JP2010231456A - Power supply system - Google Patents
Power supply system Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010231456A JP2010231456A JP2009077712A JP2009077712A JP2010231456A JP 2010231456 A JP2010231456 A JP 2010231456A JP 2009077712 A JP2009077712 A JP 2009077712A JP 2009077712 A JP2009077712 A JP 2009077712A JP 2010231456 A JP2010231456 A JP 2010231456A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- voltage
- power
- solar cell
- output
- power supply
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
- G05F1/00—Automatic 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
- G05F1/66—Regulating electric power
- G05F1/67—Regulating electric power to the maximum power available from a generator, e.g. from solar cell
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Control Of Electrical Variables (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
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。
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,
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
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
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
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
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
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
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
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
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
(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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
(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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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 /
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
(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
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
Ia = Ie−α (Ip−Ie)
However, Ie = ε (Pe ÷ Ve), Ip: previous current command value, Ve: output voltage of the
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
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
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
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
61 Step-down
Claims (8)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009077712A JP2010231456A (en) | 2009-03-26 | 2009-03-26 | Power supply system |
PCT/JP2010/055263 WO2010110383A1 (en) | 2009-03-26 | 2010-03-25 | Power supply system and power supply management device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009077712A JP2010231456A (en) | 2009-03-26 | 2009-03-26 | Power supply system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010231456A true JP2010231456A (en) | 2010-10-14 |
Family
ID=42781074
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009077712A Withdrawn JP2010231456A (en) | 2009-03-26 | 2009-03-26 | Power supply system |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2010231456A (en) |
WO (1) | WO2010110383A1 (en) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012155581A (en) * | 2011-01-27 | 2012-08-16 | Hitachi Ltd | Power conversion device |
WO2013129683A1 (en) * | 2012-03-02 | 2013-09-06 | 日揮株式会社 | Power supply device, electricity storage device, and electricity storage system |
JP2014176251A (en) * | 2013-03-12 | 2014-09-22 | Denso Corp | Power system |
JP2015138398A (en) * | 2014-01-22 | 2015-07-30 | 株式会社デンソー | charging device |
CN106058927A (en) * | 2016-06-27 | 2016-10-26 | 扬州大学 | Peak-current-based rapid algorithm for maximum power point of photovoltaic grid-connected micro inverter |
TWI642251B (en) * | 2016-11-04 | 2018-11-21 | 朗天科技股份有限公司 | Energy system using maximum energy utilization point tracking technologies |
JPWO2021182259A1 (en) * | 2020-03-11 | 2021-09-16 | ||
JP7266777B1 (en) | 2022-09-26 | 2023-05-01 | 株式会社ターネラ | power storage device |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5797509B2 (en) * | 2011-09-29 | 2015-10-21 | オムロン株式会社 | Power supply control device, power conditioner, power supply system, program, and power supply control method |
JP5940946B2 (en) * | 2012-09-20 | 2016-06-29 | 京セラ株式会社 | Power conditioner and control method thereof |
WO2020039537A1 (en) * | 2018-08-23 | 2020-02-27 | ソニー株式会社 | Control device, control method, and control system |
US20230126245A1 (en) * | 2020-03-11 | 2023-04-27 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Arc detection device, indoor power line system, solar power generation system, and storage battery system |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3488348B2 (en) * | 1996-09-10 | 2004-01-19 | 株式会社エヌ・ティ・ティ ファシリティーズ | DC power supply device combined with solar cell and control method thereof |
CN101636847B (en) * | 2006-12-06 | 2011-05-04 | 太阳能安吉有限公司 | Monitoring system of distributed power harvesting systems using DC power sources |
-
2009
- 2009-03-26 JP JP2009077712A patent/JP2010231456A/en not_active Withdrawn
-
2010
- 2010-03-25 WO PCT/JP2010/055263 patent/WO2010110383A1/en active Application Filing
Cited By (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012155581A (en) * | 2011-01-27 | 2012-08-16 | Hitachi Ltd | Power conversion device |
WO2013129683A1 (en) * | 2012-03-02 | 2013-09-06 | 日揮株式会社 | Power supply device, electricity storage device, and electricity storage system |
CN104160586A (en) * | 2012-03-02 | 2014-11-19 | 日挥株式会社 | Power supply device, electricity storage device, and electricity storage system |
JPWO2013129683A1 (en) * | 2012-03-02 | 2015-07-30 | 日揮株式会社 | Power supply device, power storage device, and power storage system |
US9641022B2 (en) | 2012-03-02 | 2017-05-02 | Jgc Corporation | Power supply apparatus, battery apparatus, and battery system |
JP2014176251A (en) * | 2013-03-12 | 2014-09-22 | Denso Corp | Power system |
JP2015138398A (en) * | 2014-01-22 | 2015-07-30 | 株式会社デンソー | charging device |
CN106058927B (en) * | 2016-06-27 | 2020-07-17 | 扬州大学 | Photovoltaic grid-connected micro-inverter maximum power point rapid algorithm based on peak current |
CN106058927A (en) * | 2016-06-27 | 2016-10-26 | 扬州大学 | Peak-current-based rapid algorithm for maximum power point of photovoltaic grid-connected micro inverter |
TWI642251B (en) * | 2016-11-04 | 2018-11-21 | 朗天科技股份有限公司 | Energy system using maximum energy utilization point tracking technologies |
JPWO2021182259A1 (en) * | 2020-03-11 | 2021-09-16 | ||
WO2021182259A1 (en) * | 2020-03-11 | 2021-09-16 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Arc detection device, power conditioner, indoor wiring system, circuit breaker, solar panel, solar panel attachment module, and junction box |
JP7437812B2 (en) | 2020-03-11 | 2024-02-26 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Arc detection equipment, power conditioners, indoor wiring systems, breakers, solar panels, solar panel attachment modules and connection boxes |
US11923670B2 (en) | 2020-03-11 | 2024-03-05 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | ARC detection device, solar inverter, indoor wiring system, circuit breaker, solar panel, solar panel attachment module, and junction box |
JP7266777B1 (en) | 2022-09-26 | 2023-05-01 | 株式会社ターネラ | power storage device |
JP2024047380A (en) * | 2022-09-26 | 2024-04-05 | 株式会社ターネラ | Power generation and storage device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2010110383A1 (en) | 2010-09-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2010231456A (en) | Power supply system | |
JP6031759B2 (en) | Solar cell power generation system | |
US9225174B2 (en) | Control system, control apparatus and control method | |
US9800051B2 (en) | Method and apparatus for controlling energy flow between dissimilar energy storage devices | |
RU2659817C2 (en) | Charger device for various sources of electricity | |
US9059593B2 (en) | Charge controlling system, charge controlling apparatus, charge controlling method and discharge controlling apparatus | |
JP5998454B2 (en) | Control device, control method, and control system | |
US9337682B2 (en) | Charging control device, solar power generation system and charging control method | |
US20110298442A1 (en) | Converter Circuit and Electronic System Comprising Such a Circuit | |
US20150069950A1 (en) | Control system | |
JP2015502621A (en) | Solar power generation system that performs maximum power point tracking for each unit group | |
JP5887841B2 (en) | Control system | |
JP5718318B2 (en) | Converter circuit and electronic system including the converter circuit | |
US9124191B2 (en) | Power supply apparatus, power controlling system and starting method for electric apparatus | |
WO2015145971A1 (en) | Power conversion device and power conversion method | |
JP2013099207A (en) | Control apparatus and control method | |
Alagammal et al. | Combination of modified P&O with power management circuit to exploit reliable power from autonomous PV-battery systems | |
US9257861B2 (en) | Control apparatus and control method | |
JP2019030085A (en) | Power conditioner and power conditioner control method | |
KR101695961B1 (en) | Power conversion module, stable power supplying device and method by using it | |
KR101776618B1 (en) | Control apparatus for microgrid, control method for microgrid and control method for fuel generator | |
JPH08251832A (en) | Method and apparatus for charging by using solar cell | |
JP6089237B2 (en) | Storage battery charge control system | |
JP2000020149A (en) | Sunshine inverter device | |
CN117955170A (en) | Power output method of photovoltaic direct-current energy storage coupling equipment |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20100714 |
|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20120605 |