JP5851319B2 - Power converter - Google Patents
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Description
交流発電機と、この交流発電機からの交流出力を整流する整流器と、この整流器からの脈動成分を含む直流出力を直流電圧変換して負荷に供給するＤＣ／ＤＣコンバータと、このＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御手段とを備えた電力変換装置に係り、特に、その制御方式に関するものである。 An AC generator, a rectifier that rectifies the AC output from the AC generator, a DC / DC converter that converts a DC output including a pulsating component from the rectifier into a DC voltage and supplies the load to the load, and the DC / DC converter In particular, the present invention relates to a control method thereof.
この種の交流発電機には、蓄電デバイス等を含む負荷へ供給する電力を調節するために、交流発電機の出力電圧に相当するＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧Ｖｉｎを調節し、交流発電機の出力電力に相当するＤＣ／ＤＣコンバータの入力電力Ｐｉｎを調節するＤＣ／ＤＣコンバータが備わっている。この交流発電機は、その出力電圧（Ｖｉｎ）が０から上昇していくとそれに応じてその出力電力（Ｐｉｎ）が増加し、ある出力電圧Ｖ２でその出力電力が最大となり、その出力電圧（Ｖｉｎ）がさらに上昇すると出力電力（Ｐｉｎ）が減少していく垂下特性を有している。
そして、ＤＣ／ＤＣコンバータは、負荷への出力電圧を目標値に追従させる制御とともに、いわゆるＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）法によって、その入力電力Ｐｉｎが大きくなるように入力電圧Ｖｉｎを調節するが、負荷の電圧が目標値を越えそうな場合は、その入力電力Ｐｉｎが小さくなるように制御する。
This type of alternator adjusts the input voltage Vin of the DC / DC converter corresponding to the output voltage of the alternator in order to adjust the power supplied to the load including the power storage device, etc. A DC / DC converter for adjusting the input power Pin of the DC / DC converter corresponding to the output power is provided. In this AC generator, when the output voltage (Vin) rises from 0, the output power (Pin) increases accordingly, the output power becomes maximum at a certain output voltage V2, and the output voltage (Vin). ) Further increases, the output power (Pin) has a drooping characteristic that decreases.
The DC / DC converter adjusts the input voltage Vin so that the input power Pin becomes large by a so-called MPPT (Maximum Power Point Tracking) method as well as control for causing the output voltage to the load to follow the target value. When the voltage of the load is likely to exceed the target value, the input power Pin is controlled to be small.
このような電力変換装置においては、ＤＣ／ＤＣコンバータには、交流発電機からの交流出力を整流器により整流した出力が入力されるので、その入力電流Ｉｉｎは、整流器からの脈動成分を含む脈流の直流電流となる。勿論、整流器からの出力を完全に平滑化する平滑手段を設ければ完全な直流出力がＤＣ／ＤＣコンバータに入力されるが、その分、装置が大型化し電力損失も増大する。 In such a power converter, since the output obtained by rectifying the AC output from the AC generator by the rectifier is input to the DC / DC converter, the input current Iin includes a pulsating flow including a pulsating component from the rectifier. DC current. Of course, if a smoothing means for completely smoothing the output from the rectifier is provided, a complete DC output is input to the DC / DC converter. However, the size of the device is increased and the power loss is increased accordingly.
よって、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電力Ｐｉｎは、その入力電圧Ｖｉｎを一定に制御したとしても変動することになる。この変動によって、入力電圧Ｖｉｎの調節による入力電力Ｐｉｎの変化量が埋もれてしまい、ＭＰＰＴ法の制御において必要となる、今回の制御周期と前回の制御周期とにおける入力電力Ｐｉｎの大小の比較が正しく行えなくなってしまう。このため、最大電力点でＤＣ／ＤＣコンバータのＶｉｎの変動が大きくなり、場合によっては、例えば、ハンチング状の現象が生じ、入力電圧Ｖｉｎが０Ｖから開放電圧まで変化する可能性がある。 Therefore, the input power Pin of the DC / DC converter varies even if the input voltage Vin is controlled to be constant. Due to this fluctuation, the amount of change in the input power Pin due to the adjustment of the input voltage Vin is buried, and the comparison of the magnitude of the input power Pin in the current control period and the previous control period, which is necessary in the control of the MPPT method, is correct. It becomes impossible to do. For this reason, the fluctuation of Vin of the DC / DC converter becomes large at the maximum power point, and in some cases, for example, a hunting phenomenon may occur, and the input voltage Vin may change from 0 V to an open voltage.
これを防ぐためには、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電流Ｉｉｎに含まれる脈動成分の周波数の影響を受けないように、制御周期を長くしたり、ローパスフィルタを挿入する方法が考えられる。しかし、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電流Ｉｉｎに含まれる脈動成分の周波数は、交流発電機の回転数（回転速度）に依存するため、交流発電機を低速度回転で使用する場合も考慮に入れると、負荷電力に対するＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧Ｖｉｎの応答速度についてもかなり低下せざるを得ないことになる。応答速度が落ちると負荷急変時に蓄電デバイスの電圧が許容できる電圧範囲に収まらず、蓄電デバイスから電源を供給している機器が停止したり、蓄電デバイスそのものが故障したりしてしまう恐れがある。 In order to prevent this, it is conceivable to extend the control cycle or insert a low-pass filter so as not to be affected by the frequency of the pulsating component included in the input current Iin of the DC / DC converter. However, since the frequency of the pulsating component included in the input current Iin of the DC / DC converter depends on the rotational speed (rotational speed) of the AC generator, the case where the AC generator is used at low speed rotation is also taken into consideration. In addition, the response speed of the input voltage Vin of the DC / DC converter with respect to the load power must be considerably reduced. If the response speed falls, the voltage of the power storage device does not fall within the allowable voltage range when the load suddenly changes, and there is a possibility that the device that supplies power from the power storage device stops or the power storage device itself fails.
この発明は、以上のような従来の問題点を解消するためになされたもので、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電流に脈動成分が含まれていても、その入力電力の最大値を追求するＭＰＰＴ法による制御を安定確実に実現するとともに、負荷の変動に対しても高速度で応答して負荷電圧を一定に保つことができる電力変換装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the conventional problems as described above, and an MPPT method for pursuing the maximum value of input power even if a pulsating component is included in the input current of the DC / DC converter. It is an object of the present invention to obtain a power conversion device that can stably and surely perform the control and can respond to load fluctuations at a high speed and keep the load voltage constant.
交流発電機、この交流発電機からの交流出力を整流する整流器、この整流器からの脈動成分を含む直流出力を直流電圧変換して負荷に供給するＤＣ／ＤＣコンバータ、およびこのＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御手段を備えた電力変換装置において、
交流発電機は、回転速度の変動を伴う原動機により回転駆動され、一定の回転速度においては、交流発電機の出力端が短絡／開放されそれぞれ出力電力が０となる短絡時動作点と開放時動作点との間に前記出力電力が最大となる最大電力動作点を有する出力電力−出力電圧特性を有するものであって、
制御手段は、交流発電機の出力電力−出力電圧特性における動作点が最大電力動作点近傍にあるときは動作点を最大電力動作点に追従させるＭＰＰＴモードにより、また、動作点が最大電力動作点から離れているときは負荷への出力電圧を所定の目標値に追従させるＣＶモードによりＤＣ／ＤＣコンバータの入出力電圧を制御し、かつ、ＭＰＰＴモードにおける追従制御の応答速度を、ＣＶモードにおける追従制御の応答速度より低く設定したものである。
AC generator, rectifier for rectifying AC output from this AC generator, DC / DC converter for converting DC voltage including pulsating component from this rectifier to DC voltage and supplying it to a load, and controlling this DC / DC converter In the power conversion device provided with the control means to
The alternator is driven to rotate by a prime mover with fluctuations in rotational speed, and at a constant rotational speed, the output end of the alternating current generator is short-circuited / opened and the output power is 0, respectively. Having an output power-output voltage characteristic having a maximum power operating point at which the output power is maximum between the points,
The control means uses an MPPT mode in which the operating point follows the maximum power operating point when the operating point in the output power-output voltage characteristics of the AC generator is near the maximum power operating point, and the operating point is the maximum power operating point. When it is away from the load, the input / output voltage of the DC / DC converter is controlled by the CV mode in which the output voltage to the load follows the predetermined target value, and the response speed of the follow-up control in the MPPT mode is controlled by the follow-up in the CV mode. It is set lower than the control response speed.
以上のように、この発明に係る電力変換装置の制御手段は、交流発電機の出力電力−出力電圧特性における動作点が最大電力動作点近傍にあるときは動作点を最大電力動作点に追従させるＭＰＰＴモードにより、また、動作点が最大電力動作点から離れているときは負荷への出力電圧を所定の目標値に追従させるＣＶモードによりＤＣ／ＤＣコンバータの入出力電圧を制御し、かつ、ＭＰＰＴモードにおける追従制御の応答速度を、ＣＶモードにおける追従制御の応答速度より低く設定したので、ＣＶモードでは、必要な速い応答速度で負荷への出力電圧を確実に目標値に追従させる制御が可能となるとともに、ＭＰＰＴモードでは、入力電力の最大値を安定確実に得る制御に必要となるデータを確保することができる。 As described above, the control means of the power conversion device according to the present invention causes the operating point to follow the maximum power operating point when the operating point in the output power-output voltage characteristics of the AC generator is near the maximum power operating point. The input / output voltage of the DC / DC converter is controlled by the MPPT mode and by the CV mode in which the output voltage to the load follows a predetermined target value when the operating point is away from the maximum power operating point, and the MPPT Since the response speed of the follow-up control in the mode is set lower than the response speed of the follow-up control in the CV mode, in the CV mode, it is possible to control the output voltage to the load to reliably follow the target value with the required fast response speed. In addition, in the MPPT mode, it is possible to secure data necessary for control to stably and reliably obtain the maximum value of input power.
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における電力変換装置の全体構成を示す回路構成図である。図１において、交流発電機１は、原動機６により回転駆動され、交流電力を出力する。なお、ここでは、自動車に搭載される車載機器を想定しており、原動機６は、その自動車のエンジンに相当し、従って、その回転速度（回転数）は自動車の走行停止の状況によって変動するものとなる。
交流発電機１からの交流出力は、整流器としてのダイオード整流器２により直流電力に変換される。従って、このダイオード整流器２から出力される直流電流は、整流に伴い発生する脈動成分を含む脈流の直流電流となる。
1 is a circuit configuration diagram showing an overall configuration of a power conversion device according to
The AC output from the
ここで、交流発電機１の特性について説明する。図２は、その出力電力−出力電圧特性で、ある一定の回転速度で回転駆動されている場合の、その出力電力と出力電圧との関係を示す。図に示すように、出力電圧Ｖ（Ｖ）が０（Ｖ）から次第に上昇していくとそれに応じて出力電力Ｐ（Ｗ）が増加し、出力電圧Ｖ２（Ｖ）で最大値Ｐｍａｘ（Ｗ）となり、更に出力電圧Ｖ（Ｖ）が上昇するとそれに応じて出力電力Ｐ（Ｗ）が減少していきＶ４（Ｖ）で０（Ｗ）となる垂下特性を有している。
Here, the characteristics of the
ここで、出力電圧０（Ｖ）の動作点は、交流発電機１の出力端を短絡した状態に相当するので短絡時動作点と称し、出力電圧Ｖ４（Ｖ）の動作点は、交流発電機１の出力端を開放した状態に相当するので開放時動作点と称するものとする。出力電圧Ｖ２（Ｖ）の動作点は、出力電力が最大値Ｐｍａｘ（Ｗ）となる最大電力動作点である。
Here, since the operating point of the output voltage 0 (V) corresponds to a state in which the output terminal of the
図３は、原動機６の回転速度、従って、この原動機６によって回転駆動される交流発電機１の回転速度が変化した場合の出力電力−出力電圧特性を示す。図では、高回転時、中回転時、低回転時の３段階の回転速度における特性を例示している。図に示すように、短絡時動作点は変化しないが、最大電力動作点および開放時動作点は、回転速度に応じて変化する。
FIG. 3 shows the output power-output voltage characteristics when the rotational speed of the
ところで、先の図２から判るように、交流発電機１の出力電力−出力電圧特性は、短絡時動作点と開放時動作点との間に最大電力動作点を有する上に凸の特性となるので、例えば、ある出力電力Ｐ１（Ｗ）には、Ｖ１（Ｖ）とＶ３（Ｖ）の２つの出力電圧が対応する。この点を考慮し、通常、交流発電機１の制御は、その出力電圧が、基本的に、最大電力動作点における電圧Ｖ２近傍より低い範囲と電圧Ｖ２近傍より高い範囲とのいずれか一方の範囲を対象として行う。
By the way, as can be seen from FIG. 2, the output power-output voltage characteristic of the
なお、いずれの範囲を選択するかは、例えば、使用対象の交流発電機１の両範囲における発生電力損失の比較や、また、出力電流が出力電圧の差に応じて両範囲で異なるので、後段で説明するＤＣ／ＤＣコンバータ３の発生電力損失も両範囲で異なることになり、それらの比較等を総合的に考慮して選択される。
Note that which range is selected depends on, for example, comparison of generated power loss in both ranges of the
図１に戻り、ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、ダイオード整流器２からの直流出力を直流電圧変換して、車両に搭載される蓄電デバイス等を含む負荷４に供給する。ここで、図に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ３への入力電流をＩｉｎ、入力電圧をＶｉｎ、ＤＣ／ＤＣコンバータ３からの出力電流をＩｏｕｔ、出力電圧をＶｏｕｔとする。従って、ダイオード整流器２の電圧降下やＤＣ／ＤＣコンバータ３の電力損失を無視すると、交流発電機１の出力電圧Ｖは、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力電圧Ｖｉｎに相当し、交流発電機１の出力電力Ｐは、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電力Ｐｏｕｔ＝Ｖｏｕｔ＊Ｉｏｕｔに相当するとしてよい。
Returning to FIG. 1, the DC /
以上のことから、後段の制御動作の説明では、先の図２、図３で説明した交流発電機１の特性を、主として、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力電圧Ｖｉｎと出力電力Ｐｏｕｔとをパラメータとして説明するものとする。
From the above, in the description of the control operation in the latter stage, the characteristics of the
図４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の一例を示す回路構成図で、ここでは、スイッチング素子Ｑ１、ダイオードＤ１、コンデンサＣ１、Ｃ２およびリアクトルＬ１とからなる、いわゆる降圧チョッパを採用している。
制御手段としての制御回路５は、スイッチング素子Ｑ１をオンオフスイッチングすることにより、以下の式（１）で表されるオンデューティｄを連続に調整してＤＣ／ＤＣコンバータ３の入出力電圧Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔを制御する。
FIG. 4 is a circuit configuration diagram showing an example of the DC /
The
なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ３としては、その入出力電圧の変換比を連続的に調整できるものであれば、図４に例示した構成のものに限られるわけではない。
また、以上までに説明した内容は、後段で説明する実施の形態２以降においても同様であり、それぞれの実施の形態においての説明は重複するため省略するものとする。
The DC /
The contents described above are the same in the second and subsequent embodiments to be described later, and the descriptions in the respective embodiments are omitted because they are duplicated.
次に、この発明の実施の形態１における制御回路５による制御動作について図５〜図１０を参照して説明する。制御回路５によるＤＣ／ＤＣコンバータ３の制御動作は、その入出力電圧Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔおよび入出力電流Ｉｉｎ、Ｉｏｕｔを所定の制御周期でサンプリングしたデータに基づき制御する。
図５は、その全体の動作ステップを示すもので、その開始から終了に至るステップを、１制御周期で実行する。
なお、以下の制御ステップでは、ｍｏｄｅ等各種の変数が登場するが、これら変数については、図５の開始の前にすべて「０」を代入する初期化をしている。
Next, the control operation by the
FIG. 5 shows the overall operation steps, and the steps from the start to the end are executed in one control cycle.
In the following control steps, various variables such as mode appear, but these variables are initialized by substituting “0” before the start of FIG.
図５のステップ群Ｔ１の詳細は図６に、ステップ群Ｔ２の詳細は図７に、ステップ群Ｔ３の詳細は図８に、ステップ群Ｔ４、Ｔ５の詳細は図９にそれぞれ示す。なお、図１０は、各図に登場するＰｒｅｓｅｔのステップの内容を示すものである。
以下、原則として、図５に示す動作の流れに沿って、適宜該当する図番を参照して制御動作の詳細を説明する。
5 shows details of the step group T1, FIG. 7 shows details of the step group T2, FIG. 8 shows details of the step group T3, and FIG. 9 shows details of the step groups T4 and T5. FIG. 10 shows the contents of the Preset step appearing in each figure.
Hereinafter, in principle, the details of the control operation will be described along the flow of the operation shown in FIG.
この実施の形態１では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力電圧Ｖｉｎが、基本的に、先の図２で説明した最大電力動作点における電圧Ｖ２近傍より低い範囲で動作するものと設定している。もっとも、交流発電機１の出力電力−出力電圧特性は、先の図３で説明したように、原動機６、従って交流発電機１の回転速度に依存し、その最大電力動作点および開放時動作点は交流発電機１の回転速度により変動するため、この回転速度の変動具合によっては、制御動作の過程で上記した範囲を逸脱する可能性があり、この回転速度変動の観点からの考慮が必要となり、以下、適宜、この点からの動作を交えて説明する。
In the first embodiment, the input voltage Vin of the DC /
そして、基本的には、動作点が最大電力動作点の近傍にあるときは、動作点をこの最大電力動作点に追従させるＭＰＰＴモードで制御し、動作点が最大電力動作点から離れているときは、出力電圧Ｖｏｕｔを所定の目標値Ｖｏｕｔｒｅｆに追従させるＣＶモードで制御するものとしている。 Basically, when the operating point is in the vicinity of the maximum power operating point, control is performed in the MPPT mode in which the operating point follows this maximum power operating point, and when the operating point is far from the maximum power operating point. Is controlled in the CV mode in which the output voltage Vout follows the predetermined target value Voutref.
先ず、図５のステップ群Ｔ１を示す図６のフローチャートについて説明する。ステップＳ１では、出力電圧Ｖｏｕｔと出力電流Ｉｏｕｔとを乗算して出力電力Ｐｏｕｔを算出する。ステップＳ２〜Ｓ５では、出力電力の最大値Ｐｏｕｔｍａｘと最小値Ｐｏｕｔｍｉｎとを算出する。 First, the flowchart of FIG. 6 showing the step group T1 of FIG. 5 will be described. In step S1, the output power Vout is calculated by multiplying the output voltage Vout and the output current Iout. In steps S2 to S5, the maximum value Poutmax and the minimum value Poutmin of the output power are calculated.
この出力電力の最大値Ｐｏｕｔｍａｘと最小値Ｐｏｕｔｍｉｎとは、後段図８のステップＳ２５〜Ｓ２８で説明するＭＰＰＴモードによる制御において必要となるデータである。制御周期を所定のｃｏｕｎｔｅｒｍａｘ回経ることを本願では１制御区分と称しているが、後段の説明で再度触れるように、このＭＰＰＴの制御はこの１制御区分を経る毎に行い、図６に示すステップを上記ｃｏｕｎｔｅｒｍａｘ回繰り返すことにより、その最終回における、ＰｏｕｔｍａｘとＰｏｕｔｍｉｎとが、当該制御区分における出力電力の最大値と最小値として得られることになる。
なお、実際のＭＰＰＴの制御では、後段の図１０で説明するように、この最大値最小値の和であるＰｏｕｔ１またはＰｏｕｔ２を算出し、これらを本願請求項でいう平均化データとして採用する。
The maximum value Poutmax and the minimum value Poutmin of the output power are data necessary for the control in the MPPT mode described in steps S25 to S28 in FIG. In the present application, passing a control cycle a predetermined countermax times is referred to as one control section. As will be mentioned later in the description below, this MPPT control is performed every time one control section passes, and the steps shown in FIG. By repeating the above countermax times, Poutmax and Poutmin in the final round are obtained as the maximum value and the minimum value of the output power in the control section.
In actual MPPT control, as will be described later with reference to FIG. 10, Pout1 or Pout2, which is the sum of the maximum and minimum values, is calculated and used as averaged data in the claims of the present application.
次に、図５のステップ群Ｔ２は、モード判定を行うステップで、このステップ群Ｔ２を示す図７のフローチャートについて説明する。先ず、ステップＳ６では、ＣＶモードを選択するか否か、または、ＣＶモードに切り替えるか否かを判定する。なお図中、「‖」は、「論理和（ｏｒ）」を意味する記号である。
入力電圧Ｖｉｎが所定の入力電圧下限値Ｖｉｎｌｔｈ未満のとき（ステップＳ６でＹｅｓ）は、ステップＳ７に進み、動作モードを表すｍｏｄｅに、ＣＶモードを示す「０」を代入する。
Next, step group T2 in FIG. 5 is a step for performing mode determination, and the flowchart in FIG. 7 showing step group T2 will be described. First, in step S6, it is determined whether or not to select the CV mode or whether or not to switch to the CV mode. In the figure, “‖” is a symbol that means “OR”.
When the input voltage Vin is less than the predetermined input voltage lower limit value Vinlth (Yes in step S6), the process proceeds to step S7, and “0” indicating the CV mode is substituted for the mode indicating the operation mode.
ここで、入力電圧下限値Ｖｉｎｌｔｈとしては、０Ｖに近い電圧値を設定する。この判定が成立すると、入力電圧Ｖｉｎに相当する、交流発電機１の出力電圧が０Ｖに近く、最大電力動作点に対応する電圧Ｖ２より低いことが確実なためＣＶモードを選択する訳である。
Here, a voltage value close to 0 V is set as the input voltage lower limit value Vinlth. If this determination is established, the CV mode is selected because it is certain that the output voltage of the
同じくステップＳ６で、出力電圧Ｖｏｕｔが所定の出力電圧上限値Ｖｏｕｔｈｔｈより高いとき（ステップＳ６でＹｅｓ）は、ステップＳ７に進み、動作モードを表すｍｏｄｅに、ＣＶモードを示す「０」を代入する。
ここで、出力電圧上限値Ｖｏｕｔｈｔｈとしては、出力電圧目標値Ｖｏｕｔｒｅｆより若干高い電圧値に設定する。
Similarly, in step S6, when the output voltage Vout is higher than the predetermined output voltage upper limit value Voutth (Yes in step S6), the process proceeds to step S7, and “0” indicating the CV mode is substituted for mode indicating the operation mode.
Here, the output voltage upper limit value Voutthth is set to a voltage value slightly higher than the output voltage target value Voutref.
この判定は、それまでＭＰＰＴモードで制御しているときにＣＶモードに切り替える場合を想定したものである。即ち、出力電圧Ｖｏｕｔが出力電圧上限値Ｖｏｕｔｈｔｈより高い、従って、出力電圧目標値Ｖｏｕｔｒｅｆを越えているということは、ＭＰＰＴモードによる制御で増加した結果、目標値Ｖｏｕｔｒｅｆが維持できれば十分の負荷４への出力電力Ｐｏｕｔが、大きくなり過ぎていることを意味しているので、それ以上の増大を防止すべくそれまでのＭＰＰＴモードを打ち切り、ＣＶモードに切り替える訳である。
This determination assumes a case where the control is switched to the CV mode when the MPPT mode has been controlled. That is, the fact that the output voltage Vout is higher than the output voltage upper limit value Voutthth, and therefore exceeds the output voltage target value Voutref, indicates that if the target value Voutref can be maintained as a result of increasing in the control by the MPPT mode, the
ステップＳ７で、ｍｏｄｅ＝０とした後、ステップＳ８に進み、Ｐｒｅｓｅｔを行うが、この内容は、後段のステップＳ１０で説明するものとする。 After setting mode = 0 in step S7, the process proceeds to step S8, and Preset is performed. This content will be described in step S10 in the subsequent stage.
ステップＳ６で、２つの判定式のいずれにも合致せずＮｏと判定されたときは、ステップＳ９に進む。なお、図中、上段の論理式「ｍｏｄｅ！＝１」は、「ｍｏｄｅ≠１」を意味し、「＆＆」は、「論理積（ａｎｄ）」を意味する記号である。 If it is determined in step S6 that the condition does not match either of the two determination formulas, the process proceeds to step S9. In the figure, the upper logical expression “mode! = 1” means “mode ≠ 1”, and “&&” is a symbol meaning “logical product (and)”.
ステップＳ９で、そのときのモードが、ｍｏｄｅ＝１、即ち、ＭＰＰＴモードのときは、その判定が常にＮｏとなるので、モードを切り替えることなく、即ち、ＭＰＰＴモードのままで図７のフローを終了する。
そのときのモードが、ｍｏｄｅ≠１、従って、ｍｏｄｅ＝０であるＣＶモードであって、かつ、下段の論理式「ａｂｓ（Ｖｉｎｒｅｆ−Ｖｉｎ１）≧Ｖｉｎｔｈ」が成立するときは、ステップＳ９の判定がＹｅｓとなり、ステップＳ１０に進む。
In step S9, when the mode at that time is mode = 1, that is, in the MPPT mode, the determination is always No, so the flow of FIG. 7 is terminated without switching the mode, that is, in the MPPT mode. To do.
If the mode at that time is CV mode in which mode ≠ 1, and therefore mode = 0, and the lower logical expression “abs (Vinref−Vin1) ≧ Vinth” is satisfied, the determination in step S9 is performed. It becomes Yes and progresses to step S10.
下段の論理式において、ＶｉｎｒｅｆとＶｉｎ１は、後述するように、入力電圧Ｖｉｎのその時点における目標値と最後に記憶されている目標値である。また、Ｖｉｎｔｈは、入力電流Ｉｉｎの脈動を考慮しても、入力電圧Ｖｉｎの目標値が変化したことが有意であるか否かを判定するための閾値である。
従って、この論理式が不成立の場合は、入力電圧Ｖｉｎの目標値が実質的に変化していない状態で、ＣＶモードによる出力電圧Ｖｏｕｔ一定の制御がなされていると想定されるので、あえてモードを切り替える必要が無く、ステップＳ９の判定をＮｏとして図７の処理を終了する。
In the lower logical expression, Vinref and Vin1 are the target value of the input voltage Vin at that time and the last stored target value, as will be described later. Vinth is a threshold value for determining whether or not it is significant that the target value of the input voltage Vin has changed even when the pulsation of the input current Iin is taken into consideration.
Therefore, when this logical expression is not established, it is assumed that the output voltage Vout is controlled to be constant in the CV mode while the target value of the input voltage Vin is not substantially changed. There is no need to switch, the determination of step S9 is No, and the process of FIG.
同論理式が成立する場合は、入力電圧Ｖｉｎの目標値が実質的に変化している状態で、ＣＶモードからＭＰＰＴモードへの切り替えが必要となる可能性が考えられるので、ステップＳ９の判定をＹｅｓとして、ステップＳ１０、Ｓ１１に進み、その必要性の確認を行う。 If this logical expression holds, there is a possibility that switching from the CV mode to the MPPT mode may be necessary in a state where the target value of the input voltage Vin is substantially changed. As Yes, it progresses to step S10, S11, and the necessity is confirmed.
先ず、ステップＳ１０のＰｒｅｓｅｔの動作内容を、図１０を参照して説明する。
ステップＳ３５で、現在の制御区分の入力電圧Ｖｉｎの目標値Ｖｉｎ１を、前回の制御区分の入力電圧Ｖｉｎの目標値Ｖｉｎ２に記憶する。ステップＳ３６で、現在の入力電圧Ｖｉｎの目標値Ｖｉｎｒｅｆを現在の制御区分の入力電圧Ｖｉｎの目標値Ｖｉｎ１に記憶する。
ステップＳ３７で、現在の制御区分の出力電力Ｐｏｕｔ１を前回の制御区分の出力電力Ｐｏｕｔ２に記憶する。ステップＳ３８で、現在の制御区分の出力電力Ｐｏｕｔの最大値Ｐｏｕｔｍａｘと最小値Ｐｏｕｔｍｉｎとにより、現在の制御区分における、既述した平均化データとしての出力電力Ｐｏｕｔ１を求めている。
First, the operation content of the preset in step S10 will be described with reference to FIG.
In step S35, the target value Vin1 of the input voltage Vin of the current control section is stored in the target value Vin2 of the input voltage Vin of the previous control section. In step S36, the target value Vinref of the current input voltage Vin is stored in the target value Vin1 of the input voltage Vin of the current control section.
In step S37, the output power Pout1 of the current control section is stored in the output power Pout2 of the previous control section. In step S38, the output power Pout1 as the above-described averaged data in the current control section is obtained from the maximum value Poutmax and the minimum value Poutmin of the output power Pout in the current control section.
なお、このステップＳ３８について、ここでは、出力電力Ｐｏｕｔの最大値Ｐｏｕｔｍａｘと最小値Ｐｏｕｔｍｉｎとを単に足し合わせて平均化データとしているだけであるが、最大値Ｐｏｕｔｍａｘと最小値Ｐｏｕｔｍｉｎとを異なる比率で足し合わせて重み付けをしたり、最大値Ｐｏｕｔｍａｘと最小値Ｐｏｕｔｍｉｎとの和を２で割って平均化データをしてもよい。
または、出力電力Ｐｏｕｔを毎制御周期ごとに足し合わせていき、すべての出力電力Ｐｏｕｔの平均値を用いるなど、要するに、ＭＰＰＴモードにおける、最大電力動作点追従の制御応答速度を低下させ、交流発電機１の出力電流の脈動成分の影響をなくすことができる方法であれば何でもよい。
Note that, regarding step S38, here, the maximum value Poutmax and the minimum value Poutmin of the output power Pout are simply added to form averaged data, but the maximum value Poutmax and the minimum value Poutmin are added at different ratios. In addition, weighting may be performed, or average data may be obtained by dividing the sum of the maximum value Poutmax and the minimum value Poutmin by 2.
Alternatively, the output power Pout is added for each control period, and the average value of all the output power Pout is used. In short, the control response speed for tracking the maximum power operating point in the MPPT mode is reduced, and the AC generator Any method can be used as long as the influence of the pulsating component of the output current of 1 can be eliminated.
ステップＳ３９で、現在の制御区分の出力電力Ｐｏｕｔの最大値Ｐｏｕｔｍａｘをリセットしている。次の制御周期でＰｏｕｔｍａｘが確実に更新されるように０Ｗを代入している。ステップＳ４０で、現在の制御区分の出力電力Ｐｏｕｔの最小値Ｐｍｉｎｍａｘをリセットしている。Ｐｏｕｔｍｉｎのリセット値Ｐｏｕｔｈｔｈは、次の制御周期でＰｏｕｔｍｉｎが確実に更新されるように十分大きな値を代入している。 In step S39, the maximum value Poutmax of the output power Pout of the current control section is reset. 0 W is substituted so that Poutmax is reliably updated in the next control cycle. In step S40, the minimum value Pminmax of the output power Pout of the current control section is reset. The reset value Poutth of Poutmin is substituted with a sufficiently large value so that Poutmin is reliably updated in the next control cycle.
ステップＳ２４で、次に制御区分に進むために現在の制御区分における制御周期の回数ｃｏｕｎｔｅｒをリセットしている。 In step S24, the count counter of the control period in the current control section is reset to proceed to the next control section.
図７に戻り、ステップＳ１１で、ＭＰＰＴモードに切り替えるかどうかを判定している。ＣＶモード時は、入力電圧Ｖｉｎが、先の図２の最大電力動作点の電圧Ｖ２より低い電圧で動作しているという前提であり、入力電圧Ｖｉｎの目標値が前回の制御区分から大きくなり、かつ、出力電力Ｐｏｕｔが小さくなった場合（ステップＳ１１でＹｅｓ）は、入力電圧Ｖｉｎが、最大電力動作点の電圧Ｖ２より高い電圧で動作していると判定してステップＳ１２に進む。それ以外の場合（ステップＳ１１でＮｏ）は、モード切り替えを行わずに図７の処理を終了する。 Returning to FIG. 7, it is determined in step S11 whether to switch to the MPPT mode. In the CV mode, it is assumed that the input voltage Vin is operating at a voltage lower than the voltage V2 at the maximum power operating point in FIG. 2, and the target value of the input voltage Vin becomes larger than the previous control section, If the output power Pout is small (Yes in step S11), it is determined that the input voltage Vin is operating at a voltage higher than the voltage V2 at the maximum power operating point, and the process proceeds to step S12. In other cases (No in step S11), the process of FIG. 7 is terminated without switching the mode.
次に、図５のステップ群Ｔ３は、入力電圧Ｖｉｎの目標値Ｖｉｎｒｅｆの計算を行うステップで、このステップ群Ｔ３を示す図８のフローチャートについて説明する。
ステップＳ１３で、出力電圧Ｖｏｕｔとその目標値Ｖｏｕｔｒｅｆとの偏差Ｖｄｅｆを求めている。ステップＳ１４で、その偏差ＶｄｅｆにＰＩ制御の比例項のゲインＫｐａをかけて、ＰＩ制御の比例項Ｐａを求めている。
Next, the step group T3 in FIG. 5 is a step for calculating the target value Vinref of the input voltage Vin, and the flowchart in FIG. 8 showing the step group T3 will be described.
In step S13, a deviation Vdef between the output voltage Vout and the target value Voutref is obtained. In step S14, the PI control proportional term Pa is obtained by multiplying the deviation Vdef by the PI control proportional term gain Kpa.
次に、ステップＳ１５で、現在ＣＶモードであるかの判定を行っている。
以下では、先ず、ステップＳ１５でＹｅｓと判定される、ｍｏｄｅ＝０、即ち、ＣＶモードで制御している場合を、以下のステップＳ１６〜Ｓ２１を参照して説明する。これは、前段の図７の処理フローの、ステップＳ６（Ｙｅｓ）で、新たにＣＶモードが選択された場合、また、ＭＰＰＴモードからＣＶモードに切り替わった場合、また、ステップＳ６（Ｎｏ）→ステップＳ９（Ｙｅｓ）→ステップＳ１１（Ｎｏ）、ステップＳ６（Ｎｏ）→ステップＳ９（Ｎｏ）で、それまでのＣＶモードが踏襲された場合が相当する。
Next, in step S15, it is determined whether the current CV mode is set.
Hereinafter, first, the case where mode is determined to be Yes in step S15, that is, the control is performed in the CV mode will be described with reference to the following steps S16 to S21. This is because when the CV mode is newly selected in Step S6 (Yes) of the processing flow of FIG. 7 in the previous stage, when the MPPT mode is switched to the CV mode, and when Step S6 (No) → Step S9 (Yes) → Step S11 (No), Step S6 (No) → Step S9 (No) corresponds to the case where the previous CV mode is followed.
ステップＳ１６に進み、このステップＳ１６では、前回の制御周期の積分項Ｉａと、偏差ＶｄｅｆにＰＩ制御の積分項のゲインＫｉａをかけたものを加えて、現在の制御周期におけるＰＩ制御の積分項Ｉａを求めている。ステップＳ１７からステップＳ２０までは、積分項ＩａがＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力電圧Ｖｉｎの許容範囲である０ＶからＶｉｎｍａｘの間に収まるようにリミッタをかけている。ステップＳ２１で、ＰＩ制御の比例項Ｐａと積分項Ｉａとを足して入力電圧Ｖｉｎの目標値Ｖｉｎｒｅｆを求めている。
In step S16, the integral term Ia of the previous control cycle and the deviation Vdef multiplied by the gain Kia of the integral term of PI control are added, and the integral term Ia of PI control in the current control cycle is added. Seeking. From step S17 to step S20, a limiter is applied so that the integral term Ia falls within the allowable range of the input voltage Vin of the DC /
次に、ステップＳ１５でＮｏと判定される、ｍｏｄｅ＝１、即ち、ＭＰＰＴモードで制御している場合を、以下のステップＳ２２〜Ｓ２８を参照して説明する。これは、前段の図７の処理フローの、ステップＳ６（Ｎｏ）→ステップＳ９（Ｙｅｓ）→ステップＳ１１（Ｙｅｓ）で、ＣＶモードからＭＰＰＴモードに切り替わった場合、または、ステップＳ６（Ｎｏ）→ステップＳ９（Ｎｏ）で、それまでのＭＰＰＴモードが踏襲された場合に相当する。 Next, the case where mode is determined as No in step S15, that is, the case where the control is performed in the MPPT mode will be described with reference to the following steps S22 to S28. This is the case where the CV mode is switched to the MPPT mode in Step S6 (No) → Step S9 (Yes) → Step S11 (Yes) in the processing flow of FIG. 7 in the previous stage, or Step S6 (No) → Step. This corresponds to the case where the previous MPPT mode is followed in S9 (No).
ステップＳ２２で、現在の制御区分における制御周期の回数ｃｏｕｎｔｅｒが（ｃｏｕｎｔｅｒｍａｘ−１）回であるかを判定する。なお、ｃｏｕｎｔｅｒのカウント値は０から始まるので、この判定は、カウント値では、（ｃｏｕｎｔｅｒｍａｘ−１）で判定する。
ｃｏｕｎｔｅｒが、（ｃｏｕｔｅｒｍａｘ−１）と等しければ（ステップＳ２２でＹｅｓ）、現在の制御区分における制御周期の回数がｃｏｕｎｔｅｒｍａｘ回であるためにステップＳ２３に進む。ｃｏｕｎｔｅｒが、（ｃｏｕｔｅｒｍａｘ−１）でなければ（ステップＳ２２でＮｏ）、現在の制御区分における制御周期の回数がｃｏｕｎｔｅｒｍａｘ回に満たないので、ステップＳ２９に進み、ｃｏｕｎｔｅｒに１を加えて図８の処理を終了する。
In step S22, it is determined whether or not the counter of the control cycle in the current control section is (countermax-1). Since the count value of the counter starts from 0, this determination is made with (countermax-1) in terms of the count value.
If counter is equal to (countermax-1) (Yes in step S22), the process proceeds to step S23 because the number of control cycles in the current control segment is countermax. If counter is not (countermax-1) (No in step S22), the number of control cycles in the current control section is less than countermax, so the process proceeds to step S29, where 1 is added to counter and the processing of FIG. Exit.
ＭＰＰＴモードによる制御は、ステップＳ２３から開始される。先のステップＳ２２から分かるように、ｍｏｄｅ＝１、即ち、ＭＰＰＴモードでの制御周期が続いても、それがｃｏｕｎｔｅｒｍａｘ回続いて１制御区分が満了する毎にステップＳ２３からのＭＰＰＴモードの制御を実行する訳である。 Control in the MPPT mode is started from step S23. As can be seen from the previous step S22, even if mode = 1, that is, the control cycle in the MPPT mode continues, the control in the MPPT mode from step S23 is executed every time when one control section expires after countermax times. That is why.
ステップＳ２３は、Ｐｒｅｓｅｔを行うもので、図１０により説明済みで、再度の説明は省略するが、ｃｏｕｎｔｅｒｍａｘ回の制御周期を満了した段階の制御区分を現在の制御区分としてＰｒｅｓｅｔの処理を行う。 Step S23 is a Preset, which has already been described with reference to FIG. 10 and will not be described again. However, the Preset process is performed with the control division at the stage where the countermax number of control cycles have expired as the current control division.
ステップＳ２５で、現在と前回の制御区分における入力電圧Ｖｉｎの目標値Ｖｉｎ１とＶｉｎ２、出力電力ＰｏｕｔのＰｏｕｔ１とＰｏｕｔ２との大小の比較を行っている。
入力電圧Ｖｉｎの目標値が大きくなり出力電力Ｐｏｕｔが大きくなった場合（ステップＳ２５の上段の論理式が成立する場合）と、入力電圧Ｖｉｎの目標値が小さくなり出力電力Ｐｏｕｔが小さくなった場合（同下段の論理式が成立する場合）は、入力電圧Ｖｉｎが、図２で示す最大電力動作点の電圧Ｖ２より低い電圧で動作していると判断されるため、入力電圧Ｖｉｎの目標値Ｖｉｎｒｅｆを高くして最大電力動作点に近づけるためにステップＳ２６に進む。それ以外の場合は、同電圧Ｖ２より高い電圧で動作していると判断されるため、入力電圧Ｖｉｎの目標値Ｖｉｎｒｅｆを低くして最大電力動作点に近づけるためにステップＳ２７に進む。
In step S25, a comparison is made between the target values Vin1 and Vin2 of the input voltage Vin and the output power Pout Pout1 and Pout2 in the current and previous control sections.
When the target value of the input voltage Vin is increased and the output power Pout is increased (when the upper logical expression of Step S25 is established), and when the target value of the input voltage Vin is decreased and the output power Pout is decreased ( When the logical expression in the lower stage is established), it is determined that the input voltage Vin is operating at a voltage lower than the maximum power operating point voltage V2 shown in FIG. 2, and therefore the target value Vinref of the input voltage Vin is Proceed to step S26 to increase it and bring it closer to the maximum power operating point. In other cases, it is determined that the device is operating at a voltage higher than the voltage V2, and therefore the process proceeds to step S27 in order to lower the target value Vinref of the input voltage Vin and bring it closer to the maximum power operating point.
ステップＳ２６では、入力電圧Ｖｉｎの目標値Ｖｉｎｒｅｆを高くするために、このＶｉｎｒｅｆに変化量ｄｅｌｔａＶｉｎを加えている。ステップＳ２７では、入力電圧Ｖｉｎの目標値Ｖｉｎｒｅｆを低くするために、このＶｉｎｒｅｆから変化量ｄｅｌｔａＶｉｎを引いている。ステップＳ２８では、ＭＰＰＴモードからＣＶモードに切り替わったときに入力電圧Ｖｉｎの目標値Ｖｉｎｒｅｆが急変しないように、ＣＶモード時のＰＩ制御の積分項Ｉａを計算しておく。 In step S26, in order to increase the target value Vinref of the input voltage Vin, the amount of change deltaVin is added to this Vinref. In step S27, in order to lower the target value Vinref of the input voltage Vin, the amount of change deltaVin is subtracted from this Vinref. In step S28, an integral term Ia for PI control in the CV mode is calculated so that the target value Vinref of the input voltage Vin does not change suddenly when the MPPT mode is switched to the CV mode.
以上の図８に示す処理により、ＣＶモードおよびＭＰＰＴモードそれぞれの場合における、入力電圧Ｖｉｎの目標値Ｖｉｎｒｅｆが求まるので、以下、図５のステップ群Ｔ４、Ｔ５を示す図９のフローチャートを参照して式（１）に示すオンデューティｄを演算する動作について説明する。 With the processing shown in FIG. 8, the target value Vinref of the input voltage Vin in each of the CV mode and the MPPT mode is obtained. Therefore, referring to the flowchart of FIG. 9 showing the step groups T4 and T5 of FIG. An operation for calculating the on-duty d shown in Expression (1) will be described.
ステップＳ３０、Ｓ３１では、Ｖｉｎｒｅｆが、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力電圧許容値Ｖｉｎｍａｘを越えないようにリミット処理を行っている。
ステップＳ３２、Ｓ３３では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３として、この事例では、図４に示す降圧チョッパを採用していることを考慮して、ＶｉｎｒｅｆがＶｏｕｔｒｅｆを越えないようにリミット処理を行っている。
In steps S30 and S31, limit processing is performed so that Vinref does not exceed the input voltage allowable value Vinmax of the DC /
In steps S32 and S33, limit processing is performed so that Vinref does not exceed Voutref in consideration of the fact that the step-down chopper shown in FIG. 4 is employed as the DC /
ステップＳ３４では、ＶｏｕｔｒｅｆとＶｉｎｒｅｆとから、式（１）に基づき、スイッチング素子Ｑ１のオンデューティｄを求めている。 In step S34, the on-duty d of the switching element Q1 is obtained from Voutref and Vinref based on the equation (1).
以上のように、この発明の実施の形態１における電力変換装置では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力電圧Ｖｉｎが、基本的に、交流発電機１の最大電力動作点における電圧Ｖ２近傍より低い範囲で動作し、かつ、動作点が最大電力動作点の近傍にあるときは、動作点をこの最大電力動作点に追従させるＭＰＰＴモードで制御し、動作点が最大電力動作点から離れているときは、出力電圧Ｖｏｕｔを所定の目標値Ｖｏｕｔｒｅｆに追従させるＣＶモードで制御し、しかも、ＣＶモードの制御は、制御周期毎のデータに基づく比較的速い応答で出力電圧Ｖｏｕｔを所定の目標値Ｖｏｕｔｒｅｆに追従させることができ、ＭＰＰＴモードの制御は、ｃｏｕｎｔｅｒｍａｘ回分の制御周期に相当する制御区分毎に求めた平均化データに基づく比較的遅い応答で最大電力動作点追従の制御を行うので、入力電流Ｉｉｎに含まれる脈動成分の影響を受けず安定確実な制御特性が得られる。
As described above, in the power conversion device according to
更に、ＭＰＰＴモードの制御中に、出力電圧Ｖｏｕｔが所定の出力電圧上限値Ｖｏｕｔｈｔｈより高くなるとＣＶモードに切り替え、また、ＣＶモードの制御中に、入力電圧の目標値Ｖｉｎｒｅｆが実質的に変化し、かつ、入力電圧Ｖｉｎが最大電力動作点の電圧Ｖ２を越えるとＭＰＰＴモードに切り替えるようにしたので、両モードの切り替えが円滑になされるという効果がある。 Further, when the output voltage Vout becomes higher than the predetermined output voltage upper limit value Voutthth during the control of the MPPT mode, the mode is switched to the CV mode, and the target value Vinref of the input voltage substantially changes during the control of the CV mode, In addition, since the MPPT mode is switched when the input voltage Vin exceeds the voltage V2 at the maximum power operating point, there is an effect that the switching between both modes is smoothly performed.
実施の形態２．
この発明の実施の形態２の電力変換装置は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力電圧Ｖｉｎが、基本的に、先の図２で説明した最大電力動作点における電圧Ｖ２近傍より高い範囲で動作するものと設定している点が、先の実施の形態１の場合と異なる。
なお、交流発電機１、ＤＣ／ＤＣコンバータ３を含む回路構成および交流発電機１の特性については、先の実施の形態１の場合と同様であるのでその説明は省略する。
In the power conversion apparatus according to the second embodiment of the present invention, the input voltage Vin of the DC /
Since the circuit configuration including the
以下、この発明の実施の形態２における制御回路５による制御動作について図１１〜図１４を参照して説明する。制御回路５によるＤＣ／ＤＣコンバータ３の制御動作は、その入出力電圧Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔおよび入出力電流Ｉｉｎ、Ｉｏｕｔを所定の制御周期でサンプリングしたデータに基づき制御する。
図１１は、その全体の動作ステップを示すもので、その開始から終了に至るステップを、１制御周期で実行する。
なお、以下の制御ステップでは、ｍｏｄｅ等各種の変数が登場するが、これら変数については、図１１の開始の前にすべて「０」を代入する初期化をしている。
Hereinafter, the control operation by the
FIG. 11 shows the overall operation steps, and the steps from the start to the end are executed in one control cycle.
In the following control steps, various variables such as mode appear, but these variables are initialized by substituting “0” before the start of FIG.
図１１のステップ群Ｔ１は先の実施の形態１の図５の場合と同じで説明は省略する。ステップ群Ｔ２Ａの詳細は図１２に、ステップ群Ｔ３Ａの詳細は図１３に、ステップ群Ｔ４Ａ、Ｔ５の詳細は図１４にそれぞれ示す。
以下、原則として、図１１に示す動作の流れに沿い、かつ、先の実施の形態１の場合と異なる部分を中心に、適宜該当する図番を参照して制御動作の詳細を説明する。
The step group T1 in FIG. 11 is the same as that in FIG. Details of the step group T2A are shown in FIG. 12, details of the step group T3A are shown in FIG. 13, and details of the step groups T4A and T5 are shown in FIG.
Hereinafter, in principle, details of the control operation will be described along the flow of the operation shown in FIG. 11 and with reference to the corresponding figure numbers as appropriate, focusing on the differences from the case of the first embodiment.
先ず、実施の形態１の場合と異なる、図１１のステップ群Ｔ２Ａを示す図１２について説明する。異なるのは、ステップＳ４１で、先の図７のステップＳ６と比べると、その上段の論理式が異なる。
即ち、先の実施の形態１では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力電圧Ｖｉｎが、基本的に、最大電力動作点における電圧Ｖ２近傍より低い範囲で動作するものとしていたのに対し、この実施の形態２では、最大電力動作点における電圧Ｖ２近傍より高い範囲で動作する設定であるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力電圧Ｖｉｎが、入力電圧上限値Ｖｉｎｈｔｈより高く、かつ、出力電力Ｐｏｕｔが、出力電力下限値Ｐｏｕｔｌｔｈ未満のとき（ステップＳ４１でＹｅｓ）は、ステップＳ７に進み、動作モードを表すｍｏｄｅに、ＣＶモードを示す「０」を代入する。
First, FIG. 12 which shows step group T2A of FIG. 11 different from the case of
That is, in the first embodiment, the input voltage Vin of the DC /
ここで、入力電圧上限値Ｖｉｎｈｔｈとしては、交流発電機１の最低回転速度における、開放時動作点の電圧（図２のＶ４）より若干低い電圧に設定する。また、出力電力下限値Ｐｏｕｔｌｔｈとしては、０Ｗに近い値に設定する。この判定が成立すると、入力電圧Ｖｉｎに相当する、交流発電機１の出力電圧が開放時動作点の電圧Ｖ４に近く、最大電力動作点の電圧Ｖ２より高いことが確実なためＣＶモードを選択する訳である。
Here, the input voltage upper limit value Vinhth is set to a voltage slightly lower than the voltage at the open operating point (V4 in FIG. 2) at the minimum rotational speed of the
ステップＳ４１の下段の論理式は、ＭＰＰＴモードからＣＶモードに切り替える場合の判定基準を示すが、先の図７のステップＳ６の場合と同様であり説明は省略する。 The lower logical expression of step S41 indicates a criterion for switching from the MPPT mode to the CV mode, but is the same as that in step S6 of FIG.
図１２において、更に、先の実施の形態１の図７の場合と異なる点は、ＣＶモードからＭＰＰＴモードに切り替えるかどうかを判定するステップＳ４２である。
即ち、先の図７における同目的の判定を行うステップＳ１１では、入力電圧Ｖｉｎが、最大電力動作点における電圧Ｖ２より高い電圧で動作しているか否かを判定するものであったが、この実施の形態２においては、基本的に、最大電力動作点における電圧Ｖ２近傍より高い範囲で動作する設定であるので、ステップＳ１１とは逆に、入力電圧Ｖｉｎが、最大電力動作点における電圧Ｖ２より低い電圧で動作しているか否かを判定することになる。
In FIG. 12, the difference from the case of FIG. 7 of the first embodiment is step S42 for determining whether to switch from the CV mode to the MPPT mode.
That is, in step S11 for determining the same purpose in FIG. 7, it is determined whether or not the input voltage Vin is operating at a voltage higher than the voltage V2 at the maximum power operating point. In the second embodiment, since the setting is basically made to operate in a range higher than the vicinity of the voltage V2 at the maximum power operating point, contrary to step S11, the input voltage Vin is lower than the voltage V2 at the maximum power operating point. It is determined whether or not it is operating with voltage.
具体的は、入力電圧Ｖｉｎの目標値が前回の制御区分から小さくなり、かつ、出力電力Ｐｏｕｔが小さくなった場合（ステップＳ４２でＹｅｓ）は、入力電圧Ｖｉｎが、最大電力動作点の電圧Ｖ２より低い電圧で動作していると判定してステップＳ１２に進む。それ以外の場合（ステップＳ４２でＮｏ）は、モード切り替えを行わない。 Specifically, when the target value of the input voltage Vin is smaller than the previous control section and the output power Pout is small (Yes in step S42), the input voltage Vin is higher than the voltage V2 at the maximum power operating point. It determines with operating with a low voltage, and proceeds to step S12. In other cases (No in step S42), mode switching is not performed.
次に、実施の形態１の場合と異なる、図１１のステップ群Ｔ３Ａを示す図１３について説明する。異なるのは、ステップＳ４３で、先の図６のステップＳ１３の場合に対し、実施の形態２と実施の形態１とでは、出力電力Ｐｏｕｔを増やしたいときの入力電圧Ｖｉｎの目標値Ｖｉｎｒｅｆを変化させる向きが逆のため、偏差Ｖｄｅｆの正負を逆にしている。
Next, FIG. 13 which shows step group T3A of FIG. 11 different from the case of
今ひとつ、実施の形態１の場合と異なる、図１１のステップ群Ｔ４Ａを示す図１４について説明する。異なるのは、先の図９にはなかったステップＳ４４とステップＳ４５とを追加している。実施の形態１では、最大電力動作点となる電圧Ｖ２より低電圧側でＤＣ／ＤＣコンバータ３を動作させるため、入力電圧Ｖｉｎの最大値を決めておけば、出力電力Ｐｏｕｔもその許容される最大値を越えることはないが、実施の形態２では、交流発電機１の開放時動作点の電圧Ｖ４まで使用するため、入力電圧Ｖｉｎの最大値を決めるだけでは、出力電力Ｐｏｕｔの最大値を越えないようにすることはできない。そこで、ステップＳ４４とステップＳ４５で、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電流Ｉｏｕｔが出力電流の最大値Ｉｏｕｔｍａｘより大きい場合は、入力電圧の目標値Ｖｉｎｒｅｆを高くして出力電力Ｐｏｕｔが最大値を越えないようにしている。
FIG. 14 showing the step group T4A of FIG. 11 that is different from the case of the first embodiment will be described. The difference is that Step S44 and Step S45 that were not shown in FIG. 9 are added. In the first embodiment, since the DC /
以上のように、この発明の実施の形態２における電力変換装置では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力電圧Ｖｉｎが、基本的に、交流発電機１の最大電力動作点における電圧Ｖ２近傍より高い範囲で動作し、かつ、動作点が最大電力動作点の近傍にあるときは、動作点をこの最大電力動作点に追従させるＭＰＰＴモードで制御し、動作点が最大電力動作点から離れているときは、出力電圧Ｖｏｕｔを所定の目標値Ｖｏｕｔｒｅｆに追従させるＣＶモードで制御し、しかも、ＣＶモードの制御は、制御周期毎のデータに基づく比較的速い応答で出力電圧Ｖｏｕｔを所定の目標値Ｖｏｕｔｒｅｆに追従させることができ、ＭＰＰＴモードの制御は、ｃｏｕｎｔｅｒｍａｘ回分の制御周期に相当する制御区分毎に求めた平均化データに基づく比較的遅い応答で最大電力動作点追従の制御を行うので、入力電流Ｉｉｎに含まれる脈動成分の影響を受けず安定確実な制御特性が得られる。
As described above, in the power conversion device according to
更に、ＭＰＰＴモードの制御中に、出力電圧Ｖｏｕｔが所定の出力電圧上限値Ｖｏｕｔｈｔｈより高くなるとＣＶモードに切り替え、また、ＣＶモードの制御中に、入力電圧の目標値Ｖｉｎｒｅｆが実質的に変化し、かつ、入力電圧Ｖｉｎが最大電力動作点の電圧Ｖ２未満となるとＭＰＰＴモードに切り替えるようにしたので、両モードの切り替えが円滑になされるという効果がある。 Further, when the output voltage Vout becomes higher than the predetermined output voltage upper limit value Voutthth during the control of the MPPT mode, the mode is switched to the CV mode, and the target value Vinref of the input voltage substantially changes during the control of the CV mode, In addition, since the MPPT mode is switched when the input voltage Vin is less than the voltage V2 at the maximum power operating point, there is an effect that the switching between the two modes is smoothly performed.
実施の形態３．
この発明の実施の形態３の電力変換装置は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力電圧Ｖｉｎが、基本的に、先の図２で説明した最大電力動作点における電圧Ｖ２近傍より低い範囲で動作するものと設定している点は先の実施の形態１の場合と同じである。
In the power conversion device according to the third embodiment of the present invention, the input voltage Vin of the DC /
ところで、交流発電機１の出力電力−出力電圧特性は、先の図３で説明したように、原動機６、従って、交流発電機１の回転速度によって変動し、この変動具合によっては、制御動作の過程でＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力電圧Ｖｉｎが、そのときの交流発電機１の開放時動作点の電圧Ｖ４を越える可能性がある。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力電力が０（Ｗ）になってしまうので、ＣＶモード、ＭＰＰＴモードのいずれの動作であっても最適な動作点に持って行くことができなくなる。
この実施の形態３は、以上のように、入力電圧Ｖｉｎが、開放時動作点の電圧Ｖ４を越えてしまったときに、その入力電圧Ｖｉｎを強制的に低下させる０Ｖモードを新たに設けた点が、先の実施の形態１と異なる。
By the way, the output power-output voltage characteristic of the
In the third embodiment, as described above, when the input voltage Vin exceeds the open-circuit operating point voltage V4, a 0V mode is newly provided for forcibly reducing the input voltage Vin. However, this is different from the first embodiment.
なお、交流発電機１、ＤＣ／ＤＣコンバータ３を含む回路構成および交流発電機１の特性については、先の実施の形態１の場合と同様であるのでその説明は省略する。
Since the circuit configuration including the
以下、この発明の実施の形態３における制御回路５による制御動作について図１５〜図１９を参照して説明する。制御回路５によるＤＣ／ＤＣコンバータ３の制御動作は、その入出力電圧Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔおよび入出力電流Ｉｉｎ、Ｉｏｕｔを所定の制御周期でサンプリングしたデータに基づき制御する。
図１５は、その全体の動作ステップを示すもので、その開始から終了に至るステップを、１制御周期で実行する。
なお、以下の制御ステップでは、ｍｏｄｅ等各種の変数が登場するが、これら変数については、図１５の開始の前にすべて「０」を代入する初期化をしている。
Hereinafter, the control operation by the
FIG. 15 shows the overall operation steps, and the steps from the start to the end are executed in one control cycle.
In the following control steps, various variables such as mode appear, but these variables are initialized by substituting “0” before the start of FIG.
図１５のステップ群Ｔ１Ｂの詳細は図１６に、ステップ群Ｔ２Ｂの詳細は図１７に、ステップ群Ｔ３Ｂの詳細は図１８にそれぞれ示す。ステップ群Ｔ４、Ｔ５は先の実施の形態１の場合と同じで説明は省略する。
以下、原則として、図１５に示す動作の流れに沿い、かつ、先の実施の形態１の場合と異なる部分を中心に、適宜該当する図番を参照して制御動作の詳細を説明する。
Details of the step group T1B of FIG. 15 are shown in FIG. 16, details of the step group T2B are shown in FIG. 17, and details of the step group T3B are shown in FIG. Step groups T4 and T5 are the same as those in the first embodiment, and a description thereof is omitted.
Hereinafter, in principle, details of the control operation will be described along the flow of the operation shown in FIG. 15 and with reference to the corresponding figure numbers as appropriate, focusing on the differences from the case of the first embodiment.
先ず、図１５のステップＴ１Ｂを示す図１６について説明する。ここでは、ＭＰＰＴモードで使用する出力電力Ｐｏｕｔの平均化データを求めているが、先の実施の形態１では、出力電力Ｐｏｕｔの最大値と最小値との和をこの出力電力Ｐｏｕｔの平均化データとしていたが（図１０のステップＳ３８参照）、この実施の形態３では、制御区分における出力電力Ｐｏｕｔの平均値そのものを平均化データとするもので、図１６では、そのための演算を行っている。 First, FIG. 16 showing step T1B of FIG. 15 will be described. Here, averaged data of the output power Pout used in the MPPT mode is obtained. In the first embodiment, the sum of the maximum value and the minimum value of the output power Pout is obtained as the averaged data of the output power Pout. However, in the third embodiment, the average value of the output power Pout in the control section itself is used as the averaged data. In FIG. 16, the calculation for that is performed.
具体的には、図１６のステップＳ１で、出力電力Ｐｏｕｔを求めたあとに、ステップＳ４６で、ステップＳ１で求めたＰｏｕｔを現在の制御区分における出力電力Ｐｏｕｔの和Ｐｏｕｔｓｕｍに加える。続いてステップＳ４７で、現在の制御区分における出力電力Ｐｏｕｔの和Ｐｏｕｔｓｕｍに、何回、出力電力Ｐｏｕｔを加えたかをカウントするためにＰｏｕｔｃｏｕｎｔｅｒに１を加えている。 Specifically, after obtaining the output power Pout in step S1 of FIG. 16, in step S46, Pout obtained in step S1 is added to the sum Poutsum of the output power Pout in the current control section. Subsequently, in step S47, 1 is added to Poutcounter in order to count how many times the output power Pout is added to the sum Poutsum of the output power Pout in the current control section.
以上に対応して、この実施の形態３でのＰｒｅｓｔの動作は、先の実施の形態１での図１０と異なり、後段の図１９に示すとおりとなる。
即ち、ステップＳ３５からステップＳ３７は、先の図１０と同じであるが、ステップＳ３８からステップＳ４０の代わりにステップＳ５５からＳ５７を用いる。
ステップＳ５５では、現在の制御区分における出力電力Ｐｏｕｔの和Ｐｏｕｔｓｕｍが、何回分の出力電力Ｐｏｕｔを加えたものであるかを示すＰｏｕｔｃｏｕｎｔｅｒで割って、現在の制御区分の出力電力Ｐｏｕｔの平均値Ｐｏｕｔ１を求めている。
Corresponding to the above, the operation of Prest in the third embodiment is as shown in FIG. 19 in the latter stage, unlike FIG. 10 in the first embodiment.
That is, Steps S35 to S37 are the same as those in FIG. 10, but Steps S55 to S57 are used instead of Steps S38 to S40.
In step S55, the sum Poutsum of the output power Pout in the current control section is divided by Poutcounter indicating how many times the output power Pout is added, and the average value Pout1 of the output power Pout in the current control section is obtained. Looking for.
ステップＳ５６とステップＳ５７では、次の制御区分に進むために、現在の制御区分における出力電力Ｐｏｕｔの和Ｐｏｕｔｓｕｍと何回出力電力Ｐｏｕｔを加えたかを示すＰｏｕｔｃｏｕｎｔｅｒをリセットしている。 In steps S56 and S57, in order to proceed to the next control section, the sum Poutsum of the output power Pout in the current control section and the Poutcounter indicating how many times the output power Pout has been added are reset.
なお、この平均化データの算出方法における実施の形態１との差は、この実施の形態３で、０Ｖモードを加えた点とは特に関係はない。
従って、いずれの実施の形態においても、制御周期でサンプリングしたデータを制御区分で平均化した平均化データであれば、その算出方法に拘わらず、採用することができる。
Note that the difference between this averaged data calculation method and
Therefore, in any embodiment, any average data obtained by averaging the data sampled in the control cycle in the control section can be adopted regardless of the calculation method.
次に、実施の形態１の場合と異なる、図１５のステップ群Ｔ２Ｂを示す図１７について説明する。
図１７において、０Ｖモードへの切り替えを判定するステップＳ４８およびそのＹｅｓの判定時に行うステップＳ４９、Ｓ５０を新たに追加している。
Next, FIG. 17 which shows step group T2B of FIG. 15 different from the case of
In FIG. 17, step S48 for determining switching to the 0V mode and steps S49 and S50 performed at the time of determining Yes are newly added.
ステップＳ４８で、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力電圧Ｖｉｎが、入力電圧上限値Ｖｉｎｈｔｈより高く、かつ、出力電力Ｐｏｕｔが、出力電力下限値Ｐｏｕｔｌｔｈ未満のとき（ステップＳ４８でＹｅｓ）は、ステップＳ４９に進み、動作モードを表すｍｏｄｅに、０Ｖモードを示す「２」を代入する。
In step S48, when the input voltage Vin of the DC /
ここで、入力電圧上限値Ｖｉｎｈｔｈとしては、交流発電機１の最低回転速度における、開放時動作点の電圧（図２のＶ４）より若干低い電圧に設定する。また、出力電力下限値Ｐｏｕｔｌｔｈとしては、０Ｗに近い値に設定する。この判定が成立すると、入力電圧Ｖｉｎに相当する、交流発電機１の出力電圧が開放時動作点の電圧Ｖ４に近く、最大電力動作点の電圧Ｖ２より高いことが確実なため、入力電圧Ｖｉｎを強制的に低減させる０Ｖモードに切り替える訳である。
Here, the input voltage upper limit value Vinhth is set to a voltage slightly lower than the voltage at the open operating point (V4 in FIG. 2) at the minimum rotational speed of the
ステップＳ４９で、ｍｏｄｅ＝２とした後、ステップ５０に進み、Ｐｒｅｓｅｔを行う。 After setting mode = 2 in step S49, the process proceeds to step 50, and Preset is performed.
ステップＳ４８で、Ｎｏのときは、ステップＳ６に進み、ＣＶモードを選択するか否か、または、ＣＶモードに切り替えるか否かを判定するが、先の実施の形態１の図７の場合と同様であるので説明は省略する。 If No in step S48, the process proceeds to step S6 to determine whether or not to select the CV mode or whether or not to switch to the CV mode. However, as in the case of FIG. Therefore, explanation is omitted.
図１７において、今ひとつ、実施の形態１の図７と異なるのは、ＭＰＰＴモードへの切り替えを確認するステップＳ５１である。
先ず、ＣＶモードからＭＰＰＴモードへ切り替えるか否かを判定する、ステップＳ５１の上段に示す論理式は、先の図７のステップ１１の場合と同様であり詳細な説明は省略するが、ＣＶモードにより、入力電圧Ｖｉｎが最大電力動作点における電圧Ｖ２以下の範囲で動作中に、その電圧Ｖ２を越えた場合（ステップＳ５１の上段論理式がＹｅｓ）に、ＭＰＰＴモードに切り替える。
In FIG. 17, another difference from FIG. 7 of the first embodiment is step S51 for confirming switching to the MPPT mode.
First, the logical expression shown in the upper part of step S51 for determining whether to switch from the CV mode to the MPPT mode is the same as that in
ステップＳ５１の下段の論理式は、０Ｖモードで制御中にＭＰＰＴモードに切り替えるか否かを判定するものである。即ち、０Ｖモードでは、入力電圧Ｖｉｎが、最大電力動作点における電圧Ｖ２より高い電圧で動作しており、これが０Ｖモードの動作で低下させていった結果、電圧Ｖ２より低くなる、即ち、入力電圧Ｖｉｎの目標値が前回の制御区分から小さくなり、かつ、出力電力Ｐｏｕｔが小さくなった場合（ステップＳ５１の下段論理式がＹｅｓ）に、ＭＰＰＴモードに切り替える。 The lower logical expression of step S51 determines whether or not to switch to the MPPT mode during control in the 0V mode. That is, in the 0V mode, the input voltage Vin operates at a voltage higher than the voltage V2 at the maximum power operating point, and as a result of being lowered by the operation in the 0V mode, the input voltage Vin becomes lower than the voltage V2, that is, the input voltage When the target value of Vin becomes smaller than the previous control section and the output power Pout becomes smaller (the lower logical expression in step S51 is Yes), the mode is switched to the MPPT mode.
次に、実施の形態１の場合と異なる、図１５のステップ群Ｔ３Ｂを示す図１８について説明する。
図１８では、先の実施の形態１の図８における、ステップＳ２２の直前にステップＳ５２を追加し、ＣＶモード（ｍｏｄｅ＝０）でもなく（ステップＳ１５でＮｏ）、ＭＰＰＴモード（ｍｏｄｅ＝１）でもない場合（ステップＳ５２でＮｏ）、従って、０Ｖモード（ｍｏｄｅ＝２）の場合の、入力電圧Ｖｉｎの目標値Ｖｉｎｒｅｆの設定要領を規定するステップＳ５３、Ｓ５４を設けている。
Next, FIG. 18 showing the step group T3B of FIG. 15, which is different from the case of the first embodiment, will be described.
In FIG. 18, step S52 is added immediately before step S22 in FIG. 8 of the first embodiment, and not in the CV mode (mode = 0) (No in step S15) but also in the MPPT mode (mode = 1). If not (No in step S52), therefore, steps S53 and S54 are provided which define the setting procedure of the target value Vinref of the input voltage Vin in the case of the 0V mode (mode = 2).
具体的には、ステップＳ５３で、入力電圧Ｖｉｎの目標値ＶｉｎｒｅｆからｄｅｌｔａＶｉｎを引いて、強制的に入力電圧Ｖｉｎの目標値Ｖｉｎｒｅｆを低くしている。ステップＳ５４で、その後、ＣＶモードに切り替わった時に、入力電圧Ｖｉｎの目標値Ｖｉｎｒｅｆが急変しないように、目標値ＶｉｎｒｅｆからＣＶモード時の比例項Ｐａを引いて、積分項Ｉａを求めている。 Specifically, in step S53, deltaVin is subtracted from the target value Vinref of the input voltage Vin to forcibly lower the target value Vinref of the input voltage Vin. In step S54, the integral term Ia is obtained by subtracting the proportional term Pa in the CV mode from the target value Vinref so that the target value Vinref of the input voltage Vin does not change suddenly when switching to the CV mode.
以上のように、この発明の実施の形態３における電力変換装置では、先の実施の形態１で説明した効果に加えて、更に、以下の効果が得られる。
即ち、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力電圧Ｖｉｎが、基本的に、交流発電機１の最大電力動作点における電圧Ｖ２近傍より低い範囲で動作しているときに、交流発電機１の回転速度の変動等により、入力電圧Ｖｉｎが、そのときの交流発電機１の開放時動作点の電圧Ｖ４を越えるような現象が生じた場合、入力電圧Ｖｉｎを強制的に低減させる０Ｖモードに切り替えるようにしたので、本来の制御範囲での動作に復帰させることができる。
As described above, in the power conversion device according to the third embodiment of the present invention, in addition to the effects described in the first embodiment, the following effects are further obtained.
That is, when the input voltage Vin of the DC /
更に、０Ｖモードの動作で、入力電圧Ｖｉｎが低減し、最大電力動作点の電圧Ｖ２より低くなったときは、ＭＰＰＴモードに切り替えるようにしたので、本来の制御範囲における動作を確実に回復することができる。 Furthermore, when the input voltage Vin is reduced in the 0V mode operation and becomes lower than the maximum power operating point voltage V2, the MPPT mode is switched, so that the operation in the original control range is surely restored. Can do.
実施の形態４．
この発明の実施の形態４の電力変換装置は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力電圧Ｖｉｎが、基本的に、先の図２で説明した最大電力動作点における電圧Ｖ２近傍より高い範囲で動作するものと設定している点は先の実施の形態２の場合と同じである。
In the power conversion device according to the fourth embodiment of the present invention, the input voltage Vin of the DC /
ところで、交流発電機１の出力電力−出力電圧特性は、先の図３で説明したように、原動機６、従って、交流発電機１の回転速度によって変動し、この変動具合によっては、ＣＶモードの制御動作の過程でＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力電圧Ｖｉｎが、そのときの交流発電機１の短絡時動作点の電圧０に近い値になる可能性がある。この場合、出力電力Ｐｏｕｔを増やそうとして、入力電圧Ｖｉｎが更に低くなろうとするので、入力電圧Ｖｉｎが０Ｖから動くことができなくなる。
この実施の形態４は、以上のように、入力電圧Ｖｉｎが、短絡時動作点の電圧０近傍となったときに、その入力電圧Ｖｉｎを強制的に上昇させるＳＶモードを新たに設けた点が、先の実施の形態２と異なる。
By the way, the output power-output voltage characteristic of the
In the fourth embodiment, as described above, the SV mode for forcibly increasing the input voltage Vin when the input voltage Vin becomes close to the
なお、交流発電機１、ＤＣ／ＤＣコンバータ３を含む回路構成および交流発電機１の特性については、先の実施の形態１の場合と同様であるのでその説明は省略する。
Since the circuit configuration including the
以下、この発明の実施の形態４における制御回路５による制御動作について図２０〜図２２を参照して説明する。制御回路５によるＤＣ／ＤＣコンバータ３の制御動作は、その入出力電圧Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔおよび入出力電流Ｉｉｎ、Ｉｏｕｔを所定の制御周期でサンプリングしたデータに基づき制御する。
図２０は、その全体の動作ステップを示すもので、その開始から終了に至るステップを、１制御周期で実行する。
なお、以下の制御ステップでは、ｍｏｄｅ等各種の変数が登場するが、これら変数については、図２０の開始の前にすべて「０」を代入する初期化をしている。
Hereinafter, the control operation by the
FIG. 20 shows the overall operation steps, and the steps from the start to the end are executed in one control cycle.
In the following control steps, various variables such as mode appear, but these variables are initialized by substituting “0” before the start of FIG.
図２０のステップ群Ｔ１Ｂは、先の実施の形態３の図１５の場合と同じで説明は省略する。図２０のステップ群Ｔ２Ｃの詳細は図２１に、ステップ群Ｔ３Ｃの詳細は図２２にそれぞれ示す。ステップ群Ｔ４Ａ、Ｔ５は、先の実施の形態２の図１１の場合と同じで説明は省略する。 Step group T1B in FIG. 20 is the same as that in FIG. 15 of the third embodiment, and a description thereof will be omitted. Details of the step group T2C of FIG. 20 are shown in FIG. 21, and details of the step group T3C are shown in FIG. Step groups T4A and T5 are the same as those in the case of FIG.
先ず、実施の形態２の場合と異なる、図２０のステップ群Ｔ２Ｃを示す図２１について説明する。
図２１において、ＳＶモードへの切り替えを判定するステップＳ５８を新たに追加し、そのＹｅｓの判定時に行うステップＳ４９、Ｓ５０（実施の形態３の図１７と同じ）が続く。
First, FIG. 21 which shows step group T2C of FIG. 20 different from the case of
In FIG. 21, step S58 for determining switching to the SV mode is newly added, and steps S49 and S50 (same as FIG. 17 of the third embodiment) performed at the time of the determination are continued.
ステップＳ５８で、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力電圧Ｖｉｎが、入力電圧下限値Ｖｉｎｌｔｈ未満のとき（ステップＳ５８でＹｅｓ）は、ステップＳ４９に進み、動作モードを表すｍｏｄｅに、ＳＶモードを示す「３」を代入する。
In step S58, when the input voltage Vin of the DC /
ここで、入力電圧上限値Ｖｉｎｌｔｈとしては、０Ｖに近い電圧に設定する。この判定が成立すると、入力電圧Ｖｉｎに相当する、交流発電機１の出力電圧が０Ｖに近く、最大電力動作点の電圧Ｖ２より低いことが確実なため、この実施の形態４で問題とする上述した現象が生じているとしてＳＶモードに切り替える訳である。
Here, the input voltage upper limit value Vinlth is set to a voltage close to 0V. If this determination is established, it is certain that the output voltage of the
ステップＳ４９で、ｍｏｄｅ＝３とした後、ステップ５０に進み、Ｐｒｅｓｅｔを行う。 After setting mode = 3 in step S49, the process proceeds to step 50, and Preset is performed.
ステップＳ５８で、Ｎｏのときは、ステップＳ４１に進み、ＣＶモードを選択するか否か、または、ＣＶモードに切り替えるか否かを判定するが、先の実施の形態２の図１２の場合と同様であるので説明は省略する。 If No in step S58, the process proceeds to step S41 to determine whether or not to select the CV mode or whether or not to switch to the CV mode. However, as in the case of FIG. Therefore, explanation is omitted.
図２１において、今ひとつ、実施の形態２の図１２と異なるのは、ＭＰＰＴモードへの切り替えを確認するステップＳ５９である。
先ず、ＣＶモードからＭＰＰＴモードへ切り替えるか否かを判定する、ステップＳ５９の上段に示す論理式は、先の図１２のステップ４２の場合と同様であり詳細な説明は省略するが、ＣＶモードにより、入力電圧Ｖｉｎが最大電力動作点における電圧Ｖ２以上の範囲で動作中に、その電圧Ｖ２より低くなった場合（ステップＳ５９の上段論理式がＹｅｓ）に、ＭＰＰＴモードに切り替える。
In FIG. 21, what is different from FIG. 12 of the second embodiment is step S59 for confirming switching to the MPPT mode.
First, the logical expression shown in the upper part of step S59 for determining whether to switch from the CV mode to the MPPT mode is the same as that in
ステップＳ５９の下段の論理式は、ＳＶモードで制御中にＭＰＰＴモードに切り替えるか否かを判定するものである。即ち、ＳＶモードでは、入力電圧Ｖｉｎが、最大電力動作点における電圧Ｖ２より低い電圧で動作しており、これがＳＶモードの動作で上昇させていった結果、電圧Ｖ２より高くなる、即ち、入力電圧Ｖｉｎの目標値が前回の制御区分から大きくなり、かつ、出力電力Ｐｏｕｔが小さくなった場合（ステップＳ５９の下段論理式がＹｅｓ）に、ＭＰＰＴモードに切り替える。 The lower logical expression of step S59 determines whether or not to switch to the MPPT mode during control in the SV mode. That is, in the SV mode, the input voltage Vin operates at a voltage lower than the voltage V2 at the maximum power operating point, and as a result of increasing the voltage in the SV mode operation, the input voltage Vin becomes higher than the voltage V2. When the target value of Vin increases from the previous control section and the output power Pout decreases (Yes in step S59), the MPPT mode is switched.
次に、実施の形態２の場合と異なる、図２０のステップ群Ｔ３Ｃを示す図２２について説明する。
図２２では、先の実施の形態２の図１３における、ステップＳ２２の直前にステップＳ５２を追加し、ＣＶモード（ｍｏｄｅ＝０）でもなく（ステップＳ１５でＮｏ）、ＭＰＰＴモード（ｍｏｄｅ＝１）でもない場合（ステップＳ５２でＮｏ）、従って、ＳＶモード（ｍｏｄｅ＝３）の場合の、入力電圧Ｖｉｎの目標値Ｖｉｎｒｅｆの設定要領を規定するステップＳ６０、Ｓ５４を設けている。
Next, FIG. 22 showing the step group T3C of FIG. 20 different from the case of the second embodiment will be described.
In FIG. 22, step S52 is added immediately before step S22 in FIG. 13 of the second embodiment, not in CV mode (mode = 0) (No in step S15), but also in MPPT mode (mode = 1). If not (No in step S52), therefore, steps S60 and S54 are provided which define the setting procedure of the target value Vinref of the input voltage Vin in the case of the SV mode (mode = 3 ).
具体的には、ステップＳ６０で、入力電圧Ｖｉｎの目標値ＶｉｎｒｅｆにｄｅｌｔａＶｉｎを加えて、強制的に入力電圧Ｖｉｎの目標値Ｖｉｎｒｅｆを高くしている。ステップＳ５４では、その後、ＣＶモードに切り替わった時に、入力電圧Ｖｉｎの目標値Ｖｉｎｒｅｆが急変しないように、目標値ＶｉｎｒｅｆからＣＶモード時の比例項Ｐａを引いて、積分項Ｉａを求めている。 Specifically, in step S60, deltaVin is added to the target value Vinref of the input voltage Vin to forcibly increase the target value Vinref of the input voltage Vin. In step S54, the integral term Ia is obtained by subtracting the proportional term Pa in the CV mode from the target value Vinref so that the target value Vinref of the input voltage Vin does not change suddenly when switching to the CV mode.
以上のように、この発明の実施の形態４における電力変換装置では、先の実施の形態２で説明した効果に加えて、更に、以下の効果が得られる。
即ち、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力電圧Ｖｉｎが、基本的に、交流発電機１の最大電力動作点における電圧Ｖ２近傍より高い範囲で動作しているときに、交流発電機１の回転速度の変動等により、入力電圧Ｖｉｎが、そのときの交流発電機１の短絡時動作点の電圧０近傍となるような現象が生じた場合、入力電圧Ｖｉｎを強制的に上昇させるＳＶモードに切り替えるようにしたので、本来の制御範囲での動作に復帰させることができる。
As described above, in the power conversion device according to
That is, when the input voltage Vin of the DC /
更に、ＳＶモードの動作で、入力電圧Ｖｉｎが上昇し、最大電力動作点の電圧Ｖ２より高くなったときは、ＭＰＰＴモードに切り替えるようにしたので、本来の制御範囲における動作を確実に回復することができる。 Furthermore, when the input voltage Vin rises and becomes higher than the maximum power operating point voltage V2 in the SV mode operation, the MPPT mode is switched, so that the operation in the original control range can be reliably recovered. Can do.
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。 It should be noted that the present invention can be freely combined with each other within the scope of the invention, and each embodiment can be appropriately modified or omitted.
１ 交流発電機、２ ダイオード整流器、３ ＤＣ／ＤＣコンバータ、４ 負荷、
５ 制御回路、６ 原動機。
1 AC generator, 2 diode rectifier, 3 DC / DC converter, 4 load,
5 Control circuit, 6 prime mover.
Claims (12)
前記交流発電機は、回転速度の変動を伴う原動機により回転駆動され、一定の回転速度においては、前記交流発電機の出力端が短絡／開放されそれぞれ出力電力が０となる短絡時動作点と開放時動作点との間に前記出力電力が最大となる最大電力動作点を有する出力電力−出力電圧特性を有するものであって、
前記制御手段は、前記交流発電機の前記出力電力−出力電圧特性における動作点が前記最大電力動作点近傍にあるときは前記動作点を前記最大電力動作点に追従させるＭＰＰＴモードにより、また、前記動作点が前記最大電力動作点から離れているときは前記負荷への出力電圧を所定の目標値に追従させるＣＶモードにより前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入出力電圧を制御し、かつ、前記ＭＰＰＴモードにおける追従制御の応答速度を、前記ＣＶモードにおける追従制御の応答速度より低く設定したことを特徴とする電力変換装置。 AC generator, rectifier for rectifying AC output from this AC generator, DC / DC converter for converting DC voltage including pulsating component from this rectifier to DC voltage and supplying it to a load, and controlling this DC / DC converter In the power conversion device provided with the control means to
The AC generator is driven to rotate by a prime mover with fluctuations in rotational speed, and at a constant rotational speed, the output terminal of the AC generator is short-circuited / opened, and the operating point at the time of short-circuiting when the output power becomes 0 is opened. Having an output power-output voltage characteristic having a maximum power operating point at which the output power is maximum between the operating point and the operating point,
When the operating point in the output power-output voltage characteristic of the AC generator is in the vicinity of the maximum power operating point, the control means is in MPPT mode that causes the operating point to follow the maximum power operating point, and When the operating point is away from the maximum power operating point, the input / output voltage of the DC / DC converter is controlled by the CV mode in which the output voltage to the load follows a predetermined target value, and in the MPPT mode The power conversion device characterized in that the response speed of the tracking control is set lower than the response speed of the tracking control in the CV mode.
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