JP2012129469A - 太陽光発電設備の制御装置 - Google Patents
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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
【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)。
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。
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)
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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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2010
- 2010-12-17 JP JP2010281916A patent/JP2012129469A/ja active Pending
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