JP2019175219A - Power conversion apparatus and maximum power point follow-up control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力変換装置及び最大電力点追従制御方法に関する。 The present invention relates to a power conversion device and a maximum power point tracking control method.
例えば太陽光発電パネルには電力変換装置としてのパワーコンディショナが接続され、このパワーコンディショナを介して商用電力系統との系統連系を行うことができる。パワーコンディショナは、太陽光発電パネルから、その時点での最大の電力を引き出すため、最大電力点追従制御(MPPT(Maximum Power Point Tracking)制御)を行っている(例えば、特許文献1参照。)。 For example, a power conditioner as a power conversion device is connected to the photovoltaic power generation panel, and grid connection with a commercial power system can be performed via this power conditioner. The power conditioner performs maximum power point tracking control (MPPT (Maximum Power Point Tracking) control) in order to draw the maximum power at that time from the photovoltaic power generation panel (see, for example, Patent Document 1). .
入力可能な電力に関してのパワーコンディショナの能力は、基本的には、太陽光発電パネルの発電電力に合わせて選定されるべきである。しかしながら、太陽光発電パネルは日射条件によって発電量が変化し、期待される発電電力を常に出力できるとは限らない。また、太陽光発電パネル自体のコストも従前より安価になりつつある。そこで、設置スペースを最大限に活用して、できるだけ多くの太陽光発電パネルを設置し、それに比してパワーコンディショナの能力を若干抑える、というシステム構成がある。その結果、パワーコンディショナに入力可能な電力よりも太陽光発電パネルの発電電力の最大値の方が大きい「過積載」の状態が起こり得る(例えば、特許文献2,3参照。)。
The capacity of the power conditioner regarding the power that can be input should basically be selected according to the power generated by the photovoltaic power generation panel. However, the amount of power generated by the solar power generation panel varies depending on the solar radiation conditions, and the generated power generated cannot always be output. In addition, the cost of the photovoltaic power generation panel itself is becoming cheaper than before. Therefore, there is a system configuration in which as many solar power generation panels as possible are installed by making the most of the installation space, and the capacity of the power conditioner is slightly reduced. As a result, an “overloaded” state can occur in which the maximum value of the generated power of the photovoltaic power generation panel is greater than the power that can be input to the power conditioner (see, for example,
しかしながら、過積載の状態でパワーコンディショナがMPPT制御を行う場合、パワーコンディショナの能力範囲でしか電力を引き出せない。従って、太陽光発電パネルが定格通りの最大電力を発電できる場合でも、その最大電力を引き出すことができない場合が起こり得る。このような場合、発電電力の無駄が生じる。 However, when the power conditioner performs MPPT control in an overloaded state, power can be drawn only within the capacity range of the power conditioner. Therefore, even when the solar power generation panel can generate the maximum power as rated, the maximum power may not be extracted. In such a case, the generated power is wasted.
かかる課題に鑑み、本発明は、太陽光発電パネルが過積載の状態で電力変換装置が使用されても、発電電力の無駄を抑制することを目的とする。 In view of such a problem, an object of the present invention is to suppress waste of generated power even when a power conversion device is used in a state where a photovoltaic power generation panel is overloaded.
本開示は、以下の発明を含む。但し、本発明は、特許請求の範囲によって定められるものである。 The present disclosure includes the following inventions. However, the present invention is defined by the claims.
本発明の一表現に係る電力変換装置とは、太陽光発電パネルと、電力を引き込む負荷との間に設けられる電力変換装置であって、前記太陽光発電パネルから電力を取り出す電力変換部と、前記電力変換部を制御して最大電力点追従制御を行う機能を有し、当該電力変換装置に入力可能な電力上限の特性を把握している制御部と、を備え、前記制御部は、前記最大電力点追従制御において、前記太陽光発電パネルの出力曲線における値域のいずれか一方側から最大電力点にアプローチしている途中で前記特性による制約を受ける第1の電力点に到達した場合、前記値域の範囲内で前記値域の他方側から前記最大電力点にアプローチして前記第1の電力点とは異なる第2の電力点を探索する、電力変換装置である。 The power conversion device according to an expression of the present invention is a power conversion device provided between a solar power generation panel and a load that draws power, and a power conversion unit that extracts power from the solar power generation panel; A control unit that has a function of controlling the power conversion unit to perform maximum power point tracking control and grasps a characteristic of an upper limit of power that can be input to the power conversion device, and the control unit includes the In the maximum power point tracking control, when reaching the first power point that is restricted by the above characteristics while approaching the maximum power point from either side of the value range in the output curve of the photovoltaic power generation panel, It is a power converter which approaches the maximum power point from the other side of the range within the range and searches for a second power point different from the first power point.
また、本発明の一表現に係る方法は、太陽光発電パネルと、電力を引き込む負荷との間に設けられる電力変換装置における、最大電力点追従制御方法であって、前記太陽光発電パネルから電力を取り出す電力変換部を制御して最大電力点追従制御を行い、前記最大電力点追従制御において、前記太陽光発電パネルの出力曲線における値域のいずれか一方側から最大電力点にアプローチしている途中で、当該電力変換装置に入力可能な電力上限の特性による制約を受ける第1の電力点に到達した場合、前記値域の範囲内で前記値域の他方側から前記最大電力点にアプローチして前記第1の電力点とは異なる第2の電力点を探索する、最大電力点追従制御方法である。 A method according to an aspect of the present invention is a maximum power point tracking control method in a power conversion device provided between a photovoltaic power generation panel and a load that draws power, and the power from the photovoltaic power generation panel The maximum power point tracking control is performed by controlling the power conversion unit that takes out the power, and in the maximum power point tracking control, the maximum power point is approached from either side of the value range in the output curve of the photovoltaic panel. When the first power point that is restricted by the characteristics of the upper limit of power that can be input to the power converter is reached, the maximum power point is approached from the other side of the range within the range. This is a maximum power point tracking control method for searching for a second power point different from the first power point.
太陽光発電パネルが過積載の状態で電力変換装置が使用されても、発電電力の無駄を抑制することができる。 Even if the power conversion device is used in a state where the photovoltaic power generation panel is overloaded, waste of generated power can be suppressed.
[実施形態の要旨]
本発明の実施形態の要旨としては、少なくとも以下のものが含まれる。
[Summary of Embodiment]
The gist of the embodiment of the present invention includes at least the following.
(1)これは、太陽光発電パネルと、電力を引き込む負荷との間に設けられる電力変換装置であって、前記太陽光発電パネルから電力を取り出す電力変換部と、前記電力変換部を制御して最大電力点追従制御を行う機能を有し、当該電力変換装置に入力可能な電力上限の特性を把握している制御部と、を備え、前記制御部は、前記最大電力点追従制御において、前記太陽光発電パネルの出力曲線における値域のいずれか一方側から最大電力点にアプローチしている途中で前記特性による制約を受ける第1の電力点に到達した場合、前記値域の範囲内で前記値域の他方側から前記最大電力点にアプローチして前記第1の電力点とは異なる第2の電力点を探索する、電力変換装置である。
なお、「値域」とは、電流の値域又は電圧の値域である。
(1) This is a power conversion device provided between a photovoltaic power generation panel and a load that draws power, and controls a power conversion unit that extracts power from the solar power generation panel, and the power conversion unit. A control unit that has a function of performing maximum power point tracking control and grasps the characteristics of the upper limit of power that can be input to the power conversion device, and the control unit is configured to perform the maximum power point tracking control, When the first power point that is restricted by the characteristic is reached while approaching the maximum power point from either side of the value range in the output curve of the photovoltaic power generation panel, the value range is within the range of the value range. The second power point is searched for a second power point different from the first power point by approaching the maximum power point from the other side.
The “value range” is a current value range or a voltage value range.
例えば、いわゆる過積載の状態で使用される電力変換装置では、太陽光発電パネルから出力可能な電力が、電力変換装置に入力可能な電力上限の特性を超えることがある。この場合には、制御部が最大電力点追従制御を行おうとしても、太陽光発電パネルの出力曲線における最大電力点に到達することができず、最大電力点の両側に、事実上の最大電力点の候補が存在する場合がある。そこで、このような場合に、値域の一方側のみからではなく、他方側からも最大電力点にアプローチすることにより、複数の、事実上の最大電力点の候補から、最も電力の大きい電力点を探すことができる。このような制御を行う電力変換装置では、過積載であっても、その時点で太陽光発電パネルから引き出せる最大の電力を引き出すことができ、効率よく発電電力を利用することができる。 For example, in a power conversion device used in a so-called overloaded state, the power that can be output from the photovoltaic power generation panel may exceed the power upper limit characteristic that can be input to the power conversion device. In this case, even if the control unit attempts to perform maximum power point tracking control, it cannot reach the maximum power point in the output curve of the photovoltaic power generation panel, and the maximum power point on both sides of the maximum power point. There may be point candidates. Therefore, in such a case, by approaching the maximum power point not only from one side of the range but also from the other side, the power point with the highest power can be determined from a plurality of candidates for the maximum power point. You can search. In the power conversion device that performs such control, even if it is overloaded, the maximum power that can be drawn from the photovoltaic power generation panel at that time can be drawn, and the generated power can be used efficiently.
(2)また、(1)の電力変換装置において、例えば、前記制御部は、前記最大電力点追従制御における電力点が、前記第1の電力点に到達した場合、前記値域内で電圧又は電流を所定量変化させて、前記出力曲線上で、直前の電力点からは不連続となる他の電力点に移動する制御を行うことができる。
このような手法により、制御部は、値域の他方側から最大電力点にアプローチすることができる。
(2) Moreover, in the power converter of (1), for example, when the power point in the maximum power point tracking control reaches the first power point, the control unit is configured to perform voltage or current within the range. Can be controlled to move to another power point that is discontinuous from the previous power point on the output curve.
With such a method, the control unit can approach the maximum power point from the other side of the range.
(3)また、(2)の電力変換装置において、前記制御部は、前記最大電力点追従制御における電力点が、前記第1の電力点に到達した場合、電圧又は電流を前記値域の反対側の末端近傍まで変化させるようにしてもよい。
この場合、確実に値域の他方側にジャンプし、第2の電力点を探すことができる。
(3) Moreover, in the power conversion device of (2), when the power point in the maximum power point tracking control reaches the first power point, the control unit converts the voltage or current to the opposite side of the range. You may make it change to the terminal vicinity.
In this case, it is possible to reliably jump to the other side of the range and search for the second power point.
(4)また、(1)〜(3)のいずれかの電力変換装置において、例えば、前記制御部は、前記最大電力点追従制御における電力点が、前記第1の電力点及びその電力を記憶した後前記第2の電力点に移動し、前記第2の電力点の電力が前記第1の電力点より大きい場合は制御上で前記第2の電力点にとどまり、逆に、前記第2の電力点の電力が前記第1の電力点より小さい場合は制御上で前記第1の電力点に戻るようにしてもよい。
このようにすれば、2つの電力点のうち、常に、電力の大きい方を選択することができる。
(4) In the power conversion device according to any one of (1) to (3), for example, the control unit stores the first power point and the power thereof as the power point in the maximum power point tracking control. After that, if the power of the second power point is larger than the first power point, the second power point is controlled and stays at the second power point. When the power at the power point is smaller than the first power point, the power point may be returned to the first power point on the control.
In this way, it is possible to always select the larger one of the two power points.
(5)一方、これは、太陽光発電パネルと、電力を引き込む負荷との間に設けられる電力変換装置における、最大電力点追従制御方法であって、前記太陽光発電パネルから電力を取り出す電力変換部を制御して最大電力点追従制御を行い、前記最大電力点追従制御において、前記太陽光発電パネルの出力曲線における値域のいずれか一方側から最大電力点にアプローチしている途中で、当該電力変換装置に入力可能な電力上限の特性による制約を受ける第1の電力点に到達した場合、前記値域の範囲内で前記値域の他方側から前記最大電力点にアプローチして前記第1の電力点とは異なる第2の電力点を探索する、最大電力点追従制御方法である。 (5) On the other hand, this is a maximum power point tracking control method in a power conversion device provided between a photovoltaic power generation panel and a load that draws power, and the power conversion takes out power from the photovoltaic power generation panel. The maximum power point tracking control is performed by controlling the unit, and in the maximum power point tracking control, while approaching the maximum power point from either side of the value range in the output curve of the photovoltaic power generation panel, the power When the first power point that is constrained by the characteristics of the upper limit of power that can be input to the converter is reached, the first power point is approached from the other side of the range within the range by approaching the maximum power point. This is a maximum power point tracking control method for searching for a second power point different from.
例えば、いわゆる過積載の状態で使用される電力変換装置では、太陽光発電パネルから出力可能な電力が、電力変換装置に入力可能な電力上限の特性を超えることがある。この場合には、最大電力点追従制御を行おうとしても、太陽光発電パネルの出力曲線における最大電力点に到達することができず、最大電力点の両側に、事実上の最大電力点の候補が存在する。そこで、このような場合に、値域の一方側のみからではなく、他方側からも最大電力点にアプローチすることにより、複数の、事実上の最大電力点の候補から、最も電力の大きい電力点を探すことができる。このような制御を行うことにより、過積載の状態で使用される電力変換装置であっても、その時点で太陽光発電パネルから引き出せる最大の電力を引き出すことができ、効率よく発電電力を利用することができる。 For example, in a power conversion device used in a so-called overloaded state, the power that can be output from the photovoltaic power generation panel may exceed the power upper limit characteristic that can be input to the power conversion device. In this case, even if the maximum power point tracking control is performed, the maximum power point in the output curve of the photovoltaic power generation panel cannot be reached, and practical maximum power point candidates are placed on both sides of the maximum power point. Exists. Therefore, in such a case, by approaching the maximum power point not only from one side of the range but also from the other side, the power point with the highest power can be selected from a plurality of candidates for the maximum power point. You can search. By performing such control, even a power conversion device used in an overloaded state can extract the maximum power that can be drawn from the photovoltaic power generation panel at that time, and efficiently use the generated power be able to.
[実施形態の詳細]
以下、本発明の一実施形態に係る電力変換装置について、図面を参照して説明する。なお、本実施形態に登場する数値はいずれも一例に過ぎず、記載した値に限定される訳ではない。
[Details of the embodiment]
Hereinafter, a power converter according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The numerical values appearing in the present embodiment are merely examples, and are not limited to the described values.
《電力変換装置の回路構成例》
図1は、電力変換装置1(パワーコンディショナ)を中心とした回路図である。図において、電力変換装置1は、太陽光発電パネル2と、交流電路3との間に設けられている。交流電路3は、商用電力系統4と接続されている。また、電力変換装置1は、蓄電池5と接続されている。
<< Circuit configuration example of power conversion device >>
FIG. 1 is a circuit diagram centering on a power converter 1 (power conditioner). In the figure, the power conversion device 1 is provided between the photovoltaic
電力変換装置1は、2つのDC/DCコンバータ6,7と、DCバス8と、インバータ9とを備えている。主回路要素から順に説明すると、太陽光発電パネル2と接続される直流入力端側には、直流側コンデンサ11が入力に対して並列に設けられている。入力された電圧はDC/DCコンバータ6により所望の電圧に変換され、DCバス8に出力される。DC/DCコンバータ6は、DCリアクトル12と、スイッチング素子Q1と、ダイオード13とを備えている。スイッチング素子Q1は、例えばMOS−FET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)であり、ボディダイオードを有する。なお、図1の例では、他のスイッチング素子Q2〜Q9も全てMOS−FETであるが、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等、他の半導体スイッチであってもよい。
The power conversion apparatus 1 includes two DC /
また、蓄電池5と並列に接続される直流側コンデンサ15と、DCバス8との間には、DC/DCコンバータ7が設けられている。DC/DCコンバータ7は、双方向性があり、蓄電池5の放電時には昇圧動作を行い、また、蓄電池5の充電時は降圧動作を行う。DC/DCコンバータ7は、DCリアクトル16と、ローサイドのスイッチング素子Q2と、ハイサイドのスイッチング素子Q3とを備えている。
A DC / DC converter 7 is provided between the DC-
DCバス8の電圧すなわち中間コンデンサ14の両端電圧は、フルブリッジ回路を成すスイッチング素子Q4,Q5,Q6,Q7,Q8,Q9によって構成されるインバータ9に与えられる。インバータ9は、DCバス8の直流電圧を、単相3線の交流電圧に変換する。ACリアクトル17,18,19及び交流側コンデンサ20,21は、インバータ9の発生する高周波ノイズが交流電路3に出ることを防止するフィルタ回路として機能している。交流電路U−W線間には例えば202V、U−O線間、及びW−O線間にはそれぞれ、O線を0電位として+101V、−101Vが出力される。
The voltage of the
蓄電池5は、太陽光発電パネル2の発電電力により充電することができ、また、商用電力系統4からの電力を用いて充電することもできる。商用電力系統4からの電力を用いて蓄電池5を充電する場合には、インバータ9は、交流から直流への整流器として機能する。
The
計測・制御用の回路要素としては、電圧センサ22と、電流センサ23とが設けられている。電圧センサ22は、太陽光発電パネル2の発電電圧を検出して、検出出力を制御部24に送る。電流センサ23は、太陽光発電パネル2から引き出される電流を検出して、検出出力を制御部24に送る。なお、他にも、計測・制御用の電圧センサ及び電流センサは随所に設けられているが、ここでは図示を省略している。制御部24は、各センサから送られてくる検出出力に基づいてスイッチング素子Q1,Q2,Q3,Q4〜Q9のオン・オフを制御する。
As a circuit element for measurement / control, a
制御部24は例えば、コンピュータを含み、ソフトウェア(コンピュータプログラム)をコンピュータが実行することで、必要な制御機能を実現する。ソフトウェアは、制御部24の記憶装置(図示せず。)に格納される。
The
太陽光発電パネル2が発電中は、電力変換装置1は、交流電路3との系統連系運転を行う。これにより、交流電路3に接続されている需要家の負荷(図示せず。)への給電、及び、商用電力系統4への逆潮(売電)を行うことができる。さらに、必要に応じて、太陽光発電パネル2の発電電力を用いて蓄電池5を充電することもできる。
また例えば夜間には、蓄電池5を放電させることにより、交流電路3に接続されている需要家の負荷への給電を行うことができる。
While the photovoltaic
For example, at night, the
《MPPT制御》
ここで、インバータ9と共に電力変換部を構成するDC/DCコンバータ6は、制御部24の制御により、最大電力点追従制御(MPPT(Maximum Power Point Tracking)制御)を行う。MPPT制御を行うことにより、太陽からの日射の状況によって発電量が変動する太陽光発電パネル2から、その時点での最大電力を引き出すことができる。
<MPPT control>
Here, the DC /
また、この電力変換装置1は、入力可能な電力上限の特性に関して、太陽光発電パネル2から出力可能な電力が、電力上限の特性を超えることがある状態で使用されている。すなわち、電力変換装置1は、過積載の状態で使用されている。
In addition, the power conversion device 1 is used in a state where the power that can be output from the photovoltaic
図2は、太陽光発電パネル2の発電電力を電圧と電力との関係で表した出力曲線(実線)と、電力変換装置1に入力可能な電力上限を電圧と電力との関係で表した折れ線(点線)とを示すグラフである。太陽光発電パネル2から引き出せる電力は、この出力曲線上の値となり、出力曲線上にない値をとることはできない。また、電力変換装置1は、内部で使用している電子部品の性能上の制約により、入力可能な電力上限がある。一般には、電力変換装置1(の制御部24)自身が、ソフトウェアにより、入力可能な電力上限を設定している。
FIG. 2 shows an output curve (solid line) representing the generated power of the photovoltaic
《入力可能な電力上限の設定》
図3は、電力変換装置1に入力可能な電力上限を選択するフローチャートである。この処理は、制御部24により、MPPT制御の実行周期よりも長い周期で実行される。図3において、電圧センサ22(図1)により検出される太陽光発電パネル2の発電電圧を、「PV電圧」と表現する。
<Setting the upper limit of power that can be input>
FIG. 3 is a flowchart for selecting an upper limit of power that can be input to the power conversion apparatus 1. This process is executed by the
まずステップSp1において制御部24は、PV電圧が50V未満であるか否かを判定する。「Yes」の場合には、電力上限は0Wとなる(ステップSp2)。「No」の場合、制御部24は、PV電圧が50V以上200V未満であるか否かを判定する(ステップSp3)。
First, in step Sp1, the
ステップSp3において「Yes」の場合には、電力上限はPV電圧×I1(すなわち比例上昇)となる(ステップSp4)。「No」の場合、制御部24は、PV電圧が200V以上330V未満であるか否かを判定する(ステップSp5)。「Yes」の場合には、電力上限は2150W(すなわち固定)となる(ステップSp6)。「No」の場合、制御部24は、PV電圧が330V以上450V未満であるか否かを判定する(ステップSp7)。
In the case of “Yes” in Step Sp3, the power upper limit is PV voltage × I 1 (that is, proportional increase) (Step Sp4). In the case of “No”, the
ステップSp7において「Yes」の場合には、電力上限は−I2×PV電圧+P1(すなわち比例減少)となる(ステップSp8)。「No」の場合、制御部24は、電力上限を0Wとする(ステップSp9)。続いて、制御部24は、ここまでの判定で得られた電力上限が、0Wより大きく2150W未満か否かを判定する(ステップSp10)。ここで「Yes」であればMPPT反転フラグは1となり(ステップSp11)、「No」であればMPPT反転フラグは0となる(ステップSp12)。MPPT反転フラグとは、後述の反転動作が必要(=1)か否(=0)かを示している。すなわち、電力上限が0W又は一定の最大値2150Wであれば後述の反転動作は実行する必要がない。また、その他、MPPT反転フラグは2に設定される場合もあり、「2」の場合は、短絡側(電流最大)から最大電力点を目指す。
図3のフローチャートの処理により、図2に示す入力電力の上限(点線)が設定されている。
In the case of “Yes” in Step Sp7, the power upper limit is −I 2 × PV voltage + P 1 (that is, proportional decrease) (Step Sp8). In the case of “No”, the
The upper limit (dotted line) of the input power shown in FIG. 2 is set by the processing of the flowchart of FIG.
《過積載とMPPT制御》
図2に戻り、発電電力の曲線を「山」に例えると、MPPT制御は、山登り法とも言われている。例えば、発電電力の曲線の最も電圧の高い末端近傍(この例では約430V)から最大電力点を目指して電圧を徐々に低下させ、山登りする。1ステップ分の電圧を下げる前と下げた後とで、電力を互いに比較し、電力が増加から減少に転じると電圧を変化させる方向を逆(上昇)にする。このような探索を繰り返し行うことで、最大電力点に追従する制御を行うことができる。
《Overloading and MPPT control》
Returning to FIG. 2, when the generated power curve is compared with “mountain”, MPPT control is also called a hill-climbing method. For example, the voltage is gradually lowered from the vicinity of the highest end of the curve of the generated power (about 430 V in this example) toward the maximum power point, and the mountain is climbed. Before and after lowering the voltage for one step, the power is compared with each other, and the direction in which the voltage is changed is reversed (increased) when the power changes from increasing to decreasing. By repeatedly performing such a search, it is possible to perform control to follow the maximum power point.
ところが、電圧が図2のA点に達すると、A点での電圧に対する電力変換装置1への入力電力の上限となるので、MPPT制御はA点で停滞した状態となる。入力可能な電力上限としては、この例ではB点の方が、電力が大きいが、従前のMPPT制御ではB点には行けない。 However, when the voltage reaches point A in FIG. 2, the upper limit of the input power to the power conversion apparatus 1 with respect to the voltage at point A becomes the upper limit, so that MPPT control is stagnated at point A. As the upper limit of power that can be input, the power at point B is larger in this example, but cannot be reached at point B in the conventional MPPT control.
図4は、太陽光発電パネル2から引き出せる電圧と電流との関係の一例を示すグラフである。電圧×電流が最も大きくなる点が、最大電力点Pmaxである。図示のように、電圧と電流とは一対一の関係にある。なお、この曲線は日射条件により、縦軸及び横軸の方向に膨らむか又はしぼむように変化する。
FIG. 4 is a graph showing an example of the relationship between the voltage and current that can be drawn from the photovoltaic
図5は、太陽光発電パネル2の発電電力を電流と電力との関係で表した出力曲線(実線)と、電力変換装置1に入力される電力の範囲を電流と電力との関係で表した折れ線(点線)とを示すグラフである。
図2と同様に、太陽光発電パネル2から引き出せる電力は、この出力曲線上の値となり、出力曲線上にない値をとることはできない。
FIG. 5 shows an output curve (solid line) representing the generated power of the photovoltaic
As in FIG. 2, the power that can be drawn from the photovoltaic
MPPT制御は、図2に示す出力曲線に沿った電圧ステップの制御、及び、図5に示す出力曲線に沿った電流ステップの制御、のいずれか一方を行うことで、他方も結果的に制御される。 In MPPT control, by performing either one of the voltage step control along the output curve shown in FIG. 2 and the current step control along the output curve shown in FIG. 5, the other is also controlled as a result. The
《反転機能付きMPPT制御の例》
次に、反転機能付きのMPPT制御を、電流ステップによる制御を例に説明する。
図6〜図8は、反転機能付きのMPPT制御の一例を示すフローチャートであり、一つのフローチャートを、図示の便宜上3枚の図面で表している。図6の「X」は、図7の「X」のところへ繋がっている。図7の「Y」、「Z」はそれぞれ、図8の「Y」、「Z」に繋がっている。
<< Example of MPPT control with inversion function >>
Next, MPPT control with an inversion function will be described by taking control by current step as an example.
6 to 8 are flowcharts showing an example of MPPT control with an inversion function, and one flowchart is shown by three drawings for convenience of illustration. “X” in FIG. 6 is connected to “X” in FIG. “Y” and “Z” in FIG. 7 are connected to “Y” and “Z” in FIG. 8, respectively.
まず、図6は、MPPT制御の通常の制御における前半部分を示すフローチャートである。MPPT制御は、制御部24により、繰り返し実行される。図において、制御部24は、電圧センサ22(図1)及び電流センサ23(図1)の検出出力に基づいて、太陽光発電パネル2からの、PV電力(太陽光発電の電力)、電圧、電流の各情報を取得する(ステップS1)。次に制御部24は、ステップS1で取得した現在のPV電力が、記憶している前回のPV電力より大きいか否かを判定する(ステップS2)。
First, FIG. 6 is a flowchart showing the first half of normal control of MPPT control. The MPPT control is repeatedly executed by the
ステップS2での判定が「Yes」であれば、制御部24は、MPPT制御すなわち山登りの現在位置が、最大電力点を通り越したか否かを判定する(ステップS3)。ステップS3の判定が「Yes」であれば、制御部24は、MPPTの方向を「山下り」方向に向けて(ステップS4)、電流ステップを山下り方向に設定する(ステップS5)。一方、ステップS3の判定が「No」であれば、制御部24は、電流ステップを山登り方向に設定する(ステップS6)。
If the determination in step S2 is “Yes”, the
また、ステップS2での判定が「No」であれば、制御部24は、MPPT制御による現在位置が、最大電力点より手前か否かを判定する(ステップS7)。ステップS7の判定が「Yes」であれば、制御部24は、MPPTの方向を山登り方向に向けて(ステップS8)、電流ステップを山登り方向に設定する(ステップS9)。一方、ステップS7の判定が「No」であれば、制御部24は、電流ステップを山下り方向に設定する(ステップS10)。
If the determination in step S2 is “No”, the
なお、図6は電流ステップの例であるが、電圧ステップの場合は、ステップS5,S6,S9,S10における「電流ステップを・・・」が、「電圧ステップを・・・」に置き換わるだけで、それ以外は同様である。 FIG. 6 shows an example of the current step. In the case of the voltage step, “current step...” In steps S5, S6, S9, and S10 is simply replaced with “voltage step. The others are the same.
図7,図8は、反転機能を含む、MPPT制御の後半部分を示すフローチャートである。以下、状況に分けて流れを説明する。 7 and 8 are flowcharts showing the latter half of the MPPT control including the inversion function. Hereinafter, the flow will be described according to the situation.
<電力上限が2150W又は0Wの場合>
この場合、ステップS11において制御部24はMPPT反転フラグが0(図3のステップSp12)であるから、判定は「No」となり、図8のステップS31に進む。ステップS31において、MPPT反転フラグは2ではないとすると、処理は図7のステップS17に飛び、電流指令値の決定及び、スイッチングのデューティ比の更新(ステップS18)が行われる。
<When the power upper limit is 2150 W or 0 W>
In this case, since the MPPT inversion flag is 0 (step Sp12 in FIG. 3) in step S11, the determination is “No”, and the process proceeds to step S31 in FIG. If it is determined in step S31 that the MPPT inversion flag is not 2, the process jumps to step S17 in FIG. 7 to determine the current command value and update the switching duty ratio (step S18).
<開放点近傍から山登り〜A点到達〜反転準備>
開放点(図5の出力曲線の左端)近傍からMPPT制御により山登りしているとき、ステップS11においてMPPT反転フラグが1であれば、制御部24は、現在の電力が電力上限(すなわちA点)か否かを判定する(ステップS12)。ここでは「Yes」であり、現在の電力が反転前の電力Bより小さいか否かを判定する(ステップS13)。ここでも「Yes」であり、制御部24は、反転前のA点の電力を記憶し(ステップS14)、暫定的に、電圧指令値を50V(最低値)に設定し(ステップS15)、電流指令値を10.75A(最大値)に設定する(ステップS16)。
<Climbing from the vicinity of the open point-A point reached-Preparation for reversal>
When climbing from the vicinity of the open point (the left end of the output curve in FIG. 5) by MPPT control, if the MPPT inversion flag is 1 in step S11, the
その後、電流指令値の決定(ステップS17)、及び、スイッチングのデューティ比の更新が行われる(ステップS18)。 Thereafter, the current command value is determined (step S17) and the switching duty ratio is updated (step S18).
<開放点近傍から山登りの途中、又は、反転して短絡点近傍へ移動する最中>
この場合、ステップS11において「Yes」、ステップS12において「No」、ステップS22において、現在のPV電圧が100V未満であるか否かを判定し「No」となる。以下、電流指令値の決定(ステップS17)、及び、スイッチングのデューティ比の更新が行われる(ステップS18)。なお、短絡点とは、図5の出力曲線の右端である。
<In the middle of climbing from the vicinity of the open point, or in the middle of reversing and moving to the vicinity of the short-circuit point>
In this case, “Yes” is determined in Step S11, “No” in Step S12, and in Step S22, it is determined whether or not the current PV voltage is less than 100V and becomes “No”. Thereafter, the determination of the current command value (step S17) and the update of the switching duty ratio are performed (step S18). The short-circuit point is the right end of the output curve in FIG.
<反転により短絡点近傍に移動した場合>
この場合、ステップS11において「Yes」、ステップS12において「No」、ステップS22において「Yes」となり、制御部24は、MPPT反転フラグを2に設定する(ステップS23)。以下、電流指令値の決定(ステップS17)、及び、スイッチングのデューティ比の更新が行われる(ステップS18)。
<When moving near the short-circuit point by reversal>
In this case, “Yes” in Step S11, “No” in Step S12, “Yes” in Step S22, and the
<B点電力よりA点電力の方が大きい場合>
この場合、ステップS11,S12においていずれも「Yes」、ステップS13において「No」となる。制御部24は自動反転カウンタをインクリメント(+1)し(ステップS19)、自動反転カウンタが100を超えなければ(ステップS20の「No」)、以下、電流指令値の決定(ステップS17)、及び、スイッチングのデューティ比の更新が行われる(ステップS18)。
<When point A power is greater than point B power>
In this case, both “Yes” in steps S11 and S12, and “No” in step S13. The
<定期的な反転>
この場合、ステップS11,S12においていずれも「Yes」、ステップS13において「No」となる。制御部24は自動反転カウンタをインクリメント(+1)し(ステップS19)、自動反転カウンタが100を超えると(ステップS20の「Yes」)、自動反転カウンタをリセットして(ステップS21)、制御部24は、反転前のA点の電力を記憶し(ステップS14)、暫定的に、電圧指令値を50V(最低値)に設定し(ステップS15)、電流指令値を10.75A(最大値)に設定する(ステップS16)。以下、電流指令値の決定(ステップS17)、及び、スイッチングのデューティ比の更新が行われる(ステップS18)。
<Regular reversal>
In this case, both “Yes” in steps S11 and S12, and “No” in step S13. The
<短絡点近傍から山登り〜B点到達〜反転準備>
短絡点(図5の出力曲線の右端)近傍からMPPT制御により山登りしているとき、ステップS11においてMPPT反転フラグが0であれば、制御部24は、現在の電力が電力上限(すなわちB点)か否かを判定する(ステップS32)。ここでは「Yes」であり、現在の電力が反転前の電力Aより小さいか否かを判定する(ステップS33)。ここでも「Yes」であり、制御部24は、反転前のB点の電力を記憶し(ステップS34)、暫定的に、電圧指令値を450V(最高値)に設定し(ステップS35)、電流指令値を0A(最小値)に設定する(ステップS36)。
<Climbing from the vicinity of the short-circuit point -B point arrival -reversal preparation>
When climbing from the vicinity of the short-circuit point (the right end of the output curve in FIG. 5) by MPPT control, if the MPPT inversion flag is 0 in step S11, the
その後、電流指令値の決定(ステップS17)、及び、スイッチングのデューティ比の更新が行われる(ステップS18)。 Thereafter, the current command value is determined (step S17) and the switching duty ratio is updated (step S18).
<短絡点近傍から山登りの途中、又は、反転して開放点近傍へ移動する最中>
この場合、ステップS11において「No」、ステップS31において「Yes」、ステップS32において「No」、ステップS42において、現在のPV電圧が400Vより大きいか否かを判定し「No」となる。以下、電流指令値の決定(ステップS17)、及び、スイッチングのデューティ比の更新が行われる(ステップS18)。
<In the middle of climbing from the vicinity of the short-circuiting point, or while reversing and moving to the vicinity of the open point>
In this case, “No” in Step S11, “Yes” in Step S31, “No” in Step S32, and in Step S42, it is determined whether or not the current PV voltage is larger than 400V, and becomes “No”. Thereafter, the determination of the current command value (step S17) and the update of the switching duty ratio are performed (step S18).
<反転により短絡点近傍に移動した場合>
この場合、ステップS11において「No」、ステップS31において「Yes」、ステップS32において「No」、ステップS42において「Yes」となり、制御部24は、MPPT反転フラグを1に設定する(ステップS43)。以下、電流指令値の決定(ステップS17)、及び、スイッチングのデューティ比の更新が行われる(ステップS18)。
<When moving near the short-circuit point by reversal>
In this case, “No” in step S11, “Yes” in step S31, “No” in step S32, “Yes” in step S42, and the
<A点電力よりB点電力の方が大きい場合>
この場合、ステップS11,S31,S32においていずれも「Yes」、ステップS33において「No」となる。制御部24は自動反転カウンタをインクリメント(+1)し(ステップS39)、自動反転カウンタが100を超えなければ(ステップS40の「No」)、以下、電流指令値の決定(ステップS17)、及び、スイッチングのデューティ比の更新が行われる(ステップS18)。
<When point B power is greater than point A power>
In this case, “Yes” is set in steps S11, S31, and S32, and “No” is set in step S33. The
<定期的な反転>
この場合、ステップS11,S31,S32においていずれも「Yes」、ステップS33において「No」となる。制御部24は自動反転カウンタをインクリメント(+1)し(ステップS39)、自動反転カウンタが100を超えると(ステップS40の「Yes」)、自動反転カウンタをリセットして(ステップS41)、制御部24は、反転前のB点の電力を記憶し(ステップS34)、暫定的に、電圧指令値を450V(最高値)に設定し(ステップS35)、電流指令値を0A(最小値)に設定する(ステップS36)。以下、電流指令値の決定(ステップS17)、及び、スイッチングのデューティ比の更新が行われる(ステップS18)。
<Regular reversal>
In this case, “Yes” is set in steps S11, S31, and S32, and “No” is set in step S33. The
《まとめ》
図7,図8に例示したようなフローチャートにおけるMPPT制御の反転機能は、以下のようにも説明できる。すなわち、電流ステップのMPPT制御では、図5の発電電力の出力曲線上を、例えば電流の低値側から山登りして最大電力点にアプローチするが、電力変換装置1に入力可能な電力上限の特性に阻まれてA点止まりとなることがある。その場合、制御部24は、電流指令値を最大値として(但し、実際には実線上の電流しか流れない。)電流の値域の反対側すなわち山の反対側から最大電力点にアプローチしてB点に到達する。
<Summary>
The inversion function of MPPT control in the flowcharts illustrated in FIGS. 7 and 8 can also be described as follows. That is, in the MPPT control of the current step, on the output curve of the generated power in FIG. 5, for example, climbing from the low value side of the current and approaching the maximum power point, the power upper limit characteristic that can be input to the power converter 1 May stop at point A. In that case, the
B点の電力がA点の電力より大きければ、B点がこの状態で得られる事実上の最大電力点である。もしB点の電力よりA点の電力の方が大きければ、A点に戻る。太陽光発電パネル2の出力曲線は日射条件によって時々刻々変化するので、A点、B点も、常に同じということはなく、また、大小関係も変わるので、固定的な電力点ではない。
If the power at point B is greater than the power at point A, then point B is the actual maximum power point obtained in this state. If the power at point A is greater than the power at point B, the process returns to point A. Since the output curve of the photovoltaic
同様に、電圧ステップのMPPT制御では、図2の発電電力の出力曲線上を、例えば電圧の高値側から山登りして最大電力点にアプローチするが、電力変換装置1に入力可能な電力上限の特性に阻まれてA点止まりとなることがある。その場合、制御部24は、電圧指令値を最低値として、電圧の値域の反対側すなわち山の反対側から最大電力点にアプローチしてB点に到達する。
Similarly, in the MPPT control of the voltage step, on the output curve of the generated power in FIG. 2, for example, climbing from the high voltage side to approach the maximum power point, the power upper limit characteristic that can be input to the power converter 1 May stop at point A. In this case, the
B点の電力がA点の電力より大きければ、B点がこの状態で得られる事実上の最大電力点である。もしB点の電力よりA点の電力の方が大きければ、A点に戻る。太陽光発電パネル2の出力曲線は日射条件によって時々刻々変化するので、A点、B点も、常に同じということはなく、また、大小関係も変わるので、固定的な電力点ではない。
If the power at point B is greater than the power at point A, then point B is the actual maximum power point obtained in this state. If the power at point A is greater than the power at point B, the process returns to point A. Since the output curve of the photovoltaic
さらに普遍的に要部を説明すれば、例えば以下のようになる。
図7,図8に示したような反転機能を持つMPPT制御を制御部24が実行することにより、太陽光発電パネル2の出力曲線における電圧又は電流の値域のいずれか一方側から最大電力点にアプローチしている途中で、電力変換装置1に入力可能な電力上限の特性による制約を受ける第1の電力点(A点又はB点)に到達した場合、電圧又は電流の値域の範囲内で他方側から最大電力点にアプローチして第1の電力点とは異なる第2の電力点(B点又はA点)を探索することができる。
Further, the main part can be explained universally as follows, for example.
When the
過積載の状態で使用される電力変換装置1では、太陽光発電パネル2から出力可能な電力が、入力可能な電力上限の特性を超えることがある。この場合には、制御部24が最大電力点追従制御を行おうとしても、太陽光発電パネル2の出力曲線における最大電力点に到達することができず、最大電力点の両側に、事実上の最大電力点の候補(A点,B点)が存在する。そこで、このような場合に、値域の一方側のみからではなく、他方側からも最大電力点にアプローチすることにより、複数の、事実上の最大電力点の候補から、最も電力の大きい電力点を探すことができる。このような制御を行う電力変換装置1では、過積載であっても、その時点で太陽光発電パネル2から引き出せる最大の電力を引き出すことができ、効率よく発電電力を利用することができる。
In the power conversion device 1 used in an overloaded state, the power that can be output from the photovoltaic
なお、上記実施形態では、制御部24は、第1の電力点に到達した場合、電圧又は電流を値域の反対側の末端近傍(出力曲線の上限近傍又は下限近傍)まで変化させるようにした。この場合、確実に値域の他方側にジャンプし、第2の電力点を探すことができる。
In the above embodiment, when the first power point is reached, the
但し、電圧又は電流を値域の反対側の末端近傍まで変化させることは一例であり、必ずしも末端近傍でなくてもよい。例えば、図2を参照すれば、A点に到達後、発電電力の出力曲線の値域内で電圧を所定量(例えば200V)低下させて、出力曲線上で、直前の電力点であるA点からは不連続となる他の電力点に移動する制御を行ってもよい。そして、他の電力点から最大電力点にアプローチしてB点にたどり着ければ良い。このような手法により、制御部24は、値域の他方側から最大電力点にアプローチすることができる。また、値域の末端(図2では50V)近傍まで移動するよりも、B点の探索までに要する時間が短くなる。
However, changing the voltage or current to the vicinity of the end on the opposite side of the value range is an example, and it is not always necessary to be close to the end. For example, referring to FIG. 2, after reaching point A, the voltage is reduced by a predetermined amount (for example, 200V) within the range of the output curve of generated power, and from the point A that is the previous power point on the output curve. May be controlled to move to another power point that is discontinuous. Then, the point B may be reached by approaching the maximum power point from another power point. With this method, the
また、前述のように、制御部24は、第1の電力点及びその電力を記憶した後、第2の電力点に移動し、第2の電力点の電力が第1の電力点より大きい場合は制御上で第2の電力点にとどまり、逆に、第2の電力点の電力が前記第1の電力点より小さい場合は制御上で第1の電力点に戻るようにすればよい。このようにして、2つの電力点のうち、常に、電力の大きい方を選択することができる。
As described above, when the
《その他補足》
なお、上記実施形態の電力変換装置1は、商用電力系統に系統連系するパワーコンディショナであるが、系統連系しないスタンドアローンの太陽光発電システムにおける電力変換装置であっても、上記の反転機能付きのMPPT制御を適用することができる。但し、負荷が接続された状態でなければ電流が流れないので、スタンドアローンの場合は、電力変換装置が太陽光発電パネルから引き出そうとする電流を自在に流してくれる負荷が必要となる。系統連系して逆潮している場合は、商用電力系統が一種の負荷となるので、電流はどのようにでも引き出すことができる。
すなわち、電力変換装置には、電力を引き込む負荷が接続されていることが必要である。
《Other supplements》
In addition, although the power converter device 1 of the said embodiment is a power conditioner which carries out grid connection to a commercial power system, even if it is a power converter device in the stand-alone photovoltaic power generation system which is not grid-connected, said inversion MPPT control with functions can be applied. However, since the current does not flow unless the load is connected, in the case of a stand-alone, a load that allows the power converter to freely draw the current to be drawn from the photovoltaic power generation panel is required. In the case of reverse tide due to grid connection, the commercial power system becomes a kind of load, so the current can be drawn out in any way.
That is, it is necessary for the power converter to be connected to a load that draws power.
なお、図1に示した蓄電池5は、電力の有効活用に役立つが、必須の設備ではない。直流の負荷に接続するスタンドアローンの電力変換装置であれば、インバータ9を省略することもできる。
In addition, although the
《補記》
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
《Supplementary Note》
The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 電力変換装置
2 太陽光発電パネル
3 交流電路
4 商用電力系統
5 蓄電池
6,7 DC/DCコンバータ
8 DCバス
9 インバータ
11 直流側コンデンサ
12 DCリアクトル
13 ダイオード
14 中間コンデンサ
15 直流側コンデンサ
16 DCリアクトル
17,18,19 ACリアクトル
20,21 交流側コンデンサ
22 電圧センサ
23 電流センサ
24 制御部
Q1〜Q9 スイッチング素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (5)
前記太陽光発電パネルから電力を取り出す電力変換部と、
前記電力変換部を制御して最大電力点追従制御を行う機能を有し、当該電力変換装置に入力可能な電力上限の特性を把握している制御部と、を備え、
前記制御部は、前記最大電力点追従制御において、前記太陽光発電パネルの出力曲線における値域の一方側から最大電力点にアプローチしている途中で前記特性による制約を受ける第1の電力点に到達した場合、前記値域の範囲内で前記値域の他方側から前記最大電力点にアプローチして前記第1の電力点とは異なる第2の電力点を探索する、電力変換装置。 A power conversion device provided between a photovoltaic power generation panel and a load that draws power,
A power converter that extracts power from the photovoltaic power generation panel;
A control unit that has a function of controlling the power conversion unit to perform maximum power point tracking control and grasps the characteristics of the upper limit of power that can be input to the power conversion device, and
In the maximum power point follow-up control, the control unit reaches a first power point that is restricted by the characteristic while approaching the maximum power point from one side of a value range in the output curve of the photovoltaic power generation panel. If it does, the power converter which searches the 2nd power point different from the said 1st power point by approaching the said maximum power point from the other side of the said value range within the said range.
前記太陽光発電パネルから電力を取り出す電力変換部を制御して最大電力点追従制御を行い、
前記最大電力点追従制御において、前記太陽光発電パネルの出力曲線における値域のいずれか一方側から最大電力点にアプローチしている途中で、当該電力変換装置に入力可能な電力上限の特性による制約を受ける第1の電力点に到達した場合、前記値域の範囲内で前記値域の他方側から前記最大電力点にアプローチして前記第1の電力点とは異なる第2の電力点を探索する、
最大電力点追従制御方法。 A maximum power point tracking control method in a power converter provided between a photovoltaic power generation panel and a load that draws power,
Control the power conversion unit that extracts power from the solar power generation panel to perform maximum power point tracking control,
In the maximum power point tracking control, while approaching the maximum power point from either side of the value range in the output curve of the photovoltaic panel, there is a restriction due to the characteristics of the upper limit of power that can be input to the power converter. When reaching the first power point to be received, approach the maximum power point from the other side of the range within the range of the range and search for a second power point different from the first power point;
Maximum power point tracking control method.
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