JP2000020150A

JP2000020150A - 太陽光発電インバータ装置

Info

Publication number: JP2000020150A
Application number: JP10184406A
Authority: JP
Inventors: Chihiro Okatsuchi; 千尋岡土; Yukihiko Hatano; 幸彦秦野
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba FA Systems Engineering Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba FA Systems Engineering Corp
Priority date: 1998-06-30
Filing date: 1998-06-30
Publication date: 2000-01-21

Abstract

(57)【要約】【課題】日照変化が大きくても安定して最大電力点追
従制御を実行でき、自立運転時及び低出力連系運転時に
おける電力の利用効率を高めること。【解決手段】制御器１９は、リミット回路６０からの
制限信号を受けて、ＶD2L*＜ＶD2のときに基準電流値Ｉ
D1* を制限する。発電電力演算回路６１で太陽電池２の
出力電力Ｐ1'を演算し、出力電力演算回路６２で更に効
率を乗じてインバータ回路４の出力電力Ｐo を得る。こ
の出力電力Ｐo をフィードフォワードした上で、更に制
御器２７を介して電圧ＶD2をフィードバックすることに
より、インバータ回路４の出力電力を高速且つ安定に制
御する。自立運転時及び低出力連系運転時には、予めメ
モリ回路に記憶された最大電力点追従制御時の基準電圧
値ＶD1* を読み出して用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池の出力を
直流電源回路を介して異なる直流電圧に変換し、その直
流電圧をインバータ回路を用いて交流電圧に変換する太
陽光発電インバータ装置に関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】この種の太陽光発電イ
ンバータ装置の系統連系時における構成の一例を図３に
示す。この図３において、太陽光発電インバータ装置１
は、太陽電池２、昇圧チョッパ回路として構成された直
流電源回路３、単相のインバータ回路４、ＬＣ形のフィ
ルタ回路５、ブレーカ６、及び制御回路７から構成され
ている。また、電圧検出器８、９、１０及び電流検出器
１１、１２が設けられており、夫々太陽電池２の出力電
圧値ＶD1、直流電源回路３の出力電圧値ＶD2、交流電圧
ＶAC、太陽電池２の出力電流値ＩD1、交流電流ＩACを検
出するようになっている。太陽電池２からの出力電圧
は、直流電源回路３により昇圧された後インバータ回路
４によってＰＷＭ波形を持つ交流電圧に変換され、フィ
ルタ回路５を通して正弦波状電圧とされた後、ブレーカ
６を介して電力系統である交流電源１３に連系可能とな
っている。

【０００３】制御回路７は、直流電源回路３を制御する
直流電源制御回路１４と、インバータ回路４を制御する
インバータ制御回路１５とから構成されている。直流電
源制御回路１４は、電力検出回路１６において太陽電池
２の出力電力を演算し、最大電力点検出回路１７におい
て太陽電池２が最大電力を出力する基準電圧値ＶD1*を
求める。直流電源制御回路１４は、基準電圧値ＶD1* と
出力電圧値ＶD1との差分を減算回路１８により求め、制
御器１９により基準電流値ＩD1* を得た後、さらにその
基準電流値ＩD1* と出力電流値ＩD1との差分を減算回路
２０により求め、制御器２１に入力してＰＷＭ回路２２
の変調信号を生成する。ＰＷＭ回路２２は、この変調信
号に従って直流電源回路３のスイッチング素子（図示せ
ず）をオンオフ制御する。

【０００４】さらに、直流電源制御回路１４は、直流電
源回路３の出力電圧値ＶD2と制限電圧値ＶD2L*との差分
を減算回路２３により求め、制御器２４を介してオフ回
路２５に入力する。オフ回路２５は、ＶD2L*＜ＶD2とな
ったときにＰＷＭ回路２２をオフさせるように機能す
る。

【０００５】一方、インバータ制御回路１５は、直流電
源回路３の出力電圧値ＶD2と基準電圧値ＶD2* との差分
を減算回路２６により求めて制御器２７に入力し、除算
回路２８において、制御器２７の出力を電圧値検出回路
２９により求めた交流電圧の実効値で割ることにより基
準交流電流ＩAC* の実効値（振幅）を得る。乗算回路３
０は、この実効値と、力率調整回路３１及び正弦波発生
回路３２から得られる正弦波信号（位相）とを掛け合わ
せて基準交流電流ＩAC* を出力する。インバータ制御回
路１５は、基準交流電流ＩAC* と交流電流ＩACとの差分
を減算回路３３により求め、制御器３４に入力してＰＷ
Ｍ回路３５の変調信号を生成する。ＰＷＭ回路３５は、
この変調信号に従ってインバータ回路４の各スイッチン
グ素子（図示せず）をオンオフ制御する。

【０００６】上述の系統連系時の構成に対し、自立運転
時においては制御回路７は図４に示す構成をとる。即
ち、直流電源制御回路１４は、最大電力点追従制御では
なく直流電源回路３の定電圧出力制御を行い、制御器１
９には直流電源回路３の出力電圧値ＶD2と基準電圧値Ｖ
D2* との差分が入力される。また、インバータ制御回路
１５も定電圧出力制御を行い、制御器３４には電圧基準
発生回路３６から出力される基準交流電圧ＶAC* と交流
電圧ＶACとの差分が入力される。

【０００７】さらに、系統連系運転中において、雨の日
や朝夕など太陽電池２の出力が低下したときには、制御
回路７は図５に示す構成をとる。この低出力連系運転に
おいては、直流電源制御回路１４は自立運転と同様に定
電圧出力制御を行う。また、インバータ制御回路１５
は、インバータ回路４に対し定電流出力制御を行い、制
御器３４には、電流基準発生回路３７から出力される基
準交流電流ＩAC* と交流電流ＩACとの差分が入力される
ようになっている。

【０００８】以上の構成によれば、直流電源制御回路１
４は、低出力運転時を除く系統連系時においては、太陽
電池２が最大電力を出力可能なようにその動作点を制御
し、低出力連系運転時及び自立運転時においては、直流
電源回路３の出力電圧を定電圧制御する。一方、インバ
ータ制御回路１５は、低出力運転時を除く系統連系時に
おいては、直流電源回路３の出力電圧を定電圧制御する
ことによって太陽電池２の出力電力に等しい電力を系統
に対して出力するよう制御し、低出力連系運転時には定
格電流の数％程度の一定電流を系統に対して出力するよ
う制御し、さらに自立運転時においては、インバータ回
路４の交流電圧を定電圧に制御する。

【０００９】しかしながら、上記太陽光発電インバータ
装置１については、以下に述べる３つの問題が存在す
る。第１の問題は、例えば雲の流れが速い日など日照が
ある程度周期的に変化すると、系統連系運転中において
太陽電池２が安定して最大電力を出力できなくなる現象
の発生である。即ち、日照変化により太陽電池２の出力
電力が急変すると、太陽電池２から直流電源回路３に送
られる電力もそれに追従して変化するが、インバータ制
御回路１５によるインバータ回路４の制御には遅れが存
在するので、太陽電池２から直流電源回路３への送出電
力とインバータ回路４から系統への送出電力とがバラン
スできず、本来基準電圧値ＶD2* に定電圧制御されるべ
き直流電源回路３の出力電圧値ＶD2が大きく変動する。
その結果、オフ回路２５が動作して直流電源回路３の制
御が不連続となり、太陽電池２の最大電力点追従制御が
不安定或いは不可能となる場合があった。

【００１０】第２の問題は、自立運転時において、太陽
電池２の出力可能な最大電力のうち１／３〜１／５程度
の電力しか利用することができないことである。一般
に、太陽電池２は図６に示す出力特性を有しており、図
中のＡ2 点において最大電力を得ることができる。自立
運転時においては、直流電源制御回路１４は、この太陽
電池２の出力特性とは無関係に直流電源回路３の出力電
圧ＶD2を定電圧に制御するので、インバータ回路４の負
荷が増加して図６に示すＡ2 点を一瞬でも越えてしまう
と、太陽電池２の出力が急減しそのまま運転停止に至っ
てしまう。従って、自立運転時においては、このＡ2 点
における最大電力に対し十分な余裕を持った電力でしか
安定運転することができず、利用効率が著しく低下す
る。

【００１１】第３の問題は、雨の日や朝夕など太陽電池
２の出力が低下したときにも、太陽電池２の出力可能な
最大電力のうち１／３〜１／５程度の電力しか利用する
ことができないことである。即ち、こうした出力の低下
時には最大電力点追従制御が不安定となるので、制御回
路７は系統に対し一定電力を出力する低出力連系運転に
切り換える。その結果、自立運転時と同様に、太陽電池
２の出力特性とは無関係に直流電源回路３の定電圧出力
制御が行われるので、図６に示すＡ2 点に対して余裕を
持った小電力領域でしか安定運転できなくなる。曇天の
多い日本では、この低出力連系運転における利用効率の
低下が特に問題となる。

【００１２】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その第１の目的は、日照変化が大きい場合であって
も安定して最大電力点追従制御を行うことができる太陽
光発電インバータ装置を提供することにあり、第２の目
的は、自立運転時及び低出力連系運転時においても電力
の利用効率が高い太陽光発電インバータ装置を提供する
ことにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の太陽光発電インバータ装置は、太陽電池
と、この太陽電池の出力電圧レベルを変換する直流電源
回路と、この直流電源回路の出力電圧を交流電圧に変換
するインバータ回路と、前記太陽電池の出力電力を前記
インバータ回路の交流出力電力に変換するように前記直
流電源回路及びインバータ回路を制御する制御手段とを
備えた太陽光発電インバータ装置において、前記制御手
段は、前記太陽電池の出力電圧値と当該太陽電池に対す
る所定の基準電圧値との電圧偏差に基づいて当該太陽電
池に対する基準電流値を求めるとともに、前記直流電源
回路の出力電圧値と当該直流電源回路に対する所定の制
限電圧値との電圧偏差に基づいて前記基準電流値を制限
し、この制限された基準電流値と前記太陽電池の出力電
流値が一致するように前記直流電源回路を制御するよう
に構成する（請求項１）。

【００１４】この構成によれば、制御手段は、太陽電池
の出力電流を制御するマイナーループを備え、この出力
電流の制御を介して太陽電池の出力電圧を制御すること
になる。その結果、太陽電池の出力電圧値及び出力電流
値が、夫々基準電圧値及び基準電流値に一致し、太陽電
池の出力電力は、太陽電池の出力特性と上記出力電圧値
とにより決定される電力に制御される。

【００１５】この場合、直流電源回路の出力電圧値と所
定の制限電圧値との差分に基づいて前記マイナーループ
における基準電流値を制限するので、直流電源回路の出
力電圧の異常上昇を抑制することができる。特に、この
基準電流は、オンオフによる不連続な制限とは異なり連
続した値を保持しながら制限されるので、太陽電池の動
作点が不連続に変化することがなく、太陽電池から直流
電源回路へ電力が安定して送られる。

【００１６】このとき、制御手段は、太陽電池の出力電
力が最大となるように当該太陽電池に対する基準電圧値
を決定することが好ましい（請求項２）。この構成によ
れば、太陽光発電インバータ装置は最大電力点追従制御
が可能となり、最も効率良く電力を供給可能となる。

【００１７】また、太陽電池の出力電力が最大となるよ
うに決定された当該太陽電池に対する基準電圧値を記憶
する記憶手段を備え、制御手段は、その記憶手段に記憶
された基準電圧値を用いて直流電源回路を制御すると良
い（請求項３）。この構成によれば、最大電力点追従制
御が正常に行われた時の太陽電池に対する基準電圧値を
記憶手段に記憶し、雨の日や朝夕など太陽電池の出力が
低下している低出力連系運転時或いは自立運転時には、
その記憶した基準電圧値を記憶手段から読み出して用い
るので、天候状態や運転モードによらず常に太陽電池の
出力を最大電力に近い値に制御可能となり、電力の利用
率を高めることができる。また、自立運転時において過
負荷が生じても、その過負荷状態が解消すれば、直ちに
交流電圧が回復するという復帰特性を持つことができ
る。

【００１８】さらに、制御手段は、太陽電池の出力電圧
値または基準電圧値と当該太陽電池の出力電流値または
基準電流値との積から当該太陽電池の出力電力を求める
とともに、直流電源回路の出力電圧値と当該直流電源回
路に対する所定の基準電圧値との電圧偏差に応じた電力
補正値を求め、これら出力電力と電力補正値との和が交
流出力電力と一致するようにインバータ回路を制御する
ように構成することができる（請求項４）。

【００１９】この構成によれば、制御手段は、太陽電池
の出力電圧値または基準電圧値と太陽電池の出力電流値
または基準電流値とを乗算して、太陽電池から直流電源
回路へ送出される電力を求め、この電力をインバータ回
路におけるフィードフォワード制御に用いる。これによ
り、インバータ回路は、電力に対する高速応答を有する
ことになり、応答遅れによる最大電力点追従制御の不安
定化を抑制することができる。この電力の演算に際し、
直流電源回路の出力電圧値と直流電源回路に対する所定
の基準電圧値との電圧偏差に応じた電力補正値が加算さ
れるので、電力演算の誤差や外乱等があっても、太陽電
池の出力電力とインバータ回路の出力電力は常にバラン
スすることができる。

【００２０】この場合、制御手段は、太陽電池の出力電
力と電力補正値との和をインバータ回路の交流電圧値と
出力力率のうち少なくとも交流電圧値で除すことにより
当該インバータ回路に対する基準交流電流値を求め、こ
の基準交流電流値と交流電流値が一致するように当該イ
ンバータ回路を制御すると良い（請求項５）。この構成
によれば、制御手段は、インバータ回路から出力される
交流電流を、太陽電池の出力電力と前記電力補正値との
和に基づいて演算された基準交流電流値と一致するよう
に高速に制御する。

【００２１】さらに、制御手段は、太陽電池の出力電力
に替えて、当該太陽電池の出力電力に更に直流電源回路
及びインバータ回路の効率を乗じて得た電力を用いて当
該インバータ回路を制御することが好ましい（請求項
６）。この構成によれば、インバータ回路から出力すべ
き電力をより正確に求めることができ、インバータ回路
はより速く且つ精度の高い制御性能を有することにな
る。従って、最大電力点追従制御をより安定化すること
ができ且つその追従性を一層向上することができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施例につ
いて、図１を参照しながら説明する。なお、図１におい
て、図３と同一部分には同一符号を付して示すものとす
る。システム全体の電気的構成を示した図１において、
太陽光発電インバータ装置３８は、太陽電池２、直流電
源回路３、インバータ回路４、フィルタ回路５、ブレー
カ６、制御手段としての制御回路３９、及び各部の電
圧、電流を検出するための検出器８〜１２から構成され
ている。この太陽電池２は、太陽光を受けることによ
り、例えば定格電圧２００Ｖ、開放電圧３００Ｖの直流
電圧を出力するものである。また、図示しないが、太陽
光発電インバータ装置３８の交流出力を電力系統である
交流電源１３に連系するための開閉器が設けられてい
る。

【００２３】直流電源回路３は、リアクトル４０、ダイ
オード４１、コンデンサ４２、及びスイッチング素子例
えばＩＧＢＴ４３を周知の回路である昇圧チョッパ回路
として構成したものである。即ち、太陽電池２の正側の
出力線４４は、リアクトル４０及び図示方向のダイオー
ド４１を直列に介してインバータ回路４の正側の入力端
子に接続され、太陽電池２の負側の出力線４５は直流電
源回路３を通してインバータ回路４の負側の入力端子に
接続されている。ダイオード４１のアノードと出力線４
５との間にはＩＧＢＴ４３のコレクタ・エミッタ間が接
続されており、ダイオード４１のカソードと出力線４５
との間にはコンデンサ４２が接続されている。直流電源
回路３の出力端子間には例えば分圧用の抵抗を用いた電
圧検出器９が設けられている。この電圧検出器９は、直
流電源回路３から出力される昇圧された直流電圧を検出
し、出力電圧値ＶD2として制御回路３９に対し出力する
ように構成されている。

【００２４】また、太陽電池２の出力端子間には例えば
分圧用の抵抗を用いた電圧検出器８が設けられており、
その電圧検出器８は、太陽電池２が出力する直流電圧を
検出し出力電圧値ＶD1として制御回路３９に対し出力す
るように構成されている。さらに、出力線４５には例え
ばホール素子を用いた電流検出器１１が設けられてお
り、その電流検出器１１は、太陽電池２が出力する直流
電流を検出し出力電流値ＩD1として制御回路３９に対し
出力するようになっている。

【００２５】インバータ回路４は、４個のスイッチング
素子例えばＩＧＢＴ４６〜４９と４個の還流ダイオード
５０〜５３とを周知の回路である単相ブリッジ回路とし
て構成したものである。その出力線５４、５５は、リア
クトル５６及びコンデンサ５７からなるフィルタ回路５
及びブレーカ６を介して、例えば商用単相１００Ｖの交
流電源１３に連系可能に接続されている。ここで、フィ
ルタ回路５は、リアクトル５６が出力線５４に挿入さ
れ、コンデンサ５７がリアクトル５６の系統（交流電源
１３）側において出力線５４、５５の間に接続された回
路形態を有して構成されるものである。

【００２６】また、フィルタ回路５の出力端子間には、
例えばＰＴ（計器用変圧器）や差動アンプからなる電圧
検出器１０が設けられており、その電圧検出器１０は、
太陽光発電インバータ装置３８が出力する交流電圧（系
統連系時においては交流電源１３の電圧）を検出し、交
流電圧ＶACとして制御回路３９に対し出力するように構
成されている。さらに、出力線５５には例えばホール素
子を用いた電流検出器１２が設けられており、その電流
検出器１２は、インバータ回路４が出力する交流電流Ｉ
ACを検出し制御回路３９に対し出力するようになってい
る。

【００２７】一方、制御回路３９はマイクロコンピュー
タを主体として構成されるものであって、直流電源回路
３を制御する直流電源制御回路５８とインバータ回路４
を制御するインバータ制御回路５９とを備えている。こ
のうち、直流電源制御回路５８は以下のように構成され
ている。即ち、電力検出回路１６は、太陽電池２の出力
電圧値ＶD1と出力電流値ＩD1とを乗算器（図示せず）に
よって掛け合わせることにより太陽電池２の出力電力Ｐ
1 を求め、それを最大電力点検出回路１７に対して出力
するようになっている。

【００２８】最大電力点検出回路１７は、ＭＰＰＴ制御
（Maximum Power Point Tracking：最大電力点追従制
御）を行うに際し、太陽電池２が最大電力を出力し得る
基準電圧値ＶD1* を求める回路であり、現在の基準電圧
値ＶD1* を所定の微少電圧値−ΔＶ* 、＋ΔＶ* の範囲
内で変動させたときの太陽電池２の出力電力Ｐ1 の変化
に基づいて、基準電圧値ＶD1* を最大電力点となる値に
調整するように構成されている。

【００２９】減算回路１８は、太陽電池２の出力電圧値
ＶD1から上記基準電圧値ＶD1* を減算し、制御器１９
は、その減算結果である電圧偏差に対して例えば比例演
算と積分演算（以下、ＰＩ演算と称す）を行い、太陽電
池２に対する基準電流値ＩD1*を出力するようになって
いる。この制御器１９の後の減算回路２０は、上記基準
電流値ＩD1* から太陽電池２の出力電流値ＩD1を減算
し、制御器２１は、その減算結果である電流偏差に対し
て例えばＰＩ演算を行いＰＷＭ回路２２に対する変調信
号を生成するように構成されている。これにより、直流
電源制御回路５８は、電流マイナーループを有した電圧
制御回路を構成することになる。

【００３０】ＰＷＭ回路２２は、所定の周波数を有した
三角波信号を生成するキャリア信号発生回路、及びこの
生成した三角波信号と制御器２１から出力された変調信
号とを比較する比較器（何れも図示せず）から構成され
ている。そして、比較器から得られた方形波状の駆動信
号Ｓ1 は、図示しないドライブ回路を介してＩＧＢＴ４
３のゲートに与えられるようになっている。この場合、
制御器２１から出力された変調信号のレベルが高くなる
程、駆動信号Ｓ1 のデューティ比が大きくなり、ＩＧＢ
Ｔ４３のオン時間の割合が長くなるようになっている。

【００３１】さらに、直流電源制御回路５８には、直流
電源回路３の出力過電圧を防止するために、減算回路２
３、制御器２４、及びリミット回路６０が設けられてい
る。減算回路２３は、直流電源回路３の出力電圧値ＶD2
から直流電源回路３に対して予め設定された制限電圧値
ＶD2L*を減算し、その減算結果は制御器２４において増
幅された後リミット回路６０に入力される。リミット回
路６０は、その増幅結果に基づいて、ＶD2L*＜ＶD2とな
ったときに制御器１９に対し基準電流値ＩD1*を制限す
るための制限信号を与えるようになっている。

【００３２】これに対し、インバータ制御回路５９は以
下のように構成されている。即ち、発電電力演算回路６
１は、太陽電池２の出力電圧値ＶD1と太陽電池２に対す
る基準電流値ＩD1* とを乗算器（図示せず）によって掛
け合わせることにより太陽電池２の出力電力Ｐ1'を求
め、出力電力演算回路６２は、乗算器（図示せず）を用
いてこの出力電力Ｐ1'に更に直流電源回路３及びインバ
ータ回路４の効率を掛けることにより、インバータ回路
４の出力電力Ｐo を求めるようになっている。

【００３３】減算回路２６は、直流電源回路３の出力電
圧値ＶD2から直流電源回路３に対して予め設定された基
準電圧値ＶD2* を減算し、制御器２７は、その減算結果
である電圧偏差に対してＰＩ演算を行って電力補正値Δ
Ｐo を求めるようになっている。そして、加算回路６３
は、出力電力演算回路６２にて演算された上記出力電力
Ｐo と、制御器２７から得た上記電力補正値ΔＰo とを
加算して、太陽光発電インバータ装置３８から出力すべ
き電力Ｐo*を求めるようになっている。

【００３４】電圧値検出回路２９は、電圧検出器１０か
ら出力される交流電圧ＶACを整流、平滑して、太陽光発
電インバータ装置３８が出力する交流電圧（系統連系時
においては交流電源１３の電圧）の実効値ＶAC(rms) を
得るように構成されている。また、力率調整回路３１
は、進相無効電力制御を行うために設けられたもので、
交流電圧ＶACが所定の値例えば１０７Ｖ以上となったと
きに、本来１に調整する力率を進み力率に設定するよう
になっている。除算回路２８は、加算回路６３から出力
される電力Ｐo*を上記実効値ＶAC(rms) 及び上記力率で
割ることにより、後述する基準交流電流ＩAC* の振幅
（実効値）を得るようになっている。

【００３５】正弦波発生回路３２は、交流電圧ＶACのゼ
ロクロス点を検出するゼロクロス検出回路と、予めメモ
リに記憶された正弦波データに基づいて交流電源１３の
周波数５０Ｈｚ（或いは６０Ｈｚ）と同じ周波数を有す
る正弦波形を生成する波形発生回路（何れも図示せず）
とを備えて構成されている。そして、検出したゼロクロ
ス点に同期し、且つ力率調整回路３１から与えられる力
率に対応して進相させた正弦波信号を生成するようにな
っている。

【００３６】乗算回路３０は、前記除算回路２８の出力
と前記正弦波発生回路３２から出力される正弦波信号と
を掛け合わせることにより、インバータ回路４に対する
基準交流電流ＩAC* を生成するようになっている。減算
回路３３は、この基準交流電流ＩAC* から交流電流ＩAC
を減算し、制御器３４は、その減算結果である電流偏差
に対して例えばＰＩ演算を行いＰＷＭ回路３５に対する
変調信号を生成するように構成されている。

【００３７】ＰＷＭ回路３５は、所定の周波数を有した
三角波信号を生成するキャリア信号発生回路、及びこの
生成した三角波信号と制御器３４から出力された変調信
号とを比較する比較器（何れも図示せず）から構成され
ている。この比較結果に基づいて、方形波状の駆動信号
Ｓ2 、Ｓ3 及びこれら駆動信号Ｓ2 、Ｓ3 に対し夫々反
転波形となる駆動信号Ｓ4 、Ｓ5 が生成され、これら駆
動信号Ｓ2 〜Ｓ5 は夫々図示しないドライブ回路を介し
てＩＧＢＴ４６〜４９のゲートに与えられるようになっ
ている。この場合、制御器３４から出力された変調信号
のレベルが高くなる程インバータ回路４の出力交流電圧
が大きくなるようになっている。

【００３８】次に、系統連系時における本実施例の作用
について説明する。制御回路３９のうち直流電源制御回
路５８は、太陽電池２に対する最大電力点追従制御を行
うことにより、太陽電池２の出力電力が最も有効にイン
バータ回路４に送られるように直流電源回路３の制御を
行う。太陽電池２の出力電力は、図６の出力特性に示し
たように、特定の出力電圧値Ｖ2 （動作点Ａ2 ）におい
て最大となり、出力電圧値ＶD1がこの電圧値Ｖ2 からず
れると低下する特性を有している。そして、日照状態が
変化すると最大電力点における電力値が変化するととも
に最大電力点となる出力電圧値ＶD1も若干変化する。そ
こで、最大電力点検出回路１７は、系統連系運転中にお
いて現在の基準電圧値ＶD1* を所定の微少電圧値−ΔＶ
* （動作点Ａ1 ）、＋ΔＶ* （動作点Ａ3 ）だけ変動さ
せ、そのときの出力電力Ｐ1 の変化に基づいて最大電力
が出力され得る基準電圧値ＶD1* を求めるように動作す
る。

【００３９】このようにして求めた基準電圧値ＶD1* に
対し、太陽電池２の出力電圧値ＶD1が低下した場合を考
える。太陽電池２は、出力電圧ＶD1の増加に伴って出力
電流ＩD1が単調に減少する出力特性（図示せず）を有し
ているので、制御器１９は太陽電池２の基準電流値ＩD1
* を下げるように動作する。その結果、制御器２１から
ＰＷＭ回路２２に対し出力される変調信号が低下し、直
流電源回路３におけるＩＧＢＴ４３のオン時間が短くな
る。これにより、太陽電池２の出力電流値ＩD1は低下
し、それに伴い出力電圧値ＶD1が上昇して基準電圧値Ｖ
D1* に一致するよう制御されることになる。

【００４０】さて、起動時について考えると、交流電流
が歪むことのないように、先ず直流電源回路３の出力電
圧ＶD2を上昇させ、その後インバータ回路４を起動する
必要がある。この場合、直流電源制御回路５８が制御を
開始すると、直流電源回路３の出力電圧値ＶD2が上昇し
やがて制限電圧値ＶD2L*に達する。出力電圧値ＶD2が更
に上昇すると、減算回路２３により演算される（ＶD2−
ＶD2L*）が正となるので、リミット回路６０は、制御器
１９に対して制御器２４で増幅された値に応じた制限信
号を出力するようになる。制御器１９は、この制限信号
の大きさに応じて基準電流値ＩD1* を下げるので、直流
電源回路３の出力電圧ＶD2の上昇を抑制することができ
る。

【００４１】一方、インバータ制御回路５９は、太陽光
発電インバータ装置３８の電力の入出力をバランスさせ
るように、太陽電池２から直流電源回路３に送られた電
力に略等しい電力を、交流電力として系統に出力するよ
うインバータ回路４を制御する。この制御において、太
陽電池２の出力電力Ｐ1 、出力電圧値ＶD1、出力電流値
ＩD1、インバータ回路４の出力電力Ｐo 、交流電圧ＶA
C、交流電流ＩAC、力率ｃｏｓφ、直流電源回路３及び
インバータ回路４の効率ηの関係は、以下の各式に示す
通りになる。

【００４２】Ｐ1 ＝ＶD1・ＩD1 …（１）Ｐo ＝ＶAC・ＩAC・ｃｏｓφ …（２）Ｐo ＝η・Ｐ1 …（３）

【００４３】電圧制御及び電流制御が高速且つ高精度に
行われるものとすれば、更に以下の関係式が成立する。ＶD1＝ＶD1* …（４）ＩD1＝ＩD1* …（５）ＩAC＝ＩAC* …（６）

【００４４】従って、インバータ制御回路５９は、イン
バータ回路４に対する基準交流電流ＩAC* として、以下
の式により求めた値を設定すれば良い。ＩAC* ＝（ＶD1・ＩD1* ・η）／（ＶAC・ｃｏｓφ） …（７）

【００４５】この（７）式における（ＶD1・ＩD1* ・
η）、（ＶAC・ｃｏｓφ）、及びこれらの除算は、夫々
図１において、発電電力演算回路６１と出力電力演算回
路６２、電圧値検出回路２９と力率調整回路３１、及び
除算回路２８において演算される。この除算回路２８
は、（７）式に従って系統の電圧である交流電圧値ＶAC
による除算を実行しているので、動力負荷接続等の外乱
によって交流電圧値ＶACが低下しても、直ちに基準交流
電流ＩAC* が増加して、インバータ回路４の出力電力の
低下を抑制することができる。

【００４６】なお、制御応答が速い場合には、この
（７）式においてＶD1をＶD1* に置き替え、ＩD1* をＩ
D1に置き替えても略同様の制御結果を得ることができ
る。この場合には、発電電力演算回路６１を省略し、出
力電力Ｐ1'に代えて電力検出回路１６の出力電力Ｐ1 を
用いても良い。また、直流電源回路３及びインバータ回
路４の効率ηが高い場合には、出力電力演算回路６２を
省いた構成とし、力率ｃｏｓφが高い場合には、除算回
路２８は加算回路６３から出力される電力Ｐo*を実効値
ＶAC(rms) のみで割る構成としても略同様の制御結果を
得ることができる。

【００４７】さらに、演算誤差や外乱等による演算のず
れを補正するため、出力電力Ｐo に対し、出力電圧値Ｖ
D2と基準電圧値ＶD2* との差分に基づく電力補正値ΔＰ
o が加算される。例えば、出力電圧値ＶD2が基準電圧値
ＶD2* よりも増加した場合には、電力補正値ΔＰo が正
になり、インバータ制御回路５９は、基準電力Ｐo*を増
やしてインバータ回路４からの出力電力を増加させ、出
力電圧値ＶD2の上昇を抑制するように制御する。

【００４８】以上述べたように、本実施例の太陽光発電
インバータ装置３８によれば、起動時等において直流電
源回路３の出力過電圧を防止するため、直流電源制御回
路５８にリミット回路６０を設け、基準電流値ＩD1* に
対して制限をかけるように構成した点に特徴を有する。
このとき基準電流値ＩD1* は、オンオフによる不連続な
制限とは異なり、連続した値を保持しながら徐々に制限
されるので、太陽電池２の動作点が不連続に変化するこ
とがなく、太陽電池２から直流電源回路３への電力の送
出が安定して行われる。

【００４９】また、インバータ制御回路５９において
は、発電電力演算回路６１と出力電力演算回路６２を設
けてインバータ回路４の出力電力Ｐo を演算し、その出
力電力Ｐo をフィードフォワード制御として用いた点に
特徴を有する。この制御構成によれば、直流電源回路３
の出力電圧ＶD2をフィードバックすることのみによる制
御（図３参照）に比べ制御系の応答速度が速くなる。従
って、例えば雲の流れが速い日など日照が周期的に変化
する場合であっても、直流電源回路３の出力電圧値ＶD2
は基準電圧値ＶD2* に近い値に保持され、リミット回路
６０による基準電流値ＩD1* の制限を受けにくくなるの
で、太陽電池２に対して安定した最大電力点追従制御を
行うことができる。さらに、リミット回路６０による電
流制限が一時的に発生したとしても、上述したように太
陽電池２の動作点が不連続に変化することがないので、
最大電力点追従制御が大きく乱れることがない。

【００５０】この場合、出力電力Ｐo*の演算に際し、直
流電源回路３の出力電圧値ＶD2と基準電圧値ＶD2* との
電圧偏差に応じた電力補正値ΔＰo が加算されるので、
電力演算の誤差や外乱等があっても、太陽電池２の出力
電力とインバータ回路４の出力電力とを常にバランスさ
せることができ、より高精度で安定した最大電力点追従
制御が可能となる。

【００５１】次に、本発明の第２の実施例について、図
２を参照しながら説明する。なお、図２において、図１
と同一部分には同一符号を付し、ここでは異なった部分
についてのみ説明する。図２は、自立運転時又は低電力
連系運転時における直流電源制御回路のブロック図であ
る。ここで、自立運転とは系統に連系することなく発電
電力を負荷によって消費する運転モードであり、低電力
連系運転とは雨の日や朝夕等における低発電電力時にお
ける系統連系運転モードである。この図２において、直
流電源制御回路６４は、最大電力点検出回路１７（図１
参照）と減算回路１８との間に、書込制御回路６５、記
憶手段としてのメモリ回路６６、及び電圧基準回路６７
を備えている。また、自立運転時には、ブレーカ６が開
放されるとともに、負荷（図示せず）がフィルタ回路５
とブレーカ６との間に接続される。

【００５２】書込制御回路６５は、ＭＰＰＴ制御（最大
電力点追従制御）の実行中を示すＭＰＰＴ信号が与えら
れている間、最大電力点検出回路１７から出力される基
準電圧値ＶD1* を所定の時間間隔毎にメモリ回路６６に
書き込むようになっている。このメモリ回路６６は、例
えば不揮発性メモリであるＥＥＰＲＯＭから構成される
ものであり、制御電源がオフしてもその記憶された値を
保持できるようになっている。また、電圧基準回路６７
は、所定の時間間隔毎にメモリ回路６６に記憶されてい
る値を読み出して、その値に基づいて基準電圧値ＶD1*
を生成するように構成されている。なお、メモリ回路６
６には、基準電圧値ＶD1* に代えて、太陽電池２の出力
電圧値ＶD1を書き込むように構成しても良い。

【００５３】自立運転時におけるインバータ回路４の制
御は、図４に示したインバータ制御回路１５によって行
われる。この図４における電圧基準発生回路３６は、交
流電源１３と同じ単相１００Ｖ、５０Ｈｚ（或いは６０
Ｈｚ）に対応した基準交流電圧ＶAC* を生成するもので
ある。また、低電力連系運転時におけるインバータ回路
４の制御は、図１に示したインバータ制御回路５９によ
って行われる。

【００５４】次に、自立運転時及び低電力連系運転時に
おける本実施例の作用について説明する。まず、自立運
転又は低電力連系運転に先立って最大電力点追従制御が
行われているときには、最大電力点検出回路１７から出
力される基準電圧値ＶD1* は、書込制御回路６５によっ
て所定の時間間隔毎にメモリ回路６６に書き込まれる。
電圧基準回路６７は、所定の時間間隔毎にこの書き込ま
れた値を読み出して基準電圧値ＶD1* を生成し、減算回
路１８に対して出力する。従って、直流電源制御回路６
４は、前述した直流電源制御回路５８と同様にして最大
電力点追従制御を行うことができる。

【００５５】さて、最大電力点追従制御から自立運転又
は低電力連系運転に切り換えられると、書込制御回路６
５はメモリ回路６６への書き込みを中止する。その結
果、メモリ回路６６は、最大電力点追従制御が終了する
直前の基準電圧値ＶD1* を記憶した状態に保持される。
電圧基準回路６７は、自立運転に切り換わった後も、メ
モリ回路６６に記憶された（最大電力点追従制御が終了
する直前の）一定値の基準電圧値ＶD1* を読み続け、直
流電源制御回路６４は、その基準電圧値ＶD1* に基づい
て直流電源回路３の制御を続行する。その結果、太陽電
池２は、その基準電圧値ＶD1* に対応した一定の動作点
において動作し続ける。

【００５６】前述したように、太陽電池２は、日照状態
が変化すると最大電力点となる出力電圧値ＶD1が若干変
化する。従って、自立運転時又は低電力連系運転時にお
いては、太陽電池２から常時最大電力を得ることは難し
い。しかし、その最大電力点の変化は小さいので、上記
一定値の基準電圧値ＶD1* を用いても太陽電池２から最
大電力の９０〜９５％程度の出力を安定して得ることが
できる。

【００５７】さらに、自立運転中においては、太陽電池
２から出力可能な上記電力（日照状態に応じて刻々変化
する）が負荷の消費電力に対し不足すると交流電圧ＶAC
が低下するが、太陽電池２の動作点が固定されているの
で、直流電源制御回路６４の制御が不安定状態（動作点
が電力低下方向に制御される状態）になることがなく、
負荷が軽減されれば交流電圧ＶACが回復する復帰特性を
持つことができる。

【００５８】以上述べたように、本実施例によれば、直
流電源制御回路６４は、最大電力点追従制御時の基準電
圧値ＶD1* をメモリ回路６６に記憶するように構成さ
れ、自立運転時及び低電力連系運転時においては、この
メモリ回路６６に記憶された基準電圧値ＶD1* に基づい
て太陽電池２の動作点を決定するように制御する点に特
徴を有する。この場合、日照変化による太陽電池２の最
大電力点の変化は比較的小さいので、自立運転時及び低
電力連系運転時においても、太陽電池２から最大電力の
９０〜９５％程度の出力を安定して得ることができ、従
来の制御回路７による運転と比較して電力の利用率が高
く運転可能範囲が２〜３倍に広がる。

【００５９】また、自立運転時においては、一時的に負
荷が増加しても運転を継続することが可能となり、さら
に低電力連系運転時においては、太陽電池２から得られ
る電力を制限することなく全て系統に送出することが可
能となる。

【００６０】なお、本発明は上記し且つ図面に示す実施
例に限定されるものではなく、以下のような拡張または
変更が可能である。第２の実施例において、最大電力点
追従制御時には基準電圧値ＶD1* をメモリ回路６６を介
さず直接減算回路１８に入力するようにし、最大電力点
追従制御が終了する時点でその時の基準電圧値ＶD1* を
メモリ回路６６に記憶するように構成しても良い。

【００６１】直流電源回路３は、昇圧チョッパ回路に限
らず、降圧チョッパ回路や、変圧器（例えば高周波トラ
ンス）を用いた昇圧・降圧チョッパ回路であっても良
い。また、交流電源１３が三相の場合には、インバータ
制御回路５９は、三相電力を有効電力と無効電力に分け
て直流分として制御した後、三相のＰＷＭ制御を行う構
成とすることができる。

【００６２】

【発明の効果】以上の説明によって明らかなように、請
求項１の発明では、太陽電池の動作点を決める直流電源
回路の制御において、直流電源回路の出力電圧値と所定
の制限電圧値との差分に基づいて電流マイナーループに
おける基準電流値を制限するように構成したので、太陽
電池の動作点を不連続に変化させることなく安定した状
態で太陽電池の出力を制限可能となる。

【００６３】請求項３の発明では、最大電力点追従制御
時における基準電圧値を記憶する記憶手段を設け、制御
手段は、その記憶された基準電圧値を用いて直流電源回
路を制御するよう構成したので、天候状態や運転モード
によらず常に太陽電池の出力を最大電力に近い値に制御
可能となる。

【００６４】請求項４の発明では、太陽電池の出力電力
と直流電源回路の出力電圧値及び基準電圧値に基づく電
力補正値との和が交流出力電力と一致するようにインバ
ータ回路を制御するので、インバータ制御の応答性が向
上し、日照状態の急変時においても直流電源回路の出力
電圧を安定化できる。従って、太陽電池の基準電流が制
限されることが少なくなり、安定した電力制御（特に最
大電力点追従制御）を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す太陽光発電インバ
ータ装置の電気的構成図

【図２】本発明の第２の実施例を示す直流電源制御回路
のブロック図

【図３】従来構成を示す図１相当図

【図４】自立運転時における制御回路のブロック図

【図５】低出力連系運転時における制御回路のブロック
図

【図６】太陽電池の出力特性図

【符号の説明】

１、３８は太陽光発電インバータ装置、２は太陽電池、
３は直流電源回路、４はインバータ回路、７、３９は制
御回路（制御手段）、１４、５８、６４は直流電源制御
回路、１５、５９はインバータ制御回路、６６はメモリ
回路（記憶手段）である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者秦野幸彦三重県三重郡朝日町大字繩生2121番地株式会社東芝三重工場内Ｆターム(参考） 5G066 HA30 HB06 5H420 BB02 BB03 BB12 BB14 CC03 DD03 DD10 EA10 EA45 EB04 EB09 EB39 FF03 FF04 FF22 FF25

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】太陽電池と、この太陽電池の出力電圧レ
ベルを変換する直流電源回路と、この直流電源回路の出
力電圧を交流電圧に変換するインバータ回路と、前記太
陽電池の出力電力を前記インバータ回路の交流出力電力
に変換するように前記直流電源回路及びインバータ回路
を制御する制御手段とを備えた太陽光発電インバータ装
置において、前記制御手段は、前記太陽電池の出力電圧値と当該太陽
電池に対する所定の基準電圧値との電圧偏差に基づいて
当該太陽電池に対する基準電流値を求めるとともに、前
記直流電源回路の出力電圧値と当該直流電源回路に対す
る所定の制限電圧値との電圧偏差に基づいて前記基準電
流値を制限し、この制限された基準電流値と前記太陽電
池の出力電流値が一致するように前記直流電源回路を制
御することを特徴とする太陽光発電インバータ装置。
【請求項２】制御手段は、太陽電池の出力電力が最大
となるように当該太陽電池に対する基準電圧値を決定す
ることを特徴とする請求項１記載の太陽光発電インバー
タ装置。
【請求項３】太陽電池の出力電力が最大となるように
決定された当該太陽電池に対する基準電圧値を記憶する
記憶手段を備え、制御手段は、その記憶手段に記憶され
た基準電圧値を用いて直流電源回路を制御することを特
徴とする請求項１記載の太陽光発電インバータ装置。
【請求項４】制御手段は、太陽電池の出力電圧値また
は基準電圧値と当該太陽電池の出力電流値または基準電
流値との積から当該太陽電池の出力電力を求めるととも
に、直流電源回路の出力電圧値と当該直流電源回路に対
する所定の基準電圧値との電圧偏差に応じた電力補正値
を求め、これら出力電力と電力補正値との和が交流出力
電力と一致するようにインバータ回路を制御することを
特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の太陽光発電
インバータ装置。
【請求項５】制御手段は、太陽電池の出力電力と電力
補正値との和をインバータ回路の交流電圧値と出力力率
のうち少なくとも交流電圧値で除すことにより当該イン
バータ回路に対する基準交流電流値を求め、この基準交
流電流値と交流電流値が一致するように当該インバータ
回路を制御することを特徴とする請求項４記載の太陽光
発電インバータ装置。
【請求項６】制御手段は、太陽電池の出力電力に替え
て、当該太陽電池の出力電力に更に直流電源回路及びイ
ンバータ回路の効率を乗じて得た電力を用いて当該イン
バータ回路を制御することを特徴とする請求項４又は５
記載の太陽光発電インバータ装置。