JPWO2015181983A1 - 電力変換装置、発電システム、制御装置および制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1Aは、実施形態に係る発電システムの構成例を示す図である。図1Aに示す発電システム100は、電力変換装置1および発電源2を備える。電力変換装置1は、発電源2で発電された直流電力を交流電力へ変換して負荷3へ出力する。なお、発電源2は、例えば、太陽電池、直流発電機、燃料電池などであり、負荷3は、例えば、電力系統、交流電力で動作する機器である。
図2は、図1Aに示す電力変換装置1の構成の一例を示す図である。図2に示すように、電力変換装置1は、電力変換部10と、電圧検出部11、13、14と、電流検出部12、15と、入力端子Tp、Tnと、出力端子T1、T2とを備える。
目標指令制御部21は、供給電力Pinが最大電力点MPPに追従するように電源電圧指令Vin*を増減する。例えば、目標指令制御部21は、供給電力Pinの極大点を探索する処理(以下、山登り処理と記載する)と、山登り処理で探索された極大点の他に極大点がないかを探索する処理(以下、山探り処理と記載する)とを行う。
次に、図2に示すフィードバック制御部22について説明する。フィードバック制御部22は、目標指令制御部21から出力される電源電圧指令Vin*に基づいて電力変換部10を制御する。かかるフィードバック制御部22は、図2に示すように、減算器51と、指令生成部52と、駆動制御部53とを備える。
次に、図2に示すゲイン調整部23について説明する。ゲイン調整部23は、制御ゲインKと供給電圧Vinまたは供給電流Iinとを関係付けるテーブルまたは演算式を有し、供給電圧Vinまたは供給電流Iinに応じて制御ゲインKを調整する。
K=K1×Vin ・・・(1)
K=K1×Vin×f(Voc) ・・・(2)
K=K1×Vin×f(Pmpp) ・・・(3)
f(Pmpp)=K2×Pmpp ・・・(4)
K=K1×Vin* ・・・(5)
偏差判定部24は、供給電圧Vinが電源電圧指令Vin*よりも所定値Vlim以上大きいか否かを判定し、判定結果を追従指令制御器42に通知する。
昇圧制御部25は、昇圧回路31による昇圧電圧である直流電圧Vpnが所定値になるように駆動信号S5を生成して昇圧回路31へ出力する。駆動信号S5は例えばPWM信号である。
図11は、制御部20の制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。制御部20は、図11に示す制御処理を所定周期で繰り返し実行する。制御部20は、例えば、電力変換部10による電力変換を開始する際に、図11に示す制御処理を開始する。
2 発電源
3 負荷
10 電力変換部
11、13、14 電圧検出部
12、15 電流検出部
20 制御部
21 目標指令制御部
22、22’ フィードバック制御部
23 ゲイン調整部
24 偏差判定部
25 昇圧制御部
31 昇圧回路
32 インバータ回路
41 供給電力検出器
42 追従指令制御器
43 第1判定器
44 非追従指令制御器
45 切替器
46 第2判定器
51 減算器
52 指令生成部
53 駆動制御部
54 電力指令生成器
55 出力電流指令生成器
56 リミッタ
57 駆動信号生成器
100 発電システム
Claims (17)
- 発電源の電力を所定の電力へ変換する電力変換部と、
前記発電源から前記電力変換部への供給電力が前記発電源の最大供給電力に追従するように目標指令を増減する目標指令制御部と、
前記発電源から前記電力変換部への供給電圧および供給電流の少なくとも一方と前記目標指令との偏差に基づくフィードバック制御によって前記電力変換部を制御するフィードバック制御部と、
前記供給電圧、前記供給電流および前記目標指令のうち少なくとも一つに基づいて前記フィードバック制御部のゲインを調整するゲイン調整部と、を備える
ことを特徴とする電力変換装置。 - 前記ゲイン調整部は、
前記供給電圧、前記供給電流および前記目標指令のうちの少なくとも一つと前記フィードバック制御部のゲインとを関係付ける演算式またはテーブルに基づき、前記フィードバック制御部のゲインを調整する
ことを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記ゲイン調整部は、
前記供給電圧が高い場合の前記フィードバック制御のゲインを、前記供給電圧が低い場合の前記フィードバック制御のゲインよりも大きくする
ことを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記ゲイン調整部は、
前記供給電流が低い場合の前記フィードバック制御のゲインを、前記供給電流が高い場合の前記フィードバック制御のゲインよりも大きくする
ことを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記ゲイン調整部は、
前記供給電圧が高くなるほどまたは前記供給電流が低くなるほど前記フィードバック制御部のゲインを大きくする
ことを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記発電源は、太陽電池であり、
前記ゲイン調整部は、
前記太陽電池への日照量に応じて前記フィードバック制御部のゲインを調整する
ことを特徴とする請求項5に記載の電力変換装置。 - 前記ゲイン調整部は、
前記供給電圧または前記供給電流が前記最大供給電力に対応する電圧または電流に到達するまでの制御ゲインを、前記供給電圧または前記供給電流が前記最大供給電力に対応する電圧または電流に到達した後の制御ゲインよりも大きくする
ことを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記フィードバック制御部は、
前記供給電流および前記供給電圧の少なくとも一方と前記目標指令との差分に対し、P制御、PI制御、PID制御またはPD制御を行う指令生成部と、
前記指令生成部からの出力に基づいて前記電力変換部を駆動する駆動信号を生成する駆動制御部と、を備え、
前記フィードバック制御のゲインは、前記指令生成部の比例ゲイン、比例積分ゲイン、比例積分微分ゲイン、または、比例微分ゲインである
ことを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記フィードバック制御部は、
前記発電源の電力供給特性に応じた電力指令に基づいて前記電力変換部の出力を制御する
ことを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記目標指令制御部は、
前記目標指令として、電圧指令を生成し、
前記フィードバック制御部は、
前記供給電圧と前記電圧指令とに基づき電流指令を生成する指令生成器と、
前記電流指令または前記供給電流と前記電圧指令または前記供給電圧とに基づいて前記電力指令を生成する電力指令生成器と、
前記電力指令に基づいて出力電流指令を生成する出力電流指令生成器と、
前記出力電流指令に基づいて前記電力変換部を駆動する駆動信号を生成する駆動信号生成器と、を備える
ことを特徴とする請求項9に記載の電力変換装置。 - 前記目標指令制御部は、
前記目標指令として、電流指令を生成し、
前記フィードバック制御部は、
前記供給電流と前記電流指令とに基づき電圧指令を生成する指令生成器と、
前記電圧指令または前記供給電圧と前記電流指令または前記供給電流とに基づいて前記電力指令を生成する電力指令生成器と、
前記電力指令に基づいて出力電流指令を生成する出力指令生成器と、
前記出力電流指令に基づいて前記電力変換部を駆動する駆動信号を生成する駆動信号生成器と、を備える
ことを特徴とする請求項9に記載の電力変換装置。 - 前記供給電圧および前記供給電流の少なくとも一方が前記目標指令よりも所定値以上大きいか否かを判定する偏差判定部と、
前記目標指令制御部は、
前記供給電圧または前記供給電流が前記目標指令よりも所定値以上大きいと判定された場合に、前記目標指令を前記供給電圧または前記供給電流に応じた値に設定する
ことを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記目標指令制御部は、
前記供給電力を最大化するように前記目標指令を出力する第1目標指令制御器と、
前記供給電力の変動に非追従の目標指令を出力する第2目標指令制御器と、
前記供給電力が極大点に達したか否かを判定する第1判定器と、
前記第1判定器によって前記供給電力が前記極大点に達したと判定された場合に、前記第1目標指令制御器の目標指令に代えて、前記第2目標指令制御器の前記目標指令を前記フィードバック制御部へ出力する出力切替器と、
前記第2目標指令制御器の前記目標指令が前記フィードバック制御部へ出力された場合の前記供給電力が、前記極大点に達したと判定された前記供給電力よりも大きいか否かを判定する第2判定器と、を備える
ことを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記出力切替器は、
前記第2目標指令制御器の前記目標指令を前記フィードバック制御部へ出力した後、前記フィードバック制御部への前記第1目標指令制御器の目標指令の出力を再開し、
前記第1目標指令制御器は、
前記第2目標指令制御器の前記目標指令が出力された場合の前記供給電力が、前記極大点に達したと判定された前記供給電力よりも大きいと前記第2判定器によって判定された場合、前記出力を再開する目標指令を前記第2目標指令制御器の前記目標指令に応じて設定する
ことを特徴とする請求項13に記載の電力変換装置。 - 請求項1〜14のいずれか1つに記載の電力変換装置と、前記発電源とを備える
ことを特徴とする発電システム。 - 発電源から電力変換部への供給電力が前記発電源の最大供給電力に追従するように目標指令を増減する目標指令制御部と、
前記発電源から前記電力変換部への供給電圧および供給電流の少なくとも一方と前記目標指令との偏差に基づくフィードバック制御によって前記電力変換部を制御するフィードバック制御部と、
前記供給電圧、前記供給電流および前記目標指令のうちの少なくとも一つに基づいて前記フィードバック制御部のゲインを調整するゲイン調整部と、を備える
ことを特徴とする制御装置。 - 発電源から電力変換部への供給電力が前記発電源の最大供給電力に追従するように目標指令を増減する目標指令制御工程と、
前記発電源から前記電力変換部への供給電圧および供給電流の少なくとも一方と前記目標指令との偏差に基づくフィードバック制御によって前記電力変換部を制御するフィードバック制御工程と、
前記供給電圧、前記供給電流および前記目標指令のうちの少なくとも一つに基づいて前記フィードバック制御のゲインを調整するゲイン調整工程と、を含む
ことを特徴とする制御方法。
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