WO2003065564A1

WO2003065564A1 - Method and device for controlling photovoltaic inverter, and feed water device

Info

Publication number: WO2003065564A1
Application number: PCT/JP2003/000830
Authority: WO
Inventors: Masahiro Minami; Hiroaki Ichikawa; Mashito Kawai; Yukio Murai; Kaoru Nakajima
Original assignee: Ebara Corp; Fuji Electric Co Ltd; Fuji Electric Holdings Ltd
Current assignee: Ebara Corp; Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2002-01-31
Filing date: 2003-01-29
Publication date: 2003-08-07
Anticipated expiration: 2004-07-31
Also published as: AU2003238599B9; AU2003238599B8; AU2003238599B2; US20050116671A1; JPWO2003065564A1; US7126294B2; JP4227525B2

Description

太陽光インバー夕の制御方法、その制御装置及び給水装置

技術分野

この発明は、太陽電池を電源とし、この太陽電池から出力される直流電力を交流電力に変換制御する明インバータ（以下太陽光ィンバータと称する）により交流電動機を可変速駆動する際に、前記太陽電池の動作点田

を最大電力点に追従させつつ前記電動機を駆動するための太陽光ィンバ一夕の制御方法に関し、例えば、ポンプやファン駆動用の電動機を可変速制御するための太陽光インパー夕の制御方法およびその制御装置ならびにこの太陽光ィンバータにより可変速駆動される電動機によりポンプを駆動して給水を行う給水装置に関する。 '

背景技術太陽電池は入射する日射量をパラメータとした場合、図 7に示すように日射量の増大に従って電力が増大する傾向の電圧（V) —電力（P ) 特性を持っている。なお、図 7において、 P a， P b , P cはそれぞれの日射量における最大電力点を示している。

このような特性を有する太陽電池から太陽光ィンバータを介して最大電力を効率よく取り出すための制御方法として、この太陽電池の負荷に微小変動を発生させる等して、このときの太陽電池の出力電力（P ) 及ぴ電圧（V) のそれぞれの変化分 d Pと d Vの比（Δ , A = d P / d V) を監視し、その極性が正から負（または負から正) に変化する点（最大電力点）を求めて、太陽電池の動作点がこの点に追従するように太陽光ィンパータを制御する、いわゆる最大電力追尾制御法（M P P T制御法）が用いられている。

図 8は、前記の M P P T制御法を用いて太陽電池の出力を制御する太陽光ィンバ一タの従来の制御装置の例を示す回路構成図である。この図において、 1は太陽電池、 2はこの太陽電池の出力を制御する太陽光ィンバータ、 3は太陽光インパータ 2により駆動される交流電動機、' 4は電動機 3の駆動軸に機械結合され回転駆動される、例えば、ポンプゃフアン等からなる機械的負荷を示す。なお、以下では機械的負荷 4としてポンプを用いた場合について説明する。

この太陽光インパータ 2は、太陽電池 1の出力の電圧（V) を検出する電圧検出器 2 1 と、後述するィンバータ主回路 2 5からの逆流を阻止するダイオード 2 2と、太陽電池 1から供給される電流（ I ) を検出する電流検出器 2 3と、直流電圧平滑用のコンデンサ 2 4と、例えばトランジスタとダイォードとを逆並列接続した構成のスィツチング回路を 3 相ブリッジ接続してなるインバータ主回路 2 5と、電圧検出器 2 1および電流検出器 2 3により検出される太陽電池 1から出力電圧 Vおよび出力電流 Iに基づきィンバータ主回路 2 5の交流出力の電圧と周波数とを所望の値に制御する制御装置 2 6とを備えている。

制御装置 2 6.は、最大電力点追尾（M P P T) 監視回路 3 1、回転速度指令器 3 2、加減速調整器 3 3、関数発生器 3 4、インバータ制御回路 3 5から構成されている。以下にこの制御装置 2 6の動作を図 9を参照して説明する。

一定の日射量により図 9に示すような電圧一電力（V— P ) 特性を有する太陽電池 1に対して、先ず、起動指令に基づいて起動周波数指令値 f _sが加減速調整器 3 3より出力され、インパ一タ制御回路 3 5ではこの起動周波数指令値 f _sと、周波数指令を例えば電圧 z周波数比が一定となるような関数で電圧指令に変換する関数発生器 34から与えられる周波数指令値 f _sに対応した電圧指令値 Vs とによるパルス幅変調（PW M) 演算を行い、この演算結果に基づく制御信号によりインパータ主回路 25を構成するそれぞれのトランジスタがオン，オフ制御され、インパータ主回路 25から起動周波数指令値及び電圧指令値に対応した周波数及び電圧の交流電力が発生され、これにより電動機 3とポンプ 4が起動する。

ここで、 MP PT監視回路 31では予め定めた周期毎に電圧検出器 2 1 , 電流検出器 23のそれぞれの検出値（V, I )に基づいて、電力（P, P=Vx I) の変化分（dP) と電圧（V) の変化分（dV) とを求め' て、電圧変化分に対する電力変化分の比 Δ (Δ = d P/d V) を監視しているが、上述の如く、電動機 3とポンプ 4'とが起動すると、太陽電池 1の電圧が無負荷状態の電圧から負荷状態の電圧に低下するので前記 Δは負極性（Δ < 0) となり、これが回転速度指令器 32に出力される。

また、回転速度指令器 32は、前記 Δの極性に対応した増速あるいは減速の速度指令値 Δη (—定値）を出力する。すなわち、前記 Δ が負極性（図 9参照）のときは、増速指令値となる正極性の + Δ ηき出力し、また、前記 Δが正極性（図 9参照）のときは減速指令値となる負極性の —Δηを出力し、従って、前記 Δ がほぼ零のときには出力する Δηもほぼ零となる。

さらに、加減速調整器 33は、回転速度指令器 32から入力される Δ ηの積分演算を行い、この演算結果を周波数指令値として、前記起動周波数指令値 f_sに加算し出力する。このときの積分時間は Δηの極性により加減速するとき、電動機電流が過電流とならず、できるだけ早く指令速度に達するよう予め一定値に設定されている。

すなわち、インパータ主回路 2 5からの起動時の電圧，周波数の交流電力により電動機 3とポンプ 4とが回転し始めた後、制御装置 2 6を構成する M P P T監視回路 3 1の出力に従って、図 9に示す太陽電池 1の最大電力点となる電圧 V₂まで、ィンバータ主回路 2 5の出力の交流電力の電圧振幅および周波数が上昇し、これに応じて電動機 3とポンプ 4 の回転速度が増大する。

このとき、何らかの変動により太陽電池 1の電圧が前記 V₂以下すなわち最大電力点を通り過ぎた状態になったときには、電力 Pも電圧 Vも低下するので M P P T監視回路 3 1の出力である前記電力と電圧の変化分の比 Δ は正極性（Δ > 0 )となり、ィンバータに減速指令が与えられ、その結果、電動機 3は減速してその消費電力を減じ、太陽電池の最大電力点側に動作点が移動する。このように太陽光ィンバータを制御することにより、電動機の負荷状態を太陽電池の最大電力点へ追従させることができる。

上述の従来の太陽光ィンバータの制御方法によると、前記 M P P T制御を行うために回転速度指令器 3 2から発せられる一定値の Δ nに対し、加減速調整器 3 3における + , —極性の積分時間が一定に設定されていることに起因して、前記最大電力点近傍における電動機 3の加速時間（単位回転数増速させるための所要時間）及び減速時間（単位回転数減速させるための所要時間）も比較的短い値となるため、前記最大電力点付近をいつたりきたりして制御動作がふらつくという問題があり、また、このふらつきをより少なくするために前記 + , —極性の積分時間それぞれをより長い値に設定すると、前記 M P P T制御のための整定時間と日射量の急変に伴う応答時間とが長くなるという新たな問題が発生する。

この発明の目的は、上記の諸問題を解決する新たな太陽光ィンパ一タの制御方法を提供するこどにある。発明の開示

上記の目的を達成するため、この請求項 1の発明は、太陽電池を電源として電動機を可変速駆動する太陽光ィンバ一タを制御する方法において、前記太陽電池の出力の電力及び電圧をそれぞれ監視しつつ前記太陽電池から太陽光ィンバータを介して起動電力を供給して電動機を起動し、この電動機の回転速度を所定の加速時間で加速させる過程で、前記太陽電池の電力が最大電力点に達したときの太陽電池の電圧の値を基準電圧

V_BASEとして記憶すると共に、太陽電池の電圧が前記基準電圧 V_BASEから予め定めた電圧幅 Vo_VEEだけ低下した電圧（V_BASE— Vo™) になるまで加速を続け、太陽電池の電圧がこの電圧（V BASE— V O™) に達したのち、この電圧から前記基準電圧 V_BASEになるまで前記電動機の速度を所定の減速時間で減速させ、この減速動作が終わった後は、太陽電池の電圧が前記基準電圧 V_BASEに対して所定のヒステリシス幅 H b以内にあるときは、前記電動機を現在の回転速度で運転を継続するように前記太陽光ィンバ一夕を制御することを特徴とする。

請求項 2の発明は、請求項 1の発明において、前記継続運転中に、太陽電池の電圧が前記基準電圧 V_BASEに対して所定のヒステリシス幅 H b . を越えて上昇したときには、太陽電池の電圧が前記基準電圧 V_BASEから前記所定の電圧幅 V OVERだけ低下した電圧 V _BASE一 V _0VERになるまで電動機の回転速度を所定の加速時間で加速させると共に、この加速の過程で太陽電池の電力が最大電力点に達したときの太陽電池の電圧の値を新たな基準電圧 V _BASE 2として記憶し、太陽電池の電圧が前記電圧 V _BASE— V QVEKに達したのち、この電圧から前記の新たな基準電圧 V_BASE 2になるまで前記電動機の回転速度を所定の減速時間で減速させるように前記太陽光ィンパータを制御することを特徴とする

請求項 3の発明は、請求項 1の発明において、前記継続運転中に、前記太陽電池の電圧が前記基準電圧 V_BASEを基準とした前記ヒステリシス幅 H bを越えて低下したとき、前記太陽電池電圧が前記基準電圧 V_BASE になるまで、前記電動機の回転速度を所定の減速時間で減速させ、前記太陽電池の電圧が基準電圧 V_BASEから予め定めた電圧幅 ν_ονΕΒだけ低下した電圧 V _BASE― V OVERになるまで前記電動機の回転速度を所定の加速時間で加速させると共に、この加速の過程で前記太陽電池の電力が最大電力点に達したときの太陽電池の電圧の値を新たな基準電圧 V_BASE 3として記憶し、前記太陽電池の電圧が前記電圧 V_BASE— V_0VERに達したのちこの電圧から前記新たな基準電圧 V_BASE 3になるまで前記電動機の回転速度 ' を所定の減速時間で減速させるように前記太陽光ィンバータを制御することを特徴とする。

請求項 4の発明は、請求項 1の発明において、前記継続運転中に、前記太陽電池の電圧が太陽電池の許容する最小電圧値 V 以下に低下したとき、先ず前記太陽電池の電圧が前記最小電圧になるまで、前記電動機の回転速度を前記所定の減速時間より速い減速時間で急速に減速させ、次で、前記太陽電池の電圧が前記基準電圧 V_BASEになるまで、前記電動機の回転速度を前記所定の減速時間で減速させ、前記前記太陽電池の電圧が前記基準電圧 V_BASEに達したのち、この電圧から前記基準電圧 V BASEから予め定めた電圧幅 Vo_VERだけ低下した電圧 V_BASE— V_0VERになるまで前記電動機の回転速度を所定の加速時間で加速させると共に、この加速の過程で前記太陽電池の電力が最大電力点に到達したときの太陽電池の電圧を新たな基準電圧 V_BASE4として記憶し、前記太陽電池の電圧が前記電圧 V_BASE— V。_VEBに達したのち、この電圧から前記新たな基準電圧 V

_BASE 4になるまで前記電動機の速度を所定の減速時間で減速させるように前記太陽光ィンバータを制御することを特徴とする。

請求項 5の発明は、請求項 1 ~ 4のいずれかの発明において、前記電動機がポンプまたはファンを駆動する電動機であることを特徴とする。請求項 6の発明は、請求項 5の発明において、前記ポンプまたはファンを駆動する電動機の加速時間および減速時間を、この電動機の回転速度の最大設定値（N_MAX) に対する現在の回転速度指令値（n ) の比の 3 乗 ( n /N_HAX ) ³に基づく値としたことを特徴とする。

請求項 7の発明は、太陽電池を電源として電動機を可変速駆動する太陽光ィンバータの制御装置において、前記太陽電池の電力及び電圧をそれぞれ監視する電力，電圧監視手段と、この電力，電圧監視手段の出力に基づいて加速又は減速指令を出力する指令値演算手段と、加速時間又は減速時間を出力する勾配係数演算手段と、指令値演算手段及び勾配係数演算手段の出力に基づいて周波数指令を出力する加減速調整手段とを有し、前記電動機を加速さる過程で前記太陽電池の電力が最大点に到達したときの前記太陽電池の電圧の値を基準電圧 V_BASE として記憶すると共に、前記太陽電池の電圧が前記基準電圧 V_BASEから予め定めた電圧幅 V _overだけ低下した電圧 V_BASE— V。_verになるまで加速し、前記太陽電池の電圧が前記電圧 V_BASE— V_0VERに達したのちこの電圧から前記基準電圧 V_BASE となるまで減速し、この減速動作後に、前記太陽電池の電圧が前記基準電圧 V_BASEを基準にして所定のヒステリシス幅 H b以内にあるときは、前記電動機を現在の回転速度で運転を継続するよう太陽光ィンパータを制御することを特徴とする。

請求項 8の発明は、太陽電池を電源として太陽光ィンパータにより可変速制御ざれる電動機によりポンプを駆動して給水を行う給水装置にお' いて、前記太陽電池の電力及び電圧をそれぞれ監視しつつ前記電動機を起動して前記電動機を所定の加速時間で加速する過程で前記太陽電池の電力が最大電力点に達したときの前記太陽電池の電圧の値を基準電圧 V _BASEとして記憶すると共に、前記太陽電池の電圧 V oが前記基準電圧 V_BASE から予め定めた電圧幅 V。^だけ低下した電圧 V _BASE— V。_verになるまで加速し、前記太陽電池の電圧が前記電圧 V_BASE— V_0VERに達したのち、この電圧から前記基準電圧 V_BASEとなるまで減速し、この減速動作後に、前記太陽電池の電圧が前記基準電圧 V_BASEを基準にして所定のヒステリシス幅 H b以内にあるときは、前記電動機を現在の回転速度で運転を継続してポンプを駆動して給水を行うことを特徴とする。

この発明によれば、太陽電池を電源として太陽光インバータにより電動機を可変速駆動する際に、前記太陽電池の端子電圧の変化を監視することにより太陽電池への日射量の変化を.捉まえ、速やかに太陽電池の新たな最大電力点へ移動させるとともに最大電力点近傍における制御動作の安定性が改善される。

また、例えば、ポンプやファン駆動用電動機を可変速制御する際に、前記電動機の所要電力は回転速度の 3乗に比例することに着目し、. この値に基づいて該電動機の加速時間，減速時間を補正することにより、さらに制御動作の応答性が改善される。図面の簡単な説明図 1は、この発明の実施の形態を示す太陽光インパータの回路構成図である。

図 2は、図 1の動作を説明する太陽電池の電力—電圧特性図である。図 3は、この発明の第 1の実施例の動作を説明する特性図である。

図 4は、この発明の第 2の実施例の動作を説明する特性図である。

図 5は、この発明の第 3の実施例の動作を説明する特性図である。

図 6は、この発明の第 4の実施例の動作を説明する特性図である。

図 7は、太陽電池の一般的な特性図である。

図 8は、従来例を示す太陽光ィンバー夕の回路構成図である。

図 9は、図 8の動作を説明する特性図である。発明を実施するための最良の形態

この発明を図に示す実施例について説明する。

図 1は、この発明の実施例を示す太陽光ィンバー夕の回路構成図であ. り、図 8に示した従来例回路と同一機能を有するものには同一符号を付している。 '

すなわち、図 1に示した太陽光インバータ 5は、図 8に示した従来の太陽光ィンバータ 2の制御装置 2 6に代えて、制御装置 5 0を備えている。

制御装置 5 0は、従来の装置と同機能の関数発生器 3 4 , インパータ制御回路 3 5の他に、新たに備えた電力 ·電圧監視回路 5 1 , 指令値演算回路 5 2 , 加減速調整器 5 3 , 勾配係数演算器 5 4から構成される。そして、太陽電池 1は、日射量の変化に伴い図 2に示すように変化する . 電圧一電力（V— P ) 特性を個々に有するので、制御装置 5 0には、個別の太陽電池ごとに、詳細は後述するが、その最大電力点（図 2の P ₂ , P ₃など）における電圧値 V_BASEからの降下電圧幅 V_0VEB、太陽光ィンパータ 5が動作可能な最小日射量の V— P特性線（図示の日射量小の特性線）における太陽電池 1の許容する最小電圧値および電圧変化のヒステリシス幅 H bが予め実験等により求めて設定される。この場合、 ' 降下電圧幅 V_QVEliは、電圧変化のヒステリシス幅 H bより大きな値に選定する必要がある。また、装置の用途や設置環境等に応じて最適な制御ができるようにするため、これら電圧幅 v₀糧，最小電圧値 V_Lmf. ヒステリシス幅 H bの設定値は適宜変更可能にされる。

図 3は、図 1に示すこの発明の太陽光ィンパ一タの第 1の制御方法を説明するための特性図である。

すなわち、太陽電池 1が一定の日射量を受けている場合は、図 3に示すような V— P特性を示す。このような特性を有する太陽電池のもとで運転する場合において、起動指令が与えられると、加減速調整器 5 3がこれに対応する起動周波数指令値 f _sを出力する。インパータ制御回路 3 5は、この起動周波数指令値 f _sと、関数発生器.3 4から加えられる、この周波数指令値 f _sを所定の関数で演算して求められる出力電圧指令値 V _sとによってパルス幅変調（P WM) 演算を行い、この演算結果に基づいて形成された制御信号によりィンバータ主回路 2 5を構成するそれそれのトランジスタをオン，オフ制御することにより、インパータ主回路 2 5から起動時の電圧指令値 V _sおよび周波数指令値 f _sに対応する電圧および周波数を有するの交流電力が出力され、これよつて電動機 3とポンプ 4が起動し回転を始める。

ここで、電力 ·電圧藍視回路 5 1は、予め定めた周期毎に電圧検出器 2 1 , 電流検出器 2 3により検出された太陽電池 1の出力の電圧（V) および電流（ I ) に基づいて、電力（P , P = V x I ) を求め、この電力（P) と電圧（V) とを監視する。

電力 ·電圧監視回路 5 1は、基本的には、監視する電圧が低下した際に電力が増大するときは増速指令を、そして電圧が低下した際に電力が減少するときは減速指令を発生するように作用する。

起動指令により、電動機 3が起動し回転を始めると、太陽電池 1の電圧 Vは、これまでの無負荷状態の電圧値 V から、後述の如く、加減速調整器 53の出力する周波数指令値（f )が増大するのに伴って低下し、電力は増大するので、電力 ·電圧監視回路 51から指令値演算回路 52 に対して増速指令を出し続ける。

この増速指令が入力された指令値演算回路 52は、予め定めた増速指令値 +Δ η (—定値）を加減速調整器 53へ出力する。加減速調整器 5 3は、この増速指令値 +Δ ηを積分演算して、その演算結果に前記起動周波数指令値 f _sを加算した値を周波数指令値（f ) として出力する。勾配係数演算器 54は、太陽電池 1を電源として電動機 3とポンプ 4 とを可変速駆動する際の所要電力は電動機 3の回転速度の 3乗に比例することに着目し、さらに加減速調整器 53の出力である電動機 3への周波数指令値（f ) がほぼ電動機 3の回転速度に対応した値と見做せることから、前記周波数指令値（f ) と、周波数指令値の最大値（f _MAX) とから（f /f _MAX) ³を求め、この値に応して、加減速調整器 53での前記 Δ nの積分演算を行う際の積分時間を変えるようにしている。例えば、周波数指令値 f が最大値 f _MAXの 1 /2である場合には、積分時間は (1/2) ³= 1/8、すなわち、最大積分時間の 1Z8が与えられる。このように前記 Δ nの積分時間を周波数指令値 f に応じて変化させることにより、周波数指令値 f が大きい領域、つまり回転速度が速い領域では、加速，減速時間をより長くして、緩やかに回転速度を変化させることができる。

起動時にィンパータ主回路 2 5から出力される起動電圧指令値 V _sおよび起動周波数指令値 f _sに応じた電圧および周波数の交流電圧により電動機 3とポンプ 4とが起動し回転を始めた後は、加減速調整器 5 3が勾配係数演算器 5 4から与えられる積分時間で指令値演算回路 5 2から与ええられる増速指令値 + Δ ηを積分演算して周波数指令（f ) を発生するので、この加減速調整器 5 3から出力される周波数指令値（f ) は滑らかに増大するので、これに伴って電動機 3はより滑らかに加速する。

この過程において、電力 ·電圧監視回路 5. 1は、電圧検出器 2 1 , 電流検出器 2 3のその都度の検出値 V， I に基づく電力 Pを P = V x Iめ演算によりもとめ、この電力演算値が最大点（図 3の特性線上の P n点）なる点を見出し、この点における太陽電池 1の電圧の値を読み取り、これを基準電圧 V_BASEとして記憶すると共に、太陽電池 1の電圧が前記基準電圧 V_BASEから予め設定した降下電圧幅 V OVERだけ低下した電圧になるまで加速指令を出すようにする。電力の最大点は、各周期ごとに今回求めた電力と前回求めた電力とを比較し、増加から減少または減少から増加へ転ずる点を見出すことにより検知することができる。

次に、太陽電池 1の電圧が基準電圧 V_BASEから既定の降下電圧幅 V_0VEB 分だけ低下した電圧 V_BASE_ V_0VERになったとき、電力 ·電圧監視回路 5 1では前述の増速指令を発するのを停止して、指令値演算回路 5 2に^ 速指令を出力する。これにより後述の如く、加減速調整器 5 3が出力する周波数指令値（f ) を減少させるのに伴って電動機 3が減速して負荷を減じるので、太陽電池 1の電圧が上昇して、電力 ·電圧監視回路 5 1 は、この期間は、指令値演算回路 5 2に対して減速指令を出し続ける。この減速指令が入力された指令値演算回路 5 2は、加減速調整器 5 3 に予め定めた減速指令値一 Δ η (—定値）を出力し、加減速調整器 5 3 ではこの減速指令値— Δ ηの積分演算を行い、この演算結果に周波数指令値（f ) を加算した値を新たな周波数指令値（f ) として出力する。すなわち、電動機 3とポンプ 4の回転速度が、太陽電池 1の電圧が V _BASE— V()_VERになったときの回転速度から、加減速調整器 5 3が出力する周波数指令値（f ) を減少させるのに伴って滑らかに減速して、太陽電池 1の電圧 Vが基準電圧 V_BASEまで上昇したときに、電力 ·'電圧監視回路 5 1が、減速指令を発するのを停止することにより、加減速調整器 5 3 も周波数指令の減少を停止する。これにより太陽電池 1の出力電力は、最大電力点 P nへ移動し、この点で運転が継続される。

この後、日射量の変動、ポンプ 4への微小外乱等が発生しても電力 ' 電圧監視回路 5 1で監視している太陽電池 1の電圧が、図 3に示す如く、基準電圧 V_BASEを基準とした所定のヒステリシス幅 H b (= V_BASE± H b ) 以内の変動にとどまるときは、基準電圧 V_BASEで運転されているきの周波数指令値（ f ) に基づいて、電動機 3とポンプ 4とが回転し続けることになるので、最大電力点近傍で、負荷がふらつく：とがなく、安定して運転を行うことができる。

前記の起動時の増速過程で基準電圧 V_BASEから降下させる電圧幅 V(_)VER の値は、電力 '電圧監視回路 5 1 に監視電圧に対する不感帯として設定された基準電圧 V_B を基準としたヒステリシス幅 li bを越えるために、この値より大きな値に選ばれるのである。

図 4は、この発明の第 2の実施例を説明するための特性図であり、この特性図は、図 3に基づいて説明した第 1の実施例における最大電力点近傍での運転継続動作中に、日射量が増大して、太陽電池 1の電圧ー電力特性が特性線のィから特性線口に変化したことを示している。このように日射量が増大すると、太陽電池 1の出力電圧が増大するので、図 4における特性線ィの P _A点から特性線口の P _B点へ動作点が移動する。これにより電力 ·電圧監視回路 51で監視している太陽電池 1の電圧 Vが、図 3における基準電圧 V_BASE (図 4においては V_BASE1として示す）を基準とした前記ヒステリシス幅 Hbを越えて増大した状態（V> V_BASE1 +Hb) となるため、電力 ·電圧監視回路 51から新たな増速指令が出力される。この増速指令は、後述の如く、太陽電池 1の電圧が V

BASE 1—V_0VERに低下するまで発せられる。

従って、太陽光インバー夕 25が、加減速調整器 53の出力する周波数指令値 .（f ) が増大するのに伴って出力電圧および周波数を増大させて電動機 3およびポンプ 4を滑らかに加速する。この加速過程で、電力 · 電圧監視回路 51は、電圧検出器 21, 電流検出器 23のその都度の検出値 V, Iに基づいて電力 Pを演算（P=Vx I) し、この電力演算値の最大値（図 4の特性線口上の P_c.点）を見出し、この電力最大点における太陽電池 1の電圧の値を新たな基準電圧 V_BASE2として記憶すると共に、太陽電池 1の電圧 Vが V_BASE1から既定の降下電圧幅 V。_VERだけ低下した電圧 V_BASE 1 -v_0VEBになるまで加速させる。

次に、太陽電池 1の電圧 Vが V_BASE1— v₀種になったときに、電力 ' 電圧監視回路 51は、前述の増速指令を発するのを停止して、指令値演算回路 52に減速撺令を出力し、後述の如く、加減速調整器 53が出力する周波数指令値（f) を減少させるのに伴って、電圧 Vが V_BASE1— V _0YERから新たな基準電圧 V_BASE2に上昇するまで指令値演算回路 52に対して減速指令を出し続ける。

すなわち、太陽電池 1の電圧 Vが V_BASE1— V_0VEBのときの電動機 3とポンプ 4の回転速度が、加減速調整器 53が出力する周波数指令値（f ) を減少させるのに伴って滑らかに減速し、太陽電池 1の電圧が前記 V_BASE 2まで上昇したときに、電力 ·電圧監視回路 5 1では前述の減速指令を発するのを停止することにより、加減速調整器 5 3も出力の周波数指令を減少させることを停止する。

この後、電力 ·電圧監視回路 5 1で監視している太陽電池 1の電圧 V の変動が、図 4に示す如ぐ、基準電圧 V_BASE 2を基準とした所定のヒステリシス幅 H b (V = V_BASE 2 ± H b ) 以内にあるときは、上述の停止したときの周波数指令値（f ) に基づいて、電動機 3とポンプ 4とが回転し §cける。

図 5は、この発明の第 3の実施例を説明するため.の特性図であり、この特性図は、図 3に基づいて説明した第 1の実施例における最大電力点近傍での運転継続動作中に、日射量が減少して、電圧一電力特性が図 5 の特性線ィから特性線ハに変化したとことを示している。

すなわち、日射量が減少すると、図 5に示す如く、太陽電池 1の出力電圧が低下するため、動作点が特性線ィの P _A点から特性線ハの P _D点へ移動する。これにより電力 ·電圧監視回路 5 1で監視している太陽電池 1の電圧 Vが、図 3における V_BASE (図 5において V_BASE 1 として示す）を基準とした前記ヒステリシス幅 H bを越えて低下した状態（V < V_BASE 1一 H b ) となるため、このときに電力 -電圧監視回路 5 1から新たな減速指令が出力される。この減速指令は、後述の如く、太陽電池 1の電圧 Vが基準電圧 V_BASE 1に上昇するまで発せられる。

すなわち、電力 ·電圧監視回路 5 1からの減速指令に基づいて加減速調整器 5 3が出力する周波数指令値（f ) を減少させるのに伴って太陽光インパータ 2 5が出力の周波数および電圧を減じるので、電動機 3とポンプ 4は滑らかに減速する。そして、太陽電池 1の電が基準電圧 V _BASE1になったところで、電力 ·電圧監視回路 51が減速指令を発するのを停止し、加減速調整器 53も出力する周波数指令値（f) を減少させるの停止するので、電動機 3の回転速度は、太陽電池 1の電圧 Vが基準電圧 V_BASE1で決まる回転速度でとまる。

次に、電動機 3とポンプ 4が太陽電池 1の電圧 Vが基準電圧 V_BASE1となる回転速度になると、電力 ·電圧監視回路 51から新たな増速指令が発せられ、電動機 3とポンプ 4は、加減速調整器 53が出力する周波数指令値（f ) が増大するのに伴って、太陽光インバータ 25の出力の周波数および電圧が増大するので滑らかに加速する。このとき、電力 ·電圧監視回路 51では電圧検出器 21，電流検出器 23のその都度の検出値 V, Iに基づく電力 Pを演算（P = Vx I) し、この電力演算値の最大値となる点（図 5の特性線ハ上の P_E点）における太陽電池 1の電圧 Vの検出値を新たな基準電圧 V_BASE3として記憶すると共に、太陽電池 1 の電圧 Vが V_BASE1— V_0VERになるまで加速する。

次に、太陽電池 1の電圧が V_BASE1— Vo_VERになったときに、電力 '電圧監視回路 51では前述の増速指令を発するのを停止して、指令値演算回路 52に減速指令を出力する。これにより、後述の如く、加減速調整器 53が出力する周波数指令値（f ) が減少するのに伴って、太陽電池 1の電圧 Vが新たな基準電圧 V_BASE3まで上昇するので、この間、電力 ' 電圧監視回路 51は、指令値演算回路 52に対してこの減速指令を出し続ける。

すなわち、電動機 3とポンプ 4が、太陽電池 1の電圧 Vが V_BASE1 -V OVERのときの回転速度から、加減速調整器 53が出力する周波数指令値 (f ) が減少するのに伴って滑らかに減速し、太陽電池 1の電圧 Vが新たな基準電圧 V_BASE3まで上昇したときに、電力 ·電圧監視回路 51は、減速指令を発するのを停止することにより、加減速調整器 5 3の出力の減少も停止する。

その後、電力 ·電圧監視回路 5 1で監視している太陽電池 1の電圧 V が、図 5に示す如く、新たな基準電圧 V_BASE 3を基準として所定のヒステリシス幅 H b以内（V V_BASE 3土 H b ) にあるときには、上述の停止したときの周波数指令値（f ) に基づいて、電動機 3とポンプ 4とが回転し fe; る。

図 6は、この発明の第 4の実施例を説明するための特性図であり、この特性図は、図 3に基づいて説明した第 1の実施例における最大電力点近傍で運転継続動作中に、急速に日射量が減少し、太陽電池 1の電圧— 電力特性が図 6の特性線ィから特性線二へ変化したことを示している。すなわち、日射量が急速に下限値まで減少し、図 6に示す如く、太陽電池 1の特性に起因して、動作点が特性線ィの P _A点から特性線二の P _F 点へ移動すると、電力 ·電圧監視回路 5 1で監視して;いる太陽電池 1の電圧が、既定の最小電圧値以下に低下した状態となる。これにより電力 ·電圧監視回路 4 1が、急速減速指令を出力し、この急速減速指令により、指令値演算回路 5 2は、加減速調整器 5 3に対して、周波数指令値（f ) が減少して太陽電池 1の電圧 Vが急速に前記最小電圧に

(図 6の P _e点）まで増加するような減速指令値一 Δ nが発せられる。次に、動作点が特性線二の P _e点に移動すると、電力 ·電圧監視回路 5 1から新たな減速指令が出力される。この減速指令は太陽電池 1.の電圧 Vが特性線ィの電力最大点における基準電圧 V_BASE 1 になるまで発せられる。

すなわち、減速指令によって加減速調整器 5 3が出力する周波数堉令値（f )が減少するのに伴って電動機 3とポンプ 4が、滑らかに減速し、その結果、太陽電池 1の電圧 Vが基準電圧 V_BASE1となる回転速度まで減速すると、電力 ·電圧監視回路 51から新たな増速指令が発せられ、電動機 3とポンプ 4は、加減速調整器 53が出力する周波数指令値（f ) が増大するめに伴って、滑らかに加速する。このとき、電力 ·電圧監視回路 51では電圧検出器 21，電流検出器 23のその都度の検出値 V, Iに基づく電力 Pを演算（ρ=νχ ΐ) し、この電力演算値が最大となる点（図 6の特性線二上の P_H点）における太陽電池 1の電圧 Vの検出値を新たな基準電圧 V_BASE4として記憶すると共に、太陽電池 1の電圧 V が V_BASE1— V_0VEBとなるまで加速する。

次に、太陽電池 1の電圧 Vが V_BASE1— Vo_raになったときに、電力 ' 電圧監視回路 51は、前述の増速指令を発するのを停止して、指令値演算回路 52に減速指令を出力する。これにより加減速調整器 53が周波数指令値（f ) を減少するのに伴って、後述の如く、太陽電池 1の電圧 Vが新たな基準電圧 V_BASE4に上昇するまでの間、電力 ·電圧監視回路 5 1は、指令値演算回路 52に対して減速指令を出し続ける。

すなわち、太陽電池 1の電圧 Vが V_BASE1 -V_0VERにおける電動機 3とポンプ 4の回転速度が、加減速調整器 53が出力する周波数指令値（f ) が減少するのに伴って滑らかに減速されて、太陽電池 1の電圧 Vが新たな基準電圧 V_BASE4まで上昇したところで、電力 ·電圧監視回路 51が減速指令を発するのを停止 ί"ることにより、加減速調整器 53の出力の減少も停止する。

その後、電力 ·電圧監視回路 51で監視している太陽電池 1の電圧 V が、図 5に示す如く、前記 V_BASE4を基準として所定のヒステリシス幅 Η b以内（V≤V_BASE4±Hb) にあるときには、上述の減速指令を停止したときの周波数指令値（f ) に基づいて、電動機 3とポンプ 4とが回転し続ける。

なお、上述の第 1〜第 4の実施例では、加減速調整器 5 3と勾配係数演算器 5 4とを用いて、電動機 3とポンプ 4の回転速度が速い領域では、加速，減速時間をより長くして、緩やかに該回転速度を変化させる例について説明をしたが、例えば、日射量の変動が少なく、また、その変動も緩やかな用途においては、 '電動機 3とポンプ 4の加速，減速時間は一定値に設定してもでもよい。

このような太陽光ィンバ一タの制御方法を、給水ポンプを駆動する電動機の可変速駆動に適用すれば太陽電池を電源とした給水装置を構成することができる。このような耠水装置によれば、太陽電池への日射量が変動しても、その都度の太陽電池の最大電力点に追随して運転が行われるので、給水量は日射量に応じて変動するものの太陽電池の出力を最大限に利用することができるので、日射量に対する給水効率が極めて高くなる。産業上の利用の可能性

この発明によれば、太陽電池を電源として太陽光ィンパ一タにより電動機を可変速制御する際に、太陽電池の端子電圧の変化を監視して該太陽電池への日射量が変化したときその日射量における最大電力点で運転されるように太陽光インバ一タを制御するようにしたことにより、太陽電池のその都度の最大電力点近傍における制御のふらつきがなく安定した運転が行えるとともに、日射量の急変に伴う応答時間を改善することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 太陽電池を電源として電動機を可変速駆動する太陽光ィンバ一夕を制御する方法において、' 前記太陽電池の出力の電力及ぴ電圧をそれぞれ監視しつつ前記太陽電池から太陽光ィンバータを介して起動電力を供給して電動機を起動し、この電動機の回転速度を.所定の加速時間で加速させる過程で、前記太陽電池の電力が最大電力点に達したときの太陽電池の電圧の値を基準電圧 V_BASEとして記憶すると共に、太陽電池の電圧が前記基準電圧 v_BASEから予め定めた電圧幅だけ低下した電圧（V_BASE - V _0VER) になるまで加速を続け、太陽電池の電圧がこの電圧（V_BASE— V _0VER) に達したのち、この電圧から前記基準電圧 V_BASEになるまで前記電動機の速度を所定の減速時間で減速させ、この減速動作が終わった後は、太陽電池の電圧が前記基準電圧 V _BASEに対して所定のヒステリシス幅 H b以内にあるときは、前記電動機を現在の回転速度で運転を継続するように前記太陽光ィンバータを制御することを特徴とする太陽光ィンバー夕の制御方法。

2 . 請求項 1記載の太陽光インバータの制御方法において、前記継続運転中に、太陽電池の電圧が前記基準電圧 V_BASEに対して所定のヒステリシス幅 H bを越えて上昇したときには、太陽電池の電圧が前記基準電圧 V_BASEから前記所定の電圧幅 V_0VEBだけ低下した電圧 V _BASE— V_0VEKになるまで電動機の回転速度を所定の加速時間で加速させると共に、この加速の過程で太陽電池の電力が最大電力点に達したときの太陽電池の電圧の値を新たな基準電圧 V_BASE 2として記憶し、太陽電池の電圧が前記電圧 V_BASE— VOVEUに達したのち、この電圧から前記の新たな基準電圧 V_BASE 2 になるまで前記電動機の回転速度を所定の減速時間で減速させるように前記太陽光インバータを制御することを特徴とする太陽光インパータの制御方法。

3 . 請求項 1記載の太陽光インバー夕の制御方法において、前記継続運転中に、前記太陽電池の電圧が前記基準電圧 V_BASEを基準とした前記ヒステリシス幅 H bを越えて低下したとき、前記太陽電池電圧が前記基準電圧 V_BASEになるまで、前記電動機の回転速度を所定の減速時間で減速させ、前記太陽電池の電圧が基準電圧 V_BASEから予め定めた電圧幅 V_0VER だけ低下した電圧 v_BASE— ν_ονΕΙίになるまで前記電動機の回転速度を所定の加速時間で加速させると共に、この加速の過程で前記太陽電池の電力が最大電力点に達したときの太陽電池の電圧の値を新たな基準電圧 V _BASE 3として記憶し、前記太陽電池の電圧が前記電圧 V_BASE— V_0VEBに達したのちこの電圧から前記新たな基準電圧 V_BASE 3になるまで前記電動機の回転速度を所定の減速時間で減速させるように前記太陽光ィンパータを制御することを特徴とする太陽光ィンバー夕の制御方法。

4 . 請求項 1記載の太.陽光インバー夕の制御方法において、前記継続運転中に、前記太陽電池の電圧が太陽電池の許容する最小電圧値 V ^ 以下に低下したとき、先ず前記太陽電池の電圧が前記最小電圧 V_wwになるまで、前記電動機の回転速度を前記所定の減速時間より速い減速時間で急速に減速させ、次で、前記太陽電池の電圧が前記基準電圧 V_BASEになるまで、前記電動機の回転速度を前記所定の減速時間で減速させ、前記前記太陽電池の電圧が前記基準電圧 V_BASEに達したのち、この電圧から前記基準電圧 V觀から予め定めた電圧幅 V画だけ低下した電圧 V舰— V _0VERになるまで前記電動機の回転速度を所定の加速時間で加速させると共に、この加速の過程で前記太陽電池の電力が最大電力点に到達したときの太陽電池の電圧を新たな基準電圧 V_BASE4として記憶し、前記太陽電池の電圧が前記電圧 V_BASE— V_QVERに達したのち、この電圧から前記新たな基準電圧 V_BASE 4になるまで前記電動機の速度を所定の減速時間で減速させるように前記太陽光ィンバータを制御することを特徴とする太陽光インバ一夕の制御方法。

5 . 請求項 1ないし 4のいずれかに記載の太陽光ィンバークの制御方法において、前記電動機がポンプまたはファンを駆動する電動機であることを特徴とする太陽光ィンバータの制御方法。

6 . 請求項 5記載の太陽光インパータの制御方法において、前記ポンプまたはファンを駆動する電動機の加速時間および減速時間を、この電動機の回転速度の最大設定値（N_MAX) に対する'現在の回転速度指令値 ( n ) の比の 3乗（n /N_MAX ) ³に基づく値としたことを特徴とする太陽光ィンバータの制御方法。

7 . 太陽電池を電源として電動機を可変速駆動する太陽光ィンバータの制御装置において、前記太陽電池の電力及び電圧をそれぞれ監視する電力，電圧監視手段と、この電力，電圧監視手段の出力に基づいて加速又は減速指令を出力する指令値演算手段と、加速時間又は減速時間を出力する勾配係数演算手段と、指令値演算手段及び勾配係数演算手段の出力に基づいて周波数指令を出力する加減速調整手段とを有し、前記電動機を加速さる過程で前記太陽電池の電力が最大点に到達したときの前記太陽電池の電圧の値を基準電圧 V_BASEとして記憶すると共に、前記太陽電池の電圧が前記基準電圧 V_BASEから予め定めた電圧幅 v。_verだけ低下した電圧 V_BASE— V。_verになるまで加速し、前記太陽電池の電圧が前記電圧 V

_BASE- V_0VERに達したのちこの電圧から前記基準電圧 V_BASEとなるまで減速し、この減速動作後に、前記太陽電池の電圧が前記基準電圧 V_BASEを基準にして所定のヒステリシス幅 H b以内にあるときは、前記電動機を現在の回転速度で運転を継続するよう太陽光ィンバ一夕を制御することを特徴とする太陽光ィンバータの制御装置。

8. 太陽電池を電源として太陽光インバータにより可変速制御される電動機によりポンプを駆動して給水を行う給水装置において、前記太陽電池の電力及び電圧をそれぞれ監視しつつ前記電動機を起動して前記電動機を所定の加速時間で加速する過程で前記太陽電池の電力が最大電力点に達したときの前記太陽電池の電圧の値を基準電圧 V_BASEとして記' 憶すると共に、前記太陽電池の電圧 V oが前記基準電圧 V_BASEから予め定めた電圧幅 V。^だけ低下した電圧 V_BASE— V。^になるまで加速し、前記太陽電池の電圧が前記電圧 V_BASE— V_QVERに達したのち、この電圧から前記基準電圧 V_BASEとなるまで減速し、この減速動作後に、前記太陽電池の電圧が前記基準電圧 V_BASEを基準にして所定のヒステリシス幅 H b以内にあるときは、前記電動機を現在の回転速度で運転を継続してポンプを駆動して給水を行うことを特徴とする。

給水装置。