JP3516119B2 - インバータ - Google Patents
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers
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- Control Of Electrical Variables (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Description
するインバータに関し、さらに詳しくは、太陽光発電シ
ステムなどに好適なインバータに関する。
用電源とを連系し、分散型電源だけでは電力が賄えない
場合に、その電力を系統側から供給するようにした太陽
光発電システムが開発されている。
構成図であり、同図において、1は直流電源としての太
陽電池、20はインバータであり、このインバータ2
0は、太陽電池1の直流電圧を一定電圧に昇圧する昇圧
3器と、この昇圧器3からの直流電力を、系統電源と同
期のとれた交流電力に変換するインバータ回路4と、コ
イルLおよびコンデンサCからなるフィルタ回路5と、
電圧センサ6で検出された太陽電池1の出力電圧Vおよ
び電流センサ7で検出されたインバータ回路4の出力電
流ioutに基づいて、インバータ回路4を制御すること
により、太陽電池1の出力電圧を制御する制御部80と
を備えており、この制御部80は、目標電圧と検出電圧
Vとに基づいて、予め設定されている制御ゲインに従っ
て目標電流irefを演算する電圧制御器90と、この電圧
制御器90からの目標電流irefとインバータ回路4の出
力電流ioutとに基づいて、インバータ回路4への指令
電圧Viを演算出力する電流制御器10とを有してお
り、インバータ回路4は、この指令電圧Viに基づくP
WMパルスによってスイッチング素子がオンオフ制御さ
れるように構成されている。
検出された太陽電池1の出力電圧Vと目標電圧とに基づ
いて、予め定めた制御ゲインに従って目標電流irefを
演算するのであるが、太陽電池の電流−電圧特性は、例
えば図9に示されるように、電圧V1,V2を境界として
特性が変化し、このため、インバータの電圧制御特性が
変化することになり、前記電圧V1,V2の境界を越えて
制御範囲を広げようとすると、直流リップルが増えた
り、制御が不安定になるといった難点がある。
アモルファスタイプや多結晶タイプといった太陽電池の
種類によっても相違し、また、照度変化によっても変化
することになり、太陽電池の種類や照度変化によっても
直流リップルが増えたり、制御が不安定になることにな
る。
であって、太陽電池の種類や照度変化に拘わらず、安定
に制御できる範囲を広げて、太陽電池の発電量の増加を
図るとともに、インバータの利用範囲の向上を図ること
を目的とする。
を達成するために、次のように構成している。
を交流に変換するインバータ回路と、前記太陽電池から
の出力電圧を検出してインバータ回路を制御する制御回
路とを備えるインバータであって、前記制御回路の制御
ゲインを可変するゲイン可変手段を備えている。
力電圧に応じて前記制御ゲインを可変する構成とするの
が好ましく、前記ゲイン可変手段を、前記太陽電池の出
力電圧の範囲を区分する区分器と、該区分器で区分され
た出力電圧の範囲に応じて、前記制御回路の制御ゲイン
を切り換え設定するゲイン切換器とを備える構成として
もよい。
て前記制御ゲインを可変する構成とするのが好ましく、
前記ゲイン可変手段を、前記太陽電池の予め定めた出力
電圧付近における出力電流に応じて、前記制御ゲインを
可変する構成としてもよく、このゲイン可変手段を、前
記太陽電池の出力電圧および出力電流に基づいて、太陽
電池の予め定めた出力電圧付近における出力電流の範囲
を区分する区分器と、該区分器で区分された出力電流の
範囲に応じて、前記制御回路の制御ゲインを切り換え設
定するゲイン切換器とを備える構成としてもよい。
池の出力電圧のリップルに基づいて、前記制御ゲインを
可変する構成としてもよく、このゲイン可変手段を、前
記太陽電池の出力電圧のリップルを検出するリップル検
出器と、該リップル検出器で検出されたリップルに応じ
て、前記制御ゲインを調整するゲイン調整器とを備える
構成としてもよく、さらに、前記太陽電池の出力電流お
よび出力電圧に基づく複数の出力領域毎に、前記ゲイン
調整器で調整された制御ゲインを格納する記憶手段を備
え、前記太陽電池の出力領域に応じて、前記記憶手段に
格納されている制御ゲインを、前記制御回路の制御ゲイ
ンとする構成としてもよい。
池の出力電圧の範囲を区分し、区分された出力電圧の範
囲に応じて、前記制御回路の制御ゲインを切り換え設定
する構成とし、太陽電池の出力電圧に応じて前記制御ゲ
インを可変するので、太陽電池の電流−電圧特性の変化
に応じて、制御ゲインに切り換えて制御を行うことがで
き、従来例に比べて広い電圧範囲で制御を行うことが可
能となり、これによって、太陽電池の最適電圧点に広く
追従させることができ、発電量の増加を図ることができ
る。
て前記制御ゲインを可変する構成としているので、照度
変化に伴う太陽電池の電流−電圧特性の変化に応じて、
制御ゲインに切り換えて制御を行うことができ、これに
よって、太陽電池の最適電圧点に広く追従させることが
でき、発電量の増加を図ることができ、特に、前記ゲイ
ン可変手段を、前記太陽電池の予め定めた出力電圧付近
における出力電流に応じて、前記制御ゲインを可変する
構成とすることにより、照度センサのような高価なセン
サを使用することなく、照度変化に応じた制御が可能と
なる。
池の出力電圧のリップルを検出し、検出されたリップル
に応じて、制御ゲインを調整する構成とし、太陽電池の
出力電圧のリップルに基づいて、制御ゲインを可変する
ので、太陽電池の電流−電圧特性の変化に応じて、リッ
プルを抑えて安定な制御となるように制御ゲインを可変
することができ、これによって、従来例に比べて広い電
圧範囲で制御を行うことが可能となり、太陽電池の最適
電圧点に広く追従させることができ、発電量の増加を図
ることができる。特に、太陽電池の出力電流および出力
電圧に基づく複数の出力領域毎に、ゲイン調整器で調整
された制御ゲインを格納する記憶手段を備え、前記太陽
電池の出力領域に応じて、前記記憶手段に格納されてい
る制御ゲインを、前記制御回路の制御ゲインとすること
により、一旦制御ゲインが調整された後は、複雑な制御
ゲインの調整が不要となる。
の形態について、詳細に説明する。
実施の形態に係る太陽光発電システムの構成図であり、
上述の従来例に対応する部分には、同一の参照符号を付
す。
直流電源としての太陽電池1と、該太陽電池1からの直
流電力を、系統電源と同期のとれた交流電力に変換する
インバータ2とを備えており、このインバータ2は、太
陽電池1からの直流電圧を昇圧する昇圧器3と、この昇
圧器3からの直流電力を交流電力に変換するインバータ
回路4と、コイルLおよびコンデンサCからなるフィル
タ回路5と、電圧センサ6で検出された太陽電池1の出
力電圧Vおよび電流センサ7で検出されたインバータ回
路4の出力電流ioutに基づいて、インバータ回路4を
制御することにより、太陽電池1の出力電圧を制御する
制御部8とを備えており、この制御部8は、目標電圧と
検出電圧Vとに基づいて、後述のゲイン可変手段11か
ら設定されるゲインに従って目標電流irefを演算する
制御回路としての電圧制御器9と、この電圧制御器9か
らの目標電流irefとインバータ回路4の出力電流iout
とに基づいて、インバータ回路4への指令電圧Viを演
算出力する電流制御器10とを有しており、インバータ
回路4は、この指令電圧Viに基づくPWMパルスによ
ってスイッチング素子がオンオフ制御されるように構成
されている。
圧特性の変化に拘わらず、安定に制御できるようにする
ために、電圧センサ6で検出された太陽電池1の出力電
圧Vに応じて、電圧制御器9の制御ゲインを可変するゲ
イン可変手段11を設けており、このゲイン可変手段1
1は、太陽電池1の出力電圧を区分する電圧区分器12
と、この電圧区分器12で区分された電圧の範囲に応じ
て、予め設定されている制御ゲインを前記電圧制御器9
に切り換え設定するゲイン切換器13とを備えている。
に示されるように、電圧V1,V2を境界として特性が変
化するので、電圧区分器12では、電圧センサ6で検出
された太陽電池1の出力電圧Vが、V2≦Vであるの
か、V1≦V<V2であるのか、V<V1であるのかを区
分して対応する出力をゲイン切換器13に与える。すな
わち、電圧区分器12は、検出された太陽電池1の出力
電圧が、いずれの範囲に属するかを示す出力をゲイン切
換器13に与える。
分される上記の三つの範囲(V2≦V,V1≦V<V2,
V<V1)毎に、予め設定された制御ゲインを有してお
り、検出された太陽電池の出力電圧が属する範囲に応じ
て、対応する制御ゲインを電圧制御器9に切り換え設定
するものである。
従って、検出された太陽電池1の出力電圧Vと目標電圧
Vrefとから目標電流irefを次式に従って算出するもの
である。
ref−V)dt+KVD(d/dt)(Vref−V) ここで、KVP,KVI,KVDは、比例、積分および微分の
各制御ゲインであり、上述の図8の従来例では、これら
の制御ゲインが、予め設定された値に固定されていたけ
れども、この実施の形態では、ゲイン切換器13では、
検出された太陽電池1の出力電圧の区分に応じて制御ゲ
インを次のように切り換え設定するものである。
るときには、 KVP=KVP1 KVI=KVI1 KVD=KVD1 検出された出力電圧Vが、V1≦V<V2であるときに
は、 KVP=KVP2 KVI=KVI2 KVD=KVD2 検出された出力電圧Vが、V<V1であるときには、 KVP=KVP3 KVI=KVI3 KVD=KVD3 このようにして、太陽電池の電流−電圧特性の変化に応
じて、最適な制御ゲインに切り換えて制御を行うので、
従来例に比べて広い電圧範囲で制御を行うことが可能と
なり、これによって、太陽電池の最適電圧点に広く追従
させることができ、発電量の増加を図ることができる。
施の形態に係る太陽光発電システムの構成図であり、上
述の実施の形態1に対応する部分には、同一の参照符号
を付す。
の実施の形態と同様に、電圧制御器9の制御ゲインを可
変するゲイン可変手段111を備えているが、このゲイ
ン可変手段111は、照度に応じて制御ゲインを可変す
るものであり、電圧センサ6で検出された太陽電池1の
出力電圧Vおよび電流センサ14で検出された太陽電池
1の出力電流Iに基づいて、太陽電池の予め定めた出力
電圧V3付近における出力電流Iの範囲を区分する電流
区分器15と、この電流区分器15で区分された出力電
流の範囲に応じて、電圧制御器9の制御ゲインを切り換
え設定するゲイン切換器131とを備えている。
れるように、照度によって変化し、照度が小さくなるに
つれて、出力電流が、例えばI3からI1へと小さくなっ
ていくものであり、この実施の形態では、この照度の変
化に応じて制御ゲインを可変して安定な制御を行えるよ
うにするものであり、このため、予め定めた出力電圧V
3付近における太陽電池の出力電流Iに基づいて、照度
の変化を検出して制御ゲインを可変するのである。
た太陽電池の出力電圧V3付近における出力電流Iが、
予め定めた出力電流I1よりも大きいか否か、すなわ
ち、照度が大きいか小さいかに応じて制御ゲインを切り
換え設定するものであり、電流区分器15は、予め定め
た出力電圧V3付近における出力電流Iが、予め定めた
出力電流I1よりも大きい否かを区分して対応する出力
をゲイン切換器131に与え、ゲイン切換器131は、そ
れに応じて、上述の実施の形態1の式における制御ゲイ
ンを次のように切り換え設定するものである。
力電流Iが、I<I1であるときには 、 KVP=KVP1 KVI=KVI1 KVD=K
VD1 予め定めた出力電圧V3付近における出力電流Iが、
I1≦Iであるときには 、 KVP=KVP2 KVI=KVI2 KVD=K
VD2 このようにして、照度変化による太陽電池の電流−電圧
特性の変化に応じて、最適な制御ゲインに切り換えて制
御を行うので、従来例に比べて広い照度範囲において安
定な電圧範囲で制御を行うことが可能となり、これによ
って、太陽電池の最適電圧点に広く追従させることがで
き、発電量の増加を図ることができる。
圧付近における出力電流に基づいて照度の変化を検出し
たけれども、本発明の他の実施の形態として、照度セン
サによって照度を検出して制御ゲインを切り換え設定す
るようにしてもよい。
施の形態に係る太陽光発電システムの構成図であり、上
述の実施の形態1に対応する部分には、同一の参照符号
を付す。
の実施の形態と同様に、電圧制御器9の制御ゲインを可
変するゲイン可変手段112を備えているが、このゲイ
ン可変手段112は、太陽電池1の出力電圧のリップル
に基づいて、制御ゲインを調整するものであり、太陽電
池1の出力電圧のリップルを検出するリップル検出器1
6と、このリップル検出器16で検出されたリップルに
応じて、制御ゲインを調整するゲイン調整器17とを備
えている。
うに、リップル周波数f0を中心周波数とするバンドパ
スフィルタ18と、このバンドパスフィルタ18からの
リップル成分をピークホールドするピークホールド回路
19とを備えており、太陽電池の直流リップルが増加す
るにつれてピークホールド回路19からの出力電圧Vr
が高くなることになる。
るゲイン調整器17は、ピークホールド回路19の出力
電圧Vrが、予め定めた基準電圧を越えたか否かを判断
し、越えたときには、制御が不安定となって直流リップ
ルが増加しているとして、上述の実施の形態1の式にお
ける制御ゲインKVP,KVI,KVDを調整し、ピークホー
ルド回路19の出力電圧Vrが、予め定めた基準電圧以
下であるときには、安定した制御であるとして制御ゲイ
ンをそのままに保持するものである。
を、リップルの大きさから判断して制御ゲインを自動調
整するので、太陽電池の電流−電圧特性に拘わらず、広
い範囲で安定に制御できることになり、これによって、
太陽電池の最適電圧点に広く追従させることができ、発
電量の増加を図ることができる。
他の実施の形態に係る太陽光発電システムの構成図であ
り、上述の実施の形態3に対応する部分には、同一の参
照符号を付す。
16からの出力に基づいて、ゲイン調整器17では、電
圧制御器9の制御ゲインを自動的に調整したけれども、
この実施の形態のインバータ23では、太陽電池1の出
力領域を、出力電流Iおよび出力電圧Vに基づいて、複
数の出力領域に区分し、各出力領域について、ゲイン調
整器171よって制御ゲインを調整し、制御ゲインが調
整された後は、その調整された制御ゲインをゲインメモ
リ20に格納し、その後は、太陽電池1の出力電流Iお
よび出力電圧Vに基づいて、対応する出力領域の制御ゲ
インをゲインメモリ20から読み出して切換回路21を
介して電圧制御器9に設定するものである。
ンメモリ20に格納された後は、ゲイン調整器171に
よって制御ゲインを調整する必要がない。
るフローチャートであり、先ず、太陽電池1の出力電流
Iおよび出力電圧Vを読み込み(ステップn1)、その
出力電流Iおよび出力電圧Vに対応する出力領域の制御
ゲインを読み出し(ステップn2)、読み出した制御ゲ
インが、予め初期設定されている初期値であるか否かを
判断し(ステップn3)、初期値であるときには、ピー
クホールド回路19の出力電圧Vrが、予め定めた基準
電圧V0を越えているか否かを判断し(ステップn
4)、越えているときには、制御が不安定であるとし
て、制御ゲインを調整し(ステップn5)、ピークホー
ルド回路19の出力電圧Vrが、予め定めた基準電圧V
0以下になったときには、調整した制御ゲインによって
制御が安定したとして、出力電流Iおよび出力電圧Vか
らゲインメモリ20の対応する出力領域を選定し(ステ
ップn6)、選定した出力領域に新しい制御ゲインを書
き込み(ステップn7)、その出力領域における制御ゲ
インであるとして設定して終了する(ステップn8)。
リ20から読み出した制御ゲインが、初期値でないと
き、すなわち、既に調整がなされ後の制御ゲインである
ときには、その制御ゲインを設定して終了する(ステッ
プn8)。
御ゲインを示すものであり、出力電圧Vを、V1までの
領域およびV1からV2までの領域に区分し、出力電流I
を、I1までの領域、I1からI2までの領域およびI2か
らI3までの領域に区分し、これによって、出力領域を
6つの領域に区分し、各出力領域について制御ゲインを
調整し、調整した制御ゲインを格納するものである。
て、制御ゲインが調整された後は、ゲインメモリ20か
ら制御ゲインを読み出すだけでよく、リップル検出器1
6の出力に基づいて、制御ゲインを演算調整する必要が
ない。
光発電システムに適用して説明したけれども、本発明の
他の実施の形態として、系統とは独立した独立型の太陽
光発電システムに適用してもよいのは勿論である。
実施の形態2における電流区分および実施の形態3にお
ける出力領域の区分は、上述の実施の形態1,2,3に
限らないのは勿論である。
インを可変するので、太陽電池の電流−電圧特性の変化
に応じて、制御ゲインに切り換えて制御を行うことがで
き、従来例に比べて広い電圧範囲で制御を行うことが可
能となり、これによって、太陽電池の最適電圧点に広く
追従させることができ、発電量の増加を図ることができ
る。
するので、照度変化に伴う太陽電池の電流−電圧特性の
変化に応じて、制御ゲインに切り換えて制御を行うこと
ができ、これによって、太陽電池の最適電圧点に広く追
従させることができ、発電量の増加を図ることができ
る。
応じて、制御ゲインを調整するので、太陽電池の電流−
電圧特性の変化に応じて、リップルを抑えて安定な制御
となるように制御ゲインを可変することができ、これに
よって、従来例に比べて広い電圧範囲で制御を行うこと
が可能となり、太陽電池の最適電圧点に広く追従させる
ことができ、発電量の増加を図ることができる。特に、
ゲイン調整器で調整された制御ゲインを格納する記憶手
段を備え、前記太陽電池の出力領域に応じて、前記記憶
手段に格納されている制御ゲインを、前記制御回路の制
御ゲインとすることにより、一旦制御ゲインが調整され
た後は、複雑な制御ゲインの調整が不要となる。
ステムの構成図である。
の構成図である。
示す図である。
ステムの構成図である。
ステムの構成図である。
る。
Claims (3)
- 【請求項1】 太陽電池からの直流を交流に変換するイ
ンバータ回路と、前記太陽電池からの出力電圧を検出し
てインバータ回路を制御する制御回路と、該制御回路の
制御ゲインを可変するゲイン可変手段とを備えるインバ
ータであって、前記ゲイン可変手段は、前記太陽電池の出力電圧および
出力電流に基づいて、該太陽電池の予め定めた主力電圧
付近における出力電流の範囲を区分する区分器と、該区
分器で区分された出力電流の範囲に応じて、前記制御回
路の制御ゲインを切り換え設定するゲイン切換器と を備
えることを特徴とするインバータ。 - 【請求項2】 太陽電池からの直流を交流に変換するイ
ンバータ回路と、前記太陽電池からの出力電圧を検出し
てインバータ回路を制御する制御回路と、該制御回路の
制御ゲインを可変するゲイン可変手段とを備えるインバ
ータであって、 前記ゲイン可変手段は、前記太陽電池の出力電流および
出力電圧に基づく複数の出力領域毎に、制御ゲインを調
整するためのゲイン調整器で調整された制御ゲインを格
納する記憶手段を備え、前記太陽電池の出力領域に応じ
て、前記記憶手段に格納されている制御ゲインを、前記
制御回路の制御ゲインとすることを特徴とする インバー
タ。 - 【請求項3】 前記ゲイン可変手段は、照度に応じて前
記制御ゲインを可変するものである請求項1または2記
載のインバータ。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP10894797A JP3516119B2 (ja) | 1997-04-25 | 1997-04-25 | インバータ |
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JPH10301646A JPH10301646A (ja) | 1998-11-13 |
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ID=14497688
Family Applications (1)
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JP10894797A Expired - Lifetime JP3516119B2 (ja) | 1997-04-25 | 1997-04-25 | インバータ |
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