JP2015102876A - Maximum power tracking control device and maximum power tracking control method - Google Patents

Maximum power tracking control device and maximum power tracking control method Download PDF

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Shigeru Yamamoto
山本  茂
大輔 浦
Daisuke Ura
大輔 浦
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a maximum power tracking control device capable of achieving high-accuracy extremum seeking while making parameter measurement and calculation simple.SOLUTION: A maximum power tracking control device 1 for exerting a tracking control over a variable u so as to make output power y maximum for a control target 2 of an evaluation function y=f (u), includes: an HPF section 11 removing a DC component from the output power, and outputting a first signal; a LPF section 12 extracting a low-pass component from a second signal obtained by multiplying the first signal by a first perturbation signal, and outputting a third signal; an integrating section 13 integrating the third signal, and outputting a fourth signal; and a perturbation-signal switching section 15 outputting a first perturbation signal at constant amplitude if a discrimination function h (ξ) set based only on the third signal is greater than a threshold h, and outputting a second perturbation signal having attenuated amplitude if the discrimination function h (ξ) is equal to or smaller than the threshold h, a signal obtained by adding the first or second perturbation signal to the fourth signal being input to the control target 2.

Description

本発明は、発電装置を最大出力で動作させる最大電力追従制御装置及び最大電力追従制御方法に関する。   The present invention relates to a maximum power tracking control device and a maximum power tracking control method for operating a power generation device at a maximum output.

近年、メガソーラーや住宅用太陽光パネルが普及し、太陽光発電が推進されるようになった。太陽光発電の分野では、気象条件に伴って変化する出力電力を最適動作点で動作させるため、最大電力追従(MPPT:Maximum Power Point Tracking)する制御装置の研究が進められている。   In recent years, mega solar and residential solar panels have become widespread and solar power generation has been promoted. In the field of photovoltaic power generation, in order to operate output power that changes according to weather conditions at an optimum operating point, research on a control device that performs maximum power tracking (MPPT) is underway.

上記太陽光発電に代表される発電装置を最大電力で動作させるためのMPPTの一つとして、極値探索制御が挙げられる。   As one of the MPPTs for operating a power generation device typified by solar power generation with maximum power, extreme value search control can be mentioned.

極値探索制御は、発電装置の出力電力特性を表す評価関数y=f(u)(uは物理変数)の最大値yと、当該最大値yが得られる最適値uを探す手法の一つである。発電装置は、例えば、太陽電池であり、出力yは太陽電池の出力電力Pであり、物理変数uは電圧Vである。つまり、太陽電池の出力電力は電圧により変化し、この場合の評価関数はP=f(V)となる。 The extreme value search control is a method of searching for the maximum value y * of the evaluation function y = f (u) (u is a physical variable) representing the output power characteristic of the power generator and the optimum value u * from which the maximum value y * is obtained. one of. The power generation device is, for example, a solar cell, the output y is the output power P of the solar cell, and the physical variable u is the voltage V. That is, the output power of the solar cell varies depending on the voltage, and the evaluation function in this case is P = f (V).

極値探索制御を実行する制御装置は、高域通過フィルタと、低域通過フィルタと、積分部と、摂動信号付加部とを有する(非特許文献1)。高域通過フィルタは、出力yの直流成分を除去し、低域通過フィルタは、直流成分が除去された出力yに摂動信号ε(t)が乗算された信号の低域成分を抽出する。積分部は、上記低域成分を積分した結果に基づいて物理変数uを増減させる。そして、上記制御装置は、積分部により調整された物理変数uに摂動信号ε(t)が加算された信号(u+ε(t))を評価関数y=f(u)に入力し、出力yを摂動させながら最大出力点に近づけていく。このようにして、上記制御装置は、高域通過フィルタリング、摂動信号乗算、低域通過フィルタリング、積分、及び摂動信号加算を繰り返す。つまり、物理変数uへの摂動信号の付加により、当該摂動信号による出力yの変化を観測し、当該変化に基づいて出力yが大きくなる方向へと物理変数uを増減させる。結果的に、最適値u及び最大値yの組み合わせが得られる。これにより、発電装置の静特性を事前に測定することなく、評価関数y=f(u)が変化しても、常に、最適値uと最大値yとを抽出することが可能となる。 A control device that executes extreme value search control includes a high-pass filter, a low-pass filter, an integration unit, and a perturbation signal addition unit (Non-Patent Document 1). The high pass filter removes the DC component of the output y, and the low pass filter extracts the low pass component of the signal obtained by multiplying the output y from which the DC component has been removed by the perturbation signal ε (t). The integration unit increases or decreases the physical variable u based on the result of integrating the low frequency components. Then, the control device inputs the signal (u + ε (t)) obtained by adding the perturbation signal ε (t) to the physical variable u adjusted by the integration unit to the evaluation function y = f (u), and outputs the output y. Move closer to the maximum output point while perturbing. In this way, the control device repeats high-pass filtering, perturbation signal multiplication, low-pass filtering, integration, and perturbation signal addition. That is, by adding a perturbation signal to the physical variable u, a change in the output y due to the perturbation signal is observed, and the physical variable u is increased or decreased in a direction in which the output y increases based on the change. As a result, a combination of the optimum value u * and the maximum value y * is obtained. Thereby, it is possible to always extract the optimum value u * and the maximum value y * even if the evaluation function y = f (u) changes without measuring the static characteristics of the power generation device in advance. .

浦大輔、他1名、「太陽光発電システムの部分影を考慮した最大電力追従制御」、平成25年電気学会電子・情報・システム部門大会、平成25年9月、p.1334−1339.Daisuke Ura and one other, “Maximum power tracking control considering partial shadow of photovoltaic power generation system”, 2013 IEEJ Electronics, Information and Systems Division Conference, September 2013, p. 1334-1339. Scott Moura,et al.,“Lyapunov−based switched extremum seeking for photovoltaic power maximization,” Control Engineering Practice 21,pp.971−980,2013.Scott Moura, et al. , “Lyapunov-based switched extremum seeking for photovoltaic power maximization,” Control Engineering Practicing 21, p. 971-980, 2013.

前述した従来の極値探索型の制御装置では、評価関数y=f(u)の変化に対して最適値uと最大値yとを抽出することが可能であるが、定常状態においても一定の摂動信号成分が物理変数uに重畳されている。このため、最大電力点付近で出力yが極限周期軌道に陥り、効率的な稼働が見込めない。 In the above-described conventional extreme value search type control device, it is possible to extract the optimum value u * and the maximum value y * with respect to the change of the evaluation function y = f (u). A constant perturbation signal component is superimposed on the physical variable u. For this reason, the output y falls into an extreme periodic orbit near the maximum power point, and efficient operation cannot be expected.

そこで、非特許文献2では、さらに、リアプノフ関数に基づいた極値探索制御により、極限周期軌道を除去することが可能な制御装置が提案されている。非特許文献2に記載された制御装置は、高域通過フィルタ、低域通過フィルタ及び積分部で構成された閉ループ系の各パラメータを用いた演算結果により得られたリアプノフ関数Fなるものを定義し、リアプノフ関数Fに応じて、物理変数uに付加すべき摂動信号ε(t)を切り替える。   In view of this, Non-Patent Document 2 further proposes a control device capable of removing the ultimate periodic orbit by extreme value search control based on the Lyapunov function. The control device described in Non-Patent Document 2 defines a Lyapunov function F obtained by a calculation result using each parameter of a closed-loop system composed of a high-pass filter, a low-pass filter, and an integration unit. The perturbation signal ε (t) to be added to the physical variable u is switched in accordance with the Lyapunov function F.

しかしながら、非特許文献2に記載された制御装置では、摂動信号ε(t)を切り替える指標となるリアプノフ関数Fを抽出するにあたり、高域通過フィルタ、低域通過フィルタ及び積分部のそれぞれから出力されるパラメータを計測する必要がある。このため、複数のパラメータ計測のための構成が複雑となる。さらに、計測された複数のパラメータを用い、これらを、座標変換、二次近似及び線形化などを含む煩雑な演算を経てリアプノフ関数Fを得る必要がある。特に、このリアプノフ関数Fの決定には、y=f(u)のような所定の関数形式が必要となる。ところが、評価関数y=f(u)は未知であるので、上記所定の関数形式は想定されたものを用いなければならない。これにより、リアプノフ関数Fは不確かさを含むこととなり、極値探索の精度が低下することが想定され、極値探索の精度という観点からは十分と言えない。   However, in the control device described in Non-Patent Document 2, when extracting the Lyapunov function F serving as an index for switching the perturbation signal ε (t), it is output from each of the high-pass filter, the low-pass filter, and the integration unit. Parameter to be measured. This complicates the configuration for measuring a plurality of parameters. Furthermore, it is necessary to obtain a Lyapunov function F using a plurality of measured parameters and performing complicated operations including coordinate transformation, quadratic approximation, linearization, and the like. In particular, the determination of the Lyapunov function F requires a predetermined function form such as y = f (u). However, since the evaluation function y = f (u) is unknown, the predetermined function form must be assumed. As a result, the Lyapunov function F includes uncertainty, and it is assumed that the accuracy of the extreme value search is lowered, which is not sufficient from the viewpoint of the accuracy of the extreme value search.

そこで、本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、パラメータ計測及び演算を簡素化しつつ高精度な極値探索が可能な最大電力追従制御装置及び最大電力追従制御方法を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in view of such problems, and provides a maximum power tracking control device and a maximum power tracking control method capable of highly accurate extreme value search while simplifying parameter measurement and calculation. For the purpose.

上記目的を達成するために、本発明に係る最大電力追従制御装置の一形態は、出力電力が物理変数の関数として表される発電装置に対して前記出力電力が最大となるよう、前記物理変数を追従制御させる最大電力追従制御装置であって、前記出力電力の直流成分を除去した信号である第1信号を出力する高域通過部と、前記第1信号に、第1の摂動信号を乗算する摂動信号乗算部と、前記第1信号に前記第1の摂動信号が乗算された第2信号の低域成分を抽出した信号であって、前記関数の傾きを反映した信号である第3信号を出力する低域通過部と、前記第3信号を積分した信号であって、前記関数の傾きに対応した第4信号を出力する積分部と、前記第1信号〜前記第4信号のうち、前記第3信号または前記第4信号である傾き抽出信号のみに基づいて設定された判別関数が所定の閾値よりも大きい場合、振幅が一定である前記第1の摂動信号を出力し、前記判別関数が前記所定の閾値以下である場合、振幅が時間経過とともに減衰する第2の摂動信号を出力する摂動信号切替部とを備え、前記第4信号に、前記摂動信号切替部から出力された前記第1の摂動信号または前記第2の摂動信号を加算した信号を、前記物理変数として前記発電装置に入力する。   In order to achieve the above object, one aspect of the maximum power follow-up control device according to the present invention provides the physical variable such that the output power is maximized with respect to the power generation device in which the output power is expressed as a function of the physical variable. Is a maximum power follow-up control device that performs follow-up control, and outputs a first signal that is a signal from which a direct current component of the output power is removed, and multiplies the first signal by a first perturbation signal. And a third signal that is a signal obtained by extracting a low-frequency component of the second signal obtained by multiplying the first signal by the first perturbation signal and reflecting the slope of the function Among the first signal to the fourth signal, a low-pass part that outputs the signal, an integration part that integrates the third signal, and an integration part that outputs a fourth signal corresponding to the slope of the function, An inclination extraction signal that is the third signal or the fourth signal When the discriminant function set based on the threshold value is larger than a predetermined threshold, the first perturbation signal having a constant amplitude is output, and when the discriminant function is equal to or smaller than the predetermined threshold, the amplitude passes over time. And a perturbation signal switching unit that outputs a second perturbation signal that attenuates, and the first signal or the second perturbation signal output from the perturbation signal switching unit is added to the fourth signal. A signal is input to the power generator as the physical variable.

これにより、動作点が最大電力点に近づくにつれ摂動信号の振幅が減衰するので、極限周期軌道に陥らず安定かつ効率的な最大電力追従動作をすることが可能となる。また、摂動信号を切り替える指標となる判別関数の設定には、低域通過部または積分部からの出力である傾き抽出信号のみを計測すればよい。よって、パラメータ計測及び信号の演算が簡素化された高精度な極値探索が可能となる。   As a result, the amplitude of the perturbation signal attenuates as the operating point approaches the maximum power point, so that stable and efficient maximum power follow-up operation can be performed without falling into the ultimate periodic orbit. For setting the discriminant function that serves as an index for switching the perturbation signal, it is only necessary to measure the slope extraction signal that is the output from the low-pass section or the integration section. Therefore, it is possible to perform an extreme value search with simplified parameter measurement and signal calculation.

また、前記判別関数は、前記傾き抽出信号の時間変化を表す関数である。   Further, the discriminant function is a function representing a time change of the inclination extraction signal.

これにより、判別関数の設定は、複数の信号に基づいた座標変換、近似及び線形化などの煩雑な演算を必要とせず、傾き抽出信号の時間変化を監視するだけで実現できる。よって、パラメータ計測及び信号の演算を簡素化できる。   Thereby, the setting of the discriminant function can be realized only by monitoring the time change of the slope extraction signal without requiring complicated operations such as coordinate transformation, approximation and linearization based on a plurality of signals. Therefore, parameter measurement and signal calculation can be simplified.

また、時刻tにおける前記判別関数は、前記第1の摂動信号及び前記第2の摂動信号の周期をTとした場合、前記傾き抽出信号を時刻(t−T)から時刻tまで時間積分した値である第1積分値と、前記傾き抽出信号を時刻(t―nT)から時刻(t−(n−1)T)(nは2以上の整数)まで時間積分した値である第2積分値との差分の絶対値である。   The discriminant function at time t is a value obtained by integrating the slope extraction signal from time (t−T) to time t, where T is the period of the first perturbation signal and the second perturbation signal. And a second integrated value that is a value obtained by time-integrating the slope extraction signal from time (t−nT) to time (t− (n−1) T) (n is an integer of 2 or more). Is the absolute value of the difference.

これにより、判別関数の設定は、異なる時刻における傾き抽出信号の積分値を差分するだけで実現できる。よって、パラメータ計測及び信号の演算を簡素化できる。   Thereby, the setting of the discriminant function can be realized only by subtracting the integral values of the slope extraction signals at different times. Therefore, parameter measurement and signal calculation can be simplified.

また、さらに、前記関数を変化させる前記発電装置の状態量を検出する状態量検出部と、前記状態量検出部から取得した前記状態量に応じて、制御対象となる評価関数を、前記発電装置の前記関数から前記状態量に対応した疑似評価関数に置き換える評価関数置換部とを備える。   Further, a state quantity detection unit that detects a state quantity of the power generation device that changes the function, and an evaluation function that is a control target according to the state quantity acquired from the state quantity detection unit, An evaluation function replacement unit that replaces the function with a pseudo evaluation function corresponding to the state quantity.

これにより、発電装置が多峰性の関数を有する場合であっても、当該関数を、発電装置の状態量に対応した疑似評価関数に置換して極値探索を実行するので、動作点が誤った極大点に収束することを回避できる。   As a result, even if the power generator has a multimodal function, the function is replaced with a pseudo-evaluation function corresponding to the state quantity of the power generator, and the extreme value search is performed. It is possible to avoid convergence to the maximum point.

また、前記評価関数置換部は、前記制御対象となる評価関数を前記発電装置の前記関数から前記疑似評価関数に置き換え、所定の期間が経過した後、前記制御対象となる評価関数を前記疑似評価関数から前記発電装置の前記関数に戻す。   In addition, the evaluation function replacement unit replaces the evaluation function to be controlled with the pseudo evaluation function from the function of the power generation device, and after a predetermined period has elapsed, the evaluation function to be controlled with the pseudo evaluation The function is returned to the function of the power generator.

これにより、発電装置が多峰性の関数を有する場合であっても、当該関数を疑似評価関数に置換した後、所定の時間経過後に再び、上記関数へと戻すので、正確な最大電力追従制御が可能となる。   As a result, even when the power generation device has a multimodal function, the function is replaced with a pseudo-evaluation function and then returned to the above function again after a predetermined time has elapsed. Is possible.

また、前記発電装置は、複数の太陽電池セルが直列接続された太陽電池パネルを含み、前記関数は、前記物理変数を電圧とする関数であり、前記状態量検出部は、前記複数の太陽電池セルのそれぞれの日射量を前記状態量として計測し、前記最大電力追従制御装置は、さらに、複数の太陽電池セルのそれぞれの日射量と、前記関数における複数の極大値のうち前記関数の最大値が得られる電圧領域との関係を示すテーブルデータを予め格納し、前記評価関数置換部は、前記状態量検出部から取得した前記日射量に応じて前記関数が複数の極大値を有するか否かを判定し、前記関数が複数の極大値を有すると判定した場合、前記テーブルデータを参照することにより、前記最大値でない極大点が存在する電圧領域から前記最大値である極大点が存在する電圧領域へ向かって単調増加する関数を、前記疑似評価関数として設定する。   Further, the power generation device includes a solar battery panel in which a plurality of solar cells are connected in series, the function is a function having the physical variable as a voltage, and the state quantity detection unit includes the plurality of solar batteries. The solar radiation amount of each cell is measured as the state quantity, and the maximum power follow-up control device further includes the solar radiation amount of each of the plurality of solar cells and the maximum value of the function among the plurality of maximum values in the function. Is stored in advance, and the evaluation function replacement unit determines whether or not the function has a plurality of maximum values according to the amount of solar radiation acquired from the state quantity detection unit. And determining that the function has a plurality of local maximum values, by referring to the table data, the local maximum point that is the maximum value is obtained from the voltage region where the local maximum point that is not the maximum value exists. A function that monotonically increases toward the voltage region standing, set as the pseudo evaluation function.

発電装置が、複数の太陽電池セルで構成されている場合、部分影により、異なる太陽電池セルは異なる日射量を有する場合が想定される。この場合、太陽電池セル間での日射量の差により、発電装置の関数が多峰性(複数の極大値を有する)を示す場合がある。これに対して、本発明の一態様に係る最大電力追従制御装置によれば、上記テーブルデータと、太陽電池セルごとの日射量データとにより、評価関数置換部が、制御対象の評価関数を、適切な疑似評価関数へと置換することができる。よって、天候の変化に対応して制御対象の評価関数を適切に設定できるので、正確な太陽電池パネルの最大電力追従制御が可能となる。   When the power generation device includes a plurality of solar cells, it is assumed that different solar cells have different solar radiation amounts due to partial shadows. In this case, the function of the power generation device may exhibit multimodality (having a plurality of maximum values) due to the difference in the amount of solar radiation between solar cells. On the other hand, according to the maximum power follow-up control device according to an aspect of the present invention, the evaluation function replacement unit, based on the table data and the solar radiation amount data for each solar battery cell, the evaluation function to be controlled, It can be replaced with an appropriate pseudo-evaluation function. Therefore, since the evaluation function to be controlled can be appropriately set corresponding to the change in weather, accurate maximum power follow-up control of the solar cell panel is possible.

なお、本発明は、最大電力追従制御装置として実現できるだけでなく、その最大電力追従制御装置を構成する処理部をステップとする最大電力追従制御方法として実現したり、それらのステップをコンピュータに実行させるプログラムとして実現したり、そのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能なCD−ROMなどの記録媒体として実現したりすることもできる。   The present invention can be realized not only as a maximum power follow-up control device but also as a maximum power follow-up control method using a processing unit constituting the maximum power follow-up control device as a step or cause a computer to execute these steps. It can also be realized as a program or a recording medium such as a computer-readable CD-ROM in which the program is recorded.

本発明に係る最大電力追従制御装置及び最大電力追従制御方法によれば、出力電力特性を表す関数に入力される摂動信号を決定するためのパラメータ計測及び演算を簡素化できる。よって、装置構成を簡素化しつつ高精度な極値探索が可能となる。   According to the maximum power tracking control device and the maximum power tracking control method of the present invention, parameter measurement and calculation for determining a perturbation signal input to a function representing output power characteristics can be simplified. Therefore, it is possible to search for extreme values with high accuracy while simplifying the device configuration.

従来の極値探索型の制御装置を含む制御システムの構成を示す機能ブロック図Functional block diagram showing the configuration of a control system including a conventional extreme value search type control device 従来の極値探索型の制御装置が最大電力を探索した場合の応答シミュレーション結果を表すグラフA graph showing the response simulation results when a conventional extreme value search type control device searches for the maximum power 非特許文献2に記載された、リアプノフ関数を導入した制御装置を含む制御システムの構成を示す機能ブロック図Functional block diagram showing a configuration of a control system including a control device introduced with a Lyapunov function, described in Non-Patent Document 2. 本発明の実施の形態1に係る最大電力追従制御装置を含む制御システムの構成を示す機能ブロック図Functional block diagram showing a configuration of a control system including the maximum power tracking control device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態1に係る摂動信号スイッチ部の機能を説明する図The figure explaining the function of the perturbation signal switch part which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る最大電力追従制御装置が最大電力を探索した場合の応答シミュレーション結果を表すグラフThe graph showing the response simulation result when the maximum power tracking control device according to the first embodiment of the present invention searches for the maximum power. 太陽電池発電装置を含む制御システムの機能ブロック図Functional block diagram of control system including solar battery power generation device 太陽電池パネルの電圧−電流特性を表すグラフGraph showing voltage-current characteristics of solar panel 太陽電池パネルの電圧−電力特性を表すグラフGraph showing the voltage-power characteristics of solar cell panels 太陽電池発電装置を制御対象とした場合の最大電力追従制御システムの機能ブロック図Functional block diagram of the maximum power follow-up control system when a solar cell power generation device is a control target 実施例に係る最大電力追従制御装置が最大電力を探索した場合の応答シミュレーション結果を表すグラフThe graph showing the response simulation result when the maximum power tracking control device according to the embodiment searches for the maximum power 本発明の実施の形態2に係る最大電力追従制御装置を含む制御システムの構成を示す機能ブロック図Functional block diagram showing a configuration of a control system including a maximum power tracking control device according to Embodiment 2 of the present invention. 本発明の実施の形態2に係る摂動信号切替部の機能を説明する図The figure explaining the function of the perturbation signal switching part which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る最大電力追従制御装置が最大電力を探索した場合の応答シミュレーション結果を表すグラフThe graph showing the response simulation result when the maximum power tracking control device according to the second embodiment of the present invention searches for the maximum power. 本発明の実施の形態3に係る最大電力追従制御装置を含む制御システムの構成を示す機能ブロック図Functional block diagram showing a configuration of a control system including a maximum power tracking control device according to Embodiment 3 of the present invention. 実施の形態3に係る太陽電池パネルの構成及び電気特性を説明する図The figure explaining the structure and electrical property of the solar cell panel which concern on Embodiment 3. FIG. 部分影の状態が異なる場合の太陽電池パネルの電気特性を示す図The figure which shows the electrical property of the solar cell panel when the state of the partial shadow is different 部分影が生じた場合の極値探索制御の問題点を説明する図The figure explaining the problem of extreme value search control when a partial shadow occurs 疑似評価関数を設定する事例を説明する図Diagram explaining an example of setting a pseudo evaluation function 疑似評価関数への切り替え時の応答特性を表すグラフGraph showing response characteristics when switching to pseudo-evaluation function 評価関数置換部とリアプノフ関数に基づいた摂動信号スイッチ部とを有する最大電力追従制御装置を含む制御システムの構成を示す機能ブロック図Functional block diagram showing the configuration of a control system including a maximum power tracking control device having an evaluation function replacement unit and a perturbation signal switch unit based on a Lyapunov function

(本発明の基礎となった知見)
本発明者は、「背景技術」の欄において記載した従来の最大電力追従制御装置に関し、以下の問題が生じることを見出した。
(Knowledge that became the basis of the present invention)
The present inventor has found that the following problems occur with respect to the conventional maximum power tracking control device described in the “Background Art” section.

図1は、従来の極値探索型の制御装置を含む制御システムの構成を示す機能ブロック図である。同図に示された制御システムは、制御対象502の出力を最大にするためのシステムであり、制御対象502と、高域通過フィルタ(HPF)部511と、低域通過フィルタ(LPF)部512と、積分部513とを有する。制御対象502は、物理変数uの関数である評価関数y=f(u)で表され、例えば、太陽電池等の発電装置である。この場合、上記yは出力電力であり、変数uは電圧に相当する。上記制御システムにおいて、HPF部511と、LPF部512と、積分部513とで構成される極値探索型の制御装置は、出力yの最大値yと、当該最大値yが得られる最適値uを探索する。 FIG. 1 is a functional block diagram showing a configuration of a control system including a conventional extreme value search type control device. The control system shown in the figure is a system for maximizing the output of the control target 502, and includes a control target 502, a high-pass filter (HPF) unit 511, and a low-pass filter (LPF) unit 512. And an integration unit 513. The control target 502 is represented by an evaluation function y = f (u) that is a function of the physical variable u, and is, for example, a power generator such as a solar cell. In this case, y is output power and the variable u corresponds to voltage. In the control system described above, the extreme value search type control device including the HPF unit 511, the LPF unit 512, and the integration unit 513 is the optimum value for obtaining the maximum value y * of the output y and the maximum value y *. Search for the value u * .

HPF部511は、出力yの直流成分を除去し、LPF部512は、直流成分が除去された出力yに摂動信号ε(t)(=asin(ωt))が乗算された信号の低域成分を抽出する。積分部513は、上記低域成分を積分した積分値に基づいて、変数uを増減させる。そして、上記従来の制御装置は、積分部513により調整された変数uに、摂動信号ε(t)が加算された信号x(=u+ε(t))を評価関数y=f(u)に入力して出力yを摂動させながら最大出力点に近づけていく。このようにして、上記従来の制御装置は、高域通過フィルタリング、摂動信号乗算、低域通過フィルタリング、積分、及び摂動信号加算を繰り返す。つまり、変数uへの摂動信号ε(t)の付加により、当該摂動信号による出力yの変化を観測し、当該変化に基づいて出力yが大きくなる方向へと変数uを増減させる。その結果として、最適値u及び最大値yの組み合わせが得られる。これにより、制御対象502の静特性を事前に測定することなく、評価関数y=f(u)が変化しても、常に、最適値uと最大値yとを抽出することが可能となる。 The HPF unit 511 removes the DC component of the output y, and the LPF unit 512 reduces the signal obtained by multiplying the output y from which the DC component has been removed by the perturbation signal ε (t) (= a 0 sin (ωt)). Extract band components. The integrating unit 513 increases or decreases the variable u based on the integrated value obtained by integrating the low frequency components. The conventional control device inputs a signal x (= u + ε (t)) obtained by adding the perturbation signal ε (t) to the variable u adjusted by the integration unit 513 to the evaluation function y = f (u). Then, the output y is brought close to the maximum output point while being perturbed. In this way, the conventional control device repeats high-pass filtering, perturbation signal multiplication, low-pass filtering, integration, and perturbation signal addition. That is, by adding the perturbation signal ε (t) to the variable u, a change in the output y due to the perturbation signal is observed, and the variable u is increased or decreased in a direction in which the output y increases based on the change. As a result, a combination of the optimum value u * and the maximum value y * is obtained. Thereby, it is possible to always extract the optimum value u * and the maximum value y * even if the evaluation function y = f (u) changes without measuring the static characteristics of the controlled object 502 in advance. Become.

図2は、従来の極値探索型の制御装置が最大電力を探索した場合の応答シミュレーション結果を表すグラフである。図2の上段には、信号x(=u+ε(t))の時間応答特性が示され、下段には、出力yの時間応答特性が示されている。上記制御装置により、信号xは一定の摂動を継続しながら4(a.u.)へと収束し、出力yは10(a.u.)へと収束している。ここで、2秒経過後の定常状態においても、一定の摂動信号ε(t)が変数uに重畳されているため、最大電力点(y=10)付近では、出力yは振動している。つまり、出力yは極限周期軌道に陥るため、効率的な稼働が見込めない。   FIG. 2 is a graph showing a response simulation result when a conventional extreme value search type control device searches for maximum power. The upper part of FIG. 2 shows the time response characteristic of the signal x (= u + ε (t)), and the lower part shows the time response characteristic of the output y. With the control device, the signal x converges to 4 (au) while continuing a constant perturbation, and the output y converges to 10 (au). Here, even in the steady state after the elapse of 2 seconds, since the constant perturbation signal ε (t) is superimposed on the variable u, the output y vibrates near the maximum power point (y = 10). That is, since the output y falls into the limit periodic orbit, efficient operation cannot be expected.

この極限周期軌道の振る舞いを解消すべく、非特許文献2では、リアプノフ関数に基づいた極値探索制御により、極限周期軌道を除去している。   In order to eliminate the behavior of this extreme periodic orbit, in Non-Patent Document 2, the extreme periodic orbit is removed by extreme value search control based on the Lyapunov function.

図3は、非特許文献2に記載された、リアプノフ関数を導入した極値探索型の制御装置を含む制御システムの構成を示す機能ブロック図である。同図に示された制御システムは、図1に示された従来の制御装置に対して、さらに、リアプノフ関数に基づく摂動信号スイッチ部514を有する。以下、図3に示された制御装置について、図1に示された制御装置と異なる点を中心に説明する。   FIG. 3 is a functional block diagram showing the configuration of a control system including an extreme value search type control device introduced with a Lyapunov function described in Non-Patent Document 2. The control system shown in the figure further includes a perturbation signal switch unit 514 based on the Lyapunov function, in addition to the conventional control device shown in FIG. In the following, the control device shown in FIG. 3 will be described focusing on differences from the control device shown in FIG.

図3に示された極値探索型の制御装置では、積分部513から出力された変数uに対して、以下の式1のように、リアプノフ関数Fに応じて切り替えられる摂動信号ε(t)が加算される。   In the extreme value search type control device shown in FIG. 3, the perturbation signal ε (t) that is switched according to the Lyapunov function F as shown in the following equation 1 with respect to the variable u output from the integration unit 513. Is added.

Figure 2015102876
Figure 2015102876

ここで、aは摂動信号の初期振幅であり、ωは摂動信号の角周波数であり、Fthは閾値であり、γは減衰定数であり、τはF=Fthとなる時刻である。上記式1は、FがFthよりも大きい場合、ε(t)は、時間依存しない一定振幅aを有する正弦波となり、FがFth以下となった場合、ε(t)は、時間経過とともに指数関数的に減衰する振幅を有する正弦波に切り替わることを示している。つまり、出力yが最大点に近づいた場合には、摂動信号ε(t)の振幅を減衰させることで、出力y及び変数uが極限周期軌道に陥らず、安定した最大点動作を実現することが可能となる。 Here, a 0 is the initial amplitude of the perturbation signal, ω is the angular frequency of the perturbation signal, Fth is a threshold, γ is an attenuation constant, and τ is the time when F = Fth. In the above equation 1, when F is larger than Fth, ε (t) becomes a sine wave having a constant amplitude a 0 that does not depend on time, and when F becomes less than Fth, ε (t) It shows switching to a sine wave having an exponentially decaying amplitude. That is, when the output y approaches the maximum point, the amplitude of the perturbation signal ε (t) is attenuated so that the output y and the variable u do not fall into the ultimate periodic trajectory, thereby realizing a stable maximum point operation. Is possible.

ここで、摂動信号ε(t)を切り替えるためのリアプノフ関数Fの導出過程について説明する。まず、リアプノフ関数に基づく摂動信号スイッチ部514は、HPF部511からの出力(y−η)、LPF部512からの出力ξ、及び積分部513からの出力uを計測する。ここで、ηは、出力yの直流成分である。次に、摂動信号スイッチ部514は、u(t)、η(t)及びξ(t)などの、図3に示された閉ループ系の状態方程式を、当該閉ループ系の平衡点(最大電力点)を原点に平行移動させる新たな座標系で変換する。次に、摂動信号スイッチ部514は、新たな座標系で変換された各々の状態方程式を、二次式で近似し非線形システムを得る。次に、摂動信号スイッチ部514は、上記非線形の状態方程式を線形化する。最後に、摂動信号スイッチ部514は、線形化された状態方程式をリアプノフ方程式に代入してリアプノフ関数Fを導出する。   Here, the derivation process of the Lyapunov function F for switching the perturbation signal ε (t) will be described. First, the perturbation signal switch unit 514 based on the Lyapunov function measures the output (y−η) from the HPF unit 511, the output ξ from the LPF unit 512, and the output u from the integration unit 513. Here, η is a DC component of the output y. Next, the perturbation signal switch unit 514 converts the state equation of the closed loop system shown in FIG. 3 such as u (t), η (t), and ξ (t) to the equilibrium point (maximum power point) of the closed loop system. ) In a new coordinate system that translates to the origin. Next, the perturbation signal switch unit 514 approximates each state equation converted in the new coordinate system with a quadratic expression to obtain a nonlinear system. Next, the perturbation signal switch unit 514 linearizes the nonlinear state equation. Finally, the perturbation signal switch unit 514 derives the Lyapunov function F by substituting the linearized state equation into the Lyapunov equation.

つまり、図3に示された極値探索型の制御装置では、摂動信号スイッチ部514が、(1)HPF部511、LPF部512及び積分部513から出力されたパラメータを計測し、(2)閉ループ系の状態方程式を座標変換し、(3)座標変換された状態方程式を二次近似し、(4)二次近似された状態方程式を線形化する、ことによりリアプノフ関数Fを導出する。   That is, in the extreme value search type control device shown in FIG. 3, the perturbation signal switch unit 514 (1) measures the parameters output from the HPF unit 511, the LPF unit 512, and the integration unit 513, and (2) The Lyapunov function F is derived by coordinate-transforming the state equation of the closed loop system, (3) quadratic approximation of the coordinate-transformed state equation, and (4) linearizing the quadratic approximated state equation.

上述したように、非特許文献2に記載された制御装置では、摂動信号ε(t)を切り替える指標となるリアプノフ関数Fの導出には、上記(1)〜(4)のように、各部からの出力であるパラメータの計測、ならびに、座標変換、近似及び線形化などの煩雑な演算が必要となる。このため、複数のパラメータ計測のための構成が複雑となり、また煩雑な上記演算のため制御対象によっては極値探索の精度が低下することが想定され、極値探索の精度という観点からは十分とは言えない。   As described above, in the control device described in Non-Patent Document 2, the Lyapunov function F serving as an index for switching the perturbation signal ε (t) is derived from each unit as described in (1) to (4) above. Measurement of parameters that are outputs of the above and complicated operations such as coordinate transformation, approximation, and linearization are required. For this reason, the configuration for measuring a plurality of parameters is complicated, and it is assumed that the accuracy of the extreme value search is lowered depending on the controlled object due to the complicated calculation, which is sufficient from the viewpoint of the accuracy of the extreme value search. I can't say that.

このような問題を解決するために、本発明の一態様に係る最大電力追従制御装置は、出力電力が物理変数の関数として表される発電装置に対して前記出力電力が最大となるよう、前記物理変数を追従制御させる最大電力追従制御装置であって、前記出力電力の直流成分を除去した信号である第1信号を出力する高域通過部と、前記第1信号に、第1の摂動信号を乗算する摂動信号乗算部と、前記第1信号に前記第1の摂動信号が乗算された第2信号の低域成分を抽出した信号であって、前記関数の傾きを反映した信号である第3信号を出力する低域通過部と、前記第3信号を積分した信号であって、前記関数の傾きに対応した第4信号を出力する積分部と、前記第1信号〜前記第4信号のうち、前記第3信号または前記第4信号である傾き抽出信号のみに基づいて設定された判別関数が所定の閾値よりも大きい場合、振幅が一定である前記第1の摂動信号を出力し、前記判別関数が前記所定の閾値以下である場合、振幅が時間経過とともに減衰する第2の摂動信号を出力する摂動信号切替部とを備え、前記第4信号に、前記摂動信号切替部から出力された前記第1の摂動信号または前記第2の摂動信号を加算した信号を、前記物理変数として前記発電装置に入力することを特徴とする。   In order to solve such a problem, the maximum power tracking control device according to one aspect of the present invention is configured so that the output power is maximized with respect to the power generation device in which the output power is expressed as a function of a physical variable. A maximum power tracking control device for tracking control of a physical variable, a high-pass section that outputs a first signal that is a signal from which a direct current component of the output power is removed, and a first perturbation signal to the first signal And a signal obtained by extracting a low-frequency component of the second signal obtained by multiplying the first signal by the first perturbation signal and reflecting the slope of the function. A low-pass section that outputs three signals, a signal that is an integration of the third signal, and that outputs a fourth signal corresponding to the slope of the function, and the first signal to the fourth signal Among them, the third signal or the fourth signal is a tilt extraction. When the discriminant function set based only on the signal is larger than a predetermined threshold, the first perturbation signal having a constant amplitude is output, and when the discriminant function is equal to or smaller than the predetermined threshold, the amplitude is time A perturbation signal switching unit that outputs a second perturbation signal that attenuates with time, and adding the first perturbation signal or the second perturbation signal output from the perturbation signal switching unit to the fourth signal The signal is input to the power generator as the physical variable.

本態様によれば、発電装置の出力電力特性を表す関数に入力される摂動信号を決定するためのパラメータ計測及び演算を簡素化できるので、装置構成を簡素化しつつ高精度な極値探索が可能となる。   According to this aspect, parameter measurement and calculation for determining the perturbation signal input to the function representing the output power characteristic of the power generation device can be simplified, so that an extreme value search with high accuracy can be performed while simplifying the device configuration. It becomes.

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態の順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。本発明は、特許請求の範囲によって特定される。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Each of the embodiments described below shows a preferred specific example of the present invention. The numerical values, the constituent elements, the arrangement positions of the constituent elements, the order of the connection forms, and the like shown in the following embodiments are merely examples, and are not intended to limit the present invention. The invention is specified by the claims. Therefore, among the constituent elements in the following embodiments, constituent elements that are not described in the independent claims indicating the highest concept of the present invention are not necessarily required to achieve the object of the present invention. It will be described as constituting a preferred form.

(実施の形態1)
[全体構成]
図4は、本発明の実施の形態1に係る最大電力追従制御装置を含む制御システムの構成を示す機能ブロック図である。同図に示された制御システムは、最大電力追従制御装置1と、制御対象2とで構成される。以下、上記制御システムの各構成について説明する。
(Embodiment 1)
[overall structure]
FIG. 4 is a functional block diagram showing a configuration of a control system including the maximum power tracking control device according to Embodiment 1 of the present invention. The control system shown in the figure includes a maximum power tracking control device 1 and a control object 2. Hereinafter, each configuration of the control system will be described.

制御対象2は、y=f(u)なる評価関数を有する発電装置である。上記yは発電装置の出力であり、uは物理変数である。発電装置は、例えば、太陽電池であり、この場合には、上記yは出力電力であり、上記uは電圧である。   The control target 2 is a power generation device having an evaluation function y = f (u). The y is the output of the power generator, and u is a physical variable. The power generation device is, for example, a solar battery. In this case, y is output power and u is voltage.

最大電力追従制御装置1は、出力電力が物理変数の関数として表される発電装置に対して当該出力電力が最大となるよう物理変数を追従制御させる制御装置である。最大電力追従制御装置1は、HPF(高域通過フィルタ)部11と、LPF(低域通過フィルタ)部12と、積分部13と、摂動信号乗算部14と、摂動信号切替部15とを備える。   The maximum power tracking control device 1 is a control device that performs tracking control of a physical variable so that the output power is maximized with respect to a power generation device in which the output power is expressed as a function of the physical variable. The maximum power tracking control device 1 includes an HPF (high-pass filter) unit 11, an LPF (low-pass filter) unit 12, an integration unit 13, a perturbation signal multiplication unit 14, and a perturbation signal switching unit 15. .

HPF部11、LPF部12、積分部13、摂動信号乗算部14、及び制御対象2とで構成された制御系は、極値探索制御を実行する。以下、極値探索制御について説明する。   A control system including the HPF unit 11, the LPF unit 12, the integration unit 13, the perturbation signal multiplication unit 14, and the controlled object 2 performs extreme value search control. Hereinafter, the extreme value search control will be described.

[極値探索制御]
まず、式2のように、y=f(u)なる評価関数に、物理変数u及び摂動成分ε(t)からなるxを入力することにより、出力y(t)は、以下の式2で表される。
[Extreme search control]
First, as shown in Equation 2, by inputting x consisting of the physical variable u and the perturbation component ε (t) into the evaluation function y = f (u), the output y (t) is expressed by Equation 2 below. expressed.

Figure 2015102876
Figure 2015102876

上記式2を、二次の項までマクローリン展開すると、出力y(t)は、以下の式3のようになる。   When the above expression 2 is expanded to the second-order term by Macrolin's expansion, the output y (t) becomes as shown in the following expression 3.

Figure 2015102876
Figure 2015102876

上記式3で表されたy(t)は、高域通過部であるHPF部11を通過する。これにより、HPF部11からの出力は、出力y(t)の直流成分ηが除去された第1信号(y−η)となり、以下の式4で表される。   Y (t) expressed by the above equation 3 passes through the HPF unit 11 which is a high-pass unit. As a result, the output from the HPF unit 11 becomes the first signal (y−η) from which the DC component η of the output y (t) has been removed, and is expressed by the following Expression 4.

Figure 2015102876
Figure 2015102876

ここで、図4に示すように、摂動信号乗算部14は摂動信号ε(t)((=asin(ωt))を生成し、当該摂動信号を式4で示された(y(t)−η)に乗算する。これにより、LPF部12の入力信号である第2信号は、以下の式5のようになる。 Here, as shown in FIG. 4, the perturbation signal multiplier 14 generates a perturbation signal ε (t) ((= a 0 sin (ωt)), and the perturbation signal is expressed by the equation (4 (y (t ) −η), the second signal that is an input signal of the LPF unit 12 is expressed by the following Expression 5.

Figure 2015102876
Figure 2015102876

上記式5で表されたLPF部12の入力信号は、低域通過部であるLPF部12を通過する。これにより、第3信号であるLPF部12の出力ξは、以下の式6のようになる。   The input signal of the LPF unit 12 expressed by the above expression 5 passes through the LPF unit 12 which is a low-pass unit. As a result, the output ξ of the LPF unit 12 as the third signal is expressed by the following Expression 6.

Figure 2015102876
Figure 2015102876

上記式6より、LPF部12の出力ξは、評価関数f(u)の傾き(∂f/∂u)に比例することがわかる。つまり、出力ξは、LPF部12の入力信号の低域成分を抽出した信号であって、評価関数y=f(u)の傾きを反映した信号である。従って、出力ξが正であるときは、物理変数uを大きくする方向にf(u)の最大点があり、出力ξが負であるときは、物理変数uを小さくする方向にf(u)の最大点があることがわかる。この関係より、出力ξを積分部13で積分した信号であって評価関数y=f(u)の傾きに対応した信号である第4信号を物理変数uとして評価関数y=f(u)に入力することにより、評価関数f(u)の傾きと物理変数uの増減とが対応づけられる。   From the above equation 6, it can be seen that the output ξ of the LPF unit 12 is proportional to the slope (∂f / ∂u) of the evaluation function f (u). That is, the output ξ is a signal obtained by extracting the low frequency component of the input signal of the LPF unit 12 and is a signal reflecting the slope of the evaluation function y = f (u). Therefore, when the output ξ is positive, there is a maximum point of f (u) in the direction of increasing the physical variable u, and when the output ξ is negative, f (u) in the direction of decreasing the physical variable u. It can be seen that there is a maximum point. From this relationship, the fourth signal, which is a signal obtained by integrating the output ξ by the integrating unit 13 and corresponding to the gradient of the evaluation function y = f (u), is defined as the physical variable u to the evaluation function y = f (u). By inputting, the inclination of the evaluation function f (u) is associated with the increase / decrease of the physical variable u.

以上のように、本実施の形態に係る極値探索制御は、評価関数y=f(u)において、u−y平面上でのuに対するyの傾きを摂動信号により取得し、取得されたyの傾きに基づいてuを増減させる。これにより、本実施の形態に係る極値探索制御は、評価関数y=f(u)を事前に測定することなく、当該評価関数が変化しても、最適値uと最大値yとを抽出できる。 As described above, in the extreme value search control according to the present embodiment, the evaluation function y = f (u) acquires the slope of y with respect to u on the u-y plane from the perturbation signal, and the acquired y U is increased / decreased based on the slope of. Thereby, the extreme value search control according to the present embodiment does not measure the evaluation function y = f (u) in advance, and even if the evaluation function changes, the optimum value u * and the maximum value y * Can be extracted.

但し、最適値uと最大値yとが抽出された定常状態において、継続して一定の摂動信号ε(t)が変数uに重畳される場合には、最大電力点付近で出力yが極限周期軌道に陥る。これに対して、本発明の最大電力追従制御装置1は、さらに、摂動信号切替部15を有している。以下、摂動信号切替部15の構成について説明する。 However, in the steady state where the optimum value u * and the maximum value y * are extracted, when the constant perturbation signal ε (t) is continuously superimposed on the variable u, the output y is near the maximum power point. Fall into the ultimate periodic orbit. On the other hand, the maximum power tracking control device 1 of the present invention further includes a perturbation signal switching unit 15. Hereinafter, the configuration of the perturbation signal switching unit 15 will be described.

[摂動信号切り替え]
摂動信号切替部15は、LPF部12の出力ξを取得し、取得した出力ξを変数とする判別関数h(ξ)と判別閾値hthとを比較し、当該比較結果に基づいて変数uに重畳すべき摂動信号ε(t)を切り替える。以下、図5を用いて、摂動信号切替部15の機能を説明する。
[Perturbation signal switching]
The perturbation signal switching unit 15 obtains the output ξ of the LPF unit 12, compares the discriminant function h (ξ) with the obtained output ξ as a variable, and the discriminant threshold value h th, and sets the variable u based on the comparison result. The perturbation signal ε (t) to be superimposed is switched. Hereinafter, the function of the perturbation signal switching unit 15 will be described with reference to FIG.

図5は、本発明の実施の形態1に係る摂動信号切替部の機能を説明する図である。まず、同図左側のグラフは、式6で示されたLPF部12の出力ξの時間応答特性を表すグラフである。このグラフより、出力ξは、周期T(=2π/ω)を有する振動を繰り返している。ここで、物理変数uが時間の経過とともに変化することにより、出力ξの周期ごとの波形もまた、時間の経過とともに変化する。この出力ξの波形変化を検出するため、以下の式7で表される判別関数h(ξ)を定義する。   FIG. 5 is a diagram illustrating the function of the perturbation signal switching unit according to Embodiment 1 of the present invention. First, the graph on the left side of the figure is a graph showing the time response characteristic of the output ξ of the LPF unit 12 expressed by Expression 6. From this graph, the output ξ repeats vibration having a period T (= 2π / ω). Here, as the physical variable u changes with time, the waveform of each cycle of the output ξ also changes with time. In order to detect the waveform change of the output ξ, a discriminant function h (ξ) expressed by the following equation 7 is defined.

Figure 2015102876
Figure 2015102876

上記式7で定義された判別関数h(ξ)は、判別時刻tにおける1周期分(t−T〜t)の出力ξを時間積分した値である第1積分値と、当該1周期の直前の1周期分(t−2T〜t−T)の出力ξを時間積分した値である第2積分値との差分の絶対値を示している。つまり、判別関数h(ξ)は、出力ξの時間変化を表す関数であり、出力ξが評価関数f(u)の傾きを反映した傾き抽出信号であることから、判別関数h(ξ)は、評価関数f(u)の傾きの変化を表している。例えば、判別関数h(ξ)が大きいほど評価関数f(u)の傾きの時間変化が大きく、判別関数h(ξ)が小さいほど評価関数f(u)の傾きの時間変化が小さい。なお、上記第2積分値が取得される期間は、上記第1積分値が取得される期間の直前の期間であることが望ましいが、これに限られない。上記第2積分値が取得される期間は、時刻(t―nT)から時刻(t−(n−1)T)(nは2以上の整数)であればよい。ここで、上記式7からも明らかであるように、判別関数h(ξ)は、上記第1信号〜上記第4信号のうち第3信号のみに基づいて設定された関数である。 Discriminant function h (xi]) is defined by the above formula 7, a first integrated value is an integral value of output xi] time of one cycle at determined time t 0 (t 0 -T~t 0) , the 1 It indicates the absolute value of the difference between the second integrated value is a value output ξ and integration time of one period (t 0 -2T~t 0 -T) of the previous cycle. That is, the discriminant function h (ξ) is a function that represents a time change of the output ξ, and since the output ξ is a slope extraction signal that reflects the slope of the evaluation function f (u), the discriminant function h (ξ) is , Represents a change in the slope of the evaluation function f (u). For example, as the discriminant function h (ξ) is larger, the time change of the gradient of the evaluation function f (u) is larger, and as the discriminant function h (ξ) is smaller, the time change of the gradient of the evaluation function f (u) is smaller. The period during which the second integral value is acquired is preferably a period immediately before the period during which the first integral value is acquired, but is not limited thereto. Period the second integral value is obtained, the time (t 0 -nt) from time (t 0 - (n-1 ) T) (n is an integer of 2 or more) may be any. Here, as is apparent from Equation 7, the discriminant function h (ξ) is a function set based on only the third signal among the first signal to the fourth signal.

摂動信号切替部15は、上述した判別関数h(ξ)と、判別閾値hthとを比較することにより、以下の式8のように、摂動信号ε(t)を切り替えて出力する。 The perturbation signal switching unit 15 switches and outputs the perturbation signal ε (t) as shown in the following Expression 8 by comparing the above-described discriminant function h (ξ) and the discrimination threshold h th .

Figure 2015102876
Figure 2015102876

ここで、aは摂動信号の初期振幅であり、ωは摂動信号の周期であり、hthは判別閾値であり、γは減衰定数であり、τはh(ξ)=hthとなる時刻である。上記式8は、判別関数h(ξ)が判別閾値hthよりも大きい場合、摂動信号ε(t)は、時間依存しない一定振幅aを有する正弦波となり、判別関数h(ξ)が判別閾値hth以下となった場合、摂動信号ε(t)は、時間経過とともに指数関数的に減衰する振幅を有する正弦波に切り替わることを示している。 Here, a 0 is the initial amplitude of the perturbation signal, ω is the period of the perturbation signal, h th is the discrimination threshold, γ is the attenuation constant, and τ is the time at which h (ξ) = h th It is. In the above equation 8, when the discriminant function h (ξ) is larger than the discriminant threshold h th , the perturbation signal ε (t) becomes a sine wave having a constant amplitude a 0 that does not depend on time, and the discriminant function h (ξ) is discriminated. When the threshold value hth or less is reached, the perturbation signal ε (t) indicates that it switches to a sine wave having an amplitude that decays exponentially with time.

摂動信号切替部15の上記出力(ε(t))を積分部13からの出力である第4信号(u)に加算した信号(u+ε(t))が、物理変数として制御対象2に入力される。   A signal (u + ε (t)) obtained by adding the output (ε (t)) of the perturbation signal switching unit 15 to the fourth signal (u) output from the integration unit 13 is input to the controlled object 2 as a physical variable. The

図6は、本発明の実施の形態1に係る最大電力追従制御装置が最大電力を探索した場合の応答シミュレーション結果を表すグラフである。図6の上段には、信号x(=u+ε(t))の時間応答のシミュレーション結果が示され、下段には、出力yの時間応答のシミュレーション結果が示されている。図6の上段に示されているように、信号xは、3秒までは一定の摂動を継続しながら4(a.u.)へと収束し、3〜4秒以降では時間経過とともに指数関数的に振幅が減衰する摂動を有しながら4(a.u.)へと収束している。一方、図6の下段に示されているように、出力yは、3秒までは大きな摂動を継続しながら10(a.u.)へと収束し、3〜4秒以降では時間経過とともに指数関数的に振幅が減衰する摂動を有しながら10(a.u.)へと収束している。ここで、3〜4秒において、摂動信号切替部15が、判別関数h(ξ)と閾値hthとを比較して摂動信号ε(t)を切り替える。このため、出力yは極限周期軌道に陥らず、安定かつ効率的な最大電力追従動作をすることが可能となる。 FIG. 6 is a graph showing a response simulation result when the maximum power tracking control device according to the first embodiment of the present invention searches for the maximum power. The upper part of FIG. 6 shows the simulation result of the time response of the signal x (= u + ε (t)), and the lower part shows the simulation result of the time response of the output y. As shown in the upper part of FIG. 6, the signal x converges to 4 (au) while continuing a constant perturbation until 3 seconds, and after 3 to 4 seconds, an exponential function with time elapses. It converges to 4 (au) while having a perturbation in which the amplitude attenuates. On the other hand, as shown in the lower part of FIG. 6, the output y converges to 10 (au) while continuing a large perturbation until 3 seconds, and after 3 to 4 seconds, the index increases with time. It converges to 10 (au) while having a perturbation in which the amplitude attenuates functionally. Here, in 3 to 4 seconds, the perturbation signal switching unit 15 switches the perturbation signal ε (t) by comparing the discriminant function h (ξ) and the threshold value h th . For this reason, the output y does not fall into the ultimate periodic trajectory, and a stable and efficient maximum power follow-up operation can be performed.

また、本実施の形態に係る最大電力追従制御装置1では、非特許文献2に記載された制御装置と比較して、摂動信号ε(t)を切り替える指標となる判別関数h(ξ)の導出には、HPF部11及び積分部13からの出力パラメータを計測する必要がなく、LPF部12からの出力ξのみを計測すればよい。さらに、座標変換、近似及び線形化などの煩雑な演算を必要とせず、出力ξを一定周期の間積分すればよい。これにより、パラメータ計測及び演算が簡素化された高精度な極値探索が可能となる。   Further, in the maximum power tracking control device 1 according to the present embodiment, as compared with the control device described in Non-Patent Document 2, the derivation of a discriminant function h (ξ) serving as an index for switching the perturbation signal ε (t). Therefore, it is not necessary to measure the output parameters from the HPF unit 11 and the integrating unit 13, and only the output ξ from the LPF unit 12 may be measured. Furthermore, it is only necessary to integrate the output ξ for a fixed period without requiring complicated operations such as coordinate transformation, approximation, and linearization. As a result, it is possible to perform an extreme value search with simplified parameter measurement and calculation.

以上のように、本実施の形態に係る最大電力追従制御装置1によれば、動作点が最大電力点に近づくにつれ摂動信号の振幅が減衰するので、極限周期軌道に陥らず安定かつ効率的な最大電力追従動作をすることが可能となる。また、摂動信号を切り替える指標となる判別関数の設定には、予めy=f(u)のような所定の関数形式を取得しておく必要がなく、LPF部12からの出力ξのみを計測すればよい。よって、パラメータ計測及び信号の演算が簡素化された高精度な極値探索が可能となる。   As described above, according to the maximum power tracking control device 1 according to the present embodiment, the amplitude of the perturbation signal is attenuated as the operating point approaches the maximum power point, so that it is stable and efficient without falling into the ultimate periodic orbit. The maximum power follow-up operation can be performed. In addition, it is not necessary to acquire a predetermined function format such as y = f (u) in advance for setting a discriminant function as an index for switching the perturbation signal, and only the output ξ from the LPF unit 12 is measured. That's fine. Therefore, it is possible to perform an extreme value search with simplified parameter measurement and signal calculation.

[実施例]
次に、本実施の形態に係る最大電力追従制御装置1を用いて太陽電池発電装置の出力電力を制御する例を説明する。
[Example]
Next, the example which controls the output electric power of a solar cell power generator using the maximum electric power tracking control apparatus 1 which concerns on this Embodiment is demonstrated.

図7は、太陽電池発電装置を含む制御システムの機能ブロック図である。同図に示された制御システムは、最大電力追従制御装置1と、制御対象である太陽電池発電装置21とを備える。   FIG. 7 is a functional block diagram of a control system including the solar battery power generation device. The control system shown in the figure includes a maximum power follow-up control device 1 and a solar cell power generation device 21 that is a control target.

太陽電池発電装置21は、複数の太陽電池セルがアレイ状に配置された太陽電池パネルと、DC/DCコンバータ(昇圧器)とを有する。太陽電池発電装置21の出力端子は、後段に接続されるDC/ACコンバータを介して系統に接続される。太陽電池発電装置21では、以下の式9が成り立つ。   The solar battery power generation device 21 includes a solar battery panel in which a plurality of solar battery cells are arranged in an array, and a DC / DC converter (booster). The output terminal of the solar cell power generator 21 is connected to the system via a DC / AC converter connected to the subsequent stage. In the solar cell power generator 21, the following formula 9 is established.

Figure 2015102876
Figure 2015102876

ここで、Vinvは太陽電池発電装置21の出力端に配置されたコンデンサの両端電圧であり、また、DC/ACコンバータの入力電圧である。Vは太陽電池パネルからの直流電圧であり、dはDC/DCコンバータの出力電圧をPWM制御する際のデューティー比である。この場合、最大電力追従制御装置1は、太陽電池パネルからの直流電圧V及び直流電流Iを計測して出力電力P(I×V)を取得し、評価関数をP=f(d)として最大電力追従制御を実行する。具体的には、最大電力追従制御装置1は、太陽電池発電装置21のDC/DCコンバータに最適なデューティー比dを出力する。これにより、後段のDC/ACコンバータに対して一定電圧Vinvが供給される。 Here, V inv is a voltage across the capacitor disposed at the output end of the solar cell power generation device 21 and is an input voltage of the DC / AC converter. V is a DC voltage from the solar cell panel, and d is a duty ratio when PWM controlling the output voltage of the DC / DC converter. In this case, the maximum power tracking control device 1 acquires the output power P (I × V) by measuring the DC voltage V and the DC current I from the solar battery panel, and sets the evaluation function as P = f (d). Execute power tracking control. Specifically, the maximum power follow-up control device 1 outputs the optimum duty ratio d * for the DC / DC converter of the solar battery power generation device 21. As a result, the constant voltage V inv is supplied to the subsequent DC / AC converter.

図8Aは、太陽電池パネルの電圧−電流特性を表すグラフであり、図8Bは、太陽電池パネルの電圧−電力特性を表すグラフである。具体的には、図8A及び図8Bでは、日射量を変化させた場合の特性が表されており、太陽電池パネルを構成する複数の太陽電池セルが同じ性能で、かつ、複数の太陽電池セルに対して日射量が等しい場合を仮定している。また、図8A及び図8Bのグラフは、上記仮定において、太陽電池パネルの電流Iと電圧Vとの関係を表す非線形方程式をニュートン・ラフソン法を用いて数値解析的に解いた結果である。図8Aに示すように、日射量が大きいほど電流Iが大きく流れ、また、図8Bに示すように、日射量が大きいほど出力電力Pは大きい。また、図8Bに示すように、一定の日射量においては、電圧に対する電力は単峰性を示す(1つの極大点を有する)ことがわかる。また、図8Bにおいて、○印を付した点は、最大電力点(MPP:Maximum Power Point)であることを示している。以下、上記特性を有する太陽電池発電装置21が組み込まれた最大電力追従制御システムについて説明する。   FIG. 8A is a graph showing voltage-current characteristics of the solar cell panel, and FIG. 8B is a graph showing voltage-power characteristics of the solar cell panel. Specifically, in FIG. 8A and FIG. 8B, characteristics when the amount of solar radiation is changed are represented, and a plurality of solar cells constituting the solar cell panel have the same performance and a plurality of solar cells. Is assumed that the amount of solar radiation is equal. 8A and 8B are results obtained by numerically solving a nonlinear equation representing the relationship between the current I and the voltage V of the solar cell panel using the Newton-Raphson method in the above assumption. As shown in FIG. 8A, the larger the amount of solar radiation, the larger the current I flows. As shown in FIG. 8B, the larger the amount of solar radiation, the larger the output power P. Further, as shown in FIG. 8B, it can be seen that the electric power with respect to the voltage exhibits a single peak (having one maximum point) at a certain amount of solar radiation. Further, in FIG. 8B, a point marked with a circle indicates that it is the maximum power point (MPP: Maximum Power Point). Hereinafter, a maximum power tracking control system in which the solar battery power generation device 21 having the above characteristics is incorporated will be described.

図9は、太陽電池発電装置を制御対象とした場合の最大電力追従制御システムの機能ブロック図である。同図に示された最大電力追従制御システムは、最大電力追従制御装置1と、太陽電池発電装置21とで構成される。以下、図4に示された制御システムと構成が異なる点を中心に説明する。   FIG. 9 is a functional block diagram of the maximum power follow-up control system when the solar battery power generation device is a control target. The maximum power follow-up control system shown in the figure is composed of a maximum power follow-up control device 1 and a solar battery power generation device 21. In the following, the description will be focused on the point of difference in configuration from the control system shown in FIG.

本実施例の制御システムにおける制御対象は太陽電池発電装置21であり、最大電力追従制御装置1は、物理変数uとして、DC/DCコンバータのデューティー比dを設定し、最大電力Pと当該Pが得られる場合の最適デューティー比dとを追従制御する。つまり、図4に示された制御システムにおける評価関数y=f(u)に対して、本実施例の制御システムにおける太陽電池発電装置21の評価関数は、P=f(d)と置き換えることができる。 The control target in the control system of the present embodiment is the solar battery power generation device 21, and the maximum power follow-up control device 1 sets the duty ratio d of the DC / DC converter as the physical variable u, and the maximum power P * and the P Follow-up control is performed with the optimum duty ratio d * when * is obtained. That is, in contrast to the evaluation function y = f (u) in the control system shown in FIG. 4, the evaluation function of the solar cell power generation device 21 in the control system of the present embodiment can be replaced with P = f (d). it can.

摂動信号切替部15は、LPF部12の出力ξを取得し、取得した出力ξを変数とする判別関数h(ξ)と判別閾値hthとを比較し、当該比較結果に基づいて変数dに重畳すべき摂動信号ε(t)を切り替える。 The perturbation signal switching unit 15 obtains the output ξ of the LPF unit 12, compares the discriminant function h (ξ) with the obtained output ξ as a variable, and the discriminant threshold value h th, and sets the variable d based on the comparison result. The perturbation signal ε (t) to be superimposed is switched.

図10は、実施例に係る最大電力追従制御装置が最大電力を探索した場合の応答シミュレーション結果を表すグラフである。図10の上段には、出力電力Pの追従応答のシミュレーション結果が示され、下段には、判別関数h(ξ)の時間応答のシミュレーション結果が示されている。図10の上段左側のグラフは、日射量の急激な変化(ステップ変化)に対し、最大電力追従制御装置1が最大電力に追従していることを示している。また、図10の上段右側のグラフより、最大電力点に近づくにつれ、極限周期軌道が指数関数的に減衰していることがわかる。一方、図10の下段のグラフに示されたように、判別関数h(ξ)が、閾値hthを横切る状態が表されている。判別関数h(ξ)が閾値hth以下となった時点に呼応して、図10の上段右側のグラフに示された出力電力Pの振幅が減衰し始めていることがわかる。 FIG. 10 is a graph illustrating a response simulation result when the maximum power tracking control device according to the embodiment searches for the maximum power. The upper part of FIG. 10 shows the simulation result of the follow-up response of the output power P, and the lower part shows the simulation result of the time response of the discriminant function h (ξ). The graph on the left side of the upper stage of FIG. 10 indicates that the maximum power tracking control device 1 tracks the maximum power with respect to a rapid change (step change) in the amount of solar radiation. Moreover, it can be seen from the graph on the right side of the upper stage of FIG. 10 that the ultimate periodic trajectory decays exponentially as the maximum power point is approached. On the other hand, as shown in the lower graph of FIG. 10, the state where the discriminant function h (ξ) crosses the threshold value h th is shown. It can be seen that the amplitude of the output power P shown in the upper right graph of FIG. 10 begins to attenuate in response to the time when the discriminant function h (ξ) becomes equal to or less than the threshold value h th .

以上のように、本実施例の最大電力追従制御装置1によれば、太陽電池発電装置21の出力電力Pは極限周期軌道に陥らず、安定かつ効率的な最大電力追従動作をすることが可能となる。また、判別関数h(ξ)の導出には、LPF部12からの出力ξのみを計測すればよく、さらに、座標変換、近似及び線形化などの煩雑な演算を必要とせず、出力ξを一定周期の間積分すればよい。これにより、本実施例においても、パラメータ計測及び演算が簡素化された高精度な極値探索が可能となる。   As described above, according to the maximum power follow-up control device 1 of the present embodiment, the output power P of the solar battery power generation device 21 does not fall into the ultimate periodic orbit and can perform a stable and efficient maximum power follow-up operation. It becomes. Further, in order to derive the discriminant function h (ξ), only the output ξ from the LPF unit 12 needs to be measured, and further, complicated calculations such as coordinate transformation, approximation and linearization are not required, and the output ξ is constant. It is sufficient to integrate during the period. As a result, also in the present embodiment, it is possible to perform an extreme value search with simplified parameter measurement and calculation.

(実施の形態2)
実施の形態1に係る最大電力追従制御装置1は、LPF部12の出力ξのみに基づいて判別関数h(ξ)を設定し、当該判別関数h(ξ)と判別閾値hthとの大小関係により、積分部13の出力uに加算する摂動信号ε(t)を切り替えるものである。これに対して、本実施の形態に係る最大電力追従制御装置20は、積分部13の出力uのみに基づいて判別関数h(u)を設定し、当該判別関数h(u)と判別閾値h’thとの大小関係により、積分部13の出力uに加算する摂動信号ε(t)を切り替えるものである。
(Embodiment 2)
The maximum power tracking control device 1 according to Embodiment 1 sets a discriminant function h (ξ) based only on the output ξ of the LPF unit 12, and the magnitude relationship between the discriminant function h (ξ) and the discriminant threshold value hth. Thus, the perturbation signal ε (t) to be added to the output u of the integrator 13 is switched. On the other hand, the maximum power tracking control device 20 according to the present embodiment sets a discriminant function h (u) based only on the output u of the integrating unit 13, and determines the discriminant function h (u) and the discriminant threshold h. 'The perturbation signal ε (t) to be added to the output u of the integrator 13 is switched according to the magnitude relationship with th .

[全体構成]
図11は、本発明の実施の形態2に係る最大電力追従制御装置を含む制御システムの構成を示す機能ブロック図である。同図に示された制御システムは、最大電力追従制御装置20と、制御対象2とで構成される。以下、上記制御システムの各構成について、実施の形態1と同じ点は説明を省略し、異なる点を中心に説明する。
[overall structure]
FIG. 11 is a functional block diagram showing a configuration of a control system including the maximum power tracking control device according to Embodiment 2 of the present invention. The control system shown in the figure includes a maximum power tracking control device 20 and a control object 2. Hereinafter, the description of the configuration of the control system is omitted with respect to the same points as in the first embodiment, and different points are mainly described.

最大電力追従制御装置20は、出力電力が物理変数の関数として表される発電装置に対して当該出力電力が最大となるよう物理変数を追従制御させる制御装置である。最大電力追従制御装置20は、HPF部11と、LPF部12と、積分部13と、摂動信号乗算部14と、摂動信号切替部25とを備える。   The maximum power tracking control device 20 is a control device that performs tracking control of a physical variable so that the output power is maximized with respect to a power generation device whose output power is expressed as a function of the physical variable. The maximum power tracking control device 20 includes an HPF unit 11, an LPF unit 12, an integration unit 13, a perturbation signal multiplication unit 14, and a perturbation signal switching unit 25.

HPF部11、LPF部12、積分部13、摂動信号乗算部14、及び制御対象2とで構成された制御系は、極値探索制御を実行する。極値探索制御については実施の形態1と同様であるので説明を省略する。   A control system including the HPF unit 11, the LPF unit 12, the integration unit 13, the perturbation signal multiplication unit 14, and the controlled object 2 performs extreme value search control. Since the extreme value search control is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.

[摂動信号切り替え]
摂動信号切替部25は、積分部13の出力uを取得し、取得した出力uを変数とする判別関数h(u)と判別閾値h’thとを比較し、当該比較結果に基づいて変数uに重畳すべき摂動信号ε(t)を切り替える。以下、図12を用いて、摂動信号切替部25の機能を説明する。
[Perturbation signal switching]
The perturbation signal switching unit 25 acquires the output u of the integration unit 13, compares the discriminant function h (u) with the acquired output u as a variable, and the discriminant threshold h ′ th, and based on the comparison result, the variable u The perturbation signal ε (t) to be superimposed on is switched. Hereinafter, the function of the perturbation signal switching unit 25 will be described with reference to FIG.

図12は、本発明の実施の形態2に係る摂動信号切替部の機能を説明する図である。まず、同図左側のグラフは、積分部13の出力uの時間応答特性を表すグラフである。このグラフより、出力uは、周期T(=2π/ω)を有する振動を繰り返している。ここで、出力uの周期ごとの波形は、時間の経過とともに変化する。この出力uの波形変化を検出するため、以下の式10で表される判別関数h(ξ)を定義する。   FIG. 12 is a diagram illustrating the function of the perturbation signal switching unit according to Embodiment 2 of the present invention. First, the graph on the left side of the figure is a graph showing the time response characteristics of the output u of the integrating unit 13. From this graph, the output u repeats vibration having a period T (= 2π / ω). Here, the waveform of each cycle of the output u changes with time. In order to detect the waveform change of the output u, a discriminant function h (ξ) represented by the following expression 10 is defined.

Figure 2015102876
Figure 2015102876

上記式10で定義された判別関数h(u)は、判別時刻tにおける1周期分(t−T〜t)の出力uを時間積分した値である第1積分値と、当該1周期の直前の1周期分(t−2T〜t−T)の出力uを時間積分した値である第2積分値との差分の絶対値を示している。つまり、判別関数h(u)は、出力uの時間変化を表す関数であり、出力uが評価関数f(u)の傾きに対応した傾き抽出信号であることから、判別関数h(u)は、評価関数f(u)の傾きの変化を表している。例えば、判別関数h(u)が大きいほど評価関数f(u)の傾きの時間変化が大きく、判別関数h(u)が小さいほど評価関数f(u)の傾きの時間変化が小さい。なお、上記第2積分値が取得される期間は、上記第1積分値が取得される期間の直前の期間であることが望ましいが、これに限られない。上記第2積分値が取得される期間は、時刻(t―nT)から時刻(t−(n−1)T)(nは2以上の整数)であればよい。ここで、上記式10からも明らかであるように、判別関数h(u)は、上記第1信号〜上記第4信号のうち第4信号のみに基づいて設定された関数である。 Discriminant function h (u) is defined by the formula 10, and the first integration value is a value obtained by integrating the output u time of one cycle at determined time t 0 (t 0 -T~t 0) , the 1 It indicates the absolute value of the difference between the second integral value is an integral value of the output u time of one period (t 0 -2T~t 0 -T) of the previous cycle. That is, the discriminant function h (u) is a function that represents a time change of the output u, and since the output u is a slope extraction signal corresponding to the slope of the evaluation function f (u), the discriminant function h (u) is , Represents a change in the slope of the evaluation function f (u). For example, as the discriminant function h (u) is larger, the time change of the gradient of the evaluation function f (u) is larger, and as the discriminant function h (u) is smaller, the time change of the gradient of the evaluation function f (u) is smaller. The period during which the second integral value is acquired is preferably a period immediately before the period during which the first integral value is acquired, but is not limited thereto. Period the second integral value is obtained, the time (t 0 -nt) from time (t 0 - (n-1 ) T) (n is an integer of 2 or more) may be any. Here, as is apparent from Equation 10, the discriminant function h (u) is a function set based on only the fourth signal among the first signal to the fourth signal.

摂動信号切替部25は、上述した判別関数h(u)と、判別閾値h’thとを比較することにより、以下の式11のように、摂動信号ε(t)を切り替えて出力する。 The perturbation signal switching unit 25 switches the perturbation signal ε (t) and outputs it by comparing the above-described discriminant function h (u) with the discriminant threshold value h ′ th as shown in the following Expression 11.

Figure 2015102876
Figure 2015102876

ここで、aは摂動信号の初期振幅であり、ωは摂動信号の周期であり、h’thは判別閾値であり、γは減衰定数であり、τはh(u)=h’thとなる時刻である。上記式11は、判別関数h(u)が判別閾値h’thよりも大きい場合、摂動信号ε(t)は、時間依存しない一定振幅aを有する正弦波となり、判別関数h(u)が判別閾値h’th以下となった場合、摂動信号ε(t)は、時間経過とともに指数関数的に減衰する振幅を有する正弦波に切り替わることを示している。 Here, a 0 is the initial amplitude of the perturbation signal, ω is the period of the perturbation signal, h ′ th is the discrimination threshold, γ is the attenuation constant, and τ is h (u) = h ′ th It is time to become. When the discriminant function h (u) is larger than the discriminant threshold h ′ th , the perturbation signal ε (t) becomes a sine wave having a constant amplitude a 0 that does not depend on time, and the discriminant function h (u) is When the threshold value is equal to or less than the determination threshold h ′ th , the perturbation signal ε (t) indicates that it switches to a sine wave having an amplitude that decays exponentially with time.

摂動信号切替部25の上記出力(ε(t))を積分部13からの出力である第4信号(u)に加算した信号(u+ε(t))が、物理変数として制御対象2に入力される。   A signal (u + ε (t)) obtained by adding the output (ε (t)) of the perturbation signal switching unit 25 to the fourth signal (u) output from the integration unit 13 is input to the control target 2 as a physical variable. The

図13は、本発明の実施の形態2に係る最大電力追従制御装置が最大電力を探索した場合の応答シミュレーション結果を表すグラフである。図13の上段には、信号x(=u+ε(t))の時間応答のシミュレーション結果が示され、下段には、出力yの時間応答のシミュレーション結果が示されている。図13の上段に示されているように、信号xは、3秒までは一定の摂動を継続しながら4(a.u.)へと収束し、3〜4秒以降では時間経過とともに指数関数的に振幅が減衰する摂動を有しながら4(a.u.)へと収束している。一方、図13の下段に示されているように、出力yは、3秒までは大きな摂動を継続しながら10(a.u.)へと収束し、3〜4秒以降では時間経過とともに指数関数的に振幅が減衰する摂動を有しながら10(a.u.)へと収束している。ここで、3〜4秒において、摂動信号切替部25が、判別関数h(u)と閾値h’thとを比較して摂動信号ε(t)を切り替える。このため、出力yは極限周期軌道に陥らず、安定かつ効率的な最大電力追従動作をすることが可能となる。 FIG. 13 is a graph showing a response simulation result when the maximum power tracking control apparatus according to the second embodiment of the present invention searches for the maximum power. The upper part of FIG. 13 shows the simulation result of the time response of the signal x (= u + ε (t)), and the lower part shows the simulation result of the time response of the output y. As shown in the upper part of FIG. 13, the signal x converges to 4 (au) while continuing a constant perturbation until 3 seconds, and after 3 to 4 seconds, an exponential function with time elapses. It converges to 4 (au) while having a perturbation in which the amplitude attenuates. On the other hand, as shown in the lower part of FIG. 13, the output y converges to 10 (au) while continuing a large perturbation until 3 seconds, and after 3 to 4 seconds, the output y increases as time passes. It converges to 10 (au) while having a perturbation in which the amplitude attenuates functionally. Here, in 3-4 seconds, perturbation signal switching unit 25, as compared to the discriminant function h (u) and a threshold value h 'th switches the perturbation signal ε (t). For this reason, the output y does not fall into the ultimate periodic trajectory, and a stable and efficient maximum power follow-up operation can be performed.

また、本実施の形態に係る最大電力追従制御装置20では、摂動信号ε(t)を切り替える指標となる判別関数h(u)の導出には、積分部13からの出力uのみを計測すればよい。よって、実施の形態1に係る最大電力追従制御装置1と同様に、パラメータ計測及び演算が簡素化された高精度な極値探索が可能となる。   In the maximum power tracking control device 20 according to the present embodiment, only the output u from the integrating unit 13 is measured in order to derive the discriminant function h (u) serving as an index for switching the perturbation signal ε (t). Good. Therefore, similarly to the maximum power tracking control device 1 according to the first embodiment, it is possible to perform an extreme value search with simplified parameter measurement and calculation.

以上のように、本実施の形態に係る最大電力追従制御装置20によれば、動作点が最大電力点に近づくにつれ摂動信号の振幅が減衰するので、極限周期軌道に陥らず安定かつ効率的な最大電力追従動作をすることが可能となる。また、摂動信号を切り替える指標となる判別関数の設定には、予めy=f(u)のような所定の関数形式を取得しておく必要がなく、積分部13からの出力uのみを計測すればよい。よって、パラメータ計測及び信号の演算が簡素化された高精度な極値探索が可能となる。   As described above, according to the maximum power tracking control device 20 according to the present embodiment, the amplitude of the perturbation signal is attenuated as the operating point approaches the maximum power point, so that it is stable and efficient without falling into the ultimate periodic orbit. The maximum power follow-up operation can be performed. In addition, it is not necessary to acquire a predetermined function form such as y = f (u) in advance for setting a discriminant function as an index for switching perturbation signals, and only the output u from the integrating unit 13 is measured. That's fine. Therefore, it is possible to perform an extreme value search with simplified parameter measurement and signal calculation.

(実施の形態3)
実施の形態1及び2に係る最大電力追従制御装置1及び20は、制御対象の評価関数が単峰性を有する(出力yの極大値が1つしかない)ことを前提にして最大電力追従制御を行うものである。これに対して、本実施の形態では、制御対象の評価関数が多峰性を有する(出力yの極大値が複数ある)場合に適用可能な最大電力追従制御装置について説明する。
(Embodiment 3)
Maximum power tracking control apparatuses 1 and 20 according to Embodiments 1 and 2 are configured to perform maximum power tracking control on the assumption that the evaluation function to be controlled has a single peak (there is only one maximum value of output y). Is to do. On the other hand, in the present embodiment, a description will be given of a maximum power tracking control device that can be applied when the evaluation function to be controlled has multimodality (there are a plurality of maximum values of output y).

図14は、本発明の実施の形態3に係る最大電力追従制御装置を含む制御システムの構成を示す機能ブロック図である。同図に示された制御システムは、最大電力追従制御装置10と、制御対象2とで構成される。以下、上記制御システムの各構成について説明する。   FIG. 14 is a functional block diagram showing a configuration of a control system including the maximum power tracking control device according to the third embodiment of the present invention. The control system shown in the figure includes a maximum power tracking control device 10 and a control object 2. Hereinafter, each configuration of the control system will be described.

[多峰性を有する評価関数]
制御対象2は、y=f(u)なる評価関数を有する発電装置であり、本実施の形態では制御対象2を太陽電池発電装置と想定して、評価関数をP=f(d)としている。実施の形態1の実施例と同様に、上記Pは太陽電池発電装置の出力であり、dはDC/DCコンバータのデューティー比である。ここで、本実施の形態に係る太陽電池発電装置について、実施の形態1に係る太陽電池発電装置と異なる点を中心に説明する。本実施の形態に係る太陽電池発電装置の太陽電池パネルは、直列接続された2つの太陽電池セルで構成されることを想定している。
[Evaluation function with multimodality]
The control target 2 is a power generation device having an evaluation function y = f (u). In this embodiment, the control target 2 is assumed to be a solar cell power generation device, and the evaluation function is P = f (d). . As in the example of the first embodiment, P is the output of the solar battery power generation device, and d is the duty ratio of the DC / DC converter. Here, the solar cell power generation device according to the present embodiment will be described focusing on differences from the solar cell power generation device according to the first embodiment. It is assumed that the solar battery panel of the solar battery power generator according to the present embodiment is composed of two solar battery cells connected in series.

図15は、実施の形態3に係る太陽電池パネルの構成及び電気特性を説明する図である。同図左側に示すように、直列接続された2つの太陽電池セル1及び2に入射する日射量が異なる場合(S≠S)、つまり、部分影が生じている場合、同図右側に示すような電気特性が得られる。例えば、太陽電池セル1がS=1000W/mの日射量を有し、太陽電池セル2がS=400W/mの日射量を有する場合、図15の右上側に示すように、太陽電池パネルの電圧−電流特性は階段状の特性となる。これに対応して、図15の右下側に示すように、太陽電池パネルの電圧−電力特性は、電圧Vに対して多峰性を示している(電力Pの極大値が2つある)。ここで、多峰性を示す電圧−電力特性において、いずれの極大値が最大電力点であるかは、S及びSの日射量の大小関係により決定される。S及びSの日射量の大小関係と電気特性との関係を、図16を用いて説明する。 FIG. 15 is a diagram illustrating the configuration and electrical characteristics of the solar cell panel according to Embodiment 3. As shown on the left side of the figure, when the amount of solar radiation incident on the two solar cells 1 and 2 connected in series is different (S 1 ≠ S 2 ), that is, when a partial shadow occurs, Electrical characteristics as shown are obtained. For example, when the solar battery cell 1 has a solar radiation amount of S 1 = 1000 W / m 2 and the solar battery cell 2 has a solar radiation amount of S 2 = 400 W / m 2 , as shown in the upper right side of FIG. The voltage-current characteristic of the solar cell panel is a step-like characteristic. Correspondingly, as shown in the lower right side of FIG. 15, the voltage-power characteristic of the solar cell panel is multimodal with respect to the voltage V (there are two maximum values of power P). . Here, in the voltage-power characteristic showing multimodality, which maximum value is the maximum power point is determined by the magnitude relationship between the solar radiation amounts of S 1 and S 2 . The relationship between the magnitude of the solar radiation amount of S 1 and S 2 and the electrical characteristics will be described with reference to FIG.

図16は、部分影の状態が異なる場合の太陽電池パネルの電気特性を示す図である。同図には、太陽電池セル1及び2への日射量の差分が異なる3パターンの場合について、それぞれ、電圧−電流特性及び電圧−電力特性が示されている。いずれの場合においても、電圧−電力特性は多峰性を有しているが、|S−S|=200(<S/2)の場合には、最大電力点は高電圧側の極大点Pであり、|S−S|=800(>S/2)の場合には、最大電力点は低電圧側の極大点Pである。また、|S−S|=500(=S/2)の場合には、最大電力点は低電圧側の極大点P及び高電圧側の極大点Pの2点となる。 FIG. 16 is a diagram showing the electrical characteristics of the solar cell panel when the partial shadow states are different. In the figure, voltage-current characteristics and voltage-power characteristics are shown for three patterns in which the difference in the amount of solar radiation to the solar cells 1 and 2 is different. In either case, the voltage - although power characteristic has a multimodal, | S 1 -S 2 | when the = 200 (<S 1/2 ) , the maximum power point of the high-voltage side a maximum point P R, | S 1 -S 2 | when the = 800 (> S 1/2 ) , the maximum power point is the maximum point P L of the low voltage side. Moreover, | S 1 -S 2 | when the = 500 (= S 1/2 ) , the maximum power point is two points of maximum points P R maxima P L and a high-voltage side of the low voltage side.

ここで、太陽電池パネル上に部分影が生じた場合の極値探索制御の問題点について説明する。   Here, the problem of the extreme value search control when a partial shadow is generated on the solar cell panel will be described.

[極値探索制御の問題点]
図17は、部分影が生じた場合の極値探索制御の問題点を説明する図である。図17において、まず、部分影がなく、太陽電池セル1及び2が同じ日射量を有している場合(例えばS=S=1000W/m)、電圧−電力特性は、破線のように単峰性を有する。この場合において極値探索制御が実行されると、電圧Vが摂動しながら初期動作点から最大電力点Pmax1へと移動する。この状態において、太陽電池パネル上に部分影が生じ、|S−S|=800(>S/2)となった場合、電圧−電力特性は、実線のように多峰性へと変化する。この場合、極値探索制御により、最大電力点Pmax1の電圧Vに対応する動作点から、極大点である動作点Pへと探索点が移動し収束する。しかしながら、部分影が発生した場合の最大電力点Pは、Pではなく、より低電圧側に存在する。結果的に、部分影が生じた場合には、動作点がローカルな極大点Pに収束し、最大電力点Pへの正確な最大電力追従ができないといったケースが発生する。
[Problems of extreme value search control]
FIG. 17 is a diagram for explaining the problem of extreme value search control when a partial shadow occurs. In FIG. 17, first, when there is no partial shadow and the solar cells 1 and 2 have the same amount of solar radiation (for example, S 1 = S 2 = 1000 W / m 2 ), the voltage-power characteristic is as shown by a broken line. Has unimodality. In this case, when the extreme value search control is executed, the voltage V moves from the initial operating point to the maximum power point P max1 while perturbing. In this state, caused partial shadow on the solar cell panel, | S 1 -S 2 | when a = 800 (> S 1/2 ), the voltage - power characteristics to the solid line as multimodal Change. In this case, the extremum search control, the operation point corresponding to the voltage V of the maximum power point P max1, search point moves converges to an operating point P R is the maximum point. However, the maximum power point P L when the partial shadow is generated, rather than P R, present on the lower voltage side. Consequently, when a partial shadow occurs, the operating point is converged to a local maximum point P R, cases occur such can not be accurate MPPT to the maximum power point P L.

これに対して、制御対象が多峰性の評価関数を有する場合であっても、本実施の形態に係る最大電力追従制御装置10によれば、正確な最大電力追従制御が可能となる。以下、最大電力追従制御装置10について説明する。   On the other hand, even if the controlled object has a multimodal evaluation function, the maximum power tracking control device 10 according to the present embodiment enables accurate maximum power tracking control. Hereinafter, the maximum power tracking control device 10 will be described.

[全体構成]
図14に示すように、本実施の形態に係る最大電力追従制御装置10は、HPF部11と、LPF部12と、積分部13と、摂動信号乗算部14と、摂動信号切替部15と、評価関数置換部26と、日射量検出部27と、テーブルデータ28とを備える。本実施の形態に係る最大電力追従制御装置10は、実施の形態1に係る最大電力追従制御装置1と比較して、評価関数置換部26、日射量検出部27及びテーブルデータ28が付加された点が構成として異なる。以下、本実施の形態に係る最大電力追従制御装置10について、実施の形態1に係る最大電力追従制御装置1と異なる点を中心に説明する。
[overall structure]
As shown in FIG. 14, the maximum power tracking control device 10 according to the present embodiment includes an HPF unit 11, an LPF unit 12, an integration unit 13, a perturbation signal multiplication unit 14, a perturbation signal switching unit 15, An evaluation function replacement unit 26, a solar radiation amount detection unit 27, and table data 28 are provided. The maximum power tracking control device 10 according to the present embodiment is provided with an evaluation function replacement unit 26, a solar radiation amount detection unit 27, and table data 28, compared to the maximum power tracking control device 1 according to the first embodiment. The point is different as a configuration. Hereinafter, the maximum power tracking control device 10 according to the present embodiment will be described focusing on differences from the maximum power tracking control device 1 according to the first embodiment.

[要部構成]
日射量検出部27は、評価関数を変化させる制御対象2の状態量を計測する制御対象状態量検出部であり、具体的には、太陽電池セル1及び2が受ける日射量を計測する。日射量検出部27は、計測した太陽電池セル1及び2のそれぞれの日射量を評価関数置換部26に出力する。
[Main part configuration]
The solar radiation amount detection unit 27 is a control target state amount detection unit that measures the state amount of the control target 2 that changes the evaluation function, and specifically measures the solar radiation amount received by the solar cells 1 and 2. The solar radiation amount detection unit 27 outputs the measured solar radiation amounts of the solar cells 1 and 2 to the evaluation function replacement unit 26.

評価関数置換部26は、日射量検出部27から取得した制御対象2の状態量に応じて、制御対象2の評価関数を、疑似評価関数Pfに置き換える。ここで、本実施の形態における疑似評価関数Pfとは、制御対象2の状態量に対応した、擬似的な評価関数である。具体的には、疑似評価関数Pfは、制御対象2の評価関数が多峰性を有すると判断される場合に、当該評価関数の有する複数の極大点のうち、最大点ではない極大点から最大点へ向かって単調増加する関数である。以下、評価関数置換部26の処理手順について説明する。   The evaluation function replacement unit 26 replaces the evaluation function of the control target 2 with the pseudo evaluation function Pf according to the state quantity of the control target 2 acquired from the solar radiation amount detection unit 27. Here, the pseudo evaluation function Pf in the present embodiment is a pseudo evaluation function corresponding to the state quantity of the controlled object 2. Specifically, when it is determined that the evaluation function of the control target 2 has multimodality, the pseudo evaluation function Pf is a maximum from a maximum point that is not the maximum point among a plurality of maximum points that the evaluation function has. It is a function that increases monotonously toward the point. Hereinafter, the processing procedure of the evaluation function replacement unit 26 will be described.

まず、最大電力追従制御装置10は、以下の式12に示される判別式を示すデータを、予めテーブルデータ28として保持している。   First, the maximum power follow-up control device 10 holds data indicating a discriminant represented by the following formula 12 as table data 28 in advance.

Figure 2015102876
Figure 2015102876

ここで、Pは、多峰性を構成する2つの極大点のうち低電圧側の極大点に相当し、Pは、高電圧側の極大点に相当する。つまり、テーブルデータ28は、複数の太陽電池セルのそれぞれの日射量と、評価関数における複数の極大値のうち最大値が得られる電圧領域との関係を示すデータである。 Here, P L corresponds to the maximum point of the low-voltage side of the two maximum points constituting the multimodal, P R corresponds to the maximum point of the high-voltage side. That is, the table data 28 is data indicating the relationship between the amount of solar radiation of each of the plurality of solar cells and the voltage region where the maximum value is obtained among the plurality of maximum values in the evaluation function.

次に、評価関数置換部26は、日射量検出部27から取得した太陽電池セル1及び2の日射量S及びSに基づいて、テーブルデータ28を参照し、最大電力点が低電圧側に存在するか、高電圧側に存在するか、または、低電圧側及び高電圧側の双方に存在するかを判定する。なお、評価関数置換部26は、取得した日射量S及びS、ならびに上記テーブルデータ28から、正確な最大動作点を取得するわけではなく、日射量S及びSに基づいて最大動作点の存在する物理変数領域を限定するものである。 Next, the evaluation function replacement unit 26 refers to the table data 28 based on the solar radiation amounts S 1 and S 2 of the solar cells 1 and 2 acquired from the solar radiation amount detection unit 27, and the maximum power point is on the low voltage side. Or on the high voltage side, or on both the low voltage side and the high voltage side. Note that the evaluation function replacing unit 26 does not acquire an accurate maximum operating point from the acquired solar radiation amounts S 1 and S 2 and the table data 28, but the maximum operation based on the solar radiation amounts S 1 and S 2. This limits the physical variable area where the point exists.

次に、評価関数置換部26は、上記判定結果に基づいて、現在の評価関数を疑似評価関数Pfに置き換えるか否かを判断する。この判断について、図18を用いて説明する。   Next, the evaluation function replacement unit 26 determines whether or not to replace the current evaluation function with the pseudo evaluation function Pf based on the determination result. This determination will be described with reference to FIG.

図18は、疑似評価関数を設定する事例を説明する図である。同図の上側には、太陽電池パネル上に部分影が生じ、|S−S|=800(>S/2)となった場合を想定している。この場合、電圧−電力特性は、実線のように多峰性へと変化する。このとき、評価関数置換部26は、日射量S(=1000W/m)びS(=200W/m)に基づいて、テーブルデータ28(式12)を参照し、CASE1に該当すると判断する。つまり、評価関数置換部26は、日射量検出部27から取得した日射量に応じて評価関数が複数の極大値を有するか否かを判定する。本例では、評価関数置換部26は、最大電力点が低電圧側に存在すると判定し、現在の多峰性の評価関数が有する複数の極大点のうち、最大点ではないPの存在する電圧領域(に属する電圧V)からPの存在する電圧領域(に属する電圧V)へ向かって単調増加する関数を疑似評価関数Pfとし、現在の評価関数を疑似評価関数Pfに置き換えることを選択する。 FIG. 18 is a diagram illustrating an example of setting a pseudo evaluation function. The upper side of the figure, caused partial shadow on the solar cell panel, | it is assumed that becomes = 800 (> S 1/2 ) | S 1 -S 2. In this case, the voltage-power characteristic changes to multimodality as shown by a solid line. At this time, the evaluation function replacement unit 26 refers to the table data 28 (Formula 12) based on the solar radiation amount S 1 (= 1000 W / m 2 ) and S 2 (= 200 W / m 2 ), and corresponds to CASE 1. to decide. That is, the evaluation function replacement unit 26 determines whether or not the evaluation function has a plurality of maximum values according to the solar radiation amount acquired from the solar radiation amount detection unit 27. In this example, the evaluation function replacement unit 26, the maximum power point is determined to be present in the low-voltage side, among the plurality of local maximum points with the current multimodal evaluation function, to the presence of P R is not a maximum point the presence function monotonically increasing toward voltage region (the voltage V 2 which belongs to) that of the P L from the voltage region (voltages V 1 belonging to) a pseudo evaluation function Pf, to replace the current evaluation function pseudo evaluation function Pf Select.

ここで、制御対象の評価関数を疑似評価関数に置き換えるという判定をするのは、制御対象の評価関数が変化した場合において、変化前の最大電力点の存在する物理変数領域と、変化後の最大電力点の存在する物理変数領域とが異なる場合である。図18の例で説明すれば、部分影発生前の単峰性を有する評価関数の最大電力点は高電圧側に存在するが、部分影発生後の多峰性を有する評価関数の最大電力点Pは低電圧側に存在する。よって、評価関数置換部26は、現在の評価関数を疑似評価関数Pfに置き換えることを選択する。 Here, the decision to replace the evaluation function of the controlled object with the pseudo-evaluation function is made when the evaluation function of the controlled object changes, the physical variable area where the maximum power point before the change exists, and the maximum after the change. This is a case where the physical variable area where the power point exists is different. In the example of FIG. 18, the maximum power point of the evaluation function having a single peak before the occurrence of the partial shadow exists on the high voltage side, but the maximum power point of the evaluation function having the multimodality after the generation of the partial shadow is present. P L exists on the low voltage side. Therefore, the evaluation function replacement unit 26 selects to replace the current evaluation function with the pseudo evaluation function Pf.

なお、図16に示された3つのケースにおいて、いずれの場合であっても、評価関数置換部26は、現在の評価関数を疑似評価関数Pfに置き換えてもよい。例えば、図16の上段の場合、|S−S|=200(<S/2)であり、評価関数置換部26は、テーブルデータ28よりCASE3を選択する。この場合には、評価関数置換部26は、最大電力点が高電圧側に存在すると判定し、現在の多峰性の評価関数が有する複数の極大点のうち、最大点ではないPの存在する電圧領域からPの存在する電圧領域へ向かって単調増加する関数を疑似評価関数Pfとし、現在の評価関数を疑似評価関数Pfに置き換えることを選択する。この場合、疑似評価関数Pfに置き換える必要性はないものの、正確な最大電力追従制御が実行される。 In any of the three cases shown in FIG. 16, the evaluation function replacement unit 26 may replace the current evaluation function with the pseudo evaluation function Pf. For example, if the upper part of FIG 16, | S 1 -S 2 | a = 200 (<S 1/2 ), the evaluation function substitution portion 26 selects CASE3 from the table data 28. In this case, the evaluation function replacement unit 26 determines that the maximum power point exists on the high voltage side, and the presence of P L that is not the maximum point among the plurality of maximum points that the current multimodal evaluation function has. a function that monotonically increases from the voltage domain to the voltage region in the presence of P R to the pseudo evaluation function Pf, choose to replace the current evaluation function pseudo evaluation function Pf. In this case, although it is not necessary to replace the pseudo evaluation function Pf, accurate maximum power follow-up control is executed.

次に、最大電力追従制御装置10は、制御対象2の評価関数が疑似評価関数Pfであるとして、極値探索制御を所定の期間Tfの間実行する。これにより、極値探索制御の動作点が、最大点でない極大点を含む電圧領域から、最大点を含む電圧領域へと移動する。   Next, the maximum power tracking control device 10 executes the extreme value search control for a predetermined period Tf, assuming that the evaluation function of the control target 2 is the pseudo evaluation function Pf. As a result, the operating point of the extreme value search control moves from the voltage region including the local maximum point that is not the maximum point to the voltage region including the maximum point.

次に、評価関数置換部26は、上述した疑似評価関数Pfによる極値探索制御が所定の期間Tfの間実行された後、現在設定されている疑似評価関数Pfを、制御対象2の評価関数へと戻す。これにより、最大点を含む領域へと移動した動作点は、制御対象2の有する真の評価関数に基づいて、最大電力点を高精度に追従する。   Next, after the extreme value search control using the pseudo evaluation function Pf described above is executed for a predetermined period Tf, the evaluation function replacement unit 26 uses the currently set pseudo evaluation function Pf as the evaluation function of the control target 2. Return to. Thereby, the operating point that has moved to the region including the maximum point follows the maximum power point with high accuracy based on the true evaluation function of the control object 2.

図19は、疑似評価関数への切り替え時の応答特性を表すグラフである。図19の上段には、電圧Vの時間応答が表されている。部分影発生前(〜5秒)では、時間の経過とともに、単峰性の評価関数の高電圧側に存在する最大電力点に収束している。ここで、時刻5秒において部分影が発生し、評価関数が単峰性から多峰性へと変化する。評価関数置換部26は、式12におけるCASE1に該当すると判断し、疑似評価関数PfとしてPの存在する電圧領域からPの存在する電圧領域へ向かって単調増加する関数を選択し、多峰性の評価関数を置き換える。 FIG. 19 is a graph showing response characteristics at the time of switching to the pseudo evaluation function. In the upper part of FIG. 19, the time response of the voltage V is shown. Prior to the occurrence of partial shadows (up to 5 seconds), the time converges with the maximum power point existing on the high voltage side of the unimodal evaluation function. Here, a partial shadow occurs at time 5 seconds, and the evaluation function changes from unimodal to multimodal. Evaluation function replacement unit 26 determines that corresponds to CASE1 in equation 12, to select a function that increases monotonically toward the existing voltage region of the P R as a pseudo evaluation function Pf to a voltage region where the presence of P L, multimodal Replace sex evaluation function.

時刻5秒から所定の期間Tfの間、最大電力追従制御装置10は、疑似評価関数Pfについて極値探索制御を実行する。この期間Tfにおいて、動作点は、図19の下段右側に示すように、高電圧側(1.5V〜2V)から低電圧側(1V以下)へと移動している。そして、所定の期間Tfの経過後、現在設定されている疑似評価関数Pfを、制御対象2の評価関数へと戻す。これにより、図19下段に示すように、最大電力点を含む領域である低電圧側へと移動した動作点は、制御対象2の有する真の評価関数に基づいて、低電圧領域で最大電力点を高精度に追従する。   During the predetermined period Tf from time 5 seconds, the maximum power follow-up control device 10 executes extreme value search control for the pseudo evaluation function Pf. In this period Tf, the operating point moves from the high voltage side (1.5 V to 2 V) to the low voltage side (1 V or less) as shown on the lower right side of FIG. Then, after the elapse of the predetermined period Tf, the currently set pseudo evaluation function Pf is returned to the evaluation function of the control object 2. Thereby, as shown in the lower part of FIG. 19, the operating point moved to the low voltage side, which is the region including the maximum power point, is determined based on the true evaluation function of the controlled object 2 in the low voltage region. Is followed with high accuracy.

以上のように、本実施の形態に係る最大電力追従制御装置10によれば、発電装置が多峰性の評価関数を有する場合であっても、当該評価関数を、発電装置の状態量に対応した疑似評価関数に置換して極値探索を実行するので、動作点が誤った極大点に収束することを回避できる。   As described above, according to the maximum power tracking control device 10 according to the present embodiment, even if the power generation device has a multimodal evaluation function, the evaluation function corresponds to the state quantity of the power generation device. Since the extreme value search is executed by replacing the pseudo evaluation function, it is possible to avoid the operating point from converging to an incorrect local maximum point.

また、評価関数を疑似評価関数に置換した後、所定の期間Tfの経過後に再び、上記評価関数へと戻すので、正確な最大電力追従制御が可能となる。   In addition, after the evaluation function is replaced with the pseudo evaluation function, the evaluation function is returned again after the elapse of the predetermined period Tf, so that accurate maximum power tracking control can be performed.

本実施の形態のように、発電装置が、特に、複数の太陽電池セルで構成されている場合、部分影発生による太陽電池セル間での日射量の差により、発電装置の評価関数が多峰性を示す場合がある。これに対して、最大電力追従制御装置10によれば、上記テーブルデータ28と、日射量検出部27からの太陽電池セルごとの日射量データとにより、評価関数置換部26が適切な疑似評価関数Pfを設定することができる。よって、天候等の変化に対応して制御対象の評価関数を適切に設定できるので、正確な太陽電池パネルの最大電力追従制御が可能となる。   As in the present embodiment, in particular, when the power generation device is composed of a plurality of solar cells, the evaluation function of the power generation device is multimodal due to the difference in the amount of solar radiation between the solar cells due to the occurrence of partial shadows. May show gender. On the other hand, according to the maximum power tracking control device 10, the evaluation function replacement unit 26 uses the table data 28 and the solar radiation amount data for each solar battery cell from the solar radiation amount detection unit 27 to make the appropriate pseudo evaluation function. Pf can be set. Therefore, since the evaluation function to be controlled can be appropriately set in response to changes in the weather or the like, accurate maximum power follow-up control of the solar cell panel is possible.

なお、本実施の形態では、例えば、図18の下段に示された疑似評価関数Pfは、以下のような、電圧Vの二次関数に設定される。   In the present embodiment, for example, the pseudo evaluation function Pf shown in the lower part of FIG. 18 is set to a quadratic function of the voltage V as follows.

Figure 2015102876
Figure 2015102876

ここで、α、β、γは、最大点ではないPの存在する電圧領域(に属する電圧V)からPの存在する電圧領域(に属する電圧V)へ向かって単調増加するような関数の定数である。この場合、期間Tfの長さの下限は、例えば、以下の式14によって決定される。 Here, alpha, beta, gamma, like monotonically increasing toward the existing voltage region of the P R is not a maximum point (voltages V 1 belongs to) to the voltage region (the voltage V 2 which belongs to) in the presence of P L Is a constant of a function. In this case, the lower limit of the length of the period Tf is determined by the following Expression 14, for example.

Figure 2015102876
Figure 2015102876

ここで、kは積分部13の比例ゲインであり、aは摂動信号の初期振幅であり、VinvはDC/ACコンバータの入力電圧である。なお、期間Tfの長さは、これに限られない。期間Tfの長さは、上記式14で規定される長さよりも長く設定されることが望ましい。また、期間Tfの長さは、制御対象の応答性能によっても調整される。 Here, k is a proportional gain of the integrating unit 13, a 0 is an initial amplitude of the perturbation signal, and V inv is an input voltage of the DC / AC converter. Note that the length of the period Tf is not limited to this. It is desirable that the length of the period Tf be set longer than the length defined by Equation 14 above. Further, the length of the period Tf is also adjusted according to the response performance of the controlled object.

(その他)
以上、本発明に係る最大電力追従制御装置について、実施の形態1及び2に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を実施の形態1及び2に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
(Other)
As described above, the maximum power tracking control device according to the present invention has been described based on the first and second embodiments, but the present invention is not limited to these embodiments. Unless it deviates from the meaning of the present invention, various modifications conceived by those skilled in the art have been made in the first and second embodiments, and forms constructed by combining components in different embodiments are also within the scope of the present invention. included.

例えば、実施の形態3に係る最大電力追従制御装置10の摂動信号切替部15を、実施の形態2に係る最大電力追従制御装置20の摂動信号切替部25に置き換えてもよい。   For example, the perturbation signal switching unit 15 of the maximum power tracking control device 10 according to the third embodiment may be replaced with the perturbation signal switching unit 25 of the maximum power tracking control device 20 according to the second embodiment.

また、摂動信号切替部15は、コンピュータ等に備えられるプロセッサで実行されるプログラムによってソフトウェア的に実現されてもよいし、半導体集積回路等の専用の電子回路によってハードウェア的に実現されてもよい。   Further, the perturbation signal switching unit 15 may be realized in software by a program executed by a processor provided in a computer or the like, or may be realized in hardware by a dedicated electronic circuit such as a semiconductor integrated circuit. .

なお、本発明は、上述した最大電力追従制御装置として実現できるだけでなく、その最大電力追従制御装置を構成する処理部をステップとする最大電力追従制御方法として実現することができる。本発明の最大電力追従制御方法は、出力電力が物理変数の関数として表される発電装置に対して当該出力電力が最大となるよう物理変数を追従制御させる最大電力追従制御方法であって、出力電力の直流成分を除去した信号である第1信号を出力する高域通過ステップと、第1信号に、第1の摂動信号を乗算する摂動信号乗算ステップと、第1信号に第1の摂動信号が乗算された第2信号の低域成分を抽出した信号であって関数の傾きを反映した信号である第3信号を出力する低域通過ステップと、第3信号を積分した信号であって上記関数の傾きに対応した第4信号を出力する積分ステップ部と、第1信号〜第4信号のうち第3信号または第4信号である傾き抽出信号のみに基づいて設定された判別関数が所定の閾値よりも大きい場合、振幅が一定である第1の摂動信号を出力し、判別関数が所定の閾値以下である場合、振幅が時間経過とともに減衰する第2の摂動信号を出力する摂動信号切替ステップと、第4信号に摂動信号切替ステップで出力された第1の摂動信号または第2の摂動信号を加算した信号を、物理変数として発電装置に入力する摂動信号加算ステップとを含む。   In addition, this invention can be implement | achieved not only as the maximum power tracking control apparatus mentioned above but as a maximum power tracking control method which uses the process part which comprises the maximum power tracking control apparatus as a step. The maximum power follow-up control method of the present invention is a maximum power follow-up control method for causing a power generation device in which output power is represented as a function of a physical variable to follow up the physical variable so that the output power is maximized. A high-pass step for outputting a first signal that is a signal from which a direct current component of power is removed, a perturbation signal multiplication step for multiplying the first signal by a first perturbation signal, and a first perturbation signal for the first signal. Is a signal obtained by extracting a low-frequency component of the second signal multiplied by, and outputting a third signal that reflects the slope of the function, and a signal obtained by integrating the third signal, An integration step unit that outputs a fourth signal corresponding to the slope of the function, and a discriminant function that is set based on only the slope extraction signal that is the third signal or the fourth signal among the first to fourth signals is a predetermined function. If it is greater than the threshold, Outputs a first perturbation signal having a constant value, and when the discriminant function is equal to or less than a predetermined threshold, a perturbation signal switching step for outputting a second perturbation signal whose amplitude attenuates with time, and a perturbation to the fourth signal A perturbation signal addition step of inputting a signal obtained by adding the first perturbation signal or the second perturbation signal output in the signal switching step to the power generator as a physical variable.

これにより、動作点が最大電力点に近づくにつれ摂動信号の振幅が減衰するので、極限周期軌道に陥らず安定かつ効率的な最大電力追従動作をすることが可能となる。また、摂動信号を切り替える指標となる判別関数の設定には、低域通過部または積分部からの出力である傾き抽出信号のみを計測すればよい。よって、パラメータ計測及び信号の演算が簡素化された高精度な極値探索が可能となる。   As a result, the amplitude of the perturbation signal attenuates as the operating point approaches the maximum power point, so that stable and efficient maximum power follow-up operation can be performed without falling into the ultimate periodic orbit. For setting the discriminant function that serves as an index for switching the perturbation signal, only the slope extraction signal that is the output from the low-pass section or the integration section may be measured. Therefore, it is possible to perform an extreme value search with simplified parameter measurement and signal calculation.

また、さらに、関数を変化させる発電装置の状態量を検出する状態量検出ステップと、前記状態量検出ステップで検出した前記状態量に応じて、制御対象となる評価関数を、所定の期間、前記発電装置の前記関数から前記状態量に対応した疑似評価関数に置き換える評価関数置換ステップと、評価関数置換ステップの後、制御対象となる評価関数を前記疑似評価関数から前記発電装置の前記関数に戻す評価関数復元ステップとを備えてもよい。   Further, a state quantity detection step for detecting a state quantity of the power generation device that changes the function, and an evaluation function to be controlled according to the state quantity detected in the state quantity detection step, for a predetermined period, After the evaluation function replacement step of replacing the function of the power generation device with a pseudo evaluation function corresponding to the state quantity, and the evaluation function replacement step, the evaluation function to be controlled is returned from the pseudo evaluation function to the function of the power generation device. An evaluation function restoring step.

これにより、発電装置が多峰性の関数を有する場合であっても、当該関数を、発電装置の状態量に対応した疑似評価関数に置換して極値探索を実行するので、動作点が誤った極大点に収束することを回避でき、正確な最大電力追従制御が可能となる。   As a result, even if the power generator has a multimodal function, the function is replaced with a pseudo-evaluation function corresponding to the state quantity of the power generator, and the extreme value search is performed. Therefore, it is possible to avoid convergence to the maximum point and to perform accurate maximum power tracking control.

また、本発明は、最大電力追従制御方法をコンピュータにより実現するコンピュータプログラムであるとしても良いし、上記コンピュータプログラムからなるデジタル信号であるとしても良い。   Further, the present invention may be a computer program that realizes the maximum power tracking control method by a computer, or may be a digital signal composed of the computer program.

さらに、本発明は、上記コンピュータプログラムまたは上記デジタル信号をコンピュータ読み取り可能な非一時的な記録媒体、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、CD−ROM、MO、DVD、DVD−ROM、DVD−RAM、BD(Blu−ray(登録商標) Disc)、半導体メモリなどに記録したものとしても良い。また、これらの非一時的な記録媒体に記録されている上記デジタル信号であるとしても良い。   Furthermore, the present invention provides a non-transitory recording medium that can read the computer program or the digital signal, for example, a flexible disk, a hard disk, a CD-ROM, an MO, a DVD, a DVD-ROM, a DVD-RAM, a BD ( It may be recorded on a Blu-ray (registered trademark) Disc), a semiconductor memory or the like. The digital signal may be recorded on these non-temporary recording media.

また、本発明は、上記コンピュータプログラムまたは上記デジタル信号を、電気通信回線、無線または有線通信回線、インターネットを代表とするネットワーク、データ放送等を経由して伝送するものとしても良い。   In the present invention, the computer program or the digital signal may be transmitted via an electric communication line, a wireless or wired communication line, a network represented by the Internet, a data broadcast, or the like.

また、本発明は、マイクロプロセッサとメモリを備えたコンピュータシステムであって、上記メモリは、上記コンピュータプログラムを記憶しており、上記マイクロプロセッサは、上記コンピュータプログラムに従って動作するとしても良い。   The present invention may be a computer system including a microprocessor and a memory, wherein the memory stores the computer program, and the microprocessor operates according to the computer program.

また、上記プログラムまたは上記デジタル信号を上記非一時的な記録媒体に記録して移送することにより、または上記プログラムまたは上記デジタル信号を、上記ネットワーク等を経由して移送することにより、独立した他のコンピュータシステムにより実施するとしても良い。   Further, by recording the program or the digital signal on the non-temporary recording medium and transferring it, or transferring the program or the digital signal via the network or the like, It may be implemented by a computer system.

なお、実施の形態3に係る最大電力追従制御装置10は、HPF部11と、LPF部12と、積分部13と、摂動信号乗算部14と、摂動信号切替部15と、評価関数置換部26と、日射量検出部27と、テーブルデータ28とを備える。しかしながら、多峰性の評価関数を有する制御対象の最大電力を正確に追従する制御装置という観点からは、上記第1信号〜上記第4信号のうち第3信号のみに基づいて設定された判別関数により摂動信号を切り替える摂動信号切替部15は、必須の構成要素ではない。上記観点における制御装置は、例えば、摂動信号切替部15に替えて、図3に示されたリアプノフ関数に基づいた摂動信号スイッチ部514を備えてもよい。以下、本制御装置について図20を用いて説明する。   Note that the maximum power tracking control device 10 according to the third embodiment includes an HPF unit 11, an LPF unit 12, an integration unit 13, a perturbation signal multiplication unit 14, a perturbation signal switching unit 15, and an evaluation function replacement unit 26. A solar radiation amount detection unit 27 and table data 28. However, from the viewpoint of a control device that accurately follows the maximum power of a control target having a multimodal evaluation function, a discriminant function set based only on the third signal among the first to fourth signals. Therefore, the perturbation signal switching unit 15 that switches the perturbation signal is not an essential component. For example, the control device in the above aspect may include a perturbation signal switch unit 514 based on the Lyapunov function shown in FIG. 3 instead of the perturbation signal switching unit 15. Hereinafter, the control apparatus will be described with reference to FIG.

図20は、評価関数置換部とリアプノフ関数に基づいた摂動信号スイッチ部とを有する最大電力追従制御装置を含む制御システムの構成を示す機能ブロック図である。同図に示されるように、本最大電力追従制御装置は、HPF部11と、LPF部12と、積分部13と、摂動信号スイッチ部514と、評価関数置換部26と、日射量検出部27と、テーブルデータ28とを備える。本最大電力追従制御装置は、実施の形態3に係る最大電力追従制御装置10と比較して、摂動信号乗算部14及び摂動信号切替部15がなく、摂動信号スイッチ部514が付加されている点が構成として異なる。以下、実施の形態3に係る最大電力追従制御装置10と同じ点は説明を省略し、異なる点のみ説明する。   FIG. 20 is a functional block diagram showing a configuration of a control system including a maximum power tracking control device having an evaluation function replacement unit and a perturbation signal switch unit based on a Lyapunov function. As shown in the figure, the maximum power follow-up control apparatus includes an HPF unit 11, an LPF unit 12, an integration unit 13, a perturbation signal switch unit 514, an evaluation function replacement unit 26, and a solar radiation amount detection unit 27. And table data 28. Compared with the maximum power tracking control device 10 according to the third embodiment, this maximum power tracking control device does not have the perturbation signal multiplication unit 14 and the perturbation signal switching unit 15 but has a perturbation signal switch unit 514 added thereto. Is different in configuration. Hereinafter, description of the same points as those of the maximum power tracking control device 10 according to the third embodiment will be omitted, and only different points will be described.

本最大電力追従制御装置は、積分部513から出力された変数uに対して、式1に示すように、リアプノフ関数Fに応じて切り替えられる摂動信号ε(t)が加算される。また、多峰性の評価関数に対して、疑似評価関数への置き換えを実行する構成は実施の形態3に係る最大電力追従制御装置10と同じである。   In the maximum power tracking control device, a perturbation signal ε (t) that is switched according to the Lyapunov function F is added to the variable u output from the integration unit 513 as shown in Expression 1. Further, the configuration for executing the replacement of the multimodal evaluation function with the pseudo evaluation function is the same as that of the maximum power tracking control device 10 according to the third embodiment.

上記構成の場合、リアプノフ関数Fの導出に関し、座標変換、近似及び線形化などの煩雑な演算が必要となるため、パラメータ計測及び演算を簡素化することはできないが、部分影発生などにより評価関数が多峰性を示す場合には、評価関数置換部26が適切な疑似評価関数Pfを設定するので、正確な太陽電池パネルの最大電力追従制御が可能となる。   In the case of the above configuration, since complicated calculations such as coordinate transformation, approximation, and linearization are required for derivation of the Lyapunov function F, parameter measurement and calculation cannot be simplified. Since the evaluation function replacement unit 26 sets an appropriate pseudo evaluation function Pf, accurate maximum power follow-up control of the solar battery panel is possible.

また、実施の形態3では、2つの極大点を有する評価関数に対する最大電力追従制御を紹介したが、これに限られない。本発明の最大電力追従制御装置10は、評価関数の極大点が3点以上存在する場合にも拡張することが可能である。   In the third embodiment, the maximum power follow-up control for the evaluation function having two maximum points is introduced, but the present invention is not limited to this. The maximum power tracking control device 10 of the present invention can be expanded even when there are three or more maximum points of the evaluation function.

また、実施の形態1〜3において、発電装置として太陽電池発電装置を例示したが、これに限られず、風力発電装置や燃料電池発電装置、およびこれらを分散配置した分散電源などにも適用できる。   In the first to third embodiments, the solar cell power generation device is exemplified as the power generation device. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to a wind power generation device, a fuel cell power generation device, and a distributed power source in which these are distributed.

本発明は、最大電力追従制御装置として、特に、パラメータ計測及び演算を簡素化しつつ高精度な極値探索が可能となる太陽光発電システムに対して有用である。   The present invention is useful as a maximum power follow-up control device, particularly for a photovoltaic power generation system that enables highly accurate extreme value search while simplifying parameter measurement and calculation.

1、10、20 最大電力追従制御装置
2、502 制御対象
11、511 高域通過フィルタ部(HPF部)
12、512 低域通過フィルタ部(LPF部)
13、513 積分部
14 摂動信号乗算部
15、25 摂動信号切替部
21 太陽電池発電装置
26 評価関数置換部
27 日射量検出部
28 テーブルデータ
514 摂動信号スイッチ部
1, 10, 20 Maximum power tracking control device 2, 502 Control object 11, 511 High-pass filter section (HPF section)
12, 512 Low-pass filter part (LPF part)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 13, 513 Integration part 14 Perturbation signal multiplication part 15, 25 Perturbation signal switching part 21 Solar cell power generation device 26 Evaluation function replacement part 27 Solar radiation amount detection part 28 Table data 514 Perturbation signal switch part

Claims (8)

出力電力が物理変数の関数として表される発電装置に対して前記出力電力が最大となるよう、前記物理変数を追従制御させる最大電力追従制御装置であって、
前記出力電力の直流成分を除去した信号である第1信号を出力する高域通過部と、
前記第1信号に、第1の摂動信号を乗算する摂動信号乗算部と、
前記第1信号に前記第1の摂動信号が乗算された第2信号の低域成分を抽出した信号であって、前記関数の傾きを反映した信号である第3信号を出力する低域通過部と、
前記第3信号を積分した信号であって、前記関数の傾きに対応した第4信号を出力する積分部と、
前記第1信号〜前記第4信号のうち、前記第3信号または前記第4信号である傾き抽出信号のみに基づいて設定された判別関数が所定の閾値よりも大きい場合、振幅が一定である前記第1の摂動信号を出力し、前記判別関数が前記所定の閾値以下である場合、振幅が時間経過とともに減衰する第2の摂動信号を出力する摂動信号切替部とを備え、
前記第4信号に、前記摂動信号切替部から出力された前記第1の摂動信号または前記第2の摂動信号を加算した信号を、前記物理変数として前記発電装置に入力する
最大電力追従制御装置。
A maximum power follow-up control device that performs follow-up control on the physical variable such that the output power is maximized with respect to a power generation device whose output power is expressed as a function of a physical variable,
A high-pass section that outputs a first signal that is a signal obtained by removing a DC component of the output power;
A perturbation signal multiplier for multiplying the first signal by a first perturbation signal;
A low-pass section that outputs a third signal that is a signal obtained by extracting a low-frequency component of a second signal obtained by multiplying the first signal by the first perturbation signal and that reflects the slope of the function When,
An integration unit that outputs a fourth signal corresponding to the slope of the function, which is a signal obtained by integrating the third signal;
Of the first signal to the fourth signal, the amplitude is constant when the discriminant function set based only on the third signal or the slope extraction signal that is the fourth signal is larger than a predetermined threshold value. A perturbation signal switching unit that outputs a first perturbation signal, and outputs a second perturbation signal whose amplitude attenuates with time when the discriminant function is equal to or less than the predetermined threshold;
A maximum power follow-up control device, wherein a signal obtained by adding the first perturbation signal or the second perturbation signal output from the perturbation signal switching unit to the fourth signal is input to the power generation device as the physical variable.
前記判別関数は、前記傾き抽出信号の時間変化を表す関数である
請求項1に記載の最大電力追従制御装置。
The maximum power follow-up control device according to claim 1, wherein the discriminant function is a function representing a time change of the slope extraction signal.
時刻tにおける前記判別関数は、前記第1の摂動信号及び前記第2の摂動信号の周期をTとした場合、前記傾き抽出信号を時刻(t−T)から時刻tまで時間積分した値である第1積分値と、前記傾き抽出信号を時刻(t―nT)から時刻(t−(n−1)T)(nは2以上の整数)まで時間積分した値である第2積分値との差分の絶対値である
請求項1または2に記載の最大電力追従制御装置。
The discriminant function at time t is a value obtained by integrating the slope extraction signal from time (t−T) to time t, where T is the period of the first perturbation signal and the second perturbation signal. A first integral value and a second integral value that is a value obtained by time-integrating the slope extraction signal from time (t−nT) to time (t− (n−1) T) (n is an integer of 2 or more). The maximum power tracking control device according to claim 1, wherein the maximum power tracking control device is an absolute value of a difference.
さらに、
前記関数を変化させる前記発電装置の状態量を検出する状態量検出部と、
前記状態量検出部から取得した前記状態量に応じて、制御対象となる評価関数を、前記発電装置の前記関数から前記状態量に対応した疑似評価関数に置き換える評価関数置換部とを備える
請求項1〜3のいずれか1項に記載の最大電力追従制御装置。
further,
A state quantity detector that detects a state quantity of the power generation device that changes the function;
An evaluation function replacement unit that replaces an evaluation function to be controlled with a pseudo evaluation function corresponding to the state quantity from the function of the power generation device according to the state quantity acquired from the state quantity detection unit. The maximum electric power tracking control apparatus of any one of 1-3.
前記評価関数置換部は、前記制御対象となる評価関数を前記発電装置の前記関数から前記疑似評価関数に置き換え、所定の期間が経過した後、前記制御対象となる評価関数を前記疑似評価関数から前記発電装置の前記関数に戻す
請求項4に記載の最大電力追従制御装置。
The evaluation function replacement unit replaces the evaluation function to be controlled with the pseudo-evaluation function from the function of the power generation device, and after the elapse of a predetermined period, the evaluation function to be controlled with the pseudo-evaluation function The maximum power tracking control device according to claim 4, wherein the function is returned to the function of the power generation device.
前記発電装置は、複数の太陽電池セルが直列接続された太陽電池パネルを含み、
前記関数は、前記物理変数を電圧とする関数であり、
前記状態量検出部は、前記複数の太陽電池セルのそれぞれの日射量を前記状態量として計測し、
前記最大電力追従制御装置は、さらに、
複数の太陽電池セルのそれぞれの日射量と、前記関数における複数の極大値のうち前記関数の最大値が得られる電圧領域との関係を示すテーブルデータを予め格納し、
前記評価関数置換部は、前記状態量検出部から取得した前記日射量に応じて前記関数が複数の極大値を有するか否かを判定し、前記関数が複数の極大値を有すると判定した場合、前記テーブルデータを参照することにより、前記最大値でない極大点が存在する電圧領域から前記最大値である極大点が存在する電圧領域へ向かって単調増加する関数を、前記疑似評価関数として設定する
請求項4または5に記載の最大電力追従制御装置。
The power generation device includes a solar panel in which a plurality of solar cells are connected in series,
The function is a function using the physical variable as a voltage,
The state quantity detection unit measures the amount of solar radiation of each of the plurality of solar cells as the state quantity,
The maximum power tracking control device further includes:
Preliminarily storing table data indicating the relationship between the amount of solar radiation of each of the plurality of solar cells and the voltage region in which the maximum value of the function is obtained among the plurality of maximum values in the function,
The evaluation function replacement unit determines whether or not the function has a plurality of maximum values according to the amount of solar radiation acquired from the state quantity detection unit, and determines that the function has a plurality of maximum values By referring to the table data, a function that monotonously increases from the voltage region where the maximum point that is not the maximum value exists toward the voltage region where the maximum point that is the maximum value exists is set as the pseudo evaluation function. The maximum power follow-up control device according to claim 4 or 5.
出力電力が物理変数の関数として表される発電装置に対して前記出力電力が最大となるよう前記物理変数を追従制御させる最大電力追従制御方法であって、
前記出力電力の直流成分を除去した信号である第1信号を出力する高域通過ステップと、
前記第1信号に、第1の摂動信号を乗算する摂動信号乗算ステップと、
前記第1信号に前記第1の摂動信号が乗算された第2信号の低域成分を抽出した信号であって、前記関数の傾きを反映した信号である第3信号を出力する低域通過ステップと、
前記第3信号を積分した信号であって、前記関数の傾きに対応した第4信号を出力する積分ステップ部と、
前記第1信号〜前記第4信号のうち、前記第3信号または前記第4信号である傾き抽出信号のみに基づいて設定された判別関数が所定の閾値よりも大きい場合、振幅が一定である前記第1の摂動信号を出力し、前記判別関数が前記所定の閾値以下である場合、振幅が時間経過とともに減衰する第2の摂動信号を出力する摂動信号切替ステップと、
前記第4信号に、前記摂動信号切替ステップで出力された前記第1の摂動信号または前記第2の摂動信号を加算した信号を、前記物理変数として前記発電装置に入力する摂動信号加算ステップとを含む
最大電力追従制御方法。
A maximum power tracking control method for performing tracking control of the physical variable such that the output power is maximized with respect to a power generation device in which output power is expressed as a function of the physical variable,
A high-pass step of outputting a first signal which is a signal from which a direct current component of the output power is removed;
A perturbation signal multiplication step of multiplying the first signal by a first perturbation signal;
A low-pass step of outputting a third signal, which is a signal obtained by extracting a low-frequency component of the second signal obtained by multiplying the first signal by the first perturbation signal and reflecting the slope of the function When,
An integration step unit for outputting a fourth signal corresponding to the slope of the function, which is a signal obtained by integrating the third signal;
Of the first signal to the fourth signal, the amplitude is constant when the discriminant function set based only on the third signal or the slope extraction signal that is the fourth signal is larger than a predetermined threshold value. A perturbation signal switching step for outputting a first perturbation signal and outputting a second perturbation signal whose amplitude is attenuated over time when the discriminant function is equal to or less than the predetermined threshold;
A perturbation signal addition step of inputting a signal obtained by adding the first perturbation signal or the second perturbation signal output in the perturbation signal switching step to the fourth signal as the physical variable to the power generator. Including maximum power tracking control method.
さらに、
前記関数を変化させる前記発電装置の状態量を検出する状態量検出ステップと、
前記状態量検出ステップで検出した前記状態量に応じて、制御対象となる評価関数を、所定の期間、前記発電装置の前記関数から前記状態量に対応した疑似評価関数に置き換える評価関数置換ステップと、
評価関数置換ステップの後、制御対象となる評価関数を前記疑似評価関数から前記発電装置の前記関数に戻す評価関数復元ステップとを備える
請求項7に記載の最大電力追従制御方法。
further,
A state quantity detection step of detecting a state quantity of the power generation device that changes the function;
An evaluation function replacement step of replacing an evaluation function to be controlled with a pseudo evaluation function corresponding to the state quantity from the function of the power generation device for a predetermined period according to the state quantity detected in the state quantity detection step; ,
The maximum power follow-up control method according to claim 7, further comprising: an evaluation function restoration step that returns an evaluation function to be controlled from the pseudo evaluation function to the function of the power generator after the evaluation function replacement step.
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