JP2009080812A

JP2009080812A - ２重フィードバックループ及び電力リップルに基づく電力変換における最大電力点追従方法及び装置

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Publication number: JP2009080812A
Application number: JP2008248835A
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Inventors: Martin Fornage; フォルネージマーティン
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Filing date: 2008-09-26
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Abstract

【課題】ＤＣ入力電力をＡＣ出力電力に変換する方法及び装置を提供する。
【解決手段】この装置は、入力キャパシタ２２０を有する変換モジュール２０６と、最大電力点（ＭＰＰ）を決定し、ＭＰＰの近くで変換モジュールを作動させる第１のフィードバックループ２１６と、を備える。この装置は、入力キャパシタによるエネルギ蓄積とエネルギ供給との差を決定し、差を表す誤差信号を生成し、ＭＰＰへと駆動するよう変換モジュールの少なくとも一つの動作パラメータを調整するために、誤差信号を第１のフィードバックループに結合する第２のフィードバックループ２１８を更に備える。
【選択図】図２

Description

関連技術の説明

[0003]太陽電池パネルは、従来、商用電源が利用できない荒野又は人工衛星における遠隔施設のような、主に遠隔用途に配備されてきたものである。高コストの設備であるため、太陽電池パネルは、その他の電力の選択肢が利用できない場合を除いて、発電用の経済的な選択肢ではなかった。しかしながら、世界的なエネルギ需要の伸びがエネルギコストの恒久的な増加をもたらしている。さらに、発電するため現在使用されている化石エネルギ埋蔵量が急速に枯渇していることは今や十分に明らかにされている。これら従来型の商用発電の支障の増加は、太陽電池パネルをより魅力的な購入の選択肢としている。

[0004]太陽電池パネル、即ち、光電池（ＰＶ）モジュールは、受けた太陽光からのエネルギを直流（ＤＣ）に変換する。ＰＶモジュールは、自ら生成した電気エネルギを蓄積できないので、エネルギは、バッテリー又は揚水式水力発電貯蔵所のようなエネルギ蓄積システムへ分配され、或いは、負荷によって分配されなければならない。生成されたエネルギを使用する一つの選択肢は、一つ以上のインバータを用いて、ＤＣ電流を交流電流（ＡＣ）に変換し、ＡＣ電流を商用電力グリッドに結合することである。このような分散型発電（ＤＧ）システムによって生成された電力はその後に商用電力会社へ販売され得る。

[0005]ＰＶモジュールは、自ら生成する電流（Ｉ）と電圧（Ｖ）との間に非線形関係を有している。あるＰＶモジュールのＩ−Ｖ曲線上の最大電力点（ＭＰＰ）はＰＶモジュールの最適動作点を特定するものであり、この点で動作しているときには、ＰＶモジュールは所与の温度及び太陽放射に対し最大可能出力電力を発生する。したがって、ＰＶモジュールから取り出される電力を最適化するために、ＰＶモジュールがＭＰＰに対応する動作電圧（即ち、ＭＰＰ電圧）にバイアスされることが不可欠である。さらに、ＰＶモジュール動作電圧は、ＭＰＰに影響を与える太陽輻射及び／又は温度の変化を補償するよう急速に調整されなければならない。

[0006]したがって、ＭＰＰでＰＶモジュールを効率的に作動させる方法及び装置が当分野で必要とされている。

発明の概要

[0007]本発明の実施形態は、広く、ＤＣ入力電力をＡＣ出力電力に変換する方法及び装置に関するものである。この装置は、入力キャパシタを有する変換モジュールと、最大電力点（ＭＰＰ）を決定し、ＭＰＰの近くで変換モジュールを作動させる第１のフィードバックループと、を備える。この装置は、入力キャパシタによるエネルギ蓄積とエネルギ供給との差を求め、当該差を表す誤差信号を生成し、ＭＰＰへと駆動するように変換モジュールの少なくとも一つの動作パラメータを調整するために誤差信号を第１のフィードバックループに結合する第２のフィードバックループを更に備える。

[0008]上述した本発明の特徴が詳細に理解され得るように、簡単に要約した本発明のより具体的な説明を、実施形態を参照することによって行う。実施形態の一部は、添付図面に示されている。しかしながら、添付図面は本発明の典型的な実施形態のみを示し、本発明は他の同様に効果的な実施形態を認めるので、添付図面が本発明の範囲を限定しているものとみなされるべきでないことに注意を要する。

詳細な説明

[0015]図１は、本発明の一以上の実施形態に係る分散型発電（ＤＧ）システム１００のブロック図である。同図は、無数の可能なシステム構成のうちの一つのバリエーションを表現しているに過ぎない。本発明は様々な分散型発電環境及びシステムで機能し得る。

[0016]システム１００は、インバータ１０２と総称する複数のインバータ１０２_１、１０２_２、．．．、１０２_ｎと、ＰＶモジュール１０４と総称する複数のＰＶモジュール１０４_１、１０４_２、．．．、１０４_ｎと、ＡＣバス１０６と、ロードセンター（分電盤）１０８と、アレイ制御モジュール１１０と、を備えている。

[0017]各インバータ１０２_１、１０２_２、．．．、１０２_ｎは、それぞれ、ＰＶモジュール１０４_１、１０４_２、．．．、１０４_ｎに結合されている。ある種の実施形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータが各ＰＶモジュール１０４と各インバータ１０２との間に（即ち、一つのＰＶモジュール当たりに一つのコンバータが）結合されることがある。或いは、複数のＰＶモジュール１０４が単一のインバータ１０２（即ち、集中型インバータ）に結合されることがあり、ある種の実施形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータがＰＶモジュール１０４と集中型インバータとの間に結合されることがある。

[0018]本発明の一以上の実施形態によれば、各インバータ１０２は、ＰＶモジュール１０４が所与の温度及び太陽輻射に対して最適電力出力を発生するように、従属するＰＶモジュール１０４をＭＰＰで動作するよう駆動する。インバータ１０２は、ＡＣバス１０６に結合されており、ＡＣバスが次にロードセンター１０８に結合されている。ロードセンター１０８は、商用電力グリッド配電システムからの引き込み電力線とＡＣバス１０６との接続部を収容している。インバータ１０２は、ＰＶモジュール１０４によって発生されたＤＣ電力をＡＣ電力に変換し、ＡＣ商用電力グリッド電圧と同位相であるＡＣ電流を測定して出力する。システム１００は、発生されたＡＣ電力を、ロードセンター１０８を介して、商用電力グリッドに結合する。

[0019]制御モジュール１１０は、ＡＣバス１０６に結合されている。制御モジュール１１０は、インバータ１０２の機能を制御するためにコマンド及び制御信号をインバータ１０２へ発することができる。

[0020]図２は本発明の一以上の実施形態に係るインバータ１０２のブロック図である。インバータ１０２は、Ｉ−Ｖ監視回路２０４と、変換モジュール２０６と、動作電圧制御モジュール２１０と、ＭＰＰ制御モジュール２１２と、変換制御モジュール２１４とを備えている。インバータ１０２は、ＰＶモジュール１０４及び商用電力グリッドに結合されている。

[0021]Ｉ−Ｖ監視回路２０４は、ＰＶモジュール１０４と、変換モジュール２０６と、動作電圧制御モジュール２１０と、ＭＰＰ制御モジュール２１２とに結合されている。ＭＰＰ制御モジュール２１２は、動作電圧制御モジュール２１０と変換制御モジュール２１４とに更に結合されている。Ｉ−Ｖ監視回路２０４は、ＰＶモジュール１０４からの瞬時電圧（即ち、動作電圧）及び電流出力を監視する。Ｉ−Ｖ監視回路２０４は、ＰＶモジュール電圧を表す信号を動作電圧制御モジュール２１０に供給し、ＰＶモジュール電圧及び電流をそれぞれ表す信号をＭＰＰ制御モジュール２１２に供給する。動作電圧制御モジュール２１０は、所望の動作電圧でＰＶモジュール１０４にバイアスをかけるように機能し、一方、ＭＰＰ制御モジュールは、更に後述するように、かかる所望の動作電圧をＭＰＰ電圧へと駆動する。

[0022]Ｉ−Ｖ監視回路２０４に結合されるのに加えて、変換モジュール２０６は、動作電圧制御モジュール２１０と、変換制御モジュール２１４と、商用電力グリッドとに結合されている。変換モジュール２０６は、Ｉ−Ｖ監視回路２０４とＤＣ−ＡＣインバータ２０８とに結合された入力キャパシタ２２０を備えており、また、ＤＣ−ＡＣインバータ２０８は、動作電圧制御モジュール２１０と、変換制御モジュール２１４と、商用電力グリッドに結合されている。

[0023]変換モジュール２０６は、Ｉ−Ｖ監視回路２０４を介してＤＣ電流の入力を受信し、当該ＤＣ電流を所要のＡＣ出力電流Ｉ_ｒｅｑに変換する。電流Ｉ_ｃａｐがキャパシタ２２０の中を流れ、電流Ｉ_ｉｎｖが所要のＡＣ出力電流Ｉ_ｒｅｑに従ってＤＣ−ＡＣインバータ２０８に供給される。このように、変換モジュール２０６によって発生されたＩ_ｒｅｑはＰＶモジュール１０４から取り出される電流を制御し、ＰＶモジュール動作電圧を本質的に設定する。

[0024]変換制御モジュール２１４は、商用電力グリッドから基準信号を受信し、ＤＣ電流Ｉ_ｉｎｖをＡＣ出力電流Ｉ_ｒｅｑに変換するためＤＣ−ＡＣインバータ２０８用の制御信号を供給する。このような電力変換の一実施例は、“ＭｅｔｈｏｄａｎｄＡｐｐｒａｔｕｓｆｏｒＣｏｎｖｅｒｔｉｎｇＤｉｒｅｃｔＣｕｒｒｅｎｔｔｏＡｌｔｅｒｎａｔｉｎｇＣｕｒｒｅｎｔ”と題して、２００７年９月２７日に出願された本出願と同一出願人による米国特許出願第２００７／０２２１２６７号にあり、当該米国特許出願を、その全体を参照することによって本明細書に援用する。ＤＣ−ＡＣインバータ２０８からのＡＣ出力電流は、商用ＡＣ電力と同位相であるように商用電力グリッドに結合される。

[0025]動作電圧制御モジュール２１０は、第１のフィードバックループ（「内側」ループ）２１６を利用して、ＰＶモジュール１０４から取り出された電流を変調することにより、所望の動作電圧でＰＶモジュール１０４にバイアスをかける。第１のフィードバックループ２１６は、Ｉ−Ｖ監視回路２０４と、ＭＰＰ制御モジュール２１２と、動作電圧制御モジュール２１０と、変換モジュール２０６とを含んでいる。動作電圧制御モジュール２１０は、Ｉ−Ｖ監視回路２０４から瞬時ＰＶモジュール動作電圧を示す信号を取得し、ＭＰＰ制御モジュール２１２から誤差信号を取得し、また、動作電圧制御モジュール２１２は所定の公称電圧入力を取得する。公称電圧と誤差信号の合計は、ＰＶモジュール１０４用の所望の動作電圧を構成する。瞬時ＰＶモジュール動作電圧と所望の動作電圧との間の差に基づいて、第１のフィードバックループ２１６は、変換モジュール２０６を駆動して、所望の動作電圧でＰＶモジュール１０４にバイアスをかけるために適切な電流がＰＶモジュール１０４から取り出されるようにする。このようにして、第１のフィードバックループ２１６は、瞬時ＰＶモジュール動作電圧と所望のＰＶモジュール動作電圧との間の差を反復的に計算し、それに応じて、ＰＶモジュール１０４から取り出される電流を調整して、ＰＶモジュール１０４が所望の動作電圧で、即ち、ＭＰＰに略対応する動作電流及び電圧でバイアスされるようにする。

[0026]ＭＰＰ制御モジュール２１２は、第２のフィードバックループ２１８（「外側」ループ））を利用して、所望の動作電圧を調整し、当該所望の動作電圧をＭＰＰ電圧に対応するようにする。第２のフィードバックループ２１８は、Ｉ−Ｖ監視回路２０４と、ＭＰＰ制御モジュール２１２と、動作電圧制御モジュール２１０と、を含んでいる。ＭＰＰ制御モジュール２１２は、Ｉ−Ｖ監視回路２０４から瞬時ＰＶモジュール動作電圧及び出力電流をそれぞれ表す信号を受信し、ＰＶモジュール１０４からの瞬時出力電力を計算する。ＭＰＰ制御モジュール２１２は、ＡＣグリッドサイクルの二つの部分中に発生されたＰＶモジュール出力電力の間の差を求め、当該差に基づいて、所望の動作電圧がＭＰＰ電圧に対応するように第１のフィードバックループ２１６の電圧制御を修正する。第２のフィードバックループ２１８は、このようにして、ＰＶモジュール１０４がＭＰＰで動作しているか否かを反復的に決定し、ＰＶモジュール１０４がＭＰＰで動作していない場合には、ＭＰＰを実現するために第１のフィードバックループ２１６内の少なくとも一つの動作パラメータを修正する（即ち、外側ループが内側ループによって定められた設定を「微調整」する）。

[0027]インバータ１０２は、ＡＣグリッド電力と同位相であるＡＣ出力電力を発生する。したがって、インバータ出力電力は、ＡＣグリッド電圧零交差における零出力電力と、ＡＣグリッド電圧ピークの正振幅及び負振幅におけるピーク出力電力との間で変動する。インバータ出力電力が零でなければならないとき、即ち、ＡＣグリッド電圧零交差にあるときには、所要のインバータ出力電流Ｉ_ｒｅｑは零であり、このとき、ＰＶモジュール１０４からの電流は、ＤＣ−ＡＣインバータ２０８へ流れることを妨げられるので、キャパシタ２２０を充電する。インバータ出力電力がピークでなければならないとき、即ち、ＡＣグリッド電圧ピーク正振幅及び負振幅にあるときには、キャパシタ２２０に蓄積されたエネルギが、平均ＰＶモジュール出力電力の２倍でピークインバータ出力電力を発生するよう、ＰＶモジュール１０４からの瞬時電力に加えて利用される。このようにして、キャパシタ２２０の充電及び放電の期間は、ＰＶモジュール１０４によって供給された平均電力に重なるＡＣ成分を供給する。

[0028]インバータ１０２からのＡＣ出力電力は、ＡＣグリッド電圧の周波数の２倍で発振し、ＡＣグリッド電圧ピークと同位相で発生する平均ＰＶモジュール電力の２倍のピーク出力電力を構成し、ＡＣグリッド電圧の零交差ではグリッドに電力を投入しない。ピークインバータ出力電力を供給するキャパシタ２２０の充電及び放電は、キャパシタ２２０を介して発振する電流Ｉ_ｃａｐを生じる。電流Ｉ_ｃａｐは、インバータ１０２からのＡＣ出力電力と同じ周波数で発振するが、１８０°の位相ずれがあり、即ち、キャパシタへのピーク電流はインバータＡＣ出力電力が零であるときに現れ、キャパシタ２２０から取り出されるピーク電流はインバータＡＣ出力電力がピークであるときに現れる。

[0029]電流Ｉ_ｃａｐの変動によって、キャパシタ２２０の両端間の電圧Ｖ_ｃａｐに対応する変動、即ち、リップル電圧が生じる。ここで、Ｉ_ｃａｐ及びＶ_ｃａｐは９０°位相がずれている。キャパシタ２２０の両端間のリップル電圧の影響は、更に後述するように、ＭＰＰ制御モジュールが、ＰＶモジュール１０４がＭＰＰより上で動作しているか、ＭＰＰより下で動作しているかを判定し、動作電圧制御モジュールを駆動して、ＰＶモジュール動作電圧をＭＰＰに向かって適切な方向へシフトする機会を与える。

[0030]図３は、本発明の一以上の実施形態に係る、ＰＶモジュール出力電力を表現するＰ−Ｖ曲線３０２のグラフ３００である。所与の太陽輻射及び温度に対して、Ｐ−Ｖ曲線３０２は、ＰＶモジュール１０４からの出力電力をＰＶモジュール１０４の動作電圧の関数として表している。電圧Ｖ_ＭＰＰは、ＰＶモジュール１０４が可能な最大出力電力Ｐ_ＭＡＸを発生する曲線３０２上の最大電力点に対応している。

[0031]上述したように、キャパシタ２２０の両端間のリップル電圧は、ＰＶモジュール平均動作電圧Ｖ_ａｖｅに重なる対応したリップル電圧を生じる。キャパシタ２２０の両端間のリップル電圧と同様に、ＰＶモジュール１０４の両端間のリップル電圧はインバータ１０２からのＡＣ出力電力と位相が９０°ずれている。ＰＶモジュール１０４の両端間のリップル電圧は、二つの動作電圧Ｖ_１及びＶ_２の間で動くことにより、Ｐ−Ｖ曲線の一部に「影響を与える」。ここで、Ｖ_２は図３に示すようにＶ_１より大きい。

[0032]ＰＶモジュールの両端間のＰＶモジュールリップル電圧がＶ_１とＶ_２との間で変動するにつれて、ＰＶモジュール出力電力は、Ｐ−Ｖ曲線３０２に表されているように、Ｖ_１に対応する値Ｐ_１と、Ｖ_２に対応する値Ｐ_２との間で変動する。Ｖ_ａｖｅとＶ_２との間の動作電圧に対する平均ＰＶモジュール出力電力がＶ_１とＶ_ａｖｅとの間の動作電圧に対する平均ＰＶモジュール出力電力より大きいならば、ＰＶモジュールはＭＰＰより下で動作している。或いは、動作電圧がＶ_ａｖｅとＶ_２との間にあるときの平均ＰＶモジュール出力電力が、動作電圧がＶ_１とＶ_ａｖｅとの間にあるときの平均ＰＶモジュール出力電力より小さいならば、ＰＶモジュールはＭＰＰより上で動作している。よって、動作電圧がＶ_ａｖｅより上であるときに発生された平均ＰＶモジュール出力電力と、動作電圧がＶ_ａｖｅより下であるときに発生された平均ＰＶモジュール出力電力との間の差は、ＰＶモジュール１０４がＭＰＰより上で動作しているか、ＭＰＰより下で動作しているかを特定し、したがって、ＭＰＰを達成するためにＰＶモジュール動作電圧がシフトされるべき方向を示す。また、差が零であるならば、ＰＶモジュール１０４はＭＰＰでバイアスをかけられる。

[0033]ある種の実施形態では、このような電力差は、ＡＣグリッド波形サイクルの１８０°から２７０°の位相の間（即ち、ＰＶモジュール１０４の両端間の電圧、したがって、キャパシタ２２０の両端間の電圧が平均電圧より高いとき）の平均ＰＶモジュール出力電力から、ＡＣグリッド波形サイクルの９０°から１８０°の位相の間（即ち、ＰＶモジュール１０４の両端間の電圧、したがって、キャパシタ２２０の両端間の電圧が平均電圧より低いとき）の平均ＰＶモジュール出力電力を減算することによって決定し得る。正の電力差は、ＰＶモジュール１０４がＭＰＰより下で動作しており、ＰＶモジュール動作電圧がＭＰＰを実現するために増加されなければならないことを示し、負の電力差はＰＶモジュール１０４がＭＰＰより上で動作しており、ＰＶモジュール動作電圧がＭＰＰを実現するために減少されなければならないことを示す。ＰＶモジュール動作電圧に対するこのような調整量は、電力差が零になるまで、第２のフィードバックループ２１８によって反復的に決定され、第１のフィードバックループ２１６によって実施される。電力差が零になるようなときには、ＡＣグリッド波形の測定された各部分での平均ＰＶモジュール出力電力は、「平衡状態」であり、ＰＶモジュール動作電圧がＶ_ＭＰＰに対応することを示す。

[0034]図４は、本発明の一以上の実施形態に係る動作電圧制御モジュール２１０のブロック図４００である。動作電圧制御モジュール２１０は、加算器／減算器４０２と、比例積分（ＰＩ）コントローラ４０４と、スケーリングモジュール４０６と、を備えている。動作電圧制御モジュール２１０は、第１のフィードバックループ２１６を利用して、ＰＶモジュール１０４が所望の動作電圧でバイアスされるように所要のインバータ出力電流Ｉ_ｒｅｑを制御する。

[0035]加算器／減算器４０２は、所定の公称電圧入力Ｖ_ｎｏｒｍを受信し、ＭＰＰ制御モジュール２１２から積分誤差信号入力ｄＶを更に受信する。公称電圧と積分誤差信号との合計は、ＰＶモジュール１０４用の所望の動作電圧を与える。公称電圧はＭＰＰ電圧の初期推定量を与え、積分誤差信号はその後に実際のＭＰＰ電圧を実現するために公称電圧を「微調整」する。インバータ１０２の初期動作時に、即ち、インバータ１０２が最初に動作を開始するときの少なくとも１回の商用電力グリッドサイクルの間においては、積分誤差信号は零に等しい。

[0036]加算器／減算器４０２は、加えて、Ｉ−Ｖ監視回路２０４から、瞬時ＰＶモジュール動作電圧Ｖ_ＰＶを表す信号を受信する。加算器／減算器４０２の出力は、所望のＰＶモジュール動作電圧（即ち、設定点）と現在のＰＶモジュール動作電圧との間の差をＰＩコントローラ４０４に結合する。ＰＩコントローラ４０４は、ＰＶモジュール１０４から必要とされる出力電流を推定することにより、当該差を補正するよう機能し、当該出力電流が所望の動作電圧でＰＶモジュール１０４にバイアスをかけることになる。

[0037]ＰＩコントローラ４０４の出力はスケーリングモジュール４０６に結合されており、推定されたＰＶモジュール出力電流を表す信号を供給する。推定されたＰＶモジュール出力電流に基づいて、スケーリングモジュール４０６は、インバータ１０２からの所要の出力電流Ｉ_ｒｅｑを決定し、電流Ｉ_ｒｅｑを発生するよう変換モジュール２０６を駆動する。一実施形態では、所要の出力電流Ｉ_ｒｅｑは以下の通りに表すことができる。

[0038]Ｉ_ｒｅｑ（ｎＴ）＝α（Ｖ_ｎｏｍ−Ｖ_ＰＶ（ｎＴ））＋β（Ｖ_ｎｏｍ−Ｖ_ＰＶ（（ｎ−１）Ｔ）＋Ｉ_ｒｅｑ（（ｎ−１）Ｔ）

[0039]上式において、Ｔは商用電力グリッドのサイクル時間であり、ループパラメータα及びβは高速収束及び高安定性を確保するように選択される。

[0040]図５は、本発明の一以上の実施形態に係るＭＰＰ制御モジュール２１２のブロック図である。ＭＰＰ制御モジュール２１２は、乗算器５０２と、二つの積分器５０４及び５０６と、電力差モジュール５０８と、第３の積分器５１０と、を備えている。ＭＰＰ制御モジュール２１２は、第２のフィードバックループ２１８を利用して、ＰＶモジュール１０４にバイアスをかける所望の動作電圧がＭＰＰ電圧に対応するように誤差信号を決定する。

[0041]乗算器５０２は、Ｉ−Ｖ監視回路２０４から瞬時ＰＶモジュール出力電流Ｉ_ＰＶ及び瞬時ＰＶモジュール出力電圧Ｖ_ＰＶをそれぞれ表す信号を受信し、瞬時ＰＶモジュール出力電力Ｐ_ＰＶを表す出力信号を発生する。乗算器５０２の出力は、積分器５０４及び５０６の各々に結合されており、また、積分器５０４及び５０６は、変換制御モジュール２１４、例えば、変換制御モジュール２１４の位相ロックループから、ＡＣグリッド波形サイクルを表す信号を受信する。積分器５０４は、ＡＣグリッド波形サイクルの９０°から１８０°の位相の間に電力Ｐ_ＰＶを積分して、第１の電力測定量Ｐ_１を取得する。積分器５０６は、ＡＣグリッド波形サイクルの１８０°から２７０°の位相の間に電力Ｐ_ＰＶを積分して、第２の電力測定量Ｐ_２を取得する。積分器５０４及び５０６の各々からの出力は、電力差モジュール５０８に結合されている。電力差モジュール５０８は、Ｐ_１とＰ_２との間の電力差を計算し、当該電力差を利用して誤差信号εを求める。ある種の実施形態では、電力差は、（Ｐ_２−Ｐ_１）／（Ｐ_２＋Ｐ_１）として計算される。

[0042]電力差モジュール５０８からの誤差信号εは、積分器５１０に結合されている。積分器５１０は誤差信号εを積分し、得られる積分された誤差信号ｄＶは、図４に関連して上述したように、動作電圧制御モジュール２１０に結合される。ある種の実施形態では、デジタル積分器５１０は、誤差信号εを以下の通りに積分する。

[0043]ｄＶ（ｎＴ）＝α＊ε（ｎＴ）＋ｄＶ（（ｎ−１）Ｔ）

[0044]上記式において、Ｔはキャパシタ２２０の両端間のリップル電圧のリップル電圧サイクル時間であり、αは予め選択されたものである。商用電力グリッドが６０Ｈｚで動作する実施形態では、リップル電圧サイクル時間は８．３ミリ秒である。

[0045]積分された誤差信号は、ＭＰＰ電圧に対応する所望のＰＶモジュール動作電圧を発生するよう機能する。積分器５１０による積分は、時間の経過につれて生じた電圧調整量を累積する役割を果たし、したがって、所望の動作電圧をＭＰＰ電圧へ駆動する。

[0046]図６は、本発明の一以上の実施形態に係る、ＭＰＰ電圧でＰＶモジュールにバイアスをかけるために２重フィードバックループを利用する方法６００のフローチャートである。方法６００では、インバータは、ＰＶモジュールに結合されており、ＰＶモジュールによって発生されたＤＣ電力をＡＣ電力に変換する。インバータは、生成されたＡＣ電力が商用ＡＣ電力と同位相である商用電力グリッドに結合されるように、商用電力グリッドに更に結合されている。ある種の実施形態では、複数のＰＶモジュールが単一の集中型インバータに結合されることがあり、或いは、個別のＰＶモジュールが個別のインバータに（例えば、一つのインバータ当たりに一つのＰＶモジュールが）結合されることがある。ある種の実施形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータが、一つのＰＶモジュール又は複数のＰＶモジュールとインバータとの間に結合されることがある。

[0047]方法６００は、まず、ステップ６０２で始まり、ステップ６０４へ進む。ステップ６０４で、瞬時ＰＶモジュール動作電圧と所望の動作電圧との間の差が求められる。初期的には、ＰＶモジュールのＭＰＰ電圧の推定量が所望の動作電圧として使用されてもよい。ステップ６０６では、ステップ６０４からの差が利用されて、ＰＶモジュールからの出力電流Ｉ_ＰＶが推定される。この出力電流は、所望の動作電圧でＰＶモジュールにバイアスをかけることになる。次いで、方法６００は、ステップ６０８へ進む。ステップ６０８では、インバータからの所要の出力電流Ｉ_ｒｅｑが、推定されたＰＶモジュール出力電流Ｉ_ＰＶがＰＶモジュールから取り出されるように決定される。ステップ６１０では、インバータが、所要の出力電流Ｉ_ｒｅｑを発生するために適切な電流をインバータ内の変換モジュールに供給する。

[0048]方法６００のステップ６０４〜６１０は、ＰＶモジュールの電流動作電圧とＰＶモジュールの所望の動作電圧との間の差を利用してＰＶモジュールを所望の動作電圧へ駆動する第１のフィードバックループを構成する。

[0049]次いで、方法６００はステップ６１２へ進み、ＰＶモジュール出力電力の第１の電力測定量及び第２の電力測定量がそれぞれ取得される。ある種の実施形態では、第１の電力測定は、ＡＣグリッド波形サイクルの９０°から１８０°までの位相（即ち、第１の「ビン」）の間にＰＶモジュール出力電力を積分することを含み、第２の電力測定は、ＡＣグリッド波形サイクルの１８０°から２７０°までの位相（即ち、第２の「ビン」）の間にＰＶモジュール出力電力を積分することを含む。ある種の実施形態では、ＰＶモジュール出力電力が、第１及び第２の電力測定量を取得するために、このような位相の間にサンプリングされることがある。例えば、ＰＶモジュール出力電力は、商用グリッド周波数の２５６倍の速度でサンプリングされることがある。別の実施形態では、第１及び第２の電力測定量は、ＡＣグリッド波形サイクルの異なる位相の間に取得されることがある。

[0050]ステップ６１４で、第１の電力測定量と第２の電力測定量との間の電力差、即ち、ビンとビンとの間の電力差が計算される。ある種の実施形態では、電力差の計算は、第２の電力測定量から第１の電力測定量を減算し、第１の電力測定量と第２の電力測定量の合計によって割算することを含む。電力差は、ＰＶモジュールがＭＰＰより上で動作しているか、若しくは、ＭＰＰより下で動作しているかを示し、又は、電力差が零に等しい場合、ＰＶモジュールがＭＰＰで動作していることを示す。ある種の実施形態では、正の電圧差は、ＰＶモジュールがＭＰＰより下で動作しており、ＰＶモジュール動作電圧がＭＰＰに到達するように増加されなければならないことを示し、負の電圧差は、ＰＶモジュールがＭＰＰより上で動作しており、ＰＶモジュール動作電圧がＭＰＰに到達するように減少されなければならないことを示す。

[0051]次いで、方法６００はステップ６１６へ進み、誤差信号が電力差に基づいて決定される。誤差信号は、ＭＰＰ電圧に対応する所望のＰＶモジュール動作電圧を発生させるよう機能する。ある種の実施形態では、誤差信号は、積分された誤差信号を取得するために積分される。ステップ６１８では、新しい所望のＰＶモジュール動作電圧が、誤差信号に基づいて決定される。ある種の実施形態では、新しい所望のＰＶモジュール動作電圧は、誤差信号と公称電圧との合計で構成される。ここで、公称電圧は、ＭＰＰ電圧の初期推定量である。

[0052]方法６００のステップ６１２〜６１８は、現在のＰＶモジュール動作電圧がＭＰＰ電圧に対応するか否かを判定し、必要に応じて、ＭＰＰを実現するために所望の動作電圧を調整する第２のフィードバックループを構成する。

[0053]次いで、方法６００はステップ６２０へ進み、インバータの動作を継続すべきか否かが判定される。ステップ６２０での条件が満たされるならば、方法６００はステップ６０４へ戻る。ステップ６２０での条件が満たされないならば、方法６００はステップ６２２へ進み、そこで当該方法は終了する。

[0054]上記の説明は本発明の実施形態を対象にしているが、本発明のその他の実施形態及び更なる実施形態は本発明の基本的な範囲から逸脱することなく考え出し得るものであり、本発明の範囲は特許請求の範囲に記載された事項によって定められる。

本発明の一以上の実施形態に係る分散型発電（ＤＧ）システムのブロック図である。本発明の一以上の実施形態に係るインバータのブロック図である。本発明の一以上の実施形態に係る、ＰＶモジュール出力電力を表すＰ−Ｖ曲線のグラフである。本発明の一以上の実施形態に係る動作電圧制御モジュールのブロック図である。本発明の一以上の実施形態に係るＭＰＰ制御モジュールのブロック図である。本発明の一以上の実施形態に係る、ＭＰＰ電圧でＰＶモジュールにバイアスをかける２重フィードバックループを利用する方法のフローチャートである。

符号の説明

１００…システム、１０２，１０２_１，１０２_２，．．．，１０２_ｎ…インバータ、１０４，１０４_１，１０４_２，．．．，１０４_ｎ…ＰＶモジュール、１０６…ＡＣバス、１０８…ロードセンター、１１０…アレイ制御モジュール、２０４…Ｉ−Ｖ監視回路、２０６…変換モジュール、２０８…ＤＣ−ＡＣインバータ、２１０…動作電圧制御モジュール、２１２…ＭＰＰ制御モジュール、２１４…変換制御モジュール、２１６…第１のフィードバックループ、２１８…第２のフィードバックループ、２２０…入力キャパシタ、４０２…加算器／減算器、４０４…比例積分コントローラ、４０６…スケーリングモジュール、５０２…乗算器、５０４，５０６，５１０…積分器、５０８…電力差モジュール。

Claims

ＤＣ入力電力をＡＣ出力電力に変換する装置であって、
入力キャパシタを備える変換モジュールと、
最大電力点（ＭＰＰ）を決定し、前記ＭＰＰの近くで前記変換モジュールを動作させるための第１のフィードバックループと、
前記入力キャパシタによるエネルギ蓄積とエネルギ供給との差を決定し、該差を表す誤差信号を生成し、前記ＭＰＰへと駆動するよう前記変換モジュールの少なくとも一つの動作パラメータを調整するために、前記誤差信号を前記第１のフィードバックループに結合する第２のフィードバックループと、
を備える装置。
前記誤差信号が、第１の電力測定量と第２の電力測定量との間の差に基づいて決定される、請求項１に記載の装置。
前記第１の電力測定量が商用電力グリッドのサイクルの第１の位相範囲の間に前記ＤＣ入力電力を測定した量であり、前記第２の電力測定量が前記サイクルの第２の位相範囲の間に前記ＤＣ入力電力を測定した量である、請求項２に記載の装置。
前記第１の電力測定量が前記第１の位相範囲の間の平均ＤＣ入力電力を含み、前記第２の電力測定量が前記第２の位相範囲の間の平均ＤＣ入力電力を含む、請求項２に記載の装置。
前記第１の位相範囲及び前記第２の位相範囲が等しい長さである、請求項２に記載の装置。
前記第２のフィードバックループが前記誤差信号を積分する積分器を備える、請求項１に記載の装置。
ＤＣ入力電力をＡＣ出力電力に変換する方法であって、
最大電力点（ＭＰＰ）を決定するステップと、
前記ＭＰＰの近くで変換モジュールを動作させるステップと、
を含み、
ＭＰＰを決定する前記ステップ及び変換モジュールを動作させる該ステップが、第１のフィードバックループによって実施され、
前記変換モジュールにおけるエネルギ蓄積とエネルギ供給との差を決定するステップと、
前記差を表す誤差信号を生成するステップと、
前記ＭＰＰへと駆動するよう前記変換モジュールの少なくとも一つの動作パラメータを調整するために、前記第１のフィードバックループに前記誤差信号を結合するステップと、
を更に含み、
差を決定する前記ステップ、誤差信号を生成する前記ステップ、及び、前記誤差信号を結合する前記ステップが、第２のフィードバックループによって実施される、
方法。
前記エネルギ蓄積及びエネルギ供給がキャパシタによって実行される、請求項７に記載の方法。
前記誤差信号が、第１の電力測定量と第２の電力測定量との間の差に基づいて決定される、請求項７に記載の方法。
前記第１の電力測定量が、商用電力グリッドのサイクルの第１の位相範囲の間に前記ＤＣ入力電力を測定した量であり、前記第２の電力測定量が、前記サイクルの第２の位相範囲の間に前記ＤＣ入力電力を測定した量である、請求項９に記載の方法。
前記第１の電力測定量が、前記第１の位相範囲の間の平均ＤＣ入力電力を含み、前記第２の電力測定量が、前記第２の位相範囲の間の平均ＤＣ入力電力を含む、請求項９に記載の方法。
前記第１の位相範囲及び前記第２の位相範囲が等しい長さである、請求項９に記載の方法。
前記誤差信号を積分するステップを更に含む、請求項７に記載の方法。
ＤＣ入力電力をＡＣ出力電力に変換するシステムであって、
少なくとも一つの光電池（ＰＶ）モジュールと、
入力キャパシタを有する少なくとも一つの変換モジュールと、
最大電力点（ＭＰＰ）を決定し、前記ＭＰＰの近くで前記変換モジュールを作動させる少なくとも一つの第１のフィードバックループと、
前記入力キャパシタによるエネルギ蓄積とエネルギ供給との差を決定し、該差を表す誤差信号を生成し、前記ＭＰＰへと駆動するよう前記少なくとも一つの変換モジュールの少なくとも一つの動作パラメータを調整するために、前記誤差信号を前記少なくとも一つの第１のフィードバックループに結合する少なくとも一つの第２のフィードバックループと、
を備えるシステム。
前記誤差信号が、第１の電力測定量と第２の電力測定量との間の差に基づいて決定される、請求項１４に記載のシステム。
前記第１の電力測定量が、商用電力グリッドのサイクルの第１の位相範囲の間に前記ＤＣ入力電力を測定した量であり、前記第２の電力測定量が、前記サイクルの第２の位相範囲の間に前記ＤＣ入力電力を測定した量である、請求項１５に記載のシステム。
前記少なくとも一つの変換モジュールに結合された少なくとも一つのＤＣ−ＤＣコンバータを更に備える、請求項１４に記載のシステム。