JPH0991051A - 電池電源の電圧制御装置および電圧制御方法 - Google Patents
電池電源の電圧制御装置および電圧制御方法Info
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- JPH0991051A JPH0991051A JP7268008A JP26800895A JPH0991051A JP H0991051 A JPH0991051 A JP H0991051A JP 7268008 A JP7268008 A JP 7268008A JP 26800895 A JP26800895 A JP 26800895A JP H0991051 A JPH0991051 A JP H0991051A
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- Y10S323/906—Solar cell systems
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- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 日射量変動などの太陽電池を取り巻く外乱に
強く、応答の速い電圧制御装置および電圧制御方法を提
供する。 【解決手段】 電池電源１の電圧値を検出する電圧検出
手段４と、電池電源からの電力に所定の変換を施して負
荷または商用交流系統３に供給する電力変換手段２と、
電圧検出値に基づいて電力変換手段の出力値を設定する
出力設定手段５と、出力設定値に基づいて電力変換手段
を制御する制御手段６とを有する電圧制御装置におい
て、出力設定手段は、電池電源の目標電圧値を設定する
目標電圧設定手段５１と、電圧検出値と目標電圧値の偏
差に基づいて出力設定値を算出する出力演算手段５２と
を具備する。
強く、応答の速い電圧制御装置および電圧制御方法を提
供する。 【解決手段】 電池電源１の電圧値を検出する電圧検出
手段４と、電池電源からの電力に所定の変換を施して負
荷または商用交流系統３に供給する電力変換手段２と、
電圧検出値に基づいて電力変換手段の出力値を設定する
出力設定手段５と、出力設定値に基づいて電力変換手段
を制御する制御手段６とを有する電圧制御装置におい
て、出力設定手段は、電池電源の目標電圧値を設定する
目標電圧設定手段５１と、電圧検出値と目標電圧値の偏
差に基づいて出力設定値を算出する出力演算手段５２と
を具備する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電力変換装置を使
用した発電システムで用いられる電圧制御装置および電
圧制御方法に関する。
用した発電システムで用いられる電圧制御装置および電
圧制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、地球温暖化、化石燃料の枯渇、原
発事故や放射性廃棄物による放射能汚染など、地球環境
とエネルギに対する関心が急速に高まっている。このよ
うな状況のもと、太陽電池等は、安全で無尽蔵かつクリ
ーンなエネルギ源として期待されている。しかし、太陽
電池等の出力電圧は、日射量や気温、動作電圧によって
大幅に変動するため、太陽電池から見た負荷を調整し、
常に最大の電力を取り出すことが要望される。このため
に、太陽電池の最適動作電圧をあらかじめ設定してお
き、この電圧に追従させる方法が提案されている。ま
た、特開昭６２−８５３１２号公報に示されるような、
太陽電池の動作電圧や電流を微小変動させて、そのとき
の電力変動を調べて動作電圧を決定する、いわゆる山登
り法も提案されている。
発事故や放射性廃棄物による放射能汚染など、地球環境
とエネルギに対する関心が急速に高まっている。このよ
うな状況のもと、太陽電池等は、安全で無尽蔵かつクリ
ーンなエネルギ源として期待されている。しかし、太陽
電池等の出力電圧は、日射量や気温、動作電圧によって
大幅に変動するため、太陽電池から見た負荷を調整し、
常に最大の電力を取り出すことが要望される。このため
に、太陽電池の最適動作電圧をあらかじめ設定してお
き、この電圧に追従させる方法が提案されている。ま
た、特開昭６２−８５３１２号公報に示されるような、
太陽電池の動作電圧や電流を微小変動させて、そのとき
の電力変動を調べて動作電圧を決定する、いわゆる山登
り法も提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図２に
示すように、日射量変動による太陽電池の動作電圧の応
答は速く、急激な日射量変動が生じた場合、従来の比例
器や積分器によるフィードバック制御系を使用した電圧
制御装置では、最適動作電圧に追従できない場合があ
る。また、急激な日射量変動の影響を抑制するために、
比例ゲインなどのパラメータをやや大きめにするなどの
調整を行ったり、微分器を付加するなど行っているが、
そうすると今度はノイズの影響が大きくなり、不安定に
なってしまうという問題がある。
示すように、日射量変動による太陽電池の動作電圧の応
答は速く、急激な日射量変動が生じた場合、従来の比例
器や積分器によるフィードバック制御系を使用した電圧
制御装置では、最適動作電圧に追従できない場合があ
る。また、急激な日射量変動の影響を抑制するために、
比例ゲインなどのパラメータをやや大きめにするなどの
調整を行ったり、微分器を付加するなど行っているが、
そうすると今度はノイズの影響が大きくなり、不安定に
なってしまうという問題がある。
【０００４】また、最適動作点追尾制御を行う場合、太
陽電池の動作電圧や電流を微小変動させて、そのときの
電力変動を調べるが、このとき、動作電圧を一定電圧に
しなければ、誤った動作電圧を指令してしまうなど誤動
作が起こる原因となる。
陽電池の動作電圧や電流を微小変動させて、そのときの
電力変動を調べるが、このとき、動作電圧を一定電圧に
しなければ、誤った動作電圧を指令してしまうなど誤動
作が起こる原因となる。
【０００５】本発明の目的は、このような従来技術の問
題点に鑑み、日射量変動などの太陽電池を取り巻く外乱
に強く、応答の速い電圧制御装置および電圧制御方法を
提供することにある。
題点に鑑み、日射量変動などの太陽電池を取り巻く外乱
に強く、応答の速い電圧制御装置および電圧制御方法を
提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の電圧制御装置は、電池電源の電圧値を検出する
電圧検出手段と、電池電源からの電力に所定の変換を施
して負荷または商用交流系統に供給する電力変換手段
と、電圧検出値に基づいて電力変換手段の出力値を設定
する出力設定手段と、出力設定値に基づいて電力変換手
段を制御する制御手段とを有する電圧制御装置におい
て、出力設定手段は、電池電源の目標電圧値を設定する
目標電圧設定手段と、電圧検出値と目標電圧値の偏差に
基づいて出力設定値を算出する出力演算手段とを具備す
ることを特徴とする。
本発明の電圧制御装置は、電池電源の電圧値を検出する
電圧検出手段と、電池電源からの電力に所定の変換を施
して負荷または商用交流系統に供給する電力変換手段
と、電圧検出値に基づいて電力変換手段の出力値を設定
する出力設定手段と、出力設定値に基づいて電力変換手
段を制御する制御手段とを有する電圧制御装置におい
て、出力設定手段は、電池電源の目標電圧値を設定する
目標電圧設定手段と、電圧検出値と目標電圧値の偏差に
基づいて出力設定値を算出する出力演算手段とを具備す
ることを特徴とする。
【０００７】また、出力設定手段は、設定出力値を、偏
差のｍ乗に比例して調節する比例調節手段と、偏差のｍ
乗の積分値に比例して調節する積分調節手段とを有する
ことを特徴とする。
差のｍ乗に比例して調節する比例調節手段と、偏差のｍ
乗の積分値に比例して調節する積分調節手段とを有する
ことを特徴とする。
【０００８】また、出力設定手段は、設定出力値を、偏
差のｎ乗の微分値に比例して調節する微分調節手段を有
することを特徴とする。
差のｎ乗の微分値に比例して調節する微分調節手段を有
することを特徴とする。
【０００９】また、本発明の電圧制御方法は、電池電源
と、電池電源からの電力に所定の変換を施して負荷また
は商用交流系統に供給する電力変換手段とを備え、電池
電源の電圧値に基づいて電力変換手段を制御する装置の
電池電源の電圧を制御する方法において、電池電源の電
圧値をサンプリングする工程と、電池電源の目標電圧値
を設定する工程と、サンプリングされた電圧値と設定さ
れた目標電圧値との偏差を算出する工程と、偏差のｍ乗
に比例した比例項を算出する工程と、偏差のｍ乗の積分
値に比例した積分項を算出する工程と、偏差のｎ乗の微
分値に比例した微分項を算出する工程と、比例項と積分
項と微分項の和に基づいて電力変換手段の出力設定値を
算出する工程と、この出力設定値に応じて電力変換手段
を制御することにより電池電源の電圧を制御する工程と
を有することを特徴とする。
と、電池電源からの電力に所定の変換を施して負荷また
は商用交流系統に供給する電力変換手段とを備え、電池
電源の電圧値に基づいて電力変換手段を制御する装置の
電池電源の電圧を制御する方法において、電池電源の電
圧値をサンプリングする工程と、電池電源の目標電圧値
を設定する工程と、サンプリングされた電圧値と設定さ
れた目標電圧値との偏差を算出する工程と、偏差のｍ乗
に比例した比例項を算出する工程と、偏差のｍ乗の積分
値に比例した積分項を算出する工程と、偏差のｎ乗の微
分値に比例した微分項を算出する工程と、比例項と積分
項と微分項の和に基づいて電力変換手段の出力設定値を
算出する工程と、この出力設定値に応じて電力変換手段
を制御することにより電池電源の電圧を制御する工程と
を有することを特徴とする。
【００１０】また、電池電源と、電池電源からの電力に
所定の変換を施して負荷または商用交流系統に供給する
電力変換手段とを備え、電池電源の電圧値に基づいて電
力変換手段を制御する装置の電池電源の電圧を制御する
方法において、電池電源の電圧値をサンプリングする工
程と、電池電源の目標電圧値を設定する工程と、サンプ
リングされた電圧値と設定された目標電圧値との偏差を
算出する工程と、複数ｋ個の偏差のｍ乗値とｎ乗値から
電力変換手段の出力設定値の変化分を算出する工程と、
電力変換手段の前回の出力設定値と出力設定値の変化分
とを加算することより電力変換手段の今回の出力設定値
を算出する工程と、算出された今回の出力設定値に応じ
て電力変換手段を制御することにより電池電源の電圧を
制御する工程とを有することを特徴とする。
所定の変換を施して負荷または商用交流系統に供給する
電力変換手段とを備え、電池電源の電圧値に基づいて電
力変換手段を制御する装置の電池電源の電圧を制御する
方法において、電池電源の電圧値をサンプリングする工
程と、電池電源の目標電圧値を設定する工程と、サンプ
リングされた電圧値と設定された目標電圧値との偏差を
算出する工程と、複数ｋ個の偏差のｍ乗値とｎ乗値から
電力変換手段の出力設定値の変化分を算出する工程と、
電力変換手段の前回の出力設定値と出力設定値の変化分
とを加算することより電力変換手段の今回の出力設定値
を算出する工程と、算出された今回の出力設定値に応じ
て電力変換手段を制御することにより電池電源の電圧を
制御する工程とを有することを特徴とする。
【００１１】また、ｋ＝３であることを特徴とする。
【００１２】また、３個の偏差は、連続した３つのサン
プリングされた電圧値により求められることを特徴とす
る。
プリングされた電圧値により求められることを特徴とす
る。
【００１３】また、ｎ＝２であることを特徴とする。
【００１４】また、ｍ＝１または２であることを特徴と
する。
する。
【００１５】また、電圧制御装置の電池電源が太陽電池
であることを特徴とする。
であることを特徴とする。
【００１６】さらに、太陽電池がアモルファス太陽電池
であることを特徴とする。
であることを特徴とする。
【００１７】
【作用】この構成において、日射量変動や負荷の使用状
況の変化などの外乱の影響である電圧の変化によって生
じる誤差の評価を工夫することにより、電圧変動を抑制
している。すなわち、図３は電池電源の電圧と出力指令
値（出力設定値）を示す図であるが、日射量変動などの
影響による急激な電圧の影響はｍ乗およびｎ乗により大
きく評価し、ノイズなどの微小変化は、ｍ乗およびｎ乗
により小さく評価されるため、安定した定電圧制御が実
現される。
況の変化などの外乱の影響である電圧の変化によって生
じる誤差の評価を工夫することにより、電圧変動を抑制
している。すなわち、図３は電池電源の電圧と出力指令
値（出力設定値）を示す図であるが、日射量変動などの
影響による急激な電圧の影響はｍ乗およびｎ乗により大
きく評価し、ノイズなどの微小変化は、ｍ乗およびｎ乗
により小さく評価されるため、安定した定電圧制御が実
現される。
【００１８】また、出力設定手段では、従来多く用いら
れていた比例積分制御に加え、誤差のｎ乗による微分制
御を付加したことにより、サンプリング時刻での変化分
から未来の変化分を予測することになり、追従性能が向
上する。特に離散型データを扱うデジタル制御では、サ
ンプリングや制御にタイムラグがあるため、この予測機
能は有効である。
れていた比例積分制御に加え、誤差のｎ乗による微分制
御を付加したことにより、サンプリング時刻での変化分
から未来の変化分を予測することになり、追従性能が向
上する。特に離散型データを扱うデジタル制御では、サ
ンプリングや制御にタイムラグがあるため、この予測機
能は有効である。
【００１９】さらに、偏差の２乗での評価は、昨今のＣ
ＰＵの高速化により、高速度な計算が行われる。
ＰＵの高速化により、高速度な計算が行われる。
【００２０】
【発明の実施の形態】図１は本発明の係る電圧制御装置
を適用した太陽光発電システムの構成を示す。電池電源
である太陽電池１の直流電力は、電力変換手段２によっ
て変換され、負荷３に供給される。
を適用した太陽光発電システムの構成を示す。電池電源
である太陽電池１の直流電力は、電力変換手段２によっ
て変換され、負荷３に供給される。
【００２１】電池電源１としては、アモルファスシリコ
ン系等の非晶質シリコン、単結晶シリコン、多結晶シリ
コンあるいは化合物半導体を用いた太陽電池等がある。
通常は、複数の太陽電池の直流を直並列に組み合わせ
て、所望の電圧、電流が得られるようにアレイやストリ
ングを構成する。
ン系等の非晶質シリコン、単結晶シリコン、多結晶シリ
コンあるいは化合物半導体を用いた太陽電池等がある。
通常は、複数の太陽電池の直流を直並列に組み合わせ
て、所望の電圧、電流が得られるようにアレイやストリ
ングを構成する。
【００２２】電力変換手段２としては、パワートランジ
スタ、パワーＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔ
ｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｅ
ｒ）、ＧＴＯ（Ｇａｔｅ Ｔｕｒｎ−Ｏｆｆ ｔｈｙｒ
ｉｓｔｏｒ）等を用いたＤＣ／ＤＣコンバータ、自励式
電圧型ＤＣ／ＡＣコンバータなどがある。この電圧変換
手段２は、ゲートパルスのＯＮ／ＯＦＦデューティ比を
変えることで、電力潮流、入出力電圧、出力周波数など
を制御できる。
スタ、パワーＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔ
ｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｅ
ｒ）、ＧＴＯ（Ｇａｔｅ Ｔｕｒｎ−Ｏｆｆ ｔｈｙｒ
ｉｓｔｏｒ）等を用いたＤＣ／ＤＣコンバータ、自励式
電圧型ＤＣ／ＡＣコンバータなどがある。この電圧変換
手段２は、ゲートパルスのＯＮ／ＯＦＦデューティ比を
変えることで、電力潮流、入出力電圧、出力周波数など
を制御できる。
【００２３】負荷３としては、電熱負荷や電動機負荷あ
るいは商用交流系統およびそれらの組合せなどがある。
負荷３が商用交流系統の場合は、系統連系太陽光発電シ
ステムとよばれており、系統に投入され得る電力は制限
されないので、電池電源からより多くの電力を取り出す
ことができる。
るいは商用交流系統およびそれらの組合せなどがある。
負荷３が商用交流系統の場合は、系統連系太陽光発電シ
ステムとよばれており、系統に投入され得る電力は制限
されないので、電池電源からより多くの電力を取り出す
ことができる。
【００２４】電圧検出手段４は電池電源１の出力電圧を
抵抗で分圧し、その電圧値信号を出力設定手段５に送
る。この際、ノイズの混入等を避けるために、検出信号
の送信回路は、入出力間の絶縁を完全に行えるフォトカ
プラ等によって、電池電源の出力回路と絶縁しておくこ
とが望ましい。また、出力設定手段５がデジタル回路で
構成されているときは、電圧値信号をＡ／Ｄ変換によ
り、デジタル値に変換して出力設定手段５に送る。
抵抗で分圧し、その電圧値信号を出力設定手段５に送
る。この際、ノイズの混入等を避けるために、検出信号
の送信回路は、入出力間の絶縁を完全に行えるフォトカ
プラ等によって、電池電源の出力回路と絶縁しておくこ
とが望ましい。また、出力設定手段５がデジタル回路で
構成されているときは、電圧値信号をＡ／Ｄ変換によ
り、デジタル値に変換して出力設定手段５に送る。
【００２５】目標電圧設定手段５１は、太陽電池１の出
力電圧を設定する。出力演算手段５２は、上記検出信号
と、目標電圧設定手段５１により設定された目標電圧と
の偏差に基づき出力電圧設定値を決定し、制御手段６に
送られる。
力電圧を設定する。出力演算手段５２は、上記検出信号
と、目標電圧設定手段５１により設定された目標電圧と
の偏差に基づき出力電圧設定値を決定し、制御手段６に
送られる。
【００２６】出力設定手段５は、アナログ回路でも実現
できるが、デジタル回路で実現し、演算をソフトウエア
化する方が、パラメータの変更などが容易に行える。こ
の場合、制御用マイクロコンピュータとして具体化さ
れ、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力ポートおよび数値
演算器を備えることができる。
できるが、デジタル回路で実現し、演算をソフトウエア
化する方が、パラメータの変更などが容易に行える。こ
の場合、制御用マイクロコンピュータとして具体化さ
れ、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力ポートおよび数値
演算器を備えることができる。
【００２７】電力変換装置の制御手段６は、いわゆるゲ
ート駆動回路であり、瞬時値電流比較、正弦波／三角波
比較方式等により、ゲートパルスを発生する。これによ
り電池電源の出力設定手段５の出力に一致するように、
電力変換装置２の通流率等を制御する。この制御手段６
はアナログ回路でもデジタル回路でも構成できるが、最
近では、ほとんどがデジタル化されており、ＣＰＵやＤ
ＳＰを装備している。デジタル化された場合の出力設定
手段５と制御手段６は前述の出力電圧設定手段５と類似
の構成であり、両者を兼用することも可能である。
ート駆動回路であり、瞬時値電流比較、正弦波／三角波
比較方式等により、ゲートパルスを発生する。これによ
り電池電源の出力設定手段５の出力に一致するように、
電力変換装置２の通流率等を制御する。この制御手段６
はアナログ回路でもデジタル回路でも構成できるが、最
近では、ほとんどがデジタル化されており、ＣＰＵやＤ
ＳＰを装備している。デジタル化された場合の出力設定
手段５と制御手段６は前述の出力電圧設定手段５と類似
の構成であり、両者を兼用することも可能である。
【００２８】
［実施例１］（ｍ＝１、ｎ＝２、定電圧制御） 図４は、本発明の第１の実施例に係る太陽光発電システ
ムの構成を示す図である。
ムの構成を示す図である。
【００２９】出力設定手段５が、上述の偏差のｍ乗に比
例して調節する比例調節手段と、偏差のｍ乗の積分値に
比例して調節する積分調節手段と、偏差のｎ乗の微分値
に比例して調節する微分調節手段を有し、このｍおよび
ｎの乗数がそれぞれ１および２であり、定電圧制御する
場合を説明する。
例して調節する比例調節手段と、偏差のｍ乗の積分値に
比例して調節する積分調節手段と、偏差のｎ乗の微分値
に比例して調節する微分調節手段を有し、このｍおよび
ｎの乗数がそれぞれ１および２であり、定電圧制御する
場合を説明する。
【００３０】本実施例では、太陽電池１として、アモル
ファスシリコン太陽電池モジュール（ＵＳＳＣ社製 商
品名ＭＢＣ−１３１）を２０枚直列に接続し、これを電
力変換手段２とその制御装置６としての、汎用インバー
タ（三菱電機製 商品名ＦＲＥＱＲＯＬ−Ｕ１００）を
介して、負荷３としての交流３相モータ直結マグネット
ポンプ（三相電機製 商品名ＰＭＤ−６１３Ｂ２Ｍ）に
接続する。
ファスシリコン太陽電池モジュール（ＵＳＳＣ社製 商
品名ＭＢＣ−１３１）を２０枚直列に接続し、これを電
力変換手段２とその制御装置６としての、汎用インバー
タ（三菱電機製 商品名ＦＲＥＱＲＯＬ−Ｕ１００）を
介して、負荷３としての交流３相モータ直結マグネット
ポンプ（三相電機製 商品名ＰＭＤ−６１３Ｂ２Ｍ）に
接続する。
【００３１】さらに、汎用インバータと太陽電池１の間
に並列にアルミニウム電解コンデンサ（容量１０００μ
Ｆ）を挿入する。
に並列にアルミニウム電解コンデンサ（容量１０００μ
Ｆ）を挿入する。
【００３２】また、電圧検出手段４は太陽電池モジュー
ルの出力電圧を１００：１に抵抗分圧して、パーソナル
コンピュータ（日本電気製 商品名ＰＣ−９８０１Ｄ
Ａ）の拡張スロットに差し込まれた５Ｖフルスケール１
２ビット分解能のＡ／Ｄ・Ｄ／Ａ変換、パラレル入出力
ボード（アドテックシステムサイエンス製 製品名ＡＢ
９８−５７Ｂ）のＡ／Ｄ変換ポートに電圧信号を送出す
る構成とする。
ルの出力電圧を１００：１に抵抗分圧して、パーソナル
コンピュータ（日本電気製 商品名ＰＣ−９８０１Ｄ
Ａ）の拡張スロットに差し込まれた５Ｖフルスケール１
２ビット分解能のＡ／Ｄ・Ｄ／Ａ変換、パラレル入出力
ボード（アドテックシステムサイエンス製 製品名ＡＢ
９８−５７Ｂ）のＡ／Ｄ変換ポートに電圧信号を送出す
る構成とする。
【００３３】出力設定手段５としては、このパーソナル
コンピュータを使用し、この中のＣＰＵで演算した結果
は、前述のＡ／Ｄ・Ｄ／Ａ変換、パラレル入出力ボード
のＤ／Ａ変換端子から、周波数設定信号として、汎用イ
ンバータの制御回路６に送出する。また、ポンプの起
動、停止あるいはリセットを行うために、汎用インバー
タの制御回路に、起動・停止信号あるいはリセット信号
をこのボードのパラレル出力端子から送出するようにす
る。目標電圧設定手段５１は、このパーソナルコンピュ
ータを使用する。
コンピュータを使用し、この中のＣＰＵで演算した結果
は、前述のＡ／Ｄ・Ｄ／Ａ変換、パラレル入出力ボード
のＤ／Ａ変換端子から、周波数設定信号として、汎用イ
ンバータの制御回路６に送出する。また、ポンプの起
動、停止あるいはリセットを行うために、汎用インバー
タの制御回路に、起動・停止信号あるいはリセット信号
をこのボードのパラレル出力端子から送出するようにす
る。目標電圧設定手段５１は、このパーソナルコンピュ
ータを使用する。
【００３４】次に、本実施例の出力電圧設定方法につい
て述べる。太陽電池モジュールを屋外に設置し、目標電
圧設定手段５１の目標電圧を２７０［Ｖ］に設定し、太
陽電池１の動作電圧を２７０［Ｖ］に制御する。
て述べる。太陽電池モジュールを屋外に設置し、目標電
圧設定手段５１の目標電圧を２７０［Ｖ］に設定し、太
陽電池１の動作電圧を２７０［Ｖ］に制御する。
【００３５】出力設定のアルゴリズムは、ＰＩＤ（比例
積分微分）制御アルゴリズムを採用する。これは、目標
電圧値と太陽電池出力電圧との偏差の比例、積分、微分
により操作量を設定するものである。この場合、操作量
は、インバータの出力周波数である。このＰＩＤ制御ア
ルゴリズムは数１式のように表される。
積分微分）制御アルゴリズムを採用する。これは、目標
電圧値と太陽電池出力電圧との偏差の比例、積分、微分
により操作量を設定するものである。この場合、操作量
は、インバータの出力周波数である。このＰＩＤ制御ア
ルゴリズムは数１式のように表される。
【００３６】
【数１】 本実施例では、パーソナルコンピュータで処理するの
で、この差分をとってデジタル式に変換すると、数２式
のように表すことができる。
で、この差分をとってデジタル式に変換すると、数２式
のように表すことができる。
【００３７】
【数２】 本実施例では、偏差の２乗を評価することを特徴として
いる。つまり、数３式で表される式で評価することにす
る。
いる。つまり、数３式で表される式で評価することにす
る。
【００３８】
【数３】 本実施例では、微分項にのみ、この２乗偏差を適用し
て、数２式は数４式のように表すことができる。
て、数２式は数４式のように表すことができる。
【００３９】
【数４】 各パラメータの決定方法は、多く提案されており、操作
量をステップ状に変化させた場合の時間応答波形、ある
いは操作量に対する伝達関数から求める方法などがあ
る。しかし、一般にこれだけでは、最適値を求めること
ができず、これらにより求めたパラメータを微調整する
必要がある。この系では、各パラメータを調整し、Δｔ
＝０．２、Ｋｐ＝−０．２０、ＴI ＝０．１８、ＴD'
＝０．０８とする。
量をステップ状に変化させた場合の時間応答波形、ある
いは操作量に対する伝達関数から求める方法などがあ
る。しかし、一般にこれだけでは、最適値を求めること
ができず、これらにより求めたパラメータを微調整する
必要がある。この系では、各パラメータを調整し、Δｔ
＝０．２、Ｋｐ＝−０．２０、ＴI ＝０．１８、ＴD'
＝０．０８とする。
【００４０】例えば、太陽電池の実際の電圧が２７０．
０［Ｖ］を維持していたものが２７０．２［Ｖ］になっ
たとき、目標電圧に比べ、０．２［Ｖ］高くなったこと
になる。このため、周波数を上昇させて電圧を下げる必
要がある。このときの周波数上昇分は、この偏差−０．
２［Ｖ］を２乗で評価して−０．０４［Ｖ］で計算さ
れ、＋０．０９［Ｈｚ］となる。
０［Ｖ］を維持していたものが２７０．２［Ｖ］になっ
たとき、目標電圧に比べ、０．２［Ｖ］高くなったこと
になる。このため、周波数を上昇させて電圧を下げる必
要がある。このときの周波数上昇分は、この偏差−０．
２［Ｖ］を２乗で評価して−０．０４［Ｖ］で計算さ
れ、＋０．０９［Ｈｚ］となる。
【００４１】また、雲がかかるなど、急激な日射量低下
があって、現在設定している周波数では、過負荷状態と
なり、電圧が急激に低下して、２６８．０［Ｖ］まで下
がったとする。このときの周波数上昇分は、この偏差
２．０［Ｖ］を２乗で評価して４［Ｖ］で計算され、−
１．１６［Ｈｚ］となる。
があって、現在設定している周波数では、過負荷状態と
なり、電圧が急激に低下して、２６８．０［Ｖ］まで下
がったとする。このときの周波数上昇分は、この偏差
２．０［Ｖ］を２乗で評価して４［Ｖ］で計算され、−
１．１６［Ｈｚ］となる。
【００４２】図５および図６は、上述のアルゴリズムを
取り入れた定電圧制御のフローチャートである。制御を
開始すると、まず、ステップＳ１において、各パラメー
タの初期設定を行う。次に、ステップＳ２およびＳ３に
おいて、動作電圧および走査量を所定の値に設定する。
次に、ステップＳ４において、定電圧制御を行う。そし
て、ステップＳ４の定電圧制御が完了していれば終了
し、完了していない場合はステップＳ４に戻り、再度、
定電圧制御を行う。
取り入れた定電圧制御のフローチャートである。制御を
開始すると、まず、ステップＳ１において、各パラメー
タの初期設定を行う。次に、ステップＳ２およびＳ３に
おいて、動作電圧および走査量を所定の値に設定する。
次に、ステップＳ４において、定電圧制御を行う。そし
て、ステップＳ４の定電圧制御が完了していれば終了
し、完了していない場合はステップＳ４に戻り、再度、
定電圧制御を行う。
【００４３】また、図６における定電圧制御方法は、ま
ずステップＳ１１およびＳ１２において、目標電圧およ
び電源電圧を読み込む。次に、ステップＳ１３におい
て、ステップＳ１１およびＳ１２で読み込んだ電圧値よ
り偏差を算出する。次に、ステップＳ１４において、ス
テップＳ１３で算出された偏差が定電圧精度の±Δｅ以
内にあるかどうかを判断し、Δｅ以内であれば、定電圧
制御を終了し、メインプログラムに戻り、Δｅ以内でな
い場合は、偏差の２乗を算出する（ステップＳ１５）。
次に、ステップＳ１６において、上述で算出された偏差
と所定のパラメータから操作量の変化分を算出する。次
に、ステップＳ１７において、前回の操作量と変化分よ
り今回の操作量を算出する。次に、ステップＳ１８にお
いて、今回の操作量が最大操作量より大きいかどうかを
判断し、大きい場合は最大操作量を今回の操作量とする
（ステップＳ１９）。小さい場合は、ステップＳ２０に
おいて、今回の操作量が最小操作量より大きいかどうか
を判断し、大きい場合は最小操作量を今回の操作量とす
る（ステップＳ２１）。さらに小さい場合は、ステップ
Ｓ２２において、ステップＳ１７で算出した操作量を送
出する。次に、ステップＳ２３において、前回の偏差の
２乗を記憶し、ステップＳ２４において、今回の偏差の
２乗を記憶し、ステップＳ２５において、今回の偏差を
記憶してメインプログラムに戻る。
ずステップＳ１１およびＳ１２において、目標電圧およ
び電源電圧を読み込む。次に、ステップＳ１３におい
て、ステップＳ１１およびＳ１２で読み込んだ電圧値よ
り偏差を算出する。次に、ステップＳ１４において、ス
テップＳ１３で算出された偏差が定電圧精度の±Δｅ以
内にあるかどうかを判断し、Δｅ以内であれば、定電圧
制御を終了し、メインプログラムに戻り、Δｅ以内でな
い場合は、偏差の２乗を算出する（ステップＳ１５）。
次に、ステップＳ１６において、上述で算出された偏差
と所定のパラメータから操作量の変化分を算出する。次
に、ステップＳ１７において、前回の操作量と変化分よ
り今回の操作量を算出する。次に、ステップＳ１８にお
いて、今回の操作量が最大操作量より大きいかどうかを
判断し、大きい場合は最大操作量を今回の操作量とする
（ステップＳ１９）。小さい場合は、ステップＳ２０に
おいて、今回の操作量が最小操作量より大きいかどうか
を判断し、大きい場合は最小操作量を今回の操作量とす
る（ステップＳ２１）。さらに小さい場合は、ステップ
Ｓ２２において、ステップＳ１７で算出した操作量を送
出する。次に、ステップＳ２３において、前回の偏差の
２乗を記憶し、ステップＳ２４において、今回の偏差の
２乗を記憶し、ステップＳ２５において、今回の偏差を
記憶してメインプログラムに戻る。
【００４４】図７は、上述の手順により、本実施例のソ
ーラポンプシステムを運転した結果であるが、電圧もほ
ぼ一定で、日射量急変時にも±５［Ｖ］以内に制御でき
ていることがわかる。従来、よく用いられているＰＩ
（比例積分）制御により、この系を制御した図２に示す
ような結果に比べ、日射量急変時（３０［ｍＷ／ｃ
ｍ2］から８０［ｍＷ／ｃｍ2 ］）における電圧変動が
２分の１に改善されている。また図８に示すようなｍ＝
１、ｎ＝１に設定したＰＩＤ制御の結果に比べ、本実施
例の場合はノイズの影響である微小変動が減少する。
ーラポンプシステムを運転した結果であるが、電圧もほ
ぼ一定で、日射量急変時にも±５［Ｖ］以内に制御でき
ていることがわかる。従来、よく用いられているＰＩ
（比例積分）制御により、この系を制御した図２に示す
ような結果に比べ、日射量急変時（３０［ｍＷ／ｃ
ｍ2］から８０［ｍＷ／ｃｍ2 ］）における電圧変動が
２分の１に改善されている。また図８に示すようなｍ＝
１、ｎ＝１に設定したＰＩＤ制御の結果に比べ、本実施
例の場合はノイズの影響である微小変動が減少する。
【００４５】図９は、アモルファス太陽電池と、結晶系
太陽電池の最適動作電圧の１日の変化を比較して示す
が、日射や温度の変動があっても、アモルファス太陽電
池の方が最適動作電圧があまり変動しないので、定電圧
制御は非常に有効である。
太陽電池の最適動作電圧の１日の変化を比較して示す
が、日射や温度の変動があっても、アモルファス太陽電
池の方が最適動作電圧があまり変動しないので、定電圧
制御は非常に有効である。
【００４６】［実施例２］（ｍ＝１、ｎ＝２、目標電圧
変更） 次に、実施例１に対し、目標電圧を変更させる場合につ
いて説明する。
変更） 次に、実施例１に対し、目標電圧を変更させる場合につ
いて説明する。
【００４７】図１０のように、本実施例では、太陽電池
１、電力変換手段２とその制御装置６、交流３相モータ
直結マグネットポンプを上述の実施の形態と同様に構成
し、さらに電流検出手段８を太陽電池アレイ回路に直列
に挿入し、目標電圧設定手段として太陽電池１の最大出
力追従制御機能をソフトウエアによって実現する。
１、電力変換手段２とその制御装置６、交流３相モータ
直結マグネットポンプを上述の実施の形態と同様に構成
し、さらに電流検出手段８を太陽電池アレイ回路に直列
に挿入し、目標電圧設定手段として太陽電池１の最大出
力追従制御機能をソフトウエアによって実現する。
【００４８】この構成において、本発明の電圧制御方法
と特開平６−３４８３５２号公報で示されるような電力
制御方法を用いて、太陽電池１の最大出力点追尾制御
（ＭＰＰＴ制御：Ｍａｘ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔ
ｒａｃｋｉｎｇ制御）を行う。太陽電池アレイ１を屋外
に設置し、出力電圧設定手段５の出力を２５０［Ｖ］に
設定する。このとき、太陽電池１のアレイ出力は、電圧
２５０［Ｖ］、電流０．２７［Ａ］、電力１３１［Ｗ］
であるとし、日射量は、およそ７５ｍＷ／ｃｍ2である
とする。この初期値は、電力変換器２の入出力電圧を使
用可能とする太陽電池１のアレイ構成や太陽電池１の種
類から適当に選べばよい。
と特開平６−３４８３５２号公報で示されるような電力
制御方法を用いて、太陽電池１の最大出力点追尾制御
（ＭＰＰＴ制御：Ｍａｘ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔ
ｒａｃｋｉｎｇ制御）を行う。太陽電池アレイ１を屋外
に設置し、出力電圧設定手段５の出力を２５０［Ｖ］に
設定する。このとき、太陽電池１のアレイ出力は、電圧
２５０［Ｖ］、電流０．２７［Ａ］、電力１３１［Ｗ］
であるとし、日射量は、およそ７５ｍＷ／ｃｍ2である
とする。この初期値は、電力変換器２の入出力電圧を使
用可能とする太陽電池１のアレイ構成や太陽電池１の種
類から適当に選べばよい。
【００４９】出力設定手段５では、インバータに送出す
る周波数を設定する。この正弦波形の大きさを設定する
ために用いるＰＩＤ制御式としては、前述の数１式を使
用する。また、偏差は数３式のように評価して、実施例
１と同様に微分項のみに適用し、数４式を用いる。
る周波数を設定する。この正弦波形の大きさを設定する
ために用いるＰＩＤ制御式としては、前述の数１式を使
用する。また、偏差は数３式のように評価して、実施例
１と同様に微分項のみに適用し、数４式を用いる。
【００５０】なお、各パラメータは、Δｔ＝０．２、Ｋ
ｐ＝−０．３０、ＴI ＝０．１８、ＴD ＝０．０８とす
る。
ｐ＝−０．３０、ＴI ＝０．１８、ＴD ＝０．０８とす
る。
【００５１】次に、目標電圧設定手段５１により、図１
１のように、太陽電池出力電圧が２６０［Ｖ］から２７
０［Ｖ］まで５［Ｖ］刻みで３点にわたって変化させ
る。
１のように、太陽電池出力電圧が２６０［Ｖ］から２７
０［Ｖ］まで５［Ｖ］刻みで３点にわたって変化させ
る。
【００５２】このように設定された電圧と、そのときの
電流および電力をワンボードマイコンのメモリに記憶さ
せて２次曲線で近似し、その曲線の最大となる点を求め
る。図６、図１２および図１３は、これらの手順をフロ
ーチャートで示したものである。制御を開始すると、ま
ずステップＳ３１において、各パラメータの初期設定を
行う。次に、ステップＳ３２およびＳ３３において、動
作電圧および操作量を所定の値に設定する。次に、ステ
ップＳ３４において、ＭＰＰＴ制御を行い、ＭＰＰＴ制
御が完了した場合は制御動作を終了し、完了していない
場合は再度、ステップＳ３４に戻り、ＭＰＰＴ制御を行
う。
電流および電力をワンボードマイコンのメモリに記憶さ
せて２次曲線で近似し、その曲線の最大となる点を求め
る。図６、図１２および図１３は、これらの手順をフロ
ーチャートで示したものである。制御を開始すると、ま
ずステップＳ３１において、各パラメータの初期設定を
行う。次に、ステップＳ３２およびＳ３３において、動
作電圧および操作量を所定の値に設定する。次に、ステ
ップＳ３４において、ＭＰＰＴ制御を行い、ＭＰＰＴ制
御が完了した場合は制御動作を終了し、完了していない
場合は再度、ステップＳ３４に戻り、ＭＰＰＴ制御を行
う。
【００５３】また、ＭＰＰＴ制御の方法は、まずステッ
プＳ４１において、目標電圧をＶ１とする。次に、ステ
ップＳ４２において、図６の定電圧制御を行う。次に、
ステップＳ４３において、電圧値Ｖ１および電流値Ｉ１
を読み込む。次に、ステップＳ４４において、ステップ
Ｓ４３の電圧値および電流値より電力Ｐ１を求める。こ
のようにして、電力Ｐ２およびＰ３を算出する（ステッ
プＳ４５〜Ｓ５２）。次に、ステップＳ５３において、
電力と電圧の関係を関数近似する。次に、ステップＳ５
４において、最大電力点における電圧値の計算を行う。
次に、ステップＳ５５において、目標電圧をステップＳ
５４で求めた電圧値とし、再度定電圧制御を行い（ステ
ップＳ５６）、メインプログラムに戻る。
プＳ４１において、目標電圧をＶ１とする。次に、ステ
ップＳ４２において、図６の定電圧制御を行う。次に、
ステップＳ４３において、電圧値Ｖ１および電流値Ｉ１
を読み込む。次に、ステップＳ４４において、ステップ
Ｓ４３の電圧値および電流値より電力Ｐ１を求める。こ
のようにして、電力Ｐ２およびＰ３を算出する（ステッ
プＳ４５〜Ｓ５２）。次に、ステップＳ５３において、
電力と電圧の関係を関数近似する。次に、ステップＳ５
４において、最大電力点における電圧値の計算を行う。
次に、ステップＳ５５において、目標電圧をステップＳ
５４で求めた電圧値とし、再度定電圧制御を行い（ステ
ップＳ５６）、メインプログラムに戻る。
【００５４】
【表１】 本実施例では、太陽電池出力電圧を２６０［Ｖ］から２
７０［Ｖ］まで５［Ｖ］刻みで３点にわたって変化させ
た結果、表１のようになり、最大出力点の電圧はＶ＝２
６３．９［Ｖ］と算出される。このようにして、出力電
圧設定値を決めて制御手段６に送出する。このときの太
陽電池出力電圧の変化を図１４に示す。本実施例の動作
確認直前にＩ−Ｖトレーサによって測定した最適動作電
圧は２６４．０［Ｖ］程度であり、本発明の電圧制御方
法と特開平６−３４８３５２号公報との相乗効果によ
り、最適動作電圧で動作していることがわかる。
７０［Ｖ］まで５［Ｖ］刻みで３点にわたって変化させ
た結果、表１のようになり、最大出力点の電圧はＶ＝２
６３．９［Ｖ］と算出される。このようにして、出力電
圧設定値を決めて制御手段６に送出する。このときの太
陽電池出力電圧の変化を図１４に示す。本実施例の動作
確認直前にＩ−Ｖトレーサによって測定した最適動作電
圧は２６４．０［Ｖ］程度であり、本発明の電圧制御方
法と特開平６−３４８３５２号公報との相乗効果によ
り、最適動作電圧で動作していることがわかる。
【００５５】この偏差の評価は２乗で行っているが、よ
り高次にしてもよい。ただし、その場合、ＰＩＤ制御式
のパラメータやその決定方法等に工夫が必要である。な
お、上記の計算は出力設定手段５のマイコンと数値演算
プロセッサによって行われる。当然のことながら、これ
らの動作シーケンスおよび電圧と電流の関係式はプログ
ラムとして出力設定手段５中にあらかじめ設定しておく
必要がある。
り高次にしてもよい。ただし、その場合、ＰＩＤ制御式
のパラメータやその決定方法等に工夫が必要である。な
お、上記の計算は出力設定手段５のマイコンと数値演算
プロセッサによって行われる。当然のことながら、これ
らの動作シーケンスおよび電圧と電流の関係式はプログ
ラムとして出力設定手段５中にあらかじめ設定しておく
必要がある。
【００５６】［実施例３］（ｍ＝２、ｎ＝２、目標電圧
変更） 次に、実施例１におけるｍおよびｎの乗数をそれぞれ２
に設定し、目標電圧を変更した場合について説明する。
変更） 次に、実施例１におけるｍおよびｎの乗数をそれぞれ２
に設定し、目標電圧を変更した場合について説明する。
【００５７】図１５のように、太陽電池１としてアモル
ファス太陽電池モジュール（ＵＳＳＣ社製、商品名ＵＰ
Ｍ−８８０）を１０個直列に接続し、電力変換手段２と
して自己消弧型スイッチング素子であるＩＧＢＴ（Ｉｎ
ｓｕｌａｔｅｄ ＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓ
ｉｓｔｅｒ）によるフルブリッジインバータを構成す
る。ＩＧＢＴは、高耐圧高速スイッチング素子であり、
数１００Ｗから数１０ｋＷクラスまでのインバータに好
んで用いられる。
ファス太陽電池モジュール（ＵＳＳＣ社製、商品名ＵＰ
Ｍ−８８０）を１０個直列に接続し、電力変換手段２と
して自己消弧型スイッチング素子であるＩＧＢＴ（Ｉｎ
ｓｕｌａｔｅｄ ＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓ
ｉｓｔｅｒ）によるフルブリッジインバータを構成す
る。ＩＧＢＴは、高耐圧高速スイッチング素子であり、
数１００Ｗから数１０ｋＷクラスまでのインバータに好
んで用いられる。
【００５８】電力変換手段２の交流出力は、トランスを
用いて１００［Ｖ］にし、負荷である商用交流系統に接
続する。
用いて１００［Ｖ］にし、負荷である商用交流系統に接
続する。
【００５９】また、電圧検出手段４は太陽電池アレイの
出力電圧を２０：１に抵抗分圧して、１０ボルトフルス
ケール１２ビット分解能のＡ／Ｄコンバータを用いてデ
ジタル化し、出力設定手段５および制御手段６に８ビッ
トのパラレルバスで送出する構成とする。
出力電圧を２０：１に抵抗分圧して、１０ボルトフルス
ケール１２ビット分解能のＡ／Ｄコンバータを用いてデ
ジタル化し、出力設定手段５および制御手段６に８ビッ
トのパラレルバスで送出する構成とする。
【００６０】電流検出手段８としては、１０ミリオーム
の標準抵抗を太陽電池アレイ回路に直列に挿入し、その
両端の電圧をオペアンプで５００倍に増幅した後、電圧
検出手段４と同様のＡ／Ｄコンバータを用いて１２ビッ
トのデジタル値に変換後、出力設定手段５に８ビットの
パラレルバスで送出する構成とする。
の標準抵抗を太陽電池アレイ回路に直列に挿入し、その
両端の電圧をオペアンプで５００倍に増幅した後、電圧
検出手段４と同様のＡ／Ｄコンバータを用いて１２ビッ
トのデジタル値に変換後、出力設定手段５に８ビットの
パラレルバスで送出する構成とする。
【００６１】出力設定手段５としては、ワンボードマイ
コン（インテル社製８０８６）を使用する。このボード
には汎用パラレル入出力ポート、メモリ、数値演算コプ
ロセッサ、シリアルインタフェース等が装備されてお
り、本発明の実施に適した構成である。制御手段６に
は、公知の三角波比較方式のＰＷＭ（パルス幅変調）を
用いている。キャリア周波数を２［ｋＨｚ］とする。制
御手段６は出力設定手段５からの指令電圧が太陽電池ア
レイ出力電圧と一致するようにゲートパルスのデューテ
ィ（オン時間／（オン時間＋オフ時間））を変化させ
る。
コン（インテル社製８０８６）を使用する。このボード
には汎用パラレル入出力ポート、メモリ、数値演算コプ
ロセッサ、シリアルインタフェース等が装備されてお
り、本発明の実施に適した構成である。制御手段６に
は、公知の三角波比較方式のＰＷＭ（パルス幅変調）を
用いている。キャリア周波数を２［ｋＨｚ］とする。制
御手段６は出力設定手段５からの指令電圧が太陽電池ア
レイ出力電圧と一致するようにゲートパルスのデューテ
ィ（オン時間／（オン時間＋オフ時間））を変化させ
る。
【００６２】この構成において、本発明の電圧制御方法
と特願平６−２２４９６２号で示されるような電力制御
方法を用いて太陽電池の最大出力点追尾制御を行う。こ
の電力制御方法は、図１６に示すように、〜の４点
でサンプリングを行い、最後のサンプリング電圧を１番
目のサンプリング電圧と等しくすることにより、各サン
プリング点の日射量変動の影響を補正するものである。
本実施例のフローチャートを図１２、図１７および図１
８に示す。図１２は、実施例２で説明した制御方法と同
じである。図１７は、定電圧制御を示しており、まずス
テップＳ６１およびＳ６２において、目標電圧および電
源電圧を読み込み、ステップＳ６３において、偏差ｅを
算出する。次に、ステップＳ６４において、偏差ｅが定
電圧精度の±Δｅ以内かどうか判断し、±Δｅ以内であ
れば制御を終了し、±Δｅ以内でない場合は偏差の２乗
を算出する（ステップＳ６５）。次に、上述で求めた値
に基づいて操作量の変化分を算出する。次に、ステップ
Ｓ６７において、前回の操作量と変化分の和により今回
の操作量を算出する。次に、ステップＳ６８において、
今回の操作量が最大操作量より大きいかどうかを判断
し、大きい場合は最大操作量を今回の操作量とする（ス
テップＳ６９）。また、小さい場合は今回の操作量が最
小操作量より大きいかを判断し（ステップＳ７０）、大
きい場合は最小操作量を今回の操作量とする（ステップ
Ｓ７１）。さらに、小さい場合はステップＳ６７で算出
された操作量を送出する（ステップＳ７２）。次に、ス
テップＳ７３において、前回の偏差の２乗を記憶し、ス
テップＳ７４において、今回の偏差の２乗を記憶してＭ
ＰＰＴ制御プログラムに戻る。
と特願平６−２２４９６２号で示されるような電力制御
方法を用いて太陽電池の最大出力点追尾制御を行う。こ
の電力制御方法は、図１６に示すように、〜の４点
でサンプリングを行い、最後のサンプリング電圧を１番
目のサンプリング電圧と等しくすることにより、各サン
プリング点の日射量変動の影響を補正するものである。
本実施例のフローチャートを図１２、図１７および図１
８に示す。図１２は、実施例２で説明した制御方法と同
じである。図１７は、定電圧制御を示しており、まずス
テップＳ６１およびＳ６２において、目標電圧および電
源電圧を読み込み、ステップＳ６３において、偏差ｅを
算出する。次に、ステップＳ６４において、偏差ｅが定
電圧精度の±Δｅ以内かどうか判断し、±Δｅ以内であ
れば制御を終了し、±Δｅ以内でない場合は偏差の２乗
を算出する（ステップＳ６５）。次に、上述で求めた値
に基づいて操作量の変化分を算出する。次に、ステップ
Ｓ６７において、前回の操作量と変化分の和により今回
の操作量を算出する。次に、ステップＳ６８において、
今回の操作量が最大操作量より大きいかどうかを判断
し、大きい場合は最大操作量を今回の操作量とする（ス
テップＳ６９）。また、小さい場合は今回の操作量が最
小操作量より大きいかを判断し（ステップＳ７０）、大
きい場合は最小操作量を今回の操作量とする（ステップ
Ｓ７１）。さらに、小さい場合はステップＳ６７で算出
された操作量を送出する（ステップＳ７２）。次に、ス
テップＳ７３において、前回の偏差の２乗を記憶し、ス
テップＳ７４において、今回の偏差の２乗を記憶してＭ
ＰＰＴ制御プログラムに戻る。
【００６３】また、ＭＰＰＴ制御の方法は、図１８に示
すように、まずステップＳ８１において、目標電圧をＶ
とする。次に、ステップＳ８２において、図１７の定電
圧制御を行う。そして、ステップＳ８３において、電圧
値Ｖ１、および電流値Ｉ１を読み込む。次に、ステップ
Ｓ８４において、目標電圧をＶ−ΔＶとする。次に、ス
テップＳ８５において、図１７の定電圧制御を行う。そ
して、電圧値Ｖ１および電流値Ｉ１を読み込む。次に、
ステップＳ８７において、目標電圧をＶ＋ΔＶとする。
次に、ステップＳ８８において、図１７の定電圧制御を
行う。そして、ステップＳ８９において、電圧値Ｖ３お
よび電流値Ｉ３を読み込む。さらに、ステップＳ９０に
おいて、目標電圧をＶとする。次に、ステップＳ９１に
おいて、図１７の定電圧制御を行う。そして、ステップ
Ｓ９２において、電圧値Ｖ４および電流値Ｉ４を読み込
む。次に、ステップＳ９３において、電流値Ｉ４とＩ１
の電流差を算出する。次に、ステップＳ９４およびＳ９
５において、電流補正Ｉ２´およびＩ３´を算出する。
次に、上述のステップによって求めた値から最大電力点
における電圧値を計算を行い、その電圧値を目標電圧値
とする（ステップＳ９７）。そして、再度定電圧制御を
行いメインプログラムに戻る。
すように、まずステップＳ８１において、目標電圧をＶ
とする。次に、ステップＳ８２において、図１７の定電
圧制御を行う。そして、ステップＳ８３において、電圧
値Ｖ１、および電流値Ｉ１を読み込む。次に、ステップ
Ｓ８４において、目標電圧をＶ−ΔＶとする。次に、ス
テップＳ８５において、図１７の定電圧制御を行う。そ
して、電圧値Ｖ１および電流値Ｉ１を読み込む。次に、
ステップＳ８７において、目標電圧をＶ＋ΔＶとする。
次に、ステップＳ８８において、図１７の定電圧制御を
行う。そして、ステップＳ８９において、電圧値Ｖ３お
よび電流値Ｉ３を読み込む。さらに、ステップＳ９０に
おいて、目標電圧をＶとする。次に、ステップＳ９１に
おいて、図１７の定電圧制御を行う。そして、ステップ
Ｓ９２において、電圧値Ｖ４および電流値Ｉ４を読み込
む。次に、ステップＳ９３において、電流値Ｉ４とＩ１
の電流差を算出する。次に、ステップＳ９４およびＳ９
５において、電流補正Ｉ２´およびＩ３´を算出する。
次に、上述のステップによって求めた値から最大電力点
における電圧値を計算を行い、その電圧値を目標電圧値
とする（ステップＳ９７）。そして、再度定電圧制御を
行いメインプログラムに戻る。
【００６４】太陽電池アレイ１を屋外に設置し、出力電
圧設定手段５の出力を１５０［Ｖ］に設定する。このと
き、太陽電池のアレイ出力は電圧１５０［Ｖ］、電流
０．８０７［Ａ］、電力１２１．１［Ｗ］であり、日射
量は、およそ７５［ｍＷ／ｃｍ2 ］であるとする。この
初期値は、電力変換器の入出力電圧を使用可能とする太
陽電池のアレイ構成や太陽電池の種類から適当に選べば
よい。
圧設定手段５の出力を１５０［Ｖ］に設定する。このと
き、太陽電池のアレイ出力は電圧１５０［Ｖ］、電流
０．８０７［Ａ］、電力１２１．１［Ｗ］であり、日射
量は、およそ７５［ｍＷ／ｃｍ2 ］であるとする。この
初期値は、電力変換器の入出力電圧を使用可能とする太
陽電池のアレイ構成や太陽電池の種類から適当に選べば
よい。
【００６５】出力設定手段５では、交流出力の正弦波形
の大きさを設定する。この正弦波形の大きさを設定する
ために用いたＰＩＤ制御式は、前述の数２式を使用す
る。また、偏差は数３式のように設定して、比例項、積
分項、微分項すべてに使用し、数５式のように表され
る。
の大きさを設定する。この正弦波形の大きさを設定する
ために用いたＰＩＤ制御式は、前述の数２式を使用す
る。また、偏差は数３式のように設定して、比例項、積
分項、微分項すべてに使用し、数５式のように表され
る。
【００６６】
【数５】 ここで、各パラメータは、Δｔ＝０．２、Ｋｐ´＝−
０．０５、ＴI ＝０．１２、ＴD ＝０．２とする。次
に、目標電圧設定手段５２により、太陽電池出力電圧を
１５０［Ｖ］、１４５［Ｖ］、１５５［Ｖ］、１５０
［Ｖ］と５［Ｖ］刻みで４点にわたって変化させる。表
２は、このように変化させたときの電流値と本実施例で
使用したＭＰＰＴ制御により、日射変動の補正を行なっ
た電流値、電力値である。
０．０５、ＴI ＝０．１２、ＴD ＝０．２とする。次
に、目標電圧設定手段５２により、太陽電池出力電圧を
１５０［Ｖ］、１４５［Ｖ］、１５５［Ｖ］、１５０
［Ｖ］と５［Ｖ］刻みで４点にわたって変化させる。表
２は、このように変化させたときの電流値と本実施例で
使用したＭＰＰＴ制御により、日射変動の補正を行なっ
た電流値、電力値である。
【００６７】
【表２】 このように設定した電圧と、そのときの電流、電力をワ
ンボードマイコンのメモリに記憶させて、２次曲線で近
似し、その曲線の最大となる点を求める。本実施例で
は、Ｖ＝１５１．９［Ｖ］となった。このようにして、
出力電圧設定値を決めて、制御手段６に電圧を送出す
る。このときの太陽電池出力電圧の変化を図１９に示
す。本実施例の動作確認直前にＩ−Ｖトレーサによって
測定した最適動作電圧は１５２．０［Ｖ］程度であり、
本発明の電圧制御方法と特願平６−２２４９６２号の相
乗効果により、最適動作電圧で動作していることがわか
る。
ンボードマイコンのメモリに記憶させて、２次曲線で近
似し、その曲線の最大となる点を求める。本実施例で
は、Ｖ＝１５１．９［Ｖ］となった。このようにして、
出力電圧設定値を決めて、制御手段６に電圧を送出す
る。このときの太陽電池出力電圧の変化を図１９に示
す。本実施例の動作確認直前にＩ−Ｖトレーサによって
測定した最適動作電圧は１５２．０［Ｖ］程度であり、
本発明の電圧制御方法と特願平６−２２４９６２号の相
乗効果により、最適動作電圧で動作していることがわか
る。
【００６８】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、フ
ィードバックによる電圧制御において、誤差のｎ乗で評
価することにより、以下のような効果を奏する。 （１）日射量が急変して、太陽電池の電圧が急激に変化
しても、誤差のｎ乗で従来より大きめに評価するので、
操作量を大きくとることができ、日射量変動に強い電圧
制御ができる。 （２）ノイズの影響により、測定電圧に微小の電圧変動
があっても、ｎ乗で従来より小さめに評価することによ
り、操作量を小さくとることができ、ノイズに強い電圧
制御ができる。 （３）設定電圧の変化させても、良好に追従することが
できる。 （４）偏差のｎ乗の微分値に比例して操作量を決定する
微分項を付加することにより、未来の変化分を予測する
ことになり、離散型のデータを扱うデジタル制御で有効
であり、また、ポンプやモータなどの応答の遅い負荷の
場合、特に有効である。 （５）設定電圧を適切な動作電圧にすることにより、効
率よく電力を得ることができる。特にアモルファス太陽
電池の場合、結晶系シリコン太陽電池に比べ、効率よく
電力を得ることができる。
ィードバックによる電圧制御において、誤差のｎ乗で評
価することにより、以下のような効果を奏する。 （１）日射量が急変して、太陽電池の電圧が急激に変化
しても、誤差のｎ乗で従来より大きめに評価するので、
操作量を大きくとることができ、日射量変動に強い電圧
制御ができる。 （２）ノイズの影響により、測定電圧に微小の電圧変動
があっても、ｎ乗で従来より小さめに評価することによ
り、操作量を小さくとることができ、ノイズに強い電圧
制御ができる。 （３）設定電圧の変化させても、良好に追従することが
できる。 （４）偏差のｎ乗の微分値に比例して操作量を決定する
微分項を付加することにより、未来の変化分を予測する
ことになり、離散型のデータを扱うデジタル制御で有効
であり、また、ポンプやモータなどの応答の遅い負荷の
場合、特に有効である。 （５）設定電圧を適切な動作電圧にすることにより、効
率よく電力を得ることができる。特にアモルファス太陽
電池の場合、結晶系シリコン太陽電池に比べ、効率よく
電力を得ることができる。
【図１】 本発明の電圧制御技術を適用した太陽光発電
システムの基本構成を示す図である。
システムの基本構成を示す図である。
【図２】 ハードウエア構成は本発明の実施例１と同じ
だが、従来のＰＩ制御を行った場合の日射量変動時の太
陽電池電圧の変化を示す図である。
だが、従来のＰＩ制御を行った場合の日射量変動時の太
陽電池電圧の変化を示す図である。
【図３】 本発明における電池電源の電圧と出力指令値
の関係を例示する図である。
の関係を例示する図である。
【図４】 本発明の第１の実施例に係る太陽光発電シス
テムの構成を示す図である。
テムの構成を示す図である。
【図５】 図４のシステムにおけるメインプログラムの
フローチャートである。
フローチャートである。
【図６】 本発明の第１および第２の実施例に係る太陽
光発電システムの定電圧制御のフローチャートである。
光発電システムの定電圧制御のフローチャートである。
【図７】 実施例１での日射量変動と太陽電池電圧を示
す図である。
す図である。
【図８】 実施例１のシステムにおいて、ｍ＝１、ｎ＝
１にした場合の日射量変動と太陽電池電圧を示す図であ
る。
１にした場合の日射量変動と太陽電池電圧を示す図であ
る。
【図９】 アモルファス太陽電池と結晶系シリコン太陽
電池の１日の最適動作電圧の変化を示すグラフである。
電池の１日の最適動作電圧の変化を示すグラフである。
【図１０】 本発明の第２の実施例に係る太陽光発電シ
ステムの構成を示す図である。
ステムの構成を示す図である。
【図１１】 図１０のシステムによる最適動作点探索の
例を示す図である。
例を示す図である。
【図１２】 本発明の第２および第３の実施例に係る太
陽光発電システムのメインプログラムのフローチャート
である。
陽光発電システムのメインプログラムのフローチャート
である。
【図１３】 図１０のシステムにおける最大出力点追従
制御のフローチャートである。
制御のフローチャートである。
【図１４】 図１０のシステムによる電圧の追従性を示
す図である。
す図である。
【図１５】 本発明の第３の実施例に係る太陽光発電シ
ステムの構成を示す図である。
ステムの構成を示す図である。
【図１６】 図１５のシステムにおける最適動作点探索
の例を示す図である。
の例を示す図である。
【図１７】 図１５のシステムにおける定電圧制御のフ
ローチャートである。
ローチャートである。
【図１８】 図１５のシステムにおけるＭＰＰＴ制御の
フローチャートである。
フローチャートである。
【図１９】 図１５のシステムにおける電圧の追従性を
示す図である。
示す図である。
１：太陽電池、２：電力変換手段、３：負荷、４：電圧
検出手段、５：出力設定手段、６：制御手段、８：電流
検出手段、９：コンデンサ、３１：ポンプ、５１：目標
電圧設定手段、５２：出力演算手段。
検出手段、５：出力設定手段、６：制御手段、８：電流
検出手段、９：コンデンサ、３１：ポンプ、５１：目標
電圧設定手段、５２：出力演算手段。
Claims (15)
- 【請求項１】 電池電源の電圧値を検出する電圧検出手
段と、前記電池電源からの電力に所定の変換を施して負
荷または商用交流系統に供給する電力変換手段と、前記
電圧検出値に基づいて前記電力変換手段の出力値を設定
する出力設定手段と、前記出力設定値に基づいて前記電
力変換手段を制御する制御手段とを有する電圧制御装置
において、前記出力設定手段は、前記電池電源の目標電
圧値を設定する目標電圧設定手段と、前記電圧検出値と
目標電圧値の偏差に基づいて前記出力設定値を算出する
出力演算手段とを具備することを特徴とする電圧制御装
置。 - 【請求項２】 前記出力設定手段は、前記設定出力値
を、前記偏差のｍ乗に比例して調節する比例調節手段
と、前記偏差のｍ乗の積分値に比例して調節する積分調
節手段とを有することを特徴とする請求項１記載の電圧
制御装置。 - 【請求項３】 前記出力設定手段は、前記設定出力値
を、前記偏差のｎ乗の微分値に比例して調節する微分調
節手段を有することを特徴とする請求項１または２記載
の電圧制御装置。 - 【請求項４】 電池電源と、前記電池電源からの電力に
所定の変換を施して負荷または商用交流系統に供給する
電力変換手段とを備え、前記電池電源の電圧値に基づい
て前記電力変換手段を制御する装置の前記電池電源の電
圧を制御する方法において、前記電池電源の電圧値をサ
ンプリングする工程と、前記電池電源の目標電圧値を設
定する工程と、サンプリングされた前記電圧値と設定さ
れた前記目標電圧値との偏差を算出する工程と、前記偏
差のｍ乗に比例した比例項を算出する工程と、前記偏差
のｍ乗の積分値に比例した積分項を算出する工程と、前
記偏差のｎ乗の微分値に比例した微分項を算出する工程
と、前記比例項と前記積分項と前記微分項の和に基づい
て前記電力変換手段の出力設定値を算出する工程と、こ
の出力設定値に応じて前記電力変換手段を制御すること
により前記電池電源の電圧を制御する工程とを有するこ
とを特徴とする電池電源の電圧制御方法。 - 【請求項５】 電池電源と、前記電池電源からの電力に
所定の変換を施して負荷または商用交流系統に供給する
電力変換手段とを備え、前記電池電源の電圧値に基づい
て前記電力変換手段を制御する装置の前記電池電源の電
圧を制御する方法において、前記電池電源の電圧値をサ
ンプリングする工程と、前記電池電源の目標電圧値を設
定する工程と、サンプリングされた前記電圧値と設定さ
れた前記目標電圧値との偏差を算出する工程と、複数ｋ
個の前記偏差のｍ乗値とｎ乗値から前記電力変換手段の
出力設定値の変化分を算出する工程と、前記電力変換手
段の前回の出力設定値と前記出力設定値の変化分とを加
算することより前記電力変換手段の今回の出力設定値を
算出する工程と、算出された今回の出力設定値に応じて
前記電力変換手段を制御することにより前記電池電源の
電圧を制御する工程とを有することを特徴とする電池電
源の電圧制御方法。 - 【請求項６】 ｋ＝３であることを特徴とする請求項５
記載の電圧制御方法。 - 【請求項７】 ３個の前記偏差は、連続した３つの前記
サンプリングされた電圧値により求められることを特徴
とする請求項６記載の電圧制御方法。 - 【請求項８】 ｎ＝２であることを特徴とする請求項３
記載の電圧制御装置。 - 【請求項９】 ｎ＝２であることを特徴とする請求項４
または５記載の電圧制御方法。 - 【請求項１０】 ｍ＝１または２であることを特徴とす
る請求項２記載の電圧制御装置。 - 【請求項１１】 ｍ＝１または２であることを特徴とす
る請求項４または５記載の電圧制御方法。 - 【請求項１２】 電圧制御装置の電池電源が太陽電池で
あることを特徴とする請求項１〜３記載の電圧制御装
置。 - 【請求項１３】 電圧制御装置の電池電源が太陽電池で
あることを特徴とする請求項４〜７記載の電圧制御方
法。 - 【請求項１４】 太陽電池がアモルファス太陽電池であ
ることを特徴とする請求項１２記載の電圧制御装置。 - 【請求項１５】 太陽電池がアモルファス太陽電池であ
ることを特徴とする請求項１３記載の電圧制御装置なら
びに電圧制御方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26800895A JP3382434B2 (ja) | 1995-09-22 | 1995-09-22 | 電池電源の電圧制御装置および電圧制御方法 |
| US08/717,330 US5892354A (en) | 1995-09-22 | 1996-09-20 | Voltage control apparatus and method for power supply |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26800895A JP3382434B2 (ja) | 1995-09-22 | 1995-09-22 | 電池電源の電圧制御装置および電圧制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0991051A true JPH0991051A (ja) | 1997-04-04 |
| JP3382434B2 JP3382434B2 (ja) | 2003-03-04 |
Family
ID=17452632
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26800895A Expired - Fee Related JP3382434B2 (ja) | 1995-09-22 | 1995-09-22 | 電池電源の電圧制御装置および電圧制御方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5892354A (ja) |
| JP (1) | JP3382434B2 (ja) |
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