【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽光発電用インバータの短絡電流移行時の定電圧制御方式に関する。
本発明は、太陽光発電用インバータにおいて、日射が激しく変化し太陽電池の電流電圧特性が大きく変動して、動作点が短絡電流点に移行した場合にも、安定領域への復帰を速やかに行なうことが出来るようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球温暖化防止京都会議等をきっかけとして地球規模で、環境とエネルギーに対する関心が急速に高まっており、太陽光発電は再生可能なクリーンエネルギーとして期待されている。
しかしながら、太陽光発電は、その発電量を日射、温度等の条件に依存し、常に変動を伴うため、太陽光発電を安定したエネルギー源として使うために太陽光発電から得られる直流出力をインバータにより交流に変換し、これを商用電力系統と連系させることが現在広く行われている。
【０００３】
図２は、太陽光発電に使用される一般的な太陽電池の出力電流Ｉと電圧Ｖの関係を表わすグラフである。図２に示すグラフは、照度の高低に応じた太陽電池の出力のＩ−Ｖ特性を示したものである。
図２に示すように、太陽電池のＩ−Ｖ特性は、ある一定の照量のもとで発電を行っている場合、その電力が供給される負荷が、低抵抗時には定電流源として動作するが、負荷抵抗が増加して、負荷の電圧が一定電圧値７に達すると、急激に電流が減少して、定電圧源として動作すようになる。さらに負荷抵抗を増加させると、電流が減少していき、開放点８に近づくという特性を持っている。
又、太陽電池の特性として、定電流の領域１０から定電圧の領域１１に切替る点７における電圧値は、照度の高低に関わらずほぼ一定値となっている。又、太陽電池の定電流から定電圧への切替点７は、太陽電池の発電力と電圧の特性、Ｐ−Ｖ特性上の太陽電池の発電力が最大値となる点で、この点における電力値が最大電力に一致することが知られている。
【０００４】
つまり、太陽電池には、ある条件下において最大電力を取り出すことのできる固有の電圧値が存在するということになる。その値を最適電圧値として、太陽電池の出力電圧が最適電圧値になるように、インバータ運転指令値や目標電圧を調節しながら使用することにより、どのような照度に対しても常に最も効率よく電力を得ることができることになる。
このように太陽電池は、照度に対しては発電電力の最大点が存在し、さらにその最大電力を発電するための負荷電流、すなわち最適電流が存在し、負荷電流がそれよりも大きすぎても小さすぎても発電効率は低下する特性を持っている。このため、天候の状況によって時々刻々変化する照度のもとで太陽光発電から最も効率よく電力を得るためには、太陽電池の発電電圧、および電流が、その時々の日照量に対して、最大電力が得られる値となるようにようにインバータ運転指令値や目標電圧を制御することが必要である。このように、その時々の日照量に対して、最大電力が得られるように太陽電池の発電電圧、および電流を制御する方法が最大電力点追従制御である。（特開平５−４６２６５，特開平１０−１３３７５５）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の最大電力点追従制御を行う電流制御型インバータでは、日射が激しく変動して太陽電池のＩ−Ｖ特性が、変化した場合に、インバータ運転指令値（出力電流指示値）と、実際に太陽電池から出力可能な電流の間にミスマッチが生じると、より電流を出力させるために、図２に示すように動作点が短絡電流点６へ移行してしまい出力電力が零（インバータ停止）９の状態になり、有効に電力を取り出すことが出来なくなる問題がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明はこのような電流制御型インバータにおいて、日射が激しく変動することにより太陽電池の動作点が変化して、短絡電流点へ移行する状態が生じた場合には、移行検出後一定時間定電圧制御を行い、その後通常の最大電力点追従制御を行うようにして、速やかに安定点への復帰が出来るようにした、太陽光発電用インバータの最大電力点追従制御における短絡電流移行時の定電圧制御方式を実現することにより、従来の問題を解決したものである。
具体的には，定電圧制御時における目標電圧を低日射・低曲線因子時においても太陽電池の最大出力点電圧より高電圧となるような太陽電池の開放電圧のある一定の割合，一例として約８５％とすることにより，安定点への復帰が速やかに行われることが確認されている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
【実施例】
本発明の、太陽光発電用インバータの最大電力点追従制御方式が適用される、太陽光発電システムの一例を図１に示す。
図１において、１は太陽電池である。２は系統連系型インバータで、３はインバータ本体、４はインバータ制御部、ＣＴ１，ＣＴ２は電流変成器、ＰＴ１，ＰＴ２は電圧変成器、Ｃは電流平滑コンデンサである。５は商用電源である。
太陽電池１から出力される直流電力は、コンデンサＣを介してインバータ２に加えられ、インバータ２により商用電源の周波数の交流電力に変換される。インバータ２の交流出力は負荷に供給され、又系統連系保護装置を介して商用電源５に接続される。
【０００８】
太陽電池１の出力電流と電圧の値は電流変成器ＣＴ１及び電圧変成器ＰＴ１により検出されインバータ制御部４に加えられる。又、インバータ２の交流出力電流と電圧の値は電流変成器ＣＴ２及び電圧変成器ＰＴ２により検出され制御部４に加えられる。
インバータ２の制御部４は、電流変成器ＣＴ１及び電圧変成器ＰＴ１の太陽電池１の出力電流と電圧の値より太陽電池１の出力を算出する。目標電圧と太陽電池出力電圧の電圧偏差を求め、電圧偏差が大きい場合には、太陽電池出力電圧が目標電圧に接近し偏差が小さくなるように出力電流指示値（電流定数）の増減演算を行いインバータ２に運転の指示を行う。偏差が小さい場合には、次なる目標電圧の演算を行う。これら一連の制御を繰り返し行うことにより太陽電池の動作点を最大電力点へ移行させることが可能となる。
【０００９】
インバータ制御部４の演算素子にはＣＰＵが使用され、この制御部への設定値の指示等は、全てプログラムソフトウェアーにより行われる。
以上のように構成された太陽光発電システムにおいては、需要個所の負荷における消費電力が系統連系インバータの出力よりも小さいときには余剰分が商用系統に逆潮流され、また需要個所の負荷の消費電力が系統連系インバータの出力よりも大きいときには不足分が商用系統から供給される。そしてこのようにして安定なエネルギー源として太陽光発電を使用できる。
本発明では，事前に，使用する太陽電池の仮の目標電圧を設定し，初期値としてインバータ制御部４に設定しておき，通常起動時には起動時の電圧である開放電圧から微少電圧幅だけ減じた値を目標電圧とする。また，起動時以外は太陽電池１から電力をより多く取り出せるように目標電圧をインバータ制御部４にて決定する。太陽電池１の出力電力を交流に変換するインバータ３に，制御部４より出力電流指示値（電流定数）ｋを供給することによって，太陽電池１から取り出す電流の調節を行う。インバータ制御部４の制御は，太陽電池１の出力電流と出力電圧から電力を計算し，その上下に応じ出力電流指示値（電流定数）ｋを計算していく。
【００１０】
インバータ制御部４の制御手順は，次のように行われる。起動と通常制御時に分けて説明を行う。
起動時の制御手順は，
１．負荷接続時の太陽電池１の出力電圧，電流を検出する。
２．出力電圧が運転範囲内であるかの確認
３．起動（電流定数零）の太陽電池１の出力電圧を開放電圧として保持
４．太陽電池１の電流が設定値以上になるまで電流定数を上昇させる。
５．目標電圧を出力電圧から微少電圧幅だけ減じた値とする。（通常制御移行時に用いる）
起動時の制御により電流定数を上昇させていき太陽電池１の出力電流が設定値以上となり次第，通常制御を行う。通常制御の手順は以下のように行われる。
１．負荷接続時の太陽電池１の出力電圧，電流を検出する。
２．出力電圧が運転範囲内であるかの確認。
３．出力電圧と目標電圧の偏差を算出する。
４．偏差が大きい場合には偏差が小さくなるように出力電流指示値の増減を行う。出力電圧が目標電圧より大きい場合には出力電流定数（電流定数）ｋを増加させる。出力電圧が目標電圧より小さい場合には出力電流定数（電流定数）ｋを減少させる。
５．偏差が小さい場合には出力電流，電圧より出力電力を計算し，出力電力の前回計算値と比較して，出力電力が増加するような目標電圧を決定する。
上記の制御を繰り返し行うことにより，動作点を最大電力点とすることが可能となる。
【００１１】
図３は、日射変動等により太陽電池のＩ−Ｖ特性がａからｂに変化した場合の太陽電池のＩ−Ｖ特性の変化を説明する図である。
従来の最大電力点追従制御ては、日射変動が激しく変動して太陽電池の動作点が、図３に示すように日射変動が激しく変動して太陽電池のＩ−Ｖ特性がａからｂに変化した場合等に、インバータ運転指令値（出力電流指示値）と実際に太陽電池から出力可能な電流の間にミスマッチが生じると、より電流を出力させるために動作点が図３のｂ上の短絡電流点１６の短絡電流点へ移行してしまい、出力電力が零（インバータ停止）の状態になり、有効に電力を取り出すことが出来なくなることがある。
このような状態は、図３に示すように太陽電池の電流電圧（Ｉ−Ｖ特性）上の最大電力点１４，１５を境界にして短絡電流側（不安定領域）１２と開放電圧側（安定領域）１３の直流電流の増加幅が大きく異なることが原因で、太陽電池が最大電力点付近で定常動作している場合に、日射変動などによりＩ−Ｖ特性がａからｂに変化する時に生じる。
【００１２】
それは、Ｉ−Ｖ特性ａ上の動作点１４における出力電流指示値をｋ１とし、Ｉ−Ｖ特性ｂ上の最大電力点１５を指示する最適な出力電流指示値をｋ２とし，ここでａからｂへ急変した場合に、出力電流指示値の変更が成されない場合又は変更が遅い場合にはｋ１〉ｋ２なので動作点がｂ上の短絡電流点１６へ移行してしまうことが原因である。
本発明はこのような最大電力点追従制御を行っている電流制御型インバータにおいて、日射変動が激しく変動して太陽電池の動作点が、図３に示すＩ−Ｖ特性のｂ上の短絡電流点１６へ移行した状態が生じた場合には、移行検出後一定時間定電圧制御を行い、その後通常制御（最大電力点追従制御）を行うようにして、速やかに安定点への復帰が出来るようにしたものである。
【００１３】
図４は，本発明の，太陽光発電用インバータの最大電力点追従制御における短絡電流点移行時の定電圧制御方式を実施した場合における，太陽電池Ｉ−Ｖ特性上の動作点を示す図である。
図４に示すように，本発明では，定電圧制御時には，目標電圧を低日射・低曲線因子時においても太陽電池の最大出力点電圧より高電圧となるような太陽電池の開放電圧のある一定の割合，一例として約８５％とすることにより，そのＩ−Ｖ特性上の動作点１９を，最大電力点１８の開放電圧側（安定領域）に設定するようにしている。
本発明を実施した装置では，図１のインバータ制御部４に，通常の最大電力点追従制御と定電圧制御の間の移行を，スムーズに行う為のプログラムのループを設けておく。定電圧制御運転時においては，太陽電池１の出力電圧，電流がほぼ一定なので，通常制御復帰時の時刻Ｉｎにおける動作点（Ｖｎ，Ｉｎ）及び時刻Ｉｎ −１における動作点（Ｖｎ −１，Ｉｎ −１）の関係がＶｎ＝Ｖｎ −１，Ｉｎ＝Ｉｎ −１となるので，的確な最大電力点追従制御が行えない。（現在の動作点を最大電力点と認識してしまう。）そこで，本ループにより定電圧制御から通常制御への復帰時にはインバータ制御部４において設定したサイクル分だけ出力電流定数を分解能毎増加させることにより出力電圧，電流を変動させ，的確に最大電力点追従制御が行えるようにしたものである。
【００１４】
本発明の短絡電流移行時の定電圧制御を行うためのプログラムの制御フローチャートを図５に示す。
短絡電流移行時の定電圧制御を行うために、
１．太陽電池からの直流入力電圧Ｖｄｃが、７Ｖ（太陽電池により異なる）
以下に下がったどうかを常時監視している。
本発明を適用した太陽電池は、その直流出力電圧が７Ｖ以下に下ると、短絡電流への移行が開始されたと判断される特性のものを使用したが、この監視電圧は 、使用する太陽電池の特性により決定される。
２．直流入力電圧が、７Ｖ以下に下がった場合には、２２の分岐により、２３の手順に移る。
【００１５】
３．手順２３では、つぎの作業が行われる。
電圧制御を行うためのＣＶフラグをＯＮとする。
各変数を初期化するリセットを行う。
過渡現象リセットのために、待ち時間（数十サイクル程度）を設ける。
４．電圧制御を行うためのＣＶフラグをオンの場合には，手順２４において，目標電を低日射・低曲線因子時においても太陽電池の最大出力点電圧より高電圧となるような太陽電池の開放電圧のある一定の割合，一例として開放電圧に０．８５を乗じた値として数百〜数千サイクル程度の期間、定電圧制御を行う。通常制御２５への復帰は３サイクルの間，出力交流電流指示値ｋを分解能分 ｄｋだけ増加させ直流値を変動させるｋ＝ｋ＋ｄｋの指示値を行う。
５．通常の最大電力点追従制御２５，直流入力電圧が７Ｖ以上の場合，電圧制御を行うためのＣＶフラグがＯＮでない場合には，通常の最大電力点追従制御を行う。図５に示すフローチャートの動作を，繰り返し行うことによって、短絡電流移行時の定電圧制御が実現できる。
【００１６】
図６は、本発明の太陽光発電用インバータの短絡電流移行時の定電圧制御方式を採用した、プログラムの有効性を確認するために実機による動作試験結果の一例の電流電圧計測波形を示したものである。
図６のグラフは、太陽電池の動作点をリセットした後の、インバータ制御装置の電流定数の変化と、これに伴う太陽電池の出力の直流電圧と直流電流の制御の状態を示したものである。
図６において、２６は、短絡電流移行時に定電圧制御を行った期間を示す。
図６より、図中ＣＶ制御２６の部分では出力電流定数（図中電流定数）の微小変化により直流入力電圧が一定に保たれていること、，さらに定電圧制御２６から通常の最大電力点追従制御２７への移行も的確に行われていることが確認された。
【００１７】
上記のように、本発明の太陽光発電用インバータの短絡電流移行時の定電圧制御方式は、制御安定性が向上するために、インバータ端子に印加される直流電圧の急激な変化や直流電流の急変を防止することが可能となり、従来ならばインバータ停止により得られなかった電力を定電圧制御により得る事が可能となる。
本発明は太陽光発電用のインバータ制御全般に利用可能である。上記の説明は、本発明を電流制御型インバータに適用した事例について行ったが、本発明は、電圧制御型インバータにおいても、日射変動が激しく電流電圧特性が大きく変動する場合にはインバータ停止する事があるので、そのような場合にも適用が可能である。
【００１８】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明は太陽電池の直流出力を交流電力に変換するインバータにおいて、日射が激しく変動して太陽電池の動作点が変化し、短絡電流点へ移行する状態が生じた場合には、移行検出後一定時間定電圧制御を行い、その後通常の最大電力点追従制御を行うようにして、速やかに安定点への復帰が出来るようにした、太陽光発電用インバータの短絡電流移行時の定電圧制御方式を実現したために、制御安定性が向上し、インバータ端子に印加される直流電圧の急激な変化や直流電流の急変を防止することが可能となり、従来ならばインバータ停止により得られなかった電力を定電圧制御により得る事が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の、太陽光発電用インバータの最大電力点追従制御方式が適用される、太陽光発電システムの一例を示したものである。
【図２】太陽光発電に使用される一般的な太陽電池の出力電流Ｉと電圧Ｖ及び出力Ｐと電圧Ｖの関係を表わすグラフである。
【図３】日射変動等により太陽電池のＩ−Ｖ特性がａからｂに変化した場合の太陽電池のＩ−Ｖ特性の変化を説明する図である。
【図４】本発明の、太陽光発電用インバータの短絡電流移行時の定電圧制御方式を実施した場合における、太陽電池のＩ−Ｖ特性上の動作点を示す図である。
【図５】本発明の短絡電流移行時の定電圧制御を行うためのプログラムのフローチャートを示す。
【図６】本発明の、太陽光発電用インバータの短絡電流移行時の定電圧制御方式を採用した、プログラムの有効性を確認するために実機による動作試験結果の一例の電流電圧計測波形を示したものである。
【符号の説明】
１・・・太陽電池，
２・・・系統連系型インバータ，
３・・・インバータ本体，
４・・・インバータ制御部，
５・・・商用電源，
７，１４，１５，１８・・・最大電力点，
６，１６・・・短絡電流点，
１０，１２・・・不安定領域，
１１，１３・・・安定領域，
８，１７・・・開放電圧点，
９・・・電力零点，
１９・・・定電圧制御における動作点，
２０・・・最大電力点，
２１・・・定電圧制御における目標電圧，
２６・・・定電圧制御区間，
２７・・・通常制御区間，[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a constant voltage control method at the time of short-circuit current transition of an inverter for photovoltaic power generation.
In the inverter for photovoltaic power generation, the present invention quickly returns to the stable region even when the solar radiation changes drastically and the current-voltage characteristics of the solar cell greatly fluctuate and the operating point shifts to the short-circuit current point. It can be done.
[0002]
[Prior art]
In recent years, interest in the environment and energy has rapidly increased on a global scale triggered by the Kyoto Conference on Global Warming Prevention, and solar power generation is expected as a renewable clean energy.
However, solar power generation depends on conditions such as solar radiation and temperature, and is always accompanied by fluctuations. Therefore, in order to use solar power generation as a stable energy source, the direct current output obtained from solar power generation is generated by an inverter. Converting to alternating current and connecting it to a commercial power system is now widely performed.
[0003]
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the output current I and the voltage V of a typical solar cell used for solar power generation. The graph shown in FIG. 2 shows the IV characteristics of the output of the solar cell according to the level of illuminance.
As shown in FIG. 2, the IV characteristics of a solar cell operate as a constant current source when the load to which the electric power is supplied has a low resistance when power generation is performed under a certain amount of illumination. However, when the load resistance increases and the voltage of the load reaches a constant voltage value 7, the current suddenly decreases and the device operates as a constant voltage source. When the load resistance is further increased, the current decreases, and the characteristics approach that the open point 8 is approached.
Further, as a characteristic of the solar cell, the voltage value at the point 7 where the constant current region 10 is switched to the constant voltage region 11 is substantially constant regardless of the level of illuminance. Moreover, the switching point 7 from the constant current to the constant voltage of the solar cell is a point at which the power generation and voltage characteristics of the solar cell and the power generation of the solar cell on the PV characteristics become the maximum value. It is known that the value matches the maximum power.
[0004]
That is, the solar cell has a unique voltage value that allows the maximum power to be extracted under certain conditions. Using that value as the optimum voltage value, and adjusting the inverter operation command value and target voltage so that the output voltage of the solar cell becomes the optimum voltage value, it is always the most efficient for any illuminance. Electric power can be obtained.
As described above, the solar cell has a maximum point of generated power with respect to illuminance, and further has a load current for generating the maximum power, that is, an optimum current, even if the load current is too large. Even if it is too small, the power generation efficiency is reduced. For this reason, in order to obtain the most efficient power from solar power generation under illuminance that changes from moment to moment depending on the weather conditions, the power generation voltage and current of the solar cell are the maximum for the amount of sunlight. It is necessary to control the inverter operation command value and the target voltage so that the power can be obtained. As described above, the maximum power point tracking control is a method for controlling the power generation voltage and current of the solar cell so that the maximum power can be obtained with respect to the amount of sunshine at that time. (Japanese Patent Laid-Open No. 5-46265, Japanese Patent Laid-Open No. 10-133755)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In a current-controlled inverter that performs conventional maximum power point tracking control, when the solar radiation changes drastically and the IV characteristics of the solar battery change, the inverter operation command value (output current command value) and the actual solar If there is a mismatch between the currents that can be output from the battery, the operating point shifts to the short-circuit current point 6 and the output power is zero (inverter stopped) 9 as shown in FIG. There is a problem that it becomes a state and power cannot be taken out effectively.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In such a current control type inverter, when the solar cell operating point changes due to intense fluctuations in solar radiation and a state of transition to a short-circuit current point occurs, a constant voltage is maintained for a certain time after the transition is detected. The constant voltage at the time of short-circuit current transition in the maximum power point tracking control of the inverter for photovoltaic power generation, which can be quickly returned to the stable point by performing control and then performing normal maximum power point tracking control By realizing the control method, the conventional problem is solved.
Specifically, the target voltage for constant voltage control is a certain percentage of the open-circuit voltage of the solar cell that is higher than the maximum output point voltage of the solar cell even during low solar radiation and low fill factor. It has been confirmed that by returning to 85%, the return to the stable point is promptly performed.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【Example】
FIG. 1 shows an example of a solar power generation system to which the maximum power point tracking control method of the inverter for solar power generation of the present invention is applied.
In FIG. 1, 1 is a solar cell. 2 is a grid-connected inverter, 3 is an inverter body, 4 is an inverter control unit, CT1 and CT2 are current transformers, PT1 and PT2 are voltage transformers, and C is a current smoothing capacitor. 5 is a commercial power source.
The DC power output from the solar cell 1 is applied to the inverter 2 through the capacitor C, and is converted into AC power having the frequency of the commercial power source by the inverter 2. The AC output of the inverter 2 is supplied to a load, and is connected to a commercial power source 5 via a system interconnection protection device.
[0008]
The output current and voltage values of the solar cell 1 are detected by the current transformer CT1 and the voltage transformer PT1 and applied to the inverter control unit 4. The AC output current and voltage values of the inverter 2 are detected by the current transformer CT2 and the voltage transformer PT2 and applied to the controller 4.
The control unit 4 of the inverter 2 calculates the output of the solar cell 1 from the output current and voltage values of the solar cell 1 of the current transformer CT1 and the voltage transformer PT1. Obtain the voltage deviation between the target voltage and the solar cell output voltage, and if the voltage deviation is large, increase / decrease the output current instruction value (current constant) so that the solar cell output voltage approaches the target voltage and the deviation becomes small The inverter 2 is instructed to operate. When the deviation is small, the next target voltage is calculated. By repeating these series of controls, the operating point of the solar cell can be shifted to the maximum power point.
[0009]
A CPU is used as the arithmetic element of the inverter control unit 4, and instructions for setting values to the control unit are all performed by program software.
In the photovoltaic power generation system configured as described above, when the power consumption at the load at the demand location is smaller than the output of the grid-connected inverter, the surplus is reversed to the commercial system, and the power consumption at the load at the demand location Is larger than the output of the grid interconnection inverter, the shortage is supplied from the commercial system. In this way, photovoltaic power generation can be used as a stable energy source.
In the present invention, a temporary target voltage of the solar cell to be used is set in advance and set in the inverter control unit 4 as an initial value, and is subtracted by a small voltage width from the open-circuit voltage that is a voltage at the start-up at the normal start. This value is used as the target voltage. Further, the inverter control unit 4 determines the target voltage so that more power can be extracted from the solar cell 1 except at the time of startup. By supplying an output current instruction value (current constant) k from the control unit 4 to the inverter 3 that converts the output power of the solar cell 1 into alternating current, the current taken out from the solar cell 1 is adjusted. The control of the inverter control unit 4 calculates power from the output current and output voltage of the solar cell 1 and calculates an output current instruction value (current constant) k corresponding to the upper and lower sides.
[0010]
The control procedure of the inverter control unit 4 is performed as follows. The explanation will be given separately during startup and normal control.
The control procedure at startup is
1. The output voltage and current of the solar cell 1 when the load is connected are detected.
2. 2. Check if the output voltage is within the operating range. 3. The output voltage of the solar cell 1 that is activated (zero current constant) is held as an open voltage. The current constant is increased until the current of the solar cell 1 reaches a set value or more.
5). The target voltage is a value obtained by subtracting a minute voltage width from the output voltage. (Used during normal control transition)
Normal control is performed as soon as the output current of the solar cell 1 exceeds the set value by increasing the current constant by the control at the time of starting. The normal control procedure is performed as follows.
1. The output voltage and current of the solar cell 1 when the load is connected are detected.
2. Check if the output voltage is within the operating range.
3. The deviation between the output voltage and the target voltage is calculated.
4). When the deviation is large, the output current instruction value is increased or decreased so that the deviation becomes small. When the output voltage is higher than the target voltage, the output current constant (current constant) k is increased. When the output voltage is smaller than the target voltage, the output current constant (current constant) k is decreased.
5). When the deviation is small, the output power is calculated from the output current and voltage, and compared with the previous calculated value of the output power, a target voltage that increases the output power is determined.
By repeatedly performing the above control, the operating point can be set to the maximum power point.
[0011]
FIG. 3 is a diagram for explaining a change in the IV characteristic of the solar cell when the IV characteristic of the solar cell changes from a to b due to solar radiation fluctuation or the like.
In the conventional maximum power point tracking control, the solar radiation fluctuation fluctuates wildly, and the solar cell operating point changes drastically as shown in FIG. 3, and the solar cell IV characteristic changes from a to b. If a mismatch occurs between the inverter operation command value (output current command value) and the current that can actually be output from the solar battery, the operating point is short-circuited on b in FIG. 3 in order to output more current. The current point 16 may shift to a short-circuit current point, and the output power may become zero (inverter stopped), making it impossible to extract power effectively.
In such a state, as shown in FIG. 3, the short-circuit current side (unstable region) 12 and the open-circuit voltage side (stable) are bounded by the maximum power points 14 and 15 on the current voltage (IV characteristics) of the solar cell. This occurs when the IV characteristics change from a to b due to solar radiation fluctuations, etc., when the solar cell is operating steadily in the vicinity of the maximum power point due to the large difference in the DC current increase range in the region 13). .
[0012]
It an output current instruction value at the operating point 14 on the I-V characteristic a and k 1, the optimum output current indication value indicating the maximum power point 15 on the I-V characteristic b and k 2, where a from when suddenly changed to b, because the k 1> k 2 since the operating point in the case or if change is slow change in the output current instruction value is not made resulting in transition to the short-circuit current point 16 on the b is there.
In the current control type inverter that performs such maximum power point tracking control, the present invention is such that the solar radiation fluctuation fluctuates so that the operating point of the solar cell is the short-circuit current point on b of the IV characteristic shown in FIG. When the state of transition to 16 occurs, constant voltage control is performed for a certain period of time after transition detection, and then normal control (maximum power point tracking control) is performed so that the stable point can be quickly restored. It is a thing.
[0013]
FIG. 4 is a diagram showing an operating point on the solar cell IV characteristics when the constant voltage control method at the time of transition to the short-circuit current point in the maximum power point tracking control of the inverter for photovoltaic power generation according to the present invention is implemented. is there.
As shown in FIG. 4, in the present invention, during constant voltage control, a constant open-circuit voltage of the solar cell is set such that the target voltage is higher than the maximum output point voltage of the solar cell even when the target voltage is low solar radiation and low curve factor. For example, the operating point 19 on the IV characteristic is set to the open-circuit voltage side (stable region) of the maximum power point 18.
In the apparatus embodying the present invention, the inverter control unit 4 in FIG. 1 is provided with a program loop for smoothly transitioning between normal maximum power point tracking control and constant voltage control. In the constant voltage control operation, the output voltage of the solar cell 1, the current is substantially constant, the operating point at time I n of the normal control returning (V n, I n) operating points at and time I n -1 (V n −1 , I n −1 ) are V n = V n −1 and I n = I n −1 , so that accurate maximum power point tracking control cannot be performed. (The current operating point is recognized as the maximum power point.) Therefore, when returning from constant voltage control to normal control by this loop, the output current constant is increased for each resolution by the cycle set in the inverter control unit 4. By changing the output voltage and current, the maximum power point tracking control can be performed accurately.
[0014]
FIG. 5 shows a control flowchart of a program for performing constant voltage control at the time of short-circuit current transition according to the present invention.
In order to perform constant voltage control at the time of short circuit current transition,
1. DC input voltage Vdc from the solar cell is 7V (varies depending on the solar cell)
We are constantly monitoring whether it has fallen below.
The solar cell to which the present invention is applied has a characteristic that it is judged that the transition to the short-circuit current is started when the DC output voltage falls below 7V. Determined by characteristics.
2. When the DC input voltage drops below 7V, the procedure proceeds to step 23 by branching 22.
[0015]
3. In step 23, the following operation is performed.
The CV flag for performing voltage control is turned ON.
Perform a reset to initialize each variable.
A waiting time (about several tens of cycles) is provided to reset the transient phenomenon.
4). When the CV flag for voltage control is turned on, in step 24, the open voltage of the solar cell is such that the target power is higher than the maximum output point voltage of the solar cell even when the solar radiation is low and the fill factor is low. The constant voltage control is performed for a period of several hundred to several thousand cycles as a certain ratio, for example, a value obtained by multiplying the open circuit voltage by 0.85. The return to the normal control 25 is performed for three cycles by increasing the output AC current instruction value k by the resolution dk and changing the DC value to k = k + dk.
5). Normal maximum power point tracking control 25, when the DC input voltage is 7V or more, when the CV flag for voltage control is not ON, normal maximum power point tracking control is performed. By repeating the operation of the flowchart shown in FIG. 5, constant voltage control at the time of short-circuit current transition can be realized.
[0016]
FIG. 6 shows a current voltage measurement waveform of an example of an operation test result by an actual machine in order to confirm the effectiveness of the program adopting the constant voltage control method at the time of short-circuit current transition of the inverter for photovoltaic power generation of the present invention. Is.
The graph of FIG. 6 shows the change in the current constant of the inverter control device after resetting the operating point of the solar cell, and the state of control of the DC voltage and DC current of the output of the solar cell associated therewith. .
In FIG. 6, reference numeral 26 denotes a period during which constant voltage control is performed at the time of short-circuit current transition.
From FIG. 6, in the portion of CV control 26 in the figure, the DC input voltage is kept constant by a slight change in the output current constant (current constant in the figure), and further, the constant voltage control 26 follows the normal maximum power point tracking. It was confirmed that the transition to the control 27 was also performed accurately.
[0017]
As described above, the constant voltage control method at the time of short-circuit current transition of the inverter for photovoltaic power generation according to the present invention has a rapid change in the DC voltage applied to the inverter terminal or the DC current in order to improve the control stability. Sudden changes can be prevented, and power that could not be obtained by stopping the inverter in the past can be obtained by constant voltage control.
The present invention can be used for all types of inverter control for photovoltaic power generation. Although the above description has been given for an example in which the present invention is applied to a current control type inverter, the present invention is also applied to a voltage control type inverter in which the inverter is stopped when the variation in solar radiation is large and the current-voltage characteristics vary greatly. Therefore, it can be applied to such a case.
[0018]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, the present invention is an inverter that converts the direct current output of a solar cell into alternating current power, and the solar radiation changes violently to change the operating point of the solar cell, resulting in a state of transition to a short-circuit current point. In such a case, a constant voltage control is performed for a certain period of time after the transition is detected, and then the normal maximum power point tracking control is performed to quickly return to the stable point. Since the constant voltage control method at the time of current transition has been realized, the control stability has been improved, and it is possible to prevent sudden changes in the DC voltage applied to the inverter terminals and sudden changes in the DC current. Thus, it is possible to obtain power that cannot be obtained by the constant voltage control.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an example of a solar power generation system to which the maximum power point tracking control method of an inverter for solar power generation according to the present invention is applied.
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the output current I and voltage V and the output P and voltage V of a general solar cell used for solar power generation.
FIG. 3 is a diagram for explaining a change in the IV characteristic of the solar cell when the IV characteristic of the solar cell changes from a to b due to solar radiation fluctuation or the like.
FIG. 4 is a diagram showing an operating point on the IV characteristic of a solar cell when the constant voltage control method at the time of short circuit current transition of the inverter for photovoltaic power generation according to the present invention is carried out.
FIG. 5 is a flowchart of a program for performing constant voltage control at the time of short-circuit current transition according to the present invention.
FIG. 6 shows a current voltage measurement waveform of an example of an operation test result by an actual machine in order to confirm the effectiveness of the program adopting the constant voltage control method at the time of short-circuit current transition of the inverter for photovoltaic power generation of the present invention. It is a thing.
[Explanation of symbols]
1 ... solar cell,
2 ... Grid-connected inverter,
3 ... Inverter body,
4 ... Inverter control unit,
5 ... Commercial power supply,
7, 14, 15, 18 ... maximum power point,
6, 16 ... short-circuit current point,
10, 12 ... unstable region,
11, 13 ... stable region,
8, 17 ... open circuit voltage point,
9: Zero power point,
19: Operating point in constant voltage control,
20: Maximum power point,
21 ... Target voltage in constant voltage control,
26 ... constant voltage control section,
27: Normal control section,
