JP5842860B2 - 系統連系装置 - Google Patents

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Description

開示の実施形態は、系統連系装置に関する。
従来、太陽電池などの直流電源から出力される電圧を昇圧または降圧するＤＣ／ＤＣコンバータと、このＤＣ／ＤＣコンバータから出力される直流電力を交流電力に変換して電力系統へ供給する電力変換部とを備える系統連系装置が知られている。
かかる系統連系装置は、一般に、ＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）制御（最大電力追従制御）と呼ばれる機能を有しており、直流電源からＤＣ／ＤＣコンバータへ入力される電流および電圧に基づき、直流電源の出力電力が最大になるようにＤＣ／ＤＣコンバータを制御する（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−３１８０４２号公報
しかしながら、従来の系統連系装置は、ＤＣ／ＤＣコンバータへ入力される電流および電圧に基づいてＭＰＰＴ制御を行うことから、ＤＣ／ＤＣコンバータが複数設けられる場合、各ＤＣ／ＤＣコンバータに入力される電流を検出する電流検出部が必要になる。そのため、系統連系装置に接続される直流電源の数が多いほど電流検出部の数が増加する。
実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、電流検出部の増加を抑制しつつＭＰＰＴ制御を行うことができる系統連系装置を提供することを目的とする。
実施形態の一態様に係る系統連系装置は、電圧変換部と、電力変換部と、電流検出部と、電圧検出部と、制御部とを備える。前記電圧変換部は、複数の直流電源の出力電圧をそれぞれ昇圧または降圧する複数のＤＣ／ＤＣコンバータを有し、当該複数のＤＣ／ＤＣコンバータからそれぞれ出力される直流電力を結合して出力する。前記電力変換部は、前記電圧変換部から出力される直流電力を交流電力に変換して電力系統へ出力する。前記電流検出部は、前記電力変換部へ入力される電流を検出する。前記電圧検出部は、前記電力変換部へ入力される電圧を検出する。前記制御部は、前記電流検出部および前記電圧検出部によって検出される電流および電圧に基づいて、前記複数の直流電源の出力電力がそれぞれ最大になるように前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータをそれぞれ制御する。
実施形態の一態様によれば、電流検出部の増加を抑制しつつＭＰＰＴ制御を行うことができる系統連系装置を提供することができる。
図１は、第１の実施形態に係る系統連系装置を示す図である。 図２は、図１に示すＤＣ／ＤＣコンバータの具体的構成の一例を示す図である。 図３は、図１に示す電力変換部の具体的構成の一例を示す図である。 図４は、図１に示す制御部の一部の構成例を示す図である。 図５は、図１に示す制御部が各太陽電池に対して実施するＭＰＰＴ制御のタイミングの一例を示す図である。 図６は、各太陽電池に対するＭＰＰＴ制御の流れを示すフローチャートである。 図７は、図１に示す制御部が各太陽電池に対して実施するＭＰＰＴ制御のタイミングの他の一例を示す図である。 図８は、図１に示す制御部が各太陽電池に対して実施するＭＰＰＴ制御のタイミングのさらに他の一例を示す図である。 図９は、図１に示す制御部が各太陽電池に対して実施するＭＰＰＴ制御のタイミングのさらに他の一例を示す図である。 図１０は、図１に示す制御部が各太陽電池に対して実施するＭＰＰＴ制御のタイミングのさらに他の一例を示す図である。 図１１は、第２の実施形態に係る系統連系装置を示す図である。
以下、添付図面を参照して、本願の開示する系統連系装置の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る系統連系装置を示す図である。図１に示すように、第１の実施形態に係る系統連系装置１は、直流電源部２と電力系統３との間に接続され、直流電源部２から供給される直流電力を交流電力へ変換して電力系統３へ供給する。
直流電源部２は、複数の直流電源を備える。ここでは、直流電源の一例として太陽電池２ａ〜２ｄを説明するが、直流電源は燃料電池や蓄電池などであってもよい。また、４つの直流電源を接続する例を説明するが、直流電源の数はかかる例に限定されるものではない。
系統連系装置１は、直流側端子ＴP1〜ＴP4、ＴN1〜ＴN4と、交流側端子ＴR、ＴSとを備える。太陽電池２ａは直流側端子ＴP1、ＴN1に接続され、太陽電池２ｂは直流側端子ＴP2、ＴN2に接続され、太陽電池２ｃは直流側端子ＴP3、ＴN3に接続され、太陽電池２ｄは直流側端子ＴP4、ＴN4に接続される。また、交流側端子ＴR、ＴSは、電力系統３に接続される。
かかる系統連系装置１は、電圧検出部１０ａ〜１０ｄと、電圧変換部１１と、電力変換部１２と、電流検出部１３と、制御部１４とを備える。さらに、電圧変換部１１は、太陽電池２ｂ〜２ｄの出力を昇圧または降圧するＤＣ／ＤＣコンバータ２１ｂ〜２１ｄを備える。
電圧検出部１０ａは、電力変換部１２へ入力される電圧（以下、入力電圧Ｖdc1と記載する）を検出し、検出結果を制御部１４へ出力する。電圧検出部１０ｂ〜１０ｄは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１ｂ〜２１ｄへそれぞれ入力される電圧（以下、入力電圧Ｖdc2〜Ｖdc4と記載する）を検出し、検出結果をＤＣ／ＤＣコンバータ２１ｂ〜２１ｄへそれぞれ出力する。
ＤＣ／ＤＣコンバータ２１ｂ〜２１ｄは、例えば、チョッパ方式のコンバータであるが、変圧器によって昇圧または降圧を行うＤＣ／ＤＣコンバータであってもよい。図２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１ｂの具体的構成の一例を示す図である。図２に示すＤＣ／ＤＣコンバータ２１ｂは、昇圧チョッパであり、リアクトル３１と、ダイオード３２と、コンデンサ３３と、スイッチング素子３４と、駆動部３５とを備える。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１ｃ、２１ｄもＤＣ／ＤＣコンバータ２１ｂと同様の構成である。
ＤＣ／ＤＣコンバータ２１ｂでは、スイッチング素子３４がオンの期間にリアクトル３１にエネルギーが蓄積され、スイッチング素子３４がオフの期間にリアクトル３１に蓄積されたエネルギーが放出されてダイオード３２を介してコンデンサ３３に蓄積される。なお、スイッチング素子３４は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）などの半導体素子である。
駆動部３５は、制御部１４から出力される電圧指令Ｖdcref2に基づき、電圧検出部１０ｂによって検出される入力電圧Ｖdc2が電圧指令Ｖdcref2と一致するように昇圧比を決定する。駆動部３５は、決定した昇圧比に応じたディーティ比の駆動信号を生成してスイッチング素子３４へ出力し、かかる駆動信号によりスイッチング素子３４が駆動されて入力電圧Ｖdc2が電圧指令Ｖdcref2と一致するように変化する。
なお、昇圧比をＤＣ／ＤＣコンバータ２１ｂ〜２１ｄにより求めることに代えて、制御部１４によってＤＣ／ＤＣコンバータ２１ｂ〜２１ｄの昇圧比を求めることもできる。この場合、電圧検出部１０ｂ〜１０ｄは、それぞれ検出した入力電圧Ｖdc2〜Ｖdc4を制御部１４へ出力するようにし、制御部１４は、電圧指令Ｖdcref2〜Ｖdcref4に入力電圧Ｖdc2〜Ｖdc4がそれぞれ一致するように昇圧比を決定し、かかる昇圧比を昇圧比指令（制御指令の一例）としてＤＣ／ＤＣコンバータ２１ｂ〜２１ｄへ出力する。
また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１ｂ〜２１ｄは図２に示すような昇圧を行う構成に限定されない。例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１ｂ〜２１ｄは、太陽電池２ａ〜２ｄの出力電圧の関係に応じて、昇降圧を行うＤＣ／ＤＣコンバータや降圧を行うＤＣ／ＤＣコンバータであってもよい。この場合、制御部１４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１ｂ〜２１ｄの昇降圧比や降圧比を求め、昇降圧比指令や降圧比指令（制御指令の一例）としてＤＣ／ＤＣコンバータ２１ｂ〜２１ｄへ出力することもできる。
図１に示すように、電圧変換部１１は、さらに、ダイオード２２ａ〜２２ｄとコンデンサ２３とを有しており、太陽電池２ａの出力電力と、電圧変換部１１のＤＣ／ＤＣコンバータ２１ｂ〜２１ｄの出力電力とを結合する。なお、電圧変換部１１が図１に示す構成である場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１ｂ〜２１ｄにはダイオード３２およびコンデンサ３３を設けなくてもよい。また、電圧変換部１１は、太陽電池２ａの出力電力とＤＣ／ＤＣコンバータ２１ｂ〜２１ｄの出力電力とを結合する構成を有していればよく、電圧変換部１１の構成は図１に示す構成に限られない。
太陽電池２ａ〜２ｄは、日射量に応じて発電量が変化する直流電源であるため、例えば、太陽電池２ａ〜２ｄがそれぞれ異なる向きに設置されると、各太陽電池２ａ〜２ｄの発電量や電圧が異なる。また、太陽電池２ａ〜２ｄがそれぞれ異なる仕様である場合も、各太陽電池２ａ〜２ｄの発電量や電圧が異なることがある。系統連系装置１では、上述のように、電圧変換部１１を備えており、かかる電圧変換部１１により太陽電池２ａ〜２ｄから得られる電力を揃えて結合することができる。
電力変換部１２は、電圧変換部１１において結合された太陽電池２ａ〜２ｄの直流電力を交流電力へ変換し、変換した交流電力を電力系統３へ出力する。かかる電力変換部１２は、複数の双方向スイッチを備えるマトリクスコンバータであり、例えば、図３に示すように構成される。図３は、電力変換部１２の具体的構成の一例を示す図である。
図３に示すように、電力変換部１２は、電圧変換部１１の出力と交流側端子ＴR、ＴSとの間に接続される。かかる電力変換部１２は、リアクトル４０と、双方向スイッチ４１〜４６と、コンデンサ４７と、ＰＷＭ制御器４８とを備える。
ＰＷＭ制御器４８は、制御部１４から出力される電流指令Ｉref（制御指令の一例）に基づき、双方向スイッチ４１〜４６をそれぞれオン／オフする駆動信号Ｓ１ａ〜Ｓ６ａ、Ｓ１ｂ〜Ｓ６ｂを生成し、双方向スイッチ４１〜４６へ出力する。駆動信号Ｓ１ａ〜Ｓ６ａは、双方向スイッチ４１〜４６の一方の片方スイッチを制御し、駆動信号Ｓ１ｂ〜Ｓ６ｂは、双方向スイッチ４１〜４６の他方の片方スイッチを制御する。
なお、双方向スイッチ４１〜４６の制御方法は、例えば、特開２０１１−４１４５７号公報や特開２０１２−１０４２８号公報に記載されている公知技術であり、ここでの説明は省略する。また、双方向スイッチ４１〜４６は、例えば、２つの逆阻止型ＩＧＢＴが互いに逆方向に並列接続されて構成される。
また、ＰＷＭ制御器４８は、制御部１４から後述する電圧指令Ｖdcref1（制御指令の一例）が出力される場合、かかる電圧指令Ｖdcref1に基づき、双方向スイッチ４１〜４６をそれぞれオン／オフする駆動信号Ｓ１ａ〜Ｓ６ａ、Ｓ１ｂ〜Ｓ６ｂを生成することもできる。
また、電力変換部１２は、例えば、４個のスイッチング素子がフルブリッジ接続されて構成されるインバータ回路であってもよい。かかるインバータ回路を構成するスイッチング素子は、例えば、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴなどの半導体素子である。
図１に戻って系統連系装置１の説明を続ける。電流検出部１３は、電力変換部１２へ入力される電流Ｉdc（以下、入力電流Ｉdcと記載する）を検出し、検出結果を制御部１４へ出力する。かかる電流検出部１３は、例えば、磁電変換素子であるホール素子を利用して電流を検出する電流センサである。
制御部１４は、電流検出部１３および電圧検出部１０ａによって検出される電流および電圧に基づいて電力変換部１２を制御する。かかる制御により、制御部１４は、電力変換部１２に対し、電力変換部１２へ入力される直流電力を交流電力へ変換させ、変換した交流電力を電力系統３へ出力させる。また、制御部１４は、太陽電池２ａ〜２ｄの出力電力がそれぞれ最大になるようにＭＰＰＴ制御を行う。かかるＭＰＰＴ制御は、電力変換部１２およびＤＣ／ＤＣコンバータ２１ｂ〜２１ｄのそれぞれに対して制御指令を調整する複数の処理部で実施される。また、かかる制御指令は、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１ｂ〜２１ｄに対しては電圧指令、昇圧比指令あるいは降圧比指令などがあり、電力変換部１２に対しては電圧指令あるいは電流指令などがある。
図４は、制御部１４の一部の構成例（ＭＰＰＴ制御に関連する部分）を示す図である。図４に示すように、乗算器５１（演算部の一例）と、ＭＰＰＴ制御器５２と、減算器５３と、電圧制御器５４とを備える。
乗算器５１は、入力電圧Ｖdc1と入力電流Ｉdcとを乗算して入力電力Ｐcomを求める。かかる入力電力Ｐcomは、電力変換部１２へ入力される電力の値であるが、かかる値を制御部１４内で処理しやすい値に換算した値であってもよい。また、乗算器５１によって乗算される入力電圧Ｖdc1は電圧検出部１０ａの検出結果を平均化した値であってもよく、同様に、乗算器５１によって乗算される入力電流Ｉdcは電流検出部１３の検出結果を平均化した値であってもよい。
ＭＰＰＴ制御器５２は、乗算器５１から出力される入力電力Ｐcomに基づいて、電圧指令Ｖdcref1〜Ｖdcref4（制御指令の一例）の調整処理を行うＭＰＰＴ制御を実行する。かかるＭＰＰＴ制御器５２は、第１の処理部６１ａと、第２の処理部６１ｂと、第３の処理部６１ｃと、第４の処理部６１ｄとを備える。第１〜第４の処理部６１ａ〜６１ｄ（以下、処理部６１と総称する場合がある）は、太陽電池２ａ〜２ｄに対応する第１〜第４のＭＰＰＴ制御の処理をそれぞれ行う。
減算器５３は、電圧検出部１０ａによって検出される入力電圧Ｖdc1とＭＰＰＴ制御器５２から出力される電圧指令Ｖdcref1との偏差を電圧制御器５４へ出力する。電圧制御器５４は、入力電圧Ｖdc1と電圧指令Ｖdcref1との偏差がゼロになるようにＰＩ（比例積分）制御を行って電流指令Ｉrefを調整し、電力変換部１２へ出力する。
このように、制御部１４は、第２〜第４の処理部６１ｂ〜６１ｄを用いて、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１ｂ〜２１ｄに対する電圧指令（Ｖdcref2〜Ｖdcref4）を調整する。また、制御部１４は、第１の処理部６１ａ、減算器５３および電圧制御器５４を処理部として用いて、電力変換部１２に対する電流指令Ｉrefを調整し、ＭＰＰＴ制御を行う。なお、制御部１４において、減算器５３および電圧制御器５４を設けずに、第１の処理部６１ａの電圧指令Ｖdcref1（制御指令の一例）をそのまま電力変換部１２へ出力するようにしてもよい。
図５は、制御部１４が各太陽電池２ａ〜２ｄに対して実施する第１〜第４のＭＰＰＴ制御のタイミングの一例を示す図である。図５に示すように、制御部１４は、時刻t0〜t1の間に、第１の処理部６１ａにより第１のＭＰＰＴ制御を行う。かかる第１のＭＰＰＴ制御において、第１の処理部６１ａは、電圧指令Ｖdcref1を増加または減少させた場合の入力電力Ｐcomの増減に基づいて、電圧指令Ｖdcref1を調整する。そして、第１の処理部６１ａは、調整後の電圧指令Ｖdcref1に応じた電流指令Ｉrefを電力変換部１２へ出力することで定電圧制御を実行する。
また、制御部１４は、時刻t1〜t2の間に、第２の処理部６１ｂにより第２のＭＰＰＴ制御を行う。入力電力Ｐcomの増減がＤＣ／ＤＣコンバータ２１ｂの入力電力の増減に対応することから、第２の処理部６１ｂは、第２のＭＰＰＴ制御において、電圧指令Ｖdcref2を増加または減少させた場合の入力電力Ｐcomの増減に基づいて電圧指令Ｖdcref2を調整する。第２の処理部６１ｂは、調整後の電圧指令Ｖdcref2をＤＣ／ＤＣコンバータ２１ｂへ出力して定電圧制御を実行する。
また、制御部１４は、時刻t2〜t3の間に、第３の処理部６１ｃにより第３のＭＰＰＴ制御を行う。入力電力Ｐcomの増減がＤＣ／ＤＣコンバータ２１ｃの入力電力の増減に対応することから、第３の処理部６１ｃは、第３のＭＰＰＴ制御において電圧指令Ｖdcref3を増加または減少させた場合の入力電力Ｐcomの増減に基づいて電圧指令Ｖdcref3を調整する。第３の処理部６１ｃは、調整後の電圧指令Ｖdcref3を継続してＤＣ／ＤＣコンバータ２１ｃへ出力して定電圧制御を実行する。
また、制御部１４は、時刻t3〜t4の間に、第４の処理部６１ｄにより第４のＭＰＰＴ制御を行う。入力電力Ｐcomの増減がＤＣ／ＤＣコンバータ２１ｄの入力電力の増減に対応することから、第４の処理部６１ｄは、第４のＭＰＰＴ制御において、電圧指令Ｖdcref4を増加または減少させた場合の入力電力Ｐcomの増減に基づいて電圧指令Ｖdcref4を調整する。第４の処理部６１ｄは、調整後の電圧指令Ｖdcref4をＤＣ／ＤＣコンバータ２１ｄへ出力して定電圧制御を実行する。
このように、系統連系装置１は、第１〜第４のＭＰＰＴ制御を繰り返し実行することにより、太陽電池２ａ〜２ｄの出力電力が最大になるように制御する。かかる第１〜第４のＭＰＰＴ制御はいずれも、電力変換部１２への入力電流Idcに基づいて電力変換部１２への入力電力Ｐcomを用いる。そのため、電力演算に用いる電流検出部をＤＣ／ＤＣコンバータ２１ｂ〜２１ｄ（以下、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１と総称する場合がある）ごとに設けることがなく、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１単位で電流検出部を設ける場合に比べ、電流検出部の増加を抑制することができる。
また、第１〜第４のＭＰＰＴ制御は、電力変換部１２およびＤＣ／ＤＣコンバータ２１ｂ〜２１ｄの構成に依存しない。したがって、電力変換部１２およびＤＣ／ＤＣコンバータ２１ｂ〜２１ｄは、制御部１４から与えられた指令で動作するだけでよく、系統連系装置１の設計が複雑にならないという利点がある。
ここで、制御部１４が行うＭＰＰＴ制御の具体的処理について図６を参照して説明する。図６は、ＭＰＰＴ制御の流れを示すフローチャートである。かかる図６において、電圧指令Ｖdcrefxは、電圧指令Ｖdcref1〜Ｖdcref4のいずれかを示す。
制御部１４は、電圧指令Ｖdcref1に関してステップＳ１０〜Ｓ２０までの一連の処理を第１の処理部６１ａにより制御期間Ｔで実行し、電圧指令Ｖdcref2に関してステップＳ１０〜Ｓ２０までの一連の処理を第２の処理部６１ｂにより制御期間Ｔで実行する。また、制御部１４は、電圧指令Ｖdcref3に関してステップＳ１０〜Ｓ２０までの一連の処理を第３の処理部６１ｃにより制御期間Ｔで実行し、電圧指令Ｖdcref4に関してステップＳ１０〜Ｓ２０までの一連の処理を第４の処理部６１ｄにより制御期間Ｔで実行する。
図６に示すように、制御部１４は、現在出力している電圧指令Ｖdcrefxの値を基準電圧値ＶdcrefBaseとして保存し（ステップＳ１０）、値が基準電圧値ＶdcrefBaseである電圧指令Ｖdcrefxによる定電圧制御を継続して実行する（ステップＳ１１）。
次に、制御部１４は、ステップＳ１１の処理を開始してから規定時間ｔａが経過したか否かを判定する（ステップＳ１２）。規定時間ｔａが経過していないと判定した場合（ステップＳ１２；Ｎｏ）、制御部１４は、ステップＳ１１の処理を継続する。一方、規定時間ｔａが経過したと判定すると（ステップＳ１２；Ｙｅｓ）、制御部１４は、このときの入力電力Ｐcomの値を電力値Ｐcom1とする（ステップＳ１３）。
次に、制御部１４は、電圧指令Ｖdcrefxの値を所定電圧ΔＶdcrefだけ減少させる（ステップＳ１４）。これにより、電圧指令Ｖdcrefxの値は、基準電圧値ＶdcrefBaseから所定電圧ΔＶdcrefを減算した値に設定される。そして、制御部１４は、ステップＳ１４で設定した電圧指令Ｖdcrefxによる定電圧制御を実行する（ステップＳ１５）。例えば、ステップＳ１４で設定した電圧指令Ｖdcrefxが電圧指令Ｖdcref2である場合、制御部１４は、設定した電圧指令Ｖdcref2をＤＣ／ＤＣコンバータ２１ｂへ出力することでＤＣ／ＤＣコンバータ２１ｂの定電圧制御を行う。
次に、制御部１４は、ステップＳ１５の処理を開始してから規定時間ｔａが経過したか否かを判定する（ステップＳ１６）。規定時間ｔａが経過していないと判定した場合（ステップＳ１６；Ｎｏ）、制御部１４は、ステップＳ１５の処理を継続する。一方、規定時間ｔａが経過したと判定すると（ステップＳ１６；Ｙｅｓ）、制御部１４は、このときの入力電力Ｐcomの値を電力値Ｐcom2とする（ステップＳ１７）。
次に、制御部１４は、電力値Ｐcom1と電力値Ｐcom2とを比較し、電力値Ｐcom2が電力値Ｐcom1以上であるか否かを判定する（ステップＳ１８）。電力値Ｐcom2が電力値Ｐcom1以上である場合（ステップＳ１８；Ｙｅｓ）、制御部１４は、ステップＳ１４の処理と同様に、基準電圧値ＶdcrefBaseを所定電圧ΔＶdcrefだけ減少させた電圧指令Ｖdcrefxを設定する（ステップＳ１９）。
一方、電力値Ｐcom2が電力値Ｐcom1以上ではない場合（ステップＳ１８；Ｎｏ）、制御部１４は、基準電圧値ＶdcrefBaseを所定電圧ΔＶdcrefだけ増加させた電圧指令Ｖdcrefxを設定する（ステップＳ２０）。
ステップＳ１９またはステップＳ２０で設定された電圧指令Ｖdcrefxは、次にＭＰＰＴ制御が行われるまで、継続して一定の値に維持され、電圧指令Ｖdcrefxに対応する電力変換部１２またはＤＣ／ＤＣコンバータ２１の定電圧制御が行われる。
このように、制御部１４は、定電圧制御で直近に用いた値の電圧指令Ｖdcrefxで電圧変換部１１を動作させた場合の入力電力Ｐcomの値を電力値Ｐcom1として検出する処理を制御期間Ｔの半分の期間（Ｔ／２）で行う。その後、制御部１４は、ΔＶdcrefだけ減少させた電圧指令Ｖdcrefxで電圧変換部１１を動作させた場合の入力電力Ｐcomの値を電力値Ｐcom2として検出し、電力値Ｐcom1と電力値Ｐcom2との比較により次の定電圧制御に用いる電圧指令Ｖdcrefxを調整する処理を制御期間Ｔの残りの期間（Ｔ／２）で行う。
ステップＳ１４において、制御部１４は、電圧指令Ｖdcrefxの値を所定電圧ΔＶdcrefだけ減少させるようにする例を説明したが、制御部１４は、所定電圧ΔＶdcrefだけ増加させるように電圧指令Ｖdcrefxを設定することもできる。この場合、制御部１４は、ステップＳ１９で基準電圧値ＶdcrefBaseを所定電圧ΔＶdcrefだけ増加させた電圧指令Ｖdcrefxを設定し、ステップＳ２０で基準電圧値ＶdcrefBaseを所定電圧ΔＶdcrefだけ減少させるように電圧指令Ｖdcrefxを設定する。
なお、図１に示す系統連系装置１では、太陽電池２ａの出力電力をＤＣ／ＤＣコンバータを介すことなく電力変換部１２へ出力する例を示したが、直流電源を直接的に電力変換部１２へ接続する構成を設けない構成にすることもできる。例えば、図１に示す系統連系装置１において、直流側端子ＴP1、ＴN1およびダイオード２２ａを設けず、かつ、図４に示す制御部１４において、第１の処理部６１、減算器５３および電圧制御器５４を設けない構成にすることもできる。
また、上述においては、第１の処理部６１ａ、第２の処理部６１ｂ、第３の処理部６１ｃおよび第４の処理部６１ｄの順番で順次ＭＰＰＴ制御を行う例を説明したが、ＭＰＰＴ制御の処理順番やタイミングなどは適宜変更が可能である。
例えば、制御部１４は、各処理部６１ａ〜６１ｄにおいて、電圧指令Ｖdcrefxを変化させたときの入力電力Ｐcomの変化量ΔＰcom（＝Ｐcom2−Ｐcom1）が設定値Ｐ１以下になった場合、最大電力に到達したと判断して、定期的なＭＰＰＴ制御を中止することもできる。この場合、制御部１４は、定期的なＭＰＰＴ制御を中止した処理部６１以外の処理部６１によるＭＰＰＴ制御の間隔を狭くする。例えば、制御部１４は、第４のＭＰＰＴ制御を中止した場合、第１〜第３のＭＰＰＴ制御をそれぞれ制御期間Ｔで順次繰り返し行うことで、制御期間Ｔの４倍の間隔（４Ｔ）から３倍の間隔（３Ｔ）で第１〜第３のＭＰＰＴ制御がそれぞれ実行される。
このようにすることで、すべての太陽電池２ａ〜２ｄの出力電力を最大にするまでの時間を短縮することができる。なお、制御部１４は、例えば、第１〜第４の処理部６１ａ〜６１ｄのうち、定期的なＭＰＰＴ制御を中止した処理部６１においてその後、定期的なＭＰＰＴ制御よりも長い間隔（例えば、２０Ｔや４０Ｔ）で繰り返し行ってＭＰＰＴ制御の実施周期を延ばすこともできる。また、制御部１４は、例えば、すべての処理部６１で入力電力Ｐcomの変化量ΔＰcomが設定値Ｐ１以下になった場合に、すべての太陽電池２ａ〜２ｄの出力電力が最大電力に到達したと判断して、図５を用いて説明した処理に戻すこともできる。
また、制御部１４は、各処理部６１において、ＭＰＰＴ制御を開始する際、電圧指令Ｖdcrefxを最初に変化させたときの入力電力Ｐcomの変化量ΔＰcom（以下、初回変化量ΔＰcomと記載する）の大きさに応じて、ＭＰＰＴ制御のタイミングを調整することもできる。例えば、制御部１４は、初回変化量ΔＰcomが相対的に大きい処理部６１ほど、ＭＰＰＴ制御の頻度を大きくすることもできる。
変化量ΔＰcomが実質的にゼロに到達した場合に各太陽電池２ａ〜２ｄの出力電力がそれぞれ実質的に最大になるが、初回変化量ΔＰcomが大きい場合、変化量ΔＰcomがゼロに到達するまで時間を要する。そのため、制御部１４は、例えば、初回変化量ΔＰcomに応じた頻度によりＭＰＰＴ制御を行うことで、すべての太陽電池２ａ〜２ｄの出力電力を最大にするまでの時間を短縮することができる。
なお、制御部１４は、各処理部６１において、ＭＰＰＴ制御を開始してから変化量ΔＰcomが設定値Ｐ１以下になるまでの時間を履歴情報として内部の記憶部（図示せず）に記憶し、かかる履歴情報に基づいて各ＭＰＰＴ制御の頻度を決定することもできる。例えば、制御部１４は、変化量ΔＰcomが設定値Ｐ１以下になるまでの時間が相対的に長い処理部６１ほど、ＭＰＰＴ制御の頻度を大きくする。
また、第１〜第４のＭＰＰＴ制御は、上述したように、電力値Ｐcom1と電力値Ｐcom2をそれぞれ制御期間Ｔの半分の期間で検出していることから、制御部１４は、図７に示すように、第１〜第４のＭＰＰＴ制御の処理期間をオーバラップさせることもできる。図７は、制御部１４が各太陽電池２ａ〜２ｄに対して実施するＭＰＰＴ制御のタイミングの他の一例を示す図である。
図７に示す処理では、例えば、制御部１４は、第１のＭＰＰＴ制御で電力値Ｐcom2を検出する処理と第２のＭＰＰＴ制御で電力値Ｐcom1を検出する処理とを同時に行う。また、例えば、制御部１４は、第２のＭＰＰＴ制御で電力値Ｐcom2を検出する処理と第３のＭＰＰＴ制御で電力値Ｐcom1を検出する処理とを同時に行う。
このようにすることで、すべての太陽電池２ａ〜２ｄの出力電力を最大にするまでの時間を短縮することができる。なお、この場合も上述の場合と同様に、制御部１４は、各処理部６１において、入力電力Ｐcomの変化量ΔＰcomが設定値Ｐ１以下になった場合、最大電力に到達したと判断して、定期的なＭＰＰＴ制御を中止することができる。また、制御部１４は、例えば、すべての処理部６１で入力電力Ｐcomの変化量ΔＰcomが設定値Ｐ１以下になった場合に、すべての太陽電池２ａ〜２ｄの出力電力が最大電力に到達したと判断して、図７を用いて説明した処理に戻すこともできる。
また、制御部１４は、図８に示すように、第１〜第４のＭＰＰＴ制御のうち２つ以上のＭＰＰＴ制御を同時に行うこともできる。図８は、制御部１４が各太陽電池２ａ〜２ｄに対して実施するＭＰＰＴ制御のタイミングのさらに他の一例を示す図である。
図８に示す例では、制御部１４は、第１および第２のＭＰＰＴ制御を同時に行い、次に、第３および第４のＭＰＰＴ制御を同時に行う一連の処理を繰り返す。第１〜第４のＭＰＰＴ制御の開始当初は、太陽電池２ａ〜２ｄの出力電力が最小であり、入力電力Ｐcomの変化量ΔＰcomがプラスになる。そこで、制御部１４は、同時に行うＭＰＰＴ制御の対象となる太陽電池２ａ、２ｂまたは太陽電池２ｃ、２ｄにおいて少なくとも一つが最大電力に到達するまで、２つのＭＰＰＴ制御を同時に行うこともできる。これにより、太陽電池２ａ〜２ｄの出力電力を最大にするまでの時間をさらに短縮することができる。
なお、２つ以上のＭＰＰＴ制御を同時に行う場合、制御部１４は例えば、入力電力Ｐcomの変化量ΔＰcomが設定値Ｐ２以下になると、図５に示すように、第１〜第４のＭＰＰＴ制御を順番に行うこともできる。
また、制御部１４は、第１〜第４のＭＰＰＴ制御のうち２以上のＭＰＰＴ制御をその組み合わせを変えながら同時に行うこともできる。図９は、制御部１４が各太陽電池２ａ〜２ｄに対して実施するＭＰＰＴ制御のタイミングのさらに他の一例を示す図である。
制御部１４は、図９に示すように、第１および第２のＭＰＰＴ制御を同時に行い、次に、第２および第３のＭＰＰＴ制御を同時に行い、次に、第３および第４のＭＰＰＴ制御を同時に行い、次に、第１および第４のＭＰＰＴ制御を同時に行う一連の処理を繰り返す。制御部１４は、各処理で検出した入力電力Ｐcomの変化量ΔＰcomの相違から第１〜第４のＭＰＰＴ制御のそれぞれ個別の入力電力Ｐcomの変化量ΔＰcomを演算し、電圧指令Ｖdcrefxを調整することができる。
また、制御部１４は、電力変換部１２およびＤＣ／ＤＣコンバータ２１ｂ〜２１ｄへの制御指令の変更タイミングをずらして複数の制御指令を順次変更し、検出する電力変化を用いて、制御指令を調整することもできる。図１０は、制御部１４が各太陽電池２ａ〜２ｄに対して実施するＭＰＰＴ制御のタイミングのさらに他の一例を示す図である。
制御部１４は、図１０に示すように、電力値Ｐcom1と電力値Ｐcom2のうち電力値Ｐcom2のみを検出することで、第１〜第４のＭＰＰＴ制御の制御期間をそれぞれＴ／２に低減でき、これにより、太陽電池２ａ〜２ｄの出力電力を最大にするまでの時間をさらに短縮することができる。
この場合、制御部１４は、第１〜４のＭＰＰＴ制御として、それぞれ図６に示すステップＳ１０、Ｓ１５〜Ｓ２０の処理を行う。ただし、制御部１４は、ステップＳ１９の処理として、電力値Ｐcom2が電力値Ｐcom1以上であるか否かの判断に代えて今回の電力値Ｐcom2が前回の電力値Ｐcom2以上であるか否かの判断を行う。
例えば、制御部１４は、第１のＭＰＰＴ制御で求めた電力値Ｐcom2を前回の電力値Ｐcom2とし、次の第２のＭＰＰＴ制御で求めた電力値Ｐcom2を今回の電力値Ｐcom2とし、第２のＭＰＰＴ制御において電圧指令Ｖdcref2を調整する。例えば、制御部１４は、第２のＭＰＰＴ制御において、第２のＭＰＰＴ制御で求めた電力値Ｐcom2が第１のＭＰＰＴ制御で求めた電力値Ｐcom2以上であれば、ステップＳ１９の処理を実行し、そうでなければ、ステップＳ２０の処理を実行する。
同様に、制御部１４は、第２のＭＰＰＴ制御で求めた電力値Ｐcom2を前回の電力値Ｐcom2とし、次の第３のＭＰＰＴ制御で求めた電力値Ｐcom2を今回の電力値Ｐcom2とし、第３のＭＰＰＴ制御において電圧指令Ｖdcref3を調整する。例えば、制御部１４は、第３のＭＰＰＴ制御において、第３のＭＰＰＴ制御で求めた電力値Ｐcom2が第２のＭＰＰＴ制御で求めた電力値Ｐcom2以上であれば、ステップＳ１９の処理を実行し、そうでなければ、ステップＳ２０の処理を実行する。
このように、制御部１４は、第１〜第４の処理部６１ａ〜６１ｄの電圧指令Ｖdcrefxを互いに異なるタイミングで変化させる毎に入力電力Ｐcomを求め、かかる入力電力Ｐcomの変化量ΔＰcom1（今回の電力値Ｐcom2−前回の電力値Ｐcom2）に基づき、電圧指令Ｖdcrefxを調整することができる。なお、図１０に示す例では、第１〜第４のＭＰＰＴ制御を順次繰り返し実行する例を示したが、制御の順番はかかる例に限定されず、適宜変更可能である。
また、上述の場合と同様に、入力電力Ｐcomの変化量ΔＰcom1が設定値Ｐ１以下になった場合、最大電力に到達したと判断して、定期的なＭＰＰＴ制御を中止することもできる。また、すべての処理部６１で入力電力Ｐcomの変化量ΔＰcom1が設定値Ｐ１以下になった場合に、すべての太陽電池２ａ〜２ｄの出力電力が最大電力に到達したと判断して、図１０を用いて説明した処理に戻すこともできる。
以上のように、制御部１４が、電力変換部１２およびＤＣ／ＤＣコンバータ２１ｂ〜２１ｄに対して、ＭＰＰＴ制御において制御指令を変更するタイミングを変更しても、電力変換部１２およびＤＣ／ＤＣコンバータ２１ｂ〜２１ｄは、与えられた制御指令で動作するだけでよく特別な処理を行う必要はない。
（第２の実施形態）
次に第２の実施形態に係る系統連系装置について説明する。図１１は、第２の実施形態に係る系統連系装置の構成を示す図である。なお、上述した第１の実施形態の構成要素に対応する構成要素には同一の符号を付し、第１の実施形態と重複する説明については適宜、省略する。
図１０に示すように、第２の実施形態に係る系統連系装置１Ａは、第１ユニット７０と、第２ユニット７１ｂ〜７１ｄと、第３ユニット７２とを備える。第１ユニット７０は、第２ユニット７１ｂ〜７１ｄおよび第３ユニット７２と別体に構成される。
そして、第１ユニット７０と第２ユニット７１ｂ〜７１ｄとの間はそれぞれ接続ケーブル７３ｂ〜７３ｄを介して接続される。かかる接続ケーブル７３ｂ〜７３ｄには、それぞれ１対の直流線および電圧指令線が含まれる。１対の直流線は第２ユニット７１ｂ〜７１ｄから第１ユニット７０へ直流電力を供給するための導線であり、電圧指令線は、第１ユニット７０から第２ユニット７１ｂ〜７１ｄへ電圧指令Ｖdcref2〜Ｖdcref4をそれぞれ供給するための導線である。また、第１ユニット７０と第３ユニット７２との間は接続ケーブル７４を介して接続される。かかる接続ケーブル７４には、接続ケーブル７３ｂ〜７３ｄと同様の１対の直流線が含まれる。
このように、系統連系装置１Ａでは、第１ユニット７０とは別体で、第２ユニット７１ｂ〜７１ｄおよび第３ユニット７２が設けられているため、系統連系装置１Ａの設置スペースを分散させることができ、系統連系装置１Ａの設置を容易に行うことができる。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１ｂ〜２１ｄのメンテナンスも容易に行うことができる。
なお、図１１に示す例では、第２ユニット７１ｂ〜７１ｄおよび第３ユニット７２を互いに別体として構成したが、第２ユニット７１ｂ〜７１ｄおよび第３ユニット７２に含まれる構成要素を一つのユニットに収納するようにしてもよい。この場合、接続ケーブル７３ｂ〜７３ｄおよび接続ケーブル７４は一つの接続ケーブルとして構成してもよい。また、第２ユニット７１ｂ〜７１ｄを構成する構成要素を一つのユニットに収納し、３つのユニットによって系統連系装置１Ａを構成することもできる。
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
１、１Ａ 系統連系装置
２ 直流電源部
２ａ〜２ｄ 太陽電池
３ 電力系統
１０ａ〜１０ｄ 電圧検出部
１１ 電圧変換部
１２ 電力変換部
１３ 電流検出部
１４ 制御部
２１ｂ〜２１ｄ ＤＣ／ＤＣコンバータ
２２ａ〜２２ｄ ダイオード
２３ コンデンサ
５１ 乗算器
５２ ＭＰＰＴ制御器
５３ 減算器
５４ 電圧制御器
６１ａ 第１の処理部
６１ｂ 第２の処理部
６１ｃ 第３の処理部
６１ｄ 第４の処理部
７０ 第１ユニット
７１ｂ〜７１ｄ 第２ユニット
７２ 第３ユニット
７３ｂ〜７３ｄ 接続ケーブル
７４ 接続ケーブル

Claims (11)

  1. 複数の直流電源の出力電圧をそれぞれ昇圧または降圧する複数のＤＣ／ＤＣコンバータを有し、当該複数のＤＣ／ＤＣコンバータからそれぞれ出力される直流電力を結合して出力する電圧変換部と、
    前記電圧変換部から出力される直流電力を交流電力に変換して電力系統へ出力する電力変換部と、
    前記電力変換部へ入力される電流を検出する電流検出部と、
    前記電力変換部へ入力される電圧を検出する電圧検出部と、
    前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータをそれぞれ制御する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、
    前記電流検出部および前記電圧検出部によって検出される電流および電圧に基づいて前記電力変換部への入力電力を演算する演算部と、
    前記演算部の演算結果に基づいて前記複数の直流電源の出力電力がそれぞれ最大となるように前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータのそれぞれに対する制御指令をそれぞれ調整する複数の処理部と、を備え、
    前記各処理部は、
    前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータのうち対応するＤＣ／ＤＣコンバータに対する制御指令を変化させた場合の前記演算部で演算される入力電力の変化量に基づき前記対応するＤＣ／ＤＣコンバータに対する前記制御指令を調整する調整処理を定期的に行い、その後、前記対応するＤＣ／ＤＣコンバータに対する前記制御指令を変化させた場合の前記演算部で演算された入力電力の変化量が設定値以下になった場合、前記制御指令の前記調整処理の実施周期を延ばす
    ことを特徴とする系統連系装置。
  2. 複数の直流電源の出力電圧をそれぞれ昇圧または降圧する複数のＤＣ／ＤＣコンバータを有し、当該複数のＤＣ／ＤＣコンバータからそれぞれ出力される直流電力を結合して出力する電圧変換部と、
    前記電圧変換部から出力される直流電力を交流電力に変換して電力系統へ出力する電力変換部と、
    前記電力変換部へ入力される電流を検出する電流検出部と、
    前記電力変換部へ入力される電圧を検出する電圧検出部と、
    前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータをそれぞれ制御する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、
    前記電流検出部および前記電圧検出部によって検出される電流および電圧に基づいて前記電力変換部への入力電力を演算する演算部と、
    前記演算部の演算結果に基づいて前記複数の直流電源の出力電力がそれぞれ最大となるように前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータのそれぞれに対する制御指令をそれぞれ調整する複数の処理部と、を備え、
    前記各処理部は、
    前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータのうち対応するＤＣ／ＤＣコンバータに対する制御指令を変化させた場合の前記演算部で演算される入力電力の変化量に基づき前記対応するＤＣ／ＤＣコンバータに対する前記制御指令を調整する調整処理を定期的に行い、その後、前記対応するＤＣ／ＤＣコンバータに対する前記制御指令を変化させた場合の前記演算部で演算された入力電力の変化量が設定値以下になった場合、前記制御指令の前記定期的な調整処理を中止する
    ことを特徴とする系統連系装置。
  3. 複数の直流電源の出力電圧をそれぞれ昇圧または降圧する複数のＤＣ／ＤＣコンバータを有し、当該複数のＤＣ／ＤＣコンバータからそれぞれ出力される直流電力を結合して出力する電圧変換部と、
    前記電圧変換部から出力される直流電力を交流電力に変換して電力系統へ出力する電力変換部と、
    前記電力変換部へ入力される電流を検出する電流検出部と、
    前記電力変換部へ入力される電圧を検出する電圧検出部と、
    前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータをそれぞれ制御する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、
    前記電流検出部および前記電圧検出部によって検出される電流および電圧に基づいて前記電力変換部への入力電力を演算する演算部と、
    前記演算部の演算結果に基づいて前記複数の直流電源の出力電力がそれぞれ最大となるように前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータのそれぞれに対する制御指令をそれぞれ調整する複数の処理部と、を備え、
    前記制御部は、
    ２以上の前記処理部による前記制御指令の調整処理を同時に行う
    ことを特徴とする系統連系装置。
  4. 前記各処理部は、
    前記対応するＤＣ／ＤＣコンバータ以外のＤＣ／ＤＣコンバータに対する前記定期的な調整処理が中止された場合、前記制御指令の調整処理の実施周期を短くする
    ことを特徴とする請求項１または２に記載の系統連系装置。
  5. 前記制御部は、
    ２以上の前記処理部の組毎に前記制御指令の調整処理を同時に行い、少なくともいずれかの組の前記調整処理に対応して前記演算部で演算される入力電力の変化量が設定値以下に達するまで前記組毎の前記制御指令の調整処理を行い、その後、前記処理部毎に前記制御指令の調整処理を行う
    ことを特徴とする請求項３に記載の系統連系装置。
  6. 前記各処理部は、
    前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータのうち対応するＤＣ／ＤＣコンバータに対する制御指令を変化させた場合の前記演算部で演算される入力電力の変化量に基づいて前記制御指令の調整処理の頻度を変更する
    ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の系統連系装置。
  7. 前記各処理部は、
    前記制御指令として電圧指令、昇圧比指令および降圧比指令のいずれかの指令を調整する
    ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の系統連系装置。
  8. 前記電圧変換部は、
    前記複数の直流電源とは異なる他の直流電源から出力される直流電力を前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータから出力される直流電力に結合して出力し、
    前記制御部は、
    前記他の直流電源の出力電力が最大となるように前記電力変換部に対する制御指令を調整する第２の処理部を備える
    ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の系統連系装置。
  9. 前記第２の処理部は、
    前記制御指令として電流指令または電圧指令を調整する
    ことを特徴とする請求項８に記載の系統連系装置。
  10. 前記電力変換部、前記電流検出部、前記電圧検出部および前記制御部を含む第１ユニットと、
    前記第１ユニットと別体に構成され、前記電圧変換部のうち少なくとも前記ＤＣ／ＤＣコンバータを含む第２ユニットと、
    前記第１ユニットと前記第２ユニットとを接続する接続ケーブルとを備える
    ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の系統連系装置。
  11. 前記電力変換部は、
    複数の双方向スイッチを有し、当該複数の双方向スイッチによって直流電力を交流電力に変換するマトリクスコンバータである
    ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の系統連系装置。
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