JPH06348352A - 電力制御装置及び電力制御方法 - Google Patents

電力制御装置及び電力制御方法

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JPH06348352A
JPH06348352A JP5140682A JP14068293A JPH06348352A JP H06348352 A JPH06348352 A JP H06348352A JP 5140682 A JP5140682 A JP 5140682A JP 14068293 A JP14068293 A JP 14068293A JP H06348352 A JPH06348352 A JP H06348352A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 太陽電池から最大の電力を取り出す電力制御
方式を提供すること。 【構成】 太陽電池出力電圧を変動させ、所定の間隔で
サンプリングされた電圧検出手段からのｍ個の電圧信号
及び電流検出手段からのｍ個の電流信号からｍ個の電力
値を求める第１のステップ、上記ｍ個の電圧値とｍ個の
電圧の関係を近似する有極の関数式を算出する、第２の
ステップ、上記の有極の関数式から電力が極大となる電
圧を求め、これを出力電力設定値とする第３のステップ
を経て、出力電圧設定値を決定し、太陽電池の出力電力
を常に最大ならしめるように制御する電力制御方式。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電力変換装置を使用した
発電システムで用いられる電力制御装置及び電力制御方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】昨今の地球環境に対する意識の高まりか
ら、安全でクリーンなエネルギー源である太陽電池等を
用いた発電システムに大きな期待が寄せられている。し
かし、太陽電池等の出力は、日射量や気温、動作点電圧
によって大幅に変動するため、太陽電池から見た負荷を
調整し、常に最大の電力を取り出すことが要望される。
このために、過去、様々なものが提案されている。例え
ば、光量検出や温度検出用に太陽電池アレイとは別に用
けられた補助の太陽電池あるいはセンサーから構成され
るモニターを使用して、時々刻々と変わる気象条件を把
握し、動作電圧を決定する方法、いわゆる間接法が特公
昭６１−２２０６号公報等に記載されている。また、こ
のような補助センサーを用いず、太陽電池アレイの動作
点電圧や電流を微小変動させて、その時の電力変動を調
べて、動作電圧を決定する方法、いわゆる直接法が特公
昭６３−５７８０７号公報等に記載されている。従来
は、上記のような方法を使用して、太陽電池から最大の
出力を取り出すように、電力変換装置等を制御してい
た。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の方法に
は以下のような問題点を有する。
【０００４】間接法にあっては、太陽電池アレイとは別
に用けられたセンサーないし太陽電池から構成される日
射量検出等のモニターが必要であり、また、モニターが
測定した気象条件もしくは気象条件を表すパラメータ
と、制御しようとする太陽電池アレイの動作点電圧およ
び電力との関係を完全に把握しておく必要があった。こ
の関係を正確に把握するのは、長期にわたる精密な測定
を必要とし、たいへん面倒であった。また、太陽電池ア
レイの面積は普通数平方メートル以上の大きさがあり、
これに対してモニターは小さいので、太陽電池アレイ全
体に対して測定誤差等を生じる場合がある。たとえば、
日射量を検出する場合、モニター部分が何らかの事情で
影に覆われると、太陽電池アレイ全体に日射が当たって
いるにもかかわらず「暗い」という判断がされてしま
い、的確な制御をすることが出来なかった。
【０００５】直接法においては、太陽電池アレイとは別
に用けられた補助のモニターを用いないので、常に太陽
電池アレイの最大電力点を追尾できる。しかし、この方
法は、追尾の精度を上げるためには、広い範囲の最適動
作電圧を細かく調べる必要があった。通常、太陽電池の
最大電力を得るための動作点電圧は、気象条件で１０％
ほども変動する。たとえば、出力電圧が約２００Ｖの太
陽電池アレイの場合には、１８０−２２０Ｖ程度の範囲
に最適動作電圧が存在する。その為、最適動作電圧を得
るためには上記範囲を細かく調べなければならない。し
かし、常に全範囲を瞬時に走査するのは、困難を有して
いた。特公昭６３−５７８０７号公報や特開昭６２−８
５３１２号公報では、電力の電圧微分値を利用したり、
動作点電圧の変化の方向を示す標識を導入して、探索範
囲を狭めていた。このような方法では、気象条件が変動
した際、動作点の変動を徐々に追尾していくので、追尾
精度と過渡応答速度の兼ね合いから変動幅の大きさを適
宜決めざるを得なかった。現実には最適変動値は設置地
域や太陽電池の種類等により異なるので正確に求めるの
は難しい。また、上述の方法は、鋭敏な反面、微分値等
を利用するため測定系の誤差や、日射急変の影響を大き
く受けてしまい過剰応答しやすいという問題点もあっ
た。これらに対し、特開昭６２−４２２１３号公報で
は、太陽電池の出力に変動を与えて、電圧と電流をサン
プリングし、電力が最大となる点を直接見いだすように
している。この方法は、上述の方法に比べて安定性が高
いが、追尾精度を上げるためには、前述のように広い範
囲を細かく調べる必要があり、サンプリング数を増やさ
ざるを得ず追尾精度と応答速度を同時に満すことは出来
なかった。
【０００６】本発明の目的は、従来の電池電源の電力制
御に起因する上記問題点を解決する新規な電力制御装置
及び方式を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記問題点は、電池電源
と、該電池電源からの電力を変換して負荷に供給する電
力変換手段と、前記電池電源の出力値を検出する出力値
検出手段と、前記電池電源の出力値を設定するための出
力値設定手段と、前記電池電源の出力値を前記出力値設
定手段の設定値となるように電力変換手段を制御する制
御手段とを、有する電力制御装置であって、前記出力値
設定手段が、前記出力値検出手段によって検出された複
数の出力値から近似した有極関数の極大となる出力値を
設定する電力制御装置であり、又、前記電池電源が、太
陽電池である電源システムである。さらに、前記出力値
検出手段が、出力電圧検出手段と、出力電流検出手段で
ある電力制御装置であり、前記出力値設定手段が、前記
出力電圧検出手段からのｍ個の電圧値と前記出力電流検
出手段のｍ個の電流値からｍ個の電力値を求め前記ｍ個
の電圧値と前記ｍ個の電力値から電力値と電圧値を近似
する有極の関数式を算出し該有極の関数式から電力が最
大になる出力電圧値を設定する電力制御装置である。
又、前記近似する有極の関数式が、２次関数、三角関
数、指数関数、高次のべき関数である電力制御装置であ
る。
【０００８】更に、前記電圧及び電流のサンプリング数
が、ｍ＝３である電力制御装置。
【０００９】又、電池電源と、該電池電源からの電力を
変換して負荷に供給する電力変換手段と、前記電池電源
の出力電圧検出手段と、前記電池電力の出力電流検出手
段と、前記電池電源の出力電圧を設定するための出力電
圧設定手段と、前記電池電源の出力電圧を前記出力電圧
設定手段の設定値となるように電力変換手段を制御する
制御手段とを、有する電力制御方法であって、前記電池
出力電圧を変動させ、所定の間隔でサンプリングされた
前記電圧検出手段からのｍ個の電圧信号及び前記電流検
出手段からのｍ個の電流信号からｍ個の電力値を求める
工程と、前記ｍ個の電力値と前記ｍ個の電圧の関係を近
似する有極の関数式を算出する工程と、前記有極の関数
式から電力が極大となる電圧を求め該電圧値を出力電圧
設定値とする工程と、を有する電力制御方法によって解
決される。
【００１０】
【作用】本発明の制御装置及び方法では、太陽電池等
（以下太陽電池アレイと呼ぶこともある）の出力電圧と
出力電力の関係を有極の関数で近似し、電力が極大とな
る電圧を求める。したがって、狭い探索範囲あるいは少
ないサンプリング数で、正確かつ迅速に最大電力となる
電圧を精度よく設定でき、太陽電池アレイ等から最大電
力を取り出すことができるのである。
【００１１】図１に本発明の電力制御方式を用いた発電
システムの一例を示す。太陽電池１の直流出力が電力変
換装置２に入力され負荷３へと供給される。
【００１２】太陽電池１としては、結晶シリコンやアモ
ルファスシリコン系、化合物半導体等を光電変換素子と
して用いたものが使用できる。普通は複数の太陽電池を
直並列に組み合わせて太陽電池アレイとし、所望の電圧
・電流を得るように構成する。
【００１３】電力変換装置２としては、パワートランジ
スタ、パワーＦＥＴ、ＩＧＢＴ等の自己消弧型スイッチ
ング素子を用いたＤＣ／ＤＣコンバーター、自励式ＤＣ
／ＡＣインバーター等がある。該電力変換装置は、すべ
てゲートパルスのＯＮ／ＯＦＦデューティ比（いわゆる
通流率）と周波数によって、電力潮流、入出力電圧、出
力周波数等を制御できるものである。
【００１４】負荷３としては、電熱負荷、電動機負荷等
種々のものがあるが、交流の場合には商用交流系統であ
ってもよい。商用交流系統が負荷の場合、該システムを
「系統連系太陽光発電システム」といい、電力系統が負
荷であるために投入しうる電力に制限がなく、太陽電池
等から最大限の電力を投入する本発明の制御方式は、特
に好ましい。また、同様に、直流負荷として２次電池を
も使用できるが、その場合には、２次電池の容量を十分
大きくし、電池の充電状態の管理を行うことが望まし
い。なお、負荷が直流の場合には電力変換装置２として
はＤＣ／ＤＣコンバーターが使用される。
【００１５】太陽電池１の出力電圧および出力電流は電
圧検出手段４、電流検出手段５によって検出され、その
検出信号が太陽電池の出力電圧設定手段６に入力され
る。
【００１６】電圧検出手段４は太陽電池出力電圧を抵抗
で分圧し、Ａ／Ｄ変換してデジタル値に変換して出力電
圧設定手段６と制御手段７に送る。この際、ノイズの混
入等を避けるために、太陽電池の出力回路と検出信号の
送信回路は入出力間の絶縁を完全に行えるフォトカプラ
等で絶縁しておくことが望ましい。電流検出手段５は、
ホール素子または標準抵抗等で電流を電圧に変換し、電
圧検出手段４と同様に検出信号をデジタル値として電圧
設定手段６に送り込むとよい。これらの検出手段に用い
られるＡ／Ｄコンバーターは十分高速かつ高精度である
ことが好ましく、具体的には、１０ビット以上の分解能
を持ち、５０ＫＨｚ以上のサンプリング速度を持つもの
が好ましい。このようなＡ／Ｄコンバーターは、０．１
％以下の誤差で、かつ１秒以下の応答を持った制御系を
構成できる。
【００１７】出力電圧設定手段６は、上記検出信号をも
とに演算を行い、出力電圧設定値を決定し、太陽電池出
力電圧が設定値となるように電力変換装置のゲート回路
の通流率等を制御する。出力電圧設定手段６は、制御用
マイクロコンピュータとして具体化され、ＣＰＵ、ＲＡ
Ｍ、ＲＯＭ、入出力ポート、数値演算器等を備えること
が出来る。
【００１８】電力変換装置の制御手段７は、いわゆるゲ
ート駆動回路であり、瞬時値電流比較、正弦波／三角波
比較方式等により、ゲートパルスを発生する。これによ
り、太陽電池の出力電圧が出力電圧設定手段６の出力に
一致するように、電力変換装置２の通流率を制御する。
この制御手段７は、アナログ回路でもデジタル回路でも
構成できるが、最近ではほとんどがデジタル化されてお
り、ＣＰＵや高速ＣＰＵであるＤＳＰ（Ｄｅｇｉｔａｌ
Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）を装備してい
る。
【００１９】デジタル化された場合の制御手段７は、前
述の出力電圧設定手段６と類似の構成であり、両者を兼
用することも可能である。
【００２０】次に、本制御装置及び方法がいかにして、
最大電力を得る動作電圧を探索するのかを述べる。
【００２１】本願発明の動作フローチャートを図５に示
す。本願発明の実施に当たっては、まず、初期動作電
圧、探索の際の電圧変動幅、近似に用いる関数式、電圧
・電力のサンプリング数を予め決めておき、ＲＯＭに記
憶させておくとよい。初期動作電圧は太陽電池アレイの
構成によって決められる。たとえば、ＵＳＳＣ社製の太
陽電池モジュールＵＰＭ８８０を１０個直列にして用い
れば、カタログに載っている定格電圧から１６０Ｖ前後
とすればよいことがわかる。どんな太陽電池であって
も、定格電圧が表示されているので、初期動作電圧はそ
れに従って決めればよい。電圧変動幅は、上記初期動作
電圧の１０数％以下にする。本願発明においては、２％
以上にしておくことが望ましい。変動幅が小さすぎる
と、測定器誤差のために関数近似の精度が悪くなり、最
適動作電圧に誤差を生じることがある。又本願発明にあ
っては、大きな変動幅を与えておいても、従来法よりも
追尾精度が高く保てる。
【００２２】本願発明で使用される関数式は、極値をも
った有極の関数でなければならない。このような関数と
しては、２次以上のべき関数、三角関数、等があげられ
る。サンプリング数としては、必要なパラメータを決定
し得る数にしなければならない。たとえば、２次関数の
場合には関数の記述に３つのパラメータが必要であり、
少なくとも３点のサンプリングを必要とする。２次関数
は、極値が一つしかなく、また求解も簡単なため、本発
明を実現するのに極めて適している。
【００２３】又、三角関数や、指数関数も、少ないパラ
メータで曲線を記述できる特徴を有し、高次のべき関数
は、曲線のフィット性が高いという特徴を有する。
【００２４】実際の動作としては、以下のようにして行
うことが出来る。 （第１のステップ）サンプリングすべき電圧を現在の動
作電圧Ｖの近傍でｍ個作りだす。これを、電圧設定手段
６のＲＡＭに蓄える。 （第２のステップ）上記第１のステップにより生成され
たｍ個の電圧を制御手段７に出力し、実際に電力変換器
を動作させる。同時に入出力ポートから電圧および電流
検出信号を入力し、電圧と電流ならびに数値演算器で計
算した電力をＲＡＭに蓄える。 （第３のステップ）第２のステップで求めた電圧、電力
をもとに、あらかじめＲＯＭに記憶されている関数式の
係数を求める。（関数近似の実行） （第４のステップ）前ステップで決定された関数式を用
いて電力極大となる電圧を求める。これが最大出力電圧
を得るための動作点電圧である。 （第５のステップ）このようにして求めた最適動作電圧
を入出力ポートを通じて、電力変換装置の制御手段７に
出力する。そして、第１のステップにもどる。
【００２５】上記のようにして、本願発明は連続的に最
適動作点電圧を探索しながら、電力変換器を制御する。
【００２６】
【実施例】以下、本発明の具体例をより詳細に説明す
る。
【００２７】（実施例１）太陽電池としてアモルファス
太陽電池モジュール（ＵＳＳＣ社製商品名ＵＰＭ８８
０）を１０個直列にして使用し、電力変換装置２として
自己消弧型スイッチング素子であるＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕ
ｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉ
ｓｔｏｒ）によるフルブリッジインバーターを構成し
た。ＩＧＢＴは、高耐圧高速のスイッチング素子であ
り、数１００Ｗから数１０ＫＷ程度のクラスまでのイン
バーターに好んで用いられる。
【００２８】該変換装置の交流出力をトランスを用いて
１００Ｖにし、負荷である商用交流系統に接続した。
【００２９】また、電圧検出手段は太陽電池アレイの出
力電圧を２０：１に抵抗分圧して、１０Ｖフルスケール
１２ビット分解能のＡ／Ｄコンバーターを用いてデジタ
ル化し、電圧設定手段６および制御手段７に８ビットの
パラレルバスで送出する構成とした。電流検出手段とし
ては、１０ミリオームの標準抵抗を太陽電池アレイ回路
に直列に挿入し、その両端の電圧をオペアンプで５００
倍に増幅した後、前記電圧検出手段と同様のＡ／Ｄコン
バーターを用いて１２ビットのデジタル値に変換後、電
圧設定手段６に８ビットのパラレルバスで送出する構成
とした。
【００３０】電圧設定手段６としては、ＣＰＵにワンボ
ードマイコン（インテル社製８０８６）を使用した。該
ボードには汎用パラレル入出力ポート、メモリ、実数演
算を高うための数値演算コプロセッサ、シリアルインタ
ーフェース等が装備されており、本発明の実施に適した
構成である。
【００３１】制御手段７には、公知の三角波比較方式の
ＰＷＭ（パルス幅変調）を用いた。キヤリア周波数は２
ＫＨｚとした。本発明の制御手段７は出力電圧設定手段
６からの指令電圧と太陽電池アレイの出力電圧とを比較
し、指令電圧に太陽電池アレイ出力電圧を一致させるよ
うにゲートパルスのデューティー（ＯＮ時間／（ＯＮ時
間＋ＯＦＦ時間））を変化させる。
【００３２】次に本実施例の動作点の探索動作について
述べる。
【００３３】太陽電池アレイ１を屋外に設置し、出力電
圧設定手段６の出力を１５０Ｖに設定した。この時の太
陽電池のアレイ出力は電圧１５０Ｖ、電流０．８７Ａ、
電力１３１Ｗであった。日射量は、およそ７５ｍＷ／ｃ
ｍ2であった。この初期値は電力変換器の入力可能電圧
範囲と使用する太陽電池のアレイ構成や太陽電池の種類
から、適宜選べば良い。
【００３４】次に出力電圧設定手段６の出力を１４５Ｖ
から１６０Ｖまで５Ｖ刻みで４点にわたって変化させ、
その時の電圧、電流、電力をワンボードマイコンのメモ
リに記憶させた。この時の値を表１に示す。
【００３５】
【表１】
【００３６】次に電力Ｐを電圧Ｖの３次式として下記の
ように表す。なお、上記のサンプル数や電力と電圧の関
係式はあらかじめ定義しておく必要がある。
【００３７】Ｐ＝ａＶ3＋ｂＶ2＋ｃＶ＋ｄ…（１） 次に上記（１）式に前記表の電圧、電力の組を代入し、
以下の４元連立方程式を得る。
【００３８】１３３＝３０４８６２５ａ＋２１０２５ｂ
＋１４５ｃ＋ｄ １３１＝３３７５０００ａ＋２２５００ｂ＋１５０ｃ＋
ｄ １２７＝３７２３８７５ａ＋２４０２５ｂ＋１５５ｃ＋
ｄ １２２＝４０９６０００ａ＋２５６００ｂ＋１６０ｃ＋
ｄ これらより、係数ａ、ｂ、ｃ、ｄは、下記のようにな
る。
【００３９】ａ＝１．３３６８４×１０-3 ｂ＝−０．６４１６１５ ｃ＝１０１．６１４ ｄ＝−５１８６．６７ 次に（１）式より電力Ｐが最大となる電力Ｖを求める。
これは、ｄｐ／ｄｖ＝０となる電圧Ｖなので、次式のよ
うになる。
【００４０】
【外１】 （２）式に数値を代入して極値をとる電圧を求める。
【００４１】Ｖｍｐ＝１４３ｏｒ−１７６Ｖ ここで、３次の係数ａ＞０なので、極大値となる電圧は
１４３Ｖと求められる。
【００４２】この様にして、出力電圧設定値を決めて、
制御手段６に電圧設定値を送出する。
【００４３】次の探索では、この値を中心に５Ｖずつ電
圧を４点にわたって変化させ、再度探索を行う。
【００４４】本実施例の動作確認直前にＩ−Ｖトレーサ
によって測定した最適動作点電圧は１４２Ｖ程度であ
り、本発明が精度良く最適動作点を見い出している事が
わかる。また本発明では、上記のように、最適動作点電
圧が探索範囲の外側にあっても直ちにそれらを求められ
る。この様子を図３に示す。
【００４５】さらに、最適動作点電圧を５Ｖごとという
ように離散的に探索しても、連続的にスイープしたのと
同様に最適動作電圧値を求められる。本実施例では、電
圧と電力の関係式を３次式で記述してあるが、より複雑
なものを用いることもできる。ただし、その場合、電力
極大となる電圧の求め方や、関係式のパラメーターの個
数、その決定方法等に工夫が必要である。なお、上記の
計算は出力電圧設定手段６のマイコンと数値演算プロセ
ッサによって行われる。当然のことながら、これらの動
作シーケンスおよび電圧と電力の関係式は、プログラム
として出力電圧設定手段６中にあらかじめ格納しておく
必要がある。
【００４６】本実施例において連続的に動作させた時の
追尾精度は９９．９６％であった。従来法の中では最も
追尾精度の高い特開昭６２−８５３１２号公報の方法を
用いて本実施例と同一の電圧変動幅で探索させたときの
追尾精度は９９．９０％であった。
【００４７】なお、追尾精度は最適動作点電圧で連続運
転した場合の出力電圧量を１００としたときの、各方式
での出力電圧量の相対値である。
【００４８】（実施例２）太陽電池としてアモルファス
太陽電池モジュール（ＵＳＳＣ社製、商品名ＵＰＭ８８
０）を５個直列にして使用し、電力変換装置２としてＭ
ＯＳＦＥＴによるフルブリッジインバーターを構成し
た。ＭＯＳＦＥＴは高速のスイッチング素子であり、比
較的低圧の直流を交流に変換するインバーターに用いら
れる。該変換装置の交流出力をトランスを用いて１００
Ｖにし、負荷である商用交流系統に接続した。
【００４９】また、電圧検出手段はアレイの出力電圧を
１０：１に抵抗分圧して、１０Ｖフルスケール１２ビッ
ト分解能のＡ／Ｄコンバーターを用いてデジタル化し、
電圧設定手段６および制御手段７に８ビットのパラレル
バスで送出する構成とした。電流検出手段としては、１
０ミリオームの標準抵抗をアレイ回路に直列に挿入し、
その両端の電圧をオペアンプで５００倍に増幅した後、
前記電圧検出手段と同種のＡ／Ｄコンバーターを用いて
１２ビットのデジタル値に変換後、電圧設定手段６に８
ビットのパラレルバスで送出する構成とした。
【００５０】電圧設定手段６としては、ＣＰＵにモトロ
ーラ社の６８０００を使用したワンボードマイコンを使
用した。該ボードには汎用パラレル入出力ポート、メモ
リ、数値演算コプロセッサ、シリアルインターフェース
等が装備されており、本発明の実施に適した構成であ
る。
【００５１】制御手段７には、公知の瞬時値電流比較方
式のＰＷＭ（パルス幅変調）を用いた。キァリア周波数
は８ＫＨｚ前後とした。本発明の制御手段７は電圧設定
手段６からの指令電圧とアレイの出力電圧を比較し、指
令電圧にアレイ出力電圧を一致させるようにゲートパル
スのデューティーを変化させる。
【００５２】次に本実施例の動作点の探索動作について
述べる。
【００５３】太陽電池アレイ１を屋外に設置し、出力電
圧設定手段６の出力を７０Ｖに設定した。この時の太陽
電池のアレイ出力は電圧７０Ｖ、電流０．９５Ａ、電力
６６．５Ｗであった。この時の日射量は、約７０ｍＷ／
ｃｍ2であった。
【００５４】次に出力電圧設定手段６の出力を５０Ｖか
ら７０Ｖまで１０Ｖ刻みで３点にわたって変化させ、そ
の時の電圧、電流、電力をワンボードマイコンのメモリ
に記憶させた。この時の値を表２に示す。
【００５５】
【表２】
【００５６】次に電力Ｐを電圧Ｖの２次式として下記の
ように表す。なお、上記のサンプル数や電力と電圧の関
係式はあらかじめ定義しておく必要がある。
【００５７】Ｐ＝ａＶ2＋ｂＶ＋ｃ…（３） 次に上記（３）式に前記表の電圧電力の組を代入し、以
下の３元連立方程式を得る。
【００５８】６２．４＝３６００ａ＋６０ｂ＋ｃ ６６．５＝４９００ａ＋７０ｂ＋ｃ ６０．８＝６４００ａ＋８０ｂ＋ｃ これらより、係数ａ、ｂ、ｃは、下記のようになる。
【００５９】ａ＝−０．０４９ ｂ＝６．７８ ｃ＝−１６８ 次に（３）式より電力Ｐが最大となる電圧Ｖを求める。
これは、ｄｐ／ｄｖ＝０となる電圧Ｖなので、次式のよ
うになる。
【００６０】Ｖｍｐ＝−ｂ／２ａ…（４） （４）式に数値を代入して極値をとる電圧を求める。
【００６１】Ｖｍｐ＝６９Ｖ このようにして、出力電圧設定値を決めて、制御手段６
に出力電圧設定値を送出する。
【００６２】次の探索では、この値を中心に１０Ｖずつ
電圧を３点にわたって変化させ、再度探索を行う。
【００６３】本実施例の動作確認前の太陽電池アレイ出
力特性の測定では、最適動作点電圧は６８Ｖ程度であ
り、本発明の方法では非常に広い範囲で離散的に探索を
行っているにもかかわらず、連続的にスイープしたのと
同様に精度良く最適動作点を発見できる。この様子を図
４に示す。
【００６４】本実施例では電圧と電力の関係式を２次式
で記述してあるので、関係式の係数計算ならびに極値の
計算が著しく簡単であり、電圧出力設定手段６のプログ
ラムに対する負担を軽減できる。したがって、演算速度
の点においても、前実施例よりも有利である。
【００６５】本実施例において連続的に動作させた時の
追尾精度は、９９．０％であった。特開昭６２−８５３
１２号公報の方法で本実施例と同一の電圧変動幅で探索
させた時の追尾精度は９６．０％であった。このよう
に、本願発明は探索のための電圧変動幅が大きい場合に
も、高精度で最適動作点を追尾する事ができる。
【００６６】（実施例３）太陽電池としてのアモルファ
ス太陽電池モジュール（ＵＳＳＣ社製、商品名ＵＰＭ８
８０）を２０個直列にして使用し、電力変換装置２とし
てパワートランジスタによるモーター用インバーターを
使用した。該変換装置は、ゲート制御回路を内蔵してお
り、アナログ電圧を入力することによって、その交流出
力電圧と周波数を変える事ができる。該変換装置の交流
出力を負荷である井戸用ポンプ（３相２００Ｖ、５００
ＶＡ）に接続した。
【００６７】また、電圧検出手段はアレイの出力電圧を
４０：１に抵抗分圧して、１０Ｖフルスケール１２ビッ
ト分解能のＡ／Ｄコンバーターを用いてデジタル化し、
電圧設定６に８ビットのパラレルバスで送出する構成と
した。電流検出手段としては、１０ミリオームの標準抵
抗をアレイ回路に直列に挿入し、その両端の電圧をオペ
アンプで５００倍に増幅した後、前記電圧検出手段と同
種のＡ／Ｄコンバーターを用いて１２ビットのデジタル
値に変換後、電圧設定手段６に８ビットのパラレルバス
で送出する構成とした。
【００６８】電圧設定手段６としては、ＣＰＵにモトロ
ーラ社の６８０００を使用したワンボードマイコンを使
用した。該ボードには汎用パラレル入出力ポート、メモ
リ、数値演算コプロセッサ、シリアルインターフェー
ス、Ｄ／Ａ等が装備されており、本発明の実施に適した
構成である。
【００６９】本実施例ではゲート制御回路がインバータ
ーに内蔵されているので、出力電圧設定手段６に、入力
電圧制御の機能も持たせる。すなわち、入力電圧が設定
値となるようにモーター用インバーターの出力周波数を
調整する。この指令周波数は、Ｄ／Ａコンバーターを用
い、アナログ電圧としてモーター用インバーターに送出
される。
【００７０】次に本実施例の動作点の探索動作について
述べる。
【００７１】太陽電池アレイを屋外に設置し、出力電圧
設定手段６の出力を２８０Ｖに設定した。この時の太陽
電池のアレイ出力は電圧２８０Ｖ、電流１．１５Ａ、電
力３２２Ｗであった。また、日射量は９４ｍＷ／ｚｍ2
であった。
【００７２】次に出力電圧設定手段６の出力を２６０Ｖ
から３００Ｖまで２０Ｖ刻みで３点振り、その時の電
圧、電流、電力をワンボードマイコンのメモリに記憶さ
せた。この時の値を表３に示す。
【００７３】
【表３】
【００７４】次に実施例２と同様に電力Ｐを電圧Ｖの２
次式として下記のように表す。
【００７５】Ｐ＝ａＶ2＋ｂＶ＋ｃ…（５） 次に上記（５）式に前記表の電圧電力の組を代入し、以
下の３元連立方程式を得る。
【００７６】２７０＝６７６００ａ＋２６０ｂ＋ｃ ３２２＝７８４００ａ＋２８０ｂ＋ｃ ２８８＝９００００ａ＋３００ｂ＋ｃ これらより、係数ａ、ｂ、ｃは下記のようになる。
【００７７】ａ＝−０．１８２５ ｂ＝１０１．１５ ｃ＝−１３６９２ 次に（３）式より電力Ｐが最大となる電圧Ｖを求める。
これは、ｄｐ／ｄｖ＝０となる電圧Ｖなので、次式のよ
うになる。
【００７８】Ｖｍｐ＝−ｂ／２ａ…（４） （４）式に数値を代入して極値をとる電圧を求める。
【００７９】Ｖｍｐ＝２７７Ｖ このようにして、出力電圧設定値を決めて、制御手段６
に電圧設定値を送出する。
【００８０】次の探索では、この値を中心に２０Ｖずつ
電圧を３点にわたって変化させ、再度探索を行う。
【００８１】本実施前のアレイの出力特性の測定では、
最適動作点電圧は２７６Ｖ程度であり、本発明の方法で
は非常に広い範囲で離散的に探索を行っているにもかか
わらず、精度良くかつ連続的にスイープしたのと同様に
最適動作点を発見できる。
【００８２】このように、本方式を独立型の電源に適応
しても何等問題はない。電力変換器としてＤＣ／ＤＣコ
ンバーターを用いた場合も同様である。
【００８３】
【発明の効果】以上述べてきたように、本発明は、 （１）最適動作点が探索領域の外にあっても、一度の探
索で最適動作点を精度良く、見出すことができる。
【００８４】（２）決められた刻み幅で探索を離散的に
行っても、連続的にスイープしたのと同様に最適動作点
を発見できる。
【００８５】（３）探索刻み幅を大きくすることで、広
い範囲を、少ないサンプリング点数で精度良く最適動作
点を発見できる。
【００８６】（４）特に、電力と電圧の関係式として２
次関数を用いると、きわめて高速に最適動作点を計算で
きる。効果を有する。
【００８７】このような優れた特徴を持つ本発明は、産
業上の利用価値が極めて高く、特に商用系統と連系する
発電システムにとって非常に有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の制御装置を使用した太陽光発電システ
ムの一例である。
【図２】本発明の制御装置を使用した太陽光発電システ
ムの他の例である。
【図３】本発明の制御装置を使用した太陽光発電システ
ムの最適動作点探索の例である。
【図４】本発明の制御装置を使用した太陽光発電システ
ムの最適動作点探索の他の例である。
【図５】本発明の動作を表すフローチャートの一例であ
る。
【符号の説明】
１ 太陽電池アレイ ２ 電力変換装置 ３ 負荷 ４ 電圧検出手段 ５ 電流検出手段 ６ 出力電圧設定手段 ７ 制御手段 Ｖpv * 太陽電池アレイ出力電圧指令値 ｆ* インバーター出力周波数指令値 Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４ 太陽電池アレイ動作点電圧 Ｖopt 太陽電池アレイの最適動作点電圧

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電池電源と、該電池電源からの電力を変
    換して負荷に供給する電力変換手段と、前記電池電源の
    出力値を検出する出力値検出手段と、前記電池電源の出
    力値を設定するための出力値設定手段と、前記電池電源
    の出力値を前記出力値設定手段の設定値となるように電
    力変換手段を制御する制御手段とを、有する電力制御装
    置であって、 前記出力値設定手段が、前記出力値検出手段によって検
    出された複数の出力値から近似した有極関数の極大とな
    る出力値を設定することを特徴とする電力制御装置。
  2. 【請求項２】 前記出力値検出手段が、出力電圧検出手
    段と、出力電流検出手段であることを特徴とする請求項
    １記載の電力制御装置。
  3. 【請求項３】 前記出力値設定手段が、前記出力電圧検
    出手段からのｍ個の電圧値と前記出力電流検出手段のｍ
    個の電流値からｍ個の電力値を求め前記ｍ個の電圧値と
    前記ｍ個の電力値から電力値と電圧値を近似する有極の
    関数式を算出し該有極の関数式から電力が最大になる出
    力電圧値を設定することを特徴とする請求項２記載の電
    力制御装置。
  4. 【請求項４】 前記近似する有極の関数式が、２次関数
    であることを特徴とする請求項３記載の電力制御装置。
  5. 【請求項５】 前記近似する有極の関数式が、三角関数
    であることを特徴とする請求項３記載の電力制御装置。
  6. 【請求項６】 前記近似する有極の関数式が、指数関数
    であることを特徴とする請求項３記載の電力制御装置。
  7. 【請求項７】 前記近似する有極の関数式が、高次のべ
    き関数であることを特徴とする請求項３記載の電力制御
    装置。
  8. 【請求項８】 前記電圧及び電流のサンプリング数が、
    ｍ＝３である請求項４記載の電力制御装置。
  9. 【請求項９】 電池電源と、該電池電源からの電力を変
    換して負荷に供給する電力変換手段と、前記電池電源の
    出力電圧検出手段と、前記電池電力の出力電流検出手段
    と、前記電池電源の出力電圧を設定するための出力電圧
    設定手段と、前記電池電源の出力電圧を前記出力電圧設
    定手段の設定値となるように電力変換手段を制御する制
    御手段とを、有する電力制御方法であって、 前記電池出力電圧を変動させ、所定の間隔でサンプリン
    グされた前記電圧検出手段からのｍ個の電圧信号及び前
    記電流検出手段からのｍ個の電流信号からｍ個の電力値
    を求める工程と、 前記ｍ個の電力値と前記ｍ個の電圧の関係を近似する有
    極の関数式を算出する工程と、 前記有極の関数式から電力が極大となる電圧を求め該電
    圧値を出力電圧設定値とする工程と、を有することを特
    徴とする電力制御方法。
  10. 【請求項１０】 前記請求項１記載の電力制御装置の電
    池電源が、太陽電池であることを特徴とする電源システ
    ム。
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