JP2012181608A - Energy conversion device and maximum power conversion circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気エネルギーを発生し、降圧,昇圧,交流への変換などを行い所定の形態に変換するエネルギー変換装置およびエネルギー変換方法に関する。特に太陽電池で発電した場合に、効率的に電力の形態を変換するものである。 The present invention relates to an energy conversion device and an energy conversion method for generating electric energy and converting it into a predetermined form by performing step-down, step-up, conversion to alternating current, and the like. In particular, when power is generated by a solar cell, the form of power is efficiently converted.
自然エネルギーには、予測できない変動がある。例えば、太陽光の照度の変化や風力の変化などである。このような自然エネルギーから発電した発電電力を降圧,昇圧,交流への変換などを行い所定の電気エネルギーに変換する場合には、変換効率を良くするために、供給力に合わせた最適な電力変換を行うことが望ましい。このように、電力が最大になる最大電力点で電力変換する方法は、最大電力点追従(Maximum Power Point Tracking)法として、広く知られている(例えば、特許文献1参照)。 Natural energy has unpredictable fluctuations. For example, changes in the illuminance of sunlight or changes in wind power. When converting the generated power generated from such natural energy into predetermined electrical energy by stepping down, boosting, or converting to alternating current, optimal power conversion according to the supply power is required to improve the conversion efficiency. It is desirable to do. As described above, a method of performing power conversion at the maximum power point at which the power is maximized is widely known as a maximum power point tracking method (see, for example, Patent Document 1).
このための従来技術の一例を、図16に示す。
図16において、発電手段111は、他のエネルギーから電気エネルギーを発生する。具体的には、太陽電池などが発電手段111の例である。
An example of the prior art for this purpose is shown in FIG.
In FIG. 16, the power generation means 111 generates electrical energy from other energy. Specifically, a solar cell or the like is an example of the
電力変換手段120は、発電手段111で発生した発電電力を降圧,昇圧,交流への変換などを行い所定の形態の電気エネルギーに変換する。 The power conversion means 120 converts the generated power generated by the power generation means 111 into a predetermined form of electrical energy by performing step-down, step-up, conversion to alternating current, and the like.
電力演算手段1621は、電力変換手段120で変換する電力が最大になるようにするために、発電手段111が出力する発電電力を演算する。このため、発電電力の電圧と電流を測定し、測定した電圧と電流の積から発電電力を得る。ここで、発電電力の電流を測定するために、抵抗1612を挿入して、抵抗1612の電圧降下を測定していた。
The power calculation means 1621 calculates the generated power output from the power generation means 111 in order to maximize the power converted by the power conversion means 120. For this reason, the voltage and current of the generated power are measured, and the generated power is obtained from the product of the measured voltage and current. Here, in order to measure the current of the generated power, the
MPPT制御手段1631は、発電手段111の供給力に応じた最適な電力変換を電力変換手段120で行うための最大電力点を検出して、検出した最大電力点を電力変換手段120の動作点として設定する。このため、MPPT制御手段1631は、電力変換手段120の動作点を動かしながら電力演算手段1621で演算した電力が最大になる動作点を最大電力点として検出して、検出した最大電力点を追従する。最大電力点を検出する方法は、古くは山登り法が開示され、その後も効率よく最大電力点に到達する構成方法の改善が多数開示されている。
The
しかし、従来のエネルギー変換装置では、電流を測定するために抵抗を挿入していたために、抵抗で消費する電力分のロスを生じていた。特に単一セルの太陽電池など電圧が低い場合には、抵抗による電圧降下の電源電圧に対する比率が大きく、抵抗による電力の損失は無視できなかった。 However, in the conventional energy conversion device, since a resistor is inserted to measure the current, a loss corresponding to the power consumed by the resistor occurs. In particular, when the voltage is low, such as a single-cell solar cell, the ratio of the voltage drop due to resistance to the power supply voltage is large, and power loss due to resistance cannot be ignored.
そこで、本発明では、この課題を解決して、電流を測定せずに電力を検出して、電流測定のための電力の損失をなくすことのできるエネルギー変換装置および最大電力変換回路を提供する。 Therefore, the present invention solves this problem and provides an energy conversion device and a maximum power conversion circuit capable of detecting power without measuring current and eliminating power loss for current measurement.
本発明による最大電力変換回路は、入力電力の形態を変換して変換電力を出力する電力変換手段と、前記電力変換手段で変換する電力を前記電力変換手段の入力電圧と前記電力変換手段の変換動作とから演算する電力演算手段と、前記電力変換手段の変換する電力が最大になるように制御するMPPT制御手段とにより構成する。 The maximum power conversion circuit according to the present invention includes a power conversion unit that converts the form of input power and outputs converted power, and converts the power converted by the power conversion unit into the input voltage of the power conversion unit and the conversion of the power conversion unit. It comprises power calculating means for calculating from the operation and MPPT control means for controlling the power converted by the power converting means to become maximum.
また、本発明によるエネルギー変換装置は、電気エネルギーを発生する発電手段と、前記発電手段からの発電電力を入力して変換する前記最大電力変換回路とにより構成する。 The energy conversion device according to the present invention includes a power generation unit that generates electrical energy and the maximum power conversion circuit that receives and converts the generated power from the power generation unit.
本発明によれば、電圧降下なく電力測定することができるため、効率良く最大電力点を追従して、電力形態の変換を行うことができる。特に発電手段の電圧が低い場合にその降下が顕著になる。 According to the present invention, power can be measured without a voltage drop, so that the power form can be converted efficiently following the maximum power point. In particular, the drop is significant when the voltage of the power generation means is low.
発電手段の供給力に見合った負荷インピーダンスにすると、発電手段から引き出す電力が最大になる。この最大電力点に追従しながら電力変換するのがMPPT法である。MPPT法では、最大電力点に追従するために、電力の検出が必要である。 When the load impedance is commensurate with the supply power of the power generation means, the power drawn from the power generation means is maximized. The MPPT method performs power conversion while following this maximum power point. In the MPPT method, it is necessary to detect power in order to follow the maximum power point.
本発明の特徴について、従来例との違いを説明する。
従来のエネルギー変換装置とは、電力変換手段の変換する電力の求め方が違う。従来の電力演算手段では、発電手段で発生して電力変換手段が入力する発電電力の電流と電圧を測定してそれらの積を演算することにより電力を求めていたため、電流を測定するための抵抗により電力損失を生じていた。そこで本発明では、電力変換手段の入力の電圧と電力変換手段の変換動作とから電力を演算するようにした。
Regarding the features of the present invention, differences from the conventional example will be described.
It differs from the conventional energy conversion device in how to calculate the power converted by the power conversion means. In the conventional power calculation means, since the power is obtained by measuring the current and voltage of the generated power generated by the power generation means and input by the power conversion means and calculating the product thereof, the resistance for measuring the current Caused power loss. Therefore, in the present invention, power is calculated from the input voltage of the power conversion means and the conversion operation of the power conversion means.
このように構成して動作させることにより、電力検出のための損失を抑えて、効率よく変換することのできるエネルギー変換装置および最大電力変換回路を実現できる。特に発電手段の電圧が低い場合にその降下が顕著になる。 By configuring and operating in this manner, it is possible to realize an energy conversion device and a maximum power conversion circuit that can efficiently convert while suppressing loss for power detection. In particular, the drop is significant when the voltage of the power generation means is low.
本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する、 Embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明によるエネルギー変換装置101および最大電力変換回路112および最大電力変換方法701の好適な実施例を、図面を基に説明する。なお、以降の説明において、<>は大見出し、[]は小見出しを表すものとする。
Preferred embodiments of the
<エネルギー変換装置101>
図1は、本発明によるエネルギー変換装置101のブロック図である。
[エネルギー変換装置101]
本発明によるエネルギー変換装置101は、電気エネルギーを発生して発電電力を出力する発電手段111と、発電手段111から最大電力を引き出しながら発電電力の形態を変換する最大電力変換回路112とにより構成した。
<
FIG. 1 is a block diagram of an
[Energy conversion device 101]
The
[最大電力変換回路112]
最大電力変換回路112は、前記発電手段から出力された発電電力の形態を変換する電力変換手段120と、前記電力変換手段120が変換する電力を演算して検出する電力演算手段121と、前記電力変換手段120の動作点を動かすことにより電力変換手段120の変換する電力が最大になるように最大電力点を検出して追従するMPPT制御手段131と、前記MPPT制御手段131の検出した最大電力点を前記発電手段111の供給力に関連付けて記憶するMPP特性記憶手段124とにより構成した。
[Maximum power conversion circuit 112]
The maximum
[最大電力変換方法701]
最大電力変換方法701は、図7に示すように、発電手段111で電気エネルギーを発生する(図示しない)発電工程と、電力変換手段120での発電電力の形態を変換して変換電力を出力する(図示しない)電力変換工程と、動作点更新の判定を行う動作点更新判定工程711と、発電手段の供給力を検出する供給力検出工程712と、供給力の変化から発電変化量を求める変化検出工程713と、発電変化量を累積して累積変化量を求める累積フィルタ工程714と、学習を行うかの判定を行う学習判定工程715と最大電力点を検出して記憶する学習工程716と、供給力により記憶された最大電力点の特性を参照して電力変換手段の動作点を更新する参照工程とにより動作する。
[Maximum power conversion method 701]
In the maximum
[定電圧出力制御機能]
なお、については、本発明の特徴とほとんど関係がないため、詳しい説明は省略するが、例えば出力電圧が狙いの電圧よりも高い場合には最大電力点追従の代わりに、出力電圧が一定の電圧になるように制御すればよい。また、過電圧防止機能や定電流出力制御機能などについても同様である。
これより各構成要素について、詳細に説明する。
[Constant voltage output control function]
In addition, since there is almost no relation with the feature of the present invention, detailed description is omitted. For example, when the output voltage is higher than the target voltage, the output voltage is a constant voltage instead of the maximum power point tracking. Control may be performed so that The same applies to the overvoltage prevention function and the constant current output control function.
Each component will now be described in detail.
<発電手段111>
発電手段111は、最大電力変換回路112に発電電力を供給する。発電手段111は、太陽電池や発電機や電池など、最大電力点を持つ電力供給手段であればどのようなものを用いても良い。
<Power generation means 111>
The power generation means 111 supplies generated power to the maximum
図2は、発電手段111の特性例として、ある一定の供給力の場合の太陽電池の特性を示したものである。ここで、太陽電池は、2つの発電セルを直列に接続したものを用いたがセル数に特に制約はない。また、供給力とは発電手段111の電力を供給する能力のことである。例えば、太陽電池の場合には、太陽電池への光の量が変わると、供給力が変化する。発電手段111が実際に出力する発電電力は、電力変換手段120が入力する電力のことで、発電電力と供給力は本質的に異なる。 FIG. 2 shows the characteristics of the solar cell in the case of a certain supply power as an example of the characteristics of the power generation means 111. Here, although the solar cell used what connected two power generation cells in series, there is no restriction | limiting in particular in the number of cells. Further, the supply power is the ability to supply power from the power generation means 111. For example, in the case of a solar cell, the supply power changes when the amount of light to the solar cell changes. The generated power actually output by the power generation means 111 is the power input by the power conversion means 120, and the generated power and the supply power are essentially different.
図2において、横軸は太陽電池の電圧の値を示し、左側の縦軸は電流の値を示し、右側の縦軸は発電電力の値を示している。ここで、実線は電圧−電流特性を示しており、点線は電圧−電力特性を示している。一点鎖線は点線の電力が最大になる電圧を示しており、黒丸は一点鎖線と電圧−電流特性を示す実線の交わる位置にあり、最大電力点の電圧と電流を表している。つまり、最適な動作点である最大電力点で電力変換しないと、発電手段111からの電力を最も効率的に引き出すことは出来ない。 In FIG. 2, the horizontal axis indicates the voltage value of the solar cell, the left vertical axis indicates the current value, and the right vertical axis indicates the value of the generated power. Here, the solid line indicates the voltage-current characteristic, and the dotted line indicates the voltage-power characteristic. The alternate long and short dash line indicates the voltage at which the power of the dotted line is maximized, and the black circle is at the position where the alternate long and short dash line and the solid line indicating the voltage-current characteristics intersect, and represents the voltage and current at the maximum power point. That is, the power from the power generation means 111 cannot be extracted most efficiently unless power conversion is performed at the maximum power point that is the optimum operating point.
実線の電圧−電流特性に示すように、電流と電圧の間には一対一の関係があるために、発電手段111から最大電力点を引き出すためには、電圧が最大電力点の電圧になるように制御しても良いし、電流が最大電力点の電流になるように制御しても良いし、電圧と電流の比で表されるインピーダンスが最大電力点のインピーダンスになるように制御しても良い。本発明では、このように制御する電圧や電流やインピーダンスの値を動作点と言う。 As shown by the solid-line voltage-current characteristics, since there is a one-to-one relationship between current and voltage, in order to extract the maximum power point from the power generation means 111, the voltage should be the maximum power point voltage. Or the current may be controlled to be the maximum power point current, or the impedance represented by the ratio of the voltage and the current may be controlled to be the maximum power point impedance. good. In the present invention, the voltage, current, and impedance values controlled in this way are referred to as operating points.
供給力は、太陽電池の近傍に設けた照度センサーにより得ることができるが、検出するためのセンサーや場所や配線や実装などのコストが比較的大きい。また、近傍であっても、光の当たり方がセンサーと太陽電池で異なる場合があるといった課題もある。 The supply power can be obtained by an illuminance sensor provided in the vicinity of the solar cell, but the cost of the sensor, the location, the wiring, and the mounting for detection is relatively large. There is also a problem that even in the vicinity, the way the light strikes may differ between the sensor and the solar cell.
図3は、太陽電池を用いた場合の、短絡電流と最大電力点との関係を示したものである。ここで、短絡電流は、太陽電池の出力の両端を短絡した場合に流れる電流で、供給力にほぼ比例するものである。このため、短絡電流を供給力として用いることができる。 FIG. 3 shows the relationship between the short-circuit current and the maximum power point when a solar cell is used. Here, the short-circuit current is a current that flows when both ends of the output of the solar cell are short-circuited, and is approximately proportional to the supply power. For this reason, a short circuit current can be used as supply power.
図3からも分かるように、最大電力点は供給力により変化するため、最大電力点を保持するためには、継続的に最大電力点を検出し続けるか、供給力を検出して供給力と最大電力点との特性を参照する必要がある。つまり、供給力に見合った動作点である最大電力点で電力変換しないと、発電手段111からの電力を最も効率的に引き出すことは出来ない。 As can be seen from FIG. 3, since the maximum power point varies depending on the supply power, in order to maintain the maximum power point, either continuously detecting the maximum power point or detecting the supply power and It is necessary to refer to the characteristics with the maximum power point. In other words, the power from the power generation means 111 cannot be extracted most efficiently unless the power is converted at the maximum power point that is the operating point corresponding to the supply power.
図2からも分かるように、太陽電池における最大電力点の電圧は、電流がゼロの時の電圧である開放電圧の凡そ80パーセント程度であることが知られている。しだかって、この開放電圧は、供給力に対応して変化する。このため、本実施例では、供給力の代わりに、開放電圧を用いるようにした。 As can be seen from FIG. 2, it is known that the voltage at the maximum power point in the solar cell is about 80% of the open-circuit voltage that is the voltage when the current is zero. Therefore, this open-circuit voltage changes corresponding to the supply power. For this reason, in this embodiment, an open circuit voltage is used instead of the supply force.
<電力変換手段120>
図4を基に、電力変換手段120の回路構成の例について説明する。
電力変換手段120は、発電電力の形態を変換し、変換電力を出力する。電力変換手段120は、直流に変換するDC−DCコンバーターや交流に変換するDC−ACインバーターなどが用いられる。電力変換手段120は、昇圧型でも降圧型でも良い。図4(a)に示す例は昇圧型のDC−DCコンバーターの回路構成で、図4(b)に示す例は降圧型のDC−DCコンバーターの回路構成である。
<Power conversion means 120>
An example of the circuit configuration of the power conversion means 120 will be described with reference to FIG.
The power conversion means 120 converts the form of generated power and outputs converted power. As the power conversion means 120, a DC-DC converter for converting to direct current, a DC-AC inverter for converting to alternating current, or the like is used. The power conversion means 120 may be a step-up type or a step-down type. The example shown in FIG. 4A is a circuit configuration of a step-up DC-DC converter, and the example shown in FIG. 4B is a circuit configuration of a step-down DC-DC converter.
発電手段111からの発電電力は、2本の導体により伝えられる。プラス電位側の導体は、変換手段の回路に印加し、マイナス電位側の導体は基準電位である0Vのグランドに接続するようにした。 The generated power from the power generation means 111 is transmitted by two conductors. The positive potential side conductor was applied to the circuit of the conversion means, and the negative potential side conductor was connected to the ground of 0 V which is the reference potential.
[第一平滑手段401]
第一平滑手段401の両端は、発電電力の2つの導体に接続した。第一平滑手段401には、2つの役割がある。ひとつは、発電手段111の出力電圧を一定に保つことにより、発電手段111の動作点の変動を小さくする。つまり、スイッチング等により電力変換手段120内部に流れ込む電流が変化しても、最大電力点から大きく離れないようにするためである。もうひとつは、電力変換手段120内部に供給する交流インピーダンスを小さくして、安定したエネルギー変換や変換電力の測定を可能にする。第一平滑手段401は、コンデンサにより実現した。但し、複数の電力変換手段120を位相をずらしながら動作させる場合など、発電電力の電流の変化が小さい場合もある。従って、第一平滑手段401は、必要に応じて設ければよい。
[First smoothing means 401]
Both ends of the first smoothing means 401 were connected to two conductors of generated power. The first smoothing means 401 has two roles. One is to reduce the fluctuation of the operating point of the power generation means 111 by keeping the output voltage of the power generation means 111 constant. In other words, even if the current flowing into the power conversion means 120 changes due to switching or the like, it does not greatly deviate from the maximum power point. The other is to reduce the AC impedance supplied into the power conversion means 120 to enable stable energy conversion and measurement of converted power. The first smoothing means 401 is realized by a capacitor. However, there are cases where the change in the generated power current is small, such as when the plurality of power conversion means 120 are operated while shifting the phase. Therefore, the first smoothing means 401 may be provided as necessary.
[インダクタ402]
インダクタ402は、電流を蓄えたり、放出したりすることにより、電圧を変換する。インダクタ402は、コイルにより実現した。
[Inductor 402]
The
[第一スイッチング手段403]
第一スイッチング手段403がオンすると、インダクタ402に流れる電流が増加する。第一スイッチング手段403は、オンとオフを交互に繰り返す。第一スイッチング手段403は、PWM手段407からのパルスによりオンする電界効果トランジスタにより実現したが他のスイッチング手段を用いても良い。
[First switching means 403]
When the first switching means 403 is turned on, the current flowing through the
[第二スイッチング手段404]
第二スイッチング手段404は第一スイッチング手段403がオフするのとほぼ同時にオンする。第二スイッチング手段404がオンしている間には、インダクタ402に流れる電流が減少しながら変換電力側に流れる。第二スイッチング手段404は、インダクタ402に流れる電流が凡そゼロになったらオフする。第二スイッチング手段404は、ダイオードにより実現したが、電界効果トランジスタなどのスイッチング手段により実現しても良い。
[Second switching means 404]
The second switching means 404 is turned on almost simultaneously with the first switching means 403 being turned off. While the second switching means 404 is on, the current flowing through the
[第二平滑手段405]
第二平滑手段405は、電力変換手段120の出力側の電圧を安定させるためのもので、必要に応じて設ければよい。このため、第二平滑手段405は、コンデンサにより実現した。
[Second smoothing means 405]
The
[ループフィルタ手段406]
図4に示す電力変換手段120では、発電手段111の出力する発電電力の電圧が動作点に近づくように、負帰還の制御ループにより制御されている。つまり、発電電力の電圧が動作点の電圧より高くなると、第一スイッチング手段403をオンする時間を長くして、インダクタ402の蓄積する電流を大きくすることにより発電電圧を下げるように動作する。逆に、発電電力の電圧が動作点の電圧より低くなると、第一スイッチング手段403をオンする時間を短くして、インダクタ402の蓄積する電流を小さくすることにより発電電圧を上げるように動作する。
[Loop filter means 406]
4 is controlled by a negative feedback control loop so that the voltage of the generated power output from the power generation means 111 approaches the operating point. That is, when the voltage of the generated power becomes higher than the voltage at the operating point, the time for turning on the first switching means 403 is lengthened, and the current accumulated in the
ループフィルタ手段406は、フィードバックループの応答性と安定性を確保する。このため、ループフィルタ手段406ではPID制御を行うようにしたが、この限りではない。
ループフィルタ手段406は、アナログ回路にて実現したが、デジタル回路で実現するようにしても良い。
The loop filter means 406 ensures the response and stability of the feedback loop. For this reason, the loop filter means 406 performs PID control, but this is not restrictive.
The
[PWM手段407]
PWM手段407は、ループフィルタ手段406の出力に応じたパルス幅のパルス信号を生成する。PWM手段407の発生するパルス信号は、継続的に電力変換を行うために、周期的に発生するようにした。パルス信号の周波数は、高くすることによりインダクタ402やスイッチング手段403のトランジスタや第一,第二平滑手段401,405のコンデンサの容量を小さくすることができるが、スイッチングの損失が大きくなる。パルス信号の周波数を低くすると、スイッチングの損失は小さく抑えることができる。本実施例では100kHzのパルス信号を出力するようにした。
[PWM means 407]
The
PWM手段407は、三角波や鋸波をループフィルタ手段406の出力と比較して発生するようにしたが、タイマー等のデジタル回路で発生するようにしても良い。 The PWM means 407 generates a triangular wave or a sawtooth wave by comparing it with the output of the loop filter means 406, but it may be generated by a digital circuit such as a timer.
[電力変換手段120の変換電力]
図4(a)に示した昇圧型のDC−DCコンバーターの場合を例に、電力変換手段120の変換電力について説明する。
[Conversion power of power conversion means 120]
The conversion power of the power conversion means 120 will be described with reference to the case of the step-up DC-DC converter shown in FIG.
電力変換手段120の変換電力は、発電手段111側からインダクタ402に供給される電力と考えることができるため、インダクタ402の電流と電圧の関係について、図5を基に説明する。図5の上部の縦軸はインダクタ402に印加される電圧を表しており、図5の下部の縦軸はタンダクタ402に流れる電流を表している。横軸は図5の上部と下部に共通の時間軸であり、図5は電流と電圧の関係を時間の経過とともに示している。
Since the converted power of the power conversion means 120 can be considered as power supplied to the
ここで、以降の説明において使用する文字の定義について予め説明する。Lは、インダクタ402のインダクタンスである。Viは、発電手段111からの発電電力を電力変換手段120が入力する入力電圧である。Voは、変換電力を出力する電力変換手段120の出力電圧である。Ipは、インダクタ402に流れる電流の最大値である。
Here, definitions of characters used in the following description will be described in advance. L is the inductance of the
インダクタ402への電流の増加は、時刻0に第一スイッチング手段403をオンすることにより開始し、時刻t1に第一スイッチング手段403をオフして終了する。したがって、t1は、第一スイッチング手段403をオンしてインダクタ402に電流を蓄積している時間でもある。この間に、インダクタ402には入力電圧Viにより電流が蓄積される。
The increase in current to the
インダクタ402からの電流の放出は、時刻t1に開始し、時刻t2で電流が0になった時点で終了する。何故ならば、第二スイッチング手段404によりインダクタ402には出力側からの電流は流れ込まないからである。この間にインダクタ402には、電力変換手段120の入出力の電圧差(Vi−Vo)が印加される。この電位差はマイナスの値のため、インダクタ402の電流は減少する。
インダクタ402への電流の増減は、周期Tで繰り返される。
The discharge of current from the
The increase / decrease of the current to the
さらに、以降の説明における便宜上の前提条件について説明する。まず、入力電圧Viと出力電圧Voの1周期内での変動は、第一および第二平滑手段401,405により各々平滑化されていて、無視できるものとする。また、インダクタ402と第一スイッチング手段403と第二スイッチング手段404のオン抵抗は十分小さいものとした。
Furthermore, preconditions for convenience in the following description will be described. First, it is assumed that fluctuations in one cycle of the input voltage Vi and the output voltage Vo are smoothed by the first and second smoothing means 401 and 405, respectively, and can be ignored. The on-resistances of the
ここで、インダクタ402への時刻0から時刻t1までの電流の蓄積により、時刻t1においてインダクタ402を流れる電流は最大になる。その時の最大電流Ipは、数式1を満たす。何故ならば、この間にインダクタンスLのインダクタ402に印加されている電圧は、一定の入力電圧Viだからである。
(数式1) Vi=L・Ip/t1
同様に、時刻t1から時刻t2までの間に、電力変換手段120の入出力間の電圧差(Vi−Vo)がインダクタ402に印加されて、インダクタ402の電流が放出される。電力変換手段120は昇圧型のため、インダクタ402には電流を小さくするように電圧が印加され、時刻t2ではインダクタ402を流れる電流がゼロになる。この間に印加している電圧(Vi−Vo)と電流の減少Ipは、数式2を満たす。
(数式2) Vi−Vo=−L・Ip/(t2−t1)
数式1と数式2からインダクタンスLと最大電流Ipを消去して、インダクタ402の電流が零になる時刻t2について解くと、数式3を得る。
(数式3) t2=t1・Vo/(Vo−Vi)
時刻0から時刻t2までに流れる電流の平均値は、図5下部のインダクタ402の電流波形から明らかなように最大電流Ipの2分の1である。したがって、周期Tの間に流れる電流の平均値Iaは、数式4で表される。
(数式4) Ia=(Ip/2)・t2/T
したがって、発電手段111から電力変換手段120に供給される周期Tにおける平均電力Pは、インダクタ402に流れ込む平均電力とほぼ同じため、入力電圧Viと数式4で求めた平均電流Iaとの積により求められ、数式5を満たす。
(数式5) P=Vin・Ia=Vin・(Ip/2)・t2/T
この数式5のIpに数式1をIpについて解いたものを代入し、数式5のt2に数式3を代入することにより、変換電力Pとして、数式6を得る。
(数式6) P=(Vi・t1)2・{Vo/(Vo−Vi)}/(2・T・L)
ここで、インダクタ402のインダクタンスLや周期Tが一定とすると、変換電力Pは、数式7の比例関係を満たす。
(数式7) P∝(Vi・t1)2・{Vo/(Vo−Vi)}
さらに、エネルギー変換装置101の出力に2次電池など一定の電圧になる素子が接続される場合など、出力電圧Voに対して入力電圧Viの変動が十分小さい場合には、変換電力Pは、数式8に示すように、入力電圧Viと時刻t1の積の自乗に比例する。
(数式8) P∝(Vi・t1)2
[降圧型の電力変換手段120の変換電力]
図4(b)に示す降圧型のDC−DCコンバーターの例の場合にも、昇圧型の場合と同様の考え方で数式を容易に導くことができる。その結果、数式6および数式7における中括弧{}の中を、分母と分子を入れ換えてマイナス1倍したものに置き換えれば良いことが得られる。
Here, due to the accumulation of current from
(Formula 1) Vi = L · Ip / t1
Similarly, between time t1 and time t2, the voltage difference (Vi−Vo) between the input and output of the power conversion means 120 is applied to the
(Formula 2) Vi-Vo = -L * Ip / (t2-t1)
When the inductance L and the maximum current Ip are eliminated from
(Formula 3) t2 = t1 · Vo / (Vo−Vi)
The average value of the current flowing from
(Formula 4) Ia = (Ip / 2) · t2 / T
Therefore, the average power P in the period T supplied from the power generation means 111 to the power conversion means 120 is substantially the same as the average power flowing into the
(Formula 5) P = Vin · Ia = Vin · (Ip / 2) · t2 / T
By substituting a value obtained by solving
(Formula 6) P = (Vi · t1) 2 · {Vo / (Vo−Vi)} / (2 · T · L)
Here, if the inductance L and the period T of the
(Formula 7) P∝ (Vi · t1) 2 · {Vo / (Vo−Vi)}
Further, when the variation of the input voltage Vi is sufficiently small with respect to the output voltage Vo, such as when an element having a constant voltage, such as a secondary battery, is connected to the output of the
(Formula 8) P∝ (Vi · t1) 2
[Conversion power of step-down power conversion means 120]
Also in the example of the step-down DC-DC converter shown in FIG. 4B, a mathematical expression can be easily derived based on the same concept as that of the step-up type. As a result, it is possible to replace the curly braces {} in Equations 6 and 7 with ones minus 1 by replacing the denominator and numerator.
つまり、数式6に対応した降圧型の電力変換手段120での変換電力Pは、数式9で表される。
(数式9) P=(Vi・t1)2・{(Vi−Vo)/Vo}/(2・T・L)
また、昇圧型の場合と同様に、インダクタ402のインダクタンスLや周期Tが一定とすると、変換電力Pは数式7に対応した数式10の比例関係を満たす。
(数式10) P∝(Vi・t1)2・{(Vi−Vo)/Vo}
<電力演算手段121>
電力演算手段121は、電力変換手段120が変換する電力を検出する。例えば、図4(a)に示した昇圧型のDC−DCコンバーターによる電力変換手段120の変換する電力は、数式7を満たすので、電力変換手段120の入力電圧Vi,出力電圧Voおよび電力変換手段120の変換動作としての第一スイッチング手段403をオンしている時間t1とから、数式7に示す演算により電力演算手段121の変換する電力を求めるようにした。つまり、最大電力点を検出するためには、電力の大小関係がわかればよいので、数式7に示すように、定数を取り除いた電力Pとの比例関係を電力演算手段121の出力として用いるようにした。
That is, the conversion power P in the step-down power conversion means 120 corresponding to Equation 6 is expressed by Equation 9.
(Formula 9) P = (Vi · t1) 2 · {(Vi−Vo) / Vo} / (2 · T · L)
Similarly to the step-up type, when the inductance L and the period T of the
(Expression 10) P∝ (Vi · t1) 2 · {(Vi−Vo) / Vo}
<Power calculation means 121>
The
電力演算手段121の構成例を、図6を基に説明する。
図6において、第一ADC手段は、発電電力の電圧をデジタル値に変換する。第一ADC手段の出力は、電力演算の他に、発電手段111の供給力としての開放電圧のデジタル値を得るためにも用いられる。第二ADC手段は、変換電力の電圧をデジタル値に変換する。第三ADC手段は、第一スイッチング手段403をオンする1周期の時間t1として、図示しないが、ループフィルタ手段406の出力レベルをデジタル値に変換するようにした。なお、第一スイッチング手段403をオンする1周期の時間t1を得るために、実際に第一スイッチング手段403を駆動する信号をデジタル回路で計時したり、あるいはループフィルタ手段406やPWM手段407をデジタル回路やプロセッサで実現する場合には、第三ADC手段は省略することができる。
A configuration example of the
In FIG. 6, the first ADC means converts the voltage of the generated power into a digital value. The output of the first ADC means is used for obtaining a digital value of the open-circuit voltage as the supply power of the power generation means 111 in addition to the power calculation. The second ADC means converts the converted power voltage into a digital value. Although not shown, the third ADC means converts the output level of the loop filter means 406 into a digital value as one cycle time t1 for turning on the first switching means 403. In order to obtain the time t1 of one cycle for turning on the first switching means 403, a signal for actually driving the first switching means 403 is counted by a digital circuit, or the loop filter means 406 and the PWM means 407 are digitally set. In the case of realizing with a circuit or a processor, the third ADC means can be omitted.
第一乗算手段621は、第一ADC手段611の出力と第三ADC手段613の出力を掛ける。第二乗算手段622は、第一乗算手段621の演算結果を自乗する。減算手段623は、第二ADC手段612の出力から第一ADC手段611の出力を差し引く。除算手段624は、第二ADC手段612の出力を、減算手段623の演算結果で割る。第三乗算手段625は、第二乗算手段622の演算結果と除算手段624の演算結果を掛けて、変換電力Pを出力する。
The
なお、図6に示した構成では、第二スイッチング手段404の電圧降下は無視できるものとしたが、必要であれば出力電圧Voから第二スイッチング手段404の電圧降下分を加えた値を出力電圧Voとして用いるなどして、電力の演算を行ってもよい。 In the configuration shown in FIG. 6, the voltage drop of the second switching means 404 can be ignored. However, if necessary, the value obtained by adding the voltage drop of the second switching means 404 to the output voltage Vo is the output voltage. The power may be calculated by using it as Vo.
また、数式6や数式8乃至10を用いる場合は、必要に応じて構成を変えればよい。さらに、以上に示した電力演算手段121の構成は一例であり、演算の順序を入換えたり、テーブル等を参照したり、プロセッサなどを用いて演算したり、アナログの演算回路により演算するようにしても良いことは言うまでもない。
Moreover, what is necessary is just to change a structure as needed, when using Numerical formula 6 and
本実施例では、電流測定のための抵抗を不要にし、抵抗での電力損失をなくすために、電力変換手段120の入出力電圧と前記電力変換手段120の変換動作とから変換電力を求めるように構成した。しかし、電力変換手段120の入力電流と入力電圧の積を演算したり、電力変換手段120の出力電流と出力電圧を演算しても変換電力Pを求めることができる。 In this embodiment, in order to eliminate the resistance for current measurement and eliminate the power loss at the resistor, the converted power is obtained from the input / output voltage of the power conversion means 120 and the conversion operation of the power conversion means 120. Configured. However, the converted power P can be obtained by calculating the product of the input current and the input voltage of the power conversion means 120 or calculating the output current and the output voltage of the power conversion means 120.
電力演算手段121で検出した変換電力Pは、MPPT制御手段131で最大電力点を求めるために用いられる。 The converted power P detected by the power calculation means 121 is used by the MPPT control means 131 to obtain the maximum power point.
<MPP特性記憶手段124>
MPP特性記憶手段124は、供給力が変化しても容易に最大電力点に到達できるようにするために、供給力に対する最大電力点の特性を記憶するようにした。
<MPP characteristic storage means 124>
The MPP characteristic storage means 124 stores the characteristic of the maximum power point with respect to the supply power in order to easily reach the maximum power point even if the supply power changes.
本実施例1では、供給力として開放電圧を用いたが、供給力は太陽電池近傍の照度や短絡電流や最大電力点の電力を用いても良い。また、最大電力点は、最大電力となる電力変換手段120に設定する動作点として電圧の特性を記憶するようにしたが、電流や入力インピーダンスやスイッチのオンする時間の比率などある供給力における電力変換手段120の動作を制御できるものの特性であればどのようなものを記憶しても良い。 In the first embodiment, an open circuit voltage is used as the supply power, but the supply power may be illuminance near the solar cell, short-circuit current, or power at the maximum power point. In addition, the maximum power point stores the voltage characteristics as the operating point set in the power conversion means 120 that achieves the maximum power, but the power at a certain supply power, such as the ratio of the current, the input impedance, and the switch-on time. Any characteristic that can control the operation of the conversion means 120 may be stored.
[温度との関連]
本実施例1では、MPP特性記憶手段124では、温度と供給力に関連付けて最大電力点を記憶するようにした。このため、発電手段近傍には温度センサを設けた。最大電力点に影響する主な項目は、供給力と温度と経時変化である。したがって、温度と供給力に関連付けて最大電力点を記憶しておけば、あとは経時変化に対応すればよいため、後術する学習工程716の頻度を大幅に小さくすることができる。しかし、温度の変化が比較的緩やかで、新しい温度での供給力に対する最大電力点の特性の更新が十分早い場合には、必ずしもMPP特性記憶手段124での記憶は温度と関連付ける必要はない。
[Relationship with temperature]
In the first embodiment, the MPP
[記憶容量の削減]
供給力に対応した最大電力点を記憶する場合には、供給力を領域に分割して、各領域毎の最大電力点を記憶すると、記憶容量を小さくすることができる。この場合に、各領域毎に供給力の代表値を定義して、代表値間の供給力を参照する場合には最大電力点の値を必要により補間したり、更新する場合には新たに得られた最大電力点を必要により重みを分割して更新するようにしても良い。また、温度についても同様である。
[Reduction of storage capacity]
When storing the maximum power point corresponding to the supply power, the storage capacity can be reduced by dividing the supply power into regions and storing the maximum power points for each region. In this case, a representative value of the supply power is defined for each region, and when referring to the supply power between the representative values, the value of the maximum power point is interpolated as necessary, or newly obtained when updating. The maximum power point obtained may be updated by dividing the weight if necessary. The same applies to the temperature.
[非線形な供給力]
図3は、太陽電池を用いた場合の、短絡電流と最大電力点との関係を示したものである。図3に示すように、供給力を対数で表すと供給力に対する最大電力点の特性は比較的直線に近づくため、MPP特性記憶手段124で記憶する供給力に対する最大電力点の特性については、必要により供給力を対数など非線形な変換をしておくようにすると良い。
[Non-linear supply capacity]
FIG. 3 shows the relationship between the short-circuit current and the maximum power point when a solar cell is used. As shown in FIG. 3, when the supply power is expressed in logarithm, the characteristic of the maximum power point with respect to the supply force is relatively close to a straight line. Therefore, it is preferable to perform nonlinear conversion such as logarithm of the supply force.
[未学習領域の扱い]
MPP特性記憶手段124が記憶する供給力に対する最大電力点は、前述のように供給力を領域に分割して記憶するようにしたが、すべての領域が更新されなくても、参照することができる。学習していない領域は、その供給力がないか少ないため、参照することもほとんどない。それでも参照する場合には、新たに学習工程716を実行したり、周辺の領域に記憶された最大電力点から補間により求めても良い。あるいは、開放電圧の0.8倍がおよそ最大電力点の電圧に等しいことから、開放電圧の0.8倍を最大電力点の初期値としても良い。
[Handling of unlearned areas]
The maximum power point with respect to the supply force stored in the MPP
[最大電力点の更新]
本実施例1では、記憶している最大電力点を更新する場合には、MPPT制御手段131で最大電力点を検出した都度新しい最大電力点をそのまま記憶するようにした。
[Updating maximum power point]
In the first embodiment, when the stored maximum power point is updated, the new maximum power point is stored as it is every time the MPPT control means 131 detects the maximum power point.
この他に、ノイズの影響を排除するために、これまで記憶していた最大電力点を0.8倍して、新たに検出した最大電力点を0.2倍して、それらの和を新しい最大電力点として更新するなど、フィルタ処理した値を記憶するようにしても良い。但し、この比率は一例であり、供給力ごとの更新回数やノイズ環境等により異なる。このため供給力ごとの更新回数などの、記憶している最大電力点の信頼度を示す値も併せて記憶するようにしても良い。さらに、更新してからの経過時間に関する情報も併せて記憶するようにしても良い。学習してからの経過時間が長いと、情報が古くなり、学習内容の信頼度は低下する。 In addition to this, in order to eliminate the influence of noise, the maximum power point stored so far is multiplied by 0.8, the newly detected maximum power point is multiplied by 0.2, and the sum of them is newly set. The filtered value such as updating as the maximum power point may be stored. However, this ratio is an example, and differs depending on the number of updates for each supply force, the noise environment, and the like. Therefore, a value indicating the reliability of the stored maximum power point, such as the number of updates for each supply force, may be stored together. Furthermore, information related to the elapsed time since the update may be stored together. If the elapsed time from learning is long, the information becomes old, and the reliability of the learning content decreases.
また、更新する際に記憶していた最大電力点と新しく得られた最大電力点との差に応じて、記憶している最大電力点の値を修正するように更新しても良い。 Further, the stored maximum power point value may be corrected according to the difference between the maximum power point stored at the time of updating and the newly obtained maximum power point.
[特性を示す数値の記憶]
MPP特性記憶手段124での記憶は、供給力に対応した最大電力点を記憶するようにしたが、さらに供給力に対する最大電力点の特性を近似する数式を最小二乗法などにより求めてその特性を示す係数などの数値を記憶するようにしても良い。但し、その場合には、特性を導くための演算と参照時に最大電力点に戻すための演算が必要である。
[Storing numerical values indicating characteristics]
The MPP characteristic storage means 124 stores the maximum power point corresponding to the supply power, but further obtains a formula that approximates the characteristic of the maximum power point with respect to the supply power by the least square method or the like. You may make it memorize | store numerical values, such as a coefficient to show. However, in that case, an operation for deriving the characteristics and an operation for returning to the maximum power point at the time of reference are required.
[記憶の保持]
MPP特性記憶手段124での最大電力点の記憶は、夜間に発電がなくなっても記憶している値が保持されるように、不揮発性のメモリに記憶するようにした。不揮発性のメモリに記憶することは必ずしも必要ではないが、不揮発性のメモリに記憶することにより、学習工程716の頻度を下げることができる。
[Retention of memory]
The maximum power point stored in the MPP
<MPPT制御手段131>
MPPT制御手段131は、電力変換手段120の変換する電力が最大になるように電力変換手段の動作点を制御する。MPPT制御手段131では、間欠的に最大電力点を検出し、検出した最大電力点を供給力に関連付けて記憶することにより供給力と最大電力点の関係を学習し、供給力が変化した場合に効率的に最大電力点を追従するように制御する。このための、MPPT制御手段131による最大電力変換方法701の好適な一実施例について、図7(a)に示す工程フローを基に説明する。
<MPPT control means 131>
The
最大電力変換方法701は、動作点更新判定工程711と供給力検出工程712と学習判定工程715と、学習工程716と参照工程717により動作する。
The maximum
但し、図7(a)に示すこの工程フローを実行している間も、図示していないが、発電手段111で電気エネルギーを発生する発電工程と、電力変換手段120での発電電力の形態を変換して変換電力を出力する電力変換工程とは動作しており、特に断りのない限りエネルギー変換は行われている。 However, while this process flow shown in FIG. 7A is being executed, although not shown, the power generation process for generating electrical energy by the power generation means 111 and the form of power generated by the power conversion means 120 are shown. The power conversion process of converting and outputting the converted power is operating, and energy conversion is performed unless otherwise specified.
これより最大電力変換方法701の各工程について、詳細に説明する。
Hereafter, each process of the maximum
[動作点更新判定工程711]
太陽電池に光が当り始めて、エネルギー変換装置101が動きだすと、動作点判定工程に移行する。動作点更新判定工程711では、動作点を更新するか否かを判定する。動作点更新の頻度が高くなると、太陽電池への光量変化に高速に追従することが出来るようになるが、更新のための供給力の検出などに要する電力が大きくなる。したがって、光量変化の速度に合った望ましい更新頻度がある。
[Operation point update determination step 711]
When light starts to hit the solar cell and the
更新の判定は、例えば前回の更新からの経過時間が10秒以上の場合に更新するようにするなど、固定した時間を基準に判定しても良い。しかし、動作点更新のための消費電力を削減するため、供給力の変化の速度に応じて動作点を更新する頻度を自動的に変えるようにすることが望ましい。 The update may be determined based on a fixed time, for example, when the elapsed time from the previous update is 10 seconds or more. However, in order to reduce power consumption for updating the operating point, it is desirable to automatically change the frequency at which the operating point is updated according to the speed of change in the supply power.
例えば、多数の小さい雲が風に流されている場合や、走行中の車の場合など発電手段111の太陽電池に当たる光の量が短時間に変化する場合には、供給力の変化が速いため、動作点更新の頻度を高くする。逆に、発電手段111の太陽電池が快晴下の場合などには、供給力の変化が殆どないため、動作点更新の頻度を低くするようにする。このため、供給力の変化をフィルタなどで累積した累積変化量が所定の値になったら動作点を更新するように判定すればよい。 For example, when the amount of light hitting the solar cell of the power generation means 111 changes in a short time, such as when a large number of small clouds are flowing in the wind or in the case of a running car, the change in supply power is fast. Increase the frequency of operating point updates. On the contrary, when the solar battery of the power generation means 111 is in clear weather, there is almost no change in the supply power, so the frequency of the operating point update is lowered. For this reason, what is necessary is just to determine so that an operating point may be updated, when the accumulated change amount which accumulated the change of supply force with the filter etc. becomes a predetermined value.
但し、供給力の変化が全く無い場合でも定期的に動作点の更新をするように、動作点の更新の時間間隔に上限を設けるようにしてもよい。また、供給力の変化が非常に速い場合などに、最大電力点を追従するための消費電力が大きく、返って全体としての効率を落とさないようにするために、動作点の更新の時間間隔に下限を設けるようにしても良い。 However, an upper limit may be provided for the time interval for updating the operating point so that the operating point is updated periodically even when there is no change in the supply power. In addition, when the supply power changes very quickly, the power consumption for following the maximum power point is large, so that the overall efficiency is not lowered and the operating point is updated at the time interval. A lower limit may be provided.
あるいは、累積変化量と前回の動作点の更新からの経過時間の両方を用いて動作点更新の判定をするようにしても良い。つまり、累積変化量が大きいほど、動作点の更新の時間間隔が短くなるようにする。例えば、本実施例では、累積変化量と経過時間を係数倍して加えた値が、所定の値未満の場合は動作点更新判定工程711を繰り返し、所定の値以上の場合には、動作点を更新するために供給力検出工程712に移行するようにした。このため、供給力は供給力検出工程712で検出し、供給力の変化は発電変化量として変化検出工程713で検出し、発電変化量をフィルタで累積した累積変化量を累積フィルタ工程714で求めるようにした。
Alternatively, the operating point update may be determined using both the accumulated change amount and the elapsed time from the previous operating point update. That is, the larger the cumulative change amount, the shorter the operation point update time interval. For example, in this embodiment, when the value obtained by multiplying the cumulative change amount and the elapsed time by a coefficient is less than a predetermined value, the operating point
なお、供給力検出工程712と変化検出工程713と累積フィルタ工程714は工程フロー図上の他の位置でも良い。例えば図7(b)に示すように、これらは、動作点更新判定工程711を実行する前に、都度実行するようにすることもできる。
The supply
なお、動作点の更新を定期的に行う場合には、変化検出工程713と累積フィルタ工程714は必要ない。
Note that when the operating point is regularly updated, the
[供給力検出工程712]
供給力検出工程712では、発電手段111の供給力を検出する。このため、供給力検出工程712では、開放電圧を測定するようにした。
[Supply force detection step 712]
In the supply
但し、発電手段111の開放電圧の測定は、電力変換手段120の第一スイッチング手段403をオフした状態を継続して、第一平滑手段401の電圧が開放電圧にまで上昇して安定した後に行うため、待ち時間の間では電力変換が行われずに電力損失となる。この時間は、供給力が小さい場合に長くなる。あるいは、図示しないが電力変換手段120を第三スイッチング手段で切り離して開放電圧を測定する場合には、第三スイッチング手段のオン抵抗が電力損失の要因になるばかりでなく、第三スイッチング手段のコストも大きい。
However, the measurement of the open circuit voltage of the
同様に、供給力として短絡電流を測定する場合にも、電力変換手段120を切り離すか、第一コンデンサの電圧がゼロになるまでの待ち時間が必要である。
また、供給力検出工程712では、温度の変化が大きい場合など、必要に応じて発電手段111の温度も検出するようにしても良い。
供給力検出工程712を実行すると変化検出工程713に移行する。
Similarly, when measuring the short-circuit current as the supply force, it is necessary to wait until the
Further, in the supply
When the supply
[変化検出工程713]
変化検出工程713では、供給力検出工程712で検出した供給力の変化を抽出して発電変化量を求める。このため、変化検出工程713では、供給力検出工程712で検出した最新の供給力から1回前に検出した供給力を差し引いた値の絶対値により発電変化量を求めるようにした。さらに、差し引いた絶対値を供給力で割った変化率を発電変化量としても良い。この他にも、発電変化量は、最新の供給力と1回前の供給力の比率を求めるなど、供給力の変化を抽出して発電変化量を求める方法や手段で有ればどのようなものを用いても良い。
[Change detection step 713]
In the
[累積フィルタ工程714]
累積フィルタ工程714では、変化検出工程713で求めた発電変化量をフィルタなどで累積して累積変化量を求める。
[Cumulative filter step 714]
In the
このため、累積フィルタ工程714では、これまでの累積変化量を8分の7倍して、発電変化量を8分の1倍して加えたものを新しい累積変化量とした。但しこれらの数値は一例であり、本発明を制限するものではないことは言うまでもない。このようにして得られた累積変化量は、発電変化量の移動平均でもある。
For this reason, in the
累積フィルタ工程714は、複数回の供給力検出により、発電変化量の傾向を探るためのものである。しかし、例えば1回の発電変化量そのものを累積変化量として用いることもできる。従って、累積フィルタ工程714は必要に応じて設ければよい。
The
また、図7(b)に示す例では、累積フィルタ工程714で、発電変化量を単純に累積するようにしても良い。但し、この場合には、動作点を更新した場合に発電変化量を初期化する必要がある。
Further, in the example shown in FIG. 7B, the power generation change amount may be simply accumulated in the
[学習判定工程715]
学習判定工程715では、学習工程716に移行するか参照工程717に移行するかを判定する。学習工程716で学習する頻度は、参照工程717で参照するよりも頻度が低い。したがって、最大電力点検出のために要する消費電力を削減する。
[Learning determination step 715]
In the
例えば、学習判定工程715では、供給力と温度の組み合わせがその日で初めての領域の場合には学習工程716に移行し、その日に学習済みの組み合わせの場合には参照工程717に移行する。但し、これは一例であり、学習工程716の頻度に特に制約はない。学習工程716の頻度を高くすると、学習のための消費電力が大きくなる。
For example, in the
[学習工程716]
学習工程716では、最大電力点を検出するMPP検出工程721を実行した後に、検出した最大電力点により供給力と温度に関連付けてMPP特性記憶手段124に記憶している最大電力点の特性を更新して記憶する記憶工程722を実行する。
[Learning step 716]
In the
記憶工程722で記憶する最大電力点の特性は、前記供給力に関連づけられた前記電力変換手段120の動作点であるインピーダンスまたは電圧または電流の特性である。また、記憶工程722での記憶を関連付ける供給力は、対数になるようにした。さらに、記憶工程722で最大電力点の特性を更新する際に、MPP検出工程で検出した最大電力点をフィルタ処理しても良い。
MPP検出工程721での検出方法については、後に詳しく説明する。
学習工程716を実行したら参照工程717に移行する。
The characteristic of the maximum power point stored in the storing
The detection method in the
When the
[参照工程717]
参照工程717では、供給力と温度によりMPP特性記憶手段124で記憶している最大電力点の特性を参照して、電力変換手段120の動作点を設定する。参照工程717を実行すると、動作点更新判定工程711に戻る。
[Reference Step 717]
In the
[最大電力変換方法701の他の例]
以上に参照工程717の前に必要に応じて学習工程716を行う場合の例について示したが、最大電力変換方法701はこの限りではない。参照工程717と学習工程716を独立して実行するなど、学習工程716を経時変化などの理由で必要に応じたタイミングで実行し、供給力の変化に対応した間隔で参照工程717を実行するようにすれば、特に他の制約はない。
[Another Example of Maximum Power Conversion Method 701]
The example in which the
<MPP検出工程721>
これより、MPP検出工程721で最大電力点を検出する方法について、図8(a)を基に詳細に説明する。
<
A method for detecting the maximum power point in the
MPP検出工程721は、最大電力点に接近する前の動作点である接近前動作点を設定する初期値設定工程811と、接近前動作点と一定の関係にある2つの異なる動作点において電力変換手段120が変換する電力を検出する二点検出工程812と、前記二点検出工程812で検出した電力を比較して比較値を求める比較値演算工程813と、前記比較値演算工程813で求めた比較値が狙い値に近づくように前記接近前動作点を修正して接近後動作点を求める変換工程815とにより動作するようにした。
これより各工程について、詳細に説明する。
The
Hereafter, each process is demonstrated in detail.
[初期値設定工程811]
初期値設定工程811では、最大電力点に接近する前の動作点である接近前動作点の初期値を設定する。初期値は、更新前に電力変換手段120に設定されている動作点の値を用いても良いが、供給力検出工程712で求めた開放電圧を係数倍した電圧に設定しても良いし、供給力検出工程712で検出した供給力によりMPP特性記憶手段124を参照して得られる動作点を用いて設定しても良い。
[Initial value setting step 811]
In an initial
[二点検出工程812]
二点検出工程812では、電力変換手段120に設定する異なる2つの動作点の電圧における電力演算手段121で求めた電力を検出する。つまり、前記電力変換手段120に第一の動作点として仮に設定して得られる第一の電力と、第二の動作点として仮に設定して得られる第二の電力とを検出する。
[Two-point detection step 812]
In the two-
ここで、第一の動作点を接近前動作点より高い電圧とし、第二の動作点を接近前動作点より低い電圧とした。さらに、第一の動作点から接近前動作点を差し引いた値は、接近前動作点から第二の動作点を差し引いた値より小さくなるように設定する。本実施例では、第一の動作点の電圧から接近前動作点の電圧を差し引いた値を接近前動作点の電圧から第二の動作点の電圧を差し引いた値の0.6倍にした。具体的には、第一の動作点として更新前の動作点より0.06V高い電圧とし、第二の動作点として更新前の動作点より0.1V低い電圧とした。この動作点の電圧は、太陽電池の直列のセル数などの電圧−電力特性の違いにより異なることは言うまでもない。また、供給力が大きい場合には、電力の変化も大きくなるため、例えば第一の動作点として更新前の動作点より0.03V高い電圧とし、第二の動作点として更新前の動作点より0.05V低い電圧にするなど、供給力などに応じて第一の動作点と第二の動作点の差を変えるようにしても良い。 Here, the first operating point was set to a voltage higher than the pre-approach operating point, and the second operating point was set to a voltage lower than the pre-approach operating point. Further, the value obtained by subtracting the pre-approach operating point from the first operating point is set to be smaller than the value obtained by subtracting the second operating point from the pre-approaching operating point. In this embodiment, the value obtained by subtracting the voltage at the pre-approach operating point from the voltage at the first operating point is set to 0.6 times the value obtained by subtracting the voltage at the second operating point from the voltage at the pre-approaching operating point. Specifically, the first operating point is set to a voltage 0.06V higher than the operating point before the update, and the second operating point is set to a voltage 0.1V lower than the operating point before the update. It goes without saying that the voltage at this operating point varies depending on the difference in voltage-power characteristics such as the number of cells in series of the solar battery. In addition, when the supply power is large, the change in power also increases. For example, the first operating point is 0.03 V higher than the operating point before updating, and the second operating point is higher than the operating point before updating. The difference between the first operating point and the second operating point may be changed according to the supply power, such as a voltage lower by 0.05V.
第一の動作点と第二の動作点の望ましい電圧について、図9を基に説明する。
図9において、横軸は電力変換手段120に設定する動作点の電圧で、縦軸は変換される電力である。実線の曲線は電圧−電力特性を表し、一点鎖線は最大電力点を示している。ここで点線の曲線は、最大電力点より低い領域において、実線の電圧−電力特性と一点鎖線との距離を0.6倍に近づけたものである。最大電力点の近くでは、点線と最大点力点より大きい領域の実線は、最大電力点の一点鎖線を軸にほぼ線対象になっているからである。つまり、最大電力点より大きい領域では最大電力点より小さい領域より電力の変化の絶対値が大きい。このため、第一の動作点から接近前動作点を差し引いた値は、接近前動作点から第二の動作点を差し引いた値より小さくなるように設定した。
A desirable voltage at the first operating point and the second operating point will be described with reference to FIG.
In FIG. 9, the horizontal axis represents the voltage at the operating point set in the power conversion means 120, and the vertical axis represents the converted power. The solid curve represents the voltage-power characteristic, and the alternate long and short dash line represents the maximum power point. Here, the dotted line curve is obtained by making the distance between the solid line voltage-power characteristic and the alternate long and short dash line close to 0.6 times in a region lower than the maximum power point. This is because, in the vicinity of the maximum power point, the solid line in the region larger than the dotted line and the maximum power point is almost a line object with the one-dot chain line of the maximum power point as an axis. That is, the absolute value of the change in power is larger in the region larger than the maximum power point than in the region smaller than the maximum power point. For this reason, the value obtained by subtracting the pre-approach operating point from the first operating point is set to be smaller than the value obtained by subtracting the second operating point from the pre-approaching operating point.
また、図9において第一の領域911は、最大電力点の1.02倍から1.12倍の範囲であることを示している。また、第二の領域912は、最大電力点の0.75倍から0.97倍の範囲であることを示している。第一の動作点と第二の動作点は、これらの領域内に各々設定する。何故ならば、最大電力点の0.97倍から1.02倍の範囲は、電力の変化が小さく、電力検出に適さない。また、最大電力点から1.12倍以上あるいは0.75倍以下の領域では、電力が小さいために電力検出時の電力損失が大きく、電力検出に適さないからである。
Moreover, in FIG. 9, the 1st area |
[比較値演算工程813]
比較値演算工程813では、第一の電力と第二の電力とを比較して比較値を得る。
比較値演算工程813で比較する第一の電力と第二の電力について、図10を基に説明する。
[Comparison value calculation step 813]
In the comparison
The first power and the second power compared in the comparison
図10において、横軸は電力変換手段120に設定する動作点の電圧で、縦軸は電力変換手段120が変換する電力で、曲線は電圧−電力特性を表している。3本の縦線については、実線が接近前動作点で、点線が第一の動作点で、破線が第二の動作点の電圧を示している。 In FIG. 10, the horizontal axis represents the voltage at the operating point set in the power conversion means 120, the vertical axis represents the power converted by the power conversion means 120, and the curve represents the voltage-power characteristics. For the three vertical lines, the solid line indicates the pre-approach operating point, the dotted line indicates the first operating point, and the broken line indicates the voltage at the second operating point.
図10(a)は、接近前動作点が最大電力点から低い方に若干ずれている場合の例である。第一の動作点や第二の動作点での電力の変化は最大電力点での電力の変化よりはるかに大きいため、接近前動作点が最大電力点より僅かに低くても、第一の電力P1は第二の電力P2より十分大きくなる。したがって、最大電力点からのずれを高感度で検出することができる。 FIG. 10A shows an example in which the pre-approach operating point is slightly deviated from the maximum power point. The power change at the first and second operating points is much larger than the power change at the maximum power point, so even if the pre-approach operating point is slightly lower than the maximum power point, P1 is sufficiently larger than the second power P2. Therefore, deviation from the maximum power point can be detected with high sensitivity.
図10(b)は接近前動作点が最大電力点と一致している場合である。本実施例では、第一の動作点から接近前動作点を引いた値を接近前動作点から第二の動作点を引いた値で割った値が0.6になるようにしたため、最大電力点では第一の電力と第二の電力がほぼ一致する。 FIG. 10B shows a case where the operating point before approaching coincides with the maximum power point. In this embodiment, the value obtained by dividing the value obtained by subtracting the operating point before approach from the first operating point by the value obtained by subtracting the second operating point from the operating point before approach is set to 0.6. In terms of the point, the first power and the second power substantially coincide.
このため、比較値は、数式11により、第一の電力と第二の電力の差を第一の電力と第二の電力の和で正規化して求めるようにした。
(数式11) 比較値=(第一の電力−第二の電力)÷(第一の電力+第二の電力)
つまり、第一の電力と第二の電力の差を和で割ることにより比較値を求めるようにした。ここで、第一の電力と第二の電力の和で割っているのは、太陽電池への光量が変化しても比較値が影響を受けにくくするために正規化するものであり、必要に応じて除算する。第一の電力と第二の電力の和で割る代わりに、第一の電力と第二の電力の平均値や第一の電力や第二の電力や更新前の動作点での電力などで割るなど、供給力の影響を排除する方法であればどのような方法を用いても良い。
For this reason, the comparison value is obtained by normalizing the difference between the first power and the second power by the sum of the first power and the second power according to Formula 11.
(Formula 11) Comparison value = (first power−second power) ÷ (first power + second power)
That is, the comparison value is obtained by dividing the difference between the first power and the second power by the sum. Here, what is divided by the sum of the first power and the second power is normalization so that the comparison value is less affected even if the amount of light to the solar cell changes. Divide accordingly. Instead of dividing by the sum of the first power and the second power, divide by the average value of the first power and the second power, the first power, the second power, the power at the operating point before the update, etc. Any method may be used as long as it eliminates the influence of supply power.
このようにして求められた比較値の特性について、図11を基に説明する。
図11において、横軸は電力変換手段120の動作点の電圧であり、左側の第一の縦軸は電力を現し、右側の第二の縦軸は比較値を表している。実線の3つの曲線は供給力の異なる電圧−電力特性である。点線の3つの曲線は、3つの実線に対応した供給力の接近前動作点−比較値特性である。3つの矢印が示すように、供給力が変化しても、比較値がほぼ0になる動作点の電圧で最大電力になる。
The characteristics of the comparison value obtained in this way will be described with reference to FIG.
In FIG. 11, the horizontal axis represents the voltage at the operating point of the power conversion means 120, the first vertical axis on the left represents the power, and the second vertical axis on the right represents the comparison value. The three solid curves are the voltage-power characteristics with different supply forces. The three dotted lines are the operating point before approaching of the supply force corresponding to the three solid lines-comparison value characteristics. As indicated by the three arrows, even if the supply force changes, the maximum power is reached at the operating point voltage at which the comparison value is almost zero.
なお、より簡単に電力で正規化するために、数式12に示すように第一の電力と第二の電力の比率から比較値を求めるようにしても良い。
(数式12) 比較値=第一の電力÷第二の電力
[変換工程815]
変換工程815では、比較値により接近前動作点を修正して、最大電力点により近い接近後動作点を求める。
In order to more simply normalize with electric power, a comparison value may be obtained from the ratio of the first electric power and the second electric power as shown in Expression 12.
(Formula 12) Comparison value = first power ÷ second power [conversion step 815]
In the
接近後動作点は、接近前動作点に所定の値を増減することにより、最大電力点に接近させることができる。つまり、比較値が狙い値より大きい場合に接近前動作点に所定の値を加算し、比較値が狙い値より小さい場合は接近前動作点から所定の値を減算する。ここで、所定の値が大きいと、動作点を最大電力点に高精度に合わせることができない。また、所定の値が小さいと、最大電力点に到達するまでに費やす時間や消費電力が大きくなる。 The post-approach operating point can be brought closer to the maximum power point by increasing or decreasing a predetermined value to the pre-approach operating point. That is, when the comparison value is larger than the target value, a predetermined value is added to the pre-approach operation point, and when the comparison value is smaller than the target value, the predetermined value is subtracted from the pre-approach operation point. Here, if the predetermined value is large, the operating point cannot be adjusted to the maximum power point with high accuracy. If the predetermined value is small, the time and power consumption required to reach the maximum power point are increased.
そこで、本実施例では、図11に点線で示した接近前動作点と比較値との関係を利用して、比較値の狙い値からの偏差に応じて最適な修正量で修正するようにした。
変換工程815での変換特性について、図12を基に説明する。図12において、横軸は比較値演算工程813で求めた比較値で、縦軸は接近前動作点に対する修正量である。
Thus, in this embodiment, the relationship between the pre-approach operating point and the comparison value indicated by the dotted line in FIG. 11 is used to correct the comparison value with an optimum correction amount according to the deviation from the target value. .
The conversion characteristics in the
図12に示す比較値−修正量特性は、図11の点線で示す接近前動作点−比較値特性から求める。つまり、最大電力点の電圧から各比較値毎に対応する動作点の電圧を差し引いて、修正量としたものである。ここでは、図11の3つの点線がほぼ同様の特性で、最大電力点からのズレ方は供給力が変わってもほぼ同じため、同一の変換特性としたが、供給力により異なる変換特性にしても良い。また、図11の点線で示す接近前動作点−比較値特性は曲線であるが、演算を簡単にするために、図12に示すように修正量の特性は4本の直線で近似したものを用いた。ここで、比較値が大きくなった場合に、修正量が大きくなり、供給力の変化などにより修正量の誤差が無視できなくなるため、修正量には上限を設けた。 The comparison value-correction amount characteristic shown in FIG. 12 is obtained from the pre-approach operating point-comparison value characteristic indicated by the dotted line in FIG. That is, the amount of correction is obtained by subtracting the voltage at the operating point corresponding to each comparison value from the voltage at the maximum power point. Here, the three dotted lines in FIG. 11 have substantially the same characteristics, and the deviation from the maximum power point is almost the same even if the supply power changes, so the same conversion characteristics are used. However, the conversion characteristics differ depending on the supply power. Also good. In addition, although the pre-approach operating point-comparison value characteristic indicated by the dotted line in FIG. 11 is a curve, in order to simplify the calculation, the correction amount characteristic is approximated by four straight lines as shown in FIG. Using. Here, when the comparison value increases, the correction amount increases, and an error in the correction amount cannot be ignored due to a change in the supply force. Therefore, an upper limit is set for the correction amount.
図12に示す変換は、演算により実現しても良いが、テーブルを参照することにより実現しても良い。
変換工程815では、図12に示す関数により求めた動作点の修正量を加えることにより、接近前動作点を修正する。
The conversion shown in FIG. 12 may be realized by calculation or may be realized by referring to a table.
In the
[第一の電圧と第二の電圧の他の例]
以上に、第一の電圧を更新前の電圧より0.06V大きくして第二の電圧を更新前の電圧より0.1V小さくして、最大電力点で比較値が凡そ0になる場合の例を示したが、この限りではない。第一の電圧と第二の電圧を他の値にした場合の例について、図13を基に説明する。
[Other examples of the first voltage and the second voltage]
An example in which the first voltage is 0.06 V higher than the voltage before update, the second voltage is 0.1 V lower than the voltage before update, and the comparison value becomes approximately 0 at the maximum power point. However, this is not the case. An example in which the first voltage and the second voltage are set to other values will be described with reference to FIG.
図13では、図11の場合と同様に、横軸は電力変換手段120の動作点の電圧であり、左側の第一の縦軸は電力を表し、右側の第二の縦軸は比較値を表している。実線の3つの曲線は供給力の異なる電圧−電力特性である。点線の3つの曲線は、3つの実線に対応した供給力の接近前動作点−比較値特性である。 In FIG. 13, as in FIG. 11, the horizontal axis represents the voltage at the operating point of the power conversion means 120, the first vertical axis on the left represents power, and the second vertical axis on the right represents the comparison value. Represents. The three solid curves are the voltage-power characteristics with different supply forces. The three dotted lines are the operating point before approaching of the supply force corresponding to the three solid lines-comparison value characteristics.
図13(a)は、第一の電圧を更新前の動作点から0.08V高い値にして第二の電圧を第一の電圧から0.08V低い値に設定して、最大電力点の比較値が約−0.07になる場合の例である。 FIG. 13A shows a comparison of the maximum power point by setting the first voltage to a value 0.08V higher than the operating point before the update and setting the second voltage to a value 0.08V lower than the first voltage. This is an example when the value is about -0.07.
同様に、図13(b)は、第一の電圧を更新前の動作点から0.02V低い値にして第二の電圧を更新前の動作点から0.2V低い値に設定して、最大電力点の比較値が約0.12になる場合の例である。 Similarly, in FIG. 13B, the first voltage is set to a value 0.02V lower than the operating point before the update, and the second voltage is set to a value 0.2V lower than the operating point before the update. This is an example in which the power point comparison value is about 0.12.
図13(a)及び図13(b)に示す例からも分かるように、第一の電圧と第二の電圧には特に制約はなく、前述の最大電力点の比較値がゼロになる場合の例と同様に、最大電力点の電圧から各比較値に対応した電圧を差し引いた修正量を予め求めておき、変換工程815で接近前動作点を修正して接近後動作点を求めることにより、最大電力点に短時間で接近させることができる。
As can be seen from the examples shown in FIGS. 13A and 13B, the first voltage and the second voltage are not particularly limited, and the above-described maximum power point comparison value is zero. As in the example, a correction amount obtained by subtracting a voltage corresponding to each comparison value from the voltage at the maximum power point is obtained in advance, and the operating point before approach is corrected in the
但し、図13(b)に示す例では、比較値の変化に対する電圧の変化の比率が大きく、また、図13(b)では最大電力点での3つの点線の傾きが大きく異なるため、動作はするが、望ましくはない。従って、第一の電圧と第二の電圧の間に最大電力点が存在するようにした方が、より高精度に最大電力点を検出することができる。 However, in the example shown in FIG. 13B, the ratio of the voltage change to the change in the comparison value is large, and in FIG. 13B, the slopes of the three dotted lines at the maximum power point are greatly different. This is not desirable. Therefore, the maximum power point can be detected with higher accuracy when the maximum power point exists between the first voltage and the second voltage.
[最大電力点接近の繰り返し]
図8(a)に示したMPP検出工程721では、二点検出工程812と比較値演算工程813と変換工程815を1回実行することにより、接近前動作点より最大電力点に大幅に接近した接近後動作点を得ることができる。しかし、図12に示す変換特性は、直線で近似したり、異なる供給力に共通の変換を行ったり、修正量に上限を設けたため、必ずしも正確な最大電力点を得ることはできない。それでも、図8(a)に示すMPP検出工程721を複数回動作させることにより、正確な最大電力点を得ることができる。
[Repeat maximum power point approach]
In the
図8(b)に示す例では、MPP判定工程814により比較値演算工程813で得られた比較値が予め定められた最大電力点での比較値に十分接近したかどうかを判定して、十分接近していない場合には変換工程815を実行した後に二点検出工程812から繰り返すようにしたものである。あるいは、MPP判定工程814は、変換工程815を行った結果の動作点の修正量が十分小さいかどうかを判定するようにしても良い。このように、一連の工程を複数回繰り返すことにより、最大電力点との誤差を指数関数的に小さくすることができる。
In the example shown in FIG. 8B, it is determined whether or not the comparison value obtained in the comparison
また、本実施例でのMPP検出工程721による最大電力点の検出方法は、MPP特性記憶手段124を持たないエネルギー変換装置101やエネルギー変換回路においても用いることができる。電力演算手段121の構成や電力検出方法とも無関係に用いることができる。
In addition, the detection method of the maximum power point by the
<補足説明>
以上に、電力演算手段121及びMPPT制御手段131をデジタル回路にて構成し、ループフィルタ手段406及びPWM手段407をアナログ回路にて構成した場合の例について示したが、これらの各手段は、アナログ回路でもデジタル回路でも実現可能である。アナログ回路で実現する部分とデジタル回路で実現する部分の境界には特に制約はない。特に図示しないが、アナログ回路とデジタル回路の境界に、アナログデジタル変換やデジタルアナログ変換などを設ければ、本発明によるエネルギー変換装置101は良好に動作する。
また、各手段での演算は、テーブルを参照して行ってもよいことは言うまでもない。
<Supplementary explanation>
The example in the case where the
Needless to say, the calculation by each means may be performed with reference to a table.
<まとめ>
以上に説明した実施例1に示すエネルギー変換装置101および最大電力変換回路112および最大電力変換方法701では、最大電力点検出のための損失を抑えて、バラツキや経時変化にも対応した最大電力点で効率よく動作させることのできるため、電力効率を大幅に改善することができる。
<Summary>
In the
実施例1では、MPP特性記憶手段124では、供給力に対する最大電力点の特性を記憶していた。このため、開放電圧や短絡電流などにより、供給力を検出していた。しかし、この方法では、短絡電流や開放電圧を測定する間電力変換ができないので、効率を低下させる要因になる。また、供給力を検出するための短絡手段や開放手段や照度を検出する手段などが必要であった。
In the first embodiment, the MPP
<最大電力変換方法1501>
この課題を改善するために、実施例2では、供給力の代わりに電力変換手段120が変換する電力を用いるようにした。
<Maximum
In order to improve this problem, the power converted by the power conversion means 120 is used instead of the supply power in the second embodiment.
なお、以降の実施例2の説明においては、説明の重複を避けるため、実施例1との違いを中心に説明する。このため、実施例2で説明していない内容は実施例1の場合と同様である。 In the following description of the second embodiment, the difference from the first embodiment will be mainly described in order to avoid duplication of description. For this reason, the contents not described in the second embodiment are the same as those in the first embodiment.
[電力と電圧による供給力の検出]
供給力の代わりに電力を用いた場合の動作について、図14を基に説明する。図14において、第一の実線1401は、第一の供給力における電圧と電力の関係を示したものであり、第二の実線1402は、第二の供給力における電圧と電力の関係を示したものである。第一の実線1401と第二の実線1402上の黒丸は、各々の供給力における最大電力点であることを示している。点線の特性1403は、供給力が変化した場合の最大電力点の軌跡を表している。
[Detection of power supply by power and voltage]
The operation when electric power is used instead of the supply power will be described with reference to FIG. In FIG. 14, the first
本来、最大電力点は供給力に応じて変化する。電力が分かっただけでは供給力を知ることは出来ない。例えば、図14における電力P1は、供給力の異なる第一の実線にも第二の実線上にも存在する。しかし、電力と電圧の両方が分かると、供給力は定まる。例えば、図14において電力P1と電圧V1の交点は、第二の供給力にのみ起こりえる。したがって、電力演算手段121で電力と電圧の両方を検出して、学習工程1516により最大電力点を検出して、MPP特性記憶手段124で学習前の電力と電圧に関連付けて検出した最大電力点を記憶するようにすれば、供給力が変化しても参照工程1517で電力と電圧によりMPP特性記憶手段124を参照することにより最大電力点得ることができ、動作点として電力変換手段120に設定することができる。
Originally, the maximum power point changes according to the supply power. It is not possible to know the supply power just by knowing the power. For example, the electric power P1 in FIG. 14 exists on the first solid line and the second solid line having different supply powers. However, if both power and voltage are known, the supply power is determined. For example, in FIG. 14, the intersection of the power P1 and the voltage V1 can occur only in the second supply force. Therefore, both power and voltage are detected by the power calculation means 121, the maximum power point is detected by the
しかし、MPP特性記憶手段124で電圧と電力に関連付けて最大電力点を記憶するためには、次元が増えたために記憶容量が大きくなるばかりでなく、学習に要する時間も長くなってしまうと言う課題は残っている。 However, in order to store the maximum power point in association with voltage and power in the MPP characteristic storage means 124, the problem is that not only the storage capacity increases due to the increase in dimensions, but also the time required for learning also increases. Remains.
[電力に関連付け]
この課題を解決するための方法について、図15示す例を基に説明する。図15に示す最大電力変換方法1501は、実施例1の図7に示す最大電力変換方法701の供給力検出工程712を電力検出工程1512に置き換えたものである。これに伴い、学習工程1516の記憶工程1522でMPP特性記憶手段124に記憶する特性として、MPP検出工程1521で求めた最大電力点の電力に関連づけて最大電力点の動作点の特性を記憶するようにした。また、電力検出工程1512で検出した電力により参照工程1517でMPP特性記憶手段124から最大電力点を参照するようにした。
[Associate with power]
A method for solving this problem will be described based on the example shown in FIG. A maximum
ここで、MPP検出工程1521で最大電力点を求める初期値を電力検出工程1512で検出した電力によりMPP特性記憶手段124を参照して得られる動作点を用いても良い。
Here, an operating point obtained by referring to the MPP
また、学習工程1516で記憶する時は供給力として最大電力点の電力を用いて、参照工程1517ではその時点での電力を用いるので、参照工程1517で得られる動作点は最大電力点から誤差を生じるが、この誤差は比較的小さいために十分実用的である。
Further, when storing in the
このことを、図14に示す例を基に説明する。例えば、供給力が変化して第一の供給力の最大電力点での電力変換から第二の供給力に変化した場合、その時に検出される電力は第一の実線1401の最大電力点の電圧V1と第二の供給力に対応する第二の実線1402の交点の電力P1である。何故ならば、電力変換手段120は電圧が一定になるように動作しているからである。この電力P1によりMPP特性記憶手段124に記憶している最大電力点の電力と電圧の関係を参照すると、点線が電力P1になる電圧V2を得る。第二の供給力の時に電圧V2で電力変換して得られる電力は、第二の実線1402が電圧V2になる電力P2である。電力P2は電力P1よりも十分大きく、最大電力点の電力に十分近くなる。
This will be described based on the example shown in FIG. For example, when the supply power changes and the power conversion at the maximum power point of the first supply power changes to the second supply power, the power detected at that time is the voltage at the maximum power point of the first
何故ならば、仮に電力P1が電力P2よりも大きいと仮定すると、最大電力点において実線と点線が交わるのでなく接しなくてはならないが、その場合には供給力の異なる電圧と電力の特性が交点をもつことになる。しかし、異なる供給力において電圧と電力が一致することはないので、この仮定は正しくない。また、このことは、実線の電圧範囲の方が点線の電圧範囲より広いことからも、同一電力では点線との交点の方が実線との交点よりもその時の最大電力点に近いことを理解することができる。 This is because if it is assumed that the electric power P1 is larger than the electric power P2, the solid line and the dotted line must be in contact with each other at the maximum power point. Will have. However, this assumption is incorrect because the voltage and power do not match at different supply forces. This also means that the solid line voltage range is wider than the dotted line voltage range, so that at the same power, the intersection with the dotted line is closer to the maximum power point at that time than the intersection with the solid line. be able to.
この参照工程1517を複数回実行すると、最大電力点からのズレは指数関数的に小さくなる。
When this
<まとめ>
以上に説明したように、実施例2によるエネルギー変換装置101および最大電力変換回路112および最大電力変換方法1501では、実施例1よりさらに簡単な動作で供給力検出のための損失を小さくすることができるため、全体としての電力変換の効率をさらに改善することができる。
<Summary>
As described above, in the
以上のように、本発明に係るエネルギー変換方法及び最大電力変換回路は、抵抗による電圧降下無く変換する電力の測定が可能なため、効率よく最大電力点を追従することに適する。 As described above, the energy conversion method and the maximum power conversion circuit according to the present invention can measure the power to be converted without a voltage drop due to resistance, and thus are suitable for following the maximum power point efficiently.
101 エネルギー変換装置
111 発電手段
112 最大電力変換回路
120 電力変換手段
121 電力演算手段
124 MPP特性記憶手段
131 MPPT制御手段
401 第一平滑手段
402 インダクタ
403 第一スイッチング手段
404 第二スイッチング手段
405 第二平滑手段
406 ループフィルタ手段
407 PWM手段
621,622,625 乗算手段
623 減算手段
624 除算手段
701 最大電力変換方法
711 動作点更新判定工程
712 供給力検出工程
713 変化検出工程
714 累積フィルタ工程
715 学習判定工程
716,1516 学習工程
717,1517 参照工程
721,1521 MPP検出工程
722,1522 記憶工程
811 初期値設定工程
812 二点検出工程
813 比較値演算工程
814 MPP判定工程
815 変換工程
911 第一の領域
912 第二の領域
1512 電力検出工程
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記入力電力の形態を変換する電力変換手段と、
前記電力変換手段で変換する電力を前記電力変換手段の入力電圧と前記電力変換手段の変換動作とから演算する電力演算手段と、
前記電力変換手段の変換する電力が最大になるように制御するMPPT制御手段と、を有することを特徴とする最大電力変換回路。 In the maximum power conversion circuit that converts input power,
Power conversion means for converting the form of the input power;
Power calculating means for calculating the power converted by the power converting means from the input voltage of the power converting means and the converting operation of the power converting means;
MPPT control means for controlling so that the power converted by the power conversion means is maximized, and a maximum power conversion circuit.
前記電力演算手段は、前記電力変換手段の入力電圧と前記第一のスイッチング手段のオン時間とから前記電力変換手段が変換する電力を演算することを特徴とする請求項1に記載の最大電力変換回路。 The power conversion means includes inductor means for storing current, first switching means that is turned on to store current in the inductor means, and second switching means that is turned on to discharge the current of the inductor. And
2. The maximum power conversion according to claim 1, wherein the power calculation unit calculates a power to be converted by the power conversion unit from an input voltage of the power conversion unit and an ON time of the first switching unit. circuit.
請求項1から3のうちのいずれか1項に記載の最大電力変換回路を有することを特徴とするエネルギー変換装置。 Power generation means for generating electrical energy;
An energy conversion device comprising the maximum power conversion circuit according to any one of claims 1 to 3.
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