JP3595211B2

JP3595211B2 - Inverter control method

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Publication number: JP3595211B2
Application number: JP26190499A
Authority: JP
Inventors: 和仁西村; 政樹江口
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1999-09-16
Filing date: 1999-09-16
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2019-09-16
Also published as: JP2001086767A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、独立した直流電源である太陽電池から取り出される直流電力を交流電力に変換して既存の商用電力系統に供給するインバータの制御方法にかかり、特には、最大電力点追従制御の技術に関する。なお、以下の説明では、インバータ装置を構成したうえで実際にインバータとして動作する部分をインバータと称する。
【０００２】
【従来の技術】
直流電源である太陽電池の出力特性は、日射量や太陽電池の素子温度などの条件変動によって変化することになり、太陽電池の出力特性曲線上には、太陽電池から最大電力を取り出し得る最大電力点が存在することが知られている。そのため、インバータ装置では、太陽電池の出力特性曲線上の動作点が最大電力点と一致するよう制御し、太陽電池から最大電力を取り出すことが実行される。ところで、このような最大電力点追従制御を実現する方法のうちには、太陽電池から出力される直流電圧及び直流電流に基づく出力電力を検出し、検出した出力電力値が最大となるよう太陽電池の動作点を出力特性曲線に沿って移動させる方法があるが、この方法を採用している場合には、太陽電池から出力される直流電圧及び直流電流の検出回路に加えて出力電力の演算及び制御回路が必要となるため、装置構成が複雑となってしまう。
【０００３】
そこで、このような不都合を解消し得る新たなインバータの制御方法として、太陽電池の出力電圧及びインバータ出力電流を検出し、太陽電池からの出力電力が最大になるようインバータ出力電流を変化させる制御方法が提案されており、この制御方法では、具体的には、予め作成しておいた電流波形指令信号（以下、電流指令値という）とインバータ出力電流との間の誤差がなくなるようスイッチング素子の開閉操作を制御し、太陽電池の動作点を変動させることによって最大電力点を探索することが行われる。すなわち、この方法にあっては、電流指令値の振幅を所定のステップ幅で毎周期ごとに上昇させることが実行されており、動作点が最大電力点にまで到達すると、電流指令値が最大電力点以上の電流を要求することになって上記した誤差が常に正の値となるので、最大電力点を越えて出力電力が低下したことを認識し、電流指令値の振幅を低下させて最大電力点を追従するよう制御される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の形態にかかるインバータの制御方法では、次のような不都合が生じることになっていた。すなわち、まず、日射量の急増によって太陽電池の動作電圧が急激に上昇した場合には、動作電圧の上昇に対応してインバータ出力電流も急増することになるが、電流指令値の変化幅は予め所定の設定値として決定されているため、電流指令値が日射量の急増に追従して増加することは起こらない。そして、電流指令値の増加幅はインバータ出力電流の増加幅よりも小さいため、インバータ出力電流を電流指令値に一致させるフィードバック制御によって一旦急増したインバータ出力電流は急増前のレベル付近にまで抑制されてしまうことになり、直ちに最大電力点を追従することはできなかった。
【０００５】
また、前記従来の最大電力点追従制御は、出力特性曲線上の電力が上昇する方向に沿って動作点を一定量だけ移動させることによって最大電力点を探索する手法であるから、太陽電池の出力特性が安定している際にも常に所定のステップ幅で出力電圧及び電力が揺動し、電力損失が発生する結果として発電効率の低下が生じていた。そして、特に、太陽電池の出力電力が大きいときはＰ−Ｖ特性の最大電力点近傍の傾きも大きくなるため、動作点の揺動に起因する損失も大きくなっていた。
【０００６】
本発明はこのような不都合に鑑みて創案されたものであって、インバータ装置のハード面に変更を加える必要がないにも拘わらず、日射量の急増時にも高い制御応答性を示し、かつ、太陽電池から最大電力を効率よく取り出すことができるインバータの制御方法を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の発明にかかるインバータの制御方法は、太陽電池から取り出す直流電力が最大となるよう制御しながら直流電力を交流電力に変換して商用電力系統に供給するインバータ装置におけるインバータの制御方法であって、ある時点で検出した太陽電池の動作点電圧値を初期動作点電圧値として記憶するとともに、ある時点から１サンプリング時間が経過した時点ごとの動作点電圧値を最新動作点電圧値として検出し、かつ、最新動作点電圧値から初期動作点電圧値を減算して電圧変化幅を算出したうえ、初期動作点電圧値を検出した時点から電圧変化幅の算出に用いた最新動作点電圧値を検出した時点までの経過時間でもって電圧変化幅を除算して電圧変化率を算出しており、電圧変化率が設定値を越えている際には日射量急増期間であると判断し、日射量急増期間であると判断した以降の時点では、検出されたインバータ出力電流の振幅のうちで最大となる振幅を電流指令信号の振幅として設定することを特徴としている。
【０００８】
第２の発明にかかるインバータの制御方法は、第１の発明にかかるインバータの制御方法で設定された電流指令信号の振幅が１サンプリング時間前の時点で設定された電流指令信号の振幅から設定値以上増加している場合には、１サンプリング時間前の時点で設定された電流指令信号の振幅に設定値を加算した振幅を新たな電流指令信号の振幅として設定することを特徴としている。第３の発明にかかるインバータの制御方法は、ある時点から所定時間が経過する時点までの間における電圧変化率の絶対値が設定値よりも小さい場合には日射量安定期間であると判断し、電流指令信号の振幅のステップ幅を小さくすることを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明するが、まずもっては、図１を参照しながらインバータ装置の構成及び動作を説明する。図１は本実施の形態にかかるインバータ装置の全体構成を示す回路図であり、図中の符号１はインバータ装置、２は太陽電池、３は商用電力系統を示している。
【００１０】
本実施の形態にかかるインバータ装置１は、太陽電池２から取り出す直流電力が最大となるよう制御しながら直流電力を交流電力、つまり、既存の商用電力系統３と同一の位相及び周波数（５０／６０Ｈｚ）となった交流電力に変換したうえで商用電力系統３に供給するものであり、直流コンデンサ４と、高周波インバータブリッジ５と、高周波トランス６と、ダイオードブリッジ７と、フィルタ回路８と、低周波インバータブリッジ９と、連系リレー１０と、ＡＣフィルタ１１と、インバータ出力電流検出器１２と、制御回路１３とを備えている。そして、ここでの直流コンデンサ４は太陽電池２から出力されてくる直流電力の変動を抑制し、高周波インバータブリッジ５はインバータ装置１に入力してきた直流電力を高周波交流（数十〜数百ＫＨｚ）に変換し、高周波トランス６は太陽電池２側（一次側）と商用電力系統３側（二次側）との間を絶縁する役割を担っており、ダイオードブリッジ７は高周波トランス６の二次側に接続されて高周波交流を整流している。
【００１１】
また、この際におけるフィルタ回路８は、互いに並列接続されたＤＣリアクトル８ａ及びコンデンサ８ｂから構成されており、整流波形に含まれる高周波成分の除去及び平滑を実行しているとともに、低周波インバータブリッジ９は、フィルタ回路８の後段に接続されたうえで全波整流波形状の直流を低周波（５０／６０〜数百Ｈｚ）で折返し制御しており、この低周波インバータブリッジ９では低周波の正弦波交流が生成される。さらに、連系リレー１０は商用電力系統３側との連系及び切り離しを実行し、ＡＣフィルタ１１は高調波成分を吸収しており、インバータ出力電流検出器１２は、低周波インバータブリッジ９の出力側でインバータ出力電流Ｉ_ｏｕｔを検出し、検出したインバータ出力電流Ｉ_ｏｕｔを制御回路１３へと出力している。さらにまた、制御回路１３は高周波インバータブリッジ５と低周波インバータブリッジ９とを制御しており、この制御回路１３は、高周波インバータブリッジ制御系ｌ３ａと低周波インバータブリッジ制御系１３ｂとから構成されている。
【００１２】
そして、高周波インバータブリッジ制御系１３ａは、制御量演算部１４と、ＰＷＭ制御部１５と、ゲートドライブ信号生成部１６と、電圧変化監視部１９とを具備し、ここでの制御量演算部１４は、インバータ出力電流Ｉ_ｏｕｔの標準波形信号であり、かつ、インバータ装置１の制御量がその振幅Ｒに相当することになる電流指令信号Ｉ_ｒｅｆを生成している。また、ＰＷＭ制御部１５は、電流指令信号Ｉ_ｒｅｆとインバータ出力電流Ｉ_ｏｕｔとの誤差を増幅して得られる誤差増幅信号とキャリア信号とに基づいたＰＷＭ制御を実行してパルス列信号ＰＬを生成しており、ゲートドライブ信号生成部１６は、ＰＷＭ制御部１５で生成されたパルス列信号ＰＬに基づいて高周波インバータブリッジ５が具備する４つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をオン／オフ制御している。さらに、電圧変化監視部１９は、直流コンデンサ４の両端から検出された直流入力電圧Ｖ_ｉｎに基づいて求まる太陽電池２の動作点電圧Ｖ_Ｍの単位時間当たりの変化を監視しており、監視結果を制御量演算部１４に出力している。
【００１３】
一方、低周波インバータブリッジ制御系１３ｂは、折返し制御部１７と、ゲートドライブ信号生成部１８とを具備しており、折返し制御部１７は、ＡＣフィルタ１１の後段で検出された商用電力系統３の電圧信号Ｖ_ｏｕｔに基づいたうえ、全波整流波形状の直流を低周波（５０／６０〜数百Ｈｚ）で折返し制御している。また、ゲートドライブ信号生成部１８は、折返し制御部１７の制御に基づいて低周波インバータブリッジ９が具備する４つのスイッチング素子Ｓｌ〜Ｓ４をオン／オフ制御している。なお、高周波インバータブリッジ５のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４及び低周波インバータブリッジ９のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４としては、ＩＧＢＴなどが使用可能である。
【００１４】
次に、上記したインバータ装置１の動作について説明する。まず、制御量演算部１４では、インバータの制御量である電流指令信号Ｉ_ｒｅｆが振幅Ｒを決定したうえで生成されることになり、生成された電流指令信号Ｉ_ｒｅｆはＰＷＭ制御部１５へと出力される。一方、インバータ出力電流検出器１２はその時のインバータ出力電流Ｉ_ｏｕｔを検出したうえでＰＷＭ制御部１５へと出力しており、ＰＷＭ制御部１５では、入力された電流指令信号Ｉ_ｒｅｆとインバータ出力電流Ｉ_ｏｕｔとの誤差を増幅して得られた誤差増幅信号とキャリア信号とによるＰＷＭ制御を実行し、高周波インバータブリッジ５のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をオン／オフ制御するパルス列信号ＰＬを生成してゲートドライブ信号生成部１６へと出力することが実行される。そして、この際、ＰＷＭ制御部１５によるＰＷＭ制御は、電流指令信号Ｉ_ｒｅｆとインバータ出力電流Ｉ_ｏｕｔとの誤差が零に収束するようにしながら実行されており、その結果としてインバータ出力電流Ｉ_ｏｕｔは電流指令信号Ｉ_ｒｅｆに限りなく近づいていく。すなわち、インバータ装置１においては、以上のようにしてインバータ出力電流Ｉ_ｏｕｔを制御することが行われており、この制御では、電流指令信号Ｉ_ｒｅｆがインバータ出力電流Ｉ_ｏｕｔの制御目標となっている。
【００１５】
一方、パルス列信号ＰＬが入力するゲートドライブ信号生成部１６では、パルス列信号ＰＬに基づいたうえで高周波インバータブリッジ５のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をオン／オフ制御することが実行されており、この際には、太陽電池２から取り出された直流電力が高周波インバータブリッジ５でもって高周波交流（数十〜数百ＫＨｚ）に変換されたうえで高周波トランス６の一次側へと供給される。ところが、この高周波トランス６によって太陽電池２側（一次側）と商用電力系統３側（二次側）との間が絶縁されているため、高周波インバータブリッジ５から入力してきた高周波交流は高周波トランス６の二次側に設けられたダイオートブリッジ７によって整流されることになり、フィルタ回路８では高周波成分の除去及び平滑が実行される。さらに、フィルタ回路８でもって全波整流波形状とされた直流は、低周波インバータブリッジ９によって低周波（５０／６０〜数百Ｈｚ）で折返し制御されるために低周波の正弦波交流となる。そして、この正弦波交流に対しては、連系リレー１０によって商用電力系統３側との連系及び切り離しが実行されることになり、ＡＣフィルタ１１でもって高調波成分が吸収された正弦波交流は商用電力系統３に対して出力される。
【００１６】
引き続き、このインバータ装置１における最大電力点追従制御を説明するが、その要点は以下の通りである。すなわち、この際においては、ＰＷＭ制御部１５で得られたパルス列信号ＰＬを制御量演算部１４へ入力させており、パルス列信号ＰＬのパルス幅Ｐｗを常時監視することが実行されるが、パルス列信号ＰＬのパルス幅Ｐｗは太陽電池２の出力電力の変化に対応した所定の規則性をもって変動するので、パルス幅Ｐｗの変化を監視しておくことにより、太陽電池２の出力特性曲線上の動作点が最大電力点よりも開放電圧Ｖ_ＯＣ側にあるか短絡電流Ｉ_ＳＣ側にあるかが判断でき、それに対応して電流指令信号Ｉ_ｒｅｆの振幅Ｒ、つまり、インバータの制御量を変化させることによって太陽電池２から最大電力を取り出すことが可能になる。ところが、実際の太陽電池２では、日射強度や太陽電池２を構成している素子の温度に対応して出力特性が時々刻々と変化するので、太陽電池２の出力特性曲線上の動作点が最大電力点を追従するようインバータの制御量を制御するためには、動作点の制御応答性の優れた制御、つまり、日射強度ないし太陽電池２の素子温度が変化して太陽電池２の出力特性が急激に変化した場合でも、瞬時に変化した最大電力点を迫従できるよう制御することが必要となる。
【００１７】
以下、このような点を踏まえて動作点制御の方法を詳しく説明するが、ここでは、図２ないし図６を参照して説明することとし、図２は太陽電池の出力特性曲線上の動作点の変化を表す説明図、図３は電流指令信号Ｉ_ｒｅｆとインバータ出力電流Ｉ_ｏｕｔとの関係をそれぞれ表す説明図、図４は所定時間Ｔでのインバータ出力電流Ｉ_ｏｕｔの変化を表す説明図、図５は電流指令信号Ｉ_ｒｅｆとインバータ出力電流Ｉ_ｏｕｔとの関係をそれぞれ表す説明図であり、図６は所定時間Ｔでのインバータ出力電流Ｉ_ｏｕｔの変化を表す説明図となっている。そして、この際、制御量演算部１４で作成される電流指令信号Ｉ_ｒｅｆはインバータ出力電流Ｉ_ｏｕｔの目標値となる信号であり、電流指令信号Ｉ_ｒｅｆの振幅Ｒを変動させてインバータの制御量を変化させれば、太陽電池２の出力特性曲線上における動作点の位置を制御し得ることとなる。
【００１８】
まず、図２で示すように、日射強度Ｅ１において、太陽電池２の出力特性曲線上の最大電力点よりも開放電圧Ｖ_ｏｃ側の位置Ａに動作点がある場合には、電流指令信号Ｉ_ｒｅｆの振幅Ｒ（制御量）を拡縮いずれに変更してＰＷＭ制御を実行しても、電流指令信号Ｉ_ｒｅｆとインバータ出力電流Ｉ_ｏｕｔとの誤差を小さくしようとするフィードバック制御により、図３及び図４で示すように、所定時間（ｔ＝Ｔ）が経過した後には、インバータ出力電流Ｉ_ｏｕｔの振幅ｒは拡幅した振幅Ｒに収束することになり、誤差Ｇはほぼなくなる。なお、図３（ａ）は、ＰＷＭ制御の初期（ｔ＝０）の時点であって誤差Ｇが十分にある状態を示す一方、図３（ｂ）は所定時間（ｔ＝Ｔ）が経過した時点であって誤差Ｇがほとんどなくなった状態を示しており、図４はインバータ出力電流Ｉ_ｏｕｔの時間変化を示している。そして、このように、所定時間が経過した時点で誤差Ｇが所定の設定値以下となっている場合には、動作点が最大電力点よりも開放電圧Ｖ_ＯＣ側に位置していると判断し、制御量を大きくする方向（電流指令信号Ｉ_ｒｅｆの振幅Ｒを拡幅する方向）に沿って、つまり、制御量の目標値を前回よりも１ステップだけ大きく設定することが実行される。
【００１９】
さらに、このような状態下で高周波インバータブリッジ５がＰＷＭ制御されると、所定時間（ｔ＝Ｔ）が経過した後の時点では、インバータ出力電流Ｉ_ｏｕｔの振幅ｒが振幅Ｒよりもさらに拡幅された振幅Ｒに収束するため、誤差Ｇはほぼなくなってしまう。そして、誤差Ｇが所定の設定値以下になったことを制御量演算部１４が検出すると、動作点は位置Ａ’よりも１ステップだけ最大電力点側の位置Ｂに移動したものの、未だ最大電力点を越えて短絡電流Ｉ_ｓｃ側にまでは移動していないと判断し、振幅Ｒの拡幅を継続する。引き続き、振幅Ｒの拡幅を継続したため、動作点が開放電圧Ｖ_ＯＣ側から最大電力点を越えて短絡電流Ｉ_ｓｃ側にまで移動すると、振幅Ｒは次のように変動したことになる。
【００２０】
すなわち、動作点が最大電力点よりも短絡電流Ｉ_ｓｃ側に移動した状態下で高周波インバータブリッジ５をＰＷＭ制御すると、電流指令信号Ｉ_ｒｅｆが、図２で示した出力特性曲線によって決まる最大電流を越えたインバータ出力電流Ｉ_ｏｕｔを要求するため、図５（ａ）〜（ｃ）で示しているように、所定時間（ｔ＝Ｔ）が経過した後の時点であってもインバータ出力電流Ｉ_ｏｕｔの振幅ｒは振幅Ｒに収束せず、誤差Ｇはなくならない。なお、この際におけるインバータ出力電流Ｉ_ｏｕｔの時間変化は、図６で示すようになっている。そして、所定時間が経過したにも拘わらず、誤差Ｇが所定の設定値以下にならない場合、動作点は最大電力点よりも短絡電流Ｉ_ｓｃ側に移動していると判断し、電流指令信号Ｉ_ｒｅｆの振幅Ｒを１ステップ縮幅する、つまり、制御量の目標値を１ステップだけ小さく設定することが実行された後、この状態下で高周波インバータブリッジ５をＰＷＭ制御する。
【００２１】
一方、図２で示すように、日射強度Ｅ１において、太陽電池２の出力特性曲線上の最大電力点よりもＩ_ｓｃ側の位置Ｃに動作点がある場合には、電流指令信号Ｉ_ｒｅｆの振幅Ｒを拡縮いずれに変更（図２では、制御量の目標値を１ステップ小さくして動作点の目標を位置Ｃ’とする、つまり、振幅Ｒを１ステップだけ縮幅する側に変更）してＰＷＭ制御を実行したとしても、所定時間（ｔ＝Ｔ）が経過した後の時点におけるインバータ出力電流Ｉ_ｏｕｔの振幅ｒは縮幅した振幅Ｒに収束せず、誤差Ｇはなくならない。そして、所定時間が経過したにも拘わらず、誤差Ｇが所定の設定値以下にならない場合、動作点は位置Ｃよりも最大電力点側の位置Ｃ’に移動しているものの、最大電力点を越えて開放電圧Ｖ_ＯＣ側にまでは移動していないと判断し、振幅Ｒの縮幅（制御量の縮小制御）を継続する。
【００２２】
このような縮幅を継続した結果として動作点が短絡電流Ｉ_ｓｃ側から最大電力点を越えて開放電圧Ｖ_ＯＣ側にまで移動すると、振幅Ｒは次のように変動したことになる。すなわち、動作点が最大電力点よりも開放電圧Ｖ_ＯＣ側に移動した状態下で高周波インバータブリッジ５をＰＷＭ制御しながら所定時間（ｔ＝Ｔ）が経過した後の時点では、インバータ出力電流Ｉ_ｏｕｔの振幅ｒは設定した振幅Ｒに収束しており、誤差Ｇはほぼなくなっている。そして、誤差Ｇが所定の設定値以下となったことを制御量演算部１４が検出すると、動作点は最大電力点よりも開放電圧Ｖ_ＯＣ側に移動していると判断したうえ、電流指令信号Ｉ_ｒｅｆの振幅Ｒを拡幅する方向（制御量を大きくする方向）に沿った制御が実行されることになり、このような制御を繰り返しながら動作点が最大電力点に追従するよう高周波インバータブリッジ５をＰＷＭ制御する。
【００２３】
次に、日射強度Ｅ１で動作点が最大電力点を追従している状態から日射強度がより大きな日射強度Ｅ２に急増した場合のインバータ装置１の動作を、太陽電池の出力特性曲線上の動作点の変化を表す図７の説明図に基づいて説明する。すなわち、図７で示すように、最大電力点を追従して位置Ｆにある動作点が日射強度の急増に伴って開放電圧Ｖ_ｏｃ側の位置Ｆ’ヘ移動すると、直流入力電圧Ｖ_ｉｎから求めた太陽電池２の動作点電圧Ｖ_Ｍが急増することになり、インバータ出力電流Ｉ_ｏｕｔの振幅ｒも急増する。そこで、上記した制御を継続すると仮定した場合、ＰＷＭ制御部１５は電流指令信号Ｉ_ｒｅｆとインバータ出力電流Ｉ_ｏｕｔとの誤差が零に収束するようなＰＷＭ制御を実行し、制御量演算部１４は制御量の目標値を１ステップずつ大きくして電流指令信号Ｉ_ｒｅｆの振幅Ｒを１ステップずつ拡幅することになる。
【００２４】
つまり、この際におけるインバータ出力電流Ｉ_ｏｕｔの振幅ｒは、日射量の急増に伴って一旦急激に拡幅した後、制御量を目標値に一致させるフィードバック制御により、日射量が急増する前の電流指令信号Ｉ_ｒｅｆの振幅Ｒよりも数ステップ分だけ大きな振幅Ｒ＋ΔＲ（ΔＲは微小値）として縮幅し（図７中の位置Ｆから位置Ｈへ移動）、その後、最大電力点の位置Ｊを追従するようにして電流指令信号Ｉ_ｒｅｆの振幅Ｒが１ステップずつ増加するのに伴って徐々に拡幅することとなる。そのため、日射量の急増後において、動作点が最大電力点の位置Ｊに到達するまでには長時間を要することになり、日射量の急増を検出して日射量急増期間であることを直ぐには判断できないのが現状である。
【００２５】
そこで、このような現状を改善すべく、本実施の形態にかかるインバータ装置１では、そのインバータの制御方法として、ある時点で検出した太陽電池２の動作点電圧値を初期動作点電圧値として記憶するとともに、ある時点から１サンプリング時間が経過した時点ごとにおける動作点電圧値を最新動作点電圧値として検出し、かつ、最新動作点電圧値から初期動作点電圧値を減算して電圧変化幅を算出した後、初期動作点電圧値を検出した時点から電圧変化幅の算出に用いた最新動作点電圧値を検出した時点までの経過時間でもって電圧変化幅を除算して電圧変化率を算出したうえ、電圧変化率が設定値を越えている際には日射量急増期間であると判断する制御方法が採用される。
【００２６】
すなわち、このインバータ装置１が備えている制御回路１３を構成する高周波インバータブリッジ制御系１３ａのうちに含まれる電圧変化監視部１９は、ある時刻ｔ_ｏにおける太陽電池２の動作点電圧を初期動作点電圧Ｖ_Ｍｏとして記憶し、かつ、１サンプリング時間Ｔ_ｓが経過した時点ごとに更新される動作点電圧を最新動作点電圧値Ｖ_Ｍとして検出したうえ、初期動作点電圧Ｖ_Ｍ０に対する最新動作点電圧値Ｖ_Ｍの電圧変化幅を監視しておき、その電圧変化幅を時刻ｔ_ｏからの経過した合計時間で除算して算出された値（以下、平均電圧変化率αという）が所定の設定値β、つまり、変化の傾きを示す設定値βを越えているか否かを調べており、平均電圧変化率αが設定値βを越えている際には日射量急増期間であるとの判断を下すことになっている。
【００２７】
以下、平均電圧変化率αを算出する際の具体的な手順を、日射量急増時の太陽電池動作点電圧の変化を表す説明図である図８を参照しながら説明する。なお、以下の説明では、周期Ｔの開始時点（図８（ａ）中の時刻ｔ_ｏ）から所定のサンプリング回数であるｉ回が経過した後の時点（図８（ａ）中の時刻ｔ_ｉ）までの間における平均電圧変化率をα_ｉとする。そこで、この平均電圧変化率α_ｉは、最新動作点電圧値Ｖ_Ｍ（時刻ｔ_ｉでの動作点電圧値）から初期動作点電圧Ｖ_Ｍ０（時刻ｔ_０での動作点電圧値）を減算して算出された電圧変化幅を、時刻ｔ_０から時刻ｔ_ｉまでの経過時間、つまり、Ｔ_ｓ ×ｉで除算して算出された値であることになる。
【００２８】
まず、高周波インバータブリッジ制御系１３ａが具備している電圧変化監視部１９は、１サンプリング時間Ｔ_ｓが経過する度ごとに平均電圧変化率α_ｉと設定値βとの大小を比較しており、時刻ｔ_ｏから時刻ｔ_ｎまでの周期Ｔが経過した期間内において、平均電圧変化率α_ｉが設定値βを越えていない場合には、この周期Ｔの期間内で日射量の急激な増加が発生していないと判断する。そして、記憶していた初期動作点電圧Ｖ_Ｍｏをリセットし、かつ、時刻ｔ_ｎでの動作点電圧を新たな初期動作点電圧Ｖ_Ｍｏ’として記憶した後、時刻ｔ_ｎを次の周期Ｔを開始する時刻ｔ_ｏ’と設定し直したうえで上記したのと同じ計算を実行する。その後、周期Ｔが経過し終わるいずれかの時点、例えば、図８（ｂ）中の時刻ｔ_ｋで平均電圧変化率α_ｋが設定値βを越えると、電圧変化監視部１９は、周期Ｔの終了を待たずに日射量が急増した、つまり、日射量急増期間であると判断したうえで制御量演算部１４に対して日射量急増検出信号を出力する。
【００２９】
また、記憶していた初期動作点電圧Ｖ_Ｍｏ’を時刻ｔ_ｋでリセットし、この時刻ｔ_ｋでの動作点電圧を新たな初期動作点電圧Ｖ_Ｍｏ’として記憶した後、時刻ｔ_ｋを次の周期Ｔを開始する時刻ｔ_ｏ’と設定し直したうえで上記したのと同じ計算を実行する。すなわち、以上説明したように、平均電圧変化率αの監視を繰り返しながら日射量急増期間であるか否かを判断するインバータの制御方法であれば、太陽電池２の動作点電圧が微小な増減をしたにも拘わらず、電圧変化監視部１９が日射量の急増と誤認することはなくなり、太陽電池２の動作点電圧が急上昇したことに基づいて直ちに日射量の急増を検出することが可能となり、直ぐさま日射量急増期間であるとの判断を下し得るという利点が確保される。
【００３０】
さらに、本実施の形態にかかるインバータ装置１では以下のようなインバータの制御方法が引き続いて採用されることになり、ここでは、日射量急増時の電流指令信号Ｉ_ｒｅｆとインバータ出力電流Ｉ_ｏｕｔとの関係をそれぞれ表す説明図であるところの図９を参照しながら引き続くインバータの制御方法を説明する。すなわち、この制御方法は、要するに、日射量急増期間であると判断した以降の時点では、検出されたインバータ出力電流の振幅のうちで最大となる振幅を電流指令信号の振幅として設定することを特徴とする制御方法である。なお、この際にあっては、電圧変化監視部１９が日射量急増期間であるとの判断を下しており、制御量演算部１４に対する日射量急増検出信号を送り続けているとする。
【００３１】
まず、インバータ装置１を構成しているインバータ出力電流検出器１２は、検出されたインバータ出力電流Ｉ_ｏｕｔを制御量演算部１４及びＰＷＭ制御部１５に対して出力し続けており、電圧変化監視部１９からの日射量急増検出信号が入力している制御量演算部１４は、日射量急増期間が開始した時点（ｔ＝０）におけるインバータ出力電流Ｉ_ｏｕｔの振幅ｒが最大振幅ｒ_ｍａｘであると設定する。そして、この制御量演算部１４は、インバータ出力電流Ｉ_ｏｕｔの最大振幅ｒ_ｍａｘを電流指令信号Ｉ_ｒｅｆの振幅Ｒとして設定し、設定された振幅Ｒに基づく電流指令信号Ｉ_ｒｅｆを生成したうえでＰＷＭ制御部１５へと出力する。その後、１サンプリング時間Ｔ_ｓが経過した後の時点（ｔ＝Ｔ_ｓ）で検出されたインバータ出力電流Ｉ_ｏｕｔの振幅ｒ’と最大振幅ｒ_ｍａｘとが比較されることになり、図９（ａ）で示すように、インバータ出力電流Ｉ_ｏｕｔの振幅ｒ’の方が最大振幅ｒ_ｍａｘよりも大きい場合には最大振幅ｒ_ｍａｘが振幅ｒ’でもって更新される一方、図９（ｂ）で示すように、振幅ｒ’が最大振幅ｒ_ｍａｘよりも小さい場合には更新しないままとすることが実行される。
【００３２】
そして、制御量演算部１４は、日射量急増期間が開始したのと同時点で得られたインバータ出力電流Ｉ_ｏｕｔの最大振幅ｒ_ｍａｘを電流指令信号Ｉ_ｒｅｆの振幅Ｒとして設定し、この振幅Ｒに基づく電流指令信号Ｉ_ｒｅｆを生成したうえでＰＷＭ制御部１５へと出力する。すなわち、制御量演算部１４へと日射量急増検出信号が入力している間の１サンプリング時間Ｔ_ｓが経過する時点ごとに、上記したような一連の動作が実行される結果、電流指令信号Ｉ_ｒｅｆの振幅Ｒは常にインバータ出力電流Ｉ_ｏｕｔの最大振幅ｒ_ｍａｘとされていることになる。したがって、電流指令信号Ｉ_ｒｅｆの振幅Ｒは、日射量急増期間であると判断された当初の時点からインバータ出力電流Ｉ_ｏｕｔの振幅ｒに追従して拡幅することになり、太陽電池２の最大電力点に到達するまでの必要時間は大幅に短縮される。
【００３３】
さらに、本実施の形態にかかるインバータ装置１においては、設定された電流指令信号の振幅が１サンプリング時間前の時点で設定された電流指令信号の振幅から設定値以上増加している場合には、１サンプリング時間前の時点で設定された電流指令信号の振幅に設定値を加算した振幅を新たな電流指令信号の振幅として設定することを特徴とするインバータの制御方法を採用することも可能である。すなわち、この制御方法では、ある時点における電流指令信号Ｉ_ｒｅｆの振幅Ｒ_ｉと１サンプリング時間Ｔ_ｓ前の時点における振幅Ｒ_ｉ’と比べて変化した量γを制御量演算部１４が監視しており、振幅Ｒ_ｉ’と比較した場合における振幅Ｒ_ｉの変化量γが設定値δ以上であるとき、電流指令信号Ｉ_ｒｅｆの振幅Ｒ_ｉとしては振幅Ｒ_ｉ’に設定値δを加算した値が設定されることとなり、振幅Ｒ_ｉ’に設定値δを加算して設定された振幅Ｒ_ｉに基づく電流指令信号Ｉ_ｒｅｆが生成される。そして、この制御方法であれば、制御量演算部１４により、電流指令信号Ｉ_ｒｅｆの振幅Ｒが過大となってしまうことが抑制される。
【００３４】
さらにまた、日射量がほぼ一定で太陽電池２の動作点がほとんど移動せずに安定しているインバータ装置１におけるインバータの制御方法を説明するが、この際における制御方法では、ある時点から所定時間が経過する時点までの間における電圧変化率の絶対値が設定値よりも小さい場合には日射量安定期間であると判断し、電流指令信号の振幅のステップ幅を小さくすることが実行される。なお、ここでの電圧変化監視部１９は、日射量の急増を検出していないとする。
【００３５】
すなわち、電圧変化監視部１９は、ある時刻ｔ_ｉにおける太陽電池２の動作点電圧Ｖ_Ｍｉに対する所定時間Ｔ_ｉが経過した後の時点における動作点電圧Ｖ_Ｍｉ’の変化量εを経過時間Ｔ_ｉで除算して求められた電圧変化率α_ｉを監視しており、電圧変化率α_ｉの絶対値が所定の設定値ζ以下である場合の電圧変化監視部１９は、日射量がほぼ一定であるから日射量安定期間であるとの判断を下し、制御量演算部１４に対して日射量安定検出信号を出力する。そして、このような動作を所定時間Ｔ_ｉが経過する度ごとに繰り返して日射量安定期間であるか否かを判断し、日射量安定期間である限りは日射量安定検出信号を出力し続ける。一方、電圧変化監視部１９からの日射量安定期間検出信号を受け取った制御量演算部１４は、電流指令信号Ｉ_ｒｅｆの振幅Ｒ（制御量の目標値）のステップ幅を小さく設定することになり、日射量安定期間の最大電力点を追従している太陽電池２の動作点電圧が周期的に変動することは抑制される。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかるインバータの制御方法では、最新動作点電圧から初期動作点電圧値を減算して電圧変化幅を算出し、初期動作点電圧値を検出した時点から電圧変化幅の算出に用いた最新動作点電圧を検出した時点までの経過時間でもって電圧変化幅を除算して電圧変化率を算出することによって電圧変化率を監視し続けているので、日射量急増期間であるとの速やかな判断を下すことが可能となる。加えて、インバータの制御量の目標値は、電流指令信号とインバータ出力電流との誤差の大きさに基づいて１ステップずつ変化させられるのが通常であるが、本発明の制御方法においては、日射量急増期間であると判断した以降の時点における電流指令信号の振幅（制御量の目標値）が検出されたインバータ出力電流の振幅のうちで最大となる振幅に設定されるので、日射量の急増に追従して直ちに制御量の目標値を増加させることが可能となり、太陽電池の動作点が最大電力点に到達するまでに要する時間を大幅に短縮することができるという効果が得られる。
【００３８】
また、本発明にかかるインバータの制御方法であれば、１サンプリング時間前の時点で検出された電流指令信号の振幅に設定値を加算した振幅をある時点で検出された電流指令信号の振幅として設定することに伴って制御量の目標値の変化幅における上限を設けているので、太陽電池の動作点が過大に変化することを抑制できるという効果が得られる。さらにまた、本発明にかかるインバータの制御方法にあっては、ある時点から所定時間が経過する時点までの間における電圧変化率の絶対値が設定値よりも小さい場合には日射量安定期間であると判断し、電流指令信号の振幅のステップ幅（制御量の目標値の変化幅）を小さくしているので、太陽電池の動作点が周期的に変動する振幅を抑制することが可能となり、最大電力点をより正確に追従することができるという効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態にかかるインバータ装置の全体構成を示す回路図である。
【図２】太陽電池の出力特性曲線上の動作点の変化を表す説明図である。
【図３】電流指令信号Ｉ_ｒｅｆとインバータ出力電流Ｉ_ｏｕｔとの関係をそれぞれ表す説明図である。
【図４】所定時間Ｔでのインバータ出力電流Ｉ_ｏｕｔの変化を表す説明図である。
【図５】電流指令信号Ｉ_ｒｅｆとインバータ出力電流Ｉ_ｏｕｔとの関係をそれぞれ表す説明図である。
【図６】所定時間Ｔでのインバータ出力電流Ｉ_ｏｕｔの変化を表す説明図である。
【図７】太陽電池の特性曲線上の動作点の変化を表す説明図である。
【図８】日射量急増時の太陽電池動作点電圧の変化を表す説明図である。
【図９】日射量急増時の電流指令信号Ｉ_ｒｅｆとインバータ出力電流Ｉ_ｏｕｔとの関係をそれぞれ表す説明図である。
【符号の説明】
１インバータ装置
２太陽電池
３商用電力系統
５高周波インバータブリッジ
９低周波インバータブリッジ
１２インバータ出力電流検出器
１３制御回路
１４制御量演算部
１５ＰＷＭ制御部
１６ゲートドライブ信号生成部
１９電圧変化監視部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of controlling an inverter that converts DC power extracted from a solar cell, which is an independent DC power supply, into AC power and supplies the AC power to an existing commercial power system, and particularly relates to a technique of maximum power point tracking control. . In the following description, the part that actually operates as an inverter after configuring the inverter device is referred to as an inverter.
[0002]
[Prior art]
The output characteristics of a solar cell, which is a DC power supply, will change due to fluctuations in conditions such as the amount of solar radiation and the element temperature of the solar cell.The maximum power that can be extracted from the solar cell is shown on the output characteristic curve of the solar cell. It is known that points exist. Therefore, in the inverter device, control is performed such that the operating point on the output characteristic curve of the solar cell coincides with the maximum power point, and the maximum power is extracted from the solar cell. By the way, among the methods for realizing such maximum power point tracking control, there is a method of detecting an output power based on a DC voltage and a DC current output from the solar cell, and setting the detected output power value to be maximum. Although there is a method of moving the operating point along the output characteristic curve, when this method is adopted, in addition to the detection circuit of the DC voltage and DC current output from the solar cell, the calculation of the output power and Since a control circuit is required, the device configuration becomes complicated.
[0003]
Therefore, as a new inverter control method that can eliminate such inconveniences, a control method that detects the output voltage of the solar cell and the inverter output current and changes the inverter output current so that the output power from the solar cell is maximized. In this control method, specifically, the switching element is opened and closed so that an error between a previously created current waveform command signal (hereinafter, referred to as a current command value) and an inverter output current is eliminated. Searching for the maximum power point is performed by controlling the operation and varying the operating point of the solar cell. That is, in this method, the amplitude of the current command value is increased at a predetermined step width every period, and when the operating point reaches the maximum power point, the current command value is increased to the maximum power value. Since the above error is always a positive value as a result of requesting a current higher than the current point, it is recognized that the output power has dropped beyond the maximum power point, and the amplitude of the current command value is reduced to reduce the maximum power. It is controlled to follow a point.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional inverter control method, the following inconvenience occurs. That is, first, when the operating voltage of the solar cell rises sharply due to a rapid increase in the amount of solar radiation, the inverter output current also rises sharply in response to the rise in the operating voltage. Since the predetermined value is determined, the current command value does not increase following the rapid increase in the amount of solar radiation. Then, since the increase width of the current command value is smaller than the increase width of the inverter output current, the inverter output current that has rapidly increased by feedback control that matches the inverter output current with the current command value is suppressed to near the level before the rapid increase. As a result, the maximum power point could not be immediately followed.
[0005]
Further, the conventional maximum power point tracking control is a method of searching for a maximum power point by moving an operating point by a fixed amount along a direction in which power on an output characteristic curve rises. Even when the characteristics are stable, the output voltage and the power always fluctuate at a predetermined step width, and power loss occurs as a result of which power generation efficiency is reduced. In particular, when the output power of the solar cell is large, the slope of the PV characteristic near the maximum power point is also large, so that the loss due to the swing of the operating point is also large.
[0006]
The present invention has been made in view of such inconvenience, and shows high control responsiveness even during a rapid increase in the amount of solar radiation, despite the fact that it is not necessary to change the hardware of the inverter device, and It is an object of the present invention to provide an inverter control method capable of efficiently extracting maximum power from a solar cell.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
A method for controlling an inverter according to a first invention is a method for controlling an inverter in an inverter device that converts DC power into AC power and supplies the AC power to a commercial power system while controlling the DC power extracted from a solar cell to be maximum. In addition, the operating point voltage value of the solar cell detected at a certain time is stored as an initial operating point voltage value, and the operating point voltage value at each time when one sampling time has elapsed from a certain time point is detected as the latest operating point voltage value. And, after calculating the voltage change width by subtracting the initial operating point voltage value from the latest operating point voltage value, the latest operating point voltage value used for calculating the voltage change width is calculated from the time when the initial operating point voltage value is detected. The voltage change rate is calculated by dividing the voltage change width by the elapsed time until the detection, and when the voltage change rate exceeds the set value, it is a period of rapid increase in solar radiation. DecisionThen, at the time after it is determined that the period is the rapid increase in the amount of solar radiation, the maximum amplitude of the detected inverter output current is set as the amplitude of the current command signal.It is characterized by:
[0008]
A method for controlling an inverter according to a second aspect of the present inventionFirstIf the amplitude of the current command signal set by the inverter control method according to the invention of the present invention has increased by a set value or more from the amplitude of the current command signal set at the time one sampling time earlier, It is characterized in that the amplitude obtained by adding the set value to the amplitude of the current command signal set at the time is set as the amplitude of the new current command signal. No.3In the inverter control method according to the invention, when the absolute value of the voltage change rate from a certain point in time to a point in time when a predetermined time elapses is smaller than a set value, it is determined that the solar radiation amount is in a stable period, and the current command is determined. It is characterized in that the step width of the signal amplitude is reduced.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, the configuration and operation of an inverter device will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a circuit diagram showing an overall configuration of an inverter device according to the present embodiment. In the figure, reference numeral 1 denotes an inverter device, 2 denotes a solar cell, and 3 denotes a commercial power system.
[0010]
The inverter device 1 according to the present embodiment controls the DC power taken from the solar cell 2 to the maximum while converting the DC power to the AC power, that is, the same phase and frequency (50/60 Hz) as those of the existing commercial power system 3. ) Is supplied to the commercial power system 3 after being converted to AC power. The DC capacitor 4, the high-frequency inverter bridge 5, the high-frequency transformer 6, the diode bridge 7, the filter circuit 8, the low-frequency An inverter bridge 9, an interconnection relay 10, an AC filter 11, an inverter output current detector 12, and a control circuit 13 are provided. The DC capacitor 4 here suppresses fluctuations in DC power output from the solar cell 2, and the high-frequency inverter bridge 5 converts the DC power input to the inverter device 1 into high-frequency AC (several tens to several hundreds KHz). The high-frequency transformer 6 has a role of insulating between the solar cell 2 side (primary side) and the commercial power system 3 side (secondary side), and the diode bridge 7 is a secondary side of the high-frequency transformer 6. To rectify the high-frequency alternating current.
[0011]
At this time, the filter circuit 8 includes a DC reactor 8a and a capacitor 8b connected in parallel with each other, and removes and smoothes high-frequency components contained in the rectified waveform, and performs low-frequency inverter bridge 9 Is connected to the subsequent stage of the filter circuit 8 and controls the direct current of the full-wave rectified wave shape at a low frequency (50/60 to several hundreds Hz). Wave alternating current is generated. Further, the interconnection relay 10 performs interconnection and disconnection from the commercial power system 3 side, the AC filter 11 absorbs harmonic components, and the inverter output current detector 12 outputs the output of the low-frequency inverter bridge 9. Output current I on the side_out  And the detected inverter output current I_out  To the control circuit 13. Further, the control circuit 13 controls the high-frequency inverter bridge 5 and the low-frequency inverter bridge 9, and the control circuit 13 includes a high-frequency inverter bridge control system 13a and a low-frequency inverter bridge control system 13b. .
[0012]
The high-frequency inverter bridge control system 13a includes a control amount calculation unit 14, a PWM control unit 15, a gate drive signal generation unit 16, and a voltage change monitoring unit 19, where the control amount calculation unit 14 , Inverter output current I_out  Current command signal I which is a standard waveform signal of which the control amount of the inverter device 1 corresponds to its amplitude R._ref  Has been generated. Further, the PWM control unit 15 outputs the current command signal I_ref  And inverter output current I_out  A pulse train signal PL is generated by performing PWM control based on an error-amplified signal and a carrier signal obtained by amplifying the error of the gate drive signal, and the gate drive signal generation unit 16 generates the pulse train signal PL by the PWM control unit 15. On / off control of the four switching elements Q1 to Q4 included in the high-frequency inverter bridge 5 is performed based on the pulse train signal PL. Further, the voltage change monitoring unit 19 outputs the DC input voltage V detected from both ends of the DC capacitor 4._inOperating point voltage V of solar cell 2 obtained based on_M  Is monitored per unit time, and the monitoring result is output to the control amount calculator 14.
[0013]
On the other hand, the low-frequency inverter bridge control system 13b includes a turn-back control unit 17 and a gate drive signal generation unit 18. The turn-back control unit 17 is configured to operate the commercial power system 3 detected at the subsequent stage of the AC filter 11. Voltage signal V_out  In addition, the direct current of the full-wave rectified wave shape is looped back at a low frequency (50/60 to several hundred Hz). In addition, the gate drive signal generation unit 18 controls on / off of the four switching elements S1 to S4 included in the low-frequency inverter bridge 9 based on the control of the return control unit 17. Note that, as the switching elements Q1 to Q4 of the high-frequency inverter bridge 5 and the switching elements S1 to S4 of the low-frequency inverter bridge 9, IGBTs or the like can be used.
[0014]
Next, the operation of the above-described inverter device 1 will be described. First, in the control amount calculation unit 14, the current command signal I_ref  Is determined after determining the amplitude R, and the generated current command signal I_ref  Is output to the PWM control unit 15. On the other hand, the inverter output current detector 12 detects the inverter output current I at that time._out  Is detected and output to the PWM control unit 15, and the PWM control unit 15_ref  And inverter output current I_out  PWM control is performed using an error-amplified signal obtained by amplifying the error of the high-frequency inverter and a carrier signal, to generate a pulse train signal PL for turning on / off the switching elements Q1 to Q4 of the high-frequency inverter bridge 5, and to generate a gate drive signal The output to the generation unit 16 is executed. At this time, the PWM control by the PWM control unit 15 is performed by the current command signal I_ref  And inverter output current I_out  And the error is converged to zero. As a result, the inverter output current I_out  Is the current command signal I_ref  Approaching endlessly. That is, in the inverter device 1, the inverter output current I_out  Is controlled, and in this control, the current command signal I_ref  Is the inverter output current I_out  Control target.
[0015]
On the other hand, in the gate drive signal generation unit 16 to which the pulse train signal PL is input, on / off control of the switching elements Q1 to Q4 of the high-frequency inverter bridge 5 is executed based on the pulse train signal PL. Is converted into high-frequency alternating current (several tens to several hundreds KHz) by the high-frequency inverter bridge 5 and supplied to the primary side of the high-frequency transformer 6. However, since the high-frequency transformer 6 insulates between the solar cell 2 (primary side) and the commercial power system 3 (secondary side), the high-frequency alternating current input from the high-frequency inverter bridge 5 is Is rectified by the di-auto bridge 7 provided on the secondary side of the filter circuit 8, and the filter circuit 8 performs removal and smoothing of high-frequency components. Further, the direct current formed into the full-wave rectified wave shape by the filter circuit 8 is turned back at a low frequency (50/60 to several hundred Hz) by the low frequency inverter bridge 9 to be a low frequency sine wave alternating current. . The sine wave AC is connected to and disconnected from the commercial power system 3 by the interconnection relay 10, and the sine wave AC whose harmonic components have been absorbed by the AC filter 11. Is output to the commercial power system 3.
[0016]
Next, the maximum power point tracking control in the inverter device 1 will be described, and the main points are as follows. That is, at this time, the pulse train signal PL obtained by the PWM control unit 15 is input to the control amount calculation unit 14, and the pulse width Pw of the pulse train signal PL is constantly monitored. Since the pulse width Pw of the PL fluctuates with a predetermined regularity corresponding to the change in the output power of the solar cell 2, by monitoring the change in the pulse width Pw, the operating point on the output characteristic curve of the solar cell 2 is obtained. Is the open circuit voltage V higher than the maximum power point._OCSide or short-circuit current I_SCSide, and the current command signal I_ref  , That is, the control amount of the inverter, the maximum power can be extracted from the solar cell 2. However, in the actual solar cell 2, the output characteristic changes every moment according to the solar radiation intensity and the temperature of the elements constituting the solar cell 2, so that the operating point on the output characteristic curve of the solar cell 2 becomes the maximum. In order to control the control amount of the inverter so as to follow the power point, control with excellent control response of the operating point, that is, the solar radiation intensity or the element temperature of the solar cell 2 changes, and the output characteristics of the solar cell 2 change. Even in the case of a sudden change, it is necessary to control so that the instantaneously changed maximum power point can be followed.
[0017]
Hereinafter, a method of operating point control will be described in detail based on such points. Here, the method will be described with reference to FIGS. 2 to 6, and FIG. 2 shows an operating point on the output characteristic curve of the solar cell. FIG. 3 is a diagram illustrating a change in the current command signal I._ref  And inverter output current I_out  FIG. 4 is a diagram illustrating the relationship between the inverter output current I and the inverter output current I at a predetermined time T._out  FIG. 5 is a diagram illustrating a change in the current command signal I._ref  And inverter output current I_out  FIG. 6 is a diagram illustrating the relationship between the inverter output current I_out  FIG. At this time, the current command signal I_ref  Is the inverter output current I_out  And the current command signal I_ref  Is varied to change the control amount of the inverter, the position of the operating point on the output characteristic curve of the solar cell 2 can be controlled.
[0018]
First, as shown in FIG. 2, at the solar radiation intensity E1, the open-circuit voltage V is higher than the maximum power point on the output characteristic curve of the solar cell 2._ocIf there is an operating point at position A on the side of_ref  The PWM command is executed by changing the amplitude R (control amount) of the current_ref  And inverter output current I_out  As shown in FIGS. 3 and 4, after a predetermined time (t = T) has elapsed, the inverter output current I_out  Will converge to the widened amplitude R, and the error G is almost eliminated. FIG. 3A shows a state at the time of the initial stage (t = 0) of the PWM control with a sufficient error G, while FIG. 3B shows a state in which a predetermined time (t = T) has elapsed. FIG. 4 shows a state in which the error G has almost disappeared at the time, and FIG._out  Of FIG. When the error G is equal to or less than the predetermined set value at the time when the predetermined time has elapsed, the operating point is set to the open voltage V higher than the maximum power point._OCIn the direction of increasing the control amount (current command signal I_ref  (In the direction in which the amplitude R is increased), that is, the target value of the control amount is set to be larger by one step than the previous time.
[0019]
Further, when the high-frequency inverter bridge 5 is subjected to PWM control in such a state, at a point in time after a predetermined time (t = T) has elapsed, the inverter output current I_out  Is converged to the amplitude R wider than the amplitude R, the error G is almost eliminated. When the control amount calculating unit 14 detects that the error G has become equal to or less than a predetermined set value, the operating point has moved to the position B on the maximum power point side by one step from the position A ′, but has not yet reached the maximum power. Short-circuit current I beyond the point_scIt is determined that it has not moved to the side, and the widening of the amplitude R is continued. Since the amplitude R was continuously widened, the operating point was changed to the open-circuit voltage V._OCFrom the side beyond the maximum power point_scMoving to the side, the amplitude R fluctuates as follows.
[0020]
That is, the operating point is shorter than the maximum power point in the short-circuit current I._scWhen the high-frequency inverter bridge 5 is subjected to PWM control while moving to the side, the current command signal I_ref  Is the inverter output current I exceeding the maximum current determined by the output characteristic curve shown in FIG._out  As shown in FIGS. 5A to 5C, even if a predetermined time (t = T) has elapsed, the inverter output current I_out  Does not converge to the amplitude R, and the error G does not disappear. In this case, the inverter output current I_out  6 is as shown in FIG. If the error G does not become equal to or less than the predetermined set value despite the lapse of the predetermined time, the operating point is set to the short-circuit current I_scTo the current command signal I_ref  Is reduced by one step, that is, the target value of the control amount is set smaller by one step, and then the high-frequency inverter bridge 5 is subjected to PWM control in this state.
[0021]
On the other hand, as shown in FIG. 2, in the solar radiation intensity E1, the maximum power point on the output characteristic curve_scIf there is an operating point at the side position C, the current command signal I_ref  (In FIG. 2, the target value of the control amount is reduced by one step to set the target of the operating point to the position C ′, that is, the amplitude R is changed to the side of reducing the amplitude by one step). Even if the PWM control is executed in this way, the inverter output current I at the time after a predetermined time (t = T) has elapsed._out  Does not converge to the reduced amplitude R, and the error G does not disappear. If the error G does not become equal to or less than the predetermined set value despite the lapse of the predetermined time, the operating point has moved to the position C ′ closer to the maximum power point than the position C, but the maximum power point has been changed. Open voltage V_OCIt is determined that it has not moved to the side, and the width of the amplitude R is reduced (control for reducing the control amount) is continued.
[0022]
As a result of continuing such narrowing, the operating point becomes short-circuit current I_scOpen voltage V beyond the maximum power point from the side_OCMoving to the side, the amplitude R fluctuates as follows. That is, the operating point is higher than the maximum power point in the open voltage V_OCWhen a predetermined time (t = T) elapses while the high-frequency inverter bridge 5 is subjected to PWM control in a state where the inverter output current I_out  Has converged to the set amplitude R, and the error G has almost disappeared. When the control amount calculating unit 14 detects that the error G has become equal to or less than a predetermined set value, the operating point is set to the open voltage V higher than the maximum power point._OCTo the current command signal I_ref  Is performed along a direction in which the amplitude R of the high-frequency inverter is widened (a direction in which the control amount is increased), and the high-frequency inverter bridge 5 is controlled by the PWM so that the operating point follows the maximum power point while repeating such control. Control.
[0023]
Next, the operation of the inverter device 1 in the case where the operating point suddenly increases from the state where the operating point follows the maximum power point at the solar irradiation intensity E1 to the higher solar irradiation intensity E2 will be described as the operating point on the output characteristic curve of the solar cell. Will be described with reference to the explanatory diagram of FIG. That is, as shown in FIG. 7, the operating point at the position F following the maximum power point changes the open-circuit voltage V_ocSide position F ', the DC input voltage V_inOperating point voltage V of solar cell 2 obtained from_M  Increases rapidly, and the inverter output current I_out  Also sharply increases. Therefore, assuming that the above-described control is continued, the PWM control unit 15 outputs the current command signal I_ref  And inverter output current I_out  PWM control is performed such that the error from the control signal converges to zero, and the control amount calculation unit 14 increases the target value of the control amount by one step and increases the current command signal I_ref  Is increased by one step at a time.
[0024]
That is, at this time, the inverter output current I_out  The amplitude r of the current command signal I before the sudden increase in the amount of solar radiation is increased by the feedback control for causing the control amount to coincide with the target value once the width is suddenly increased with the rapid increase in the amount of solar radiation._ref  The width is reduced as the amplitude R + ΔR (ΔR is a minute value) larger than the amplitude R by several steps (moves from the position F to the position H in FIG. 7), and then follows the position J of the maximum power point. Current command signal I_ref  Are gradually widened as the amplitude R of the data increases by one step. Therefore, after the rapid increase in the amount of solar radiation, it takes a long time until the operating point reaches the position J of the maximum power point. At present it is impossible to judge.
[0025]
Therefore, in order to improve such a current situation, in the inverter device 1 according to the present embodiment, as an inverter control method, an operating point voltage value of the solar cell 2 detected at a certain time is stored as an initial operating point voltage value. At the same time, the operating point voltage value at each time point when one sampling time has elapsed from a certain time point is detected as the latest operating point voltage value, and the initial operating point voltage value is subtracted from the latest operating point voltage value to obtain the voltage change width. After the calculation, the voltage change rate was calculated by dividing the voltage change width by the elapsed time from when the initial operating point voltage value was detected to when the latest operating point voltage value used for calculating the voltage change width was detected. In addition, when the voltage change rate exceeds the set value, a control method for determining that the period is a rapid increase in the amount of solar radiation is adopted.
[0026]
That is, the voltage change monitoring unit 19 included in the high-frequency inverter bridge control system 13a included in the control circuit 13 included in the inverter device 1 operates at a certain time t._o  Operating point voltage of solar cell 2 at initial operating point voltage V_MoAnd one sampling time T_s  The operating point voltage updated every time the time elapses is set to the latest operating point voltage value V_M  And the initial operating point voltage V_M0Operating point voltage value V for_M  Is monitored, and the voltage change width is measured at time t._o  It is determined whether or not the value calculated by dividing by the total time elapsed from (hereinafter, referred to as average voltage change rate α) exceeds a predetermined set value β, that is, a set value β indicating a slope of change. When the average voltage change rate α exceeds the set value β, it is determined that the period is a rapid increase in the amount of solar radiation.
[0027]
Hereinafter, a specific procedure for calculating the average voltage change rate α will be described with reference to FIG. 8, which is an explanatory diagram illustrating a change in the solar cell operating point voltage when the amount of solar radiation increases sharply. In the following description, the start time of the period T (time t in FIG._o  ) After the elapse of a predetermined number of sampling times i (time t in FIG. 8A)._i  ) Is the average voltage change rate_i  And Therefore, this average voltage change rate α_i  Is the latest operating point voltage V_M  (Time t_i  Operating point voltage value) to the initial operating point voltage V_M0(Time t₀  The voltage change width calculated by subtracting the operating point voltage value at₀  To time t_i  Elapsed time, ie, T_s  It is a value calculated by dividing by × i.
[0028]
First, the voltage change monitoring unit 19 included in the high-frequency inverter bridge control system 13a performs one sampling time T_s  Average voltage change rate α every time_i  And the set value β are compared._o  To time t_n  Average voltage change rate α during the period in which cycle T has elapsed_i  Does not exceed the set value β, it is determined that no rapid increase in the amount of solar radiation has occurred within the period of the cycle T. Then, the stored initial operating point voltage V_MoAnd at time t_n  Operating point voltage at a new initial operating point voltage V_Mo’, Then at time t_n  At the time t when the next cycle T starts_o'And then perform the same calculations as described above. Thereafter, at any time when the cycle T ends, for example, at time t in FIG._k  Is the average voltage change rate α_k  Exceeds the set value β, the voltage change monitoring unit 19 determines that the amount of solar radiation has rapidly increased without waiting for the end of the cycle T, that is, determines that it is a period of rapid increase in the amount of solar radiation. A solar radiation rapid increase detection signal is output.
[0029]
Also, the stored initial operating point voltage V_Mo’At time t_k  At time t_k  Operating point voltage at a new initial operating point voltage V_Mo’, Then at time t_k  At the time t when the next cycle T starts_o'And then perform the same calculations as described above. That is, as described above, according to the inverter control method of determining whether or not the period of rapid increase in the amount of solar radiation while monitoring the average voltage change rate α repeatedly, the operating point voltage of the solar cell 2 slightly increases or decreases. Despite this, the voltage change monitoring unit 19 does not mistakenly recognize a sudden increase in the amount of solar radiation, and can immediately detect a sudden increase in the amount of solar radiation based on the sudden rise in the operating point voltage of the solar cell 2, This has the advantage that the user can immediately determine that the period of rapid increase in the amount of solar radiation has occurred.
[0030]
Further, in the inverter device 1 according to the present embodiment, the following control method of the inverter will be continuously employed. Here, the current command signal I at the time of the rapid increase in the amount of solar radiation will be described._ref  And inverter output current I_out  Next, a method of controlling the inverter will be described with reference to FIG. In other words, this control method is characterized in that, after determining that the period is a rapid increase in the amount of solar radiation, the maximum amplitude of the detected inverter output current is set as the amplitude of the current command signal. Is a control method. At this time, it is assumed that the voltage change monitoring unit 19 has determined that the period is a rapid increase in the amount of solar radiation, and continues to transmit a rapid increase detection signal of the amount of solar radiation to the control amount calculating unit 14.
[0031]
First, the inverter output current detector 12 constituting the inverter device 1 detects the detected inverter output current I_out  Is continuously output to the control amount calculating unit 14 and the PWM control unit 15, and the control amount calculating unit 14 to which the solar radiation amount rapid increase detection signal from the voltage change monitoring unit 19 is input starts the solar radiation amount rapid increase period. Output current I at the time (t = 0)_out  Is the maximum amplitude r_max  Set to. Then, the control amount calculation unit 14 calculates the inverter output current I_out  Maximum amplitude r of_max  Is the current command signal I_ref  Of the current command signal I based on the set amplitude R._ref  Is generated and output to the PWM control unit 15. After that, one sampling time T_s  (T = T)_s  ) Detected by the inverter output current I_out  Amplitude r 'and the maximum amplitude r_max  Are compared with each other, and as shown in FIG. 9A, the inverter output current I_out  Is the maximum amplitude r_max  If greater than the maximum amplitude r_max  Is updated with the amplitude r ', while the amplitude r' is changed to the maximum amplitude r as shown in FIG._max  If it is smaller than this, it is performed to leave it unupdated.
[0032]
Then, the control amount calculation unit 14 calculates the inverter output current I obtained at the same time as the start of the solar radiation rapid increase period._out  Maximum amplitude r of_max  Is the current command signal I_ref  Of the current command signal I based on the amplitude R._ref  Is generated and output to the PWM control unit 15. That is, one sampling time T while the solar radiation amount sudden increase detection signal is being input to the control amount computing unit 14._s  Is executed at each time point when the time elapses, the current command signal I_ref  Of the inverter output current I_out  Maximum amplitude r of_max  It will be. Therefore, the current command signal I_ref  Of the inverter output current I from the initial point in time when it is determined that the period_out  Of the solar cell 2, and the time required to reach the maximum power point of the solar cell 2 is greatly reduced.
[0033]
Furthermore, in the inverter device 1 according to the present embodiment, when the amplitude of the set current command signal has increased by more than the set value from the amplitude of the current command signal set at the time one sampling time earlier, It is also possible to adopt an inverter control method in which an amplitude obtained by adding a set value to the amplitude of the current command signal set one time before the sampling time is set as a new amplitude of the current command signal. . That is, in this control method, the current command signal I_ref  The amplitude R of_i  And one sampling time T_s  Amplitude R at the previous time_i′ Is monitored by the control amount calculation unit 14, and the amplitude R_i′ When compared to_iIs greater than the set value δ, the current command signal I_ref  The amplitude R of_i  Is the amplitude R_i'Is added to the set value δ, and the amplitude R_i′ To the set value δ_i  Command signal I based on_ref  Is generated. Then, according to this control method, the control amount calculation unit 14 causes the current command signal I_ref  Is suppressed from becoming excessively large.
[0034]
Furthermore, a method of controlling the inverter in the inverter device 1 in which the amount of solar radiation is substantially constant and the operating point of the solar cell 2 is stable with little movement will be described. If the absolute value of the voltage change rate up to the time when elapses is smaller than the set value, it is determined that the solar radiation amount is stable, and the step width of the amplitude of the current command signal is reduced. Here, it is assumed that the voltage change monitoring unit 19 has not detected a rapid increase in the amount of solar radiation.
[0035]
That is, the voltage change monitoring unit 19 determines that a certain time t_i  Operating point voltage V of solar cell 2 at_MiTime T for_i  Operating point voltage V at the point in time after_Mi′ Is the elapsed time T_i  Voltage change rate α obtained by dividing by_i  And the voltage change rate α_i  When the absolute value of is equal to or less than the predetermined set value ζ, the voltage change monitoring unit 19 determines that the insolation amount is almost constant, and thus determines that the insolation amount is in a stable period. Outputs the solar radiation stability detection signal. Then, such an operation is performed for a predetermined time T._i  It is determined whether or not the period is a stable period of insolation every time the period elapses, and as long as the period of stable insolation is maintained, a stable detection signal of the amount of insolation is continuously output. On the other hand, the control amount calculating unit 14 that has received the solar radiation amount stable period detection signal from the voltage change monitoring unit 19 outputs the current command signal I_ref  , The step width of the amplitude R (the target value of the control amount) is set to be small, so that the operating point voltage of the solar cell 2 that follows the maximum power point during the solar radiation stabilization period is suppressed from periodically fluctuating. Is done.
[0036]
【The invention's effect】
As described above, in the inverter control method according to the present invention, the initial operating point voltage value is subtracted from the latest operating point voltage to calculate the voltage change width, and the voltage change width is determined from the time when the initial operating point voltage value is detected. Since the voltage change rate is continuously monitored by calculating the voltage change rate by dividing the voltage change width by the elapsed time up to the time when the latest operating point voltage used for the calculation is detected, the period of rapid increase in insolation is It is possible to make a quick decision that there is. In addition, the target value of the control amount of the inverter is usually changed one step at a time based on the magnitude of the error between the current command signal and the inverter output current. Since the amplitude of the current command signal (target value of the control amount) at the time after it is determined that the period is the rapid increase in amount is set to the maximum amplitude among the detected inverter output currents, the rapid increase in the amount of solar radiation , The target value of the control amount can be immediately increased, and the time required for the operating point of the solar cell to reach the maximum power point can be greatly reduced.
[0038]
Further, according to the inverter control method of the present invention, an amplitude obtained by adding a set value to the amplitude of the current command signal detected one sampling time ago is set as the amplitude of the current command signal detected at a certain time. Accordingly, the upper limit of the change width of the target value of the control amount is set, so that an effect of suppressing an excessive change in the operating point of the solar cell can be obtained. Furthermore, in the inverter control method according to the present invention, when the absolute value of the voltage change rate from a certain point in time to a point in time when a predetermined time elapses is smaller than a set value, it is a solar radiation amount stable period. And the step width of the amplitude of the current command signal (the width of change of the target value of the control amount) is reduced, so that the amplitude at which the operating point of the solar cell periodically fluctuates can be suppressed. The effect that the power point can be more accurately followed can also be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing an overall configuration of an inverter device according to the present embodiment.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a change in an operating point on an output characteristic curve of a solar cell.
FIG. 3 shows a current command signal I_ref  And inverter output current I_out  It is explanatory drawing showing the relationship with each.
FIG. 4 shows an inverter output current I at a predetermined time T;_out  It is explanatory drawing showing the change of.
FIG. 5 is a current command signal I._ref  And inverter output current I_out  It is explanatory drawing showing the relationship with each.
FIG. 6 shows an inverter output current I at a predetermined time T;_out  It is explanatory drawing showing the change of.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a change in an operating point on a characteristic curve of a solar cell.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a change in a solar cell operating point voltage when the amount of solar radiation increases rapidly.
FIG. 9 shows a current command signal I at the time of rapid increase in solar radiation._ref  And inverter output current I_out  It is explanatory drawing showing the relationship with each.
[Explanation of symbols]
1 Inverter device
2 solar cells
3 Commercial power system
5 High frequency inverter bridge
9 Low frequency inverter bridge
12 Inverter output current detector
13 Control circuit
14 Control amount calculator
15 PWM control unit
16 Gate drive signal generator
19 Voltage change monitor

Claims

A method for controlling an inverter in an inverter device that converts DC power to AC power and supplies the AC power to a commercial power system while controlling so that DC power taken from a solar cell is maximized,
The operating point voltage value of the solar cell detected at a certain time point is stored as an initial operating point voltage value, and the operating point voltage value at each time point when one sampling time has elapsed from a certain time point is detected as the latest operating point voltage value; and After calculating the voltage change width by subtracting the initial operating point voltage value from the latest operating point voltage value, the latest operating point voltage value used for calculating the voltage change width was detected from the time when the initial operating point voltage value was detected. The voltage change rate is calculated by dividing the voltage change width by the elapsed time up to the time, and when the voltage change rate exceeds the set value, it is determined that the solar radiation amount is rapidly increasing , and the solar radiation amount is rapidly increased. The method for controlling an inverter according to claim 1, further comprising: setting a maximum amplitude among the detected amplitudes of the inverter output current as an amplitude of the current command signal at a time point after determining that

The control method of an inverter according to claim 1, wherein
When the amplitude of the set current command signal has increased by a set value or more from the amplitude of the current command signal set one time before the sampling time, the current command signal set one time before the sampling time A method for controlling an inverter, comprising setting an amplitude obtained by adding a set value to the amplitude of the current command signal as a new current command signal amplitude.

A method for controlling an inverter according to any one of claims 1 and 2 ,
If the absolute value of the voltage change rate from a certain point in time to a point in time when a predetermined time elapses is smaller than the set value, it is determined that the solar radiation amount is in a stable period, and the step width of the amplitude of the current command signal is reduced. A method for controlling an inverter, comprising: