JP2524135B2 - Inverter control system driven by solar cell - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は太陽電池からの直流電力で負荷を駆動するシ
ステムにおいて、蓄電池を用いないで直線負荷に電力を
供給する制御方式に関するものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a control system for supplying electric power to a linear load without using a storage battery in a system for driving a load with DC power from a solar cell.
近年、注目を浴びている太陽光発電システムにおい
て、太陽電池で発電された電力でポンプ等の負荷を駆動
するシステムがある。このようなシステムにおいては、
太陽電池の日射量と温度をある一定値にした時太陽電池
の電圧Ｖ−電流Ｉ特性が第３図に示すように出力電流Ｉ
がある一定値以上に増加すると出力電圧Ｖが急激に降下
し零となる。2. Description of the Related Art In recent solar power generation systems, which have been attracting attention, there is a system in which a load such as a pump is driven by electric power generated by a solar cell. In such a system,
When the solar radiation amount and temperature of the solar cell are set to a certain constant value, the voltage V-current I characteristic of the solar cell is as shown in FIG.
When the voltage exceeds a certain value, the output voltage V drops sharply and becomes zero.
そこで、出力電力が最大となる点Pmaxで太陽電池を運
転するいわゆる最大電力点追尾制御方式（MPPT）が開発
されている。Therefore, a so-called maximum power point tracking control method (MPPT) has been developed in which the solar cell is operated at the point Pmax where the output power is maximum.
上記太陽電池の最大電力点追尾制御を行う技術の従来
例として、例えば特開昭58-69469号公報に記載されたも
のがある。第２図は該最大電力点追尾制御装置の構成を
示すブロック図である。同図において、１は太陽電池、
２は主インバータ、３はポンプに連結された誘導電動機
等の負荷、４は補助インバータ、５は制御回路である。
上記最大電力点追尾制御装置において、制御回路５は、
太陽電池の出力電力Ｐ−出力電流Ｉ特性が第４図に示す
ようになることから太陽電池の出力電圧Ｖと出力電流Ｉ
とを検出してその時の出力電力Ｐ＝Ｖ×１を演算すると
共に負荷電流を微小変化させた時の電力Ｐの変化が正で
あるか負であるかを判別することにより太陽電池の出力
点が最大電力出力点Pmaxのどちら側にあるかを判別し、
太陽電池の出力点を最大電力出力点Pmaxに近づく向きに
主インバータ２の出力を制御するように構成している。As a conventional example of the technique for performing the maximum power point tracking control of the solar cell, there is, for example, the one described in JP-A-58-69469. FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the maximum power point tracking control device. In the figure, 1 is a solar cell,
Reference numeral 2 is a main inverter, 3 is a load such as an induction motor connected to a pump, 4 is an auxiliary inverter, and 5 is a control circuit.
In the maximum power point tracking control device, the control circuit 5 is
Since the output power P-output current I characteristic of the solar cell is as shown in FIG. 4, the output voltage V and the output current I of the solar cell are
And the output power P = V × 1 at that time is calculated, and whether the change in the power P when the load current is slightly changed is positive or negative is determined. Determines which side of the maximum power output point Pmax,
The output of the main inverter 2 is controlled so that the output point of the solar cell approaches the maximum power output point Pmax.
また、上記太陽電池の出力電力を最大出力点に制御す
る技術としては、他に特開昭56-132174号公報に記載さ
れた太陽電池で駆動されるインバータ装置の制御装置が
ある。該制御装置は、太陽電池の光量LQをパラメータと
した場合、その出力電圧Ｖ−出力電流Ｉ特性は第５図に
示すようになり、出力電力Ｐ−出力電流Ｉ特性は第６図
に示すようになることから、太陽光量の変化に無関係に
太陽電池の出力電圧を略一定にするように太陽電池の出
力電圧を検出値に応じてインバータ装置を周波数制御し
たものである。Further, as another technique for controlling the output power of the solar cell to the maximum output point, there is a control device for an inverter device driven by a solar cell, which is described in Japanese Patent Laid-Open No. 56-132174. When the light quantity LQ of the solar cell is used as a parameter, the control device has an output voltage V-output current I characteristic as shown in FIG. 5, and an output power P-output current I characteristic as shown in FIG. Therefore, the inverter device is frequency-controlled according to the detected value of the output voltage of the solar cell so that the output voltage of the solar cell is substantially constant regardless of the change in the amount of sunlight.
しかし乍ら、上記構成の最大電力点追尾制御技術の
内、特開昭58-69469号公報に記載されたものは、制御回
路で出力電力Ｐ＝Ｖ×１を演算すると共に負荷電流を微
小変化させた時の電力Ｐの変化で正であるか負であるか
を判別することにより主インバータ２を制御して、ポン
プに連結された誘導電動機へ太陽電池の最大電力が出力
されるようにする制御方法は、応答速度が遅く、また、
例えば出力電流にリップルが発生した場合、インバータ
２の出力増減の判別ができなくなるという問題、更には
太陽電池に雲がかかり太陽電池で発電される電力が極度
に降下した場合等は最大電力出力点Pmaxを探し出すため
の情報がなくなってしまい最大電力点追尾制御が不可能
になるという問題があった。However, among the maximum power point tracking control techniques having the above-mentioned configuration, the one disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 58-69469 discloses that the control circuit calculates the output power P = V × 1 and minutely changes the load current. The main inverter 2 is controlled by determining whether the change of the electric power P is positive or negative, so that the maximum electric power of the solar cell is output to the induction motor connected to the pump. The control method has a slow response speed,
For example, when a ripple occurs in the output current, it is not possible to determine the increase or decrease in the output of the inverter 2. Further, when the solar cell is clouded and the power generated by the solar cell drops extremely, the maximum power output point There was a problem that the maximum power point tracking control became impossible because there was no information for finding Pmax.
更に特開昭58-69469号公報に記載されたものは第５図
及び第６図に示すように、太陽電池の最大電力出力点Pm
axにおける出力電圧Ｖは一定であっても厳密には一定で
はなくそのため、太陽光量の変化に無関係に太陽電池の
出力電圧を略一定にするように制御しても正確に最大電
力出力点追尾を行うことにはならなかった。Further, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 58-69469, as shown in FIGS. 5 and 6, the maximum power output point Pm of the solar cell is
Even if the output voltage V at ax is constant, it is not strictly constant. Therefore, even if the output voltage of the solar cell is controlled to be substantially constant irrespective of the change in the amount of sunlight, the maximum power output point can be accurately tracked. It didn't happen.
すなわち、低日射時においては、最大電力出力点Pmax
における出力電圧の変化が大きく、不安定であり、かか
る最大電力出力点を追尾する制御の精度も悪化し十分な
追尾制御をすることができなかった。That is, at low solar radiation, the maximum power output point Pmax
Since the change in the output voltage was large and unstable, the accuracy of the control for tracking the maximum power output point was deteriorated, and sufficient tracking control could not be performed.
本発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、日射変
動があっても安定したかつ精度の高い最大電力出力点追
尾を可能にした制御方式を提供することにある。The present invention has been made in view of the above points, and it is an object of the present invention to provide a control method that enables stable and highly accurate maximum power output point tracking even when there is fluctuation in solar radiation.
上記問題点を解決するために、本発明は太陽電池の出
力を可変周波数制御インバータにより交流に変換して、
該交流電力でその周波数に比例した速度で回転する誘導
電動機等の交流負荷を駆動するシステムにおいて、前記
太陽電池の出力電流を検出し、該出力電流が設定値以上
の時は太陽電池出力電圧Ｖ及び出力電流Ｉを検出してそ
の積Ｖ×Ｉから電力Ｐを算出する電力演算手段を設け、
該電力Ｐを出力電圧を基準に複数点でサンプリングし、
ある点のサンプリング値とその点以前のサンプリング値
とを比較し、該ある点のサンプリング値がその以前のサ
ンプリング値より大きい時はインバータ出力の出力電圧
が上昇するよう前記インバータ出力の増減方向を維持
し、逆に小さい時は前記インバータ出力の増減方向を反
転させるように制御し、前記出力電流が設定値以下の時
は出力電圧を一定に制御するようにした。In order to solve the above problems, the present invention converts the output of the solar cell into an alternating current by a variable frequency control inverter,
In a system for driving an AC load such as an induction motor that rotates at a speed proportional to its frequency with the AC power, the output current of the solar cell is detected, and when the output current is a set value or more, the solar cell output voltage V And a power calculation means for detecting the output current I and calculating the power P from the product V × I,
The power P is sampled at a plurality of points based on the output voltage,
The sampled value at a certain point is compared with the sampled value before the point, and when the sampled value at the certain point is larger than the sampled value before the point, the increasing / decreasing direction of the inverter output is maintained so that the output voltage of the inverter output rises. On the contrary, when it is small, the increasing / decreasing direction of the inverter output is controlled so as to be reversed, and when the output current is less than the set value, the output voltage is controlled to be constant.
上記の如く構成することにより太陽電池の太陽光量LQ
1〜LQ4をパラメータとした太陽電池の電圧Ｖ−電流Ｉ特
性は第５図に示すようになり、太陽光量に応じて電流Ｉ
は変化するが電圧Ｖはほとんど変化しないから、出力電
流が設定値以上すなわち日射がある程度得られる時は太
陽電池の出力電圧を略一定にするように太陽電池の出力
電圧の検出値に応じて前記インバータの出力を制御する
ことにより、第５図に示すように最大電力出力点Pmaxの
近傍で太陽電池を使用することになる。By configuring as above, the solar light amount LQ of the solar cell
The voltage V-current I characteristic of the solar cell with 1 to LQ4 as a parameter is as shown in FIG. 5, and the current I depends on the amount of sunlight.
Changes, but the voltage V hardly changes. Therefore, when the output current is equal to or higher than the set value, that is, when the solar radiation is obtained to some extent, the output voltage of the solar cell is made substantially constant according to the detected value of the output voltage of the solar cell. By controlling the output of the inverter, the solar cell is used in the vicinity of the maximum power output point Pmax as shown in FIG.
また、第４図及び第５図からも明らかなように太陽に
雲がかかり、太陽光が遮られ小さくなった時、すなわち
出力電流が設定値以下の時は電圧一定制御を行うので低
日射時におけるインバータの制御を安定化することがで
きる。Also, as is clear from FIGS. 4 and 5, when the sun is clouded and the sunlight is blocked and becomes small, that is, when the output current is less than the set value, the voltage is controlled to be constant, so low sunlight The control of the inverter can be stabilized.
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第１図は本発明に係る太陽電池で駆動されるインバー
タの制御装置のシステム構成を示すブロック図である。
同図において、11は太陽電池、12は可変周波数制御イン
バータ、13はポンプ14に連結された誘導電動機である。
太陽電池11からの直流電力は可変周波数制御インバータ
12で交流電力に変換され、該交流電力によりその周波数
に応じた速度で誘導電動機13が駆動される。FIG. 1 is a block diagram showing a system configuration of a control device for an inverter driven by a solar cell according to the present invention.
In the figure, 11 is a solar cell, 12 is a variable frequency control inverter, and 13 is an induction motor connected to a pump 14.
DC power from solar cell 11 is variable frequency control inverter
It is converted into AC power at 12, and the induction motor 13 is driven by the AC power at a speed according to the frequency.
15は前記太陽電池11の出力電流Ｉを検出する電流セン
サ、16は前記太陽電池11の出力電圧Ｖを検出する電圧セ
ンサ、17は電圧調整器、18は出力電流Ｉと出力電圧Ｖと
の積Ｉ×Ｖから太陽電池11の出力電力Ｐを求める乗算回
路、19は後に詳述する増加方向弁別回路、20はランプ関
数発生回数、21及び22はそれぞれ比較部、23は電圧設定
器、24は誤差増幅器である。Reference numeral 15 is a current sensor for detecting the output current I of the solar cell 11, 16 is a voltage sensor for detecting the output voltage V of the solar cell 11, 17 is a voltage regulator, and 18 is a product of the output current I and the output voltage V. A multiplying circuit for obtaining the output power P of the solar cell 11 from I × V, 19 is an increasing direction discriminating circuit which will be described in detail later, 20 is the number of times the ramp function is generated, 21 and 22 are comparing sections, 23 is a voltage setting unit, and 24 is a voltage setting unit. It is an error amplifier.
25は前記電流センサ15によって検出した太陽電池11の
出力電流とあらかじめ設定された電流値とを比較する比
較器である。26は該比較器25によって出力電流が設定値
以上のときにリレー接点27を短絡し、出力電流が設定値
以下のときにリレー接点27を開放するリレーである。Reference numeral 25 is a comparator for comparing the output current of the solar cell 11 detected by the current sensor 15 with a preset current value. Reference numeral 26 is a relay that short-circuits the relay contact 27 when the output current is above the set value by the comparator 25 and opens the relay contact 27 when the output current is below the set value.
上記構成の太陽電池で駆動されるインバータの制御装
置において、電圧センサ16により検出さた出力電圧Ｖは
前記電圧調整器17により適当な値の電圧に調整され比較
部21に入力され、該比較部21において前記電圧設定器23
で設定された設定電圧と比較されその差が誤差増幅器24
に入力され、該誤差増幅器24で増幅されて、可変周波数
制御インバータ12に出力される。ここで電圧設定器23の
設定電圧を第６図に示すような最大電力出力点Pmaxにな
るような設定電圧Vsに設定すれば可変周波数制御インバ
ータ12は、太陽電池11の出力電圧が設定電圧になるよう
に可変周波数制御インバータ12を制御する。また、電流
センサ15で検出された出力電流Ｉ及び電圧センサ16で検
出された出力電圧Ｖは乗算回路18に入力され、該乗算回
路18で出力電流Ｉと出力電圧Ｖの積Ｉ×Ｖから太陽電池
11の出力電力Ｐが求められる。In the control device of the inverter driven by the solar cell having the above-described configuration, the output voltage V detected by the voltage sensor 16 is adjusted to a voltage of an appropriate value by the voltage regulator 17, and is input to the comparison unit 21. 21 in the voltage setting device 23
Is compared with the set voltage set by and the difference is
To the variable frequency control inverter 12 after being amplified by the error amplifier 24. Here, if the set voltage of the voltage setting device 23 is set to the set voltage Vs such that the maximum power output point Pmax as shown in FIG. 6, the variable frequency control inverter 12 outputs the output voltage of the solar cell 11 to the set voltage. The variable frequency control inverter 12 is controlled so that Further, the output current I detected by the current sensor 15 and the output voltage V detected by the voltage sensor 16 are input to the multiplication circuit 18, and the multiplication circuit 18 calculates the product I × V of the output current I and the output voltage V from the sun. battery
An output power P of 11 is required.
該出力電力Ｐは増加方向弁別回路19に入力され、該増
加方向弁別回路19により後に詳述するように太陽電池11
の出力電力が最大電力出力点Pmaxの電圧になるように出
力電圧「増＋」或いは「減−」信号を発生しランプ関数
発生回路20に入力する。The output power P is inputted to the increasing direction discriminating circuit 19, and the increasing direction discriminating circuit 19 causes the solar cell 11 to be described in detail later.
The output voltage “increase +” or “decrease −” signal is generated and input to the ramp function generating circuit 20 so that the output power of the output voltage becomes the voltage of the maximum power output point Pmax.
該ランプ関数発生回路20では、該電圧の「増＋」或い
は「減−」信号に比例する電圧ΔＶを発生し比較部22に
入力する。The ramp function generating circuit 20 generates a voltage ΔV proportional to the “increase +” or “decrease −” signal of the voltage and inputs it to the comparison unit 22.
以上説明した如く、上記構成の太陽電池で駆動される
インバータの制御装置は電圧センサー16−電圧調整器17
−誤差増幅器24で構成される第１の制御ループCL1と、
電流センサ15及び電圧センサー16−乗算回路18−増加方
向弁別回路19−ランプ関数発生回路20−誤差増幅器24で
構成される第２の制御ループCL2とを具備する。As described above, the control device of the inverter driven by the solar cell having the above-mentioned configuration is the voltage sensor 16-voltage regulator 17
A first control loop CL1 consisting of an error amplifier 24,
It comprises a current sensor 15 and a voltage sensor 16, a multiplying circuit 18, an increasing direction discriminating circuit 19, a ramp function generating circuit 20 and a second control loop CL2 composed of an error amplifier 24.
また前記出力電流Ｉは前述した乗算回路18への入力と
は別に比較器25にも入力され該出力電流Ｉが設定値と比
較されてリレー設定27が短絡開放されることによりラン
プ関数発生回路20と比較部22を接続あるいは切り離す。
したがって、出力電流Ｉの値によって上記制御ループCL
1とCL2を選択してインバータを制御するように構成され
ている。Further, the output current I is also input to the comparator 25 separately from the input to the multiplication circuit 18 described above, the output current I is compared with a set value, and the relay setting 27 is short-circuited and opened. And the comparison unit 22 are connected or disconnected.
Therefore, depending on the value of the output current I, the control loop CL
It is configured to select 1 and CL2 to control the inverter.
以上説明したように上記実施例は、太陽電池11の出力
電圧Ｖで最大電力出力点Pmaxの追尾制御をする第１の制
御ループCL1と太陽電池の出力電圧と出力電流Ｉとから
出力電力Ｐをサンプリングし、このサンプリング値の大
小により最大出力点Pmaxの追尾制御をする第２の制御ル
ープCL2とを具備し、これら制御ループCL1とCL2の選択
を出力電流に応じて行うようにした構成である。第１の
制御ループCL1においては陽光が雲に遮られ太陽電池に
おける発電電力が極度に降下した場合でも出力電圧はそ
れほど大きく降下しないことから、このような場合でも
最大電力出力追尾制御ができると共に、出力電力Ｐを算
出、サンプリング、比較等の処理がないから制御速度が
速い。また、第２の制御ループCL2は複数のサンプルホ
ールド回路19a〜19bを具備し、ある点のサンプリング値
とそれより２点前のサンプリング値との大小を比較する
構成としたので、サンプリング周期の間は情報が静止し
ており、従来のように出力電力を電流で微分し、その微
分値の正負でインバータを制御する方法とは異なり出力
電力にリップルが発生した場合でも可変周波数制御イン
バータ12の出力増減の適正な弁別制御が可能となる。As described above, in the above embodiment, the output power P is calculated from the first control loop CL1 that controls the tracking of the maximum power output point Pmax with the output voltage V of the solar cell 11 and the output voltage and the output current I of the solar cell. A second control loop CL2 that performs sampling and controls the tracking of the maximum output point Pmax according to the magnitude of the sampled value is provided, and these control loops CL1 and CL2 are selected according to the output current. . In the first control loop CL1, the output voltage does not drop so much even when the sunlight is blocked by the clouds and the generated power in the solar cell drops extremely. Therefore, even in such a case, maximum power output tracking control can be performed, and The control speed is high because there is no processing such as calculation, sampling, and comparison of the output power P. The second control loop CL2 is provided with a plurality of sample hold circuits 19a to 19b, and is configured to compare the sampled value at a certain point with the sampled value two points before that, so that the sampling period is The information is static, and unlike the conventional method of differentiating the output power with the current and controlling the inverter with the positive / negative of the differential value, the output of the variable frequency control inverter 12 even if ripple occurs in the output power. Appropriate discrimination control of increase and decrease becomes possible.
以上本発明によれば、太陽電池の出力電流の検出値に
応じて前記インバータの出力を制御することにより、太
陽電池を太陽光量の大小にかかわらず最大電力出力点近
傍に応答速度の速い制御で制御できると共に、太陽光が
小さいときでも電圧一定制御とするので安定した電圧を
負荷に供給することができる。また、太陽電池の電力Ｐ
を複数点でサンプリングし、ある点のサンプリング値と
その点以前のサンプリング値とを比較し、該ある点のサ
ンプリング値がその以前のサンプリング値より大きい時
はインバータ出力の出力電圧が上昇するようにインバー
タの出力の増減方向を維持し、逆に小さい時はインバー
タ出力の出力電圧の増減方向を反転させるように制御す
ることにより、リップル等に左右されることがない、正
確な最大電力出力点追尾制御が可能となる等の優れた効
果が得られる。As described above, according to the present invention, by controlling the output of the inverter according to the detected value of the output current of the solar cell, the solar cell can be controlled with a fast response speed near the maximum power output point regardless of the amount of sunlight. In addition to the control, the voltage is controlled to be constant even when the sunlight is small, so that a stable voltage can be supplied to the load. Also, the power P of the solar cell
Is sampled at a plurality of points, the sampled value at a certain point is compared with the sampled value before the point, and when the sampled value at the certain point is larger than the sampled value before the point, the output voltage of the inverter output rises. Accurate maximum power output point tracking that is not affected by ripples etc. by maintaining the inverter output increasing / decreasing direction and conversely controlling the inverter output voltage increasing / decreasing direction when it is small Excellent effects such as controllability are obtained.
第１図は本発明に係る太陽電池で駆動されるインバータ
の制御装置のシステム構成を示すブロック図、第２図は
従来の最大電力点追尾制御装置の構成を示すブロック
図、第３図は太陽光量及び温度を一定にした場合の太陽
電池の電圧−電流特性を示す図、第４図は太陽電池の出
力電力−電流特性を示す図、第５図は太陽光量をパラメ
ータとした太陽電池の電流−電圧特性を示す図、第６図
は太陽光量をパラメータとした太陽電池の電力−電圧特
性を示す図である。 図中、11……太陽電池、12……可変周波数制御インバー
タ、13……誘導電動機、14……ポンプ、15……電流セン
サ、16……電圧センサ、17……電圧調整器、18……乗算
回路、25……比較器、26……リレーFIG. 1 is a block diagram showing a system configuration of a control device for an inverter driven by a solar cell according to the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a conventional maximum power point tracking control device, and FIG. The figure which shows the voltage-current characteristic of a solar cell when making the amount of light and temperature constant, FIG. 4 is a figure which shows the output electric power-current characteristic of a solar cell, FIG. 5 is the solar cell current which used the amount of sunlight as a parameter. FIG. 6 is a diagram showing a voltage characteristic, and FIG. 6 is a diagram showing a power voltage characteristic of the solar cell using the amount of sunlight as a parameter. In the figure, 11 ... solar cell, 12 ... variable frequency control inverter, 13 ... induction motor, 14 ... pump, 15 ... current sensor, 16 ... voltage sensor, 17 ... voltage regulator, 18 ... Multiplier circuit, 25 …… Comparator, 26 …… Relay
Claims (1)
タにより交流に変換して、該交流電力でその周波数に比
例した速度で回転する誘導電動機等の交流負荷を駆動す
るシステムにおいて、前記太陽電池の出力電流を検出
し、該出力電流が設定値以上の時は太陽電池出力電圧Ｖ
及び出力電流Ｉを検出してその積Ｖ×Ｉから電力Ｐを算
出する電力演算手段を設け、該電力Ｐを出力電圧を基準
に複数点でサンプリングし、ある点のサンプリング値と
その点以前のサンプリング値とを比較し、該ある点のサ
ンプリング値がその以前のサンプリング値より大きい時
はインバータ出力の出力電圧が上昇するよう前記インバ
ータ出力の増減方向を維持し、逆に小さい時は前記イン
バータ出力の増減方向を反転させるように制御し、前記
出力電流が設定値以下の時は出力電圧を一定に制御する
ようにしたことを特徴とする太陽電池で駆動されるイン
バータの制御方式。1. A system for converting an output of a solar cell into an alternating current by a variable frequency control inverter and driving an alternating current load such as an induction motor which rotates at a speed proportional to the frequency with the alternating current power. The output current is detected, and when the output current is equal to or more than the set value, the solar cell output voltage V
And an electric power calculation means for detecting the output current I and calculating the electric power P from the product V × I, the electric power P is sampled at a plurality of points based on the output voltage, and a sampling value at a certain point and a point before that point are sampled. When the sampling value at a certain point is larger than the previous sampling value, the increasing / decreasing direction of the inverter output is maintained so that the output voltage of the inverter output rises. The control method of an inverter driven by a solar cell is characterized in that the increasing / decreasing direction is controlled so as to be reversed, and the output voltage is controlled to be constant when the output current is equal to or less than a set value.
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1986
- 1986-11-29 JP JP61285256A patent/JP2524135B2/en not_active Expired - Fee Related
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