JP6618870B2

JP6618870B2 - 太陽光発電用電力変換装置、制御方法および太陽光発電システム

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Description

本発明は太陽光発電用電力変換装置、制御方法および太陽光発電システムに関する。

太陽光発電用電力変換装置は、太陽光パネルで発電された直流電力を交流電力へ変換して電力系統に電力を供給する電力変換装置である。

太陽光発電用電力変換装置の一例としてインバータから構成されるものがある。これは、太陽光パネルが出力する直流電力をインバータが商用周波数の交流電力に変換して、電力系統へ送電するというものである。また、他の一例として，チョッパとインバータから構成されるものがある。これは，太陽光パネルが出力する直流電力をチョッパで昇圧し、チョッパの出力する直流電力をインバータが商用周波数の交流電力に変換して、電力系統へ送電するというものである。

このような太陽光発電用電力変換装置においては、一般的に、太陽光パネルの出力電力が最大となるように最大電力追従（ＭＰＰＴ：ＭａｘｉｍｕｍＰｏｗｅｒＰｏｉｎｔＴｒａｃｋｉｎｇ）制御を行う。最大電力追従制御とは、周囲環境によって変化する太陽光パネルの出力特性に追従して、太陽光パネルの出力電力が最大となるように太陽光パネルのパネル電圧を調整する制御である。このような最大電力追従制御はインバータあるいはチョッパが太陽光パネルのパネル電圧を調整することで行う。

一方で、電力は需要と供給のバランスを常に図る必要がある。電力の需要に対して供給が多すぎる場合には、停電が発生するなど電力の安定供給に支障をきたすおそれがある。このような状況を避けるために、太陽光発電用電力変換装置においては、電力会社からの出力指令に従って太陽光パネルの出力を制御することが求められる。

特許文献１には、出力電力抑制が求められた場合、出力電力抑制指令に従って、最大電力追従制御を停止し、出力電力を抑制する太陽光発電用電力変換装置が記載されている。

特開２０１３−１８３５７８号公報

しかし、出力電力抑制指令に従って最大電力追従制御を停止し、出力電力を抑制する場合、太陽光パネルの出力特性によっては出力電力抑制を達成できない場合がある。例えば、雲などの影響で太陽光パネルの一部に影が掛かると、太陽光パネルの出力特性が大きく変化する場合がある。

例えば具体的には、一点の最大値を有するような凸形状の出力特性を取らず、複数の凸形状を有する出力特性を有する太陽光パネルに接続した太陽光発電用電力変換装置において、特許文献１のように、最大電力追従制御を停止し、出力電力を減少させる制御を行うと、出力電力抑制指令が出されているにも関わらず、出力が上昇傾向に転じる状況が生じてしまう。また、太陽光パネルに掛かる影は時々刻々変化するので、太陽光パネルの出力特性は時間的にも変化し、それに起因して太陽光発電用電力変換装置の出力も変動する。

以上のことから本発明においては、出力電力抑制指令に従って、太陽光発電用電力変換装置が適切に出力抑制することができる制御装置等を備えた太陽光発電用電力変換装置、制御方法および太陽光発電システムを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明においては、太陽光パネルの出力する直流電力を電力変換器により交流電力に変換して系統に出力する太陽光発電用電力変換装置であって、電力変換器を制御する制御部は、太陽光パネルのパネル電圧を制御する直流電圧制御部と、電力変換器の出力電力を制御する有効電力制御部を備え、外部からの指令に応じて直流電圧制御部の出力と有効電力制御部の出力を切り替えて、電力変換器を駆動するためのゲートパルス信号を与えることを特徴とする太陽光発電用電力変換装置としたものである。

さらに本発明は、太陽光パネルの出力する直流電力を電力変換器により交流電力に変換して系統に出力する太陽光発電用電力変換装置の制御方法であって、電力変換器を制御する制御部は、太陽光パネルのパネル電圧を制御する直流電圧制御部と、電力変換器の出力電力を制御する有効電力制御部を備え、外部からの指令に応じて直流電圧制御部の出力と有効電力制御部の出力を切り替えて、電力変換器を駆動するためのゲートパルス信号を与えるとともに、定常時は直流電圧制御部により最大電力追従制御を実施し、外部からの指令が与えられたときには有効電力制御部により出力抑制制御を実施し、その後所定出力に到達後は直流電圧制御部によりパネル電圧制御を実施することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置の制御方法としたものである。

さらに本発明は、太陽光パネルと、太陽光パネルの出力する直流電力を電力変換器により交流電力に変換して系統に出力する太陽光発電用電力変換装置とを有し、電力変換器を制御する制御部は、太陽光パネルのパネル電圧を制御する直流電圧制御部と、電力変換器の出力電力を制御する有効電力制御部を備え、外部からの指令に応じて直流電圧制御部の出力と有効電力制御部の出力を切り替えて、電力変換器を駆動するためのゲートパルス信号を与えることを特徴とする太陽光発電システムとしたものである。

本発明によれば、出力電力抑制指令に従って、太陽光発電用電力変換装置が適切に出力抑制することができる制御装置等を提供することが可能となる。

本発明の実施例１に係る太陽光発電用電力変換装置の構成を示す図。太陽光パネルの特性の一例を示す図。本発明の出力抑制制御を実行した時の動作波形を示す図。本発明の実施例２に係る太陽光発電用電力変換装置の構成を示す図。太陽光パネルへの日射量が変化した時のパネル特性の一例を示す図。動作点Ｇの代わりに動作点Ｇ２に移行させる時の動作波形を示す図。本発明の実施例３に係る太陽光発電用電力変換装置の構成を示す図。本発明の実施例４に係る太陽光発電用電力変換装置の構成を示す図。本発明の実施例５に係る太陽光発電用電力変換装置の構成を示す図。本発明の実施例６に係る太陽光発電用電力変換装置の構成を示す図。

以下、本発明に係る太陽光発電用電力変換装置及びその実施例について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る太陽光発電用電力変換装置の構成を示す。実施例１の太陽光発電用電力変換装置２６は、太陽光パネル１、電力変換器であるインバータ２、電圧検出器４、電流検出器５、電圧検出器６、電流検出器７、制御部８から構成されている。

太陽光パネル１はインバータ２の直流部と接続し、インバータ２の交流部は三相の電力系統３と接続されている。インバータ２は、太陽光パネル１から供給される直流電力を交流電力に変換して電力系統３に供給する。

電圧検出器４は太陽光パネル１の出力側に設けられており、太陽光パネル１の出力電圧を検出する。なお、太陽光パネル１の出力電圧はインバータ２の直流電圧と同じであり、電圧検出器４はインバータ２の直流電圧を検出するということもできる。電流検出器５は、太陽光パネル１の出力側に設けられており、太陽光パネル１の出力電流を検出する。なお、太陽光パネル１の出力電流はインバータ２の直流部への入力電流と同じであり、インバータ２の直流部への入力電流を検出するということもできる。電圧検出器６は、インバータ２の出力側に設けられており、インバータ２が連系する系統の系統電圧を検出する。電流検出器７は、インバータ２が連系する系統に出力する出力電流を検出する。

電圧検出器４、電流検出器５、電圧検出器６、電流検出器７の検出する電圧検出値や電流検出値は制御部８に入力される。また、制御部８には外部指令１００が入力される。この外部指令１００は太陽光発電用電力変換装置２６の出力を抑制する時に入力される出力抑制指令である。制御部８は、入力された電圧検出値や電流検出値や外部指令１００に基づいて所定の演算を行い、インバータ２を駆動するためのゲートパルス信号１０１を出力する。

外部指令受信部９は、外部指令１００を受信し、出力抑制制御部１０に出力抑制指令を出力する。出力抑制制御部１０は外部指令受信部９の出力する出力抑制指令を受けて、有効電力制御部１１に出力電力指令を、切替スイッチ１２に切替指令を出力する。

有効電力制御部１１は、電力系統３の系統電圧の電圧検出値とインバータ２から電力系統３へ流れる出力電流の電流検出値と出力抑制制御部１０が出力する出力電力指令を入力とし、インバータ２が電力系統３へ出力する出力電力が出力電力指令と一致するように有効電力制御を行い、インバータ２への出力電流指令を出力する。

直流電圧制御部１３は、太陽光パネル１の出力電圧の電圧検出値と出力電流の電流検出値を入力とし、太陽光パネル１の出力電力が最大になるように最大電力追従制御を行うことで太陽光パネル１の出力電圧指令を演算し、太陽光パネル１の出力電圧が出力電圧指令と一致するように直流電圧制御を行い、インバータ２への出力電流指令を出力する。

切替スイッチ１２は、有効電力制御部１１の出力する出力電流指令と直流電圧制御部１３の出力する出力電流指令と出力抑制制御部１０の出力する切替指令を入力とし、太陽光発電用電力変換装置２６の出力を抑制させる時は有効電力制御部１１の出力する出力電流指令を選択して出力し、それ以外の時は直流電圧制御部１３の出力する出力電流指令を選択して出力する。

電流制御部１４は、切替スイッチ１２が出力する出力電流指令と電力系統３の系統電圧の電圧検出値とインバータ２から電力系統３へ流れる出力電流の電流検出値を入力とし、インバータ２から電力系統３へ流れる出力電流が出力電流指令と一致するように電流制御を行い、インバータ２の出力電圧指令を出力する。

ＰＷＭ制御部１５は、電流制御部１４の出力する出力電圧指令を入力とし、ＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御を行い、インバータ２を駆動するためのゲートパルス信号１０１を出力する。

図２は太陽光パネル１に部分的に影が掛かった時のパネル特性の一例を示す。図示のパネル特性は、パネル電圧（横軸）とパネル出力（縦軸）の関係を表しており、複数の凸形状を有する出力特性を有している。図２において動作点Ｓは、太陽光発電用電力変換装置２６内の直流電圧制御部１３により最大電力追従制御を行っている時の動作点である。動作点Ｇは、太陽光発電用電力変換装置２６内の有効電力制御部１１により出力抑制制御を行っている時の動作点である。またＰ１，Ｐ２は複数の凸形状を有する出力特性の極小、極大を示す動作点であり、Ｐ３は任意の動作点である。

図２には、各動作点におけるパネル電圧（横軸）とパネル出力（縦軸）の関係が記号表記されている。例えば動作点Ｓのパネル電圧はＶｓ，パネル出力はＰｓであり、動作点Ｇのパネル電圧はＶ_Ｇ，パネル出力はＰ_Ｇである。この図のパネル特性ＰＮによれば、動作点Ｓで運転している時に、外部から出力抑制指令が与えられて動作点Ｇまで動作点を移行させるために、太陽光発電用電力変換装置２６内の直流電圧制御部１３によりパネル電圧をＶｓからＶ_Ｇに向けて均等に変化させた場合、パネル出力の変動を生じることが理解できる。

図３は、本発明の出力抑制制御を実行した時の動作波形を示している。図３において、横軸には時刻を表しており、時刻０から時刻Ｔ_ｓまでは太陽光発電用電力変換装置２６内の直流電圧制御部１３により最大電力追従制御を行っている。時刻Ｔ_ｓから時刻Ｔ_Ｇまでは太陽光発電用電力変換装置２６内の有効電力制御部１１により出力抑制制御を行っている。時刻Ｔ_Ｇ以降は、太陽光発電用電力変換装置２６内の直流電圧制御部１３によりパネル電圧制御を行っている。

図３の縦軸には太陽光パネル１の出力電力とパネル電圧を示している。図３において、最初の状態である最大電力追従制御を行っている状態では、直流電圧制御部１３が出力する出力電流指令に従ってインバータ２は動作している。このときに直流電圧制御部１３が出力する出力電流指令は、図２の動作点Ｓに対応し、パネル電圧Ｖｓ，パネル出力Ｐｓを実現している。

時刻Ｔ_ｓにおいて、太陽光発電用電力変換装置２６は外部指令に応じて出力抑制動作を開始する。このとき出力抑制制御部１０は、時刻Ｔ_ｓから時刻Ｔ_Ｇにかけて一定の時間変化率で減少する有効電力の目標信号（出力電力指令）を有効電力制御部１１に与えている。出力抑制制御部１０が出力する出力電力指令に従って有効電力制御部１１が有効電力制御を実施し、有効電力制御部１１が出力する出力電流指令に従ってインバータ２は動作する。

その為、出力抑制制御部１０の出力する出力電力指令が低減すると、インバータ２の出力電力は出力電力指令に従って低減する。インバータ２の出力電力が低減すると、太陽光パネル１の出力電力とインバータ２の出力電力の差分電力がインバータ２の直流回路に蓄積されることで、インバータ２の直流電圧すなわち太陽光パネル１の出力電圧が上昇し、太陽光パネル１の出力電力も低下してインバータ２の出力電力と等しくなる。

なお、上記制御は、図２に示した複数の凸形状を有する出力特性を有する太陽光パネルに対して実施されるので、図３の動作を図２の各動作点との対応で述べると以下のようである。まず、時刻Ｔ_Ｓから時刻Ｔ_Ｐ１にかけて出力電力指令をＰ_ＳからＰ_Ｐ１に低減する時は、インバータ２の出力電力及び太陽光パネル１の出力電力はＰ_ＳからＰ_Ｐ１に低減し、太陽光パネル１の出力電圧はＶ_ＳからＶ_Ｐ１まで上昇する。この時、図２において動作点は動作点Ｓから動作点Ｐ１に移行している。

次に、時刻Ｔ_Ｐ１から時刻Ｔ_Ｐ３にかけて出力電力指令をＰ_Ｐ１からＰ_Ｐ３に低減する時は、インバータ２の出力電力は出力電力指令に従ってＰ_Ｐ１からＰ_Ｐ３に低減する。一方、太陽光パネル１の出力電力はＰ_Ｐ１から過渡的にＰ_Ｐ２まで上昇してからＰ_Ｐ３まで低減する。これは、図２に示すように太陽光パネル１の出力特性が動作点Ｐ２では局所的な極大点になっているためである。

太陽光パネル１の出力電圧はＶ_Ｐ１からＶ_Ｐ２を経由してＶ_Ｐ３まで上昇する。この時、図２において動作点は動作点Ｐ１から動作点Ｐ２を経由して動作点Ｐ３に移行している。なお、図示していないが、太陽光パネル１の出力電流も過渡的に上昇してから減少する動作となる。

次に、時刻Ｔ_Ｐ３から時刻Ｔ_Ｇにかけて出力電力指令をＰ_Ｐ３からＰ_Ｇに低減する時は、インバータ２の出力電力及び太陽光パネル１の出力電力は出力電力指令に従ってＰ_Ｐ３からＰ_Ｇに低減し、太陽光パネル１の出力電圧はＶ_Ｐ３からＶ_Ｇまで上昇する。この時、図２において動作点は動作点Ｐ３から動作点ＰＧに移行している。

時刻Ｔ_Ｇ以降は直流電圧制御部１３が出力する出力電流指令に従ってインバータ２を再び動作させる。ただし、この時は最大電力追従制御ではなく、パネル１の出力電圧をＶ_Ｇで維持するように制御する。このようにすることで、インバータ２の出力をＰ_Ｇで維持することができる。

以上のように、太陽光パネル１の出力電圧を制御する直流電圧制御から、インバータ２の出力電力を制御する有効電力制御に制御方式を切り替えることで、外部からの出力抑制指令に追従することが可能となる。また、その後再び太陽光パネル１の出力電圧を制御する直流電圧制御に切り替えることで出力を抑制した状態を維持することができる。

図４は、本発明の実施例２に係る太陽光発電用電力変換装置の構成を示している。実施例２の太陽光発電用電力変換装置２６が、図１と異なるのは、電圧検出器４の出力する太陽光パネル１の出力電圧を入力とし、出力抑制制御部１０に出力電力補正指令を出力するパネル電圧監視部１６を備える点である。

パネル電圧監視部１６は、出力抑制動作を実施中に日射量が減少した時の太陽光パネル１の出力電圧の低下を防止する機能を果たしている。実施例１では、出力抑制動作期間中には十分な日射量が得られていることを前提に説明している。然るに実際には、この期間中に日射量が急減することがある。日射量が減少すると太陽光パネル１の出力できる最大電力も低下するため、太陽光パネル１の出力できる最大電力よりも大きい電力をインバータ２が出力しようとすると、不足分の電力をインバータ２の直流回路に蓄えられているエネルギーから補填することになるため、インバータ２の直流電圧すなわち太陽光パネル１の出力電圧が低下する。

そこで、パネル電圧監視部１６は、太陽光パネル１の出力電圧を監視し、太陽光パネル１の出力電圧が所定値よりも下がる場合には、出力抑制制御部１０に出力電力補正指令を出力することでインバータ２の出力電力が小さくなるように補正制御を実施する。

図５は太陽光パネルへの日射量が変化した時のパネル特性の一例を示す。図５には、パネル特性として、日射量が大きい場合のパネル特性ＰＮ１と日射量が小さい場合のパネル特性ＰＮ２を合わせて表記している。図５において、動作点Ｓは、日射量が大きい場合に最大電力追従制御を行っている時のパネル特性ＰＮ１上の動作点である。これに対しパネル特性ＰＮ１上で、動作点Ｓから動作点Ｇまで動作点を移行させて出力を抑制しようとしている時に、日射量が減少したとすると、動作点は日射量が小さい場合のパネル特性ＰＮ２に移行することになる。この結果として、日射量が小さい場合のパネル特性ＰＮ２上では、動作点Ｇまで移行させることができなくなり、動作点Ｇに近い動作点Ｇ２にシフトさせることが唯一行えることである。

パネル特性ＰＮ１上の動作点Ｇの代わりにパネル特性ＰＮ２上の動作点Ｇ２に移行させる時の動作波形を図６に示す。図６において、時刻０から時刻Ｔ_Ｓまでは最大電力追従制御を行っており、直流電圧制御部１３が出力する出力電流指令に従ってインバータ２は動作している。

時刻Ｔ_Ｓから出力抑制動作を開始すると、出力抑制制御部１０が出力する出力電力指令に従って有効電力制御部１１が有効電力制御を実施し、有効電力制御部１１が出力する出力電流指令に従ってインバータ２は動作するようになる。その為、出力抑制制御部１０の出力する出力電力指令が低減すると、インバータ２の出力電力は出力電力指令に従って低減する。インバータ２の出力電力が低減すると、太陽光パネル１の出力電力とインバータ２の出力電力の差分電力がインバータ２の直流回路に備えられたコンデンサに蓄積されることで、インバータ２の直流電圧すなわち太陽光パネル１の出力電圧が上昇し、太陽光パネル１の出力電力も低下してインバータ２の出力電力と等しくなる。

次に、時刻Ｔ_Ｄにおいて日射量が低下し、太陽光パネル１の出力が低下したとする。このとき、太陽光パネル１の出力電力とインバータ２の出力電力の差分電力がインバータ２の直流回路に蓄積されているエネルギーから補填されることで、インバータ２の直流電圧すなわち太陽光パネル１の出力電圧が低下する。

次に、時刻Ｔ_Ｌにおいて、太陽光パネル１の出力電圧が所定値Ｖ_Ｌよりも低下すると、パネル電圧監視部１６が出力抑制制御部１０に出力電力補正指令を出力する。出力抑制制御部１０はパネル電圧監視部１６が出力する出力電力補正指令を受けると、太陽光パネル１の出力電圧の低下が収まるまで有効電力制御部１１に出力する出力電力指令を低減する。

次に、時刻Ｔ_Ｍにおいて、太陽光パネル１の出力電圧の低下が収まると、直流電圧制御部１３が出力する出力電流指令に従ってインバータ２を再び動作させる。この時、直流電圧制御部１３は最大電力追従制御を実施することで、太陽光パネル１の出力電圧をＶ_Ｇ２に維持する。このようにすることで、インバータ２の出力をＰ_Ｇ２で維持することができる。

以上のように、太陽光パネル１の出力電圧を制御する直流電圧制御から、インバータ２の出力電力を制御する有効電力制御に制御方式を切り替えることで、外部からの出力抑制指令に追従することが可能となる。また、有効電力制御が動作中に日射量が低減した場合にも太陽光パネル１の出力電圧の低下を抑制し、運転継続することが可能となる。

図７は、本発明の実施例３に係る太陽光発電用電力変換装置の構成を示す。実施例３の太陽光発電用電力変換装置２６において図１と異なるのは、日射量を検出する日射量検出部１７及び、日射量検出部１７の出力する日射量検出値を入力として、出力抑制制御部１０に出力電力補正指令を出力する日射量監視部１８を備える点である。

日射量監視部１８は、出力抑制動作を実施中に日射量が減少した時の太陽光パネル１の出力電圧の低下を防止する機能を果たしている。日射量が減少すると太陽光パネル１の出力できる最大電力も低下するため、太陽光パネル１の出力できる最大電力よりも大きい電力をインバータ２が出力しようとすると、不足分の電力をインバータ２の直流回路に蓄えられているエネルギーから補填することになるため、インバータ２の直流電圧すなわち太陽光パネル１の出力電圧が低下する。

そこで、日射量監視部１８は日射量検出部１７の出力する日射量検出値を監視し、日射量が低下する場合には出力抑制制御部１０に出力電力補正指令を出力することでインバータ２の出力電力が小さくなるようにする。

このように、有効電力制御が動作中に日射量が低減した場合にも日射量を監視することで、実施例２と同様に太陽光パネル１の出力電圧の低下を抑制し、運転継続することが可能となる。

図８は、本発明の実施例４に係る太陽光発電用電力変換装置の構成を示す。実施例１から実施例３では、電力変換器がインバータ２により構成されていたが、実施例４では、電力変換器がチョッパ１９とインバータ２により構成されている。このため、実施例４の太陽光発電用電力変換装置２９は、電力主回路及び制御装置部分の構成が、実施例１から実施例３とは相違している。この相違点は以下のようである。

実施例４の太陽光発電用電力変換装置２９は、太陽光パネル１、チョッパ１９、電圧検出器４、電流検出器５、電圧検出器２０、電流検出器２１、インバータ２、電圧検出器６、電流検出器７、制御部２２を有している。

太陽光パネル１はチョッパ１９の入力側と接続し、チョッパ１９の出力側はインバータ２の直流部と接続し、インバータ２の交流部は三相の電力系統３と接続されている。チョッパ１９は、太陽光パネル１から供給される直流電力を昇圧してインバータ２に供給する。インバータ２はチョッパ１９から供給される直流電力を交流電力に変換して電力系統３に供給する。

電圧検出器４は太陽光パネル１の出力側に設けられており、太陽光パネル１の出力電圧を検出する。なお、太陽光パネル１の出力電圧はチョッパ１９の入力側の直流電圧と同じであり、電圧検出器４はチョッパ１９の入力側の直流電圧を検出するということもできる。電流検出器５は、太陽光パネル１の出力側に設けられており、太陽光パネル１の出力電流を検出する。なお、太陽光パネル１の出力電流はチョッパ１９の入力側への入力電流と同じであり、チョッパ１９の入力側への入力電流を検出するということもできる。電圧検出器２０はチョッパ１９の出力側に設けられており、チョッパ１９の出力側の直流電圧を検出する。なお、チョッパ１９の出力側の直流電圧はインバータ２の直流電圧と同じであり、インバータ２の直流電圧を検出するということもできる。電流検出器２１はチョッパ１９の出力側に設けられており、チョッパ１９の出力側の出力電流を検出する。なお、チョッパ１９の出力側の出力電流はインバータ２の直流部への入力電流と同じであり、インバータ２の直流部への入力電流を検出するということもできる。電圧検出器６は、インバータ２の出力側に設けられており、インバータ２が連系する系統の系統電圧を検出する。電流検出器７は、インバータ２が連系する系統に出力する出力電流を検出する。

電圧検出器４、電流検出器５、電圧検出器２０、電流検出器２１、電圧検出器６、電流検出器７の検出する電圧検出値や電流検出値は制御部２２に入力される。また、制御部２２には外部指令が入力される。この外部指令は太陽光発電用電力変換装置２９の出力を抑制する時に入力される出力抑制指令である。

制御部２２は、入力された電圧検出値や電流検出値や外部指令に基づいて所定の演算を行い、チョッパ１９、インバータ２を駆動するためのゲートパルス信号を出力する。外部指令受信部９は外部指令を受信し、出力抑制制御部１０に出力抑制指令を出力する。出力抑制制御部１０は外部指令受信部９の出力する出力抑制指令を受けて、有効電力制御部１１に出力電力指令を、切替スイッチ１２に切替指令を出力する。

有効電力制御部１１はチョッパ１９の出力側の電圧検出値と電流検出値と出力抑制制御部１０が出力する出力電力指令を入力とし、チョッパ１９がインバータ２の直流部へ出力する出力電力が出力電力指令と一致するように有効電力制御を行い、チョッパ１９への出力電圧指令を出力する。

直流電圧制御部１３は太陽光パネル１の出力電圧の電圧検出値と出力電流の電流検出値を入力とし、太陽光パネル１の出力電力が最大になるように最大電力追従制御を行うことで太陽光パネル１の出力電圧指令を演算し、太陽光パネル１の出力電圧が出力電圧指令と一致するように直流電圧制御を行い、チョッパ１９への出力電圧指令を出力する。

切替スイッチ１２は有効電力制御部１１の出力する出力電圧指令と直流電圧制御部１３の出力する出力電圧指令と出力抑制制御部１０の出力する切替指令を入力とし、太陽光発電用電力変換装置２９の出力を抑制させる時は有効電力制御部１１の出力する出力電圧指令を選択して出力し、それ以外の時は直流電圧制御部１３の出力する出力電圧指令を選択して出力する。ＰＷＭ制御部１５は切替スイッチ１２の出力する出力電圧指令を入力とし、ＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御を行い、チョッパ１９を駆動するためのゲートパルス信号を出力する。

直流電圧制御部２３はインバータ２の直流部の直流電圧検出値を入力とし、インバータ２の直流部の直流電圧が一定になるように直流電圧制御を行い、インバータ２への出力電流指令を出力する。電流制御部２４は直流電圧制御部２３が出力する出力電流指令と電力系統３の系統電圧の電圧検出値とインバータ２から電力系統３へ流れる出力電流の電流検出値を入力とし、インバータ２から電力系統３へ流れる出力電流が出力電流指令と一致するように電流制御を行い、インバータ２の出力電圧指令を出力する。ＰＷＭ制御部２５は電流制御部２４の出力する出力電圧指令を入力とし、ＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御を行い、インバータ２を駆動するためのゲートパルス信号を出力する。

このように、チョッパ１９及びインバータ２から構成される実施例４の構成においても、実施例１，２，３と同様に太陽光パネル１の出力電圧を制御する直流電圧制御から、チョッパ１９の出力電力を制御する有効電力制御に制御方式を切り替えることで、外部からの出力抑制指令に追従することが可能となる。また、その後再び太陽光パネル１の出力電圧を制御する直流電圧制御に切り替えることで出力を抑制した状態を維持することができる。

図９は、本発明の実施例５に係る太陽光発電用電力変換装置の構成を示す。実施例５の太陽光発電用電力変換装置２９において図８と異なるのは、電圧検出器４の出力する太陽光パネル１の出力電圧を入力とし、出力抑制制御部１０に出力電力補正指令を出力するパネル電圧監視部１６を備える点である。

パネル電圧監視部１６は出力抑制動作を実施中に日射量が減少した時の太陽光パネル１の出力電圧の低下を防止する。日射量が減少すると太陽光パネル１の出力できる最大電力も低下するため、太陽光パネル１の出力できる最大電力よりも大きい電力をチョッパ１９が出力しようとすると、不足分の電力をチョッパ１９の入力側の直流回路に蓄えられているエネルギーから補填することになるため、チョッパ１９の入力側の直流電圧すなわち太陽光パネル１の出力電圧が低下する。

そこで、パネル電圧監視部１６は太陽光パネル１の出力電圧を監視し、太陽光パネル１の出力電圧が所定値よりも下がる場合には出力抑制制御部１０に出力電力補正指令を出力することでチョッパ１９の出力電力が小さくなるようにする。

このように、チョッパ１９及びインバータ２から構成される本実施例の構成においても、
有効電力制御が動作中に日射量が低減した場合にもチョッパ１９の入力側の直流電圧を監視することで、実施例２と同様に太陽光パネル１の出力電圧の低下を抑制し、運転継続することが可能となる。

図１０は、本発明の実施例６に係る太陽光発電用電力変換装置の構成を示す。実施例６の太陽光発電用電力変換装置２９において図８と異なるのは、日射量を検出する日射量検出部１７及び、日射量検出部１７の出力する日射量検出値を入力として、出力抑制制御部１０に出力電力補正指令を出力する日射量監視部１８を備える点である。

日射量監視部１８は出力抑制動作を実施中に日射量が減少した時の太陽光パネル１の出力電圧の低下を防止する。日射量が減少すると太陽光パネル１の出力できる最大電力も低下するため、太陽光パネル１の出力できる最大電力よりも大きい電力をチョッパ１９が出力しようとすると、不足分の電力をチョッパ１９の入力側の直流回路に蓄えられているエネルギーから補填することになるため、チョッパ１９の入力側の直流電圧すなわち太陽光パネル１の出力電圧が低下する。

そこで、日射量監視部１８は日射量検出部１７の出力する日射量検出値を監視し、日射量が低下する場合には出力抑制制御部１０に出力電力補正指令を出力することでチョッパ１９の出力電力が小さくなるようにする。

このように、チョッパ１９及びインバータ２から構成される本実施例の構成においても、有効電力制御が動作中に日射量が低減した場合にも日射量を監視することで、第三の実施例と同様に太陽光パネル１の出力電圧の低下を抑制し、運転継続することが可能となる。

なお、実施例１から実施例６において、外部指令を単に時刻情報とし、外部指令受信部９に予め出力抑制指令のスケジュールを登録しておいて、外部指令受信部９はそのスケジュールに応じて出力抑制指令を出力する構成としても良い。

また、実施例４から実施例６において、複数のチョッパが一つのインバータに接続される構成としても良い。

１：太陽光パネル
２：インバータ
３：電力系統
４：電圧検出器
５：電流検出器
６：電圧検出器
７：電流検出器
８：制御部
９：外部指令受信部
１０：出力抑制制御部
１１：有効電力制御部
１２：切替スイッチ
１３：直流電圧制御部
１４：電流制御部
１５：ＰＷＭ制御部
１６：パネル電圧監視部
１７：日射量検出部
１８：日射量監視部
１９：チョッパ
２０：電圧検出器
２１：電流検出器
２２：制御部
２３：直流電圧制御部
２４：電流制御部
２５：ＰＷＭ制御部
２６：太陽光発電用電力変換装置
２９：太陽光発電用電力変換装置
１００：外部指令
１０１：ゲートパルス信号

Claims

太陽光パネルの出力する直流電力を電力変換器により交流電力に変換して系統に出力する太陽光発電用電力変換装置であって、
前記電力変換器を制御する制御部は、前記太陽光パネルのパネル電圧を制御する直流電圧制御部と、前記電力変換器の出力電力を制御する有効電力制御部を備え、外部からの指令に応じて前記直流電圧制御部の出力と前記有効電力制御部の出力を切り替えて、前記電力変換器を駆動するためのゲートパルス信号を与えることを特徴とする太陽光発電用電力変換装置。
請求項１に記載の太陽光発電用電力変換装置であって、
定常時は前記直流電圧制御部により前記太陽光パネルのパネル電圧を制御する直流電圧制御を実施し、外部からの指令に応じて前記電力変換器の出力電力を抑制する時は、前記有効電力制御部により前記電力変換器の出力電力を制御する有効電力制御を実施することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置。
請求項１あるいは請求項２に記載の太陽光発電用電力変換装置であって、
前記太陽光パネルの前記パネル電圧を監視し、前記有効電力制御部により前記電力変換器の出力電力を制御する有効電力制御を実施している状態において、前記パネル電圧が低下する時は前記有効電力制御部による前記電力変換器の出力電力を抑制することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置。
請求項１あるいは請求項２に記載の太陽光発電用電力変換装置であって、
前記太陽光パネルの日射量を監視し、前記有効電力制御部により前記電力変換器の出力電力を制御する有効電力制御を実施している状態において、前記日射量が低下する時は前記有効電力制御部による前記電力変換器の出力電力を抑制することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置。
請求項１に記載の太陽光発電用電力変換装置であって、
前記電力変換器はインバータまたはチョッパの少なくとも一つを有することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置。
電力変換装置。
請求項１に記載の太陽光発電用電力変換装置であって、
前記電力変換器は電力蓄積機能を有する直流回路を備えており、前記太陽光パネルの出力電力と前記電力変換器の出力電力の差分を前記電力変換器の直流回路に蓄電あるいは放電することで、前記電力変換器は前記太陽光パネルの出力電力の変動分を系統に出力しないことを特徴とする太陽光発電用電力変換装置。
請求項６に記載の太陽光発電用電力変換装置であって、
前記太陽光パネルの出力電力と前記電力変換器の出力電力の差分に応じて、前記電力変換器の直流回路の直流電圧が変動することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置。
請求項１に記載の太陽光発電用電力変換装置であって、
前記有効電力制御を実施する時は、前記太陽光パネルに部分的に影が掛かっている状態で前記電力変換器の出力電力が単調減少している時に、前記太陽光パネルの出力電力あるいは出力電流が過渡的に増加する期間があることを特徴とする太陽光発電用電力変換装置。
請求項１から請求項８のいずれかに記載の太陽光発電用電力変換装置であって、
前記有効電力制御部は、前記外部からの指令に応じて前記電力変換器の出力電力が時間経過とともに減少するように制御することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置。
太陽光パネルの出力する直流電力を電力変換器により交流電力に変換して系統に出力する太陽光発電用電力変換装置の制御方法であって、
前記電力変換器を制御する制御部は、前記太陽光パネルのパネル電圧を制御する直流電圧制御部と、前記電力変換器の出力電力を制御する有効電力制御部を備え、外部からの指令に応じて前記直流電圧制御部の出力と前記有効電力制御部の出力を切り替えて、前記電力変換器を駆動するためのゲートパルス信号を与えるとともに、
定常時は前記直流電圧制御部により最大電力追従制御を実施し、
外部からの指令が与えられたときには前記有効電力制御部により出力抑制制御を実施し、
その後所定出力に到達後は前記直流電圧制御部によりパネル電圧制御を実施することを特徴とする太陽光発電用電力変換装置の制御方法。
請求項１０に記載の太陽光発電用電力変換装置の制御方法であって、
前記出力抑制制御においては、前記電力変換器の出力電力が時間経過とともに減少するように制御されることを特徴とする太陽光発電用電力変換装置の制御方法。
太陽光パネルと、
前記太陽光パネルの出力する直流電力を電力変換器により交流電力に変換して系統に出力する太陽光発電用電力変換装置とを有し、
前記電力変換器を制御する制御部は、前記太陽光パネルのパネル電圧を制御する直流電圧制御部と、前記電力変換器の出力電力を制御する有効電力制御部を備え、外部からの指令に応じて前記直流電圧制御部の出力と前記有効電力制御部の出力を切り替えて、前記電力変換器を駆動するためのゲートパルス信号を与えることを特徴とする太陽光発電システム。