアプログラムによって動作する。

【００３６】さて、指令値発生部２０２において太陽電
池１の最大電力点を求める方法として、本実施の形態に
おいても例として「山登り法」を採用する。また、容量
値算出部２０１においては、コンデンサ６の容量値を算
出するための同定アルゴリズムが用いられる。ここでい
う同定アルゴリズムとは、制御システム中の未知パラメ
ータを同定するために誤差方程式に基づいたモデルを用
いる制御理論における同定手法のことである。この同定
アルゴリズムを用いれば、制御対象のパラメータの時間
的変化にしたがって逐次、誤差方程式に基づいたモデル
から未知パラメータを計算することで未知パラメータの
真値の近似値が得られる。

【００３７】図２は、「山登り法」のアルゴリズムを指
令値発生部２０２が採用し、同定アルゴリズムの一例と
してしばしば採用されるＬＭＳ（Least Mean Square）
アルゴリズムを容量値算出部２０１が採用した場合のブ
ロック図を示している（ＬＭＳアルゴリズムについて
は、新中新二著「適応アルゴリズム−離散と連続，真
髄へのアプローチ−」１９９０年、産業図書株式会社発
行、ｐ．９３を参照）。

【００３８】ここで、コンデンサ６の容量値をＣとして
コンデンサ６に流れる電流ｉ_Cおよび印加される電圧ｖ
_DCとの関係を表わすと回路方程式より以下のようにな
る。

【００３９】

【数１】

【００４０】そして、数１を差分方程式で表わすと以下
のようになる。

【００４１】

【数２】

【００４２】数２において、ｋは電圧ｖ_DCおよび電流ｉ
_Cのサンプリング番号を、Δｔはサンプリング周期を、
それぞれ示す。なお、ｖ_DC（ｋ）など（ｋ）が添付され
ている物理量は、時刻ｔ_kにおけるその物理量の値を示
す。

【００４３】容量値Ｃを求めるには、本来ならば、この
数２を変形して各サンプリング時刻における電圧ｖ_DCお
よび電流ｉ_Cのデータをあてはめることで行える。とこ
ろが、この数２では容量値Ｃの値を求めるに際して、ｖ
_DC（ｋ）とｖ_DC（ｋ−１）との差分をサンプリング周期
Δｔで割った項すなわち時間微分の項が現れるため、ノ
イズの影響を受けやすいモデルとなる。

【００４４】そこで、ＬＭＳアルゴリズムのモデルが採
用される。このモデルは以下のように設定される。

【００４５】

【数３】

【００４６】

【数４】

【００４７】数３は、数２に基づいて、時刻ｔ_kより１
サンプリング周期前の時刻ｔ_k-1において同定されたコ
ンデンサ６の容量値Ｃ^*（ｋ−１）を用いて計算され
た、時刻ｔ_kにおける計算上の電圧データｖ_DC ^*（ｋ）を
表わしたものである。なお、数３の右辺は、数４のｖ_DC
^*（ｋ）に代入される。

【００４８】また、数４は、１／Ｃ^*（ｋ）を同定すべ
き未知パラメータとして、パラメータｖ_DC（ｋ），ｉ_C
（ｋ）を時間的に変化させたときに逐次、未知パラメー
タが真値に収束してゆくことが保証されたモデルであ
る。なお、数４におけるゲインＫは、収束の速度等に影
響を与えるファクターであり、実際には試行錯誤を経て
調節される。

【００４９】このようなモデルを用いれば、ｖ_DC（ｋ）
とｖ_DC（ｋ−１）との差分をサンプリング周期Δｔで除
することなく、すなわち時間微分することなく、未知パ
ラメータ１／Ｃ^*（ｋ）を同定することができ、ノイズ
の影響の少ない高精度な検出が行える。

【００５０】図２における容量値算出部２０１は、上記
の数３、数４を実現したブロック図である。なお図２に
おいて、２０１ａ〜２０１ｃはいずれも遅延バッファで
あり、入力データを記憶して、時刻ｔ_kより１サンプリ
ング周期前の時刻ｔ_k-1におけるデータを出力する。

【００５１】まず、容量値算出部２０１に入力された電
圧ｖ_DCおよび電流ｉ_Cの情報はそれぞれ、時刻ｔ_kにおけ
る電圧データｖ_DC（ｋ）および電流データｉ_C（ｋ）と
して処理される。また、電圧ｖ_DCおよび電流ｉ_Cの情報
はそれぞれ遅延バッファ２０１ｂ，２０１ｃに入力さ
れ、遅延バッファ２０１ｂ，２０１ｃからそれぞれ電圧
データｖ_DC（ｋ−１）および電流データｉ_C（ｋ−１）
が出力される。電流データｉ_C（ｋ−１）は、時刻ｔ_k-1
における未知パラメータとして計算された１／Ｃ ^*（ｋ
−１）および予め情報が入力されたサンプリング周期Δ
ｔと乗算される。そしてそれらの積と電圧データｖ
_DC（ｋ−１）との和が計算されて、時刻ｔ_kにおける計
算上の電圧データｖ_DC ^*（ｋ）が求められる。ここまで
の過程は数３を実現したものである。

【００５２】次に、計算上の電圧データｖ_DC ^*（ｋ）と
実測された電圧データｖ_DC（ｋ）との差が計算され、そ
の結果と電流データｉ_C（ｋ）および予め情報が入力さ
れたゲインＫとが乗算される。そして、それらの積と未
知パラメータ１／Ｃ^*（ｋ−１）との和が計算されて、
時刻ｔ_kにおける未知パラメータ１／Ｃ^*（ｋ）が計算さ
れる。ここまでの過程は数４を実現したものである。な
お、計算された未知パラメータ１／Ｃ^*（ｋ）は、指令
値発生部２０２に出力されるとともに遅延バッファ２０
１ｃにも入力される。

【００５３】なお、未知パラメータ１／Ｃ^*（ｋ−１）
の初期値は、コンデンサ６の初期値Ｃの逆数であり、予
め遅延バッファ２０１ｃに記憶されている。また、電圧
データｖ_DC（ｋ−１）および電流データｉ_C（ｋ−１）
の初期値は、例えばともに０としておけばよい。

【００５４】以上のようなＬＭＳアルゴリズムを実現し
た容量値算出部２０１において、入力される電圧ｖ_DCお
よび電流ｉ_Cの情報の時間的変化にしたがって逐次、未
知パラメータ１／Ｃ^*（ｋ）が計算され、真値に近づい
てゆく。

【００５５】なお、このような計算で近似が行われるた
めには、入力される電圧ｖ_DCおよび電流ｉ_Cの情報の時
間的変化が存在することが望ましいが、太陽電池１の出
力電圧および出力電流は前述のように変化しやすくこの
ような同定アルゴリズムに適している。

【００５６】また、山登り法のように、太陽電池１の出
力電圧および出力電流を変化させつつ検出して電力特性
を求め、その電力特性に基づいて指令値を算出し、算出
した指令値によりインバータを制御する制御法も、太陽
電池１の出力電圧および出力電流が必然的に変化するの
で、このような同定アルゴリズムに適している。コンデ
ンサ６の容量値の同定のためだけに太陽電池１の出力電
圧および出力電流を変化させる必要がなく、制御に伴っ
て必然的に変化する太陽電池１の出力電圧および出力電
流を検出するだけでよいからである。

【００５７】また、山登り法を用いれば、サンプリング
周期Δｔを短かくしたり、太陽電池１の出力電圧を大き
く変化させてサンプリング範囲を広くすることも可能で
ある。そのため、同定アルゴリズムにおいてデータの取
得回数および取得範囲を増加させることができ、コンデ
ンサ６の容量値がより真値に収束しやすく、コンデンサ
６の容量値をより精度よく同定できる。

【００５８】さて、図２における指令値発生部２０２
は、山登り法と制御ゲインＫ_Mの補正を表わしたブロッ
ク図である。なお図２において、２０２ａ，２０２ｅ，
２０２ｇはいずれも遅延バッファであり、入力データを
記憶して、時刻ｔ_kより１サンプリング周期前の時刻ｔ
_k-1におけるデータを出力する。まず、図１０に示した
指令値発生部２０４と同様、入力された電圧ｖ_DCおよび
電流ｉ_DCの値が乗算されて、時刻ｔ_kにおける電力Ｐ_DC
（ｋ）が求められる。そして、遅延バッファ２０２ａに
おいて時刻ｔ_kより１サンプリング周期前の電力Ｐ
_DC（ｋ−１）の値の情報が記憶され、電力Ｐ_DC（ｋ）と
電力Ｐ_DC（ｋ−１）との差が計算される。そして、指令
値算出部２０２ｂにおいて、その結果が正であるか負で
あるかが判定される。結果が正であった場合は電力の値
が増加しており、結果が負であった場合は電力の値が減
少していることになる。また、結果が０である場合に
は、例えば増加とみなす。

【００５９】そして、指令値算出部２０２ｂにおいて電
力の増減に応じて指令値ｉ^*の増減を決定する。すなわ
ち、電力Ｐ_DC（ｋ）と電力Ｐ_DC（ｋ−１）との差が正ま
たは０であるときは、サンプリング時刻ｔ_k-1において
出力した指令値ｉ^*（ｋ−１）を増加させていた場合に
は今回出力する指令値ｉ^*（ｋ）をｉ^*（ｋ−１）に比べ
ａ（ｋ）だけ増加させ、サンプリング時刻ｔ_k-1におい
て出力した指令値ｉ^*（ｋ−１）を減少させていた場合
には今回出力する指令値ｉ^*（ｋ）をｉ^*（ｋ−１）に比
べａ（ｋ）だけ減少させる。一方、電力Ｐ_DC（ｋ）と電
力Ｐ_DC（ｋ−１）との差が負であるときは、サンプリン
グ時刻ｔ_k-1において出力した指令値ｉ^*（ｋ−１）を増
加させていた場合には今回出力する指令値ｉ^*（ｋ）を
ｉ^*（ｋ−１）に比べａ（ｋ）だけ減少させ、サンプリ
ング時刻ｔ_k-1において出力した指令値ｉ^*（ｋ−１）を
減少させていた場合には今回出力する指令値ｉ^*（ｋ）
をｉ^*（ｋ−１）に比べａ（ｋ）だけ増加させる。そし
て最終的には、指令値ｉ^*はＰ−Ｖ特性の全区間にわた
ってこれらの増減量が積分された値として出力される。

【００６０】なお、指令値算出部２０２ｂから出力され
るのは増減いずれかを示す情報（例えば＋１，−１）だ
けであり、その情報は増幅器２０２ｃによって制御ゲイ
ンＫ _Mだけ定数倍される。この制御ゲインＫ_Mの値は、制
御が最適に行えるよう連系装置ごとに試行錯誤を経て調
節される。

【００６１】そしてさらに指令値発生部２０２は、従来
の連系装置における指令値発生部２０４と異なり、同定
されたコンデンサ６の容量値Ｃ^*（ｋ）が初期値Ｃに比
して所定値ｂよりも大きく変化していた場合には、増幅
器２０２ｃから出力される制御ゲインＫ_MにＣ／Ｃ
^*（ｋ）だけ重み付けを行って、その値を増加分（また
は減少分）ａ（ｋ）として計算する。このような重み付
けを行うのは、経年変化によって例えばコンデンサ６の
容量値が減少した場合には時定数が減少するので、その
分、過渡応答を早める必要があることを考慮したもので
ある。

【００６２】一方、同定されたコンデンサ６の容量値Ｃ
^*（ｋ）が初期値Ｃに比して所定値ｂほどは変化してい
ない場合には、コンデンサ６の容量値の変化を考慮する
ことなく従来と同様、制御ゲインＫ_Mの値をそのまま増
加分（または減少分）ａ（ｋ）として計算する。

【００６３】図２においては、指令値算出部２０２ｂ、
増幅器２０２ｃ、スイッチ２０２ｄ，２０２ｆおよび遅
延バッファ２０２ｅ，２０２ｇがこれらの動作を表わし
ている。すなわち、指令値算出部２０２ｂは、容量値算
出部２０１において同定されたコンデンサ６の容量値の
逆数１／Ｃ^*（ｋ）を得て容量値Ｃ^*（ｋ）を演算し、予
め入力されていた初期値Ｃを用いて初期値Ｃと容量値Ｃ
^*（ｋ）との差を計算する。そして、その差の絶対値が
予め入力されていた所定値ｂよりも大きいかどうかを判
断し、大きければ図２においてスイッチ２０２ｄが図中
の方向に導通し、スイッチ２０２ｆが図中の方向に
導通するよう命令を与える。一方、その差の絶対値が所
定値ｂよりも小さければ図２においてスイッチ２０２ｄ
が図中の方向に導通し、スイッチ２０２ｆが図中の
方向に導通するよう命令を与える。

【００６４】初期値Ｃと容量値Ｃ^*（ｋ）との差の絶対
値が所定値ｂよりも大きい場合、増幅器２０２ｃから出
力された制御ゲインＫ_M（ｋ）は上述のように重み付け
されて、

【００６５】

【数５】

【００６６】となる。そして、このＫ_M（ｋ）の値が、
増加分（または減少分）ａ（ｋ）とされる。一方、その
差の絶対値が所定値ｂよりも小さい場合は、制御ゲイン
Ｋ_Mの値がそのまま増加分（または減少分）ａ（ｋ）と
される。

【００６７】そして、増加分（または減少分）ａ（ｋ）
は遅延バッファ２０２ｅから出力される指令値ｉ^*（ｋ
−１）に加算される。そして指令値ｉ^*（ｋ）としてＰ
ＷＭパルス発生回路２０３および遅延バッファ２０２ｅ
に入力される。なお、増加分（または減少分）ａ（ｋ）
は遅延バッファ２０２ｇにも入力され、遅延バッファ２
０２ｇからは１サンプリング周期前の増加分（または減
少分）ａ（ｋ−１）が指令値算出部２０２ｂへと出力さ
れる。そして、指令値算出部２０２ｂにおいて、電力Ｐ
_DC（ｋ）が前回の電力Ｐ_DC（ｋ−１）に比して増加した
かどうか、および前回の増加分（または減少分）ａ（ｋ
−１）が増加または減少のいずれであったかに応じて増
幅器２０２ｃに対して＋１または−１のいずれかの値を
出力する。

【００６８】以上に述べた過程のうち、ある時刻ｔ_kに
おけるデータのサンプリングから容量値のデータの格納
までをフローチャートにまとめたのが、図３である。山
登り法のアルゴリズム（割り込み処理）が開始する（ス
テップＳＴ０）と、まず、電流ｉ_DC（ｋ），ｉ_C（ｋ）
および電圧ｖ_DC（ｋ）が検出される（ステップＳＴ
１）。そして、容量値算出部２０１において容量値を算
出するために計算上の電圧データｖ_DC ^*（ｋ）の算出が
行われる（ステップＳＴ２）。そして、計算上の電圧デ
ータｖ_DC ^*（ｋ）および実測された電圧データｖ
_DC（ｋ）等から未知パラメータである容量値の逆数１／
Ｃ^*（ｋ）を計算する（ステップＳＴ３）。

【００６９】次に、指令値発生部２０２において、制御
ゲインＫ_Mに補正を施す必要があるかどうか、すなわ
ち、コンデンサ６の初期値Ｃと容量値Ｃ^*（ｋ）との差
が所定値ｂより大きいかどうかを判断し（ステップＳＴ
４）、大きい場合には制御ゲインＫ_MにＣ／Ｃ^*（ｋ）の
重み付けを行い（ステップＳＴ５ａ）、小さい場合には
制御ゲインＫ_MをそのままＫ_M（ｋ）として出力する（ス
テップＳＴ５ｂ）。

【００７０】そして、指令値発生部２０２において、

【００７１】

【数６】

【００７２】として時刻ｔ_kにおける電力Ｐ_DC（ｋ）の
算出が行われる（ステップＳＴ６）。この時刻ｔ_kにお
ける電力Ｐ_DC（ｋ）の値と前回の電力Ｐ_DC（ｋ−１）の
値との差が正または０であり（ステップＳＴ７）、サン
プリング時刻ｔ_k-1において出力した指令値ｉ^*（ｋ−
１）をａ（ｋ−１）の分だけ増加させていた（ステップ
ＳＴ８ａ）場合には、今回出力する指令値ｉ^*（ｋ）を
ｉ^*（ｋ−１）に比べａ（ｋ）だけ増加させ（ステップ
ＳＴ９ａ）、サンプリング時刻ｔ_k-1において出力した
指令値ｉ^*（ｋ−１）を減少させていた（ステップＳＴ
８ａ）場合には今回出力する指令値ｉ^*（ｋ）をｉ^*（ｋ
−１）に比べａ（ｋ）だけ減少させる（ステップＳＴ９
ｂ）。一方、電力Ｐ_DC（ｋ）と電力Ｐ_DC（ｋ−１）との
差が負であるとき（ステップＳＴ７）は、サンプリング
時刻ｔ_k-1において出力した指令値ｉ^*（ｋ−１）を増加
させていた（ステップＳＴ８ｂ）場合には今回出力する
指令値ｉ^*（ｋ）をｉ^*（ｋ−１）に比べａ（ｋ）だけ減
少させ（ステップＳＴ９ｄ）、サンプリング時刻ｔ_k-1
において出力した指令値ｉ^*（ｋ−１）を減少させてい
た（ステップＳＴ８ｂ）場合には今回出力する指令値ｉ
^*（ｋ）をｉ^*（ｋ−１）に比べａ（ｋ）だけ増加させる
（ステップＳＴ９ｃ）。すなわち、この指令値ｉ
^*（ｋ）は、

【００７３】

【数７】

【００７４】として算出される（ステップＳＴ１０）。

【００７５】そして、算出された容量値の逆数１／Ｃ^*
（ｋ）が遅延バッファ２０１ｃに格納され、次の時刻ｔ
_k+1または次回の制御時の容量値算出の初期値として利
用される（ステップＳＴ１１）。このようにして一連の
割り込み処理が終了する（ステップＳＴ１２）。

【００７６】本実施の形態にかかる連係装置を用いれ
ば、最大電力追従制御部２０ａがコンデンサ６の容量値
の変化を検出し、その容量値の変化をインバータ１０の
制御に反映させるので、コンデンサ６の容量値の変化に
よってインバータ１０の制御に不調を来たしてインバー
タ１０に過電流が流れるのを防止できる。また、最大電
力追従制御部２０ａが、検出したコンデンサ６の電流ｉ
_Cおよび電圧ｖ_DCの値を用いつつ同定アルゴリズムに基
づいてコンデンサ６の容量値Ｃ^*（ｋ）を同定すること
でコンデンサ６の変化を検出するので、回路方程式を解
いてコンデンサ６の容量値を求める場合に比べ、ノイズ
の影響の少ない高精度な検出が行える。

【００７７】さらに、最大電力追従制御部２０ａが、コ
ンデンサ６に流れる電流ｉ_Cおよびコンデンサ６に印加
される電圧ｖ_DCを変化させつつ検出する際に、さらに太
陽電池１の直流電力の電力特性を求め、コンデンサ６の
容量値の変化を反映させつつ電力特性に基づいて指令値
ｉ^*を算出し、指令値ｉ^*によりインバータ１０を制御す
るので、コンデンサ６の容量値の変化の検出とインバー
タの制御とが同時に行える。また、山登り法を用いるの
で、サンプリング周期Δｔを短かくしたり、太陽電池１
の出力電圧を大きく変化させてサンプリング範囲を広く
することが可能である。そのため、同定アルゴリズムに
おいてコンデンサ６の容量値がより真値に収束しやす
く、コンデンサ６の容量値をより精度よく同定できる。

【００７８】＜実施の形態２＞図４はこの発明の実施の
形態２にかかる連系装置を示す図である。なお、図４で
は実施の形態１と同様の機能を有する要素については同
一符号を付している。図４の如く、この実施の形態の連
系装置は、実施の形態１にかかる連系装置にさらに、昇
降圧チョッパなどからなるコンバータ２２、コンバータ
２２の出力を平滑化するためのコンデンサ２４、コンバ
ータ２２の出力電圧ｖ_Cを検出するための電圧検出部２
６およびコンバータ２２の有するスイッチング素子を制
御するコンバータ制御部２７がインバータ１０とコンデ
ンサ６との間に加わったものである。すなわち、コンバ
ータ２２の両入力端はそれぞれノード２およびノード５
に接続されている。また、コンバータ２２の両出力端で
あるノード２３およびノード２５がそれぞれインバータ
１０の両入力端に接続されている。また、ノード２３お
よびノード２５の間には、コンデンサ２４と電圧検出部
２６とが互いに並列に接続されている。そして、電圧検
出部２６により検出された出力電圧ｖ_Cがコンバータ制
御部２７に入力される。また、コンバータ２２の出力す
べき電圧の情報も参照値ｖ_REFとしてコンバータ制御部
２７に入力される。そして、コンバータ制御部２７は、
コンバータ２２に対し、コンバータ２２の有するスイッ
チング素子を制御するためのゲート信号ｖ_G3を出力す
る。

【００７９】その他の構成は実施の形態１にかかる連系
装置と同様のため、説明を省略する。

【００８０】上記構成の連系装置では、コンバータ２２
の出力電圧ｖ_Cが参照値ｖ_REFにより指定された電圧値を
維持するようにコンバータ制御部２７によってフィード
バックがかけられており、コンバータ２２の出力電圧ｖ
_Cは一定の値となる。

【００８１】このように、コンバータ２２が変動する太
陽電池１の出力電圧を一定の値に固定するので、インバ
ータ１０は太陽電池１の出力電圧を調節する必要がなく
なり、コンデンサ６の経年変化を考慮した交流電力の調
整が容易となる。

【００８２】よって、本実施の形態にかかる連係装置を
用いれば、コンバータ２２およびコンバータ制御手段２
７によって太陽電池１の発生する電圧が所定の値に変換
されてインバータ１０に与えられるので、太陽電池１の
発生する電圧が変動しやすい場合であってもインバータ
１０は電圧の調整を行う必要がなく、逆潮流させる交流
電力の調整を行うだけでよい。そのため、インバータ１
０の性能を充分に発揮させることができる。また、コン
デンサ２４がコンバータ２２の出力側に並列に接続され
るので、コンバータの出力する電圧を平滑化できる。

【００８３】＜実施の形態３＞図５はこの発明の実施の
形態３にかかる連系装置を示す図である。なお、図５で
は実施の形態１と同様の機能を有する要素については同
一符号を付している。図５に示すようにこの実施の形態
の連系装置は、実施の形態１にかかる連系装置にさら
に、交流負荷２８がノード１６とノード１４との間に加
わったものである。このように交流負荷２８が商用交流
電源１５に並列に接続されておれば、交流電力を、商用
交流電源１５に逆潮流させるだけでなく交流負荷２８に
も与えることができる。

【００８４】その他の構成は実施の形態１にかかる連系
装置と同様のため、説明を省略する。

【００８５】本実施の形態にかかる連係装置を用いれ
ば、交流負荷２８が商用交流電源１５に並列に接続され
るので、太陽電池１の出力する直流電力から変換された
交流電力を、商用交流電源１５に逆潮流させるだけでな
く交流負荷２８にも与えることができる。

【００８６】なお、実施の形態２にかかる連系装置にお
いても、本実施の形態と同様、交流負荷２８を商用交流
電源１５に並列に接続してもよい。

【００８７】＜実施の形態４＞図６はこの発明の実施の
形態４にかかる連系装置を示す図である。なお、図６で
は実施の形態１と同様の機能を有する要素については同
一符号を付している。この実施の形態の連系装置は、太
陽電池１を用いるのではなくその他の直流電源２９を用
いるものである。なお、図６に示すように直流電源２９
は内部抵抗３０を有している。

【００８８】その他の構成は実施の形態１にかかる連系
装置と同様のため、説明を省略する。

【００８９】例えば、燃料電池等の他の直流電源を用い
る場合も、太陽電池の場合と同様の最大電力追従制御機
能が必要となる。そのような場合も、平滑化用コンデン
サの経年変化の問題は生じ得るものであり、本発明は有
効となる。

【００９０】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、最大電
力追従制御手段が第１のコンデンサの容量値の変化を検
出し、容量値の変化をインバータの制御に反映させるの
で、第１のコンデンサの容量値の変化によってインバー
タの制御に不調を来たしてインバータに過電流が流れる
のを防止できる。

【００９１】請求項２に記載の発明によれば、コンバー
タおよびコンバータ制御手段によって直流電源の発生す
る電圧が所定の値に変換されて直流電源からインバータ
に与えられるので、直流電源の発生する電圧が変動しや
すい場合であってもインバータは電圧調整を行う必要が
なく、第１のコンデンサの容量値の変化を反映した交流
電力の調整が容易となる。

【００９２】請求項３に記載の発明によれば、第２のコ
ンデンサがコンバータの出力側に並列に接続されるの
で、コンバータの出力する電圧を平滑化でき、請求項２
に記載の発明の効果を高めることができる。

【００９３】請求項４に記載の発明によれば、最大電力
追従制御手段が、検出した第１のコンデンサの電流およ
び電圧の値を用いつつ同定アルゴリズムに基づいて第１
のコンデンサの容量値を同定することで第１のコンデン
サの変化を検出するので、回路方程式を解いて第１のコ
ンデンサの容量値を求める場合に比べ、ノイズの影響の
少ない高精度な検出が行える。

【００９４】請求項５に記載の発明によれば、最大電力
追従制御手段が、山登り法によりインバータを制御する
ので、サンプリング周期を短かくしたり、サンプリング
範囲を広くすることが可能であり、第１のコンデンサの
容量値をより精度よく同定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１にかかる連系装置を
示す図である。

【図２】この発明の実施の形態１にかかる連系装置の
容量値算出部２０１および指令値発生部２０２を示す図
である。

【図３】この発明の実施の形態１にかかる連系装置に
おける動作を表わすフローチャートを示す図である。

【図４】この発明の実施の形態２にかかる連系装置を
示す図である。

【図５】この発明の実施の形態３にかかる連系装置を
示す図である。

【図６】この発明の実施の形態４にかかる連系装置を
示す図である。

【図７】従来の連系装置を示す図である。

【図８】太陽電池のＰ−Ｖ特性を示す図である。

【図９】従来の連系装置のＰＷＭパルス発生部２０３
および指令値発生部２０４を示す図である。

【図１０】従来の連系装置の指令値発生部２０４を示
す図である。

【符号の説明】

１太陽電池、６，１９，２４コンデンサ、１０イ
ンバータ、１５商用交流電源、２０ａ，２０ｂ最大
電力追従制御部、２０１容量値算出部、２０２，２０
４指令値発生部、２０３ＰＷＭパルス発生部、２２
コンバータ、２７コンバータ制御部、２８交流負
荷、２９直流電源。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者笠展幸岡山県岡山市津島本町３−８パルテール桑の木307 Ｆターム(参考） 5G066 HA10 HA13 HB06 5H007 BB07 CA01 CC12 DA04 DA06 DC02 DC03 DC05 EA02 FA03 FA13 5H420 BB03 BB13 BB14 CC03 DD03 EA10 EA47 EB09 EB37 EB39 FF03 FF04 FF05 FF22 FF25 LL05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流電源と、前記直流電源に並列に接続された第１のコンデンサと、前記直流電源が出力する直流電力を受けて交流電力に変
換するインバータと、前記直流電力が最大となるよう前記インバータを制御す
る最大電力追従制御手段とを備え、前記最大電力追従制御手段は前記第１のコンデンサの容
量値の変化を検出し、前記容量値の変化を前記インバー
タの制御に反映させる連系装置。
【請求項２】請求項１に記載の連系装置であって、前記直流電源が発生する電圧を異なる電圧値に変換して
前記インバータに与えることにより前記直流電力を伝達
するコンバータと、前記コンバータの出力する電圧が所定の値となるよう制
御するコンバータ制御手段とをさらに備える連系装置。
【請求項３】請求項２に記載の連系装置であって、前記コンバータの出力側に並列に接続された第２のコン
デンサをさらに備える連系装置。
【請求項４】請求項１ないし請求項３のいずれかに記
載の連系装置であって、前記最大電力追従制御手段は、前記第１のコンデンサに
流れる電流および前記第１のコンデンサに印加される電
圧を前記インバータの制御により変化させつつ検出し、
検出した前記第１のコンデンサの前記電流および電圧の
値を用いつつ同定アルゴリズムに基づいて前記第１のコ
ンデンサの容量値を同定することで前記第１のコンデン
サの容量値の変化を検出する連系装置。
【請求項５】請求項４に記載の連系装置であって、前記最大電力追従制御手段は、電力について山登り法に
より前記インバータを制御する連系装置。