JP2014010587A - Solar power generation system - Google Patents

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Shoichi Kato
奨一 加藤
Tamahiko Kanouda
玲彦 叶田
Toshiichi Okubo
敏一 大久保
Toshiyuki Uchiyama
利之 内山
Toru Niki
亨 仁木
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve maximum power point tracking (MPPT) efficiency in a solar power generation system, and to optimize a velocity of varying an electric current while appropriately maintaining a withstand voltage of a direct current (DC) capacitor in a system provided with a control means for controlling a solar battery electric current to an electric current target value by switching control and an electric current target value variable means and having a detection mode for calculating the electric current target value at a maximum power point by gradually increasing the electric current target value and a normal mode for performing an operation at the calculated electric current target value.SOLUTION: A system comprises: electric current control means for controlling a switching element to control an electric current of a solar battery to a value substantially equal to an electric current target value; and target value variable means for varying an electric current target value. The system includes a detection mode in which power is calculated from time to time to calculate the electric current target value at a maximum power point while gradually increasing the electric current target value from zero and a normal mode in which an operation is performed at the calculated electric current target value. In such a system, a power increase amount in the target value variable means is selected as necessary and an optimal increase amount is calculated in the shortest time.

Description

本発明は、太陽光発電システムに関し、特に、太陽電池に接続した電力変換器(パワーコンディショナ(PCS))を制御することによって、太陽電池の電力の最大点を検出し、検出した最大電力点でパワーコンディショナを動作させる太陽光発電システムに関する。   The present invention relates to a solar power generation system, and in particular, by detecting a power converter (power conditioner (PCS)) connected to a solar cell, the maximum point of power of the solar cell is detected, and the detected maximum power point It is related with the photovoltaic power generation system which operates a power conditioner.

太陽光発電システムは、太陽電池で発電した電力をパワーコンディショナで商用交流に変換し、家庭内で消費したり、商用系統に逆潮流させたりするシステムである。   A solar power generation system is a system that converts electric power generated by a solar cell into commercial alternating current by a power conditioner and consumes it in a home or reversely flows into a commercial system.

図4において、実線は太陽電池の出力電流Ipvと出力電圧Vpvの特性(以下「電流−電圧特性」)を示すグラフであり、破線は太陽電池の出力電流Ipvと出力電力Ppvの特性(以下「電流−電力特性」)を示すグラフである。   In FIG. 4, the solid line is a graph showing the characteristics of the output current Ipv and the output voltage Vpv of the solar cell (hereinafter “current-voltage characteristics”), and the broken line is the characteristics of the output current Ipv and the output power Ppv of the solar cell (hereinafter “ It is a graph which shows an electric current-power characteristic ").

ここに示すように、電流−電圧特性は、出力電圧Vpvが0のときに出力電流Ipvが短絡電流Iscとなり、出力電圧Vpvが開放電圧Vocのときに出力電流Ipvが0となる非線形の特性である。また、電流−電力特性は、出力電流IpvがIpmaxのときに出力電力Ppvが最大電力点Pmaxとなる特性を有し、最大電力点Pmaxのときの出力電圧VpvをVpmaxとする。   As shown here, the current-voltage characteristic is a non-linear characteristic in which the output current Ipv becomes the short-circuit current Isc when the output voltage Vpv is 0, and the output current Ipv becomes 0 when the output voltage Vpv is the open circuit voltage Voc. is there. Further, the current-power characteristic has a characteristic that the output power Ppv becomes the maximum power point Pmax when the output current Ipv is Ipmax, and the output voltage Vpv at the maximum power point Pmax is Vpmax.

ここで説明した電流−電圧特性や電流−電力特性は、日照条件や温度条件によって変化するため、太陽電池から効率よく電力を取り出すためには常にこの最大電力点Pmaxを探索し、太陽電池の動作点が最大電力点となるようにパワーコンディショナを追従制御する必要がある。   Since the current-voltage characteristics and current-power characteristics described here vary depending on the sunshine conditions and temperature conditions, in order to efficiently extract power from the solar cell, the maximum power point Pmax is always searched for and the operation of the solar cell. It is necessary to follow-up control the power conditioner so that the point becomes the maximum power point.

最大電力追従制御法として一般によく知られた方法として、山登り法がある。この山登り法は、パワーコンディショナの入力電圧指令値を微小変更し、これに応じて太陽電池の発電電力が増加するか減少するかを判定する。そして、この判定結果に依って次の電圧指令値の変更方向を決定して指令値の微小変更を繰返す方法である。しかし、この方法は応答性が遅く、また部分影が発生した場合の二山特性に対応できないという課題を持っていた。   As a method well known as the maximum power tracking control method, there is a hill climbing method. In this hill-climbing method, the input voltage command value of the power conditioner is slightly changed, and it is determined whether the generated power of the solar cell is increased or decreased according to this change. Then, the change direction of the next voltage command value is determined based on the determination result, and the minute change of the command value is repeated. However, this method has a problem that the response is slow and it cannot cope with the double mountain characteristic when a partial shadow occurs.

これに対しては様々な改良案が提案されており、特許文献1には、太陽電池の2端子にインダクタとスイッチング素子が直列に接続される構成のパワーコンディショナを有し、最大電力点の検出時には、スイッチング素子をオン状態に保持しインダクタに流れる電流をゼロから短絡電流まで変化させ、この時の電流−電圧特性をスキャンして最大電力点の電流、電圧を検出し、太陽電池の動作点が最大電力点の電流、電圧となるようにパワーコンディショナを動作させるものが開示されている。この方法を用いれば、太陽電池の電流−電圧特性の全域を高速にスキャンできるため、山登り法よりも応答性が早く、また二山特性が発生した場合においても確実に最大電力点を検出して移動することができる。   Various improvements have been proposed for this, and Patent Document 1 includes a power conditioner having a configuration in which an inductor and a switching element are connected in series to two terminals of a solar cell. At the time of detection, the switching element is kept on and the current flowing through the inductor is changed from zero to short-circuit current. The current-voltage characteristics at this time are scanned to detect the current and voltage at the maximum power point, and the operation of the solar cell A device is disclosed in which a power conditioner is operated so that a point becomes a current and voltage at a maximum power point. By using this method, the entire current-voltage characteristics of the solar cell can be scanned at high speed, so the response is faster than the hill-climbing method, and the maximum power point can be detected reliably even when two-peak characteristics occur. Can move.

一方、上記のスキャン法は太陽電池の電流−電圧特性をスキャンする際に、スイッチング素子をオン状態に保つことにより、パワーコンディショナのチョークコイルLに流れる電流Ipvの変化率di/dtが、
di/dt=Vpv/L (式1)
となることを利用してIpvを変化させている。
On the other hand, in the above scanning method, when the current-voltage characteristics of the solar cell are scanned, the change rate di / dt of the current Ipv flowing through the choke coil L of the power conditioner is maintained by keeping the switching element in an on state.
di / dt = Vpv / L (Formula 1)
Ipv is changed by using

式1から分かるように、電流変化率di/dtはチョークコイルのインダクタンス値(L値)に反比例するため、Ipvの変化を精度良くスキャンするためには測定電圧や測定電流のAD変換器のA/D変換性能との見合いにより、電流変化率di/dtを適切な値に抑える必要があり、L値は下限値を持つ。このことから、チョークコイルは下限値以上のインダクタンス値が必要である。この結果、スキャン法はチョークコイルの体積を小型化と検出精度のトレードオフを改善することが困難であるという問題がある。   As can be seen from Equation 1, since the current change rate di / dt is inversely proportional to the inductance value (L value) of the choke coil, in order to scan the change of Ipv with high accuracy, the A of the AD converter of the measured voltage and the measured current The current change rate di / dt needs to be suppressed to an appropriate value in accordance with the / D conversion performance, and the L value has a lower limit value. For this reason, the choke coil needs to have an inductance value equal to or higher than the lower limit value. As a result, the scanning method has a problem that it is difficult to reduce the volume of the choke coil and improve the tradeoff between detection accuracy.

この課題を解決する方法として、特許文献2に示す方法がある。この方法は、スイッチング素子を適切にオンし、チョークコイルに流れる電流を制御することにより、チョークコイルのインダクタを小型化することが可能となり、より自由度の高いシステムを構成することが可能である。   As a method for solving this problem, there is a method disclosed in Patent Document 2. In this method, by appropriately turning on the switching element and controlling the current flowing through the choke coil, it is possible to reduce the size of the inductor of the choke coil, and it is possible to configure a system with a higher degree of freedom. .

また他の例として、特許文献3に示された方法がある。この方法は太陽電池の出力電圧・電流を変化させ、複数個の電力ピークを検出し、最大電力点となる条件に再設定するものである。   Another example is the method disclosed in Patent Document 3. In this method, the output voltage and current of the solar cell are changed, a plurality of power peaks are detected, and the conditions are set to be the maximum power point.

特許第4294346号公報Japanese Patent No. 4294346 PCT/JP2011/069327PCT / JP2011 / 069327 特開平8−76865号公報JP-A-8-76865

特許文献2の方法は、正確な最大電力を得ることが出来る反面、太陽電池の電流−電圧特性をスキャンする間、最大電力点で制御できないという問題があった。   Although the method of Patent Document 2 can obtain an accurate maximum power, it has a problem that it cannot be controlled at the maximum power point while scanning the current-voltage characteristics of the solar cell.

そこで、この電流−電圧特性をスキャンする時間を最小限とするため、より高速な電流増加を行うことが考えられるが、その際、スイッチング素子のスイッチング動作によって急激に出力電圧が増加し、出力段にあるコンデンサの耐圧を超えてしまうおそれがあった。例として図1で説明すると、スイッチング素子9(S1)の出力段であるコンデンサ11(Cpn)に過大な電圧がかかるおそれがあった。特に系統連系インバータ12が動作停止、あるいは出力電力を抑制している場合、前記のような現象が発生する。   Therefore, in order to minimize the time for scanning the current-voltage characteristic, it is conceivable to increase the current at a higher speed. However, at this time, the output voltage increases rapidly due to the switching operation of the switching element, and the output stage There was a risk of exceeding the withstand voltage of the capacitor. As an example, referring to FIG. 1, an excessive voltage may be applied to the capacitor 11 (Cpn) which is the output stage of the switching element 9 (S1). In particular, when the grid interconnection inverter 12 stops operating or suppresses output power, the above phenomenon occurs.

通常、このような場合はスイッチング動作を停止するが、もし電流−電圧特性のスキャン中にこの現象が発生すると、適切な最大電力追従を行うことができなくなるが、特許文献2には、このような条件における制御については開示されていなかった。   Normally, the switching operation is stopped in such a case. However, if this phenomenon occurs during the scan of the current-voltage characteristic, it is impossible to follow the maximum power appropriately. The control under various conditions was not disclosed.

本発明が解決すべき課題は、常時稼動している太陽光発電システムにおいて上記のような最大電力追従制御法を適用した場合、出力段のコンデンサ電圧を適切に維持しつつ、電流−電圧特性のスキャンを安定的に実施できる方法を提供することにある。   The problem to be solved by the present invention is that when the maximum power tracking control method as described above is applied to a solar power generation system that is always operating, the capacitor voltage of the output stage is appropriately maintained, and the current-voltage characteristic is An object of the present invention is to provide a method capable of stably performing a scan.

上記の課題を解決するため、本発明の太陽光発電システムは、太陽電池と、該太陽電池が出力する直流電圧を交流電圧に変換して出力するパワーコンディショナを有する太陽光発電システムにおいて、前記パワーコンディショナは、前記パワーコンディショナへの入力電流を検出する入力電流検出手段と、前記パワーコンディショナへの入力電圧を検出する入力電圧検出手段と、前記パワーコンディショナへの入力電圧を昇圧するスイッチング素子と、前記パワーコンディショナからの出力電圧を検出する出力電圧検出手段と、前記入力電流が電流目標値と略等しい値になるように前記スイッチング素子を制御する制御回路と、を具備するとともに、前記制御回路は、目標値可変手段が出力する電流目標値を略ゼロから順次増加させながら前記スイッチング素子を動作させ、その都度前記入力電流と前記入力電圧からその時点の電力を演算するとともに、前記電力が最大となった電流目標値を最大値判定回路に記憶する検出モードと、該最大値判定回路に記憶された電流目標値を用いて前記スイッチング素子を動作させる定常モードと、を有するとともに、前記検出モードでは、前記出力電圧が第1の電圧閾値よりも小さいときは、前記目標可変手段が出力する電流目標値を順次増加させ、前記出力電圧が第1の電圧閾値よりも大きいときは、前記目標可変手段が出力する電流目標値を維持する。   In order to solve the above problems, a solar power generation system according to the present invention is a solar power generation system including a solar cell and a power conditioner that converts a DC voltage output from the solar cell into an AC voltage and outputs the AC voltage. The power conditioner boosts the input voltage to the power conditioner, input current detection means for detecting an input current to the power conditioner, input voltage detection means for detecting an input voltage to the power conditioner, and A switching element; output voltage detecting means for detecting an output voltage from the power conditioner; and a control circuit for controlling the switching element so that the input current is substantially equal to a current target value. The control circuit increases the current target value output by the target value varying means while increasing the current target value sequentially from substantially zero. A detection mode for operating a switching element, calculating a power at that time from the input current and the input voltage each time, and storing a current target value at which the power is maximized in a maximum value determination circuit, and the maximum value And a steady mode in which the switching element is operated using the current target value stored in the determination circuit, and the target variable means in the detection mode when the output voltage is smaller than a first voltage threshold value. When the output voltage is larger than the first voltage threshold, the current target value output by the target variable means is maintained.

本発明によれば、出力段のコンデンサ電圧を適切に維持しつつ、電流−電圧特性のスキャンを安定的に実施することができる。   According to the present invention, it is possible to stably scan the current-voltage characteristic while appropriately maintaining the capacitor voltage of the output stage.

一実施例の回路構成を示す図The figure which shows the circuit structure of one Example. 一実施例の回路動作を示す各部波形Each part waveform showing circuit operation of one embodiment 図1の入力フィルタの回路構成の一例Example of circuit configuration of input filter of FIG. 太陽電池の電流−電圧特性、および、電流−電力特性を示すグラフGraph showing current-voltage characteristics and current-power characteristics of solar cells 一実施例におけるタイミングチャートの例Example of timing chart in one embodiment 一実施例における最適な電流出力を求めるPAD図PAD diagram for obtaining optimum current output in one embodiment

一実施例の太陽光発電システムを図1から図6を用いて説明する。   A photovoltaic power generation system according to an embodiment will be described with reference to FIGS.

図1は、本実施例の太陽光発電システムの回路構成を示す図である。図1において、1は太陽電池パネル、2はパワーコンディショナ、3は商用系統であり、パワーコンディショナ2の内部には、入力フィルタ4、DC-DCコンバータ7、系統連系インバータ12、制御回路14がある。DC-DCコンバータ7において、8はチョークコイル、9はスイッチング素子であるパワーMOSFET、10は昇圧ダイオード、11はコンデンサ、13は電流センサ、15a、15bは分圧抵抗である。また、制御回路14において、16は目標値可変手段、17はモード切替器、18は減算器、19はPI制御ブロック、20は乗算器、21aは入力電圧を検出するAD変換器(入力電圧検出器)、21bは入力電流を検出するAD変換器(入力電流検出器)、22はPWM回路、23は最大値判定回路である。   FIG. 1 is a diagram illustrating a circuit configuration of the photovoltaic power generation system according to the present embodiment. In FIG. 1, 1 is a solar cell panel, 2 is a power conditioner, 3 is a commercial system, and an input filter 4, a DC-DC converter 7, a grid interconnection inverter 12, and a control circuit are provided inside the power conditioner 2. There are 14. In the DC-DC converter 7, 8 is a choke coil, 9 is a power MOSFET which is a switching element, 10 is a boost diode, 11 is a capacitor, 13 is a current sensor, and 15a and 15b are voltage dividing resistors. In the control circuit 14, 16 is a target value variable means, 17 is a mode switch, 18 is a subtractor, 19 is a PI control block, 20 is a multiplier, and 21a is an AD converter (input voltage detection). ), 21b is an AD converter (input current detector) for detecting an input current, 22 is a PWM circuit, and 23 is a maximum value determination circuit.

図1に示すように、太陽電池パネル1はその両端がパワーコンディショナ2の内部の入力フィルタ4の入力側端子に接続されており、入力フィルタ4の出力側端子はDC-DCコンバータ7の入力側端子に接続され、DC-DCコンバータ7の出力側端子は系統連系インバータ12の入力側端子に接続されている。系統連系インバータ12の出力側端子はパワーコンディショナ2の外部の商用系統3に接続されている。   As shown in FIG. 1, both ends of the solar cell panel 1 are connected to the input side terminal of the input filter 4 inside the power conditioner 2, and the output side terminal of the input filter 4 is the input of the DC-DC converter 7. The output side terminal of the DC-DC converter 7 is connected to the input side terminal of the grid interconnection inverter 12. The output side terminal of the grid interconnection inverter 12 is connected to the commercial system 3 outside the power conditioner 2.

ここでDC-DCコンバータ7の内部を詳細に説明する。チョークコイル8の入力側端子は入力フィルタ4の正極の出力側端子に接続され、チョークコイル8の出力側端子はパワーMOSFET9のドレインに接続される。また、入力フィルタ4の負極の出力側端子とパワーMOSFET9のソースが接続される。さらに、DC-DCコンバータ7の内部では、入力フィルタ4の出力側端子の両端に、分圧抵抗15a、15bの直列体が接続されている。パワーMOSFET9のドレインには昇圧ダイオード10のアノードが接続される。昇圧ダイオード10のカソードとパワーMOSFET9のソースの間にコンデンサ11が接続される。コンデンサ11の両端はDC-DCコンバータ7の外部にある系統連系インバータ12に接続される。   Here, the inside of the DC-DC converter 7 will be described in detail. The input side terminal of the choke coil 8 is connected to the positive output side terminal of the input filter 4, and the output side terminal of the choke coil 8 is connected to the drain of the power MOSFET 9. Further, the negative output side terminal of the input filter 4 and the source of the power MOSFET 9 are connected. Further, in the DC-DC converter 7, a series body of voltage dividing resistors 15 a and 15 b is connected to both ends of the output side terminal of the input filter 4. The anode of the boost diode 10 is connected to the drain of the power MOSFET 9. A capacitor 11 is connected between the cathode of the boost diode 10 and the source of the power MOSFET 9. Both ends of the capacitor 11 are connected to the grid interconnection inverter 12 outside the DC-DC converter 7.

次に、制御回路14の内部を詳細に説明する。AD変換器21aは、DC-DCコンバータ7内部の分圧抵抗15a、15bの中点に接続され、DC-DCコンバータ7の入力電圧Vinを出力する。また、AD変換器21bは、DC-DCコンバータ7内部の電流センサ13に接続され、チョークコイル8の電流ILの平均値ILaveを出力する。乗算器20は、AD変換器21aの出力Vinと、AD変換器21bの出力ILaveが入力され、それらを乗算したPpvを最大値判定回路23に出力する。また、減算器18のマイナス側入力端子にはILaveが入力され、プラス側入力端子にはモード切替器17の出力Irefが入力される。減算器18の出力はPI制御ブロック19に入力される。また、Irefは最大値判定回路23に入力される。PI制御ブロック19の出力は、PWM回路22に入力される。PWM回路22の出力はS1制御信号としてDC-DCコンバータ7内のパワーMOSFET9のゲートに接続される。また、モード切替器17の定常側端子には最大値判定回路22aの出力IrefMが接続され、検出側端子には目標値可変手段16の出力が接続される。   Next, the inside of the control circuit 14 will be described in detail. The AD converter 21 a is connected to the midpoint of the voltage dividing resistors 15 a and 15 b in the DC-DC converter 7 and outputs the input voltage Vin of the DC-DC converter 7. The AD converter 21b is connected to the current sensor 13 inside the DC-DC converter 7, and outputs an average value ILave of the current IL of the choke coil 8. The multiplier 20 receives the output Vin of the AD converter 21 a and the output ILave of the AD converter 21 b, and outputs Ppv obtained by multiplying them to the maximum value determination circuit 23. Also, ILave is input to the minus side input terminal of the subtractor 18, and the output Iref of the mode switch 17 is input to the plus side input terminal. The output of the subtracter 18 is input to the PI control block 19. In addition, Iref is input to the maximum value determination circuit 23. The output of the PI control block 19 is input to the PWM circuit 22. The output of the PWM circuit 22 is connected to the gate of the power MOSFET 9 in the DC-DC converter 7 as an S1 control signal. Further, the output terminal IrefM of the maximum value determination circuit 22a is connected to the steady side terminal of the mode switch 17, and the output of the target value varying means 16 is connected to the detection side terminal.

次に、図2を用いて本実施例の回路動作を説明する。図2は、横軸を時間として、図1の回路各部の動作波形を示した図であり、図2(a)はDC-DCコンバータ7が定常モードであるか検出モードであるかを示す「DC-DCコンバータ7の動作状態」、図2(b)は太陽電池パネル1の両端の電圧波形を示す「Vpv」、図2(c)はモード切替器17の出力を示す「電流目標値Iref」、図2(d)はパワーMOSFET9のゲート波形を示す「S1制御信号」、図2(e)の実線はチョークコイル8の電流を示す「IL」、破線はILの平均値を示す「ILave」、図2(f)はDC-DCコンバータ7から系統連系インバータ12に出力される電力を示す「DC-DCコンバータ7出力電力」である。ここで、検出モードとは、太陽電池パネル1の最大電力点を検出するモードのことであり、定常モードとは、検出モードで得た最大電力点の電流となるようにパワーコンディショナ2を動作させるモードのことである。   Next, the circuit operation of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram showing operation waveforms of each part of the circuit of FIG. 1 with the horizontal axis as time, and FIG. 2A shows whether the DC-DC converter 7 is in a steady mode or a detection mode. FIG. 2B shows “Vpv” showing the voltage waveform at both ends of the solar cell panel 1, and FIG. 2C shows “the current target value Iref” showing the output of the mode switch 17. 2 (d) is an “S1 control signal” indicating the gate waveform of the power MOSFET 9, the solid line in FIG. 2 (e) is “IL” indicating the current of the choke coil 8, and the broken line is an average value of IL “ILave” FIG. 2F is “DC-DC converter 7 output power” indicating the power output from the DC-DC converter 7 to the grid interconnection inverter 12. Here, the detection mode is a mode for detecting the maximum power point of the solar battery panel 1, and the steady mode is for operating the power conditioner 2 so that the current at the maximum power point obtained in the detection mode is obtained. It is a mode to make it.

図3は、図1の入力フィルタ4内部の一例を示した図である。図3において、5a、5bはコモンモードチョーク、6a、6b、6c、6d、6eはフィルタコンデンサ、27はノーマルモードチョークである。図3において、入力フィルタ4の入力側端子の両端にはフィルタコンデンサ6aが接続され、フィルタコンデンサ6aの両端にはコモンモードチョーク5aの入力側端子が接続される。コモンモードチョーク5aの出力側端子はフィルタコンデンサ6bと6cの直列体に接続される。フィルタコンデンサ6bと6cの中点はフレームグランドに接続される。フィルタコンデンサ6bと6cの直列体の両端にはフィルタコンデンサ6dの両端が接続される。フィルタコンデンサ6dの両端はコモンモードチョーク5bの入力側端子が接続される。コモンモードチョーク5bの出力側端子の一方にはノーマルモードチョーク27が接続され、ノーマルモードチョーク27とコモンモードチョーク5bの他方の端子の間にフィルタコンデンサ6eが接続される。そして、フィルタコンデンサ6eの両端子はコンバータ側端子となり入力フィルタ4の外部に引き出される。   FIG. 3 is a diagram showing an example of the inside of the input filter 4 of FIG. In FIG. 3, 5a and 5b are common mode chokes, 6a, 6b, 6c, 6d and 6e are filter capacitors, and 27 is a normal mode choke. In FIG. 3, a filter capacitor 6a is connected to both ends of the input side terminal of the input filter 4, and an input side terminal of the common mode choke 5a is connected to both ends of the filter capacitor 6a. The output side terminal of the common mode choke 5a is connected to a series body of filter capacitors 6b and 6c. The midpoint of the filter capacitors 6b and 6c is connected to the frame ground. Both ends of the filter capacitor 6d are connected to both ends of the series body of the filter capacitors 6b and 6c. Both ends of the filter capacitor 6d are connected to the input side terminals of the common mode choke 5b. A normal mode choke 27 is connected to one of output terminals of the common mode choke 5b, and a filter capacitor 6e is connected between the normal mode choke 27 and the other terminal of the common mode choke 5b. Then, both terminals of the filter capacitor 6 e become the converter side terminals and are drawn out of the input filter 4.

次に本実施例のパワーコンディショナ2の動作を説明する。   Next, operation | movement of the power conditioner 2 of a present Example is demonstrated.

まず、定常モードを説明する。定常モードにおいては、図1のモード切替器17は定常モード側に接続されており、電流目標値Irefは最大値判定回路23から出力されるIrefMとなる。以下では、図2(a)(c)に示すように、先行する定常モード期間のIrefMをIrefM(n-1)、次の定常モード期間のIrefMをIrefM(n)と定義する。先行する定常モード期間では、チョークコイル8(L)に流れる電流IL(実線)はパワーMOSFET9のスイッチングにより脈動しているが、その平均値ILave(破線)は後述する制御によりIrefM(n-1)と一致している。脈動する電流ILから平均値ILaveを取り出す方法としては、電流センサ13の内部にパワーMOSFET9(S1)のスイッチング周波数成分を減衰させる一次遅れフィルタを設ける方法や、AD変換器22aの取り込みタイミングをPWM周期と同期させて常に脈動の中心値をサンプリングするようにする方法などがあり、いずれの方法を用いても良い。   First, the steady mode will be described. In the steady mode, the mode switch 17 in FIG. 1 is connected to the steady mode side, and the current target value Iref is IrefM output from the maximum value determination circuit 23. Hereinafter, as shown in FIGS. 2A and 2C, IrefM in the preceding steady mode period is defined as IrefM (n−1), and IrefM in the next steady mode period is defined as IrefM (n). In the preceding steady mode period, the current IL (solid line) flowing through the choke coil 8 (L) pulsates due to the switching of the power MOSFET 9, but the average value ILave (dashed line) is IrefM (n-1) by the control described later. Is consistent with As a method for extracting the average value ILave from the pulsating current IL, a method of providing a first-order lag filter for attenuating the switching frequency component of the power MOSFET 9 (S1) in the current sensor 13, or a capturing timing of the AD converter 22a is set to a PWM cycle. There is a method of always sampling the central value of the pulsation in synchronization with the signal, and any method may be used.

さて、図1に示すように、減算器18からは、電流目標値Irefから平均値ILaveを減算した電力誤差が出力されるが、定常モードでは電流目標値Iref=IrefM(n-1)であるため、電流誤差は(IrefM(n-1)−ILave)となる。この電流誤差はPI制御ブロック19に入力され、比例積分演算される。PI制御ブロック19の出力は時比率であり、この時比率がPWM回路22に入力され、図2(d)に示すPWMパルス(S1制御信号)を生成する。S1制御信号は、電流誤差が正の場合にON幅が広くなり、負の場合にON幅が狭くなるPWM制御信号である。S1制御信号はパワーMOSFET9(S1)のゲートに入力され、パワーMOSFET9(S1)をON/OFF駆動する。   As shown in FIG. 1, the subtractor 18 outputs a power error obtained by subtracting the average value ILave from the current target value Iref. In the steady mode, the current target value Iref = IrefM (n−1). Therefore, the current error is (IrefM (n−1) −ILave). This current error is input to the PI control block 19 and is subjected to proportional integration calculation. The output of the PI control block 19 is a duty ratio, and this duty ratio is input to the PWM circuit 22 to generate a PWM pulse (S1 control signal) shown in FIG. The S1 control signal is a PWM control signal that increases the ON width when the current error is positive and decreases the ON width when the current error is negative. The S1 control signal is input to the gate of the power MOSFET 9 (S1) to drive the power MOSFET 9 (S1) ON / OFF.

パワーMOSFET9(S1)がONすると、太陽電池パネル1−入力フィルタ4−チョークコイル8(L)−パワーMOSFET9(S1)−入力フィルタ4−太陽電池パネル1の閉回路が形成され、太陽電池パネル1からの電流がチョークコイル8(L)に蓄えられる。一方、パワーMOSFET9(S1)がOFFすると、太陽電池パネル1−入力フィルタ4−チョークコイル8(L)−ダイオード10(D1)−コンデンサ11(Cpn)−入力フィルタ4−太陽電池パネル1の回路が形成され、チョークコイル8(L)に蓄えられた励磁エネルギーがコンデンサ11(Cpn)に放出される。このように、S1制御信号のON/OFFに応じてDC-DCコンバータ7内の回路を切り替えることで、S1制御信号がONのときに増加しOFFのときに減少する脈動電流IL(実線)を得ることができる。   When the power MOSFET 9 (S1) is turned on, a closed circuit of the solar cell panel 1-input filter 4-choke coil 8 (L) -power MOSFET 9 (S1) -input filter 4-solar cell panel 1 is formed. Is stored in the choke coil 8 (L). On the other hand, when the power MOSFET 9 (S1) is turned OFF, the circuit of the solar cell panel 1-input filter 4-choke coil 8 (L) -diode 10 (D1) -capacitor 11 (Cpn) -input filter 4-solar cell panel 1 is obtained. The excitation energy formed and stored in the choke coil 8 (L) is released to the capacitor 11 (Cpn). In this way, by switching the circuit in the DC-DC converter 7 in accordance with ON / OFF of the S1 control signal, the pulsating current IL (solid line) that increases when the S1 control signal is ON and decreases when it is OFF. Can be obtained.

また、減算器18が出力する電流誤差が正の場合には、S1制御信号のON幅を広くしてパワーMOSFET9(S1)のON時間を長くしチョークコイル8(L)が蓄える励磁エネルギーを増加させ、電流誤差(電流目標値IrefM−平均値ILave)をゼロに近づけることができる。一方、減算器18が出力する電流誤差が負の場合には、S1制御信号のON幅を狭くしてパワーMOSFET9(S1)のON時間を短くしチョークコイル8(L)が蓄える励磁エネルギーを減少させ、電流誤差(電流目標値IrefM−平均値ILave)をゼロに近づけることができる。制御回路14は、チョークコイル8を流れる電流ILの平均値ILaveが電流目標値Irefと一致するようにパワーMOSFET9(S1)を制御するが、定常モードでは、電流目標値IrefがIrefMに固定されているため、平均値ILaveはIrefMと等しい一定値に保持される。   If the current error output from the subtractor 18 is positive, the ON width of the S1 control signal is widened to increase the ON time of the power MOSFET 9 (S1), and the excitation energy stored in the choke coil 8 (L) is increased. Thus, the current error (current target value IrefM−average value ILave) can be brought close to zero. On the other hand, when the current error output from the subtractor 18 is negative, the ON width of the S1 control signal is narrowed to shorten the ON time of the power MOSFET 9 (S1) and the excitation energy stored in the choke coil 8 (L) is reduced. Thus, the current error (current target value IrefM−average value ILave) can be brought close to zero. The control circuit 14 controls the power MOSFET 9 (S1) so that the average value ILave of the current IL flowing through the choke coil 8 matches the current target value Iref. In the steady mode, the current target value Iref is fixed to IrefM. Therefore, the average value ILave is held at a constant value equal to IrefM.

このとき、図3の入力フィルタ4では主にノーマルモードチョーク27とフィルタコンデンサ6eにより、パワーMOSFET9(S1)のスイッチングによるILの脈動成分がカットされ、太陽電池パネル1からDC-DCコンバータ7に流入する電流Ipvは、ILaveとほぼ同じ直流値となる。一方、電圧に関しては、入力フィルタ4に入力される太陽電池パネル1の電圧Vpvと入力フィルタ4の出力電圧Vinは、DC成分はほぼ等しく、Vinにはスイッチングに伴う高周波成分が含まれる。   At this time, in the input filter 4 of FIG. 3, the pulsation component of IL due to the switching of the power MOSFET 9 (S1) is cut mainly by the normal mode choke 27 and the filter capacitor 6e, and flows into the DC-DC converter 7 from the solar cell panel 1. The current Ipv is approximately the same DC value as ILave. On the other hand, regarding the voltage, the DC component of the voltage Vpv of the solar cell panel 1 input to the input filter 4 and the output voltage Vin of the input filter 4 are substantially equal, and Vin includes a high-frequency component accompanying switching.

この結果、太陽電池パネル1からDC-DCコンバータ7にはIpvかつVpvの直流電力が流入し、DC-DCコンバータ7から系統連系インバータ12にはDC-DCコンバータ7の損失を差し引いただけの電力が出力される。系統連系インバータ12においては、DC-DCコンバータ7から入力された直流電力を、商用系統3の電圧位相に同期した正弦波電流に変換して商用系統3に出力する。   As a result, DC power of Ipv and Vpv flows from the solar cell panel 1 to the DC-DC converter 7, and the loss of the DC-DC converter 7 can be subtracted from the DC-DC converter 7 to the grid-connected inverter 12. Electric power is output. In the grid-connected inverter 12, the DC power input from the DC-DC converter 7 is converted into a sine wave current synchronized with the voltage phase of the commercial system 3 and output to the commercial system 3.

次に、検出モードについて説明する。定常モードが一定時間経過すると、モード切替器17を検出モード側に切り替え、検出モードに遷移する。このとき、目標値可変手段16が出力する初期値はゼロであるため、切換器17からは電流目標値Iref=ゼロが出力される。減算器18では、電流目標値Iref=ゼロから平均値ILaveが減算され、電流誤差(−ILave)が出力される。この電流誤差はPI制御ブロック19に入力され、比例積分演算される。このPI制御ブロック19の出力は時比率であり、この時比率はPWM回路22に入力され図2(d)に示すPWMパルス(S1制御信号)を生成する。S1制御信号は、パワーMOSFET9(S1)のゲートに入力され、パワーMOSFET9(S1)をON/OFF駆動する。DC-DCコンバータ7は電流誤差(−ILave)がゼロになるように電流制御されるため、チョークコイル8(L)に流れる電流の平均値ILaveはゼロとなり、太陽電池パネル1から出力される電流Ipvもゼロとなる。   Next, the detection mode will be described. When the steady mode has passed for a certain period of time, the mode switch 17 is switched to the detection mode side, and the mode is changed to the detection mode. At this time, since the initial value output by the target value varying means 16 is zero, the switch 17 outputs the current target value Iref = zero. The subtracter 18 subtracts the average value ILave from the current target value Iref = zero, and outputs a current error (−ILave). This current error is input to the PI control block 19 and is subjected to proportional integration calculation. The output of the PI control block 19 is a duty ratio, and this duty ratio is input to the PWM circuit 22 to generate a PWM pulse (S1 control signal) shown in FIG. The S1 control signal is input to the gate of the power MOSFET 9 (S1) to drive the power MOSFET 9 (S1) ON / OFF. Since the DC-DC converter 7 is current controlled so that the current error (−ILave) becomes zero, the average value ILave of the current flowing through the choke coil 8 (L) becomes zero, and the current output from the solar cell panel 1. Ipv is also zero.

図4の電流−電圧特性(実線)に示すように、Ipvがゼロのとき、Vpvは開放電圧Vocに上昇する。この変化は図2にも示しており、図2(e)のように、平均値ILave(破線)がゼロに低下すると、図2(b)のように、VpvがVocに上昇する。   As shown in the current-voltage characteristics (solid line) in FIG. 4, when Ipv is zero, Vpv rises to the open circuit voltage Voc. This change is also shown in FIG. 2, and when the average value ILave (broken line) falls to zero as shown in FIG. 2 (e), Vpv rises to Voc as shown in FIG. 2 (b).

ILaveがゼロ、VpvがVocになると、図2(c)に示すように、電流目標値Irefを傾きdi/dtでゼロから徐々に上昇させる。これは、図1に示すように、目標値可変手段16が出力する電流目標値Irefを所定時間tx毎に微小量ΔIrefずつ増加することによって達成される。これにより、Irefはdi/dt=ΔIref/txの傾きで増加する。このとき、図2(e)に示すように、Irefの上昇に追従してILaveも上昇する。前述のように、入力フィルタ4の働きにより、太陽電池パネル1からDC-DCコンバータ7に流入する電流Ipvは、ILaveとほぼ同じ直流値となるため、検出モードにおいては、Ipvがゼロから徐々に増加することになる。   When ILave becomes zero and Vpv becomes Voc, the current target value Iref is gradually increased from zero with a slope di / dt, as shown in FIG. As shown in FIG. 1, this is achieved by increasing the current target value Iref output by the target value varying means 16 by a minute amount ΔIref every predetermined time tx. Thereby, Iref increases with a slope of di / dt = ΔIref / tx. At this time, as shown in FIG. 2E, ILave also rises following the rise of Iref. As described above, the current Ipv flowing from the solar cell panel 1 to the DC-DC converter 7 becomes almost the same DC value as ILave by the function of the input filter 4, so that Ipv gradually increases from zero in the detection mode. Will increase.

なお、ここでは目標値可変手段16が出力する初期値をゼロとした例を紹介したが、パワーMOSFET9のスイッチングを一定時間だけ止める方法をとっても良い。この場合、適切なタイミングでパワーMOSFET9のスイッチングを再開することで、図2(c)に示す検出モードと同等の制御を行うことができる。   Although an example in which the initial value output by the target value varying means 16 is set to zero has been introduced here, a method of stopping the switching of the power MOSFET 9 for a certain time may be used. In this case, control equivalent to the detection mode shown in FIG. 2C can be performed by restarting switching of the power MOSFET 9 at an appropriate timing.

Ipvが変化すると図4の電流−電圧特性(実線)に従いVpvも変化する。制御回路14内のAD変換器21a、21bは、IpvとみなすことができるILaveと、VpvとみなすことができるVinを、周期ts(ts < tx)でサンプリングする。乗算器20はILaveとVinを乗算して求めた電力Ppvを出力する。最大値判定回路23では、乗算器20が出力したPpvとその時のIrefを(Ppv、Iref)の組として記憶することができ、順次入力される(Ppv、Iref)の組のうちPpvが最大となるPpvをPmax、その時のIrefをIrefMとして記憶する。初期値ゼロのIrefはdi/dt=ΔIref/txの傾きで増加するため、tx*Isc/ΔIref経過後に図4に示すIscに達する。図4の電流−電圧特性(実線)から明らかなように、Ipvの増加に伴って、VpvはVocから徐々に低下し、Iscのとき0となる。この間に、電流−電力特性(破線)に示す最大電力点(Pmax、Ipmax)を通るため、最大値判定回路23にはIref=Iscの時点で、(Pmax、IrefM)=(Pmax、Ipmax)が記憶されていることになる。図2に示す検出モードはTsの期間実行し、
tx*Isc/ΔIref < Ts
を満たすようにΔIrefを設定しているため、電流目標値IrefはTs期間内にIscに達する。なお、IrefがIsc以上になった場合には、パワーMOSFET9をPWM回路22で予め設定されている最大オン時間幅(例えば時比率100%)で動作させる。
When Ipv changes, Vpv also changes according to the current-voltage characteristics (solid line) in FIG. The AD converters 21a and 21b in the control circuit 14 sample ILave, which can be regarded as Ipv, and Vin, which can be regarded as Vpv, at a period ts (ts <tx). The multiplier 20 outputs the power Ppv obtained by multiplying ILave and Vin. The maximum value determination circuit 23 can store Ppv output from the multiplier 20 and Iref at that time as a set of (Ppv, Iref), and Ppv is the maximum among the sets of (Ppv, Iref) that are sequentially input. Ppv is stored as Pmax, and Iref at that time is stored as IrefM. Since Iref having an initial value of zero increases with a slope of di / dt = ΔIref / tx, it reaches Isc shown in FIG. 4 after elapse of tx * Isc / ΔIref. As is clear from the current-voltage characteristics (solid line) in FIG. 4, Vpv gradually decreases from Voc as Ipv increases, and becomes 0 when Isc. During this time, since the maximum power point (Pmax, Ipmax) shown in the current-power characteristic (broken line) passes, the maximum value determination circuit 23 has (Pmax, IrefM) = (Pmax, Ipmax) at the time of Iref = Isc. It will be remembered. The detection mode shown in FIG. 2 is executed for a period of Ts,
tx * Isc / ΔIref <Ts
Since ΔIref is set so as to satisfy the condition, the current target value Iref reaches Isc within the Ts period. When Iref is equal to or greater than Isc, the power MOSFET 9 is operated with a maximum on-time width (for example, a time ratio of 100%) preset by the PWM circuit 22.

この結果、検出モードの終了時点、すなわち検出モード開始から時間Tsが経過した時刻において、最大値判定回路23には(Pmax、IrefM)として(Pmax、Ipmax)が記憶されていることになる。   As a result, (Pmax, Ipmax) is stored as (Pmax, IrefM) in the maximum value determination circuit 23 at the end of the detection mode, that is, at the time when the time Ts has elapsed from the start of the detection mode.

そこで、次の定常モードにおいては、最大値判定回路23からはIrefMとしてIpmaxを出力する。定常モードにおいては前述したようにモード切替器17は再び定常側に接続され、Iref=IrefM(n)=Ipmaxとし、ILの平均値ILaveがIpmaxとなるように電流制御する。このとき、定常モードでは検出した電圧、電流をもとに最大電力値を常に求めている。   Therefore, in the next steady mode, the maximum value determination circuit 23 outputs Ipmax as IrefM. As described above, in the steady mode, the mode switch 17 is again connected to the steady side, and Iref = IrefM (n) = Ipmax, and the current is controlled so that the average IL value ILave becomes Ipmax. At this time, in the steady mode, the maximum power value is always obtained based on the detected voltage and current.

なお、定常モードの時間Tは、検出モードの時間Tsに比べて十分に長い時間とする。例えば、Tsは1ms〜数10msのオーダー、Tは1s〜数十分のオーダーである。また、このときに使用するチョークコイル8のインダクタンス値は概ね100μH〜1mHの間の値であり、プリント基板上に搭載可能である。   The steady mode time T is sufficiently longer than the detection mode time Ts. For example, Ts is on the order of 1 ms to several tens of ms, and T is on the order of 1 s to several tens of minutes. In addition, the inductance value of the choke coil 8 used at this time is approximately between 100 μH and 1 mH, and can be mounted on a printed circuit board.

このようにして、本実施例では太陽電池パネルの最大電力点を所定時間毎に検出し、パワーコンディショナ2を検出した最大電力点で動作させることができる。図2に示したように、検出モードにおいても太陽電池パネル1の電力はDC-DCコンバータ7から出力され系統連系インバータ12を経て商用系統3側に出力される。このため、検出精度を向上させるためにdi/dtを小さく、すなわち電流変化の増加率を緩くして検出モードに時間を掛けても太陽電池パネルからの電力の損失は最小限に抑えることができる。   In this way, in the present embodiment, the maximum power point of the solar cell panel is detected every predetermined time, and the power conditioner 2 can be operated at the detected maximum power point. As shown in FIG. 2, even in the detection mode, the electric power of the solar cell panel 1 is output from the DC-DC converter 7 and is output to the commercial system 3 side via the system interconnection inverter 12. Therefore, di / dt is reduced to improve detection accuracy, that is, the loss of power from the solar panel can be minimized even if the detection mode is slowed down by slowing the rate of increase in current change. .

以下、本実施例の構成において、出力段のコンデンサ11(Cpn)の直流電圧Vpn(パワーコンディショナ2の出力電圧)を、商用系統3に連系させるのに適した所定の制御電圧以上、かつ、コンデンサ11(Cpn)の耐圧以下の電圧を適切に維持しながら検出モードを実行し電流−電圧特性をスキャンする方法について、図5、図6を用いて詳細に説明する。   Hereinafter, in the configuration of the present embodiment, the DC voltage Vpn of the output stage capacitor 11 (Cpn) (the output voltage of the power conditioner 2) is equal to or higher than a predetermined control voltage suitable for connecting to the commercial system 3. A method of scanning the current-voltage characteristics by executing the detection mode while appropriately maintaining a voltage equal to or lower than the withstand voltage of the capacitor 11 (Cpn) will be described with reference to FIGS.

まず、図6を用いて制御ループを説明する。ステップS100では、電流目標値Irefをゼロに初期化する。ステップS101では、Irefが太陽電池の開放電流Iscに達するまで、ステップS102〜S105を実行する。   First, the control loop will be described with reference to FIG. In step S100, the current target value Iref is initialized to zero. In step S101, steps S102 to S105 are executed until Iref reaches the open current Isc of the solar cell.

ステップS102では、直流電圧Vpnが休止電圧(第1の電圧閾値)を超えているかを判断する。   In step S102, it is determined whether the DC voltage Vpn exceeds the pause voltage (first voltage threshold).

直流電圧Vpnが休止電圧(第1の電圧閾値)を超えていない場合は、直流電圧Vpnが正常であると判断し、ステップS105で現在の電流目標値IrefにΔIrefを加算した電流目標値を次の電流目標値Irefとし、再度ステップS102を実施する。一方、直流電圧Vpnが休止電圧(第1の電圧閾値)を超えている場合は、直流電圧Vpnが異常であると判断し、ステップS103で、パワーMOSFET9のスイッチング動作を停止するかを、直流電圧Vpnが停止電圧(第2の電圧閾値)を超えているかに基づいて判断する。   If the DC voltage Vpn does not exceed the pause voltage (first voltage threshold value), it is determined that the DC voltage Vpn is normal, and the current target value obtained by adding ΔIref to the current current target value Iref is determined in step S105. The current target value Iref is set to step S102 again. On the other hand, if the DC voltage Vpn exceeds the pause voltage (first voltage threshold value), it is determined that the DC voltage Vpn is abnormal, and whether or not the switching operation of the power MOSFET 9 is stopped is determined in step S103. Judgment is made based on whether Vpn exceeds the stop voltage (second voltage threshold).

直流電圧Vpnが停止電圧(第2の電圧閾値)を超えていない場合は、現在の電流目標値Irefを維持したまま、再度ステップS102を実施する。一方、直流電圧Vpnが停止電圧(第2の電圧閾値)を超えている場合は、ステップS104で、パワーMOSFET9のスイッチング動作を停止して、制御ループを終了する。   If the DC voltage Vpn does not exceed the stop voltage (second voltage threshold), step S102 is performed again while maintaining the current current target value Iref. On the other hand, if the DC voltage Vpn exceeds the stop voltage (second voltage threshold), the switching operation of the power MOSFET 9 is stopped in step S104, and the control loop is ended.

図5は、直流電圧Vpn、電流目標値Iref、太陽電池電力Ppv、DC-DCコンバータ7と系統連系インバータ12の動作推移を時系列に示したものである。   FIG. 5 shows the operation transition of the DC voltage Vpn, the current target value Iref, the solar cell power Ppv, the DC-DC converter 7 and the grid interconnection inverter 12 in time series.

図5の開始時点はDC-DCコンバータ7が検出モード、かつ、系統連系インバータ12が停止中の場合であり、スキャン動作を継続すると直流電圧Vpnが停止電圧(第2の電圧閾値)に達する場合である。このときは、図6に示したように、ステップS104でパワーMOSFET9のスイッチング動作を停止する。   The start time of FIG. 5 is when the DC-DC converter 7 is in the detection mode and the grid-connected inverter 12 is stopped. When the scan operation is continued, the DC voltage Vpn reaches the stop voltage (second voltage threshold). Is the case. At this time, as shown in FIG. 6, the switching operation of the power MOSFET 9 is stopped in step S104.

一方、コンバータが検出モード、かつ、系統連系インバータ12が動作中の場合、直流電圧Vpnは系統連系インバータ12により制御されるため、前述の条件のように即座に停止電圧に至ることはない。しかし、系統連系インバータ12が何らかの条件で太陽電池パネル1の最大電力よりも少ない出力で制御した場合、直流電圧Vpnが休止電圧(第1の電圧閾値)まで上昇する可能性がある。このときは、図6に示したように、ステップS103で電流目標値Irefを増加させない制御を実施する。   On the other hand, when the converter is in the detection mode and the grid interconnection inverter 12 is operating, the DC voltage Vpn is controlled by the grid interconnection inverter 12 and therefore does not immediately reach the stop voltage as in the above-described conditions. . However, when the grid interconnection inverter 12 is controlled with an output smaller than the maximum power of the solar cell panel 1 under some conditions, the DC voltage Vpn may rise to a pause voltage (first voltage threshold). At this time, as shown in FIG. 6, control is performed in step S103 so as not to increase the current target value Iref.

なお、本実施例において、PWM回路22とパワーMOSFET9の間にゲートドライブ回路を用いることも有効である。パワーMOSFET9をIGBTやSiC-MOSFETなど他のスイッチング素子に置き換えても良い。ダイオード10にSicデバイスを適用することも効果的である。DC-DCコンバータ7の構成は図1に示した昇圧型コンバータが好ましいが、その他の非絶縁型コンバータや絶縁型コンバータであってもよい。また、入力フィルタ4は同様の機能、すなわちスイッチング成分の電流が太陽電池パネル側に流れるのを防止するとともに、コモンモードノイズを低減する役割の回路構成であれば他の構成としても良い。また、制御回路14は同様の機能を持つアナログ回路で構成しても良い。PWM回路22はパルス幅変調制御をおこなう回路であるが、これはパルス周波数変調制御(PFM)やパルス密度変調制御(PDM)などで置き換えることもできる。さらに、PI制御ブロック19は比例積分制御をおこなうブロックであるが、前述のようにオペアンプなどのアナログ回路で構成しても良いし、PID(比例積分遅延)制御等に置き換えても良い。   In the present embodiment, it is also effective to use a gate drive circuit between the PWM circuit 22 and the power MOSFET 9. The power MOSFET 9 may be replaced with another switching element such as IGBT or SiC-MOSFET. It is also effective to apply a Sic device to the diode 10. The configuration of the DC-DC converter 7 is preferably the step-up converter shown in FIG. 1, but may be other non-insulated converters or isolated converters. Further, the input filter 4 may have other functions as long as it has a similar function, that is, a circuit configuration that prevents the current of the switching component from flowing to the solar cell panel side and reduces common mode noise. Further, the control circuit 14 may be constituted by an analog circuit having a similar function. Although the PWM circuit 22 is a circuit that performs pulse width modulation control, it can be replaced by pulse frequency modulation control (PFM), pulse density modulation control (PDM), or the like. Further, the PI control block 19 is a block that performs proportional-integral control, but may be configured by an analog circuit such as an operational amplifier as described above, or may be replaced with PID (proportional-integral delay) control or the like.

以上で説明した本実施例は、家庭向けの商用系統3と連系する太陽光発電システムに適用することが可能である。また、系統との連系を行わないDC給電システム等の太陽光発電システム、離島や山小屋向け太陽電池システム、スマートグリッド向け太陽電池システム、メガソーラシステム等の大型太陽光発電システムに適用できる。   The present embodiment described above can be applied to a solar power generation system interconnected with a commercial system 3 for home use. Further, the present invention can be applied to a large-scale solar power generation system such as a solar power generation system such as a DC power supply system that is not connected to the grid, a solar battery system for a remote island or a mountain hut, a solar battery system for a smart grid, or a mega solar system.

1:太陽電池パネル
2:パワーコンディショナ
3:商用系統
4:入力フィルタ
5a、5b:コモンモードチョーク
6a、6b、6c、6d:フィルタコンデンサ
7:DC-DCコンバータ
8:チョークコイル
9:パワーMOSFET
10:昇圧ダイオード
11:コンデンサ
12:系統連系インバータ
13:電流センサ
14:制御回路
15a、15b:分圧抵抗
16:目標値可変手段
17:モード切替器
18:減算器
19:PI制御ブロック
20:乗算器
21a、21b:AD変換器
22:PWM回路
23:最大値判定回路
25:ダイオード
26:信号処理回路
27:ノーマルモードチョーク
28:制御ブロック
1: Solar panel 2: Power conditioner 3: Commercial system 4: Input filter 5a, 5b: Common mode chokes 6a, 6b, 6c, 6d: Filter capacitor 7: DC-DC converter 8: Choke coil 9: Power MOSFET
10: Boost diode 11: Capacitor 12: Grid interconnection inverter 13: Current sensor 14: Control circuits 15a, 15b: Voltage dividing resistor 16: Target value changing means 17: Mode switch 18: Subtractor 19: PI control block 20: Multipliers 21a, 21b: AD converter 22: PWM circuit 23: Maximum value determination circuit 25: Diode 26: Signal processing circuit 27: Normal mode choke 28: Control block

Claims (3)

太陽電池と、該太陽電池が出力する直流電圧を交流電圧に変換して出力するパワーコンディショナを有する太陽光発電システムにおいて、
前記パワーコンディショナは、
前記パワーコンディショナへの入力電流を検出する入力電流検出手段と、
前記パワーコンディショナへの入力電圧を検出する入力電圧検出手段と、
前記パワーコンディショナへの入力電圧を昇圧するスイッチング素子と、
前記パワーコンディショナからの出力電圧を検出する出力電圧検出手段と、
前記入力電流が電流目標値と略等しい値になるように前記スイッチング素子を制御する制御回路と、
を具備するとともに、
前記制御回路は、
目標値可変手段が出力する電流目標値を略ゼロから順次増加させながら前記スイッチング素子を動作させ、その都度前記入力電流と前記入力電圧からその時点の電力を演算するとともに、前記電力が最大となった電流目標値を最大値判定回路に記憶する検出モードと、
該最大値判定回路に記憶された電流目標値を用いて前記スイッチング素子を動作させる定常モードと、
を有するとともに、
前記検出モードでは、
前記出力電圧が第1の電圧閾値よりも小さいときは、前記目標可変手段が出力する電流目標値を順次増加させ、
前記出力電圧が第1の電圧閾値よりも大きいときは、前記目標可変手段が出力する電流目標値を維持することを特徴とする太陽光発電システム。
In a solar power generation system having a solar cell and a power conditioner that converts the DC voltage output from the solar cell into an AC voltage and outputs the AC voltage,
The inverter is
An input current detection means for detecting an input current to the power conditioner;
An input voltage detecting means for detecting an input voltage to the power conditioner;
A switching element that boosts an input voltage to the power conditioner;
An output voltage detecting means for detecting an output voltage from the power conditioner;
A control circuit for controlling the switching element such that the input current is substantially equal to a current target value;
And having
The control circuit includes:
The switching element is operated while sequentially increasing the current target value output by the target value varying means from substantially zero, and the power at that time is calculated from the input current and the input voltage each time, and the power becomes maximum. Detection mode for storing the current target value stored in the maximum value determination circuit;
A steady mode in which the switching element is operated using a current target value stored in the maximum value determination circuit;
And having
In the detection mode,
When the output voltage is smaller than the first voltage threshold, the current target value output by the target variable means is sequentially increased,
When the output voltage is greater than a first voltage threshold, the current target value output by the target variable means is maintained.
請求項1に記載の太陽光発電システムにおいて、
前記第1の電圧閾値よりも大きい第2の電圧閾値が定められており、
前記出力電圧が第2の電圧閾値よりも小さいときは、前記スイッチング手段を動作させ、
前記出力電圧が第2の電圧閾値よりも大きいときは、前記スイッチング手段を停止することを特徴とする太陽光発電システム。
In the photovoltaic power generation system according to claim 1,
A second voltage threshold greater than the first voltage threshold is defined;
When the output voltage is smaller than the second voltage threshold, the switching means is operated,
When the output voltage is larger than a second voltage threshold, the switching unit is stopped.
請求項1または2に記載の太陽光発電システムにおいて、
前記検出モードは、1ms〜数10msのオーダーであり、
前記定常モードは、1s〜数十分のオーダーであることを特徴とする太陽光発電システム。
The solar power generation system according to claim 1 or 2,
The detection mode is on the order of 1 ms to several tens of ms,
The steady mode is an order of 1 s to several tens of minutes.
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