JP2020005327A - Controller and driver and control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、制御装置、駆動装置、及び制御方法に関する。 The present invention relates to a control device, a driving device, and a control method.
特許文献１には、太陽電池を電源として電動機を可変速駆動する太陽光インバータが開示される。前記太陽光インバータは、太陽電池の出力電圧及び出力電力を監視し、その監視結果に基づいて電動機の回転速度を制御することで最大電力点追尾制御を行う。 Patent Literature 1 discloses a solar inverter that drives a motor at a variable speed using a solar cell as a power supply. The solar inverter monitors the output voltage and the output power of the solar cell, and performs the maximum power point tracking control by controlling the rotation speed of the motor based on the monitoring result.
特許文献１は、電動機の回転速度を変化させることで、太陽電池の最大電力点へと到達させている。その方法として、太陽電池の出力変動を電力・電圧監視回路が監視し、出力変動の状況を判断し、それに応じた指令を指令値演算回路に出力している。その後、指令値演算回路、加減速調整器、インバータ制御回路へと順に処理され、インバータ主回路を駆動させることで、電動機の回転速度を変化させている。 In Patent Literature 1, the rotation speed of the electric motor is changed to reach the maximum power point of the solar cell. As a method thereof, a power / voltage monitoring circuit monitors output fluctuations of the solar cell, determines a status of the output fluctuations, and outputs a command corresponding to the status to a command value calculation circuit. Thereafter, the command value calculation circuit, the acceleration / deceleration regulator, and the inverter control circuit are sequentially processed, and the rotation speed of the motor is changed by driving the inverter main circuit.
しかし、実際には、太陽光インバータからの指令に対して電動機の回転が遅れて変化する。よって、電力・電圧監視回路が判断する回転速度と、必要とする回転速度とは異なる可能性がある。そのため、急激に太陽電池の出力が低下すると、低電力状態であるのに関わらず、同じ電流量を引き出そうとして、低電圧の状態となってしまう。低電圧状態になると、電動機及び駆動回路を動かす定格電圧値が得られず、意図しないタイミングで機器が停止する。 However, in reality, the rotation of the electric motor changes with a delay from a command from the solar inverter. Therefore, the rotation speed determined by the power / voltage monitoring circuit may be different from the required rotation speed. Therefore, if the output of the solar cell suddenly decreases, the state of low voltage is attempted to extract the same amount of current regardless of the low power state. In the low voltage state, a rated voltage value for operating the motor and the drive circuit cannot be obtained, and the device stops at an unintended timing.
以上の点に鑑みて、本発明は、直流電源部の出力変動に対する負荷機器の駆動制御の追従性が良い制御装置、駆動装置、及び制御方法を提供する。 In view of the above, the present invention provides a control device, a drive device, and a control method that have good tracking of drive control of a load device with respect to output fluctuation of a DC power supply unit.
本発明の例示的な制御装置は、直流電源部から直流電力が供給され、負荷機器の駆動を制御する制御装置であって、前記直流電力を変換して前記負荷機器に電力を供給する電力変換部と、前記電力変換部を制御する制御信号を出力する制御部と、を有する。前記制御部は、前記負荷機器の駆動状態に基づいて前記直流電力の最大電力点を追尾する。 An exemplary control device of the present invention is a control device that is supplied with DC power from a DC power supply unit and controls driving of a load device, and is a power conversion device that converts the DC power and supplies power to the load device. And a control unit that outputs a control signal for controlling the power conversion unit. The control unit tracks a maximum power point of the DC power based on a driving state of the load device.
本発明の例示的な駆動装置は、上述した本発明の例示的な制御装置と、前記負荷機器と、を有する。前記制御装置及び前記負荷機器のいずれか一方は、前記負荷機器の物理量を検出し、前記検出結果に関する検出信号を出力する検出部を有する。前記制御部は、前記検出信号を受け取り、前記検出信号から前記負荷機器の駆動状態を判断する。 An exemplary drive device of the present invention includes the above-described exemplary control device of the present invention and the load device. Either the control device or the load device has a detection unit that detects a physical quantity of the load device and outputs a detection signal regarding the detection result. The control unit receives the detection signal, and determines a driving state of the load device from the detection signal.
本発明の例示的な制御方法は、直流電源部から供給される直流電力によって駆動する負荷機器の制御方法であって、前記直流電力を変換して前記負荷機器に供給する第１ステップと、前記負荷機器の物理量を検出する第２ステップと、前記第２ステップでの検出結果を用い、前記負荷機器の駆動状態に基づいて前記直流電力の最大電力点を追尾する第３ステップと、を有する。 An exemplary control method of the present invention is a control method of a load device driven by DC power supplied from a DC power supply unit, wherein the first step converts the DC power and supplies the DC device to the load device; The method includes a second step of detecting a physical quantity of a load device, and a third step of tracking a maximum power point of the DC power based on a driving state of the load device using a result of the detection in the second step.
例示的な本発明によれば、直流電源部の出力変動に対する負荷機器の駆動制御の追従性が良い制御装置、駆動装置、及び制御方法を提供することができる。 According to an exemplary aspect of the present invention, it is possible to provide a control device, a drive device, and a control method that have good tracking of drive control of a load device with respect to output fluctuation of a DC power supply unit.
以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
＜１．駆動装置の概略＞
まず、本発明の例示的な実施形態に係る駆動装置の概略構成について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る駆動装置１の構成を示すブロック図である。図１に示すように、駆動装置１は、直流電源部１０と、負荷機器２０と、制御装置３０とを有する。
<1. Outline of driving device>
First, a schematic configuration of a driving device according to an exemplary embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a driving device 1 according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the driving device 1 includes a DC
直流電源部１０は、発電部１１を有する。直流電源部１０は、直流電力を出力する。本実施形態では、発電部１１は、自然エネルギーを利用して発電する。このために、本実施形態の駆動装置１は、電力インフラが整っていない地域でも利用することができる。
The DC
発電部１１は、例えば、太陽光発電装置、風力発電装置、波力発電装置、及び地熱発電装置のうちのいずれかであってよい。なお、波力発電装置は、海水等の波のエネルギーを利用して発電する装置である。
The
発電部１１は、自然エネルギーを利用する発電装置を複数種類含んでもよい。また、発電部１１が風力発電装置、波力発電装置、及び地熱発電装置等の交流電力を出力する交流発電装置を含む場合、直流電源部１０は、交流発電装置から出力される交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換部を有する。本実施形態では、発電部１１は太陽光発電装置である。
The
負荷機器２０はモータ２１を有する。本実施形態の一例として、負荷機器２０はポンプ部２２を有し、ポンプ部２２はモータ２１を有する。また、本実施形態の一例として、モータ２１はブラシレスモータである。図２は、本発明の実施形態に係る駆動装置１が有する負荷機器２０及びその周辺の構成を示す模式図である。図２に示すように、ポンプ部２２は、モータ２１に接続されるインペラ部２３を有する。インペラ部２３は、モータ２１の駆動によって回転する羽根（不図示）を有する。
The
駆動装置１は、インペラ部２３に接続される流水ケーブル４０と、貯水槽４１とを有する。ポンプ部２２は、例えば地中の水源に浸される。駆動装置１は、インペラ部２３が有する羽根の回転によって水を吸い上げる。吸い上げられた水は、流水ケーブル４０を通って地上に汲み上げられる。汲み上げられた水は、貯水槽４１に貯められる。
The driving device 1 has a running
制御装置３０は、直流電源部１０から直流電力が供給され、負荷機器２０の駆動を制御する。制御装置３０は、負荷機器２０と通電ケーブルで接続され、地上に配置される。制御装置３０は、入力装置（不図示）からの指令によって駆動する。入力装置は、例えば、制御装置３０を収容する筐体に設けられてもよいし、リモートコントローラであってもよい。入力装置は、例えば、制御装置３０のオンとオフとを切り替える電源スイッチを有してよい。また、入力装置は、制御装置３０を操作する複数の入力キーを有してよい。入力キーは、例えばボタン或いはタッチパネル等であってよい。
The
＜２．制御装置の詳細＞
制御装置３０は、電力変換部３１と、制御部３２と、検出部３３とを有する。本実施形態では、電力変換部３１、制御部３２、及び検出部３３は１つの制御ボックスの中に収容される。
<2. Details of control device>
The
電力変換部３１は、直流電源部１０から供給される直流電力を変換して負荷機器２０に電力を供給する。本実施形態では、電力変換部３１は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御方式のインバータである。
The
制御部３２は、電力変換部３１を制御する制御信号を出力する。本実施形態では、制御部３２は、電力変換部３１をＰＷＭ信号によって制御する。また、本実施形態では、制御部３２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３２ａ及びメモリ３２ｂを有するマイコンである。メモリ３２ｂは、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を有する。ＲＯＭには、モータ２１の駆動を制御するために必要なプログラム及びデータが記憶されている。なお、ＣＰＵ３２ａがメモリ３２ｂに記憶されたプログラムを実行することで実現される機能のうち一部又は全部を、ソフトウェアを用いないハードウェアで実現してもよい。すなわち、制御部３２は、マイコンとソフトウェアを用いないハードウェアとによって構成されてもよく、ソフトウェアを用いないハードウェアのみによって構成されてもよい。ソフトウェアを用いないハードウェアとしては、例えばＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等がある。
The
検出部３３は、負荷機器２０の物理量を検出し、前記検出結果に関する検出信号を出力する。物理量とは、定められた物理単位の倍数として表すことができる量のことであり、例えば電流値、電圧値、回転数などである。本実施形態の一例として、検出部３３は、前記物理量としてモータ２１に対して通電される駆動電流とモータ２１が回転した時に発生する逆起電流を合算した値であるモータ電流を検出し、前記検出信号であるモータ電流信号を出力する。また、本実施形態の一例として、検出部３３は、シャント抵抗を用いて構成された電流測定回路である。検出部３３で用いられるシャント抵抗は、電力変換部３１から接続されるグラウンド上に設置される。検出部３３は、シャント抵抗に代えて、電流センサでも良いし、ホール素子等の回転速度を検出する回転速度検出器であってもよい。
The
＜３．ＭＰＰＴ制御の詳細＞
図３は、直流電源部１０で出力する直流電圧Ｖｄｃと、直流電源部１０が出力する直流電力Ｗｄｃとの関係を示す図である。図４は、直流電源部１０で出力する直流電圧Ｖｄｃと、直電源部１０で出力する直流電流Ｉｄｃとの関係を示す図である。図３および図４で示される特性は、より理解を容易とするため、例として、直流電源部１０が太陽光発電装置として説明する。ただし、これは一例であり、後述する日照量の変化は、他の自然エネルギーを用いた時の自然現象の変動に置き換えることができる。また、この特性のグラフは、ある一例の日射量における直流電圧Ｖｄｃと直流電力Ｗｄｃ、あるいは、直流電圧Ｖｄｃと直流電流Ｉｄｃの関係を示したものである。
<3. Details of MPPT control>
FIG. 3 is a diagram illustrating a relationship between the DC voltage Vdc output from the DC
図３に示すように、あるポイントまでは直流電圧Ｖｄｃが上がるほど直流電力Ｗｄｃが上がる。しかし、あるポイントを超えると直流電圧Ｖｄｃが上がると直流電力Ｗｄｃが下がる特性となっている。また、図４に示すように、直流電圧Ｖｄｃによって直流電流Ｉｄｃが変化するが、直流電圧Ｖｄｃと直流電流Ｉｄｃとの積が直流電力Ｗｄｃであることから、図４で示す斜線部の面積がその日射量において出力される電力となる。図３および図４の関係性から、直流電圧Ｖｄｃを変化させることで、直流電力Ｗｄｃの最大電力を探し、追従させることができる。これがＭＰＰＴ制御（Maximum Power Point Tracking）である。 As shown in FIG. 3, up to a certain point, the DC power Wdc increases as the DC voltage Vdc increases. However, when a certain point is exceeded, when the DC voltage Vdc increases, the DC power Wdc decreases. Further, as shown in FIG. 4, the DC current Idc changes according to the DC voltage Vdc. Since the product of the DC voltage Vdc and the DC current Idc is the DC power Wdc, the area of the hatched portion shown in FIG. This is the power output for the amount of solar radiation. From the relationship between FIGS. 3 and 4, by changing the DC voltage Vdc, the maximum power of the DC power Wdc can be found and followed. This is MPPT control (Maximum Power Point Tracking).
この直流電圧Ｖｄｃを変化させるためには、直流電源部１０によって通電される負荷機器２０の駆動状態を変化させる必要がある。上記実施形態で言えば、モータの回転数の変化及びモータ電流の変化である。
In order to change the DC voltage Vdc, it is necessary to change the drive state of the
制御部３２は、直流電源部１０に関するＭＰＰＴ制御を行う。ただし、特許文献１とは異なり、制御部３２は、直流電源部１０の出力電圧及び出力電力に基づくＭＰＰＴ制御を行わず、制御部３２は、負荷機器２０の駆動状態に基づいて、直流電源部１０から制御装置３０に供給される直流電力の最大電力点を追尾することに違いがある。負荷機器２０の駆動状態に基づいてＭＰＰＴ制御が行われるので、直流電源部１０の出力変動に対する負荷機器２０の駆動制御の追従性が良い。従って、天候が急激に変化して直流電源部１０の出力が急激に変動しても制御装置３０は負荷機器２０を安定して駆動することができる。
The
図５は、制御部３２の動作の一例を示すフローチャートである。制御装置３０の電源がオンされると、図５に示すフローチャートの動作が開始される。また、制御装置３０の電源がオンされると、電力変換部３１及び検出部３３の動作も開始される。制御部３２、電力変換部３１、及び検出部３３は制御装置３０の電源がオフされるまで動作を継続する。
FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of the operation of the
制御装置３０は、低電圧保護回路、過電圧保護回路、過電流保護回路、過熱保護回路等の各種保護回路を有することが好ましい。制御装置３０が停止しない限り、制御部３２、電力変換部３１、及び検出部３３は制御装置３０の電源がオフされるまで動作を継続する。
The
制御装置３０の電源がオンされると、制御部３２は、制御信号の値を初期化する（ステップＳ１）。すなわち、制御部３２は、制御信号の初期値をメモリ３２ｂから読み出して制御信号の値を初期値にする。本実施形態の一例として、制御信号の値はＰＷＭ信号のデューティ比である。
When the power of the
次に、制御部３２は、制御信号のある値における負荷機器２０の駆動状態に基づいて制御信号の値を変更するか否かを決定する（ステップＳ２）。直流電源部１０から制御装置３０に供給される直流電力が変動すると、その変動が負荷機器２０の駆動状態に反映される。このため、直流電源部１０の出力変動によって直流電源部１０から制御装置３０に供給される直流電力の最大電力点の探索が必要となったときに、ステップＳ２の決定処理を実行することで制御信号の値を変更する。制御信号の値を変更することによって、電力変換部３１の動作を変更することができるため、ステップＳ２の決定処理を実行することで直流電源部１０から制御装置３０に供給される直流電力の最大電力点の探索が可能となる。
Next, the
本実施形態の一例として、負荷機器２０の駆動状態は、モータ電流の変化である。より詳細には、本実施形態では、負荷機器２０の駆動状態は、モータ電流の実効値の変化である。モータ電流の実効値は検出部３３から出力されるモータ電流信号を用いて容易に求めることができるので、負荷機器２０の駆動状態を求めるために必要となる制御部３２の制御処理が簡易になり、制御部３２の制御処理負担が少なくなる。
As an example of the present embodiment, the driving state of the
モータ電流の実効値とモータ２１の回転数との間には正の相関がある。直流電源部１０から制御装置３０に供給される直流電力はモータ２１の回転数の３乗に比例する。従って、モータ電流の実効値が最大であるときにモータ２１の回転数が最大になり、直流電源部１０から制御装置３０に供給される直流電力が最大になる。本実施形態では、制御部３２は、上述したモータ電流の実効値と直流電源部１０から制御装置３０に供給される直流電力との関係を利用して、直流電源部１０から制御装置３０に供給される直流電力の最大電力点を追尾する。すなわち、本実施形態では、制御部３２は、モータ電流の実効値の変化を求め、モータ電流の実効値の変化に基づいて、直流電源部１０から制御装置３０に供給される直流電力の最大電力点を追尾する。
There is a positive correlation between the effective value of the motor current and the rotation speed of the
制御部３２は、例えば、モータ電流の実効値を所定周期で求め、求めたモータ電流の各実効値の最大値と最小値との差が所定の範囲を超えた場合に制御信号の値を変更すると決定し、求めたモータ電流の各実効値の最大値と最小値との差が所定の範囲を超えない場合に制御信号の値を変更しないと決定する。ステップＳ２で制御信号の値を変更しないと決定された場合、ステップＳ２に戻って、上述の動作が繰り返される。
For example, the
ステップＳ２で制御信号の値を変更すると決定された場合、制御部３２は、制御信号の値を所定量変更する（ステップＳ３）。制御部３２は、所定量（制御信号の値の変更量）を、例えば、後述するステップＳ７の実行回数等に応じて調整することが好ましい。なお、制御部３２は、後述するステップＳ７の実行回数を、後述するステップＳ５からステップＳ２に戻る度に零にリセットする。所定量を調整することで、直流電源部１０の動作点が直流電源部１０から制御装置３０に供給される直流電力の最大電力点に近づいたときに直流電源部１０の動作点を微調整することが可能になる。これにより、直流電源部１０から制御装置３０に供給される直流電力の最大電力点の追尾精度を高くすることができる。
If it is determined in step S2 that the value of the control signal is to be changed, the
制御部３２は、制御信号の値を所定量変更したときに負荷機器２０の駆動状態の変化方向を判定する（ステップＳ４）。本実施形態では、制御部３２は、制御信号の値を所定量変更したときにモータ電流の実効値が増加したか否かを判定する。
The
制御部３２は、ステップＳ４の判定処理を行った後、制御信号の値の変更を継続するか否かを決定する（ステップＳ５）。制御部３２は、ステップＳ４でモータ電流の実効値が増加したと判定された場合、制御信号の値の変更を継続すると決定する。一方、制御部３２は、ステップＳ４でモータ電流の実効値が減少したと判定された場合、例えば、モータ電流の実効値の減少量、後述するステップＳ７の実行回数等に基づいて、制御信号の値の変更を継続するか否かを決定する。ステップＳ５で制御信号の値の変更を継続しないと決定された場合、ステップＳ２に戻って、ステップＳ２以降の処理が実行される。
After performing the determination processing in step S4, the
ステップＳ５で制御信号の値の変更を継続すると決定された場合、制御部３２は、ステップＳ４で判定した負荷機器２０の駆動状態の変化方向に基づいて、制御信号の値の変更方向を反転させるか否かを決める（ステップＳ６）。ステップＳ６の決定処理を実行することにより、制御信号の値を変更させて直流電源部１０の動作点を負荷機器２０の駆動状態の変化方向が切り替わる点に収束させる制御が可能となる。本実施形態では、上述したステップＳ６の決定処理を実行することで、直流電源部１０の動作点を負荷機器２０の駆動状態の変化方向が切り替わる点に収束させる。なお、上述した通り、制御部３２は、負荷機器２０の駆動状態に基づいて、直流電源部１０から制御装置３０に供給される直流電力の最大電力点を追尾する。従って、直流電源部１０の動作点を負荷機器２０の駆動状態の変化方向が切り替わる点に収束させる制御は、負荷機器２０の駆動状態の変化方向が切り替わる点を直流電源部１０から制御装置３０に供給される直流電力の最大電力点として、直流電源部１０から制御装置３０に供給される直流電力の最大電力点を追尾する制御となる。
If it is determined in step S5 that the change of the control signal value is to be continued, the
本実施形態では、ステップＳ４でモータ電流の実効値が減少したと判定された場合、制御部３２は、制御信号の値の変更方向を反転させると決める。この場合、制御部３２は、ステップＳ３で制御信号の値の変更方向を反転させる指令を生成する（ステップＳ７）。ステップＳ７の指令生成処理が行われた後、ステップＳ３に戻って、ステップＳ３以降の処理が実行される。一方、ステップＳ４でモータ電流の実効値が増加したと判定された場合、制御部３２は、制御信号の値の変更方向を反転させないと決める。この場合、制御部３２がステップＳ７の指令生成処理を実行することなく、ステップＳ３に戻って、ステップＳ３以降の処理が実行される。
In the present embodiment, when it is determined in step S4 that the effective value of the motor current has decreased, the
次に、上述した制御部３２の動作の一例に関する理解を容易とするために、直流電源部１０の動作点に関する具体的な例を用いて制御部３２の動作の一例に関する説明を行う。図６は、直流電源部１０で出力する直流電圧Ｖｄｃと、直流電源部１０が出力する直流電力Ｗｄｃと、制御部３２が電力変換部３１に対して出力するＰＷＭ信号との関係を示す図である。
Next, in order to facilitate understanding of an example of the operation of the
図６には特性線Ｌ１及びＬ２が図示されている。特性線Ｌ１は、太陽光発電装置である発電部１１への日射量が第１の日射量であるときの直流電圧Ｖｄｃと直流電力Ｗｄｃとの特性線である。特性線Ｌ２は、発電部１１への日射量が第２の日射量であるときの直流電圧Ｖｄｃと直流電力Ｗｄｃとの特性線である。なお、第２の日射量は第１の日射量より小さい。特性線Ｌ３は、例えばＰＷＭ信号のデューティ比が９０％である時の直流電圧Ｖｄｃと直流電力Ｗｄｃとの特性線である。特性線Ｌ４は、例えばＰＷＭ信号のディーティ比が５０％である時の直流電圧Ｖｄｃと直流電力Ｗｄｃとの特性線である。
FIG. 6 shows characteristic lines L1 and L2. A characteristic line L1 is a characteristic line between the DC voltage Vdc and the DC power Wdc when the amount of solar radiation to the
ここで、本実施例の動作方法について図６を用いて説明する。発電部１１への日射量が第１の日射量であるときに制御部３２のＭＰＰＴ制御によってＰＷＭ信号のデューティ比が９０％に調整され、直流電源部１０が最大電力時である動作点Ａの状況から説明を始める。発電部１１への日射量が第１の日射量から第２の日射量に変化すると、直流電源部１０の動作点は、動作点Ａから動作点Ｂに変化する。動作点Ｂは、特性線Ｌ２と特性線Ｌ３との交点であり、第２の日射量における最大電力の動作点から外れる。
Here, the operation method of the present embodiment will be described with reference to FIG. When the amount of solar radiation to the
直流電源部１０の動作点が動作点Ａから動作点Ｂに変化すると、モータ電流の実効値が減少してステップＳ２の決定処理においてＰＷＭ信号のデューティ比を変更することが決定される。その後、ステップＳ３の変更処理によって制御部３２はＰＷＭ信号のデューティ比を９０％から減少させる方向に向かって変化させる。その時、直流電源部１０の動作点が動作点Ｂから動作点Ｃに向かって変化する。
When the operating point of the DC
直流電源部１０の動作点が動作点Ｂから動作点Ｃに向かって変化すると、モータ電流の実効値が増加するので、ステップＳ６の決定処理においてＰＷＭ信号のデューティ比の変更方向を変転しないことが決定される。その後、ステップＳ３の変更処理によってＰＷＭ信号のデューティ比を引き続き低下させる方向に変化させると、直流電源部１０の動作点が動作点Ｃから動作点Ｄに変化する。
When the operating point of the DC
直流電源部１０の動作点が動作点Ｃから動作点Ｄに変化すると、モータ電流の実効値が減少するので、ステップＳ６の決定処理においてＰＷＭ信号のデューティ比の変更方向を変転することが決定される。その後、ステップＳ３の変更処理によってＰＷＭ信号のデューティ比を増加させる。すると、直流電源部１０の動作点が特性線Ｌ２上において動作点Ｄから動作点Ｃに変化するまでモータ電流の実効値が増加していく。そして、動作点Ｃから動作点Ｂ方向に変化すると、モータ電流の実効値が減少するので、再度、ステップＳ６の決定処理においてＰＷＭ信号のデューティ比の変更方向を変転することが決定される。これを繰り返すことで、次第に第２の日射量における最大電力値となる動作点Ｃに収束する。
When the operating point of the DC
直流電源部１０の動作点が特性線Ｌ２上においてモータ電流の実効値が最大となる動作点Ｃで収束している状況において、発電部１１への日射量が第２の日射量から第１の日射量に変化すると、直流電源部１０の動作点は、動作点Ｃから動作点Ｅに変化する。動作点Ｅは、特性線Ｌ１と特性線Ｌ４との交点である。直流電源部１０の動作点が動作点Ｃから動作点Ｅに変化すると、モータ電流の実効値が増加するので、ステップＳ３の決定処理において、ＰＷＭ信号のデューティ比を増加あるいは減少させる。仮にＰＷＭデューティ比を減少させた場合、直流電源部１０の動作点が特性線Ｌ１上において動作点Ｅから動作点Ａ方向とは逆方向に変化してモータ電流の実効値が減少していく。そして、ステップＳ６の決定処理において、ＰＷＭ信号のデューティ比を増加させる方向に変更する。ＰＷＭ信号のデューティ比を増加させる方向に調整することで、モータ電流の実効値が増加する。そして、直流電源部１０の動作点は特性線Ｌ１上においてモータ電流の実効値が最大となる図６に示す動作点Ａに収束する。
In a situation where the operating point of the DC
上記説明したように、制御部３２は、負荷機器２０の駆動状態を常に検出し、その駆動状態に基づいて、直流電源部１０から制御装置３０に供給される直流電力の最大電力点を追尾している。よって、特許文献１の制御よりも負荷機器２０の駆動状態に近いタイミングでＭＰＰＴ制御が行われるので、直流電源部１０の出力変動に対する負荷機器２０の駆動制御の追従性が良い。従って、天候が急激に変化して直流電源部１０の出力が急激に変動しても制御装置３０は負荷機器２０を安定して駆動することができる。
As described above, the
＜４．変形例＞
上述した本発明の例示的な実施形態に係る駆動装置１は直流電源部１０を有する構成である。しかしながら、図７に示す第１変形例のように駆動装置１は直流電源部１０を有さない構成であってもよい。
<4. Modification>
The drive device 1 according to the exemplary embodiment of the present invention described above has a configuration including the DC
上述した本発明の例示的な実施形態に係る駆動装置１は制御装置３０の内部に検出部３３が設置される構成である。しかしながら、図８に示す第２変形例のように駆動装置１は負荷機器２０の内部に検出部３３が設置される構成であってもよい。また、図１に示す構成を変形して検出部３３が電力変換部３１の内部に設置される構成にしてもよく、図８に示す構成を変形して検出部３３がモータ２１の内部に設置される構成にしてもよい。
The drive device 1 according to the exemplary embodiment of the present invention described above has a configuration in which the
上述した本実施形態では、制御部３２は、モータ電流の実効値の変化に基づいて、直流電源部１０から制御装置３０に供給される直流電力の最大電力点を追尾する。しかしながら、モータ電流の実効値とモータ２１の回転数との間には正の相関があるため、制御部３２が、モータ電流からモータ２１の回転数を算出するようにしてよい。この場合、制御部３２は、モータ２１の回転数の変化に基づいて、直流電源部１０から制御装置３０に供給される直流電力の最大電力点を追尾すればよい。
In the present embodiment described above, the
また、モータ電流からモータ２１の回転数が算出される場合、制御部３２が、モータ電流の波形のゼロクロスポイントに基づいてモータ２１の回転数を算出する構成であることが好ましい。制御部３２が検出部３３から出力されるモータ電流信号を処理する際に、処理対象をモータ電流の波形のゼロクロスポイントに限定することができるため、制御部３２の制御処理が簡易になり、制御部３２の制御処理負担が少なくなるからである。
Further, when the rotation speed of the
また、制御部３２が、モータ２１の回転数の変化に基づいて、直流電源部１０から制御装置３０に供給される直流電力の最大電力点を追尾する構成である場合、検出部３３を電流測定回路ではなくモータ２１の回転数を検出し、回転数信号を出力する検出器にしてもよい。モータ２１の回転数を検出し、回転数信号を出力する検出器としては、例えばエンコーダ、ホールセンサ等を用いることができる。検出部３３をモータ２１の回転数を検出し、回転数信号を出力する検出器にする場合、図９に示す第３変形例のように検出部３３をモータ２１の内部に設置する構成にすればよい。
When the
上述した本実施形態では、制御部３２の動作の一例として、図５に示すフローチャートの動作を説明した。しかしながら、この制御は例示である。制御部３２は、図１０に示すフローチャートの動作を行ってもよい。以下、制御部３２が図１０に示すフローチャートの動作を行う場合について説明する。
In the above-described embodiment, the operation of the flowchart illustrated in FIG. 5 has been described as an example of the operation of the
制御装置３０の電源がオンされると、図１０に示すフローチャートの動作が開始される。また、制御装置３０の電源がオンされると、電力変換部３１及び検出部３３の動作も開始される。制御部３２、電力変換部３１、及び検出部３３は制御装置３０の電源がオフされるまで動作を継続する。
When the power of the
制御装置３０は、低電圧保護回路、過電圧保護回路、過電流保護回路、過熱保護回路等の各種保護回路を有することが好ましい。制御装置３０が停止しない限り、制御部３２、電力変換部３１、及び検出部３３は制御装置３０の電源がオフされるまで動作を継続する。
The
制御装置３０の電源がオンされると、制御部３２は、初期値Ｄ０をメモリ３２ｂから読み出して、ＰＷＭ信号のデューティ比の値Ｄを初期値Ｄ０にする（ステップＳ１１）。
When the power of the
次に、制御部３２は、ＰＷＭ信号のデューティ比の値Ｄにおける負荷機器２０の駆動状態に基づいてＰＷＭ信号のデューティ比の値Ｄを変更するか否かを決定する（ステップＳ１２及びＳ１３）。負荷機器２０の駆動状態は、上述した本実施形態と同様に例えばモータ電流の変化であってもよく、モータ２１の回転数であってもよい。以下、負荷機器２０の駆動状態がモータ２１の回転数である場合について説明する。
Next, the
ステップＳ１２において、制御部３２は、回転数Ｘ、Ｙ、及びＺを把握する。ステップＳ１２における回転数Ｙは、ＰＷＭ信号のデューティ比の値Ｄにおけるモータ２１の回転数である。ステップＳ１２における回転数Ｘは、ＰＷＭ信号のデューティ比を値Ｄに対して１％大きい値（Ｄ×１．０１）にしたときのモータ２１の回転数である。ステップＳ１２における回転数Ｚは、ＰＷＭ信号のデューティ比を値Ｄに対して１％小さい値（Ｄ×０．９９）にしたときのモータ２１の回転数である。
In step S12, the
ステップＳ１３において、制御部３２は、回転数Ｙが回転数Ｘより大きく且つ回転数Ｙが回転数Ｚより大きいという条件を満たすか否かを判定する。回転数Ｙが回転数Ｘより大きく且つ回転数Ｙが回転数Ｚより大きいという条件を満たす場合、直流電源部１０の動作点が直流電源部１０から制御装置３０に供給される直流電力の最大電力点ということである。よって、制御部３２は、ＰＷＭ信号のデューティ比の値Ｄを変更しないと決定し、ステップスＳ１２に戻る。一方、回転数Ｙが回転数Ｘより大きく且つ回転数Ｙが回転数Ｚより大きいという条件を満たさない場合、直流電源部１０の動作点が直流電源部１０から制御装置３０に供給される直流電力の最大電力点から外れているということである。制御部３２は、ＰＷＭ信号のデューティ比の値Ｄを変更すると決定し、ステップスＳ１４に移行する。
In step S13, the
ステップＳ１４において、制御部３２は、回転数Ｙが回転数Ｘより小さいか否かを判定する。回転数Ｙが回転数Ｘより小さい場合には、ＰＷＭ信号のデューティ比の値Ｄを大きくすることによって、直流電源部１０の動作点を直流電源部１０から制御装置３０に供給される直流電力の最大電力点に近づけることができる。逆に、回転数Ｙが回転数Ｘより大きい場合には、ＰＷＭ信号のデューティ比の値Ｄを小さくすることによって、直流電源部１０の動作点を直流電源部１０から制御装置３０に供給される直流電力の最大電力点に近づけることができる。このため、回転数Ｙが回転数Ｘより小さい場合には、後述するステップＳ１５に移行し、回転数Ｙが回転数Ｘより大きい場合には、後述するステップＳ２３に移行する。
In step S14, the
ステップＳ１５において、制御部３２は、値Ｄに対して３％大きい値（Ｄ×１．０３）を新たな値Ｄとする。その後、制御部３２は、回転数Ｘ、Ｙ、及びＺを把握する（ステップＳ１６）。ステップＳ１６における回転数Ｙは、ＰＷＭ信号のデューティ比の値Ｄにおけるモータ２１の回転数である。ステップＳ１６における回転数Ｘは、ＰＷＭ信号のデューティ比を値Ｄに対して２％大きい値（Ｄ×１．０２）にしたときのモータ２１の回転数である。ステップＳ１６における回転数Ｚは、ＰＷＭ信号のデューティ比を値Ｄに対して２％小さい値（Ｄ×０．９８）にしたときのモータ２１の回転数である。
In step S15, the
ステップＳ１６の後、制御部３２は、回転数Ｙが回転数Ｘより小さいか否かを判定する（ステップＳ１７）。回転数Ｙが回転数Ｘより小さくない場合には、ステップＳ１２に戻る。回転数Ｙが回転数Ｘより小さい場合には、直流電源部１０の動作点を直流電源部１０から制御装置３０に供給される直流電力の最大電力点にもっと近づける必要がある。このため、回転数Ｙが回転数Ｘより小さい場合には、制御部３２は、値Ｄに対して７％大きい値（Ｄ×１．０７）を新たな値Ｄとする（ステップＳ１８）。
After step S16, the
ステップＳ１８の後、制御部３２は、回転数Ｘ、Ｙ、及びＺを把握する（ステップＳ１９）。ステップＳ１９における回転数Ｙは、ＰＷＭ信号のデューティ比の値Ｄにおけるモータ２１の回転数である。ステップＳ１９における回転数Ｘは、ＰＷＭ信号のデューティ比を値Ｄに対して５％大きい値（Ｄ×１．０５）にしたときのモータ２１の回転数である。ステップＳ１９における回転数Ｚは、ＰＷＭ信号のデューティ比を値Ｄに対して５％小さい値（Ｄ×０．９５）にしたときのモータ２１の回転数である。
After step S18, the
ステップＳ１９の後、制御部３２は、回転数Ｙが回転数Ｘより小さいか否かを判定する（ステップＳ２０）。回転数Ｙが回転数Ｘより小さくない場合には、ステップＳ１２に戻る。回転数Ｙが回転数Ｘより小さい場合には、直流電源部１０の動作点を直流電源部１０から制御装置３０に供給される直流電力の最大電力点にもっと近づける必要がある。このため、回転数Ｙが回転数Ｘより小さい場合には、制御部３２は、値Ｄに対して１０％大きい値（Ｄ×１．１０）を新たな値Ｄとする（ステップＳ２１）。
After step S19, the
ステップＳ２１の後、制御部３２は、回転数Ｘ、Ｙ、及びＺを把握し（ステップＳ２２）、ステップＳ２０に戻る。ステップＳ２２における回転数Ｙは、ＰＷＭ信号のデューティ比の値Ｄにおけるモータ２１の回転数である。ステップＳ２２における回転数Ｘは、ＰＷＭ信号のデューティ比を値Ｄに対して５％大きい値（Ｄ×１．０５）にしたときのモータ２１の回転数である。ステップＳ２２における回転数Ｚは、ＰＷＭ信号のデューティ比を値Ｄに対して５％小さい値（Ｄ×０．９５）にしたときのモータ２１の回転数である。
After step S21, the
次にステップＳ２３以降の処理について説明する。ステップＳ２３において、制御部３２は、値Ｄに対して３％小さい値（Ｄ×０．９７）を新たな値Ｄとする。その後、制御部３２は、回転数Ｘ、Ｙ、及びＺを把握する（ステップＳ２４）。ステップＳ２４における回転数Ｙは、ＰＷＭ信号のデューティ比の値Ｄにおけるモータ２１の回転数である。ステップＳ２４における回転数Ｘは、ＰＷＭ信号のデューティ比を値Ｄに対して２％大きい値（Ｄ×１．０２）にしたときのモータ２１の回転数である。ステップＳ２４における回転数Ｚは、ＰＷＭ信号のデューティ比を値Ｄに対して２％小さい値（Ｄ×０．９８）にしたときのモータ２１の回転数である。
Next, processing after step S23 will be described. In step S23, the
ステップＳ２４の後、制御部３２は、回転数Ｙが回転数Ｚより小さいか否かを判定する（ステップＳ２５）。回転数Ｙが回転数Ｚより小さくない場合には、ステップＳ１２に戻る。回転数Ｙが回転数Ｚより小さい場合には、直流電源部１０の動作点を直流電源部１０から制御装置３０に供給される直流電力の最大電力点にもっと近づける必要がある。このため、回転数Ｙが回転数Ｚより小さい場合には、制御部３２は、値Ｄに対して７％小さい値（Ｄ×０．９３）を新たな値Ｄとする（ステップＳ２６）。
After step S24, the
ステップＳ２６の後、制御部３２は、回転数Ｘ、Ｙ、及びＺを把握する（ステップＳ２７）。ステップＳ２７における回転数Ｙは、ＰＷＭ信号のデューティ比の値Ｄにおけるモータ２１の回転数である。ステップＳ２７における回転数Ｘは、ＰＷＭ信号のデューティ比を値Ｄに対して５％大きい値（Ｄ×１．０５）にしたときのモータ２１の回転数である。ステップＳ２７における回転数Ｚは、ＰＷＭ信号のデューティ比を値Ｄに対して５％小さい値（Ｄ×０．９５）にしたときのモータ２１の回転数である。
After step S26, the
ステップＳ２７の後、制御部３２は、回転数Ｙが回転数Ｚより小さいか否かを判定する（ステップＳ２８）。回転数Ｙが回転数Ｚより小さくない場合には、ステップＳ１２に戻る。回転数Ｙが回転数Ｚより小さい場合には、直流電源部１０の動作点を直流電源部１０から制御装置３０に供給される直流電力の最大電力点にもっと近づける必要がある。このため、回転数Ｙが回転数Ｚより小さい場合には、制御部３２は、値Ｄに対して１０％小さい値（Ｄ×０．９０）を新たな値Ｄとする（ステップＳ２９）。
After step S27, the
ステップＳ２９の後、制御部３２は、回転数Ｘ、Ｙ、及びＺを把握し（ステップＳ３０）、ステップＳ２２８に戻る。ステップＳ３０における回転数Ｙは、ＰＷＭ信号のデューティ比の値Ｄにおけるモータ２１の回転数である。ステップＳ３０における回転数Ｘは、ＰＷＭ信号のデューティ比を値Ｄに対して５％大きい値（Ｄ×１．０５）にしたときのモータ２１の回転数である。ステップＳ３０における回転数Ｚは、ＰＷＭ信号のデューティ比を値Ｄに対して５％小さい値（Ｄ×０．９５）にしたときのモータ２１の回転数である。
After step S29, the
図１０に示すフローチャートの動作によると、制御部３２は、ＰＷＭ信号のデューティ比の変化に対するモータ２１の回転数の変化方向が同じ方向で継続する場合は、ＰＷＭ信号のデューティ比の変化量を大きくし、ＰＷＭ信号のデューティ比の変化に対するモータ２１の回転数の変化方向が異なる方向になる場合は、ＰＷＭ信号のデューティ比の変化方向を反転し、ＰＷＭ信号のデューティ比の変化量を反転前と同一又は反転前より小さくする。すなわち、ＰＷＭ信号のデューティ比の変化に対するモータ２１の回転数の変化方向が同じ方向で継続する場合は、ＰＷＭ信号のデューティ比の変化量が漸増する。したがって、直流電源部１０の動作点を直流電源部１０から制御装置３０に供給される直流電力の最大電力点に早く収束させることができる。なお、図１０におけるＷＭ信号のデューティ比の変化量（３％、７％、１０％）は単なる例示であり、３段階以外の段階数で変化量が変化してもよく、３％、７％、及び１０％以外の数値であってもよい。
According to the operation of the flowchart shown in FIG. 10, when the direction of change in the rotation speed of the
また、負荷機器２０の駆動状態がモータ電流の変化である場合には制御部３２の動作は次に示す動作となるため、負荷機器２０の駆動状態がモータ２１の回転数である場合と同様の効果が得られる。制御部３２は、ＰＷＭ信号のデューティ比の変化に対するモータ電流の変化方向が同じ方向で継続する場合は、ＰＷＭ信号のデューティ比の変化量を大きくし、ＰＷＭ信号のデューティ比の変化に対するモータ電流の変化方向が異なる方向になる場合は、ＰＷＭ信号のデューティ比の変化方向を反転し、ＰＷＭ信号のデューティ比の変化量を反転前と同一又は反転前より小さくする。すなわち、ＰＷＭ信号のデューティ比の変化に対するモータ電流の変化方向が同じ方向で継続する場合は、ＰＷＭ信号のデューティ比の変化量が漸増する。
In addition, when the driving state of the
以上においては、負荷機器２０がポンプ部２２を有し、ポンプ部２２がモータ２１を有する構成を説明した。しかしながら、この構成は例示である。負荷機器２０はポンプ部２２を有さない構成であってもよい。例えば、負荷機器２０はＬＥＤ（Light Emitting Diode）照明機器であってもよい。
The configuration in which the
その他、以上に示した実施形態及び変形例の構成は、本発明の例示にすぎない。実施形態及び変形例の構成は、本発明の技術的思想を超えない範囲で適宜変更されてもよい。また、複数の実施形態及び変形例は、可能な範囲で組み合わせて実施されてよい。 In addition, the configurations of the above-described embodiments and modified examples are merely examples of the present invention. The configurations of the embodiment and the modified examples may be appropriately changed without departing from the technical idea of the present invention. In addition, a plurality of embodiments and modifications may be implemented in combination as far as possible.
本発明は、直流電源部から供給される直流電力の最大電力点を追尾する装置及び方法に利用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is applicable to an apparatus and a method for tracking the maximum power point of DC power supplied from a DC power supply unit.
１・・・駆動装置、１０・・・直流電源部、１１・・・発電部、２０・・・負荷機器、２１・・・モータ、２２・・・ポンプ部、２３・・・インペラ部、３０・・・制御装置、３１・・・電力変換部、３２・・・制御部、３３・・・検出部、４０・・・流水ケーブル、４１・・・貯水槽 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Drive device, 10 ... DC power supply part, 11 ... Power generation part, 20 ... Load equipment, 21 ... Motor, 22 ... Pump part, 23 ... Impeller part, 30 ... Control device, 31 ... Power conversion unit, 32 ... Control unit, 33 ... Detection unit, 40 ... Flowing cable, 41 ... Water tank
Claims (15)
前記直流電力を変換して前記負荷機器に電力を供給する電力変換部と、
前記電力変換部を制御する制御信号を出力する制御部と、
を有し、
前記制御部は、前記負荷機器の駆動状態に基づいて前記直流電力の最大電力点を追尾する、制御装置。 DC power is supplied from a DC power supply unit, a control device for controlling the driving of the load device,
A power conversion unit that converts the DC power and supplies power to the load device.
A control unit that outputs a control signal that controls the power conversion unit,
Has,
The control device, wherein the control unit tracks a maximum power point of the DC power based on a driving state of the load device.
前記制御信号の値を所定量変更したときに前記負荷機器の駆動状態の変化方向を判定し、
継続して前記制御信号の値を変更するときに、判定した前記負荷機器の駆動状態の変化方向に基づいて前記制御信号の値の変更方向を反転させるか否かを決める、請求項２に記載の制御装置。 The control unit includes:
When the value of the control signal is changed by a predetermined amount, the change direction of the drive state of the load device is determined,
The method according to claim 2, wherein when continuously changing the value of the control signal, it is determined whether or not to reverse the change direction of the value of the control signal based on the determined change direction of the drive state of the load device. Control device.
前記負荷機器と、
を有し、
前記制御装置及び前記負荷機器のいずれか一方は、前記負荷機器の物理量を検出し、前記検出結果に関する検出信号を出力する検出部を有し、
前記制御部は、前記検出信号を受け取り、前記検出信号から前記負荷機器の駆動状態を判断する、駆動装置。 A control device according to any one of claims 1 to 4,
The load device;
Has,
Either the control device or the load device has a detection unit that detects a physical quantity of the load device and outputs a detection signal regarding the detection result,
The drive device, wherein the control unit receives the detection signal, and determines a driving state of the load device from the detection signal.
前記制御信号は、ＰＷＭ信号であり、
前記制御信号の値は、前記ＰＷＭ信号のデューティ比であり、
前記負荷機器の駆動状態は、前記モータの回転数の変化であり、
前記検出部は、前記回転数を検出し、前記検出信号である回転数信号を出力する、
請求項５に記載の駆動装置。 The load device has a motor,
The control signal is a PWM signal;
The value of the control signal is a duty ratio of the PWM signal,
The driving state of the load device is a change in the number of revolutions of the motor,
The detection unit detects the rotation speed, and outputs a rotation speed signal that is the detection signal,
The driving device according to claim 5.
前記ＰＷＭ信号のデューティ比の変化に対する前記回転数の変化方向が同じ方向で継続する場合は、前記ＰＷＭ信号のデューティ比の変化量を大きくし、
前記ＰＷＭ信号のデューティ比の変化に対する前記回転数の変化方向が異なる方向になる場合は、前記ＰＷＭ信号のデューティ比の変化方向を反転し、前記ＰＷＭ信号のデューティ比の変化量を反転前と同一又は反転前より小さくする、
請求項６に記載の駆動装置。 The control unit includes:
When the direction of change in the rotation speed with respect to the change in the duty ratio of the PWM signal continues in the same direction, the amount of change in the duty ratio of the PWM signal is increased,
If the direction of change in the rotation speed with respect to the change in the duty ratio of the PWM signal is different, the direction of change in the duty ratio of the PWM signal is inverted, and the amount of change in the duty ratio of the PWM signal is the same as before the inversion. Or make it smaller than before inversion,
The driving device according to claim 6.
前記制御信号は、ＰＷＭ信号であり、
前記制御信号の値は、前記ＰＷＭ信号のデューティ比であり、
前記負荷機器の駆動状態は、前記モータに対して通電される駆動電流を含むモータ電流の変化であり、
前記検出部は、前記モータに対して通電される駆動電流を含むモータ電流を検出し、前記検出信号であるモータ電流信号を出力する、請求項５に記載の駆動装置。 The load device has a motor,
The control signal is a PWM signal;
The value of the control signal is a duty ratio of the PWM signal,
The drive state of the load device is a change in motor current including a drive current supplied to the motor,
The drive device according to claim 5, wherein the detection unit detects a motor current including a drive current supplied to the motor, and outputs a motor current signal as the detection signal.
前記ＰＷＭ信号のデューティ比の変化に対する前記モータ電流の変化方向が同じ方向で継続する場合は、前記ＰＷＭ信号のデューティ比の変化量を大きくし、
前記ＰＷＭ信号のデューティ比の変化に対する前記モータ電流の変化方向が異なる方向になる場合は、前記ＰＷＭ信号のデューティ比の変化方向を反転し、前記ＰＷＭ信号のデューティ比の変化量を反転前と同一又は反転前より小さくする、
請求項８に記載の駆動装置。 The control unit includes:
When the change direction of the motor current with respect to the change in the duty ratio of the PWM signal continues in the same direction, the amount of change in the duty ratio of the PWM signal is increased,
When the change direction of the motor current with respect to the change of the duty ratio of the PWM signal is different, the change direction of the duty ratio of the PWM signal is inverted, and the change amount of the duty ratio of the PWM signal is the same as before the change. Or make it smaller than before inversion,
The drive device according to claim 8.
前記直流電源部は、自然エネルギーを利用して発電する発電部を有する、請求項５から１２のいずれか一項に記載の駆動装置。 The driving device has the DC power supply unit,
The drive device according to any one of claims 5 to 12, wherein the DC power supply unit includes a power generation unit that generates power using natural energy.
前記直流電力を変換して前記負荷機器に供給する第１ステップと、
前記負荷機器の物理量を検出する第２ステップと、
前記第２ステップでの検出結果を用い、前記負荷機器の駆動状態に基づいて前記直流電力の最大電力点を追尾する第３ステップと、
を有する、制御方法。 A control method of a load device driven by DC power supplied from a DC power supply unit,
A first step of converting the DC power and supplying the DC power to the load device;
A second step of detecting a physical quantity of the load device;
A third step of tracking a maximum power point of the DC power based on a driving state of the load device using the detection result in the second step;
A control method comprising:
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