(57)【要約】太陽電池を電源として電動機、例えば、ポンプやファンを駆動する電動機を太陽光インバータにより常に太陽電池の最大電力点で駆動するようにするため、電力・電圧監視回路５１により太陽電池の出力電圧の変動を監視し、変動が発生したとき、電動機３を加減速して太陽電池１の出力電力が最大となる点へ移行させるようにする。
2003065564.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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インバー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イ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ＶＢＡＳＥとして記憶すると共に、太陽電池の電圧が前記基準電圧ＶＢＡＳＥから予め定めた電圧幅ＶＯＶＥＲだけ低下した電圧（ＶＢＡＳＥ−ＶＯＶＥＲ）になるまで加速を続け、太陽電池の電圧がこの電圧（ＶＢＡＳＥ−ＶＯＶＥＲ）に達したのち、この電圧から前記基準電圧ＶＢＡＳＥ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ＶＢＡＳＥに対して所定のヒステリシス幅Ｈｂ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インバータを制御することを特徴とする太陽光インバータの制御方法。
【請求項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ＶＢＡＳＥに対して所定のヒステリシス幅Ｈｂ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ＶＢＡＳＥから前記所定の電圧幅ＶＯＶＥＲだけ低下した電圧ＶＢＡＳＥ−ＶＯＶＥＲ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ＶＢＡＳＥ２として記憶し、太陽電池の電圧が前記電圧ＶＢＡＳＥ−ＶＯＶＥＲに達したのち、この電圧から前記の新たな基準電圧ＶＢＡＳＥ２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バータの制御方法。
【請求項３】
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、前記太陽電池の電圧が前記基準電圧ＶＢＡＳＥを基準とした前記ヒステリシス幅Ｈｂ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ＶＢＡＳＥ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ＶＢＡＳＥから予め定めた電圧幅ＶＯＶＥＲだけ低下した電圧ＶＢＡＳＥ−ＶＯＶＥＲ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ＶＢＡＳＥとして記憶し、前記太陽電池の電圧が前記電圧ＶＢＡＳＥ−ＶＯＶＥＲに達したのちこの電圧から前記新たな基準電圧ＶＢＡＳＥ３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バータの制御方法。
【請求項４】
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、前記太陽電池の電圧が太陽電池の許容する最小電圧値ＶＬＯＷ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ＶＬＯＷ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ＶＢＡＳＥ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ＶＢＡＳＥに達したのち、この電圧から前記基準電圧ＶＢＡＳＥから予め定めた電圧幅ＶＯＶＥＲだけ低下した電圧ＶＢＡＳＥ−ＶＯＶＥＲ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ＶＢＡＳＥ４として記憶し、前記太陽電池の電圧が前記電圧ＶＢＡＳＥ−ＶＯＶＥＲに達したのち、この電圧から前記新たな基準電圧ＶＢＡＳＥ４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インバータを制御することを特徴とする太陽光インバータの制御方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の太陽光インバータ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インバータの制御方法。
【請求項６】
請求項５記載の太陽光インバ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（ＮＭＡＸ）に対する現在の回転速度指令値（ｎ）の比の３乗（ｎ／ＮＭＡＸ）３に基づく値としたことを特徴とする太陽光インバータの制御方法。
【請求項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イ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ＶＢＡＳＥ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ＶＢＡＳＥから予め定めた電圧幅ＶＯＶＥＲだけ低下した電圧ＶＢＡＳＥ−ＶＯＶＥＲになるまで加速し、前記太陽電池の電圧が前記電圧ＶＢＡＳＥ−ＶＯＶＥＲに達したのちこの電圧から前記基準電圧ＶＢＡＳＥ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ＶＢＡＳＥを基準にして所定のヒステリシス幅Ｈｂ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インバータを制御することを特徴とする太陽光インバータの制御装置。
【請求項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ＶＢＡＳＥとして記憶すると共に、前記太陽電池の電圧Ｖ０が前記基準電圧ＶＢＡＳＥから予め定めた電圧幅ＶＯＶＥＲだけ低下した電圧ＶＢＡＳＥ−ＶＯＶＥＲになるまで加速し、前記太陽電池の電圧が前記電圧ＶＢＡＳＥ−ＶＯＶＥＲに達したのち、この電圧から前記基準電圧ＶＢＡＳＥ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ＶＢＡＳＥを基準にして所定のヒステリシス幅Ｈｂ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。
【発明の詳細な説明】
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インバータ（以下太陽光インバータと称する）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インバータの制御方法に関し、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バータの制御方法およびその制御装置ならびにこの太陽光イ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、Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ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イ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）及び電圧（Ｖ）のそれぞれの変化分ｄＰとｄＶの比（Δ，Δ＝ｄＰ／ｄＶ）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インバータを制御する、いわゆる最大電力追尾制御法（ＭＰＰＴ制御法）が用いられている。
図８は、前記のＭＰＰＴ制御法を用いて太陽電池の出力を制御する太陽光インバー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インバータ、３は太陽光インバータ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、ポンプやファ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。
この太陽光インバータ２は、太陽電池１の出力の電圧（Ｖ）を検出する電圧検出器２１と、後述するインバータ主回路２５からの逆流を阻止するダイオード２２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２３と、直流電圧平滑用のコンデンサ２４と、例えばトランジスタとダイオードとを逆並列接続した構成のスイッチング回路を３相ブリッジ接続してなるインバータ主回路２５と、電圧検出器２１および電流検出器２３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に基づきインバータ主回路２５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２６とを備えている。
制御装置２６は、最大電力点追尾（ＭＰＰＴ）監視回路３１、回転速度指令器３２、加減速調整器３３、関数発生器３４、インバータ制御回路３５から構成されている。以下にこの制御装置２６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−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ｆＳが加減速調整器３３より出力され、インバータ制御回路３５ではこの起動周波数指令値ｆＳと、周波数指令を例えば電圧／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ｆＳに対応した電圧指令値Ｖｓとによるパルス幅変調（ＰＷＭ）演算を行い、この演算結果に基づく制御信号によりインバータ主回路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、インバータ主回路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、ＭＰＰＴ監視回路３１では予め定めた周期毎に電圧検出器２１，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＝Ｖ×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＝ｄＰ／ｄＶ）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Ｖ１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Δｎ（一定値）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＋Δｎを出力し、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−Δｎを出力し、従って、前記Δがほぼ零のときには出力するΔｎ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Δｎ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ｆＳに加算し出力する。このときの積分時間はΔｎ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、インバータ主回路２５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２６を構成するＭＰＰＴ監視回路３１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、インバータ主回路２５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ＭＰＰＴ監視回路３１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、イ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。このように太陽光イ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インバータの制御方法によると、前記ＭＰＰＴ制御を行うために回転速度指令器３２から発せられる一定値のΔｎに対し、加減速調整器３３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っ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ＭＰＰＴ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インバータの制御方法を提供することにある。
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インバー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イ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ＶＢＡＳＥとして記憶すると共に、太陽電池の電圧が前記基準電圧ＶＢＡＳＥから予め定めた電圧幅ＶＯＶＥＲだけ低下した電圧（ＶＢＡＳＥ−ＶＯＶＥＲ）になるまで加速を続け、太陽電池の電圧がこの電圧（ＶＢＡＳＥ−ＶＯＶＥＲ）に達したのち、この電圧から前記基準電圧ＶＢＡＳＥ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ＶＢＡＳＥに対して所定のヒステリシス幅Ｈｂ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インバータ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ＶＢＡＳＥに対して所定のヒステリシス幅Ｈｂ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ＶＢＡＳＥから前記所定の電圧幅ＶＯＶＥＲだけ低下した電圧ＶＢＡＳＥ−ＶＯＶＥＲ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ＶＢＡＳＥ２として記憶し、太陽電池の電圧が前記電圧ＶＢＡＳＥ−ＶＯＶＥＲに達したのち、この電圧から前記の新たな基準電圧ＶＢＡＳＥ２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
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ＶＢＡＳＥを基準とした前記ヒステリシス幅Ｈｂ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ＶＢＡＳＥ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ＶＢＡＳＥから予め定めた電圧幅ＶＯＶＥＲだけ低下した電圧ＶＢＡＳＥ−ＶＯＶＥＲ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ＶＢＡＳＥ３として記憶し、前記太陽電池の電圧が前記電圧ＶＢＡＳＥ−ＶＯＶＥＲに達したのちこの電圧から前記新たな基準電圧ＶＢＡＳＥ３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。
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ＶＬＯＷ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ＶＬＯＷ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ＶＢＡＳＥ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ＶＢＡＳＥに達したのち、この電圧から前記基準電圧ＶＢＡＳＥから予め定めた電圧幅ＶＯＶＥＲだけ低下した電圧ＶＢＡＳＥ−ＶＯＶＥＲ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ＶＢＡＳＥ４として記憶し、前記太陽電池の電圧が前記電圧ＶＢＡＳＥ−ＶＯＶＥＲに達したのち、この電圧から前記新たな基準電圧ＶＢＡＳＥ４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イ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（ＮＭＡＸ）に対する現在の回転速度指令値（ｎ）の比の３乗（ｎ／ＮＭＡＸ）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イ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ＶＢＡＳＥ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ＶＢＡＳＥから予め定めた電圧幅ＶＯＶＥＲだけ低下した電圧ＶＢＡＳＥ−ＶＯＶＥＲになるまで加速し、前記太陽電池の電圧が前記電圧ＶＢＡＳＥ−ＶＯＶＥＲに達したのちこの電圧から前記基準電圧ＶＢＡＳＥ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ＶＢＡＳＥを基準にして所定のヒステリシス幅Ｈｂ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インバ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ＶＢＡＳＥとして記憶すると共に、前記太陽電池の電圧Ｖ０が前記基準電圧ＶＢＡＳＥから予め定めた電圧幅ＶＯＶＥＲだけ低下した電圧ＶＢＡＳＥ−ＶＯＶＥＲになるまで加速し、前記太陽電池の電圧が前記電圧ＶＢＡＳＥ−ＶＯＶＥＲに達したのち、この電圧から前記基準電圧ＶＢＡＳＥ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ＶＢＡＳＥを基準にして所定のヒステリシス幅Ｈｂ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。
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インバータ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インバータ２の制御装置２６に代えて、制御装置５０を備えている。
制御装置５０は、従来の装置と同機能の関数発生器３４，インバータ制御回路３５の他に、新たに備えた電力・電圧監視回路５１，指令値演算回路５２，加減速調整器５３，勾配係数演算器５４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−電力（Ｖ−Ｐ）特性を個々に有するので、制御装置５０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Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３など）における電圧値ＶＢＡＳＥからの降下電圧幅ＶＯＶＥＲ、太陽光インバータ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ＶＬＯＷおよび電圧変化のヒステリシス幅Ｈｂ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ＶＯＶＥＲは、電圧変化のヒステリシス幅Ｈｂ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ＶＯＶＥＲ，最小電圧値ＶＬＯＷ，ヒステリシス幅Ｈｂ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インバータの第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５３がこれに対応する起動周波数指令値ｆＳを出力する。インバータ制御回路３５は、この起動周波数指令値ｆＳと、関数発生器３４から加えられる、この周波数指令値ｆＳを所定の関数で演算して求められる出力電圧指令値ＶＳとによってパルス幅変調（ＰＷＭ）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インバータ主回路２５を構成するそれぞれのトランジスタをオン，オフ制御することにより、インバータ主回路２５から起動時の電圧指令値ＶＳおよび周波数指令値ｆＳ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、これよって電動機３とポンプ４が起動し回転を始める。
ここで、電力・電圧監視回路５１は、予め定めた周期毎に電圧検出器２１，電流検出器２３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×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５１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ＶＮＬ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＋Δｎ（一定値）を加減速調整器５３へ出力する。加減速調整器５３は、この増速指令値＋Δｎを積分演算して、その演算結果に前記起動周波数指令値ｆＳ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（ｆＭＡＸ）とから（ｆ／ｆＭＡＸ）３を求め、この値に対応して、加減速調整器５３での前記Δｎ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ｆＭＡＸ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１／８が与えられる。
このように前記Δｎ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。
起動時にインバータ主回路２５から出力される起動電圧指令値ＶＳおよび起動周波数指令値ｆＳ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５３が勾配係数演算器５４から与えられる積分時間で指令値演算回路５２から与ええられる増速指令値＋Δｎ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５３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に基づく電力ＰをＰ＝Ｖ×Ｉの演算によりもとめ、この電力演算値が最大点（図３の特性線上のＰｎ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ＶＢＡＳＥ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ＶＢＡＳＥから予め設定した降下電圧幅ＶＯＶＥＲ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ＶＢＡＳＥから既定の降下電圧幅ＶＯＶＥＲ分だけ低下した電圧ＶＢＡＳＥ−ＶＯＶＥＲになったとき、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）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５１は、この期間は、指令値演算回路５２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５２は、加減速調整器５３に予め定めた減速指令値−Δｎ（一定値）を出力し、加減速調整器５３ではこの減速指令値−Δｎ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ＶＢＡＳＥ−ＶＯＶＥＲになった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）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ＶＢＡＳＥまで上昇したときに、電力・電圧監視回路５１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５３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Ｐｎ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５１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ＶＢＡＳＥを基準とした所定のヒステリシス幅Ｈｂ（＝ＶＢＡＳＥ±Ｈｂ）以内の変動にとどまるときは、基準電圧ＶＢＡＳＥ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、負荷がふらつくことがなく、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ＶＢＡＳＥから降下させる電圧幅ＶＯＶＥＲの値は、電力・電圧監視回路５１に監視電圧に対する不感帯として設定された基準電圧ＶＢＡＳＥを基準としたヒステリシス幅Ｈｂ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−電力特性が特性線のイから特性線ロ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における特性線イのＰＡ点から特性線ロのＰＢ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ＶＢＡＳＥ（図４においてはＶＢＡＳＥ１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＞ＶＢＡＳＥ１＋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ＶＢＡＳＥ１−ＶＯＶＥＲに低下するまで発せられる。
従って、太陽光インバータ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＝Ｖ×Ｉ）し、この電力演算値の最大値（図４の特性線ロ上のＰＣ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ＶＢＡＳＥ２として記憶すると共に、太陽電池１の電圧ＶがＶＢＡＳＥ１から既定の降下電圧幅ＶＯＶＥＲだけ低下した電圧ＶＢＡＳＥ１−ＶＯＶＥＲになるまで加速させる。
次に、太陽電池１の電圧ＶがＶＢＡＳＥ１−ＶＯＶＥＲ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ＶＢＡＳＥ１−ＶＯＶＥＲから新たな基準電圧ＶＢＡＳＥ２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ＶＢＡＳＥ１−ＶＯＶＥＲ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ＶＢＡＳＥ２まで上昇したときに、電力・電圧監視回路５１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５３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５１で監視している太陽電池１の電圧Ｖの変動が、図４に示す如く、基準電圧ＶＢＡＳＥ２を基準とした所定のヒステリシス幅Ｈｂ（Ｖ＝ＶＢＡＳＥ２±Ｈｂ）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とが回転し続ける。
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−電力特性が図５の特性線イ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、動作点が特性線イのＰＡ点から特性線ハのＰＤ点へ移動する。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ＶＢＡＳＥ（図５においてＶＢＡＳＥ１として示す）を基準とした前記ヒステリシス幅Ｈｂを越えて低下した状態（Ｖ＜ＶＢＡＳＥ１−Ｈｂ）となるため、このときに電力・電圧監視回路５１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ＶＢＡＳＥ１に上昇するまで発せられる。
すなわち、電力・電圧監視回路５１からの減速指令に基づいて加減速調整器５３が出力する周波数指令値（ｆ）を減少させるのに伴って太陽光インバータ２５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の電圧が基準電圧ＶＢＡＳＥ１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ＶＢＡＳＥ１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ＶＢＡＳＥ１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＝Ｖ×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ＰＥ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ＶＢＡＳＥ３として記憶すると共に、太陽電池１の電圧ＶがＶＢＡＳＥ１−ＶＯＶＥＲになるまで加速する。
次に、太陽電池１の電圧がＶＢＡＳＥ１−ＶＯＶＥＲ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ＶＢＡＳＥ３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ＶＢＡＳＥ１−ＶＯＶＥＲ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ＶＢＡＳＥ３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、新たな基準電圧ＶＢＡＳＥ３を基準として所定のヒステリシス幅Ｈｂ以内（Ｖ≦ＶＢＡＳＥ３±Ｈｂ）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とが回転し続ける。
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の特性線イから特性線ニ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、動作点が特性線イのＰＡ点から特性線ニのＰＦ点へ移動すると、電力・電圧監視回路５１で監視している太陽電池１の電圧が、既定の最小電圧値ＶＬＯＷ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４１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５２は、加減速調整器５３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ＶＬＯＷ（図６のＰＧ点）まで増加するような減速指令値−Δｎが発せられる。
次に、動作点が特性線ニのＰＧ点に移動すると、電力・電圧監視回路５１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が特性線イの電力最大点における基準電圧ＶＢＡＳＥ１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５３が出力する周波数指令値（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ＶＢＡＳＥ１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）が増大するのに伴って、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（Ｐ＝Ｖ×Ｉ）し、この電力演算値が最大となる点（図６の特性線ニ上のＰＨ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ＶＢＡＳＥ４として記憶すると共に、太陽電池１の電圧ＶがＶＢＡＳＥ１−ＶＯＶＥＲとなるまで加速する。
次に、太陽電池１の電圧ＶがＶＢＡＳＥ１−ＶＯＶＥＲ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ＶＢＡＳＥ４に上昇するまでの間、電力・電圧監視回路５１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ＶＢＡＳＥ１−ＶＯＶＥＲ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ＶＢＡＳＥ４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することにより、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ＶＢＡＳＥ４を基準として所定のヒステリシス幅Ｈｂ以内（Ｖ≦ＶＢＡＳＥ４±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５３と勾配係数演算器５４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。
このような太陽光インバータの制御方法を、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。このような給水装置によれば、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インバー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ー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。
【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バ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インバータ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。
【図１】
2003065564.tif 000003
【図２】
2003065564.tif 000004
【図３】
2003065564.tif 000005
【図４】
2003065564.tif 000006
【図５】
2003065564.tif 000007
【図６】
2003065564.tif 000008
【図７】
2003065564.tif 000009
【図８】
2003065564.tif 000010
【図９】
2003065564.tif 000011
【国際調査報告】
2003065564.tif 000012
2003065564.tif 000013