JP3733481B2 - Solar power system - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、屋外に設置された太陽光パネルにより一次エネルギー源としての太陽光を直流電力に変換し、インバータを介して交流電力に変換し、モータ等の負荷を駆動する太陽光発電システムに係り、特に太陽光パネルを常に最大出力点で動作させることができるシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、太陽光発電システムの説明図であり、１は太陽光パネル、２はインバータ、３は負荷としてのモータ及びポンプである。太陽光パネル１は、太陽光を直流電力に変換し、インバータ２によりその直流電力を交流電力に変換し、モータ及びポンプ等の負荷３に供給する。これにより、モータ及びポンプ等の負荷３は太陽光をエネルギー源とした電力により可変速駆動される。
【０００３】
まず、太陽光パネルの一般的な特性を説明する。図９は、太陽光パネルの特性を示す図である。図９（ａ）は太陽電池の電流―電圧特性を示している。即ち、太陽光が入射することで、無負荷時には開放電圧Ｖｏが現れ、短絡時には短絡電流Ｉｓが流れる。この曲線は、入射光の大きさをパラメータとして図中矢印で示す方向に変化する。入射光の大きさ、この太陽電池の基本特性から図９（ｂ）に示す電力―電圧特性が得られる。即ち、太陽光パネルの出力電力Ｐの大きさは出力電圧Ｖによって変化し、最大出力点を有する山のような曲線になる。また、この曲線は日射の強さ、周囲温度などにより変動する。図９（ｂ）に示すように、太陽光パネルの出力電力Ｐは出力電圧Ｖに従って変化し、その最大出力電力点は日射、周囲温度の変動に従って、点線Ａのような斜めの曲線軌跡になっている。
【０００４】
高価な太陽光発電システムを有効に利用するために、パネル面積に限られている貴重な太陽光エネルギーから最大電力を取り出せることが望ましい。そのために、太陽光発電システムにおいては、太陽光パネルを常に最大出力電力点で動作出来るように最大電力点追従制御を行うことが必要となってくる。
【０００５】
図１０は、太陽光発電システムの負荷であるポンプの負荷特性を示す図である。ポンプの出力は羽根車の回転数、すなわちモータの出力回転数に従って変化する。インダクションモータの場合にはロータの回転数はインバータ出力周波数に近似的に比例するが、同期モータの場合にはインバータ出力周波数に完全に比例する。従って、インバータの出力周波数を制御することにより、モータの出力を制御することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
負荷がモータおよびポンプの場合、最大電力追従制御を行うために、インバータ出力周波数を制御することによって、太陽光パネル出力電力最大点で動作するようにしなくてはならない。しかしながら、インバータ出力周波数の制御の判断基準は曖昧であり、また、太陽光パネルの出力特性、ポンプ負荷特性が分からないと、制御ロジックの設計は難しい。さらに、太陽電池特性は日射、周囲温度などの要素により時々刻々変化し、ポンプ・モータの出力特性もバルブの閉め程度、負荷変動などによって事前に想定することが困難である。
【０００７】
本発明は上述した課題に鑑みてなされたもので、太陽電池特性およびポンプ等の負荷特性に依存することなく、常に太陽光パネルの最大電力点で動作させることができる太陽光発電システムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、太陽光パネルと、該太陽光パネルの出力直流電力を交流電力に変換して負荷を駆動するインバータと、該インバータを制御する制御装置とを具備した太陽光発電システムにおいて、前記太陽光パネルの出力直流電力及び電圧を計測し、前記出力直流電力と出力電圧の変化に基づいて、該変化の方向が電力―電圧座標系における I 、 II 、 III 、 IV 象限の変化軌跡ベクトルの方向のいずれに属するかに分類し、前記 I 、 II 、 III 、 IV 象限の変化軌跡ベクトルの方向に対応して前記インバータの出力周波数の増減または維持を決定し、前記太陽光パネルの最大電力点に追従するように前記負荷を可変速駆動することを特徴とするものである。
【０００９】
ここで、前記変化の方向が電力―電圧座標系における I 、 II 、 III 、 IV 象限の変化軌跡ベクトルの方向のいずれに属するかの分類は、変化なしのゼロベクトルを含むことが好ましい。
また、前記太陽光パネルの電力−電圧座標系における変化は、前々回、前回および今回の３個のサンプリング時の電力及び電圧から得られた２個の変化軌跡ベクトルの方向の組み合わせにより、前記インバータの出力周波数の増減または維持を決定することが好ましい。
【００１０】
上述した本発明によれば、太陽光パネルの直流電力の電力−電圧座標系における変化に基づいて、太陽電池の動作点が最大電力点で動作するようにインバータにおける出力交流電力の周波数を増減又は維持するものである。従って、入射光の大きさ等により太陽電池特性が変化しても、また負荷変動により負荷の出力が変動しても、常に安定して太陽光パネルの最大電力点で動作させることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１は、本発明の実施形態を示す構成図で、４は制御装置であり、その他の構成要素は図８と同じである。この制御装置４は、太陽光パネル１の出力電流Ｉ及び出力電圧Ｖを計測し、これより出力電力Ｐを算定する。インバータ２は、電力スイッチング素子６を備えたアームを開閉制御することで、コンデンサ５に蓄えられた直流電力を交流電力に変換して、モータ・ポンプからなる負荷３に供給する。ここで、インバータ２の電力スイッチング素子６の開閉制御は、パルス幅変調制御が用いられ、インバータ２は任意の周波数・電圧の交流電力を負荷３に供給することができる。
【００１３】
制御装置４は、マイクロプロセッサ及びメモリ等により構成され、上述したインバータのパルス幅変調制御等を行うほかに、日射条件等の変動にもかかわらず、常に太陽光パネル出力が最大となる動作点を維持する最大電力点追従制御手段を備えている。
【００１４】
太陽光発電システムの出力は、図１に示すように太陽光パネルの太陽電池出力Ｐｓ、インバータの直流コンデンサ出力Ｐｃおよびモータ出力Ｐｍの３つの部分に分けられている。基本的に太陽光パネルの太陽電池出力Ｐｓは電力エネルギーの供給、モータ出力Ｐｍは電力エネルギーの消費（機械動力の発生）、そしてインバータ直流コンデンサ出力Ｐｃは電力エネルギーの蓄積と調節の機能を果たしており、これらの３つの部分は常にバランスを維持している。
【００１５】
最大電力点追従制御の目的は、同じ日射条件における太陽光パネル出力を最大化することにあり、制御の際にはこの出力Ｐｓのみに注目すればよい。太陽光パネル出力Ｐｓはエネルギー供給源で、モータ出力Ｐｍは負荷（エネルギー消費源）であるが、インバータの直流コンデンサ出力Ｐｃは中間蓄積エネルギーとして最大電力点追従制御に非常に重要な役割を果たしている。太陽光発電システムの構造から、太陽光パネル１とインバータ２の直流コンデンサ５とはほぼ直結しており、太陽光パネルの太陽電池出力によりインバータの直流コンデンサ５の電圧値が変わるので、太陽光パネルの動作点の動きは、太陽光パネル１の出力値の動きだけではなく、インバータ２の直流コンデンサ５の電圧値の動きにも深い関係がある。インバータ２の直流コンデンサ５の出力Ｐｃは、コンデンサ電圧の変化に対応して、エネルギーを吸収または放出する。即ち、太陽光パネルの太陽電池出力Ｐｓがモータ出力Ｐｍより大きい場合には、インバータ２の直流コンデンサ５は太陽光パネル１から電力エネルギーを保存するので、インバータ２の直流コンデンサの電圧は上昇する。
【００１６】
逆の場合、すなわち太陽光パネルの太陽電池出力Ｐｓがモータ出力Ｐｍより小さい場合には、インバータの直流コンデンサ出力Ｐｃはモータに対して太陽光パネルの太陽電池出力Ｐｓの不足分を補充する。その時にインバータの直流コンデンサの電圧は減少する。つまり、コンデンサに蓄積した電力エネルギーの流れ方向がコンデンサの電圧変化の正負を決めており、また、コンデンサの電圧の変化からモータ出力と太陽光パネルの太陽電池出力との差の変化が分かる。この電力エネルギーの流れ方向の変化を検出して、電力エネルギーの消費量、即ち、モータの回転速度をインバータの指令周波数の増減又は維持で調整することで、電力エネルギーの供給と消費をバランスさせることができる。このバランス点を、図９（ｂ）に示す太陽光パネルの電圧−電力特性のピーク（最大電力点）に保持することで、日射条件等にかかわらず常に太陽光パネルの最大電力点で運転することが可能となる。
【００１７】
まず，太陽光パネルの出力（Ｐ）―電圧（Ｖ）座標系における動作の解析を行う。
図２は、出力（Ｐ）―電圧（Ｖ）座標系における太陽光パネルの動作点のサンプリング時の間の変化軌跡をベクトルで示した図で、図示のように定義する。すなわち、１個の変化軌跡ベクトルは、太陽光パネルの前回サンプリング時の動作点を原点とし、今回サンプリング時の動作点を終点として表現する。変化軌跡ベクトルは、図示する８個の変化ありのベクトルＶ１〜Ｖ８と、１個の変化なしのゼロベクトルＶ０があり、各ベクトルはそれぞれの状態に対応する。
【００１８】
Ｉ象限のベクトルＶ２は、太陽光パネルの出力電力と電圧は前回のサンプリング時に対して共に上昇している状態を示している。このことは、負荷側の出力状態に対して太陽光パネルには出力余裕があることを意味している。典型的な例としては、日射量が上昇している場合である。インバータ出力周波数ｆが一定でモータ出力Ｐｍに変化がない状態で日射量が上昇した場合、太陽光パネル出力Ｐｓは上昇し、インバータ直流コンデンサはチャージされて電圧Ｖは上昇する。
【００１９】
II象限のベクトルＶ４は、太陽光パネルの出力電力は上昇しているが電圧は減少している。典型的な例としては、山登りの状態であり、図９（ｂ）に示す太陽光パネルの電力−電圧特性曲線の山の右側にある点で動作する際に、日射量が一定の時にインバータ出力周波数ｆを上げてモータを加速する場合である。この時、モータ出力Ｐｍ及び太陽光パネル出力Ｐｓは上昇するが、太陽電池特性により電圧は減少する。
【００２０】
III象限のベクトルＶ６は、太陽光パネルの出力電力と電圧は共に減少しており、太陽光パネル出力Ｐｓはモータ出力Ｐｍより小さく、インバータ直流コンデンサは放電している状態である。典型的な例としては、日射量が低下している場合であり、インバータ出力周波数ｆが一定でモータ出力Ｐｍに変化がない状態である。日射量が低下した場合、太陽光パネル出力Ｐｓが下がるために、インバータ直流コンデンサは貯蔵した電力エネルギーを放出している。
【００２１】
IV象限のベクトルＶ８は、太陽光パネルの出力電力は減少しているが電圧は上昇している。典型的な例としては、山降りの状態であり、図９（ｂ）に示す太陽電池特性曲線の山の右側にある点で動作する際に、日射量が一定の時にインバータ出力周波数ｆを下げてモータを減速する場合である。この時、モータ出力Ｐｍ及び太陽光パネル出力Ｐｓは減少するが、太陽電池特性により電圧は上昇する。原点のゼロベクトルＶ０は、太陽光パネル出力と電圧は共に変化していない状態である。
【００２２】
以上の解析結果から、出力（Ｐ）―電圧（Ｖ）座標系における変化軌跡ベクトルの向きにより、インバータの出力周波数ｆの増減又は維持を決定することが出来る。図３は、出力（Ｐ）―電圧（Ｖ）座標系におけるベクトルと制御すべきインバータ出力周波数との関係を示す図である。ベクトルが図２におけるＶ２からＶ４の場合およびＶ０の場合には、インバータ出力周波数を増加（＋△ｆ）して負荷であるモータの回転数を上げる。ベクトルがＶ２からＶ４の場合は、太陽光パネルの出力が増大しているので、負荷の出力を増大させることで、動作点を最大電力点の方向に移動させることができるからである。
【００２３】
ベクトルが図２におけるＶ６およびＶ７の場合には、インバータ出力周波数を減少（−△ｆ）してモータの回転数を下げればよい。Ｖ６およびＶ７の場合は、太陽光パネルの出力が減少し、電圧も減少か又は変化なしの方向に動いているので、負荷の出力を減少させることで、動作点を最大電力点の方向に移動させることができるからである。ベクトルが図２におけるＶ１、Ｖ５およびＶ８の場合には、インバータ出力周波数は変化させずにモータの回転数は現状維持とすればよい。
【００２４】
以上の分析により、太陽光パネルの直前のサンプリング時の間の１個の変化軌跡ベクトルから、モータの加減速を基本的に判断することができるが、実際の場合には、日射量その他の変動により誤り判断をする恐れがある。従って、前々回、前回および今回のサンプリング時の動作点により決定される２個のベクトルのパターンにより、インバータ出力周波数の増減を決定してモータの加減速の制御を行うことが好ましい。パターンは９個のベクトルの組み合わせで８１通りがあり、事前に決定した９×９の配列から指令値を選択して制御することにより、太陽光パネルの最大電力追従制御を行うことができる。
【００２５】
図４は、前々回、前回及び今回のサンプリング時の動作点により決定される２個のベクトルの組み合わせ及びその時のインバータ周波数の増減又は維持のパターン例を示す。図中、実線は今回の出力（Ｐ）−電圧（Ｖ）座標系における変化軌跡のベクトルを示し、点線は前回のサンプリング時の変化軌跡のベクトルを示す。このように、今回、前回、前々回の３点の情報から２個の変化軌跡のベクトルを求め、このパターンにより周波数の増減又は維持を決定する。即ち、図中＋ｆは周波数を増加する場合であり、−ｆは周波数を減少させる場合であり、０は周波数をそのまま維持する場合をそれぞれ示している。このように２個のベクトルで周波数の増減又は維持を判断することで、日射量等が変動しても常に最大出力点の動作点を維持した運転を行うことができる。
【００２６】
この判断の原則は、出力Ｐが上昇しているときは、最大出力点に到達していないので、モータの周波数を上昇させこれを加速する。そして、最大出力点に到達した場合は、出力は変化がなく、電圧Ｖのみが減少する。このような場合には、周波数の変化はゼロとして現状を維持する。しかしながら、モータには慣性力があり、最大電力点を超えて負荷出力が増加すると、出力Ｐ及び電圧Ｖはともに下降傾向となり、III象限に入る。従って、このような場合にはインバータ周波数を減少させ、モータを減速する。これにより、動作点が再び最大電力点に戻される。なお、ベクトルが２回連続して下げている（III象限にある）場合には、周波数の下げ幅を通常のΔｆに対して例えば１０倍の下げ幅とする。これにより、慣性力に対向して、迅速に最大電力点に引き戻すことができる。なお、図４に示す組み合わせは代表例であり、実際には８１通りの組み合わせがあることは上述したとおりであり、各ベクトルの組み合わせに対する周波数の増減又は維持は、それぞれ動作点が最大電力点に固定される方向で決定する。
【００２７】
図５は、日射一定の場合の出力（Ｐ）−電圧（Ｖ）特性の実測データを示す。図示するように、動作点が山の右側から山登り状態で上昇し、最大電力点（ピーク）近傍に維持されていることが分かる。
【００２８】
図６は、日射が下降した場合の実測データを示す。即ち、当初の特性曲線Ａの最大出力点付近に動作点が保持されていたものが、日射量が低減すると、特性曲線がＢに移行し、動作点はこの特性曲線Ｂの最大出力電力点付近に保持されることが分かる。このように日射量が変動しても、これに追従して常に最大電力点付近に動作点を保持することができている。
【００２９】
図７は、他の実施例を示すもので、この場合は日射量が上昇した場合を示す。即ち、特性曲線Ｃの最大電力点近傍に保持されていた動作点が、日射量の増大とともに特性曲線Ｄの最大電力点付近に移動して、その位置で保持されていることが示されている。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、太陽光パネルの特性やポンプの負荷特性に依存することなく、太陽光パネルの出力−電圧特性における最大電力点追従制御を行うことが可能となる。また、２個のベクトルを用いて制御することにより、日射量の変動に常に対応できると共に、誤り指令の確率を大幅に下げることが出来、速やかな且つ安定した制御を行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す構成図である。
【図２】太陽光パネルの出力（Ｐ）―電圧（Ｖ）座標系における動作点の変化軌跡をベクトルで示す図である。
【図３】出力（Ｐ）―電圧（Ｖ）座標系におけるベクトルとインバータ出力周波数の増減又は維持との関係を示す図である。
【図４】２個のベクトルの組み合わせとインバータ出力周波数の増減又は維持のパターン例を示す図である。
【図５】日射量が一定の場合における制御結果を示す図である。
【図６】日射量が下降した場合における制御結果を示す図である。
【図７】日射量が上昇した場合における制御結果を示す図である。
【図８】太陽光発電システムの説明図である。
【図９】太陽光パネルの特性を示す図である。
【図１０】ポンプの負荷特性を示す図である。
【符号の説明】
１ 太陽光パネル
２ インバータ
３ モータ・ポンプ
４ 制御装置
５ 直流コンデンサ
６ 電力スイッチング素子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a photovoltaic power generation system that converts sunlight as a primary energy source into DC power using a solar panel installed outdoors, converts the sunlight into AC power via an inverter, and drives a load such as a motor. In particular, the present invention relates to a system that can always operate a solar panel at a maximum output point.
[0002]
[Prior art]
FIG. 8 is an explanatory diagram of a photovoltaic power generation system, in which 1 is a solar panel, 2 is an inverter, 3 is a motor and a pump as a load. The
[0003]
First, general characteristics of the solar panel will be described. FIG. 9 is a diagram illustrating characteristics of the solar panel. FIG. 9A shows the current-voltage characteristics of the solar cell. That is, when sunlight enters, an open circuit voltage Vo appears when there is no load, and a short circuit current Is flows when a short circuit occurs. This curve changes in the direction indicated by the arrow in the figure using the magnitude of the incident light as a parameter. The power-voltage characteristic shown in FIG. 9B is obtained from the magnitude of the incident light and the basic characteristics of the solar cell. That is, the magnitude of the output power P of the solar panel changes depending on the output voltage V and becomes a mountain-like curve having the maximum output point. This curve varies depending on the intensity of solar radiation, ambient temperature, and the like. As shown in FIG. 9B, the output power P of the solar panel changes according to the output voltage V, and the maximum output power point becomes an oblique curved locus like a dotted line A according to the solar radiation and the fluctuation of the ambient temperature. ing.
[0004]
In order to effectively use an expensive solar power generation system, it is desirable to be able to extract maximum power from valuable solar energy limited in panel area. Therefore, in the photovoltaic power generation system, it is necessary to perform maximum power point tracking control so that the solar panel can always operate at the maximum output power point.
[0005]
FIG. 10 is a diagram illustrating a load characteristic of a pump that is a load of the photovoltaic power generation system. The output of the pump changes according to the rotational speed of the impeller, that is, the output rotational speed of the motor. In the case of an induction motor, the rotational speed of the rotor is approximately proportional to the inverter output frequency, whereas in the case of a synchronous motor, it is completely proportional to the inverter output frequency. Therefore, the output of the motor can be controlled by controlling the output frequency of the inverter.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
When the load is a motor and a pump, in order to perform the maximum power follow-up control, the inverter output frequency must be controlled to operate at the solar panel output power maximum point. However, the criterion for controlling the inverter output frequency is ambiguous, and it is difficult to design the control logic unless the output characteristics and pump load characteristics of the solar panel are known. Furthermore, the solar cell characteristics change from moment to moment depending on factors such as solar radiation and ambient temperature, and it is difficult to predict the output characteristics of the pump / motor in advance due to the degree of valve closing, load fluctuation, and the like.
[0007]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a solar power generation system that can always be operated at the maximum power point of a solar panel without depending on solar cell characteristics and load characteristics such as a pump. For the purpose.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, solar panels and an inverter for driving a load by converting the output DC electric power of the solar panels to AC power, solar power generation system and a control device for controlling the inverter Measuring the output DC power and voltage of the solar panel, and based on the change of the output DC power and the output voltage, the direction of the change is the change of I , II , III , IV quadrant in the power-voltage coordinate system. It is classified into one of the directions of the trajectory vector, and the increase / decrease or maintenance of the output frequency of the inverter is determined in accordance with the direction of the trajectory vector in the quadrant I , II , III , IV , and the solar panel The load is driven at a variable speed so as to follow the maximum power point.
[0009]
Here, it is preferable that the classification of whether the direction of the change belongs to the direction of the change trajectory vector in the I , II , III , or IV quadrant in the power-voltage coordinate system includes a zero vector without change .
In addition, the change in the power-voltage coordinate system of the solar panel is determined by the combination of the directions of the two change trajectory vectors obtained from the power and voltage at the previous and current three samplings. Preferably, the increase or decrease or maintenance of the output frequency is determined.
[0010]
According to the present invention described above, the frequency of the output AC power in the inverter is increased or decreased based on the change in the power-voltage coordinate system of the DC power of the solar panel so that the operating point of the solar cell operates at the maximum power point. To maintain. Therefore, even if the solar cell characteristics change due to the magnitude of incident light or the like, and even if the load output fluctuates due to load fluctuations, the solar panel can always be operated stably at the maximum power point.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0012]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, 4 is a control device, and the other components are the same as those in FIG. The
[0013]
The
[0014]
As shown in FIG. 1, the output of the solar power generation system is divided into three parts: a solar cell output Ps of the solar panel, a DC capacitor output Pc of the inverter, and a motor output Pm. Basically, the solar panel solar cell output Ps is the power energy supply, the motor output Pm is the power energy consumption (mechanical power generation), and the inverter DC capacitor output Pc functions to store and regulate the power energy. These three parts are always balanced.
[0015]
The purpose of the maximum power point tracking control is to maximize the solar panel output under the same solar radiation conditions, and it is only necessary to pay attention to only this output Ps during the control. Although the solar panel output Ps is an energy supply source and the motor output Pm is a load (energy consumption source), the DC capacitor output Pc of the inverter plays a very important role in maximum power point tracking control as intermediate stored energy. . Due to the structure of the photovoltaic power generation system, the
[0016]
In the opposite case, that is, when the solar cell output Ps of the solar panel is smaller than the motor output Pm, the DC capacitor output Pc of the inverter supplements the motor with a shortage of the solar cell output Ps of the solar panel. At that time, the voltage of the DC capacitor of the inverter decreases. That is, the flow direction of the power energy accumulated in the capacitor determines whether the voltage change of the capacitor is positive or negative, and the change in the difference between the motor output and the solar cell output of the solar panel can be understood from the change in the capacitor voltage. By detecting this change in the flow direction of power energy and adjusting the amount of power energy consumption, that is, the rotation speed of the motor by increasing or decreasing or maintaining the command frequency of the inverter, the supply and consumption of power energy can be balanced. Can do. By maintaining this balance point at the peak (maximum power point) of the voltage-power characteristic of the solar panel shown in FIG. 9B, the solar panel is always operated at the maximum power point regardless of the solar radiation conditions. It becomes possible.
[0017]
First, the operation in the output (P) -voltage (V) coordinate system of the solar panel is analyzed.
FIG. 2 is a diagram showing a change locus during sampling of the operating point of the solar panel in the output (P) -voltage (V) coordinate system, and is defined as shown. That is, one change trajectory vector expresses the operating point at the previous sampling of the solar panel as the origin and the operating point at the current sampling as the end point. The change trajectory vectors include eight vectors V 1 to V 8 with change and one zero vector V 0 without change, and each vector corresponds to each state.
[0018]
Vector V 2 of the I quadrant, the output power and voltage of the solar panel shows a state of increased both relative to the previous sampling. This means that the solar panel has an output margin with respect to the output state on the load side. A typical example is when the amount of solar radiation is rising. When the amount of solar radiation increases while the inverter output frequency f is constant and the motor output Pm does not change, the solar panel output Ps increases, the inverter DC capacitor is charged, and the voltage V increases.
[0019]
Vector V 4 of II quadrant, the output power of the solar panels has risen voltage is decreasing. A typical example is a mountain climbing state. When operating at a point on the right side of the mountain of the power-voltage characteristic curve of the solar panel shown in FIG. 9B, the inverter output when the amount of solar radiation is constant. In this case, the motor is accelerated by increasing the frequency f. At this time, the motor output Pm and the solar panel output Ps increase, but the voltage decreases due to the solar cell characteristics.
[0020]
III quadrant of the vector V 6, the output power and voltage of the solar panel are both decreased, solar panel output Ps is smaller than the motor output Pm, a state where the inverter DC capacitor is discharging. A typical example is a case where the amount of solar radiation is decreasing, where the inverter output frequency f is constant and the motor output Pm is not changed. When the amount of solar radiation decreases, the solar panel output Ps decreases, so the inverter DC capacitor releases the stored power energy.
[0021]
IV quadrant of the vector V 8 is the output power of the solar panels is decreasing voltage is rising. A typical example is a mountain-climbing state. When operating at a point on the right side of the mountain of the solar cell characteristic curve shown in FIG. 9B, the inverter output frequency f is lowered when the amount of solar radiation is constant. This is when the motor is decelerated. At this time, the motor output Pm and the solar panel output Ps decrease, but the voltage increases due to the solar cell characteristics. The zero vector V 0 at the origin is a state in which neither the solar panel output nor the voltage is changed.
[0022]
From the above analysis results, the increase / decrease or maintenance of the output frequency f of the inverter can be determined by the direction of the change locus vector in the output (P) -voltage (V) coordinate system. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the vector in the output (P) -voltage (V) coordinate system and the inverter output frequency to be controlled. When the vector is from V 2 to V 4 in FIG. 2 and V 0 , the inverter output frequency is increased (+ Δf) to increase the rotational speed of the motor as a load. This is because when the vector is V 2 to V 4 , the output of the solar panel is increased, so that the operating point can be moved in the direction of the maximum power point by increasing the output of the load.
[0023]
When the vectors are V 6 and V 7 in FIG. 2, the inverter output frequency may be decreased (−Δf) to decrease the motor speed. In the case of V 6 and V 7 , the output of the solar panel is decreased and the voltage is also moving in the direction of decreasing or no change, so by reducing the output of the load, the operating point is changed to the direction of the maximum power point. It is because it can be moved to. When the vectors are V 1 , V 5, and V 8 in FIG. 2, the inverter output frequency is not changed, and the motor rotational speed may be maintained as it is.
[0024]
From the above analysis, it is possible to basically determine the acceleration / deceleration of the motor from one change trajectory vector during the sampling immediately before the solar panel. There is a risk of making a judgment. Therefore, it is preferable to control the acceleration / deceleration of the motor by determining the increase / decrease of the inverter output frequency based on the pattern of two vectors determined by the operating points at the time of the previous sampling and the previous sampling. There are 81 patterns of combinations of nine vectors, and the maximum power follow-up control of the solar panel can be performed by selecting and controlling the command value from a 9 × 9 array determined in advance.
[0025]
FIG. 4 shows a combination of two vectors determined by operating points at the time of previous sampling, previous time and current sampling, and an increase / decrease or maintenance pattern example of the inverter frequency at that time. In the figure, the solid line indicates the vector of the change locus in the current output (P) -voltage (V) coordinate system, and the dotted line indicates the vector of the change locus at the previous sampling. As described above, the vector of two change trajectories is obtained from the information of the three points last time and the previous time, and the increase / decrease or maintenance of the frequency is determined by this pattern. That is, in the figure, + f indicates a case where the frequency is increased, -f indicates a case where the frequency is decreased, and 0 indicates a case where the frequency is maintained as it is. Thus, by determining whether the frequency is increased or decreased using the two vectors, it is possible to perform an operation that always maintains the operating point of the maximum output point even if the amount of solar radiation varies.
[0026]
The principle of this determination is that when the output P is increasing, the maximum output point has not been reached, so the frequency of the motor is increased and accelerated. When the maximum output point is reached, the output does not change and only the voltage V decreases. In such a case, the frequency change is zero and the current state is maintained. However, the motor has an inertial force, and when the load output increases beyond the maximum power point, both the output P and the voltage V tend to decrease and enter the III quadrant. Therefore, in such a case, the inverter frequency is decreased and the motor is decelerated. As a result, the operating point is returned to the maximum power point again. When the vector has been continuously lowered twice (in the III quadrant), the frequency reduction width is set to, for example, 10 times the normal Δf. Thereby, it can oppose to an inertia force and can be quickly pulled back to the maximum power point. Note that the combinations shown in FIG. 4 are representative examples, and as described above, there are actually 81 combinations. As described above, the increase / decrease or maintenance of the frequency for each combination of vectors is performed with the operating point at the maximum power point. Decide on a fixed direction.
[0027]
FIG. 5 shows measured data of output (P) -voltage (V) characteristics when the solar radiation is constant. As shown in the figure, it can be seen that the operating point rises in a hill-climbing state from the right side of the mountain and is maintained near the maximum power point (peak).
[0028]
FIG. 6 shows measured data when solar radiation falls. That is, when the operating point is held near the maximum output point of the original characteristic curve A, when the amount of solar radiation is reduced, the characteristic curve shifts to B, and the operating point is near the maximum output power point of this characteristic curve B. It can be seen that Thus, even if the amount of solar radiation fluctuates, the operating point can always be held near the maximum power point following this.
[0029]
FIG. 7 shows another embodiment, in which case the amount of solar radiation increases. That is, it is shown that the operating point held near the maximum power point of the characteristic curve C moves to the vicinity of the maximum power point of the characteristic curve D as the amount of solar radiation increases and is held at that position. .
[0030]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, maximum power point tracking control in the output-voltage characteristics of the solar panel can be performed without depending on the characteristics of the solar panel and the load characteristics of the pump. Further, by controlling using two vectors, it is possible to always cope with fluctuations in the amount of solar radiation and to greatly reduce the probability of an error command, and to perform prompt and stable control.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a change locus of an operating point in the output (P) -voltage (V) coordinate system of a solar panel as a vector.
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a vector in an output (P) -voltage (V) coordinate system and an increase / decrease or maintenance of an inverter output frequency.
FIG. 4 is a diagram showing an example of a pattern of increasing / decreasing or maintaining a combination of two vectors and an inverter output frequency.
FIG. 5 is a diagram showing a control result when the amount of solar radiation is constant.
FIG. 6 is a diagram illustrating a control result when the amount of solar radiation decreases.
FIG. 7 is a diagram showing a control result when the amount of solar radiation increases.
FIG. 8 is an explanatory diagram of a photovoltaic power generation system.
FIG. 9 is a diagram showing characteristics of a solar panel.
FIG. 10 is a diagram showing load characteristics of the pump.
[Explanation of symbols]
1
Claims (3)
前記太陽光パネルの出力直流電力及び電圧を計測し、
前記出力直流電力と出力電圧の変化に基づいて、該変化の方向が電力―電圧座標系における I 、 II 、 III 、 IV 象限の変化軌跡ベクトルの方向のいずれに属するかに分類し、
前記 I 、 II 、 III 、 IV 象限の変化軌跡ベクトルの方向に対応して前記インバータの出力周波数の増減または維持を決定し、
前記太陽光パネルの最大電力点に追従するように前記負荷を可変速駆動することを特徴とする太陽光発電システム。In a solar power generation system including a solar panel, an inverter that converts output DC power of the solar panel into AC power and drives a load, and a control device that controls the inverter,
Measure the output DC power and voltage of the solar panel,
Based on the change of the output DC power and the output voltage , classify whether the direction of the change belongs to any of the directions of the change trajectory vector of I , II , III , IV quadrant in the power-voltage coordinate system ,
The determined I, II, III, corresponding to the direction of IV quadrant change the trail vector to increase or decrease or maintain the output frequency of the inverter,
The photovoltaic power generation system, wherein the load is driven at a variable speed so as to follow the maximum power point of the solar panel.
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