太陽光発電システム、及び、当該システムを構成する電力変換装置
【課題】 逆潮流の発生を防止することができ、逆潮流を不可とする制約がある場合にも有効利用することが可能な太陽光発電システムを提供する。
【解決手段】 受電電力Ｐｒが閾値αを下回っている場合、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔを下げ、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔを記憶する。また、受電電力Ｐｒが閾値α以上で且つ閾値β以下である場合、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔを、そのまま維持する。さらにまた、受電電力Ｐｒが閾値βを上回っている場合、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔを上げ、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔを記憶する。そして、ＭＰＰＴ制御においては、電圧を変動させ（Ｓ２００）、電圧を変動させたときの発電電力Ｐｎを求める（Ｓ２１０）。ここで特に、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔを読み込み（Ｓ２２０）、発電電力Ｐｎがリミット電力Ｐｌｉｍｉｔを越えている場合には（Ｓ２３０：ＹＥＳ）、反対方向へ電圧を変動させる（Ｓ２４０）。
【解決手段】 受電電力Ｐｒが閾値αを下回っている場合、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔを下げ、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔを記憶する。また、受電電力Ｐｒが閾値α以上で且つ閾値β以下である場合、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔを、そのまま維持する。さらにまた、受電電力Ｐｒが閾値βを上回っている場合、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔを上げ、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔを記憶する。そして、ＭＰＰＴ制御においては、電圧を変動させ（Ｓ２００）、電圧を変動させたときの発電電力Ｐｎを求める（Ｓ２１０）。ここで特に、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔを読み込み（Ｓ２２０）、発電電力Ｐｎがリミット電力Ｐｌｉｍｉｔを越えている場合には（Ｓ２３０：ＹＥＳ）、反対方向へ電圧を変動させる（Ｓ２４０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、系統連系型のシステムであって、負荷による消費電力を太陽光発電装置による発電電力及び系統からの受電電力で賄う太陽光発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光は石油等の化石燃料に依存しない無限のエネルギーであり、この太陽光を電気エネルギーに変換する太陽電池を利用した太陽光発電システムは、地球温暖化防止対策の一つとして普及・拡大が期待されている。また、エネルギーセキュリティー上からもエネルギー源として重要である。
【０００３】
太陽光発電システムで用いられる太陽電池の最小単位である太陽電池セルは、それ単体では出力が小さいため、通常は、出力電圧を上げるために直列接続して太陽電池モジュールを構成したり、さらに出力電圧を上げるために太陽電池モジュールを直列接続して太陽電池ストリングを構成したり、出力電力を上げるために太陽電池モジュール又は太陽電池ストリングを並列接続して太陽電池アレイを構成する。
【０００４】
そして、一般によく知られている太陽光発電システムでは、これら太陽電池モジュール、太陽電池ストリング、又は太陽電池アレイから出力される直流の発電電力を、パワーコンディショナにて交流電力に変換して、負荷に供給したり交流系統に連系したりしている。このとき、太陽光発電システムによる発電電力が負荷よりも小さい場合には交流系統からの受電が行われる。一方、太陽光発電システムによる発電電力が負荷よりも大きくなると、余剰分の発電電力が系統へ逆流させられる、いわゆる「逆潮流」が発生する。
【０００５】
ところで、太陽電池ユニットの一般的な電圧−発電出力（電力）特性（以下単に「発電特性」という）を、図６（ａ）に示す。ここに示すように、太陽電池ユニットの発電出力は、太陽電池ユニットの出力電圧の上昇に伴って増加していき、ある電圧（最大出力電圧Ｖｍ）で発電出力が最大値（最大電力Ｐｍ）となり、そこから更に出力電圧が上昇すると発電電力は低下していく。
【０００６】
このような発電特性は、太陽電池の発電特性として周知であるが、太陽電池ユニットを構成する太陽電池モジュールの種類（延いては太陽電池セルの種類）によって異なったり、また、同一種類の太陽電池ユニットであっても日射量、周囲温度、更には影の影響などによって変化したりする。
【０００７】
そこで、太陽電池ユニットから発電電力を有効に取り出すために、パワーコンディショナでは、通常、最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ制御；Maximum Power Point Tracking制御）が行われる。ＭＰＰＴ制御とは、パワーコンディショナに接続された太陽電池ユニットのトータルの発電電力（動作点）が、その発電特性における発電電力が最大となる最大電力点（図６（ａ）における、発電出力がＰｍとなる点）に追従するように制御するものである。このようなＭＰＰＴ制御機能を備えたパワーコンディショナは、従来、一般によく知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−１７６４７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、上述した「逆潮流」が不可とされる場合がある。例えば、「逆潮流」では電力会社が発電電力を買い上げることになり「売電」が行われることになるが、太陽光発電システムが益々普及するに連れ、「売電」が制限されることがあり得る。逆潮流を不可とする制約がある場合、逆潮流が発生すると、即座に遮断機によってシステム全体が遮断され、負荷への電力供給もできなくなる。この場合、手動による復帰を余儀なくされ、結果として、太陽光発電システムの有効利用が阻害される事態が生じる。
【００１０】
例えば図７（ａ）に示すように、負荷１００が１００ｋＷであって太陽光発電システム２００の発電電力が８０ｋＷである場合、系統から２０ｋＷの電力が供給される。このとき、図７（ｂ）に示すように、負荷１００が７０ｋＷに減ると、太陽光発電システム２００の発電電力８０ｋＷが負荷を上回るため、余剰分の１０ｋＷが系統へ逆流する「逆潮流」が生じる。ここで特に「逆潮流」が不可となっている場合、図７（ｃ）に示すように、遮断機３００によってシステム全体が遮断される。結果として、８０ｋＷの発電が可能であるにもかかわらず、その恩恵を受けることができず、負荷１００への電力も供給されなくなる。
【００１１】
また、別の手法として、逆潮流を不可とする制約がある場合、系統からの受電電力を基準に太陽光発電システムを停止させる手法がある。この場合も、太陽光発電システムの有効利用が阻害される事態が生じる。
【００１２】
例えば図８（ａ）に示すように、負荷１００が１００ｋＷであって太陽光発電システム２００の発電電力が８０ｋＷである場合、系統から２０ｋＷの電力が供給される。ここで受電電力の閾値が１０ｋＷに設定されているものとする。このとき、図８（ｂ）に示すように、負荷１００が８５ｋＷに減ると、受電電力が５ｋＷとなり受電電力の閾値１０ｋＷを下回るため、「逆潮流」の防止を目的として開放指示が送出される。これにより、図８（ｃ）に示すように、遮断機４００（あるいは、ＰＣＳ）によって太陽光発電システム２００の発電電力が遮断される。結果として、８０ｋＷの発電が可能であるにもかかわらず、その恩恵を受けることができず、系統より８５ｋＷを受電することになってしまう。
【００１３】
さらにまた、別の手法として、逆潮流を不可とする制約がある場合、予め太陽光発電システムの運転スケジュールを決めておき、太陽光発電システムを停止させておく手法もある。この場合も、太陽光発電システムの有効利用が阻害される事態が生じる。
【００１４】
本発明は、上述した問題を解決するためになされたものであり、その目的は、逆潮流の発生を防止することができ、逆潮流を不可とする制約がある場合にも有効利用することが可能な太陽光発電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の太陽光発電システムは、系統連系型のシステムであって、負荷による消費電力を、発電電力及び系統からの受電電力で賄うものであり、太陽電池と電力変換装置とを備える。
【００１６】
太陽電池は、太陽光を受光することにより直流の電力を発電する。太陽電池は、複数の太陽電池セルが直列接続されてなる太陽電池モジュール、複数の太陽電池モジュールが直列接続されてなる太陽電池ストリング、又は、複数の太陽電池モジュール若しくは複数の太陽電池ストリングが並列接続されてなる太陽電池アレイで構成することが例示される。ただし、これらの他にも、太陽光受光により発電可能なあらゆる形態のものを含む。
【００１７】
電力変換装置は、直流の発電電力を交流電力に変換するものであり、パワーコンディショナとも呼ばれる。この電力変換装置は、制御部を有しており、この制御部により、太陽電池の発電特性に基づく最大電力点追従制御が実行されることで発電電力が制御される。発電特性については、図６（ａ）を用いて既に述べた通りである。
【００１８】
このシステムでは、負荷による消費電力を太陽電池からの発電電力と系統からの受電電力とで賄うため、太陽電池からの発電電力が増加したり、負荷による消費電力が減少したりすると、系統からの受電電力は減少する。
【００１９】
ここで特に本発明では、最大電力点追従制御において、逆潮回避のためのリミット電力が設定されており、当該リミット電力以下となるよう発電電力が制御される。つまり、従来は発電電力を最大値とするような制御が行われるのが一般的であるが、本発明では、リミット電力以下となるように発電電力を積極的に制御するのである。このようにすれば、リミット電力を適切に設定することで、太陽電池の発電電力を抑え、余剰分の電力が発生することを抑えることができる。その結果、逆潮流の発生を防止することができ、逆潮流を不可とする制約がある場合にもシステムを有効利用することができる。
【００２０】
また、システムの有効利用という観点からは、請求項２に示すように、電力点追従制御では、リミット電力以下の範囲で発電電力が最大値となるよう発電電力が制御されることが好ましい。つまり、逆潮流の発生を防止できる範囲で発電電力を最大値とするのである。このようにすれば、発電電力を有効に取り出すことができ、システムの有効利用に寄与する。
【００２１】
ところで、逆潮を生じさせる発電電力の余剰分は、刻一刻と変化する。そこで、請求項３に示すように、制御部は、系統からの受電電力が所定の下方閾値を下回ると、リミット電力を減少させて設定しなおすリミット電力下方修正制御を実行する構成が例示される。この場合、受電電力の低下によって逆潮が発生する可能性が高くなったことを下方閾値との比較で判断し、リミット電力を減少させる。このようにすれば、受電電力の低下に合わせて適切に発電電力を抑えることができ、逆潮流の発生を確実に防止することができる。
【００２２】
このとき、請求項４に示すように、リミット電力下方修正制御において、予め設定された減少分を用いて、リミット電力を算出することが考えられる。このようにすれば、比較的簡単にリミット電力を算出することができる。ただし、受電電力を上述の下方閾値以上に保持する目的の下では、請求項５に示すように、系統からの受電電力と下方閾値との差分に基づく減少分を用いて、リミット電力を算出することが好ましい。このようにすれば、リミット電力がより適切なものとなる。
【００２３】
一方、逆潮が生じないような状況では、発電電力をなるべく大きくすることが好ましい。そこで、請求項６に示すように、制御部は、系統からの受電電力が上方閾値を上回ると、リミット電力を増加させて設定しなおすリミット電力上方修正制御を実行する構成が例示される。ここで上方閾値は、上述した下方閾値以上に設定される。ただし、上方閾値と下方閾値とが等しい場合には、ハンチングなどの問題が生じるため、上方閾値は下方閾値を上回るものとすることが望ましい。このようにすれば、逆潮流発生の可能性が小さくなった場合、リミット電力上方修正制御によってリミット電力が増加させられるため、発電電力を大きくすることができ、システムの有効利用に寄与する。
【００２４】
このとき、請求項７に示すように、リミット電力上方修正制御において、予め設定された増加分を用いて、リミット電力を算出することが考えられる。このようにすれば、比較的簡単にリミット電力を算出することができる。ただし、受電電力を上述の下方閾値以上に保持するという目的の下では、請求項８に示すように、系統からの受電電力と下方閾値との差分に基づく増加分を用いて、リミット電力を算出することが好ましい。このようにすれば、リミット電力がより適切なものとなる。
【００２５】
また、請求項９に示すように、系統からの受電電力が下方閾値以上で且つ上方閾値以下である場合、リミット電力を維持するリミット電力維持制御を実行することが考えられる。このようにすれば、発電電力が安定する可能性が高くなり、これに伴って受電電力も安定する可能性が高くなるため、適切な制御が実現される。
【００２６】
ところで、逆潮を回避するという観点からは、請求項１０に示すように、リミット電力の減少分を、リミット電力の増加分に比べ、大きく設定することが好ましい。つまり、発電電力を減少させる側の制御は迅速に行い、発電電力を増加させる側の制御は緩慢に行うのである。このようにすれば、逆潮流の発生を防止するという効果が際だつ。
【００２７】
なお、ここまで太陽光発電システムの発明として説明してきたが、請求項１１に示すような太陽光発電システムを構成する電力変換装置の発明として実現することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】太陽光発電システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】リミット電力演算処理を示すフローチャートである。
【図３】リミット電力の算出根拠を示す説明図である。
【図４】ＭＰＰＴ制御処理の前半部分を示すフローチャートである。
【図５】ＭＰＰＴ制御処理の後半部分を示すフローチャートである。
【図６】（ａ）は太陽電池ユニットの発電特性を示す説明図であり、（ｂ）はリミット電力を用いたＭＰＰＴ制御を示す説明図である。
【図７】従来の逆潮流回避の手法を示す説明図である。
【図８】従来の逆潮流回避の手法を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、太陽光発電システム１の概略構成を示すブロック図である。
太陽光発電システム１は、電力を消費する構成である負荷３０に接続されると共に、系統連系システムとして系統に連系されている。系統への連系部分には、系統からの受電電力を計測するための受電計測部４０が設けられている。
【００３０】
また、太陽光発電システム１は、太陽電池ユニット１０、及び、パワーコンディショナ（以下「ＰＣＳ」という）２０を備えている。
太陽電池ユニット１０は、太陽光が照射されることで発電を行い、複数の太陽電池セルが直列接続されてなる太陽電池モジュール、複数の太陽電池モジュールが直列接続されてなる太陽電池ストリング、又は、複数の太陽電池モジュール若しくは複数の太陽電池ストリングが並列接続されてなる太陽電池アレイで構成されている。
【００３１】
ＰＣＳ２０は、太陽電池ユニット１０からの発電電力（直流電力）を交流電力に変換して出力する。ＰＣＳ２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１、インバータ２２、及び、発電計測部２３を有している。ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は、太陽電池ユニット１０からの入力される直流の入力電圧をその入力電圧よりも高い所定の直流電圧に昇圧する。また、インバータ２２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１にて昇圧された直流電圧を交流電圧に変換する。このインバータ２２にて出力される発電電力（交流電圧、交流電流）を計測するのが、発電計測部２３である。
【００３２】
ここでＤＣ／ＤＣコンバータ２１は、制御部２１ａを有しており、この制御部２１ａによって、ＭＰＰＴ制御処理が実行される。ＭＰＰＴ制御では、基本的に、太陽電池ユニット１０からの発電電力を有効に取り出すために、入力される電圧を変動させながら、太陽電池ユニット１０の発電電力を制御する。なお、制御部２１ａには、受電計測部４０にて計測される受電点の電圧と電流とが入力される。また、発電計測部２３にて計測される発電電力が入力される。
【００３３】
本実施形態におけるＭＰＰＴ制御処理では、「逆潮流」を発生させない範囲で発電電力が最大となるように制御する。この「逆潮流」を発生させない範囲が、リミット電力として設定される。
【００３４】
そこで次に、リミット電力演算処理を説明する。図２は、リミット電力演算処理を示すフローチャートである。
最初のＳ１００では、受電電力Ｐｒ及び発電電力Ｐｐｖを計測する。この処理は、受電計測部４０からの信号及び発電計測部２３からの信号に基づくものである。
【００３５】
次のＳ１１０では、受電電力Ｐｒが閾値αを下回っているか否かを判断する。閾値αは、逆潮が生じる（受電電力Ｐｒ＜０となる）可能性が大きくなったことを判断するため、受電電力Ｐｒの閾値として設定されるものである。ここでＰｒ＜αである場合（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、Ｓ１２０へ移行する。一方、Ｐｒ≧αである場合（Ｓ１１０：ＮＯ）、Ｓ１３０へ移行する。
【００３６】
Ｓ１２０では、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔを下げる。この処理は、後述するＭＰＰＴ制御における発電電力Ｐｐｖの上限を下げることを意味する。つまり、ＭＰＰＴ制御では、後述するように発電電力Ｐｐｖをリミット電力Ｐｌｉｍｉｔ以下に抑えるのであるが、逆潮回避のために、このリミット電力Ｐｌｉｍｉｔを下げるのである。
【００３７】
Ｓ１３０では、受電電力Ｐｒが閾値βを上回っているか否かを判断する。閾値βは、逆潮が生じる可能性が小さくなったことを判断するため、受電電力Ｐｒの閾値（β＞α）として設定されるものである。ここでＰｒ＞βである場合（Ｓ１３０：ＹＥＳ）、Ｓ１４０へ移行する。一方、Ｐｒ≦βである場合（Ｓ１３０：ＮＯ）、Ｓ１４０〜Ｓ１６０の処理を実行せず、Ｓ１７０へ移行する。
【００３８】
Ｓ１４０では、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔを上げる。この処理は、後述するＭＰＰＴ制御における発電電力の上限を上げることを意味する。つまり、ＭＰＰＴ制御では、後述するように発電電力Ｐｐｖをリミット電力Ｐｌｉｍｉｔ以下に抑えるのであるが、逆潮回避の必要性が小さくなると、電力の有効に取り出すため、このリミット電力Ｐｌｉｍｉｔを上げるのである。
【００３９】
続くＳ１５０では、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔが上限値Ｐｍａｘを越えたか否かを判断する。上限値Ｐｍａｘは、予め設定されるものである。ここで上限値Ｐｍａｘを越えたと判断された場合（Ｓ１５０：ＹＥＳ）、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔに上限値Ｐｍａｘを設定する。一方、上限値Ｐｍａｘ以下である場合（Ｓ１５０：ＮＯ）、Ｓ１６０の処理を実行せず、Ｓ１７０へ移行する。つまり、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔは、受電電力との関係で増加し続けることが考えられる（Ｓ１３０，Ｓ１４０）。そこで適当な上限値Ｐｍａｘを設定しておくことにより、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔを上限値Ｐｍａｘ以下にするのである。
【００４０】
Ｓ１７０では、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔを記憶する。この処理は、ＭＰＰＴ制御に際しリミット電力Ｐｌｉｍｉｔを利用可能なように、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔを記憶しておくものである。
【００４１】
ここで、Ｓ１２０及びＳ１４０に示したＰｌｉｍｉｔの算出について説明する。
図３は、受電電力Ｐｒの推移と閾値α，βとの関係を示す説明図である。本実施形態では、逆潮回避のため受電電力Ｐｒが閾値αを下回らないようにすることが目的である。したがって、記号Ａで示す時点では、記号ａで示す発電量（α−Ｐｒ）だけ発電電力を減らすことが必要となる。つまり、発電電力Ｐｐｖが負荷Ｐｌとの関係で大きくなった分だけ受電電力Ｐｒが減少するため、受電電力Ｐｒが閾値αを下回った分（α−Ｐｒ）だけ発電電力Ｐｐｖを減らすことが必要となる。一方、記号Ｂで示す時点では、記号ｂで示す発電量（Ｐｒ−α）だけ発電電力を増やすことが許容される。
【００４２】
したがって、一例として、次の式１及び式２でＰｌｉｍｉｔを算出することが考えられる。
Ｐｌｉｍｉｔ ＝ Ｐｐｖ−ａ（α−Ｐｒ） ・・・式１
Ｐｌｉｍｉｔ ＝ Ｐｐｖ＋ｂ（Ｐｒ−α） ・・・式２
ここで、係数ａは、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔの減少度合いを決める係数である。同様に、係数ｂは、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔの増加度合いを決める係数である。本実施形態では、係数ａは１よりも大きな数値（例えば１．２）として、係数ｂは、１よりも小さな数値（例えば０．８）として設定されているものとする。なお、図２中のＳ１００で計測される発電電力Ｐｐｖは、このリミット電力Ｐｌｉｍｉｔの算出に用いられる。
【００４３】
次に、ＭＰＰＴ制御処理を説明する。図４及び図５は、ＭＰＰＴ制御処理を示すフローチャートである。このＭＰＰＴ制御処理は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の制御部２１ａにて繰り返し実行される。なお、このＭＰＰＴ制御は、一般的な山登り法を改良したものである。図４は電圧ＶDCを減少させた場合の発電電力Ｐｎの変化を見るものであり、図６（ａ）に示す発電特性において、右側から最大電力点を探す場合に該当する。図５は電圧ＶDCを増加させた場合の発電電力Ｐｎの変化を見るものであり、図６（ａ）に示す発電特性において、左側から最大電力点を探す場合に該当する。
【００４４】
最初のＳ２００において、電圧を変動させる。この処理は、太陽電池ユニット１０からの出力電圧ＶDCから所定分ΔＶDCを減じるものである。
続くＳ２１０では、電圧ＶDCを変動させたときの発電電力Ｐｎを求める。発電電力Ｐｎは、太陽電池ユニット１０からの出力電圧ＶDCと出力電流ＩDCを掛け合わせることで得られる。
【００４５】
次のＳ２２０では、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔを読み込む。このリミット電力Ｐｌｉｍｉｔは、図２中のＳ１７０で記憶されるものである。
続くＳ２３０では、発電電力Ｐｎがリミット電力Ｐｌｉｍｉｔを上回っているか否かを判断する。ここでＰｎ＞Ｐｌｉｍｉｔである場合（Ｓ２３０：ＹＥＳ）、Ｓ２４０にて出力電圧ＶDCに所定分ΔＶDCを加え、その後、Ｓ２１０からの処理を繰り返す。一方、Ｐｎ≦Ｐｌｉｍｉｔである場合（Ｓ２３０：ＮＯ）、Ｓ２５０へ移行する。
【００４６】
Ｓ２５０では、今回の発電電力Ｐｎが前回の発電電力Ｐｎ−１よりも大きいか否かを判断する。ここでＰｎ＞Ｐｎ−１である場合（Ｓ２５０：ＹＥＳ）、Ｓ２００からの処理を繰り返す。一方、Ｐｎ≦Ｐｎ−１である場合（Ｓ２５０：ＮＯ）、Ｓ２６０にて今回の発電電力ＰｎをＰｎ−１として記憶し、図５中のＳ２７０へ移行する。
【００４７】
図５中のＳ２７０では、電圧を変動させる。この処理は、太陽電池ユニット１０からの出力電圧ＶDCに所定分ΔＶDCを加えるものである。
続くＳ２８０では、電圧ＶDCを変動させたときの発電電力Ｐｎを求める。発電電力Ｐｎは、太陽電池ユニット１０からの出力電圧ＶDCと出力電流ＩDCを掛け合わせることで得られる。
【００４８】
次のＳ２９０では、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔを読み込む。このリミット電力Ｐｌｉｍｉｔは、図２中のＳ１７０で記憶されるものである。
続くＳ３００では、発電電力Ｐｎがリミット電力Ｐｌｉｍｉｔを上回っているか否かを判断する。ここでＰｎ＞Ｐｌｉｍｉｔである場合（Ｓ３００：ＹＥＳ）、Ｓ３１０にて出力電圧ＶDCから所定分ΔＶDCを減じ、その後、Ｓ２８０からの処理を繰り返す。一方、Ｐｎ≦Ｐｌｉｍｉｔである場合（Ｓ３００：ＮＯ）、Ｓ３２０へ移行する。
【００４９】
Ｓ３２０では、今回の発電電力Ｐｎが前回の発電電力Ｐｎ−１よりも大きいか否かを判断する。ここでＰｎ＞Ｐｎ−１である場合（Ｓ３２０：ＹＥＳ）、Ｓ２７０からの処理を繰り返す。一方、Ｐｎ≦Ｐｎ−１である場合（Ｓ３２０：ＮＯ）、Ｓ３３０にて今回の発電電力ＰｎをＰｎ−１として記憶し、ＭＰＰＴ制御処理を終了する。
【００５０】
ここで、ＭＰＰＴ制御処理に対する理解を容易にするため、図６（ｂ）を用いた説明を加える。
ＭＰＰＴ制御処理では、電圧ＶDCから所定分ΔＶDCを減じ（図４中のＳ２００）、発電電力Ｐｎを求める（Ｓ２１０）。これは、図６（ｂ）に示すＰ−Ｖカーブを、記号Ｈで示すように、向かって右側から登っていくことに相当する。このとき、通常のＭＰＰＴ制御であれば最大電力点まで制御していくのであるが、本実施形態では、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔを読み込み（Ｓ２２０）、発電電力Ｐｎがリミット電力Ｐｌｉｍｉｔを上回っている場合（Ｓ２３０：ＹＥＳ）、電圧ＶDCに所定分ΔＶDCを加える（Ｓ２４０）。これにより、図６（ｂ）に示すリミット電力Ｐｌｉｍｉｔ以下に発電電力Ｐｎが抑えられる。そして、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔを越えない範囲で最大の発電電力に制御される（Ｓ２５０）。なお、図５中のＳ２７０からの処理は、図６（ｂ）に示すＰ−Ｖカーブを向かって左側から登る処理に相当する。
【００５１】
次に、本実施形態の太陽光発電システム１の発揮する効果を説明する。
本実施形態では、受電電力Ｐｒが閾値αを下回っている場合（図２中のＳ１１０：ＹＥＳ）、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔを下げ（Ｓ１２０）、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔを記憶する（Ｓ１７０）。また、受電電力Ｐｒが閾値α以上で且つ閾値β以下である場合（Ｓ１３０：ＮＯ）、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔは、そのまま維持される（Ｓ１７０）。さらにまた、受電電力Ｐｒが閾値βを上回っている場合（Ｓ１３０：ＹＥＳ）、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔを上げ、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔを記憶する（Ｓ１７０）。そして、ＭＰＰＴ制御においては、電圧を変動させ（図４中のＳ２００，図５中のＳ２７０）、電圧を変動させたときの発電電力Ｐｎを求める（Ｓ２１０，Ｓ２８０）。このとき、今回算出した発電電力Ｐｎが前回算出された発電電力Ｐｎ−１を越えている場合（Ｓ２５０：ＹＥＳ，Ｓ３２０：ＹＥＳ）、さらに同方向へ電圧を変動させ（Ｓ２００，Ｓ２７０）、最大電力点を求める。ここで特に、本実施形態のＭＰＰＴ制御では、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔを読み込み（Ｓ２２０，Ｓ２９０）、発電電力Ｐｎがリミット電力Ｐｌｉｍｉｔを越えている場合には（Ｓ２３０：ＹＥＳ，Ｓ３００：ＹＥＳ）、反対方向へ電圧を変動させる（Ｓ２４０，Ｓ３１０）。
【００５２】
つまり、従来は発電電力Ｐｐｖを最大値とするような制御が行われるのが一般的であるが、本実施形態では、発電電力Ｐｐｖがリミット電力Ｐｌｉｍｉｔ以下となるように発電電力Ｐｐｖを積極的に制御するのである。これにより、発電電力Ｐｐｖを抑え、余剰分の電力が発生することを抑えることができる。その結果、逆潮流の発生を防止することができ、逆潮流を不可とする制約がある場合にもシステムを有効利用することができる。
【００５３】
また、本実施形態では、今回算出した発電電力Ｐｎが前回算出された発電電力Ｐｎ−１を越えている場合は（図４中のＳ２５０：ＹＥＳ，図５中のＳ３２０：ＹＥＳ）さらに同方向へ電圧を変動させるため（Ｓ２００，Ｓ２７０）、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔ以下の範囲で発電電力Ｐｐｖが最大値となる。これにより、発電電力Ｐｐｖを有効に取り出すことができ、システムの有効利用に寄与する。
【００５４】
さらにまた、本実施形態では、受電電力Ｐｒが閾値αを下回っている場合（図２中のＳ１１０：ＹＥＳ）、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔを減少させて設定しなおす（Ｓ１２０）。すなわち、受電電力Ｐｒの低下によって逆潮が発生する可能性が高くなったことを閾値αとの比較で判断し、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔを減少させる。これにより、受電電力Ｐｒの低下に合わせて適切に発電電力Ｐｐｖを抑えることができ、逆潮流の発生を確実に防止することができる。
【００５５】
このとき、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔは、次の式１で算出することができる。これは、図３に示したように、受電電力Ｐｒが閾値αを下回った分（α−Ｐｒ）だけ発電電力Ｐｐｖを減らすことが必要となるためである。
Ｐｌｉｍｉｔ ＝ Ｐｐｖ−ａ（α−Ｐｒ） ・・・式１
これにより、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔがより適切なものとなる。
【００５６】
一方、本実施形態では、受電電力Ｐｒが閾値β（＞α）を上回っている場合（図２中のＳ１３０：ＹＥＳ）、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔを増加させて設定しなおす（Ｓ１４０）。すなわち、受電電力Ｐｒの増加によって逆潮が発生する可能性が低くなったことを閾値βとの比較で判断し、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔを増加させる。これにより、逆潮流発生の可能性が小さくなった場合、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔが増加させられるため、発電電力Ｐｐｖを大きくすることができ、システムの有効利用に寄与する。
【００５７】
このとき、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔは、次の式２で算出することができる。これは図３に示したように、受電電力Ｐｒが閾値αを上回った分（Ｐｒ−α）だけ発電電力Ｐｐｖを増やすことが許容されるためである。
Ｐｌｉｍｉｔ ＝ Ｐｐｖ＋ｂ（Ｐｒ−α） ・・・式２
これにより、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔがより適切なものとなる。
【００５８】
また、受電電力Ｐｒが閾値α以上で且つ閾値β以下である場合（Ｓ１３０：ＮＯ）、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔは、そのまま維持される（Ｓ１７０）。これにより、発電電力Ｐｐｖが安定する可能性が高くなり、これに伴って受電電力Ｐｒも安定する可能性が高くなるため、適切な制御が実現される。
【００５９】
上記式１及び式２に用いられる係数ａ，ｂについて言えば、係数ａは１よりも大きな数値（例えば１．２）として、係数ｂは、１よりも小さな数値（例えば０．８）として設定されている。つまり、発電電力Ｐｐｖを減少させる側の制御は迅速に行い、発電電力Ｐｐｖを増加させる側の制御は緩慢に行うのである。これにより、逆潮流の発生を防止するという効果が際だつ。
【００６０】
以上、本実施形態における太陽光発電システム１が「太陽光発電システム」を構成し、太陽電池ユニット１０が「太陽電池」を構成し、ＰＣＳ２０が「電力変換装置」を構成し、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の制御部２１ａが「制御部」を構成し、負荷３０が「負荷」を構成する。
【００６１】
また、閾値αが「下方閾値」に相当し、閾値βが「上方閾値」に相当する。
さらにまた、図４及び図５に示したＭＰＰＴ制御処理が「最大電力点追従制御」に相当し、図２中のＳ１００、Ｓ１１０、１２０及びＳ１７０の処理が「リミット電力下方修正制御」に相当し、Ｓ１００、Ｓ１１０、及びＳ１３０〜Ｓ１７０の処理が「リミット電力上方修正制御」及び「リミット電力維持制御」に相当する。
【００６２】
以上、本発明は、上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々なる形態で実施できる。
例えば上記実施形態では、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔを、式１及び式２に示したように、受電電力Ｐｒと閾値αとの差分に基づく減少分を考慮して演算していた（図２中のＳ１２０，Ｓ１４０）。これに対し、予め定められた減少分を用いてリミット電力Ｐｌｉｍｉｔを演算するようにしてもよい。次の式３及び式４に示すごとくである。
Ｐｌｉｍｉｔ ＝ Ｐｐｖ − ｘ ・・・式３
Ｐｌｉｍｉｔ ＝ Ｐｐｖ ＋ ｙ ・・・式４
このようにすれば、比較的簡単にリミット電力を演算することができるという点で有利である。
【符号の説明】
【００６３】
１：太陽光発電システム
１０：太陽電池ユニット
２０：パワーコンディショナ（ＰＣＳ）
２１：ＤＣ／ＤＣコンバータ
２１ａ：制御部
２２：インバータ
２３：発電計測部
３０：負荷
４０：受電計測部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、系統連系型のシステムであって、負荷による消費電力を太陽光発電装置による発電電力及び系統からの受電電力で賄う太陽光発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光は石油等の化石燃料に依存しない無限のエネルギーであり、この太陽光を電気エネルギーに変換する太陽電池を利用した太陽光発電システムは、地球温暖化防止対策の一つとして普及・拡大が期待されている。また、エネルギーセキュリティー上からもエネルギー源として重要である。
【０００３】
太陽光発電システムで用いられる太陽電池の最小単位である太陽電池セルは、それ単体では出力が小さいため、通常は、出力電圧を上げるために直列接続して太陽電池モジュールを構成したり、さらに出力電圧を上げるために太陽電池モジュールを直列接続して太陽電池ストリングを構成したり、出力電力を上げるために太陽電池モジュール又は太陽電池ストリングを並列接続して太陽電池アレイを構成する。
【０００４】
そして、一般によく知られている太陽光発電システムでは、これら太陽電池モジュール、太陽電池ストリング、又は太陽電池アレイから出力される直流の発電電力を、パワーコンディショナにて交流電力に変換して、負荷に供給したり交流系統に連系したりしている。このとき、太陽光発電システムによる発電電力が負荷よりも小さい場合には交流系統からの受電が行われる。一方、太陽光発電システムによる発電電力が負荷よりも大きくなると、余剰分の発電電力が系統へ逆流させられる、いわゆる「逆潮流」が発生する。
【０００５】
ところで、太陽電池ユニットの一般的な電圧−発電出力（電力）特性（以下単に「発電特性」という）を、図６（ａ）に示す。ここに示すように、太陽電池ユニットの発電出力は、太陽電池ユニットの出力電圧の上昇に伴って増加していき、ある電圧（最大出力電圧Ｖｍ）で発電出力が最大値（最大電力Ｐｍ）となり、そこから更に出力電圧が上昇すると発電電力は低下していく。
【０００６】
このような発電特性は、太陽電池の発電特性として周知であるが、太陽電池ユニットを構成する太陽電池モジュールの種類（延いては太陽電池セルの種類）によって異なったり、また、同一種類の太陽電池ユニットであっても日射量、周囲温度、更には影の影響などによって変化したりする。
【０００７】
そこで、太陽電池ユニットから発電電力を有効に取り出すために、パワーコンディショナでは、通常、最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ制御；Maximum Power Point Tracking制御）が行われる。ＭＰＰＴ制御とは、パワーコンディショナに接続された太陽電池ユニットのトータルの発電電力（動作点）が、その発電特性における発電電力が最大となる最大電力点（図６（ａ）における、発電出力がＰｍとなる点）に追従するように制御するものである。このようなＭＰＰＴ制御機能を備えたパワーコンディショナは、従来、一般によく知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−１７６４７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、上述した「逆潮流」が不可とされる場合がある。例えば、「逆潮流」では電力会社が発電電力を買い上げることになり「売電」が行われることになるが、太陽光発電システムが益々普及するに連れ、「売電」が制限されることがあり得る。逆潮流を不可とする制約がある場合、逆潮流が発生すると、即座に遮断機によってシステム全体が遮断され、負荷への電力供給もできなくなる。この場合、手動による復帰を余儀なくされ、結果として、太陽光発電システムの有効利用が阻害される事態が生じる。
【００１０】
例えば図７（ａ）に示すように、負荷１００が１００ｋＷであって太陽光発電システム２００の発電電力が８０ｋＷである場合、系統から２０ｋＷの電力が供給される。このとき、図７（ｂ）に示すように、負荷１００が７０ｋＷに減ると、太陽光発電システム２００の発電電力８０ｋＷが負荷を上回るため、余剰分の１０ｋＷが系統へ逆流する「逆潮流」が生じる。ここで特に「逆潮流」が不可となっている場合、図７（ｃ）に示すように、遮断機３００によってシステム全体が遮断される。結果として、８０ｋＷの発電が可能であるにもかかわらず、その恩恵を受けることができず、負荷１００への電力も供給されなくなる。
【００１１】
また、別の手法として、逆潮流を不可とする制約がある場合、系統からの受電電力を基準に太陽光発電システムを停止させる手法がある。この場合も、太陽光発電システムの有効利用が阻害される事態が生じる。
【００１２】
例えば図８（ａ）に示すように、負荷１００が１００ｋＷであって太陽光発電システム２００の発電電力が８０ｋＷである場合、系統から２０ｋＷの電力が供給される。ここで受電電力の閾値が１０ｋＷに設定されているものとする。このとき、図８（ｂ）に示すように、負荷１００が８５ｋＷに減ると、受電電力が５ｋＷとなり受電電力の閾値１０ｋＷを下回るため、「逆潮流」の防止を目的として開放指示が送出される。これにより、図８（ｃ）に示すように、遮断機４００（あるいは、ＰＣＳ）によって太陽光発電システム２００の発電電力が遮断される。結果として、８０ｋＷの発電が可能であるにもかかわらず、その恩恵を受けることができず、系統より８５ｋＷを受電することになってしまう。
【００１３】
さらにまた、別の手法として、逆潮流を不可とする制約がある場合、予め太陽光発電システムの運転スケジュールを決めておき、太陽光発電システムを停止させておく手法もある。この場合も、太陽光発電システムの有効利用が阻害される事態が生じる。
【００１４】
本発明は、上述した問題を解決するためになされたものであり、その目的は、逆潮流の発生を防止することができ、逆潮流を不可とする制約がある場合にも有効利用することが可能な太陽光発電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の太陽光発電システムは、系統連系型のシステムであって、負荷による消費電力を、発電電力及び系統からの受電電力で賄うものであり、太陽電池と電力変換装置とを備える。
【００１６】
太陽電池は、太陽光を受光することにより直流の電力を発電する。太陽電池は、複数の太陽電池セルが直列接続されてなる太陽電池モジュール、複数の太陽電池モジュールが直列接続されてなる太陽電池ストリング、又は、複数の太陽電池モジュール若しくは複数の太陽電池ストリングが並列接続されてなる太陽電池アレイで構成することが例示される。ただし、これらの他にも、太陽光受光により発電可能なあらゆる形態のものを含む。
【００１７】
電力変換装置は、直流の発電電力を交流電力に変換するものであり、パワーコンディショナとも呼ばれる。この電力変換装置は、制御部を有しており、この制御部により、太陽電池の発電特性に基づく最大電力点追従制御が実行されることで発電電力が制御される。発電特性については、図６（ａ）を用いて既に述べた通りである。
【００１８】
このシステムでは、負荷による消費電力を太陽電池からの発電電力と系統からの受電電力とで賄うため、太陽電池からの発電電力が増加したり、負荷による消費電力が減少したりすると、系統からの受電電力は減少する。
【００１９】
ここで特に本発明では、最大電力点追従制御において、逆潮回避のためのリミット電力が設定されており、当該リミット電力以下となるよう発電電力が制御される。つまり、従来は発電電力を最大値とするような制御が行われるのが一般的であるが、本発明では、リミット電力以下となるように発電電力を積極的に制御するのである。このようにすれば、リミット電力を適切に設定することで、太陽電池の発電電力を抑え、余剰分の電力が発生することを抑えることができる。その結果、逆潮流の発生を防止することができ、逆潮流を不可とする制約がある場合にもシステムを有効利用することができる。
【００２０】
また、システムの有効利用という観点からは、請求項２に示すように、電力点追従制御では、リミット電力以下の範囲で発電電力が最大値となるよう発電電力が制御されることが好ましい。つまり、逆潮流の発生を防止できる範囲で発電電力を最大値とするのである。このようにすれば、発電電力を有効に取り出すことができ、システムの有効利用に寄与する。
【００２１】
ところで、逆潮を生じさせる発電電力の余剰分は、刻一刻と変化する。そこで、請求項３に示すように、制御部は、系統からの受電電力が所定の下方閾値を下回ると、リミット電力を減少させて設定しなおすリミット電力下方修正制御を実行する構成が例示される。この場合、受電電力の低下によって逆潮が発生する可能性が高くなったことを下方閾値との比較で判断し、リミット電力を減少させる。このようにすれば、受電電力の低下に合わせて適切に発電電力を抑えることができ、逆潮流の発生を確実に防止することができる。
【００２２】
このとき、請求項４に示すように、リミット電力下方修正制御において、予め設定された減少分を用いて、リミット電力を算出することが考えられる。このようにすれば、比較的簡単にリミット電力を算出することができる。ただし、受電電力を上述の下方閾値以上に保持する目的の下では、請求項５に示すように、系統からの受電電力と下方閾値との差分に基づく減少分を用いて、リミット電力を算出することが好ましい。このようにすれば、リミット電力がより適切なものとなる。
【００２３】
一方、逆潮が生じないような状況では、発電電力をなるべく大きくすることが好ましい。そこで、請求項６に示すように、制御部は、系統からの受電電力が上方閾値を上回ると、リミット電力を増加させて設定しなおすリミット電力上方修正制御を実行する構成が例示される。ここで上方閾値は、上述した下方閾値以上に設定される。ただし、上方閾値と下方閾値とが等しい場合には、ハンチングなどの問題が生じるため、上方閾値は下方閾値を上回るものとすることが望ましい。このようにすれば、逆潮流発生の可能性が小さくなった場合、リミット電力上方修正制御によってリミット電力が増加させられるため、発電電力を大きくすることができ、システムの有効利用に寄与する。
【００２４】
このとき、請求項７に示すように、リミット電力上方修正制御において、予め設定された増加分を用いて、リミット電力を算出することが考えられる。このようにすれば、比較的簡単にリミット電力を算出することができる。ただし、受電電力を上述の下方閾値以上に保持するという目的の下では、請求項８に示すように、系統からの受電電力と下方閾値との差分に基づく増加分を用いて、リミット電力を算出することが好ましい。このようにすれば、リミット電力がより適切なものとなる。
【００２５】
また、請求項９に示すように、系統からの受電電力が下方閾値以上で且つ上方閾値以下である場合、リミット電力を維持するリミット電力維持制御を実行することが考えられる。このようにすれば、発電電力が安定する可能性が高くなり、これに伴って受電電力も安定する可能性が高くなるため、適切な制御が実現される。
【００２６】
ところで、逆潮を回避するという観点からは、請求項１０に示すように、リミット電力の減少分を、リミット電力の増加分に比べ、大きく設定することが好ましい。つまり、発電電力を減少させる側の制御は迅速に行い、発電電力を増加させる側の制御は緩慢に行うのである。このようにすれば、逆潮流の発生を防止するという効果が際だつ。
【００２７】
なお、ここまで太陽光発電システムの発明として説明してきたが、請求項１１に示すような太陽光発電システムを構成する電力変換装置の発明として実現することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】太陽光発電システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】リミット電力演算処理を示すフローチャートである。
【図３】リミット電力の算出根拠を示す説明図である。
【図４】ＭＰＰＴ制御処理の前半部分を示すフローチャートである。
【図５】ＭＰＰＴ制御処理の後半部分を示すフローチャートである。
【図６】（ａ）は太陽電池ユニットの発電特性を示す説明図であり、（ｂ）はリミット電力を用いたＭＰＰＴ制御を示す説明図である。
【図７】従来の逆潮流回避の手法を示す説明図である。
【図８】従来の逆潮流回避の手法を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、太陽光発電システム１の概略構成を示すブロック図である。
太陽光発電システム１は、電力を消費する構成である負荷３０に接続されると共に、系統連系システムとして系統に連系されている。系統への連系部分には、系統からの受電電力を計測するための受電計測部４０が設けられている。
【００３０】
また、太陽光発電システム１は、太陽電池ユニット１０、及び、パワーコンディショナ（以下「ＰＣＳ」という）２０を備えている。
太陽電池ユニット１０は、太陽光が照射されることで発電を行い、複数の太陽電池セルが直列接続されてなる太陽電池モジュール、複数の太陽電池モジュールが直列接続されてなる太陽電池ストリング、又は、複数の太陽電池モジュール若しくは複数の太陽電池ストリングが並列接続されてなる太陽電池アレイで構成されている。
【００３１】
ＰＣＳ２０は、太陽電池ユニット１０からの発電電力（直流電力）を交流電力に変換して出力する。ＰＣＳ２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１、インバータ２２、及び、発電計測部２３を有している。ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は、太陽電池ユニット１０からの入力される直流の入力電圧をその入力電圧よりも高い所定の直流電圧に昇圧する。また、インバータ２２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１にて昇圧された直流電圧を交流電圧に変換する。このインバータ２２にて出力される発電電力（交流電圧、交流電流）を計測するのが、発電計測部２３である。
【００３２】
ここでＤＣ／ＤＣコンバータ２１は、制御部２１ａを有しており、この制御部２１ａによって、ＭＰＰＴ制御処理が実行される。ＭＰＰＴ制御では、基本的に、太陽電池ユニット１０からの発電電力を有効に取り出すために、入力される電圧を変動させながら、太陽電池ユニット１０の発電電力を制御する。なお、制御部２１ａには、受電計測部４０にて計測される受電点の電圧と電流とが入力される。また、発電計測部２３にて計測される発電電力が入力される。
【００３３】
本実施形態におけるＭＰＰＴ制御処理では、「逆潮流」を発生させない範囲で発電電力が最大となるように制御する。この「逆潮流」を発生させない範囲が、リミット電力として設定される。
【００３４】
そこで次に、リミット電力演算処理を説明する。図２は、リミット電力演算処理を示すフローチャートである。
最初のＳ１００では、受電電力Ｐｒ及び発電電力Ｐｐｖを計測する。この処理は、受電計測部４０からの信号及び発電計測部２３からの信号に基づくものである。
【００３５】
次のＳ１１０では、受電電力Ｐｒが閾値αを下回っているか否かを判断する。閾値αは、逆潮が生じる（受電電力Ｐｒ＜０となる）可能性が大きくなったことを判断するため、受電電力Ｐｒの閾値として設定されるものである。ここでＰｒ＜αである場合（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、Ｓ１２０へ移行する。一方、Ｐｒ≧αである場合（Ｓ１１０：ＮＯ）、Ｓ１３０へ移行する。
【００３６】
Ｓ１２０では、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔを下げる。この処理は、後述するＭＰＰＴ制御における発電電力Ｐｐｖの上限を下げることを意味する。つまり、ＭＰＰＴ制御では、後述するように発電電力Ｐｐｖをリミット電力Ｐｌｉｍｉｔ以下に抑えるのであるが、逆潮回避のために、このリミット電力Ｐｌｉｍｉｔを下げるのである。
【００３７】
Ｓ１３０では、受電電力Ｐｒが閾値βを上回っているか否かを判断する。閾値βは、逆潮が生じる可能性が小さくなったことを判断するため、受電電力Ｐｒの閾値（β＞α）として設定されるものである。ここでＰｒ＞βである場合（Ｓ１３０：ＹＥＳ）、Ｓ１４０へ移行する。一方、Ｐｒ≦βである場合（Ｓ１３０：ＮＯ）、Ｓ１４０〜Ｓ１６０の処理を実行せず、Ｓ１７０へ移行する。
【００３８】
Ｓ１４０では、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔを上げる。この処理は、後述するＭＰＰＴ制御における発電電力の上限を上げることを意味する。つまり、ＭＰＰＴ制御では、後述するように発電電力Ｐｐｖをリミット電力Ｐｌｉｍｉｔ以下に抑えるのであるが、逆潮回避の必要性が小さくなると、電力の有効に取り出すため、このリミット電力Ｐｌｉｍｉｔを上げるのである。
【００３９】
続くＳ１５０では、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔが上限値Ｐｍａｘを越えたか否かを判断する。上限値Ｐｍａｘは、予め設定されるものである。ここで上限値Ｐｍａｘを越えたと判断された場合（Ｓ１５０：ＹＥＳ）、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔに上限値Ｐｍａｘを設定する。一方、上限値Ｐｍａｘ以下である場合（Ｓ１５０：ＮＯ）、Ｓ１６０の処理を実行せず、Ｓ１７０へ移行する。つまり、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔは、受電電力との関係で増加し続けることが考えられる（Ｓ１３０，Ｓ１４０）。そこで適当な上限値Ｐｍａｘを設定しておくことにより、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔを上限値Ｐｍａｘ以下にするのである。
【００４０】
Ｓ１７０では、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔを記憶する。この処理は、ＭＰＰＴ制御に際しリミット電力Ｐｌｉｍｉｔを利用可能なように、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔを記憶しておくものである。
【００４１】
ここで、Ｓ１２０及びＳ１４０に示したＰｌｉｍｉｔの算出について説明する。
図３は、受電電力Ｐｒの推移と閾値α，βとの関係を示す説明図である。本実施形態では、逆潮回避のため受電電力Ｐｒが閾値αを下回らないようにすることが目的である。したがって、記号Ａで示す時点では、記号ａで示す発電量（α−Ｐｒ）だけ発電電力を減らすことが必要となる。つまり、発電電力Ｐｐｖが負荷Ｐｌとの関係で大きくなった分だけ受電電力Ｐｒが減少するため、受電電力Ｐｒが閾値αを下回った分（α−Ｐｒ）だけ発電電力Ｐｐｖを減らすことが必要となる。一方、記号Ｂで示す時点では、記号ｂで示す発電量（Ｐｒ−α）だけ発電電力を増やすことが許容される。
【００４２】
したがって、一例として、次の式１及び式２でＰｌｉｍｉｔを算出することが考えられる。
Ｐｌｉｍｉｔ ＝ Ｐｐｖ−ａ（α−Ｐｒ） ・・・式１
Ｐｌｉｍｉｔ ＝ Ｐｐｖ＋ｂ（Ｐｒ−α） ・・・式２
ここで、係数ａは、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔの減少度合いを決める係数である。同様に、係数ｂは、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔの増加度合いを決める係数である。本実施形態では、係数ａは１よりも大きな数値（例えば１．２）として、係数ｂは、１よりも小さな数値（例えば０．８）として設定されているものとする。なお、図２中のＳ１００で計測される発電電力Ｐｐｖは、このリミット電力Ｐｌｉｍｉｔの算出に用いられる。
【００４３】
次に、ＭＰＰＴ制御処理を説明する。図４及び図５は、ＭＰＰＴ制御処理を示すフローチャートである。このＭＰＰＴ制御処理は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の制御部２１ａにて繰り返し実行される。なお、このＭＰＰＴ制御は、一般的な山登り法を改良したものである。図４は電圧ＶDCを減少させた場合の発電電力Ｐｎの変化を見るものであり、図６（ａ）に示す発電特性において、右側から最大電力点を探す場合に該当する。図５は電圧ＶDCを増加させた場合の発電電力Ｐｎの変化を見るものであり、図６（ａ）に示す発電特性において、左側から最大電力点を探す場合に該当する。
【００４４】
最初のＳ２００において、電圧を変動させる。この処理は、太陽電池ユニット１０からの出力電圧ＶDCから所定分ΔＶDCを減じるものである。
続くＳ２１０では、電圧ＶDCを変動させたときの発電電力Ｐｎを求める。発電電力Ｐｎは、太陽電池ユニット１０からの出力電圧ＶDCと出力電流ＩDCを掛け合わせることで得られる。
【００４５】
次のＳ２２０では、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔを読み込む。このリミット電力Ｐｌｉｍｉｔは、図２中のＳ１７０で記憶されるものである。
続くＳ２３０では、発電電力Ｐｎがリミット電力Ｐｌｉｍｉｔを上回っているか否かを判断する。ここでＰｎ＞Ｐｌｉｍｉｔである場合（Ｓ２３０：ＹＥＳ）、Ｓ２４０にて出力電圧ＶDCに所定分ΔＶDCを加え、その後、Ｓ２１０からの処理を繰り返す。一方、Ｐｎ≦Ｐｌｉｍｉｔである場合（Ｓ２３０：ＮＯ）、Ｓ２５０へ移行する。
【００４６】
Ｓ２５０では、今回の発電電力Ｐｎが前回の発電電力Ｐｎ−１よりも大きいか否かを判断する。ここでＰｎ＞Ｐｎ−１である場合（Ｓ２５０：ＹＥＳ）、Ｓ２００からの処理を繰り返す。一方、Ｐｎ≦Ｐｎ−１である場合（Ｓ２５０：ＮＯ）、Ｓ２６０にて今回の発電電力ＰｎをＰｎ−１として記憶し、図５中のＳ２７０へ移行する。
【００４７】
図５中のＳ２７０では、電圧を変動させる。この処理は、太陽電池ユニット１０からの出力電圧ＶDCに所定分ΔＶDCを加えるものである。
続くＳ２８０では、電圧ＶDCを変動させたときの発電電力Ｐｎを求める。発電電力Ｐｎは、太陽電池ユニット１０からの出力電圧ＶDCと出力電流ＩDCを掛け合わせることで得られる。
【００４８】
次のＳ２９０では、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔを読み込む。このリミット電力Ｐｌｉｍｉｔは、図２中のＳ１７０で記憶されるものである。
続くＳ３００では、発電電力Ｐｎがリミット電力Ｐｌｉｍｉｔを上回っているか否かを判断する。ここでＰｎ＞Ｐｌｉｍｉｔである場合（Ｓ３００：ＹＥＳ）、Ｓ３１０にて出力電圧ＶDCから所定分ΔＶDCを減じ、その後、Ｓ２８０からの処理を繰り返す。一方、Ｐｎ≦Ｐｌｉｍｉｔである場合（Ｓ３００：ＮＯ）、Ｓ３２０へ移行する。
【００４９】
Ｓ３２０では、今回の発電電力Ｐｎが前回の発電電力Ｐｎ−１よりも大きいか否かを判断する。ここでＰｎ＞Ｐｎ−１である場合（Ｓ３２０：ＹＥＳ）、Ｓ２７０からの処理を繰り返す。一方、Ｐｎ≦Ｐｎ−１である場合（Ｓ３２０：ＮＯ）、Ｓ３３０にて今回の発電電力ＰｎをＰｎ−１として記憶し、ＭＰＰＴ制御処理を終了する。
【００５０】
ここで、ＭＰＰＴ制御処理に対する理解を容易にするため、図６（ｂ）を用いた説明を加える。
ＭＰＰＴ制御処理では、電圧ＶDCから所定分ΔＶDCを減じ（図４中のＳ２００）、発電電力Ｐｎを求める（Ｓ２１０）。これは、図６（ｂ）に示すＰ−Ｖカーブを、記号Ｈで示すように、向かって右側から登っていくことに相当する。このとき、通常のＭＰＰＴ制御であれば最大電力点まで制御していくのであるが、本実施形態では、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔを読み込み（Ｓ２２０）、発電電力Ｐｎがリミット電力Ｐｌｉｍｉｔを上回っている場合（Ｓ２３０：ＹＥＳ）、電圧ＶDCに所定分ΔＶDCを加える（Ｓ２４０）。これにより、図６（ｂ）に示すリミット電力Ｐｌｉｍｉｔ以下に発電電力Ｐｎが抑えられる。そして、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔを越えない範囲で最大の発電電力に制御される（Ｓ２５０）。なお、図５中のＳ２７０からの処理は、図６（ｂ）に示すＰ−Ｖカーブを向かって左側から登る処理に相当する。
【００５１】
次に、本実施形態の太陽光発電システム１の発揮する効果を説明する。
本実施形態では、受電電力Ｐｒが閾値αを下回っている場合（図２中のＳ１１０：ＹＥＳ）、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔを下げ（Ｓ１２０）、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔを記憶する（Ｓ１７０）。また、受電電力Ｐｒが閾値α以上で且つ閾値β以下である場合（Ｓ１３０：ＮＯ）、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔは、そのまま維持される（Ｓ１７０）。さらにまた、受電電力Ｐｒが閾値βを上回っている場合（Ｓ１３０：ＹＥＳ）、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔを上げ、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔを記憶する（Ｓ１７０）。そして、ＭＰＰＴ制御においては、電圧を変動させ（図４中のＳ２００，図５中のＳ２７０）、電圧を変動させたときの発電電力Ｐｎを求める（Ｓ２１０，Ｓ２８０）。このとき、今回算出した発電電力Ｐｎが前回算出された発電電力Ｐｎ−１を越えている場合（Ｓ２５０：ＹＥＳ，Ｓ３２０：ＹＥＳ）、さらに同方向へ電圧を変動させ（Ｓ２００，Ｓ２７０）、最大電力点を求める。ここで特に、本実施形態のＭＰＰＴ制御では、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔを読み込み（Ｓ２２０，Ｓ２９０）、発電電力Ｐｎがリミット電力Ｐｌｉｍｉｔを越えている場合には（Ｓ２３０：ＹＥＳ，Ｓ３００：ＹＥＳ）、反対方向へ電圧を変動させる（Ｓ２４０，Ｓ３１０）。
【００５２】
つまり、従来は発電電力Ｐｐｖを最大値とするような制御が行われるのが一般的であるが、本実施形態では、発電電力Ｐｐｖがリミット電力Ｐｌｉｍｉｔ以下となるように発電電力Ｐｐｖを積極的に制御するのである。これにより、発電電力Ｐｐｖを抑え、余剰分の電力が発生することを抑えることができる。その結果、逆潮流の発生を防止することができ、逆潮流を不可とする制約がある場合にもシステムを有効利用することができる。
【００５３】
また、本実施形態では、今回算出した発電電力Ｐｎが前回算出された発電電力Ｐｎ−１を越えている場合は（図４中のＳ２５０：ＹＥＳ，図５中のＳ３２０：ＹＥＳ）さらに同方向へ電圧を変動させるため（Ｓ２００，Ｓ２７０）、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔ以下の範囲で発電電力Ｐｐｖが最大値となる。これにより、発電電力Ｐｐｖを有効に取り出すことができ、システムの有効利用に寄与する。
【００５４】
さらにまた、本実施形態では、受電電力Ｐｒが閾値αを下回っている場合（図２中のＳ１１０：ＹＥＳ）、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔを減少させて設定しなおす（Ｓ１２０）。すなわち、受電電力Ｐｒの低下によって逆潮が発生する可能性が高くなったことを閾値αとの比較で判断し、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔを減少させる。これにより、受電電力Ｐｒの低下に合わせて適切に発電電力Ｐｐｖを抑えることができ、逆潮流の発生を確実に防止することができる。
【００５５】
このとき、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔは、次の式１で算出することができる。これは、図３に示したように、受電電力Ｐｒが閾値αを下回った分（α−Ｐｒ）だけ発電電力Ｐｐｖを減らすことが必要となるためである。
Ｐｌｉｍｉｔ ＝ Ｐｐｖ−ａ（α−Ｐｒ） ・・・式１
これにより、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔがより適切なものとなる。
【００５６】
一方、本実施形態では、受電電力Ｐｒが閾値β（＞α）を上回っている場合（図２中のＳ１３０：ＹＥＳ）、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔを増加させて設定しなおす（Ｓ１４０）。すなわち、受電電力Ｐｒの増加によって逆潮が発生する可能性が低くなったことを閾値βとの比較で判断し、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔを増加させる。これにより、逆潮流発生の可能性が小さくなった場合、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔが増加させられるため、発電電力Ｐｐｖを大きくすることができ、システムの有効利用に寄与する。
【００５７】
このとき、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔは、次の式２で算出することができる。これは図３に示したように、受電電力Ｐｒが閾値αを上回った分（Ｐｒ−α）だけ発電電力Ｐｐｖを増やすことが許容されるためである。
Ｐｌｉｍｉｔ ＝ Ｐｐｖ＋ｂ（Ｐｒ−α） ・・・式２
これにより、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔがより適切なものとなる。
【００５８】
また、受電電力Ｐｒが閾値α以上で且つ閾値β以下である場合（Ｓ１３０：ＮＯ）、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔは、そのまま維持される（Ｓ１７０）。これにより、発電電力Ｐｐｖが安定する可能性が高くなり、これに伴って受電電力Ｐｒも安定する可能性が高くなるため、適切な制御が実現される。
【００５９】
上記式１及び式２に用いられる係数ａ，ｂについて言えば、係数ａは１よりも大きな数値（例えば１．２）として、係数ｂは、１よりも小さな数値（例えば０．８）として設定されている。つまり、発電電力Ｐｐｖを減少させる側の制御は迅速に行い、発電電力Ｐｐｖを増加させる側の制御は緩慢に行うのである。これにより、逆潮流の発生を防止するという効果が際だつ。
【００６０】
以上、本実施形態における太陽光発電システム１が「太陽光発電システム」を構成し、太陽電池ユニット１０が「太陽電池」を構成し、ＰＣＳ２０が「電力変換装置」を構成し、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の制御部２１ａが「制御部」を構成し、負荷３０が「負荷」を構成する。
【００６１】
また、閾値αが「下方閾値」に相当し、閾値βが「上方閾値」に相当する。
さらにまた、図４及び図５に示したＭＰＰＴ制御処理が「最大電力点追従制御」に相当し、図２中のＳ１００、Ｓ１１０、１２０及びＳ１７０の処理が「リミット電力下方修正制御」に相当し、Ｓ１００、Ｓ１１０、及びＳ１３０〜Ｓ１７０の処理が「リミット電力上方修正制御」及び「リミット電力維持制御」に相当する。
【００６２】
以上、本発明は、上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々なる形態で実施できる。
例えば上記実施形態では、リミット電力Ｐｌｉｍｉｔを、式１及び式２に示したように、受電電力Ｐｒと閾値αとの差分に基づく減少分を考慮して演算していた（図２中のＳ１２０，Ｓ１４０）。これに対し、予め定められた減少分を用いてリミット電力Ｐｌｉｍｉｔを演算するようにしてもよい。次の式３及び式４に示すごとくである。
Ｐｌｉｍｉｔ ＝ Ｐｐｖ − ｘ ・・・式３
Ｐｌｉｍｉｔ ＝ Ｐｐｖ ＋ ｙ ・・・式４
このようにすれば、比較的簡単にリミット電力を演算することができるという点で有利である。
【符号の説明】
【００６３】
１：太陽光発電システム
１０：太陽電池ユニット
２０：パワーコンディショナ（ＰＣＳ）
２１：ＤＣ／ＤＣコンバータ
２１ａ：制御部
２２：インバータ
２３：発電計測部
３０：負荷
４０：受電計測部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷による消費電力を、発電電力及び、系統からの受電電力で賄う系統連系型の太陽光発電システムであって、
太陽光を受光することにより直流の電力を発電する太陽電池と、
前記太陽電池の発電特性に基づく最大電力点追従制御を実行することで前記発電電力を制御する制御部を有し、直流の発電電力を交流電力に変換する電力変換装置と、を備え、
前記最大電力点追従制御において、逆潮回避のためのリミット電力が設定されており、当該リミット電力以下となるよう前記発電電力が制御されること
を特徴とする太陽光発電システム。
【請求項２】
請求項１に記載の太陽光発電システムにおいて、
前記電力点追従制御では、前記リミット電力以下の範囲で前記発電電力が最大値となるよう前記発電電力が制御されること
を特徴とする太陽光発電システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の太陽光発電システムにおいて、
前記制御部は、前記系統からの受電電力が下方閾値を下回ると、前記リミット電力を減少させて設定しなおすリミット電力下方修正制御を実行すること
を特徴とする太陽光発電システム。
【請求項４】
請求項３に記載の太陽光発電システムにおいて、
前記リミット電力下方修正制御では、予め設定された減少分を用いて、前記リミット電力が算出されること
を特徴とする太陽光発電システム。
【請求項５】
請求項３に記載の太陽光発電システムにおいて、
前記リミット電力下方修正制御では、前記系統からの受電電力と前記下方閾値との差分に基づく減少分を用いて、前記リミット電力が算出されること
を特徴とする太陽光発電システム。
【請求項６】
請求項３〜５の何れか一項に記載の太陽光発電システムにおいて、
前記制御部は、前記系統からの受電電力が前記下方閾値以上に設定される上方閾値を上回ると、前記リミット電力を増加させて設定しなおすリミット電力上方修正制御を実行すること
を特徴とする太陽光発電システム。
【請求項７】
請求項６に記載の太陽光発電システムにおいて、
前記リミット電力上方修正制御では、予め設定された増加分を用いて、前記リミット電力が算出されること
を特徴とする太陽光発電システム。
【請求項８】
請求項６に記載の太陽光発電システムにおいて、
前記リミット電力上方修正制御では、前記系統からの受電電力と前記下方閾値との差分に基づく増加分を用いて、前記リミット電力が算出されること
を特徴とする太陽光発電システム。
【請求項９】
請求項６〜８の何れか一項に記載の太陽光発電システムにおいて、
前記制御部は、前記系統からの受電電力が前記下方閾値以上で且つ前記上方閾値以下である場合、前記リミット電力を維持するリミット電力維持制御を実行すること
を特徴とする太陽光発電システム。
【請求項１０】
請求項６〜９の何れか一項に記載の太陽光発電システムにおいて、
前記リミット電力の減少分が、前記リミット電力の増加分に比べ、大きく設定されていること
を特徴とする太陽光発電システム。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の太陽光発電システムを構成する電力変換装置。
【請求項１】
負荷による消費電力を、発電電力及び、系統からの受電電力で賄う系統連系型の太陽光発電システムであって、
太陽光を受光することにより直流の電力を発電する太陽電池と、
前記太陽電池の発電特性に基づく最大電力点追従制御を実行することで前記発電電力を制御する制御部を有し、直流の発電電力を交流電力に変換する電力変換装置と、を備え、
前記最大電力点追従制御において、逆潮回避のためのリミット電力が設定されており、当該リミット電力以下となるよう前記発電電力が制御されること
を特徴とする太陽光発電システム。
【請求項２】
請求項１に記載の太陽光発電システムにおいて、
前記電力点追従制御では、前記リミット電力以下の範囲で前記発電電力が最大値となるよう前記発電電力が制御されること
を特徴とする太陽光発電システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の太陽光発電システムにおいて、
前記制御部は、前記系統からの受電電力が下方閾値を下回ると、前記リミット電力を減少させて設定しなおすリミット電力下方修正制御を実行すること
を特徴とする太陽光発電システム。
【請求項４】
請求項３に記載の太陽光発電システムにおいて、
前記リミット電力下方修正制御では、予め設定された減少分を用いて、前記リミット電力が算出されること
を特徴とする太陽光発電システム。
【請求項５】
請求項３に記載の太陽光発電システムにおいて、
前記リミット電力下方修正制御では、前記系統からの受電電力と前記下方閾値との差分に基づく減少分を用いて、前記リミット電力が算出されること
を特徴とする太陽光発電システム。
【請求項６】
請求項３〜５の何れか一項に記載の太陽光発電システムにおいて、
前記制御部は、前記系統からの受電電力が前記下方閾値以上に設定される上方閾値を上回ると、前記リミット電力を増加させて設定しなおすリミット電力上方修正制御を実行すること
を特徴とする太陽光発電システム。
【請求項７】
請求項６に記載の太陽光発電システムにおいて、
前記リミット電力上方修正制御では、予め設定された増加分を用いて、前記リミット電力が算出されること
を特徴とする太陽光発電システム。
【請求項８】
請求項６に記載の太陽光発電システムにおいて、
前記リミット電力上方修正制御では、前記系統からの受電電力と前記下方閾値との差分に基づく増加分を用いて、前記リミット電力が算出されること
を特徴とする太陽光発電システム。
【請求項９】
請求項６〜８の何れか一項に記載の太陽光発電システムにおいて、
前記制御部は、前記系統からの受電電力が前記下方閾値以上で且つ前記上方閾値以下である場合、前記リミット電力を維持するリミット電力維持制御を実行すること
を特徴とする太陽光発電システム。
【請求項１０】
請求項６〜９の何れか一項に記載の太陽光発電システムにおいて、
前記リミット電力の減少分が、前記リミット電力の増加分に比べ、大きく設定されていること
を特徴とする太陽光発電システム。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の太陽光発電システムを構成する電力変換装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１７５８５８（Ｐ２０１２−１７５８５８Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３７１０８（Ｐ２０１１−３７１０８）
【出願日】平成２３年２月２３日（２０１１．２．２３）
【出願人】（５９３０６３１６１）株式会社ＮＴＴファシリティーズ (475)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２３日（２０１１．２．２３）
【出願人】（５９３０６３１６１）株式会社ＮＴＴファシリティーズ (475)
【Ｆターム（参考）】
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