JPWO2008029711A1 - 系統連系インバータ装置 - Google Patents
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Abstract
太陽電池10の出力電圧が昇圧チョッパ13により目標レベルの直流電圧に昇圧され、この昇圧電圧がインバータ20で交流電圧に変換される。そして、昇圧チョッパ13の昇圧電圧を増減して、太陽電池10の出力電力が最大となる状態に同太陽電池10の出力電圧を変化させるMPPT制御が実行される。そして、上記目標レベルが、昇圧チョッパ13への入力電圧のレベルに応じて可変設定される。
Description
この発明は、太陽電池の出力電圧を交流電圧に変換し、その交流電圧を商用電源系統に連系出力する系統連系インバータ装置に関する。
太陽電池の出力電圧をコンバータで所定レベルの直流電圧に変換(昇圧)し、その変換後の直流電圧をインバータで交流電圧に変換し、その交流電圧を商用電源系統に連系出力する系統連系インバータ装置がある。
この系統連系インバータ装置では、コンバータの出力電圧を増減制御して、太陽電池の出力電力が最大となる状態に同太陽電池の出力電圧(動作電圧ともいう)を変化させるMPPT制御(Maximum Power Point Tracker;最大電力点追従制御)が実行される(例えば、特許第3426947号公報、特開2005−73321号公報)。このMPPT制御の実行により、太陽電池の能力が最大限に発揮される。
この系統連系インバータ装置では、コンバータの出力電圧を増減制御して、太陽電池の出力電力が最大となる状態に同太陽電池の出力電圧(動作電圧ともいう)を変化させるMPPT制御(Maximum Power Point Tracker;最大電力点追従制御)が実行される(例えば、特許第3426947号公報、特開2005−73321号公報)。このMPPT制御の実行により、太陽電池の能力が最大限に発揮される。
系統連系インバータ装置の良好なインバータ効率を得るためには、コンバータの出力電圧(つまりインバータへの入力電圧)を連系先の商用電源の電圧に応じた目標レベルに設定する必要がある。例えば、連系先の商用電源の電圧が200Vの場合、コンバータの出力電圧の目標レベルとして330V〜350Vが設定される。
ただし、開放電圧が高い特性の太陽電池が採用されている場合、その太陽電池の出力電圧(つまりコンバータへの入力電圧)が目標レベルを超える可能性がある。コンバータへの入力電圧が目標レベルより高くなると、コンバータの出力電圧の増減ができなくなり、結局、MPPT制御が不可能となる。MPPT制御が不可能になると、太陽電池の能力を最大限に発揮できない。
この発明の一態様の目的は、上記事情を考慮したもので、開放電圧が高い特性の太陽電池が採用されている場合でも、コンバータの出力電圧を確実に増減制御することができ、これによりMPPT制御を実行できて太陽電池の能力を最大限に発揮させることが可能な系統連系インバータ装置を提供することである。
この発明の一態様の系統連系インバータ装置は、
光を受けて直流電圧を出力する太陽電池と、
前記太陽電池の出力電圧を予め設定されている目標レベルの直流電圧に変換するコンバータと、
前記コンバータの出力電圧をスイッチングにより交流電圧に変換するインバータと、
前記コンバータの出力電圧を増減制御して、前記太陽電池の出力電力が最大となる状態に、同太陽電池の出力電圧を変化させるMPPT制御手段と、
前記目標レベルを前記コンバータへの入力電圧のレベルに応じて可変設定する電圧制御手段と、
を備え、前記インバータの出力電圧を商用電源系統に連系出力することを特徴とする系統連系インバータ装置。
光を受けて直流電圧を出力する太陽電池と、
前記太陽電池の出力電圧を予め設定されている目標レベルの直流電圧に変換するコンバータと、
前記コンバータの出力電圧をスイッチングにより交流電圧に変換するインバータと、
前記コンバータの出力電圧を増減制御して、前記太陽電池の出力電力が最大となる状態に、同太陽電池の出力電圧を変化させるMPPT制御手段と、
前記目標レベルを前記コンバータへの入力電圧のレベルに応じて可変設定する電圧制御手段と、
を備え、前記インバータの出力電圧を商用電源系統に連系出力することを特徴とする系統連系インバータ装置。
を備える。
[1]以下、この発明の第1実施形態について図面を参照して説明する。
図1において、10は太陽電池(PV)で、家屋の屋根等に設置されており、光を受けることにより、直流電圧を出力する。この出力がコンデンサ11に印加され、そのコンデンサ11の電圧がコンバータたとえば昇圧チョッパ13に供給される。
図1において、10は太陽電池(PV)で、家屋の屋根等に設置されており、光を受けることにより、直流電圧を出力する。この出力がコンデンサ11に印加され、そのコンデンサ11の電圧がコンバータたとえば昇圧チョッパ13に供給される。
昇圧チョッパ13は、直流リアクトル14、トランジスタたとえばIGBT15、逆流防止用ダイオード16、およびコンデンサ17を有するいわゆるDC−DCコンバータであり、制御部であるMCU1から供給される所定周期のPWM信号に応じてIGBT15がオン,オフすることにより、入力電圧(直流電圧)を予め設定されている目標レベルの直流電圧に昇圧して出力する。目標レベルとして、当該系統連系インバータ装置の良好なインバータ効率を得るための本来の第1基準レベル、およびその第1基準レベルよりも高い第2基準レベルが用意されている。連系先の商用電源の電圧が200Vの場合、第1基準レベルとして例えば350Vが用意され、第2基準レベルとして例えば380Vが用意されている。
この昇圧チョッパ13の出力電圧(昇圧電圧という)がインバータ20に供給される。インバータ20は、4つのトランジスタたとえばIGBT21,22,23,24からなるフルブリッジ回路、およびIGBT21,22,23,24にそれぞれ逆並列接続された還流ダイオードDを有し、MCU1から供給されるPWM信号に応じたIGBT21,22,23,24のオン,オフ(スイッチング)により、入力電圧(直流電圧)を後述する商用電源系統の電圧およびその周波数に合わせた交流電圧に変換する。
このインバータ20の出力端にノイズフィルタとなる交流リアクトル25とコンデンサ26が接続され、そのコンデンサ26に第1スイッチ手段たとえばリレー接点27,28および出力用コンデンサ29,30を介して系統出力端子(100V/200V)31が接続されている。そして、系統出力端子31に商用電源系統(単相三線式交流200V)が接続される。なお、商用電源系統には、各種電気機器が接続される。
また、上記コンデンサ26に、第2スイッチ手段たとえばリレー接点32および出力用コンデンサ33を介して自立運転出力端子(100V)34が設けられている。この自立運転出力端子34は、災害や停電などで商用電源が遮断された場合に各種電気機器を運転可能とするためのものである。なお、自立運転時にはリレー接点27が開き、リレー接点32が閉じる。
上記リレー接点27,28,32は、MCU1により制御される。そして、リレー接点27とリレー接点28との間の通電路における系統電圧(交流電圧)、その系統電圧の周波数、太陽電池10の出力電圧(PV電圧)、太陽電池10の出力電流(PV電流)、および昇圧チョッパ13の昇圧電圧が、それぞれMCU1によって監視および制御される。
MCU1には、さらに、EEPROM2および操作表示部3が接続されている。EEPROM2は、各種データの記憶用である。操作表示部3は、当該系統連系インバータ装置の運転・停止を指示するための操作手段を有するとともに、当該系統連系インバータ装置の運転状態などを表示するための表示手段を有している。
そして、MCU1は、主要な機能として、次の(1)〜(3)の手段を有している。
(1)昇圧チョッパ13の昇圧電圧を増減制御して、太陽電池10の出力電力が最大となる状態に、太陽電池10の出力電圧(PV電圧;動作電圧ともいう)を変化させるMPPT制御(Maximum Power Point Tracker;最大電力点追従制御)を実行するMPPT制御手段(後述のMPPT制御手段41)。
(1)昇圧チョッパ13の昇圧電圧を増減制御して、太陽電池10の出力電力が最大となる状態に、太陽電池10の出力電圧(PV電圧;動作電圧ともいう)を変化させるMPPT制御(Maximum Power Point Tracker;最大電力点追従制御)を実行するMPPT制御手段(後述のMPPT制御手段41)。
(2)昇圧チョッパ13の昇圧の目標レベルをその昇圧チョッパ13への入力電圧のレベルに応じて可変設定する電圧制御手段(後述の電圧制御手段42)。具体的には、昇圧チョッパ13への入力電圧レベルが予め定められている設定値たとえば380V以下の場合には、目標レベルとして、第1基準レベルたとえば350Vを設定する。昇圧チョッパ13への入力電圧レベルが上記設定値より高い場合には、目標レベルとして、第1基準レベルより高い第2基準レベルたとえば380Vを設定する。
(3)昇圧チョッパ13の昇圧電圧が上記目標レベルより所定レベル高い制限レベルを超えないように、上記MPPT制御手段の増減制御に制限を加える制御手段(後述のリミッタ43)。制限レベルとしては、目標レベルとして第1基準レベル350Vが設定されている場合には第1制限レベルたとえば370Vが設定され、目標レベルとして第2基準レベル380Vが設定されている場合には第2制限レベルたとえば400Vが設定される。
つぎに、この実施形態の作用について説明する。MCU1の具体的な制御ブロックを図2に示し、MPPT制御パターンを図3に示し、昇圧チョッパ13の昇圧電圧とインバータ20の出力電流の関係を図4に示し、MCU1の主な制御のフローチャートを図5に示している。
まず、MPPT制御について説明する。太陽電池10の出力電圧(PV電圧)および出力電流(PV電流)は、それぞれローパスフィルタ処理を経て、PV電圧vpv_lpfおよびPV電流ipv_lpfとなる。このPV電圧vpv_lpfおよびPV電流ipv_lpfがMPPT制御手段41に供給される。
MPPT制御手段41は、MPPT制御(山登り法ともいう)を実行する。すなわち、PV電圧vpv_lpfおよびPV電流ipv_lpfに基づく太陽電池10の出力電力が一定周期たとえば100msごとに演算して求められ、求められた出力電力が最大となるように、昇圧チョッパ13に対する入力電流指令値ipv_mppt_refが増減される。例えば、太陽電池10の現時点の出力電力がそれまでの値よりも増えた場合は、入力電流指令値ipv_mppt_refが増加される。太陽電池10の現時点の出力電力がそれまでの値よりも減った場合は、入力電流指令値ipv_mppt_refが低減される。この入力電流指令値ipv_mppt_refの増減により昇圧チョッパ13におけるIGBT15のオン,オフデューティが変化して、昇圧チョッパ13の昇圧電圧が変化する。これに伴い、太陽電池10の出力電圧(PV電圧)が変化し、図3に示すように、太陽電池10の出力電力が最大となる点に、太陽電池10の出力電圧(PV電圧)および出力電流(PV電流)が収束する。
昇圧チョッパ13の昇圧電圧の目標レベルである直流電圧基準レベルvdc_refは、電圧制御手段42によって決定される。すなわち、電圧制御手段42は、インバータ20の運転開始前の昇圧チョッパ13への入力電圧vpv_lpfが設定値380V以下の例えば130V〜380Vの範囲にあれば第1基準レベル350Vを直流電圧基準レベルvdc_refとして出力する。また、電圧制御手段42は、インバータ20の運転開始前の昇圧チョッパ13への入力電圧vpv_lpfが上記設定値より高ければ、第1基準レベル350Vよりも高い第2基準レベル380Vを直流電圧基準レベルvdc_refとして出力する。昇圧チョッパ13におけるIGBT15のオン,オフデューティは、入力電流指令値ipv_mppt_refと昇圧チョッパ13への実際の入力電力ipv_lpfとの差dipvのPI制御により決定される。
ただし、昇圧チョッパ13の昇圧電圧vdc_lpfが制限レベルvdc_limitに達すると、昇圧チョッパ13におけるIGBT15のオン,オフデューティがそれ以上増加しないように、入力電流指令値ipv_mppt_refがリミッタ43により制限される。昇圧チョッパ13の昇圧電圧vdc_lpfが制限レベルvdc_limit未満であれば、入力電流指令値ipv_mppt_refは制限されることなく、リミッタ43からそのまま出力される。
この場合、目標レベルとして第1基準レベル350Vが設定されていれば、昇圧チョッパ13の昇圧電圧vdc_lpfが第1制限レベルvdc_limitである370Vに達したとき、昇圧チョッパ13におけるIGBT15のオン,オフデューティがそれ以上増加しないように、入力電流指令値ipv_mppt_refがリミッタ43により制限される。目標レベルとして第2基準レベル380Vが設定されていれば、昇圧チョッパ13の昇圧電圧vdc_lpfが第2制限レベルvdc_limitである400Vに達したとき、昇圧チョッパ13におけるIGBT15のオン,オフデューティがそれ以上増加しないように、入力電流指令値ipv_mppt_refがリミッタ43により制限される。
そして、リミッタ43から出力される入力電流指令値ipv_mppt_refと実際のPV電流ipv_lpfとの差diqvが演算され、その差diqvのPI制御により、最終的な電流指令値vpv_refpiが生成される。この電流指令値vpv_refpiと電圧制御手段42から出力される直流電圧基準レベルvdc_refとの比較演算により、昇圧チョッパ13に対するPWM信号が生成される。
また、第1または第2基準レベルvdc_refと実際の昇圧電圧vdc_lpfとの差dvdcが求められ、その差dvdcのPI制御値pi_vdc_refと基準正弦波sin(wt_pll)との乗算により、インバータ20の出力電流の有効成分指令値ip_vdc_refが生成される。この基準レベルvdc_ref、昇圧電圧vdc_lpf、インバータ出力電流の関係を図4に示している。基準正弦波sin(wt_pll)は、系統電圧(交流電圧)の正弦波の零クロス点を捉え、その零クロス点に所定量のバイアスを付けるPLL(Phase Locked Loop)処理によって得られる。
インバータ20の出力電流の無効成分指令値iq_refは、インバータ20の出力段に接続されているノイズフィルタ(交流リアクトル25およびコンデンサ26からなる)のコンデンサ26に流れる電流vac_rms・2・π・f・c(fは系統電圧の周波数、cはコンデンサ26の容量)および商用電源系統への逆潮によって連系点の電圧が所定レベル以上に上昇した場合に、これを低減する為に進相電力を注入する際に制御される。この場合、力率の下限が0.85などに設定されて、連系点の電圧が所定レベル未満に低下するまで無効電力が注入される。この注入によっても無効電力が低下しない場合には、有効成分が絞られていく。
また、有効成分指令値ip_refと無効成分指令値iq_refからインバータ20の出力電流の指令値iac_refが生成され、これと実際のインバータ20の出力電流iu_adとの差diacがPI制御されることにより、インバータ20に対する最終指令値vac_refが算出される。この最終指令値vac_refとインバータ20の入力の昇圧電圧vdc_lpfとの比較演算によって変調率mが求められ、その変調率mのパルス幅変調によってインバータ20に対するPWM信号が生成される。なお、vuv_adはU相の系統電圧と中性点間の電圧、vwv_adはW相の系統電圧と中性点間の電圧である。vuv_ad_rmsおよびvwv_ad_rmsの_rmsは、実効値を表している。こうして、上記最終指令値vac_refに基づいてインバータ20が駆動制御され、そのインバータ20の出力が商用電源系統へ逆潮していく。
災害や停電などで商用電源が遮断されると(商用電源系統の停止)、当該系統連系インバータ装置の単独運転となる。この単独運転は、MCU1によって検出される。
すなわち、MCU1は、単独運転を検出する機能として、受動方式の検出手段および能動方式の検出手段をそれぞれ1つ以上備える必要がある。受動方式の検出手段として例えば周波数変化率方式があり、能動方式の検出手段として例えば周波数シフト方式がある。
周波数変化率方式の検出手段は、系統電圧の周期の変化率に基づき、単独運転を検出する。
周波数シフト方式の検出手段は、系統電圧の正弦波の零クロス点を捉え、その零クロス点に所定量のバイアスを付けるPLL(Phase Locked Loop)処理によって基準正弦波sin(wt_pll)を得、その基準正弦波sin(wt_pll)に基づいてインバータ20の出力電流を制御する。この状態で、商用電源が遮断されると、系統電圧の周期が上記バイアス分だけ短くなる。周波数シフト方式の検出手段は、系統電圧の周期を監視し、系統電圧の周期が上記バイアス分だけ短くなった場合に、単独運転であると判定する。
この第1実施形態の全体的な作用について図5のフローチャートにより説明する。
操作表示部3に対する操作が監視されており(ステップ101)、その操作表示部3で系統連系運転開始の操作がなされると(ステップ102のYES)、昇圧チョッパ13への入力電圧、つまりインバータ20の運転開始前の太陽電池10の出力電圧(PV電圧)vpv_lpfが、設定値380V以下の130V〜380Vの範囲に収まっているか否かが判定される(ステップ103)。昇圧チョッパ13への入力電圧が130V〜380Vの範囲に収まっていれば(ステップ103のYES)、その入力電圧と設定値380Vとが比較される(ステップ104)。なお、入力電圧が130V〜380Vの範囲に収まっていない場合は、待機状態のままとなって、系統連系運転が開始されず、昇圧チョッパ13への入力電圧が130V〜380Vの範囲に収まるまでステップ103の処理が繰り返される。
操作表示部3に対する操作が監視されており(ステップ101)、その操作表示部3で系統連系運転開始の操作がなされると(ステップ102のYES)、昇圧チョッパ13への入力電圧、つまりインバータ20の運転開始前の太陽電池10の出力電圧(PV電圧)vpv_lpfが、設定値380V以下の130V〜380Vの範囲に収まっているか否かが判定される(ステップ103)。昇圧チョッパ13への入力電圧が130V〜380Vの範囲に収まっていれば(ステップ103のYES)、その入力電圧と設定値380Vとが比較される(ステップ104)。なお、入力電圧が130V〜380Vの範囲に収まっていない場合は、待機状態のままとなって、系統連系運転が開始されず、昇圧チョッパ13への入力電圧が130V〜380Vの範囲に収まるまでステップ103の処理が繰り返される。
昇圧チョッパ13への入力電圧が設定値380V以下であれば(ステップ104のYES)、昇圧チョッパ13の昇圧電圧の目標レベルとして、良好なインバータ効率を得るための第1基準レベル350Vが設定される(ステップ105)。この第1基準レベル350Vが、直流電圧基準レベルvdc_refとして、系統連系運転の制御に使用される。
昇圧チョッパ13への入力電圧が設定値380Vより高い場合には(ステップ104のNO)、昇圧チョッパ13の昇圧電圧の目標レベルとして、第1基準レベル350Vより高い第2基準レベル380Vが設定される(ステップ106)。この第2基準レベル380Vが、直流電圧基準レベルvdc_refとして、系統連系運転の制御に使用される。
第1基準レベル350Vまたは第2基準レベル380Vが設定された後、系統連系運転待機となって、系統電圧およびその周波数(以下、系統周波数という)がチェックされる(ステップ107)。このチェックにおいて、系統電圧および系統周波数が規定の状態を一定時間たとえば300秒程度にわたり継続した場合、その系統周波数がEEPROM2に記憶されるとともに、リレー接点27,28がオンされて系統連系運転が開始される(ステップ108)。
系統連系運転の実施中、負荷で電力が消費されると、昇圧チョッパ13の昇圧電圧が低下する。昇圧チョッパ13の昇圧電圧が低下すると、その低下分を補うために、昇圧チョッパ13におけるIGBT15のオン,オフデューティを高める制御が実行される。また、系統電圧が所定値以上上昇した場合には、無効電力を注入する無効電力注入制御が実行されて、系統電圧の上昇が抑制される。
なお、MCU1では、インバータ20の出力電圧の超過、インバータ20の出力電流の超過、インバータ20の出力電流における直流分の超過、太陽電池10の出力電圧(PV電圧)の超過、太陽電池10の出力電流(PV電流)の超過、太陽電池10の出力電流(PV電流)の不平衡など、種々の異常が監視される。これら異常のいずれかが検出されると、系統連系運転が停止されるとともに、操作表示部3でエラーが表示される。
自立運転出力端子(100V)34が使用される自立運転では、リレー接点27が開かれてリレー接点32が閉じられる。このとき、系統連系運転の待機時に検出されてEEPROM2に記憶された系統周波数が読出され、その系統周波数を有する100Vの交流電圧が生成される。なお、系統連系運転が実施されない状態で自立運転が実行される場合には、EEPROM2に予め記憶されている初期系統周波数が使用される。
以上のように、昇圧チョッパ13の昇圧電圧の目標レベルとして、良好なインバータ効率を得るための第1基準レベル350V、およびその第1基準レベルより高い第2基準レベル380Vが用意され、インバータ20の運転開始前の昇圧チョッパ13への入力電圧が第1基準レベル350V以下の場合はその第1基準レベル350Vが目標レベルとして設定されるので、良好なインバータ効率を確保することができる。
開放電圧の高い特性の太陽電池10が採用されているなどの理由で、インバータ20の運転開始前の昇圧チョッパ13への入力電圧レベルが第1基準レベル350Vより高い場合には、第2基準レベル380Vが目標レベルとして設定される。したがって、昇圧チョッパ13への入力電圧レベルが第1基準レベル350Vより高くても、昇圧チョッパ13の昇圧電圧を確実に増減制御することができる。これにより、MPPT制御を確実に実行できて、太陽電池10の能力を最大限に発揮させることが可能となる。
[2]第2実施形態について説明する。
MCU1は、主要な機能として、次の(11)〜(13)の手段を有する。
MCU1は、主要な機能として、次の(11)〜(13)の手段を有する。
(11)昇圧チョッパ13の昇圧電圧を増減制御して、太陽電池10の出力電力が最大となる状態に、太陽電池10の出力電圧(PV電圧)を変化させるMPPT制御を実行するMPPT制御手段(MPPT制御手段41)。
(12)昇圧チョッパ13の昇圧電圧が目標レベルたとえば350Vより所定レベル高い制限レベルたとえば370Vを超えないように、上記MPPT制御手段の増減制御に制限を加える第1制限手段(リミッタ43)。
(13)昇圧チョッパ13への入力電圧レベルが制限レベル370Vを超えた場合にインバータ20の出力電流を一定の低レベルに制限する電流制限制御を実行し、その後、昇圧チョッパ13への入力電圧レベルが上記目標レベル350V以下に低下した場合に上記電流制限制御を解除する第2制限手段。
上記第2制限手段として、図6に示すように、太陽電池10の出力電圧(PV電圧)vpv_lpfが制限レベル370Vを超えた場合にインバータ20の出力電流の指令値iac_refを一定の低レベル(例えば2A)に制限する電流制限制御を実行し、その後、太陽電池10の出力電圧(PV電圧)vpv_lpfが目標レベル350V以下に低下した場合に上記電流制限制御を解除するリミッタ44が追加される。
なお、図示していないが、MCU1は、一般にインバータ20の出力が過大にならないように、インバータ20の出力電流の指令値iac_refを制限する過大電流制限の機能を有する。この過大電流制限の機能は、インバータ20の出力電流の指令値iac_refを無条件に例えば20Aに制限するものであり、上記リミッタ44の機能とは異なる。
この第2実施形態の作用について説明する。
図7に示すように、太陽電池10の出力電圧つまり昇圧チョッパ13への入力電圧レベルが目標レベル350V以下の場合に、MPPT制御手段41のMPPT制御が実行される。このMPPT制御の実行により、太陽電池10の能力が最大限に発揮される。
図7に示すように、太陽電池10の出力電圧つまり昇圧チョッパ13への入力電圧レベルが目標レベル350V以下の場合に、MPPT制御手段41のMPPT制御が実行される。このMPPT制御の実行により、太陽電池10の能力が最大限に発揮される。
ただし、運転開始時の太陽電池10の出力電圧(PV電圧)は、その太陽電池10の開放電圧に近い高レベルとなる。このため、開放電圧の高い太陽電池10が採用されている場合は、リミッタ43の存在にかかわらず、昇圧チョッパ13への入力電圧レベルが制限レベル370Vを超える可能性が高い。昇圧チョッパ13への入力電圧レベルが制限レベル370Vを超えると、昇圧チョッパ13の出力電圧の増減ができなくなり、MPPT制御手段41のMPPT制御が不可能となる。MPPT制御が不可能になると、太陽電池10の能力を最大限に発揮できない。
そこで、昇圧チョッパ13への入力電圧レベルが制限レベル370Vを超えた場合には、リミッタ44が動作して、インバータ20の出力電流を一定の低レベルに制限するための電流制限制御が実行される。この電流制限制御の実行により、インバータ20の出力電力が低減される。インバータ20の出力電力が低減されると、太陽電池10の負荷が小さくなる。太陽電池10の負荷が小さくなると、太陽電池10の出力電圧(PN電圧)が下降方向にゆるやかに変化し、これに伴い、昇圧チョッパ13への入力電圧レベルが低下する。
昇圧チョッパ13への入力電圧レベルが目標レベル350V以下に低下すると、リミッタ44の電流制限制御が解除される。こうして、昇圧チョッパ13への入力電圧レベルが目標レベル350V以下に低下することにより、昇圧チョッパ13の出力電圧の増減が可能となって、MPPT制御手段41のMPPT制御を早期に再開することができる。
このように、開放電圧の高い特性の太陽電池10が採用されて、昇圧チョッパ13への入力電圧レベルが制限レベル370Vを超えた場合でも、その入力電圧レベルを迅速に低減して、MPPT制御に早期に復帰することができる。よって、MPPT制御の実行率を向上させることができて、太陽電池10の能力を最大限に発揮させることができる。
また、昇圧チョッパ13への入力電圧レベルが制限レベル370Vを超えたときに電流制限制御を開始し、昇圧チョッパ13への入力電圧レベルが目標レベル350V以下となったときに電流制限制御を解除するので(ヒステリシスが確保されているので)、太陽電池10の出力電圧の変動に伴って電流制限制御が頻繁にオン,オフを繰り返すようないわゆるチャタリングを回避することができて、常に安定した制御が可能となる。
仮に、リミッタ44の電流制限制御が無ければ、インバータ20から大電流が出力され、太陽電池10の負荷が大きくなる。太陽電池10の負荷が大きくなると、太陽電池10の出力電圧(PV電圧)が急激に大きく低下して、昇圧チョッパ13への入力電圧が規定の130V以下となる。この場合、昇圧チョッパ13の動作を継続できなくなり、系統連系運転が停止してしまう。これに対し、リミッタ44の電流制限制御が実行されることにより、昇圧チョッパ13への入力電圧が急激に大きく低下する事態が回避される。これにより、昇圧チョッパ13の動作を継続することができて、系統連系運転を継続することができる。
なお、この発明は、上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。
この発明は、太陽電池の出力を動作電力として使用する電気機器への利用が可能である。
以上のように、昇圧チョッパ13の昇圧電圧の目標レベルとして、良好なインバータ効率を得るための第1基準レベル350V、およびその第1基準レベルより高い第2基準レベル380Vが用意され、インバータ20の運転開始前の昇圧チョッパ13への入力電圧が380V以下の場合は第1基準レベル350Vが目標レベルとして設定されるので、良好なインバータ効率を確保することができる。
開放電圧の高い特性の太陽電池10が採用されているなどの理由で、インバータ20の運転開始前の昇圧チョッパ13への入力電圧レベルが380Vより高い場合には、第2基準レベル380Vが目標レベルとして設定される。したがって、昇圧チョッパ13への入力電圧レベルが第1基準レベル350Vより高くても、昇圧チョッパ13の昇圧電圧を確実に増減制御することができる。これにより、MPPT制御を確実に実行できて、太陽電池10の能力を最大限に発揮させることが可能となる。
Claims (6)
- 光を受けて直流電圧を出力する太陽電池と、
前記太陽電池の出力電圧を予め設定された目標レベルの直流電圧に変換するコンバータと、
前記コンバータの出力電圧をスイッチングにより交流電圧に変換するインバータと、
前記コンバータの出力電圧を増減制御して、前記太陽電池の出力電力が最大となる状態に、同太陽電池の出力電圧を変化させるMPPT制御を実行するMPPT制御手段と、
前記目標レベルを前記コンバータへの入力電圧のレベルに応じて可変設定する電圧制御手段と、
を備え、前記インバータの出力電圧を商用電源系統に連系出力することを特徴とする系統連系インバータ装置。 - 前記コンバータの出力電圧が前記目標レベルより所定レベル高い制限レベルを超えないように、前記MPPT制御手段の増減制御に制限を加える制御手段、
をさらに備えていることを特徴とする請求項1に記載の系統連系インバータ装置。 - 前記電圧制御手段は、前記目標レベルとして、前記コンバータへの入力電圧レベルが予め定められている設定値以下の場合に第1基準レベルを設定し、前記コンバータへの入力電圧レベルが前記設定値より高い場合に前記第1基準レベルより高い第2基準レベルを設定することを特徴とする請求項1に記載の系統連系インバータ装置。
- 前記目標レベルとして前記第1基準レベルが設定された場合に、前記コンバータの出力電圧が前記第1基準レベルより所定レベル高い第1制限レベルを超えないように前記MPPT制御手段の増減制御に制限を加え、前記目標レベルとして前記第2基準レベルが設定された場合に、前記コンバータの出力電圧が前記第2基準レベルより所定レベル高い第2制限レベルを超えないように前記MPPT制御手段の増減制御に制限を加える制御手段、
をさらに備えていることを特徴とする請求項3に記載の系統連系インバータ装置。 - 光を受けて直流電圧を出力する太陽電池と、
前記太陽電池の出力電圧を予め設定された目標レベルの直流電圧に変換するコンバータと、
前記コンバータの出力電圧をスイッチングにより交流電圧に変換するインバータと、
前記コンバータの出力電圧を増減制御して、前記太陽電池の出力電力が最大となる状態に、同太陽電池の出力電圧を変化させるMPPT制御を実行するMPPT制御手段と、
前記コンバータへの入力電圧レベルが前記目標レベルより所定レベル高い制限レベルを超えた場合に前記インバータの出力電流を一定の低レベルに制限する電流制限制御を実行し、その後、前記コンバータへの入力電圧レベルが前記目標レベル以下に低下した場合に前記電流制限制御を解除する制限手段と、
を備え、前記インバータの出力電圧を商用電源系統に連系出力することを特徴とする系統連系インバータ装置。 - 前記コンバータの出力電圧が前記目標レベルより所定レベル高い制限レベルを超えないように、前記MPPT制御手段の増減制御に制限を加える制御手段、
をさらに備えていることを特徴とする請求項5に記載の系統連系インバータ装置。
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