JP6048173B2 - Maximum power point tracking control device, maximum power point tracking control method, and photovoltaic power generation system - Google Patents
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Description
本発明は、太陽光発電パネルの出力に基づいて、現時点での最大電力を引き出す最大電力点追従制御の装置及び方法に関する。 The present invention relates to an apparatus and method for maximum power point tracking control that draws the current maximum power based on the output of a photovoltaic power generation panel.
太陽光発電パネルは、日射量の変化によって出力特性が変化する。このような太陽光発電パネルの発電能力を、常にその時点で最大限に発揮させるべく、DC/DCコンバータ等の電力変換器による最大電力点追従制御(MPPT制御)が行われている(例えば、特許文献1,2参照。)。
The output characteristics of the photovoltaic power generation panel change depending on the amount of solar radiation. Maximum power point tracking control (MPPT control) is performed by a power converter such as a DC / DC converter so that the power generation capability of such a solar power generation panel is always maximized at that time (for example, (See
かかるMPPT(Maximum Power Point Tracking)制御においては、出力特性上の動作点を、電圧側で少しずつ動かして、電力が増加するか減少するかを見る。そして、電力が増加する方向へ電圧を変化させることで、最大電力点を探す。最大電力点近傍では、電圧の変化量を小さくして精度良く最大電力点を探す。最大電力点を通過すると、電力の変化が増加から減少に転じるので、これを検知して変化方向を反転させることにより最大電力点から離れないようにする。 In such MPPT (Maximum Power Point Tracking) control, the operating point on the output characteristics is moved little by little on the voltage side to see whether the power increases or decreases. Then, the maximum power point is searched by changing the voltage in the direction in which the power increases. In the vicinity of the maximum power point, the amount of change in voltage is reduced to search for the maximum power point with high accuracy. When passing through the maximum power point, the change in power changes from increasing to decreasing. Therefore, by detecting this and reversing the direction of change, it is prevented from leaving the maximum power point.
しかしながら、上記のような従来のMPPT制御では、日射量の変動を検知する電力の演算に電圧、電流の2要素が必要であり、それぞれに例えばスイッチングノイズが乗ると、電力の演算結果の誤差が大きくなる場合がある。そのような場合には、最大電力点近傍で日射量が変化しても電力変化を検知できず、新しい最大電力点を見つけるのが遅くなる。
かかる従来の問題点に鑑み、本発明は、ノイズの影響を受けにくく、日射量が変化しても迅速に最大電力点を捉えるMPPT制御を実現することを目的とする。
However, in the conventional MPPT control as described above, two elements of voltage and current are necessary for the calculation of electric power for detecting the variation of the solar radiation amount. May be larger. In such a case, even if the amount of solar radiation changes in the vicinity of the maximum power point, a change in power cannot be detected, and finding a new maximum power point is delayed.
In view of such conventional problems, an object of the present invention is to realize MPPT control that is less susceptible to noise and that quickly captures the maximum power point even when the amount of solar radiation changes.
(1)本発明は、太陽光発電パネルの出力に基づいて、現時点での最大電力を引き出す最大電力点追従制御装置であって、前記太陽光発電パネルに接続された電力変換器と、前記電力変換器を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記電力変換器に流れる電流を変化させるステップ幅の大小により粗調整及び微調整が可能であって、粗調整で最大電力点に接近し、前記電流の変化に対する電圧の変化が閾値を超えると微調整で前記最大電力点を捉え、微調整で前記閾値を超えると粗調整に戻るように構成されているものである。 (1) The present invention is a maximum power point tracking control device that draws the current maximum power based on the output of the photovoltaic power generation panel, the power converter connected to the photovoltaic power generation panel, and the power A control unit that controls the converter, and the control unit is capable of coarse adjustment and fine adjustment according to the step width for changing the current flowing through the power converter, and approaches the maximum power point by the coarse adjustment. When the voltage change with respect to the current change exceeds a threshold value, the maximum power point is captured by fine adjustment, and when the voltage value exceeds the threshold value by fine adjustment, the coarse adjustment is restored.
上記のように構成された最大電力点追従制御装置では、粗調整/微調整の切替タイミングを、電圧の変化が閾値を超えるか否かのみによって判定することができる。すなわち、判定対象となる量が1つであるため、ノイズに影響されにくく、正確な判定が可能となる。従って、適時に、切替を行うことができる。また、日射量が一定であれば微調整に入ると電圧の変化は閾値を超えない状態となるが、日射量の変化により再び閾値を超えれば、粗調整に戻って日射量変化後の特性における最大電力点に素早く接近することができる。こうして、常に高速に、最大電力点を捉えることができる。 In the maximum power point tracking control device configured as described above, the switching timing of the coarse adjustment / fine adjustment can be determined only by whether or not the voltage change exceeds the threshold value. That is, since the amount to be determined is one, it is hardly affected by noise, and accurate determination is possible. Therefore, switching can be performed in a timely manner. In addition, if the amount of solar radiation is constant, the voltage change does not exceed the threshold when entering fine adjustment, but if the threshold is exceeded again due to change in the amount of solar radiation, the adjustment returns to rough adjustment and the characteristic after the change in solar radiation is reached. The maximum power point can be approached quickly. In this way, the maximum power point can always be captured at high speed.
(2)また、上記(1)の最大電力点追従制御装置において、日射量が急激に減少することによって、現時点の前記電流に特性上で対応する電圧が所定値以下となった場合は、前回の最大電力点における電圧を目標値として電圧制御を行い、その電圧に対応する電流から最大電力点に接近するよう電流制御を行うようにしてもよい。
日射量が急激に減少した場合、仮に、一から最大電力点追従制御のやり直しをすると、最大電力点への到達に時間がかかってしまう。しかし、このように前回の最大電力点の電圧になるよう電圧制御し、それに対応する電流から最大電力点に接近すれば、日射量が急激に減少した場合でも、より迅速に、最大電力点を捉えることができる。
(2) Also, in the maximum power point tracking control device of (1) above, when the amount of solar radiation suddenly decreases, the voltage corresponding to the current at the current characteristic falls below a predetermined value. Voltage control may be performed using the voltage at the maximum power point as a target value, and current control may be performed so that the current corresponding to the voltage approaches the maximum power point.
When the amount of solar radiation decreases rapidly, if the maximum power point tracking control is restarted from the beginning, it will take time to reach the maximum power point. However, if the voltage is controlled so that it becomes the voltage at the previous maximum power point and the current corresponding to it is approached to the maximum power point, the maximum power point can be set more quickly even if the amount of solar radiation decreases rapidly. Can be caught.
(3)また、本発明の太陽光発電システムは、太陽光発電パネルと、上記(1)の最大電力点追従装置とを備えたものである。
このような太陽光発電システムは、最大電力点追従性能に優れるので、発電効率が向上する。
(3) Moreover, the solar power generation system of this invention is equipped with a solar power generation panel and the maximum power point tracking apparatus of said (1).
Since such a solar power generation system is excellent in maximum power point tracking performance, power generation efficiency is improved.
(4)一方、本発明は、太陽光発電パネルに接続された電力変換器を制御部によって制御することにより、現時点での最大電力を引き出す最大電力点追従制御方法であって、前記制御部は、前記電力変換器に流れる電流を変化させるステップ幅の大小により粗調整及び微調整が可能であって、粗調整で最大電力点に接近し、前記電流の変化に対する電圧の変化が閾値を超えると微調整で前記最大電力点を捉え、その一方、微調整で前記閾値を超えると粗調整に戻る、というものである。 (4) On the other hand, the present invention is a maximum power point tracking control method for extracting the current maximum power by controlling the power converter connected to the photovoltaic power generation panel by the control unit, and the control unit includes: , Coarse adjustment and fine adjustment are possible by the magnitude of the step width for changing the current flowing through the power converter, and when the maximum power point is approached by the coarse adjustment and the change in voltage with respect to the change in current exceeds a threshold value, The maximum power point is captured by fine adjustment, and on the other hand, when the threshold is exceeded by fine adjustment, the adjustment returns to coarse adjustment.
上記のような最大電力点追従制御方法では、粗調整/微調整の切替タイミングを、電圧の変化が閾値を超えるか否かのみによって判定することができる。すなわち、判定対象となる量が1つであるため、ノイズに影響されにくく、正確な判定が可能となる。従って、適時に、切替を行うことができる。また、日射量が一定であれば微調整に入ると電圧の変化は閾値を超えない状態となるが、日射量の変化により再び閾値を超えれば、粗調整に戻って日射量変化後の特性における最大電力点に素早く接近することができる。こうして、常に高速に、最大電力点を捉えることができる。 In the maximum power point tracking control method as described above, the switching timing of the coarse adjustment / fine adjustment can be determined only by whether or not the voltage change exceeds the threshold value. That is, since the amount to be determined is one, it is hardly affected by noise, and accurate determination is possible. Therefore, switching can be performed in a timely manner. In addition, if the amount of solar radiation is constant, the voltage change does not exceed the threshold when entering fine adjustment, but if the threshold is exceeded again due to change in the amount of solar radiation, the adjustment returns to rough adjustment and the characteristic after the change in solar radiation is reached. The maximum power point can be approached quickly. In this way, the maximum power point can always be captured at high speed.
(5)一方、本発明は、太陽光発電パネルの出力に基づいて、現時点での最大電力を引き出す最大電力点追従制御装置であって、前記太陽光発電パネルに接続された電力変換器と、前記電力変換器を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記電力変換器への入力電圧を変化させるステップ幅の大小により粗調整及び微調整が可能であって、粗調整で最大電力点に接近し、前記入力電圧の変化に対する電流の変化が閾値を超えると微調整で前記最大電力点を捉え、微調整で前記閾値を超えると粗調整に戻るように構成されているものである。 (5) On the other hand, the present invention is a maximum power point tracking control device that draws the current maximum power based on the output of the photovoltaic power generation panel, and a power converter connected to the photovoltaic power generation panel; A control unit for controlling the power converter, the control unit is capable of coarse adjustment and fine adjustment according to the step width for changing the input voltage to the power converter, The maximum power point is captured by fine adjustment when the current change with respect to the change in the input voltage exceeds a threshold value, and the coarse adjustment is returned when the threshold value is exceeded by fine adjustment. .
上記のように構成された最大電力点追従制御装置では、粗調整/微調整の切替タイミングを、電流の変化が閾値を超えるか否かのみによって判定することができる。すなわち、判定対象となる量が1つであるため、ノイズに影響されにくく、正確な判定が可能となる。従って、適時に、切替を行うことができる。また、日射量が一定であれば微調整に入ると電流の変化は閾値を超えない状態となるが、日射量の変化により再び閾値を超えれば、粗調整に戻って日射量変化後の特性における最大電力点に素早く接近することができる。こうして、常に高速に、最大電力点を捉えることができる。 In the maximum power point tracking control device configured as described above, it is possible to determine the timing of switching between coarse adjustment / fine adjustment only based on whether or not the change in current exceeds a threshold value. That is, since the amount to be determined is one, it is hardly affected by noise, and accurate determination is possible. Therefore, switching can be performed in a timely manner. In addition, if the amount of solar radiation is constant, the change in current will not exceed the threshold when fine adjustment is entered, but if the threshold is exceeded again due to a change in the amount of solar radiation, the adjustment will return to rough adjustment and The maximum power point can be approached quickly. In this way, the maximum power point can always be captured at high speed.
(6)また、本発明の太陽光発電システムは、太陽光発電パネルと、上記(5)の最大電力点追従装置とを備えたものである。
このような太陽光発電システムは、最大電力点追従性能に優れるので、発電効率が向上する。
(6) Moreover, the solar power generation system of this invention is equipped with a solar power generation panel and the maximum power point tracking apparatus of said (5).
Since such a solar power generation system is excellent in maximum power point tracking performance, power generation efficiency is improved.
(7)また、本発明は、太陽光発電パネルに接続された電力変換器を制御部によって制御することにより、現時点での最大電力を引き出す最大電力点追従制御方法であって、前記制御部は、前記電力変換器への入力電圧を変化させるステップ幅の大小により粗調整及び微調整が可能であって、粗調整で最大電力点に接近し、前記入力電圧の変化に対する電流の変化が閾値を超えると微調整で前記最大電力点を捉え、その一方、微調整で前記閾値を超えると粗調整に戻る、というものである。 (7) Moreover, this invention is the maximum electric power point tracking control method which draws out the maximum electric power at this time by controlling the power converter connected to the photovoltaic power generation panel by a control part, Comprising: The said control part is , Coarse adjustment and fine adjustment are possible depending on the step width to change the input voltage to the power converter, the coarse adjustment makes it approach the maximum power point, and the change of the current with respect to the change of the input voltage sets the threshold value. When it exceeds, the maximum power point is captured by fine adjustment, and when it exceeds the threshold value by fine adjustment, it returns to coarse adjustment.
上記(7)のような最大電力点追従制御方法では、粗調整/微調整の切替タイミングを、電流の変化が閾値を超えるか否かのみによって判定することができる。すなわち、判定対象となる量が1つであるため、ノイズに影響されにくく、正確な判定が可能となる。従って、適時に、切替を行うことができる。また、日射量が一定であれば微調整に入ると電流の変化は閾値を超えない状態となるが、日射量の変化により再び閾値を超えれば、粗調整に戻って日射量変化後の特性における最大電力点に素早く接近することができる。こうして、常に高速に、最大電力点を捉えることができる。 In the maximum power point tracking control method as described in (7) above, the switching timing of the coarse adjustment / fine adjustment can be determined only by whether or not the change in current exceeds the threshold value. That is, since the amount to be determined is one, it is hardly affected by noise, and accurate determination is possible. Therefore, switching can be performed in a timely manner. In addition, if the amount of solar radiation is constant, the change in current will not exceed the threshold when fine adjustment is entered, but if the threshold is exceeded again due to a change in the amount of solar radiation, the adjustment will return to rough adjustment and The maximum power point can be approached quickly. In this way, the maximum power point can always be captured at high speed.
本発明の最大電力点追従制御装置及び最大電力点追従制御方法によれば、ノイズの影響を受けにくく、日射量が変化しても迅速に最大電力点を捉えるMPPT制御を実現することができる。また、このような最大電力点追従制御装置を太陽光発電システムに備えれば、発電効率の向上に寄与する。 According to the maximum power point tracking control device and the maximum power point tracking control method of the present invention, it is possible to realize MPPT control that is less susceptible to noise and that quickly captures the maximum power point even when the amount of solar radiation changes. Moreover, if such a maximum power point tracking control apparatus is provided in a solar power generation system, it contributes to the improvement of power generation efficiency.
図1は、本発明の一実施形態に係る最大電力点追従制御装置10を含む、太陽光発電システム100の接続図である。図において、太陽光発電システム100は、太陽光発電パネル1から、電力変換器としてのDC/DCコンバータ2及び直流から交流への変換を行うインバータ3を介して、負荷4に電力を供給することができる。
FIG. 1 is a connection diagram of a photovoltaic
DC/DCコンバータ2及びインバータ3のスイッチング制御は、制御部5により行われる。太陽光発電パネル1の出力する電圧、すなわち、DC/DCコンバータ2への入力電圧は、電圧の情報として制御部5に入力される。また、太陽光発電パネル1の出力する電流、すなわち、DC/DCコンバータ2への入力電流は、電流センサ6によって検知され、電流の情報として制御部5に入力される。
Switching control of the DC /
《電流制御によるMPPT制御》
図2は、制御部5により実行されるMPPT制御の動作(最大電力点追従制御方法でもある。)を示すフローチャートである。まず、制御部5は、入力されている電圧と電流とに基づいて現時点の電力Pを算出し(ステップS1)、カウンタ加算を行う(ステップS2)。このカウンタは、後で平均をとるために求めた電力Pの個数をカウントしている。次に、制御部5は、カウンタのカウント値が所定値であるか否かを判定する(ステップS3)。ここで、例えば所定値であるとすると、制御部5は、所定値の個数の電力Pについて、それらの平均値Pave(Ii)を求める(ステップS4)。
<< MPPT control by current control >>
FIG. 2 is a flowchart showing an MPPT control operation (also a maximum power point tracking control method) executed by the
次に、制御部5は、平均値Pave(Ii)が、これまでに記憶している最大値Pmaxより大きいか否かの判定を行う(ステップS5)。ここで、例えば平均値Pave(Ii)が、最大値Pmaxより大きいとすると、最大値Pmaxを、最新の平均値Pave(Ii)に更新する(ステップS6)。続いて制御部5は、フラグ(Flag_on)が0であるか否かをチェックする(ステップS7)。このフラグとは、方向の履歴を見るためのもので、0であれば直前の電流は増加方向であり、0でなければ直前の電流は減少方向である。そこで、0であれば、制御部5は、次の電流Ii+1をステップ幅dIで加算処理する(ステップS15)。また、0でなければ、制御部5は、次の電流Ii+1をステップ幅dIで減算処理する(ステップS8)。ステップ幅dIの値は大小2種類あり、大きな値のときは粗調整、小さな値のときは微調整となる。
Next, the
一方、ステップS5において、平均値Pave(Ii)が、最大値Pmax以下であるとすると、最大値Pmaxを、直前の値(Pmax)のままとする(ステップS10)。続いて制御部5は、平均値Pave(Ii)が、Pmaxに対して明らかに小さいのか、僅かな変動程度なのかを見るために、最大値Pmaxに係数KR(例えば0.98)を乗じた値よりも平均値Pave(Ii)の方が小さいかどうかを判定する(ステップS11)。この判定結果がイエスであれば、最大電力点を通り過ぎたと解されるので、電流変化の方向反転となり(ステップS13)、ノーであれば方向維持(ステップS12)となる。続いて制御部5は、フラグ(Flag_on)が0であるか否かをチェックする(ステップS14)。0であれば、制御部5は、次の電流Ii+1をステップ幅dIで加算処理する(ステップS15)。また、0でなければ、制御部5は、次の電流Ii+1をステップ幅dIで減算処理する(ステップS8)。
On the other hand, if the average value P ave (I i ) is equal to or less than the maximum value P max in step S5, the maximum value P max is left as the previous value (P max ) (step S10). Subsequently, the
次に、制御部5は、太陽光発電パネル1の出力する電圧(PV電圧と表記)の変化量が閾値以上であるか否かを判定する(ステップS9)。ここで、閾値未満であれば、処理はステップS1に戻る。閾値以上であれば、制御部5は、変化量が閾値を大きく上回る急減のレベルであるか否かにより日射量が急減したか否かを判定する(ステップS16)。急減でなければ、制御部5は、粗調整中であるか微調整中であるかを判定する(ステップS17)。ステップ幅dIが大きな方の値であるときは粗調整中であり、このとき制御部5は、ステップ幅dIを小さい方の値とする(ステップS18)。ステップ幅dIが小さな方の値であるとき、すなわち、微調整中であるときは、制御部5は、ステップ幅dIを大きな方の値とする(ステップS19)。
Next, the
一方、ステップS9において、変化量が閾値未満であれば、処理はステップS1に戻る。また、ステップS3においてカウンタが所定値に達しないときは、ステップS9に進み、制御部5は、太陽光発電パネル1の出力する電圧の変化量が閾値以上であるか否かを判定する。ここで、閾値未満であれば、処理はステップS1に戻る。ステップS9において電圧の変化量が閾値以上であれば、上述の、ステップS16〜S19の処理が行われる。なお、ステップS16からステップS20へ行く処理については後述する。
次に、フローチャートとグラフとを対照しながら具体的に説明する。
On the other hand, if the amount of change is less than the threshold value in step S9, the process returns to step S1. When the counter does not reach the predetermined value in step S3, the process proceeds to step S9, and the
Next, a specific description will be given while comparing the flowchart and the graph.
図3は、ある一定の日射量において、太陽光発電パネル1から引き出すことができる出力を、電圧と電流との関係で示すグラフである。なお、電圧及び電流は、それぞれ、DC/DCコンバータ2に対する入力電圧及び入力電流(DC/DCコンバータ2に流れる電流)でもある。例えば、電流I1のとき電圧はV1となり、電流I2のとき電圧はV2となる。仮に最大電力点をPとすると、最大電力はVP・IPである。DC/DCコンバータ2のスイッチングを制御(PWM制御)することにより電流を0から徐々に一定のステップ幅dIで上げていくと、dIに対する電圧の変化量dVは、徐々に増していく。最初は粗調整で、dIの値は大きい方に設定する。そして、最大電力点Pにある程度近づいたと推定される位置における変化量dVthを閾値として設定する。この閾値は、主として経験値に基づくものである。そして、電圧の変化量が閾値以上になると(ステップS9)、電流のステップ幅dIを小さい方に設定し、微調整の状態とする(ステップS18)。
FIG. 3 is a graph showing the output that can be extracted from the photovoltaic
日射量が一定であれば、微調整に入ると、dIに対する電圧の変化量dVが閾値を超えなくなり、微調整の状態が維持される。そして、最大電力点を通過すると方向反転して戻り、戻りすぎるとまた方向反転するという処理を繰り返す(ステップS1〜S15)。これにより、最大電力点から離れることなく、最大電力点を行き来するように制御される。こうして、実質的に、最大電力点を捉えた状態が維持される。 If the amount of solar radiation is constant, when fine adjustment is started, the voltage change amount dV with respect to dI does not exceed the threshold value, and the fine adjustment state is maintained. Then, when the maximum power point is passed, the direction is reversed and returned, and when it is returned too much, the direction is reversed again (steps S1 to S15). Thus, control is performed so as to move back and forth between the maximum power points without leaving the maximum power point. Thus, the state where the maximum power point is captured is substantially maintained.
一方、図4は、二点鎖線で示すグラフから日射量が少し変化した場合のグラフであり、(a)は日射量が増加した場合を、(b)は日射量が減少した場合を、それぞれ示している。(a)において、二点鎖線上の電流I2、電圧V2の位置から実線で示す特性に変わると、電流I2、電圧Vxの位置となり、電圧の変化量(Vx−V2)が閾値以上になる。従って、MPPT制御は、微調整から粗調整に変わる(ステップS9,S17,S19)。こうして、新たな特性上で、粗調整によって高速に最大電力点に近づく。そして、再び電圧の変化量が閾値以上になると、MPPT制御は、微調整に変わる(ステップS9,S17,S18)。 On the other hand, FIG. 4 is a graph when the amount of solar radiation changes slightly from the graph shown by a dashed-two dotted line, (a) shows the case where the amount of solar radiation increases, (b) shows the case where the amount of solar radiation decreases, respectively. Show. In (a), when the position of the current I 2 and voltage V 2 on the two-dot chain line changes to the characteristic indicated by the solid line, the position of the current I 2 and voltage V x is obtained, and the amount of voltage change (V x −V 2 ). Exceeds the threshold. Accordingly, the MPPT control is changed from fine adjustment to rough adjustment (steps S9, S17, S19). Thus, on the new characteristics, the maximum power point is approached at high speed by coarse adjustment. When the amount of change in voltage again becomes equal to or greater than the threshold, the MPPT control is changed to fine adjustment (steps S9, S17, S18).
図4の(b)の場合には、二点鎖線上の電流I2、電圧V2の位置から実線で示す特性に変わると、電流I2、電圧Vyの位置となり、電圧の変化量(V2−Vy)が閾値以上になる。従って、MPPT制御は、微調整から粗調整に変わる(ステップS9,S17,S19)。こうして、新たな特性上で、粗調整によって高速に最大電力点に近づく。そして、再び電圧の変化量が閾値以上になると、MPPT制御は、微調整に変わる(ステップS9,S17,S18)。 In the case of FIG. 4B, when the current I 2 and the voltage V 2 on the two-dot chain line change from the position indicated by the solid line, the current I 2 and the voltage V y become positions, and the voltage change amount ( V 2 -V y) becomes equal to or higher than the threshold. Accordingly, the MPPT control is changed from fine adjustment to rough adjustment (steps S9, S17, S19). Thus, on the new characteristics, the maximum power point is approached at high speed by coarse adjustment. Then, when the amount of change in voltage becomes equal to or greater than the threshold value again, the MPPT control changes to fine adjustment (steps S9, S17, S18).
以上のように、上記の最大電力点追従制御装置(又は制御方法)では、粗調整/微調整の切替タイミングを、電圧の変化が閾値を超えるか否かのみによって判定することができる。すなわち、判定対象となる量が1つであるため、ノイズに影響されにくく、正確な判定が可能となる。従って、適時に、切替を行うことができる。 As described above, in the maximum power point tracking control device (or control method) described above, the switching timing of the coarse adjustment / fine adjustment can be determined only by whether or not the voltage change exceeds the threshold value. That is, since the amount to be determined is one, it is hardly affected by noise, and accurate determination is possible. Therefore, switching can be performed in a timely manner.
また、日射量が一定であれば、MPPT制御が微調整に入ると電圧の変化は閾値を超えない状態となるが、日射量の変化により再び閾値を超えれば、MPPT制御は粗調整に戻って日射量変化後の特性における最大電力点に素早く接近することができる。こうして、常に高速に、最大電力点を捉えることができる。
また、このような最大電力点追従装置10を搭載した太陽光発電システム100は、最大電力点追従性能に優れるので、発電効率が向上する。
In addition, if the amount of solar radiation is constant, the voltage change does not exceed the threshold when the MPPT control enters fine adjustment, but if the threshold is exceeded again due to the change in the amount of solar radiation, the MPPT control returns to the coarse adjustment. It is possible to quickly approach the maximum power point in the characteristics after the change in solar radiation. In this way, the maximum power point can always be captured at high speed.
Moreover, since the solar
図5は、日射量が急激に減少した場合のグラフである。図において、直前の位置が例えば電流I2,電圧V2で、ほぼ最大電力点であったとすると、日射量の急減により、新たなグラフ上では電流I2に対応する電圧の値が存在せず、電圧は0になる。そこで、このように、日射量が急激に減少することによって、現時点の電流に、特性上で対応する電圧が所定値以下(例えば0)となった場合は、前回の最大電力点における電圧を目標値として電圧制御を行い(ステップS20)、その電圧に対応する電流Izから最大電力点に接近するよう電流制御を行う。 FIG. 5 is a graph when the amount of solar radiation decreases rapidly. In the figure, if the immediately preceding position is, for example, the current I 2 and the voltage V 2 and is almost the maximum power point, the voltage value corresponding to the current I 2 does not exist on the new graph due to the sudden decrease in the amount of solar radiation. The voltage becomes zero. Thus, when the amount of solar radiation decreases rapidly and the voltage corresponding to the current current falls below a predetermined value (for example, 0), the voltage at the previous maximum power point is targeted. Voltage control is performed as a value (step S20), and current control is performed so as to approach the maximum power point from the current Iz corresponding to the voltage.
日射量が急激に減少した場合、仮に、一からMPPT制御のやり直しをするとなると、最大電力点への到達に時間がかかってしまう。しかし、このように前回の最大電力点の電圧になるよう電圧制御し、それに対応する電流から最大電力点に接近すれば、日射量が急激に減少した場合でも、より迅速に、最大電力点を捉えることができる。 When the amount of solar radiation decreases rapidly, if the MPPT control is restarted from the beginning, it takes time to reach the maximum power point. However, if the voltage is controlled so that it becomes the voltage at the previous maximum power point and the current corresponding to it is approached to the maximum power point, the maximum power point can be set more quickly even if the amount of solar radiation decreases rapidly. Can be caught.
《電圧制御によるMPPT制御》
次に、上記とは別の、電圧制御によるMPPT制御について、図6及び図7を参照して説明する。
図6は、制御部5により実行されるMPPT制御の動作(最大電力点追従制御方法でもある。)を示すフローチャートである。まず、制御部5は、入力されている電圧と電流とに基づいて現時点の電力Pを算出し(ステップS1)、カウンタ加算を行う(ステップS2)。このカウンタは、後で平均をとるために求めた電力Pの個数をカウントしている。次に、制御部5は、カウンタのカウント値が所定値であるか否かを判定する(ステップS3)。ここで、例えば所定値であるとすると、制御部5は、所定値の個数の電力Pについて、それらの平均値Pave(Vi)を求める(ステップS4)。
<< MPPT control by voltage control >>
Next, MPPT control by voltage control, which is different from the above, will be described with reference to FIGS.
FIG. 6 is a flowchart showing an MPPT control operation (also a maximum power point tracking control method) executed by the
次に、制御部5は、平均値Pave(Vi)が、これまでに記憶している最大値Pmaxより大きいか否かの判定を行う(ステップS5)。ここで、例えば平均値Pave(Vi)が、最大値Pmaxより大きいとすると、最大値Pmaxを、最新の平均値Pave(Vi)に更新する(ステップS6)。続いて制御部5は、フラグ(Flag_on)が0であるか否かをチェックする(ステップS7)。このフラグとは、方向の履歴を見るためのもので、0であれば直前の電圧は増加方向であり、0でなければ直前の電圧は減少方向である。そこで、0であれば、制御部5は、次の電圧Vi+1をステップ幅dVで加算処理する(ステップS15)。また、0でなければ、制御部5は、次の電圧Vi+1をステップ幅dVで減算処理する(ステップS8)。ステップ幅dVの値は大小2種類あり、大きな値のときは粗調整、小さな値のときは微調整となる。
Next, the
一方、ステップS5において、平均値Pave(Vi)が、最大値Pmax以下であるとすると、最大値Pmaxを、直前の値(Pmax)のままとする(ステップS10)。続いて制御部5は、平均値Pave(Vi)が、Pmaxに対して明らかに小さいのか、僅かな変動程度なのかを見るために、最大値Pmaxに係数KR(例えば0.98)を乗じた値よりも平均値Pave(Vi)の方が小さいかどうかを判定する(ステップS11)。この判定結果がイエスであれば、最大電力点を通り過ぎたと解されるので、電圧変化の方向反転となり(ステップS13)、ノーであれば方向維持(ステップS12)となる。続いて制御部5は、フラグ(Flag_on)が0であるか否かをチェックする(ステップS14)。0であれば、制御部5は、次の電圧Vi+1をステップ幅dVで加算処理する(ステップS15)。また、0でなければ、制御部5は、次の電圧Vi+1をステップ幅dVで減算処理する(ステップS8)。
On the other hand, if the average value P ave (V i ) is equal to or less than the maximum value P max in step S5, the maximum value P max is left as the previous value (P max ) (step S10). Subsequently, the
次に、制御部5は、太陽光発電パネル1の出力する電流の変化量が閾値以上であるか否かを判定する(ステップS9)。ここで、閾値未満であれば、処理はステップS1に戻る。閾値以上であれば、制御部5は、粗調整中であるか微調整中であるかを判定する(ステップS17)。ステップ幅dVが大きな方の値であるときは粗調整中であり、このとき制御部5は、ステップ幅dVを小さい方の値とする(ステップS18)。ステップ幅dVが小さな方の値であるとき、すなわち、微調整中であるときは、制御部5は、ステップ幅dVを大きな方の値とする(ステップS19)。
Next, the
一方、ステップS9において、変化量が閾値未満であれば、処理はステップS1に戻る。また、ステップS3においてカウンタが所定値に達しないときは、ステップS9に進み、制御部5は、太陽光発電パネル1の出力する電流の変化量が閾値以上であるか否かを判定する。ここで、閾値未満であれば、処理はステップS1に戻る。ステップS9において電流の変化量が閾値以上であれば、上述の、ステップS17〜S19の処理が行われる。
次に、フローチャートとグラフとを対照しながら具体的に説明する。
On the other hand, if the amount of change is less than the threshold value in step S9, the process returns to step S1. When the counter does not reach the predetermined value in step S3, the process proceeds to step S9, and the
Next, a specific description will be given while comparing the flowchart and the graph.
図3(電流制御の場合と同じ図)は、ある一定の日射量において、太陽光発電パネル1から引き出すことができる出力を、電圧と電流との関係で示すグラフである。なお、電圧及び電流は、それぞれ、DC/DCコンバータ2に対する入力電圧及び入力電流(DC/DCコンバータ2に流れる電流)でもある。例えば、電圧V1のとき電流はI1となり、電圧V2のとき電流はI2となる。仮に最大電力点をPとすると、最大電力はVP・IPである。DC/DCコンバータ2のスイッチングを制御(PWM制御)することにより電圧を0から徐々に一定のステップ幅dVで上げていくと、dVに対する電流の変化量dIは、徐々に増していく。最初は粗調整で、dVの値は大きい方に設定する。そして、最大電力点Pにある程度近づいたと推定される位置における変化量dIthを閾値として設定する。この閾値は、主として経験値に基づくものである。そして、電流の変化量が閾値以上になると(ステップS9)、電圧のステップ幅dVを小さい方に設定し、微調整の状態とする(ステップS18)。
FIG. 3 (the same diagram as in the case of current control) is a graph showing the output that can be extracted from the photovoltaic
日射量が一定であれば、微調整に入ると、dVに対する電流の変化量dIが閾値を超えなくなり、微調整の状態が維持される。そして、最大電力点を通過すると方向反転して戻り、戻りすぎるとまた方向反転するという処理を繰り返す(ステップS1〜S15)。これにより、最大電力点から離れることなく、最大電力点を行き来するように制御される。こうして、実質的に、最大電力点を捉えた状態が維持される。 If the amount of solar radiation is constant, when the fine adjustment is started, the current change amount dI with respect to dV does not exceed the threshold value, and the fine adjustment state is maintained. Then, when the maximum power point is passed, the direction is reversed and returned, and when it is returned too much, the direction is reversed again (steps S1 to S15). Thus, control is performed so as to move back and forth between the maximum power points without leaving the maximum power point. Thus, the state where the maximum power point is captured is substantially maintained.
一方、図7は、二点鎖線で示すグラフから日射量が少し変化した場合のグラフであり、(a)は日射量が増加した場合を、(b)は日射量が減少した場合を、それぞれ示している。(a)において、二点鎖線上の電圧V2、電流I2の位置から実線で示す特性に変わると、電圧V2、電流Ixの位置となり、電流の変化量(Ix−I2)が閾値以上になる。従って、MPPT制御は、微調整から粗調整に変わる(ステップS9,S17,S19)。こうして、新たな特性上で、粗調整によって高速に最大電力点に近づく。そして、再び電流の変化量が閾値以上になると、MPPT制御は、微調整に変わる(ステップS9,S17,S18)。 On the other hand, FIG. 7 is a graph when the amount of solar radiation slightly changes from the graph indicated by the two-dot chain line, (a) shows a case where the amount of solar radiation increases, and (b) shows a case where the amount of solar radiation decreases, Show. In (a), when the position of the voltage V 2 and current I 2 on the two-dot chain line changes to the characteristic indicated by the solid line, the position of the voltage V 2 and current I x is obtained, and the amount of change in current (I x −I 2 ). Becomes greater than or equal to the threshold. Accordingly, the MPPT control is changed from fine adjustment to rough adjustment (steps S9, S17, S19). Thus, on the new characteristics, the maximum power point is approached at high speed by coarse adjustment. Then, when the amount of change in current again becomes equal to or greater than the threshold value, the MPPT control is changed to fine adjustment (steps S9, S17, S18).
図7の(b)の場合には、二点鎖線上の電圧V2、電流I2の位置から実線で示す特性に変わると、電圧V2、電流Iyの位置となり、電流の変化量(I2−Iy)が閾値以上になる。従って、MPPT制御は、微調整から粗調整に変わる(ステップS9,S17,S19)。こうして、新たな特性上で、粗調整によって高速に最大電力点に近づく。そして、再び電圧の変化量が閾値以上になると、MPPT制御は、微調整に変わる(ステップS9,S17,S18)。 In the case of FIG. 7B, when the position of the voltage V 2 and current I 2 on the two-dot chain line changes to the characteristic indicated by the solid line, the position of the voltage V 2 and current I y is obtained, and the amount of change in current ( I 2 −I y ) is greater than or equal to the threshold value. Accordingly, the MPPT control is changed from fine adjustment to rough adjustment (steps S9, S17, S19). Thus, on the new characteristics, the maximum power point is approached at high speed by coarse adjustment. Then, when the amount of change in voltage becomes equal to or greater than the threshold value again, the MPPT control changes to fine adjustment (steps S9, S17, S18).
以上のように、上記の最大電力点追従制御装置(又は制御方法)では、粗調整/微調整の切替タイミングを、電流の変化が閾値を超えるか否かのみによって判定することができる。すなわち、判定対象となる量が1つであるため、ノイズに影響されにくく、正確な判定が可能となる。従って、適時に、切替を行うことができる。 As described above, in the maximum power point tracking control device (or control method) described above, the switching timing of the coarse adjustment / fine adjustment can be determined only by whether or not the change in current exceeds the threshold value. That is, since the amount to be determined is one, it is hardly affected by noise, and accurate determination is possible. Therefore, switching can be performed in a timely manner.
また、日射量が一定であれば、MPPT制御が微調整に入ると電流の変化は閾値を超えない状態となるが、日射量の変化により再び閾値を超えれば、MPPT制御は粗調整に戻って日射量変化後の特性における最大電力点に素早く接近することができる。こうして、常に高速に、最大電力点を捉えることができる。
また、このような最大電力点追従装置10を搭載した太陽光発電システム100は、最大電力点追従性能に優れるので、発電効率が向上する。
In addition, if the amount of solar radiation is constant, the change in the current does not exceed the threshold when the MPPT control enters fine adjustment, but if the threshold is exceeded again due to the change in the amount of solar radiation, the MPPT control returns to the coarse adjustment. It is possible to quickly approach the maximum power point in the characteristics after the change in solar radiation. In this way, the maximum power point can always be captured at high speed.
Moreover, since the solar
なお、上記のような電圧制御によれば、日射量が急激に減少したとき(図5参照。)、電流の変化量より電圧の変化量は小さいため、電圧軸で見て最大電力点から離れる量が、電流軸で見て最大電力点から離れる量よりも少ない。従って、最大電力点への再接近の速度を、電流制御の場合よりも速くすることができる。 According to the voltage control as described above, when the amount of solar radiation decreases abruptly (see FIG. 5), the amount of change in voltage is smaller than the amount of change in current. The amount is less than the amount away from the maximum power point on the current axis. Therefore, the speed of reapproach to the maximum power point can be made faster than in the case of current control.
なお、上記実施形態において、図1における制御部5は、DC/DCコンバータ2とは別の独立した存在であるが、見かけ上の形態としては、DC/DCコンバータ2と一体化することも可能である。また、図1では、制御部5がインバータ3の制御も行う例を示したが、インバータ制御には別途、専用の制御部を設けてもよい。
In the above embodiment, the
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 太陽光発電パネル
2 DC/DCコンバータ
5 制御部
10 最大電力点追従装置
100 太陽光発電システム
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記太陽光発電パネルに接続された電力変換器と、
前記電力変換器を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記電力変換器に流れる電流を変化させるステップ幅の大小により粗調整及び微調整が可能であって、粗調整で最大電力点に接近し、前記電流の変化に対する電圧の変化が閾値を超えると微調整で前記最大電力点を捉え、微調整で前記閾値を超えると粗調整に戻る、最大電力点追従制御装置。 It is a maximum power point tracking control device that draws the current maximum power based on the output of the photovoltaic panel,
A power converter connected to the photovoltaic panel;
A control unit for controlling the power converter,
The control unit is capable of coarse and fine adjustments depending on the step width for changing the current flowing through the power converter. A maximum power point tracking control device that captures the maximum power point by fine adjustment when a threshold value is exceeded and returns to coarse adjustment when the threshold value is exceeded by fine adjustment.
前記制御部は、前記電力変換器に流れる電流を変化させるステップ幅の大小により粗調整及び微調整が可能であって、粗調整で最大電力点に接近し、
前記電流の変化に対する電圧の変化が閾値を超えると微調整で前記最大電力点を捉え、その一方、微調整で前記閾値を超えると粗調整に戻る、
最大電力点追従制御方法。 By controlling the power converter connected to the photovoltaic power generation panel by the control unit, it is a maximum power point tracking control method for extracting the current maximum power,
The control unit is capable of coarse and fine adjustment by the magnitude of the step width to change the current flowing through the power converter, approaching the maximum power point by coarse adjustment,
When the change in voltage with respect to the change in current exceeds a threshold, the maximum power point is captured by fine adjustment, and on the other hand, when the threshold is exceeded by fine adjustment, the adjustment returns to rough adjustment.
Maximum power point tracking control method.
前記太陽光発電パネルに接続された電力変換器と、
前記電力変換器を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記電力変換器への入力電圧を変化させるステップ幅の大小により粗調整及び微調整が可能であって、粗調整で最大電力点に接近し、前記入力電圧の変化に対する電流の変化が閾値を超えると微調整で前記最大電力点を捉え、微調整で前記閾値を超えると粗調整に戻る、最大電力点追従制御装置。 It is a maximum power point tracking control device that draws the current maximum power based on the output of the photovoltaic panel,
A power converter connected to the photovoltaic panel;
A control unit for controlling the power converter,
The control unit is capable of coarse and fine adjustment according to the step width for changing the input voltage to the power converter, and approaches the maximum power point by the coarse adjustment, and the current for the change in the input voltage is adjusted. A maximum power point tracking control device that captures the maximum power point by fine adjustment when the change exceeds a threshold value, and returns to coarse adjustment when the threshold value is exceeded by fine adjustment.
前記制御部は、前記電力変換器への入力電圧を変化させるステップ幅の大小により粗調整及び微調整が可能であって、粗調整で最大電力点に接近し、
前記入力電圧の変化に対する電流の変化が閾値を超えると微調整で前記最大電力点を捉え、その一方、微調整で前記閾値を超えると粗調整に戻る、
最大電力点追従制御方法。 By controlling the power converter connected to the photovoltaic power generation panel by the control unit, it is a maximum power point tracking control method for extracting the current maximum power,
The control unit is capable of coarse adjustment and fine adjustment by the magnitude of the step width for changing the input voltage to the power converter, approaching the maximum power point by coarse adjustment,
When the change in current with respect to the change in the input voltage exceeds a threshold value, the maximum power point is captured by fine adjustment, and on the other hand, when the threshold value is exceeded by fine adjustment, the coarse adjustment is returned.
Maximum power point tracking control method.
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