JP2524135B2 - 太陽電池で駆動されるインバ−タの制御方式 - Google Patents

太陽電池で駆動されるインバ−タの制御方式

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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。
〔従来技術及びその問題点〕
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。
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。
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。
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。
〔発明が解決しようとする問題点〕
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。
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。
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。
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。
〔問題点を解決するための手段〕
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。
〔作用〕
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。
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。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
〔発明の効果〕
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。
【図面の簡単な説明】
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

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】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。
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