【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は太陽光発電装置の電
力変換装置に関する。The present invention relates to a power converter for a photovoltaic power generator.
【０００２】[0002]
【従来の技術】今日地球環境に対する意識の高まりか
ら、クリーンエネルギーを供給する太陽光発電装置に大
きな期待が寄せられている。2. Description of the Related Art Today, with increasing awareness of the global environment, great expectations are placed on photovoltaic power generators that supply clean energy.
【０００３】図４は太陽光発電装置の構成の一例で、太
陽光を電気エネルギーに変換する太陽電池１と、太陽電
池１からの電力を負荷３に適した電力に変換して供給す
る電力変換装置２により構成される。FIG. 4 shows an example of the configuration of a photovoltaic power generator. A photovoltaic cell 1 converts sunlight into electric energy, and a power converter that converts power from the photovoltaic cell 1 into electric power suitable for a load 3 and supplies the electric power. It is constituted by the device 2.
【０００４】太陽電池１としては、アモルファスシリコ
ン、単結晶シリコン、多結晶シリコン、あるいは化合物
半導体などを用いた太陽電池がある。通常は、複数の太
陽電池を直並列に組み合わせて、所望の電圧、電流が得
られるようにアレイを構成する。As the solar cell 1, there is a solar cell using amorphous silicon, single crystal silicon, polycrystalline silicon, or a compound semiconductor. Usually, a plurality of solar cells are combined in series and parallel to form an array so that a desired voltage and current can be obtained.
【０００５】電力変換装置２としては、パワートランジ
スタ、パワーＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、ＧＴＯなどの自
己消弧型スイッチングデバイスを用いたＤＣ／ＤＣコン
バータ、自励式電圧型ＤＣ／ＡＣインバータなどがあ
る。この電力変換装置２は、スイッチングデバイスのゲ
ートパルスのオン／オフを変えることで電力潮流、入出
力電圧、出力周波数などを制御できる。The power converter 2 includes a DC / DC converter using a self-extinguishing type switching device such as a power transistor, a power MOSFET, an IGBT, or a GTO, and a self-excited voltage type DC / AC inverter. The power converter 2 can control power flow, input / output voltage, output frequency, and the like by changing on / off of a gate pulse of a switching device.
【０００６】負荷３としては、電熱負荷や電動機負荷あ
るいは商用交流系統などがある。負荷が商用交流系統の
場合は系統連系太陽光発電装置と呼ばれおり、系統に投
入されうる電力は制限されないので、太陽電池からより
多くの電力を取り出す場合には非常に好ましい。The load 3 includes an electric heat load, a motor load, and a commercial AC system. When the load is a commercial AC system, it is called a grid-connected photovoltaic power generator, and the power that can be supplied to the system is not limited. Therefore, it is very preferable to extract more power from the solar cell.
【０００７】太陽電池１は、日射に応じて発電する。朝
や夕方あるいは雨天時などの日射がかなり小さい場合に
は太陽電池１の発電電力が小さいため、電力変換装置２
の起動・停止が問題となる。[0007] The solar cell 1 generates power in response to solar radiation. When the solar radiation is very small, such as in the morning, evening, or rainy weather, the power generated by the solar cell 1 is small.
Start / stop is a problem.
【０００８】これに対して、特開昭５８−１７２７２４
号公報記載の太陽電池の開放電圧を監視して始動を判断
して、電力変換装置の出力を監視して停止を判断するも
のがある。On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-172724 discloses
There is an apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. HEI 9-112, in which the open circuit voltage of the solar cell is monitored to determine the start, and the output of the power converter is monitored to determine the stop.
【０００９】また、特開昭５９−７６１２１号公報記載
の日射計を用いて日射量が基準値より大きいか小さいか
により起動・停止させるものがある。[0009] Further, there is an apparatus for starting and stopping according to whether the amount of solar radiation is larger or smaller than a reference value by using a pyranometer described in JP-A-59-76121.
【００１０】また、短絡電流検出用光発電素子の短絡電
流が基準値より大きいか小さいかにより起動・停止させ
るものがある。Further, there is a photovoltaic element for starting and stopping according to whether the short-circuit current of the short-circuit current detecting photovoltaic element is larger or smaller than a reference value.
【００１１】また、電力変換装置の運転時の直流電圧の
低下により停止させるものがある。また、特開昭６２−
２９３９３７号公報記載の直流電圧が基準値より大きい
と起動させ、運転時の直流電流が規定レベルよりも小さ
いと停止させるものがある。[0011] Further, there is a power converter that is stopped due to a decrease in DC voltage during operation. Also, Japanese Patent Application Laid-Open
There is a device described in Japanese Patent No. 293937 that starts when the DC voltage is higher than a reference value and stops when the DC current during operation is lower than a specified level.
【００１２】[0012]
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記方法に
は以下の欠点がある。However, the above method has the following disadvantages.
【００１３】電力変換装置の交流出力を検出するものに
あっては、出力電流を検出する場合には出力側フィルタ
による無効電流があるため微少電流を正確に検出するこ
とは難しい。また出力電力を検出する場合では、出力電
流と出力電圧の波形の乗算演算する必要があり、そのた
めにアナログ乗算器を用いるのは高価であり、また、瞬
時波形をＡ／Ｄコンバータによりデジタル値に変換して
ＣＰＵによるデジタル演算により電力値を算出すること
も可能だがＣＰＵの負荷は重たくなるので高性能なＣＰ
Ｕが要求され高価になる。In the case of detecting the AC output of the power converter, when detecting the output current, it is difficult to accurately detect the minute current because there is a reactive current due to the output side filter. In addition, when detecting output power, it is necessary to perform a multiplication operation on the waveforms of the output current and the output voltage. Therefore, it is expensive to use an analog multiplier, and the instantaneous waveform is converted into a digital value by an A / D converter. It is possible to convert and calculate the power value by digital operation by the CPU, but the load on the CPU becomes heavy, so the high performance CP
U is required and becomes expensive.
【００１４】また、日射計を用いるものや、特別に短絡
電流検出用に光検出素子を設置して検出する手段を用い
るものにあっては、専用にセンサを設置する必要があ
り、装置のコストが上昇し、また、施工コストもかか
る。また、センサの日射と太陽電池全体の日射は必ずし
も一致しないので誤動作するおそれがある。In the case of using a pyranometer or a device using a photodetector for detecting a short-circuit current, it is necessary to provide a dedicated sensor. Cost and construction costs. In addition, since the solar radiation of the sensor and the solar radiation of the entire solar cell do not always coincide with each other, a malfunction may occur.
【００１５】また、電力変換装置の運転時の直流電流を
検出するものにあっては、太陽電池の電圧はシステムに
より変わるので、太陽電池の電圧の高いシステムでは運
転可能にもかかわらず停止するので再び起動し、起動／
停止の動作を繰り返して信頼性に悪影響を及ぼす。ある
いは、太陽電池の電圧の低いシステムでは受電状態とな
り、電力を無駄に消費してしまう。Further, in the system for detecting a direct current during operation of the power converter, the voltage of the solar cell varies depending on the system. Start again and start /
Repeated stop operations adversely affect reliability. Alternatively, in a system in which the voltage of the solar cell is low, the system is in a power receiving state and wastefully consumes power.
【００１６】本発明の目的は、電力変換装置の起動／停
止を、センサや高価な素子を用いずに行い、また、電力
制御装置の起動／停止の動作の繰り返しを抑制し、太陽
電池からの電力をより多く負荷へ安定供給する電力変換
装置を提供することである。An object of the present invention is to start / stop a power conversion device without using a sensor or an expensive element, to suppress repetition of the start / stop operation of a power control device, An object of the present invention is to provide a power converter that stably supplies more power to a load.
【００１７】[0017]
【課題を解決するための手段】上記課題は、太陽電池か
らの電力を変換して負荷に供給する電力変換手段、前記
電力変換手段は太陽電池の電圧を検出する電圧検出手
段、太陽電池からの電流を検出する電流検出手段、前記
電圧検出手段と前記電流検出手段の出力と接続される制
御回路を有する電力変換装置において、前記制御回路
は、前記電圧検出手段からの電圧値と前記電流検出手段
からの電流値から電力値を算出し、前記電力値が所定値
より小さいことを検知した場合に前記電力変換装置を停
止することを特徴とする電力変換装置により達成され
る。The object of the present invention is to provide a power conversion means for converting power from a solar cell and supplying the converted power to a load, the power conversion means for detecting a voltage of the solar cell, In a power conversion device having a current detection means for detecting a current, a control circuit connected to the output of the voltage detection means and the current detection means, the control circuit comprises: a voltage value from the voltage detection means and the current detection means A power value is calculated from a current value from the power converter, and the power converter is stopped when it is detected that the power value is smaller than a predetermined value.
【００１８】または太陽電池からの電力を変換して負荷
に供給する電力変換手段、前記電力変換手段は太陽電池
の電圧を検出する電圧検出手段、太陽電池からの電流を
検出する電流検出手段、前記電圧検出手段と前記電流検
出手段の出力と接続される制御回路を有する電力変換装
置において、前記制御回路は、前記電圧検出手段からの
電圧値と前記電流検出手段からの電流値から電力値を算
出し、前記電力値が所定値より小さい状態が所定時間継
続する場合に前記電力変換装置を停止させることを特徴
とする電力変換装置により達成される。Power conversion means for converting power from the solar cell and supplying the converted power to a load; voltage conversion means for detecting a voltage of the solar cell; current detection means for detecting a current from the solar cell; In a power converter having a control circuit connected to an output of the voltage detection means and the current detection means, the control circuit calculates a power value from a voltage value from the voltage detection means and a current value from the current detection means. The power converter is stopped when the state where the power value is smaller than a predetermined value continues for a predetermined time.
【００１９】[0019]
（第1の実施形態）図１に本発明の電力制御装置を用い
た太陽光発電装置の構成を示す。太陽電池１の直流電力
は、電力変換装置２内の電力変換手段４にて電力変換さ
れ、負荷３に供給される。(First Embodiment) FIG. 1 shows a configuration of a photovoltaic power generator using a power control device of the present invention. The DC power of the solar cell 1 is power-converted by a power converter 4 in the power converter 2 and supplied to the load 3.
【００２０】太陽電池１の出力電圧および出力電流は、
電圧検出手段５および電流検出手段６でサンプリングを
行い、デジタルデータとして検出された電圧信号と電流
信号は制御手段７に入力される。なお、電圧検出手段５
および電流検出手段６は太陽電池１から最大電力を取り
出すために行うＭＰＰＴ制御を行うためにも使用され
る。The output voltage and output current of the solar cell 1 are
Sampling is performed by the voltage detection means 5 and the current detection means 6, and the voltage signal and the current signal detected as digital data are input to the control means 7. Note that the voltage detecting means 5
The current detecting means 6 is also used for performing MPPT control for extracting maximum power from the solar cell 1.
【００２１】制御手段７は、電力変換装置２の制御全般
を行っており、起動および停止の制御も行う。また、検
出された電圧信号、電流信号をもとに、電圧設定値をし
て太陽電池の出力電力が最大となるようＭＰＰＴ制御も
行う。また、制御手段７は、太陽電池の出力電圧が電圧
設定値となるようにデューティ比を調整し、デューティ
比に基づいて、ゲート駆動用のＰＷＭパルスを生成す
る。デューティ比を調整する方法として、ＰＩ制御系な
どがある。ＰＷＭパルスの生成方法には、例えば、三角
波比較方式や瞬時電流追従制御などがある。制御手段７
は、アナログ回路でもデジタル回路でも構成できる。デ
ジタルで構成する場合には、ＣＰＵやＤＳＰにより構成
される。The control means 7 performs overall control of the power converter 2 and also controls starting and stopping. Further, based on the detected voltage signal and current signal, MPPT control is performed by setting a voltage setting value to maximize the output power of the solar cell. Further, the control means 7 adjusts the duty ratio so that the output voltage of the solar cell becomes the voltage set value, and generates a gate drive PWM pulse based on the duty ratio. As a method of adjusting the duty ratio, there is a PI control system or the like. Examples of the PWM pulse generation method include a triangular wave comparison method and instantaneous current tracking control. Control means 7
Can be configured as an analog circuit or a digital circuit. In the case of digital configuration, it is configured by a CPU or DSP.
【００２２】これにより、電力変換手段４の動作を制御
して太陽電池の出力を制御する。Thus, the operation of the power conversion means 4 is controlled to control the output of the solar cell.
【００２３】次に、図２により本発明の電力制御装置の
制御方法について説明する。図２は太陽光発電装置の停
止時動作タイムチャートの一例である。図２（ａ）は電
力変換装置２の入力電圧Ｖｄｃの変化を示すものであ
り、図２（ｂ）は電力変換装置２の入力電流Ｉｄｃの変
化を示すものであり、図２（ｃ）は電力変換装置２の入
力電力Ｐｄｃの変化を示すものであり、図２（ｄ）は電
力変換装置２の出力電力Ｐａｃの変化を示すものであ
る。Next, a control method of the power control device of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is an example of a stop operation time chart of the photovoltaic power generator. FIG. 2A shows a change in the input voltage Vdc of the power converter 2, FIG. 2B shows a change in the input current Idc of the power converter 2, and FIG. FIG. 2D shows a change in the input power Pdc of the power converter 2, and FIG. 2D shows a change in the output power Pac of the power converter 2.
【００２４】図２中の時刻の初めは電力変換手段４は動
作状態にあり、太陽電池１の直流電力を変換して負荷３
に供給している。電圧検出手段５では電圧値Ｖｄｃを検
出し、電流検出手段６では電流値Ｉｄｃを検出する。制
御手段７では、ＶｄｃとＩｄｃから電力値Ｐｄｃを算出
する。今、時間の経過とともに日射が低下して、それに
応じて太陽電池１の出力が低下していくとする。電流値
Ｉｄｃはおよそ日射に比例して低下する。電圧Ｖｄｃは
ある程度以上の日射があればほとんど変化しないが、日
射がかなり弱くなってくると電圧も低下してくる。太陽
電池から出力できる電力Ｐｄｃもおおまか日射に比例し
て低下する。これに応じて電力変換装置２から出力され
る電力Ｐａｃも日射の減少とともに低下する。At the beginning of the time shown in FIG. 2, the power conversion means 4 is in the operating state, converts the DC power of the solar cell 1 and
To supply. The voltage detecting means 5 detects the voltage value Vdc, and the current detecting means 6 detects the current value Idc. The control means 7 calculates a power value Pdc from Vdc and Idc. Now, it is assumed that the solar radiation decreases with time and the output of the solar cell 1 decreases accordingly. The current value Idc decreases approximately in proportion to solar radiation. The voltage Vdc hardly changes when there is a certain amount of solar radiation, but the voltage decreases when the solar radiation becomes considerably weak. The power Pdc that can be output from the solar cell also decreases roughly in proportion to solar radiation. In response, power Pac output from power conversion device 2 also decreases as solar radiation decreases.
【００２５】時刻ｔ１において、電圧値ＶｄｃはＶ１、
電流値ＩｄｃはＩ１となる。この時の電力値Ｐ１をＶ１
×Ｉ１より算出する。ここで時刻ｔ１時の電力値Ｐ１を
基準値Ｐｓｔｐと比較する。基準値Ｐｓｔｐは電力変換
装置２のおよそ無負荷損失に相当する電力に設定してあ
るので、この時の出力電力Ｐａｃはおよそゼロとなる。
電力値Ｐ１は基準値Ｐｓｔｐ以下となるので制御手段７
では電力変換手段４を停止させる。これにより、電力変
換装置２は太陽電池１からの電力を変換して負荷へ電力
供給ができる限りは動作し続け、日射の低下などにより
逆に電力変換装置２が受電状態となる直前に停止するこ
とでき、太陽電池の電力を有効に利用し、無駄な電力消
費を抑え、安定動作をすることができる。At time t1, the voltage value Vdc becomes V1,
The current value Idc becomes I1. The power value P1 at this time is V1
× Calculate from I1. Here, power value P1 at time t1 is compared with reference value Pstp. Since the reference value Pstp is set to power corresponding to approximately no-load loss of the power converter 2, the output power Pac at this time is approximately zero.
Since the power value P1 is equal to or less than the reference value Pstp, the control means 7
Then, the power conversion means 4 is stopped. As a result, the power converter 2 continues to operate as long as it can convert the power from the solar cell 1 and supply power to the load, and stops immediately before the power converter 2 enters the power receiving state due to a decrease in solar radiation or the like. This makes it possible to effectively use the power of the solar cell, suppress unnecessary power consumption, and perform stable operation.
【００２６】電力変換手段４の停止直後には、太陽電池
１から見た負荷が小さくなるので、開放状態に近くな
り、電力変換装置２の入力側は電圧Ｖ２、電流Ｉ２、入
力電力Ｐ２となる。Immediately after the power conversion means 4 is stopped, the load seen from the solar cell 1 becomes small, so that it is close to an open state, and the input side of the power conversion device 2 is at the voltage V2, the current I2, and the input power P2. .
【００２７】この後、日射が再び強くなり太陽電池１が
発電可能電力が高くなれば、電力変換装置２も負荷３へ
電力供給可能となる。そのための起動の判定方法は、電
力変換装置２の入力電圧を監視して所定以上なら瞬時に
もしくは所定時間継続で起動するものなどがあるが、種
々のものと組み合せてよい。入力電圧により判断する場
合には、停止時の入力電圧ですぐに起動しないよう配慮
すべきである。Thereafter, when the solar radiation increases again and the power that can be generated by the solar cell 1 increases, the power converter 2 can also supply power to the load 3. For this purpose, there is a method of judging the start, for example, a method of monitoring the input voltage of the power converter 2 and, if the input voltage is equal to or more than a predetermined value, starting immediately or continuously for a predetermined time, and the like. When judging from the input voltage, care should be taken not to start immediately with the input voltage at the time of stop.
【００２８】（第2の実施形態）図３は太陽光発電装置
の停止時動作タイムチャートの他の例である。図３の
（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）が示すものは図２と同様であ
る。(Second Embodiment) FIG. 3 is another example of an operation time chart when the solar power generation device is stopped. 3A, 3B, 3C, and 3D are the same as those in FIG.
【００２９】時刻ｔ１で入力電力Ｐ１は基準値Ｐｓｔｐ
以下となる。これよりタイムカウントを開始する。この
後、入力電力Ｐｄｃが基準値Ｐｓｔｐ以下であればタイ
ムカウントを続行し、このまま所定時間Δｔまでカウン
トした時刻ｔ２（＝ｔ１＋Δｔ）になると、制御手段７
では電力変換手段４を停止させる。所定時間Δｔの間に
日照が回復し、入力電力Ｐｄｃが基準値Ｐｓｔｐを超え
た場合には電力変換手段４の動作を継続する。At time t1, the input power P1 is changed to the reference value Pstp.
It is as follows. This starts the time count. Thereafter, if the input power Pdc is equal to or less than the reference value Pstp, the time counting is continued. When the time t2 (= t1 + Δt) counted up to the predetermined time Δt is reached, the control means 7
Then, the power conversion means 4 is stopped. When the sunshine recovers during the predetermined time Δt and the input power Pdc exceeds the reference value Pstp, the operation of the power conversion means 4 is continued.
【００３０】これにより、電力変換装置２は太陽電池１
からの電力を変換して負荷へ電力供給ができる限りは動
作し続け、日射の低下などにより逆に電力変換装置２が
受電状態となる直前に停止することできる。さらに、所
定時間の状態を監視することから瞬間の変動の影響を抑
えることができ、太陽電池の電力を有効に利用し、無駄
な電力消費を抑え、安定動作をすることができる。As a result, the power conversion device 2
The power conversion device 2 can continue to operate as long as it can convert the power from the power supply and supply power to the load, and can stop immediately before the power conversion device 2 enters the power receiving state due to a decrease in solar radiation or the like. Furthermore, monitoring the state for a predetermined time makes it possible to suppress the effects of instantaneous fluctuations, effectively use the power of the solar cell, suppress unnecessary power consumption, and perform stable operation.
【００３１】[0031]
【発明の効果】本発明の電力変換装置では、電圧検出信
号と電流検出信号から入力電力を検出してする。前記入
力電力をおよそ電力変換装置の無負荷損失に相当する所
定値と比較し所定値より大きければ電力変換装置は運転
を継続する。この場合、少なくとも電力変換装置の無負
荷損失分は太陽電池から供給されるので、安定に運転可
能である。系統連系の場合では、系統側から電力を受け
取る状態にはならない。入力電力が所定値以下であれ
ば、電力変換装置は停止する。これにより、電力変換装
置は不安定な動作を回避でき、系統から電力を受け取る
という無駄な電力消費を避けることができる。また、無
駄な電力消費が発生しない範囲で可能な限り運転を継続
するので、不要な起動／停止の繰り返しを抑制すること
ができる。According to the power converter of the present invention, the input power is detected from the voltage detection signal and the current detection signal. The input power is compared with a predetermined value corresponding to a no-load loss of the power converter, and if the input power is larger than the predetermined value, the power converter continues to operate. In this case, since at least the no-load loss of the power converter is supplied from the solar cell, stable operation is possible. In the case of grid connection, it does not enter the state of receiving power from the grid side. If the input power is equal to or less than the predetermined value, the power converter stops. Thereby, the power converter can avoid unstable operation, and can avoid wasteful power consumption of receiving power from the grid. In addition, since the operation is continued as much as possible within a range where unnecessary power consumption does not occur, unnecessary repetition of start / stop can be suppressed.
【００３２】本発明の電力変換装置の停止方法により、
太陽電池の電圧、出力容量や周囲環境によらず常に太陽
電池の電力を有効利用でき、無駄な電力消費を抑え、無
駄な停止を抑制し安定状態の動作が可能となる。According to the method for stopping the power converter of the present invention,
The power of the solar cell can always be used effectively irrespective of the voltage, output capacity and surrounding environment of the solar cell, and unnecessary power consumption can be suppressed, unnecessary stoppage can be suppressed, and stable operation can be achieved.
【００３３】このように本発明は大変有用であり、特に
商用系統と連係する太陽光発電装置では、その効果は非
常に大きい。As described above, the present invention is very useful, and the effect thereof is extremely large especially in a photovoltaic power generator linked to a commercial system.
【図１】本発明の電力制御装置を用いた太陽光発電装置
の構成の一例。FIG. 1 is an example of a configuration of a photovoltaic power generation device using a power control device of the present invention.
【図２】本発明の電力制御装置の停止方法のタイムチャ
ートの一例である。FIG. 2 is an example of a time chart of a method for stopping the power control device of the present invention.
【図３】本発明の電力制御装置の停止方法のタイムチャ
ートの他の例である。FIG. 3 is another example of a time chart of a method of stopping the power control device of the present invention.
【図４】一般的な太陽光発電装置の構成の一例である。FIG. 4 is an example of a configuration of a general solar power generation device.
１ 太陽電池 ２ 電力変換装置 ３ 負荷 ４ 電力変換手段 ５ 電圧検出手段 ６ 電流検出手段 ７ 制御回路 REFERENCE SIGNS LIST 1 solar cell 2 power conversion device 3 load 4 power conversion means 5 voltage detection means 6 current detection means 7 control circuit
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9253433AJPH1195849A (en) | 1997-09-18 | 1997-09-18 | Power converter and solar power generator |
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9253433AJPH1195849A (en) | 1997-09-18 | 1997-09-18 | Power converter and solar power generator |
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1195849Atrue JPH1195849A (en) | 1999-04-09 |
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9253433APendingJPH1195849A (en) | 1997-09-18 | 1997-09-18 | Power converter and solar power generator |
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1195849A (en) |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100380774C (en)* | 2004-04-19 | 2008-04-09 | 佳能株式会社 | Electric power control apparatus, power generation system and power grid system |
| US8781538B2 (en) | 2007-05-30 | 2014-07-15 | Kyocera Corporation | Portable terminal, portable apparatus and supply power control method |
| US12212133B2 (en)* | 2020-12-07 | 2025-01-28 | Sungrow Power Supply Co., Ltd. | Medium-voltage photovoltaic grid-connected inverter system and photovoltaic power generation system |
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