專利名稱：太陽(yáng)光發(fā)電模擬功率的生成方法和太陽(yáng)光發(fā)電模擬器電源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽(yáng)光發(fā)電逆變器(inverter)的完成試驗(yàn)所需的輸入電源、特別是模擬再現(xiàn)太陽(yáng)光發(fā)電模塊的輸出特性后輸出的太陽(yáng)光發(fā)電模擬電源裝置。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)光發(fā)電系統(tǒng)的大容量化趨勢(shì)勢(shì)不可當(dāng)，例如人們要求取代在進(jìn)行1000kVA逆變器的完成試驗(yàn)時(shí)經(jīng)常設(shè)置的1200kW級(jí)的太陽(yáng)電池板，而使用設(shè)備成本比它便宜、操作也容易的用于試驗(yàn)的電源——模擬電源裝置。模擬電源裝置是一種與太陽(yáng)光發(fā)電逆變器(inverter)的輸入側(cè)連接，并能模擬產(chǎn)生太陽(yáng)電池的輸出電流 電壓特性的電源裝置。作為滿足上述要求的電源的特性值，另外作為能夠參考的技術(shù)公開(kāi)內(nèi)容，有專利文獻(xiàn)l。
串聯(lián)必要數(shù)量的太陽(yáng)電池模塊，將其輸出與被試驗(yàn)?zāi)孀兤鞯妮斎雮?cè)連接，來(lái)測(cè)量連接了可變負(fù)載的逆變器的輸出特性(輸出電壓、電流、功率)及逆變器輸入電壓、電流，并計(jì)算出逆變器效率等特性。但是由于在自然光日照的狀態(tài)下，太陽(yáng)電池模塊輸出始終變動(dòng)，所以不適合用于特性試驗(yàn)的測(cè)量。希望作為測(cè)量時(shí)的日照穩(wěn)定、能夠模擬產(chǎn)生、再現(xiàn)使希望值的逆變器輸入電壓、電流值處于穩(wěn)定狀態(tài)的電源。
專利文獻(xiàn)1公開(kāi)了能夠適用于單純的小型負(fù)載的電源的有關(guān)信息，在輸出電流較大的電源中存在著內(nèi)部的功率損耗較多而不能適用的問(wèn)題。在專利文獻(xiàn)l的(段落0014)中，有以下的敘述"圖l (本說(shuō)明書(shū)的圖5)示出本發(fā)明涉及的電源裝置的一個(gè)例子。該電源裝置將被恒電流源1遮光
6的太陽(yáng)電池2和非歐姆性電阻3并聯(lián)，再將它們與非歐姆性電阻4串聯(lián)后構(gòu)成。恒電流源1的電流值有各種各樣的選擇，例如只要使其與標(biāo)準(zhǔn)光
(100mW/cm2)的太陽(yáng)電池的短路電流值一致即可。另夕卜，非歐姆性電阻3及4，只要按照電源裝置的希望的電壓一電流特性，適當(dāng)選擇具有各自的電壓一電流特性的元件即可。即更具體地說(shuō)，串聯(lián)的非歐姆性電阻4，使用電阻值隨著外加電壓的增加而增加的元件，例如鎢絲及鎳鉻耐熱合金絲之類電阻比較大的電阻絲等。而并聯(lián)的非歐姆性電阻3，則使用電阻值隨著外加電壓的增加而減少的元件，例如SiC可變電阻、硒整流元件、BaTi03可變電阻、Si二極管可變電阻等"。可是，在這里構(gòu)成的串聯(lián)的非歐姆性電阻消耗的功率損耗，在大容量電源中發(fā)熱量大，對(duì)于全社會(huì)的節(jié)省資源的要求具有負(fù)面效果，所以成為妨礙其產(chǎn)業(yè)化的一個(gè)原因。
專利文獻(xiàn)l: JP特開(kāi)平6 — 195140號(hào)公報(bào)。名稱《電源裝置》
發(fā)明內(nèi)容[畫(huà)6]
本發(fā)明的目的在于，克服因?yàn)樵陔娫囱b置的內(nèi)部消耗的功率損耗，在大容量電源中發(fā)熱量大，對(duì)于全社會(huì)的節(jié)省資源的要求具有負(fù)面效果，采用削減該內(nèi)部功率損耗的模擬生成太陽(yáng)光發(fā)電模塊的輸出特性的方法和模擬生成該輸出特性后輸出的電源裝置。
關(guān)于本發(fā)明之1的太陽(yáng)光發(fā)電模擬功率(simulator power)的生成方法，從根據(jù)日照量的年間變動(dòng)值編制、被存儲(chǔ)單元預(yù)先存儲(chǔ)的太陽(yáng)電池的輸出特性中，讀取特定的電流-電壓值的關(guān)系曲線(指定IV曲線)，生成使直流功率控制部的輸出特性值滿足該IV圖案上的電流-電壓值的關(guān)系的那種控制信號(hào)，供給進(jìn)行直流功率控制的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的控制極后，使直流功率控制部的輸出特性與的太陽(yáng)電池指定的電流-電壓值的關(guān)系曲線一致地控制后生成的太陽(yáng)光發(fā)電模擬功率。
在這里，如果使用實(shí)例講述太陽(yáng)光發(fā)電的模擬特性，就用圖2示出講述本發(fā)明所需的要點(diǎn)，從太陽(yáng)光發(fā)電的輸出特性中講述電流 電壓值的關(guān)系曲線。輸出用虛線表示的接近無(wú)負(fù)載的小電流值時(shí)的直流電壓，從強(qiáng)烈
的曰照時(shí)的曲線A1向微弱的日照時(shí)的曲線A2變化時(shí)，電壓值也隨著從V1向V2變化。如果是中午的日照，輸出電壓為電壓值V1，即將日落時(shí)則是電壓值V2，從IV存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)的IV曲線組中，第1IV讀取單元讀取曲線A2，第2IV讀取單元讀取與用虛線表示的小電流值時(shí)一致的電壓值V2。假設(shè)在即將日落時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)逆變器，輸出接近無(wú)負(fù)載的小電流值時(shí)的直流電壓，是電壓V2。可以運(yùn)轉(zhuǎn)本電源裝置，以便保持該電壓地輸出模擬特性。
溫度較低時(shí)的IV特性曲線B1，由于標(biāo)準(zhǔn)溫度下的曲線A1中的電壓值Vs，向Vss偏移，所以也存儲(chǔ)這些曲線后，因?yàn)榇鎯?chǔ)溫度較低時(shí)的Vss，使用能夠與溫度變化對(duì)應(yīng)地輸出模擬特性。這樣，首先讀取指定IV曲線，指定用該曲線中的哪個(gè)電流值向無(wú)負(fù)載的逆變器供給功率，讀取對(duì)應(yīng)電壓，用該電壓值保持地進(jìn)行控制。
關(guān)于本發(fā)明之2，采用本發(fā)明之1所述的太陽(yáng)光發(fā)電模擬功率的生成
方法，其特征在于所述控制信號(hào)的生成，被自動(dòng)設(shè)定、控制，以便從存
儲(chǔ)的所述IV圖案中讀取指令設(shè)定為指定了 1個(gè)的IV曲線上的電流點(diǎn)Y41時(shí)的與指定IV曲線的P1對(duì)應(yīng)的電壓X二V1， Y-Il、 X二V1成為控制的目
標(biāo)設(shè)定值。
關(guān)于本發(fā)明之3，采用本發(fā)明之2所述的太陽(yáng)光發(fā)電模擬功率的生成方法，其特征在于所述控制信號(hào)的生成，被自動(dòng)設(shè)定，以便在指令設(shè)定為指定IV曲線上的電流點(diǎn)Y=I1后，負(fù)載變動(dòng)時(shí)，讀取與變動(dòng)的電流點(diǎn)Y-I2對(duì)應(yīng)的電壓X-V2， Y=I2、 X-V2成為控制的新目標(biāo)設(shè)定值；跟蹤指定IV曲線上的地控制直流功率的輸出。
關(guān)于本發(fā)明之4，采用太陽(yáng)光發(fā)電模擬器電源裝置，其特征在于由功率變換主電路(該功率變換主電路由輸入端子、將交流直流化的轉(zhuǎn)換電路、依次與該轉(zhuǎn)換電路的輸出側(cè)連接的平滑用電容器、用半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件 進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制的斬波器、輸出電壓/輸出電流檢出器、輸出端子構(gòu)成)和控
制該功率變換主電路的輸出電壓/輸出電流的控制信號(hào)電路構(gòu)成；該控制信 號(hào)電路，具備IV存儲(chǔ)單元(該IV存儲(chǔ)單元將與太陽(yáng)電池的輸出特性一致 的電流 電壓值的關(guān)系曲線，作為IV曲線存儲(chǔ))、IV曲線讀取單元、選 擇 指定單元(該選擇 指定單元從讀取的IV曲線中選擇1個(gè)IV曲線后 指定)、控制的目標(biāo)值設(shè)定單元(該控制的目標(biāo)值設(shè)定單元使其輸出指定 的IV曲線的電流 電壓值特性)。
關(guān)于本發(fā)明之5，采用本發(fā)明之4所述的太陽(yáng)光發(fā)電模擬器電源裝置，
其特征在于所述控制的目標(biāo)值設(shè)定單元，是具備IV曲線讀取單元(該
IV曲線讀取單元從存儲(chǔ)的所述IV曲線中，指定l個(gè)后讀取)和進(jìn)行自動(dòng) 設(shè)定的單元(該單元讀取與指令者指令設(shè)定該指令電流點(diǎn)Y=I1時(shí)的指定 IV曲線的電流Il對(duì)應(yīng)的電壓X-V1，以便使被它自動(dòng)設(shè)定的Y=I1、 X=V1 成為控制的目標(biāo)設(shè)定值)的目標(biāo)值設(shè)定單元。
關(guān)于本發(fā)明之6，采用本發(fā)明之5所述的太陽(yáng)光發(fā)電模擬器電源裝置，
其特征在于所述控制信號(hào)的生成，是具備自動(dòng)重新設(shè)定的單元的目標(biāo)值
設(shè)定單元，該單元在指令設(shè)定為指定IV曲線上的電流點(diǎn)Y=I1后負(fù)載變動(dòng) 時(shí)，讀取與變動(dòng)的電流點(diǎn)Y-I2對(duì)應(yīng)的電壓X:V2，使Y42、 X-V2成為 控制的新目標(biāo)設(shè)定值。
關(guān)于本發(fā)明之7，采用本發(fā)明之5 6所述的太陽(yáng)光發(fā)電模擬器電源裝 置，其特征在于在檢出該功率變換主電路的直流輸出端的電壓進(jìn)行反饋 控制的同時(shí)，還檢出該功率變換主電路的直流輸入電流，進(jìn)行抑制電壓劇 變的前饋控制。
關(guān)于本發(fā)明之8，采用本發(fā)明之4 7所述的太陽(yáng)光發(fā)電模擬器電源裝 置，其特征在于所述控制信號(hào)電路，根據(jù)調(diào)制信號(hào)生成PWM控制信號(hào)， 向所述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的控制極輸出；用功率變換主電路進(jìn)行功率控制的
9該調(diào)制信號(hào)，是將直流輸出電壓檢出信號(hào)和基準(zhǔn)電壓VI之差放大的信號(hào)
Sl與直流輸入電流和基準(zhǔn)電壓V2之差放大的信號(hào)S2相加后生成的調(diào)制 樣縣
因?yàn)椴捎糜删邆鋵⒏鶕?jù)日照量的年間變動(dòng)值編制的太陽(yáng)光發(fā)電的電 壓 電流特性作為IV曲線存儲(chǔ)、將讀取的特定的IV特性作為自動(dòng)控制的 輸出目標(biāo)值設(shè)定的單元，由生成保持與特定的IV曲線的電流值對(duì)應(yīng)的該 曲線上的電壓值V的控制信號(hào)的控制信號(hào)電路，供給用斬波器構(gòu)成的功率 變換主電路進(jìn)行功率控制的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件，從而排除了跟蹤指定IV曲
線地進(jìn)行功率控制的串聯(lián)電阻的功率變換主電路構(gòu)成的太陽(yáng)光發(fā)電模擬 器，所以成為除了半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件以外，不產(chǎn)生較大的功率損耗的電源。
圖2示出講述本發(fā)明所需的要點(diǎn)，從太陽(yáng)光發(fā)電的輸出特性中講述電 流 電壓值的關(guān)系曲線。輸出用虛線表示的接近無(wú)負(fù)載的小電流值時(shí)的直 流電壓，從曲線A1向曲線A2變化時(shí)，電壓值也隨著從V1向V2變化。 如果是中午的日照時(shí)為電壓值VI，即將日落時(shí)則是電壓值V2，從IV存 儲(chǔ)單元存儲(chǔ)的IV曲線組中，第IIV讀取單元19讀取曲線A2，第2IV讀 取單元20讀取與小電流值時(shí)一致的電壓值V2。假設(shè)在即將日落時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)逆 變器，輸出接近無(wú)負(fù)載的小電流值時(shí)的直流電壓，是電壓V2?？梢赃\(yùn)轉(zhuǎn) 本電源裝置，以便保持該電壓地輸出模擬特性。
溫度較低時(shí)的曲線B1，由于標(biāo)準(zhǔn)溫度下的曲線Al中的電壓值Vs， 向Vss偏移，所以也存儲(chǔ)這些曲線后，因?yàn)榇鎯?chǔ)溫度較低時(shí)的Vss，使用 能夠與溫度變化對(duì)應(yīng)地輸出模擬特性。
本發(fā)明之9所述的太陽(yáng)光發(fā)電模擬器的控制電路的輸出目標(biāo)值設(shè)定方 法，是在具備生成太陽(yáng)光發(fā)電模擬功率的功率變換電路和根據(jù)功率變換電 路的輸出電流 電壓反饋控制功率變換電路的控制電路的太陽(yáng)光發(fā)電模擬 器中，為控制電路設(shè)定輸出目標(biāo)值的方法。該方法具備以下步驟。
O)從多個(gè)IV曲線中選擇一個(gè)IV曲線的選擇步驟
0)為了控制功率變換電路而給控制電路設(shè)定輸岀目標(biāo)值，從而使功率控制的輸出特性滿足選擇的IV曲線的設(shè)定步驟。
在該方法中，能夠從預(yù)先準(zhǔn)備的多個(gè)IV曲線中選擇最佳的IV曲線， 進(jìn)而使功率控制的輸出特性與IV曲線一致地進(jìn)行控制。
本發(fā)明之10所述的太陽(yáng)光發(fā)電模擬器的控制電路的輸出目標(biāo)值設(shè)定 方法，是在本發(fā)明之9中，設(shè)定步驟具有以下步驟。
0)指定在選擇步驟中選擇的IV曲線上的電流值的指定步驟； 讀取與電流值對(duì)應(yīng)的電壓值的讀取步驟；
0)將電流值和電壓值作為輸出目標(biāo)值在控制電路中設(shè)定的電流值 電 壓值設(shè)定步驟。
在該方法中，由于讀取與電流值對(duì)應(yīng)的電壓值后，兩者都成為輸出目 標(biāo)值，所以可以自動(dòng)控制。
本發(fā)明之11所述的太陽(yáng)光發(fā)電模擬器的控制電路的輸出目標(biāo)值設(shè)定 方法，是在本發(fā)明之10中，在指定步驟中指定與輸出電流的值一致的電 流值。
本發(fā)明之12所述的計(jì)算機(jī)程序，包含旨在使計(jì)算機(jī)實(shí)施本發(fā)明之9 11任一項(xiàng)所述的方法的命令。
本發(fā)明之13所述的太陽(yáng)光發(fā)電模擬器，具備本發(fā)明之12所述的計(jì)算 機(jī)程序。
本發(fā)明之14所述的太陽(yáng)光發(fā)電模擬器的控制電路的輸出目標(biāo)值設(shè)定 裝置，是在具備生成太陽(yáng)光發(fā)電模擬功率的功率變換電路和根據(jù)功率變換 電路的輸出電流 電壓反饋控制功率變換電路的控制電路的太陽(yáng)光發(fā)電模 擬器中，為控制電路設(shè)定輸出目標(biāo)值的裝置。該裝置具備存儲(chǔ)器(該存儲(chǔ) 器存儲(chǔ)多個(gè)IV曲線)、讀取單元(該讀取單元從多個(gè)IV曲線中讀取一個(gè) IV曲線)和設(shè)定單元(該設(shè)定單元為了控制功率變換電路而給控制電路設(shè) 定輸出目標(biāo)值，從而使功率控制的輸出特性滿足選擇的IV曲線)。
ii在該裝置中，讀取單元從存儲(chǔ)器中讀取一個(gè)IV曲線，接著設(shè)定單元 為控制電路設(shè)定輸出目標(biāo)值。其結(jié)果，控制電路控制功率變換電路，使功 率控制的輸出特性滿足選擇的IV曲線。
本發(fā)明之15所述的太陽(yáng)光發(fā)電模擬器的控制電路的輸出目標(biāo)值設(shè)定 裝置，是在本發(fā)明之14中，讀取單元進(jìn)而具備IV曲線指定單元，該IV 曲線指定單元指定應(yīng)該讀取的IV曲線。
在該裝置中，IV曲線指定單元指定IV曲線，接著讀取單元讀取指定 的IV曲線。
本發(fā)明之16所述的太陽(yáng)光發(fā)電模擬器的控制電路的輸出目標(biāo)值設(shè)定 裝置，是在本發(fā)明之14或15中，進(jìn)而具備電流值指定單元(該電流值指 定單元指定選擇的IV曲線上的電流值)和電壓值讀取單元(該電壓值讀 取單元讀取與電流值對(duì)應(yīng)的電壓值)。
在該裝置中，由于讀取與電流值對(duì)應(yīng)的電壓值后，兩者都成為輸出目 標(biāo)值，所以可以自動(dòng)控制。
本發(fā)明之17所述的太陽(yáng)光發(fā)電模擬器的控制電路的輸出目標(biāo)值設(shè)定 裝置，是在本發(fā)明之16中，進(jìn)而具備操作指令單元，該操作指令單元檢 出伴隨著負(fù)載變動(dòng)而變動(dòng)的輸出電流的值，向電流值指定單元提供電流 值。
本發(fā)明之18所述的太陽(yáng)光發(fā)電模擬器，具備生成太陽(yáng)光發(fā)電模擬 功率的功率變換電路；根據(jù)功率變換電路的輸出電流*電壓，反饋控制功
率變換電路的控制電路；本發(fā)明之14 17任一項(xiàng)所述的輸出目標(biāo)值設(shè)定 裝置。
在現(xiàn)有技術(shù)中，由于在逆變器的特性試驗(yàn)時(shí)，太陽(yáng)電池的輸出始終變 動(dòng)，所以不宜用作逆變器的輸入電源，但是本發(fā)明能夠再現(xiàn)使電流值穩(wěn)定 地成為希望值的狀態(tài)的太陽(yáng)電池特性。
12


圖1是采用本發(fā)明的一種實(shí)施方式的方框圖。
圖2是表示太陽(yáng)光發(fā)電板的輸出隨著日照量及溫度而變化的狀態(tài)的圖形。
圖3是旨在講述采用本發(fā)明的實(shí)施方式的太陽(yáng)光發(fā)電特性的IV曲線圖。
圖4是旨在講述采用本發(fā)明的實(shí)施方式的太陽(yáng)光發(fā)電特性的IV曲線圖。
圖5是現(xiàn)有技術(shù)(專利文獻(xiàn)l)的電源裝置的方框圖。 圖6是本發(fā)明涉及的輸出目標(biāo)值設(shè)定方法的流程圖。
圖中1—恒電流源；2—遮光電池(Light-shielded solar battery); 3— 非歐姆電阻(Non-ohmicresistor); 4—非歐姆電阻；5—商用電源的接收端； 6—轉(zhuǎn)換器電路；7—平滑用電容器；8—半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件；9一功率變換主 電路的輸出端；IO—功率控制斬波器(Power control chopper); 11—輸出 電壓檢出部；12—輸出電流檢出部；13—輸入電流檢出部；14—功率變換 主電路(Power conversion main circuit); 15—控制信號(hào)電路；16—控制的 目標(biāo)值設(shè)定單元；17—控制的目標(biāo)值生成單元；18—IV存儲(chǔ)單元；19一第 IIV曲線讀取單元；20—第2IV曲線讀取單元；21—第l誤差放大器；22 一第2誤差放大器；23—第1基準(zhǔn)值生成器；24—第2基準(zhǔn)值生成器；25 一調(diào)制信號(hào)生成電路；26—PWM控制信號(hào)生成部；28—切換單元；30— IV曲線編號(hào)指定單元；31 —電流值指定單元；40—操作指令單元；50—反
饋控制電路(Feedback circuit); 51—前饋控制電路(Feedforward circuit)。
具體實(shí)施方式

圖l是用布線方框圖表示采用本發(fā)明的實(shí)施方式。下面參照它進(jìn)行講 述。太陽(yáng)光發(fā)電模擬電源裝置，由不包含串聯(lián)的電阻器的功率變換主電路14和控制信號(hào)電路15構(gòu)成。該功率變換主電路14，由商用交流電源的接 收端5、用于直流化的轉(zhuǎn)換器電路6、在其輸出側(cè)的平滑用電容器7、具有 半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件8的功率控制斬波器10、和功率變換主電路的輸出端9 構(gòu)成?？刂菩盘?hào)電路15與輸出電壓檢出部11、輸出電流檢出部12、輸入 電流檢出部13連接，從功率變換主電路14獲得供給控制信號(hào)電路15的 輸出信號(hào)。從控制信號(hào)電路15的PWM控制信號(hào)生成部26，向該半導(dǎo)體 開(kāi)關(guān)元件8供給PWM控制信號(hào)，從功率變換主電路14的輸出端9模擬 生成、輸出太陽(yáng)電池模塊輸出特性。
控制信號(hào)電路15，具有反饋控制電路50及前饋控制電路51?？刂频?目標(biāo)值設(shè)定單元16和目標(biāo)值生成單元17形成反饋控制電路50中的控制 的基準(zhǔn)值。目標(biāo)值生成單元17，由來(lái)自IV存儲(chǔ)單元18、第1IV曲線讀取 單元19、第2IV曲線讀取單元20及IV曲線編號(hào)指定單元30的信號(hào)，獲 得指定IV曲線的Y4、 X-V的指定，生成控制的目標(biāo)值P1 (圖4)。目標(biāo) 值設(shè)定單元16，將第1基準(zhǔn)值生成器23數(shù)字設(shè)定為控制的目標(biāo)值P1。
反饋控制電路50，通過(guò)切換單元28，將輸出電壓檢出部ll、輸出電 流檢出部12的輸出信號(hào)作為指令輸入，向調(diào)制信號(hào)生成電路25供給與第 1基準(zhǔn)值生成器23輸出信號(hào)的誤差即第1誤差放大器21的輸出信號(hào)，由 PWM控制信號(hào)生成部26生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)，給予半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的控制極。
IV存儲(chǔ)單元18,是以表格存儲(chǔ)太陽(yáng)電池的輸出特性的電流 電壓值 的關(guān)系曲線(IV曲線)數(shù)值的單元。第1IV曲線讀取單元19，從存儲(chǔ)的 IV曲線中，指定由IV曲線編號(hào)指定單元30指定的一個(gè)IV曲線。第2IV 曲線讀取單元20，讀取IV曲線的電流值和電壓值的關(guān)系特性，輸出到目 標(biāo)值生成單元17?？刂频哪繕?biāo)值生成單元17，根據(jù)與指定IV曲線的電流 值I1對(duì)應(yīng)的電流，電壓值，生成控制的目標(biāo)值，給予控制的目標(biāo)值設(shè)定單 元16，進(jìn)行設(shè)定。接著，講述運(yùn)轉(zhuǎn)中的異常等的實(shí)用例。
下面，講述前饋控制電路51。現(xiàn)實(shí)的太陽(yáng)光發(fā)電模擬器在運(yùn)轉(zhuǎn)中，由于發(fā)生異常而要流過(guò)大電流時(shí)，要防止抑制該輸出電壓大幅度下降，前饋 控制電路51，將輸入電流檢出部13作為指令輸入，向調(diào)制信號(hào)生成電路
25供給與第2基準(zhǔn)值生成器24的誤差即第2誤差放大器22的輸出信號(hào)， PWM控制信號(hào)生成部26由調(diào)制信號(hào)生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)，由于使大電流正反饋， 所以輸出電壓從下降切換成上升，停止該電壓急劇下降，從而抑制電壓的 大幅度下降。反饋控制電路50，檢出電壓下降的結(jié)果的值后，將驅(qū)動(dòng)信號(hào) 給予半導(dǎo)體元件的控制極進(jìn)行控制，所以響應(yīng)稍微滯后，因此比它更快地 從大電流的上升的初始階段就使其正反饋后，具有很快減輕電壓瞬時(shí)下降 的效果。
在圖3中，用曲線圖表示、講述旨在講述采用本發(fā)明的實(shí)施方式的太 陽(yáng)光發(fā)電的電壓特性。太陽(yáng)光發(fā)電模擬器的輸出特性，是要模擬生成該圖 3的輸出特性。由于在日照的狀態(tài)下，太陽(yáng)電池模塊輸出始終變動(dòng)，所以 不適合用于特性試驗(yàn)的測(cè)量，因此是作為測(cè)量時(shí)的日照穩(wěn)定、能夠模擬產(chǎn) 生、再現(xiàn)希望值的逆變器輸入電壓、電流值的基礎(chǔ)的特定值。根據(jù)日照量 的年間變動(dòng)值，繪制曲線C1、曲線C2、曲線C3、曲線Cn等，從日照強(qiáng) 的Cl到弱的Cn地在Y軸上表示電流值I、在X軸上表示電壓值V的平 面的范圍內(nèi)例如IO條曲線。這IO條曲線的在X軸上賦予從點(diǎn)1到點(diǎn)100 的數(shù)值、在Y軸上賦予從點(diǎn)1到點(diǎn)IOO的數(shù)值的10000個(gè)交點(diǎn)所在點(diǎn)的值， 被IV存儲(chǔ)單元18預(yù)先存儲(chǔ)，將曲線C1、曲線C2、曲線Cn作為用點(diǎn)描 繪的太陽(yáng)電池的輸出特性曲線組保存。從該輸出特性曲線組中讀取指定的 曲線(指定IV曲線)，輸出跟蹤該指定IV曲線地模擬曲線，作為控制目 標(biāo)值進(jìn)行設(shè)定，用保持與該時(shí)刻的電流對(duì)應(yīng)的電壓地進(jìn)行控制的方法，生 成模擬電源特性。
在圖4中，用曲線圖表示、講述旨在講述采用本發(fā)明的實(shí)施方式的太 陽(yáng)光發(fā)電的電壓特性?？刂菩盘?hào)的生成，被自動(dòng)設(shè)定，也就是從存儲(chǔ)的所 述輸出特性曲線組中將1個(gè)作為指定IV曲線，當(dāng)指令設(shè)定該指定IV曲線 上的電流點(diǎn)Y=I1時(shí)，讀取與指定IV曲線的Pl對(duì)應(yīng)的電壓X=V1 ，使Y=I1 、 X-V1成為控制的目標(biāo)設(shè)定值。
15
在指令設(shè)定指定IV曲線Cl上的屯流點(diǎn)Y=I1后的電源裝置運(yùn)轉(zhuǎn)中， 負(fù)載(逆變器電流)變動(dòng)時(shí)，讀取與變動(dòng)了的電流點(diǎn)Y42對(duì)應(yīng)的C1上的 電壓X二V2，使Y42、 X二V2成為控制的新目標(biāo)設(shè)定值，來(lái)自動(dòng)設(shè)定控制。 運(yùn)轉(zhuǎn)中負(fù)載(逆變器電流)進(jìn)一步變動(dòng)時(shí)，讀取與變動(dòng)了的電流點(diǎn)Y=I3 對(duì)應(yīng)的Cl上的電壓X=V3，自動(dòng)設(shè)定Y=I3、 X=V3成為控制的新目標(biāo)設(shè) 定值，進(jìn)行控制來(lái)跟蹤指定IV曲線。這樣，控制的目標(biāo)值與時(shí)刻變動(dòng)的 負(fù)載的電流對(duì)應(yīng)，在曲線Cl上輸出作為模擬電源的特性的方法，是本發(fā) 明的獨(dú)特的技術(shù)。
下面，用圖1的方框布線圖表示、講述控制信號(hào)電路15的作用?？?制信號(hào)電路15與輸出電壓檢出部H、輸出電流檢出部12、輸入電流檢出 部13連接，從功率變換主電路獲得旨在進(jìn)行控制的輸入信號(hào)。為了供給 PWM控制信號(hào)，從功率變換主電路的輸出端9模擬產(chǎn)生輸出太陽(yáng)電池模 塊輸出特性，而具有反饋控制電路50，為了形成控制的基準(zhǔn)值，目標(biāo)值生 成單元17，由來(lái)自第1IV曲線讀取單元19和IV曲線編號(hào)指定單元30的 信號(hào)，接收讀取了圖3的曲線C1的信號(hào)。
用來(lái)自第2IV曲線讀取單元20及IV曲線上的電流值指定單元31的 信號(hào)，指定指定IV曲線的Y-I，獲得X^V的指定，生成控制的目標(biāo)值P1。 目標(biāo)值設(shè)定單元16以數(shù)字方式設(shè)定第1基準(zhǔn)值生成器23的數(shù)值，以便與 控制的目標(biāo)值P1 —致。將輸出電壓檢出部11、輸出電流檢出部12的輸出 信號(hào)作為指令輸入，向調(diào)制信號(hào)生成電路25供給與第1基準(zhǔn)值生成器23 的誤差——第1誤差放大器21的輸出信號(hào)，用PWM控制信號(hào)生成部26 生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)，給予半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的控制極。根據(jù)反饋控制電路50的 信號(hào)，進(jìn)行維持電壓的控制。
控制的目標(biāo)值生成單元17，根據(jù)與指定IV曲線的電流值Il對(duì)應(yīng)的電 流 電壓值，生成控制的目標(biāo)值，控制的目標(biāo)值設(shè)定單元16將設(shè)定值設(shè) 定給第l基準(zhǔn)值生成器23。
控制的目標(biāo)值設(shè)定單元16給第1基準(zhǔn)值生成器23設(shè)定的設(shè)定值，是 用第1誤差放大器21和電壓檢出值進(jìn)行比較后成為抑制電壓變動(dòng)的基準(zhǔn) 的值，它是與該時(shí)刻的輸出電流值II和在指定IV曲線上對(duì)應(yīng)的電壓VI 的值成正比的值。
對(duì)于瞬時(shí)的負(fù)載(逆變器)電流的變化而言，為了抑制控制輸出電壓 的過(guò)渡性的變動(dòng)變大，而在反饋控制的基礎(chǔ)上，增加了前饋控制，改善了 響應(yīng)速度。
(詳細(xì)的講述)
下面，使用別的表述，講述上述的裝置及控制方法。圖l所示的太陽(yáng) 光發(fā)電模擬器，具備生成太陽(yáng)光發(fā)電模擬功率的功率變換主電路14、根據(jù) 功率變換主電路14的輸出電流 電壓反饋控制功率變換主電路14的反饋 控制電路50和輸出目標(biāo)值設(shè)定裝置。
輸出目標(biāo)值設(shè)定裝置，是為反饋控制電路50設(shè)定輸出目標(biāo)值的裝置。
該裝置具備存儲(chǔ)多個(gè)IV曲線的IV存儲(chǔ)單元18;從多個(gè)IV曲線中讀取
一個(gè)IV曲線的第1IV讀取單元19;為了使反饋控制電路50控制功率變 換主電路14，從而使功率控制的輸出特性滿足選擇的IV曲線，而給反饋 控制電路50設(shè)定輸出目標(biāo)值的設(shè)定單元(16、 17)。
在該裝置中，第IIV讀取單元19從IV存儲(chǔ)單元18中讀取一個(gè)IV曲 線，接著設(shè)定單元(16、 17)給反饋控制電路50設(shè)定輸出目標(biāo)值。其結(jié)果，反饋控制電路50控制功率變換主電路14，從而使功率控制的輸出特 性滿足選擇的IV曲線。
輸出目標(biāo)值設(shè)定裝置進(jìn)而具備指定第1IV讀取單元19應(yīng)該讀取的IV 曲線的IV曲線編號(hào)指定單元30。在該裝置中，IV曲線編號(hào)指定單元30 指定IV曲線，接著第IIV讀取單元19讀取指定的IV曲線。
輸出目標(biāo)值設(shè)定裝置，進(jìn)而具備指定選擇的IV曲線上的電流值的電 流值指定單元31，和讀取與電流值對(duì)應(yīng)的電壓值的第2IV讀取單元20。 在該裝置中，由于讀取與電流值對(duì)應(yīng)的電壓值后，兩者成為輸出目標(biāo)值， 所以可以自動(dòng)控制。
輸出目標(biāo)值設(shè)定裝置，進(jìn)而具備檢出伴隨著負(fù)載變動(dòng)而變動(dòng)的輸出電 流的值，向電流值指定單元31提供電流值的操作指令單元40。
下面，使用圖6的流程圖，講述輸出目標(biāo)值設(shè)定裝置的動(dòng)作。 在步驟Sl中，從多個(gè)IV曲線中選擇一個(gè)IV曲線。具體地說(shuō)，IV 曲線編號(hào)指定單元30指定一個(gè)IV曲線，第1IV讀取單元19根據(jù)它讀取 該IV曲線，將該信息發(fā)送給控制的目標(biāo)值生成單元17。
在步驟S2 S4中，為了使反饋控制電路50控制功率變換主電路14， 從而使功率控制的輸出特性滿足選擇的IV曲線，而給反饋控制電路50設(shè) 定輸出目標(biāo)值。在這里，從預(yù)先準(zhǔn)備的多個(gè)IV曲線中選擇最佳的IV曲線， 進(jìn)而使功率控制的輸出特性與IV曲線一致地進(jìn)行控制。
在步驟S2中，指定在步驟S1中選擇的IV曲線上的電流值。具體地 說(shuō)，操作指令單元40測(cè)量負(fù)載電流，IV曲線上的電流值指定單元31根據(jù) 它指定電流值。此外，還指定與輸出電流的值一致的電流值。
在步驟S3中，讀取與電流值對(duì)應(yīng)的電壓值。具體地說(shuō)，第2IV讀取 單元20讀取與IV存儲(chǔ)單元18內(nèi)的選擇的IV曲線上的指定電流值對(duì)應(yīng)的電壓值，將它發(fā)送給控制的目標(biāo)值生成單元17。
在步驟S4中，在反饋控制電路50中，將電流值和電壓值作為輸出目 標(biāo)值設(shè)定。在這里，由于讀取與電流值對(duì)應(yīng)的電壓值后，兩者成為輸出目 標(biāo)值，所以可以自動(dòng)控制。具體地說(shuō)，控制的目標(biāo)值生成單元17生成由 電流值和電壓值構(gòu)成的控制目標(biāo)值，將它發(fā)送給目標(biāo)值設(shè)定單元16。目標(biāo) 值設(shè)定單元16給第1基準(zhǔn)值生成器23設(shè)定控制的目標(biāo)值。
在步驟S5中，判斷應(yīng)該選擇的IV曲線是否變更。變更時(shí)，返回步驟 Sl。沒(méi)有變更時(shí)，返回步驟S2。應(yīng)該選擇的IV曲線之所以變更，例如是 由于操作人員為了產(chǎn)生不同的日照條件中的太陽(yáng)光發(fā)電模擬功率而進(jìn)行 了變更操作的緣故。
此外，以上講述的動(dòng)作，不僅可以利用電子電路等硬件實(shí)現(xiàn)，而且還 可以利用計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)。這時(shí)，程序包含旨在使由CPU及存儲(chǔ)器構(gòu)成
的計(jì)算機(jī)實(shí)施上述動(dòng)作命令。
采用本發(fā)明的電源，由于模擬生成、輸出太陽(yáng)光發(fā)電模塊的輸出特性， 所以穩(wěn)定的負(fù)載試驗(yàn)不受時(shí)間限制。成為可以模擬生成日射的理想狀態(tài)的 太陽(yáng)電池輸出特性的電源。進(jìn)而，因?yàn)橄鳒p了電源裝置的內(nèi)部功率損耗， 不需要釆取發(fā)熱措施，排除了大容量的蓄電池設(shè)備及太陽(yáng)光發(fā)電模塊等資 源消耗型的設(shè)備，所以對(duì)于全社會(huì)的節(jié)省資源的要求作出了貢獻(xiàn)，產(chǎn)業(yè)上 的貢獻(xiàn)度高。
權(quán)利要求
1、一種太陽(yáng)光發(fā)電模擬功率的生成方法，從存儲(chǔ)單元中預(yù)先存儲(chǔ)的太陽(yáng)光發(fā)電模塊的輸出特性中，讀取特定的電流-電壓值的關(guān)系曲線即IV曲線，生成使功率控制的輸出特性值滿足所述IV曲線的控制信號(hào)，供給進(jìn)行功率控制的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件后，使輸出特性與太陽(yáng)光發(fā)電模塊的IV曲線一致。
2、 如權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)光發(fā)電模擬功率的生成方法，其特征在于所述控制信號(hào)的生成中，當(dāng)從存儲(chǔ)的所述IV曲線中指令設(shè)置了指定的1個(gè)IV曲線上的電流點(diǎn)Y=I1時(shí)，讀取與指定IV曲線的I1對(duì)應(yīng)的電壓 X=V1，操作指令單元使控制的目標(biāo)值生成單元?jiǎng)幼鳎瑥亩筜-Il、 X=V1 成為控制的目標(biāo)設(shè)定值。
3、 如權(quán)利要求2所述的太陽(yáng)光發(fā)電模擬功率的生成方法，其特征在 于:所述控制信號(hào)的生成中，當(dāng)在指令設(shè)置了指定IV曲線上的電流點(diǎn)Y=I1 后負(fù)載產(chǎn)生變動(dòng)時(shí)，讀取與變動(dòng)的電流點(diǎn)Y=I2對(duì)應(yīng)的電壓X=V2，并將 Y=I2、 X=V2自動(dòng)設(shè)定為控制的新目標(biāo)設(shè)定值，以跟蹤指定IV曲線的方式 控制直流功率的輸出。
4、 一種太陽(yáng)光發(fā)電模擬器電源裝置，包括功率變換主電路，該功率變換主電路由商用電源的接收端、用于直流 化的轉(zhuǎn)換電路、依次與所述轉(zhuǎn)換電路的輸出側(cè)連接的平滑用電容器、由半 導(dǎo)體進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制的功率控制斬波器、輸出電壓檢出部、輸出電流檢出部、 和輸出端子構(gòu)成；和控制信號(hào)電路，該控制信號(hào)電路控制所述功率變換主電路的輸出電壓 和輸出電流，所述控制信號(hào)電路，具備IV存儲(chǔ)單元，該IV存儲(chǔ)單元中存儲(chǔ)了與太陽(yáng)光發(fā)電模塊的輸出特性一致的電流-電壓值的關(guān)系曲線，即IV曲線； IV曲線讀取單元；IV曲線編號(hào)指定單元，該IV曲線編號(hào)指定單元從讀取的IV曲線中 選擇并指定1個(gè)IV曲線；和控制的目標(biāo)值設(shè)定單元，該控制的目標(biāo)值設(shè)定單元使輸出指定的IV 曲線的電流-電壓值特性。
5、 如權(quán)利要求4所述的太陽(yáng)光發(fā)電模擬器電源裝置，其特征在于 所述控制的目標(biāo)值設(shè)定單元，包括.-第1IV讀取單元，該第IIV讀取單元從存儲(chǔ)的所述IV曲線中，指定并讀取1個(gè)IV曲線；第2IV讀取單元，該第2IV讀取單元在指令者指令設(shè)定該指令電流點(diǎn) Y41時(shí)，讀取與指定IV曲線的P1對(duì)應(yīng)的電壓X-V1;和目標(biāo)值設(shè)定單元，該目標(biāo)值設(shè)定單元接收目標(biāo)值生成單元的輸出信號(hào)，自動(dòng)設(shè)定控制的目標(biāo)值，使上述自動(dòng)設(shè)定的Y=I1、 X=V1成為控制的 設(shè)定值。
6、 如權(quán)利要求4或5所述的太陽(yáng)光發(fā)電模擬器電源裝置，其特征在于具備操作指令單元，在所述控制信號(hào)的生成中，當(dāng)在指令設(shè)置了指定IV曲線上的電流點(diǎn)Y=I1后負(fù)載產(chǎn)生變動(dòng)時(shí)，讀取與變動(dòng)的電流點(diǎn)Y=I2 對(duì)應(yīng)的電壓X:V2，指令自動(dòng)生成目標(biāo)值，使Y42、 X-V2成為控制的新目標(biāo)值。
7、 如權(quán)利要求4 6任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)光發(fā)電模擬器電源裝置，其特 征在于在檢出功率變換主電路的輸出端的電壓進(jìn)行反饋控制的同時(shí)，還 檢出所述功率控制斬波器的輸入電流，進(jìn)行前饋控制。
8、 如權(quán)利要求4 7任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)光發(fā)電模擬器電源裝置，其特 征在于供給所述控制信號(hào)電路的PWM控制信號(hào)生成器的調(diào)制信號(hào)，是 在調(diào)制信號(hào)生成電路中將第1信號(hào)和第2信號(hào)相加后生成的調(diào)制信號(hào)，所述第1信號(hào)，是第1誤差放大器對(duì)直流輸出電壓檢出信號(hào)與第1基 準(zhǔn)電壓生成器的基準(zhǔn)電壓VI之差進(jìn)行放大后的信號(hào)，所述第2信號(hào)，是第2誤差放大器對(duì)斬波器輸入電流與第2基準(zhǔn)電壓 生成器的基準(zhǔn)電壓V2之差進(jìn)行放大后的信號(hào)。
9、 一種太陽(yáng)光發(fā)電模擬器的控制電路的輸出目標(biāo)值設(shè)定方法，所述 太陽(yáng)光發(fā)電模擬器具備生成太陽(yáng)光發(fā)電模擬功率的功率變換電路、和根 據(jù)所述功率變換電路的輸出電流-電壓對(duì)所述功率變換電路進(jìn)行反饋控制 的控制電路，在所述控制電路的設(shè)定輸出目標(biāo)值的方法中，具備 選擇步驟，該選擇步驟從多個(gè)IV曲線中選擇一個(gè)IV曲線；和 設(shè)定步驟，該設(shè)定步驟在所述控制電路中設(shè)定所述輸出目標(biāo)值，從而使所述控制電路在控制所述功率變換電路時(shí)的功率控制的輸出特性滿足所述選擇的IV曲線。
10、 如權(quán)利要求9所述的太陽(yáng)光發(fā)電模擬器的控制電路的輸出目標(biāo)值 設(shè)定方法，其特征在于，所述設(shè)定步驟具有指定步驟，該指定步驟指定在所述選擇步驟中選擇的所述IV曲線上 的電流值；讀取步驟，該讀取步驟讀取與所述電流值對(duì)應(yīng)的電壓值；和電流值-電壓值設(shè)定步驟，該電流值-電壓值設(shè)定步驟將所述電流值和 所述電壓值作為所述輸出目標(biāo)值設(shè)定到所述控制電路中。
11、 如權(quán)利要求10所述的太陽(yáng)光發(fā)電模擬器的控制電路的輸出目標(biāo)值設(shè)定方法，其特征在于所述指定步驟，指定與輸出電流的值一致的電流值。
12、 一種計(jì)算機(jī)程序，包含用于使計(jì)算機(jī)實(shí)施權(quán)利要求9 11任一項(xiàng)所述的方法的命令。
13、 一種太陽(yáng)光發(fā)電模擬器，具備權(quán)利要求12所述的計(jì)算機(jī)程序。
14、 一種太陽(yáng)光發(fā)電模擬器的控制電路的輸出目標(biāo)值設(shè)定裝置，所述 太陽(yáng)光發(fā)電模擬器具備生成太陽(yáng)光發(fā)電模擬功率的功率變換電路、和根據(jù)所述功率變換電路的輸出電流-電壓對(duì)所述功率變換電路進(jìn)行反饋控制 的控制電路，所述控制電路的設(shè)定輸出目標(biāo)值的裝置，具備 存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器存儲(chǔ)多個(gè)IV曲線；讀取單元，該讀取單元從多個(gè)IV曲線中讀取一個(gè)IV曲線；和 設(shè)定單元，該設(shè)定單元在所述控制電路中設(shè)定所述輸出目標(biāo)值，從而使所述控制電路在控制所述功率變換電路時(shí)的功率控制的輸出特性滿足所述選擇的IV曲線。
15、 如權(quán)利要求14所述的太陽(yáng)光發(fā)電模擬器的控制電路的輸出目標(biāo)值設(shè)定裝置，其特征在于，進(jìn)而具備iv曲線指定單元，該IV曲線指定單元指定所述讀取單元應(yīng)該讀取的IV曲線。
16、 如權(quán)利要求14或15所述的太陽(yáng)光發(fā)電模擬器的控制電路的輸出目標(biāo)值設(shè)定裝置，其特征在于，進(jìn)而具備 ，電流值指定單元，該電流值指定單元指定所選擇的所述IV曲線上的電流值；禾口電壓值讀取單元，該電壓值讀取單元讀取與所述電流值對(duì)應(yīng)的電壓值。
17、 如權(quán)利要求16所述的太陽(yáng)光發(fā)電模擬器的控制電路的輸出目標(biāo) 值設(shè)定裝置，其特征在于，進(jìn)而具備操作指令單元，該操作指令單元檢出 隨負(fù)載變動(dòng)而變動(dòng)的輸出電流的值，并將所述電流值提供所述電流值指定 單元。
18、 一種太陽(yáng)光發(fā)電模擬器，具備 生成太陽(yáng)光發(fā)電模擬功率的功率變換電路；根據(jù)所述功率變換電路的輸出電流-電壓，反饋控制所述功率變換電路 的控制電路；和權(quán)利要求14 17任一項(xiàng)所述的輸出目標(biāo)值設(shè)定裝置。
全文摘要
模擬生成太陽(yáng)光發(fā)電模塊的輸出特性的方法和具有削減內(nèi)部功率損耗的該輸出特性的太陽(yáng)光發(fā)電模擬器電源裝置。具備IV存儲(chǔ)單元(該IV存儲(chǔ)單元將與太陽(yáng)光發(fā)電的電流·電壓特性作為IV曲線存儲(chǔ))、IV讀取單元、將IV特性作為自動(dòng)控制的輸出目標(biāo)值設(shè)定的單元，從存儲(chǔ)的IV曲線中讀取指定的特定的IV曲線，生成保持與I對(duì)應(yīng)的該曲線上的電壓值V的控制信號(hào)，供給進(jìn)行功率控制的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件，從而模擬生成太陽(yáng)光發(fā)電輸出特性。由將輸出維持成為與指定的IV曲線的電流對(duì)應(yīng)的電壓地進(jìn)行功率控制的控制信號(hào)電路和排除了串聯(lián)電阻的功率變換主電路構(gòu)成的太陽(yáng)光發(fā)電模擬器。
文檔編號(hào)H01L31/04GK101479854SQ20078002417
公開(kāi)日2009年7月8日 申請(qǐng)日期2007年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月26日
發(fā)明者山本創(chuàng), 湯口孝司, 牧谷敦 申請(qǐng)人:株式會(huì)社三社電機(jī)制作所