JPH0895655A - 太陽電池駆動におけるインバータ制御方式 - Google Patents

太陽電池駆動におけるインバータ制御方式

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JPH0895655A
JPH0895655A JP3096808A JP9680891A JPH0895655A JP H0895655 A JPH0895655 A JP H0895655A JP 3096808 A JP3096808 A JP 3096808A JP 9680891 A JP9680891 A JP 9680891A JP H0895655 A JPH0895655 A JP H0895655A
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JP
Japan
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target voltage
solar cell
output
inverter
frequency
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JP3096808A
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English (en)
Inventor
Kunio Asai
浅井邦夫
Takeshi Ishimura
猛 石村
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Tonen General Sekiyu KK
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Tonen Corp
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Publication date
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

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  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構成でかつ安定的に太陽電池を最大効
率点付近で制御する。 【構成】 太陽電池出力がインバータの周波数と正の相
関を持つことを利用し、適当な目標電圧をあらかじめ決
めておき、動作点が目標電圧以上のときはインバータ周
波数を上げ、動作点が目標電圧以下の時はインバータ周
波数を下げて動作点が決められた目標電圧となるように
電圧制御し、次に、目標電圧を微変させて同様に電圧制
御を行って動作点を目標電圧にし、目標電圧微変前後の
インバータの出力周波数を比較し、周波数が大きく増大
すればさらに同方向に動作点を変化させ、周波数が大き
く減少すれば逆方向に動作点を変化させ、周波数変化が
小さければ最大電力と判断して動作点は目標電圧微変前
の値に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、蓄電池を介在させずに
太陽電池により被駆動装置を駆動する駆動方式における
インバータ制御方式に関する。
【0002】
【従来の技術】太陽電池で、例えばポンプを駆動する場
合、ポンプ駆動用のモータは、入手、保守、コストの面
から一般に3相誘導電動機を用いており、そのため太陽
電池の直流出力を交流に変換する必要がある。この直交
変換にインバータが用いられているが、通常、交流出力
はポンプ、モータの定格に合わせて一定周波数の出力と
している。
【0003】ポンプ負荷は一般に回転数によって決まる
が、一定周波数でモータを回転している場合にはポンプ
回転数もほぼ一定となり、負荷はほぼ一定である。一
方、太陽電池は日照により出力が変動するので、太陽電
池の出力が少ないときにはポンプを駆動できず、また太
陽電池の出力が大きいときにはその出力を十分に有効利
用できない。そのため、太陽電池の電力を有効に利用す
るために太陽電池の最大電力を常にモニターしこの最大
電力に合わせてモータ回転数を制御してエネルギを有効
に利用する方法が提案されている(特開昭62ー937
19号公報)。
【0004】また、負荷を大きくしていったときに最大
電力を越えると急激に電圧低下を起こすので、電圧を監
視して電力を有効に利用する方法も考えられている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、通常、電力
をモニターするためには、電圧、電流を監視し、その積
を求めるようにしており、そのために乗算器、あるいは
コンピュータが必要となりハードウェア構成の増大を招
いてしまう。一方、電圧を監視する方法は、ハードウェ
アは簡略化されるものの、常にパワーダウン寸前をとら
える方法であるので、システムをうまく調整しないと動
作が不安定になってしまうという問題がある。
【0006】本発明は上記課題を解決するためのもの
で、電流を測定せずに電圧のみを測定し、簡単な構成で
かつ安定的に太陽電池を最大効率点付近に制御すること
ができる太陽電池駆動におけるインバータ制御方式を提
供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、太陽電池出力
をインバータにより交流出力に変換し、該交流出力の周
波数に比例した速度で回転する誘導電動機を駆動して被
駆動装置を駆動するようにした駆動方式において、太陽
電池出力電圧が入力され、該入力された電圧と設定され
た目標電圧値とを比較し、比較結果に応じてインバータ
への周波数指令値を出力してインバータ出力周波数を制
御するコントローラを備え、前記目標電圧値を変化さ
せ、目標電圧値を変化させた前後のインバータの出力周
波数を比較し、比較結果に応じて太陽電池出力の目標電
圧値を設定するようにしたことを特徴とする。
【0008】また、本発明は、太陽電池出力の目標電圧
値を減少させ、インバータの出力周波数が増大したとき
には、目標電圧値を減少させて設定すること、太陽電池
出力の目標電圧値を減少させ、インバータの出力周波数
が減少したときには、目標電圧値を増加させて設定する
こと、太陽電池出力の目標電圧値を減少させ、インバー
タの出力周波数の変化が小さい場合には、目標電圧値を
変化前の値に設定することを特徴とする。
【0009】
【作用】本発明は、周波数可変のインバータにより太陽
電池の最大電力を得ようとする場合、電力がポンプの回
転数、即ちインバータの周波数と正の相関を持つことに
注目し、電圧、電流の積、即ち電力をモニターする代わ
りに、電圧制御を行って周波数のみをモニターすること
により、アナログ入力点数を一点減らしハードウエア構
成を簡単化するとともに、電圧一定制御を行うことで安
定的な動作を得るものである。すなわち、一般に太陽電
池の出力最大点は太陽電池パネルの温度が大きく変化し
ない限り、ほぼ一定の電圧点になっており、一方パネル
温度の変化は数分以上のゆっくりした変化であるので、
ある一定の電圧点をゆっくりした速度で追従すれば最大
電力追尾を行うことが可能である。そこで、まず適当な
目標電圧をあらかじめ決めておき、動作点が目標電圧以
上のときはポンプ回転数を上げ、動作点が目標電圧以下
の時はポンプ回転数を下げるようにし、動作点が決めら
れた目標電圧となるように電圧制御を行う。次に、目標
電圧を微変させて同様に電圧制御を行って動作点を目標
電圧にする。そして、目標電圧微変前後のインバータの
出力周波数を比較し、周波数が大きく増大すればさらに
同方向に動作点を変化させ、周波数が大きく減少すれば
逆方向に動作点を変化させ、周波数変化が小さければ最
大電力と判断して動作点は目標電圧微変前の値に設定す
る。
【0010】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。
【0011】図1は本発明をポンプ駆動に適用した場合
の全体構成を示す図、図2は本発明の制御を説明する
図、図3は本発明におけるインバータ制御フローを説明
するための図である。図中、1は太陽電池、2は電圧
計、3は可変周波数制御インバータ、4はD/A変換
器、5はコントローラ、6はA/D変換器、7は三相誘
導モータ、8はポンプである。
【0012】太陽電池1のDC出力はインバータ3でA
C出力に変換され、三相誘導電動機7に給電されてポン
プ8が駆動される。インバータ3の周波数制御はコント
ローラ5によって行われる。すなわち、コントローラ5
は、電圧計2で検出され、A/D変換器6でデジタル量
に変換された太陽電池出力電圧を読み込む。一方、コン
トローラ5には、予め所定の目標電圧が設定されてお
り、読み込んだ出力電圧と目標電圧値との差に応じた制
御信号を出力し、D/A変換器4でD/A変換したアナ
ログ信号を周波数指令信号としてインバータ3に加え、
出力周波数を制御する。三相誘導電導機7はインバータ
3の出力周波数に応じて回転し、ポンプ8が駆動され
る。ポンプ負荷は三相誘導電動機の回転数、すなわちイ
ンバータの周波数に比例しており、インバータ3の出力
周波数が増加(負荷増大)すると太陽電池の出力電圧は
低下し、インバータ3の出力周波数が減少(負荷減少)
すると太陽電池の出力電圧は大きくなり、太陽電池の出
力電圧はコントローラ5に設定される目標電圧になるよ
うに制御される。
【0013】ところで、一般に太陽電池の出力最大点は
太陽電池パネルの温度が大きく変化しない限り、ほぼ一
定の電圧点であり、太陽電池パネル温度の変化は数分以
上のゆっくりした速度で変化しているとともに、太陽電
池出力は負荷、すなわちインバータ周波数と正の相関を
もっている。いま、横軸に太陽電池出力電圧、縦軸に太
陽電池出力(電力)をとると図2に示すような特性とな
る。縦軸の電力はインバータ周波数と正の相関をもって
いるので、縦軸は周波数fとしても同様な特性となる。
いま、目標電圧をVsetとして、コントローラ5によ
るインバータの周波数制御を行うと太陽電池出力電圧V
はVsetになり、そのときのインバータの出力周波数
fはf1になっているものとする。この状態で目標電圧
VsetをΔVだけ下げて同様にインバータ制御して太
陽電池出力電圧を目標電圧に追随させた結果、周波数が
f2に変化し、f1<f2となったとすると、図2
(a)に示すように、目標電圧Vsetは最大電力点よ
り大きい電圧であるので、目標電圧を下げることにより
最大電力点へ近づけることができる。なお、f1<f2
は日照が大きくなった場合にも起こり、同様に目標電圧
を下げてインバータ周波数を上げて負荷を大きくする制
御を行うことにより、最大電力点へ近づけることができ
る。
【0014】また、目標電圧VsetをΔVだけ下げて
同様にインバータ制御した結果、周波数がf2に変化
し、f1>f2となったとすると、図2(b)に示すよ
うに、目標電圧Vsetは最大電力点より小さい電圧で
あるので、目標電圧を上げることにより最大電力点へ近
づけることができる。なお、f1>f2は日照が小さく
なった場合にも起こり、目標電圧を上げてインバータ周
波数を下げ、負荷を軽くする制御を行うことにより、最
大電力点へ近づけることができる。
【0015】また、目標電圧VsetをΔVだけ下げて
同様にインバータ制御した結果、周波数がf2となり、
f1≒f2であるとすると、図2(c)に示すように、
目標電圧Vsetは最大電力点近傍にあるので目標電圧
Vsetを維持すればよいことになる。この場合、周波
数がほぼ等しいというのは、最大電力を与える周波数に
対して5%以内の値であれば電力ロスも少なく、かつ安
定的な動作が可能となる。
【0016】以上のような制御により動作点を最大電力
点へもっていくことができる。
【0017】なお、上記説明で目標電圧を下げるように
微変させているのはパワーダウンを起こさない安全サイ
ド側に変化させるためであり、もちろん目標電圧を上げ
るように微変させても可能である。
【0018】次に、図3により処理フローを説明する。
【0019】先ず、コントローラの初期化を行い(ステ
ップ11)、ステップ12〜19で1回目の定電圧制御
の処理を行う。すなわち、ΔV、Δf、調整時間等のパ
ラメータの設定を行い(ステップ12)、太陽電池の出
力電圧を読み込み(ステップ13)、読み込んだ電圧V
と予め設定してある設定電圧Vsetとを比較し、V>
Vsetであればf=f+Δfとして周波数を上げて負
荷を大きくし、V<Vsetであればf=f−Δfとし
て周波数を下げて負荷を軽くする(ステップ14,1
6)。制御系には時間遅れがあるので、ステップ18で
一定時間待った後、VとVsetが一致したか否かのフ
ラグを参照する(ステップ19)。VとVsetが一致
していなければ太陽電池の出力電圧を再度読み込んで同
様の処理を繰り返す。そして、V=Vsetになったと
きの周波数fをf1とするとともに、一致フラグを1と
する(ステップ15,17)。以上の処理により、太陽
電池出力電圧が目標電圧Vsetになるように周波数制
御される。
【0020】次に、一致フラグをクリアし(ステップ2
0)、VsetをVset−ΔVとして(ステップ2
1)、第1回目の定電圧制御処理と同じように、V>V
setであればf=f+Δfとして周波数を上げて負荷
を大きくし、V<Vsetであればf=f−Δfとして
周波数を下げて負荷を軽くすることにより、V=Vse
tに制御し、そのときの周波数fをf2とする(ステッ
プ23〜28)。
【0021】次に、f1とf2とを比較し、f1<f2
であれば図2(a)の場合に相当し、太陽電池に余力が
ある状態であるので、目標電圧を第2回目の値として負
荷を大きくして一致フラグをクリアし(ステップ3
1)、ステップ12に戻って前述した第1回目と第2回
目の処理を繰り返す。
【0022】一方、f1>f2であれば図2(b)の場
合に相当し、Vset+2ΔVとして第1回目の目標電
圧よりもΔVだけ大きくして負荷を軽減し(ステップ3
0)、同様にステップ12に戻って再度同様の制御を行
う。
【0023】f1=f2の場合には図2(c)の場合に
相当し、最大電力点にあるのでVset+ΔVとして目
標電圧を第1回目の値に戻しておく(ステップ29)。
【0024】以上の処理により、目標電圧を最大電力点
にもっていくことができる。
【0025】なお、上記実施例ではポンプ駆動の場合に
ついて説明したが、本発明はこれに限定されるものでは
なく、ファン駆動等太陽電池で駆動可能な任意のものに
適用することが可能である。
【0026】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、最大電力
の判定を入力電圧と出力周波数のみを用い、電圧値を微
変させたときの周波数変化により行うようにしたので、
簡単なハードウェア構成で安定的に行うことができ常に
最大効率点付近で太陽電池を動作させることが可能であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による制御方式をポンプ駆動に適用し
た場合の全体構成図である。
【図2】 太陽電池の出力特性を示す図である。
【図3】 制御フローを説明するための図である。
【符号の説明】
1…太陽電池、2…電圧計、3…可変周波数制御インバ
ータ、6…コントローラ、7…三相誘導電動機、8…ポ
ンプ。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 太陽電池出力をインバータにより交流出
    力に変換し、該交流出力の周波数に比例した速度で回転
    する誘導電動機を駆動して被駆動装置を駆動するように
    した駆動方式において、太陽電池出力電圧が入力され、
    該入力された電圧と設定された目標電圧値とを比較し、
    比較結果に応じてインバータへの周波数指令値を出力し
    てインバータ出力周波数を制御するコントローラを備
    え、前記目標電圧値を変化させ、目標電圧値を変化させ
    た前後のインバータの出力周波数を比較し、比較結果に
    応じて太陽電池出力の目標電圧値を設定するようにした
    ことを特徴とする太陽電池駆動におけるインバータ制御
    方式。
  2. 【請求項2】 太陽電池出力の目標電圧値を減少させ、
    インバータの出力周波数が増大したときには、目標電圧
    値を減少させて設定することを特徴とする請求項1記載
    の太陽電池駆動におけるインバータ制御方式。
  3. 【請求項3】 太陽電池出力の目標電圧値を減少させ、
    インバータの出力周波数が減少したときには、目標電圧
    値を増加させて設定することを特徴とする請求項1記載
    の太陽電池駆動におけるインバータ制御方式。
  4. 【請求項4】 太陽電池出力の目標電圧値を減少させ、
    インバータの出力周波数の変化が小さい場合には、目標
    電圧値を変化前の値に設定することを特徴とする請求項
    1記載の太陽電池駆動におけるインバータ制御方式。
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