JP2016139378A - Operation point control method of photocell, and photocell system and control method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光電池の出力電力制御に関する。特に本発明は、スイッチ式の電力制御器を用いて光電池の動作点を最大電力点に向かって制御するための方法及びシステムに関する。 The present invention relates to output power control of a photovoltaic cell. In particular, the present invention relates to a method and system for controlling the operating point of a photovoltaic cell toward a maximum power point using a switch-type power controller.
太陽電池等、光電池の出力電力を最大化する方法においては、特許文献１等に示される山登り法が広く知られている。山登り法は、その単純なアルゴリズムにより複雑な演算を必要とせず、廉価なコンピュータで十分に制御が可能である一方、制御デューティを少しずつ変化させながら最大電力点を探索するため、高速応答性に欠ける。山登り法においては追尾効率と応答性がトレードオフの関係にあるが、両者を両立する手法を得るべく様々な研究がなされている。一例として、インクリメンタルコンダクタンス法（非特許文献１）やフィボナッチ探索法を用いた方法（非特許文献２）、太陽電池のダイオード特性を利用したニュートン法（非特許文献３）、太陽電池の特性を予め数式近似する予測法（特許文献２）等がある。また、山登り法にも改良手法が提案されているが（特許文献３，非特許文献４等）、その多くにおいて、最大電力点から制御点が離れているときは探索のステップ幅を大きくし、最大電力点に近付くとステップ幅を小さくする手法が取られている。中でも、特許文献３に示される、太陽電池電圧に対する出力電力の変化量に応じてステップ幅の変化量を可変する手法は優れた方法として知られている。
As a method for maximizing the output power of a photovoltaic cell such as a solar cell, a hill-climbing method disclosed in
地上のような系統連系を有しない宇宙機には、機器のオンオフ切り替えに伴う負荷トランジェントに対して高速応答性が求められる。多くの宇宙機は太陽電池を電力源とし、余剰電力をバッテリに蓄えることで電力運用されている。負荷電力が小さくバッテリが満充電の場合は、出力電圧を目標値に向かって制御することにより太陽電池の出力を絞る制御（ＣＶ：Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｖｏｌｔａｇｅ制御）が行われるが、宇宙機の搭載機器は頻繁にオンオフの切り替えを繰り返しているため、この切り替えに伴って負荷電流がステップ状に変化することにより、太陽電池に接続されたコンバータ等、電力制御器の出力電圧に攪乱（負荷トランジェント）が生じる。この負荷トランジェントの影響を打ち消すべく、太陽電池出力を上げる制御（ＰＰＴ：Ｐｅａｋ Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｃｋｉｎｇ制御）が行われる。この時、速やかにＰＰＴ制御ができない場合は、バッテリからの放電によって電力を賄うことによりバッテリの寿命を縮めることになるか、あるいは大きなキャパシタバンクが必要となる。そのような問題を避けるべく、ミリ秒オーダーの高速応答性を有したＰＰＴ制御の確立が必要である。既存技術では、太陽電池の電気的特性や制御器の入出力特性を考慮し、最大電力点を予測する方法が提案されているが、ミッション期間中の太陽電池特性を総じて的確に予測することは困難であり、制御器の特性パラメータ値の決定も複雑となる。また、特許文献３に示される手法は、演算に割り算を使用するため計算が高負荷になりやすく、ステップ幅が不定であるため、トランジェントに対する安定性が課題である。また、山登り法をベースとする制御では、制御デューティの更新周波数を制御回路の共振周波数以上に上げると動作が不安定になる欠点がある。
A spacecraft that does not have a grid connection such as the ground is required to have high-speed response to load transients associated with switching on and off the equipment. Many spacecraft are operated by using solar cells as a power source and storing surplus power in batteries. When the load power is small and the battery is fully charged, the output voltage is controlled toward the target value to control the output of the solar cell (CV: Constant Voltage control). Since the on / off switching is repeated, the load current changes in a step-like manner along with this switching, resulting in disturbance (load transient) in the output voltage of the power controller such as a converter connected to the solar cell. In order to cancel the influence of the load transient, control for increasing the solar cell output (PPT: Peak Power Tracking control) is performed. At this time, if the PPT control cannot be performed promptly, the battery life is shortened by supplying power by discharging from the battery, or a large capacitor bank is required. In order to avoid such a problem, it is necessary to establish PPT control having high-speed response on the order of milliseconds. In the existing technology, a method for predicting the maximum power point in consideration of the electrical characteristics of the solar cell and the input / output characteristics of the controller has been proposed, but it is not possible to predict the solar cell characteristics accurately during the mission period. It is difficult, and the determination of the characteristic parameter value of the controller is complicated. Further, the technique disclosed in
本発明は、上記従来技術の問題点を解消するべく、制御安定性と高速応答性、そして追尾効率性を備えた光電池の動作点制御方法、及び関連する方法、システムを提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a method for controlling the operating point of a photovoltaic cell having control stability, high-speed response, and tracking efficiency, as well as a related method and system, in order to solve the above-described problems of the prior art. To do.
本発明は、太陽電池等の光電池における出力電力を最大化する方法として、コンバータ等の電力制御器の制御デューティ（時比率）変更幅（ステップ幅）を２段階の固定値とし、ステップ幅を大きくとる高速モードと小さくとる高分解能モードを設定することを提案する。光電池の動作点が最大電力点を越えて移動したことを検出し、モードの切り替えを行う。また本発明は、これらと併せて、制御周波数を電力の変化量に応じて可変とすることを提案する。 In the present invention, as a method for maximizing output power in a photovoltaic cell such as a solar cell, the control duty (time ratio) change width (step width) of a power controller such as a converter is set to a fixed value in two steps, and the step width is increased. It is proposed to set the high-speed mode to take and the high-resolution mode to take small. It detects that the operating point of the photovoltaic cell has moved beyond the maximum power point, and switches the mode. In addition to the above, the present invention proposes that the control frequency is variable according to the amount of change in power.
具体的に、本発明は、スイッチを有する電力制御器を介して光電池の出力電力を負荷側へと出力する光電池システムを用いて実施される方法であって、スイッチのオンオフ切り替えの時比率を変更することにより、光電池の動作電圧を変化させる段階と、動作電圧の変化により光電池の出力電力が増加した場合には、動作電圧の上記変化と同じ方向へと、減少した場合には異なる方向へと、時比率を再び変更することにより光電池の動作電圧を再び変化させる段階とを備えることにより、光電池の動作電圧を繰り返し変化させ、光電池の動作点を最大電力点に向かって制御するよう構成され、光電池の動作点の最大電力点に向かった制御における時比率の変更幅としては、第一の変更幅と、第一の変更幅よりも小さい第二の変更幅とのいずれかを用い、第一の変更幅を用いた時比率の変更により動作点が最大電力点を越えて移動したと判断された時に、用いる変更幅を第二の変更幅へと切り替えるよう更に構成された、光電池の動作点制御方法を提供する。 Specifically, the present invention is a method implemented using a photovoltaic system that outputs the output power of a photovoltaic cell to a load side via a power controller having a switch, and changes a time ratio of switching on and off of the switch By changing the operating voltage of the photovoltaic cell, and when the output power of the photovoltaic cell is increased due to the change of the operating voltage, in the same direction as the above change of the operating voltage, and in the different direction when the operating voltage is decreased. The step of changing the operating voltage of the photovoltaic cell again by changing the duty ratio is configured to repeatedly change the operating voltage of the photovoltaic cell to control the operating point of the photovoltaic cell toward the maximum power point, As the change width of the duty ratio in the control toward the maximum power point of the operating point of the photovoltaic cell, either the first change width or the second change width smaller than the first change width Is used to switch the change width to be used to the second change width when it is determined that the operating point has moved beyond the maximum power point due to the change of the duty ratio using the first change width. A method for controlling the operating point of a photovoltaic cell is provided.
上記方法において、時比率の変更を繰り返す時間間隔を、光電池の出力電力の変化量に応じて調整するよう更に構成することができる。 In the above method, the time interval at which the duty ratio is repeatedly changed can be further adjusted according to the amount of change in the output power of the photovoltaic cell.
また本発明は、電力制御器から負荷側へと出力される出力電圧の値が所定の設定電圧値以上であることを条件として、又は設定電圧値を超えることを条件として、条件が満たされない場合に上記光電池の動作点制御方法を実施し、光電池の動作点を最大電力点に向かって制御する段階と、条件が満たされる場合において、出力電圧の値が出力電圧目標値を超える場合には出力電圧を降下させ、出力電圧の値が出力電圧目標値を下回る場合には出力電圧を上昇させるよう、時比率を変更することにより、出力電圧を出力電圧目標値に向かって制御する段階とを備えた、光電池システムの制御方法を提供する。 In the present invention, the condition is not satisfied on the condition that the value of the output voltage output from the power controller to the load side is equal to or higher than a predetermined set voltage value, or on the condition that the set voltage value is exceeded. When the above-mentioned photovoltaic cell operating point control method is implemented to control the photovoltaic cell operating point toward the maximum power point, and when the condition is satisfied, the output voltage value exceeds the output voltage target value. A step of controlling the output voltage toward the output voltage target value by changing the duty ratio so that the voltage is decreased and the output voltage is increased when the output voltage value is lower than the output voltage target value. A method for controlling a photovoltaic cell system is also provided.
上記光電池システムにおいて、電力制御器としてはＤＣ／ＤＣ（直流／直流）コンバータを用いることができる。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータに対して負荷側にインバータ回路を更に接続してもよい。 In the above photovoltaic system, a DC / DC (direct current / direct current) converter can be used as the power controller. In this case, an inverter circuit may be further connected to the load side with respect to the DC / DC converter.
さらに本発明は、光電池と、光電池の出力電力を負荷側へと出力する、スイッチを有する電力制御器とを備え、スイッチのオンオフ切り替えの時比率を変更することにより、光電池の動作電圧を変化させ、動作電圧の変化により光電池の出力電力が増加した場合には、動作電圧の上記変化と同じ方向へと、減少した場合には異なる方向へと、時比率を再び変更することにより光電池の動作電圧を再び変化させることにより、光電池の動作電圧を繰り返し変化させ、光電池の動作点を最大電力点に向かって制御するよう構成され、光電池の動作点の最大電力点に向かった制御における時比率の変更幅としては、第一の変更幅と、第一の変更幅よりも小さい第二の変更幅とのいずれかを用い、第一の変更幅を用いた時比率の変更により動作点が最大電力点を越えて移動したと判断された時に、用いる変更幅を第二の変更幅へと切り替えるよう更に構成された、光電池システムを提供する。 Furthermore, the present invention comprises a photovoltaic cell and a power controller having a switch for outputting the output power of the photovoltaic cell to the load side, and changes the operating voltage of the photovoltaic cell by changing the on / off switching time ratio. If the output power of the photovoltaic cell increases due to a change in operating voltage, the operating voltage of the photovoltaic cell is changed by changing the time ratio again in the same direction as the above change in operating voltage, or in a different direction if it decreases. The operating voltage of the photovoltaic cell is repeatedly changed to control the photovoltaic cell operating point toward the maximum power point, and the ratio of the time ratio in the control toward the maximum power point of the photovoltaic cell operating point is changed. As the width, either the first change width or the second change width smaller than the first change width is used, and the operating point is maximized by changing the time ratio using the first change width. When it is determined to have moved past the power point, which is further configured to switch the change width is used to a second variation range, to provide a photovoltaic system.
上記システムにおいて、時比率の変更を繰り返す時間間隔を、光電池の出力電力の変化量に応じて調整するよう更に構成することができる。 In the above system, the time interval for repeating the change of the time ratio can be further configured to be adjusted according to the amount of change in the output power of the photovoltaic cell.
また本発明は、電力制御器から負荷側へと出力される出力電圧の値が所定の設定電圧値以上であることを条件として、又は設定電圧値を超えることを条件として、条件が満たされない場合に、光電池の動作点の最大電力点に向かった上記制御を実施するよう構成され、条件が満たされる場合において、出力電圧の値が出力電圧目標値を超える場合には出力電圧を降下させ、出力電圧の値が出力電圧目標値を下回る場合には出力電圧を上昇させるよう、時比率を変更することにより、出力電圧を出力電圧目標値に向かって制御するよう更に構成された光電池システムを提供する。 In the present invention, the condition is not satisfied on the condition that the value of the output voltage output from the power controller to the load side is equal to or higher than a predetermined set voltage value, or on the condition that the set voltage value is exceeded. In the case where the above control toward the maximum power point of the operation point of the photovoltaic cell is performed and the condition is satisfied, when the output voltage value exceeds the output voltage target value, the output voltage is lowered and output Provided is a photovoltaic system further configured to control the output voltage toward the output voltage target value by changing the duty ratio so as to increase the output voltage when the voltage value is lower than the output voltage target value. .
上記光電池システムにおいて、電力制御器としてはＤＣ／ＤＣコンバータを用いることができる。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータに対して負荷側にインバータ回路を更に接続してもよい。 In the above photovoltaic system, a DC / DC converter can be used as the power controller. In this case, an inverter circuit may be further connected to the load side with respect to the DC / DC converter.
本発明により、光電池の動作点制御において追尾効率と高速応答の両立が可能となる。また、制御安定性と高速応答の両立も可能となる。これらの利点を備えた、本発明に従う動作点制御によれば、追尾効率を犠牲にしないミリ秒オーダーでの高速応答が可能となるため、負荷トランジェントが生じた際にバッテリからの放電を防ぎ、バッテリの長寿命化を図ることができる。あるいは、大きなキャパシタバンクが不要となり、光電池システムにおける部品点数の削減並びに小型軽量化を図ることができる。 The present invention makes it possible to achieve both tracking efficiency and high-speed response in the control of the operating point of a photovoltaic cell. In addition, it is possible to achieve both control stability and high-speed response. The operating point control according to the present invention having these advantages enables high-speed response in the millisecond order without sacrificing tracking efficiency, thus preventing discharge from the battery when a load transient occurs. The battery life can be extended. Alternatively, a large capacitor bank is not required, and the number of parts in the photovoltaic cell system can be reduced and the size and weight can be reduced.
以下、本発明による光電池の動作点制御方法、及び、光電池システムとその制御方法を実施するための形態を、図面を用いて説明する。なお、本発明に係る各種の方法、システムの技術的範囲は後述の各実施例において開示される具体的態様に限らず、本発明の範囲内で適宜変更可能である。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a photovoltaic cell operating point control method, a photovoltaic cell system, and an embodiment for carrying out the control method according to the present invention will be described with reference to the drawings. The technical scope of the various methods and systems according to the present invention is not limited to the specific modes disclosed in the following embodiments, and can be appropriately changed within the scope of the present invention.
光電池システムの構成
本発明は、太陽電池等の光電池にコンバータ、インバータ等の電力制御器を接続して構成される光電池システム、及び、当該システムに適用可能な各種制御方法を提案する。各要素の代表的な接続例を図１で概念的に示す。
Configuration of Photovoltaic System The present invention proposes a photovoltaic cell system configured by connecting a power controller such as a converter and an inverter to a photovoltaic cell such as a solar cell, and various control methods applicable to the system. A typical connection example of each element is conceptually shown in FIG.
光電池の典型例である太陽電池は、一例において、シリコン（Ｓｉ）半導体にリン（Ｐ）をドープしてなるｎ型半導体と、シリコン半導体にホウ素（Ｂ）をドープしてなるｐ型半導体とを接合させて、ｎ型半導体側とｐ型半導体側の両面にそれぞれ電極を取り付けることにより作製される。太陽電池は典型的に、動作電圧（印加される電圧）が上昇するに応じて出力電流が減少する電流電圧特性を有しており、後述の図４のグラフに示すとおり、ある電圧Ｖmpにおいて最大電力で動作する（この動作点を最大電力点と呼ぶ。）。大きな電力を出力させるためには、上述のように作製される太陽電池（セル）を直並列に多数接続した太陽電池パネルとして使用することが多い。ただし本発明においては、シリコン半導体をベースとした上述の太陽電池以外の任意の太陽電池、又はセレン光電池等、任意の光電池を用いることができる。 In one example, a solar cell, which is a typical example of a photovoltaic cell, includes an n-type semiconductor obtained by doping silicon (Si) semiconductor with phosphorus (P) and a p-type semiconductor obtained by doping silicon semiconductor with boron (B). It is fabricated by bonding and attaching electrodes to both the n-type semiconductor side and the p-type semiconductor side. In the solar cell typically has a current-voltage characteristic of the output current decreases in accordance with the operating voltage (voltage applied) is increased, as shown in the graph of FIG. 4 which will be described later, in a certain voltage V mp Operates at maximum power (this operating point is called the maximum power point). In order to output a large amount of electric power, it is often used as a solar cell panel in which a large number of solar cells (cells) produced as described above are connected in series and parallel. However, in the present invention, any photovoltaic cell other than the above-described solar cell based on a silicon semiconductor, or any photovoltaic cell such as a selenium photovoltaic cell can be used.
本実施例においては、電力制御器を介して太陽電池の出力電力を負荷側へと出力する太陽電池システムにおいて、バッテリの過電圧を防ぐ等の目的で電力制御器の出力側バス電圧を目標値へと制御するＣＶ制御（基本的には太陽電池からの出力電流を絞っていく、すなわち太陽電池の電圧を大きくしていく制御となる。）と、出力側バス電圧が負荷トランジェントの影響等により降下した時に、バッテリからの放電を防ぐ等の目的で太陽電池の出力電力の最大化を図るＰＰＴ制御とを実施することにより、負荷側の機器におけるオンオフ切り替え等によりシステム内に乱れが発生する状況であっても安定動作を可能とするためのシステム、方法が開示される。 In the present embodiment, in the solar cell system that outputs the output power of the solar cell to the load side via the power controller, the output-side bus voltage of the power controller is set to the target value for the purpose of preventing overvoltage of the battery. CV control (basically, the output current from the solar cell is reduced, that is, the voltage of the solar cell is increased), and the output-side bus voltage drops due to the influence of load transients, etc. When the PPT control is performed to maximize the output power of the solar cell for the purpose of preventing the discharge from the battery, etc. A system and method for enabling stable operation even if there is disclosed.
図１における各要素の接続態様を、図２の回路図でより具体的に示す。図２の回路においては、入力側キャパシタＣ1，ＭＯＳＦＥＴ（ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のスイッチＳ1，Ｓ2，インダクタＬ1，出力側キャパシタＣ2からなる同期整流型ＤＣ／ＤＣコンバータの入力側に太陽電池ＰＶを接続して太陽電池システムを構成し、当該システムの出力側に負荷Ｌｏａｄが接続されている。太陽電池システムと負荷Ｌｏａｄの間には、直並列接続されたキャパシタ鎖からなるキャパシタバンクＣＢ、及び二次電池等を直列接続してなるバッテリＢが接続されている。また、同期整流型ＤＣ／ＤＣコンバータにおける入力側バス電圧（キャパシタＣ1の電圧であり、太陽電池ＰＶの動作電圧）、太陽電池ＰＶを流れる電流、同期整流型ＤＣ／ＤＣコンバータにおける出力側バス電圧（キャパシタＣ2の電圧）を測定するために電圧計や電流計がそれぞれ接続されており、これらによる測定値を表わすアナログ信号はＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）コンバータによりデジタル信号へと変換されて演算回路に入力される。演算回路においては、各種測定値を用いて後述のとおり各種の条件判断や演算が行われて、スイッチＳ1，Ｓ2に対して設定すべき時比率（スイッチング周期に対するオン期間の割合）が決定される。決定された時比率を表わす信号はドライブ回路へと入力され、ドライブ回路からの命令信号により、スイッチＳ1，Ｓ2は決定された時比率でオンオフ切り替えを繰り返す。なお、Ａ／Ｄコンバータ、演算回路、ドライブ回路は図２に示すとおり別個の機器、回路として構成されてもよいし、あるいはこれら全ての機能を担う単独の処理装置として構成されてもよい。これらによって実現される判断、演算等の機能を、任意の数の機器、回路に任意に分担させることが可能である。またＡ／Ｄコンバータによって測定値のアナログ信号をデジタル化することも必須ではなく、アナログ制御により上記判断、演算等の機能を備えてもよい。 The connection mode of each element in FIG. 1 is more specifically shown in the circuit diagram of FIG. In the circuit of FIG. 2, a synchronous rectification type DC / DC comprising an input-side capacitor C 1 , switches S 1 and S 2 , an inductor L 1 , and an output-side capacitor C 2 such as a MOSFET (metal-oxide-field-effect transistor). A solar battery PV is connected to the input side of the DC converter to constitute a solar battery system, and a load Load is connected to the output side of the system. Between the solar cell system and the load Load, a capacitor bank CB composed of capacitor chains connected in series and parallel and a battery B composed of secondary batteries connected in series are connected. Further, the input side bus voltage (the voltage of the capacitor C 1 and the operating voltage of the solar cell PV) in the synchronous rectification type DC / DC converter, the current flowing through the solar cell PV, the output side bus voltage in the synchronous rectification type DC / DC converter. A voltmeter and an ammeter are connected to measure (the voltage of the capacitor C 2 ), and an analog signal representing a measured value by these is converted into a digital signal by an A / D (analog / digital) converter. Input to the arithmetic circuit. In the arithmetic circuit, various conditions are determined and calculated as described later using various measurement values, and the time ratio (the ratio of the on period to the switching period) to be set for the switches S 1 and S 2 is determined. Is done. A signal representing the determined time ratio is input to the drive circuit, and the switches S 1 and S 2 are repeatedly turned on and off at the determined time ratio in response to a command signal from the drive circuit. Note that the A / D converter, the arithmetic circuit, and the drive circuit may be configured as separate devices and circuits as shown in FIG. 2, or may be configured as a single processing device that performs all these functions. Functions such as judgment and calculation realized by these can be arbitrarily assigned to any number of devices and circuits. Also, it is not essential to digitize the analog signal of the measured value by the A / D converter, and functions such as the above judgment and calculation may be provided by analog control.
本実施例においては、スイッチＳ1のオン期間中にはスイッチＳ2がオフとされ、スイッチＳ1のオフ期間中にはスイッチＳ2がオンとなるよう、両スイッチＳ1，Ｓ2はドライブ回路により制御される。したがって、演算回路により決定されるスイッチＳ1の時比率をＤ（０≦Ｄ≦１）とすればスイッチＳ2の時比率は１−Ｄである。 In the present embodiment, during the on-period switch S 1 switch S 2 is turned off, so that the switch S 2 is turned on during the off period of the switch S 1, the switches S 1, S 2 drives Controlled by the circuit. Therefore, if the duty ratio of the switch S 1 determined by the arithmetic circuit is D (0 ≦ D ≦ 1), the duty ratio of the switch S 2 is 1-D.
同期整流型ＤＣ／ＤＣコンバータの動作において、まずスイッチＳ1がオン、スイッチＳ2がオフである期間には、入力側バス電圧の大きさをＶinとし、出力側バス電圧の大きさをＶoutとすれば、インダクタＬ1には（Ｖin−Ｖout）の電圧が印加される（インダクタＬ1に入力側から出力側へと電流を流す極性の電圧を正とする。）。スイッチングの周期をＴとすれば、スイッチＳ1のオン期間は上記時比率Ｄを用いてＤＴと表わされるので、当該オン期間中にインダクタＬ1において生じる磁束の増加分は（Ｖin−Ｖout）ＤＴと表わされる。 In operation of the synchronous rectification type DC / DC converter, the first period switch S 1 is turned on, the switch S 2 is turned off, and V in the magnitude of the input-side bus voltage, the magnitude of the output-side bus voltage V if out, the inductor L 1 voltage is applied (V in -V out) (a positive polarity voltage to flow a current from the input side to the output side to the inductor L 1.). Assuming that the switching period is T, the ON period of the switch S 1 is expressed as DT using the duty ratio D. Therefore, the increase in magnetic flux generated in the inductor L 1 during the ON period is (V in −V out). ) DT.
次に、スイッチＳ1がオフ、スイッチＳ2がオンである期間において、インダクタＬ1には、スイッチＳ1のオン期間とは逆の極性で大きさがＶoutの電圧が印加される。スイッチＳ1のオフ期間は（１−Ｄ）Ｔと表わされるので、当該オフ期間中にインダクタＬ1において生じる磁束の減少分はＶout（１−Ｄ）Ｔと表わされる。同期整流型ＤＣ／ＤＣコンバータが定常状態で動作するならば、上記磁束の増加分と減少分が釣り合うため（Ｖin−Ｖout）ＤＴ＝Ｖout（１−Ｄ）Ｔが成立し、入出力電圧比Ｖout／Ｖin＝Ｄが得られる。すなわち、同期整流型ＤＣ／ＤＣコンバータは降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータと同様に動作する。ただし、電力制御器としては、降圧型、昇圧型、昇降圧型等、任意のコンバータや、実施例２で用いるインバータを初めとする任意のインバータの他、スイッチにより動作する任意の電力制御器を用いてよい。本実施例においては、時比率Ｄを介して上記入出力電圧比Ｖout／Ｖinを変更することにより、出力側バス電圧や太陽電池ＰＶの動作点を制御する。 Next, during a period in which the switch S 1 is off and the switch S 2 is on, a voltage having a polarity V out and a polarity opposite to that of the switch S 1 is applied to the inductor L 1 . Since the off period of the switch S 1 is represented as (1-D) T, the decrease in the magnetic flux generated in the inductor L 1 during the off period is represented as V out (1-D) T. If the synchronous rectification type DC / DC converter operates in a steady state, the increase and decrease of the magnetic flux balance (V in −V out ) DT = V out (1−D) T holds, and the input / output The voltage ratio V out / V in = D is obtained. That is, the synchronous rectification type DC / DC converter operates in the same manner as the step-down DC / DC converter. However, as the power controller, any converter such as a step-down type, a step-up type, a step-up / step-down type, etc., an arbitrary power controller operated by a switch, in addition to an arbitrary inverter including the inverter used in the second embodiment, is used. It's okay. In the present embodiment, by changing the input / output voltage ratio V out / V in via the duty ratio D, the output side bus voltage and the operating point of the solar cell PV are controlled.
光電池システムの動作
図２の太陽電池システムを用いて、当該システム、及び太陽電池ＰＶの動作点を制御するためのフローチャートを図３に示す。
Operation of Photovoltaic System FIG. 3 shows a flowchart for controlling the operating point of the system and the solar cell PV using the solar cell system of FIG.
まず初期設定（ステップＳ３０１）として、時比率Ｄの初期値、ＣＶ制御とＰＰＴ制御のいずれを実施するかの判断に用いられる所定の設定電圧値、ＣＶ制御における出力側バス電圧の目標値であるＣＶ電圧値、ＣＶモードにおける時比率Ｄの変更幅、ＰＰＴ制御において後述の高速モードと高分解能モードのそれぞれで用いられる時比率Ｄの変更幅（２つの異なる変更幅ｄＤ1，ｄＤ2とする。ただしｄＤ1＞ｄＤ2）、後述の各種計算に用いられる数値等が演算回路内のメモリに記憶されるとともに、後述の処理で用いられる各種フラグがＯＦＦとして当該メモリに記憶される。その後、任意のタイミングで（典型的には太陽電池システムの運用開始時に外部からの命令信号を受けた各種機器、回路が動作を開始する等して）処理はステップＳ３０２以降へ進む。フローチャートから明らかなとおり、ステップＳ３０２から進んだ処理がステップＳ３１１又はステップＳ３２０へと至り、その後ステップＳ３０２へと戻るループ処理が行われる。 First, as an initial setting (step S301), there are an initial value of the duty ratio D, a predetermined set voltage value used for determining whether to perform CV control or PPT control, and a target value of the output side bus voltage in CV control. CV voltage value, change width of the time ratio D in the CV mode, and change width of the time ratio D used in each of a high-speed mode and a high resolution mode (to be described later) in PPT control (referred to as two different change widths dD 1 and dD 2 ). However, dD 1 > dD 2 ), numerical values used in various calculations described later are stored in a memory in the arithmetic circuit, and various flags used in processes described later are stored in the memory as OFF. Thereafter, the processing proceeds to step S302 and subsequent steps at an arbitrary timing (typically, when various devices and circuits that have received a command signal from the outside when the operation of the solar cell system is started). As is apparent from the flowchart, a loop process is performed in which the process that has advanced from step S302 reaches step S311 or step S320, and then returns to step S302.
ステップＳ３０２においては、同期整流型ＤＣ／ＤＣコンバータが或る時比率Ｄ（ステップＳ３０２が初めて実施される場合には、ステップＳ３０１で与えられた初期値）で動作している状態で、図２に示される各電圧計、電流計により電圧や電流が測定されて、測定値を示すアナログ信号がＡ／Ｄコンバータでデジタル信号へと変換された上で演算回路に入力される。演算回路には、各電圧計、電流計が測定した出力側バス電圧値、太陽電池ＰＶからの出力電流値、太陽電池ＰＶの動作電圧値が入力され、太陽電池ＰＶの電流値と電圧値を用いた乗算により、当該演算回路において太陽電池の出力電力値が計算されて当該演算回路のメモリに記憶される。また、ステップＳ３０２の処理が２回目以降に行われる場合は、前回計算された太陽電池の出力電力値と今回計算された太陽電池の出力電力値の差が演算回路において計算され、そのメモリに記憶される。 In step S302, the synchronous rectification type DC / DC converter is operating at a certain time ratio D (the initial value given in step S301 when step S302 is performed for the first time). Voltages and currents are measured by the voltmeters and ammeters shown, and an analog signal indicating the measured value is converted into a digital signal by an A / D converter and then input to the arithmetic circuit. Each voltmeter, the output side bus voltage value measured by the ammeter, the output current value from the solar cell PV, and the operating voltage value of the solar cell PV are input to the arithmetic circuit, and the current value and voltage value of the solar cell PV are obtained. By the multiplication used, the output power value of the solar cell is calculated in the arithmetic circuit and stored in the memory of the arithmetic circuit. When the process of step S302 is performed for the second time or later, the difference between the previously calculated output power value of the solar cell and the currently calculated output power value of the solar cell is calculated in the arithmetic circuit and stored in the memory. Is done.
次にステップＳ３０３において、出力側バス電圧値と上記設定電圧値の大小関係が演算回路により判定される。ステップＳ３０４に示すとおり、測定された出力側バス電圧値が設定電圧値よりも大きい場合、処理はステップＳ３０５以降のＣＶ制御へと進み（ＣＶモード）、出力側バス電圧値が設定電圧値以下である場合、処理はステップＳ３１３以降のＰＰＴ制御へと進む（ＰＰＴモード）。ただし、出力側バス電圧値が設定電圧値に等しい場合にはＣＶ制御に進むこととしてもよい。 Next, in step S303, the arithmetic circuit determines the magnitude relationship between the output-side bus voltage value and the set voltage value. As shown in step S304, when the measured output-side bus voltage value is larger than the set voltage value, the process proceeds to CV control after step S305 (CV mode), and the output-side bus voltage value is less than or equal to the set voltage value. If there is, the process proceeds to PPT control after step S313 (PPT mode). However, when the output-side bus voltage value is equal to the set voltage value, the process may proceed to CV control.
まずステップＳ３０５以降のＣＶ制御について説明する。ステップＳ３０６において、出力側バス電圧値と上記ＣＶ電圧値の大小関係が演算回路により判定される。出力側バス電圧値の方が大きい場合には、出力側バス電圧を降下させるべく、ステップＳ３０１で与えられたＣＶモードにおける時比率Ｄの変更幅だけスイッチＳ1の時比率Ｄを下げるべきであるとの決定が演算回路によりなされる（ステップＳ３０７）。出力側バス電圧値がＣＶ電圧値よりも小さい場合には、出力側バス電圧を上昇させるべく、上記ＣＶモードにおける時比率Ｄの変更幅だけスイッチＳ1の時比率Ｄを上げるべきであるとの決定が演算回路によりなされる（ステップＳ３１２）。なお、出力側バス電圧値がＣＶ電圧値と等しい場合は、時比率の変更をスキップして後述のステップＳ３０９まで進んでもよいし、あるいは分岐を単純にする目的でステップＳ３０７かＳ３１２に進むこととしてもよい。 First, the CV control after step S305 will be described. In step S306, the arithmetic circuit determines the magnitude relationship between the output-side bus voltage value and the CV voltage value. If toward the output-side bus voltage value is large, in order to lower the output side bus voltage should decrease the ratio D when the duty ratio D of the variation range by switch S 1 in the CV mode given in step S301 Is determined by the arithmetic circuit (step S307). When the output side bus voltage value is smaller than the CV voltage value, the time ratio D of the switch S 1 should be increased by the change width of the time ratio D in the CV mode in order to increase the output side bus voltage. The determination is made by the arithmetic circuit (step S312). If the output-side bus voltage value is equal to the CV voltage value, the change of the duty ratio may be skipped and the process may proceed to step S309 described later, or the process may proceed to step S307 or S312 for the purpose of simplifying the branch. Also good.
ステップＳ３０８において、実際に時比率Ｄを変更する動作（ＰＷＭ：Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ，パルス幅変調出力）が行われる。具体的に、ステップＳ３０７においてスイッチＳ1の時比率を下げるべきであると決定された場合は、演算回路が、現時点の時比率から上記ＣＶモードにおける時比率Ｄの変更幅だけ下げた時比率Ｄの値（ゼロ以下となる場合は、所定の下限値で置き換える。この下限値も、ステップＳ３０１の初期設定で演算回路のメモリに記憶される。）を新たな時比率Ｄの値と決定し、新たな時比率Ｄの値を表わす信号をドライブ回路に送信する。ドライブ回路は、スイッチＳ1が新たな時比率Ｄでオンオフ切り替えを行い、スイッチＳ2が（１−「新たな時比率Ｄ」）でオンオフ切り替えを行うよう、スイッチＳ1，Ｓ2に命令信号を出力する。これにより同期整流型ＤＣ／ＤＣコンバータの動作状態が変更されて、出力側バス電圧が降下する。 In step S308, an operation of actually changing the duty ratio D (PWM: Pulse Width Modulation, pulse width modulation output) is performed. Specifically, if it is determined that it should reduce the duty ratio of the switch S 1 in step S307, the ratio D when calculating circuit, which lowered the duty ratio of the current by changing the width of the duty ratio D in the CV mode (If it is less than or equal to zero, it is replaced with a predetermined lower limit value. This lower limit value is also stored in the memory of the arithmetic circuit in the initial setting in step S301) is determined as the new value of the time ratio D. A signal representing the value of the new duty ratio D is transmitted to the drive circuit. Drive circuit performs on-off switching at a ratio D when the switch S 1 is new, to perform on-off switchable S 2 is (1 "ratio D when new"), switch S 1, S 2 to the command signal Is output. As a result, the operating state of the synchronous rectification type DC / DC converter is changed, and the output side bus voltage drops.
一方、ステップＳ３１２においてスイッチＳ1の時比率を上げるべきであると決定された場合は、ステップＳ３０８において、演算回路が、現時点の時比率から上記ＣＶモードにおける時比率Ｄの変更幅だけ上げた時比率Ｄの値（１以上となる場合は、所定の上限値で置き換える。この上限値も、ステップＳ３０１の初期設定で演算回路のメモリに記憶される。）を新たな時比率Ｄの値と決定し、新たな時比率Ｄの値を表わす信号をドライブ回路に送信する。ドライブ回路は、スイッチＳ1が新たな時比率Ｄでオンオフ切り替えを行い、スイッチＳ2が（１−「新たな時比率Ｄ」）でオンオフ切り替えを行うよう、スイッチＳ1，Ｓ2に命令信号を出力する。これにより同期整流型ＤＣ／ＤＣコンバータの動作状態が変更されて、出力側バス電圧が上昇する。 On the other hand, if it is determined that it should raise the duty ratio of the switch S 1 in step S312, the in step S308, when the operation circuit, raised from the ratio when the current only changes the width of the duty ratio D in the CV mode The value of the ratio D (when it becomes 1 or more is replaced with a predetermined upper limit value. This upper limit value is also stored in the memory of the arithmetic circuit in the initial setting in step S301) as the new value of the time ratio D. Then, a signal representing the new value of the duty ratio D is transmitted to the drive circuit. Drive circuit performs on-off switching at a ratio D when the switch S 1 is new, to perform on-off switchable S 2 is (1 "ratio D when new"), switch S 1, S 2 to the command signal Is output. As a result, the operating state of the synchronous rectification type DC / DC converter is changed, and the output-side bus voltage rises.
次にステップＳ３０９において、太陽電池システムの動作がＣＶモードにあることを示すＣＶフラグがオンとされて演算回路のメモリに記憶される。また後述のとおり太陽電池システムの動作がＰＰＴモードにあることを示すＰＰＴフラグや、更に高分解能モードにあることを示す高分解能フラグがオフにリセットされて演算回路のメモリに記憶される（ステップＳ３１０）。その後、所定の待機時間が経過するのを待った上で（ステップＳ３１１。この待機時間も、ステップＳ３０１の初期設定で演算回路のメモリに記憶される。）、処理はステップＳ３０２に戻り、各種データ計測以降の処理が再び行われる（各電圧計、電流計からはＡ／Ｄコンバータを介して電圧、電流の測定値が演算回路へと絶えず短い時間間隔で入力されており、上記待機時間が経過するごとに、演算回路において上述の計算、判定処理が開始されるとしてもよい。）。 Next, in step S309, the CV flag indicating that the operation of the solar cell system is in the CV mode is turned on and stored in the memory of the arithmetic circuit. Further, as described later, a PPT flag indicating that the operation of the solar cell system is in the PPT mode and a high resolution flag indicating that the operation is in the higher resolution mode are reset to OFF and stored in the memory of the arithmetic circuit (step S310). ). Thereafter, after waiting for a predetermined waiting time to elapse (step S311, this waiting time is also stored in the memory of the arithmetic circuit by the initial setting in step S301), the process returns to step S302, and various data measurement is performed. Subsequent processing is performed again (from each voltmeter and ammeter, the measured values of voltage and current are constantly input to the arithmetic circuit via the A / D converter at a short time interval, and the above standby time elapses. Each time, the above calculation and determination processing may be started in the arithmetic circuit.)
次に、上述のステップＳ３０４において出力側バス電圧値が設定電圧値以下である場合に実施されるＰＰＴ制御について説明する。ステップＳ３１４において、演算回路により高分解能フラグがオフであるかどうかが判定される。初めてステップＳ３１３以降の処理が実施される場合やＣＶモードから移行した場合、高分解能フラグはオフであるため、処理はステップＳ３１５以降に進む。動作が後述の高分解能モードに既に入っている場合、高分解能フラグはオンであるため処理はステップＳ３２１以降に進む。 Next, PPT control that is performed when the output-side bus voltage value is equal to or lower than the set voltage value in step S304 described above will be described. In step S314, the arithmetic circuit determines whether or not the high resolution flag is off. When the processing after step S313 is performed for the first time or when the mode is shifted from the CV mode, the high resolution flag is off, and the processing proceeds to step S315 and the subsequent steps. If the operation has already entered the high resolution mode, which will be described later, the process proceeds to step S321 and subsequent steps because the high resolution flag is on.
まずステップＳ３１５以降の処理について説明する。ステップＳ３１５において、今回行うべき時比率の変更が、前回の時比率の変更と同方向であるか否か（太陽電池の動作電圧の変更方向が同方向であるか否か）が演算回路により判定される。具体的には、前回のループ処理においてステップＳ３０２で計算された太陽電池ＰＶの出力電力値と、今回のループ処理においてステップＳ３０２で計算された太陽電池ＰＶの出力電力値との差（ステップＳ３０２にて演算回路のメモリに記憶されている。）をチェックし、今回の出力電力値が大きかった場合（前回の時比率変更による電圧の変化によって出力電力が増加した場合）には、今回行うべき時比率の変更は前回と同方向であると判断され、前回の出力電力値が大きかった場合（前回の時比率変更による電圧の変化によって出力電力が減少した場合）には、今回行うべき時比率の変更は前回と異なる方向であると判断される。同方向であると判断された場合、処理はステップＳ３１６以降へと進み（高速モード）、異なる方向であると判断された場合、処理はステップＳ３２１以降へと進む（高分解能モード）。なお、前回と今回との出力電力値が等しい場合には、時比率の変更をスキップして後述のステップＳ３２０まで進んでもよいし、あるいは分岐を単純にする目的でステップＳ３１６かＳ３２１に進むこととしてもよい。また、ステップＳ３１５の判定を初めて行う場合は、ステップＳ３１６以降の高速モードに進むものとする。 First, the processing after step S315 will be described. In step S315, the arithmetic circuit determines whether or not the change in the time ratio to be performed this time is in the same direction as the previous change in the time ratio (whether or not the change direction of the operating voltage of the solar cell is in the same direction). Is done. Specifically, the difference between the output power value of the solar cell PV calculated in step S302 in the previous loop processing and the output power value of the solar cell PV calculated in step S302 in the current loop processing (in step S302). If the output power value this time is large (when the output power has increased due to the voltage change due to the previous change in the time ratio), the time to be performed this time If the ratio change is determined to be in the same direction as the previous time, and the previous output power value is large (if the output power has decreased due to a voltage change due to the previous time ratio change), the time ratio to be performed this time It is determined that the change is in a different direction from the previous time. If it is determined that the direction is the same, the process proceeds to step S316 and thereafter (high speed mode), and if it is determined that the direction is different, the process proceeds to step S321 and later (high resolution mode). If the output power values of the previous time and the current time are the same, the change of the time ratio may be skipped and the process may proceed to step S320, which will be described later, or the process proceeds to step S316 or S321 for the purpose of simplifying the branch. Also good. Further, when the determination in step S315 is performed for the first time, it is assumed that the process proceeds to the high-speed mode after step S316.
高速モードにおいては、前回と同じ方向に高速で太陽電池ＰＶの動作電圧を変化させるべく、前回行った時比率の変更と同じ方向に、高速モードの時比率変更幅ｄＤ1だけ時比率Ｄを変更すべきであるとの決定が演算回路によりなされる（ステップＳ３１７）。高速モードの動作を初めて行う場合は、図４に示すとおり、ＣＶモード動作点（出力側バス電圧が上述の設定電圧値をとるときの、太陽電池ＰＶの動作電圧に対応）が最大電力点の電圧Ｖmpよりも高電圧側にあるものとして（理論計算、計算機シミュレーション、あるいは事前の測定により推定されるＶmpよりも高い電圧が太陽電池ＰＶに印加される状態の出力側バス電圧値として、設定電圧値を与えておく。本実施例においては典型的に、ＣＶモードは負荷側が電流を必要としていない状態で、ＰＰＴモードは負荷側が電流を必要としている状態なので、電流ＩについてはＩ（ＰＰＴモード）＞Ｉ（ＣＶモード）となり、太陽電池の特性から電圧ＶについてはＶ（ＣＶモード）＞Ｖ（ＰＰＴモード）となる。）、太陽電池ＰＶの動作電圧を降下させる方向にｄＤ1だけ時比率Ｄを変更すべき（時比率Ｄを上げるべき）であるとの決定が演算回路によりなされる。ステップＳ３１８において、実際に時比率Ｄを変更する動作（ＰＷＭ出力）が行われる。具体的には、演算回路が、現時点の時比率から上記のとおりｄＤ1だけ変更した時比率Ｄの値（ゼロ以下、又は１以上となる場合は、それぞれ演算回路のメモリに記憶された下限値又は上限値で置き換える。）を新たな時比率Ｄの値と決定し、新たな時比率Ｄの値を表わす信号をドライブ回路に送信する。ドライブ回路は、スイッチＳ1が新たな時比率Ｄでオンオフ切り替えを行い、スイッチＳ2が（１−「新たな時比率Ｄ」）でオンオフ切り替えを行うよう、スイッチＳ1，Ｓ2に命令信号を出力する。これにより同期整流型ＤＣ／ＤＣコンバータの動作状態が変更される。次にステップＳ３１９において、太陽電池システムの動作がＰＰＴモードにあることを示すＰＰＴフラグがオンとされて演算回路のメモリに記憶される。 In the high speed mode, the time ratio D is changed by the time ratio change width dD 1 in the high speed mode in the same direction as the change of the time ratio performed in the previous time in order to change the operating voltage of the solar cell PV at a high speed in the same direction as the previous time. The determination that it should be made is made by the arithmetic circuit (step S317). When the operation in the high-speed mode is performed for the first time, as shown in FIG. 4, the CV mode operation point (corresponding to the operation voltage of the solar cell PV when the output-side bus voltage takes the above set voltage value) is the maximum power point. (theoretical calculation as being high voltage side of the voltage V mp, as computer simulation or preliminary output side bus voltage value in a state where a voltage higher than V mp estimated is applied to the solar cell PV by measurement, In this embodiment, typically, the CV mode is a state where the load side does not require a current, and the PPT mode is a state where the load side requires a current. Mode)> I (CV mode), and the voltage V is V (CV mode)> V (PPT mode) from the characteristics of the solar cell. Determining that it is to change the duty ratio D in the direction by dD 1 to Do (should raise the duty ratio D) is performed by the arithmetic circuit. In step S318, an operation (PWM output) for actually changing the duty ratio D is performed. Specifically, the value of the time ratio D obtained by the arithmetic circuit changing from the current time ratio by dD 1 as described above (lower limit value stored in the memory of the arithmetic circuit in the case of zero or less or 1 or more, respectively) Or a new value of the time ratio D is determined, and a signal representing the new value of the time ratio D is transmitted to the drive circuit. Drive circuit performs on-off switching at a ratio D when the switch S 1 is new, to perform on-off switchable S 2 is (1 "ratio D when new"), switch S 1, S 2 to the command signal Is output. As a result, the operating state of the synchronous rectification type DC / DC converter is changed. Next, in step S319, the PPT flag indicating that the operation of the solar cell system is in the PPT mode is turned on and stored in the memory of the arithmetic circuit.
一方、ステップＳ３１５の判定により、前回とは異なる方向に時比率を変更するべきであると判断された場合（高速モードで行われた前回の時比率変更により太陽電池ＰＶの出力電力が減少した場合。演算回路はこの場合、太陽電池ＰＶの動作点が高速モード動作により最大電力点を越えて移動したと判断する。）、ＰＰＴ制御は高速モードから高分解能モードに切り替えられる（ステップＳ３２１）。これにより、時比率Ｄの変更幅はｄＤ1からｄＤ2へと切り替えられる。ステップＳ３１４において高分解能フラグがオンであった場合（ＰＰＴ制御が既に高分解能モードに入っている場合）も、引き続きステップＳ３２１以降で高分解能モードの動作が続行される。 On the other hand, when it is determined by the determination in step S315 that the duty ratio should be changed in a direction different from the previous time (when the output power of the solar cell PV is reduced due to the previous duty ratio change performed in the high speed mode). In this case, the arithmetic circuit determines that the operating point of the solar cell PV has moved beyond the maximum power point by the high-speed mode operation.), The PPT control is switched from the high-speed mode to the high-resolution mode (step S321). Thereby, the change width of the duty ratio D is switched from dD 1 to dD 2 . Even when the high resolution flag is turned on in step S314 (when the PPT control is already in the high resolution mode), the operation in the high resolution mode is continued in step S321 and subsequent steps.
高分解能モードにおいては、前回と同じ方向又は異なる方向へと、太陽電池ＰＶの動作電圧を高分解能で変化させるべく、前回行った時比率の変更と同じ方向又は異なる方向に、高分解能モードの時比率変更幅ｄＤ2だけ時比率Ｄを変更すべきであるとの決定が演算回路によりなされる（ステップＳ３２２）。具体的に、ステップＳ３１５の判定を経由してステップＳ３２２に至った場合には、前回行った時比率の変更と異なる方向に時比率Ｄを変更すべきとの判断が演算回路によりなされ、ステップＳ３１４で高分解能フラグがオンであったとしてステップＳ３２２に至った場合（高分解能モードでの２回目以降の動作）には、ステップＳ３１５と同様に、前回のループ処理中にステップＳ３０２で計算された太陽電池ＰＶの出力電力値に比べて今回のループ処理中にステップＳ３０２で計算された太陽電池ＰＶの出力電力値が大きければ（前回の時比率変更による電圧の変化によって出力電力が増加した場合）前回と同方向に、前回の出力電力値が大きければ（前回の時比率変更による電圧の変化によって出力電力が減少した場合）前回と異なる方向に、時比率Ｄを変更すべき（ただし変更幅はｄＤ2である。）であると演算回路が決定する（ステップＳ３１５と同様に、前回と今回との出力電力値が等しい場合には、時比率の変更をスキップして後述のステップＳ３２０まで進んでもよいし、あるいは前回と同方向又は異なる方向に時比率Ｄを変更すべきと予め定めておいてもよい。）。ステップＳ３２３において、実際に時比率Ｄを変更する動作（ＰＷＭ出力）が行われる。具体的には、演算回路が、現時点の時比率から上記のとおりｄＤ2だけ変更した時比率Ｄの値（ゼロ以下、又は１以上となる場合は、それぞれ演算回路のメモリに記憶された下限値又は上限値で置き換える。）を新たな時比率Ｄの値と決定し、新たな時比率Ｄの値を表わす信号をドライブ回路に送信する。ドライブ回路は、スイッチＳ1が新たな時比率Ｄでオンオフ切り替えを行い、スイッチＳ2が（１−「新たな時比率Ｄ」）でオンオフ切り替えを行うよう、スイッチＳ1，Ｓ2に命令信号を出力する。これにより同期整流型ＤＣ／ＤＣコンバータの動作状態が変更される。次にステップＳ３２４において、太陽電池システムの動作が高分解能モードにあることを示す高分解能フラグがオンとされて演算回路のメモリに記憶される。 In the high resolution mode, in order to change the operating voltage of the solar cell PV at a high resolution in the same direction as the previous time or in a different direction, when the high resolution mode is set in the same direction or in a different direction as the previous time ratio change. The operation circuit determines that the duty ratio D should be changed by the ratio change width dD 2 (step S322). Specifically, when the process reaches step S322 via the determination in step S315, the arithmetic circuit determines that the time ratio D should be changed in a direction different from the previous change of the time ratio, and step S314. If the high resolution flag is turned on in step S322 (the second and subsequent operations in the high resolution mode), as in step S315, the sun calculated in step S302 during the previous loop processing If the output power value of the solar battery PV calculated in step S302 is larger during the current loop process than the output power value of the battery PV (if the output power has increased due to the voltage change due to the previous time ratio change) If the previous output power value is large in the same direction as (if the output power decreases due to the voltage change due to the previous change in the duty ratio), it will be different from the previous Countercurrent, to change the ratio D when (although changing width of dD 2.) Is an arithmetic circuit determines (as in step S315, when the output power values of the previous and present are equal, The change of the duty ratio may be skipped and the process may proceed to step S320 described later, or it may be determined in advance that the duty ratio D should be changed in the same direction or a different direction from the previous time. In step S323, an operation (PWM output) for actually changing the duty ratio D is performed. Specifically, when the arithmetic circuit changes the current time ratio by dD 2 as described above, the value of the time ratio D (if lower than zero or 1 or more, the lower limit value stored in the memory of the arithmetic circuit, respectively) Or a new value of the time ratio D is determined, and a signal representing the new value of the time ratio D is transmitted to the drive circuit. Drive circuit performs on-off switching at a ratio D when the switch S 1 is new, to perform on-off switchable S 2 is (1 "ratio D when new"), switch S 1, S 2 to the command signal Is output. As a result, the operating state of the synchronous rectification type DC / DC converter is changed. Next, in step S324, the high resolution flag indicating that the operation of the solar cell system is in the high resolution mode is turned on and stored in the memory of the arithmetic circuit.
高速モード又は高分解能モードで上述の動作が実施された後（あるいは上述のとおり、時比率変更がスキップされた後）、待機時間が経過するのを待ったうえで（ステップＳ３２０）、処理はステップＳ３０２に戻る（各電圧計、電流計からはＡ／Ｄコンバータを介して電圧、電流の測定値が演算回路へと絶えず短い時間間隔で入力されており、上記待機時間が経過するごとに、演算回路において上述の計算、判定処理が開始されるとしてもよい。）。ここにおいて、ＰＰＴ制御動作中にステップＳ３２０で用いられる上記待機時間は固定値でなくともよく、一例においては、演算回路のメモリに記憶されている、前回計算された太陽電池ＰＶの出力電力値と今回計算された太陽電池ＰＶの出力電力値の差に応じて変更される。一例として、適切な定数Ａ，ｋを用いて待機時間をＡ−ｋ｜ΔＰ｜と定義し、出力電力の差の絶対値が大きいほど係数ｋ＞０によって待機時間が短くなる（初めてＰＰＴ制御動作を行った時は、出力電力の差であるΔＰをゼロとして、待機時間は初期値Ａとする。また待機時間には、適宜上限値と下限値を設定する。後述の周波数についても同様。）よう調整してもよいし、あるいは、ループ処理の繰り返し周波数として、出力電力の差の絶対値に応じて大きくなる周波数を導入してもよい（図５）。待機時間、あるいは周波数の更新は一定回数のループ処理毎に行ってもよい。例えば、ループ処理を所定回数繰り返すごとに、（１）直近の当該所定回数のループ処理で、ステップＳ３０２において計算された太陽電池ＰＶの出力電力の平均値と、（２）それよりも前の当該所定回数のループ処理で同様に計算された出力電力の平均値と、の差をΔＰとして、上述のとおり待機時間や周波数を調整してもよい。 After the above-described operation is performed in the high-speed mode or the high-resolution mode (or after the time ratio change is skipped as described above), after waiting for the standby time to elapse (step S320), the processing is step S302. (From each voltmeter and ammeter, the measured values of voltage and current are continuously input to the arithmetic circuit via the A / D converter at short time intervals, and each time the standby time elapses, the arithmetic circuit In this case, the above-described calculation and determination processing may be started.) Here, the standby time used in step S320 during the PPT control operation may not be a fixed value. In one example, the output power value of the solar cell PV calculated last time stored in the memory of the arithmetic circuit is calculated. It changes according to the difference of the output electric power value of the solar cell PV calculated this time. As an example, the standby time is defined as A−k | ΔP | using appropriate constants A and k, and the standby time is shortened by the coefficient k> 0 as the absolute value of the difference in output power increases (first PPT control operation) ), ΔP, which is the difference in output power, is set to zero, and the standby time is set to the initial value A. In addition, an upper limit value and a lower limit value are appropriately set for the standby time. Alternatively, a frequency that increases in accordance with the absolute value of the difference in output power may be introduced as the loop processing repetition frequency (FIG. 5). The update of the standby time or frequency may be performed every certain number of loop processes. For example, every time the loop process is repeated a predetermined number of times, (1) the average value of the output power of the solar cell PV calculated in step S302 in the most recent predetermined number of loop processes, and (2) the previous process before that As described above, the standby time and the frequency may be adjusted with ΔP as the difference between the average value of the output power calculated in the same number of loop processes.
以上のとおり、出力側バス電圧を目標値に向かって制御するＣＶモードの動作と、太陽電池ＰＶの出力電力の最大化を図るＰＰＴモードの動作を選択的に繰り返すことにより、太陽電池システムの動作が制御される。特に、ＰＰＴモードにおいて上述のとおり高速モードと高分解能モードを選択的に実施して時比率の変更幅を可変とすることにより、負荷トランジェントに対する高速応答と高精度な最大電力追尾が可能である。さらに、上述のとおり時比率更新の時間間隔を、太陽電池の出力電力の変化量に応じて可変とする。すなわち、図５に概念的に示すとおり、電力の変化量が大きいときは更新周期を短くし、電力の変化量が小さいときは更新周期を長くする。このように時間間隔を可変とすることにより、最大電力点での制御安定を確保しつつ、トランジェント発生時は高速応答を優先し、制御回路の共振周波数に依存しない制御が可能となる。なお、ＰＰＴモードにおいて待機時間や繰り返し周波数を太陽電池の出力電力変化量に応じて可変とすることは必須ではなく、例えば高速モードと高分解能モードで待機時間の固定値を２種類用意し、上述のモード切り替え時に待機時間も切り替えるという構成も可能であるし、あるいはステップＳ３２０で用いられる待機時間を固定値としても構わない。それら固定値、上記定数Ａ，ｋ等も、ステップＳ３０１において演算回路のメモリに記憶される。 As described above, the operation of the solar cell system is performed by selectively repeating the operation in the CV mode for controlling the output-side bus voltage toward the target value and the operation in the PPT mode for maximizing the output power of the solar cell PV. Is controlled. In particular, in the PPT mode, as described above, the high-speed mode and the high-resolution mode are selectively performed to change the change ratio of the duty ratio, so that a high-speed response to a load transient and high-accuracy maximum power tracking are possible. Furthermore, as described above, the time interval of the time ratio update is made variable according to the amount of change in the output power of the solar cell. That is, as conceptually shown in FIG. 5, the update cycle is shortened when the amount of change in power is large, and the update cycle is lengthened when the amount of change in power is small. By making the time interval variable in this way, it is possible to perform control independent of the resonance frequency of the control circuit, giving priority to high-speed response when transients occur while ensuring control stability at the maximum power point. In the PPT mode, it is not essential to change the standby time and the repetition frequency according to the amount of change in the output power of the solar cell. For example, two types of fixed values of the standby time are prepared in the high-speed mode and the high-resolution mode. The standby time may be switched when the mode is switched, or the standby time used in step S320 may be a fixed value. These fixed values, the constants A, k, etc. are also stored in the memory of the arithmetic circuit in step S301.
電力制御器の別の一例として、同期整流型ＤＣ／ＤＣコンバータに対して負荷Ｌｏａｄ側にインバータ回路を接続したときの回路図を図６に示す（キャパシタバンク、バッテリは不図示。これらを、出力側キャパシタＣ2とインバータ回路との間に図２と同様に接続してもよい。）。インバータ回路部は、ＭＯＳＦＥＴ等のスイッチＳ3〜Ｓ6、及び平滑化等のためのインダクタＬ2から構成される。動作時においては、図２の回路構成時と同様にスイッチＳ1，Ｓ2が時比率Ｄ，１−Ｄでオンオフ切り替えを繰り返すことにより出力側バス電圧（直流電圧）がインバータ回路部へと出力されるとともに、インバータ回路部において、スイッチＳ3，Ｓ6がオンでスイッチＳ4，Ｓ5がオフの状態と、スイッチＳ3，Ｓ6がオフでスイッチＳ4，Ｓ5がオンの状態との切り替えを繰り返すことにより、負荷Ｌｏａｄに対して交流電圧が出力される（スイッチＳ3，Ｓ4，Ｓ5，Ｓ6も、スイッチＳ1，Ｓ2と同様にドライブ回路によって切り替えが制御される。当該ドライブ回路は不図示。）。図６の光電池システムは、図２の光電池システムと同様に図３のフローチャートに従って制御可能である。同様の制御によりＣＶモードにおいては出力側バス電圧（図６の場合も、キャパシタＣ2の電圧に等しい）を目標値であるＣＶ電圧値に向かって制御しつつ、負荷トランジェント等の影響により出力側バス電圧が設定電圧値を越えて（又は設定電圧値以下に）降下した場合には、ＰＰＴモードに移行して太陽電池ＰＶの動作点を最大電力点に向かい制御することができる。 As another example of the power controller, a circuit diagram when an inverter circuit is connected to the load load side with respect to the synchronous rectification type DC / DC converter is shown in FIG. 6 (a capacitor bank and a battery are not shown. These are output. It may be connected between the side capacitor C 2 and the inverter circuit in the same manner as in FIG. The inverter circuit unit includes switches S 3 to S 6 such as MOSFETs and an inductor L 2 for smoothing and the like. At the time of operation, the output side bus voltage (DC voltage) is output to the inverter circuit section by repeating the ON / OFF switching of the switches S 1 and S 2 with the duty ratios D and 1-D as in the circuit configuration of FIG. In the inverter circuit section, the switches S 3 and S 6 are turned on and the switches S 4 and S 5 are turned off, and the switches S 3 and S 6 are turned off and the switches S 4 and S 5 are turned on. By repeating this switching, an AC voltage is output to the load Load (switches S 3 , S 4 , S 5 and S 6 are also controlled by the drive circuit in the same manner as the switches S 1 and S 2. (The drive circuit is not shown.) The photovoltaic cell system of FIG. 6 can be controlled according to the flowchart of FIG. 3 in the same manner as the photovoltaic cell system of FIG. (In the case of FIG. 6, is equal to the voltage of the capacitor C 2) the output bus voltage in the CV mode in the same control while controlling toward the CV voltage value is a target value, the output side due to the influence of such load transients When the bus voltage drops below the set voltage value (or below the set voltage value), the PPT mode can be entered to control the operating point of the solar cell PV toward the maximum power point.
図３のフローチャートにおいては、出力側バス電圧値と設定電圧値との大小関係に応じてＣＶモードとＰＰＴモードに処理を分岐させていたが、図２，図６等の回路構成を備えた光電池システムを用いて行われる本発明の制御方法は、常にＰＰＴモードで行われることとしてもよい。この時のフローチャートは、図３のフローチャートからＣＶモードに関する処理を除いたものとなる（図７）。 In the flowchart of FIG. 3, the processing is branched into the CV mode and the PPT mode in accordance with the magnitude relationship between the output-side bus voltage value and the set voltage value, but the photovoltaic cell having the circuit configuration of FIGS. The control method of the present invention performed using the system may be always performed in the PPT mode. The flowchart at this time is obtained by removing the process related to the CV mode from the flowchart of FIG. 3 (FIG. 7).
まず初期設定（ステップＳ７０１）として、時比率Ｄの初期値、ＰＰＴ制御において高速モードと高分解能モードのそれぞれで用いられる時比率Ｄの変更幅（２つの異なる変更幅ｄＤ1，ｄＤ2とする。ただしｄＤ1＞ｄＤ2）、後述の各種計算に用いられる数値等が演算回路内のメモリに記憶されるとともに、後述の処理で用いられる各種フラグがＯＦＦとして当該メモリに記憶される。その後、任意のタイミングで（典型的には太陽電池システムの運用開始時に外部からの命令信号を受けた各種機器、回路が動作を開始する等して）処理はステップＳ７０２以降へ進む。フローチャートから明らかなとおり、ステップＳ７０２から進んだ処理がステップＳ７０９へと至り、その後ステップＳ７０２へと戻るループ処理が行われる。 First, as an initial setting (step S701), an initial value of the time ratio D, a change width of the time ratio D used in each of the high speed mode and the high resolution mode in the PPT control (two different change widths dD 1 and dD 2 ). However, dD 1 > dD 2 ), numerical values used in various calculations described later are stored in a memory in the arithmetic circuit, and various flags used in processes described later are stored in the memory as OFF. Thereafter, the processing proceeds to step S702 and subsequent steps at an arbitrary timing (typically, when various devices and circuits that have received a command signal from the outside when the operation of the solar cell system is started). As is apparent from the flowchart, a loop process is performed in which the process that has proceeded from step S702 reaches step S709 and then returns to step S702.
ステップＳ７０２においては、同期整流型ＤＣ／ＤＣコンバータが或る時比率Ｄ（ステップＳ７０２が初めて実施される場合には、ステップＳ７０１で与えられた初期値）で動作している状態で、図２，図６に示される各電圧計、電流計により電圧や電流が測定されて、測定値を示すアナログ信号がＡ／Ｄコンバータでデジタル信号へと変換された上で演算回路に入力される。演算回路には、各電圧計、電流計が測定した太陽電池ＰＶからの出力電流値、太陽電池ＰＶの動作電圧値が入力され（ＣＶ制御を行わない場合、出力側バス電圧の測定は不要である。）、太陽電池ＰＶの電流値と電圧値を用いた乗算により、当該演算回路において太陽電池の出力電力値が計算されて当該演算回路のメモリに記憶される。また、ステップＳ７０２の処理が２回目以降に行われる場合は、前回計算された太陽電池の出力電力値と今回計算された太陽電池の出力電力値の差が演算回路において計算され、そのメモリに記憶される。 In step S702, the synchronous rectification type DC / DC converter is operating at a certain time ratio D (when step S702 is performed for the first time, the initial value given in step S701), FIG. Voltages and currents are measured by the voltmeters and ammeters shown in FIG. 6, and an analog signal indicating the measured value is converted into a digital signal by an A / D converter and then input to an arithmetic circuit. The calculation circuit receives the output current value from the solar cell PV measured by each voltmeter and ammeter, and the operating voltage value of the solar cell PV (if the CV control is not performed, the measurement of the output side bus voltage is not necessary. The output power value of the solar cell is calculated in the arithmetic circuit by multiplication using the current value and the voltage value of the solar cell PV, and stored in the memory of the arithmetic circuit. When the process of step S702 is performed for the second time or later, the difference between the previously calculated output power value of the solar battery and the currently calculated output power value of the solar battery is calculated in the arithmetic circuit and stored in the memory. Is done.
次にステップＳ７０３において、処理はＰＰＴ制御へと進む。図３のフローチャートのように、出力側バス電圧値と上記設定電圧値の大小関係を演算回路が判定する必要はない。 Next, in step S703, the process proceeds to PPT control. As in the flowchart of FIG. 3, it is not necessary for the arithmetic circuit to determine the magnitude relationship between the output-side bus voltage value and the set voltage value.
ステップＳ７０４において、演算回路により高分解能フラグがオフであるかどうかが判定される。初めてステップＳ７０４以降の処理が実施される場合、高分解能フラグはオフであるため、処理はステップＳ７０５以降に進む。動作が後述の高分解能モードに既に入っている場合、高分解能フラグはオンであるため処理はステップＳ７１０以降に進む。 In step S704, the arithmetic circuit determines whether the high resolution flag is off. When the processing from step S704 onward is performed for the first time, the high resolution flag is off, so the processing proceeds to step S705 and thereafter. If the operation has already entered the high resolution mode, which will be described later, the process proceeds to step S710 and subsequent steps because the high resolution flag is on.
まずステップＳ７０５以降の処理について説明する。ステップＳ７０５において、今回行うべき時比率の変更が、前回の時比率の変更と同方向であるか否か（太陽電池の動作電圧の変更方向が同方向であるか否か）が演算回路により判定される。具体的には、前回のループ処理においてステップＳ７０２で計算された太陽電池ＰＶの出力電力値と、今回のループ処理においてステップＳ７０２で計算された太陽電池ＰＶの出力電力値との差（ステップＳ７０２にて演算回路のメモリに記憶されている。）をチェックし、今回の出力電力値が大きかった場合（前回の時比率変更による電圧の変化によって出力電力が増加した場合）には、今回行うべき時比率の変更は前回と同方向であると判断され、前回の出力電力値が大きかった場合（前回の時比率変更による電圧の変化によって出力電力が減少した場合）には、今回行うべき時比率の変更は前回と異なる方向であると判断される。同方向であると判断された場合、処理はステップＳ７０６以降へと進み（高速モード）、異なる方向であると判断された場合、処理はステップＳ７１０以降へと進む（高分解能モード）。なお、前回と今回との出力電力値が等しい場合には、時比率の変更をスキップして後述のステップＳ７０９まで進んでもよいし、あるいは分岐を単純にする目的でステップＳ７０６かＳ７１０に進むこととしてもよい。また、ステップＳ７０５の判定を初めて行う場合は、ステップＳ７０６以降の高速モードに進むものとする。 First, the processing after step S705 will be described. In step S705, it is determined by the arithmetic circuit whether or not the change of the time ratio to be performed this time is in the same direction as the change of the previous time ratio (whether or not the change direction of the operating voltage of the solar cell is the same direction). Is done. Specifically, the difference between the output power value of the solar cell PV calculated in step S702 in the previous loop processing and the output power value of the solar cell PV calculated in step S702 in the current loop processing (in step S702) If the output power value this time is large (when the output power has increased due to the voltage change due to the previous change in the time ratio), the time to be performed this time If the ratio change is determined to be in the same direction as the previous time, and the previous output power value is large (if the output power has decreased due to a voltage change due to the previous time ratio change), the time ratio to be performed this time It is determined that the change is in a different direction from the previous time. If it is determined that the direction is the same, the process proceeds to step S706 and thereafter (high speed mode), and if it is determined that the direction is different, the process proceeds to step S710 and later (high resolution mode). If the output power values of the previous time and the current time are equal, the change of the time ratio may be skipped and the process may advance to step S709 described later, or the process may advance to step S706 or S710 for the purpose of simplifying the branch. Also good. Further, when the determination in step S705 is performed for the first time, it is assumed that the process proceeds to the high-speed mode after step S706.
高速モードにおいては、前回と同じ方向に高速で太陽電池ＰＶの動作電圧を変化させるべく、前回行った時比率の変更と同じ方向に、高速モードの時比率変更幅ｄＤ1だけ時比率Ｄを変更すべきであるとの決定が演算回路によりなされる（ステップＳ７０７）。高速モードの動作を初めて行う場合は、初期の動作点（ステップＳ７０１で演算回路のメモリに記憶された時比率Ｄの初期値に対応）が最大電力点の電圧Ｖmpよりも高電圧側にあるものとして（理論計算、計算機シミュレーション、あるいは事前の測定により推定されるＶmpよりも太陽電池ＰＶの動作電圧が高い電圧となるよう、時比率Ｄの初期値を与えておく。）、太陽電池ＰＶの動作電圧を降下させる方向にｄＤ1だけ時比率Ｄを変更すべき（時比率Ｄを上げるべき）であるとの決定が演算回路によりなされる。ステップＳ７０８において、実際に時比率Ｄを変更する動作（ＰＷＭ出力）が行われる。具体的には、演算回路が、現時点の時比率から上記のとおりｄＤ1だけ変更した時比率Ｄの値（ゼロ以下、又は１以上となる場合は、それぞれ演算回路のメモリに記憶された下限値又は上限値で置き換える。）を新たな時比率Ｄの値と決定し、新たな時比率Ｄの値を表わす信号をドライブ回路に送信する。ドライブ回路は、スイッチＳ1が新たな時比率Ｄでオンオフ切り替えを行い、スイッチＳ2が（１−「新たな時比率Ｄ」）でオンオフ切り替えを行うよう、スイッチＳ1，Ｓ2に命令信号を出力する。これにより同期整流型ＤＣ／ＤＣコンバータの動作状態が変更される。 In the high speed mode, the time ratio D is changed by the time ratio change width dD 1 in the high speed mode in the same direction as the change of the time ratio performed in the previous time in order to change the operating voltage of the solar cell PV at a high speed in the same direction as the previous time. The determination that it should be made is made by the arithmetic circuit (step S707). When the operation in the high speed mode is performed for the first time, the initial operating point (corresponding to the initial value of the time ratio D stored in the memory of the arithmetic circuit in step S701) is on the higher voltage side than the voltage V mp at the maximum power point. As an example (an initial value of the time ratio D is given so that the operating voltage of the solar cell PV is higher than V mp estimated by theoretical calculation, computer simulation, or prior measurement). The arithmetic circuit determines that the time ratio D should be changed by dD 1 in the direction in which the operating voltage is decreased (the time ratio D should be increased). In step S708, an operation (PWM output) for actually changing the duty ratio D is performed. Specifically, the value of the time ratio D obtained by the arithmetic circuit changing from the current time ratio by dD 1 as described above (lower limit value stored in the memory of the arithmetic circuit in the case of zero or less or 1 or more, respectively) Or a new value of the time ratio D is determined, and a signal representing the new value of the time ratio D is transmitted to the drive circuit. Drive circuit performs on-off switching at a ratio D when the switch S 1 is new, to perform on-off switchable S 2 is (1 "ratio D when new"), switch S 1, S 2 to the command signal Is output. As a result, the operating state of the synchronous rectification type DC / DC converter is changed.
一方、ステップＳ７０５の判定により、前回とは異なる方向に時比率を変更するべきであると判断された場合（高速モードで行われた前回の時比率変更により太陽電池ＰＶの出力電力が減少した場合。演算回路はこの場合、太陽電池ＰＶの動作点が高速モード動作により最大電力点を越えて移動したと判断する。）、ＰＰＴ制御は高速モードから高分解能モードに切り替えられる（ステップＳ７１０）。これにより、時比率Ｄの変更幅はｄＤ1からｄＤ2へと切り替えられる。ステップＳ７０４において高分解能フラグがオンであった場合（ＰＰＴ制御が既に高分解能モードに入っている場合）も、引き続きステップＳ７１０以降で高分解能モードの動作が続行される。 On the other hand, when it is determined by the determination in step S705 that the duty ratio should be changed in a direction different from the previous time (when the output power of the solar cell PV is reduced due to the previous duty ratio change performed in the high speed mode). In this case, the arithmetic circuit determines that the operating point of the solar cell PV has moved beyond the maximum power point due to the high-speed mode operation.), The PPT control is switched from the high-speed mode to the high-resolution mode (step S710). Thereby, the change width of the duty ratio D is switched from dD 1 to dD 2 . Even when the high resolution flag is turned on in step S704 (when the PPT control is already in the high resolution mode), the operation in the high resolution mode is continued in step S710 and subsequent steps.
高分解能モードにおいては、前回と同じ方向又は異なる方向へと、太陽電池ＰＶの動作電圧を高分解能で変化させるべく、前回行った時比率の変更と同じ方向又は異なる方向に、高分解能モードの時比率変更幅ｄＤ2だけ時比率Ｄを変更すべきであるとの決定が演算回路によりなされる（ステップＳ７１１）。具体的に、ステップＳ７０５の判定を経由してステップＳ７１１に至った場合には、前回行った時比率の変更と異なる方向に時比率Ｄを変更すべきとの判断が演算回路によりなされ、ステップＳ７０４で高分解能フラグがオンであったとしてステップＳ７１１に至った場合（高分解能モードでの２回目以降の動作）には、ステップＳ７０５と同様に、前回のループ処理中にステップＳ７０２で計算された太陽電池ＰＶの出力電力値に比べて今回のループ処理中にステップＳ７０２で計算された太陽電池ＰＶの出力電力値が大きければ（前回の時比率変更による電圧の変化によって出力電力が増加した場合）前回と同方向に、前回の出力電力値が大きければ（前回の時比率変更による電圧の変化によって出力電力が減少した場合）前回と異なる方向に、時比率Ｄを変更すべき（ただし変更幅はｄＤ2である。）であると演算回路が決定する（ステップＳ７０５と同様に、前回と今回との出力電力値が等しい場合には、時比率の変更をスキップして後述のステップＳ７０９まで進んでもよいし、あるいは前回と同方向又は異なる方向に時比率Ｄを変更すべきと予め定めておいてもよい。）。ステップＳ７１２において、実際に時比率Ｄを変更する動作（ＰＷＭ出力）が行われる。具体的には、演算回路が、現時点の時比率から上記のとおりｄＤ2だけ変更した時比率Ｄの値（ゼロ以下、又は１以上となる場合は、それぞれ演算回路のメモリに記憶された下限値又は上限値で置き換える。）を新たな時比率Ｄの値と決定し、新たな時比率Ｄの値を表わす信号をドライブ回路に送信する。ドライブ回路は、スイッチＳ1が新たな時比率Ｄでオンオフ切り替えを行い、スイッチＳ2が（１−「新たな時比率Ｄ」）でオンオフ切り替えを行うよう、スイッチＳ1，Ｓ2に命令信号を出力する。これにより同期整流型ＤＣ／ＤＣコンバータの動作状態が変更される。次にステップＳ７１３において、太陽電池システムの動作が高分解能モードにあることを示す高分解能フラグがオンとされて演算回路のメモリに記憶される。 In the high resolution mode, in order to change the operating voltage of the solar cell PV at a high resolution in the same direction as the previous time or in a different direction, when the high resolution mode is set in the same direction or in a different direction as the previous time ratio change. The operation circuit determines that the duty ratio D should be changed by the ratio change width dD 2 (step S711). Specifically, when the process reaches step S711 via the determination in step S705, the arithmetic circuit determines that the time ratio D should be changed in a direction different from the previous change of the time ratio, and step S704. If the high resolution flag is turned on in step S711 (the second and subsequent operations in the high resolution mode), the sun calculated in step S702 during the previous loop processing is performed as in step S705. If the output power value of the solar battery PV calculated in step S702 is larger during the current loop process than the output power value of the battery PV (if the output power has increased due to the voltage change due to the previous time ratio change) If the previous output power value is large in the same direction as (if the output power decreases due to the voltage change due to the previous change in the duty ratio), it will be different from the previous Countercurrent, to change the ratio D when (although changing width of dD 2.) Is an arithmetic circuit determines (similarly to step S705, the when the output power values of the previous and present are equal, The change of the duty ratio may be skipped and the process may proceed to step S709 described later, or it may be determined in advance that the duty ratio D should be changed in the same direction as the previous time or in a different direction. In step S712, an operation (PWM output) for actually changing the duty ratio D is performed. Specifically, when the arithmetic circuit changes the current time ratio by dD 2 as described above, the value of the time ratio D (if lower than zero or 1 or more, the lower limit value stored in the memory of the arithmetic circuit, respectively) Or a new value of the time ratio D is determined, and a signal representing the new value of the time ratio D is transmitted to the drive circuit. Drive circuit performs on-off switching at a ratio D when the switch S 1 is new, to perform on-off switchable S 2 is (1 "ratio D when new"), switch S 1, S 2 to the command signal Is output. As a result, the operating state of the synchronous rectification type DC / DC converter is changed. In step S713, the high resolution flag indicating that the operation of the solar cell system is in the high resolution mode is turned on and stored in the memory of the arithmetic circuit.
高速モード又は高分解能モードで上述の動作が実施された後（あるいは上述のとおり、時比率変更がスキップされた後）、待機時間が経過するのを待ったうえで（ステップＳ７０９）、処理はステップＳ７０２に戻る（各電圧計、電流計からはＡ／Ｄコンバータを介して電圧、電流の測定値が演算回路へと絶えず短い時間間隔で入力されており、上記待機時間が経過するごとに、演算回路において上述の計算、判定処理が開始されるとしてもよい。）。ここにおいて、ＰＰＴ制御動作中にステップＳ７０９で用いられる上記待機時間は固定値でなくともよく、一例においては、演算回路のメモリに記憶されている、前回計算された太陽電池の出力電力値と今回計算された太陽電池の出力電力値の差に応じて変更される。一例として、適切な定数Ａ，ｋを用いて待機時間をＡ−ｋ｜ΔＰ｜と定義し、出力電力の差の絶対値が大きいほど係数ｋ＞０によって待機時間が短くなる（初めてＰＰＴ制御動作を行った時は、出力電力の差であるΔＰをゼロとして、待機時間は初期値Ａとする。また待機時間には、適宜上限値と下限値を設定する。後述の周波数についても同様。）よう調整してもよいし、あるいは、ループ処理の繰り返し周波数として、出力電力の差の絶対値に応じて大きくなる周波数を導入してもよい（図５）。待機時間、あるいは周波数の更新は一定回数のループ処理毎に行ってもよい。例えば、ループ処理を所定回数繰り返すごとに、（１）直近の当該所定回数のループ処理で、ステップＳ７０２において計算された太陽電池ＰＶの出力電力の平均値と、（２）それよりも前の当該所定回数のループ処理で同様に計算された出力電力の平均値と、の差をΔＰとして、上述のとおり待機時間や周波数を調整してもよい。あるいはステップＳ７０９で用いられる待機時間を固定値としても構わない。 After the above-described operation is performed in the high-speed mode or the high-resolution mode (or after the time ratio change is skipped as described above), after waiting for the standby time to elapse (step S709), the processing is performed in step S702. (From each voltmeter and ammeter, the measured values of voltage and current are continuously input to the arithmetic circuit via the A / D converter at short time intervals, and each time the standby time elapses, the arithmetic circuit In this case, the above-described calculation and determination processing may be started.) Here, the standby time used in step S709 during the PPT control operation may not be a fixed value. In one example, the previously calculated output power value of the solar cell stored in the memory of the arithmetic circuit and the current time are stored. It changes according to the difference of the output power value of the calculated solar cell. As an example, the standby time is defined as A−k | ΔP | using appropriate constants A and k, and the standby time is shortened by the coefficient k> 0 as the absolute value of the difference in output power increases (first PPT control operation) ), ΔP, which is the difference in output power, is set to zero, and the standby time is set to the initial value A. In addition, an upper limit value and a lower limit value are appropriately set for the standby time. Alternatively, a frequency that increases in accordance with the absolute value of the difference in output power may be introduced as the loop processing repetition frequency (FIG. 5). The update of the standby time or frequency may be performed every certain number of loop processes. For example, each time the loop process is repeated a predetermined number of times, (1) the average value of the output power of the solar cell PV calculated in step S702 in the most recent predetermined number of loop processes, and (2) the previous process before that As described above, the standby time and the frequency may be adjusted with ΔP as the difference between the average value of the output power calculated in the same number of loop processes. Alternatively, the standby time used in step S709 may be a fixed value.
なお、本発明の制御方法が図３，図７のフローチャートに含まれる全てのステップを含む必要はなく、実施態様に応じて適宜修正して構わない。 The control method of the present invention does not have to include all the steps included in the flowcharts of FIGS. 3 and 7 and may be modified as appropriate according to the embodiment.
本発明は、太陽電池を具備する宇宙機全般を初めとして、光電池の動作点制御が行われる任意の方法、システム等に利用することができる。一例として、太陽電池を搭載した自動車等の移動体等、系統連系のない電力システムに利用することができる。 The present invention can be used for any method, system, or the like in which the operating point of a photovoltaic cell is controlled, including a general spacecraft equipped with a solar cell. As an example, the present invention can be used for a power system having no grid connection, such as a moving body such as an automobile equipped with a solar cell.
ＰＶ 太陽電池
Ｃ1，Ｃ2 キャパシタ
Ｓ1〜Ｓ6 スイッチ
Ｌ1，Ｌ2 インダクタ
ＣＢ キャパシタバンク
Ｂ バッテリ
Ｌｏａｄ 負荷
PV solar cells C 1 and C 2 capacitors S 1 to S 6 switches L 1 and L 2 inductors CB capacitor bank B battery load load
Claims (10)
前記スイッチのオンオフ切り替えの時比率を変更することにより、前記光電池の動作電圧を変化させる段階と、
前記動作電圧の変化により前記光電池の出力電力が増加した場合には、該動作電圧の該変化と同じ方向へと、減少した場合には異なる方向へと、前記時比率を再び変更することにより該光電池の動作電圧を再び変化させる段階と
を備えることにより、前記光電池の動作電圧を繰り返し変化させ、該光電池の動作点を最大電力点に向かって制御するよう構成され、
前記光電池の動作点の前記最大電力点に向かった前記制御における前記時比率の変更幅としては、第一の変更幅と、該第一の変更幅よりも小さい第二の変更幅とのいずれかを用い、該第一の変更幅を用いた該時比率の変更により前記動作点が前記最大電力点を越えて移動したと判断された時に、用いる変更幅を該第二の変更幅へと切り替える
よう更に構成された、光電池の動作点制御方法。 A method implemented using a photovoltaic system that outputs the output power of a photovoltaic cell to a load via a power controller having a switch,
Changing the operating voltage of the photovoltaic cell by changing the on / off switching time ratio of the switch;
When the output power of the photovoltaic cell increases due to a change in the operating voltage, the time ratio is changed again in the same direction as the change in the operating voltage, and in a different direction when the operating voltage decreases. Changing the operating voltage of the photovoltaic cell again, and repeatedly changing the operating voltage of the photovoltaic cell to control the operating point of the photovoltaic cell toward the maximum power point,
As the change width of the duty ratio in the control toward the maximum power point of the operating point of the photovoltaic cell, either the first change width or the second change width smaller than the first change width When the operating point is determined to have moved beyond the maximum power point by changing the duty ratio using the first change width, the change width to be used is switched to the second change width. An operating point control method for a photovoltaic cell, further configured as described above.
前記条件が満たされる場合において、前記出力電圧の値が出力電圧目標値を超える場合には該出力電圧を降下させ、該出力電圧の値が該出力電圧目標値を下回る場合には該出力電圧を上昇させるよう、前記時比率を変更することにより、該出力電圧を該出力電圧目標値に向かって制御する段階と
を備えた、光電池システムの制御方法。 When the condition is not satisfied on the condition that the value of the output voltage output from the power controller to the load side is not less than a predetermined set voltage value or on the condition that the set voltage value is exceeded. Performing the method according to claim 1 or 2, and controlling the operating point of the photovoltaic cell towards the maximum power point;
When the condition is satisfied, the output voltage is decreased when the output voltage value exceeds the output voltage target value, and the output voltage is decreased when the output voltage value is lower than the output voltage target value. Controlling the output voltage toward the output voltage target value by changing the duty ratio so as to increase.
前記光電池の出力電力を負荷側へと出力する、スイッチを有する電力制御器と
を備え、
前記スイッチのオンオフ切り替えの時比率を変更することにより、前記光電池の動作電圧を変化させ、
前記動作電圧の変化により前記光電池の出力電力が増加した場合には、該動作電圧の該変化と同じ方向へと、減少した場合には異なる方向へと、前記時比率を再び変更することにより該光電池の動作電圧を再び変化させる
ことにより、前記光電池の動作電圧を繰り返し変化させ、該光電池の動作点を最大電力点に向かって制御するよう構成され、
前記光電池の動作点の前記最大電力点に向かった前記制御における前記時比率の変更幅としては、第一の変更幅と、該第一の変更幅よりも小さい第二の変更幅とのいずれかを用い、該第一の変更幅を用いた該時比率の変更により前記動作点が前記最大電力点を越えて移動したと判断された時に、用いる変更幅を該第二の変更幅へと切り替える
よう更に構成された、光電池システム。 A photovoltaic cell;
A power controller having a switch for outputting the output power of the photovoltaic cell to the load side, and
By changing the time ratio of on / off switching of the switch, the operating voltage of the photovoltaic cell is changed,
When the output power of the photovoltaic cell increases due to a change in the operating voltage, the time ratio is changed again in the same direction as the change in the operating voltage, and in a different direction when the operating voltage decreases. By changing the operating voltage of the photovoltaic cell again, the operating voltage of the photovoltaic cell is repeatedly changed, and the operating point of the photovoltaic cell is controlled toward the maximum power point,
As the change width of the duty ratio in the control toward the maximum power point of the operating point of the photovoltaic cell, either the first change width or the second change width smaller than the first change width When the operating point is determined to have moved beyond the maximum power point by changing the duty ratio using the first change width, the change width to be used is switched to the second change width. A photovoltaic system further configured as described above.
前記条件が満たされる場合において、前記出力電圧の値が出力電圧目標値を超える場合には該出力電圧を降下させ、該出力電圧の値が該出力電圧目標値を下回る場合には該出力電圧を上昇させるよう、前記時比率を変更することにより、該出力電圧を該出力電圧目標値に向かって制御する
よう更に構成された、請求項６又は７に記載の光電池システム。 When the condition is not satisfied on the condition that the value of the output voltage output from the power controller to the load side is not less than a predetermined set voltage value or on the condition that the set voltage value is exceeded. , Configured to perform the control toward the maximum power point of the operating point of the photovoltaic cell,
When the condition is satisfied, the output voltage is decreased when the output voltage value exceeds the output voltage target value, and the output voltage is decreased when the output voltage value is lower than the output voltage target value. The photovoltaic system according to claim 6 or 7, further configured to control the output voltage toward the output voltage target value by changing the duty ratio so as to increase.
Priority Applications (1)
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| JP2015015318A JP2016139378A (en) | 2015-01-29 | 2015-01-29 | Operation point control method of photocell, and photocell system and control method thereof |
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