JP3484506B2 - 電力制御装置及びそれを用いた発電システム - Google Patents
電力制御装置及びそれを用いた発電システムInfo
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers
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- Inverter Devices (AREA)
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
- Control Of Electrical Variables (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、太陽電池の出力をイン
バータなどの電力変換装置を介して取り出す電力系統に
おいて、太陽電池の出力効率をできるだけ大きく保つよ
うに電力変換装置を制御する太陽電池の電力制御装置及
び、その電力制御装置を含む発電システムに関する。
バータなどの電力変換装置を介して取り出す電力系統に
おいて、太陽電池の出力効率をできるだけ大きく保つよ
うに電力変換装置を制御する太陽電池の電力制御装置及
び、その電力制御装置を含む発電システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】よく知られているように、太陽電池の出
力は日照強度や素子温度によって大きく変動する。そし
て図９に示すように、太陽電池から最大の効率で出力を
取り出すには、その出力電圧・電流その時々の条件（日
照強度や素子温度など）に合せて適切に変える必要があ
る（つまり太陽電池の負荷の大きさを制御する）。
力は日照強度や素子温度によって大きく変動する。そし
て図９に示すように、太陽電池から最大の効率で出力を
取り出すには、その出力電圧・電流その時々の条件（日
照強度や素子温度など）に合せて適切に変える必要があ
る（つまり太陽電池の負荷の大きさを制御する）。
【０００３】太陽電池とＤＣ−ＡＣインバータやＤＣ−
ＤＣコンバータなどの電力変換装置とを組み合わせた電
力系統（太陽電池発電システム）においては、電力変換
装置の制御パラメータ（例えばＰＷＭ方式のパルス幅）
を太陽電池の出力状況に合せて自動制御し、太陽電池の
出力効率を常に最大に保つことが理想である。
ＤＣコンバータなどの電力変換装置とを組み合わせた電
力系統（太陽電池発電システム）においては、電力変換
装置の制御パラメータ（例えばＰＷＭ方式のパルス幅）
を太陽電池の出力状況に合せて自動制御し、太陽電池の
出力効率を常に最大に保つことが理想である。
【０００４】そのため特開昭５８−１０１３１３号に開
示された電力制御方式では、ＤＣ−ＤＣコンバータの制
御パラメータを微小範囲で周期的に変化させることで、
太陽電池の出力電圧・電流を周期的に変化させ（振動さ
せ）、電圧の変動率および電流の変動率を算出して比較
し、最大出力ポイントの電圧・電流に対するズレの方向
を判定し、最大出力ポイントに近づけるように制御パラ
メータを変えている。
示された電力制御方式では、ＤＣ−ＤＣコンバータの制
御パラメータを微小範囲で周期的に変化させることで、
太陽電池の出力電圧・電流を周期的に変化させ（振動さ
せ）、電圧の変動率および電流の変動率を算出して比較
し、最大出力ポイントの電圧・電流に対するズレの方向
を判定し、最大出力ポイントに近づけるように制御パラ
メータを変えている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前述した従来技術で
は、太陽電池の負荷状況を判定するために太陽電池の出
力電圧・電流を積極的に微小振動させている。このこと
により太陽電池の出力効率が少し低下するとともに、電
力変換装置の効率も低下する。
は、太陽電池の負荷状況を判定するために太陽電池の出
力電圧・電流を積極的に微小振動させている。このこと
により太陽電池の出力効率が少し低下するとともに、電
力変換装置の効率も低下する。
【０００６】また従来方式では、電力変換装置の制御パ
ラメータをＫから（Ｋ＋ΔＫ）に変えたとき、太陽電池
の出力電圧がＶから（Ｖ＋ΔＶ）に、電流がＩから（Ｉ
＋ΔＩ）にそれぞれ変化したことを検出するとともに、
電圧変動率（ΔＶ÷Ｖ）および電流変動率（ΔＩ÷Ｉ）
を算出している。このように制御アルゴリズムに除算を
含むため、ノイズ等の影響で誤動作しやすいという問題
がある。特に、分母が小さくなる場合に、上記問題はよ
り顕著にあらわれる。
ラメータをＫから（Ｋ＋ΔＫ）に変えたとき、太陽電池
の出力電圧がＶから（Ｖ＋ΔＶ）に、電流がＩから（Ｉ
＋ΔＩ）にそれぞれ変化したことを検出するとともに、
電圧変動率（ΔＶ÷Ｖ）および電流変動率（ΔＩ÷Ｉ）
を算出している。このように制御アルゴリズムに除算を
含むため、ノイズ等の影響で誤動作しやすいという問題
がある。特に、分母が小さくなる場合に、上記問題はよ
り顕著にあらわれる。
【０００７】本発明は、上記した背景に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、上記した問題を解決
し、電圧・電流を積極的に振動させる手段を用いずにエ
ネルギー損失を少なくし、また制御アルゴリズムに除算
を含まない安定で信頼性の高い方法により太陽電池をで
きるだけ高効率の状態で動作させる電力制御装置及びそ
れを用いた発電システムを提供することにある。
もので、その目的とするところは、上記した問題を解決
し、電圧・電流を積極的に振動させる手段を用いずにエ
ネルギー損失を少なくし、また制御アルゴリズムに除算
を含まない安定で信頼性の高い方法により太陽電池をで
きるだけ高効率の状態で動作させる電力制御装置及びそ
れを用いた発電システムを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明に係る電力制御装置では、太陽電池の出
力を電力変換装置を介して取り出す電力系統に用いられ
る電力制御装置において、太陽電池の出力電圧・電流を
検出する検出手段と、検出した電圧と電流から電力を算
出する電力算出手段と、一定時間あたりの前記電力の変
化量を逐次算出する電力変化量算出手段と、一定時間あ
たりの前記電圧の変化量と前記電流の変化量を逐次計算
する変化量算出手段と、前記電圧変化量に対応した値と
前記電流変化量に対応した値を比較していずれか値の大
きい方を選択する選択手段と、前記選択手段により選択
された前記値の大きかった方の変化方向と、前記電力変
化量とに基づいて前記電力変換装置の制御パラメータを
変化させる制御手段とから構成した。
ために、本発明に係る電力制御装置では、太陽電池の出
力を電力変換装置を介して取り出す電力系統に用いられ
る電力制御装置において、太陽電池の出力電圧・電流を
検出する検出手段と、検出した電圧と電流から電力を算
出する電力算出手段と、一定時間あたりの前記電力の変
化量を逐次算出する電力変化量算出手段と、一定時間あ
たりの前記電圧の変化量と前記電流の変化量を逐次計算
する変化量算出手段と、前記電圧変化量に対応した値と
前記電流変化量に対応した値を比較していずれか値の大
きい方を選択する選択手段と、前記選択手段により選択
された前記値の大きかった方の変化方向と、前記電力変
化量とに基づいて前記電力変換装置の制御パラメータを
変化させる制御手段とから構成した。
【０００９】
【００１０】また、本発明に係る発電システムでは、太
陽電池と、その太陽電池の出力を受け、負荷へ供給可能
な所定の電力を生成する電力変換装置と、上記いずれか
の構成からなる電力制御装置とを備え、前記電力変換装
置が、前記電力制御装置から出力される制御信号に基づ
いて駆動するようにした。
陽電池と、その太陽電池の出力を受け、負荷へ供給可能
な所定の電力を生成する電力変換装置と、上記いずれか
の構成からなる電力制御装置とを備え、前記電力変換装
置が、前記電力制御装置から出力される制御信号に基づ
いて駆動するようにした。
【００１１】
【作用】ある時点において、太陽電池の出力効率が最大
となる電圧・電流で動作していたとする。その状態から
例えば日照強度や素子温度が変化すると、太陽電池の出
力電圧・電流が変化し、当然電力も変化する。この変化
はつぎのように分類できる。 （１）電力が増加 （１−１）電圧が増加 （１−２）電流が増加 （１−３）電圧が減少 （１−４）電流が減少 （２）電力が減少 （２−１）電圧が増加 （２−２）電流が増加 （２−３）電圧が減少 （２−４）電流が減少 そして（１−１）（１−２）（２−３）（２−４）の場
合は出力電圧を増加させる方向に前記制御パラメータを
変化させる（その変化量は電力変化量に比例的に決め
る）。また（１−３）（１−４）（２−１）（２−２）
の場合は出力電圧を減少させる方向に前記制御パラメー
タを変化させる。
となる電圧・電流で動作していたとする。その状態から
例えば日照強度や素子温度が変化すると、太陽電池の出
力電圧・電流が変化し、当然電力も変化する。この変化
はつぎのように分類できる。 （１）電力が増加 （１−１）電圧が増加 （１−２）電流が増加 （１−３）電圧が減少 （１−４）電流が減少 （２）電力が減少 （２−１）電圧が増加 （２−２）電流が増加 （２−３）電圧が減少 （２−４）電流が減少 そして（１−１）（１−２）（２−３）（２−４）の場
合は出力電圧を増加させる方向に前記制御パラメータを
変化させる（その変化量は電力変化量に比例的に決め
る）。また（１−３）（１−４）（２−１）（２−２）
の場合は出力電圧を減少させる方向に前記制御パラメー
タを変化させる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明に係る電力制御装置及びそれを
用いた発電システムの好適な実施例を添付図面を参照に
して詳述する。本発明は例えば図１のような電力系統に
適用する。
用いた発電システムの好適な実施例を添付図面を参照に
して詳述する。本発明は例えば図１のような電力系統に
適用する。
【００１３】図１の例では、太陽電池１の直流出力をＰ
ＷＭ方式のインバータ２で交流に変換して負荷３に供給
する。また、本発明の電力制御装置であるコントローラ
４を付設し、このコントローラ４で太陽電池１の出力電
圧及び電流をサンプリングし、そのサンプリング結果に
応じてインバータ２に対する電圧指令値（前述の制御パ
ラメータである）を可変する。
ＷＭ方式のインバータ２で交流に変換して負荷３に供給
する。また、本発明の電力制御装置であるコントローラ
４を付設し、このコントローラ４で太陽電池１の出力電
圧及び電流をサンプリングし、そのサンプリング結果に
応じてインバータ２に対する電圧指令値（前述の制御パ
ラメータである）を可変する。
【００１４】ここで上記コントローラ４の具体的な機能
・構成を説明する前に、本例の動作原理について説明す
る。まず、太陽電池の電圧の変化に対する電流の静特性
は図２（Ａ）に示すようになっており、この特性を示す
曲線は、温度や照度により移動するが、概略の形はほぼ
等しい。したがって、電圧に対する電力の静特性は、同
図（Ｂ）に示すようになり、コントローラ４は、電力が
最大（極大）になるように電圧または電流を制御する。
この電力の静特性を微分（ｄＷ／ｄＶ）すると、同図
（Ｃ）に示すように、右下がりの単調減少の曲線とな
り、電力の最大値（極大値）は、上記微分値が０の位置
となる。したがって、電力の微分値が常に０になるよう
に電圧に対してフィードバック制御を行うようにした。
・構成を説明する前に、本例の動作原理について説明す
る。まず、太陽電池の電圧の変化に対する電流の静特性
は図２（Ａ）に示すようになっており、この特性を示す
曲線は、温度や照度により移動するが、概略の形はほぼ
等しい。したがって、電圧に対する電力の静特性は、同
図（Ｂ）に示すようになり、コントローラ４は、電力が
最大（極大）になるように電圧または電流を制御する。
この電力の静特性を微分（ｄＷ／ｄＶ）すると、同図
（Ｃ）に示すように、右下がりの単調減少の曲線とな
り、電力の最大値（極大値）は、上記微分値が０の位置
となる。したがって、電力の微分値が常に０になるよう
に電圧に対してフィードバック制御を行うようにした。
【００１５】ところで、電力Ｐの電圧Ｖによる微分値ｄ
Ｐ／ｄＶを離散時間表現に書き替えると、
Ｐ／ｄＶを離散時間表現に書き替えると、
【００１６】
【数１】
となる。
【００１７】最大電力を与える条件は、
ｄＰ／ｄＶ＝０
であり、離散時間表現では、
ΔＰｎ／ΔＶｎ＝０ …
となる。ところで、フィードバック量としてΔＰｎ／Δ
Ｖｎを採用し、それを０とするような制御系をとると、
上記した従来技術の問題点で示したように、除算値が必
要となり誤差が大きくなる。そこで、参考例では、上記
したの分子のみに着目し、 ΔＰｎ＝０ になれば式を満たすべく、ΔＰｎそのものをフィード
バック量として採用した。また、修正方向は、ΔＶｎの
符号を用いた。すなわち、ΔＶｎが負であれば修正量は
ΔＰｎとし、ΔＶｎが負ならば修正量は−ΔＰｎとし
た。
Ｖｎを採用し、それを０とするような制御系をとると、
上記した従来技術の問題点で示したように、除算値が必
要となり誤差が大きくなる。そこで、参考例では、上記
したの分子のみに着目し、 ΔＰｎ＝０ になれば式を満たすべく、ΔＰｎそのものをフィード
バック量として採用した。また、修正方向は、ΔＶｎの
符号を用いた。すなわち、ΔＶｎが負であれば修正量は
ΔＰｎとし、ΔＶｎが負ならば修正量は−ΔＰｎとし
た。
【００１８】そして、上記処理を行うための具体的なコ
ントローラ４として例えばＤＳＰ（Digital Signal Pro
cessor）などのプロセッサを用い、ソフトウェア的に本
発明を実施する場合のデータ処理手順の一例を図３のフ
ローチャートに示している。コントローラ４は所定周期
のサンプリングクロックを生成し、その１周期毎に図２
の処理を繰り返し実行する。
ントローラ４として例えばＤＳＰ（Digital Signal Pro
cessor）などのプロセッサを用い、ソフトウェア的に本
発明を実施する場合のデータ処理手順の一例を図３のフ
ローチャートに示している。コントローラ４は所定周期
のサンプリングクロックを生成し、その１周期毎に図２
の処理を繰り返し実行する。
【００１９】まず、太陽電池１の出力電圧Ｖｎと電流Ｉ
ｎをサンプリングする（ＳＴ１）。次いでサンプリング
して得られた電圧Ｖｎと電流Ｉｎを乗算して電力Ｐｎを
求めるとともに、同様に計算して記憶してある前回の電
力サンプル値Ｐ（ｎ−１）に対する今回のサンプル値Ｐ
ｎの変化量ΔＰを計算する（ＳＴ２）。
ｎをサンプリングする（ＳＴ１）。次いでサンプリング
して得られた電圧Ｖｎと電流Ｉｎを乗算して電力Ｐｎを
求めるとともに、同様に計算して記憶してある前回の電
力サンプル値Ｐ（ｎ−１）に対する今回のサンプル値Ｐ
ｎの変化量ΔＰを計算する（ＳＴ２）。
【００２０】そして、求めた電力変化量ΔＰがゼロか否
かを判定する（ＳＴ３）。ΔＰがゼロであれば今回の処
理は終了し、電圧指令値は変化させない。ΔＰがゼロで
ない場合（すなわち電力が増加または減少した場合）、
ステップ４に進み、次のように電圧変化量ΔＶを計算す
る。
かを判定する（ＳＴ３）。ΔＰがゼロであれば今回の処
理は終了し、電圧指令値は変化させない。ΔＰがゼロで
ない場合（すなわち電力が増加または減少した場合）、
ステップ４に進み、次のように電圧変化量ΔＶを計算す
る。
【００２１】ΔＶ＝Ｖｎ−Ｖ（ｎ−１）
そして、電圧変化量ΔＶの符号（電圧が増加したのか減
少したのかを示す）と電力変化量ΔＰとに基づいて電圧
指令値Ｖｒの変化量ｆｎを決定する（ＳＴ５）。具体的
にはΔＶが正であればｆｎ＝ΔＰとし、ΔＶが負であれ
ばｆｎ＝−ΔＰとする。そして、現状の電圧指令値をＶ
ｒとすると、（Ｖｒ＋ｆｎ）を新しい指令値としてイン
バータ２のＰＷＭ制御部に供給する。以上の処理を所定
のサンプリング周期で繰り返し実行し、太陽電池１が常
に最大効率ポイントで動作するようにインバータ２の制
御パラメータを変化させる。
少したのかを示す）と電力変化量ΔＰとに基づいて電圧
指令値Ｖｒの変化量ｆｎを決定する（ＳＴ５）。具体的
にはΔＶが正であればｆｎ＝ΔＰとし、ΔＶが負であれ
ばｆｎ＝−ΔＰとする。そして、現状の電圧指令値をＶ
ｒとすると、（Ｖｒ＋ｆｎ）を新しい指令値としてイン
バータ２のＰＷＭ制御部に供給する。以上の処理を所定
のサンプリング周期で繰り返し実行し、太陽電池１が常
に最大効率ポイントで動作するようにインバータ２の制
御パラメータを変化させる。
【００２２】この参考例と同じ処理をハードウェア的に
行うようにしたコントローラ４の回路構成例を図４に示
している。つまり、電力演算器（乗算器）４ａで電力Ｐ
ｎを求め、差分器４ｂで電力変化量ΔＰを求める。この
差分器４ｂは例えばサンプルホールド回路と減算器で構
成することができ、サンプルホールド回路で保持した前
回の電力Ｐ（ｎ−１）と、今回与えられる電力Ｐｎとを
減算器で引き算することによりΔＰｎを求めることがで
きる。また、微分器を用いても良い。そして、その差分
器４ｂの出力を、乗算４ｃの一方の入力端子に接続す
る。
行うようにしたコントローラ４の回路構成例を図４に示
している。つまり、電力演算器（乗算器）４ａで電力Ｐ
ｎを求め、差分器４ｂで電力変化量ΔＰを求める。この
差分器４ｂは例えばサンプルホールド回路と減算器で構
成することができ、サンプルホールド回路で保持した前
回の電力Ｐ（ｎ−１）と、今回与えられる電力Ｐｎとを
減算器で引き算することによりΔＰｎを求めることがで
きる。また、微分器を用いても良い。そして、その差分
器４ｂの出力を、乗算４ｃの一方の入力端子に接続す
る。
【００２３】また、電力演算部４ａの一方の入力である
電圧値を差分器４ｄにも入力するようにし、前回の電圧
値Ｖ（ｎ−１）と今回の電圧値Ｖｎから電圧変化量ΔＶ
を求める。この差分器４ｄも、上記電力変化量を求める
差分器４ｂと同様の構成を採ることができる。
電圧値を差分器４ｄにも入力するようにし、前回の電圧
値Ｖ（ｎ−１）と今回の電圧値Ｖｎから電圧変化量ΔＶ
を求める。この差分器４ｄも、上記電力変化量を求める
差分器４ｂと同様の構成を採ることができる。
【００２４】差分器４ｄの出力を符号抽出器４ｅに与
え、ΔＶの符号を抽出する。そしてその符号（−１，
０，１）を乗算器４ｃの他方の入力端子に接続する。こ
れにより、乗算器４ｃでは、電力変化量ΔＰと前記の符
号を掛けて制御パラメータの変化量ｆｎを求める。
え、ΔＶの符号を抽出する。そしてその符号（−１，
０，１）を乗算器４ｃの他方の入力端子に接続する。こ
れにより、乗算器４ｃでは、電力変化量ΔＰと前記の符
号を掛けて制御パラメータの変化量ｆｎを求める。
【００２５】この変化量ｆｎを次段のＰＩＤ演算部５に
送り、このｆｎやその他の制御入力に従ってＰＩＤ演算
部５が電圧指令値Ｖｒを演算する。さらに、本例では、
ＰＩＤ演算部５の出力にリミッタ６をさらに接続し、電
圧指令値Ｖｒが一定値以上にならないようにしている。
送り、このｆｎやその他の制御入力に従ってＰＩＤ演算
部５が電圧指令値Ｖｒを演算する。さらに、本例では、
ＰＩＤ演算部５の出力にリミッタ６をさらに接続し、電
圧指令値Ｖｒが一定値以上にならないようにしている。
【００２６】より具体的な回路図を示すと、図５，図６
のようになる。図１に対応するのが図５で、図４に対応
するのが図６である。図５に示すように、複数の太陽電
池素子（セル）が直列接続されて形成される太陽電池モ
ジュール１の出力をインバータ２に与え、３層電力に変
換し負荷３に出力する。
のようになる。図１に対応するのが図５で、図４に対応
するのが図６である。図５に示すように、複数の太陽電
池素子（セル）が直列接続されて形成される太陽電池モ
ジュール１の出力をインバータ２に与え、３層電力に変
換し負荷３に出力する。
【００２７】インバータ２は、直並列接続されたトラン
ジスタかならるインバータ部２ａと、そのインバータ部
２ａの各トランジスタのオン／オフを制御するインバー
タ駆動回路２ｂとから構成される。公知のように、イン
バータ駆動回路２ｂは、ＰＷＭ制御を行うもので、電圧
（電力）を高くする場合にはトランジスタのオン時間が
長くなる（負荷への通電時間が長くなる）ようにすると
ともに、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相用のトランジスタがオンにな
るタイミングを２π／３ずつずらすように制御する。な
お、具体的な動作原理等は、公知のものをそのまま使用
できるため、その詳細な説明を省略する。
ジスタかならるインバータ部２ａと、そのインバータ部
２ａの各トランジスタのオン／オフを制御するインバー
タ駆動回路２ｂとから構成される。公知のように、イン
バータ駆動回路２ｂは、ＰＷＭ制御を行うもので、電圧
（電力）を高くする場合にはトランジスタのオン時間が
長くなる（負荷への通電時間が長くなる）ようにすると
ともに、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相用のトランジスタがオンにな
るタイミングを２π／３ずつずらすように制御する。な
お、具体的な動作原理等は、公知のものをそのまま使用
できるため、その詳細な説明を省略する。
【００２８】そして、インバータ駆動回路２ｂの動作基
準となる電圧指令値Ｖｒを生成するパワートラック回路
４（上記したコントローラと等価）は、太陽電池モジュ
ール１の出力電流Ｉと、端子電圧Ｖをそれぞれ電流検出
器６と電圧検出器７で検出して得られる測定値が与えら
れ、それに基づいてｆｎ，Ｖｒを算出してインバータ駆
動回路２ｂにその出力を与えるようになっている。
準となる電圧指令値Ｖｒを生成するパワートラック回路
４（上記したコントローラと等価）は、太陽電池モジュ
ール１の出力電流Ｉと、端子電圧Ｖをそれぞれ電流検出
器６と電圧検出器７で検出して得られる測定値が与えら
れ、それに基づいてｆｎ，Ｖｒを算出してインバータ駆
動回路２ｂにその出力を与えるようになっている。
【００２９】このパワートラック回路４及びその周辺回
路の具体的な構成は、図６のようになっている。この例
では、アナログ回路で構成した例を示す。同図に示すよ
うに、電流検出器６及び電圧測定器７は、それぞれ差動
増幅器を用いて構成している。
路の具体的な構成は、図６のようになっている。この例
では、アナログ回路で構成した例を示す。同図に示すよ
うに、電流検出器６及び電圧測定器７は、それぞれ差動
増幅器を用いて構成している。
【００３０】そして、各差動増幅器６，７の出力を乗算
器（電力演算器）４ａに与え、電力の瞬時値を求め、そ
の出力を微分器（差分器に相当）４ｂに送り、ｄＰ／ｄ
ｔ（ΔＰ）を求めるようにする。また、電圧検出器７を
構成する差動増幅器の出力は、微分器（差分器に相当）
４ｄにも与えるようになっている。符号抽出部４ｅは、
比較器と低数倍器で構成されている。すなわち、まず前
段の比較器では、絶えられる電圧変化量ｄＶ／ｄｔを０
と比較し、符号を抽出し、後段の定数倍器で規格化し、
（１，０，−１）のいずれかが出力されるようにしてい
る。
器（電力演算器）４ａに与え、電力の瞬時値を求め、そ
の出力を微分器（差分器に相当）４ｂに送り、ｄＰ／ｄ
ｔ（ΔＰ）を求めるようにする。また、電圧検出器７を
構成する差動増幅器の出力は、微分器（差分器に相当）
４ｄにも与えるようになっている。符号抽出部４ｅは、
比較器と低数倍器で構成されている。すなわち、まず前
段の比較器では、絶えられる電圧変化量ｄＶ／ｄｔを０
と比較し、符号を抽出し、後段の定数倍器で規格化し、
（１，０，−１）のいずれかが出力されるようにしてい
る。
【００３１】この符号抽出部４ｅの出力と、上記微分器
４ｂの出力を乗算器４ｃに与え、両者を掛けることによ
り、乗算器４ｃからは、（ｄＰ／ｄｔ，０，−ｄＰ／ｄ
ｔ）のいずれかが出力される。
４ｂの出力を乗算器４ｃに与え、両者を掛けることによ
り、乗算器４ｃからは、（ｄＰ／ｄｔ，０，−ｄＰ／ｄ
ｔ）のいずれかが出力される。
【００３２】そして、その出力（Ａとおく）を加算器５
に送り、そこにおいて外部から与えられるＲｅｆと重み
付き加算を行う。そして、加算器５の出力ｆｎは、 ｆｎ＝α２×ＲＥＦ＋α１×Ａ−β となる。ここでβはオフセット値であり、α１，α２は
加算器での乗数倍ゲイン（重み）である。演算を簡単に
行うため、α２＝１，β＝０とし、ＲＥＦ＝５０％の指
令が与えられているとすると、 ｆｎ＝０．５＋α１×Ａ となり、パワートラック回路４による電流変更範囲を例
えば０．１となるようにα１を選ぶことができる（α１
＝０．１／ｍａｘ（ｄＰ／ｄｔ））。換言すれば、この
α１の設定等により、図４に示すリミッタ６の役割をな
す。
に送り、そこにおいて外部から与えられるＲｅｆと重み
付き加算を行う。そして、加算器５の出力ｆｎは、 ｆｎ＝α２×ＲＥＦ＋α１×Ａ−β となる。ここでβはオフセット値であり、α１，α２は
加算器での乗数倍ゲイン（重み）である。演算を簡単に
行うため、α２＝１，β＝０とし、ＲＥＦ＝５０％の指
令が与えられているとすると、 ｆｎ＝０．５＋α１×Ａ となり、パワートラック回路４による電流変更範囲を例
えば０．１となるようにα１を選ぶことができる（α１
＝０．１／ｍａｘ（ｄＰ／ｄｔ））。換言すれば、この
α１の設定等により、図４に示すリミッタ６の役割をな
す。
【００３３】図７は本発明の好適な一実施例を示してい
る。すなわち、図１に示すコントローラ４の機能を、図
７に示すフローチャートのようにすると、より精度の高
い制御を行うことがきる。
る。すなわち、図１に示すコントローラ４の機能を、図
７に示すフローチャートのようにすると、より精度の高
い制御を行うことがきる。
【００３４】まず太陽電池１の出力電圧Ｖｎと電流Ｉｎ
をサンプリングする。次いで、電圧Ｖｎと電流Ｉｎを乗
算して電力Ｐｎを求めるとともに、同様に計算して記憶
してある前回の電力サンプル値Ｐ（ｎ−１）に対する今
回のサンプル値Ｐｎの変化量ΔＰを計算する（ＳＴ１１
〜ＳＴ１３）。
をサンプリングする。次いで、電圧Ｖｎと電流Ｉｎを乗
算して電力Ｐｎを求めるとともに、同様に計算して記憶
してある前回の電力サンプル値Ｐ（ｎ−１）に対する今
回のサンプル値Ｐｎの変化量ΔＰを計算する（ＳＴ１１
〜ＳＴ１３）。
【００３５】次に、電力変化量ΔＰがゼロか否かを判定
する（ＳＴ１３）。ΔＰがゼロであれば今回の処理は終
了し、電圧指令値は変化させない。ここまでの処理は、
図３に示す参考例の処理機能と同様である。
する（ＳＴ１３）。ΔＰがゼロであれば今回の処理は終
了し、電圧指令値は変化させない。ここまでの処理は、
図３に示す参考例の処理機能と同様である。
【００３６】ここで本実施例では、ΔＰがゼロでない場
合（すなわち電力が増加または減少した場合）、ステッ
プＳＴ１４に進み、次のように電圧変化量ΔＶと電流変
化量ΔＩを計算する。
合（すなわち電力が増加または減少した場合）、ステッ
プＳＴ１４に進み、次のように電圧変化量ΔＶと電流変
化量ΔＩを計算する。
【００３７】ΔＶ＝Ｖｎ−Ｖ（ｎ−１）
ΔＩ＝Ｉｎ−Ｉ（ｎ−１）
次のステップＳＴ１５では電圧変化量ΔＶと電流変化量
ΔＩとを大小比較する。ここでの電圧変化量ΔＶと電流
変化量ΔＩは単位の異なる値であるが、ΔＶとΔＩは実
際の電圧変化量、電流変化量そのものでもよいし、実際
値に適宜に四則演算を施した値でもよい。そして、その
様にして求められた数値同士を単純に比較する。
ΔＩとを大小比較する。ここでの電圧変化量ΔＶと電流
変化量ΔＩは単位の異なる値であるが、ΔＶとΔＩは実
際の電圧変化量、電流変化量そのものでもよいし、実際
値に適宜に四則演算を施した値でもよい。そして、その
様にして求められた数値同士を単純に比較する。
【００３８】ΔＶ＞ΔＩの場合はステップ１６に進み、
電圧変化量ΔＶの符号（電圧が増加したのか減少したの
かを示す）と電力変化量ΔＰとに基づいて電圧指令値Ｖ
ｒの変化量ｆｎを決定する。具体的にはΔＶが正であれ
ばｆｎ＝ΔＰとし、ΔＶが負であればｆｎ＝−ΔＰとす
る。
電圧変化量ΔＶの符号（電圧が増加したのか減少したの
かを示す）と電力変化量ΔＰとに基づいて電圧指令値Ｖ
ｒの変化量ｆｎを決定する。具体的にはΔＶが正であれ
ばｆｎ＝ΔＰとし、ΔＶが負であればｆｎ＝−ΔＰとす
る。
【００３９】また、ΔＶ＜ΔＩの場合はステップ１７に
進み、ΔＩが正であればｆｎ＝ΔＰとし、ΔＩが負であ
ればｆｎ＝−ΔＰとする。そして、現状の電圧指令値を
Ｖｒとすると、（Ｖｒ＋ｆｎ）を新しい指令値としてイ
ンバータ２のＰＷＭ制御部に供給する。以上の処理を所
定のサンプリング周期で繰り返し実行し、太陽電池１が
常に最大効率ポイントで動作するようにインバータ２の
制御パラメータを変化させる。
進み、ΔＩが正であればｆｎ＝ΔＰとし、ΔＩが負であ
ればｆｎ＝−ΔＰとする。そして、現状の電圧指令値を
Ｖｒとすると、（Ｖｒ＋ｆｎ）を新しい指令値としてイ
ンバータ２のＰＷＭ制御部に供給する。以上の処理を所
定のサンプリング周期で繰り返し実行し、太陽電池１が
常に最大効率ポイントで動作するようにインバータ２の
制御パラメータを変化させる。
【００４０】このように本実施例では、ΔＶとΔＩの大
小比較を行い、いずれか値の大きい方の符号を採用し、
その符号とΔＰでｆｎを決めている。これにより制御精
度および信頼性が向上する。
小比較を行い、いずれか値の大きい方の符号を採用し、
その符号とΔＰでｆｎを決めている。これにより制御精
度および信頼性が向上する。
【００４１】すなわち、上記した参考例では、フィード
バック量を決定する場合に、ΔＰｎにΔＶ（またはΔ
Ｉ）の符号を掛けることにより求めているため、たとえ
ΔＰｎが０でなくても、ΔＶ（またはΔＩ）が０である
と、フィードバック量も０になる。これは例えば温度変
化により図２（Ｂ）に示す実線（Ｔ＝２５℃）で示す特
性上で最大電力が得られるように制御されているとす
る。この時、温度が低下し特性カーブが図中破線で示す
方向に移動した場合に、上記現象が発生する。この時本
来であれば、電力最大値を得るためには電圧を上昇させ
なければならないが、検出した電圧Ｖが一定（ΔＶ＝
０）とすると、フィードバック量が０となる。すると、
最大電力で駆動することができなくなる。
バック量を決定する場合に、ΔＰｎにΔＶ（またはΔ
Ｉ）の符号を掛けることにより求めているため、たとえ
ΔＰｎが０でなくても、ΔＶ（またはΔＩ）が０である
と、フィードバック量も０になる。これは例えば温度変
化により図２（Ｂ）に示す実線（Ｔ＝２５℃）で示す特
性上で最大電力が得られるように制御されているとす
る。この時、温度が低下し特性カーブが図中破線で示す
方向に移動した場合に、上記現象が発生する。この時本
来であれば、電力最大値を得るためには電圧を上昇させ
なければならないが、検出した電圧Ｖが一定（ΔＶ＝
０）とすると、フィードバック量が０となる。すると、
最大電力で駆動することができなくなる。
【００４２】しかし、たとえ電圧変化量が０であって
も、電力変化量から０でない場合には、電流は変化する
（その逆もある）。すなわち、電力が変化し、フィード
バック制御が必要な場合には、少なくとも電圧か電流の
いずれかは変化する。そこで、本実施例では、電圧変化
量と電流変化量を比較し、絶対値の大きい方に基づいて
フィードバック量を決定することにより、上記問題の発
生を抑制し、確実に最大電力で駆動できるようにしてい
る。
も、電力変化量から０でない場合には、電流は変化する
（その逆もある）。すなわち、電力が変化し、フィード
バック制御が必要な場合には、少なくとも電圧か電流の
いずれかは変化する。そこで、本実施例では、電圧変化
量と電流変化量を比較し、絶対値の大きい方に基づいて
フィードバック量を決定することにより、上記問題の発
生を抑制し、確実に最大電力で駆動できるようにしてい
る。
【００４３】この実施例と同じ処理をハードウェア的に
行うようにしたコントローラ４の回路構成例を図８に示
している。つまり、電力演算器（乗算器出構成する）４
ａで電力Ｐｎを求め、差分器４ｂで電力変化量ΔＰを求
める。また、アンプ４ｆを経て得られた電流値Ｉｎから
差分器４ｇにて電流変化量ΔＩを求め、同様にアンプ４
ｈを経て得られた電圧値Ｖｎから差分器４ｉで電圧変化
量ΔＶを求める。そしてＭａｘ演算部４ｊでΔＶとΔＩ
の絶対値の大小比較を行い、大きい方を次段の符号抽出
器４ｅに送り、そこにおいて与えられたΔＶまたはΔＩ
の符号を抽出する。そして乗算器４ｃにて電力変化量Δ
Ｐと前記の符号を掛けて制御パラメータの変化量ｆｎを
求める。このｆｎやその他の制御入力に従ってＰＩＤ演
算部５が電圧指令値Ｖｒを演算する。
行うようにしたコントローラ４の回路構成例を図８に示
している。つまり、電力演算器（乗算器出構成する）４
ａで電力Ｐｎを求め、差分器４ｂで電力変化量ΔＰを求
める。また、アンプ４ｆを経て得られた電流値Ｉｎから
差分器４ｇにて電流変化量ΔＩを求め、同様にアンプ４
ｈを経て得られた電圧値Ｖｎから差分器４ｉで電圧変化
量ΔＶを求める。そしてＭａｘ演算部４ｊでΔＶとΔＩ
の絶対値の大小比較を行い、大きい方を次段の符号抽出
器４ｅに送り、そこにおいて与えられたΔＶまたはΔＩ
の符号を抽出する。そして乗算器４ｃにて電力変化量Δ
Ｐと前記の符号を掛けて制御パラメータの変化量ｆｎを
求める。このｆｎやその他の制御入力に従ってＰＩＤ演
算部５が電圧指令値Ｖｒを演算する。
【００４４】
【発明の効果】以上のように、本発明に係る電力制御装
置及びそれを用いた発電システムでは、太陽電池の出力
状況を判断するために従来のように電圧・電流を積極的
に振動させてはいないので、振動させることによるエネ
ルギー損失を無くすことができ、制御系の効率を従来よ
り高めることができる。また、制御アルゴリズムに除算
を含まないので、回路的に安定で信頼性が高くなり、ノ
イズ等による誤動作のおそれが少ない。
置及びそれを用いた発電システムでは、太陽電池の出力
状況を判断するために従来のように電圧・電流を積極的
に振動させてはいないので、振動させることによるエネ
ルギー損失を無くすことができ、制御系の効率を従来よ
り高めることができる。また、制御アルゴリズムに除算
を含まないので、回路的に安定で信頼性が高くなり、ノ
イズ等による誤動作のおそれが少ない。
【図１】本発明が適用される電力系統の一例を示すブロ
ック図である。
ック図である。
【図２】動作原理を説明する図である。
【図３】参考例によるコントローラの機能を示すフロー
チャートである。
チャートである。
【図４】参考例によるコントローラの内部構成を示すブ
ロック図である。
ロック図である。
【図５】参考例が適用される電力系統のより具体的な回
路図である。
路図である。
【図６】図５に示すパワートラック回路の内部構成を示
す回路図である。
す回路図である。
【図７】本発明の好適な一実施例によるコントローラの
機能を示すフローチャートである。
機能を示すフローチャートである。
【図８】本発明の好適な一実施例によるコントローラの
内部構成を示すブロック図である。
内部構成を示すブロック図である。
【図９】太陽電池の出力動作特性の一例を示す図であ
る。
る。
１ 太陽電池
２ インバータ（電力変換装置）
３ 負荷
４ コントローラ（電力制御装置）
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭61−120221（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−198915（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−251911（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−285519（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G05F 1/00 - 7/00
Claims (2)
- 【請求項１】 太陽電池の出力を電力変換装置を介して
取り出す電力系統に用いられる電力制御装置において、 太陽電池の出力電圧・電流を検出する検出手段と、 検出した電圧と電流から電力を算出する電力算出手段
と、 一定時間あたりの前記電力の変化量を逐次算出する電力
変化量算出手段と、 一定時間あたりの前記電圧の変化量と前記電流の変化量
を逐次計算する変化量算出手段と、 前記電圧変化量に対応した値と前記電流変化量に対応し
た値を比較していずれか値の大きい方を選択する選択手
段と、 前記選択手段により選択された前記値の大きかった方の
変化方向と、前記電力変化量とに基づいて前記電力変換
装置の制御パラメータを変化させる制御手段を備えた電
力制御装置。 - 【請求項２】 太陽電池と、その太陽電池の出力を受
け、負荷へ供給可能な所定の電力を生成する電力変換装
置と、請求項１に記載の電力制御装置とを備え、前記電
力変換装置が、前記電力制御装置から出力される制御信
号に基づいて駆動するようにした発電システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30948294A JP3484506B2 (ja) | 1994-11-21 | 1994-11-21 | 電力制御装置及びそれを用いた発電システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30948294A JP3484506B2 (ja) | 1994-11-21 | 1994-11-21 | 電力制御装置及びそれを用いた発電システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08147054A JPH08147054A (ja) | 1996-06-07 |
| JP3484506B2 true JP3484506B2 (ja) | 2004-01-06 |
Family
ID=17993525
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30948294A Expired - Fee Related JP3484506B2 (ja) | 1994-11-21 | 1994-11-21 | 電力制御装置及びそれを用いた発電システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3484506B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5391872B2 (ja) * | 2009-06-29 | 2014-01-15 | Ｔｄｋ株式会社 | 複数電源制御システムおよび電力変換装置 |
| KR101087823B1 (ko) * | 2010-01-18 | 2011-11-30 | 엘에스산전 주식회사 | 최대전력점 추종 방법 |
| CN102799208A (zh) * | 2012-07-20 | 2012-11-28 | 黄克亚 | 光伏发电最大功率点跟踪模糊pid控制方法 |
| JP6309411B2 (ja) * | 2014-09-26 | 2018-04-11 | 株式会社ダイヘン | 高周波電源 |
| JP7215666B2 (ja) * | 2018-03-01 | 2023-01-31 | 東京瓦斯株式会社 | 負荷周波数制御装置 |
-
1994
- 1994-11-21 JP JP30948294A patent/JP3484506B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08147054A (ja) | 1996-06-07 |
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