JP2010231456A - Power supply system - Google Patents

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Kenji Nakakita
賢二 中北
Kiyotaka Takehara
清隆 竹原
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Panasonic Electric Works Co Ltd
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    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/66Regulating electric power
    • G05F1/67Regulating electric power to the maximum power available from a generator, e.g. from solar cell

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To maintain the output of a solar cell near the maximum power point while adopting configurations to intermittently instruct the operation of a power converter by communication. <P>SOLUTION: A DC power supply device 10 includes a power converter 13 for power-converting the output of a solar cell 11, and configured to supply a DC power to a main power supply device 30 which outputs a constant voltage and through a DC supply line Ld to load equipment 40. A power supply management part 20 intermittently acquires the output voltage and output currents of the solar cell 11 by communication, and intermittently applies a current command value to adjacent the output currents of the power converter 13 by communication. Furthermore, the power supply management part 20 includes: a main search part 25 for searching a voltage corresponding to the maximum output point of the solar cell 11 within a specific retrieval range; and a voltage maintaining part 26 for using the voltage searched by the main search part 25 for a target voltage, and for applying a current command value set to maintain the output voltage of the solar cell 11 to the target voltage to the DC power supply device 10. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、太陽電池の出力電力を電力変換する電力変換器を備えた直流電源装置から負荷に直流電力を供給する電源システムに関するものである。   The present invention relates to a power supply system that supplies DC power to a load from a DC power supply device that includes a power converter that converts power output from a solar cell.

一般に、住宅の屋根などに設置されるパネル状の太陽電池では、日射量(日射強度)と太陽電池の温度(パネル温度)とを主要因として電流電圧特性が変動することが知られている。したがって、太陽電池により発電した電力を負荷に供給するにあたっては、インバータやDC/DCコンバータのような電力変換器を用いて電力変換を行い、電力変換器の出力電圧や出力周波数が負荷の要求仕様に合致するように、電力変換器の動作を制御している。また、電力変換器には、太陽電池の時々の日射強度およびパネル温度に応じてつねに最大電力が得られるように、MTTP(Maximum Power Point Tracking=最大電力点追従)機能が設けられていることが多い(たとえば、特許文献1参照)。   In general, it is known that in a panel-like solar cell installed on a house roof or the like, current-voltage characteristics fluctuate mainly due to the amount of solar radiation (intensity of solar radiation) and the temperature of the solar cell (panel temperature). Therefore, when supplying the power generated by the solar cell to the load, power conversion is performed using a power converter such as an inverter or a DC / DC converter, and the output voltage and output frequency of the power converter are required specifications of the load. The operation of the power converter is controlled to meet the above. In addition, the power converter is provided with an MTTP (Maximum Power Point Tracking) function so that the maximum power can always be obtained according to the solar radiation intensity and the panel temperature of the solar cell. Many (see, for example, Patent Document 1).

特許文献1には、太陽電池の電力を電力変換器により直流電力に変換し、この直流電力を負荷および緩衝用の二次電池に供給する構成であって、MTTP機能を実現する技術として、太陽電池の出力電力が最大値となるときに電流電圧特性の接線の傾きが−45度になることに着目した技術が記載されている。すなわち、太陽電池の出力電圧および出力電流を検出し、検出電圧および検出電流に基づいて、電流電圧特性の接線の傾きが−45度になるように、電力変換器に設けたスイッチング素子のオンデューティ(時比率)を決定することによりMTTP機能を実現している。   Patent Document 1 discloses a configuration in which the power of a solar cell is converted into DC power by a power converter, and this DC power is supplied to a load and a buffer secondary battery. A technique is described that pays attention to the fact that the slope of the tangent of the current-voltage characteristic becomes −45 degrees when the output power of the battery reaches the maximum value. That is, the output voltage and output current of the solar cell are detected, and the on-duty of the switching element provided in the power converter is set so that the slope of the tangent of the current-voltage characteristic becomes −45 degrees based on the detected voltage and the detected current. By determining the (time ratio), the MTTP function is realized.

さらに、特許文献1には、太陽電池の出力電流と出力電圧との積を最大化するMTTP機能を実現するための従来の技術として、電力変換器の動作を制御する技術、電力変換器の出力電圧あるいは出力電流を最大化するように電力変換器の動作を制御する技術、パネル温度を計測して動作点を制御する技術が記載されている。   Furthermore, Patent Document 1 discloses a technique for controlling the operation of a power converter, an output of a power converter as a conventional technique for realizing an MTTP function that maximizes the product of the output current and output voltage of a solar cell. A technique for controlling the operation of the power converter so as to maximize the voltage or output current and a technique for controlling the operating point by measuring the panel temperature are described.

特許第3394996号公報Japanese Patent No. 3394996

ところで、太陽電池の電力を負荷に供給するにあたり、パワーコントローラあるいはパワーコンディショナと称する装置を用いて交流電力に変換し、商用電源などの交流系統と系統連系を行う技術が従来から知られている。系統連系を行う場合には、太陽電池の発電電力が負荷で消費される電力を上回って余剰電力が生じたときに、余剰電力を系統に逆潮流させることにより、電力会社に対して売電を行うことが可能になっている場合が多い。   By the way, when supplying the electric power of a solar cell to a load, a technique for converting to AC power using a device called a power controller or a power conditioner and performing system interconnection with an AC system such as a commercial power source has been conventionally known. Yes. When grid connection is performed, when surplus power is generated exceeding the power consumed by the solar battery, the surplus power is reversely flowed through the grid to sell power to the power company. In many cases.

すなわち、太陽電池の出力電力をつねに最大化するように電力変換器(インバータ)の動作を制御している間に余剰電力が発生しても、売電によって余剰電力を無駄なく利用することが可能になっている。ただし、系統側に停電が発生した場合には、電力変換器と系統との間に設けた解列開閉器の開放により系統分離を行い、系統側の異常時に太陽電池で発電された電流が系統側の配線に流れることを防止している。また、系統分離の状態においては、太陽電池の発電電力を負荷の要求する電力と均衡させることが困難であり、太陽電池の出力電力を最大化することが困難であるから、電力変換器を停止させて負荷への供給も停止している場合が多い。   In other words, even if surplus power is generated while controlling the operation of the power converter (inverter) so that the output power of the solar cell is always maximized, it is possible to use surplus power without waste by selling electricity. It has become. However, if a power outage occurs on the grid side, the system is separated by opening the disconnect switch provided between the power converter and the grid, and the current generated by the solar cell when the grid side malfunctions This prevents it from flowing to the wiring on the side. Also, in the system separation state, it is difficult to balance the power generated by the solar cell with the power required by the load, and it is difficult to maximize the output power of the solar cell. In many cases, the supply to the load is stopped.

一方、上述した特許文献1に記載の技術のように直流電力を負荷に供給する場合には、電力変換器(DC/DCコンバータ)の出力側に二次電池を設けておき、余剰電力を二次電池に蓄電することで、電力変換器の出力電力の変動を緩衝することが考えられている。   On the other hand, when supplying DC power to the load as in the technique described in Patent Document 1 described above, a secondary battery is provided on the output side of the power converter (DC / DC converter), and surplus power is It is considered that the fluctuation of the output power of the power converter is buffered by storing in the secondary battery.

太陽電池の出力電力に合わせて電力変換器の動作を連続的に制御する場合は、上述した技術によりMTTP機能を付与することが可能であるが、通信技術を用いて電力変換器の動作を他の装置から指示する場合には通信路のトラフィックなどの制限によって、電力変換器の動作の指示を間欠的にしか与えることができないから、最大電力点を維持することは困難である。   When continuously controlling the operation of the power converter according to the output power of the solar cell, it is possible to add the MTTP function by the above-described technology. In the case of instructing from this device, it is difficult to maintain the maximum power point because the operation of the power converter can be given only intermittently due to restrictions on the traffic on the communication path.

また、MTTP機能を実現するには最大電力点を探索する期間が必要であるが、電力変換器への動作指示を通信により間欠的に行う構成を採用すると、太陽電池の最大電力点を探索する処理に比較的長い時間を要するから、最大電力点の探索処理が占める時間の割合が多くなる。比較的短い時間内では最大電力点の変動は少ないと考えられるが、探索処理の間には太陽電池の出力電力は大部分の期間において最大電力点ではないから、間欠的に通信を行って探索処理を継続していると、最大電力点ではない期間の占有割合が非常に多くなり、最大電力点が維持されないことになる。つまり、通信により電力変換器の制御を間欠的に行う構成においてMTTP機能を実現しようとすれば、電力変換器を連続的に制御する場合と同様の技術を採用しても、最大電力点を維持することができず、結果的に太陽電池で発電した電力の利用効率が低下するという問題が生じる。   Further, in order to realize the MTTP function, a period for searching for the maximum power point is required. However, if a configuration in which an operation instruction to the power converter is intermittently performed by communication is employed, the maximum power point of the solar cell is searched. Since the process takes a relatively long time, the ratio of the time occupied by the search process for the maximum power point increases. Although the fluctuation of the maximum power point is considered to be small within a relatively short time, the output power of the solar cell is not the maximum power point for most of the period during the search process. If the processing is continued, the occupation ratio of the period that is not the maximum power point becomes very large, and the maximum power point is not maintained. In other words, if the MTTP function is to be realized in a configuration in which the power converter is intermittently controlled by communication, the maximum power point is maintained even if the same technology as that for continuously controlling the power converter is adopted. As a result, there arises a problem that the utilization efficiency of the power generated by the solar cell is lowered.

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、電力変換器の動作を通信により間欠的に指示する構成を採用しながらも太陽電池の出力が最大電力点付近に維持されるようにした電源システムを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-mentioned reasons, and its purpose is to maintain the output of the solar cell near the maximum power point while adopting a configuration in which the operation of the power converter is intermittently instructed by communication. An object of the present invention is to provide a power supply system adapted to the above.

請求項1の発明は、定電圧の直流電力を出力し直流供給線路を介して負荷機器に直流電力を供給する主電源装置と、太陽電池の出力を電力変換する電力変換器を備え主電源装置とともに直流供給線路を介して負荷機器に直流電力を供給する直流電源装置と、太陽電池の出力電圧および出力電流を直流電源装置との間の通信により間欠的に取得し、かつ電力変換器の出力電流を調節する電流指令値を直流電源装置に対して通信により間欠的に与える電源管理部とを有し、電源管理部は、太陽電池の最大出力点に対応する電圧を規定の探索範囲内で探索するメインサーチ部と、メインサーチ部で求めた電圧を目標電圧とし通信により取得した太陽電池の出力電圧を目標電圧に維持させるように設定した電流指令値を直流電源装置に与える電圧維持部とを備えることを特徴とする。   The invention according to claim 1 includes a main power supply device that outputs DC power of a constant voltage and supplies DC power to a load device via a DC supply line, and a power converter that converts the output of the solar cell to power. Together with the DC power supply that supplies DC power to the load equipment via the DC supply line, and the output voltage and output current of the solar cell are obtained intermittently by communication between the DC power supply and the output of the power converter A power management unit that intermittently applies a current command value for adjusting current to the DC power supply by communication, and the power management unit sets a voltage corresponding to the maximum output point of the solar cell within a specified search range. The main search unit to search, and the voltage maintenance that gives the DC power supply device a current command value set to maintain the output voltage of the solar cell acquired by communication with the voltage obtained by the main search unit as the target voltage Characterized in that it comprises and.

請求項2の発明では、請求項1の発明において、前記太陽電池の出力電圧を平滑して前記電力変換器に入力する平滑コンデンサが付加され、前記電源管理部には、太陽電池の出力電圧が規定値以下であるときに前記電力変換器を停止させることにより平滑コンデンサの両端電圧を上昇させるとともに、太陽電池の出力電圧が上昇する間に最大電力点に対応する電圧を求めるプレサーチ部が付加され、前記メインサーチ部は、プレサーチ部により求めた最大電力点の電圧に基づいてプレサーチ部での電圧変化よりも狭い探索範囲を設定することを特徴とする。   In the invention of claim 2, in the invention of claim 1, a smoothing capacitor for smoothing the output voltage of the solar cell and inputting it to the power converter is added, and the output voltage of the solar cell is supplied to the power management unit. When the power converter is below the specified value, the power converter is stopped to increase the voltage across the smoothing capacitor, and a pre-search unit is added to find the voltage corresponding to the maximum power point while the output voltage of the solar cell rises. The main search unit sets a search range narrower than the voltage change in the pre-search unit based on the voltage at the maximum power point obtained by the pre-search unit.

請求項3の発明では、請求項1又は2の発明において、前記電圧維持部は、前記目標電圧の設定後に同じ目標電圧を用いている状態が規定の維持時間に達したときには、前記メインサーチ部により最大電力点を探索して目標電圧を更新することを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the invention, the voltage maintaining unit is configured such that when the state where the same target voltage is used after the setting of the target voltage reaches a predetermined maintaining time, the main search unit To search for the maximum power point and update the target voltage.

請求項4の発明では、請求項1〜3のいずれかの発明において、前記電圧維持部は、前記太陽電池の出力電力が探索された最大電力点の電力値に対して所定の許容範囲を超えて変動した場合と、前記太陽電池の出力電圧が前記目標電圧に対して所定の許容範囲を超えて変動した場合との少なくとも一方において、前記メインサーチ部により最大電力点を探索して目標電圧を更新することを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the voltage maintaining unit exceeds a predetermined allowable range with respect to a power value at a maximum power point at which the output power of the solar cell is searched. And at least one of when the output voltage of the solar cell fluctuates beyond a predetermined allowable range with respect to the target voltage, the main search unit searches for the maximum power point and sets the target voltage. It is characterized by updating.

請求項5の発明では、請求項1〜4のいずれかの発明において、前記電圧維持部は、前記太陽電池の出力電圧が前記目標電圧よりも低い場合に、次の通信時に前記直流電源装置に与える電流指令値を現在の電流指令値よりも低くし、太陽電池に対する前記電力変換器による負荷量を低減させて太陽電池の出力電圧を上昇させることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to fourth aspects, when the output voltage of the solar cell is lower than the target voltage, the voltage maintaining unit is connected to the DC power supply device during the next communication. The current command value to be applied is made lower than the current current command value, and the load amount by the power converter for the solar cell is reduced to increase the output voltage of the solar cell.

請求項6の発明では、請求項1〜5のいずれかの発明において、前記電圧維持部は、前記太陽電池の出力電圧が前記目標電圧よりも高い場合に、次の通信時に前記直流電源装置に与える電流指令値を現在の電流指令値よりも高くし、太陽電池に対する前記電力変換器による負荷量を増加させて太陽電池の出力電圧を低下させることを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to fifth aspects, when the output voltage of the solar cell is higher than the target voltage, the voltage maintaining unit is connected to the DC power supply device during the next communication. The current command value to be applied is set higher than the current current command value, and the load amount by the power converter for the solar cell is increased to decrease the output voltage of the solar cell.

請求項7の発明では、請求項1〜4のいずれかの発明において、前記電圧維持部は、前記太陽電池の出力電圧が前記目標電圧と異なる場合に、次の通信時に前記直流電源装置に与える電流指令値を一定の刻み幅だけ変化させ、太陽電池に対する前記電力変換器による負荷量を増減させて太陽電池の出力電圧を目標電圧に近づけることを特徴とする。   According to a seventh aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects of the present invention, when the output voltage of the solar cell is different from the target voltage, the voltage maintaining unit supplies the DC power supply device during the next communication. The current command value is changed by a certain step size, and the load amount by the power converter for the solar cell is increased or decreased to bring the output voltage of the solar cell closer to the target voltage.

請求項8の発明では、請求項1〜4のいずれかの発明において、前記電圧維持部は、前記太陽電池の出力電圧が前記目標電圧と異なる場合に、太陽電池の出力電力と前記電力変換器の出力電圧とに基づいて次の通信時に前記直流電源装置に与える電流指令値を求め、太陽電池に対する前記電力変換器による負荷量を増減させて太陽電池の出力電圧を目標電圧に近づけることを特徴とする。   According to an eighth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to fourth aspects, when the output voltage of the solar cell is different from the target voltage, the voltage maintaining unit and the output power of the solar cell and the power converter A current command value to be given to the DC power supply device at the time of next communication is obtained based on the output voltage of the solar cell, and the load amount by the power converter for the solar cell is increased or decreased to bring the output voltage of the solar cell closer to the target voltage. And

請求項1の発明の構成によれば、太陽電池の出力電圧および出力電流を間欠的に取得するとともに、太陽電池の出力を電力変換する電力変換器に出力電流を決める電流指令値を間欠的に与える構成の電源システムにおいて、太陽電池の最大出力点に対応する電圧を求めて目標電圧とし、目標電圧を維持するように電流指令値を調節する構成を採用しているから、太陽電池の出力電圧および出力電流を取得する時間間隔および電力変換器に電流指令値を与える時間間隔が比較的長い場合でも、太陽電池を最大電力点付近で動作させることが可能になり、変換効率の高い状態で太陽電池に発電させることができる。   According to the configuration of the invention of claim 1, the output voltage and output current of the solar cell are obtained intermittently, and the current command value that determines the output current is intermittently supplied to the power converter that converts the output of the solar cell to power. In the power supply system of the given configuration, the voltage corresponding to the maximum output point of the solar cell is obtained and set as the target voltage, and the current command value is adjusted so as to maintain the target voltage. Even when the time interval for acquiring the output current and the time interval for giving the current command value to the power converter are relatively long, the solar cell can be operated near the maximum power point, and The battery can generate electricity.

請求項2の発明の構成によれば、太陽電池の出力電圧を平滑コンデンサにより平滑しているから、雲の影などによって太陽電池の出力電力が一時的に変動しても太陽電池の出力電力の変動を抑制することができる。また、初起動時や朝に起動するときのように、太陽電池の出力電圧が0Vないし低電圧である状態から上昇する際に、電力変換器を停止させた状態で平滑コンデンサの両端電圧を急速に上昇させることで、比較的短時間で最大電力点を検出することが可能になる。   According to the configuration of the invention of claim 2, since the output voltage of the solar cell is smoothed by the smoothing capacitor, even if the output power of the solar cell fluctuates temporarily due to a shadow of a cloud or the like, Variations can be suppressed. Also, when the output voltage of the solar cell rises from 0V or a low voltage, such as when starting for the first time or in the morning, the voltage across the smoothing capacitor is rapidly increased with the power converter stopped. As a result, the maximum power point can be detected in a relatively short time.

ただし、通信を間欠的に行っているから、平滑コンデンサの充電に伴って太陽電池の出力電圧が上昇する間に最大電力点を精度よく検出することはできない。そこで、上述のようにして求めた最大電力点に基づいて比較的狭い探索範囲を設定し、絞り込んだ探索範囲で最大電力点を求めることにより、比較的短い時間で最大電力点を精度よく求めることが可能になる。すなわち、最大電力点の探索処理が占有する時間を短くして、最大電力点の維持に利用する時間の割合を増加させることができるから、太陽電池で発電した電力の利用効率をさらに高めることができる。   However, since communication is performed intermittently, the maximum power point cannot be accurately detected while the output voltage of the solar cell rises as the smoothing capacitor is charged. Therefore, a relatively narrow search range is set based on the maximum power point obtained as described above, and the maximum power point is accurately obtained in a relatively short time by obtaining the maximum power point in the narrowed search range. Is possible. That is, since the time occupied by the search process for the maximum power point can be shortened and the ratio of the time used for maintaining the maximum power point can be increased, the utilization efficiency of the power generated by the solar cell can be further increased. it can.

請求項3の発明の構成によれば、目標電圧を更新することなく維持時間が経過したときに、最大電力点を再探索して目標電圧を更新することにより、太陽の高度の変化などによる日照量やパネル温度の緩やかな変化に対応して目標電圧を変更することができ、最大電力点の変化に対する追従性を高めることができる。   According to the configuration of the invention of claim 3, when the maintenance time elapses without updating the target voltage, the maximum power point is re-searched and the target voltage is updated, so that sunlight due to changes in the altitude of the sun, etc. The target voltage can be changed in response to a gradual change in the amount and the panel temperature, and the followability to the change in the maximum power point can be improved.

請求項4の発明の構成によれば、太陽電池の出力電力と出力電圧との少なくとも一方に許容範囲を超える変化が生じたときには、ただちに目標電圧を更新して最大電力点の急激な変化に追従することが可能になる。   According to the configuration of the invention of claim 4, when a change exceeding the allowable range occurs in at least one of the output power and the output voltage of the solar cell, the target voltage is immediately updated to follow the rapid change in the maximum power point. It becomes possible to do.

請求項5の発明の構成によれば、電力変換器に与える電流指令値を低くして太陽電池の負荷量を低減させ、結果的に太陽電池の出力電圧を上昇方向に変化させることができる。   According to the configuration of the invention of claim 5, the current command value given to the power converter can be lowered to reduce the load amount of the solar cell, and as a result, the output voltage of the solar cell can be changed in the increasing direction.

請求項6の発明の構成によれば、電力変換器に与える電流指令値を高くして太陽電池の負荷量を増加させ、結果的に太陽電池の出力電圧を低下方向に変化させることができる。   According to the configuration of the invention of claim 6, the current command value given to the power converter can be increased to increase the load amount of the solar cell, and as a result, the output voltage of the solar cell can be changed in the decreasing direction.

請求項7の発明の構成によれば、太陽電池の出力電圧が目標電圧と異なるときに、通信毎に電流指令値を一定の刻み幅で変化させることにより、電力変換器による太陽電池の負荷量を変化させて、太陽電池の出力電圧を目標電圧に近づけるから、太陽電池の出力電圧が一時的に大きく変化したとしても負荷量の変化が緩やかになり、オーバーシュートやアンダーシュートが生じにくいという利点がある。   According to the configuration of the invention of claim 7, when the output voltage of the solar cell is different from the target voltage, the load amount of the solar cell by the power converter is changed by changing the current command value with a constant step size for each communication. Since the output voltage of the solar cell is brought close to the target voltage by changing the load, even if the output voltage of the solar cell changes greatly temporarily, the change in the load amount becomes gradual, and overshoot and undershoot are less likely to occur There is.

請求項8の発明の構成によれば、太陽電池の出力電圧が目標電圧と異なるときに、太陽電池の出力電力と電力変換器の出力電圧とに基づいて次の電流指令値を決定するから、電流指令値の変化幅を動的に変化させることができ、太陽電池の出力電圧を目標電圧に正確かつ迅速に近づけることが可能になる。   According to the configuration of the invention of claim 8, when the output voltage of the solar cell is different from the target voltage, the next current command value is determined based on the output power of the solar cell and the output voltage of the power converter. The change width of the current command value can be dynamically changed, and the output voltage of the solar cell can be brought close to the target voltage accurately and quickly.

実施形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows embodiment. 太陽電池の動作特性を示す図である。It is a figure which shows the operating characteristic of a solar cell. 実施形態に用いる電力変換器の出力特性を示す動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing which shows the output characteristic of the power converter used for embodiment. 実施形態に用いる電力変換器の一構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows one structural example of the power converter used for embodiment. 実施形態における動作の概要を示す動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing which shows the outline | summary of the operation | movement in embodiment. 同上に用いる電源管理部を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the power management part used for the same as the above. 実施形態1を示す動作説明図である。FIG. 3 is an operation explanatory diagram illustrating the first embodiment. 実施形態2を示す動作説明図である。FIG. 10 is an operation explanatory diagram illustrating the second embodiment.

(基本構成)
以下の実施形態では、図1に示すシステム構成を例として説明する。図示例では、住宅のような建物の屋根などに設置した太陽電池11の出力を入力電源に用いて直流電力を出力する電力変換器13を直流電源装置10に設けてある。直流電源装置10は建物内に配線した直流供給線路Ldを介して負荷機器40に給電し、負荷機器40は直流供給線路Ldを通して供給される直流電力により動作する。ただし、図に示す構成は、本発明の要旨の説明に用いるものであり、本発明の適用範囲を制限する趣旨ではない。
(Basic configuration)
In the following embodiment, the system configuration shown in FIG. 1 will be described as an example. In the illustrated example, the DC power supply device 10 is provided with a power converter 13 that outputs DC power using the output of the solar cell 11 installed on the roof of a building such as a house as an input power source. The DC power supply device 10 supplies power to the load device 40 through a DC supply line Ld wired in the building, and the load device 40 operates with DC power supplied through the DC supply line Ld. However, the configuration shown in the figure is used to explain the gist of the present invention, and is not intended to limit the scope of application of the present invention.

直流電源装置10は、太陽電池11の出力端間に平滑コンデンサ12を並列に接続してある。すなわち、電力変換器13の入力側に平滑コンデンサ12を設けることにより、日射強度やパネル温度の変化に伴う太陽電池11の発電量の変動による電力変換器13の入力への影響を軽減している。   In the DC power supply device 10, a smoothing capacitor 12 is connected in parallel between output terminals of the solar cell 11. That is, by providing the smoothing capacitor 12 on the input side of the power converter 13, the influence on the input of the power converter 13 due to fluctuations in the amount of power generated by the solar cell 11 due to changes in solar radiation intensity or panel temperature is reduced. .

すなわち、太陽電池11の発電量が電力変換器13が要求する電力を超えるときには、平滑コンデンサ12に余剰電力を蓄電することにより電力変換器13の出力電力の増加を抑制し、また、太陽電池11の発電量では電力変換器13が要求する電力を充足できないときには、平滑コンデンサ12に蓄電した電荷を放電することにより、電力変換器13の出力電力の低下を抑制するのである。平滑コンデンサ12には、電気二重層コンデンサ(EDLC=Electric Double Layer Capacitor)を用いる。   That is, when the power generation amount of the solar cell 11 exceeds the power required by the power converter 13, the increase in output power of the power converter 13 is suppressed by storing surplus power in the smoothing capacitor 12, and the solar cell 11. When the amount of power generated cannot satisfy the power required by the power converter 13, the charge stored in the smoothing capacitor 12 is discharged, thereby suppressing the decrease in the output power of the power converter 13. As the smoothing capacitor 12, an electric double layer capacitor (EDLC) is used.

直流電源装置10には、太陽電池11の出力電流を検出する電流センサ14と、電力変換器13の入力電圧を太陽電池11の出力電圧とみなして検出する電圧センサ15とが設けられる。電力変換器13は、後述するように、外部から与えられる電流指令値に基づいて出力電流を調節する機能を有しており、出力電流および出力電圧を監視する機能を有している。   The DC power supply device 10 is provided with a current sensor 14 that detects the output current of the solar battery 11 and a voltage sensor 15 that detects the input voltage of the power converter 13 as the output voltage of the solar battery 11. As will be described later, the power converter 13 has a function of adjusting the output current based on a current command value given from the outside, and has a function of monitoring the output current and the output voltage.

電流センサ14および電圧センサ15により検出した太陽電池11の出力電流および出力電圧と、電力変換器13への電流指令値と、電力変換器13の出力電流および出力電圧とは、通信部16を通して後述する電源管理部20との間で授受される。   The output current and output voltage of the solar cell 11 detected by the current sensor 14 and the voltage sensor 15, the current command value to the power converter 13, and the output current and output voltage of the power converter 13 will be described later through the communication unit 16. Exchanged with the power management unit 20.

直流電源装置10から出力される直流電力は直流供給線路Ldに供給される。本実施形態では、直流供給線路Ldには、直流供給線路Ldから直流電力が供給されることにより動作する負荷41を備えた負荷機器40に加えて、商用電源のような交流電源ACから直流電力に電力変換を行うAC/DCコンバータとしての電力変換器31を備えた主電源装置30と、直流電源装置10の余剰電力により蓄電される二次電池51を備えた補助電源装置50とが接続される。図示しないが、直流供給線路Ldには、風力発電機、内燃機関で駆動される発電機、燃料電池などを用いて発電する直流電源を接続してもよい。   The DC power output from the DC power supply device 10 is supplied to the DC supply line Ld. In the present embodiment, the DC power supply line Ld is supplied with DC power from an AC power supply AC such as a commercial power supply, in addition to the load device 40 having a load 41 that operates when DC power is supplied from the DC power supply line Ld. Are connected to a main power supply device 30 provided with a power converter 31 as an AC / DC converter that performs power conversion, and an auxiliary power supply device 50 provided with a secondary battery 51 stored by surplus power of the DC power supply device 10. The Although not shown, the DC supply line Ld may be connected to a DC power source that generates power using a wind power generator, a generator driven by an internal combustion engine, a fuel cell, or the like.

直流電源装置10と主電源装置30と負荷機器40と補助電源装置50とは、直流供給線路Ldを通して通信を行う機能を有している。実際には、主電源装置30に設けた電源管理部20が、直流電源装置10、負荷機器40、補助電源装置50との間で直流供給線路Ldを通して有線で通信を行うことにより、直流電源装置10、主電源装置30、負荷機器40、補助電源装置50の状態監視と動作の指示とを行う。したがって、直流電源装置10だけではなく、負荷機器40および補助電源装置50にも通信部42,52が設けられる。さらに、電源管理部20にも通信部21(図6参照)が設けられる。   The DC power supply device 10, the main power supply device 30, the load device 40, and the auxiliary power supply device 50 have a function of performing communication through the DC supply line Ld. Actually, the power supply management unit 20 provided in the main power supply device 30 performs wired communication with the DC power supply device 10, the load device 40, and the auxiliary power supply device 50 through the DC supply line Ld, whereby the DC power supply device. 10. Monitors the status of the main power supply device 30, the load device 40, and the auxiliary power supply device 50 and instructs the operation. Therefore, not only the DC power supply device 10 but also the load device 40 and the auxiliary power supply device 50 are provided with the communication units 42 and 52. Furthermore, the power management unit 20 is also provided with a communication unit 21 (see FIG. 6).

電源管理部20の主要な動作は、負荷機器40からの要求電力が直流電源装置10と主電源装置30と補助電源装置50とからの供給電力で充足されるように供給電力を配分することと、太陽電池11がつねに最大電力点で発電を行うように直流電源装置10および補助電源装置50の動作を制御することとである。   The main operation of the power management unit 20 is to distribute the supply power so that the required power from the load device 40 is satisfied by the supply power from the DC power supply device 10, the main power supply device 30, and the auxiliary power supply device 50. In other words, the operations of the DC power supply device 10 and the auxiliary power supply device 50 are controlled so that the solar battery 11 always generates power at the maximum power point.

すなわち、電源管理部20は、補助電源装置50に設けた二次電池51の充電率が規定範囲に維持されるように、二次電池51の充放電を管理している。具体的には、直流電源装置10から供給可能な電力が負荷機器40の要求電力よりも大きいときには、余剰電力により二次電池51を充電し、直流電源装置10から供給可能な電力が負荷機器40の要求電力よりも小さく、かつ二次電池51の充電率が上記規定範囲の下限以上であるときには、二次電池51から放電する。要するに、補助電源装置50は、直流電源装置10の出力電力の変動を緩衝する機能を有している。   That is, the power management unit 20 manages the charging / discharging of the secondary battery 51 so that the charging rate of the secondary battery 51 provided in the auxiliary power device 50 is maintained within a specified range. Specifically, when the power that can be supplied from the DC power supply device 10 is larger than the required power of the load device 40, the secondary battery 51 is charged with surplus power, and the power that can be supplied from the DC power supply device 10 is supplied to the load device 40. When the charging power of the secondary battery 51 is less than the lower limit of the specified range, the secondary battery 51 is discharged. In short, the auxiliary power supply device 50 has a function of buffering fluctuations in the output power of the DC power supply device 10.

さらに、負荷機器40の要求電力が直流電源装置10と補助電源装置50との出力電力では充足できない場合には、主電源装置30からの電力により不足分が充足される。主電源装置30は後述するように定電圧電源としての電力変換器31を備えているから、負荷機器40の要求電力に対して直流電源装置10と補助電源装置50との出力電力が不足するときには、主電源装置30が不足分の電力を自動的に供給することになる。   Furthermore, when the required power of the load device 40 cannot be satisfied by the output power of the DC power supply device 10 and the auxiliary power supply device 50, the shortage is satisfied by the power from the main power supply device 30. Since the main power supply device 30 includes a power converter 31 as a constant voltage power supply as will be described later, when the output power of the DC power supply device 10 and the auxiliary power supply device 50 is insufficient with respect to the required power of the load device 40. The main power supply 30 automatically supplies the insufficient power.

電源管理部20と、直流電源装置10、負荷機器40、補助電源装置50との間の通信に用いる信号伝送方式には、直流供給線路Ldに印加される直流電圧に高周波の伝送信号を重畳させる方式を用いている。すなわち、直流供給線路Ldを電力供給と信号伝送とに共用した直流電力線搬送通信を用いる。本実施形態では、直流電力線搬送通信を用いていることにより、直流電力を供給するための直流供給線路Ldとは別に通信用の信号線を付設する必要がないという利点を有している。ただし、本実施形態で用いる通信は比較的低速であり、通信の頻度が高くなりトラフィックが増加すると衝突や輻輳が生じるから、通信は比較的長い時間間隔(たとえば、2秒間隔)で間欠的に行われる。   In the signal transmission method used for communication between the power management unit 20 and the DC power supply device 10, the load device 40, and the auxiliary power supply device 50, a high-frequency transmission signal is superimposed on the DC voltage applied to the DC supply line Ld. The method is used. That is, DC power line carrier communication in which the DC supply line Ld is shared for power supply and signal transmission is used. In the present embodiment, since the DC power line carrier communication is used, there is an advantage that it is not necessary to provide a communication signal line separately from the DC supply line Ld for supplying DC power. However, the communication used in the present embodiment is relatively slow, and collision and congestion occur when the frequency of communication increases and traffic increases. Therefore, communication is intermittently performed at relatively long time intervals (for example, every 2 seconds). Done.

ところで、太陽電池11の出力における電力電圧特性は、図2のような単峰型になることが知られており、頂点(最大電力点)の位置は、図2に示すように、日射強度やパネル温度に応じて変化する。具体的には、図2(a)のように、日射強度が高い場合(曲線イ)は、日射強度が低い場合(曲線ロ)よりも頂点(最大電力点)の電力が大きくなるとともに、頂点位置に対応する出力電圧が低下する。また、図2(b)のように、パネル温度が高い場合(曲線ハ)は、パネル温度が低い場合(曲線ニ)と頂点(最大電力点)の電力の大きさの変化は少ないが(パネル温度が高くなるほど電力が低下する傾向がある)、出力電圧が低下する。図2では最大電力点に対応する電圧を電力電圧特性の頂点位置を通る縦線で示している。   By the way, it is known that the power voltage characteristic at the output of the solar cell 11 is a single peak type as shown in FIG. 2, and the position of the apex (maximum power point) is as shown in FIG. Varies depending on panel temperature. Specifically, as shown in FIG. 2A, when the solar radiation intensity is high (curve A), the power at the vertex (maximum power point) becomes larger than when the solar radiation intensity is low (curve B), and the vertex The output voltage corresponding to the position decreases. Further, as shown in FIG. 2B, when the panel temperature is high (curve c), the change in the magnitude of power at the low panel temperature (curve d) and the apex (maximum power point) is small (panel). As the temperature increases, the power tends to decrease), and the output voltage decreases. In FIG. 2, the voltage corresponding to the maximum power point is indicated by a vertical line passing through the apex position of the power voltage characteristic.

ところで、本実施形態に用いる直流電源装置10(実際には、電力変換器13)は、図3に示すように、電流指令値が一定であるときに、電圧電流特性が一定の傾きの傾斜を持つように構成してある。また、図3に示すように、電力変換器13に外部から電流指令値I1,I2を与えるとともに、直流供給線路Ldの線間に電圧Voを印加すると、電圧電流特性は、上述した傾きを持ち、かつ直流供給線路Ldに印加された電圧Voと電流指令値I1,I2との交点を通る直線上で変化する。電力変換器13に上述の特性を持たせる制御を傾斜制御と呼ぶ。   By the way, as shown in FIG. 3, the DC power supply device 10 (actually, the power converter 13) used in this embodiment has a constant slope of the voltage-current characteristic when the current command value is constant. It is configured to have. Further, as shown in FIG. 3, when the current command values I1 and I2 are given to the power converter 13 from the outside and the voltage Vo is applied between the DC supply lines Ld, the voltage-current characteristics have the above-described slope. , And changes on a straight line passing through the intersection of the voltage Vo applied to the DC supply line Ld and the current command values I1 and I2. Control for giving the above-described characteristics to the power converter 13 is referred to as tilt control.

上述した傾斜制御を行うために、本実施形態の電力変換器13は、図4の構成を有している。図示例では、太陽電池11の出力電圧を降圧する降圧チョッパ回路61に設けたスイッチング素子(図示せず)のオンデューティを変化させることによって出力を制御するPWM制御を行っている。ここに、降圧チョッパ回路61では、スイッチング素子のオンデューティが小さくなるほど出力が低下する。   In order to perform the inclination control described above, the power converter 13 of the present embodiment has the configuration of FIG. In the illustrated example, PWM control is performed to control the output by changing the on-duty of a switching element (not shown) provided in the step-down chopper circuit 61 that steps down the output voltage of the solar cell 11. Here, in the step-down chopper circuit 61, the output decreases as the on-duty of the switching element decreases.

電力変換器13は、降圧チョッパ回路61の出力電流を検出する電流検出部62と、電力変換器13の出力端間(つまり、直流供給線路Ldの線間)の電圧を検出する電圧検出部63とを備える。電流検出部62は、降圧チョッパ回路61の出力電流の瞬時的な変動が検出電流に影響しないように適宜の時定数を持たせて出力電流を平滑した検出電流を出力する。   The power converter 13 includes a current detection unit 62 that detects the output current of the step-down chopper circuit 61 and a voltage detection unit 63 that detects a voltage between the output terminals of the power converter 13 (that is, between the DC supply lines Ld). With. The current detection unit 62 outputs a detection current obtained by smoothing the output current with an appropriate time constant so that instantaneous fluctuation of the output current of the step-down chopper circuit 61 does not affect the detection current.

電流検出部62による検出電流は、誤差増幅器64により外部から与えられる電流指令値と比較され、両者の差分に比例した電圧信号が差動増幅器65に与えられる。差動増幅器65には、電圧検出器63による検出電圧も入力される。差動増幅器65の出力は、電流指令値に対する検出電流が減少するほど上昇するとともに、電流指令値に対する検出電流が増加するほど低下し、検出電圧が増加するほど低下する。   The current detected by the current detector 62 is compared with a current command value given from the outside by the error amplifier 64, and a voltage signal proportional to the difference between the two is given to the differential amplifier 65. A detection voltage from the voltage detector 63 is also input to the differential amplifier 65. The output of the differential amplifier 65 increases as the detection current for the current command value decreases, decreases as the detection current for the current command value increases, and decreases as the detection voltage increases.

差動増幅器65の出力電圧は、三角波発生部66から出力される三角波とともにコンパレータ67に入力され、コンパレータ67で差動増幅器65の出力電圧と三角波の電圧とが比較されることにより、コンパレータ67から二値の矩形波信号が出力され、この矩形波信号により降圧チョッパ回路61のスイッチング素子のオンオフが制御される。   The output voltage of the differential amplifier 65 is input to the comparator 67 together with the triangular wave output from the triangular wave generator 66, and the comparator 67 compares the output voltage of the differential amplifier 65 with the triangular wave voltage. A binary rectangular wave signal is output, and on / off of the switching element of the step-down chopper circuit 61 is controlled by the rectangular wave signal.

上述した構成の電力変換器13を用いることにより、電流検出部62による検出電流が電流指令値よりも増加すれば、コンパレータ67への入力電圧が上昇してスイッチング素子をオンオフさせる矩形波信号のオン期間が短くなり出力を低下させる。また、検出電流が電流指令値よりも減少すれば、コンパレータ67への入力電圧が低下して矩形波信号のオン期間が長くなり出力を上昇させる。つまり、電流検出部62による検出電流が電流指令値を保つようにフィードバック制御が行われる。   By using the power converter 13 having the above-described configuration, when the current detected by the current detection unit 62 increases beyond the current command value, the input voltage to the comparator 67 rises and the rectangular wave signal that turns on / off the switching element is turned on. The period is shortened and the output is reduced. Also, if the detected current decreases below the current command value, the input voltage to the comparator 67 decreases, the on period of the rectangular wave signal becomes longer, and the output increases. That is, feedback control is performed so that the current detected by the current detection unit 62 maintains the current command value.

一方、電圧検出部63による検出電圧が上昇すれば、コンパレータ67の入力電圧が低下するから、スイッチング素子をオンオフさせる矩形波信号のオン期間が長くなって出力がさらに上昇し、検出電圧が低下すれば、コンパレータ67の入力電圧が上昇するから、矩形波信号のオン期間が短くなって出力が低下する。   On the other hand, if the detection voltage by the voltage detection unit 63 increases, the input voltage of the comparator 67 decreases. Therefore, the ON period of the rectangular wave signal for turning on / off the switching element becomes longer, the output further increases, and the detection voltage decreases. For example, since the input voltage of the comparator 67 increases, the ON period of the rectangular wave signal is shortened and the output decreases.

このように、電力変換器13の出力電圧と出力電流との増減の変化は、降圧チョッパ回路61のスイッチング素子のオンオフを行う矩形波信号に対して相反する変化(電圧が上昇するか電流が減少するとパルス幅が増加、電圧が低下するか電流が増加するとパルス幅が減少)をもたらすから、上述した傾斜制御の動作が行われる。   As described above, the change in increase / decrease in the output voltage and output current of the power converter 13 is a change opposite to the rectangular wave signal for turning on / off the switching element of the step-down chopper circuit 61 (the voltage increases or the current decreases). Then, the pulse width increases, and when the voltage decreases or the current increases, the pulse width decreases.

ところで、主電源装置30に設けた電力変換器31は、スイッチング電源を用いたAC/DCコンバータであって定電圧を出力するように構成されている。主電源装置30は、交流電源ACを電源とし、出力電圧の変動が実質的に生じない容量を有している。すなわち、直流供給線路Ldの線間に印加される電圧は主電源装置30の出力電圧により規制されている。したがって、電圧検出部63による検出電圧は、降圧チョッパ回路61の出力の変動により瞬時的には変動するが、ほぼ定電圧に保たれることになる。   By the way, the power converter 31 provided in the main power supply device 30 is an AC / DC converter using a switching power supply, and is configured to output a constant voltage. The main power supply 30 uses an AC power supply AC as a power supply, and has a capacity that does not substantially cause variation in output voltage. That is, the voltage applied between the DC supply lines Ld is regulated by the output voltage of the main power supply device 30. Therefore, the voltage detected by the voltage detector 63 varies instantaneously due to variations in the output of the step-down chopper circuit 61, but is maintained at a substantially constant voltage.

以下に、電力変換器13の動作についてさらに詳しく説明する。まず、太陽電池11の出力電圧が変動した場合について説明する。太陽電池11の出力電圧が瞬時的に変動した場合は、平滑コンデンサ12により緩和され電力変換器13の入力電圧には影響しない。一方、太陽電池11の出力電圧の変動が平滑コンデンサ12では対応できないときには、電力変換器13の出力電圧および出力電流が変化する。いま、電力変換器13に対する負荷量が変化せずに、電力変換器13の入力電圧が変動したとすると、電力変換器13の出力電圧が変動する。   Hereinafter, the operation of the power converter 13 will be described in more detail. First, the case where the output voltage of the solar cell 11 fluctuates will be described. When the output voltage of the solar cell 11 fluctuates instantaneously, it is relaxed by the smoothing capacitor 12 and does not affect the input voltage of the power converter 13. On the other hand, when the smoothing capacitor 12 cannot cope with fluctuations in the output voltage of the solar battery 11, the output voltage and output current of the power converter 13 change. Now, assuming that the input voltage of the power converter 13 fluctuates without changing the load on the power converter 13, the output voltage of the power converter 13 fluctuates.

電力変換器13の出力の電圧電流特性は電流指令値により決まっているから、電力変換器13の入力電圧が変動して出力電圧が変動すると、電流指令値により定められた電圧電流特性に従って、降圧チョッパ回路61を駆動させる矩形波信号のオンデューティは、出力電流を電流指令値に合致させる方向に変化する。ただし、太陽電池11の発電量が変動しているから、電流指令値により定められた出力電流に対して不足または余剰を生じる可能性がある。   Since the voltage-current characteristic of the output of the power converter 13 is determined by the current command value, when the input voltage of the power converter 13 fluctuates and the output voltage fluctuates, the voltage is stepped down according to the voltage-current characteristic determined by the current command value. The on-duty of the rectangular wave signal that drives the chopper circuit 61 changes in a direction that matches the output current with the current command value. However, since the amount of power generated by the solar cell 11 is fluctuating, there is a possibility that the output current determined by the current command value will be insufficient or excessive.

このような不足や余剰に対しては、主電源装置20および補助電源装置50から供給する電荷量を調節することにより対応する。この対応を行うことによって、電力変換器13の出力は、電流指令値を変更するまで、負荷量の変動によらずに略一定に保たれることになる。   Such deficiencies and surpluses are dealt with by adjusting the amount of charge supplied from the main power supply device 20 and the auxiliary power supply device 50. By performing this correspondence, the output of the power converter 13 is kept substantially constant regardless of the load amount variation until the current command value is changed.

次に、電力変換器13に対する負荷量が変動した場合について説明する。電力変換器13に対する負荷量が変動した直後には、電圧検出部63による検出電圧が変動し、降圧チョッパ回路61を駆動する矩形波信号のオンデューティが変化する。電力変換器13は傾斜制御を行っているから、電流指令値に応じて決まる直線に沿って出力電流が変化し、直流供給線路Ldの線間電圧Voに達するまで出力電流が変化する。   Next, a case where the load amount on the power converter 13 varies will be described. Immediately after the load on the power converter 13 fluctuates, the voltage detected by the voltage detector 63 fluctuates, and the on-duty of the rectangular wave signal that drives the step-down chopper circuit 61 changes. Since the power converter 13 performs tilt control, the output current changes along a straight line determined according to the current command value, and the output current changes until the line voltage Vo of the DC supply line Ld is reached.

電力変換器13の出力電流は電流指令値により指示された電流値であり、この場合も電圧検出部63に要求される負荷量に対して不足または余剰を生じる可能性がある。このような不足や余剰に対しては、電力変換器13への入力電圧が変動した場合と同様の技術を用いて対応することができる。   The output current of the power converter 13 is a current value instructed by the current command value, and in this case as well, there is a possibility that a shortage or a surplus occurs with respect to the load amount required for the voltage detection unit 63. Such deficiencies and surpluses can be dealt with by using the same technique as when the input voltage to the power converter 13 fluctuates.

要するに、図1に示すように、太陽電池の直流電源装置10を直流供給線路Ldに接続して直流機器40に直流電力を供給する構成では、太陽電池11の出力変動や直流電源装置10の負荷量の変動によって電力変換器13の出力に不足や余剰が生じたときに商用電源の系統への逆潮流を行うことができない。ここで、不足に対しては、定電圧を出力している主電源装置30のみでも対応可能であるが、余剰分は逆潮流による解決を図ることができない。そこで、余剰があれば補助電源装置50に蓄積するのである。不足や余剰に対する動作の指示は電源管理部20が行う。   In short, as shown in FIG. 1, in the configuration in which the DC power supply device 10 of the solar cell is connected to the DC supply line Ld and DC power is supplied to the DC device 40, the output fluctuation of the solar cell 11 and the load of the DC power supply device 10. When there is a shortage or surplus in the output of the power converter 13 due to fluctuations in the amount, a reverse power flow to the commercial power supply system cannot be performed. Here, the shortage can be dealt with only by the main power supply device 30 that outputs a constant voltage, but the surplus cannot be solved by the reverse power flow. Therefore, if there is a surplus, it is stored in the auxiliary power supply 50. The power supply management unit 20 gives instructions for operations for deficiencies and surpluses.

次に、電流指令値を変更する場合について説明する。いま、図3に示す電流指令値I1を電流指令値I2(<I1)に変更するものとする。電流指令値I2への変更直後では、電流検出部62での検出電流は電流指令値I2よりも大きいから、降圧チョッパ回路61を駆動する方形波信号のオン期間が短くなり、降圧チョッパ回路61の出力が低下する。したがって、電圧検出部63による検出電圧が低下する。   Next, a case where the current command value is changed will be described. Assume that the current command value I1 shown in FIG. 3 is changed to a current command value I2 (<I1). Immediately after the change to the current command value I2, the current detected by the current detector 62 is larger than the current command value I2, so the on period of the square wave signal for driving the step-down chopper circuit 61 is shortened, and the step-down chopper circuit 61 Output decreases. Therefore, the detection voltage by the voltage detection part 63 falls.

ここで、電力変換器13に電流指令値I2が設定されたことにより、電力変換器13の電圧電流特性は、直流供給線路Ldの線間電圧Voと電流指令値I2との交点を通る直線になるから、降圧チョッパ回路61を駆動する方形波信号は、上記直線に沿って検出電流が変化するように変化し、検出電流が電流指令値I2が一致することになる。つまり、電力変換器13の出力電流が電流指令値I2により指示された電流になる。   Here, since the current command value I2 is set in the power converter 13, the voltage-current characteristic of the power converter 13 is a straight line passing through the intersection of the line voltage Vo of the DC supply line Ld and the current command value I2. Therefore, the square wave signal that drives the step-down chopper circuit 61 changes so that the detected current changes along the straight line, and the detected current matches the current command value I2. That is, the output current of the power converter 13 becomes the current indicated by the current command value I2.

上述のように、直流供給線路Ldの線間電圧は、主電源装置30の出力電圧によりほぼ一定に保たれているから、直流電源装置10に指示する電流指令値を変化させることによって、直流電源装置10の出力電圧はほぼ一定に保った状態で、出力電流を調節して出力電力を変化させることができる。すなわち、直流電源装置10の出力電力を調節することにより、電力変換器13が入力側(太陽電池11と平滑コンデンサ12)に要求する電力が変化し、太陽電池11に対する負荷量が変化する。   As described above, the line-to-line voltage of the DC supply line Ld is kept substantially constant by the output voltage of the main power supply device 30. Therefore, by changing the current command value instructed to the DC power supply device 10, the DC power supply The output power can be changed by adjusting the output current while the output voltage of the device 10 is kept substantially constant. That is, by adjusting the output power of the DC power supply device 10, the power required by the power converter 13 for the input side (solar cell 11 and smoothing capacitor 12) changes, and the load on the solar cell 11 changes.

したがって、太陽電池11の出力電力を最大化するように電力変換器13から入力側に要求する電力を決めることができればMTTP機能が実現される。すなわち、電力変換器13に対して適正な電流指令値を与えることにより、太陽電池11の出力電力を最大電力点に維持することが可能になる。以下の各実施形態では、MTTP機能を実現するための電流指令値を電力変換器31から与える技術について説明する。   Therefore, if the power required from the power converter 13 to the input side can be determined so as to maximize the output power of the solar cell 11, the MTTP function is realized. That is, by giving an appropriate current command value to the power converter 13, the output power of the solar cell 11 can be maintained at the maximum power point. In the following embodiments, a technique for giving a current command value for realizing the MTTP function from the power converter 31 will be described.

(実施形態1)
本実施形態では、MTTP機能を実現するのに必要な情報として、太陽電池11の出力電流、太陽電池11の出力電圧を検出し、太陽電池11の出力電力を算出する。また、本実施形態では、とくに説明しないが、直流電源装置10の出力電流および出力電圧とから直流電源装置10の出力電力を算出する。
(Embodiment 1)
In the present embodiment, as information necessary for realizing the MTTP function, the output current of the solar cell 11 and the output voltage of the solar cell 11 are detected, and the output power of the solar cell 11 is calculated. Further, in the present embodiment, although not specifically described, the output power of the DC power supply device 10 is calculated from the output current and output voltage of the DC power supply device 10.

太陽電池11の出力電流は、太陽電池11と平滑コンデンサ12との間に設けた電流センサ(たとえば、直流変流器)14により検出する。また、太陽電池11の出力電圧は、電力変換器13の入力電圧を検出する電圧センサ(たとえば、分圧抵抗)15により検出する。電力変換器13の入力電圧は、平滑コンデンサ12の両端電圧であって、太陽電池11の出力端子の端子電圧に相当する。   The output current of the solar cell 11 is detected by a current sensor (for example, a direct current transformer) 14 provided between the solar cell 11 and the smoothing capacitor 12. Further, the output voltage of the solar cell 11 is detected by a voltage sensor (for example, voltage dividing resistor) 15 that detects the input voltage of the power converter 13. The input voltage of the power converter 13 is the voltage across the smoothing capacitor 12 and corresponds to the terminal voltage of the output terminal of the solar cell 11.

直流電源装置10の出力電流および出力電圧は、電力変換器13に設けた電流検出部62および電圧検出部63による検出電流および検出電圧を用いる。   As the output current and output voltage of the DC power supply device 10, the current detected and the voltage detected by the current detector 62 and the voltage detector 63 provided in the power converter 13 are used.

ここで、図2のような日射強度やパネル温度の変化に伴う最大電力点の変化に対し、最大電力点を常時監視して電力変換器13の動作を制御すれば、最大電力点の変動に遅滞なく追従することが可能になる。しかしながら、図1に示す構成では、上述したように、直流電源装置10では主電源装置30に設けた電源管理部20との通信により取得される電流指令値に応じて出力電流を調節しており、通信は間欠的に行われているから、最大電力点を常時監視して最大電力点の変動に遅滞なく追従することはできない。つまり、電力変換器13が太陽電池11の最大電力点を維持するための負荷量は、間欠的にしか調節することができない。   Here, if the maximum power point is constantly monitored and the operation of the power converter 13 is controlled with respect to the change in the maximum power point due to the change in the solar radiation intensity or the panel temperature as shown in FIG. It becomes possible to follow without delay. However, in the configuration shown in FIG. 1, as described above, the DC power supply 10 adjusts the output current according to the current command value acquired by communication with the power management unit 20 provided in the main power supply 30. Since communication is performed intermittently, it is impossible to constantly monitor the maximum power point and follow fluctuations in the maximum power point without delay. That is, the load amount for the power converter 13 to maintain the maximum power point of the solar cell 11 can be adjusted only intermittently.

ところで、図2のように、太陽電池11の電力電圧特性は単峰型であって、最大電力点は太陽電池11の出力電圧と一対一に対応しているから、最大電力点を維持するには最大電力点に対応する出力電圧が得られるように太陽電池11の出力電圧を調節すればよいと考えられる。   By the way, as shown in FIG. 2, the power voltage characteristic of the solar cell 11 is a single peak type, and the maximum power point corresponds to the output voltage of the solar cell 11 on a one-to-one basis. It is considered that the output voltage of the solar cell 11 may be adjusted so that an output voltage corresponding to the maximum power point can be obtained.

また、通常の使用状態において比較的短い時間内では最大電力点の変動は少ないと考えられるから、最大電力点がほぼ一定に保たれる程度の時間間隔で通信を行うとともに、太陽電池11に対する電力変換器13の負荷量を調節すれば、太陽電池11の最大出力点にほぼ追従することが可能であると考えられる。   In addition, since it is considered that the fluctuation of the maximum power point is small in a relatively short time in a normal use state, communication is performed at a time interval that keeps the maximum power point substantially constant, and the power to the solar cell 11 is It is considered that the maximum output point of the solar cell 11 can be substantially followed by adjusting the load amount of the converter 13.

本実施形態は、このような知見に基づいて、まず太陽電池11の最大電力点に相当する出力電圧を求めて当該出力電圧を目標電圧とし、その後、太陽電池11の最大電力点の変動が少ない間は太陽電池11の出力電圧が目標電圧に維持されるように電力変換器13に与える電流指令値を調節する構成を採用している。   In the present embodiment, based on such knowledge, first, an output voltage corresponding to the maximum power point of the solar cell 11 is obtained and the output voltage is set as a target voltage, and then the fluctuation of the maximum power point of the solar cell 11 is small. In the meantime, a configuration is adopted in which the current command value given to the power converter 13 is adjusted so that the output voltage of the solar cell 11 is maintained at the target voltage.

すなわち、図5に示すように、まず太陽電池11の最大電力点に対応する電圧(実際には電力変換器13の入力電圧)を探索し(図5(1)(2))、検出した電圧を目標電圧Vdに用いて目標電圧Vdが維持されるように、電力変換器13に与える電流指令値を調節する。その後、最大電力点が許容範囲Vii−Vssを超えるなどの条件が成立するときには、最大電力点をあらためて探索して目標電圧を更新する(図5(3))ことにより、最大電力点に追従するMTTP機能を実現している。   That is, as shown in FIG. 5, first, a voltage corresponding to the maximum power point of the solar cell 11 (actually the input voltage of the power converter 13) is searched (FIGS. 5 (1) (2)), and the detected voltage Is used as the target voltage Vd, and the current command value applied to the power converter 13 is adjusted so that the target voltage Vd is maintained. Thereafter, when a condition such that the maximum power point exceeds the allowable range Vii−Vss is satisfied, the maximum power point is searched again to update the target voltage (FIG. 5 (3)), thereby following the maximum power point. MTTP function is realized.

上述したMTTP機能は、主電源装置30に設けた電源管理部20が直流電源装置10と通信することにより行っている。電源管理部20は、マイクロコンピュータを主構成要素とし、プログラムを実行することによりマイクロコンピュータに以下の機能を実現させる。   The MTTP function described above is performed when the power management unit 20 provided in the main power supply device 30 communicates with the DC power supply device 10. The power management unit 20 uses a microcomputer as a main component, and causes the microcomputer to realize the following functions by executing a program.

すなわち、電源管理部20は、図6に示すように、直流電源装置10、負荷機器40、補助電源装置50における通信部16、42、52との間で通信を行うことによりデータを授受する通信部21と、通信部21を通して直流電源装置10、負荷機器40、補助電源装置50との間でデータを授受するデータ入出力部22とを備える。データ入出力部22には監視部28が接続され、監視部28では、基本構成として説明したように、負荷機器40の要求電力を充足させるように、直流電源装置10および補助電源装置50の動作を制御する。   That is, as shown in FIG. 6, the power management unit 20 transmits and receives data by communicating with the communication units 16, 42, and 52 in the DC power supply device 10, the load device 40, and the auxiliary power supply device 50. And a data input / output unit 22 that exchanges data with the DC power supply device 10, the load device 40, and the auxiliary power supply device 50 through the communication unit 21. A monitoring unit 28 is connected to the data input / output unit 22, and the monitoring unit 28 operates the DC power supply device 10 and the auxiliary power supply device 50 so as to satisfy the required power of the load device 40 as described as the basic configuration. To control.

ところで、太陽電池11の出力電流、太陽電池11の出力電圧のように直流電源装置10から通信部21を介してデータ入出力部22が獲得したデータは、判定部23に与えられる。判定部23は、太陽電池11の出力電圧(つまり、電力変換器13の入力電圧)が規定値(たとえば、10V)以下であるときには平滑コンデンサ12に蓄電されていない停止状態と判断し、電力変換器13の入力電圧が規定値を超えているときには平滑コンデンサ12に蓄電されている運転状態と判断する。   By the way, the data acquired by the data input / output unit 22 from the DC power supply device 10 via the communication unit 21 such as the output current of the solar cell 11 and the output voltage of the solar cell 11 is given to the determination unit 23. When the output voltage of solar cell 11 (that is, the input voltage of power converter 13) is a specified value (for example, 10 V) or less, determination unit 23 determines that the smoothing capacitor 12 is not charged and is in a stopped state. When the input voltage of the condenser 13 exceeds the specified value, it is determined that the operating state is stored in the smoothing capacitor 12.

停止状態は、太陽電池11の初期起動時だけではなく、夜間に太陽電池11の発電が停止して平滑コンデンサ12の電荷が放電され、翌朝に太陽電池11の発電が再開された場合のように、太陽電池の発電停止後の再起動時も停止状態と判断される。なお、夜間において太陽電池11の発電量が低下し、平滑コンデンサ12の両端電圧が規定値よりも低下したときには、電力変換器13の動作を停止させておくのが望ましい。   The stop state is not only at the time of initial startup of the solar cell 11 but also when the power generation of the solar cell 11 is stopped at night and the electric charge of the smoothing capacitor 12 is discharged and the power generation of the solar cell 11 is resumed the next morning. Also, it is determined that the solar cell is in a stopped state when it is restarted after power generation is stopped. Note that it is desirable to stop the operation of the power converter 13 when the power generation amount of the solar cell 11 decreases at night and the voltage across the smoothing capacitor 12 decreases below a specified value.

判定部23が停止状態と判断したときには、太陽電池11の出力電圧の下限と上限との略全範囲について太陽電池11の最大電力点を探索するプレサーチ部24が起動される。また、判定部23が運転状態と判断したときには、太陽電池11の出力電圧の特定の探索範囲において太陽電池1の最大電力点を探索するメインサーチ部25が起動される。   When the determination unit 23 determines that it is in the stopped state, the pre-search unit 24 that searches for the maximum power point of the solar cell 11 for almost the entire range of the lower limit and the upper limit of the output voltage of the solar cell 11 is activated. Further, when the determination unit 23 determines that the operation state is in effect, the main search unit 25 that searches for the maximum power point of the solar cell 1 in a specific search range of the output voltage of the solar cell 11 is activated.

また、電源管理部20には、プレサーチ部24またはメインサーチ部25において最大電力点が検出されると、最大電力点が維持されるように直流電源装置10の電流指令値を算出する電圧維持部26が設けられている。電圧維持部26では、太陽電池11の出力電圧(電力変換器13の入力電圧)が最大電力点に対応する電圧(たとえば、17V)を目標電圧Vd(図5参照)として、目標電圧Vdを維持するように電流指令値を決定する。   The power management unit 20 also maintains a voltage that calculates the current command value of the DC power supply 10 so that the maximum power point is maintained when the pre-search unit 24 or the main search unit 25 detects the maximum power point. A portion 26 is provided. In the voltage maintaining unit 26, the output voltage of the solar cell 11 (input voltage of the power converter 13) corresponds to the maximum power point (for example, 17V) as the target voltage Vd (see FIG. 5), and the target voltage Vd is maintained. The current command value is determined as follows.

電圧維持部26で決定された電流指令値は、データ入出力部22および通信部21を通して直流電源装置10に通知され、直流電源装置10は、この電流指令値に応じた出力電流を出力することによって、太陽電池11に対する負荷量を調節し、結果的に太陽電池11の出力電圧を目標電圧Vdに維持するようにフィードバック制御を行う。   The current command value determined by the voltage maintaining unit 26 is notified to the DC power supply device 10 through the data input / output unit 22 and the communication unit 21, and the DC power supply device 10 outputs an output current corresponding to the current command value. Thus, the amount of load on the solar cell 11 is adjusted, and as a result, feedback control is performed so as to maintain the output voltage of the solar cell 11 at the target voltage Vd.

以下では、電源管理部20のうち判定部23、プレサーチ部24、メインサーチ部25、電圧維持部26の動作について、図7を用いてさらに詳しく説明する。まず、判定部23において太陽電池11の出力電圧を取得して規定値と比較する(S1)。ここで、太陽電池11の出力電圧が規定値以下であるときには停止状態と判断されて(S1:no)、プレサーチ部24が起動される。プレサーチ部24は、電力変換器13の動作を停止させることにより(S2)、太陽電池11の負荷から電力変換器13を切り離して、太陽電池11の負荷を平滑コンデンサ12のみにする。この状態では、平滑コンデンサ12の両端電圧、すなわち太陽電池11の出力電圧が時間経過に伴って比較的短時間で上昇する。   Hereinafter, operations of the determination unit 23, the pre-search unit 24, the main search unit 25, and the voltage maintaining unit 26 in the power management unit 20 will be described in more detail with reference to FIG. First, the determination unit 23 acquires the output voltage of the solar cell 11 and compares it with a specified value (S1). Here, when the output voltage of the solar cell 11 is equal to or lower than the specified value, it is determined that the vehicle is stopped (S1: no), and the pre-search unit 24 is activated. The pre-search unit 24 stops the operation of the power converter 13 (S2), thereby disconnecting the power converter 13 from the load of the solar cell 11 so that only the smoothing capacitor 12 is loaded. In this state, the voltage across the smoothing capacitor 12, that is, the output voltage of the solar cell 11, rises in a relatively short time with the passage of time.

プレサーチ部24では、電力変換器13の入力電圧が規定電圧(たとえば、20V)に達するまで(S4)、太陽電池11の出力電流と太陽電池11の出力電圧とを取得するとともに記憶する(S3)。プレサーチ部24では、太陽電池11の出力電圧と電力変換器13の入力電圧との積から太陽電池11の出力電力を求め、最大の出力電力が得られたときの太陽電池11の出力電圧を最大電力点に対応する電圧とする(S5)。   The pre-search unit 24 acquires and stores the output current of the solar cell 11 and the output voltage of the solar cell 11 until the input voltage of the power converter 13 reaches a specified voltage (for example, 20 V) (S4) (S3). ). In the pre-search unit 24, the output power of the solar cell 11 is obtained from the product of the output voltage of the solar cell 11 and the input voltage of the power converter 13, and the output voltage of the solar cell 11 when the maximum output power is obtained is obtained. The voltage corresponding to the maximum power point is set (S5).

ここに、太陽電池11の出力電力は、主電源装置30と直流電源装置10との間で通信を行う時間間隔ごとにしか得られないが、電力変換器13の入力電圧(平滑コンデンサ12の両端電圧)が上限電圧に達するまでの時間よりも通信の時間間隔を短く設定しておくことにより、最大電力点を検出することができる。最大電力点に対応する電圧は、電源管理部20に保存される。   Here, the output power of the solar cell 11 can be obtained only for each time interval at which communication is performed between the main power supply device 30 and the DC power supply device 10, but the input voltage of the power converter 13 (both ends of the smoothing capacitor 12). The maximum power point can be detected by setting the communication time interval to be shorter than the time until the voltage reaches the upper limit voltage. The voltage corresponding to the maximum power point is stored in the power management unit 20.

最大電力点を求めるには、たとえば、通信毎に取得した太陽電池11の出力電力を前回の通信で取得した出力電力と大小比較し、今回取得した出力電力のほうが大きければ保存している出力電力を更新し、今回取得した出力電力のほうが小さければ今回取得した出力電力を破棄するという手順を採用する。この処理により、上限電圧に達した時点で最大電力点を粗く(低精度で)求めることができる。   In order to obtain the maximum power point, for example, the output power of the solar battery 11 acquired for each communication is compared with the output power acquired in the previous communication, and if the output power acquired this time is larger, the stored output power , And if the output power acquired this time is smaller, a procedure is adopted in which the output power acquired this time is discarded. By this processing, the maximum power point can be obtained roughly (with low accuracy) when the upper limit voltage is reached.

なお、プレサーチ部24が起動されている間には、判定部23による電圧の判定は行わない。また、プレサーチ部24の処理を終了する規定電圧は、太陽電池11の開放電圧よりも低く設定される。プレサーチ部24の動作が終了した時点では、通常は太陽電池11の出力電圧が規定値以上になっているから、判定部23により運転状態と判断される(S1:yes)。すなわち、メインサーチ部25が起動される。   Note that the determination unit 23 does not determine the voltage while the pre-search unit 24 is activated. Further, the specified voltage for ending the process of the pre-search unit 24 is set lower than the open circuit voltage of the solar cell 11. When the operation of the pre-search unit 24 ends, the output voltage of the solar cell 11 is normally equal to or higher than a specified value, so that the determination unit 23 determines that the operation is in progress (S1: yes). That is, the main search unit 25 is activated.

メインサーチ部25では、まず最大電力点を探索する範囲を設定する(S6)。探索範囲は、太陽電池11の出力電圧について、プレサーチ部24により検出した最大電力点に対応する電圧を中心として所定範囲(たとえば、±30%の範囲)に設定される。   The main search unit 25 first sets a range for searching for the maximum power point (S6). The search range is set to a predetermined range (for example, a range of ± 30%) around the voltage corresponding to the maximum power point detected by the pre-search unit 24 with respect to the output voltage of the solar cell 11.

次に、電力変換器13の運転を開始し(S7)、プレサーチ部24で用いた規定電圧からメインサーチ部25で設定した探索範囲の下限電圧に向かって電力変換器13の入力電圧を変化させる。すなわち、電力変換器13に与える電流指令値を徐々に増加させることによって、電力変換器13の入力電圧を低下させる(S8)。ただし、電流指令値は、連続的に変化させることはできないから、1回の通信毎に所定の刻み幅(たとえば、0.1A)ずつ変化させる。   Next, the operation of the power converter 13 is started (S7), and the input voltage of the power converter 13 is changed from the specified voltage used in the pre-search unit 24 toward the lower limit voltage of the search range set in the main search unit 25. Let That is, the input voltage of the power converter 13 is lowered by gradually increasing the current command value to be supplied to the power converter 13 (S8). However, since the current command value cannot be changed continuously, it is changed by a predetermined step size (for example, 0.1 A) for each communication.

この刻み幅は、最大電力点に対応する電圧を求める精度と探索に用いる時間とに応じて適宜に選択される。つまり、刻み幅を大きくすれば、電圧を求める精度は低くなるが、探索に要する時間を短くすることができ、刻み幅を小さくすれば、探索に要する時間は長くなるが、電圧を求める精度は高くなる。   This step size is appropriately selected according to the accuracy for obtaining the voltage corresponding to the maximum power point and the time used for the search. In other words, if the step size is increased, the accuracy for obtaining the voltage is lowered, but the time required for the search can be shortened.If the step size is reduced, the time required for the search is increased, but the accuracy for obtaining the voltage is increased. Get higher.

メインサーチ部25では、通信によって取得される電力変換器13の入力電圧がステップS6で設定した探索範囲の下限電圧に達するまで(S10)、直流電源装置10の電力変換器13に与える電流指令値を徐々に増加させる。また、電流指令値を増加させるたびに、太陽電池11の出力電流と出力電圧とを取得し(S9)、電流と電圧との積によって太陽電池11の出力電力を算出して、プレサーチ部24の動作と同様にして最大電力点を求め、最大電力点に対応する電圧を求める。   In the main search unit 25, the current command value given to the power converter 13 of the DC power supply device 10 until the input voltage of the power converter 13 acquired by communication reaches the lower limit voltage of the search range set in step S6 (S10). Increase gradually. Each time the current command value is increased, the output current and output voltage of the solar cell 11 are acquired (S9), the output power of the solar cell 11 is calculated by the product of the current and voltage, and the pre-search unit 24 The maximum power point is obtained in the same manner as in the above operation, and the voltage corresponding to the maximum power point is obtained.

なお、ステップS6で設定した探索範囲の下限電圧に達するまでに、電流指令値の増加に伴って電力変換器13の入力電圧が減少しない場合には(S10、S11)、最大電力点が大幅に変化した(太陽電池11の出力電圧が大幅に低下した)と判断してプレサーチ部24が再起動される(S2)。   If the input voltage of the power converter 13 does not decrease with the increase of the current command value before reaching the lower limit voltage of the search range set in step S6 (S10, S11), the maximum power point is greatly increased. It is determined that the output has changed (the output voltage of the solar cell 11 has greatly decreased), and the pre-search unit 24 is restarted (S2).

メインサーチ部25では、上述の動作で最大電力点を求めることによって、プレサーチ部24よりも高い精度で最大電力点に対応する電圧を求めることができる。また、メインサーチ部25では、電力変換器13の入力電圧の変化範囲がプレサーチ部24よりも狭い範囲であるから、電流指令値を小さい刻み幅で変化させても比較的短い時間で最大電力点に対応する電圧を抽出することが可能になる。   The main search unit 25 can obtain the voltage corresponding to the maximum power point with higher accuracy than the pre-search unit 24 by obtaining the maximum power point by the above-described operation. In the main search unit 25, since the change range of the input voltage of the power converter 13 is narrower than that of the pre-search unit 24, the maximum power can be obtained in a relatively short time even if the current command value is changed in small increments. It becomes possible to extract a voltage corresponding to a point.

メインサーチ部25により太陽電池11の最大電力点に対応する電圧が求められると(S11:yes)、この電圧が電源管理部20に設けた電圧維持部26に目標電圧Vd(図5参照)として与えられる(S12)。電圧維持部26では、太陽電池11の出力電圧を目標電圧Vdに維持するように電流指令値を生成し、当該電圧指示値を直流電源装置10との通信毎に電力変換器13に与える。   When the voltage corresponding to the maximum power point of the solar cell 11 is obtained by the main search unit 25 (S11: yes), this voltage is supplied to the voltage maintaining unit 26 provided in the power management unit 20 as the target voltage Vd (see FIG. 5). (S12). The voltage maintaining unit 26 generates a current command value so as to maintain the output voltage of the solar cell 11 at the target voltage Vd, and gives the voltage instruction value to the power converter 13 for each communication with the DC power supply device 10.

すなわち、メインサーチ部25により目標電圧Vdが求められると、電圧維持部26が起動され、電圧維持部26では直流電源装置10との通信毎に、太陽電池11の出力電流と出力電流とを取得し(S13)、太陽電池11の出力電圧(電力変換器13の入力電圧)と目標電圧Vdとを比較する(S14、S15)。   That is, when the target voltage Vd is obtained by the main search unit 25, the voltage maintaining unit 26 is activated, and the voltage maintaining unit 26 acquires the output current and output current of the solar cell 11 for each communication with the DC power supply device 10. Then, the output voltage of the solar cell 11 (the input voltage of the power converter 13) is compared with the target voltage Vd (S14, S15).

直流電源装置10から取得した電圧が目標電圧Vdよりも低いときは(S15:低)、電力変換器13に与える電流指令値を所定の刻み幅だけ引き下げることにより(S16)、太陽電池11に対する負荷量を減少させて、太陽電池11の出力電圧を上昇させる。逆に、直流電源装置10から取得した電圧が目標電圧Vdよりも高いときは(S15:高)、電力変換器13に与える電流指令値を引き上げることにより(S17)、太陽電池11に対する負荷量を増加させて、太陽電池11の出力電圧を低下させる。電流指令値は、メインサーチ部25の動作と同様に、一定の刻み幅(たとえば、0.1A)で変化させる。また、取得した電圧が目標電圧Vdと実質的に一致しているとき(所定の範囲内であるとき)、電流指令値は変更しない。   When the voltage acquired from the DC power supply device 10 is lower than the target voltage Vd (S15: low), the load on the solar cell 11 is reduced by reducing the current command value given to the power converter 13 by a predetermined step size (S16). The amount is decreased to increase the output voltage of the solar cell 11. On the contrary, when the voltage acquired from the DC power supply device 10 is higher than the target voltage Vd (S15: high), by raising the current command value given to the power converter 13 (S17), the load amount on the solar cell 11 is increased. Increase the output voltage of the solar cell 11 to decrease. The current command value is changed at a constant step size (for example, 0.1 A), similarly to the operation of the main search unit 25. Further, when the acquired voltage substantially matches the target voltage Vd (within a predetermined range), the current command value is not changed.

電圧維持部26では、日射強度やパネル温度の変動が大きくなければ、太陽電池11の最大電力点が変動しても出力電圧の変動は少ないとみなして、太陽電池11の出力電圧を目標電圧Vdに維持するようにフィードバック制御を行っているが、日射強度やパネル温度の変動が大きくなれば、メインサーチ部25で探索した目標電圧Vdは最大電力点から大きくずれることになる。   In the voltage maintaining unit 26, if the variation in solar radiation intensity or panel temperature is not large, it is considered that the variation in output voltage is small even if the maximum power point of the solar cell 11 varies, and the output voltage of the solar cell 11 is set to the target voltage Vd. Although the feedback control is performed so as to maintain the target voltage Vd, if the variation of the solar radiation intensity or the panel temperature increases, the target voltage Vd searched for by the main search unit 25 is greatly deviated from the maximum power point.

そこで、電圧維持部26では、通信時に取得した太陽電池11の出力電力と出力電圧との少なくとも一方が許容範囲外であるときには(S14)、最大電力点が変化したと判断し、探索範囲を設定した後(S18)、ステップS8に戻ってメインサーチ部25による目標電圧の再探索を行う。   Therefore, the voltage maintaining unit 26 determines that the maximum power point has changed when at least one of the output power and the output voltage of the solar cell 11 acquired during communication is outside the allowable range (S14), and sets the search range. After that (S18), the process returns to step S8 and the main search unit 25 searches for the target voltage again.

許容範囲は、図5ではVi−Vsで示す範囲であり、探索された最大電力点の電力値に対して、たとえば±20%と設定したり、目標電圧Vdに対して、たとえば±0.3Vと設定したりする。許容範囲を、基準値(最大電力点の電力値や目標電圧Vd)に対する固定幅で設定するか、基準値に対する割合で設定するかは適宜に選択することができる。   The allowable range is a range indicated by Vi−Vs in FIG. 5, and is set to, for example, ± 20% with respect to the power value of the searched maximum power point, or is set to, for example, ± 0.3 V with respect to the target voltage Vd. Or set. Whether the allowable range is set with a fixed width with respect to the reference value (the power value at the maximum power point or the target voltage Vd) or the ratio with respect to the reference value can be appropriately selected.

再探索の条件は、太陽電池11の出力電力と出力電圧とのいずれか一方のみを用いて決めることができるが(図7の動作は、出力電圧のみを用いている)、最大電力点の電力値に応じて、出力電力を用いる場合と出力電圧を用いる場合とを使い分けるようにしてもよい。   The re-search condition can be determined using only one of the output power and the output voltage of the solar cell 11 (the operation in FIG. 7 uses only the output voltage), but the power at the maximum power point. Depending on the value, the case where the output power is used and the case where the output voltage is used may be properly used.

たとえば、太陽電池11の出力における電力電圧特性がベル形、かつ最大電力点の電力値が大きいほど特性が尖鋭になることに着目し、最大電力点の電力値が規定の閾値以上か閾値未満かに応じて再探索の条件を切り換えるようにしてもよい。すなわち、電力値が閾値以上であるときには、出力電圧の変化に対する出力電力の変化率が大きいから、出力電力が許容範囲外になることを再探索の条件とし、電力値が閾値未満であるときには、出力電圧の変化に対する出力電力の変化率が小さくなるから、出力電圧が許容範囲外になることを再探索の条件とすればよい。   For example, paying attention to the fact that the power voltage characteristic at the output of the solar cell 11 is bell-shaped and the power value at the maximum power point is larger, the characteristic becomes sharper. Whether the power value at the maximum power point is greater than or equal to a specified threshold value or less than the threshold value The re-search condition may be switched according to the above. That is, when the power value is greater than or equal to the threshold value, the rate of change of the output power with respect to the change of the output voltage is large, so that the output power is out of the allowable range as a re-search condition, Since the rate of change of the output power with respect to the change of the output voltage becomes small, the condition for the re-search may be that the output voltage is outside the allowable range.

再探索の際には、まず現状の電流指令値に対して規定の割合(たとえば、30%)だけ低い電流指令値に設定することにより、電力変換器13による太陽電池11の負荷量を軽減して平滑コンデンサ12に蓄電される電荷量を増加させる。すなわち、現状の電流指令値を用いて再探索の探索範囲Vii−Vss(図5参照)を設定し(S18)、太陽電池11の出力電圧を一旦上昇させた後に、最大電力点の探索を行う。   At the time of re-searching, the load amount of the solar cell 11 by the power converter 13 is reduced by setting the current command value lower by a specified ratio (for example, 30%) than the current current command value. Thus, the amount of charge stored in the smoothing capacitor 12 is increased. That is, the search range Vii-Vss (see FIG. 5) for re-search is set using the current current command value (S18), the output voltage of the solar cell 11 is once increased, and then the maximum power point is searched. .

ここで、停止状態と同様に、電力変換器13を停止させることにより平滑コンデンサ12の両端電圧を太陽電池11の開放電圧まで上昇させることが可能であるが、電力変換器13を停止させると、直流電源装置10からの供給電流の急峻な低下によって直流供給線路Ldの線間電圧に大きな電圧変動を生じて負荷機器40の動作に影響を与える可能性があるから、電力変換器13を停止させずに太陽電池11の負荷量を低下させる制御を採用している。   Here, as in the stop state, it is possible to increase the voltage across the smoothing capacitor 12 to the open voltage of the solar cell 11 by stopping the power converter 13, but when the power converter 13 is stopped, Since a sharp voltage drop in the supply current from the DC power supply apparatus 10 may cause a large voltage fluctuation in the line voltage of the DC supply line Ld and affect the operation of the load device 40, the power converter 13 is stopped. The control which reduces the load amount of the solar cell 11 is adopted.

上述の動作では、太陽電池11の出力電圧が目標電圧Vdに対して規定の割合以上の変化を生じたときに最大電力点の再探索を行う場合について説明したが、電力変換器13の入力電圧の変化が目標電圧Vdに対して規定の割合未満であっても、同じ目標電圧Vdを用いている状態が規定の維持時間(たとえば、15分間)に達した場合には(S19)、メインサーチ部25による目標電圧Vdの再探索を行う。ステップS19の処理を行うことによって、太陽高度の変化、雲の移動、建物や樹木の影の位置変化などに伴う日射強度あるいはパネル温度の変化に対応することができる。   In the above-described operation, a case has been described in which the maximum power point is re-searched when the output voltage of the solar cell 11 changes more than a specified ratio with respect to the target voltage Vd. Even if the change in the voltage is less than a prescribed ratio with respect to the target voltage Vd, if the state using the same target voltage Vd reaches a prescribed maintenance time (for example, 15 minutes) (S19), the main search The target voltage Vd is searched again by the unit 25. By performing the process of step S19, it is possible to cope with changes in solar radiation intensity or panel temperature associated with changes in solar altitude, movement of clouds, changes in the position of shadows of buildings and trees, and the like.

以上説明したように、メインサーチ部25で最大電力点に対応する電圧を検出した後には当該電圧を目標電圧Vdとし、太陽電池11の最大電力点の変動が許容範囲内であれば、電力変換器11に与える電流指令値を調節することによって、目標電圧Vdが維持されるようにフィードバック制御を行うことになり、太陽電池11の出力電力が最大電力点の近傍に維持される。また、太陽電池11の最大電力点の変動が許容範囲Vi−Vsを超える場合には、メインサーチ部25を起動して最大電力点に対応する電圧の再探索を行うから、太陽電池11の最大電力点が大きく変動したときには、その変動に追従して最大電力点を変更することができる。すなわち、MTTP機能を実現することができる。   As described above, after the voltage corresponding to the maximum power point is detected by the main search unit 25, the voltage is set as the target voltage Vd, and the power conversion is performed if the variation of the maximum power point of the solar cell 11 is within the allowable range. By adjusting the current command value applied to the battery 11, feedback control is performed so that the target voltage Vd is maintained, and the output power of the solar cell 11 is maintained in the vicinity of the maximum power point. Further, when the variation of the maximum power point of the solar cell 11 exceeds the allowable range Vi−Vs, the main search unit 25 is activated and the voltage corresponding to the maximum power point is re-searched. When the power point changes greatly, the maximum power point can be changed following the change. That is, the MTTP function can be realized.

(実施形態2)
実施形態1では、電圧維持部26において目標電圧を維持するために、電力変換器13に与える電流指令値を一定の刻み幅で変化させているから、直流供給線路Ldに供給する電流が急激に変動することはないが、電力変換器13の入力電圧の変化率が一定であり、しかも主電源装置30と直流電源装置10との間の通信を間欠的に行っているものであるから、電流指令値の精度高めるほど時定数が大きくなるという問題が生じる。すなわち、実施形態1では、電圧維持部26において最大電力点に対応する目標電圧を維持する精度と応答の速さとを両立させることができない。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, in order to maintain the target voltage in the voltage maintaining unit 26, the current command value given to the power converter 13 is changed at a constant step size, so that the current supplied to the DC supply line Ld is suddenly increased. Although it does not fluctuate, the rate of change of the input voltage of the power converter 13 is constant, and the communication between the main power supply device 30 and the DC power supply device 10 is performed intermittently. The problem arises that the time constant increases as the accuracy of the command value increases. That is, in the first embodiment, the voltage maintaining unit 26 cannot achieve both the accuracy of maintaining the target voltage corresponding to the maximum power point and the response speed.

本実施形態では、前回の通信時に取得した太陽電池11の出力電力Ppと、今回の通信時に取得した太陽電池11の出力電力Peとを用い、下式により次回の通信時に電力変換器13に与える電流指令値Iaを決定する。
Ia=Ie−α(Ip−Ie)
ただし、Ie=ε(Pe÷Ve)、Ip:前回の電流指令値、Ve:今回取得した電力変換器13の出力電圧、α:目標電圧に復帰させる速度を表す定数、ε:電力変換器13の変換効率(たとえば、0.9)である。このように算出した電流指令値Iaを電力変換器13に与えることによって、実施形態1と同様に、太陽電池11に対する電力変換器13の負荷量を変化させ、太陽電池11の出力電圧を目標電圧に近づけることができる。しかも、定数αを調節することによって、目標電圧に復帰させる速度を調節することができるから、太陽電池11の出力電圧を維持する精度と応答の速さとを両立させることが可能になる。
In the present embodiment, the output power Pp of the solar cell 11 acquired during the previous communication and the output power Pe of the solar cell 11 acquired during the current communication are used and given to the power converter 13 during the next communication using the following equation. The current command value Ia is determined.
Ia = Ie−α (Ip−Ie)
However, Ie = ε (Pe ÷ Ve), Ip: previous current command value, Ve: output voltage of the power converter 13 acquired this time, α: constant indicating the speed to return to the target voltage, ε: power converter 13 Conversion efficiency (for example, 0.9). By giving the current command value Ia thus calculated to the power converter 13, the load amount of the power converter 13 with respect to the solar cell 11 is changed as in the first embodiment, and the output voltage of the solar cell 11 is changed to the target voltage. Can be close to. In addition, by adjusting the constant α, it is possible to adjust the speed of returning to the target voltage, so that both the accuracy of maintaining the output voltage of the solar cell 11 and the speed of response can be achieved.

本実施形態では、太陽電池11の出力電力(太陽電池11の出力電流と電力変換器13の入力電圧との積)と、電力変換器13の出力電圧とから求めた電流指令値を電圧維持部26に与えることにより、電圧維持部26において、主電源装置30と直流電源装置10との通信毎に太陽電池11の出力電圧を目標電圧に一致させる構成を採用していることにより、目標電圧を維持する精度と応答の速さとを両立させることを可能にしている。   In the present embodiment, the current maintaining value obtained from the output power of the solar cell 11 (product of the output current of the solar cell 11 and the input voltage of the power converter 13) and the output voltage of the power converter 13 is used as the voltage maintaining unit. 26, the voltage maintaining unit 26 adopts a configuration in which the output voltage of the solar cell 11 matches the target voltage for each communication between the main power supply device 30 and the DC power supply device 10. It is possible to achieve both maintaining accuracy and response speed.

また、本実施形態では、太陽電池11の出力電圧と目標電圧との高低によらず上式を用いて電流指令値を算出するから、図7に示したステップS15の場合分けが不要になる。すなわち、本実施形態の動作をまとめると図8のようになる。図8を図7と比較すればわかるように、本実施形態では、図7のステップS15における判定処理に代えて電流指令値を算出し、算出した電流指令値を直流電源装置10に指示している(S15)。他の構成および動作は実施形態1と同様である。   Further, in the present embodiment, the current command value is calculated using the above equation regardless of the level of the output voltage and the target voltage of the solar cell 11, so that the case classification in step S15 shown in FIG. That is, the operation of this embodiment is summarized as shown in FIG. As can be seen by comparing FIG. 8 with FIG. 7, in this embodiment, instead of the determination process in step S <b> 15 of FIG. 7, a current command value is calculated, and the calculated current command value is instructed to the DC power supply device 10. (S15). Other configurations and operations are the same as those of the first embodiment.

なお、実施形態1、2の構成において、電源管理部20は、主電源装置30とは分離して設けることが可能であり、通信路についても直流供給線路Ldを用いることは必須ではなく、別に設けた有線通信路や無線通信路を用いることが可能である。また、主電源装置30は、商用電源のような交流電源ACを直流電力に変換することにより直流電力を出力する構成を採用しているが、定電圧の直流電力を出力する構成であって、負荷機器40の負荷変動に対して電力を安定に供給可能な容量を有する電源装置であれば、主電源装置30の構成にはとくに制限はない。   In the configuration of the first and second embodiments, the power management unit 20 can be provided separately from the main power supply device 30, and it is not essential to use the DC supply line Ld for the communication path. It is possible to use a provided wired communication path or wireless communication path. The main power supply device 30 employs a configuration that outputs DC power by converting an AC power source AC such as a commercial power source into DC power, and is a configuration that outputs DC power at a constant voltage, The configuration of the main power supply device 30 is not particularly limited as long as the power supply device has a capacity capable of stably supplying power with respect to the load fluctuation of the load device 40.

10 直流電源装置
11 太陽電池
12 平滑コンデンサ
13 電力変換器
14 電流センサ
15 電圧センサ
20 電源管理部
21 通信部
24 プレサーチ部
25 メインサーチ部
26 電圧維持部
30 主電源装置
31 電力変換器
40 負荷機器
41 負荷
42 通信部
50 補助電源装置
51 二次電池
52 通信部
61 降圧チョッパ回路
62 電流検出部
63 電圧検出部
Ld 直流供給線路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 DC power supply device 11 Solar cell 12 Smoothing capacitor 13 Power converter 14 Current sensor 15 Voltage sensor 20 Power supply management part 21 Communication part 24 Presearch part 25 Main search part 26 Voltage maintenance part 30 Main power supply apparatus 31 Power converter 40 Load apparatus 41 Load 42 Communication Unit 50 Auxiliary Power Supply Device 51 Secondary Battery 52 Communication Unit
61 Step-down chopper circuit 62 Current detection unit 63 Voltage detection unit Ld DC supply line

Claims (8)

定電圧の直流電力を出力し直流供給線路を介して負荷機器に直流電力を供給する主電源装置と、太陽電池の出力を電力変換する電力変換器を備え主電源装置とともに直流供給線路を介して負荷機器に直流電力を供給する直流電源装置と、太陽電池の出力電圧および出力電流を直流電源装置との間の通信により間欠的に取得し、かつ電力変換器の出力電流を調節する電流指令値を直流電源装置に対して通信により間欠的に与える電源管理部とを有し、電源管理部は、太陽電池の最大出力点に対応する電圧を規定の探索範囲内で探索するメインサーチ部と、メインサーチ部で求めた電圧を目標電圧とし通信により取得した太陽電池の出力電圧を目標電圧に維持させるように設定した電流指令値を直流電源装置に与える電圧維持部とを備えることを特徴とする電源システム。   A main power supply device that outputs DC power at a constant voltage and supplies DC power to a load device via a DC supply line, and a power converter that converts the output of the solar cell into power, together with the main power supply device via the DC supply line A DC power supply that supplies DC power to the load equipment, and a current command value that intermittently obtains the output voltage and output current of the solar cell through communication with the DC power supply and adjusts the output current of the power converter A power management unit that intermittently provides a direct current power supply device by communication, the power management unit, a main search unit that searches for a voltage corresponding to the maximum output point of the solar cell within a specified search range, A voltage maintaining unit that supplies the DC power supply device with a current command value set so as to maintain the output voltage of the solar cell acquired by communication using the voltage obtained by the main search unit as the target voltage. Power supply system and butterflies. 前記太陽電池の出力電圧を平滑して前記電力変換器に入力する平滑コンデンサが付加され、前記電源管理部には、太陽電池の出力電圧が規定値以下であるときに前記電力変換器を停止させることにより平滑コンデンサの両端電圧を上昇させるとともに、太陽電池の出力電圧が上昇する間に最大電力点に対応する電圧を求めるプレサーチ部が付加され、前記メインサーチ部は、プレサーチ部により求めた最大電力点の電圧に基づいてプレサーチ部での電圧変化よりも狭い探索範囲を設定することを特徴とする請求項1記載の電源システム。   A smoothing capacitor for smoothing the output voltage of the solar cell and inputting it to the power converter is added, and the power management unit stops the power converter when the output voltage of the solar cell is below a specified value. This increases the voltage across the smoothing capacitor and adds a pre-search unit that calculates the voltage corresponding to the maximum power point while the output voltage of the solar cell increases. The main search unit is obtained by the pre-search unit. The power supply system according to claim 1, wherein a search range narrower than a voltage change in the pre-search unit is set based on a voltage at a maximum power point. 前記電圧維持部は、前記目標電圧の設定後に同じ目標電圧を用いている状態が規定の維持時間に達したときには、前記メインサーチ部により最大電力点を探索して目標電圧を更新することを特徴とする請求項1又は2記載の電源システム。   The voltage maintaining unit searches for a maximum power point by the main search unit and updates the target voltage when a state in which the same target voltage is used after setting the target voltage reaches a predetermined maintaining time. The power supply system according to claim 1 or 2. 前記電圧維持部は、前記太陽電池の出力電力が探索された最大電力点の電力値に対して所定の許容範囲を超えて変動した場合と、前記太陽電池の出力電圧が前記目標電圧に対して所定の許容範囲を超えて変動した場合との少なくとも一方において、前記メインサーチ部により最大電力点を探索して目標電圧を更新することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の電源システム。   The voltage maintaining unit is configured such that when the output power of the solar cell fluctuates beyond a predetermined allowable range with respect to the power value of the searched maximum power point, and the output voltage of the solar cell with respect to the target voltage 4. The target voltage is updated by searching for a maximum power point by the main search unit in at least one of cases where the fluctuation exceeds a predetermined allowable range. 5. Power system. 前記電圧維持部は、前記太陽電池の出力電圧が前記目標電圧よりも低い場合に、次の通信時に前記直流電源装置に与える電流指令値を現在の電流指令値よりも低くし、太陽電池に対する前記電力変換器による負荷量を低減させて太陽電池の出力電圧を上昇させることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の電源システム。   When the output voltage of the solar cell is lower than the target voltage, the voltage maintaining unit lowers the current command value to be given to the DC power supply device during the next communication than the current current command value, and The power supply system according to any one of claims 1 to 4, wherein an output voltage of the solar cell is increased by reducing a load amount by the power converter. 前記電圧維持部は、前記太陽電池の出力電圧が前記目標電圧よりも高い場合に、次の通信時に前記直流電源装置に与える電流指令値を現在の電流指令値よりも高くし、太陽電池に対する前記電力変換器による負荷量を増加させて太陽電池の出力電圧を低下させることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の電源システム。   When the output voltage of the solar cell is higher than the target voltage, the voltage maintaining unit makes the current command value to be given to the DC power supply device at the time of next communication higher than the current current command value, and The power supply system according to any one of claims 1 to 5, wherein an output voltage of the solar cell is decreased by increasing a load amount by the power converter. 前記電圧維持部は、前記太陽電池の出力電圧が前記目標電圧と異なる場合に、次の通信時に前記直流電源装置に与える電流指令値を一定の刻み幅だけ変化させ、太陽電池に対する前記電力変換器による負荷量を増減させて太陽電池の出力電圧を目標電圧に近づけることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の電源システム。   When the output voltage of the solar cell is different from the target voltage, the voltage maintaining unit changes a current command value to be given to the DC power supply device at the time of next communication by a certain increment, and the power converter for the solar cell The power supply system according to any one of claims 1 to 4, wherein an output voltage of the solar cell is brought close to a target voltage by increasing or decreasing a load amount due to. 前記電圧維持部は、前記太陽電池の出力電圧が前記目標電圧と異なる場合に、太陽電池の出力電力と前記電力変換器の出力電圧とに基づいて次の通信時に前記直流電源装置に与える電流指令値を求め、太陽電池に対する前記電力変換器による負荷量を増減させて太陽電池の出力電圧を目標電圧に近づけることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の電源システム。   The voltage maintaining unit, when the output voltage of the solar cell is different from the target voltage, a current command to be given to the DC power supply device during the next communication based on the output power of the solar cell and the output voltage of the power converter 5. The power supply system according to claim 1, wherein a value is obtained and an output voltage of the solar cell is made closer to a target voltage by increasing or decreasing a load amount of the power converter with respect to the solar cell.
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