JP3823785B2 - 太陽電池の最大電力制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、日射強度等で変化する太陽電池の最大出力動作電圧に追従制御し、電力変換装置を介して太陽電池から得られる出力電力を最大にする太陽電池の最大電力制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、太陽電池を電源とし、インバータ等の電力変換装置を介して所定の電力を供給する電源装置が注目されている。太陽電池は、一般に入射する日射量をパラメータとした場合、日射量の増大に従って電力が増大する傾向を有しており、また、その太陽電池の動作電圧により出力電力が大幅に変動する特性を有している。
【０００３】
このような特性を有する太陽電池から最大電力を効率よく取り出すために、従来より、山登り法といわれる最大出力追従制御の方法が提案されている。
【０００４】
上記山登り方においては、一定の日射量の下において太陽電池が、図３（ａ）に示すような電圧−電力特性を有している場合、先ず太陽電池の出力電圧の目標動作電圧を開放電圧ＶＯＰから所定のサンプリング周期で一定の変化幅で減少させていく。この間、太陽電池の出力電力は図中左方向に向かって増加し、やがては最大電力Ｐmaxを越えて減少して行く。この出力電力の減少を検出すると、今度は目標動作電圧を変化幅で増加させる。これにより、出力電力は図中右方向に増加し、やがて最大電力Ｐmaxを越えて減少し始める。そこでこの電力の減少を検出して、再び目標動作電圧を変化幅で減少させる方向へ変化させる。以上の動作を繰り返して行くことにより目標動作電圧を最大電力Ｐmaxが得られる動作電圧（最大出力動作電圧）近傍で往復させ、太陽電池の最大出力動作電圧に追従させている。なお、太陽電池の目標動作電圧を変化させるには電力変換装置の出力電流を変化させればよく、電力変換装置の出力電流を指令する電流指令値を電力変換装置に与えて目標動作電圧を変化させている（特開２００１−６０１１８号公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来方法では、太陽電池の出力電力が最大出力電力Ｐmaxを超えたか否かを判断するために電流検出器並びに電圧検出器にて太陽電池の出力電流及び出力電圧を検出して演算により出力電力を求めている。このように太陽電池の出力電流を検出して出力電力を演算する方法では制御が複雑になるとともに、電流検出器が必要となって本発明の最大電力制御方法を実現する装置の部品点数が増加し、出力電力演算のために装置の構成が複雑になってしまう。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、制御の簡素化が図れる太陽電池の最大電力制御方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、太陽電池の最大出力動作電圧に追従制御し、電力変換装置を介して太陽電池から得られる出力電力を最大にする太陽電池の最大電力制御方法であって、電力変換装置の出力電流を指令する電流指令値を制御して太陽電池の目標動作電圧を変化させることにより太陽電池の最大出力が得られる最大出力動作電圧に目標動作電圧を略一致させる太陽電池の最大電力制御方法において、電流指令値を制御して目標動作電圧を変化させる際に太陽電池の瞬時の出力電圧を目標動作電圧に一致させるように電流指令値を制御し、太陽電池の瞬時出力電圧と目標動作電圧との差の絶対値が所定範囲内に収まっている時間が所定時間だけ継続したときには目標動作電圧を減少させ、上記時間が所定時間だけ継続しなかったときには目標動作電圧を増大させることを特徴とし、太陽電池の出力電圧に応じて電流指令値を制御することにより目標動作電圧を変化させているため、太陽電池の出力電流を検出して出力電力を演算する必要が無いことから制御の簡素化が図れる。また、目標動作電圧を減少させていく間に太陽電池の出力電圧と目標動作電圧との差の絶対値が所定範囲内に収まらなくなれば、目標動作電圧が最大出力動作電圧を通り越してしまったと判断し、変化の向きを反転して目標動作電圧を増大させることによって最大出力動作電圧に容易に追従可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施形態により詳細に説明する。
【００１０】
図２は本実施形態の最大電力制御方法を実施するパワーコンディショナの一例を示すブロック図である。このパワーコンディショナは、太陽電池１０の直流電力をインバータからなる電力変換装置１１にて交流電力に変換し、図示しない保護継電器等を介して商用電力系統１３に並列に接続されて系統連係運転を行うものである。太陽電池１０の出力電圧が電圧検出器２２で検出され、検出された出力電圧は最大電力制御回路２３に入力される。最大電力制御回路２３では、検出された出力電圧に基づいて目標動作電圧を設定し、出力電圧を目標動作電圧と一致させるための電流指令値を出力する。電流検出器２６は電力変換装置１１から出力された電流を検出するものであり、電流指令値は電流検出器２６により検出された電流と比較され、その偏差が誤差増幅器２４により増幅されて電流制御回路２５に入力される。電流制御回路２５では、誤差増幅器２４からの偏差に応じてこの偏差が零になるように電力変換装置１１をＰＷＭ制御する。
【００１１】
ここで、本発明の最大電力制御方法、すなわち最大電力制御回路２３の動作について、図１のフローチャートを参照して説明する。
【００１２】
まず最初に、最大電力制御回路２３は電流指令値を制御して太陽電池１０の動作電圧（出力電圧）Ｖを開放電圧ＶＯＰに設定された目標動作電圧ＶＲＥＦに一致させた後、目標動作電圧ＶＲＥＦから所定の目標動作電圧変化幅ΔＶＲＥＦを減算した新たな目標動作電圧ＶＲＥＦを設定し、さらに制御フラグをゼロに初期化する。
【００１３】
続いて最大電力制御回路２３は、電流指令値を制御して動作電圧Ｖを目標動作電圧ＶＲＥＦに一致させる過程において、電圧検出器２２で検出される瞬時の動作電圧Ｖと目標動作電圧ＶＲＥＦとの差の絶対値｜Ｖ−ＶＲＥＦ｜を所定の閾値ΔＶと所定のサンプリング周期毎に比較し（ステップ２）、絶対値｜Ｖ−ＶＲＥＦ｜が閾値ΔＶ以下であれば制御フラグを１とし（ステップ３）、絶対値｜Ｖ−ＶＲＥＦ｜が閾値ΔＶより大きければ引き続き動作電圧Ｖを目標動作電圧ＶＲＥＦに一致させるように電流指令値を制御する（ステップ４）。すなわち、絶対値｜Ｖ−ＶＲＥＦ｜が閾値ΔＶ以下となるまでの間、最大電力制御回路２３はステップ１〜ステップ４の処理を繰り返すことになる。そして、絶対値｜Ｖ−ＶＲＥＦ｜が閾値ΔＶ以下となれば、制御フラグ＝１となるから最大電力制御回路２３ではステップ１からステップ５の処理に進んで絶対値｜Ｖ−ＶＲＥＦ｜と閾値ΔＶを比較し、絶対値｜Ｖ−ＶＲＥＦ｜が閾値ΔＶ以下であれば、初期化されていた制御カウンタの値を１だけ増やす（ステップ６）。
【００１４】
続いて最大電力制御回路２３は、制御カウンタの値が所定の基準値に一致するか否かの判定を行い（ステップ７）、一致しなければ引き続き動作電圧Ｖを目標動作電圧ＶＲＥＦに一致させるように電流指令値を制御する（ステップ４）。すなわち、制御カウンタの値が基準値に一致するまでの間、最大電力制御回路２３はステップ１→ステップ５→ステップ６→ステップ７→ステップ４の処理を繰り返すことになる。そして、制御カウンタの値が基準値に一致する、すなわち電圧検出器２２で検出される瞬時の動作電圧Ｖと目標動作電圧ＶＲＥＦとの差の絶対値｜Ｖ−ＶＲＥＦ｜が閾値ΔＶ以下となる時間（サンプリング回数）が所定時間だけ継続したら、最大電力制御回路２３は現在の目標動作電圧ＶＲＥＦから目標動作電圧変化幅ΔＶＲＥＦを減算した新たな目標動作電圧ＶＲＥＦを設定し（ステップ８）、制御カウンタ及び制御フラグをゼロに初期化（ステップ９、ステップ１０）した後、動作電圧Ｖを新たに設定された目標動作電圧ＶＲＥＦに一致させるように電流指令値を制御する（ステップ４）。
【００１５】
而して、ステップ１〜ステップ１０の処理を繰り返すことにより、最大電力制御回路２３は目標動作電圧ＶＲＥＦを開放電圧ＶＯＰから徐々に減少させながら最大出力動作電圧Ｖｍａｘに近づけていくが、やがては目標動作電圧ＶＲＥＦが最大出力動作電圧Ｖｍａｘを通り越してしまうことになる。このように目標動作電圧ＶＲＥＦが最大出力動作電圧Ｖｍａｘよりも低くなった場合、図３（ｃ）に示すように太陽電池１０の出力電圧Ｖの振幅が大きくなるため、電圧検出器２２で検出される瞬時の動作電圧Ｖと目標動作電圧ＶＲＥＦとの差の絶対値｜Ｖ−ＶＲＥＦ｜が閾値ΔＶ以下に収まらなくなる。すなわち、太陽電池１０の出力電圧Ｖと出力電流Ｉは図４に示すような特性であるため、電流指令値を制御することで生じる出力電圧Ｖの振幅が、図３（ｂ）に示すように出力電圧Ｖが最大出力動作電圧Ｖｍａｘより高いときの出力電圧Ｖの振幅に比べてかなり大きくなることで上述のような現象が生じるものである。
【００１６】
従って、最大電力制御回路２３では電圧検出器２２で検出される瞬時の動作電圧Ｖと目標動作電圧ＶＲＥＦとの差の絶対値｜Ｖ−ＶＲＥＦ｜が閾値ΔＶ以下でないと判定すれば（ステップ５）、目標動作電圧ＶＲＥＦが最大出力動作電圧Ｖｍａｘを通り越して最大出力動作電圧Ｖｍａｘよりも低くなったと判断し、現在の目標動作電圧ＶＲＥＦに目標動作電圧変化幅ΔＶＲＥＦを加算した新たな目標動作電圧ＶＲＥＦを設定する（ステップ１１）ことで目標動作電圧ＶＲＥＦの変化の向きを反転させ、制御カウンタ及び制御フラグをゼロに初期化（ステップ９、ステップ１０）した後、動作電圧Ｖを新たに設定された目標動作電圧ＶＲＥＦに一致させるように電流指令値を制御する（ステップ４）。
【００１７】
而して、最大電力制御回路２３は、ステップ１→ステップ５→ステップ１１→ステップ９→ステップ１０→ステップ４の処理を繰り返すことによって目標動作電圧ＶＲＥＦを徐々に増大させながら最大出力動作電圧Ｖｍａｘに近づけていき、目標動作電圧ＶＲＥＦが最大出力動作電圧Ｖｍａｘを通り越して最大出力動作電圧Ｖｍａｘよりも高くなれば、再度ステップ１〜ステップ１０の処理を繰り返すことで目標動作電圧ＶＲＥＦの変化の向きを反転する。そして、上記処理を繰り返すことで太陽電池１０の動作電圧Ｖを最大出力動作電圧Ｖｍａｘに追従制御することができる。
【００１８】
上述のように本発明に係る最大電力制御方法によれば、従来例のように太陽電池１０の出力電流を検出して出力電力を演算する必要が無いことから制御の簡素化が図れるものである。また、電流検出器が不要であるからパワーコンディショナの部品点数を削減でき、さらに出力電力演算が不要であるから最大電力制御回路２３の回路構成あるいは制御プログラムの簡素化も可能である。
【００１９】
【発明の効果】
請求項１の発明は、太陽電池の最大出力動作電圧に追従制御し、電力変換装置を介して太陽電池から得られる出力電力を最大にする太陽電池の最大電力制御方法であって、電力変換装置の出力電流を指令する電流指令値を制御して太陽電池の目標動作電圧を変化させることにより太陽電池の最大出力が得られる最大出力動作電圧に目標動作電圧を略一致させる太陽電池の最大電力制御方法において、電流指令値を制御して目標動作電圧を変化させる際に太陽電池の瞬時の出力電圧を目標動作電圧に一致させるように電流指令値を制御し、太陽電池の瞬時出力電圧と目標動作電圧との差の絶対値が所定範囲内に収まっている時間が所定時間だけ継続したときには目標動作電圧を減少させ、上記時間が所定時間だけ継続しなかったときには目標動作電圧を増大させるので、太陽電池の出力電圧に応じて電流指令値を制御することにより目標動作電圧を変化させているために太陽電池の出力電流を検出して出力電力を演算する必要が無いことから制御の簡素化が図れるという効果がある。また、目標動作電圧を減少させていく間に太陽電池の出力電圧と目標動作電圧との差の絶対値が所定範囲内に収まらなくなれば、目標動作電圧が最大出力動作電圧を通り越してしまったと判断し、変化の向きを反転して目標動作電圧を増大させることによって最大出力動作電圧に容易に追従可能となる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態を説明するためのフローチャートである。
【図２】同上のパワーコンディショナを示すブロック図である。
【図３】（ａ）は太陽電池の電圧−電力特性を示す波形図、（ｂ）は目標動作電圧が最大出力動作電圧以上の場合の瞬時の出力電圧と目標動作電圧との関係を示す波形図、（ｃ）は目標動作電圧が最大出力動作電圧以下の場合の瞬時の出力電圧と目標動作電圧との関係を示す波形図である。
【図４】太陽電池の電圧−電流特性を示す波形図である。
【符号の説明】
１０ 太陽電池
１１ 電力変換装置
１３ 商用電力系統
２２ 電圧検出器
２３ 最大電力制御回路
２４ 誤差増幅器
２５ 電流制御回路
２６ 電流検出器

Claims (1)

1. 太陽電池の最大出力動作電圧に追従制御し、電力変換装置を介して太陽電池から得られる出力電力を最大にする太陽電池の最大電力制御方法であって、電力変換装置の出力電流を指令する電流指令値を制御して太陽電池の目標動作電圧を変化させることにより太陽電池の最大出力が得られる最大出力動作電圧に目標動作電圧を略一致させる太陽電池の最大電力制御方法において、電流指令値を制御して目標動作電圧を変化させる際に太陽電池の瞬時の出力電圧を目標動作電圧に一致させるように電流指令値を制御し、太陽電池の瞬時出力電圧と目標動作電圧との差の絶対値が所定範囲内に収まっている時間が所定時間だけ継続したときには目標動作電圧を減少させ、上記時間が所定時間だけ継続しなかったときには目標動作電圧を増大させることを特徴とする太陽電池の最大電力制御方法。

Images