JP6271638B2 - Power conditioner and control method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、ＤＣ／ＤＣコンバータを複数有するパワーコンディショナ、及び該パワーコンディショナの制御方法に関する。 The present invention relates to a power conditioner having a plurality of DC / DC converters, and a method for controlling the power conditioner.
従来、電力系統に連系する太陽光発電システムにおいて、電力系統に停電が発生した際に連系を解除して太陽光発電の自立運転を行うものがある。例えば、特許文献１では、電力系統の停電発生時に、負荷に対して無停電状態で電流制御モードから電圧制御モードへ切り替えるインバータが提案されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is a solar power generation system that is connected to an electric power system, which performs independent operation of solar power generation by releasing the connection when a power failure occurs in the electric power system. For example, Patent Document 1 proposes an inverter that switches from a current control mode to a voltage control mode in an uninterruptible state with respect to a load when a power failure occurs in a power system.
近年太陽電池の設置は、屋根の形状や面積に応じて直列接続するモジュール数が異なる複数のストリングで構成するマルチストリング形式が主流となりつつある。特許文献１に記載の技術は単独のストリングに対しては他の選択肢もなく有効である。しかし、マルチストリングの構成において自立運転時に全てのストリングを同じ電圧制御モードで制御することは、負荷に応じた電圧制御で最大電力点を超えてしまうことにつながり、複数ストリングによる発電電力を最大限に利用することは困難となる。 In recent years, the installation of solar cells has become a mainstream multi-string format composed of a plurality of strings with different numbers of modules connected in series according to the shape and area of the roof. The technique described in Patent Document 1 is effective without any other option for a single string. However, in a multi-string configuration, controlling all strings in the same voltage control mode during independent operation leads to exceeding the maximum power point by voltage control according to the load, and maximizing the power generated by multiple strings. It becomes difficult to use it.
かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、複数のストリングの中で負荷の消費電力に応じてＭＰＰＴ（最大電力点追従：Maximum Power Point Tracking）制御と電圧制御のモードを混在させて用いることで、発電電力を効率良く、且つ安定して利用することが可能なパワーコンディショナ及びその制御方法を提供することにある。 The object of the present invention made in view of such circumstances is to use a mixture of MPPT (Maximum Power Point Tracking) control and voltage control mode in accordance with the power consumption of the load among a plurality of strings. Then, it is providing the power conditioner which can utilize generated electric power efficiently and stably, and its control method.
上記課題を解決するため、本発明に係るパワーコンディショナは、
直流入力電源の電圧変換を行う複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、該複数のＤＣ／ＤＣコンバータに接続される電力変換器とを備えるパワーコンディショナであって、
前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータは、電力系統から解列して独自に電力供給可能とする自立運転時において、前記電力変換器の入力電圧の変動に応じて、当該複数のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を目標電圧に制御する中間リンク電圧一定モードと、前記直流入力電源の出力電力が最大になるように制御するＭＰＰＴモードとを個別に切り替え、
前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータのいずれかが前記ＭＰＰＴモードである場合は、他のＤＣ／ＤＣコンバータのうち一つ以上が前記中間リンク電圧一定モードで動作し、
前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータの制御部は、前記切り替え前後で前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧である前記直流入力電源の動作電圧が連続するように制御することを特徴とする。
In order to solve the above problems, a power conditioner according to the present invention is:
A power conditioner comprising: a plurality of DC / DC converters that perform voltage conversion of a DC input power supply; and a power converter connected to the plurality of DC / DC converters,
The plurality of DC / DC converters are separated from the power system and can independently supply power, and in response to fluctuations in the input voltage of the power converter, the outputs of the plurality of DC / DC converters The intermediate link voltage constant mode for controlling the voltage to the target voltage and the MPPT mode for controlling the output power of the DC input power source to be maximized are individually switched.
When any of the plurality of DC / DC converters is in the MPPT mode, one or more of the other DC / DC converters operate in the intermediate link voltage constant mode,
The control units of the plurality of DC / DC converters control the operation voltage of the DC input power source, which is the input voltage of the DC / DC converter, before and after the switching to be continuous.
さらに、本発明に係るパワーコンディショナにおいて、
前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータは、前記電力変換器の入力電圧が第１の閾値未満になった場合は前記ＭＰＰＴモードの制御に切り替え、前記電力変換器の入力電圧が第２の閾値以上になった場合は前記中間リンク電圧一定モードの制御に切り替えることを特徴とする。
Furthermore, in the power conditioner according to the present invention,
The plurality of DC / DC converters switch to the MPPT mode control when the input voltage of the power converter becomes less than a first threshold value, and the input voltage of the power converter becomes equal to or higher than a second threshold value. In this case, the control is switched to the intermediate link voltage constant mode control.
さらに、本発明に係るパワーコンディショナにおいて、
前記第１の閾値は、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータ間で異なることを特徴とする。
Furthermore, in the power conditioner according to the present invention,
The first threshold value is different among the plurality of DC / DC converters.
さらに、本発明に係るパワーコンディショナにおいて、
前記第１の閾値は、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータ間で共通であり、前記電力変換器の入力電圧が前記第１の閾値未満になってから前記ＭＰＰＴモードの制御に切り替わるまでの時間が、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータ間で異なることを特徴とする。
Furthermore, in the power conditioner according to the present invention,
The first threshold value is common among the plurality of DC / DC converters, and the time from when the input voltage of the power converter becomes less than the first threshold value until switching to the control of the MPPT mode, The plurality of DC / DC converters are different.
さらに、本発明に係るパワーコンディショナにおいて、
前記中間リンク電圧一定モードにおける前記目標電圧は、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータ間で異なることを特徴とする。
Furthermore, in the power conditioner according to the present invention,
The target voltage in the intermediate link voltage constant mode is different among the plurality of DC / DC converters.
さらに、本発明に係るパワーコンディショナにおいて、
前記電力変換器は、双方向コンバータを含むことを特徴とする。
Furthermore, in the power conditioner according to the present invention,
The power converter includes a bidirectional converter.
また、上記課題を解決するため、本発明に係るパワーコンディショナの制御方法は、
直流入力電源の電圧変換を行う複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、該複数のＤＣ／ＤＣコンバータに接続される電力変換器とを備えるパワーコンディショナを制御する方法であって、
前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータにより、電力系統から解列して独自に電力供給可能とする自立運転時において、前記電力変換器の入力電圧の変動に応じて、当該複数のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を目標電圧に制御する中間リンク電圧一定モードと、前記直流入力電源の出力電力が最大になるように制御するＭＰＰＴモードとを切り替えるステップを含み、
前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータのいずれかが前記ＭＰＰＴモードである場合は、他のＤＣ／ＤＣコンバータのうち一つ以上が前記中間リンク電圧一定モードで動作し、
前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータの制御部は、前記切り替え前後で前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧である前記直流入力電源の動作電圧が連続するように制御することを特徴とする。
Further, in order to solve the above-described problem, a control method for a power conditioner according to the present invention includes:
A method for controlling a power conditioner comprising a plurality of DC / DC converters that perform voltage conversion of a DC input power supply and a power converter connected to the plurality of DC / DC converters,
The outputs of the plurality of DC / DC converters according to fluctuations in the input voltage of the power converter during the self-sustaining operation in which the plurality of DC / DC converters can be separated from the power system and independently supplied with power. Switching between an intermediate link voltage constant mode for controlling the voltage to a target voltage and an MPPT mode for controlling the output power of the DC input power supply to be maximized,
When any of the plurality of DC / DC converters is in the MPPT mode, one or more of the other DC / DC converters operate in the intermediate link voltage constant mode,
The control units of the plurality of DC / DC converters control the operation voltage of the DC input power source, which is the input voltage of the DC / DC converter, before and after the switching to be continuous.
本発明によれば、自立運転の際に負荷の消費電力に応じて、ＭＰＰＴモードで動作するＤＣ／ＤＣコンバータと電圧制御のモードで動作するＤＣ／ＤＣコンバータとを混在させて制御することで、発電電力を効率良く、且つ安定して利用することが可能となる。また、複数入力電源を有するパワーコンディショナの自立運転で、従来の制御と比較して、消費電力の大きい負荷を動かすことができる。 According to the present invention, the DC / DC converter that operates in the MPPT mode and the DC / DC converter that operates in the voltage control mode are mixed and controlled according to the power consumption of the load during the autonomous operation. The generated power can be used efficiently and stably. In addition, a self-operating power conditioner having a plurality of input power sources can move a load with higher power consumption than conventional control.
以下、本発明による一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図１は、本発明による一実施形態に係るパワーコンディショナの第１の構成例を示すブロック図である。図１に示すように、パワーコンディショナ１は、複数のＤＣ／ＤＣコンバータ１１（１１−１，１１−２，１１−３）と、中間リンクコンデンサ１２と、インバータ１３と、制御部１４と、を備える。なお、図１における出力は単相２線式であるが、出力の形式はこれに限らず例えば３相式であってもよい。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a first configuration example of a power conditioner according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the power conditioner 1 includes a plurality of DC / DC converters 11 (11-1, 11-2, 11-3), an
マルチストリング入力タイプのパワーコンディショナ１は、直流入力電源１０からの直流電力の入力部を複数有する。直流入力電源１０は、本実施形態では太陽光を直流電力に変換する複数の太陽電池モジュールを直列接続した太陽電池ストリングであるものとして説明するが、入力電源１０は太陽電池ストリングに限られず、風力発電や燃料電池等の分散型電源であってもよい。 The multi-string input type power conditioner 1 has a plurality of DC power input portions from the DC input power supply 10. In the present embodiment, the DC input power source 10 is described as a solar cell string in which a plurality of solar cell modules that convert sunlight into DC power are connected in series. However, the input power source 10 is not limited to a solar cell string, A distributed power source such as power generation or a fuel cell may be used.
各ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、接続される各太陽電池ストリング１０から入力される電圧を昇圧して一定の電圧に揃える。なお、本実施形態ではＤＣ／ＤＣコンバータ１１の数が３つの場合について説明するが、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の数は２つ以上であればよい。 Each DC / DC converter 11 boosts the voltage input from each connected solar cell string 10 to make it constant. In the present embodiment, a case where the number of DC / DC converters 11 is three will be described. However, the number of DC / DC converters 11 may be two or more.
中間リンクコンデンサ１２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１により昇圧された直流電圧を平滑化し、インバータ１３への入力電圧を安定させる。なお、各ＤＣ／ＤＣコンバータ１１内に、出力電圧を安定させるために、更に平滑化用のコンデンサを設けてもよい。
The
インバータ１３は、中間リンクコンデンサ１２により平滑化された直流電圧を交流に変換する。インバータ１３は、通常時には電力系統に連系するが、停電時等には自立運転を行い、電力系統から解列して交流入力機器１５に交流電力を供給する。図１では、自立運転時におけるパワーコンディショナ１と交流入力機器１５との接続を示している。
The
制御部１４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１及びインバータ１３のスイッチング素子のデューティ比を制御することにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１及びインバータ１３の出力を制御する。
The
図２は、本発明による一実施形態に係るパワーコンディショナの第２の構成例を示すブロック図である。図２に示すパワーコンディショナ１は、図１に示したパワーコンディショナ１と比較して、更にＤＣ／ＤＣコンバータ１６を備える。ＤＣ／ＤＣコンバータ１６は、中間リンクコンデンサ１２により平滑化された直流電圧を所定の直流電圧に変換し、自立運転時に直流入力機器１７に直流電力を供給する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１６を備えることで、直流入力機器１７に対して直接電力を供給することができる。
FIG. 2 is a block diagram showing a second configuration example of the power conditioner according to the embodiment of the present invention. The power conditioner 1 shown in FIG. 2 further includes a DC /
このように、パワーコンディショナ１は、出力側に電力変換器を備える。電力変換器は、図１に示すようにインバータ１３のみであってもよいし、図２に示すように並列接続されたインバータ１３及びＤＣ／ＤＣコンバータ１６であってもよい。また、図示していないが、電力変換器はＤＣ／ＤＣコンバータ１６のみであってもよいし、インバータ１３及びＤＣ／ＤＣコンバータ１６をそれぞれ任意の個数並列接続したものであってもよい。
Thus, the power conditioner 1 includes a power converter on the output side. The power converter may be only the
さらに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６を双方向コンバータとし、入力側として動くときは他のＤＣ／ＤＣコンバータ１１と同じ制御を適用し、出力側として動くときは別の制御を適用するようにしてもよい。具体例としては、パワーコンディショナ１の入力電源に蓄電池が含まれていた場合に、蓄電池の残量に応じて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６を入力側として制御したり、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６を蓄電池へ充電する出力側とし制御したりする。
Further, the DC /
図３は、パワーコンディショナ１におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１１の回路図の一例を示す図である。あわせて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１に対する制御を行う制御部１４も示している。図３には一般的な非絶縁型ブーストコンバータを示しているが、具体的な回路構成はこれに限定されるものではなく、入力電源から見たインピーダンスを変更可能で、各入力電力を所望の値に独立して制御できる機能を有するものであればよい。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a circuit diagram of the DC / DC converter 11 in the power conditioner 1. In addition, a
制御部１４は、入力電圧センサ１９（１９−１，１９−２，１９−３）により検出される各ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の電圧と、入力電流センサ２０（２０−１，２０−２，２０−３）により検出される各ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の入力電流と、中間リンク電圧センサ２１により検出されるインバータ１３の入力電圧（中間リンク電圧）とを監視し、これらに基づいて各ＤＣ／ＤＣコンバータ１１のスイッチング素子１８（１８−１，１８−２，１８−３）に対するＰＷＭ信号を生成する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１に対する制御の詳細については後述する。
The
図４は、パワーコンディショナ１における制御部１４の機能を示すブロック図である。図４を参照して制御部１４の動作を説明する。
FIG. 4 is a block diagram illustrating functions of the
デューティ比制御部１４１−１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−１に対するＰＷＭ信号を生成するために用いられるデューティ比を制御する。同様に、デューティ比制御部１４１−２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−２に対するＰＷＭ信号を生成するために用いられるデューティ比を制御し、デューティ比制御部１４１−３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−３に対するＰＷＭ信号を生成するために用いられるデューティ比を制御する。なお、デューティ比制御部１４１−２，１４１−３はデューティ比制御部１４１−１と同じ制御を行い、内部のブロック図はデューティ比制御部１４１−１同じであるため、図示を省略している。 The duty ratio control unit 141-1 controls the duty ratio used for generating a PWM signal for the DC / DC converter 11-1. Similarly, the duty ratio control unit 141-2 controls the duty ratio used for generating a PWM signal for the DC / DC converter 11-2, and the duty ratio control unit 141-3 is used for the DC / DC converter 11-. 3 to control the duty ratio used to generate the PWM signal. Note that the duty ratio control units 141-2 and 141-3 perform the same control as the duty ratio control unit 141-1, and the internal block diagram is the same as the duty ratio control unit 141-1, so illustration is omitted. .
制御モード判定部１４２は、電力系統に連系時には制御モードをＭＰＰＴモードに決定する。一方、制御モード判定部１４２は、自立運転時には中間リンク電圧センサ２１により検出した中間リンク電圧に応じて、制御モードをＭＰＰＴモード又は中間リンク電圧一定モードのいずれかに決定する。ここで、ＭＰＰＴモードとは、直流入力電源の出力電力が最大になるようにＭＰＰＴ制御するモードである。中間リンク電圧一定モードとは、負荷の消費電力と入力電源の発電電力とが同じになるようにＤＣ／ＤＣコンバータ１１の出力電圧を目標電圧に制御するモードである。制御モードの切り替え時は、切り替え前後で動作電圧が不連続にならないよう、直前の動作電圧を参照して滑らかに制御が切り替わるようにする。
Control
ＭＰＰＴ制御部１４３は、入力電圧センサ１９により検出した入力電圧、及び入力電流センサ２０により検出した入力電流を監視している。そして、ＭＰＰＴ制御部１４３は、制御モード判定部１４２によりＭＰＰＴモードと決定された場合に、パワーコンディショナ１への入力電力を最大限とするための動作電圧を決定する。なお、図４に示す例では入力電圧による追従を行っているが、ＭＰＰＴの具体的な方式はこれに限られるものではない。
The
中間リンク電圧一定制御部１４４は、制御モード判定部１４２により中間リンク電圧一定モードと決定された場合に、中間リンク電圧センサ２１により検出した中間リンク電圧が目標電圧となるように、動作電圧を決定する。
The intermediate link voltage
入力電圧制御部１４５は、入力電圧センサ１９により検出した入力電圧と、ＭＰＰＴ制御部１４３又は中間リンク電圧一定制御部１４４により決定された動作電圧指令値とを比較し、その差が０に等しくなるようデューティ比を変化させるフィードバック制御を行う。図４に示す例では入力電源の動作電圧を指令値とする制御を行っているが、制御部１４が中間リンク電圧によりＭＰＰＴモードと中間リンク電圧一定モードとを切り替えるように制御するものであればよい。よって、入力電源の動作電流で制御(入力電流でフィードバック制御)を行ってもよい。
The input voltage control unit 145 compares the input voltage detected by the input voltage sensor 19 with the operating voltage command value determined by the
ＰＷＭユニット１４７は、クロック生成部１４６により生成されたクロックに同期した基準波形と、入力電圧制御部１４５によって生成されたデューティ比とを比較することで、ＰＷＭ信号を生成する。そして、各ＤＣ／ＤＣコンバータ１１に対してＰＷＭ信号を出力する。
The
図５は、自立運転時のデューティ比制御部１４１の動作を示すフローチャートである。デューティ比制御部１４１は、パワーコンディショナ１の現在の動作モードを把握している。パワーコンディショナ１が中間リンク電圧一定モードで動作している場合には（ステップＳ１０１−Ｎｏ）、制御モード判定部１４２により、中間リンク電圧センサ２１により取得した中間リンク電圧が第１の閾値未満であるか否かを判定する（ステップＳ１０３）。中間リンク電圧が第１の閾値未満になるまでの間は（ステップＳ１０３−Ｎｏ）中間リンク電圧一定モードを維持する（ステップＳ１０５）。そして、中間リンク電圧一定制御部１４４により動作電圧を決定し、入力電圧制御部１４５に出力する（ステップＳ１０６）。中間リンク電圧が第１の閾値未満になると（ステップＳ１０３−Ｙｅｓ）、動作モードをＭＰＰＴモードに切り替える（ステップＳ１０４）。そして、ＭＰＰＴ制御部１４３により動作電圧を決定し、入力電圧制御部１４５に出力する（ステップＳ１０６）。
FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the duty ratio control unit 141 during the independent operation. The duty ratio control unit 141 grasps the current operation mode of the power conditioner 1. When the inverter 1 is operating in the intermediate link voltage constant mode (step S101-No), the intermediate link voltage acquired by the intermediate
一方、パワーコンディショナ１がＭＰＰＴモードで動作している場合には（ステップＳ１０１−Ｙｅｓ）、制御モード判定部１４２により、中間リンク電圧センサ２１により取得した中間リンク電圧が第２の閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。中間リンク電圧が第２の閾値以上になるまでの間は（ステップＳ１０２−Ｎｏ）ＭＰＰＴモードを維持する（ステップＳ１０４）。そして、ＭＰＰＴ制御部１４３により動作電圧を決定し、入力電圧制御部１４５に出力する（ステップＳ１０６）。中間リンク電圧が第２の閾値以上になると（ステップＳ１０２−Ｙｅｓ）、動作モードを中間リンク電圧一定モードに切り替える（ステップＳ１０５）。そして、中間リンク電圧一定制御部１４４により動作電圧を決定し、入力電圧制御部１４５に出力する（ステップＳ１０６）。
On the other hand, when the power conditioner 1 is operating in the MPPT mode (step S101—Yes), the intermediate link voltage acquired by the intermediate
図６は、１つのＤＣ／ＤＣコンバータ１１に着目した自立運転時の制御例を示す図である。図６の上部には太陽電池（入力電源）のＰＶ特性を示している。自立運転時に負荷の消費電力が４００Ｗであり、接続された直流入力電源１０の発電最大電力が４００Ｗ以上である場合、パワーコンディショナ１は中間リンク電圧一定モードで動作する。ＰＶ特性によると入力電力が４００Ｗになるときの電圧は２００Ｖであるため、中間リンク電圧一定モードにより動作電圧が２００Ｖになるように制御する。 FIG. 6 is a diagram illustrating an example of control during self-sustained operation focusing on one DC / DC converter 11. The PV characteristic of the solar cell (input power source) is shown in the upper part of FIG. When the power consumption of the load is 400 W during the self-sustained operation and the maximum generated power of the connected DC input power supply 10 is 400 W or more, the power conditioner 1 operates in the intermediate link voltage constant mode. According to the PV characteristic, since the voltage when the input power becomes 400 W is 200 V, the operation voltage is controlled to be 200 V in the intermediate link voltage constant mode.
その後、負荷の消費電力が４００Ｗから８００Ｗに増加したとする。すると、出力電力のほうが入力電力よりも大きくなるため、中間リンク電圧は減少する。制御モード判定部１４２は、中間リンク電圧を監視し、中間リンク電圧が第１の閾値未満まで減少した場合には、中間リンク電圧一定モードをＭＰＰＴモードに切り替える。ＭＰＰＴモードに切り替えることにより、直流入力電源１０から最大の電力を得ることができる。ただし、図６に示す例では、直流入力電源１０の最大電力が８００Ｗには満たないため、不足分の電力は他の直流入力電源１０が補充する。
Thereafter, it is assumed that the power consumption of the load increases from 400 W to 800 W. Then, since the output power becomes larger than the input power, the intermediate link voltage decreases. The control
続いて、負荷の消費電力が８００Ｗから４００Ｗに減少したとする。すると、入力電力のほうが出力電力よりも大きくなるため、中間リンク電圧は増加する。制御モード判定部１４２は、中間リンク電圧を監視し、中間リンク電圧が第２の閾値以上まで増加した場合には、ＭＰＰＴモードを中間リンク電圧一定モードに切り替える。
Subsequently, it is assumed that the power consumption of the load is reduced from 800 W to 400 W. Then, since the input power becomes larger than the output power, the intermediate link voltage increases. The control
中間リンク電圧一定モードからＭＰＰＴモードへの切り替えは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ごとに異なるタイミングで行うのが好適である。このため、中間リンク電圧一定モードをＭＰＰＴモードに切り替えるか否かを判定するための第１の閾値をＤＣ／ＤＣコンバータ１１ごとに異なるようにする。以下、この方法を、切り替えタイミングの第１の調整方法と称する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の第１の閾値は共通にしておき、中間リンク電圧が第１の閾値未満になってからＭＰＰＴモードの制御に切り替わるまでの時間を、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１ごとに異なるようにしてもよい。以下、この方法を、切り替えタイミングの第２の調整方法と称する。また、中間リンク電圧一定モードにおける目標電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ１１ごとに異なるようにしてもよい。以下、この方法を、切り替えタイミングの第３の調整方法と称する。 The switching from the intermediate link voltage constant mode to the MPPT mode is preferably performed at a different timing for each DC / DC converter 11. For this reason, the first threshold value for determining whether or not to switch the intermediate link voltage constant mode to the MPPT mode is made different for each DC / DC converter 11. Hereinafter, this method is referred to as a first switching timing adjustment method. Also, the first threshold value of the DC / DC converter 11 is made common, and the time from when the intermediate link voltage becomes less than the first threshold value until switching to MPPT mode control differs for each DC / DC converter 11. You may do it. Hereinafter, this method is referred to as a second switching timing adjustment method. Further, the target voltage in the intermediate link voltage constant mode may be different for each DC / DC converter 11. Hereinafter, this method is referred to as a third adjustment method of switching timing.
図７及び図８は、パワーコンディショナ１の自立運転時の制御を、切り替えタイミングの第１の調整方法により行う例を示す図である。（ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−１に対する第１の閾値）＞（ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−２に対する第１の閾値）＞（ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−３に対する第１の閾値）とすると、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−１、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−２、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−３の順に中間リンク電圧一定モードからＭＰＰＴモードに切り替わる。 7 and 8 are diagrams illustrating an example in which the control during the independent operation of the power conditioner 1 is performed by the first adjustment method of the switching timing. (First threshold for DC / DC converter 11-1)> (first threshold for DC / DC converter 11-2)> (first threshold for DC / DC converter 11-3) DC / DC The intermediate link voltage constant mode is switched to the MPPT mode in the order of the converter 11-1, the DC / DC converter 11-2, and the DC / DC converter 11-3.
図７に示す例では、最初はＤＣ／ＤＣコンバータ１１−１，１１−２，１１−３は全て中間リンク電圧一定モードで動作しており、負荷の消費電力と直流入力電源１０の発電電力とが等しくなっている。その後、負荷の消費電力が増加すると、中間リンク電圧は減少する。中間リンク電圧がＤＣ／ＤＣコンバータ１１−１の第１の閾値未満となると、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−１の動作モードは中間リンク電圧一定モードからＭＰＰＴモードに切り替わる。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−１がＭＰＰＴモードで動作することにより入力電源１０の発電電力が増加し、負荷の消費電力まで発電可能となると、中間リンク電圧は増加し、やがて一定値となる。 In the example shown in FIG. 7, the DC / DC converters 11-1, 11-2, and 11-3 are all initially operating in the intermediate link voltage constant mode, and the power consumption of the load and the generated power of the DC input power supply 10 are Are equal. Thereafter, as the power consumption of the load increases, the intermediate link voltage decreases. When the intermediate link voltage becomes less than the first threshold value of the DC / DC converter 11-1, the operation mode of the DC / DC converter 11-1 is switched from the intermediate link voltage constant mode to the MPPT mode. When the DC / DC converter 11-1 operates in the MPPT mode, the generated power of the input power supply 10 increases and the power consumption of the load can be generated. The intermediate link voltage increases and eventually becomes a constant value.
図８に示す例も、図７と同様に、（ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−１に対する第１の閾値）＞（ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−２に対する第１の閾値）＞（ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−３に対する第１の閾値）とし、最初はＤＣ／ＤＣコンバータ１１−１，１１−２，１１−３は全て中間リンク電圧一定モードで動作しており、負荷の消費電力と直流入力電源１０の発電電力とが等しくなっている。その後、負荷の消費電力が増加すると、中間リンク電圧は減少する。図８に示す例では、図７に示した例よりも負荷の消費電力の増加量が大きいものとする。 In the example shown in FIG. 8, as in FIG. 7, (first threshold for DC / DC converter 11-1)> (first threshold for DC / DC converter 11-2)> (DC / DC converter 11- First, the DC / DC converters 11-1, 11-2, and 11-3 are all operated in the intermediate link voltage constant mode, and the power consumption of the load and the power generation of the DC input power source 10 are The power is equal. Thereafter, as the power consumption of the load increases, the intermediate link voltage decreases. In the example shown in FIG. 8, it is assumed that the amount of increase in power consumption of the load is larger than that in the example shown in FIG.
中間リンク電圧がＤＣ／ＤＣコンバータ１１−１の第１の閾値未満となると、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−１の動作モードは中間リンク電圧一定モードからＭＰＰＴモードに切り替わる。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−１がＭＰＰＴモードで動作することにより直流入力電源１０の発電電力が増加しても、負荷の消費電力まで発電可能とならない場合には、図８に示すように中間リンク電圧はさらに減少する。中間リンク電圧がＤＣ／ＤＣコンバータ１１−２の第１の閾値未満となると、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−２の動作モードも中間リンク電圧一定モードからＭＰＰＴモードに切り替わる。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−１及びＤＣ／ＤＣコンバータ１１−２がＭＰＰＴモードで動作することにより直流入力電源１０が負荷の消費電力まで発電可能となると、中間リンク電圧は増加し、やがて一定値となる。 When the intermediate link voltage becomes less than the first threshold value of the DC / DC converter 11-1, the operation mode of the DC / DC converter 11-1 is switched from the intermediate link voltage constant mode to the MPPT mode. If the DC / DC converter 11-1 operates in the MPPT mode and the generated power of the DC input power supply 10 increases, even if the power consumption of the load cannot be generated, the intermediate link voltage as shown in FIG. Decreases further. When the intermediate link voltage is less than the first threshold value of the DC / DC converter 11-2, the operation mode of the DC / DC converter 11-2 is also switched from the intermediate link voltage constant mode to the MPPT mode. When the DC / DC converter 11-1 and the DC / DC converter 11-2 operate in the MPPT mode and the DC input power supply 10 can generate power up to the power consumption of the load, the intermediate link voltage increases and eventually becomes a constant value. .
図９は、パワーコンディショナ１の自立運転時の制御を、切り替えタイミングの第２の調整方法により行う例を示す図である。図９に示す例では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の第１の閾値は共通であり、中間リンク電圧が第１の閾値未満になってからＭＰＰＴモードの制御に切り替わるまでの切替待機時間が、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−１，１１−２，１１−３の順に長くなるように設定する。 FIG. 9 is a diagram illustrating an example in which the control during the independent operation of the power conditioner 1 is performed by the second adjustment method of the switching timing. In the example illustrated in FIG. 9, the first threshold value of the DC / DC converter 11 is common, and the switching standby time from when the intermediate link voltage becomes less than the first threshold value until switching to MPPT mode control is DC / DC. The DC converters 11-1, 11-2, and 11-3 are set to be longer in the order.
図９においても、最初はＤＣ／ＤＣコンバータ１１−１，１１−２，１１−３は全て中間リンク電圧一定モードで動作しており、負荷の消費電力と直流入力電源１０の発電電力とが等しくなっている。その後、負荷の消費電力が増加すると、中間リンク電圧は減少する。中間リンク電圧がＤＣ／ＤＣコンバータ１１の第１の閾値未満となると、各ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、それぞれの所定の切替待機時間が経過するまで、中間リンク電圧一定モードを維持する。 Also in FIG. 9, DC / DC converters 11-1, 11-2, and 11-3 are all initially operating in the intermediate link voltage constant mode, and the power consumption of the load and the generated power of DC input power supply 10 are equal. It has become. Thereafter, as the power consumption of the load increases, the intermediate link voltage decreases. When the intermediate link voltage becomes less than the first threshold value of the DC / DC converter 11, each DC / DC converter 11 maintains the intermediate link voltage constant mode until the respective predetermined switching standby time elapses.
図９に示す例では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−１の所定の切替待機時間の経過後に、中間リンク電圧が第１の閾値未満であるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−１の動作モードは中間リンク電圧一定モードからＭＰＰＴモードに切り替わる。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−２の所定の切替待機時間の経過後も、中間リンク電圧が第１の閾値未満であるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−２の動作モードも中間リンク電圧一定モードからＭＰＰＴモードに切り替わる。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−１及び１１−２がＭＰＰＴモードで動作することにより直流入力電源１０が負荷の消費電力まで発電可能となると、中間リンク電圧は増加し、やがて一定値となる。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−３の所定の切替待機時間の経過後には、中間リンク電圧は第１の閾値以上になっているので、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−３の動作モードは中間リンク電圧一定モードを維持することとなる。 In the example shown in FIG. 9, since the intermediate link voltage is less than the first threshold after the elapse of a predetermined switching standby time of the DC / DC converter 11-1, the operation mode of the DC / DC converter 11-1 is the intermediate link. The mode is switched from the constant voltage mode to the MPPT mode. Since the intermediate link voltage is less than the first threshold even after the predetermined switching standby time of the DC / DC converter 11-2 has elapsed, the operation mode of the DC / DC converter 11-2 is changed from the intermediate link voltage constant mode to the MPPT mode. Switch to When the DC / DC converters 11-1 and 11-2 operate in the MPPT mode and the DC input power supply 10 can generate power up to the power consumption of the load, the intermediate link voltage increases and eventually becomes a constant value. After the elapse of the predetermined switching standby time of the DC / DC converter 11-3, the intermediate link voltage is equal to or higher than the first threshold value, so that the operation mode of the DC / DC converter 11-3 is the intermediate link voltage constant mode. Will be maintained.
パワーコンディショナ１の自立運転時の制御を、切り替えタイミングの第３の調整方法により行う例については図示していないが、例えばＤＣ／ＤＣコンバータ１１−１の中間リンク電圧一定モードにおける目標電圧を２５０Ｖとし、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−２の中間リンク電圧一定モードにおける目標電圧を２４９Ｖとし、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−３の中間リンク電圧一定モードにおける目標電圧を２４８Ｖとすることで、同様に中間リンク電圧一定モードからＭＰＰＴモードに切り替わるタイミングをＤＣ／ＤＣコンバータ１１ごとにずらすことができる。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータは、自らの目標電圧より低い目標電圧を持つ他のＤＣ／ＤＣコンバータの出力が予め定めた電力を超えたときに、動作モードを中間リンク電圧一定モードからＭＰＰＴモードに切り替えてもよい。 Although an example in which the control during the independent operation of the power conditioner 1 is performed by the third adjustment method of the switching timing is not shown, for example, the target voltage in the intermediate link voltage constant mode of the DC / DC converter 11-1 is 250V. And the target voltage in the intermediate link voltage constant mode of the DC / DC converter 11-2 is 249V, and the target voltage in the intermediate link voltage constant mode of the DC / DC converter 11-3 is 248V. The timing for switching from the constant mode to the MPPT mode can be shifted for each DC / DC converter 11. In this case, the DC / DC converter changes the operation mode from the intermediate link voltage constant mode to the MPPT mode when the output of another DC / DC converter having a target voltage lower than its own target voltage exceeds a predetermined power. You may switch.
図１０は、自立運転時の各直流入力電源１０の発電電力を示す図である。図１０に示す例では、直流入力電源１０−１の最大発電電力を２５０Ｗ、直流入力電源１０−２の最大発電電力を１５０Ｗ、直流入力電源１０−３の最大発電電力を２００Ｗとする。負荷の消費電力が２００Ｗである場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−１は中間リンク電圧一定モードで動作して、直流入力電源１０−１により２００Ｗを発電する。直流入力電源１０−２，１０−３は発電しない。 FIG. 10 is a diagram showing the generated power of each DC input power supply 10 during the independent operation. In the example shown in FIG. 10, the maximum generated power of the DC input power supply 10-1 is 250 W, the maximum generated power of the DC input power supply 10-2 is 150 W, and the maximum generated power of the DC input power supply 10-3 is 200 W. When the power consumption of the load is 200 W, the DC / DC converter 11-1 operates in the intermediate link voltage constant mode and generates 200 W from the DC input power supply 10-1. The DC input power supplies 10-2 and 10-3 do not generate power.
負荷の消費電力が３３０Ｗになった場合には、上述した調整方法により、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−１は中間リンク電圧一定モードからＭＰＰＴモードへの切り替わり、直流入力電源１０−１により２５０Ｗを発電する。足りない８０Ｗについては、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−２が中間リンク電圧一定モードで動作して、直流入力電源１０−２により８０Ｗを発電する。直流入力電源１０−３は発電しない。 When the power consumption of the load becomes 330 W, the DC / DC converter 11-1 switches from the intermediate link voltage constant mode to the MPPT mode by the adjustment method described above, and generates 250 W from the DC input power supply 10-1. . For the insufficient 80 W, the DC / DC converter 11-2 operates in the intermediate link voltage constant mode, and the DC input power supply 10-2 generates 80 W. The DC input power supply 10-3 does not generate power.
負荷の消費電力が５２０Ｗになった場合には、上述した調整方法により、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−２も中間リンク電圧一定モードからＭＰＰＴモードへの切り替わり、直流入力電源１０−２により１５０Ｗを発電する。足りない１２０Ｗについては、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１−３が中間リンク電圧一定モードで動作して、直流入力電源１０−３により１２０Ｗを発電する。 When the power consumption of the load becomes 520 W, the DC / DC converter 11-2 switches from the intermediate link voltage constant mode to the MPPT mode by the adjustment method described above, and 150 W is generated by the DC input power supply 10-2. . For the insufficient 120 W, the DC / DC converter 11-3 operates in the intermediate link voltage constant mode, and the DC input power supply 10-3 generates 120 W.
このように、本発明に係るパワーコンディショナ１は、自立運転を行う際に、中間リンク電圧（電力変換器１３，１６の入力電圧）の変動に応じて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の出力電圧を目標電圧に制御する中間リンク電圧一定モードと、直流入力電源１０の出力電力が最大になるように制御するＭＰＰＴモードとを個別に切り替える。
As described above, when the power conditioner 1 according to the present invention performs the self-sustained operation, the output voltage of the DC / DC converter 11 is changed according to the fluctuation of the intermediate link voltage (input voltage of the
自立運転時に全てのＤＣ／ＤＣコンバータ１１がＭＰＰＴモードに切り替わってしまうと、負荷の消費電力と直流入力電源１０発電のバランスが崩れてしまう。また、自立運転時に全てのＤＣ／ＤＣコンバータ１１が中間リンク電圧一定モードのままだと、直流入力電源１０は最大電力で発電することができない。負荷の消費電力に追従しようとしてある直流入力電源１０が最大電力点を乗り越えると、その直流入力電源１０の発電電力が減少し、他の直流入力電源１０が連鎖的に最大電力点を乗り越えるため、最終的に発電電力不足で停止するおそれがある。 If all the DC / DC converters 11 are switched to the MPPT mode during the self-sustaining operation, the balance between the power consumption of the load and the power generation of the DC input power supply 10 is lost. Further, if all the DC / DC converters 11 remain in the intermediate link voltage constant mode during the self-sustaining operation, the DC input power supply 10 cannot generate power with the maximum power. When the DC input power supply 10 that tries to follow the power consumption of the load exceeds the maximum power point, the generated power of the DC input power supply 10 decreases, and the other DC input power supplies 10 cross the maximum power point in a chain. There is a risk of eventually shutting down due to insufficient power generation.
しかし、本発明では、あるＤＣ／ＤＣコンバータ１１がＭＰＰＴモードで動作して、該ＤＣ／ＤＣコンバータ１１に接続された直流入力電源１０を最大電力で発電させるとともに、他のＤＣ／ＤＣコンバータ１１は中間リンク電圧一定モードで動作して、負荷の消費電力に合わせて直流入力電源１０の発電電力を調整することができる。そのため、発電電力を効率良く、且つ安定して利用することが可能となる。また、自立運転時に、従来の制御と比較して、消費電力の大きい負荷を動かすことができる。 However, in the present invention, a certain DC / DC converter 11 operates in the MPPT mode to generate the DC input power supply 10 connected to the DC / DC converter 11 with the maximum power, and the other DC / DC converters 11 By operating in the intermediate link voltage constant mode, the generated power of the DC input power supply 10 can be adjusted according to the power consumption of the load. Therefore, the generated power can be used efficiently and stably. In addition, during self-sustained operation, it is possible to move a load with large power consumption as compared with conventional control.
上述の実施形態は、代表的な例として説明したが、本発明の趣旨および範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。 Although the above embodiments have been described as representative examples, it will be apparent to those skilled in the art that many changes and substitutions can be made within the spirit and scope of the invention. Therefore, the present invention should not be construed as being limited by the above-described embodiments, and various modifications and changes can be made without departing from the scope of the claims.
１ パワーコンディショナ
１０ 直流入力電源（太陽電池ストリング）
１１ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１２ 中間リンクコンデンサ
１３ インバータ
１４ 制御部
１５ 交流入力機器
１６ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１７ 直流入力機器
１８ スイッチング素子
１９ 入力電圧センサ
２０ 入力電流センサ
２１ 中間リンク電圧センサ
１４１ デューティ比制御部
１４２ 制御モード判定部
１４３ ＭＰＰＴ制御部
１４４ 中間リンク電圧一定制御部
１４５ 入力電圧制御部
１４６ クロック生成部
１４７ ＰＷＭユニット
1 Power conditioner 10 DC input power supply (solar cell string)
11 DC /
Claims (7)
前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータは、電力系統から解列して独自に電力供給可能とする自立運転時において、前記電力変換器の入力電圧の変動に応じて、当該複数のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を目標電圧に制御する中間リンク電圧一定モードと、前記直流入力電源の出力電力が最大になるように制御するＭＰＰＴモードとを個別に切り替え、
前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータのいずれかが前記ＭＰＰＴモードである場合は、他のＤＣ／ＤＣコンバータのうち一つ以上が前記中間リンク電圧一定モードで動作し、
前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータの制御部は、前記切り替え前後で前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧である前記直流入力電源の動作電圧が連続するように制御することを特徴とするパワーコンディショナ。 A power conditioner comprising: a plurality of DC / DC converters that perform voltage conversion of a DC input power supply; and a power converter connected to the plurality of DC / DC converters,
The plurality of DC / DC converters are separated from the power system and can independently supply power, and in response to fluctuations in the input voltage of the power converter, the outputs of the plurality of DC / DC converters The intermediate link voltage constant mode for controlling the voltage to the target voltage and the MPPT mode for controlling the output power of the DC input power source to be maximized are individually switched.
When any of the plurality of DC / DC converters is in the MPPT mode, one or more of the other DC / DC converters operate in the intermediate link voltage constant mode,
The control unit of the plurality of DC / DC converters controls the operation voltage of the DC input power source, which is the input voltage of the DC / DC converter, before and after the switching to be continuous.
前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータにより、電力系統から解列して独自に電力供給可能とする自立運転時において、前記電力変換器の入力電圧の変動に応じて、当該複数のＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を目標電圧に制御する中間リンク電圧一定モードと、前記直流入力電源の出力電力が最大になるように制御するＭＰＰＴモードとを切り替えるステップを含み、
前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータのいずれかが前記ＭＰＰＴモードである場合は、他のＤＣ／ＤＣコンバータのうち一つ以上が前記中間リンク電圧一定モードで動作し、
前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータの制御部は、前記切り替え前後で前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧である前記直流入力電源の動作電圧が連続するように制御することを特徴とするパワーコンディショナの制御方法。 A method for controlling a power conditioner comprising a plurality of DC / DC converters that perform voltage conversion of a DC input power supply and a power converter connected to the plurality of DC / DC converters,
The outputs of the plurality of DC / DC converters according to fluctuations in the input voltage of the power converter during the self-sustaining operation in which the plurality of DC / DC converters can be separated from the power system and independently supplied with power. Switching between an intermediate link voltage constant mode for controlling the voltage to a target voltage and an MPPT mode for controlling the output power of the DC input power supply to be maximized,
When any of the plurality of DC / DC converters is in the MPPT mode, one or more of the other DC / DC converters operate in the intermediate link voltage constant mode,
The control unit of the plurality of DC / DC converters controls so that an operating voltage of the DC input power source that is an input voltage of the DC / DC converter is continuous before and after the switching. Method.
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