JP3301861B2

JP3301861B2 - インバータの出力制御装置

Info

Publication number: JP3301861B2
Application number: JP14085794A
Authority: JP
Inventors: 政樹湯郷; 徹成浜田; 佳和石川; 康弘牧野
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1994-05-30
Filing date: 1994-05-30
Publication date: 2002-07-15
Anticipated expiration: 2017-07-15
Also published as: JPH07325635A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、太陽電池から得られる
直流の電力を交流の電力に変換して、商用電力系統等へ
供給するインバータに関し、特に、太陽電池の発電能力
に応じてインバータ出力を制御する出力制御装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、太陽電池を用いた発電システムの
開発が鋭意進められており、太陽電池を各家庭や工場或
いは地域に設置して、太陽電池から得られる電力を商用
電力系統へ逆潮流することが検討されている。

【０００３】斯種発電システムにおいては、図１の如く
太陽電池(１)から得られる直流の電力がインバータ主回
路(２)によって交流の電力に変換されて、商用電力系統
(４)へ供給される。ここで、太陽電池(１)の発電能力
は、太陽電池(１)が受ける日射量や太陽電池(１)の温度
によって変化し、通常は、太陽電池(１)の平均的な発電
量に応じた定格出力のインバータ主回路が選定され、配
備されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、比較的
温度の低い晴天日に日射量が急上昇すると、太陽電池の
発電能力が増大して、インバータ主回路の定格出力を越
えることがある。太陽電池から得られる電力が例えばイ
ンバータ主回路の定格出力の１１０％を上回ると、イン
バータ主回路が無理な運転状態となって、回路素子が損
傷する虞れが生じる。そこで本発明の目的は、太陽電池
の発電能力に応じてインバータ出力を制御する出力制御
装置を提供し、インバータ主回路の保護を図ることであ
る。

【０００５】

【課題を解決する為の手段】本発明に係る第１の出力制
御装置は、太陽電池(１)から得られる直流の電力を交流
の電力に変換して出力するインバータ主回路(２)と、該
インバータ主回路(２)の動作を制御する制御回路(３)と
を具えたインバータにおいて、日射量に応じて太陽電池
(１)が発電可能な最大電力を検知する最大電力検知手段
と、検知された最大電力とインバータ主回路(２)の定格
出力とを比較し、最大電力が定格出力よりも大きいとき
は、太陽電池(１)の出力特性に基づき、インバータ主回
路(２)が定格出力となる太陽電池(１)の出力電圧指令値
を作成して、制御回路(３)へ出力し、最大電力が定格出
力よりも小さいときは、制御回路(３)に対して最大電力
点にて動作すべき指令を発する出力指令手段とを具えて
いる。

【０００６】又、本発明に係る第２の出力制御装置は、
太陽電池(１)から得られる直流の電力を交流の電力に変
換すべく太陽電池(１)の出力端に並列に接続された複数
のインバータ主回路(21)(22)(23)と、各インバータ主回
路の動作を制御する複数の制御回路(31)(32)(33)とを具
えたインバータにおいて、日射量に応じて太陽電池(１)
が発電可能な最大電力を検知する最大電力検知手段と、
検知された最大電力と各インバータ主回路の定格出力の
合計値とを比較し、最大電力が定格出力の合計値よりも
大きいときは、各制御回路(31)(32)(33)に対して夫々定
格出力以下にて動作すべき指令を発し、最大電力が定格
出力の合計値よりも小さいときは、動作すべきインバー
タ主回路の台数を決定すると共に、動作すべきインバー
タ主回路の各制御回路に対して夫々最大電力点にて動作
すべき指令を発する出力指令手段とを具えている。

【０００７】

【作用】上記第１の出力制御装置は、太陽電池(１)の出
力端に１台のインバータ主回路(２)が接続されたインバ
ータを対象として、インバータ主回路(２)の出力制御を
行なうものである。最大電力検知手段は、例えば太陽電
池(１)の近傍に日射計及び温度計を配備して、日射量及
び温度を測定し、該測定データと、予め判明している太
陽電池(１)の出力特性から、太陽電池(１)が発電可能な
最大電力を検知する。

【０００８】そして、最大電力検知手段によって検知さ
れた最大電力がインバータ主回路(２)の定格出力よりも
大きいときは、太陽電池(１)の出力特性に基づき、イン
バータ主回路(２)が定格出力となる太陽電池(１)の出力
電圧指令値が作成され、制御回路(３)へ出力される。こ
れに応じて制御回路(３)は、太陽電池(１)が発電可能な
最大電力に拘わらず、インバータ主回路(２)の出力を定
格出力に制御する。これによって、インバータ主回路
(２)の保護が図られる。逆に、最大電力が定格出力より
も小さいときは、制御回路(３)に対して最大電力点にて
動作すべき指令が発せられ、これに応じて制御回路(３)
は、最大電力が得られることとなる電圧、電流を決定し
て、インバータ主回路(２)の出力を最大電力点に制御す
る。これによって、インバータの最大能力が引き出され
る。

【０００９】一方、上記第２の出力制御装置は、太陽電
池(１)の出力端に複数台のインバータ主回路(21)(22)(2
3)が接続されたインバータを対象として、各インバータ
主回路(21)(22)(23)の起動停止及び出力制御を行なうも
のである。最大電力検知手段は第１の装置と同様に、日
射量及び温度の測定データと、予め判明している太陽電
池(１)の出力特性から、太陽電池(１)が発電可能な最大
電力を検知する。

【００１０】そして、最大電力検知手段によって検知さ
れた最大電力がインバータ主回路(21)(22)(23)の定格出
力の合計値よりも大きいときは、各制御回路(31)(32)(3
3)に対して夫々定格出力以下にて動作すべき指令が発さ
れる。これに応じて各制御回路(31)(32)(33)は、太陽電
池(１)が発電可能な最大電力に拘わらず、夫々が担当す
るインバータ主回路(21)(22)(23)の出力を定格出力以下
に抑制する。これによって、インバータ主回路(21)(22)
(23)の保護が図られる。

【００１１】逆に、最大電力が定格出力の合計値よりも
小さいときは、先ず、各インバータ主回路の定格出力の
大きさに応じて、動作すべきインバータ主回路の台数を
決定する。この際、各インバータ主回路の効率特性が考
慮され、総合的な発電効率が最大となる様、動作すべき
インバータ主回路の選定が行なわれる。そして、動作す
べきインバータ主回路の各制御回路に対して夫々最大電
力点にて動作すべき指令が発せられ、これに応じて各制
御回路(31)(32)(33)は、最大電力が得られることとなる
電圧、電流を決定して、夫々担当するインバータ主回路
(21)(22)(23)の出力を最大電力点に制御する。これによ
って、インバータの最大能力が引き出される。

【００１２】

【発明の効果】本発明に係るインバータの出力制御装置
によれば、太陽電池が受ける日射量や太陽電池の温度に
応じて、インバータ主回路が出力すべき電力が判断さ
れ、該判断結果に基づいて出力制御が行なわれるから、
インバータ主回路は有効に保護される。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を系統連系インバータに実施し
た例につき、図面に沿って詳述する。第１実施例図１に示す如く、太陽電池(１)の出力端はインバータ主
回路(２)を介して商用電力系統(４)へ連系され、インバ
ータ主回路(２)と商用電力系統(４)の間には開閉器(７)
が介在している。

【００１４】インバータ主回路(２)は、例えばＰＷＭ制
御を行なう制御回路(３)によって動作が制御されてい
る。制御回路(３)の具体的な構成については後述する。
又、太陽電池(１)の近傍には日射計及び温度計(６)が配
備されており、日射計及び温度計(６)からの測定データ
はマイクロコンピュータ(以下、マイコンと略記する)
(５)へ送られる。

【００１５】マイコン(５)は、日射量及び温度の測定デ
ータと、日射量及び温度についての発電効率特性から、
太陽電池(１)が発電可能な最大電力を算出する。そし
て、後述の如く最大電力とインバータ主回路(２)の定格
出力とを比較し、該比較結果に基づいて、電圧指令値を
決定して、制御回路(３)へ指令する。又、マイコン(５)
は、商用電力系統(４)との連系を遮断する際には、開閉
器(７)へＯＦＦ信号を発する。

【００１６】図３は、上記発電システムの更に具体的な
構成を示している。制御回路(３)はＰＷＭ制御部(34)と
ＰＷＭパルス発生回路(35)とを具え、ＰＷＭ制御部(34)
は、差動増幅器(36)、乗算器(37)、及びエラーアンプ(3
8)から構成される。ＰＷＭパルス発生回路(35)は、所定
周波数のＰＷＭパルスをインバータ主回路(２)の各スイ
ッチング素子(図示省略)へゲート制御信号Ｑとして出力
するものである。

【００１７】上記ＰＷＭ制御部(34)においては、差動増
幅器(36)にて、太陽電池(１)からの入力電圧Ｖとマイコ
ン(５)からの電圧指令値Ｖｓとの差に応じた電圧指令値
Ｖｔが作成され、乗算器(37)へ送出される。乗算器(37)
では、電圧指令値Ｖｔと、商用交流電圧の基本周波数成
分に対応した信号Ｅとが乗算されて、電流指令値Ｉｔが
作成される。

【００１８】そして、エラーアンプ(38)にて、電流指令
値Ｉｔと出力電流値Ｉとの差を示す差信号が生成され、
該差信号がＰＷＭパルス発生回路(35)へ供給される。こ
れによって、前記差信号の大きさに応じたパルス幅のＰ
ＷＭパルスが生成される。該ＰＷＭパルスによってイン
バータ主回路(２)のスイッチング素子の導通制御が行な
われるのである。尚、ＰＷＭパルス発生回路(35)には、
インバータ主回路(２)に対するＰＷＭパルスの出力をＯ
Ｎ／ＯＦＦするためのゲートブロック信号がマイコン
(５)から供給されており(図示省略)、インバータ運転時
にはゲートブロックが解除される。

【００１９】図９は太陽電池の出力特性を示しており、
出力電圧を変化させたときの出力電流の変化(Ｉ−Ｖ特
性)から、電力と電圧の関係(Ｐ−Ｖ特性)が得られる。
Ｐ−Ｖ特性から明らかな様に、太陽電池には、その出力
がピークとなる最適動作電圧Ｖｓが存在する。従って、
この最適動作電圧Ｖｓを前記電圧指令値Ｖｔとして制御
回路(３)へ供給することよって、太陽電池(１)は最大の
発電能力を発揮する。最適動作電圧Ｖｓの設定方式とし
ては、従来より、所謂山登り法による最大電力点追尾制
御(ＭＰＰＴ制御)が知られている(例えば特開昭62-8531
2号〔G05F1/67〕)。

【００２０】図４及び図５は、図１の発電システムを対
象とするマイコン(５)の制御手続きを表わしている。
尚、本実施例では、インバータ主回路(２)の定格出力を
３ｋＷとする。先ず図４のステップＳ１にて、インバー
タを待機状態に設定した後、ステップＳ２にて、図９に
示す開放電圧Ｖoを直流電圧指令値として制御回路(３)
へ出力する。

【００２１】次にステップＳ３にて開閉器(７)へＯＮ信
号を送って、開閉器(７)を閉じ、更にステップＳ４にて
前述のゲートブロックを解除する。ステップＳ５では、
インバータ出力を０に設定した状態で運転を開始する。

【００２２】その後、図５のステップＳ６にて、日射計
及び温度計(６)からの測定データを取り込んで、太陽電
池(１)が発電可能な最大電力(発電量)を算出する。そし
て、ステップＳ７にて、最大電力とインバータ定格出力
の３ｋＷとを比較し、最大電力が３ｋＷ以上のときは、
ステップＳ８へ移行する。ステップＳ８では、定格出力
の３ｋＷとなる直流電圧指令値Ｖｋを作成して、制御回
路(３)へ出力する。これによって、ステップＳ９の出力
制御モード運転が開始される。その後、ステップＳ１２
にて所定の遅延時間を設けた後、ステップＳ６へ戻っ
て、再度、太陽電池(１)の発電量を決定する。

【００２３】そして、ステップＳ７にて、最大電力が定
格出力の３ｋＷを下回ったこと(ＮＯ)が判断されたとき
は、ステップＳ１０へ移行する。ステップＳ１０では、
最適動作電圧Ｖｓを制御回路(３)へ出力する。これによ
って、ステップ１１のＭＰＰＴ制御モード運転が開始さ
れる。その後、ステップＳ１２の遅延時間を経て、ステ
ップＳ６へ戻り、同様の手続きが繰り返される。

【００２４】上記出力制御装置によれば、太陽電池(１)
が発電可能な最大電力がインバータ主回路(２)の定格出
力を上回っている場合には、太陽電池(１)の出力、従っ
てインバータ主回路(２)の出力が定格出力に抑えられ
て、インバータ主回路(２)の保護が図られ、逆に最大電
力が定格出力を下回っている場合には、常に最適動作点
が得られる様に制御が行なわれて、太陽電池(１)の能力
が最大に利用される。

【００２５】第２実施例図２に示す如く、太陽電池(１)の出力端には、３台のイ
ンバータ主回路(21)(22)(23)が並列に接続され、各イン
バータ主回路の出力端は夫々、開閉器(71)(72)(73)を介
して商用電力系統(４)へ連系されている。

【００２６】各インバータ主回路(21)(22)(23)は夫々、
ＰＷＭ制御を行なう制御回路(31)(32)(33)によって動作
が制御されている。各制御回路(31)(32)(33)の具体的な
構成は図３に示す制御回路(３)と同様である。斯くして
３台のインバータの並列運転による太陽電池発電
システムが構成される。図２の如く太陽電池(１)の近傍
には日射計及び温度計(６)が配備されており、日射計及
び温度計(６)からの測定データはマイコン(５)へ送られ
て、日射量及び温度の測定データに基づいて、太陽電池
(１)が発電可能な最大電力が算出される。

【００２７】図６乃至図８は、図２の発電システムを対
象とするマイコン(５)の制御手続きを表わしている。
尚、本実施例では、３台のインバータ主回路(21)(22)(2
3)の定格出力は何れも３ｋＷとする。又、各インバータ
主回路(21)(22)(23)は図１０に示す様に、定格出力(３
ｋＷ)で最大となる変換効率特性を有している。先ず図
６のステップＳ２１にて、インバータを待機状態
に設定した後、ステップＳ２２にて、インバータの制
御回路(31)に対して開放電圧Ｖoを直流電圧指令値とし
て出力する。

【００２８】次にステップＳ２３にてインバータの開
閉器(71)へＯＮ信号を送って、開閉器(71)を閉じ、更に
ステップＳ２４にてインバータのゲートブロックを解
除した後、インバータの出力を０に設定した状態で運
転を開始する。

【００２９】その後、ステップＳ２５にて、日射計及び
温度計(６)からの測定データを取り込んで、太陽電池
(１)が発電可能な最大電力(発電量)を算出する。そし
て、ステップＳ２６にて、最大電力とインバータ定格出
力の合計値である９ｋＷとを比較し、最大電力が９ｋＷ
以上のときは、図７のステップＳ２８へ移行する。又、
最大電力が９ｋＷを越えていないときは、更にステップ
Ｓ２７にて、最大電力を２台のインバータの定格出力の
合計値である６ｋＷと比較し、最大電力が６ｋＷ以上の
ときは、図７のステップＳ３２へ移行し、最大電力が６
ｋＷを越えていないときは、図８のステップＳ３６へ移
行する。

【００３０】最大電力が９ｋＷ以上のときは３台のイン
バータの運転が必要であると判断し、図７のステ
ップＳ２８にて、インバータの開閉器(72)(73)をＯ
Ｎとし、更にステップＳ２９でインバータのゲート
ブロックを解除する。次にステップＳ３０では、インバ
ータに対して夫々、定格出力の３ｋＷとなる直流
電圧指令値Ｖｋを作成して出力する。これによって、ス
テップＳ３１では、インバータの出力制御モード
運転が開始される。

【００３１】又、最大電力が９ｋＷ未満であって、６ｋ
Ｗ以上のときも、３台のインバータの運転が必要
であると判断し、図７のステップＳ３２にて、インバー
タの開閉器(72)(73)をＯＮとし、更にステップＳ３
３でインバータのゲートブロックを解除する。次に
ステップＳ３４では、インバータに対して夫々、
最適動作電圧Ｖｓを直流電圧指令値として出力する。こ
れによって、インバータでは、ステップ３５のＭ
ＰＰＴ制御モード運転が開始される。

【００３２】又、最大電力が６ｋＷ未満の場合は、図８
のステップＳ３６にて、インバータの開閉器(72)(7
3)をＯＦＦとし、更にステップＳ３７でインバータ
にゲートブロックを施す。そして、ステップＳ３８にて
最大電力が３ｋＷ以上であるかどうかを判断し、ＹＥＳ
のときは、２台のインバータの運転が必要であると
判断し、ステップＳ３９にて、インバータの開閉器(7
2)をＯＮとし、更にステップＳ４０でインバータのゲ
ートブロックを解除する。

【００３３】次にステップＳ４１にて、インバータ
に対して夫々、最適動作電圧Ｖｓを出力する。これによ
って、インバータでは、ステップＳ４２のＭＰＰＴ
制御モード運転が開始される。前記ステップＳ３８に
て、最大電力が３ｋＷ未満であることが判断されたとき
は、ステップＳ４３にて、インバータに対して最適動
作電圧Ｖｓを直流電圧指令値として出力する。これによ
って、インバータでは、ステップＳ４４のＭＰＰＴ制
御モード運転が開始される。

【００３４】上述の如く最大電力の大きさに応じて出力
制御運転或いはＭＰＰＴ制御運転が開始された後、図６
のステップＳ４５へ移行して、所定の遅延時間を設けた
後、ステップＳ２５へ戻って、同様の手続きを繰り返
す。

【００３５】上記出力制御装置によれば、複数台のイン
バータの並列運転を行なう場合に、太陽電池の発電能力
に応じてインバータの運転台数が決定されると共に、太
陽電池の最大電力が３台のインバータ定格出力の合計値
を上回っている場合には、太陽電池の出力が定格出力の
合計値に抑えられて、インバータ主回路の保護が図ら
れ、逆に最大電力が定格出力の合計値を下回っている場
合には、各インバータについて常に最適動作点が得られ
る様に制御が行なわれて、太陽電池の能力が最大に発揮
される。

【００３６】上記実施例の説明は、本発明を説明するた
めのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定
し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本
発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲
に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは
勿論である。例えば、複数台のインバータの並列運転を
行なう場合、太陽電池の発電能力に応じてインバータの
運転台数を決定する際には、図１０に示す如きインバー
タの変換効率特性を考慮して、太陽電池発電システム全
体としての発電効率が最大となる様、各種最適化手法を
用いた台数決定方式も導入可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施すべき太陽電池発電システム(第
１実施例)の構成を示すブロック図である。

【図２】他の太陽電池発電システム(第２実施例)の構成
を示すブロック図である。

【図３】制御回路の具体的な構成を示すブロック図であ
る。

【図４】第１実施例における出力制御手続きの前半を示
すフローチャートである。

【図５】同上手続きの後半を示すフローチャートであ
る。

【図６】第２実施例における出力制御手続きの前半を示
すフローチャートである。

【図７】同上手続きの後半の一部を示すフローチャート
である。

【図８】同上手続きの後半の残部を示すフローチャート
である。

【図９】太陽電池の出力特性を示すグラフである。

【図１０】インバータの変換効率特性を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

(１) 太陽電池 (２) インバータ主回路 (３) 制御回路 (４) 商用電力系統 (５) マイコン (６) 日射計及び温度計

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者牧野康弘大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (56)参考文献特開平６−117678（ＪＰ，Ａ) 特開昭54−162142（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−76614（ＪＰ，Ａ) 特開平５−284654（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G05F 1/67 H02J 3/00 - 5/00 H02J 7/00 - 7/36 H02M 3/00 - 3/44 H02M 7/42 - 7/98

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】太陽電池(１)から得られる直流の電力を
交流の電力に変換して出力するインバータ主回路(２)
と、該インバータ主回路(２)の動作を制御する制御回路
(３)とを具えたインバータにおいて、日射量に応じて太陽電池(１)が発電可能な最大電力を検
知する最大電力検知手段と、検知された最大電力とインバータ主回路(２)の定格出力
とを比較し、最大電力が定格出力よりも大きいときは、
太陽電池(１)の出力特性に基づき、インバータ主回路
(２)が定格出力となる太陽電池(１)の出力電圧指令値を
作成して、制御回路(３)へ出力し、最大電力が定格出力
よりも小さいときは、制御回路(３)に対して最大電力点
にて動作すべき指令を発する出力指令手段とを具えたこ
とを特徴とするインバータの出力制御装置。
【請求項２】太陽電池(１)から得られる直流の電力を
交流の電力に変換すべく太陽電池(１)の出力端に並列に
接続された複数のインバータ主回路(21)(22)(23)と、各
インバータ主回路の動作を制御する複数の制御回路(31)
(32)(33)とを具えたインバータにおいて、日射量に応じて太陽電池(１)が発電可能な最大電力を検
知する最大電力検知手段と、検知された最大電力と各インバータ主回路の定格出力の
合計値とを比較し、最大電力が定格出力の合計値よりも
大きいときは、各制御回路(31)(32)(33)に対して夫々定
格出力以下にて動作すべき指令を発し、最大電力が定格
出力の合計値よりも小さいときは、動作すべきインバー
タ主回路の台数を決定すると共に、動作すべきインバー
タ主回路の各制御回路に対して夫々最大電力点にて動作
すべき指令を発する出力指令手段とを具えたことを特徴
とするインバータの出力制御装置。