JP3703755B2

JP3703755B2 - Input power tracking converter

Info

Publication number: JP3703755B2
Application number: JP2001326691A
Authority: JP
Inventors: 功一五十嵐; 猛中村
Original assignee: 小松パワートロン株式会社; 株式会社ナカタケ
Priority date: 2001-10-24
Filing date: 2001-10-24
Publication date: 2005-10-05
Anticipated expiration: 2021-10-24
Also published as: JP2003134804A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力電力追従型変換回路に関し、特に、風力発電機等のような不安定な電力源に接続されて有効な入力電力追従型変換回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の入力電力追従型変換回路では、安定的に出力電力を供給するためにＭＰＰＴ（最大電力追従方式）が採用されており、この動作開始条件として、入力電圧が所定の基準値を超え、かつ大きな起動電流が要求される。このため、風力発電機等のように出力電力が不安定な電力源が用いられた場合、その発電電力の殆どが起動時のために消費されてしまい、使用可能な電源への変換が十分に行われない場合があった。以下に、図面を用いてこの問題を説明する。
【０００３】
図３は、従来型変換回路の構成図である。図３に示すように、従来型変換回路４は、その入力端子ＲＸに、電力源として、例えば風力発電用の直流発電機２が接続される。また、出力端子ＴＸには、例えば直流信号を交流信号に変換して、これを系統電源等に供給するインバータ回路３が接続される。
【０００４】
この従来型変換回路４は、電流検出回路４１、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２、入力電圧監視回路４３、発振器４４、ＰＷＭコンパレータ４５、ゲート保護回路４６、及び増幅器Ａ４１、Ａ４２等を含んで構成される。
【０００５】
電流検出回路４１は、変流器等を含み、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２への入力電流を検出して、入力帰還電流Ｉｆとして誤差増幅器Ａ４２に供給する。ＤＣ／ＤＣコンバータ４２は、リアクトルＬ、ダイオードＤ１、コンデンサＣ及びスイッチング素子Ｓを備える昇圧型コンバータであり、入力電圧Ｖｉｎを、例えば、２００Ｖ程度の一定電圧に昇圧する。入力電圧監視回路４３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２の入力電圧Ｖｉｎと、予め設定されたＤＣ／ＤＣコンバータ４２の動作開始電圧Ｖｓとを比較して、比較結果に基づいてゲート保護回路４６を制御する。誤差増幅器Ａ４１は、出力電圧Ｖｆと出力基準電圧Ｖｒとを比較して比較結果を出力する増幅器である。誤差増幅器Ａ４２は、上記入力帰還電流Ｉｆの値と入力電流基準値Ｉｆｒとを比較して比較結果を出力する増幅器である。
【０００６】
このような構成において、直流発電機２の稼働開始後、入力電圧Ｖｉｎが動作開始電圧Ｖｓに到達したことが入力電圧監視回路４３にて検出されると、ゲート保護回路４６が制御されて、ＰＷＭコンパレータ４５からのパルス出力を変換回路４のスイッチング素子Ｓに供給するように制御される。この際、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２の出力電圧Ｖｆは、帰還されて増幅器Ａ４１の一方の入力端子に供給され、他方の入力端子に供給される出力基準電圧Ｖｒと比較される。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２の入力電流は、上記入力帰還電流Ｉｆとして、増幅器Ａ４２の一方の入力端子にも供給され、他方の入力端子に供給される入力電流基準値Ｉｒと比較される。これら増幅器Ａ４１及びＡ４２の比較出力は、合成されてＰＷＭコンパレータの一方の入力端子に供給される。そして、上述のように、入力電圧Ｖｉｎが動作開始電圧Ｖｓに到達したことが入力電圧監視回路４３にて検出されると、ゲート保護回路４６が制御されて、ＰＷＭコンパレータ４５は、合成された信号と発振器からの基準三角波とを比較し、その比較出力であるＰＷＭパルスを生成して、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２のスイッチング素子Ｓに供給する。
【０００７】
このような制御において、特に、直流発電機２の稼働開始後、すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２の動作開始時には、コンデンサＣの端子電圧を予め定められた出力設定電圧まで上昇させるため、このコンデンサＣに対する充電が行われる。すなわち、この動作開始後には、取り込む電力を意図的に大きく可変させるように、入力電流は、上記入力電流基準値Ｉｆｒに対応する値に固定的に設定されており、これに基づいて上記動作開始後の電力取り込みが行われる。
【０００８】
このような電力取り込みを行う従来型変換回路４に対して、一般の同期発電機及び風力発電機を適用した場合のそれぞれの動作を図４及び図５を用いて説明する。
【０００９】
図４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）はそれぞれ、直流発電機２として一般の同期発電機を用いた場合における図３の従来型変換回路による入力電力、入力電圧、入力電流及び出力電圧を示すタイムチャートである。
【００１０】
入力端子ＲＸに対する入力電力は、直流発電機２が稼働開始後、図４（Ａ）に示すように変化するものとする。この場合、入力電圧Ｖｉｎは、図４（Ｂ）に示すように、直流発電機２の稼働開始後上昇して、時刻ｔ１において動作開始電圧Ｖｓに到達する。そうすると、入力電圧監視回路４３はこれを検出して、ゲート保護回路４６を制御して、ＰＷＭコンパレータ４５からのＰＷＭパルスをＤＣ／ＤＣコンバータ４２のスイッチング素子Ｓに供給する。この時、上述したように、コンデンサＣの端子電圧を出力設定電圧まで上昇させるため、取り込む電力を意図的に大きく可変させるように、ＰＷＭパルスがスイッチング素子Ｓに供給される。これによって、図４（Ｃ）の時刻ｔ１〜ｔ９９間で示すように、最大入力電流値Ｉｍａｘ（上記入力電流基準値Ｉｆｒに対応する）の入力電流が流れる。
【００１１】
そして、時刻ｔ９９において、出力電圧Ｖｆが出力基準電圧Ｖｒで示される２００Ｖに到達したことが、誤差増幅器Ａ４１による比較により検出されると、ＰＷＭコンパレータ４５からの出力が制御されて、図４（Ｃ）の時刻ｔ１〜ｔ９９間で示した立ち上がり時の大電流の取り込みが停止されるように、ＰＷＭパルスがＤＣ／ＤＣコンバータ４２のスイッチング素子Ｓに供給される。この後は、図４（Ｄ）に示すように、定常的に２００Ｖの出力電圧Ｖｆが、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２から出力されるように、ＰＷＭパルスがスイッチング素子Ｓに供給される。
【００１２】
すなわち、直流発電機２として一般の同期発電機を用いた場合、この同期発電機の出力電圧は、界磁制御等によって一定に保たれているため、消費電力が発電電力以下であれば、同期発電機の出力電圧、すなわち、図４（Ｂ）に示すようにこの従来型変換回路４の入力電圧は、不安定に変動することがない。したがって、この場合には、この従来型変換回路４でも上記問題は発生することがない。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
一方、図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）はそれぞれ、直流発電機２として風力発電機を用いた場合における図３の従来型変換回路による入力電力、入力電圧、入力電流及び出力電圧を示すタイムチャートである。
【００１４】
ここで、入力端子ＲＸに対する入力電力は、図４（Ａ）と同様、直流発電機２の稼働開始後、図５（Ａ）に示すように変化するものとする。この場合、入力電圧Ｖｉｎは、図５（Ｂ）に示すように、直流発電機２の稼働開始後上昇して、時刻ｔ１で動作開始電圧Ｖｓに到達する。そうすると、入力電圧監視回路４３はこれを検出して、ゲート保護回路４６を制御して、ＰＷＭコンパレータ４５からのＰＷＭパルスをＤＣ／ＤＣコンバータ４２のスイッチング素子Ｓに供給する。この時、上述したように、コンデンサＣの端子電圧を出力設定電圧まで上昇させるため、取り込む電力を意図的に大きく可変させるように、ＰＷＭパルスがスイッチング素子Ｓに供給される。
【００１５】
これにより、入力電流は、図５（Ｃ）の時刻ｔ１〜ｔ１１に示すように、上記最大入力電流値Ｉｍａｘの入力電流が急激に流れるので、入力電圧Ｖｉｎは、図５（Ｂ）の時刻ｔ１〜ｔ１１に示すように減少して、コンバータ停止電圧Ｖｅより小さくなる。すなわち、風力発電機は、前述した同期発電機で行われている界磁制御等の出力電圧安定化機能を持っていないため、出力端子電圧、すなわち、図５（Ｂ）に示すように変換回路４の入力電圧は、Ｖ（電圧）＝Ｐ（電力）／Ｉ（電流）にしたがって変動することになる。
【００１６】
そして、時刻ｔ１１で示すように入力電圧Ｖｉｎが、コンバータ停止電圧Ｖｅより小さくなると、入力電流は流れなくなるので、入力電圧Ｖｉｎは増加に転じる。そうすると、上述の作用と同様に、入力電圧Ｖｉｎは時刻ｔ２で再び動作開始電圧Ｖｓに到達して、その結果、再び、上記最大入力電流値Ｉｍａｘの入力電流が流れる。ただしこのときには、ｔ１〜ｔ１１において、コンデンサＣに取り込まれた電荷は、すでに放電されている。そうすると、図５（Ｃ）の時刻ｔ２〜ｔ２１に示すように、再び、ゼロから最大入力電流値Ｉｍａｘの入力電流が急激に流れるので、入力電圧Ｖｉｎが再び減少して、この入力電圧Ｖｉｎがコンバータ停止電圧より小さくなる。すなわち、このような現象が、時刻ｔ３〜ｔ３１、時刻ｔ４〜ｔ４１、及び時刻ｔ５〜ｔ５１でも、同様に繰り返されることになる。なお、図５（Ｄ）に示す破線は、比較のために、図４（Ｄ）の出力電圧特性を示す。
【００１７】
このような繰り返しにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２からの出力電圧Ｖｆは、図５（Ｄ）に示すように、上昇及び下降を繰り返して、出力基準電圧Ｖｒに到達することができない。すなわち、直流発電機２として風力発電機を用いた場合、直流発電機２による発電電力のほとんどは、起動時の電流取り込みのために消費されてしまい、このため使用可能な電源への変換は十分に行われないことになる。
【００１８】
上述のような問題を解決するため、例えば、図３に示すように、蓄電池等を直流発電機２とＤＣ／ＤＣコンバータ４２との間に付加接続して、安定化を計る必要がある。そうすると、蓄電池の日常的な保守、点検作業を強いられることになる。特に、付加電池として一般的な鉛蓄電池を用いた場合、構成材料に希硫酸及び、鉛等の有害物質が含まれ、更に寿命があるため定期的な交換等の保守をする必要がでてくる。更に、蓄電池は大きくて重いため、設置場所の制約がある、高価である等の多くの問題も発生する。
【００１９】
よって本発明は、上述した現状に鑑み、電力源からの出力電力が不安定な場合であっても、付加電池等を必要とせず、安定した電力を供給できる入力電力追従型変換回路を提供することを課題としている。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の入力電力追従型変換回路は、風力による発電機２に接続され、所定の駆動制御信号に応答して、前記発電機からの入力電圧を所定電圧に昇圧して出力するコンデンサを用いた昇圧回路１２を含み、動作開始時に該コンデンサの充電のために大電流が求められる入力電力追従型変換回路において、前記発電機からの入力電圧が所定の動作開始電圧を超えた後に、該入力電圧が該動作開始電圧を下回ることのないように前記発電機からの入力電流を制限するための、前記入力電圧と予め設定された前記昇圧回路の動作開始電圧との差に相当する前記昇圧回路への入力電流の制限値を示す電流制限信号を生成する電流制限信号生成手段１３、Ａ１と、前記昇圧回路の出力電圧及び前記入力電流に基づき、前記出力電圧を目的とする出力基準電圧に追従させると共に、前記入力電流を前記電流制限信号で示される前記制限値に追従させるための前記駆動制御信号を生成して、前記昇圧回路に供給する電流電圧制御手段１４、１５、Ａ１〜Ａ５、Ｒ１〜Ｒ３とを含むことを特徴とする。
【００２１】
請求項１記載の発明によれば、昇圧回路の出力電圧が目的とする出力基準電圧に追従するように制御されると共に、昇圧回路の入力電流は、入力電圧と動作開始電圧との差異に相当する値に制限される。これにより、例えば図２（Ａ）で示すような電力変化特性に対して、起動開始後、入力電圧は動作開始電圧を越えた後、この動作開始電圧を下回ることがなくなる。すなわち、従来のように、起動開始直後の急激な電力取り込みによる起動電流の急激な上昇に伴う、昇圧回路の動作停止が防止される。
【００２２】
上記課題を解決するためになされた請求項２記載の入力電力追従型変換回路は、請求項１記載の入力電力追従型変換回路において、前記電流制限信号生成手段は、前記入力電圧と前記動作開始電圧との差異に基づいて入力電流基準値を生成する誤差増幅器Ａ１と、前記入力電流基準値に追従するように前記電流制限信号を生成する電流マイナーループ１３とを含むことを特徴とする。
【００２３】
請求項２記載の発明によれば、誤差増幅器にて入力電圧と動作開始電圧との差異に基づく入力電流基準値を生成し、電流マイナーループにてこの入力電流基準値に電流制限信号が追従するように制御しているので、非常に安定的に電流制限信号を生成できる。
【００２４】
上記課題を解決するためになされた請求項３記載の入力電力追従型変換回路は、請求項２記載の入力電力追従型変換回路において、前記電流電圧制御回路は、前記出力電圧が出力基準電圧より小さい場合には前記駆動制御信号の生成を行い、さもなければ前記駆動制御信号の生成を停止することを特徴とする。
【００２５】
請求項３記載の発明によれば、出力電圧が出力基準電圧より小さい場合には駆動制御信号の生成を行い、さもなければ駆動制御信号の生成を停止するようにしているので、シンプルな制御で確実に出力電圧を出力基準電圧に追従させることができる。
【００２６】
上記課題を解決するためになされた請求項４記載の入力電力追従型変換回路は、請求項３記載の入力電力追従型変換回路において、前記電流電圧制御回路は、前記駆動制御信号としてＰＷＭパルスを生成するＰＷＭコンパレータ１５及び発振器１４を含むことを特徴とする。
【００２７】
請求項４記載の発明によれば、ＰＷＭコンパレータ及び発振器を含み、昇圧回路に対する駆動制御信号としてＰＷＭパルスを生成するようにしているので、昇圧回路の入力電流及び出力電圧の追従制御がより正確に行える。
【００２８】
上記課題を解決するためになされた請求項５記載の入力電力追従型変換回路は、請求項４記載の入力電力追従型変換回路において、前記発電機は、風力発電による直流信号を出力する直流発電機であり、前記昇圧回路は、前記直流発電機に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ１２であることを特徴とする。
【００２９】
請求項５記載の発明によれば、風力発電により出力される直流信号を昇圧回路としてのＤＣ／ＤＣコンバータ１２が昇圧する。すなわち、発電機としての風力発電は自然エネルギーを利用したものであるため、化石燃料等のように公害発生や天然資源消費等がないという大きな長所がある反面、常に一定の立ち上がりや安定した発電を期待できないため、図５で示したような問題が発生しがちである。本発明によれば、この問題が上述のように解決されて、風力発電の有する長所が全面的に享受できるようになる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の入力電力追従型変換回路の一実施形態を示す構成図である。
【００３１】
図１に示すように、本入力電力追従型変換回路１は、その入力端子ＲＸに、入力源として、例えば風力発電用の直流発電機２等が接続される。また、その出力端子ＴＸには、例えば直流信号を交流信号に変換して、これを系統電源等に供給するインバータ回路３等が接続される。また、入力電力追従型変換回路１は、電流検出回路１１、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２、並びに、発振器１４、ＰＷＭコンパレータ１５、誤差増幅器Ａ１〜Ａ５、抵抗Ｒ１〜Ｒ３、及びダイオードＤ２を含んで構成される。特に、誤差増幅器Ａ２、Ａ３、Ａ４、抵抗Ｒ３及びダイオードＤ２は、後述する電流マイナーループ１３を構成する。
【００３２】
電流検出回路１１は、例えば、ホール素子を利用した公知の変流器等から構成され、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２への入力電流を検出して、入力帰還電流Ｉｆとして誤差増幅器Ａ５に供給する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、リアクトルＬ、ダイオードＤ１、コンデンサＣ及びスイッチング素子Ｓを備える昇圧型の公知のＤＣ／ＤＣコンバータ１２であり、入力電圧Ｖｉｎを、例えば、２００Ｖ程度に昇圧して出力する。このＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、そのスイッチング素子Ｓに供給されるＰＷＭパルス（請求項１中の駆動制御信号に相当）により、入力電流や出力電圧が制御される。
【００３３】
上記誤差増幅器Ａ１は、入力電圧Ｖｉｎと予め設定されたＤＣ／ＤＣコンバータ１２の動作開始電圧Ｖｓとの差異に基づいて入力電流基準値Ｉｒを生成する反転、比例制御型増幅器である。誤差増幅器Ａ２は、反転、比例積分制御型の電圧制御誤差増幅器である。誤差増幅器Ａ３は、誤差増幅器Ａ２からの出力信号である電流制限信号Ｉｌｉｍを、上記入力電流基準値Ｉｒと比較するためのレベル変換を行う反転、比例制御型増幅器である。誤差増幅器Ａ４は、上記レベル変換された電流制限信号Ｉｌｉｍと誤差増幅器Ａ１の出力信号である入力電流基準値Ｉｒとを比較して比較結果を出力する、反転、高増幅率型増幅器である。誤差増幅器Ａ５は、上記入力電流と電流制限信号Ｉｌｉｍとを比較して比較結果を出力する電流制御誤差増幅器である。
【００３４】
特に、上記誤差増幅器Ａ２、Ａ３、Ａ４、抵抗Ｒ３及びダイオードＤ２から構成される電流マイナーループ１３では、誤差増幅器Ａ５に供給する電流制限信号Ｉｌｉｍの値が入力電流基準値Ｉｒに追従するように制御される。このように、電流マイナーループ１３にてこの入力電流基準値Ｉｒに電流制限信号Ｉｌｉｍの値が追従するように制御しているので、非常に安定的に電流制限信号を生成できるようになる。
【００３５】
ＰＷＭコンパレータ１５は、誤差増幅器Ａ５の出力信号と、発振器１４からの基準三角波とを比較し、その比較出力であるＰＷＭパルスを生成して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２のスイッチング素子Ｓに供給する。このように、ＰＷＭパルスを用いることにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の入力電流及び出力電圧Ｖｆの追従制御がより正確に行えるようになる。
【００３６】
このような構成において、本入力電力追従型変換回路１は、基本的に、これに含まれるＤＣ／ＤＣコンバータ１２の入力電流及び入力電圧Ｖｉｎ、並びにこのＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力電圧Ｖｆに基づき、このＤＣ／ＤＣコンバータ１２に供給するＰＷＭパルスによって、上記出力電圧Ｖｆを目的とする出力基準電圧Ｖｒに追従させるように制御すると共に、上記入力電流を入力電圧Ｖｉｎにみあった値に制限する作用を有する。
【００３７】
この作用について、図２を用いて更に詳しく説明する。図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）はそれぞれ、直流発電機２として風力発電機を用いた場合における図１に示した入力電力追従型変換回路による入力電力、入力電圧、入力電流及び出力電圧を示すタイムチャートである。この図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）はそれぞれ、前述の図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）に対応する。
【００３８】
入力電力は、直流発電機２が稼働開始後、図２（Ａ）に示すように変化するものとする。直流発電機２が稼働開始後、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の入力電圧Ｖｉｎは、上記誤差増幅器Ａ１にて、予め設定されたＤＣ／ＤＣコンバータ１２の動作開始電圧Ｖｓと比較される。例えば、図２（Ｂ）に示すように、時刻ｔ１において、入力電圧Ｖｉｎが動作開始電圧Ｖｓより大きくなると、誤差増幅器Ａ１は、比較結果として、両電圧の差異に基づく入力電流基準値Ｉｒを生成して出力する。入力電流基準値Ｉｒは、例えば、図２（Ａ）に示す入力電力の変動特性に対して、図２（Ｂ）の時刻ｔ１以降で示すように、入力電圧Ｖｉｎが動作開始電圧Ｖｓを下回ることのないように入力電流を制限するための基準となる値である。また、誤差増幅器Ａ１から出力される入力電流基準値Ｉｒは、入力電圧Ｖｉｎによって変動することになる。
【００３９】
この入力電流基準値Ｉｒは、電流マイナーループ１３に入力される。この電流マイナーループ１３では、上述のように、誤差増幅器Ａ５に供給する電流制限信号Ｉｌｉｍの値が、入力電流基準値Ｉｒに追従するように制御される。この電流マイナーループに関わる動作について以下に説明する。
【００４０】
すなわち、出力電圧Ｖｆが出力基準電圧Ｖｒの絶対値より小さい場合には、
ステップ（ａ）：電流制限信号Ｉｌｉｍは、正方向最大値へ向かい増加していき、電流制限信号Ｉｌｉｍの値が、現在の入力電圧Ｖｉｎに相当する入力電流基準値Ｉｒより大きくなった時点で、誤差増幅器Ａ４の出力が正となり、誤差増幅器Ａ２の加算点も正の値となる。なお、上記加算点では、ここでは図示しないが、オペアンプ等を利用した加算回路を用いて、抵抗Ｒ１〜Ｒ３を介して流れてくる電流が加算される。
ステップ（ｂ）：この結果、誤差増幅器Ａ２の出力である電流制限信号Ｉｌｉｍは減少し始める。そして、電流制限信号Ｉｌｉｍの値が入力電流基準値Ｉｒより小さくなった時点で、誤差増幅器Ａ２の出力が負となり、上記ステップ（ａ）の状態に戻る。
ステップ（ｃ）：そして、最終的に、電流制限信号Ｉｌｉｍの値は入力電流基準値Ｉｒと等しい状態でバランスして、誤差増幅器Ａ５に供給される。
【００４１】
一方、出力電圧Ｖｆが出力基準電圧Ｖｒの絶対値より大きい場合には、誤差増幅器Ａ４の状態に関係なく、電流制限信号Ｉｌｉｍの値は、負となりＰＷＭコンパレータ１５によるＰＷＭパルス信号の生成が停止される。このため、出力電圧Ｖｆも低下するため、最終的に出力電圧Ｖｆは出力基準電圧Ｖｒの絶対値より小さくなる。そうすると、上記ステップ（ａ）〜ステップ（ｃ）と同様の制御が行われるようになり、入力電流基準値Ｉｒと等しい値の電流制限信号Ｉｌｉｍが誤差増幅器Ａ５に供給される。
【００４２】
このように、出力電圧Ｖｆが出力基準電圧Ｖｒより小さい場合にはＰＷＭパルス信号の生成を行い、さもなければＰＷＭパルス信号の生成を停止するようにしているので、シンプルな制御で確実に出力電圧Ｖｆを出力基準電圧Ｖｒに追従させることができるようになる。
【００４３】
そして、誤差増幅器Ａ５は、上記電流制限信号Ｉｌｉｍ、すなわち、入力電流基準値Ｉｒにより、入力電流を入力電流基準値Ｉｒに対応する値で制限した出力信号をＰＷＭコンパレータ１５に出力し、ＰＷＭコンパレータ１５は、誤差増幅器Ａ５の出力信号と、発振器１４からの基準三角波とを比較し、その比較出力であるＰＷＭパルスを生成して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２のスイッチング素子Ｓに供給する。この結果、図２（Ｃ）の時刻ｔ１〜ｔ９９間に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の入力電流は入力電流基準値Ｉｒに対応して制限されることになる。また、図２（Ｄ）に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力電圧Ｖｆも前述の出力基準電圧Ｖｒに追従するように制御される。
【００４４】
ここで、入力源インピーダンスが低い場合には時刻ｔ１〜ｔ９９間は短く、入力源インピーダンスが高い場合には時刻ｔ１〜ｔ９９間は長くなる。しかしながら、いずれの場合にも、前述のように入力電流を制限しているので、出力電圧は、図５（Ｄ）で示したような変動は起こらなくなる。なお、比較のため、図２（Ｃ）における破線は図４（Ｃ）及び図５（Ｃ）に示した最大入力電流値Ｉｍａｘ、図２（Ｄ）における破線は図４（Ｄ）の出力電圧特性を示す。
【００４５】
以上のように、本実施形態によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力電圧Ｖｆが目的とする出力基準電圧Ｖｒに追従するように制御されると共に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の入力電流は、入力電圧Ｖｉｎと動作開始電圧Ｖｓとの差異に相当する値に制限される。これにより、従来のように、起動開始直後の急激な電力取り込みによる起動電流の急激な上昇に伴う、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の動作停止が防止される。この結果、起動時における発電電力の無駄な消費が抑制される。また、補助電源としての鉛蓄電池等も不要となる。
【００４６】
また、電力源からの出力電力Ｖｆの不安定性を補うように作用するので、本実施形態は自然エネルギー発電等に有効であるが、特に、最小発電電力や最低端子電圧が保証されていない小型の風力発電システムへの応用が最も効果的であると考えられる。更に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力端子に、直流信号を交流信号に変換して系統電源に供給するインバータ回路を接続することにより、直流電源のみならず交流電源の供給も可能になり、更に適用範囲が広くなる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、昇圧回路の出力電圧が目的とする出力基準電圧に追従するように制御されると共に、昇圧回路の入力電流は、入力電圧と動作開始電圧との差異に相当する値に制限される。これにより、例えば図２（Ａ）で示すような電力変化特性に対して、起動開始後、入力電圧は動作開始電圧Ｖｓを越えた後、この動作開始電圧Ｖｓを下回ることがなくなる。すなわち、従来のように、起動開始直後の急激な電力取り込みによる起動電流の急激な上昇に伴う、昇圧回路の動作停止が防止される。この結果、起動時における発電電力の無駄な消費が抑制される。また、補助電源としての鉛蓄電池等も不要となる。
【００４８】
請求項２記載の発明によれば、誤差増幅器にて入力電圧と動作開始電圧との差異に基づく入力電流基準値を生成し、電流マイナーループにてこの入力電流基準値に電流制限信号が追従するように制御しているので、非常に安定的に電流制限信号を生成できるようになる。
【００４９】
請求項３記載の発明によれば、出力電圧が出力基準電圧より小さい場合には駆動制御信号の生成を行い、さもなければ駆動制御信号の生成を停止するようにしているので、シンプルな制御で確実に出力電圧を出力基準電圧に追従させることができるようになる。
【００５０】
請求項４記載の発明によれば、ＰＷＭコンパレータ及び発振器を含み、昇圧回路に対する駆動制御信号としてＰＷＭパルスを生成するようにしているので、昇圧回路の入力電流及び出力電圧の追従制御がより正確に行えるようになる。
【００５１】
請求項５記載の発明によれば、風力発電による出力電力の不安定性を補うように作用するので、風力発電の有する長所が全面的に享受できるようになる。すなわち、本発明は、風力発電への適用に特に有効となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の入力電力追従型変換回路の一実施形態を示す構成図である。
【図２】図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）はそれぞれ、直流発電機２として風力発電機を用いた場合における図１に示した入力電力追従型変換回路による入力電力、入力電圧、入力電流及び出力電圧を示すタイムチャートである。
【図３】従来型変換回路の構成図である。
【図４】図４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）はそれぞれ、直流発電機として一般の同期発電機を用いた場合における図３の従来型変換回路による入力電力、入力電圧、入力電流及び出力電圧を示すタイムチャートである。
【図５】図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）はそれぞれ、直流発電機２として風力発電機を用いた場合における図３の従来型変換回路による入力電力、入力電圧、入力電流及び出力電圧を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１入力電力追従型変換回路
２直流発電機（発電機）
３インバータ回路
１１電流検出回路
１２ＤＣ／ＤＣコンバータ（昇圧回路）
１３電流マイナーループ
１４発振器
１５ＰＷＭコンバータ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an input power tracking type conversion circuit, and more particularly to an input power tracking type conversion circuit that is effective when connected to an unstable power source such as a wind power generator.
[0002]
[Prior art]
In this type of input power follow-up type conversion circuit, MPPT (maximum power follow-up method) is adopted to stably supply output power. As an operation start condition, the input voltage exceeds a predetermined reference value, In addition, a large starting current is required. For this reason, when a power source with unstable output power, such as a wind power generator, is used, most of the generated power is consumed for startup, and conversion to a usable power source is sufficient. Sometimes it was not done. Hereinafter, this problem will be described with reference to the drawings.
[0003]
FIG. 3 is a configuration diagram of a conventional conversion circuit. As shown in FIG. 3, in the conventional conversion circuit 4, for example, a DC generator 2 for wind power generation is connected to the input terminal RX as a power source. The output terminal TX is connected to an inverter circuit 3 that converts, for example, a DC signal into an AC signal and supplies it to a system power source or the like.
[0004]
The conventional conversion circuit 4 includes a current detection circuit 41, a DC / DC converter 42, an input voltage monitoring circuit 43, an oscillator 44, a PWM comparator 45, a gate protection circuit 46, amplifiers A41 and A42, and the like.
[0005]
The current detection circuit 41 includes a current transformer and the like, detects an input current to the DC / DC converter 42, and supplies it to the error amplifier A42 as an input feedback current If. The DC / DC converter 42 is a boost converter that includes a reactor L, a diode D1, a capacitor C, and a switching element S, and boosts the input voltage Vin to a constant voltage of about 200V, for example. The input voltage monitoring circuit 43 compares the input voltage Vin of the DC / DC converter 42 with the preset operation start voltage Vs of the DC / DC converter 42 and controls the gate protection circuit 46 based on the comparison result. . The error amplifier A41 is an amplifier that compares the output voltage Vf with the output reference voltage Vr and outputs a comparison result. The error amplifier A42 is an amplifier that compares the value of the input feedback current If with the input current reference value Ifr and outputs a comparison result.
[0006]
In such a configuration, after the DC generator 2 starts operating, when the input voltage monitoring circuit 43 detects that the input voltage Vin has reached the operation start voltage Vs, the gate protection circuit 46 is controlled, and the PWM The pulse output from the comparator 45 is controlled to be supplied to the switching element S of the conversion circuit 4. At this time, the output voltage Vf of the DC / DC converter 42 is fed back and supplied to one input terminal of the amplifier A41 and compared with the output reference voltage Vr supplied to the other input terminal. The input current of the DC / DC converter 42 is also supplied to the one input terminal of the amplifier A42 as the input feedback current If and compared with the input current reference value Ir supplied to the other input terminal. The comparison outputs of the amplifiers A41 and A42 are combined and supplied to one input terminal of the PWM comparator. Then, as described above, when the input voltage monitoring circuit 43 detects that the input voltage Vin has reached the operation start voltage Vs, the gate protection circuit 46 is controlled, and the PWM comparator 45 outputs the synthesized signal. Is compared with the reference triangular wave from the oscillator, and a PWM pulse as a comparison output is generated and supplied to the switching element S of the DC / DC converter 42.
[0007]
In such control, in particular, after the operation of the DC generator 2 is started, that is, when the operation of the DC / DC converter 42 is started, the terminal voltage of the capacitor C is increased to a predetermined output setting voltage. Is charged. That is, after this operation is started, the input current is fixedly set to a value corresponding to the input current reference value Ifr so that the power to be captured is intentionally greatly varied. Based on this, the operation start is started. Later power capture is performed.
[0008]
Each operation when a general synchronous generator and a wind power generator are applied to the conventional conversion circuit 4 that performs such power capture will be described with reference to FIGS. 4 and 5.
[0009]
4A, 4B, 4C, and 4D are respectively the input power, input voltage, and input by the conventional conversion circuit of FIG. 3 when a general synchronous generator is used as the DC generator 2. It is a time chart which shows an electric current and an output voltage.
[0010]
It is assumed that the input power to the input terminal RX changes as shown in FIG. 4A after the DC generator 2 starts operation. In this case, as shown in FIG. 4B, the input voltage Vin rises after the operation of the DC generator 2 starts and reaches the operation start voltage Vs at time t1. Then, the input voltage monitoring circuit 43 detects this, controls the gate protection circuit 46, and supplies the PWM pulse from the PWM comparator 45 to the switching element S of the DC / DC converter 42. At this time, as described above, in order to raise the terminal voltage of the capacitor C to the output set voltage, the PWM pulse is supplied to the switching element S so as to intentionally vary the power to be taken in intentionally. As a result, an input current having a maximum input current value Imax (corresponding to the input current reference value Ifr) flows as shown between the times t1 to t99 in FIG.
[0011]
At time t99, when the output voltage Vf reaches 200 V indicated by the output reference voltage Vr by the comparison by the error amplifier A41, the output from the PWM comparator 45 is controlled, and FIG. The PWM pulse is supplied to the switching element S of the DC / DC converter 42 so that the capturing of a large current at the time of rising shown between the times t1 to t99 of FIG. Thereafter, as shown in FIG. 4D, the PWM pulse is supplied to the switching element S so that the output voltage Vf of 200 V is constantly output from the DC / DC converter 42.
[0012]
That is, when a general synchronous generator is used as the DC generator 2, the output voltage of the synchronous generator is kept constant by field control or the like. Output voltage, that is, as shown in FIG. 4B, the input voltage of the conventional conversion circuit 4 does not fluctuate unstably. Therefore, in this case, the above-described problem does not occur even in the conventional conversion circuit 4.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
On the other hand, FIGS. 5A, 5B, 5C, and 5D respectively show the input power, input voltage, and input by the conventional conversion circuit of FIG. 3 when a wind power generator is used as the DC generator 2. It is a time chart which shows an electric current and an output voltage.
[0014]
Here, it is assumed that the input power to the input terminal RX changes as shown in FIG. 5 (A) after the operation of the DC generator 2 starts, as in FIG. 4 (A). In this case, as shown in FIG. 5B, the input voltage Vin rises after the DC generator 2 starts operating, and reaches the operation start voltage Vs at time t1. Then, the input voltage monitoring circuit 43 detects this, controls the gate protection circuit 46, and supplies the PWM pulse from the PWM comparator 45 to the switching element S of the DC / DC converter 42. At this time, as described above, in order to raise the terminal voltage of the capacitor C to the output set voltage, the PWM pulse is supplied to the switching element S so as to intentionally vary the power to be taken in intentionally.
[0015]
As a result, as shown in time t1 to t11 in FIG. 5C, the input current having the maximum input current value Imax abruptly flows, so that the input voltage Vin is set to time t1 in FIG. It decreases as shown in t11 and becomes smaller than the converter stop voltage Ve. That is, since the wind power generator does not have the output voltage stabilizing function such as the field control performed in the synchronous power generator described above, the output terminal voltage, that is, the conversion circuit 4 as shown in FIG. The input voltage will vary according to V (voltage) = P (power) / I (current).
[0016]
Then, as shown at time t11, when the input voltage Vin becomes smaller than the converter stop voltage Ve, the input current stops flowing, so the input voltage Vin starts to increase. Then, as in the above-described operation, the input voltage Vin reaches the operation start voltage Vs again at time t2, and as a result, the input current having the maximum input current value Imax flows again. However, at this time, from t1 to t11, the electric charge taken in the capacitor C is already discharged. Then, as shown at time t2 to t21 in FIG. 5 (C), the input current with the maximum input current value Imax suddenly flows again from zero, so that the input voltage Vin decreases again, and this input voltage Vin becomes the converter. It becomes smaller than the stop voltage. That is, such a phenomenon is similarly repeated at times t3 to t31, times t4 to t41, and times t5 to t51. Note that the broken line shown in FIG. 5D indicates the output voltage characteristic of FIG. 4D for comparison.
[0017]
As a result of such repetition, the output voltage Vf from the DC / DC converter 42 cannot repeatedly reach the output reference voltage Vr by repeatedly increasing and decreasing as shown in FIG. That is, when a wind power generator is used as the DC generator 2, most of the electric power generated by the DC generator 2 is consumed for current capture at the time of start-up, and therefore sufficient conversion to a usable power source is possible. Will not be done.
[0018]
In order to solve the above-mentioned problem, for example, as shown in FIG. 3, it is necessary to additionally connect a storage battery or the like between the DC generator 2 and the DC / DC converter 42 to stabilize the battery. Then, daily maintenance and inspection work of the storage battery will be forced. In particular, when a general lead-acid battery is used as the additional battery, the constituent material contains dilute sulfuric acid and harmful substances such as lead, and since it has a longer life, it is necessary to perform maintenance such as periodic replacement. . Furthermore, since the storage battery is large and heavy, many problems such as restrictions on the installation location and high cost occur.
[0019]
Therefore, the present invention provides an input power follow-up type conversion circuit that can supply stable power without requiring an additional battery or the like even when the output power from the power source is unstable in view of the above-described current situation. It is an issue.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
The input power follow-up conversion circuit according to claim 1, which has been made to solve the above problem, By wind Connected to the generator 2 and in response to a predetermined drive control signal, From the generator Boost the input voltage to a predetermined voltage and output it Using a capacitor Including a booster circuit 12; In an input power follow-up type conversion circuit in which a large current is required to charge the capacitor at the start of operation, the input voltage becomes the operation start voltage after the input voltage from the generator exceeds a predetermined operation start voltage. In order to limit the input current from the generator so as not to fall below, Current limit signal generating means 13, A1 for generating a current limit signal indicating a limit value of an input current to the booster circuit corresponding to a difference between the input voltage and a preset operation start voltage of the booster circuit; Based on the output voltage of the booster circuit and the input current, the drive control signal for making the output voltage follow the target output reference voltage and making the input current follow the limit value indicated by the current limit signal Current voltage control means 14, 15, A1 to A5, and R1 to R3 supplied to the booster circuit.
[0021]
According to the first aspect of the present invention, the output voltage of the booster circuit is controlled so as to follow the target output reference voltage, and the input current of the booster circuit corresponds to the difference between the input voltage and the operation start voltage. It is limited to the value to be. Thus, for example, with respect to the power change characteristic as shown in FIG. 2A, the input voltage does not drop below the operation start voltage after the start of startup after the start of startup. That is, as in the prior art, it is possible to prevent the booster circuit from being stopped due to a sudden rise in the startup current due to a rapid power capture immediately after the start of startup.
[0022]
The input power follow-up type conversion circuit according to claim 2, wherein the input power follow-up type conversion circuit according to claim 1, wherein the current limit signal generation means is configured to start the operation with the input voltage. An error amplifier A1 that generates an input current reference value based on a difference from a voltage, and a current minor loop 13 that generates the current limit signal to follow the input current reference value are included.
[0023]
According to the second aspect of the present invention, the error amplifier generates the input current reference value based on the difference between the input voltage and the operation start voltage, and the current limit signal follows the input current reference value in the current minor loop. Thus, the current limit signal can be generated very stably.
[0024]
The input power tracking type conversion circuit according to claim 3, which is made to solve the above problem, is the input power tracking type conversion circuit according to claim 2, wherein the current voltage control circuit is configured such that the output voltage is higher than an output reference voltage. If it is smaller, the generation of the drive control signal is performed. Otherwise, the generation of the drive control signal is stopped.
[0025]
According to the third aspect of the invention, when the output voltage is smaller than the output reference voltage, the drive control signal is generated. Otherwise, the generation of the drive control signal is stopped. The output voltage can reliably follow the output reference voltage.
[0026]
The input power tracking type conversion circuit according to claim 4, which has been made to solve the above problem, is the input power tracking type conversion circuit according to claim 3, wherein the current voltage control circuit uses a PWM pulse as the drive control signal. It includes a PWM comparator 15 and an oscillator 14 to be generated.
[0027]
According to the fourth aspect of the present invention, the PWM pulse is generated as the drive control signal for the booster circuit including the PWM comparator and the oscillator, so that the follow-up control of the input current and output voltage of the booster circuit is more accurate. Yes.
[0028]
The input power follow-up type conversion circuit according to claim 5, which has been made to solve the above-mentioned problem, is the DC power generation in which the generator outputs a DC signal by wind power generation. The booster circuit is a DC / DC converter 12 connected to the DC generator.
[0029]
According to the fifth aspect of the present invention, the DC / DC converter 12 as the booster circuit boosts the DC signal output by the wind power generation. In other words, since wind power generation as a generator uses natural energy, it has the great advantage of not generating pollution or consuming natural resources like fossil fuels. Since it cannot be expected, the problem shown in FIG. 5 tends to occur. According to the present invention, this problem is solved as described above, and the advantages of wind power generation can be fully enjoyed.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of an input power tracking conversion circuit according to the present invention.
[0031]
As shown in FIG. 1, the input power follow-up type conversion circuit 1 is connected, for example, to a DC power generator 2 for wind power generation as an input source to the input terminal RX. The output terminal TX is connected to, for example, an inverter circuit 3 that converts a DC signal into an AC signal and supplies it to a system power source or the like. The input power tracking type conversion circuit 1 includes a current detection circuit 11, a DC / DC converter 12, an oscillator 14, a PWM comparator 15, error amplifiers A1 to A5, resistors R1 to R3, and a diode D2. The In particular, the error amplifiers A2, A3, A4, the resistor R3, and the diode D2 constitute a current minor loop 13 described later.
[0032]
The current detection circuit 11 is composed of, for example, a known current transformer using a Hall element, detects an input current to the DC / DC converter 12, and supplies it to the error amplifier A5 as an input feedback current If. The DC / DC converter 12 is a well-known step-up DC / DC converter 12 including a reactor L, a diode D1, a capacitor C, and a switching element S. The DC / DC converter 12 boosts the input voltage Vin to about 200 V, for example, and outputs the boosted voltage. The DC / DC converter 12 has an input current and an output voltage controlled by a PWM pulse (corresponding to a drive control signal in claim 1) supplied to the switching element S.
[0033]
The error amplifier A1 is an inverting / proportional control amplifier that generates an input current reference value Ir based on a difference between the input voltage Vin and a preset operation start voltage Vs of the DC / DC converter 12. The error amplifier A2 is an inversion / proportional integral control type voltage control error amplifier. The error amplifier A3 is an inverting / proportional control amplifier that performs level conversion for comparing the current limit signal Ilim, which is an output signal from the error amplifier A2, with the input current reference value Ir. The error amplifier A4 is an inverting and high amplification factor amplifier that compares the level-converted current limit signal Ilim and the input current reference value Ir that is an output signal of the error amplifier A1 and outputs a comparison result. The error amplifier A5 is a current control error amplifier that compares the input current and the current limit signal Ilim and outputs a comparison result.
[0034]
In particular, in the current minor loop 13 including the error amplifiers A2, A3, A4, the resistor R3, and the diode D2, control is performed so that the value of the current limit signal Ilim supplied to the error amplifier A5 follows the input current reference value Ir. Is done. Thus, since the current minor loop 13 controls the input current reference value Ir so that the value of the current limit signal Ilim follows, the current limit signal can be generated very stably.
[0035]
The PWM comparator 15 compares the output signal of the error amplifier A5 with the reference triangular wave from the oscillator 14, generates a PWM pulse as a comparison output, and supplies the PWM pulse to the switching element S of the DC / DC converter 12. Thus, by using the PWM pulse, the follow-up control of the input current and the output voltage Vf of the DC / DC converter 12 can be performed more accurately.
[0036]
In such a configuration, the input power follow-up type conversion circuit 1 is basically based on the input current and input voltage Vin of the DC / DC converter 12 included therein and the output voltage Vf of the DC / DC converter 12. The PWM pulse supplied to the DC / DC converter 12 controls the output voltage Vf so as to follow the target output reference voltage Vr, and limits the input current to a value suitable for the input voltage Vin. Has an effect.
[0037]
This effect will be described in more detail with reference to FIG. 2A, 2B, 2C, and 2D respectively show the input power and the input voltage by the input power follow-up conversion circuit shown in FIG. 1 when a wind power generator is used as the DC generator 2. FIG. It is a time chart which shows an input current and an output voltage. 2 (A), (B), (C) and (D) correspond to FIGS. 5 (A), (B), (C) and (D), respectively.
[0038]
The input power is assumed to change as shown in FIG. 2A after the DC generator 2 starts operation. After the DC generator 2 starts operating, the input voltage Vin of the DC / DC converter 12 is compared with the preset operation start voltage Vs of the DC / DC converter 12 by the error amplifier A1. For example, as shown in FIG. 2B, when the input voltage Vin becomes higher than the operation start voltage Vs at time t1, the error amplifier A1 generates an input current reference value Ir based on the difference between the two voltages as a comparison result. And output. The input current reference value Ir is, for example, that the input voltage Vin is lower than the operation start voltage Vs as shown after time t1 in FIG. 2B with respect to the fluctuation characteristics of the input power shown in FIG. This is a reference value for limiting the input current so as not to occur. Further, the input current reference value Ir output from the error amplifier A1 varies depending on the input voltage Vin.
[0039]
This input current reference value Ir is input to the current minor loop 13. In the current minor loop 13, as described above, the value of the current limit signal Ilim supplied to the error amplifier A5 is controlled so as to follow the input current reference value Ir. The operation related to the current minor loop will be described below.
[0040]
That is, when the output voltage Vf is smaller than the absolute value of the output reference voltage Vr,
Step (a): The current limit signal Ilim increases toward the maximum value in the positive direction, and when the value of the current limit signal Ilim becomes larger than the input current reference value Ir corresponding to the current input voltage Vin, The output of the error amplifier A4 is positive, and the addition point of the error amplifier A2 is also a positive value. Note that, at the addition point, although not shown here, the current flowing through the resistors R1 to R3 is added using an addition circuit using an operational amplifier or the like.
Step (b): As a result, the current limit signal Ilim which is the output of the error amplifier A2 starts to decrease. Then, when the value of the current limiting signal Ilim becomes smaller than the input current reference value Ir, the output of the error amplifier A2 becomes negative and the process returns to the state of step (a).
Step (c): Finally, the value of the current limit signal Ilim is balanced in a state equal to the input current reference value Ir and supplied to the error amplifier A5.
[0041]
On the other hand, when the output voltage Vf is larger than the absolute value of the output reference voltage Vr, the value of the current limit signal Ilim becomes negative regardless of the state of the error amplifier A4, and the generation of the PWM pulse signal by the PWM comparator 15 is stopped. The For this reason, since the output voltage Vf also decreases, the output voltage Vf finally becomes smaller than the absolute value of the output reference voltage Vr. As a result, the same control as in steps (a) to (c) is performed, and the current limit signal Ilim having a value equal to the input current reference value Ir is supplied to the error amplifier A5.
[0042]
As described above, when the output voltage Vf is smaller than the output reference voltage Vr, the PWM pulse signal is generated. Otherwise, the generation of the PWM pulse signal is stopped. Vf can be made to follow the output reference voltage Vr.
[0043]
The error amplifier A5 outputs to the PWM comparator 15 an output signal in which the input current is limited by the value corresponding to the input current reference value Ir by the current limit signal Ilim, that is, the input current reference value Ir. Compares the output signal of the error amplifier A5 with the reference triangular wave from the oscillator 14, generates a PWM pulse as the comparison output, and supplies the PWM pulse to the switching element S of the DC / DC converter 12. As a result, the input current of the DC / DC converter 12 is limited corresponding to the input current reference value Ir as shown between the times t1 to t99 in FIG. Further, as shown in FIG. 2D, the output voltage Vf of the DC / DC converter 12 is also controlled so as to follow the output reference voltage Vr.
[0044]
Here, when the input source impedance is low, the period from time t1 to t99 is short, and when the input source impedance is high, the period from time t1 to t99 is long. However, in any case, since the input current is limited as described above, the output voltage does not fluctuate as shown in FIG. For comparison, the broken line in FIG. 2C indicates the maximum input current value Imax shown in FIGS. 4C and 5C, and the broken line in FIG. 2D indicates the output voltage in FIG. Show properties.
[0045]
As described above, according to the present embodiment, the output voltage Vf of the DC / DC converter 12 is controlled to follow the target output reference voltage Vr, and the input current of the DC / DC converter 12 is It is limited to a value corresponding to the difference between the voltage Vin and the operation start voltage Vs. As a result, the DC / DC converter 12 is prevented from being stopped due to a sudden rise in the startup current due to the rapid power intake immediately after the startup. As a result, wasteful consumption of generated power at the time of startup is suppressed. Further, a lead storage battery or the like as an auxiliary power source is not necessary.
[0046]
In addition, since the present embodiment acts to compensate for the instability of the output power Vf from the power source, this embodiment is effective for natural energy power generation and the like. Application to wind power generation system is considered to be most effective. Furthermore, by connecting an inverter circuit that converts a DC signal to an AC signal and supplies it to the system power supply to the output terminal of the DC / DC converter 12, not only a DC power supply but also an AC power supply can be supplied. The range becomes wider.
[0047]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, the output voltage of the booster circuit is controlled so as to follow the target output reference voltage, and the input current of the booster circuit is the same as the input voltage and the operation start. It is limited to a value corresponding to the difference from the voltage. Thus, for example, with respect to the power change characteristic as shown in FIG. 2A, after starting, the input voltage does not fall below the operation start voltage Vs after exceeding the operation start voltage Vs. That is, as in the prior art, it is possible to prevent the booster circuit from being stopped due to a rapid rise in the startup current due to the rapid power capture immediately after the start of startup. As a result, wasteful consumption of generated power at the time of startup is suppressed. Further, a lead storage battery or the like as an auxiliary power source is not necessary.
[0048]
According to the second aspect of the present invention, the error amplifier generates the input current reference value based on the difference between the input voltage and the operation start voltage, and the current limit signal follows the input current reference value in the current minor loop. Thus, the current limit signal can be generated very stably.
[0049]
According to the third aspect of the invention, when the output voltage is smaller than the output reference voltage, the drive control signal is generated. Otherwise, the generation of the drive control signal is stopped. The output voltage can be surely followed by the output reference voltage.
[0050]
According to the fourth aspect of the present invention, the PWM pulse is generated as a drive control signal for the booster circuit including the PWM comparator and the oscillator, so that the follow-up control of the input current and the output voltage of the booster circuit is more accurately performed. You can do it.
[0051]
According to the fifth aspect of the invention, since it acts so as to compensate for the instability of output power by wind power generation, the advantages of wind power generation can be fully enjoyed. That is, the present invention is particularly effective for application to wind power generation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of an input power tracking conversion circuit according to the present invention.
2 (A), (B), (C), and (D) are inputs by the input power follow-up type conversion circuit shown in FIG. 1 when a wind power generator is used as the DC generator 2. FIG. It is a time chart which shows electric power, input voltage, input current, and output voltage.
FIG. 3 is a configuration diagram of a conventional conversion circuit.
4 (A), (B), (C), and (D) are respectively the input power and the input by the conventional conversion circuit of FIG. 3 when a general synchronous generator is used as a DC generator. It is a time chart which shows a voltage, an input current, and an output voltage.
5 (A), (B), (C), and (D) are respectively the input power and the input voltage by the conventional conversion circuit of FIG. 3 when a wind power generator is used as the DC power generator 2; It is a time chart which shows an input current and an output voltage.
[Explanation of symbols]
1 Input power tracking converter
2 DC generator (generator)
3 Inverter circuit
11 Current detection circuit
12 DC / DC converter (boost circuit)
13 Current minor loop
14 Oscillator
15 PWM converter

Claims

A booster circuit using a capacitor connected to a wind power generator and using a capacitor that boosts an input voltage from the generator to a predetermined voltage in response to a predetermined drive control signal , and charging the capacitor at the start of operation In an input power follow-up type conversion circuit that requires a predetermined large current for
The input voltage for limiting the input current from the generator so that the input voltage does not fall below the operation start voltage after the input voltage from the generator exceeds a predetermined operation start voltage; Current limit signal generating means for generating a current limit signal indicating a limit value of an input current to the booster circuit corresponding to a difference from a preset operation start voltage of the booster circuit;
The drive control for causing the output voltage to follow the target output reference voltage based on the output voltage and the input current of the booster circuit and causing the input current to follow the limit value indicated by the current limit signal. Current voltage control means for generating a signal and supplying the signal to the booster circuit.

The input power following type conversion circuit according to claim 1,
The current limit signal generating means generates an input current reference value based on a difference between the input voltage and the operation start voltage;
And a current minor loop that generates the current limit signal so as to follow the input current reference value.

In the input power following type conversion circuit according to claim 2,
The current voltage control circuit generates the drive control signal when the output voltage is smaller than an output reference voltage, and stops generating the drive control signal otherwise. circuit.

In the input power following type conversion circuit according to claim 3,
The input voltage follow-up conversion circuit, wherein the current-voltage control circuit includes a PWM comparator and an oscillator that generate a PWM pulse as the drive control signal.

The input power follow-up type conversion circuit according to claim 4,
The input power follow-up type conversion circuit, wherein the generator is a DC generator that outputs a DC signal generated by wind power generation, and the booster circuit is a DC / DC converter connected to the DC generator.