JP6181402B2 - Control circuit for controlling power conversion circuit, and power conversion device including the control circuit - Google Patents

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Description

本発明は、太陽電池などが出力する電力を変換する電力変換回路を制御する制御回路、および、当該制御回路を備えた電力変換装置に関する。   The present invention relates to a control circuit that controls a power conversion circuit that converts power output from a solar cell or the like, and a power conversion device including the control circuit.

従来、太陽電池などによって生成される直流電力を交流電力に変換して、電力系統に供給する系統連系インバータシステムが開発されている。   2. Description of the Related Art Conventionally, a grid-connected inverter system has been developed that converts DC power generated by a solar cell or the like into AC power and supplies it to an electric power system.

図9は、従来の一般的な系統連系インバータシステムを説明するためのブロック図である。   FIG. 9 is a block diagram for explaining a conventional general grid-connected inverter system.

系統連系インバータシステムA100は、太陽電池を備える直流電源1が生成した直流電力を交流電力に変換して、電力系統Bに供給するものである。インバータ回路2は、制御回路300から入力されるPWM信号に基づいてスイッチング素子(図示しない)のスイッチングを行うことで、直流電源1から入力される直流電圧を交流電圧に変換する。制御回路300は、インバータ回路2を制御するためのPWM信号を生成して出力する。制御回路300は、直流電源1からインバータ回路2に入力される直流電圧が所定の電圧になるように制御している。すなわち、直流電圧センサ6が検出した直流電圧Vdcを電圧目標値Vdc*に一致させるように、制御部302がフィードバック制御を行っている。 The grid interconnection inverter system A100 converts the DC power generated by the DC power supply 1 including a solar battery into AC power and supplies the AC power to the power system B. The inverter circuit 2 converts a DC voltage input from the DC power supply 1 into an AC voltage by switching a switching element (not shown) based on the PWM signal input from the control circuit 300. The control circuit 300 generates and outputs a PWM signal for controlling the inverter circuit 2. The control circuit 300 controls the direct current voltage input from the direct current power source 1 to the inverter circuit 2 to be a predetermined voltage. That is, the control unit 302 performs feedback control so that the DC voltage Vdc detected by the DC voltage sensor 6 matches the voltage target value Vdc * .

電圧目標値設定部301は、電圧目標値Vdc*を設定するものである。一般的に、太陽電池の出力電力をできるだけ大きくするために、最大電力点追従(MPPT:Maximum Power Point Tracking)制御が行われる。最大電力点追従制御は、太陽電池の例えば出力電圧を変化させて太陽電池の出力電力を検出し、当該出力電力が最大になる最大電力点を探索するものである。太陽電池の電圧−電力特性は、図10(a)の曲線Pdcのようになる。すなわち、所定の電圧のときに電力が最大になり、この時の電圧から離れるに従って電力が小さくなるという特性がある。この特性を利用した、いわゆる山登り法が、最大電力点追従制御に用いられている。すなわち、出力電圧を増加させた時に出力電力が大きくなれば続けて出力電圧を増加させ、出力電力が小さくなれば最大電力点(図10(a)の点M1参照)を超えたとして、出力電圧を減少させる。出力電圧を減少させた時に出力電力が大きくなれば続けて出力電圧を減少させ、出力電力が小さくなれば最大電力点(図10(a)の点M1参照)を超えたとして、出力電圧を増加させる。これを繰り返すことで、動作点を最大電力点の近傍に位置させて、出力電力をできるだけ最大の状態に保つ。電圧目標値設定部301は、電圧目標値Vdc*を変化させて、直流電圧センサ6が検出した直流電圧Vdcと、直流電流センサ8が検出した直流電流Idcとから、直流電源1の出力電力を算出する。そして、山登り法を用いて、当該出力電力ができるだけ最大の状態を保つように電圧目標値Vdc*を調整する。 The voltage target value setting unit 301 sets the voltage target value Vdc * . Generally, maximum power point tracking (MPPT) control is performed in order to increase the output power of the solar cell as much as possible. In the maximum power point tracking control, for example, the output voltage of the solar cell is changed to detect the output power of the solar cell, and the maximum power point at which the output power becomes maximum is searched. The voltage-power characteristic of the solar cell is as shown by a curve Pdc in FIG. That is, there is a characteristic that the power is maximized at a predetermined voltage, and the power decreases as the distance from the voltage is increased. A so-called hill-climbing method using this characteristic is used for maximum power point tracking control. That is, the output voltage increases the output voltage continues the greater the output power when increased, as exceeding the maximum power point (see M 1 point in FIG. 10 (a)) the smaller the output power, the output Reduce voltage. If the output power increases when the output voltage is decreased, the output voltage is continuously decreased. If the output power decreases, the maximum power point (see point M 1 in FIG. 10A) is exceeded and the output voltage is increase. By repeating this, the operating point is positioned in the vicinity of the maximum power point, and the output power is kept in the maximum state possible. The voltage target value setting unit 301 changes the voltage target value Vdc * to change the output power of the DC power source 1 from the DC voltage Vdc detected by the DC voltage sensor 6 and the DC current Idc detected by the DC current sensor 8. calculate. Then, using the hill-climbing method, the voltage target value Vdc * is adjusted so that the output power is kept as maximum as possible.

また、山登り法を応用して、太陽電池に影がかかった場合などに生じる問題(いわゆる「2山問題」)などの対策方法なども開発されている(特許文献1参照)。   In addition, a countermeasure method such as a problem (so-called “two-mountain problem”) that occurs when a hill-climbing method is applied to shadow a solar cell has been developed (see Patent Document 1).

特開平9−230952号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-230952

しかしながら、最大電力点追従制御は、太陽電池の出力電力を最大にするものであるが、電力変換後のインバータ回路2の出力電力を最大にするとは限らない。例えば、電力変換においては、ロスが生じる。電力変換でのロスは、インバータ回路2の入力電圧(すなわち、直流電源1の出力電圧)やインバータ回路2の出力電力などによって異なる。図11は、あるインバータ回路2の入力電圧毎の電力変換効率の一例を示す図である。横軸は定格出力電力に対する出力電力をパーセンテージで示しており、縦軸は電力変換効率である。入力電圧毎に、出力電力に対する電力変換効率を接続した折れ線グラフとして表示している。同図に示すように、入力電圧および出力電力によって電力変換効率が異なっている。したがって、直流電源1の出力電力を最大にする出力電圧のときに、インバータ回路2の出力電力が最大にならない場合もある。   However, the maximum power point tracking control maximizes the output power of the solar cell, but does not always maximize the output power of the inverter circuit 2 after power conversion. For example, a loss occurs in power conversion. The loss in power conversion differs depending on the input voltage of the inverter circuit 2 (that is, the output voltage of the DC power supply 1), the output power of the inverter circuit 2, and the like. FIG. 11 is a diagram illustrating an example of power conversion efficiency for each input voltage of an inverter circuit 2. The horizontal axis indicates the output power relative to the rated output power as a percentage, and the vertical axis indicates the power conversion efficiency. For each input voltage, it is displayed as a line graph connecting the power conversion efficiency with respect to the output power. As shown in the figure, the power conversion efficiency varies depending on the input voltage and the output power. Therefore, the output power of the inverter circuit 2 may not be maximized when the output voltage maximizes the output power of the DC power supply 1.

図10(a)の曲線Pacは、太陽電池の出力電圧と、当該太陽電池の出力電力をインバータ回路2で交流電力に変換した後の出力電力との関係を示す曲線である。インバータ回路2での電力変換によるロス分により電力が減少するので、曲線Pacは曲線Pdcより下に位置している。   A curve Pac in FIG. 10A is a curve showing the relationship between the output voltage of the solar cell and the output power after the output power of the solar cell is converted into AC power by the inverter circuit 2. Since the power is reduced due to the loss due to power conversion in the inverter circuit 2, the curve Pac is positioned below the curve Pdc.

図10(b)は、図10(a)における、電圧350〜600Vの範囲を拡大したものである。太陽電池の出力電力は曲線Pdc上の点M1のときに最大になる。しかし、この時の出力電圧における曲線Pac上の点は点M2になる。点M2のときの出力電力は最大ではなく、まだ出力電力を増加させる余地がある。インバータ回路2の出力電力は曲線Pac上の点M3のときに最大になる。したがって、さらに出力することが可能であった、点M3のときの出力電力と点M2のときの出力電力との差であるPlossの電力が無駄になり、発電効率を低下させてしまう。特に低日射時には、曲線Pdcおよび曲線Pacはなだらかな曲線になり、点M1のときの出力電圧と点M3のときの出力電圧との差が大きくなって、Plossが大きくなるので、より問題になる。 FIG.10 (b) expands the range of the voltage 350-600V in Fig.10 (a). The output power of the solar cell is maximized at the point M 1 on the curve Pdc. However, a point on the curve Pac in the output voltage at this time is the point M 2. The output power at the point M 2 is not the maximum, and there is still room for increasing the output power. The output power of the inverter circuit 2 becomes maximum at the point M 3 on the curve Pac. Therefore, the power of P loss that is the difference between the output power at the point M 3 and the output power at the point M 2 , which can be further output, is wasted, and the power generation efficiency is reduced. . Particularly in low solar radiation, the curve Pdc and the curve Pac become gentle curves, and the difference between the output voltage at the point M 1 and the output voltage at the point M 3 becomes large, and P loss becomes large. It becomes a problem.

本発明は上述した事情のもとで考え出されたものであって、発電効率を向上させる電力変換回路の制御回路を提供することをその目的としている。   The present invention has been conceived under the circumstances described above, and an object of the present invention is to provide a control circuit for a power conversion circuit that improves power generation efficiency.

上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。   In order to solve the above problems, the present invention takes the following technical means.

本発明の第1の側面によって提供される制御回路は、直流電源が出力する直流電力を電圧の異なる直流電力に変換する電力変換回路を制御する制御回路であって、前記電力変換回路の出力電力が略最大になるように制御を行い、前記電力変換回路の出力電力の目標値である電力目標値を設定する電力目標値設定手段と、前記電力変換回路の出力電力と前記電力目標値との偏差に基づいてPWM信号を生成し、前記電力変換回路に出力するPWM信号生成手段とを備えており、前記電力目標値設定手段は、前記電力目標値を増加させて、前記直流電源の出力電圧が急激に変化した場合に、急変前の電力目標値を設定することを特徴とする。 A control circuit provided by the first aspect of the present invention is a control circuit that controls a power conversion circuit that converts DC power output from a DC power source into DC power having a different voltage, the output power of the power conversion circuit There have line control so as to substantially maximize the power target value setting means for setting a power target value is a target value of the output power of the power conversion circuit, and the output power of the power conversion circuit and the power target value PWM signal generation means for generating a PWM signal based on the deviation of the output and outputting the PWM signal to the power conversion circuit, wherein the power target value setting means increases the power target value and outputs the DC power supply When the voltage changes abruptly, the power target value before the sudden change is set .

本発明の好ましい実施の形態においては、前記直流電源が太陽電池を備えている。   In preferable embodiment of this invention, the said DC power supply is equipped with the solar cell.

本発明の第2の側面によって提供される電力変換装置は、本発明の第1の側面によって提供される制御回路と、前記電力変換回路とを備えていることを特徴とする。   The power conversion device provided by the second aspect of the present invention includes the control circuit provided by the first aspect of the present invention and the power conversion circuit.

本発明に係る制御回路は、直流電源が出力する直流電力が略最大になるように制御を行うのではなくて、電力変換回路の出力電力(または、後段の他の電力変換回路の出力電力)が略最大になるように制御を行う。したがって、直流電源が出力する直流電力が略最大になるときに電力変換回路の出力電力(または、後段の他の電力変換回路の出力電力)が略最大にならない場合でも、システムとしての出力電力を略最大にすることができる。これにより、直流電源が出力する直流電力が略最大になるように制御を行った場合よりも、発電効率を向上させることができる。   The control circuit according to the present invention does not perform control so that the DC power output from the DC power supply is substantially maximized, but the output power of the power conversion circuit (or the output power of another power conversion circuit in the subsequent stage). Control is performed so that is substantially maximum. Therefore, even if the output power of the power conversion circuit (or the output power of another power conversion circuit in the subsequent stage) does not reach the maximum when the DC power output from the DC power supply is substantially maximum, the output power as the system is reduced. It can be almost maximized. As a result, the power generation efficiency can be improved as compared with the case where control is performed so that the DC power output from the DC power supply is substantially maximized.

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。   Other features and advantages of the present invention will become more apparent from the detailed description given below with reference to the accompanying drawings.

第1実施形態に係る制御回路を備えた系統連系インバータシステムを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the grid connection inverter system provided with the control circuit which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る制御回路の内部構成を説明するための機能ブロック図である。It is a functional block diagram for demonstrating the internal structure of the control circuit which concerns on 1st Embodiment. 電圧目標値設定部が行う最大電力点の探索処理を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the search process of the maximum electric power point which a voltage target value setting part performs. 第2実施形態に係る制御回路の内部構成を説明するための機能ブロック図である。It is a functional block diagram for demonstrating the internal structure of the control circuit which concerns on 2nd Embodiment. 有効電力目標値設定部が行う最大電力点の探索処理を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the search process of the maximum power point which an active power target value setting part performs. 第3実施形態に係る制御回路を備えた系統連系インバータシステムを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the grid connection inverter system provided with the control circuit which concerns on 3rd Embodiment. 第3実施形態に係る制御回路の内部構成を説明するための機能ブロック図である。It is a functional block diagram for demonstrating the internal structure of the control circuit which concerns on 3rd Embodiment. 第4実施形態に係る制御回路を備えたコンバータシステムを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the converter system provided with the control circuit which concerns on 4th Embodiment. 従来の一般的な系統連系インバータシステムを説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the conventional general grid connection inverter system. 太陽電池の電圧−電力特性、および、太陽電池の出力電圧とインバータ回路の出力電力との関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between the voltage-power characteristic of a solar cell, and the output voltage of a solar cell, and the output power of an inverter circuit. インバータ回路の入力電圧毎の電力変換効率の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the power conversion efficiency for every input voltage of an inverter circuit.

以下、本発明の実施の形態を、本発明に係る制御回路を系統連系インバータシステムに用いた場合を例として、図面を参照して具体的に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings, taking as an example the case where a control circuit according to the present invention is used in a grid-connected inverter system.

図1は、第1実施形態に係る制御回路を備えた系統連系インバータシステムを説明するための図である。   FIG. 1 is a diagram for explaining a grid-connected inverter system including a control circuit according to the first embodiment.

系統連系インバータシステムAは、分散形電源であり、直流電源1、インバータ回路2、制御回路3、電流センサ4、電圧センサ5、直流電圧センサ6、および電力算出回路7を備えている。系統連系インバータシステムAは、三相の電力系統Bに連系している。なお、以下では3つの相をU相、V相およびW相とする。系統連系インバータシステムAは、直流電源1が出力する直流電力をインバータ回路2によって交流電力に変換し、図示しない負荷に供給する。負荷には、電力系統Bからも電力が供給される。また、系統連系インバータシステムAは、逆潮流ありのシステムであり、交流電力を電力系統Bにも供給する。なお、図示しないが、インバータ回路2の出力側には、交流電圧を昇圧(または降圧)するための変圧器が設けられている。インバータ回路2、制御回路3、電流センサ4、電圧センサ5、直流電圧センサ6、および電力算出回路7をまとめたものがインバータ装置であり、いわゆるパワーコンディショナと呼ばれるものである。   The grid-connected inverter system A is a distributed power source, and includes a DC power source 1, an inverter circuit 2, a control circuit 3, a current sensor 4, a voltage sensor 5, a DC voltage sensor 6, and a power calculation circuit 7. The grid interconnection inverter system A is linked to the three-phase power grid B. Hereinafter, the three phases are referred to as a U phase, a V phase, and a W phase. The grid interconnection inverter system A converts the DC power output from the DC power source 1 into AC power by the inverter circuit 2 and supplies it to a load (not shown). The load is also supplied with power from the power system B. The grid interconnection inverter system A is a system with a reverse power flow, and supplies AC power to the power system B. Although not shown, a transformer for boosting (or stepping down) the AC voltage is provided on the output side of the inverter circuit 2. The inverter circuit 2, the control circuit 3, the current sensor 4, the voltage sensor 5, the DC voltage sensor 6, and the power calculation circuit 7 are combined into an inverter device, which is called a so-called power conditioner.

直流電源1は、直流電力を出力するものであり、太陽電池を備えている。太陽電池は、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換することで、直流電力を生成する。直流電源1は、生成された直流電力を、インバータ回路2に出力する。   The DC power supply 1 outputs DC power and includes a solar battery. A solar cell generates direct-current power by converting solar energy into electrical energy. The DC power source 1 outputs the generated DC power to the inverter circuit 2.

インバータ回路2は、直流電源1から入力される直流電力を交流電力に変換して出力するものである。インバータ回路2は、図示しないPWM制御インバータとフィルタとを備えている。PWM制御インバータは、図示しない3組6個のスイッチング素子を備えた三相インバータであり、制御回路3から入力されるPWM信号に基づいて各スイッチング素子のオンとオフとを切り替えることで直流電力を交流電力に変換する。フィルタは、スイッチングによる高周波成分を除去する。インバータ回路2の入力側の正極および負極は、直流電源1の正極および負極にそれぞれ接続されているので、インバータ回路2の入力電圧は直流電源1の出力電圧に一致する。   The inverter circuit 2 converts DC power input from the DC power source 1 into AC power and outputs the AC power. The inverter circuit 2 includes a PWM control inverter and a filter (not shown). The PWM control inverter is a three-phase inverter provided with three sets of six switching elements (not shown). Based on the PWM signal input from the control circuit 3, each switching element is switched on and off to generate DC power. Convert to AC power. The filter removes high frequency components due to switching. Since the positive and negative electrodes on the input side of the inverter circuit 2 are respectively connected to the positive and negative electrodes of the DC power supply 1, the input voltage of the inverter circuit 2 matches the output voltage of the DC power supply 1.

電流センサ4は、インバータ回路2の三相の出力電流の瞬時値をそれぞれ検出するものである。電流センサ4は、検出した瞬時値をディジタル変換して、電流信号iu,iv,iw(3つの電流信号をまとめて「電流信号i」と記載する場合がある。)として制御回路3および電力算出回路7に出力する。電圧センサ5は、インバータ回路2の三相の出力電圧の瞬時値をそれぞれ検出するものである。電圧センサ5は、検出した瞬時値をディジタル変換して、電圧信号vu,vv,vw(3つの電圧信号をまとめて「電圧信号v」と記載する場合がある。)として電力算出回路7に出力する。 The current sensor 4 detects an instantaneous value of the three-phase output current of the inverter circuit 2. The current sensor 4 converts the detected instantaneous value into a digital signal, and controls the control circuit 3 as current signals i u , i v , i w (the three current signals may be collectively described as “current signal i”). And output to the power calculation circuit 7. The voltage sensor 5 detects an instantaneous value of the three-phase output voltage of the inverter circuit 2. The voltage sensor 5 converts the detected instantaneous value into a digital value, and calculates a power signal as a voltage signal v u , v v , v w (the three voltage signals may be collectively described as “voltage signal v”). 7 is output.

直流電圧センサ6は、インバータ回路2の入力電圧(すなわち、直流電源1の出力電圧)の瞬時値を検出するものである。直流電圧センサ6は、検出した瞬時値をディジタル変換して、直流電圧信号Vdcとして制御回路3に出力する。直流電圧センサ6は、インバータ回路2の入力側の正極と負極との間に設けられた電解コンデンサ(図示しない)の端子間電圧を検出している。   The DC voltage sensor 6 detects an instantaneous value of the input voltage of the inverter circuit 2 (that is, the output voltage of the DC power supply 1). The DC voltage sensor 6 digitally converts the detected instantaneous value and outputs it to the control circuit 3 as a DC voltage signal Vdc. The DC voltage sensor 6 detects a voltage between terminals of an electrolytic capacitor (not shown) provided between a positive electrode and a negative electrode on the input side of the inverter circuit 2.

電力算出回路7は、インバータ回路2が出力する有効電力および無効電力を算出するものである。電力算出回路7は、電流センサ4より入力される電流信号iと電圧センサ5より入力される電圧信号vとに基づいて、有効電力Pおよび無効電力Qを算出して、制御回路3に出力する。   The power calculation circuit 7 calculates active power and reactive power output from the inverter circuit 2. The power calculation circuit 7 calculates active power P and reactive power Q based on the current signal i input from the current sensor 4 and the voltage signal v input from the voltage sensor 5, and outputs them to the control circuit 3. .

電力算出回路7は、電流センサ4より入力される電流信号iおよび電圧センサ5より入力される電圧信号vから、それぞれ正相分の信号のみを抽出してから、有効電力Pおよび無効電力Qを算出する。本発明は、インバータ回路2の出力電力を最大にするように制御するものなので、インバータ回路2の出力電力を計測するための電力算出回路7の精度が重要になる。一般的に、電力系統Bには基本波の正相分の交流信号の他に逆相分の交流信号や、高調波成分の交流信号が含まれている。これら正相分以外の成分のために、交流信号の有効電力や無効電力を精度よく計測することは難しい。したがって、電力算出回路7は、電流信号iおよび電圧信号vから、それぞれ逆相分や高調波成分などの成分を除去して、正相分の信号のみを抽出したうえで、有効電力Pおよび無効電力Qの算出を行う。電力算出回路7の具体例としては、発明者らが出願した特願2011‐224503号および特願2011‐254123号に記載の電力計測装置がある。この電力計測装置は、三相の電流信号iu,iv,iwを後述する下記(1)式に示す三相二相変換(αβ変換)によって、α軸電流信号iαおよびβ軸電流信号iβに変換し、α軸電流信号iαおよびβ軸電流信号iβから正相分の信号のみを抽出する。三相の電圧信号vu,vv,vwも同様に変換を行って、正相分の信号のみを抽出する。そして、これらを用いて有効電力Pおよび無効電力Qを算出する。正相分の信号のみを抽出する具体的な方法は、複素係数フィルタを通す方法、後述する下記(2)式に示す回転座標変換(dq変換)を行ってからローパスフィルタを通す方法、回転座標変換処理、ローパスフィルタ処理および静止座標変換処理を統合した伝達関数による処理などがあるが、詳細は省略する。なお、その他の方法を用いてもよい。 The power calculation circuit 7 extracts only the signal for the positive phase from the current signal i input from the current sensor 4 and the voltage signal v input from the voltage sensor 5, respectively, and then obtains the active power P and the reactive power Q. calculate. Since the present invention controls the output power of the inverter circuit 2 to be maximized, the accuracy of the power calculation circuit 7 for measuring the output power of the inverter circuit 2 is important. In general, the electric power system B includes an AC signal for a negative phase and an AC signal for a harmonic component in addition to the AC signal for the positive phase of the fundamental wave. Because of components other than these positive phase components, it is difficult to accurately measure the active power and reactive power of the AC signal. Accordingly, the power calculation circuit 7 removes components such as anti-phase components and harmonic components from the current signal i and the voltage signal v, respectively, and extracts only the signals for the positive phase, and then the active power P and the invalid signal. The power Q is calculated. Specific examples of the power calculation circuit 7 include power measuring devices described in Japanese Patent Application Nos. 2011-224503 and 2011-254123 filed by the inventors. This power measuring apparatus performs α-axis current signal iα and β-axis current signal by converting three-phase current signals i u , i v , i w into three-phase two-phase conversion (αβ conversion) shown in the following equation (1). It converts into iβ and extracts only the signal for the positive phase from the α-axis current signal iα and the β-axis current signal iβ. The three-phase voltage signals v u , v v , and v w are similarly converted, and only the signals for the positive phase are extracted. Then, the active power P and the reactive power Q are calculated using these. A specific method of extracting only the signal for the positive phase is a method of passing through a complex coefficient filter, a method of performing a rotation coordinate conversion (dq conversion) shown in the following equation (2) and then passing through a low-pass filter, a rotation coordinate Although there is a transfer function process that integrates the conversion process, the low-pass filter process, and the stationary coordinate conversion process, details are omitted. Other methods may be used.

制御回路3は、インバータ回路2を制御するものであり、例えばマイクロコンピュータなどによって実現されている。制御回路3は、電流センサ4より入力される電流信号i、直流電圧センサ6より入力される直流電圧信号Vdc、および、電力算出回路7より入力される有効電力Pおより無効電力Qに基づいてPWM信号を生成して、インバータ回路2に出力する。   The control circuit 3 controls the inverter circuit 2 and is realized by, for example, a microcomputer. The control circuit 3 is based on the current signal i input from the current sensor 4, the DC voltage signal Vdc input from the DC voltage sensor 6, and the active power P and reactive power Q input from the power calculation circuit 7. A PWM signal is generated and output to the inverter circuit 2.

図2は、制御回路3の内部構成を説明するための機能ブロック図である。   FIG. 2 is a functional block diagram for explaining the internal configuration of the control circuit 3.

制御回路3は、電圧目標値設定部31、直流電圧制御部32、無効電力制御部33、電流制御部34、および、PWM信号生成部35を備えている。   The control circuit 3 includes a voltage target value setting unit 31, a DC voltage control unit 32, a reactive power control unit 33, a current control unit 34, and a PWM signal generation unit 35.

電圧目標値設定部31は、直流電圧信号Vdcの目標値である電圧目標値Vdc*を設定するものである。電圧目標値設定部31は、電圧目標値Vdc*を変化させて、電力算出回路7から入力される有効電力Pが最大になるように、電圧目標値Vdc*を調整する。いわゆる最大電力点追従制御が直流電源1の出力電力を最大にするように制御するのに対して、電圧目標値設定部31は、インバータ回路2の出力電力を最大にするように制御する点が異なっている。直流電源1の出力電圧Vdcに対する、インバータ回路2の出力電力の特性曲線も図10(a)に示す曲線Pacのようになる。すなわち、所定の電圧のときに電力が最大になり、この時の電圧から離れるに従って電力が小さくなるという特性がある。したがって、この特性を利用した山登り法を用いることができる。 The voltage target value setting unit 31 sets a voltage target value Vdc * that is a target value of the DC voltage signal Vdc. Voltage target value setting unit 31 varies the voltage target value Vdc *, the active power P that is input from the power calculation circuit 7 so that the maximum, to adjust the voltage target value Vdc *. The so-called maximum power point tracking control is performed so that the output power of the DC power supply 1 is maximized, whereas the voltage target value setting unit 31 is controlled so as to maximize the output power of the inverter circuit 2. Is different. A characteristic curve of the output power of the inverter circuit 2 with respect to the output voltage Vdc of the DC power supply 1 is also a curve Pac shown in FIG. That is, there is a characteristic that the power is maximized at a predetermined voltage, and the power decreases as the distance from the voltage is increased. Therefore, a hill-climbing method using this characteristic can be used.

電圧目標値設定部31は、電圧目標値Vdc*を変化させて、電力算出回路7が算出した有効電力Pを取得する。そして、取得した有効電力Pが前回取得した値より大きくなっていれば、電圧目標値Vdc*を同じ方向に変化させ、取得した有効電力Pが前回取得した値より小さくなっていれば、最大電力点(図10(b)の点M3参照)を超えたとして、電圧目標値Vdc*を逆の方向に変化させる。これを繰り返すことで、動作点を最大電力点の近傍に位置させて、有効電力Pをできるだけ最大の状態に保つ。 The voltage target value setting unit 31 changes the voltage target value Vdc * to acquire the active power P calculated by the power calculation circuit 7. If the acquired active power P is larger than the previously acquired value, the voltage target value Vdc * is changed in the same direction. If the acquired active power P is smaller than the previously acquired value, the maximum power as beyond the point (see M 3 points FIG. 10 (b)), to vary the voltage target value Vdc * in the opposite direction. By repeating this, the operating point is positioned in the vicinity of the maximum power point, and the active power P is kept as maximum as possible.

図3は、電圧目標値設定部31が行う最大電力点の探索処理を説明するためのフローチャートである。当該探索処理は、インバータ回路2が電力変換動作を開始するときに、実行が開始される。   FIG. 3 is a flowchart for explaining the maximum power point search process performed by the voltage target value setting unit 31. The search process is executed when the inverter circuit 2 starts a power conversion operation.

まず、電圧目標値Vdc*に初期値V0が設定され、探索方向が設定される(S1)。本実施形態では、初期値V0として開放電圧が設定されている。また、探索方向としては、電圧目標値Vdc*を減少させる減少方向が設定される。なお、各設定はこれに限定されない。次に、電圧目標値Vdc*が出力され(S2)、直流電圧制御により直流電源1の出力電圧が電圧目標値Vdc*に制御される。そして、電力算出回路7が算出した有効電力Pが取得され(S3)、前回有効電力P0に設定される(S4)。 First, the initial value V 0 is set to the voltage target value Vdc * , and the search direction is set (S1). In this embodiment, an open circuit voltage is set as the initial value V 0 . Further, as the search direction, a decreasing direction for decreasing the voltage target value Vdc * is set. Each setting is not limited to this. Next, the voltage target value Vdc * is output (S2), and the output voltage of the DC power source 1 is controlled to the voltage target value Vdc * by DC voltage control. Then, active power P which power calculation circuit 7 is calculated is acquired (S3), it is set to the previous active power P 0 (S4).

次に、現在設定されている探索方向が減少方向であるか否かが判別される(S5)。探索方向が減少方向である場合(S5:YES)、電圧目標値Vdc*をΔVだけ減少させ(S6)、探索方向が減少方向でない場合(S5:NO)、すなわち増加方向である場合、電圧目標値Vdc*をΔVだけ増加させる(S7)。そして、電圧目標値Vdc*が出力されて(S8)、有効電力Pが取得される(S9)。なお、増減幅ΔVは、小さすぎると最大電力点の探索に時間がかかりすぎ、大きすぎると精度と安定性が悪くなるので、適宜適切な値を設定する必要がある。 Next, it is determined whether or not the currently set search direction is a decreasing direction (S5). When the search direction is a decrease direction (S5: YES), the voltage target value Vdc * is decreased by ΔV (S6). When the search direction is not the decrease direction (S5: NO), that is, when the search direction is an increase direction, the voltage target The value Vdc * is increased by ΔV (S7). Then, the voltage target value Vdc * is output (S8), and the active power P is acquired (S9). If the increase / decrease width ΔV is too small, it takes too much time to search for the maximum power point. If the increase / decrease width ΔV is too large, the accuracy and stability deteriorate. Therefore, it is necessary to set an appropriate value appropriately.

次に、有効電力Pが前回有効電力P0より大きいか否かが判別される(S10)。有効電力Pが前回有効電力P0より大きい場合(S10:YES)、探索方向は変更されずに、前回有効電力P0に有効電力Pが設定されて(S12)、ステップS5に戻る。一方、有効電力Pが前回有効電力P0以下の場合(S10:NO)、最大電力点を超えたとして探索方向は反転され(S11)、すなわち、減少方向であった場合は増加方向が設定され、増加方向であった場合は減少方向が設定され、前回有効電力P0に有効電力Pが設定されて(S12)、ステップS5に戻る。その後は、ステップS5〜S12が繰り返される。 Next, it is determined whether or not the active power P is greater than the previous active power P 0 (S10). If the active power P is greater than the previous active power P 0 (S10: YES), the search direction is not changed, the active power P is set to the previous active power P 0 (S12), and the process returns to step S5. On the other hand, when the active power P is equal to or lower than the previous active power P 0 (S10: NO), the search direction is reversed as exceeding the maximum power point (S11), that is, the increase direction is set if the search direction is the decrease direction. If it is in the increasing direction, the decreasing direction is set, the effective power P is set as the previous effective power P 0 (S12), and the process returns to step S5. Thereafter, steps S5 to S12 are repeated.

なお、電圧目標値設定部31が行う最大電力点の探索処理は、上述したものに限定されない。例えば、電圧目標値Vdc*をΔVだけ減少させたときと、ΔVだけ増加させたときとで、それぞれ有効電力Pを取得し、より大きくなる方向に電圧目標値Vdc*を変化させるようにしてもよい。また、増減幅ΔVを変化させたり、遺伝的アルゴリズム処理を用いることで、いわゆる「2山問題」を解消するようにしてもよい。また、山登り法に限定されず、最大電力点追従制御で用いられるあらゆるアルゴリズムを用いることができる。従来の最大電力点追従制御で用いられるあらゆるアルゴリズムにおいて、直流電源1からの出力電力を最大にするように追従するのではなく、インバータ回路2の出力電力を最大にするように追従するようにすればよい。 In addition, the search process of the maximum power point which the voltage target value setting part 31 performs is not limited to what was mentioned above. For example, the active power P is acquired when the voltage target value Vdc * is decreased by ΔV and when the voltage target value Vdc * is increased by ΔV, and the voltage target value Vdc * is changed in an increasing direction. Good. Further, the so-called “double mountain problem” may be solved by changing the increase / decrease width ΔV or using genetic algorithm processing. Further, the present invention is not limited to the hill climbing method, and any algorithm used in the maximum power point tracking control can be used. In all the algorithms used in the conventional maximum power point tracking control, instead of tracking so as to maximize the output power from the DC power supply 1, it is necessary to track so as to maximize the output power of the inverter circuit 2. That's fine.

直流電圧制御部32は、直流電源1の出力電圧の制御を行うためのものである。直流電圧制御部32は、直流電圧センサ6より出力される直流電圧信号Vdcと電圧目標値設定部31より出力される直流電圧目標値Vdc*との偏差ΔVdc(=Vdc*−Vdc)を入力されて、当該偏差をゼロにするための直流電圧補償値を電流制御部34に出力する。直流電圧制御部32は、例えば、PI制御(比例積分制御)を行っている。 The DC voltage control unit 32 is for controlling the output voltage of the DC power supply 1. The DC voltage control unit 32 receives a deviation ΔVdc (= Vdc * −Vdc) between the DC voltage signal Vdc output from the DC voltage sensor 6 and the DC voltage target value Vdc * output from the voltage target value setting unit 31. Thus, a DC voltage compensation value for making the deviation zero is output to the current control unit 34. The DC voltage control unit 32 performs, for example, PI control (proportional integration control).

無効電力制御部33は、インバータ回路2が出力する無効電力の制御を行うためのものである。無効電力制御部33は、電力算出回路7より出力される無効電力Qと無効電力目標値Q*との偏差ΔQ(=Q*−Q)を入力されて、当該偏差をゼロにするための無効電力補償値を電流制御部34に出力する。無効電力制御部33は、例えば、PI制御を行っている。 The reactive power control unit 33 is for controlling the reactive power output from the inverter circuit 2. The reactive power control unit 33 receives the deviation ΔQ (= Q * −Q) between the reactive power Q output from the power calculation circuit 7 and the reactive power target value Q *, and is used to make the deviation zero. The power compensation value is output to the current control unit 34. The reactive power control unit 33 performs, for example, PI control.

電流制御部34は、インバータ回路2の出力電流の制御を行うためのものである。電流制御部34は、電流センサ4より入力される三相の電流信号iu,iv,iwをd軸電流信号idおよびq軸電流信号iqに変換して制御を行い、補償信号xdおよびxqを三相の補償信号xu,xv,xwに変換して、PWM信号生成部35に出力する。電流制御部34は、直流電圧制御部32より入力される直流電圧補償値を、d軸電流信号idの目標値として用い、無効電力制御部33より入力される無効電力補償値を、q軸電流信号iqの目標値として用いる。 The current control unit 34 is for controlling the output current of the inverter circuit 2. The current control unit 34 converts the three-phase current signals i u , i v , and i w input from the current sensor 4 into a d-axis current signal i d and a q-axis current signal i q to perform control, thereby performing a compensation signal. x d and x q are converted into three-phase compensation signals x u , x v , x w and output to the PWM signal generator 35. The current control unit 34, a DC voltage compensation value inputted from the DC voltage control unit 32, used as a target value of d-axis current signal i d, the reactive power compensation values input from the reactive power control unit 33, q-axis Used as a target value for the current signal i q .

電流制御部34は、まず、三相の電流信号iu,iv,iwを下記(1)式に示す三相二相変換(αβ変換)によって、α軸電流信号iαおよびβ軸電流信号iβに変換し、さらに、下記(2)式に示す回転座標変換(dq変換)によって、d軸電流信号idおよびq軸電流信号iqに変換する。 First, the current control unit 34 converts the three-phase current signals i u , i v , and i w into the α-axis current signal iα and the β-axis current signal by three-phase two-phase conversion (αβ conversion) shown in the following equation (1). It is converted into iβ, and further converted into a d-axis current signal i d and a q-axis current signal i q by rotational coordinate conversion (dq conversion) shown in the following equation (2).

次に、電流制御部34は、d軸電流信号idと直流電圧制御部32より入力される直流電圧補償値との偏差に基づいてPI制御を行って補償信号xdを生成し、q軸電流信号iqと無効電力制御部33より入力される無効電力補償値との偏差に基づいてPI制御を行って補償信号xqを生成する。 Next, the current control unit 34 performs PI control based on the deviation between the d-axis current signal i d and the DC voltage compensation value input from the DC voltage control unit 32 to generate the compensation signal x d , and the q-axis PI control is performed based on the deviation between the current signal i q and the reactive power compensation value input from the reactive power control unit 33 to generate the compensation signal x q .

そして、電流制御部34は、補償信号xd,xqを下記(3)式に示す静止座標変換(逆dq変換)によって、補償信号xα,xβに変換し、さらに、下記(4)式に示す二相三相変換(逆αβ変換)によって、三相の補償信号xu,xv,xwに変換する。 Then, the current control unit 34 converts the compensation signals x d and x q into compensation signals x α and x β by static coordinate transformation (inverse dq transformation) shown in the following equation (3), and further into the following equation (4). By the two-phase three-phase conversion (inverse αβ conversion) shown, the three-phase compensation signals x u , x v and x w are converted.

PWM信号生成部35は、PWM信号を生成するものである。PWM信号生成部35は、電流制御部34より入力される三相の補償信号xu,xv,xwに基づいて、インバータ回路2の各相の出力電圧の波形を指令するための指令信号を生成し、指令信号とキャリア信号とに基づいて、三角波比較法によりPWM信号を生成する。例えば、指令信号がキャリア信号より大きい場合にハイレベルとなり、指令信号がキャリア信号以下の場合にローレベルとなるパルス信号が、PWM信号として生成される。生成されたPWM信号は、インバータ回路2に出力される。なお、PWM信号生成部35は、三角波比較法によりPWM信号を生成する場合に限定されず、例えば、ヒステリシス方式でPWM信号を生成するようにしてもよい。 The PWM signal generation unit 35 generates a PWM signal. The PWM signal generator 35 is a command signal for commanding the waveform of the output voltage of each phase of the inverter circuit 2 based on the three-phase compensation signals x u , x v , x w input from the current controller 34. And a PWM signal is generated by a triangular wave comparison method based on the command signal and the carrier signal. For example, a pulse signal that is high when the command signal is larger than the carrier signal and low when the command signal is equal to or less than the carrier signal is generated as a PWM signal. The generated PWM signal is output to the inverter circuit 2. Note that the PWM signal generation unit 35 is not limited to the case where the PWM signal is generated by the triangular wave comparison method. For example, the PWM signal generation unit 35 may generate the PWM signal by a hysteresis method.

本実施形態では、制御回路3をディジタル回路として実現した場合について説明したが、アナログ回路として実現してもよい。また、各部が行う処理をプログラムで設計し、当該プログラムを実行させることでコンピュータを制御回路3として機能させてもよい。また、当該プログラムを記録媒体に記録しておき、コンピュータに読み取らせるようにしてもよい。   In the present embodiment, the case where the control circuit 3 is realized as a digital circuit has been described, but it may be realized as an analog circuit. Further, the processing performed by each unit may be designed by a program, and the computer may function as the control circuit 3 by executing the program. The program may be recorded on a recording medium and read by a computer.

次に、本発明の作用と効果について説明する。   Next, the operation and effect of the present invention will be described.

本実施形態によると、直流電源1の出力電圧が、電圧目標値設定部31が設定する直流電圧目標値Vdc*に制御される。この時に検出された電流信号iおよび電圧信号vから電力算出回路7が算出した有効電力Pが、インバータ回路2の出力電力を検出したものである。電圧目標値設定部31は、有効電力Pが最大になるように直流電圧目標値Vdc*を調整する。これにより、インバータ回路2の出力電力が略最大になるように制御される。 According to the present embodiment, the output voltage of the DC power supply 1 is controlled to the DC voltage target value Vdc * set by the voltage target value setting unit 31. The active power P calculated by the power calculation circuit 7 from the current signal i and the voltage signal v detected at this time is the output power of the inverter circuit 2 detected. The voltage target value setting unit 31 adjusts the DC voltage target value Vdc * so that the active power P is maximized. As a result, the output power of the inverter circuit 2 is controlled to be substantially maximum.

直流電源1が出力する直流電力が略最大になるように制御を行うのではなく、インバータ回路2の出力電力が略最大になるように制御を行うので、直流電源1が出力する直流電力が略最大になるときにインバータ回路2の出力電力が略最大にならない場合でも、系統連系インバータシステムAとしての出力電力を略最大にすることができる。これにより、直流電源1が出力する直流電力が略最大になるように制御を行った場合よりも、発電効率を向上させることができる。   The control is performed so that the output power of the inverter circuit 2 is substantially maximized, not the direct current power output from the DC power supply 1 is substantially maximized. Even when the output power of the inverter circuit 2 does not become substantially maximum when it becomes maximum, the output power as the grid interconnection inverter system A can be substantially maximized. As a result, the power generation efficiency can be improved as compared with the case where the control is performed so that the DC power output from the DC power source 1 is substantially maximized.

なお、本実施形態においては、直流電源1の出力電圧を制御する場合について説明したが、これに限られない。直流電源1の出力電流を制御するようにしてもよい。すなわち、直流電源1の出力電流を直流電流センサで検出して直流電流制御を行うようにし、電流目標値を変化させて最大電力点を探索するようにしてもよい。   In the present embodiment, the case where the output voltage of the DC power supply 1 is controlled has been described. However, the present invention is not limited to this. The output current of the DC power supply 1 may be controlled. That is, the output current of the DC power supply 1 may be detected by a DC current sensor to perform DC current control, and the current target value may be changed to search for the maximum power point.

本実施形態においては、インバータ回路2が電力系統Bに電力を供給する場合について説明したが、これに限られず、負荷のみに電力を供給するようにしてもよい。   In this embodiment, the case where the inverter circuit 2 supplies power to the power system B has been described. However, the present invention is not limited to this, and power may be supplied only to the load.

本実施形態では、系統連系インバータシステムAが三相のシステムである場合について説明したが、単相のシステムであってもよい。この場合、電流制御部34が、電流センサ4から入力される単相の電流信号の目標値として、直流電圧制御部32より入力される直流電圧補償値を目標値として用いるようにすればよい。また、ヒルベルト変換などで単相の電流信号を直交する2つの電流信号に変換して、α軸電流信号iαおよびβ軸電流信号iβとして用いるようにしてもよい。   In this embodiment, although the case where the grid connection inverter system A was a three-phase system was demonstrated, a single phase system may be sufficient. In this case, the current control unit 34 may use the DC voltage compensation value input from the DC voltage control unit 32 as the target value as the target value of the single-phase current signal input from the current sensor 4. Alternatively, the single-phase current signal may be converted into two orthogonal current signals by Hilbert transform or the like and used as the α-axis current signal iα and the β-axis current signal iβ.

上記第1実施形態においては、電圧目標値Vdc*を変化させて、山登り法により、インバータ回路2の出力電力を最大にする場合について説明したが、これに限られない。インバータ回路2の出力電力を最大にできれば、他の方法で行ってもよい。他の方法の例を第2実施形態として、以下に説明する。 In the first embodiment, the case where the voltage target value Vdc * is changed and the output power of the inverter circuit 2 is maximized by the hill-climbing method has been described. However, the present invention is not limited to this. Other methods may be used as long as the output power of the inverter circuit 2 can be maximized. Another example of the method will be described below as a second embodiment.

図4は、第2実施形態に係る制御回路の内部構成を説明するための機能ブロック図である。同図において、第1実施形態に係る制御回路3(図2参照)と同一または類似の要素には、同一の符号を付している。   FIG. 4 is a functional block diagram for explaining the internal configuration of the control circuit according to the second embodiment. In the figure, the same or similar elements as those of the control circuit 3 (see FIG. 2) according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals.

図4に示す制御回路3’は、電圧目標値設定部31に代えて有効電力目標値設定部36を設け、直流電圧制御部32に代えて有効電力制御部37を設けている点で、第1実施形態に係る制御回路3と異なる。   The control circuit 3 ′ shown in FIG. 4 includes an active power target value setting unit 36 instead of the voltage target value setting unit 31, and an active power control unit 37 instead of the DC voltage control unit 32. Different from the control circuit 3 according to one embodiment.

有効電力目標値設定部36は、有効電力Pの目標値である有効電力目標値P*を設定するものである。有効電力目標値設定部36は、有効電力目標値P*を増加させて、電力算出回路7から入力される有効電力Pが最大になるように、有効電力目標値P*を調整する。直流電源1の出力電圧に対する、インバータ回路2の出力電力の特性曲線は図10(a)に示す曲線Pacのようになる。すなわち、所定の電圧のときに電力が最大になり、この時の電圧から離れるに従って電力が小さくなるという特性がある。インバータ回路2の出力電力を徐々に増加させていくと、直流電源1の出力電圧も徐々に減少していくが、最大電力点を超えると、直流電源1の出力電圧が急激に減少する。有効電力目標値設定部36は、この特性を利用しており、有効電力目標値P*を増加させていって、直流電源1の出力電圧が急激に変化したときに最大電力点を超えたと考え、有効電力目標値P*を急変前の値に制御する。 The active power target value setting unit 36 sets an active power target value P * that is a target value of the active power P. Active power target value setting unit 36 increases the effective power target value P *, the active power P that is input from the power calculation circuit 7 so that the maximum, to adjust the active power target value P *. A characteristic curve of the output power of the inverter circuit 2 with respect to the output voltage of the DC power supply 1 is a curve Pac shown in FIG. That is, there is a characteristic that the power is maximized at a predetermined voltage, and the power decreases as the distance from the voltage is increased. When the output power of the inverter circuit 2 is gradually increased, the output voltage of the DC power source 1 is also gradually decreased. However, when the maximum power point is exceeded, the output voltage of the DC power source 1 is rapidly decreased. The active power target value setting unit 36 uses this characteristic, increases the active power target value P * , and considers that the maximum power point has been exceeded when the output voltage of the DC power supply 1 changes rapidly. The active power target value P * is controlled to the value before the sudden change.

有効電力目標値設定部36は、有効電力目標値P*を増加させて、直流電圧センサ6が出力した直流電圧信号Vdcを取得する。そして、取得した直流電圧信号Vdcと前回取得した値との差が閾値より小さい場合、まだ最大電力点(図10(b)の点M3参照)に到達していないので、有効電力目標値P*を増加させ、取得した直流電圧信号Vdcと前回取得した値との差が閾値より大きくなった場合、最大電力点を超えたとして、有効電力目標値P*を前回の値に戻す。これを繰り返すことで、動作点を最大電力点の近傍に位置させて、有効電力Pをできるだけ最大の状態に保つ。 The active power target value setting unit 36 increases the active power target value P * and acquires the DC voltage signal Vdc output from the DC voltage sensor 6. If the difference between the acquired DC voltage signal Vdc and the previously acquired value is smaller than the threshold value, the maximum power point (see point M 3 in FIG. 10B) has not yet been reached, so the active power target value P * Is increased, and when the difference between the acquired DC voltage signal Vdc and the previously acquired value is greater than the threshold, the active power target value P * is returned to the previous value, assuming that the maximum power point has been exceeded. By repeating this, the operating point is positioned in the vicinity of the maximum power point, and the active power P is kept as maximum as possible.

図5は、有効電力目標値設定部36が行う最大電力点の探索処理を説明するためのフローチャートである。当該探索処理は、インバータ回路2が電力変換動作を開始するときに、実行が開始される。   FIG. 5 is a flowchart for explaining the maximum power point search process performed by the active power target value setting unit 36. The search process is executed when the inverter circuit 2 starts a power conversion operation.

まず、有効電力目標値P*に初期値P0が設定される(S21)。本実施形態では、初期値P0として「0」が設定されている。なお、初期値P0はこれに限定されない。次に、有効電力目標値P*が出力され(S22)、有効電力制御によりインバータ回路2の出力電力が有効電力目標値P*に制御される。そして、直流電圧センサ6が検出した直流電圧信号Vdcが取得され(S23)、前回電圧値Vdc0に設定される(S24)。 First, the initial value P 0 is set to the active power target value P * (S21). In this embodiment, “0” is set as the initial value P 0 . The initial value P 0 is not limited to this. Next, the active power target value P * is output (S22), and the output power of the inverter circuit 2 is controlled to the active power target value P * by active power control. Then, the DC voltage signal Vdc of the DC voltage sensor 6 has detected is acquired (S23), it is set to the previous voltage value Vdc 0 (S24).

次に、有効電力目標値P*がdPだけ増加される(S25)。そして、有効電力目標値P*が出力されて(S26)、直流電圧信号Vdcが取得される(S27)。なお、増加幅dPは、小さすぎると最大電力点の探索に時間がかかりすぎ、大きすぎると精度と安定性が悪くなるので、適宜適切な値を設定する必要がある。 Next, the active power target value P * is increased by dP (S25). Then, the active power target value P * is output (S26), and the DC voltage signal Vdc is acquired (S27). If the increase width dP is too small, it takes too much time to search for the maximum power point. If the increase width dP is too large, the accuracy and stability deteriorate. Therefore, it is necessary to appropriately set an appropriate value.

次に、直流電圧信号Vdcと前回電圧値Vdc0との差の絶対値が閾値kより小さいか否かが判別される(S28)。差の絶対値が閾値kより小さい場合(S28:YES)、最大電力点にまだ到達していないので、前回電圧値Vdc0に直流電圧信号Vdcが設定されて(S29)、ステップS25に戻る。一方、差の絶対値が閾値k以上の場合(S28:NO)、最大電力点を超えたとして、有効電力目標値P*がdPだけ減少されて前回の値に戻され(S30)、ステップS26に戻る。この場合は、前回電圧値Vdc0を直流電圧信号Vdcに更新せず、前回のままとする。その後は、ステップS25〜S30が繰り返される。 Next, it is determined whether or not the absolute value of the difference between the DC voltage signal Vdc and the previous voltage value Vdc 0 is smaller than the threshold value k (S28). If the absolute value is the threshold value k is smaller than the difference (S28: YES), because not yet reached the maximum power point, is a DC voltage signal Vdc is set to the previous voltage value Vdc 0 (S29), the flow returns to step S25. On the other hand, if the absolute value of the difference is greater than or equal to the threshold value k (S28: NO), the active power target value P * is decreased by dP and returned to the previous value, assuming that the maximum power point has been exceeded (S30), step S26. Return to. In this case, the previous voltage value Vdc 0 is not updated to the DC voltage signal Vdc, and is kept as it was last time. Thereafter, steps S25 to S30 are repeated.

なお、有効電力目標値設定部36が行う最大電力点の探索処理は、上述したものに限定されない。例えば、図5に示すステップS30において、有効電力目標値P*をdP以上減少させて前回の値より小さい値にし、前回電圧値Vdc0として減少後の有効電力目標値P*に対応する値を設定するようにしてもよい。 In addition, the search process of the maximum power point which the active power target value setting part 36 performs is not limited to what was mentioned above. For example, in step S30 shown in FIG. 5, the effective power target value P * by reducing or dP to previous value smaller value, a value corresponding to the effective power target value P * after reduction as the previous voltage value Vdc 0 You may make it set.

有効電力制御部37は、インバータ回路2が出力する有効電力の制御を行うためのものである。有効電力制御部37は、電力算出回路7より出力される有効電力Pと有効電力目標値設定部36より出力される有効電力目標値P*との偏差ΔP(=P*−P)を入力されて、当該偏差をゼロにするための有効電力補償値を電流制御部34に出力する。有効電力制御部37は、例えば、PI制御を行っている。電流制御部34は、有効電力制御部37より入力される有効電力補償値をd軸電流信号idの目標値として用いる。 The active power control unit 37 is for controlling the active power output from the inverter circuit 2. The active power control unit 37 receives a deviation ΔP (= P * −P) between the active power P output from the power calculation circuit 7 and the active power target value P * output from the active power target value setting unit 36. Thus, the active power compensation value for making the deviation zero is output to the current control unit 34. The active power control unit 37 performs PI control, for example. The current control unit 34, using the active power compensation values input from the effective power control unit 37 as a target value of d-axis current signal i d.

第2実施形態によると、インバータ回路2の出力電力が、有効電力目標値設定部36が設定する有効電力目標値P*に制御される。有効電力目標値設定部36は、この時に検出された直流電圧信号Vdcに基づいて、有効電力Pが最大になるように有効電力目標値P*を調整する。これにより、インバータ回路2の出力電力が略最大になるように制御される。 According to the second embodiment, the output power of the inverter circuit 2 is controlled to the active power target value P * set by the active power target value setting unit 36. Based on the DC voltage signal Vdc detected at this time, the active power target value setting unit 36 adjusts the active power target value P * so that the active power P becomes maximum. As a result, the output power of the inverter circuit 2 is controlled to be substantially maximum.

第2実施形態においても、直流電源1が出力する直流電力が略最大になるように制御を行うのではなく、インバータ回路2の出力電力が略最大になるように制御を行うので、第1実施形態と同様の効果を奏することができる。   Also in the second embodiment, the control is performed so that the output power of the inverter circuit 2 is substantially maximized, not the direct current power output from the DC power source 1 is substantially maximized. The same effect as the form can be achieved.

本発明は、直流電源1とインバータ回路2との間にDC/DCコンバータ回路が設けられている場合にも適用することができる。DC/DCコンバータ回路が設けられている場合を第3実施形態として、以下に説明する。   The present invention can also be applied when a DC / DC converter circuit is provided between the DC power source 1 and the inverter circuit 2. A case where a DC / DC converter circuit is provided will be described below as a third embodiment.

図6は、第3実施形態に係る系統連系インバータシステムを説明するための図である。同図において、第1実施形態に係る系統連系インバータシステムA(図1参照)と同一または類似の要素には、同一の符号を付している。   FIG. 6 is a diagram for explaining the grid interconnection inverter system according to the third embodiment. In the same figure, the same code | symbol is attached | subjected to the element same or similar to the grid connection inverter system A (refer FIG. 1) which concerns on 1st Embodiment.

図6に示す系統連系インバータシステムA’は、直流電圧センサ6の前段にDC/DCコンバータ回路2’および直流電圧センサ6’が設けられており、DC/DCコンバータ回路2’を制御するための制御回路3”が設けられている点で、第1実施形態に係る系統連系インバータシステムAと異なる。   In the grid-connected inverter system A ′ shown in FIG. 6, a DC / DC converter circuit 2 ′ and a DC voltage sensor 6 ′ are provided before the DC voltage sensor 6 to control the DC / DC converter circuit 2 ′. Is different from the grid-connected inverter system A according to the first embodiment in that a control circuit 3 ″ is provided.

DC/DCコンバータ回路2’は、直流電源1の出力電圧を昇圧または降圧して、インバータ回路2に出力するものである。DC/DCコンバータ回路2’は、制御回路3”から入力されるPWM信号に基づいて、図示しないスイッチング素子のオンとオフとを切り替えることで、入力電圧を昇圧または降圧して出力する。DC/DCコンバータ回路2’の入力側の正極および負極は、直流電源1の正極および負極にそれぞれ接続されているのでDC/DCコンバータ回路2’の入力電圧は直流電源1の出力電圧に一致する。   The DC / DC converter circuit 2 ′ boosts or steps down the output voltage of the DC power source 1 and outputs it to the inverter circuit 2. The DC / DC converter circuit 2 ′ switches the switching element (not shown) on and off based on the PWM signal input from the control circuit 3 ″, thereby boosting or stepping down the input voltage and outputting it. Since the positive and negative electrodes on the input side of the DC converter circuit 2 ′ are respectively connected to the positive and negative electrodes of the DC power supply 1, the input voltage of the DC / DC converter circuit 2 ′ matches the output voltage of the DC power supply 1.

直流電圧センサ6’は、DC/DCコンバータ回路2’の入力電圧(すなわち、直流電源1の出力電圧)の瞬時値を検出するものである。直流電圧センサ6’は、検出した瞬時値をディジタル変換して、直流電圧信号V’dcとして制御回路3”に出力する。直流電圧センサ6’は、DC/DCコンバータ回路2’の入力側の正極と負極との間に設けられた電解コンデンサ(図示しない)の端子間電圧を検出している。   The DC voltage sensor 6 'detects an instantaneous value of the input voltage of the DC / DC converter circuit 2' (that is, the output voltage of the DC power supply 1). The DC voltage sensor 6 ′ digitally converts the detected instantaneous value and outputs it as a DC voltage signal V′dc to the control circuit 3 ″. The DC voltage sensor 6 ′ is connected to the input side of the DC / DC converter circuit 2 ′. A voltage between terminals of an electrolytic capacitor (not shown) provided between the positive electrode and the negative electrode is detected.

制御回路3”は、DC/DCコンバータ回路2’を制御するものであり、例えばマイクロコンピュータなどによって実現されている。制御回路3”は、直流電圧センサ6’より入力される直流電圧信号V’dcに基づいてPWM信号を生成して、DC/DCコンバータ回路2’に出力する。   The control circuit 3 ″ controls the DC / DC converter circuit 2 ′, and is realized by, for example, a microcomputer. The control circuit 3 ″ is a DC voltage signal V ′ input from the DC voltage sensor 6 ′. A PWM signal is generated based on dc and output to the DC / DC converter circuit 2 ′.

図7は、制御回路3”の内部構成を説明するための機能ブロック図である。制御回路3”は、電圧目標値設定部31’、直流電圧制御部32’、および、PWM信号生成部35’を備えている。   FIG. 7 is a functional block diagram for explaining the internal configuration of the control circuit 3 ″. The control circuit 3 ″ includes a voltage target value setting unit 31 ′, a DC voltage control unit 32 ′, and a PWM signal generation unit 35. Is equipped with.

電圧目標値設定部31’は、第1実施形態に係る電圧目標値設定部31と同様のものであって、直流電圧信号V’dcの目標値である電圧目標値V’dc*を設定するものであり、電圧目標値V’dc*を変化させて、電力算出回路7から入力される有効電力Pが最大になるように、電圧目標値V’dc*を調整する。 The voltage target value setting unit 31 ′ is similar to the voltage target value setting unit 31 according to the first embodiment, and sets a voltage target value V′dc * that is a target value of the DC voltage signal V′dc. are those, by changing the voltage target value V'dc *, active power P input from the power calculation circuit 7 so that the maximum, to adjust the voltage target value V'dc *.

直流電圧制御部32’は、第1実施形態に係る直流電圧制御部32と同様のものであり、直流電源1の出力電圧の制御を行うためのものである。直流電圧制御部32’は、直流電圧センサ6’より出力される直流電圧信号V’dcと電圧目標値設定部31’より出力される直流電圧目標値V’dc*との偏差ΔV’dc(=V’dc*−V’dc)を入力されて、当該偏差をゼロにするための直流電圧補償値をPWM信号生成部35’に出力する。直流電圧制御部32’は、例えば、PI制御(比例積分制御)を行っている。系統連系インバータシステムA’においては、DC/DCコンバータ回路2’が、インバータ回路2の出力電力を略最大にするための制御を行っている。 The DC voltage control unit 32 ′ is the same as the DC voltage control unit 32 according to the first embodiment, and controls the output voltage of the DC power supply 1. The DC voltage control unit 32 ′ has a deviation ΔV′dc ( ) between the DC voltage signal V′dc output from the DC voltage sensor 6 ′ and the DC voltage target value V′dc * output from the voltage target value setting unit 31 ′. = V′dc * −V′dc) is input, and a DC voltage compensation value for making the deviation zero is output to the PWM signal generation unit 35 ′. The DC voltage control unit 32 ′ performs, for example, PI control (proportional integration control). In the grid-connected inverter system A ′, the DC / DC converter circuit 2 ′ performs control for maximizing the output power of the inverter circuit 2.

PWM信号生成部35’は、第1実施形態に係るPWM信号生成部35と同様のものであり、DC/DCコンバータ回路2’に出力するPWM信号を生成するものである。PWM信号生成部35’は、直流電圧制御部32’より入力される信号とキャリア信号とに基づいて、三角波比較法によりPWM信号を生成する。生成されたPWM信号は、DC/DCコンバータ回路2’に出力される。なお、PWM信号生成部35’は、三角波比較法によりPWM信号を生成する場合に限定されず、例えば、ヒステリシス方式でPWM信号を生成するようにしてもよい。   The PWM signal generator 35 'is the same as the PWM signal generator 35 according to the first embodiment, and generates a PWM signal to be output to the DC / DC converter circuit 2'. The PWM signal generation unit 35 'generates a PWM signal by a triangular wave comparison method based on the signal input from the DC voltage control unit 32' and the carrier signal. The generated PWM signal is output to the DC / DC converter circuit 2 '. Note that the PWM signal generation unit 35 ′ is not limited to the case where the PWM signal is generated by the triangular wave comparison method, and the PWM signal may be generated by a hysteresis method, for example.

なお、制御回路3”の構成は上記に限られない。また、本実施形態では、制御回路3”をディジタル回路として実現した場合について説明したが、アナログ回路として実現してもよい。また、各部が行う処理をプログラムで設計し、当該プログラムを実行させることでコンピュータを制御回路3”として機能させてもよい。また、当該プログラムを記録媒体に記録しておき、コンピュータに読み取らせるようにしてもよい。   The configuration of the control circuit 3 ″ is not limited to the above. In the present embodiment, the case where the control circuit 3 ″ is realized as a digital circuit has been described. However, the control circuit 3 ″ may be realized as an analog circuit. The processing performed by each unit may be designed by a program, and the computer may function as the control circuit 3 ″ by executing the program. The program may be recorded on a recording medium and read by the computer. It may be.

インバータ回路2は、DC/DCコンバータ回路2’から入力される直流電力を交流電力に変換する。インバータ回路2の入力側の正極および負極は、DC/DCコンバータ回路2’の出力側の正極および負極にそれぞれ接続されているので、インバータ回路2の入力電圧はDC/DCコンバータ回路2’の出力電圧に一致する。制御回路3は、電圧目標値設定部31(図2参照)を備えておらず、直流電圧目標値Vdc*を固定値としている。これにより、DC/DCコンバータ回路2’の出力電圧は、直流電圧目標値Vdc*に固定される。 The inverter circuit 2 converts the DC power input from the DC / DC converter circuit 2 ′ into AC power. Since the positive and negative electrodes on the input side of the inverter circuit 2 are respectively connected to the positive and negative electrodes on the output side of the DC / DC converter circuit 2 ′, the input voltage of the inverter circuit 2 is the output of the DC / DC converter circuit 2 ′. Match the voltage. The control circuit 3 does not include the voltage target value setting unit 31 (see FIG. 2), and uses the DC voltage target value Vdc * as a fixed value. As a result, the output voltage of the DC / DC converter circuit 2 ′ is fixed to the DC voltage target value Vdc * .

第3実施形態によると、直流電源1の出力電圧が、電圧目標値設定部31’が設定する直流電圧目標値V’dc*に制御される。この時に検出された電流信号iおよび電圧信号vから電力算出回路7が算出した有効電力Pが、インバータ回路2の出力電力を検出したものである。電圧目標値設定部31’は、有効電力Pが最大になるように直流電圧目標値V’dc*を調整する。これにより、インバータ回路2の出力電力が略最大になるように制御される。 According to the third embodiment, the output voltage of the DC power supply 1 is controlled to the DC voltage target value V′dc * set by the voltage target value setting unit 31 ′. The active power P calculated by the power calculation circuit 7 from the current signal i and the voltage signal v detected at this time is the output power of the inverter circuit 2 detected. The voltage target value setting unit 31 ′ adjusts the DC voltage target value V′dc * so that the active power P is maximized. As a result, the output power of the inverter circuit 2 is controlled to be substantially maximum.

第3実施形態においても、直流電源1が出力する直流電力が略最大になるように制御を行うのではなく、インバータ回路2の出力電力が略最大になるように制御を行うので、第1実施形態と同様の効果を奏することができる。   Also in the third embodiment, the control is performed so that the output power of the inverter circuit 2 is substantially maximized, not the control so that the DC power output from the DC power supply 1 is substantially maximized. The same effect as the form can be achieved.

上記第1〜第3実施形態においては、本発明を系統連系インバータシステムA(A’)に適用した場合について説明したが、これに限られない。本発明は、インバータ回路2を備えていない、例えば、コンバータシステムにおいても適用することができる。コンバータシステムに適用した場合の例を、第4実施形態として、以下に説明する。   In the first to third embodiments, the case where the present invention is applied to the grid-connected inverter system A (A ′) has been described. However, the present invention is not limited to this. The present invention can also be applied to, for example, a converter system that does not include the inverter circuit 2. An example when applied to a converter system will be described below as a fourth embodiment.

図8は、第4実施形態に係るコンバータシステムを説明するための図である。同図において、第3実施形態に係る系統連系インバータシステムA’(図6参照)と同一または類似の要素には、同一の符号を付している。   FIG. 8 is a diagram for explaining the converter system according to the fourth embodiment. In the figure, the same or similar elements as those in the grid interconnection inverter system A ′ (see FIG. 6) according to the third embodiment are denoted by the same reference numerals.

図8に示すコンバータシステムA”は、インバータ回路2、制御回路3、直流電圧センサ6を備えていない点で、第3実施形態に係る系統連系インバータシステムA’と異なる。また、コンバータシステムA”は、電圧変換後の直流電力を負荷B’に供給するものなので、電流センサ4および電圧センサ5に代えて、直流電流センサ4’および直流電圧センサ5’を備えており、電力算出回路7に代えて、直流電力を算出する電力算出回路7’を備えている。制御回路3”は、第3実施形態に係る制御回路3”(図7参照)と同様のものである。   The converter system A ″ shown in FIG. 8 differs from the grid-connected inverter system A ′ according to the third embodiment in that the inverter system 2, the control circuit 3, and the DC voltage sensor 6 are not provided. "" Supplies the DC power after voltage conversion to the load B ', and therefore, instead of the current sensor 4 and the voltage sensor 5, a DC current sensor 4' and a DC voltage sensor 5 'are provided, and the power calculation circuit 7 Instead of this, a power calculation circuit 7 ′ for calculating DC power is provided. The control circuit 3 ″ is the same as the control circuit 3 ″ (see FIG. 7) according to the third embodiment.

コンバータシステムA”は、直流電源1が出力する直流電圧をDC/DCコンバータ回路2’によって所定の電圧に変換し、負荷Bに出力するものである。   In the converter system A ″, the DC voltage output from the DC power source 1 is converted into a predetermined voltage by the DC / DC converter circuit 2 ′ and output to the load B.

第4実施形態によると、直流電源1の出力電圧が、電圧目標値設定部31’が設定する直流電圧目標値V’dc*に制御される。この時に検出された電流信号iおよび電圧信号vから電力算出回路7’が算出した有効電力Pが、DC/DCコンバータ回路2’の出力電力を検出したものである。電圧目標値設定部31’は、有効電力Pが最大になるように直流電圧目標値V’dc*を調整する。これにより、DC/DCコンバータ回路2’の出力電力が略最大になるように制御される。 According to the fourth embodiment, the output voltage of the DC power supply 1 is controlled to the DC voltage target value V′dc * set by the voltage target value setting unit 31 ′. The active power P calculated by the power calculation circuit 7 ′ from the current signal i and voltage signal v detected at this time is the output power of the DC / DC converter circuit 2 ′ detected. The voltage target value setting unit 31 ′ adjusts the DC voltage target value V′dc * so that the active power P is maximized. As a result, the output power of the DC / DC converter circuit 2 ′ is controlled to be substantially maximum.

第4実施形態においても、直流電源1が出力する直流電力が略最大になるように制御を行うのではなく、DC/DCコンバータ回路2’の出力電力が略最大になるように制御を行うので、第1実施形態と同様の効果を奏することができる。   Also in the fourth embodiment, the control is performed so that the output power of the DC / DC converter circuit 2 ′ is substantially maximized, not the direct current power output from the direct current power source 1 is substantially maximized. The effect similar to 1st Embodiment can be show | played.

上記第1〜第4実施形態においては、直流電源1が太陽電池により直流電力を生成する場合について説明したが、これに限られない。例えば、直流電源1は、風力タービン発電機などにより生成された交流電力を直流電力に変換して出力する装置であってもよい。自然エネルギーなどの出力を制御できないエネルギーを電力に変換するシステムにおいて、効率よく電力を取り出す場合に、本発明は有効になる。   In the said 1st-4th embodiment, although the case where the DC power supply 1 produced | generated DC power with a solar cell was demonstrated, it is not restricted to this. For example, the DC power source 1 may be a device that converts AC power generated by a wind turbine generator or the like into DC power and outputs the DC power. The present invention is effective when efficiently extracting power in a system that converts energy, such as natural energy, whose output cannot be controlled into power.

本発明に係る制御回路、および、当該制御回路を備えた電力変換装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る制御回路、および、当該制御回路を備えた電力変換装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。   The control circuit according to the present invention and the power conversion device including the control circuit are not limited to the above-described embodiments. The specific configuration of each part of the control circuit according to the present invention and the power converter provided with the control circuit can be changed in various ways.

A,A’ 系統連系インバータシステム(電力変換装置)
A” コンバータシステム(電力変換装置)
1 直流電源
2 インバータ回路(電力変換回路、他の電力変換回路)
2’ DC/DCコンバータ回路(電力変換回路)
3,3’,3” 制御回路
31,31’ 電圧目標値設定部(出力目標値設定手段)
32,32’ 直流電圧制御部
33 無効電力制御部
34 電流制御部
35,35’ PWM信号生成部
36 有効電力目標値設定部
37 有効電力制御部
4 電流センサ
4’ 直流電流センサ
5 電圧センサ
5’ 直流電圧センサ
6,6’ 直流電圧センサ
7,7’ 電力算出回路
B 電力系統
B’ 負荷
A, A 'Grid-connected inverter system (power converter)
A "converter system (power converter)
1 DC power supply 2 Inverter circuit (power conversion circuit, other power conversion circuit)
2 'DC / DC converter circuit (power conversion circuit)
3, 3 ', 3 "control circuit 31, 31' voltage target value setting unit (output target value setting means)
32, 32 'DC voltage control unit 33 Reactive power control unit 34 Current control unit 35, 35' PWM signal generation unit 36 Active power target value setting unit 37 Active power control unit 4 Current sensor 4 'DC current sensor 5 Voltage sensor 5' DC voltage sensor 6, 6 'DC voltage sensor 7, 7' Power calculation circuit B Power system B 'Load

Claims (3)

直流電源が出力する直流電力を電圧の異なる直流電力に変換する電力変換回路を制御する制御回路であって、
前記電力変換回路の出力電力が略最大になるように制御を行い、
前記電力変換回路の出力電力の目標値である電力目標値を設定する電力目標値設定手段と、
前記電力変換回路の出力電力と前記電力目標値との偏差に基づいてPWM信号を生成し、前記電力変換回路に出力するPWM信号生成手段と、
を備えており、
前記電力目標値設定手段は、前記電力目標値を増加させて、前記直流電源の出力電圧が急激に変化した場合に、急変前の電力目標値を設定する、
ことを特徴とする制御回路。
A control circuit that controls a power conversion circuit that converts DC power output from a DC power source into DC power having a different voltage,
There line control so that the output power of the power conversion circuit becomes substantially maximum,
A power target value setting means for setting a power target value which is a target value of the output power of the power conversion circuit;
PWM signal generating means for generating a PWM signal based on the deviation between the output power of the power conversion circuit and the power target value, and outputting the PWM signal to the power conversion circuit;
With
The power target value setting means increases the power target value and sets a power target value before a sudden change when the output voltage of the DC power supply suddenly changes.
A control circuit characterized by that.
前記直流電源が太陽電池を備えている、請求項1に記載の制御回路。 The control circuit according to claim 1, wherein the DC power supply includes a solar cell. 請求項1または2に記載の制御回路と、前記電力変換回路とを備えていることを特徴とする電力変換装置。 A control circuit according to claim 1 or 2, the power conversion apparatus characterized by and a said power conversion circuit.
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