JP6531496B2

JP6531496B2 - 蓄電池制御装置

Info

Publication number: JP6531496B2
Application number: JP2015112143A
Authority: JP
Inventors: 佳彦山口; 大橋　誠; 誠大橋; 修打田; 昭宏竹嶌; 北村　高志; 高志北村
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2015-06-02
Filing date: 2015-06-02
Publication date: 2019-06-19
Anticipated expiration: 2035-06-02
Also published as: JP2016226208A; WO2016194410A1; US10355492B2; US20180115165A1

Description

本発明は、蓄電池制御装置に関する。

近年、太陽電池とパワーコンディショナーとを組み合わせた太陽光発電システムを、系統（商用電力系統）及び負荷（電力使用機器群）に接続することが盛んに行われている。

太陽光発電システム用のパワーコンディショナー（以下、ＰＣＳとも表記する）は、通常、最大電力点追従制御（以下、ＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）制御とも表記する）を行う機能を有している。従って、一般に使用されている太陽光発電システムは、ＰＣＳによって太陽電池から最大電力を取り出すことが可能なものとなっている。ただし、ＰＣＳの入力電力が大きく変動すると、太陽電池により発電された電力を全て利用できないことが生じ得る。

そのため、太陽光発電システムに、蓄電池を追加して、当該蓄電池の充放電電力の調整によりＰＣＳの入力電力を目標値近傍の値に制御することが考えられている（例えば、特許文献１参照）のであるが、太陽光発電システムに追加した蓄電池の充放電電力を調整するという制御は、ＰＣＳが行うＭＰＰＴ制御と干渉し得る制御である。そして、ＰＣＳが行うＭＰＰＴ制御の内容は、メーカーにより異なっており、公開もされていない。そのため、既存の太陽光発電システムのパワーコンディショナーの入力電力を、ＭＰＰＴ制御に支障を来さない形で、目標値近傍の値に制御できる蓄電池制御装置は未だ開発されていないのが現状である。

特開２０１３−１３８５３０号公報特許第４２９４３４６号公報

本発明の課題は、蓄電池と共に既存の太陽光発電システムに組み合わせることによって、当該太陽光発電システムのパワーコンディショナーの入力電力を、ＭＰＰＴ制御に支障を来さない形で、目標値近傍の値に制御できる蓄電池制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様の蓄電池制御装置は、太陽電池と最大電力点追従制御を行うパワーコンディショナーとの間を接続する電力線と、蓄電池とに接続される装置であって、前記電力線と前記蓄電池との間で電力を授受させるためのＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することにより、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記電力線と前記蓄電池との間で授受される充放電電力の大きさを調整する制御部とを備え、前記制御部は、前記パワーコンディショナーの入力の電圧値又は電流値に基づき、前記パワーコンディショナーによって山登り法を用いた最大電力点追従制御が行われている期間中であるか否かを判別し、山登り法を用いた最大電力点追従制御が行われている期間中には、前記パワーコンディショナーの入力の電圧値及び電流値に基づき、前記パワーコンディショナーの入力電力が目標値となるように前記充放電電力の大きさを調整し、山登り法を用いた最大電力点追従制御が行われていない期間中には、前記充放電電力の大きさを、当該期間開始時の前記充放電電力の大きさに維持する構成を有する
。

すなわち、パワーコンディショナーが行うＭＰＰＴ制御（最大電力点追従制御）は、山登り法を用いたＭＰＰＴ制御と、山登り法を用いたＭＰＰＴ制御を停止した制御（例えば太陽電池のＩＶ特性のスキャン）とを組み合わせたものとなっていることが多い。そして、山登り法を用いたＭＰＰＴ制御時以外の制御時に蓄電池の充放電電力を変更すると、動作点が電力が減る方向に移動してしまうことがあり得るが、山登り法を用いたＭＰＰＴ制御時に蓄電池の充放電電力を変更してもＭＰＰＴ制御に大きな悪影響を与えることはない。従って、上記構成を有する本発明の第１の態様の蓄電池制御装置によれば、既存の太陽光発電システムのパワーコンディショナーの入力電力を、ＭＰＰＴ制御に支障を来さない形で、目標値近傍の値に制御することが出来る。

本発明の第１の態様の蓄電池制御装置の制御部は、充放電電力の調整（変更）周期が固定されているものであっても良い。ただし、充放電電力の調整周期が、山登り法による太陽電池の出力電圧の変更周期以下である方が、パワーコンディショナーの入力電力の変動幅を小さくすることが出来る。従って、制御部に、『パワーコンディショナーの山登り法を用いた最大電力点追従制御における前記太陽電池の出力電圧の変更周期を特定し、山登り法を用いた最大電力点追従制御が行われている期間中の前記充放電電力の大きさの調整周期を、特定した変更周期以下の周期に変更する機能』を付与しておいても良い。

また、本発明の第２の態様の蓄電池制御装置は、太陽電池と最大電力点追従制御を行うパワーコンディショナーとの間を接続する電力線と、蓄電池とに接続される装置であって、前記電力線と前記蓄電池との間で電力を授受させるためのＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することにより、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記電力線と前記蓄電池との間で授受される充放電電力の大きさを調整する制御部と、を備え、前記制御部は、前記パワーコンディショナーの入力の電圧値又は電流値に基づき、前記パワーコンディショナーによって前記太陽電池のＩＶ特性のスキャンが行われている期間中であるか否かを判別し、前記太陽電池のＩＶ特性のスキャンが行われていない期間中には、前記パワーコンディショナーの入力の電圧値及び電流値に基づき、前記パワーコンディショナーの入力電力が目標値となるように前記充放電電力の大きさを調整し、前記太陽電池のＩＶ特性のスキャンが行われている期間中には、前記充放電電力の大きさを、当該期間開始時の前記充放電電力の大きさに維持する構成を有する。

すなわち、パワーコンディショナーの中には、太陽電池のＩＶ特性を短時間のうちにスキャンして、ＩＶ特性のスキャン結果から求めた最大電力点に動作点を移動させるＭＰＰＴ制御（以下、スキャン型ＭＰＰＴ制御と表記する）を行うもの（特許文献２参照）が存在している。また、パワーコンディショナーの中には、スキャン型ＭＰＰＴ制御と他法（山登り法等）によるＭＰＰＴ制御とを組み合わせたＭＰＰＴ制御を行うものも存在している。そして、太陽電池のＩＶ特性のスキャン中に蓄電池の充放電電力が変更されると、実際には最大電力点ではない動作点が最大電力点として求められてしまうことが多いが、スキャンが行われていない期間に蓄電池の充放電電力を変更しても、ＭＰＰＴ制御に大きな悪影響を及ぼすことはない。従って、上記構成を有する本発明の第２の態様の蓄電池制御装置によっても、既存の太陽光発電システムのパワーコンディショナーの入力電力を、ＭＰＰＴ制御に支障を来さない形で、目標値近傍の値に制御することが出来る。

本発明の蓄電池制御装置を用いれば、既存の太陽光発電システムのパワーコンディショナーの入力電力の変動幅を、ＭＰＰＴ制御に支障を来さない形で、目標値近傍の値に制御することが出来る。

図１は、本発明の第１実施形態に係る蓄電池制御装置が用いられた電力供給システムの概略構成図である。図２は、第１実施形態に係る蓄電池制御装置の制御部が実行する蓄電池制御処理の流れ図である。図３は、山登り法を用いたＭＰＰＴ制御時におけるＤＣラインの電圧値Ｖ_ＤＣの時間変化パターンの説明図である。図４は、本発明の第２実施形態に係る蓄電池制御装置の制御部が実行する蓄電池制御処理の説明図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

《第１実施形態》
まず、図１を用いて、本発明の第１実施形態に係る蓄電池制御装置１０の構成及び使用形態を説明する。尚、この図１は、蓄電池制御装置１０を用いて構築された電力供給システムの概略構成図である。

本実施形態に係る蓄電池制御装置１０は、負荷３４及び系統３６とに接続されたパワーコンディショナー３２と太陽電池３０とをＤＣライン４０で接続した既存の太陽光発電システムに、蓄電池２０と共に追加される装置である。また、図示してあるように、蓄電池制御装置１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２と制御部１４とを主要構成要素とした装置となっている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、制御部１４による制御下、ＤＣライン４０（太陽電池３０）からの電力で蓄電池２０を充電するための電圧変換処理や、蓄電池２０に蓄えられている電力をＤＣライン４０に出力するための電圧変換処理を行うユニットである。

制御部１４は、蓄電池２０の充放電電力（蓄電池２０への充電電力、蓄電池２０からの放電電力）が所望値（詳細は後述）となるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２を制御するユニットである。この制御部１４は、ＣＰＵと、ＣＰＵが実行するプログラム（ファームウェア）等を記憶したＲＯＭ、作業領域として使用されるＲＡＭ、各部へのインタフェース回路等から構成されている。

図示してあるように、制御部１４には、ＤＣライン４０の電圧を測定するための電圧センサ１６からの信号、及び、パワーコンディショナー３２の入力電流を測定するための電流センサ４２からの信号が入力されている。また、制御部１４には、各種設定を行うための操作パネル（図示略）が電気的に接続されている。

以下、蓄電池制御装置１０の機能を説明する。

蓄電池制御装置１０の制御部１４は、蓄電池制御装置１０の電源が投入されると、図２に示した手順の蓄電池制御処理を開始するように、構成（プログラミング）されている。

すなわち、蓄電池制御装置１０の電源が投入されたため、この蓄電池制御処理を開始した制御部１４は、まず、変数ＣＮＴに“０”を設定する（ステップＳ１０１）。

そして、制御部１４は、ステップＳ１０２〜Ｓ１０８のループ処理を、Δｔ_ＳＡＭ周期で実行する状態となる。ここで、Δｔ_ＳＡＭとは、一般的な山登り法によるＭＰＰＴ制御における太陽電池２０の出力電圧の変更周期よりも十分に短くなるように（当該周期でＤ
Ｃライン４０の電圧値等を測定すれば、パワーコンディショナー３２が行っているＭＰＰＴ制御の種別／内容が判別できるように）、予め定められている値（時間）のことである。

図示してあるように、ステップＳ１０２〜Ｓ１０８のループ処理を開始した制御部１４は、まず、ＤＣライン４０の電圧値と電流値とを測定する（ステップＳ１０２）。すなわち、制御部１４は、電圧センサ１６と電流センサ４２とから、ＤＣライン４０の電圧値と電流値とを取得する処理を行う。

次いで、制御部１４は、パワーコンディショナー３２が、山登り法を用いたＭＰＰＴ制御を行っている期間中であるか否かを判別するためのＭＰＰＴ制御種別判別処理（ステップＳ１０３）を行う。

制御部１４が行うＭＰＰＴ制御種別判別処理は、ＤＣライン４０の電圧値の測定履歴（ＤＣライン４０の電圧値の過去及び今回の測定結果）に基づき、ＤＣライン４０の電圧値がステップ状に変化しているか否かを判定することにより、山登り法を用いたＭＰＰＴ制御が行われているか否かを判別する処理である。尚、『ＤＣライン４０の電圧値がステップ状に変化している』とは、ほぼ同じ電圧値が連続して測定された後に、当該電圧値とは異なる電圧値が連続して測定される，ということである。

すなわち、パワーコンディショナー３２によって山登り法を用いたＭＰＰＴ制御が行われている場合、ＤＣライン４０の電圧値Ｖ_ＤＣは、図３に示したように、周期的にステップ状に変化する。一方、山登り法を用いたＭＰＰＴ制御を停止して、他の制御が行われている場合には、ＤＣライン４０の電圧値の変化量が、山登り法を用いたＭＰＰＴ制御における１回分の電圧変化量ΔＶ_ＤＣよりも大きくなったり、ＤＣライン４０の電圧値が単調増加したり単調減少したりする。従って、ＤＣライン４０の電圧値の測定履歴に基づき、山登り法を用いたＭＰＰＴ制御が行われているか否かを判定することが出来る。

山登り法を用いたＭＰＰＴ制御が行われていると判断した場合（ステップＳ１０４；ＹＥＳ）、制御部１４は、ＣＮＴ値が規定数未満であるか否かを判断する（ステップＳ１０５）。

ＣＮＴ値が規定数未満であった場合（ステップＳ１０５；ＹＥＳ）、制御部１４は、ＣＮＴ値を“１”インクリメント（ステップＳ１０６）してから、ステップＳ１０２以降の処理を再び開始する。そして、制御部１４は、山登り法を用いたＭＰＰＴ制御が行われている期間中に（ステップＳ１０４；ＹＥＳ）、ＣＮＴ値が規定数以上となった場合（ステップＳ１０５；ＮＯ）には、パワーコンディショナー３２の入力電力（図２では、ＰＣＳ入力電圧）が目標値となるように、蓄電池２０の充放電電力（蓄電池２０への充電電力、蓄電池２０からの放電電力）を調整する（ステップＳ１０７）。

すなわち、パワーコンディショナー３２の入力電力は、太陽電池３０からの電力の一部を蓄電池２０の充電に使用すれば減少し、蓄電池２０に蓄えられている電力をＤＣライン４０上に放電すれば上昇する。ステップＳ１０７の処理では、ステップＳ１０２の処理で測定した電圧値及び電流値からパワーコンディショナー３２の入力電力が求められる。そして、パワーコンディショナー３２の入力電力が目標値となるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の制御により、蓄電池２０の充放電電力が調整される。

尚、蓄電池２０の容量やＰＶ３０の最大発電電力によって目標値の適正値は異なる。そのため、本実施形態に係る蓄電池制御装置１０は、操作パネルの操作により、時間（時刻）に応じて変化しない目標値や時間に応じて変化する目標値として設定できる装置として
構成されている。

また、ＣＮＴ値が規定数以上となった場合だけに充放電電力が調整されるようにしているのは、山登り法を用いたＭＰＰＴ制御が行われているか否かを判定するためには、比較的に短い周期で電圧値等を測定することが必要とされるが、蓄電池２０の充放電電力の調整周期を電圧値等を測定周期と同程度の周期としておけなくても、パワーコンディショナー３２の入力電力を目標値近傍の値に制御できるためである。ただし、パワーコンディショナー３２の入力電力の変動幅を低減するという観点からは、蓄電池２０の充放電電力の調整周期は、ＭＰＰＴ制御における太陽電池２０の出力電圧の変更周期よりも短い方が好ましい。そのため、本実施形態に係る制御部１４は、ＭＰＰＴ制御種別判別処理時にパワーコンディショナー３２が山登り法を用いたＭＰＰＴ制御を行っていると判定した場合、当該ＭＰＰＴ制御における太陽電池２０の出力電圧の変更周期Δｔ_ＭＰＰＴを特定して、規定数・Δｔ_ＳＡＭ＞Δｔ_ＭＰＰＴが成立していた場合には、規定数・Δｔ_ＳＡＭ≦Δｔ_ＭＰＰＴが成立するように、規定数の値を変更する処理も行うように構成されている。

制御部１４は、山登り法を用いたＭＰＰＴ制御が行われている期間中は、上記した内容のステップＳ１０５〜Ｓ１０８の処理（つまり、パワーコンディショナー３２の入力電力が目標値となるように充放電電力を調整／変更する処理）を繰り返す。

一方、山登り法を用いたＭＰＰＴ制御が行われていないと判断した場合（ステップＳ１０４；ＮＯ）、制御部１４は、ステップＳ１０５〜Ｓ１０８の処理を行うことなく、ステップＳ１０２以降の処理を開始する。すなわち、パワーコンディショナー３２が山登り法を用いたＭＰＰＴ制御が行っていない期間中、制御部１４は、蓄電池２０の充放電電力の大きさを、当該期間開始時の充放電電力の大きさに維持する。

そして、制御部１４は、山登り法を用いたＭＰＰＴ制御が再び開始された場合（ステップＳ１０４；ＹＥＳ）に、ステップＳ１０５〜Ｓ１０８の処理を行う状態に戻る。

以上、説明したように、本実施形態に係る蓄電池制御装置１０の制御部１４は、山登り法を用いたＭＰＰＴ制御が行われている期間中には、パワーコンディショナー３２の入力の電圧値及び電流値に基づき、パワーコンディショナー３２の入力電力が目標値となるように蓄電池２０の充放電電力の大きさを調整する。また、制御部１４は、山登り法を用いたＭＰＰＴ制御が行われていない期間中には、蓄電池２０の充放電電力の大きさを、当該期間開始時の充放電電力の大きさに維持する。

そして、山登り法以外の方法を用いたＭＰＰＴ制御時に蓄電池の充放電電力を変更すると、電力が減る方向に動作点が移動してしまうことがあり得るが、山登り法を用いたＭＰＰＴ制御時に蓄電池２０の充放電電力を変更してもＭＰＰＴ制御に大きな悪影響を与えなることはない。従って、この第１実施形態に係る蓄電池制御装置１０を用いておけば、既存の太陽光発電システムのパワーコンディショナーの入力電力を、ＭＰＰＴ制御に支障を来さない形で、目標値近傍の値に制御することが出来る。

《第２実施形態》
以下、第１実施形態の蓄電池制御装置１０の説明時に用いたものと同じ符号を用いて、本発明の第２実施形態に係る蓄電池制御装置１０について説明する。

本実施形態に係る蓄電池制御装置１０（以下、第２蓄電池制御装置１０とも表記する）は、図４に示した手順の蓄電池制御処理を行うように、第１実施形態の蓄電池制御装置１０（以下、第１蓄電池制御装置１０とも表記する）を変形した装置である。

この蓄電池制御処理のステップＳ２０１、Ｓ２０２、Ｓ２０５〜Ｓ２０８の処理は、それぞれ、第１蓄電池制御装置１０が行う蓄電池制御処理（図２）のステップＳ１０１、Ｓ１０２、Ｓ１０５〜Ｓ１０８の処理と同内容の処理である。

ステップＳ２０３にて行われるＭＰＰＴ制御種別判別処理は、ステップＳ１０３にて行われるＭＰＰＴ制御種別判別処理と同様に、パワーコンディショナー３２が行っているＭＰＰＴ制御の種別（種類、内容）を判別する処理である。ただし、ステップＳ２０３のＭＰＰＴ制御種別判別処理では、パワーコンディショナー３２の入力の電流値の時間変化パターンに基づき、太陽電池３０のＩＶ特性のスキャンが行われている期間中であるか否かが判別される。

そして、第２蓄電池制御装置１０が行う蓄電池制御処理では、図示してあるように、太陽電池３０のＩＶ特性のスキャンが行われていない期間中（ステップＳ２０４；ＮＯ）には、パワーコンディショナー３２の入力電力が目標値となるように蓄電池２０の充放電電力の大きさが調整され、太陽電池３０のＩＶ特性のスキャンが行われている期間中（ステップＳ２０４；ＹＥＳ）には、蓄電池２０の充放電電力の大きさが、当該期間開始時の充放電電力の大きさに維持される。

ＭＰＰＴ制御関連の処理で、蓄電池２０の充放電電力の変更により最も支障が生じ易い処理は、スキャン型ＭＰＰＴ制御（特許文献２参照）時に行われる、太陽電池のＩＶ特性を短時間のうちにスキャンする処理である。従って、この第２実施形態に係る蓄電池制御装置１０によっても、既存の太陽光発電システムのパワーコンディショナーの入力電力を、ＭＰＰＴ制御に支障を来さない形で、目標値近傍の値に制御することが出来る。

《変形形態》
上記した第１、第２実施形態に係る蓄電池制御装置１０は、各種の変形を行えるものである。例えば、第１実施形態に係る蓄電池制御装置１０は、山登り法を用いたＭＰＰＴ制御が行われている期間中であるか否かを、Ｖ_ＤＣの時間変化パターンから判別する装置であったが、蓄電池制御装置１０を、山登り法を用いたＭＰＰＴ制御が行われている最中であるか否かを、他の情報（例えば、パワーコンディショナー３２への入力電流の時間変化パターンや、パワーコンディショナー３２への入力電流及び入力電圧の時間変化パターン）から判別する装置に変形しても良い。同様に、第２実施形態に係る蓄電池制御装置１０を、太陽電池３０のＩＶ特性のスキャンが行われている期間中であるか否かを、パワーコンディショナー３２への入力電圧の時間変化パターンや、パワーコンディショナー３２への入力電流及び入力電圧の時間変化パターンから判別する装置に変形しても良い。

さらに、各実施形態に係る蓄電池制御装置１０を、蓄電池２０の充放電電力の調整周期が固定されている装置に変形しても良いことや、蓄電池制御処理の開始条件が上記したものとは異なる装置（例えば、発電電力が一定値以上となったときに蓄電池制御処理の開始する装置）に変形しても良いことなどは、当然のことである。

１０・・・蓄電池制御装置
１２・・・ＤＣ／ＤＣコンバータ
１４・・・制御部
１６・・・電圧センサ
２０・・・蓄電池
３０・・・太陽電池
３２・・・パワーコンディショナー
３４・・・負荷
３６・・・系統
４０・・・ＤＣライン
４２・・・電流センサ

Claims

太陽電池と最大電力点追従制御を行うパワーコンディショナーとの間を接続する電力線と、蓄電池とに接続される蓄電池制御装置において、
前記電力線と前記蓄電池との間で電力を授受させるためのＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することにより、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記電力線と前記蓄電池との間で授受される充放電電力の大きさを調整する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記パワーコンディショナーの入力の電圧値又は電流値に基づき、前記パワーコンディショナーによって山登り法を用いた最大電力点追従制御が行われている期間中であるか否かを判別し、山登り法を用いた最大電力点追従制御が行われている期間中には、前記パワーコンディショナーの入力の電圧値及び電流値に基づき、前記パワーコンディショナーの入力電力が目標値となるように前記充放電電力の大きさを調整し、山登り法を用いた最大電力点追従制御が行われていない期間中には、前記充放電電力の大きさを、当該期間開始時の前記充放電電力の大きさに維持する
ことを特徴とする蓄電池制御装置。
前記山登り法を用いた最大電力点追従制御が行われていない期間中とは前記パワーコンディショナーによって前記太陽電池のＩＶ特性のスキャンが行われている期間である
ことを特徴とする請求項１に記載の蓄電池制御装置。
前記制御部は、パワーコンディショナーの山登り法を用いた最大電力点追従制御における前記太陽電池の出力電圧の変更周期を特定し、山登り法を用いた最大電力点追従制御が行われている期間中の前記充放電電力の大きさの調整周期を、特定した変更周期以下の周期に変更する機能を有する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の蓄電池制御装置。
太陽電池と最大電力点追従制御を行うパワーコンディショナーとの間を接続する電力線と、蓄電池とに接続される蓄電池制御装置において、
前記電力線と前記蓄電池との間で電力を授受させるためのＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することにより、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを介して前記電力線と前記蓄電池との間で授受される充放電電力の大きさを調整する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記パワーコンディショナーの入力の電圧値又は電流値に基づき、前記パワーコンディショナーによって前記太陽電池のＩＶ特性のスキャンが行われている期間中であるか否かを判別し、前記太陽電池のＩＶ特性のスキャンが行われていない期間中には、前記パワーコンディショナーの入力の電圧値及び電流値に基づき、前記パワーコンディショナーの入力電力が目標値となるように前記充放電電力の大きさを調整し、前記太陽電池のＩＶ特性のスキャンが行われている期間中には、前記充放電電力の大きさを、当該期間開始時の前記充放電電力の大きさに維持する
ことを特徴とする蓄電池制御装置。