JP2012129469A - 太陽光発電設備の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】雲の影響で出力電力に複数の極大値が発生した場合であっても、最大出力で効率的に運転できる太陽光発電設備の制御装置を提供することである。
【解決手段】出力判定部２４は、メインＭＰＰＴ制御部１９で制御されたメインアレイ出力Ｐｍまたはワイドスイープ制御部２２で制御されたワイドスイープ出力ＰｗとパイロットＭＰＰＴ制御部２１で制御されたパイロット出力ＰｐのＮ倍とを比較し、メインアレイ出力Ｐｍまたはワイドスイープ出力Ｐｗがパイロット出力ＰｐのＮ倍以上であるか否かを判定する。運転選択切替部２３は、出力判定部２４でメインアレイ出力Ｐｍまたはワイドスイープ出力Ｐｗがパイロット出力ＰｐのＮ倍以上であると判定されたときはメインＭＰＰＴ制御部１９の運転を選択し、メインアレイ出力Ｐｍまたはワイドスイープ出力Ｐｗがパイロット出力ＰｗのＮ倍未満であると判定されたときはワイドスイープ制御部２２の運転を選択する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数の太陽電池モジュールからなるアレイを備えた太陽光発電設備の制御装置に関する。

一般に、太陽光発電設備は、太陽光を光電変換する太陽電池セルを直列接続して太陽電池モジュールを形成し、太陽電池モジュールで発電された直流電力をインバータで交流電力に変換するとともに、電力系統に連系して電力系統に交流電力を供給するように構成されている。

太陽電池セルは、日射強度及び温度により最大電力を発生させる動作点が異なるため、太陽電池セルの発電電力を有効に活用するには、刻々変化していく最大電力を取り出せる最適動作点に追従させて発電することが重要となる。

最適動作点を求めるには、太陽電池セルの出力が最大となる最適動作点に追従制御させる最大電力追従制御｛ＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）制御｝が用いられる。例えば、現状の動作点で得られる出力電力と、現状の動作点から少しだけ移動させた動作点で得られる出力電力とを比較して最適動作点への方向判断を行い、最適動作点へと追従させる山登り法などが用いられる。このように、太陽光発電設備は、最大電力点追従（ＭＰＰＴ）制御機能を搭載している。

太陽電池セルを直列接続して太陽電池モジュールを形成し、この太陽電池モジュールを直列接続してメインアレイを形成した大規模の太陽光発電設備の場合は、雲の影響で太陽電池モジュールの一部が影になり、メインアレイ全体として見た場合に、出力特性曲線（電力Ｐ−電圧Ｖ曲線）が複数のピーク（極大値）を有することがあり、山登り法では真の最大電力点を検出できないことがある。

そこで、太陽電池の日射状態が変化しパネルの一部に影が生じて太陽電池の出力電力に複数の極大値が発生しても、複数の極大値の発生に関係なく最大電力の極大値の追従を可能とし、太陽電池からの出力電力値を略最大値で制御できるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、出力特性が太陽光発電設備と相似するパイロットセルを設け、パイロットセルの負荷状態を変化させて出力が最大となるときのパイロットセルの動作電圧を求め、これから電力変換装置の入力電力指令値を導き出すようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。

特開２００６−５９１２６号公報 特開昭６２−１５６１７号公報

しかし、特許文献１のものは、設定値を遺伝子と見なしかつ太陽電池からの出力電力値を遺伝子の評価値とするＧＡ制御器を具備し、遺伝的アルゴリズム処理を行うものであるので演算処理が複雑となる。

また、特許文献２のものは、常時パイロットセルの負荷状態を変化させて、出力が最大となるときのパイロットセルの動作電圧を求めているので、パイロットセルの運転は出力が最大となる最適動作点での運転を継続することができない。従って、パイロットセルの出力は常時変動しており非効率的な運転となる。

本発明の目的は、雲の影響で出力電力に複数の極大値が発生した場合であっても、最大出力で効率的に運転できる太陽光発電設備の制御装置を提供することである。

請求項１の発明に係る太陽光発電設備の制御装置は、メインアレイが同じ出力特性のＮ個のメインモジュールで構成され、前記メインモジュールと同じ出力特性のパイロットモジュールを有した太陽光発電設備の制御装置において、所定周期で前記メインアレイの最大電力追従制御を行いその最大電力追従制御で定まる電圧指令をメインインバータに出力するメインＭＰＰＴ制御部と、前記メインＭＰＰＴ制御部と同期して前記パイロットモジュールの最大電力追従制御を行いその最大電力追従制御で定まる電圧指令をパイロットインバータに出力するパイロットＭＰＰＴ制御部と、前記メインアレイの動作電圧を予め定めた電圧探索範囲で移動させて最大出力動作電圧を探索し、探索した最大出力動作電圧を電圧指令として前記メインインバータに出力するとともに、探索した最大出力動作電圧を前記メインＭＰＰＴ制御部の電圧指令として設定するワイドスイープ制御部と、前記メインＭＰＰＴ制御部の電圧指令で制御されたメインアレイ出力または前記ワイドスイープ制御部の電圧指令で制御されたワイドスイープ出力と前記パイロットＭＰＰＴ制御部の電圧指令で制御されたパイロット出力のＮ倍とを比較し、前記メインアレイ出力または前記ワイドスイープ出力が前記パイロット出力のＮ倍以上であるか否かを判定する出力判定部と、前記出力判定部で前記メインアレイ出力または前記ワイドスイープ出力が前記パイロット出力のＮ倍以上であると判定されたときは前記メインＭＰＰＴ制御部の運転を選択し、前記出力判定部でメインアレイ出力またはワイドスイープ出力がパイロット出力のＮ倍未満であると判定されたときは前記ワイドスイープ制御部の運転を選択する運転選択切替部とを備えたことを特徴とする。

請求項２の発明に係る太陽光発電設備の制御装置は、請求項１の発明において、前記ワイドスイープ制御部による運転選択回数が連続して所定回数以上となったか否かを判定し、所定回数以上となったときは前記運転選択切替部にその旨を通知する運転選択監視部を設け、前記運転選択切替部は、前記運転選択監視部から前記ワイドスイープ制御部による運転選択回数が連続して所定回数以上となったことの通知を受けたときは、それ以降の前記ワイドスイープ制御部の運転選択を禁止し、前記メインＭＰＰＴ制御部の運転を継続することを特徴とする。

請求項３の発明に係る太陽光発電設備の制御装置は、請求項２の発明において、前記運転選択監視部は、前記運転選択切替部に加え、前記ワイドスイープ制御部による運転選択回数が連続して所定回数以上となった旨を前記出力判定部にも通知し、前記出力判定部は、前記運転選択監視部から前記ワイドスイープ制御部による運転選択回数が連続して所定回数以上となったことの通知を受けたときは、その所定回数のときの前記メインアレイ出力と前記パイロット出力のＮ倍との差分の絶対値に余裕値を加えた値をオフセット値として求め、それ以降は前記メインアレイ出力またはワイドスイープ出力にオフセット値を加算した値が前記パイロット出力のＮ倍以上であるか否かを判定することを特徴とする。

請求項４の発明に係る太陽光発電設備の制御装置は、請求項３の発明において、前記オフセット値は、所定回数のときの前記メインアレイ出力と前記パイロット出力のＮ倍との差分の絶対値に余裕値を加えた値に代えて、前記ワイドスイープ制御部による運転の選択の度の前記メインアレイ出力と前記パイロット出力のＮ倍との差分の絶対値の平均値または最小値に余裕値を加えた値としたことを特徴とする。

請求項５の発明に係る太陽光発電設備の制御装置は、請求項３の発明において、前記オフセット値は、所定回数のときの前記メインアレイ出力と前記パイロット出力のＮ倍との差分の絶対値に余裕値を加えた値に代えて、前記メインＭＰＰＴ制御部の最大電力追従制御でのメインアレイ出力の変動が予め定めた変動値より小さいときでかつ正午前後の所定期間内のいずれかの時点での前記メインアレイ出力と前記パイロット出力のＮ倍との差分の絶対値に余裕値を加えた値としたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、メインアレイ出力がパイロット出力のＮ倍以上であるときはメインＭＰＰＴ制御部の運転を継続し、メインアレイ出力がパイロット出力のＮ倍未満となったときは、ワイドスイープ制御部の運転により予め定めた広範囲の電圧領域で最大出力動作電圧を探索し、探索された最大出力動作電圧をメインＭＰＰＴ制御部の電圧指令として設定するので、メインアレイが雲の影響を受けて、メインアレイ出力特性が複数個の極大値を有する出力特性となった場合でも、最大出力で効率的に運転することができる。

請求項２の発明によれば、ワイドスイープ制御部による運転の切替回数が連続して所定回数以上となったときは、それ以降のワイドスイープ制御部への運転切替を禁止するので、例えば、メインアレイを構成する一部のメインモジュールの故障でメインアレイの出力が小さくなっている場合に、無用なワイドスイープ制御部による運転を防止できる。

請求項３の発明によれば、ワイドスイープ制御部による運転の切替回数が連続して所定回数以上となったときは、その所定回数のときのメインアレイ出力とパイロット出力のＮ倍との差分の絶対値に余裕値を加えた値をオフセット値として求め、それ以降はメインアレイ出力にオフセット値を加算した値がパイロット出力のＮ倍以上であるか否かを判定するので、例えば、メインアレイを構成する一部のメインモジュールの故障でメインアレイの出力が小さくなっている場合に、メインアレイ出力特性が複数個の極大値を有する出力特性となった場合であっても、最大出力動作電圧を検索でき最大出力で効率的に運転することができる。

請求項４の発明によれば、オフセット値は、ワイドスイープ制御部による運転の切替の度のメインアレイ出力とパイロット出力のＮ倍との差分の絶対値の平均値または最小値に余裕値を加えた値とするので、故障したメインモジュールの出力低下分に近い値とすることができる。

請求項５の発明によれば、ワイドスイープ制御部への運転切替が禁止され、前記メインＭＰＰＴ制御部の運転継続となったときは、メインＭＰＰＴ制御部での最大電力追従制御で、メインアレイ出力の変動が予め定めた変動値より小さいときで、かつ正午前後の所定期間内のいずれかの時点でのメインアレイ出力とパイロット出力のＮ倍との差分の絶対値に余裕値を加えた値をオフセット値として求めるので、オフセット値を故障したメインモジュールの出力低下分により近い値とすることができる。

本発明の第１の実施形態に係る太陽光発電設備の制御装置の構成図。 本発明の第１の実施形態に係る太陽光発電設備の制御装置の動作を示すタイムチャート 本発明の第２の実施形態に係る太陽光発電設備の制御装置の構成図。 本発明の第３の実施形態に係る太陽光発電設備の制御装置の構成図。

以下、本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の第１の実施形態に係る太陽光発電設備の制御装置の構成図である。太陽光発電設備は、メインアレイ１１とパイロットモジュール１２とから構成されている。メインアレイ１１は、同じ出力特性のＮ個のメインモジュール１３ａ〜１３ｎを直列接続して構成され、このメインモジュール１３ａ〜１３ｎは太陽電池モジュールであり、太陽電池モジュールは、図示省略の複数個の太陽電池セルを直列接続して形成されている。また、パイロットモジュール１２は、メインモジュール１３ａ〜１３ｎと同じ出力特性の太陽電池モジュールで形成されている。

メインアレイ１１で発電された直流電力は、メインインバータ１４で交流電力に変換され交流系統１５に出力される。同様に、パイロットモジュール１２で発電された直流電力は、パイロットインバータ１６で交流電力に変換され交流系統１５に出力される。

メインアレイ１１の動作電流Ｉｍは電流検出器１７ｍで検出され、またメインアレイ１１の動作電圧Ｖｍは電圧検出器１８ｍで検出され、メインＭＰＰＴ制御部１９に入力される。メインＭＰＰＴ制御部１９は、メインアレイ１１の動作電流Ｉｍ及び動作電圧Ｖｍに基づき、メインアレイ１１の最大電力追従制御を行う。例えば、現状の動作点で得られる出力電力Ｐiと、現状の動作点から少しだけ移動させた動作点で得られる出力電力Ｐi+1とを比較して最適動作点への方向判断を行い、最適動作点へと追従させる山登り法などが用いられる。

すなわち、メインＭＰＰＴ制御部１９は、日射強度により変化するメインアレイ１１の出力電圧Ｖと出力電流ＩとのＶ−Ｉ特性、及びメインアレイ１１の出力電圧Ｖと出力電力ＰとのＶ−Ｐ特性から、動作電圧Ｖｍを変化させて最大出力となる動作電圧を求め、その求めたメインアレイ１１の最大出力動作電圧を電圧指令ｓｍとして切替スイッチ２０を介してメインインバータ１４に出力する。

一方、パイロットモジュール１２の動作電流Ｉｐは電流検出器１７ｐで検出され、また、パイロットモジュール１２の動作電圧Ｖｐは電圧検出器１８ｐで検出され、パイロットＭＰＰＴ制御部２１に入力される。パイロットＭＰＰＴ制御部２１も、メインＭＰＰＴ制御部１９と同様に、パイロットモジュール１２の動作電流Ｉｐ及び動作電圧Ｖｐに基づき、パイロットモジュール１２の最大電力追従制御を行う。そして、パイロットモジュール１２の最大出力動作電圧を電圧指令ｓｐとしてパイロットインバータ１６に出力する。

次に、ワイドスイープ制御部２２は、メインアレイ１１の動作電流Ｉｍ及び動作電圧Ｖｍを入力し、メインアレイ１１の動作電圧Ｖｍを予め定めた電圧探索範囲で移動させて最大出力動作電圧を探索するものであり、探索した最大出力動作電圧を電圧指令ｓｗとして切替スイッチ２０を介してメインインバータ１４に出力する。それとともに、探索した最大出力動作電圧をメインＭＰＰＴ制御部１９の電圧指令Ｖｗとして設定する。

切替スイッチ２０は、メインＭＰＰＴ制御部１９の出力である電圧指令ｓｍとワイドスイープ制御部２２出力である電圧指令ｓｗとを切り替えるものであり、運転選択切替部２３によって切り替えられる。運転選択切替部２３は出力判定部２４の判定結果に基づき切替スイッチ２０を切り替える。

出力判定部２４は、メインＭＰＰＴ制御部１９の電圧指令ｓｍで制御されたメインアレイ出力Ｐｍまたはワイドスイープ制御部２２の電圧指令ｓｗで制御されたワイドスイープ出力Ｐｗと、パイロットＭＰＰＴ制御部２１の電圧指令ｓｐで制御されたパイロット出力ＰｐのＮ倍とを比較し、メインアレイ出力Ｐｍまたはワイドスイープ出力Ｐｗがパイロット出力ＰｐのＮ倍以上であるか否かを判定するものである。すなわち、Ｐｍ≧Ｐｐ×Ｎ（またはＰｗ≧Ｐｐ×Ｎ）が成立しているか否かを判定し、その判定結果を運転選択切替部２３に出力する。

運転選択切替部２３は、出力判定部２４でメインアレイ出力Ｐｍまたはワイドスイープ出力Ｐｗがパイロット出力ＰｐのＮ倍以上であると判定されたときは、切替スイッチ２０をメインＭＰＰＴ制御部１９側に接続し、メインＭＰＰＴ制御部１９の運転を選択する。これにより、メインインバータ１４にはメインＭＰＰＴ制御部１９からの電圧指令ｓｍが入力され、メインＭＰＰＴ制御部１９の運転を継続する。一方、出力判定部２４でメインアレイ出力Ｐｍまたはワイドスイープ出力Ｐｗがパイロット出力ＰｐのＮ倍未満であると判定されたときは、切替スイッチ２０をワイドスイープ制御部２２側に接続し、ワイドスイープ制御部２２に動作許可信号ｃを出力し、ワイドスイープ制御部２２の運転に切り替える。これにより、ワイドスイープ制御部２２の運転が選択され、メインインバータ１４にはワイドスイープ制御部２２からの電圧指令ｓｐが入力され、ワイドスイープ制御部２２で検索された最大出力動作電圧での運転となる。

同期回路２５は、メインＭＰＰＴ制御部１９、パイロットＭＰＰＴ制御部２１、ワイドスイープ制御部２２の動作タイミングを決めるクロック信号を出力するものである。通常、切替スイッチ２０は、メインＭＰＰＴ制御部１９側に接続されている。従って、メインＭＰＰＴ制御部１９とパイロットＭＰＰＴ制御部２１とは同期して動作するので、出力判定部２４に入力されるメインＭＰＰＴ制御部１９によるメインアレイ出力Ｐｍと、パイロットＭＰＰＴ制御部２１によるパイロット出力Ｐｐとは同時刻のデータとなる。

また、切替スイッチ２０がワイドスイープ制御部２２側に接続されたときには、パイロットＭＰＰＴ制御部２１とワイドスイープ制御部２２とは同期して動作するので、出力判定部２４に入力されるワイドスイープ制御部２２によるメインアレイ出力Ｐｍと、パイロットＭＰＰＴ制御部２１によるパイロット出力Ｐｐとは同時刻のデータとなる。

次に、動作を説明する。図２は第１の実施形態に係る太陽光発電設備の制御装置の動作を示すタイムチャートである。いま、メインＭＰＰＴ制御部１９はメインアレイ１１をＭＰＰＴ運転し、パイロットＭＰＰＴ制御部２１はパイロットモジュール１２をＭＰＰＴ運転しており、ワイドスイープ制御部２２は停止しているとする。

図２に示すように、時点ｔ１において、同期回路２５からのクロック信号があると、メインＭＰＰＴ制御部１９とパイロットＭＰＰＴ制御部２１とは、同期回路２５からのクロック信号により独立して動作する。メインＭＰＰＴ制御部１９はメインアレイ１１をＭＰＰＴ運転し、パイロットＭＰＰＴ制御部２１はパイロットモジュール１２をＭＰＰＴ運転する。

そして、メインＭＰＰＴ制御部１９による最大出力動作電圧でのメインアレイ電力Ｐｍ及びパイロットＭＰＰＴ制御部２１による最大出力動作電圧でのパイロット電力Ｐｐの双方が得られた時点ｔ２で、出力判定部２４は、メインアレイ出力Ｐｍがパイロット出力ＰｐのＮ倍以上であるかどうかを判定する。この判定で、Ｐｍ≧Ｐｐ×Ｎを満たしているときは、現状を維持する。図２では、時点ｔ２において、Ｐｍ≧Ｐｐ×Ｎを満たしているときを示している。この場合は、現状の維持であるので、次の同期回路２５からのクロック信号を受信したときはメインＭＰＰＴ制御部１９での運転を継続することになる。

時点ｔ３において、同期回路２５からの次のクロック信号があると、時点ｔ１のときと同様に、メインＭＰＰＴ制御部１９はメインアレイ１１をＭＰＰＴ運転し、パイロットＭＰＰＴ制御部２１はパイロットモジュール１２をＭＰＰＴ運転する。そして、メインＭＰＰＴ制御部１９でのメインアレイ電力Ｐｍ及びパイロットＭＰＰＴ制御部２１でのパイロット電力Ｐｐの双方が得られた時点ｔ４で、出力判定部２４は、メインアレイ出力Ｐｍがパイロット出力ＰｐのＮ倍以上であるかどうかを判定する。図２では、時点ｔ４においても、Ｐｍ≧Ｐｐ×Ｎを満たしているときを示している。この場合も、現状の維持であるので、次の同期回路２５からのクロック信号を受信したときはメインＭＰＰＴ制御部１９での運転を継続することになる。

次に、同期回路２５からのクロック信号がある時点ｔ５においても、同様に、メインＭＰＰＴ制御部１９はメインアレイ１１をＭＰＰＴ運転し、パイロットＭＰＰＴ制御部２１はパイロットモジュール１２をＭＰＰＴ運転する。そして、メインＭＰＰＴ制御部１９でのメインアレイ電力Ｐｍ及びパイロットＭＰＰＴ制御部２１でのパイロット電力Ｐｐの双方が得られた時点ｔ６で、出力判定部２４は、メインアレイ出力Ｐｍがパイロット出力ＰｐのＮ倍以上であるかどうかを判定する。

時点ｔ６では、Ｐｍ≧Ｐｐ×Ｎを満たしていないときを示している。時点ｔ６においては、Ｐｍ＜Ｐｐ×Ｎであるので、運転選択切替部２３は、時点ｔ７において、切替スイッチ２０をメインＭＰＰＴ制御部１９側からワイドスイープ制御部２２側に切り替え、ワイドスイープ制御部２２に動作許可信号ｃを出力する。

そして、次に、同期回路２５からのクロック信号があった時点ｔ８において、ワイドスイープ制御部２２はクロック信号により動作を開始する。すなわち、ワイドスイープ制御部２２は、運転選択切替部２３から動作許可信号ｃを入力しているので、時点ｔ８で同期回路２５からのクロック信号を入力すると動作を開始する。時点ｔ８では、パイロットＭＰＰＴ制御部２１だけでなくメインＭＰＰＴ制御部１９も動作するが、切替スイッチ２０がワイドスイープ制御部２２側に切り替えられているので、メインＭＰＰＴ制御部１９の電圧指令ｓｍがメインインバータ１４に出力されることはない。

ワイドスイープ制御部２２は、予め定めた広範囲の電圧領域で最大出力動作電圧を探索する。従って、メインアレイが雲の影響を受けて、メインアレイ出力特性が複数個の極大値を有する出力特性となった場合でも、最大出力動作電圧を得ることができる。そして、その探索した最大出力動作電圧を電圧指令としてメインインバータ１４に出力する。これにより、メインアレイ１１は雲の影響を受けて、メインアレイ出力特性が複数個の極大値を有する出力特性となった場合でも、最大出力で効率的に運転することができる。

また、ワイドスイープ制御部２２は、探索した最大出力動作電圧をメインＭＰＰＴ制御部１９の電圧指令として設定する。これにより、メインＭＰＰＴ制御部１９の電圧指令ｓｍは、ワイドスイープ制御部２２で探索した最大出力動作電圧に設定され、メインＭＰＰＴ制御部１９は、メインアレイ１１を最大出力動作電圧で運転できる状態となる。

時点ｔ９において、パイロットＭＰＰＴ制御部２１でのパイロット電力Ｐｐ及びワイドスイープ制御部２２でのワイドスイープ出力Ｐｗの双方が得られると、出力判定部２４は、ワイドスイープ出力Ｐｗがパイロット出力ＰｐのＮ倍以上であるかどうかを判定する。そして、Ｐｗ≧Ｐｐ×Ｎを満たしているときは、運転選択切替部２３は、時点ｔ１０で切替スイッチ２０をワイドスイープ制御部２２側からメインＭＰＰＴ制御部１９側に切り替える。また、ワイドスイープ制御部２２への動作許可信号ｃの出力を停止する。

なお、出力判定部２４の判定で、Ｐｗ≧Ｐｐ×Ｎを満たしていないときは、運転選択切替部２３は、時点ｔ１０で、切替スイッチ２０をワイドスイープ制御部２２側からメインＭＰＰＴ制御部１９側への切り替えは行わない。ワイドスイープ制御部２２への動作許可信号ｃの出力の停止も行わない。

次に、時点ｔ１１で、同期回路２５からの次のクロック信号があると、時点ｔ１０で切替スイッチ２０をワイドスイープ制御部２２側からメインＭＰＰＴ制御部１９側に切り替えが行われているので、メインＭＰＰＴ制御部１９はメインアレイ１１をＭＰＰＴ運転し、パイロットＭＰＰＴ制御部２１はパイロットモジュール１２をＭＰＰＴ運転する。そして、メインＭＰＰＴ制御部１９でのメインアレイ電力Ｐｍ及びパイロットＭＰＰＴ制御部２１でのパイロット電力Ｐｐの双方が得られた時点ｔ１２で、出力判定部２４は、メインアレイ出力Ｐｍがパイロット出力ＰｐのＮ倍以上であるかどうかを判定する。以降、同様な動作が行われる。

このように、第１の実施形態では、メインアレイ出力Ｐｍまたはワイドスイープ出力Ｐｗがパイロット出力ＰｐのＮ倍以上のときは、メインＭＰＰＴ制御部１９の運転とし、メインアレイ出力Ｐｍがパイロット出力ＰｐのＮ倍未満であるときはワイドスイープ制御部２２の運転とする。以下、その理由について説明する。

メインモジュール１３ａ〜１３ｎやパイロットモジュール１２の一部が雲により影になっているときは、メインモジュール１３ａ〜１３ｎやパイロットモジュール１２は、雲の影響を受けている状態である。

メインアレイ１１及びパイロットモジュール１２の双方ともに雲の影響を受けていないときは、メインアレイ１１及びパイロットモジュール１２の日射強度は同じであるから、Ｐｍ＝Ｐｐ×Ｎである。また、パイロットモジュール１２が雲の影響を受けメインアレイ１１が雲の影響を受けていないときは、パイロットモジュール１２の日射強度はメインアレイ１１の日射強度より小さくなるので、Ｐｍ＞Ｐｐ×Ｎとなる。つまり、Ｐｍ≧Ｐｐ×Ｎのときは、メインアレイ１１が雲の影響をほとんど受けていないときである。

従って、メインアレイ１１が雲の影響をほとんど受けていないとき（Ｐｍ≧Ｐｐ×Ｎのとき）は、メインアレイ１１は、メインＭＰＰＴ制御部１９による運転をそのまま継続することとする。

次に、メインアレイ出力Ｐｍがパイロット出力ＰｐのＮ倍未満（Ｐｍ＜Ｐｐ×Ｎ）となるのは、例えば、パイロットモジュール１２は雲の影響を受けずに、メインアレイ１１が雲の影響を受けたときである。メインアレイ１１の数ヶ所に影が生じると、メインアレイ出力Ｐｍが小さくなるだけでなく、メインアレイ出力Ｐｍは複数個の極大値を有する出力特性となる。その場合、メインアレイ１１は最大電力で運転できなくなることがある。

メインアレイの出力Ｐｍは、複数の極大値のうちの最大出力で運転することが望ましいが、メインＭＰＰＴ制御部１９では必ずしも最大出力で運転できるとは限らない。そこで、ワイドスイープ制御部２２により複数の極大値のうち最大の極大値における最大出力動作電圧を探索することになる。

次に、本発明の第２の実施形態を説明する。図３は本発明の第２の実施形態に係る太陽光発電設備の制御装置の構成図である。この第２の実施形態は、図１に示した第１の実施形態に対し、ワイドスイープ制御部２２による運転選択回数が連続して所定回数以上となったときは、運転選択切替部２３にその旨を通知する運転選択監視部２６を設け、運転選択切替部２３は、運転選択監視部２６からワイドスイープ制御部２２による運転選択回数が連続して所定回数以上となったことの通知を受けたときは、それ以降のワイドスイープ制御部２２の運転選択を禁止し、メインＭＰＰＴ制御部１９の運転を継続するようにしたものである。図１と同一要素には、同一符号を付し重複する説明は省略する。

運転選択監視部２６は、運転選択切替部２３でのワイドスイープ制御部２２による運転選択回数を監視する。すなわち、ワイドスイープ制御部２２による運転選択回数が連続して所定回数以上となったか否かを判定し、所定回数以上となったときは運転選択切替部２３にその旨を通知する。

運転選択切替部２３は、運転選択監視部２６からワイドスイープ制御部２２による運転選択回数が連続して所定回数以上となった旨の通知を入力すると、それ以降のワイドスイープ制御部２２の運転選択を禁止する。これにより、切替スイッチ２０はメインＭＰＰＴ制御部１９側となり、メインＭＰＰＴ制御部１９の運転が継続して行われることになる。

ワイドスイープ制御部２２による運転選択回数が連続して所定回数以上となったとき、ワイドスイープ制御部２２の運転選択を禁止する理由は、以下の通りである。

運転選択切替部２３は、メインアレイ出力Ｐｍがパイロット出力ＰｐのＮ倍未満（Ｐｍ＜Ｐｐ×Ｎ）となったときは、ワイドスイープ制御部２２による運転に切り替え、複数の極大値のうちの最大出力点を検索するが、Ｐｍ＜Ｐｐ×Ｎとなるのは、メインアレイ１１が雲の影響を受けたときだけでなく、メインアレイ１１を構成するＮ個のメインモジュール１３ａ〜１３ｎのいずれかが故障したときもＰｍ＜Ｐｐ×Ｎとなる。

メインアレイ１１が雲の影響を受けてＰｍ＜Ｐｐ×Ｎとなるのは一過的であり、メインアレイ１１とパイロットモジュール１２とが雲の影響を受けなくなったときは、双方ともに同じ日射強度に戻りＰｍ≧Ｐｐ×Ｎとなる。

従って、Ｐｍ＜Ｐｐ×Ｎの状態が恒久的に継続するときは、メインアレイ１１を構成するＮ個のメインモジュール１３ａ〜１３ｎのいずれかが故障したときと判定できる。そこで、ワイドスイープ制御部２２による運転の選択回数が連続して所定回数以上となったときは、運転選択監視部２６は運転選択切替部２３にその旨を通知し、運転選択切替部２３は、その通知を受けると、メインアレイ１１をメインＭＰＰＴ制御部１９による運転に固定する。

第２の実施形態によれば、メインアレイ１１を構成するＮ個のメインモジュール１３ａ〜１３ｎのいずれかが故障したことを判定でき、また、そのときに、無用なワイドスイープ制御部２２による運転を防止できる。

次に、本発明の第３の実施形態を説明する。図４は本発明の第３の実施形態に係る太陽光発電設備の制御装置の構成図である。この第３の実施形態は、図３に示した第２の実施形態に対し、運転選択監視部２６は、運転選択切替部２３に加え、ワイドスイープ制御部２２による運転選択回数が連続して所定回数以上となった旨を出力判定部２４にも通知するようにし、また、出力判定部２４はオフセット値演算部２７を有し、オフセット値演算部２７は、ワイドスイープ制御部２２による運転選択回数が連続して所定回数以上となったときは、その所定回数のときのメインアレイ出力Ｐｍとパイロット出力ＰｐのＮ倍との差分の絶対値｜Ｐｍ−Ｐｐ×Ｎ｜に余裕値εを加えた値をオフセット値ΔＰｏとして求めるようにしたものである。

運転選択監視部２６は、運転選択切替部２３でのワイドスイープ制御部２２による運転選択回数を監視する。すなわち、ワイドスイープ制御部２２による運転選択回数が連続して所定回数以上となったか否かを判定し、所定回数以上となったときは、出力判定部２４にその旨を通知する。

出力判定部２４はオフセット値演算部２７を有し、オフセット値演算部２７は、運転選択監視部２６からワイドスイープ制御部２２による運転選択回数が連続して所定回数以上となったことの通知を受けたときは、その所定回数のときのメインアレイ出力Ｐｍとパイロット出力ＰｐのＮ倍との差分の絶対値｜Ｐｍ−Ｐｐ×Ｎ｜に余裕値εを加えた値（｜Ｐｍ−Ｐｐ×Ｎ｜＋ε）をオフセット値ΔＰｏとして求める。

出力判定部２４は、オフセット値ΔＰｏを求めた以降は、メインＭＰＰＴ制御部１９の運転で得られたメインアレイ出力Ｐｍ’にオフセット値ΔＰｏを加算した値（Ｐｍ’＋ΔＰｏ）を求め、この値がパイロット出力のＮ倍した値Ｐｐ×Ｎ以上であるか否かを判定する。

つまり、ワイドスイープ制御部２２による運転選択回数が連続して所定回数以上となったときは、メインアレイ１１のいずれかのメインモジュール１３ａ〜１３ｎに故障が発生したと判定できるので、故障したメインモジュール１３ｉを除いた残りのメインモジュール１３で発電したときのメインアレイ出力Ｐｍ’にオフセット値ΔＰｏを加算した値（Ｐｍ’＋ΔＰｏ）と、パイロット出力ＰｐをＮ倍した値（Ｐｐ×Ｎ）とを比較して、メインアレイ１１が雲の影響を受けた状態であるか否かを判定する。そして、メインアレイ１１が雲の影響を受けた状態であるときは、ワイドスイープ制御部２２による運転に切り替え、複数の極大値のうちの最大出力点を検索する。なお、余裕値εを加えるのは、ワイドスイープ制御部２２の無用な運転選択を抑制するためである。

以上の説明では、オフセット値ΔＰｏは、所定回数のときのメインアレイ出力Ｐｍとパイロット出力ＰｐのＮ倍（Ｐｐ×Ｎ）との差分の絶対値｜Ｐｍ−Ｐｐ×Ｎ｜に余裕値εを加えた値（｜Ｐｍ−Ｐｐ×Ｎ｜＋ε）としたが、ワイドスイープ制御部２２による運転選択の度のメインアレイ出力Ｐｍとパイロット出力ＰｐのＮ倍との差分の絶対値｜Ｐｍ−Ｐｐ×Ｎ｜の平均値｜Ｐｍ−Ｐｐ×Ｎ｜aveに余裕値εを加えた値｜Ｐｍ−Ｐｐ×Ｎ｜ave＋εとしてもよい。この場合は、故障したメインモジュール１３の出力低下分のほぼ平均値とすることができる。

また、オフセット値ΔＰｏとして、ワイドスイープ制御部２２による運転選択の度のメインアレイ出力Ｐｍとパイロット出力ＰｐのＮ倍との差分の絶対値｜Ｐｍ−Ｐｐ×Ｎ｜の最小値｜Ｐｍ−Ｐｐ×Ｎ｜minに余裕値εを加えた値｜Ｐｍ−Ｐｐ×Ｎ｜min＋εとしてもよい。この場合は、故障したメインモジュール１３の出力低下分に近い値とすることができる。

また、オフセット値ΔＰｏとして、メインＭＰＰＴ制御部１９の最大電力追従制御でのメインアレイ出力Ｐｍの変動ΔＰｍが予め定めた変動値ΔＰｍ０より小さいときで、かつ正午前後の所定期間Ｔ１内のいずれかの時点でのメインアレイ出力Ｐｍとパイロット出力ＰｐのＮ倍との差分の絶対値｜Ｐｍ−Ｐｐ×Ｎ｜に余裕値εを加えた値｜Ｐｍ−Ｐｐ×Ｎ｜＋εとしてもよい。

例えば、運転選択切替部２３によりワイドスイープ制御部２２への運転切替が禁止された状態となっているときは、メインＭＰＰＴ制御部１９での運転となる。このメインＭＰＰＴ制御部１９での運転状態の場合に、出力判定部２４は、メインＭＰＰＴ制御部１９の最大電力追従制御で得られるメインアレイ出力Ｐｍの変動ΔＰｍを監視し、メインアレイ出力Ｐｍの変動ΔＰｍが予め定めた変動値ΔＰｍ０より小さい状態を判定する。これは、メインアレイ出力Ｐｍの変動ΔＰｍが予め定めた変動値ΔＰｍ０より小さい状態は、メインアレイ出力Ｐｍが安定している状態であり、雲の影響を受けていない状態であると判断できるからである。

また、出力判定部２４は、メインアレイ出力Ｐｍが安定している状態で、正午前後の所定期間Ｔ１内のいずれかの時点でのメインアレイ出力Ｐｍ及びパイロット出力Ｐｐを求める。正午前後の所定期間Ｔ１は、日射強度が最も大きいときと判断できるからである。そして、正午前後の所定期間Ｔ１内のいずれかの時点でのメインアレイ出力Ｐｍと、パイロット出力ＰｐのＮ倍（Ｐｐ×Ｎ）との差分の絶対値に余裕値を加えた値｜Ｐｍ−Ｐｐ×Ｎ｜＋εをオフセット値ΔＰｏとして求める。

これにより、オフセット値ΔＰｏを故障したメインモジュール１３の出力低下分により近い値とすることができる。

第３の実施形態によれば、メインアレイ１１を構成する一部のメインモジュール１３ａ〜１３ｎの故障でメインアレイ出力Ｐｍ’が小さくなっている場合に、メインアレイ出力特性が複数個の極大値を有する出力特性となった場合であっても、ワイドスイープ制御部２２による運転選択回数が無用に連続することなく、最大出力動作電圧を検索でき、最大出力で効率的に運転することができる。

１１…メインアレイ、１２…パイロットモジュール、１３…メインモジュール、１４…メインインバータ、１５…交流系統、１６…パイロットインバータ、１７…電流検出器、１８…電圧検出器、１９…メインＭＰＰＴ制御部、２０…切替スイッチ、２１…パイロットＭＰＰＴ制御部、２２…ワイドスイープ制御部、２３…運転選択切替部、２４…出力判定部、２５…同期回路、２６…運転選択監視部、２７…オフセット値演算部

Claims (5)

1. メインアレイが同じ出力特性のＮ個のメインモジュールで構成され、前記メインモジュールと同じ出力特性のパイロットモジュールを有した太陽光発電設備の制御装置において、所定周期で前記メインアレイの最大電力追従制御を行いその最大電力追従制御で定まる電圧指令をメインインバータに出力するメインＭＰＰＴ制御部と、前記メインＭＰＰＴ制御部と同期して前記パイロットモジュールの最大電力追従制御を行いその最大電力追従制御で定まる電圧指令をパイロットインバータに出力するパイロットＭＰＰＴ制御部と、前記メインアレイの動作電圧を予め定めた電圧探索範囲で移動させて最大出力動作電圧を探索し、探索した最大出力動作電圧を電圧指令として前記メインインバータに出力するとともに、探索した最大出力動作電圧を前記メインＭＰＰＴ制御部の電圧指令として設定するワイドスイープ制御部と、前記メインＭＰＰＴ制御部の電圧指令で制御されたメインアレイ出力または前記ワイドスイープ制御部の電圧指令で制御されたワイドスイープ出力と前記パイロットＭＰＰＴ制御部の電圧指令で制御されたパイロット出力のＮ倍とを比較し、前記メインアレイ出力または前記ワイドスイープ出力が前記パイロット出力のＮ倍以上であるか否かを判定する出力判定部と、前記出力判定部で前記メインアレイ出力または前記ワイドスイープ出力が前記パイロット出力のＮ倍以上であると判定されたときは前記メインＭＰＰＴ制御部の運転を選択し、前記出力判定部でメインアレイ出力またはワイドスイープ出力がパイロット出力のＮ倍未満であると判定されたときは前記ワイドスイープ制御部の運転を選択する運転選択切替部とを備えたことを特徴とする太陽光発電設備の制御装置。
2. 前記ワイドスイープ制御部による運転選択回数が連続して所定回数以上となったか否かを判定し、所定回数以上となったときは前記運転選択切替部にその旨を通知する運転選択監視部を設け、前記運転選択切替部は、前記運転選択監視部から前記ワイドスイープ制御部による運転選択回数が連続して所定回数以上となったことの通知を受けたときは、それ以降の前記ワイドスイープ制御部の運転選択を禁止し、前記メインＭＰＰＴ制御部の運転を継続することを特徴とする請求項１記載の太陽光発電設備の制御装置。
3. 前記運転選択監視部は、前記運転選択切替部に加え、前記ワイドスイープ制御部による運転選択回数が連続して所定回数以上となった旨を前記出力判定部にも通知し、前記出力判定部は、前記運転選択監視部から前記ワイドスイープ制御部による運転選択回数が連続して所定回数以上となったことの通知を受けたときは、その所定回数のときの前記メインアレイ出力と前記パイロット出力のＮ倍との差分の絶対値に余裕値を加えた値をオフセット値として求め、それ以降は前記メインアレイ出力にオフセット値を加算した値が前記パイロット出力のＮ倍以上であるか否かを判定することを特徴とする請求項２記載の太陽光発電設備の制御装置。
4. 前記オフセット値は、所定回数のときの前記メインアレイ出力と前記パイロット出力のＮ倍との差分の絶対値に余裕値を加えた値に代えて、前記ワイドスイープ制御部による運転の選択の度の前記メインアレイ出力と前記パイロット出力のＮ倍との差分の絶対値の平均値または最小値に余裕値を加えた値としたことを特徴とする請求項４記載の太陽光発電設備の制御装置。
5. 前記オフセット値は、所定回数のときの前記メインアレイ出力と前記パイロット出力のＮ倍との差分の絶対値に余裕値を加えた値に代えて、前記メインＭＰＰＴ制御部の最大電力追従制御でのメインアレイ出力の変動が予め定めた変動値より小さいときでかつ正午前後の所定期間内のいずれかの時点での前記メインアレイ出力またはワイドスイープ出力と前記パイロット出力のＮ倍との差分の絶対値に余裕値を加えた値としたことを特徴とする請求項４記載の太陽光発電設備の制御装置。

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